CN113366526B - 压电器件 - Google Patents

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Abstract

本发明的压电器件具备压电阵列、树脂部、第1电极和第2电极。上述压电阵列包含多根由压电陶瓷构成的柱状的压电柱。上述多根压电柱沿着行方向以及列方向配置为二维阵列状，使得该多根压电柱的高度方向平行。上述树脂部填充于上述多根压电柱的间隙。上述第1电极包含多根在上述列方向上延伸的第1电极线。上述第2电极包含多根在上述行方向上延伸的第2电极线。上述压电柱以及上述树脂部均以厚度纵向振动模式进行共振振动，上述树脂部的共振频率相对于上述压电柱的共振频率高15％以上。

Description

压电器件
技术领域
本发明涉及压电器件。
背景技术
在专利文献1～4中公开了用于探测指纹等生物信息的压电器件。
在专利文献1中公开了具备压电陶瓷要素的阵列和一组电子设备的生物特性(biometric)感测装置。在专利文献1记载的生物特性感测装置中，上述电子设备以及要素能够以第1模式进行动作，并且能够以第2模式进行动作，上述第1模式用于获得对指头的指纹的至少一个二维图像进行编码的第1组的数据，上述第2模式用于获得对位于埋入到上述指头内的组织内的一个以上的皮下组织构造的至少一个三维表现进行编码的第2组的数据。在专利文献1中记载了上述要素由1-3复合物构成，在图1B中示出了柱状的要素之间被填充材料填埋的1-3复合物的构造。
在专利文献2中，作为用于获取指纹等生物测定数据或信息的压电器件，公开了具备感测要素的阵列的感测器件。在专利文献2记载的感测器件中，上述感测要素基于声学超声阻抗描记术原理(acoustic impediography principle)进行动作。在专利文献2的图6以及图7A中，与专利文献1同样地，示出了柱状的压电陶瓷要素之间被填充材料填埋的1-3复合物的构造。在专利文献2中，记载了利用通过指纹的***(峰)而施加给要素的负载和通过指纹的凹陷(谷)而施加给要素的负载的差异，将指纹图像化。
在专利文献3以及4中，也公开了基于声学超声阻抗描记术原理的感测器件，记载了在聚合物等基质材料中埋入了压电柱的1-3复合物的构造。在专利文献3以及4中，记载了若柱以纵模式进行振动则产生剪切波，这些剪切波使其产生能量的实质性的损耗，由此使柱的振动衰减。在专利文献3以及4中，记载了作为考虑到基质材料内的剪切波的产生以及传播的结果，使柱排列为附近的柱对剪切波进行反射而返回到产生了剪切波的柱，具体地，在柱间的距离为剪切波的1/4波长的情况下剪切波的反射效果最佳化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2014/0219521号说明书(日本特表2016-513983号公报)
专利文献2：美国专利申请公开第2010/0237992号说明书(日本特表2012-521597号公报)
专利文献3：美国专利申请公开第2009/0279747号说明书(日本特表2011-524036号公报)
专利文献4：美国专利申请公开第2009/0279751号说明书(美国专利第8,335,356号说明书)
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1以及2中，虽然对1-3复合物的构造进行了说明，但关于若为怎样的构造则特性会提高，既没有记载也没有启示。另一方面，在专利文献3以及4中，虽然关注于在基质材料内传播的剪切波的波长和柱间的距离的关系，但很难说有实用性。
本发明的发明人对1-3复合物的构造给特性造成的影响进行了研究，结果弄清楚了填充于压电柱的间隙的树脂部的厚度纵向的共振频率也会影响特性。但是，在现有技术中，关于树脂部的厚度纵向的共振频率在设计时并未考虑，因此产生了压电柱的振动被树脂部的振动阻碍的问题。此外，在现有技术中，并未示出避免上述问题的设计方针。
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够降低树脂部的振动所引起的压电柱的振动特性的恶化的压电器件。
用于解决课题的手段
本发明的压电器件具备：压电阵列，包含多根由压电陶瓷构成的柱状的压电柱，上述多根压电柱沿着行方向以及列方向配置为二维阵列状，使得该多根压电柱的高度方向平行；树脂部，填充于上述多根压电柱的间隙；第1电极，包含多根在上述列方向上延伸的第1电极线，上述多根第1电极线沿着上述压电阵列的上述列方向排列配置，并与上述压电柱的第1端部连接；和第2电极，包含多根在上述行方向上延伸的第2电极线，上述多根第2电极线沿着上述压电阵列的上述行方向排列配置，并与上述压电柱的第2端部连接，其中，上述压电柱以及上述树脂部均以厚度纵向振动模式进行共振振动，上述树脂部的共振频率相对于上述压电柱的共振频率高15％以上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够降低树脂部的振动所引起的压电柱的振动特性的恶化的压电器件。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的压电器件的一例的立体图。
图2是图1所示的压电器件的分解立体图。
图3的(a)是压电柱的厚度纵向振动模式的说明图。图3的(b)是压电柱的共振时的位移图。
图4的(a)是树脂部的厚度纵向振动模式的说明图。图4的(b)是树脂部的共振时的位移图。
图5的(a)、图5的(b)、图5的(c)以及图5的(d)是图1所示的压电器件的各剖视图。
图6是示出压电柱的位移的频率依赖性的曲线图。
图7是示出压电柱的共振频率与树脂部的共振频率之差的影响的曲线图。
图8是示出共振电阻的变化率相对于1根压电柱的尺寸的关系的曲线图。
图9是示意性地示出利用超声波探测指纹的原理的说明图。
图10是示意性地示出实施例1的压电器件的代表例的俯视图。
图11是示出使压电柱的尺寸变化时的FEM解析结果的曲线图。
图12是示出压电柱的尺寸和压电柱的位移的FEM解析结果的曲线图。
图13是示意性地示出实施例2的压电器件的代表例的剖视图。
图14是示出使树脂部的厚度变化时的FEM解析结果的曲线图。
图15的(a)、图15的(b)以及图15的(c)是示意性地示出实施例3的压电器件的代表例的俯视图。图15的(d)是示意性地示出覆盖树脂部的电极线的宽度与覆盖压电柱的电极线的宽度同等的压电器件的俯视图。
图16是示出使覆盖树脂部的电极的宽度变化时的FEM解析结果的曲线图。
图17是示意性地示出实施例3的压电器件的变形例的俯视图。
图18是示意性地示出实施例4的压电器件的代表例的剖视图。
图19是示意性地示出实施例5的压电器件的代表例的剖视图。
图20是示出偏移到树脂部的电极线的覆盖率为75％的情况下的阻抗波形的实测值的曲线图。
图21是示出使偏移到树脂部的电极线的覆盖率变化时的FEM解析结果的曲线图。
图22是偏移到树脂部的电极线的覆盖率为80％的情况下的树脂部的共振时的位移图。
图23是示出偏移到树脂部的电极线的覆盖率和树脂部的共振的位移的关系的曲线图。
图24的(a)是以细小的粒度进行了研削时的照片。图24的(b)是以粗大的粒度进行了研削时的照片。
图25的(a)是示出压电柱的周围凹陷了2μm的模型的立体图。图25的(b)是图25的(a)所示的模型的剖视图。
图26是示出图25的(a)以及图25的(b)所示的模型的FEM解析结果的曲线图。位移监视部分是树脂部。
具体实施方式
以下，对本发明的压电器件进行说明。
然而，本发明并不限定于以下的结构，能够在不变更本发明的主旨的范围内适当变更并应用。另外，将以下记载的本发明的各个优选的结构组合两个以上的产物也还是本发明。
图1是示意性地示出本发明的压电器件的一例的立体图。图2是图1所示的压电器件的分解立体图。
图1所示的压电器件1如图2所示那样具备压电阵列10、树脂部20、第1电极30和第2电极40。
如图2所示，压电阵列10包含多根柱状的压电柱11。多根压电柱11沿着行方向以及列方向配置为二维阵列状，使得该多根压电柱11的高度方向(厚度方向)平行。在将压电阵列10的与行方向以及列方向正交的方向设为压电阵列10的厚度方向时，压电阵列10的厚度方向与压电柱11的高度方向平行。此外，压电阵列10的行方向以及列方向优选相互正交。
压电柱11在高度方向上进行了极化处理。极化方向只要为高度方向即可，无论是上方向还是下方向都可以，但需要所有的压电柱11预先设为相同方向。
压电柱11由压电陶瓷构成。压电陶瓷优选上下方向的压电常数d33高，例如，可使用软质材料。
压电阵列10的间距以联邦调查局(FBI)所采用的指纹的分辨率500dpi为参考，例如，以50.8μm的间距排列压电柱11。压电柱11的间距优选在行方向以及列方向上相同。
从确保为了探测指纹等生物信息而足够的面积的观点出发，压电阵列10例如包含120行×120列＝14,400根的压电柱11。
压电柱11的形状优选为四棱柱，但也可以为圆柱。在压电柱11的形状为四棱柱的情况下，从压电阵列10的厚度方向观察到的压电柱11的平面形状优选为正方形。
压电柱11的高度(厚度)关系到后述的厚度纵向振动的共振频率。医疗中使用的超声波回声的频率一般为2.5MHz以上且3.5MHz以下，但为了探测指纹、微小的血管等生物信息，进一步要求平面方向的分辨率。在该情况下，大约20MHz的频率是合适的，因此若要使厚度纵向振动的共振频率调到20MHz附近，则压电柱11的高度被设定为70μm。
树脂部20填充于构成压电阵列10的多根压电柱11的间隙。换言之，在树脂部20中埋入有多根压电柱11。由压电阵列10以及树脂部20构成1-3复合物。
树脂部20具有在使压电柱11独立地振动的同时保持各个压电柱11的排列的作用。
在图1以及图2中，树脂部20的厚度与压电柱11的高度相同。但是，若考虑将树脂部20的厚度方向的共振配置为高频，则优选树脂部20的厚度小于压电柱11的高度。
第1电极30是驱动用的电极(Tx用电极)。如图2所示，第1电极30包含多根在列方向上延伸的第1电极线31。多根第1电极线31沿着压电阵列10的列方向排列配置，并与压电柱11的第1端部11a连接。在图1以及图2中，第1电极线31与压电柱11的上端连接，并与压电阵列10的列方向的同一直线上的所有压电柱11连接。例如，在压电阵列10包含120行×120列＝14,400根的压电柱11的情况下，第1电极30包含120列的第1电极线31，并覆盖所有压电柱11的上端。
第2电极40是接收用的电极(Rx用电极)。如图2所示，第2电极40包含多根在行方向上延伸的第2电极线41。多根第2电极线41沿着压电阵列10的行方向排列配置，并与压电柱11的第2端部11b连接。在图1以及图2中，第2电极线41与压电柱11的下端连接，并与压电阵列10的行方向的同一直线上的所有压电柱11连接。例如，在压电阵列10包含120行×120列＝14,400根的压电柱11的情况下，第2电极40包含120行的第2电极线41，并覆盖所有压电柱11的下端。
在此，对使超声波输出时的驱动方法和超声波的接收方法进行说明。例如，在使构成图1所示的压电器件1的压电阵列10的中央的压电柱11驱动的情况下，若对第1电极30的中央的第1电极线31施加驱动用的电压(例如，20MHz，10Vpp等)，并将第2电极40的中央的第2电极线41设为接地(GND)，则中央的压电柱11振动。其他的电极线为浮动电极。另一方面，在由中央的压电柱11接收超声波的情况下，若将第1电极30的中央的第1电极线31设为GND，并取出第2电极40的中央的第2电极线41的电压，则能够探测超声波。
在图1所示的压电器件1中，压电柱11以及树脂部20均以厚度纵向振动模式进行共振振动。
图3的(a)是压电柱的厚度纵向振动模式的说明图。
如图3的(a)所示，所谓压电柱11的厚度纵向振动模式，是压电柱11在1-3复合物的厚度方向、即压电阵列10以及树脂部20的厚度方向上振动的模式，是压电柱11的上端和下端以反相位(上端向上位移时下端向下位移)进行振动的模式。
图3的(b)是压电柱的共振时的位移图。
图3的(b)所示的等高线图(contour diagram)是用FEM(有限元法，FiniteElement Method)对图1以及图2所示的模型进行了解析的位移图。在图3的(b)中，使中央的压电柱在压电柱的厚度纵向振动的共振点处振动，对位移量的大小进行了颜色区分。如图3的(b)所示，即便在仅使中央的压电柱振动的情况下，由于周围的压电柱的共振频率也与中央的压电柱的频率相同，因此周围的压电柱也受到影响而振动。另外，厚度影响厚度纵向振动，若厚度变大则波长变长，因此厚度纵向振动的共振频率变低。
同样地，图4的(a)是树脂部的厚度纵向振动模式的说明图。图4的(b)是树脂部的共振时的位移图。
由于树脂部20的厚度与压电柱11的高度大致相同，因此树脂部20的厚度纵向振动的共振频率在压电柱11的共振的附近的情况较多。此外，除了厚度之外，声速(杨氏模量、密度)、振动面积的大小也影响厚度纵向振动。一般地，由于压电柱11的尺寸比树脂部20的尺寸大，因此树脂部20的共振频率与压电柱11的共振频率相比处于高频。
但是，若树脂部的共振频率接近压电柱的共振频率，则压电柱的振动会被阻碍。
图5的(a)、图5的(b)、图5的(c)以及图5的(d)是图1所示的压电器件的各剖视图。图5的(a)示出了A-A线剖视图，图5的(b)示出了B-B线剖视图，图5的(c)以及图5的(d)示出了C-C线剖视图。
如图5的(a)所示，在树脂部20的区域中没有第1电极30的部分，整体的厚度小，因此共振处于更高频。相对于此，如图5的(b)以及图5的(c)所示，在有第1电极30的部分，频率变低，因此树脂部20的共振频率变得接近压电柱11的共振频率。进而，如图5的(d)所示，若第1电极30的图案发生了偏移，则树脂部20被第1电极30以及第2电极40双方夹着，由此树脂部20的共振频率变得更接近压电柱11的共振频率，成为特性恶化的原因。
在本发明的压电器件中，特征在于，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上。由此，能够减轻树脂部的振动所引起的压电柱的振动特性的恶化。
当使压电柱在压电柱的共振频率处驱动的情况下，若压电柱的共振频率和树脂部的共振频率接近，则由于压电柱的振动的相位和树脂部的振动的相位不同，因此成为了振动相互抵消的形态。进而，在与树脂部的共振频率接近的时候压电柱会驱动，因此树脂部的振幅变大，将振动相互抵消的力变大。
图6是示出压电柱的位移的频率依赖性的曲线图。
在图6中，示出了使压电柱在共振频率附近驱动时的位移。相对于峰值成为1/2的位移的频率处于从共振频率向高频侧7.5％之处。当然，若树脂部的共振更接近7.5％，则可认为给压电柱的振动造成很大影响。另一方面，若树脂部的共振偏离15％以上，则压电柱的振动自身成为1/4以下，因此能够预测对压电柱的振动的影响变小。
图7是示出压电柱的共振频率与树脂部的共振频率之差的影响的曲线图。在图7中，示出了1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为60％或80％，且从压电阵列的厚度方向观察到的平面形状为正方形的压电柱的阻抗波形的实验值。另外，所谓1根压电柱的尺寸，意味着压电柱的上端到下端的平均。
在图7所示的阻抗波形中，阻抗最小的频率(图7中，A1或A2所示的点)为共振点，将该点的阻抗称为共振电阻。一般地，共振电阻越小则视为越好的振子。在图7所示的阻抗波形中，在中途存在凹陷的点(图7中，B1或B2所示的点)。这是树脂部的共振所造成的影响，能够将该点视为树脂部的共振频率。在1根压电柱的尺寸为60％的情况下，树脂部的共振频率处于点B2所示的频率11％附近，在1根压电柱的尺寸为80％的情况下，树脂部的共振频率处于点B1所示的频率19％附近。此外，1根压电柱的尺寸为60％的情况下的共振电阻是点A2所示的116Ω，相对于此，1根压电柱的尺寸为80％的情况下的共振电阻是点A1所示的31Ω，因此减小了1/4程度。
图8是示出共振电阻的变化率相对于1根压电柱的尺寸的关系的曲线图。在图8中，示出了基于FEM的计算值。
在将1根压电柱的尺寸从60％变更为80％的情况下，1根压电柱的尺寸在面积上会增大近2倍，因此如图8所示在原理上共振电阻应该成为1/2。相对于此，如图7所示共振电阻减小1/4程度可认为不外乎是因为树脂部的振动的影响变小了。
在本发明的压电器件中，树脂部的共振频率优选相对于压电柱的共振频率为200％以下。树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率超过200％意味着树脂部的杨氏模量变高或者树脂部的区域较小，因此意味着压电柱间的树脂实质上较硬。也就是说，压电柱彼此的独立性变差，因此分辨率变差。此外，压电柱间的树脂较硬存在如下弊端，即，阻碍压电柱的振动，振幅变小。
本发明的压电器件例如能够用于探测指纹、微小的血管等生物信息。因此，能够用于指纹传感器等生物认证。
图9是示意性地示出利用超声波探测指纹的原理的说明图。
在图9中，从下起依次配置有指纹传感器51、第1功能性薄膜52、有机EL(OLED)显示器53、第2功能性薄膜54、覆盖玻璃55以及指纹56。指纹56具备峰的部分和谷的部分，指纹56的峰与覆盖玻璃55的表面接触，指纹56的谷不与覆盖玻璃55的表面接触。作为指纹传感器51，例如，可使用图1以及图2所示的压电器件1。通过使指纹传感器51的压电柱11振动，从而能够向存在指纹56的方向产生超声波。在指纹56的峰存在于产生了超声波的压电柱11的正上方的情况下，超声波进入到指头中，几乎不引起反射。另一方面，在指纹56的谷存在于产生了超声波的压电柱11的正上方的情况下，空气层存在于覆盖玻璃55与指纹56之间。玻璃和空气的声阻抗有很大不同(玻璃：13.2×106kg/m2·s，空气：428kg/m2·s)，因此所有超声波发生反射而返回到压电柱11。压电柱11由于返回的超声波而振动，输出电信号。由此，能够探测指纹。
实施例
以下，示出更具体地公开了本发明的压电器件的实施例。另外，本发明并非仅限定于这些实施例。此外，能够进行在不同的实施例中示出的结构的部分置换或组合。
(实施例1)
在实施例1的压电器件中，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，在从压电阵列的厚度方向俯视时，1根压电柱的面积相对于压电阵列的1点的面积为49％以上。
例如，在从压电阵列的厚度方向观察到的压电柱的平面形状为正方形或圆形的情况下，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，在从厚度方向俯视时，1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为70％以上。
图10是示意性地示出实施例1的压电器件的代表例的俯视图。
在图10中，用DP表示压电柱11的尺寸，用DA表示压电阵列10的间距，用SP表示压电柱11的面积，用SD表示压电阵列10的1点的面积。
在此，压电柱11的尺寸以及面积意味着压电柱11的上端到下端的平均。同样地，压电阵列10的间距以及1点的面积意味着压电阵列10的上端到下端的平均。
图11是示出使压电柱的尺寸变化时的FEM解析结果的曲线图。位移监视部分是树脂部，具体地是树脂部中覆盖了电极的部分的位移。
图11中，低频(左侧)的峰值是由压电柱的共振产生的，高频(右侧)的峰值是由树脂部的共振产生的。根据图11可知，若压电柱的尺寸变大，则树脂部的共振向高频移动，峰值的位移也变小。
在实施例1中，1根压电柱的尺寸只要相对于压电阵列的间距为70％以上就没有特别限定，但若树脂部变小则压电柱间的距离变近，因此整体上***，压电柱的位移变小。
图12是示出压电柱的尺寸和压电柱的位移的FEM解析结果的曲线图。
在图12中，若压电柱的尺寸为70％以上则是没有树脂部的共振的影响的状态，但若压电柱的尺寸超过84％则柔软的树脂部变小，因此位移反而变小。
根据图12的结果，1根压电柱的尺寸优选相对于压电阵列的间距为84％以下。同样地，1根压电柱的面积优选相对于压电阵列的1点的面积为71％以下。
实施例1的压电器件也可以具有以下所示的至少一个结构。
·树脂部的厚度小于压电柱的高度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。
·在压电柱的第1端部以及第2端部的至少一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。
(实施例2)
在实施例2的压电器件中，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，树脂部的厚度小于压电柱的高度。
图13是示意性地示出实施例2的压电器件的代表例的剖视图。
在图13中，树脂部20的厚度小于压电柱11的高度，相对于压电柱11的上下表面变小。只要树脂部20的厚度小于压电柱11的高度，则可以仅相对于压电柱11的上表面变小，也可以仅相对于下表面变小。
通常，压电器件通过研削或者研磨被加工为希望的厚度。此时，由于陶瓷较硬因此容易被切削，由于树脂较软因此不易被切削。进而，若用磨具等一边加压一边切削，则由于树脂较软因此容易收缩，而由于陶瓷较硬因此无法收缩。因此，陶瓷先被切削。其结果是，与压电柱的高度相比树脂部的厚度更容易变大。但是，若树脂部的厚度大，则树脂部的共振向低频移动，因此给压电柱的振动造成不良影响。因此，在机械性地进行了研削或者研磨之后，通过利用O2等离子体等的灰化烧掉树脂部，使得比压电柱更薄，从而树脂部的共振向高频移动，能够改善柱的振动特性。
图14是示出使树脂部的厚度变化时的FEM解析结果的曲线图。位移监视部分是树脂部。在图14中，示出了针对如下树脂部的FEM解析结果，即，该树脂部是相对于70μm的压电柱的高度而树脂部的厚度同等的树脂部、上下表面分别变薄2μm的树脂部、以及上下表面分别变厚2μm的树脂部。根据图14可知，若树脂部的厚度大，则树脂部的共振接近压电柱的共振。
实施例2的压电器件也可以具有以下所示的至少一个结构。
·在从压电阵列的厚度方向俯视时，1根压电柱的面积相对于压电阵列的1点的面积为49％以上。
·在从厚度方向俯视时，1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为70％以上。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。
·在压电柱的第1端部以及第2端部的至少一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。
(实施例3)
在实施例3的压电器件中，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
在实施例3的压电器件中，既可以在第1电极以及第2电极的任意一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度，也可以在第1电极以及第2电极双方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
图15的(a)、图15的(b)以及图15的(c)是示意性地示出实施例3的压电器件的代表例的俯视图。图15的(d)是示意性地示出覆盖树脂部的电极线的宽度与覆盖压电柱的电极线的宽度同等的压电器件的俯视图。
在图15的(a)中，覆盖树脂部20的第1电极线31具有在压电阵列的厚度方向上贯通的开口32。在图15的(b)中，覆盖树脂部20的第1电极线31在一边具有缺口33。在图15的(c)中，覆盖树脂部20的第1电极线31在两边具有缺口33。
图16是示出使覆盖树脂部的电极的宽度变化时的FEM解析结果的曲线图。位移监视部分是树脂部。电极a、电极b、电极c以及电极d的平面形状分别对应于图15的(a)、图15的(b)、图15的(c)以及图15的(d)。此外，电极a、电极b以及电极c相比于电极d，覆盖树脂部的电极线的宽度之和成为覆盖压电柱的电极线的宽度的2/3。根据图16可知，在电极a、电极b以及电极c中，与电极d相比树脂部的共振向高频移动。此外，可知，若如电极a那样覆盖树脂部的电极线具有开口，则树脂部的共振的位移变小。
图17是示意性地示出实施例3的压电器件的变形例的俯视图。
如图17所示，覆盖树脂部20的第1电极线31也可以是向旁边避让那样的图案。
实施例3的压电器件也可以具有以下所示的至少一个结构。
·在从压电阵列的厚度方向俯视时，1根压电柱的面积相对于压电阵列的1点的面积为49％以上。
·在从厚度方向俯视时，1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为70％以上。
·树脂部的厚度小于压电柱的高度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。
·在压电柱的第1端部以及第2端部的至少一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。
(实施例4)
在实施例4的压电器件中，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
在实施例4的压电器件中，既可以在第1电极以及第2电极的任意一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度，也可以在第1电极以及第2电极双方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
图18是示意性地示出实施例4的压电器件的代表例的剖视图。
在图18中，覆盖树脂部20的第1电极线31的厚度小于覆盖压电柱11的第1电极线31的厚度。
即使在实施例4的压电器件中，也与实施例3的压电器件同样地，能够将树脂部的共振频率高频化。
实施例4的压电器件也可以具有以下所示的至少一个结构。
·在从压电阵列的厚度方向俯视时，1根压电柱的面积相对于压电阵列的1点的面积为49％以上。
·在从厚度方向俯视时，1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为70％以上。
·树脂部的厚度小于压电柱的高度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。
·在压电柱的第1端部以及第2端部的至少一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。
(实施例5)
在实施例5的压电器件中，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，在第1电极以及第2电极的至少一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。偏移到树脂部的电极线的覆盖率也可以为0％。
在实施例5的压电器件中，既可以在第1电极以及第2电极的任意一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下，也可以在第1电极以及第2电极双方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。
图19是示意性地示出实施例5的压电器件的代表例的剖视图。
在图19中，第1电极线31偏移到树脂部20，第1电极线31的一部分覆盖树脂部20。所谓偏移到树脂部20的第1电极线31的覆盖率，意味着覆盖树脂部20的第1电极线31的宽度W31相对于树脂部20的宽度W20的比例。偏移到树脂部20的第2电极线41的覆盖率也同样地，意味着覆盖树脂部20的第2电极线41的宽度W41(未图示)相对于树脂部20的宽度W20的比例。
如在图5的(d)中说明的那样，若树脂部20的上下表面都被第1电极线31以及第2电极线41覆盖，则树脂部20的共振低频化，并且，振幅变大。
图20是示出偏移到树脂部的电极线的覆盖率为75％的情况下的阻抗波形的实测值的曲线图。
根据图20可知，若偏移到树脂部的电极线的覆盖率为75％，则产生了许多树脂部的共振。
图21是示出使偏移到树脂部的电极线的覆盖率变化时的FEM解析结果的曲线图。位移监视部分是树脂部。图22是偏移到树脂部的电极线的覆盖率为80％的情况下的树脂部的共振时的位移图。
根据图21以及图22可知，若偏移到树脂部的电极线的覆盖率变得大于50％，则产生了许多树脂部的共振。
图23是示出偏移到树脂部的电极线的覆盖率和树脂部的共振的位移的关系的曲线图。
根据图21以及图23可知，通过将偏移到树脂部的电极线的覆盖率设为30％以下，从而可抑制树脂部的共振的产生。
实施例5的压电器件也可以具有以下所示的至少一个结构。
·在从压电阵列的厚度方向俯视时，1根压电柱的面积相对于压电阵列的1点的面积为49％以上。
·在从厚度方向俯视时，1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为70％以上。
·树脂部的厚度小于压电柱的高度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
·在压电柱的第1端部以及第2端部的至少一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。
(实施例6)
在实施例6的压电器件中，树脂部的共振频率相对于压电柱的共振频率高15％以上，在压电柱的第1端部以及第2端部的至少一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度也可以为0％。
在实施例6的压电器件中，既可以在压电柱的第1端部以及第2端部的任意一方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下，也可以在压电柱的第1端部以及第2端部双方，压电柱的周围的凹陷的长度相对于压电柱的周围的长度为50％以下。
第1电极以及第2电极的图案通常通过利用光刻的蒸镀剥离而形成。若要形成微小的电极，则需要使构成1-3复合物的压电阵列以及树脂部的表面粗糙度变精细。此时，若以细小的粒度来切削，则树脂和陶瓷的界面附近的陶瓷引起脱粒，在压电柱的周围形成了深度为数μm程度的凹陷。这是因为，若粒度细小则不会效率良好地被切削，因此需要一边施加压力一边进行研削，由于该压力会引起周边部的陶瓷的脱粒。另外，所谓脱粒，意味着构成压电柱的陶瓷的颗粒(粒径为数μm)被剥离。
图24的(a)是以细小的粒度进行了研削时的照片。虽然陶瓷、树脂的表面是损伤较少的良好的状态，但在白线所示的部位引起了周边部的陶瓷的脱粒。另一方面，图24的(b)是以粗大的粒度进行了研削时的照片。虽然研削所引起的损伤明显，但如白线所示那样几乎没有引起周边部的陶瓷的脱粒。
若压电柱的周围由于这样的陶瓷的脱粒而凹陷，则树脂部的共振会低频化，振幅变大，因此成为压电柱的共振的阻碍因素。
图25的(a)是示出压电柱的周围凹陷了2μm的模型的立体图。图25的(b)是图25的(a)所示的模型的剖视图。
图26是示出图25的(a)以及图25的(b)所示的模型的FEM解析结果的曲线图。位移监视部分是树脂部。
根据图26可知，相对于压电柱的周围未凹陷的模型，在压电柱的周围凹陷了2μm的模型中，树脂部的共振低频化，振幅变大。
实施例6的压电器件也可以具有以下所示的至少一个结构。
·在从压电阵列的厚度方向俯视时，1根压电柱的面积相对于压电阵列的1点的面积为49％以上。
·在从厚度方向俯视时，1根压电柱的尺寸相对于压电阵列的间距为70％以上。
·树脂部的厚度小于压电柱的高度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的宽度小于覆盖压电柱的电极线的宽度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，覆盖树脂部的电极线的厚度小于覆盖压电柱的电极线的厚度。
·在第1电极以及第2电极的至少一方，偏移到树脂部的电极线的覆盖率为30％以下。
除此之外，本发明的压电器件不限定于上述实施例，关于压电器件的结构、制造条件等，能够在本发明的范围内加以各种应用、变形。
附图标记说明
1 压电器件；
10 压电阵列；
11 压电柱；
11a 压电柱的第1端部；
11b 压电柱的第2端部；
20 树脂部；
30 第1电极；
31 第1电极线；
32 开口；
33 缺口；
40 第2电极；
41 第2电极线；
51 指纹传感器；
52 第1功能性薄膜；
53 有机EL(OLED)显示器；
54 第2功能性薄膜；
55 覆盖玻璃；
56 指纹；
DA 压电阵列的间距；
DP 压电柱的尺寸；
SD 压电阵列的1点的面积；
SP 压电柱的面积；
W20 树脂部的宽度；
W31 覆盖树脂部的第1电极线的宽度。

Claims (9)

1.一种压电器件，具备：
压电阵列，包含多根由压电陶瓷构成的柱状的压电柱，多根所述压电柱沿着行方向以及列方向配置为二维阵列状，使得该多根压电柱的高度方向平行，其中，所述压电阵列的厚度方向是与所述行方向以及列方向正交的方向；
树脂部，填充于多根所述压电柱的间隙；
第1电极，包含多根在所述列方向上延伸的第1电极线，多根所述第1电极线沿着所述压电阵列的所述列方向排列配置，并与所述压电柱的第1端部连接；和
第2电极，包含多根在所述行方向上延伸的第2电极线，多根所述第2电极线沿着所述压电阵列的所述行方向排列配置，并与所述压电柱的第2端部连接，
其中，
所述压电柱以及所述树脂部均以厚度纵向振动模式进行共振振动，所述压电柱的厚度纵向振动模式是所述压电柱在所述压电阵列以及所述树脂部的厚度方向上振动的模式，
所述树脂部的共振频率相对于所述压电柱的共振频率高15％以上。
2.根据权利要求1所述的压电器件，其中，
在从所述压电阵列的厚度方向俯视时，1根所述压电柱的面积相对于所述压电阵列的1点的面积为49％以上。
3.根据权利要求2所述的压电器件，其中，
在从所述压电阵列的厚度方向俯视时，1根所述压电柱的面积相对于所述压电阵列的1点的面积为71％以下。
4.根据权利要求1所述的压电器件，其中，
在从所述压电阵列的厚度方向俯视时，1根所述压电柱的尺寸相对于所述压电阵列的间距为70％以上。
5.根据权利要求4所述的压电器件，其中，
在从所述压电阵列的厚度方向俯视时，1根所述压电柱的尺寸相对于所述压电阵列的间距为84％以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电器件，其中，
所述树脂部的厚度小于所述压电柱的高度。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的压电器件，其中，
在所述第1电极以及所述第2电极的至少一方，覆盖所述树脂部的电极线的宽度小于覆盖所述压电柱的电极线的宽度。
8.根据权利要求7所述的压电器件，其中，
覆盖所述树脂部的电极线具有在所述压电阵列的厚度方向上贯通的开口。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的压电器件，其中，
在所述第1电极以及所述第2电极的至少一方，覆盖所述树脂部的电极线的厚度小于覆盖所述压电柱的电极线的厚度。
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