CN105247889B - 换能器系统和电子装置 - Google Patents

Abstract

换能器系统和电子装置。一种换能器系统，该换能器系统包括：面板，该面板具有一个或更多个压电使能箔片和联接至所述面板的电触点的布置，并且被配置成在其上限定多个换能器。每一个换能器都与所述面板的相应区域关联，并且与联接至所述面板的该相应区域处的至少两个区段的至少两个电触点关联。所述电触点适于在所述至少两个区段中提供电场，以使在所述至少两个区段中造成不同程度的压电材料变形，由此沿大致垂直于所述面板的表面的方向使所述面板的相应区域变形，并由此使能够将电信号有效转换成机械振动(声波)和/或将机械振动转换成电信号。

Description

换能器系统和电子装置

技术领域

本发明涉及信号生成系统。具体来说，本发明在声换能器(transducer)系统领域有用。

背景技术

声信号典型地通过移动造成压力振动的隔膜来产生，该压力振动导致声波传播。扬声器和扬声器系统通常被集成到各种电子装置中，并且可以按不同构造来构建，以生成音频频带频率范围的声波。

某些类型的扬声器部件(声换能器)利用压电材料，响应于施加在该材料上的电场来生成机械移动。许多压电材料可以按与声频(和其它频率范围)相对应的频率提供机械移动，并且可以被用于生成音频频带和/或超声波范围的声信号。

US 6427017公开了一种具有透明压电部件和透明电极的压电隔膜。还公开了一种便携式电子装置，其具有用于显示图像的显示装置，和具有透明压电部件和透明电极的移动扬声器。在该便携式电子装置中，该压电扬声器设置在显示装置的前面。

US 2011/033074提供了一种适于设置在显示板上的透明扬声器。该透明扬声器包透明隔膜、透明电极板以及间隔体。每一个透明电极板都具有多个开孔。该显示板包括多个像素。该像素发射光学信号。光学信号的莫尔(Moire)空间周期在该光学信号穿过透明扬声器之后小于600μm。当该透明扬声器设置在显示板上时，用户能够透过透明扬声器来观看显示板上的图像，而不受波纹干扰。

US 2011/261021描述了包括大致透明的复合压电单元的触觉装置，其被配置成，测量该单元的表面变形，并且提供触觉反馈效果，作为变形的结果。更具体地说，US 2011/261021公开了一种触觉装置，其包括：基板；和覆盖该基板的大致透明的复合压电单元。该压电单元包括：传感器压电层，其被配置成，在传感器压电层变形时生成第一信号；和致动器压电层，该致动器压电层被配置成，当接收到基于第一信号的第二信号时提供触觉效果。

发明内容

本领域需要一种新颖的换能器系统，其能够集成到电子装置和最小化使用该装置的空置外表面的其它装置。现今许多电子装置(例如，手持式装置)的前外表面在很大程度上被显示器占用。因此，用于在这种装置中容纳声换能器的空间/表面积不足，而且在许多情况下，声换能器位于该装置的背侧上，当该装置背面朝下放置时，其可以导致低质量(模糊)的声音。而且，由于这种装置中的尺寸限制，因而，与更大尺度的换能器相比，这种装置的设计者通常对小的声换能器妥协，其在许多情况下与劣化的声质量关联。本发明提供了一种平坦、透明且连续的换能器系统(面板)，其可以集成/定位在电子装置的显示器上，以生成/或感测声场和压力场。

本发明的换能器系统被设置成，生成一个或更多个频率范围的声信号，并且还可以使能够针对听众位置实现可控声音生成。而且，本发明的换能器系统还能够生成机械振动，和/或还可以被利用为用于感测施加至该换能器系统的表面的外部压力变化(声/触摸)的输入系统。

本发明的换能器系统通常被设计为面板(例如，平坦和/或大致薄板)，并且包括沿该面板的表面按预定几何结构设置的多个可单独操作的换能器。该换能器系统的这种构造使能够将换能器系统集成到其它装置(例如，电子装置)中，以使该换能器系统可以位于该装置的外表面上(或者集成到其中)。另外，本发明的换能器系统针对可见光可以光学透明，由此使能够将该换能器系统与电子装置的显示表面集成/集成到其上，否则，其除了作为该装置的显示表面以外，将没有可用的。为此，该透明换能器系统可以附接至或者集成到装置中，并且位于该装置的显示表面上，同时允许透过该换能器系统看到所显示的图像。

本发明的换能器系统可以被操作以生成一个或更多个频率范围的机械振动。与扬声器系统类似的是，这些机械振动可以生成在空气中传播的压力波，并且提供声信号。由此，该换能器系统可以操作为响应于提供给其的电信号来提供声信号的扬声器系统。

为提供相对平坦且薄的形状因素，该换能器系统采用多个更小换能器的阵列/布置(例如，面板上的换能器区域)。该换能器的特征(例如，换能器的尺寸和/或其结构)可以根据要因此生成/感测的声信号的类型/波长，并且根据因此生成/接收的声束的希望宽度来配置。例如，对于指定换能器尺寸来说，与高频信号(短波长)相对地，低频声信号(长波长)将在更宽角范围中传播。

当换能器系统被操作成生成相对较高频率(例如，超声波频率)的声信号时，所述多个换能器能够生成低发散(low-divergent)声信号，即，以小于15°，或者有时小于10°，而且在某些构造中甚至小于5°的发散性传播的信号。在生成这种高频的声信号时，通过该系统使用多个单独启用的换能器使得该换能器系统能够基于特定声生成算法来操作，以通过利用该系统的不同换能器传输不同声信号，来提供由其生成的声场的选定空间分布。例如，本发明的换能器系统可以被操作用于根据在转让给本申请受让者的PCT专利申请no.PCT/IL2013/050952中所公开的技术来生成空间定位声场。

如上所示，本发明的换能器系统包括多个可单独操作的换能器，其能够按一个或更多个频率范围生成振动。优选的是，该可单独操作的换能器被配置成，使得该换能器的振动生成远离该换能器系统在空气中传播的压力波。这些压力波可以具有一个或更多个频率范围。例如，该可单独操作的换能器可以生成音频频带频率声波，和/或生成超声波(US)频率的声波。这种US频率通常可以包括具有频率40kHz至100kHz的频率的声波。另外，该可单独操作的换能器的振动可以具有低频，并且提供可以被接触该系统表面的人感觉到的机械振动。另外，换能器可以弯曲和/或突出，以响应于提供给其的DC电压而提供圆顶状(dome-like)结构，以在该系统的表面上创建隆起。这可以例如在各种应用中使用，以增加生成声信号的效率，和/或提供针对虚拟键盘的物理形式(例如，浮雕图案)。

本发明的换能器系统可以包括一个或更多个换能器，每一个换能器都包括光学透明面板的至少一个区域，和在与所述一个或更多个换能器关联的区域处电联接至所述面板的电触点。该(声)换能器可单个操作，以使所述多个换能器中的每一个都可以因机械振动(其可以生成声信号)而独立生成特定信号，其可以类似于或不类似于通过其它换能器生成的信号。为此，该换能器系统还包括信号传输布置(例如，布线网络/组件)，包括多个电信号传输线(例如，电线)，其电联接至所述多个声换能器(直至其相应电触点)。所述信号传输布置的信号传输线被配置成，向所述多个换能器中的单个换能器传输电信号，由此使能够实现其独立操作。

该光学透明的面板通常包括压电材料，该压电材料被配置成，响应于施加至其的电场而膨胀或皱缩(shrink)/收缩。应注意到，该光学透明的面板可以优选为沿该换能器系统延伸的连续面板；该面板可以根据联接至其不同区域的电触点而分段成单独的换能器(对应于该面板的区域)。该换能器系统还包括联接至电触点的信号传输布置(例如，电气布线组件)，并且被配置成，提供电信号或者将电压施加至所述换能器。由此，当该电触点向它们的换能器面板的关联区域施加电压(或电压变化)时，该面板的压电材料膨胀或收缩。通过向该电触点提供特定频率的交变电压(alternating voltage)，该换能器的压电材料可以按所述特定频率振动，并由此可以生成声信号。

一般来说，本发明的换能器系统可以是独立系统或集成到父类装置/系统中，并且被配置成，提供以下功能中的一个或更多个：生成相对低频的机械振动，例如，向用户提供振动感觉；按耳式扬声器模式和/或扩音器模式生成音频频带声信号，如下进一步描述的；以及利用射束形成和操纵技术生成超声波声信号，优选为高声压级(SPL)的，例如，超过20kHz的频率的超声波声信号。另外，可以利用该透明面板的压电材料，以响应于施加至其的外部压力来生成电信号。这些电信号可以通过与该换能器系统的换能器关联的电触点来收集，并且通过该信号传输布置来传输，以供进一步使用/处理。由此，该换能器系统还可以提供以下功能中的一个或更多个：响应于外部定位压力(例如，采用触摸板的形式)来生成电信号；响应于碰撞在所述换能器系统表面上的声波来生成电信号，即，操作为麦克风；响应于超声波频率(US)的声波而生成电信号，下面，还将对其进行更详细描述。

由此，根据本发明的宽泛方面，提供了一种换能器系统，该换能器系统包括：面板，该面板包括一个或更多个压电片和电触点的布置，所述电触点的布置联接至所述面板并且被配置成在所述面板中限定多个换能器。其中，所述多个换能器中的一个或更多个换能器与所述面板的一区域关联，并且与联接至所述区域的至少两个区段的至少两个电触点关联，并且被配置成使能够在所述至少两个区段中提供电场，以同时在所述区段中造成不同程度的压电材料变形，由此沿与所述区域的表面垂直的方向使所述面板的所述区域变形，由此，在所述区域中使能够进行下列操作中的至少一个：将电信号转换成机械振动；和将机械振动转换成电信号。所述电触点可以电联接至沿所述一个或更多个有源(active)层的至少顶表面和底表面的至少一个区域。所使用的压电材料可以被配置为单向取向或双向取向压电材料。

应注意到，短语“不同程度的变形”(例如，换能器区域的不同区段中的压电材料变形)可以涉及不同范围的变形(例如，分别根据表示按每单位长度/表面积/体积的变化的无量纲数所测量的)和/或不同速率的变形(例如，每单位时间的变形范围)。根据一些实施方式，这种不同区段横跨所述面板横向地和/或沿所述面板的深度垂直地设置。

所述不同程度的压电材料变形可以与所述区段中的至少一个区段中的压电材料膨胀和所述区段中的至少一个其它区段中的压电材料收缩关联。

根据本发明的一些实施方式，所述多个换能器沿所述面板按预定几何结构和间距布置。所述换能器系统可以包括联接至所述电触点并且被配置成向所述电触点提供电连接的信号传输布置，以通过所述信号传输布置，响应于提供给所述电触点的电信号，来独立操作所述换能器，以便按一个或更多个频率范围内生成机械振动。

根据本发明的一些实施方式，所述换能器系统(例如，其面板)对于可见光来说光学透明。例如，所述一个或更多个压电片，并且可能地，所述面板的无源聚合物箔片可以对可见光大致光学透明，并且可以利用大致透明的压电材料来形成(例如，透明压电聚合物)。而且，电连接至所述面板的所述多个换能器部件的电触点可以被配置为光学透明的电触点。所述电触点例如可以通过利用大致透明的导电材料和/或通过利用以薄导电部件/电线形成的大致透明的导电网格来形成。

所述换能器可以操作，用于在一个或更多个声频范围内生成机械振动，由此生成所述一个或更多个声频范围的声信号。所述一个或更多个声频范围可以包括音频带频率范围和超声波频率范围中的至少一个。

根据本发明的一些实施方式，所述面板可以包括一个或更多个层，所述一个或更多个层包括利用压电材料形成的一个或更多个有源层，该压电材料能够响应于施加至该压电材料的电信号变形，由此生成所述机械振动。所述透明面板还可以包括至少一个无源(passive)层，所述至少一个无源层在通过所述预定几何结构限定的预定位置中，以机械方式联接至所述一个或更多个有源层，使得所述面板的所述区域中的相应区段的膨胀和收缩在和所述表面垂直的预定方向上提供所述区域的变形。

根据本发明的一些实施方式，所述一个或更多个有源层可以包括至少两个有源层。所述至少两个有源层中的每一个可以利用能够响应于施加至该压电材料的电信号而变形的压电材料形成。所述至少一个换能器的一区域可以包括在所述区域中电联接至所述至少两个有源层的两个或更多个电触点；所述两个或更多个电触点被设置成在所述区域中施加电场，使得所述区域中的所述至少两个有源层中的一个有源层的区段膨胀，并且所述区域中的所述至少两个层中的一个其它有源层的区段收缩，由此，在垂直于所述表面的预定方向上使所述区域变形。

所述至少两个有源层可以通过具有相反极性的压电材料片形成，所述两个或更多个电触点包括两个电触点，所述两个电触点位于所述至少两个有源层的相对两侧并且被设置成在其间生成电场，以使响应于通过所述至少两个电触点所提供的特定方向的电场，所述有源层中的至少一个有源层膨胀，而至少一个其它有源层收缩。另选的是，通过压电材料片形成的所述两个或更多个有源层可以设置有类似极性，所述两个或更多个电触点包括位于所述至少两个有源层的相对两侧的两个电触点，和位于所述两个或更多个有源层之间的第三电触点，以使在所述两个电触点中的任一个电触点与所述第三电触点之间按相反方向提供电场导致所述有源层中的至少一个有源层膨胀，而至少一个其它有源层收缩。

根据一些实施方式，所述面板可以包括至少一个有源层，并且其中，所述至少两个电触点包括：至少第一和第二电触点，所述第一和第二电触点分别电联接至所述至少一个有源层的一表面上的、所述面板的所述区域的周边区段和中央区区段；和电联接至所述至少一个有源层的相对表面的至少第三电触点；由此，使能够相反膨胀和收缩所述面板的所述区域的所述周边区段和中央区段。

根据一些实施方式，所述面板的与换能器关联的所述区域可以配置有沿平行于所述面板的至少一个轴的预定曲率，以使所述区域的相应区段的膨胀和收缩在垂直于所述面板的预定方向上在所述区域中提供所述面板的变形。

一般来说，所述单独启用的换能器中的至少一些能够将外部压力转换成电信号。而且，所述多个单独启用的换能器中的至少一个或更多个换能器能够响应于施加至其的外部压力而生成合适的电信号，并且经由其相应电触点提供要通过所述信号传输布置传输的所述合适电信号。所述至少一个或更多个换能器能够优选地根据所述外部压力的频率来生成所述合适电信号。更具体地说，所述多个单独启用的换能器能够响应于抵达其的特定频率范围的声波而生成电信号，并且所述频率范围可以包括下列各项中的一个或更多个：可听频率和超声波频率，由此，使能够将所述换能器系统操作为麦克风。

应注意到，根据本发明的一些实施方式，所述面板包括由包括压电片制成的至少一个有源层，该压电片包括聚合物压电片。所述聚合物压电片可以沿着所述换能器系统的、覆盖至少两个换能器的区域的表面延伸，并且可以沿所述换能器系统的整个表面延伸。所述聚合物压电片可以包括基于聚偏二氟乙烯((PolyVinyliDene Fluoride)PVDF)的材料，举例来说，如PVDF-三氟乙烯((PVDF-trifluoroethylene)P(VDF-TrFE))、PVDF-三氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene(P(VDF-TrFE-CTFE))。

根据一些实施方式，所述声换能器系统的电触点可以包括薄金属网格。另外或另选的是，所述光学透明面板上的所述电触点可以包括以下各项至少一个：(i)碳纳米管(CNT)薄涂层；(ii)石墨烯涂层；(iii)银(Ag)纳米颗粒涂层；(iv)铟锡氧化物(ITO)超薄涂层；(v)聚苯胺(Polyaniline)透明涂层；(vi)聚噻吩(Polythiophene)透明涂层；以及(vii)聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(tryrenesulfonate)(PEDOT/PSS))。

所述换能器系统的单独启用的换能器可以按预定几何结构和它们之间的间距设置。所述换能器系统可以包括按以下几何结构中的至少一个设置的换能器：(i)笛卡尔阵列；(ii)环状球环；以及(iii)六边形阵列。

根据本发明的一些实施方式，所述换能器系统可以与控制单元关联，该控制单元可经由所述信号传输布置连接至所述多个单独启用的换能器，并且被设置且可操作，以选择性地操作所述多个单独启用的换能器中的每一个。所述控制单元可以被设置且可操作，以接收来自所述多个单独启用的换能器的电信号，并且在所述换能器系统中标识所述电信号的源的位置。

根据本发明的又一广泛方面，提供了一种电子装置，该电子装置包括如上所述的换能器系统和控制单元。所述控制单元可连接至所述信号传输布置，并且被配置成通过所述信号传输布置向选定换能器的选定电触点选择性地提供电信号，以由此根据通过所述控制单元接收的指示声信号的数据来生成声信号。所述电子装置可以被配置为手持式电子装置。

所述电子装置可以包括显示单元。所述换能器系统可以被配置成对于可见光透明，并且位于所述显示单元的顶部上。另选的是或者另外，所述电子装置可以包括显示单元，并且所述换能器系统的所述面板布置在所述显示单元周围的一个或更多个区域处，例如定位在所述装置的一个或更多个区域处、所述显示单元的框架处，或者在其它现有部件周围，如采用插接站构造的智能电话装置，或者另选地，如膝上型装置中的，诸如键盘平面的总体上不同的平面中。

所述信号传输布置可以被设置成，使得向和从选定换能器的电触点传输电信号的电线沿所述显示单元上的表面排列，以使所述电线被排列成在所述显示单元的像素之间通过，由此不妨碍像素区域。

所述换能器系统可以操作为触摸板和麦克风中的至少一个，并且所述控制单元可以被配置成接收指示施加至所述单独启用的换能器中的一个或更多个的外部压力的电信号。

根据一些实施方式，从所述电极组件接收的电信号可以指示以下各项至少一个：向所述换能器中的一个或更多个施加外部压力的用户交互；和通过所述换能器中的一个或更多个接收的声波。

根据本发明的又一广泛方面，提供了一种电子装置，该电子装置包括换能器系统和关联控制单元。所述换能器系统包括沿所述电子装置的外表面以预定几何结构布置的多个换能器，以及信号传输布置，该信号传输布置将所述多个换能器连接至所述控制单元，并且使能够单独操作所述多个换能器中的不同换能器，其中，所述多个换能器被配置成，响应于通过所述控制单元提供至所述多个换能器的电信号，来生成一个或更多个预定频率范围的机械振动。

所述电子装置可以包括可连接至所述控制单元的显示单元，并且所述换能器系统可以被配置成对于可见光谱的光透明，并且位于所述显示单元的顶部上。另选的是或者另外，所述电子装置可以包括显示单元，并且所述换能器系统的所述面板布置在所述显示单元周围的一个或更多个区域处，例如定位在所述装置的一个或更多个区域处、所述显示单元的框架处、或者在其它现有部件周围，如采用插接站构造的智能电话装置，或者另选地，如膝上型装置中的，诸如键盘平面的总体上不同的平面中。

根据又一宽泛方面，本发明提供了一种换能器系统，该换能器系统包括：多个单独启用的换能器，所述多个单独启用的换能器在面板的表面上的相应区域处按预定几何结构和间距布置；和信号传输布置，该信号传输布置联接至所述多个单独启用的换能器，并且被配置成提供所述多个单独启用的换能器到所述换能器的电连接。所述面板包括：由压电材料制成的至少一个有源层和至少一个附加层，至少一个附加层联接至所述由压电材料制成的所述至少一个层，以在所述区域中的、与换能器关联的至少一个区域中形成双形态((bi-morph))压电片；并且所述信号传输布置包括在所述区域处电联接至所述有源层的一个或更多个电触点，并且其中，所述双形态压电片和所述电触点的构造可操作，用于响应于通过所述电触点在所述区域中施加预定电场，而朝着大致垂直于所述表面的预定方向使所述区域变形。所述附加层可以是以下各项中的至少一个：包括压电材料的第二有源层；和无源层。

应注意到，术语双形态(bi-morph)(例如，换能器区域和/或面板的双形态构造)涉及所述面板/换能器区域中的联接/附接在一起的两个或更多个层的构造，以使所述区域中的每一个层可以响应于施加至其的电信号而变形至不同程度。所述双形态构造例如可以包括：有源(压电)层；和附接至其的附加层，其可以是有源层或无源层(例如，没有压电特性)。

根据本发明的一些实施方式，在非操作状态下，所述面板的所述表面可以具有大致平坦的几何结构，并且其中，所述换能器的操作与向所述一个或更多个电触点提供的偏置电位关联，以时所述换能器的所述区域变形，形成在所述预定方向上突出的弯曲表面。

所述换能器用于按特定频率生成机械振动的操作，可以与向所述电触点中的至少一个提供以所述频率振荡的交变电位关联。

所述换能器系统可以被配置且可操作，以将施加至所述弯曲表面的机械压力转换成所述电触点中的至少一个上的对应电位。

附图说明

为了更好地理解在此公开的主旨，并且例证其可以怎样在实际中执行，下面，参照附图，仅通过非限制例的方式对实施方式进行描述，其中：

图1A和1B示意性地例示了根据本发明的换能器系统，图1A示出了换能器系统，而图1B例证面板的与一个换能器关联的区域；

图2A-图2C例证了适于在本发明的换能器系统中使用的换能器的几种构造，图2A例示了一构造，图2B例示了配置有锚定至基板的有源层的换能器构造；图2C例示了利用联接在一起的无源层和有源层的双形态换能器构造。

图3A-图3B例证了利用两个联接在一起的有源层所形成的换能器的两种双形态构造，使能够独立控制该换能器面板的层中的不同区段的变形。

图4A-图4B例证了配置有横向同心电极布置的换能器构造，使能够独立控制该换能器的周边区段和中央区段的变形。

图5A-图5B例示了根据本发明的两个实施方式的换能器的附加可能构造，其被设计成提高该换能器的声效率；

图6A-图6B例证了定位在面板顶部上并且适于操作换能器的电触点的构造；以及

图7A-图7B例示了本发明的换能器系统可以怎样嵌入根据本发明的实施方式的电子装置中；

图8A-图8B例示了本发明的换能器系统可以怎样嵌入根据本发明的另一实施方式的电子装置中。

具体实施方式

本发明提供了一种能够集成到各种装置中的换能器系统，并且被设置成，根据该装置的操作提供采用机械振动形式的输出信号和/或声信号。对图1A进行说明，其例示了根据本发明的换能器系统100。换能器系统100包括按预定几何结构和间距设置的多个换能器10。换能器10通常是压电换能器，其被配置且可操作用于将机械压力/变形(例如，与声波和/或触摸关联)转换成电信号，反之亦然。换能器系统100还可以包括联接至换能器10的信号传输布置20，并且被配置成，使能单个操作每一个换能器10。

换能器系统100包括面板14，该面板14包括一个或更多个压电片(例如，压电材料复合层)。而且，换能器系统100包括联接至面板14的电触点12(例如，电极)的布置。

在一些实施方式中，面板14的压电片，并且还可能的是，面板的其它无源层(例如，无源(非压电)聚合物箔片和/或粘合层)对于可见光大致光学透明。在这种实施方式中，该电触点优选地被设置成为光学透明的电触点。

电触点12的形状和布置被配置成在面板14中限定多个换能器10，即，该电触点可以按被电触点覆盖的区域是其关联换能器的区域的方式来限定换能器单元。根据本发明的一些实施方式，将一个或更多个换能器10横向设置在同一/单个面板14上，同时在该面板14上的电触点12的位置/布置实际上限定换能器的位置/形状。例如，电触点12可以被设置成限定每一个换能器10的区域R。

图1B更详细例示了换能器10的区域R，以示出换能器10的有源区RA及其周边区域RP。换能器10的有源区RA操作为该换能器的主隔膜区域，以生成和/或感测声/压力信号(例如，有源区RA大致从表面A突出和/或在操作换能器10期间振动)。周边区域RP通常包围有源区RA，并且操作为用于致动有源区RA的主驱动区域，以按触摸感测操作来生成声信号和/或电信号(例如，在换能器10的操作期间，周边区域RP变形以针对表面S推/拉有源区RA)。为此，换能器10的区域R根据面板14中的电极12的布置来限定。应注意到，由于该面板通常被形成为连续片，因而，还应注意到，有源区RA与周边区域RP之间有或没有清晰/独特边界。尽管如此，在本发明的一些实施方式中，这些区域与换能器10的区域R中的电极12关联/通过该电极限定，其旨在改进换能器10的效率和/或动态范围(例如，下面参见图4A和图4B)。另选的是或者另外地，这些区域可以与面板14的一个或更多个层中的、位于这些区域中的一个或两个区域处的空间间断/切口关联(例如，下面参见图3B和图5B)。

为此，在面板14中，存在一个或更多个换能器10(典型地讲，多个换能器)，其中，每一个换能器10都与面板14的相应区域R关联。而且，每一个换能器10都与至少两个电触点12关联，该电触点12联接至与换能器10关联的相应面板区域R的至少两个位置/区段，一般来说，每一个换能器都与至少一个专用电触点和可以专用于该换能器或者不专用于该换能器的至少一个其它电触点关联。图1A示出了面板14的顶表面，其上定位有一个这种电触点12(一般来说，附加的电触点12可以处于面板的顶表面和/或底表面上和/或设置在面板14的中间层中)。如通常已知的，压电材料响应于电场的变化，使它们的物理尺度变形/改变。在本示例中，换能器10通过压电片的、与面板14关联并且联接至电触点12的区域R来限定。与每一个换能器关联的电触点的位置和形状限定这样的区域，即，电场变化导致压电片膨胀/收缩，并因此，将面板分段成单个操作的换能器。一般来说，每一个换能器都与至少一个专用电触点12关联，并且同样与可以或不能公用于其它换能器的至少一个附加电触点关联。在一些实施方式中，换能器10可以包括两个以上的电触点12，如下进一步描述的。另选的是或者另外地，在某些配置中，几个换能器10可以共享一电触点12，其被操作为接地触点。

根据本发明的一些实施方式，至少两个电触点12的形状和/或位置被配置成使能够在与换能器10关联的面板区域R的不同区段处，以不同材料变形程度同时实现压电材料膨胀/收缩(一般来说，变形)。例如，所述至少两个电触点12使能够同时实现在与换能器10关联的面板区域的至少一个区段中的压电材料膨胀；和在与换能器10关联的面板区域的至少一个其它区段中的压电材料收缩。在这点上，术语不同区段的“不同膨胀/收缩”应当按更宽泛意义理解为，通常涉及不同程度的材料变形(具有其不同量值的材料变形的相同和/或不同的迹象/方向)。本发明的这种特征提供使面板的区域变形，以使区域R的至少一部分向外突出(例如，沿大致垂直于面板表面S的方向)。因此，与换能器10关联的面板的区域(或者其与该突出关联的至少一“有源”部分RA)可操作为声隔膜，以将电信号转换成机械/声振动，和/或将机械/声振动转换成电信号。在面部区域R的不同区段(通过该区域中的至少一个电极的空间布置和形状实现的)处，同时材料变形到不同程度(例如，膨胀和收缩)导致机械与电信号之间的不同转换，反之亦然(这些转换在此通常和/或另选地称为电气-机械转换)。电气机械转换的效率通过使能够控制区域R的曲率，而在形成希望曲率的同时缩减或消除区域R中的张力/应力，来获取。具体来说，这种有效的电气-机械转换提供以下各项的至少一个：有效生成压力波/声波(例如，具有高电气至机械/声转换比率，使得换能器能够生成具有足够声压级(SPL)的声波(例如，在预定频率范围下，大约65-85dB))，和/或具有压力波/声波至电信号之间的有效转换，例如，与低信噪比(SNR)和/或高灵敏度关联。

在下面更详细描述的一些实施方式中(例如，参见图3A和图3B以及相关描述)，例证了双形态(bi-morph)面板构造，其中，面板14包括以共面方式联接的至少两个压电层/片，以形成双形态压电片。所述至少两个电极(电触点)12包括至少从双形态压电片的两侧上的、设置在面板14的换能器区域R中的至少两个电极。该电极12被配置成，使能够同时膨胀/收缩双形态的相应层(该层形成/构成每一个换能器区域R的收缩和膨胀区段)。一个压电层的膨胀同时伴随联接至其的另一压电层的收缩，沿着大致垂直于面板表面S的总体轴/方向，向换能器区域R的至少中央部分(充任换能器隔膜)提供有效致动。为此，在这个示例中，不同的同时收缩和膨胀区段与双形态片的垂直堆叠层关联。

在下面还更详细描述的一些实施方式中(参见图4A和图4B以及相关描述)，每一个(或者至少一些)换能器区域与至少两个区段的横向布置关联，并且被配置且可操作以使能够膨胀该横向区段中的至少一个，同时伴随收缩至少一个其它横向区段。具体来说，根据一些实施方式，面板14包括至少一个压电片/层(可选的是，双形态或单层)，并且电触点的布置包括：被横向设置成从压电层的一侧联接至面板14的换能器区域R的至少两个电触点；和从压电层的另一侧联接的至少一个第三电触点。所述至少两个电触点包括：与换能器区域R的中央区段关联的一个或更多个中央电触点；和与换能器区域的周边区段关联的一个或更多个周边电触点。电触点12被设置成，使能够在这些中央和周边区段中提供相应电场，以将相应区段变形至各种程度，并由此，沿垂直于面板表面的总体方向，至少有效致动中央区段。

根据本发明的一些实施方式，换能器系统100具有面板14，面板14在其非操作状态下，具有大致平坦几何结构。面板14在其相应区域处包括按预定几何结构和间距设置的多个单独启用的换能器10。在这些换能器中的至少一个换能器的区域R中，面板14包括：由压电材料(例如，具有压电特性的复合材料)制成的有源层的至少一部分，和联接至该有源层的至少一个附加层，以形成双形态压电片。一个或更多个电触点12在换能器区域R处电联接至双形态压电片，并且被配置且可操作，以在该区域R中施加电场，以使朝着大致垂直于面板14的表面S的预定方向使区域R变形/突出。换句话说，该面板的双形态构造在向其施加适当电场时，与换能器区域R所朝向变形的优选方向关联。在这点上，面板14可以包括两个或更多个有源层的双形态片(例如，附加层也是利用压电材料形成的有源层)，或者面板14可以包括有源层和无源层的双形态片(例如，附加层是例如由非压电聚合物/硬基板形成的无源层)。

根据本发明这些实施方式的换能器系统100的构造与可操作生成和/或感测压力/声场/信号的大致平坦的面板(其可以大致透明)关联。换能器系统100和面板14的这些特征使其适于用作显示板/屏幕的覆盖层(例如，供与便携式手持装置的液晶显示器(LCD)一起使用)，以提供诸如触摸感测和/或触觉反馈和/或声生成/接收的功能。面板14的平坦几何结构与低光学像差或无光学像差关联，其不使透过面板14的光学显示畸变。而且，多个换能器10根据面板14上的电极12(其可以大致透明)的布置来限定，并且单个“连续”面板由此可以用于在其上设置所述多个换能器10，而在换能器之间没有任何物理分隔/切割/分割。

如上所述，在非操作状态下，面板14的表面大致平坦。根据一些实施方式，换能器的操作与向联接至换能器10的区域R的一个或更多个电触点12提供的偏置电位关联，以变形该区域R，并且形成在预定方向上突出的弯曲表面。在换能器10被操作用于生成特定频率下的机械振动(例如，声波)的情况下，除了偏置电位以外，向电触点12(或它们中的一个)提供按希望频率振荡的交变电位，由此使该弯曲表面按该频率振荡(例如，表现为振荡圆顶/隔膜)。在换能器12可操作用于将机械压力(例如，触摸/声音)转换成电信号的情况下，施加至该弯曲表面的压力因表面14的压电特性而转换成在电触点12中的至少一个上的对应电位。

应注意到，尽管换能器10在图1A中被示出为矩形换能器，但本发明的换能器系统100可以利用具有各种几何形状的换能器10。还应注意到，可以使用通常相似或不同形状的换能器。换能器10可以是圆形(如图1B所例证)、矩形或六边形换能器，或者按任何其它几何形状构造。另外，换能器10通常按具有任何希望几何结构的阵列沿该系统的表面设置，例如，换能器10可以按笛卡尔阵列、六边形阵列、圆形/环形同心环/或按任何其它合适阵列几何结构来设置。

如上所述，每一个换能器10都:包括面板14的至少一个区域R；和电联接至面板的区域R的电触点12(通常从该区域R的顶侧和底侧起)。面板14可以形成有包括一个或更多个压电材料层的压电片。根据一些实施方式，面板14可以包括沿换能器系统100的表面S延伸的聚合物压电片/层，并且其中，单独的换能器10根据联接至面板14的区域(例如，R)的电触点12来限定。应注意到，典型地讲，面板的压电材料(压电片)在将电场施加在其上时变形。压电材料的这种特性导致系统100的换能器10通常根据联接至电触点12的区域R来限定。根据一些实施方式，与选定的换能器10关联的电触点12的形状和面积实际上限定换能器10的有源区的形状和尺寸。

每一个换能器10的电触点12可连接至或者连接至信号传输布置20的对应导电传输线22(例如，电线)，以使能够向和/或从换能器10提供/接收电信号，以独立地操作换能器10。根据一些实施方式，面板14和电触点12被配置成对可见光透明。为此，电触点12可以由透明导电材料形成，和/或利用由薄电线制成的大致透明网格来形成，如下进一步描述的。另外，信号传输布置20(包括导电传输线22)由透明导电材料制成，和/或利用薄电线(例如，具有厚度2-3μm、5-10μm、或10-25μm)制成。另选地是或者另外地，导电传输线22(或它们中的一些)在换能器系统100的不需要透明的区域处路由(例如，沿着预定显示系统的像素的、要附接至面板14下面的边缘)。因此，面板14被配置成大致不遮掩光透射穿过，由此提供实际上透明的换能器系统100。

应注意到，为清楚起见，下文使用术语“电线”来意指导电传输线22，并且通常要广泛解释成，包括任何类型的导电传输线，包括电线、印刷导电电路、和/或任何其它合适的电气传输技术。

信号传输布置20的电线22以及电触点12可以配置有恰当的阻抗，以使能够传输高频电信号，而没有因自感应或互感应和电容所造成的任何显著干扰。另外，信号传输布置20可以包括一个或更多个射频(RF)滤波器(在此未具体示出)，其被配置成针对向和从系统100的换能器10传输的电信号提供RF屏蔽。

如图1所示，换能器系统100可以与控制单元30关联，该控制单元30可连接至信号传输布置的电线22。该控制单元30可以包括计算机化系统和/或模拟系统，并且可以适于处理要从换能器系统10接收/向换能器系统100发送的信号。在本示例中，信号处理器34(例如，包括数字处理单元和/或数模转换器(DAC))被用于处理从系统100的不同换能器10接收/向其发送的信号。而且，驱动/滤波单元32(例如模拟信号放大器)可以被包括在控制单元30中，以发送/接收针对系统100的不同换能器10的模拟电信号。另外，控制单元可以包括，或者关联有各种附加设施/模块，如：连接线/线束(harness)、模拟和数字组合前端集成电路、DSP和处理器芯片、音频频带和/或超声波敏感麦克风、一个或更多个扬声器、宽角度透镜摄像机、红外线敏感摄像机、以及用于操作控制单元和/或关联电子装置所需的其它设施/模块。控制单元30可以操作换能器系统100，以生成机械振动和/或声信号，和/或响应于由此感测的压力振动(例如，声场和/或物理接触)来通过不同换能器10生成的对应电信号。应注意到，在本发明的某些实施方式中，控制单元344可以被配置且可操作，以向换能器10提供偏置电压(例如，单个地和/或共同地向其提供)，以便使换能器的区域R变形，形成可操作用于接收和/或生成机械/声信号的圆顶状/膜结构。

控制单元30可以被配置且可操作，以通过经由信号传输布置20的对应电线22传递/接收信号来操作该系统的不同换能器10，以操作单个换能器10。为此，控制单元30的可操作模式将在此进行详细描述，但要注意到，控制单元30能够单个地操作系统100的不同换能器10，并且提供/收集一个或更多个频率范围(例如，音频和/或超声波频率范围)的电信号。而且，在某些情况下，控制单元30可以操作以便利用所述多个换能器10用于要从某一个或更多个方向接收/发送的射束形成的信号(例如，控制/管理与不同换能器关联的相对相(phase))。控制单元30可以是与换能器系统100关联的电子装置的一部分。

根据本发明的一些实施方式，换能器系统10可以基于压电材料片和附接至该片的多个电触点12，以限定与换能器10相对应的所述多个区域。通过在与选定区域关联(联接至其)的触点12上施加电位，该区域处的压电材料膨胀和/或收缩(根据电位针对压电材料的极性和电触点的构造的方向)。为了操作选定换能器10，关联控制单元30可以提供具有选定频率和形式的交变电位(alternating electric potential)(例如，除了DC偏置电压以外)。当控制单元30向选定换能器10的电触点12提供交变电位(经由对应电线)时，触点12的区域处的压电材料部分根据该电位收缩和膨胀，以生成对应频率的机械振动和/或压力波，例如，形成声信号。

另外，该面板的压电材料可以响应外部压力，并且生成换能器10中的一个或更多个换能器的电触点12之间的对应电位。这种效果向换能器系统提供操作为输入设施的能力，其响应触摸或声信号，并且生成要通过信号传输布置20收集的合适电信号。控制单元30可以被设置成，收集来自电气布线组件20的这些合适的电信号，并将这些信号分析为指示换能器系统100的一区域上的物理接触，或者分析为指示换能器系统100的附近的声信号。

如上所述，面板14包括被处理成具有压电特性的聚合物的一个或更多个压电层/片。该层/片可以由复合压电材料形成，如压电聚合物。例如，为提供透明面板，可以使用诸如处理过的聚偏二氟乙烯((PolyViniliDene Fluoride)PVDF)和/或PVDF的共聚物变体(例如，PVDF-三氟乙烯(PVDF-trifluoroethylene)P(VDF-TrFE))；PVDF-三氟乙烯-三氟氯乙烯(PVDF-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene(P(VDF-TrFE-CTFE))。然而，任何压电材料/聚合物都可以适于本发明的目的。

在一些实施方式中，该压电片在光学透明。为简化起见，下文使用术语PVDF来指所有类型的基于压电PVDF的聚合物，而且还指其它透明压电聚合物。这种聚合物片通常被拉伸、退火以及经历场极化，以向该聚合物片提供压电特性。PVDF片(等)大多是双向型，即，等同地沿着该片，提供用于按纵向(X)和横向(Y)两者机械膨胀的电场转换，但在一些实施方式中，单向，即主要沿着一个轴膨胀也是可以的。基于PVDF的材料通常在可见光谱下透明，并且具有高机械强度、稳定性以及UV光免疫性。这些特征允许将PVDF片用作根据本发明实施方式的装置屏幕上的层压箔片。

如上所述，为提供换能器系统100的透明度(面板14)，所述多个换能器10的电触点12优选地由透明导电材料制成，和/或作为薄导电线(透明或者不透明)的网格。电触点12可以位于面板14的一侧或两侧上，和/或面板14的、要联接至面板的压电层的层/片之间。一般来说，根据换能器10的布置，将电触点配置为涂覆在面板14的区域上的薄层。电触点可以包括以下材料中的一种或更多种的涂层：薄金属网格；碳纳米管(CNT)或石墨烯(graphene)涂层，作为平面碳涂层或者外涂有铜(Cu)；银(Ag)纳米颗粒涂层；铟锡氧化物(ITO)涂层(其可以优选为采用多个薄层的形式，以保持压电材料的柔性)；聚苯胺(Polyaniline)涂层；聚噻吩(Polythiophene)涂层；以及聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸盐)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)(PEDOT/PSS))涂层。应注意到，提供电触点的涂层应当优选地使能够实现该触点的至少一些弹性。这允许按选定频率移动面板的压电材料。

下面，对图2A-2C进行说明，其示意性地例示了根据本发明一些实施方式的单个换能器10结构的几个示例，其中，可以将多倍的这种部件设置在单个面板14上，以形成换能器的连续布置，在本发明的某些实施方式中，其还被设置为透明换能器。图2A示出了平坦换能器部件的构造，而图2B-2C例示了被设计成改进声信号生成效率的两个修改例。

图2A示出了根据本发明一些实施方式配置的、包括换能器10的面板14的局部侧视图。换能器10基于根据至少一个电触点12的位置限定的面板14的区域(例如，在其中地触点可以公用于几个换能器的相-地电方案的情况下的相触点)。面板14可以是由压电材料片13(例如，PVDF片)所形成的单个层，或者其可以是包括具有压电特性的一个或更多个有源层13的多层结构。该片13(作为面板的至少一部分)的压电特性使能够将通过电触点12提供的电信号转换成面板14的对应区域的机械移动。

如通常已知的，压电片通常根据施加至其的电场与该片的长度成比例地膨胀/收缩。因此，面板的压电材料沿面板表面膨胀大于相对于沿面板厚度的膨胀，即，相对于Z，沿X(和Y)轴更大。这可以导致换能器10沿横(X-Y)平面的大致机械振动，而沿Z方向很少机械振动，并由此限制生成/感测到声波。

为了提供电信号至声信号的有效转换，换能器10优选地被设置成，使得面板14的与换能器10关联的区域被配置成，响应于通过电触点12提供的电信号，沿大致垂直于面板14的表面S的方向(Z)变形/突出。例如，在图2B-2C中例示了两个这种构造。换能器10的这些构造被设计成，生成大致垂直于换能器系统表面传播的声信号。这通过面板14的层的合适构造来实现，以使在特定换能器的一区域处的压电材料膨胀时，面板14，或其一些层形成圆顶状结构。这种圆顶状结构可以通过在一个或更多个换能器10的区域上施加恰当的连续DC电压而随着时间保持，和/或被利用以通过向希望换能器提供恰当的AC电压，来生成传播离开换能器系统表面的声信号。应注意到，交变电信号可以或不能与恒定DC电压组合。例如，在感测操作中，DC偏置信号可以通过控制单元30来提供，以形成圆顶状结构。并且可以响应于通过换能器施加/感测的特定频率的压力或声信号，而通过换能器来生成附加信号(例如，调制/AC信号)。接着，该附加信号被控制单元接收，并且进一步分析，以确定通过换能器感测的声/压力。

图2B示出了根据本发明一些实施方式配置的、包括换能器10的区域的面板14的局部侧视图。在这个示例中，面板14的选定一个或更多个换能器10的区域通过区域边缘处的粘合材料15附接至基础面板(例如，硬基板层/面板)50。另外，面板14的有源层13可以先验配置有针对横轴(X、Y)中的一个或两个的曲率，和/或其可以被设置成，在向电触点12施加适当电位时针对这些轴成曲形(在该图中，面板被示出为沿X轴弯曲)，以形成换能器10的弧状或圆顶状结构。面板14在换能器的区域处的这种曲率提供了，压电材料沿一个或更多个横轴的膨胀增加该曲率，并且沿横轴推动空气(远离面板表面，Z轴)。当压电材料收缩时，该曲率缩减，并且面板表面沿Z轴的反方向移位/缩回。在换能器10的这种构造中，恰当频率下的交变电压生成按类似方式传播远离换能器系统表面直至扬声器的声波。

应注意到，在本发明的各个实施方式中，面板14和/或其一个或更多个层(例如，有源层/PVDF片)预先变形有一倾度，以使按大致垂直于面板表面的特定方向膨胀。本发明的这种特征(其在图2B中具体例示)可以在这里描述的本发明的换能器系统的所有构造中实现。

在换能器被设置成透明的实施方式中，并且为了缩减和/或消除光学像差/畸变，所使用的粘合材料15可以是具有大致类似于面板的折射率的折射率的透明材料，和/或其可以位于面板的不需要光透射的区域中，例如，像素之间。而且，对于有源层被先验弯曲的情况来说，面板14可以浸入具有大致类似折射率的电隔离溶液中，以便缩减因面板14的曲率所造成的光折射。

图2C例证了根据本发明一个其它实施方式的配置的、包括换能器10的面板14的一部分。在这个示例中，面板14是多层结构，包括具有压电特性的至少一个有源层13和作为柔性层的无源(非压电)层16。在这个示例中，面板14被提出为无源层和有源层的双形态片，其中，有源层13沿层之间的接触面18，例如，通过粘合层/材料18附接至无源层16。根据本发明的一些实施方式，有源层13和无源层16，并且和接触面18中的粘合层对于可见光大致透明，并且贯穿面板14中的多个换能器区域连续延伸。

当向有源层13的区域施加合适电压时，该区域趋于根据层13的压电特性而变形(膨胀/收缩)。然而，面对接触面18的有源层表面的变形因其联接至无源层16而受限。这造成面板(例如，有源层13和联接至其的无源层)弯曲/成曲形，并且在施加电压的区域变形，由此沿预定/优选方向突出。例如，膨胀有源层的电压将影响换能器区域10的凸起形状，而收缩有源层的电压将影响换能器区域10的凹入形状。

如上所示，根据本发明的一些实施方式，在非操作状态下，换能器10是平坦的。在这种构造中，换能器可以利用预定DC偏置电压来操作，以从有源层13的平坦位置提升/弯曲有源层13，而刚硬的无源层16通过它们之间的接触面18在有源层13的底侧施加应变。这种应变创建了有源层13的圆顶状结构，由此，使得有源层13沿着Z轴，按横向提供振动(在AC电信号下)。

下面，对图3A和3B进行说明，其示出了根据本发明的通过利用两个有源(压电)层13A和13B的双形态片构造所形成的面板14的两个示例。这些图例示了包括一个换能器10的面板14的局部侧视图。与图2C所述的无源层和有源层的双形态片构造类似，而且，在这些示例中，换能器10的区域可以在其非操作状态平坦，而利用预定电压操作，以朝着突出面板14的表面外侧的预定弯曲形状变形。为此，面板14包括至少两个有源层13A和13B，其通过接触面18处的粘合层而附接在一起。联接至有源层13A和13B的电触点12被布置且配置成，当施加通过触点12提供的合适电信号时，使能够沿相反方向变形这些层13A和13B。

在图3A的示例中，有源层13A和13B是彼此相对地以相似或不同极性取向的两个压电层/片。换能器10与至少三个电触点12关联，其中，至少一个电触点位于有源层之间(例如，接触面18处)，并且将两个或更多个其它电触点12定位/连接在面板14的相应有源层13A和13B之上和之下。该电触点被布线至信号传输布置，以使可以使用传输线22，向不同有源层13A和13B施加相反/不同电压，由此，将那些层变形至不同程度的膨胀/收缩(例如，造成有源层13A之一膨胀，而另一有源层13B收缩)。

在这点上，应注意到，位于换能器区域10的接触面18处的电触点可以包括电联接至两个层13A和13B的单个电触点12I(例如，地)。在这种情况下，分别从上面和下面连接至层13A和13B的电触点12A和12B可以提供有不同电位/电压，以独立控制换能器10的区域处的层13A和13B的压电变形。这使得能将与换能器10关联的不同区段(在这种情况下，层)变形至不同程度，并由此，对换能器区域在其操作期间的动态形状变形提供更好控制，并且提供改进的机电转换效率。具体来说，在每一个区段(层)的变形程度上的独立控制，可以被用于缩减在操作换能器10期间区段/层之间的应变/张力，并由此，允许换能器更有效且准确地操作，其在某些情况下，可以改进与换能器关联的动态范围和/或信噪比(SNR)。

应注意到，在一些实施方式中，接触面18处的中间电触点12I可以用于分别联接至层13A和13B的两个或更多个电触点替换。如本领域技术人员容易清楚，电触点12A、12B以及12I中的一个或更多个可以公用于面板14上的多个换能器，而仍使能够独立操作所述多个换能器，

在图3B的示例中，有源层13A和13B利用它们的压电材料/片的相反极性来取向。电触点12(包括触点12A和12B)分别从面板14上面和下面联接至层13A和13B。因此，在触点12A与12B之间施加的电压造成该层之一膨胀而另一层收缩。由于该片是附接在一起的柔性片，因而，该片的这种变形造成面板的区域响应于施加在触点12A与12B之间的预定电场/电压而沿恰当/预定方向成曲形。而且，在这个示例中，与换能器10关联的不同区段(在这个示例中，层)可以响应于所施加电压而变形至不同程度(一个膨胀而一个收缩)，由此，造成面板按预定方向变形，同时缩减该区段/层之间的应变/张力，以改进换能器10的机电转换效率，而且在某些情况下，还改进换能器10的动态范围和SNR。然而，应注意到，根据一些实施方式，压电片是相对柔性的片，并且换能器在施加恰当电压时的变形可以大约为几微米(例如，10-50μm或100-500μm)，并由此，因该片变形而造成的应变/张力可忽略。

如上所述，在本发明的利用面板14的具有两个或更多个层/片的双形态片构造(例如，如图3A和3B的有源-有源层构造，和/或如图2C的有源-无源构造)的一些实施方式中，间断/切口可以在换能器10的包围有源区RA的周边区域RP的一个层中限定。该间断/切口改进有源换能器区域RA的、用于在操作下移动并振动的能力，由此改进换能器的效率、动态范围以及灵敏度。这例如在图3B中示出。这里，该有源层中的一个或更多个可以是限定换能器10的区域RP的周边上的选定位置处的切口。所述一个或更多个有源层的切口19，或间断考虑到对应有源层的垂直移动(即，远离换能器系统的表面)。切口19可以连续或分段，并且可以填充有电隔离液体的柔性材料，其具有类似或至少尽可能类似有源层的折射率的折射率。

对图4A和4B进行说明，其分别例示了根据本发明另一实施方式的配置的、包括换能器10的面板14的俯视图和侧视图。这里，电触点相对于有源层(压电片)的至少一侧的空间横向布置和形状被设置成，使能够单独地控制换能器区域R中的不同横向区段的变形程度。

图4A示出了换能器系统100的俯视图，例示了面板14的一部分，其包括压电材料并且根据联接至面板区域的电触点12A和12B分段成多个单独启用的换能器。图4B是图4A的单个换能器10的侧视图。根据本发明的一些实施方式，图4A和4B所示的面板14可以被配置成，对于可见光透明，并且可以利用上述材料和技术来实现。电触点12A和12B联接至面板14的至少一个表面(并且联接至所述至少一个压电片)，并且每一个换能器被划分成周边区域RP和中央区RA。周边区域RP和中央区RA在这种情况下构成换能器区域R的不同区段，其压电变形可以通过电触点来单独控制。电触点12A和12B使能够在换能器的周边区域和中央区生成相反方向的电场和/或不同量值，由此将这些区域变形至不同程度(例如，使这些区域之一膨胀而另一个收缩)。在图4A和4B的示例中，面板14具有单个有源层13，然而，应注意到，可以使用附加有源层，如下描述的。

如所示，有源层13(压电片)沿其顶侧联接至两个电触点部分12A和12B，并且沿其其它侧联接至一个或更多个电触点12C。这里，电触点12A和12B在有源层13的一个表面上按同心方式横向设置。应注意到，联接至面板14的底侧或有源层13的底侧的电触点可以是具有地连接的单个电触点，或者与触点12A和12B相对应的分段电触点，并且被配置成，与其操作以生成恰当电场。在单个接地触点12C的情况下，电场的方向根据施加至触点12A和12B的电压的符号来确定。图4B例证了根据本发明该实施方式的换能器的操作原理。为提供换能器的定向变形，电触点12A被配置成提供电场以使压电片13在换能器的周边收缩/膨胀至特定程度，而电触点12B提供电场以使换能器的中央区收缩/膨胀至特定的其它程度。所施加电位可以被配置成收缩周边而膨胀中央区，反之亦然，或者按同一方向变形周边和中央区两者，但具有不同程度/量值的变形。压电片13的这种分区/双形态变形造成换能器10的中央区上升超出表面，而周边区域弯曲以形成换能器的圆顶状形状。应注意到，这种定向变形可以通过向电触点提供DC偏压来保持。另外，交变电信号可以伴随这种DC偏压，以使换能器在因偏置电压所造成的圆顶状形状周围按选定频率振动。

图5A和5B例示了两种其它构造的侧视图，利用面板14的两个有源层13A和13B的双形态换能器布置(可选为透明的)，和设置在面板14的换能器区域R中的电触点12A-12E的横向和垂直布置。双形态构造使能够按预定希望方向变形/弯曲面板的区域R。

如图5A所示，顶有源层13A与联接至分别限定换能器的周边和中央区的层13A的顶表面的电触点12A和12B关联。另外，电触点12D和12E联接至还限定对应周边和中央区的底层13B的底表面。电触点12C位于这两个层之间，并且可以是单个接地电触点，或者与触点12A-12B和12D-12E关联的几个触点。这两个有源层13A和13B通过弹性粘合层18附接在一起，以将该有源层粘合在一起，并且有源层13B通过粘合点15附接至基板的表面(显示单元或关联装置的其它表面)。如上所示，将换能器划分成周边区和中央区的电触点能够提供不同电位，以使换能器的区域处的面板按预定方向变形。这种电触点构造，具有处于有源层之间的单个接地触点或者与触点12A-12B和12D-12E相对应的几个触点，可以被操作以按提供DC偏压的几种操作技术来提供定向变形，如下：层13A的电触点12A提供使换能器的周边区域收缩的电场，触点12B提供使换能器中央区处的层13A膨胀的电场，以及联接至层13B的电触点提供使该区域中的压电片膨胀的电场。另选的是，该电触点可以被操作以提供DC偏压来膨胀中央区和收缩层13B的周边区域，而膨胀层13A。应注意到，根据一些实施方式，联接至层13B的电触点12D-12E可以通过单个电触点来替换，该单个电触点被配置成整体变形(膨胀和收缩)与换能器关联的区域，而电触点12A-12B致使变形有源层13A的不同区段。还应注意到，这种DC偏压可以造成换能器区域处的面板按垂直于换能器系统表面的优选方向变形。另外，选定交变信号可以经由电触点提供，以使换能器如上所述环绕因DC偏压所造成的圆顶状变形机械振动，由此，生成希望频率范围的振动或声信号。

图5B例示了利用与如图5A所示飞层13A关联的类似电触点配置的附加构造。然而，在这种构造中，间断/切口在层13B的中央区RA中引入/蚀刻。中央区RA被配置成相对于有源层13B的其它区域的厚度非常薄。层13B的更薄中央区RA允许层13A的中央区在操作换能器期间容易膨胀，并由此，创建希望的圆顶状结构。另外，层13B的更薄区域提供避免光学像差，并且缩减顶层13A上的电阻。

应注意到，图2B-5B的实施方式例示了几个示例，其被配置成将换能器系统100的面板14设置成，按垂直于换能器系统100的表面的预定方向，在限定一个或更多个换能器10的区域处变形。上述技术可以独立或者组合实现，以提供面板14的希望变形方向。还应注意到，面板14的变形方向旨在使得换能器系统100能够响应于经由信号传输布置传输至其的电信号，来提供大致定向声信号。然而，通过系统100的一个或更多个换能器10生成的声信号的发散性，根据声信号的频率和生成该信号的所示一个或更多个换能器的有效组合面积来确定。

除了上述换能器的结构以外，本发明的换能器系统还可以层压有一薄层，该薄层被配置成提供机械保护，和/或面板14与应用在其上的电触点12的电气隔离。这种薄层可以由诸如聚四氟乙烯(PTFE)、聚酯或其它合适材料的柔性聚合物形成。该涂层优选为薄且柔韧的，以允许声信号传递通过该涂层而没有显著损耗。另外，换能器系统的外表面可以涂覆有防反射涂层，以缩减外部晃眼，并且增强来自可以位于该系统之下的显示单元的光耦合。

另外，联接至压电材料的电触点12可以被配置成，覆盖换能器的整个区或仅其部分，并且可以被配置为网格或表面涂层。下面，对图6A-6B进行说明，例示了面板14的一部分的俯视图，并且示出了根据本发明实施方式的一个换能器10的区域R。在图6A中，该面板的单个换能器10的区域联接至电触点12，其被配置为覆盖与换能器10关联的整个区域的单个部件电触点。另选的是，如图6B所示，该换能器的电触点12可以被配置为电触点的几个部分，在该具体非限制例中，示出了四个这种触点部分12a-12d。一般来说，电触点12可以构图有被分离的子特征或者它们之间的触摸。例如，电触点12可以通过如图4B所示的几个触点部分形成，形成为网格或格栅或者在换能器10的区域内具有任何其它图案。当触点部分12a-12d彼此断开时，每一个触点部分都可以与专用电线22a-22d关联，由此，向每一个触点部分提供希望电信号。电触点的这种构造可以在通过本发明的换能器系统100检测外部压力而加以利用时，或者在通过位于换能器系统的顶上或下面的分离层(例如，基于电容的触敏层(或任何其它触摸屏层))提供这种能力时,改进触敏板(例如，触摸屏)的分辨率。

如上所示，并且如图1A所示，本发明的换能器系统100可以与控制单元30关联，该控制单元被设置成，选择性地操作换能器系统100的换能器10，以生成一个或更多个频率范围的机械振动和/或声信号。由此，换能器系统可以被操作用作扬声器系统，并且提供采用触觉反馈形式的振动反馈，该触觉反馈为局部的，即，与位于该系统表面上的特定区段中的、该系统的一个或几个换能器关联，或者是全局性的，即，与该表面上的几个区段或者与该系统的整个表面关联。另外，换能器系统100的换能器10可操作以响应于外部压力而生成电信号，例如，碰撞一个或更多个换能器的接触或声波，以向控制单元提供指示该外部压力的强度、类型、频率以及在该系统表面上的位置中的至少一个的数据。

下面，对图7A-7B进行说明，例示了利用根据本发明的换能器系统100的电子装置200的两个示例；图7A例示了手持式电子装置，例如，移动电话装置，而图7B例示了非便携式电子装置的示例，例如，TV显示系统或任何其它非便携式装置。这两个非限制例例示了本发明的换能器系统100可以被嵌入到电子装置中，以提供该装置的希望输入/输出设施。电子装置200可以具有显示单元210，其被配置成，提供根据该装置的操作的输出显示。该换能器系统100在嵌入电子装置200中时，可以利用该装置的处理器设施(未具体示出)，作为如图1A中例证的关联控制单元30。该装置200的处理器设施120可以被配置成，按适于与该特定装置200一起使用的一个或更多个可操作方案来操作该换能器系统100。应注意到，在其中本发明的换能器系统100嵌入具有显示单元210的电子装置200中的实施方式中，换能器系统100可以在光学透明，并且可以位于显示单元210的顶部上。在这种实施方式中，该换能器系统的信号传输布置(这里未具体示出)可以包括光学透明的导电线。另选的是，该信号传输布置的电线可以沿该换能器系统的表面路由，以大致在显示单元210的像素之间的死区中通过。电子装置200通常还包括附加输入/输出设施220，如摄像机230、扬声器240以及麦克风250，图7A例示了单个输入/输出设施(230、240以及250)，而图7B例示了输入/输出设施框220。该输入/输出设施可以被用于声和光输入/输出，并且可以与换能器单元100的操作组合操作。例如，该换能器可以被操作以检测声场，并且利用这种数据来缩减与从麦克风240输入的声相对的噪声，或者该换能器系统可以被操作为声纳，以与从摄像机230接收的图形数据组合地定位选定用户。

例如，在其中换能器系统100嵌入诸如便携式装置、移动电话、平板电脑、TV等的电子装置中的实施方式中，该换能器系统可以被配置成光学透明的，并且该装置的处理器设施可以按以下方案中的一个或更多个来操作换能器系统：

(i)操作为音频频带扬声器。在电话呼叫期间，控制单元操作该系统的一些换能器，以生成与要在该呼叫期间生成的声音相对应的音频频带声信号，即，该换能器中的一些操作为扬声器，以向用户耳朵提供声音。另外，一些其它换能器可以被操作以生成响应于声音的电信号，并由此操作为该装置200的麦克风。另选的是，该装置可以利用用于电话转换的常规麦克风。

(ii)操作为音频频带扩音器。该控制单元可以操作该系统的全部或一些换能器10，以生成音频频带频率的声信号，使得该换能器系统可以从操作为扩音器系统。例如，该控制单元可以单独地操作位于该系统两侧上的换能器组，以提供立体声音频频带声音，或者操作单组换能器以提供单声道音频频带声信号。另外，该控制单元可以操作一个或更多个换能器，以响应它们附近的声信号，以使能够实现免提电话转换。为此，操作一组或两组换能器以生成音频频带声音，而一个其它组的换能器被操作为麦克风以记录声音，控制单元可以操作为电话单元，以发送所记录的声音，并且接收指示要生成的声音的数据。另外，应注意到，由于该换能器可以操作为麦克风或扬声器，因而，可以通过标准扬声器或麦克风提供的任何功能，可以根据控制单元的恰当操作，而通过该换能器系统的对应换能器来提供。

(iii)定位声音生成系统。该控制单元可以操作该换能器系统以提供定位声场。为此，该控制单元操作该换能器系统的换能器，以生成一个或更多个超声波(US)频率的声信号，该US声信号音由于高频而相对于音频频带信号更少发散，由此，所述多个换能器用于生成US信号的操作可以利用射束形成技术，以通过操纵和聚焦所生成的声场至希望方向/位置，而按希望方向对准该信号。为此，应注意到，定位声场可以在近场更有效生成(其中，聚焦和操纵都可以通过射束形成来实现)。为此，可以优选地利用短波长声束(例如，US射束)，由于与可听声音相比，它们与更长的瑞利(Rayleigh)距离关联，因而，获得并且扩展可以生成定位声场的近场区域。通过生成朝着希望位置的特定模式的US信号，因该US信号所造成的压力波可以造成非线性交互，由此使得仅位于特定点的听众能够听到由该非线性交互所导致的音频频带信号。本发明的换能器系统的这种功能在转让给本申请受让者的PCT专利申请no.PCT/IL2013/050952中进行了描述。利用射束形成的原理，该换能器系统可以通过控制单元操作，以将本地化的声场指向至希望位置。另外，该控制单元例如可以操作几个(一个或更多个，或者全部)换能器，以生成具有相同的相位和振幅的US信号，由此，创建所谓的“参量阵”，这生成提供可以沿距离传播的定向声场的激光状声束。利用这种技术，该换能器系统可以与电子装置一起使用(或者在其中使用)，以向希望用户提供声音，同时防止其他人听到。

(iv)US输入模式。可以操作一些换能器(通过控制单元)，以响应从周围反射回的US声信号，提供指示希望用户的位置的数据。这种US输入模式可以基于两个主要方案，声纳模式和多普勒模式。声纳模式基于生成并检测声纳状信号，其帮助确定用户的空间位置。而且，多普勒模式利用作为用户面部上的聚焦US射束的结果的反射信号，该聚焦US射束返回至装置多普勒调制。该调制可以交叉引用该装置的规则麦克风，以便滤出非用户噪声。由此，该换能器系统可以在电子装置中使用，以使能够从希望用户输入声音，同时监测(检测)该用户的位置，并且利用多普勒效应，从输入声场滤出噪声。应注意到，该换能器系统与关联电子装置一起还可以利用麦克风(能够检测US信号或者不能)，作为声音输入设施，同时换能器系统提供指示所检测的声信号的源的数据，由此提供过滤非用户噪声。

(v)该换能器系统可以被操作以提供该装置的触敏表面，即，作为敏感于触摸的输入设施。这可以利用几种技术来提供：(a)自电容构造：位于面板外表面上的电触点可以操作为基于电容的感测电极。典型地讲，通过该系统中的换能器布置所提供的分辨率可能不足以提供高分辨率触敏表面，然而，这可以通过提供分段电触点来解决，举例来说，如图6B所示，提供精细空间特征，并且使能够实现子特征分辨率检测。当换能器按声发送器/接收器模式操作时，该子特征可以一起操作以形成换能器的全焊盘覆盖。(b)压电模式触摸传感器：该面板的所述一个或更多个压电材料/片响应于外部压力而生产电信号。不同于基于电容的触摸感测，(手指的)外部压力即使通过隔离的手指(即，佩戴手套)生成也可以检测到。然而，应注意到，压电材料敏感于脉冲，并且可以具有针对连续触摸的弱检测；因此，该系统可以被配置成，检测并记忆由首次触摸所造成的初始触摸脉冲以及该手指抬起时的脱离脉冲。另选的是，如果手指向一旁滑动，则检测针对邻近电极的扫掠。由于该系统的换能器被单个地操作的事实，因而，每一个换能器都可以独立于其它换能器来响应触摸，由此，提供增加的多触摸能力。(c)箔(Foil)表面声波：该控制单元可以操作位于该面板(阵列)一侧的几个换能器，以按高频发射声脉冲(优选地，高于任何可用声频，以提供与通过换能器执行的其它声任务的完全隔离)。每侧的换能器都生成高频突发的短ping脉冲，并且这些脉冲通过另一末端侧的换能器来检测。如果一物体或手指接触该面板，则声脉冲被干扰，从而可以检测该干扰的位置。这些技术可以按不同频率沿换能器系统的水平轴和垂直轴两者应用至两个轴中的所检测的触摸。另外，这可以在该换能器系统的分离区段上实现，其中，每一个区段的末端换能器生成通过同一区段的其它末端换能器检测的ping信号。该技术可以同时实现，或者通过用成对的发送器和接收器换能器扫描该换能器系统的表面来实现。

(vi)虚拟/物理键盘。在一些实施方式中，将换能器配置成变形成圆顶状结构，控制单元可以向选定换能器提供特定DC电压，以使该换能器从该换能器系统表面突出。这可以提供键盘功能如下：该装置在显示单元上显示虚拟键盘，其中，不同键的位置与该换能器系统中的换能器的位置关联；控制单元向对应换能器提供DC电压，并且使它们按圆顶状形式从表面突出；由此，向用户提供在该表面上感觉到的键盘。应注意到，即使提供DC电压，该换能器也可以响应外部压力并且提供对应信号，由此，换能器系统可以被操作以提供基于虚拟键盘的实际键盘。

(vii)该换能器系统还可以通过控制单元操作，以通过向该外部压力附近处的换能器提供电信号来提供针对这种外部压力的触觉反馈，该电信号将被转换成选定的“低”频率(例如，2-200Hz)的机械振动。这种触觉反馈可以向用户提供在希望位置触摸该表面的充分反馈。这种定位的机械振动可以被用于其它用户接口选项，以及和该装置的输出设施一样的振动反馈。这种触觉反馈功能可以在换能器本身生成对外部压力的指示时加以利用，或者在该换能器系统与专用触敏板(例如，触摸屏面板)组合使用时加以利用。另外，该控制单元还可以操作某些换能器振动，来提供模拟不同表面粗糙度的手指感受，即，不同换能器按对应频率和振幅振动，以改变表面的感觉，并且按不同程度模仿粗糙度。

(viii)该换能器系统可以被操作为超声波(US)接近检测器，以提供高分辨率触摸检测能力。该换能器系统周边的一侧处的几个换能器可以被操作以发送高频US信号，而该换能器系统的周边另一侧处的几个其它换能器可以被操作以检测这些信号。当使一物体接近该换能器系统表面时，这些高频US信号衰减或者从该物体反射，并且不被检测换能器检测到，或者在检测之前被修改。按这种方案操作两行换能器可以提供具有高于沿表面的换能器密度的分辨率的接近/触摸检测。

(ix)该换能器系统可以被操作以发送US声信号，并且响应反射声US信号，由此操作为声纳(SONAR)，使得控制单元能够标识该系统周围的物体的距离和方向。

在将该换能器系统嵌入电子装置中的各种实施方式中，上述操作方案中的一些可以根据要通过该电子装置提供的希望特征来使用。

例如，图8A和8B分别例示了根据本发明另一实施方式配置的电子装置200的示例，和要嵌入图8A的电子装置中的、根据本发明实施方式配置的换能器系统的面板14。这里，该电子装置200包括显示单元(屏幕)210和根据本发明的换能器系统100。该电子装例如可以是：手持式电子装置，例如，移动电话或平板装置；和/或非便携式电子装置，例如，TV显示系统、智能电话插接站(docking station)或任何其它非便携式装置。在这个示例中，该换能器系统100被嵌入到电子装置中，并且布置在该装置的显示区外侧的周边区域处。例如，该换能器系统100的面板14可以布置在该装置的前侧处，和/或该装置的一个或更多个侧处(例如，一个或更多个侧壁上)，和/或如本示例所示，该换能器系统100的面板14可以装备(furnish)在显示单元210的框架处的一个或更多个区域处。为此，该换能器系统200(例如，其面板14)可以或者不能对于可见光光学透明，而且在某些情况下，其可以是不透明的。

如在图7A和7B的示例中，而且，图8A和8B的换能器系统100可以与处理器设施(未具体示出)关联，其可以是电子装置200本身的一部分，或者分离的处理器设施。该处理器设施可以被配置成，按适于与该特定装置200一起使用的一个或更多个可操作方案来操作该换能器系统100。电子装置200还包括用于提供声和/或光学输入/输出的附加输入/输出设施220(例如，摄像机、扬声器、麦克风)，并且该换能器系统100可以与电子装置200的输入/输出设施的操作组合操作。

在本发明的各个实施方式中，该换能器系统可以被配置且可操作，以执行上面列出的可操作方案(i)至(ix)中的一个或更多个方案。在这点上，应当注意以下内容。假使该换能器系统100要被操作为音频频带扬声器(上述方案(i))，则该面板和/或其至少某些部分应当优选地装备在该电子装置的、在使用该装置时与用户耳朵位置关联的区域处。假使该换能器系统100要根据上述用于生成定位声场的方案(iii)、(iv)以及(ix)操作，和/或按US输入模式或声纳模式操作，则该换能器系统100的换能器部件应当优选地空间布置，以在相对较大区域上展开和扩展，以便使能够生成和/或接收定位/聚焦音频波束(例如，使能够实现准确空间射束形成)。为此，在这种情况下，该换能器系统100的面板14可以优选地装备在电子装置的前部上(其通常与比电子装置的侧壁大的区域关联)。而且，由于从用户方向(例如，用户的头部)接收和/或发送音频信号更重要，因而，在某些情况下，更优选的是，在该电子装置前侧(在使用该装置时面对用户的一侧)装配该换能器系统100的面板14。为此，由于电子装置200的前侧通常大部分被显示单元120所占用，因而，换能器系统100(面板14)可以位于与该显示器的框架关联的区域处。这可以允许换能器部件展开足够大的区域，以使能够实现足够准确的射束形成和声定位，而另一方面，还利用电子装置200有效生成和/或接收去往/来自用户方向的音频信号。在这点上，将换能器系统100(或其面板14)设置在显示单元的框架区域上还可以根据上述方案(v)至(viii)服务换能器的操作，即，操作为用作键/控制板的触敏表面，和/或用于向用户提供触觉反馈。

由此，本发明提供了一种适于与各种电子装置一起使用的新颖换能器系统构造。该换能器系统可以配置有大致平坦的形状因素，并且可以紧凑地装备在电子装置的外壳处/上。可选的是，该换能器系统的面板可以被配置成透明的，并且可以放置在该电子装置的显示单元上。另选的是或者另外，该换能器系统的面板可以设置在显示单元的框架处，或者电子装置的侧壁处。该换能器系统可以被设置且可操作，以执行几个不同的功能/操作，如生成可听声波/声音(如扩音器和/或耳式扬声器)，将声波对准不同方向(例如，通过基于本领域已知的射束形成来控制单个换能器部件的操作)；根据超声波生成技术来生成可以用于探测的超声波声波(例如，用于生成本地化声场，举例来说，如在PCT专利申请no.PCT/IL2013/050952中描述的)，和/或用于声纳应用和/或操作为触敏表面；和/或提供机械振动和触觉反馈。本领域普通技术人员在不脱离如权利要求书中限定的本发明的范围的情况下，例如，为了针对上面列出的功能中的一个或更多个来最优化它们，将容易考虑本发明的上述实施方式，容易清楚可以应用至上述实施方式的各种修改例。

Claims (46)

1.一种换能器系统，该换能器系统包括：

面板，该面板包括一个或更多个压电片和电触点的布置，所述电触点的布置联接至所述面板并且被配置成在所述面板中限定一个或更多个换能器；

其中，所述一个或更多个换能器中的至少一个换能器位于所述面板中的相应区域处，并且包括至少两个电触点的横向布置，所述至少两个电触点分别联接至所述换能器的所述相应区域的至少两个横向区段并且包括分别联接在所述相应区域的周边区段和中央区段附近的至少第一电触点和第二电触点，并且其中，所述至少两个电触点的所述横向布置被配置和操作成使能够在所述至少两个横向区段中提供不同电场，以便同时造成所述至少两个横向区段的不同程度的压电材料变形，由此有效地使所述面板的所述相应区域变形以使得所述区域的表面弯曲，从而造成下列操作中的至少一个：将电信号转换成机械振动；以及将机械振动转换成电信号。

2.根据权利要求1所述的换能器系统，其中，所述换能器沿所述面板按预定几何结构和间距布置，所述换能器系统包括联接至所述电触点并且被配置成向所述电触点提供电连接的信号传输布置，以通过所述信号传输布置，响应于提供给所述换能器的电信号，来独立操作所述换能器，以便在一个或更多个频率范围内生成机械振动。

3.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述换能器能够操作，用于在一个或更多个声频范围内生成机械振动，由此生成所述一个或更多个声频范围的声信号。

4.根据权利要求3所述的换能器系统，其中，所述一个或更多个声频范围包括音频带频率范围和超声波频率范围中的至少一个。

5.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述面板的所述一个或更多个压电片对于可见光来说是大致光学透明的。

6.根据权利要求5所述的换能器系统，其中，所述电触点是光学透明的电触点。

7.根据权利要求1所述的换能器系统，其中，所述面板包括一个或更多个层，所述一个或更多个层包括利用压电材料形成的一个或更多个有源层，该压电材料能够响应于施加至该压电材料的电信号变形，由此生成所述机械振动。

8.根据权利要求7所述的换能器系统，其中，所述面板包括至少一个无源层，所述至少一个无源层在通过所述面板中所述换能器的布置的预定几何结构限定的预定位置中以机械方式联接至所述一个或更多个有源层，使得所述面板的所述区域中的相应区段的膨胀和收缩在和所述表面垂直的预定方向上提供所述区域的变形。

9.根据权利要求7或8所述的换能器系统，其中，所述一个或更多个有源层包括至少两个有源层，每一个有源层利用压电材料来形成，该压电材料能够响应于施加至该压电材料的电信号变形；所述至少一个换能器的一区域包括在所述区域中电联接至所述至少两个有源层的两个或更多个电触点；所述两个或更多个电触点被配置成在所述区域中施加电场，使得在所述区域中的所述至少两个有源层中的一个有源层的区段膨胀，并且使得在所述区域中的所述至少两个有源层中的一个其它有源层的区段收缩，由此，在垂直于所述表面的预定方向上使所述区域变形。

10.根据权利要求9所述的换能器系统，其中，所述至少两个有源层通过具有相反极性的压电材料片形成，所述两个或更多个电触点包括两个电触点，所述两个电触点位于所述至少两个有源层的相对侧上，并且被配置成在其间生成电场，使得响应于通过所述两个电触点提供的特定方向的电场，所述有源层中的至少一个有源层膨胀，而至少一个其它有源层收缩。

11.根据权利要求9所述的换能器系统，其中，通过压电材料片形成的所述至少两个有源层配置有类似极性，所述两个或更多个电触点包括位于所述至少两个有源层的相对侧的两个电触点以及位于所述两个或更多个有源层之间的第三电触点，使得所述两个电触点中的任一个电触点与所述第三电触点之间在相反方向上提供电场导致所述有源层中的至少一个有源层膨胀，而至少一个其它有源层收缩。

12.根据权利要求7所述的换能器系统，其中，所述电触点电联接至沿所述一个或更多个有源层的至少顶表面和底表面的至少一个区域。

13.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述面板包括至少一个有源层，并且其中，所述第一电触点和所述第二电触点从所述至少一个有源层的一侧设置，并且所述面板包括至少第三电触点，所述第三电触点从所述至少一个有源层的相反侧设置。

14.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述面板的与换能器关联的所述区域配置有沿平行于所述面板的至少一个轴的预定曲率，使得所述区域的相应区段的膨胀和收缩在垂直于所述面板的预定方向上在所述区域中提供所述面板的变形。

15.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述压电材料被配置为单向取向或双向取向压电材料。

16.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述换能器中的至少一些能够将外部压力转换成电信号。

17.根据权利要求2所述的换能器系统，其中，所述换能器中的一个或更多个换能器能够响应于施加至其的外部压力而生成合适电信号，并且经由其相应电触点提供要通过所述信号传输布置传输的所述合适电信号。

18.根据权利要求17所述的换能器系统，其中，所述一个或更多个换能器能够根据所述外部压力的频率来生成所述合适电信号。

19.根据权利要求18所述的换能器系统，其中，所述换能器能够响应于抵达其的特定频率范围的声波而生成电信号；所述频率范围包括下列各项中的一个或更多个：可听频率和超声波频率，由此，使能够将所述换能器系统操作为麦克风。

20.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述面板包括由压电片制成的至少一个有源层，该压电片包括聚合物压电片。

21.根据权利要求20所述的换能器系统，其中，所述聚合物压电片沿着所述换能器系统的、覆盖至少两个换能器的区域的表面延伸。

22.根据权利要求20所述的换能器系统，其中，所述聚合物压电片沿所述换能器系统的整个表面延伸。

23.根据权利要求20所述的换能器系统，其中，所述聚合物压电片是透明的。

24.根据权利要求23所述的换能器系统，其中，所述聚合物压电片包括基于聚偏二氟乙烯PVDF的材料。

25.根据权利要求6所述的换能器系统，其中，所述电触点包括由薄金属导体制成的大致透明网格。

26.根据权利要求6所述的换能器系统，其中，光学透明的所述面板上的所述电触点包括以下各项中的至少一个：(i)碳纳米管CNT薄涂层；(ii)石墨烯涂层；(iii)银Ag纳米颗粒涂层；(iv)铟锡氧化物ITO超薄涂层；(v)聚苯胺透明涂层；(vi)聚噻吩透明涂层；以及(vii)聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)PEDOT/PSS透明涂层。

27.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述一个或更多个换能器具有预定几何结构并且多个换能器之间具有间距，并且包括按以下几何结构中的至少一个布置的换能器：(i)笛卡尔阵列；(ii)环状球环；以及(iii)六边形阵列。

28.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述换能器系统与控制单元关联，该控制单元能够经由信号传输布置连接至所述一个或更多个换能器，并且所述换能器系统被配置且能够操作以选择性地操作多个换能器中的每一个。

29.根据权利要求28所述的换能器系统，其中，所述控制单元被配置且能够操作以接收来自所述一个或更多个换能器的电信号，并且在所述换能器系统中标识所述电信号的源的位置。

30.根据权利要求1或2所述的换能器系统，其中，所述不同程度的压电材料变形与所述区段中的至少一个区段中的压电材料膨胀和所述区段中的至少一个其它区段中的压电材料收缩关联。

31.根据权利要求1所述的换能器系统，该换能器系统包括：多个单独启用的换能器，所述多个单独启用的换能器在面板的表面上的相应区域处按预定几何结构和间距布置；和信号传输布置，该信号传输布置联接至所述多个单独启用的换能器，并且被配置成提供所述多个单独启用的换能器到所述换能器的电连接；

其中，所述面板包括：由压电材料制成的至少一个有源层；和至少一个附加层，所述至少一个附加层联接至由压电材料制成的所述至少一个有源层，以在所述区域中的、与所述换能器的换能器关联的至少一个区域中形成双形态压电片；并且所述信号传输布置包括在所述区域处电联接至所述至少一个有源层的至少两个电触点的所述横向布置。

32.根据权利要求31所述的换能器系统，其中，所述至少一个附加层是以下各项中的至少一个：包括压电材料的第二有源层；以及由非压电聚合物形成的无源层。

33.根据权利要求31或32所述的换能器系统，其中，在非操作状态下，所述面板的所述表面具有大致平坦的几何结构，并且其中，所述换能器的操作与向所述电触点中的至少一个提供偏置电位关联，以使所述换能器的所述区域变形，以形成弯曲表面，所述弯曲表面在与所述弯曲表面垂直的预定方向上突出。

34.根据权利要求33所述的换能器系统，其中，所述换能器用于按特定频率生成机械振动的操作与向所述电触点中的至少一个提供以所述频率振荡的交变电位关联，所述机械振动与以下至少一项关联：声信号和触觉反馈。

35.根据权利要求33所述的换能器系统，所述换能器系统被配置且能够操作以将施加至所述弯曲表面的机械压力转换成所述电触点中的至少一个上的对应电位。

36.一种电子装置，该电子装置包括：根据权利要求1或2所述的换能器系统；以及控制单元，所述控制单元能够经由信号传输布置连接至所述电触点，并且被配置成通过所述信号传输布置向选定换能器的选定电触点选择性地提供电信号，以由此根据通过所述控制单元接收的指示声信号的数据来生成声信号。

37.根据权利要求36所述的电子装置，所述电子装置包括显示单元，并且其中，所述换能器系统的所述面板装备在所述显示单元周围的一个或更多个区域处。

38.根据权利要求37所述的电子装置，所述面板位于所述显示单元的框架处。

39.根据权利要求36所述的电子装置，所述电子装置包括显示单元，所述换能器系统被配置成对于可见光透明，并且位于所述显示单元的顶部上。

40.根据权利要求39所述的电子装置，其中，所述信号传输布置被配置成，使得向和从选定换能器的电触点传输电信号的电线沿所述显示单元上方的表面排列，使得所述电线被排列成在所述显示单元的像素之间通过，以由此不妨碍像素区域。

41.根据权利要求36所述的电子装置，其中，所述换能器系统能够操作为触摸板和麦克风中的至少一个；所述控制单元被配置成接收指示施加至所述换能器中的一个或更多个的外部压力的电信号。

42.根据权利要求41所述的电子装置，其中，指示施加至所述换能器中的一个或更多个的外部压力的所述电信号指示以下各项中至少一个：用户交互，其向所述换能器中的一个或更多个施加外部压力；以及通过所述换能器中的一个或更多个接收的声波。

43.根据权利要求36所述的电子装置，其中，所述电子装置被配置为手持式电子装置。

44.一种电子装置，该电子装置包括换能器系统和关联的控制单元，所述换能器系统根据权利要求1配置并且包括：沿所述电子装置的外表面以预定几何结构布置的多个换能器，以及信号传输布置，该信号传输布置将所述多个换能器连接至所述控制单元，并且使能够单独操作所述多个换能器中的不同换能器，其中，所述多个换能器被配置成，响应于通过所述控制单元提供至所述多个换能器的电信号生成一个或更多个预定频率范围的机械振动。

45.根据权利要求44所述的电子装置，所述电子装置包括显示单元，该显示单元能够连接至所述控制单元，并且其中，所述换能器系统被配置成对于可见光谱的光透明，并且位于所述显示单元的顶部上。

46.根据权利要求44所述的电子装置，所述电子装置包括显示单元，该显示单元能够连接至所述控制单元，并且其中，所述换能器系统布置在位于所述显示单元的框架处的一个或更多个区域处。