タッチパネル装置
【課題】電極指の交差幅を維持して表面弾性波の回折を防止しつつ、額縁部を狭くしたタッチパネル装置を提供する。
【解決手段】本発明は、入力面１０ａを有する基板１０と、入力面１０ａの外周に設けられた送信子１２及び受信子とを有し、受信子が検出した表面弾性波に基づいて入力面１０ａに接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、送信子１２及び受信子が、基板１０上に設けられ、第１方向に対して垂直方向に延びる第１電極指３０を有する第１電極１６と、第１電極１６上に設けられた第１圧電体層と、第１圧電体層上に設けられた共通電極と、共通電極上に設けられた第２圧電体層と、第２圧電体層上に共通電極に対向して設けられ、第１電極指３０と平面視で交差すると共に、第２方向に対して垂直方向に延びる第２電極指３２を有する第２電極２４とを備えている。
【解決手段】本発明は、入力面１０ａを有する基板１０と、入力面１０ａの外周に設けられた送信子１２及び受信子とを有し、受信子が検出した表面弾性波に基づいて入力面１０ａに接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、送信子１２及び受信子が、基板１０上に設けられ、第１方向に対して垂直方向に延びる第１電極指３０を有する第１電極１６と、第１電極１６上に設けられた第１圧電体層と、第１圧電体層上に設けられた共通電極と、共通電極上に設けられた第２圧電体層と、第２圧電体層上に共通電極に対向して設けられ、第１電極指３０と平面視で交差すると共に、第２方向に対して垂直方向に延びる第２電極指３２を有する第２電極２４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、パーソナルコンピュータ等の小型情報電子機器の普及に伴い、表示画面上に指又はペンなどの物体を接触させることにより入力操作を行う、いわゆるタッチパネル機能が付加された表示装置が広く利用されている。
【０００３】
ここで、指，ペンなどの物体の接触位置を検出する方法としては、抵抗膜を用いた装置と超音波を用いた方法が良く知られている。前者の抵抗膜を用いた装置では、抵抗膜に物体が接触することによって生じるその抵抗膜の抵抗値の変化を検知し、物体の接触位置を検出する。一方、後者の超音波を用いた装置では、表示画面上に弾性表面波を伝播させ、表示面に物体が接触する際の弾性表面波の減衰を検知して、物体の接触位置を検出する。両方法とも優れた面を有するが、特に超音波を用いたタッチパネル装置は、応答時間、検出性能、及び耐久性の面で、抵抗膜を用いた装置よりも優れている。
【０００４】
以下に、超音波を用いたタッチパネル装置の構成について説明する。
タッチパネル装置は、ガラスからなる表面波が搬送される基板を有し、表面波が搬送される矩形状の基板上の周縁の額縁部には、２方向へ弾性表面波を励振する励振素子が対向する辺側にそれぞれ設けられている。さらに、２方向からの弾性表面波を受信する受信素子が励振素子が設けられていない対向する辺側にそれぞれ設けられている。励振素子又は受信素子は、櫛型電極と共通電極とに挟持された圧電素子から構成されている。櫛型電極は、途中で屈曲させてＶ字状をなす複数の電極指から構成されている。このような構成にあっては、励振素子にて弾性表面波が２方向に励振され、励振された弾性表面波が非圧電基板の対角２方向に伝播されて受信素子で受信され、その受信結果に基づいて、物体の接触の有無及びその接触位置が検出される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３００８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、櫛形電極は途中で屈曲させてＶ字状をなす複数の電極指から構成されている。これは、表面弾性波を基板面の２方向に分配することにより、基板上の入力面の全面に表面弾性波を伝播させるためである。
しかしながら、Ｖ字状の電極指の形状とした場合には、１個の電極指から２方向の表面弾性波を出力させるため、電極指を直線状に形成した場合と比較して、電極指の交差幅が広くなってしまう。そこで、電極指の交差幅を小さくすることで、タッチパネル装置の額縁部を狭くする方法も考えられる。しかし、Ｖ字状の電極指から２方向に伝播される表面弾性波同士の回折を防止するためには、電極指は一定の交差幅を有する必要があった。このように、従来のタッチパネル装置のように、Ｖ字状の櫛型電極とした場合には、電極指の交差幅が広くなり、タッチパネル装置の額縁部が広くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極指の交差幅を維持して表面弾性波の回折を防止しつつ、額縁部を狭くしたタッチパネル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のタッチパネル装置は、上記課題を解決するために、入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、前記送信子及び前記受信子の少なくとも一方が、前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、少なくとも前記第１電極を覆うように配置された第１圧電体層と、前記第１圧電体層上に設けられた共通電極と、前記共通電極上に設けられた第２圧電体層と、前記第２圧電体層上に、前記共通電極に対向して設けられ、前記第１電極指と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、を備えていることを特徴とする。例えば、前記第１電極指は、前記第１電極全体の延在方向に対して斜めに配置され、前記第２電極指は、前記第２電極全体の延在方向に対して斜めに配置された構成とすることができる。
【０００８】
この構成では、第１電極指と第２電極指とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極及び第２電極の交差幅が小さくなる。これにより、送信子及び受信子の小型化が図られ、非入力面（基板の額縁部）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置全体の小型化を図ることができる。
また、この構成によれば、第１電極と第２電極とを２層構造とすることで、額縁部の幅を狭くしつつ、第１電極指及び第２電極指の交差幅を一定に維持することができる。これにより、第１方向及び第２方向の表面弾性波の回折を防止することができる。
【０００９】
また本発明のタッチパネル装置は、前記第１圧電体層及び第２圧電体層の少なくとも一方が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の群から選択される少なくとも一種以上の材料を有することも好ましい。
【００１０】
また本発明のタッチパネル装置は、前記送信子に駆動信号を供給する制御手段を備え、前記制御手段が、前記送信子の前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに独立かつ異なる周期で前記駆動信号を供給することも好ましい。
【００１１】
従来、２方向の表面弾性波を同時に発信させるＶ字状の電極指の場合には、電極指が連続して構成されている。そのため、駆動信号が同時に電極指に供給されるため、静電容量が大きくなってしまった。これに対し、本発明によれば、第１電極及び第２電極が２層構造で独立して構成されるため、駆動信号を異なる周期で供給することができる。従って、第１電極及び共通電極間、第２電極及び共通電極間の静電容量が同時に発生することがないため、同時に駆動信号を供給する場合と比較して、タッチパネル装置に生じる静電容量の総量を低減させることができる。これにより、瞬間的な消費電流の低減を図ることができ、携帯機器などの場合に問題となる電池の重放電を抑制する事が可能となり、長寿命化を図ることが可能となる。
【００１２】
また本発明のタッチパネル装置は、前記制御手段が、前記第１電極に前記駆動信号を供給し、前記受信子が前記駆動信号に基づいた表面弾性波を検出した後、前記第２電極に前記駆動信号を供給することも好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１電極及び共通電極間に生じる静電容量と、第２電極及び共通電極に生じる静電容量とが重複して生じない。従って、タッチパネル装置に生じる静電容量の総量を低減させることができ、瞬間的な消費電流の低減を図ることができる。
【００１４】
また本発明のタッチパネル装置は、前記入力面の外周には前記基板の辺方向に延びる電極基部が設けられ、前記第１電極指及び前記第２電極指の同じ端部側のそれぞれが前記電極基部に接続されていることも好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第１電極の第１電極指と第２電極の第２電極指とは同一の電極基部に接続される。そのため、各第１電極及び第２電極毎に電極基部を形成する場合と比較して、非入力面（基板の額縁部）の幅を狭くすることができる。さらに、電極基部を共有化することで、静電容量の低減、及び瞬間的な消費電流の低減を図ることができる。
【００１６】
また本発明のタッチパネル装置は、前記第１圧電体層の上面が平坦となっていることも好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１圧電体層の上面が平坦となっているため、第１圧電体層から発信する弾性表面波の反射が防止される。これにより、弾性表面波の損失を最小限に抑制することができ、送信子から弾性表面波を効率的に発信させることができる。
また、第１圧電体層の上面を平坦とすることで、第２圧電体層も平坦に形成することができる。
【００１８】
また本発明のタッチパネル装置は、前記送信子から発信する表面弾性波の波長をλ、第１圧電体層の膜厚をＨ１、第２圧電体層の膜厚をＨ２、２π／λをｋとしたとき、第１圧電体層のｋＨ１が０．０５〜０．５であり、第２圧電体層のｋＨ２が０．０５〜０．４であることも好ましい。
【００１９】
この構成によれば、第１圧電体層のｋＨ１及び第２圧電体層のｋＨ２を上記範囲とすることにより、電気機械結合係数（ｋ２）を大きくすることができ、より損失が少ない表面弾性波波形が得られる。従って、消費電極の低減や耐ノイズ性の向上を図ることができる。
【００２０】
また本発明のタッチパネル装置は、入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、前記送信子及び前記受信子が、前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、少なくとも前記第１電極を覆うように配置された圧電体層と、前記圧電体層上に設けられ、前記第１電極と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成では、第１電極指と第２電極指とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極及び第２電極の交差幅が小さくなる。これにより、送信子及び受信子の小型化が図られ、非入力面（基板の額縁部）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置全体の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１は、タッチパネル装置１００の座標入力面１０ａ側の概略構成を示す平面図である。
図１に示すように、タッチパネル装置１００は、ガラス等の透明材料からなる平面視矩形状の基板１０を有する。基板１０の一面側には、ユーザが実際に指などで入力を行う座標入力面１０ａ（図１中一点差線で囲まれた領域）が設けられている。
【００２４】
基板１０の座標入力面１０ａの外周の額縁部１０ｂには、図１に示すように、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の表面弾性波を座標入力面１０ａ上に発信する送信側トランスデューサー１２（送信子）と、送信側トランスデューサー１２から発信された表面弾性波を検出する受信側トランスデューサー１４（受信子）とが設けられている。送信側トランスデューサー１２は基板１０の左辺側及び右辺側のそれぞれに対向して設けられ、受信側トランスデューサー１４は基板１０の上辺側及び下辺側のそれぞれに対向して設けられている。なお、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、矩形状の座標入力面１０ａの隣接する辺の比率に基づいて規定される。本実施形態においては、座標入力面１０ａが正方形であり、隣接する辺の比率が１：１である。そのため、第１方向Ｄ１は基板１０の下辺１０ｃに対して−４５°傾いた角度の方向であり、第２方向Ｄ２は基板１０の下辺１０ｃに対して＋４５°傾いた角度の方向である。
【００２５】
次に、送信側トランスデューサー１２と受信側トランスデューサー１４の構成を説明する。
図２は、図１に示す領域Ｓ（図１中二点鎖線で囲まれた領域）を拡大した平面図である。図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。なお、図２においては、第１電極１６及び第２電極２４の構成を詳細に説明するため、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２については省略する。
【００２６】
図２、図３に示すように、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４は、第１電極１６と、第１圧電膜１８（第１圧電体層）と、共通電極２０と、第２圧電膜２２（第２圧電体層）と、第２電極２４とを備えている。
【００２７】
平面的に見ると、図１及び図２に示すように、第１電極１６は、基板１０の各辺に沿って延びる第１バス電極２６と、第１バス電極２６から第１方向Ｄ１に対して垂直方向に延びる複数の第１電極指３０とを有する。複数の第１電極指３０は第１バス電極２６の延びる方向に等間隔に配置され、隣接する第１電極指３０，３０同士が互いに平行となっている。このように、第１電極１６は、第１バス電極２６と第１電極指３０とにより一体的に構成され、平面視櫛形構造を有する。
【００２８】
第２電極２４は、第１電極１６と同様に、基板１０の各辺に沿って延びる第２バス電極２８と、第２バス電極２８から第２方向Ｄ２に対して垂直方向に延びる第２電極指３２とを有する。第２バス電極２８は、第１バス電極２６よりも座標入力面１０ａ側に、略電極指３０，３２の長さＬだけ間隔を空けて形成されている。本実施形態において、第２電極指３２は、第１電極指３０と平面視で交差するように形成されている。また、複数の第２電極指３２は、第２バス電極２８の延びる方向に第１電極指３０と同じ間隔で配置され、隣接する第２電極指３２，３２同士が互いに平行となっている。このように、第２電極２４は、第２バス電極２８と第２電極指３２とにより一体的に構成され、平面視櫛形構造を有する。
【００２９】
共通電極２０は、第１バス電極２６と第２バス電極２８との間に、第１電極指３０と第２電極指３２と平面視で重なるようにして形成されている。これにより、第１電極指３０と共通電極２０との重なる部分で一対の電極が構成され、第２電極指３２と共通電極２０との重なる部分で一対の電極が構成される。なお、共通電極２０は第１バス電極２６（第２バス電極２８）と平面視で重ならないように設けられるため、この部分での静電容量の発生を低減させることができる。
【００３０】
断面的に見ると、図３に示すように、ガラスからなる基板１０上には、第１バス電極２６及び第１電極指３０を有する第１電極１６が形成されている。第１電極１６の材料としてはＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、又はＷおよびその合金群などが好適に用いられる。この第１電極指３０は、基板１０上にスパッタ法により金属材料を成膜し、この金属材料をフォトリソグラフィー法により櫛型にパターニングすることにより形成される。
【００３１】
第１電極１６上には第１圧電膜１８が形成されている。第１圧電膜１８の材料としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の群から選択される少なくとも一種以上の材料が好適に用いられる。このとき、第１圧電膜１８の上面は、第１電極１６の厚みが反映されて凹凸となる。そのため、第１圧電膜１８の上面には平坦化処理が施されている。この第１圧電膜１８は、パターニングされた第１電極指３０上にスパッタ法により圧電材料を成膜し、この圧電材料をフォトリソグラフィー法により矩形状にパターニングすることにより形成される。
【００３２】
平坦化された第１圧電膜１８上の全面にはＡｌ等からなる共通電極２０及び酸化亜鉛からなる第２圧電膜２２が順に積層されている。また、第２圧電膜２２上には、第２バス電極２８と第２電極指３２とを有する第２電極２４が形成されている。なお、第２圧電膜２２及び第２電極２４の形成方法及び材料については、上記第１圧電膜１８及び第１電極１６と同様である。
【００３３】
図１に戻り、左辺側の送信側トランスデューサー１２の第１バス電極２６、第２バス電極２８、及び共通電極２０の下端部には引き廻し配線３４が接続されている。引き廻し配線３４の端部には駆動信号が入力及び出力される入力部及び出力部が設けられ、この入力部及び出力部には後述する駆動回路が接続されている。右辺側の送信側トランスデューサー１２、上辺側及び下辺側の受信側トランスデューサー１４についても同様である。なお、引き廻し配線３４は基板１０の周縁の一箇所に集約しても良い。
【００３４】
次に、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２の最適な膜厚について図３、図４を参照して説明する。
図４は、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２のｋ２（電気機械結合係数）とｋＨとの関係を示すグラフである。なお、横軸は第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２のｋＨを示し、左側の縦軸は電気機械結合係数を示し、右側の縦軸は第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２に印加する電圧を示す。
【００３５】
本実施形態においては、図３に示すように、第１圧電膜１８の膜厚をＨ１とし、第２圧電膜２２の膜厚をＨ２とする。そして、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２から発信する表面弾性波の波長をλとし、２π／λをｋとする。
一般的に、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２のｋ２（電気機械結合係数）は、ｋとＨ１，Ｈ２との積に依存する。そのため、本実施形態においては、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２の膜厚Ｈや表面弾性波λの波長を制御することにより、最適な第１圧電膜１８のｋＨ１び第２圧電膜２２のｋＨ２を設定する。第１圧電膜１８のｋＨ１としては、図４に示すように、０．０５〜０．５が最適であり、第２圧電膜２２のｋＨ２としては、図４に示すように、０．０５〜０．４が最適である。このように、第１圧電膜ｋＨ１及び第２圧電膜ｋＨ２を上記範囲内に設定することにより、ｋ２を０．５％以上にすることができ、より挿入損失が少ない波形が得られ、消費電流の低減や耐ノイズ性の向上を図ることができる。
【００３６】
次に、タッチパネル装置１００の駆動回路５０について図５及び図６を参照して説明する。
図５はタッチパネル装置１００の駆動回路５０のブロック図であり、図６は送信側トランスデューサー１２が発信した包絡線波形及び受信側トランスデューサー１４が検出した包絡線波形を示すグラフである。
【００３７】
タッチパネル装置１００の駆動回路５０（制御手段）は、図５に示すように、ＣＰＵ５２と、第１発信器５４と、第２発信器５６と、マルチプレクサ５８と、Ａ／Ｄ変換器６０とを有する。
【００３８】
図５に示すように、ＣＰＵ５２は、第１発信器５４及び第２発信器５６のそれぞれに接続されている。第１発信器５４は送信側トランスデューサー１２の第１電極１６に接続され、第２発信器５６は送信側トランスデューサー１２の第２電極２４に接続されている。また、受信側トランスデューサー１４の第１電極１６及び第２電極２４のそれぞれは、図５に示すように、マルチプレクサ５８に接続され、マルチプレクサ５８はＡ／Ｄ変換器６０に接続され、Ａ／Ｄ変換器６０はＣＰＵ５２に接続されている。
【００３９】
まず、ＣＰＵ５２は、第１発信器５４に駆動信号を供給する。第１発信器５４は、ＣＰＵ５２から供給された駆動信号に基づいて、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの正弦波形のバースト駆動信号を第１電極１６に供給する。このとき、マルチプレクサ５８は、ＣＰＵ５２の第１発信器５４への駆動信号の出力に基づいて、受信側トランスデューサー１４の第１電極１６側にスイッチを合わせる。
【００４０】
第１電極１６に駆動信号が供給されると、第１電極１６及び共通電極２０間に電圧が印加され、図６に示すように、第１圧電膜１８から座標入力面１０ａ上に第１方向Ｄ１の弾性表面波（発信信号Ｓ１）が発信される。第１方向Ｄ１の表面弾性波は、座標入力面１０ａ上の対角方向に伝播され、受信側トランスデューサー１４の第１電極１６に検出される。
【００４１】
受信側トランスデューサー１４の第１電極１６は、図６に示すように、送信側トランスデューサー１２の第１電極１６から発信された表面弾性波（受信信号Ｓ１）を検出する。検出された表面弾性波は、マルチプレクサ５８を介して増幅器により増幅された後、復調器によって交流成分が除去され、交流成分が除去された包絡線波形がＡ／Ｄ変換器６０に供給される。Ａ／Ｄ変換器６０は、供給された包絡線波形をサンプリング化、及び量子化して電気信号に変換し、変換した電気信号をＣＰＵ５２に供給する。
【００４２】
ＣＰＵ５２は、第１電極１６に対応する電気信号を検出すると、続けて、第２発信器５６に正弦波形のバースト駆動信号を供給する。このとき、マルチプレクサ５８は、ＣＰＵ５２の第２発信器５６への駆動信号の出力に基づいて、受信側トランスデューサー１４の第２電極２４側にスイッチを合わせる。
【００４３】
第２電極２４に駆動信号が供給されると、第２電極２４及び共通電極２０間に電圧が印加され、図６に示すように、第２圧電膜２２から座標入力面１０ａ上に第２方向Ｄ２の弾性表面波（発信信号Ｓ２）が発信される。なお、第１電極１６から発信される発信信号Ｓ１と第２電極２４から発信される発信信号Ｓ２との間隔は例えば１０ｍｓｅｃである。第２方向Ｄ２の表面弾性波は、座標入力面１０ａ上の対角方向に伝播され、受信側トランスデューサー１４の第２電極２４に検出される。
【００４４】
受信側トランスデューサー１４の第２電極２４は、図６に示すように、送信側トランスデューサー１２の第２電極２４から発信された表面弾性波（受信信号Ｓ２）を検出する。検出された表面弾性波は、上述したように、電気信号に変換され、ＣＰＵ５２に供給される。
【００４５】
このように、本実施形態に係るタッチパネル装置１００の駆動回路５０は、図６に示すように、送信側トランスデューサー１２の第１電極１６が発信した発信信号Ｓ１を受信側トランスデューサー１４の第１電極１６が受信信号Ｓ１として検出した後に、送信側トランスデューサー１２の第２電極から発信信号Ｓ２を発信させる。つまり、駆動回路５０は、各信号が互いに重複しないように異なる周期で制御する。
【００４６】
なお、上記実施形態では、各信号が互いに重複しないように制御したが、これに限定されることはない。具体的には、送信側トランスデューサー１２の発信信号Ｓ１及び受信信号Ｓ１と、受信側トランスデューサー１４の発信信号Ｓ２及び受信信号Ｓ２とが一部重複しても位相がずれていれば良い。
【００４７】
本実施形態によれば、第１電極指３０と第２電極指３２とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極１６及び第２電極２４の交差幅が小さくなる。これにより、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４の小型化が図られ、非入力面（基板１０の額縁部）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置１００全体の小型化を図ることができる。
【００４８】
また、従来、２方向の表面弾性波を同時に発信させるＶ字状の電極指の場合には、電極指が連続して構成されている。そのため、駆動信号が同時に電極指に供給されるため、静電容量が大きくなってしまった。これに対し、本実施形態によれば、第１電極１６及び第２電極２４が２層構造で独立して構成されるため、駆動信号を異なる周期で供給することができる。従って、第１電極１６及び共通電極２０間、第２電極２４及び共通電極２０間の静電容量が同時に発生することがないため、同時に駆動信号を供給する場合と比較して、タッチパネル装置１００に生じる静電容量の総量を低減させることができる。これにより、消費電流の低減を図ることができる。
また、本実施形態によれば、第１電極１６と第２電極２４とを交差させて２層構造とすることで、額縁部１０ｃの幅を狭くしつつ、第１電極指３０及び第２電極指３２の交差幅を一定に維持することができる。これにより、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の表面弾性波の回折を防止することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態によれば、第１電極１６と第２電極２４とが独立して構成されるため、第１電極１６及び共通電極２０間に生じる静電容量と、第２電極２４及び共通電極２０に生じる静電容量とが重複して生じない。従って、タッチパネル装置１００に生じる静電容量の総量を低減させることができ、消費電流の低減を図ることができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
次に、本実施形態について図面を参照して説明する。
上記実施形態では、送信側トランスデューサー及び受信側トランスデューサーを、第１電極、第１圧電膜、共通電極、第２圧電膜、及び第２電極から構成していた。これに対し、本実施形態では、送信側トランスデューサー及び受信側トランスデューサーを、第１電極、圧電膜、及び第２電極から構成している点において上記実施形態と異なる。なお、その他のタッチパネル装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
図７は、図１に示す領域Ｔ（図１中二点鎖線で囲まれた領域）を拡大した平面図である。図８のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図７及び図８に示すように、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４は、第１電極１６と、圧電膜３６（圧電体層）と、第２電極２４とを備えている。なお、以下の説明において、平面構造は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
断面的に見ると、図８に示すように、ガラスからなる基板１０上には、第１バス電極２６と第１電極指３０とを有する第１電極１６が形成されている。第１電極１６上には圧電膜３６が形成されている。このとき、圧電膜３６の上面は、第１電極指３０の厚みが反映されて凹凸となる。そのため、圧電膜３６の上面には平坦化処理が施されている。平坦化された圧電膜３６上には第２バス電極２８と第２電極指３２とを有する第２電極２４が形成されている。
【００５３】
本実施形態においては、第１電極指３０と第２電極指３２との互いに交差する部分で一対の電極が構成される。そして、第１電極１６と第２電極２４とに駆動信号を供給すると、第１電極指３０と第２電極指３２とに挟持される圧電膜３６に電圧が印加され、この圧電膜３６から第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に表面弾性波が発信される。
【００５４】
本実施形態によれば、第１電極指３０と第２電極指３２とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極１６及び第２電極２４の交差幅が小さくなる。これにより、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４の小型化が図られ、非入力面（基板１０の額縁部１０ｂ）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置１００全体の小型化を図ることができる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に、本実施形態について図面を参照して説明する。
上記実施形態では、第１電極及び第２電極のそれぞれにバス電極を設けていた。これに対し、本実施形態では、１本のバス電極に第１電極と第２電極とが接続されている点において上記実施形態と異なる。なお、その他のタッチパネル装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５６】
図９は、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４の要部構成を拡大した平面図である。
図９に示すように、基板１０の各辺に沿って共通バス電極４０（電極基部）が形成されている。共通バス電極４０の座標入力面１０ａ側には、第１電極指３０と第２電極指３２とが互いに交差するようにして形成されている。第１電極指３０及び第２電極指３２の左辺側の端部のそれぞれは共通バス電極４０に接続されている。つまり、１本の共通バス電極４０に第１電極指３０と第２電極指３２との両方が接続されている。
【００５７】
本実施形態によれば、第１電極１６の第１電極指３０と第２電極２４の第２電極指３２とは同一の共通バス電極４０に接続される。そのため、各第１電極１６及び第２電極２４毎に共通バス電極４０を形成する場合と比較して、非入力面（基板１０の額縁部）の幅を狭くすることができる。さらに、共通バス電極４０を共有化することで、静電容量の低減、及び消費電流の低減を図ることができる。
【００５８】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の一例について説明する。
図１０は、上述したタッチパネル装置を備える携帯電話（電子機器）を示した斜視図である。
図１０に示すように、携帯電話６００は、ヒンジ１２２を中心として折り畳み可能な第１ボディ１０６ａと第２ボディ１０６ｂとを備えている。そして、第１ボディ１０６ａには、タッチパネル装置を有する液晶装置６０１と、複数の操作ボタン１２７と、受話口１２４と、アンテナ１２６とが設けられている。また、第２ボディ１０６ｂには、送話口１２８が設けられている。
本実施形態に係る電子機器によれば、額縁部を狭くすることができるため、電子機器の小型化を図ることができる。
【００５９】
なお、上述したタッチパネル機能を有するタッチパネル装置１００は、上記携帯電話以外にも種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置などの電子機器に適用することが可能である。
【００６０】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上記実施形態では、送信側トランスデューサー及び受信側トランスデューサーを第１電極と第２電極とが交差した２層構造を採用した。これに対し、送信側トランスデューサーを本実施形態のように２層構造とし、受信側トランスデューサーを従来のように第１電極と第２電極とが同一平面上に連続して形成されたＶ字状の電極としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】同、トランスデューサーの要部を示す拡大平面図である。
【図３】同、トランスデューサーの構成を示す拡大断面図である。
【図４】同、圧電膜のｋ２とｋＨとの関係を示すグラフである。
【図５】同、駆動回路の構成ブロック図である。
【図６】同、受信側トランスデューサーが検出した包絡線波形を示すグラフである。
【図７】第２実施形態に係るトランスデューサーの構成を示す拡大平面図である。
【図８】同、トランスデューサーの構成を示す拡大断面図である。
【図９】第３実施形態に係るトランスデューサーの構成を示す拡大平面図である。
【図１０】携帯電話の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…基板、 １０ａ…座標入力面、 １２…送信側トランスデューサー（送信子）、 １４…受信側トランスデューサー（受信子）、 １６…第１電極、 １８…第１圧電膜（第１圧電体層）、 ２０…共通電極、 ２２…第２圧電膜（第２圧電体層）、 ２４…第２電極、 ２６…第１バス電極、 ２８…第２バス電極、 ３０…第１電極指、 ３２…第２電極指、 ３４…引き廻し配線、 ３６…圧電膜（圧電体層）、 ４０…共通バス電極（電極基部）、 ５０…駆動回路（制御手段）、 １００…タッチパネル装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、パーソナルコンピュータ等の小型情報電子機器の普及に伴い、表示画面上に指又はペンなどの物体を接触させることにより入力操作を行う、いわゆるタッチパネル機能が付加された表示装置が広く利用されている。
【０００３】
ここで、指，ペンなどの物体の接触位置を検出する方法としては、抵抗膜を用いた装置と超音波を用いた方法が良く知られている。前者の抵抗膜を用いた装置では、抵抗膜に物体が接触することによって生じるその抵抗膜の抵抗値の変化を検知し、物体の接触位置を検出する。一方、後者の超音波を用いた装置では、表示画面上に弾性表面波を伝播させ、表示面に物体が接触する際の弾性表面波の減衰を検知して、物体の接触位置を検出する。両方法とも優れた面を有するが、特に超音波を用いたタッチパネル装置は、応答時間、検出性能、及び耐久性の面で、抵抗膜を用いた装置よりも優れている。
【０００４】
以下に、超音波を用いたタッチパネル装置の構成について説明する。
タッチパネル装置は、ガラスからなる表面波が搬送される基板を有し、表面波が搬送される矩形状の基板上の周縁の額縁部には、２方向へ弾性表面波を励振する励振素子が対向する辺側にそれぞれ設けられている。さらに、２方向からの弾性表面波を受信する受信素子が励振素子が設けられていない対向する辺側にそれぞれ設けられている。励振素子又は受信素子は、櫛型電極と共通電極とに挟持された圧電素子から構成されている。櫛型電極は、途中で屈曲させてＶ字状をなす複数の電極指から構成されている。このような構成にあっては、励振素子にて弾性表面波が２方向に励振され、励振された弾性表面波が非圧電基板の対角２方向に伝播されて受信素子で受信され、その受信結果に基づいて、物体の接触の有無及びその接触位置が検出される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３００８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、櫛形電極は途中で屈曲させてＶ字状をなす複数の電極指から構成されている。これは、表面弾性波を基板面の２方向に分配することにより、基板上の入力面の全面に表面弾性波を伝播させるためである。
しかしながら、Ｖ字状の電極指の形状とした場合には、１個の電極指から２方向の表面弾性波を出力させるため、電極指を直線状に形成した場合と比較して、電極指の交差幅が広くなってしまう。そこで、電極指の交差幅を小さくすることで、タッチパネル装置の額縁部を狭くする方法も考えられる。しかし、Ｖ字状の電極指から２方向に伝播される表面弾性波同士の回折を防止するためには、電極指は一定の交差幅を有する必要があった。このように、従来のタッチパネル装置のように、Ｖ字状の櫛型電極とした場合には、電極指の交差幅が広くなり、タッチパネル装置の額縁部が広くなってしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極指の交差幅を維持して表面弾性波の回折を防止しつつ、額縁部を狭くしたタッチパネル装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のタッチパネル装置は、上記課題を解決するために、入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、前記送信子及び前記受信子の少なくとも一方が、前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、少なくとも前記第１電極を覆うように配置された第１圧電体層と、前記第１圧電体層上に設けられた共通電極と、前記共通電極上に設けられた第２圧電体層と、前記第２圧電体層上に、前記共通電極に対向して設けられ、前記第１電極指と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、を備えていることを特徴とする。例えば、前記第１電極指は、前記第１電極全体の延在方向に対して斜めに配置され、前記第２電極指は、前記第２電極全体の延在方向に対して斜めに配置された構成とすることができる。
【０００８】
この構成では、第１電極指と第２電極指とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極及び第２電極の交差幅が小さくなる。これにより、送信子及び受信子の小型化が図られ、非入力面（基板の額縁部）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置全体の小型化を図ることができる。
また、この構成によれば、第１電極と第２電極とを２層構造とすることで、額縁部の幅を狭くしつつ、第１電極指及び第２電極指の交差幅を一定に維持することができる。これにより、第１方向及び第２方向の表面弾性波の回折を防止することができる。
【０００９】
また本発明のタッチパネル装置は、前記第１圧電体層及び第２圧電体層の少なくとも一方が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の群から選択される少なくとも一種以上の材料を有することも好ましい。
【００１０】
また本発明のタッチパネル装置は、前記送信子に駆動信号を供給する制御手段を備え、前記制御手段が、前記送信子の前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに独立かつ異なる周期で前記駆動信号を供給することも好ましい。
【００１１】
従来、２方向の表面弾性波を同時に発信させるＶ字状の電極指の場合には、電極指が連続して構成されている。そのため、駆動信号が同時に電極指に供給されるため、静電容量が大きくなってしまった。これに対し、本発明によれば、第１電極及び第２電極が２層構造で独立して構成されるため、駆動信号を異なる周期で供給することができる。従って、第１電極及び共通電極間、第２電極及び共通電極間の静電容量が同時に発生することがないため、同時に駆動信号を供給する場合と比較して、タッチパネル装置に生じる静電容量の総量を低減させることができる。これにより、瞬間的な消費電流の低減を図ることができ、携帯機器などの場合に問題となる電池の重放電を抑制する事が可能となり、長寿命化を図ることが可能となる。
【００１２】
また本発明のタッチパネル装置は、前記制御手段が、前記第１電極に前記駆動信号を供給し、前記受信子が前記駆動信号に基づいた表面弾性波を検出した後、前記第２電極に前記駆動信号を供給することも好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１電極及び共通電極間に生じる静電容量と、第２電極及び共通電極に生じる静電容量とが重複して生じない。従って、タッチパネル装置に生じる静電容量の総量を低減させることができ、瞬間的な消費電流の低減を図ることができる。
【００１４】
また本発明のタッチパネル装置は、前記入力面の外周には前記基板の辺方向に延びる電極基部が設けられ、前記第１電極指及び前記第２電極指の同じ端部側のそれぞれが前記電極基部に接続されていることも好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第１電極の第１電極指と第２電極の第２電極指とは同一の電極基部に接続される。そのため、各第１電極及び第２電極毎に電極基部を形成する場合と比較して、非入力面（基板の額縁部）の幅を狭くすることができる。さらに、電極基部を共有化することで、静電容量の低減、及び瞬間的な消費電流の低減を図ることができる。
【００１６】
また本発明のタッチパネル装置は、前記第１圧電体層の上面が平坦となっていることも好ましい。
【００１７】
この構成によれば、第１圧電体層の上面が平坦となっているため、第１圧電体層から発信する弾性表面波の反射が防止される。これにより、弾性表面波の損失を最小限に抑制することができ、送信子から弾性表面波を効率的に発信させることができる。
また、第１圧電体層の上面を平坦とすることで、第２圧電体層も平坦に形成することができる。
【００１８】
また本発明のタッチパネル装置は、前記送信子から発信する表面弾性波の波長をλ、第１圧電体層の膜厚をＨ１、第２圧電体層の膜厚をＨ２、２π／λをｋとしたとき、第１圧電体層のｋＨ１が０．０５〜０．５であり、第２圧電体層のｋＨ２が０．０５〜０．４であることも好ましい。
【００１９】
この構成によれば、第１圧電体層のｋＨ１及び第２圧電体層のｋＨ２を上記範囲とすることにより、電気機械結合係数（ｋ２）を大きくすることができ、より損失が少ない表面弾性波波形が得られる。従って、消費電極の低減や耐ノイズ性の向上を図ることができる。
【００２０】
また本発明のタッチパネル装置は、入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、前記送信子及び前記受信子が、前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、少なくとも前記第１電極を覆うように配置された圧電体層と、前記圧電体層上に設けられ、前記第１電極と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成では、第１電極指と第２電極指とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極及び第２電極の交差幅が小さくなる。これにより、送信子及び受信子の小型化が図られ、非入力面（基板の額縁部）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置全体の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１は、タッチパネル装置１００の座標入力面１０ａ側の概略構成を示す平面図である。
図１に示すように、タッチパネル装置１００は、ガラス等の透明材料からなる平面視矩形状の基板１０を有する。基板１０の一面側には、ユーザが実際に指などで入力を行う座標入力面１０ａ（図１中一点差線で囲まれた領域）が設けられている。
【００２４】
基板１０の座標入力面１０ａの外周の額縁部１０ｂには、図１に示すように、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の表面弾性波を座標入力面１０ａ上に発信する送信側トランスデューサー１２（送信子）と、送信側トランスデューサー１２から発信された表面弾性波を検出する受信側トランスデューサー１４（受信子）とが設けられている。送信側トランスデューサー１２は基板１０の左辺側及び右辺側のそれぞれに対向して設けられ、受信側トランスデューサー１４は基板１０の上辺側及び下辺側のそれぞれに対向して設けられている。なお、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、矩形状の座標入力面１０ａの隣接する辺の比率に基づいて規定される。本実施形態においては、座標入力面１０ａが正方形であり、隣接する辺の比率が１：１である。そのため、第１方向Ｄ１は基板１０の下辺１０ｃに対して−４５°傾いた角度の方向であり、第２方向Ｄ２は基板１０の下辺１０ｃに対して＋４５°傾いた角度の方向である。
【００２５】
次に、送信側トランスデューサー１２と受信側トランスデューサー１４の構成を説明する。
図２は、図１に示す領域Ｓ（図１中二点鎖線で囲まれた領域）を拡大した平面図である。図２のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。なお、図２においては、第１電極１６及び第２電極２４の構成を詳細に説明するため、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２については省略する。
【００２６】
図２、図３に示すように、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４は、第１電極１６と、第１圧電膜１８（第１圧電体層）と、共通電極２０と、第２圧電膜２２（第２圧電体層）と、第２電極２４とを備えている。
【００２７】
平面的に見ると、図１及び図２に示すように、第１電極１６は、基板１０の各辺に沿って延びる第１バス電極２６と、第１バス電極２６から第１方向Ｄ１に対して垂直方向に延びる複数の第１電極指３０とを有する。複数の第１電極指３０は第１バス電極２６の延びる方向に等間隔に配置され、隣接する第１電極指３０，３０同士が互いに平行となっている。このように、第１電極１６は、第１バス電極２６と第１電極指３０とにより一体的に構成され、平面視櫛形構造を有する。
【００２８】
第２電極２４は、第１電極１６と同様に、基板１０の各辺に沿って延びる第２バス電極２８と、第２バス電極２８から第２方向Ｄ２に対して垂直方向に延びる第２電極指３２とを有する。第２バス電極２８は、第１バス電極２６よりも座標入力面１０ａ側に、略電極指３０，３２の長さＬだけ間隔を空けて形成されている。本実施形態において、第２電極指３２は、第１電極指３０と平面視で交差するように形成されている。また、複数の第２電極指３２は、第２バス電極２８の延びる方向に第１電極指３０と同じ間隔で配置され、隣接する第２電極指３２，３２同士が互いに平行となっている。このように、第２電極２４は、第２バス電極２８と第２電極指３２とにより一体的に構成され、平面視櫛形構造を有する。
【００２９】
共通電極２０は、第１バス電極２６と第２バス電極２８との間に、第１電極指３０と第２電極指３２と平面視で重なるようにして形成されている。これにより、第１電極指３０と共通電極２０との重なる部分で一対の電極が構成され、第２電極指３２と共通電極２０との重なる部分で一対の電極が構成される。なお、共通電極２０は第１バス電極２６（第２バス電極２８）と平面視で重ならないように設けられるため、この部分での静電容量の発生を低減させることができる。
【００３０】
断面的に見ると、図３に示すように、ガラスからなる基板１０上には、第１バス電極２６及び第１電極指３０を有する第１電極１６が形成されている。第１電極１６の材料としてはＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｔａ、又はＷおよびその合金群などが好適に用いられる。この第１電極指３０は、基板１０上にスパッタ法により金属材料を成膜し、この金属材料をフォトリソグラフィー法により櫛型にパターニングすることにより形成される。
【００３１】
第１電極１６上には第１圧電膜１８が形成されている。第１圧電膜１８の材料としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の群から選択される少なくとも一種以上の材料が好適に用いられる。このとき、第１圧電膜１８の上面は、第１電極１６の厚みが反映されて凹凸となる。そのため、第１圧電膜１８の上面には平坦化処理が施されている。この第１圧電膜１８は、パターニングされた第１電極指３０上にスパッタ法により圧電材料を成膜し、この圧電材料をフォトリソグラフィー法により矩形状にパターニングすることにより形成される。
【００３２】
平坦化された第１圧電膜１８上の全面にはＡｌ等からなる共通電極２０及び酸化亜鉛からなる第２圧電膜２２が順に積層されている。また、第２圧電膜２２上には、第２バス電極２８と第２電極指３２とを有する第２電極２４が形成されている。なお、第２圧電膜２２及び第２電極２４の形成方法及び材料については、上記第１圧電膜１８及び第１電極１６と同様である。
【００３３】
図１に戻り、左辺側の送信側トランスデューサー１２の第１バス電極２６、第２バス電極２８、及び共通電極２０の下端部には引き廻し配線３４が接続されている。引き廻し配線３４の端部には駆動信号が入力及び出力される入力部及び出力部が設けられ、この入力部及び出力部には後述する駆動回路が接続されている。右辺側の送信側トランスデューサー１２、上辺側及び下辺側の受信側トランスデューサー１４についても同様である。なお、引き廻し配線３４は基板１０の周縁の一箇所に集約しても良い。
【００３４】
次に、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２の最適な膜厚について図３、図４を参照して説明する。
図４は、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２のｋ２（電気機械結合係数）とｋＨとの関係を示すグラフである。なお、横軸は第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２のｋＨを示し、左側の縦軸は電気機械結合係数を示し、右側の縦軸は第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２に印加する電圧を示す。
【００３５】
本実施形態においては、図３に示すように、第１圧電膜１８の膜厚をＨ１とし、第２圧電膜２２の膜厚をＨ２とする。そして、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２から発信する表面弾性波の波長をλとし、２π／λをｋとする。
一般的に、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２のｋ２（電気機械結合係数）は、ｋとＨ１，Ｈ２との積に依存する。そのため、本実施形態においては、第１圧電膜１８及び第２圧電膜２２の膜厚Ｈや表面弾性波λの波長を制御することにより、最適な第１圧電膜１８のｋＨ１び第２圧電膜２２のｋＨ２を設定する。第１圧電膜１８のｋＨ１としては、図４に示すように、０．０５〜０．５が最適であり、第２圧電膜２２のｋＨ２としては、図４に示すように、０．０５〜０．４が最適である。このように、第１圧電膜ｋＨ１及び第２圧電膜ｋＨ２を上記範囲内に設定することにより、ｋ２を０．５％以上にすることができ、より挿入損失が少ない波形が得られ、消費電流の低減や耐ノイズ性の向上を図ることができる。
【００３６】
次に、タッチパネル装置１００の駆動回路５０について図５及び図６を参照して説明する。
図５はタッチパネル装置１００の駆動回路５０のブロック図であり、図６は送信側トランスデューサー１２が発信した包絡線波形及び受信側トランスデューサー１４が検出した包絡線波形を示すグラフである。
【００３７】
タッチパネル装置１００の駆動回路５０（制御手段）は、図５に示すように、ＣＰＵ５２と、第１発信器５４と、第２発信器５６と、マルチプレクサ５８と、Ａ／Ｄ変換器６０とを有する。
【００３８】
図５に示すように、ＣＰＵ５２は、第１発信器５４及び第２発信器５６のそれぞれに接続されている。第１発信器５４は送信側トランスデューサー１２の第１電極１６に接続され、第２発信器５６は送信側トランスデューサー１２の第２電極２４に接続されている。また、受信側トランスデューサー１４の第１電極１６及び第２電極２４のそれぞれは、図５に示すように、マルチプレクサ５８に接続され、マルチプレクサ５８はＡ／Ｄ変換器６０に接続され、Ａ／Ｄ変換器６０はＣＰＵ５２に接続されている。
【００３９】
まず、ＣＰＵ５２は、第１発信器５４に駆動信号を供給する。第１発信器５４は、ＣＰＵ５２から供給された駆動信号に基づいて、数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚの正弦波形のバースト駆動信号を第１電極１６に供給する。このとき、マルチプレクサ５８は、ＣＰＵ５２の第１発信器５４への駆動信号の出力に基づいて、受信側トランスデューサー１４の第１電極１６側にスイッチを合わせる。
【００４０】
第１電極１６に駆動信号が供給されると、第１電極１６及び共通電極２０間に電圧が印加され、図６に示すように、第１圧電膜１８から座標入力面１０ａ上に第１方向Ｄ１の弾性表面波（発信信号Ｓ１）が発信される。第１方向Ｄ１の表面弾性波は、座標入力面１０ａ上の対角方向に伝播され、受信側トランスデューサー１４の第１電極１６に検出される。
【００４１】
受信側トランスデューサー１４の第１電極１６は、図６に示すように、送信側トランスデューサー１２の第１電極１６から発信された表面弾性波（受信信号Ｓ１）を検出する。検出された表面弾性波は、マルチプレクサ５８を介して増幅器により増幅された後、復調器によって交流成分が除去され、交流成分が除去された包絡線波形がＡ／Ｄ変換器６０に供給される。Ａ／Ｄ変換器６０は、供給された包絡線波形をサンプリング化、及び量子化して電気信号に変換し、変換した電気信号をＣＰＵ５２に供給する。
【００４２】
ＣＰＵ５２は、第１電極１６に対応する電気信号を検出すると、続けて、第２発信器５６に正弦波形のバースト駆動信号を供給する。このとき、マルチプレクサ５８は、ＣＰＵ５２の第２発信器５６への駆動信号の出力に基づいて、受信側トランスデューサー１４の第２電極２４側にスイッチを合わせる。
【００４３】
第２電極２４に駆動信号が供給されると、第２電極２４及び共通電極２０間に電圧が印加され、図６に示すように、第２圧電膜２２から座標入力面１０ａ上に第２方向Ｄ２の弾性表面波（発信信号Ｓ２）が発信される。なお、第１電極１６から発信される発信信号Ｓ１と第２電極２４から発信される発信信号Ｓ２との間隔は例えば１０ｍｓｅｃである。第２方向Ｄ２の表面弾性波は、座標入力面１０ａ上の対角方向に伝播され、受信側トランスデューサー１４の第２電極２４に検出される。
【００４４】
受信側トランスデューサー１４の第２電極２４は、図６に示すように、送信側トランスデューサー１２の第２電極２４から発信された表面弾性波（受信信号Ｓ２）を検出する。検出された表面弾性波は、上述したように、電気信号に変換され、ＣＰＵ５２に供給される。
【００４５】
このように、本実施形態に係るタッチパネル装置１００の駆動回路５０は、図６に示すように、送信側トランスデューサー１２の第１電極１６が発信した発信信号Ｓ１を受信側トランスデューサー１４の第１電極１６が受信信号Ｓ１として検出した後に、送信側トランスデューサー１２の第２電極から発信信号Ｓ２を発信させる。つまり、駆動回路５０は、各信号が互いに重複しないように異なる周期で制御する。
【００４６】
なお、上記実施形態では、各信号が互いに重複しないように制御したが、これに限定されることはない。具体的には、送信側トランスデューサー１２の発信信号Ｓ１及び受信信号Ｓ１と、受信側トランスデューサー１４の発信信号Ｓ２及び受信信号Ｓ２とが一部重複しても位相がずれていれば良い。
【００４７】
本実施形態によれば、第１電極指３０と第２電極指３２とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極１６及び第２電極２４の交差幅が小さくなる。これにより、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４の小型化が図られ、非入力面（基板１０の額縁部）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置１００全体の小型化を図ることができる。
【００４８】
また、従来、２方向の表面弾性波を同時に発信させるＶ字状の電極指の場合には、電極指が連続して構成されている。そのため、駆動信号が同時に電極指に供給されるため、静電容量が大きくなってしまった。これに対し、本実施形態によれば、第１電極１６及び第２電極２４が２層構造で独立して構成されるため、駆動信号を異なる周期で供給することができる。従って、第１電極１６及び共通電極２０間、第２電極２４及び共通電極２０間の静電容量が同時に発生することがないため、同時に駆動信号を供給する場合と比較して、タッチパネル装置１００に生じる静電容量の総量を低減させることができる。これにより、消費電流の低減を図ることができる。
また、本実施形態によれば、第１電極１６と第２電極２４とを交差させて２層構造とすることで、額縁部１０ｃの幅を狭くしつつ、第１電極指３０及び第２電極指３２の交差幅を一定に維持することができる。これにより、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の表面弾性波の回折を防止することができる。
【００４９】
さらに、本実施形態によれば、第１電極１６と第２電極２４とが独立して構成されるため、第１電極１６及び共通電極２０間に生じる静電容量と、第２電極２４及び共通電極２０に生じる静電容量とが重複して生じない。従って、タッチパネル装置１００に生じる静電容量の総量を低減させることができ、消費電流の低減を図ることができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
次に、本実施形態について図面を参照して説明する。
上記実施形態では、送信側トランスデューサー及び受信側トランスデューサーを、第１電極、第１圧電膜、共通電極、第２圧電膜、及び第２電極から構成していた。これに対し、本実施形態では、送信側トランスデューサー及び受信側トランスデューサーを、第１電極、圧電膜、及び第２電極から構成している点において上記実施形態と異なる。なお、その他のタッチパネル装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５１】
図７は、図１に示す領域Ｔ（図１中二点鎖線で囲まれた領域）を拡大した平面図である。図８のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
図７及び図８に示すように、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４は、第１電極１６と、圧電膜３６（圧電体層）と、第２電極２４とを備えている。なお、以下の説明において、平面構造は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
断面的に見ると、図８に示すように、ガラスからなる基板１０上には、第１バス電極２６と第１電極指３０とを有する第１電極１６が形成されている。第１電極１６上には圧電膜３６が形成されている。このとき、圧電膜３６の上面は、第１電極指３０の厚みが反映されて凹凸となる。そのため、圧電膜３６の上面には平坦化処理が施されている。平坦化された圧電膜３６上には第２バス電極２８と第２電極指３２とを有する第２電極２４が形成されている。
【００５３】
本実施形態においては、第１電極指３０と第２電極指３２との互いに交差する部分で一対の電極が構成される。そして、第１電極１６と第２電極２４とに駆動信号を供給すると、第１電極指３０と第２電極指３２とに挟持される圧電膜３６に電圧が印加され、この圧電膜３６から第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に表面弾性波が発信される。
【００５４】
本実施形態によれば、第１電極指３０と第２電極指３２とを平面視で交差（重畳）させて２層構造とするため、従来の２方向に延びるＶ字状の電極指を同一平面上に形成する場合と比較して、平面視で見た第１電極１６及び第２電極２４の交差幅が小さくなる。これにより、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４の小型化が図られ、非入力面（基板１０の額縁部１０ｂ）の幅を狭くすることができる。従って、タッチパネル装置１００全体の小型化を図ることができる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
次に、本実施形態について図面を参照して説明する。
上記実施形態では、第１電極及び第２電極のそれぞれにバス電極を設けていた。これに対し、本実施形態では、１本のバス電極に第１電極と第２電極とが接続されている点において上記実施形態と異なる。なお、その他のタッチパネル装置の構成は、上記第１実施形態と同様であるため、共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５６】
図９は、送信側トランスデューサー１２及び受信側トランスデューサー１４の要部構成を拡大した平面図である。
図９に示すように、基板１０の各辺に沿って共通バス電極４０（電極基部）が形成されている。共通バス電極４０の座標入力面１０ａ側には、第１電極指３０と第２電極指３２とが互いに交差するようにして形成されている。第１電極指３０及び第２電極指３２の左辺側の端部のそれぞれは共通バス電極４０に接続されている。つまり、１本の共通バス電極４０に第１電極指３０と第２電極指３２との両方が接続されている。
【００５７】
本実施形態によれば、第１電極１６の第１電極指３０と第２電極２４の第２電極指３２とは同一の共通バス電極４０に接続される。そのため、各第１電極１６及び第２電極２４毎に共通バス電極４０を形成する場合と比較して、非入力面（基板１０の額縁部）の幅を狭くすることができる。さらに、共通バス電極４０を共有化することで、静電容量の低減、及び消費電流の低減を図ることができる。
【００５８】
［電子機器］
次に、本発明の電子機器の一例について説明する。
図１０は、上述したタッチパネル装置を備える携帯電話（電子機器）を示した斜視図である。
図１０に示すように、携帯電話６００は、ヒンジ１２２を中心として折り畳み可能な第１ボディ１０６ａと第２ボディ１０６ｂとを備えている。そして、第１ボディ１０６ａには、タッチパネル装置を有する液晶装置６０１と、複数の操作ボタン１２７と、受話口１２４と、アンテナ１２６とが設けられている。また、第２ボディ１０６ｂには、送話口１２８が設けられている。
本実施形態に係る電子機器によれば、額縁部を狭くすることができるため、電子機器の小型化を図ることができる。
【００５９】
なお、上述したタッチパネル機能を有するタッチパネル装置１００は、上記携帯電話以外にも種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置などの電子機器に適用することが可能である。
【００６０】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上記実施形態では、送信側トランスデューサー及び受信側トランスデューサーを第１電極と第２電極とが交差した２層構造を採用した。これに対し、送信側トランスデューサーを本実施形態のように２層構造とし、受信側トランスデューサーを従来のように第１電極と第２電極とが同一平面上に連続して形成されたＶ字状の電極としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態に係るタッチパネル装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】同、トランスデューサーの要部を示す拡大平面図である。
【図３】同、トランスデューサーの構成を示す拡大断面図である。
【図４】同、圧電膜のｋ２とｋＨとの関係を示すグラフである。
【図５】同、駆動回路の構成ブロック図である。
【図６】同、受信側トランスデューサーが検出した包絡線波形を示すグラフである。
【図７】第２実施形態に係るトランスデューサーの構成を示す拡大平面図である。
【図８】同、トランスデューサーの構成を示す拡大断面図である。
【図９】第３実施形態に係るトランスデューサーの構成を示す拡大平面図である。
【図１０】携帯電話の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１０…基板、 １０ａ…座標入力面、 １２…送信側トランスデューサー（送信子）、 １４…受信側トランスデューサー（受信子）、 １６…第１電極、 １８…第１圧電膜（第１圧電体層）、 ２０…共通電極、 ２２…第２圧電膜（第２圧電体層）、 ２４…第２電極、 ２６…第１バス電極、 ２８…第２バス電極、 ３０…第１電極指、 ３２…第２電極指、 ３４…引き廻し配線、 ３６…圧電膜（圧電体層）、 ４０…共通バス電極（電極基部）、 ５０…駆動回路（制御手段）、 １００…タッチパネル装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、
前記送信子及び前記受信子の少なくとも一方が、
前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、
少なくとも前記第１電極を覆うように配置された第１圧電体層と、
前記第１圧電体層上に設けられた共通電極と、
前記共通電極上に設けられた第２圧電体層と、
前記第２圧電体層上に、前記共通電極に対向して設けられ、前記第１電極指と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、
を備えていることを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記第１電極指は、前記第１電極全体の延在方向に対して斜めに配置され、前記第２電極指は、前記第２電極全体の延在方向に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１圧電体層及び第２圧電体層の少なくとも一方が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の群から選択される少なくとも一種以上の材料を有することを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記送信子に駆動信号を供給する制御手段を備え、
前記制御手段が、前記送信子の前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに独立かつ異なる周期で前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
前記制御手段が、前記第１電極に前記駆動信号を供給し、前記受信子が前記駆動信号に基づいた表面弾性波を検出した後、前記第２電極に前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル装置。
【請求項６】
前記入力面の外周には前記基板の辺方向に延びる電極基部が設けられ、
前記第１電極指及び前記第２電極指の同じ端部側のそれぞれが前記電極基部に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項７】
前記第１圧電体層の上面が平坦となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項８】
前記送信子から発信する表面弾性波の波長をλ、第１圧電体層の膜厚をＨ１、第２圧電体層の膜厚をＨ２、２π／λをｋとしたとき、
第１圧電体層のｋＨ１が０．０５〜０．５であり、第２圧電体層のｋＨ２が０．０５〜０．４であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項９】
入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、
前記送信子及び前記受信子が、
前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、
少なくとも前記第１電極を覆うように配置された圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられ、前記第１電極と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、
を備えていることを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項１】
入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、
前記送信子及び前記受信子の少なくとも一方が、
前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、
少なくとも前記第１電極を覆うように配置された第１圧電体層と、
前記第１圧電体層上に設けられた共通電極と、
前記共通電極上に設けられた第２圧電体層と、
前記第２圧電体層上に、前記共通電極に対向して設けられ、前記第１電極指と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、
を備えていることを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】
前記第１電極指は、前記第１電極全体の延在方向に対して斜めに配置され、前記第２電極指は、前記第２電極全体の延在方向に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
【請求項３】
前記第１圧電体層及び第２圧電体層の少なくとも一方が、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、及びニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の群から選択される少なくとも一種以上の材料を有することを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル装置。
【請求項４】
前記送信子に駆動信号を供給する制御手段を備え、
前記制御手段が、前記送信子の前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに独立かつ異なる周期で前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項５】
前記制御手段が、前記第１電極に前記駆動信号を供給し、前記受信子が前記駆動信号に基づいた表面弾性波を検出した後、前記第２電極に前記駆動信号を供給することを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル装置。
【請求項６】
前記入力面の外周には前記基板の辺方向に延びる電極基部が設けられ、
前記第１電極指及び前記第２電極指の同じ端部側のそれぞれが前記電極基部に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項７】
前記第１圧電体層の上面が平坦となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項８】
前記送信子から発信する表面弾性波の波長をλ、第１圧電体層の膜厚をＨ１、第２圧電体層の膜厚をＨ２、２π／λをｋとしたとき、
第１圧電体層のｋＨ１が０．０５〜０．５であり、第２圧電体層のｋＨ２が０．０５〜０．４であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
【請求項９】
入力面を有する基板と、前記入力面において異なる方向に表面弾性波を発信させる送信子と、前記表面弾性波を検出する受信子とを有し、前記受信子が検出した前記表面弾性波に基づいて前記入力面に接触した物体の位置を計測するタッチパネル装置であって、
前記送信子及び前記受信子が、
前記基板上に設けられ、第１電極指を有する第１電極と、
少なくとも前記第１電極を覆うように配置された圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられ、前記第１電極と平面視で交差する第２電極指を有する第２電極と、
を備えていることを特徴とするタッチパネル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１５５８６（Ｐ２００８−１５５８６Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８３１２３（Ｐ２００６−１８３１２３）
【出願日】平成１８年７月３日（２００６．７．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３日（２００６．７．３）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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