使用壓電膜製造膜式揚聲器的方法及具有其的音響設備的製作方法
2023-05-02 00:43:01
專利名稱：使用壓電膜製造膜式揚聲器的方法及具有其的音響設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用壓電材料製造膜式揚聲器的方法和包括該膜式揚聲器的音響設備，更特別地，涉及一種通過增大壓電薄膜的表面附著力製造薄膜式揚聲器的方法以及僅包括該薄膜式揚聲器或者既包括該薄膜式揚聲器又包括普通揚聲器的音響設備。
背景技術：
揚聲器是一種用於產生聲音的裝置，由於必須採用揚聲器來發出聲音，所以它具有多種用途。也就是說，揚聲器是一種從玩具到電信設備以及音頻設備、安裝在建築物或者設施中內的廣播設備、電視機、收音機和電話的每種電器中所使用的必要部件。
傳統揚聲器包括成圓形纏繞的線圈和永磁體。當對成圓形纏繞的線圈施加電流時，在纏繞線圈與永磁體之間產生感應電動勢。感應電動勢使得附著在永磁體上的膜片震顫，由此振動空氣從而發出聲音。由於使用線圈和永磁體，這種傳統揚聲器的尺寸大，尤其是厚度大，所以其通常佔據很大空間。而且，用於音響系統的傳統揚聲器是固定的立方體或者圓筒形，並且重量上相對較重。因此，傳統揚聲器的設計受到限制，並且攜帶不便。此外，由於傳統揚聲器主要靠電運行，所以難於製造用於諸如MP3播放器或者CD播放器這種可攜式聲源的可攜式揚聲器。
近年來，已發展出一種薄如紙的薄膜式揚聲器，並且這種薄膜式揚聲器開始與各種領域結合而廣泛使用。膜式揚聲器是一種包括具有壓電特性的聚合物膜的揚聲器裝置，並且在該聚合物膜的兩個表面上沉積導電材料形成電極。通過生產工藝的幾個步驟製造使用陶瓷材料的傳統揚聲器。但是，通過在室溫將壓電聚合物膜的表面改變成具有親水性的表面並且無需進行複雜的形成工藝而在其上形成電極層，由此很容易地製造膜式揚聲器。通常，金屬或導電材料無法附著在具有親水性的聚合物膜的光滑表面上。因此，必須在通過使用等離子體的重成型技術使聚合物膜的兩個表面變粗糙之後，在聚合物膜上形成電極層。
在聲音方面，傳統動態揚聲器在高音調表現較弱，趨向於失真地傳送弦樂器的聲音或者語音。相反，膜式揚聲器在高音調表現優異，而在低音調方面較遜。因此，用戶在長時間聽從膜式揚聲器發出的聲音時會感到疲勞。此外，由於膜式揚聲器需要大量電壓，所以其必須採用適配器(直流電源設備)。
發明內容
技術問題因此，本發明針對一種能基本上消除由於現在技術的限制和缺陷造成的一個或多個問題的使用壓電膜製造膜式揚聲器的方法和具有該膜式揚聲器的音響設備。
本發明的一個目的是提供種在製造膜式揚聲器單元中提高壓電膜表面的附著性的方法。
本發明的另一目的是提供一種具有膜式揚聲器的音響設備，該音響設備結合放大器與膜式揚聲器單元，通過膜式揚聲器輸出音響設備發出的聲音。
本發明的又一目的是提供一種包括膜式揚聲器的音響設備，該音響設備通過結合膜式揚聲器的優異高頻性能與動態揚聲器的中低音域的強大再現力，能夠精確地產生寬頻帶頻率。
技術方案在製造膜式揚聲器時，在壓電膜的表面上不能容易地沉積電極材料。一種提高壓電膜表面的附著力的方法是使該表面變粗糙或者通過在真空狀態下向壓電膜輻射具有預定能級的離子來改變表面的化學結構。然後，通過使用諸如浸漬塗布、旋轉塗布、噴霧塗布、絲網印刷、真空沉積或者卷繞塗布的公知塗布技術，在壓電膜的重新成型後的表面上沉積電極材料。這種在壓電膜的兩個表面上形成電極的結構稱為膜式揚聲器單元。該膜式揚聲器單元與變壓器、放大器和電源連接，從而構造具有膜式揚聲器的音響設備。當對膜式揚聲器施加電信號時，壓電膜每秒振動超過數萬次，由此將電信號改變為聲音。
在另一實施例中，通過結合膜式揚聲器與傳統動態揚聲器，能夠構造一種用於補償每種揚聲器的缺陷的新型音響設備。詳細地說，具有膜式揚聲器和動態揚聲器的新型音響設備包括對低音域進行濾波的電容器，其與膜式揚聲器單元耦合；對高音域進行濾波的線圈，其與動態揚聲器耦合；以及變壓器和放大聲壓的放大器，他們與電容器和線圈連接。
具有膜式揚聲器的音響設備具有半永久性壽命，並且適用於各種產業領域，例如，照明、內飾、流行產業(fancy industry)、諸如海軍用的聲納檢測器的軍事設備等。
圖1是說明根據本發明用於壓電膜的表面重成型處理(surface reformingtreatment)的方法的視圖。
圖2是示出根據本發明的膜式揚聲器單元的透視圖。
圖3是示出根據本發明的包括金屬導線的膜式揚聲器單元的透視圖。
圖4是示出根據本發明具有膜式揚聲器的音響設備的示意圖。
圖5是示出根據本發明包括膜式揚聲器和動態揚聲器的音響設備的示意圖。
具體實施例方式
從結合附圖的下文詳細說明中能夠更加充分地理解本發明的更多目的和優點。
圖1是說明用於壓電膜的表面重成型處理的方法的視圖。為了製造膜式揚聲器，必須在壓電膜的兩個表面上沉積導電材料以形成電極。為了有助於在普通壓電膜的光滑表面上容易地沉積導電材料，必須通過使用諸如離子的粒子的表面重成型處理使壓電膜的表面變粗糙。
參考圖1，首先在真空室1中放置壓電膜4。壓電膜可以選自諸如聚偏二氟乙烯(下文稱為「PVDF」)及其衍生物的壓電聚合物、包括諸如HFP的添加劑的共混聚合物以及亞乙烯氟/三氟乙烯(下文稱為「VDF/TrFF」)。然後，在真空狀態下，向壓電膜的表面輻射從離子源2生成的預定能級的離子3。這裡，離子可以選自氧、氬、氮、氫、包含氧、氬、氮或氫的混合物以及其它混合氣體。所輻射的離子的能量範圍在約0.2keV至約1.5keV之間。離子束的電流密度在約0.01mA/cm2至約100mA/cm2之間。真空度在約0.05mTorr至約10mTorr。壓電膜與離子生成點之間的距離優選在約1cm至約50cm之間。在上述條件下，在壓電膜的表面上輻射離子，由此通過減小壓電膜表面的接觸角或者增大壓電膜表面的附著力來重新成型壓電膜的表面。
圖2是示出根據本發明的膜式揚聲器單元的透視圖。圖3是示出根據本發明的包括金屬導線的膜式揚聲器單元的透視圖。
參考圖2和圖3，在壓電膜的兩個表面上沉積導電材料以形成具有增大附著力的電極5。通過使用諸如浸漬塗布、旋轉塗布、噴霧塗布、絲網印刷、真空沉積或者卷繞方法的公知塗布技術塗布導電材料。用於形成電極的導電材料可以選自鉑、金、銀、銅、鉻、鎳、鋁、氧化銦錫(下文稱為「ITO」)、IGO、AGO、硫化合物或者其混合物。電極5可由包括上述導電材料或者混合物以及能夠增強導電性和附著性的特定溶液或者材料的混合物製成。
在另一實施例中，電極5可由導電聚合物代替金屬而形成。這裡，如圖3所示，當電極5由導電聚合物材料製成時，金屬導線9必須形成在每個電極5的一側，從而能夠將電信號有效地傳輸至電極5。通過執行上述工藝，完成包括壓電膜4和在壓電膜4的兩個表面上形成的電極5的膜式揚聲器單元1B。
圖4是示出根據本發明具有膜式揚聲器的音響設備的示意圖。參照圖4，用於放大電壓的變壓器42與膜式揚聲器單元1B連接。變壓器42與放大器43耦合，並且放大器43與音響設備連接。由放大器43將來自音響設備的電信號放大到預定電平。放大器43與諸如提供工作電源的電池或者適配器的電源單元44連接。在根據本發明具有膜式揚聲器的音響設備中，從音響設備產生的音頻信號通過放大器43放大到預定電平。放大後的音頻信號通過匹配變壓器42放大成預定電壓，然後施加給包括壓電膜和電極的膜式揚聲器單元1B。因此，膜式揚聲器單元1B的壓電膜振動以發出聲音。換句話說，在壓電膜在平穩傳輸至該壓電膜的電流的作用下以每秒數萬次細微振動時，膜式揚聲器發出聲音。此外，因為根據本發明的包括壓電膜的膜式揚聲器單元1B非常柔軟，並且能夠基於彎曲度控制聲音的音高和節奏，所以膜式揚聲器單元1B可以用作合成器。
圖5是示出根據本發明包括膜式揚聲器和動態揚聲器的音響設備的示意圖。參照圖5，除了圖4中音響設備包括膜式揚聲器單元1B、匹配變壓器52、放大器53和電源單元54的結構之外，在膜式揚聲器單元1B與匹配變壓器52之間連接用於對低音域進行濾波的電容器55。然後，在放大器53與匹配變壓器52之間設置用於中低音調的動態揚聲器57。在動態揚聲器57與放大器53之間安裝用於對動態揚聲器57的高音域進行濾波的線圈56。
因此，通過結合膜式揚聲器與動態揚聲器，能夠通過膜式揚聲器和動態揚聲器隨時隨地地公開享受從所有種類的可攜式音響系統發出的聲音。特別是，本發明的膜式揚聲器相比現存的動態揚聲器在中和高音域表現優異，所以根據本發明的膜式揚聲器可廣泛適用於語言教學領域。
上述實施例僅是示意性的，並不解釋為限制本發明。本發明還可以容易地應用於其它類型的裝置。本發明的說明旨在說明性的，並不限制權利要求書的範圍。一些替換、修改和變化對於本領域技術人員是明顯的。
工業應用因此，通過使用根據本發明具有膜式揚聲器的音響設備，能夠防止由於過度使用音響系統的耳機而導致的聽力異常現象，並且人們可以隨時隨地地享受從諸如MP3播放器的各種可攜式音響設備發出的聲音。
膜式揚聲器在中高頻率表現優異，因此可廣泛適用於語言教學領域。就其特性而言，膜式揚聲器根據彎曲度產生從低音調到高音調的所有聲音。由此，膜式揚聲器能夠使用在各種產業領域。
此外，可以在膜式揚聲器的電極上印刷各種顏色的設計和圖案。因此，通過將膜式揚聲器與傳統視覺廣告集成一起，能夠將諸如廣告畫、傳單、信紙、書、外加框廣告牌、懸掛布告、旗標等的傳統視覺廣告製成耳朵能夠聽到並且眼睛能夠看的視聽廣告。因此，能夠製造廣告效果好的多媒體廣告。此外，通過將膜式揚聲器應用在窗簾、照明設備或者內飾用品等，能夠實現無需揚聲器的無處不在的家庭音響系統。
權利要求
1.一種具有膜式揚聲器的音響設備，包括膜式揚聲器單元，包括壓電膜和形成在該壓電膜的兩個表面上的電極，其中，通過在真空狀態下執行使用具有預定能量的離子執行表面處理以增大附著力重新成型該壓電膜的兩個表面，並且通過在該壓電膜的兩個表面上沉積導電材料形成所述電極；匹配變壓器，與該膜式揚聲器單元連接；放大器，與該匹配變壓器連接；以及電源單元，為該放大器供電。
2.根據權利要求1所述的音響設備，其特徵在於，該壓電膜選自聚偏二氟乙烯及其衍生物、包括諸如HFP的添加劑的共混聚合物以及亞乙烯氟/三氟乙烯。
3.根據權利要求1所述的音響設備，其特徵在於，所述增大附著力的表面處理包括如下步驟將該壓電膜設置在真空狀態下，其中，真空度在約0.05mTorr至約10mTorr；以及向該壓電膜輻射離子，其中，所述離子的能級在約0.2keV至約1.5keV之間，並且離子束的電流密度在約0.01mA/cm2至約100mA/cm2之間。
4.根據權利要求3所述的音響設備，其特徵在於，所述離子選自氧、氬、氮、氫、包含氧、氬、氮或氫的混合物以及其它混合氣體。
5.根據權利要求3所述的音響設備，其特徵在於，該壓電膜位於距離離子生成點1cm至50cm之間的位置。
6.根據權利要求1所述的音響設備，其特徵在於，所述形成電極的導電材料選自鉑、金、銀、銅、鉻、鎳、鋁、氧化銦錫、IGO、AGO、硫化合物、以及包括鉑、金、銀、銅、鉻、鎳、鋁、氧化銦錫、IGO、AGO或者硫化合物的混合物以及包括上述導電材料或者混合物以及能夠增強導電性和附著性的特定溶液或者材料的混合物。
7.根據權利要求1所述的音響設備，其特徵在於，所述形成電極的導電材料是導電聚合物材料。
8.根據權利要求7所述的音響設備，其特徵在於，由該導電聚合物材料製成的所述電極還包括在每個電極的表面的一側上形成的金屬導線。
9.根據權利要求1所述的音響設備，其特徵在於，還包括電容器，位於該膜式揚聲器單元與該匹配變壓器之間，該電容器對低音域進行濾波；動態揚聲器，安裝在該放大器與該匹配變壓器之間；以及線圈，位於該放大器與該動態揚聲器之間，該線圈對高音域進行濾波。
全文摘要
本發明公開一種使用壓電材料製造膜式揚聲器的方法及具有該膜式揚聲器的音響設備。具有膜式揚聲器的音響設備包括膜式揚聲器單元、與該膜式揚聲器單元連接的匹配變壓器、與該匹配變壓器耦接的放大器以及為該放大器供電的電源單元。該膜式揚聲器單元包括壓電膜和形成在該壓電膜的兩個表面上的電極。通過在真空狀態下輻射具有預定能量的離子以增大附著力重新成型該壓電膜的表面。通過在該壓電膜的兩個表面上沉積導電材料而形成電極。該具有膜式揚聲器的音響設備還包括位於該膜式揚聲器單元與該匹配變壓器之間的電容器、安裝在該放大器與該匹配變壓器之間的動態揚聲器；以及位於該放大器與該動態揚聲器之間的線圈。
文檔編號H04R17/00GK1934898SQ200580006999
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月4日 優先權日2004年3月4日
發明者金哲雄 申請人:美來元素株式會社