(57)【要約】      （修正有）【課題】減衰することなく、損失が小さく、且つ消費電力も小さい弾性表面波を供給できる弾性表面波装置を提供すること。【解決手段】弾性表面波が伝搬する弾性波伝搬基材１１０と、弾性表面波を発生させる圧電材１３０と、弾性波伝搬基材と圧電材との間に配置される電極部１２０と、を有し、圧電材と電極部とが、それぞれ、他方に対して直接固定される構成となっている弾性表面波装置１００である。また、好ましくは、弾性波伝搬基材及び電極部が、それぞれ透明基材及び櫛歯電極であり、電極部と圧電材とが表面活性化接合によって、それぞれ他方に対して直接固定される構成となっている弾性表面波装置である。【選択図】図２
2007110345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性表面波が伝搬する弾性波伝搬基材と、
前記弾性表面波を発生させる圧電材と、
前記弾性波伝搬基材と前記圧電材との間に配置される電極部と、を有する弾性表面波装置であって、
前記圧電材と前記電極部とが、それぞれ、他方に対して直接固定される構成となっていることを特徴とする弾性表面波装置。
【請求項２】
前記弾性波伝搬基材及び前記電極部が、それぞれ透明基材及び櫛歯電極であり、
前記電極部と前記圧電材とが表面活性化接合によって、それぞれ他方に対して直接固定される構成となっていることを特徴とする請求項１に記載の弾性表面波装置。
【請求項３】
前記弾性波伝搬基材は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であり、
前記圧電材が水晶基板又はタンタル酸リチウム基板であり、前記水晶基板及び前記タンタル酸リチウム基板の固有の特性である弾性表面波の伝搬速度と、前記ガラス基板固有の特性である弾性表面波の伝搬速度との伝搬速度差が２００ｍ／秒以下となることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の弾性表面波装置。
【請求項４】
前記ガラス基板は、温度が高くなるほど周波数が高くなる負の温度係数を有し、
前記水晶基板及び前記タンタル酸リチウム基板は、温度が高くなればなるほど周波数が低くなる正の温度係数を有することを特徴とする請求項３に記載の弾性表面波装置。
【請求項５】
前記電極部が一方向性電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の弾性表面波装置。
【請求項６】
弾性表面波が伝搬する弾性波伝搬基材と、
前記弾性表面波を発生させる圧電材と、
前記弾性波伝搬基材と前記圧電材との間に配置される電極部と、を有する弾性表面波装置の製造方法であって、
弾性波伝搬基材に電極部を形成する電極部形成工程と、
前記電極部形成工程で形成された前記電極部に前記圧電材を表面活性化結合で固定する圧電材固定工程と、を有することを特徴とする弾性表面波装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が触れた部分の座標を検出する弾性表面波装置及び弾性表面波装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、携帯端末等には、タッチパネル装置等の弾性表面波装置が備わっている。このようなタッチパネル装置は、入力装置であって利用者が触れた部分の例えば、数字等の座標等を検出するためのものである（例えば、特許文献１）。
特許文献１に示すようなタッチパネルは、同文献の図１に示すように、その表面にガラス基板である表示面１６が形成されている。この表示面１６には、その表示面１６上に表面音響波を送信する送波器である送波トランスデューサＴ１と、この送波トランスデューサＴ１から送信された表面音響波を検出する検出器である受波トランスデューサＲ１が形成されている。そして、この表示面１６を利用者が触れ、表面音響波が弱まると、この弱まった部分のアドレスを識別し、利用者が触れた数字等を認識する構成となっている。
【０００３】
このような送波トランスデューサＴ１は、弾性音響波を送信するため、水晶等の圧電材を有している。具体的には、弾性音響波が伝搬する弾性波伝搬基材である表示面１６の例えばガラス基板上に、電極を形成し、この電極上に水晶等を接着剤等で配置していた。このように配置された水晶等に電極を介して電圧がかかると、水晶が伸縮し、表面音響波を表示面１６に供給する構成となっている。
【特許文献１】特開昭６１−２３９３２２号公報（図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このようなタッチパネル装置は、水晶等と電極とが接着剤等で固定されているため、水晶等の圧電材から発生する表面音響波（弾性表面波）が、この接着剤の層で減衰し、損失が大きくなり、消費電力が大きくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、減衰することなく、損失が小さく、且つ消費電力も小さい弾性表面波を供給できる弾性表面波装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、本発明によれば、弾性表面波が伝搬する弾性波伝搬基材と、前記弾性表面波を発生させる圧電材と、前記弾性波伝搬基材と前記圧電材との間に配置される電極部と、を有する弾性表面波装置であって、前記圧電材と前記電極部とが、それぞれ、他方に対して直接固定される構成となっていることを特徴とする弾性表面波装置により達成される。
【０００７】
前記構成によれば、圧電材と電極部とが、それぞれ、他方に対して直接固定される構成となっているので、電極部から印加され圧電材が伸縮して発生する弾性表面波が、従来のように接着層を介して電極部や弾性波伝搬基材に供給されることがなく、直接、電極部や弾性波伝搬基材に供給される。
したがって、圧電材で発生した弾性表面波が接着層で減衰されることなく弾性波伝搬基材に供給されるので、損失が小さく、消費電力が小さい弾性表面波を供給できる弾性表面波装置となる。
【０００８】
好ましくは、前記弾性波伝搬基材及び前記電極部が、それぞれ透明基材及び櫛歯電極であり、前記電極部と前記圧電材とが表面活性化接合によって、それぞれ他方に対して直接固定される構成となっていることを特徴とする弾性表面波装置である。
【０００９】
前記構成によれば、電極部と圧電材とが表面活性化接合によって、それぞれ他方に対して直接固定される構成となっている。一般に、他方に対して直接固定される方法としては、陽極接合、直接接合、表面活性化接合、拡散接合等が存在する。
このうち、直接接合及び拡散接合は、高温での接合方法である。したがって、この方法で電極部と圧電材を接合すると、圧電材が反ってしまうおそれがある。
この点、表面活性化接合は清浄な面同士を原子間距離程度に近づけると自由電子のやりとりにより金属結合が生じるという原理を利用したものである。つまり、Ａｒイオンあるいは原子の照射により接合面上の汚染層を除去して清浄化を行い、接合面が再び汚染する前に清浄化した接合面同士を加圧により密着させることで、低い温度での接合が可能となるという特徴を有する。
このように、電極部と圧電材とを低温で接合することができるので、圧電材が反るおそれなく、電極部と圧電材を固定することができる。
また、このように電極部と圧電材を表面活性化結合させると、プラズマで両者の接合面が活性化されるので、損失が少なく、効果的に弾性表面波が励振されることになる。
【００１０】
好ましくは、前記弾性波伝搬基材は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であり、前記圧電材が水晶基板又はタンタル酸リチウム基板であり、前記水晶基板及び前記タンタル酸リチウム基板の固有の特性である弾性表面波の伝搬速度と、前記ガラス基板固有の特性である弾性表面波の伝搬速度との伝搬速度差が２００ｍ／秒以下となることを特徴とする弾性表面波装置である。
【００１１】
前記構成によれば、弾性波伝搬基材は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であり、圧電材が水晶基板又はタンタル酸リチウム基板である。そして、水晶基板及びタンタル酸リチウム基板の固有の特性である弾性表面波の伝搬速度と、ガラス基板固有の特性である弾性表面波の伝搬速度との伝搬速度差が２００ｍ／秒以下となっている。
ガラス基板上を弾性表面波が伝搬する伝搬速度である例えば、音速は、その材質固有の特性によって定められる。例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の音速は、約３０００ｍ／秒である。
このとき、このガラス基板と電極部を介して固定される水晶基板やタンタル酸リチウム基板の固有の音速が、ガラス基板固有の音速と大きく異なると、音速の不整合が生じ、ガラス基板上を伝搬する弾性表面波の損失が大きくなるおそれがある。
しかし、本請求項のように、その音速がガラス基板の３０００ｍ／秒に対し、±２００ｍ／秒の範囲内に含まれる固有の特性を有する水晶基板、例えばＳＴカットの水晶基板や１１２Ｘのタンタル酸リチウム基板を選択すれば、水晶基板やタンタル酸リチウム基板とガラス基板との間の固有の音速の差が大きくないため、音速の不整合が少なく、ガラス基板上を伝搬する弾性表面波の損失が少なくなる。
【００１２】
好ましくは、前記ガラス基板は、温度が高くなるほど周波数が高くなる負の温度係数を有し、前記水晶基板及び前記タンタル酸リチウム基板は、温度が高くなればなるほど周波数が低くなる正の温度係数を有することを特徴とする弾性表面波装置である。
【００１３】
前記構成によれば、ガラス基板は、温度が高くなるほど周波数が高くなる負の温度係数を有する二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であり、水晶基板及びタンタル酸リチウム基板は、温度が高くなればなるほど周波数が低くなる正の温度係数を有する。水晶基板としては、例えば、ＳＴカット水晶基板（３０〜４３Ｙカットと広い範囲を持ち、ＳＴカット面内回転  ２０〜６０°（度）Ｘ）基板であり、タンタル酸リチウム基板としては、例えば、１１２Ｘカットのタンタル酸リチウム（１１２Ｘカットのカット角のレイリー波）基板である。
一般に弾性表面波の伝搬速度である例えば、音速は波長に周波数を乗じたものである。
このため、周波数が温度によって変化すると音速も変化することになる。この点、ガラス基板は温度が高くなるほど、その周波数が高くなり、ひいては音速が早くなる。
しかし、ガラス基板が、その固有の音速である例えば、３０００ｍ／秒と大きく異なる音速で弾性表面波を伝搬させると適正な特性が得られない弾性表面波装置となる。
この点、本請求項では、水晶基板及びタンタル酸リチウム基板が、温度が高くなればなるほど周波数が低くなるので、水晶基板及びタンタル酸リチウム基板は、温度が上がるほど、音速が下がることになる。
このように全く反対の特性を有するガラス基板と水晶基板又はタンタル酸リチウム基板を組み合わせることで、ガラス基板の音速の上昇を水晶基板で抑えることができ、たとえ温度上昇があっても、ガラス基板の音速を適切な範囲内に維持させることができる。
したがって、温度変化があっても特性が悪化しない信頼性の高い弾性表面波装置となる。
【００１４】
好ましくは、前記電極部が一方向性電極であることを特徴とする弾性表面波装置である。
前記構成によれば、電極部が一方向性電極であるので、圧電材で発生した弾性表面波を分散させることなく、効率的に弾性波伝搬基材に導くことができる。
【００１５】
前記課題は、本発明によれば、弾性表面波が伝搬する弾性波伝搬基材と、前記弾性表面波を発生させる圧電材と、前記弾性波伝搬基材と前記圧電材との間に配置される電極部と、を有する弾性表面波装置の製造方法であって、弾性波伝搬基材に電極部を形成する電極部形成工程と、前記電極部形成工程で形成された前記電極部に前記圧電材を表面活性化結合で固定する圧電材固定工程と、を有することを特徴とする弾性表面波装置の製造方法により達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の好適な実施の形態を添付図面等を参照しながら、詳細に説明する。
尚、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の表面弾性装置の実施の形態にかかるタッチパネル装置１００の主な構成を示す概略図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線概略断面図である。
図１及び図２に示すように、タッチパネル装置１００は、弾性表面波が伝搬する弾性波伝搬基材である例えば、カバーガラス１１０を有している。
カバーガラス１１０は、透明基材であり、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であり、ソーダガラス等を用いることができる。
【００１８】
また、図２に示すように、タッチパネル装置１００は、弾性表面波を発生させる圧電材である例えば、水晶基板１３０を有している。
そして、タッチパネル装置１００は、図２に示すように、カバーガラス１１０と水晶基板１３０との間に電極部である例えば、櫛歯電極１２０が配置されている。
櫛歯電極１２０は、例えば、Ａｕ（金）／Ｃｒ（クロム）の合金等よりなっているが、他にＡｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｔ（白金）等により形成することができる。
また、櫛歯電極１２０は、図１に示すように、Ｘ方向送信櫛歯電極１２１、Ｘ方向受信櫛歯電極１２２、Ｙ方向送信櫛歯電極１２３及びＹ方向受信櫛歯電極１２４を有している。
また、図１に示すように、タッチパネル１００は、櫛歯電極１２０から発信された弾性表面波を反射させるための反射体１４０を有している。
すなわち、タッチパネル装置１００に給電され、図２の水晶基板１３０に電圧が印加されると水晶基板１３０が伸縮し、弾性表面波が櫛歯電極１２０を介してカバーガラス１１０上を伝搬することになる。
【００１９】
具体的には、図１に示すように、Ｘ方向送信櫛歯電極１２１から発信された弾性表面波Ｘ１は、図１の左側の反射体１４０で反射され、その方向が９０°（度）転向され、図１の弾性表面波Ｘ２のようにカバーガラス１１０上をＸ方向に伝搬する。そして、図１の右側の反射体１４０で再び転向され、弾性表面波Ｘ３となり、Ｘ方向受信櫛歯電極１２２で受信される。
図１では、Ｘ方向の弾性表面波Ｘ２は一つのみ示しているが、左側の各反射体１４０に毎に多数の弾性表面波がＸ方向に伝搬する構成となっている。
【００２０】
一方、図１のＹ方向送信櫛歯電極１２３から発信された弾性表面波Ｙ１は、図１の上側の反射体１４０で転向され、弾性表面波Ｙ２なり、図１のカバーガラス１１０のＹ方向に伝搬する。そして、図１の下側の反射体１４０で転向され、Ｙ方向受信櫛歯電極１２４で受信される。
Ｙ方向の弾性表面波Ｙ２も上述のＸ方向と同様に、上側の各反射体１４０毎に多数の弾性表面波がＹ方向に伝搬することになる。
【００２１】
このようにカバーガラス１１０上を多数の弾性表面波がＸ及びＹ方向に伝搬している状態で、利用者が指等でカバーガラス１１０上の一部分に触れると、その部分の弾性表面波は指に吸収され弱まって、Ｘ方向受信櫛歯電極１２２及びＹ方向受信櫛歯電極１２４に受信される。
そこで、タッチパネル装置１００は、この弱まったＸＹ座標を検出することで、利用者が触れた位置を認識する構成となっている。
【００２２】
また、本実施の形態では、Ｘ方向送信櫛歯電極１２１及びＹ方向送信櫛歯電極１２３は、一方向性電極となっているので、図１の反射体１４０の方向にのみ弾性表面波が発信され、それ以外の方向には発信されない構成となっている。
このため、水晶基板１３０で発生させた弾性表面波を分散させることなく、効率的にカバーガラス１１０上に伝搬させることができる。
【００２３】
ところで、本実施の形態では、図２の水晶基板１３０と櫛歯電極１２０とは、それぞれ他方に対して直接固定される構成となっている。すなわち、水晶基板１３０と櫛歯電極１２０とは、従来のように接着剤等よりなる接着層を介することなく直接固定されている。
従来は、水晶基板１３０の伸縮により弾性表面波を発生させても、櫛歯電極１２０との間に存在する接着層により弾性表面波が減衰され、図１のカバーガラス１１０上を伝搬する弾性表面波の損失が大きく、消費電力も大きくなることがあった。
しかし、本実施の形態では、接着層がないため、水晶基板１３０で発生した弾性表面波が接着層で減衰させることがないので、カバーガラス１１０上を伝搬する弾性表面波の損失が小さく、消費電力も小さくすることができる。
【００２４】
また、図２の水晶基板１３０と櫛波電極１２０とは、具体的には、表面活性化接合方法によって、それぞれ他方に対して直接固定されている。
一般には、このように直接固定する方法としては、陽極接合、表面活性化接合、拡散接合等の接合方法が存在する。
このうち、直接接合及び拡散接合は、高温での接合方法である。したがって、これらの方法で図２の櫛歯電極１２０と水晶電極１３０とを接合すると、高温のため水晶基板１３０が反ってしまうおそれがある。
この点、表面活性化接合は、清浄な面同士を原子間距離に近づけると自由電子のやりとりにより金属結合が生じるという原理を利用したものである。つまり、Ａｒイオンあるいは原子の照射により接合面上の汚染層を除去して清浄化を行い、接合面が再び汚染する前に、清浄化した接合面同士を加圧により密着させることで、低い温度での接合が可能となるという特徴を有する。
本実施の形態では、このような表面活性化接合で水晶基板１３０と櫛歯電極１２０とを低温で接合するため、温度で水晶基板１３０が反るおそれなく、水晶基板１３０と櫛歯電極１２０とを固定することができる。
また、このように櫛歯電極１２０と水晶基板１３０を表面活性化結合させると、プラズマで両者の接合面が活性化されるので、損失が少なく、効果的に弾性表面波が励振されることになる。
【００２５】
また、図１のカバーガラス１１０は、上述のように二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であり、このカバーガラス１１０の固有の特性である弾性表面波の伝搬速度、例えば音速は、その材質固有の特性によって定められ、約３０００ｍ／秒である。
一方、水晶基板１３０は、例えば、ＳＴカット水晶基板（３０〜４３Ｙカットと広い範囲をもち、ＳＴカット面内回転、２０°〜６０°（度）Ｘ）であり、その材質固有の特性である弾性表面波の音速は、約２８００ｍ／秒乃至約３２００ｍ／秒である。
このとき、カバーガラス１１０の音速と、水晶基板１３０の音速の差が大きいと、音速の不整合が生じ、カバーガラス１１０上を伝搬する弾性表面波の損失が大きくなるおそれがある。
しかし、本実施の形態では、カバーガラス１１０の固有の音速が約３０００ｍ／秒であるのに対し、水晶基板１３０の固有の音速は、２８００ｍ／秒乃至３２００ｍ／秒である。したがって、水晶基板１３０の固有の音速は、カバーガラス１１０の固有の音速の±２００ｍ／秒の範囲内に含まれている。
このように水晶基板１３０の固有の音速を、カバーガラス１１０の固有の音速の±２００ｍ／秒の範囲内にするように、水晶基板１３０を選択することで、音速の不整合が少なく、カバーガラス１１０上を伝搬する弾性表面波の損失が大きくなるのを未然に防止することができる。
したがって、良好な特性を有するタッチパネル装置１００とすることができる。
【００２６】
また、本実施の形態では、カバーガラス１１０は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）を主成分とするガラス基板であるため、温度が高くなればなるほど周波数が高くなる負の温度係数を有している。
一方、水晶基板１３０は、ＳＴカット水晶基板（３０〜４３Ｙカットと広い範囲を持ち、ＳＴカット面内回転  ２０〜６０°（度）Ｘ）であるため、温度が高くなればなるほど周波数が低くなる正の温度係数を有している。
【００２７】
一般に弾性表面波の伝搬速度である音速は波長に周波数を乗じたものである。このため、周波数が温度によって変化すると音速も変化することになる。この点、本実施の形態では、カバーガラス１１０は温度が高くなるほど、その周波数が高くなり、音速が早くなる。
しかし、カバーガラス１１０が、その固有の音速である３０００ｍ／秒より大きく異なる音速で弾性表面波を伝搬させると適正な特性が得られないタッチパネル装置１００となる。
この点、本実施の形態では、水晶基板１３０が、温度が高くなればなるほど周波数が低くなるので、水晶基板１３０は、温度が上がるほど、音速が下がることになる。
このように全く反対の特性を有するカバーガラス１１０と水晶基板１３０を組み合わせることで、カバーガラス１１０の音速の上昇を水晶基板１３０で抑えることができ、たとえ温度上昇があっても、カバーガラス１１０の音速を適切な範囲内に維持させることができる。
したがって、温度変化があっても特性が悪化しない信頼性の高いタッチパネル装置１００となる。
また、温度特性が良好であることは、図１のＸ方向送信櫛歯電極１２１とＸ方向受信櫛歯電極１２２等における周波数が一定であることを意味するため、回路側で温度が変動しても周波数を変動させなくても良いという利点がある。
【００２８】
本実施の形態にかかるタッチパネル装置１００は以上のように構成されているが、以下、その製造方法について説明する。
図３は、タッチパネル装置１００の主な製造工程を示す概略フローチャートである。
図３のＳＴ１に示すように、先ず、カバーガラス１１０の全面にＡｕ／Ｃｒ膜をスパッタ又は蒸着で形成する。
次に、ＳＴ２に示すようにレジストを塗布し、櫛歯電極の形成パターに対応するマスクを配置し、露光及び現像を行う。
次に、エッチングで不要なＡｕ／Ｃｒ膜を除去し、櫛歯電極１２０を形成する（ＳＴ３、電極部形成工程の一例）。
最後に、櫛歯電極１２０上に上述の表面活性化接合法で水晶基板１４０を配置する（ＳＴ４）。
【００２９】
また、本発明は、上述の実施の形態に限定されない。上述の実施の形態では圧電材を水晶基板１３０として説明したが、これに限らす、タンタル酸リチウム、例えば、１１２Ｘカットのカット角のレイリー波のタンタル酸リチウム等であっても良い。また、若干、カバーガラス１１０との音速差が大きくなるが、ニオブ酸リチウム（１２８Ｙ）を使うことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の表面弾性装置の実施の形態にかかるタッチパネル装置の主な構成を示す概略図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線概略断面図である。
【図３】タッチパネル装置の主な製造工程を示す概略フローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１００・・・タッチパネル装置、１１０・・・カバーガラス、１２０・・・櫛歯電極、１２１・・・Ｘ方向送信櫛歯電極、１２２・・・Ｘ方向受信櫛歯電極、１２３・・・Ｙ方向送信櫛歯電極、１２４・・・Ｙ方向受信櫛歯電極、１３０・・・水晶基板、１４０・・・反射体
【図１】
2007110345.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007110345.tif 000005