专利名称：使用压电膜制造膜式扬声器的方法及具有其的音响设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用压电材料制造膜式扬声器的方法和包括该膜式扬声器的音响设备，更特别地，涉及一种通过增大压电薄膜的表面附着力制造薄膜式扬声器的方法以及仅包括该薄膜式扬声器或者既包括该薄膜式扬声器又包括普通扬声器的音响设备。
背景技术：
扬声器是一种用于产生声音的装置，由于必须采用扬声器来发出声音，所以它具有多种用途。也就是说，扬声器是一种从玩具到电信设备以及音频设备、安装在建筑物或者设施中内的广播设备、电视机、收音机和电话的每种电器中所使用的必要部件。
传统扬声器包括成圆形缠绕的线圈和永磁体。当对成圆形缠绕的线圈施加电流时，在缠绕线圈与永磁体之间产生感应电动势。感应电动势使得附着在永磁体上的膜片震颤，由此振动空气从而发出声音。由于使用线圈和永磁体，这种传统扬声器的尺寸大，尤其是厚度大，所以其通常占据很大空间。而且，用于音响系统的传统扬声器是固定的立方体或者圆筒形，并且重量上相对较重。因此，传统扬声器的设计受到限制，并且携带不便。此外，由于传统扬声器主要靠电运行，所以难于制造用于诸如MP3播放器或者CD播放器这种便携式声源的便携式扬声器。
近年来，已发展出一种薄如纸的薄膜式扬声器，并且这种薄膜式扬声器开始与各种领域结合而广泛使用。膜式扬声器是一种包括具有压电特性的聚合物膜的扬声器装置，并且在该聚合物膜的两个表面上沉积导电材料形成电极。通过生产工艺的几个步骤制造使用陶瓷材料的传统扬声器。但是，通过在室温将压电聚合物膜的表面改变成具有亲水性的表面并且无需进行复杂的形成工艺而在其上形成电极层，由此很容易地制造膜式扬声器。通常，金属或导电材料无法附着在具有亲水性的聚合物膜的光滑表面上。因此，必须在通过使用等离子体的重成型技术使聚合物膜的两个表面变粗糙之后，在聚合物膜上形成电极层。
在声音方面，传统动态扬声器在高音调表现较弱，趋向于失真地传送弦乐器的声音或者语音。相反，膜式扬声器在高音调表现优异，而在低音调方面较逊。因此，用户在长时间听从膜式扬声器发出的声音时会感到疲劳。此外，由于膜式扬声器需要大量电压，所以其必须采用适配器(直流电源设备)。
发明内容
技术问题因此，本发明针对一种能基本上消除由于现在技术的限制和缺陷造成的一个或多个问题的使用压电膜制造膜式扬声器的方法和具有该膜式扬声器的音响设备。
本发明的一个目的是提供种在制造膜式扬声器单元中提高压电膜表面的附着性的方法。
本发明的另一目的是提供一种具有膜式扬声器的音响设备，该音响设备结合放大器与膜式扬声器单元，通过膜式扬声器输出音响设备发出的声音。
本发明的又一目的是提供一种包括膜式扬声器的音响设备，该音响设备通过结合膜式扬声器的优异高频性能与动态扬声器的中低音域的强大再现力，能够精确地产生宽频带频率。
技术方案在制造膜式扬声器时，在压电膜的表面上不能容易地沉积电极材料。一种提高压电膜表面的附着力的方法是使该表面变粗糙或者通过在真空状态下向压电膜辐射具有预定能级的离子来改变表面的化学结构。然后，通过使用诸如浸渍涂布、旋转涂布、喷雾涂布、丝网印刷、真空沉积或者卷绕涂布的公知涂布技术，在压电膜的重新成型后的表面上沉积电极材料。这种在压电膜的两个表面上形成电极的结构称为膜式扬声器单元。该膜式扬声器单元与变压器、放大器和电源连接，从而构造具有膜式扬声器的音响设备。当对膜式扬声器施加电信号时，压电膜每秒振动超过数万次，由此将电信号改变为声音。
在另一实施例中，通过结合膜式扬声器与传统动态扬声器，能够构造一种用于补偿每种扬声器的缺陷的新型音响设备。详细地说，具有膜式扬声器和动态扬声器的新型音响设备包括对低音域进行滤波的电容器，其与膜式扬声器单元耦合；对高音域进行滤波的线圈，其与动态扬声器耦合；以及变压器和放大声压的放大器，他们与电容器和线圈连接。
具有膜式扬声器的音响设备具有半永久性寿命，并且适用于各种产业领域，例如，照明、内饰、流行产业(fancy industry)、诸如海军用的声纳检测器的军事设备等。
图1是说明根据本发明用于压电膜的表面重成型处理(surface reformingtreatment)的方法的视图。
图2是示出根据本发明的膜式扬声器单元的透视图。
图3是示出根据本发明的包括金属导线的膜式扬声器单元的透视图。
图4是示出根据本发明具有膜式扬声器的音响设备的示意图。
图5是示出根据本发明包括膜式扬声器和动态扬声器的音响设备的示意图。
具体实施例方式
从结合附图的下文详细说明中能够更加充分地理解本发明的更多目的和优点。
图1是说明用于压电膜的表面重成型处理的方法的视图。为了制造膜式扬声器，必须在压电膜的两个表面上沉积导电材料以形成电极。为了有助于在普通压电膜的光滑表面上容易地沉积导电材料，必须通过使用诸如离子的粒子的表面重成型处理使压电膜的表面变粗糙。
参考图1，首先在真空室1中放置压电膜4。压电膜可以选自诸如聚偏二氟乙烯(下文称为“PVDF”)及其衍生物的压电聚合物、包括诸如HFP的添加剂的共混聚合物以及亚乙烯氟/三氟乙烯(下文称为“VDF/TrFF”)。然后，在真空状态下，向压电膜的表面辐射从离子源2生成的预定能级的离子3。这里，离子可以选自氧、氩、氮、氢、包含氧、氩、氮或氢的混合物以及其它混合气体。所辐射的离子的能量范围在约0.2keV至约1.5keV之间。离子束的电流密度在约0.01mA/cm2至约100mA/cm2之间。真空度在约0.05mTorr至约10mTorr。压电膜与离子生成点之间的距离优选在约1cm至约50cm之间。在上述条件下，在压电膜的表面上辐射离子，由此通过减小压电膜表面的接触角或者增大压电膜表面的附着力来重新成型压电膜的表面。
图2是示出根据本发明的膜式扬声器单元的透视图。图3是示出根据本发明的包括金属导线的膜式扬声器单元的透视图。
参考图2和图3，在压电膜的两个表面上沉积导电材料以形成具有增大附着力的电极5。通过使用诸如浸渍涂布、旋转涂布、喷雾涂布、丝网印刷、真空沉积或者卷绕方法的公知涂布技术涂布导电材料。用于形成电极的导电材料可以选自铂、金、银、铜、铬、镍、铝、氧化铟锡(下文称为“ITO”)、IGO、AGO、硫化合物或者其混合物。电极5可由包括上述导电材料或者混合物以及能够增强导电性和附着性的特定溶液或者材料的混合物制成。
在另一实施例中，电极5可由导电聚合物代替金属而形成。这里，如图3所示，当电极5由导电聚合物材料制成时，金属导线9必须形成在每个电极5的一侧，从而能够将电信号有效地传输至电极5。通过执行上述工艺，完成包括压电膜4和在压电膜4的两个表面上形成的电极5的膜式扬声器单元1B。
图4是示出根据本发明具有膜式扬声器的音响设备的示意图。参照图4，用于放大电压的变压器42与膜式扬声器单元1B连接。变压器42与放大器43耦合，并且放大器43与音响设备连接。由放大器43将来自音响设备的电信号放大到预定电平。放大器43与诸如提供工作电源的电池或者适配器的电源单元44连接。在根据本发明具有膜式扬声器的音响设备中，从音响设备产生的音频信号通过放大器43放大到预定电平。放大后的音频信号通过匹配变压器42放大成预定电压，然后施加给包括压电膜和电极的膜式扬声器单元1B。因此，膜式扬声器单元1B的压电膜振动以发出声音。换句话说，在压电膜在平稳传输至该压电膜的电流的作用下以每秒数万次细微振动时，膜式扬声器发出声音。此外，因为根据本发明的包括压电膜的膜式扬声器单元1B非常柔软，并且能够基于弯曲度控制声音的音高和节奏，所以膜式扬声器单元1B可以用作合成器。
图5是示出根据本发明包括膜式扬声器和动态扬声器的音响设备的示意图。参照图5，除了图4中音响设备包括膜式扬声器单元1B、匹配变压器52、放大器53和电源单元54的结构之外，在膜式扬声器单元1B与匹配变压器52之间连接用于对低音域进行滤波的电容器55。然后，在放大器53与匹配变压器52之间设置用于中低音调的动态扬声器57。在动态扬声器57与放大器53之间安装用于对动态扬声器57的高音域进行滤波的线圈56。
因此，通过结合膜式扬声器与动态扬声器，能够通过膜式扬声器和动态扬声器随时随地地公开享受从所有种类的便携式音响系统发出的声音。特别是，本发明的膜式扬声器相比现存的动态扬声器在中和高音域表现优异，所以根据本发明的膜式扬声器可广泛适用于语言教学领域。
上述实施例仅是示意性的，并不解释为限制本发明。本发明还可以容易地应用于其它类型的装置。本发明的说明旨在说明性的，并不限制权利要求书的范围。一些替换、修改和变化对于本领域技术人员是明显的。
工业应用因此，通过使用根据本发明具有膜式扬声器的音响设备，能够防止由于过度使用音响系统的耳机而导致的听力异常现象，并且人们可以随时随地地享受从诸如MP3播放器的各种便携式音响设备发出的声音。
膜式扬声器在中高频率表现优异，因此可广泛适用于语言教学领域。就其特性而言，膜式扬声器根据弯曲度产生从低音调到高音调的所有声音。由此，膜式扬声器能够使用在各种产业领域。
此外，可以在膜式扬声器的电极上印刷各种颜色的设计和图案。因此，通过将膜式扬声器与传统视觉广告集成一起，能够将诸如广告画、传单、信纸、书、外加框广告牌、悬挂布告、旗标等的传统视觉广告制成耳朵能够听到并且眼睛能够看的视听广告。因此，能够制造广告效果好的多媒体广告。此外，通过将膜式扬声器应用在窗帘、照明设备或者内饰用品等，能够实现无需扬声器的无处不在的家庭音响系统。
权利要求
1.一种具有膜式扬声器的音响设备，包括膜式扬声器单元，包括压电膜和形成在该压电膜的两个表面上的电极，其中，通过在真空状态下执行使用具有预定能量的离子执行表面处理以增大附着力重新成型该压电膜的两个表面，并且通过在该压电膜的两个表面上沉积导电材料形成所述电极；匹配变压器，与该膜式扬声器单元连接；放大器，与该匹配变压器连接；以及电源单元，为该放大器供电。
2.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，该压电膜选自聚偏二氟乙烯及其衍生物、包括诸如HFP的添加剂的共混聚合物以及亚乙烯氟/三氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，所述增大附着力的表面处理包括如下步骤将该压电膜设置在真空状态下，其中，真空度在约0.05mTorr至约10mTorr；以及向该压电膜辐射离子，其中，所述离子的能级在约0.2keV至约1.5keV之间，并且离子束的电流密度在约0.01mA/cm2至约100mA/cm2之间。
4.根据权利要求3所述的音响设备，其特征在于，所述离子选自氧、氩、氮、氢、包含氧、氩、氮或氢的混合物以及其它混合气体。
5.根据权利要求3所述的音响设备，其特征在于，该压电膜位于距离离子生成点1cm至50cm之间的位置。
6.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，所述形成电极的导电材料选自铂、金、银、铜、铬、镍、铝、氧化铟锡、IGO、AGO、硫化合物、以及包括铂、金、银、铜、铬、镍、铝、氧化铟锡、IGO、AGO或者硫化合物的混合物以及包括上述导电材料或者混合物以及能够增强导电性和附着性的特定溶液或者材料的混合物。
7.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，所述形成电极的导电材料是导电聚合物材料。
8.根据权利要求7所述的音响设备，其特征在于，由该导电聚合物材料制成的所述电极还包括在每个电极的表面的一侧上形成的金属导线。
9.根据权利要求1所述的音响设备，其特征在于，还包括电容器，位于该膜式扬声器单元与该匹配变压器之间，该电容器对低音域进行滤波；动态扬声器，安装在该放大器与该匹配变压器之间；以及线圈，位于该放大器与该动态扬声器之间，该线圈对高音域进行滤波。
全文摘要
本发明公开一种使用压电材料制造膜式扬声器的方法及具有该膜式扬声器的音响设备。具有膜式扬声器的音响设备包括膜式扬声器单元、与该膜式扬声器单元连接的匹配变压器、与该匹配变压器耦接的放大器以及为该放大器供电的电源单元。该膜式扬声器单元包括压电膜和形成在该压电膜的两个表面上的电极。通过在真空状态下辐射具有预定能量的离子以增大附着力重新成型该压电膜的表面。通过在该压电膜的两个表面上沉积导电材料而形成电极。该具有膜式扬声器的音响设备还包括位于该膜式扬声器单元与该匹配变压器之间的电容器、安装在该放大器与该匹配变压器之间的动态扬声器；以及位于该放大器与该动态扬声器之间的线圈。
文档编号H04R17/00GK1934898SQ200580006999
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月4日 优先权日2004年3月4日
发明者金哲雄 申请人:美来元素株式会社