JP7148481B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に関する。
特許文献１には、表示パネルと、アクチュエータとを備える表示装置が開示されている。特許文献１の表示装置は、アクチュエータを制御して表示パネルを振動させる機能を有している。
韓国公開特許第１０－２０１８－００７７５８２号公報
臨場感の向上等のため、表示パネル自体をスピーカとして機能させて音を発する表示装置が検討されている。しかしながら、特許文献１に記載されている構造を用いて表示パネルをスピーカとして機能させたとしても、音質が十分ではない場合がある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、表示パネルから音を発する表示装置において、音質を向上させることを目的とする。
本発明の一観点によれば、入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、画像を表示する表示パネルと、前記圧電素子の振動を前記表示パネルに伝達するように前記圧電素子の一部と前記表示パネルとを接続する弾性部材と、を備えることを特徴とする表示装置が提供される。
本発明の他の一観点によれば、平面視において互いに異なる方向に延在する第１振動部及び第２振動部を有し、入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、画像を表示する表示パネルと、前記圧電素子の振動を前記表示パネルに伝達するように前記第１振動部の一部と前記表示パネルとを接続する弾性部材と、を備えることを特徴とする表示装置が提供される。
本発明の他の一観点によれば、入力された音声信号に応じて振動する複数の圧電素子と、画像を表示する表示パネルと、を備え、前記複数の圧電素子の各々は、振動を前記表示パネルに伝達するように前記表示パネルに接続されており、前記複数の圧電素子のうちの第１圧電素子と第２圧電素子の周波数特性が互いに異なる、ことを特徴とする表示装置が提供される。
本発明によれば、表示パネルから音を発する表示装置において、音質を向上させることができる。
第１実施形態に係る表示装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る圧電素子の構造をより詳細に示す断面図である。 第１実施形態に係る圧電素子に電圧が印加されたときの変形を示す模式図である。 第１実施形態に係る圧電素子に電圧が印加されたときの変形を示す模式図である。 比較例に係る圧電素子の構造を示す断面図である。 比較例に係る振動モデルを示す模式図である。 第１実施形態に係る振動モデルを示す模式図である。 第２実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す平面図である。 第３実施形態に係る圧電素子の構造を示す断面図である。 第４実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す平面図である。 第４実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る圧電素子の構造をより詳細に示す断面図である。 第５実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す平面図である。 第６実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す平面図である。 第７実施形態に係る圧電素子の概略構成を示す平面図である。 第８実施形態に係る圧電素子の配列を示す平面図である。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面を通じて共通する機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化することがある。
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る表示装置１の概略構成図である。本実施形態の表示装置１の用途は、例えば、コンピュータの画像出力装置、テレビジョン受像機、スマートフォン、ゲーム機等であり得るが、特に限定されるものではない。
図１に示されているように表示装置１は、圧電素子１０、表示パネル２０、弾性部材３０、第１制御部４０、第２制御部５０、データ駆動回路６０及びゲート駆動回路７０を有する。表示装置１は、入力されたＲＧＢデータ等に基づいて表示パネル２０に画像を表示し、入力された音声信号等に基づいて音声を発する装置である。
表示パネル２０は、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素Ｐを含む。表示装置１は、例えば、画素Ｐの発光素子として有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）を用いたＯＬＥＤディスプレイであり得る。表示装置１がカラー画像を表示可能である場合には、画素Ｐは、カラー画像を構成する複数の色（例えばＲＧＢ）のいずれかを表示する副画素であり得る。
圧電素子１０は、入力された音声信号に基づく電圧が印加されると、逆圧電効果により変位する素子である。圧電素子１０は、例えば、バイモルフ（Ｂｉｍｏｒｐｈ）、ユニモルフ（Ｕｎｉｍｏｒｐｈ）等の電圧に応じて屈曲変位する素子であり得る。入力される音声信号は通常は交流電圧であるため、圧電素子１０は、入力された音声信号に応じて振動する振動素子として機能する。
弾性部材３０は、弾性を有する材料により構成された部材である。弾性部材３０の材料には、典型的には、圧電素子１０及び表示パネル２０よりも小さい弾性率を有する、ゴム等の材料が用いられる。圧電素子１０の一部と、表示パネル２０の一部とは、弾性部材３０により接続されている。これにより、圧電素子１０の振動が表示パネル２０に伝達され、表示パネル２０は、入力された音声信号に基づく音を発する。
ホストシステム２は、画像信号（例えばＲＧＢデータ）、音声信号及びタイミング信号（垂直同期信号、水平同期信号、データイネーブル信号等）を供給することにより表示装置１を制御する装置又は複数の装置を含むシステムである。ホストシステム２は、例えば、テレビシステム、セットトップボックス、ナビゲーションシステム、光ディスクプレーヤー、コンピュータ、ホームシアターシステム、ビデオ電話システム等であり得る。なお、表示装置１とホストシステム２は一体の装置であってもよく、別の装置であってもよい。
第１制御部４０は、ホストシステム２から入力された音声信号及びタイミング信号に基づいて、圧電素子１０に電圧を供給する。
第２制御部５０は、ホストシステム２から入力された画像データ及びタイミング信号に基づいてデータ駆動回路６０及びゲート駆動回路７０を制御する。データ駆動回路６０は、複数の画素Ｐの列ごとに配された駆動線６１を介して複数の画素Ｐにデータ電圧等を供給する。ゲート駆動回路７０は、複数の画素Ｐの行ごとに配された駆動線７１を介して複数の画素Ｐに制御信号を供給する。なお、駆動線６１及び駆動線７１の各々は、複数の配線により構成されていてもよい。
第１制御部４０、第２制御部５０、データ駆動回路６０及びゲート駆動回路７０の各々は、１又は複数の半導体集積回路によって構成され得る。また、第１制御部４０、第２制御部５０、データ駆動回路６０及びゲート駆動回路７０のうちの一部又は全部は、１つの半導体集積回路として一体に構成されていてもよい。
図２は、第１実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す平面図である。図３は、第１実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す断面図である。図２及び図３を相互に参照しつつ、圧電素子１０の配置を説明する。図２における表示パネル２０の矩形の外枠は、表示パネル２０の外形を模式的に示している。
図３に示されているように、表示パネル２０の画像が表示される面を画像表示面２０ａ、画像表示面２０ａに対向する面を裏面２０ｂとする。このとき、図２は裏面２０ｂ側から表示パネル２０を見た平面図として図示されている。図２には、画像表示面２０ａの水平方向をｘ軸、画像表示面２０ａの垂直方向をｚ軸、画像表示面２０ａの奥行方向をｙ軸とした座標軸が示されている。また、裏面２０ｂから画像表示面２０ａに向かう方向をｙ軸の正方向としている。図３は、図２におけるＡ－Ａ’線における断面図である。
圧電素子１０は平板状をなしている。図２に示されているように、圧電素子１０は平面視において、長手方向（図中のｚ方向）及び短手方向（図中のｘ方向）を有する矩形をなしている。これにより、長手方向に沿う断面（Ａ－Ａ’線）から見て屈曲するような変形が生じる。圧電素子１０の長手方向は、表示パネル２０の端部と垂直になるように配置されている。
弾性部材３０は、圧電素子１０の長手方向の中心を含む位置に接続されている。圧電素子１０の長手方向の中心は振動の腹になる部分であるため、振動が効率よく表示パネル２０に伝達される。
図３に示されているように、圧電素子１０は、第１主面１０ａ及び第２主面１０ｂを有している。弾性部材３０は、圧電素子１０の第１主面１０ａと、表示パネル２０の裏面２０ｂとを接続している。このように、圧電素子１０及び弾性部材３０は、ユーザが画像表示面２０ａを見る際の妨げにならないように、表示パネル２０の裏面２０ｂに配されている。
弾性部材３０は、圧電素子１０の第１主面１０ａのうちの一部のみに接続されている。圧電素子１０の長手方向の両端部を浮いた状態とすることにより、屈曲振動の変位が大きい長手方向の両端部において、圧電素子１０の振動が阻害されにくくなる。
図４は、第１実施形態に係る圧電素子１０の構造をより詳細に示す断面図である。図４は、図３とは向きが異なっているが、図３と同様に図２におけるＡ－Ａ’線における断面図を示している。また、図４では、圧電素子１０への音声信号の入力方法を説明するため、圧電素子１０に含まれる各電極の接続関係を回路図により模式的に示している。
図４に示されている圧電素子１０は、２層の圧電層が積層されたバイモルフと呼ばれる構造をなしている。圧電素子１０は、電極１０１、１０３、１０５及び圧電層１０２、１０４を含む。最も表示パネル２０に近い側に設けられている電極１０１（第１電極）は、弾性部材３０に接続されている。電極１０１及び電極１０３（第２電極）は、圧電層１０２（第１圧電層）を厚さ方向に挟むように配されている。電極１０３及び電極１０５（第３電極）は、圧電層１０４（第２圧電層）を厚さ方向に挟むように配されている。圧電層１０２、１０４の内部に図示されている矢印は、圧電層１０２、１０４の分極方向を示している。すなわち、圧電層１０２及び圧電層１０４の分極方向は同一である。なお、電極１０１、１０３、１０５には、ハンダ付けなどにより各電極に電圧を印加するための配線が接続され得るが、図４においては配線の図示は省略されている。
圧電素子１０に印加される電圧は、音声信号に基づくものであるため、生成すべき音声の周波数に応じた交流電圧と考えることができる。図４では、この交流電圧を交流電源Ｖの回路記号で示している。交流電源Ｖの一方の端子は、電極１０１、１０５に接続されており、他方の端子は、電極１０３に接続される。言い換えると、電極１０１と電極１０５には同相の電圧が印加され、電極１０１と電極１０３には逆相の電圧が印加され、電極１０３と電極１０５にも逆相の電圧が印加される。これにより、圧電層１０２と圧電層１０４には逆向きの電圧が印加される。
圧電層１０２、１０４の材料は、特に限定されるものではないが、変位量を大きくすることができるため、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電性が良好な材料であることが望ましい。また、図４の構成では不図示であるが、圧電素子１０の外周は他の部材とのショートを避けるために樹脂等の絶縁体で覆われていてもよい。
図５及び図６は、第１実施形態に係る圧電素子１０に電圧が印加されたときの変形を示す模式図である。図４に示されているように圧電層１０２、１０４の分極方向は同じ向きであり、圧電層１０２、１０４の印加電圧は逆向きである。これにより、圧電層１０２と圧電層１０４の伸縮方向は逆になる。
図５に示されているように、圧電層１０２が横方向に収縮するように変形するタイミングでは、圧電層１０４は、横方向に伸長する方向に変形する。これにより、圧電素子１０の端部は、表示パネル２０に近づく方向に屈曲する。このとき、表示パネル２０は、圧電素子１０の側に向かう応力を受けて変形する。
図６に示されているように、圧電層１０２が横方向に伸張するように変形するタイミングでは、圧電層１０４は、横方向に収縮する方向に変形する。これにより、圧電素子１０の端部は、表示パネル２０から離れる方向に屈曲する。このとき、表示パネル２０は、圧電素子１０から離れる方向に向かう応力を受けて変形する。
音声信号に基づく交流電圧が圧電素子１０に印加されると、音声の周波数で図５の状態と図６の状態が交互に繰り返される。このようにして、圧電素子１０の振動が表示パネル２０に伝達され、表示パネル２０が振動する。したがって、表示パネル２０からは音声信号に基づく音が発せられるため、表示パネル２０はスピーカとして機能する。
図７乃至図９を参照して、本実施形態において、圧電素子１０の一部と表示パネル２０とが弾性部材３０により接続されていることにより得られる効果をより詳細に説明する。図７は、比較例に係る圧電素子１０の構成を示す断面図である。図８は、比較例に係る振動モデルを示す模式図である。図９は第１実施形態に係る振動モデルを示す模式図である。
図７に示されるように比較例では、圧電素子１０の全面が表示パネル２０に直接接続されている。このような構成においても圧電素子１０の変位を表示パネル２０に伝達させて表示パネル２０をスピーカとして機能させることができる。
比較例に係る振動モデルは、図８に示されるように、圧電素子１０及び表示パネル２０を示す質点の両端にスプリングＳ１、Ｓ２が接続された構成をなしている。質量ｍ１を有する圧電素子１０と質量ｍ２を有する表示パネル２０とが直接接続されている。
圧電素子１０にはバネ定数ｋ１を有するスプリングＳ１が接続されており、表示パネル２０にはバネ定数ｋ２を有するスプリングＳ２が接続されている。スプリングＳ１は、圧電素子１０の弾性をモデル化したものである。スプリングＳ２は、表示パネル２０自体、あるいは筐体等の表示パネル２０を拘束する部材をモデル化したものである。なお、本振動モデルにおける両端は、典型的には固定端である。
比較例の振動モデルでは、圧電素子１０と表示パネル２０は質量（ｍ１＋ｍ２）を有する１つの質点に置き換えることができる。圧電素子１０に電圧を印加すると、圧電素子１０で生じた力は、質量（ｍ１＋ｍ２）を有する圧電素子１０と表示パネル２０の全体をまとめて振動させる。ここで、表示パネル２０は圧電素子１０よりもはるかに大きいため、質量（ｍ１＋ｍ２）は質量ｍ１よりもはるかに大きい。圧電素子１０で生じた力は、非常に大きな質量の物体に対して及ぼされるため、この力により圧電素子１０と表示パネル２０が受ける加速度は小さい。したがって、圧電素子１０と表示パネル２０の変位量はさほど大きなものにはならず、比較例の構成においては表示パネル２０から発せられる音の音圧が十分ではない場合がある。
これに対し本実施形態に係る振動モデルは、図９に示されるように、圧電素子１０及び表示パネル２０を示す質点の間にバネ定数ｋ３を有するスプリングＳ３が接続された構成をなしている。スプリングＳ１は、弾性部材３０の弾性をモデル化したものである。質量ｍ１を有する圧電素子１０と質量ｍ２を有する表示パネル２０とがスプリングＳ３を介して接続されている。
本実施形態の振動モデルでは、圧電素子１０と表示パネル２０は独立に変位する。圧電素子１０に電圧を印加したときに生じる力は、質量ｍ１を有する圧電素子１０を振動させる。力が及ぼされる物体の質量が比較例の場合と比べて小さいため、この力により圧電素子１０が受ける加速度は比較例の場合に比べて大きい。これにより、圧電素子１０は大きな変位で共振した状態となる。圧電素子１０の変位がスプリングＳ３を介して表示パネル２０に徐々に伝達されるため、比較例の場合のように表示パネル２０の質量による変位の阻害も生じにくい。そのため、本実施形態では、比較例の場合と比べて変位を大きくすることができ、音圧が向上する。
以上のように、本実施形態によれば、表示パネル２０をスピーカとして機能させた場合において、表示パネル２０が発する音の音圧を向上させることにより音質を向上させることができる表示装置１が提供される。
なお、本実施形態では、振動源は圧電素子１０であるが、音の発生源は質量が大きく固有周波数が低い表示パネル２０である。そのため、圧電素子１０から直接音を発する構成、あるいは表示パネル２０とは別の小さな振動板に圧電素子１０を接続する等の固有周波数が高い部材から音を発する構成と比べて、低音域の音圧を向上させることができる。
［第２実施形態］
本実施形態では、第１実施形態に係る圧電素子１０の配置の変形例を説明する。表示装置１の基本構成、圧電素子１０の構造等は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１０は、第２実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す平面図である。図１０に示されているように、本実施形態では、圧電素子１０の長手方向が表示パネル２０の端部のいずれとも垂直にならないように圧電素子１０が配されている。
圧電素子１０の形状が矩形である場合には、表示パネル２０に生じる振動の分布は、圧電素子１０の長手方向に向かう成分が主となる。第１実施形態のように、圧電素子１０の長手方向が表示パネル２０の端部に垂直である場合には、圧電素子１０で生じる振動と表示パネル２０の端部で反射された振動とが強め合って共振を生じることがある。この共振は、ノイズの原因となり得る。これに対し、本実施形態では、圧電素子１０の長手方向が表示パネル２０の端部のいずれとも垂直にならないようにすることで、上述の要因による共振が起こりにくくなるため、ノイズが低減され得る。
したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、表示パネル２０の端面での反射により生じた共振に起因するノイズが低減され、音質が向上された表示装置１が提供される。
なお、第１実施形態の構成においては、振動の強め合いが生じるため、これを利用して音圧の向上、周波数特性の調整等が可能である場合もある。したがって、要求特性、設計制約等の設計条件によっては、第１実施形態のように圧電素子１０の長手方向が表示パネル２０の端部に垂直にすることが望ましい場合もあり得る。
［第３実施形態］
本実施形態では、第１実施形態に係る圧電素子１０の断面構造の変形例を説明する。表示装置１の基本構成、圧電素子１０の配置等は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１１は、第３実施形態に係る圧電素子１０の構造を示す断面図である。断面の位置は、図３及び図４と同様である。
圧電素子１０は、電極１１１、１１３、１１５、１１７、圧電層１１２、１１６及び絶縁層１１４を含む。最も表示パネル２０に近い側に設けられている電極１１１（第１電極）は、弾性部材３０に接続されている。電極１１１及び電極１１３（第２電極）は、圧電層１１２（第１圧電層）を厚さ方向に挟むように配されている。電極１１５（第３電極）及び電極１１７（第４電極）は、圧電層１１６（第２圧電層）を厚さ方向に挟むように配されている。絶縁層１１４は、電極１１３と電極１１５の間に配されている。絶縁層１１４は、電極１１３と電極１１５の間の絶縁性を確保する層である。圧電層１１２、１１６の内部に図示されている矢印は、圧電層１１２、１１６の分極方向を示している。すなわち、圧電層１１２及び圧電層１１６の分極方向は逆方向である。
音声信号に基づく電圧を示す交流電源Ｖの一方の端子は、電極１１１、１１５に接続されており、他方の端子は、電極１１３、１１７に接続されている。言い換えると、電極１１１と電極１１５には同相の電圧が印加される。電極１１３と電極１１７には、電極１１１と電極１１５に入力される電圧とは逆相の電圧が印加される。これにより、圧電層１１２と圧電層１１６には同一の向きの電圧が印加される。
本実施形態においても、２つの圧電層の一方が横方向に収縮するときに他方が横方向に伸張するため、第１実施形態と同様の態様の屈曲振動が生じる。したがって、本実施形態においても第１実施形態の場合と同様の効果が得られる。このように、圧電素子１０の中の圧電層、電極等の構造は、第１実施形態のものに限定されるものではなく、種々のものが適用可能である。
例えば、圧電素子１０は、１層の圧電層と、圧電層を挟む１対の電極と、振動板とを積層したユニモルフと呼ばれる構造であってもよい。しながら、電圧と変位の変換効率を向上させるため、図４又は図１１のようなバイモルフの構造を採用することが望ましい。
［第４実施形態］
本実施形態では、第１実施形態に係る圧電素子１０の構造の変形例を説明する。表示装置１の基本構成等は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１２は、第４実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す平面図である。図１３は、第４実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す断面図である。図１２及び図１３を相互に参照しつつ、圧電素子１０の配置を説明する。
図１２に示されているように、本実施形態の圧電素子１０は、平面視において互いに異なる方向に延在する第１振動部１２及び第２振動部１４を有する。第１振動部１２の構成は第１実施形態の圧電素子１０と同様である。すなわち、第１振動部１２は、平面視において、長手方向（図中のｚ方向）及び短手方向（図中のｘ方向）を有する矩形をなしている。第２振動部１４は第１振動部１２とは異なる方向に延存している。すなわち、第２振動部１４は、平面視において、長手方向（図中のｘ方向）及び短手方向（図中のｚ方向）を有する矩形をなしている。第１振動部１２の長手方向と第２振動部１４の長手方向とは互いに垂直である。また、第１振動部１２の長手方向と第２振動部１４の長手方向とは、いずれも表示パネル２０の端部と垂直になるように配置されている。
図１３に示されているように、第１振動部１２は、第１主面１２ａ及び第２主面１２ｂを有している。弾性部材３０は、第１振動部１２の第１主面１２ａと、表示パネル２０の裏面２０ｂとを接続している。弾性部材３０は、第１振動部１２の第１主面１２ａのうちの一部のみに接続されている。このように、圧電素子１０及び弾性部材３０は、ユーザが画像表示面２０ａを見る際の妨げにならないように、表示パネル２０の裏面２０ｂに配されている。
第２振動部１４は、第１振動部１２の第２主面１２ｂのうちの一部のみに接続されている。これにより、第１振動部１２の長手方向の両端部が浮いた状態となっており、更に、第２振動部１４の長手方向の両端部が浮いた状態となっている。圧電素子１０の長手方向の両端部を浮いた状態とすることにより、屈曲振動の変位が大きい長手方向の両端部において、圧電素子１０の振動が阻害されにくくなる。
図１４は、第４実施形態に係る圧電素子１０の構造をより詳細に示す断面図である。図１４は、図１３とは向きが異なっているが、図１３と同様に図１２におけるＢ－Ｂ’線における断面図を示している。また、図４では、圧電素子１０への音声信号の入力方法を説明するため、圧電素子１０に含まれる各電極の接続関係を回路図により模式的に示している。
図１４に示されている圧電素子１０は、バイモルフを２つ積層した構造をなしている。圧電素子１０は、第１振動部１２と第２振動部１４を含む。第１振動部１２の構造は、第１実施形態の圧電素子１０と同様である。図１４では、第１振動部１２と第２振動部１４の間に絶縁層１２０が設けられているが、これは必須ではない。
第２振動部１４は、電極１２１、１２３、１２５及び圧電層１２２、１２４を含む。最も第１振動部１２に近い側に設けられている電極１２１は、絶縁層１２０に接続されている。電極１２１及び電極１２３は、圧電層１２２を厚さ方向に挟むように配されている。電極１２３及び電極１２５は、圧電層１２４を厚さ方向に挟むように配されている。圧電層１２２、１２４の内部に図示されている矢印は、圧電層１２２、１２４の分極方向を示している。すなわち、圧電層１２２及び圧電層１２４の分極方向は同一である。
音声信号に基づく電圧を示す交流電源Ｖの一方の端子は、電極１０１、１０５、１２１、１２５に接続されており、他方の端子は、電極１０３、１２３に接続されている。言い換えると、電極１０１、１０５、１２１、１２５には同相の電圧が印加される。電極１０３、１２３には、電極１０１、１０５、１２１、１２５に入力される電圧とは逆相の電圧が印加される。これにより、圧電層１０２、１０４、１２２、１２４には同一の向きの電圧が印加される。
第１振動部１２及び第２振動部１４のいずれにおいても、２つの圧電層の一方が横方向に収縮するときに他方が横方向に伸張する。したがって、第１振動部１２及び第２振動部１４は、いずれも第１実施形態と同じ態様で屈曲振動する。また、分極方向及び電圧の方向を上述のようにすることにより、第１振動部１２と第２振動部１４とは、音声信号に応じて同相で振動する。これにより、第１振動部１２で生じた振動と第２振動部１４で生じた振動とが強め合うため、振動効率が向上する。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に表示パネル２０が発する音の音圧を向上させることにより音質を向上させることができる表示装置１が提供される。また、本実施形態の圧電素子１０は２つの振動部を用いているため、振動部が１つである第１実施形態の構成よりも更に音圧を向上させることができる。
また、第１実施形態では、振動部が１つであるため振動の分布は、圧電素子１０の長手方向、すなわち１次元的に集中したものとなる。そのため、表示パネル２０での共振が生じやすく、共振に起因するノイズが大きくなる場合がある。これに対し、本実施形態では、圧電素子１０が互いに異なる方向に延在する第１振動部１２と第２振動部１４を有しているため、振動の分布が２次元的になり、特定の箇所に集中しにくくなる。そのため、表示パネル２０での共振が生じにくくなる。したがって、本実施形態では、表示パネル２０での共振に起因するノイズが低減され、音質が更に向上された表示装置１が提供される。
［第５実施形態］
本実施形態では、第４実施形態に係る圧電素子１０の配置の変形例を説明する。表示装置１の基本構成、圧電素子１０の構造等は第４実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１５は、第５実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す平面図である。図１５に示されているように、本実施形態では、第１振動部１２と第２振動部１４の長手方向が表示パネル２０の端部のいずれとも垂直にならないように圧電素子１０が配されている。
第２実施形態の説明の中で述べたとおり、第１振動部１２及び第２振動部１４で生じる振動と表示パネル２０の端部での反射する振動とが強め合って共振を生じる場合がある。この共振は、ノイズの原因となり得る。これに対し、本実施形態では、第１振動部１２と第２振動部１４の長手方向が表示パネル２０の端部のいずれとも垂直にならないようにすることで、共振が起こりにくくなるため、ノイズが低減され得る。
したがって、本実施形態によれば、第４実施形態と同様の効果が得られるとともに、表示パネル２０の端面での反射により生じた共振に起因するノイズが低減され、音質が向上された表示装置１が提供される。
なお、第４実施形態の構成において、振動の強め合いを利用して音圧の向上、周波数特性の調整等の設計が可能である場合もある。したがって、要求特性、設計制約等の設計条件によっては、第４実施形態のように圧電素子１０の長手方向が表示パネル２０の端部に垂直にすることが望ましい場合もあり得る。
［第６実施形態］
本実施形態では、第４実施形態に係る圧電素子１０の構造の変形例を説明する。表示装置１の基本構成等は第４実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１６は、第６実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す平面図である。図１６に示されているように、本実施形態の圧電素子１０は、平面視において互いに異なる方向に延在する第１振動部１２、第２振動部１４及び第３振動部１６を有する。圧電素子１０の断面構造は、図１４の構造に第３振動部１６に対応する圧電層及び電極を追加して層数を増加させただけであるため説明を省略する。
本実施形態では、第１実施形態と同様に表示パネル２０が発する音の音圧を向上させることができる表示装置１が提供される。また、本実施形態の圧電素子１０は３つの振動部を用いているため、振動部が２つである第４実施形態の構成よりも更に音圧を向上させることができる。このように、振動部の個数は１つ又は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。振動部の個数が多いほど音圧が向上する。
また、本実施形態では、第４実施形態の構成よりも振動の分布が２次元的に均一になる。そのため、表示パネル２０での共振がより生じにくくなる。したがって、本実施形態によれば、表示パネル２０での共振に起因するノイズが更に低減され、音質が向上された表示装置１が提供される。
［第７実施形態］
本実施形態では、第１実施形態に係る圧電素子１０の構造の変形例を説明する。表示装置１の基本構成等は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１７は、第７実施形態に係る圧電素子１０の概略構成を示す平面図である。圧電素子１０は平板状をなしている。図１７に示されているように、本実施形態の圧電素子１０は、平面視において円形をなしている。弾性部材３０は、圧電素子１０の円の中心を含む位置に接続されている。圧電素子１０の断面構造は図３及び図４と同様であるため説明を省略する。
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に表示パネル２０が発する音の音圧を向上させることができる表示装置１が提供される。
また、本実施形態では、圧電素子１０が円形であるため、振動の分布が２次元的に均一になる。そのため、第４実施形態の場合と同様の理由により、表示パネル２０での共振が生じにくくなる。したがって、本実施形態によれば、表示パネル２０での共振に起因するノイズが低減され、音質が向上された表示装置１が提供される。
［第８実施形態］
本実施形態では、第８実施形態に係る圧電素子１０の構造の変形例を説明する。表示装置１の基本構成等は第５実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１８は、第８実施形態に係る圧電素子１０の配列を示す平面図である。図１８に示されるように本実施形態では、表示パネル２０に圧電素子１０が複数個、配されている。複数の圧電素子１０は、ｘ方向及びｚ方向に行列状に配されている。圧電素子１０は第５実施形態のものと同様である。表示パネル２０に圧電素子１０が複数個配置することにより、１個の場合と比べて表示パネル２０が発する音の音圧が向上する。
表示パネル２０は、領域Ｒ１と領域Ｒ２を含む。領域Ｒ１内の圧電素子１０（第１圧電素子）と領域Ｒ２内の圧電素子１０（第２圧電素子）とでは、周波数特性が互いに異なっている。例えば、両者の周波数特性を異ならせることにより、表示パネル２０が発する音の周波数特性の偏りを低減させることができる。
圧電素子１０は、形状等に起因する固有周波数を有するため、特定の周波数の音圧が大きくなる等の偏った周波数特性を有している場合がある。表示パネル２０の圧電素子１０の特性がすべて同じである場合、複数の圧電素子１０の周波数特性の偏りが重畳して表示パネル２０全体の周波数特性も偏ったものになる場合がある。本実施形態では、領域Ｒ１内の圧電素子１０と領域Ｒ２内の圧電素子１０とで周波数特性を異ならせて平準化することにより、上述の要因により生じ得る周波数特性の偏りを低減させることができる。
圧電素子１０の周波数特性の偏りは主として圧電素子１０の固有周波数に起因するものである。したがって、領域Ｒ１内の圧電素子１０と領域Ｒ２内の圧電素子１０とで固有周波数を異ならせることが望ましい。例えば、領域Ｒ２内の圧電素子１０の固有周波数を領域Ｒ１内の圧電素子１０の固有周波数よりも低くすることにより、領域Ｒ１が高音発生領域として機能し、領域Ｒ２が低音発生領域として機能する。これにより、高音域と低音域をバランス良く発することができる表示装置１が提供される。
圧電素子１０の固有周波数は、圧電素子１０の形状又は材料に依存する。したがって、領域Ｒ１内の圧電素子１０と領域Ｒ２内の圧電素子１０とでは、形状又は音速を異ならせることで固有周波数を異ならせることができる。材料中の音速に影響する材料物性の例としては、弾性率及び密度が挙げられる。したがって、音速、弾性率及び密度のいずれかが異なる材料を用いることが望ましい。また、領域Ｒ１内の圧電素子１０と領域Ｒ２内の圧電素子１０とで形状のみを異ならせることも、材料を共通化できるため利点があるため望ましい。
以上のように、本実施形態によれば、表示パネル２０が発する音の周波数特性の偏りを低減させることにより音質を向上させることができる表示装置１が提供される。
なお、本実施形態に適用可能な圧電素子１０の例として第５実施形態の圧電素子１０を例示したが、これに限定されるものではない。第１乃至第７実施形態のうちのどの構造又は配置の圧電素子１０を用いてもよく、第１乃至第７実施形態に述べたものとは異なる構造又は配置の圧電素子を用いてもよい。
［その他の実施形態］
上述の実施形態は、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、上述の実施形態によって限定的に解釈されてならない。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行って様々な態様で実施可能である。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。
上述の実施形態において、表示装置１等の装置構成は一例であり、図示したものに限定されるものではない。例えば、表示装置１は、ＯＬＥＤディスプレイではなく、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等であってもよい。しかしながら、表示装置１は、圧電素子１０からの振動を効率よく表示パネル２０に伝達できるものであることが望ましいため、空洞の少ないＯＬＥＤディスプレイであることが特に望ましい。
１ 表示装置
１０ 圧電素子
２０ 表示パネル
３０ 弾性部材

Claims (31)

  1. 入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、
    画像を表示する表示パネルと、
    前記圧電素子の振動を前記表示パネルに伝達するように前記圧電素子の一部と前記表示パネルとを接続する弾性部材と、
    を備え、
    前記圧電素子は、平面視において長手方向及び短手方向を有する矩形をなしており、
    前記弾性部材が前記圧電素子の主面における前記長手方向の中心を含む位置に接続されることで、前記圧電素子と前記表示パネルの裏面との間に空隙が形成されている
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 前記圧電素子は、平板状であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記長手方向の端部は、前記弾性部材に接続されていない、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
  4. 前記長手方向は、前記表示パネルの端部の少なくとも一部と垂直である、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
  5. 前記長手方向は、前記表示パネルの端部のいずれとも垂直ではない、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の表示装置。
  6. 前記圧電素子は、厚さ方向に屈曲するように振動する、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置。
  7. 前記圧電素子は、互いに積層された第１圧電層、第１電極及び第２電極を含み、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１圧電層を厚さ方向に挟むように配されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
  8. 前記圧電素子は、互いに積層された第１圧電層、第２圧電層、第１電極、第２電極及び第３電極を含み、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１圧電層を厚さ方向に挟むように配されており、
    前記第２電極及び前記第３電極は、前記第２圧電層を厚さ方向に挟むように配されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
  9. 前記第１圧電層及び前記第２圧電層の分極方向は同一である、
    ことを特徴とする請求項８に記載の表示装置。
  10. 前記第１電極及び前記第３電極には同相の前記音声信号が入力される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
  11. 前記圧電素子は、互いに積層された第１圧電層、第２圧電層、第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極を含み、
    前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１圧電層を厚さ方向に挟むように配されており、
    前記第３電極及び前記第４電極は、前記第２圧電層を厚さ方向に挟むように配されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置。
  12. 前記第１圧電層及び前記第２圧電層の分極方向は逆である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の表示装置。
  13. 前記第１電極及び前記第３電極には同相の前記音声信号が入力される、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
  14. 前記第２電極及び前記第４電極には同相の前記音声信号が入力される、
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の表示装置。
  15. 平面視において互いに異なる方向に延在する第１振動部及び第２振動部を有し、入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、
    画像を表示する表示パネルと、
    前記圧電素子の振動を前記表示パネルに伝達するように前記第１振動部の一部と前記表示パネルとを接続する弾性部材と、
    を備え、
    前記第１振動部は第１主面及び第２主面を有し、
    前記第２主面の一部が前記第２振動部の一部と直接に結合されている、
    ことを特徴とする表示装置。
  16. 前記第１主面の一部が前記弾性部材に接続されている
    ことを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
  17. 前記第１振動部及び前記第２振動部の各々は、平面視において長手方向及び短手方向を有する矩形をなしており、
    前記第１振動部の前記長手方向と、前記第２振動部の前記長手方向とは互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の表示装置。
  18. 前記第１振動部の前記長手方向と、前記第２振動部の前記長手方向とは互いに垂直である、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の表示装置。
  19. 前記弾性部材は、前記第１振動部の前記長手方向の中心を含む位置に接続されている、
    ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の表示装置。
  20. 前記第１振動部の前記長手方向の中心を含む位置と、前記第２振動部の前記長手方向の中心を含む位置とが接続されている、
    ことを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の表示装置。
  21. 前記第１振動部及び前記第２振動部の各々の前記長手方向の端部は、前記弾性部材に接続されていない、
    ことを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の表示装置。
  22. 前記第１振動部及び前記第２振動部の各々の前記長手方向は、前記表示パネルの端部のいずれとも垂直である、
    ことを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の表示装置。
  23. 前記第１振動部及び前記第２振動部の各々の前記長手方向は、前記表示パネルの端部のいずれとも垂直ではない、
    ことを特徴とする請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の表示装置。
  24. 前記第１振動部と前記第２振動部とは、前記音声信号に応じて同相で振動する、
    ことを特徴とする請求項１５乃至２３のいずれか１項に記載の表示装置。
  25. 前記第１振動部及び前記第２振動部の各々は、厚さ方向に屈曲するように振動する、
    ことを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載の表示装置。
  26. 入力された音声信号に応じて振動し、第１圧電素子及び第２圧電素子を含む複数の圧電素子と、
    画像を表示する表示パネルと、
    前記圧電素子の振動を前記表示パネルに伝達するように前記第１圧電素子の一部と前記表示パネルとを接続する弾性部材と、
    を備え、
    前記複数の圧電素子の各々は、振動を前記表示パネルに伝達するように前記表示パネルに接続されており、
    前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の周波数特性が互いに異なり、
    前記第１圧電素子は、平面視において長手方向及び短手方向を有する矩形をなしており、
    前記弾性部材が前記圧電素子の主面における前記長手方向の中心を含む位置に接続されることで、前記第１圧電素子と前記表示パネルの裏面との間に空隙が形成されている、
    ことを特徴とする表示装置。
  27. 前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の固有周波数が互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項２６に記載の表示装置。
  28. 前記第１圧電素子と前記第２圧電素子の形状が互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項２６又は２７に記載の表示装置。
  29. 前記第１圧電素子を構成する材料と前記第２圧電素子を構成する材料の音速、弾性率及び密度の少なくとも１つが互いに異なる、
    ことを特徴とする請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の表示装置。
  30. 前記表示パネルは、前記画像が表示される画像表示面と、前記画像表示面に対向する裏面とを有し、
    前記圧電素子の振動は、前記表示パネルの前記裏面に伝達される、
    ことを特徴とする請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の表示装置。
  31. 前記表示パネルは、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の表示装置。
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