CN100466318C - 压电元件及其制造方法、以及触摸面板装置 - Google Patents

压电元件及其制造方法、以及触摸面板装置 Download PDF

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Abstract

一种压电元件(X)，具有基板(11)、压电膜(12)、第一电极(13)、以及第二电极(14)，第一电极(13)以及/或者第二电极(14)介于上述基板(11)以及上述压电膜(12)之间，并且由含有0.1～3wt%的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属的Al合金构成。

Description

压电元件及其制造方法、以及触摸面板装置
技术领域
本发明涉及一种能够激励表面弹性波的压电元件及其制造方法、以及作为激励装置及接收装置而具有压电元件的触摸面板装置。
背景技术
作为对FA设备、OA设备、以及测定设备等中的计算机系统进行输入的输入装置，存在采用触摸面板装置的情况。触摸面板装置与设备的显示器设为一体，用于检测出在显示器表面手指等接触的位置。基于与在显示器上显示的图像相关的数据、以及与由触摸面板装置检测出的接触位置相关的数据，在设备的计算机系统中执行规定的处理。
在触摸面板装置的技术领域中，近年来，引人注目的是利用表面弹性波(SAW)来检测出接触位置的SAW方式触摸面板装置。SAW方式触摸面板装置例如具备：具有检出区域以及包围该检出区域的周边区域的透明基板；以及设置在该基板的周边区域上的多个激励装置以及多个接收装置。激励装置以及接收装置分别由压电元件构成。关于这样的SAW方式触摸面板装置，例如记载在JP特开平6—149459号公报和JP特开平10—55240号公报里。
构成激励装置或接收装置的压电元件，例如由在基板的周边区域上按每个元件图形形成的交叉指型换能器(IDT)、和以覆盖该IDT的方式设在周边区域上的压电膜构成。IDT由一对梳齿电极构成，各梳齿电极具有相互平行的多个电极梳齿。一侧的梳齿电极的电极梳齿与另一侧的梳齿电极的电极梳齿交互并且平行配置。压电膜，由表现出通过施加应变而产生电场的性质(压电效应)、以及通过施加电场而产生应变的性质(逆压电效应)的压电材料构成。
当向作为激励装置的压电元件的IDT施加交流电压时，在相邻的电极梳齿之间产生交流电场。于是，由于逆压电效应，在对应于该电极梳齿之间的压电膜上产生应变，通过全部IDT在压电膜激励规定的弹性波。此时，最强烈的激励与电极梳齿间距相等的波长的弹性波。被激励的弹性波在基板表面传播，到达作为接收装置的压电元件。在该元件中，由于该压电膜的压电效应，在IDT的电极梳齿之间产生交流电场。被交流电场感应，从该元件的IDT输出交流电流。
在SAW方式触摸面板装置动作时，从作为激励装置的各压电元件产生表面弹性波，该表面弹性波在基板的检出区域传送，由作为接收装置的特定的压电元件接收。在手指等接触到检出区域时，通过该接触位置的表面弹性波的振幅就会衰减。通过检测以及分析此衰减，从而指定或者检测出检出区域中的接触位置。
在这样的SAW方式触摸面板装置中，激励用压电元件，其电气机械变换效率越高，就越能相对于施加电压高效激励弹性波。另一方面，接收用压电元件，其电气机械变换效率越高，就越能基于所接收的弹性波高效输出交流电流。因此，在SAW方式触摸面板装置中，各压电元件的电气机械变换效率越高，一对压电元件间的信号发送接收的插入损失(dB)就越小，其结果是，能够降低装置的驱动电压，另外，提高装置的检出精度。
可是，根据现有的SAW方式触摸面板装置，由于在压电元件中不能得到足够高的电气机械变换效率，所以存在不能充分降低驱动电压的情况，另外，也存在不能取得需要的检出精度的情况。
发明的公开
本发明是基于这样的情况而提出的，其目的是提供一种电气机械变换效率高的压电元件及其制造方法、以及作为激励装置及接收装置而具备这种压电元件的SAW方式触摸面板装置。
根据本发明的第一个方面，提供一种压电元件。该压电元件具有基板、压电膜、第一电极、以及第二电极。第一电极以及/或者第二电极介于基板以及压电膜之间，并且由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属的Al合金构成。在Al合金含有从该组中选择出的多种金属时，该Al合金中的各添加金属的含有率在0.1～3wt％的范围内。
一直以来，规定的压电元件中的压电膜通过溅射法使压电材料成膜而形成，在该成膜时加热基板。当基板被加热时，已经形成在基板上的电极(例如，上述的现有的压电元件的IDT)和基板同时升温，由于基板以及电极的热膨胀率的差异，会在该电极上产生凸起(ヒロツク)(电极从基板表面部分剥离)。公知凸起越多、或者各凸起越大，该压电元件上的电气机械变换效率就越低。在SAW方式触摸面板装置中的现有的压电元件中，采用Al作为用于构成作为电极的IDT的材料的情况比较多。那是因为Al电阻小、价格便宜、加工容易的缘故。可是，在该Al电极中，凸起特别容易产生及成长。
在本发明的第一个方面涉及的压电元件的制造中，在基板上以规定的图形形成第一电极以及第二电极之后，在基板上形成压电膜来覆盖这些电极。或者，在基板上以规定的图形形成第一电极之后，在基板上形成压电膜来覆盖该第一电极，进一步，在压电膜上形成第二电极。或者，在基板上以规定的图形形成第二电极之后，在基板上形成压电膜来覆盖该第二电极，进一步，在压电膜上形成第一电极。在任何一个方法中，在形成压电膜时，和现有方法同样，加热基板，从而加热已经形成在基板上的电极。
可是，在第一个方面涉及的压电元件中，可取得比现有的压电元件高的电气机械变换效率。那是因为介于基板和压电膜之间的电极(第一电极以及/或者第二电极)由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属的Al合金构成，与由纯Al构成的电极相比，不易热膨胀的缘故。在形成压电膜时已经形成在基板上，并且在所制造的压电元件中介于基板和压电膜之间的电极，在由上述那样的Al合金构成时，在压电膜形成时，在该电极上不产生凸起，或者即使产生凸起也能抑制其数量和尺寸，其结果是，在压电元件中能够取得高的电气机械变换效率。
在本发明的第一个方面中，在优选的实施方式中，第一电极介于基板以及压电膜之间，第二电极设置在压电膜上。在本结构中，向压电膜施加电压，可利用隔着压电膜的第一以及第二电极。此时，优选第二电极具有基部、以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且第一电极具有通过压电膜而与多个分支电极相对向的部位。此时，当将压电膜的厚度设为h，并且，将多个分支电极的电极周期设为λ时，优选b/λ的值为0.005～0.1。这样的h/λ的范围适于取得高的电气机械变换效率。
在本发明的第一个方面中，在其他优选的实施方式中，第一电极以及第二电极介于基板以及压电膜之间，构成交叉指型换能器(IDT)。在本结构中，向压电膜施加电压，可利用介于基板和压电元件之间的IDT。
根据本发明的第二个方面，提供一种压电元件的制造方法。该制造方法包括：用于在基板上形成由Al合金构成的第一电极的工序，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属；用于除去第一电极的表面的氧化膜的工序；用于在基板上形成重叠在第一电极上的压电膜的工序；用于在压电膜上形成第二电极的工序。
根据此方法，能够适于制造本发明的第一个方面涉及的压电元件。因此，根据本发明的第二个方面，能够在所制造的压电元件中取得高的电气机械变换效率。
根据本发明的第三个方面，提供一种压电元件的其他的制造方法。该制造方法包括：用于在基板上形成由Al合金构成的第一电极的工序，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属；用于对第一电极的表面进行蚀刻处理的工序；用于在基板上形成重叠在第一电极上的压电膜的工序；用于在压电膜上形成第二电极的工序。
根据此方法，能够适于制造本发明的第一个方面涉及的压电元件。因此，根据本发明的第三个方面，能够在所制造的压电元件中取得高的电气机械变换效率。
在本发明的第三个方面中，优选第二电极具有基部、以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且，第一电极具有通过压电膜而与多个分支电极相对向的部位。
根据本发明的第四个方面，提供一种压电元件的其他的制造方法。该制造方法包括：用于在基板上形成由Al合金构成的IDT的工序，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属；用于除去IDT的表面的氧化膜的工序；用于在基板上形成重叠在IDT上的压电膜的工序。
根据此方法，能够适于制造本发明的第一个方面涉及的压电元件。这样一来，在本发明的第四个方面中，也能够在所制造的压电元件中取得高的电气机械变换效率。
根据本发明的第五个方面，提供一种压电元件的其他的制造方法。该制造方法包括：用于在基板上形成由Al合金构成的IDT的工序，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属；用于对该IDT的表面进行蚀刻处理的工序；用于在基板上形成重叠在该IDT上的压电膜的工序。
根据此方法，能够适于制造本发明的第一个方面涉及的压电元件。因此，在本发明的第五个方面中，也能够在所制造的压电元件中取得高的电气机械变换效率。
根据本发明的第六个方面，提供一种触摸面板装置。该触摸面板装置具有：基板，其包括检出区域以及包围该检出区域的周边区域；激励装置，其设置在周边区域，并且用于在基板上激励表面弹性波；接收装置，其设置在周边区域，并且用于接收在检出区域传播的表面弹性波，激励装置以及/或者接收装置包含有压电膜、第一电极、以及第二电极，第一电极以及/或者第二电极介于基板以及压电膜之间，并且由Al合金构成，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组中选择出的金属。
这样构成的触摸面板装置的激励装置以及/或者接收装置，由第一个方面涉及的高的电气机械变换效率的压电元件构成。因此，本发明的第六个方面涉及的触摸面板装置，在谋求降低驱动电压和提高检出精度方面较为适合。
在本发明的第六个方面中，在优选的实施方式中，第一电极介于基板以及压电膜之间，第二电极设置在压电膜上。此时，优选第二电极具有基部、以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且，第一电极具有通过压电膜而与多个分支电极相对向的部位。此时，优选将压电膜的厚度设为h，并且，将多个分支电极的电极周期设为λ时，h/λ的值为0.005～0.1。
在本发明的第六个方面中，在其他的优选实施方式中，第一电极以及第二电极介于基板以及压电膜之间，构成IDT。
在本发明的第一到第六个方面中，优选压电膜由掺杂了Mn的ZnO构成。介于基板和压电膜之间的电极的构成材料，有时在高温下向压电膜扩散，电极构成材料向压电膜的扩散常使压电元件的电气机械变换效率下降。当向作为压电材料的ZnO中掺杂入Mn时，向作为电极构成材料的例如Al的压电膜的扩散就会被抑制。因此，本结构适于在压电元件中取得高的电气机械变换效率。
另外，本发明提供一种压电元件，其特征在于，具有基板、压电膜、第一电极、以及第二电极，上述第一电极由Al合金构成，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt以及Au构成的组中选择出的金属，上述第一电极介于上述基板以及上述压电膜之间，上述第二电极设置在上述压电膜上，上述压电膜位于上述第一电极和第二电极之间，上述第二电极具有基部以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且，上述第一电极具有通过上述压电膜与上述多个分支电极相向的部位，在将上述压电膜的厚度设为h，并且，将上述多个分支电极的电极周期设为λ的情况下，h/λ的值为0.005～0.1。
另外，本发明提供一种压电元件的制造方法，其特征在于，包括：用于在基板上形成由Al合金构成的第一电极的工序，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt以及Au构成的组中选择出的金属，用于对上述第一电极的表面进行蚀刻处理，以除去表面的氧化膜的工序，用于在上述基板上形成重叠在上述第一电极上的压电膜的工序，用于在上述压电膜上形成第二电极的工序；上述第二电极具有基部以及从该基部延伸出，且相互平行的多个分支电极，并且，上述第一电极具有通过上述压电膜与上述多个分支电极相向的部位；在将上述压电膜的厚度设为h，并且，将上述多个分支电极的电极周期设为λ的情况下，h/λ的值为0.005～0.1。
另外，本发明提供一种触摸面板装置，其特征在于，具有：基板，其包括检出区域以及包围该检出区域的周边区域，激励装置，其设置在上述周边区域，并且用于在上述基板上激励表面弹性波，接收装置，其设置在上述周边区域，并且用于接收在上述检出区域传播的表面弹性波；上述激励装置以及/或者上述接收装置包含有压电膜、第一电极以及第二电极，上述第一电极由Al合金构成，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt以及Au构成的组中选择出的金属；上述第一电极介于上述基板以及上述压电膜之间，上述第二电极设置在上述压电膜上，上述压电膜位于上述第一电极和第二电极之间；上述第二电极具有基部以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且，上述第一电极具有通过上述压电膜与上述多个分支电极相向的部位；在将上述压电膜的厚度设为h，并且，将多个分支电极的电极周期设为λ的情况下，h/λ的值为0.005～0.1。
附图的简单说明
图1是本发明第一实施方式的压电元件的平面图。
图2是沿着图1的II-II线的剖面图。
图3A～图3C表示图1所示的压电元件的制造方法。各图为局部剖面图。
图4是本发明第二实施方式的压电元件的平面图。
图5是沿着图4的V-V线的剖面图。
图6A～图6C表示图4所示的压电元件的制造方法。各图为局部剖面图。
图7表示本发明第三实施方式的触摸面板装置。
图8是图7所示的触摸面板装置的局部放大图。
图9表示本发明第四实施方式的触摸面板装置。
图10是图9的触摸面板装置的局部放大图。
图11表示具有图1所示的压电元件的滤波器。
图12表示关于实施例1～3以及比较例中的各滤波器的插入损失测定的结果。
图13表示关于实施例1、4中的各滤波器的、插入损失的退火时间依赖性。
实施发明的最佳方式
图1及图2表示本发明第一实施方式的压电元件X。压电元件X具有基板11、压电膜12、电极13、14，以能够激励以及接收表面弹性波的方式构成。
基板11具有确保元件的刚性的功能，同时还是传播表面弹性波的介质。基板11例如是透明的玻璃基板等的非压电基板。
压电膜12，由表现出通过施加应变而产生电场的性质(压电效应)、以及通过施加电场而产生应变的性质(逆压电效应)的压电材料构成。作为这样的压电材料，例如能够采用掺杂有Mn的ZnO、ZnO、或AIN。压电膜12的厚度h例如为1.0～3.0μm。
电极13介于基板11以及压电膜12之间，由Al合金构成，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属。Al合金含有从该组中选出的多种金属时，该Al合金中的各添加金属的含有率在0.1～3wt％的范围内。在电极13连接有具有露出到外部的部位的端子15。电极13的厚度例如为300～600nm。
电极14设置在压电膜12之上，具有由基部14a以及多个分支电极14b构成的梳齿结构。多个分支电极14b从基部14a延伸出，并且相互平行。相互平行的多个分支电极14b，也可分别取代图1所示的直线状而为折曲状或弯曲状。另外，多个分支电极14b隔着压电膜12与电极13相对向。
电极14的厚度例如为300～600nm，各分支电极14b的宽度d1例如为40～60μm，分支电极14b的电极周期λ1例如为100～150μm。上述的压电膜12的厚度h、和分支电极14b的电极周期λ1最好具有这样的关系：0.005≦h/λ1≦0.1。
电极14由规定的导电材料构成。作为电极14的构成材料，可采用与电极13相同的材料。另外，在电极14连接有端子16。
图3A～图3C表示压电元件X的制造方法。在压电元件X的制造方法中，首先，在基板11上，如图3A所示形成电极13，同时形成端子15(在图3A～图3C中没有图示出)。
在这些部件的形成中，首先将Al合金成膜在基板11上。该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属。作为成膜方法，可采用溅射法或蒸镀法。在电极13以及端子15的形成中，接下来在Al合金膜上形成抗蚀图形。此抗蚀图形是用来对在Al合金膜上要被加工成电极13以及端子15的部位进行掩模的。接下来，以该抗蚀图形作为掩模，对Al合金膜进行蚀刻。由此，能够在基板11上形成电极13以及端子15。
形成电极13之后，最好对电极13的表面进行蚀刻处理。作为表面处理方法，例如可采用利用了Ar等离子体的逆溅射法。可认为是通过这样的表面处理，清除在电极13形成后因该电极13的表面自然氧化而产生的氧化膜。
接下来如图3B所示，在压电元件X的制造中，在基板11上层叠形成压电膜12。具体地说，在通过溅射法将压电材料成膜在基板11上之后，通过以规定的抗蚀图形作为掩模来对该压电材料膜进行蚀刻，从而形成具有规定的俯视形态的压电膜12。在通过溅射法的压电材料的成膜时，基板11被加热到规定的温度。由此，电极13虽然与基板11一同升温，但在该电极13上不产生凸起(ヒロツク)、或即使产生凸起也能抑制其数量和尺寸。这是因为由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属的Al合金构成的电极13不易热膨胀的缘故。
接下来，如图3C所示，在压电膜12上形成电极14，同时形成端子16(在图3C中没有图示出)。在这些部件的形成中，首先将规定的导电材料成膜在整个基板11的表面以及压电膜12的表面上。作为成膜方法，可采用溅射法或蒸镀法。接下来在导电膜上形成抗蚀图形。此抗蚀图形是用来对在该导电膜上要被加工成电极14及端子16的部位进行掩模的。接下来，以该抗蚀图形作为掩模，对导电膜进行蚀刻。由此，能够形成电极14以及端子16。
在电极14以及端子16的形成中，也可以取代利用了溅射法的如上述那样的方法，而利用印刷法。在印刷法中，首先对基板11的表面以及压电膜12的表面隔着规定的掩模印刷或者涂敷例如Ag膏。接下来，在清除掩模之后，对该Ag膏进行烧结或者退火处理来使膏中的溶剂蒸发。这样，能够形成由Ag构成的电极14以及端子16。
像以上那样，能够制造具有高的电气机械变换效率的压电元件X。参照图3B，在上述的压电膜形成工序中，能够抑制已经形成在基板11上的电极13上的凸起的产生和成长，同时能够将用于形成压电膜12的压电材料成膜。可以认为在压电元件X中能够取得高的电气机械变换效率，是由于在压电膜形成时电极13上的凸起的产生及成长被抑制的缘故。另外，在形成电极13之后对该电极13的表面实施蚀刻处理时，可以认为该表面处理有助于抑制压电膜形成时的凸起的产生及成长。
图4及图5表示本发明第二实施方式的压电元件X′。压电元件X′具有基板11、压电膜12、电极23、24，以能够激励以及接收表面弹性波的方式构成。压电元件X′在取代电极13、14而具有电极23、24这一点上，与压电元件X不同。关于基板11与压电膜12，与第一实施方式所述的相同。
电极23、24构成介于基板11以及压电膜12之间的IDT，由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属的Al合金构成。Al合金含有从该组中选出的多种金属时，该Al合金中的各添加金属的含有率在0.1～3wt％的范围内。
电极23具有由基部23a以及多个分支电极23b构成的梳齿结构。多个分支电极23b从基部23a延伸出，并且相互平行。在电极23连接有具有露出到外部的部位的端子25。
电极24具有由基部24a以及多个分支电极24b构成的梳齿结构。多个分支电极24b从基部24a延伸出，并且相互平行。另外，分支电极24b也与分支电极23b平行。在电极24连接有具有露出到外部的部位的端子26。
电极23、24的厚度例如为300～600nm，各分支电极23b、24b的宽度d2例如为20～30μm，分支电极23b、24b的电极周期λ2例如为100～150μm。
图6A～图6C表示压电元件X′的制造方法。在压电元件X′的制造中，首先，如图6A所示，在基板11上形成Al合金膜20′。该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属。作为成膜方法，可采用溅射法或蒸镀法。
接下来，通过图形形成Al合金膜20′，在基板11上，如图6B所示，形成电极23、24，同时形成端子25、26(在图6B以及图6C中没有图示出)。具体地说，首先在Al合金膜20′上形成抗蚀图形。此抗蚀图形是用来对在Al合金膜20′上要被加工成电极23、24以及端子25、26的部位进行掩模的。接下来，以该抗蚀图形为掩模，对Al合金膜20′进行蚀刻。这样一来，在基板11上，能够形成电极23、24以及端子25、26。
电极23、24形成之后，最好对电极23、24的表面进行蚀刻处理。作为表面处理方法，例如可采用利用了Ar等离子体的逆溅射法。可认为是通过这样的处理，清除在电极23、24形成后因该电极23、24的表面自然氧化而产生的氧化膜。
在压电元件X′的制造中，接下来如图6C所示，在基板11上层叠形成压电膜12。具体地说，在通过溅射法将压电材料成膜在基板11上之后，通过以规定的抗蚀图形为掩模来对该压电材料膜进行蚀刻，从而形成具有规定的俯视形态的压电膜12。在通过溅射法的压电材料的成膜时，基板11被加热到规定的温度。由此，电极23、24虽然与基板11一同升温，但在该电极23、24上不生成凸起、或即使产生凸起也能抑制其数量和尺寸。这是因为由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属的Al合金构成的电极23、24不易热膨胀的缘故。
像以上那样，能够制造具有高的电气机械变换效率的压电元件X′。参照图6C，在上述的压电膜形成工序中，能够抑制已经形成在基板11上的电极23、24上的凸起的产生和成长，同时能够将用于形成压电膜12的压电材料成膜。可以认为是在压电元件X′中能够取得高的电气机械变换效率，是由于在压电膜形成时电极23、24上的凸起的产生及成长被抑制的缘故。另外，在形成电极23、24之后对该电极23、24的表面实施蚀刻处理时，可以认为该表面处理有助于抑制压电膜形成时的凸起的产生及成长。
图7及图8表示本发明第三实施方式的触摸面板装置Y。触摸面板装置Y具有基板31、压电膜32、电极33A～33D、34A～34D，作为SAW方式触摸面板装置而构成。为了让图更加清楚，压电膜32用虚线表示。
基板31是传播表面弹性波的介质，是具有检出区域31a以及周边区域31b的透明基板。检出区域31a以及周边区域31b的边界用虚线表示。基板31，例如是透明的玻璃基板等的非压电基板，例如有0.7～1.1mm厚。检出区域31a是触摸面板装置Y的检出对象区域，在本实施方式中为矩形。周边区域31b是包围在检出区域31a的周围并设置有触摸面板装置Y的后述的激励装置以及接收装置的区域。
压电膜32被设置在基板31的周边区域31b上，与第一实施方式的压电膜12相同，也是由表现出压电效应以及逆压电效应的压电材料构成。压电膜32的厚度h例如为1.0～3.0μm。
电极33A～33D介于基板31以及压电膜32之间，由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属的Al合金构成。电极33A～33D的厚度例如为300～600nm。在电极33A～33D上，连接有分别对应的端子35A～35D。端子35A～35D分别具有露出到外部的部位。
电极34A～34D设置在压电膜32之上，分别具有由基部34a以及多个分支电极34b构成的梳齿结构。属于同一电极的多个分支电极34b从同一基部34a延伸出，并且相互平行。
在本实施方式中，相互平行的多个分支电极34b，分别具有相对离检出领域31a近的内侧部34b′以及相对离检出区域31a远的外侧部34b″，它们向不同的规定方向延伸。即，分支电极34b以规定的角度折曲。折曲角度对应于规定了矩形的检出区域31a的相邻边的比率来决定。例如，检出区域31a是正方形时，即相邻边的比率为1:1时，折曲角度为45°。另外，分支电极34b隔着压电膜32与电极33A～33D相对向。
电极34的厚度例如为300～600nm，各分支电极34b的宽度d3(图8所示)例如为40～60μm。另外，分支电极34b的内侧部34b′的电极周期λ3(图8所示)以及外侧部34b″的电极周期λ4(图8所示)与上述的电极周期λ1同样，例如为100～150μm。在一个电极中，电极周期λ3以及电极周期λ4，对应于触摸面板装置Y的驱动方法被设定为相同或相异。另外，在电极34A～34D之间，电极周期λ3以及/或者电极周期λ4，对应于触摸面板装置Y的驱动方法被设定为相同或相异。上述的压电膜32的厚度h、和电极周期λ3最好具有这样的关系：0.005≦h/λ3≦0.1。同样，压电膜32的厚度h、和电极周期λ4最好具有这样的关系：0.005≦h/λ4≦0.1。
电极34A～34D由规定的导电材料构成。作为电极34A～34D的构成材料，可采用与电极33A～33D相同的材料。另外，在电极34A～34D分别连接有端子36A～36D。
触摸面板装置Y，在基板31的周边区域31b，具备第一实施方式的4个压电元件X(压电元件XA～XD)。具体地说，电极对33A、34A、电极对33B、34B、电极对33C、34C、以及电极对33D、34D，分别相当于压电元件X的电极对13、14；各电极对间所夹持的压电膜32包含4个压电元件X的4个压电膜12；支撑它们的基板31包含4个压电元件X的基板11。另外，端子35A～35D以及端子36A～36D，分别相当于压电元件X的端子15以及端子16。这种含有4个压电元件X的触摸面板装置Y，能够利用参照图3A～图3C所述的压电元件X的制造方法来制造。
触摸面板装置Y动作时，例如相对向的两个压电元件XA、XC在不同的定时间歇地被激励驱动。
压电元件XA，通过端子35A、36A在电极33A、34A之间施加交流电压来激励驱动。激励驱动中，在压电元件XA激励出规定频率的两种表面弹性波(SAW)f1、f2。激励SAWf1，使其在与压电元件XA上的分支电极34b的内侧部34b′垂直的方向传播。激励SAWf2，使其在与分支电极34b的外侧部34b″垂直的方向传播。
SAWf1在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XD上的多个内侧部34b′被接收。其结果是，从压电元件XD通过该端子35D、36D来输出接收信号。实质上是从压电元件XD上的图中上端的内侧部34b′接收SAWf1开始，到图中下端的内侧部34b′接收SAWf1为止，输出该接收信号。
SAWf2在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XB上的多个外侧部34b″被接收。其结果是，从压电元件XB通过该端子35B、36B来输出接收信号。实质上是从压电元件XB上的图中上端的外侧部34b″接收SAWf2开始，到图中下端的外侧部34b″接收SAWf2为止，输出该接收信号，。
另一方面，压电元件XC，通过经由端子35C、36C在电极33C、34C之间施加交流电压而被激励驱动。激励驱动中，在压电元件XC激励出规定频率的两种SAWf3、f4。激励SAWf3，使其在与压电元件XC上的分支电极34b的内侧部34b′垂直的方向传播。激励SAWf4，使其在与分支电极34b的外侧部34b″垂直的方向传播。压电元件XC的这种激励驱动，例如在从压电元件XB、XD输出上述接收信号结束后立刻进行。
SAWf3在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XB上的多个内侧部34b′被接收。其结果是，从压电元件XB通过该端子35B、36B来输出接收信号。实质上是从压电元件XB上的图中下端的内侧部34b′接收到SAWf3开始，到图中上端的内侧部34b′接收到SAWf3为止，输出该接收信号。
SAWf4在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XD上的多个外侧部34b″被接收。其结果是，从压电元件XD通过该端子35D、36D来输出接收信号。实质上是从压电元件XD上的图中下端的外侧部34b″接收到SAWf4开始，到图中上端的外侧部34b″接收到SAWf4为止，输出该接收信号。
在触摸面板装置Y动作时，从由压电元件XA激励SAWf1、f2开始，到来自基于SAWf3、f4的接收的压电元件XB、XD的接收信号的输出为止的、上述一系列的动作反复进行。
在触摸面板装置Y动作时，当用手指等接触到基板31的检出区域31a的任意位置时，SAWf1～f4的振幅就会在通过该位置时在该位置衰减。因为基于振幅衰减了的SAW，从压电元件XB、XD输出的接收信号的输出电平下降，所以通过在该接收信号中检测以及分析输出电平下降的情况，从而指定或者检测出检出区域31a的接触位置。
为了使触摸面板装置Y动作，也可以利用压电元件XB、XD取代压电元件XA、XC来作为激励装置，利用压电元件XA、XC取代压电元件XB、XD来作为接收装置。
触摸面板装置Y具备具有高的电气机械变换效率的第一实施方式的压电元件X(压电元件XA～XD)作为激励装置以及接收装置。这样的触摸面板装置Y在谋求降低驱动电压和提高检出精度的方面较为适合。
图9及图10表示本发明第四实施方式的触摸面板装置Y′。触摸面板装置Y′具备基板31、压电膜32、电极43A～43D、44A～44D，作为SAW方式触摸面板装置而构成。触摸面板装置Y′在取代电极33A～33D、34A～34D而具有电极43A～43D、44A～44D这点上，与触摸面板装置Y不同。关于基板31以及压电膜32，与第三实施方式所述的相同。
电极对43A、44A、电极对43B、44B、电极对43C、44C、以及电极对43D、44D，构成介于基板31以及压电膜32之间的IDT，由含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt、以及Au构成的组当中选出的金属的Al合金构成。
电极43A～43D分别具有由基部43a以及多个分支电极43b构成的梳齿结构。属于同一电极的多个分支电极43b从同一基部43a延伸出，并且相互平行。在本实施方式中，相互平行的多个分支电极43b，分别具有相对离检出领域31a近的内侧部43b′以及相对离检出区域31a远的外侧部43b″，他们向不同的规定方向延伸。即，分支电极43b以规定的角度折曲。另外，在电极43A～43D分别连接有对应的端子45A～45D。端子45A～45D分别具有露出到外部的部位。
电极44A～44D分别具有由基部44a以及多个分支电极44b构成的梳齿结构。属于同一电极的多个分支电极44b从同一基部44a延伸出，并且相互平行。另外，分支电极44b也平行于分支电极43b。在本实施方式中，相互平行的多个分支电极44b，分别具有内侧部44b′以及外侧部44b″，他们向不同的规定方向延伸。即，分支电极44b以规定的角度折曲。分支电极43b、44b的折曲角度对应于规定矩形的检出区域31a的相邻边的比率来决定。另外，在电极44A～44D分别连接有对应的端子46A～46D。端子46A～46D分别具有露出到外部的部位。
电极43、44的厚度例如为300～600nm，各分支电极43b、44b的宽度d4例如为20～30μm。内侧部43b′、44b′的电极周期λ5以及外侧部43b″、44b″的电极周期λ6，与上述的电极周期λ2一样，例如为100～150μm。
触摸面板装置Y′，在基板31的周边区域31b，具备第二实施方式涉及的4个压电元件X′(压电元件XA′～XD′)。具体地说，电极对43A、44A、电极对43B、44B、电极对43C、44C、以及电极对43D、44D，分别相当于压电元件X′的电极对23、24；各电极对间所夹持的压电膜32包含4个压电元件X′的4个压电膜12；支撑它们的基板31包含4个压电元件X′的4个基板11。另外，端子45A～45D以及端子46A～46D，分别相当于压电元件X′的端子25以及端子26。这种含有4个压电元件X′的触摸面板装置Y′，能够利用参照图6A～图6C所述的压电元件X′的制造方法来制造。
触摸面板装置Y′动作时，例如相对向的两个压电元件XA′、XC′在不同的定时间歇地被激励驱动。
压电元件XA′，通过经由端子45A、46A在电极43A、44A之间施加交流电压而被激励驱动。激励驱动中，在压电元件XA′激励出规定频率的两种表面弹性波(SAW)f5、f6。激励SAWf5，使其在与压电元件XA′上的内侧部43b′、44b′垂直的方向传播。激励SAWf6，使其在与压电元件XA′上外侧部43b″、44b″垂直的方向传播。
SAWf5在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XD′上的多个内侧部43b′、44b′被接收。其结果是，从压电元件XD′通过该端子45D、46D来输出接收信号。实质上是从压电元件XD′上的图中上端的内侧部43b′(44b′)接收到SAWf5开始，到图中下端的内侧部43b′(44b′)接收到SAWf5为止，输出该接收信号。
SAWf6在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XB′上的多个外侧部43b″、44b″被接收。其结果，从压电元件XB′通过该端子45B、46B来输出接收信号。实质上是从压电元件XB′上的图中上端的外侧部43b″(44b″)接收到SAWF6开始，到图中下端的外侧部43b″(44b″)接收到SAWf6为止，输出该接收信号。
另一方面，压电元件XC′，通过经由端子45C、46C在电极43C、44C之间施加交流电压而被激励驱动。激励驱动中，在压电元件XC′激励出规定频率的两种SAWf7、f8。激励SAWf7，使其在与压电元件XC′上的内侧部43b′、44b′垂直的方向传播。激励SAWf8，使其在与压电元件XC′上的外侧部43b″、44b″垂直的方向传播。压电元件XC′的这种激励驱动，例如，在来自压电元件XB′、XD′的上述接收信号的输出结束后立刻进行。
SAWf7在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XB′上的多个内侧部43b′、44b′被接收。其结果是，从压电元件XB′通过该端子45B、46B来输出接收信号。实质上是从压电元件XB′上的图中下端的内侧部43b′(44b′)接收到SAWf7开始，到图中上端的内侧部43b′(44b′)接收到SAWf7为止，输出该接收信号。
SAWf8在基板31的检出区域31a传播之后，在压电元件XD′上的多个外侧部43b″、44b″被接收。其结果是，从压电元件XD′通过该端子45D、46D来输出接收信号。实质上是从压电元件XD′上的图中下端的外侧部43b″(44b″)接收到SAWf8开始，到图中上端的外侧部43b″(44b″)接收到SAWf8为止，输出该接收信号。
在触摸面板装置Y′动作时，从基于压电元件XA′的SAWf5、f6的激励开始，到来自基于SAWf7、f8的接收的压电元件XB′、XD′的接收信号的输出为止的、上述一系列的动作反复进行。
在触摸面板装置Y′动作时，当手指等接触到基板31的检出区域31a的任意位置时，SAWf5～f8的振幅就会在通过该位置时在该位置衰减。因为基于振幅衰减了的SAW而从压电元件XB′、XD′输出的接收信号的输出电平下降，所以通过在从压电元件XB′、XD′输出的接收信号中检测以及分析输出电平下降的情况，从而指定或者检测出检出区域31a上的接触位置。
为了使触摸面板装置Y′动作，也可以利用压电元件XB′、XD′取代压电元件XA′、XC′来作为激励装置、利用压电元件XA′、XC′取代压电元件XB′、XD′来作为接收装置。
触摸面板装置Y′具备具有高的电气机械变换效率的第二实施方式的压电元件X′(压电元件XA′～XD′)来作为激励装置以及接收装置。这样的触摸面板装置Y′在谋求降低驱动电压和提高检出精度方面较为合适。
作为触摸面板装置Y、Y′的动作方法，也可以采用其他的方式。例如，能够采用用于使记载在JP特开2002—222041号公报里的第一～第三实施方式涉及的触摸面板装置动作的、记载在该公报里的方法。
实施例1
制作如图11所示这样的、由两个压电元件X构成的标准相对向型的滤波器。构成该滤波器的本实施方式例的各压电元件X是第一实施方式涉及的元件。在滤波器的制作中，首先，在第一成膜工序中，通过溅射法将含有1.0wt％的Cu的Al合金成膜在玻璃基板11上，从而形成厚度为300nm的Al合金膜。在本溅射法中使用了含有1.0wt％的Cu的Al合金靶。
接下来，通过以规定的抗蚀图形作为掩模对Al合金膜进行蚀刻，从而图形形成Al合金膜。这样一来，在基板11上形成了电极13以及端子15。之后，通过利用了Ar等离子体的逆溅射法，对电极13的表面进行蚀刻处理。
接下来，在第二成膜工序中，通过溅射法，使ZnO成膜在基板11上，从而形成厚度为2μm的压电材料膜。具体地说，通过使用ZnO烧结体靶，使用Ar气以及O2气作为溅射气进行的反应性溅射，从而使ZnO成膜在基板上。在本溅射中，将Ar气和O2气的流量比设为4:1。之后，通过以规定的抗蚀图形作为掩模来对压电材料膜进行蚀刻，从而图形形成该压电材料膜。这样，形成了压电膜12。
接下来，在第三成膜工序中，通过溅射法，使Al、合金成膜在整个基板11的表面以及压电膜12的表面上，从而形成厚度为300nm的Al合金膜。在本溅射中，使用了与上述的电极13形成时使用的相同的含有Cu的Al合金靶。接下来，通过以规定的抗蚀图形作为掩模来对Al合金膜进行蚀刻，从而图形形成该Al合金膜。这样，形成了具有基部14a以及多个平行的分支电极14b的电极14以及端子16。在本实施例中的电极14，分支电极14b的宽度d1为44μm，分支电极14b的电极周期λ1为110μm。
通过以上方法，制作了本实施例涉及的多个滤波器。在全部的滤波器中，压电膜12的厚度h为2μm，该厚度h和分支电极14b的电极周期λ1满足以下条件：0.005≦h/λ1≦0.1。
实施例2
在第一成膜工序中，除了取代含有1.0wt％的Cu的Al合金而采用含有0.5wt％的Cu的Al合金来成膜以外，通过与实施例1同样的方法，制作了本实施例涉及的多个滤波器。在本实施例的滤波器中，电极13由含有0.5wt％的Cu的Al合金构成。另外，在本实施例的全部滤波器中，压电膜12的厚度h为2μm，该厚度h和分支电极14b的电极周期λ1满足以下条件：0.005≦h/λ1≦0.1。
实施例3
在第一成膜工序中，除了取代含有1.0wt％的Cu的Al合金而采用含有2.0wt％的Cu的Al合金来成膜以外，通过与实施例1同样的方法，制作了本实施例涉及的多个滤波器。在本实施例的滤波器中，电极13由含有2.0wt％的Cu的Al合金构成。另外，在本实施方式的全部滤波器中，压电膜12的厚度h为2μm，该厚度h和分支电极14b的电极周期λ1满足以下条件：0.005≦h/λ1≦0.1。
比较例
在第一成膜工序中，除了取代含有1.0wt％的Cu的Al合金而采用纯Al来成膜以外，通过与实施例1同样的方法，制作了本比较例涉及的多个滤波器。在本比较例的滤波器中，介于基板和压电膜之间的电极由纯Al构成。
实施例4
除了压电膜12由掺杂了Mn的ZnO取代ZnO来构成以外，制作了具有与实施例1相同结构的滤波器。在该滤波器的制作的第二成膜工序的溅射中，使用了含有规定浓度的Mn2O3的ZnO的烧结靶。
插入损失的测定
关于实施例1～3以及比较例的各滤波器，测定了输入信号和接收信号之间的插入损失。其结果如图12的图表所示。在图12的图表中，经由压电膜而相对向的电极对之间的电阻(kΩ)由横轴表示，插入损失(dB)由纵轴表示。
由图12的图表可判定，实施例1～3的滤波器与比较例的滤波器相比，插入损失小。这可以认为是，因为介于基板和压电膜之间的电极由含有规定浓度Cu的Al合金构成时，与该电极由纯Al构成时相比，压电元件中的电气机械变换效率高的缘故。另外，如图12的图表所示，虽然在同一实施例涉及的多个滤波器之间在电极间电阻的值存在偏差，但可以判定在同一实施例涉及的多个滤波器之间，有电极间电阻越大而插入损失就越小的倾向。
关于实施例1、4的滤波器，调查其插入损失的退火时间依赖性。具体地说，关于实施例1、4的各滤波器，在实施退火处理前、在250℃实施一个小时的退火处理之后、以及进一步在250°实施一个小时而合计两个小时的退火处理之后，分别测定了插入损失。其结果如图13的图表所示。在图13的图表中，退火时间(h)由横轴表示，插入损失(dB)由纵轴表示。另外，实施例1的滤波器的测定结果用线E1表示，实施例4的滤波器的测定结果用线E4表示。
从图13的图表可判定，在压电元件经过规定的退火处理时，掺杂了Mn的ZnO压电膜与没有掺杂的ZnO压电膜相比，适于降低插入损失。这可以认为是，因为当向作为压电材料的ZnO中掺杂Mn时，向作为电极构成材料的Al的压电膜的扩散被抑制了的缘故。在通过印刷法来形成压电膜上的电极时，进行用于烧结以规定的图形形状印刷的导电膏的退火处理。因此，由掺砸了Mn的ZnO形成压电膜的这种结构，在通过印刷法来形成压电膜上的电极时，特别有实际效益。

Claims (6)

1.一种压电元件，其特征在于，
具有基板、压电膜、第一电极、以及第二电极，
上述第一电极由Al合金构成，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt以及Au构成的组中选择出的金属，
上述第一电极介于上述基板以及上述压电膜之间，上述第二电极设置在上述压电膜上，上述压电膜位于上述第一电极和第二电极之间，
上述第二电极具有基部以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且，上述第一电极具有通过上述压电膜与上述多个分支电极相向的部位，
在将上述压电膜的厚度设为h，并且，将上述多个分支电极的电极周期设为λ的情况下，h/λ的值为0.005～0.1。
2.如权利要求1所述的压电元件，其特征在于，上述压电膜由掺杂了Mn的ZnO构成。
3.一种压电元件的制造方法，其特征在于，包括：
用于在基板上形成由Al合金构成的第一电极的工序，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt以及Au构成的组中选择出的金属，
用于对上述第一电极的表面进行蚀刻处理，以除去表面的氧化膜的工序，
用于在上述基板上形成重叠在上述第一电极上的压电膜的工序，
用于在上述压电膜上形成第二电极的工序；
上述第二电极具有基部以及从该基部延伸出，且相互平行的多个分支电极，并且，上述第一电极具有通过上述压电膜与上述多个分支电极相向的部位；
在将上述压电膜的厚度设为h，并且，将上述多个分支电极的电极周期设为λ的情况下，h/λ的值为0.005～0.1。
4.如权利要求3所述的压电元件的制造方法，其特征在于，上述压电膜由掺杂了Mn的ZnO构成。
5.一种触摸面板装置，其特征在于，
具有：
基板，其包括检出区域以及包围该检出区域的周边区域，
激励装置，其设置在上述周边区域，并且用于在上述基板上激励表面弹性波，
接收装置，其设置在上述周边区域，并且用于接收在上述检出区域传播的表面弹性波；
上述激励装置以及/或者上述接收装置包含有压电膜、第一电极以及第二电极，上述第一电极由Al合金构成，其中，该Al合金含有0.1～3wt％的从Ti、Cr、Ni、Cu、Zn、Pd、Ag、Hf、W、Pt以及Au构成的组中选择出的金属；
上述第一电极介于上述基板以及上述压电膜之间，上述第二电极设置在上述压电膜上，上述压电膜位于上述第一电极和第二电极之间；
上述第二电极具有基部以及从该基部延伸出且相互平行的多个分支电极，并且，上述第一电极具有通过上述压电膜与上述多个分支电极相向的部位；
在将上述压电膜的厚度设为h，并且，将多个分支电极的电极周期设为λ的情况下，h/λ的值为0.005～0.1。
6.如权利要求5所述的触摸面板装置，其特征在于，上述压电膜由掺杂了Mn的ZnO构成。
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