專利名稱：聲能轉換器及其驅動方法
技術領域：
本公開涉及聲能轉換器(acoustic transducer)及其驅動方法。該聲能轉換器可以在寬帶頻率譜中具有均勻的響應特性。
背景技術：
在過去的幾十年，已經對使用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術的聲能轉換器開展了研究。 由于其相對不復雜和薄的結構，聲能轉換器能夠被廣泛地用作微揚聲器或微接收器，用于個人語音通訊和數據通訊終端。關于超聲圖像分析裝置，改善圖像的質量并制造超緊湊的傳感器是重要的。由于微加工超聲傳感器(MUT)能夠通過可用于處理半導體的工藝來制造，所以MUT可以集成到電子電路中。MUT還具有寬頻帶的特性。因而，MUT使采用壓電陶瓷或壓電聚合物制造的傳統(tǒng)超聲傳感器能夠進行高分辨率的超聲成像和3D成像。使用MEMS技術的壓電聲能轉換器利用壓電效應來產生聲波，并包括將外部施加的電信號轉換成機械振動能的壓電驅動單元。壓電驅動單元可以包括壓電器件，該壓電器件包括基板、設置在基板上的膜以及設置在形成在膜上的第一電極與第二電極之間的壓電層。當交流電壓施加到壓電器件時，壓電層變形。壓電層的變形可以引起膜上的振動，由此能夠產生聲波。利用MEMS技術的靜電聲能轉換器包括驅動單元，該驅動單元可以包括形成在基板上的第一電極、與第一電極分離的膜以及設置在膜上的第二電極。當電壓施加在第一電極和第二電極之間時，產生靜電力。因而，膜振動，由此產生聲波。當聲波到達膜時，在第一電極和第二電極之間的靜電容量改變，因此產生電信號。包括單個驅動單元的聲能轉換器在獲得寬頻帶的頻率響應特性上存在限制，因為在特定頻率范圍內的響應特性基于驅動單元的材料和形狀來確定。在包括具有相同的頻率響應特性的多個驅動單元的聲能轉換器中，因為相同的頻率響應特性疊加所以在獲得寬頻帶的頻率響應特性上也存在限制，，因此聲壓僅在特定的頻率范圍內增大。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了可在寬頻帶的范圍內具有均勻的頻率響應特性的聲能轉換器及其驅動方法。其它的方面將在以下的描述中部分地闡述，并將部分地從該描述而顯然，或者可以通過實踐給出的實施例而習知。根據本發(fā)明的方面，一種聲能轉換器包括設置在基板上的多個驅動單元組，其中多個驅動單元組包括第一驅動單元組和第二驅動單元組，其中第一驅動單元組和第二驅動單元組的每個包括至少一個電極，并且其中第一驅動單元組以第一相位驅動，第二驅動單元組以第二相位驅動，第一相位和第二相位彼此不同。第一驅動單元組可以具有在第一頻率區(qū)域中的頻率響應特性，第二驅動單元組可以具有在第二頻率區(qū)域中的頻率響應特性，第一頻率區(qū)域可以不同于第二頻率區(qū)域。第一頻率區(qū)域和第二頻率區(qū)域可以彼此相鄰。第一相位和第二相位可以彼此相反。
至少一個膜可以設置在基板與多個驅動單元組之間。第一驅動單元組可以包括至少一個第一電極和至少一個第二電極，第二驅動單元組可以包括至少一個第一電極和至少一個第二電極。第一驅動單元組的第二電極和第二驅動單元組的第一電極可以通過第一布線彼此電連接，第一驅動單元組的第一電極和第二驅動單元組的第二電極可以通過第二布線彼此電連接。第一布線可以連接到AC電源的一端， 第二布線可以連接到AC電源的另一端。 聲能轉換器可以包括反相電路。反相電路可以連接到第一驅動單元組的第一和第二電極之一，反相電路可以連接到第二驅動單元組的第一和第二電極之一。第一驅動單元組的第二電極和第二驅動單元組的第二電極可以被集成以形成公共電極。聲能轉換器可以包括連接到電源的一端的反相電路。第一驅動單元組的第一電極和第二驅動單元組的第一電極之一可以連接到反相電路。第一驅動單元組可以包括至少一個第一壓電驅動單元，第二驅動單元組可以包括至少一個第二壓電驅動單元。第一和第二壓電驅動單元可以提供在單個平面上。第一和第二壓電驅動單元可以位于設置在基板上的膜上。第一壓電驅動單元和第二壓電驅動單元的每個可以包括設置在第一電極與第二電極之間的壓電層。第一壓電驅動單元和第二壓電驅動單元可以在尺寸和形狀的至少之一上不同。第一壓電驅動單元可以包括第一質量體 (mass body)，第二壓電驅動單元可以包括第二質量體，第一質量體和第二質量體可以具有不同的重量。第一驅動單元組可以包括至少一個第一靜電驅動單元，第二驅動單元組可以包括至少一個第二靜電驅動單元。第一靜電驅動單元可以包括在膜上的第一電極和在基板上的第二電極，第二靜電驅動單元可以包括在膜上的第一電極和在基板上的第二電極。第一靜電驅動單元的第二電極和第二靜電驅動單元的第一電極可以通過第一布線彼此電連接，該第一布線連接到電源的一端；第一靜電驅動單元的第一電極和第二靜電驅動單元的第二電極可以通過第二布線彼此電連接，該第二布線連接到電源的另一端。第一靜電驅動單元的第二電極和第二靜電驅動單元的第二電極可以被集成以形成基板上的公共電極，第一靜電驅動單元的第一電極和第二靜電驅動單元的第一電極之一可以連接到反相電路。第一驅動單元組中驅動單元的數目可以不同于第二驅動單元組中驅動單元的數目。根據本發(fā)明的另一方面，一種聲能轉換器包括設置在基板上的多個驅動單元組， 其中多個驅動單元組包括第一驅動單元組、第二驅動單元組和第三驅動單元組，其中第一驅動單元組、第二驅動單元組和第三驅動單元組的每個包括至少一個電極，并且其中第一驅動單元組和第三驅動單元組以第一相位驅動，第二驅動單元組以第二相位驅動，第一相位和第二相位彼此不同。第一驅動單元組可以具有在第一頻率區(qū)域中的頻率響應特性，第二驅動單元組可以具有在第二頻率區(qū)域中的頻率響應特性，第三驅動單元組可以具有在第三頻率區(qū)域中的頻率響應特性，第一、第二和第三頻率區(qū)域可以彼此不同。第一相位和第二相位可以彼此相反。根據本發(fā)明的另一方面，提供一種驅動聲能轉換器的方法，該聲能轉換器包括多個驅動單元組，該多個驅動單元組包括第一驅動單元組和第二驅動單元組，第一驅動單元組和第二驅動單元組的每個包括至少一個電極，所述方法包括以第一相位驅動第一驅動單元組；以第二相位驅動所述第二驅動單元組，其中第一相位和第二相位彼此不同。


從以下結合附圖對實施例的描述，這些和/或其它的方面將變得明顯且更易于理解，附圖中圖I是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的平面圖；圖2是沿圖I的線11-11’截取的截面圖；圖3示出在同相驅動和反相驅動中的頻率響應特性，其中在同相驅動中以相同的相位驅動在不同的頻率范圍內具有頻率響應特性的三個驅動單元，在反相驅動中以相反的相位驅動三個驅動單元之一；圖4是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的平面圖；圖5是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的截面圖；圖6是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的截面圖；以及圖7是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的截面圖。
具體實施例方式現在將詳細參照實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中相似的附圖標記始終指代相似的元件。在附圖中，為了清晰，每個元件的尺寸或厚度被夸大。在這點上，本發(fā)明的實施例可以具有不同的形式而不應被理解為這里給出的描述。因而，通過參照附圖以下僅描述了實施例，用于解釋本描述的方面。圖I是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的平面圖。圖2是沿圖I的線 11-11’截取的截面圖。參照圖I和圖2，根據本示范性實施例的聲能轉換器包括具有不同頻率響應特性的多個驅動單元組10、20和30。驅動單元組10、20和30中的至少一個以與其它驅動單元組不同的相位驅動。例如，驅動單元組20可以以與驅動單元組10和30不同的相位驅動。 本示范性實施例的聲能轉換器可以是壓電聲能轉換器。具體地，聲能轉換器可以包括在不同頻率范圍內具有頻率響應特性的第一、第二和第三驅動單元組10、20和30。例如，第一驅動單元組10可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二驅動單元組20可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三驅動單元組30可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。圖I中示出的第一、第二和第三驅動單元組10、20和30的布置是示例。第一、第二和第三驅動單元組10、20和30可以以包括圖I中示出的布置的各種方式來布置。圖I中示出的聲能轉換器包括三個驅動單元組10、20和30，但是聲能轉換器中驅動單元組的數目可以不限于三個。作為示例，聲能轉換器可以包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的兩個、四個或更多驅動單元組。第一、第二和第三驅動單元組10、20和30可以提供在單個平面上。第一驅動單元組10可以包括至少一個第一壓電驅動單元110。第二驅動單元組20可以包括至少一個第二壓電驅動單元120。第三驅動單元組30可以包括至少一個第三壓電驅動單元130。第一、 第二和第三壓電驅動單元110、120和130可以提供在單個基板101上。作為示例，基板101
8可以是硅基板。然而，在本發(fā)明的本實施例中的基板101不限于硅基板，基板101可以由各種材料形成。參照圖1，第一、第二和第三驅動單元組10、20和30的每個包括兩個壓電驅動單元。(也就是，第一驅動單元組10包括兩個第一壓電驅動單元110，第二驅動單元組20 包括兩個第二壓電驅動單元120，第三驅動單元組30包括兩個第三壓電驅動單元130)。然而，在每個驅動單元組中的壓電驅動單元的數目可以不同于兩個，第一、第二和第三驅動單元組可以具有不同數目的驅動單元。例如，第一、第二和第三驅動單元組10、20和30可以分別包括一個、三個或多于三個的第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和130。圖I中示出的第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和130的布置僅是示例，因此第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和130可以以除了圖I中示出的布置之外的各種方式來布置。參照圖2，第一壓電驅動單元110可以包括形成在基板101上的膜102和提供在膜 102上的第一壓電器件111。第一壓電器件111可以包括順序地設置在膜102上的第一電極112、第一壓電層113和第二電極114。第二壓電驅動單元120可以包括膜102和提供在膜102上的第二壓電器件121。第二壓電器件121可以包括順序地設置在膜102上的第一電極122、第二壓電層123和第二電極124。第三壓電驅動單元130可以包括膜102和提供在膜102上的第三壓電器件131。第三壓電器件131可以包括順序地設置在膜102上的第一電極132、第三壓電層133和第二電極134。第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和130可以具有不同的尺寸從而具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性。具體地，第一壓電驅動單元110可以具有大于第二和第三壓電驅動單元120和130的尺寸。第一壓電驅動單元110可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二壓電驅動單元120的尺寸可以小于第一壓電驅動單元110的尺寸，但是大于第三壓電驅動單元130的尺寸。第二壓電驅動單元120可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三壓電驅動單元130的尺寸可以小于第二壓電驅動單元120的尺寸，第三壓電驅動單元130可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。根據本發(fā)明的示范性實施例，第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和130中的至少一個可以以不同于其它驅動組的相位來驅動。例如，第二壓電驅動單元120可以以不同于第一和第三壓電驅動單元110和130的相位來驅動。具體地，在彼此相鄰的頻率范圍內具有頻率響應特性的壓電驅動單元可以以相反的相位來驅動。因而，第一和第三壓電驅動單元110和130以相同的相位驅動，而第二壓電驅動單元120可以以與第一和第三壓電驅動單元110和130相反的相位來驅動。根據圖I和圖2中示出的布線構造，第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和 130可以用單個AC電源190來驅動。例如，第一和第三壓電驅動單元110和130的第二電極114和134可以通過第一布線151彼此電連接，第一布線151連接到AC電源190的一端。 在第二壓電驅動單元120中，第一電極122可以通過第一布線151電連接到第一和第三壓電驅動單元110和130的第二電極114和134。因而，第一壓電驅動單元110的第二電極 114、第二壓電驅動單元120的第一電極122以及第三壓電驅動單元130的第二電極134可以通過第一布線151彼此電連接。第一和第三壓電驅動單元110和130的第一電極112和 132以及第二壓電驅動單元120的第二電極124通過連接到AC電源190的另一端的第二布線152而彼此電連接，這也是可以的。當電極114、122和134通過第一布線151彼此電連接時，第一壓電驅動單元110的第一電極112、第二壓電驅動單元120的第二電極124和第三壓電驅動單元130的第一電極132通過第二布線152彼此電連接。當電壓從AC電源 190施加到聲能轉換器時，第一和第三壓電驅動單元110和130可以以相同的相位驅動，而第二壓電驅動單元120可以以與第一和第三壓電驅動單元110和130相反的相位來驅動。 或者，第一、第二和第三壓電驅動單元110、120和130可以通過分離的電源來驅動。在壓電驅動單元(例如，第一壓電驅動單元110)中，壓電驅動單元的膜(例如，膜 102)的修改相位和輸出聲壓的相位可以在壓電驅動單元(例如，第一壓電驅動單元110)的共振頻率之前和之后的頻率處不同。因此，當具有在彼此相鄰的頻率范圍內的頻率響應特性的第一和第二壓電驅動單元110和120以相同的相位驅動時，可能發(fā)生總輸出聲壓顯著降低的下降現象(dip phenomenon)。在低于第一壓電驅動單元110的共振頻率的頻率處, 由第一壓電驅動單元110產生的輸出聲壓的相位與由第二壓電驅動單元120產生的輸出聲壓的相位相同，因此總的輸出聲壓增加。然而，在高于第一壓電驅動單元110的共振頻率的頻率處，由第一壓電驅動單元110產生的輸出聲壓的相位可以不同并且變得相反，在高于第一壓電驅動單元110的共振頻率的頻率處，由第一壓電驅動單元110產生的輸出聲壓的相位與第二壓電驅動單元120產生的輸出聲壓的相位相反。因而，由第一壓電驅動單元110 產生的輸出聲壓和由第二壓電驅動單兀120產生的輸出聲壓彼此抵消，從而會發(fā)生總的輸出聲壓降低的下降現象。在本發(fā)明的示范性實施例中，第二壓電驅動單元120以與第一壓電驅動單元110 相反的相位驅動從而解決以上問題。當第二壓電驅動單元120以相反的相位驅動時，由第一壓電驅動單元110產生的輸出聲壓和由第二壓電驅動單元120產生的輸出聲壓可以在高于第一壓電驅動單元110的共振頻率的頻率處彼此積極地(constructively)互相干擾，因此可以獲得從第一頻率范圍到第二頻率范圍的相對均勻的頻率響應特性。在低于第一壓電驅動單元110的共振頻率的頻率處，由第一壓電驅動單元110產生的輸出聲壓的相位和由第二壓電驅動單元120產生的輸出聲壓的相位彼此相反。然而， 由于由第一壓電驅動單元110產生的輸出聲壓比由第二壓電驅動單元120產生的輸出聲壓大得多，所以相對均勻的頻率響應特性可以在低于第一壓電驅動單元110的共振頻率的頻率處獲得。圖3示出在同相驅動和反相驅動中關于聲能轉換器的頻率的輸出聲壓。根據本發(fā)明的示范性實施例，三個(也就是，第一、第二和第三)壓電驅動單元可以分別在彼此不同的第一、第二和第三頻率范圍內具有頻率響應特性。在同相驅動中，三個壓電驅動單元以相同的相位驅動。相反，在反相驅動中，三個壓電驅動單元之一(例如，具有在第二頻率范圍內的頻率特性的第二壓電驅動單元)以與其它(也就是，第一和第三)壓電驅動單元相反的相位驅動。參照圖3，在同相驅動中，總的輸出聲壓會減小，因為下降現象可以在第一頻率范圍與第二頻率范圍之間以及第二頻率范圍與第三頻率范圍之間觀察到。然而，在反相驅動中，可以看到，相對均勻的頻率響應特性可以在從第一壓電驅動單元的第一頻率范圍到第三壓電驅動單元的第三頻率范圍的整個頻率范圍上獲得，如圖3所示。根據圖I和圖2中示出的示范性實施例，第一、第二和第三壓電驅動單元110、120 和130可以具有不同的尺寸并且提供在不同的頻率范圍內的頻率響應特性。然而，通過使用各種方法中的任意一種可以獲得具有不同頻率范圍內的頻率響應特性的壓電驅動單元。
圖4是示出根據本發(fā)明實施例的聲能轉換器的平面圖。以下的描述將集中在本示范性實施例與前述示范性實施例不同的技術特征上。參照圖4，根據本實施例的聲能轉換器可以包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的第一、第二和第三驅動單元組10’、20’和30’。例如，第一驅動單元組10’可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二驅動單元組20’可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三驅動單元組30’可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。第一和第三驅動單元組10’和30’可以以相同的相位驅動，第二驅動單元組20’以與第一和第三驅動單元組10’和30’相反的相位來驅動，如圖I的示范性實施例所述。第一、第二和第三驅動單元組10’、20’和30’可以以各種方式布置。聲能轉換器中的驅動單元組的數目也可以改變。第一驅動單元組10’可以包括至少一個第一壓電驅動單元110’。第二驅動單元組 20’可以包括至少一個第二壓電驅動單元120’。第三驅動單元組30’可以包括至少一個第三壓電驅動單元130’。第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’和130’可以提供在單個基板(未示出)上。參照圖4，膜102’可以形成在基板上。第一、第二和第三壓電驅動單元 110’、120’和130’可以具有相似的尺寸，如圖4所示，但是第一、第二和第三壓電驅動單元 110’、120’和130’的形狀可以彼此不同。因此，第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’ 和130’的每個可以提供在不同頻率范圍內的頻率響應特性。例如，第一壓電驅動單元110’ 可以具有矩形形狀，第二壓電驅動單元120’可以具有圓形形狀，第三壓電驅動單元130’可以具有三角形形狀。以上構造僅是示例，因此第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’和 130’可以具有各種不同的形狀。根據本發(fā)明的示范性實施例，在相應的第一、第二和第三驅動單元組10’、20’和 30’中的第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’和130’的數目可以被不同地改變。圖 4中示出的第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’和130’的布置可以以各種方式修改。 由于第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’和130’的結構與圖2中示出的示范性實施例的那些相同，所以這里將省略其詳細描述。參照圖4，第一、第二和第三壓電驅動單元 110’、120’和130’具有相同(或基本相似)的尺寸，但是不同的形狀。然而，第一、第二和第三壓電驅動單元110’、120’和130’可以具有不同的形狀和不同的尺寸，這也是可以的。圖5是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的截面圖。以下的描述將集中在本示范性實施例與前述示范性實施例不同的技術特征上。參照圖5，根據本實施例的聲能轉換器可以包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的第一、第二和第三驅動單元組。例如，第一驅動單元組可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二驅動單元組可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三驅動單元組可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。第一和第三驅動單元組以相同的相位驅動，第二驅動單元組以與第一和第三驅動單元組不同的相位驅動。例如，第二驅動單元組的相位可以與第一和第二驅動單元組的相位相反。第一、第二和第三驅動單元組可以以各種方式布置。在本實施例的聲能轉換器中的驅動單元組的數目也可以改變。第一驅動單元組可以包括至少一個第一壓電驅動單元210。第二驅動單元組可以包括至少一個第二壓電驅動單元220。第三驅動單元組可以包括至少一個第三壓電驅動單元230。第一、第二和第三壓電驅動單元210、220和230可以提供在單個基板201上。參照圖5，第一、第二和第三壓電驅動單元210、220和230可以具有基本相同的尺寸。然而，第一、第二和第三壓電驅動單元210、220和230可以包括具有不同重量的質量體241、242和 243，因此第一、第二和第三壓電驅動單元210、220和230可以提供在不同頻率范圍內的頻率響應特性。具體地，第一壓電驅動單元210可以包括形成在基板201上的膜202。第一壓電器件211可以提供在膜202的上表面上，第一質量體241可以提供在膜202的下表面上。第二壓電驅動單元220可以包括膜202，第二壓電器件221可以提供在膜202的上表面上，第二質量體242可以提供在膜202的下表面上。第三壓電驅動單元230可以包括膜202，第三壓電器件231可以提供在膜202的上表面上，第三質量體243可以提供在膜202的下表面上。第一質量體241可以比第二和第三質量體242和243重。第二質量體242可以比第一質量體241輕但比第三質量體243重。第三質量體243比第二質量體242輕。本實施例的第一、第二和第三壓電驅動單元210、220和230可以包括分別具有不同重量的第一、第二和第三質量體241、242和243，因此第一、第二和第三壓電驅動單元210、220和230可以提供在不同頻率范圍內的頻率響應特性。根據本發(fā)明的示范性實施例，除了上述方法之外，通過使用各種方法中的任一種， 第一、第二和第三壓電驅動單元可以具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性。例如，在之前討論的示范性實施例中，第一、第二和第三壓電驅動單元可以具有相同的膜尺寸，但是通過對于第一、第二和第三壓電驅動單元采用不同尺寸的壓電層，第一、第二和第三壓電驅動單元可以提供在不同的頻率范圍內的頻率響應特性。圖6是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的截面圖。以下的描述將集中在本示范性實施例與前述示范性實施例不同的技術特征上。根據本實施例的聲能轉換器可以是靜電超聲傳感器。參照圖6，根據本實施例的聲能轉換器可以包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的多個驅動單元組。驅動單元組中的至少一個可以以不同于其它驅動單元組的相位來驅動。例如，聲能轉換器可以包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的第一、第二和第三驅動單元組，并以類似于圖I所示的示范性實施例中的布置的方式來布置。然而，以上構造僅是示例，該聲能轉換器可以包括不同數目的驅動單元組，驅動單元組可以以各種方式布置。根據圖6中示出的本發(fā)明的示范性實施例，第一驅動單元組可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二驅動單元組可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三驅動單元組可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。第一、第二和第三驅動單元組可以提供在單個平面上。第一驅動單元組可以包括至少一個第一靜電驅動單元310。第二驅動單元組可以包括至少一個第二靜電驅動單元320。第三驅動單元組可以包括至少一個第三靜電驅動單元330。第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330可以提供在單個基板301上。作為示例，基板301可以是硅基板，但是本示范性實施例中的基板301不限于硅基板，基板301可以由各種材料形成。參照圖6，第一靜電驅動單元310可以包括形成在基板301上的第一電極312、與第一電極312分離提供的膜302以及提供在膜302上的第二電極314。第二靜電驅動單元320可以包括形成在基板301上的第一電極322，與第一靜電驅動單元310的第一電極312 間隔預定距離；與第一電極322分離提供的膜302 ;以及提供在膜302上的第二電極324，與第一靜電驅動單元310的第二電極314間隔預定距離。第三靜電驅動單元330可以包括 形成在基板301上的第一電極332，與第一靜電驅動單元310的第一電極312間隔預定距離且與第二靜電驅動單元320的第一電極322間隔預定距離；與第一電極332分離提供的膜302 ;以及提供在膜302上的第二電極334，與第一靜電驅動單元310的第二電極314間隔預定距離且與第二靜電驅動單元320的第二電極324間隔預定距離。參照圖6，電介質層 305可以形成在基板301上以覆蓋第一電極312、322和332。多個分隔壁360可以分別提供在第一、第二和第三驅動單元310、320和330之間。第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330可以具有不同的尺寸從而具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性。具體地，第一靜電驅動單元310可以具有大于第二和第三靜電驅動單元320和330的尺寸，因此第一靜電驅動單元310可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二靜電驅動單元320的尺寸可以小于第一靜電驅動單元 310的尺寸，但是大于第三靜電驅動單元330的尺寸。第二靜電驅動單元320可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三靜電驅動單元330的尺寸可以小于第二靜電驅動單元320的尺寸，第三靜電驅動單元330可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330的至少一個可以以不同于其它驅動單元的相位來驅動。例如，第二靜電驅動單元320可以以與第一和第三靜電驅動單元310 和330相反的相位來驅動。具體地,在彼此相鄰的頻率范圍具有頻率響應特性的靜電驅動單元可以以相反的相位來驅動。因而，第一和第三靜電驅動單元310和330可以以相同的相位來驅動，而第二靜電驅動單元320可以以與第一和第三靜電驅動單元310和330相反的相位來驅動。參照圖6，第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330可以被單個AC電源290 驅動。具體地，第一和第三靜電驅動單元310和330的第二電極314和334可以通過第一布線351彼此電連接，第一布線351連接到AC電源290的一端。在第二靜電驅動單元320 中，第一電極322可以通過第一布線351電連接到第一和第三靜電驅動單元310和330的第二電極314和334。因而，第一靜電驅動單元310的第二電極314、第二靜電驅動單元320 的第一電極322和第三靜電驅動單元330的第二電極334可以通過第一布線351彼此電連接。第一和第三靜電驅動單元310和330的第一電極312和332與第二靜電驅動單元320 和第二電極324通過第二布線352彼此電連接，這也是可以的，其中第二布線352連接到AC 電源290的另一端。當電極314、322和334通過第一布線351彼此電連接時，第一靜電驅動單元310的第一電極312、第二靜電驅動單元320的第二電極324和第三靜電驅動單元330 的第一電極332通過第二布線352彼此電連接。當電壓從AC電源290施加到聲能轉換器時，第一和第三靜電驅動單元310和330可以以相同的相位驅動，而第二靜電驅動單元320 可以以與第一和第三靜電驅動單元310和330相反的相位來驅動。備選地，第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330每個可以通過單獨的電源來驅動。這樣，當第一和第三靜電驅動單元310和330以相同的相位驅動并且第二靜電驅動單元320以與第一和第三靜電驅動單元310和330相反的相位來驅動時，如上所述可以獲得在寬頻帶范圍內的均勻頻率響應特性。根據本發(fā)明的本示范性實施例，第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330具有不同的尺寸并提供在不同頻率范圍內的頻率響應特性。然而，第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330還可以通過各種方法來具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性，這些方法包括靜電驅動單元的形狀變化以及靜電驅動單元的形狀和尺寸改變。第一、第二和第三靜電驅動單元310、320和330可以通過包括具有不同重量的質量體而具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性。圖7是示出根據本發(fā)明示范性實施例的聲能轉換器的截面圖。以下的描述將集中在本示范性實施例與之前描述的示范性實施例不同的技術特征上。參照圖7，根據本實施例的聲能轉換器可以包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的多個驅動單元組。驅動單元組中的至少一個可以以與其它驅動單元組不同的相位來驅動。例如，聲能轉換器可以包括第一、第二和第三驅動單元組，該第一、第二和第三驅動單元組具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性且以類似于圖I所示的示范性實施例中的布置的方式來布置。然而，以上構造僅是示例，因此聲能轉換器可以包括各種數目的驅動單元組，驅動單元組可以以各種構造來布置。根據圖7中示出的本發(fā)明的示范性實施例，第一驅動單元組可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二驅動單元組可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三驅動單元組可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。第一、第二和第三驅動單元組可以提供在單個平面上。第一驅動單元組可以包括至少一個第一靜電驅動單元410。第二驅動單元組可以包括至少一個第二靜電驅動單元420。第三驅動單元組可以包括至少一個第三靜電驅動單元430。第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430可以提供在單個基板401上。參照圖7，第一靜電驅動單元410可以包括第一電極403，其可以是公共電極且形成在基板401上；與第一電極403分離提供的膜402 ;以及提供在膜402上的第二電極414。 第二靜電驅動單元420可以包括第一電極403 ;膜402 ;以及提供在膜402上的第二電極 424，與第一靜電驅動單元410的第二電極414間隔預定距離。第三靜電驅動單元430可以包括第一電極403 ;膜402 ;以及提供在膜402上的第二電極434，與第一靜電驅動單元410 的第二電極414間隔預定距離且與第二靜電驅動單元420的第二電極424間隔預定距離。 參照圖6,電介質層405可以形成在基板401上以覆蓋第一電極403。多個分隔壁460可以提供在第一、第二和第三驅動單元410、420和430之間。第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430可以具有不同的尺寸從而具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性。具體地，第一靜電驅動單元410可以具有大于第二和第三靜電驅動單元420和430的尺寸，因此第一靜電驅動單元410可以具有在相對低的第一頻率范圍內的頻率響應特性。第二靜電驅動單元420的尺寸可以小于第一靜電驅動單元 410的尺寸但大于第三靜電驅動單元430，第二靜電驅動單元420可以具有在高于第一頻率范圍的第二頻率范圍內的頻率響應特性。第三靜電驅動單元430的尺寸可以小于第二靜電驅動單元420的尺寸，第三靜電驅動單元430可以具有在高于第二頻率范圍的第三頻率范圍內的頻率響應特性。第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430中的至少一個可以以不同于其它驅動單元的相位來驅動。例如，第二靜電驅動單元420可以以與第一和第三靜電驅動單元 410和430相反的相位來驅動。具體地，在彼此相鄰的頻率范圍內具有頻率響應特性的靜電驅動單元可以以相反的相位來驅動。因而，第一和第三靜電驅動單元410和430以相同的相位驅動，而第二靜電驅動單元420可以以與第一和第三靜電驅動單元410和430相反的相位來驅動。參照圖7，第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430可以通過單個AC電源 390來驅動。具體地，第一和第三靜電驅動單元410和430的第二電極414和434可以通過第一布線451彼此電連接，第一布線451連接到AC電源390的一端。第二靜電驅動單元420 的第二電極424可以通過包括反相電路480的第二布線452電連接。第二布線452可以連接到AC電源390的第一布線451所連接的一端。第一電極403電連接到第三布線453，第三布線453連接到AC電源390的另一端。還可以將第二布線452連接到AC電源390的另一端，代替使用反相電路480。第三布線453可以接地。因此，當電壓從AC電源390施加到聲能轉換器時，第一和第三靜電驅動單元410和430以相同的相位驅動，而第二靜電驅動單元420可以以與第一和第三靜電驅動單元410和430相反的相位來驅動。備選地，第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430可以每個通過單獨的電源來驅動。這樣，當第一和第三靜電驅動單元410和430以相同的相位驅動并且第二靜電驅動單元420以與第一和第三靜電驅動單元410和430相反的相位來驅動時，能夠獲得在寬頻帶范圍內相對均勻的頻率響應特性。根據本發(fā)明的本示范性實施例，第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430具有不同的尺寸并提供在不同頻率范圍內的頻率響應特性。然而，第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430可以通過各種方法來具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性，這些方法包括靜電驅動單元的形狀變化以及靜電驅動單元的形狀和尺寸修改。第一、第二和第三靜電驅動單元410、420和430可以通過包括具有不同重量的質量體而具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性，這也是可以的。如上所述，根據本發(fā)明的一個或多個上述實施例，由于聲能轉換器包括具有在不同頻率范圍內的頻率響應特性的多個驅動單元組，并且驅動單元組中的至少一個以不同于其它驅動單元組的相位來驅動，所以可以在寬頻帶范圍內獲得均勻的頻率響應特性。應當理解，這里描述的示范性實施例應當僅以描述性的含義來理解，而不是為了限制的目的。在每個實施例內的特征或方面的描述應當通常被認為可用于其它實施例中其它相似特征或方面。本發(fā)明不限于以上實施例，可以在本發(fā)明的精神和范圍內進行各種變化和修改。 因此，為了告知公眾本發(fā)明的范圍，制作了權利要求書。
權利要求
1.一種聲能轉換器，包括設置在基板上多個驅動單元組，其中所述多個驅動單元組包括第一驅動單元組和第二驅動單元組，其中所述第一驅動單元組和所述第二驅動單元組的每個包括至少一個電極，其中所述第一驅動單元組以第一相位驅動，所述第二驅動單元組以第二相位驅動，所述第一相位和所述第二相位彼此不同。
2.如權利要求I所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組具有在第一頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第二驅動單元組具有在第二頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第一頻率區(qū)域不同于所述第二頻率區(qū)域。
3.如權利要求2所述的聲能轉換器，其中所述第一頻率區(qū)域和所述第二頻率區(qū)域彼此相鄰。
4.如權利要求I所述的聲能轉換器，其中所述第一相位和所述第二相位彼此相反。
5.如權利要求I所述的聲能轉換器，還包括設置在所述基板與所述多個驅動單元組之間的至少一個膜。
6.如權利要求I所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組包括至少一個第一電極和至少一個第二電極；并且其中所述第二驅動單元組包括至少一個第一電極和至少一個第二電極。
7.如權利要求6所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組的所述第二電極和所述第二驅動單元組的所述第一電極通過第一布線彼此電連接；并且其中所述第一驅動單元組的所述第一電極和所述第二驅動單元組的所述第二電極通過第二布線彼此電連接。
8.如權利要求7所述的聲能轉換器，其中所述第一布線連接到AC電源的一端，所述第二布線連接到所述AC電源的另一端。
9.如權利要求6所述的聲能轉換器，還包括反相電路，其中所述反相電路連接到所述第二驅動單元組的所述第一電極和所述第二電極之一。
10.如權利要求6所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組的所述第二電極和所述第二驅動單元組的所述第二電極被集成以形成公共電極。
11.如權利要求10所述的聲能轉換器，還包括連接到電源的一端的反相電路，其中所述第一驅動單元組的所述第一電極和所述第二驅動單元組的所述第一電極之一連接到所述反相電路。
12.如權利要求I所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組包括至少一個第一壓電驅動單元，所述第二驅動單元組包括至少一個第二壓電驅動單元。
13.如權利要求12所述的聲能轉換器，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元提供在單個平面上。
14.如權利要求12所述的聲能轉換器，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元位于設置在所述基板上的膜上。
15.如權利要求12所述的聲能轉換器，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元的每個包括設置在第一電極與第二電極之間的壓電層。
16.如權利要求12所述的聲能轉換器，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元在尺寸和形狀的至少一個上不同。
17.如權利要求12所述的聲能轉換器，其中所述第一壓電驅動單元包括第一質量體， 所述第二壓電驅動單元包括第二質量體，所述第一質量體和所述第二質量體具有不同的重量。
18.如權利要求I所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組包括至少一個第一靜電驅動單元，所述第二驅動單元組包括至少一個第二靜電驅動單元。
19.如權利要求18所述的聲能轉換器，其中所述第一靜電驅動單元包括在膜上的第一電極和在所述基板上的第二電極，所述第二靜電驅動單元包括在所述膜上的第一電極和在所述基板上的第二電極。
20.如權利要求19所述的聲能轉換器，其中所述第一靜電驅動單元的所述第二電極和所述第二靜電驅動單元的所述第一電極通過第一布線彼此電連接，該第一布線連接到電源的一端;其中所述第一靜電驅動單元的所述第一電極和所述第二靜電驅動單元的所述第二電極通過第二布線彼此電連接，該第二布線連接到所述電源的另一端。
21.如權利要求19所述的聲能轉換器，其中所述第一靜電驅動單元的所述第二電極和所述第二靜電驅動單元的所述第二電極被集成以形成在所述基板上的公共電極；并且其中所述第一靜電驅動單元的所述第一電極和所述第二靜電驅動單元的所述第一電極之一連接到反相電路。
22.如權利要求I所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組中驅動單元的數目不同于所述第二驅動單元組中驅動單元的數目。
23.—種聲能轉換器,包括多個驅動單元組，設置在基板上，其中所述多個驅動單元組包括第一驅動單元組、第二驅動單元組和第三驅動單元組，其中所述第一驅動單元組、所述第二驅動單元組和所述第三驅動單元組的每個包括至少一個電極，并且其中所述第一驅動單元組和所述第三驅動單元組以第一相位驅動，所述第二驅動單元組以第二相位驅動，所述第一相位和所述第二相位彼此不同。
24.如權利要求23所述的聲能轉換器，其中所述第一驅動單元組具有在第一頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第二驅動單元組具有在第二頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第三驅動單元組具有在第三頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第一頻率區(qū)域、所述第二頻率區(qū)域和所述第三頻率區(qū)域彼此不同。
25.如權利要求24所述的聲能轉換器，其中所述第一相位和所述第二相位彼此相反。
26.—種驅動聲能轉換器的方法，該聲能轉換器包括設置在基板上的多個驅動單元組， 該多個驅動單元組包括第一驅動單元組和第二驅動單元組，所述第一驅動單元組和所述第二驅動單元組的每個包括至少一個電極，所述方法包括以第一相位驅動所述第一驅動單元組；以及以第二相位驅動所述第二驅動單元組，其中所述第一相位和所述第二相位彼此不同。
27.如權利要求26所述的方法，其中所述第一驅動單元組具有在第一頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第二驅動單元組具有在第二頻率區(qū)域中的頻率響應特性，所述第一頻率區(qū)域不同于所述第二頻率區(qū)域。
28.如權利要求27所述的方法，其中所述第一頻率區(qū)域和所述第二頻率區(qū)域彼此相鄰。
29.如權利要求26所述的方法，其中所述第一相位和所述第二相位彼此相反。
30.如權利要求26所述的方法，其中所述聲能轉換器還包括設置在所述基板與所述多個驅動單元組之間的至少一個膜。
31.如權利要求26所述的方法，其中所述第一驅動單元組包括至少一個第一電極和至少一個第二電極；并且其中所述第二驅動單元組包括至少一個第一電極和至少一個第二電極。
32.如權利要求31所述的方法，其中所述第一驅動單元的所述第二電極和所述第二驅動單元的所述第一電極通過第一布線彼此電連接；其中所述第一驅動單元的所述第一電極和所述第二驅動單元的所述第二電極通過第二布線彼此電連接。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述第一布線連接到AC電源的一端，所述第二布線連接到所述AC電源的另一端。
34.如權利要求31所述的方法，其中所述聲能轉換器還包括反相電路，其中所述反相電路連接到所述第二驅動單元組的所述第一電極和所述第二電極之一。
35.如權利要求31所述的方法，其中所述第一驅動單元組的所述第二電極和所述第二驅動單元組的所述第二電極被集成以形成公共電極。
36.如權利要求35所述的方法，其中所述聲能轉換器還包括連接到電源的一端的反相電路，其中所述第一驅動單元組的所述第一電極和所述第二驅動單元組的所述第一電極之一連接到所述反相電路。
37.如權利要求26所述的方法，其中所述第一驅動單元組包括至少一個第一壓電驅動單元，所述第二驅動單元組包括至少一個第二壓電驅動單元。
38.如權利要求37所述的方法，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元提供在單個平面上。
39.如權利要求37所述的方法，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元位于設置在所述基板上的膜上。
40.如權利要求37所述的方法，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元的每個包括設置在第一電極與第二電極之間的壓電層。
41.如權利要求37所述的方法，其中所述第一壓電驅動單元和所述第二壓電驅動單元在尺寸和形狀的至少一個上不同。
42.如權利要求37所述的方法，其中所述第一壓電驅動單元包括第一質量體，所述第二壓電驅動單元包括第二質量體，所述第一質量體和所述第二質量體具有不同的重量。
43.如權利要求26所述的方法，其中所述第一驅動單元組包括至少一個第一靜電驅動單元，所述第二驅動單元組包括至少一個第二靜電驅動單元。
44.如權利要求43所述的方法，其中所述第一靜電驅動單元包括在膜上的第一電極和在所述基板上的第二電極，所述第二靜電驅動單元包括在所述膜上的第一電極和在所述基板上的第二電極。
45.如權利要求44所述的方法，其中所述第一靜電驅動單元的所述第二電極和所述第二靜電驅動單元的所述第一電極通過第一布線彼此電連接，該第一布線連接到電源的一端；和其中所述第一靜電驅動單元的所述第一電極和第二靜電驅動單元的所述第二電極通過第二布線彼此電連接，該第二布線連接到所述電源的另一端。
46.如權利要求44所述的方法，其中所述第一靜電驅動單元的所述第二電極和所述第二靜電驅動單元的所述第二電極被集成以形成所述基板上的公共電極；并且其中所述第一靜電驅動單元的所述第一電極和所述第二靜電驅動單元的所述第一電極之一連接到反相電路。
47.如權利要求26所述的方法，其中所述第一驅動單元組中驅動單元的數目不同于所述第二驅動單元組中驅動單元的數目。
全文摘要
本發(fā)明提供了聲能轉換器及其驅動方法。聲能轉換器包括形成在基板上的多個驅動單元組。多個驅動單元組的每個包括至少一個電極。多個驅動單元組包括第一驅動單元組和第二驅動單元組。第一驅動單元組以第一相位驅動，第二驅動單元組以第二相位驅動。第一相位和第二相位彼此不同。多個驅動單元組提供在不同頻率范圍內的相對均勻的頻率響應特性。
文檔編號H04R9/02GK102595287SQ20111030185
公開日2012年7月18日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年1月10日
發(fā)明者鄭秉吉, 鄭錫煥, 金東均 申請人:三星電子株式會社