一种高效且指向可偏转的定向发声屏

技术领域

本发明涉及屏幕定向发声技术领域，具体涉及一种高效且指向可偏转的定向发声屏。

背景技术

显示器件的超薄、窄边框、甚至全屏设计，留给发声装置的空间越来越小。而传统的发声装置体积较大，安装位置受到限制，在新一代的显示器件中很难有合适的位置和空间。因此，需要重新设计能够适应当前显示器件的需求的发声装置。

一些显示器件的生产厂商设计了以屏幕来进行发声的方式，屏幕发声技术作为一种表面音频技术，为多媒体视听设备音响提供了新的解决方案。目前，将显示器件与屏幕发声装置相结合的透明式屏幕定向扬声器正在研制中，利用屏幕自身振动作为扬声器，节约了传统扬声器的共振腔空间，同时定向传播特性满足了个人电子设备的隐私性要求和公众设备的互不干扰性要求。

但是，现有的屏幕发声装置的发声区是整面发声的，也就是发声区占整个屏幕的可视区是1:1的设计，这个设计对于小屏幕（如尺寸为14寸以下）来说，其发声效率较高。但是对于大屏幕（如尺寸大于14寸）来说，若采用整面可视区都发声的设计，若要达到与14寸以下小屏幕相同的声压级，则其功耗是要比小屏幕要高很多的，而系统功耗数量级的上升会导致系统能耗高，继而造成产品寿命减小。

另外，现有为了实现屏幕发声装置的声场指向性偏转，通常会将屏幕发声装置分为多个发声通道，通过调整各通道的延时和相位，使得屏幕发声装置发出的超声波发生偏转和聚焦，以使得声束向接收者定向发射。

但是，采用多通道的信号处理调整各通道相位，需要将各通道之间的间距控制在小于超声波频率对应的波长，否则声场将出现旁瓣。如超声波频率40kHz，对应声波波长约8.6mm，0.2m宽的屏幕发声装置，需要至少24个通道、如超声波频率80kHz，对应声波波长约4.3mm，0.2m宽的屏幕发声装置，需要至少47个通道。因此，采用多通道的信号处理调整各通道相位的方式需要较多的通道数量，会造成系统复杂度和成本的提升。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效且指向可偏转的定向发声屏。

为实现上述目的，本发明提出了一种高效且指向可偏转的定向发声屏，包括振动层和与所述振动层边框相贴合的非振动层，所述振动层和所述非振动层之间形成有供振动层上下振动所需的空气间隙，所述振动层靠近非振动层的表面上形成有第一导电图案，所述第一导电图案包括多个第一导电通道，每个所述第一导电通道沿第一方向延伸分布，且所述第一导电通道之间相绝缘间隔开；所述非振动层靠近振动层的表面上形成有第二导电图案，所述第二导电图案包括多个第二导电通道，每个所述第二导电通道沿第二方向延伸分布，且所述第二导电通道之间相绝缘间隔开；所述第一方向与第二方向相交叉，所述振动层与所述非振动层相贴合后，所述振动层上的第一导电通道与所述非振动层上的第二导电通道相交叉并重叠形成多个发声区域，每个所述发声区域在外接的驱动信号的驱动下独立发声和/或随机与其他至少一个发声区域组合发声。

在一优选实施例中，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向或倾斜于水平方向；或者第二方向为水平方向，所述第一方向为竖直方向或倾斜于水平方向；或者所述第一方向和所述第二方向均倾斜于水平方向。

在一优选实施例中，所述第一方向和第二方向相垂直。

在一优选实施例中，所述第一导电通道之间通过第一无导电层隔离开，所述第二导电通道之间通过第二无导电层隔离开，所述第一无导电层和第二无导电层的边沿为平直状或者为曲线状。

在一优选实施例中，所述第一无导电层由多个相连且重复的第一子无导电层组成，每个所述第一子无导电层包括依次相连的第一线段、第二线段、第三线段和第四线段，所述第一线段为沿第一方向延伸且凸向圆点的圆弧状，所述第二线段为沿第一方向延伸且凹向圆点的圆弧状，所述第三线段为沿第一方向延伸且凹向圆点的圆弧状，所述第四线段为沿第一方向延伸且凸向圆点的圆弧状，且所述第一线段和第二线段连成的线段与所述第三线段和第四线段连成的线段关于与第一方向相垂直的轴线相轴对称；所述第二无导电层由多个相连且重复的第二子无导电层组成，每个所述第二子无导电层包括依次相连的第五线段和第六线段，所述第五线段为沿第二方向延伸且凸向圆点的圆弧状，所述第六线段为沿第二方向延伸且凹向圆点的圆弧状，且所述第五线段和第六线段关于两者的连接点相中心对称。

在一优选实施例中，所述第一导电图案形成过程包括：在振动层的表面形成第一导电层，通过曝光显影刻蚀工艺对所述第一导电层进行曝光显影，刻蚀出所述第一导电通道；所述第二导电图案形成过程包括：在非振动层的表面形成第二导电层，通过曝光显影刻蚀工艺对所述第二导电层进行曝光显影，刻蚀出所述第二导电通道。

在一优选实施例中，所述第一无导电层和所述第二无导电层的宽度为50um以下。

在一优选实施例中，每个所述第一导电通道和每个所述第二导电通道均通过一单独的驱动信号控制，通过给导电通道组合输入相应的驱动信号，实现每个发声区域在外接的驱动信号的驱动下独立发声和/或随机与其他至少一个发声区域组合发声。

在一优选实施例中，所述定向发声屏还包括位于所述振动层和非振动层之间的支撑结构和绝缘层，所述支撑结构和绝缘层的材料采用参杂有非极性分子和对称型分子的绝缘材料，所述振动层和非振动层通过支撑结构相固定。

在一优选实施例中，所述振动层包括触控复合层，所述触控复合层包括振动基材层和贴合于所述振动基材层靠近非振动层的表面上的触控层，所述第一导电图案形成于所述触控层靠近非振动层的表面上。

在一优选实施例中，所述触控复合层还包括盖板层，所述盖板层为CPI（聚酰亚胺）层或者复合UTG（超薄玻璃）层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过在定向发声屏的振动层和非振动层上形成多个导电通道，这些导电通道在振动层和非振动层相叠合后相重叠形成多个发声区域，通过对这些发声区域的单独或组合发声驱动，实现定向发声屏的指向性可偏转，实现人耳追踪，与现有通过调整各通道的延时和相位实现指向性偏转的方案相比，降低了实现的复杂度，从而降低成本；另外，因发声区域可独立控制，可以根据屏幕大小和定向发声最小发声面积而控制整个发声区域的大小，所以可以在保证整个定向发声屏的声压级的情况下，降低定向发声屏整体所需的功耗，从而延长整个产品的使用寿命。

2、本发明通过对导电图案进行设计，使得发声区域近似圆形设计，从而实现定向发声屏的发声效率最大化以及系统功率的最低化。

3、本发明将定向发声屏的指向性偏转以及发声区域大小可控制的设计，与触控层相结合，使得定向发声屏在实现指向可偏转及发声效率提高的同时，又能实现定向发声及触控功能。

附图说明

图1为本发明振动层上第一导电图案（其中一实施例）的结构示意图；

图2为本发明非振动层上第二导电图案（其中一实施例）的结构示意图；

图3为本发明振动层和非振动层贴合后形成的发声区域（其中一实施例）的结构示意图；

图4为本发明振动层/非振动层上导电图案（另一实施例）的结构示意图；

图5为本发明振动层上第一导电图案（优选实施例）的结构示意图；

图6为本发明非振动层上第二导电图案（优选实施例）的结构示意图；

图7为本发明振动层和非振动层贴合后形成的发声区域（优选一实施例）的结构示意图；

图8为本发明一实施例中定向发声屏的结构示意图；

图9为本发明一实施例中触控复合层的结构示意图；

图10为本发明另一实施例中触控复合层的结构示意图；

图11为本发明一实施例中UTG复合层（加第一边缘走线和边缘绝缘层）的结构示意图；

图12为本发明另一实施例中UTG复合层（加第一边缘走线和第一整面绝缘层）的结构示意图。

附图标记为：

1、振动层，11、触控复合层，111、振动膜，112、触控层，1121、触控基材层，1122、触控上导电层，1123、触控下导电层，1124、防信号干扰层，113、盖板层，1131、UTG层，1132、防飞溅层，1133、防翘曲镀层，12、第一边缘走线，13、支撑结构，14、边缘绝缘层，15、第一整面绝缘层，2、非振动层，21、支撑基材层，22、第二边缘走线，23、第二整面绝缘层，24、固定层，3/31、发声区域，4、第一导电通道，41、导电区域，5、第一导电层，6、第一无导电层，61、第一子无导电层，611、第一线段，612、第二线段，613、第三线段，614、第四线段，7、第二导电通道，71、导电区域，8、第二导电层，9、第二无导电层，91、第二子无导电层，911、第五线段，912、第六线段。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1~图8所示，本发明所揭示的一种高效且指向可偏转的定向发声屏，包括振动层1和非振动层2，其中，振动层1靠近非振动层2的表面上形成有第一导电图案，非振动层2靠近振动层1的表面上形成有第二导电图案，振动层1和非振动层2边框相贴合后，第一导电图案和第二导电图案相交叉重叠形成多个发声区域3，每个发声区域3在外接的驱动信号的驱动下可以独立发声和/或随机与其他至少一个发声区域3组合发声，从而实现声波的指向性偏转和发声效率最大化。

具体地，如图1、图3~图5所示,第一导电图案包括多个第一导电通道4，每个第一导电通道4沿第一方向延伸分布，且相邻两个第一导电通道4之间相绝缘间隔开。实施时，具体可在振动层1靠近非振动层2的表面上先一整面形成第一导电层5，之后再通过曝光显影刻蚀工艺对第一导电层5进行曝光显影，并刻蚀出多个第一无导电层6，多个第一无导电层6将第一导电层5分割形成多个第一导电通道4，即在振动层1上形成第一导电图案，相邻的两个第一导电通道4之间通过一第一无导电层6相绝缘隔离开。同样的，如图2、图6和图7所示,第二导电图案包括多个第二导电通道7，每个第二导电通道7沿第二方向延伸分布，且相邻两个第二导电通道7之间相绝缘间隔开。实施时，具体可在非振动层2靠近振动层1的表面上先一整面形成第二导电层8，之后再通过曝光显影刻蚀工艺对第二导电层8进行曝光显影，并刻蚀出多个第二无导电层9，多个第二无导电层9将第二导电层8分割形成多个第二导电通道7，即在非振动层2上形成第二导电图案，相邻的两个第二导电通道7之间通过一第二无导电层9相绝缘隔离开。

实施时，第一导电层5和第二导电层8可以采用纳米银、氧化铟锡、metalmesh、碳纳米管、石墨烯等中的任意一种或者任意两种以上组合的高透过率材料，也可以是非透明导电材料：如铜、铜参杂氧化物、银、金等中的任意一种或者任意两种以上的组合。第一导电层5和第二导电层8的方阻越低，整个定向发声屏的发声效率越高，两个导电层均优选方阻低于10欧以下的材料。且第一导电层5和第二导电层8可以采用涂布、丝印等多种方式形成于各自对应的层上，本发明对此不做限定。

优选地，上述第一方向和第二方向是相交叉的，以实现振动层1和非振动层2相贴合后第一导电通道4和第二导电通道7能够相交叉，从而可以形成多个发声区域3。实施时，优选第一方向和第二方向是相垂直的，如第一方向为水平方向，则第二方向则为竖直方向，或者第二方向为水平方向，则第一方向则为竖直方向，又或者第一方向和第二方向均与水平方向相倾斜且两者相垂直。如图1所示，振动层1上形成有多个沿竖直方向均匀间隔分布的第一导电通道4，每个第一导电通道4沿水平方向延伸，相邻两个第一导电通道4之间通过刻蚀掉的第一无导电层6相绝缘隔离开。如图2所示，非振动层2上形成有多个沿水平方向均匀间隔分布的第二导电通道7，每个第二导电通道7沿竖直方向延伸，相邻两个第二导电通道7之间通过刻蚀掉的第二无导电层9相绝缘隔离开。这样，如图3所示，当振动层1和非振动层2相贴合后，振动层1上的第一导电通道4和非振动层2上的第二导电通道7就会相交叉重叠形成多个发声区域3，该实施例中，一般形成n×m个发声区域3，其中，n为第一导电通道4的个数，m为第二导电通道7的个数，两者都是大于0的整数。也就是说，若振动层1上具有16个第一导电通道4，非振动层2上也有16个第二导电通道7，则两者相贴合后，可以形成16×16的发声区域3。又如图4中所示，振动层1上的第一导电通道4倾斜于水平方向，即不是水平方向的，是有一定转向角的，这种设计可以增大定向发声屏的可视化效果，如在一种实施例中，若转向角为45°，则在显示屏幕背光从远离客户端入射，摩尔纹等因光学折射和反射造成的视觉差会最小，因此可视化效果最高。

当然，上述第一无导电层6和第二无导电层9的边沿均是平直状，在其他替换实施例中，它们的边沿也可以是曲线状。为曲线状时，如图5~图7所示，为本发明一较优实施例，该实施例中，第一无导电层6和第二无导电层9均是具有一定线宽的曲线状的，具体地，第一无导电层6由多个相连且重复的第一子无导电层61组成，每个第一子无导电层61包括依次相连的且有一定线宽的第一线段611、第二线段612、第三线段613和第四线段614，其中，第一线段611为沿第一方向延伸且凸向圆点的圆弧状，第二线段612为沿第一方向延伸且凹向圆点的圆弧状，第三线段613为沿第一方向延伸且凹向圆点的圆弧状，第四线段614为沿第一方向延伸且凸向圆点的圆弧状，且第一线段611和第二线段612连成的线段与第三线段613和第四线段614连成的线段关于与第一方向相垂直的轴线相轴对称。在该实施例中，第一线段611~第四线段614均为1/4圆弧状，每个第一子无导电层61近似呈横置的大括号“｛”状。这样相邻两个第一无导电层61之间形成第一导电通道4，第一导电通道4由多个沿第一方向间隔分布且形状近似呈地瓜状的导电区域41组成。第二无导电层9则由多个相连且重复的第二子无导电层91组成，每个第二子无导电层91包括依次相连的且有一定线宽的第五线段911和第六线段912，其中，第五线段911为沿第二方向延伸且凸向圆点的圆弧状，第六线段912为沿第二方向延伸且凹向圆点的圆弧状，且第五线段911和第六线段912关于两者的连接点相中心对称，在该实施例中，五线段911和第六线段912均为1/2圆弧状，每个第二子无导电层91近似呈竖置的正弦曲线状，这样相邻两个第二无导电层9之间形成第二导电通道7，第二导电通道7也由多个沿第二方向间隔分布且形状近似呈地瓜状的导电区域71组成。这样，当振动层1和非振动层2贴合后，第一导电通道4和第二导电通道7就可以重叠形成多个地瓜状的发声区域3，该设计可以最大程度地利用导电通道的面积，即在单位面积内，该导电图案的设计可以实现导电层的最大利用化，从而实现发声效率最大化和系统功率最大化。当然，上述第一无导电层6和第二无导电层9的设置位置可以互换，如在非振动层2上设置上述形状的第一无导电层6，在振动层1上设置上述形状的第二无导电层9，本发明对此不做限定。实施时，上述每个线段对应圆的半径可根据实际需要确定，如设置半径为1cm，则上述发声区域31围合形成的区域的面积则为8cm

驱动时，每个第一导电通道4接一驱动信号，每个第二导电通道7也接一驱动信号，这样，若要驱动对应的发声区域3发声时，则只需要对该发声区域3所对应的导电通道接对应的驱动信号，如驱动图中的发声区域31发声，则给第一导电通道4和第二导电通道7输入驱动信号即可，其他发声区域3同理。这样，每个发声区域3可实现独立控制和/或随机与其他至少一个发声区域组合发声。这样，一方面可以根据屏幕大小和定向发声最小发声面积而控制整个发声区域的大小，所以可以在保证整个定向发声屏的声压级的情况下，降低定向发声屏整体所需的功耗，从而延长整个产品的使用寿命；另一方面，也可以根据人耳的位置，控制对应位置的发声区域发声，从而实现定向发声屏的指向性可偏转及人耳追踪。

从理论上来说，上述第一无导电层6和第二无导电层9区域的线宽越小，蚀刻痕迹越小，最终形成的定向发声屏的可视化效果越高，优选50um以下，在上述地瓜型的设计中，无导电层的线宽优选在20um以下，可参考Z字型蚀刻线设计。第一导电通道4和第二导电通道7区域的宽度则根据最终形成的定向发声屏大小和定向发声最小发声面积而定，本发明对此不做限定。在一种27寸的尺寸中，第一导电通道4和/或第二导电通道7的宽度为3cm~8cm，且第一导电通道4和/或第二导电通道7的通道数量可以设置为16~32个。

在一具体实施例中，如图8所示，上述振动层1具体包括触控复合层11、第一导电层5、第一边缘走线12和支撑结构13，其中，第一导电层5形成于触控复合层11的下端面上，对该第一导电层5曝光显影刻蚀形成上述第一导电图案，第一边缘走线12设置于第一导电层5的下端面上且沿第一导电层5的外边缘一圈设置，其材质可以与第一导电层5材质相同。支撑结构13形成于第一导电层5上，实施时，支撑结构13为按阵列排布的绝缘支撑点，在一具体实施例中，绝缘支撑点之间的中心距可以是3.0mm~4.0mm，高度可以是10~13um，当然实施时，绝缘支撑点的高度和中心距可以根据实际需要进行微调，以便达到最大发声效率。制备时，支撑结构13可以通过网板，将绝缘支撑点丝印在振动层1的第一导电层5上，之后再将振动层1和非振动层2进行边框相贴合，贴合后对绝缘支撑点进行固化，可UV固化，也可加热固化，优选UV固化，可以提高产能，优化工艺效率，即有效防止振动层1收缩。

在该实施例中，是将定向发声屏与触控层相集成。主要对现有的触控层进行处理，使其能与本发明的定向发声屏相结合。在一具体实施例中，如图9所示，触控复合层11包括从上往下分布的振动膜111、触控层112和盖板层113，其中，振动膜111与触控层112相贴合，如可以通过OCA光学胶与触控层112相贴合，实施时，振动膜111可以采用PET（聚对苯二甲酸乙二酯）、CPI（塑料薄膜）、UTG（超薄玻璃）等材质，厚度优选为50um左右，也可以根据需要降到25um，OCA光学胶的厚度可采用25um。触控层112也可以通过固定胶与盖板层113相贴合。触控层112可采用现有较成熟的触控层结构来实现，在一种具体实施例中，触控层112可以包括触控基材层1121、分别位于触控层112上下两端面的触控上导电层1122和触控下导电层1123、位于触控上导电层1122上端面的防信号干扰层1124，实施时，触控层112厚度优选36um，防信号干扰层1124可以防止触控层和定向发声之间的信号干扰，其厚度优选45um，且整个触控复合层11的整体厚度可以是150um~200um。

在一实施例中，如图9所示，盖板层113优选采用CPI盖板层，其优点是厚度低，表面防刮花能力高，表面铅笔硬度可以做到750g的负载下硬度为3H~5H。实施时，CPI盖板层的厚度可以是6um~8um，其通过厚度为6um~8um的固定胶与触控层112相贴合。在另一替换实施例中，如图10所示，盖板层113可以采用复合UTG层，其优点是可靠性高于CPI，可用于车载工控等应用场景。实施时，复合UTG层的厚度可以是30um~50um，其也可以通过厚度为6um~8um的固定胶与触控层112相贴合。当盖板层113是复合UTG层时，在一具体实施例中，如图11所示，复合UTG层包括UTG层1131、分别位于UTG层1131上下端的防飞溅层1132和防翘曲镀层1133，其中，防飞溅层1132和防翘曲镀层1133优选为透过率T.T达80%以上的高透材料，可采用狭缝涂布或者卷棒涂布的工艺形成。在另一替换实施例中，如图12所示，复合UTG层也可以取消UTG层下端面的防翘曲镀层1133，即直接在UTG层1131的下端面上形成上述第一导电层5。当然，在其他替换实施例中，也可以取消盖板层113，直接在触控层112的下端面上增加镀膜硬化（Hardcoating）层（图未示），其厚度可以是10um，表面铅笔硬度可以做到750g的负载下硬度为3H~5H。

另外，如图8所示，振动层1还可包括边缘绝缘层14和/或第一整面绝缘层15，其中，边缘绝缘层14覆盖住第一边缘走线12，第一整面绝缘层15整面覆盖住第一导电层5。整面绝缘层相比于边缘绝缘层，可以有效降低边缘走线的边缘段差，从而降低整体振动层的碎裂率。

另外，上述复合UTG层也可以作为上述振动膜111。

实施时，如图8所示，非振动层2具体可包括支撑基材层21、第二导电层8、第二边缘走线22、第二整面绝缘层23和固定层24，其中，支撑基材层21可采用钢化玻璃，在一具体实施例中，其厚度采用11mm。第二导电层8形成于支撑基材层21的上端面上，对该第二导电层8曝光显影刻蚀形成上述第二导电图案，第二边缘走线22设置于第二导电层8的上端面上且沿第二导电层8的外边缘一圈设置，其材质可以与第二导电层8材质相同。第二整面绝缘层23整面覆盖住第二导电层8，固定层24形成于第二整面绝缘层23上，其作用是用于固定住振动层1上的支撑结构13，即支撑结构13的上端固定形成于第一导电层5上，下端与固定层24固定，从而实现振动层1与非振动层2的固定。实施时，固定层1可以采用3D喷印或者丝印或者曝光显影等工艺形成，材质是具备粘接作用的材料且完全固化后无粘性，主要作用是固定支撑结构13与振动层1/非振动层2。

优选地，上述绝缘层（包括边缘绝缘层14、第一整面绝缘层15和第二整面绝缘层23）和支撑结构13的材质优选参杂非极性分子和对称型分子材料，如参杂了氧化硅球的胶水类、丙烯酸、聚酯、环氧等。若不参杂，则优选极性基团数量少、分子量高、结晶度高的材料，如钠铁等离子参杂PPM（Parts Per Million，百万分之一）为10以下的疏水气相无机氧化硅/ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）等。此种材料受到外部电场的作用并发生极化的极化程度低，且提高了支撑结构13的支撑强度，从而提高其可靠性，防止其塌陷。

本发明的优点在于，1、本发明通过在定向发声屏的振动层1和非振动层2上形成多个导电通道，这些导电通道在振动层1和非振动层2相叠合后相重叠形成多个发声区域3，通过对这些发声区域3的单独或组合发声驱动，实现定向发声屏的指向性可偏转，实现人耳追踪，与现有通过调整各通道的延时和相位实现指向性偏转的方案相比，降低了实现的复杂度，从而降低成本；另外，因发声区域可独立控制，可以根据屏幕大小和定向发声最小发声面积而控制整个发声区域的大小，所以可以在保证整个定向发声屏的声压级的情况下，降低定向发声屏整体所需的功耗，从而延长整个产品的使用寿命。2、本发明通过对导电图案进行设计，使得发声区域3近似圆形设计，从而实现定向发声屏的发声效率最大化以及系统功率的最低化。3、本发明将定向发声屏的指向性偏转以及发声区域大小可控制的设计，与触控层相结合，使得定向发声屏在实现指向可偏转及发声效率提高的同时，又能实现定向发声及触控功能。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。