WO2012108447A1 - 圧電デバイスおよび圧電スピーカ - Google Patents

圧電デバイスおよび圧電スピーカ Download PDF

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WO2012108447A1
WO2012108447A1 PCT/JP2012/052809 JP2012052809W WO2012108447A1 WO 2012108447 A1 WO2012108447 A1 WO 2012108447A1 JP 2012052809 W JP2012052809 W JP 2012052809W WO 2012108447 A1 WO2012108447 A1 WO 2012108447A1
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WO
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electrode
piezoelectric device
piezoelectric
piezoelectric speaker
main
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PCT/JP2012/052809
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English (en)
French (fr)
Inventor
安藤正道
河村秀樹
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric speaker that is a kind of a piezoelectric device using a piezoelectric polymer sheet, and more particularly to a translucent piezoelectric speaker using a substantially transparent polymer sheet.
  • the piezoelectric speaker described in Patent Document 1 uses a transparent polylactic acid polymer sheet having piezoelectricity (hereinafter referred to as a polylactic acid sheet).
  • the polylactic acid sheet is stretched in a predetermined direction, and electrode patterns are formed on both main surfaces parallel to the stretching axis. By applying a voltage to these electrode patterns, the polylactic acid sheet with electrode patterns vibrates and the piezoelectric speaker emits sound.
  • Patent Document 1 in order to vibrate the polylactic acid sheet, a plurality of planar electrodes to which voltages are individually applied must be formed on the main surface of the polylactic acid sheet with a specific electrode pattern. . In this way, when a plurality of planar electrodes are formed on one main surface, it is necessary to provide a dividing line that separates the plurality of planar electrodes, that is, an electrode non-forming portion.
  • planar electrode is formed of a material generally called a transparent electrode (for example, ITO), but it has been difficult to make it completely colorless and transparent.
  • a transparent electrode for example, ITO
  • the transmissivity or color tone may be different between the flat electrode forming part and the non-electrode forming part, and the electrode pattern may be clearly visible. is there.
  • an object of the present invention is to form a flat and transparent piezoelectric speaker in which it is difficult to visually recognize an electrode pattern.
  • the present invention provides a planar and transparent comprising a polymer sheet having translucency and piezoelectricity, and a planar electrode pattern formed on both opposing main surfaces of the polymer sheet for applying an electric field to the polymer sheet.
  • the present invention relates to a piezoelectric speaker which is a kind of piezoelectric device.
  • the planar electrode pattern has a plurality of main electrodes divided by electrode non-forming portions arranged in a predetermined pattern.
  • the electrode non-forming portion is provided with a light transmitting property correcting means having an insulating property and a light transmitting property substantially the same as the light transmitting property of the main electrode.
  • the light transmitting property correcting means does not correct the property of the light transmitted through the main electrode, but corrects only the property of the light transmitted through the electrode non-forming portion. Specifically, by correcting at least one of the properties of light transmitted through the electrode non-forming portion, that is, transmissivity, color tone, and haze (cloudiness value), the non-electrode forming portion has the same translucency as the main electrode. Corrected to sex. Thereby, it is possible to make it difficult to visually recognize the planar electrode pattern.
  • the piezoelectric speaker of the present invention preferably has the following configuration.
  • This piezoelectric speaker includes two polymer sheets on which a planar electrode pattern is formed, and a flat base member.
  • the two polymer sheets are disposed so as to sandwich the base member so that the respective planar electrode patterns formed on the two polymer sheets substantially coincide with each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface. Yes.
  • the translucent property correcting means is formed on at least one of the planar electrode patterns formed on the plurality of polymer sheets.
  • two basic piezoelectric speakers having electrode patterns formed on both main surfaces of the polymer sheet are disposed via the base member.
  • a so-called bimorph shape can be realized, and a piezoelectric speaker with a higher sound pressure level and flat frequency characteristics can be realized. Even in a structure in which a plurality of such basic piezoelectric speakers are arranged, it is possible to make it difficult to visually recognize the planar electrode pattern.
  • the translucent property correcting means is a resin filled with a thickness substantially the same as the thickness of the main electrode with respect to the electrode non-forming portion.
  • This configuration shows a specific example of the translucent property correcting means.
  • a resin having translucency substantially coincident with the main electrode is formed with the same thickness as the main electrode, the characteristic of the light that transmits through the area of the planar electrode pattern and the area of the electrode non-forming portion are transmitted. The characteristics of light substantially coincide. Thereby, it is possible to make it difficult to visually recognize the planar electrode pattern.
  • the translucent property correcting means is a resin filled with a thickness that matches the translucency with the main electrode with respect to the electrode non-forming portion.
  • This configuration shows a specific example of the translucent property correcting means.
  • a resin that is slightly different in translucency from the main electrode is formed with a thickness such that the translucency of the non-electrode forming portion is the same as the translucency of the main electrode.
  • the resin is made thinner than the main electrode according to the difference or ratio of the light transmittance.
  • a translucent protective sheet is disposed on the surface of the planar electrode pattern opposite to the polymer sheet.
  • the planar electrode pattern can be protected from the external environment and external impacts, and the difference in translucency can be reduced. Furthermore, the resonance peak of the sound emitted from each piezoelectric speaker can be blunted to obtain smoother frequency characteristics.
  • the translucent property correcting means is formed on the surface of the protective sheet on the plane electrode pattern side.
  • This configuration shows the case where the translucent property correcting means is formed on the protective sheet. If it is set as such a structure, it can change to the structure which makes it difficult to visually recognize a plane electrode pattern by changing the structure of a protective sheet, without changing the basic composition of a piezoelectric speaker. Therefore, even if there is a variation in the formation thickness of the planar electrode pattern, it can be dealt with only by replacement with a protective sheet in which the planar electrode pattern is more difficult to visually recognize.
  • the main component of the polymer sheet is L-type polylactic acid.
  • the main electrode of the planar electrode pattern is mainly composed of at least one of indium tin oxide, indium zinc oxide and zinc oxide.
  • the translucent property correcting means is mainly composed of an alkylphenol resin.
  • planar electrode patterns and translucent property correcting means are used, a piezoelectric speaker that is substantially transparent and in which the planar electrode pattern is difficult to visually recognize can be realized.
  • a piezoelectric speaker which is a kind of a flat and transparent piezoelectric device in which the electrode pattern is harder to visually recognize than in the past, with almost no reduction in translucency.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a piezoelectric speaker 10 according to a first embodiment.
  • 1 is a partial side sectional view showing a configuration of a piezoelectric speaker 10 according to a first embodiment. It is a figure showing the mode of a deformation
  • FIG. 4 is a plan view of the first piezoelectric speaker 201 as viewed from the electrode pattern 211 side, and a plan view for explaining a basic piezoelectric element unit. It is a figure which shows an example of the electrode pattern figure of basic electrode pattern EA0 which comprises a basic piezoelectric element, and an applied electric field pattern.
  • FIG. 5 It is a figure which shows the deformation
  • FIG. 3 is a diagram showing frequency characteristics, and a comparison diagram of the sound pressure level-frequency characteristics of the configuration of the first embodiment and a single basic piezoelectric element. It is a fragmentary sectional side view which shows the structure of 10 A of piezoelectric speakers which concern on 2nd Embodiment. It is a partial side sectional view showing the composition of piezoelectric speaker 10B concerning a 3rd embodiment. It is a fragmentary side sectional view showing the composition of piezoelectric speaker 10C concerning a 4th embodiment. It is a partial side sectional view showing the composition of piezoelectric speaker 10D concerning a 5th embodiment.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a piezoelectric speaker 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a partial side sectional view showing the configuration of the piezoelectric speaker 10 according to the present embodiment.
  • the drawing electrodes that input acoustic drive signals for applying an electric field to the piezoelectric polymer sheets 210 and 220 of the first and second piezoelectric speakers 201 and 202 are omitted.
  • illustration of an adhesive or the like for bonding the layers is omitted.
  • FIG. 3 is a diagram showing the deformation state of the polymer sheet with respect to the stretching axis and the electric field application direction. 3 is exaggerated for the sake of explanation.
  • FIG. 4A is a plan view of the first piezoelectric speaker 210 viewed from the electrode pattern 211 side
  • FIG. 4B is a plan view for explaining a basic piezoelectric element unit.
  • the hatching in FIG. 4 (B) is performed for easy identification of each basic piezoelectric element, and is actually formed in a uniform and substantially transparent state as a whole.
  • FIG. 5A is an electrode pattern diagram of the basic electrode pattern EA0 constituting the basic piezoelectric element
  • FIG. 5B is a diagram illustrating an example of an applied electric field pattern.
  • the piezoelectric speaker 10 includes a flat base member 100.
  • the base member 100 is made of an acrylic resin such as polymethyl methacrylate resin (PMMA).
  • PMMA polymethyl methacrylate resin
  • the base member 100 is not limited to PMMA, and may be polyethylene terephthalate (PET) or polypropylene (PP).
  • PET or PMMA polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PET or PMMA polypropylene
  • the thickness of the base member 100 is preferably about 0.05 mm to about 1.0 mm, but can be appropriately changed according to specifications.
  • a first piezoelectric speaker 201 is disposed on one main surface of the base member 100 (the upper surface in FIGS. 1 and 2).
  • a second piezoelectric speaker 202 is disposed on the other main surface of the base member 100 (the lower surface in FIGS. 1 and 2).
  • the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 are planar transparent speakers having the same structure.
  • the first piezoelectric speaker 201 is one in which an electrode pattern 211 is formed on one main surface of a polymer sheet 210 and an electrode pattern 212 having the same shape as the electrode pattern 211 is formed on the other main surface.
  • the electrode pattern 221 is formed on one main surface of the polymer sheet 220, and the electrode pattern 222 having the same shape as the electrode pattern 221 is formed on the other main surface.
  • the electric field applied between the electrodes formed at the same position as viewed from the direction orthogonal to the main surface on which the electrode patterns 211, 212, 221, 222 are formed is reversed.
  • An electric field is applied to the polymer sheets 210 and 220 so that Accordingly, the polymer sheets 210 and 220 vibrate in a direction orthogonal to the main surface, and function as a planar speaker having a so-called bimorph structure.
  • the polymer sheets 210 and 220 are made of L-type polylactic acid (PLLA) and cut out with the stretching direction as the longitudinal direction.
  • the polymer sheets 210 and 220 may be organic piezoelectric sheets made of other chiral polymers having transparency, but PLLA is preferably used when forming a flat and transparent piezoelectric speaker. . This is because PLLA has high piezoelectricity and high translucency with respect to other polymer sheets.
  • Electrode patterns 211, 212, 221, 222 including each main electrode E 11A , E 11B , E 12A , E 12B , E 21A , E 21B , E 22A , E 22B are composed of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide and The main component is at least one kind of zinc oxide (ZnO).
  • Each electrode pattern 211, 212, 221, 222 may be formed of an organic electrode mainly composed of polythiophene or polyaniline.
  • Each electrode pattern 211, 212, 221, 222 will be described later in detail, but a plurality of basic electrode patterns EA 0 divided by dividing lines formed at electrode non-formation portions are arrayed. These plurality of basic electrode patterns EA0 are also equivalent to a plurality of main electrodes (E 11A , E 11B , E 12A , E 12B , E 21A , E 21B , E 22A , E 22B in FIG. In FIG. 4 and FIG. 5, it corresponds to an inner peripheral electrode and an outer peripheral electrode).
  • Insulating resins I 11 , I 12 , I 21 , and I 22 are formed in the electrode non-forming portions that constitute the dividing lines.
  • the insulating resins I 11 , I 12 , I 21 , and I 22 are formed with a thickness that substantially matches the thickness of the main electrode.
  • the insulating resins I 11 , I 12 , I 21 , and I 22 are formed of a material having the same translucency as the main electrode. More specifically, the insulating resins I 11 , I 12 , I 21 , and I 22 are formed of the same material as that of the main electrode, such as color tone, transmissivity, and haze (cloudiness value). Yes.
  • indium tin oxide ITO
  • indium zinc oxide and zinc oxide ZnO
  • a resin whose main component is an alkylphenol resin that has yellow and has translucency.
  • the insulating resins I 11 , I 12 , I 21 , and I 22 are made of a material having a predetermined elastic modulus that does not hinder vibrations of first and second piezoelectric speakers 201 and 202 to be described later. preferable.
  • such insulating resins I 11 , I 12 , I 21 , I 22 can be formed by an ink jet printing method or the like after the electrode patterns 211, 212, 221, 222 are formed.
  • the organic electrode can also be formed by an ink jet printing method. Therefore, the organic electrode and the insulating resin are formed on the polymer sheet in a so-called “Roll to Roll” process. Can be realized.
  • the characteristics with respect to the translucency in particular, the translucency of visible light, are substantially the same between the main electrode and the electrode non-forming portion. Thereby, it is possible to make it difficult to visually recognize the electrode patterns in the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 without substantially reducing the translucency.
  • the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 are plane-symmetric with respect to the base member 100, that is, the basic piezoelectric elements substantially coincide with each other when viewed from the direction orthogonal to the main surface of the base member 100. As shown in FIG.
  • the positions of the above-described electrode non-forming portions also coincide, but in each of the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202, Since the difference in translucency between the main electrode and the non-electrode forming part is suppressed, even when such a layer structure is adopted, a structure in which the electrode pattern is hardly visible can be realized.
  • a protective sheet 301 is disposed on the main surface of the first piezoelectric speaker 201 opposite to the base member 100.
  • the protective sheet 301 is formed in a shape that covers the basic piezoelectric element group of the first piezoelectric speaker 201.
  • the protective sheet 301 is formed using any one of polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), and similar elastomeric materials.
  • a protective sheet 302 is disposed on the main surface of the second piezoelectric speaker 202 opposite to the base member 100.
  • the protective sheet 302 is formed in a shape that covers the basic piezoelectric element group of the second piezoelectric speaker 202.
  • the protective sheet 302 is formed using any one of polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), and similar elastomeric materials.
  • the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 can be protected from an external environment such as heat and moisture, and can also be protected from an external impact such as contact by a user.
  • the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 form a flat and transparent piezoelectric speaker having a so-called bimorph structure.
  • a piezoelectric speaker can be formed. That is, it is possible to form a flat and transparent piezoelectric speaker in which it is difficult to visually recognize the electrode pattern.
  • first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 will be described. Since the first piezoelectric speaker 201 and the second piezoelectric speaker 202 have the same structure as described above, a specific configuration will be described below using the first piezoelectric speaker 201 as an example.
  • the first piezoelectric speaker 201 includes the polymer sheet 210 and the electrode patterns 211 and 212 formed symmetrically on both main surfaces of the polymer sheet 210.
  • the polymer sheet 210 behaves as shown in FIG. 3 when an electric field is applied.
  • the uniaxially stretched L-type polylactic acid (PLLA) sheet forming the polymer sheet 210 has piezoelectricity. More specifically, in the uniaxially stretched L-type polylactic acid (PLLA) sheet, the stretching direction of the sheet is triaxial, and the film thickness direction of the sheet orthogonal thereto is uniaxial, uniaxial, and triaxial. When the direction is defined as two axes, it has t14 components of d14 and d25 as piezoelectric strain constants.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state of deformation of the polymer sheet with respect to the stretching axis and the electric field application direction. In FIG.
  • the direction indicated by the symbol 900 is the three-axis direction that is the stretching direction
  • the direction from the front surface to the back side of the paper surface indicated by the symbol 901 is the uniaxial direction that is the electric field application direction.
  • the square PLLA sheet 210N is deformed so as to extend in a direction substantially coincident with the diagonal line 910A and contract in a direction substantially coincident with the diagonal line 910B orthogonal to the diagonal line 910A. 3 is transformed into a rhombus like the sheet shape 210T in FIG.
  • the polymer sheet 210 is formed by cutting out such a piezoelectric PLLA sheet into a rectangular shape so that the stretching direction is the longitudinal direction.
  • the electrode pattern 211 and the electrode pattern 212 will be described. Since the electrode pattern 211 and the electrode pattern 212 have the same electrode pattern shape, only the electrode pattern 211 will be specifically described, and the electrode pattern 212 will also be described as necessary. In the following, a specific description of the connection pattern for connecting the divided electrodes is omitted unless necessary.
  • the electrode pattern 211 is formed by arranging a plurality of basic electrode patterns EA0.
  • a plurality of basic electrode patterns EA0 For example, in the example of this embodiment, four basic electrode patterns EA0 are arranged along the longitudinal direction (stretching direction) of the main surface of the polymer sheet 210 with respect to one main surface of the polymer sheet 210, and the main surface The two-dimensional array configuration in which two basic electrode patterns EA0 are arranged along the short direction.
  • the electrode pattern 212 also includes basic electrode patterns arranged in a 4 ⁇ 2 arrangement pattern.
  • Such electrode patterns 211 and 212 are formed on both main surfaces of the polymer sheet 210 so that the basic electrode patterns EA0 substantially face each other.
  • the basic piezoelectric elements Pe11-Pe14 and Pe21-Pe24 are formed in each of the opposing basic electrode patterns EA0 of the electrode patterns 211 and 212 and the partial region of the polymer sheet 210 sandwiched between the basic electrode patterns EA0. Is done.
  • each of the basic piezoelectric elements Pe11-Pe14, Pe21-Pe24 has an electrode orthogonal to the dividing line Lw1, which is an electrode non-formation line parallel to the extending direction (the direction of the symbol 900), and the extending direction (the direction of the symbol 900). It is divided by dividing lines Lp1, Lp2, Lp3 which are non-formed lines.
  • An insulating resin having substantially the same translucency as that of the main electrode as described above is disposed in the electrode non-forming portions constituting the dividing lines Lw1, Lp1, Lp2, and Lp3.
  • the basic electrode pattern EA0 has a rectangular shape in plan view, and has a dividing line L1 parallel to the extending direction (the direction of the symbol 900) and a dividing line L2 orthogonal to the extending direction.
  • the dividing line L1 and the dividing line L2 are formed so that the approximate center (center of gravity) of the rectangular basic electrode pattern EA0 is an intersection.
  • An insulating resin having substantially the same translucency as that of the main electrode as described above is also provided in the electrode non-forming portions constituting the dividing lines L1 and L2.
  • the basic electrode pattern EA0 is drawn as a substantially square here, it may be a rectangle.
  • the shape of the basic electrode pattern EA0 may be optimized in view of the aspect ratio of the outer shape of the piezoelectric speaker and the number of basic electrode patterns.
  • the first region and the second region are located symmetrically via the dividing line L1, and the third region and the fourth region are located symmetrically via the dividing line L1.
  • the first region and the fourth region are positioned symmetrically via the dividing line L2, and the second region and the fourth region are also positioned symmetrically via the dividing line L2.
  • region is comprised from the inner periphery side electrode Ei1 and the outer peripheral side electrode Eo1 which were divided
  • the intersection side of the dividing line L1 and the dividing line L2 becomes the inner peripheral electrode Ei1, and the shape in plan view is a triangular shape.
  • the outer side electrode Eo1 is the side away from the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2, and the shape in plan view is a pentagonal shape.
  • the outer peripheral electrode Eo1 is formed to be wider than the inner peripheral electrode Ei1.
  • An insulating resin having substantially the same translucency as that of the main electrode as described above is also disposed in the electrode non-forming portion constituting the dividing line L11.
  • the second region includes an inner peripheral electrode Ei2 and an outer peripheral electrode Eo2 that intersect with the dividing line L1 and the dividing line L2 at approximately 45 ° and are divided by the dividing line L22 that is substantially orthogonal to the dividing line L11. .
  • the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2 is the inner peripheral electrode Ei2, and the side away from the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2 is the outer peripheral electrode Eo2.
  • An insulating resin having substantially the same translucency as that of the main electrode as described above is also disposed in the electrode non-forming portion constituting the dividing line L22.
  • the third region intersects the dividing line L1 and the dividing line L2 at about 45 °, is substantially orthogonal to the dividing line L22, and is divided by the dividing line L33 parallel to the dividing line L11 and the outer peripheral side electrode Ei3. It is comprised from the electrode Eo3.
  • the intersection side of the dividing line L1 and the dividing line L2 is the inner peripheral electrode Ei3, and the side away from the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2 is the outer peripheral electrode Eo3.
  • An insulating resin having substantially the same translucency as that of the main electrode as described above is also disposed in the electrode non-forming portion constituting the dividing line L33.
  • the fourth region intersects the dividing line L1 and the dividing line L2 at about 45 °, is substantially orthogonal to the dividing line L11, and is divided by the dividing line L44 parallel to the dividing line L22 and the outer peripheral side electrode Ei4. It is comprised from the electrode Eo4.
  • the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2 is the inner peripheral electrode Ei4, and the side away from the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2 is the outer peripheral electrode Eo4.
  • An insulating resin having substantially the same translucency as that of the main electrode as described above is also disposed in the electrode non-forming portion constituting the dividing line L44.
  • a symbol 901 indicates an electric field traveling from the front surface to the back side of the paper surface
  • a symbol 902 indicates an electric field traveling from the back surface of the paper surface to the front side.
  • a voltage for generating an electric field indicated by a symbol 901 is applied to the outer peripheral electrodes Eo1 and Eo3 in the first region and the third region, and the inner peripheral electrodes Ei2 and Ei4 in the second region and the fourth region.
  • a voltage for generating an electric field indicated by a symbol 902 is applied to the inner peripheral electrodes Ei1 and Ei3 in the first region and the third region, and the outer peripheral electrodes Eo2 and Eo4 in the second region and the fourth region.
  • an electric field in the opposite direction is applied between the inner peripheral electrode portion and the outer peripheral electrode portion that divide each region, and an inversion-symmetric electric field is applied with reference to the dividing lines L1 and L2.
  • FIG. 6 is a diagram showing a deformation behavior when an electric field is applied to the basic piezoelectric element Pe11 with an electric field distribution as shown in FIG. 5B.
  • FIG. 6 shows that the closer to dark color (black), the smaller the displacement, and the closer to light color (white), the greater the displacement. Further, FIG. 6 shows a rectangular basic piezoelectric element, but the same behavior is obtained even when it is square.
  • the basic piezoelectric element Pe11 is displaced most at the center of each region, that is, at the intersection of the dividing line L1 and the dividing line L2. Is large and the amount of displacement gradually decreases toward the outer periphery.
  • An electric field having a pattern shown in FIG. 5B is applied at a certain timing, and an electric field opposite to the pattern shown in FIG. 5B is applied at another timing.
  • the basic piezoelectric element Pe11 vibrates along a direction orthogonal to the main surface.
  • the basic piezoelectric element Pe11 can generate sound (sound emission).
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration for supplying an acoustic drive signal to the piezoelectric speaker 10 of the present embodiment.
  • the outer peripheral electrode Eo1 of the basic piezoelectric element Pe11 of the piezoelectric speaker 10, the outer peripheral electrodes Eo1 and Eo3 of the basic piezoelectric element Pe21, the outer peripheral electrode Eo3 of the basic piezoelectric element Pe22, and the outer peripheral electrode Eo3 of the basic piezoelectric elements Pe23, Pe24, and Pe14 are The sound source 11 is connected via a connection wiring pattern 15.
  • the outer peripheral electrode Eo2 of the basic piezoelectric elements Pe11, Pe21, Pe22, Pe23 of the piezoelectric speaker 10, the outer peripheral electrodes Eo2, Eo4 of the basic piezoelectric element Pe24, and the outer peripheral electrode Eo4 of the basic piezoelectric element Pe14 are connected via the connection wiring pattern 14.
  • the sound source 11 is connected.
  • the sound source 11 generates a first acoustic drive signal and a second acoustic drive signal in which the amplitude is always inverted from a single acoustic signal.
  • the sound source 11 supplies the first acoustic drive signal to each electrode connected to the connection wiring pattern 14 via the connection wiring pattern 14.
  • the sound source 11 supplies the second acoustic drive signal to each electrode connected to the connection wiring pattern 15 via the connection wiring pattern 15.
  • each basic piezoelectric element Pe11-Pe15, Pe21-Pe24 operates substantially synchronously and emits sound toward the front of the piezoelectric speaker 10.
  • FIG. 8A is a diagram showing a sound pressure level-frequency characteristic according to the configuration of the present embodiment
  • FIG. 8B is a basic diagram using the entire surface of the polymer sheet having the same area as the configuration of the present embodiment. The sound pressure level-frequency characteristics when a piezoelectric element is formed are shown.
  • the thickness of the base member 100 is 0.075 mm
  • the outer shape of the region where the electrode pattern group is formed on the polymer sheet is 160 mm in the stretching direction
  • 90 mm in the direction orthogonal to the stretching direction.
  • the sound pressure level can be improved as compared with the case where a single basic piezoelectric element is formed with the same area.
  • the resonance peak increases in the configuration of the present embodiment, the characteristics after buffering by the protective film are flat compared to the case where a single basic piezoelectric element is formed with the same area.
  • a piezoelectric speaker with a high sound pressure can be configured in a defined area.
  • a piezoelectric speaker having excellent sound pressure level-frequency characteristics can be configured.
  • FIG. 9 is a partial side sectional view showing the configuration of the piezoelectric speaker 10A according to the present embodiment. Also in FIG. 9, illustration of the routing electrode for applying an electric field and an adhesive for bonding each layer are omitted.
  • the thickness of the insulating resins I 11A , I 12A , I 21A , and I 22A is made thinner with respect to the electrode patterns 211A, 212A, 221A, and 222A than in the first embodiment.
  • the other configurations are the same.
  • the insulating resins I 11A , I 12A , I 21A , I 22A used in this embodiment are, for example, the main electrodes E 11A , E 11B , E 12A , E 12B , E 21A , E 21B , E 22A , E 22B .
  • the color tone is substantially the same, but the one with low translucency is used.
  • the formation thickness of the insulating resins I 11A , I 12A , I 21A , I 22A is determined from the thickness of the main electrodes E 11A , E 11B , E 12A , E 12B , E 21A , E 21B , E 22A , E 22B .
  • the thin film is formed in accordance with the ratio of low light transmittance (difference in light transmittance or light transmittance ratio).
  • the respective characteristics relating to the translucency between the main electrode and the electrode non-forming portion can be made to substantially coincide. Thereby, even if there is a difference in light transmittance between the material of the main electrode and the insulating resin, it is possible to realize a flat and transparent piezoelectric speaker in which the electrode pattern is difficult to visually recognize.
  • FIG. 10 is a partial side sectional view showing the configuration of the piezoelectric speaker 10B according to the present embodiment. Also in FIG. 10, illustration of the routing electrode for applying an electric field and an adhesive for bonding each layer are omitted.
  • the piezoelectric speaker 10B according to the present embodiment is different from the piezoelectric speaker 10 according to the first embodiment in that only the insulating resin I 11B of the electrode pattern 211 and the insulating resin I 22B of the electrode pattern 222 are formed.
  • the insulating resin for 221 is not formed.
  • the insulating resins I 11B and I 22B the insulating resin having a low translucency or the same color as that of the insulating resin shown in the first embodiment is used.
  • these insulating resins I 11B and I 22B take into account the translucency of the electrode patterns 212 and 221, and the insulating resin is disposed on all the electrode patterns 211, 212, 221, and 222.
  • the translucency and color tone are determined so as to obtain the same translucency and color tone.
  • insulating resins I 11B and I 22B can be disposed as part of the protective sheets 301B and 302B. That is, the insulating resin I 11B is integrally formed on a portion corresponding to the dividing line of the main protective sheet portion 311 of the protective sheet 301B, and the insulating resin I is formed on a portion corresponding to the dividing line of the main protective sheet portion 312 of the protective sheet 302B. 22B can be integrally formed.
  • the piezoelectric speaker 10B having uniform translucency can be formed.
  • the thickness of the electrode pattern is estimated from each manufacturing process condition or the like, or the thickness of the electrode pattern is measured.
  • protective sheets 301B and 302B provided with insulating resins I 11B and I 22B having translucency according to the estimated or actually measured thickness are installed.
  • FIG. 11 is a partial side sectional view showing the configuration of the piezoelectric speaker 10C according to the present embodiment.
  • illustration of the routing electrode for applying an electric field, an adhesive for bonding each layer, and the like are omitted.
  • the piezoelectric speaker 10 ⁇ / b> C of this embodiment is configured such that the formation positions of the electrode non-forming portions of the electrode patterns do not overlap with each other in the plan view with respect to the piezoelectric speaker 10 of the first embodiment. That is, as shown in FIG. 11, the insulating resin I 11 of the electrode pattern 211 of the first piezoelectric speaker 201 and the insulation of the electrode pattern 212 are viewed from the direction orthogonal to the sound emitting surface of the piezoelectric speaker 10C.
  • the insulating resin I 12 , the insulating resin I 21 of the electrode pattern 221 of the second piezoelectric speaker 202, and the insulating resin I 22 of the electrode pattern 222 are formed so as not to overlap.
  • the amount of deviation of the arrangement position of the dividing line is preferably set to about the width of the dividing line, for example. Further, the dividing lines are preferably in a completely shifted state, but may be partially overlapped.
  • FIG. 12 is a partial side sectional view showing the configuration of the piezoelectric speaker 10D according to this embodiment. Also in FIG. 12, illustration of the routing electrode for applying an electric field and an adhesive for bonding each layer are omitted.
  • the piezoelectric speaker 10D of this embodiment is different from the piezoelectric speaker 10 of the first embodiment in that each of the main electrodes E ′ 11A , E ′ 11B , E ′ 12A , E ′ 12B , E ′ 21A , E ′ 21B , E The film thickness of the edge portion on the dividing line side of ' 22A , E' 22B is gradually reduced.
  • the electrode non-formation part that forms the dividing line has a shape in which the width on the polymer sheet side is narrow and the width on the opposite side to the polymer sheet is wide. Insulating resin I 11D , I 12D , I 21D , I 22D similar to those of the first embodiment is disposed in such an electrode non-forming portion.
  • each above-mentioned embodiment may be implemented separately, it can also implement combining these components.
  • an example in which one type of insulating resin is disposed in the electrode non-forming portion has been described. However, a plurality of layers of insulating resins having different color tones are laminated, and the same color tone as the main electrode is obtained. You may use the structure to do.
  • the piezoelectric speaker has been described as an example.
  • the above-described configuration can be applied to other planar piezoelectric devices such as a touch panel that detects a pressed position.

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Abstract

電極パターンを視認し難くした平面型で透明な圧電スピーカを実現する。圧電スピーカ(10)は、平板状のベース部材(100)の両主面に、それぞれ第1圧電スピーカ(201)、第2圧電スピーカ(202)が配設された構成からなる。第1圧電スピーカ(201)は、透光率が高く圧電性を有する高分子シート(210)と、当該高分子シート(210)の両面に形成された略同型状で略透明の電極パターン(211,212)からなる。電極パターン(211,212)は、電極非形成部である分割線により、複数の主電極(E11A,E11B,E12A,E12B,E21A,E21B,E22A,E22B)に区分されている。電極非形成部には、主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂(I11,I12,I21,I22)が配設されている。

Description

圧電デバイスおよび圧電スピーカ
 本発明は、圧電性を有する高分子シートを用いた圧電デバイスの一種である圧電スピーカ、特に略透明な圧電性を有する高分子シートを用いた透光性を有する圧電スピーカに関するものである。
 従来、圧電性を有する高分子シートを用いた略平板状の圧電スピーカが各種考案されている。特許文献1に記載された圧電スピーカは、圧電性を有する透明なポリ乳酸の高分子シート(以下、ポリ乳酸シートと称する。)を用いている。ポリ乳酸シートは、所定方向に延伸されており、当該延伸軸に平行な両主面に電極パターンが形成されている。これらの電極パターンに電圧を印加することで、電極パターン付きポリ乳酸シートが振動し、圧電スピーカが放音する。
WO/2009/144964
 しかしながら、特許文献1に示すように、ポリ乳酸シートを振動させるためには、個別に電圧を印加する複数の平面電極を、ポリ乳酸シートの主面上に特定の電極パターンで形成しなければならない。このように一主面状に複数の平面電極を形成する場合、これら複数の平面電極を分離する分割線すなわち電極非形成部を設けなければならない。
 ここで、平面電極は、所謂一般的に透明電極と呼ばれている材料(例えばITO等)で形成されているが、全くの無色透明にすることは困難であった。
 したがって、従来の平面型で透明な圧電スピーカでは、平面電極の形成部と電極非形成部との間で、透光率が異なったり、色調が異なり、電極パターンが明確に視認できてしまうことがある。
 このような問題を鑑み、本発明の目的は、電極パターンを視認し難くした平面型で透明な圧電スピーカを形成することにある。
 この発明は、透光性且つ圧電性を有する高分子シートと、該高分子シートの対向する両主面に形成され高分子シートに電界を印加する平面電極パターンと、を備えた平面型且つ透明な圧電デバイスの一種である圧電スピーカに関する。この圧電スピーカでは、平面電極パターンは、電極非形成部によって区分けされた複数の主電極が所定パターンで配列形成されている。電極非形成部には、絶縁性を有し、且つ主電極の透光性と略同じ透光性を有する透光性質補正手段が備えられている。
 この構成では、透光性質補正手段により、主電極を透過する光の性質は補正されず、電極非形成部を透過する光の性質のみが補正される。具体的には、電極非形成部を透過する光の性質、すなわち透光率、色調、およびヘイズ(曇価)の少なくとも一種が補正されることで、電極非形成部が主電極と同じ透光性に補正される。これにより、平面電極パターンを視認し難くすることができる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、次の構成であることが好ましい。この圧電スピーカは、平面電極パターンが形成された二枚の高分子シートと、平板状のベース部材と、を備える。主面に直交する方向から見て、二枚の高分子シートに形成された各平面電極パターンが略一致するように、二枚の高分子シートがベース部材を狭持するように配設されている。透光性質補正手段は、複数の高分子シートに形成された平面電極パターンのうちの少なくとも一つに形成されている。
 この構成では、上述の高分子シートの両主面に電極パターンが形成された基本の圧電スピーカがベース部材を介して二個配置される構成となる。この構成により、所謂バイモルフ形状を実現でき、より音圧レベルが高く、平坦な周波数特性の圧電スピーカを実現できる。そして、このような基本の圧電スピーカが複数配置される構造であっても、平面電極パターンを視認し難くすることができる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、透光性質補正手段は、電極非形成部に対して、主電極の厚みと略同じ厚みで充填された樹脂であることが好ましい。
 この構成では、透光性質補正手段の具体例を示している。その一例として、主電極と略一致する透光性を有する樹脂を、主電極と同じ厚みで形成すれば、平面電極パターンの領域を透過する光の特性と、電極非形成部の領域を透過する光の特性とが、略一致する。これにより、平面電極パターンを視認し難くすることができる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、透光性質補正手段は、電極非形成部に対して主電極との透光性を一致させる厚みで充填された樹脂である、ことが好ましい。
 この構成では、透光性質補正手段の具体例を示している。その一例として、主電極と透光性が若干異なる樹脂を、電極非形成部の透光性が主電極の透光性と同じになるような厚みで形成する。例えば、色調が同じで、透光率が主電極よりも所定値だけ低い樹脂であれば、透光率の差もしくは比に応じて、樹脂の厚みを主電極の厚みよりも薄くする。このような構成とすることで、平面電極パターンの領域を透過する光の特性と、電極非形成部の領域を透過する光の特性とが、略一致する。これにより、平面電極パターンを視認し難くすることができる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、平面電極パターンの高分子シートと反対側の面に、透光性の保護シートが配設されている、ことが好ましい。
 この構成では、平面電極パターンを、外部環境や外部からの衝撃等から保護できるとともに、透光性の差を緩和することができる。さらに、各圧電スピーカから放音される音の共振ピークを鈍らせて、より平滑な周波数特性にすることができる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、透光性質補正手段は、保護シートの平面電極パターン側の面に形成されている、ことが好ましい。
 この構成では、透光性質補正手段が保護シートに形成された場合を示している。このような構成とすれば、圧電スピーカの基本構成を変えることなく、保護シートの構成変更によって、平面電極パターンを視認し難くする構成へと変更できる。したがって、平面電極パターンの形成厚みにばらつきがあったとしても、平面電極パターンがより視認し難い保護シートへの取り替えだけで、対応できる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、高分子シートの主成分はL型ポリ乳酸である、ことが好ましい。この構成とすることで、他の高分子シートよりも、圧電性且つ透光性に優れる圧電スピーカを実現できる。さらに、地球環境保護の観点からも優れる圧電スピーカを実現できる。
 また、この発明の圧電スピーカでは、平面電極パターンの主電極は、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛の少なくとも一種を主成分としている、ことが好ましい。
 また、この発明の圧電スピーカでは、透光性質補正手段は、アルキルフェノール樹脂を主成分としている、ことが好ましい。
 これらの平面電極パターンと透光性質補正手段を用いれば、略透明で且つ平面電極パターンが視認し難い圧電スピーカを実現できる。
 この発明によれば、透光性を殆ど低下させることなく、従来よりも電極パターンを視認し難くした平面型で透明な圧電デバイスの一種である圧電スピーカを実現することができる。
第1の実施形態に係る圧電スピーカ10の構成を示す分解斜視図である。 第1の実施形態に係る圧電スピーカ10の構成を示す部分側面断面図である。 延伸軸と電界印加方向に対する高分子シートの変形の様子を表す図である。 第1圧電スピーカ201を電極パターン211側から見た平面図、および基本圧電素子単位を説明するための平面図である。 基本圧電素子を構成する基本電極パターンEA0の電極パターン図、および印加電界パターンの一例を示す図である。 基本圧電素子Pe11に対して、図5(B)に示すような電界分布で電界を印加した場合の変形挙動を示す図である。 第1の実施形態に係る圧電スピーカ10に対する音響信号の供給構成を示す図である。 第1の実施形態の構成による音圧レベル-周波数特性を示す図、第1の実施形態の構成と同じ面積の高分子シートの全面を用いて単独の基本圧電素子を形成した場合の音圧レベル-周波数特性を示す図、および第1の実施形態の構成と単独の基本圧電素子の音圧レベル-周波数特性の比較図である。 第2の実施形態に係る圧電スピーカ10Aの構成を示す部分側面断面図である。 第3の実施形態に係る圧電スピーカ10Bの構成を示す部分側面断面図である。 第4の実施形態に係る圧電スピーカ10Cの構成を示す部分側面断面図である。 第5の実施形態に係る圧電スピーカ10Dの構成を示す部分側面断面図である。
 本発明の第1の実施形態に係る圧電スピーカについて、図を参照して説明する。図1は本実施形態に係る圧電スピーカ10の構成を示す分解斜視図である。図2は本実施形態に係る圧電スピーカ10の構成を示す部分側面断面図である。なお、図1、図2では、第1、第2圧電スピーカ201,202の圧電性の高分子シート210,220に電界印加するための音響駆動信号を入力する引き回し電極については、図示を省略している。また、図2では、各層を接着する接着剤等は図示を省略している。
 図3は延伸軸と電界印加方向に対する高分子シートの変形の様子を表す図である。なお、図3での変形量は、説明のため誇張して記載している。
 図4(A)は第1圧電スピーカ210を電極パターン211側から見た平面図であり、図4(B)は基本圧電素子単位を説明するための平面図である。なお、図4(B)におけるハッチングは、各基本圧電素子を識別しやすくするために行ったものであり、実際には全体が均一に略透明な状態で形成されている。図5(A)は基本圧電素子を構成する基本電極パターンEA0の電極パターン図であり、図5(B)は印加電界パターンの一例を示す図である。
 圧電スピーカ10は、平板状のベース部材100を備える。ベース部材100は、ポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)等のアクリル樹脂によって形成されている。なお、ベース部材100は、PMMAに限らず、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)であってもよい。PETやPMMAを用いた場合、透光性を所定レベル以上確保できるので好ましい。例えば、これらの材質を用いれば、透光率を約80%以上にすることができる。ベース部材100の厚みは、約0.05mmから約1.0mmであることが好ましいが、仕様に応じて適宜変更することもできる。
 ベース部材100の一方主面(図1、図2における上面)には、第1圧電スピーカ201が配設されている。また、ベース部材100の他方主面(図1、図2における下面)には、第2圧電スピーカ202が配設されている。
 第1圧電スピーカ201と第2圧電スピーカ202は、同じ構造からなる平面型透明スピーカである。概略的には、第1圧電スピーカ201は、高分子シート210の一方主面に電極パターン211が形成され、他方主面に電極パターン211と同じ形状の電極パターン212が形成されたものである。同様に、第2圧電スピーカ202は、高分子シート220の一方主面に電極パターン221が形成され、他方主面に電極パターン221と同じ形状の電極パターン222が形成されたものである。
 これら電極パターン211,212,221,222を介して、電極パターン211,212,221,222が形成される主面に直交する方向から見て同じ位置に形成された電極間に印加する電界が逆になるように、高分子シート210,220に電界を印加する。これにより、当該高分子シート210,220は、主面に直交する方向へ振動し、所謂バイモルフ構造からなる平面型のスピーカとして機能する。
 高分子シート210,220は、L型ポリ乳酸(PLLA)からなり、延伸方向を長手方向にして切り出したものである。高分子シート210,220は、透明性を有する他のキラル高分子からなる有機圧電性シートを用いてもよいが、平面型で透明の圧電スピーカを形成する場合には、PLLAを用いることが望ましい。これは、PLLAが他の高分子シートに対して圧電性が高く、透光性も高いからである。
 各主電極E11A,E11B,E12A,E12B,E21A,E21B,E22A,E22Bを含む電極パターン211,212,221,222は、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛(ZnO)の少なくとも一種を主成分として形成されている。各電極パターン211,212,221,222はポリチオフェンやポリアニリンを主成分とする有機電極で形成してもよい。
 各電極パターン211,212,221,222は、詳細な電極パターンの構造は後述するが、電極非形成部で形成される分割線で区分された基本電極パターンEA0が複数個配列形成されてなる。これら複数の基本電極パターンEA0も、さらなる分割線により所定パターンからなる複数の主電極(図2ではE11A,E11B,E12A,E12B,E21A,E21B,E22A,E22Bに相当し、図4、図5では内周側電極、および外周側電極に相当する。)に区分されている。
 分割線を構成する電極非形成部には、絶縁性樹脂I11,I12,I21,I22が形成されている。絶縁性樹脂I11,I12,I21,I22は、主電極の厚みを略一致する厚みで形成されている。絶縁性樹脂I11,I12,I21,I22は、主電極と同じ透光性を有する材質で形成されている。より具体的には、絶縁性樹脂I11,I12,I21,I22は、色調、透光率、およびヘイズ(曇価)等の各透光性質が主電極と同じ材質で形成されている。
 例えば、上述の電極パターン211,212,221,222の主電極に、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛(ZnO)の少なくとも一種を主成分として用いる場合、完全な無色透明にはならず、膜厚に応じた黄色がかった色となる。このような場合、黄色を有しながら透光性を備えるアルキルフェノール樹脂を主成分とした樹脂を用いることが好ましい。
 また、絶縁性樹脂I11,I12,I21,I22は、後述する第1、第2圧電スピーカ201、202の振動を阻害しないような所定の弾性率を有する材質であることが、より好ましい。
 また、このような絶縁性樹脂I11,I12,I21,I22は、電極パターン211,212,221,222の形成後に、インクジェット印刷方式等により形成することができる。この際、ポリチオフェンを主成分とする有機電極を用いれば、当該有機電極もインクジェット印刷方式で形成可能であるので、所謂「Roll to Roll」の工程で高分子シートに対する有機電極と絶縁性樹脂の形成を実現することができる。
 このような構成とすることで、主電極と電極非形成部とで、透光性、特に可視光の透光性に対する特性が略一致する。これにより、透光性を殆ど低下させることなく、第1圧電スピーカ201および第2圧電スピーカ202における電極パターンを視認し難くすることができる。
 第1圧電スピーカ201と第2圧電スピーカ202は、ベース部材100に対して、面対称となるように、すなわちそれぞれの基本圧電素子がベース部材100の主面に直交する方向から見て略一致するように、配設されている。
 このように面対称で第1圧電スピーカ201と第2圧電スピーカ202を配置した場合、上述の電極非形成部の位置も一致するが、第1圧電スピーカ201と第2圧電スピーカ202のそれぞれで、主電極と電極非形成部との間での透光性の差が抑圧されているので、このような層構造を採用しても、同様に電極パターンが視認し難くい構造を実現できる。
 第1圧電スピーカ201のベース部材100と反対側の主面には、保護シート301が配設されている。保護シート301は、第1圧電スピーカ201の基本圧電素子群を覆う形状に形成されている。保護シート301は、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、これに類するエラストマー系材質のいずれかを用いて形成されている。
 第2圧電スピーカ202のベース部材100と反対側の主面には、保護シート302が配設されている。保護シート302は、第2圧電スピーカ202の基本圧電素子群を覆う形状に形成されている。保護シート302は、保護シート301と同様に、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、これに類するエラストマー系材質のいずれかを用いて形成されている。
 なお、これら保護シート301,302は省略することも可能であるが、設置することにより、次の点で有用である。
 (1)第1圧電スピーカ201および第2圧電スピーカ202を、熱、水分等の外部環境から保護することができるとともに、使用者による接触等の外部からの衝撃からも保護することができる。
 (2)第1圧電スピーカ201および第2圧電スピーカ202が駆動信号により放音する際に、鋭い共振ピークが発生する(図8等参照)が、保護シート301,302が緩衝材となり、共振ピークが鈍る。これにより、より平滑化された周波数特性の音を放音することができる。
 (3)保護シート301,302をグレア仕様にすることで、若干のヘイズは低下するものの、電極パターンをさらに視認し難くすることができる。
 以上のような構成より、第1圧電スピーカ201と第2圧電スピーカ202とで所謂バイモルフ構造からなる平面型で透明の圧電スピーカが形成される。
 そして、上述のように、分割線を構成する電極非形成部に、主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂を配設する構成を用いることで、全面において略同じ透光性を有する圧電スピーカを形成することができる。すなわち、電極パターンを視認し難い平面型で透明の圧電スピーカを形成することができる。
 次に、より具体的な第1圧電スピーカ201および第2圧電スピーカ202の構成について説明する。なお、上述のように、第1圧電スピーカ201および第2圧電スピーカ202は同じ構造であるので、以下では、第1圧電スピーカ201を例に具体的な構成の説明を行う。
 上述のように、第1圧電スピーカ201は、高分子シート210と、当該高分子シート210の両主面に対称に形成された電極パターン211,212からなる。
 高分子シート210は、電界が印加されると図3に示すような挙動を示す。
 高分子シート210を形成する一軸延伸されたL型ポリ乳酸(PLLA)シートは、圧電性を有する。より具体的には、一軸延伸されたL型ポリ乳酸(PLLA)シートは、シートの延伸方向を3軸、これと直交するシートの膜厚方向を1軸、1軸と3軸双方に直交する方向を2軸と定義したとき、圧電歪み定数としてd14,d25のテンソル成分を有する。図3は延伸軸と電界印加方向に対する高分子シートの変形の様子を表す図である。図3では、シンボル900で示される方向を延伸方向である3軸方向とし、シンボル901で示される紙面の表面から裏側に向く方向を電界印加方向である1軸方向とする。このような状況では、d14によるズリ弾性の影響で、正方形状のPLLAのシート210Nは、対角線910Aと略一致する方向に伸び、対角線910Aに直交する対角線910Bと略一致する方向に縮むように変形し、図3のシート形状210Tのような菱形に変形する。
 このような圧電性を有するPLLAのシートの延伸方向が長手方向となるように矩形状に切り出すことで、高分子シート210が形成される。
 次に、電極パターン211と電極パターン212について説明する。電極パターン211および電極パターン212は、同じ電極パターン形状であるので、電極パターン211のみを具体的に説明し、必要に応じて電極パターン212についても説明する。なお、以下では、必要な場合を除き、分割される各電極間を接続する接続パターンについては具体的な説明を省略する。
 電極パターン211は、基本電極パターンEA0が複数個配列形成されてなる。例えば、本実施形態の例では、高分子シート210の一方主面に対して、当該高分子シート210の主面の長手方向(延伸方向)に沿って基本電極パターンEA0を四個並べ、主面の短手方向に沿って基本電極パターンEA0を二個並べた二次元配列構成からなる。電極パターン212も、電極パターン211と同様に、4×2の配列パターンで配列された基本電極パターンからなる。
 このような電極パターン211,212を、各基本電極パターンEA0が互いに略対向するように、高分子シート210の両主面に形成する。これにより、電極パターン211,212の対向する各基本電極パターンEA0と、これら基本電極パターンEA0によって挟まれる高分子シート210の部分領域とで、それぞれに基本圧電素子Pe11-Pe14,Pe21-Pe24が形成される。この結果、図4に示すように、単一の高分子シート210の略全面に亘って、二次元配列された(本実施形態では4×2=8個の)基本圧電素子Pe11-Pe14,Pe21-Pe24が構成される。
 この際、各基本圧電素子Pe11-Pe14,Pe21-Pe24は、延伸方向(シンボル900の方向)に平行な電極非形成ラインである分割線Lw1と、延伸方向(シンボル900の方向)に直交する電極非形成ラインである分割線Lp1,Lp2,Lp3によって、分割されている。これら分割線Lw1,Lp1,Lp2,Lp3を構成する電極非形成部には、上述のような主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂が配設されている。
 基本電極パターンEA0は、図5に示すように、外形形状が平面視して矩形状からなり、延伸方向(シンボル900の方向)に平行な分割線L1と、延伸方向に直交する分割線L2とにより、第1領域、第2領域、第3領域、第4領域の四つの領域に分割される。分割線L1と分割線L2は、矩形状の基本電極パターンEA0の略中心(重心)を交点とするように、形成されている。これら分割線L1,L2を構成する電極非形成部にも、上述のような主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂が配設されている。ここでは、基本電極パターンEA0を略正方形として描いたが、長方形としても構わない。基本電極パターンEA0の形状は、圧電スピーカの外形の縦横比および基本電極パターンの構成数を鑑みて最適となるように構成すればよい。
 第1領域と第2領域は分割線L1を介して対称に位置し、第3領域と第4領域も分割線L1を介して対称に位置する。第1領域と第4領域は分割線L2を介して対称に位置し、第2領域と第4領域も分割線L2を介して対称に位置する。
 第1領域は、分割線L1と分割線L2に対して略45°で交わる分割線L11で分割された内周側電極Ei1と外周側電極Eo1とから構成される。この際、分割線L1と分割線L2との交点側が内周側電極Ei1となり、平面視した形状が三角形状である。一方、分割線L1と分割線L2との交点から離間する側が外周側電極Eo1となり、平面視した形状が五角形状である。本実施形態では、外周側電極Eo1が内周側電極Ei1よりも広くなるように形成されている。この分割線L11を構成する電極非形成部にも、上述のような主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂が配設されている。
 第2領域は、分割線L1と分割線L2に対して略45°で交わり、分割線L11に略直交する分割線L22で分割された内周側電極Ei2と外周側電極Eo2とから構成される。分割線L1と分割線L2との交点側が内周側電極Ei2となり、分割線L1と分割線L2との交点から離間する側が外周側電極Eo2となる。この分割線L22を構成する電極非形成部にも、上述のような主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂が配設されている。
 第3領域は、分割線L1と分割線L2に対して略45°で交わり、分割線L22に略直交し、分割線L11に平行な分割線L33で分割された内周側電極Ei3と外周側電極Eo3とから構成される。分割線L1と分割線L2との交点側が内周側電極Ei3となり、分割線L1と分割線L2との交点から離間する側が外周側電極Eo3となる。この分割線L33を構成する電極非形成部にも、上述のような主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂が配設されている。
 第4領域は、分割線L1と分割線L2に対して略45°で交わり、分割線L11に略直交し、分割線L22に平行な分割線L44で分割された内周側電極Ei4と外周側電極Eo4とから構成される。分割線L1と分割線L2との交点側が内周側電極Ei4となり、分割線L1と分割線L2との交点から離間する側が外周側電極Eo4となる。この分割線L44を構成する電極非形成部にも、上述のような主電極と略同じ透光性を有する絶縁性樹脂が配設されている。
 このような構成の基本電極パターンEA0に、例えば図5(B)に示すパターンで電界を印加する。図5(B)において、シンボル901は紙面の表面から裏側へ向かう電界を示し、シンボル902は紙面の裏面から表側へ向かう電界を示す。
 具体的には、第1領域および第3領域の外周側電極Eo1,Eo3、第2領域および第4領域の内周側電極Ei2,Ei4に、シンボル901で示す電界を発生する電圧を印加する。同時に、第1領域および第3領域の内周側電極Ei1,Ei3、第2領域および第4領域の外周側電極Eo2,Eo4に、シンボル902で示す電界を発生する電圧を印加する。これにより、各領域を分割する内周側電極の部分と外周側電極の部分とで、逆方向の電界が印加され、分割線L1,L2を基準にして反転対称な電界が印加される。
 図6は、基本圧電素子Pe11に対して、図5(B)に示すような電界分布で電界を印加した場合の変形挙動を示す図である。図6において、濃色(黒色)に近づくほど変位が少なく、淡色(白色)に近づくほど変位が大きくなることを示している。また、図6は長方形の基本圧電素子を示しているが、正方形であっても同様の挙動となる。
 図6に示すように、図5(B)のパターンからなる電界が印加されることで、基本圧電素子Pe11は、各領域の中心すなわち、分割線L1と分割線L2との交点で最も変位量が大きく、外周に向かって徐々に変位量が小さくなる。
 あるタイミングで図5(B)に示すパターンの電界を印加し、別のタイミングで図5(B)に示すパターンと逆の電界を印加する。このような電界印加方向の変化を繰り返すことで、基本圧電素子Pe11は、主面に直交する方向に沿って振動する。これにより、基本圧電素子Pe11は、発音(放音)が可能になる。
 このような構成からなる基本圧電素子Pe11-Pe15,Pe21-Pe24に対して、図7のような配線パターンで音響駆動信号を印加する。図7は、本実施形態の圧電スピーカ10に対する音響駆動信号の供給構成を示す図である。
 圧電スピーカ10の基本圧電素子Pe11の外周側電極Eo1、基本圧電素子Pe21の外周側電極Eo1,Eo3、基本圧電素子Pe22の外周側電極Eo3、基本圧電素子Pe23,Pe24,Pe14の外周側電極Eo3は、接続配線パターン15を介して音源11に接続されている。
 圧電スピーカ10の基本圧電素子Pe11,Pe21,Pe22,Pe23の外周側電極Eo2、基本圧電素子Pe24の外周側電極Eo2,Eo4、基本圧電素子Pe14の外周側電極Eo4は、接続配線パターン14を介して音源11に接続されている。
 音源11は単一の音響信号から振幅が常に反転する関係となる第1音響駆動信号と第2音響駆動信号を生成する。音源11は第1音響駆動信号を、接続配線パターン14を介して接続配線パターン14に接続された各電極に供給する。音源11は、第2音響駆動信号を、接続配線パターン15を介して接続配線パターン15に接続された各電極に供給する。
 このような音響駆動信号の印加制御を行うことで、各基本圧電素子Pe11-Pe15,Pe21-Pe24が略同期して動作し、圧電スピーカ10の正面方向へ放音する。図8(A)は本実施形態の構成による音圧レベル-周波数特性を示す図であり、図8(B)は本実施形態の構成と同じ面積の高分子シートの全面を用いて単独の基本圧電素子を形成した場合の音圧レベル-周波数特性を示す。なお、図8は、ベース部材100の厚みを0.075mmとし、高分子シート上における電極パターン群が形成される領域の外形形状を延伸方向に160mm、延伸方向に直交する方向に90mmとし、高分子シートの厚みを0.05mmとしたバイモルフ形状の場合で、駆動電圧は288Vp-p、音圧レベルの測定点を圧電スピーカ10の正面方向に1m離間した位置とした場合の有限要素法によるシミュレーション結果である。また、図8において、細線が保護シートの無い場合での特性であり、太線が保護シートを装着した状態での特性を示す。
 図8に示すように、本実施形態の構成を用いることで、同面積で単独の基本圧電素子を形成する場合と比較して、音圧レベルを向上させることができる。特に、人の聴音感度が高い1000Hz以上での音圧レベルを向上させることができる。さらに、本実施形態の構成では共振ピークが増加するため、保護膜による緩衝後の特性が、同面積で単独の基本圧電素子を形成する場合と比較して平坦な特性となる。
 このように、本実施形態に示すような高分子シートに複数の基本圧電素子を形成する構成を用いることで、規定された面積において、高い音圧の圧電スピーカを構成することができる。また、音圧レベル-周波数特性に優れる圧電スピーカを構成することができる。
 また、このように高分子シートに複数の基本圧電素子を形成する場合、区分する主電極数に応じて、電極非形成部による分割線を設けなければならず、必然的に電極パターンが視認し易くなる傾向となる。しかしながら、上述の本実施形態の構成を用いることで、電極パターン視認し難くすることができる。これにより、全面に亘り略均一な透光性を有するとともに、透光率が高く、且つ高い音圧レベルで周波数特性に優れる平面型で透明な圧電スピーカを実現することができる。
 次に、第2の実施形態に係る圧電スピーカについて、図を参照して説明する。図9は本実施形態に係る圧電スピーカ10Aの構成を示す部分側面断面図である。なお、図9についても、電界印加用の引き回し電極および各層を接着する接着剤等の図示を省略している。
 本実施形態の圧電スピーカでは、第1の実施形態に対して、各電極パターン211A,212A,221A,222Aに対して、絶縁性樹脂I11A,I12A,I21A,I22Aの厚みを薄くしたものであり、他の構成は同じである。
 本実施形態で用いる絶縁性樹脂I11A,I12A,I21A,I22Aは、例えば主電極E11A,E11B,E12A,E12B,E21A,E21B,E22A,E22Bに対して、色調が略同じであるが、透光率が低いものを用いる。
 この場合、絶縁性樹脂I11A,I12A,I21A,I22Aの形成厚みを、主電極E11A,E11B,E12A,E12B,E21A,E21B,E22A,E22Bの厚みよりも、透光率が低い割合(透光率の差もしくは透光率の比)に応じて薄く形成する。
 このような構成であっても、主電極と電極非形成部とでの透光性に関する各特性を略一致させることができる。これにより、主電極の材質と絶縁性樹脂との透光率に差があっても、電極パターンが視認し難くい平面型で透明な圧電スピーカを実現することができる。
 次に、第3の実施形態に係る圧電スピーカについて、図を参照して説明する。図10は本実施形態に係る圧電スピーカ10Bの構成を示す部分側面断面図である。なお、図10についても、電界印加用の引き回し電極および各層を接着する接着剤等の図示を省略している。
 本実施形態の圧電スピーカ10Bは、第1の実施形態の圧電スピーカ10に対して、電極パターン211の絶縁性樹脂I11B、電極パターン222の絶縁性樹脂I22Bのみを形成し、電極パターン212,221に対する絶縁性樹脂の形成を行っていない。この場合、絶縁性樹脂I11B,I22Bは、第1の実施形態に示した絶縁性樹脂に対して、透光率が低いものや、同色であっても色調が濃いものを用いる。ただし、これら絶縁性樹脂I11B,I22Bは、電極パターン212,221の透光性を加味した上で、全ての電極パターン211,212,221,222に絶縁性樹脂が配設された場合と同等の透光率および色調となるように、透光率および色調が決定されている。
 このような構成であっても、第1の実施形態と同様に、電極パターンが視認し難くい平面型で透明な圧電スピーカを実現することができる。
 さらに、本実施形態の構成を用いた場合、保護シート301B,302Bの一部として、絶縁性樹脂I11B,I22Bを配設できる。すなわち、保護シート301Bの主保護シート部311の分割線に対応する部分に絶縁性樹脂I11Bを一体形成させ、保護シート302Bの主保護シート部312の分割線に対応する部分に絶縁性樹脂I22Bを一体形成させることができる。
 これにより、例えば、電極パターンの厚みにばらつきが生じ、製造される圧電スピーカ10B毎に透光性が変化した場合であっても、電極パターンの透光性に応じた保護シートを用いれば、全面で均一の透光性を有する圧電スピーカ10Bを形成できる。例えば、具体的には、各回の製造プロセス条件等から当該電極パターンの厚みを推定したり、電極パターンの厚みを実測する。次に、推定もしくは実測した厚みに応じた透光性を有する絶縁性樹脂I11B,I22Bを備える保護シート301B,302Bを設置する。
 このような構成および製造方法にすれば、製造工程にばらつきがあっても、電極パターンが視認し難くい平面型で透明な圧電スピーカを、容易に製造することができる。また、電極パターンのばらつきがあっても、保護シートで透光性の補正が可能であるので、製造歩留まりを向上させることができる。
 次に、第4の実施形態に係る圧電スピーカについて、図を参照して説明する。図11は本実施形態に係る圧電スピーカ10Cの構成を示す部分側面断面図である。なお、図11についても、電界印加用の引き回し電極および各層を接着する接着剤等の図示を省略している。
 本実施形態の圧電スピーカ10Cは、第1の実施形態の圧電スピーカ10に対して、各電極パターンの電極非形成部の形成位置が、平面視して重ならないようにしたものである。すなわち、図11に示すように、圧電スピーカ10Cの放音面に直交する方向から圧電スピーカ10C自体を見て、第1圧電スピーカ201の電極パターン211の絶縁性樹脂I11、電極パターン212の絶縁性樹脂I12、第2圧電スピーカ202の電極パターン221の絶縁性樹脂I21、電極パターン222の絶縁性樹脂I22、が重なり合わないように、形成されている。
 なお、分割線の配置位置のズレ量は、例えば、分割線の幅程度にしておくとよい。また、分割線は完全にずれた状態である方がよいが、部分的に重なり合うようにしてもよい。
 このような構成とすれば、さらに、電極パターンが視認し難くい平面型で透明な圧電スピーカを実現することができる。
 次に、第5の実施形態に係る圧電スピーカについて、図を参照して説明する。図12は本実施形態に係る圧電スピーカ10Dの構成を示す部分側面断面図である。なお、図12についても、電界印加用の引き回し電極および各層を接着する接着剤等の図示を省略している。
 本実施形態の圧電スピーカ10Dは、第1の実施形態の圧電スピーカ10に対して、各主電極E’11A,E’11B,E’12A,E’12B,E’21A,E’21B,E’22A,E’22Bの分割線側のエッジ部の膜厚が徐々に薄くなる構造となっている。このような構成により、分割線を形成する電極非形成部は、高分子シート側の幅が狭く、高分子シートと反対側の幅が広い形状となる。このような電極非形成部に、第1の実施形態と同様の絶縁性樹脂I11D,I12D,I21D,I22Dを配設する。
 このような構成とすれば、主電極と絶縁性樹脂との色調や透光率が若干異なることがあっても、主電極と電極非形成部の境界で徐々に色調や透光率が変化するので、電極パターンのエッジが明確に見えることを抑制できる。これにより、上述の各実施形態とともに、電極パターンが視認し難くい平面型で透明な圧電スピーカを実現できる。
 なお、上述の各実施形態は個別に実施してもよいが、これらの構成要素を組み合わせて実施することもできる。また、上述の各実施形態では、電極非形成部に一種類の絶縁性樹脂を配設する例を示したが、それぞれに異なる色調の絶縁性樹脂を複数層積層し、主電極と同じ色調にする構成を用いてもよい。
 また、上述の各実施形態では、圧電スピーカを例に説明したが、押圧された位置を検出するタッチパネル等、他の平面型の圧電デバイスにも、上述の構成を適用することができる。
10,10A,10B,10C,10D:圧電スピーカ、11:音源、14,15:接続配線パターン、
100:ベース部材、201,201A,201D:第1圧電スピーカ、202,202A,202D:第2圧電スピーカ、210,220:高分子シート、211,212,221,222:電極パターン、301,302,301A,302A:保護シート、311,312:主保護シート部、
 E11A,E11B,E12A,E12B,E21A,E21B,E22A,E22B,E’11A,E’11B,E’12A,E’12B,E’21A,E’21B,E’22A,E’22B:主電極、I11,I12,I21,I22,I11A,I12A,I21A,I22A,I11B,I22B,I11D,I12D,I21D,I22D:絶縁性樹脂、
EA0:基本電極パターン、Ei1,Ei2,Ei3,Ei4:内周側電極、Eo1,Eo2,Eo3,Eo4:外周側電極、
Pe11-Pe14,Pe21-Pe24:基本圧電素子

Claims (10)

  1.  透光性且つ圧電性を有する高分子シートと、該高分子シートの対向する両主面に形成され前記高分子シートに電界を印加する平面電極パターンと、を備えた平面型且つ透明な圧電デバイスであって、
     前記平面電極パターンは、電極非形成部によって区分けされた複数の主電極が所定パターンで配列形成されてなり、
     前記電極非形成部には、絶縁性を有し、且つ前記主電極の透光性と略同じ透光性を有する透光性質補正手段が備えられている、圧電デバイス。
  2.  請求項1に記載の圧電デバイスであって、
     前記平面電極パターンが形成された二枚の高分子シートと、平板状のベース部材と、を備え、
     前記主面に直交する方向から見て、前記二枚の高分子シートに形成された各平面電極パターンが略一致するように、前記二枚の高分子シートが前記ベース部材を狭持するように配設されており、
     前記透光性質補正手段は、前記複数の高分子シートに形成された平面電極パターンのうちの少なくとも一つに形成されている、圧電デバイス。
  3.  請求項1または請求項2に記載の圧電デバイスであって、
     前記透光性質補正手段は、前記電極非形成部に対して、前記主電極の厚みと略同じ厚みで充填された樹脂である、圧電デバイス。
  4.  請求項1または請求項2に記載の圧電デバイスであって、
     前記透光性質補正手段は、前記電極非形成部に対して、前記主電極との透光性を一致させる厚みで充填された樹脂である、圧電デバイス。
  5.  請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の圧電デバイスであって、
     前記平面電極パターンの高分子シートと反対側の面に、透光性の保護シートが配設されている、圧電デバイス。
  6.  請求項5に記載の圧電デバイスであって、
     前記透光性質補正手段は、前記保護シートの前記平面電極パターン側の面に形成されている、圧電デバイス。
  7.  請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の圧電デバイスであって、
     前記高分子シートの主成分はL型ポリ乳酸である、圧電デバイス。
  8.  請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の圧電デバイスであって、
     前記平面電極パターンの主電極は、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛および酸化亜鉛の少なくとも一種を主成分としている、圧電デバイス。
  9.  請求項8に記載の圧電デバイスであって、
     前記透光性質補正手段は、アルキルフェノール樹脂を主成分としている、圧電デバイス。
  10.  請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の圧電デバイスであって、
     前記圧電デバイスは圧電スピーカである、圧電デバイス。
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