TWI382772B - 熱致發聲裝置 - Google Patents

Description

熱致發聲裝置

本發明涉及一種熱致發聲裝置。

2008年10月29日，范守善等人公開了一種應用熱聲效應的熱致發聲裝置，請參見文獻“Flexible,Stretchable,Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，ShouShan Fan,etal.,Nano Letters，Vol.8(12),4539-4545(2008)。該熱致發聲元件採用奈米碳管膜作為一熱致發聲元件，由於奈米碳管膜具有極大的比表面積及極小的單位面積熱容(小於2×10^-4 焦耳每平方釐米克爾文)，該熱致發聲元件可發出人耳能够聽到强度的聲音，且具有較寬的發聲頻率範圍(100Hz~100kHz)。該熱致發聲裝置中，奈米碳管膜可懸空設置或貼合於一玻璃板表面。但是，當將該奈米碳管膜懸空設置時，該奈米碳管膜較易被破壞。而當奈米碳管膜完全貼合於玻璃板表面時，該奈米碳管膜發出的熱量大多被玻璃板傳導走，無法用來加熱周圍空氣，從而無法改變周圍空氣的密度發出聲音。

有鑒於此，提供一種熱致發聲元件不易被破壞，且具有較好的發聲效果的熱致發聲裝置實為必要。

一種熱致發聲裝置，其包括：一基板，具有一表面；一熱致發聲元件，位於所述基板的一側，並面對所述基板表面；以及一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接，其中，所述基板表面形成有一開口朝向所述熱致發聲元件的凹部，所述熱致發聲元件具有一第一區域及一第二區域，所述第一區域及第二區域位於所述第一電極和第二電極之間，所述第一區域的熱致發聲元件覆蓋所述凹部開口並懸空設置，所述第二區域的熱致發聲元件與所述基板表面接觸。

一種熱致發聲裝置，其包括：一基板，具有一表面；一熱致發聲元件，位於所述基板的一側，並面對所述基板表面；一致熱裝置用於使熱致發聲元件發熱以熱致發聲；其中，所述基板表面形成有多個開口朝向所述熱致發聲元件的凹部，所述熱致發聲元件與所述基板表面接觸，且至少覆蓋一個所述凹部的部分開口以使部分熱致發聲元件相對所述基板表面懸空。

一種熱致發聲裝置，其包括：一基板，具有一表面；一熱致發聲膜，位於所述基板的一側，並面對所述基板表面；以及一致熱裝置用於使熱致發聲膜熱致發聲；其中，所述基板表面形成有一開口朝向所述熱致發聲膜的凹部，所述熱致發聲膜具有一第一區域及一第二區域，所述熱致發聲膜的第一區域覆蓋所述凹部開口，與所述基板不接觸，所述第二區域的熱致發聲膜與所述基板表面面接觸。

相較於先前技術，所述熱致發聲裝置具有以下優點：該熱致發聲元件設置於基板表面的第二區域與基板接觸，第一區域覆蓋於基板的凹部的開口並懸空設置，一方面，該基板能支撑並固定該熱致發聲元件，另一方面，該基板的凹部使從熱致發聲元件中發出的熱量儘量少的通過基板傳導走，並且，該基板的凹部增加了熱致發聲元件與周圍氣體或液體介質接觸的面積，從而使該基板不影響該熱致發聲元件熱致發聲。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的熱致發聲裝置。

請參閱圖1及圖2，本發明第一實施例提供一種熱致發聲裝置200，其包括一基板202、一熱致發聲元件204、一第一電極206以及一第二電極216。該第一電極206及第二電極216間隔設置並與該熱致發聲元件204電連接。該基板202一表面230具有至少一凹部208，該熱致發聲元件204位於該基板202具有凹部208的一側，並面對所述基板202的表面230。所述凹部208在所述表面230具有一開口，並且，所述熱致發聲元件204具有一第一區域210及一第二區域220，所述第一區域210及第二區域220位於所述第一電極206和第二電極216之間。該第一區域210的熱致發聲元件204覆蓋所述凹部208的開口並懸空設置。該第二區域220的熱致發聲元件204與該基板202的表面230接觸，並通過該基板202支撑。該第一區域210及第二區域220可分別為連續或不連續的區域。

該基板202的形狀、尺寸及厚度均不限，該基板202的表面230可為平面或曲面。該基板202的材料不限，可為具有一定强度的硬性材料或柔性材料。優選地，該基板202的材料的電阻應大於該熱致發聲元件204的電阻，且具有較好的絕熱性能，從而防止該熱致發聲元件204產生的熱量過多的被該基板202吸收。具體地，該基板202的材料可為玻璃、陶瓷、石英、金剛石、塑料、樹脂或木質材料。本實施例中，該基板202為一正方形透明玻璃基板202，該基板202的表面230為一平面，該基板202的邊長為17釐米，厚度為20毫米。

根據該基板202的材料的不同，所述凹部208可通過機械法或化學法，如切削、打磨、化學刻蝕、腐蝕等方法，形成在該基板202表面。另，該具有凹部208的基板202可通過一具有預定形狀的模具一次成型得到。

該凹部208可為通槽結構、通孔結構、盲槽結構或盲孔結構中的一種或多種，當該基板202具有多個凹部208時，該多個凹部208均勻分布、以一定規律分布或隨機分布，所述第一區域210分別覆蓋所述多個凹部208在基板202的表面230的開口。

本實施例中，該基板202的凹部208為一通槽結構。該通槽的深度為所述基板202的厚度。當該通槽平行於所述基板202表面230的一個邊時，該通槽的長度小於該邊長。該通槽在該基板202表面上的形狀可為長方形、工形、多邊形、扁圓形或其他不規則形狀。當該基板202表面230具有多個通槽時，該多個通槽可均勻分布、以一定規律分布或隨機分布於該基板202表面230。當該多個通槽相互平行且均勻分布於基板202表面時，每相鄰兩個通槽的槽間距d1大於100微米。本實施例中，該基板202表面230具有多個平行等間距分布的長方形通槽，槽寬為1毫米，每兩個相鄰的通槽之間的間距d1為1毫米。

所述熱致發聲元件204具有較小的單位面積熱容。本發明實施例中，該熱致發聲元件204的單位面積熱容小於2×10^-4 焦耳每平方釐米克爾文。具體地，該熱致發聲元件204為一具有較大比表面積及較小厚度的導電結構，從而使該熱致發聲元件204可將輸入的電能轉換為熱能，並與周圍介質充分快速的進行熱交換。優選地，該熱致發聲元件204應為自支撑結構，所謂“自支撑結構”即該熱致發聲元件204無需通過一支撑體支撑，也能保持自身特定的形狀。故，該自支撑的熱致發聲元件204可部分懸空設置。該自支撑結構的熱致發聲元件204可充分的與周圍介質接觸並進行熱交換。該熱致發聲元件204可為一膜狀結構或線狀結構，如一熱致發聲膜。

本實施例中，該熱致發聲元件204包括一奈米碳管結構。具體地，所述奈米碳管結構為層狀結構，厚度優選為0.5奈米~1毫米。當該奈米碳管結構厚度比較小時，例如小於等於10微米，該奈米碳管結構有很好的透明度。所述奈米碳管結構為自支撑結構。該自支撑的奈米碳管結構中多個奈米碳管間通過凡德瓦爾力相互吸引，從而使奈米碳管結構具有特定的形狀。故該奈米碳管結構部分通過基板202支撑，並使奈米碳管結構其它部分懸空設置。

所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜。所述奈米碳管膜從奈米碳管陣列中直接拉取獲得。該奈米碳管膜的厚度為0.5奈米～100微米，單位面積熱容小於1×10^-6 焦耳每平方釐米克爾文。所述奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管和多壁奈米碳管中的一種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，雙壁奈米碳管的直徑為1奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。該奈米碳管膜長度不限，寬度取決於奈米碳管陣列的寬度。請參閱圖3，所述奈米碳管結構中奈米碳管膜包括多個奈米碳管首尾相連並沿同一方向擇優取向排列，該多個奈米碳管大致平行且大致平行於所述基板202的表面230。當所述奈米碳管膜的寬度較小時，該奈米碳管結構包括多個奈米碳管膜共面的鋪設於基板202的表面230。另，該奈米碳管結構可包括多層相互重叠的奈米碳管膜，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，α大於等於0度且小於等於90度。

本實施例中，所述熱致發聲元件204為單層的奈米碳管膜，該奈米碳管膜設置於該基板202的表面230，並包括覆蓋該凹部208的第一區域210以及與該基板202的表面230接觸的第二區域220。所述奈米碳管膜的厚度為50奈米，光透過率為67%~95%。

所述奈米碳管膜具有較强的粘性，故該奈米碳管膜可直接粘附於所述基板202的表面230。進一步地，當將所述奈米碳管膜粘附於基板202表面230後，可使用有機溶劑處理粘附在基板202上的奈米碳管膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管膜表面浸潤整個奈米碳管膜。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，微觀上，該奈米碳管膜中的部分相鄰的奈米碳管會收縮成束。奈米碳管膜與基體的接觸面積增大，從而可更緊密地貼附在基板202的表面230。另，由於部分相鄰的奈米碳管收縮成束，奈米碳管膜的機械强度及韌性得到增强，且整個奈米碳管膜的表面積減小，粘性降低。宏觀上，該奈米碳管膜為一均勻的膜結構。

可以理解，為使該奈米碳管膜更好的固定於該基板202的表面230，可在該基板202的表面230設置一粘結層或粘結點，從而使該奈米碳管膜通過該粘結層或粘結點固定於該基板202的表面230。先前技術領域的人可想到，為實現特定的功能，如上述固定功能，該熱致發聲元件204可不直接與該基板202的表面230接觸，而係設置於一中間元件表面，該中間元件設置於該基板202的表面230與該熱致發聲元件204之間。

所述第一電極206及第二電極216分別與所述熱致發聲元件204電連接，以使該熱致發聲元件204接入一音頻電訊號。具體地，所述第一電極206以及第二電極216可間隔設置於該熱致發聲元件204背離所述基板202的一側。該第一電極206以及第二電極216由導電材料形成，其形狀及結構不限。具體地，該第一電極206以及第二電極216可選擇為細長的條狀、棒狀、或其它形狀。該第一電極206以及第二電極216的材料可選擇為金屬、導電聚合物、導電膠、金屬性奈米碳管或銦錫氧化物(ITO)等。

本實施例中，該兩個電極206靠近所述熱致發聲元件204相對的兩邊，且與所述通槽平行設置。該第一電極206及第二電極216由金屬絲構成，該金屬絲可直接壓緊該熱致發聲元件204並固定於基板202上。

由於奈米碳管沿軸向具有優異導電性，當奈米碳管結構中的奈米碳管為沿一定方向有序排列時，優選地，所述第一電極206及第二電極216的設置應確保所述奈米碳管結構中奈米碳管沿第一電極206至第二電極216的方向延伸。優選地，所述第一電極206及第二電極216之間應具有一基本相等的間距，從而使第一電極206及第二電極216之間區域的奈米碳管結構能够具有一基本相等的電阻值，並且，所述第一電極206及第二電極216的長度大於等於奈米碳管結構的寬度，從而可使整個奈米碳管結構均得到利用。本實施例中，所述奈米碳管沿基本垂直該第一電極206及第二電極216長度方向排列，所述第一電極206及第二電極216相互平行設置。所述音頻電訊號通過該第一電極206及第二電極216輸入該奈米碳管結構。

可以理解，由於該熱致發聲元件204的發聲原理為“電-熱-聲”的轉換，故該熱致發聲元件204在發聲的同時會發出一定熱量。本實施例中，該通槽結構有利於增進該熱致發聲元件204的散熱效果。進一步地，所述熱致發聲裝置200可包括一散熱裝置(圖未示)設置於該基體202遠離該熱致發聲元件204的表面。

上述熱致發聲裝置200在使用時，可通過該第一電極206及第二電極216接入一音頻電訊號源。該奈米碳管結構具有較小的單位面積熱容和較大的散熱表面，在輸入訊號後，奈米碳管結構可迅速升降溫，產生周期性的溫度變化，並和周圍介質快速進行熱交換，使周圍介質的密度周期性地發生改變，進而發出聲音。故所述熱致發聲元件204的發聲原理為“電-熱-聲”的轉換。由上述熱致發聲元件204組成的熱致發聲裝置200可在氣體或液體介質中發聲，具有廣泛的應用範圍。由於該奈米碳管結構具有一定的透光度，當基底202為透明材料時，熱致發聲裝置200可為一透明熱致發聲裝置。進一步地，由於該熱致發聲元件204的第一區域210懸空設置，該區域210的熱致發聲元件204兩面均與周圍介質接觸，增加了奈米碳管結構與周圍氣體或液體介質接觸的面積，並且，由於該熱致發聲元件204的第二區域220與該基板202的表面230接觸，並通過該基板202支撑，故該熱致發聲元件204不易被破壞。

請參閱圖4及圖5，本發明第二實施例提供一種熱致發聲裝置300，其包括一基板302、一熱致發聲元件304、一第一電極306及一第二電極316。該基板302一表面330具有多個開口朝向熱致發聲元件304的凹部308，該熱致發聲元件304設置於該基板302具有凹部308的表面330，並覆蓋該多個凹部308的開口。該第一電極306及第二電極316間隔設置於熱致發聲元件204的表面。

該第二實施例的熱致發聲裝置300與第一實施例的熱致發聲裝置200結構基本相同，其區別在於，該熱致發聲裝置300的凹部308為一通孔結構。該通孔的深度為所述基板302的厚度，該通孔在所述基板302的表面330上的形狀可為矩形、圓形、三角形或其他不規則形狀。當該基板302的表面330具有多個通孔時，該多個通孔可均勻分布、以一定規律分布或隨機分布於該基板302表面。當該多個通孔均勻分布於基板302的表面330時，相鄰兩個通孔之間的間距d2大於100微米。本實施例中，該基板302的表面330具有多個呈陣列分布的圓形通孔，通孔的半徑為0.5毫米，相鄰的通孔之間的間距d2為1毫米。該通孔結構易於成型，當控制該通孔的直徑較小時，可在該基板302的表面330形成儘量多的通孔，使該熱致發聲元件304與周圍氣體或液體介質具有更多的接觸面積。

請參閱圖6，本發明第三實施例提供一種熱致發聲裝置400，其包括一基板402、一熱致發聲元件404、一第一電極406及一第二電極416。該基板402的一表面430具有多個開口朝向所述熱致發聲元件404的凹部408，該熱致發聲元件404設置於該基板402具有凹部408的表面430，並覆蓋該多個凹部408的開口。具體地，該熱致發聲元件404具有一第一區域410及一第二區域420。該第一區域410的熱致發聲元件404覆蓋所述凹部408的開口並懸空設置。該第二區域420的熱致發聲元件404與該基板402接觸，並通過該基板402支撑。

該第三實施例的熱致發聲裝置400與第一實施例的熱致發聲裝置200結構基本相同，其區別在於，該第一電極406及第二電極416間隔於該熱致發聲元件404與該基板402之間。具體地，該第一電極406及第二電極416直接設置於基板402的表面430，該熱致發聲元件404覆蓋該第一電極406及第二電極416。

該第一電極406及第二電極416可與第一實施例的第一電極206及第二電極216相同，為一固定於基板402上的金屬絲。另，由於該第一電極406及第二電極416直接形成於基板402表面430，故該第一電極406及第二電極416也可為一通過絲網印刷方式或沈積蝕刻方式形成的金屬層，此時，該第一電極406及第二電極416形成於所述基板402與該熱致發聲元件404的第二區域420相接觸的表面430。本實施例中，該第一電極406及第二電極416為通過絲網印刷方式形成的導電銀漿層。由於本實施例中該第一電極406及第二電極416先於熱致發聲元件404設置於基板402的表面430，故該第一電極406及第二電極416具有更簡易的形成方式，利於工業化應用。

請參閱圖7，本發明第四實施例提供一種熱致發聲裝置500，其包括一基板502、一熱致發聲元件504、多個第一電極506及多個第二電極516。該基板502一表面530具有多個開口朝向熱致發聲元件504的凹部508，該熱致發聲元件504設置於該基板502具有凹部508的表面530，並覆蓋該多個凹部508的開口。該多個第一電極506及多個第二電極516間隔於該熱致發聲元件504與該基板502之間。

該第四實施例的熱致發聲裝置500與第三實施例的熱致發聲裝置400結構基本相同，其區別在於，該熱致發聲裝置500包括多個第一電極506及多個第二電極516，該多個第一電極506及多個第二電極516間隔設置於該熱致發聲元件504與該基板502之間。該多個第一電極506及多個第二電極516的高度不限，優選地，該多個第一電極506及多個第二電極516的高度為1微米-200微米。

進一步地，該多個第一電極506與該多個第二電極516按abab方式間隔設置。該多個第一電極506電連接，該多個第二電極506電連接，從而使相鄰的第一電極506與第二電極506之間的熱致發聲元件504輸入一音頻電訊號。

此種連接方式使相鄰的第一電極506與第二電極506之間的熱致發聲元件504相互並聯，從而使驅動該熱致發聲元件504發聲所需的電壓降低。

請參閱圖8及圖9，本發明第五實施例提供一種熱致發聲裝置600，其包括一基板602、一熱致發聲元件604、一第一電極606及一第二電極616。該基板602一表面630具有多個開口朝向熱致發聲元件604的凹部608，該熱致發聲元件604設置於該基板602具有凹部608的表面630，並覆蓋該多個凹部608的開口。該第一電極606及第二電極616間隔設置並與該熱致發聲元件604電連接。

該第五實施例的熱致發聲裝置600與第一實施例的熱致發聲裝置200結構基本相同，其區別在於，該熱致發聲裝置600的凹部608為一盲槽結構。該盲槽的深度小於所述基板602的厚度，該盲槽的長度不限。該盲槽在該基板602的表面630上的形狀可為長方形、弓形、多邊形、扁圓形或其他不規則形狀。請參閱圖10，該熱致發聲裝置600具有一凹部608a，該凹部608a垂直於其長度方向的截面可為半圓形。請參閱圖11，該熱致發聲裝置600具有一凹部608b，該凹部608b垂直於其長度方向的截面可為三角形。另，該凹部還可為梯形或其他不規則形狀。當該基板602的表面630具有多個盲槽時，該多個盲槽可均勻分布、以一定規律分布或隨機分布於該基板602的表面630。請參閱圖12，該熱致發聲裝置600具有多個一凹部608c，該多個凹部608c為盲槽，且多個盲槽相互平行且均勻分布於基板602的表面630時，相鄰兩個盲槽的槽間距d3可接近於0，即所述基板602與該熱致發聲元件604接觸的區域為多個線。可以理解，在其他實施例中，通過改變該凹部608的形狀，該熱致發聲元件604與該基板602接觸的區域為多個點，即該熱致發聲元件604與該基板602之間可為點接觸、線接觸或面接觸。

本實施例中，該基板602的表面630具有多個平行等間距分布的長方形盲槽，槽寬為1毫米，每兩個相鄰的通槽之間的間距d3為1毫米。

本實施例的熱致發聲裝置600中所述凹部608為盲槽結構。該盲槽結構比通槽結構更有利於反射所述熱致發聲元件604發出的聲波，從而增强所述熱致發聲裝置600在熱致發聲元件604一側的發聲强度。當該相鄰的盲槽之間的距離d3接近於0時，該基板602既能支撑該熱致發聲元件604，又能使該熱致發聲元件604具有與周圍介質接觸的最大表面積。

可以理解，當該盲槽的深度達到某一值時，通過該盲槽反射的聲波會與原聲波產生叠加，從而引起相消干涉，影響熱致發聲元件604的發聲效果。為避免這一現象，優選的，該盲槽的深度小於10毫米。另，當該盲槽的深度過小，通過基板602懸空設置的熱致發聲元件604與基板602距離過近，不利於該熱致發聲元件604的散熱。故優選的，該盲槽的深度大於10微米。

請參閱圖13及圖14，本發明第六實施例提供一種熱致發聲裝置700，其包括一基板702、一熱致發聲元件704、一第一電極706及一第二電極716。該基板702一表面730具有多個開口朝向熱致發聲元件704的凹部708，該熱致發聲元件704設置於該基板702具有凹部708的表面730，並覆蓋該多個凹部708的開口。該第一電極706及第二電極716間隔設置並與該熱致發聲元件704電連接。

該第六實施例的熱致發聲裝置700與第五實施例的熱致發聲裝置600結構基本相同，其區別在於，該熱致發聲裝置700的凹部708為一盲孔結構。該盲孔的深度小於所述基板702的厚度，該盲孔在所述基板702的表面730上的形狀可為矩形、圓形、三角形或其他不規則形狀。當該基板702的表面730具有多個盲孔時，該多個盲孔可均勻分布、以一定規律分布或隨機分布於該基板702表面。當該多個盲孔均勻分布於基板702的表面730時，相鄰兩個盲孔之間的間距d4可接近於0。本實施例中，該基板702的表面730具有多個呈陣列分布的圓形盲孔，盲孔的半徑為0.5毫米，相鄰的盲孔之間的間距d4為1毫米，盲孔的深度為該盲孔的半徑。

該盲孔結構易於成型，當控制該盲孔的直徑較小時，可在該基板702的表面730形成儘量多的盲孔，使該熱致發聲元件704與周圍介質具有更多的接觸面積。當該相鄰的盲孔之間的距離d4接近於0時，該基板702既能支撑該熱致發聲元件704，又能使該熱致發聲元件704具有與周圍介質接觸的最大表面積。

可以理解，上述熱致發聲裝置中，所述凹部不一定局限於槽結構或孔結構，所述凹部開口的形狀可兼顧其他實際需要設計成各種圖形，如幾何圖形、文字或字母等。請參閱圖15，本發明第七實施例提供一種熱致發聲裝置800，其包括一基板802、一熱致發聲元件804、一第一電極806及一第二電極816。該基板802一表面830形成有一開口朝向所述熱致發聲元件804的至少一凹部808，該凹部808在該基板802表面830的開口為一連續螺旋形結構。

請參閱圖16，本發明第八實施例提供一種熱致發聲裝置900，其包括一基板902、一熱致發聲元件904、一第一電極906及一第二電極916。該基板902一表面930形成有一開口朝向所述熱致發聲元件904的至少一凹部908，該凹部908在該基板902表面930的開口為一連續蜿蜓曲折結構。

上述熱致發聲裝置在使用時，所述熱致發聲元件在音頻電訊號的作用下與周圍介質進行快速的熱交換，按照音頻電訊號的頻率迅速升降溫並加熱周圍的介質，周圍介質由於熱致發聲元件的加熱，其密度按照音頻電訊號的頻率改變而改變，使周圍介質迅速膨脹和收縮，從而發出聲音。

請參閱圖17，本發明第九實施例提供一種熱致發聲裝置1000，其包括一基板1002、一熱致發聲元件1004以及一致熱裝置1040。該熱致發聲元件1004位於所述基板1002的一側，並面對所述基板1002的一表面1030。該基板1002表面1030具有至少一開口朝向熱致發聲元件1004的凹部1008，所述凹部1008在所述基板1002的表面1030具有一開口，並且，所述熱致發聲元件1002具有一第一區域1010及一第二區域1020。該第一區域1010的熱致發聲元件1004覆蓋所述凹部1008的開口並懸空設置。該第二區域1020的熱致發聲元件1004與該基板1002的表面1030接觸，並通過該基板1002支撑。

該第九實施例的熱致發聲裝置1000與第一實施例的發聲裝置200的結構基本相同，其區別在於，該熱致發聲裝置1000包括一致熱裝置1040，用於使所述熱致發聲元件1004熱致發聲。

本實施例中，該熱致發聲元件1004與該致熱裝置1040間隔設置。該致熱裝置1040為一激光器，或其它電磁波訊號發聲裝置。從該致熱裝置1040發出的電磁波訊號1050傳遞至該熱致發聲元件1004。

可以理解，該激光器可正對該熱致發聲元件1004設置。當該基板1002為可使激光透過的透明基板時，該激光器可對應於該基板1002遠離該熱致發聲元件1004的表面設置，從而使從激光器發出的激光穿過基板1002傳遞至該熱致發聲元件1004。另，當該基板1002包括至少一通孔，即使該基板1002為不透明材料製成，該激光器也可對應於該基板1002遠離該熱致發聲元件1004的表面設置。另，當該致熱裝置1040發出的係一電磁波訊號時，該電磁波訊號可透過一絕緣基板1002傳遞至該熱致發聲元件1004，此時，該致熱裝置1040也可對應於該基板1002遠離該熱致發聲元件1004的表面設置。

進一步地，該熱致發聲裝置1000可包括一調製裝置1060，用於接收從所述致熱裝置1040發出的電磁波訊號1050，將該電磁波訊號1050進行强度和頻率的調製，並將調製後的電磁波訊號1050傳遞至該熱致發聲元件1004。本實施例中，該電磁波訊號1050為一脉衝激光訊號，該調製裝置1050為一電光晶體。

本實施例的熱致發聲裝置1000中，當熱致發聲元件1004受到如激光等電磁波的照射時，該熱致發聲元件1004因吸收電磁波的能量而受激發，並通過非輻射使吸收的光能全部或部分轉變為熱。該熱致發聲元件1004溫度根據電磁波訊號1050頻率及强度的變化而變化，並和周圍的空氣或其他氣體或液體介質進行迅速的熱交換，從而使其周圍介質的溫度也產生等頻率的變化，造成周圍介質迅速的膨脹和收縮，從而發出聲音。進一步地，本實施例中，所述熱致發聲元件1004為一奈米碳管結構，奈米碳管對電磁波的吸收接近絕對黑體，該奈米碳管結構所發出的聲音的頻率範圍較寬(1Hz~100kHz)、發聲效果較好。可以理解，當電磁波訊號的頻率增高時，該熱致發聲元件1004可發出超聲波。

可以理解，由於該熱致發聲裝置的工作原理為將一定形式的能量以極快的速度轉換為熱量，並和周圍氣體或液體介質進行快速的熱交換，從而使該介質膨脹及收縮，從而發出聲音，故在上述第一實施例至第八實施例中，所述第一電極及第二電極也可看作一致熱裝置，其通過為該熱致發聲元件施加一功率放大的音頻電訊號，從而使該熱致發聲元件發熱，進而加熱周圍介質發出聲音。故，本技術領域的人可知道，所述能量形式不局限於電能或光能，該致熱裝置也不局限於上述實施例中的電極或電磁波訊號發生器，任何可使該熱致發聲元件發熱，並按照音頻變化加熱周圍介質的裝置均可看作一致熱裝置，並在本發明保護範圍內。

本實施例中，當該熱致發聲元件為一層A4紙大小的奈米碳管膜時，該致熱裝置為電極，在輸入電壓為50伏條件下，將一麥克風設置於正對該奈米碳管膜，並間隔5釐米處，測得該奈米碳管膜的發聲强度可達105分貝聲壓級(dBSPL)，發聲頻率範圍為100赫茲至10萬赫茲(即100Hz~100kHz)。當上述凹部為盲槽結構或盲孔結構時，為避免相消干涉，該凹部的深度優選為10微米~10毫米。

本發明實施例提供的熱致發聲裝置具有以下優點。其一，該熱致發聲元件設置於基板表面且覆蓋於基板的凹部開口的第一區域懸空設置，一方面，該基板能支撑並固定該熱致發聲元件，另一方面，該基板的凹部使從熱致發聲元件中發出的熱量儘量少的通過基板傳導走，並且，該基板的凹部增加了熱致發聲元件與周圍介質接觸的面積，從而使該基板不影響該熱致發聲元件發聲。其二，該基板的凹部可為各種通槽結構、通孔結構、盲槽結構或盲孔結構。當該基板的凹部為通槽結構或通孔結構時，該通槽結構或通孔結構有利於該熱致發聲裝置的散熱，使該熱致發聲裝置工作時溫度不致過高。當該基板的凹部為盲槽結構或盲孔結構時，該盲槽結構或盲孔結構有利於聲音的反射，使該熱致發聲元件發出的聲音均向熱致發聲元件遠離基板的方向傳播。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

200,300,400,500,600,700,800,900,1000．．．熱致發聲裝置

202,302,402,502,602,702,1002．．．基板

204,304,404,504,604,704,804,904,1004．．．熱致發聲元件

206,306,406,506,606,706,806,906．．．第一電極

208,308,408,508,608,608a,608b,608c,708,808,908,1008．．．凹部

210,410,1010．．．第一區域

216,316,416,516,616,716,816,916．．．第二電極

220,420,1020．．．第二區域

230,330,430,530,630,730,1030．．．表面

1040．．．致熱裝置

1050．．．電磁波訊號

圖1係本發明第一實施例熱致發聲裝置的頂視示意圖。

圖2係圖1所示的熱致發聲裝置沿II-II’線的剖視示意圖。

圖3係本發明熱致發聲裝置中的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖4係本發明第二實施例熱致發聲裝置的頂視示意圖。

圖5係圖4所示的熱致發聲裝置沿V-V’線的剖視示意圖。

圖6係本發明第三實施例熱致發聲裝置的剖視示意圖。

圖7係本發明第四實施例熱致發聲裝置的剖視示意圖。

圖8係本發明第五實施例熱致發聲裝置的頂視示意圖。

圖9係本發明第五實施例熱致發聲裝置的主視示意圖。

圖10係本發明第五實施例具有半圓形盲槽結構的熱致發聲裝置的主視示意圖。

圖11係本發明第五實施例具有三角形盲槽結構的熱致發聲裝置的主視示意圖。

圖12係本發明第五實施例具有鋸齒形盲槽結構的熱致發聲裝置的主視示意圖。

圖13係本發明第六實施例熱致發聲裝置的頂視示意圖。

圖14係圖13所示的熱致發聲裝置沿XIV-XIV’線的剖視示意圖。

圖15係本發明第七實施例的熱致發聲裝置的頂視示意圖。

圖16係本發明第八實施例的熱致發聲裝置的頂視示意圖。

圖17係本發明第九實施例熱致發聲裝置的主視示意圖。

200．．．熱致發聲裝置

204．．．熱致發聲元件

206．．．第一電極

208．．．凹部

216．．．第二電極

Claims (36)

1. 一種熱致發聲裝置，其包括：一基板，具有一表面；一熱致發聲元件，位於所述基板的一側，並面對所述基板表面；以及一第一電極和一第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接；其改良在於，所述基板表面形成有一開口朝向所述熱致發聲元件的凹部，所述熱致發聲元件具有一第一區域及一第二區域，所述第一區域及第二區域位於所述第一電極和第二電極之間，所述第一區域的熱致發聲元件覆蓋所述凹部開口並懸空設置，所述第二區域的熱致發聲元件與所述基板表面接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述基板表面進一步形成有多個所述凹部，所述多個凹部均勻分布、以一定規律分布或隨機分布。
3. 如申請專利範圍第2項所述的熱致發聲裝置，其中，所述第一區域分別覆蓋所述多個凹部開口。
4. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述凹部開口的形狀為幾何圖形、文字或字母形狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述凹部包括通槽結構、通孔結構、盲槽結構及盲孔結構中的一種或多種。
6. 如申請專利範圍第5項所述的熱致發聲裝置，其中，所述通槽結構或盲槽結構相互平行排列於所述基板的表面。
7. 如申請專利範圍第6項所述的熱致發聲裝置，其中，所述每相鄰兩個通槽結構或盲槽結構的槽間距相等。
8. 如申請專利範圍第5項所述的熱致發聲裝置，其中，所述通孔結構或盲孔結構呈陣列分布於所述基板的表面。
9. 如申請專利範圍第5項所述的熱致發聲裝置，其中，所述盲槽結構或盲孔結構的深度為10微米~10毫米。
10. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述基板的材料為玻璃、陶瓷、石英、金剛石、塑料、樹脂或木質材料。
11. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述基板為一透明基板。
12. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述第一電極和第二電極設置於所述熱致發聲元件背離所述基板的一側或設置於所述熱致發聲元件與基板之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述第一電極和第二電極設置於所述基板與所述熱致發聲元件的第二區域相接觸的表面。
14. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲裝置包括多個交替設置的所述第一電極及第二電極，所述多個第一電極之間電連接，所述多個第二電極之間電連接。
15. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲元件的單位面積熱容小於2×10^-4 焦耳每平方釐米克爾文。
16. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲元件的發聲頻率為1赫茲~100千赫茲。
17. 如申請專利範圍第1項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲元件包括一奈米碳管結構。
18. 如申請專利範圍第17項所述的熱致發聲裝置，其中，所述奈米碳管結構包括一奈米碳管膜、層叠設置的多個奈米碳管膜或共面設置的多個奈米碳管膜。
19. 如申請專利範圍第18項所述的熱致發聲裝置，其中，所述奈米碳管膜包括多個大致平行的奈米碳管，該奈米碳管與所述基底的表面大致平行。
20. 如申請專利範圍第19項所述的熱致發聲裝置，其中，所述奈米碳管膜中的奈米碳管沿第一電極至第二電極方向延伸。
21. 一種熱致發聲裝置，其包括：一基板，具有一表面；一熱致發聲元件，位於所述基板的一側，並面對所述基板表面；一致熱裝置用於使熱致發聲元件熱致發聲；其改良在於，所述基板表面形成有多個開口朝向所述熱致發聲元件的凹部，所述熱致發聲元件與所述基板表面接觸，且至少覆蓋一個所述凹部的部分開口以使部分熱致發聲元件相對所述基板表面懸空。
22. 如申請專利範圍第21項所述的熱致發聲裝置，其中，所述致熱裝置包括一個第一電極和一個第二電極間隔設置並與所述熱致發聲元件電連接，以用於向熱致發聲元件通入交變電流使其熱致發聲。
23. 如申請專利範圍第21項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲元件包括一奈米碳管結構。
24. 如申請專利範圍第23項所述的熱致發聲裝置，其中，所述奈米碳管結構包括一奈米碳管膜、層叠設置的多個奈米碳管膜或共面設置的多個奈米碳管膜。
25. 如申請專利範圍第21項所述的熱致發聲裝置，其中，所述凹部包括通槽結構、通孔結構、盲槽結構及盲孔結構中的一種或多種。
26. 如申請專利範圍第21項所述的熱致發聲裝置，其中，所述凹部開口的形狀為幾何圖形、文字或字母形狀。
27. 如申請專利範圍第21項所述的熱致發聲裝置，其中，所述致熱裝置為一激光器，用於向熱致發聲元件傳遞一强度變化的激光訊號使該熱致發聲元件熱致發聲。
28. 一種熱致發聲裝置，其包括：一基板，具有一表面；一熱致發聲膜，位於所述基板的一側，並面對所述基板表面；以及一致熱裝置用於使熱致發聲膜熱致發聲；其改良在於，所述基板表面形成有一開口朝向所述熱致發聲膜的凹部，所述熱致發聲膜具有一第一區域及一第二區域，所述熱致發聲膜的第一區域覆蓋所述凹部開口，與所述基板不接觸，所述第二區域的熱致發聲膜與所述基板表面面接觸。
29. 如申請專利範圍第28項所述的熱致發聲裝置，其中，所述致熱裝置包括一個第一電極和一個第二電極間隔設置並與所述熱致發聲膜電連接，以用於向熱致發聲膜通入交變的電流使其熱致發聲。
30. 如申請專利範圍第28項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲膜包括多個大致平行的奈米碳管，該奈米碳管與基板表面大致平行。
31. 如申請專利範圍第28項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲膜的第二區域為連續的，所述第二區域包圍所述第一區域。
32. 如申請專利範圍第31項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲膜的第一區域為連續的螺旋形結構或蜿蜓曲折結構。
33. 如申請專利範圍第31項所述的熱致發聲裝置，其中，所述熱致發聲膜的第一區域由多個非連續的部分構成。
34. 如申請專利範圍第30項所述的熱致發聲裝置，其中，所述第一電極和一個第二電極為細長形且大致平行，所述奈米碳管與第一電極和一個第二電極大致垂直。
35. 如申請專利範圍第28項所述的熱致發聲裝置，其中，所述凹部開口的形狀為幾何圖形、文字或字母形狀。
36. 如申請專利範圍第28項所述的熱致發聲裝置，其中，所述致熱裝置為一激光器，用於向熱致發聲膜傳遞一强度變化的激光訊號使該熱致發聲膜熱致發聲。