WO2022255129A1 - トランスデューサ、電子機器及びトランスデューサアレイ - Google Patents

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    • H04R3/00—Circuits for transducers
    • H04R3/12—Circuits for transducers for distributing signals to two or more loudspeakers

Definitions

  • This embodiment relates to transducers, electronic devices, and transducer arrays.
  • transducers that transmit or receive sound waves or ultrasound waves are known.
  • a transducer that is manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology that applies semiconductor manufacturing technology and drives a diaphragm with a piezoelectric element that sandwiches a piezoelectric film from both sides with a pair of electrodes is a speaker that generates sound waves.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • Patent Document 1 a transducer that is manufactured using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology that applies semiconductor manufacturing technology and drives a diaphragm with a piezoelectric element that sandwiches a piezoelectric film from both sides with a pair of electrodes is a speaker that generates sound waves.
  • a transducer that uses a piezoelectric element to drive a diaphragm fabricated using MEMS technology has a small diaphragm size and a small amplitude. was there.
  • This embodiment is proposed in view of the above-mentioned actual situation, and is a transducer of the type in which a diaphragm manufactured using MEMS technology is driven by a piezoelectric body, and has a sufficient volume even for use as a speaker. It is an object of the present invention to provide a transducer, an electronic device comprising such a transducer and a transducer array capable of generating a .
  • a substrate having a main surface and a back surface facing the main surface, and a plurality of concave portions formed in the back surface so that the main surface can vibrate in the thickness direction of the substrate is used as the main surface of the substrate.
  • the membrane is a transducer that includes vibrating membranes spaced apart in at least two directions in the plane of the major surface.
  • An aspect of the present embodiment is an electronic device including the transducer as a speaker.
  • One aspect of the present embodiment uses the transducer, the main surfaces of the plurality of transducers face one side, and the plurality of transducers is two-dimensional so as to include transducers arranged at predetermined intervals in at least two directions, respectively. It is a transducer array arranged in a pattern.
  • FIG. 1 is a plan view of the transducer of this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the transducer of this embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of vibrating films on the main surface of the substrate of the transducer of this embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the transducer of the first modification.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a transducer of a second modification.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a transducer of a third modification.
  • FIG. 7 is a plan view of a transducer of a fourth modification.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a transducer of a fourth modification.
  • FIG. 1 is a plan view of the transducer of this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the transducer of this embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of vibrating films on the main surface
  • FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of vibrating membranes on the main surface of the substrate of the transducer of the fourth modification.
  • FIG. 10 is a plan view of the transducer of the fifth modification.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the transducer of the fifth modification.
  • FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of vibrating membranes on the main surface of the substrate of the transducer of the fifth modification.
  • FIG. 13 is a plan view of the transducer of the sixth modification.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a transducer of a sixth modification.
  • FIG. 15 is a plan view showing the arrangement of vibrating membranes on the main surface of the substrate of the transducer of the sixth modification.
  • FIG. 16 is a block diagram of an electronic device.
  • FIG. 17 is a plan view of a transducer array.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a transducer array.
  • FIG. 19 is a plan
  • transducer It is assumed that the transducer of this embodiment is manufactured using MEMS technology and used as a speaker that generates sound waves.
  • the transducer of this embodiment has the following configuration.
  • the transducer has a substrate having a main surface and a back surface facing the surface, and a plurality of recesses formed in the back surface so that the main surface can vibrate in the thickness direction of the substrate, and the substrate is formed to a predetermined thickness from the main surface. and a plurality of drive layers stacked on the plurality of diaphragms such that the piezoelectric layer is sandwiched between the pair of electrode layers on the main surface, and the plurality of diaphragms are arranged in the plane of the main surface. includes vibrating membranes arranged at predetermined intervals in at least two directions. By arranging the vibrating membrane so that it occupies most of the main surface, the volume generated by the transducer can be ensured.
  • the vibrating membranes arranged at predetermined intervals in at least two directions may include vibrating membranes arranged at equal intervals in three directions including the at least two directions in the plane of the main surface.
  • the plurality of vibrating membranes may include vibrating membranes arranged such that the intervals between adjacent vibrating membranes are equal in the plane of the main surface.
  • the natural frequencies of the multiple vibrating membranes may be higher than the audible range. Since the natural frequency is not in the frequency range of the audible range, deterioration of sound quality due to the natural frequency of the vibrating membrane does not occur in the audible range.
  • the plurality of vibrating membranes may include vibrating membranes having the same shape in the plane of the main surface. Transducer design, manufacture, etc. can be facilitated.
  • Wiring may be connected to a pair of electrode layers of the plurality of drive layers from electrode pads supplied with a voltage for driving the drive layers.
  • the plurality of drive layers are driven by voltages supplied from wirings connected to the pair of electrode layers.
  • the wiring may include wiring common to a pair of electrode layers of a plurality of drive layers. Drive layers connected to a common wire can be driven synchronously.
  • the plurality of vibrating membranes may include vibrating membranes each having an equal distance from one vibrating membrane in the plane of the main surface. By arranging the vibrating membranes so that the intervals with respect to one reference vibrating membrane are equal, the density of the vibrating membranes can be ensured and arranged.
  • the vibrating membranes that are equally spaced from one vibrating membrane may be arranged at predetermined intervals along the circumference of the one vibrating membrane at predetermined intervals.
  • the plurality of vibrating membranes can be arranged so that one vibrating membrane that serves as a reference is surrounded by the first round of vibrating membranes.
  • One vibrating membrane and a predetermined interval, outside the first round (n-th round: n 1, 2, 3 . . . ) along which the vibrating membranes are arranged at predetermined intervals.
  • a vibrating membrane may be arranged at a predetermined interval along the second circumference (the (n+1)th circumference) at a predetermined interval from the vibrating membrane.
  • the plurality of vibrating membranes may include vibrating membranes having the same shape for each circumference in the plane of the main surface.
  • the characteristics of the vibrating membrane can be set for each circumference.
  • the wiring may include wiring that is common to the vibrating membranes arranged along each circumference.
  • the driving layers on each circumference connected to the common wiring can be driven synchronously.
  • a partition wall may be formed on the back surface for forming an independent space from the back surface to a predetermined height in the concave portion for each of the plurality of vibrating membranes. It is possible to reduce the deterioration of sound quality by suppressing the diffraction of the sound waves emitted from the plurality of vibrating membranes to the rear side toward the main surface side.
  • a partition wall may be formed on the main surface for forming an independent space from the main surface to a predetermined height for each of the plurality of vibrating membranes. The sound emitted from the plurality of vibrating membranes on the main surface can be efficiently emitted toward the front of the main surface.
  • the substrate may be composed of a silicon substrate.
  • Transducers can be made using MEMS technology.
  • Other substrates can support the substrate, form cavities on the back side of the substrate, and provide various functions.
  • FIG. 1 is a plan view showing the transducer 1 of this embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of this embodiment.
  • the cross-sectional view of FIG. 2 shows a cross-section taken along line II--II in the plan view of FIG.
  • the transducer 1 of this embodiment is formed on a substrate 10 having a flat main surface 11 and a back surface 15 opposite the main surface 11 .
  • the substrate 10 is a substantially plate-shaped silicon substrate having a predetermined thickness, and has a substantially rectangular shape with substantially equal sizes in the vertical direction and the horizontal direction in a plan view.
  • the substrate 10 is not limited to a silicon substrate, and may be made of other types of materials such as a glass substrate and an organic material.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left. Since the plurality of vibrating membranes 12 are used to generate sound waves for the speaker, their natural frequencies are higher than the audible range.
  • the main surface 11 of the substrate 10 forming the plurality of diaphragms 12 is connected along the entire circumference of each diaphragm 12.
  • the substrates 10 are arranged such that the diaphragms 12 have a cantilever or double-supported beam structure.
  • a suitable slit may be formed in 10 .
  • the driving layer 20 is laminated with the piezoelectric layer 22 sandwiched between a pair of electrode layers of a lower electrode layer 21 and an upper electrode layer 23 .
  • the drive layer 20 constitutes a piezoelectric element that drives the vibration film 12 to vibrate in the thickness direction of the substrate 10 by a voltage supplied by a wiring layer (not shown).
  • the plurality of vibrating membranes 12 have a substantially disk-like shape with the same diameter.
  • the driving layer 20 laminated on the plurality of vibrating membranes 12 also has a substantially disk-like shape on the main surface 11 in accordance with the shape of the plurality of vibrating membranes 12 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are arranged on the main surface 11 at equal intervals d in three directions.
  • the interval d between the vibrating membranes 12 means the distance between the respective centers of the vibrating membranes 12 having a substantially disk-like shape.
  • the spacing d of the vibrating membranes 12 may be the distance between the centers of gravity of the vibrating membranes 12 on the main surface 11 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 are arranged at equal intervals d in three directions, so that the other vibrating membranes 12 adjacent to each vibrating membrane 12 are located at six-fold rotational symmetry of the vibrating membrane 12 . It has symmetry to be arranged.
  • the equal interval d is not limited to a strictly equal interval, and includes a case where, for example, the difference is within about ⁇ 10%, which can be regarded as substantially equal.
  • FIG. 3 is a plan view showing the arrangement of vibrating membrane 12 on main surface 11 of substrate 10 of transducer 1 .
  • One vibrating membrane 12 placed in the center of the main surface 11 will be referred to as a central vibrating membrane 120 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 are adjacent to the central vibrating membrane 120 and are arranged at predetermined intervals on the periphery at predetermined intervals from the central vibrating membrane 120 so as to surround the central vibrating membrane 120 . of vibrating membrane 12 .
  • These six vibrating membranes 12 are referred to as the vibrating membranes 121 of the first round.
  • the plurality of vibrating membranes 12 are arranged such that six vibrating membranes 12 are arranged at six-fold rotationally symmetrical positions around the first round vibrating membrane 12 1 . It has 12 vibrating membranes 12 arranged so as to surround 12 . Of these 12 vibrating membranes 12, the six vibrating membranes 12 having relatively small distances from the central vibrating membrane 120 are referred to as second round vibrating membranes 122 , and are called the central vibrating membrane 120 . The six vibrating membranes 12 with relatively large intervals are called the vibrating membranes 123 of the third circumference.
  • the vibrating membrane 12-2 of the second circumference is arranged at a predetermined interval on the circumference from the central vibrating membrane 12-0 so as to surround the vibrating membrane 12-1 of the first circumference.
  • the vibrating membrane 12-3 of the third circumference is arranged at a predetermined distance from the central vibrating membrane 12-0 so as to surround the vibrating membrane 12-2 of the second circumference.
  • Most of the main surface 11 is occupied by a central diaphragm 12 0 , a first circumferential diaphragm 12 1 , a second circumferential diaphragm 12 2 and a third circumferential diaphragm 12 3 .
  • a plurality of electrodes are arranged along a pair of sides extending in the longitudinal direction of the main surface 11 in portions where the vibrating film 12 is not arranged near the four vertexes of the main surface 11 having a substantially rectangular shape in a plan view.
  • a pad 14 is formed. From the plurality of electrode pads 14, a pair of electrode layers of the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 23 of the driving layer 20 are connected so that voltage can be supplied to the plurality of driving layers 20 that respectively drive the plurality of vibrating membranes 12. Wiring (not shown) is connected to each. A common wiring is connected from the plurality of electrode pads 14 toward the plurality of drive layers 20 .
  • the wiring connection from the pair of electrode pads 14 to the plurality of drive layers 20 is not limited to this. may be For example, each of the central vibrating membrane 12 0 , the first round vibrating membrane 12 1 , the second round vibrating membrane 12 2 and the third round vibrating membrane 12 2 arranged on the main surface 11 is driven.
  • the wiring toward the driving layer 20 is common, and the central vibrating membrane 12 0 , the first round vibrating membrane 12 1 , the second round vibrating membrane 12 2 and the third round vibrating membrane 12 2 are independently connected.
  • the wires directed to the driving layer 20 for driving the diaphragms 12 of the plurality of diaphragms 12 arranged on the main surface 11 may be independent and connected so that the diaphragms 12 can be individually driven.
  • the vibrating membranes 12 having a substantially disk-like shape and having the same diameter are arranged on the main surface 11 at equal intervals d in three directions. Most of it is occupied by a plurality of vibrating membranes 12 .
  • the vibrating membranes 12 can be arranged at positions where the adjacent vibrating membranes are 6-fold rotationally symmetrical, and can be arranged at a high density. Therefore, most of main surface 11 is effectively used as vibrating membrane 12, and transducer 1 can generate sound volume sufficient for use as a speaker.
  • the transducer 1 of the present embodiment is manufactured using the MEMS technology to which the semiconductor manufacturing technology is applied, a plurality of individual pieces can be manufactured at once with high accuracy.
  • the plurality of vibrating membranes 12 on the main surface 11 are arranged at equal intervals in three directions. They may be arranged at intervals. Even in such a case, the density of the plurality of vibrating membranes 12 can be ensured on the main surface 11 , and the plurality of vibrating membranes 12 can be formed on most of the main surface 11 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 are composed of a central vibrating membrane 12 0 , a first vibrating membrane 12 1 , a second vibrating membrane 12 2 and a third vibrating membrane 12 2 . 12 and 3 , the vibration membrane 12 is not limited to this, and the plurality of vibration membranes 12 may be configured from the vibration membrane 120 at the center to the vibration membranes 12 at desired circumferences.
  • the plurality of vibrating membranes 12 arranged on main surface 11 are assumed to have a substantially disk-like shape with the same diameter, but the present invention is not limited to this.
  • the plurality of vibrating membranes 12 may have the same predetermined shape, at least some of them may have the same shape, or all of them may have different shapes.
  • the vibrating membranes 12-0 forming the respective circumferences, such as the central vibrating membrane 12-0 , the first vibrating membrane 12-1 , the second vibrating membrane 12-2 , and the third vibrating membrane 12-3 may each have the same shape.
  • the central vibrating membrane 12 0 , the first round vibrating membrane 12 1 , the second round vibrating membrane 12 2 , and the third round vibrating membrane 12 3 have substantially disk-like shapes with different diameters.
  • the plurality of driving layers 20 are laminated on the plurality of vibrating membranes 12, they may have the same shape as each of the plurality of vibrating membranes 12 to be laminated.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of the first modified example.
  • the transducer 1 of the first modification has a lower partition wall 18 formed from the back surface 15 to a predetermined height so as to surround a plurality of concave portions 16 formed in the back surface 15 of the substrate 10.
  • the same reference numerals are given to the corresponding members to clarify the correspondence.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left.
  • a lower partition wall 18 is formed on the back surface 15 to a predetermined height from the back surface 15 so as to surround each of the recesses 16 .
  • the lower partition 18 forms a lower chamber 31 extending from the vibrating membrane 12 formed on the bottom surface of each of the recesses 16 to the top of the lower partition 18 at a predetermined height from the back surface 15 . Sound waves emitted from the vibrating membrane 12 formed on the bottom surface of the plurality of recesses 16 toward the back surface 15 are guided toward the lower chamber 31 formed by the lower partition wall 18 .
  • the lower partition 18 is formed so as to surround each of the plurality of recesses 16 on the rear surface 15, the lower partition 18 is not limited to this and may be formed so as to collectively surround several recesses 16 on the rear surface 15.
  • the central vibrating membrane 12 0 , the first vibrating membrane 12 1 , the second vibrating membrane 12 2 and the third vibrating membrane 12 3 shown in FIG. 12 0 , the first round vibrating membrane 12 1 , the second round vibrating membrane 12 2 and the third round vibrating membrane 12 3 may each form a common lower chamber 31 .
  • the lower partition wall 18 formed along the outer periphery of the back surface 15 so as to surround all the recesses 16 in the back surface 15 may form one common lower chamber 31 .
  • the sound waves emitted from the vibrating membranes 12 formed on the bottom surfaces of the plurality of recesses 16 toward the back surface 15 are guided by the lower partition wall 18 toward the lower chamber 31 and then toward the main surface 11 . diffraction is suppressed, and deterioration of sound quality caused by the diffraction is reduced.
  • the lower partition wall 18 may be produced by attaching a silicon substrate having a predetermined thickness with transmission holes formed at predetermined positions to the rear surface 15 of the substrate 10 .
  • the lower partition wall 18 is not limited to a silicon substrate, and may be made of other types of materials such as a glass substrate and an organic material. Alternatively, one silicon substrate may be prepared and the lower partition wall 18 and the recess 16 may be continuously formed by etching.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of the second modification.
  • the transducer 1 of the second modification has an upper partition wall 19 extending from the main surface 11 to a predetermined height so as to surround a plurality of vibrating films 12 formed on the main surface 11 of the substrate 10 . is formed. Since other configurations are the same as those of the transducer 1 of this embodiment, the same reference numerals are given to the corresponding members to clarify the correspondence.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left.
  • An upper partition wall 19 is formed on the main surface 11 to a predetermined height from the main surface 11 so as to surround each of the plurality of diaphragms 12 and the plurality of drive layers 20 laminated on the plurality of diaphragms 12 .
  • the upper partition 19 forms an upper chamber 32 for each of the plurality of vibrating membranes 12 from the vibrating membrane 12 on the main surface 11 to the top of the upper partition 19 at a predetermined height. Sound waves emitted from the vibrating membrane 12 on the main surface 11 are directed toward the upper chamber 32 by the upper partition 19 . Therefore, sound waves emitted from the plurality of vibrating membranes 12 on main surface 11 are efficiently emitted toward the front of main surface 11 .
  • the upper partition 19 is formed so as to surround each of the plurality of vibrating membranes 12 on the main surface 11, the upper partition 19 is not limited to this and may collectively surround several vibrating membranes 12 on the main surface 11. It may be formed as For example, the central vibrating membrane 12 0 , the first vibrating membrane 12 1 , the second vibrating membrane 12 2 and the third vibrating membrane 12 3 shown in FIG. 12 0 , the first round vibrating membrane 12 1 , the second round vibrating membrane 12 2 and the third round vibrating membrane 12 3 may each form a common upper chamber 32 . Also, the upper partition 19 formed along the outer periphery of the main surface 11 so as to surround all the vibrating membranes 12 on the main surface 11 may form one common upper chamber 32 . Even in such a case, the sound waves emitted from the plurality of vibrating membranes 12 are guided toward the upper chamber 32 formed by the upper partition wall 19 and efficiently emitted toward the front of the main surface 11 .
  • the upper partition wall 19 may be produced by attaching a silicon substrate having a predetermined thickness with transmission holes formed at predetermined positions to the main surface 11 of the substrate 10 .
  • the upper partition wall 19 is not limited to a silicon substrate, and may be made of other types of materials such as a glass substrate and an organic material. Alternatively, one silicon substrate may be prepared and the upper partition wall 19 may be formed by etching.
  • the upper partition wall 19 is formed up to a predetermined height from the main surface 11 so as to surround the plurality of diaphragms 12 formed on the main surface 11 of the substrate 10.
  • a lower partition wall 18 may be further formed up to a predetermined height from the back surface 15 so as to surround the plurality of recesses 16 formed in the bottom wall.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of the third modification.
  • the transducer 1 of the third modification has a side wall 51 formed to a predetermined height along the outer periphery of the back surface 15 of the substrate 10, and attached to the top of the side wall 51, The difference is that it has a second substrate 52 having a substantially rectangular shape similar to that of the substrate 10 in plan view. Since other configurations are the same as those of the transducer 1 of this embodiment, the same reference numerals are given to the corresponding members to clarify the correspondence.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left.
  • a side wall 51 having a predetermined thickness is formed inside the rear surface 15 along the outer periphery to a predetermined height from the rear surface 15 .
  • a second substrate 52 having a substantially rectangular shape similar to that of the substrate 10 in plan view is attached to the top of the side wall 51 having a predetermined height from the rear surface 15 .
  • a closed cavity 33 is formed in the rear surface 15 of the substrate 10 by the sidewalls 51 and the second substrate 52 .
  • the side wall 51 may be produced by attaching a silicon frame member having a predetermined thickness with transmission holes formed at predetermined positions to the back surface 15 of the substrate 10 .
  • the sidewalls 51 are not limited to silicon, and may be made of other types of materials such as glass and organic materials. Alternatively, one silicon substrate may be prepared and the side wall 51 and the concave portion 16 may be continuously formed by etching.
  • the second substrate 52 may be a silicon substrate like the substrate 10, may be made of other types of materials such as glass and organic materials, or may be a printed circuit board.
  • the back surface 15 of the substrate 10 is formed with the cavity 33 sealed by the side walls 51 and the second substrate 52
  • the present invention is not limited to this, and the cavity 33 may not be sealed. may not be formed.
  • the side wall 51 is formed up to a predetermined height on the back surface 15 and the second substrate 52 is attached to the top of the back surface 15.
  • the present invention is not limited to this.
  • the two substrates 52 may be attached to the back surface 15 by any suitable means. In such a case as well, the second substrate 52 suppresses the diffraction of sound waves emitted in the direction of the rear surface 15 from the plurality of vibrating films 12 formed on the bottom surfaces of the plurality of recesses 16 toward the main surface 11 . , providing a plurality of drive circuits for the drive layers 20 on the second substrate 52, and various other functions can be provided.
  • FIG. 7 is a plan view showing the transducer 1 of the fourth modification.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of the fourth modification.
  • the cross-sectional view of FIG. 8 shows a cross-section taken along line VIII-VIII in the plan view of FIG.
  • the transducer 1 of the fourth modification differs from the transducer 1 of the present embodiment in the arrangement of the plurality of vibrating membranes 12 and the plurality of electrode pads 14 on the main surface 11 of the substrate 10 . Since other configurations are the same as those of the transducer 1 of this embodiment, the same reference numerals are given to the corresponding members to clarify the correspondence.
  • a transducer 1 of the fourth modification is formed on a substrate 10 having a flat main surface 11 and a back surface 15 facing the main surface 11 .
  • the substrate 10 is a substantially plate-shaped silicon substrate having a predetermined thickness, and has a substantially rectangular shape with substantially equal sizes in the vertical direction and the horizontal direction in a plan view.
  • the substrate 10 is not limited to silicon, and may be made of other types of materials such as a glass substrate and an organic material.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left. Since the plurality of vibrating membranes 12 are used to generate sound waves for the speaker, their natural frequencies are higher than the audible range.
  • the main surface 11 of the substrate 10 forming the plurality of diaphragms 12 is connected along the entire circumference of each diaphragm 12.
  • the substrates 10 are arranged such that the diaphragms 12 have a cantilever or double-supported beam structure.
  • a suitable slit may be formed in 10 .
  • the driving layer 20 is laminated with the piezoelectric layer 22 sandwiched between a pair of electrode layers of a lower electrode layer 21 and an upper electrode layer 23 .
  • the drive layer 20 constitutes a piezoelectric element that drives the vibration film 12 to vibrate in the thickness direction of the substrate 10 by a voltage supplied by a wiring layer (not shown).
  • the plurality of vibrating membranes 12 have a substantially disk-like shape with the same diameter.
  • the driving layer 20 laminated on each vibrating membrane 12 also has a substantially disk-like shape in accordance with the shape of the plurality of vibrating membranes 12 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are arranged on the main surface 11 at equal intervals d in three directions. Therefore, the plurality of vibrating membranes 12 have symmetry such that the other vibrating membranes 12 adjacent to each vibrating membrane 12 are arranged at six-fold rotation symmetrical positions of the vibrating membrane 12 .
  • the equal interval d is not limited to a strictly equal interval, and includes a case where, for example, the difference is within about ⁇ 10%, which can be regarded as substantially equal.
  • FIG. 9 is a plan view showing the arrangement of vibrating membrane 12 on main surface 11 of substrate 10 of transducer 1 .
  • One vibrating membrane 12 placed in the center of the main surface 11 will be referred to as a central vibrating membrane 120 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 are adjacent to the central vibrating membrane 120 and are arranged at predetermined intervals on the periphery at predetermined intervals from the central vibrating membrane 120 so as to surround the central vibrating membrane 120 . of vibrating membrane 12 .
  • These six vibrating membranes 12 are referred to as the vibrating membranes 121 of the first round.
  • the plurality of vibrating membranes 12 surround the first round vibrating membrane 12 such that adjacent vibrating membranes 12 are arranged at six-fold rotation symmetrical positions around the first round vibrating membrane 12 1 .
  • It has ten vibrating membranes 12 arranged as follows. Among these ten vibrating membranes 12, six vibrating membranes 12 having relatively small distances from the center vibrating membrane 120 are referred to as second round vibrating membranes 122 , and are referred to as the central vibrating membrane 120.
  • the four vibrating membranes 12 having a relatively large interval between them are referred to as the vibrating membranes 123 of the third circumference.
  • the vibrating membrane 12-2 of the second circumference is arranged at a predetermined interval on the circumference from the central vibrating membrane 12-0 so as to surround the vibrating membrane 12-1 of the first circumference.
  • the vibrating membrane 12-3 of the third circumference is arranged at a predetermined distance from the central vibrating membrane 12-0 so as to surround the vibrating membrane 12-2 of the second circumference.
  • Most of the main surface 11 is occupied by a central diaphragm 12 0 , a first circumferential diaphragm 12 1 , a second circumferential diaphragm 12 2 and a third circumferential diaphragm 12 3 .
  • a plurality of electrodes are arranged along a pair of laterally extending sides of the main surface 11 in portions where the vibrating membrane 12 is not arranged near the four vertexes of the main surface 11 having a substantially rectangular shape in a plan view.
  • a pad 14 is formed. From the plurality of electrode pads 14, a pair of electrode layers of the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 23 of the driving layer 20 are connected so that voltage can be supplied to the plurality of driving layers 20 that respectively drive the plurality of vibrating membranes 12. Wiring (not shown) is connected to each. A common wiring is connected from the plurality of electrode pads 14 toward the plurality of drive layers 20 .
  • the wiring connection from the pair of electrode pads 14 to the plurality of drive layers 20 is not limited to this. may be For example, each of the central vibrating membrane 12 0 , the first round vibrating membrane 12 1 , the second round vibrating membrane 12 2 and the third round vibrating membrane 12 2 arranged on the main surface 11 is driven.
  • the wiring directed to the driving layer 20 may be common, and may be connected so that they can be driven independently.
  • the wires directed to the driving layer 20 for driving the diaphragms 12 of the plurality of diaphragms 12 arranged on the main surface 11 may be independent and connected so that the diaphragms 12 can be individually driven.
  • the vibrating membranes 12 having a substantially disk-like shape and having the same diameter are arranged on the main surface 11 at equal intervals d in three directions. Most of it is occupied by a plurality of vibrating membranes 12 .
  • the vibrating membranes 12 can be arranged at positions where the adjacent vibrating membranes are 6-fold rotationally symmetrical, and can be arranged at a high density. Therefore, most of main surface 11 is effectively used as vibrating membrane 12, and transducer 1 can generate sound volume sufficient for use as a speaker.
  • the transducer 1 of the fourth modification is manufactured using the MEMS technology to which the semiconductor manufacturing technology is applied, it is possible to manufacture a plurality of individual pieces at once with high accuracy.
  • FIG. 10 is a plan view showing the transducer 1 of the fifth modified example.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of the fifth modified example.
  • the cross-sectional view of FIG. 11 shows a cross-section taken along line XI--XI in the plan view of FIG.
  • the transducer 1 of the fifth modification differs from the transducer 1 of this embodiment in the arrangement of the plurality of vibrating membranes 12 and the plurality of electrode pads 14 on the main surface 11 of the substrate 10 . Since other configurations are the same as those of the transducer 1 of this embodiment, the same reference numerals are given to the corresponding members to clarify the correspondence.
  • a transducer 1 of the fifth modification is formed on a substrate 10 having a flat main surface 11 and a back surface 15 facing the main surface 11 .
  • the substrate 10 is a substantially plate-shaped silicon substrate having a predetermined thickness, and has a substantially rectangular shape with substantially equal sizes in the vertical direction and the horizontal direction in a plan view.
  • the substrate 10 is not limited to a silicon substrate, and may be made of other types of materials such as a glass substrate and an organic material.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left. Since the plurality of vibrating membranes 12 are used to generate sound waves for the speaker, their natural frequencies are higher than the audible range.
  • the main surface 11 of the substrate 10 forming the plurality of diaphragms 12 is connected along the entire circumference of each diaphragm 12.
  • the substrates 10 are arranged such that the diaphragms 12 have a cantilever or double-supported beam structure.
  • a suitable slit may be formed in 10 .
  • the driving layer 20 is laminated with the piezoelectric layer 22 sandwiched between a pair of electrode layers of a lower electrode layer 21 and an upper electrode layer 23 .
  • the drive layer 20 constitutes a piezoelectric element that drives the vibration film 12 to vibrate in the thickness direction of the substrate 10 by a voltage supplied by a wiring layer (not shown).
  • the plurality of vibrating membranes 12 have a substantially disk-like shape with the same diameter.
  • the driving layer 20 laminated on the plurality of vibrating membranes 12 also has a substantially disk-like shape on the main surface 11 in accordance with the shape of the plurality of vibrating membranes 12 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 include vibrating membranes 12 arranged at equal intervals d in three directions on the main surface 11 .
  • the interval d between the vibrating membranes 12 means the distance between the respective centers of the vibrating membranes 12 having a substantially disk-like shape.
  • the spacing d of the vibrating membranes 12 may be the distance between the centers of gravity of the vibrating membranes 12 on the main surface 11 .
  • the equal interval d is not limited to a strictly equal interval, and includes a case where, for example, the difference is within about ⁇ 10%, which can be regarded as substantially equal.
  • FIG. 12 is a plan view showing the arrangement of vibrating membrane 12 on main surface 11 of substrate 10 of transducer 1 .
  • One vibrating membrane 12 placed in the center of the main surface 11 will be referred to as a central vibrating membrane 120 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 are adjacent to the central vibrating membrane 120 and are arranged at predetermined intervals on the periphery at predetermined intervals from the central vibrating membrane 120 so as to surround the central vibrating membrane 120 . of vibrating membrane 12 .
  • These six vibrating membranes 12 are referred to as the vibrating membranes 121 of the first round.
  • the vibrating membrane 12-1 of the first circumference has a symmetry of being arranged at positions with 6-fold rotational symmetry around the central vibrating membrane 12-0 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 has ten vibrating membranes 12 arranged so as to surround the vibrating membrane 121 of the first circumference. These vibrating membranes 12 are referred to as second round vibrating membranes 122 .
  • the second circumferential vibrating membranes 12 2 are arranged in a substantially rectangular shape in plan view from the central vibrating membrane 12 0 , and five on each side near the vertical sides of the main surface 11 are arranged from the central vibrating membrane 12 0 . They are arranged at predetermined intervals on the circumference of predetermined intervals.
  • the vibrating films 12 at the center and both ends are arranged at six-fold rotational symmetry with respect to the first round vibrating film 121 , respectively.
  • Most of the main surface 11 is occupied by a central diaphragm 12 0 , a first circumferential diaphragm 12 1 and a second circumferential diaphragm 12 2 .
  • a plurality of electrodes are arranged along a pair of sides extending in the longitudinal direction of the main surface 11 in portions where the vibrating film 12 is not arranged near the four vertexes of the main surface 11 having a substantially rectangular shape in a plan view.
  • a pad 14 is formed. From the plurality of electrode pads 14, a pair of electrode layers of the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 23 of the driving layer 20 are connected so that voltage can be supplied to the plurality of driving layers 20 that respectively drive the plurality of vibrating membranes 12. Wiring (not shown) is connected to each. A common wiring is connected from the plurality of electrode pads 14 toward the plurality of drive layers 20 .
  • the wiring connection from the pair of electrode pads 14 to the plurality of drive layers 20 is not limited to this. may be For example, for each of the central vibrating membrane 12 0 , the first vibrating membrane 12 1 , and the second vibrating membrane 12 2 arranged on the main surface 11, there are wirings directed to the driving layer 20 that drives the vibrating membrane 12.
  • the vibrating membrane 12 0 in the center, the vibrating membrane 12 1 in the first round, and the vibrating membrane 12 2 in the second round may be connected so that they can be driven independently.
  • the wires directed to the driving layer 20 for driving the diaphragms 12 of the plurality of diaphragms 12 arranged on the main surface 11 may be independent and connected so that the diaphragms 12 can be individually driven.
  • the plurality of vibrating membranes 12 have disk-like shapes with the same diameter on the main surface 11 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 are divided into three vibrating membranes 12 arranged at equal intervals d in three directions, and the vibrating membranes 12 arranged at predetermined intervals on the periphery at predetermined intervals from the center vibrating membrane 120 . contains.
  • most of the main surface 11 is occupied by the plurality of vibrating membranes 12 . Therefore, most of main surface 11 is effectively used as vibrating membrane 12, and transducer 1 can generate sound volume sufficient for use as a speaker.
  • the transducer 1 of the fifth modification is manufactured using the MEMS technology to which the semiconductor manufacturing technology is applied, it is possible to manufacture a plurality of individual pieces at once with high accuracy.
  • FIG. 13 is a plan view showing the transducer 1 of the sixth modification.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the transducer 1 of the sixth modification.
  • the cross-sectional view of FIG. 14 shows a cross-section taken along line XIV-XIV in the plan view of FIG.
  • the transducer 1 of the sixth modification differs from the transducer 1 of this embodiment in the arrangement of the plurality of vibrating membranes 12 and the plurality of electrode pads 14 on the main surface 11 of the substrate 10 . Since other configurations are the same as those of the transducer 1 of this embodiment, the same reference numerals are given to the corresponding members to clarify the correspondence.
  • a transducer 1 of the sixth modification is formed on a substrate 10 having a flat main surface 11 and a back surface 15 facing the main surface 11 .
  • the substrate 10 is a substantially plate-shaped silicon substrate having a predetermined thickness, and has a substantially rectangular shape with substantially equal sizes in the vertical direction and the horizontal direction in a plan view.
  • the substrate 10 is not limited to a silicon substrate, and may be made of other types of materials such as a glass substrate and an organic material.
  • a plurality of recesses 16 are formed on the back surface 15 of the substrate 10 .
  • a plurality of recesses 16 are formed to reach a predetermined depth from main surface 11 and leave substrate 10 with a predetermined thickness so that main surface 11 can vibrate in the thickness direction of substrate 10 .
  • a plurality of vibrating membranes 12 are formed in the portions where the substrate 10 having the predetermined thickness is left. Since the plurality of vibrating membranes 12 are used to generate sound waves for the speaker, their natural frequencies are higher than the audible range.
  • the main surface 11 of the substrate 10 forming the plurality of diaphragms 12 is connected along the entire circumference of each diaphragm 12.
  • the substrates 10 are arranged such that the diaphragms 12 have a cantilever or double-supported beam structure.
  • a suitable slit may be formed in 10 .
  • the driving layer 20 is laminated with the piezoelectric layer 22 sandwiched between a pair of electrode layers of a lower electrode layer 21 and an upper electrode layer 23 .
  • the drive layer 20 constitutes a piezoelectric element that drives the vibration film 12 to vibrate in the thickness direction of the substrate 10 by a voltage supplied by a wiring layer (not shown).
  • the plurality of vibrating membranes 12 have a substantially disk-like shape with the same diameter.
  • the driving layer 20 laminated on each vibrating membrane 12 also has a substantially disk-like shape in accordance with the shape of the plurality of vibrating membranes 12 .
  • the plurality of vibrating membranes 12 includes vibrating membranes 12 arranged at equal intervals in two substantially orthogonal directions on main surface 11 . That is, the distance d1 in the vertical direction and the distance d2 in the horizontal direction of the main surface 11, which is substantially rectangular in plan view.
  • the interval between the vibrating membranes 12 means the distance between the respective centers of the vibrating membranes 12 having a substantially disk-like shape.
  • the spacing of the vibrating membranes 12 may be the distance between the respective centers of gravity of the vibrating membranes 12 on the main surface 11 .
  • the equal spacing between the vertical spacing d1 and the horizontal spacing d2 is not limited to strictly equal spacing, but includes cases where the difference can be considered to be substantially equal, such as a difference of about ⁇ 10%.
  • FIG. 15 is a plan view showing the arrangement of vibrating membrane 12 on main surface 11 of substrate 10 of transducer 1 .
  • main surface 11 which is substantially rectangular in plan view, four vibrating membranes 12 are arranged in the vertical direction near the left side in the figure at intervals d1 . These four vibrating membranes 12 will be referred to as a first row of vibrating membranes 121 .
  • a second row of diaphragms 12.sub.2, a third row of diaphragms 12.sub.3 , and a fourth row of diaphragms 12.sub.4 which are similarly arranged in the vertical direction, are arranged in the horizontal direction. are arranged near the right side of the figure.
  • Most of the main surface 11 is occupied by a first row of diaphragm 12 1 , a second row of diaphragm 12 2 , a third row of diaphragm 12 3 and a fourth row of diaphragm 12 4 .
  • a plurality of electrodes are arranged along a pair of laterally extending sides of the main surface 11 in portions where the vibrating membrane 12 is not arranged near the four vertexes of the main surface 11 having a substantially rectangular shape in a plan view.
  • a pad 14 is formed. From the plurality of electrode pads 14, a pair of electrode layers of the lower electrode layer 21 and the upper electrode layer 23 of the driving layer 20 are connected so that voltage can be supplied to the plurality of driving layers 20 that respectively drive the plurality of vibrating membranes 12. Wiring (not shown) is connected to each. A common wiring is connected from the plurality of electrode pads 14 toward the plurality of drive layers 20 .
  • the wiring connection from the pair of electrode pads 14 to the plurality of drive layers 20 is not limited to this. may be For example, for each of the first row vibrating film 12 1 , the second row vibrating film 12 2 , the third row vibrating film 12 3 and the fourth row vibrating film 12 4 arranged on the main surface 11, the vibrating membrane 12 , and the first row vibrating film 12 1 , the second row vibrating film 12 2 , the third row vibrating film 12 3 , and the fourth row vibrating film 12 4 . may be connected so that they can be driven independently.
  • the wires directed to the driving layer 20 for driving the diaphragms 12 of the plurality of diaphragms 12 arranged on the main surface 11 may be independent and connected so that the diaphragms 12 can be individually driven.
  • the vibrating membranes 12 having a substantially disk-like shape and having the same diameter on the main surface 11 are arranged at intervals of d1 in the longitudinal direction and d2 in the lateral direction.
  • most of main surface 11 is occupied by a plurality of vibrating membranes 12 . Therefore, most of main surface 11 is effectively used as vibrating membrane 12, and transducer 1 can generate sound volume sufficient for use as a speaker.
  • the transducer 1 of the sixth modification is manufactured using the MEMS technology to which the semiconductor manufacturing technology is applied, a plurality of individual pieces can be manufactured at once with high precision.
  • the electronic device of this embodiment includes the transducer 1 of this embodiment as a speaker.
  • the electronic device of this embodiment can generate a sufficient sound volume by including the transducer 1 of this embodiment as a speaker.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the electronic device of this embodiment.
  • the electronic device of the present embodiment includes the transducer 1 of the present embodiment described above as a speaker, and is capable of generating sound waves of constant sound quality from the transducer 1 according to the audio signal input from the signal source 41. further includes an analog-to-digital converter (ADC) 42 , a digital signal processor (DSP) 43 , a digital-to-analog converter (DAC) 44 and an amplifier 45 .
  • ADC analog-to-digital converter
  • DSP digital signal processor
  • DAC digital-to-analog converter
  • the audio signal input as an analog signal from the signal source 41 is converted into a digital signal by the analog-to-digital converter 42 and then subjected to predetermined processing by the digital signal processor 43 .
  • the digital signal processor 43 compensates for the frequency characteristics of the transducers 1, controls the phases between the transducers 1, and performs equalizer, surround, and other processing as necessary.
  • the audio signal processed by the digital signal processor 43 is converted to an analog signal by the digital-to-analog converter 44 and then amplified by the amplifier 45 to drive the transducer 1 .
  • the electronic device of the present embodiment includes the transducer 1 of the present embodiment as a speaker, it is possible to provide a sufficient sound volume even though the speaker is small.
  • the transducer 1 of the present embodiment is driven by a voltage using a piezoelectric element, power consumption can be reduced as compared with electronic equipment having a conventional dynamic speaker or the like.
  • the transducer 1 provided in the electronic device is manufactured using the MEMS technology to which the semiconductor manufacturing technology is applied, it is possible to manufacture a plurality of individual pieces at once with high accuracy.
  • the transducer array of this embodiment uses the transducer of this embodiment, the main surfaces of the plurality of transducers face one side, and the plurality of transducers include transducers arranged at predetermined intervals in at least two directions. are arranged two-dimensionally. Since the transducer array of this embodiment uses the transducer of this embodiment, it can generate a sufficient volume. Moreover, since the plurality of transducers are arranged at predetermined intervals in at least two directions, they can emit sound waves so that the sound volume distribution is substantially uniform in the predetermined range on the one side.
  • the transducers arranged at predetermined intervals in at least two directions may include transducers arranged at equal intervals in three directions including at least two directions in the plane defined by the two-dimensional arrangement.
  • each transducer of the plurality of transducers may be inclined toward the center of the plurality of transducers arranged two-dimensionally as it moves away from the center.
  • the transducer array can emit sound waves to be centered on one side of the front face.
  • FIG. 17 is a plan view showing the transducer array 2 of this embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view showing the transducer array 2 of this embodiment. The cross-sectional view of FIG. 18 shows a cross-section taken along line XVIII--XVIII in the plan view of FIG.
  • a plurality of transducers 1 of the present embodiment are arranged on the flat main surface 61 of the support substrate 60 so that the main surface 11 faces away from the main surface 61 of the support substrate 60 . are arranged two-dimensionally in the The plurality of transducers 1 are arranged on the main surface 61 at equal intervals D in three directions, and are arranged such that the main surface 61 of the transducers 1 inclines toward the center of the support substrate 60 as they move away from the center of the support substrate 60. ing.
  • the interval D between the transducers 1 may be the distance between the central positions of the outline when the transducer 1 is viewed from above, or the distance between the positions of the center of gravity of the vibrating membrane 12 formed on the main surface 61 of the transducer 1. It may be the distance between It should be noted that the equal interval D is not limited to a strictly equal interval, and includes a case where the difference can be considered to be substantially equal, such as a difference of about ⁇ 10%.
  • the support substrate 60 has a substantially plate-like shape with a predetermined thickness, and has a substantially rectangular shape with substantially equal sizes in the vertical direction and the horizontal direction in a plan view.
  • the support substrate 60 may be a silicon substrate like the substrate 10, may be made of other types of materials such as glass and organic materials, or may be a printed circuit board.
  • the plurality of transducers 1 are arranged at equal intervals D in three directions, so that the other transducers 1 adjacent to each transducer 1 are arranged at six-fold rotation symmetrical positions of the transducer 1. have a sexuality.
  • the plurality of transducers 1 has six transducers 1 arranged at six-fold rotationally symmetrical positions around the central transducer 1 adjacent to the central transducer 1 of the main surface 61 .
  • 12 transducers 1 are arranged so as to surround the six transducers 1 so that the six transducers 1 are arranged at six-fold rotationally symmetrical positions around adjacent ones. has a transducer 1 of
  • the main surface 61 of the transducer 1 is arranged so as to incline toward the center of the main surface 61 of the support substrate 60 as it moves away from the center.
  • the normal to major surface 61 is drawn in FIG. 18 to clarify the inclination of major surface 61 .
  • the transducer array 2 of the present embodiment since the transducers 1 are arranged so that the intervals D are equal, in a certain range in front of the main surface 61 of the support substrate 60, the light emitted from the plurality of transducers 1 Sound waves can have a substantially uniform volume distribution.
  • the main surface 61 of the transducer 1 is inclined toward the center of the main surface 61 of the support substrate 60 as it moves away from the center, the sound waves are emitted so as to concentrate on the front center of the main surface 61 of the support substrate 60 . can be released.
  • the transducer 1 of this embodiment can generate a sufficient volume as a speaker
  • the transducer array 2 of this embodiment comprising a plurality of transducers 1 can also generate a sufficient volume.
  • FIG. 19 is a plan view showing a transducer array 2 of a modified example.
  • the transducer array 2 of the modified example differs from the transducer array 2 of the present embodiment in that the transducers 1 of the sixth modified example are used and the arrangement of the transducers 1 is different. Since other configurations are the same as those of the transducer array of this embodiment, corresponding members are given the same reference numerals to clarify the correspondence.
  • the transducer 1 of the sixth modification is two-dimensionally arranged on the flat main surface 61 of the support substrate 60 such that the main surface 11 of the transducer 1 faces away from the main surface 61 of the support substrate 60 . are placed in On the main surface 61, which is substantially rectangular in plan view, five transducers 1 arranged at intervals of D1 in the longitudinal direction constitute one row of transducers 1, and seven rows of transducers 1 are arranged at intervals of D2 in the transverse direction. ing. The longitudinal direction of the transducers 1 in each row is aligned with the direction in which the row extends.
  • the interval D between the transducers 1 may be the distance between the central positions of the outline when the transducer 1 is viewed from above, or the distance between the positions of the center of gravity of the vibrating membrane 12 formed on the main surface 61 of the transducer 1. It may be the distance between Most of the main surface 61 is occupied by these transducers 1 .
  • Transducer 1 may be arranged such that main surface 11 inclines toward the center of support substrate 60 as it moves away from the center of support substrate 60 .
  • the support substrate 60 has a substantially plate-like shape with a predetermined thickness, and has a substantially rectangular shape with substantially equal sizes in the vertical direction and the horizontal direction in a plan view.
  • the support substrate 60 may be a silicon substrate like the substrate 10, may be made of other types of materials such as glass and organic materials, or may be a printed circuit board.
  • the transducers 1 are arranged at regular intervals of D 1 in the vertical direction and D 2 in the horizontal direction. Therefore, in a certain range in front of the main surface 61 of the support substrate 60, the sound waves emitted from the plurality of transducers 1 can have a substantially uniform volume distribution. Further, since the transducer 1 of Modification 6 can generate sufficient volume as a speaker, the transducer array 2 of Modification including a plurality of transducers 1 can also generate sufficient volume.
  • the equal spacing between the vertical spacing D1 and the horizontal spacing D2 is not limited to a strictly equal spacing, but includes a case in which the difference can be considered to be substantially equal, such as a difference of about ⁇ 10%.
  • the transducer may be applied to generate ultrasonic waves in addition to generating sound waves.
  • the transducer may also be applied in applications that detect sound waves or ultrasound waves.
  • Transducer 2 Transducer Array 10 Substrate 11 Main Surface 12 Vibration Membrane 12 0 Center Vibration Membrane 12 1 1st Circulation Vibration Membrane, 1st Row Vibration Membrane 12 2 2nd Circumference Vibration Membrane, 2nd Row Vibration Membrane 12 3 Vibration film in third circumference, 3rd row vibration film 12 4 4th row vibration film 14 Electrode pad 15 Rear surface 16 Recess 18 Lower partition 19 Upper partition 20 Drive layer 21 Lower electrode layer 22 Piezoelectric layer 23 Upper electrode layer

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Abstract

トランスデューサ１は、主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０と、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように、背面１５に形成された複数の凹部１６によって、基板１０の主表面１１から所定の厚さに形成された複数の振動膜１２と、主表面１１において、一対の下部電極層２１及び上部電極層２３が圧電体層２２を挟むように複数の振動膜１２に積層された複数の駆動層２０とを備え、複数の振動膜１２は、主表面１１の面内において、少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置された振動膜１２を含み、スピーカとして使用するために十分な音量を発生する。

Description

トランスデューサ、電子機器及びトランスデューサアレイ
　本実施の形態は、トランスデューサ、電子機器及びトランスデューサアレイに関する。
　従来、音波若しくは超音波の送信又は受信を行うトランスデューサが知られている。例えば、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて作製され、一対の電極によって圧電膜を両側から挟んだ圧電素子で振動板を駆動するタイプのトランスデューサが、音波を発生するスピーカとして提供されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１２－１０５１７０号公報
　ＭＥＭＳ技術を用いて作製した振動板を圧電素子で駆動するタイプのトランスデューサは、振動板のサイズが小さく、振動板の振幅も小さいため、スピーカとして用いるために十分な音量を発生することができないことがあった。
　本実施の形態は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した振動板を圧電体で駆動するタイプのトランスデューサであって、スピーカとして用いるにも十分な音量を発生することができるようなトランスデューサ、このようなトランスデューサを備える電子機器及びトランスデューサアレイを提供することを目的とする。
　本実施の形態の一態様は、主表面及び主表面に対向する背面を有する基板と、主表面が基板の厚さ方向に振動できるように、背面に形成された複数の凹部によって、基板が主表面から所定の厚さに形成された複数の振動膜と、主表面において一対の電極層が圧電体層を挟むように複数の振動膜に積層された複数の駆動層とを備え、複数の振動膜は、主表面の面内において、少なくとも２つの方向にそれぞれ所定の間隔で配置された振動膜を含むトランスデューサである。
　本実施の形態の一態様は、スピーカとして前記トランスデューサを備える電子機器である。
　本実施の形態の一態様は、前記トランスデューサを用い、複数のトランスデューサの主表面が一側を向き、複数のトランスデューサは、少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置されたトランスデューサを含むように２次元状に配置されたトランスデューサアレイである。
　本実施の形態によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造した振動板を圧電体で駆動するタイプのトランスデューサであって、スピーカとして使用するために十分な音量を発生することができるトランスデューサを提供することができる。また、十分な音量を発生することができる電子機器及びトランスデューサアレイを提供することができる。
図１は、本実施の形態のトランスデューサの平面図である。 図２は、本実施の形態のトランスデューサの断面図である。 図３は、本実施の形態のトランスデューサの基板の主表面における振動膜の配置を示す平面図である。 図４は、第１変形例のトランスデューサの断面図である。 図５は、第２変形例のトランスデューサの断面図である。 図６は、第３変形例のトランスデューサの断面図である。 図７は、第４変形例のトランスデューサの平面図である。 図８は、第４変形例のトランスデューサの断面図である。 図９は、第４変形例のトランスデューサの基板の主表面における振動膜の配置を示す平面図である。 図１０は、第５変形例のトランスデューサの平面図である。 図１１は、第５変形例のトランスデューサの断面図である。 図１２は、第５変形例のトランスデューサの基板の主表面における振動膜の配置を示す平面図である。 図１３は、第６変形例のトランスデューサの平面図である。 図１４は、第６変形例のトランスデューサの断面図である。 図１５は、第６変形例のトランスデューサの基板の主表面における振動膜の配置を示す平面図である。 図１６は、電子機器のブロック図である。 図１７は、トランスデューサアレイの平面図である。 図１８は、トランスデューサアレイの断面図である。 図１９は、トランスデューサアレイの変形例の平面図である。
　次に、図面を参照して、本実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するために例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。実施の形態は、特許請求の範囲に規定された構成に基づいて、種々の変更を加えることができる。
　（トランスデューサ）
　本実施の形態のトランスデューサは、ＭＥＭＳ技術を用いて製造され、音波を発生するスピーカとして使用されることを想定している。本実施の形態のトランスデューサは、次のような構成を有している。
　トランスデューサは主表面及び表面に対向する背面を有する基板と、主表面が基板の厚さ方向に振動できるように、背面に形成された複数の凹部によって、基板が主表面から所定の厚さに形成された複数の振動膜と、主表面において一対の電極層が圧電体層を挟むように複数の振動膜に積層された複数の駆動層とを備え、複数の振動膜は、主表面の面内において、少なくとも２つの方向にそれぞれ所定の間隔で配置された振動膜を含んでいる。振動膜が主表面の大部分を占めるように配置することによりトランスデューサで発生する音量を確保することができる。
　少なくとも２つの方向にそれぞれ所定の間隔で配置された振動膜は、主表面の面内において、少なくとも２つの方向を含む３つの方向にそれぞれ等しい間隔で配置された振動膜を含んでもよい。振動膜の密度を確保して配置することによりトランスデューサで発生する音量を確保することができる。
　複数の振動膜は、前記主表面の面内において、相互に隣接する振動膜同士の間隔が等しいように配置された振動膜を含んでもよい。振動膜の密度を確保して配置することによりトランスデューサで発生する音量を確保することができる。
　複数の振動膜の固有振動数は、可聴域よりも高い振動数であってもよい。固有振動数が可聴域の周波数範囲にないため、可聴域においては振動膜の固有振動数に由来する音質の劣化が発生しない。
　複数の振動膜は、前記主表面の面内において、同じ形状を有する振動膜を含んでもよい。トランスデューサの設計、製造などを容易にすることができる。
　複数の駆動層の一対の電極層には、当該駆動層を駆動するための電圧が供給される電極パッドからそれぞれ配線が接続されてもよい。複数の駆動層は、それぞれ一対の電極層に接続された配線から供給された電圧によって駆動される。
　配線は、複数の駆動層の一対の電極層について共通となる配線を含んでもよい。共通の配線に接続された駆動層を同期して駆動することができる。
　複数の振動膜は、前記主表面の面内において、一つの振動膜との間隔がそれぞれ等しい振動膜を含んでもよい。基準となる一つの振動膜との間隔がそれぞれ等しいように振動膜を配置することにより、振動膜の密度を確保して配置することができる。
　一つの振動膜との間隔がそれぞれ等しい振動膜は、一つの振動膜と所定の間隔となる周に沿って所定の間隔で配置されてもよい。複数の振動膜は、基準となる一つの振動膜を第１周の振動膜で取り囲むように配置することができる。
　一つの振動膜と所定の間隔となり、それに沿って所定の間隔で振動膜が配置された第１周（第ｎ周：ｎ＝１，２，３・・・）の外側にあって、一つの振動膜と所定の間隔となる第２周に（第ｎ＋１周）沿って所定の間隔で配置された振動膜を含んでもよい。第１周の振動膜を取り囲むように第２周の振動膜を配置することを繰り返し、基準となる一つの振動膜を取り囲む第１周から所望の周（第ｎ＋１周）の振動膜までを順に配置することができる。
　複数の振動膜は、前記主表面の面内において、各周についてそれぞれ同じ形状を有する振動膜を含んでもよい。各周について振動膜の特性を設定することができる。
　配線は、各周に沿って配置された振動膜についてそれぞれ共通となる配線を含んでもよい。共通の配線に接続された各周の駆動層をそれぞれ同期して駆動することができる。
　背面には、複数の振動膜の各振動膜について凹部に背面から所定の高さまで独立した空間を形成するための隔壁が形成されてもよい。複数の振動膜から背面の側に放出された音波の主表面の側への回折を抑制して音質の劣化を低減することができる。
　主表面には、複数の振動膜の各振動膜について主表面から所定の高さまで独立した空間を形成するための隔壁が形成されてもよい。主表面の複数の振動膜から放出された音を主表面の正面に向けて効率よく放出することができる。
　基板は、シリコン基板で構成されてもよい。ＭＥＭＳ技術を用いてトランスデューサを作製することができる。
　背面に対向して設けられ、基板の前記背面の側に取り付けられる他の基板をさらに備えてもよい。他の基板は、基板を支持したり、基板の背面側に空洞を形成したり様々な機能を提供することができる。
　図１は、本実施の形態のトランスデューサ１を示す平面図である。図２は、本実施の形態のトランスデューサ１を示す断面図である。図２の断面図は、図１の平面図における切断線ＩＩ－ＩＩによる切断面を示している。本実施の形態のトランスデューサ１は、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、所定の厚さを有する略板状の形状のシリコン基板であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。なお、基板１０はシリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は、スピーカの音波を発生するために使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。また、複数の振動膜１２を構成する基板１０はそれぞれの振動膜１２の全周において主表面１１が連結しているが、振動膜１２が片持ち梁又は両持ち梁の構造を有するように基板１０に適切なスリットが形成されてもよい。
　複数の振動膜１２において、主表面１１には下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された駆動層２０が積層されている。駆動層２０は、図示しない配線層によって供給された電圧によって振動膜１２が基板１０の厚さ方向に振動するように駆動する圧電素子を構成している。主表面１１において、複数の振動膜１２は、同一の径を有する略円板状の形状を有している。複数の振動膜１２に積層される駆動層２０も、主表面１１において、複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略円板状の形状を有している。
　複数の振動膜１２は、主表面１１において、３方向について等しい間隔ｄで配置されている。ここで、振動膜１２の間隔ｄとは、略円板状の形状を有する振動膜１２のそれぞれの中心の間の距離をいうものとする。一般に、振動膜１２の間隔ｄは、主表面１１における振動膜１２のそれぞれの重心の間の距離としてもよい。主表面１１において、複数の振動膜１２は、３方向について等しい間隔ｄで配置されているため、各振動膜１２に隣接する他の振動膜１２が当該振動膜１２の６回回転対称な位置に配置される対称性を有している。なお、等しい間隔ｄとは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。
　図３は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。主表面１１の中央に配置された１個の振動膜１２を中央の振動膜１２０ということにする。複数の振動膜１２は、中央の振動膜１２０に隣接し、中央の振動膜１２０を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置された６個の振動膜１２を有している。これら６個の振動膜１２を第１周の振動膜１２１と称することにする。
　また、複数の振動膜１２は、第１周の振動膜１２１について、それぞれ隣接する周囲の６回回転対称な位置に６個の振動膜１２が配置されるように、第１周の振動膜１２を取り囲むように配置された１２個の振動膜１２を有している。これら１２個の振動膜１２の内で、中央の振動膜１２０との間隔が相対的に小さい６個の振動膜１２を第２周の振動膜１２２と称し、中央の振動膜１２０との間隔が相対的に大きい６個の振動膜１２を第３周の振動膜１２３と称することにする。
　第２周の振動膜１２２は、第１周の振動膜１２１を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。第３周の振動膜１２３は、第２周の振動膜１２２を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。主表面１１の大部分は、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３によって占められている。
　平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ主表面１１の縦方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、複数の振動膜１２をそれぞれ駆動する複数の駆動層２０に電圧を供給できるように、駆動層２０の下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層にそれぞれ図示しない配線が接続されている。これらの複数の電極パッド１４からは、複数の駆動層２０に向けて共通の配線が接続されている。
　なお、一対の電極パッド１４から複数の駆動層２０に向かう配線の接続はこれに限らず、主表面１１に形成された複数の振動膜１２の一部が個別に制御されるように独立に接続されてもよい。例えば、主表面１１に配置された中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２２のそれぞれについて振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線が共通とされ、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２２のそれぞれを独立して駆動できるように接続されてもよい。また、主表面１１に配置された複数の振動膜１２について振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線がそれぞれ独立し、振動膜１２を個別に駆動できるように接続されてもよい。主表面１１に形成された複数の振動膜１２の少なくとも一部を独立して制御することにより、例えば異なる位相で発生した音波が互いに干渉するなど様々な機能を提供することができる。
　本実施の形態のトランスデューサ１においては、主表面１１において同一の径を有する略円板状の形状の振動膜１２が３方向に等しい間隔ｄで配置されるようにすることにより、主表面１１の大部分が複数の振動膜１２によって占められる。このような配置により、振動膜１２は隣接する他の振動膜が６回回転対称な位置に配置されるようになり、高い密度で配置することができる。したがって、主表面１１の大部分が振動膜１２として有効に利用されるようになり、トランスデューサ１はスピーカとして使用するために十分な音量を発生することができる。また、本実施の形態のトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。
　なお、本実施の形態のトランスデューサ１においては、主表面１１における複数の振動膜１２について３方向に等しい間隔で配置されるとしたが、これに限らず、複数の振動膜１２は２方向に等しい間隔で配置されてもよい。このような場合にも、主表面１１において複数の振動膜１２の密度を確保することができ、主表面１１の大部分に複数の振動膜１２を形成することができる。
　また、本実施の形態のトランスデューサ１においては、複数の振動膜１２が、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３から構成されるとしたが、これに限定されず、複数の振動膜１２は、中央の振動膜１２０から所望の周の振動膜１２までで構成されてもよい。一つの周（第ｎ周：ｎ＝１，２，３・・・）を構成する振動膜１２に隣接して次の周（第ｎ＋１）を構成する振動膜１２を配置することを繰り返すことにより所望の周の振動膜１２までを配置することができる。
　なお、本実施の形態において、主表面１１に配置された複数の振動膜１２は同一の径を有する略円板状の形状を有するとしたが、これに限られない。例えば、複数の振動膜１２は同一の所定の形状を有していてもよいし、少なくとも一部が同一の形状を有していてもよいし、すべてが異なる形状を有していてもよい。また、例えば、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３のように、それぞれの周を構成する振動膜１２がそれぞれ同一の形状を有していてもよい。例えば、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３はそれぞれ径が異なる略円板状の形状を有していてもよい。なお、複数の駆動層２０は、複数の振動膜１２に積層されるため、積層する複数の振動膜１２のそれぞれと同一の形状であってもよい。
　（第１変形例）
　図４は、第１変形例のトランスデューサ１を示す断面図である。第１変形例のトランスデューサ１は、本実施の形態のトランスデューサ１と比べると、基板１０の背面１５に形成された複数の凹部１６を取り囲むように背面１５から所定の高さまで下部隔壁１８が形成されている点が相違している。他の構成は本実施の形態のトランスデューサ１と同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。
　背面１５には、複数の凹部１６をそれぞれ取り囲んで背面１５から所定の高さまで下部隔壁１８が形成されている。下部隔壁１８によって、複数の凹部１６について、それぞれ凹部１６の底面に形成された振動膜１２から背面１５から所定の高さの下部隔壁１８の頂部に達するまでの下部室３１が形成されている。複数の凹部１６の底面に形成された振動膜１２から背面１５の側に放出された音波は、下部隔壁１８によって形成された下部室３１の方向に導かれる。したがって、複数の振動膜１２から背面１５の側に放出された音波の主表面１１の方向への回折が抑制され、主表面１１の複数の振動膜１２から放出された音波の前記回折に由来する音質の劣化が低減される。
　なお、下部隔壁１８は背面１５において複数の凹部１６のそれぞれを取り囲むように形成されるとしたが、これに限らず下部隔壁１８は背面１５においていくつかの凹部１６をまとめて取り囲むように形成してもよい。例えば、図３に示した中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３をそれぞれまとめて取り囲み、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３についてそれぞれ共通の下部室３１を形成するようにしてもよい。また、背面１５においてすべての凹部１６を取り囲むように背面１５の外周に沿って形成された下部隔壁１８が一つの共通の下部室３１を形成するようにしてもよい。このような場合にも、複数の凹部１６の底面に形成された振動膜１２から背面１５の側に放出された音波は下部隔壁１８によって下部室３１の方向に導かれ、主表面１１の方向への回折が抑制され、前記回折に由来する音質の劣化が低減される。
　下部隔壁１８は、所定の位置に透過孔が形成された所定の厚さを有するシリコン基板を基板１０の背面１５に貼り付けることにより作製してもよい。下部隔壁１８は、シリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材で構成されてもよい。また、一つのシリコン基板を用意し、エッチングにより下部隔壁１８及び凹部１６を連続して形成してもよい。
　（第２変形例）
　図５は、第２変形例のトランスデューサ１を示す断面図である。第２変形例のトランスデューサ１は、本実施の形態のトランスデューサ１と比べると、基板１０の主表面１１に形成された複数の振動膜１２を取り囲むように主表面１１から所定の高さまで上部隔壁１９が形成されている点が相違している。他の構成は本実施の形態のトランスデューサ１と同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。
　主表面１１には、複数の振動膜１２及び複数の振動膜１２に積層された複数の駆動層２０のそれぞれを取り囲んで主表面１１から所定の高さまで上部隔壁１９が形成されている。上部隔壁１９によって、複数の振動膜１２について、それぞれ主表面１１の振動膜１２から所定の高さの上部隔壁１９の頂部に達するまでの上部室３２が形成されている。主表面１１の振動膜１２から放出された音波は、上部隔壁１９によって上部室３２の方向に導かれる。したがって、主表面１１の複数の振動膜１２から放出された音波は主表面１１の正面に向けて効率よく放出される。
　なお、上部隔壁１９は主表面１１において複数の振動膜１２のそれぞれを取り囲むように形成されるとしたが、これに限らず上部隔壁１９は主表面１１においていくつかの振動膜１２をまとめて取り囲むように形成してもよい。例えば、図３に示した中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３をそれぞれまとめて取り囲み、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３についてそれぞれ共通の上部室３２を形成するようにしてもよい。また、主表面１１においてすべての振動膜１２を取り囲むように主表面１１の外周に沿って形成された上部隔壁１９が一つの共通の上部室３２を形成するようにしてもよい。このような場合にも、複数の振動膜１２から放出された音波は上部隔壁１９によって形成された上部室３２の方向に導かれ、主表面１１の正面に向けて効率よく放出される。
　上部隔壁１９は、所定の位置に透過孔が形成された所定の厚さを有するシリコン基板を基板１０の主表面１１に貼り付けることにより作製してもよい。上部隔壁１９は、シリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材で構成してもよい。また、一つのシリコン基板を用意し、エッチングにより上部隔壁１９を形成してもよい。
　なお、第２変形例においては、基板１０の主表面１１に形成された複数の振動膜１２を取り囲むように主表面１１から所定の高さまで上部隔壁１９が形成されているとしたが、背面１５に形成された複数の凹部１６を取り囲むように背面１５から所定の高さまで下部隔壁１８がさらに形成されていてもよい。このような場合には、複数の振動膜１２から放出された音波は上部隔壁１９によって形成された上部室３２の方向に導かれ、主表面１１の正面に向けて効率よく放出される。また、複数の凹部１６の底面に形成された振動膜１２から背面１５の側に放出された音波は下部隔壁１８によって下部室３１の方向に導かれ、主表面１１の方向への回折が抑制され、前記回折に由来する音質の劣化が低減される。
　（第３変形例）
　図６は、第３変形例のトランスデューサ１を示す断面図である。第３変形例のトランスデューサ１は、本実施の形態のトランスデューサ１と比べると、基板１０の背面１５に外周に沿って所定の高さまで形成された側壁５１と、側壁５１の頂部に取り付けられた、平面視で基板１０と同様の略矩形状の形状を有する第２基板５２とを有する点が相違している。他の構成は本実施の形態のトランスデューサ１と同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。
　背面１５には、外周に沿って内側に所定の厚さを有する側壁５１が背面１５から所定の高さまで形成されている。背面１５から所定の高さを有する側壁５１の頂部には、平面視で基板１０と同様の略矩形状の形状を有する第２基板５２が取り付けられている。基板１０の背面１５には、側壁５１及び第２基板５２によって、密閉された空洞３３が形成されている。
　背面１５において、複数の凹部１６の底面に形成された振動膜１２から背面１５の側に放出された音波は、密閉された空洞３３に閉じ込められて外部への漏れが抑制される。したがって、複数の凹部１６の底面に形成された複数の振動膜１２から背面１５の方向に放出された音波は、主表面１１の方向への回折が抑制され、主表面１１の複数の振動膜１２から発生した音波の前記回折に由来する音質の劣化が低減される。
　側壁５１は、所定の位置に透過孔が形成された所定の厚さを有するシリコンの枠材を基板１０の背面１５に貼り付けることにより作製してもよい。側壁５１は、シリコンに限らず、ガラス、有機材料など他の種類の素材で構成してもよい。また、一つのシリコン基板を用意し、エッチングにより側壁５１及び凹部１６を連続して形成してもよい。第２基板５２は、基板１０と同様にシリコン基板であってもよいし、ガラス、有機材料など他の種類の素材で構成してもよく、プリント基板であってもよい。
　なお、基板１０の背面１５には、側壁５１及び第２基板５２によって密閉された空洞３３が形成されているとしたが、これに限らず、空洞３３は密閉されていなくてもよく、空洞３３は形成されていなくてもよい。また、背面１５には所定の高さまで側壁５１が形成され、第２基板５２は背面１５の頂部に取り付けられているとしたが、これに限らず、背面１５に側壁５１が設けられず、第２基板５２は背面１５に適切な手段によって取り付けられていてもよい。このような場合にも、第２基板５２によって複数の凹部１６の底面に形成された複数の振動膜１２から背面１５の方向に放出された音波の主表面１１の方向への回折を抑制したり、第２基板５２に複数の駆動層２０の駆動回路を設けたりするなど様々な機能を提供することができる。
　（第４変形例）
　図７は、第４変形例のトランスデューサ１を示す平面図である。図８は、第４変形例のトランスデューサ１を示す断面図である。図８の断面図は、図７の平面図における切断線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩによる切断面を示している。第４変形例のトランスデューサ１は、本実施の形態のトランスデューサ１と比べると、基板１０の主表面１１における複数の振動膜１２及び複数の電極パッド１４の配置が相違している。他の構成は本実施の形態のトランスデューサ１と同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　第４変形例のトランスデューサ１は、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、所定の厚さを有する略板状の形状のシリコン基板であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。なお、基板１０はシリコンに限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は、スピーカの音波を発生するために使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。また、複数の振動膜１２を構成する基板１０はそれぞれの振動膜１２の全周において主表面１１が連結しているが、振動膜１２が片持ち梁又は両持ち梁の構造を有するように基板１０に適切なスリットが形成されてもよい。
　複数の振動膜１２において、主表面１１には下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された駆動層２０が積層されている。駆動層２０は、図示しない配線層によって供給された電圧によって振動膜１２が基板１０の厚さ方向に振動するように駆動する圧電素子を構成している。主表面１１において、複数の振動膜１２は、同一の径を有する略円板状の形状を有している。各振動膜１２の上に積層された駆動層２０も、複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略円板状の形状を有している。
　複数の振動膜１２は、主表面１１において、３方向について等しい間隔ｄで配置されている。このため、複数の振動膜１２は、各振動膜１２に隣接する他の振動膜１２が当該振動膜１２の６回回転対称な位置に配置される対称性を有している。なお、等しい間隔ｄとは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。
　図９は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。主表面１１の中央に配置された１個の振動膜１２を中央の振動膜１２０ということにする。複数の振動膜１２は、中央の振動膜１２０に隣接し、中央の振動膜１２０を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置された６個の振動膜１２を有している。これら６個の振動膜１２を第１周の振動膜１２１と称することにする。
　また、複数の振動膜１２は、第１周の振動膜１２１について、それぞれ隣接する振動膜１２が周囲の６回回転対称な位置に配置されるように、第１周の振動膜１２を取り囲むように配置された１０個の振動膜１２を有している。これら１０個の振動膜１２の内で、中央の振動膜１２０との間隔が相対的に小さい６個の振動膜１２を第２周の振動膜１２２と称し、中央の振動膜１２０との間隔が相対的に大きい４個の振動膜１２を第３周の振動膜１２３と称することにする。
　第２周の振動膜１２２は、第１周の振動膜１２１を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。第３周の振動膜１２３は、第２周の振動膜１２２を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。主表面１１の大部分は、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２３によって占められている。
　平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ主表面１１の横方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、複数の振動膜１２をそれぞれ駆動する複数の駆動層２０に電圧を供給できるように、駆動層２０の下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層にそれぞれ図示しない配線が接続されている。これらの複数の電極パッド１４からは、複数の駆動層２０に向けて共通の配線が接続されている。
　なお、一対の電極パッド１４から複数の駆動層２０に向かう配線の接続はこれに限らず、主表面１１に形成された複数の振動膜１２の一部が個別に制御されるように独立に接続されてもよい。例えば、主表面１１に配置された中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１、第２周の振動膜１２２及び第３周の振動膜１２２のそれぞれについて振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線が共通とされ、それぞれを独立して駆動できるように接続されてもよい。また、主表面１１に配置された複数の振動膜１２について振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線がそれぞれ独立し、振動膜１２を個別に駆動できるように接続されてもよい。主表面１１に形成された複数の振動膜１２の少なくとも一部を独立して制御することにより、例えば異なる位相で発生した音波が互いに干渉するなど様々な機能を提供することができる。
　第４変形例のトランスデューサ１においては、主表面１１において同一の径を有する略円板状の形状の振動膜１２が３方向に等しい間隔ｄで配置されるようにすることにより、主表面１１の大部分が複数の振動膜１２によって占められる。このような配置により、振動膜１２は隣接する他の振動膜が６回回転対称な位置に配置されるようになり、高い密度で配置することができる。したがって、主表面１１の大部分が振動膜１２として有効に利用されるようになり、トランスデューサ１はスピーカとして使用するために十分な音量を発生することができる。また、第４変形例のトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。
　（第５変形例）
　図１０は、第５変形例のトランスデューサ１を示す平面図である。図１１は、第５変形例のトランスデューサ１を示す断面図である。図１１の断面図は、図１０の平面図における切断線ＸＩ－ＸＩによる切断面を示している。第５変形例のトランスデューサ１は、本実施の形態のトランスデューサ１と比べると、基板１０の主表面１１における複数の振動膜１２及び複数の電極パッド１４の配置が相違している。他の構成は本実施の形態のトランスデューサ１と同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　第５変形例のトランスデューサ１は、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、所定の厚さを有する略板状の形状のシリコン基板であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。なお、基板１０はシリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は、スピーカの音波を発生するために使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。また、複数の振動膜１２を構成する基板１０はそれぞれの振動膜１２の全周において主表面１１が連結しているが、振動膜１２が片持ち梁又は両持ち梁の構造を有するように基板１０に適切なスリットが形成されてもよい。
　複数の振動膜１２において、主表面１１には下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された駆動層２０が積層されている。駆動層２０は、図示しない配線層によって供給された電圧によって振動膜１２が基板１０の厚さ方向に振動するように駆動する圧電素子を構成している。主表面１１において、複数の振動膜１２は、同一の径を有する略円板状の形状を有している。複数の振動膜１２に積層される駆動層２０も、主表面１１において、複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略円板状の形状を有している。
　複数の振動膜１２は、主表面１１において、３方向について等しい間隔ｄで配置された振動膜１２を含んでいる。ここで、振動膜１２の間隔ｄとは、略円板状の形状を有する振動膜１２のそれぞれの中心の間の距離をいうものとする。一般に、振動膜１２の間隔ｄは、主表面１１における振動膜１２のそれぞれの重心の間の距離としてもよい。なお、等しい間隔ｄとは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。
　図１２は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。主表面１１の中央に配置された１個の振動膜１２を中央の振動膜１２０ということにする。複数の振動膜１２は、中央の振動膜１２０に隣接し、中央の振動膜１２０を取り囲むように中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置された６個の振動膜１２を有している。これら６個の振動膜１２を第１周の振動膜１２１と称することにする。第１周の振動膜１２１は、中央の振動膜１２０の周囲に６回回転対称な位置に配置される対称性を有している。
　また、複数の振動膜１２は、第１周の振動膜１２１を取り囲むように配置された１０個の振動膜１２を有している。これらの振動膜１２を、第２周の振動膜１２２と称することにする。第２周の振動膜１２２は、中央の振動膜１２０から平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の縦方向の辺に近い両側にそれぞれ５個が中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置されている。これら５個の振動膜１２の内で中央と両端の振動膜１２は、それぞれ第１周の振動膜１２１について６回回転対称な位置に配置されている。主表面１１の大部分は、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１及び第２周の振動膜１２２によって占められている。
　平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ主表面１１の縦方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、複数の振動膜１２をそれぞれ駆動する複数の駆動層２０に電圧を供給できるように、駆動層２０の下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層にそれぞれ図示しない配線が接続されている。これらの複数の電極パッド１４からは、複数の駆動層２０に向けて共通の配線が接続されている。
　なお、一対の電極パッド１４から複数の駆動層２０に向かう配線の接続はこれに限らず、主表面１１に形成された複数の振動膜１２の一部が個別に制御されるように独立に接続されてもよい。例えば、主表面１１に配置された中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１及び第２周の振動膜１２２のそれぞれについて振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線が共通とされ、中央の振動膜１２０、第１周の振動膜１２１及び第２周の振動膜１２２のそれぞれを独立して駆動できるように接続されてもよい。また、主表面１１に配置された複数の振動膜１２について振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線がそれぞれ独立し、振動膜１２を個別に駆動できるように接続されてもよい。主表面１１に形成された複数の振動膜１２の少なくとも一部を独立して制御することにより、例えば異なる位相で発生した音波が互いに干渉するなど様々な機能を提供することができる。
　第５変形例のトランスデューサ１においては、複数の振動膜１２は、主表面１１において、同一の径を有する円板状の形状を有している。また、複数の振動膜１２は、３方向に等しい間隔ｄで配置される振動膜１２と、中央の振動膜１２０から所定の間隔の周上に所定の間隔で配置される振動膜１２とを含んでいる。このような振動膜１２の構成により、主表面１１の大部分が複数の振動膜１２によって占められる。したがって、主表面１１の大部分が振動膜１２として有効に利用されるようになり、トランスデューサ１はスピーカとして使用するために十分な音量を発生することができる。また、第５変形例のトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。
　（第６変形例）
　図１３は、第６変形例のトランスデューサ１を示す平面図である。図１４は、第６変形例のトランスデューサ１を示す断面図である。図１４の断面図は、図１３の平面図における切断線ＸＩＶ－ＸＩＶによる切断面を示している。第６変形例のトランスデューサ１は、本実施の形態のトランスデューサ１と比べると、基板１０の主表面１１における複数の振動膜１２及び複数の電極パッド１４の配置が相違している。他の構成は本実施の形態のトランスデューサ１と同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　第６変形例のトランスデューサ１は、平坦な主表面１１及び主表面１１に対向する背面１５を有する基板１０に形成されている。基板１０は、所定の厚さを有する略板状の形状のシリコン基板であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。なお、基板１０はシリコン基板に限らず、ガラス基板、有機材料など他の種類の素材によって構成されてもよい。
　基板１０の背面１５には、複数の凹部１６が形成されている。複数の凹部１６は、主表面１１から所定の深さまで達し、主表面１１が基板１０の厚さ方向に振動できるように所定の厚さの基板１０を残すように形成されている。これらの所定の厚さの基板１０が残された部分は、複数の振動膜１２を形成している。複数の振動膜１２は、スピーカの音波を発生するために使用されるため、その固有振動数は可聴域よりも高い振動数とされている。また、複数の振動膜１２を構成する基板１０はそれぞれの振動膜１２の全周において主表面１１が連結しているが、振動膜１２が片持ち梁又は両持ち梁の構造を有するように基板１０に適切なスリットが形成されてもよい。
　複数の振動膜１２において、主表面１１には下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層によって圧電体層２２が挟まれて構成された駆動層２０が積層されている。駆動層２０は、図示しない配線層によって供給された電圧によって振動膜１２が基板１０の厚さ方向に振動するように駆動する圧電素子を構成している。主表面１１において、複数の振動膜１２は、同一の径を有する略円板状の形状を有している。各振動膜１２の上に積層された駆動層２０も、複数の振動膜１２の形状にしたがい同様に略円板状の形状を有している。
　複数の振動膜１２は、主表面１１において、略直交する２方向について等しい間隔で配置された振動膜１２を含んでいる。すなわち、平面視で略矩形状の主表面１１の縦方向の間隔ｄ１と、横方向の間隔ｄ２とである。ここで、振動膜１２の間隔とは、略円板状の形状を有する振動膜１２のそれぞれの中心の間の距離をいうものとする。一般に、振動膜１２の間隔は、主表面１１における振動膜１２のそれぞれの重心の間の距離としてもよい。なお、縦方向の間隔ｄ１及び横方向の間隔ｄ２について等しい間隔とは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。
　図１５は、トランスデューサ１の基板１０の主表面１１における振動膜１２の配置を示す平面図である。平面視で略矩形状の主表面１１には図中の左辺の近くに縦方向に４個の振動膜１２が間隔ｄ１で配置されている。これら４個の振動膜１２を第１列の振動膜１２１と称することにする。主表面１１には、同様に４個の振動膜１２が縦方向に配置された第２列の振動膜１２２、第３列の振動膜１２３及び第４列の振動膜１２４が横方向に図中の右辺の近くまで配置されている。主表面１１の大部分は、第１列の振動膜１２１、第２列の振動膜１２２、第３列の振動膜１２３及び第４列の振動膜１２４によって占められている。
　平面視で略矩形状の形状を有する主表面１１の４個の頂点に近く振動膜１２が配置されていない部分には、それぞれ主表面１１の横方向に延びる一対の辺に沿って複数の電極パッド１４が形成されている。これら複数の電極パッド１４からは、複数の振動膜１２をそれぞれ駆動する複数の駆動層２０に電圧を供給できるように、駆動層２０の下部電極層２１及び上部電極層２３の一対の電極層にそれぞれ図示しない配線が接続されている。これらの複数の電極パッド１４からは、複数の駆動層２０に向けて共通の配線が接続されている。
　なお、一対の電極パッド１４から複数の駆動層２０に向かう配線の接続はこれに限らず、主表面１１に形成された複数の振動膜１２の一部が個別に制御されるように独立に接続されてもよい。例えば、主表面１１に配置された第１列の振動膜１２１、第２列の振動膜１２２、第３列の振動膜１２３及び第４列の振動膜１２４のそれぞれについて振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線が共通とされ、第１列の振動膜１２１、第２列の振動膜１２２、第３列の振動膜１２３及び第４列の振動膜１２４のそれぞれを独立して駆動できるように接続されてもよい。また、主表面１１に配置された複数の振動膜１２について振動膜１２を駆動する駆動層２０に向けた配線がそれぞれ独立し、振動膜１２を個別に駆動できるように接続されてもよい。主表面１１に形成された複数の振動膜１２の少なくとも一部を独立して制御することにより、例えば異なる位相で発生した音波が互いに干渉するなど様々な機能を提供することができる。
　第５変形例のトランスデューサ１においては、主表面１１において同一の径を有する略円板状の形状の振動膜１２が縦方向に間隔ｄ１及び横方向に間隔ｄ２で配置されるようにすることにより、主表面１１の大部分が複数の振動膜１２によって占められる。したがって、主表面１１の大部分が振動膜１２として有効に利用されるようになり、トランスデューサ１はスピーカとして使用するために十分な音量を発生することができる。また、第６変形例のトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。
　（電子機器）
　本実施の形態の電子機器は、スピーカとして本実施の形態のトランスデューサ１を備えている。本実施の電子機器は、本実施のトランスデューサ１をスピーカとして備えることにより十分な音量を発生することができる。
　図１６は、本実施の形態の電子機器を示すブロック図である。本実施の形態の電子機器は、前述の本実施の形態のトランスデューサ１をスピーカとして備えるものであり、信号源４１から入力した音声信号に従いトランスデューサ１から一定の音質の音波を発生することができるように、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）４２、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）４３、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）４４及び増幅器４５をさらに備えている。
　電子機器において、信号源４１からアナログ信号として入力した音声信号は、アナログデジタルコンバータ４２によってデジタル信号に変換された後、デジタル信号プロセッサ４３によって、所定の処理が施される。例えば、デジタル信号プロセッサ４３は、トランスデューサ１の周波数特性を補償したり、トランスデューサ１間の位相を制御したり、必要に応じてイコライザー、サラウンドなどの処理を施したりする。デジタル信号プロセッサ４３で処理された音声信号は、デジタルアナログコンバータ４４でアナログ信号に変換された後、増幅器４５によって増幅されてトランスデューサ１を駆動する。
　本実施の形態の電子機器は、スピーカとして本実施の形態のトランスデューサ１を備えるので、スピーカが小型であるにもかかわらず十分な音量を提供することができる。また、本実施の形態のトランスデューサ１は圧電素子により電圧で駆動されるため、従来のダイナミックスピーカなどを備える電子機器と比較すると消費電力を低減することができる。また、電子機器に備えられるトランスデューサ１は、半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ技術を用いて製造されるため、一度に複数の個片を高い精度で作製することができる。
　（トランスデューサアレイ）
　本実施の形態のトランスデューサアレイは、本実施の形態のトランスデューサを用い、複数のトランスデューサの主表面が一側を向き、複数のトランスデューサは、少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置されたトランスデューサを含むように２次元状に配置されたものである。本実施の形態のトランスデューサアレイは、本実施の形態のトランスデューサを用いるため、十分な音量を発生することができる。また、複数のトランスデューサは、少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置されているため、前記一側の所定の範囲において音量の分布が略均一になるように音波を放出することができる。
　少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置されたトランスデューサは、前記２次元状の配置によって規定される面内において、少なくとも２方向を含む３方向に等しい間隔で配置されたトランスデューサを含んでもよい。トランスデューサの密度を確保して配置することによりトランスデューサアレイで発生する音量を確保することができる。
　前記複数のトランスデューサの各トランスデューサの主表面は、２次元状に配置された前記複数のトランスデューサの中央から離れるにしたがって中央に向けて傾斜してもよい。トランスデューサアレイは、一側の正面の中央に集中するように音波を放出することができる。
　図１７は、本実施の形態のトランスデューサアレイ２を示す平面図である。図１８は、本実施の形態のトランスデューサアレイ２を示す断面図である。図１８の断面図は、図１７の平面図における切断線ＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩによる切断面を示している。
　本実施の形態のトランスデューサアレイ２において、支持基板６０の平坦な主表面６１に、複数の本実施の形態のトランスデューサ１が、その主表面１１が支持基板６０の主表面６１から離れる側を向くように２次元状に配置されている。複数のトランスデューサ１は、主表面６１において３方向について等しい間隔Ｄで配置され、支持基板６０の中央から離れるにしたがってトランスデューサ１の主表面６１が支持基板６０の中央に向けて傾斜するように配置されている。ここで、トランスデューサ１の間隔Ｄとは、トランスデューサ１を平面視したときの輪郭の中央の位置の間の距離でもよいし、トランスデューサ１の主表面６１に形成された振動膜１２の重心の位置の間の距離であってもよい。なお、等しい間隔Ｄとは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。
　支持基板６０は、所定の厚さを有する略板状の形状であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。支持基板６０は、基板１０と同様にシリコン基板であってもよいし、ガラス、有機材料など他の種類の素材で構成してもよく、プリント基板であってもよい。
　主表面６１において、複数のトランスデューサ１は、３方向について等しい間隔Ｄで配置されているため、各トランスデューサ１に隣接する他のトランスデューサ１が当該トランスデューサ１の６回回転対称な位置に配置される対称性を有している。複数のトランスデューサ１は、主表面６１の中央のトランスデューサ１を基準として、中央のトランスデューサ１に隣接する周囲の６回回転対称な位置に配置された６個のトランスデューサ１を有している。また、これら６個のトランスデューサ１のそれぞれについて、隣接する周囲の６回回転対称な位置に６個のトランスデューサ１が配置されるように、前記６個のトランスデューサ１を取り囲むように配置された１２個のトランスデューサ１を有している。
　本実施の形態のトランスデューサアレイ２においては、トランスデューサ１の主表面６１が支持基板６０の主表面６１の中央から離れるにしたがって中央に向けて傾斜するように配置されている。図１８には、主表面６１の傾斜を明示するために、主表面６１の法線が描かれている。
　本実施の形態のトランスデューサアレイ２においては、トランスデューサ１の間隔Ｄが等しくなるように配置されているため、支持基板６０の主表面６１の正面の一定の範囲において、複数のトランスデューサ１から放出された音波は音量の分布が略均一になるようにすることができる。また、トランスデューサ１の主表面６１が支持基板６０の主表面６１の中央から離れるにしたがって中央に向けて傾斜しているため、支持基板６０の主表面６１の正面の中央に集中するように音波を放出することができる。さらにまた、本実施の形態のトランスデューサ１はスピーカとして十分な音量を発生することができるため、複数のトランスデューサ１を備える本実施の形態のトランスデューサアレイ２も十分な音量を発生することができる。
　（トランスデューサアレイの変形例）
　図１９は、変形例のトランスデューサアレイ２を示す平面図である。変形例のトランスデューサアレイ２は、本実施の形態のトランスデューサアレイ２とは、第６変形例のトランスデューサ１を用いることと、トランスデューサ１の配置とが相違している。他の構成は本実施のトランスデューサアレイと同様であるので、対応する部材には同一の参照番号を付して対応関係を明らかにする。
　変形例のトランスデューサアレイ２において、支持基板６０の平坦な主表面６１に、第６変形例のトランスデューサ１が、その主表面１１が支持基板６０の主表面６１から離れる側を向くように２次元状に配置されている。平面視で略矩形状の主表面６１には、縦方向に間隔Ｄ１で配置された５個のトランスデューサ１を一列のトランスデューサ１として、横方向に間隔Ｄ２で７列のトランスデューサ１が配置されている。各列のトランスデューサ１は、長手方向が列の延びる方向に揃えられている。
　ここで、トランスデューサ１の間隔Ｄとは、トランスデューサ１を平面視したときの輪郭の中央の位置の間の距離でもよいし、トランスデューサ１の主表面６１に形成された振動膜１２の重心の位置の間の距離であってもよい。主表面６１の大部分は、これらのトランスデューサ１によって占められている。トランスデューサ１は、支持基板６０の中央から離れるにしたがっての主表面１１が支持基板６０の中央に向けて傾斜するように配置されてもよい。
　支持基板６０は、所定の厚さを有する略板状の形状であり、平面視で縦方向及び横方向のサイズが略等しい略矩形状の形状を有している。支持基板６０は、基板１０と同様にシリコン基板であってもよいし、ガラス、有機材料など他の種類の素材で構成してもよく、プリント基板であってもよい。
　変形例のトランスデューサアレイ２においては、トランスデューサ１が縦方向に間隔Ｄ１、横方向に間隔Ｄ２でそれぞれ等間隔になるように配置されている。このため、支持基板６０の主表面６１の正面の一定の範囲において、複数のトランスデューサ１から放出された音波は音量の分布が略均一になるようにすることができる。また、変形例６のトランスデューサ１はスピーカとして十分な音量を発生することができるため、複数のトランスデューサ１を備える変形例のトランスデューサアレイ２も十分な音量を発生することができる。なお、トランスデューサ１の主表面６１が支持基板６０の主表面６１の中央から離れるにしたがって中央に向けて傾斜しているときには、支持基板６０の主表面６１の正面の中央に集中するように音波を放出することができる。なお、縦方向の間隔Ｄ１及び横方向の間隔Ｄ２について等しい間隔とは、厳密に等しい間隔に限らず、例えば差異が±１０％程度に留まるなど実質的に等しいとみなせる場合を含むものとする。
　上述のように、本実施の形態について記載したが、開示の一部をなす論述及び図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
　例えば、トランスデューサは、音波を発生する以外にも、超音波を発生する用途に適用してもよい。また、トランスデューサは、音波又は超音波を検出する用途に適用してもよい。
　１　トランスデューサ
　２　トランスデューサアレイ
　１０　基板
　１１　主表面
　１２　振動膜
　１２０　中央の振動膜
　１２１　第１周の振動膜、第１列の振動膜
　１２２　第２周の振動膜、第２列の振動膜
　１２３　第３周の振動膜、第３列の振動膜
　１２４　第４列の振動膜
　１４　電極パッド
　１５　背面
　１６　凹部
　１８　下部隔壁
　１９　上部隔壁
　２０　駆動層
　２１　下部電極層
　２２　圧電体層
　２３　上部電極層

Claims (20)

  1. 　主表面及び前記主表面に対向する背面を有する基板と、
    　前記主表面が前記基板の厚さ方向に振動できるように、前記背面に形成された複数の凹部によって、前記基板が前記主表面から所定の厚さに形成された複数の振動膜と、
    　前記主表面において一対の電極層が圧電体層を挟むように前記複数の振動膜に積層された複数の駆動層と
    　を備え、前記複数の振動膜は、前記主表面の面内において、少なくとも２つの方向にそれぞれ所定の間隔で配置された振動膜を含むトランスデューサ。
  2. 　前記少なくとも２つの方向にそれぞれ所定の間隔で配置された振動膜は、前記主表面の面内において、前記少なくとも２つの方向を含む３つの方向にそれぞれ等しい間隔で配置された振動膜を含む請求項１に記載のトランスデューサ。
  3. 　前記複数の振動膜は、前記主表面の面内において、相互に隣接する振動膜同士の間隔が等しいように配置された振動膜を含む請求項１又は２のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  4. 　前記複数の振動膜の固有振動数は、可聴域よりも高い振動数である請求項１から３のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  5. 　前記複数の振動膜は、前記主表面の面内において、同じ形状を有する振動膜を含む請求項１から３のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  6. 　前記複数の駆動層の一対の電極層には、当該駆動層を駆動するための電圧が供給される電極パッドからそれぞれ配線が接続された請求項１から５のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  7. 　前記配線は、前記複数の駆動層の一対の電極層について共通となる配線を含む請求項６に記載のトランスデューサ。
  8. 　前記複数の振動膜は、前記主表面の面内において、一つの振動膜との間隔がそれぞれ等しい振動膜を含む請求項６又は７に記載のトランスデューサ。
  9. 　前記一つの振動膜との間隔がそれぞれ等しい振動膜は、前記一つの振動膜と所定の間隔となる周に沿って所定の間隔で配置された振動膜を含む請求項８に記載のトランスデューサ。
  10. 　前記一つの振動膜と所定の間隔となり、それに沿って所定の間隔で振動膜が配置された第１周の外側にあって、前記一つの振動膜と所定の間隔となる第２周に沿って所定の間隔で配置された振動膜を含む請求項９に記載のトランスデューサ。
  11. 　前記複数の振動膜は、前記主表面の面内において、各周についてそれぞれ同じ形状を有する振動膜を含む請求項１０に記載のトランスデューサ。
  12. 　前記配線は、各周に沿って配置された振動膜についてそれぞれ共通となる配線を含む請求項１０又は１１に記載のトランスデューサ。
  13. 　前記背面には、前記複数の振動膜の各振動膜について前記凹部に前記背面から所定の高さまで独立した空間を形成するための隔壁が形成された請求項１から１２のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  14. 　前記主表面には、前記複数の振動膜の各振動膜について前記主表面から所定の高さまで独立した空間を形成するための隔壁が形成された請求項１から１３のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  15. 　前記基板は、シリコン基板で構成された請求項１から１４のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  16. 　前記背面に対向して設けられ、前記基板の前記背面の側に取り付けられる他の基板をさらに備える請求項１から１５のいずれか一項に記載のトランスデューサ。
  17. 　スピーカとして請求項１から１６のいずれか一項に記載のトランスデューサを備える電子機器。
  18. 　請求項１から１６のいずれか一項に記載のトランスデューサを用い、複数のトランスデューサの主表面が一側を向き、前記複数のトランスデューサは、少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置されたトランスデューサを含むように２次元状に配置されたトランスデューサアレイ。
  19. 　前記少なくとも２方向にそれぞれ所定の間隔で配置されたトランスデューサは、前記２次元状の配置によって規定される面内において、前記少なくとも２方向を含む３方向に等しい間隔で配置されたトランスデューサを含む請求項１８に記載のトランスデューサアレイ。
  20. 　前記複数のトランスデューサの各トランスデューサの主表面は、２次元状に配置された前記複数のトランスデューサの中央から離れるにしたがって中央に向けて傾斜する請求項１８又は１９に記載のトランスデューサアレイ。
     
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