專利名稱：顯示元件和顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示元件和顯示設(shè)備。該顯示元件消耗極少的電功率并有高的屏幕亮度。
作為常規(guī)顯示設(shè)備，CRT(陰極射線管)和液晶顯示器都是已知的。
普通電視通稱CRT。該屏幕是明亮的。然而，CRT消耗電功率過大而且與屏幕尺寸相比，整個(gè)顯示設(shè)備深厚。
另一方面，液晶有緊湊顯示和消耗電功率少的優(yōu)點(diǎn)，但其屏幕亮度低于CRT亮度而且屏幕可視角窄。
此外，有彩色屏的CRT的液晶各具有三倍于單色屏的象素?cái)?shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，消耗大量電功率并成本頻高。
因此，本發(fā)明的目的是要解決常規(guī)顯示設(shè)備具有的問題而提供一種既耗電少，尺寸小又有高屏幕亮度的顯示元件和顯示設(shè)備。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面所提供的顯示元件具有包含壓電膜和分別涂敷于該壓電膜一對(duì)表面的至少一部分上的一對(duì)電極的致動(dòng)器；一個(gè)與該對(duì)電極之一相接觸的可動(dòng)部分用以支承致動(dòng)器；一個(gè)用于夾持該可動(dòng)部分的固定部分，使得與致動(dòng)器連接的可動(dòng)部分能將位移傳送到致動(dòng)器；以及置于接近該位移傳送裝置的用以傳遞光的板；其中一個(gè)電壓通過電極對(duì)施加到致動(dòng)器，以控制致動(dòng)器的位移使其有選擇地在位移傳送裝置和板之間不是接觸就是分離，從而控制該板上的一個(gè)予定位置的光發(fā)射。
在本發(fā)明中，所述可動(dòng)部分和固定部分最好是具有整體結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底的組成部分。該陶瓷襯底最好形成腔體以使可動(dòng)部分薄而呈板狀。
本發(fā)明另一方面是提供包括多個(gè)顯示元件的顯示設(shè)備(發(fā)明B)，該元件具有包括壓電膜的致動(dòng)器，該壓電膜有一對(duì)表面和一對(duì)涂敷到該壓電膜的一對(duì)表面的至少一部分上的一對(duì)電極；一個(gè)可動(dòng)部分，與所述兩個(gè)電極之一接觸用以支承該致動(dòng)器；一固定部分，用于固定可動(dòng)部分，以使與致動(dòng)器相連的可動(dòng)部分能將位移傳給致動(dòng)器；以及置于接近位移傳送裝置的用于傳遞光的板；其中，一個(gè)電壓通過電極對(duì)被施加到致動(dòng)器，以便控制致動(dòng)器的位移，從而選擇性地使位移傳送裝置與板接觸或彼此分離，進(jìn)而控制該板予定位置上的光發(fā)射。
本發(fā)明的再一方面是提供一種顯示元件(發(fā)明C)，該元件包括一個(gè)包含層壓壓電體的層壓致動(dòng)器，該壓電體包括多個(gè)壓電層和多個(gè)電極層，其中所述壓電層和電極層被疊壓；用于固定層壓的致動(dòng)器的固定部分；連接到致動(dòng)器用于傳送致動(dòng)器位移的裝置；以及置于接近位移傳送裝置用于發(fā)送光的板；其中電壓通過電極對(duì)施加到層壓致動(dòng)器以便控制層壓致動(dòng)器的位移，使位移傳送裝置選擇性地與板接觸或分離，從而控制該板予定位置上的光發(fā)射。
本發(fā)明又一方面是提供一種包括多個(gè)顯示元件的顯示設(shè)備(發(fā)明D)，該顯示元件具有包括層疊壓電體的層壓致動(dòng)器，該壓電體含有多層壓電層和多層電極層，其中壓電層和電極層被疊壓；用于固定層壓致動(dòng)器的固定部分；連接到致動(dòng)器用以傳遞致動(dòng)器位移的裝置；和接近位置傳送裝置設(shè)置的用于導(dǎo)光的板；其中電壓通過電極對(duì)施加到層壓致動(dòng)器，以便控制層壓致動(dòng)器的一個(gè)靜止位置和一位移，使位移傳送裝置有選擇地與板接觸或是分離，從而控制該板的一予定位置上的光發(fā)射。


圖1是表示本發(fā)明一個(gè)顯示元件(發(fā)明A)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖2是表示對(duì)R(紅)，G(綠)和B(藍(lán))的光發(fā)射周期比例的一個(gè)實(shí)例的說明性視圖。
圖3是表示對(duì)R，G，B的光發(fā)射周期比例的另一實(shí)例的說明性視圖。
圖4簡(jiǎn)要表示本發(fā)明一個(gè)顯示元件的另一實(shí)施例。
圖5簡(jiǎn)要表示本發(fā)明顯示元件又一實(shí)施例。
圖6簡(jiǎn)要表示本發(fā)明一個(gè)顯示元件(發(fā)明C)的層壓致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例。
圖7簡(jiǎn)要表示發(fā)明C一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)下的層壓致動(dòng)器和另一個(gè)處于激勵(lì)狀態(tài)下的層壓致動(dòng)器。
圖8簡(jiǎn)要表示本發(fā)明顯示元件的另一實(shí)施例。
圖9簡(jiǎn)要表示本發(fā)明顯示元件的另一實(shí)施例。
圖10簡(jiǎn)要表示本發(fā)明顯示元件的又一實(shí)施例。
現(xiàn)根據(jù)圖1說明本發(fā)明的基本原理。
光2從一端被導(dǎo)入導(dǎo)光用的板1。板1的折射率受到如此控制以致所有光2都發(fā)生全反射而不透過前表面3和后表面4，因而從板1內(nèi)部通過。在此情況下，當(dāng)任何物質(zhì)(本發(fā)明中為位移傳輸)5的接觸距離不長(zhǎng)于波長(zhǎng)時(shí)，光2便透過后表面4到達(dá)物質(zhì)5的表面。光2在物質(zhì)5的表面上反射而成為散射光6穿入板1。散射光6的一部分在板1內(nèi)完全反射。然而，大部分散射光6透過板1的前表面3。
從上述說明顯見，光2在板1的前表面3是否存在光發(fā)射(漏光)能通過接觸或分離板1后表面4處的物質(zhì)5來加以控制。
以上提到的光發(fā)射的存在或不存在，即是一個(gè)轉(zhuǎn)換開和轉(zhuǎn)換關(guān)的單元，像常規(guī)CRT和液晶顯示器一樣也起著象元(象素)的作用。在垂直方向和水平方向設(shè)置許多象素?？刂妻D(zhuǎn)換每個(gè)象素的開和關(guān)，以便能顯示任何文字圖形等。
下面，描述將本發(fā)明應(yīng)用于彩色顯示屏。
人們認(rèn)為人是通過混合留在其視神經(jīng)的三種基本顏色來辨認(rèn)色彩的。如果這樣，則人類視覺方面將獲得這一功能和效果。該功能和效果類似于本彩色顯示器，其中將三種基色加以混合。
下面描述本發(fā)明調(diào)色的基本原理。
調(diào)色的基本條件是由混合R(紅)，G(綠)和B(藍(lán)色)的方法來確定的。
T是顏色發(fā)射頻率。R，G和B的最長(zhǎng)色發(fā)射周期被分為三份。當(dāng)R，G和B的色-發(fā)射周期的比例如圖2所示為1∶1∶1時(shí)，則變成白色。當(dāng)R，G和B的色-發(fā)射周期之比為4∶1∶5時(shí)，則顏色與該比例相對(duì)應(yīng)。
因此，參照?qǐng)D1顏色可通過三基色的每個(gè)光發(fā)射周期來加以控制使位移-傳送部5同板1的接觸周期與色-發(fā)射周期的頻率相對(duì)應(yīng)。另一可選方案是，可將位移-傳送部5同板1的接觸周期控制成使光發(fā)射周期對(duì)應(yīng)于色-發(fā)射周期的頻率。
因此，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于與單色屏相比，彩色屏也無需增加象素?cái)?shù)。
下面基于諸實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。不過本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明顯示元件(發(fā)明A)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖示左元件處于靜止(狀)態(tài)，而右元件處于受激(狀)態(tài)。
圖1中，致動(dòng)器10包括由陶瓷制成的壓電膜11和覆蓋于壓電膜11兩面的一對(duì)電極12和13，在每個(gè)致動(dòng)器10下面設(shè)置了有一可動(dòng)部分14和一固定部分15的襯底16。致動(dòng)器10的下電極13與可動(dòng)部分14接觸以使其直接支承致動(dòng)器10。
最好，襯底16由陶瓷制成并有包括可動(dòng)部分14和固定部分15的整體結(jié)構(gòu)。此外，襯底16最好有一腔體17以使可動(dòng)部分14變薄。
固定部分15是圍繞可動(dòng)部分14來配置的。
注意，可動(dòng)部分14和固定部分15也可不形成整體。例如，一個(gè)金屬固定部分15可固定一陶瓷振動(dòng)部14。當(dāng)固定部分15是金屬時(shí)，要連到固定部分的振動(dòng)部分14的表面被金屬化。該金屬化層被焊接到固定部分15。固定部分15可由諸如不銹鋼和鐵之類的金屬制成。
固定部分15是圍繞可動(dòng)部分14配置的。然而，固定部分15并不是在其全部圓周上都支承可動(dòng)部分14，而固定部分15必須僅支承至少一部分可動(dòng)部分14。在圖1中，僅僅一部分可動(dòng)部分14由固定部分15支承。
一個(gè)位移傳送部分5被連到每個(gè)致動(dòng)器10的上電極12，以一予定程度擴(kuò)大同板1的接觸面積。圖1中，當(dāng)致動(dòng)器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，位移傳送部5處于接近板1的位置。當(dāng)致動(dòng)器10處于受激狀態(tài)時(shí)，位移傳送部5在一個(gè)至多光波長(zhǎng)的距離處接觸板1。圖1中，位移傳送部5構(gòu)成有三角形截面的部件。
圖4示出本發(fā)明顯示元件的另一實(shí)施例。該位移傳送部5包括一平面狀部件5a和球狀部件5b。
圖5示出本發(fā)明顯示元件的又一實(shí)施例。該位移-傳遞部分5象圖4實(shí)施例一樣也包括平面部件5a和球狀部件5b。此外，該實(shí)施例示出與圖1和圖4相反的顛倒配置的致動(dòng)器10和襯底16。在圖5所示實(shí)施例中，靜止部分15不必連到可動(dòng)部分14。靜止部分15可同可動(dòng)部分14剛接觸。
圖8表示本發(fā)明顯示元素的另一實(shí)施例。圖8中，致動(dòng)器10同襯底16的位置關(guān)系同圖4中的相同。不過在圖8中，致動(dòng)器10彎曲方向與圖4中的相反。
圖9表示本發(fā)明顯示元素的另一實(shí)施例，在圖9中一個(gè)象素有三個(gè)致動(dòng)器10而致動(dòng)器各有一壓電膜11和一對(duì)電極12，13?？蓜?dòng)部分14包括三個(gè)薄板部分30和薄板部分30之間的多個(gè)厚板部分。在該裝置中，薄板部分30的尺寸有效地減小了。
在圖1，4和5中，位移-傳遞部分5是在致動(dòng)器10處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)處于接近板1的位置，而且位移-傳遞部分5被如此設(shè)置以致同板1接觸的距離不大于光波長(zhǎng)。
反之，如圖8和9所示，也能如此設(shè)置位移-傳遞部5以致當(dāng)致動(dòng)器10處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)能同板1以不大于光波長(zhǎng)的距離相接觸并在致動(dòng)器10處于受激狀態(tài)時(shí)，能接近板1。
位移-傳遞部分5同板1的接觸和分離可受壓電膜的極化方向和驅(qū)動(dòng)期間的電場(chǎng)方向的控制。
圖6表示本發(fā)明顯示元件(發(fā)明C)的層壓致動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例。該層壓致動(dòng)器20有一層壓壓電體24，壓電體24包括多個(gè)陶瓷壓電層21多個(gè)電極層22和多個(gè)電極層23，其中壓電層21和電極層22和23被疊壓。
電極層包括一個(gè)有連接層狀的正電極22和有連接層狀的負(fù)電極23。構(gòu)成正電極22的各層和形成負(fù)電極23的各層是不相關(guān)地連接使其交替地具有相同極性。
具有上述結(jié)構(gòu)的層壓壓電體24有相對(duì)疊層方向的垂直和平行方向的位移。在圖6中，疊層方向是方向Y。
當(dāng)位移方向是方向Y時(shí)，層壓壓電體24的大小與疊層表面的大小相比，應(yīng)相對(duì)Y方向被放大，層壓壓電體24的位移量等于每個(gè)壓電層21厚度方向上的位移總量。所產(chǎn)生的功率等于疊層的總數(shù)。
另一方面，當(dāng)位移方向?yàn)榉较騒時(shí)，疊層壓電體24的大小與疊層表面大小相比應(yīng)相對(duì)方向Y被減小。換言之，層壓壓電體24的大小應(yīng)沿X方向被放大。層壓壓電體24的位移量等于每個(gè)壓電層21的位移量?？偽灰普扔诏B層數(shù)。
注意，當(dāng)位移方向是方向Y和當(dāng)壓電層21的極化方向與用如圖6，7和所示方向Y上的位移驅(qū)動(dòng)期間的電場(chǎng)方向一致時(shí)，則位移-傳遞部5應(yīng)與處于靜止態(tài)的板1分離。另一方面，當(dāng)壓電層21的極化方向與驅(qū)動(dòng)期間電場(chǎng)方向相反時(shí)，位移-傳遞部5應(yīng)接觸板1。也就是說，在受激狀態(tài)下位移-傳遞部5應(yīng)與板1分離，不發(fā)送光。
當(dāng)位移方向是X時(shí)，則配置條件應(yīng)相反。
如圖6所示，用于本發(fā)明C的顯示元件(發(fā)明C)的疊層致動(dòng)器20不包括如發(fā)明A的可動(dòng)部分。致動(dòng)器20由固定部分25支承。
下面描述顯示元件的每個(gè)元素。
當(dāng)致動(dòng)器10被激勵(lì)，即當(dāng)電壓通過導(dǎo)線部分，分別施加到上，下電極12，13時(shí)壓電膜11經(jīng)受彎曲位移而使作為其連動(dòng)的可動(dòng)部分14沿垂直方向即沿朝向板1和腔17的方向移動(dòng)?？蓜?dòng)部分14最好有平面形狀因該形狀適于彎曲。板厚可取范圍為1至100μm，更可取3至50μm，最佳為5至20μm。
彎曲部分14最好由具有高熱阻的材料制成以防彎曲部分在形成壓電膜11期間因熱而性能惡化——那時(shí)，致動(dòng)器10直接置于彎曲部分14上，其間沒有任何諸如有機(jī)粘結(jié)劑之類的具有低的熱電阻的材料。
彎曲部分14最好由電絕緣材料制成。這是因?yàn)楫?dāng)致動(dòng)器10的上電極12和下電極13直接由彎曲部分支撐時(shí)，上電極12和下電極13是電氣絕緣的，連接到這些電極的導(dǎo)線，接線端，等類似物被形成在彎曲部分14的表面上。所以，彎曲部分14可由具有高熱阻的金屬制成，或由某種諸如有包以玻璃等陶瓷的金屬的涂漆材料制成。彎曲部分14最好由陶瓷制成。
例如，穩(wěn)定的氧化鋯，鋁氧化物，鎂氧化物，莫來石，鋁氮化物，氮化硅，玻璃或類似材料可適用作振動(dòng)部分14。穩(wěn)定的氧化鋯是尤為可取的，因?yàn)樗懈叩臋C(jī)械強(qiáng)度和堅(jiān)韌性，即使振動(dòng)部分很薄和相對(duì)壓電膜和電極等的反應(yīng)性有限，也如此。
穩(wěn)定的氧化鋯包括完全穩(wěn)定的氧化鋯和部分穩(wěn)定的氧化鋯。穩(wěn)定的氧化鋯不會(huì)引起相變因?yàn)樗辛⒎较?cubic phase)晶體。另一方面，在大約1000℃鋯氧化物會(huì)產(chǎn)生單晶系晶體和正方晶系晶體之間的相變。這種相變可產(chǎn)生斷裂。穩(wěn)定氧化鋯1-30％克分子的氧化鈣，氧化鎂，氧化釔，氧化鈧，氧化鐿，氧化銫或諸如稀土金屬氧化物之類的穩(wěn)定劑。最好，穩(wěn)定劑包含氧化釔，以增強(qiáng)該振動(dòng)部分的機(jī)械強(qiáng)度包含在穩(wěn)定劑中的氧化釔量的范圍最好為1.5至6％克分子，更可取2至4％克分子。此外，主晶相可為立方晶體和單晶系晶體的一種混合物，正方晶系晶體和單晶系晶體的混合物，立方晶體，正方晶系晶體和單晶系晶體的混合物等等。鑒于機(jī)械強(qiáng)度，堅(jiān)韌性和耐久性，最好主晶相為正方晶系晶體或正方晶系晶體與立方晶體的混合物。
用于彎曲部分14的陶瓷最好包含0.5-5％重量的氧化硅，更可取1-3％重量百分比，因?yàn)樵谕ㄟ^熱處理形成致動(dòng)器10時(shí)，氧化硅防止了振動(dòng)部分14和致動(dòng)器10之間的過度反應(yīng)并賦予致動(dòng)器若干優(yōu)良性能。
當(dāng)振動(dòng)部分14是由陶瓷制成時(shí)，大量的晶粒組成該振動(dòng)部分。平均粒徑范圍可取0.05至2μm，更可取0.1至1μm。
至少一部分彎曲部分14被固定到靜止部分15以使彎曲部分14可移動(dòng)。在圖1實(shí)施例中，靜止部分15最好由陶瓷組成。靜止部分15的陶瓷材料可與可動(dòng)部分14的材料相同或可與可動(dòng)部分的材料不同。穩(wěn)定氧化鋯，氧化鋁，氧化鎂，莫來石，氮化鋁，氮化硅，玻璃，或諸如此類是適用作靜止部分15的陶瓷以及可動(dòng)部分14的材料。
腔17的形狀不受限制。該腔的水平或垂直橫截面的形狀，例如可為圓，橢圓，包括正方和矩形的多角形，或其組合的復(fù)雜形狀。然而，當(dāng)該形狀為多角形之類時(shí)，最好除去每個(gè)轉(zhuǎn)角以使每角呈圓形。
致動(dòng)器10包括壓電膜11，覆蓋至少一部分壓電膜11的表面11s的上電極12，和至少覆蓋一部分壓電膜11的另一表面11t的下電極13。下電極13覆蓋至少一部分的移動(dòng)部分14的表面14s。
壓電膜11通過加到上電極12和下電極13而呈現(xiàn)彎曲位移。壓電膜11最好沿其厚度方向呈現(xiàn)彎曲位移。壓電膜11的彎曲位移引起位移-傳遞部分5沿壓電膜11的厚度方向的移動(dòng)和位移-傳遞部分5與板1接觸。
壓電膜11可取厚度為5-100μm，更可取5-50μm，最好取5-30μm。
壓電膜11可適宜由壓電陶瓷構(gòu)成。另一方面，壓電膜11可由具有電致伸縮性的陶瓷或有鐵電現(xiàn)象的陶瓷構(gòu)成。此外，壓電膜可由要求極化處理的材料和不要求極化處理的材料制成。再者，該材料不限于陶瓷還可為包含由PVDF(聚偏氟乙烯)代表的聚合物的壓電體或一種聚合物與陶瓷的組合體。
用于壓電膜11的陶瓷可(例如)包含鋯酸鉛，鈮酸鉛鎂，鈮酸鉛鎳，鈮酸鉛鋅，鎢酸鉛鎂，鈮酸鉛鈷，或其任何組合物。無需說，陶瓷可包含不少于50％重量由這些組成的化合物作為主要成分?？蓛?yōu)先選用包含鋯酸鉛的陶瓷。此外，上述陶瓷還可包含鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳、或類似元素的氧化物；其一種組合；或其他化合物。例如，最好選用包含主要由鈮酸鉛鎂，鋯酸鉛和鈦酸鉛構(gòu)成的一種組分和另包含鑭和鍶的陶瓷。
壓電膜11可為致密的或可為多孔的。一種多孔壓電膜最好其孔隙率不高于40％。
注意壓電膜21構(gòu)成上述發(fā)明C的顯示元件和發(fā)明D的顯示設(shè)備中層壓致動(dòng)器20的一部分。壓電膜21具有與上述壓電膜11的相同質(zhì)量的材料和類似性能。
上電極12和下電極13各視其應(yīng)用揚(yáng)合而有適當(dāng)厚度。不過，該厚度范圍最好從0.1至50μm。
上電極12由一種在室溫下為固體的導(dǎo)電金屬制成。例如，上電極12由簡(jiǎn)單金屬物質(zhì)鋁，鈦，鉻，鐵，鈷，鎳，銅，鋅，鈮，鉬，釕，銠，銀，錫，鉭，鎢，銥，鉑，金，鉛，或類似物；或其合金。無需說，可以任何組合形式任包含這些元素。
下電極13最好由包含高熔點(diǎn)金屬的簡(jiǎn)單物質(zhì)構(gòu)成，這類金屬如鉑、釕，銠，鈀，銥，鈦，鉻，鉬，鉭，鎢，鎳，鈷；或其一種合金。無需說，可以任何組合形式包含各有高熔點(diǎn)的這些金屬。屬于鉑族，例如鉑，銠，鈀等金屬或包含這類金屬的合金，例如銀-鉑合金，鉑-鈀合金適用作該電極材料的主要組分。最好將經(jīng)得住高溫氧化氣氛的金屬用作下電極13，因?yàn)橄码姌O13有時(shí)要暴露于高溫加熱環(huán)境下，如當(dāng)對(duì)壓電膜11進(jìn)行熱處理時(shí)。
適用作下電極的材料可為包含有高熔點(diǎn)的金屬和諸如鋁，氧化鋯，氧化硅和玻璃之類的陶瓷的金屬陶瓷。
在發(fā)明C的顯示元件和發(fā)明D的顯示設(shè)備中，構(gòu)成層壓致動(dòng)器20的一部分的電極層22和23采用與前述上電極12和下電極13相同的材料電極層22和23同時(shí)受到與加熱壓電層21或在相同溫度左右的熱處理。固定部分25可由如用于固定部分15上述提及的材料相同材料構(gòu)成。固定部分25最好為層壓致動(dòng)器20的一部分。
致動(dòng)器10的上電極12，彎曲部分14或與層壓致動(dòng)器20相連的位移-傳遞部分5與致動(dòng)器10或?qū)訅褐聞?dòng)器20的位移相應(yīng)地接觸板1的后表面4。
當(dāng)位移-傳遞部5接觸到板1的后表面4時(shí)，有板1中全反射性能的光2透過板1的后表面到達(dá)位移-傳遞部分5的表面并在位移-傳遞部分5的表面上反射。這樣，位移-傳遞部5是用于反射透過板1后表面的光2并使與板1接觸的面積大于予定尺寸。也就是說，光發(fā)射面積是由接觸位移-傳遞部分5和板1的面積確定。“接觸”意指將位移-傳遞部分5和板1置于不大于光波長(zhǎng)的距離范圍內(nèi)。
位移-傳遞部5最好有足以將致動(dòng)器10的位移直接傳至板1的硬度。
因此，用作位移-傳遞部5的材料最好為橡膠，有機(jī)樹脂，玻璃等；以賦予上述性能。然而，該材料可為電極層本身，壓電體，上述陶瓷，或類似物。
與板1接觸的位移-傳遞部5的表面最好是與致動(dòng)器10的位移量相比是足夠平坦的。具體地說，不平度可取不大于1μm，更可取不大于0.5μm，最好可取不大于0.1μm。為減小位移-傳遞部5與板1接觸時(shí)的間隙，該平整度是重要的。因此，當(dāng)接觸部分在接觸狀態(tài)下變形時(shí)，不平度不限于上述范圍。
圖10中，板1和一側(cè)壁界定了盛有透光液32的空腔。在該實(shí)施例中，上電極12用作位移-傳遞裝置5，液體32可視為板1的一部分。液體32有效地減少了致動(dòng)器10和板1之間或位移-傳遞裝置5和板1之間的間隙，以便易于轉(zhuǎn)換光。液體32例如包含蒸發(fā)壓力低的油等有機(jī)溶劑。該腔體最好為密封的以免液體蒸發(fā)。為將液體32保持在致動(dòng)器10的上方，可在致動(dòng)器10的頂部外緣形成有所需高度的側(cè)壁，該側(cè)壁可接觸板1。另一方面，側(cè)壁可與板1留有間隙?？墒刮灰?傳遞裝置5有一呈凹洼和突起的表面，而可將液體保存在凹洼內(nèi)，以替代形成側(cè)壁。另外，位移-傳遞裝置可有敞開氣孔，并可使液體32滲透這些可出入的氣孔中。在此情況下，液體32通過其表面張力得以保存。
本發(fā)明的板1被要求具有某個(gè)折射率以便在板的前表面3和后表面4處能完全反射進(jìn)入板1的光。
就板材來說，只要該材料有這類性能就不受限制。具體地說，受歡迎的材料例如為玻璃，石英，半透明塑料，半透明陶瓷，有不同折射率的多層層壓體，和表面有一涂層的板。
本發(fā)明通過適當(dāng)配置予定數(shù)目的前述顯示元件并控制每個(gè)顯示元件的切換開和切換關(guān)提供一種能表示任何文字，任何圖形等的顯示設(shè)備，就像常規(guī)CRT和液晶一樣。顯示元件的數(shù)目不必需是多個(gè)也可僅為一個(gè)。
下面描述用于產(chǎn)生本發(fā)明顯示元件的方法。
若干未加工的呈片或帶狀的成形層經(jīng)熱壓之類方法被疊壓然后燒結(jié)而獲得一整體襯底16。例如，在圖1的襯底16中，被疊壓的是兩層未加工片或未加工帶。在進(jìn)行疊壓前，事先對(duì)第二層制作有予定形狀的通孔，以形成腔17。成形層是通過壓膜，滑鑄(Slip casting)，噴射造型法或類似方法加工而成。腔可由諸如切割，金屬機(jī)械加工，激光器機(jī)械加工而通過壓工件的沖切等類方法形成。
致動(dòng)器10形成在可動(dòng)部分14上。通過用模型模壓，用泥漿形成帶，等方法形成壓電體。通過熱壓將未加工壓電體層壓在未加工襯底的可動(dòng)部分14上并同時(shí)燒結(jié)該壓電體以形成襯底和壓電體。該方法要求事先在壓電體上借助后面描述的成膜方法之一，形成電極12和13。
雖然燒結(jié)壓電膜11的溫度是依據(jù)組成該膜的材料而適當(dāng)加以確定的，但溫度范圍通常從800℃至1400℃，最好從1000℃至1400℃。最好，在有一個(gè)用于蒸發(fā)壓電膜的材料源的情況下燒結(jié)壓電膜，以控制壓電膜11的組分。
另一方面，在一種成膜方法中，將下電極13，壓電膜11和上電極12依次層壓在可動(dòng)部分14上以形成致動(dòng)器10。成膜方法可為適當(dāng)選自傳統(tǒng)技術(shù)的方法，例如用于形成厚膜的一種方法例如絲網(wǎng)印刷法，諸如浸漬之類的涂敷法，諸如離子束，濺射，真空淀積，離子噴鍍，化學(xué)汽相淀積(CVD)，噴鍍等用于形成薄膜的方法。不過形成膜的方法不限于這些方法。通過絲網(wǎng)印刷同時(shí)將下電極13，未示出的引線和接線端焊盤同時(shí)施加到襯底。最好，壓電膜11由諸如絲網(wǎng)印刷之類的厚膜形成法形成。這些方法利用包含壓電膜的材料陶瓷粉的膏或漿作為主要組分。所以，壓電膜11被如此形成在襯底上以致具有極好的壓電性能。用這些成膜法之一形成壓電膜時(shí)不需要任何粘合劑而且致動(dòng)器10可與振動(dòng)部14整體接觸。因此，這樣一種方法尤其鑒于其極好的可靠性，極好的復(fù)制性和易于一體化而是更可取的。這種膜的形狀可具有適宜圖樣。該圖樣可借助諸如絲網(wǎng)印刷或照相平版印刷術(shù)等方法或通過用諸如激光機(jī)加工，切片，超聲波之類的機(jī)械加工去除不需要部分而形成。在這些方法中，絲網(wǎng)印刷是最可取的。
壓電膜，上電極和下電極的形狀一點(diǎn)不受限制可依據(jù)其應(yīng)用選擇任何形狀。例如它們可為三角形或正方形之類的多角形，諸如圓形橢圓形和環(huán)形曲面體之類的彎曲狀，梳狀，點(diǎn)陣或其組合以形成特定形狀。
如此形成在襯底上的膜11，12，13的每一層在其形成時(shí)可分別進(jìn)行熱處理，以使該膜和襯底呈整體連接。另一方面，在形成所有各層膜后，可對(duì)其進(jìn)行總的熱處理以整體地將這些膜連接到襯底。當(dāng)上電極和下電極是用形成薄膜的方法形成時(shí)，為整體地形成這些電極并不總需要熱處理。
當(dāng)將前述材料用作位移-傳遞部5時(shí)，可將前述材料制成的位移-傳遞部件利用粘結(jié)層壓在致動(dòng)器10上。另一方面，可將前述材料的溶液或泥漿涂敷在致動(dòng)器10上。為使其具有與致動(dòng)器10幾乎相同的形狀，不總是需要切割位移-傳遞部分。但為增強(qiáng)致動(dòng)器10的位移功效，切割位移-傳遞部5或在該層上開槽是更可取的。
無需說，位移-傳遞部5和板1在組裝后的予定距離是要求其與致動(dòng)器10的位移程度相比是小的。有予定大小的間隙-形成部件被置于沒有致動(dòng)器10的那部分中以使固定部分15被緊緊連接到板1。
圖6所示層壓致動(dòng)器20可以與致動(dòng)器10相同方式產(chǎn)生。層壓致動(dòng)器20可被連接到位移-傳遞部5，可以前述發(fā)明A和B相同方式由固定部分25支承。
層壓致動(dòng)器20最好具有固定部分25作為該層壓致動(dòng)器的一個(gè)組成部分。因此，固定部分25不總是必要的。更為可取的是將各有在其一個(gè)表面上的一電極的予定數(shù)目壓電層21疊壓形成一層壓體，再對(duì)其進(jìn)行爐火熱處理然后切割成該層壓體厚度的予定部分以形成多個(gè)層壓致動(dòng)器20。另可采用將壓電層21電極層22和23交替地層壓在爐火加熱期間不存在的襯底上，接著將該層壓體從襯底上剝下以對(duì)其進(jìn)行爐火熱處理。此外在進(jìn)行爐火處理前可切割該層壓體。
在本發(fā)明中，象素最好可有從0.3mm至3mm的尺寸范圍。較大的象素適用于較大的顯示設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的顯示設(shè)備可具有沿縱向排列的N個(gè)和橫向排列的M個(gè)的多個(gè)顯示元件?？蓪⑺酗@示元件作為一個(gè)整體來對(duì)待。不過也可不必將所有顯示元件作為整體處理。一個(gè)單元可有縱向A個(gè)和橫向B個(gè)顯示元件，而多個(gè)單元可組合形成顯示設(shè)備。在此情況下，A是N的除數(shù)，B是M的除數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，光發(fā)射受到利用由壓電膜和壓電層的壓電效應(yīng)引起的位移所控制。因此本發(fā)明提供了反應(yīng)快速，耗電量小又有小尺寸和高亮度顯示屏特性的顯示元件和顯示設(shè)備。此外，與單色屏相比，彩色屏也無需增加象素?cái)?shù)。該顯示元件和顯示設(shè)備可適用于諸如光開關(guān)之類的其他裝置。
雖然已基于某些實(shí)施例具體描述了本發(fā)明，但本發(fā)明應(yīng)不限于上述諸實(shí)施例。應(yīng)該知道本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可基于他們的已有知識(shí)而能作出不脫離本發(fā)明范圍的各種替換，改動(dòng)，改進(jìn)或類似變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種顯示元件，包括包含壓電膜和涂敷在所述壓電膜一對(duì)各自表面的至少一部分上的一對(duì)電極的致動(dòng)器；與所述電極對(duì)之一接觸，以支承所述致動(dòng)器的彎曲部分；用于支承所述彎曲部分以使所述彎曲部分能移動(dòng)的固定部分；連接到所述致動(dòng)器，用于傳遞所述致動(dòng)器位移的裝置；和置于所述位移傳遞裝置附近用于透光的板；其中一個(gè)電壓通過所述電極對(duì)，加到所述致動(dòng)器，以控制所述致動(dòng)器的靜止位置和位移，以及控制所述位移-傳遞裝置和所述板之間的接觸和分離，從而控制所述板中予定位置上的光發(fā)射。
2.權(quán)利要求1的顯示元件，其特征在于所述彎曲部分和所述固定部分是有整體結(jié)構(gòu)的陶瓷襯底的組成部分，而且所述陶瓷襯底被形成一空腔以使所述彎曲部分呈板狀而且很薄。
3.一種包含多個(gè)顯示元件的顯示設(shè)備，每個(gè)顯示元件包括致動(dòng)器，它包括有一對(duì)表面的壓電膜和一對(duì)涂敷在所述壓電膜各表面對(duì)的一至少一部分上的電極對(duì)；與所述電極對(duì)之一接觸，用以支承所述致動(dòng)器的彎曲部分用于固定所述彎曲部分使所述彎曲部分能移動(dòng)的固定部分連接所述致動(dòng)器，用于傳遞所述致動(dòng)器位移的裝置；和置于所述位移-傳遞裝置附近的導(dǎo)光板；其中一個(gè)電壓通過所述電極對(duì)施加到所述致動(dòng)器，以控制所述致動(dòng)器的靜止位置和位移以及控制所述位移-傳遞裝置與所述板之間的接觸和分離，從而控制所述板中予定位置上的光發(fā)射。
4.一種顯示元件，包括層壓致動(dòng)器，它包括有多個(gè)壓電層和多個(gè)電極層經(jīng)層壓的壓電體，其中所述壓電層和所述電極層被層壓；用于固定所述層壓致動(dòng)器的固定部分；連接到所述致動(dòng)器，用于傳遞所述致動(dòng)器的位移的裝置；和透光板，它置于所述位移-傳遞裝置附近；其中，一個(gè)電壓通過所述電極層施加到所述層壓致動(dòng)器，以控制所述層壓致動(dòng)器的靜止位置和位移以及控制所述位移-傳遞裝置和所述板之間的接觸和分離，從而控制所述板中某予定位置上的光發(fā)射。
5.一種包含許多顯示元件的顯示設(shè)備，所述顯示元件各包括層壓致動(dòng)器，它包括一有多個(gè)壓電層和多個(gè)電極層，其中所述壓電層和所述電極層被層壓的層壓壓電體；用于固定所述層壓致動(dòng)器的固定部分；連到所述致動(dòng)器，用于傳遞所述致動(dòng)器的位移的裝置；和透光板，置于所述位移-傳遞裝置附近；其中一個(gè)電壓通過所述電極層被施加到所述層壓致動(dòng)器，以控制所述層壓致動(dòng)器的靜止位置和位移，以及控制所述位移-傳遞裝置和所述板之間的接觸和分離，從而控制所述板中某予定位置上的光發(fā)射。
6.如權(quán)利要求3的顯示設(shè)備，其特征在于用于顯示黑和白色的所述顯示元件的數(shù)目基本上與用于顯示彩色的所述顯示元件數(shù)目相同。
7.如權(quán)利要求5的顯示設(shè)備，其特征在于用于顯示黑和白色的所述顯示元件的數(shù)目基本上與用于顯示彩色的所述顯示元件數(shù)目相同
全文摘要
顯示元件及包括許多顯示元件的顯示設(shè)備。它們具有反應(yīng)快,功耗小,尺寸小,屏幕亮度高,彩色顯示時(shí)也無需增加象素?cái)?shù)等特點(diǎn)。該元件包括有一對(duì)表面和涂敷其上至少一部分的電極對(duì)的壓電膜的致動(dòng)器;與電極對(duì)之一接觸以支承致動(dòng)器的可動(dòng)彎曲部分;固定彎曲部分使其能動(dòng)的固定部分,連到致動(dòng)器用以傳遞致動(dòng)器位移的裝置,以及置于位移－傳遞裝置附近的透光板。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1183603SQ9511510
公開日1998年6月3日 申請(qǐng)日期1995年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月14日
發(fā)明者柴田和義, 武內(nèi)幸久, H·弗羅巴哈, E·J·施拉德, R·E·佩林 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社