TWI391913B - 發聲裝置 - Google Patents

Description

發聲裝置

本發明涉及一種發聲裝置，尤其涉及一種基於奈米碳管的發聲裝置。

發聲裝置一般由訊號輸入裝置和發聲元件組成，藉由訊號輸入裝置輸入訊號到該發聲元件，進而發出聲音。熱致發聲裝置為發聲裝置中的一種，其為基於熱聲效應的一種發聲裝置，H.D.Arnold和I.B.Crandall在文獻“The thermophone as a precision source of sound”，Phys.Rev.10，p22-38(1917)中介紹了一種簡單的熱致發聲裝置，其採用一鉑片作發聲元件。由於發聲元件的發聲頻率與其單位面積熱容密切相關，即單位面積熱容大，則發聲頻率範圍窄，聲波強度低；單位面積熱容小，則發聲頻率範圍寬，聲波強度高。因此，欲獲得具有較寬的發聲頻率範圍及較高的聲波強度，則要求發聲元件的單位面積熱容愈小愈好。而具有較小熱容的金屬鉑片，受材料本身的限制，其厚度最小只能達0.7微米，且採用該鉑片作發聲元件的發聲裝置，其所產生的發聲頻率最高僅可達4千赫茲。

另外，范守善等人公開了一種應用奈米碳管的發聲裝置，請參見文獻“Flexible，Stretchable，Transparent Carbon Nanotube Thin Film Loudspeakers”，范守善et al.，Nano Letters，Vol.8(12)，p4539-4545(2008)。請參見圖1，該發 聲裝置100包括一基體108、一奈米碳管膜104、及兩個電極106。該奈米碳管膜104設置於該基體108上，該兩個電極106分別與該奈米碳管膜104電連接，藉由電流提供使該奈米碳管膜104熱致發聲。由於該發聲裝置100採用奈米碳管膜104作為發聲元件，該奈米碳管膜104具有極大的比表面積及極小的單位面積熱容及極薄的厚度，所以該發聲裝置100可發出人耳能夠聽到的聲波強度，且具有較寬的發聲頻率範圍(100Hz~100kHz)。

惟，由於所述的奈米碳管膜104係藉由自身的黏性直接與所述兩電極106接觸，所以，該奈米碳管膜104與所述兩個電極106的結合力較小，與所述兩個電極106的固定不夠牢固，因此可能降低了該奈米碳管膜102與該兩個電極106之間的電連接效果，從而進一步影響了整個發聲裝置100的發聲效果與穩定性。

有鑒於此，提供一種有效提升發聲元件與電極之間電連接性的發聲裝置實為必要。

一種發聲裝置，其包括：一第一電極，一第二電極，以及一奈米碳管結構該第一電極。所述一第一電極包括一導電體和一導電黏結層，所述第二電極包括一導電體和一導電黏結層。所述奈米碳管結構電連接於該第一電極及該第二電極的導電黏結層之間。該導電黏結層形成於所述第一電極和第二電極的導電體，所述奈米碳管結構固定於該導電黏結層，該導電黏結層滲入奈米碳管結構內。

一種發聲裝置，其包括：一基體，一發聲元件，藉由導電漿料形成於該基體的間隔設置的一第一電極和一第二電極。該發聲元件包括一奈米碳管結構，該奈米碳管結構固定於所述第一電極與所述第二電極並與其電連接。所述導電漿料滲入奈米碳管結構內。

與習知技術相比較，所述發聲裝置具有以下優點：由於所述第一電極及所述第二電極包括的導電漿料或導電黏結層滲入所述奈米碳管結構中，既可以保證該奈米碳管結構很好的固定在該第一電極及該第二電極，還增大了該發聲元件與該第一電極及第二電極的接觸面積，使該發聲元件與該第一電極和第二電極具有良好的電連接性，使得該發聲裝置的發聲效果及穩定性較好。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的發聲裝置。

請參閱圖2及圖3，本發明第一實施例提供一種發聲裝置10，該發聲裝置10包括一框體18、一第一電極14a、一第二電極14b以及一發聲元件12。

所述框體18係用以支撐該第一電極14a與該第二電極14b，在本實施例中，該框體18係呈一框架結構，該第一電極14a與該第二電極14b懸掛連結於該框架結構。所述框體18由絕緣材料製作，該絕緣材料為玻璃、陶瓷、樹脂、木質材料、石英或塑膠等。在本實施例中，該框體18的材料為樹脂。

所述第一電極14a及第二電極14b平行間隔設置於所述框 體18。該第一電極14a與第二電極14b可藉由螺栓連接或黏結劑黏結等方式，將第一電極14a與第二電極14b的兩端固定於所述框體18。所述發聲元件12鋪設於所述第一電極14a及所述第二電極14b，與該第一電極14a及第二電極14b電連接。所述第一電極14a與第二電極14b還具有支撐所述發聲元件12的作用。

所述第一電極14a與所述第二電極14b的結構相同，該第一電極14a與第二電極14b包括導電體142以及設置於該導電體142的導電黏結層146。該導電體142材料為金屬或合金，如不銹鋼、銅、鐵、鈷、鎳、鉑或鈀中的一種或多種，或者為上述金屬的合金。該導電體142的形狀可選擇為棒狀、條狀、塊狀或其他形狀中的一種。本實施例中，該導電體142的材料優選為不銹鋼，形狀為長條棒狀。

所述導電黏結層146的材料為導電漿料或導電膠，該導電漿料或導電膠的主要成份均包括金屬顆粒、黏結劑和溶劑等，所述的金屬顆粒可為金顆粒、銀顆粒或鋁顆粒等。本實施例優選為銀導電漿料，即該導電漿料中的金屬顆粒為銀顆粒。

該發聲元件12包括一奈米碳管結構。該奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。所述奈米碳管結構的厚度(線狀結構時即為直徑)為0.5奈米~1毫米。優選地，該奈米碳管結構的厚度為0.5微米。所述奈米碳管結構的單位面積熱容可小於2×10-4焦耳每平方厘米開爾文。優選地，所述奈米碳管結 構的單位面積熱容小於1.7×10^-6焦耳每平方厘米開爾文。

所述奈米碳管結構中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及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，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。本實施例中，所述作為發聲元件12的奈米碳管結構包括一個奈米碳管膜。複數個奈米碳管在該奈米碳管結構中係沿同一方向擇優取向排列，奈米碳管結構中複數個奈米碳管可沿垂直於所述第一電極與第二電極的方向排列。

具體地，本實施例中，可以將兩個導電體142平行間隔設置於所述框體18，每一個導電體142的表面設置有導電黏結層146。為使所述發聲元件12固定於該導電黏結層146中，可將液態狀的導電漿料塗覆於每一個導電體142，且在塗覆的導電漿料呈液態時，將發聲元件12平鋪在導電漿料上。而由於該發聲元件12為一奈米碳管結構，該奈米碳管結構的奈米碳管之間存在空隙，因此該導電漿料將浸入到該奈米碳管結構的空隙中，從而使液態的導電漿料浸入到所述奈米碳管結構中。該導電漿料固化形成所述導電黏結層146，使所述奈米碳管結構固定於該導電黏結層146，並且該導電黏結層146滲入所述奈米碳管結構。從而使發聲元件12固定於所述第一電極14a及所述第二電極14b，並達到與該第一電極14a及第二電極14b電連接的目的，進而有效提高該發聲裝置10的穩定性。

由於包括奈米碳管結構的該發聲元件12係由均勻分佈的奈米碳管所組成，由於該奈米碳管本身具有較大的比表面積，故該奈米碳管結構亦具有較大的比表面積，較小的單位面積熱容和較大的散熱表面。在輸入音頻電訊號後，該發聲元件12可迅速升降溫，產生週期性的溫度變化，並和週圍介質快速進行熱交換，而可使週圍介質的密度週期性地發生改變，進而發出聲音。

所述發聲元件12的工作介質不限，只需滿足其電阻率大於所述發聲元件12的電阻率即可。所述介質包括氣態介質或液態介質。所述氣態介質包括空氣。所述液態介質包括非電解質溶液、水及有機溶劑等中的一種或多種。

本發明實施例提供的發聲裝置10的聲壓級大於每瓦50分貝，發聲頻率範圍為1赫茲至10萬赫茲(即1Hz-100kHz)。所述發聲裝置在500赫茲至4萬赫茲頻率範圍內的失真度可小於3%。

請參閱圖4及圖5，本發明第二實施例提供一種發聲裝置20，該發聲裝置20包括一框體28、複數個第一電極24a及複數個第二電極24b以及一發聲元件22。本實施例中，框體28、第一電極24a、第二電極24b以及發聲元件22，與第一實施例中的框體18、第一電極14a、第二電極14b及發聲元件22的結構完全相同。區別在於，本實施例中包括複數個第一電極24a以及複數個第二電極24b。

所述複數個第一電極24a及複數個第二電極24b交替間隔設置於所述框體28，且複數個第一電極24a及複數個第二 電極24b藉由所述框體28支撐。每兩個相鄰的第一電極24a之間設置有一個第二電極24b，每兩個相鄰第二電極24b之間設置有一個第一電極24a，且每兩個相鄰的一個第一電極24a與一個第二電極24b之間的距離相等。本實施例中，所述發聲裝置20包括四個第一電極24a及四個第二電極24b。

所述第一電極24a及第二電極24b的結構與第一實施例中第一電極14a及14b的結構相同，該第一電極24a與第二電極24b包括導電體242以及設置於該導電體242表面的導電黏結層246。該導電體242的材料為金屬或合金，如不銹鋼、銅、鐵、鈷、鎳、鉑或鈀中的一種或多種，或者為上述金屬的合金。該導電體242的形狀可選擇為棒狀、條狀、塊狀或其他形狀中的一種。本實施例中，該導電體242材料優選為不銹鋼，形狀為長條棒狀。所述導電黏結層246的材料為導電漿料或導電膠，該導電漿料或導電膠的主要成份均包括金屬顆粒、黏結劑和溶劑等，所述的金屬顆粒可為金顆粒、銀顆粒或鋁顆粒等。本實施例優選為銀導電漿料，該導電漿料中的金屬顆粒為銀顆粒。

本實施例中，可以將八個導電體242平行間隔設置於所述框體28，每一個導電體242的表面設置有導電黏結層246。為使所述發聲元件22固定於該導電黏結層246中，可將液態狀的導電漿料塗覆於每一個導電體242，且在塗覆的導電漿料呈液態時，將發聲元件22平鋪在液態導電漿料上。而由於該發聲元件22為一奈米碳管結構，該奈米碳 管結構的奈米碳管之間存在空隙，因此該導電漿料將浸入到該奈米碳管結構的空隙中，從而使液態的導電漿料浸入到所述奈米碳管結構中。待該導電漿料固化形成所述導電黏結層246後，可使所述奈米碳管結構固定於該導電黏結層246，並且該導電黏結層246滲入所述奈米碳管結構。從而使發聲元件22固定於所述第一電極24a及所述第二電極24b，並達到與該第一電極24a及第二電極24b電連接的目的，進而有效提高該發聲裝置20的穩定性。

所述發聲元件22與第一實施例中的發聲元件12相同，該發聲元件22為一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括至少一奈米碳管薄膜。

所述發聲裝置20可藉由所述複數個第一電極24a及複數個第二電極24b接入外部訊號發聲。具體地，可先將所述複數個第一電極24a用一導電元件連接後與一訊號輸入裝置的一端電連接，再將所述複數個第二電極24b用一導電元件連接後與所述訊號輸入裝置的另一端電連接。上述連接方式可實現相鄰電極之間的發聲元件22的並聯。並聯後的發聲元件22具有較小的電阻，可降低該發聲裝置20的工作電壓。

如圖6及圖7所示，本發明第三實施例提供一種發聲裝置30，該發聲裝置30包括一基體38、複數個第一電極34a、複數個第二電極34b以及一發聲元件32。

所述基體38主要起承載所述複數個第一電極34a、所述複數個第二電極34b及所述發聲元件32的作用。該基體38的 形狀與大小不限，材料為絕緣材料或導電性差的材料。另外，該基體38的材料應具有較好的絕熱性能，從而防止該發聲元件32產生的熱量被該基體38吸收，無法達到加熱週圍介質進而發聲的目的。該基體38的材料可為玻璃、樹脂或陶瓷等。本實施例中，所述基體38為一正方形的玻璃板。

所述複數個第一電極34a與所述複數個第二電極34b交替間隔設置於所述基體38。每兩個相鄰的第一電極34a之間設置有一個第二電極34b，每兩個相鄰的第二電極34b之間設置有一個第一電極34a，且每兩個相鄰的一個第一電極34a與一個第二電極34b之間的距離相等。

所述第一電極34a和第二電極34b可呈層狀(絲狀或帶狀)、棒狀、條狀、塊狀或其他形狀，其橫截面形狀為圓型、方型、梯形、三角形或不規則形狀。為防止發聲元件32的熱量被該第一電極34a和第二電極34b過多吸收而影響發聲效果，該第一電極34a和第二電極34b與發聲元件32的接觸面積較小為好，因此該第一電極34a和第二電極34b的形狀優選為絲狀或帶狀。所述第一電極34a和第二電極34b的材料可選擇為金屬、導電膠、導電漿料或銦錫氧化物(ITO)等。所述第一電極34a和第二電極34b的高度不限，優選為10微米~1厘米。本實施例中，該第一電極34a和第二電極34b的材料為導電漿料，形狀為細長條形，高度為15微米。

所述發聲元件32與第一實施例中的發聲元件12相同，為一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括至少一奈米碳管 膜。該發聲元件32設置於所述複數個第一電極34a及所述複數個第二電極34b。並且，該發聲元件32固定於所述複數個第一電極34a及所述複數個第二電極34b。

可以理解，本發明第三實施例中的第一電極34a及第二電極34b的數量不限，本實施例中的發聲裝置30亦可以僅包括一個第一電極34a及一個第二電極34b。

本實施例中，可採用絲網印刷的方法將導電漿料印刷在基體38上，形成四個第一電極34a和四個第二電極34b，該四個第一電極34a和四個第二電極34b交替間隔且平行設置。在導電漿料為液態時將發聲元件32設置於該液態導電漿料。由於該發聲元件32為一奈米碳管結構，所述奈米碳管結構的複數個奈米碳管之間具有間隙。該液態導電漿料浸入到該奈米碳管結構的間隙中，從而使所述導電漿料浸入奈米碳管結構中。然後固化該液態導電漿料，待所述液態導電漿料固化後，形成四個第一電極34a和四個第二電極34b，該發聲元件32固定於所述四個第一電極34a和四個第二電極34b。所述第一電極34a和第二電極34b對發聲元件32還起到支撐作用。

本實施例中，所述發聲裝置30進一步包括一第一導電元件346及一第二導電元件348。第一導電元件346與第二導電元件348分別與發聲裝置30中的第一電極32a和第二電極32b電連接。發聲裝置30藉由該第一導電元件346和第二導電元件348與外部電路電連接，從而輸入音頻訊號至該發聲元件32。

與習知技術相比較，本發明實施例的發聲裝置具有以下優點：由於所述第一電極及所述第二電極包括的導電漿料或導電黏結層滲入所述奈米碳管結構中，既可以保證該奈米碳管結構很好的固定在該第一電極及該第二電極，還增大了該發聲元件與該第一電極及第二電極的接觸面積，使該發聲元件與該第一電極和第二電極具有良好的電連接性，使得該發聲裝置的發聲效果及穩定性較好。

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。

10，20，30‧‧‧發聲裝置

12，22，32‧‧‧發聲元件

18，28‧‧‧框體

14a，24a，34a‧‧‧第一電極

14b，24b，34b‧‧‧第二電極

38‧‧‧基體

142，242‧‧‧導電體

146，246‧‧‧導電黏結層

346‧‧‧第一導電元件

348‧‧‧第二導電元件

圖1係習知技術中一種發聲裝置的剖面圖。

圖2係本發明第一實施例提供的發聲裝置的俯視圖。

圖3係沿圖2中III-III線剖開的剖面圖。

圖4係本發明第二實施例提供的發聲裝置的俯視圖。

圖5係沿圖4中V-V線剖開的剖面圖。

圖6係本發明第三實施例提供的發聲裝置的俯視圖。

圖7係沿圖6中VII-VII線剖開的剖面圖。

10‧‧‧發聲裝置

12‧‧‧發聲元件

14a‧‧‧第一電極

14b‧‧‧第二電極

18‧‧‧框體

142‧‧‧導電體

146‧‧‧導電黏結層

Claims (18)

1. 一種發聲裝置，其包括：一第一電極，該第一電極包括一導電體和一導電黏結層；一第二電極，該第二電極包括一導電體和一導電黏結層；和一奈米碳管結構，該奈米碳管結構電連接於該第一電極及該第二電極的導電黏結層之間；其改良在於，該導電黏結層形成於所述第一電極和第二電極的導電體，所述奈米碳管結構嵌入並固定於該導電黏結層，該導電黏結層滲入奈米碳管結構內。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述發聲裝置進一步包括一框體，所述第一電極及所述第二電極固定於該框體。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述發聲裝置包括複數個第一電極及複數個第二電極，該複數個第一電極及複數個第二電極交替間隔設置，並與所述奈米碳管結構電連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發聲裝置，其中，相鄰的一個第一電極及一個第二電極之間的距離相等。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述導電體為條狀或棒狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述導電體的材料為金屬或合金。
7. 如申請專利範圍第6項所述的發聲裝置，其中，所述金屬為銅、鐵、鈷、鎳、鉑或鈀。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述導電體的材料為不銹鋼。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述導電黏結層的材料為導電漿料。
10. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述第一電極與所述第二電極平行設置。
11. 如申請專利範圍第1項所述的發聲裝置，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜，複數個奈米碳管線或一奈米碳管膜與奈米碳管線的複合結構。
12. 一種發聲裝置，其包括：一基體；一第一電極和一第二電極，該一第一電極和一第二電極藉由導電漿料間隔形成於該基體；一發聲元件，該發聲元件包括一奈米碳管結構，該奈米碳管結構嵌入並固定於所述第一電極與所述第二電極並與其電連接；其改良在於，所述導電漿料滲入奈米碳管結構內。
13. 如申請專利範圍第12項所述的發聲裝置，其中，所述發聲裝置包括複數個第一電極及複數個第二電極，且該複數個第一電極及複數個第二電極交替間隔設置。
14. 如申請專利範圍第13項所述的發聲裝置，其中，每兩個相鄰的一個第一電極及一個第二電極之間的距離相等。
15. 如申請專利範圍第12項所述的發聲裝置，其中，所述第一電極及第二電極為呈絲狀、帶狀、棒狀、條狀或塊狀。
16. 如申請專利範圍第12項所述的發聲裝置，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜，複數個奈米碳管線或一 奈米碳管膜與奈米碳管線的複合結構。
17. 如申請專利範圍第12項所述的發聲裝置，其中，所述基體的材料為玻璃、樹脂或陶瓷。
18. 如申請專利範圍第12項所述的發聲裝置，其中，所述第一電極與所述第二電極平行設置。