CN1172266A - 显示器 - Google Patents

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七泷努
大和田巌
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Abstract

一种显示器,通过控制每个致动部件(14)在相对于光波导板(12)接触或分离的方向移动,使散射光(70)在光波导板(12)上的预定位置处受到控制而依照图象信号在光波导板(12)上显示图象。致动部件(14)包括:主致动元件(30),电极对(28),振动区(22),固定区(24),以及用来将位移传递到光波导板(12)的位移－传递区(32)。这种显示器减小了致动部件(14)的静电电容,获得了均匀显示亮度,改善了图象质量。

Description

显示器
本发明涉及一种消耗较少电功率而提供屏幕高亮度的显示器。本发明尤其涉及显示器的改进，通过控制致动部件在与光波导板接触或分离的方向移动，根据输入图象信号的属性而控制光波导平板预定位置处的泄漏光而将图象显示在相应于图象信号的光波导平板上。
象阴极射线管(CRT)和液晶显示器之类的显示器如今已是众所周知。
所谓阴极射线管的显示器包括(例如)普通电视和计算机监视器。虽然阴极射线管能提供高亮度屏幕，其主要问题是要消耗大量的电能，且整个显示器相对于屏幕尺寸显然是太深或太长。
另一方面，液晶显示器的优点是整个器件可以小型化，且耗电功率量小。然而，液晶显示器的问题是屏幕亮度低，且屏幕的视角窄。
此外，当采用阴极射线管和液晶显示器生产彩色屏幕时，所需图素数是黑白屏幕的三倍。因此，其问题也就在于器件本身变复杂，电功耗增大，因而成本不可避免地增加。
为了解决上述问题，本申请人已提出了一种新型显示器(例如，参见日本公开专利公开号7-287176)。如图30所示，这种显示器包括为每一个象素设置的致动部件100。致动部件100的每一个都包含一个主致动元件108和基板114。主致动元件108包括一个压电/电致伸缩层102和分别在压电/电致伸缩层102的上下表面形成的上下电极104、106。安置在主致动元件108下的基板114包括振动区110和固定区112。主致动元件108的下电极106与振动区110相连接，主致动元件108由振动区110支撑。
陶瓷材料的基板114由振动区110和固定区112构成。在基板114中开槽口116而使振动区110成薄壁结构。
为了保证相对于光波导板118有一个预定尺寸的接触面积，将位移传递区120与主致动元件108的上电极104相连。在图30所示实施例器件中，在致动部件100仍处于静止的OFF选择或NO选择时，使位移传递区120在紧邻光波导板118安置，而当处于ON选择状态时，使位移传递区域120与光波导板118以不大于其间参与光波长的间距相接触。
例如，光122从光波导板118的一端引入。在这个装置中，通过控制光波导板118的折射率，使所有光122在光波导板118内部发生全反射，而不会穿过光波导板118的正反表面发生透射。在这种状态下，有选择地将对应于图象信号属性的电压信号通过上电极104和下电极106加到致动部件100上，因而允许致动部件100执行基于ON选择、OFF选择或NO选择的各种移动。这样，就控制位移传递区120相对于光波导板118接触或分离。因此，散射光(泄漏光)124就在光波导板118的预定位置上得以控制，因而在光波导板118上按图象信号显示出图象。
这种显示器的优点(例如)在于：(1)可减少电功耗，(2)能提高屏幕亮度，(3)与黑白屏幕相比，当生产彩色屏幕时，无需增加图素数量。
然而，图示的这种本申请人所提出的显示器具有在压电/电致伸缩层102上形成上电极104和下电极106的所谓夹心结构的主致动元件108。所以，担心主致动元件108的静电电容可能不可避免地变大，且鉴于主致动元件108之间的引线电阻，信号传输的CR时间常数可能变大。
如果CR时间常数变大，出现的问题是对应于图象信号属性的电压信号的信号波形会变圆，因而不可能将一个特定的电压施加到每个电极上。这将导致为压电/电致伸缩层102提高必需的形变的失效。尤其担心的是在对应于远离电压信号馈送点(例如屏幕的周边或中心区)的致动部件100位置处显示亮度要减弱。
在本申请人提出的显示器实施例中，由夹心结构的主致动元件108、振动区110和固定区组成的致动部件100具有一定的弯拱位移特性，如图31B所示。也就是说，其弯拱位移特性相对于参考电场点(电场E＝0的地方)为中心沿正方向或负方向是对称的。假定当致动部件100按外凸方式沿第一方向(对于在压电/电致伸缩层102上形成的上电极104面对自由空间的方向)移动时，弯拱位移的方向为正；而当致动部件100按内凹方式移动时弯拱位移的方向为负。
位移特性是通过下述观测致动部件100的位移得到的。也就是说，通过在上电极104和下电极之间施加一预定电压对压电/电致伸缩层102进行极化处理。此后，连续改变施加在上电极104和下电极106之间的电压，使得施加于致动部件100的电场按(例如)+3E →-3E →+3E的电场改变。
也就是说，先将极化电场(例如+5E)沿正方向加到致动部件100上对压电/电致伸缩层102进行极化处理。然后，中止在上电极104和下电极106之间加的电压而建立无电压加载状态。测量开始的同时，将频率1Hz和峰值±3E的正弦波(参见图31A)加到致动部件100上。在此过程中，采用激光位移计连续测量在各个点(点A到点D)的位移量。图31B表示在电场-弯拱位移图中画出测量结果得到的特性曲线。如图31B中箭头所示，弯拱位移量按电场的连续增加和减少而连续变化。
具体地说，假定测量从电场+3E开始。首先，如图32A所示，将电场沿与极化方向相同的方向加到致动部件100上。因此，压电/电致伸缩层1 02在穿过电极104和下电极106的方向伸张，而在平行于上电极104和下电极106的方向上收缩。因此，整个致动部件沿负方向移动约0.9Δy的量。
此后，当电场从+3E变化到-0.5E时，位移量逐渐减小。当电场沿负方向时，如图32B所示，电场加在与极化方向相反的方向上。因此，在压电/电致伸缩层102内产生沿平行于上电极104和下电极106方向的伸张，因而其位移变为正方向。
接着，当电场按-0.5E到-3E的方向变化时，极化方向逐渐反转。亦即电场方向会逐渐地与极化方向对准。如图31B中所示点B→点c→点C，假定c点的极化几乎完全反转，因为在c点和C点之间观察不到滞后现象。
如图33A所示，电场方向与极化方向的对准允许压电/电致伸缩层102从水平伸张状态改变到压缩状态。在电场为-3E的阶段，位移量近似等于测量开始点得到的位移量(0.9Δy)。
也就是说，当极化方向与电场方向一致时，压电/电致伸缩层102沿平行于电极104、106的方向收缩(穿过电极104、106的方向是伸张)。这种情况对应于A点和C点表示的状态。当极化方向与电场方向相反时，压电/电致伸缩层102沿平行于电极104、106的方向伸张(沿垂直于电极104、106的方向是压缩)。这种情况对应于B点和D点表示的状态。注意这里给定1E＝1.7kV/mm左右和1Δy＝1.6μm左右。
此后，当电场从-3E变化到+0.5E时，位移量逐渐减小。当电场处于正方向时，如图33B所示，电场施加在与极化方向相反的方向。于是，在平行于上电极104和下电极106的方向上压电/电致伸缩层102内产生伸张，位移变成正方向。
当电场从+0.5E变到+3E时，极化方向逐渐反转。当电场方向对准极化方向时，压电/电致伸缩层102内从水平伸张状态改变成压缩状态。
如上所述，本申请人提出的示例显示器的致动部件100的情况下，其弯拱位移特性相对于参考电场点(电场E＝0的地方)为中心沿正方向或负方向是对称的。因此，在无电压加载状态和电压加载状态之间的相对位移数是很小的，而且在分别施加彼此相反电场的状态之间的相对位移数也是很小的。因此，糟糕的是致动部件100的控制可能变得很困难。这一事实涉及到这种显示器可能不利于改善图象质量。因此，有必要提出一种针对性的措施。
本发明就是考虑这样的任务而提出的，其目的之一是提供一种显示器，除了与黑白屏幕相比，即使当显示器用于彩色显示系统时不必要增加图素数量，当在整个显示器屏幕上显示白色时显示亮度没有任何不均匀的优点外，它还有其致动部件的静电电容能够减小的优点，因而有可能改善图象质量。
为了达到上述目的，本发明提供了一种显示器，包括一块用来导引光束的光波导板，一个设置在正对光波导板的一个表面的、以及装有其数量相应于大量象素的致动部件的驱动单元，通过控制致动部件在与光波导板接触或分离的方向移动，根据待输入图象信号的属性而控制光波导平板预定位置处的泄漏光而将图象显示在相应于图象信号的光波导平板上，其中致动部件包括一个包括一个压电/电致伸缩层和一对形成在压电/电致伸缩层第一主表面上的电极的主致动元件，一个用来支撑主致动元件与压电/电致伸缩层第二主表面相连的振动区，以及一个以振动方式支撑振动区的固定区，而且其中致动部件还包括一个用来将由于电极对之间施加电压引起的致动部件的位移传递给光波导板的位移传递部分。
因此，例如，首先将光从光波导板的一端导入，通过控制光波导板折射率的大小，使所有光在光波导板内部经受全反射而不会穿过过光波导板正反表面透射。在这种状态中，例如，当位移传递部分与光波导板的背面，以不大于其光波长的距离相接触时，已形成全反射的光束透射到与光波导板背面相接触的位移传递部分的表面。光束一旦到达位移传递部分的表面则被位移传递区域表面反射而成为散射光。一部分散射光在光波导板中再一次被反射。然而散射光的大部分通过光波导板的正表面透射而未被光波导板反射。
如上所述，光波导板正表面有无光幅射(泄漏光)可根据安置在光波导板背面的位移传递部分接触与否来控制。在这种装置中，可将使位移传递部分沿相对于光波导板接近或分离的方向移动的单元看成一个象素。因此，将大量象素排列成矩阵形式，有关每个象素的移动可按待输入图象信号的属性来控制。这样，就可象阴极射线管及液晶显示器一样，按图象信号而将一幅图象(例如字符或图型)显示在光波导板的正表面上。
下面来说明本发明的显示器在彩色显示系统中的使用。首先，考虑到人眼辨认颜色是基于留在光神经元上的三种基色的混合。换句话说，等效于现今所用基于三色混合的彩色显示系统的功能是在人的视觉中完成的。
现根据这一认识来解释本发明彩色显象的原理。彩色显象原理是由三种基色R(红色)、G(绿色)和B(蓝色)的混合系统来规定的。现假定彩色显象的周期是T，以便考虑将RGB最长发射时间一分为三。当RGB发射时间之比为1∶1∶1时得到白光，当RGB发射时间之比为4∶1∶5时得到相应比值的中间色。因此，彩色显象的时间可以按下述方法控制。也就是说，当光波导板和位移传递部分之间的接触时间与彩色显象周期同步时，则三种基色的发射时间可以调节。换言之，当三种基色的发射时间与彩色显示周期同步时，则光波导板和位移传递部分之间的接触时间可以调节。
鉴于上述实事，按本发明的显示器的优点是与黑白屏幕相比即使将这种显示器用于彩色显示系统中也无需增加象素。
在按本发明的显示器中，用来选择性移动位移传递部分的主致动元件由压电/电致伸缩层和在压电/电致伸缩层的第一主表面上形成的电极对组成。在这种装置中，当一预定电压施加在这对电极之间时，在压电/电致伸缩层的第一主表面周围将产生表层方向的电场。电场强度最大值处在压电/电致伸缩层的第一主表面(前面)上。电场强度沿深度方向逐渐减弱。
根据在第一主表面周边方向产生的电场，在压电/电致伸缩层内产生伸张。然而，在第二主表面处支撑压电/电致伸缩层的振动区内并不发生伸张。因此，在压电/电致伸缩层第一和第二主表面之间的形变发生差异。结果，在压电/电致伸缩层内发生弹性畸变，其第一主表面的一侧向外凸出。依照压电/电致伸缩层的凸弹性畸变，位移传递部分向光波导板一侧移动而导致上述光波导板泄漏光的发射。
在按本发明的显示器中，电极对在压电/电致伸缩层的第一主表面上形成，因而空气或位移传递部分的结构材料(与压电/电致伸缩层相比具有极小的介电常数)介于电极对之间。所以，主致动元件的静电容是较小的，因而对信号传输的CR时间常数也较小。亦即对应于输入图象信号属性的电压信号的波形几乎不会变圆。所以，有可能为每个象素选择性地在电极对之间加一个规定的电压，因而使每个压电/电致伸缩层能给出必需的伸张。特别是对应于远离电压信号源处的致动部件的位置上(例如，屏幕周边或中心)，显示亮度的衰减得到抑制。如上所述，按本发明的显示器的优点除了与黑白屏幕相比即使显示器用于彩色显示系统时无需增加象素数量外，还可减小致动部件的静电容。另外，当显示屏幕的整个表面显示白色时，可以得到没有任何不均匀的显示亮度，从而可以改进图象质量。
例如，如果部分压电/电致伸缩层26与安置在它上面的部分电极28在生产过程中因介质破损等原因而一起被损耗掉，则只要将损耗的电极28修复，即使当压电/电致伸缩层26未经修复时，足以使致动部件14照常运转。因此，有可能避免在生产过程中象重新制作整个器件这样的徒劳之举，因而有可能实现显示器成品率的改善。
在按本发明的显示器中，最好是将振动区和固定区是用陶瓷整体形成，在相应于振动区的位置形成槽口间，使得振动区形成薄壁结构。这一优选实施例使得有可能较容易形成固定区和振动区，其优点是显示器的生产成本很便宜。按这种设置，厚壁的固定区和薄壁的振动区因在陶瓷基板内设置槽口间而相继形成。因此，振动区对压电/电致伸缩层的伸张响应很灵敏。于是振动区域便迅速跟踪电压信号的任何变化。另外，在振动区和固定区的边界处确保有足够的刚度。因此，不致发生因振动区的振动而引起边界疲劳。
在按本发明的显示器中，最可取的是槽口间和压电/电致伸缩层分别都具有光滑拐弯的平面结构，且槽口间的平面结构尺寸要大于压电/电致伸缩层的平面结构。在这一优选实施例中，其固定区和振动区的边界具有与槽口间平面结构相同的光滑拐弯结构。因此，振动区振动产生的应力不会局部集中。因而有可能改善边界处的疲劳限度和，有可能获得长寿命的致动部件，从而可能得到长寿命的显示器。
最好的是槽口间和压电/电致伸缩层都具有圆形平面结构、长椭圆形或椭圆形平面结构。另外，最可取的是槽口间和压电/电致伸缩层都具有为光滑拐角的矩形平面结构，或者是具有圆形顶角的多边形平面结构。
在这些优选实施例中，振动区的周边是都由固定区支撑。因此，有这可能大大提高振动区周边的疲劳限度，可能实现致动部件的长工作寿命，相应地可能实现显示器的长工作寿命。
在按本发明的显示器中，最可取的是压电/电致伸缩层上的电极对按螺线结构的平面形式布线，其中电极对是互相平行而又互相隔离地排列。在此实施例中，当一个预定电压施加到这对电极之间时，在压电/电致伸缩层第一主表面上沿径向(各向同性)产生电场。因此，压电/电致伸缩层第一主表面上沿径向(各向同性)产生伸张。与此同时，在压电/电致伸缩层中的深处将产生比表面区要小的径向(各向同性)伸张，或径向(各向同性)压缩。因此，压电/电致伸缩层便有效地产生位移，使其中心区凸出。而且，使各象素间的位移离散减小。
在按本发明的显示器中，最好是压电/电致伸缩层上的电极对取大量分支从主干伸展到压电/电致伸缩层的中心的平面结构，而且电极对互相分开并互补排列。在此实施例中，当一预定电压加到这对电极之间时，在压电/电致伸缩层的第一主表面上按与本发明的上述实施例同样的方式产生(各向同性)径向伸张。同时，在压电/电致伸缩层中的深处将产生比表面区要小的径向(各向同性)伸张或径向(各向同性)压缩。因此，压电/电致伸缩层便有效地产生位移，使其中心区凸出。而且，使各象素间的位移离散减小。
特别是，按本发明电极分成主干和分支，所以，即使一部分压电/电致伸缩层，例如，对应于任意分支的压电/电致伸缩层由于介电损坏等原因与其分支一起损坏，其他部分绝不会因此而受到影响。只要保留主干，致动部件足以照常工作。当然，重要的是只有修复其损坏的电极分支，原功能才可恢复。因此，该显示器的维修可能变得较容易。
在按本发明的显示器中，最好是通过在电极对之间施加信号使压电/电致伸缩层的极性反转来消除自发形变而使致动部件运转。换句话说，每当电压信号施加在主致动元件的电极对之间时，通过加信号(例如，+100V→-100V→+100V→-100V的交变信号)将压电/电致伸缩层的极性反向而使致动部件运转。在本实施例中，有可能始终维持一个大的致动部件位移量，因为其位移量总是叠加一个相当于压电/电致伸缩层自发形变位移量而得到的。这样一种状态的建立使之很容易对显示器执行ON/OFF控制，其优点是图型质量得以改进。值得注意的是，即使当上述运作是在压电/电致伸缩层介于上下电极之间的结构(即夹层结构)情况下进行时，此位移量也不会增加。
按本发明的显示器最好可以这样构成，即通过在电极对之间加不小于四倍预定值的电场所得到的致动部件的弯拱位移特性相对于参考电场点为中心是不对称的。
弯拱位移特性的测量是在主致动元件电极对之间加极化电压对压电/电致伸缩层进行极化处理后，当加在电极对之间的电压连续变化而使致动部件上的电场以交变的方式变化时，通过观察主致动元件的弯拱位移来得到。在这种情况下，当致动部件沿第一方向(压电/电致伸缩层上形成的电极对面对自由空间的方向)外凸时，弯拱位移的方向为正，而当致动部件内凹时，则弯拱位移方向为负。这里的预定电场以在紧邻压电/电致伸缩层第一主表面(正面)的位置加反向电场使其极化方向反转的电场为参考点。
具体说，例如，当为执行对压电/电致伸缩层的极化处理将预定电压沿正方向加在电极对之间时，在压电/电致伸缩层第一主表面周围沿表面方向产生正向电场。压电/电致伸缩层中产生的电场强度在第一主表面处最大，而其强度沿深度方向逐渐减弱。压电/电致伸缩层则按与产生正方向电场相同的电场方向受到极化处理。此后，例如，中止加在电极对上的电压而建立一个无电压加载状态。
接着，加在电极对之间的电压连续变化而使致动部件上的电场以交变方式改变。此时，例如，在与极化处理过程中已产生的电场相同的方向(例如正方向)产生电场的阶段，压电/电致伸缩层的极化方向与电场的方向一致，且电场集中于压电/电致伸缩层的表面附近。因此，压电/电致伸缩层在水平方向伸张。于是，可以认为主压电/电致伸缩层元件沿第一和第二方向的任一方向移动。
此后，在改变电极对之间施加电压、在致动部件中沿与极化处理电场相反方向产生电场的阶段进行下述操作。
首先，在电场较弱的阶段，压电/电致伸缩层的极化方向与电场方向彼此相反，因而压电/电致伸缩层沿水平方向收缩。因此，该致动部件受到第二方向上的弯拱位移。此后，当电场增强时，压电/电致伸缩层的表面区域的极化开始反转而出现极化方向与压电/电致伸缩层表面附近的电场方向一致的现象，而在压电/电致伸缩层深处的极化方向与电场方向相反。这就是说，在压电/电致伸缩层中存在两种类型的极化，因而致动部件的功能类似于一个pseudo-bi-morph型压电/电致伸缩元件。
因此，在靠近压电/电致伸缩层的第一主表面区形变的方向与靠近振动区的形变方向彼此相反。于是，整个致动部件沿第一方向(压电/电致伸缩层上形成的电极对面向自由空间的方向)上产生外凸位移，位移量因上述pseudo-bi-morph型的功能而变得极大。
尤其在本发明中，沿电场正向与反向相对于参考电场的为中心的位移特性是不对称的。因此，例如，在一个周期变化电场的两个峰值点得到的弯拱位移量会出现差异。因而无电压加载状态与电压加载状态之间的相对位移量将增大，在施加电场方向彼此相反的状态之间相对位移量增大。因此，当将本发明用作显示器象素单元而设置的致动部件时，可以很容易地控制致动部件。本发明特别有利于改进显示器图象质量。
在如上所述构造的显示器中，最好满足A≥1.5B的关系，其中A和B表示以参考电场点为基准施加不小于分别具有不同绝对值和不同方向的两个预定电场四倍的电场所得到的弯拱位移量。根据这一关系，可以得到相对于参考电场点为中心不对称的弯拱位移特性。
在如上所述构造的显示器中，最好假设在一预设的电压范围内于电极对之间加电压，将电压沿使得弯拱位移特性的第一方向位移量最大的方向加到从大量致动部件选定的一组将要承受ON选择的致动部件上。另外，最好将电压沿使得弯拱位移特性第一方向位移量最小的方向加到一组将要承受OFF选择或NO选择的致动部件上。因此，接受ON选择的致动部件在第一方向位移最大，而置于OFF选择或NO选择的致动部件位移最小，置于ON选择的致动部件与置于OFF选择(或NO选择)的致动部件之间的位移之差是不同的。这样，就有可能在显示屏幕上得到显示图型清晰的对比度和轮廓。
在如上所述构造的显示器中，最好是满足关系y＝ax和表达式1/10≤a≤100，其中x表示电极对之间的距离(1μm≤x≤200μm)，y表示压电/电致伸缩层的厚度(1μm≤y≤100μm)。
在此实施例中，通过在电极对之间加电场获得的致动部件的弯拱位移位于上述弯拱位移特性中。这就是说，相对于参考电场点为中心不对称的弯拱位移特性是可能得到的。因此，正如按本发明的这个优选实施例的显示器，排列成象素单元的致动部件能够很容易地控制，特别有利于提高显示器的图象质量。
在如上所述结构的显示器中，最好是满足表达式1/5≤a≤10，而满足表达式1/2≤a≤5以及满足表达式1μm≤x≤6 0μm和1μm≤y≤40μm则。
在如上所述构造的显示器中，当压电/电致伸缩层的厚度y和振动区的厚度都满足时，最好是满足关系y＝bz和表达式1/5≤b≤10，其中z表示振动区的厚度(1μm≤z≤60μm)。这样可能增加弯拱位移量。
在如上所述结构的显示器中，最好是满足表达式1/3≤b≤5，而满足表达式1/3≤b≤5以及满足表达式1μm≤y≤40μm和1μm≤z≤20μm则更好。
在本发明中，振动区最好有一种对应于穿过中心振动区最短尺寸m的截面结构，且该截面结构满足无电压加载状态的下述条件(1)-(3)。在这个优选实施例中，在无电压加载状态和电压加载状态之间致动部件可能具有大的相对位移量。这样很容易实现对显示器的ON/OFF控制，有利于提高图象质量。另外，还有可能允许生产的致动部件作大的弯拱位移而不遭损坏，使之有可能提高显示器的成品率。
(1)至少在其中心附近压电/电致伸缩层的部分上表面从邻近固定区的一个最外局部最小点和另一个最外局部最小点连成的参考线沿面对振动区相反方向作凸出移动；
(2)当上述最外局部最小点(P1，P2)不存在时，则认定位于沿最短距离m方向的振动区上表面内、并相应于固定区与振动区之间的边界点的点为最外局部最小点；
(3)假设振动区与固定区之间的边界为零位置，振动区的最短距离m的长度为100％，当从零位置开始在振动区的最短距离m的长度40％范围内不存在最外局部最小点时，则认定位于沿最短距离m方向的振动区上表面内、并相应于固定区与振动区之间的边界点的点为最外局部最小点。
在本发明中尤其可取的是外凸量满足m/1000≤t≤m/10。
当采用与本发明有关的附图，通过说明实施例来展示本发明的优选实施
例时，在下面的描述中本发明上述的以及其他目标、特点和优点将变得更加清晰。
图1为按本发明的一个实施例的显示器结构。
图2为说明按本发明实施例的显示器致动部件(象素)布局的放大平面视图。
图3为说明按本发明实施例的显示器的、尤其说明电极对的平面结构(螺线形)的平面视图。
图4为说明按本发明实施例显示器第一改进型实施例的平面视图，特别说明电极对的平面结构(分支形)。
图5为说明按本发明实施例显示器的第二改进型实施例的的平面视图，特别说明振动区、压电/电致伸缩层及电极对的平面结构(椭圆形和螺线形)。
图6为说明按本发明实施例的显示器的第三改进实施例的平面视图，特别说明振动区域、压电/电致伸缩层及电极对的平面结构(椭圆形和分支形)。
图7为说明按本发明实施例显示器第四改进型实施例中致动部件(象素)布局的放大平面视图。
图8为说明按本发明实施例显示器第五改进实施例中致动部件(象素)布局的放大平面视图。
图9为说明按本发明实施例显示器第六改进实施例中致动部件(象素)布局的放大平面视图。
图10示意说明按本发明实施例显示器致动部件的环状压电/电致伸缩层的平面视图。
图11为沿图10中A-A线得到的剖面图。
图12为说明按本发明实施例显示器致动部件具有环状平面结构的压电/电致伸缩层及具有分支结构的电极对的平面视图。
图13A为说明具有圆形周边结构的环状压电/电致伸缩层平面视图。
图13B为说明具有椭圆形周边结构的环状压电/电致伸缩层平面视图。
图13C为说明具有矩形周边结构的环状压电/电致伸缩层平面视图。
图14从功能上展示按本发明实施例显示器第一种工作例的致动部件位移原理。
图15给出当按本发明实施例的显示器致动部件处于ON选择状态时加在电极对之间的交流信号例子的信号波形。
图16A给出为测量按本发明实施例显示器致动部件的弯拱位移特性，加到电极对上的电位波形的时序图。
图16B给出说明致动部件弯拱位移特性的特性曲线。
图17A说明当压电/电致伸缩层受到初始极化处理时获得的的极化方向和电场方向。
图17B说明在电极对的外加电压中止状态(无电压加载状态)下的极化方向。
图18A说明在按本发明实施例显示器致动部件上加正向电场(+3E)时得到的极化方向和电场方向。
图18B说明在致动部件上加负向预定电场(-0.6E)时得到的极化方向和电场方向。
图19A说明在按本发明实施例显示器的致动部件上加负向电场(-3E)时得到的极化方向和电场方向。
图19B说明在致动部件上加正向预定电场(+0.6E)时得到的极化方向和电场方向。
图20给出说明按本发明实施例显示器的压电/电致伸缩层厚度与每个致动部件电极对距离之间尺寸关系的特性曲线。
图21A说明当电极对为螺线平面结构时电极对间的距离。
图21B说明当电极对为分支平面结构时电极对间的距离。
图22给出说明按本发明实施例显示器每个致动部件的压电/电致伸缩层厚度和振动区厚度之间尺寸关系的特性曲线。
图23A是说明最短尺寸致动部件剖面形状的剖面视图(部分省略)。
图23B是说明在固定区上表面之下存在一个最外局部最小点和另一最外局部最小点情况的剖面视图(部分省略)。
图23C是说明在固定区上表面之上存在一个最外局部最小点和另一最外局部最小点情况的剖面视图(部分省略)。
图24A是说明在另一最小点存在的区域不存在另一个最外局部最小点时，认定另一边界点为另一最外局部最小点情况的剖面视图(部分省略)。
图24B是说明在两个最小点存在区都不存在最外局部最小点时，认定一个边界点和另一边界点分别为一最外局部最小点和另一最外局部最小点情况的剖面视图(部分省略)。
图25A给出有关致动部件的NO选择状态和ON选择状态之间电压电平变化的时序图。
图25B给出有关致动部件的NO选择状态和OFF选择状态之间电压电平变化的时序图。
图26A给出当按本发明实施例的显示器用于彩色显示系统时其RGB发射时间比为1∶1∶1的时序图。
图26B给出RGB发射时间比为4∶1∶5的时序图。
图27展示一个基于采用按本发明实施例显示器的大屏幕显示装置(从背面观察)的投影图。
图28展示一个说明按本发明实施例显示器的致动部件含梳状结构电极对的优选实施例的平面图。
图29是说明包括在按本发明实施例显示器中基板的另一种示例性结构设置。
图30是说明本申请人提出的示例性显示器的结构。
图31A给出说明为测量本申请人提出的示意性显示器致动部件的弯拱位移特性而加在上下电极上的电位波形时序图。
图31B给出说明致动部件弯拱位移的特性曲线。
图32A说明在本申请人提出的实施例性显示器致动部件上加正向电场(+3E)时得到的极化方向和电场方向。
图32B说明在致动部件上加反向预定电场(-0.5E)时得到的极化方向和电场方向。
图33A说明在本申请人提出的示例性显示器致动部件上加反向电场(-3E)施时得到的极化方向和电场方向。
图33B说明在致动部件上加正向预定电场(+0.5E)时得到的极化方向和电场方向。
下面参照图1到29来说明按本发明显示器的实施例(此后简称为按本发明实施例的显示器)。
如图1所示，按本发明实施例的显示器包括一块用来传递光10的光波导板12，以及安装在光波导板12背面、并包含大量与象素相对应安置的制动部件14的驱动装置16。
驱动装置16有一块由(例如)陶瓷材料做的基板18，而致动部件14则对应于每个象素安置在基板18上。基板18的安置要使其第一主平面背对光波导板12的背面。第一主平面是一个连续表面(同平面表面(flushedsurface))。在基板18内相应于各个象素的位置处挖成槽口区20，用来分别形成如稍后所述的振动区22。每个槽口区20通过一个穿透基板18的第二主平面的小直径穿孔18a与外面相通。
基板18上挖槽口区20的那一部分做成薄壁。基板18的另一部分做成厚壁。薄壁部分的结构有承受因响应外部压力而产生振动的趋势，因而它起有振动区22的作用。槽口区20以外的部分为厚壁结构，其功能是作为固定区24来支撑振动区22。
也就是说，基板18是一种堆积结构，一个衬底层18A作为最底层，一个隔板层18B作为中间层，以及一个薄板层18C作为最上层。可将基板18看作是包括在隔板层18B中相应于象素安置槽口区20的集成结构。衬底层18A不仅有加强基板的作用，还用来作为布线的基板。基板18的制作可以整体烧制，也可以零件装配。
如图1所示，每个致动部件14包括上述的振动区22和固定区24。致动部件14还包括一个包含直接在振动区22上形成的压电/电致伸缩层26的主传动件30，一对在压电/电致伸缩层26上形成的电极28(第一电极28a和第二电极28b)，以及一个与主传动件30相连的位移-传递区32，用来加大对光波导板12的接触面积，以提供一个相当于象素的面积，如图1所示。
换句话说，按本发明实施例的显示器是一种在基板上形成包括压电/电致伸缩层26和电极对28的主传动件30的结构。这对电极28的结构可以在压电/电致伸缩层26的上下两面形成，也可以只在压电/电致伸缩层26的一面形成。但是，为有利于基板18与压电/电致伸缩层26之间的连接，这对电极28最好只在压电/电致伸缩层26的上面(与基板18相对的一面)形成，使基板18与压电/电致伸缩层26直接接触，形成一种在水平面不存在差别的状态，就象在按本发明实施例的显象器中那样。
现参照图2-9来说明各个部件的形状。首先，如图2所示，在基板18中形成的槽口区20(见图1)有一个园平面结构的环状表面。亦即振动区22为园平面结构(见破折线)。压电/电致伸缩层26也是园平面结构(见点划线)。电极对28形成一个同样是圆形的外环状结构(见实线)。在这个实施例中，振动区22的设计要使其尺寸最大。电极对28的外环状结构的设计要使之尺寸其次.而压电/电致伸缩层26的平面结构的尺寸则设计的最小。另外，也允许将电极对28a和28b的外环状结构的尺寸设计得最大。
在压电/电致伸缩层26上做的电极对28(第一电极28a和第二电极28b)具有(例如)如图3所示之螺线平面结构，其中电极对28a，28b互相平行且互相分离而形成好几圈螺线结构。螺线圈数实际上不少于5圈。但为简单起见图3中只画了3圈。
如图2所示，与各个电极28a，28b相连的引线布局包括与大量象素的行数相当的垂直选择线40，以及其数目与大量象素的列数相当的信号线42。每一条垂直选择线40与每个象素(致动部件14，见图1)的第一电极28a电连接。每一条信号线42与每个象素14的第二电极28b电连接。各条垂直选择线40(它们分布在一行中)串连布线，使得布线从前一列中的象素14安置的第一电极28a引出，然后，每条垂直选择线40(它们包含在一行中)串连布线，使布线从为前一列中的象素14安置的第一电极28a引出，然后连到为当前列中的象素14安置的第一电极28a。信号线42包括一条沿列方向伸张的主线42a，以及从主线42a分叉并与每个象素14第二电极28b相连的支线42b。
将电压信号从一块未表出的布线板(粘到基板18的第二主平面上)通过穿孔44加到各条垂直选择线40上。电压信号同样从该未表出的布线板通过穿孔46加到各条信号线42上。
可以对穿孔44，46设想各种不同的排列图型。但是，在图2例举的排列中，对于垂直选择线40的穿孔44按如下条件形成，即行数为M，列数为N。在N＝M或N＞M情况下，这些穿孔44在第n行和第n列(n＝1，2，)的象素附近、并处于偏向第(n-1)列的信号线(主线42a)的位置上形成。在N＜M的情况下，这些穿孔44在第(αN+n)行和第n列(α＝1，2，(M/N的商-1))的象素附近、并处于偏向第n-1列的信号线(主线42a)的位置上形成。
另一方面，对于信号线42的穿孔46按如下条件形成。在N＝M或N＜M情况下，穿孔46在每条信号线42的主线42a上、并处于邻近第n行和第n列(n＝1，2，)的象素的位置上形成。在N＞M情况下，穿孔46在每条信号线42的主线42a上、并处于邻近第n行和第(βM+n)列(β＝1，2，(N/M的商-1))的象素的位置上形成。对于垂直选择线40的穿孔44不在垂直选择线40上形成，这不同于对于信号线42的穿孔46。因此，在穿孔44和第一电极28a之间做一条接替导线48，以保持该处的电连续性。
在各条垂直选择线40与各条信号线42之间允许插进绝缘薄膜50(用双点划线表示)，以确保交互布线排列40，42之间的隔离，每一片绝缘薄膜由(例如)二氧化硅膜，玻璃薄膜或树脂薄膜构成。
电极对28的平面结构不限于图3所示之螺线配置。该平面结构可以是如图4所示之配置(按第一改进实施例的显示器)。具体来说，按第一改进实施例的显示器包括电极对28a，28b，其每个电极由伸张到压电/电致伸缩层26中心的干线52、54和从干线52、54分叉处的多条支线56、58构成在这种结构中，电极对28a、28b互相分离并互补地排列(为方便起见，以后称之为分支结构)。
已将按本发明实施例的显示器和按第一改进实施例的显示器作为具有振动区的圆形平面结构、压电/电致伸缩层26的圆形平面结构以及由电极对28形成园形外环结构的显示器作了说明。另一方面，可用作平面结构和外环结构的显示器包括如图5和6所示之长椭圆形结构(轨道结构：按第二和第三改进实施例的显示器)和如图7所示之椭圆结构(按第四改进实施例的显示器)。
另一方面，如图8所示，振动区22的平面结构和压电/电致伸缩层26的平面结构两者都可以是带园滑拐角的矩形结构(按第五改进实施例的显示器)。还有，如图9所示，振动区22的平面结构和压电/电致伸缩层26的平面结构两者都可以是带圆滑顶角部分的多角形结构(例如，八角形结构)(按第六改进实施例的显示器)。
振动区22的结构、压电/电致伸缩层26的平面结构以及由电极对28形成的外环结构可以是圆形和椭圆形结构的组合，或者是矩形和椭圆形结构的组合，并无专门的限制。如图10和11所示，优选作为压电/电致伸缩层26平面结构的那些结构包括一种环形结构。在这情况下，如图13A-13C所示，可用作外园环结构的那些结构包括象圆形、椭圆形和矩形结构。图12例举一种压电/电致伸缩层26的平面结构为环形结构，而电极对28a、28b为分支结构。
在图2、8和9例举的配置中，各致动部件14(象素)在基板18上排列成矩阵形式。另一方面，如在图7所示按第四改进实施例的显示器中，象素(致动部件14)可以相对于各行按锯齿形排列。在图7所示配置图型情况下，致动部件14(象素)相对于各行按锯齿形排列。因此，通过垂直选择线40连接的线(用点划线表示)相对于每一行呈锯齿状。信号线42的布线图型由布在未表出的布线板上的破折线b表示，其中按锯齿状排列的象素14被分隔成(例如)一组垂直向上定位的象素(致动部件14)，而两条信号线42彼此紧邻布在相应于前一组和后一组象素的位置上。在图7中，按锯齿状排列的象素的布线如下。亦即(例如)，垂直向上定位的象素(致动部件14)的第二电极28b通过一条接替导线60和一个穿孔62与彼此紧邻的两条信号线42、42的右边一条信号线42电连接。垂直向下定位的象素(致动部件14)的第二电极28b通过一条接替导线64和一个穿孔66与彼此紧邻的两条信号线42、42的左边一条信号线42电连接。
下面，参照图14-26来说明按本发明实施例的显示器的工作情况。先就两个例子来说明每种致动部件14如何工作，再说明显示器自身怎样工作。
首先，参照图1、14和15来说明致动部件14的第一工作例。就图1所示按本发明实施例显示器的每个象素(致动部件14)来说，当致动部件14的第一电极28a和第二电极28b上未加电压信号时，即在无电压-负载状态情况下，电极对28a、28b之间不产生任何电压(电位差)。因此，压电/电致伸缩层26不伸张，形成一种位移-传递区32与光波导板12离的状态。
接下来，如图14所示(例如)，在致动部件14的第一电极28a上加正电压信号，而在第一电极28b上加负电压信号，致使电极对28a、28b之间建立起一个预置电压，即建立起一种电压一负载状态。在此状态下，在压电/电致伸缩层26的第一主表面附近产生电场E(见电力线C)。电场强度E在压电/电致伸缩层26的第一主表面(正面)上最强，且场强沿深度方向递降。
当在电压-负载状态下给出ON选择的电压加到电极对28a、28b之间时，压电/电致伸缩层26按照沿第一主表面的表面方向产生的电场E伸张，但在支撑第二主表面上压电/电致伸缩层26的振动区22并不产生伸张。因此，在压电/电致伸缩层26的第一和第二主表面之间便出现畸变的差异。其结果如图(1)所示，在压电/电致伸缩层26中产生向第一主表面一边外凸的弹性形变。压电/电致伸缩层26的凸弹性形变使得位移-传递区32出现趋向光波导板12的弯拱位移，并使位移-传递区32与光波导板12接触。
位移-传递区32响应于主致动元件30的弯拱位移而与光波导板12的背表面相接触。当位移-传递区32与光波导板12的背面相接触时，例如，已在光波导板12中经受全反射光波10穿过光波导板12的背表面透射，而且光波10透射到位移-传递区32的表面。光波10由位移-传递区32的表面所反射。
如上所述，设置位移-传递区32是为了反射已穿过光波导板12的背表面透射的光波10，并增大与光波导板12接触的面积使之不小于预定值。也就是说，光辐射的区域是由位移-传递区32与光波导板12接触的面积所决定的。
在按本发明实施例的显示器中，位移-传递区32包括一个用来规定主要光辐射区域的平板构件32a，以及用来将主致动元件30的位移传递到平板构件32a的位移-传递构件32b。
位移-传递区32与光波导板12之间的接触意味着位移-传递区32和光波导板12以一间隔距离定位，但无论如何，此距离不大于光波10的一个波长(引进光波导板12的光波10)。
当第一电极28a和第二电极28b上的电压信号加载中止而给出(例如)OFF选择或NO选择时，在电极对28a、28b之间不再产生预置电压。因此，压电/电致伸缩层26从凸状态恢复到其初始状态，便给出一个位移-传递区32与光波导板12分离的状态。
最好是在上述致动部件14的工作期间，在主致动元件30的电极对28a、28b之间加一个使压电/电致伸缩层26极化方向反转的信号，以去除自发畸变来驱动致动部件14。
具体来说，在ON选择状态情况下，致动部件14的驱动是通过每当在主致动元件30的电极对28a、28b之间加电压信号时，施加使压电/电致伸缩层26极化方向反转的信号来进行的，例如，施加一个如图15所示从+100V →-100V →+100V的交变信号。采用这种方法有可能始终保持致动部件14大的位移量，因为这个位移量总是通过加上一个相当于压电/电致伸缩层26自发形变量的位移量而得到的。在OFF选择或NO选择状态下，最好以交变方式加一个电场绝对值小的电压，例如，一个绝对值不大于20V的电压。当压电/电致伸缩层26为环形平面结构(见图10-13)时，可能实现与上述情况差不多等同的增大位移量的效果。特别是因允许压电/电致伸缩层26为环形结构而可进一步减小静电电容。因此，有可能获得一种象驱动信号变圆之类的事情均可有效地消除的效果。
值得注意的是，如果显示器的结构是将压电/电致伸缩层26置于上、下电极之间，即通常的夹心结构，则即使当显示器以与上述同样的方式工作时，位移量也不会增大。
下面，参照图16-25来说明致动部件工作的第二个例子。在详细描述之前，先参照图1和图16-19来说明基于第二工作例的致动部件14的工作原理。
首先，按本发明实施例的显示器具有致动部件14的弯拱位移特性，这是通过在电极对28a、28b之间加电场而获得的，如图16B所示。致动部件14的这种弯拱位移特性相对于参考电场点(电场＝0的点)为中心是不对称的。
通过在主致动元件30的电极对28a、28b之间加预置电场获得这种弯拱位移特性而对压电/电致伸缩层26进行极化处理，而且在连续改变致动部件14外加电压的同时，观察致动部件14的弯拱位移。如图1所示，图中弯拱位移是这样表示的：当致动部件14在第一方向(即对于在压电/电致伸缩层26上形成的电极对28a、28b面对自由空间的方向)以外凸方式产生弯拱位移时，弯拱位移方向为正；而当致动部件14以内凹方式产生弯拱位移时，弯拱位移方向为负。
现参照一个例子来具体说明弯拱位移特性的测量，首先，如图17A所示，当在电极对28a、28b之间的正向加预置电压对压电/电致伸缩层26进行极化处理时，例如，则在压电/电致伸缩层26的第一主表面附近沿表面方向产生正向电场(例如，图16B中由+5E表示的电场)。按此方法，给出1E＝2.5kV/mm左右的表示式。
在压电/电致伸缩层26中产生的电场强度在第一主表面上最强，并沿深度方向递降。因此，在深处部位不易进行极化。但是，采取加足够强的电场，足够长的时间，并加适当的热量，可使得能对这样的深处部位进行极化。
例如，在适当的温度下，施加一个超过用来使显示器致动部件14正常工作的电场使用范围(例如，图16B中+3E到-3E的范围)的电场(+5E)到7小时。这样，便在外加电场的相同方向实现对压电/电致伸缩层26的极化处理。
在此之后，如图17B所示，中止电极对28a、28b之间的电压加载而给出一个无电压-负载状态。与开始测量的同时，在致动部件14上外加频率为1Hz和峰值为±3E(见图16A)的正弦波。在此过程中，用激光位移计连续测量各个点(点A到点D)的位移量。图16B给出将测量结果画在电场-弯拱位移图上所得的特性曲线。如图16B中箭头所指，弯拱位移的位移量按电场的连续升降而连续改变，并提供某种程度的迟滞特性。
具体来说，假设测量从由A点表示的电场+3E点开始。首先，在A点，如图18A所示，极化方向与压电/电致伸缩层26中的电场方向一致，而且在压电/电致伸缩层26的表面附近外加电场很强。所以，压电/电致伸缩层26沿水平方向伸长，且致动部件14沿第一方向(即对于在压电/电致伸缩层26上形成的电极对28a、28b面对自由空间的方向)产生0.8Δy左右的弯拱位移量，参见图16B。按此方法，给出1Δy＝1.6μm左右的表示式。
在此之后，接下来的工作是在改变电极对28a、28b之间的外加电压，且在致动部件14中沿与极化处理电场相反方向产生一个电场的状态下进行。
首先，例如，在电场较弱(-0.6E)的B点处，如图18B所示极化方向与压电/电致伸缩层26中的电场方向彼此相反，因而压电/电致伸缩层26沿水平方向收缩。因此，致动部件14沿第二方向(即从压电/电致伸缩层26指向振动区的方向)产生-0.3Δy左右的弯拱位移量。在这一状态下，压电/电致伸缩层26表面部分的极化开始反转。因此，B点的电场(-0.6E)可限定为预置电场。
此后，当电场沿负方向增强时，极化反转在压电/电致伸缩层26表面部分进行，如图19A所示。由此，出现了在压电/电致伸缩层26表面附近极化方向与电场方向一致，而在压电/电致伸缩层26的深层部位极化方向与电场方向相反的现象。这就是说，在压电/电致伸缩层26中存在两种类型的极化。因此，致动部件14具有一种pseudo-bi-morph型致动部件的功能。尤其在电场为-3E的状态下，致动部件14的位移量因pseudo-bi-morph功能而变得特别大。在图16B所示情况下，给出大约2.6Δy的位移。
接下来，当电场从负方向变到正方向而达到一个电场较弱的状态时，例如，在D点(+0.6E)，在压电/电致伸缩层26表面附近极化方向与电场方向相反，而在压电/电致伸缩层26的深层部位极化方向与电场方向相同，如图19B所示。由此，便提供了一种压电/电致伸缩层26的表面部分沿水平方向收缩，而压电/电致伸缩层26的深层部分沿水平方向伸长的形态。因此，致动部件14就沿第二方向(从压电/电致伸缩层26指向振动区22的方向)产生约-1.0Δy的弯拱位移。在此状态下，压电/电致伸缩层26表面部分的极化开始反转。因此，D点的电场(+0.6E)可按B点电场相同的方式限定为预置电场。
接着，随着电场沿正方向逐渐增强，极化反转在压电/电致伸缩层26表面附近进行，且其极化方向与压电/电致伸缩层26中的电场方向一致。因此，从D点转到A点的状态可称为再极化处理状态。
如上所述，为估量弯拱位移特性是对称特性还是非对称特性，必须用比预置电场(±0.6E)足够高的电场进行测量。然而，如果采用比预置电场高得多的电场进行测量，就会出现不可能区分非对称特性的情况，而这正是按本发明实施例显示器的致动部件14的固有特性。
因此，为区分弯拱位移的非对称特性，希望以交变方式加一个不低于极化方向开始部分反转的电场(此处定义为预置电场)四倍的电场来测定弯拱位移。也就是说，通过采用大的绝对位移量进行测量有可能很容易测定弯拱位移特性的非对称特性。
例如，在常规显示器情况下，预置电场为±0.5E。因此，可在正向电场不低于+2.0E，而负向电场不高于-2.0E的条件下进行测量。在按本发明实施例的显示器情况下，预置电场为±0.6E。因此，可在正向电场不低于+2.4E，而负向电场不高于-2.4E的条件下进行测量。
在图16B中，该弯拱位移特性是以交变方式加一个比预置电场(±0.6E)足够高的电场(±3E)测得的。在此情况下，正向电场峰值点(A点)的位移量ya为0.8Δy，负向电场峰值点(A点)的位移量yc为2.6Δy。因此，给出yc＝3.25ya的关系。
接下来，对允许弯拱位移特性具有非对称特性的尺寸关系加以说明。首先来描述电极对28a、28b之间的距离x和压电/电致伸缩层26的厚度y。如图20所示，在满足表示式1μm≤x ≤ 200μm和1μm≤y≤100μm，且满足y＝ax关系的条件下，规定1/10≤a≤100的范围能满足。具体来说，对于比例常数a，其范围最好是1/5≤a≤10，更希望是1/2≤a≤5。在此情况下，当表示式1μm≤x≤60μm和1μm≤y≤40μm满足时，在与极化方向相反的方向加电场很容易使极化方向反转到压电/电致伸缩层26的一个合适深度，且使位移量有效地增大。所以，这是对致动部件14的最佳条件。
当电极对28a、28b具有螺线平面结构时，电极对28a、28b之间的距离x确定如下。亦即如图21A所示，例如，当从第一电极28a的外圆环边画法线R1时，距离x由法线R1的起始点Q1和法线R1与第二电极28b内圆环之间的交点Q2间的距离表示。
当电极对28a、28b具有分支平面结构时，电极对28a、28b之间的距离x确定如下。亦即如图22B所示，例如，当从第一电极28a的分支56的外圆环边画法线R2时，距离x由法线R2的起始点Q3，和法线R2与第二电极28b的分支58的内圆环之间的交点Q4间的距离表示。
接下来，对压电/电致伸缩层26的厚度y和振动区22的厚度z进行描述。如图22所示，在满足表示式1μm≤y≤100μm和1μm≤z≤50μm，且满足y＝bz关系的条件下，规定1/5≤b≤10的范围能满足。具体来说，对于比例常数b，其范围最好是1/3≤b≤5。在此情况下，当表示式1μm≤y≤40μm和1μm≤z≤20μm满足时，在与极化方向相反的方向加电场很容易使极化方向反转到压电/电致伸缩层26的一个合适深度，且使位移量有效地增大。所以，这是对致动部件14的最佳条件。
另外，如图23和24所示，对于按本发明实施例的显示器，不管显示器是按照第一还是第二说明例工作，涉及穿过振动区22中心最小尺寸m的横截面结构最好满足下述条件。要注意的是，为避免画图的复杂性，在图23个24中忽略了电极对28a、28b。
这就是说，如图23B所示，在非电压-负载状态(电场E＝0的状态)下，至少压电/电致伸缩层26在中心区附近的一部分上表面要从靠近固定区24最靠外的一个局部最小点P1和另一个最靠外的局部最小点P2连成的参考线L朝指向振动区的相反方向凸起一次。
这里讲的压电/电致伸缩层26的中心区按图23A所示定义如下。就最短尺寸m而言，固定区24的上表面与振动区22的上表面之间的边界部分定义为一个边界点K1和另一个边界点K2。当最短尺寸m为100时，压电/电致伸缩层26的中心附近指的是40％的中心区域a3，不包括从一个边界点K1到最短尺寸m中心30％的区域a1，以及从另一个边界点K2到最短尺寸m中心30％的区域a1。
最靠外的一个局部最小点P1按图23B所示定义如下。就最短尺寸m而言，在有关压电/电致伸缩层26的第一主表面和振动区22的上表面相对于最短尺寸平面的投影线上形成多个局部最小点。在这多个局部最小点中，最靠外的一个局部最小点P1相应于最靠近一个边界点K1的局部最小点。在这多个局部最小点中，最靠外的另一个局部最小点P2相应于最靠近另一个边界点K2的局部最小点。
在此情况下，在最短尺寸m为100的条件下，最靠外的一个局部最小点P1肯定是处在从一个边界点K1到最短尺寸m中心40％的区域(一个局部最小点-存在区b1)之中，而且是最靠近一个边界点K1的局部最小点。另一个最靠外的局部最小点P2肯定是处在从另一个边界点K2到最短尺寸m中心40％的区域(另一个局部最小点-存在区b2)之中，而且最靠近另一个边界点K2的局部最小点。
如图23B所示，最靠外的局部最小点P1、P2可能在固定区24的上表面之下。如图23C所示，最靠外的局部最小点P1、P2也可能在固定区24的上表面之上。
如图24A所示，例如，当在另一个局部最小点-存在区b2不存在另一个局部最小点P2时，另一个边界点K2认定是另一个最靠外的局部最小点P2。对最靠外的一个局部最小点P1可作同样的认定。如图23A和24B所示，当在两个局部最小点-存在区b1、b2中均不存在各自的局部最小点P1、P2时，分别认定一个边界点K1和另一个边界点K2是一个局部最小点P1和另一个局部最小点P2。
在上述条件下，即在在非电压-负载状态下，至少压电/电致伸缩层26中心区中的一部分上表面要从参考线L朝指向振动区的相反方向有一个凸起的条件下，最好是当最短尺寸的长度为m时其凸出量t要满足m/1000≤t≤m/10。
由于满足上述条件，就允许所产生的致动部件14必然沿第一方向做大的位移，使之在用作显示器时有可能提高成品率。
下面来说明致动部件14的第二个工作例。首先除了按图1所示本发明实施例显示器的激励外，各个象素(致动部件14)要经历极化处理(初始极化处理)。初始极化处理是(例如)通过在适当温度下外加一个超过将用作制动器电场使用范围(例如图16B中的范围+3E到-3E)的电场(+5E)7小时来进行的。因而对每一个象素的压电/电致伸缩层26在与外加电场的相同方向要经受极化处理。
在对所有象素完成初始极化处理的阶段，中止对电极对28a、28b的电压加载而形成无电压-负载状态。
将显示器运转使得个三基本运作(ON选择、OFF选择，以及NO选择)作用到象素上而显示一幅图象。
如图25A所示，执行ON选择是在预定选择期间Ts内将电压Va加到象素的电极对28a、28b上，在电极对28a、28b之间沿负方向(见图16B)产生电场Ea。如图25B所示，执行OFF选择是在预定选择期间Ts内将电压Vd加到象素的电极对28a、28b上，在电极对28a、28b之间沿负或正方向(见图16B)产生电场Ed。
如图25A或25B所示，执行NO选择是在不同于选择期间Ts的时间(非选择期间Ta)内将电压Vf或Vg加到象素的电极对28a、28b上，在电极对28a、28b之间沿正方向(见图16B)产生电场Ef或Eg。在非选择期间Ta，以与初始极化处理相同的方式产生正向电场。所以，处于NO选择状态中的象素的压电/电致伸缩层26要处理经历与极化处理等价的处理(这种极化通常称为再极化处理)。
现在来具体说明按本发明实施例的显示器的激励运作。根据显示器的输入图象信号，采用(例如)一个由移相寄存器构成的垂直移相电路在每一水平扫描期间按加到垂直选择线40上的电位相继地选择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。在预置选择期间Ts内，从由相移寄存器构成的水平相移电路将一个电位加到相应于处在被选行中、且应经受ON选择的象素14的信号线42上。结果，通过垂直相移电路和水平相移电路而经受ON选择的象素部件14的运作使得在它的第一电极28a上加一个预置的负电位，而在其第二电极28b上加一个正电位。于是，电极对28a、28b之间的电压是负向的预置电压Va(见图25A)。此时，如图16B和图19A所示，例如，在电极对28a、28b之间产生负向电场Ea(例如。-3E：与初始极化处理和NO选择时电场方向反向的电场)，对应于象素的致动部件14沿第一方向以大约2.6Δy的量进行移动。对显示器看来，这种状态表示ON选择状态。在ON选择状态下，位移-传递部分32按照致动部件14的凸形变而移向光波导板12，且位移-传递部分32与光波导板12相接触。另一方面，处在由垂直相移电路所选中的相关行象素群中、不经受ON选择或经受OFF选择的象素14按如下方式运作。这就是说，在预置选择期间Ts内，使象素14相关信号线42的电位是一个与ON选择电位不同的电位。将一个负预置电位加到象素14的第一电极28a上，而将一个负或正的预置电位加到象素14的第二电极28b上。因而电极对28a、28b之间的电压就是负向或正向的预置电位Vd(见图25B)。同时，如图16B所示，例如，在电极对28a、28b之间产生负向或正向电场Ed(例如，-0.6E到+0.6E)，相应于象素的致动部件14沿第一方向以大约-1.0Δy到0.5Δy的量移动。对显示器来看，这种状态表示OFF选择状态。在OFF选择状态，位移-传递部分32按照如上所述致动部件14的位移动作而与光波导板12分离。
与经受ON选择或OFF选择的象素相关的致动部件14此后在NO选择状态下受到再极化处理，并沿第一方向(即在压电/电致伸缩层26上形成的电极对面对自由空间的方向)产生大约1Δy大小的位移。在NO选择状态下，电压处在Vg或Vf电平(见图25A和25B)，它包含一个根据在另一行中的ON选择或OFF选择而产生的叠加的电压变化。然而，叠加分量(串行分量)的存在影响NO状态下致动部件14某种程度的再极化处理。因此，这一分量有利于恢复为响应于电场变化而得到的位移量，并恢复显示器的响应特性。亦即串行分量同时有利于响应特性的恢复。
与电压电平Vb(相应于图16B中电场Eb(例如，-2E)的电压电平)相比较，执行ON选择的电压电平可以是负向电压电平。执行OFF选择的电压电平可以是处在从Vc到Ve电压电平范围(相应于图16B中电场范围Ec(例如，-0，6E)到Ee(+0.6E)的电压电平范围)的任何电压电平。与电压电平Ve(相应于图16B中电场Ee(例如，+0.6E)的电压电平)相比较，执行再极化处理的电压电平可以是正向电压电平。
接下来，参照图1来说明按本发明实施例显示器的运作。首先，例如，从光波导板12端面引进光波10。在此实施例中，通过控制光波导板12的折射率的大小，全部光波10在光波导板12内受到全反射而不会穿过光波导板12的正面和背面透射。在此状态下，当允许某个致动部件14处于电压加载状态或ON选择状态、且相应于致动部件14的位移-传递部分32与光波导板12的背面相接触而其间距不大于光波波长时，则已经处于全反射状态的光波10会透射到与光波导板12的背面相接触的位移-传递部分32的表面。刚一到达位移-传递部分32表面的光波10就会由位移-传递部分32表面所反射，并表现为散射光70。散射光70的一部分将再次反射到光波导板12中。但是，散射光70的大部分将透过光波导板12的正面而不会被光波导板12反射。
这就是说，从光波导板12的正面有或者没有光辐射(泄漏光)可以根据安置在光波导板12背面的位移-传递部分32有或者没有接触来控制。具体来说，在按本发明实施例的显示器中，采用一个使位移-传递部分32沿相对于光波导板12接触或分离的方向作位移运动的装置作为象素。而且，大量这样的象素按矩阵形式、或关于各行成锯齿结构排列。因此，当每个象素的位移运动按输入图象信号的属性来控制时，则在光波导板12的正面可响应于图象信号而以与阴极-射线管或液晶显示器相同的方式显示出一幅图象(例如，文字和图形)。
下面来说明按本发明实施例的显示器在彩色显示系统中的应用。首先，与现今彩色显示系统相同的显象方式，按本发明实施例显示器的彩色显象原理由作为三种基色R(红)、G(绿)和B(兰)的混合系统所确定。为了将RGB最大发射时间一分为三，现假设彩色显象的周期为T。如图26所示，当RGB发射时间之比例为4∶1∶5时，便得到相应于该比例的中间色彩。因此，彩色显象的时间可按如下方法来控制。这就是说，光波导板12与位移-传递部分32之间的接触时间和彩色显象周期T同步时，三种基色的发射时间即被控制。或换一种说法，当三种基色的发射时间和彩色显象周期T同步时，光波导板12与位移-传递部分32之间的接触时间即被控制。
鉴于上述事实，按本发明实施例的显示器的优点在于：与黑白屏幕相比，即是当这种显示器用于彩色显示系统时，也无需增大它的象素数目。
在本发明的这个实施例中，每个象素在非选择期间经受再极化处理。或者说，再极化处理可在三基色发射的任一期间，即从R的光发射完成点到下一个G的光发射起始点的时间段，从G的光发射完成点到下一个B的光发射起始点的时间段，以及从B的光发射完成点到下一个R的光发射起始点的时间段，通过施加(例如)与初始极化所用的相同电场来实现。按此方法，这种再极化处理可与非选择期间进行的再极化相结合。
作为引进光波导板12光源作照明光的光源，最好选用(例如)荧光管、发光二极管和激光束。另外，也可以采用彩色滤波器和卤灯的组合，金属卤化物灯或氙灯。RGB的切换可采用机械光闸或ON/OFF开关来实现。
按本发明实施例的显示器可以简单地使用。此外，按本发明实施例的显示器可用作图27所示大屏幕显示装置72中的一种显示单元74。图27例举出一种在供大屏幕显示的光引进板76背面垂直方向的一列中装有7个显示单元74、在横向的一行中装有18个显示单元74的装置。在该装置中，采用在可见光区有大面均匀透光的材料，如玻璃板、丙烯酸系板等作导光板76。借助(例如)引线键接、焊接、正面连接器和反面连接器等手段将各个显示单元74彼此相连，以使显示器可共同馈电。
图27所示大屏幕显示装置72采用(例如)图7所示之显示器作为各个显示单元74。在每个显示单元中，象素的排列包括在水平方向和垂直方向各32个。在图7所示之显示器中，有关各行的象素按锯齿状排列。因此，有可能在水平方向提供非常小的象素排列间距。当水平方向排列的象素数目与垂直方向排列的数目相同时，整个平面结构的垂直长度比水平长度要大。
图27所示之大屏幕显示装置72表示一种在大面导光板76的平板表面上包括光波导板12在内的显示单元74按矩阵布局的典型排列。换一种方式，可略去大面导光板76，这样，将包含光波导板12的显示单元74按矩阵形式排列即构成大屏幕显示装置72。如按这样一种设置，按矩阵布局的大量光波导板12也可用作大面导光板76。除上述设置外，还允许将不带光波导板12的显示单元74按矩阵形式排列在大面导光板76的平板表面上而构成大屏幕显示装置72。
导光板76最好具有与光波导板12相同的折射率。当大面导光板76与与光波导板12彼此粘连时，可采用透明胶。与导光板76和光波导板12一样，这种胶最好在可见光区有均匀而高的透光性。还希望这种胶的折射率与导光板76和光波导板12的折射率相近，以确保屏幕的亮度。
下面来说明致动部件14各种构件的选择，尤其是各种构件材料的选择。
首先，由于下述原因，振动区22最好用高热阻性材料构成。即当致动部件14的结构中振动区22直接由固定区24支撑，而不采用任何象热阻低的有机树脂之类的材料时，振动区22最好用高热阻性材料构成，这样，至少在形成压电/电致伸缩层26过程中振动区22不致于形变。
为使与基板18上形成的电极对28第一电极28a相连的垂直选择线40与和第二电极28b相连的信号线42电隔离，振动区22最好用电绝缘材料构成。
因此，振动区22可采用象高热阻性金属和搪瓷之类的材料构成，即用象玻璃之类的陶瓷材料镀敷一层这样的金属表面构成。然而，振动区22最好采用陶瓷构成。
可用来制作振动区22的陶瓷材料包括(例如)经稳定处理的氧化锆、氧化铝、氧化镁、氧化钛、尖晶石、高铝红柱石、氮化铝、氮化硅、玻璃、及其混合物。经稳定处理的氧化锆最为理想，因为(例如)其即使当振动区22厚度很薄时也有很高的机械强度、高的韧性及其与压电/电致伸缩层26和电极对28小的化学反应性。 经稳定处理的氧化锆这个词包括稳定处理的氧化锆和部分稳定处理的氧化锆。稳定处理的氧化锆具有象立方晶体一样的晶体结构，因而不会引起相变。
另一方面，在1000℃左右氧化锆会在单斜晶体与正方晶体之间产生相变。在某些情况下，在相变过程中会出现爆裂。经稳定处理的氧化锆含有1-30mole％的稳定剂，如氧化钙、氧化镁、氧化钇、氧化钪、氧化镱、氧化铈，以及稀土金属氧化物等。为提高振动区22的机械强度，稳定剂最好含氧化钇。在这种混合物中，氧化钇的含量宜为1.5-6mole％，最好取2-4mole％。最好还含有0.1-5mole％的氧化铝。
晶相可以是(例如)立方晶体+单斜晶体的混合相，以及立方晶体+正方晶体+单斜晶体的混合相。然而，从强度、韧性和耐久性考虑，其中最可取的是由正方晶体或正方晶体+立方晶体的混合相构成主晶相。
当采用陶瓷制作振动区22时，大量晶粒便构成振动区22。为提高振动器22的强度，这些晶粒的平均粒径宜为0.05-2μm，最好是0.1-1μm。
固定区24最好用陶瓷制作。固定区24可采用和振动区22相同的陶瓷材料构成，或者，固定区24也可采用和振动区22不同的陶瓷材料构成。与制作振动区22的陶瓷材料一样，可用来制作固定区24的陶瓷材料包括(例如)经稳定处理的氧化锆、氧化铝、氧化镁、氧化钛、尖晶石、高铝红柱石、氮化铝、氮化硅、玻璃、及其混合物。
尤其，最适合在本发明实施例显示器中用做基板18的材料包括，例如，含氧化锆为主要成分的材料，含氧化铝为主要成分的材料，以及以其混合物为主要成分的材料。在这些材料中，以含氧化锆为主要成分的材料最为理想。在某些情况下，添加一点粘土之类的作为烧结辅助材料。但是，由于下面的原因，为了不至于含过量象氧化硅和氧化硼之类易于倾向形成玻璃的材料，必须对辅助成分加以控制。这就是说，虽然倾向形成玻璃的材料有利于是基板与压电/电致伸缩层26的接合但这种材料容易使基板18与压电/电致伸缩层26之间产生反应，使之难以使压电/电致伸缩层26保持预先设定的组分。因此，这种材料便成为破坏部件特性的原因。
这就是说，最好对基板18中的氧化硅之类限制到其重量比不高于3％，最好不超过1％。这里讲的主成分指的是其重量比不低于50％的材料。
压电陶瓷可能最宜用作压电/电致伸缩层26的构成材料。但是，对于压电/电致伸缩层26，允许采用电致伸缩陶瓷或铁电陶瓷，并且还允许使用要求极化处理的材料或不要求极化处理的材料。压电/电致伸缩层26的材料并不限于陶瓷，它可以是以PVDF(polyfluorovinylidene)为代表的含高分子重量化合物的压电材料，或者是包含这种高分子重量化合物和陶瓷的复合材料。
可用作压电/电致伸缩层26的材料包括(例如)如锆酸铅、铌酸铅镁、铌酸铅镍、铌酸铅锌、铌酸铅锰、钽酸铅镁、钽酸铅镍、锡酸铅锑、钛酸铅、钛酸钡、钨酸铅镁和铌酸铅钴等陶瓷，以及含其任一组合物的陶瓷。不用说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，含锆酸铅的陶瓷是最常用作按本发明实施例压电/电致伸缩层26的构成材料。当基于使用陶瓷来制备压电/电致伸缩层26时，使用在上述陶瓷中适当添加镧、钙、锶、钼、钨、钡、铌、锌、镍、镁等金属氧化物，或其任何组合物，或其他类型的化合物而获得的陶瓷是允许的。
例如，最好采用由铌酸铅镁、锆酸铅和钛酸铅所构成、并且还含有镧和锶的材料为主成分的陶瓷。
压电/电致伸缩层26可以是密实型，也可以是疏松型。当压电/电致伸缩层26为疏松型时，其孔隙率最好不超过40％。
基板18的振动区22的厚度最好与振动区22上形成的压电/电致伸缩层26的厚度取相同的尺寸，其原因如下。如果振动区22的厚度比压电/电致伸缩层26的厚度大很多(假如前者与后者之差不低于一位数)，当压电/电致伸缩层26一启动便收缩时，则振动区22表现为抑制收缩。于是，压电/电致伸缩层26与基板18之间边界面的应力增大，其结果使它们彼此容易剥离。相反，当两者的厚度为相同尺寸时，基板18(振动区22)很容易跟随启动时压电/电致伸缩层26的收缩。因此，宜优选这样的厚度尺寸以实现一体化。具体地说，振动区22的厚度宜为1-100μm，最好取3-50μm，取5-20μm则更好。另一方面，压电/电致伸缩层26的厚度宜为5-100μm，最好取5-50μm，取5-30μm则更好。
根据使用或应用的情况，允许在压电/电致伸缩层26上形成的电极对28有合适的厚度。但是，该厚度宜为0.01-50μm，最好取为0.1-5μm。电极对28最好用在室温下为固体的导电金属制作。这类金属包括(例如)金属单体，或含(例如)铝、钛、铬、铁、钴、镍、铜、锌、铌、钼、钌、铑、银、锡、钽、钨、铱、铂、金和铅的合金。不必说这些元素可以任意组合包容。
位移-传递部分32的位移-传递件32b最好有一定的硬度而直接将致动部件14的位移传递到光波导板12。因此，最宜用作位移-传递件32b的材料包括(例如)橡胶、有机树脂、有机粘胶薄膜和玻璃。但是，允许使用电极层本身，或者象前述的压电材料和陶瓷。最可取的材料包括(例如)基于环氧化合物、丙烯酸化合物、硅氧化合物、聚烯烃化合物的有机树脂和有机粘胶。另外，将一些填料与上述化合物混合以消除胶合时的收缩是有效的。
从发光效率和平整度考虑，希望用作平板构件32b的材料包括上述用作位移-传递构件32a的材料，以及通过精细粉碎在基于环氧、丙烯酸、或硅氧化合物的有机树脂中有高折射率的陶瓷粉末(如氧化锆粉、二氧化钛粉、氧化铅粉以及它们的混合粉末)而得到的材料。在此情况下，最好选择树脂重量：陶瓷粉末重量＝1∶(0.1-10)的比率。另外，最好在上述组分中以相对于陶瓷粉1∶(0.1-1.0)的比率添加平均颗粒直径0.5-10μm的玻璃粉，因为相对于光波导板12的松脱特性和接触特性度得到改善。
平板构件32a与光波导板12接触部分(表面)的平整度或光洁度最好比致动部件14的位移量要足够小，具体来说不要大于1μm，最好不大于0.5μm，更希望不大于0.1μm。然而，为减小当位移-传递部分32与光波导板12接触时产生的间隙，位移-传递部分32与光波导板12接触部分(表面)的平整度是重要的。因此，当接触部分在接触状态下发生形变时，并不存在对前述平整度的范围的限制。
当上述材料用作位移-传递部分32时，可将前述材料构成的位移-传递部分32用粘胶层积而使位移-传递部分32与主致动件30相连接，或按镀敷一层上述材料的溶液、软胶、软膏的方法在主致动件30上表面、或在光波导板12上或导光板76上(见图27)形成位移-传递部分32。
当位移-传递部分32与主致动件30相连接时，用作位移-传递构件32b的材料最好是用作粘合剂的材料。尤其是当采用有机粘胶薄膜时，最好是可通过加热用它作粘合剂。
光波导板12的光学折射率要使得导入内部的光10经受全反射而不会穿过正面和背面透射出光波导板12之外。对于光波导板12，必须采用在可见光波段具有均匀和高度透明的材料。光波导板12的材料并无特别限制，只要它满足上述特性即可。但具体来说，光波导板12的常用材料包括(例如)玻璃、石英、象聚丙烯塑料之类的透明塑料、透明陶瓷、折射率不同的多层结构材料，以及有表面镀敷层的材料。
下面来说明按本发明实施例的显示器的生产方法。基板18包括振动区22和固定区24，可借助热压和胶粘、继而烧制等工艺推选形成作为未经处理的板材和带材成型层而做成一体化单元。例如，图1所示之基板18最好是将两层未经处理的板材和带材层积而得到，其中具有预定形状以形成槽口区20的窗口在将第一层和第二层层积之前预先安置在该两层的第二层中。另一方面，样板层可借助(例如)基于使用样板的冲压、铸塑或注模工艺制作，因而采用如切割、切割处理、激光加工、冲压打孔等机械手段形成槽口区20的窗口。该两层结构如图1所示。然而，业可采用三层或四层结构，使基板18的刚性可得以改善，或使要用作背面布线板的一层可同时层积。
接着，在基板18的振动区22上形成主致动件30。在这一工序中，可以有两种方法：一种是后面将要介绍的薄膜-成形方法；在第二中方法中，按照基于使用样板的模压法形成压电/电致伸缩层26、或基于使用软胶材料的带状-成形方法，借助热压和胶粘将烧制之前的压电/电致伸缩层26层积在烧制之前基板18的振动区22上，并将它们同时烧制而在基板18的振动区22上形成压电/电致伸缩层26。
在薄膜-成形方法中，压电/电致伸缩层26和电极对28按这种顺序层积在振动区22上。适合用作薄膜-成形法的方法包括(例如)象网板印刷之类的厚膜方法，象浸涂之类的施工方法，以及象离子束、溅散、真空淀积、离子镀覆、化学汽相淀积(CVD)，以及镀敷之类的薄膜方法。布线排列40、42和终端压焊块与电极对28相连，也采用上述厚膜方法和薄膜方法形成。
例如，下述例举的制作方法适合按本发明实施例的显示器。首先，利用网板印刷法在基板18的振动区22上形成压电/电致伸缩层26。然后进行烧结而将压电/电致伸缩层26接合到基板18的振动区22上。在此工序中，为改善基板18与压电/电致伸缩层26之间的接合性能，并便于将基板18和压电/电致伸缩层26集成，最好在一个严格密封容器中的压电/电致伸缩材料气氛中对压电/电致伸缩层26进行烧结。更希望增大气氛浓度。
气氛烧结按(例如)下述方法进行：
(1)将其成分与压电/电致伸缩材料相同的粉末(用作蒸发源)一起放到密封容器中。
(2)允许压电/电致伸缩材料的组分预先包含过量的铅元素。
(3)用压电/电致伸缩材料做的平板用作固定器。
烧结温度最好是900-1400℃，达到1100-1400℃则更好。
在完成基板18与压电/电致伸缩层26的接合后，再形成包括电极对28的布线层图型。借助网板印刷将(例如)导体粉末之类的导电胶、金属有机物和树脂酸盐层积来完成这一形成工序。布线层图型包括(例如)垂直选择线40的图型、信号线42的图型以及电极图型，如图2所示。在此阶段(网板印刷阶段)中，电极图型具有简单的圆形结构，它不是图3所示之螺线结构或图4所示之分叉结构。
此后，用(例如)准分子激光器将圆形电极图型的必要部分汽化掉。这样，制作布线图案的完成便提供了图3所示之螺线结构或图4所示之分叉结构，因而制作出电极对28a、28b。
在借助准分子激光器完成布线图案之后进行热处理，以完成基板18上主致动件30的形成。当按照薄膜方法形成电极对28a、28b时，不一定要求热处理。
在完成基板18上主致动件30的形成之后，连上位移-传递部分32。当采用如前所述之材料来制作位移-传递部分32时，最好采用粘胶将由前述材料构成的位移-传递部分32层积、或借助(例如)涂敷包含上述材料的溶液或软胶的方法在主致动件30上形成位移-传递部分32而将主致动件30与位移-传递部分32相连接。
在此之后，并不一定非要将位移-传递部分32切割成与主致动件30大致相同的形状。但是，为使主致动件30有效地移动，根据平板构件32a或位移-传递构件32的位移-传递构件32b的材料，最好是对位移-传递部分32的层进行切割，或提供一个切口。
显然，要求组装后位移-传递构件32与光波导板12之间的预定距离应该比主致动件30的位移量小。然而，最好是在主致动件30不在的部位设置一个有预定大小的间隙-成型构件，将固定区24和光波导板12固定紧。
如上所述，按本发明实施例的显示器的优点在于与黑白屏幕相比，即使将该器件用于彩色显示系统也无需增大象素数量。
在按本发明实施例的显示器中，用来选择性地移动位移-传递部分32的主致动件30的构成使得电极对28在位于振动区22上的压电/电致伸缩层26第一主表面上形成。既然电极对28在压电/电致伸缩层26第一主表面一边形成，允许其介电常数比压电/电致伸缩层26小得多的空气或位移-传递部分32的构成材料介于电极对28a、28b之间。正因如此，主致动件30的静电容比在压电/电致伸缩层26上、下表面形成电极所产生的静电容要小。因此，对信号传输的CR时间常数也小。这就是说，相应于图象信号特征的电压信号波形不至于发生园弧畸变。
因此，有可能有选择地在每个象素的电极28对之间加一个额定的电压，使各压电/电致伸缩层26能给出必要的伸长。尤其有可能消除在相应于远离电压信号馈加处安置的致动部件14所在区域显示亮度变暗的现象(例如，屏幕的周边及中央区)。
这就是说，按本发明实施例的显示器的优点除了与黑白屏幕相比，即使将该器件用于彩色显示系统也无需增大象素数量之外，还可能减小致动部件14的静电电容。另外，当在整个显示屏表面显示白色时，有可能获得无任何非均匀性的显示亮度，因而有可能改善图象质量。
尤其如图2和7所示，按本发明实施例的显示器具有电极对28a、28b的第一电极28a(与垂直选择线40相连)与相关的一行串联的布线图案。因此，有可能提供每个第一电极28a(破折线所示)以大尺寸的外圆环部分。按的这样设置，有可能减小垂直选择线40的布线电阻，因而可进一步减小信号传输的CR时间常数。
在按本发明实施例的显示器中，图1中主致动件30朝上方移动(指向光波导板12的方向)。因此，可借助主致动件30的位移力将位移-传递部分32压向光波导板12。而且，很容易调整光波导板12与致动部件14之间的间隙。因此，该显示器的优点在于其位移-传递部分32很可靠地与光波导板12相接触。
如果部分压电/电致伸缩层26与安置在它上面的部分电极28在生产过程中因介质破损等原因而一起被损耗掉，例如，则只要将损耗的电极28修复，即使当压电/电致伸缩层26未经修复时，足以使致动部件14照常运转。因此，有可能避免在生产过程中象重新制作整个器件这样的徒劳之举，因而有可能实现显示器成品率的改善。
在按本发明实施例的显示器中，振动区22和固定区2以与基板18(陶瓷)集成的方式形成，在相应于振动区22的区域形成槽口区20，因而槽口区20为薄壁形。因此，很容易在基板18中制作固定区24和振动区22，其优点在于可降低显示器的生产成本。
通过在陶瓷基板18中开设槽口区20便相继形成厚壁形的固定区24和薄壁形的振动区22。因此，振动区22非常微对压电/电致伸缩层26的伸长产生响应。因而振动区可以敏捷地跟随电压信号的变化。另外，与具有桥式结构或悬臂结构的致动部件相比，足以确保振动区22与固定区24之间边界处的刚性。因此，不致因振动区22的振动所导致的边界疲劳而发生断裂。此外，基板的高度刚性使之很容易将光波导板12安置到振动区22。
在按本发明的显示器中，槽口区20和压电/电致伸缩层26两者分别具有光滑拐角的平面结构(在按本发明实施例的显示器和按第一改进型实施例的显示器情况下为圆形结构，在按第二和第三改进型实施例的显示器情况下为长椭圆形结构，在按第四改进型实施例的显示器情况下为椭圆形结构)，槽口区20平面结构的尺寸大于压电/电致伸缩层26的尺寸。因此，振动区22与固定区24之间的边界具有与槽口区20平面结构相同形式的光滑拐角结构。因此，由于振动区22的振动所产生的应力不会局部集中。而且，振动区22的整个圆周边沿有固定区24支撑，因此有可能提高振动区22圆周边沿部分的刚性。因此，有可能使边界处的疲劳极限大为改善，还有可能实现致动部件14的长维护寿命，并因此而有可能实现显示器的长维护寿命。
在按本发明实施例的显示器中，压电/电致伸缩层26上的电极对28a、28b承受具有螺线结构(其中电极对28a、28b互相平行安置并且互相分隔)的平面形式布线。因此，当电极对28a、28b之间外加预定的电压时，在压电/电致伸缩层26第一主表面附近很快(光学各向同性)建立起电场。因此，在压电/电致伸缩层26第一主表面附近很快(光学各向同性)产生拉伸。与此同时，在压电/电致伸缩层26深处也很快(光学各向同性)产生拉伸(其伸长量小于表面部分的伸长)，或很快(光学各向同性)产生压缩。因此，压电/电致伸缩层26便有效地产生移动，致使中心部分凸出。而且，各象素间的位移离散减小。
另一方面，当压电/电致伸缩层26上的电极对28a、28b具有分叉平面结构时，按如下方式产生位移。就是说，当预定的电压加到电极对28a、28b之间时，以与按本发明实施例的显示器相同的方式，在压电/电致伸缩层26第一主表面附近很快(光学各向同性)产生拉伸。同时，在压电/电致伸缩层26深处也很快(光学各向同性)产生拉伸(其伸长量小于表面部分的伸长)，或很快(光学各向同性)产生压缩。因此，压电/电致伸缩层26便有效地产生移动，致使中心部分凸出。而且，各象素间的位移离散减小。尤其当采用分叉结构时，电极分为主干52、54和分支56、58。因此，即使由于介质破损等原因使压电/电致伸缩层26的一部分，例如，相应于任意分支56、58的压电/电致伸缩层26的一部分与分支56、58一起损耗掉，其它部分绝不至于因此而受影响。只要保留主干52、54，致动部件14照样有效地工作。当然，重要的是只修复电极被损坏的分支56、58而能恢复损坏之前的原始功能。因此，有可能使显示器易于维护。
在按本发明实施例的显示器的第一工作例中，每个致动部件14的电极对28a、28b在以交变方式将电压加载于电极对28a、28b之间(交变电压加载状态)与非电压加载状态之间经受选择性的切换，致使光波导板12的预定区域产生光辐射(即在交变电压加载状态选择ON，在非电压加载状态选择OFF)。因此，当图象信息转换成激励信号(电压信号)而加到致动部件上时，控制特性得以提高，因而很容易使显示激励运作达到最佳。因此，该显示器有利于降低电功耗。这种显示器还有利于改善图象质量，即显示亮度得到改善，并使闪烁得以消除。
在按本发明实施例的显示器的第二工作例中，主致动件30由压电/电致伸缩层26第一主表面上形成的电极对28a、28b构成。另外，如图16B所示，致动部件14的位移特性(在电极对28a、28b之间加的电场不低于预定电场值的四倍得到的)相对于参考电场点为中心是不对称的。因此，当压电/电致伸缩层26的极化处理完成后加反向电场时，由于电场很强而使极化方向反转到与压电/电致伸缩层26表面附近的电场方向一致，但压电/电致伸缩层26深处的极化方向因场强较弱而并不反转。就是说，在压电/电致伸缩层26中存在两类极化，因而致动部件14的功能如同pseudo-bi-morph型致动元件。
其结果，在压电/电致伸缩层26表面附近的形变方向与深处的形变方向彼此相反，因而整个致动件14沿第一方向作凸出移动。其位移量因pseudo-bi-morph型功能而变得很大。
尤其在按本发明实施例的显示器中，沿电场正、负方向的弯拱位移特性相对于参考电压点(电场＝0的点)为中心是不对称的。因此，例如，周期变化电场两个峰值之间的弯拱位移量出现差异。所以，非电压加载状态与电压加载状态之间的相对位移量增大，且在彼此相反方向分别加电场的状态之间相对位移量也增大。因此，当按显示器的象素单元安置致动件14时，很容易对致动件14进行控制，这特别有利于改善显示器的图象质量。
在按本发明实施例的显示器中，满足关系式y＝ax，假如x代表电极对28a、28b之间的距离(1μm≤x≤200μm)，y代表压电/电致伸缩层26的厚度(1μm≤y≤100μm)，则满足表示式1/10≤a≤100。
所以，可使在电极对28a、28b之间加电场得到的致动部件14的位移特性相对于参考电压点(电场E＝0的点)为中心是不对称的，如图16B所示。
在按本发明实施例的显示器中，振动区22和固定区24是采用陶瓷以集成方式形成的。在相应于振动区22的部位形成槽口区20，因而振动区22为薄壁型结构。所以，固定区24和振动区22很容易制作。因此，这种显示器有利于降低生产成本。
在按本发明实施例的显示器中，满足关系式y＝bz，假如y代表压电/电致伸缩层26的厚度(1μm≤y≤100μm)，z代表振动区22的厚度(1μm≤z≤50μm)，则满足表示式1/5≤b≤10。所以，如图12B所示，可使在电极对28a、28b之间加电场得到的位移特性相对于参考电压点为中心是不对称的。
上面以对按本发明实施例作为包含螺线平面结构或分叉平面结构电极对28a、28b的显示器作了具体的说明。但是，如图28所示，电极对28a、28b可以是梳状结构。在这个实施例中，最好形成梳状电极对，其中振区22的形状满足长-宽比(纵横比)不大于0.25或不小于4.0，且大量梳齿的排列方向沿振动区22的纵向。当这一条件满足时，采用梳状结构电极对28a、28b可获得用螺线平面结构或分叉平面结构电极对28a、28b的相同效果。
然而，为了增大相对位移量，振动区22的形状最好取纵横比为0.25-4.0，取0.5-2则更佳，而电极对28a、28b具有螺线平面结构或分叉平面结构。
在按本发明实施例的显示器中，基板18具有包括图1所示之衬底层18A、垫片层18B和薄板层18C。另一方面，如图29所示，作为最底层的衬底层18A可以略去。
在按本发明实施例的显示器和按改进型实施例的显示器中，用作光波导板12的构件在两个表面都有高的平整度和高的光洁度。另一方面，还可能采用其背面处理变粗糙的所谓毛玻璃板。在这个实施例中，将位移-传递部分32的第一表面(与毛玻璃板背面相对的表面)处理成与毛玻璃板背面的粗糙表面结构相当的粗糙表面。另一方面，采用粘性相对较低的弹性橡胶构成位移-传递部分32的第一表面区。
在这样的实施例中，首先，从正面来的光被毛玻璃板的粗糙表面所反射，且这些光作为朝向毛玻璃板正面的散射光透射。在此状态下，当某个致动部件14置于电压加载状态或ON选择状态，且相应于致动部件14的位移-传递部分32与毛玻璃板的背表面相接触时，则相应于接触区的粗糙表面部分被位移-传递部分32的粗糙表面或位移-传递部分32的弹性形变所挤压。因此，已被毛玻璃板粗糙表面区反射的光穿过与毛玻璃板背面相接触的位移-传递部分32透射。
这就是说，当采用毛玻璃板作光波导板12时，在毛玻璃板正面有无光辐射可依赖于毛玻璃板背面的位移-传递部分32的接触与否来控制。这样，就有可能获得与按本发明实施例的显示器和按改进型实施例所提供的相同效果。尤其当采用如上所述的毛玻璃板时，任何用来主动将光引进毛玻璃板的照明手段都是不必要的。因此，装置更为简化。
基于按本发明实施例的显示器和按第一到第四改进型实施例的显示器，对按本发明的显示器已具体地作了说明。然而，不应将本发明理解为它仅限于实施例和改进型实施例。有可能将各种改变、改进和改善用于本发明而不偏离本发明的范围。

Claims (23)

1.一种显示器，包括一块用来引进光的光波导板(12)，一套面对所述光波导板(12)的一个平板表面放置的、并配备有其数量与大量象素相当的致动部件(14)的驱动装置(16)，按照待输入图象的特征控制每个所述致动部件(14)沿相对于所述光波导板(12)的接触或分离的方向移动，致使泄漏光在所述光波导板(12)上的预定位置处受到控制而依照图象信号在所述光波导板(12)上显示图象，每个所述致动部件(14)包括：
一个包括压电/电致伸缩层(26)和在所述压电/电致伸缩层(26)第一主表面上形成的电极对(28)构成的主致动元件(30)；
与所述压电/电致伸缩层(26)的第二主表面相接触的振动区(22)，用来支撑所述主致动元件(30)；
用来以振动方式支撑所述振动区(22)的固定区(24)；以及
用来将在所述电极对(28)之间加电压所引起的所述致动部件(14)的位移量传递到所述光波导板(12)上的位移-传递部分(32)。
2.按权利要求1的显示器，其中：
所述振动区(22)和所述固定区(24)以集成方式用陶瓷制成；以及
在相应于所述振动区(22)的位置处形成槽口区(20)，致使所述振动区(22)为薄壁结构。
3.按权利要求2的显示器，其中所述槽口区(20)和所述压电/电致伸缩层(26)两者分别具有光滑拐角平面结构，所述槽口区(20)的所述平面结构的尺寸大于所述压电/电致伸缩层(26)的尺寸。
4.按权利要求3的显示器，其中所述槽口区(20)和所述压电/电致伸缩层(26)两者分别具有圆形平面结构。
5.按权利要求3的显示器，其中所述槽口区(20)和所述压电/电致伸缩层(26)两者分别具有长椭圆形平面结构。
6.按权利要求3的显示器，其中所述槽口区(20)和所述压电/电致伸缩层(26)两者分别具有带光滑拐角的矩形平面结构。
7.按权利要求3的显示器，其中所述槽口区(20)和所述压电/电致伸缩层(26)两者分别具有带圆形顶角部分的多边形平面结构。
8.按权利要求1的显示器，其中位于所述压电/电致伸缩层(26)上的所述电极对(28)具有螺线平面结构，在该结构中所述电极对(28)彼此平行安置且互相分离。
9.按权利要求1的显示器，其中位于所述压电/电致伸缩层(26)上的所述电极对(28)具有平面结构，在该结构中从伸张到压电/电致伸缩层(26)中心的主干线(52、54)伸出多个分支，且所述电极对(28)彼此平行安置且互相分离。
10.按权利要求1的显示器，其中通过在所述电极对(28)之间加信号使所述压电/电致伸缩层(26)的极化方向反转将自发形变消除而使致动部件(14)运作。
11.按权利要求1的显示器，其中通过在所述电极对(28)之间外加电场不低于预设电场四倍所得到的所述致动部件(14)的弯拱位移特性相对于参考电场点为中心不对称。
12.按权利要求11的显示器，其中假定A和B分别表示在所述电极对(28)之间外加电场以所述参考电场点为基准、不低于两个绝对值相等而方向不同的预定电场四倍所得到的所述致动部件(14)的弯拱位移量，则满足关系式.A≥1.5B。
13.按权利要求11的显示器，其中假设在一预设的电压范围内于所述电极对(28)之间加电压，将所述电压沿使得所述弯拱位移特性第一方向位移量最大的方向加到从所述大量所述致动部件(14)选定的一组将要承受ON选择的所述致动部件(14)上。
14.按权利要求11的显示器，其中假设在一预设的电压范围内于所述电极对(28)之间加电压，将所述电压沿使得所述弯拱位移特性第一方向位移量最小的方向加到从所述大量所述致动部件(14)选定的一组将要承受OFF选择的所述致动部件(14)上。
15.按权利要求11的显示器，其中假设在一预设的电压范围内于所述电极对(28)之间加电压，将所述电压沿使得所述弯拱位移特性第一方向位移量最小的方向加到从所述大量所述致动部件(14)选定的一组将要承受NO选择的所述致动部件(14)上。
16.按权利要求11的显示器，其中：
满足关系式y＝ax；以及
假如x代表所述电极对(28)之间的距离(1μm≤x≤200μm)，y代表所述压电/电致伸缩层(26)的厚度(1μm≤y≤100μm)，则满足表示式1/10≤a≤100。
17.按权利要求16的显示器，其中满足表示式1/5≤a≤10。
18.按权利要求16的显示器，其中满足表示式1/2≤a≤5，且满足表示式1μm≤x≤60μm和1μm≤y≤40μm。
19.按权利要求16的显示器，其中：
满足关系式y＝bz；以及
假如z代表所述振动区(22)的厚度(1μm≤z≤50μm)，则满足表示式1/5≤b≤10。
20.按权利要求19的显示器，其中满足表示式1/3≤b≤5。
21.按权利要求19的显示器，其中满足表示式1/3≤b≤5，且满足表示式1μm≤y≤40μm和1μm≤z≤20μm。
22.按权利要求10的显示器，其中所述振动区(22)具有相应于所述穿过所述振动区(22)中心最短距离m的剖面图形，且所述剖面图形在非电压加载状态下满足下述条件(1)-(3)：
(1)至少在其中心附近所述压电/电致伸缩层(26)的部分上表面从邻近所述固定区(24)的一个最外局部最小点(P1)和另一个最外局部最小点(P2)连成的参考线(L)沿面对所述振动区(22)相反方向作凸出移动；
(2)当上述定义的所述最外局部最小点(P1，P2)不存在时，则认定位于沿所述最短距离m方向的所述振动区(22)上表面内、并相应于所述固定区(24)与所述振动区(22)之间的边界点的点(K1，K2)为所述最外局部最小点(P1，P2)；
(3)假设所述振动区(22)与所述固定区(24)之间的边界为零位置，所述振动区(22)的所述最短距离m的长度为100％，当从零位置开始在所述振动区(22)的所述最短距离m的所述长度40％的范围内不存在最外局部最小点(P1，P2)时，则认定位于沿所述最短距离m方向的所述振动区(22)所述上表面内、并相应于所述固定区(24)与所述振动区(22)之间的边界点的所述点(K1，K2)为所述最外局部最小点(P1，P2)。
23.按权利要求22的显示器，其中所述凸出量t满足m/1000≤t≤m/10，当至少在其中心附近所述压电/电致伸缩层(26)的所述部分所述上表面从邻近所述固定区(24)的所述一个最外局部最小点(P1)和所述另一个最外局部最小点(P2)连成的所述参考线(L)沿面对所述振动区(22)所述相反方向作所述凸出移动。
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