JP3529993B2 - Piezoelectric element - Google Patents

Piezoelectric element

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JP3529993B2
JP3529993B2 JP30509997A JP30509997A JP3529993B2 JP 3529993 B2 JP3529993 B2 JP 3529993B2 JP 30509997 A JP30509997 A JP 30509997A JP 30509997 A JP30509997 A JP 30509997A JP 3529993 B2 JP3529993 B2 JP 3529993B2
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子、アクチ
ュエータ、フィルタ、ディスプレイ、トランス、マイク
ロホン、発音体(スピーカ等)、各種振動子、共振子、
発振子、ディスクリミネータ、更にはジャイロやセンサ
等に用いられるユニモルフ型の圧電素子に関するもので
ある。なお、ここで呼称される素子とは、電気エネルギ
ーを機械エネルギーに変換する、即ち、機械的な変位、
力又は振動に変換する素子の他、その逆の変換を行う素
子を含む。
The present invention relates to the pressure Denmoto element, an actuator, filter, display, trans, microphones, sounding bodies (speakers or the like), various vibrators, resonators,
Oscillator, a discriminator, and further relates unimorph pressure Denmoto probe used for a gyro, or sensor. The element referred to here converts electrical energy into mechanical energy, that is, mechanical displacement,
In addition to an element that converts force or vibration, an element that performs the opposite conversion is included.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光学や精密加工等の分野におい
て、サブミクロンのオーダーで光路長や位置を調整する
変位素子や、微小変位を電気的変化として検知する検出
素子が所望されるようになってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of optics and precision processing, a displacement element for adjusting the optical path length and position on the order of submicrons and a detection element for detecting a minute displacement as an electrical change have been desired. Is coming.

【0003】これに応えるものとして、強誘電体等の圧
電材料に電界を加えた時に起こる逆圧電効果に基づくと
ころの変位の発現を利用したアクチュエータやその逆の
現象(圧電効果)を利用したセンサ等に用いられる圧
子の開発が進められている。
In response to this, an actuator that utilizes the manifestation of displacement due to the inverse piezoelectric effect that occurs when an electric field is applied to a piezoelectric material such as a ferroelectric substance, and a sensor that utilizes the opposite phenomenon (piezoelectric effect) pressure electrostatic used in equal
The development of the element has been developed.

【0004】その中で、スピーカ等においては、そのよ
うな圧電素子構造として、従来から知られているユニモ
ルフ型が好適に採用されている。
[0004] Among them, in the speaker or the like, as such pressure Denmoto child structure, unimorph type which is conventionally known are preferably employed.

【0005】このため、本出願人にあっても、先に、特
開平3−128681号公報や特開平5−49270号
公報等において、各種の用途に好適に用いられ得るセラ
ミックス製の圧電膜型素子を提案した。
[0005] Therefore, even in the present applicant, above, in JP-A-3-128681 and JP 5-49270 Patent Publication, ceramic pressure film to be suitably used for various applications A mold element was proposed.

【0006】この提案例に係る圧電膜型素子は、図30
に示すように、少なくとも1つの窓部(空所)100を
覆蓋するように薄肉の振動部102を一体に設けること
によって、少なくとも1つの薄肉の壁部(即ち、振動部
102)が形成されたセラミックス基体104を備え、
該セラミックス基体104の前記振動部102の外面上
に、下部電極106と圧電層108と上部電極110と
の組み合わせからなる圧電作動部112を膜形成法によ
って一体的に積層形成した構造を有する。なお、前記セ
ラミックス基体104中、空所100以外の部分は振動
部102を支持する固定部114として機能している。
[0006] pressure film type element according to the proposal example, FIG. 30
As shown in, at least one thin wall portion (that is, the vibration portion 102) is formed by integrally providing the thin vibration portion 102 so as to cover at least one window portion (space) 100. A ceramic substrate 104,
On the outer surface of the vibrating portion 102 of the ceramic substrate 104, an integrally laminated structure by a film forming method pressure electrostatic operation pivot portion 112 consisting of the lower electrode 106 and the pressure conductive layer 108 and the upper electrode 110 Have. In addition, in the ceramic substrate 104, a portion other than the void 100 functions as a fixed portion 114 that supports the vibrating portion 102.

【0007】前記提案例に係る圧電素子は、小型で安価
な、高信頼性の電気機械変換素子であると共に、低い駆
動電圧にて大変位が得られ、また応答速度が速く、か
つ、発生力も大きいという優れた特徴を有しており、ア
クチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、センサ等の構
成部材等として有用である。
[0007] pressure Denmoto element according to the proposed example, small and inexpensive, with an electro-mechanical conversion element with high reliability, a large displacement is obtained at a low driving voltage and response speed, and, It has an excellent feature that it can generate a large amount of force, and is useful as a constituent member such as an actuator, a filter, a display, a sensor and the like.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記圧電素
子においては、圧電作動部112の構成を圧電層108
に上部電極110と下部電極106を形成したいわゆる
サンドイッチ構造としている。このサンドイッチ構造の
電作動部112、振動部102及び固定部114から
なる圧電素子本体の屈曲変位特性をみた場合、図31B
に示すように、基準電界点(電界E=0の点)を中心に
電界の正方向と負方向とで対称形となっている。
[SUMMARY OF THE INVENTION Incidentally, the pressure Denmoto In <br/> child, pressure conductive layer 108 the structure of pressure conductive work moving unit 112
An upper electrode 110 and a lower electrode 106 are formed in the so-called sandwich structure. If this <br/> pressure electrostatic operation motion section 112 of the sandwich structure, viewed bending displacement characteristic of the pressure Denmoto element body of the vibration portion 102 and the fixing portion 114, FIG. 31B
As shown in FIG. 3, the positive and negative electric field directions are symmetrical with respect to the reference electric field point (electric field E = 0 point).

【0009】ここで、屈曲変位は、圧電素子本体が一方
向(圧電層108上に形成された上部電極110が自由
空間を臨む方向)に対して凸状に変位する場合を正方
向、凹状に変位する場合を負方向としている。
[0009] Here, the bending displacement, the case where pressure Denmoto child body is displaced in a convex shape with respect to one direction (the direction in which the upper electrode 110 formed on the pressure conductive layer 108 faces the free space) forward , The case of displacing in a concave shape is the negative direction.

【0010】この変位特性は、上部電極110及び下部
電極106間に所定電圧を印加し、圧電層108を分極
処理した後、圧電素子に加えられる電界が例えば+3E
→−3E→+3Eの電界となるように、上部電極110
及び下部電極106間に印加される電圧を連続的に変化
させたときの圧電素子本体の変位をみたものである。
[0010] The displacement characteristic, a predetermined voltage is applied between the upper electrode 110 and lower electrode 106, after the pressure conductive layer 108 was polarized, the electric field applied to the pressure Denmoto child, for example, + 3E
→ −3E → + 3E, so that the upper electrode 110 has an electric field of
And those viewed displacement of pressure Denmoto child body when continuously changing the voltage applied between the lower electrode 106.

【0011】即ち、圧電素子に対し、まず、正方向に分
極用の電界(例えば+5E)をかけて圧電層108を分
極処理した後、上部電極110及び下部電極106間へ
の電圧印加を停止して電圧無負荷状態とする。そして、
測定開始と共に、圧電素子に周波数1Hz、ピーク値±
3Eのサイン波(図31A参照)を印加し、そのときの
各ポイント(点A〜点D)での変位量をレーザ変位計を
用いて連続的に測定する。そのときの測定結果を電界−
屈曲変位グラフにプロットしたものが図31Bの特性図
である。図31Bの矢印に示されるように、屈曲変位の
変位量は、電界の連続的な増減によって連続的に変化し
ている。
[0011] That is, with respect to pressure Denmoto child, first, after the polarization treatment the pressure conductive layer 108 by applying an electric field for polarization in the positive direction (e.g., + 5E), the voltage application between the upper electrode 110 and lower electrode 106 Is stopped and the voltage is unloaded. And
Together with the measurement start, frequency 1Hz the pressure Denmoto child, the peak value ±
A sine wave of 3E (see FIG. 31A) is applied, and the displacement amount at each point (point A to point D) at that time is continuously measured using a laser displacement meter. The measurement result at that time is the electric field −
What is plotted on the bending displacement graph is the characteristic diagram of FIG. 31B. As shown by the arrow in FIG. 31B, the displacement amount of the bending displacement continuously changes as the electric field continuously increases and decreases.

【0012】具体的に、前記測定を電界+3Eから開始
したとすると、図32Aに示すように、まず、圧電素
には、分極方向と同じ方向に電界が印加されることか
ら、圧電層108は上部電極110〜下部電極106間
方向に伸び、上部電極110及び下部電極106と平行
な方向に縮みを生ずる。その結果、圧電素子全体は負方
向に0.9Δyほど変位する。
[0012] Specifically, assuming that starts the measurement from the electric field + 3E, as shown in FIG. 32A, first, the pressure Denmoto child, since the electric field in the same direction as the polarization direction is applied, pressure electrostatic The layer 108 extends in the direction between the upper electrode 110 and the lower electrode 106, and contracts in the direction parallel to the upper electrode 110 and the lower electrode 106. As a result, the overall pressure Denmoto element is displaced in the negative direction as 0.9Derutawai.

【0013】その後、電界を+3Eから−0.5Eに変
化させていくと、変位量は徐々に減少していく。電界が
負方向になると、図32Bに示すように、分極の向きと
反対方向に電界がかかるため、圧電層108は、上部電
極110及び下部電極106と平行な方向に伸びを発生
し、変位は正方向へと変化していく。
After that, when the electric field is changed from + 3E to -0.5E, the displacement amount gradually decreases. When the electric field is in the negative direction, as shown in FIG. 32B, the electric field is applied in a direction opposite to the direction of polarization, pressure conductive layer 108, the elongation occurs in a direction parallel to the upper electrode 110 and lower electrode 106, the displacement Changes in the positive direction.

【0014】次に、−0.5E→−3Eへと電界を変化
させていくと、徐々に分極の向きが反転しはじめる。即
ち、電界の向きと分極の向きがそろいはじめる。図31
Bの点B→点c→点Cのうち、点cでほぼ分極が完全に
反転していると思われる。その理由は、点c〜点C間で
ヒステリシスがみられないためである。
Next, when the electric field is changed from -0.5E to -3E, the direction of polarization gradually begins to reverse. That is, the direction of the electric field and the direction of polarization begin to be aligned. Figure 31
It is considered that the polarization is almost completely inverted at point c among point B → point c → point C of B. The reason is that no hysteresis is observed between the points c and C.

【0015】そして、図33Aに示すように、電界の向
きと分極の向きがそろうことによって、圧電層108
は、水平方向に伸びる状態から縮む状態へと変化してい
く。電界が−3Eとなった段階では、その変位量は、測
定開始時点における変位量(0.9Δy)とほぼ同じに
なる。
[0015] Then, As shown in FIG. 33A, by the orientation and the direction of polarization of the electric field are aligned, pressure conductive layer 108
Changes from a state of extending horizontally to a state of contracting. When the electric field reaches −3E, the amount of displacement is almost the same as the amount of displacement (0.9Δy) at the start of measurement.

【0016】つまり、分極方向と電界方向が一致した場
合、圧電層108は、電極110及び106の平行方向
に縮む(電極110及び106間方向に伸びる)ことに
なり、これは点A及び点Cの状態が対応する。また、分
極方向と電界方向が反対向きの場合、圧電層108は、
電極110及び106の平行方向に伸びる(電極110
及び106間方向に縮む)ことになり、これは点B及び
点Dの状態が対応する。なお、1E=約1.7kV/m
m、1Δy=約1.6μmである。
[0016] That is, if the polarization direction and electric field direction coincides, pressure conductive layer 108, will be contracted in a direction parallel to electrodes 110 and 106 (extending between the electrodes 110 and 106 direction), which points A and The state of C corresponds. Also, if the polarization direction and electric field direction is opposite, pressure conductive layer 108,
The electrodes 110 and 106 extend in the parallel direction (electrode 110
And 106). This corresponds to the states of points B and D. 1E = approximately 1.7 kV / m
m, 1Δy = about 1.6 μm.

【0017】その後、電界を−3Eから+0.5Eに変
化させていくと、変位量は徐々に減少し、電界が正方向
になると、図33Bに示すように、分極の向きと反対方
向に電界がかかるため、圧電層108は、上部電極11
0及び下部電極106と平行な方向に伸びを発生し、変
位は正方向へと変化していく。
Thereafter, when the electric field is changed from -3E to + 0.5E, the displacement amount gradually decreases, and when the electric field is in the positive direction, as shown in FIG. 33B, the electric field is generated in the direction opposite to the polarization direction. since it takes, pressure conductive layer 108, the upper electrode 11
Elongation occurs in the direction parallel to 0 and the lower electrode 106, and the displacement changes in the positive direction.

【0018】そして、+0.5E→+3Eへと電界を変
化させていくと、徐々に分極の向きが反転しはじめ、電
界の向きと分極の向きがそろうことによって、圧電層
08は、水平方向に伸びる状態から縮む状態へと変化し
ていく。
[0018] Then, + 0.5E → + and go by changing the electric field to 3E, beginning reversed gradually polarization direction, by the orientation and polarization of the direction of the electric field are aligned, pressure conductive layer 1
08 changes from a state of extending in the horizontal direction to a state of contracting.

【0019】このように、従来の圧電素子においては、
屈曲変位特性が基準電界点(電界E=0)を中心に電界
の正方向と負方向とで対称形になっていることから、電
圧無負荷状態と電圧印加状態での相対変位量や、互いに
逆方向の電界をかけた状態での相対変位量が小さく、例
えば逆圧電効果によるアクチュエータとして利用した場
合の変位量が小さくなったり、圧電効果によるセンサと
して利用した場合の感度が低くなるおそれがある。
[0019] Thus, in the conventional pressure Denmoto child,
Since the bending displacement characteristic is symmetrical about the reference electric field point (electric field E = 0) in the positive direction and the negative direction of the electric field, the relative displacement amount in the voltage unloaded state and the voltage applied state, The amount of relative displacement is small when an electric field in the opposite direction is applied, and for example, the amount of displacement when used as an actuator due to the inverse piezoelectric effect may become small, or the sensitivity when used as a sensor due to the piezoelectric effect may become low. .

【0020】従って、圧電素子をアクチュエータとして
利用した場合に、その制御が困難になる可能性があり、
電素子をセンサとして利用した場合に、その後段に増
幅率が大きくノイズ抑制も考慮された高価格の増幅器を
接続する必要がある。
[0020] Therefore, when using a pressure Denmoto child as an actuator, there is a possibility that the control becomes difficult,
When using a pressure Denmoto child as a sensor, it is necessary to connect the high price of an amplifier gain is also considered large noise suppression in a subsequent stage.

【0021】この問題は、特に多数の圧電素子本体を使
用し、かつ各圧電素子本体の品質を一定に保つ必要があ
る電子機器、例えば画素に対応して多数の圧電素子本体
を配列して構成される表示装置を作製する場合に非常に
不利になるおそれがある。
[0021] This problem is particularly use a number of pressure Denmoto child body and Kaku圧Denmoto child electronic devices that need to keep the quality constant of the body, for example, a number of pressure Denmoto child corresponding to the pixels This may be extremely disadvantageous when manufacturing a display device configured by arranging main bodies.

【0022】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、電圧無負荷状態と電圧印加状態での相対
変位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態での相対変
位量を大幅に拡大でき、アクチュエータとして利用した
場合の制御の容易性、センサとして利用した場合の感度
の向上を実現させることができる圧電素子を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made in consideration of the above problems, and the relative displacement amount in a voltage unloaded state and a voltage applied state, and the relative displacement amount in a state in which electric fields in opposite directions are applied are shown. greatly enlarged, ease of control when using as an actuator, and an object thereof is to provide a pressure Denmoto child that can realize improvement of sensitivity when used as a sensor.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明に
係る圧電素子は、圧電層と、該圧電層の一主面のみに形
成された一対の電極とを有する圧電作動部と、前記圧
の他主面に接して前記圧電作動部を支持する振動部
と、前記振動部を振動可能に支持する固定部とを有する
ユニモルフ型の圧電素子本体を具備した圧電素子におい
て、前記圧電層は、少なくとも前記一対の電極間に対す
る前記圧電層の一主面側の表面部分において前記一主面
に平行な方向に分極され、かつ、該分極は反転を含むも
のであり、前記一対の電極間に対する前記圧電層の一主
面側の表面部分における分極が反転しはじめる電界の4
倍以上の印加電界による前記圧電素子本体の電界−屈曲
変位特性が、基準電界点を中心に非対称であることを特
徴とする。
Pressure Denmoto child according to the present invention SUMMARY OF THE INVENTION The first aspect, pressure electrodeposition having a pressure conductive layer, and a pair of electrodes formed only on one main surface of the piezoelectric layer a work moving unit, the pressure conductive
A vibrating section for supporting the pressure conductive work pivot portion in contact with the other major surface of the layer, the fixed part and the pressure Denmoto element provided with the unimorph pressure Denmoto element body having the vibratable supporting said vibrating section In, the piezoelectric layer is provided at least between the pair of electrodes.
In the surface portion on the one main surface side of the piezoelectric layer, the one main surface
Is polarized in a direction parallel to the
The main part of the piezoelectric layer between the pair of electrodes is
Of the electric field at which the polarization in the surface portion on the surface side begins to reverse
Wherein by more than double of the applied electric field pressure Denmoto terminal body of the electric field - especially the bending displacement characteristic is asymmetrical about a reference electric field point
To collect.

【0024】前記屈曲変位特性は、圧電作動部における
一対の電極間に分極用の電圧を印加して圧電層を分極処
理した後、圧電素子に加えられる電界が交番的に変化す
るように、一対の電極間に印加される電圧を連続的に変
化させたときの圧電素子本体の屈曲変位をみたものであ
り、この場合の屈曲変位とは、圧電素子本体が一方向
(圧電層上に形成された一対の電極が自由空間を臨む方
向)に対して凸状に変位する場合を正方向、凹状に変位
する場合を負方向としている。ここで、前記所定電界と
は、圧電層の一主面(表面)に近い部分の分極の向きが
逆電界の印加によって反転する電界をいう。
[0024] The bending displacement characteristic, after polarization treatment the pressure conductive layer by applying a voltage for polarization between the pair of electrodes in the pressure conductive work moving unit, the electric field applied to the pressure Denmoto child is alternately changed as to, which viewed bending displacement of pressure Denmoto child body when continuously changing the voltage applied between the pair of electrodes, and the flexural displacement of the case, is pressure Denmoto terminal body the case of one-way displacement in a convex shape with respect to (a pair formed on pressure conductive layer electrode direction facing the free space) forward, and a negative direction when displaced in a concave. Here, the the predetermined electric field refers to a field polarization direction of the portion close to the one main surface (surface) of the pressure conductive layer is reversed by the application of the reverse electric field.

【0025】具体的には、例えば圧電層を分極処理する
ために一対の電極間に例えば正方向に所定電圧をかける
と、圧電層の一主面において面方向に正方向の電界が生
じる。圧電層に発生する電界の強さは、前記一主面が最
も大きく、深さ方向に徐々に小さくなる。圧電層は、前
記正方向の電界の発生によって、該電界と同じ方向に分
極処理される。その後、例えば一対の電極間への電圧印
加を停止して電圧無負荷状態とする。
[0025] Specifically, for example, applying a predetermined voltage, for example, in the positive direction between the pair of electrodes to polarization treatment the pressure conductive layer, the electric field in the positive direction is generated in the surface direction in the main surface of the pressure conductive layer . The intensity of the electric field generated in the pressure conductive layer, wherein one main surface is the largest, and gradually decreases in the depth direction. Pressure conductive layer, said by the occurrence of the positive direction of the electric field is polarized in the same direction as the electric field. After that, for example, the voltage application between the pair of electrodes is stopped and the voltage is unloaded.

【0026】そして、圧電素子に加えられる電界が交番
的に変化するように、一対の電極間に印加される電圧を
連続的に変化させる。このとき、例えば分極処理時に生
じていた電界の方向(例えば正方向)と同じ方向に電界
が生じている段階においては、圧電層における分極方向
と電界の方向とが一致し、圧電層の表面近くでは電界が
強くかかることから、圧電層は水平方向に伸びることに
なる。これによって、圧電素子本体は、一方向及び他方
向のいずれかの方向に変位するものと考えられる。
[0026] Then, as the electric field applied to the pressure Denmoto child varies alternately, continuously changing the voltage applied between the pair of electrodes. In this case, for example, in a stage in which the electric field in the same direction as the direction (e.g., positive direction) of the electric field which occurs at the time of the polarization process is occurring, the direction of the polarization direction and the electric field is matched in the pressure conductive layer, a pressure conductive layer since the electric field is applied strongly near the surface, pressure conductive layer will be extending in the horizontal direction. Thus, pressure Denmoto child body is considered to be displaced in either direction in one direction and the other direction.

【0027】その後、一対の電極間に印加される電圧が
変化して、圧電素子に分極処理時の電界の方向と逆の方
向の電界が発生している段階では、以下のような作用を
行うことになる。
[0027] Then, after changing the voltage applied between the pair of electrodes, at the stage of the electric field in the direction opposite to the direction of the electric field during the polarization treatment in pressure Denmoto child has occurred, the following action Will be done.

【0028】まず、電界が弱い段階では、圧電層の分極
の方向と電界の方向が互いに逆になっており、圧電層
は、水平方向に縮むこととなる。これによって、圧電素
子本体は、他方向に屈曲変位する。その後、電界が強く
なってくると、圧電層の表面部分の分極が反転しはじ
め、圧電層の表面付近では分極の方向と電界の方向が一
致し、圧電層の深い部分では分極の方向と電界の方向が
逆になるという現象が生じる。即ち、圧電層において、
2種類の分極が存在することとなり、擬似的なバイモル
フ型の圧電素子として機能することになる。
First, when the electric field is weak,Electric layerPolarization of
And the direction of the electric field are opposite to each other,Electric layer
Will contract in the horizontal direction. By this, pressureElectric element
The child body is bent and displaced in the other direction. Then the electric field is strong
When it comes to pressureElectric layerThe polarization of the surface part of the
PressureElectric layerIn the vicinity of the surface of the
PressureElectric layerIn the deep part of, the direction of polarization and the direction of electric field
The phenomenon of being reversed occurs. That is, pressureElectric layerAt
Since there are two types of polarization, a pseudo bimorph
F-shaped pressureElectric elementIt will function as a child.

【0029】その結果、圧電層の一主面に近い部分と、
振動部に近い部分での歪み方向が互いに逆になり、全体
として一方向(圧電層上に形成された一対の電極が自由
空間を臨む方向)に凸状変位し、その変位量は、前記擬
似的なバイモルフ的な作用によって非常に大きいものと
なる。
[0029] and a result close to the one main surface of the pressure conductive layer portion,
Strain direction at a portion close to the vibrating section is reversed to each other, the whole was convex displaced in one direction (direction in which the pair of electrodes formed on the pressure conductive layer facing the free space) as its displacement, said It becomes very large by the pseudo bimorph effect.

【0030】特に、本発明では、その変位特性が基準電
界点を中心に電界の正方向と負方向とで非対称形となっ
ていることから、例えば周期的に変化する電界の2つの
ピーク値におけるそれぞれの屈曲変位量において差が生
じる。これにより、電圧無負荷状態と電圧印加状態での
相対変位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態での相
対変位量が大きくなり、圧電素子をアクチュエータとし
て利用した場合の制御の容易性、センサとして利用した
場合の感度の向上を実現させることができる。
In particular, in the present invention, since the displacement characteristic is asymmetrical in the positive and negative directions of the electric field with the reference electric field point as the center, for example, at two peak values of the electric field that periodically changes. A difference occurs in each bending displacement amount. Thus, and the relative displacement amount at the no-voltage-loaded state and the voltage application state, the greater the relative displacement amount at the state of applying a reverse electric field from each other, facilitating the control of the case of using the pressure Denmoto element as an actuator And improved sensitivity when used as a sensor.

【0031】圧電素子をアクチュエータやセンサ等に利
用する場合、前記圧電層の一主面側の表面部分における
分極が反転しはじめる電界を所定電界と定義したとき、
前記基準電界点を基準とし、絶対値が同一で方向が異な
る2つの前記所定電界の4倍以上の電界をそれぞれ印加
したときの変位量をA、Bとしたとき、A≧1.5Bの
関係を有することが好ましい(請求項2記載の発明)。
この関係によって、屈曲変位特性として、基準電界点を
中心に非対称となる特性を得ることができ、圧電素子を
アクチュエータとして利用した場合の制御の容易性、セ
ンサとして利用した場合の感度の向上を確実に実現させ
ることができる。
[0031] When utilizing the pressure Denmoto child to the actuator or sensor, in one principal surface portion of the piezoelectric layer
When the electric field where the polarization starts to be reversed is defined as the predetermined electric field,
Referenced to the reference electric field point, the absolute value of the displacement amount when the direction is respectively applied four times more field two of the predetermined electric field different in the same A, when is B, the A ≧ 1.5B relationship (Invention according to claim 2) is preferable.
This relationship, as the bending displacement characteristic, the reference electric field point can be obtained asymmetric become characteristic to the center, increase the sensitivity of the case of using the ease of control when using pressure Denmoto child as an actuator, as a sensor Can be reliably realized.

【0032】次に、請求項3記載の本発明に係る圧電素
子は、圧電層と、該圧電層の一主面のみに形成された一
対の電極とを有する圧電作動部と、前記圧電層の他主面
に接して前記圧電作動部を支持する振動部と、前記振動
部を振動可能に支持する固定部とを有するユニモルフ型
の圧電素子本体を具備し、前記圧電層は、少なくとも前
記一対の電極間に対する前記圧電層の一主面側の表面部
分において前記一主面に平行な方向に分極され、かつ、
該分極は反転を含むものであり、前記一対の電極間の距
離をx(1μm≦x≦200μm)、前記圧電層の厚み
をy(1μm≦y≦100μm)としたとき、y=ax
の関係を有し、かつ、1/10≦a≦100であること
を特徴とする
Next, pressure Denmoto <br/> element according to the present invention according to claim 3, pressure has a pressure conductive layer, and a pair of electrodes formed only on one main surface of the piezoelectric layer a conductive work moving unit, a vibrating section for supporting the pressure conductive work pivot portion in contact with the other main surface of the pressure conductive layer, pressure Denmoto unimorph having a fixing portion vibratably supporting said vibrating section A child body, wherein the piezoelectric layer is at least front
A surface portion on the one main surface side of the piezoelectric layer between the pair of electrodes
Minute is polarized in a direction parallel to the one main surface, and
該分poles are those containing an inverted, distance x (1μm ≦ x ≦ 200μm) between the pair of electrodes, when the thickness of the pressure conductive layer was y (1μm ≦ y ≦ 100μm) , y = ax
It has a relationship that, and a 1/10 ≦ a ≦ 100
Is characterized by .

【0033】この場合、前記一対の電極間の印加電界に
よる前記圧電素子本体の変位特性が、請求項1記載の発
明に示すような変位特性、即ち、基準電界点を中心に非
対称となる特性を得ることができる。そのため、この請
求項3記載の本発明に係る圧電素子においても、前記請
求項1記載の圧電素子と同様に、圧電素子をアクチュエ
ータとして利用した場合の制御の容易性、センサとして
利用した場合の感度の向上を実現させることができる。
[0033] In this case, the displacement characteristics of the pressure Denmoto terminal body by applying an electric field between the pair of electrodes, the displacement characteristic as shown in the invention described in claim 1, that is, the asymmetrical about a reference electric field point The characteristics can be obtained. Therefore, even in the pressure Denmoto element according to the present invention of claim 3, wherein, as in the claim 1, wherein the pressure Denmoto child, ease of control when using pressure Denmoto child as an actuator, a sensor It is possible to improve the sensitivity when used as.

【0034】そして、請求項1〜3のいずれか1項に記
載の発明において、前記振動部及び前記固定部をセラミ
ックスにて一体に形成し、前記振動部に対応する箇所に
空所を形成して、該振動部が薄肉となるようにすれば
(請求項4記載の発明)、固定部と振動部を容易に作製
することが可能となり、圧電素子の製造コストの低廉化
を図る上で有利となる。
In the invention according to any one of claims 1 to 3, the vibrating portion and the fixed portion are integrally formed of ceramics, and a void is formed at a portion corresponding to the vibrating portion. Te, if so the vibrating portion is thin (the invention described in claim 4), becomes a fixed portion can be manufactured easily vibrating part, to intend the production cost of the pressure Denmoto child Will be advantageous.

【0035】また、セラミックにて構成される基体に空
所を設けることによって厚肉の固定部と薄肉の振動部が
形成されるかたちとなるため、振動部は圧電層の変位に
敏感に反応し、電圧信号の変化に対して追従性の高い振
動部とすることができる。また、振動部と固定部との境
部分の剛性が十分に確保されるため、振動部の振動に伴
う前記境部分の疲れによる破壊は発生しにくくなる。
Further, since the shape of the vibrating portion of the fixing portion and the thin thick is formed by providing a hollow space in the base body constituted by a ceramic, the vibration unit is sensitive to the displacement of the pressure conductive layer However, it is possible to provide a vibrating section having a high trackability with respect to changes in the voltage signal. Further, since the rigidity of the boundary between the vibrating part and the fixed part is sufficiently secured, the damage due to the fatigue of the boundary due to the vibration of the vibrating part is less likely to occur.

【0036】前記構成において、1/5≦a≦10とす
ることが好ましく(請求項5記載の発明)、1/2≦a
≦5であって、かつ1μm≦x≦60μm、1μm≦y
≦40μmであれば更に好ましい(請求項6記載の発
明)。
In the above structure, it is preferable that 1/5 ≦ a ≦ 10 (the invention according to claim 5), and 1/2 ≦ a
≦ 5 and 1 μm ≦ x ≦ 60 μm, 1 μm ≦ y
It is more preferable that ≦ 40 μm (the invention according to claim 6).

【0037】また、前記構成において、振動部の厚みを
z(1μm≦z≦50μm)としたとき、y=bzの関
係を有し、かつ、1/5≦b≦10とすれば(請求項7
記載の発明)、屈曲変位量を増大させることが可能とな
る。
Further, in the above structure, when the thickness of the vibrating portion is z (1 μm ≦ z ≦ 50 μm), there is a relation of y = bz and 1/5 ≦ b ≦ 10. 7
It is possible to increase the amount of flexural displacement.

【0038】前記構成において、1/3≦b≦5とする
ことが好ましく(請求項8記載の発明)、1/3≦b≦
5であって、かつ1μm≦y≦40μm、1μm≦z≦
20μmであれば更に好ましい(請求項9記載の発
明)。
In the above structure, it is preferable that 1 / 3≤b≤5 (the invention of claim 8), and 1 / 3≤b≤.
5 and 1 μm ≦ y ≦ 40 μm, 1 μm ≦ z ≦
20 μm is more preferable (the invention of claim 9).

【0039】また、前記構成において、前記振動部の中
心を通る最短寸法における断面形状が、電圧無負荷状態
で以下の条件を満足するように構成すれば(請求項10
記載の発明)、前記一対の電極間の印加電界による前記
電素子本体の変位特性が、基準電界点を中心に非対称
となり、前記請求項1記載の圧電素子と同様に、圧電素
子をアクチュエータとして利用した場合の制御の容易
性、センサとして利用した場合の感度の向上を実現させ
ることができる。
Further, in the above construction, if the cross-sectional shape in the shortest dimension passing through the center of the vibrating portion satisfies the following condition under no voltage load (claim 10):
The invention described), the displacement characteristics of the <br/> pressure Denmoto terminal body by applying an electric field between the pair of electrodes, becomes asymmetric about the reference electric field point, as with pressure Denmoto terminal of claim 1, wherein , it is possible to realize improvement of sensitivity of the case of using the pressure Denmoto <br/> child ease of control when used as an actuator, as a sensor.

【0040】しかも、作製された圧電本体に対して必ず
一方向への大きな屈曲変位を行わせることができ、各種
電子機器等に使用した場合の歩留まりの向上を達成させ
ることができる。
[0040] Moreover, it is possible to achieve an improvement in yield when be always performed a large bending displacement in the first direction with respect to the manufactured pressure collector Body can, and for use in various types of electronic equipment.

【0041】(1) 前記固定部に近接する一方の最外極小
点と他方の最外極小点とを結ぶことにより構成される基
準線より、前記圧電層の中央部付近における上面の少な
くとも一部分が、前記振動部と反対方向に突出している
こと。
[0041] (1) than the outermost local minimum point of one adjacent to the fixed portion and the other of the reference line formed by connecting the outermost local minimum point, at least a portion of the upper surface in the vicinity of the center portion of the pressure conductive layer Should project in the direction opposite to the vibrating part.

【0042】(2) 前記最外極小点が存在しない場合は、
前記最短寸法に沿う振動部の上面のうち、前記固定部と
の境界点に対応する点を最外極小点とすること。
(2) If the outermost minimum point does not exist,
On the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension, a point corresponding to a boundary point with the fixed portion is set as an outermost minimum point.

【0043】(3) 前記振動部の前記固定部との境界部分
を0地点とし、前記振動部の最短寸法長を100とした
とき、前記最外極小点が前記0地点から前記振動部にお
ける最短寸法長の40%の範囲にない場合は、前記最短
寸法に沿う振動部の上面のうち、前記固定部との境界点
に対応する点を最外極小点とすること。
(3) When the boundary portion of the vibrating portion with the fixed portion is set to 0 point and the shortest dimension length of the vibrating portion is set to 100, the outermost local minimum point is the shortest in the vibrating portion from the 0 point. If it is not within the range of 40% of the dimension length, the point corresponding to the boundary point with the fixed portion on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension should be the outermost minimum point.

【0044】特に、請求項10記載の発明において、
記振動部の中心を通る最短寸法をm、前記 (1) における
前記突出する量をtとしたとき、m/1000≦t≦m
/10とすれば更に好ましい(請求項11記載の発
明)。
[0044] Particularly, in the invention of claim 10 wherein, prior to
The shortest dimension passing through the center of the serial oscillating section m, in the (1)
When the amount of protrusion is t, m / 1000 ≦ t ≦ m
More preferably, it is / 10 (the invention according to claim 11).

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電素子の実
施の形態例(以下、単に実施の形態に係る圧電素子と記
す)を図1〜図19を参照しながら説明し、更に、本実
施の形態に係る圧電素子を表示装置に適用した実施例
(以下、実施例に係る表示装置と記す)を図20〜図2
9を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of implementation of the pressure Denmoto element according to the present invention (hereinafter, simply referred to as pressure Denmoto element according to the embodiment) described with reference to FIGS. 1 to 19 further, the applied example to a display device pressure Denmoto element according to the present embodiment (hereinafter referred to as a display device according to the embodiment) to FIGS. 20 2
This will be described with reference to FIG.

【0046】まず、本実施の形態に係る圧電素子は、図
1に示すように、例えばセラミックスにて構成された基
体10を有し、該基体10の所定箇所にアクチュエータ
部12が配設されている。前記基体10は、一主面が連
続した面(面一)とされ、他主面は前記アクチュエータ
部12に対応した位置に凹部14が形成されている。
Firstly, pressure Denmoto element according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, for example, a substrate 10 which is composed of ceramic, the actuator unit 12 at a predetermined position of the base member 10 is disposed Has been done. The base body 10 is a surface (one surface) where one main surface is continuous, and the other main surface is provided with a recess 14 at a position corresponding to the actuator section 12.

【0047】つまり、前記基体10のうち、凹部14の
形成されている部分が薄肉とされ、それ以外の部分が厚
肉とされている。薄肉の部分は、外部応力に対して振動
を受けやすい構造となって振動部16として機能し、凹
部14以外の部分は厚肉とされて前記振動部16を支持
する固定部18として機能するようになっている。な
お、図示しないが、前記基体10の他主面側には配線用
の基板が貼り合わされるようになっている。また、基体
10は、一体焼成であっても、後付けであってもよい。
That is, in the base body 10, the portion where the recess 14 is formed is thin, and the other portions are thick. The thin portion has a structure that is susceptible to vibration against external stress and functions as the vibrating portion 16, and the portion other than the concave portion 14 is made thick and functions as the fixing portion 18 that supports the vibrating portion 16. It has become. Although not shown, a wiring substrate is attached to the other main surface side of the base body 10. Further, the base 10 may be integrally fired or may be attached later.

【0048】前記アクチュエータ部12は、図1に示す
ように、前記振動部16と固定部18のほか、該振動部
16上に直接形成された圧電層20と、該圧電層20の
上面に形成された一対の電極(一方の電極22a及び他
方の電極22b)とを有するアクチュエータ部本体24
を有して構成されている。
[0048] The actuator unit 12, as shown in FIG. 1, in addition of the vibrating portion 16 and the fixed portion 18, a pressure conductive layer 20 which is directly formed on the vibrating section 16, the upper surface of the piezoelectric layer 20 Actuator part main body 24 having a pair of electrodes (one electrode 22a and the other electrode 22b) formed in the
Is configured.

【0049】ここで、各部材の形状について、図3〜図
19を参照しながら説明する。まず、図3に示すよう
に、基体10の他主面に形成される凹部14の周面形
状、即ち振動部16の平面形状は例えば円形とされ(破
線参照)、圧電層20の平面形状(一点鎖線)並びに一
対の電極22a及び22bにて形づくられる外周形状
(実線参照)も円形状とされている。この場合、振動部
16の大きさが最も大きく、次いで一対の電極22a及
び22bの外周形状とされ、圧電層20の平面形状が最
も小さく設定されている。なお、一対の電極22a及び
22bの外周形状が最も大きくなるように設定してもよ
い。
Here, the shape of each member will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, the peripheral surface shape of the recess 14 formed in the other main surface, i.e., the planar shape of the vibration unit 16 is for example a circular (see broken lines) of the base body 10, the planar shape of the pressure conductive layer 20 The outer peripheral shape (see the solid line) formed by the one-dot chain line and the pair of electrodes 22a and 22b is also circular. In this case, the size of the vibrating portion 16 is the largest, then the outer peripheral shape of the pair of electrodes 22a and 22b, the planar shape of the pressure conductive layer 20 is smallest set. The outer peripheral shape of the pair of electrodes 22a and 22b may be set to be the largest.

【0050】圧電層20上に形成される一対の電極22
a及び22bの平面形状は、例えば図4に示すように、
これら一対の電極22a及び22bが互いに平行し、か
つ相互に離間された数ターンの渦巻き状とされている。
この渦巻きのターン数は、実際は、5ターン以上である
が、図4の例では、図面の複雑化を避けるために3ター
ンとして記載してある。
The pair of electrodes formed on the pressure conductive layer 20 22
The planar shapes of a and 22b are, for example, as shown in FIG.
The pair of electrodes 22a and 22b are formed in a spiral shape which is parallel to each other and is separated from each other by several turns.
The number of turns of this spiral is actually 5 or more, but in the example of FIG. 4, it is described as 3 turns in order to avoid complication of the drawing.

【0051】前記一対の電極22a及び22bの平面形
状としては、図4に示す渦巻き形状のほかに、図5に示
すような形状としてもよい。具体的には、一対の電極2
2a及び22bが共に、前記圧電層20上の中心に向か
って延びる幹部26及び28と該幹部26及び28から
多数枝分かれしてなる枝部30及び32を有する形状と
し、かつ一対の電極22a及び22bが、相互に離間さ
れて相補形に配列された形状(以下、便宜的に多枝形状
と記す)にしてもよい。
The plane shape of the pair of electrodes 22a and 22b may be the shape shown in FIG. 5 in addition to the spiral shape shown in FIG. Specifically, the pair of electrodes 2
2a and 22b are both a shape having branches 30 and 32 formed by a number branching from the stem 26 and 28 extending toward the center of the pressure conductive layer 20 and the stem portion 26 and 28, and a pair of electrodes 22a and 22b may have a shape in which they are spaced apart from each other and arranged in a complementary shape (hereinafter, referred to as a multi-branched shape for convenience).

【0052】前記例では、振動部16の平面形状、圧
20の平面形状並びに一対の電極22a及び22bに
て形づくられる外周形状を円形状とした場合を示した
が、その他、長円形状(図22及び図23参照)や楕円
形状(図24参照)としてもよい。また、振動部16の
平面形状及び圧電層20の平面形状を共に矩形状とし、
コーナー部が角のとれた形状にしてもよいし(図25参
照)、振動部16の平面形状及び圧電層20の平面形状
を共に多角形状(図26の例では八角形状)とし、各頂
角部分が丸みを帯びた形状にしてもよい。
[0052] In the above example, the planar shape of the vibrating section 16, pressure conductive
The case where the planar shape of the layer 20 and the outer peripheral shape formed by the pair of electrodes 22a and 22b are circular is shown. However, in addition, an elliptical shape (see FIGS. 22 and 23) and an elliptical shape (see FIG. 24) May be Also, together with the rectangular shape of the planar shape of the planar shape and pressure conductive layer 20 of the vibrating section 16,
It corners may be rounded shape of the corner (see FIG. 25), and both polygonal planar shape of the planar shape and pressure conductive layer 20 of the vibrating portion 16 (octagonal in the example of FIG. 26), each top The corners may be rounded.

【0053】また、振動部16の形状、圧電層20の平
面形状、一対の電極22a及び22bにて形づくられる
外周形状は、円と楕円の組み合わせでもよいし、矩形状
と楕円の組み合わせでもよく、特に限定されるものでは
ない。
[0053] The shape of the vibrating section 16, the outer peripheral shape shaped planar shape of the pressure conductive layer 20, by a pair of electrodes 22a and 22b may be a combination of circles and ellipses may be a combination of rectangular and oval It is not particularly limited.

【0054】また、圧電層20の平面形状は、図6及び
図7に示すように、リング状(中空状)とすることも好
ましく採用される。この場合も、図9A〜図9Cに示す
ように、外周形状として、円、楕円、矩形状など種々の
ものが挙げられる。図8に、圧電層20の平面形状を円
環状とし、一対の電極22a及び22bを多枝形状とし
た例を示す。
[0054] The planar shape of the pressure conductive layer 20, as shown in FIGS. 6 and 7, it is preferably employed that a ring-shaped (hollow). Also in this case, as shown in FIGS. 9A to 9C, various shapes such as a circle, an ellipse, and a rectangle can be given as the outer peripheral shape. 8, the planar shape of the pressure conductive layer 20 and the annular shows an example of a multi-vessel shape a pair of electrodes 22a and 22b.

【0055】圧電層20の平面形状をリング状とするこ
とにより、中空部分に電極を形成する必要がないため、
変位量を小さくすることなく静電容量を小さくすること
ができる。
[0055] By the planar shape of the pressure conductive layer 20 and the ring-shaped, it is not necessary to form the electrode in the hollow portion,
The electrostatic capacitance can be reduced without reducing the displacement amount.

【0056】次に、本実施の形態に係る圧電素子の動作
原理について図10〜図13を参照しながら説明する。
Next, will be described with reference to FIGS. 10 to 13, the operation principle of the pressure Denmoto element according to the present embodiment.

【0057】まず、本実施の形態に係る圧電素子は、図
10Bに示すように、前記一対の電極22a及び22b
間の印加電界による前記アクチュエータ部12の屈曲変
位特性が基準電界点(電界E=0の点)を中心に非対称
となる。
Firstly, pressure Denmoto element according to the present embodiment, as shown in FIG. 10B, the pair of electrodes 22a and 22b
The bending displacement characteristic of the actuator portion 12 due to the applied electric field between them becomes asymmetrical about the reference electric field point (point where electric field E = 0).

【0058】この屈曲変位特性は、アクチュエータ部本
体24における一対の電極22a及び22b間に所定電
圧を印加し、圧電層20を分極処理した後、アクチュエ
ータ部12に加えられる電圧を連続的に変化させたとき
のアクチュエータ部12の屈曲変位をみたものである。
この場合の屈曲変位とは、図2に示すように、アクチュ
エータ部12が一方向(圧電層20上に形成された一対
の電極22a及び22bが自由空間を臨む方向)に対し
て凸状に屈曲変位する場合を正方向、凹状に屈曲変位す
る場合を負方向としている。
[0058] The bending displacement characteristic, a predetermined voltage is applied between the pair of electrodes 22a and 22b of the main actuator element 24, after the pressure conductive layer 20 is polarized continuously changes the voltage applied to the actuator portion 12 The figure shows the bending displacement of the actuator portion 12 when the actuator portion 12 is moved.
The The bending displacement of the case, as shown in FIG. 2, the actuator portion 12 is in a convex shape with respect to one direction (the direction in which the pair of electrodes 22a and 22b formed on the pressure conductive layer 20 faces the free space) The case of bending displacement is the positive direction, and the case of concave bending displacement is the negative direction.

【0059】具体的に前記屈曲変位特性の測定について
一例をあげて説明する。まず、図11Aに示すように、
例えば圧電層20を分極処理するために一対の電極22
a及び22b間に例えば正方向に所定電圧をかけると、
電層20の一主面において面方向に正方向の電界(例
えば図10Bにおいて+5Eで示す電界)が生じる。こ
こで、1E=約2.5kV/mmである。
A specific example of the measurement of the bending displacement characteristic will be described. First, as shown in FIG. 11A,
For example, a pair of electrodes pressure conductive layer 20 to the polarization treatment 22
For example, if a predetermined voltage is applied between a and 22b in the positive direction,
In the plane direction in the main surface of the pressure conductive layer 20 positive direction of the electric field (e.g. electric field indicated by + 5E in FIG. 10B) is generated. Here, 1E = about 2.5 kV / mm.

【0060】圧電層20に発生する電界の強さは、前記
一主面が最も大きく、深さ方向に徐々に小さくなる。そ
のため、深い部分の分極は進行しにくいが、十分な電
界、十分な時間、適度な熱を加えて分極を深さ方向まで
進めることができる。
[0060] intensity of the electric field generated in the pressure conductive layer 20, the one main surface is the largest, and gradually decreases in the depth direction. Therefore, the polarization in the deep portion is difficult to proceed, but the polarization can be advanced in the depth direction by applying a sufficient electric field, a sufficient time, and appropriate heat.

【0061】アクチュエータとして使用する電界の使用
範囲(例えば図10Bにおいて+3E〜−3Eの範囲)
を超えた電界(+5E)を例えば7時間、適度な温度下
において印加することによって、加えられた電界と同じ
方向に分極処理される。
Range of use of electric field used as actuator (for example, range of + 3E to -3E in FIG. 10B)
By applying an electric field (+ 5E) exceeding the value of, for example, for 7 hours at an appropriate temperature, polarization is performed in the same direction as the applied electric field.

【0062】その後、図11Bに示すように、一対の電
極間への電圧印加を停止して電圧無負荷状態とする。そ
して、測定開始と共に、圧電素子に周波数1Hz、ピー
ク値±3Eのサイン波(図10A参照)を印加し、その
ときの各ポイント(点A〜点D)での変位量を連続して
レーザ変位計で測定する。そのときの測定結果を電界−
屈曲変位グラフにプロットしたものが図10Bの特性図
である。図10Bの矢印に示されるように、屈曲変位の
変位量は、電界の連続的な増減によってある程度のヒス
テリシスをもって連続的に変化している。
After that, as shown in FIG. 11B, the voltage application between the pair of electrodes is stopped and the voltage is unloaded. Then, the start of measurement, frequency 1 Hz, sine wave peak values ± 3E (see FIG. 10A) is applied to the pressure Denmoto child, successively a displacement amount at each point (point A~ point D) at that time Measure with a laser displacement meter. The measurement result at that time is the electric field −
What is plotted in the bending displacement graph is the characteristic diagram of FIG. 10B. As shown by the arrow in FIG. 10B, the displacement amount of the bending displacement continuously changes with some hysteresis due to continuous increase and decrease of the electric field.

【0063】具体的に、測定を点Aで示す電界+3Eの
時点から開始したとすると、まず、点Aにおいては、図
12Aに示すように、圧電層20における分極方向と電
界の方向とが一致し、圧電層20の表面近くでは電界が
強くかかることから、圧電層20は水平方向に伸びるこ
ととなり、アクチュエータ部12は、一方向(圧電層
0上に形成された一対の電極22a及び22bが自由空
間を臨む方向)に約0.8Δyほど屈曲変位する(図1
0B参照)。なお、1Δy=約1.6μmである。
[0063] Specifically, assuming that starts when an electric field + 3E showing the measurement at point A, first, in the point A, as shown in FIG. 12A, and the directions of the polarization direction and the electric field in the pressure conductive layer 20 matching, since the electric field is applied strongly near the surface of the pressure conductive layer 20, the pressure conductive layer 20 will be extending in the horizontal direction, the actuator unit 12, in one direction (pressure conductive layer 2
The pair of electrodes 22a and 22b formed on the surface 0 are bent and displaced by about 0.8Δy in the direction facing the free space (FIG. 1).
0B). Note that 1Δy = about 1.6 μm.

【0064】その後、一対の電極22a及び22b間に
印加される電圧が変化して、圧電素子に分極処理時の電
界の方向と逆の方向の電界が発生している段階では、以
下のような動作を行うことになる。
[0064] Then, after changing the voltage applied between the pair of electrodes 22a and 22b, at the stage that the direction of the electric field of direction opposite to the electric field during the polarization treatment in pressure Denmoto child has occurred, the following Such an operation will be performed.

【0065】まず、電界が弱い例えば点B(−0.6
E)の段階では、図12Bに示すように、圧電層20の
分極の方向と電界の方向が互いに逆になっており、圧
20は、水平方向に縮むこととなる。これによって、
アクチュエータ部12は、他方向(圧電層20から振動
部16に向かう方向)に約−0.3Δyほど屈曲変位す
る。また、この段階は、圧電層20の表面部分における
分極が反転しはじめる段階であり、従って、この点Bで
の電界(−0.6E)を所定電界と定義することができ
る。
First, the electric field is weak, for example, point B (-0.6
In the stage of E), as shown in FIG. 12B, the direction of the direction and the electric field of polarization of pressure conductive layer 20 are reversed to each other, pressure electrostatic
The layer 20 will shrink in the horizontal direction. by this,
The actuator portion 12 is bent and displaced approximately -0.3Δy in the other direction (direction toward the vibrating portion 16 from the pressure conductive layer 20). Further, this step is a step of polarization at the surface portion of the pressure conductive layer 20 begins to inversion, thus, it can be defined electric field (-0.6E) at this point B with a predetermined field.

【0066】その後、負方向の電界が強くなってくる
と、図13Aに示すように、圧電層20の表面部分にお
ける分極反転が進行し、圧電層20の表面付近では分極
の方向と電界の方向が一致し、圧電層20の深い部分で
は分極の方向と電界の方向が逆になるという現象が生じ
る。即ち、圧電層20において、2種類の分極が存在す
ることとなり、擬似的なバイモルフ型の圧電素子として
機能することになる。特に、電界が−3Eとなった段階
においては、アクチュエータ部12の変位量は、前記擬
似的なバイモルフ的な作用によって非常に大きいものと
なり、図10Bの例では、変位=約2.6Δyとなって
いる。
[0066] Then, the negative direction of the electric field becomes strong, as shown in FIG. 13A, the polarization inversion proceeds at the surface portion of the pressure conductive layer 20, the direction of polarization near the surface of the pressure conductive layer 20 and the field directions match, the phenomenon that the direction of the direction and the electric field of polarization is reversed occurs at deep portion of the pressure conductive layer 20. That is, in the pressure conductive layer 20 causes the two polarization exists, will function as a pseudo-bimorph pressure Denmoto child. Particularly, when the electric field is −3E, the displacement amount of the actuator portion 12 becomes extremely large due to the pseudo bimorphic action, and in the example of FIG. 10B, displacement = about 2.6Δy. ing.

【0067】次に、電界が負方向から正方向に移り、電
界が弱い例えば点D(+0.6E)の段階では、図13
Bに示すように、圧電層20の表面付近では分極の方向
と電界の方向が逆であり、圧電層20の深い部分では分
極の方向と電界の方向が一致しており、圧電層20は、
その表面付近が水平方向に縮み、深い部分が水平方向に
伸びるかたちとなる。
Next, when the electric field shifts from the negative direction to the positive direction and the electric field is weak, for example, at the stage of point D (+ 0.6E), FIG.
As shown in B, in the vicinity of the surface of the pressure conductive layer 20 is the direction the reverse direction and the electric field polarization in the deep portion of the pressure conductive layer 20 and the direction of the direction and the electric field of polarization coincide, pressure conductive layer 20 is
The area near the surface shrinks horizontally, and the deep part extends horizontally.

【0068】これによって、アクチュエータ部12は、
他方向(圧電層20から振動部16に向かう方向)に約
−1.0Δyほど屈曲変位する。また、この段階は、圧
電層20の表面部分における分極が反転しはじめる段階
であり、従って、この点Dでの電界(+0.6E)を点
Bと同様に所定電界と定義することができる。
As a result, the actuator section 12
Bent and displaced approximately -1.0Δy in the other direction (direction toward the vibrating portion 16 from the pressure conductive layer 20). At this stage,
This is the stage where the polarization in the surface portion of the electric layer 20 begins to be reversed, and therefore the electric field (+ 0.6E) at this point D can be defined as the predetermined electric field as at the point B.

【0069】そして、正方向への電界が徐々に強くなる
に従って、圧電層20の表面付近における分極反転が進
行し、圧電層20の分極の方向と電界の方向が一致する
こととなる。従って、点Dから点Aに向かう段階は、再
分極処理段階と呼ぶこともできる。
[0069] Then, according to the electric field in the positive direction is gradually stronger, polarization inversion progresses around the surface of the pressure conductive layer 20, so that the direction of the direction and the electric field of polarization of pressure conductive layer 20 matches. Therefore, the step from the point D to the point A can also be called a repolarization processing step.

【0070】以上のように、前記屈曲変位特性が対称性
を有するか非対称性を有するかを評価するには、所定電
界(±0.6E)よりも十分に大きい電界で測定する必
要がある。しかし、所定電界より僅かに大きい電界で測
定すると、本実施の形態に係る圧電素子の特有の特性で
ある非対称性が判別できない場合が生ずる。
As described above, in order to evaluate whether the bending displacement characteristic has symmetry or asymmetry, it is necessary to measure with an electric field sufficiently larger than the predetermined electric field (± 0.6E). However, when measured at a slightly larger field than the predetermined electric field, if the asymmetry is a unique characteristic of the pressure Denmoto element according to the present embodiment can not determine occurs.

【0071】そこで、屈曲変位特性の非対称性を判別す
るには、部分的に分極の方向が反転しはじめる電界(こ
こでは所定電界と定義している)の4倍以上の電界を交
番的にかけて屈曲変位特性を評価することが望ましい。
つまり、絶対変位量を大きくして測定すれば屈曲変位特
性の非対称性を容易に評価することができる。
Therefore, in order to determine the asymmetry of the bending displacement characteristic, an electric field that is four times or more the electric field (defined here as the predetermined electric field) at which the direction of polarization partially begins to invert is bent alternately. It is desirable to evaluate displacement characteristics.
In other words, if the absolute displacement amount is increased and the measurement is performed, the asymmetry of the bending displacement characteristic can be easily evaluated.

【0072】例えば、従来例に係る圧電素子において
は、抗電界が±0.5Eであるから、正方向の電界を+
2.0E以上とし、負方向の電界を−2.0E以下にし
て測定を行えばよい。また、本実施の形態に係る圧電素
子においては、抗電界が±0.6Eであるから、正方向
の電界を+2.4E以上とし、負方向の電界を−2.4
E以下にして測定を行えばよい。
[0072] For example, in the pressure Denmoto element according to the conventional example, because the coercive electric field is ± 0.5E, the positive direction of an electric field +
The measurement may be performed at 2.0E or more and an electric field in the negative direction of −2.0E or less. In the pressure Denmoto <br/> element according to the present embodiment, since the coercive electric field is ± 0.6E, a positive direction of an electric field + 2.4E above, the negative direction of the electric field -2.4
The measurement may be performed at E or less.

【0073】図10Bでは、所定電界(±0.6E)よ
りも十分に大きい電界(±3E)を交番的にかけて屈曲
変位特性を測定しており、この場合、正方向の電界のピ
ーク値(点A)における変位量yaが0.8Δy、負方
向の電界のピーク値(点C)における変位量ycが2.
6Δyであり、yc=3.25yaの関係になってい
る。
In FIG. 10B, the bending displacement characteristic is measured by alternately applying an electric field (± 3E) which is sufficiently larger than the predetermined electric field (± 0.6E). In this case, the peak value of the electric field in the positive direction (point The displacement amount ya in A) is 0.8 Δy, and the displacement amount yc at the peak value (point C) of the negative electric field is 2.
6Δy, and the relationship is yc = 3.25ya.

【0074】次に、前記屈曲変位特性に非対称性をもた
せるための寸法関係について説明する。まず、前記一対
の電極22a及び22b間の距離xと圧電層20の厚み
yをみたとき、図14に示すように、1≦x≦200μ
m、1≦y≦100μmとし、かつ、y=axの関係を
有するようにして、1/10≦a≦100の範囲を満た
すようにする。
Next, the dimensional relationship for giving the bending displacement characteristic asymmetry will be described. First, when looking at the thickness y of the distance x and the pressure conductive layer 20 between the pair of electrodes 22a and 22b, as shown in FIG. 14, 1 ≦ x ≦ 200 [mu]
m, 1 ≦ y ≦ 100 μm, and y = ax, so that the range of 1/10 ≦ a ≦ 100 is satisfied.

【0075】特に比例定数aについては、好ましくは1
/5≦a≦10であり、更に好ましくは、1/2≦a≦
5である。この場合、1≦x≦60μm、1≦y≦40
μmを満たせば、分極方向と逆方向の電界印加の際に、
電層20が適当な深さまで容易にその分極方向が反転
し、変位量を効果的に高められるため、アクチュエータ
部12として最適となる。
Particularly, the proportional constant a is preferably 1
/ 5 ≦ a ≦ 10, more preferably 1/2 ≦ a ≦
It is 5. In this case, 1 ≦ x ≦ 60 μm, 1 ≦ y ≦ 40
If μm is satisfied, when an electric field is applied in the direction opposite to the polarization direction,
Since the pressure conductive layer 20 reversed easily its polarization direction to an appropriate depth, it is increased the amount of displacement effectively, optimal made as the actuator unit 12.

【0076】ここで、一対の電極22a及び22b間の
距離xは、該一対の電極22a及び22bの平面形状が
渦巻き状である場合は、図15Aに示すように、例えば
一方の電極22aにおける外方側周縁から1本の法線R
1を引いたとき、該法線R1の起点Q1と該法線R1と
他方の電極22bにおける内方側周縁との交点Q2との
間の距離を指す。
Here, when the plane shape of the pair of electrodes 22a and 22b is spiral, the distance x between the pair of electrodes 22a and 22b is, for example, as shown in FIG. One normal R from the peripheral edge
When 1 is subtracted, it indicates the distance between the starting point Q1 of the normal R1 and the intersection Q2 of the normal R1 and the inner peripheral edge of the other electrode 22b.

【0077】また、一対の電極22a及び22bの平面
形状が多枝形状である場合は、図15Bに示すように、
例えば一方の電極22aの枝部30における外方側周縁
から1本の法線R2を引いたとき、該法線R2の起点Q
3と該法線R2と他方の電極22bの枝部32における
内方側周縁との交点Q4との間の距離を指す。
When the pair of electrodes 22a and 22b has a multi-branched planar shape, as shown in FIG. 15B,
For example, when one normal line R2 is drawn from the outer peripheral edge of the branch portion 30 of one electrode 22a, the starting point Q of the normal line R2 is drawn.
3 and the normal line R2 and the intersection point Q4 between the inner peripheral edge of the branch portion 32 of the other electrode 22b.

【0078】次に、圧電層20の厚みyと振動部16の
厚みzをみた場合は、図16に示すように、1≦y≦1
00μm、1≦z≦50μmとし、かつ、y=bzの関
係を有するようにして、1/5≦b≦10の範囲を満た
すようにする。特に比例定数bについては、好ましくは
1/3≦b≦5である。この場合、1≦y≦40μm、
1≦z≦20μmを満たせば、分極方向と逆方向の電界
印加の際に、圧電層20が適当な深さまで容易にその分
極方向が反転し、変位量を効果的に高められるため、ア
クチュエータ部12として最適となる。
[0078] Next, when viewed thickness z of the vibrating section 16 and the thickness y of the pressure conductive layer 20, as shown in FIG. 16, 1 ≦ y ≦ 1
It is set to 00 μm, 1 ≦ z ≦ 50 μm, and has a relation of y = bz so as to satisfy the range of ⅕ ≦ b ≦ 10. In particular, the proportional constant b is preferably 1/3 ≦ b ≦ 5. In this case, 1 ≦ y ≦ 40 μm,
Satisfies the 1 ≦ z ≦ 20 [mu] m, since during the application of the electric field polarization direction opposite to the direction, pressure conductive layer 20 is easily its direction of polarization is inverted to a suitable depth, increased the amount of displacement effectively, the actuator It is optimal as the part 12.

【0079】更に、本実施の形態に係る圧電素子におい
ては、図17及び図18に示すように、前記振動部16
の中心を通る最短寸法mにおける断面形状が、以下の条
件を満足することが好ましい。なお、図17及び図18
においては、図面の複雑化を避けるために一対の電極2
2a及び22bの記載を省略してある。
[0079] Further, in the pressure Denmoto element according to the present embodiment, as shown in FIGS. 17 and 18, the vibration portion 16
It is preferable that the sectional shape at the shortest dimension m passing through the center of satisfies the following condition. 17 and 18
In order to avoid complication of the drawing, the pair of electrodes 2
Descriptions of 2a and 22b are omitted.

【0080】即ち、図17Bに示すように、前記固定部
18に近接する一方の最外極小点P1と他方の最外極小
点P2とを結ぶことによって構成される基準線Lより、
前記圧電層20の中央部付近における上面の少なくとも
一部分が、電圧無負荷状態(電界E=0の状態)で前記
振動部16と反対方向に突出していることである。
That is, as shown in FIG. 17B, from the reference line L formed by connecting one outermost minimum point P1 close to the fixed portion 18 and the other outermost minimum point P2,
At least a portion of the upper surface in the vicinity of the center portion of the pressure conductive layer 20 is that protrudes in a direction opposite to the vibrating section 16 with no-voltage-loaded state (state of the electric field E = 0).

【0081】ここで、圧電層20の中央部付近とは、図
17Aに示すように、前記最短寸法mにおいて、固定部
18の上面と振動部16の上面との境界部分をそれぞれ
一方の境界点K1及び他方の境界点K2と定義し、前記
最短寸法を100としたとき、前記一方の境界点K1か
ら最短寸法mの中心に向かって30%の範囲a1と、前
記他方の境界点K2から最短寸法mの中心に向かって3
0%の範囲a2を除く、中央の40%の範囲a3を指
す。
[0081] Here, the vicinity of the central portion of the pressure conductive layer 20, as shown in FIG. 17A, in the shortest dimension m, the upper surface and the respective one of the boundary boundary between the upper surface of the vibration portion 16 of the fixed portion 18 When defining the point K1 and the other boundary point K2 and setting the shortest dimension to be 100, a range a1 of 30% from the one boundary point K1 toward the center of the shortest dimension m and the other boundary point K2. 3 toward the center of the shortest dimension m
It refers to the central 40% range a3, excluding the 0% range a2.

【0082】また、図17Bに示すように、前記一方の
最外極小点P1とは、前記最短寸法mにおいて、前記圧
電層20の一主面及び振動部16の上面の前記最短寸法
面に対する投影線に形成される複数の極小点のうち、前
記一方の境界点K1に最も近接する極小点をいい、他方
の最外極小点P2とは前記複数の極小点のうち、前記他
方の境界点K2に最も近接する極小点をいう。
Further, as shown in FIG. 17B, the one outermost minimum point P1 is the pressure at the shortest dimension m.
Of the plurality of minimum points formed on the projection line of the one principal surface of the electric layer 20 and the upper surface of the vibrating portion 16 with respect to the shortest dimension surface, it means the minimum point closest to the one boundary point K1, and the other minimum point. The outer minimum point P2 refers to the minimum point closest to the other boundary point K2 among the plurality of minimum points.

【0083】この場合、前記最短寸法を100としたと
き、前記一方の境界点K1から最短寸法mの中心に向か
って40%の範囲(一方の極小点存在領域b1)内に存
在するもので、かつ一方の境界点K1に最も近接する極
小点が一方の最外極小点P1として認定され、前記他方
の境界点K2から最短寸法mの中心に向かって40%の
範囲(他方の極小点存在領域b2)内に存在するもの
で、かつ他方の境界点K2に最も近接する極小点が他方
の最外極小点P2として認定される。
In this case, when the shortest dimension is 100, it exists within a range of 40% (one minimum point existing region b1) from the one boundary point K1 toward the center of the shortest dimension m, Further, the minimum point closest to one boundary point K1 is recognized as one outermost minimum point P1, and the range of 40% from the other boundary point K2 toward the center of the shortest dimension m (the other minimum point existence region). The minimum point existing in b2) and closest to the other boundary point K2 is recognized as the other outermost minimum point P2.

【0084】前記最外極小点P1及びP2は、図17B
に示すように、固定部18の上面よりも下方に存在する
場合や、図17Cに示すように、固定部18の上面より
も上方に存在する場合がある。
The outermost local minimum points P1 and P2 are shown in FIG. 17B.
17A and 17B, it may be below the upper surface of the fixed portion 18, or may be above the upper surface of the fixed portion 18 as shown in FIG. 17C.

【0085】なお、図18Aに示すように、例えば他方
の極小点存在領域b2内に他方の最外極小点P2が存在
しない場合は、前記他方の境界点K2が他方の最外極小
点P2として認定される。これは、一方の最外極小点P
1でも同じである。また、図18Bに示すように、両方
の極小点存在領域b1及びb2内にそれぞれ最外極小点
P1及びP2が存在しない場合は、一方の境界点K1及
び他方の境界点K2がそれぞれ一方の最外極小点P1及
び他方の最外極小点P2として認定される。
Incidentally, as shown in FIG. 18A, for example, when the other outermost minimum point P2 does not exist in the other minimum point existing region b2, the other boundary point K2 is regarded as the other outermost minimum point P2. Be certified. This is one of the outermost minimum points P
1 is the same. Further, as shown in FIG. 18B, when the outermost local minimum points P1 and P2 do not exist in both local minimum point existence regions b1 and b2, respectively, one boundary point K1 and the other boundary point K2 are respectively one maximum point. It is recognized as the outer minimum point P1 and the other outermost minimum point P2.

【0086】そして、前記条件、つまり、「基準線Lよ
り圧電層20の中央部付近における上面の少なくとも一
部分が、電圧無負荷状態で振動部16と反対方向に突出
すること。」という条件において、前記最短寸法長をm
としたとき、その突出量tがm/1000≦t≦m/1
0を満たすことがより好ましい。
[0086] Then, the condition, i.e., "at least a portion of the upper surface in the vicinity of the center portion of the reference line pressure conductive layer 20 than L is possible. Which projects in the direction opposite to the vibrating section 16 with no-voltage-loaded state" in that condition , The shortest dimension length is m
And the protrusion amount t is m / 1000 ≦ t ≦ m / 1
It is more preferable to satisfy 0.

【0087】前記条件を満たすことにより、作製された
アクチュエータ部12に対して必ず一方向に大きな変位
を行わせることができ、各種電子機器等に使用した場合
の歩留まりの向上を達成させることができる。
By satisfying the above conditions, it is possible to cause the manufactured actuator section 12 to make a large displacement in one direction without fail, and it is possible to achieve an improvement in yield when used in various electronic devices. .

【0088】このように、本実施の形態に係る圧電素
においては、アクチュエータ部本体24を圧電層20と
該圧電層20の一主面に形成された一対の電極22a及
び22bとで構成し、更に前記一対の電極22a及び2
2b間の所定電界の4倍以上の印加電界によるアクチュ
エータ部12の変位特性を基準電界点を中心に非対称と
なるようにしたので、圧電層20に対して分極処理した
後に逆方向に電界をかけた場合、圧電層20の表面付近
においては、その電界強度が大きいことから、その分極
方向が反転して前記電界の方向と同じになるが、圧電層
20の深い部分はその電界強度が小さいことから、その
分極方向は反転しないこととなる。即ち、前記圧電層
0において、2種類の分極が存在することになり、擬似
的なバイモルフ型の圧電素子として機能することにな
る。
[0088] Thus, in the pressure Denmoto element according to the present embodiment, a pair of electrodes 22a and 22b formed with the main actuator element 24 on one major surface of the pressure conductive layer 20 and the piezoelectric layer 20 And a pair of electrodes 22a and 2a
Since the displacement characteristic of the actuator element 12 by more than four times the applied electric field of a predetermined electric field between 2b so as to be asymmetrical about a reference electric field point, the electric field in the opposite direction after the polarization treatment against pressure conductive layer 20 when subjected, in the vicinity of the surface of the pressure conductive layer 20, since the electric field strength is large, but its polarization direction is the same as the direction of the reversed electric field, deep portion of the pressure conductive layer 20 is the electric field strength thereof Is small, the polarization direction will not be inverted. That is, the pressure conductive layer 2
At 0, results in two types of polarization exist, will function as a pseudo-bimorph pressure Denmoto child.

【0089】その結果、圧電層20の表面付近と、深い
部分での歪み方向が互いに逆になり、全体として一方向
に凸状変位し、その変位量は、前記擬似的なバイモルフ
的な作用によって非常に大きいものとなる。
[0089] As a result, the vicinity of the surface of the pressure conductive layer 20, the strain direction in the deep portion becomes opposite to each other, and the convex displaced in one direction as a whole, the amount of displacement, the pseudo-bimorph effects Will be very large.

【0090】特に、本実施の形態に係る圧電素子では、
その変位特性が基準電界点(電界E=0の点)を中心に
電界の正方向と負方向とで非対称形となっていることか
ら、例えば周期的に変化する電界の2つのピーク値にお
けるそれぞれの屈曲変位量において差が生じる。これに
より、電圧無負荷状態と電圧印加状態での相対変位量
や、互いに逆方向の電界をかけた状態での相対変位量が
大きくなり、圧電素子をアクチュエータとして利用した
場合の制御の容易性、センサとして利用した場合の感度
の向上を実現させることができる。
[0090] Particularly, in pressure Denmoto child according to the present embodiment,
Since the displacement characteristics are asymmetrical in the positive and negative directions of the electric field around the reference electric field point (point where the electric field E = 0), for example, at two peak values of the electric field that periodically change, There is a difference in the amount of flexural displacement. Thus, and the relative displacement amount at the no-voltage-loaded state and the voltage application state, the greater the relative displacement amount at the state of applying a reverse electric field from each other, facilitating the control of the case of using the pressure Denmoto element as an actuator And improved sensitivity when used as a sensor.

【0091】また、本実施の形態に係る圧電素子におい
ては、一対の電極22a及び22b間の距離をx(1μ
m≦x≦200μm)、前記圧電層20の厚みをy(1
μm≦y≦100μm)としたとき、y=axの関係を
有し、かつ、1/10≦a≦100として構成するよう
にしている。
[0091] In the pressure Denmoto element according to the present embodiment, the distance between the pair of electrodes 22a and 22b x (1 [mu]
m ≦ x ≦ 200μm), the thickness of the pressure conductive layer 20 y (1
(μm ≦ y ≦ 100 μm), there is a relation of y = ax and 1/10 ≦ a ≦ 100.

【0092】この場合、前記一対の電極22a及び22
b間の印加電界によるアクチュエータ部12の変位特性
として、図10Bに示すように、基準電界点(電界E=
0の点)を中心に非対称となる特性を得ることができ
る。
In this case, the pair of electrodes 22a and 22a
As a displacement characteristic of the actuator portion 12 due to an applied electric field between b, as shown in FIG. 10B, a reference electric field point (electric field E =
It is possible to obtain a characteristic that is asymmetrical about the point 0).

【0093】また、本実施の形態に係る圧電素子におい
ては、前記振動部16及び固定部18をセラミックスに
て一体に形成し、振動部16に対応する箇所に凹部14
を形成して、該振動部16が薄肉となるようにしたの
で、固定部18と振動部16を容易に作製することが可
能となり、圧電素子の製造コストの低廉化を図る上で有
利となる。
[0093] In the pressure Denmoto element according to the present embodiment, the recess 14 at a location where the vibration portion 16 and the fixed portion 18 formed integrally with the ceramics, corresponding to the vibration part 16
To form, since the vibrating portion 16 is made to be thin, the fixing portion 18 and the vibrating portion 16 becomes possible to easily manufacture, advantageous in reducing the production cost of the pressure Denmoto child Becomes

【0094】また、セラミックにて構成される基体10
に凹部14を設けることによって厚肉の固定部18と薄
肉の振動部16が形成されるかたちとなるため、振動部
16は圧電層20の変位に敏感に反応し、電圧信号の変
化に対して追従性の高い振動部16とすることができ
る。また、振動部16と固定部18との境界部分の剛性
が十分に確保されるため、振動部16の振動に伴う前記
境界部分の疲れによる破壊は発生しにくくなる。
The base 10 made of ceramics
For fixing portion 18 and the thin resonating section 16 of the thick by providing the concave portion 14 is shape that is formed, the vibrating unit 16 is sensitive to the displacement of the pressure conductive layer 20, to changes in voltage signal Therefore, the vibrating portion 16 having high followability can be obtained. Further, since the rigidity of the boundary portion between the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 is sufficiently secured, the damage due to the fatigue of the boundary portion due to the vibration of the vibrating portion 16 is less likely to occur.

【0095】また、本実施の形態に係る圧電素子におい
ては、圧電層20の厚みをy(1μm≦y≦100μ
m)、振動部16の厚みをz(1μm≦z≦50μm)
としたとき、y=bzの関係を有し、かつ、1/5≦b
≦10としたので、一対の電極22a及び22b間の印
加電界によるアクチュエータ部12の屈曲変位特性を図
10Bに示すように、基準電界点を中心に非対称とする
ことができる。
[0095] In the pressure Denmoto element according to the present embodiment, the thickness of the pressure conductive layer 20 y (1μm ≦ y ≦ 100μ
m), and the thickness of the vibrating portion 16 is z (1 μm ≦ z ≦ 50 μm)
, And y = bz, and 1/5 ≦ b
Since ≦ 10, the bending displacement characteristics of the actuator portion 12 due to the applied electric field between the pair of electrodes 22a and 22b can be asymmetrical with respect to the reference electric field point, as shown in FIG. 10B.

【0096】前記実施の形態に係る圧電素子、特に一対
の電極22a及び22bの平面形状を渦巻き形状や多枝
形状としたが、図19に示すように、くし型形状であっ
てもかまわない。この場合、振動部16の形状を縦横比
(アスペクト比)で0.25以下又は4.0以上とし、
多数のくし歯部分の配列方向が振動部の長手方向に沿う
ように一対のくし型電極を形成することが好ましい。こ
の条件を満足すれば、一対の電極22a及び22bがく
し型形状であっても、前記渦巻き形状や多枝形状と同様
の効果を得ることができる。
[0096] The pressure Denmoto element according to the embodiment, although a particular pair of electrodes 22a and 22b of the planar shape of the spiral shape or multi-vessel shape, as shown in FIG. 19, may be a comb-shaped Absent. In this case, the shape of the vibrating portion 16 has an aspect ratio of 0.25 or less, or 4.0 or more,
It is preferable to form a pair of comb-shaped electrodes so that the arrangement direction of a large number of comb teeth is along the longitudinal direction of the vibrating portion. If this condition is satisfied, even if the pair of electrodes 22a and 22b have a comb shape, the same effect as the spiral shape or the multi-branched shape can be obtained.

【0097】ただし、振動部16の形状がアスペクト比
で0.25〜4.0、好ましくは0.5〜2.0であっ
て、一対の電極22a及び22bの平面形状を渦巻き形
状又は多枝形状とするのが、相対変位量を大きくする上
で最も好ましい。
However, the vibrating portion 16 has an aspect ratio of 0.25 to 4.0, preferably 0.5 to 2.0, and the plane shape of the pair of electrodes 22a and 22b is spiral or multi-branched. The shape is most preferable for increasing the relative displacement amount.

【0098】次に、前記アクチュエータ部12の各構成
部材、特に各構成部材の材料等の選定について説明す
る。
Next, selection of each constituent member of the actuator section 12, particularly the material of each constituent member will be described.

【0099】まず、振動部16は、高耐熱性材料である
ことが好ましい。その理由は、アクチュエータ部12を
有機接着剤等の耐熱性に劣る材料を用いずに、固定部1
8によって直接振動部16を支持させる構造とする場
合、少なくとも圧電層20の形成時に、振動部16が変
質しないようにするため、振動部16は、高耐熱性材料
であることが好ましい。
First, the vibrating portion 16 is preferably made of a highly heat resistant material. The reason is that the actuator portion 12 does not use a material having poor heat resistance such as an organic adhesive and the fixing portion 1
If a structure for supporting the direct vibration portion 16 by 8, at least when the pressure conductive layer 20 formed, since the vibration portion 16 is prevented from deterioration, vibration unit 16 is preferably a highly heat-resistant material.

【0100】また、振動部16は、基体10上に形成さ
れる一対の電極22a及び22bにおける一方の電極2
2aに通じる配線(垂直選択線48:図21参照)と他
方の電極22bに通じる配線(信号線50:図21参
照)との電気的な分離を行うために、電気絶縁材料であ
ることが好ましい。
Further, the vibrating portion 16 has one electrode 2 of the pair of electrodes 22a and 22b formed on the base body 10.
In order to electrically separate the wiring leading to 2a (vertical selection line 48: see FIG. 21) and the wiring leading to the other electrode 22b (signal line 50: see FIG. 21), an electrically insulating material is preferable. .

【0101】従って、振動部16は、高耐熱性の金属あ
るいはその金属表面をガラス等のセラミックス材料で被
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。
Therefore, the vibrating portion 16 may be made of a highly heat-resistant metal or a material such as enamel whose metal surface is coated with a ceramic material such as glass, but ceramic is most suitable.

【0102】振動部16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、酸化チタン、スピネル、ム
ライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これら
の混合物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16の厚みが薄くても機械的強度
が高いこと、靭性が高いこと、圧電層20と一対の電極
22a及び22bとの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ため、相転移を起こさな
い。
As the ceramics constituting the vibrating portion 16, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof or the like can be used. it can. Stabilized zirconium oxide is, it has high mechanical strength even if a small thickness of the vibrating section 16, the high toughness, such that the chemical reactivity of the pressure conductive layer 20 and the pair of electrodes 22a and 22b are small Therefore, it is particularly preferable. Stabilized zirconium oxide includes stabilized zirconium oxide and partially stabilized zirconium oxide. Stabilized zirconium oxide does not cause a phase transition because it has a crystal structure such as a cubic crystal.

【0103】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
に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16の機械的強度
を高めるために、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%含有することであり、更に0.1〜5モル%の
酸化アルミニウムが含有されていることが好ましい。ま
た更に、0.1〜10モル%の酸化チタン又は0.1〜
10モル%の酸化アルミニウム+酸化チタンを含有させ
ることも、相対変位量の増大化及び圧電材料との密着確
保の点で好ましい。
On the other hand, zirconium oxide undergoes a phase transition between a monoclinic system and a tetragonal system at around 1000 ° C., and cracks may occur during this phase transition. The stabilized zirconium oxide contains 1 to 30 mol% of a stabilizer such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide or an oxide of a rare earth metal. In order to increase the mechanical strength of the vibrating portion 16, the stabilizer preferably contains yttrium oxide. At this time, yttrium oxide is preferably contained in an amount of 1.5 to 6 mol%, more preferably 2 to
4 mol% is contained, and it is preferable that 0.1 to 5 mol% of aluminum oxide is further contained. Furthermore, 0.1 to 10 mol% of titanium oxide or 0.1 to 10 mol%
It is also preferable to contain 10 mol% of aluminum oxide + titanium oxide from the viewpoint of increasing the relative displacement amount and ensuring close contact with the piezoelectric material.

【0104】また、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、又は正方晶+立方晶の混合相としたもの
が、強度、靭性、耐久性の観点から最も好ましい。
The crystal phase may be a cubic + monoclinic mixed phase, a tetragonal + monoclinic mixed phase, a cubic + tetragonal + monoclinic mixed phase, and the like. It is most preferable from the viewpoint of strength, toughness and durability that the main crystal phase is tetragonal or a mixed phase of tetragonal and cubic.

【0105】振動部16がセラミックスからなるとき、
多数の結晶粒が振動部16を構成するが、振動部16の
機械的強度を高めるため、結晶粒の平均粒径は、0.0
5〜2μmであることが好ましく、0.1〜1μmであ
ることが更に好ましい。
When the vibrating section 16 is made of ceramics,
Although a large number of crystal grains constitute the vibrating portion 16, the average grain size of the crystal grains is 0.0 to increase the mechanical strength of the vibrating portion 16.
The thickness is preferably 5 to 2 μm, more preferably 0.1 to 1 μm.

【0106】固定部18は、セラミックスからなること
が好ましいが、振動部16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18を構成す
るセラミックスとしては、振動部16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、酸化チタン、スピネル、ムラ
イト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの
混合物等を用いることができる。
The fixed portion 18 is preferably made of ceramics, but may be made of the same ceramic as that of the vibrating portion 16 or may be made of a different material. As the ceramics forming the fixed portion 18, similar to the material of the vibrating portion 16,
For example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like can be used.

【0107】特に、本実施の形態に係る圧電素子で用い
られる基体10は、酸化ジルコニウムを主成分とする材
料、酸化アルミニウムを主成分とする材料、又はこれら
の混合物を主成分とする材料等が好適に採用される。そ
の中でも、酸化ジルコニウムを主成分としたものが更に
好ましい。なお、焼結助剤として粘土等を加えることも
あるが、酸化珪素、酸化ホウ素等のガラス化しやすいも
のが過剰に含まれないように、助剤成分を調節する必要
がある。なぜなら、これらガラス化しやすい材料は、基
体10と圧電層20とを接合させる上では有利ではある
ものの、基体10と圧電層20との反応を促進し、所定
の圧電層20の組成を維持することが困難となり、その
結果、素子特性を低下させる原因となるからである。
[0107] Materials particularly, the substrate 10 used in the pressure Denmoto child according to the present embodiment, material composed mainly of zirconium oxide, as a main component material mainly composed of aluminum oxide, or mixtures thereof Etc. are suitably adopted. Among them, those containing zirconium oxide as a main component are more preferable. Clay or the like may be added as a sintering aid, but it is necessary to adjust the aid component so as not to include excessively vitrifying substances such as silicon oxide and boron oxide. Because they vitrify easily material, albeit advantageous in joining the substrate 10 and the pressure conductive layer 20 to promote the reaction between the substrate 10 and the pressure conductive layer 20, the composition of a given pressure conductive layer 20 This is difficult to maintain, and as a result, it becomes a cause of deteriorating the device characteristics.

【0108】即ち、基体10中の酸化珪素等は重量比で
3%以下、更に好ましくは1%以下となるように制限す
ることが好ましい。ここで、主成分とは、重量比で50
%以上の割合で存在する成分をいう。
That is, it is preferable to limit the silicon oxide and the like in the substrate 10 to a weight ratio of 3% or less, more preferably 1% or less. Here, the main component is 50 by weight.
A component present in a proportion of not less than%.

【0109】圧電層20の構成材料として、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よ
い。
[0109] As the material of the pressure conductive layer 20, but can be preferably used a piezoelectric ceramic may be electrostrictive ceramics or ferroelectric ceramics. Furthermore, the material is not limited to ceramics, and may be a piezoelectric body made of a polymer represented by PVDF (polyvinylidene fluoride) or a composite of these polymers and ceramics.

【0110】アクチュエータ部本体24における膜状の
電層20を与える圧電材料としては、好ましくは、ジ
ルコン酸チタン酸鉛(PZT系)を主成分とする材料、
マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)を主成分とする材
料、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)を主成分とする材
料、マンガンニオブ酸鉛を主成分とする材料、アンチモ
ンスズ酸鉛を主成分とする材料、亜鉛ニオブ酸鉛を主成
分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする材料、マグネ
シウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、ニッケルタン
タル酸鉛を主成分とする材料、更にはこれらの複合材料
等が用いられる。
[0110] Materials as a piezoelectric material to give film-like <br/> pressure conductive layer 20 in the actuator body 24, which preferably mainly composed of lead zirconate titanate (PZT system),
A material containing lead magnesium niobate (PMN-based) as a main component, a material containing lead nickel niobate (PNN) as a main component, a material containing lead manganese niobate as a main component, and a lead antimony stannate as a main component. Materials, lead zinc niobate-based materials, lead titanate-based materials, lead magnesium tantalate-based materials, lead nickel tantalate-based materials, and composites of these. Material or the like is used.

【0111】更に、これら圧電材料に、ランタン、バリ
ウム、ニオブ、亜鉛、セリウム、カドミウム、クロム、
コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、
タングステン、ニッケル、マンガン、リチウム、ストロ
ンチウム、ビスマス等の酸化物や、それらの他の化合物
を、添加物として含有させた材料、例えばPLZT系と
なるように、前記材料に所定の添加物を適宜に加えたも
のも、好適に使用される。
Furthermore, lanthanum, barium, niobium, zinc, cerium, cadmium, chromium,
Cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum,
A predetermined additive is appropriately added to the material such as a material containing an oxide such as tungsten, nickel, manganese, lithium, strontium, or bismuth, or other compound thereof as an additive, for example, a PLZT system. Those added are also preferably used.

【0112】そして、これらの圧電材料の中でも、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する材料、ニッケルニオブ酸鉛とマ
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する材料、マグネシウムニオブ酸
鉛とニッケルタンタル酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸鉛
からなる成分を主成分とする材料、若しくはマグネシウ
ムタンタル酸鉛と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する材料が有
利に用いられ、スクリーン印刷等の厚膜形成法で圧電層
20を形成する場合の材料として推奨される。
Among these piezoelectric materials, a material containing a lead magnesium niobate, lead zirconate, and lead titanate as a main component, lead nickel niobate, lead magnesium niobate, lead zirconate, and titanium. Material containing lead oxide as a main component, lead magnesium niobate, nickel lead tantalate, lead zirconate and lead titanate, or lead magnesium tantalate and lead magnesium niobate the material is advantageously used for a major component composed of lead zirconate and lead titanate, it is recommended as the material of the case of forming the pressure conductive layer 20 in the thick film formation method such as screen printing.

【0113】なお、多成分系圧電材料の場合、成分の組
成によって圧電特性が変化するが、本実施の形態に係る
電素子で好適に採用されるマグネシウムニオブ酸鉛−
ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の3成分系材料や、マグネシ
ウムニオブ酸鉛−ニッケルタンタル酸鉛−ジルコン酸鉛
−チタン酸鉛、並びにマグネシウムタンタル酸鉛−マグ
ネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の4成
分系材料では、擬立方晶−正方晶−菱面体晶の相境界付
近の組成が好ましく、特にマグネシウムニオブ酸鉛:1
5〜50モル%、ジルコン酸鉛:10〜45モル%、チ
タン酸鉛:30〜45モル%の組成や、マグネシウムニ
オブ酸鉛:15〜50モル%、ニッケルタンタル酸鉛:
10〜40%、ジルコン酸鉛:10〜45モル%、チタ
ン酸鉛:30〜45モル%の組成、更にはマグネシウム
ニオブ酸鉛:15〜50モル%、マグネシウムタンタル
酸鉛:10〜40モル%、ジルコン酸鉛:10〜45モ
ル%、チタン酸鉛:30〜45モル%の組成が、高い圧
電定数と電気機械結合係数を有することから、有利に採
用される。
[0113] In the case of multi-component piezoelectric material, the piezoelectric characteristics change depending on the composition ingredients, lead magnesium niobate is preferably employed in <br/> pressure Denmoto element according to this embodiment -
Lead zirconate-lead titanate ternary material, lead magnesium niobate-lead nickel tantalate-lead zirconate-lead titanate, and lead magnesium tantalate-lead magnesium niobate-lead zirconate-lead titanate In the four-component material, the composition near the phase boundary of pseudocubic-tetragonal-rhombohedral is preferable, and lead magnesium niobate: 1
5 to 50 mol%, lead zirconate: 10 to 45 mol%, lead titanate: 30 to 45 mol%, lead magnesium niobate: 15 to 50 mol%, lead nickel tantalate:
10 to 40%, lead zirconate: 10 to 45 mol%, lead titanate: 30 to 45 mol%, further lead magnesium niobate: 15 to 50 mol%, lead magnesium tantalate: 10 to 40 mol% , Lead zirconate: 10 to 45 mol% and lead titanate: 30 to 45 mol% are advantageously used because of their high piezoelectric constant and electromechanical coupling coefficient.

【0114】圧電層20は、緻密であっても、多孔質で
あってもよく、多孔質の場合、その気孔率は40%以下
であることが好ましい。
[0114] pressure conductive layer 20 may be a dense, it may be porous, if porous, a preferable porosity of 40% or less.

【0115】そして、前記基体10における振動部16
の厚みと該振動部16上に形成される圧電層20の厚み
は、同次元の厚みであることが好ましい。なぜなら、振
動部16の厚みが極端に(1桁以上異なる場合)、圧
20の厚みより厚くなると、圧電層20の焼成収縮に
対して、振動部16がその収縮を妨げるように働くた
め、圧電層20と基体10との界面での応力が大きくな
り、はがれ易くなる。反対に、厚みの次元が同程度であ
れば、圧電層20の焼成収縮に基体10(振動部16)
が追従し易くなるため、一体化には好適である。具体的
には、振動部16の厚みは、1〜50μmであることが
好ましく、3〜50μmが更に好ましく、3〜20μm
が更になお好ましい。一方、圧電層20は、その厚みと
して1〜100μmが好ましく、3〜50μmが更に好
ましく、5〜40μmが更になお好ましい。
Then, the vibrating portion 16 in the base 10
The thickness and the thickness of the pressure conductive layer 20 formed on the vibrating section 16 is preferably a thickness of the same dimensions. This is because (if different order of magnitude or more) thickness of the vibrating section 16 is extremely, pressure electrostatic
Becomes larger than the thickness of the layer 20, with respect to the firing shrinkage of the pressure conductive layer 20, to work as the vibration portion 16 prevents the contraction stress at the interface between the pressure conductive layer 20 and the substrate 10 is increased, peeling It will be easier. Conversely, the dimension of the thickness if the same level, the base body 10 to the firing shrinkage of the pressure conductive layer 20 (vibrating section 16)
Is easy to follow, which is suitable for integration. Specifically, the thickness of the vibrating portion 16 is preferably 1 to 50 μm, more preferably 3 to 50 μm, and 3 to 20 μm.
Is more preferable. On the other hand, pressure conductive layer 20, 1 to 100 [mu] m is preferable as a thickness, more preferably 3 to 50 [mu] m, even more preferred is 5 to 40 m.

【0116】前記圧電層20上に形成される一対の電極
22a及び22bは、用途に応じて適宜な厚さとする
が、0.01〜50μmの厚さであることが好ましく、
0.1〜5μmが更に好ましい。また、前記一対の電極
22a及び22b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されていて
もよいことはいうまでもない。
[0116] pair of electrodes 22a and 22b formed on the pressure conductive layer 20 is set as a suitable thickness depending on the application, is preferably a thickness of 0.01 m to 50 m,
0.1 to 5 μm is more preferable. The pair of electrodes 22a and 22b are preferably solid at room temperature and made of a conductive metal. For example, aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper,
Zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium,
Examples include simple metals or alloys containing silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead and the like. It goes without saying that these elements may be contained in any combination.

【0117】次に、本実施の形態に係る圧電素子の製造
方法を説明する。振動部16及び固定部18を含む基体
10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、次いで焼成することで一体化す
ることができる。例えば、図1の基体10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2層に凹部14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。
[0117] Next, a method for manufacturing a pressure Denmoto element according to the present embodiment. The base 10 including the vibrating portion 16 and the fixing portion 18 can be integrated by stacking a molding layer, which is a green sheet or a green tape, by thermocompression bonding and then firing. For example, in the substrate 10 of FIG. 1, two layers of green sheets or green tapes are laminated, but a through hole having a predetermined shape to be the recess 14 may be provided in the second layer before lamination.

【0118】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、成形層を作製し、切削、研削
加工、レーザ加工、プレス加工による打ち抜き等の機械
加工により、凹部14等を設けてもよい。図1では、2
層構造となっているが、第3層、第4層として、基体1
0の剛性を向上させたり、裏面配線板として使用する層
を同時に積層して形成してもよい。
Further, a molding layer is produced by pressure molding using a molding die, casting molding, injection molding, etc., and the recesses 14 etc. are provided by mechanical processing such as cutting, grinding, laser processing, punching by press processing. May be. In FIG. 1, 2
Although it has a layered structure, the substrate 1 is used as the third and fourth layers.
The rigidity of 0 may be improved, or layers used as a backside wiring board may be laminated at the same time.

【0119】次に、前記基体10の振動部16上にアク
チュエータ部本体24を形成する。この場合、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
法等によって圧電層20を成形し、この焼成前の圧電層
20を焼成前の基体10における振動部16上に熱圧着
で積層し、同時に焼成して、基体10の振動部16上に
電層20を形成する方法と、以下に示す膜形成法とが
ある。
Next, the actuator body 24 is formed on the vibrating portion 16 of the base 10. In this case, by forming the pressure conductive layer 20 by a tape molding method using a press molding method or the slurry raw material using a die, on the vibrating section 16 in the base body 10 before firing the pre-fired pressure conductive layer 20 laminating by thermal compression bonding, simultaneously fired to a method of forming a <br/> pressure conductive layer 20 on the vibrating portion 16 of the body 10, there is a film forming method described below.

【0120】膜形成法は、振動部16上に圧電層20と
一対の電極22a及び22bをこの順序で積層する方法
であるが、例えば、スクリーン印刷のような厚膜法、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。一対の
電極22a及び22bにつながる配線(垂直選択線48
及び信号線50:図21参照)や端子パッドの形成も前
記厚膜法や薄膜法が用いられる。
[0120] film formation method is a method of laminating the pressure conductive layer 20 and the pair of electrodes 22a and 22b in this order on the vibrating section 16, for example, thick film methods such as screen printing, coating of dipping Method, ion beam, sputtering, vacuum deposition, ion plating, chemical vapor deposition (C
VD), a thin film method such as plating, or the like is appropriately used. Wiring connected to the pair of electrodes 22a and 22b (vertical selection line 48
Also, the thick film method and the thin film method are used to form the signal line 50: see FIG. 21) and the terminal pad.

【0121】本実施の形態に係る圧電素子は、その一例
として、例えば以下のような製法が採用される。まず、
基体10の振動部16上にスクリーン印刷法によって圧
電層20を形成する。その後、焼成を行って、基体10
の振動部16上に圧電層20を接合する。この場合、基
体10と圧電層20との接合性を向上させて、これら基
体10と圧電層20との一体化を有利にするには、圧
20に対する焼成を圧電材料の雰囲気下において密閉
容器内で実施することが好ましい。更に好ましくは、雰
囲気濃度は高くすることが望ましい。
[0121] pressure Denmoto element according to the present embodiment, as an example, for example, the following method is adopted. First,
A pressure is applied to the vibrating portion 16 of the substrate 10 by a screen printing method.
The electric layer 20 is formed. Then, firing is performed to form the base 10
Bonding the pressure conductive layer 20 on the vibrating portion 16. In this case, to improve the bonding strength to the base 10 and the pressure conductive layer 20, to favor the integration of these substrates 10 and pressure conductive layer 20, pressure conductive
The firing of the layer 20 is preferably carried out in a closed container in an atmosphere of piezoelectric material. More preferably, it is desirable to increase the atmosphere concentration.

【0122】雰囲気焼成は次の方法等により行われる。The atmosphere firing is performed by the following method or the like.

【0123】(1) 圧電材料と同成分系の粉末を蒸発源と
して一緒に密閉容器内に置く。
(1) A powder of the same component system as the piezoelectric material is placed together in an airtight container as an evaporation source.

【0124】(2) 圧電材料の組成として、鉛成分を予め
過剰とする。
(2) As the composition of the piezoelectric material, the lead component is made excessive beforehand.

【0125】(3) 圧電材料の板をセッターとして使用す
る。
(3) A plate of piezoelectric material is used as a setter.

【0126】また、焼成温度は、900〜1400℃が
好ましく、更に好ましくは1100〜1400℃が望ま
しい。
The firing temperature is preferably 900 to 1400 ° C, more preferably 1100 to 1400 ° C.

【0127】前記基体10と圧電層20との接合が終了
した後、一対の電極22a及び22bを含む配線層をス
クリーン印刷にて積層する。この配線層のパターンは、
例えば図21に示すように、垂直選択線48のパター
ン、信号線50のパターン及び電極パターンであって、
電極パターンは、この段階(スクリーン印刷段階)では
図4に示すような渦巻き形状や図5に示すような多枝形
状ではなく、単に円形状とされた状態である。
[0127] laminating After bonding between the substrate 10 and the pressure conductive layer 20 is completed, the wiring layer including a pair of electrodes 22a and 22b by screen printing. The pattern of this wiring layer is
For example, as shown in FIG. 21, the pattern of the vertical selection line 48, the pattern of the signal line 50, and the electrode pattern,
At this stage (screen printing stage), the electrode pattern is not a spiral shape as shown in FIG. 4 or a multi-branch shape as shown in FIG. 5, but a circular shape.

【0128】その後、例えばエキシマレーザによって円
形状の電極パターンの所要箇所を蒸発させることによ
り、図4に示すような渦巻き形状や図5に示すような多
枝形状にパターニングして一対の電極22a及び22b
とする。
Thereafter, by evaporating a required portion of the circular electrode pattern with, for example, an excimer laser, the electrode pattern is patterned into a spiral shape as shown in FIG. 4 or a multi-branch shape as shown in FIG. 22b
And

【0129】前記エキシマレーザによるパターニングが
終了した後、熱処理することにより、基体10上へのア
クチュエータ部本体24の形成が終了する。なお、薄膜
法により、一対の電極22a及び22bを形成する場合
においては、必ずしも前記熱処理は必要としない。
After the patterning with the excimer laser is completed, a heat treatment is completed to complete the formation of the actuator body 24 on the substrate 10. The heat treatment is not always necessary when the pair of electrodes 22a and 22b are formed by the thin film method.

【0130】[0130]

【実施例】次に、本実施の形態に係る圧電素子を表示装
置に適用した実施例に係る表示装置について説明する。
なお、図1と対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。
EXAMPLES Next, the display device will be described according to the embodiment applied to a display device pressure Denmoto element according to the present embodiment.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing corresponding to FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

【0131】この実施例に係る表示装置は、図20に示
すように、光40が導入される光導波板42と、該光導
波板42の背面に対向して設けられ、かつ多数のアクチ
ュエータ部12が画素に対応して配列された駆動部44
を有して構成されている。
As shown in FIG. 20, the display device according to this embodiment is provided with an optical waveguide plate 42 into which the light 40 is introduced and a large number of actuator portions provided so as to face the back surface of the optical waveguide plate 42. Drive unit 44 in which 12 is arranged corresponding to pixels
Is configured.

【0132】光導波板42は、その前面及び背面が平
坦、かつ、平滑であり、内部に導入された光が前面及び
背面において該光導波板42の外部に透過せずに全反射
するような光屈折率を有するものであり、可視光波長領
域での透過率が均一で、かつ高い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、アクリル等の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、又は表面にコーティング層を設けたもの
が一般的なものとして挙げられる。
The front and back surfaces of the optical waveguide plate 42 are flat and smooth, and the light introduced inside is totally reflected on the front and rear surfaces without being transmitted to the outside of the optical waveguide plate 42. It has a light refractive index, and it needs to have a uniform and high transmittance in the visible light wavelength region. The material is not particularly limited as long as it has such characteristics. Specifically, for example, glass, quartz, translucent plastic such as acrylic, translucent ceramics, or the like, or a different refractive index. A general structure is a multi-layer structure of a material having the above or a structure having a coating layer on the surface.

【0133】駆動部44は、例えばセラミックスにて構
成された基体10を有し、該基体10の各画素に応じた
位置にアクチュエータ部12が配設されている。前記基
体10は、一主面が光導波板42の背面に対向するよう
に配置されており、該一主面は連続した面(面一)とさ
れ、その他主面は、各画素に対応した位置にそれぞれ凹
部14を有する。
The drive section 44 has a base 10 made of, for example, ceramics, and the actuator section 12 is arranged at a position corresponding to each pixel of the base 10. The substrate 10 is arranged such that one main surface faces the back surface of the optical waveguide plate 42, the one main surface is a continuous surface (flush), and the other main surface corresponds to each pixel. Each position has a recess 14.

【0134】各アクチュエータ部12上には、光導波板
42との接触面積を大きくして画素に応じた面積にする
変位伝達部46が接続されている。この変位伝達部46
は、実質的な発光面積を規定する板部材46aとアクチ
ュエータ部12の変位を板部材46aに伝達するための
変位伝達部材46bを有する。
On each actuator section 12, a displacement transmitting section 46 is connected, which enlarges the contact area with the optical waveguide plate 42 and makes the area according to the pixel. This displacement transmitting section 46
Has a plate member 46a defining a substantial light emitting area and a displacement transmitting member 46b for transmitting the displacement of the actuator portion 12 to the plate member 46a.

【0135】この変位伝達部材46bは、アクチュエー
タ部12の変位を直接光導波板42に伝達できる程度の
硬度を有するものが好ましい。従って、上記変位伝達部
材46bの材質としては、ゴム、有機樹脂、有機樹脂フ
イルム、有機接着フイルム、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
しは上述したセラミックス等の材質であってもかまわな
い。最も好ましくは、エポキシ系、ポリフェニレンサル
ファイド系、ポリエステル系、ポリイミド系、アクリル
系、シリコーン系、ポリオレフィン系等の有機樹脂又は
有機接着フィルムがよい。更に、これらの材料にフィラ
ーを混ぜて硬化収縮や膨張を抑制することも有効であ
る。
It is preferable that the displacement transmitting member 46b has such a hardness that the displacement of the actuator portion 12 can be directly transmitted to the optical waveguide plate 42. Therefore, as the material of the displacement transmitting member 46b, rubber, organic resin, organic resin film, organic adhesive film, glass and the like are preferable. However, the material is not the electrode layer itself or the piezoelectric material or the above-mentioned ceramics. It doesn't matter. Most preferably, an organic resin or organic adhesive film of epoxy type, polyphenylene sulfide type, polyester type, polyimide type, acrylic type, silicone type, polyolefin type or the like is used. Furthermore, it is also effective to mix a filler with these materials to suppress curing shrinkage and expansion.

【0136】板部材46aの材質としては、前記変位伝
達部材46bの材料のほか、エポキシ系、アクリル系、
シリコーン系等の有機樹脂に高屈折率を有するセラミッ
クス粉末、例えばジルコニア粉末、チタニア粉末、酸化
鉛粉末、それらの混合粉末等を高分散させた材料が、発
光効率、平坦性維持の点で望ましい。このときのセラミ
ック粉末の平均粒子径は、1μm以下が望ましく、0.
5μm以下が更に望ましい。この場合、樹脂重量:セラ
ミック粉末重量=1:(0.1〜10)がよい。更に、
前記組成に平均粒径0.5〜10μmのガラス粉末をセ
ラミック粉末に対して、体積比で、1:(0.1〜1.
0){=セラミックス粉末:ガラス粉末}の割合で添加
すると、光導波板42の面との接触性、離型性が改良さ
れるため好ましい。
As the material of the plate member 46a, in addition to the material of the displacement transmitting member 46b, epoxy type, acrylic type,
A material in which a ceramic powder having a high refractive index, such as a zirconia powder, a titania powder, a lead oxide powder, or a mixed powder thereof, is highly dispersed in an organic resin such as a silicone-based resin is desirable in terms of light emission efficiency and flatness maintenance. The average particle size of the ceramic powder at this time is preferably 1 μm or less,
More preferably, it is 5 μm or less. In this case, resin weight: ceramic powder weight = 1: (0.1-10) is preferable. Furthermore,
A glass powder having an average particle diameter of 0.5 to 10 μm in the composition is used in a volume ratio of 1: (0.1 to 1.
0) Addition in a ratio of {= ceramic powder: glass powder} is preferable because the contact property with the surface of the optical waveguide plate 42 and the releasability are improved.

【0137】変位伝達部46の板部材46aは、光導波
板42と接触する部分(面)の平坦度、平滑度(Ra)
が、アクチュエータ部12の変位量に比較して十分小さ
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0.5μm、特に好ましくは0.1μm以下
である。但し、変位伝達部46の光導波板42と接触す
る部分(面)の平坦度は、変位伝達部46が光導波板4
2に接触した状態での隙間を減ずるために重要であっ
て、接触した状態で当該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。
The plate member 46a of the displacement transmitting section 46 has a flatness and a smoothness (Ra) in a portion (surface) which is in contact with the optical waveguide plate 42.
However, it is preferable to make it sufficiently smaller than the displacement amount of the actuator portion 12, specifically, 1 μm or less, more preferably 0.5 μm, and particularly preferably 0.1 μm or less. However, the flatness of the portion (surface) of the displacement transmitting unit 46 that contacts the optical waveguide plate 42 is determined by the displacement transmitting unit 46 being the optical waveguide plate 4.
The flatness is not limited to the above, as long as it is important for reducing the gap in the state of being in contact with 2, and the contact portion is deformed in the state of being in contact.

【0138】前記変位伝達部46のアクチュエータ部本
体24への接続は、変位伝達部46として上述した材料
を使用する場合にあっては、この変位伝達部46を接着
剤を使って積層するか、上述した材料の溶液、ペースト
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
チュエータ部本体24の上部に形成するにことにより行
えばよい。変位伝達部材46bと板部材46aは同一材
料で、一体形成してもよい。即ち、変位伝達部46とし
て、変位伝達部材46bと板部材46aの機能を併せ持
たせるようにしてもよい。
The displacement transmitting portion 46 is connected to the actuator body 24 by connecting the displacement transmitting portion 46 with an adhesive when the above-mentioned materials are used for the displacement transmitting portion 46. It may be performed by forming a solution, paste or slurry of the above-mentioned material on the upper portion of the actuator body 24 by a method such as coating. The displacement transmitting member 46b and the plate member 46a may be integrally formed of the same material. That is, the displacement transmitting portion 46 may have the functions of the displacement transmitting member 46b and the plate member 46a.

【0139】そして、各電極22a及び22bに通じる
配線は、図21に示すように、多数の画素の行数に応じ
た本数の垂直選択線48と、多数の画素の列数に応じた
本数の信号線50とを有する。
As shown in FIG. 21, the number of vertical selection lines 48 corresponding to the number of rows of a large number of pixels and the number of wirings corresponding to the number of columns of a large number of pixels are connected to the electrodes 22a and 22b. Signal line 50.

【0140】各垂直選択線48は、各画素(アクチュエ
ータ部)12における一方の電極22aに電気的に接続
され、各信号線50は、各画素12の他方の電極22b
に電気的に接続されている。
Each vertical selection line 48 is electrically connected to one electrode 22a of each pixel (actuator section) 12, and each signal line 50 is connected to the other electrode 22b of each pixel 12.
Electrically connected to.

【0141】また、前記各垂直選択線48は、前列の画
素12に関する一方の電極22aから導出されて当該画
素12に関する一方の電極22aに接続されて、1つの
行に関し、シリーズに配線された形となっている。
Further, each vertical selection line 48 is derived from one electrode 22a of the pixel 12 in the previous column and connected to one electrode 22a of the pixel 12 and is connected in series for one row. Has become.

【0142】信号線50は、列方向に延びる本線50a
と該本線50aから分岐して各画素12の他方の電極2
2bに接続される支線50bからなる。各垂直選択線4
8への電圧信号の供給は、図示しない配線基板(基体1
0の他主面に貼り合わされている)からスルーホール5
2を通じて行われ、各信号線50への電圧信号の供給
も、図示しない前記配線基板からスルーホール54を通
じて行われるようになっている。
The signal line 50 is a main line 50a extending in the column direction.
And the other electrode 2 of each pixel 12 branched from the main line 50a
It consists of a branch line 50b connected to 2b. Each vertical selection line 4
The voltage signal is supplied to the wiring board (not shown) (base 1
0 to the other main surface) to through hole 5
2, the voltage signal is also supplied to each signal line 50 from the wiring board (not shown) through the through hole 54.

【0143】スルーホール52及び54の配置パターン
としては種々のものが考えられるが、図21の例では、
垂直選択線48のスルーホール52は、行数をM、列数
をNとしたとき、N=M又はN>Mの場合においては、
n行n列(n=1,2・・・)の画素の近傍で、かつ
(n−1)列の信号線(本線)寄りの位置に形成され、
N<Mの場合においては、(αN+n)行n列(α=
0,1・・・(M/Nの商−1))の画素の近傍で、か
つ(n−1)列の信号線(本線)寄りの位置に形成され
る。
Various arrangement patterns of the through holes 52 and 54 are conceivable, but in the example of FIG.
When the number of rows is M and the number of columns is N, the through hole 52 of the vertical selection line 48 is N = M or N> M.
It is formed in the vicinity of a pixel of n rows and n columns (n = 1, 2 ...) And at a position close to a signal line (main line) of (n−1) th column,
When N <M, (αN + n) rows and n columns (α =
It is formed in the vicinity of the pixel of 0, 1 ... (Quarter of M / N-1) and at a position closer to the signal line (main line) of the (n-1) th column.

【0144】一方、信号線50のスルーホール54は、
N=M又はN<Mの場合においては、各信号線50の本
線50a上であって、かつn行n列(n=1,2・・
・)の画素12に近接する位置に形成され、N>Mの場
合においては、各信号線50の本線50a上であって、
かつn行(βM+n)列(β=0,1・・・(N/Mの
商−1))の画素12に近接する位置に形成される。ま
た、垂直選択線48のスルーホール52は、信号線50
の場合と異なって、垂直選択線48上に形成されないた
め、スルーホール52と一方の電極22a間にそれらの
電気的導通を図るための中継導体56が形成される。
On the other hand, the through hole 54 of the signal line 50 is
In the case of N = M or N <M, it is on the main line 50a of each signal line 50 and in n rows and n columns (n = 1, 2 ...
In the case where N> M, it is formed on the main line 50a of each signal line 50,
In addition, it is formed at a position close to the pixel 12 in the n-th row (βM + n) column (β = 0, 1 ... (N / M quotient-1)). In addition, the through hole 52 of the vertical selection line 48 is connected to the signal line 50.
Unlike the above case, since it is not formed on the vertical selection line 48, a relay conductor 56 for electrically connecting them is formed between the through hole 52 and the one electrode 22a.

【0145】なお、各垂直選択線48と各信号線50と
が交差する部分には、互いの配線48及び50間の絶縁
をとるためにシリコン酸化膜、ガラス膜、樹脂膜等から
なる絶縁膜58(二点鎖線で示す)が介在されている。
An insulating film made of a silicon oxide film, a glass film, a resin film or the like is provided at the intersection of each vertical selection line 48 and each signal line 50 in order to insulate the mutual wirings 48 and 50 from each other. 58 (indicated by a chain double-dashed line) is interposed.

【0146】前記一対の電極22a及び22bの平面形
状としては、渦巻き状(図4参照)、多枝形状(図5参
照)があり、前記振動部16の平面形状、圧電層20の
平面形状並びに一対の電極22a及び22bにて形づく
られる外周形状としては、図21に示す円形状のほか、
図22及び図23に示す長円形状や図24に示す楕円形
状がある。
[0146] The planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b, a spiral (see Fig. 4), there is a multi-branch shape (see FIG. 5), the planar shape of the vibration part 16, the planar shape of the pressure conductive layer 20 Further, as the outer peripheral shape formed by the pair of electrodes 22a and 22b, in addition to the circular shape shown in FIG. 21,
There are oval shapes shown in FIGS. 22 and 23 and elliptical shapes shown in FIG.

【0147】また、図25に示すように、振動部16の
平面形状及び圧電層20の平面形状を共に矩形状とし、
コーナー部が角のとれた形状や、図26に示すように、
振動部16の平面形状及び圧電層20の平面形状を共に
多角形状(例えば八角形状)とし、各頂角部分が丸みを
帯びた形状とすることが好ましい。
[0147] Further, as shown in FIG. 25, the planar shape of the planar shape and pressure conductive layer 20 of the vibrating portion 16 together with the rectangular shape,
As shown in FIG. 26, the corners have sharp corners,
The plane shape and the shape of the pressure conductive layer 20 of the vibrating portion 16 together with a polygonal shape (e.g. octagonal), it is preferable that a shape in which each apex angle portions rounded.

【0148】また、振動部16の形状、圧電層20の平
面形状、一対の電極22a及び22bにて形づくられる
外周形状は、円と楕円の組み合わせでもよいし、矩形状
と楕円の組み合わせでもよく、特に限定されるものでは
ない。
[0148] The shape of the vibrating section 16, the outer peripheral shape shaped planar shape of the pressure conductive layer 20, by a pair of electrodes 22a and 22b may be a combination of circles and ellipses may be a combination of rectangular and oval It is not particularly limited.

【0149】図21の例では、基体10上での各アクチ
ュエータ部(画素)12の配置をマトリクス状とした例
を示したが、その他、図24に示すように、各行に対し
て画素(アクチュエータ部)12を千鳥状に配置するよ
うにしてもよい。
In the example of FIG. 21, the arrangement of the actuator portions (pixels) 12 on the substrate 10 is shown as a matrix, but in addition, as shown in FIG. The parts 12 may be arranged in a staggered manner.

【0150】この図24の配置パターンの場合は、各行
に関するアクチュエータ部(画素)12の配置が千鳥状
となることから、各行に関し、それぞれ垂直選択線48
を結ぶライン(一点鎖線aで示す)はジグザグ状とされ
る。信号線50は、図示しない配線基板において、破線
bに示すように、前記千鳥状に配される画素12のう
ち、例えば垂直方向上側に位置する画素(アクチュエー
タ部)12に対応する箇所に2本の信号線50を互いに
近接させて配線したパターンを有する。
In the case of the arrangement pattern of FIG. 24, since the arrangement of the actuator portions (pixels) 12 for each row is staggered, the vertical selection lines 48 for each row are arranged.
The line (indicated by the alternate long and short dash line a) connecting the lines is zigzag. As shown by a broken line b on the wiring board (not shown), two signal lines 50 are provided in the zigzag-shaped pixels 12 at two locations corresponding to the pixels (actuator section) 12 located vertically upward, for example. The signal lines 50 of FIG.

【0151】そして、図24上、千鳥状に配される画素
のうち、例えば垂直方向上側に位置する画素(アクチュ
エータ部)12の他方の電極22bが、前記互いに近接
する2本の信号線50及び50のうち、右側の信号線5
0と中継導体60及びスルーホール62を通じて電気的
に接続され、垂直方向下側に位置する画素(アクチュエ
ータ部)12の他方の電極22bが、前記互いに近接す
る2本の信号線50及び50のうち、左側の信号線50
と中継導体64及びスルーホール66を通じて電気的に
接続される。
In FIG. 24, among the pixels arranged in a staggered pattern, for example, the other electrode 22b of the pixel (actuator portion) 12 located on the upper side in the vertical direction has the two signal lines 50 and Signal line 5 on the right side of 50
0 is electrically connected to the relay conductor 60 and the through hole 62, and the other electrode 22b of the pixel (actuator portion) 12 located on the lower side in the vertical direction is one of the two signal lines 50 and 50 which are adjacent to each other. , Left signal line 50
Is electrically connected through the relay conductor 64 and the through hole 66.

【0152】次に、前記実施例に係る表示装置の動作に
ついて説明するが、最初に、各アクチュエータ部12で
の動作を説明し、次いで、表示装置自体の動作を説明す
る。
Next, the operation of the display device according to the above embodiment will be described. First, the operation of each actuator section 12 will be described, and then the operation of the display device itself will be described.

【0153】まず、図20に示す本実施例に係る表示装
置について、その駆動とは別に各画素(アクチュエータ
部)12に対して分極処理(初期分極処理)を行う。こ
の初期分極処理は、アクチュエータとして使用する電界
の使用範囲(例えば図10において+3E〜−3Eの範
囲)を超えた電界(+5E)を例えば7時間、適度な温
度下において印加することにより行われる。これによっ
て、各画素における圧電層20は、加えられた電界と同
じ方向に分極処理される。
First, in the display device according to the present embodiment shown in FIG. 20, polarization processing (initial polarization processing) is performed on each pixel (actuator portion) 12 separately from its driving. This initial polarization treatment is performed by applying an electric field (+ 5E) that exceeds the range of use of the electric field used as the actuator (for example, the range of + 3E to -3E in FIG. 10) at an appropriate temperature for, for example, 7 hours. Thus, pressure conductive layer 20 in each pixel is polarized in the same direction as the applied electric field.

【0154】全ての画素について、初期分極処理が終了
した段階で、一対の電極22a及び22b間への電圧印
加を停止して電圧無負荷状態とする。
When the initial polarization process is completed for all the pixels, the voltage application between the pair of electrodes 22a and 22b is stopped and the voltage is not applied.

【0155】そして、表示装置に対する駆動において
は、画素12に対して基本的に3つの動作(ON選択、
OFF選択、非選択)を行わせることによって画像表示
するようになっている。
In driving the display device, basically three operations (ON selection, ON selection,
The image is displayed by performing OFF selection and non-selection.

【0156】ON選択は、図27Aに示すように、所定
の選択期間Tsにおいて、画素12の一対の電極22a
及び22bに電圧Vaを印加して、一対の電極22a及
び22b間に負方向の電界Ea(図10B参照)を発生
させることにより行われる。OFF選択は、図27Bに
示すように、所定の選択期間Tsにおいて、画素12の
一対の電極22a及び22bに電圧Vdを印加して、一
対の電極22a及び22b間に負方向又は正方向の電界
Ed(図10B参照)を発生させることにより行われ
る。
As shown in FIG. 27A, the ON selection is performed by the pair of electrodes 22a of the pixel 12 in a predetermined selection period Ts.
And 22b by applying a voltage Va to generate a negative electric field Ea (see FIG. 10B) between the pair of electrodes 22a and 22b. In the OFF selection, as shown in FIG. 27B, a voltage Vd is applied to the pair of electrodes 22a and 22b of the pixel 12 in a predetermined selection period Ts, and a negative or positive electric field is applied between the pair of electrodes 22a and 22b. This is performed by generating Ed (see FIG. 10B).

【0157】非選択は、図27A又は図27Bに示すよ
うに、選択期間Ts以外の期間(非選択期間Ta)にお
いて、画素の一対の電極22a及び22bに電圧Vf又
はVgを印加して、一対の電極22a及び22b間に正
方向の電界Ef又はEg(図10B参照)を発生させる
ことにより行われる。この非選択期間Taにおいては、
初期分極処理と同様に正方向の電界が発生することか
ら、非選択状態とされた画素の圧電層20は分極処理に
準じた処理(便宜的に再分極処理と記す)が行われる。
27A or 27B, the non-selection is performed by applying the voltage Vf or Vg to the pair of electrodes 22a and 22b of the pixel in a period other than the selection period Ts (non-selection period Ta). This is performed by generating an electric field Ef or Eg in the positive direction (see FIG. 10B) between the electrodes 22a and 22b. In the non-selection period Ta,
As with the initial polarization treatment since the electric field in the positive direction is generated, pressure conductive layer 20 of the pixels in a non-selected state for in the same polarization treatment (referred to as convenience repolarization process) is performed.

【0158】本実施例に係る表示装置の駆動動作につい
て具体的に説明すると、表示装置への画像信号の入力に
基づいて、例えばシフトレジスタにて構成された垂直シ
フト回路による垂直選択線48への電位供給に従って、
1水平走査期間毎に、例えば1行目、2行目、・・・n
行目というように1行ずつ画素群が選択されていくが、
選択された行のうち、ON選択すべき画素12に関する
信号線50に対して、例えばシフトレジスタにて構成さ
れた水平シフト回路から所定の選択期間Tsにわたって
電位供給が行われる。
The driving operation of the display device according to the present embodiment will be described in detail. Based on the input of an image signal to the display device, the vertical selection line 48 to the vertical selection line 48 by the vertical shift circuit formed of, for example, a shift register is displayed. According to the potential supply,
For example, the first row, the second row, ...
Pixel groups are selected one by one like the row,
In the selected row, the potential is supplied to the signal line 50 relating to the pixel 12 to be ON-selected for a predetermined selection period Ts from a horizontal shift circuit configured by a shift register, for example.

【0159】その結果、垂直シフト回路と水平シフト回
路によってON選択された画素12は、その一方の電極
22aに負の所定電位が印加され、他方の電極22bに
正の電位が印加されて、一対の電極22a及び22b間
の電圧が負方向の所定電圧Va(図27A参照)とされ
る。
As a result, in the pixel 12 selected to be ON by the vertical shift circuit and the horizontal shift circuit, a negative predetermined potential is applied to one electrode 22a thereof, and a positive potential is applied to the other electrode 22b thereof, so that a pair of electrodes is formed. The voltage between the electrodes 22a and 22b is set to the predetermined negative voltage Va (see FIG. 27A).

【0160】このとき、図10B及び図13Aに示すよ
うに、例えば一対の電極22a及び22b間には負方向
の電界Ea(例えば−3E:初期分極処理や非選択時の
電界とは逆方向の電界)が発生し、当該画素におけるア
クチュエータ部12は、約2.6Δyほど一方向に変位
する。
At this time, as shown in FIGS. 10B and 13A, for example, an electric field Ea in the negative direction (for example, −3E: in the direction opposite to the electric field at the time of initial polarization treatment or non-selection) is provided between the pair of electrodes 22a and 22b. An electric field) is generated, and the actuator portion 12 in the pixel is displaced in one direction by about 2.6Δy.

【0161】この状態は表示装置でみた場合、ON選択
状態を示す。このON選択状態では、アクチュエータ部
12の凸状変形によって変位伝達部46が光導波板42
側に変位し、該変位伝達部46は光導波板42に接触す
ることとなる。
This state shows the ON selection state when viewed on the display device. In this ON-selected state, the displacement transmitting section 46 is moved to the optical waveguide plate 42 by the convex deformation of the actuator section 12.
The displacement transmitting section 46 comes into contact with the optical waveguide plate 42 after being displaced to the side.

【0162】前記変位伝達部46は、アクチュエータ部
12の変位に対応して光導波板42の背面に接触するも
のであるが、変位伝達部46が光導波板42の背面に接
触すると、例えば光導波板42内で全反射されていた光
40が、光導波板42の背面を透過して変位伝達部46
の表面まで透過し、変位伝達部46の表面で散乱し、反
射する。
The displacement transmitting portion 46 contacts the back surface of the optical waveguide plate 42 in response to the displacement of the actuator portion 12. When the displacement transmitting portion 46 contacts the rear surface of the optical waveguide plate 42, for example, light is transmitted. The light 40 that has been totally reflected in the corrugated plate 42 passes through the back surface of the optical waveguide plate 42 and is transmitted to the displacement transmitter 46.
Of the displacement transmitting portion 46, and is scattered and reflected by the surface of the displacement transmitting portion 46.

【0163】変位伝達部46は、光導波板42の背面を
透過した光を散乱し、反射するため、更には光導波板4
2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46と光導波板42と
の接触面積により、発光面積が規定される。
The displacement transmitting section 46 scatters and reflects the light transmitted through the back surface of the optical waveguide plate 42.
It is provided in order to make the contact area with 2 larger than a predetermined value. That is, the light emitting area is defined by the contact area between the displacement transmitting section 46 and the optical waveguide plate 42.

【0164】なお、変位伝達部46と光導波板42との
接触とは、変位伝達部46と光導波板42とが光(光導
波板42に導入される光)40の波長以下の距離に位置
することを意味する。
The contact between the displacement transmitting section 46 and the optical waveguide plate 42 means that the displacement transmitting section 46 and the optical waveguide plate 42 are at a distance equal to or less than the wavelength of the light (light introduced into the optical waveguide plate 42) 40. Means to be located.

【0165】一方、垂直シフト回路にて選択された行に
関する画素群のうち、ON選択しない画素又はOFF選
択した画素12については、所定の選択期間Tsにわた
って当該画素12に関する信号線50の電位がON選択
時の電位とは異なる電位とされ、当該画素12の一方の
電極22aに負の所定電位が印加され、他方の電極22
bに負又は正の電位が印加されて、一対の電極22a及
び22b間の電圧が負方向又は正方向の所定電圧Vd
(図27B参照)とされる。
On the other hand, with respect to the pixels 12 that are not ON-selected or OFF-selected in the pixel group related to the row selected by the vertical shift circuit, the potential of the signal line 50 related to the pixel 12 is ON for a predetermined selection period Ts. A potential different from the potential at the time of selection is applied, a predetermined negative potential is applied to one electrode 22a of the pixel 12, and the other electrode 22a
When a negative or positive potential is applied to b, the voltage between the pair of electrodes 22a and 22b is a predetermined voltage Vd in the negative or positive direction.
(See FIG. 27B).

【0166】このとき、図10Bに示すように、例えば
一対の電極22a及び22b間には負方向又は正方向の
電界Ed(例えば−0.6E〜+0.6E)が発生し、
当該画素におけるアクチュエータ部12は、約−0.5
Δy〜1Δyほど一方向に変位する。
At this time, as shown in FIG. 10B, for example, a negative or positive electric field Ed (for example, -0.6E to + 0.6E) is generated between the pair of electrodes 22a and 22b,
The actuator unit 12 in the pixel is about -0.5.
It is displaced in one direction by Δy to 1Δy.

【0167】この状態は、表示装置でみた場合、OFF
選択状態を示す。このOFF選択状態では、アクチュエ
ータ部12の前記変位動作によって変位伝達部46が光
導波板42側から離間した状態となる。
This state is OFF when viewed from the display device.
Indicates the selected state. In the OFF selection state, the displacement transmitting section 46 is separated from the optical waveguide plate 42 side by the displacement operation of the actuator section 12.

【0168】ON選択あるいはOFF選択された画素に
関するアクチュエータ部12は、その後の非選択状態に
おいて、再分極処理され、一方向(圧電層20上に形成
された一対の電極22a及び22bが自由空間を臨む方
向)に約1Δyほど変位することとなる。この非選択状
態では、他の行におけるON選択やOFF選択に基づく
電圧変化が重畳してある電圧レベルVgやVf(図27
A及び図27B参照)となるが、この重畳成分(クロス
トーク成分)の存在が非選択状態のアクチュエータ部1
2に対してある程度の再分極処理を行わせることから、
電界の変化に対する変位の応答性の回復に役立つことに
なる。つまり、前記クロストーク成分が応答性の回復を
兼用することになる。
[0168] ON selection or OFF actuator unit 12 for the selected pixels in the subsequent non-selected state, the repolarization process, a pair of electrodes 22a and 22b formed on one direction (pressure conductive layer 20 is a free space In the direction of (1). In this non-selected state, voltage levels Vg and Vf (FIG. 27) on which voltage changes based on ON selection and OFF selection in other rows are superimposed.
A and FIG. 27B), the existence of this superposition component (crosstalk component) is in the non-selected state of the actuator unit 1.
Since the repolarization process is performed on 2 to some extent,
This will help restore the responsiveness of displacement to changes in the electric field. That is, the crosstalk component also serves to recover the responsiveness.

【0169】なお、ON選択を行うための電圧レベルと
しては、電圧レベルVb(図10Bにおいて電界Eb
(例えば−2E)に相当する電圧レベル)よりも負方向
の電圧レベルであればよく、OFF選択を行うための電
圧レベルとしては、電圧レベルVc〜Veの範囲(図1
0Bにおいて電界Ec(例えば−0.6E)〜Ee(+
0.6E)の範囲に相当する電圧レベル)内のいずれか
の電圧レベルであればよい。また、再分極処理を行うた
めの電圧レベルとしては、電圧レベルVe(図10Bに
おいて電界Ee(例えば+0.6E)に相当する電圧レ
ベル)よりも正方向の電圧レベルであればよい。
The voltage level for ON selection is the voltage level Vb (electric field Eb in FIG. 10B).
It suffices that the voltage level is in the negative direction than (for example, the voltage level corresponding to −2E), and the voltage level for performing the OFF selection is in the range of voltage levels Vc to Ve (FIG. 1).
At 0B, the electric field Ec (for example, −0.6E) to Ee (+
Any voltage level within a voltage level corresponding to the range of 0.6E) may be used. Further, the voltage level for performing the repolarization process may be a voltage level in the positive direction than the voltage level Ve (the voltage level corresponding to the electric field Ee (for example, + 0.6E) in FIG. 10B).

【0170】次に、本実施の形態に係る表示装置の動作
を説明する。まず、光導波板42の例えば端部から光4
0が導入される。この場合、光導波板42の屈折率の大
きさを調節することにより、全ての光40が光導波板4
2の前面及び背面において透過することなく内部で全反
射する。
Next, the operation of the display device according to this embodiment will be described. First, for example, from the end of the optical waveguide plate 42, the light 4
0 is introduced. In this case, by adjusting the magnitude of the refractive index of the optical waveguide plate 42, all the light 40 is converted into the optical waveguide plate 4.
It does not transmit on the front and back surfaces of 2 and undergoes total internal reflection.

【0171】この状態において、あるアクチュエータ部
12が励起状態とされて、光導波板42の背面に前記ア
クチュエータ部12に対応する変位伝達部46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
40は、光導波板42の背面に接触している変位伝達部
46の表面まで透過する。一旦、変位伝達部46の表面
に到達した光40は、変位伝達部46の表面で反射して
散乱光70(図20参照)として、一部は再度光導波板
42の中で反射するが、散乱光70の大部分は光導波板
42で反射されることなく、光導波板42の前面を透過
することになる。
In this state, when a certain actuator section 12 is excited and the displacement transmitting section 46 corresponding to the actuator section 12 comes into contact with the back surface of the optical waveguide plate 42 at a distance equal to or less than the wavelength of light, all the elements are until then. The reflected light 40 is transmitted to the surface of the displacement transmitting portion 46 which is in contact with the back surface of the optical waveguide plate 42. The light 40 once reaching the surface of the displacement transmitting unit 46 is reflected by the surface of the displacement transmitting unit 46 and partially reflected in the optical waveguide plate 42 again as scattered light 70 (see FIG. 20). Most of the scattered light 70 is transmitted through the front surface of the optical waveguide plate 42 without being reflected by the optical waveguide plate 42.

【0172】つまり、光導波板42の背面にある変位伝
達部46の接触の有無により、光導波板42の前面にお
ける光の発光(漏れ光)の有無を制御することができ
る。特に、本実施例に係る表示装置では、光導波板42
に対して変位伝達部46を接触・離隔方向に変位動作さ
せる1つの単位を1画素とし、更にこの画素を多数マト
リクス状、あるいは各行に関し千鳥状に配列するように
しているため、入力される画像信号の属性に応じて各画
素での変位動作を制御することにより、陰極線管や液晶
表示装置と同様に、光導波板の前面に画像信号に応じた
映像(文字や図形等)を表示させることができる。
That is, the presence or absence of light emission (leakage light) on the front surface of the optical waveguide plate 42 can be controlled by the presence or absence of contact of the displacement transmitting portion 46 on the back surface of the optical waveguide plate 42. Particularly, in the display device according to the present embodiment, the optical waveguide plate 42
In contrast to this, one unit for displacing the displacement transmitting section 46 in the contact / separation direction is one pixel, and a large number of these pixels are arranged in a matrix or in a zigzag pattern for each row. By controlling the displacement operation in each pixel according to the attribute of the signal, the image (characters, figures, etc.) corresponding to the image signal is displayed on the front surface of the optical waveguide plate as in the cathode ray tube and the liquid crystal display device. You can

【0173】次に、本実施例に係る表示装置をカラー表
示方式に適用する場合について説明する。まず、本実施
例に係る表示装置の発色の原理は、現行のカラー表示方
式と同様に、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。ここで、発色させる周
期をTとして、RGBの最大発光時間を3分割すること
を考えた場合、図28A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28
Bに示すように、RGBの発光時間の比率が4:1:5
であれば、その比率に応じた中間色になる。
Next, a case where the display device according to the present embodiment is applied to a color display system will be described. First, the principle of color development of the display device according to the present embodiment is the same as in the current color display system, that is, R (red), G (green) and B which are the three primary colors.
It is defined by the mixed method of (blue). Here, when it is considered that the maximum light emission time of RGB is divided into three, where T is the cycle of color development, and the ratio of the light emission time of RGB is 1: 1: 1 as shown in FIG. 28A, white light is emitted. Next, Fig. 28
As shown in B, the ratio of the emission time of RGB is 4: 1: 5.
If so, an intermediate color corresponding to the ratio is obtained.

【0174】従って、発色させる時間の制御は、光導波
板42と変位伝達部46との接触時間を発色させる周期
T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Tに同期させ
て、光導波板42と変位伝達部46との接触時間を制御
することもできる。
Therefore, the control of the color development time may be performed by synchronizing the contact time between the optical waveguide plate 42 and the displacement transmitting section 46 with the color development cycle T to control the emission time of the three primary colors, or the emission of the three primary colors. It is also possible to control the contact time between the optical waveguide plate 42 and the displacement transmitting section 46 in synchronism with the period T for coloring the time.

【0175】このようなことから、本実施例に係る表示
装置においては、カラー表示方式に適用させる場合であ
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。
As described above, the display device according to the present embodiment has an advantage that it is not necessary to increase the number of pixels as compared with the case of a monochrome screen even when applied to a color display system. is there.

【0176】なお、前記実施例では、各画素12に対し
ての再分極処理を非選択期間に行うようにしているが、
その他、Rの発光終了時点から次のGの発光開始時点ま
での期間、Gの発光終了時点から次のBの発光開始時点
までの期間、Bの発光終了時点から次のRの発光開始時
点までの期間の3つの期間において、例えば初期分極処
理と同じ電界を印加して再分極処理するようにしてもよ
い。この場合、前記非選択期間における再分極処理と組
み合わせるようにしてもよい。
In the above embodiment, the repolarization process for each pixel 12 is performed during the non-selection period.
In addition, from the end point of R light emission to the start point of next G light emission, from the end point of G light emission to the next start point of B light emission, from the end point of B light emission to the start point of next R light emission In the three periods of, the repolarization process may be performed by applying the same electric field as the initial polarization process. In this case, it may be combined with the repolarization process in the non-selection period.

【0177】本実施例に係る表示装置は、単一で使用で
きるほか、図29に示すように、本実施例に係る表示装
置を大画面表示装置72の1つの表示素子74とするこ
とも可能である。この図29の例では、大画面の表示面
積を有する導光板76の背面に、表示素子74を縦方向
に7個、横方向に18個配列させた例を示す。この場
合、導光板76は、ガラス板やアクリル板等の可視光領
域での光透過率が大であって均一なものが使用され、各
表示素子74間は、ワイヤボンディングや半田付け、端
面コネクタ、裏面コネクタ等により接続することにより
相互間の信号供給が行えるようになっている。
The display device according to this embodiment can be used alone, and as shown in FIG. 29, the display device according to this embodiment can be used as one display element 74 of the large screen display device 72. Is. In the example of FIG. 29, an example is shown in which seven display elements 74 are arranged in the vertical direction and eighteen are arranged in the horizontal direction on the back surface of the light guide plate 76 having a large screen display area. In this case, the light guide plate 76 is made of a glass plate, an acrylic plate, or the like, which has a large light transmittance in the visible light region and is uniform, and wire bonding, soldering, and end face connectors are provided between the display elements 74. , Signals can be supplied to each other by connecting them by means of a rear surface connector or the like.

【0178】また、図29に示す大画面表示装置72に
おいては、各表示素子74に適用される表示装置として
例えば図24に示す表示装置を使用し、その画素12の
並びを水平方向に32個、垂直方向に32個としたもの
を用いている。図24に示す表示装置は、各行に関する
画素12の並びを千鳥状としているため、画素12の水
平方向の配列ピッチを非常に小さくすることができ、水
平方向及び垂直方向の画素の配列数を同一にした場合、
全体的な平面形状は、縦長形状となる。
In the large screen display device 72 shown in FIG. 29, for example, the display device shown in FIG. 24 is used as a display device applied to each display element 74, and 32 pixels 12 are arranged in the horizontal direction. , 32 in the vertical direction are used. In the display device shown in FIG. 24, the arrangement of the pixels 12 in each row is staggered, and therefore the arrangement pitch of the pixels 12 in the horizontal direction can be made very small, and the number of pixels arranged in the horizontal direction and the arrangement of the pixels in the vertical direction are the same. If set to
The overall plane shape is a vertically long shape.

【0179】図29に示す大画面表示装置72において
は、大型の導光板76の板面に、光導波板42を含む表
示素子74をマトリクス状に配置した例を示したが、そ
の他、大型の導光板76を省略して、光導波板42を含
む表示素子74をマトリクス状に配置したもので大画面
表示装置72を構成するようにしてもよい。この場合、
マトリクス状に配された多数の光導波板42が前記大型
の導光板76を兼用することになる。前記構成のほか、
大型の導光板76の板面に、光導波板42を含まない表
示素子74をマトリクス状に配置して前記大画面表示装
置72を構成するようにしてもよい。
In the large screen display device 72 shown in FIG. 29, an example in which the display elements 74 including the optical waveguide plate 42 are arranged in a matrix on the plate surface of the large light guide plate 76 is shown. The large-screen display device 72 may be configured by omitting the light guide plate 76 and disposing the display elements 74 including the optical waveguide plate 42 in a matrix. in this case,
A large number of optical waveguide plates 42 arranged in a matrix also serve as the large-sized light guide plate 76. In addition to the above configuration,
The display elements 74 not including the optical waveguide plate 42 may be arranged in a matrix on the plate surface of the large light guide plate 76 to form the large screen display device 72.

【0180】前記導光板76と光導波板42は、屈折率
が類似したものが好ましく、導光板76と光導波板42
とを貼り合わせる場合には、透明な接着剤を用いてもよ
い。この接着剤は、光導波板42や導光板76と同様
に、可視光領域で、均一で、高い透過率を有することが
好ましく、また、屈折率も導光板76や光導波板42と
近いものに設定することが、画面の明るさを確保する上
で望ましい。
The light guide plate 76 and the optical waveguide plate 42 are preferably similar in refractive index, and the light guide plate 76 and the optical waveguide plate 42 are preferable.
A transparent adhesive may be used when the and are bonded together. Like the optical waveguide plate 42 and the light guide plate 76, this adhesive preferably has a uniform and high transmittance in the visible light region, and has a refractive index close to that of the light guide plate 76 and the optical waveguide plate 42. It is desirable to set it to secure the brightness of the screen.

【0181】また、前記実施例に係る表示装置は、変位
伝達部46を選択的に変位させるアクチュエータ部本体
24の構成として、振動部16上に形成された圧電層
0の一主面側に一対の電極22a及び22bを形成する
ようにしているため、一対の電極22a及び22b間に
空気又は変位伝達部46の構成材料(圧電層20と比し
て誘電率が非常に小さい)が介在することとなる。その
ため、アクチュエータ部本体24の静電容量は圧電層
0の上下に電極を形成したものと比して小さくなり、そ
れに伴い、信号伝達上のCR時定数も小さくなる。即
ち、画像信号の属性に応じた電圧信号の信号波形になま
りは生じにくくなる。
[0181] Also, the display device according to the embodiment, a structure of the actuator body 24 for selectively displacing the displacement-transmitting section 46, the vibration unit 16 pressure conductive layer 2 formed on the
Because it has to form a pair of electrodes 22a and 22b on one main side of 0, compared with the material (pressure conductive layer 20 of air or the displacement-transmitting section 46 between a pair of electrodes 22a and 22b dielectric constant Is very small). Therefore, the capacitance of the main actuator element 24 is pressure conductive layer 2
It becomes smaller than that in which electrodes are formed above and below 0, and accordingly, the CR time constant in signal transmission also becomes smaller. That is, the signal waveform of the voltage signal corresponding to the attribute of the image signal is less likely to be rounded.

【0182】これにより、各画素12における一対の電
極22a及び22bに選択的に規定電圧を印加すること
が可能となって、各圧電層20に必要な伸びを与えるこ
とができ、特に、電圧信号が供給される部分から遠い位
置に配されたアクチュエータ部12に対応する部位(例
えば画面周辺部や中央部等)において、表示輝度が弱く
なるということも抑制される。
[0182] Thus, it becomes possible to selectively applying a prescribed voltage to the pair of electrodes 22a and 22b in each pixel 12, it is possible to provide a stretch required for each pressure conductive layer 20, in particular, the voltage It is also possible to prevent the display brightness from being weakened in a portion (for example, the peripheral portion or the central portion of the screen) corresponding to the actuator portion 12 arranged at a position far from the portion to which the signal is supplied.

【0183】即ち、本実施例に係る表示装置において
は、カラー表示方式に適用させた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
利点に加えて、アクチュエータ部12での静電容量を低
減することができるという利点を有し、表示画面全面に
白色を表示させた場合に、むらのない表示輝度を得るこ
とができ、画質の向上を図ることができる。
That is, in the display device according to the present embodiment, in addition to the advantage that the number of pixels does not need to be increased as compared with the case of a monochrome screen even when applied to a color display system, the actuator There is an advantage that the electrostatic capacitance in the portion 12 can be reduced, and when white is displayed on the entire display screen, uniform display brightness can be obtained, and image quality can be improved. .

【0184】特に、本実施例に係る表示装置において
は、図4及び図5に示すように、一対の電極22a及び
22bのうち、垂直選択線48につながる一方の電極2
2aを1つの行に関してシリーズに接続したパターンと
しているため、該一方の電極22aにおける外周部分の
幅を広くとることが容易になり(破線で示す)、この場
合、垂直選択線48の配線抵抗を小さくすることがで
き、信号伝達上のCR時定数を更に小さくすることがで
きる。
Particularly, in the display device according to the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, one electrode 2 of the pair of electrodes 22a and 22b connected to the vertical selection line 48 is connected.
Since 2a has a pattern in which one row is connected in series, it becomes easy to increase the width of the outer peripheral portion of the one electrode 22a (shown by a broken line). In this case, the wiring resistance of the vertical selection line 48 can be reduced. The CR time constant in signal transmission can be further reduced.

【0185】そして、本実施例に係る表示装置において
は、図2及び図20に示すように、アクチュエータ部1
2の変位方向が、図面上、上向き(光導波板42側の方
向)であるため、アクチュエータ部12の変位の力をも
って変位伝達部46を光導波板42に押し付けることが
でき、しかも、光導波板42とアクチュエータ部12と
の隙間(ギャップ)が調整しやすいことから、変位伝達
部46と光導波板42とを確実に接触させることに対し
て有利となる。
Then, in the display device according to the present embodiment, as shown in FIGS.
Since the displacement direction of 2 is upward in the drawing (direction toward the optical waveguide plate 42 side), the displacement transmitting portion 46 can be pressed against the optical waveguide plate 42 by the displacement force of the actuator portion 12, and the optical waveguide Since the gap between the plate 42 and the actuator section 12 can be easily adjusted, it is advantageous to surely bring the displacement transmitting section 46 and the optical waveguide plate 42 into contact with each other.

【0186】また、この実施例に係る表示装置において
は、例えばその製造過程において、圧電層20の一部が
絶縁破壊等によってその上の電極22a及び22bの一
部と共に消失した場合、圧電層20の補修を行わなくと
も消失した電極22a及び22bを補修するだけで十分
にアクチュエータ部12として機能するため、製造工程
の途中において全面作り直し等の無駄をなくすことがで
きると共に、表示装置の歩留まりの向上を達成させるこ
とができる。
[0186] In the display device according to this embodiment, for example, in the manufacturing process, when a part of the pressure conductive layer 20 is lost together with a part of the electrodes 22a and 22b thereon by dielectric breakdown or the like, pressure electrostatic Even if the layer 20 is not repaired, the electrodes 22a and 22b that have disappeared can be repaired sufficiently to function as the actuator portion 12. Therefore, it is possible to eliminate waste such as re-manufacturing the entire surface during the manufacturing process and to improve the yield of the display device. Can be achieved.

【0187】また、本実施例に係る表示装置において
は、振動部16及び固定部18を基体10(セラミック
ス)にて一体に形成し、振動部16に対応する箇所に凹
部14を形成して、振動部16が薄肉となるようにして
いるため、基体10に固定部18と振動部16を容易に
作製することが可能となり、表示装置の製造コストの低
廉化を図る上で有利となる。
Further, in the display device according to the present embodiment, the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 are integrally formed of the base body 10 (ceramics), and the concave portion 14 is formed at a position corresponding to the vibrating portion 16. Since the vibrating portion 16 is made thin, the fixed portion 18 and the vibrating portion 16 can be easily manufactured on the base body 10, which is advantageous in reducing the manufacturing cost of the display device.

【0188】また、セラミックにて構成される基体10
に凹部14を設けることによって厚肉の固定部18と薄
肉の振動部16が形成されるかたちとなるため、振動部
16は圧電層20の伸びに敏感に反応し、電圧信号の変
化に対して追従性の高い振動部16とすることができ
る。また、両持ち構造や片持ち構造のアクチュエータ部
と比較して、振動部16と固定部18との境界部分の剛
性が十分に確保されるため、振動部16の振動に伴う前
記境界部分の疲れによる破壊は発生しにくくなる。更
に、基体10並びに振動部16の剛性が高いため、光導
波板42と駆動部44との貼り合わせも容易になる。
The base 10 made of ceramics
For fixing portion 18 and the thin resonating section 16 of the thick by providing the concave portion 14 is shape that is formed, the vibrating unit 16 is sensitive to the elongation of the pressure conductive layer 20, to changes in voltage signal Therefore, the vibrating portion 16 having high followability can be obtained. Further, as compared with the actuator part having the double-supported structure or the cantilever structure, the rigidity of the boundary portion between the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 is sufficiently ensured, so that the fatigue of the boundary portion due to the vibration of the vibrating portion 16 is caused. Destruction due to is less likely to occur. Further, since the substrate 10 and the vibrating portion 16 have high rigidity, the optical waveguide plate 42 and the driving portion 44 can be easily attached to each other.

【0189】また、本実施例に係る表示装置において
は、凹部14及び圧電層20の各平面形状を共に角のと
れた形状とし、更に、凹部14の平面形状の大きさを圧
電層20のそれよりも大にしたので、振動部16と固定
部18との境界部分が凹部14の平面形状と同様に角の
とれた形状となり、振動部16の振動によって発生する
応力が局部的に集中するということがなくなる。しか
も、振動部16の周縁すべてが固定部18に支持され、
振動部16の周縁部分での剛性を高くすることができ
る。その結果、前記境界部分での疲れ限度を大幅に向上
させることができ、アクチュエータ部12の長寿命化、
ひいては表示装置の長寿命化を実現させることができ
る。
[0189] In the display device according to this embodiment, a balanced shape of both corners of each plane shape of the recess 14 and the pressure conductive layer 20, further, pressure and size of the planar shape of the recess 14
Since it is made larger than that of the electric layer 20, the boundary portion between the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 has an angular shape similar to the planar shape of the concave portion 14, and the stress generated by the vibration of the vibrating portion 16 is locally generated. No longer concentrates on the subject. Moreover, the entire periphery of the vibrating portion 16 is supported by the fixed portion 18,
The rigidity of the peripheral portion of the vibrating portion 16 can be increased. As a result, the fatigue limit at the boundary can be significantly improved, and the life of the actuator section 12 can be extended.
As a result, the life of the display device can be extended.

【0190】また、本実施例に係る表示装置において
は、一対の電極22a及び22bにおける圧電層20上
での平面形状を、一対の電極22a及び22bが互いに
並行に、かつ相互に離間された渦巻き状に配線された形
状としているため、一対の電極22a及び22bに所定
の電圧が印加された場合、圧電層20の一主面には放射
状(等方的)に電界が生じ、そのため、圧電層20は、
一主面(表面)では放射状(等方的)に伸びが生じ、深
い部分では放射状(等方的)に縮みが生じ、これによ
り、圧電層20は効率よくその中心部が凸となるように
変位することとなり、しかも、各画素12間での変位上
のばらつきも少なくなる。
[0190] In the display device according to this embodiment, the planar shape of the on pressure conductive layer 20 of the pair of electrodes 22a and 22b, parallel pair of electrodes 22a and 22b are each other and spaced from each other due to the wiring shape spirally, when a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes 22a and 22b, an electric field is generated radially (isotropically) on one main surface of the pressure conductive layer 20, therefore, pressure conductive layer 20,
Occurs radially extending in one main surface (surface) (isotropic), it occurs shrinkage radially (isotropically) at deep portions, thereby, pressure conductive layer 20 is efficiently so that its central portion is convex Therefore, the variation in displacement among the pixels 12 is reduced.

【0191】一対の電極22a及び22bにおける圧
20上での平面形状を、多枝形状とした場合において
は、一対の電極22a及び22bに所定の電圧が印加さ
れた場合、圧電層20は、一主面(表面)では放射状
(等方的)に伸びが生じ、深い部分では放射状(等方
的)に縮みが生じることから、効率よくその中心部が凸
となるように変位し、各画素12間での変位上のばらつ
きも少なくなる。
[0191] pressure electrodeposition of the pair of electrodes 22a and 22b
The planar shape of the on layer 20, in case of the multi-branched shape, when a predetermined voltage to the pair of electrodes 22a and 22b is applied, pressure conductive layer 20 is radially in one main surface (surface) (equal Since the expansion occurs in the (directional) direction and the contraction occurs in the deep part in the radial direction (isotropic), the center part is efficiently displaced so as to be convex, and the variation in displacement between the pixels 12 is small. Become.

【0192】特に、図5及び図22に示す表示装置は、
幹部26及び28と枝部30及び32とに分かれている
ため、圧電層20の一部、例えば枝部30又は32に対
応する部分が絶縁破壊等によって該枝部30又は32と
共に消失したとしても、他に与える影響は非常に小さ
く、幹部26及び28が残存している限り、アクチュエ
ータ部12として十分機能することとなる。もちろん、
前記消失した電極の枝部26又は28を補修するだけ
で、消失前の機能に戻すことができ、表示装置に対する
保守の簡易化を実現できる。
In particular, the display device shown in FIG. 5 and FIG.
Since it divided into a stem 26 and 28 and the branches 30 and 32, as part of the pressure conductive layer 20, a portion corresponding to, for example, the branch portion 30 or 32 has disappeared with the branches 30 or 32 by dielectric breakdown or the like However, the influence exerted on others is very small, and as long as the trunk portions 26 and 28 remain, they will function sufficiently as the actuator portion 12. of course,
By simply repairing the lost electrode branch portion 26 or 28, the function before the disappearance can be restored, and the maintenance of the display device can be simplified.

【0193】前記実施例に係る表示装置においては、そ
の光導波板42として両面が高い平坦度、平滑度を持っ
たものを使用したが、その他、背面側が粗面処理された
いわゆるスリガラスを用いることも可能である。この場
合、変位伝達部46の一主面(スリガラスの背面に対向
する面)をスリガラスの背面における粗面形状に沿った
粗面処理を施すか、あるいは変位伝達部46の前記一主
面部分を粘性が比較的低いエラストマにて構成すると好
適である。
In the display device according to the above-mentioned embodiment, as the optical waveguide plate 42, one having high flatness and smoothness on both sides is used, but in addition, so-called frosted glass whose rear surface is roughened is used. Is also possible. In this case, one main surface of the displacement transmitting portion 46 (the surface facing the back surface of the ground glass) is subjected to a rough surface treatment according to the rough surface shape on the back surface of the ground glass, or the one main surface portion of the displacement transmitting portion 46 is It is preferable to use an elastomer having a relatively low viscosity.

【0194】これにより、まず、正面からの入射した光
がスリガラスの粗面によって反射されて散乱光としてス
リガラスの前面方向に透過する。この状態において、あ
るアクチュエータ部12が励起状態とされて、スリガラ
スの背面に前記アクチュエータ部12に対応する変位伝
達部46が接触すると、当該接触部分の粗面が変位伝達
部46の粗面あるいは弾性変形によって打ち消された形
となるため、それまでスリガラスの前記粗面部分にて反
射していた光は、スリガラスの背面に接触している変位
伝達部46を透過することとなる。
As a result, first, the light incident from the front is reflected by the rough surface of the frosted glass and is transmitted as scattered light in the front direction of the frosted glass. In this state, when a certain actuator portion 12 is excited and the displacement transmission portion 46 corresponding to the actuator portion 12 comes into contact with the rear surface of the ground glass, the rough surface of the contact portion causes the rough surface or the elasticity of the displacement transmission portion 46. Since the shape is canceled by the deformation, the light reflected by the rough surface portion of the ground glass up to that time is transmitted through the displacement transmitting portion 46 in contact with the back surface of the ground glass.

【0195】つまり、光導波板42としてスリガラスを
用いた場合も、スリガラスの背面にある変位伝達部46
の接触の有無により、スリガラスの前面における光の発
光の有無を制御することができ、上述した実施例に係る
表示装置と同じ効果を得ることができる。特に、スリガ
ラスを用いた場合は、前記スリガラスに対して光を積極
的に導入させる照明手段が不要となるため、構成が簡略
化される。
That is, even when ground glass is used as the optical waveguide plate 42, the displacement transmitting portion 46 on the back surface of the ground glass is used.
The presence or absence of light emission on the front surface of the frosted glass can be controlled by the presence or absence of the contact, and the same effect as that of the display device according to the above-described embodiment can be obtained. In particular, when frosted glass is used, the illuminating means for positively introducing light into the frosted glass is not required, and the configuration is simplified.

【0196】この実施例では、本発明に係る圧電素子を
表示装置に適用した例を示したが、その他、フィルタ
ー、超音波センサや角速度センサや加速度センサや衝撃
センサ等の各種センサ、マイクロフォン、発音体(スピ
ーカー等)、ディスクリミネータ、動力用あるいは通信
用の振動子や発振子や共振子にも適用させることがで
き、サーボ変位素子、パルス駆動モータ、超音波モー
タ、圧電ファン等に用いられるアクチュエータ等にも適
用させることができる。
[0196] In this embodiment, an example of application to display device pressure Denmoto element according to the present invention, other filters, ultrasonic sensor or an angular velocity sensor or an acceleration sensor and various sensors impact sensor or the like, a microphone It can also be applied to sound generators (speakers, etc.), discriminators, oscillators or resonators for power or communication, servo displacement elements, pulse drive motors, ultrasonic motors, piezoelectric fans, etc. It can also be applied to actuators used.

【0197】なお、本発明に係る圧電素子の実施の形態
例並びに該圧電素子を表示装置に適用した場合の実施例
を具体的に説明してきたが、本発明は、前記実施の形態
例並びに実施例に係る表示装置に限定されて解釈される
ものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおい
て、種々なる変更、修正、改良等を加えうるものであ
る。
[0197] Although the examples of applying the display device embodiment and the piezoelectric Denmoto child exemplary pressure Denmoto element according to the present invention have been specifically described, the present invention, the above described The present invention is not construed as being limited to the display devices according to the embodiments and examples, and various changes, modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.

【0198】[0198]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧
子によれば、圧電層と該圧電層の一主面に形成された
一対の電極とを有する圧電作動部と、前記圧電層の他主
面に接して前記圧電作動部を支持する振動部と、前記振
動部を振動可能に支持する固定部とを有するユニモルフ
型の圧電素子本体を具備した圧電素子において、前記一
対の電極間の所定電界の4倍以上の印加電界による前記
電素子本体の変位特性が、基準電界点を中心に非対称
となるようにしている。
As described above, according to the present invention, pressure electrodeposition according to the present invention
According to element, a pressure conductive work moving unit and a pair of electrodes formed on one main surface of the pressure conductive layer and the piezoelectric layer, wherein the pressure conductive work in contact with the other main surface of the pressure conductive layer a vibrating section for supporting the moving portion, the fixing portion and the pressure Denmoto element provided with the unimorph pressure Denmoto element body having the vibratable supporting said vibrating section, a predetermined electric field between the pair of electrodes 4 displacement characteristics of the <br/> pressure Denmoto terminal body by more than double of the applied electric field, so that is asymmetrical about a reference electric field point.

【0199】このため、電圧無負荷状態と電圧印加状態
での相対変位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態で
の相対変位量を大幅に拡大でき、アクチュエータとして
利用した場合の制御の容易性、センサとして利用した場
合の感度の向上を実現させることができるという効果が
達成される。
Therefore, the relative displacement amount in the no-voltage state and the voltage applied state and the relative displacement amount in the state in which the electric fields in the opposite directions are applied can be greatly expanded, and the control when used as an actuator is easy. And the effect of being able to realize the improvement in sensitivity when used as a sensor.

【0200】また、本発明に係る圧電素子によれば、圧
電層と該圧電層の一主面に形成された一対の電極とを有
する圧電作動部と、前記圧電層の他主面に接して前記圧
電作動部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に
支持する固定部とを有するユニモルフ型の圧電素子本体
を具備する圧電素子において、前記一対の電極間の距離
をx(1μm≦x≦200μm)、前記圧電層の厚みを
y(1μm≦y≦100μm)としたとき、y=axの
関係を有し、かつ、1/10≦a≦100としている。
[0200] Further, according to the pressure Denmoto element according to the present invention, pressure
A pressure conductive work moving unit having a conductive layer and the piezoelectric layer a pair of electrodes formed on one main surface of the pressure contact with the other main surface of the pressure conductive layer
A vibrating section for supporting the electric operation moving parts, the pressure Denmoto element having a unimorph pressure Denmoto element body having a fixing portion for vibratable supporting the vibrating portion, the distance between the pair of electrodes x (1μm ≦ x ≦ 200μm) , when the thickness of the pressure conductive layer was y (1μm ≦ y ≦ 100μm) , have a relationship of y = ax, and is set to 1/10 ≦ a ≦ 100.

【0201】このため、前記一対の電極間の所定電界の
4倍以上の印加電界による前記圧電素子本体の変位特性
を基準電界点を中心に非対称とすることができ、アクチ
ュエータとして利用した場合の制御の容易性、センサと
して利用した場合の感度の向上を実現させることができ
るという効果が達成される。
[0201] Accordingly, the displacement characteristics of the pressure Denmoto element body by 4 times or more of an applied electric field of a predetermined electric field between the pair of electrodes can be asymmetrical about a reference electric field point, when used as an actuator The effect of being able to realize the easiness of control of and the improvement of sensitivity when used as a sensor is achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施の形態に係る圧電素子の構成を示す断面
図である。
1 is a cross-sectional view showing the structure of a pressure Denmoto element according to the present embodiment.

【図2】本実施の形態に係る圧電素子のアクチュエータ
部が一方向に変位した状態を示す断面図である。
[2] an actuator portion of the pressure Denmoto element according to the present embodiment is a sectional view showing a state where the displacement in one direction.

【図3】本実施の形態に係る圧電素子のアクチュエータ
部本体を構成する振動部の平面形状、圧電層の平面形状
及び一対の電極にて形づくられる外周形状を示す平面図
である。
[3] The planar shape of the vibration part of an actuator body of the pressure Denmoto element according to the present embodiment, is a plan view showing a peripheral shape that is shaped in a planar shape and a pair of electrodes of the pressure conductive layer.

【図4】本実施の形態に係る圧電素子の圧電層上に形成
される一対の電極の平面形状(渦巻き状)を示す平面図
である。
4 is a plan view showing a planar shape (spiral shape) of the pair of electrodes formed on the pressure conductive layer of pressure Denmoto element according to the present embodiment.

【図5】本実施の形態に係る圧電素子の圧電層上に形成
される一対の電極の平面形状(多枝形状)を示す平面図
である。
5 is a plan view showing a planar shape of a pair of electrodes (multivessel shape) formed in the pressure conductive layer of pressure Denmoto element according to the present embodiment.

【図6】本実施の形態に係る表示装置におけるアクチュ
エータ部の圧電層をリング状とした場合を概略的に示す
平面図である。
[6] The case where the pressure conductive layer of the actuator unit in the display device according to this embodiment has a ring-shaped is a plan view schematically showing.

【図7】図6におけるA−A線上の断面図である。7 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.

【図8】本実施の形態に係る表示装置におけるアクチュ
エータ部において、圧電層の平面形状を円環状とし、一
対の電極を多枝形状とした例を示す平面図である。
In the actuator unit in the display device 8 according to the present embodiment, the planar shape of the pressure conductive layer an annular, is a plan view showing an example in which a pair of electrodes and the multi-vessel shape.

【図9】図9Aはリング状の圧電層の外周形状を円形と
した場合を示す平面図であり、図9Bはリング状の圧
の外周形状を楕円形とした場合を示す平面図であり、
図9Cはリング状の圧電層の外周形状を矩形とした場合
を示す平面図である。
[9] Figure 9A is a plan view showing a case where the outer peripheral shape of the ring-shaped pressure conductive layer with a circular, FIG. 9B is a ring-shaped pressure collector
It is a plan view showing a case where the outer peripheral shape of the layer is elliptical,
Figure 9C is a plan view showing a case where the outer peripheral shape of the ring-shaped pressure conductive layer and rectangular.

【図10】図10Aは本実施の形態に係る圧電素子の屈
曲変位特性を測定するために、一対の電極に印加すべき
電位波形を示すタイミングチャートであり、図10Bは
本実施の形態に係る圧電素子の屈曲変位特性を示す特性
図である。
[10] Figure 10A is to measure a bending displacement characteristic of the pressure Denmoto element according to the present embodiment, a timing chart showing the potential waveform to be applied to the pair of electrodes, FIG. 10B is the embodiment it is a characteristic diagram showing the bending displacement characteristic of the pressure Denmoto element according to.

【図11】図11Aは圧電層に対して初期分極処理を行
った場合の分極方向と電界方向を示す説明図であり、図
11Bは一対の電極に対する電圧印加を停止した状態
(電圧無負荷状態)での分極方向を示す説明図である。
[11] Figure 11A is an explanatory view showing the polarization direction and electric field direction in the case of performing the initial polarization treatment against pressure conductive layer, FIG. 11B is a state (no-voltage-loaded stopping the voltage application to the pair of electrodes It is explanatory drawing which shows the polarization direction in (state).

【図12】図12Aは本実施の形態に係る圧電素子に対
して正方向に電界(+3E)をかけた状態の分極方向と
電界方向を示す説明図であり、図12Bは圧電素子に対
して負方向の所定電界(−0.6E)をかけた状態の分
極方向と電界方向を示す説明図である。
[12] Figure 12A is an explanatory view showing the polarization direction and electric field direction of the state of applying an electric field (+ 3E) in the positive direction with respect to pressure Denmoto element according to the present embodiment, FIG. 12B is pressure Denmoto It is explanatory drawing which shows the polarization direction and electric field direction in the state which applied the predetermined negative electric field (-0.6E) with respect to a child.

【図13】図13Aは本実施の形態に係る圧電素子に対
して負方向に電界(−3E)をかけた状態の分極方向と
電界方向を示す説明図であり、図13Bは圧電素子に対
して正方向の所定電界(+0.6E)をかけた状態の分
極方向と電界方向を示す説明図である。
[13] Figure 13A is an explanatory view showing the polarization direction and electric field direction of the state of applying an electric field (-3E) in the negative direction with respect to pressure Denmoto element according to the present embodiment, FIG. 13B is pressure electrostatic is an explanatory view showing the polarization direction and electric field direction of the state of applying the positive direction of the predetermined electric field (+ 0.6E) relative to element.

【図14】本実施の形態に係る圧電素子における一対の
電極間の距離と圧電層の厚みとの寸法関係を示す特性図
である。
14 is a characteristic diagram showing the dimensional relationship between the thickness of the distance and the pressure conductive layer between a pair of electrodes in pressure Denmoto element according to the present embodiment.

【図15】図15Aは一対の電極の平面形状が渦巻き状
である場合の電極間距離を示す説明図であり、図15B
は一対の電極の平面形状が多枝形状である場合の電極間
距離を示す説明図である。
FIG. 15A is an explanatory diagram showing an inter-electrode distance when a pair of electrodes has a spiral planar shape;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an inter-electrode distance when the planar shape of a pair of electrodes is a multi-branched shape.

【図16】本実施の形態に係る圧電素子における振動部
の厚みと圧電層の厚みとの寸法関係を示す特性図であ
る。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the dimensional relationship between the thickness of the thickness and pressure conductive layer of the vibrating portion in the pressure Denmoto element according to the present embodiment.

【図17】図17Aはアクチュエータ部の最短寸法での
断面形状を一部省略して示す断面図であり、図17Bは
一方の最外極小点と他方の最外極小点が固定部の上面よ
りも下方に存在する場合を一部省略して示す断面図であ
り、図17Cは一方の最外極小点と他方の最外極小点が
固定部の上面よりも上方に存在する場合を一部省略して
示す断面図である。
FIG. 17A is a cross-sectional view with a part of the cross-sectional shape of the actuator section at the shortest dimension omitted, and FIG. 17B shows one outermost minimum point and the other outermost minimum point from the upper surface of the fixed section. FIG. 17C is a cross-sectional view partially omitting the case where it exists below, and FIG. 17C partially omits the case where one outermost minimum point and the other outermost minimum point exist above the upper surface of the fixed portion. FIG.

【図18】図18Aは他方の極小点存在領域内に他方の
最外極小点が存在せず、他方の境界点が他方の最外極小
点として認定される場合の例を一部省略して示す断面図
であり、図18Bは両方の極小点存在領域内にそれぞれ
最外極小点が存在せず、一方の境界点及び他方の境界点
がそれぞれ一方の最外極小点及び他方の最外極小点とし
て認定される場合の例を一部省略して示す断面図であ
る。
FIG. 18A omits a part of an example of a case where the other outermost minimum point does not exist in the other minimum point existence region and the other boundary point is recognized as the other outermost minimum point. FIG. 18B is a cross-sectional view showing that there is no outermost minimum point in both minimum point existence regions, and one boundary point and the other boundary point are one outermost minimum point and the other outermost minimum point, respectively. It is sectional drawing which abbreviate | omits a part and shows the example at the time of being recognized as a point.

【図19】一対の電極の平面形状をくし型形状とした場
合の好適な例を示す平面図である。
FIG. 19 is a plan view showing a preferred example in which the pair of electrodes has a comb-shaped planar shape.

【図20】本実施の形態に係る圧電素子を表示装置に適
用した実施例(以下、単に実施例に係る表示装置と記
す)を示す構成図である。
[20] Example of application to display device pressure Denmoto element according to the present embodiment (hereinafter, simply referred to as a display device according to the embodiment) is a diagram showing a.

【図21】本実施例に係る表示装置におけるアクチュエ
ータ部(画素)の配置を拡大して示す平面図である。
FIG. 21 is an enlarged plan view showing an arrangement of actuator portions (pixels) in the display device according to the present embodiment.

【図22】本実施例に係る表示装置、特に振動部、圧
及び一対の電極の平面形状(長円形状、渦巻き状)を
示す平面図である。
[22] display device according to this embodiment, in particular the vibrating unit, pressure electrostatic
It is a top view which shows the planar shape (ellipse shape, spiral shape) of a layer and a pair of electrodes.

【図23】本実施例に係る表示装置、特に振動部、圧
及び一対の電極の平面形状(長円形状、多枝形状)を
示す平面図である。
[23] display device according to this embodiment, in particular the vibrating unit, pressure electrostatic
It is a top view which shows the planar shape (ellipse shape, multi-branch shape) of a layer and a pair of electrodes.

【図24】本実施例に係る表示装置におけるアクチュエ
ータ部(画素)の配置の他の例を拡大して示す平面図で
ある。
FIG. 24 is an enlarged plan view showing another example of the arrangement of the actuator parts (pixels) in the display device according to the present embodiment.

【図25】本実施例に係る表示装置、特に振動部及び圧
電層(矩形状)を示す平面図である。
FIG. 25 is a display device according to the present embodiment, particularly a vibrating part and a pressure device.
It is a top view which shows an electric layer (rectangular shape).

【図26】本実施例に係る表示装置、特に振動部及び圧
電層(八角形状)を示す平面図である。
FIG. 26 is a display device according to the present embodiment, particularly a vibrating section and a pressure display.
It is a top view which shows an electric layer (octagonal shape).

【図27】図27Aはアクチュエータ部における非選択
状態とON選択状態での電圧レベルの変化を示すタイミ
ングチャートであり、図27Bはアクチュエータ部にお
ける非選択状態とOFF選択状態での電圧レベルの変化
を示すタイミングチャートである。
FIG. 27A is a timing chart showing changes in voltage level in a non-selected state and an ON selected state in the actuator section, and FIG. 27B shows changes in voltage level in a non-selected state and an OFF selection state in the actuator section. It is a timing chart shown.

【図28】図28Aは本実施例に係る表示装置をカラー
表示方式に適用する場合のRGBの発光時間の比率を
1:1:1とした場合のタイミングチャートであり、図
28Bは前記RGBの発光時間の比率を4:1:5とし
た場合のタイミングチャートである。
28A is a timing chart in the case where the ratio of the emission time of RGB is 1: 1: 1 when the display device according to the present embodiment is applied to a color display system, and FIG. It is a timing chart when the ratio of the light emission time is 4: 1: 5.

【図29】本実施例に係る表示装置による大画面表示装
置を背面側から見て示す斜視図である。
FIG. 29 is a perspective view showing a large-screen display device by the display device according to the present embodiment as viewed from the back side.

【図30】従来例に係る圧電素子を示す断面図である。Figure 30 is a sectional view showing a pressure Denmoto element according to a conventional example.

【図31】図31Aは従来例に係る圧電素子の屈曲変位
特性を測定するために、上部電極及び下部電極に印加す
べき電位波形を示すタイミングチャートであり、図31
Bは従来例に係る圧電素子の屈曲変位特性を示す特性図
である。
[31] Figure 31A is to measure a bending displacement characteristic of the pressure Denmoto element according to the conventional example, is a timing chart showing the potential waveform to be applied to the upper and lower electrodes, FIG. 31
B is a characteristic diagram showing the bending displacement characteristic of the pressure Denmoto element according to a conventional example.

【図32】図32Aは従来例に係る圧電素子に対して正
方向に電界(+3E)をかけた状態の分極方向と電界方
向を示す説明図であり、図32Bは圧電素子に対して負
方向の所定電界(−0.5E)をかけた状態の分極方向
と電界方向を示す説明図である。
[32] Figure 32A is an explanatory view showing the polarization direction and electric field direction in a state where the forward direction by multiplying the electric field (+ 3E) against pressure Denmoto element according to the conventional example, in Figure 32B pressure Denmoto child It is explanatory drawing which shows the polarization direction and electric field direction in the state which applied the negative predetermined electric field (-0.5E) with respect to it.

【図33】図33Aは従来例に係る圧電素子に対して負
方向に電界(−3E)をかけた状態の分極方向と電界方
向を示す説明図であり、図33Bは圧電素子に対して正
方向の所定電界(+0.5E)をかけた状態の分極方向
と電界方向を示す説明図である。
[33] Figure 33A is an explanatory view showing the polarization direction and electric field direction of the state of applying an electric field (-3E) in the negative direction with respect to pressure Denmoto element according to the conventional example, FIG. 33B is pressure Denmoto child FIG. 7 is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction in a state where a predetermined electric field (+ 0.5E) in the positive direction is applied to.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基体 12…アクチュエ
ータ部 14…凹部 16…振動部 18…固定部 20…圧電層 22a、22b…一対の電極 24…アクチュエ
ータ部本体今回の特許請求の範囲の補正内容は、200
3年12月24日にFAXにてお送りしました内容と同
じです。
10 ... correction contents in the range of the base body 12 ... actuator 14 ... recess 16 ... vibrating portion 18 ... fixing portion 20 ... pressure conductive layer 22a, 22b ... a pair of electrodes 24 ... actuator body of this patent claims, 200
It is the same as the content sent by FAX on December 24, 3rd.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 41/22 Z (56)参考文献 特開 平5−347439(JP,A) 特開 平8−114408(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/09 H01L 41/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 41/22 Z (56) Reference JP-A-5-347439 (JP, A) JP-A-8-114408 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 41/09 H01L 41/22

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】圧電層と、該圧電層の一主面のみに形成さ
れた一対の電極とを有する圧電作動部と、 前記圧電層の他主面に接して前記圧電作動部を支持する
振動部と、 前記振動部を振動可能に支持する固定部とを有するユニ
モルフ型の圧電素子本体を具備した圧電素子において、前記圧電層は、少なくとも前記一対の電極間に対する前
記圧電層の一主面側の表面部分において前記一主面に平
行な方向に分極され、かつ、該分極は反転を含むもので
あり、 前記一対の電極間に対する前記圧電層の一主面側の表面
部分における分極が反転しはじめる電界の4倍以上の印
加電界 による前記圧電素子本体の電界−屈曲変位特性
が、基準電界点を中心に非対称であることを特徴とする
電素子。
1. A and pressure conductive layer, and a pressure conductive work moving unit and a pair of electrodes formed only on one main surface of the piezoelectric layer, wherein the pressure conductive contact with the other main surface of the pressure conductive layer a vibrating section for supporting the work moving unit, the fixing portion and the pressure Denmoto element provided with the unimorph pressure Denmoto element body having the vibratable supporting the vibrating portion, the piezoelectric layer, at least the pair of Before between electrodes
In the surface portion on the one main surface side of the piezoelectric layer, a flat surface is formed on the one main surface.
Is polarized in the running direction, and the polarization includes inversion
There, the surface of one principal surface of the piezoelectric layer to between the pair of electrodes
A mark of 4 times or more of the electric field at which the polarization in the part begins to reverse
Field of the pressure Denmoto element body by pressurizing field - bending displacement characteristic, <br/> pressure Denmoto element, characterized in that the asymmetric about a reference electric field point.
【請求項2】請求項1記載の圧電素子において、前記圧電層の一主面側の表面部分における分極が反転し
はじめる電界を所定電界と定義したとき、 前記基準電界点を基準とし、絶対値が同一で方向が異な
る2つの前記所定電界の4倍以上の電界をそれぞれ印加
したときの変位量をA、Bとしたとき、A≧1.5Bの
関係を有することを特徴とする圧電素子。
2. The method of claim 1, wherein the pressure Denmoto child, the polarization is inverted at the surface portion of one principal surface of the piezoelectric layer
When the start field is defined as a predetermined electric field, the reference electric field point as a reference, the amount of displacement upon application of each of the four or more times the electric field of the absolute value of the direction with the same two different predetermined field A, and B when, pressure Denmoto element characterized by having a relationship of a ≧ 1.5B.
【請求項3】圧電層と、該圧電層の一主面のみに形成さ
れた一対の電極とを有する圧電作動部と、 前記圧電層の他主面に接して前記圧電作動部を支持する
振動部と、 前記振動部を振動可能に支持する固定部とを有するユニ
モルフ型の圧電素子本体を具備し、前記圧電層は、少なくとも前記一対の電極間に対する前
記圧電層の一主面側の表面部分において前記一主面に平
行な方向に分極され、かつ、該分極は反転を含むもので
あり、 前記一対の電極間の距離をx(1μm≦x≦200μ
m)、前記圧電層の厚みをy(1μm≦y≦100μ
m)としたとき、y=axの関係を有し、 かつ、1/10≦a≦100であることを特徴とする圧
電素子。
3. A pressure conductive layer, and a pressure conductive work moving unit and a pair of electrodes formed only on one main surface of the piezoelectric layer, wherein the pressure conductive contact with the other main surface of the pressure conductive layer comprising a vibrating section for supporting the work moving unit, a unimorph pressure Denmoto element body having a fixing portion for vibratable supporting the vibrating portion, the piezoelectric layer is pre respect between at least the pair of electrodes
In the surface portion on the one main surface side of the piezoelectric layer, a flat surface is formed on the one main surface.
Is polarized in the running direction, and the polarization includes inversion
There, the distance between the pair of electrodes x (1μm ≦ x ≦ 200μ
m), the thickness of the pressure conductive layer y (1μm ≦ y ≦ 100μ
m), there is a relationship of y = ax, and 1/10 ≦ a ≦ 100
Denmoto child.
【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧
子において、 前記振動部及び前記固定部がセラミックスにて一体に形
成され、 前記振動部に対応する箇所に空所が形成されて、該振動
部が薄肉とされていることを特徴とする圧電素子。
4. A pressure electrodeposition according to any one of claims 1 to 3
In element, pressure the vibrating section and the fixed portion are integrally formed by ceramics, is void is formed at positions corresponding to the vibration part, the vibration unit is characterized in that it is thinner Denmoto child.
【請求項5】請求項3又は4記載の圧電素子において、 1/5≦a≦10であることを特徴とする圧電素子。5. The method of Claim 3 or 4, wherein the pressure Denmoto child, pressure Denmoto element, which is a 1/5 ≦ a ≦ 10. 【請求項6】請求項5記載の圧電素子において、 1/2≦a≦5であって、かつ1μm≦x≦60μm、
1μm≦y≦40μmであることを特徴とする圧電素
子。
6. The pressure according to claim 5.Electric elementIn the child, 1/2 ≦ a ≦ 5 and 1 μm ≦ x ≦ 60 μm,
Pressure characterized by 1 μm ≦ y ≦ 40 μmElectric element
Child.
【請求項7】請求項3〜6のいずれか1項に記載の圧
子において、 前記振動部の厚みをz(1μm≦z≦50μm)とした
とき、y=bzの関係を有し、かつ、1/5≦b≦10
であることを特徴とする圧電素子。
7. A pressure electrodeposition according to any one of claims 3-6
In element, the thickness of the vibrating section when the z (1μm ≦ z ≦ 50μm) , have a relationship of y = bz, and, 1/5 ≦ b ≦ 10
Pressure Denmoto child, characterized in that it.
【請求項8】請求項7記載の圧電素子において、 1/3≦b≦5であることを特徴とする圧電素子。8. The system of claim 7, wherein the pressure Denmoto child, pressure Denmoto element, which is a 1/3 ≦ b ≦ 5. 【請求項9】請求項8記載の圧電素子において、 1/3≦b≦5であって、かつ1μm≦y≦40μm、
1μm≦z≦20μmであることを特徴とする圧電素
子。
9. The pressure according to claim 8.Electric elementIn the child, 1/3 ≦ b ≦ 5 and 1 μm ≦ y ≦ 40 μm,
Pressure characterized in that 1 μm ≦ z ≦ 20 μmElectric element
Child.
【請求項10】請求項4〜9のいずれか1項に記載の圧
電素子において、 前記振動部の中心を通る最短寸法における断面形状が、
電圧無負荷状態で以下の条件を満足することを特徴とす
る圧電素子。 (1) 前記固定部に近接する一方の最外極小点と他方の最
外極小点とを結ぶことにより構成される基準線より、前
記圧電層の中央部付近における上面の少なくとも一部分
が、前記振動部と反対方向に突出していること。 (2) 前記最外極小点が存在しない場合は、前記最短寸法
に沿う振動部の上面のうち、前記固定部との境界点に対
応する点を最外極小点とすること。 (3) 前記振動部の前記固定部との境界部分を0地点と
し、前記振動部の最短寸法長を100としたとき、前記
最外極小点が前記0地点から前記振動部における最短寸
法長の40%の範囲にない場合は、前記最短寸法に沿う
振動部の上面のうち、前記固定部との境界点に対応する
点を最外極小点とすること。
10. The pressure according to any one of claims 4 to 9.
In Denmoto child, the cross-sectional shape in the shortest dimension passing through the center of the vibrating portion,
Pressure Denmoto child that satisfies the following conditions at no-voltage-loaded state. (1) wherein the fixed outermost local minimum point of one adjacent to the portion and the other of the reference line formed by connecting the outermost local minimum point, at least a portion of the upper surface in the central portion near the pressure conductive layer, wherein It protrudes in the direction opposite to the vibrating part. (2) If the outermost local minimum point does not exist, the point corresponding to the boundary point with the fixed portion on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension should be the outermost local minimum point. (3) When the boundary part of the vibrating part with the fixed part is 0 point and the shortest dimension length of the vibrating part is 100, the outermost local minimum point is the shortest dimension length of the vibrating part from the 0 point. If it is not within the range of 40%, the point on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension that corresponds to the boundary point with the fixed portion should be the outermost minimum point.
【請求項11】請求項10記載の圧電素子において、前記振動部の中心を通る最短寸法をm、前記 (1) におけ
る前記突出する量をtとしたとき、m /1000≦t≦
m/10であることを特徴とする圧電素子。
11. A pressure Denmoto terminal of claim 10, put the shortest dimension passing through the center of the vibration part m, the (1)
When the above-mentioned protruding amount is t, m / 1000 ≦ t ≦
pressure Denmoto child, which is a m / 10.
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