JP2007124306A

JP2007124306A - Information display device

Info

Publication number: JP2007124306A
Application number: JP2005314317A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tanimoto; 伸一谷本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-05-17

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus including an information display device mounted with a microphone, which is capable of dispensing with a space for the microphone unit, being improved in flexibility of design, and being reduced in size. <P>SOLUTION: A microphone element 10 includes a glass substrate 7, a vibrating electrode 6a provided on the glass substrate 7, a stationary electrode 5a which is provided so as to form a capacitor, combining with the vibrating electrode 6a, and output units 3 and 4 that output an electrostatic capacitance change in the capacitor as sound signals. The above capacitance change is caused by vibrations when the vibrating electrode 6a is vibrated by a sound pressure that penetrates through sound holes 1. The glass substrate 7, the vibrating electrode 6a, the stationary electrode 5a, and the output units 3 and 4 constituting the microphone element 10 are formed of member transparent to visible light. The microphone element 10 is installed on the information display screen of an information display device 100. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、情報表示装置に関し、特に可視光を透過するマイク素子を搭載する情報表示装置に関する。 The present invention relates to an information display device, and more particularly to an information display device equipped with a microphone element that transmits visible light.

従来、ダイアフラム（振動板）を音によって振動させて、その振動の変化に基づいて音に対応する電気信号を取り出すマイクロホン（音響センサ）が知られている（たとえば、特許文献１）。 Conventionally, there has been known a microphone (acoustic sensor) that vibrates a diaphragm (diaphragm) with sound and extracts an electric signal corresponding to the sound based on a change in the vibration (for example, Patent Document 1).

図１７は、上記特許文献１に開示されたマイクロホンの概略構成を示した図である。この特許文献１に開示されたマイクロホンは、図１７に示すように、シリコンからなる基板５０上にＳｉＮからなるダイアフラム５１と、ダイアフラム５１の端部に配置された金属からなる電極５２ａと、その電極５２ａと対向するように所定の間隔を隔てて配置された電極５２ｂとを備えている。そして、音によってダイアフラム５１が振動されると、このダイアフラム５１の振動によって、ダイアフラム５１の端部に配置された電極５２ａも振動する。これにより、電極５２ａと電極５２ｂとの間の電極間距離が変化するので、電極５２ａおよび５２ｂからなるコンデンサの静電容量が変化する。この結果、電極５２ｂの電位が変化するので、その電位の変化を音に対応する電気信号として出力する。
特許第３５５６６７６号公報 FIG. 17 is a diagram showing a schematic configuration of the microphone disclosed in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 17, the microphone disclosed in Patent Document 1 includes a diaphragm 51 made of SiN on a substrate 50 made of silicon, an electrode 52a made of metal disposed at an end of the diaphragm 51, and an electrode thereof. And an electrode 52b disposed at a predetermined interval so as to face 52a. When the diaphragm 51 is vibrated by sound, the vibration of the diaphragm 51 also vibrates the electrode 52 a disposed at the end of the diaphragm 51. As a result, the interelectrode distance between the electrode 52a and the electrode 52b changes, so that the capacitance of the capacitor composed of the electrodes 52a and 52b changes. As a result, the potential of the electrode 52b changes, and the change in potential is output as an electrical signal corresponding to sound.
Japanese Patent No. 3556676

しかしながら従来技術のマイクロホンでは、シリコンからなる基板５０及び金属からなる電極５２ａ及び５２ｂがそれぞれ可視光を透過できる部材で構成されていないため、携帯電話のような小型情報機器に搭載される際、スペース確保のための設計の自由度及び機器の小型化を阻害する要因となる。 However, in the conventional microphone, the substrate 50 made of silicon and the electrodes 52a and 52b made of metal are not composed of members that can transmit visible light, respectively. This is a factor that hinders the freedom of design for securing and downsizing of the equipment.

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、可視光を透過するマイク素子を情報表示画面上に設置し、その情報表示画面を含む機器の設計の自由度を向上し、機器の小型化を促進することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to install a microphone element that transmits visible light on an information display screen, and to provide a degree of freedom in designing a device including the information display screen. It is to improve and promote downsizing of equipment.

請求項１の情報表示装置は、基板と、基板上に設けられた可動の電極と、可動の電極との組み合わせによってキャパシタを形成するように設けられた固定の電極と、固定の電極に設けられた音孔を通して進入した音圧によって可動の電極が振動したとき、振動によるキャパシタの静電容量の変化を音声信号として出力する出力部とを含むマイク素子を備え、基板及び可動の電極及び固定の電極及び出力部が可視光を透過する部材で構成されると共に、マイク素子を情報表示画面上に設置したことをその要旨とする。 The information display device according to claim 1 is provided on a fixed electrode provided to form a capacitor by a combination of a substrate, a movable electrode provided on the substrate, and the movable electrode, and the fixed electrode. When the movable electrode vibrates due to the sound pressure that has entered through the sound hole, a microphone element including an output unit that outputs a change in the capacitance of the capacitor due to the vibration as an audio signal is provided. The gist of the invention is that the electrode and the output unit are made of a member that transmits visible light, and the microphone element is installed on the information display screen.

すなわち、マイク素子を構成する基板及び可動の電極及び固定の電極及び出力部が可視光に対して透過することにより、情報表示装置の情報を表示する面上に設置することができるため、情報表示装置を含む機器においてのマイク部のスペース確保をする必要がなくなり、設計の自由度を向上させ、機器の小型化を促進できる。 That is, since the substrate, the movable electrode, the fixed electrode, and the output portion that constitute the microphone element transmit visible light, the information display device can be installed on a surface that displays information, so that information display It is not necessary to secure the space for the microphone portion in the device including the device, so that the degree of freedom in design can be improved and the downsizing of the device can be promoted.

請求項２の情報表示装置は、基板と、基板上に設けられた可動の電極と、可動の電極とともに振動されることによって発電可能な圧電体の電極と、音圧によって可動の電極及び圧電体の電極が振動したとき、圧電体の電極に生じる歪によって発電された電圧の変化を音声信号として出力する出力部とを含むマイク素子備え、基板及び可動の電極及び圧電体の電極及び出力部が可視光を透過する部材で構成されると共に、マイク素子を情報表示画面上に設置したことをその要旨とする。 The information display device according to claim 2 includes a substrate, a movable electrode provided on the substrate, a piezoelectric electrode capable of generating electric power by being vibrated together with the movable electrode, and a movable electrode and a piezoelectric body by sound pressure. And a microphone element including an output unit that outputs a change in voltage generated by distortion generated in the piezoelectric electrode as an audio signal when the electrode of the substrate is vibrated, and the substrate, the movable electrode, the piezoelectric electrode, and the output unit include The gist of the present invention is that the microphone element is installed on the information display screen while being made of a member that transmits visible light.

請求項３の情報表示装置は、請求項１又は請求項２に記載のマイク素子を、複数個用いてアレイ状に構成し、情報表示画面上に設置したことをその要旨とする。 The gist of the information display device according to claim 3 is that the plurality of microphone elements according to claim 1 or 2 are used to form an array and are arranged on an information display screen.

すなわち、可視光を透過するマイク素子を情報表示画面上に設置する際、マイク素子を複数個用いてアレイ状に構成することにより、拾音の指向性を制御することができる。 That is, when the microphone elements that transmit visible light are installed on the information display screen, the directionality of picking up sound can be controlled by configuring the microphone elements in an array using a plurality of microphone elements.

本発明によれば、可視光を透過するマイク素子を搭載した情報表示装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the information display apparatus carrying the microphone element which permeate | transmits visible light can be provided.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を詳述する。 The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below.

（第１実施形態）
図１は、本発明の一実施形態によるマイク素子１０の上面図である。マイク素子１０の表面は保護膜２によって被覆され、複数の微小な音響ホール１を有している。音響ホール１を通過した音圧は、後述するマイク素子１０内に形成された静電容量検知の機構を用いて静電容量変化の信号に変換され、その静電容量変化の信号は振動電極用パッド電極３と固定電極用パッド電極４の端子によって出力される。出力した静電容量変化の信号は、例えばスピーカによって出力されたり、デジタル信号に変換して記憶されたりする。 (First embodiment)
FIG. 1 is a top view of a microphone element 10 according to an embodiment of the present invention. The surface of the microphone element 10 is covered with a protective film 2 and has a plurality of minute acoustic holes 1. The sound pressure that has passed through the acoustic hole 1 is converted into a capacitance change signal using a capacitance detection mechanism formed in the microphone element 10 described later, and the capacitance change signal is used for the vibrating electrode. The signal is output from the terminals of the pad electrode 3 and the fixed electrode pad electrode 4. The output capacitance change signal is output by, for example, a speaker, or converted into a digital signal and stored.

図２は、図１のマイク素子１０の内部構造を説明するために保護膜２を取り除き、層間膜１２を局所的に取り除いた状態を示している。固定電極５ａは、固定電極５ａと一体の固定電極用引き出し配線部５ｂを介して固定電極用パッド電極４に接続されている。固定電極５ａの下には空隙を介して、後述する振動電極６ａ（図３参照）が設けられていて、その振動電極６ａと振動電極の固定部６ｂは一体である。振動電極の固定部６ｂは、振動電極の固定部６ｂと一体の振動電極用引き出し配線部６ｃを介して振動電極用パッド電極３に接続されている。又、振動電極の固定部６ｂは、点線で示されるように凹部６ｄを有している。 FIG. 2 shows a state in which the protective film 2 is removed and the interlayer film 12 is locally removed to explain the internal structure of the microphone element 10 of FIG. The fixed electrode 5a is connected to the fixed electrode pad electrode 4 via a fixed electrode lead-out wiring portion 5b integrated with the fixed electrode 5a. A vibration electrode 6a (see FIG. 3), which will be described later, is provided below the fixed electrode 5a via a gap, and the vibration electrode 6a and the fixed portion 6b of the vibration electrode are integrated. The vibration electrode fixing portion 6b is connected to the vibration electrode pad electrode 3 via a vibration electrode lead-out wiring portion 6c integrated with the vibration electrode fixing portion 6b. The fixed portion 6b of the vibration electrode has a recess 6d as shown by a dotted line.

図１及び図２におけるＡＢ間の断面図を図３に示し、ＣＤ間の断面図を図４に示す。 A cross-sectional view taken along AB in FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. 3, and a cross-sectional view taken along CD is shown in FIG.

図３において、ガラス基板７上に、開口部である空隙８を有する層間膜９が形成されている。この空隙８を覆うように設けられた振動電極６ａは、それと一体である振動電極の固定部６ｂで層間膜９上に固定され、また一体である振動電極用引き出し配線部６ｃを介して振動電極用パッド電極３に接続されている。振動電極の固定部６ｂの上には層間膜１２が形成されていて、層間膜１２は空隙１１を有している。その上に保護膜２を被覆し、音響ホール１を設けられている固定電極５ａが形成されている。固定電極５ａ及び振動電極６ａはキャパシタを構成し、音響ホール１から導入される音圧の変化がこのキャパシタの静電容量の変化量に変換され、その静電容量変化量の信号を振動電極用パッド電極３及び固定電極用パッド４を端子として出力する。 In FIG. 3, an interlayer film 9 having a gap 8 that is an opening is formed on a glass substrate 7. The vibration electrode 6a provided so as to cover the gap 8 is fixed on the interlayer film 9 by a vibration electrode fixing portion 6b integral therewith, and via the vibration electrode lead-out wiring portion 6c integral therewith. It is connected to the pad electrode 3 for use. An interlayer film 12 is formed on the vibration electrode fixed portion 6 b, and the interlayer film 12 has a gap 11. A protective electrode 2 is coated thereon, and a fixed electrode 5a provided with an acoustic hole 1 is formed. The fixed electrode 5a and the vibration electrode 6a constitute a capacitor, and a change in sound pressure introduced from the acoustic hall 1 is converted into a change amount of the capacitance of the capacitor, and a signal of the change amount of the capacitance is used for the vibration electrode. The pad electrode 3 and the fixed electrode pad 4 are output as terminals.

図４は、図１及び図２におけるＣＤ間の断面図を示している。図２の振動電極の凹部６ｄは図４の振動電極の開口部１３に対応している。後述する音響ホール１から導入されるウエットエッチング液は空隙１１を形成し、さらにこの開口部１３を通過して空隙８を形成する。 FIG. 4 shows a cross-sectional view between the CDs in FIGS. 1 and 2. The recess 6d of the vibration electrode in FIG. 2 corresponds to the opening 13 of the vibration electrode in FIG. A wet etching solution introduced from an acoustic hole 1 to be described later forms a void 11 and further passes through the opening 13 to form a void 8.

尚、それぞれ、ガラス基板７は本発明の「基板」、振動電極６ａは本発明の「可動の電極」、固定電極５ａは本発明の「固定の電極」、音響ホール１は本発明の「音孔」、振動電極用パッド電極３及び固定電極用パッド電極４は本発明の「出力部」の一例である。 The glass substrate 7 is the “substrate” of the present invention, the vibrating electrode 6a is the “movable electrode” of the present invention, the fixed electrode 5a is the “fixed electrode” of the present invention, and the acoustic hole 1 is the “sound” of the present invention. The “hole”, the vibration electrode pad electrode 3 and the fixed electrode pad electrode 4 are examples of the “output portion” of the present invention.

以下、図３に示されるマイク素子の構造について、製造プロセスを示す図５〜図８を参照しながら説明する。 Hereinafter, the structure of the microphone element shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS.

第１工程（図５（ａ）参照）：ガラス基板７上に、モノシランまたはジクロロシランを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法により層間膜９として窒化シリコン(ＳｉＮ)を３μｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、この窒化シリコンをパターニングする。この後、プラズマＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤを用いて、例えばリン添加シリコン酸化膜（ＰｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ：ＰＳＧ）１０μｍを表面に成膜し、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により、窒化シリコン表面のリン添加シリコン酸化膜を除去し、窒化シリコン膜の開口部のみにリン添加シリコン酸化膜を残し、犠牲層１４を形成する。犠牲層には、リン（Ｐ）を含むシリコン酸化膜を用いることが一般的であるが、フッ酸（ＨＦ）に可溶であれば、どの膜を用いてもよい。この犠牲層は、後にＨＦによるエッチングで除去するため、最終的な構造体には残らない層である。犠牲層の厚みは、最終的な電極間のエアギャップ距離となることから、容量（Ｃ＝ｅ＊Ｓ／ｔ、ｅ：誘電率、Ｓ：電極面積、ｔ：エアギャップ距離）、つまり感度に反映されるとともに、音響センサ１００の構造の強固性にも大きな影響を及ぼす。 First step (see FIG. 5A): A silicon nitride (SiN) film having a thickness of 3 μm is formed as an interlayer film 9 on a glass substrate 7 by a plasma CVD method using monosilane or dichlorosilane as a source gas. The silicon nitride is patterned using an etching technique. Thereafter, using a plasma CVD method or atmospheric pressure CVD, for example, a phosphorous-added silicon oxide film (PSG) of 10 μm is formed on the surface, and a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method is used to add phosphorus on the silicon nitride surface. The sacrificial layer 14 is formed by removing the silicon oxide film and leaving the phosphorus-added silicon oxide film only in the opening of the silicon nitride film. As the sacrificial layer, a silicon oxide film containing phosphorus (P) is generally used, but any film may be used as long as it is soluble in hydrofluoric acid (HF). This sacrificial layer is a layer that does not remain in the final structure because it is later removed by etching with HF. Since the thickness of the sacrificial layer is the final air gap distance between the electrodes, the capacitance (C = e * S / t, e: dielectric constant, S: electrode area, t: air gap distance), that is, sensitivity. This is reflected and greatly affects the robustness of the structure of the acoustic sensor 100.

第２工程（図５（ｂ）参照）：ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅ−ＣＶＤ法（以下ＬＰ−ＣＶＤ法）により高弾性率膜のポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を表面に０．５〜１μｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、振動電極６ａ並びにそれと一体の固定部６ｂ及び引出し配線部６ｃを形成する。振動電極には、ポリシリコンを用いることが一般的であるが、その他の導電性のある材料を用いてもよい。 Second step (see FIG. 5B): A high elastic modulus polysilicon film (Poly-Si) is formed on the surface by a Low Pressure-CVD method (hereinafter referred to as LP-CVD method), and a photo film is formed. Using the lithography technique and the etching technique, the vibration electrode 6a and the fixed part 6b and the lead wiring part 6c integrated therewith are formed. Polysilicon is generally used for the vibrating electrode, but other conductive materials may be used.

第３工程（図５（ｃ）参照）：プラズマＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤを用いて例えばリン添加シリコン酸化膜（ＰＳＧ）を表面に３μｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、振動電極６ａを介して犠牲層１４上に犠牲層１５を形成する。 Third step (see FIG. 5C): For example, a phosphorous-added silicon oxide film (PSG) is formed to 3 μm on the surface using plasma CVD or atmospheric pressure CVD, and vibration is applied using photolithography technology and etching technology. A sacrificial layer 15 is formed on the sacrificial layer 14 via the electrode 6a.

第４工程（図６（ｄ）参照）：その上にプラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を１０μｍ成膜し、同様にＣＭＰ法にてリン添加シリコン酸化膜の表面以外の窒化シリコン膜を除去し、層間膜１２を形成する。 Fourth step (see FIG. 6D): A silicon nitride film having a thickness of 10 μm is formed thereon using plasma CVD, and the silicon nitride film other than the surface of the phosphorus-added silicon oxide film is similarly removed by CMP. Then, the interlayer film 12 is formed.

第５工程（図６（ｅ）参照）：スパッタリング法により透明電極膜としてＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ膜（以下ＩＴＯ膜）を表面に１μｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、固定電極５ａを形成する。この際、固定電極用の引出し配線（図示せず）も同時に形成される。 Fifth step (see FIG. 6E): an Indium Tin Oxide film (hereinafter referred to as ITO film) is formed as a transparent electrode film by a sputtering method to a thickness of 1 μm, and the fixed electrode 5a is formed using a photolithography technique and an etching technique. Form. At this time, a lead wire (not shown) for the fixed electrode is also formed at the same time.

第６工程（図７（ｆ）参照）：ＩＴＯ膜の変質を抑制するために、１００℃以下の低温スパッタリング法によりＳｉＮによる保護膜を表面に１μｍ成膜する。さらにフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて音響ホール１、及び振動電極用パッド電極３（図３参照）のための開口部１６を形成する。この音響ホール１は、音が入ってきた際に、空気の通り道となる機能を有する。 Sixth step (see FIG. 7F): In order to suppress the alteration of the ITO film, a protective film of SiN is formed on the surface by a low temperature sputtering method at 100 ° C. or lower. Further, an opening 16 for the acoustic hole 1 and the vibration electrode pad electrode 3 (see FIG. 3) is formed using a photolithography technique and an etching technique. The acoustic hall 1 has a function of becoming a passage for air when sound enters.

第７工程（図７（ｇ）参照）：フッ酸(ＨＦ)を用いたウエットエッチングにより、音響ホール１を介して振動膜の上下の犠牲層１４及び１５を除去し空隙８及び１１を形成する。 Seventh step (see FIG. 7 (g)): By wet etching using hydrofluoric acid (HF), the sacrificial layers 14 and 15 above and below the vibration film are removed through the acoustic hole 1 to form the voids 8 and 11. .

第８工程（図８（ｈ）参照）：スパッタリング法によりＩＴＯ膜１μｍを堆積し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いる工程により振動電極用パッド電極３を形成して、本実施形態のマイク素子が完成される。 Eighth step (see FIG. 8H): an ITO film of 1 μm is deposited by a sputtering method, and a vibrating electrode pad electrode 3 is formed by a step using a photolithography technique and an etching technique. Completed.

図９は、以上の工程によって完成したマイク素子１０を、例えばカーナビゲーションシステムのディスプレイ部等の情報表示画面４０上に、高透明タイプのポリエチレンテレフタレート材の両面接着フィルムを用いて取り付けた情報表示装置１００を示している。 FIG. 9 shows an information display device in which the microphone element 10 completed through the above steps is mounted on an information display screen 40 such as a display unit of a car navigation system using a double-sided adhesive film of a highly transparent polyethylene terephthalate material. 100 is shown.

第１実施形態の作用及び効果を以下に述べる。 The operation and effect of the first embodiment will be described below.

本実施形態のマイク素子１０は、図８（ｈ）に参照されるガラス基板７、層間膜９及び１２の窒化シリコン、振動電極６ａのポリシリコン、固定電極５ａ及び振動電極用パッド電極３のＩＴＯ膜を構成要素とし、それぞれの構成要素は可視光を透過することを特徴としているため、高透明タイプのポリエチレンテレフタレート材の両面接着フィルム等を用いることにより、情報表示装置１００の情報表示画面４０上の任意の場所に設置することができる。これにより情報表示装置１００を含む機器において、マイクを搭載するためのスペースを確保する必要が無く、設計の自由度を向上させ、機器の小型化を促進できる。 The microphone element 10 of the present embodiment includes a glass substrate 7 referred to in FIG. 8H, silicon nitride of the interlayer films 9 and 12, polysilicon of the vibrating electrode 6 a, ITO of the fixed electrode 5 a and the vibrating electrode pad electrode 3. Since the film is a constituent element and each constituent element transmits visible light, a double-sided adhesive film of a highly transparent polyethylene terephthalate material or the like can be used on the information display screen 40 of the information display apparatus 100. It can be installed in any place. As a result, in the device including the information display device 100, it is not necessary to secure a space for mounting the microphone, so that the degree of freedom in design can be improved and the device can be reduced in size.

（第２実施形態）
以下より圧電体を用いたマイク素子の実施形態を示す。 (Second Embodiment)
An embodiment of a microphone element using a piezoelectric body will be described below.

図１０は、本発明の一実施形態によるマイク素子２０を上部電極２１ａが設けられている上面側から見た図である。上部電極２１ａは上部電極用引き出し配線部２１ｂを介して上部電極用パッド電極４と接続されている。振動電極の固定部６ｂは、上部電極２１ａとの間に設けられた圧電膜２２を挿み、振動電極用引き出し配線部６ｃを介して振動電極用パッド電極３と接続されている。又、振動電極の固定部６ｂは凹部６ｄを設けているため、振動電極の開口部２４を有している。ここで構造理解の容易のために図１０におけるＡＢ間の断面図を図１１に示し、ＣＤ間の断面図を図１２に示す。 FIG. 10 is a view of the microphone element 20 according to the embodiment of the present invention as viewed from the upper surface side where the upper electrode 21a is provided. The upper electrode 21a is connected to the upper electrode pad electrode 4 through the upper electrode lead wiring portion 21b. The vibration electrode fixing portion 6b is connected to the vibration electrode pad electrode 3 through the vibration electrode lead-out wiring portion 6c by inserting a piezoelectric film 22 provided between the vibration electrode fixing portion 6b and the upper electrode 21a. In addition, since the vibration electrode fixing portion 6b is provided with the recess 6d, the vibration electrode fixing portion 6b has an opening 24 of the vibration electrode. Here, for easy understanding of the structure, a cross-sectional view taken along AB in FIG. 10 is shown in FIG. 11, and a cross-sectional view taken along CD is shown in FIG.

図１１において、上部電極２１及びその下層に形成された振動電極６ａに挿まれるように圧電体からなる圧電膜２２が形成されている。上部電極２１ａは、上部電極２１ａと一体の上部電極用引き出し配線部２１ｂを介して上部電極用パッド電極２３に接続されている。振動電極６ａは、振動電極６ａと一体の固定部６ｂによって下層の層間膜上に固定され、さらに振動電極６ａと一体の振動電極用引き出し配線部６ｃを介して振動電極用パッド電極３に接続されている。 In FIG. 11, a piezoelectric film 22 made of a piezoelectric material is formed so as to be inserted into the upper electrode 21 and the vibration electrode 6a formed in the lower layer. The upper electrode 21a is connected to the upper electrode pad electrode 23 via an upper electrode lead wiring portion 21b integrated with the upper electrode 21a. The vibration electrode 6a is fixed on the lower interlayer film by a fixing portion 6b integral with the vibration electrode 6a, and is further connected to the vibration electrode pad electrode 3 via a vibration electrode lead-out wiring portion 6c integral with the vibration electrode 6a. ing.

ここで振動電極６ａが振動することで、振動電極６ａ上に設けられた圧電膜２２に歪みが発生し、その歪みの変化に対して圧電膜２２の上下間に電圧が発生する。この電圧の変化を振動膜用パッド電極３と上部電極用パッド電極２３の端子間で計測することで、音圧の変化を読み取る機構となっている。 Here, when the vibrating electrode 6a vibrates, a distortion occurs in the piezoelectric film 22 provided on the vibrating electrode 6a, and a voltage is generated between the upper and lower sides of the piezoelectric film 22 in response to the change in the distortion. By measuring this change in voltage between the terminals of the vibrating membrane pad electrode 3 and the upper electrode pad electrode 23, a mechanism for reading the change in sound pressure is provided.

図１２は、図１０におけるＣＤ間の断面図を示している。振動電極の凹部６ｄ（図１０参照）を設けることによって形成される振動電極の開口部２４は、図１２の振動電極の開口部１３に対応している。後述するウエットエッチング液はこの開口部１３を通過して空隙８を形成する。 FIG. 12 shows a cross-sectional view between the CDs in FIG. The opening 24 of the vibration electrode formed by providing the recess 6d (see FIG. 10) of the vibration electrode corresponds to the opening 13 of the vibration electrode in FIG. A wet etching solution, which will be described later, passes through the opening 13 to form the gap 8.

尚、それぞれ、ガラス基板７は本発明の「基板」、振動電極６ａは本発明の「可動の電極」、圧電膜２２は本発明の「圧電体の電極」、振動電極用パッド電極３及び上部電極用パッド電極２３は本発明の「出力部」の一例である。 The glass substrate 7 is the “substrate” of the present invention, the vibration electrode 6a is the “movable electrode” of the present invention, the piezoelectric film 22 is the “piezoelectric electrode” of the present invention, the vibration electrode pad electrode 3 and the upper part. The electrode pad electrode 23 is an example of the “output unit” in the present invention.

以下、図１１に示されるマイク素子の構造について、製造プロセスを示す図１３及び図１４を参照しながら説明する。 Hereinafter, the structure of the microphone element shown in FIG. 11 will be described with reference to FIGS. 13 and 14 showing the manufacturing process.

第１工程（図１３（ａ）参照）：ガラス基板７上に、プラズマＣＶＤ法により層間膜９として窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を３μｍ成膜する。フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、層間膜をパターニングした後、プラズマＣＶＤ法あるいは常圧ＣＶＤ法により犠牲層１４としてリン添加シリコン酸化膜（ＰＳＧ）を表面に１０μｍ成膜し、ＣＭＰ法により、リン添加シリコン酸化膜を７μｍ除去する。 First step (see FIG. 13A): A silicon nitride film (SiN) is formed to 3 μm as an interlayer film 9 on the glass substrate 7 by plasma CVD. After patterning the interlayer film using photolithography technology and etching technology, a phosphorus-added silicon oxide film (PSG) is formed on the surface as a sacrificial layer 14 by plasma CVD or atmospheric pressure CVD, and is formed by CMP. The phosphorus-added silicon oxide film is removed by 7 μm.

第２工程（図１３（ｂ）参照）：低圧ＣＶＤ法によりポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を０．５〜１μｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、振動電極６ａ及び固定部６ｂ及び引出し配線部６ｃを形成する。 Second step (see FIG. 13B): A polysilicon film (Poly-Si) is formed in a thickness of 0.5 to 1 μm by low-pressure CVD, and the vibrating electrode 6a and the fixed portion are formed using a photolithography technique and an etching technique. 6b and a lead-out wiring portion 6c are formed.

第３工程（図１３（ｃ）参照）：ＣＶＤ法により圧電膜（ＰＺＴ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）を１μｍ表面に成膜し、熱アニーリング法を用いて、６５０℃にて３０分の処理を行った後に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、振動膜の上面に圧電膜２２を形成する。 Third step (see FIG. 13 (c)): A piezoelectric film (PZT, Pb (Zr, Ti) O3) is formed on the surface of 1 μm by the CVD method, and 30 minutes at 650 ° C. using a thermal annealing method. After the processing, the piezoelectric film 22 is formed on the upper surface of the vibration film using a photolithography technique and an etching technique.

第４工程（図１４（ｄ）参照）：スパッタリング法により透明電極膜（ＩＴＯ）を表面に１μｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、圧電膜の上層に上部電極２１及び引出し配線（図示せず）、並びに振動電極用パッド電極３を形成する。 Fourth step (see FIG. 14D): A transparent electrode film (ITO) is formed on the surface by a sputtering method to a thickness of 1 μm, and the upper electrode 21 and the lead wiring are formed on the upper layer of the piezoelectric film by using a photolithography technique and an etching technique. (Not shown) and the vibration electrode pad electrode 3 are formed.

第５工程（図１４（ｅ）参照）：フッ酸を用いたウエットエッチングにより、犠牲層上層の振動膜の一部に設けた開口部１３（図１１参照）を通して、犠牲層１４を除去し、空隙８を形成し、本実施形態のマイク素子が完成される。 Fifth step (see FIG. 14E): The sacrificial layer 14 is removed through the opening 13 (see FIG. 11) provided in a part of the vibration film on the sacrificial layer by wet etching using hydrofluoric acid. The gap 8 is formed, and the microphone element of this embodiment is completed.

図９のマイク素子１０をマイク素子２０に置き換えると、同図はマイク素子２０を、例えばカーナビゲーションシステムのディスプレイ部等の情報表示画面４０上に、高透明タイプのポリエチレンテレフタレート材の両面接着フィルムを用いて取り付けた情報表示装置１００を示している。 When the microphone element 10 of FIG. 9 is replaced with the microphone element 20, the microphone element 20 is replaced with a double-sided adhesive film of a highly transparent polyethylene terephthalate material on an information display screen 40 such as a display unit of a car navigation system. 1 shows an information display device 100 attached by using.

第２実施形態の作用及び効果を以下に述べる。 The operation and effect of the second embodiment will be described below.

本実施形態のマイク素子２０は、ガラス基板７、層間膜９の窒化シリコン、振動電極６ａのポリシリコン、圧電膜２２のＰＺＴ、上部電極２１及び振動電極用パッド電極３のＩＴＯ膜を構成要素とし、それぞれの構成要素は可視光を透過することを特徴としているため、高透明タイプのポリエチレンテレフタレート材の両面接着フィルム等を用いることにより情報表示装置の情報表示面上の任意の場所に設置することができる。これにより情報表示装置を含む機器において、マイクを搭載するためのスペースを確保する必要が無く、設計の自由度を向上させ、機器の小型化を促進できる。 The microphone element 20 of the present embodiment includes the glass substrate 7, the silicon nitride of the interlayer film 9, the polysilicon of the vibration electrode 6a, the PZT of the piezoelectric film 22, the ITO film of the upper electrode 21 and the vibration electrode pad electrode 3 as constituent elements. Since each component is characterized by transmitting visible light, it can be installed at any location on the information display surface of the information display device by using a double-sided adhesive film of a highly transparent polyethylene terephthalate material. Can do. As a result, in the device including the information display device, it is not necessary to secure a space for mounting the microphone, so that the degree of freedom in design can be improved and the device can be reduced in size.

（第３実施形態）
以下より本発明のマイク素子を複数アレイ状に搭載した情報表示装置の実施形態を示す。 (Third embodiment)
An embodiment of an information display device in which a plurality of microphone elements of the present invention are mounted in the form of an array will be described below.

図１５に、本発明のマイク素子３０を複数個用いて情報表示装置のディスプレイ４０にアレイ状に配置した情報表示装置１００を示す。マイク素子３０は第１実施形態のマイク素子１０（図１参照）若しくは第２実施形態のマイク素子２０（図１０参照）である。本発明のマイク素子３０は可視光を透過する性質上、情報表示装置１００の情報表示画面４０上の任意の場所に設置でき、情報表示装置１００を含む機器においてのマイク部のスペース確保をする必要性がなくなり、設計の自由度を向上させることができる。ここでディスプレイ４０及びマイク素子３０は正方形であるとし、ディスプレイのそれぞれの一辺には同数のマイク素子を設置し、並びにそれぞれの最近傍のマイク素子間隔は均一であるとする。又、ディスプレイ４０の一辺に設置されたマイク素子の数をＭ（個）とし、最近傍のマイク素子間隔をｄ（ｍｍ）とする。 FIG. 15 shows an information display device 100 using a plurality of microphone elements 30 of the present invention arranged in an array on a display 40 of the information display device. The microphone element 30 is the microphone element 10 of the first embodiment (see FIG. 1) or the microphone element 20 of the second embodiment (see FIG. 10). The microphone element 30 of the present invention can be installed at any location on the information display screen 40 of the information display device 100 due to the property of transmitting visible light, and it is necessary to secure the space of the microphone section in the device including the information display device 100. The flexibility of design can be improved. Here, it is assumed that the display 40 and the microphone element 30 are square, the same number of microphone elements are provided on each side of the display, and the distance between the nearest microphone elements is uniform. The number of microphone elements installed on one side of the display 40 is M (pieces), and the nearest microphone element interval is d (mm).

ここで式（１）に示されるようにπを円周率、fを音の周波数（Ｈｚ）、θをディスプレイ面の垂直方向に対する指向性角度(°)、cを音速(３４００００ｍｍ／ｓｅｃ)すると、特性因子Ωを導き出すことができる。 Here, as shown in Expression (1), when π is a circular ratio, f is a sound frequency (Hz), θ is a directivity angle (°) with respect to the vertical direction of the display surface, and c is a sound velocity (340000 mm / sec). The characteristic factor Ω can be derived.

さらに式（２）に示されるように、この特性因子Ωと一辺のマイク素子の数Ｍ（個）を用いることによって指向性強度を示す関数Ｇ(θ)を導き出すことができる。 Furthermore, as shown in Expression (2), a function G (θ) indicating the directivity intensity can be derived by using this characteristic factor Ω and the number M (pieces) of microphone elements on one side.

図１６（ａ）は、上記式（１）及び（２）を用いてマイク個数Ｍを１０、マイク間隔ｄを３５ｍｍに配置した場合の指向特性を示している。ここで縦軸は指向性強度Ｇ（θ）を表し、横軸はディスプレイ面の垂直方向に対する指向性角度θ(°)を表している。また図１６（ｂ）は、マイク個数を３、マイク間隔を１７４ｍｍに配置した場合の指向特性を示している。 FIG. 16A shows the directivity characteristics when the number of microphones M is 10 and the microphone interval d is 35 mm using the above equations (1) and (2). Here, the vertical axis represents the directivity intensity G (θ), and the horizontal axis represents the directivity angle θ (°) with respect to the vertical direction of the display surface. FIG. 16B shows directivity characteristics when the number of microphones is 3 and the microphone interval is 174 mm.

第３実施形態の作用及び効果を以下に述べる。 The operation and effect of the third embodiment will be described below.

図１６（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ディスプレイの一辺のように同じ長さ領域においてマイク個数とマイク間隔を変えることによって、マイクの指向特性を制御することができる。すなわちマイク素子の個数及び設置場所、設置間隔によって、拾音の指向性を任意に制御することができる。 As shown in FIGS. 16A and 16B, the directional characteristics of the microphones can be controlled by changing the number of microphones and the microphone interval in the same length region as one side of the display. That is, the directionality of picking up sound can be arbitrarily controlled according to the number of microphone elements, the installation location, and the installation interval.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims for patent, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent are included.

上記実施形態において特許請求の範囲の範囲内での変更を、以下に変形例として例示する。 Modifications within the scope of the claims in the above embodiment will be exemplified as modifications below.

（第１変形例）本実施形態では可視光に透過する基板としてガラス基板を用いたが、本発明はこれに限らず、例えば石英基板も適用可能である。 (First Modification) In this embodiment, a glass substrate is used as a substrate that transmits visible light. However, the present invention is not limited to this, and a quartz substrate, for example, is also applicable.

（第２変形例）本実施形態では可視光に透過する層間膜及び保護膜として窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いたが、本発明はこれに限らず、例えばシリコンカーバイト（ＳｉＣ）や酸化シリコンに炭素を添加したものであるＳｉＯＣ等も適用可能である。 (Second Modification) In this embodiment, silicon nitride (SiN) is used as an interlayer film that transmits visible light and a protective film. However, the present invention is not limited to this. For example, silicon carbide (SiC) or silicon oxide is used. SiOC or the like to which carbon is added is also applicable.

（第３変形例）本実施形態では可視光に透過する固定電極及びパッド電極としてＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ（ＩＴＯ）を用いたが、本発明はこれに限らず、例えばＳｎＯ_２やＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ（ＩＺＯ）等も適用可能である。 (Third Modification) In the present embodiment, Indium Tin Oxide (ITO) is used as a fixed electrode and a pad electrode that transmit visible light. However, the present invention is not limited to this. For example, SnO ₂ or Indium Zinc Oxide (IZO) is used. Etc. are also applicable.

（第４変形例）本実施形態では可視光に透過する圧電体としてＰＺＴ、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３を用いたが、本発明はこれに限らず、例えばＡＩＮやＺｎＯ等も適用可能である。 (Fourth Modification) In this embodiment, PZT and Pb (Zr, Ti) O3 are used as the piezoelectric material that transmits visible light. However, the present invention is not limited to this, and AIN, ZnO, and the like are also applicable. .

（第５変形例）本実施形態では基板上にマイク構造体を形成してマイク素子を作製し、そのマイク素子を情報表示装置の情報表示画面上に設置したが、本発明はこれに限らず、情報表示装置の情報表示画面上に設けられた可視光を透過する保護膜等を基板として、その上にマイク構造体を形成してもよい。 (Fifth Modification) In this embodiment, a microphone structure is formed on a substrate to produce a microphone element, and the microphone element is placed on the information display screen of the information display device. However, the present invention is not limited to this. The microphone structure may be formed on a protective film or the like that transmits visible light provided on the information display screen of the information display device.

（第６変形例）本実施形態ではマイク素子を搭載する情報表示画面としてカーナビゲーションシステムのディスプレイ部を用いたが、本発明はこれに限らず、例えば携帯電話のディスプレイ部やデジタルカメラのディスプレイ部などの小型機器に搭載される情報表示画面並びにテレビ等に使用されるＬＣＤディスプレイやブラウン管ディスプレイなどの比較的大型機器に搭載される情報表示画面上に本発明のマイク素子を設置してもよい。 (Sixth Modification) In the present embodiment, the display unit of the car navigation system is used as the information display screen on which the microphone element is mounted. However, the present invention is not limited to this. For example, the display unit of a mobile phone or the display unit of a digital camera The microphone element of the present invention may be installed on an information display screen mounted on a small device such as an information display screen mounted on a relatively large device such as an LCD display or a cathode ray tube display used for a television or the like.

（第６変形例）本実施形態ではマイク素子を情報表示装置の情報表示画面に設置する際、ポリエチレンテレフタレート材の両面接着フィルムを用いたが、本発明はこれに限らず、例えばポリエステル材の両面接着フィルムを用いてもよい。 (Sixth Modification) In the present embodiment, when the microphone element is installed on the information display screen of the information display device, the double-sided adhesive film of polyethylene terephthalate material is used. However, the present invention is not limited to this. An adhesive film may be used.

本発明の一実施形態によるマイク素子の上面図である。It is a top view of the microphone element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイク素子の上面図である。It is a top view of the microphone element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイク素子の断面図である。It is sectional drawing of the microphone element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイク素子の断面図である。It is sectional drawing of the microphone element by one Embodiment of this invention. 図３に示した一実施形態によるマイク素子の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the microphone element by one Embodiment shown in FIG. 図３に示した一実施形態によるマイク素子の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the microphone element by one Embodiment shown in FIG. 図３に示した一実施形態によるマイク素子の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the microphone element by one Embodiment shown in FIG. 図３に示した一実施形態によるマイク素子の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the microphone element by one Embodiment shown in FIG. 本発明の一実施形態による情報表示装置の図である。It is a figure of the information display apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイク素子の上面図である。It is a top view of the microphone element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイク素子の断面図である。It is sectional drawing of the microphone element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるマイク素子の断面図である。It is sectional drawing of the microphone element by one Embodiment of this invention. 図１１に示した一実施形態によるマイク素子の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the microphone element by one Embodiment shown in FIG. 図１１に示した一実施形態によるマイク素子の製造プロセスを示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the microphone element by one Embodiment shown in FIG. 本発明の一実施形態による情報表示装置の図である。It is a figure of the information display apparatus by one Embodiment of this invention. 指向性強度を指向性角度の関数で導き出す式である。This is an expression for deriving the directivity intensity as a function of the directivity angle. 従来例のシリコンマイクの断面図である。It is sectional drawing of the silicon microphone of a prior art example.

Explanation of symbols

１音響ホール
２保護膜
３振動電極用パッド電極
４固定電極用パッド電極
５ａ固定電極
５ｂ固定電極用引き出し配線部
６ａ振動電極
６ｂ振動電極の固定部
６ｃ振動電極用引き出し配線部
７ガラス基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acoustic hole 2 Protective film 3 Pad electrode for vibration electrodes 4 Pad electrode for fixed electrodes 5a Fixed electrode 5b Lead-out wiring part for fixed electrodes 6a Vibration electrode 6b Fixed part of vibration electrode 6c Lead-out wiring part for vibration electrode 7 Glass substrate

Claims

A substrate,
A movable electrode provided on the substrate;
A fixed electrode provided to form a capacitor in combination with the movable electrode;
A microphone element including an output unit that outputs a change in capacitance of the capacitor due to the vibration as an audio signal when the movable electrode vibrates due to sound pressure that has entered through a sound hole provided in the fixed electrode; ,
The information display device, wherein the substrate, the movable electrode, the fixed electrode, and the output unit are configured by a member that transmits visible light, and the microphone element is installed on an information display screen.

A substrate,
A movable electrode provided on the substrate;
A piezoelectric electrode capable of generating electric power by being vibrated with the movable electrode;
A microphone element including an output unit that outputs, as an audio signal, a change in voltage generated by strain generated in the piezoelectric body electrode when the movable electrode and the piezoelectric body electrode vibrate due to sound pressure;
An information display device, wherein the substrate, the movable electrode, the electrode of the piezoelectric body, and the output unit are configured by members that transmit visible light, and the microphone element is installed on an information display screen.

An information display device comprising a plurality of the microphone elements according to claim 1 or 2 configured in an array and installed on an information display screen.