CN105378613A - 振动器件和使用它的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供振动器件和使用它的电子设备，实现即使少的力和变位也可靠地向面板正面传达振动且不增加厚度地实现触觉功能和扬声器(接收器)功能。智能手机10的正面被由筐体12的边缘部16支承的透明的保护面板22覆盖，在筐体12的收纳部14配置有显示装置18、触摸面板20。通过将玻璃基板22A与树脂基板22B接合构成保护面板22，在树脂基板22B的接合面侧设置有凹部30A、30B，在凹部内侧配置压电振动元件40且其与玻璃基板22A接合。当压电振动元件40振动时，作为表面弹性波传达至保护面板22的表面，发挥触觉功能。此时，与玻璃基板22A相比树脂基板22B的弹性系数较低，所以在玻璃基板22A产生可听区域的振动，还作为扬声器(和接收器)发挥作用。

Description

振动器件和使用它的电子设备
技术领域
本发明涉及具有使用压电振动元件的力反馈功能(或触觉功能)的振动器件和使用它的电子设备，进一步具体是涉及来自振动面的发音性的改善。
背景技术
在智能手机和平板电脑PC等的移动设备领域，装载有以指尖感受触感的触觉(回馈)功能的产品开始在市场上市。其大多为将压电元件粘贴在玻璃等的结构，在现阶段还不能够利用硬质的玻璃等获得充分的振动变位。此外，在元件的安装性方面也由于在覆盖玻璃的背面粘贴元件而存在在安装性的厚度方向上产生了制约等的问题。
例如，在下述专利文献1中公开有这样将压电元件粘贴于玻璃的结构。在该专利文献1中公开有触摸面板装置，其具有触摸面板、设置在该触摸面板的背面侧的显示部、在上述触摸面板的正面侧形成的透明的保护基板和压电振动元件。而且特征在于：上述保护基板通过正面侧的第一玻璃基板与上述触摸面板侧的第二玻璃基板的接合而构成，并且在上述第一或第二玻璃基板中的任意一个玻璃基板的上述被接合的面侧，具有在厚度方向上比上述压电振动元件的厚度厚的高低平面差部，将上述压电振动元件配置在上述高低平面差部中，将该压电振动元件接合于第一玻璃基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-203895号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述专利文献1虽然具有触觉功能，但是不能从层叠玻璃(透明基板)充分地产生可听声。即，存在不能发出扬声器所要求的充分的音量的问题。
本发明是着眼于以上那样的问题点而完成的发明，其目的在于提供一种振动器件，其即使是少的力和变位也能够向面板表面(正面)可靠地传达振动且不增加厚度地实现触觉功能、并且还具有能够产生可听声的扬声器(接收器)功能。另一目的在于提供使用上述振动器件的电子设备。
用于解决问题的方式
本发明的振动器件的特征在于，包括：第一透明基板；第二透明基板，其配置在该第一透明基板的一面侧，在与上述第一透明基板接合的面侧具有形成在厚度方向上的收纳部；和与上述第一透明基板接合的压电振动元件，其配置在该第二透明基板的上述收纳部中，上述第二透明基板的弹性系数比上述第一透明基板的弹性系数低。
一个主要方式的特征在于：在上述第二透明基板的不与上述第一透明基板接合的一侧的面配置有具有与该第一透明基板相同的弹性系数的第三透明基板。另一方式的特征在于：上述第一透明基板的厚度为0.05～0.3mm。进一步，另一方式的特征在于：上述第二透明基板的厚度为0.4～0.6mm。进一步，另一方式的特征在于：上述第二透明基板的厚度t2相对于上述第一透明基板的厚度t1的比为t1/t2＝0.1～0.5。进一步，另一方式的特征在于：上述第一透明基板为玻璃基板。进一步，另一方式的特征在于：上述第二透明基板为树脂基板。
本发明的电子设备的特征在于：包括上述任一项记载的振动器件。一个主要方式的特征在于：包括触摸面板和设置在该触摸面板的背面侧的显示部，并且将上述振动器件作为保护基板配置在上述触摸面板的正面侧。本发明的上述和其它目的、特征、优势从以下的详细的说明和附图能够明了。
发明的效果
根据本发明，包括：第一透明基板；第二透明基板，其配置在该第一透明基板的一面侧，在与上述第一透明基板接合的面侧具有形成在厚度方向上的收纳部；和与上述第一透明基板接合的压电振动元件，其配置在该第二透明基板的上述收纳部中，上述第二透明基板的弹性系数比上述第一透明基板的弹性系数低。因此，能够得到振动器件，其即使以少的力和变位也能够传达触觉功能所需的充分的振动，并且由于产生可听声所以具有扬声器(接收器)功能。此外，能够不增加振动器件的厚度而提供触觉功能和扬声器功能，因此能够实现安装性和薄型化的改善。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的智能手机的图，(A)是全体的外观立体图，(B)是面板显示部的分解立体图。
图2(A)是将上述图1(A)沿#A-#A线切断而按箭头方向看时的压电振动元件的安装部的截面图，图2(B)是变形例的保护面板的截面图。
图3是将上述图1(B)沿#B-#B线切断而按箭头方向看时的压电振动元件的截面图。
图4是表示上述本发明的实施例和比较例的音压频率特性的图表。
具体实施方式
以下，基于实施例对用于实施本发明的最佳方式进行详细说明。
实施例1
首先，参照图1～图4对本发明的实施例1进行说明。本发明涉及例如对移动电话、智能手机、或汽车导航装置、游戏机等具有显示装置和附属于该显示装置的触摸面板功能的电子设备安装通过触觉能够感知输入的触觉功能和作为平板扬声器的功能的技术，在本实施例中，作为上述电子设备例示了智能手机进行说明。图1是表示本实施例的智能手机的图，(A)是整体的外观立体图，(B)是面板显示部的分解立体图。图2(A)是将上述图1(A)沿#A-#A线切断并按箭头方向看时的压电振动元件的安装部分的截面图，图2(B)是变形例的保护面板的截面图。图3是将上述图1(B)沿#B-#B线切断并按箭头方向看时的压电振动元件的截面图。图4是表示本实施例和比较例的声压频率特性的图表。
如图1和图2所示，本实施例的智能手机10在筐体12的收纳部14内配置有显示装置18和触摸面板20，正面的几乎整个面被透明的保护面板22(保护基板)覆盖，该保护面板22被筐体12的边缘部16支承。另外，透明是指能够通过保护基板在视觉上判别在设置在该保护基板的背面的显示部所显示的内容。在上述保护面板22设置有用于操作用开关26的开口部28，但是由于保护面板22整体作为接收器发挥作用，所以没有设置出声(放音)用的开口部。另外，实际显示图像等的显示区域46成为上述保护面板22的中央部的被限制的范围。
上述保护面板22为接合正面侧的玻璃基板22A(第一透明基板)和上述触摸面板20侧的树脂基板22B(第二透明基板)而成的接合基板，作为上述玻璃基板22A，使用被化学强化了的强化玻璃等。玻璃基板22A的弹性系数(杨氏模量)例如为60～80GPa左右。此外，作为上述树脂基板22B，例如能够使用聚碳酸酯、丙烯酸(树脂)、PET等。上述树脂基板22B的弹性系数比上述玻璃基板22A的弹性系数低，例如为1～10GPa左右。此外，上述玻璃基板22A的厚度例如为0.05～0.3mm(50～300μm)左右，树脂基板22B的厚度例如为0.4～0.6mm(400～600μm)左右。另外，在本发明中，将视觉上观看触摸面板装置的方向定义为正面侧(上侧和上)，将相反方向定义为背面侧(下侧和下)。
在上述保护面板22之下(或背面侧)设置有上述触摸面板20。作为该触摸面板20，除了静电电容式以外还能够使用电阻膜方式等公知的既有方式。进一步，在触摸面板20之下配置有上述显示装置18，关于该显示装置18(显示部)，除了液晶显示装置以外还能够利用使用有机EL的显示装置等。上述保护面板22与触摸面板20之间、该触摸面板20与显示装置18之间分别通过未图示的光学透明的粘合剂或粘着带等固定。作为上述粘合剂，使用以环氧树脂为代表的普通材料，此外，作为粘着剂，使用以丙烯酸类粘着剂为代表的普通材料。
此外，在上述保护面板22安装有压电振动元件40。在本实施例中，在下侧的树脂基板22B设置两处凹部30A、30B，在该部分中安装压电振动元件40。凹部30A、30B的高低平面差比上述压电振动元件40的厚度深。上述压电振动元件40的厚度是考虑该压电振动元件40振动时的变位量，至少将压电振动元件40不振动时的厚度和变位量加在一起而得到的值。该压电振动元件40的上表面相对于上侧的玻璃基板22A使用粘合剂或粘着剂、或者双面胶带等接合，底面侧被上述凹部30A、30B的底面支承。
在本实施例中，压电振动元件40的平面形状为长方形，通过将其两端部牢固地固定、中央部轻松地固定，能够使所产生的振动高效率地传达至玻璃基板22A。因此，例如在周边(或者两端部)的接合部优选使用环氧树脂等粘合剂或基材为PET等的双面胶带，在中央部的接合优选使用聚氨酯或硅等柔和的粘合剂或基材由橡胶或弹性体构成的柔和的双面胶带。上述凹部30A、30B的尺寸根据压电振动元件40的尺寸决定。
上述保护面板22的厚度根据要安装的装置等的构成还有所不同，一般在将玻璃基板22A与树脂基板22B贴合了的状态下成为1mm以下。在本实施例中，通过使上侧的玻璃基板22A的厚度比下侧的树脂基板22B薄，能够进行更小的力的振动传达。此外，上述压电振动元件40的安装位置如图2(A)所示那样是在上述触摸面板20的配置范围以外，因此压电振动元件40的振动不被触摸面板20妨碍。
接着，对上述压电振动元件40进行说明。如图3所示，压电振动元件40是将多个压电体层42与电极层44交替地层叠而成的结构，在本实施例中，在厚度方向中心的上侧40A和下侧40B使用以相对于电场的极化方向相反的方式极化后的双压电晶片结构。该压电振动元件40根据要安装的电子设备的结构也可以采用完全不层叠的单板结构，即使在层叠的情况下，也能够采用相对于电场所有的压电体层向相同方向被极化的单压电晶片结构，但从将输入电压抑制得较低的观点出发优选为层叠结构，此外，从使产生变位和产生力较大的观点出发优选双压电晶片结构。作为上述压电体层42的材料，例如使用在锆钛酸铅中添加了添加物而获得的压电材料，但是只要是一般已知的压电陶瓷，也可以使用其它材料。作为电极层44的材料，例如能够使用银或铂等公知的各种电极材料。
上述压电振动元件40以被埋入保护面板22的树脂基板22B的方式安装，所以一并考虑到确保产生变位·产生力和作为保护面板22必须的厚度，优选厚度为0.4～0.6mm。此外，压电振动元件40的长度和宽度根据要安装的电子设备的构成决定，在本实施例中例示的智能手机10，例如优选长度为60mm以下，宽度为5mm以下，进一步，为了充分地将振动传达至玻璃面，优选宽度为2mm以上。在本实施例中，考虑到上述尺寸范围，令压电振动元件40的厚度为0.5mm，长度为50mm，宽度为3mm。此外，压电体层42每一层的厚度为18μm，层叠26层。
在形成于上述压电振动元件40的表面的电极层44连接有未图示的驱动回路，连接用的电路既可以利用印刷或溅射等方法设置在玻璃基板22A和树脂基板22B的表面，也可以利用极细的金属线形成。通过将安装有以上那样的压电振动元件40的保护面板22和触摸面板20、显示装置18贴合，形成具有本发明中的触觉功能且还具有作为能够产生可听声的面板接收器的功能的触摸面板装置(或面板显示部)。
接着，对本实施例的作用进行说明。当按压与在上述显示区域46所显示的显示内容相应的位置的保护面板22时，检测上述触摸面板20被按下的情况，与之相配合地向上述压电振动元件40输入信号使该压电振动元件40振动。当压电振动元件40在树脂基板22B的凹部30A、30B内进行振动时，振动成为表面弹性波，振动被传达至按压保护面板的手指或手写笔的笔尖。因此，与使保护面板22在整个厚度方向上振动的情况相比较，即使以少的功率也能够在触觉上感知到开关按下。
作为此时被输入的信号，既可以为单纯的正弦波信号或方波信号或者它们的组合，也可以为使产生开关按下的错觉的信号。在本实施例中，由于使用两个压电振动元件40，所以能够通过控制被输入到各个压电振动元件40的信号的振幅、相位来在保护面板22的面内的特定部位引发较强的振幅，能够有选择地使手指等触碰的部分振动。
此外，在本实施例中，上述触觉功能之外，还能够利用上述保护面板22的振动作为扬声器(接收器)。在本发明中，由于上述树脂基板22B的弹性系数比上述玻璃基板22A的弹性系数低，所以能够使该玻璃基板22A发生可听区域的振动，能够作为接收器加以利用。随之，不需要设置在现有技术中在保护面板22需要的出声孔，从防水观点出发有利，还能够省去加工出声孔的麻烦。
使用这样的结构的触摸面板装置(面板显示部)，作为输入信号使用人的指尖的灵敏度最高的200Hz的正弦波信号，测定保护面板22的变位量。此外，使用相同的触摸面板装置输入100Hz的正弦波信号，测定了通过位于从保护面板22的表面起10cm的位置的麦克风产生的声音。其结果是，关于变位量，在输入电压8Vrms能够获得4μm的变位量。此外，声压为90dB这样高。作为比较例，制作将压电振动元件40配置在显示装置18的下侧的结构的触摸面板装置，利用同样的方法测定变位量和声压。其结果是，在相同输入电压8Vrms，变位为0.3μm，声压为70dB，确认到与实施例相比变位量和声压均大幅降低。
这样，根据实施例1，具有以下所述的效果。(1)包括：玻璃基板22A；配置在该玻璃基板22A的一个面侧、在与上述玻璃基板22A接合的面侧具有形成在厚度方向上的凹部30A、30B的树脂基板22B；和配置在上述凹部30A、30B中、与上述玻璃基板22A接合的压电振动元件40，上述树脂基板22B的弹性系数比上述玻璃基板22A的弹性系数低。因此，能够获得即使是小的力和变位也能够传达触觉功能所需的充分的振动、并且由于产生可听声而具有扬声器(接收器)功能的振动器件。此外，通过将比树脂基板22B的厚度薄的压电振动元件40粘贴在玻璃基板22A，在将玻璃基板22A和树脂基板22B贴合了的情况下的保护面板22的最大厚度不变成该保护面板22的厚度以上。因此，能够不增加振动器件的厚度而提供触觉功能和扬声器功能，因此能够实现安装性和薄型化的改善。进一步，通过使用树脂基板22B，加工变得容易，并且与将保护面板22整体用玻璃形成的情况相比变轻，而且由于正面为玻璃基板22A所以能够维持高级感。由于保护面板22作为面板接收器发挥作用，所以不需要在表面设置出声孔，无论从加工方面而言还是从防水方面而言均优异。
(2)由于利用设置在树脂基板22B的凹部30A、30B的底面支承压电振动元件40的底面侧，所以能够在不与触摸面板20重叠的部分设置压电振动元件40，因此能够防止触摸面板20引起的振动的妨碍。(3)因为使正面侧的玻璃基板22A比触摸面板侧的树脂基板22B薄，所以即使更小的力也能够进行振动的传达。(4)因为在两处设置有压电振动元件40，所以能够通过控制输入到各个压电振动元件40的信号的振幅、相位来在保护面板22的面内的特定的场所引发较强的振幅，能够有选择地使手指等触碰的部分振动。
(5)因为令压电振动元件40的平面形状为长方形，将其两端部牢固地固定、而中央部轻松地固定，所以能够使所产生的振动高效率地传达至保护面板22。(6)由于压电振动元件40是将多个压电体层42和电极层44交替地层叠而构成的层叠结构，所以能够将输入电压抑制得较低。(7)因为使压电振动元件40为双压电晶片结构，所以能够使产生变位和产生力较大。
在图2(B)表示本实施例的变形例。在上述图1和图2(A)所示的例子中，保护面板22为玻璃基板22A和树脂基板22B的2层结构，也可以是如图2(B)所示的保护面板50那样，在树脂基板22B的、不与正面侧的玻璃基板22A接合的一侧的面，配置具有与该玻璃基板22A相同的弹性系数的玻璃基板22C的结构。通过这样的方式，能够获得提高可听区域的音质的效果。在图4中，将上述实施例的声压级的频率特性与比较例对比地进行表示。该图的纵轴为声压级(SPL)，横轴为频率。图中“玻璃面板”为上述的背景技术的两者均使用玻璃基板的情况，“树脂面板”为两者均使用树脂基板的情况。从这些图表可知，特别是在1kHz以下的低音区域，与玻璃面板相比声压级提高，作为扬声器的功能提高。特别是在低音(600至1000Hz)，与现有的玻璃面板相比声压SPL得到了提高。
另外，本发明并不限定于上述的实施例，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如包括以下的变更。(1)上述实施例中所示的形状、尺寸等为一个例子，也可以根据需要进行适当变更。例如，在上述实施例中，使压电振动元件40的形状为长方形，表示了其尺寸的具体例，这也是一个例子，压电振动元件40的长度、宽度、厚度在获得同样的效果的范围内也可以进行适当增减。形状也同样能够为圆形等、适当地变更。(2)在上述实施例中所说明的压电振动元件40中采用双压电晶片结构，这也是一个例子，也可以为单压电晶片结构。(3)在上述实施例中使压电振动元件40为层叠结构，这也是一个例子，也可以为单板结构，在采用层叠结构的情况下也可以根据需要适当地增减层叠数。
(4)在上述实施例中，作为第一透明基板使用玻璃基板22A，但只要弹性系数比第二透明基板(树脂基板22B)高，也可以使用树脂基板作为第一透明基板。上述图2(B)所示的变形例的玻璃基板22C也一样，可以为树脂基板。(5)关于形成上述压电振动元件40的材料，能够使用公知的各种材料。(6)压电振动元件40的安装数也是一个例子，在上述实施例中安装了两个，不过根据触摸面板装置或设置它的电子设备(智能手机10等)的结构，压电振动元件40的安装数也可以为一个，还可以为三个以上。
(7)在上述实施例中，使本发明的振动器件为具有触觉功能和面板接收器功能的触摸面板装置，应用于智能手机10，这只是一个例子，例如，本发明能够应用于移动电话、汽车导航装置、游戏机等具备显示装置和附属于该显示装置的触摸面板功能的全部电子设备。此外，也可以通过在左右设置一组本发明的振动器件，作为立体声设备加以利用。
工业上的可利用性
根据本发明，包括：第一透明基板；第二透明基板，其配置在该第一透明基板的一个面，并且在与上述第一透明基板接合的面侧具有形成在厚度方向上的收纳部；和配置在上述收纳部中的、与上述第一透明基板接合的压电振动元件，上述第二透明基板的弹性系数比上述第一透明基板的弹性系数低。因此，即使少的力和变位，也能够传达触觉功能所需的充分的振动，并且产生可听声、具有扬声器(接收器)功能，因此能够应用于具有扬声器功能的触摸面板等振动器件的用途。特别是因为能够不增加振动器件的厚度而提供触觉功能和扬声器功能，因此作为移动终端用的振动器件优选。
附图标记的说明
10智能手机
12筐体
14收纳部
16边缘部
18显示装置
20触摸面板
22保护面板(保护基板)
22A、22C玻璃基板
22B树脂基板
26操作用开关
28开口部
30A、30B凹部
40压电振动元件
40A上侧
40B下侧
42压电体层
44电极层
46显示区域
50保护面板

Claims (9)

1.一种振动器件，其特征在于，包括：
第一透明基板；
第二透明基板，其配置在该第一透明基板的一面侧，在与所述第一透明基板接合的面侧具有形成在厚度方向上的收纳部；和
与所述第一透明基板接合的压电振动元件，其配置在该第二透明基板的所述收纳部中，
所述第二透明基板的弹性系数比所述第一透明基板的弹性系数低。
2.如权利要求1所述的振动器件，其特征在于：
在所述第二透明基板的不与所述第一透明基板接合的一侧的面配置有具有与该第一透明基板相同的弹性系数的第三透明基板。
3.如权利要求1或2所述的振动器件，其特征在于：
所述第一透明基板的厚度为0.05～0.3mm。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的振动器件，其特征在于：
所述第二透明基板的厚度为0.4～0.6mm。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的振动器件，其特征在于：
所述第二透明基板的厚度t2相对于所述第一透明基板的厚度t1的比为t1/t2＝0.1～0.5。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的振动器件，其特征在于：
所述第一透明基板为玻璃基板。
7.如权利要求1～6中的任一项所述的振动器件，其特征在于：
所述第二透明基板为树脂基板。
8.一种电子设备，其特征在于：
包括权利要求1～7中的任一项所述的振动器件。
9.如权利要求8所述的电子设备，其特征在于：
包括触摸面板和设置在该触摸面板的背面侧的显示部，并且将所述振动器件作为保护基板配置在所述触摸面板的正面侧。
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