圧電素子、その製造方法、およびタッチパネル装置
圧電素子（Ｘ）は、基板（１１）、圧電膜（１２）、第１電極（１３）、および第２電極（１４）を備え、第１電極（１３）および／または第２電極（１４）は、基板（１１）および圧電膜（１２）の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、表面弾性波を励振することのできる圧電素子、その製造方法、並びに、励振手段および受信手段として圧電素子を有するタッチパネル装置に関する。
【背景技術】
ＦＡ機器、ＯＡ機器、および測定機器などにおけるコンピュータシステムへの入力手段としては、タッチパネル装置が採用される場合がある。タッチパネル装置は、機器のディスプレイに対して一体的に設けられ、ディスプレイ表面において指などが接触した位置を検出するためのものである。ディスプレイにて表示されている画像に関するデータ、および、タッチパネル装置により検出された接触位置に関するデータに基づき、機器のコンピュータシステムにおいて所定の処理が実行される。
タッチパネル装置の技術分野では、近年、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用して接触位置を検出するＳＡＷ方式タッチパネル装置が注目を集めている。ＳＡＷ方式タッチパネル装置は、例えば、検出領域および当該検出領域を囲む周縁領域を有する透明基板、並びに、当該基板の周縁領域に設けられている複数の励振手段および複数の受信手段を具備する。励振手段および受信手段は、各々、圧電素子よりなる。このようなＳＡＷ方式タッチパネル装置については、例えば特開平６−１４９４５９号公報や特開平１０−５５２４０号公報に記載されている。
励振手段や受信手段を構成する圧電素子は、例えば、基板の周縁領域上に素子ごとにパターン形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と、当該ＩＤＴを覆うように周縁領域上に設けられた圧電膜とからなる。ＩＤＴは、一対の櫛歯電極からなり、各櫛歯電極は、相互に平行な複数の電極指を有する。一方の櫛歯電極の電極指と、他方の櫛歯電極の電極指とは、交互に配され且つ平行に配されている。圧電膜は、歪みが加えられることにより電界を生じる性質（圧電効果）、および、電界が加えられることにより歪みが生じる性質（逆圧電効果）を示す圧電材料からなる。
励振手段としての圧電素子のＩＤＴに交流電圧を印加すると、隣り合う電極指の間に交流電界が発生する。すると、逆圧電効果により、当該電極指間に対応する圧電膜に歪みが生じ、ＩＤＴ全体により圧電膜にて所定の弾性波が励振される。このとき、電極指ピッチと等しい波長の弾性波が最も強く励振される。励振された弾性波は、基板表面を伝搬して、受信手段としての圧電素子に至る。当該素子においては、その圧電膜の圧電効果により、ＩＤＴの電極指間に交流電界が発生する。これに誘起されて、当該素子のＩＤＴから交流電流が出力される。
ＳＡＷ方式タッチパネル装置の作動時には、励振手段としての各圧電素子から表面弾性波が発生され、この表面弾性波は、基板の検出領域を伝搬し、受信手段としての特定の圧電素子により受信される。検出領域に指などが接触している場合、当該接触位置を通過する表面弾性波の振幅は減衰する。この減衰が検知および解析されることにより、検出領域における接触位置が特定ないし検出される。
このようなＳＡＷ方式タッチパネル装置において、励振用圧電素子では、その電気機械変換効率が高いほど、印加電圧に対して弾性波は効率よく励振される。一方、受信用圧電素子では、その電気機械変換効率が高いほど、受信される弾性波に基づいて交流電流は効率よく出力される。したがって、ＳＡＷ方式タッチパネル装置では、各圧電素子の電気機械変換効率が高いほど、一対の圧電素子間の信号の送受信における挿入損失（ｄＢ）は小さくなり、その結果、装置の駆動電圧を低減することが可能となり、また、装置の検出精度は高くなる。
しかしながら、従来のＳＡＷ方式タッチパネル装置によると、圧電素子において充分に高い電気機械変換効率が得られないために、駆動電圧を充分に低減できない場合があり、また、必要とされる検出精度が得られない場合がある。
【発明の開示】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、電気機械変換効率の高い圧電素子、その製造方法、並びに、励振手段および受信手段としてそのような圧電素子を備えるＳＡＷ方式タッチパネル装置を、提供することを目的とする。
本発明の第１の側面によると圧電素子が提供される。この圧電素子は、基板、圧電膜、第１電極、および第２電極を備える。第１電極および／または第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。Ａｌ合金が、当該群から選択される複数の金属を含む場合、当該Ａｌ合金における各添加金属の含有率は０．１〜３ｗｔ％の範囲にある。
従来より、所定の圧電素子における圧電膜は、スパッタリング法により圧電材料を成膜することにより形成され、当該成膜時には基板が加熱される。基板が加熱されると、基板上に既に形成されている電極（例えば、上述した従来の圧電素子のＩＤＴ）は基板とともに昇温し、基板および電極の熱膨張率の差に起因して、当該電極においてヒロック（基板表面からの電極の部分的な剥離）が生ずる。ヒロックが多いほど、或は、各ヒロックが大きいほど、当該圧電素子における電気機械変換効率は低いことが知られている。ＳＡＷ方式タッチパネル装置における従来の圧電素子では、電極であるＩＤＴを構成するための材料としてＡｌが採用される場合が多い。Ａｌは、電気抵抗が小さく、安価であり、加工が容易だからである。しかしながら、当該Ａｌ電極においては、特に、ヒロックが発生および成長し易い。
本発明の第１の側面に係る圧電素子の製造においては、基板上に第１電極および第２電極が所定のパターンで形成された後、これら電極を覆うように基板上に圧電膜が形成される。或は、基板上に第１電極が所定のパターンで形成された後、当該第１電極を覆うように基板上に圧電膜が形成され、更に、圧電膜上に第２電極が形成される。或は、基板上に第２電極が所定のパターンで形成された後、当該第２電極を覆うように基板上に圧電膜が形成され、更に、圧電膜上に第１電極が形成される。いずれの方法においても、圧電膜の形成時には、従来法と同様に基板は加熱され、従って基板上に既に形成されている電極は加熱される。
しかしながら、第１の側面に係る圧電素子では、従来の圧電素子よりも高い電気機械変換効率が得られる。基板と圧電膜の間に介在している電極（第１電極および／または第２電極）が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなり、純粋なＡｌからなる電極よりも熱膨張しにくいからである。圧電膜形成時に既に基板上に形成されており、且つ、製造される圧電素子において基板と圧電膜の間に介在することとなる電極が、上述のようなＡｌ合金よりなる場合、圧電膜形成時において、当該電極にてヒロックが生じないか、或はヒロックが生じてもその数およびサイズは抑制され、その結果、圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができると考えられる。
本発明の第１の側面において、好ましい実施の形態では、第１電極は、基板および圧電膜の間に介在し、第２電極は、圧電膜上に設けられている。本構成では、圧電膜への電圧の印加には、圧電膜を挟む第１および第２電極が利用される。この場合、好ましくは、第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、第１電極は、圧電膜を介して複数の枝電極にわたって対向する部位を有する。この場合、圧電膜の厚さをｈとし、且つ、複数の枝電極の電極周期をλとすると、好ましくは、ｈ／λの値は０．００５〜０．１である。このようなｈ／λの範囲は、高い電気機械変換効率を得るうえで好適である。
本発明の第１の側面において、他の好ましい実施の形態では、第１電極および第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を構成する。本構成では、圧電膜への電圧の印加には、基板と圧電膜の間に介在するＩＤＴが利用される。
本発明の第２の側面によると圧電素子の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、第１電極の表面の酸化膜を除去するための工程と、第１電極に重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第２の側面によると、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第３の側面によると圧電素子の他の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、第１電極の表面をエッチング処理するための工程と、第１電極に重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第３の側面によると、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第３の側面において、好ましくは、第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、第１電極は、圧電膜を介して複数の枝電極にわたって対向する部位を有する。
本発明の第４の側面によると圧電素子の他の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるＩＤＴを基板上に形成するための工程と、当該ＩＤＴの表面の酸化膜を除去するための工程と、当該ＩＤＴに重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第４の側面においても、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第５の側面によると圧電素子の他の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるＩＤＴを基板上に形成するための工程と、当該ＩＤＴの表面をエッチング処理するための工程と、当該ＩＤＴに重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第５の側面においても、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第６の側面によるとタッチパネル装置が提供される。このタッチパネル装置は、検出領域および当該検出領域を囲む周縁領域を含む基板と、周縁領域に設けられ、且つ、基板にて表面弾性波を励振するための励振手段と、周縁領域に設けられ、且つ、検出領域を伝搬した表面弾性波を受信するための受信手段と、を備える。励振手段および／または受信手段は、圧電膜、第１電極、および第２電極を含む。第１電極および／または第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。
このような構成のタッチパネル装置の励振手段および／または受信手段は、第１の側面に係る高電気機械変換効率の圧電素子により構成されている。したがって、本発明の第６の側面に係るタッチパネル装置は、駆動電圧の低減や検出精度の向上を図るうえで好適である。
本発明の第６の側面において、好ましい実施の形態では、第１電極は、基板および圧電膜の間に介在し、第２電極は、圧電膜上に設けられている。この場合、好ましくは、第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、第１電極は、圧電膜を介して複数の枝電極にわたって対向する部位を有する。この場合、好ましくは、圧電膜の厚さをｈとし、且つ、複数の枝電極の電極周期をλとすると、ｈ／λの値は、０．００５〜０．１である。
本発明の第６の側面において、他の好ましい実施の形態では、第１電極および第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、ＩＤＴを構成する。
本発明の第１から第６の側面において、好ましくは、圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる。基板と圧電膜の間に介在する電極の構成材料は、高温下において圧電膜に拡散する場合があり、電極構成材料の圧電膜への拡散は、圧電素子の電気機械変換効率を低下させてしまうことが多い。圧電材料であるＺｎＯにＭｎがドープされていると、電極構成材料である例えばＡｌの圧電膜への拡散は抑制される。したがって、本構成は、圧電素子において高い電気機械変換効率を得るうえで好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の平面図である。
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
図３Ａ〜図３Ｃは、図１に示す圧電素子の製造方法を表す。各図は部分断面図である。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子の平面図である。
図５は、図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
図６Ａ〜図６Ｃは、図４に示す圧電素子の製造方法を表す。各図は部分断面図である。
図７は、本発明の第３の実施形態に係るタッチパネル装置を表す。
図８は、図７に示すタッチパネル装置の部分拡大図である。
図９は、本発明の第４の実施形態に係るタッチパネル装置を表す。
図１０は、図９のタッチパネル装置の部分拡大図である。
図１１は、図１に示す圧電素子を有するフィルタを表す。
図１２は、実施例１〜３および比較例における各フィルタについて、挿入損失測定の結果を表す。
図１３は、実施例１，４における各フィルタについて、挿入損失のアニール時間依存性を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子Ｘを表す。圧電素子Ｘは、基板１１と、圧電膜１２と、電極１３，１４とを備え、表面弾性波を励振および受信することができるように構成されている。
基板１１は、素子の剛性を確保する機能を有するとともに、表面弾性波が伝搬する媒体である。基板１１は、例えば、透明なガラス基板などの非圧電基板である。
圧電膜１２は、歪みが加えられることにより電界を生じる性質（圧電効果）、および、電界が加えられることにより歪みが生じる性質（逆圧電効果）を示す圧電材料からなる。そのような圧電材料としては、例えば、ＭｎがドープされたＺｎＯ、ＺｎＯ、またはＡｌＮを採用することができる。圧電膜１２の厚さｈは、例えば１．０〜３．０μｍである。
電極１３は、基板１１および圧電膜１２の間に介在し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。Ａｌ合金が、当該群から選択される複数の金属を含む場合、当該Ａｌ合金における各添加金属の含有率は０．１〜３ｗｔ％の範囲にある。電極１３には、外部に露出する部位を有する端子１５が連続している。電極１３の厚さは、例えば３００〜６００ｎｍである。
電極１４は、圧電膜１２の上に設けられており、基部１４ａおよび複数の枝電極１４ｂからなる櫛歯構造を有する。複数の枝電極１４ｂは、基部１４ａから延出し、且つ、相互に平行である。相互に平行な複数の枝電極１４ｂは、各々、図１に示すような直線状に代えて屈曲状または湾曲状であってもよい。また、枝電極１４ｂは、圧電膜１２を介して電極１３に対向している。
電極１４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極１４ｂの幅ｄ１は例えば４０〜６０μｍであり、枝電極１４ｂの電極周期λ１は例えば１００〜１５０μｍである。上述の圧電膜１２の厚さｈと、枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という関係を有するのが好ましい。
電極１４は所定の導電材料よりなる。電極１４の構成材料としては、電極１３のそれと同一のものを採用してもよい。また、電極１４には端子１６が連続している。
図３Ａ〜図３Ｃは、圧電素子Ｘの製造方法を表す。圧電素子Ｘの製造においては、まず、基板１１の上に、図３Ａに示すように電極１３を形成するとともに、端子１５（図３Ａ〜図３Ｃには図示せず）を形成する。
これらの形成においては、まず、基板１１の上にＡｌ合金を成膜する。当該Ａｌ合金は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有する。成膜手法としては、スパッタリング法や蒸着法を採用することができる。電極１３および端子１５の形成においては、次に、Ａｌ合金膜上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、Ａｌ合金膜において電極１３および端子１５へと加工される箇所をマスクするためのものである。次に、当該レジストパターンをマスクとして、Ａｌ合金膜をエッチングする。これにより、基板１１上において、電極１３および端子１５を形成することができる。
電極１３を形成した後、好ましくは、電極１３の表面をエッチング処理する。表面処理手法としては、例えば、Ａｒプラズマを利用した逆スパッタリング法を採用することができる。このような表面処理により、電極１３の形成の後に当該電極１３の表面が自然酸化して生ずる酸化膜が、除去されると考えられる。
圧電素子Ｘの製造においては、次に、図３Ｂに示すように、基板１１上に圧電膜１２を積層形成する。具体的には、スパッタリング法により圧電材料を基板１１上に成膜した後、所定のレジストパターンをマスクとして当該圧電材料膜をエッチングすることにより、所定の平面視形態を有する圧電膜１２が形成される。スパッタリング法による圧電材料の成膜時には、基板１１は、所定の温度に加熱される。これにより、電極１３は基板１１とともに昇温するが、当該電極１３にはヒロックは生じないか、或は、ヒロックが生じてもその数およびサイズは抑制される。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる電極１３は、熱膨張しにくいからである。
次に、図３Ｃに示すように圧電膜１２上に電極１４を形成するとともに、端子１６（図３Ｃには図示せず）を形成する。これらの形成においては、まず、基板１１の表面および圧電膜１２の表面にわたって所定の導電材料を成膜する。成膜手法としては、スパッタリング法や蒸着法を採用することができる。次に、導電膜上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、当該導電膜において電極１４および端子１６へと加工される箇所をマスクするためのものである。次に、当該レジストパターンをマスクとして、導電膜をエッチングする。これにより、電極１４および端子１６を形成することができる。
電極１４および端子１６の形成においては、スパッタリング法を利用した上述のような手法に代えて、印刷法を利用してもよい。印刷法においては、まず、基板１１の表面および圧電膜１２の表面に対して所定のマスクを介して例えばＡｇペーストを印刷ないし塗布する。次に、マスクを除去した後、当該Ａｇペーストを焼結ないしアニール処理してペースト中の溶剤を蒸散させる。このようにして、Ａｇよりなる電極１４および端子１６を形成することができる。
以上のようにして、高い電気機械変換効率を有する圧電素子Ｘを製造することができる。図３Ｂを参照して上述した圧電膜形成工程では、基板１１上に既に形成されている電極１３におけるヒロックの生成および成長を抑制しつつ、圧電膜１２を形成するための圧電材料を成膜することができる。圧電素子Ｘにおいて高い電気機械変換効率が得られるのは、圧電膜形成時に電極１３でのヒロックの生成および成長が抑制されるためと考えられる。また、電極１３を形成した後に当該電極１３の表面にエッチング処理を施す場合、当該表面処理は、圧電膜形成時におけるヒロックの生成および成長の抑制に資すると考えられる。
図４および図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子Ｘ’を表す。圧電素子Ｘ’は、基板１１と、圧電膜１２と、電極２３，２４とを備え、表面弾性波を励振および受信することができるように構成されている。圧電素子Ｘ’は、電極１３，１４に代えて電極２３，２４を有する点において、圧電素子Ｘと異なる。基板１１および圧電膜１２については第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
電極２３，２４は、基板１１および圧電膜１２の間に介在するＩＤＴを構成し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。Ａｌ合金が、当該群から選択される複数の金属を含む場合、当該Ａｌ合金における各添加金属の含有率は０．１〜３ｗｔ％の範囲にある。
電極２３は、基部２３ａおよび複数の枝電極２３ｂからなる櫛歯構造を有する。複数の枝電極２３ｂは、基部２３ａから延出し、且つ、相互に平行である。電極２３には、外部に露出する部位を有する端子２５が連続している。
電極２４は、基部２４ａおよび複数の枝電極２４ｂからなる櫛歯構造を有する。複数の枝電極２４ｂは、基部２４ａから延出し、且つ、相互に平行である。また、枝電極２４ｂは、枝電極２３ｂに対しても平行である。電極２４には、外部に露出する部位を有する端子２６が連続している。
電極２３，２４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極２３ｂ，２４ｂの幅ｄ２は例えば２０〜３０μｍであり、枝電極２３ｂ，２４ｂの電極周期λ２は例えば１００〜１５０μｍである。
図６Ａ〜図６Ｃは、圧電素子Ｘ’の製造方法を表す。圧電素子Ｘ’の製造においては、まず、図６Ａに示すように、基板１１の上にＡｌ合金膜２０’を形成する。当該Ａｌ合金は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有する。成膜手法としては、スパッタリング法や蒸着法を採用することができる。
次に、Ａｌ合金膜２０’をパターニングすることにより、基板１１上に、図６Ｂに示すように電極２３，２４を形成するとともに、端子２５，２６（図６Ｂおよび図６Ｃには図示せず）を形成する。具体的には、まず、Ａｌ合金膜２０’上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、Ａｌ合金膜２０’において電極２３，２４および端子２５，２６へと加工される箇所をマスクするためのものである。次に、当該レジストパターンをマスクとして、Ａｌ合金膜２０’をエッチングする。このようにして、基板１１上において、電極２３，２４および端子２５，２６を形成することができる。
電極２３，２４を形成した後、好ましくは、電極２３，２４の表面をエッチング処理する。表面処理手法としては、例えば、Ａｒプラズマを利用した逆スパッタリング法を採用することができる。このような処理により、電極２３，２４の形成の後に当該電極２３，２４の表面が自然酸化して生ずる酸化膜が、除去されると考えられる。
圧電素子Ｘ’の製造においては、次に、図６Ｃに示すように、基板１１上に圧電膜１２を積層形成する。具体的には、スパッタリング法により圧電材料を基板１１上に成膜した後、所定のレジストパターンをマスクとして当該圧電材料膜をエッチングすることにより、所定の平面視形態を有する圧電膜１２が形成される。スパッタリング法による圧電材料の成膜時には、基板１１は、所定の温度に加熱される。これにより、電極２３，２４は基板１１とともに昇温するが、当該電極２３，２４にはヒロックは生じないか、或は、ヒロックが生じてもその数およびサイズは抑制される。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる電極２３，２４は、熱膨張しにくいからである。
以上のようにして、高い電気機械変換効率を有する圧電素子Ｘ’を製造することができる。図６Ｃを参照して上述した圧電膜形成工程では、基板１１上に既に形成されている電極２３，２４におけるヒロックの生成および成長を抑制しつつ、圧電膜１２を形成するための圧電材料を成膜することができる。圧電素子Ｘ’において高い電気機械変換効率が得られるのは、圧電膜形成時に電極２３，２４でのヒロックの生成および成長が抑制されるためと考えられる。また、電極２３，２４を形成した後に当該電極２３，２４の表面にエッチング処理を施す場合、当該表面処理は、圧電膜形成時におけるヒロックの生成および成長の抑制に資すると考えられる。
図７および図８は、本発明の第３の実施形態に係るタッチパネル装置Ｙを表す。タッチパネル装置Ｙは、基板３１と、圧電膜３２と、電極３３Ａ〜３３Ｄ，３４Ａ〜３４Ｄとを備え、ＳＡＷ方式タッチパネル装置として構成されている。圧電膜３２は、図の明確化の観点より仮想線で表す。
基板３１は、表面弾性波が伝搬する媒体であり、検出領域３１ａおよび周縁領域３１ｂを有する透明基板である。検出領域３１ａおよび周縁領域３１ｂの境界は、点線で表す。基板３１は、例えば透明なガラス基板などの非圧電基板であり、例えば０．７〜１．１ｍｍの厚さを有する。検出領域３１ａは、タッチパネル装置Ｙにおける検出対象領域であり、本実施形態では矩形である。周縁領域３１ｂは、検出領域３１ａの周囲を囲み、タッチパネル装置Ｙの後述の励振手段および受信手段が設けられている領域である。
圧電膜３２は、基板３１の周縁領域３１ｂに設けられており、第１の実施形態における圧電膜１２と同様に、圧電効果および逆圧電効果を示す圧電材料からなる。圧電膜３２の厚さｈは、例えば１．０〜３．０μｍである。
電極３３Ａ〜３３Ｄは、基板３１および圧電膜３２の間に介在し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。電極３３Ａ〜３３Ｄの厚さは、例えば３００〜６００ｎｍである。電極３３Ａ〜３３Ｄには、各々、対応する端子３５Ａ〜３５Ｄが連続している。端子３５Ａ〜３５Ｄは、各々、外部に露出する部位を有する。
電極３４Ａ〜３４Ｄは、圧電膜３２の上に設けられており、各々、基部３４ａおよび複数の枝電極３４ｂからなる櫛歯構造を有する。同一の電極に属する複数の枝電極３４ｂは、同一の基部３４ａから延出し、且つ、相互に平行である。
本実施形態では、相互に平行な複数の枝電極３４ｂは、各々、相対的に検出領域３１ａに近い内側部３４ｂ’および相対的に検出領域３１ａから遠い外側部３４ｂ”を有し、これらは異なる所定の方向に延びている。すなわち、枝電極３４ｂは、所定の角度で屈曲している。屈曲角度は、矩形状の検出領域３１ａを規定する隣接辺の比率に応じて決定されている。例えば、検出領域３１ａが正方形である場合、即ち隣接辺の比率が１：１である場合、屈曲角度は４５°である。また、枝電極３４ｂは、圧電膜３２を介して電極３３Ａ〜３３Ｄに対向している。
電極３４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極３４ｂの幅ｄ３（図８に示す）は例えば４０〜６０μｍである。また、枝電極３４ｂの内側部３４ｂ’の電極周期λ３（図８に示す）および外側部３４ｂ”の電極周期λ４（図８に示す）は、上述の電極周期λ１と同様に、例えば１００〜１５０μｍである。単一の電極において、電極周期λ３および電極周期λ４は、タッチパネル装置Ｙの駆動手法に応じて、同一に又は相違して設定されている。また、電極３４Ａ〜３４Ｄの間で、電極周期λ３および／または電極周期λ４は、タッチパネル装置Ｙの駆動手法に応じて、同一に又は相違して設定されている。上述の圧電膜３２の厚さｈと電極周期λ３とは、０．００５≦ｈ／λ３≦０．１という関係を有するのが好ましい。同様に、圧電膜３２の厚さｈと電極周期λ４とは、０．００５≦ｈ／λ４≦０．１という関係を有するのが好ましい。
電極３４Ａ〜３４Ｄは所定の導電材料よりなる。電極３４Ａ〜３４Ｄの構成材料としては、電極３３Ａ〜３３Ｄのそれと同一のものを採用してもよい。また、電極３４Ａ〜３４Ｄには、各々、対応する端子３６Ａ〜３６Ｄが連続している。
タッチパネル装置Ｙは、基板３１の周縁領域３１ｂにて、第１の実施形態に係る４つの圧電素子Ｘ（圧電素子ＸＡ〜ＸＤ）を具備する。具体的には、電極対３３Ａ，３４Ａ、電極対３３Ｂ，３４Ｂ、電極対３３Ｃ，３４Ｃ、および電極対３３Ｄ，３４Ｄは、各々、圧電素子Ｘの電極対１３，１４に相当し、各電極対間に挟まれる圧電膜３２は、４つの圧電素子Ｘの４つの圧電膜１２を包含し、これらを支持する基板３１は、４つの圧電素子Ｘの４つの基板１１を包含する。また、端子３５Ａ〜３５Ｄおよび端子３６Ａ〜３６Ｄは、各々、圧電素子Ｘの端子１５および端子１６に相当する。このような４つの圧電素子Ｘを含むタッチパネル装置Ｙは、図３Ａ〜図３Ｃを参照して上述した圧電素子Ｘの製造方法を利用して製造することができる。
タッチパネル装置Ｙの作動時には、例えば、相対向する２つの圧電素子ＸＡ，ＸＣが異なるタイミングで間欠的に励振駆動される。
圧電素子ＸＡは、端子３５Ａ，３６Ａを介して電極３３Ａ，３４Ａの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＡにて所定周波数の２種類の表面弾性波（ＳＡＷ）ｆ１，ｆ２が励振される。ＳＡＷｆ１は、圧電素子ＸＡにおける枝電極３４ｂの内側部３４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ２は、枝電極３４ｂの外側部３４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。
ＳＡＷｆ１は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤにおける複数の内側部３４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤからその端子３５Ｄ，３６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤにおける図中上端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ１を受信してから、図中下端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ１を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ２は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢにおける複数の外側部３４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢからその端子３５Ｂ，３６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢにおける図中上端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ２を受信してから、図中下端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ２を受信するまで、出力される。
一方、圧電素子ＸＣは、端子３５Ｃ，３６Ｃを介して電極３３Ｃ，３４Ｃの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＣにて所定周波数の２種類のＳＡＷｆ３，ｆ４が励振される。ＳＡＷｆ３は、圧電素子ＸＣにおける枝電極３４ｂの内側部３４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ４は、枝電極３４ｂの外側部３４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。圧電素子ＸＣのこのような励振駆動は、例えば、圧電素子ＸＢ，ＸＤからの上述の受信信号出力が終了した直後に行われる。
ＳＡＷｆ３は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢにおける複数の内側部３４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢからその端子３５Ｂ，３６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢにおける図中下端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ３を受信してから、図中上端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ３を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ４は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤにおける複数の外側部３４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤからその端子３５Ｄ，３６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤにおける図中下端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ４を受信してから、図中上端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ４を受信するまで、出力される。
タッチパネル装置Ｙの作動時においては、圧電素子ＸＡによるＳＡＷｆ１，ｆ２の励振から、ＳＡＷｆ３，ｆ４の受信に基づく圧電素子素子ＸＢ，ＸＤからの受信信号の出力までの、上述のような一連の動作が、繰り返される。
タッチパネル装置Ｙの作動時において、基板３１の検出領域３１ａのいずれかの位置に指などが接触していると、ＳＡＷｆ１〜ｆ４の振幅は、当該位置を通過する場合に当該位置にて減衰する。振幅が減衰したＳＡＷに基づいて圧電素子ＸＢ，ＸＤから出力される受信信号の出力レベルは低下するので、当該受信信号において出力レベルが低下する時を検知および解析することにより、検出領域３１ａにおける接触位置が特定ないし検出される。
タッチパネル装置Ｙの作動させるためには、励振手段として圧電素子ＸＡ，ＸＣに代えて圧電素子ＸＢ，ＸＤを利用し、受信手段として圧電素子ＸＢ，ＸＤに代えて圧電素子ＸＡ，ＸＣを利用することもできる。
タッチパネル装置Ｙは、励振手段および受信手段として、高い電気機械変換効率を有する第１の実施形態の圧電素子Ｘ（圧電素子ＸＡ〜ＸＤ）を備える。このようなタッチパネル装置Ｙは、駆動電圧の低減や検出精度の向上を図るうえで好適である。
図９および図１０は、本発明の第４の実施形態に係るタッチパネル装置Ｙ’を表す。タッチパネル装置Ｙ’は、基板３１と、圧電膜３２と、電極４３Ａ〜４３Ｄ，４４Ａ〜４４Ｄとを備え、ＳＡＷ方式タッチパネル装置として構成されている。タッチパネル装置Ｙ’は、電極３３Ａ〜３３Ｄ，３４Ａ〜３４Ｄに代えて電極４３Ａ〜４３Ｄ，４４Ａ〜４４Ｄを有する点において、タッチパネル装置Ｙと異なる。基板３１および圧電膜３２については第３の実施形態に関して上述したのと同様である。
電極対４３Ａ，４４Ａ、電極対４３Ｂ，４４Ｂ、電極対４３Ｃ，４４Ｃ、および電極対４３Ｄ，４４Ｄは、基板３１および圧電膜３２の間に介在するＩＤＴを構成し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。
電極４３Ａ〜４３Ｄは、各々、基部４３ａおよび複数の枝電極４３ｂからなる櫛歯構造を有する。同一の電極に属する複数の枝電極４３ｂは、同一の基部４３ａから延出し、且つ、相互に平行である。本実施形態では、相互に平行な複数の枝電極４３ｂは、各々、相対的に検出領域３１ａに近い内側部４３ｂ’および相対的に検出領域３１ａから遠い外側部４３ｂ”を有し、これらは異なる所定の方向に延びている。すなわち、枝電極４３ｂは、所定の角度で屈曲している。また、電極４３Ａ〜４３Ｄには、各々、対応する端子４５Ａ〜４５Ｄが連続している。端子４５Ａ〜４５Ｄは、各々、外部に露出する部位を有する。
電極４４Ａ〜４４Ｄは、各々、基部４４ａおよび複数の枝電極４４ｂからなる櫛歯構造を有する。同一の電極に属する複数の枝電極４４ｂは、同一の基部４４ａから延出し、且つ、相互に平行である。また、枝電極４４ｂは、枝電極４３ｂに対しても平行である。本実施形態では、相互に平行な複数の枝電極４４ｂは、各々、内側部４４ｂ’および外側部４４ｂ”を有し、これらは異なる所定の方向に延びている。すなわち、枝電極４４ｂは、所定の角度で屈曲している。枝電極４３ｂ，４４ｂの屈曲角度は、矩形状の検出領域３１ａを規定する隣接辺の比率に応じて決定されている。また、電極４４Ａ〜４４Ｄには、各々、対応する端子４６Ａ〜４６Ｄが連続している。端子４６Ａ〜４６Ｄは、各々、外部に露出する部位を有する。
電極４３，４４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極４３ｂ，４４ｂの幅ｄ４は例えば２０〜３０μｍである。内側部４３ｂ’，４４ｂ’の電極周期λ５、および、外側部４３ｂ”，４４ｂ”の電極周期λ６は、上述の電極周期λ２と同様に、例えば１００〜１５０μｍである。
タッチパネル装置Ｙ’は、基板３１の周縁領域３１ｂにて、第２の実施形態に係る４つの圧電素子Ｘ’（圧電素子ＸＡ’〜ＸＤ’）を具備する。具体的には、電極対４３Ａ，４４Ａ、電極対４３Ｂ，４４Ｂ、電極対４３Ｃ，４４Ｃ、および電極対４３Ｄ，４４Ｄは、各々、圧電素子Ｘ’の電極対２３，２４に相当し、各電極対間に挟まれる圧電膜３２は、４つの圧電素子Ｘ’の４つの圧電膜１２を包含し、これらを支持する基板３１は、４つの圧電素子Ｘ’の４つの基板１１を包含する。また、端子４５Ａ〜４５Ｄおよび端子４６Ａ〜４６Ｄは、各々、圧電素子Ｘ’の端子２５および端子２６に相当する。このような４つの圧電素子Ｘ’を含むタッチパネル装置Ｙ’は、図６Ａ〜図６Ｃを参照して上述した圧電素子Ｘ’の製造方法を利用して製造することができる。
タッチパネル装置Ｙ’の作動時には、例えば、相対向する２つの圧電素子ＸＡ’，ＸＣ’が異なるタイミングで間欠的に励振駆動される。
圧電素子ＸＡ’は、端子４５Ａ，４６Ａを介して電極４３Ａ，４４Ａの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＡ’にて所定周波数の２種類の表面弾性波（ＳＡＷ）ｆ５，ｆ６が励振される。ＳＡＷｆ５は、圧電素子ＸＡ’における内側部４３ｂ’，４４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ６は、圧電素子ＸＡ’における外側部４３ｂ”，４４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。
ＳＡＷｆ５は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤ’における複数の内側部４３ｂ’，４４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤ’からその端子４５Ｄ，４６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤ’における図中上端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ５を受信してから、図中下端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ５を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ６は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢ’における複数の外側部４３ｂ”，４４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢ’からその端子４５Ｂ，４６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢ’における図中上端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷＦ６を受信してから、図中下端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷｆ６を受信するまで、出力される。
一方、圧電素子ＸＣ’は、端子４５Ｃ，４６Ｃを介して電極４３Ｃ，４４Ｃの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＣ’にて所定周波数の２種類のＳＡＷｆ７，ｆ８が励振される。ＳＡＷｆ７は、圧電素子ＸＣ’における内側部４３ｂ’，４４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ８は、圧電素子ＸＣ’におけるの外側部４３ｂ”，４４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。圧電素子ＸＣ’のこのような励振駆動は、例えば、圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’からの上述の受信信号出力が終了した直後に行われる。
ＳＡＷｆ７は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢ’における複数の内側部４３ｂ’，４４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢ’からその端子４５Ｂ，４６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢ’における図中下端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ７を受信してから、図中上端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ７を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ８は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤ’における複数の外側部４３ｂ”，４４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤ’からその端子４５Ｄ，４６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤ’における図中下端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷｆ８を受信してから、図中上端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷｆ８を受信するまで、出力される。
タッチパネル装置Ｙ’の作動時においては、圧電素子ＸＡ’によるＳＡＷｆ５，ｆ６の励振から、ＳＡＷｆ７，ｆ８の受信に基づく圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’からの受信信号の出力までの、上述のような一連の動作が、繰り返される。
タッチパネル装置Ｙ’の作動時において、基板３１の検出領域３１ａのいずれかの位置に指などが接触していると、ＳＡＷｆ５〜ｆ８の振幅は、当該位置を通過する場合に当該位置にて減衰する。振幅が減衰したＳＡＷに基づいて圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’から出力される受信信号の出力レベルは低下するので、圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’から出力される受信信号において出力レベルが低下する時を検知および解析することにより、検出領域３１ａにおける接触位置が特定ないし検出される。
タッチパネル装置Ｙ’の作動させるためには、励振手段として圧電素子ＸＡ’，ＸＣ’に代えて圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’を利用し、受信手段として圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’に代えて圧電素子ＸＡ’，ＸＣ’を利用することもできる。
タッチパネル装置Ｙ’は、励振手段および受信手段として、高い電気機械変換効率を有する第２の実施形態の圧電素子Ｘ’（圧電素子ＸＡ’〜ＸＤ’）を備える。このようなタッチパネル装置Ｙ’は、駆動電圧の低減や検出精度の向上を図るうえで好適である。
タッチパネル装置Ｙ，Ｙ’の作動手法としては、他の態様を採用することもできる。例えば、特開２００２−２２２０４１号公報に記載されている第１〜第３の実施形態に係るタッチパネル装置を作動させるための、当該公報に記載されている手法を採用することができる。
【実施例１】
図１１に示すような、２つの圧電素子Ｘからなる正規対向型のフィルタを作製した。このフィルタを構成する本実施例の各圧電素子Ｘは、第１の実施形態に係るものである。フィルタの作製においては、まず、第１成膜工程において、スパッタリング法により、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金をガラス基板１１上に成膜することによって、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金膜を形成した。本スパッタリングでは、Ｃｕを１．０ｗｔ％含有するＡｌ合金ターゲットを用いた。
次に、所定のレジストパターンをマスクとしてＡｌ合金膜をエッチングすることにより、当該Ａｌ合金膜をパターニングした。このようにして、基板１１上において、電極１３および端子１５を形成した。この後、Ａｒプラズマを利用した逆スパッタリング法により、電極１３の表面をエッチング処理した。
次に、第２成膜工程において、スパッタリング法により、基板１１上にＺｎＯを成膜することによって、厚さ２μｍの圧電材料膜を形成した。具体的には、ＺｎＯ焼結体ターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガスおよびＯ２ガスを使用して行う反応性スパッタリングにより、基板上にＺｎＯを成膜した。本スパッタリングでは、ＡｒガスおよびＯ２ガスの流量比を４：１とした。この後、所定のレジストパターンをマスクとして圧電材料膜をエッチングすることにより、当該圧電材料膜をパターニングした。このようにして、圧電膜１２を形成した。
次に、第３成膜工程において、スパッタリング法により、基板１１の表面および圧電膜１２の表面にわたってＡｌ合金を成膜することによって、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金膜を形成した。本スパッタリングでは、上述の電極１３の形成の際に用いたのと同一のＣｕ含有Ａｌ合金ターゲットを用いた。次に、所定のレジストパターンをマスクとしてＡｌ合金膜をエッチングすることにより、当該Ａｌ合金膜をパターニングした。このようにして、基部１４ａおよび複数の平行な枝電極１４ｂを有する電極１４ならびに端子１６を形成した。本実施例における電極１４では、枝電極１４ｂの幅ｄ１は４４μｍであり、枝電極１４ｂの電極周期λ１は１１０μｍである。
以上の方法により、本実施例に係る複数のフィルタを作製した。全てのフィルタにおいて、圧電膜１２の厚さｈは２μｍであり、この厚さｈと枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という条件を満たす。
【実施例２】
第１成膜工程において、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金に代えて０．５ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金を成膜した以外は、実施例１と同様の方法により、本実施例に係る複数のフィルタを作製した。本実施例のフィルタでは、電極１３は、０．５ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金よりなる。また、本実施例の全てのフィルタにおいて、圧電膜１２の厚さｈは２μｍであり、この厚さｈと枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という条件を満たす。
【実施例３】
第１成膜工程において、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金に代えて２．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金を成膜した以外は、実施例１と同様の方法により、本実施例に係る複数のフィルタを作製した。本実施例のフィルタでは、電極１３は、２．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金よりなる。また、本実施例の全てのフィルタにおいて、圧電膜１２の厚さｈは２μｍであり、この厚さｈと枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という条件を満たす。
〔比較例〕
第１成膜工程において、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金に代えて純Ａｌを成膜した以外は、実施例１と同様の方法により、本比較例に係る複数のフィルタを作製した。本比較例のフィルタでは、基板と圧電膜の間に介在する電極は純Ａｌよりなる。
【実施例４】
圧電膜１２が、ＺｎＯに代えて、ＭｎがドープされたＺｎＯにより構成されている以外は、実施例１と同様の構成を有するフィルタを作製した。このフィルタの作製における第２成膜工程のスパッタリングでは、所定濃度のＭｎ２Ｏ３を含有するＺｎＯ焼結ターゲットを用いた。
〔挿入損失の測定〕
実施例１〜３および比較例の各フィルタについて、入力信号と受信信号の間の挿入損失を測定した。その結果は図１２のグラフに示す。図１２のグラフでは、圧電膜を介して対向する電極対の間の抵抗（ｋΩ）を横軸にて表し、挿入損失（ｄＢ）を縦軸にて表す。
図１２のグラフからは、実施例１〜３のフィルタは、比較例のフィルタよりも挿入損失が小さいことが判る。これは、基板と圧電膜の間に介在する電極が所定濃度のＣｕを含有するＡｌ合金よりなる場合には、当該電極が純Ａｌよりなる場合よりも、圧電素子における電気機械変換効率が高いためと考えられる。また、図１２のグラフに示すように、同一の実施例に係る複数のフィルタの間で電極間抵抗の値にバラツキがあるが、同一の実施例に係る複数のフィルタの間では、電極間抵抗が大きくなるほど挿入損失は小さい傾向にあることが判る。
実施例１，４のフィルタについて、挿入損失のアニール時間依存性を調べた。具体的には、実施例１，４の各フィルタについて、アニール処理を施す前、２５０℃で１時間のアニール処理を施した後、および、更に２５０℃で１時間したがって合計２時間のアニール処理を施した後、それぞれ挿入損失を測定した。その結果は図１３のグラフに示す。図１３のグラフでは、アニール時間（ｈ）を横軸にて表し、挿入損失（ｄＢ）を縦軸にて表す。また、実施例１のフィルムの測定結果を線Ｅ１で表し、実施例４のフィルムの測定結果を線Ｅ４で表す。
図１３のグラフからは、圧電素子が所定のアニール処理を経る場合には、ＭｎがドープされているＺｎＯ圧電膜はドープされていなＺｎＯ圧電膜よりも挿入損失を低減するうえでは好適であることが判る。これは、圧電材料であるＺｎＯにＭｎがドープされていると、電極構成材料であるＡｌの圧電膜への拡散が抑制されるためと考えられる。圧電膜上の電極を印刷法により形成する場合には、所定のパターン形状で印刷された導電ペーストを焼結するためのアニール処理が行われる。したがって、ＭｎがドープされているＺｎＯにより圧電膜が形成されているという構成は、圧電膜上の電極を印刷法により形成する場合に、特に実益がある。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【技術分野】
本発明は、表面弾性波を励振することのできる圧電素子、その製造方法、並びに、励振手段および受信手段として圧電素子を有するタッチパネル装置に関する。
【背景技術】
ＦＡ機器、ＯＡ機器、および測定機器などにおけるコンピュータシステムへの入力手段としては、タッチパネル装置が採用される場合がある。タッチパネル装置は、機器のディスプレイに対して一体的に設けられ、ディスプレイ表面において指などが接触した位置を検出するためのものである。ディスプレイにて表示されている画像に関するデータ、および、タッチパネル装置により検出された接触位置に関するデータに基づき、機器のコンピュータシステムにおいて所定の処理が実行される。
タッチパネル装置の技術分野では、近年、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用して接触位置を検出するＳＡＷ方式タッチパネル装置が注目を集めている。ＳＡＷ方式タッチパネル装置は、例えば、検出領域および当該検出領域を囲む周縁領域を有する透明基板、並びに、当該基板の周縁領域に設けられている複数の励振手段および複数の受信手段を具備する。励振手段および受信手段は、各々、圧電素子よりなる。このようなＳＡＷ方式タッチパネル装置については、例えば特開平６−１４９４５９号公報や特開平１０−５５２４０号公報に記載されている。
励振手段や受信手段を構成する圧電素子は、例えば、基板の周縁領域上に素子ごとにパターン形成されたインターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）と、当該ＩＤＴを覆うように周縁領域上に設けられた圧電膜とからなる。ＩＤＴは、一対の櫛歯電極からなり、各櫛歯電極は、相互に平行な複数の電極指を有する。一方の櫛歯電極の電極指と、他方の櫛歯電極の電極指とは、交互に配され且つ平行に配されている。圧電膜は、歪みが加えられることにより電界を生じる性質（圧電効果）、および、電界が加えられることにより歪みが生じる性質（逆圧電効果）を示す圧電材料からなる。
励振手段としての圧電素子のＩＤＴに交流電圧を印加すると、隣り合う電極指の間に交流電界が発生する。すると、逆圧電効果により、当該電極指間に対応する圧電膜に歪みが生じ、ＩＤＴ全体により圧電膜にて所定の弾性波が励振される。このとき、電極指ピッチと等しい波長の弾性波が最も強く励振される。励振された弾性波は、基板表面を伝搬して、受信手段としての圧電素子に至る。当該素子においては、その圧電膜の圧電効果により、ＩＤＴの電極指間に交流電界が発生する。これに誘起されて、当該素子のＩＤＴから交流電流が出力される。
ＳＡＷ方式タッチパネル装置の作動時には、励振手段としての各圧電素子から表面弾性波が発生され、この表面弾性波は、基板の検出領域を伝搬し、受信手段としての特定の圧電素子により受信される。検出領域に指などが接触している場合、当該接触位置を通過する表面弾性波の振幅は減衰する。この減衰が検知および解析されることにより、検出領域における接触位置が特定ないし検出される。
このようなＳＡＷ方式タッチパネル装置において、励振用圧電素子では、その電気機械変換効率が高いほど、印加電圧に対して弾性波は効率よく励振される。一方、受信用圧電素子では、その電気機械変換効率が高いほど、受信される弾性波に基づいて交流電流は効率よく出力される。したがって、ＳＡＷ方式タッチパネル装置では、各圧電素子の電気機械変換効率が高いほど、一対の圧電素子間の信号の送受信における挿入損失（ｄＢ）は小さくなり、その結果、装置の駆動電圧を低減することが可能となり、また、装置の検出精度は高くなる。
しかしながら、従来のＳＡＷ方式タッチパネル装置によると、圧電素子において充分に高い電気機械変換効率が得られないために、駆動電圧を充分に低減できない場合があり、また、必要とされる検出精度が得られない場合がある。
【発明の開示】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、電気機械変換効率の高い圧電素子、その製造方法、並びに、励振手段および受信手段としてそのような圧電素子を備えるＳＡＷ方式タッチパネル装置を、提供することを目的とする。
本発明の第１の側面によると圧電素子が提供される。この圧電素子は、基板、圧電膜、第１電極、および第２電極を備える。第１電極および／または第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。Ａｌ合金が、当該群から選択される複数の金属を含む場合、当該Ａｌ合金における各添加金属の含有率は０．１〜３ｗｔ％の範囲にある。
従来より、所定の圧電素子における圧電膜は、スパッタリング法により圧電材料を成膜することにより形成され、当該成膜時には基板が加熱される。基板が加熱されると、基板上に既に形成されている電極（例えば、上述した従来の圧電素子のＩＤＴ）は基板とともに昇温し、基板および電極の熱膨張率の差に起因して、当該電極においてヒロック（基板表面からの電極の部分的な剥離）が生ずる。ヒロックが多いほど、或は、各ヒロックが大きいほど、当該圧電素子における電気機械変換効率は低いことが知られている。ＳＡＷ方式タッチパネル装置における従来の圧電素子では、電極であるＩＤＴを構成するための材料としてＡｌが採用される場合が多い。Ａｌは、電気抵抗が小さく、安価であり、加工が容易だからである。しかしながら、当該Ａｌ電極においては、特に、ヒロックが発生および成長し易い。
本発明の第１の側面に係る圧電素子の製造においては、基板上に第１電極および第２電極が所定のパターンで形成された後、これら電極を覆うように基板上に圧電膜が形成される。或は、基板上に第１電極が所定のパターンで形成された後、当該第１電極を覆うように基板上に圧電膜が形成され、更に、圧電膜上に第２電極が形成される。或は、基板上に第２電極が所定のパターンで形成された後、当該第２電極を覆うように基板上に圧電膜が形成され、更に、圧電膜上に第１電極が形成される。いずれの方法においても、圧電膜の形成時には、従来法と同様に基板は加熱され、従って基板上に既に形成されている電極は加熱される。
しかしながら、第１の側面に係る圧電素子では、従来の圧電素子よりも高い電気機械変換効率が得られる。基板と圧電膜の間に介在している電極（第１電極および／または第２電極）が、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなり、純粋なＡｌからなる電極よりも熱膨張しにくいからである。圧電膜形成時に既に基板上に形成されており、且つ、製造される圧電素子において基板と圧電膜の間に介在することとなる電極が、上述のようなＡｌ合金よりなる場合、圧電膜形成時において、当該電極にてヒロックが生じないか、或はヒロックが生じてもその数およびサイズは抑制され、その結果、圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができると考えられる。
本発明の第１の側面において、好ましい実施の形態では、第１電極は、基板および圧電膜の間に介在し、第２電極は、圧電膜上に設けられている。本構成では、圧電膜への電圧の印加には、圧電膜を挟む第１および第２電極が利用される。この場合、好ましくは、第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、第１電極は、圧電膜を介して複数の枝電極にわたって対向する部位を有する。この場合、圧電膜の厚さをｈとし、且つ、複数の枝電極の電極周期をλとすると、好ましくは、ｈ／λの値は０．００５〜０．１である。このようなｈ／λの範囲は、高い電気機械変換効率を得るうえで好適である。
本発明の第１の側面において、他の好ましい実施の形態では、第１電極および第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、インターデジタルトランスデューサ（ＩＤＴ）を構成する。本構成では、圧電膜への電圧の印加には、基板と圧電膜の間に介在するＩＤＴが利用される。
本発明の第２の側面によると圧電素子の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、第１電極の表面の酸化膜を除去するための工程と、第１電極に重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第２の側面によると、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第３の側面によると圧電素子の他の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、第１電極の表面をエッチング処理するための工程と、第１電極に重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第３の側面によると、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第３の側面において、好ましくは、第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、第１電極は、圧電膜を介して複数の枝電極にわたって対向する部位を有する。
本発明の第４の側面によると圧電素子の他の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるＩＤＴを基板上に形成するための工程と、当該ＩＤＴの表面の酸化膜を除去するための工程と、当該ＩＤＴに重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第４の側面においても、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第５の側面によると圧電素子の他の製造方法が提供される。この製造方法は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるＩＤＴを基板上に形成するための工程と、当該ＩＤＴの表面をエッチング処理するための工程と、当該ＩＤＴに重なる圧電膜を基板上に形成するための工程と、を含む。
このような方法によると、本発明の第１の側面に係る圧電素子を適切に製造することができる。したがって、本発明の第５の側面においても、製造される圧電素子において高い電気機械変換効率を得ることができる。
本発明の第６の側面によるとタッチパネル装置が提供される。このタッチパネル装置は、検出領域および当該検出領域を囲む周縁領域を含む基板と、周縁領域に設けられ、且つ、基板にて表面弾性波を励振するための励振手段と、周縁領域に設けられ、且つ、検出領域を伝搬した表面弾性波を受信するための受信手段と、を備える。励振手段および／または受信手段は、圧電膜、第１電極、および第２電極を含む。第１電極および／または第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。
このような構成のタッチパネル装置の励振手段および／または受信手段は、第１の側面に係る高電気機械変換効率の圧電素子により構成されている。したがって、本発明の第６の側面に係るタッチパネル装置は、駆動電圧の低減や検出精度の向上を図るうえで好適である。
本発明の第６の側面において、好ましい実施の形態では、第１電極は、基板および圧電膜の間に介在し、第２電極は、圧電膜上に設けられている。この場合、好ましくは、第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、第１電極は、圧電膜を介して複数の枝電極にわたって対向する部位を有する。この場合、好ましくは、圧電膜の厚さをｈとし、且つ、複数の枝電極の電極周期をλとすると、ｈ／λの値は、０．００５〜０．１である。
本発明の第６の側面において、他の好ましい実施の形態では、第１電極および第２電極は、基板および圧電膜の間に介在し、ＩＤＴを構成する。
本発明の第１から第６の側面において、好ましくは、圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる。基板と圧電膜の間に介在する電極の構成材料は、高温下において圧電膜に拡散する場合があり、電極構成材料の圧電膜への拡散は、圧電素子の電気機械変換効率を低下させてしまうことが多い。圧電材料であるＺｎＯにＭｎがドープされていると、電極構成材料である例えばＡｌの圧電膜への拡散は抑制される。したがって、本構成は、圧電素子において高い電気機械変換効率を得るうえで好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子の平面図である。
図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
図３Ａ〜図３Ｃは、図１に示す圧電素子の製造方法を表す。各図は部分断面図である。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子の平面図である。
図５は、図４の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。
図６Ａ〜図６Ｃは、図４に示す圧電素子の製造方法を表す。各図は部分断面図である。
図７は、本発明の第３の実施形態に係るタッチパネル装置を表す。
図８は、図７に示すタッチパネル装置の部分拡大図である。
図９は、本発明の第４の実施形態に係るタッチパネル装置を表す。
図１０は、図９のタッチパネル装置の部分拡大図である。
図１１は、図１に示す圧電素子を有するフィルタを表す。
図１２は、実施例１〜３および比較例における各フィルタについて、挿入損失測定の結果を表す。
図１３は、実施例１，４における各フィルタについて、挿入損失のアニール時間依存性を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態に係る圧電素子Ｘを表す。圧電素子Ｘは、基板１１と、圧電膜１２と、電極１３，１４とを備え、表面弾性波を励振および受信することができるように構成されている。
基板１１は、素子の剛性を確保する機能を有するとともに、表面弾性波が伝搬する媒体である。基板１１は、例えば、透明なガラス基板などの非圧電基板である。
圧電膜１２は、歪みが加えられることにより電界を生じる性質（圧電効果）、および、電界が加えられることにより歪みが生じる性質（逆圧電効果）を示す圧電材料からなる。そのような圧電材料としては、例えば、ＭｎがドープされたＺｎＯ、ＺｎＯ、またはＡｌＮを採用することができる。圧電膜１２の厚さｈは、例えば１．０〜３．０μｍである。
電極１３は、基板１１および圧電膜１２の間に介在し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。Ａｌ合金が、当該群から選択される複数の金属を含む場合、当該Ａｌ合金における各添加金属の含有率は０．１〜３ｗｔ％の範囲にある。電極１３には、外部に露出する部位を有する端子１５が連続している。電極１３の厚さは、例えば３００〜６００ｎｍである。
電極１４は、圧電膜１２の上に設けられており、基部１４ａおよび複数の枝電極１４ｂからなる櫛歯構造を有する。複数の枝電極１４ｂは、基部１４ａから延出し、且つ、相互に平行である。相互に平行な複数の枝電極１４ｂは、各々、図１に示すような直線状に代えて屈曲状または湾曲状であってもよい。また、枝電極１４ｂは、圧電膜１２を介して電極１３に対向している。
電極１４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極１４ｂの幅ｄ１は例えば４０〜６０μｍであり、枝電極１４ｂの電極周期λ１は例えば１００〜１５０μｍである。上述の圧電膜１２の厚さｈと、枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という関係を有するのが好ましい。
電極１４は所定の導電材料よりなる。電極１４の構成材料としては、電極１３のそれと同一のものを採用してもよい。また、電極１４には端子１６が連続している。
図３Ａ〜図３Ｃは、圧電素子Ｘの製造方法を表す。圧電素子Ｘの製造においては、まず、基板１１の上に、図３Ａに示すように電極１３を形成するとともに、端子１５（図３Ａ〜図３Ｃには図示せず）を形成する。
これらの形成においては、まず、基板１１の上にＡｌ合金を成膜する。当該Ａｌ合金は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有する。成膜手法としては、スパッタリング法や蒸着法を採用することができる。電極１３および端子１５の形成においては、次に、Ａｌ合金膜上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、Ａｌ合金膜において電極１３および端子１５へと加工される箇所をマスクするためのものである。次に、当該レジストパターンをマスクとして、Ａｌ合金膜をエッチングする。これにより、基板１１上において、電極１３および端子１５を形成することができる。
電極１３を形成した後、好ましくは、電極１３の表面をエッチング処理する。表面処理手法としては、例えば、Ａｒプラズマを利用した逆スパッタリング法を採用することができる。このような表面処理により、電極１３の形成の後に当該電極１３の表面が自然酸化して生ずる酸化膜が、除去されると考えられる。
圧電素子Ｘの製造においては、次に、図３Ｂに示すように、基板１１上に圧電膜１２を積層形成する。具体的には、スパッタリング法により圧電材料を基板１１上に成膜した後、所定のレジストパターンをマスクとして当該圧電材料膜をエッチングすることにより、所定の平面視形態を有する圧電膜１２が形成される。スパッタリング法による圧電材料の成膜時には、基板１１は、所定の温度に加熱される。これにより、電極１３は基板１１とともに昇温するが、当該電極１３にはヒロックは生じないか、或は、ヒロックが生じてもその数およびサイズは抑制される。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる電極１３は、熱膨張しにくいからである。
次に、図３Ｃに示すように圧電膜１２上に電極１４を形成するとともに、端子１６（図３Ｃには図示せず）を形成する。これらの形成においては、まず、基板１１の表面および圧電膜１２の表面にわたって所定の導電材料を成膜する。成膜手法としては、スパッタリング法や蒸着法を採用することができる。次に、導電膜上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、当該導電膜において電極１４および端子１６へと加工される箇所をマスクするためのものである。次に、当該レジストパターンをマスクとして、導電膜をエッチングする。これにより、電極１４および端子１６を形成することができる。
電極１４および端子１６の形成においては、スパッタリング法を利用した上述のような手法に代えて、印刷法を利用してもよい。印刷法においては、まず、基板１１の表面および圧電膜１２の表面に対して所定のマスクを介して例えばＡｇペーストを印刷ないし塗布する。次に、マスクを除去した後、当該Ａｇペーストを焼結ないしアニール処理してペースト中の溶剤を蒸散させる。このようにして、Ａｇよりなる電極１４および端子１６を形成することができる。
以上のようにして、高い電気機械変換効率を有する圧電素子Ｘを製造することができる。図３Ｂを参照して上述した圧電膜形成工程では、基板１１上に既に形成されている電極１３におけるヒロックの生成および成長を抑制しつつ、圧電膜１２を形成するための圧電材料を成膜することができる。圧電素子Ｘにおいて高い電気機械変換効率が得られるのは、圧電膜形成時に電極１３でのヒロックの生成および成長が抑制されるためと考えられる。また、電極１３を形成した後に当該電極１３の表面にエッチング処理を施す場合、当該表面処理は、圧電膜形成時におけるヒロックの生成および成長の抑制に資すると考えられる。
図４および図５は、本発明の第２の実施形態に係る圧電素子Ｘ’を表す。圧電素子Ｘ’は、基板１１と、圧電膜１２と、電極２３，２４とを備え、表面弾性波を励振および受信することができるように構成されている。圧電素子Ｘ’は、電極１３，１４に代えて電極２３，２４を有する点において、圧電素子Ｘと異なる。基板１１および圧電膜１２については第１の実施形態に関して上述したのと同様である。
電極２３，２４は、基板１１および圧電膜１２の間に介在するＩＤＴを構成し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。Ａｌ合金が、当該群から選択される複数の金属を含む場合、当該Ａｌ合金における各添加金属の含有率は０．１〜３ｗｔ％の範囲にある。
電極２３は、基部２３ａおよび複数の枝電極２３ｂからなる櫛歯構造を有する。複数の枝電極２３ｂは、基部２３ａから延出し、且つ、相互に平行である。電極２３には、外部に露出する部位を有する端子２５が連続している。
電極２４は、基部２４ａおよび複数の枝電極２４ｂからなる櫛歯構造を有する。複数の枝電極２４ｂは、基部２４ａから延出し、且つ、相互に平行である。また、枝電極２４ｂは、枝電極２３ｂに対しても平行である。電極２４には、外部に露出する部位を有する端子２６が連続している。
電極２３，２４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極２３ｂ，２４ｂの幅ｄ２は例えば２０〜３０μｍであり、枝電極２３ｂ，２４ｂの電極周期λ２は例えば１００〜１５０μｍである。
図６Ａ〜図６Ｃは、圧電素子Ｘ’の製造方法を表す。圧電素子Ｘ’の製造においては、まず、図６Ａに示すように、基板１１の上にＡｌ合金膜２０’を形成する。当該Ａｌ合金は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有する。成膜手法としては、スパッタリング法や蒸着法を採用することができる。
次に、Ａｌ合金膜２０’をパターニングすることにより、基板１１上に、図６Ｂに示すように電極２３，２４を形成するとともに、端子２５，２６（図６Ｂおよび図６Ｃには図示せず）を形成する。具体的には、まず、Ａｌ合金膜２０’上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、Ａｌ合金膜２０’において電極２３，２４および端子２５，２６へと加工される箇所をマスクするためのものである。次に、当該レジストパターンをマスクとして、Ａｌ合金膜２０’をエッチングする。このようにして、基板１１上において、電極２３，２４および端子２５，２６を形成することができる。
電極２３，２４を形成した後、好ましくは、電極２３，２４の表面をエッチング処理する。表面処理手法としては、例えば、Ａｒプラズマを利用した逆スパッタリング法を採用することができる。このような処理により、電極２３，２４の形成の後に当該電極２３，２４の表面が自然酸化して生ずる酸化膜が、除去されると考えられる。
圧電素子Ｘ’の製造においては、次に、図６Ｃに示すように、基板１１上に圧電膜１２を積層形成する。具体的には、スパッタリング法により圧電材料を基板１１上に成膜した後、所定のレジストパターンをマスクとして当該圧電材料膜をエッチングすることにより、所定の平面視形態を有する圧電膜１２が形成される。スパッタリング法による圧電材料の成膜時には、基板１１は、所定の温度に加熱される。これにより、電極２３，２４は基板１１とともに昇温するが、当該電極２３，２４にはヒロックは生じないか、或は、ヒロックが生じてもその数およびサイズは抑制される。Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる電極２３，２４は、熱膨張しにくいからである。
以上のようにして、高い電気機械変換効率を有する圧電素子Ｘ’を製造することができる。図６Ｃを参照して上述した圧電膜形成工程では、基板１１上に既に形成されている電極２３，２４におけるヒロックの生成および成長を抑制しつつ、圧電膜１２を形成するための圧電材料を成膜することができる。圧電素子Ｘ’において高い電気機械変換効率が得られるのは、圧電膜形成時に電極２３，２４でのヒロックの生成および成長が抑制されるためと考えられる。また、電極２３，２４を形成した後に当該電極２３，２４の表面にエッチング処理を施す場合、当該表面処理は、圧電膜形成時におけるヒロックの生成および成長の抑制に資すると考えられる。
図７および図８は、本発明の第３の実施形態に係るタッチパネル装置Ｙを表す。タッチパネル装置Ｙは、基板３１と、圧電膜３２と、電極３３Ａ〜３３Ｄ，３４Ａ〜３４Ｄとを備え、ＳＡＷ方式タッチパネル装置として構成されている。圧電膜３２は、図の明確化の観点より仮想線で表す。
基板３１は、表面弾性波が伝搬する媒体であり、検出領域３１ａおよび周縁領域３１ｂを有する透明基板である。検出領域３１ａおよび周縁領域３１ｂの境界は、点線で表す。基板３１は、例えば透明なガラス基板などの非圧電基板であり、例えば０．７〜１．１ｍｍの厚さを有する。検出領域３１ａは、タッチパネル装置Ｙにおける検出対象領域であり、本実施形態では矩形である。周縁領域３１ｂは、検出領域３１ａの周囲を囲み、タッチパネル装置Ｙの後述の励振手段および受信手段が設けられている領域である。
圧電膜３２は、基板３１の周縁領域３１ｂに設けられており、第１の実施形態における圧電膜１２と同様に、圧電効果および逆圧電効果を示す圧電材料からなる。圧電膜３２の厚さｈは、例えば１．０〜３．０μｍである。
電極３３Ａ〜３３Ｄは、基板３１および圧電膜３２の間に介在し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。電極３３Ａ〜３３Ｄの厚さは、例えば３００〜６００ｎｍである。電極３３Ａ〜３３Ｄには、各々、対応する端子３５Ａ〜３５Ｄが連続している。端子３５Ａ〜３５Ｄは、各々、外部に露出する部位を有する。
電極３４Ａ〜３４Ｄは、圧電膜３２の上に設けられており、各々、基部３４ａおよび複数の枝電極３４ｂからなる櫛歯構造を有する。同一の電極に属する複数の枝電極３４ｂは、同一の基部３４ａから延出し、且つ、相互に平行である。
本実施形態では、相互に平行な複数の枝電極３４ｂは、各々、相対的に検出領域３１ａに近い内側部３４ｂ’および相対的に検出領域３１ａから遠い外側部３４ｂ”を有し、これらは異なる所定の方向に延びている。すなわち、枝電極３４ｂは、所定の角度で屈曲している。屈曲角度は、矩形状の検出領域３１ａを規定する隣接辺の比率に応じて決定されている。例えば、検出領域３１ａが正方形である場合、即ち隣接辺の比率が１：１である場合、屈曲角度は４５°である。また、枝電極３４ｂは、圧電膜３２を介して電極３３Ａ〜３３Ｄに対向している。
電極３４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極３４ｂの幅ｄ３（図８に示す）は例えば４０〜６０μｍである。また、枝電極３４ｂの内側部３４ｂ’の電極周期λ３（図８に示す）および外側部３４ｂ”の電極周期λ４（図８に示す）は、上述の電極周期λ１と同様に、例えば１００〜１５０μｍである。単一の電極において、電極周期λ３および電極周期λ４は、タッチパネル装置Ｙの駆動手法に応じて、同一に又は相違して設定されている。また、電極３４Ａ〜３４Ｄの間で、電極周期λ３および／または電極周期λ４は、タッチパネル装置Ｙの駆動手法に応じて、同一に又は相違して設定されている。上述の圧電膜３２の厚さｈと電極周期λ３とは、０．００５≦ｈ／λ３≦０．１という関係を有するのが好ましい。同様に、圧電膜３２の厚さｈと電極周期λ４とは、０．００５≦ｈ／λ４≦０．１という関係を有するのが好ましい。
電極３４Ａ〜３４Ｄは所定の導電材料よりなる。電極３４Ａ〜３４Ｄの構成材料としては、電極３３Ａ〜３３Ｄのそれと同一のものを採用してもよい。また、電極３４Ａ〜３４Ｄには、各々、対応する端子３６Ａ〜３６Ｄが連続している。
タッチパネル装置Ｙは、基板３１の周縁領域３１ｂにて、第１の実施形態に係る４つの圧電素子Ｘ（圧電素子ＸＡ〜ＸＤ）を具備する。具体的には、電極対３３Ａ，３４Ａ、電極対３３Ｂ，３４Ｂ、電極対３３Ｃ，３４Ｃ、および電極対３３Ｄ，３４Ｄは、各々、圧電素子Ｘの電極対１３，１４に相当し、各電極対間に挟まれる圧電膜３２は、４つの圧電素子Ｘの４つの圧電膜１２を包含し、これらを支持する基板３１は、４つの圧電素子Ｘの４つの基板１１を包含する。また、端子３５Ａ〜３５Ｄおよび端子３６Ａ〜３６Ｄは、各々、圧電素子Ｘの端子１５および端子１６に相当する。このような４つの圧電素子Ｘを含むタッチパネル装置Ｙは、図３Ａ〜図３Ｃを参照して上述した圧電素子Ｘの製造方法を利用して製造することができる。
タッチパネル装置Ｙの作動時には、例えば、相対向する２つの圧電素子ＸＡ，ＸＣが異なるタイミングで間欠的に励振駆動される。
圧電素子ＸＡは、端子３５Ａ，３６Ａを介して電極３３Ａ，３４Ａの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＡにて所定周波数の２種類の表面弾性波（ＳＡＷ）ｆ１，ｆ２が励振される。ＳＡＷｆ１は、圧電素子ＸＡにおける枝電極３４ｂの内側部３４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ２は、枝電極３４ｂの外側部３４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。
ＳＡＷｆ１は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤにおける複数の内側部３４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤからその端子３５Ｄ，３６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤにおける図中上端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ１を受信してから、図中下端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ１を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ２は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢにおける複数の外側部３４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢからその端子３５Ｂ，３６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢにおける図中上端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ２を受信してから、図中下端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ２を受信するまで、出力される。
一方、圧電素子ＸＣは、端子３５Ｃ，３６Ｃを介して電極３３Ｃ，３４Ｃの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＣにて所定周波数の２種類のＳＡＷｆ３，ｆ４が励振される。ＳＡＷｆ３は、圧電素子ＸＣにおける枝電極３４ｂの内側部３４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ４は、枝電極３４ｂの外側部３４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。圧電素子ＸＣのこのような励振駆動は、例えば、圧電素子ＸＢ，ＸＤからの上述の受信信号出力が終了した直後に行われる。
ＳＡＷｆ３は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢにおける複数の内側部３４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢからその端子３５Ｂ，３６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢにおける図中下端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ３を受信してから、図中上端の内側部３４ｂ’がＳＡＷｆ３を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ４は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤにおける複数の外側部３４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤからその端子３５Ｄ，３６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤにおける図中下端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ４を受信してから、図中上端の外側部３４ｂ”がＳＡＷｆ４を受信するまで、出力される。
タッチパネル装置Ｙの作動時においては、圧電素子ＸＡによるＳＡＷｆ１，ｆ２の励振から、ＳＡＷｆ３，ｆ４の受信に基づく圧電素子素子ＸＢ，ＸＤからの受信信号の出力までの、上述のような一連の動作が、繰り返される。
タッチパネル装置Ｙの作動時において、基板３１の検出領域３１ａのいずれかの位置に指などが接触していると、ＳＡＷｆ１〜ｆ４の振幅は、当該位置を通過する場合に当該位置にて減衰する。振幅が減衰したＳＡＷに基づいて圧電素子ＸＢ，ＸＤから出力される受信信号の出力レベルは低下するので、当該受信信号において出力レベルが低下する時を検知および解析することにより、検出領域３１ａにおける接触位置が特定ないし検出される。
タッチパネル装置Ｙの作動させるためには、励振手段として圧電素子ＸＡ，ＸＣに代えて圧電素子ＸＢ，ＸＤを利用し、受信手段として圧電素子ＸＢ，ＸＤに代えて圧電素子ＸＡ，ＸＣを利用することもできる。
タッチパネル装置Ｙは、励振手段および受信手段として、高い電気機械変換効率を有する第１の実施形態の圧電素子Ｘ（圧電素子ＸＡ〜ＸＤ）を備える。このようなタッチパネル装置Ｙは、駆動電圧の低減や検出精度の向上を図るうえで好適である。
図９および図１０は、本発明の第４の実施形態に係るタッチパネル装置Ｙ’を表す。タッチパネル装置Ｙ’は、基板３１と、圧電膜３２と、電極４３Ａ〜４３Ｄ，４４Ａ〜４４Ｄとを備え、ＳＡＷ方式タッチパネル装置として構成されている。タッチパネル装置Ｙ’は、電極３３Ａ〜３３Ｄ，３４Ａ〜３４Ｄに代えて電極４３Ａ〜４３Ｄ，４４Ａ〜４４Ｄを有する点において、タッチパネル装置Ｙと異なる。基板３１および圧電膜３２については第３の実施形態に関して上述したのと同様である。
電極対４３Ａ，４４Ａ、電極対４３Ｂ，４４Ｂ、電極対４３Ｃ，４４Ｃ、および電極対４３Ｄ，４４Ｄは、基板３１および圧電膜３２の間に介在するＩＤＴを構成し、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる。
電極４３Ａ〜４３Ｄは、各々、基部４３ａおよび複数の枝電極４３ｂからなる櫛歯構造を有する。同一の電極に属する複数の枝電極４３ｂは、同一の基部４３ａから延出し、且つ、相互に平行である。本実施形態では、相互に平行な複数の枝電極４３ｂは、各々、相対的に検出領域３１ａに近い内側部４３ｂ’および相対的に検出領域３１ａから遠い外側部４３ｂ”を有し、これらは異なる所定の方向に延びている。すなわち、枝電極４３ｂは、所定の角度で屈曲している。また、電極４３Ａ〜４３Ｄには、各々、対応する端子４５Ａ〜４５Ｄが連続している。端子４５Ａ〜４５Ｄは、各々、外部に露出する部位を有する。
電極４４Ａ〜４４Ｄは、各々、基部４４ａおよび複数の枝電極４４ｂからなる櫛歯構造を有する。同一の電極に属する複数の枝電極４４ｂは、同一の基部４４ａから延出し、且つ、相互に平行である。また、枝電極４４ｂは、枝電極４３ｂに対しても平行である。本実施形態では、相互に平行な複数の枝電極４４ｂは、各々、内側部４４ｂ’および外側部４４ｂ”を有し、これらは異なる所定の方向に延びている。すなわち、枝電極４４ｂは、所定の角度で屈曲している。枝電極４３ｂ，４４ｂの屈曲角度は、矩形状の検出領域３１ａを規定する隣接辺の比率に応じて決定されている。また、電極４４Ａ〜４４Ｄには、各々、対応する端子４６Ａ〜４６Ｄが連続している。端子４６Ａ〜４６Ｄは、各々、外部に露出する部位を有する。
電極４３，４４の厚さは例えば３００〜６００ｎｍであり、各枝電極４３ｂ，４４ｂの幅ｄ４は例えば２０〜３０μｍである。内側部４３ｂ’，４４ｂ’の電極周期λ５、および、外側部４３ｂ”，４４ｂ”の電極周期λ６は、上述の電極周期λ２と同様に、例えば１００〜１５０μｍである。
タッチパネル装置Ｙ’は、基板３１の周縁領域３１ｂにて、第２の実施形態に係る４つの圧電素子Ｘ’（圧電素子ＸＡ’〜ＸＤ’）を具備する。具体的には、電極対４３Ａ，４４Ａ、電極対４３Ｂ，４４Ｂ、電極対４３Ｃ，４４Ｃ、および電極対４３Ｄ，４４Ｄは、各々、圧電素子Ｘ’の電極対２３，２４に相当し、各電極対間に挟まれる圧電膜３２は、４つの圧電素子Ｘ’の４つの圧電膜１２を包含し、これらを支持する基板３１は、４つの圧電素子Ｘ’の４つの基板１１を包含する。また、端子４５Ａ〜４５Ｄおよび端子４６Ａ〜４６Ｄは、各々、圧電素子Ｘ’の端子２５および端子２６に相当する。このような４つの圧電素子Ｘ’を含むタッチパネル装置Ｙ’は、図６Ａ〜図６Ｃを参照して上述した圧電素子Ｘ’の製造方法を利用して製造することができる。
タッチパネル装置Ｙ’の作動時には、例えば、相対向する２つの圧電素子ＸＡ’，ＸＣ’が異なるタイミングで間欠的に励振駆動される。
圧電素子ＸＡ’は、端子４５Ａ，４６Ａを介して電極４３Ａ，４４Ａの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＡ’にて所定周波数の２種類の表面弾性波（ＳＡＷ）ｆ５，ｆ６が励振される。ＳＡＷｆ５は、圧電素子ＸＡ’における内側部４３ｂ’，４４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ６は、圧電素子ＸＡ’における外側部４３ｂ”，４４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。
ＳＡＷｆ５は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤ’における複数の内側部４３ｂ’，４４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤ’からその端子４５Ｄ，４６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤ’における図中上端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ５を受信してから、図中下端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ５を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ６は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢ’における複数の外側部４３ｂ”，４４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢ’からその端子４５Ｂ，４６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢ’における図中上端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷＦ６を受信してから、図中下端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷｆ６を受信するまで、出力される。
一方、圧電素子ＸＣ’は、端子４５Ｃ，４６Ｃを介して電極４３Ｃ，４４Ｃの間に交流電圧が印加されることにより励振駆動される。励振駆動中、圧電素子ＸＣ’にて所定周波数の２種類のＳＡＷｆ７，ｆ８が励振される。ＳＡＷｆ７は、圧電素子ＸＣ’における内側部４３ｂ’，４４ｂ’に直交する方向に伝搬するように励振される。ＳＡＷｆ８は、圧電素子ＸＣ’におけるの外側部４３ｂ”，４４ｂ”に直交する方向に伝搬するように励振される。圧電素子ＸＣ’のこのような励振駆動は、例えば、圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’からの上述の受信信号出力が終了した直後に行われる。
ＳＡＷｆ７は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＢ’における複数の内側部４３ｂ’，４４ｂ’にて受信される。その結果、圧電素子ＸＢ’からその端子４５Ｂ，４６Ｂを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＢ’における図中下端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ７を受信してから、図中上端の内側部４３ｂ’（４４ｂ’）がＳＡＷｆ７を受信するまで、出力される。
ＳＡＷｆ８は、基板３１の検出領域３１ａを伝搬した後、圧電素子ＸＤ’における複数の外側部４３ｂ”，４４ｂ”にて受信される。その結果、圧電素子ＸＤ’からその端子４５Ｄ，４６Ｄを介して受信信号が出力される。この受信信号は、実質的に、圧電素子ＸＤ’における図中下端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷｆ８を受信してから、図中上端の外側部４３ｂ”（４４ｂ”）がＳＡＷｆ８を受信するまで、出力される。
タッチパネル装置Ｙ’の作動時においては、圧電素子ＸＡ’によるＳＡＷｆ５，ｆ６の励振から、ＳＡＷｆ７，ｆ８の受信に基づく圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’からの受信信号の出力までの、上述のような一連の動作が、繰り返される。
タッチパネル装置Ｙ’の作動時において、基板３１の検出領域３１ａのいずれかの位置に指などが接触していると、ＳＡＷｆ５〜ｆ８の振幅は、当該位置を通過する場合に当該位置にて減衰する。振幅が減衰したＳＡＷに基づいて圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’から出力される受信信号の出力レベルは低下するので、圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’から出力される受信信号において出力レベルが低下する時を検知および解析することにより、検出領域３１ａにおける接触位置が特定ないし検出される。
タッチパネル装置Ｙ’の作動させるためには、励振手段として圧電素子ＸＡ’，ＸＣ’に代えて圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’を利用し、受信手段として圧電素子ＸＢ’，ＸＤ’に代えて圧電素子ＸＡ’，ＸＣ’を利用することもできる。
タッチパネル装置Ｙ’は、励振手段および受信手段として、高い電気機械変換効率を有する第２の実施形態の圧電素子Ｘ’（圧電素子ＸＡ’〜ＸＤ’）を備える。このようなタッチパネル装置Ｙ’は、駆動電圧の低減や検出精度の向上を図るうえで好適である。
タッチパネル装置Ｙ，Ｙ’の作動手法としては、他の態様を採用することもできる。例えば、特開２００２−２２２０４１号公報に記載されている第１〜第３の実施形態に係るタッチパネル装置を作動させるための、当該公報に記載されている手法を採用することができる。
【実施例１】
図１１に示すような、２つの圧電素子Ｘからなる正規対向型のフィルタを作製した。このフィルタを構成する本実施例の各圧電素子Ｘは、第１の実施形態に係るものである。フィルタの作製においては、まず、第１成膜工程において、スパッタリング法により、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金をガラス基板１１上に成膜することによって、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金膜を形成した。本スパッタリングでは、Ｃｕを１．０ｗｔ％含有するＡｌ合金ターゲットを用いた。
次に、所定のレジストパターンをマスクとしてＡｌ合金膜をエッチングすることにより、当該Ａｌ合金膜をパターニングした。このようにして、基板１１上において、電極１３および端子１５を形成した。この後、Ａｒプラズマを利用した逆スパッタリング法により、電極１３の表面をエッチング処理した。
次に、第２成膜工程において、スパッタリング法により、基板１１上にＺｎＯを成膜することによって、厚さ２μｍの圧電材料膜を形成した。具体的には、ＺｎＯ焼結体ターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒガスおよびＯ２ガスを使用して行う反応性スパッタリングにより、基板上にＺｎＯを成膜した。本スパッタリングでは、ＡｒガスおよびＯ２ガスの流量比を４：１とした。この後、所定のレジストパターンをマスクとして圧電材料膜をエッチングすることにより、当該圧電材料膜をパターニングした。このようにして、圧電膜１２を形成した。
次に、第３成膜工程において、スパッタリング法により、基板１１の表面および圧電膜１２の表面にわたってＡｌ合金を成膜することによって、厚さ３００ｎｍのＡｌ合金膜を形成した。本スパッタリングでは、上述の電極１３の形成の際に用いたのと同一のＣｕ含有Ａｌ合金ターゲットを用いた。次に、所定のレジストパターンをマスクとしてＡｌ合金膜をエッチングすることにより、当該Ａｌ合金膜をパターニングした。このようにして、基部１４ａおよび複数の平行な枝電極１４ｂを有する電極１４ならびに端子１６を形成した。本実施例における電極１４では、枝電極１４ｂの幅ｄ１は４４μｍであり、枝電極１４ｂの電極周期λ１は１１０μｍである。
以上の方法により、本実施例に係る複数のフィルタを作製した。全てのフィルタにおいて、圧電膜１２の厚さｈは２μｍであり、この厚さｈと枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という条件を満たす。
【実施例２】
第１成膜工程において、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金に代えて０．５ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金を成膜した以外は、実施例１と同様の方法により、本実施例に係る複数のフィルタを作製した。本実施例のフィルタでは、電極１３は、０．５ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金よりなる。また、本実施例の全てのフィルタにおいて、圧電膜１２の厚さｈは２μｍであり、この厚さｈと枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という条件を満たす。
【実施例３】
第１成膜工程において、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金に代えて２．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金を成膜した以外は、実施例１と同様の方法により、本実施例に係る複数のフィルタを作製した。本実施例のフィルタでは、電極１３は、２．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金よりなる。また、本実施例の全てのフィルタにおいて、圧電膜１２の厚さｈは２μｍであり、この厚さｈと枝電極１４ｂの電極周期λ１とは、０．００５≦ｈ／λ１≦０．１という条件を満たす。
〔比較例〕
第１成膜工程において、１．０ｗｔ％のＣｕを含有するＡｌ合金に代えて純Ａｌを成膜した以外は、実施例１と同様の方法により、本比較例に係る複数のフィルタを作製した。本比較例のフィルタでは、基板と圧電膜の間に介在する電極は純Ａｌよりなる。
【実施例４】
圧電膜１２が、ＺｎＯに代えて、ＭｎがドープされたＺｎＯにより構成されている以外は、実施例１と同様の構成を有するフィルタを作製した。このフィルタの作製における第２成膜工程のスパッタリングでは、所定濃度のＭｎ２Ｏ３を含有するＺｎＯ焼結ターゲットを用いた。
〔挿入損失の測定〕
実施例１〜３および比較例の各フィルタについて、入力信号と受信信号の間の挿入損失を測定した。その結果は図１２のグラフに示す。図１２のグラフでは、圧電膜を介して対向する電極対の間の抵抗（ｋΩ）を横軸にて表し、挿入損失（ｄＢ）を縦軸にて表す。
図１２のグラフからは、実施例１〜３のフィルタは、比較例のフィルタよりも挿入損失が小さいことが判る。これは、基板と圧電膜の間に介在する電極が所定濃度のＣｕを含有するＡｌ合金よりなる場合には、当該電極が純Ａｌよりなる場合よりも、圧電素子における電気機械変換効率が高いためと考えられる。また、図１２のグラフに示すように、同一の実施例に係る複数のフィルタの間で電極間抵抗の値にバラツキがあるが、同一の実施例に係る複数のフィルタの間では、電極間抵抗が大きくなるほど挿入損失は小さい傾向にあることが判る。
実施例１，４のフィルタについて、挿入損失のアニール時間依存性を調べた。具体的には、実施例１，４の各フィルタについて、アニール処理を施す前、２５０℃で１時間のアニール処理を施した後、および、更に２５０℃で１時間したがって合計２時間のアニール処理を施した後、それぞれ挿入損失を測定した。その結果は図１３のグラフに示す。図１３のグラフでは、アニール時間（ｈ）を横軸にて表し、挿入損失（ｄＢ）を縦軸にて表す。また、実施例１のフィルムの測定結果を線Ｅ１で表し、実施例４のフィルムの測定結果を線Ｅ４で表す。
図１３のグラフからは、圧電素子が所定のアニール処理を経る場合には、ＭｎがドープされているＺｎＯ圧電膜はドープされていなＺｎＯ圧電膜よりも挿入損失を低減するうえでは好適であることが判る。これは、圧電材料であるＺｎＯにＭｎがドープされていると、電極構成材料であるＡｌの圧電膜への拡散が抑制されるためと考えられる。圧電膜上の電極を印刷法により形成する場合には、所定のパターン形状で印刷された導電ペーストを焼結するためのアニール処理が行われる。したがって、ＭｎがドープされているＺｎＯにより圧電膜が形成されているという構成は、圧電膜上の電極を印刷法により形成する場合に、特に実益がある。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、圧電膜、第１電極、および第２電極を備え、
前記第１電極および／または前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる、圧電素子。
【請求項２】
前記第１電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、前記第２電極は、前記圧電膜上に設けられている、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、前記第１電極は、前記圧電膜を介して前記複数の枝電極にわたって対向する部位を有する、請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電膜の厚さをｈとし、且つ、前記複数の枝電極の電極周期をλとする場合、ｈ／λの値は０．００５〜０．１である、請求項３に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記第１電極および前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、インターデジタルトランスデューサを構成する、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項７】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、
前記第１電極の表面の酸化膜を除去するための工程と、
前記第１電極に重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、
前記圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、
前記第１電極の表面をエッチング処理するための工程と、
前記第１電極に重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、
前記圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、前記第１電極は、前記圧電膜を介して前記複数の枝電極にわたって対向する部位を有する、請求項８に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項８に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるインターデジタルトランスデューサを基板上に形成するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサの表面の酸化膜を除去するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサに重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるインターデジタルトランスデューサを基板上に形成するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサの表面をエッチング処理するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサに重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項１２に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１４】
検出領域および当該検出領域を囲む周縁領域を含む基板と、
前記周縁領域に設けられ、且つ、前記基板にて表面弾性波を励振するための励振手段と、
前記周縁領域に設けられ、且つ、前記検出領域を伝搬した表面弾性波を受信するための受信手段と、を備え、
前記励振手段および／または前記受信手段は、圧電膜、第１電極、および第２電極を含み、前記第１電極および／または前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる、タッチパネル装置。
【請求項１５】
前記第１電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、前記第２電極は、前記圧電膜上に設けられている、請求項１４に記載のタッチパネル装置。
【請求項１６】
前記第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、前記第１電極は、前記圧電膜を介して前記複数の枝電極にわたって対向する部位を有する、請求項１５に記載のタッチパネル装置。
【請求項１７】
前記圧電膜の厚さをｈとし、且つ、前記複数の枝電極の電極周期をλとする場合、ｈ／λの値は０．００５〜０．１である、請求項１６に記載のタッチパネル装置。
【請求項１８】
前記第１電極および前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、インターデジタルトランスデューサを構成する、請求項１４に記載のタッチパネル装置。
【請求項１９】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項１４に記載のタッチパネル装置。
【請求項１】
基板、圧電膜、第１電極、および第２電極を備え、
前記第１電極および／または前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる、圧電素子。
【請求項２】
前記第１電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、前記第２電極は、前記圧電膜上に設けられている、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、前記第１電極は、前記圧電膜を介して前記複数の枝電極にわたって対向する部位を有する、請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電膜の厚さをｈとし、且つ、前記複数の枝電極の電極周期をλとする場合、ｈ／λの値は０．００５〜０．１である、請求項３に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記第１電極および前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、インターデジタルトランスデューサを構成する、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項７】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、
前記第１電極の表面の酸化膜を除去するための工程と、
前記第１電極に重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、
前記圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる第１電極を基板上に形成するための工程と、
前記第１電極の表面をエッチング処理するための工程と、
前記第１電極に重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、
前記圧電膜上に第２電極を形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、前記第１電極は、前記圧電膜を介して前記複数の枝電極にわたって対向する部位を有する、請求項８に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項８に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるインターデジタルトランスデューサを基板上に形成するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサの表面の酸化膜を除去するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサに重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項１２】
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなるインターデジタルトランスデューサを基板上に形成するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサの表面をエッチング処理するための工程と、
前記インターデジタルトランスデューサに重なる圧電膜を前記基板上に形成するための工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項１３】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項１２に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１４】
検出領域および当該検出領域を囲む周縁領域を含む基板と、
前記周縁領域に設けられ、且つ、前記基板にて表面弾性波を励振するための励振手段と、
前記周縁領域に設けられ、且つ、前記検出領域を伝搬した表面弾性波を受信するための受信手段と、を備え、
前記励振手段および／または前記受信手段は、圧電膜、第１電極、および第２電極を含み、前記第１電極および／または前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、且つ、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｈｆ，Ｗ，Ｐｔ，およびＡｕからなる群より選択される金属を０．１〜３ｗｔ％含有するＡｌ合金よりなる、タッチパネル装置。
【請求項１５】
前記第１電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、前記第２電極は、前記圧電膜上に設けられている、請求項１４に記載のタッチパネル装置。
【請求項１６】
前記第２電極は、基部、および、当該基部から延出し且つ相互に平行な複数の枝電極を有し、且つ、前記第１電極は、前記圧電膜を介して前記複数の枝電極にわたって対向する部位を有する、請求項１５に記載のタッチパネル装置。
【請求項１７】
前記圧電膜の厚さをｈとし、且つ、前記複数の枝電極の電極周期をλとする場合、ｈ／λの値は０．００５〜０．１である、請求項１６に記載のタッチパネル装置。
【請求項１８】
前記第１電極および前記第２電極は、前記基板および前記圧電膜の間に介在し、インターデジタルトランスデューサを構成する、請求項１４に記載のタッチパネル装置。
【請求項１９】
前記圧電膜は、ＭｎがドープされているＺｎＯよりなる、請求項１４に記載のタッチパネル装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０５１４８
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５７２１１４（Ｐ２００４−５７２１１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６４２５
【国際出願日】平成１５年５月２２日（２００３．５．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００６４２５
【国際出願日】平成１５年５月２２日（２００３．５．２２）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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