TWI794940B - 整合至平面顯示器之主動發聲裝置 - Google Patents

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Abstract

一種整合至平面顯示器之主動發聲裝置，包括：一玻璃振膜，具有第一表面，用於形成平面顯示器之發光陣列以及觸控陣列於其上；複數個平面音圈，設置於該玻璃振膜與該第一表面相反側的第二表面上；以及一磁鐵組件，設置於該複數個平面音圈下方，其中該複數個平面音圈電磁耦合該磁鐵組件，用以將由該複數個平面音圈所接收到的電訊號轉換為該玻璃振膜的振動訊號，使該平面顯示器發聲。

Description

整合至平面顯示器之主動發聲裝置
本發明涉及一種發聲裝置，特別是一種整合至平面顯示器之主動發聲裝置。
隨著科技的發展，在各種電子裝置中都需要設置發聲單元。而現有技術中，通常將發聲單元設置於顯示面板的面板之下，而且若需要較好的發聲效果，則發聲單元的體積較大會占用較大的空間，若發聲單元的體積過小，則無法達到良好的發聲效果。且發聲單元通常設置在顯示面板的邊角區域，使的發聲位置固定，使用者無法獲得良好的聽覺體驗。
目前電子裝置的顯示器具有超薄、窄邊框、甚至全螢幕設計，留給發聲裝置的空間越來越小。而傳統的發聲裝置體積較大，安裝位置受到限制，在新一代的顯示裝置中很難有合適的位置和空間來安裝。
平面發聲裝置的概念類似於縮小版的平面揚聲器，平面音圈嵌入在輕薄的振膜裡。磁鐵集中在振膜的一側或兩側(推挽式)，振膜在其形成的磁場中振動。平板單元通常由兩個極板提供永磁磁場，印有細密電路置於磁場中，電 訊號連接振膜上的印刷電路上，在磁場中產生正負電荷，因整個振膜均勻印刷了可導電的電路。電路內部流動的電流與由永久磁鐵生成的磁場正交，透過在電路中流通交流電流，電路即產生遵從法拉第定律的力，在該力的作用下振膜在垂直方向上振動，從而產生振動，將交流電流訊號變換為聲音訊號。
因此，重新開發能適應當前顯示裝置的需求，並將上述平面發聲裝置的概念與平面顯示器螢幕整合之發聲裝置是有極大需求的。
基於上述，本發明至少提出能夠解決現有技術存在的缺失，提出一種將發聲單元與平面顯示器整合之發聲裝置，包括：一玻璃振膜，具有第一表面，用於形成平面顯示器之發光陣列以及觸控陣列於其上；複數個平面音圈，設置於該玻璃振膜與該第一表面相反側的第二表面上；以及一磁鐵組件，設置於該複數個平面音圈下方，其中該複數個平面音圈電磁耦合該磁鐵組件，用以將由該複數個平面音圈所接收到的電訊號轉換為該玻璃振膜的振動訊號，使該平面顯示器發聲。
上述之磁鐵組件包括複數個磁鐵單元，每個該磁鐵單元磁極的極性是以交錯方式排列。
以一實施例而言，上述之複數個平面音圈利用黃光微影製程以及鍍膜方式製作。
以一實施例而言，上述之平面音圈係以銀、氧化銦錫、氧化銦鋅、或氧化銦鎵鋅等材料所製作的導電線路。
以一實施例而言，上述之複數個平面音圈係由一整合該平面顯示器之電子計算裝置提供聲音訊號。
以一實施例而言，上述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，更包含一橡膠懸邊及一框體，其中該玻璃振膜是透過該橡膠懸邊密合至該框體以形成氣密空間於該框體內。
上述之磁鐵組件係設置於該框體內部的容置空間中。
以一實施例而言，上述之發光陣列為毫米發光二極體陣列或是有機發光二極體陣列。
以一實施例而言，上述之發光陣列係以異方性導電膠膜透過位於該玻璃振膜的複數個通孔接合軟性電路板與驅動電路電連接。
以一實施例而言，整合至平面顯示器之發聲裝置，更包含一加速度感測裝置設置於上述玻璃振膜上用於偵測該玻璃振膜的振動訊號。
以一實施例而言，上述之加速度感測裝置電連接至一驅動上述複數個平面音圈的驅動電路中的一放大器，該放大器放大震動訊號，並藉以激勵該玻璃振膜上的該平面音圈。
以一實施例而言，上述之加速度感測裝置、該放大器、以及該玻璃振膜上的平面音圈形成一反饋迴路，用以放大及調整該發聲裝置的聲音輸出，進而優化輸出的音質。
100:發聲裝置
101:玻璃振膜(顯示面板)
103:平面音圈
105:磁鐵組件
105a:磁鐵單元
106:磁力線
111:橡膠懸邊
123:框體
121:載板
122:支撐柱
F:作用力
206:顯示面板
201:電子計算裝置
201a:聲音訊號輸出部
201b:影像訊號輸出部
201c:處理器
202:數位訊號處理器
203:驅動電路
300:發聲裝置
S301,S303,S305,S307,S309,S311:步驟
10:玻璃基板
10a:第一表面
10b:第二表面
125:軟性電路板
126:硬式電路板
IC 135:影像驅動
127:微處理器
140:智能放大器
SSG1,SSG2:聲音訊號
SSG3:驅動訊號
VSG1:影像訊號
TSG1:檢測訊號
SG0:震動訊號
[圖1]顯示根據本發明的一個實施例所提出整合至平面顯示器的主動發聲裝置中主體部分之側視圖。
[圖2(A)]顯示根據本發明的一個實施例所提出整合至平面顯示器的主動發聲裝置之***示意圖。
[圖2(B)]顯示根據本發明的一個實施例所提出整合至平面顯示器的主動發聲裝置之磁鐵組件的俯視圖。
[圖2(C)]顯示根據本發明的一個實施例所提出整合至平面顯示器的主動發聲裝置之剖面視圖。
[圖2(D)]顯示根據本發明的一個實施例所提出整合至平面顯示器的主動發聲裝置之玻璃振膜(顯示面板)的俯視圖。
[圖2(E)]顯示根據本發明的一個實施例所提出整合至平面顯示器的主動發聲裝置之玻璃振膜(顯示面板)的仰視圖。
[圖3]顯示根據本發明的一個實施例所提出操作一具有如圖1所示整合至平面顯示器的的發聲裝置之功能方塊圖。
[圖4]顯示根據本發明的一個實施例所提出如何製作次毫米發光二極體/有機發光二極體(mini-LED/OLED)整合玻璃振膜之發聲裝置的流程圖。
[圖5(A)]顯示根據本發明的一個實施例所提出的整合至平面顯示器的主動發聲裝置中mini LED/OLED整合至玻璃振膜的結構側視圖。
[圖5(B)]所顯示根據本發明的一個實施例所提出的，於玻璃振膜上與mini-LED或是OLED陣列相同側設置一加速度感測裝置(G-sensor)的側視圖。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明 之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。
如先前於背景技術所描述，平面發聲裝置類似於縮小版的平面揚聲器，平面音圈可以以印刷電路方式形成在輕薄的振膜裡。磁鐵配置在振膜的一側或兩側(推挽式)，當電訊號(由原始聲音訊號所轉換)連接於形成於振膜上的平面音圈，平面音圈內部流動的電流與由永磁鐵生成的磁場正交，透過在電路中流通交流電流，電路即產生遵從法拉第定律的力，在該力的作用下振膜在垂直方向上振動，從而產生振動，將交流電流訊號變換為聲音訊號。例如，美國專利US 8447063 B2公開一種扁平薄型動圈揚聲器(flat thin dynamic speaker)，其包括馬達單元、懸架單元、輻射單元和框架，其佈置方式使得馬達單元和懸架單元在同一平面上，而輻射單元位於馬達單元的頂部，因此，在保持或甚至提高揚聲器組件的性能的同時，減小了揚聲器組件的厚度。由於玻璃具有輕量、強度高的振膜特性，具有開發廣音域的潛力。
由經過強化的玻璃所製作之玻璃振膜具有電聲轉換效率高(因為其機械強度高、密度低、聲速快)、頻率範圍大(因為其剛性強可以減少分割震動、低頻時變形量小)、音質/音色佳、以及良好加工性等優秀特性。而電子裝置的顯 示器係由玻璃為主體所製作而成，因此本發明提出一種將發聲單元與平面顯示器整合，並且以平面顯示器之玻璃作為振膜之發聲裝置。
圖1顯示一整合至平面顯示器的主動發聲裝置100中主體部分之側視圖。如圖1所示，發聲裝置100是以顯示面板的玻璃基板作為震動體(玻璃振膜)，亦即玻璃振膜101，並於顯示器非顯示/發光的一側之玻璃表面上利用黃光微影製程以及鍍膜方式製作平面音圈103，於玻璃振膜下方則設置磁鐵組件105用於形成磁場。玻璃振膜101於磁場的作用下驅動顯示器面板產生振動，並發出聲音。其中，電連接聲源電訊號的平面音圈103結合其下方則設置的磁鐵組件105可以做為致動器(actuator)或激勵器(exciter)用以驅動顯示器螢幕產生振動，並發出聲音。
於一實施例，平面音圈係以銀(Ag)、氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)、氧化銦鋅(Indium Zinc Oxide,IZO)、氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide,IGZO)等材料所製作的導電線路，但不以此為限。
以一實施例而言，磁鐵組件105是磁鐵陣列，磁鐵陣列包含由複數個磁鐵所組成。磁鐵陣列的個別磁鐵單元105a於靠近音圈103處的磁極形成北極(N)與南極(S)交錯排列，形成如圖所示的磁力線106，其顯示相應磁場方向。由於音圈103的電流方向是流進或是流出紙面方向，因此磁場與電流作用會形成上下方向的作用力F。可以驅動玻璃振膜101產生振動，並發出聲音。
以本發明的構想，玻璃振膜101可以是一顯示面板，例如LED、mini-LED、OLED等顯示面板。
圖2(A)顯示一整合至平面顯示器的主動發聲裝置100之***示意圖，其包括玻璃振膜101、橡膠懸邊111、設置於一框體123內部容置空間的磁鐵組件105。磁鐵組件105包含由複數個磁鐵105a所組成。
圖2(B)顯示磁鐵組件105的俯視圖，個別磁鐵單元105a的磁極形成北極(N)與南極(S)交錯排列。
圖2(C)顯示一整合至平面顯示器的主動發聲裝置100之剖面視圖，玻璃振膜101透過橡膠懸邊111密合於框體123上形成一氣密空間於框體123內部。以一較佳實施例，一硬式電路板126裝設於框體123底部，磁鐵組件105設置於一載板121上，其透過複數個支柱122與硬式電路板126樞接。
圖2(D)顯示玻璃振膜(顯示面板)101的正面視圖，其包括發光陣列131、相應佈線133，發光陣列131的影像顯示係由影像驅動IC 135所驅動控制，影像驅動IC 135係透過玻璃振膜(顯示面板)101上的複數個通孔137經由軟式電路板125電連接至硬式電路板126。
圖2(E)顯示玻璃振膜(顯示面板)101的仰視圖，複數個平面音圈103利用黃光微影以及鍍膜製程形成於玻璃振膜(顯示面板)101的第二表面(下表面)。
以一較佳實施例，玻璃振膜101是一顯示面板，其第一表面(上表面)為顯示螢幕的發光陣列、相應佈線、驅動IC等配置，其第二表面(下表面)為利用黃光微影以及鍍膜製程形成的複數個平面音圈103。玻璃振膜(顯示面板)101的線路總成，包括平面音圈以及連接驅動IC等線路總成，與硬式電路板126透過一軟式電路板125電連接，硬式電路板126可以包括微處理器127、D/A轉換器、聲音/影像訊號處理單元等用於對玻璃振膜(顯示面板)101提供聲音訊號、影像訊號等。
圖3顯示操作一具有如圖1所示的發聲裝置100之功能方塊圖，3所示的發聲裝置包括，致動元件(致動器或激勵器)205和顯示面板206，顯示面板206包括LED、mini-LED、OLED等顯示面板，其包括：i)從顯示面板206輸出聲音的功能(聲音輸出功能)；ii)在顯示面板206顯示影像的功能(影像顯示功能)。
聲音/影像擷取裝置201包括聲音訊號輸出部201a，影像訊號輸出部201b和作為運行軟體的處理器201c。以一較佳實施例而言，聲音/影像擷取裝置201可以是整合聲音、影像訊號擷取功能的影音卡。
聲音/影像擷取裝置201的聲音訊號輸出部201a向數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)202輸出聲音訊號SSG1。聲音訊號輸出部分201a可以產生聲音訊號SSG1，或者可以從外部電子裝置獲得聲音訊號SSG1。
影像訊號輸出部201b將影像訊號VSG1輸出到顯示面板206。影像訊號輸出部201b可以生成影像訊號VSG1，或者可以從外部電子裝置獲得影像訊號VSG1。
數位訊號處理器202改變從圖2所示的發聲裝置輸出的聲音的品質。透過執行聲音訊號SSG1的各種類型的訊號處理，可以實現如圖2所示的訊號處理。例如，數位訊號處理器202包括改變聲音訊號的頻率特性的等化器(equalizer)功能。數位訊號處理器202透過對聲音訊號SSG1執行各種類型的訊號處理，將聲音訊號SSG1轉換為聲音訊號SSG2，然後將聲音訊號SSG2輸出至驅動電路203。
驅動電路203包括數位/類比(D/A)轉換器和放大器。驅動電路203的D/A轉換器將作為數位訊號的聲音訊號SSG2轉換為類比訊號。與該實施例不同，可以將D/A轉換器提供給數位訊號處理器202，驅動電路203可以接收作為類比訊號的聲音訊號SSG2。驅動電路203的放大器放大由D/A轉換器生成的類比訊號以生成驅動訊號SSG3，然後將驅動訊號SSG3輸出至致動元件205。以一實施例而言，致動元件205包含如圖1所示的平面音圈103以及與其電磁耦合的磁鐵組件105。
圖4顯示如何製作次毫米發光二極體/有機發光二極體(mini-LED/OLED)整合玻璃振膜之發聲裝置的流程圖。主動發聲裝置100(圖1)是以顯示面板的玻璃基板作為震動體(玻璃振膜)，這裡以mini-LED或是OLED為例闡述如何整合以及製作整合玻璃振膜之發聲裝置。以一實施例而言，首先提供一玻璃基板(步驟S301)，利用雷射蝕刻技術於玻璃基板上預定之非顯示區域(通常位於外緣)形成複數個通孔(步驟S303)，接著利用黃光微影以及鍍膜製程形成mini-LED或是OLED陣列之顯示面板於玻璃基板的一第一表面上(步驟S305)，然後於玻璃基板的第二表面(於第一表面之相反測)利用黃光微影製程以及鍍膜方式製作平面音圈(步驟S307)，設置磁鐵組件於平面音圈下方一固定間距用於形成磁場(步驟S309)，並以異方性導電膠膜(anisotropic conducting film,ACF)透過上述位於玻璃基板非顯示區域的複數個通孔接合軟性電路板，使位於硬式電路板上之微處理器以及其他諸如D/A轉換器、數位訊號處理器等組件與顯示面板電連接以提供聲音訊號、影像訊號等(步驟S311)。
以上製作流程係以玻璃基板為例子，以本發明之精神而言，可以製作mini-LED或是OLED的其他類似玻璃的透明基板，例如，藍寶石(sapphire)基板亦可以於其上以類似於步驟S303、S305、S307、S309、以及S311製作整合透明基板振膜之發聲裝置。
圖5(A)顯示整合至平面顯示器的主動發聲裝置100中mini LED/OLED整合至玻璃振膜的結構側視圖。類似於前面所提，主動發聲裝置100 是以顯示面板101的玻璃基板作為震動體(玻璃振膜)，並於顯示面板101非顯示/發光的一側之玻璃表面上利用黃光微影製程以及鍍膜方式製作平面音圈103，於玻璃振膜(顯示面板)101下方則設置磁鐵組件105用於形成磁場。以一實施例而言，玻璃振膜(顯示面板)101是透過橡膠懸邊111密合於框體120上形成一氣密空間於框體123內部，磁鐵組件105可以設置於一載板121上，載板121則利用複數個支撐柱122固定於框體123。
圖5(A)中的虛線圓框放大部分顯示mini LED/OLED整合至玻璃振膜的結構側視圖。如圖4的相關敘述所提，一玻璃基板10預先以雷射深蝕刻(deep etch)方式製作複數個通孔137於預定之非顯示區域(通常位於外緣)，接著利用黃光微影以及鍍膜製程形成mini-LED或是OLED陣列以及觸控陣列之顯示面板於玻璃基板的第一表面10a上，然後利用黃光微影製程以及鍍膜方式製作平面音圈103於玻璃基板的第二表面10b上，並以異方性導電膠膜透過上述位於玻璃基板非顯示區域的複數個通孔137接合軟性電路板(flexible printed circuit,FPC)125。平面音圈103亦電性整合至軟性電路板125，使得位於硬式電路板126上之微處理器127以及其他諸如D/A轉換器、數位訊號處理器、聲音訊號輸出、影像訊號輸出等組件與顯示面板電連接以對其提供聲音訊號、影像訊號等。
為了能即時回饋玻璃振膜(顯示面板)101中的震動訊號，圖5(B)所顯示，於玻璃振膜(顯示面板)101上與mini-LED或是OLED陣列相同側設置一加速度感測裝置(G-sensor)，用於偵測玻璃振膜的振動訊號SG0。振動訊號SG0反饋回驅動電路中的智能放大器140，智能放大器140放大振動訊號，並藉以激勵玻璃 振膜上的平面音圈103。因此，藉由設置於玻璃振膜的加速度感測裝置(G-sensor)、驅動電路中的智能放大器140、以及玻璃振膜上的平面音圈103所形成的反饋迴路，可以有效地放大及調整發聲裝置的聲音輸出，進而優化輸出的音質。
而目前市面上亦提供有圓形次毫米發光二極體/有機發光二極體(mini-LED/OLED)顯示器應用於電動車上。基於相同概念，本發明所提出之設置整合至平面顯示器的主動發聲裝置中mini LED/OLED整合至玻璃振膜，其顯示螢幕具有圓形外觀，位於玻璃基板的第二表面上則以黃光微影製程以及鍍膜方式製作的具有同心圓或跑道形狀的平面音圈，而玻璃振膜下方的磁鐵組件，則可以以環形配置用於形成磁場。
這裡要強調的是，於圖1以及圖2中所描述的各種磁鐵組件的配置方式，其係以使平面音圈內部流動的電流與磁鐵組件生成的磁場正交的優化配置為考量，透過在平面音圈中流通交流電流，平面音圈產生遵從法拉第定律的力，在該力的作用下使得整合玻璃振膜之發聲裝置在垂直方向上振動，從而產生振動。
以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明及其效益進行詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明權利要求的範圍。
100:發聲裝置
101:玻璃振膜
103:平面音圈
105:磁鐵組件
105a:磁鐵單元
106:磁力線
F:作用力

Claims (10)

  1. 一種整合至平面顯示器之主動發聲裝置，包括：一玻璃振膜，具有第一表面，用於形成平面顯示器之發光陣列於其上；複數個平面音圈，設置於該玻璃振膜與該第一表面相反側的第二表面上；一橡膠懸邊及一框體，其中該玻璃振膜是透過該橡膠懸邊密合至該框體以形成氣密空間於該框體內；以及一磁鐵組件，設置於該複數個平面音圈下方，其中該複數個平面音圈電磁耦合該磁鐵組件，用以將由該複數個平面音圈所接收到的電訊號轉換為該玻璃振膜的振動訊號，使該平面顯示器發聲。
  2. 如請求項1所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之複數個平面音圈利用黃光微影製程以及鍍膜方式製作。
  3. 如請求項2所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之複數個平面音圈係以銀、氧化銦錫、氧化銦鋅、或氧化銦鎵鋅所製作的導電線路。
  4. 如請求項1所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之磁鐵組件包括複數個磁鐵單元，每個該磁鐵單元磁極的極性是以交錯方式排列。
  5. 如請求項1所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之磁鐵組件係設置於該框體內部的容置空間中。
  6. 如請求項1所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之發光陣列為毫米發光二極體陣列或是有機發光二極體陣列。
  7. 如請求項6所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之發光陣列係以異方性導電膠膜透過位於該玻璃振膜的複數個通孔接合軟性電路板與驅動電路電連接。
  8. 如請求項1所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，更包含一加速度感測裝置設置於上述玻璃振膜上用於偵測該玻璃振膜的振動訊號。
  9. 如請求項8所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之加速度感測裝置電連接至一驅動上述複數個平面音圈的驅動電路中的一放大器，該放大器放大震動訊號，並藉以激勵該玻璃振膜上的該平面音圈。
  10. 如請求項9所述的整合至平面顯示器之主動發聲裝置，其中上述之加速度感測裝置、該放大器、以及該玻璃振膜上的平面音圈形成一反饋迴路，用以放大及調整該發聲裝置的聲音輸出，進而優化輸出的音質。
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