(57)【要約】  本出願は、光学的に透明な静電式変換器に関する。幾つかの実施形態では、これらの変換器が、グラフェンから構成される。そのような変換器は、単独の素子として、或いはアレー構成で、音響センサー及び／又は音響送信機として動作することができる。そのような変換器を製造及び使用する方法も提示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透明な、或いは半透明の変換素子であって、
複数の電子層から成る光学的に透明な、或いは半透明の二次元の膜の静電式振動板を備え、この静電式振動板が、３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の５０％以内の入射光を吸収し、この静電式振動板が、３０電子層以内の厚さである、光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項２】
前記の静電式振動板がグラフェンから構成される、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項３】
更に、第一と第二の光学的に透明なスペーサーを備え、これらの第一と第二のスペーサーが、それぞれ静電式振動板の一方の側と接合された導電性のパターン部を有する大きな丸いシート又はロールの形状を成し、これらの第一と第二のスペーサーが、それぞれ静電式振動板の上と下の円形の部分を規定するほぼ円形の開いた領域を有する、請求項２に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項４】
更に、第一と第二の光学的に透明な電極を備え、これらの第一と第二の電極が、それぞれ導電性のパターン部を有する大きな丸いシート又はロールの形状を成し、これらの第一と第二の電極が、静電式振動板及び第一又は第二のスペーサーの一方の側に近い、静電式振動板の互いに逆側に配置されている、請求項３に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項５】
更に、複数のパターン化された導電性で光学的に透明な相互接続部と、光学的に透明な変換器に対して外側に配置された電気回路とを備え、
これらの相互接続部が外部の電気信号と電気的に接続されるとともに、これらの相互接続部が、各電極用の一つのリード線と、グラフェン製の振動板と接続された一つのリード線とを有し、
この電気回路が、第一と第二の電極及びグラフェン製の振動板と電気的に接続されており、この電気回路は、
（１）マイクロフォンとして動作するために、電流、電圧及び／又は静電容量の変化を検知する、及び／又は
（２）スピーカーとして動作するために、電流、電圧及び／又は静電容量の変化を発生させて、グラフェン製の振動板からオーディオ信号、亜音速信号又は超音波信号を発生させる、
ように構成されている、請求項４に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項６】
前記の静電式振動板が、二層の積層構造によるグラフェンとｈ−ＢＮの両方から構成され、これらのグラフェンとｈ−ＢＮの両方の材料が、複数の原子層の厚さを有する、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項７】
前記の静電式振動板が、グラフェンを外側層とし、それらの間にｈ−ＢＮ層を備えた三層の積層構造によるグラフェンとｈ−ＢＮの両方から構成される、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項８】
前記の静電式振動板が、ｈ−ＢＮを外側層とし、それらの間にグラフェン層を備えた三層の積層構造によるグラフェンとｈ−ＢＮの両方から構成される、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項９】
前記の静電式変換器が、開いた活動的な振動板を備え、開いた活動的な振動板のエリアが、円形、楕円形、正方形、長方形、丸い長方形、腎臓の形、星形、ｎ角形又はこれら以外の不規則な形状である、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１０】
前記の透明な変換器は、
振動板と電極のギャップが約０．１ｍｍ〜約１ｍｍであり、
振動板に対する電圧ＶＤＣが約２０Ｖ〜約４ｋＶであり、
第一と第二の電極に対する電圧Ｖｓｉｇｎａｌの実効値ＶＲＭＳが約２０Ｖ〜約４ｋＶである、
ギャップ間隔と電圧で動作する、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１１】
前記の透明な変換器は、
振動板と電極のギャップが約１ｍｍであり、
振動板に対する電圧ＶＤＣが約４ｋＶであり、
第一と第二の電極に対する電圧Ｖｓｉｇｎａｌの実効値ＶＲＭＳが約４ｋＶである、
ギャップ間隔と電圧で動作する、請求項６に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１２】
前記の透明な変換器は、
振動板と電極のギャップが約０．１ｍｍであり、
振動板に対する電圧ＶＤＣが約２０Ｖ〜約６０Ｖであり、
第一と第二の電極に対する電圧Ｖｓｉｇｎａｌの実効値ＶＲＭＳ約２０Ｖのである、
ギャップ間隔と電圧で動作する、請求項６に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１３】
前記の第一と第二の電極が、薄い、光学的に透明な導電性のフィルムを一方の表面にコーティングされた光学的に透明な基板を備え、
この光学的に透明な基板が、ガラス、水晶、アクリル、ポリエチレン、ＰＥＴ、ＰＥ及びＰＰから成るグループの中から選定された材料から構成され、
このフィルムが、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ポリ３，４エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、グラフェン及びカーボンナノチューブから成るグループの中から選定された材料から構成される、
請求項３に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１４】
前記の第一と第二の電極が、更に、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、ｈ−ＢＮ又はポリエチレンから成る透明な絶縁フィルム層を備えている、請求項９に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１５】
更に、前記の静電式振動板の表面をほぼ覆うように静電式振動板の一方又は両方の側に形成されたアクリル、ポリエステル、シリコン、ポリウレタン又はハロゲン化プラスチックから成る層を備え、この層が、静電式振動板の表面全体をほぼ覆うか、或いは、この層が、静電式振動板の外側の周囲に沿ってのみ残って、その周囲に沿って静電式振動板を挟持するための追加の機械的な強度を提供するように、この層が、静電式振動板の表面の中央の領域を除去されてパターン化されている、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１６】
更に、静電式振動板の表面をほぼ覆うように、静電式振動板の一方又は両方の側に形成された光活性層を備え、この光活性層は、加わる静電気力に応じて、振動板の偏位プロファイルを調整、増進又は変調するように、所望のパターンで選択的に除去することができる、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１７】
前記の光活性層がフォトレジストから構成される、請求項１６に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１８】
前記の光活性層が、振動板の一方又は両方の側に形成されて、その表面をほぼ覆っており、これらの光活性層と静電式振動板の両方は、加わる静電気力に応じて、振動板の偏位プロファイルを調整、増進又は変調するように、所望のパターンで選択的に除去することができる、請求項１６に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項１９】
前記の静電式振動板が、３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の２０％以内の入射光を吸収する、請求項１に記載の光学的に透明な、或いは半透明の変換素子。
【請求項２０】
透明な変換素子を製造する方法であって、
第一の透明な電極と第一の透明なスペーサーから成る第一の多層構造を配備する工程と、
光学的に透明な、或いは半透明の静電式振動板を配備する工程と、
第二の透明な電極と第二の透明なスペーサーから成る第二の多層構造を配備する工程と、
次に、第一の透明な接着剤を用いて、第一の多層構造に対して静電式振動板を揃えて貼り付ける工程と、
次に、第二の透明な接着剤を用いて、振動板に対して第二の多層構造を揃えて貼り付ける工程と、
を有する方法。
【請求項２１】
前記の静電式振動板がグラフェンから構成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記の静電式振動板が、最終的に互いに積層されたｈ−ＢＮとグラフェンの層から構成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも第一の接着剤又は第二の接着剤は、電流が接着剤を横断して、静電式振動板に通じることを許容する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
グラフェンを配備する前に、振動板のグラフェン上におけるグラフェン以外の材料の追加の薄い層がパターン化され、この追加の薄い層は、この層が、
（ａ）振動板の外側の周囲に沿ってのみか、
（ｂ）加わる静電気力に応じて、振動板の偏位プロファイルを基本的に調整又は増進するように、振動板の表面に渡って所望の偏位パターンを作り出すか、或いは
（ｃ）グラフェン製の振動板に所望のパターンの孔を形成するために、幾つかの領域におけるグラフェンの選択的な除去を可能とする、
配置されるようにパターン化される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記のパターン化が、フォトリソグラフィ、シャドウマスク、リフトオフ、研磨、インクジェット印刷、３Ｄ印刷及びスクリーン印刷から成るグループの中から選定された技術を用いる、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記の静電式振動板は犠牲層を配備され、この犠牲層は、静電式振動板を揃えて貼り付けた後に除去される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
請求項１に記載の複数の透明な変換素子から成る透明な変換素子のアレーであって、こられの複数の透明な変換器が、素子のカスタムアレー又は製作通りの連続する多重アレーの形で配置されている、透明な変換素子のアレー。
【請求項２８】
前記の複数の透明な変換素子が、相互接続されて、単一のスピーカーとして動作する、請求項２７に記載の透明な変換素子のアレー。
【請求項２９】
前記の複数の透明な変換素子が、相互接続されて、大きな面積のマイクロフォンとして動作する、請求項２７に記載の透明な変換素子のアレー。
【請求項３０】
前記の複数の透明な変換素子は、スピーカーの各々又はエリアが多重化されて、異なるスピーカーチャンネル及びマイクロフォンとして使用されるように相互接続されている、請求項２７に記載の透明な変換素子のアレー。
【請求項３１】
個々の変換器が、一辺の長さが約０．３ｍｍ〜約３００ｍｍである正方形又は長方形のエリアを有する、請求項２７に記載の透明な変換素子。
【請求項３２】
個々の変換器が、小さい手持ち式ディスプレイに関して、一辺の長さが約０．３ｍｍである正方形又は長方形のエリアを有する、請求項２７に記載の請求項２７に記載の透明な変換素子。
【請求項３３】
個々の変換器が、大きなスクリーンのディスプレイに関して、一辺の長さが約３００ｍｍである正方形又は長方形のエリアを有する、請求項に記載の請求項２７に記載の透明な変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連する特許出願の参照及び組み入れ］
本出願は、２０１８年９月７日付の米国仮出願第６２／７２８，０９９号に基づき、３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ  １１９（ｅ）に準拠する優先権を主張するものであり、その全体を参照して、その内容全体をここに組み入れるものとする。
【０００２】
本出願は、光学的に透明な静電式変換器に関する。
【背景技術】
【０００３】
そのような変換器は、単独の素子又はアレー構成により、音響センサー及び／又は音響送信機として動作することができる。従来の変換器は、光学的に透明でない（例えば、伝統的なダイナミックスピーカー）か、或いは光学的な透明性を実現するために圧電材料に頼っている。しかし、圧電式変換器は、適切な性能を達成せず、静電式変換器よりも音響的に劣る。本出願は、光学的に透明な静電式変換器に対する幾つかの新規アプローチを記載している。
【０００４】
そのような光学的に透明な変換器の一つの実施例は、複数の原子層（光学的に透明なスペーサー、電極及び相互接続部）を有する光学的に透明な、或いは半透明の二次元の膜の静電式振動板を備え、この変換素子は、光学的に透明な変換器に関して、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の２０％以内の入射光を吸収し、半透明の変換器に関して、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の５０％以内の入射光を吸収する。この静電式振動板は、原子層の厚さが３０以内である。好ましい実施形態では、この静電式振動板はグラフェンから構成される。
【０００５】
個々の透明な変換器は、それぞれ広帯域の音響マイクロフォン又はスピーカーとして動作することができる。そのような構成では、個々の各変換器の機能は、それ以外の変換器の機能と独立している。本出願の変換器の用途は多い。特に、そのような変換器は、ハイファイオーディオ再生及び記録、（地質調査などの）亜音速探査及び（近距離通信（ＮＦＣ）、撮像、距離測定、反響定位、構造的応力損傷監視及びモーションキャプチャーなどの）超音波検査などの用途で利用することができる。そのような変換器は、ラップトップコンピューター、タブレット、テレビ及びセルラー電話機などのディスプレイを備えた電子機器に好適であり、それらの機器の音響機能をディスプレイの表面に直に統合された超広帯域変換器と置き換える、或いはそれを補強するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ａ．  Ｂ．  Ｋｕｚｍｅｎｋｏｅｔ  ａｌ．，Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ  ｏｆ  ｇｒａｐｈｉｔｅ，  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｌｅｔｔ．  １００，  １１７４０１  （２００８）
【非特許文献２】Ｌ．  Ｓｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｔｏｍｉｃ  ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｌａｙｅｒｓ，  Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．  １０，  ３２０９-３２１５  （２０１０）
【非特許文献３】Ｍａｋ  ＫＦ，  Ｓｆｅｉｒ  ＭＹ，Ｗｕ  Ｙ，  Ｌｕｉ  ＣＨ，  Ｍｉｓｅｗｉｃｈ  ＪＡ，  Ｈｅｉｎｚ  ＴＦ．  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  ｇｒａｐｈｅｎｅ．  Ｐｈｙｓ  Ｒｅｖ  Ｌｅｔｔ．  ２００８；１０１：１９６４０５
【非特許文献４】Ｓ．  Ｍ．  Ｋｉｍ，  Ａ．  Ｈｓｕ，  Ｍ．  Ｈ．  Ｐａｒｋ，  Ｓ．  Ｈ．  Ｃｈａｅ，  Ｓ．  Ｊ．  Ｙｕｎ，  Ｊ．  Ｓ．  Ｌｅｅ，  Ｄ．−Ｈ．  Ｃｈｏ，  Ｗ．  Ｆａｎｇ，  Ｃ．  Ｌｅｅ，  Ｔ．  Ｐａｌａｃｉｏｓ，  Ｍ．  Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，  Ｋ．  Ｋ．  Ｋｉｍ，  Ｙ．  Ｈ．  Ｌｅｅ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ｋｏｎｇ：  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  ｌａｒｇｅ−ａｒｅａ  ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．  Ｎａｔ．  Ｃｏｍｍｕｎ．  ６，  ８６６２  （２０１５）
【非特許文献５】Ｊａｎｇ，  Ｓ．  Ｋ．；  Ｙｏｕｎ，  Ｊ．；  Ｓｏｎｇ，  Ｙ．  Ｊ．；  Ｌｅｅ，  Ｓ．  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｅｘａｇｏｎａｌ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  ａｓ  ａ  Ｇａｔｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ．  Ｓｃｉ．  Ｒｅｐ．２０１６，  ６，  ３０４４９
【非特許文献６】Ｋｉｍ，  Ｓ．  Ｍ．；  Ｈｓｕ，  Ａ．；  Ｐａｒｋ，  Ｍ．  Ｈ．；  Ｃｈａｅ，  Ｓ．  Ｈ．；  Ｙｕｎ，  Ｓ．  Ｊ．；  Ｌｅｅ，  Ｊ．  Ｓ．；  Ｃｈｏ，  Ｄ．−Ｈ．；  Ｆａｎｇ，  Ｗ．；  Ｌｅｅ，  Ｃ．；  Ｐａｌａｃｉｏｓ，  Ｔ．；  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｈｅｘａｇｏｎａｌ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．  Ｎａｔ．  Ｃｏｍｍｕｎ．２０１５，  ６，  ８６６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のことから、本出願の課題は、透明な静電式変換素子を提示することである。別の課題は、大量に低コストで製造できる透明な静電式変換素子を提示することである。別の課題は、透明な静電式変換素子を製造する方法を提示することである。本出願の別の課題は、そのような透明な静電式変換素子を組み込んだ装置を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願の文脈において、「半透明の」材料又は素子とは、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の５０％以内の入射光を吸収する材料又は素子である。
【０００９】
本出願の文脈において、「光学的に透明な」材料又は素子とは、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の２０％以内の入射光を吸収する材料又は素子である。
【００１０】
本出願の幾つかの実施形態は、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の１０％以内の入射光を吸収する材料を包含する。本出願の幾つかの実施形態は、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の５％以内の入射光を吸収する材料を包含する。特に、グラフェンは、入射光の中の約２．３％を吸収することが報告されている（非特許文献１）。更に、ｈ−ＢＮは、入射光の中の約１％以内の入射光を吸収することが報告されている（非特許文献２）。
【００１１】
本出願の文脈において、「二次元の」材料とは、厚さが１〜１，０００原子層の層状の結晶構造を有する材料である。そのような二次元の材料の例は、グラフェン、シリセン、ゲルマネン、シリカン、ゲルマナン、ｈ−ＢＮ、ＭｏＳ２及びスタネンなどの金属を包含するが、これらに限定されない。二次元の材料は、（幾つかの実施形態において）導電性又は半導電性のプラスチック／ポリマー、半導体、導電性又は半導電性のセラミック（例えば、エラクトロセラミック）及びこれらの更なる組合せと組み合わされる。そのような二次元の材料は、本出願の実施形態の中の少なくとも幾つかによる静電式振動板のための材料として適している。
【００１２】
光学的に透明な変換器の一つの実施例は、複数の原子層を有する光学的に透明な、或いは半透明の二次元の静電式振動板を備えており、この静電式振動板は、波長が３９０ｎｍ〜７８０ｎｍの入射光の中の２０％以内（透明な場合）又は５０％以内（半透明の場合）の入射光を吸収する。この静電式振動板の厚さは、任意選択として、３０以内の原子層である。
【００１３】
好ましい実施形態では、静電式振動板は、グラフェンから構成される。別の好ましい実施形態では、静電式振動板は、二層の積層構造によるグラフェンとｈ−ＢＮから構成され、グラフェンとｈ−ＢＮの両方の材料は複数の原子層の厚さを有する。更に別の実施形態では、静電式振動板は、外側の層としてのグラフェンがｈ−ＢＮの層を間に挟んだ三層の積層構造によるグラフェンとｈ−ＢＮから構成される。更に別の実施形態では、静電式振動板は、外側の層としてのｈ−ＢＮがグラフェンの層を間に挟んだ三層の積層構造によるグラフェンとｈ−ＢＮから構成される。静電式振動板は、シリセン、ゲルマネン、シリカン、ゲルマナン、ｈ−ＢＮ、ＭｏＳ２及びスタネンなどの金属からも構成される。これらの二次元の材料は、（幾つかの実施形態において）導電性又は半導電性のプラスチック／ポリマー、半導体、導電性又は半導電性のセラミック（例えば、エラクトロセラミック）又はこれらの更なる組合せと組み合わされる。
【００１４】
好ましい実施形態では、この変換器は、第一と第二の光学的に透明なスペーサーを備え、第一と第二のスペーサーは、それぞれ導電性のパターン部を備えた大きな丸いシート又はロールの形状を成し、そのパターン部の上には、静電式振動板の一方の側が接合されている。これらの第一と第二のスペーサーは、それぞれ静電式振動板の上と下のほぼ円形の部分を規定するほぼ円形の開いた領域を有する。この変換器は、第一と第二の透明な電極を備え、これらの第一と第二の電極は、それぞれ導電性のパターン部を備えた大きな丸いシート又はロールの形状を成す。これらの第一と第二の電極は、静電式振動板と第一又は第二のスペーサーの一方の側に近い、静電式振動板の互いに逆側に配置されている。この変換器は、パターン化された導電性で光学的に透明な複数の相互接続部を備え、これらの相互接続部は、外部の電気信号と電気的に接続されている。特に、これらの相互接続部は、各電極のための一つの導線と、振動板と接続された一つの導線とを有することができる。
【００１５】
一つの好ましい実施形態では、（離散的なカスタムマトリックス形状又は多重アレー形状に関わり無く）透明性を維持するために、変換器の相互接続線は、光学的に透明である柔軟なＰＣＢとフラットパネルディスプレイを製造する技術の確立されたプロセスを用いて作成される。
【００１６】
別の好ましい実施形態では、この変換器は、光学的に透明な変換器に対して外部に配置された電気回路を備えている。この電気回路は、第一と第二の電極及び振動板と電気的に接続されており、この電気回路は、（１）マイクロフォンとして動作するために、電流、電圧及び／又は静電容量の変化を検知する、及び／又は（２）振動板から音響、亜音速又は超音波の信号を発生させるスピーカーとして動作するために、電流、電圧及び／又は静電容量の変化を発生させるように構成されている。
【００１７】
更に別の好ましい実施形態では、静電式変換器は、円、楕円、正方形、長方形、丸い長方形、腎臓の形、星形、ｎ角形又はそれ以外の変則的な形状の開いた活動的な振動板を備えている。
【００１８】
別の実施例では、この透明な変換器は、以下のギャップ間隔と電圧で動作する。
ア  約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの振動板と電極のギャップ
イ  約２０Ｖ〜約４ｋＶの振動板に対する電圧ＶＤＣ
ウ  実効値ＶＲＭＳが約２０Ｖ〜約４ｋＶである第一と第二の電極に対する電圧Ｖｓｉｇｎａｌ
【００１９】
別の実施例では、この透明な変換器は、以下のギャップ間隔と電圧で動作する。
ア  約１ｍｍの振動板と電極のギャップ
イ  約４ｋＶの振動板に対する電圧ＶＤＣ
ウ  実効値ＶＲＭＳが約４ｋＶである第一と第二の電極に対する電圧Ｖｓｉｇｎａｌ
【００２０】
更に別の実施例では、この透明な変換器は、以下のギャップ間隔と電圧で動作する。
ア  約０．１ｍｍの振動板と電極のギャップ
イ  約２０Ｖ〜約６０Ｖの振動板に対する電圧ＶＤＣ
ウ  実効値ＶＲＭＳが約２０Ｖである第一と第二の電極に対する電圧Ｖｓｉｇｎａｌ
【００２１】
別の好ましい実施形態では、第一と第二の電極は、一方の表面に薄い光学的に透明な導電性のフィルムをコーティングされた光学的に透明な基板を備えている。任意選択として、この光学的に透明な基板は、ガラス、水晶、アクリル、ポリエチレン、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＰ又はこれらの組合せ、或いはこれら以外の一般的に使用されている、当業者にも良く知られた同様な材料から作成される。任意選択として、このフィルムは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ポリ３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、グラフェン、カーボンナノチューブ又はこれらの組合せ、或いはこれら以外の一般的に使用されている、当業者にも良く知られた同様の材料から作成される。
【００２２】
別の好ましい実施形態では、第一と第二の電極は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、ｈ−ＢＮ、ポリエチレン又はこれらの組合せ、或いはこれら以外の一般的に使用されている、当業者にも良く知られた同様の材料から成る透明な絶縁フィルム層を備えている。
【００２３】
更に別の実施例では、この変換器は、静電式振動板の表面をほぼ覆うために、静電式振動板の一方又は両方の側に形成されたアクリル、ポリエステル、シリコン、ポリウレタン、ハロゲン化プラスチック又はこれらの組合せから成る層を備えている。任意選択として、この層は、静電式振動板の表面全体をほぼ覆うために連続しているか、それに代わって、この層は、静電式振動板の外側の周囲に沿ってのみ残って、この周囲に沿って静電式振動板を挟持するための追加の機械的な強度を提供するように、静電式振動板の表面の中央の領域を除去されてパターン化されている。
【００２４】
更に別の実施例では、この変換器は、静電式振動板の表面をほぼ覆うために、静電式振動板の一方又は両方の側に形成された光活性層を備えている。任意選択として、この光活性層は、加わる静電気力に応じて、振動板の偏位プロファイルを調整、増進又は変調するために、所望のパターンで選択的に除去することができる。好ましい実施形態では、この光活性層はフォトレジストから構成される。
【００２５】
別の好ましい実施形態では、この光活性層は、振動板の一方又は両方の側に形成されて、その表面をほぼ覆っている。任意選択として、光活性層と静電式振動板の両方は、加わる静電気力に応じて、振動板の偏位プロファイルを調整、増進又は変調するために、所望のパターンで選択的に除去することができる。
【００２６】
本出願による透明な変換器を作成する様々な方法が存在する。一つの方法の例は、第一の透明な電極と第一の透明なスペーサーを備えた第一の多層構造を配備する工程を有する。この方法は、光学的に透明な、或いは半透明の静電式振動板を配備する工程と、第二の透明な電極と第二の透明なスペーサーを備えた第二の多層構造を配備する工程とを有する。次に、この方法は、第一の透明な接着剤を用いて、第一の多層構造に対して静電式振動板を揃えて貼り付ける工程を有する。次に、この方法は、第二の透明な接着剤を用いて、振動板に対して第二の多層構造を揃えて貼り付ける工程を有する。
【００２７】
この方法の好ましい実施形態では、静電式振動板はグラフェンから構成される。別の好ましい実施形態では、静電式振動板は、最終的に一緒に積層されるｈ−ＢＮとグラフェンの層を備えている。
【００２８】
この方法の別の好ましい実施形態では、少なくとも第一の接着剤又は第二の接着剤は、電流が接着剤を横断して振動板にまで通じることを許容する。
【００２９】
この方法の更に別の好ましい実施形態では、この方法は、グラフェンを配備する前に、静電式振動板のグラフェン上におけるグラフェン以外の材料から成る追加の薄い層をパターン化する工程を有し、この追加の薄い層は、（ａ）振動板の外側の周囲に沿ってのみ配置されるように、（ｂ）加わる静電気力に応じて、振動板の偏位プロファイルを基本的に調整、増進又は変調するために、振動板の表面に渡って所望の排除パターンを作成するように、或いは（ｃ）振動板に所望の孔のパターンを形成するために、幾つかの領域における振動板の選択的な除去を可能とするように、パターン化される。好ましい実施形態では、このパターン化は、フォトリソグラフィ、シャドウマスク、リフトオフ、研磨、インクジェット印刷、３Ｄ印刷、スクリーン印刷及びこれら以外の当業者に良く知られた処理から成るグループの中から選定された技術を利用する。
【００３０】
一つの実施例では、本出願の変換器又は変換器パッケージは、従来の半導体製造及びチップパッケージング用の処理及び機器を用いて製造される。好ましい実施形態では、大きな機械的な強度と光学的な透明性を有する二次元の層状の複合材料である振動板部品は、例えば、フラットパネルディスプレイ、フレキシブル回路基板又はＭＥＭＳ素子に使用されるような拡張可能な製造プロセス及び機器によって、製造されて、装置に統合される。別の好ましい実施形態では、この変換器は、パッケージされた後は、個別の形状に個片化するか、カスタムマトリックス形状に配置するか、或いは多重アレーとしてパネル、ロール又はシートの形状に留めることができる。
【００３１】
別の好ましい実施形態では、この静電式振動板は、静電式振動板を揃えて貼り付けた後に除去される犠牲層を配備される。
【００３２】
本出願による変換器は、特別な設計目的を達成するために、素子のアレーの形でも配置される。そのような透明な変換素子のアレーの一つの実施形態は、本出願の実施形態の中の一つに基づく複数の透明な変換素子から構成される。任意選択として、これらの複数の透明な変換器は、素子のカスタムアレー又は製造した通りに隣り合う多重アレーの形で配置される。
【００３３】
別の好ましい実施形態では、これらの複数の透明な変換素子は、相互接続されて、単一のスピーカーとして動作する。更に別の好ましい実施形態では、これらの複数の透明な変換素子は、相互接続されて、大きな面積のマイクロフォンとして動作する。更に別の好ましい実施形態では、これらの複数の透明な変換素子は、個々のスピーカー又はスピーカーのエリアが多重化されて、異なるスピーカーチャンネル及びマイクロフォンとして使用できるように相互接続される。
【００３４】
一つの実施例では、一つのアレーの個々の変換器は、一辺の長さが約０．３ｍｍ〜約３００ｍｍである正方形又は長方形のエリアを有する。任意選択として、個々の変換器は、小さい手持ち式ディスプレイに関して、一辺の長さが約０．３ｍｍである正方形又は長方形のエリアを有する。任意選択として、個々の変換器は、大きなスクリーンのディスプレイに関して、一辺の長さが約３００ｍｍである正方形又は長方形のエリアを有する。
【００３５】
本出願の更なる対象、特徴及び利点は、以下で説明する好ましい実施形態の詳しい記述を図面と共に考慮した時に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本出願による変換器の一つの実施例の模式図
【図２】単一チャンネルのスピーカーとして構成された、本出願による変換器のアレーの一つの実施例の模式図
【図３】多チャンネルスピーカー又は多チャンネルマイクロフォンとして構成された、本出願による変換器のアレーの一つの実施例の模式図
【図４】多チャンネルスピーカー及びマイクロフォンとして構成された、本出願による変換器のアレーの一つの実施例の模式図
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、本出願による変換器１の一つの実施例を図示している。そのような好ましい実施形態の基本的な構造は、図示されている通り、五つの主要な構成部品を有する。特に、この変換器は、二つの電極（Ｅ１とＥ２）を備えている。この電極は、一方の表面に薄い光学的に透明な導電性のフィルム（例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような透明な導電性の酸化物、ＰＥＤＯＴとして知られるポリ３，４−エチレンジオキシチオフェンのような透明な導電性のポリマー又はカーボンナノチューブのようなナノ材料）をコーティングされた光学的に透明な基板（例えば、水晶のようなガラス／セラミック又はアクリルのようなポリマー）から構成される。好ましい実施形態では、薄いガラス板の一方の表面に、ＩＴＯが蒸着されるか、或いはスパッタリングにより積層され、これらのプロセスは、当業者に良く知られている。一つの実施形態では、電極用の導電性フィルムが、空洞に対して露出しており、別の実施形態では、電極と振動板の間の電気的な短絡を防止するために、追加の透明な絶縁フィルム（例えば、二酸化珪素のような酸化物、六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）のようなセラミック又はポリエチレンのようなポリマー）がコーティングされている。これらの薄い絶縁フィルムは、蒸着するか、スパッタリングにより積層するか、或いはスピンコーティングすることができ、これらのプロセスは、当業者に良く知られている。
【００３８】
図１は、二つのスペーサーＳ１とＳ２をも備え、これらは、電極の基板と同様の要件を有する光学的に透明な材料から構成され、従って、同じ材料（例えば、水晶のようなガラス／セラミックなど）が使用される。好ましい実施形態では、単一のガラス製スペーサーが（透明な糊又は透明な感圧性接着剤（ＰＳＡ）を用いて）各電極に接合される。最後の構成部品は、純粋なグラフェンのフィルム又はｈ−ＢＮ／グラフェンの複合フィルムから成る一つの振動板である。好ましい実施形態では、この振動板Ｄ１は、サンドイッチ構造に積層されたｈ−ＢＮ−グラフェン−ｈ−ＢＮから成る複合フィルムである。
【００３９】
図１は、静電式振動板Ｄ１をも図示している。この振動板は、オーディオ用途に関しては、直径１ｍｍに、超音波用途に関しては、直径０．１ｍｍに小さくすることができ、幾つかの用途では、直径３０ｍｍに大きくすることができる。ディスプレイ用の多重化アレーとしての個々の変換器１は、手持ち式移動体機器又はそれ以外の典型的には近くで視聴するために使用される機器に関して、この範囲の小さい方である。そして、それ以外のずっと遠くで見るための大きなディスプレイに関して、変換器のサイズは、大概は大きく、３０ｍｍのサイズにまで大きくなる。この変換器の振動板Ｄ１は、円形であるか、或いは用途と音響工学設計に応じて任意の形状であり、その際、各部品の形状及びレイアウトと一体化される。
【００４０】
この変換器１は、（学術論文や国際特許に記載されている通りの）製造プロセスが、金属基板上でのテンプレートによる成長、金属基板の除去及び機械的な支持フレーム上での懸架と関連するので、シート、円形又はロールの形に製作することができる。
【００４１】
個々の素子の間又は一つの素子内における構成部品の間の間隔は、用途に応じて変わるが、（振動板の上部及び底部の表面に対して直角の方向における）二つの電極Ｅ１，Ｅ２と振動板Ｄ１の間の間隔である、素子の活性エリア内における構成部品の間の間隔に対する厳しいプロセス制御を維持することが決定的に重要である。典型的には、「ギャップ」領域Ｇ１，Ｇ２と呼ばれる、これらの領域は、音波が変換される所である。このギャップＧ１，Ｇ２は、振動板に音を発生させる信号の力の対称性を維持するために、各素子の両側のサイズを均一にすべきである。ギャップは、音響設計に応じて、素子毎に変えることができるが、製造の単純化のためには、全ての素子を同様のギャップで動作させることが相応しい。
【００４２】
この変換器１の構成部品は、光学的な透明性を維持するように接合される。一つの方法は、光学的に透明な糊／エポキシ樹脂２，３，４（紫と緑の層）を使用することである。スペーサーと電極（紫）の間の接合部３，４が、機械的に強固であることだけを必要する一方、少なくとも一方の側のスペーサーと振動板（緑）の間の接合部２は、振動板に電荷を伝導するために導電性であることが必要である。この接合部２は、光学的に透明な導電性の糊（例えば、導電性の向上のために炭素粒子を懸濁させたアクリルベースのエポキシ樹脂又はシリコンベースの接着剤）を用いて、或いは光の吸収を最小化するために非常に狭い線幅でパターン化された（銀インクを線のパターンでスクリーン印刷した）従来の導電材料又は素子を動作させるのに十分な導電性を有するように十分に薄くした従来のＵＶエポキシ樹脂を用いて作成される。実際には、高い導電性は、必ずしも振動板に電荷を付与するための要件ではないが、それにも関わらず、振動板に、或いは振動板から流れる電流が非常に小さいことが望ましいので、高い導電性が規定される。
【００４３】
電極基板Ｅ１，Ｅ２とスペーサー層Ｓ１，Ｓ２は、固い誘電体５，６，７，８、例えばガラス／セラミックから構成される場合、素子に構造的な一体性と平面性を提供するが、アレーの形で製造される場合には、素子の平面性を維持するが、取付及び使用のためにアレー型素子を輪郭に沿って敷設する、或いは「曲げる」能力を授けるために、柔軟で透明な材料（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ／ａｒｔｉｃｌｅ／ｐｉｉ／Ｓ０１４１９３８２１６３０００２６）を透明な固い挿入部又は柔軟でないポリマーと共に使用できるようにすることが考えられる。変換器のカスタムマトリックス又は多重アレー構造に関して、変換器の振動板の開いたエリアが固く、その間のエリアが柔軟であるように、電極とスペーサーの複合層が作成される。個々の変換器に関して、ＰＥＤＯＴ（エチレンジオキシチオフェン）などの透明な導電性ポリマーから成る柔軟な電極とスペーサーの層が使用される。
【００４４】
これらの素子は、シート、ロール又はウェーハの形で製作される。より大きな直径に関して、層の互いの組立／接着のために、単純なピン配列を利用することができる。より小さな直径に関して、典型的にはフラットパネルディスプレイの製造及び／又はＭＥＭＳの製作で使用される層毎の配列基準マーク及び方法を使用することが望ましい。振動板Ｄ１の材料は、従来のＣＶＤ方法を用いて、大きなシートのシード層材料上に製作される。蒸着された場合、これらのシートは、素子のスペーサー層の中の一つに渡って全面的に直に揃えられて、薄いＰＳＡ層と固着された後、シード層を除去するために処理される。次に、スペーサーと振動板の層構造は、一方の電極に対して揃えて接着された後、反対側のスペーサーと電極に対して揃えて固着されることによって、素子のスタックとして一体化される。
【００４５】
幾つかの構成では、グラフェン層は、アレー又は製作シート／エリア全体に渡って連続しているか、或いは多重化変換器の異なる動作パラメータを提供するために、パターン化して相互接続することもできる。全ての層は、素子の層毎に、プリント基板、フラットパネルディスプレイ又はＭＥＭＳの製造時に典型的に使用される従来のＣＮＣ切断及び穴開け技術及び／又はそれ以外のリソグラフィ技術を用いて、構築通りにパターン化することができる。
【００４６】
これらの変換器１は、完全に組み上げられた場合、光学的に透明で、薄く、エネルギー効率が良い。素子の厚さは、ギャップ間隔、相互接続構造及び使用する電極とスペーサーの形式／厚さに応じて変化し、素子の厚さの範囲は、０．５ｍｍ〜５ｍｍの薄さにすることができる。全体の重量は、素子の厚さの関数であるが、一般的に、これらの変換器は、従来のダイナミックスピーカーと等価のスピーカーの振動板エリアの重量の約１０％である。この重量の削減は、永久磁石の削減に因る所が大きい。このシステムが電圧に依存するとともに、力を直に振動板に伝えるので、幾つかの研究は、エネルギー消費量が著しく低下することを示している。
【００４７】
電極層Ｅ１，Ｅ２は、任意選択として、フラットパネルディスプレイ又はＰＣＢ方法を用いて、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物又はそれ以外の導電性酸化物などのそれ以外の透明な導体を薄くコーティングされたガラス、水晶、アクリル、レキサン又はそれ以外のポリマー、、ＰＥＤＯＴ、それ以外の導電性ポリマー、グラフェン、カーボンナノチューブ又は導電性を改善するためにナノ粒子を含むそれ以外の複合材などの光学的に透明な材料から製造することができる。電極は、振動板Ｄ１が音波を送信（又は受信）できるように音響空洞を開放するための一つ又は複数の適切なサイズの孔１５を有する。音響伝送用の孔のサイズとパターンは、音響的なインパクトを変化させるように調整することができるが、視覚に対するインパクトも考慮すべきである。これらの孔は、組み上げる前に、機械的に開けるか、レーザーにより開けるか、エッチングするか、鋳造するか、刻印するか、或いは切除することができ、視覚に対する最小の光学的なインパクトと最適な音響伝送を提供するために、サイズと周期を十分に小さくすべきである。そのようなプロセスは、当業者に良く知られている。半導体エッチング方法を用いて、これらの音響伝送用の孔１５は、開いた面積が２５〜４０％となるピッチで、１ミクロンの小ささにすることができる。
【００４８】
電極の一つの実施例は、この多重化アレーの形状に関する例では、ガラスパネルから開始して、それにＩＴＯをコーティングし、ＩＴＯをパターン化／エッチングして、相互接続部の第一の層を作成した後、二酸化珪素をスパッタリングして、接点をパターン化／エッチングすることによって製造することができる。この電極は、音響伝送用の孔を開けるか、或いはエッチングすることによって完成する。ガラスの厚さは、変えることができるが、一般的には、フラットパネルディスプレイの製造で使用されている厚さと同様に、０．２ｍｍ〜１ｍｍである。相互接続層は、０．５〜２．５ミクロンの比較的薄いフィルムとすることができるが、２５ミクロンから１ミルの厚さを用いる、より厚いフィルムプロセスを容易に採用することもできる。
【００４９】
スペーサーＳ１，Ｓ２は、ＩＴＯ又は透明な金属（例えば、ストロンチウム・バナジン酸塩）の導電層を備えた、ガラス、ポリマー、アクリル又はそれ以外の光学的に透明な材料などの電極の層と同様の単純で透明な誘電体製間隔保持層５，６である。ギャップＧ１，Ｇ２を構成する、振動板の音響空洞エリアは、エッチング、穴開け又は除去の技術を用いて形成された後、この素子の構造に積層される。これらのプロセスは、当業者に良く知られている。大抵の構成では、この導電層は、これらの素子が全て同じＶＤＣを用いて動作する形で設計できるように連続した状態で残すことができるが、ＩＴＯ層は、幾つかの素子が異なる動作電圧ＶＤＣを振動板に印加できるようにパターン化することができる。一つの実施例では、透明な変換器の低周波性能を向上させるために、より大きな面積の変換器が、より高い電圧で駆動される。
【００５０】
スペーサー層を製造する典型的なプロセスは、ガラスシートから開始して、ＩＴＯをコーティングし、任意選択の工程として、ＩＴＯをパターン化及びエッチングした後、変換器の活性エリアをパターン化するために、このガラス（とＩＴＯ）をパターン化することである。ここで、このスペーサーは、それに対応する電極に揃えて接着することができる。前に考察した通り、これは、典型的には、ディスプレイ製造時に実施されているようなシート毎の接着プロセスにより実施するか、或いは恐らくはロール毎に接着して接合する形態で実施することができる。
【００５１】
スペーサー層Ｓ１，Ｓ２の厚さは、一般的に振動板Ｄ１から電極Ｅ１，Ｅ２までの距離を決定する。好ましい実施形態では、振動板から電極までのギャップ間隔Ｇ１，Ｇ２は、対称的であり、従って、振動板Ｄ１に対する静電力が等しくなり、そのため、両側に使用されるスペーサーの厚さは同じである。振動板Ｄ１に対する静電力は、距離の逆二乗に比例して低下し、そのため、ギャップを出来る限り小さくすると同時に、偏位するための十分な空間を振動板に与えることが重要である。幾つかの要因に依存して、ギャップは、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内で変えることができる。
【００５２】
振動板層Ｄ１は、典型的には、ＣＶＤプロセスを用いて製造されて、一つの実施形態では、純粋なグラフェンであり、好ましくは、ｓｐ２ハイブリッドカーボンフィルムの１〜３０個の単層に限定される。層の数がより多い、より厚いグラフェンフィルムも使用可能であるが、各層が光透過率を約２．３％減衰させるので、余り望ましくはない（非特許文献３）。（特に、より大きな変換器に関して）丈夫な機械的性能を保証するためには、任意選択として、厚さが５０原子層を上回る（厚さが数千層までの）（任意選択として、透明な）多層のｈ−ＢＮ（窒化ホウ素）を用いた複合フィルムを用いて、任意選択として、薄いグラフェンフィルムと組み合わせて、構造的な一体性を改善することができる。別の実施形態は、ｈ−ＢＮの両側にグラフェンの外側層を追加して、ＤＣ荷電に必要な導電率を提供することである。ｈ−ＢＮを使用することは、光学的に透明でありつつ、グラフェンの低い密度と強度を維持する（非特許文献４）。別の実施形態は、グラフェンを中央にして、何れの外側表面にもｈ−ＢＮを有する逆のサンドイッチ構造である。
【００５３】
振動板層Ｄ１は、ＣＶＤ炉内でシード層材料上に蒸着される。同様のプロセスによって、ｈ−ＢＮ多層フィルムを成長させる（非特許文献５，非特許文献６）。二層又は三層の複合フィルムを使用する場合、複数工程による逐次蒸着プロセスを使用することができる。それに代わって、個々の層を別個に成長させて、次に、ＣＶＤ炉内での成長後に、互いに層連結させる。この蒸着基板材料は、除去されて、振動板材料が一つのスペーサー層上に転写され、その後、複合体のそれ以外の層を追加することができる。
【００５４】
透明な変換器の別の実施形態は、グラフェン及び／又はｈ−ＢＮ層だけでなく、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、それ以外のアクリル、フォトレジスト、ポリエステル、シリコン、ポリウレタン、ハロゲン化プラスチック層又はナノセルロースなどの透明なポリマーフィルムを備えた多層のパターン化された振動板を有する。この追加のフィルム層は、機械的な支持部として、或いは音響性能を調整するために、振動板の一方又は両方の側に置かれる。また、この追加のフィルム層は、音響的及び機械的な性能を調整するために、パターン化されて、振動板の一方又は両側をフォトリソグラフィ法、リソグラフィ法、アッシング、スパッタリング又はそれ以外のプロセスにより選択的に除去される。この追加のフィルム層は、透明な変換器の音響的及び機械的な性能を調整するために、レーザーアブレーション、スパッタリング又はリソグラフプロセスによって、振動板自体の領域を選択的に除去するためのパターンとしての役割も果たす。
【００５５】
従来の静電式変換器のように、電極Ｅ１，Ｅ２は、何れの側もスペーサーＳ１，Ｓ２によって振動板Ｄ１から隔離されている。電極Ｅ１，Ｅ２と振動板Ｄ１の間の「ギャップ」Ｇ１，Ｇ２は、これらのスペーサーＳ１，Ｓ２の厚さによって決定される。各スペーサーＳ１，Ｓ２が同じ厚さである場合、これは、対称的な素子を構成する。振動板Ｄ１を帯電させるために、直流電圧が印加されて、典型的には、音を発生させるために、プッシュプル構成を用いて、オーディオ信号が電極に印加される。この変換器がマイクロフォンとして使用される場合、この構成は若干異なり、一方の電極が接地されて、他方の電極が、静電容量の変化を生じさせる音波による振動板の偏位によって引き起こされる電流に関して監視される。
【００５６】
アレーとして、この素子は、（亜音速、可聴音及び超音波の）音波の発生に完全に特化する（図２及び３）か、超広帯域マイクロフォンとして完全に特化する（図３）か、或いはこれらの役割の各々を同時に実行する変換器に分割する（図４）ことができる。一つの実施形態では、変換器は、スピーカー又はマイクロフォンとして固定することができ、別の実施形態では、各変換器は、マイクロフォンからスピーカーに切り替えて、意図する用途のために素子の全体構成を変更することができる。多重アレーにおける個々の変換器を指定及び制御する能力によって、幾つかの変換器をオーディオスピーカーとして動作させると同時に別の変換器をマイクロフォンとして動作させる能力をも提供される。
【００５７】
スピーカーとして、このアレー素子は、単一チャンネルの音を発生させる（図２）か、或いは相互接続されて、多チャンネルの音を発生させることができる（図３）。多チャンネルのスピーカーは、ステレオのように単純にするか、変換器グループの細分化されたゾーンによって、より複雑にするか、或いは個々の変換器がそれぞれ個別に指定されるように複雑にすることができる。ディスプレイの用途では、一つの画像の中で複数の個人が歌っている見え方（チャンネル）は、アレー内のオーディオスピーカーに、各個人（チャンネル）がその個人（チャンネル）の表示された位置から歌っている形態を反映させることができる。多重化スピーカー構成のために、これらの素子は、共通の直流振動板電圧と接続されて、各チャンネルのオーディオ信号が別個に配信される。これは、通常の半導体製造方法又はディスプレイ製造方法を使用して、Ｅ１及びＥ２の層における変換器の間のスペースにおける素子の相互接続部をパターン化することによって実現され、より複雑なチャンネル設計のために追加の透明な接続層を追加することができる。
【００５８】
マイクロフォンとして、このアレー素子は、上述した方法と同様の方法により、１チャンネル又は多チャンネルによる音を検出することができ、その際、一つの電極層が接地され、第二の電極が単一又は多チャンネルモードで接続されて、音波が振動板を叩く通りの電圧又は静電容量の変化を検出する。
【００５９】
また、このアレー素子をディスプレイ機器又はそれ以外の表面に添付する場合、ディスプレイと変換器アレーの間に透明な分離層を使用することが望ましい。この分離層の目的は、所望の前進音響効果の望ましくない劣化を引き起こす、変換器の前進音響効果と後進音響効果の相互作用から生じる干渉又はイメージング効果を除去することである。この分離層は、アレー素子に最適な音響効果を発生させるために、パターン化された導体路内に統合するか、或いはアレーの横断面エリア内に組み込むことができる。
【００６０】
好ましい実施形態では、この素子の振動板は、約１０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約２０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１μｍ〜１０μｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１０μｍ〜１００μｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１００μｍ〜１ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、４０μｍ〜１ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１ｍｍ〜１０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１ｍｍ〜３５ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１ｍｍ〜１００ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１０ｍｍ〜２０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１０ｍｍ〜１００ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１００ｍｍ〜１，０００ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、１，０００ｍｍ〜１０ｃｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約１ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約１０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約２０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約３０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約４０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約５０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約６０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約７０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約８０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約９０ｍｍの直径を有する。別の好ましい実施形態では、この振動板は、約１００ｍｍの直径を有する。
【００６１】
この静電式振動板は、任意選択として、１００原子層以内の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、５０原子層以内の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、４０原子層以内の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、３０原子層以内の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、２０原子層以内の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、１０原子層以内の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、１０〜５０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、２０〜５０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、３０〜５０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、４０〜５０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、１０〜４０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、２０〜４０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、２０〜３０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、１０〜３０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、２０〜３０原子層の厚さである。この静電式振動板は、任意選択として、１０〜２０原子層の厚さである。
【００６２】
好ましい実施形態の前の記述は、説明と解説だけを目的として提示されている。それは、網羅すること、或いは本発明をここで開示した詳細な形態に限定することを意図するものではなく、その修正及び変更は、実現可能であるか、上記の教示に照らして明らかであるか、或いは本発明の実施から得られる。これらの実施形態は、本発明の基本原理と実際の用途を説明して、当業者が本発明を想定される特定の使用に適した様々な実施形態及び様々な修正形態で活用できるようにするために選定され、記述されている。本発明の範囲がここに添付された請求項によって定義されること、並びに請求項がここで開示された実施形態及びそれらと同等の形態を含む、本発明の全ての実施形態を包含することを意図している。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ    変換器アレー
Ｄ１  振動板
Ｄ２  振動板
Ｄ３  振動板
Ｅ１  電極層
Ｅ２  電極層
Ｇ１  ギャップ
Ｇ２  ギャップ
Ｓ１  スペーサー層
Ｓ２  スペーサー層
１    変換器
２    糊／エポキシ樹脂
３    糊／エポキシ樹脂
４    糊／エポキシ樹脂
５    スペーサーの誘電材料
６    スペーサーの誘電材料
７    電極の誘電材料
８    電極の誘電材料
９    電極層の導電層
１０    電極層の導電層
１１    電極層の第二の誘電層
１２    電極層の第二の誘電層
１３    スペーサー層の導電層
１４    スペーサー層の導電層
１５    電極の開口部
１６    相互接続部の導電材料
１７    相互接続部の誘電材料
【図１】
2021536700.tif 000003
【図２】
2021536700.tif 000004
【図３】
2021536700.tif 000005
【図４】
2021536700.tif 000006
【国際調査報告】
2021536700.tif 000007