(57)【要約】  透明な有機高分子からなる圧電シートと、圧電シートの相対向する各主面上にそれぞれ形成された電極とを備える、シート型圧電振動体において、無色化に有効な電極材料を提供する。  圧電シート（２，３）の一方主面上に形成された第１の電極（４，６）を、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層から構成し、他方主面上に形成された第２の電極（５，７）を、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層から構成する。酸化亜鉛系電極層は透明ではあるが、やや黄色味を帯び、他方、ポリチオフェン系電極層は透明ではあるが、やや青味を帯びている。この双方の電極層を通過した光の分光特性は可視領域でほぼ平坦となり、透過光の色付きが抑制されて無色透明化される。
2009144972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な有機高分子からなる機能性シートと、前記機能性シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成された第１および第２の電極とを備え、前記第１および第２の電極間に電圧を印加することにより前記機能性シートが駆動されて振動を生じさせるように構成された、シート型振動体であって、
前記第１の電極は、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層を含み、前記第２の電極は、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層を含む、シート型振動体。
【請求項２】
積層された複数枚の前記機能性シートを備える、請求項１に記載のシート型振動体。
【請求項３】
前記第１の電極を介して前記機能性シートに貼り合わされる透明な有機高分子からなる裏打ちシートをさらに備える、請求項１に記載のシート型振動体。
【請求項４】
前記第１の電極は前記酸化亜鉛系電極層からなり、前記第２の電極は前記ポリチオフェン系電極層からなる、請求項１ないし３のいずれかに記載のシート型振動体。
【請求項５】
前記第１および第２の電極は、ともに、前記酸化亜鉛系電極層および前記ポリチオフェン系電極層の双方を含む、請求項１ないし３のいずれかに記載のシート型振動体。
【請求項６】
前記酸化亜鉛系電極層が前記機能性シートにより近い側に形成され、前記ポリチオフェン系電極層が前記機能性シートからより離れた側に形成される、請求項５に記載のシート型振動体。
【請求項７】
積層された２枚の前記機能性シートを備え、各前記機能性シートの前記第１の電極は、前記酸化亜鉛系電極層からなり、かつ積層された２枚の前記機能性シートの間に挟まれるように位置され、各前記機能性シートの前記第２の電極は、前記ポリチオフェン系電極層からなり、かつ積層された２枚の前記機能性シートの各々の外方側に位置される、請求項１に記載のシート型振動体。
【請求項８】
透明な有機高分子からなる積層された複数の機能性シートと、前記機能性シートの相対向する各主面上にそれぞれ形成された電極とを備え、前記機能性シートの相対向する各主面上にそれぞれ形成された前記電極間に電圧を印加することにより前記機能性シートが駆動されて振動を生じさせるように構成された、シート型振動体であって、
複数の前記電極には、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層を含むものとチオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層を含むものとがある、シート型振動体。
【請求項９】
少なくとも３枚の前記機能性シートを備え、前記機能性シートのうち、積層方向における比較的内側に位置する前記機能性シートの各主面上に形成された前記電極は、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層からなり、積層方向における比較的外側に位置する前記機能性シートの各主面上に形成された前記電極は、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層からなる、請求項８に記載のシート型振動体。
【請求項１０】
前記機能性シートは、圧電性に基づき駆動される圧電材料からなる圧電シートである、請求項１または８に記載のシート型振動体。
【請求項１１】
前記有機高分子はポリ乳酸である、請求項１０に記載のシート型振動体。
【請求項１２】
前記酸化亜鉛系電極層は、ｃ軸が互いに異なる複数の方向に成長した結晶形態を有する、請求項１または８に記載のシート型振動体。
【請求項１３】
前記酸化亜鉛系電極層は、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎのうち少なくとも１種が、各々の酸化物換算で７〜４０重量％のドーピング濃度でドーピングされた酸化亜鉛からなる、請求項１または８に記載のシート型振動体。
【請求項１４】
前記チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーは、ポリエチレンジオキシチオフェンである、請求項１または８に記載のシート型振動体。
【請求項１５】
請求項１または８に記載のシート型振動体を備える、音響機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、シート型振動体およびそれを用いて構成される音響機器に関するもので、特に、透明な有機高分子からなる圧電シートのような機能性シートを備えるシート型振動体における電極の材料選択についての改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特開２００３−２４４７９２号公報（特許文献１）には、携帯電話のディスプレイ上に配置され得る透明の圧電フィルムスピーカが開示されている。この特許文献１には、圧電フィルムスピーカに備える圧電性フィルムとして、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）フィルムを用いる例が記載されている。また、特許文献１では、高分子圧電フィルムを用いた場合には、セラミックのような脆さがないため好ましいとも記載されている。さらに、特許文献１では、圧電フィルム上に形成される透明電極の材料として、ＩＴＯ（酸化インジウム錫；Indium Tin Oxide）が例示されており、その形成のために適用される方法として、真空蒸着やスパッタリングなどの方法が例示されている。【０００３】
上記のようなＩＴＯ電極は、また、ＬＣＤ（液晶表示パネル）およびＰＤＰ（プラズマディスプレイ）において有利に用いられ得るものであるが、近年、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）の急速な普及により、ＬＣＤおよびＰＤＰを用途とするＩＴＯ電極の需要が非常に高まっている。しかし、ＩＴＯに含まれるインジウムは希少元素であり、枯渇が懸念され、昨今、その値段の高騰を招いている。【０００４】
また、ＩＴＯのスパッタリングの際には、およそ２００℃近い温度が必要である。そのため、有機高分子からなるシート上に電極を形成するにあたり、ＩＴＯのスパッタリングを適用することには困難を伴う。【０００５】
他方、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーは、薄膜としたとき、ほぼ透明であり、これを電極として使用することが、たとえば、特開２０００−２８９９号公報（特許文献２）、特開２０００−１０１２５号公報（特許文献３）および特表２００１−５０４９７６号公報（特許文献４）に記載されている。【０００６】
チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーの場合には、前述したＩＴＯの場合のような資源枯渇の問題には遭遇しない。また、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーとしては、たとえばポリチオフェンやポリエチレンジオキシチオフェンなどがあるが、これらは水溶液の状態で取り扱うことができ、この水溶液をスピンコート、インクジェット印刷などの方法で薄く塗布し、乾燥させるだけで導電性を示す膜とすることができる。したがって、有機高分子からなるシート上への電極形成に適している。【０００７】
しかし、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーは、特許文献２〜４に記載されているように、やや色付いている。一般に、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーの溶液は濃青色であり、成膜後は透明ではあるが、やや青味を帯びている。そのため、たとえばディスプレイ上に配置される透明の圧電フィルムスピーカのようなシート型振動体のための電極材料としては、改善の余地がある。
【特許文献１】特開２００３−２４４７９２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８９９号公報
【特許文献３】特開２０００−１０１２５号公報
【特許文献４】特表２００１−５０４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、この発明の目的は、電極の無色透明化が可能なシート型振動体を提供しようとすることである。【０００９】
この発明の他の目的は、上述したシート型振動体を用いて構成される音響機器を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、透明な有機高分子からなる機能性シートと、機能性シートの相対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成された第１および第２の電極とを備え、これら第１および第２の電極間に電圧を印加することにより機能性シートが駆動されて振動を生じさせるように構成された、シート型振動体にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、第１の電極は、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層を含み、第２の電極は、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層を含むことを特徴としている。【００１１】
上記シート型振動体において、バイモルフ構造を実現するため、好ましくは、積層された複数枚の機能性シートを備える。【００１２】
あるいは、シート型振動体は、第１の電極を介して機能性シートに貼り合わされる透明な有機高分子からなる裏打ちシートをさらに備え、ユニモルフ構造を実現するようにしてもよい。【００１３】
また、この発明に係るシート型振動体において、特定的な実施態様では、第１の電極は酸化亜鉛系電極層からなり、第２の電極はポリチオフェン系電極層からなり、他の特定的な実施態様では、第１および第２の電極は、ともに、酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層の双方を含む。後者の実施態様の場合、酸化亜鉛系電極層が機能性シートにより近い側に形成され、ポリチオフェン系電極層が機能性シートからより離れた側に形成されることが好ましい。【００１４】
この発明に係るシート型振動体が積層された２枚の機能性シートを備える場合、各機能性シートの第１の電極は、酸化亜鉛系電極層からなり、かつ積層された２枚の機能性シートの間に挟まれるように位置され、各機能性シートの第２の電極は、ポリチオフェン系電極層からなり、かつ積層された２枚の機能性シートの各々の外方側に位置されることが好ましい。【００１５】
この発明に係るシート型振動体は、他の局面では、透明な有機高分子からなる積層された複数の機能性シートと、機能性シートの相対向する各主面上にそれぞれ形成された電極とを備え、機能性シートの相対向する各主面上にそれぞれ形成された電極間に電圧を印加することにより機能性シートが駆動されて振動を生じさせるように構成されていて、複数の電極には、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層を含むものとチオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層を含むものとがあることを特徴としている。【００１６】
上記の実施態様において、シート型振動体が少なくとも３枚の機能性シートを備える場合、機能性シートのうち、積層方向における比較的内側に位置する機能性シートの各主面上に形成された電極は、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛系電極層からなり、積層方向における比較的外側に位置する機能性シートの各主面上に形成された電極は、チオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層からなることが好ましい。【００１７】
この発明に係るシート型振動体において、機能性シートは、圧電性に基づき駆動される圧電材料からなる圧電シートであることが好ましい。この場合、特に、機能性シートを構成する有機高分子はポリ乳酸であることが好ましい。【００１８】
また、酸化亜鉛系電極層は、ｃ軸が互いに異なる複数の方向に成長した結晶形態を有することが好ましい。【００１９】
また、酸化亜鉛系電極層は、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎのうち少なくとも１種が、各々の酸化物換算で７〜４０重量％のドーピング濃度でドーピングされた酸化亜鉛からなることが好ましい。【００２０】
ポリチオフェン系電極層を構成するチオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーは、ポリエチレンジオキシチオフェンであることが好ましい。【００２１】
この発明は、また、上述したこの発明に係るシート型振動体を備える、音響機器にも向けられる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明に係るシート型振動体は、機能性シートに形成される電極に関して、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とが重なり合うようにして形成された構成を有している。ここで、酸化亜鉛系電極層は、４００〜８００ｎｍの可視領域の光に対しては８０％以上の透過率を示すものの、４００ｎｍ未満の短波長領域では透過率が下がるため、透明ではあるが、やや黄色味を帯びている。他方、ポリチオフェン系電極層は、前述したように、透明ではあるが、やや青味を帯びている。この発明によれば、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とが重なり合った構成を有しているので、各々の電極層を通過した透過光の色調は減法混色に従う。したがって、透過光は、酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層の各々の透過率の積となるが、このときの可視光領域における分光特性はほぼ平坦になることを発明者らは見出した。これにより、透過光の色付きが抑制されて無色透明化され得る。また、各電極層の厚さにもよるが、酸化亜鉛系電極層もポリチオフェン系電極層も光の透過率が高いため、シート型振動体全体の透過率も高く保たれる。【００２３】
この発明に係るシート型振動体において、積層された複数枚の機能性シートを備えていると、機能性シートの枚数の増加に応じて、各機能性シートの厚みを薄くすることが容易となり、このように厚みを薄くすると、各機能性シートにかかる電界強度を容易に高めることができ、その結果、シート型振動体の振幅を大きくすることができる。【００２４】
各電極が酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層の双方を含む場合において、酸化亜鉛系電極層が機能性シートにより近い側に形成され、ポリチオフェン系電極層が機能性シートからより離れた側に形成されていると、機能性シートの熱による縮みなどの変形を酸化亜鉛系電極層によって効果的に抑制することができる。また、シート型振動体の駆動時に伸び縮みが繰り返される酸化亜鉛系電極層においてマイクロクラックが生じたとしても、これをポリチオフェン系電極層が覆っているため、致命的な欠陥である電気的な破断が生じることがない。さらに、酸化亜鉛系電極層は、ポリチオフェン系電極層に比べて数十倍の導電率を示すので、シート型振動体の低消費電力駆動を可能とすることができる。【００２５】
この発明に係るシート型振動体が積層された２枚の機能性シートを備える場合において、各機能性シートの第１の電極が酸化亜鉛系電極層からなりかつ積層された２枚の機能性シートの間に挟まれるように位置され、各機能性シートの第２の電極がポリチオフェン系電極層からなりかつ積層された２枚の機能性シートの各々の外方側に位置されていると、シート型振動体における機械的な伸び縮みが最も小さくなる部分に比較的硬い酸化亜鉛系電極層が位置され、機械的な伸び縮みが最も大きくなる部分に伸び縮みが容易なポリチオフェン系電極層が位置されることになるので、シート型振動体の屈曲振動を阻害する要因を低減することができる。【００２６】
また、この発明に係るシート型振動体が少なくとも３枚の機能性シートを備える場合、機能性シートのうち、積層方向における比較的内側に位置する機能性シートの各主面上に形成された電極が酸化亜鉛系電極層からなり、積層方向における比較的外側に位置する機能性シートの各主面上に形成された電極がポリチオフェン系電極層からなると、上記の実施態様の場合と同様、シート型振動体における機械的な伸び縮みが最も小さくなる部分に酸化亜鉛系電極層が位置され、機械的な伸び縮みが最も大きくなる部分にポリチオフェン系電極層が位置されることになるので、シート型振動体の屈曲振動を阻害する要因を低減することができる。【００２７】
この発明に係るシート型振動体において、機能性シートが圧電シートであり、これがポリ乳酸から構成されると、機能性シートを透明性に優れたものとすることができ、その結果、シート型振動体を透明性に優れたものとすることができる。また、ポリ乳酸によれば、安定した圧電特性を実現することができるとともに、安価に圧電シートを得ることができる。さらに、ポリ乳酸は、カーボンニュートラルであり、また、生分解性であるので、地球環境保護の点でも好ましい。【００２８】
酸化亜鉛系電極層が、ｃ軸が互いに異なる複数の方向に成長した結晶形態を有していると、耐湿性に優れたものとすることができる。これは、常温での成膜が可能である。【００２９】
また、酸化亜鉛系電極層が、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎのうち少なくとも１種が、各々の酸化物換算で７〜４０重量％のドーピング濃度でドーピングされた酸化亜鉛からなるものであると、上述の結晶形態を実現でき、耐湿性に優れたものとすることができる。【００３０】
ポリチオフェン系電極層を構成するチオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーが、ポリエチレンジオキシチオフェンであると、ポリチオフェン系電極層を高導電率のものとすることができる。【００３１】
この発明に係るシート型振動体を用いて音響機器を構成すると、たとえば、透明なスピーカを構成することができる。このようなスピーカは、目視を遮ることなく、ディスプレイの表面にでも直接配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の第１の実施形態によるシート型振動体１の一部を拡大して示す断面図である。
【図２】図１に示したシート型振動体１に備える圧電シート２を取り出して単独で示す平面図であり、延伸方向を説明するためのものである。
【図３】図２に示した圧電シート２についての電界印加時の変形態様を示す平面図である。
【図４】図１に示したシート型振動体１の電界印加時の変形態様を示す斜視図である。
【図５】酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層、ならびにこれらを重ね合わせたものについての光の波長と透過率との関係を示す図である。
【図６】この発明の第２の実施形態によるシート型振動体１１の一部を拡大して示す断面図である。
【図７】この発明の第３の実施形態によるシート型振動体２１の一部を拡大して示す断面図である。
【図８】この発明の第４の実施形態によるシート型振動体２１ａの一部を拡大して示す断面図である。
【図９】この発明の第５の実施形態によるシート型振動体３１の一部を拡大して示す断面図である。
【図１０】この発明に係るシート型振動体の好ましい用途としての携帯ゲーム機４９を示す正面図である。
【図１１】この発明に係るシート型振動体の好ましい用途としての携帯電話機５１を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１，１１，２１，２１ａ，３１  シート型振動体
２，３，１２，１３，２２，３２〜３５  圧電シート
４〜７,１４〜１７，２３，２４，３６〜４３  電極
８，１８，２６，４４〜４６  接着層
１９，２７  酸化亜鉛系電極層
２０，２８  ポリチオフェン系電極層
４９  携帯ゲーム機
５１  携帯電話機
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、この発明の第１の実施形態によるシート型振動体１の一部を拡大して示す断面図である。【００３５】
シート型振動体１は、バイモルフ構造を有するもので、機能性シートとしての２枚の圧電シート２および３を貼り合わせた構造を有している。一方の圧電シート２の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、第１および第２の電極４および５が形成され、他方の圧電シート３の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、第１および第２の電極６および７が形成されている。この実施形態では、第１の電極４および６は、２枚の圧電シート２および３の間に挟まれるように位置し、他方、第２の電極５および７は、２枚の圧電シート２および３の各々の外方側に位置されている。一方の第１の電極４と他方の第１の電極６とは、接着層８を介して互いに接合される。接着層８を形成するため、たとえば透明のエポキシ系接着剤が用いられ、ラミネート機を用いて気泡が入らないように加圧されて接着されることが好ましい。【００３６】
圧電シート２および３は、透明な有機高分子からなるもので、好ましくは、この有機高分子として、Ｌ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）が用いられる。ＰＬＬＡはキラル高分子であり、主鎖が螺旋構造を示す。このようなＰＬＬＡからなるシートを一軸延伸し、分子を配向させると、圧電性を示すことが知られている。圧電定数は、高分子の中でも、非常に大きい部類に属する。ＰＬＬＡ結晶の点群はＤ２であるので、ｄ１４、ｄ２５およびｄ３６の成分があるが、延伸されたシートでは、ｄ２５＝−ｄ１４、ｄ３６＝０となり、電極面の法線方向に電場をかけた場合、回転方向での歪みが生じる、いわゆるずり圧電性を示す。ＰＬＬＡは、延伸のみで圧電性を発現し、他の高分子（ポリフッ化ビニリデン：ＰＶＤＦ）や圧電セラミックのようにポーリング処理の必要がない。ＰＶＤＦなどの場合には、経時的に圧電定数が小さくなるという現象が見られるが、ＰＬＬＡの場合には、安定して圧電性を保つことができる。【００３７】
また、ＰＬＬＡの透明度は非常に高く、純粋なＰＬＬＡの光の透過率は９４％にも達する。これは、高分子の中で最高の透過率を有すると言われているポリメタクリル酸メチルの光の透過率である９３％をも凌ぐ値である。【００３８】
さらに、ＰＬＬＡは、たとえばトウモロコシを原料として製造される樹脂であるため、製造時に余分な二酸化炭素をほとんど排出することがなく、生分解性を持ち、廃棄時には自然に戻るというように、環境負荷が非常に少ない材料である。【００３９】
一方、ＰＬＬＡのガラス転移点は、結晶化度や分子量によって変化するものの、概ね６０℃〜７０℃の範囲に存在する。このため、これを超える温度では軟化し変形する可能性がある。前述した電極４〜７の形成にあたっては、このことが考慮される。【００４０】
透明電極の材料として、ＺｎＯを用いることが考えられるが、ＺｎＯは、大気中の水分との反応によりキャリア供給源である酸素欠損が再酸化され、抵抗の上昇を招くという欠点がある。この耐候性の低さがＺｎＯの実用化に対する最大の障害となっており、ＺｎＯを透明電極の材料として用いた量産化の例は未だ報告されていない。また、ＺｎＯを用いて、電子移動度を向上させて低抵抗電極を得るには、前述したＩＴＯの場合と同様、２００℃程度の加熱成膜を行ない、結晶粒を充分に成長させるプロセスが必要である。【００４１】
他方、ＺｎＯにIIIＢ族元素であるＧａを７重量％（Ｇａ２Ｏ３換算）以上の高濃度でドープし、オフアクシスタイプのマグネトロンスパッタリング法で形成した透明電極は、従来の柱状成長したｃ軸配向膜と大きく異なる結晶構造となる。高濃度ドープＺｎＯ膜は、安定面であるｃ面が様々な方向に成長した特異な結晶形態となり、３次元的な粒界ネットワークを形成することにより、Ｈ２Ｏの粒界拡散が抑制され、Ｈ２ＯとＺｎＯとの反応（酸素欠損の再酸化反応）の活性化エネルギーが上昇し、優れた耐湿性を示す。さらに、常温での成膜が可能であるため、セラミックやガラスに比較して温度に対する耐性が低い高分子シートすなわち圧電シート２および３上での成膜を問題なく進めることができる。【００４２】
前述した第１の電極４および６は、ＺｎＯを主成分とする酸化亜鉛系電極層、より特定的には、上記の高濃度ドープＺｎＯからなる酸化亜鉛系電極層から構成される。しかしながら、このような酸化亜鉛系電極層は、４００〜８００ｎｍの可視領域の光については８０％以上の透過率を示すものの、４００ｎｍ未満の短波長領域では透過率が下がるため、透明ではあるが、やや黄色味を帯びている。【００４３】
このような酸化亜鉛系電極層の欠点をカバーするため、第２の電極５および７は、前述したようなチオフェンを分子構造に含む導電性ポリマーからなるポリチオフェン系電極層から構成される。このようなポリチオフェン系電極層は、透明ではあるが、やや青味を帯びている。【００４４】
したがって、第１の電極４および６を酸化亜鉛系電極層によって構成し、第２の電極５および７をポリチオフェン系電極層によって構成すれば、酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とが重なり合った構成を実現することができる。この双方の電極層を通過した光の分光特性は、可視領域ではほぼ平坦となることから、透過光の色付きが抑制されて無色透明化される。【００４５】
前述したように圧電シート２および３を構成するＰＬＬＡは、ガラス転移点以上の温度になれば、圧電性が失われていくが、温度が下がれば、元の圧電定数を有する状態に戻る。なお、ここで、温度上昇に関しては、実使用温度を想定しており、８５℃以上の温度になることは想定していない。しかしながら、前述したように、温度が下がり、この際に変形（縮み）を伴うと、延伸効果が変化して圧電定数の低下を招く。酸化亜鉛系電極層は、それがたとえ薄膜であっても、ある程度の硬さを有するため、酸化亜鉛系電極層からなる第１の電極４および６をＰＬＬＡからなる圧電シート２および３上に形成しておくことにより、ＰＬＬＡからなる圧電シート２および３の変形（縮み）を抑制することができ、これによって、シート型振動体１の耐熱性を高めることができる。【００４６】
また、酸化亜鉛系電極層からなる第１の電極４および６が２枚の圧電シート２および３の間に挟まれるように位置され、ポリチオフェン系電極層からなる第２の電極５および７が２枚の圧電シート２および３の各々の外方側に位置されていると、シート型振動体１における機械的な伸び縮みが最も小さくなる部分に比較的硬い酸化亜鉛系電極層が位置され、機械的な伸び縮みが最も大きくなる部分に伸び縮みが容易なポリチオフェン系電極層が位置されることになるので、シート型振動体１の屈曲振動を阻害する要因を低減することができる。【００４７】
図２は、図１に示したシート型振動体１に備える一方の圧電シート２を取り出して単独で示す平面図である。圧電シート２は、前述したように、ＰＬＬＡシートから構成される。圧電シート２は、ベクトル９によって示す延伸方向を有している。通常、キャスト成型後のＰＬＬＡシートは、２〜６倍に延伸することにより、圧電性を発現させることができる。また、ＰＬＬＡシートに所定のナノサイズの無機物を予め混練しておくことにより、透明性を実質的に損なうことなく、ＰＬＬＡシートの圧電性を高めることができる。【００４８】
延伸軸に対して４５度の角度をもって切り出されたＰＬＬＡからなる圧電シート２に、前述したように第１および第２の電極４および５を形成し、これに電圧を印加すれば、その圧電定数ｄ１４の効果により、図３に示すような変形が生じる。すなわち、図３において破線で示す元の状態から、実線で示す状態となるように変形する。【００４９】
図３において、印加する電圧により生じる電界ベクトル１０ａおよび１０ｂが示されている。図３（ａ）に示した電界ベクトル１０ａは、紙面手前から奥へ向く電界であり、図３（ｂ）に示した電界ベクトル１０ｂは、紙面奥から手前に向く電界である。電界ベクトル１０ａで示される電圧を印加することにより、圧電シート２は、図３（ａ）に示すような変形を引き起こし、電界ベクトル１０ｂで示すような電圧を印加することにより、圧電シート２は、図３（ｂ）に示すような変形を引き起こす。【００５０】
特に図示しないが、圧電シート３についても、圧電シート２の場合と同様の変形を引き起こす。【００５１】
したがって、図１に示すように、２枚の圧電シート２および３を貼り合わせて積層し、圧電シート２と圧電シート３とで互いに逆方向の変形を生じさせるように、電極４〜７に電圧を印加すれば、シート型振動体１は、図４に示すような振動を生じさせるバイモルフとなる。図４において、元の状態が破線で示され、変形後の状態が実線で示されている。【００５２】
図１に示したシート型振動体１において、これを構成する各要素の厚みは誇張されて図示されている。実際の厚みは、圧電シート２および３の各々が０．０５〜０．１ｍｍであり、第１の電極４および６の各々が５０〜１００ｎｍであり、第２の電極５および７の各々が０．３〜２μｍであり、接着層８が１〜１０μｍである。もっとも、上記各要素の厚みはこれらの範囲である必要はなく、それぞれの材料の物性値に合わせて適宜設定されることができる。【００５３】
上述したように、電極４〜７の各々の厚みは極めて薄いため、ほぼ透明とすることができ、また、接着層８も透明とすることができ、さらに圧電シート２および３となるＰＬＬＡシートも透明度が高いため、シート型振動体１全体としても高い透明性を確保することができる。【００５４】
図５は、酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層、ならびにこれらを重ね合わせたものについての光の波長と透過率との関係を示す図である。図５において、酸化亜鉛系電極層は「ＺｎＯ」で表示され、ポリチオフェン系電極層は「ポリチオフェン」で表示され、これらを重ね合わせたものは「積層」で表示されている。【００５５】
酸化亜鉛系電極層についてのデータは、Ｇａ含有量が酸化物換算で５．７重量％である酸化亜鉛を、ＰＬＬＡシート上に１００ｎｍの厚みをもって成膜した場合のものである。ポリチオフェン系電極層についてのデータは、ポリエチレンジオキシチオフェンをＰＬＬＡシート上に０．３μｍの厚みをもって成膜した場合のものである。酸化亜鉛系電極層およびポリチオフェン系電極層の各々の透過率は、実測の透過率直線から反射による損失分を除き、最大の透過率が１００％となるように規格化されている。【００５６】
図５に示すように、酸化亜鉛系電極層は、波長が４００ｎｍ以下の領域では吸収が大きい。すなわち、紫外線領域では吸収が大きい。また、４００〜４５０ｎｍの領域では、他の波長帯に比較して、やや吸収が大きい。つまり、紫から青にかけての光が他の色の光に比べて若干吸収を受ける。これに伴い、その補色である黄色が強調されることになり、酸化亜鉛系電極層は、ごくわずかに黄色味がかっているように見える。【００５７】
他方、ポリチオフェン系電極層は、図５からわかるように、波長４３０ｎｍ付近に透過率のピークを用い、波長のより長い領域に向かって、透過率がなだらかに減少するような特性を持つ。したがって、ポリチオフェン系電極層は、ごくわずかに青味がかっているように見える。【００５８】
上述した酸化亜鉛系電極層とポリチオフェン系電極層とを重ね合わせた場合、透過光の色調は、減法混色に従う。したがって、この透過光の透過率は、酸化亜鉛系電極層の透過率とポリチオフェン系電極層の透過率との積となる。図５に示すように、「積層」の透過率直線は、可視領域（３８０ｎｍ〜７００ｎｍ）の範囲において、ほぼフラットに近い状態になり、色調がなくなる。すなわち無色化できることがわかる。【００５９】
酸化亜鉛系電極層の着色度合いは、成膜時の条件、ドープする元素の量、膜厚等によって微妙に変化する。これらはすべてコントロール可能であり、所望の着色度合いを実現することができる。同様に、ポリチオフェン系電極層の着色度合いについても、成膜条件や膜厚等により微妙に変化する。これらもすべてコントロール可能であり、所望の着色度合いを実現することができる。したがって、透過光の色付き具合を自由にコントロールすることができる。逆に言えば、互いの条件に合わせて無色となる条件を選定可能であるということである。【００６０】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）にIIIＢ族元素をドーピングした導電体において、たとえば、Ｇａをドーパントとした場合、ドープ量と物性との関係が、「南  内嗣、他，J. Vac. Soc.（真空）, Vol.47, No.10, (2004) p.734」で報告されており、Ｇａ2Ｏ3換算で、ドープ量が２〜４重量％のときに最も低い抵抗率となる。ドープ量を増やすと相対的に抵抗率が増大するため、ドープ量の範囲を広げたとしても、適用可能な範囲は、通常、２〜６重量％程度までである。これは、透明導電膜としての応用を考えると、なるべく抵抗率が低くなるようにすることが有利であり、わざわざドープ量を多くして抵抗率を高くする必要がないことによる。【００６１】
なお、上述したようなドーピングによって抵抗率が低くなるのは、以下の理由による。ＺｎＯへのドーパントとしては、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎが代表的な元素である。これらのIIIＢ族元素酸化物をＺｎＯにドープすると、２価のＺｎサイトが３価の陽イオンで置換されるため、余剰電子がキャリアとなってｎ型の導電性を示すようになる。また、成膜法を用いて酸素供給が化学量論比を下回るような条件で成長させると、形成される膜中に酸素欠陥を生じ、電子がキャリアとなってｎ型の導電性を示す。【００６２】
しかしながら、ドープ量を少なくしたＺｎＯ膜は、耐湿試験で著しい劣化を伴うことが確認されている。【００６３】
前述したように、IIIＢ族元素であるＧａ、ＡｌおよびＩｎの少なくとも１種の酸化物のドープ量を７〜４０重量％の範囲であることが好ましいとしたのは、ドープ量が７重量％未満になると耐湿性が低下し、他方、ドープ量が４０重量％を超えると、実用可能な低抵抗率の透明電極を得ることが困難となるためである。【００６４】
なお、ＺｎＯへのドープ量を上述の７〜４０重量％の範囲で変えた場合でも、透過率の変化は小さいことが確認されている。【００６５】
以上の説明では、圧電シート2および３を構成する有機高分子として、ＰＬＬＡを例示したが、ＰＬＬＡに限られるものではなく、ＰＬＬＡと同様のずり圧電性を示すＰＢＬＧ（ポリ−γ−ベンジル−Ｌ−グルタミン酸）や、ポーリングにより圧電性を付与することができるＰＶＤＦ、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体などを用いてもよい。ただし、ＰＶＤＦやフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体はもともと着色した材料であるため、この発明による効果が必ずしも有効に発揮されるとは限らない。【００６６】
図６は、この発明の第２の実施形態によるシート型振動体１１の一部を拡大して示す断面図である。【００６７】
シート型振動体１１は、バイモルフ構造を有していて、２枚の圧電シート１２および１３を貼り合わせた構造を有している。一方の圧電シート１２の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、第１および第２の電極１４および１５が形成され、他方の圧電シート１３の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、第１および第２の電極１６および１７が形成される。また、圧電シート１２の第１の電極１４と圧電シート１３の第１の電極１６とは接着層１８を介して互いに接合される。【００６８】
このようなシート型振動体１１において、圧電シート１２および１３ならびに接着層１８については、それぞれ、第１の実施形態における圧電シート２および３ならびに接着層１８と同様の材料から構成され、接着層１８を介しての接合方法についても、第１の実施形態の場合と同様の方法が適用される。【００６９】
第２の実施形態では、電極１４〜１７の各々が、ともに、酸化亜鉛系電極層１９およびポリチオフェン系電極層２０の双方からなる２層構造を有していることを特徴としている。特に、この実施形態では、酸化亜鉛系電極層１９が圧電シート１２および１３の各々により近い側に形成され、ポリチオフェン系電極層２０が圧電シート１２および１３の各々からより離れた側に形成されている。【００７０】
酸化亜鉛系電極層１９の導電率は１〜３×１０５［Ｓ／ｍ］程度であり、ポリチオフェン系電極層２０の導電率は、酸化亜鉛系電極層１９の導電率の数十分の１であり、抵抗としては、酸化亜鉛系電極層１９の数十倍（およそ２０〜３０倍：成膜条件によって変化する。）と高くなる。シート型振動体１１がたとえば透明スピーカなどに用いられる場合、その消費電力を小さくし、信号追随性を高くするためには、抵抗は低い方が好ましく、そのため、電極１４〜１７の各々は、ポリチオフェン系電極層２０のみで形成するよりは酸化亜鉛系電極層１９のみで形成した方が有利である。【００７１】
それにも関わらず、第２の実施形態では、電極１４〜１７の各々を酸化亜鉛系電極層１９とポリチオフェン系電極層２０との２層構造としている。酸化亜鉛系電極層１９とポリチオフェン系電極層２０と重ね合わせによる無色化の効果については、第１の実施形態の場合と同様である。特に、第２の実施形態によれば、圧電シート１２および１３の各々の両主面上に、酸化亜鉛系電極層１９が形成されているため、圧電シート１２および１３の熱による縮みなどの変形を効果的に抑制することができる。【００７２】
なお、圧電シート１２および１３の各々の両主面上に酸化亜鉛系電極層１９が形成されているため、シート型振動体１１のバイモルフ振動の振幅は、第１の実施形態の場合と比較して抑制される方向に働くが、この抑制された分は印加電圧を高くするなどして対処することができる。【００７３】
また、酸化亜鉛系電極層１９は、ポリチオフェン系電極層２０と直接接しながら電極１４〜１７の各々を形成するため、酸化亜鉛系電極層１９およびポリチオフェン系電極層２０の各々の厚みを薄くすることができる。また、酸化亜鉛系電極層１９の厚みを薄くしたことによる抵抗の上昇については、ある程度、ポリチオフェン系電極層２０によって補うことができる。【００７４】
また、圧電シート１２および１３の各々の外側に位置する第２の電極１５および１７においては、酸化亜鉛系電極層１９に対して比較的大きな伸び縮みが強制的に繰り返されるため、ここにマイクロクラックが生じる可能性があるが、酸化亜鉛系電極層１９を覆うようにポリチオフェン系電極層２０が形成されているため、致命的な欠陥である電気的な破断が生じることはない。【００７５】
図７は、この発明の第３の実施形態によるシート型振動体２１の一部を拡大して示す断面図である。【００７６】
シート型振動体２１は、ユニモルフ構造を有するもので、１枚の圧電シート２２を備え、圧電シート２２の相対向する第１および第２の主面上には、それぞれ、第１および第２の電極２３および２４が形成されている。この実施形態では、第１の電極２３は酸化亜鉛系電極層からなり、第２の電極２４はポリチオフェン系電極層からなる。【００７７】
また、シート型振動体２１は、裏打ちシート２５を備え、裏打ちシート２５は、接着層２６を介して第１の電極２３に接合される。【００７８】
このようなシート型振動体２１において、圧電シート２２および接着層２６は、それぞれ、第１の実施形態における圧電シート２および３ならびに接着層８と同様の材料から構成される。裏打ちシート２５は、圧電シート２２と同様、たとえばＰＬＬＡから構成され得るが、これ単体では、変形するような機能を有していないため、圧電性を有している必要はなく、たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート等から構成されてもよい。【００７９】
このようなシート型振動体２１を、たとえばディスプレイ上に配置する場合には、裏打ちシート２５を外側に向くようにすれば、傷に対する保護を裏打ちシート２４によって実現することができる。【００８０】
また、図７に示したシート型振動体２１では、圧電シート２２と裏打ちシート２５とによって挟まれる位置に、酸化亜鉛系電極層からなる第１の電極２３が形成されている。したがって、このシート型振動体２１における機械的な伸び縮みが最も小さくなる部分に第１の電極２３が位置されることになり、第１の電極２３がシート型振動体２１の屈曲振動を阻害する要因を低減することができる。【００８１】
図８は、この発明の第４の実施形態によるシート型振動体２１ａの一部を拡大して示す断面図である。図８において、図７に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。【００８２】
図８に示したシート型振動体２１ａでは、第１および第２の電極２３および２４の各々が、ともに、酸化亜鉛系電極層２７およびポリチオフェン系電極層２８の双方からなる２層構造を有している。この場合、酸化亜鉛系電極層２７が圧電シート２２の主面に接するように形成され、ポリチオフェン系電極層２８が酸化亜鉛系電極層２７の外側に形成される。【００８３】
この第４の実施形態によれば、前述した第２の実施形態の場合と同様効果が奏される。【００８４】
図９は、この発明の第５の実施形態によるシート型振動体３１の一部を拡大して示す断面図である。【００８５】
シート型振動体３１は、少なくとも３枚、たとえば４枚の圧電シート３２から３５を備えている。圧電シート３２の相対向する主面上には、それぞれ、電極３６および３７が形成される。圧電シート３３の相対向する各主面上には、それぞれ、電極３８および３９が形成される。圧電シート３４の相対向する各主面上には、それぞれ、電極４０および４１が形成される。圧電シート３５の相対向する各主面上には、それぞれ、電極４２および４３が形成される。また、電極３７および３８の間、電極３９および４０の間、ならびに電極４１および４２の間には、接着層４４、４５および４６が形成され、それによって、４枚の圧電シート３２から３５が貼り合わされた構造とされる。【００８６】
このシート型振動体３１において、圧電シート３２〜３５ならびに接着層４４〜４６は、それぞれ、前述したシート型振動体１における圧電シート２および３ならびに接着層８と同じ材料から構成される。【００８７】
また、積層方向における比較的内側に位置する圧電シート３３および３４の各主面上に形成された電極３８〜４１は、酸化亜鉛系電極層からなり、積層方向における比較的外側に位置する圧電シート３２および３５の各主面上に形成された電極３６、３７、４２および４３は、ポリチオフェン系電極層からなる。【００８８】
このようなシート型振動体３１は、多層構造のバイモルフを形成するもので、圧電シート３２および３３が伸びる動作をするときは、圧電シート３４および３５が縮む動作をし、逆に、圧電シート３２および３３が縮む動作をするときは、圧電シート３４および３５が伸びる動作をするように、圧電シート３２〜３５の各々に印加される電界の方向が決められる。【００８９】
このようなシート型振動体３１における圧電シート３２〜３５の各々は、たとえば、図１に示した２枚の圧電シート２および３を備えるシート型振動体１の場合に比べて薄くされ、各々の厚みはたとえば０．０３〜０．０７ｍｍである。このように、圧電シート３２〜３５を薄くすることにより、圧電シート３２〜３５の各々に係る電界強度を高くすることができる。その結果、たとえば第１の実施形態によるシート型振動体１と比較したとき、同じ電圧を印加するとすれば、振幅を大きくすることができ、他方、同じ振幅を得ようとするときには、駆動電圧を低くすることができる。【００９０】
この第５の実施形態では、内側に位置する圧電シート３３および３４に酸化亜鉛系電極層からなる電極３８〜４１を形成し、外側に位置する圧電シート３２および３５にポリチオフェン系電極層からなる電極３６、３７、４２および４３を形成することにより、透過光の無色化を図っている。また、この実施形態では、伸び縮みの小さい部分に位置する電極３８〜４１を酸化亜鉛系電極層から構成し、伸び縮みの大きい部分に位置する電極３６、３７、４２および４３をポリチオフェン系電極層から構成しているので、酸化亜鉛系電極層がシート型振動体３１の屈曲振動を大きく阻害することはない。【００９１】
なお、電極３６〜４３の各々を構成する材料は、設計条件に応じて種々に変更することができる。【００９２】
次に、この発明に係るシート型振動体の用途について説明する。【００９３】
この発明に係るシート型振動体は、音響機器において有利に用いられる。より具体的は、この発明に係るシート型振動体は、これを透明なものとすることができるので、たとえばスピーカを透明に構成することができる。このとき、エキサイターなどの部品を必要としないため、スピーカの全面を透明化することができる。そのため、たとえば、図１０に示した携帯ゲーム機４９のディスプレイ面５０や、図１１に示した携帯電話機５１のディスプレイ面５２上に、直接、スピーカを配置しながら、その下の画像を明瞭に目視可能とすることができる。同様に、電子辞書、電子手帳、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受像機等のディスプレイ面上にも直接配置することができる。【００９４】
特に、シート型振動体を構成する圧電シートは有機高分子からなるものであるので、通常の衝撃では割れることがないという特徴にも注目すべきである。したがって、携帯ゲーム機や携帯電話機のような携帯用機器において有利に適用される。また、有機高分子からなる圧電シートは屈曲可能であるため、たとえば、有機ＥＬを用いたペーパーディスプレイ等にも適用可能である。【００９５】
スピーカを高音質にするには、これを大型化する必要があるが、現状の圧電スピーカでは、機器のスペースの制約上、これには限界がある。前述したように、この発明によれば、スピーカを透明化することができ、これをディスプレイ面上に直接配置することができる。そのため、スピーカの面積を大きくして、音質を向上させることができる。また、従来の内蔵スピーカをなくすことができ、その結果、機器の小型化を図ることができ、あるいは、内蔵スピーカを取り除いた部分に新たな機能部品を内蔵することができ、機器の高機能化を図ることができる。【００９６】
以上、この発明を、透明な有機高分子からなるシートが圧電性に基づき駆動されるシート型振動体に関連して説明したが、この発明は、圧電性に限らず、静電力（電歪力）のみに基づき駆動されるシート型振動体にも適用可能である。この後者の場合であっても、シートを構成する有機高分子の種類と、印加する電圧とが異なるだけで、構造的には、前述した実施形態と同様のものを採用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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