JP2001100123A - ディスプレイ素子及びディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 応答速度が速く、消費電力が小さく、小型化
することができ、画面輝度が大きく、カラー画面でも、
画素数を白黒画面に比して増加させる必要がない、ディ
スプレイ装置を実現すること。 【解決手段】圧電体膜１１と、圧電体膜１１の両面のそ
れぞれ少なくとも一部を被覆する少なくとも１対の電極
１２，１３とを有するアクチュエータ部１０と、光が導
入される光導波板１とを有してなり、電極１２，１３を
通してアクチュエータ部１０へ電圧を印加してアクチュ
エータ部１０の静止と変位を行なわせ、変位伝達部５の
光導波板１への接触、離隔を制御することにより、光導
波板１の所定部位の漏光を制御するディスプレイ素子。
これらのディスプレイ素子を複数配設して構成されるデ
ィスプレイ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、消費電力が小さ
く、画面輝度の大きなディスプレイ素子及びこのディス
プレイ素子を用いたディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 従来から、ディスプレイ装置として、
ＣＲＴ（カソードレイチューブ）、液晶が知られてい
る。ＣＲＴとしては、通常のテレビが知られているが、
画面は明るいものの、消費電力が大きく、また画面の大
きさに比較してディスプレイ装置全体の奥行が大きくな
るという問題がある。

【０００３】 一方、液晶はディスプレイが小型化で
き、消費電力が小さいという利点があるものの、画面の
輝度が劣り、画面視野角度が狭いという問題がある。さ
らに、これらＣＲＴ及び液晶は、カラー画面にする場
合、画素数が白黒画面に比べて３倍になり、装置が複雑
になり、消費電力がかさみ、コストアップが避けられな
いという問題もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来のディスプレイ装置の問題を解決し、消費電力
が小さく、しかも小型化でき、さらに画面輝度の大きな
ディスプレイ素子及びディスプレイ装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、圧電体膜と、該圧電体膜の両面のそれぞれ少なくと
も一部を被覆する少なくとも１対の電極とを有するアク
チュエータ部と、該１対の電極のいずれか一方の電極に
接して該アクチュエータ部を支持する振動部と、該振動
部が振動できるように該振動部を固定する固定部と、該
アクチュエータ部に接続する変位伝達部と、該変位伝達
部に近接して配置され、光が導入される光導波板と、を
有してなり、前記電極を通して前記アクチュエータ部へ
電圧を印加して前記アクチュエータ部の静止と変位を行
なわせ、前記変位伝達部の前記光導波板への接触、離隔
を制御することにより、前記光導波板の所定部位の漏光
を制御することを特徴とするディスプレイ素子（発明
Ａ）、が提供される。

【０００６】 本発明においては、振動部及び固定部が
一体となって、セラミックスからなる基体を構成し、基
体には、振動部が肉薄になるように空所が形成されてい
ることが好ましい。また、本発明によれば、上記のディ
スプレイ素子を複数配設して構成され、電極を通してア
クチュエータ部へ電圧を印加してアクチュエータ部の静
止と変位を行なわせ、変位伝達部の光導波板への接触、
離隔を制御することにより、光導波板の所定部位の漏光
を制御することを特徴とするディスプレイ装置（発明
Ｂ）、が提供される。

【０００７】 更に、本発明によれば、セラミックスか
らなる圧電体層と電極層が夫々複数積層されてなる積層
圧電体を有する積層アクチュエータ部と、該積層アクチ
ュエータ部を固定する固定部と、該積層アクチュエータ
部に接続する変位伝達部と、該変位伝達部に近接して配
置され、光が導入される光導波板と、を有してなり、前
記電極層を通して前記積層アクチュエータ部へ電圧を印
加して前記積層アクチュエータ部の静止と変位を行なわ
せ、前記変位伝達部の前記光導波板への接触、離隔を制
御することにより、前記光導波板の所定部位の漏光を制
御することを特徴とするディスプレイ素子（発明Ｃ）、
が提供される。

【０００８】 更にまた、本発明によれば、発明Ｃのデ
ィスプレイ素子を複数配設して構成され、電極層を通し
て積層アクチュエータ部へ電圧を印加して積層アクチュ
エータ部の静止と変位を行なわせ、変位伝達部の光導波
板への接触、離隔を制御することにより、光導波板の所
定部位の漏光を制御することを特徴とするディスプレイ
装置（発明Ｄ）、が提供される。

【０００９】

【発明の実施の形態】 本発明の基本原理を図１に基づ
いて説明する。光導波板１の端部から導入される光２
は、光導波板１の屈折率の大きさを調節することによ
り、全ての光２が光導波板１の前面３および背面４にお
いて透過することなく全反射する。この状態において、
光導波板１の背面４に任意の物体（本発明では、変位伝
達部）５が光の波長以下の距離で接触すると、それまで
全反射していた光２は、光導波板１の背面４の物体５の
表面まで透過する。このように、一旦物体５の表面に到
達した光２は、物体５の表面で反射して散乱光６とし
て、再度光導波板１の中に侵入するが、散乱光６の一部
は再度光導波板１の中で全反射するが、散乱光６の大部
分は反射することなく、光導波板１の前面３を透過する
ことになる。

【００１０】 以上のことから明らかなように、光導波
板１の背面４にある物体５の接触の有無により、光導波
板１の前面３における光２の発光（漏光）の有無を制御
することができる。ここで、上記した発光の有無、即
ち、オン−オフを行なう単位を画素と考えれば、この画
素を縦横に複数配設し、画素のオン−オフを制御するこ
とにより、従来のＣＲＴ、液晶と同様に、任意の文字、
図形等を表示することができる。

【００１１】 次に、本発明をカラー画面に適用する場
合について説明する。人間の色の認識は、視覚神経に残
存する三原色の混合によって行なわれると考えられてい
る。そうとすると、同時に三原色の混合を行なう現行の
カラー表示と同様な作用、効果が、人間の視覚中におい
て達成される。本発明における発色の基本原理は以下の
通りである。発色の基本は、色の三原色であるＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の混合方式で規定される。

【００１２】 ここで、発色させる周期をＴとして、Ｒ
ＧＢの最大発光時間を３分割することを考える。図２に
示すように、ＲＧＢの発光時間の比率が１：１：１であ
れば、白色光となり、図３に示すように、ＲＧＢの発光
時間の比率が４：１：５であれば、その比率に対応した
色になる。従って、発色させる時間の制御は、図１を参
照すれば、光導波板１と変位伝達部５との接触時間を発
色させる周期に同期させて、三原色の発光時間を制御し
てもよいし、三原色の発光時間を発色させる周期に同期
させて、光導波板１と変位伝達部５との接触時間を制御
することもできる。従って、本発明においては、カラー
画面にする場合であっても、画素数を白黒画面の場合に
比して増加させる必要がないという利点がある。

【００１３】

【実施例】 以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳
細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるも
のではない。図１は本発明に係るディスプレイ素子（発
明Ａ）の一実施例を示す概要図で、左側の素子が通常状
態、右側の素子が励起状態を示している。図１におい
て、アクチュエータ部１０は、セラミックスからなる圧
電体膜１１と、この圧電体膜１１の各々の面を被覆する
１対の電極１２，１３とから構成されている。また、ア
クチュエータ部１０の下部には、振動部１４及び固定部
１５からなる基体１６が配設され、アクチュエータ部１
０の下部電極１３は振動部１４と接触して、振動部１４
により該アクチュエータ部１０が直接支持されている。

【００１４】 基体１６は振動部１４及び固定部１５が
一体となってセラミックスから構成されることが好まし
く、さらに基体１６には、振動部１４が肉薄になるよう
に凹部１７が形成されていることが好ましい。ここで、
固定部１５は、振動部１４の外周を囲むように位置す
る。なお、振動部１４と固定部１５とは一体である必要
はなく、例えば、金属である固定部１５が、セラミック
スである別個の振動部１４を固定していてもよい。固定
部１５が金属の場合、固定部１５に接続する振動部１４
の表面をメタライズし、そのメタライズ層を固定部１５
にろうづけする。固定部１５は、ステンレス鋼、鉄等の
金属を用いてもよい。また、固定部１５は、振動部１４
の外周を囲むように位置するが、振動部１４の全周に亙
って固定部１５に保持されている必要はなく、振動部１
４の少なくとも一部にて固定部１５に保持されていれば
よい。図１では、振動部１４の一部にて固定部１５に保
持されている。

【００１５】 アクチュエータ部１０の上部電極１２に
は、光導波板１との接触面積を所定に大きくするため変
位伝達部５が接続されており、図１の例では、その変位
伝達部５は、アクチュエータ部１０が静止している通常
状態において、光導波板１に近接して配置され、励起状
態において光導波板１に光の波長以下の距離で接触する
ように配置されている。図１では、変位伝達部５が断面
三角形の部材からなる場合を示している。

【００１６】 図４は本発明に係るディスプレイ素子の
他の実施例を示すもので、変位伝達部５が板部材５ａと
球状部材５ｂからなる場合を示している。更に、図５は
本発明に係るディスプレイ素子の更に他の実施例を示す
もので、変位伝達部５が板部材５ａと球状部材５ｂから
なることは図４の例と同様であるが、さらにアクチュエ
ータ部１０と基体１６との位置関係を、図１、図４と逆
にした場合を示している。なお図５の場合にあっては、
固定部１５が振動部１４に必ずしも接着されている必要
は無く、単に接触した状態にあっても構わない。また、
図８に示す実施例は図４の実施例と同一の位置関係を示
すものであるが、アクチュエータ部１０の変位方向を図
４の実施例と逆方向にしたものである。

【００１７】 更に、図９は本発明に係るディスプレイ
素子のさらに別の実施例を示すもので、圧電体膜１１と
電極１２、１３からなるアクチュエータ部１０が、一つ
のディスプレイ素子中において複数の部分から成り、し
かも振動部１４が薄板部３０とその間に厚板部３１を配
した構成からなる例を示している。このような構成とす
ることで、薄板部３０の大きさを効果的に小さくするこ
とができ、好ましい。また、図１、図４及び図５の場合
には、変位伝達部５は、アクチュエータ部１０が静止し
ている通常状態において、光導波板１に近接して配置さ
れ、励起状態において光導波板１に光の波長以下の距離
で接触するように配置されている例を示すものである
が、その逆に、図８、図９に示されるように、アクチュ
エータ部１０が静止している状態では、変位伝達部５が
光導波板１に光の波長以下の距離で接触し、励起状態に
おいては、変位伝達部５が光導波板１に近接して配置
（離隔）されるように構成することも勿論可能である。
なお、これら変位伝達部５の光導波板１への接触、離隔
は、圧電体の分極方向と駆動電界の方向によって適宜制
御することが可能である。

【００１８】 図６は、本発明に係るディスプレイ素子
（発明Ｃ）の積層アクチュエータ部の一例を示すもの
で、積層アクチュエータ部２０は、セラミックスからな
る圧電体層２１と電極層２２，２３が夫々複数積層され
てなる積層圧電体２４とから構成されている。ここで、
電極層は、陽極として機能しそれぞれ複数の層が連結し
ている形態の陽極電極２２と、陰極として機能しそれぞ
れ複数の層が連結している形態の陰極電極２３とからな
っている。陽極電極２２と陰極電極２３を形成する夫々
の複数層は、交互に同一の極性となるように接続する。

【００１９】 上記のように構成される積層圧電体２４
は、変位の方向が積層方向に対して平行な場合と直角な
場合とがあり、図６の場合、積層方向はＹ方向というこ
とになる。変位方向がＹ方向の場合、積層圧電体２４の
形状は積層面の大きさに比較してＹ方向に大きくする必
要がある。変位量は各圧電体層２１の厚み方向での変位
量の合計となり、発生力も積層数の合計となる。一方、
変位方向がＸ方向の場合、積層圧電体２４の形状は積層
面の大きさに比較してＹ方向が小さくなるようにする必
要がある。換言すると、Ｘ方向に長くする必要がある。
変位量は各圧電体層２１の変位量そのものとなり、積層
数が発生力に比例する。

【００２０】 なお、図６、図７に示すように、Ｙ方向
の変位を利用して圧電体層２１の分極方向と駆動電界の
方向を同一にする場合には、変位伝達部５が通常状態で
光導波板１から離れた状態とする。一方、圧電体層２１
の分極方向と駆動電界の方向を逆にする場合には、変位
伝達部５が通常状態で光導波板１に接触した状態にする
ことが必要である。換言すれば、励起状態では、変位伝
達部５が光導波板１から離隔した状態になることが必要
であって、励起状態が発光していない状態となる。図６
に示す発明Ｃに係るディスプレイ素子（発明Ｃ）の積層
アクチュエータ部２０は、発明Ａのような振動部は必要
なく、固定部２５により支持される。

【００２１】 次に、ディスプレイ素子を構成する各部
を説明する。アクチュエータ部１０が励起すると、即
ち、上下電極１２，１３に、図示しないリード部を通じ
て電圧印加が行なわれると、圧電体膜１１がその厚さ方
向に屈曲変位が発現し、それに連動して振動部１４が上
下方向、即ち、光導波板１及び凹部１７の方向に振動す
る。振動に好適な形状のため、振動部１４は、板形状で
あることが好ましく、この場合、板の厚さは、１〜１０
０μｍであることが好ましく、３〜５０μｍが更に好ま
しく、５〜２０μｍが更になお好ましい。

【００２２】 振動部１４は、高耐熱性材料であること
が好ましい。アクチュエータ部１０を有機接着剤等の耐
熱性に劣る材料を介することなく、直接振動部１４が支
持する際、少なくとも圧電体膜１１の形成時に振動部１
４が変質しないようにするため、振動部１４は、高耐熱
性材料であることが好ましい。また、振動部１４は、こ
れに直接支持されるアクチュエータ部１０の上下電極１
２，１３及びこれらに接続されるリード、リード端子等
が振動部１４の表面に形成される際には、上下電極１
２，１３の電気的な分離をするために、振動部１４は電
気絶縁材料であることが好ましい。従って、振動部１４
は高耐熱性の金属或いはその金属表面をガラス等のセラ
ミックスで被覆したホーロー等の材料であってもよい
が、セラミックスが最適である。

【００２３】 振動部１４を構成するセラミックスとし
ては、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化ア
ルミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミ
ニウム、窒化珪素、ガラス等を用いることができる。安
定化された酸化ジルコニウムは、振動部が薄くても機械
強度が高いこと、靱性が高いこと、圧電体膜及び電極と
化学反応性が小さいこと等のため、特に好ましい。安定
化された酸化ジルコニウムとは、安定化酸化ジルコニウ
ム及び部分安定化酸化ジルコニウムを包含する。安定化
された酸化ジルコニウムでは、立方晶等の結晶構造をと
るので、相転移を起こさない。一方、酸化ジルコニウム
は、１０００℃前後で、単斜晶と正方晶とで相転移し、
この相転移のときクラックが発生する場合がある。安定
化された酸化ジルコニウムは、酸化カルシウム、酸化マ
グネシウム、酸化イットリウム、酸化スカンジウム、酸
化イッテルビウム、酸化セリウム又は希土類金属の酸化
物等の安定化剤を、１〜３０モル％含有する。振動部の
機械強度を高めるため、安定化剤が、酸化イットリウム
を含有することが好ましい。このとき、酸化イットリウ
ムは、好ましくは１．５〜６モル％含有し、更に好まし
くは２〜４モル％含有する。更に、結晶相は、立方晶＋
単斜晶の混合相、正方晶＋単斜晶の混合相、立方晶＋正
方晶＋単斜晶の混合相などであってもよいが、中でも主
たる結晶相が、正方晶、または正方晶＋立方晶の混合相
としたものが、強度、靱性、耐久性の観点から最も好ま
しい。

【００２４】 振動部１４を構成するセラミックスが、
０．５〜５重量％の酸化珪素を含有することが好まし
く、１〜３重量％の酸化珪素を含有することが更に好ま
しい。これは、アクチュエータ部１０を熱処理して形成
するとき、酸化珪素が、振動部１４とアクチュエータ部
１０との過剰な反応を避けて、良好なアクチュエータ特
性を得ることができる。また、振動部１４がセラミック
スからなるとき、多数の結晶粒が振動部を構成するが、
振動部の機械強度を高めるため、結晶粒の平均粒径は、
０．０５〜２μｍであることが好ましく、０．１〜１μ
ｍであることが更に好ましい。

【００２５】 固定部１５は、振動部１４が振動できる
ように、振動部１４の少なくとも一部を固定する。図１
の実施態様では、固定部１５は、セラミックスからなる
ことが好ましいが、振動部１４の材料と同一のセラミッ
クスでもよいし、異なっていてもよい。固定部１５を構
成するセラミックスとしては、振動部１４の材料と同様
に、例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アル
ミニウム、酸化マグネシウム、ムライト、窒化アルミニ
ウム、窒化珪素、ガラス等を用いることができる。

【００２６】 凹部１７の形状は特に制限されない。凹
部１７の水平断面又は垂直断面の形状は、例えば、円
形、楕円形、若しくは、正方形及び長方形を含む多角
形、又は、これらの形状を組み合わせた複合形状であっ
てもよい。しかし、多角形等の形状のとき、コーナーが
丸みを帯びるように縁どりされていることが好ましい。

【００２７】 アクチュエータ部１０は、圧電体膜１１
と、この圧電体膜１１の一つの表面１１ｓの少なくとも
一部を被覆する上部電極１２と、圧電体膜１１の他の表
面１１ｔの少なくとも一部を被覆する下部電極１３とか
ら構成される。下部電極１３は、振動部１４の表面１４
ｓの少なくとも一部を被覆する。圧電体膜１１は、上部
電極１２，下部電極１３へ電圧を印加することにより屈
曲変位を発生するものであり、この場合、圧電体膜１１
は、その厚さ方向に屈曲変位が発現するものであること
が好ましい。圧電体膜１１が屈曲変位することにより、
振動部１４と共に変位伝達部５が圧電体膜１１の膜厚さ
の方向に振動し、変位伝達部５が光導波板１に接触す
る。

【００２８】 圧電体膜１１の厚さは、５〜１００μｍ
であることが好ましく、５〜５０μｍが更に好ましく、
５〜３０μｍが更になお好ましい。圧電体膜１１には、
好適には圧電性セラミックスを用いることができるが、
電歪セラミックス又は強誘電体セラミックスであっても
よく、更には、分極処理が必要な材料であっても必要が
ない材料であってもよい。更にまた、セラミックスに限
定されず、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表さ
れる高分子からなる圧電体ないしはこれら高分子とセラ
ミックスの複合体であっても良い。圧電体膜１１に用い
るセラミックスは、例えば、ジルコン酸鉛、マグネシウ
ムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、
マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸
鉛、チタン酸バリウム、マグネシウムタングステン酸
鉛、コバルトニオブ酸鉛等、又はこれらの何れかの組み
合わせを含有するセラミックスが挙げられる。これらの
化合物が５０重量％以上を占める主成分であってもよい
ことはいうまでもない。また、ジルコン酸鉛を含有する
セラミックスは、好ましく用いられる。上記セラミック
スに、更に、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、
モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、
ニッケル、マンガン等の酸化物、若しくはこれらの何れ
かの組み合わせ、又は他の化合物を、適宜、添加したセ
ラミックスを用いてもよい。例えば、マグネシウムニオ
ブ酸鉛と、ジルコン酸鉛と、チタン酸鉛とからなる成分
を主成分とし、更にランタンやストロンチウムを含有す
るセラミックスを用いることが好ましい。

【００２９】 圧電体膜１１は、緻密であっても、多孔
質であってもよく、多孔質のとき、気孔率は４０％以下
であることが好ましい。尚、上記発明Ｃのデイスプレイ
素子及び発明Ｄのデイスプレイ装置において積層アクチ
ュエータ部２０の一部を構成する圧電体層２１も、上記
圧電体膜１１と同様の材質、特性を有するものである。

【００３０】 上下電極１２，１３は、用途に応じて適
宜な厚さとするが、０．１〜５０μｍの厚さであること
が好ましい。上部電極１２は、室温で固体であって、導
電性の金属で構成されていることが好ましい。例えば、
アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケ
ル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジ
ウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウ
ム、白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金が挙げ
られる。これらの元素が任意の組み合わせで含有してい
てもよいことはいうまでもない。

【００３１】 下部電極１３は、白金、ルテニウム、ロ
ジウム、パラジウム、イリジウム、チタン、クロム、モ
リブデン、タンタル、タングステン、ニッケル、コバル
ト等の高融点の金属を含有する単体又は合金からなるこ
とが好ましい。また、これらの高融点金属が任意の組み
合わせで含有していてもよいことはいうまでもない。ま
た、白金、ロジウム、パラジウム等の白金族金属が含有
することが好ましく、白金、ロジウム、パラジウム等の
白金族金属、又はこれらの白金族金属を含有する、銀−
白金、白金−パラジウム等の合金を主成分とする電極材
料が好適に用いられる。下部電極１３は、圧電体膜１１
の熱処理の時に高温に晒される場合があるので、高温酸
化雰囲気に耐えられる金属であることが好ましい。ま
た、これらの高融点金属と、アルミナ、酸化ジルコニウ
ム、酸化ケイ素、ガラス等とを含有するサーメットであ
ってもよい。

【００３２】 なお、上記発明Ｃのデイスプレイ素子及
び発明Ｄのデイスプレイ装置において、積層アクチュエ
ータ部２０の一部を構成する電極層２２、２３は、上記
した上部電極１２あるいは下部電極１３と同一の材料と
すればよいが、圧電体層２１の焼成と同時に、あるいは
同程度の温度で熱処理される。また、固定部２５は上記
した固定部１５と同一の材料で構成されても良く、積層
アクチュエ−タ部２０の一部分とすることが好ましい。

【００３３】 アクチュエータ部１０の上部電極１２ま
たは振動部１４、あるいは積層アクチュエータ部２０に
接続される変位伝達部５は、アクチュエータ部１０また
は積層アクチュエータ部２０の変位に対応して、光導波
板１の背面４へ接触するものである。変位伝達部５が光
導波板１の背面４に接触すると、光導波板１内で全反射
していた光２が、光導波板１の背面４を透過して変位伝
達部５の表面まで透過し、変位伝達部５の表面で反射す
る。このように、変位伝達部５は光導波板１の背面４を
透過した光２を反射するため、さらには光導波板１との
接触面積を所定以上に大きくするために設けられるもの
である。即ち、変位伝達部５と光導波板１との接触面積
により、発光面積が規定される。なおここで、接触と
は、変位伝達部５と光導波板１とが光の波長以下の距離
に位置することを意味する。

【００３４】 変位伝達部５は、アクチュエータ部１０
の変位を直接光導波板１に伝達する程度の硬度のものが
望ましい。従って、上記の特性を満足するため、変位伝
達部５の材質としては、ゴム、有機樹脂、ガラス等が好
ましいものとして挙げられるが、電極層そのものあるい
は圧電体ないしは上記したセラミックス等の材質であっ
ても何等かまわない。また変位伝達部５は、その光導波
板１と接触する部分（面）の平坦度が、アクチュエータ
部１０の変位量に比較して十分に小さくすることが好ま
しく、具体的には、１μｍ以下、更に好ましくは０．５
μｍ以下、特に好ましくは０．１μｍ以下である。但
し、変位伝達部５の光導波板１と接触する部分（面）の
平坦度は、変位伝達部５が光導波板１に接触した状態で
の隙間を減ずるために重要であって、接触した状態で接
触部分が変形するものであれば上記平坦度に必ずしも限
定されるものではない。

【００３５】 また図１０に示されるように、アクチュ
エータ部１０あるいは変位伝達部５（図１０では、上部
電極１２が変位伝達部を兼用する。）と光導波板１との
間には、透光性の液体３２を介在させ、当該透光性液体
３２が光導波板１の一部を形成するように構成すること
も可能である。この場合、透光性液体３２は、アクチュ
エータ部１０と光導波板１または変位伝達部５と光導波
板１との隙間を効果的に減ずるため、光のオン−オフ制
御が容易になる。ここで、透光性液体３２としては、例
えば、低蒸気圧の有機溶剤、油などを挙げることがで
き、また、透光性液体３２の蒸発を防止するために、ア
クチュエータ部１０を光導波板１との間で気密に封止す
る構造を採用することが好ましい。また、流動性を有す
る透光性液体３２をアクチュエータ部１０の上に保持さ
せるに当たっては、例えば、アクチュエータ部１０の上
側外周部に適宜高さの壁を設けるなどの従来周知の技術
を適用することができるが、変位伝達部５の凹凸面ある
いは多孔部を利用し、これに含浸された状態で透光性液
体３２を保持することもできる。これらは透光性液体３
２の表面張力によって保持されるものである。

【００３６】 本発明の光導波板１は、その内部に導入
された光が前面３および背面４において光導波板１の外
部に透過せず全反射するような屈折率を有するものであ
ることが必要である。このような特性を具備するもので
あれば、特にその材質は制限されないが、具体的には、
例えばガラス、石英、透光性プラスチック、透光性セラ
ミックスなど、あるいは異なる屈折率を有する材料の複
数層構造体、また表面にコ−ティング層を設けたものな
どが一般的なものとして挙げられる。

【００３７】 本発明では、上記で説明したディスプレ
イ素子を所定数適宜に配設すれば、ディスプレイ素子の
オン−オフを制御することにより、従来のＣＲＴ、液晶
と同様に、任意の文字、図形等を表示することができる
ディスプレイ装置を提供できるものであるが、必ずしも
ディスプレイ素子は複数である必要は無く、１個のみで
良いことは云うまでもない。

【００３８】 次に、本発明のディスプレイ素子の製造
方法を説明する。基体１６は、グリーンシート又はグリ
ーンテープである成形層を、熱圧着等で積層して、次い
で、焼結することで一体化できる。例えば、図１の基体
１６では、２層のグリーンシート又はグリーンテープを
積層するが、その第二層に、凹部１７となる所定形状の
貫通孔を積層前に予め設けておけばよい。また、成形型
を用いる加圧成形、鋳込み成形、射出成形等によって、
成形層を作成し、切削、研削加工、レーザー加工、プレ
ス加工による打ち抜き等の機械加工により、凹部等を設
けてもよい。

【００３９】 振動部１４上に、アクチュエータ部１０
を形成する。金型を用いたプレス成形法又はスラリー原
料を用いたテープ成形法等によって圧電体を成形し、こ
の焼結前の圧電体を、焼結前の基板における振動部１４
に熱圧着で積層し、同時に焼結して、基板と圧電体膜を
形成する方法がある。この場合には電極１２、１３は後
述する膜形成法により、圧電体に予め形成しておく必要
がある。圧電体膜１１の焼結温度は、これを構成する材
料によって適宜定められるが、一般には、８００℃〜１
４００℃であり、好ましくは、１０００℃〜１４００℃
である。この場合、圧電体膜１１の組成を制御するため
に、圧電体膜材料の蒸発源の存在下に焼結することが好
ましい。

【００４０】 一方、膜形成法では、振動部１４に、下
部電極１３、圧電体膜１１、及び上部電極１２をこの順
序に積層して、アクチュエータ部１０を形成する。公知
の膜形成法、例えば、スクリーン印刷のごとき厚膜法、
ディッピング等の塗布法、イオンビーム、スパッタリン
グ、真空蒸着、イオンプレーティング、化学蒸着法（Ｃ
ＶＤ）、メッキ等の薄膜法等が適宜用いられるが、これ
らに何等限定されるものではない。下部電極１３、図示
しないリードおよび端子パッドは、スクリーン印刷によ
って、同時に印刷塗布することができる。また、圧電体
膜１１は、好ましくは、スクリーン印刷等の厚膜形成方
法によって形成する。これらの手法は、圧電体膜の材料
からなるセラミック粒子を主成分とするペーストやスラ
リーを用いて、基板上に膜形成することができ、良好な
圧電体特性が得られる。また、このように圧電体膜を膜
形成法によって形成すると、接着剤を用いることなく、
アクチュエータ部１０と振動部１４とを一体的に接合す
ることができるため、信頼性、再現性に優れ、更に、集
積化し易いことから、特に好ましい。また、そのような
膜の形状は、適当なパターンを形成してもよい。スクリ
ーン印刷法、フォトリソグラフィ法等によって、パター
ン形成してもよく、また、レーザー加工法、スライシン
グ、超音波加工等の機械加工法を用い、不必要な部分を
除去してパターン形成してもよい。中でもスクリーン印
刷法が工業的観点から最も好ましい。

【００４１】 また、作製される圧電体膜、上部電極及
び下部電極の形状は、何等限定されるものではなく、用
途に応じて如何なる形状を採用してもよい。例えば、三
角形、四角形等の多角形、円、楕円、円環等の曲線形
状、櫛形状、格子状又はこれらを組み合わせた特殊形状
であってもよい。そして、このようにして基板状に形成
されたそれぞれの膜（１１、１２、１３）は、各膜の形
成の都度、熱処理して、基板と一体構造となるようにし
てもよく、又は、これらの膜を形成した後に、これらの
膜を同時に熱処理して、各膜が基板に一体的に接合せし
めてもよい。なお、薄膜法により上部電極又は下部電極
を形成する場合には、これらの電極を一体化するために
は、必ずしも熱処理を必要としない。

【００４２】 変位伝達部５に前記した材料を利用する
場合にあっては、アクチュエータ部１０と変位伝達部５
との接続は、接着剤を使って前記した材料の変位伝達部
材を積層するか、前記材料の溶液ないしスラリーをコー
ティングする等の方法によりアクチュエータ部１０の上
部に形成することにより行なえば良い。その後、変位伝
達部５を概ねアクチュエータ部１０の形状と同一になる
ように切断させることは必ずしも必要ではないが、アク
チュエータ部１０の変位を効率良くするには、変位伝達
部５の層を切断するか、あるいは切り欠きを設けること
が好ましい。変位伝達部５と光導波板１との組立後の所
定距離は、アクチュエータ部１０の変位量に比較して小
さくする必要があるのはいうまでもないが、アクチュエ
ータ部１０の存在しない部分に所定の大きさの隙間形成
部材を設けて、固定部１５と光導波板１とを緊密に固定
することが好ましい。

【００４３】 なお、図６に示す積層アクチュエータ部
２０についても、アクチュエータ部１０と同様に製造す
ることができ、積層アクチュエータ部２０と変位伝達部
５との接続、および積層アクチュエータ部２０の固定部
２５による支持も上記した発明Ａ、Ｂと同様に行なうこ
とができる。

【００４４】 積層アクチュエータ部２０の場合は、固
定部２５を積層アクチュエータ部２０の一部とすること
が好適であるため、固定部２５が必ずしも必要でないこ
とから、圧電体層２１の片面に電極層を形成したものを
所定層数積層して積層体を焼成し、その後に積層体の厚
みの所定部分を切断することにより複数の積層アクチュ
エータ部２０とすることが最も好ましい。また、焼成中
には存在しない基板の上に圧電体層２１と電極層２２、
２３とを交互に所定層数積層した後、基板から積層体を
剥離し、次いで積層体を焼成しても良い。さらにまた、
切断は焼成前に行なっても良い。本発明における画素の
大きさは０．３ｍｍ角〜３ｍｍ角相当とすることが望ま
しく、大画素の場合には比較的大画面表示に適すること
になる。また、本発明のディスプレイ装置においては、
Ｎ（縦）×Ｍ（横）の複数のディスプレイ素子を配置す
る場合、必ずしも全素子を一体に取り扱う必要はなく、
（Ｎ／ａ）×（Ｍ／ｂ）単位の部分に分割したものとし
て、ａ×ｂの部分を配置する構成としても良い。

【００４５】 以上、本発明を幾つかの実施例に基づい
て、具体的に説明してきたが、本発明は、上記実施例に
何等限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の
範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づい
て、種々なる変更、修正、改良等を加えうるものであ
る。

【００４６】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、圧電体膜、圧電体層の圧電効果による変位を利用し
て発光を制御しているため、応答速度が速く、消費電力
が小さく、小型化することができ、しかも画面輝度が大
きいディスプレイ素子及びディスプレイ装置を提供する
ことができる。また、カラー画面の場合でも、画素数を
白黒画面に比して増加させる必要がない。また光スイッ
チなどの他の用途にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るディスプレイ素子（発明Ａ）の
一実施例を示す概要図。

【図２】 ＲＧＢの発光時間の比率の一例を示す説明
図。

【図３】 ＲＧＢの発光時間の比率の他の例を示す説明
図。

【図４】 本発明に係るディスプレイ素子の他の実施例
を示す概要図。

【図５】 本発明に係るディスプレイ素子の更に他の実
施例を示す概要図。

【図６】 本発明に係るディスプレイ素子（発明Ｃ）の
積層アクチュエータ部の一例を示す概要図。

【図７】 発明Ｃの積層アクチュエータ部の通常状態と
励起状態を示す概要図。

【図８】 本発明に係るディスプレイ素子の更に他の実
施例を示す概要図。

【図９】 本発明に係るディスプレイ素子の更に他の実
施例を示す概要図。

【図１０】 本発明に係るディスプレイ素子の更に他の
実施例を示す概要図。

【符号の説明】

１…光導波板、２…光、３…光導波板の前面、４…光導
波板の背面、５…変位伝達部（任意の物体）、６…散乱
光、１０…アクチュエータ部、１１…圧電体膜、１２…
上部電極、１３…下部電極、１４…振動部、１５…固定
部、１６…基体、１７…凹部、２０…積層アクチュエー
タ部、２１…圧電体層、２２，２３…電極層、２４…積
層圧電体、２５…固定部、３０…薄板部、３１…厚板
部、３２…透光性液体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒュウ フローバッハ アメリカ合衆国、94025 カリフォルニア 州、 メンロ パーク 404−69、 ラヴ ェンズウッド アヴェニュー 333、 エ スアールアイ インターナショナル内 (72)発明者 エリック ジェー． シュレイダー アメリカ合衆国、94025 カリフォルニア 州、 メンロ パーク 404−69、 ラヴ ェンズウッド アヴェニュー 333、 エ スアールアイ インターナショナル内 (72)発明者 ロナルド イー． ペルリン アメリカ合衆国、94025 カリフォルニア 州、 メンロ パーク 404−69、 ラヴ ェンズウッド アヴェニュー 333、 エ スアールアイ インターナショナル内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体膜と、該圧電体膜の両面のそれぞ
   れ少なくとも一部を被覆する少なくとも１対の電極とを
   有するアクチュエータ部と、 該１対の電極のいずれか一方の電極に接して該アクチュ
   エータ部を支持する振動部と、 該振動部が振動できるように該振動部を固定する固定部
   と、 該アクチュエータ部に接続する変位伝達部と、 該変位伝達部に近接して配置され、光が導入される光導
   波板と、を有してなり、 前記電極を通して前記アクチュエータ部へ電圧を印加し
   て前記アクチュエータ部の静止と変位を行なわせ、前記
   変位伝達部の前記光導波板への接触、離隔を制御するこ
   とにより、前記光導波板の所定部位の漏光を制御するこ
   とを特徴とするディスプレイ素子。
2. 【請求項２】 該振動部及び該固定部が一体となってセ
   ラミックスからなる基体を構成し、該基体には、該振動
   部が肉薄になるように空所が形成されている請求項１記
   載のディスプレイ素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のディスプレイ素子
   を複数配設して構成され、 電極を通してアクチュエータ部へ電圧を印加してアクチ
   ュエータ部の静止と変位を行なわせ、変位伝達部の光導
   波板への接触、離隔を制御することにより、光導波板の
   所定部位の漏光を制御することを特徴とするディスプレ
   イ装置。
4. 【請求項４】 セラミックスからなる圧電体層と電極層
   が夫々複数積層されてなる積層圧電体を有する積層アク
   チュエータ部と、 該積層アクチュエータ部を固定する固定部と、 該積層アクチュエータ部に接続する変位伝達部と、 該変位伝達部に近接して配置され、光が導入される光導
   波板と、を有してなり、 前記電極層を通して前記積層アクチュエータ部へ電圧を
   印加して前記積層アクチュエータ部の静止と変位を行な
   わせ、前記変位伝達部の前記光導波板への接触、離隔を
   制御することにより、前記光導波板の所定部位の漏光を
   制御することを特徴とするディスプレイ素子。
5. 【請求項５】 請求項４記載のディスプレイ素子を複数
   配設して構成され、 電極層を通して積層アクチュエータ部へ電圧を印加して
   積層アクチュエータ部の静止と変位を行なわせ、変位伝
   達部の光導波板への接触、離隔を制御することにより、
   光導波板の所定部位の漏光を制御することを特徴とする
   ディスプレイ装置。
6. 【請求項６】 白黒表示とカラー表示とを同数のディス
   プレイ素子で行なうことを特徴とする請求項３または５
   記載のディスプレイ装置。