專利名稱：顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消耗較少電功率而提供屏幕高亮度的顯示器。本發(fā)明尤其涉及顯示器的改進(jìn)，通過(guò)控制致動(dòng)部件在與光波導(dǎo)板接觸或分離的方向移動(dòng)，根據(jù)輸入圖象信號(hào)的屬性而控制光波導(dǎo)平板預(yù)定位置處的泄漏光而將圖象顯示在相應(yīng)于圖象信號(hào)的光波導(dǎo)平板上。
象陰極射線管(CRT)和液晶顯示器之類的顯示器如今已是眾所周知。
所謂陰極射線管的顯示器包括(例如)普通電視和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。雖然陰極射線管能提供高亮度屏幕，其主要問(wèn)題是要消耗大量的電能，且整個(gè)顯示器相對(duì)于屏幕尺寸顯然是太深或太長(zhǎng)。
另一方面，液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)器件可以小型化，且耗電功率量小。然而，液晶顯示器的問(wèn)題是屏幕亮度低，且屏幕的視角窄。
此外，當(dāng)采用陰極射線管和液晶顯示器生產(chǎn)彩色屏幕時(shí)，所需圖素?cái)?shù)是黑白屏幕的三倍。因此，其問(wèn)題也就在于器件本身變復(fù)雜，電功耗增大，因而成本不可避免地增加。
為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)人已提出了一種新型顯示器(例如，參見(jiàn)日本公開(kāi)專利公開(kāi)號(hào)7-287176)。如圖30所示，這種顯示器包括為每一個(gè)象素設(shè)置的致動(dòng)部件100。致動(dòng)部件100的每一個(gè)都包含一個(gè)主致動(dòng)元件108和基板114。主致動(dòng)元件108包括一個(gè)壓電/電致伸縮層102和分別在壓電/電致伸縮層102的上下表面形成的上下電極104、106。安置在主致動(dòng)元件108下的基板114包括振動(dòng)區(qū)110和固定區(qū)112。主致動(dòng)元件108的下電極106與振動(dòng)區(qū)110相連接，主致動(dòng)元件108由振動(dòng)區(qū)110支撐。
陶瓷材料的基板114由振動(dòng)區(qū)110和固定區(qū)112構(gòu)成。在基板114中開(kāi)槽口116而使振動(dòng)區(qū)110成薄壁結(jié)構(gòu)。
為了保證相對(duì)于光波導(dǎo)板118有一個(gè)預(yù)定尺寸的接觸面積，將位移傳遞區(qū)120與主致動(dòng)元件108的上電極104相連。在圖30所示實(shí)施例器件中，在致動(dòng)部件100仍處于靜止的OFF選擇或NO選擇時(shí)，使位移傳遞區(qū)120在緊鄰光波導(dǎo)板118安置，而當(dāng)處于ON選擇狀態(tài)時(shí)，使位移傳遞區(qū)域120與光波導(dǎo)板118以不大于其間參與光波長(zhǎng)的間距相接觸。
例如，光122從光波導(dǎo)板118的一端引入。在這個(gè)裝置中，通過(guò)控制光波導(dǎo)板118的折射率，使所有光122在光波導(dǎo)板118內(nèi)部發(fā)生全反射，而不會(huì)穿過(guò)光波導(dǎo)板118的正反表面發(fā)生透射。在這種狀態(tài)下，有選擇地將對(duì)應(yīng)于圖象信號(hào)屬性的電壓信號(hào)通過(guò)上電極104和下電極106加到致動(dòng)部件100上，因而允許致動(dòng)部件100執(zhí)行基于ON選擇、OFF選擇或NO選擇的各種移動(dòng)。這樣，就控制位移傳遞區(qū)120相對(duì)于光波導(dǎo)板118接觸或分離。因此，散射光(泄漏光)124就在光波導(dǎo)板118的預(yù)定位置上得以控制，因而在光波導(dǎo)板118上按圖象信號(hào)顯示出圖象。
這種顯示器的優(yōu)點(diǎn)(例如)在于(1)可減少電功耗，(2)能提高屏幕亮度，(3)與黑白屏幕相比，當(dāng)生產(chǎn)彩色屏幕時(shí)，無(wú)需增加圖素?cái)?shù)量。
然而，圖示的這種本申請(qǐng)人所提出的顯示器具有在壓電/電致伸縮層102上形成上電極104和下電極106的所謂夾心結(jié)構(gòu)的主致動(dòng)元件108。所以，擔(dān)心主致動(dòng)元件108的靜電電容可能不可避免地變大，且鑒于主致動(dòng)元件108之間的引線電阻，信號(hào)傳輸?shù)腃R時(shí)間常數(shù)可能變大。
如果CR時(shí)間常數(shù)變大，出現(xiàn)的問(wèn)題是對(duì)應(yīng)于圖象信號(hào)屬性的電壓信號(hào)的信號(hào)波形會(huì)變圓，因而不可能將一個(gè)特定的電壓施加到每個(gè)電極上。這將導(dǎo)致為壓電/電致伸縮層102提高必需的形變的失效。尤其擔(dān)心的是在對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)離電壓信號(hào)饋送點(diǎn)(例如屏幕的周邊或中心區(qū))的致動(dòng)部件100位置處顯示亮度要減弱。
在本申請(qǐng)人提出的顯示器實(shí)施例中，由夾心結(jié)構(gòu)的主致動(dòng)元件108、振動(dòng)區(qū)110和固定區(qū)組成的致動(dòng)部件100具有一定的彎拱位移特性，如圖31B所示。也就是說(shuō)，其彎拱位移特性相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)(電場(chǎng)E＝0的地方)為中心沿正方向或負(fù)方向是對(duì)稱的。假定當(dāng)致動(dòng)部件100按外凸方式沿第一方向(對(duì)于在壓電/電致伸縮層102上形成的上電極104面對(duì)自由空間的方向)移動(dòng)時(shí)，彎拱位移的方向?yàn)檎?；而?dāng)致動(dòng)部件100按內(nèi)凹方式移動(dòng)時(shí)彎拱位移的方向?yàn)樨?fù)。
位移特性是通過(guò)下述觀測(cè)致動(dòng)部件100的位移得到的。也就是說(shuō)，通過(guò)在上電極104和下電極之間施加一預(yù)定電壓對(duì)壓電/電致伸縮層102進(jìn)行極化處理。此后，連續(xù)改變施加在上電極104和下電極106之間的電壓，使得施加于致動(dòng)部件100的電場(chǎng)按(例如)+3E →-3E →+3E的電場(chǎng)改變。
也就是說(shuō)，先將極化電場(chǎng)(例如+5E)沿正方向加到致動(dòng)部件100上對(duì)壓電/電致伸縮層102進(jìn)行極化處理。然后，中止在上電極104和下電極106之間加的電壓而建立無(wú)電壓加載狀態(tài)。測(cè)量開(kāi)始的同時(shí)，將頻率1Hz和峰值±3E的正弦波(參見(jiàn)圖31A)加到致動(dòng)部件100上。在此過(guò)程中，采用激光位移計(jì)連續(xù)測(cè)量在各個(gè)點(diǎn)(點(diǎn)A到點(diǎn)D)的位移量。圖31B表示在電場(chǎng)-彎拱位移圖中畫出測(cè)量結(jié)果得到的特性曲線。如圖31B中箭頭所示，彎拱位移量按電場(chǎng)的連續(xù)增加和減少而連續(xù)變化。
具體地說(shuō)，假定測(cè)量從電場(chǎng)+3E開(kāi)始。首先，如圖32A所示，將電場(chǎng)沿與極化方向相同的方向加到致動(dòng)部件100上。因此，壓電/電致伸縮層1 02在穿過(guò)電極104和下電極106的方向伸張，而在平行于上電極104和下電極106的方向上收縮。因此，整個(gè)致動(dòng)部件沿負(fù)方向移動(dòng)約0.9Δy的量。
此后，當(dāng)電場(chǎng)從+3E變化到-0.5E時(shí)，位移量逐漸減小。當(dāng)電場(chǎng)沿負(fù)方向時(shí)，如圖32B所示，電場(chǎng)加在與極化方向相反的方向上。因此，在壓電/電致伸縮層102內(nèi)產(chǎn)生沿平行于上電極104和下電極106方向的伸張，因而其位移變?yōu)檎较颉?br> 接著，當(dāng)電場(chǎng)按-0.5E到-3E的方向變化時(shí)，極化方向逐漸反轉(zhuǎn)。亦即電場(chǎng)方向會(huì)逐漸地與極化方向?qū)?zhǔn)。如圖31B中所示點(diǎn)B→點(diǎn)c→點(diǎn)C，假定c點(diǎn)的極化幾乎完全反轉(zhuǎn)，因?yàn)樵赾點(diǎn)和C點(diǎn)之間觀察不到滯后現(xiàn)象。
如圖33A所示，電場(chǎng)方向與極化方向的對(duì)準(zhǔn)允許壓電/電致伸縮層102從水平伸張狀態(tài)改變到壓縮狀態(tài)。在電場(chǎng)為-3E的階段，位移量近似等于測(cè)量開(kāi)始點(diǎn)得到的位移量(0.9Δy)。
也就是說(shuō)，當(dāng)極化方向與電場(chǎng)方向一致時(shí)，壓電/電致伸縮層102沿平行于電極104、106的方向收縮(穿過(guò)電極104、106的方向是伸張)。這種情況對(duì)應(yīng)于A點(diǎn)和C點(diǎn)表示的狀態(tài)。當(dāng)極化方向與電場(chǎng)方向相反時(shí)，壓電/電致伸縮層102沿平行于電極104、106的方向伸張(沿垂直于電極104、106的方向是壓縮)。這種情況對(duì)應(yīng)于B點(diǎn)和D點(diǎn)表示的狀態(tài)。注意這里給定1E＝1.7kV/mm左右和1Δy＝1.6μm左右。
此后，當(dāng)電場(chǎng)從-3E變化到+0.5E時(shí)，位移量逐漸減小。當(dāng)電場(chǎng)處于正方向時(shí)，如圖33B所示，電場(chǎng)施加在與極化方向相反的方向。于是，在平行于上電極104和下電極106的方向上壓電/電致伸縮層102內(nèi)產(chǎn)生伸張，位移變成正方向。
當(dāng)電場(chǎng)從+0.5E變到+3E時(shí)，極化方向逐漸反轉(zhuǎn)。當(dāng)電場(chǎng)方向?qū)?zhǔn)極化方向時(shí)，壓電/電致伸縮層102內(nèi)從水平伸張狀態(tài)改變成壓縮狀態(tài)。
如上所述，本申請(qǐng)人提出的示例顯示器的致動(dòng)部件100的情況下，其彎拱位移特性相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)(電場(chǎng)E＝0的地方)為中心沿正方向或負(fù)方向是對(duì)稱的。因此，在無(wú)電壓加載狀態(tài)和電壓加載狀態(tài)之間的相對(duì)位移數(shù)是很小的，而且在分別施加彼此相反電場(chǎng)的狀態(tài)之間的相對(duì)位移數(shù)也是很小的。因此，糟糕的是致動(dòng)部件100的控制可能變得很困難。這一事實(shí)涉及到這種顯示器可能不利于改善圖象質(zhì)量。因此，有必要提出一種針對(duì)性的措施。
本發(fā)明就是考慮這樣的任務(wù)而提出的，其目的之一是提供一種顯示器，除了與黑白屏幕相比，即使當(dāng)顯示器用于彩色顯示系統(tǒng)時(shí)不必要增加圖素?cái)?shù)量，當(dāng)在整個(gè)顯示器屏幕上顯示白色時(shí)顯示亮度沒(méi)有任何不均勻的優(yōu)點(diǎn)外，它還有其致動(dòng)部件的靜電電容能夠減小的優(yōu)點(diǎn)，因而有可能改善圖象質(zhì)量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種顯示器，包括一塊用來(lái)導(dǎo)引光束的光波導(dǎo)板，一個(gè)設(shè)置在正對(duì)光波導(dǎo)板的一個(gè)表面的、以及裝有其數(shù)量相應(yīng)于大量象素的致動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)單元，通過(guò)控制致動(dòng)部件在與光波導(dǎo)板接觸或分離的方向移動(dòng)，根據(jù)待輸入圖象信號(hào)的屬性而控制光波導(dǎo)平板預(yù)定位置處的泄漏光而將圖象顯示在相應(yīng)于圖象信號(hào)的光波導(dǎo)平板上，其中致動(dòng)部件包括一個(gè)包括一個(gè)壓電/電致伸縮層和一對(duì)形成在壓電/電致伸縮層第一主表面上的電極的主致動(dòng)元件，一個(gè)用來(lái)支撐主致動(dòng)元件與壓電/電致伸縮層第二主表面相連的振動(dòng)區(qū)，以及一個(gè)以振動(dòng)方式支撐振動(dòng)區(qū)的固定區(qū)，而且其中致動(dòng)部件還包括一個(gè)用來(lái)將由于電極對(duì)之間施加電壓引起的致動(dòng)部件的位移傳遞給光波導(dǎo)板的位移傳遞部分。
因此，例如，首先將光從光波導(dǎo)板的一端導(dǎo)入，通過(guò)控制光波導(dǎo)板折射率的大小，使所有光在光波導(dǎo)板內(nèi)部經(jīng)受全反射而不會(huì)穿過(guò)過(guò)光波導(dǎo)板正反表面透射。在這種狀態(tài)中，例如，當(dāng)位移傳遞部分與光波導(dǎo)板的背面，以不大于其光波長(zhǎng)的距離相接觸時(shí)，已形成全反射的光束透射到與光波導(dǎo)板背面相接觸的位移傳遞部分的表面。光束一旦到達(dá)位移傳遞部分的表面則被位移傳遞區(qū)域表面反射而成為散射光。一部分散射光在光波導(dǎo)板中再一次被反射。然而散射光的大部分通過(guò)光波導(dǎo)板的正表面透射而未被光波導(dǎo)板反射。
如上所述，光波導(dǎo)板正表面有無(wú)光幅射(泄漏光)可根據(jù)安置在光波導(dǎo)板背面的位移傳遞部分接觸與否來(lái)控制。在這種裝置中，可將使位移傳遞部分沿相對(duì)于光波導(dǎo)板接近或分離的方向移動(dòng)的單元看成一個(gè)象素。因此，將大量象素排列成矩陣形式，有關(guān)每個(gè)象素的移動(dòng)可按待輸入圖象信號(hào)的屬性來(lái)控制。這樣，就可象陰極射線管及液晶顯示器一樣，按圖象信號(hào)而將一幅圖象(例如字符或圖型)顯示在光波導(dǎo)板的正表面上。
下面來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的顯示器在彩色顯示系統(tǒng)中的使用。首先，考慮到人眼辨認(rèn)顏色是基于留在光神經(jīng)元上的三種基色的混合。換句話說(shuō)，等效于現(xiàn)今所用基于三色混合的彩色顯示系統(tǒng)的功能是在人的視覺(jué)中完成的。
現(xiàn)根據(jù)這一認(rèn)識(shí)來(lái)解釋本發(fā)明彩色顯象的原理。彩色顯象原理是由三種基色R(紅色)、G(綠色)和B(藍(lán)色)的混合系統(tǒng)來(lái)規(guī)定的?，F(xiàn)假定彩色顯象的周期是T，以便考慮將RGB最長(zhǎng)發(fā)射時(shí)間一分為三。當(dāng)RGB發(fā)射時(shí)間之比為1∶1∶1時(shí)得到白光，當(dāng)RGB發(fā)射時(shí)間之比為4∶1∶5時(shí)得到相應(yīng)比值的中間色。因此，彩色顯象的時(shí)間可以按下述方法控制。也就是說(shuō)，當(dāng)光波導(dǎo)板和位移傳遞部分之間的接觸時(shí)間與彩色顯象周期同步時(shí)，則三種基色的發(fā)射時(shí)間可以調(diào)節(jié)。換言之，當(dāng)三種基色的發(fā)射時(shí)間與彩色顯示周期同步時(shí)，則光波導(dǎo)板和位移傳遞部分之間的接觸時(shí)間可以調(diào)節(jié)。
鑒于上述實(shí)事，按本發(fā)明的顯示器的優(yōu)點(diǎn)是與黑白屏幕相比即使將這種顯示器用于彩色顯示系統(tǒng)中也無(wú)需增加象素。
在按本發(fā)明的顯示器中，用來(lái)選擇性移動(dòng)位移傳遞部分的主致動(dòng)元件由壓電/電致伸縮層和在壓電/電致伸縮層的第一主表面上形成的電極對(duì)組成。在這種裝置中，當(dāng)一預(yù)定電壓施加在這對(duì)電極之間時(shí)，在壓電/電致伸縮層的第一主表面周圍將產(chǎn)生表層方向的電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)度最大值處在壓電/電致伸縮層的第一主表面(前面)上。電場(chǎng)強(qiáng)度沿深度方向逐漸減弱。
根據(jù)在第一主表面周邊方向產(chǎn)生的電場(chǎng)，在壓電/電致伸縮層內(nèi)產(chǎn)生伸張。然而，在第二主表面處支撐壓電/電致伸縮層的振動(dòng)區(qū)內(nèi)并不發(fā)生伸張。因此，在壓電/電致伸縮層第一和第二主表面之間的形變發(fā)生差異。結(jié)果，在壓電/電致伸縮層內(nèi)發(fā)生彈性畸變，其第一主表面的一側(cè)向外凸出。依照壓電/電致伸縮層的凸彈性畸變，位移傳遞部分向光波導(dǎo)板一側(cè)移動(dòng)而導(dǎo)致上述光波導(dǎo)板泄漏光的發(fā)射。
在按本發(fā)明的顯示器中，電極對(duì)在壓電/電致伸縮層的第一主表面上形成，因而空氣或位移傳遞部分的結(jié)構(gòu)材料(與壓電/電致伸縮層相比具有極小的介電常數(shù))介于電極對(duì)之間。所以，主致動(dòng)元件的靜電容是較小的，因而對(duì)信號(hào)傳輸?shù)腃R時(shí)間常數(shù)也較小。亦即對(duì)應(yīng)于輸入圖象信號(hào)屬性的電壓信號(hào)的波形幾乎不會(huì)變圓。所以，有可能為每個(gè)象素選擇性地在電極對(duì)之間加一個(gè)規(guī)定的電壓，因而使每個(gè)壓電/電致伸縮層能給出必需的伸張。特別是對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)離電壓信號(hào)源處的致動(dòng)部件的位置上(例如，屏幕周邊或中心)，顯示亮度的衰減得到抑制。如上所述，按本發(fā)明的顯示器的優(yōu)點(diǎn)除了與黑白屏幕相比即使顯示器用于彩色顯示系統(tǒng)時(shí)無(wú)需增加象素?cái)?shù)量外，還可減小致動(dòng)部件的靜電容。另外，當(dāng)顯示屏幕的整個(gè)表面顯示白色時(shí)，可以得到?jīng)]有任何不均勻的顯示亮度，從而可以改進(jìn)圖象質(zhì)量。
例如，如果部分壓電/電致伸縮層26與安置在它上面的部分電極28在生產(chǎn)過(guò)程中因介質(zhì)破損等原因而一起被損耗掉，則只要將損耗的電極28修復(fù)，即使當(dāng)壓電/電致伸縮層26未經(jīng)修復(fù)時(shí)，足以使致動(dòng)部件14照常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，有可能避免在生產(chǎn)過(guò)程中象重新制作整個(gè)器件這樣的徒勞之舉，因而有可能實(shí)現(xiàn)顯示器成品率的改善。
在按本發(fā)明的顯示器中，最好是將振動(dòng)區(qū)和固定區(qū)是用陶瓷整體形成，在相應(yīng)于振動(dòng)區(qū)的位置形成槽口間，使得振動(dòng)區(qū)形成薄壁結(jié)構(gòu)。這一優(yōu)選實(shí)施例使得有可能較容易形成固定區(qū)和振動(dòng)區(qū)，其優(yōu)點(diǎn)是顯示器的生產(chǎn)成本很便宜。按這種設(shè)置，厚壁的固定區(qū)和薄壁的振動(dòng)區(qū)因在陶瓷基板內(nèi)設(shè)置槽口間而相繼形成。因此，振動(dòng)區(qū)對(duì)壓電/電致伸縮層的伸張響應(yīng)很靈敏。于是振動(dòng)區(qū)域便迅速跟蹤電壓信號(hào)的任何變化。另外，在振動(dòng)區(qū)和固定區(qū)的邊界處確保有足夠的剛度。因此，不致發(fā)生因振動(dòng)區(qū)的振動(dòng)而引起邊界疲勞。
在按本發(fā)明的顯示器中，最可取的是槽口間和壓電/電致伸縮層分別都具有光滑拐彎的平面結(jié)構(gòu)，且槽口間的平面結(jié)構(gòu)尺寸要大于壓電/電致伸縮層的平面結(jié)構(gòu)。在這一優(yōu)選實(shí)施例中，其固定區(qū)和振動(dòng)區(qū)的邊界具有與槽口間平面結(jié)構(gòu)相同的光滑拐彎結(jié)構(gòu)。因此，振動(dòng)區(qū)振動(dòng)產(chǎn)生的應(yīng)力不會(huì)局部集中。因而有可能改善邊界處的疲勞限度和，有可能獲得長(zhǎng)壽命的致動(dòng)部件，從而可能得到長(zhǎng)壽命的顯示器。
最好的是槽口間和壓電/電致伸縮層都具有圓形平面結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)橢圓形或橢圓形平面結(jié)構(gòu)。另外，最可取的是槽口間和壓電/電致伸縮層都具有為光滑拐角的矩形平面結(jié)構(gòu)，或者是具有圓形頂角的多邊形平面結(jié)構(gòu)。
在這些優(yōu)選實(shí)施例中，振動(dòng)區(qū)的周邊是都由固定區(qū)支撐。因此，有這可能大大提高振動(dòng)區(qū)周邊的疲勞限度，可能實(shí)現(xiàn)致動(dòng)部件的長(zhǎng)工作壽命，相應(yīng)地可能實(shí)現(xiàn)顯示器的長(zhǎng)工作壽命。
在按本發(fā)明的顯示器中，最可取的是壓電/電致伸縮層上的電極對(duì)按螺線結(jié)構(gòu)的平面形式布線，其中電極對(duì)是互相平行而又互相隔離地排列。在此實(shí)施例中，當(dāng)一個(gè)預(yù)定電壓施加到這對(duì)電極之間時(shí)，在壓電/電致伸縮層第一主表面上沿徑向(各向同性)產(chǎn)生電場(chǎng)。因此，壓電/電致伸縮層第一主表面上沿徑向(各向同性)產(chǎn)生伸張。與此同時(shí)，在壓電/電致伸縮層中的深處將產(chǎn)生比表面區(qū)要小的徑向(各向同性)伸張，或徑向(各向同性)壓縮。因此，壓電/電致伸縮層便有效地產(chǎn)生位移，使其中心區(qū)凸出。而且，使各象素間的位移離散減小。
在按本發(fā)明的顯示器中，最好是壓電/電致伸縮層上的電極對(duì)取大量分支從主干伸展到壓電/電致伸縮層的中心的平面結(jié)構(gòu)，而且電極對(duì)互相分開(kāi)并互補(bǔ)排列。在此實(shí)施例中，當(dāng)一預(yù)定電壓加到這對(duì)電極之間時(shí)，在壓電/電致伸縮層的第一主表面上按與本發(fā)明的上述實(shí)施例同樣的方式產(chǎn)生(各向同性)徑向伸張。同時(shí)，在壓電/電致伸縮層中的深處將產(chǎn)生比表面區(qū)要小的徑向(各向同性)伸張或徑向(各向同性)壓縮。因此，壓電/電致伸縮層便有效地產(chǎn)生位移，使其中心區(qū)凸出。而且，使各象素間的位移離散減小。
特別是，按本發(fā)明電極分成主干和分支，所以，即使一部分壓電/電致伸縮層，例如，對(duì)應(yīng)于任意分支的壓電/電致伸縮層由于介電損壞等原因與其分支一起損壞，其他部分絕不會(huì)因此而受到影響。只要保留主干，致動(dòng)部件足以照常工作。當(dāng)然，重要的是只有修復(fù)其損壞的電極分支，原功能才可恢復(fù)。因此，該顯示器的維修可能變得較容易。
在按本發(fā)明的顯示器中，最好是通過(guò)在電極對(duì)之間施加信號(hào)使壓電/電致伸縮層的極性反轉(zhuǎn)來(lái)消除自發(fā)形變而使致動(dòng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)。換句話說(shuō)，每當(dāng)電壓信號(hào)施加在主致動(dòng)元件的電極對(duì)之間時(shí)，通過(guò)加信號(hào)(例如，+100V→-100V→+100V→-100V的交變信號(hào))將壓電/電致伸縮層的極性反向而使致動(dòng)部件運(yùn)轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，有可能始終維持一個(gè)大的致動(dòng)部件位移量，因?yàn)槠湮灰屏靠偸钳B加一個(gè)相當(dāng)于壓電/電致伸縮層自發(fā)形變位移量而得到的。這樣一種狀態(tài)的建立使之很容易對(duì)顯示器執(zhí)行ON/OFF控制，其優(yōu)點(diǎn)是圖型質(zhì)量得以改進(jìn)。值得注意的是，即使當(dāng)上述運(yùn)作是在壓電/電致伸縮層介于上下電極之間的結(jié)構(gòu)(即夾層結(jié)構(gòu))情況下進(jìn)行時(shí)，此位移量也不會(huì)增加。
按本發(fā)明的顯示器最好可以這樣構(gòu)成，即通過(guò)在電極對(duì)之間加不小于四倍預(yù)定值的電場(chǎng)所得到的致動(dòng)部件的彎拱位移特性相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)為中心是不對(duì)稱的。
彎拱位移特性的測(cè)量是在主致動(dòng)元件電極對(duì)之間加極化電壓對(duì)壓電/電致伸縮層進(jìn)行極化處理后，當(dāng)加在電極對(duì)之間的電壓連續(xù)變化而使致動(dòng)部件上的電場(chǎng)以交變的方式變化時(shí)，通過(guò)觀察主致動(dòng)元件的彎拱位移來(lái)得到。在這種情況下，當(dāng)致動(dòng)部件沿第一方向(壓電/電致伸縮層上形成的電極對(duì)面對(duì)自由空間的方向)外凸時(shí)，彎拱位移的方向?yàn)檎?，而?dāng)致動(dòng)部件內(nèi)凹時(shí)，則彎拱位移方向?yàn)樨?fù)。這里的預(yù)定電場(chǎng)以在緊鄰壓電/電致伸縮層第一主表面(正面)的位置加反向電場(chǎng)使其極化方向反轉(zhuǎn)的電場(chǎng)為參考點(diǎn)。
具體說(shuō)，例如，當(dāng)為執(zhí)行對(duì)壓電/電致伸縮層的極化處理將預(yù)定電壓沿正方向加在電極對(duì)之間時(shí)，在壓電/電致伸縮層第一主表面周圍沿表面方向產(chǎn)生正向電場(chǎng)。壓電/電致伸縮層中產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度在第一主表面處最大，而其強(qiáng)度沿深度方向逐漸減弱。壓電/電致伸縮層則按與產(chǎn)生正方向電場(chǎng)相同的電場(chǎng)方向受到極化處理。此后，例如，中止加在電極對(duì)上的電壓而建立一個(gè)無(wú)電壓加載狀態(tài)。
接著，加在電極對(duì)之間的電壓連續(xù)變化而使致動(dòng)部件上的電場(chǎng)以交變方式改變。此時(shí)，例如，在與極化處理過(guò)程中已產(chǎn)生的電場(chǎng)相同的方向(例如正方向)產(chǎn)生電場(chǎng)的階段，壓電/電致伸縮層的極化方向與電場(chǎng)的方向一致，且電場(chǎng)集中于壓電/電致伸縮層的表面附近。因此，壓電/電致伸縮層在水平方向伸張。于是，可以認(rèn)為主壓電/電致伸縮層元件沿第一和第二方向的任一方向移動(dòng)。
此后，在改變電極對(duì)之間施加電壓、在致動(dòng)部件中沿與極化處理電場(chǎng)相反方向產(chǎn)生電場(chǎng)的階段進(jìn)行下述操作。
首先，在電場(chǎng)較弱的階段，壓電/電致伸縮層的極化方向與電場(chǎng)方向彼此相反，因而壓電/電致伸縮層沿水平方向收縮。因此，該致動(dòng)部件受到第二方向上的彎拱位移。此后，當(dāng)電場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，壓電/電致伸縮層的表面區(qū)域的極化開(kāi)始反轉(zhuǎn)而出現(xiàn)極化方向與壓電/電致伸縮層表面附近的電場(chǎng)方向一致的現(xiàn)象，而在壓電/電致伸縮層深處的極化方向與電場(chǎng)方向相反。這就是說(shuō)，在壓電/電致伸縮層中存在兩種類型的極化，因而致動(dòng)部件的功能類似于一個(gè)pseudo-bi-morph型壓電/電致伸縮元件。
因此，在靠近壓電/電致伸縮層的第一主表面區(qū)形變的方向與靠近振動(dòng)區(qū)的形變方向彼此相反。于是，整個(gè)致動(dòng)部件沿第一方向(壓電/電致伸縮層上形成的電極對(duì)面向自由空間的方向)上產(chǎn)生外凸位移，位移量因上述pseudo-bi-morph型的功能而變得極大。
尤其在本發(fā)明中，沿電場(chǎng)正向與反向相對(duì)于參考電場(chǎng)的為中心的位移特性是不對(duì)稱的。因此，例如，在一個(gè)周期變化電場(chǎng)的兩個(gè)峰值點(diǎn)得到的彎拱位移量會(huì)出現(xiàn)差異。因而無(wú)電壓加載狀態(tài)與電壓加載狀態(tài)之間的相對(duì)位移量將增大，在施加電場(chǎng)方向彼此相反的狀態(tài)之間相對(duì)位移量增大。因此，當(dāng)將本發(fā)明用作顯示器象素單元而設(shè)置的致動(dòng)部件時(shí)，可以很容易地控制致動(dòng)部件。本發(fā)明特別有利于改進(jìn)顯示器圖象質(zhì)量。
在如上所述構(gòu)造的顯示器中，最好滿足A≥1.5B的關(guān)系，其中A和B表示以參考電場(chǎng)點(diǎn)為基準(zhǔn)施加不小于分別具有不同絕對(duì)值和不同方向的兩個(gè)預(yù)定電場(chǎng)四倍的電場(chǎng)所得到的彎拱位移量。根據(jù)這一關(guān)系，可以得到相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)為中心不對(duì)稱的彎拱位移特性。
在如上所述構(gòu)造的顯示器中，最好假設(shè)在一預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)于電極對(duì)之間加電壓，將電壓沿使得彎拱位移特性的第一方向位移量最大的方向加到從大量致動(dòng)部件選定的一組將要承受ON選擇的致動(dòng)部件上。另外，最好將電壓沿使得彎拱位移特性第一方向位移量最小的方向加到一組將要承受OFF選擇或NO選擇的致動(dòng)部件上。因此，接受ON選擇的致動(dòng)部件在第一方向位移最大，而置于OFF選擇或NO選擇的致動(dòng)部件位移最小，置于ON選擇的致動(dòng)部件與置于OFF選擇(或NO選擇)的致動(dòng)部件之間的位移之差是不同的。這樣，就有可能在顯示屏幕上得到顯示圖型清晰的對(duì)比度和輪廓。
在如上所述構(gòu)造的顯示器中，最好是滿足關(guān)系y＝ax和表達(dá)式1/10≤a≤100，其中x表示電極對(duì)之間的距離(1μm≤x≤200μm)，y表示壓電/電致伸縮層的厚度(1μm≤y≤100μm)。
在此實(shí)施例中，通過(guò)在電極對(duì)之間加電場(chǎng)獲得的致動(dòng)部件的彎拱位移位于上述彎拱位移特性中。這就是說(shuō)，相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)為中心不對(duì)稱的彎拱位移特性是可能得到的。因此，正如按本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的顯示器，排列成象素單元的致動(dòng)部件能夠很容易地控制，特別有利于提高顯示器的圖象質(zhì)量。
在如上所述結(jié)構(gòu)的顯示器中，最好是滿足表達(dá)式1/5≤a≤10，而滿足表達(dá)式1/2≤a≤5以及滿足表達(dá)式1μm≤x≤6 0μm和1μm≤y≤40μm則。
在如上所述構(gòu)造的顯示器中，當(dāng)壓電/電致伸縮層的厚度y和振動(dòng)區(qū)的厚度都滿足時(shí)，最好是滿足關(guān)系y＝bz和表達(dá)式1/5≤b≤10，其中z表示振動(dòng)區(qū)的厚度(1μm≤z≤60μm)。這樣可能增加彎拱位移量。
在如上所述結(jié)構(gòu)的顯示器中，最好是滿足表達(dá)式1/3≤b≤5，而滿足表達(dá)式1/3≤b≤5以及滿足表達(dá)式1μm≤y≤40μm和1μm≤z≤20μm則更好。
在本發(fā)明中，振動(dòng)區(qū)最好有一種對(duì)應(yīng)于穿過(guò)中心振動(dòng)區(qū)最短尺寸m的截面結(jié)構(gòu)，且該截面結(jié)構(gòu)滿足無(wú)電壓加載狀態(tài)的下述條件(1)-(3)。在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在無(wú)電壓加載狀態(tài)和電壓加載狀態(tài)之間致動(dòng)部件可能具有大的相對(duì)位移量。這樣很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示器的ON/OFF控制，有利于提高圖象質(zhì)量。另外，還有可能允許生產(chǎn)的致動(dòng)部件作大的彎拱位移而不遭損壞，使之有可能提高顯示器的成品率。
(1)至少在其中心附近壓電/電致伸縮層的部分上表面從鄰近固定區(qū)的一個(gè)最外局部最小點(diǎn)和另一個(gè)最外局部最小點(diǎn)連成的參考線沿面對(duì)振動(dòng)區(qū)相反方向作凸出移動(dòng)；(2)當(dāng)上述最外局部最小點(diǎn)(P1，P2)不存在時(shí)，則認(rèn)定位于沿最短距離m方向的振動(dòng)區(qū)上表面內(nèi)、并相應(yīng)于固定區(qū)與振動(dòng)區(qū)之間的邊界點(diǎn)的點(diǎn)為最外局部最小點(diǎn)；(3)假設(shè)振動(dòng)區(qū)與固定區(qū)之間的邊界為零位置，振動(dòng)區(qū)的最短距離m的長(zhǎng)度為100％，當(dāng)從零位置開(kāi)始在振動(dòng)區(qū)的最短距離m的長(zhǎng)度40％范圍內(nèi)不存在最外局部最小點(diǎn)時(shí)，則認(rèn)定位于沿最短距離m方向的振動(dòng)區(qū)上表面內(nèi)、并相應(yīng)于固定區(qū)與振動(dòng)區(qū)之間的邊界點(diǎn)的點(diǎn)為最外局部最小點(diǎn)。
在本發(fā)明中尤其可取的是外凸量滿足m/1000≤t≤m/10。
當(dāng)采用與本發(fā)明有關(guān)的附圖，通過(guò)說(shuō)明實(shí)施例來(lái)展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，在下面的描述中本發(fā)明上述的以及其他目標(biāo)、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰。


圖1為按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的顯示器結(jié)構(gòu)。
圖2為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器致動(dòng)部件(象素)布局的放大平面視圖。
圖3為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的、尤其說(shuō)明電極對(duì)的平面結(jié)構(gòu)(螺線形)的平面視圖。
圖4為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器第一改進(jìn)型實(shí)施例的平面視圖，特別說(shuō)明電極對(duì)的平面結(jié)構(gòu)(分支形)。
圖5為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的第二改進(jìn)型實(shí)施例的的平面視圖，特別說(shuō)明振動(dòng)區(qū)、壓電/電致伸縮層及電極對(duì)的平面結(jié)構(gòu)(橢圓形和螺線形)。
圖6為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的第三改進(jìn)實(shí)施例的平面視圖，特別說(shuō)明振動(dòng)區(qū)域、壓電/電致伸縮層及電極對(duì)的平面結(jié)構(gòu)(橢圓形和分支形)。
圖7為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器第四改進(jìn)型實(shí)施例中致動(dòng)部件(象素)布局的放大平面視圖。
圖8為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器第五改進(jìn)實(shí)施例中致動(dòng)部件(象素)布局的放大平面視圖。
圖9為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器第六改進(jìn)實(shí)施例中致動(dòng)部件(象素)布局的放大平面視圖。
圖10示意說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器致動(dòng)部件的環(huán)狀壓電/電致伸縮層的平面視圖。
圖11為沿圖10中A-A線得到的剖面圖。
圖12為說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器致動(dòng)部件具有環(huán)狀平面結(jié)構(gòu)的壓電/電致伸縮層及具有分支結(jié)構(gòu)的電極對(duì)的平面視圖。
圖13A為說(shuō)明具有圓形周邊結(jié)構(gòu)的環(huán)狀壓電/電致伸縮層平面視圖。
圖13B為說(shuō)明具有橢圓形周邊結(jié)構(gòu)的環(huán)狀壓電/電致伸縮層平面視圖。
圖13C為說(shuō)明具有矩形周邊結(jié)構(gòu)的環(huán)狀壓電/電致伸縮層平面視圖。
圖14從功能上展示按本發(fā)明實(shí)施例顯示器第一種工作例的致動(dòng)部件位移原理。
圖15給出當(dāng)按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器致動(dòng)部件處于ON選擇狀態(tài)時(shí)加在電極對(duì)之間的交流信號(hào)例子的信號(hào)波形。
圖16A給出為測(cè)量按本發(fā)明實(shí)施例顯示器致動(dòng)部件的彎拱位移特性，加到電極對(duì)上的電位波形的時(shí)序圖。
圖16B給出說(shuō)明致動(dòng)部件彎拱位移特性的特性曲線。
圖17A說(shuō)明當(dāng)壓電/電致伸縮層受到初始極化處理時(shí)獲得的的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖17B說(shuō)明在電極對(duì)的外加電壓中止?fàn)顟B(tài)(無(wú)電壓加載狀態(tài))下的極化方向。
圖18A說(shuō)明在按本發(fā)明實(shí)施例顯示器致動(dòng)部件上加正向電場(chǎng)(+3E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖18B說(shuō)明在致動(dòng)部件上加負(fù)向預(yù)定電場(chǎng)(-0.6E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖19A說(shuō)明在按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的致動(dòng)部件上加負(fù)向電場(chǎng)(-3E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖19B說(shuō)明在致動(dòng)部件上加正向預(yù)定電場(chǎng)(+0.6E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖20給出說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的壓電/電致伸縮層厚度與每個(gè)致動(dòng)部件電極對(duì)距離之間尺寸關(guān)系的特性曲線。
圖21A說(shuō)明當(dāng)電極對(duì)為螺線平面結(jié)構(gòu)時(shí)電極對(duì)間的距離。
圖21B說(shuō)明當(dāng)電極對(duì)為分支平面結(jié)構(gòu)時(shí)電極對(duì)間的距離。
圖22給出說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器每個(gè)致動(dòng)部件的壓電/電致伸縮層厚度和振動(dòng)區(qū)厚度之間尺寸關(guān)系的特性曲線。
圖23A是說(shuō)明最短尺寸致動(dòng)部件剖面形狀的剖面視圖(部分省略)。
圖23B是說(shuō)明在固定區(qū)上表面之下存在一個(gè)最外局部最小點(diǎn)和另一最外局部最小點(diǎn)情況的剖面視圖(部分省略)。
圖23C是說(shuō)明在固定區(qū)上表面之上存在一個(gè)最外局部最小點(diǎn)和另一最外局部最小點(diǎn)情況的剖面視圖(部分省略)。
圖24A是說(shuō)明在另一最小點(diǎn)存在的區(qū)域不存在另一個(gè)最外局部最小點(diǎn)時(shí)，認(rèn)定另一邊界點(diǎn)為另一最外局部最小點(diǎn)情況的剖面視圖(部分省略)。
圖24B是說(shuō)明在兩個(gè)最小點(diǎn)存在區(qū)都不存在最外局部最小點(diǎn)時(shí)，認(rèn)定一個(gè)邊界點(diǎn)和另一邊界點(diǎn)分別為一最外局部最小點(diǎn)和另一最外局部最小點(diǎn)情況的剖面視圖(部分省略)。
圖25A給出有關(guān)致動(dòng)部件的NO選擇狀態(tài)和ON選擇狀態(tài)之間電壓電平變化的時(shí)序圖。
圖25B給出有關(guān)致動(dòng)部件的NO選擇狀態(tài)和OFF選擇狀態(tài)之間電壓電平變化的時(shí)序圖。
圖26A給出當(dāng)按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器用于彩色顯示系統(tǒng)時(shí)其RGB發(fā)射時(shí)間比為1∶1∶1的時(shí)序圖。
圖26B給出RGB發(fā)射時(shí)間比為4∶1∶5的時(shí)序圖。
圖27展示一個(gè)基于采用按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的大屏幕顯示裝置(從背面觀察)的投影圖。
圖28展示一個(gè)說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的致動(dòng)部件含梳狀結(jié)構(gòu)電極對(duì)的優(yōu)選實(shí)施例的平面圖。
圖29是說(shuō)明包括在按本發(fā)明實(shí)施例顯示器中基板的另一種示例性結(jié)構(gòu)設(shè)置。
圖30是說(shuō)明本申請(qǐng)人提出的示例性顯示器的結(jié)構(gòu)。
圖31A給出說(shuō)明為測(cè)量本申請(qǐng)人提出的示意性顯示器致動(dòng)部件的彎拱位移特性而加在上下電極上的電位波形時(shí)序圖。
圖31B給出說(shuō)明致動(dòng)部件彎拱位移的特性曲線。
圖32A說(shuō)明在本申請(qǐng)人提出的實(shí)施例性顯示器致動(dòng)部件上加正向電場(chǎng)(+3E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖32B說(shuō)明在致動(dòng)部件上加反向預(yù)定電場(chǎng)(-0.5E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖33A說(shuō)明在本申請(qǐng)人提出的示例性顯示器致動(dòng)部件上加反向電場(chǎng)(-3E)施時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
圖33B說(shuō)明在致動(dòng)部件上加正向預(yù)定電場(chǎng)(+0.5E)時(shí)得到的極化方向和電場(chǎng)方向。
下面參照?qǐng)D1到29來(lái)說(shuō)明按本發(fā)明顯示器的實(shí)施例(此后簡(jiǎn)稱為按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器)。
如圖1所示，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器包括一塊用來(lái)傳遞光10的光波導(dǎo)板12，以及安裝在光波導(dǎo)板12背面、并包含大量與象素相對(duì)應(yīng)安置的制動(dòng)部件14的驅(qū)動(dòng)裝置16。
驅(qū)動(dòng)裝置16有一塊由(例如)陶瓷材料做的基板18，而致動(dòng)部件14則對(duì)應(yīng)于每個(gè)象素安置在基板18上?；?8的安置要使其第一主平面背對(duì)光波導(dǎo)板12的背面。第一主平面是一個(gè)連續(xù)表面(同平面表面(flushedsurface))。在基板18內(nèi)相應(yīng)于各個(gè)象素的位置處挖成槽口區(qū)20，用來(lái)分別形成如稍后所述的振動(dòng)區(qū)22。每個(gè)槽口區(qū)20通過(guò)一個(gè)穿透基板18的第二主平面的小直徑穿孔18a與外面相通。
基板18上挖槽口區(qū)20的那一部分做成薄壁?；?8的另一部分做成厚壁。薄壁部分的結(jié)構(gòu)有承受因響應(yīng)外部壓力而產(chǎn)生振動(dòng)的趨勢(shì)，因而它起有振動(dòng)區(qū)22的作用。槽口區(qū)20以外的部分為厚壁結(jié)構(gòu)，其功能是作為固定區(qū)24來(lái)支撐振動(dòng)區(qū)22。
也就是說(shuō)，基板18是一種堆積結(jié)構(gòu)，一個(gè)襯底層18A作為最底層，一個(gè)隔板層18B作為中間層，以及一個(gè)薄板層18C作為最上層?？蓪⒒?8看作是包括在隔板層18B中相應(yīng)于象素安置槽口區(qū)20的集成結(jié)構(gòu)。襯底層18A不僅有加強(qiáng)基板的作用，還用來(lái)作為布線的基板?；?8的制作可以整體燒制，也可以零件裝配。
如圖1所示，每個(gè)致動(dòng)部件14包括上述的振動(dòng)區(qū)22和固定區(qū)24。致動(dòng)部件14還包括一個(gè)包含直接在振動(dòng)區(qū)22上形成的壓電/電致伸縮層26的主傳動(dòng)件30，一對(duì)在壓電/電致伸縮層26上形成的電極28(第一電極28a和第二電極28b)，以及一個(gè)與主傳動(dòng)件30相連的位移-傳遞區(qū)32，用來(lái)加大對(duì)光波導(dǎo)板12的接觸面積，以提供一個(gè)相當(dāng)于象素的面積，如圖1所示。
換句話說(shuō)，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器是一種在基板上形成包括壓電/電致伸縮層26和電極對(duì)28的主傳動(dòng)件30的結(jié)構(gòu)。這對(duì)電極28的結(jié)構(gòu)可以在壓電/電致伸縮層26的上下兩面形成，也可以只在壓電/電致伸縮層26的一面形成。但是，為有利于基板18與壓電/電致伸縮層26之間的連接，這對(duì)電極28最好只在壓電/電致伸縮層26的上面(與基板18相對(duì)的一面)形成，使基板18與壓電/電致伸縮層26直接接觸，形成一種在水平面不存在差別的狀態(tài)，就象在按本發(fā)明實(shí)施例的顯象器中那樣。
現(xiàn)參照?qǐng)D2-9來(lái)說(shuō)明各個(gè)部件的形狀。首先，如圖2所示，在基板18中形成的槽口區(qū)20(見(jiàn)圖1)有一個(gè)園平面結(jié)構(gòu)的環(huán)狀表面。亦即振動(dòng)區(qū)22為園平面結(jié)構(gòu)(見(jiàn)破折線)。壓電/電致伸縮層26也是園平面結(jié)構(gòu)(見(jiàn)點(diǎn)劃線)。電極對(duì)28形成一個(gè)同樣是圓形的外環(huán)狀結(jié)構(gòu)(見(jiàn)實(shí)線)。在這個(gè)實(shí)施例中，振動(dòng)區(qū)22的設(shè)計(jì)要使其尺寸最大。電極對(duì)28的外環(huán)狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要使之尺寸其次.而壓電/電致伸縮層26的平面結(jié)構(gòu)的尺寸則設(shè)計(jì)的最小。另外，也允許將電極對(duì)28a和28b的外環(huán)狀結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)得最大。
在壓電/電致伸縮層26上做的電極對(duì)28(第一電極28a和第二電極28b)具有(例如)如圖3所示之螺線平面結(jié)構(gòu)，其中電極對(duì)28a，28b互相平行且互相分離而形成好幾圈螺線結(jié)構(gòu)。螺線圈數(shù)實(shí)際上不少于5圈。但為簡(jiǎn)單起見(jiàn)圖3中只畫了3圈。
如圖2所示，與各個(gè)電極28a，28b相連的引線布局包括與大量象素的行數(shù)相當(dāng)?shù)拇怪边x擇線40，以及其數(shù)目與大量象素的列數(shù)相當(dāng)?shù)男盘?hào)線42。每一條垂直選擇線40與每個(gè)象素(致動(dòng)部件14，見(jiàn)圖1)的第一電極28a電連接。每一條信號(hào)線42與每個(gè)象素14的第二電極28b電連接。各條垂直選擇線40(它們分布在一行中)串連布線，使得布線從前一列中的象素14安置的第一電極28a引出，然后，每條垂直選擇線40(它們包含在一行中)串連布線，使布線從為前一列中的象素14安置的第一電極28a引出，然后連到為當(dāng)前列中的象素14安置的第一電極28a。信號(hào)線42包括一條沿列方向伸張的主線42a，以及從主線42a分叉并與每個(gè)象素14第二電極28b相連的支線42b。
將電壓信號(hào)從一塊未表出的布線板(粘到基板18的第二主平面上)通過(guò)穿孔44加到各條垂直選擇線40上。電壓信號(hào)同樣從該未表出的布線板通過(guò)穿孔46加到各條信號(hào)線42上。
可以對(duì)穿孔44，46設(shè)想各種不同的排列圖型。但是，在圖2例舉的排列中，對(duì)于垂直選擇線40的穿孔44按如下條件形成，即行數(shù)為M，列數(shù)為N。在N＝M或N＞M情況下，這些穿孔44在第n行和第n列(n＝1，2，)的象素附近、并處于偏向第(n-1)列的信號(hào)線(主線42a)的位置上形成。在N＜M的情況下，這些穿孔44在第(αN+n)行和第n列(α＝1，2，(M/N的商-1))的象素附近、并處于偏向第n-1列的信號(hào)線(主線42a)的位置上形成。
另一方面，對(duì)于信號(hào)線42的穿孔46按如下條件形成。在N＝M或N＜M情況下，穿孔46在每條信號(hào)線42的主線42a上、并處于鄰近第n行和第n列(n＝1，2，)的象素的位置上形成。在N＞M情況下，穿孔46在每條信號(hào)線42的主線42a上、并處于鄰近第n行和第(βM+n)列(β＝1，2，(N/M的商-1))的象素的位置上形成。對(duì)于垂直選擇線40的穿孔44不在垂直選擇線40上形成，這不同于對(duì)于信號(hào)線42的穿孔46。因此，在穿孔44和第一電極28a之間做一條接替導(dǎo)線48，以保持該處的電連續(xù)性。
在各條垂直選擇線40與各條信號(hào)線42之間允許插進(jìn)絕緣薄膜50(用雙點(diǎn)劃線表示)，以確保交互布線排列40，42之間的隔離，每一片絕緣薄膜由(例如)二氧化硅膜，玻璃薄膜或樹脂薄膜構(gòu)成。
電極對(duì)28的平面結(jié)構(gòu)不限于圖3所示之螺線配置。該平面結(jié)構(gòu)可以是如圖4所示之配置(按第一改進(jìn)實(shí)施例的顯示器)。具體來(lái)說(shuō)，按第一改進(jìn)實(shí)施例的顯示器包括電極對(duì)28a，28b，其每個(gè)電極由伸張到壓電/電致伸縮層26中心的干線52、54和從干線52、54分叉處的多條支線56、58構(gòu)成在這種結(jié)構(gòu)中，電極對(duì)28a、28b互相分離并互補(bǔ)地排列(為方便起見(jiàn)，以后稱之為分支結(jié)構(gòu))。
已將按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器和按第一改進(jìn)實(shí)施例的顯示器作為具有振動(dòng)區(qū)的圓形平面結(jié)構(gòu)、壓電/電致伸縮層26的圓形平面結(jié)構(gòu)以及由電極對(duì)28形成園形外環(huán)結(jié)構(gòu)的顯示器作了說(shuō)明。另一方面，可用作平面結(jié)構(gòu)和外環(huán)結(jié)構(gòu)的顯示器包括如圖5和6所示之長(zhǎng)橢圓形結(jié)構(gòu)(軌道結(jié)構(gòu)按第二和第三改進(jìn)實(shí)施例的顯示器)和如圖7所示之橢圓結(jié)構(gòu)(按第四改進(jìn)實(shí)施例的顯示器)。
另一方面，如圖8所示，振動(dòng)區(qū)22的平面結(jié)構(gòu)和壓電/電致伸縮層26的平面結(jié)構(gòu)兩者都可以是帶園滑拐角的矩形結(jié)構(gòu)(按第五改進(jìn)實(shí)施例的顯示器)。還有，如圖9所示，振動(dòng)區(qū)22的平面結(jié)構(gòu)和壓電/電致伸縮層26的平面結(jié)構(gòu)兩者都可以是帶圓滑頂角部分的多角形結(jié)構(gòu)(例如，八角形結(jié)構(gòu))(按第六改進(jìn)實(shí)施例的顯示器)。
振動(dòng)區(qū)22的結(jié)構(gòu)、壓電/電致伸縮層26的平面結(jié)構(gòu)以及由電極對(duì)28形成的外環(huán)結(jié)構(gòu)可以是圓形和橢圓形結(jié)構(gòu)的組合，或者是矩形和橢圓形結(jié)構(gòu)的組合，并無(wú)專門的限制。如圖10和11所示，優(yōu)選作為壓電/電致伸縮層26平面結(jié)構(gòu)的那些結(jié)構(gòu)包括一種環(huán)形結(jié)構(gòu)。在這情況下，如圖13A-13C所示，可用作外園環(huán)結(jié)構(gòu)的那些結(jié)構(gòu)包括象圓形、橢圓形和矩形結(jié)構(gòu)。圖12例舉一種壓電/電致伸縮層26的平面結(jié)構(gòu)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，而電極對(duì)28a、28b為分支結(jié)構(gòu)。
在圖2、8和9例舉的配置中，各致動(dòng)部件14(象素)在基板18上排列成矩陣形式。另一方面，如在圖7所示按第四改進(jìn)實(shí)施例的顯示器中，象素(致動(dòng)部件14)可以相對(duì)于各行按鋸齒形排列。在圖7所示配置圖型情況下，致動(dòng)部件14(象素)相對(duì)于各行按鋸齒形排列。因此，通過(guò)垂直選擇線40連接的線(用點(diǎn)劃線表示)相對(duì)于每一行呈鋸齒狀。信號(hào)線42的布線圖型由布在未表出的布線板上的破折線b表示，其中按鋸齒狀排列的象素14被分隔成(例如)一組垂直向上定位的象素(致動(dòng)部件14)，而兩條信號(hào)線42彼此緊鄰布在相應(yīng)于前一組和后一組象素的位置上。在圖7中，按鋸齒狀排列的象素的布線如下。亦即(例如)，垂直向上定位的象素(致動(dòng)部件14)的第二電極28b通過(guò)一條接替導(dǎo)線60和一個(gè)穿孔62與彼此緊鄰的兩條信號(hào)線42、42的右邊一條信號(hào)線42電連接。垂直向下定位的象素(致動(dòng)部件14)的第二電極28b通過(guò)一條接替導(dǎo)線64和一個(gè)穿孔66與彼此緊鄰的兩條信號(hào)線42、42的左邊一條信號(hào)線42電連接。
下面，參照?qǐng)D14-26來(lái)說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的工作情況。先就兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明每種致動(dòng)部件14如何工作，再說(shuō)明顯示器自身怎樣工作。
首先，參照?qǐng)D1、14和15來(lái)說(shuō)明致動(dòng)部件14的第一工作例。就圖1所示按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的每個(gè)象素(致動(dòng)部件14)來(lái)說(shuō)，當(dāng)致動(dòng)部件14的第一電極28a和第二電極28b上未加電壓信號(hào)時(shí)，即在無(wú)電壓-負(fù)載狀態(tài)情況下，電極對(duì)28a、28b之間不產(chǎn)生任何電壓(電位差)。因此，壓電/電致伸縮層26不伸張，形成一種位移-傳遞區(qū)32與光波導(dǎo)板12離的狀態(tài)。
接下來(lái)，如圖14所示(例如)，在致動(dòng)部件14的第一電極28a上加正電壓信號(hào)，而在第一電極28b上加負(fù)電壓信號(hào)，致使電極對(duì)28a、28b之間建立起一個(gè)預(yù)置電壓，即建立起一種電壓一負(fù)載狀態(tài)。在此狀態(tài)下，在壓電/電致伸縮層26的第一主表面附近產(chǎn)生電場(chǎng)E(見(jiàn)電力線C)。電場(chǎng)強(qiáng)度E在壓電/電致伸縮層26的第一主表面(正面)上最強(qiáng)，且場(chǎng)強(qiáng)沿深度方向遞降。
當(dāng)在電壓-負(fù)載狀態(tài)下給出ON選擇的電壓加到電極對(duì)28a、28b之間時(shí)，壓電/電致伸縮層26按照沿第一主表面的表面方向產(chǎn)生的電場(chǎng)E伸張，但在支撐第二主表面上壓電/電致伸縮層26的振動(dòng)區(qū)22并不產(chǎn)生伸張。因此，在壓電/電致伸縮層26的第一和第二主表面之間便出現(xiàn)畸變的差異。其結(jié)果如圖(1)所示，在壓電/電致伸縮層26中產(chǎn)生向第一主表面一邊外凸的彈性形變。壓電/電致伸縮層26的凸彈性形變使得位移-傳遞區(qū)32出現(xiàn)趨向光波導(dǎo)板12的彎拱位移，并使位移-傳遞區(qū)32與光波導(dǎo)板12接觸。
位移-傳遞區(qū)32響應(yīng)于主致動(dòng)元件30的彎拱位移而與光波導(dǎo)板12的背表面相接觸。當(dāng)位移-傳遞區(qū)32與光波導(dǎo)板12的背面相接觸時(shí)，例如，已在光波導(dǎo)板12中經(jīng)受全反射光波10穿過(guò)光波導(dǎo)板12的背表面透射，而且光波10透射到位移-傳遞區(qū)32的表面。光波10由位移-傳遞區(qū)32的表面所反射。
如上所述，設(shè)置位移-傳遞區(qū)32是為了反射已穿過(guò)光波導(dǎo)板12的背表面透射的光波10，并增大與光波導(dǎo)板12接觸的面積使之不小于預(yù)定值。也就是說(shuō)，光輻射的區(qū)域是由位移-傳遞區(qū)32與光波導(dǎo)板12接觸的面積所決定的。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，位移-傳遞區(qū)32包括一個(gè)用來(lái)規(guī)定主要光輻射區(qū)域的平板構(gòu)件32a，以及用來(lái)將主致動(dòng)元件30的位移傳遞到平板構(gòu)件32a的位移-傳遞構(gòu)件32b。
位移-傳遞區(qū)32與光波導(dǎo)板12之間的接觸意味著位移-傳遞區(qū)32和光波導(dǎo)板12以一間隔距離定位，但無(wú)論如何，此距離不大于光波10的一個(gè)波長(zhǎng)(引進(jìn)光波導(dǎo)板12的光波10)。
當(dāng)?shù)谝浑姌O28a和第二電極28b上的電壓信號(hào)加載中止而給出(例如)OFF選擇或NO選擇時(shí)，在電極對(duì)28a、28b之間不再產(chǎn)生預(yù)置電壓。因此，壓電/電致伸縮層26從凸?fàn)顟B(tài)恢復(fù)到其初始狀態(tài)，便給出一個(gè)位移-傳遞區(qū)32與光波導(dǎo)板12分離的狀態(tài)。
最好是在上述致動(dòng)部件14的工作期間，在主致動(dòng)元件30的電極對(duì)28a、28b之間加一個(gè)使壓電/電致伸縮層26極化方向反轉(zhuǎn)的信號(hào)，以去除自發(fā)畸變來(lái)驅(qū)動(dòng)致動(dòng)部件14。
具體來(lái)說(shuō)，在ON選擇狀態(tài)情況下，致動(dòng)部件14的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)每當(dāng)在主致動(dòng)元件30的電極對(duì)28a、28b之間加電壓信號(hào)時(shí)，施加使壓電/電致伸縮層26極化方向反轉(zhuǎn)的信號(hào)來(lái)進(jìn)行的，例如，施加一個(gè)如圖15所示從+100V →-100V →+100V的交變信號(hào)。采用這種方法有可能始終保持致動(dòng)部件14大的位移量，因?yàn)檫@個(gè)位移量總是通過(guò)加上一個(gè)相當(dāng)于壓電/電致伸縮層26自發(fā)形變量的位移量而得到的。在OFF選擇或NO選擇狀態(tài)下，最好以交變方式加一個(gè)電場(chǎng)絕對(duì)值小的電壓，例如，一個(gè)絕對(duì)值不大于20V的電壓。當(dāng)壓電/電致伸縮層26為環(huán)形平面結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖10-13)時(shí)，可能實(shí)現(xiàn)與上述情況差不多等同的增大位移量的效果。特別是因允許壓電/電致伸縮層26為環(huán)形結(jié)構(gòu)而可進(jìn)一步減小靜電電容。因此，有可能獲得一種象驅(qū)動(dòng)信號(hào)變圓之類的事情均可有效地消除的效果。
值得注意的是，如果顯示器的結(jié)構(gòu)是將壓電/電致伸縮層26置于上、下電極之間，即通常的夾心結(jié)構(gòu)，則即使當(dāng)顯示器以與上述同樣的方式工作時(shí)，位移量也不會(huì)增大。
下面，參照?qǐng)D16-25來(lái)說(shuō)明致動(dòng)部件工作的第二個(gè)例子。在詳細(xì)描述之前，先參照?qǐng)D1和圖16-19來(lái)說(shuō)明基于第二工作例的致動(dòng)部件14的工作原理。
首先，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器具有致動(dòng)部件14的彎拱位移特性，這是通過(guò)在電極對(duì)28a、28b之間加電場(chǎng)而獲得的，如圖16B所示。致動(dòng)部件14的這種彎拱位移特性相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)(電場(chǎng)＝0的點(diǎn))為中心是不對(duì)稱的。
通過(guò)在主致動(dòng)元件30的電極對(duì)28a、28b之間加預(yù)置電場(chǎng)獲得這種彎拱位移特性而對(duì)壓電/電致伸縮層26進(jìn)行極化處理，而且在連續(xù)改變致動(dòng)部件14外加電壓的同時(shí)，觀察致動(dòng)部件14的彎拱位移。如圖1所示，圖中彎拱位移是這樣表示的當(dāng)致動(dòng)部件14在第一方向(即對(duì)于在壓電/電致伸縮層26上形成的電極對(duì)28a、28b面對(duì)自由空間的方向)以外凸方式產(chǎn)生彎拱位移時(shí)，彎拱位移方向?yàn)檎?；而?dāng)致動(dòng)部件14以內(nèi)凹方式產(chǎn)生彎拱位移時(shí)，彎拱位移方向?yàn)樨?fù)。
現(xiàn)參照一個(gè)例子來(lái)具體說(shuō)明彎拱位移特性的測(cè)量，首先，如圖17A所示，當(dāng)在電極對(duì)28a、28b之間的正向加預(yù)置電壓對(duì)壓電/電致伸縮層26進(jìn)行極化處理時(shí)，例如，則在壓電/電致伸縮層26的第一主表面附近沿表面方向產(chǎn)生正向電場(chǎng)(例如，圖16B中由+5E表示的電場(chǎng))。按此方法，給出1E＝2.5kV/mm左右的表示式。
在壓電/電致伸縮層26中產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度在第一主表面上最強(qiáng)，并沿深度方向遞降。因此，在深處部位不易進(jìn)行極化。但是，采取加足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并加適當(dāng)?shù)臒崃?，可使得能?duì)這樣的深處部位進(jìn)行極化。
例如，在適當(dāng)?shù)臏囟认?，施加一個(gè)超過(guò)用來(lái)使顯示器致動(dòng)部件14正常工作的電場(chǎng)使用范圍(例如，圖16B中+3E到-3E的范圍)的電場(chǎng)(+5E)到7小時(shí)。這樣，便在外加電場(chǎng)的相同方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓電/電致伸縮層26的極化處理。
在此之后，如圖17B所示，中止電極對(duì)28a、28b之間的電壓加載而給出一個(gè)無(wú)電壓-負(fù)載狀態(tài)。與開(kāi)始測(cè)量的同時(shí)，在致動(dòng)部件14上外加頻率為1Hz和峰值為±3E(見(jiàn)圖16A)的正弦波。在此過(guò)程中，用激光位移計(jì)連續(xù)測(cè)量各個(gè)點(diǎn)(點(diǎn)A到點(diǎn)D)的位移量。圖16B給出將測(cè)量結(jié)果畫在電場(chǎng)-彎拱位移圖上所得的特性曲線。如圖16B中箭頭所指，彎拱位移的位移量按電場(chǎng)的連續(xù)升降而連續(xù)改變，并提供某種程度的遲滯特性。
具體來(lái)說(shuō)，假設(shè)測(cè)量從由A點(diǎn)表示的電場(chǎng)+3E點(diǎn)開(kāi)始。首先，在A點(diǎn)，如圖18A所示，極化方向與壓電/電致伸縮層26中的電場(chǎng)方向一致，而且在壓電/電致伸縮層26的表面附近外加電場(chǎng)很強(qiáng)。所以，壓電/電致伸縮層26沿水平方向伸長(zhǎng)，且致動(dòng)部件14沿第一方向(即對(duì)于在壓電/電致伸縮層26上形成的電極對(duì)28a、28b面對(duì)自由空間的方向)產(chǎn)生0.8Δy左右的彎拱位移量，參見(jiàn)圖16B。按此方法，給出1Δy＝1.6μm左右的表示式。
在此之后，接下來(lái)的工作是在改變電極對(duì)28a、28b之間的外加電壓，且在致動(dòng)部件14中沿與極化處理電場(chǎng)相反方向產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)的狀態(tài)下進(jìn)行。
首先，例如，在電場(chǎng)較弱(-0.6E)的B點(diǎn)處，如圖18B所示極化方向與壓電/電致伸縮層26中的電場(chǎng)方向彼此相反，因而壓電/電致伸縮層26沿水平方向收縮。因此，致動(dòng)部件14沿第二方向(即從壓電/電致伸縮層26指向振動(dòng)區(qū)的方向)產(chǎn)生-0.3Δy左右的彎拱位移量。在這一狀態(tài)下，壓電/電致伸縮層26表面部分的極化開(kāi)始反轉(zhuǎn)。因此，B點(diǎn)的電場(chǎng)(-0.6E)可限定為預(yù)置電場(chǎng)。
此后，當(dāng)電場(chǎng)沿負(fù)方向增強(qiáng)時(shí)，極化反轉(zhuǎn)在壓電/電致伸縮層26表面部分進(jìn)行，如圖19A所示。由此，出現(xiàn)了在壓電/電致伸縮層26表面附近極化方向與電場(chǎng)方向一致，而在壓電/電致伸縮層26的深層部位極化方向與電場(chǎng)方向相反的現(xiàn)象。這就是說(shuō)，在壓電/電致伸縮層26中存在兩種類型的極化。因此，致動(dòng)部件14具有一種pseudo-bi-morph型致動(dòng)部件的功能。尤其在電場(chǎng)為-3E的狀態(tài)下，致動(dòng)部件14的位移量因pseudo-bi-morph功能而變得特別大。在圖16B所示情況下，給出大約2.6Δy的位移。
接下來(lái)，當(dāng)電場(chǎng)從負(fù)方向變到正方向而達(dá)到一個(gè)電場(chǎng)較弱的狀態(tài)時(shí)，例如，在D點(diǎn)(+0.6E)，在壓電/電致伸縮層26表面附近極化方向與電場(chǎng)方向相反，而在壓電/電致伸縮層26的深層部位極化方向與電場(chǎng)方向相同，如圖19B所示。由此，便提供了一種壓電/電致伸縮層26的表面部分沿水平方向收縮，而壓電/電致伸縮層26的深層部分沿水平方向伸長(zhǎng)的形態(tài)。因此，致動(dòng)部件14就沿第二方向(從壓電/電致伸縮層26指向振動(dòng)區(qū)22的方向)產(chǎn)生約-1.0Δy的彎拱位移。在此狀態(tài)下，壓電/電致伸縮層26表面部分的極化開(kāi)始反轉(zhuǎn)。因此，D點(diǎn)的電場(chǎng)(+0.6E)可按B點(diǎn)電場(chǎng)相同的方式限定為預(yù)置電場(chǎng)。
接著，隨著電場(chǎng)沿正方向逐漸增強(qiáng)，極化反轉(zhuǎn)在壓電/電致伸縮層26表面附近進(jìn)行，且其極化方向與壓電/電致伸縮層26中的電場(chǎng)方向一致。因此，從D點(diǎn)轉(zhuǎn)到A點(diǎn)的狀態(tài)可稱為再極化處理狀態(tài)。
如上所述，為估量彎拱位移特性是對(duì)稱特性還是非對(duì)稱特性，必須用比預(yù)置電場(chǎng)(±0.6E)足夠高的電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。然而，如果采用比預(yù)置電場(chǎng)高得多的電場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)出現(xiàn)不可能區(qū)分非對(duì)稱特性的情況，而這正是按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的致動(dòng)部件14的固有特性。
因此，為區(qū)分彎拱位移的非對(duì)稱特性，希望以交變方式加一個(gè)不低于極化方向開(kāi)始部分反轉(zhuǎn)的電場(chǎng)(此處定義為預(yù)置電場(chǎng))四倍的電場(chǎng)來(lái)測(cè)定彎拱位移。也就是說(shuō)，通過(guò)采用大的絕對(duì)位移量進(jìn)行測(cè)量有可能很容易測(cè)定彎拱位移特性的非對(duì)稱特性。
例如，在常規(guī)顯示器情況下，預(yù)置電場(chǎng)為±0.5E。因此，可在正向電場(chǎng)不低于+2.0E，而負(fù)向電場(chǎng)不高于-2.0E的條件下進(jìn)行測(cè)量。在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器情況下，預(yù)置電場(chǎng)為±0.6E。因此，可在正向電場(chǎng)不低于+2.4E，而負(fù)向電場(chǎng)不高于-2.4E的條件下進(jìn)行測(cè)量。
在圖16B中，該彎拱位移特性是以交變方式加一個(gè)比預(yù)置電場(chǎng)(±0.6E)足夠高的電場(chǎng)(±3E)測(cè)得的。在此情況下，正向電場(chǎng)峰值點(diǎn)(A點(diǎn))的位移量ya為0.8Δy，負(fù)向電場(chǎng)峰值點(diǎn)(A點(diǎn))的位移量yc為2.6Δy。因此，給出yc＝3.25ya的關(guān)系。
接下來(lái)，對(duì)允許彎拱位移特性具有非對(duì)稱特性的尺寸關(guān)系加以說(shuō)明。首先來(lái)描述電極對(duì)28a、28b之間的距離x和壓電/電致伸縮層26的厚度y。如圖20所示，在滿足表示式1μm≤x ≤ 200μm和1μm≤y≤100μm，且滿足y＝ax關(guān)系的條件下，規(guī)定1/10≤a≤100的范圍能滿足。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于比例常數(shù)a，其范圍最好是1/5≤a≤10，更希望是1/2≤a≤5。在此情況下，當(dāng)表示式1μm≤x≤60μm和1μm≤y≤40μm滿足時(shí)，在與極化方向相反的方向加電場(chǎng)很容易使極化方向反轉(zhuǎn)到壓電/電致伸縮層26的一個(gè)合適深度，且使位移量有效地增大。所以，這是對(duì)致動(dòng)部件14的最佳條件。
當(dāng)電極對(duì)28a、28b具有螺線平面結(jié)構(gòu)時(shí)，電極對(duì)28a、28b之間的距離x確定如下。亦即如圖21A所示，例如，當(dāng)從第一電極28a的外圓環(huán)邊畫法線R1時(shí)，距離x由法線R1的起始點(diǎn)Q1和法線R1與第二電極28b內(nèi)圓環(huán)之間的交點(diǎn)Q2間的距離表示。
當(dāng)電極對(duì)28a、28b具有分支平面結(jié)構(gòu)時(shí)，電極對(duì)28a、28b之間的距離x確定如下。亦即如圖22B所示，例如，當(dāng)從第一電極28a的分支56的外圓環(huán)邊畫法線R2時(shí)，距離x由法線R2的起始點(diǎn)Q3，和法線R2與第二電極28b的分支58的內(nèi)圓環(huán)之間的交點(diǎn)Q4間的距離表示。
接下來(lái)，對(duì)壓電/電致伸縮層26的厚度y和振動(dòng)區(qū)22的厚度z進(jìn)行描述。如圖22所示，在滿足表示式1μm≤y≤100μm和1μm≤z≤50μm，且滿足y＝bz關(guān)系的條件下，規(guī)定1/5≤b≤10的范圍能滿足。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于比例常數(shù)b，其范圍最好是1/3≤b≤5。在此情況下，當(dāng)表示式1μm≤y≤40μm和1μm≤z≤20μm滿足時(shí)，在與極化方向相反的方向加電場(chǎng)很容易使極化方向反轉(zhuǎn)到壓電/電致伸縮層26的一個(gè)合適深度，且使位移量有效地增大。所以，這是對(duì)致動(dòng)部件14的最佳條件。
另外，如圖23和24所示，對(duì)于按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器，不管顯示器是按照第一還是第二說(shuō)明例工作，涉及穿過(guò)振動(dòng)區(qū)22中心最小尺寸m的橫截面結(jié)構(gòu)最好滿足下述條件。要注意的是，為避免畫圖的復(fù)雜性，在圖23個(gè)24中忽略了電極對(duì)28a、28b。
這就是說(shuō)，如圖23B所示，在非電壓-負(fù)載狀態(tài)(電場(chǎng)E＝0的狀態(tài))下，至少壓電/電致伸縮層26在中心區(qū)附近的一部分上表面要從靠近固定區(qū)24最靠外的一個(gè)局部最小點(diǎn)P1和另一個(gè)最靠外的局部最小點(diǎn)P2連成的參考線L朝指向振動(dòng)區(qū)的相反方向凸起一次。
這里講的壓電/電致伸縮層26的中心區(qū)按圖23A所示定義如下。就最短尺寸m而言，固定區(qū)24的上表面與振動(dòng)區(qū)22的上表面之間的邊界部分定義為一個(gè)邊界點(diǎn)K1和另一個(gè)邊界點(diǎn)K2。當(dāng)最短尺寸m為100時(shí)，壓電/電致伸縮層26的中心附近指的是40％的中心區(qū)域a3，不包括從一個(gè)邊界點(diǎn)K1到最短尺寸m中心30％的區(qū)域a1，以及從另一個(gè)邊界點(diǎn)K2到最短尺寸m中心30％的區(qū)域a1。
最靠外的一個(gè)局部最小點(diǎn)P1按圖23B所示定義如下。就最短尺寸m而言，在有關(guān)壓電/電致伸縮層26的第一主表面和振動(dòng)區(qū)22的上表面相對(duì)于最短尺寸平面的投影線上形成多個(gè)局部最小點(diǎn)。在這多個(gè)局部最小點(diǎn)中，最靠外的一個(gè)局部最小點(diǎn)P1相應(yīng)于最靠近一個(gè)邊界點(diǎn)K1的局部最小點(diǎn)。在這多個(gè)局部最小點(diǎn)中，最靠外的另一個(gè)局部最小點(diǎn)P2相應(yīng)于最靠近另一個(gè)邊界點(diǎn)K2的局部最小點(diǎn)。
在此情況下，在最短尺寸m為100的條件下，最靠外的一個(gè)局部最小點(diǎn)P1肯定是處在從一個(gè)邊界點(diǎn)K1到最短尺寸m中心40％的區(qū)域(一個(gè)局部最小點(diǎn)-存在區(qū)b1)之中，而且是最靠近一個(gè)邊界點(diǎn)K1的局部最小點(diǎn)。另一個(gè)最靠外的局部最小點(diǎn)P2肯定是處在從另一個(gè)邊界點(diǎn)K2到最短尺寸m中心40％的區(qū)域(另一個(gè)局部最小點(diǎn)-存在區(qū)b2)之中，而且最靠近另一個(gè)邊界點(diǎn)K2的局部最小點(diǎn)。
如圖23B所示，最靠外的局部最小點(diǎn)P1、P2可能在固定區(qū)24的上表面之下。如圖23C所示，最靠外的局部最小點(diǎn)P1、P2也可能在固定區(qū)24的上表面之上。
如圖24A所示，例如，當(dāng)在另一個(gè)局部最小點(diǎn)-存在區(qū)b2不存在另一個(gè)局部最小點(diǎn)P2時(shí)，另一個(gè)邊界點(diǎn)K2認(rèn)定是另一個(gè)最靠外的局部最小點(diǎn)P2。對(duì)最靠外的一個(gè)局部最小點(diǎn)P1可作同樣的認(rèn)定。如圖23A和24B所示，當(dāng)在兩個(gè)局部最小點(diǎn)-存在區(qū)b1、b2中均不存在各自的局部最小點(diǎn)P1、P2時(shí)，分別認(rèn)定一個(gè)邊界點(diǎn)K1和另一個(gè)邊界點(diǎn)K2是一個(gè)局部最小點(diǎn)P1和另一個(gè)局部最小點(diǎn)P2。
在上述條件下，即在在非電壓-負(fù)載狀態(tài)下，至少壓電/電致伸縮層26中心區(qū)中的一部分上表面要從參考線L朝指向振動(dòng)區(qū)的相反方向有一個(gè)凸起的條件下，最好是當(dāng)最短尺寸的長(zhǎng)度為m時(shí)其凸出量t要滿足m/1000≤t≤m/10。
由于滿足上述條件，就允許所產(chǎn)生的致動(dòng)部件14必然沿第一方向做大的位移，使之在用作顯示器時(shí)有可能提高成品率。
下面來(lái)說(shuō)明致動(dòng)部件14的第二個(gè)工作例。首先除了按圖1所示本發(fā)明實(shí)施例顯示器的激勵(lì)外，各個(gè)象素(致動(dòng)部件14)要經(jīng)歷極化處理(初始極化處理)。初始極化處理是(例如)通過(guò)在適當(dāng)溫度下外加一個(gè)超過(guò)將用作制動(dòng)器電場(chǎng)使用范圍(例如圖16B中的范圍+3E到-3E)的電場(chǎng)(+5E)7小時(shí)來(lái)進(jìn)行的。因而對(duì)每一個(gè)象素的壓電/電致伸縮層26在與外加電場(chǎng)的相同方向要經(jīng)受極化處理。
在對(duì)所有象素完成初始極化處理的階段，中止對(duì)電極對(duì)28a、28b的電壓加載而形成無(wú)電壓-負(fù)載狀態(tài)。
將顯示器運(yùn)轉(zhuǎn)使得個(gè)三基本運(yùn)作(ON選擇、OFF選擇，以及NO選擇)作用到象素上而顯示一幅圖象。
如圖25A所示，執(zhí)行ON選擇是在預(yù)定選擇期間Ts內(nèi)將電壓Va加到象素的電極對(duì)28a、28b上，在電極對(duì)28a、28b之間沿負(fù)方向(見(jiàn)圖16B)產(chǎn)生電場(chǎng)Ea。如圖25B所示，執(zhí)行OFF選擇是在預(yù)定選擇期間Ts內(nèi)將電壓Vd加到象素的電極對(duì)28a、28b上，在電極對(duì)28a、28b之間沿負(fù)或正方向(見(jiàn)圖16B)產(chǎn)生電場(chǎng)Ed。
如圖25A或25B所示，執(zhí)行NO選擇是在不同于選擇期間Ts的時(shí)間(非選擇期間Ta)內(nèi)將電壓Vf或Vg加到象素的電極對(duì)28a、28b上，在電極對(duì)28a、28b之間沿正方向(見(jiàn)圖16B)產(chǎn)生電場(chǎng)Ef或Eg。在非選擇期間Ta，以與初始極化處理相同的方式產(chǎn)生正向電場(chǎng)。所以，處于NO選擇狀態(tài)中的象素的壓電/電致伸縮層26要處理經(jīng)歷與極化處理等價(jià)的處理(這種極化通常稱為再極化處理)。
現(xiàn)在來(lái)具體說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的激勵(lì)運(yùn)作。根據(jù)顯示器的輸入圖象信號(hào)，采用(例如)一個(gè)由移相寄存器構(gòu)成的垂直移相電路在每一水平掃描期間按加到垂直選擇線40上的電位相繼地選擇一群包含在一行中的象素，例如包含在第一行、第二行……、第n行中的象素。在預(yù)置選擇期間Ts內(nèi)，從由相移寄存器構(gòu)成的水平相移電路將一個(gè)電位加到相應(yīng)于處在被選行中、且應(yīng)經(jīng)受ON選擇的象素14的信號(hào)線42上。結(jié)果，通過(guò)垂直相移電路和水平相移電路而經(jīng)受ON選擇的象素部件14的運(yùn)作使得在它的第一電極28a上加一個(gè)預(yù)置的負(fù)電位，而在其第二電極28b上加一個(gè)正電位。于是，電極對(duì)28a、28b之間的電壓是負(fù)向的預(yù)置電壓Va(見(jiàn)圖25A)。此時(shí)，如圖16B和圖19A所示，例如，在電極對(duì)28a、28b之間產(chǎn)生負(fù)向電場(chǎng)Ea(例如。-3E與初始極化處理和NO選擇時(shí)電場(chǎng)方向反向的電場(chǎng))，對(duì)應(yīng)于象素的致動(dòng)部件14沿第一方向以大約2.6Δy的量進(jìn)行移動(dòng)。對(duì)顯示器看來(lái)，這種狀態(tài)表示ON選擇狀態(tài)。在ON選擇狀態(tài)下，位移-傳遞部分32按照致動(dòng)部件14的凸形變而移向光波導(dǎo)板12，且位移-傳遞部分32與光波導(dǎo)板12相接觸。另一方面，處在由垂直相移電路所選中的相關(guān)行象素群中、不經(jīng)受ON選擇或經(jīng)受OFF選擇的象素14按如下方式運(yùn)作。這就是說(shuō)，在預(yù)置選擇期間Ts內(nèi)，使象素14相關(guān)信號(hào)線42的電位是一個(gè)與ON選擇電位不同的電位。將一個(gè)負(fù)預(yù)置電位加到象素14的第一電極28a上，而將一個(gè)負(fù)或正的預(yù)置電位加到象素14的第二電極28b上。因而電極對(duì)28a、28b之間的電壓就是負(fù)向或正向的預(yù)置電位Vd(見(jiàn)圖25B)。同時(shí)，如圖16B所示，例如，在電極對(duì)28a、28b之間產(chǎn)生負(fù)向或正向電場(chǎng)Ed(例如，-0.6E到+0.6E)，相應(yīng)于象素的致動(dòng)部件14沿第一方向以大約-1.0Δy到0.5Δy的量移動(dòng)。對(duì)顯示器來(lái)看，這種狀態(tài)表示OFF選擇狀態(tài)。在OFF選擇狀態(tài)，位移-傳遞部分32按照如上所述致動(dòng)部件14的位移動(dòng)作而與光波導(dǎo)板12分離。
與經(jīng)受ON選擇或OFF選擇的象素相關(guān)的致動(dòng)部件14此后在NO選擇狀態(tài)下受到再極化處理，并沿第一方向(即在壓電/電致伸縮層26上形成的電極對(duì)面對(duì)自由空間的方向)產(chǎn)生大約1Δy大小的位移。在NO選擇狀態(tài)下，電壓處在Vg或Vf電平(見(jiàn)圖25A和25B)，它包含一個(gè)根據(jù)在另一行中的ON選擇或OFF選擇而產(chǎn)生的疊加的電壓變化。然而，疊加分量(串行分量)的存在影響NO狀態(tài)下致動(dòng)部件14某種程度的再極化處理。因此，這一分量有利于恢復(fù)為響應(yīng)于電場(chǎng)變化而得到的位移量，并恢復(fù)顯示器的響應(yīng)特性。亦即串行分量同時(shí)有利于響應(yīng)特性的恢復(fù)。
與電壓電平Vb(相應(yīng)于圖16B中電場(chǎng)Eb(例如，-2E)的電壓電平)相比較，執(zhí)行ON選擇的電壓電平可以是負(fù)向電壓電平。執(zhí)行OFF選擇的電壓電平可以是處在從Vc到Ve電壓電平范圍(相應(yīng)于圖16B中電場(chǎng)范圍Ec(例如，-0，6E)到Ee(+0.6E)的電壓電平范圍)的任何電壓電平。與電壓電平Ve(相應(yīng)于圖16B中電場(chǎng)Ee(例如，+0.6E)的電壓電平)相比較，執(zhí)行再極化處理的電壓電平可以是正向電壓電平。
接下來(lái)，參照?qǐng)D1來(lái)說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的運(yùn)作。首先，例如，從光波導(dǎo)板12端面引進(jìn)光波10。在此實(shí)施例中，通過(guò)控制光波導(dǎo)板12的折射率的大小，全部光波10在光波導(dǎo)板12內(nèi)受到全反射而不會(huì)穿過(guò)光波導(dǎo)板12的正面和背面透射。在此狀態(tài)下，當(dāng)允許某個(gè)致動(dòng)部件14處于電壓加載狀態(tài)或ON選擇狀態(tài)、且相應(yīng)于致動(dòng)部件14的位移-傳遞部分32與光波導(dǎo)板12的背面相接觸而其間距不大于光波波長(zhǎng)時(shí)，則已經(jīng)處于全反射狀態(tài)的光波10會(huì)透射到與光波導(dǎo)板12的背面相接觸的位移-傳遞部分32的表面。剛一到達(dá)位移-傳遞部分32表面的光波10就會(huì)由位移-傳遞部分32表面所反射，并表現(xiàn)為散射光70。散射光70的一部分將再次反射到光波導(dǎo)板12中。但是，散射光70的大部分將透過(guò)光波導(dǎo)板12的正面而不會(huì)被光波導(dǎo)板12反射。
這就是說(shuō)，從光波導(dǎo)板12的正面有或者沒(méi)有光輻射(泄漏光)可以根據(jù)安置在光波導(dǎo)板12背面的位移-傳遞部分32有或者沒(méi)有接觸來(lái)控制。具體來(lái)說(shuō)，在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，采用一個(gè)使位移-傳遞部分32沿相對(duì)于光波導(dǎo)板12接觸或分離的方向作位移運(yùn)動(dòng)的裝置作為象素。而且，大量這樣的象素按矩陣形式、或關(guān)于各行成鋸齒結(jié)構(gòu)排列。因此，當(dāng)每個(gè)象素的位移運(yùn)動(dòng)按輸入圖象信號(hào)的屬性來(lái)控制時(shí)，則在光波導(dǎo)板12的正面可響應(yīng)于圖象信號(hào)而以與陰極-射線管或液晶顯示器相同的方式顯示出一幅圖象(例如，文字和圖形)。
下面來(lái)說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器在彩色顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用。首先，與現(xiàn)今彩色顯示系統(tǒng)相同的顯象方式，按本發(fā)明實(shí)施例顯示器的彩色顯象原理由作為三種基色R(紅)、G(綠)和B(蘭)的混合系統(tǒng)所確定。為了將RGB最大發(fā)射時(shí)間一分為三，現(xiàn)假設(shè)彩色顯象的周期為T。如圖26所示，當(dāng)RGB發(fā)射時(shí)間之比例為4∶1∶5時(shí)，便得到相應(yīng)于該比例的中間色彩。因此，彩色顯象的時(shí)間可按如下方法來(lái)控制。這就是說(shuō)，光波導(dǎo)板12與位移-傳遞部分32之間的接觸時(shí)間和彩色顯象周期T同步時(shí)，三種基色的發(fā)射時(shí)間即被控制。或換一種說(shuō)法，當(dāng)三種基色的發(fā)射時(shí)間和彩色顯象周期T同步時(shí)，光波導(dǎo)板12與位移-傳遞部分32之間的接觸時(shí)間即被控制。
鑒于上述事實(shí)，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的優(yōu)點(diǎn)在于與黑白屏幕相比，即是當(dāng)這種顯示器用于彩色顯示系統(tǒng)時(shí)，也無(wú)需增大它的象素?cái)?shù)目。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)象素在非選擇期間經(jīng)受再極化處理?；蛘哒f(shuō)，再極化處理可在三基色發(fā)射的任一期間，即從R的光發(fā)射完成點(diǎn)到下一個(gè)G的光發(fā)射起始點(diǎn)的時(shí)間段，從G的光發(fā)射完成點(diǎn)到下一個(gè)B的光發(fā)射起始點(diǎn)的時(shí)間段，以及從B的光發(fā)射完成點(diǎn)到下一個(gè)R的光發(fā)射起始點(diǎn)的時(shí)間段，通過(guò)施加(例如)與初始極化所用的相同電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。按此方法，這種再極化處理可與非選擇期間進(jìn)行的再極化相結(jié)合。
作為引進(jìn)光波導(dǎo)板12光源作照明光的光源，最好選用(例如)熒光管、發(fā)光二極管和激光束。另外，也可以采用彩色濾波器和鹵燈的組合，金屬鹵化物燈或氙燈。RGB的切換可采用機(jī)械光閘或ON/OFF開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器可以簡(jiǎn)單地使用。此外，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器可用作圖27所示大屏幕顯示裝置72中的一種顯示單元74。圖27例舉出一種在供大屏幕顯示的光引進(jìn)板76背面垂直方向的一列中裝有7個(gè)顯示單元74、在橫向的一行中裝有18個(gè)顯示單元74的裝置。在該裝置中，采用在可見(jiàn)光區(qū)有大面均勻透光的材料，如玻璃板、丙烯酸系板等作導(dǎo)光板76。借助(例如)引線鍵接、焊接、正面連接器和反面連接器等手段將各個(gè)顯示單元74彼此相連，以使顯示器可共同饋電。
圖27所示大屏幕顯示裝置72采用(例如)圖7所示之顯示器作為各個(gè)顯示單元74。在每個(gè)顯示單元中，象素的排列包括在水平方向和垂直方向各32個(gè)。在圖7所示之顯示器中，有關(guān)各行的象素按鋸齒狀排列。因此，有可能在水平方向提供非常小的象素排列間距。當(dāng)水平方向排列的象素?cái)?shù)目與垂直方向排列的數(shù)目相同時(shí)，整個(gè)平面結(jié)構(gòu)的垂直長(zhǎng)度比水平長(zhǎng)度要大。
圖27所示之大屏幕顯示裝置72表示一種在大面導(dǎo)光板76的平板表面上包括光波導(dǎo)板12在內(nèi)的顯示單元74按矩陣布局的典型排列。換一種方式，可略去大面導(dǎo)光板76，這樣，將包含光波導(dǎo)板12的顯示單元74按矩陣形式排列即構(gòu)成大屏幕顯示裝置72。如按這樣一種設(shè)置，按矩陣布局的大量光波導(dǎo)板12也可用作大面導(dǎo)光板76。除上述設(shè)置外，還允許將不帶光波導(dǎo)板12的顯示單元74按矩陣形式排列在大面導(dǎo)光板76的平板表面上而構(gòu)成大屏幕顯示裝置72。
導(dǎo)光板76最好具有與光波導(dǎo)板12相同的折射率。當(dāng)大面導(dǎo)光板76與與光波導(dǎo)板12彼此粘連時(shí)，可采用透明膠。與導(dǎo)光板76和光波導(dǎo)板12一樣，這種膠最好在可見(jiàn)光區(qū)有均勻而高的透光性。還希望這種膠的折射率與導(dǎo)光板76和光波導(dǎo)板12的折射率相近，以確保屏幕的亮度。
下面來(lái)說(shuō)明致動(dòng)部件14各種構(gòu)件的選擇，尤其是各種構(gòu)件材料的選擇。
首先，由于下述原因，振動(dòng)區(qū)22最好用高熱阻性材料構(gòu)成。即當(dāng)致動(dòng)部件14的結(jié)構(gòu)中振動(dòng)區(qū)22直接由固定區(qū)24支撐，而不采用任何象熱阻低的有機(jī)樹脂之類的材料時(shí)，振動(dòng)區(qū)22最好用高熱阻性材料構(gòu)成，這樣，至少在形成壓電/電致伸縮層26過(guò)程中振動(dòng)區(qū)22不致于形變。
為使與基板18上形成的電極對(duì)28第一電極28a相連的垂直選擇線40與和第二電極28b相連的信號(hào)線42電隔離，振動(dòng)區(qū)22最好用電絕緣材料構(gòu)成。
因此，振動(dòng)區(qū)22可采用象高熱阻性金屬和搪瓷之類的材料構(gòu)成，即用象玻璃之類的陶瓷材料鍍敷一層這樣的金屬表面構(gòu)成。然而，振動(dòng)區(qū)22最好采用陶瓷構(gòu)成。
可用來(lái)制作振動(dòng)區(qū)22的陶瓷材料包括(例如)經(jīng)穩(wěn)定處理的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、尖晶石、高鋁紅柱石、氮化鋁、氮化硅、玻璃、及其混合物。經(jīng)穩(wěn)定處理的氧化鋯最為理想，因?yàn)?例如)其即使當(dāng)振動(dòng)區(qū)22厚度很薄時(shí)也有很高的機(jī)械強(qiáng)度、高的韌性及其與壓電/電致伸縮層26和電極對(duì)28小的化學(xué)反應(yīng)性。 經(jīng)穩(wěn)定處理的氧化鋯這個(gè)詞包括穩(wěn)定處理的氧化鋯和部分穩(wěn)定處理的氧化鋯。穩(wěn)定處理的氧化鋯具有象立方晶體一樣的晶體結(jié)構(gòu)，因而不會(huì)引起相變。
另一方面，在1000℃左右氧化鋯會(huì)在單斜晶體與正方晶體之間產(chǎn)生相變。在某些情況下，在相變過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)爆裂。經(jīng)穩(wěn)定處理的氧化鋯含有1-30mole％的穩(wěn)定劑，如氧化鈣、氧化鎂、氧化釔、氧化鈧、氧化鐿、氧化鈰，以及稀土金屬氧化物等。為提高振動(dòng)區(qū)22的機(jī)械強(qiáng)度，穩(wěn)定劑最好含氧化釔。在這種混合物中，氧化釔的含量宜為1.5-6mole％，最好取2-4mole％。最好還含有0.1-5mole％的氧化鋁。
晶相可以是(例如)立方晶體+單斜晶體的混合相，以及立方晶體+正方晶體+單斜晶體的混合相。然而，從強(qiáng)度、韌性和耐久性考慮，其中最可取的是由正方晶體或正方晶體+立方晶體的混合相構(gòu)成主晶相。
當(dāng)采用陶瓷制作振動(dòng)區(qū)22時(shí)，大量晶粒便構(gòu)成振動(dòng)區(qū)22。為提高振動(dòng)器22的強(qiáng)度，這些晶粒的平均粒徑宜為0.05-2μm，最好是0.1-1μm。
固定區(qū)24最好用陶瓷制作。固定區(qū)24可采用和振動(dòng)區(qū)22相同的陶瓷材料構(gòu)成，或者，固定區(qū)24也可采用和振動(dòng)區(qū)22不同的陶瓷材料構(gòu)成。與制作振動(dòng)區(qū)22的陶瓷材料一樣，可用來(lái)制作固定區(qū)24的陶瓷材料包括(例如)經(jīng)穩(wěn)定處理的氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、尖晶石、高鋁紅柱石、氮化鋁、氮化硅、玻璃、及其混合物。
尤其，最適合在本發(fā)明實(shí)施例顯示器中用做基板18的材料包括，例如，含氧化鋯為主要成分的材料，含氧化鋁為主要成分的材料，以及以其混合物為主要成分的材料。在這些材料中，以含氧化鋯為主要成分的材料最為理想。在某些情況下，添加一點(diǎn)粘土之類的作為燒結(jié)輔助材料。但是，由于下面的原因，為了不至于含過(guò)量象氧化硅和氧化硼之類易于傾向形成玻璃的材料，必須對(duì)輔助成分加以控制。這就是說(shuō)，雖然傾向形成玻璃的材料有利于是基板與壓電/電致伸縮層26的接合但這種材料容易使基板18與壓電/電致伸縮層26之間產(chǎn)生反應(yīng)，使之難以使壓電/電致伸縮層26保持預(yù)先設(shè)定的組分。因此，這種材料便成為破壞部件特性的原因。
這就是說(shuō)，最好對(duì)基板18中的氧化硅之類限制到其重量比不高于3％，最好不超過(guò)1％。這里講的主成分指的是其重量比不低于50％的材料。
壓電陶瓷可能最宜用作壓電/電致伸縮層26的構(gòu)成材料。但是，對(duì)于壓電/電致伸縮層26，允許采用電致伸縮陶瓷或鐵電陶瓷，并且還允許使用要求極化處理的材料或不要求極化處理的材料。壓電/電致伸縮層26的材料并不限于陶瓷，它可以是以PVDF(polyfluorovinylidene)為代表的含高分子重量化合物的壓電材料，或者是包含這種高分子重量化合物和陶瓷的復(fù)合材料。
可用作壓電/電致伸縮層26的材料包括(例如)如鋯酸鉛、鈮酸鉛鎂、鈮酸鉛鎳、鈮酸鉛鋅、鈮酸鉛錳、鉭酸鉛鎂、鉭酸鉛鎳、錫酸鉛銻、鈦酸鉛、鈦酸鋇、鎢酸鉛鎂和鈮酸鉛鈷等陶瓷，以及含其任一組合物的陶瓷。不用說(shuō)上述的化合物可以是占重量比不低于50％的主成分。在上述陶瓷中，含鋯酸鉛的陶瓷是最常用作按本發(fā)明實(shí)施例壓電/電致伸縮層26的構(gòu)成材料。當(dāng)基于使用陶瓷來(lái)制備壓電/電致伸縮層26時(shí)，使用在上述陶瓷中適當(dāng)添加鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、鎂等金屬氧化物，或其任何組合物，或其他類型的化合物而獲得的陶瓷是允許的。
例如，最好采用由鈮酸鉛鎂、鋯酸鉛和鈦酸鉛所構(gòu)成、并且還含有鑭和鍶的材料為主成分的陶瓷。
壓電/電致伸縮層26可以是密實(shí)型，也可以是疏松型。當(dāng)壓電/電致伸縮層26為疏松型時(shí)，其孔隙率最好不超過(guò)40％。
基板18的振動(dòng)區(qū)22的厚度最好與振動(dòng)區(qū)22上形成的壓電/電致伸縮層26的厚度取相同的尺寸，其原因如下。如果振動(dòng)區(qū)22的厚度比壓電/電致伸縮層26的厚度大很多(假如前者與后者之差不低于一位數(shù))，當(dāng)壓電/電致伸縮層26一啟動(dòng)便收縮時(shí)，則振動(dòng)區(qū)22表現(xiàn)為抑制收縮。于是，壓電/電致伸縮層26與基板18之間邊界面的應(yīng)力增大，其結(jié)果使它們彼此容易剝離。相反，當(dāng)兩者的厚度為相同尺寸時(shí)，基板18(振動(dòng)區(qū)22)很容易跟隨啟動(dòng)時(shí)壓電/電致伸縮層26的收縮。因此，宜優(yōu)選這樣的厚度尺寸以實(shí)現(xiàn)一體化。具體地說(shuō)，振動(dòng)區(qū)22的厚度宜為1-100μm，最好取3-50μm，取5-20μm則更好。另一方面，壓電/電致伸縮層26的厚度宜為5-100μm，最好取5-50μm，取5-30μm則更好。
根據(jù)使用或應(yīng)用的情況，允許在壓電/電致伸縮層26上形成的電極對(duì)28有合適的厚度。但是，該厚度宜為0.01-50μm，最好取為0.1-5μm。電極對(duì)28最好用在室溫下為固體的導(dǎo)電金屬制作。這類金屬包括(例如)金屬單體，或含(例如)鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、銠、銀、錫、鉭、鎢、銥、鉑、金和鉛的合金。不必說(shuō)這些元素可以任意組合包容。
位移-傳遞部分32的位移-傳遞件32b最好有一定的硬度而直接將致動(dòng)部件14的位移傳遞到光波導(dǎo)板12。因此，最宜用作位移-傳遞件32b的材料包括(例如)橡膠、有機(jī)樹脂、有機(jī)粘膠薄膜和玻璃。但是，允許使用電極層本身，或者象前述的壓電材料和陶瓷。最可取的材料包括(例如)基于環(huán)氧化合物、丙烯酸化合物、硅氧化合物、聚烯烴化合物的有機(jī)樹脂和有機(jī)粘膠。另外，將一些填料與上述化合物混合以消除膠合時(shí)的收縮是有效的。
從發(fā)光效率和平整度考慮，希望用作平板構(gòu)件32b的材料包括上述用作位移-傳遞構(gòu)件32a的材料，以及通過(guò)精細(xì)粉碎在基于環(huán)氧、丙烯酸、或硅氧化合物的有機(jī)樹脂中有高折射率的陶瓷粉末(如氧化鋯粉、二氧化鈦粉、氧化鉛粉以及它們的混合粉末)而得到的材料。在此情況下，最好選擇樹脂重量陶瓷粉末重量＝1∶(0.1-10)的比率。另外，最好在上述組分中以相對(duì)于陶瓷粉1∶(0.1-1.0)的比率添加平均顆粒直徑0.5-10μm的玻璃粉，因?yàn)橄鄬?duì)于光波導(dǎo)板12的松脫特性和接觸特性度得到改善。
平板構(gòu)件32a與光波導(dǎo)板12接觸部分(表面)的平整度或光潔度最好比致動(dòng)部件14的位移量要足夠小，具體來(lái)說(shuō)不要大于1μm，最好不大于0.5μm，更希望不大于0.1μm。然而，為減小當(dāng)位移-傳遞部分32與光波導(dǎo)板12接觸時(shí)產(chǎn)生的間隙，位移-傳遞部分32與光波導(dǎo)板12接觸部分(表面)的平整度是重要的。因此，當(dāng)接觸部分在接觸狀態(tài)下發(fā)生形變時(shí)，并不存在對(duì)前述平整度的范圍的限制。
當(dāng)上述材料用作位移-傳遞部分32時(shí)，可將前述材料構(gòu)成的位移-傳遞部分32用粘膠層積而使位移-傳遞部分32與主致動(dòng)件30相連接，或按鍍敷一層上述材料的溶液、軟膠、軟膏的方法在主致動(dòng)件30上表面、或在光波導(dǎo)板12上或?qū)Ч獍?6上(見(jiàn)圖27)形成位移-傳遞部分32。
當(dāng)位移-傳遞部分32與主致動(dòng)件30相連接時(shí)，用作位移-傳遞構(gòu)件32b的材料最好是用作粘合劑的材料。尤其是當(dāng)采用有機(jī)粘膠薄膜時(shí)，最好是可通過(guò)加熱用它作粘合劑。
光波導(dǎo)板12的光學(xué)折射率要使得導(dǎo)入內(nèi)部的光10經(jīng)受全反射而不會(huì)穿過(guò)正面和背面透射出光波導(dǎo)板12之外。對(duì)于光波導(dǎo)板12，必須采用在可見(jiàn)光波段具有均勻和高度透明的材料。光波導(dǎo)板12的材料并無(wú)特別限制，只要它滿足上述特性即可。但具體來(lái)說(shuō)，光波導(dǎo)板12的常用材料包括(例如)玻璃、石英、象聚丙烯塑料之類的透明塑料、透明陶瓷、折射率不同的多層結(jié)構(gòu)材料，以及有表面鍍敷層的材料。
下面來(lái)說(shuō)明按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的生產(chǎn)方法?；?8包括振動(dòng)區(qū)22和固定區(qū)24，可借助熱壓和膠粘、繼而燒制等工藝推選形成作為未經(jīng)處理的板材和帶材成型層而做成一體化單元。例如，圖1所示之基板18最好是將兩層未經(jīng)處理的板材和帶材層積而得到，其中具有預(yù)定形狀以形成槽口區(qū)20的窗口在將第一層和第二層層積之前預(yù)先安置在該兩層的第二層中。另一方面，樣板層可借助(例如)基于使用樣板的沖壓、鑄塑或注模工藝制作，因而采用如切割、切割處理、激光加工、沖壓打孔等機(jī)械手段形成槽口區(qū)20的窗口。該兩層結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而，業(yè)可采用三層或四層結(jié)構(gòu)，使基板18的剛性可得以改善，或使要用作背面布線板的一層可同時(shí)層積。
接著，在基板18的振動(dòng)區(qū)22上形成主致動(dòng)件30。在這一工序中，可以有兩種方法一種是后面將要介紹的薄膜-成形方法；在第二中方法中，按照基于使用樣板的模壓法形成壓電/電致伸縮層26、或基于使用軟膠材料的帶狀-成形方法，借助熱壓和膠粘將燒制之前的壓電/電致伸縮層26層積在燒制之前基板18的振動(dòng)區(qū)22上，并將它們同時(shí)燒制而在基板18的振動(dòng)區(qū)22上形成壓電/電致伸縮層26。
在薄膜-成形方法中，壓電/電致伸縮層26和電極對(duì)28按這種順序?qū)臃e在振動(dòng)區(qū)22上。適合用作薄膜-成形法的方法包括(例如)象網(wǎng)板印刷之類的厚膜方法，象浸涂之類的施工方法，以及象離子束、濺散、真空淀積、離子鍍覆、化學(xué)汽相淀積(CVD)，以及鍍敷之類的薄膜方法。布線排列40、42和終端壓焊塊與電極對(duì)28相連，也采用上述厚膜方法和薄膜方法形成。
例如，下述例舉的制作方法適合按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器。首先，利用網(wǎng)板印刷法在基板18的振動(dòng)區(qū)22上形成壓電/電致伸縮層26。然后進(jìn)行燒結(jié)而將壓電/電致伸縮層26接合到基板18的振動(dòng)區(qū)22上。在此工序中，為改善基板18與壓電/電致伸縮層26之間的接合性能，并便于將基板18和壓電/電致伸縮層26集成，最好在一個(gè)嚴(yán)格密封容器中的壓電/電致伸縮材料氣氛中對(duì)壓電/電致伸縮層26進(jìn)行燒結(jié)。更希望增大氣氛濃度。
氣氛燒結(jié)按(例如)下述方法進(jìn)行(1)將其成分與壓電/電致伸縮材料相同的粉末(用作蒸發(fā)源)一起放到密封容器中。
(2)允許壓電/電致伸縮材料的組分預(yù)先包含過(guò)量的鉛元素。
(3)用壓電/電致伸縮材料做的平板用作固定器。
燒結(jié)溫度最好是900-1400℃，達(dá)到1100-1400℃則更好。
在完成基板18與壓電/電致伸縮層26的接合后，再形成包括電極對(duì)28的布線層圖型。借助網(wǎng)板印刷將(例如)導(dǎo)體粉末之類的導(dǎo)電膠、金屬有機(jī)物和樹脂酸鹽層積來(lái)完成這一形成工序。布線層圖型包括(例如)垂直選擇線40的圖型、信號(hào)線42的圖型以及電極圖型，如圖2所示。在此階段(網(wǎng)板印刷階段)中，電極圖型具有簡(jiǎn)單的圓形結(jié)構(gòu)，它不是圖3所示之螺線結(jié)構(gòu)或圖4所示之分叉結(jié)構(gòu)。
此后，用(例如)準(zhǔn)分子激光器將圓形電極圖型的必要部分汽化掉。這樣，制作布線圖案的完成便提供了圖3所示之螺線結(jié)構(gòu)或圖4所示之分叉結(jié)構(gòu)，因而制作出電極對(duì)28a、28b。
在借助準(zhǔn)分子激光器完成布線圖案之后進(jìn)行熱處理，以完成基板18上主致動(dòng)件30的形成。當(dāng)按照薄膜方法形成電極對(duì)28a、28b時(shí)，不一定要求熱處理。
在完成基板18上主致動(dòng)件30的形成之后，連上位移-傳遞部分32。當(dāng)采用如前所述之材料來(lái)制作位移-傳遞部分32時(shí)，最好采用粘膠將由前述材料構(gòu)成的位移-傳遞部分32層積、或借助(例如)涂敷包含上述材料的溶液或軟膠的方法在主致動(dòng)件30上形成位移-傳遞部分32而將主致動(dòng)件30與位移-傳遞部分32相連接。
在此之后，并不一定非要將位移-傳遞部分32切割成與主致動(dòng)件30大致相同的形狀。但是，為使主致動(dòng)件30有效地移動(dòng)，根據(jù)平板構(gòu)件32a或位移-傳遞構(gòu)件32的位移-傳遞構(gòu)件32b的材料，最好是對(duì)位移-傳遞部分32的層進(jìn)行切割，或提供一個(gè)切口。
顯然，要求組裝后位移-傳遞構(gòu)件32與光波導(dǎo)板12之間的預(yù)定距離應(yīng)該比主致動(dòng)件30的位移量小。然而，最好是在主致動(dòng)件30不在的部位設(shè)置一個(gè)有預(yù)定大小的間隙-成型構(gòu)件，將固定區(qū)24和光波導(dǎo)板12固定緊。
如上所述，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的優(yōu)點(diǎn)在于與黑白屏幕相比，即使將該器件用于彩色顯示系統(tǒng)也無(wú)需增大象素?cái)?shù)量。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，用來(lái)選擇性地移動(dòng)位移-傳遞部分32的主致動(dòng)件30的構(gòu)成使得電極對(duì)28在位于振動(dòng)區(qū)22上的壓電/電致伸縮層26第一主表面上形成。既然電極對(duì)28在壓電/電致伸縮層26第一主表面一邊形成，允許其介電常數(shù)比壓電/電致伸縮層26小得多的空氣或位移-傳遞部分32的構(gòu)成材料介于電極對(duì)28a、28b之間。正因如此，主致動(dòng)件30的靜電容比在壓電/電致伸縮層26上、下表面形成電極所產(chǎn)生的靜電容要小。因此，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)腃R時(shí)間常數(shù)也小。這就是說(shuō)，相應(yīng)于圖象信號(hào)特征的電壓信號(hào)波形不至于發(fā)生園弧畸變。
因此，有可能有選擇地在每個(gè)象素的電極28對(duì)之間加一個(gè)額定的電壓，使各壓電/電致伸縮層26能給出必要的伸長(zhǎng)。尤其有可能消除在相應(yīng)于遠(yuǎn)離電壓信號(hào)饋加處安置的致動(dòng)部件14所在區(qū)域顯示亮度變暗的現(xiàn)象(例如，屏幕的周邊及中央?yún)^(qū))。
這就是說(shuō)，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的優(yōu)點(diǎn)除了與黑白屏幕相比，即使將該器件用于彩色顯示系統(tǒng)也無(wú)需增大象素?cái)?shù)量之外，還可能減小致動(dòng)部件14的靜電電容。另外，當(dāng)在整個(gè)顯示屏表面顯示白色時(shí)，有可能獲得無(wú)任何非均勻性的顯示亮度，因而有可能改善圖象質(zhì)量。
尤其如圖2和7所示，按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器具有電極對(duì)28a、28b的第一電極28a(與垂直選擇線40相連)與相關(guān)的一行串聯(lián)的布線圖案。因此，有可能提供每個(gè)第一電極28a(破折線所示)以大尺寸的外圓環(huán)部分。按的這樣設(shè)置，有可能減小垂直選擇線40的布線電阻，因而可進(jìn)一步減小信號(hào)傳輸?shù)腃R時(shí)間常數(shù)。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，圖1中主致動(dòng)件30朝上方移動(dòng)(指向光波導(dǎo)板12的方向)。因此，可借助主致動(dòng)件30的位移力將位移-傳遞部分32壓向光波導(dǎo)板12。而且，很容易調(diào)整光波導(dǎo)板12與致動(dòng)部件14之間的間隙。因此，該顯示器的優(yōu)點(diǎn)在于其位移-傳遞部分32很可靠地與光波導(dǎo)板12相接觸。
如果部分壓電/電致伸縮層26與安置在它上面的部分電極28在生產(chǎn)過(guò)程中因介質(zhì)破損等原因而一起被損耗掉，例如，則只要將損耗的電極28修復(fù)，即使當(dāng)壓電/電致伸縮層26未經(jīng)修復(fù)時(shí)，足以使致動(dòng)部件14照常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，有可能避免在生產(chǎn)過(guò)程中象重新制作整個(gè)器件這樣的徒勞之舉，因而有可能實(shí)現(xiàn)顯示器成品率的改善。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，振動(dòng)區(qū)22和固定區(qū)2以與基板18(陶瓷)集成的方式形成，在相應(yīng)于振動(dòng)區(qū)22的區(qū)域形成槽口區(qū)20，因而槽口區(qū)20為薄壁形。因此，很容易在基板18中制作固定區(qū)24和振動(dòng)區(qū)22，其優(yōu)點(diǎn)在于可降低顯示器的生產(chǎn)成本。
通過(guò)在陶瓷基板18中開(kāi)設(shè)槽口區(qū)20便相繼形成厚壁形的固定區(qū)24和薄壁形的振動(dòng)區(qū)22。因此，振動(dòng)區(qū)22非常微對(duì)壓電/電致伸縮層26的伸長(zhǎng)產(chǎn)生響應(yīng)。因而振動(dòng)區(qū)可以敏捷地跟隨電壓信號(hào)的變化。另外，與具有橋式結(jié)構(gòu)或懸臂結(jié)構(gòu)的致動(dòng)部件相比，足以確保振動(dòng)區(qū)22與固定區(qū)24之間邊界處的剛性。因此，不致因振動(dòng)區(qū)22的振動(dòng)所導(dǎo)致的邊界疲勞而發(fā)生斷裂。此外，基板的高度剛性使之很容易將光波導(dǎo)板12安置到振動(dòng)區(qū)22。
在按本發(fā)明的顯示器中，槽口區(qū)20和壓電/電致伸縮層26兩者分別具有光滑拐角的平面結(jié)構(gòu)(在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器和按第一改進(jìn)型實(shí)施例的顯示器情況下為圓形結(jié)構(gòu)，在按第二和第三改進(jìn)型實(shí)施例的顯示器情況下為長(zhǎng)橢圓形結(jié)構(gòu)，在按第四改進(jìn)型實(shí)施例的顯示器情況下為橢圓形結(jié)構(gòu))，槽口區(qū)20平面結(jié)構(gòu)的尺寸大于壓電/電致伸縮層26的尺寸。因此，振動(dòng)區(qū)22與固定區(qū)24之間的邊界具有與槽口區(qū)20平面結(jié)構(gòu)相同形式的光滑拐角結(jié)構(gòu)。因此，由于振動(dòng)區(qū)22的振動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力不會(huì)局部集中。而且，振動(dòng)區(qū)22的整個(gè)圓周邊沿有固定區(qū)24支撐，因此有可能提高振動(dòng)區(qū)22圓周邊沿部分的剛性。因此，有可能使邊界處的疲勞極限大為改善，還有可能實(shí)現(xiàn)致動(dòng)部件14的長(zhǎng)維護(hù)壽命，并因此而有可能實(shí)現(xiàn)顯示器的長(zhǎng)維護(hù)壽命。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，壓電/電致伸縮層26上的電極對(duì)28a、28b承受具有螺線結(jié)構(gòu)(其中電極對(duì)28a、28b互相平行安置并且互相分隔)的平面形式布線。因此，當(dāng)電極對(duì)28a、28b之間外加預(yù)定的電壓時(shí)，在壓電/電致伸縮層26第一主表面附近很快(光學(xué)各向同性)建立起電場(chǎng)。因此，在壓電/電致伸縮層26第一主表面附近很快(光學(xué)各向同性)產(chǎn)生拉伸。與此同時(shí)，在壓電/電致伸縮層26深處也很快(光學(xué)各向同性)產(chǎn)生拉伸(其伸長(zhǎng)量小于表面部分的伸長(zhǎng))，或很快(光學(xué)各向同性)產(chǎn)生壓縮。因此，壓電/電致伸縮層26便有效地產(chǎn)生移動(dòng)，致使中心部分凸出。而且，各象素間的位移離散減小。
另一方面，當(dāng)壓電/電致伸縮層26上的電極對(duì)28a、28b具有分叉平面結(jié)構(gòu)時(shí)，按如下方式產(chǎn)生位移。就是說(shuō)，當(dāng)預(yù)定的電壓加到電極對(duì)28a、28b之間時(shí)，以與按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器相同的方式，在壓電/電致伸縮層26第一主表面附近很快(光學(xué)各向同性)產(chǎn)生拉伸。同時(shí)，在壓電/電致伸縮層26深處也很快(光學(xué)各向同性)產(chǎn)生拉伸(其伸長(zhǎng)量小于表面部分的伸長(zhǎng))，或很快(光學(xué)各向同性)產(chǎn)生壓縮。因此，壓電/電致伸縮層26便有效地產(chǎn)生移動(dòng)，致使中心部分凸出。而且，各象素間的位移離散減小。尤其當(dāng)采用分叉結(jié)構(gòu)時(shí)，電極分為主干52、54和分支56、58。因此，即使由于介質(zhì)破損等原因使壓電/電致伸縮層26的一部分，例如，相應(yīng)于任意分支56、58的壓電/電致伸縮層26的一部分與分支56、58一起損耗掉，其它部分絕不至于因此而受影響。只要保留主干52、54，致動(dòng)部件14照樣有效地工作。當(dāng)然，重要的是只修復(fù)電極被損壞的分支56、58而能恢復(fù)損壞之前的原始功能。因此，有可能使顯示器易于維護(hù)。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的第一工作例中，每個(gè)致動(dòng)部件14的電極對(duì)28a、28b在以交變方式將電壓加載于電極對(duì)28a、28b之間(交變電壓加載狀態(tài))與非電壓加載狀態(tài)之間經(jīng)受選擇性的切換，致使光波導(dǎo)板12的預(yù)定區(qū)域產(chǎn)生光輻射(即在交變電壓加載狀態(tài)選擇ON，在非電壓加載狀態(tài)選擇OFF)。因此，當(dāng)圖象信息轉(zhuǎn)換成激勵(lì)信號(hào)(電壓信號(hào))而加到致動(dòng)部件上時(shí)，控制特性得以提高，因而很容易使顯示激勵(lì)運(yùn)作達(dá)到最佳。因此，該顯示器有利于降低電功耗。這種顯示器還有利于改善圖象質(zhì)量，即顯示亮度得到改善，并使閃爍得以消除。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器的第二工作例中，主致動(dòng)件30由壓電/電致伸縮層26第一主表面上形成的電極對(duì)28a、28b構(gòu)成。另外，如圖16B所示，致動(dòng)部件14的位移特性(在電極對(duì)28a、28b之間加的電場(chǎng)不低于預(yù)定電場(chǎng)值的四倍得到的)相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)為中心是不對(duì)稱的。因此，當(dāng)壓電/電致伸縮層26的極化處理完成后加反向電場(chǎng)時(shí)，由于電場(chǎng)很強(qiáng)而使極化方向反轉(zhuǎn)到與壓電/電致伸縮層26表面附近的電場(chǎng)方向一致，但壓電/電致伸縮層26深處的極化方向因場(chǎng)強(qiáng)較弱而并不反轉(zhuǎn)。就是說(shuō)，在壓電/電致伸縮層26中存在兩類極化，因而致動(dòng)部件14的功能如同pseudo-bi-morph型致動(dòng)元件。
其結(jié)果，在壓電/電致伸縮層26表面附近的形變方向與深處的形變方向彼此相反，因而整個(gè)致動(dòng)件14沿第一方向作凸出移動(dòng)。其位移量因pseudo-bi-morph型功能而變得很大。
尤其在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，沿電場(chǎng)正、負(fù)方向的彎拱位移特性相對(duì)于參考電壓點(diǎn)(電場(chǎng)＝0的點(diǎn))為中心是不對(duì)稱的。因此，例如，周期變化電場(chǎng)兩個(gè)峰值之間的彎拱位移量出現(xiàn)差異。所以，非電壓加載狀態(tài)與電壓加載狀態(tài)之間的相對(duì)位移量增大，且在彼此相反方向分別加電場(chǎng)的狀態(tài)之間相對(duì)位移量也增大。因此，當(dāng)按顯示器的象素單元安置致動(dòng)件14時(shí)，很容易對(duì)致動(dòng)件14進(jìn)行控制，這特別有利于改善顯示器的圖象質(zhì)量。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，滿足關(guān)系式y(tǒng)＝ax，假如x代表電極對(duì)28a、28b之間的距離(1μm≤x≤200μm)，y代表壓電/電致伸縮層26的厚度(1μm≤y≤100μm)，則滿足表示式1/10≤a≤100。
所以，可使在電極對(duì)28a、28b之間加電場(chǎng)得到的致動(dòng)部件14的位移特性相對(duì)于參考電壓點(diǎn)(電場(chǎng)E＝0的點(diǎn))為中心是不對(duì)稱的，如圖16B所示。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，振動(dòng)區(qū)22和固定區(qū)24是采用陶瓷以集成方式形成的。在相應(yīng)于振動(dòng)區(qū)22的部位形成槽口區(qū)20，因而振動(dòng)區(qū)22為薄壁型結(jié)構(gòu)。所以，固定區(qū)24和振動(dòng)區(qū)22很容易制作。因此，這種顯示器有利于降低生產(chǎn)成本。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，滿足關(guān)系式y(tǒng)＝bz，假如y代表壓電/電致伸縮層26的厚度(1μm≤y≤100μm)，z代表振動(dòng)區(qū)22的厚度(1μm≤z≤50μm)，則滿足表示式1/5≤b≤10。所以，如圖12B所示，可使在電極對(duì)28a、28b之間加電場(chǎng)得到的位移特性相對(duì)于參考電壓點(diǎn)為中心是不對(duì)稱的。
上面以對(duì)按本發(fā)明實(shí)施例作為包含螺線平面結(jié)構(gòu)或分叉平面結(jié)構(gòu)電極對(duì)28a、28b的顯示器作了具體的說(shuō)明。但是，如圖28所示，電極對(duì)28a、28b可以是梳狀結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，最好形成梳狀電極對(duì)，其中振區(qū)22的形狀滿足長(zhǎng)-寬比(縱橫比)不大于0.25或不小于4.0，且大量梳齒的排列方向沿振動(dòng)區(qū)22的縱向。當(dāng)這一條件滿足時(shí)，采用梳狀結(jié)構(gòu)電極對(duì)28a、28b可獲得用螺線平面結(jié)構(gòu)或分叉平面結(jié)構(gòu)電極對(duì)28a、28b的相同效果。
然而，為了增大相對(duì)位移量，振動(dòng)區(qū)22的形狀最好取縱橫比為0.25-4.0，取0.5-2則更佳，而電極對(duì)28a、28b具有螺線平面結(jié)構(gòu)或分叉平面結(jié)構(gòu)。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器中，基板18具有包括圖1所示之襯底層18A、墊片層18B和薄板層18C。另一方面，如圖29所示，作為最底層的襯底層18A可以略去。
在按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器和按改進(jìn)型實(shí)施例的顯示器中，用作光波導(dǎo)板12的構(gòu)件在兩個(gè)表面都有高的平整度和高的光潔度。另一方面，還可能采用其背面處理變粗糙的所謂毛玻璃板。在這個(gè)實(shí)施例中，將位移-傳遞部分32的第一表面(與毛玻璃板背面相對(duì)的表面)處理成與毛玻璃板背面的粗糙表面結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)拇植诒砻?。另一方面，采用粘性相?duì)較低的彈性橡膠構(gòu)成位移-傳遞部分32的第一表面區(qū)。
在這樣的實(shí)施例中，首先，從正面來(lái)的光被毛玻璃板的粗糙表面所反射，且這些光作為朝向毛玻璃板正面的散射光透射。在此狀態(tài)下，當(dāng)某個(gè)致動(dòng)部件14置于電壓加載狀態(tài)或ON選擇狀態(tài)，且相應(yīng)于致動(dòng)部件14的位移-傳遞部分32與毛玻璃板的背表面相接觸時(shí)，則相應(yīng)于接觸區(qū)的粗糙表面部分被位移-傳遞部分32的粗糙表面或位移-傳遞部分32的彈性形變所擠壓。因此，已被毛玻璃板粗糙表面區(qū)反射的光穿過(guò)與毛玻璃板背面相接觸的位移-傳遞部分32透射。
這就是說(shuō)，當(dāng)采用毛玻璃板作光波導(dǎo)板12時(shí)，在毛玻璃板正面有無(wú)光輻射可依賴于毛玻璃板背面的位移-傳遞部分32的接觸與否來(lái)控制。這樣，就有可能獲得與按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器和按改進(jìn)型實(shí)施例所提供的相同效果。尤其當(dāng)采用如上所述的毛玻璃板時(shí)，任何用來(lái)主動(dòng)將光引進(jìn)毛玻璃板的照明手段都是不必要的。因此，裝置更為簡(jiǎn)化。
基于按本發(fā)明實(shí)施例的顯示器和按第一到第四改進(jìn)型實(shí)施例的顯示器，對(duì)按本發(fā)明的顯示器已具體地作了說(shuō)明。然而，不應(yīng)將本發(fā)明理解為它僅限于實(shí)施例和改進(jìn)型實(shí)施例。有可能將各種改變、改進(jìn)和改善用于本發(fā)明而不偏離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種顯示器，包括一塊用來(lái)引進(jìn)光的光波導(dǎo)板(12)，一套面對(duì)所述光波導(dǎo)板(12)的一個(gè)平板表面放置的、并配備有其數(shù)量與大量象素相當(dāng)?shù)闹聞?dòng)部件(14)的驅(qū)動(dòng)裝置(16)，按照待輸入圖象的特征控制每個(gè)所述致動(dòng)部件(14)沿相對(duì)于所述光波導(dǎo)板(12)的接觸或分離的方向移動(dòng)，致使泄漏光在所述光波導(dǎo)板(12)上的預(yù)定位置處受到控制而依照?qǐng)D象信號(hào)在所述光波導(dǎo)板(12)上顯示圖象，每個(gè)所述致動(dòng)部件(14)包括一個(gè)包括壓電/電致伸縮層(26)和在所述壓電/電致伸縮層(26)第一主表面上形成的電極對(duì)(28)構(gòu)成的主致動(dòng)元件(30)；與所述壓電/電致伸縮層(26)的第二主表面相接觸的振動(dòng)區(qū)(22)，用來(lái)支撐所述主致動(dòng)元件(30)；用來(lái)以振動(dòng)方式支撐所述振動(dòng)區(qū)(22)的固定區(qū)(24)；以及用來(lái)將在所述電極對(duì)(28)之間加電壓所引起的所述致動(dòng)部件(14)的位移量傳遞到所述光波導(dǎo)板(12)上的位移-傳遞部分(32)。
2.按權(quán)利要求1的顯示器，其中所述振動(dòng)區(qū)(22)和所述固定區(qū)(24)以集成方式用陶瓷制成；以及在相應(yīng)于所述振動(dòng)區(qū)(22)的位置處形成槽口區(qū)(20)，致使所述振動(dòng)區(qū)(22)為薄壁結(jié)構(gòu)。
3.按權(quán)利要求2的顯示器，其中所述槽口區(qū)(20)和所述壓電/電致伸縮層(26)兩者分別具有光滑拐角平面結(jié)構(gòu)，所述槽口區(qū)(20)的所述平面結(jié)構(gòu)的尺寸大于所述壓電/電致伸縮層(26)的尺寸。
4.按權(quán)利要求3的顯示器，其中所述槽口區(qū)(20)和所述壓電/電致伸縮層(26)兩者分別具有圓形平面結(jié)構(gòu)。
5.按權(quán)利要求3的顯示器，其中所述槽口區(qū)(20)和所述壓電/電致伸縮層(26)兩者分別具有長(zhǎng)橢圓形平面結(jié)構(gòu)。
6.按權(quán)利要求3的顯示器，其中所述槽口區(qū)(20)和所述壓電/電致伸縮層(26)兩者分別具有帶光滑拐角的矩形平面結(jié)構(gòu)。
7.按權(quán)利要求3的顯示器，其中所述槽口區(qū)(20)和所述壓電/電致伸縮層(26)兩者分別具有帶圓形頂角部分的多邊形平面結(jié)構(gòu)。
8.按權(quán)利要求1的顯示器，其中位于所述壓電/電致伸縮層(26)上的所述電極對(duì)(28)具有螺線平面結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中所述電極對(duì)(28)彼此平行安置且互相分離。
9.按權(quán)利要求1的顯示器，其中位于所述壓電/電致伸縮層(26)上的所述電極對(duì)(28)具有平面結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中從伸張到壓電/電致伸縮層(26)中心的主干線(52、54)伸出多個(gè)分支，且所述電極對(duì)(28)彼此平行安置且互相分離。
10.按權(quán)利要求1的顯示器，其中通過(guò)在所述電極對(duì)(28)之間加信號(hào)使所述壓電/電致伸縮層(26)的極化方向反轉(zhuǎn)將自發(fā)形變消除而使致動(dòng)部件(14)運(yùn)作。
11.按權(quán)利要求1的顯示器，其中通過(guò)在所述電極對(duì)(28)之間外加電場(chǎng)不低于預(yù)設(shè)電場(chǎng)四倍所得到的所述致動(dòng)部件(14)的彎拱位移特性相對(duì)于參考電場(chǎng)點(diǎn)為中心不對(duì)稱。
12.按權(quán)利要求11的顯示器，其中假定A和B分別表示在所述電極對(duì)(28)之間外加電場(chǎng)以所述參考電場(chǎng)點(diǎn)為基準(zhǔn)、不低于兩個(gè)絕對(duì)值相等而方向不同的預(yù)定電場(chǎng)四倍所得到的所述致動(dòng)部件(14)的彎拱位移量，則滿足關(guān)系式.A≥1.5B。
13.按權(quán)利要求11的顯示器，其中假設(shè)在一預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)于所述電極對(duì)(28)之間加電壓，將所述電壓沿使得所述彎拱位移特性第一方向位移量最大的方向加到從所述大量所述致動(dòng)部件(14)選定的一組將要承受ON選擇的所述致動(dòng)部件(14)上。
14.按權(quán)利要求11的顯示器，其中假設(shè)在一預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)于所述電極對(duì)(28)之間加電壓，將所述電壓沿使得所述彎拱位移特性第一方向位移量最小的方向加到從所述大量所述致動(dòng)部件(14)選定的一組將要承受OFF選擇的所述致動(dòng)部件(14)上。
15.按權(quán)利要求11的顯示器，其中假設(shè)在一預(yù)設(shè)的電壓范圍內(nèi)于所述電極對(duì)(28)之間加電壓，將所述電壓沿使得所述彎拱位移特性第一方向位移量最小的方向加到從所述大量所述致動(dòng)部件(14)選定的一組將要承受NO選擇的所述致動(dòng)部件(14)上。
16.按權(quán)利要求11的顯示器，其中滿足關(guān)系式y(tǒng)＝ax；以及假如x代表所述電極對(duì)(28)之間的距離(1μm≤x≤200μm)，y代表所述壓電/電致伸縮層(26)的厚度(1μm≤y≤100μm)，則滿足表示式1/10≤a≤100。
17.按權(quán)利要求16的顯示器，其中滿足表示式1/5≤a≤10。
18.按權(quán)利要求16的顯示器，其中滿足表示式1/2≤a≤5，且滿足表示式1μm≤x≤60μm和1μm≤y≤40μm。
19.按權(quán)利要求16的顯示器，其中滿足關(guān)系式y(tǒng)＝bz；以及假如z代表所述振動(dòng)區(qū)(22)的厚度(1μm≤z≤50μm)，則滿足表示式1/5≤b≤10。
20.按權(quán)利要求19的顯示器，其中滿足表示式1/3≤b≤5。
21.按權(quán)利要求19的顯示器，其中滿足表示式1/3≤b≤5，且滿足表示式1μm≤y≤40μm和1μm≤z≤20μm。
22.按權(quán)利要求10的顯示器，其中所述振動(dòng)區(qū)(22)具有相應(yīng)于所述穿過(guò)所述振動(dòng)區(qū)(22)中心最短距離m的剖面圖形，且所述剖面圖形在非電壓加載狀態(tài)下滿足下述條件(1)-(3)(1)至少在其中心附近所述壓電/電致伸縮層(26)的部分上表面從鄰近所述固定區(qū)(24)的一個(gè)最外局部最小點(diǎn)(P1)和另一個(gè)最外局部最小點(diǎn)(P2)連成的參考線(L)沿面對(duì)所述振動(dòng)區(qū)(22)相反方向作凸出移動(dòng)；(2)當(dāng)上述定義的所述最外局部最小點(diǎn)(P1，P2)不存在時(shí)，則認(rèn)定位于沿所述最短距離m方向的所述振動(dòng)區(qū)(22)上表面內(nèi)、并相應(yīng)于所述固定區(qū)(24)與所述振動(dòng)區(qū)(22)之間的邊界點(diǎn)的點(diǎn)(K1，K2)為所述最外局部最小點(diǎn)(P1，P2)；(3)假設(shè)所述振動(dòng)區(qū)(22)與所述固定區(qū)(24)之間的邊界為零位置，所述振動(dòng)區(qū)(22)的所述最短距離m的長(zhǎng)度為100％，當(dāng)從零位置開(kāi)始在所述振動(dòng)區(qū)(22)的所述最短距離m的所述長(zhǎng)度40％的范圍內(nèi)不存在最外局部最小點(diǎn)(P1，P2)時(shí)，則認(rèn)定位于沿所述最短距離m方向的所述振動(dòng)區(qū)(22)所述上表面內(nèi)、并相應(yīng)于所述固定區(qū)(24)與所述振動(dòng)區(qū)(22)之間的邊界點(diǎn)的所述點(diǎn)(K1，K2)為所述最外局部最小點(diǎn)(P1，P2)。
23.按權(quán)利要求22的顯示器，其中所述凸出量t滿足m/1000≤t≤m/10，當(dāng)至少在其中心附近所述壓電/電致伸縮層(26)的所述部分所述上表面從鄰近所述固定區(qū)(24)的所述一個(gè)最外局部最小點(diǎn)(P1)和所述另一個(gè)最外局部最小點(diǎn)(P2)連成的所述參考線(L)沿面對(duì)所述振動(dòng)區(qū)(22)所述相反方向作所述凸出移動(dòng)。
全文摘要
一種顯示器,通過(guò)控制每個(gè)致動(dòng)部件(14)在相對(duì)于光波導(dǎo)板(12)接觸或分離的方向移動(dòng),使散射光(70)在光波導(dǎo)板(12)上的預(yù)定位置處受到控制而依照?qǐng)D象信號(hào)在光波導(dǎo)板(12)上顯示圖象。致動(dòng)部件(14)包括:主致動(dòng)元件(30),電極對(duì)(28),振動(dòng)區(qū)(22),固定區(qū)(24),以及用來(lái)將位移傳遞到光波導(dǎo)板(12)的位移－傳遞區(qū)(32)。這種顯示器減小了致動(dòng)部件(14)的靜電電容,獲得了均勻顯示亮度,改善了圖象質(zhì)量。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1172266SQ9711464
公開(kāi)日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1997年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月10日
發(fā)明者武內(nèi)幸久, 七瀧努, 大和田巌, 高橋正郎 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社