(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的エネルギーまたは電気的エネルギーを効率良く光エネルギーまたは光に変換することができるエネルギー変換材料、エネルギー変換素子および発光素子を提供する。【解決手段】統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を用いてエネルギー変換材料、エネルギー変換素子および発光素子を構成する。粒径分布のピークがＲＳ  の微粒子群の粒子密度ＮＳ  を粒径分布のピークがＲＬ  （ＲＬ  ＞ＲＳ  ）の微粒子群の粒子密度ＮＬ  より大きくする。微粒子群は樹脂などの他の材料と複合化して使用するのが望ましい。少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して光エネルギーを得る。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を含む
ことを特徴とするエネルギー変換材料。
【請求項２】
機械的エネルギーを光エネルギーに変換することを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換材料。
【請求項３】
電気的エネルギーを光エネルギーに変換することを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換材料。
【請求項４】
粒径が小さい方の微粒子群が能動材料を構成していることを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換材料。
【請求項５】
粒径分布のピークがＲＳ  の微粒子群の粒子密度ＮＳ  が、粒径分布のピークがＲＬ  （ＲＬ  ＞ＲＳ  ）の微粒子群の粒子密度ＮＬ  より大きいことを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換材料。
【請求項６】
（ＮＳ  ／ＮＬ  ）・（ＲＳ  ／ＲＬ  ）２  が１のオーダーであることを特徴とする請求項５記載のエネルギー変換材料。
【請求項７】
上記微粒子群が他の材料と複合化されていることを特徴とする請求項１記載のエネルギー変換材料。
【請求項８】
上記他の材料が樹脂であることを特徴とする請求項７記載のエネルギー変換材料。
【請求項９】
統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を用いた
ことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１０】
統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を用いた
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換材料。
【請求項１２】
少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１３】
少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して発光を起こさせる
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１４】
互いに粒径がほぼ等しい２つの微粒子の接触により電子および正孔をその接触界面に注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換材料。
【請求項１５】
互いに粒径がほぼ等しい２つの微粒子の接触により電子および正孔をその接触界面に注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１６】
互いに粒径がほぼ等しい２つの微粒子の接触により電子および正孔をその接触界面に注入して発光を起こさせる
ことを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
互いに粒径が異なる２つの微粒子の接触により、粒径が小さい方の微粒子から粒径が大きい方の微粒子に電子および正孔の少なくとも一方を注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換材料。
【請求項１８】
互いに粒径が異なる２つの微粒子の接触により、粒径が小さい方の微粒子から粒径が大きい方の微粒子に電子および正孔の少なくとも一方を注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換素子。
【請求項１９】
互いに粒径が異なる２つの微粒子の接触により、粒径が小さい方の微粒子から粒径が大きい方の微粒子に電子および正孔の少なくとも一方を注入して発光を起こさせる
ことを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエネルギー変換材料、エネルギー変換素子および発光素子に関し、特に、光エネルギーあるいは光を利用する電子機器あるいは電子部品に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械的なエネルギーを直接光に変換する高効率なデバイスは無かった。また、電気的なエネルギーを光に変換する発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）などの発光素子では、電流を流すためのリード線の使用が不可欠であった。
【０００３】
近年、機械的エネルギーを光に変換する応力発光材料としてＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕ系材料やその関連材料が注目され、盛んに研究されている（例えば、非特許文献１−８、特許文献１−１６参照）。特許文献１には、外部からの機械的エネルギーをウルツァイト（ｗｕｒｚｉｔｅ）型圧電材料で受けることにより発光し、内部に０．０１〜２０重量％の希土類あるいは遷移金属を含む材料が記載され、特許文献２にはこの材料を薄膜にしたものが記載されている。特許文献３には、機械的な外力を加えて生じる変形により発光する材料であり、ＭｇＡｌ２  Ｏ４  、ＣａＡｌ２  Ｏ４  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＳｒＭｇＡｌ１０Ｏ１７の母体材料に３ｄ，４ｄ，５ｄ，４ｆの電子殻を有する遷移元素あるいは希土類元素を含む物質とその製造方法が記載されている。特許文献４には、金属酸化物／複合酸化物の母体結晶に３ｄ，４ｄ，５ｄ，４ｆの電子殻を有する遷移元素あるいは希土類元素を発光中心イオンとして含む物質からなる、機械的変形により発光する材料が記載されている。特許文献５には、Ｓｒ３  Ａｌ２  Ｏ６  ，Ｇａ３  Ａｌ２  Ｏ６  の母体材料に遷移元素や希土類を含む材料、  及び添加物質の量が０．０１〜２０重量％で８００〜１７００℃の還元雰囲気下で焼成させる製造方法が記載されている。特許文献６には、外部からの機械的エネルギーを光に変える材料において、Ｙ−Ｂａ−Ｍｇ−Ｓｉ酸化物を母体材料とし、  希土類ないし遷移金属元素を発光中心とする材料が記載されている。特許文献７には、非化学量論組成のアルミン酸塩を規定した、機械的エネルギーによって発光する材料が記載されている。特許文献８には、可視光で励起させた蛍光体メモリーでｍＭＯ・ｎＡｌ２  Ｏ３  の材料系が記載されている。特許文献９には、応力発光材料を用いた応力分布の測定システムが記載されている。特許文献１０には、メリライト型結晶構造の酸化物（例えば、ＣａＹＡｌ３  Ｏ７  ，Ｃａ２  Ａｌ２  ＳｉＯ７  など）を母体とする、機械的エネルギーによって発光する材料が記載されている。特許文献１１には、ＭＮ２  Ｏ４  において、Ｍ＝Ｍｇ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ、Ｎ＝Ｇａ，Ａｌで、それに発光中心として希土類あるいは遷移金属がドープされた材料系とその製造方法が記載されている。特許文献１２には、アルミン酸塩の母体に希土類あるいは遷移元素をドープした電場発光材料が記載されている。特許文献１３には、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｃｄ）−（Ａｌ，Ｇａ，Ｓｉ）酸化物系の電歪材料で最大歪みが１％であることが記載されており、これは相当大きい値である。特許文献１４には、アルミニウムアルコラートを用いてコロイドを作製し、ジアルキルカルボン酸アミドなどの分散剤を添加、急速乾燥した後、熱処理する微粒子合成法が記載されており、その実施例では粒径１．５μｍである。特許文献１５には、トライボルミネッセント（ｔｒｉｂｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）材料としてピエゾ関連材料が記載されている。特許文献１６には、応力発光材料として主にＳｒ３  Ａｌ３  Ｏ６  が記載され、特許文献５に対応するものである。
【非特許文献１】
徐超男、ＡＩＳＴ  Ｔｏｄａｙ，ｖｏｌ．２，Ｎｏ８（２００２）
【非特許文献２】
［平成１４年８月３０日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ  ｊ／ａｉｓｔｉｎｆｏ／ａｉｓｔ  ｔｏｄａｙ／ｖｏｌ０２  ０８／ｖｏｌ０２  ８０  ｍａｉｎ．ｈｔｍｌ〉
【非特許文献３】
［平成１４年８月３０日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｉｓｔ．ｇｏ．ｊｐ／ａｉｓｔ  ｊ／ａｉｓｔｉｎｆｏ／ａｉｓｔ  ｔｏｄａｙ／ｖｏｌ０２  ０８／ｖｏｌ０２  ０８  ｐ１３．ｐｄｆ〉
【非特許文献４】
Ｃ−Ｎ．Ｘｕ，Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．Ａｋｉｙａｍａ  ａｎｄ  Ｘ−Ｇ．Ｚｈｅｎｇ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７４（１９９９）１２３６−１２３８
【非特許文献５】
Ｃ−Ｎ．Ｘｕ，Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｍ．Ａｋｉｙａｍａ  ａｎｄ  Ｘ−Ｇ．Ｚｈｅｎｇ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７４（１９９９）２４１４−２４１６
【非特許文献６】
Ｃ−Ｎ．Ｘｕ，Ｘ−Ｇ．Ｚｈｅｎｇ，Ｍ．Ａｋｉｙａｍａ，Ｋ．Ｎｏｎａｋａ  ａｎｄ  Ｔ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７６（２０００）１７９−１８１
【非特許文献７】
徐超男、化学工業（２０００年１０月号）ｐｐ．７９０−７９４＆８０８
【非特許文献８】
徐超男、月刊ディスプレイ、９月号（２００１年）９８−１０３
【特許文献１】
特開平１１−１１６９４６号公報
【特許文献２】
特許第３２６５３５６号明細書
【特許文献３】
特許第３１３６３４０号明細書
【特許文献４】
特許第３１３６３３８号明細書
【特許文献５】
特許第２９９２６３１号明細書
【特許文献６】
特開２０００−３１３８７８号公報
【特許文献７】
特開２００１−４９２５１号公報
【特許文献８】
特開２００１−１２３１６２号公報
【特許文献９】
特開２００１−２１５１５７号公報
【特許文献１０】
特許第３２７３３１７号明細書
【特許文献１１】
特開２００２−１９４３４９号公報
【特許文献１２】
特開２００２−１９４３５０号公報
【特許文献１３】
特開２００２−２０１０６８号公報
【特許文献１４】
特開２００２−２２０５８７号公報
【特許文献１５】
米国特許第６１１７５７４号明細書
【特許文献１６】
米国特許第６１５９３９４号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の応力発光材料も、機械的エネルギーを光に変換する効率は依然として低いのが現状である。
機械的エネルギー（あるいは力学的エネルギー）を効率良く光エネルギーあるいは光に変換することができたり、リード線なしで予め貯えておいた光エネルギーや電気エネルギーを高率良く光に変えたりすることができるデバイスが得られれば、今後の環境に留意した、また高齢者にもやさしい、社会にとって重要なデバイスとなる。
【０００５】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、機械的エネルギーまたは電気的エネルギーを効率良く光エネルギーまたは光に変換することができるエネルギー変換材料、エネルギー変換素子および発光素子を提供することである。
【０００６】
この発明が解決しようとする他の課題は、リード線を用いないで電気的エネルギーを高効率で光エネルギーまたは光に変換することができるエネルギー変換材料、エネルギー変換素子および発光素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、従来技術が有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。その結果、光エネルギーまたは光への変換効率の向上を図るためには、微粒子同士の接触、特に、ナノメートルオーダーの粒径の微粒子同士の接触や、例えばナノメートルオーダーの粒径の微粒子とマイクロメートルオーダーの粒径の微粒子との接触のように粒径が異なる微粒子同士の接触を利用することが有効であることを見い出し、この発明を案出するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を含む
ことを特徴とするエネルギー変換材料である。
【０００９】
この発明の第２の発明は、
統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を用いた
ことを特徴とするエネルギー変換素子である。
【００１０】
この発明の第３の発明は、
統計的に有意に弁別される少なくとも２つ以上のピークをその粒径分布において有する微粒子群を用いた
ことを特徴とする発光素子である。
【００１１】
この発明の第４の発明は、
少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換材料である。
【００１２】
この発明の第５の発明は、
少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換素子である。
【００１３】
この発明の第６の発明は、
少なくとも２つの微粒子の接触により電子および正孔の少なくとも一方の波動関数の空間分布を変調して発光を起こさせる
ことを特徴とする発光素子である。
【００１４】
この発明の第７の発明は、
互いに粒径がほぼ等しい２つの微粒子の接触により電子および正孔をその接触界面に注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換材料である。
【００１５】
この発明の第８の発明は、
互いに粒径がほぼ等しい２つの微粒子の接触により電子および正孔をその接触界面に注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換素子である。
【００１６】
この発明の第９の発明は、
互いに粒径がほぼ等しい２つの微粒子の接触により電子および正孔をその接触界面に注入して発光を起こさせる
ことを特徴とする発光素子である。
【００１７】
この発明の第１０の発明は、
互いに粒径が異なる２つの微粒子の接触により、粒径が小さい方の微粒子から粒径が大きい方の微粒子に電子および正孔の少なくとも一方を注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換材料である。
【００１８】
この発明の第１１の発明は、
互いに粒径が異なる２つの微粒子の接触により、粒径が小さい方の微粒子から粒径が大きい方の微粒子に電子および正孔の少なくとも一方を注入して光エネルギーを得る
ことを特徴とするエネルギー変換素子である。
【００１９】
この発明の第１２の発明は、
互いに粒径が異なる２つの微粒子の接触により、粒径が小さい方の微粒子から粒径が大きい方の微粒子に電子および正孔の少なくとも一方を注入して発光を起こさせる
ことを特徴とする発光素子である。
【００２０】
この発明においては、典型的には、微粒子群を用いて、機械的エネルギーまたは電気的エネルギーを光エネルギーまたは光に変換する。また、粒径が小さい微粒子群と粒径が大きい微粒子群とが存在する場合、典型的には、粒径が小さい方の微粒子群が、光エネルギーまたは光の発生の起点となるものという意味で能動材料を構成する。さらに、好適には、粒径分布のピークがＲＳ  の微粒子群の粒子密度ＮＳ  が、粒径分布のピークがＲＬ  （ＲＬ  ＞ＲＳ  ）の微粒子群の粒子密度ＮＬ  より大きい。この場合、粒径が小さい微粒子が粒径が大きい微粒子の表面をほぼ埋め尽くすようにするための条件は、（ＮＳ  ／ＮＬ  ）・（ＲＳ  ／ＲＬ  ）２  が１のオーダー（通常０．１〜５）である。微粒子群は単独でも使用可能であるが、他の材料、例えば樹脂と複合化することにより、利用しやすくなり、用途が広がる利点がある。
【００２１】
この発明において、微粒子の径や微粒子を構成する材料は特に限定されず、微粒子の用途や微粒子に持たせる機能などに応じて適宜選定することができるが、微粒子の径は典型的には例えば５μｍ以下数ｎｍ（例えば５ｎｍ）以上であり、微粒子を構成する材料は、例えば、半導体（元素半導体、化合物半導体）、応力発光材料、蓄光発光材料などである。元素半導体としてはＳｉやＧｅなどのＩＶ族半導体、化合物半導体としてはＧａＡｓやＧａＮなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体やＺｎＳｅなどのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体など、応力発光材料としてはＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕなどを挙げることができる。
【００２２】
応力発光材料は、より一般的には、Ａｌ、ＧａまたはＺｎを構成元素の一つとする酸化物、より具体的には、アルカリ土類金属およびＡｌ、ＧａまたはＺｎの酸化物を母体とし、アルカリ土類金属元素が、Ａｌ、ＧａまたはＺｎに対して定比組成よりも若干欠損している非化学量論組成であるか、または、定比組成物、非化学量論組成物の母体にＥｕやＤｙなどの希土類元素やＭｎ、Ｖ、Ｃｒなどの遷移金属元素がドープされたものからなる。応力発光材料がアルカリ土類アルミン酸塩からなる場合、それは、典型的には、
一般式Ａｘ  Ｂｙ  Ｏｚ  
ただし、０．８≦ｘ≦１．１
１．８≦ｙ≦２．２
｛（２ｘ＋３ｙ）／２｝−０．２＜ｚ＜｛（２ｘ＋３ｙ）／２｝＋０．２
Ａ＝Ｓｒｋ  Ｂａｌ  Ｃａｍ  Ｍｇｎ  
（０≦ｋ，ｌ，ｍ，ｎ≦１，ｋ＋ｌ＋ｍ＋ｎ＝１）
Ｂ＝Ａｌ１−ｐ  Ｄｐ  （０≦ｐ＜１）
Ｄ＝Ｙｑ  Ｇａｒ  Ｉｎｔ  （０≦ｑ，ｒ，ｔ≦１，ｑ＋ｒ＋ｔ＝１）
で表記される組成を有する酸化物結晶である。ここで、一般式Ａｘ  Ｂｙ  Ｏｚ  におけるＡはＳｒｋ  Ｂａｌ  Ｃａｍ  Ｍｇｎ  と表記されるが、これは、アルカリ土類であるＳｒ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇを任意の組成で含む固溶体であることを意味する。また、ＤはＹｑ  Ｇａｒ  Ｉｎｔ  と表記され、これはＹ，Ｇａ，Ｉｎを任意の組成で含む固溶体であることを意味するが、典型的にはＡｌを主成分とし、Ｙ，Ｇａ，Ｉｎを含む固溶体である。希土類元素をドープする場合、この希土類元素は、典型的には、酸化物結晶のＡサイトに置換固溶させる。応力発光材料は、より具体的には、少なくともアルカリ土類金属およびＡｌを含む酸化物からなり、具体的には、例えば、Ｓｒｘ  Ａｌｙ  Ｏｚ  （ただし、０．９≦ｘ≦１．０，１．９５≦ｙ≦２．０５，ｚ＝（２ｘ＋３ｙ）／２）を母体結晶とするものである。ここで、希土類元素は、用途などに応じて１種類または２種類以上ドープされる。希土類元素が１種類だけドープされる場合の代表例はＥｕがドープされる場合であり、短残光が必要な用途に適している。このような応力発光材料の一例が先に挙げたＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕである。また、希土類元素が２種類以上ドープされる場合の代表例は、ＥｕおよびＤｙがともにドープされる場合であり、長残光を積極的に利用する用途に適している（この材料は蓄光発光材料と言うこともできる）。また、応力発光材料は、構成元素にＡｌ、ＧａまたはＺｎが含まれる場合のほか、例えばＡｌおよびＳｉが含まれる場合もある。さらに、応力発光材料は、Ａｌ、ＧａまたはＺｎを構成元素の一つとする酸化物のほか、Ｍｎおよび／またはＴｉがドープされた例えばＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｔｉ、ＺｎＳ：Ｍｎ、Ｔｉのようなものからなるものであってもよい。
【００２３】
微粒子群を他の材料と複合化する場合、その材料としては、好適には弾性体が用いられる。この弾性体は、用途などに応じて適宜選定することができ、１種または２種以上のものであってもよく、さらには有機材料、無機材料のいずれであっても、両者を一緒に用いてもよく、場合によっては有機・無機複合材料を用いてもよい。この場合、複合材料中の無機化合物粒子の重量比率は好適には３０％以上１００％未満、より好適には３０％以上８０％以下とする。弾性体のヤング率は、複合材料に軽く触るだけで発光が起こる限り特に問わないが、比較的堅いものでは例えば１０ＭＰａ以上であり、より柔軟なものでは例えば１０ＭＰａ未満である。弾性体は、典型的には有機材料からなり、具体的には、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアセタール（ＰＡ）、ウレタン樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、シリコーンゴム、シロキサン結合を有する有機シリコン化合物および有機圧電材料からなる群より選ばれた少なくとも１種以上の材料で構成される。ここで、有機圧電材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリトリフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。そのほか、比較的堅く硬化するエポキシ樹脂を用いてもよい。
【００２４】
微粒子群と複合化する弾性体としては、イオンを取り込んで変形する有機導電性物質を用いることもできる。このような有機導電性物質としては、例えば、複素芳香環系導電性高分子、具体的にはポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンなどが挙げられる。さらに、弾性体として高分子ゲル材料を用いることもできる。この高分子ゲル材料は、例えば、熱変位機能を有する水溶性非電解質高分子ゲル、ｐＨによって変位が生じる電解質高分子ゲル、電気で変位が起きる高分子化合物と界面活性剤との組み合わせ、ポリビニルアルコール系材料およびポリピロール系材料からなる群より選ばれた少なくとも１種以上の材料である。ここで、熱変位機能を有する水溶性非電解質高分子ゲルは、例えばポリビニルメチルエーテルまたはポリＮイソプロピルアクリルアミドであり、ｐＨによって変位が生じる電解質高分子ゲルは例えばポリアクリロニトリルであり、電気で変位が起きる高分子化合物は例えばポリアクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸である。
また、無機材料系の弾性体としては、例えば無機ガラスが挙げられる。
複合材料は、用途によっては、全体としてゲル状としてもよい。
【００２５】
微粒子と他の材料との組み合わせの具体例を挙げると、無機化合物粒子がＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕ粒子であり、弾性体がポリエステル、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはそれらの混合物、あるいは、シリコーン樹脂である場合である。
【００２６】
この発明は、光導波路、光導波路装置、機械光学装置、検出装置、情報処理装置、入力装置、キー入力装置、繊維構造体などに適用することができる。具体的には、第１の例では、少なくとも一部に応力発光材料を有し、この応力発光材料から発する光がその中を導波されるように構成された光導波路において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。同様に、第２の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む第１の光導波路および第２の光導波路を少なくとも有する光導波路装置において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。第３の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む第１の光導波路および第２の光導波路を少なくとも有する機械光学装置において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。第４の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む第１の光導波路および第２の光導波路を少なくとも有する検出装置において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。第５の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む第１の光導波路および第２の光導波路を少なくとも有する情報処理装置において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。第６の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む第１の光導波路および第２の光導波路を少なくとも有する入力装置において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。第７の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む複数の第１の光導波路および複数の第２の光導波路を有するキー入力装置において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。第８の例では、互いに交差して結合し、その交差部に応力発光材料を含む第１の光導波路および第２の光導波路を少なくとも一部に有する繊維構造体において、その応力発光材料としてこの発明による微粒子群を用いる。
【００２７】
上記の第１〜第８の例において、微粒子群からなる応力発光材料は、典型的には、光導波路の側面に設けられる。光導波路の断面形状は基本的には任意であるが、典型的には円形または矩形である。光導波路には光ファイバーが含まれる。光ファイバーを用いる場合、応力発光材料は、典型的には、そのクラッド中に設けられる。なお、応力発光材料は、短距離を導波させる場合には基本的には光導波路の断面のどこに設けても構わないが、より長距離を導波させる場合には、上述のようにクラッド中に設けるのが望ましい。
【００２８】
第１の光導波路および第２の光導波路の数、太さ、長さ、間隔、配置、更にはそれらの交差部の数や配置は、装置の用途や機能などに応じて適宜決められるものである。
第１の光導波路および第２の光導波路の少なくとも一つの端面には、典型的には、受光素子が直接または光ファイバーなどを介して間接的に接続される。
【００２９】
上述のように構成されたこの発明によれば、互いに粒径が異なる微粒子同士あるいは互いに粒径がほぼ等しい微粒子同士の接触により、それらの接触界面に電子および正孔が注入され、電子・正孔再結合により光エネルギーの放出あるいは発光が起きる。また、電気的エネルギーを光エネルギーまたは光に変換する場合にリード線が不要である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
一般に、微粒子中の量子化エネルギーは、以下のようにして求めることができる。
まず、微粒子が球対称である場合、時間依存性がない場合の一般的なシュレーディンガー方程式
−（ｈ／２π）２  ／２ｍ▽２  ψ＝Ｅψ            （１）
を極座標表示し、最低準位（ｓ状態）では波動関数は球対称であるのでφ成分、θ成分無しであることを利用すると
−（ｈ／２π）２  ／（２ｍｒ２  ）∂／∂ｒ（ｒ２  （∂／∂ｒ）ψ）＝Ｅψ（２）
と簡略化することができる。ただし、ｈはプランク定数、ｍはキャリアの質量、ψはキャリアの波動関数、Ｅはエネルギー固有値、（ｒ、θ、φ）は極座標である。
【００３１】
（２）式を解くと、解は無限遠で０に収束し、かつ原点で発散することがないようにすると
ψ〜１／ｒ・ｓｉｎ（ｋｒ）                （３）
の形に書ける。ただし、ｋは波数である。（３）式を（１）式に代入すると、あらわなｒ依存性の項がうまく２回微分するうちにキャンセルされて、確かに解であることが分かる。このとき、エネルギーはカーテシアン座標系の時と同じく
Ｅ＝（ｈ／２π）２  ｋ２  ／２ｍ                （４）
になる。
【００３２】
今、微粒子への閉じ込めを、半径Ｒ以内では自由空間、その外では無限大ポテンシャル（いわゆる３次元量子井戸）と近似して考えると（これは、厳密には波動関数の井戸層からバリア層へのしみ出しの無視できない半導体へテロ接合の場合より、むしろ、まわりが「真空」とみなせる微粒子系で、極めて良い近似となる）、
ψ（Ｒ）＝１／ｒ・ｓｉｎ（ｋＲ）＝０
より
ｋＲ＝ｌπ    ｌ＝１，２，３，・・・
であるので、（４）式より直ちに
Ｅ＝（ｈ／２π）２  （ｌπ）２  ／２ｍＲ２            （５）
と求まる。
【００３３】
最低準位である１ｓ状態を考えるとｌ＝１であり、電子については（４）式で質量ｍ＝ｍｅ  （電子質量）  とし、正孔（ホール）については（４）式でｍ＝ｍｈ  （正孔質量）とし、また、量子化は電子、正孔それぞれに起こるのでこれらを足し合わせると、量子化エネルギーの理論式が求まる（水素原子的に、換算質量を用いているものと理解しても良い）。
【００３４】
微粒子の中のエネルギーは、対称性の良い完全な球形の場合は（５）  式で表されるが、微粒子がいつも球形になるとは限らない。例えば、微粒子が矩形の面で囲まれている場合には、結晶ではファセット（ｆａｃｅｔ）を出して安定化することは良く起こるので（例えば、ＮａＣｌのように）、立方体になる場合もありうる。そこで、微粒子を立方体近似してみる（例えば、（００１）ファセットが出たと考える）。このとき、直径２Ｒに対応して一辺を２Ｒと取る（球が内接すると考える）。良く知られた矩形量子井戸（幅Ｌ）の無限大ポテンシャル障壁の場合、波動関数ψは井戸端でψ＝０となるので、その関数形は
ψ〜ｃｏｓ（π／Ｌ）                    （６）
であり、エネルギーは（４）式と同じく
Ｅ＝（ｈ／２π）２  ｋ２  ／２ｍ                  （７）
である（つまり、ｋの取り方の差がエネルギーの差に出る）。
【００３５】
（７）式に幅Ｌ＝２Ｒを代入し、この計算をｘ、ｙ、ｚの３方向に足し合わせると、量子化エネルギーとしては
Ｅ＝［（ｈ／２π）２  ／２ｍ］（π／２Ｒ）２  ×３
＝π２  ［（ｈ／２π）２  ／２ｍＲ２  ］×３／４          （８）
となる。
【００３６】
ここで、粒子形状（波動関数形状）の違いによる量子化エネルギーの違いを見る。（５）式でｌ＝１とした場合と（８）式とを比べてみる。まず、Ｒ依存性が同じである。大きく括れば、エネルギーは形によらず微粒子の大きさによるということである。形状の効果は、数係数として１のオーダーで効いてくるということもわかる（  今の場合、３／４＝０．７５倍）  。
【００３７】
次に、波動関数を吟味する。その形は（３）式と（６）式とでは、かなり違って見える。すなわち、（３）式は原点で０の正弦（サイン）関数であるのに対して（６）式は余弦（コサイン）関数である。微粒子が角ばっているかいないかで原点近傍の振る舞いが異なることもありうるが、（３）式には１／ｒの項があるのでそうではないことが分かる。ｒ→０の極限をとってみると、この時（３）式は正弦関数の微分にほかならず、したがって波動関数は余弦関数の形を持つことが分かる。
【００３８】
つまり、波動関数は（６）式の関数形に一致して、微粒子の形によらず微粒子の中央部での存在確率が最大であることがわかる。それでは、エネルギーの微妙な差はどこからくるか。それは（微粒子の中央付近の様子は（３）式、（５）式より同じであることが分かったので）ｒ≠０、つまりエッジ付近での波動関数の分布によっていることになる。ゆるく閉じ込められている方が勿論エネルギーは低いが、実際（５）式と（８）式との比較から、半径Ｒの球と一辺２Ｒの立方体とでは、球の方が（立方体に内接する分だけ）強く閉じ込められることになるので量子化エネルギーが高くなっている。逆にいうと、立方体では、電子（または正孔）は角の部分にかなり「ゆったりと居る」と言えることが分かる。
【００３９】
このことを半定量的に簡単に見積もる。球、立方体とも対称性が良いので断面で議論する。中心を座標軸原点に置いて半径Ｒの円と一辺２Ｒの正方形とを書くと、第１象限に四分の一円と一辺Ｒの正方形が来るが、この時の面積の比は、
πＲ２  ／４：Ｒ２  ＝π／４：１                （９）
である。
【００４０】
エネルギーは波数ベクトルの２乗の関数形を持つので、次元的には面積の逆数であることから、エネルギーを第０近似的に見積もるには存在領域の面積（断面で考えて、その断面積）の逆数で補正してやればよさそうであることが分かる。実際、球の時のエネルギーを表す（５）式に（９）式のいわば「断面積ゆったり度」（逆面積比）を掛けてやると
Ｅ＝（ｈ／２π）２  （ｌπ）２  ／２ｍＲ２  ×π／４        （１０）
となる。これはπ〜３と近似すると、まさに、立方体微粒子の量子化エネルギーを表す（８）式に一致する。このように、微粒子系の量子化エネルギーを相対的に第０近似的に見積もるには、「存在領域の断面積」で考えると良いとの便法が得られた。
【００４１】
次に、微粒子の接触・離反が起こる場合のエネルギー変化について考察する。図１Ａは孤立微粒子、図１Ｂは２つの微粒子が接触した状態を示す。ここで、上記の「断面積ゆったり度」の概念を用いて考察する。今、最初は孤立していた２つの微粒子が外力が加わって互いに接触したと考える。この２つの微粒子の接触状態はダンベル（ｄｕｍｂｂｅｌｌ）状態と理解することができるので、そこでは上で考えた「断面積増加によるゆったり化」が生じる。
【００４２】
つまり、ダンベルの長軸方向に最もゆるい閉じ込めを形成するため、波動関数の（２乗の）最大の場所が２つの微粒子の接触界面に移動する（これはダンベルのくびれ度合いの関数である）。この様子を図２および図３に示す。すなわち、孤立微粒子（図１Ａ）では、図２に示すように波動関数は中央部で最大である。一方、２つの微粒子が接触すると（図１Ｂ）、図３Ａに示すように接触界面で２つの微粒子の波動関数がつながって有限の値を取り、接触面積がある程度以上大きくなると、図３Ｂに示すように波動関数は接触界面で最大となる。
【００４３】
微粒子の形状は、完全な球体よりは、多面体的であったり、扁平であったりして接触面積がある程度大きい場合の方が、キャリアの（大規模な）移動が、電場の印加無しに生じうる。勿論、接触面積が小さい場合でも、有限のキャリアの移動は起こる。いずれにせよ、図４に示すように、内部に微粒子を含む構造（例えば、微粒子を弾性体に分散させた構造）（この例では直方体形状）に、圧縮荷重（図４Ａ）あるいは引っ張り荷重（図４Ｂ）が加えられて微粒子同士が接触し、それぞれ圧縮応力あるいは引っ張り応力が生じた場合、これらの応力により、電子および正孔の注入が接触界面で生じ、電子・正孔再結合により発光が起きる。この機構は、機械的な電子（または正孔）波動関数制御である。
【００４４】
この場合、２つの微粒子のうち片方には電子が多数キャリアとして存在し、もう片方には正孔が多数キャリアとして存在しているとすると、粒径がほぼ等しい２つの微粒子が接触する際には、電子および正孔の両方が接触界面に集まってくるが、２つの微粒子の径を故意にずらしておくと、粒径の小さい微粒子に束縛されたキャリアのみが、粒径が大きい微粒子に注入されることになり、制御の幅が広がる。後者の場合、粒径の小さい微粒子は、発光が起きるきっかけをつくるという意味で能動材料であると言える。
【００４５】
今まで（半導体）微粒子で以上の過程が観測されていないのは、まず、孤立状態でフリーの電子および正孔を保持する微粒子が存在し、かつこれが接触するという過程が、通常あり得ないからである。電子・正孔の再結合のタイムスケールは半導体では１ｎｓであり、非常に短時間であるため、微粒子の接触過程の時定数（ｍｓｅｃオーダー）に比べ、遥に早く緩和してしまう。
【００４６】
他方、応力発光微粒子系では、以上のことは少し変わって来る可能性がある。つまり、応力発光機構の１つのモデルによると、室内光の紫外光成分などで励起された電子および正孔が微粒子中に存在する欠陥や遷移金属イオンにトラップされていて、これが応力による圧電場で束縛を解かれるとされているが、この過程では、キャリアの生成と接触とが、まさに同時に起こる。この点が、上の通常の（つまり、トライボルミネッセンス（ｔｒｉｂｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を示さない）  半導体の場合とは異なる。すなわち、２つの微粒子が接触する際、まず１点（最も出っ張ったところ）で、したがって単位面積当たりの力が大きい状況で接触してキャリアを生成し（両微粒子中にいわば「準独立的に」キャリアが発生し）、慣性で微粒子間の接触面積が増えた時、このキャリアが接触界面に上述の機構で集まってくると考えられる。
【００４７】
今、トライボルミネッセンスを示すｎ型の半導体微粒子があって、その表面の空乏層幅が微粒子の粒径より小さいとすると、さらに以下のような過程の存在が考えられる。
微粒子の接触により生じた応力でフリーになった電子（電子と正孔とが存在する場合には、電子は粒子の中央に、後者は表面に分離して存在するはずである）は、接触地点に辿り着けない可能性がある（厳密にいうと、波動関数が広がることによるエネルギー低下分と、微粒子表面の負電荷の近くに寄ることによるエネルギー上昇分との差し引きで決まる）。これは、この微粒子にはピンニング（ｐｉｎｎｉｎｇ）によりその表面に空乏層が存在するために接触界面にカスプ状ポテンシャルが生じ、形態上はダンベル形であってもポテンシャル的には全くダンベル形になっていないからである。
【００４８】
しかし、ここで微粒子が圧電性を持つ場合には興味深いことが起こりうる。つまり、圧電性から生じる電荷（電界）で、上記の空乏層の電荷をうち消せる（上記のカスプ状ポテンシャルを打ち消せる）可能性がある。つまり、微粒子が圧電性で表面に正電荷が溜まるような構成が得られれば、電子は表面に辿り着くことができる。こうして電子と正孔との再結合が主にダンベルの接合部で生じうる。
【００４９】
以上の説明では、便宜的に半導体微粒子がｎ型でその表面の空乏層幅が微粒子の粒径より小さい場合について考えた。もし空乏層幅が微粒子の粒径と同程度かそれより大きくなると微粒子の全体が空乏化するが、この場合にも、上記と同じように、移動可能なキャリアの出現および移動が生じ、基本的には同じ過程となる。
【００５０】
トライボルミネッセンスの存在は、電子および正孔の少なくとも一方は移動可能であることを保証していると考えられる。また、３つ以上の微粒子の多体同時接触もありうるが、たとえ厳密に同時に接触しても、基本的には上に述べた（断面積効果を考慮した）２体系の過程に分離して理解することができると考えられる。ただし、実際には３つ以上の微粒子が同時に接触する確率は極めて低いと考えられる。
【００５１】
ところで、半導体微粒子の発光強度は、その粒径を数ｎｍから数十ｎｍに小さくすることで振動子強度（励起子強度）が強まること（例えば、Ｙｏｕｓｕｋｅ  Ｋａｙａｎｕｍａ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ．３８（１９８８）９７９７，”Ｑｕａｎｔｕｍ−ｓｉｚｅ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ  ａｎｄ  ｈｏｌｅｓ  ｉｎ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｓ  ｗｉｔｈ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｓｈａｐｅ”参照）も相まって、有効発光部体積が飛躍的に増すので、ここで考察している微粒子の場合も、粒径を小さくすることにより同じく発光強度を飛躍的に高めることができることが理論的に示唆される。
【００５２】
ところが、例えば微粒子を樹脂中に分散させた構造体を考え、それに外力を加えた場合を考えると、微粒子の粒径が小さくなるにつれ、ある微粒子に注目した場合、その力を（樹脂を通じて）微粒子表面全体で受けて、それを微粒子接触面に伝達することになる。したがって、微粒子の粒径をあまり小さくすると、樹脂を通じて伝達される力が微粒子の半径の２乗で小さくなるので、必要とされる大きな応力の時間変化が得られなくなる。その様子を図５に示す。図５において、ｆは外力の印加による２つの微粒子（半径Ｒ１  ）の接触によりそれぞれの微粒子に作用する力でｆ∝πＲ１  ２  である。
【００５３】
未だ公知ではないが、本出願人は、ＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕなどの物質に力を加えた時に発光が生じる現象について詳細な検討を行った結果、その物質内部の応力が時間的に変化することにより発光を制御することができ、具体的には発光のオン／オフあるいは発光強度の制御が可能であることを見い出している。すなわち、発光を起こさせ、あるいは発光強度を変化させるためには、単に応力を生じさせることが重要なのではなく、応力の時間変化率を与えることが特に重要である。
【００５４】
したがって、以上の２つの効果のトレードオフにより、実際上は、ある一定の半径だけを持った応力発光性微粒子は、ある特定の半径で効率にピークを持つと考えられる。その様子を図６に示す。図６において、ηは振動子強度でη〜ｒ−ａ（ａ＞０）、ｐ０  は圧力でｐ０  〜ｒ２  である。
【００５５】
これを避け、微粒子の粒径が小さい程、振動子強度が高いとされていることを生かすには、図７に示すように、粒径がある程度大きい微粒子（半径ＲＬ  ）の上に粒径が小さい応力発光性微粒子（半径ＲＳ  ）を置いた時、これらの微粒子の接触による圧力がＭ＝（ＲＬ  ／ＲＳ  ）２  だけ増倍されることを利用する。図７において、ｆ´は外力の印加による、互いに粒径が異なるこれらの微粒子の接触によりそれぞれの微粒子に作用する力でｆ´∝πＲＬ  ２  である。この時、図６に示すように、圧力の曲線が縦軸方向に引き上げられることになり、振動子強度のより強まる、半径の小さい方向へ、発光強度のピークをずらすことができる。
【００５６】
上述のことから分かるように、粒径分布において２つのピーク、より一般的には少なくとも２つ以上のピークを有するように微粒子群を調製した微粒子集合体を用いることにより、高効率のエネルギー変換材料を実現することができる。
【００５７】
この場合、粒子数（粒子密度）としては、基本的に、相対的に粒径の小さい微粒子の数（粒子密度）を、相対的に粒径の大きな微粒子の数より多くすることがまず必要とされるが、微粒子の半径の比から求まる値にするのが、より好適である。すなわち、図８に示すように、小さい微粒子の半径をＲＳ  、大きい微粒子の半径をＲＬ  とすると、大きい微粒子の表面積はＳＬ  ＝４πＲＬ  ２  であり、大きい微粒子の表面に配置することができる小さい微粒子の数Ｎは
Ｎ＝ＳＬ  ／πＲＳ  ２  ＝４（ＲＬ  ／ＲＳ  ）２  
である。この式から分かるように、ＮはＲＬ  ／ＲＳ  の２乗に比例するから、ある程度大きい微粒子の上に応力発光性微粒子を置くのが望ましい。
さらに、以上のことは粒径が２種類存在する場合に限られず、一般に３種類以上の粒径を持った微粒子が集合しうるが、この場合にはフラクタル的な階層構造を持った微粒子マイクロ構造となる。
図９および図１０に２つのピークを有する粒径分布の例を示す。ここで、図９はピークが完全に分離している場合を示す。図１０は、裾野のため分離は完全ではないが、半径が大きい側に見られる肩状の構造が、度数（粒子数）分布において２σ以上の有意なずれを持ち、第２のピークとみなせる場合を示している。
【００５８】
次に、上述の微粒子からなるエネルギー変換材料の応用例について説明する。ここでは、２つのピークをその粒径分布において有する微粒子群からなる応力発光材料を用いる場合について説明する。
図１１Ａは光ファイバー１０１を示す。この光ファイバー１０１の断面形状は円形であってもよいが、ここでは矩形のものを用いるものとする。この光ファイバー１０１は中心部のコアとその周りのクラッドとからなるが、このクラッド中に、光ファイバー１０１の長手方向に部分的に微粒子からなる応力発光材料が設けられている。この光ファイバー１０１の応力発光材料部を含む断面形状の例を図１１Ｂ〜Ｄに示す。図１１Ｂ〜Ｄにおいて、符号１０１ａがコア、１０１ｂがクラッドを示す。図１１Ｂに示す例においては、光ファイバー１０１のクラッド１０１ａが部分的に除去されていてその部分に応力発光材料１０２が設けられている。図１１Ｃに示す例においては、光ファイバー１０１のクラッド１０１ａ中に応力発光材料１０２が埋設されている。図１１Ｄに示す例においては、光ファイバー１０１のクラッド１０１ａ中に微粒子状の応力発光材料１０２が埋設されている。これらの例において、応力発光材料１０２は、他の光ファイバー１０１との交差部にのみ設けてもよいし、光ファイバー１０１の全周にわたって設けてもよい。応力発光材料１０２としては、例えば、粒径がナノメートルオーダーのＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕ系材料からなる小さな微粒子群と粒径がマイクロメートルオーダー（例えば〜１μｍ）のシリカからなる大きな微粒子群と樹脂（例えば、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂など）などとの複合材料が好適に用いられるが、その他の各種の材料を用いてもよい。粒径がナノメートルオーダーのＳｒＡｌ２  Ｏ４  ：Ｅｕ系材料からなる微粒子は種々の方法で作製することが可能であるが、例えば逆ミセルを利用して作製することができる。
【００５９】
図１２は入力装置を示す。また、図１３はこの入力装置における光ファイバーの交差部の断面を示す。
図１２および図１３に示すように、この入力装置においては、２本の光ファイバー１０３、１０４が互いに交差して設けられており、その交差部で応力発光材料１０２を介して互いに結合している。応力発光材料１０２としては、例えば、上記と同様な複合材料が用られる。
【００６０】
この入力装置において、図１４に示すように、指１０５で光ファイバー１０３、１０４の交差部を押すと応力発光材料１０２に応力が発生して発光が起きる。この光は光ファイバー１０３、１０４のコア１０３ａ、１０４ａに入ってその内部を導波され、それらの端面から光１０６が出射される。この光１０６をそのまま出力信号として用いてもよいが、光ファイバー１０３、１０４のそれぞれの一端面に受光素子を直接または間接的に接続しておき、この受光素子で光１０６を受光することにより電気信号として出力信号を得ることができる。
【００６１】
なお、応力発光材料１０２からの発光は等方的であるので、この応力発光材料１０２と光ファイバー１０３、１０４との界面を意図的に凹凸化しておくと、光ファイバー１０３、１０４のコア１０３ａ、１０４ａ内への光の導入効率が高まるので、好ましい。この場合、凹凸部の角度の最適設計により、全反射条件を満たす範囲内で凹凸化を行うと、更に好ましい。
【００６２】
図１５は、応力発光材料１０２に発生する応力（Ｐ）および発光強度（Ｉ）を時間（ｔ）の関数として示したものである。図１５より、応力に変化があるとき、応力発光材料からの発光が認められる。ここで、Ｉ〜定数×（ｄＰ／ｄｔ）であり、応力の時間微分あるいは差分感知を行っていることになる。また、発光強度は、応力変化の大きさと正の相関があるので、応力の大きさそのものについても情報を得ることができる。
【００６３】
この入力装置によれば、光ファイバー１０３、１０４の交差部に指などを接触させたときに、光ファイバー１０３、１０４の端面から光１０６を取り出すことができるので、その接触を感知することができる。特に、光ファイバー１０３、１０４をそれぞれ複数用い、それらを交差させることによりその接触位置を正確に検出することができる。また、この場合、光源は機械的エネルギーを効率良く光に変換することができる応力発光材料１０２であり、光源として通常光ファイバー１０３、１０４の端面に設けられるＬＤやＬＥＤなどは一切使用していないため、受光素子の消費電力を除くと消費電力はゼロであり、大幅な低消費電力化を図ることができる。更にまた、光ファイバー１０３、１０４の端面に光源を配置する必要がないので、受光素子をこの光ファイバー１０３、１０４の端面に配置することができる。そして、光ファイバー１０３、１０４の交差部に壊れやすい受光素子などの検出器を配置する必要がないため、極めて頑強な入力装置を実現することができる。更に、発光を起こさせるためにリード線などによる配線を必要としないため、構成が非常に簡単であり、環境にも優しいという利点もある。
この入力装置は、光学的な接触情報感知器（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔａｃｔｉｌｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）として用いて好適なものである。また、高齢者などにも優しい入力装置と言える。
更に、この入力装置を車のバンパーなどに用いることにより、極限の縦列駐車などを楽しむことができるようになる。
【００６４】
図１６はキー入力装置を示す。
図１６に示すように、このキー入力装置においては、ｘ方向に延びるＭ本（Ｍは２以上の整数）の光ファイバー１０３とｙ方向に延びるＮ本（Ｎは２以上の整数）の光ファイバー１０４とが交差して結合している。この場合、Ｍ本の光ファイバー１０３とＮ本の光ファイバー１０４との各交差部がキー位置となる。光ファイバー１０３の本数Ｍおよび光ファイバー１０４の本数Ｎは、キーの個数や配置などに応じて決められる。一例を挙げると、Ｍ＝６、Ｎ＝２０である。各光ファイバー１０３の一端は接続用の光ファイバー１０７を介してライン光センサー１０８に接続されている。同様に、各光ファイバー１０４の一端は接続用の光ファイバー１０９を介してライン光センサー１１０に接続されている。ライン光センサー１０８、１１０としては例えばＣＣＤなどが用いられる。これらの光ファイバー１０３、１０４の表面には、キーを示す文字、記号などが印刷などにより表示された、樹脂などからなるカバーが設けられているが、その図示は省略してある。その他のことは、図１２に示す入力装置と同様であるので、説明を省略する。
【００６５】
このキー入力装置によれば、フレキシブルで大面積化も極めて容易でしかも低消費電力のシート状の超薄型キー入力装置を実現することができる。また、このキー入力装置では、入力時の指の押し下げ強度を認知することができるので、例えば、強く押した時は大文字にするといった高機能化を実現することができ、これによって例えばシフトキーを省くことができるようになる。
このキー入力装置は、種々の電子機器に用いることができるが、例えば、いわゆる電子ペーパータイプのコンピュータなどの入力装置として用いて好適なものである。
【００６６】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料などを用いてもよい。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、機械的エネルギーまたは電気的エネルギーを高効率で光エネルギーまたは光に変換することができ、また、電気的エネルギーを光エネルギーまたは光に変換する場合にもリード線が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】孤立微粒子および２つの微粒子が接触した状態を示す略線図である。
【図２】孤立微粒子の中に存在するキャリアの波動関数を示す略線図である。
【図３】接触した２つの微粒子の中に存在するキャリアの波動関数を示す略線図である。
【図４】微粒子構造体に圧縮荷重または引っ張り荷重が印加された状態を示す略線図である。
【図５】粒径が等しい２つの微粒子が接触した状態を示す略線図である。
【図６】微粒子の半径ｒと発光強度Ｉとの関係を示す略線図である。
【図７】粒径が大きい微粒子と粒径が小さい微粒子とが接触した状態を示す略線図である。
【図８】粒径が大きい微粒子の表面に粒径が小さい微粒子が配置された状態を示す略線図である。
【図９】微粒子の粒径分布の例を示す略線図である。
【図１０】微粒子の粒径分布の例を示す略線図である。
【図１１】応力発光材料を用いた光ファイバーを示す略線図である。
【図１２】入力装置を示す略線図である。
【図１３】図１２に示す入力装置における光ファイバーの交差部の断面図である。
【図１４】図１２に示す入力装置の動作方法を説明するための略線図である。
【図１５】図１２に示す入力装置における応力発光材料の発光強度および圧力／応力の時間変化を示す略線図である。
【図１６】キー入力装置を示す略線図である。
【符号の説明】
１０１、１０３、１０４…光ファイバー、１０２…応力発光材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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