(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素毎に独立して変形される変形可能基体と、該変形可能基体の表面に設けられている機械的エネルギーを光に変換する応力発光層とを備え、前記変形可能基体に変形を生じさせることによって前記応力発光層を発光させる応力発光表示装置であって、前記変形可能基体が、超音波振動により変形されることを特徴とする応力発光表示装置。
【請求項２】
画素毎に独立して変形される変形可能基体と、該変形可能基体の表面に設けられている機械的エネルギーを光に変換する応力発光層とを備え、前記変形可能基体に変形を生じさせることによって前記応力発光層を発光させる応力発光表示装置であって、前記変形可能基体が、超音波振動子であることを特徴とする応力発光表示装置。
【請求項３】
画素毎に独立して変形される変形可能基体と、該変形可能基体の表面に設けられている機械的エネルギーを光に変換する応力発光層とを備え、前記変形可能基体に変形を生じさせることによって前記応力発光層を発光させる応力発光表示装置であって、前記変形可能基体が、ボイスコイルが設けられた振動膜であり、前記応力発光層が前記振動膜上に設けられ、前記振動膜が前記ボイスコイルと固定磁石との電磁作用により振動することによって変形されることを特徴とする応力発光表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、応力発光表示装置に関し、特に、機械的エネルギーを光に変換する応力発光材料を利用した応力発光表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、発光タイプの表示装置として、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やプラズマディスプレーなどが用いられている。また、大型表示装置としてはＬＥＤを用いたものが採用されている。その他、現在、エレクトロルミネセンスを用いた表示装置が開発されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表示装置は多様な環境で使用されるものであるため、多様な表示装置が要求されている。近年、機械的エネルギーを光に変換する応力発光材料が開発されつつある。機械的エネルギーをエネルギー源とする発光を表示装置に応用すれば、これまでにない環境での使用や表示装置の新しい使い方を提案できる可能性がある。
【０００４】
本発明は、かかる発案からなされたもので、機械的エネルギーを光に変換する応力発光材料を用いた応力発光表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械的エネルギーを光に変換する応力発光材料を薄膜化した応力発光層を画素毎に独立して変形を生じる変形可能基体の上に設け、変形可能基体の変形に伴って応力発光層が変形し、この機械的エネルギーを応力発光層が光に変換することによって、画素毎に発光する表示装置を構成したものである。
【０００６】
変形可能基体を画素毎に独立して変形させるには、例えば超音波振動、超音波振動子の変形、圧電素子の変形、ボイスコイルと磁石との電磁作用などを利用することができる。
【０００７】
従って、請求項１記載の発明は、画素毎に独立して変形される変形可能基体と、前記変形可能基体の表面に設けられている機械的エネルギーを光に変換する応力発光層とを備え、前記変形可能基体に変形を生じさせることによって前記応力発光層を発光させることを特徴とする応力発光表示装置を提供する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の応力発光表示装置において、前記変形可能基体が、超音波振動により変形されることを特徴とする応力発光表示装置を提供する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の応力発光表示装置において、前記変形可能基体が、超音波振動子であることを特徴とする応力発光表示装置を提供する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の応力発光表示装置において、前記変形可能基体が、圧電素子であることを特徴とする応力発光表示装置を提供する。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の応力発光表示装置において、前記変形可能基体が、ボイスコイルが設けられた振動膜であり、前記応力発光層が前記振動膜上に設けられ、前記振動膜が前記ボイスコイルと固定磁石との電磁作用により振動することによって変形されることを特徴とする応力発光表示装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の応力発光表示装置の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１３】
図１に、本発明の応力発光表示装置の画素を構成する発光素子を示す。図１（ａ）に示す発光素子１ａは、独立して変形を受ける変形可能基体２ａを有し、変形可能基体２ａ上に応力発光層３を有する。変形可能基体２ａとしては、（ａ）に示すように、フィルム状で、破線で示すように厚さ方向に変形するものが例示される。
【００１４】
また、図１（ｂ）に示す発光素子１ｂは、矢印の如く厚さ方向と直交する方向に変形するような薄い変形可能基体２ｂ上に応力発光層３が設けられている構造を有する。
【００１５】
変形可能基体２ａ、２ｂを変形させるには、変形可能基体２ａ、２ｂに外部から機械的に変形を与える方法と、変形可能基体２ａ、２ｂに電気、光学、磁気、熱等のエネルギーを与えて変形可能基体２ａ、２ｂ自体に変形を起こさせる方法とがある。図１（ｂ）に示すような振動を生じるものとしては、例えばＰＺＴを用いた円盤形のランジバン形振動子を例示することができる。
【００１６】
応力発光層３は応力発光材料を含有する。応力発光材料は、摩擦力、剪断力、衝撃力、圧力、張力などの機械的な外力による変形によってその機械的エネルギーを光に変換することができる。応力発光材料は、機械的エネルギーによって励起されたキャリアーが基底状態に戻る際に発光する。応力発光材料は、母材となる材料に発光中心イオンを添加することにより、発光強度を著しく高めることが可能である。変形可能基体２ａ、２ｂの変形により応力発光層３が変形を受け、受けた機械的エネルギーに応じて応力発光層３が発光する。発光強度は受けた機械的エネルギーにほぼ比例して強くなる。発光色は母材の種類、発光中心イオンの種類によって変化する。
【００１７】
応力発光材料の母材としては、例えばアルカリ土類金属酸化物とアルミニウム酸化物とから構成され、アルカリ土類金属イオンの組成比を欠損させた非化学量論的組成を有するアルミン酸塩を例示することができる（特開２００１−４９２５１号）。欠損の割合は０．０１〜１０モル％の範囲である。発光中心イオンとしては、希土類金属や遷移金属が用いられる。希土類金属としては、Ｃｅ、Ｙ、Ｌａ、Ｅｕ、Ｓｍ等が挙げられる。遷移金属としてはＶ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｏ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等が挙げられる。具体的な組成としては、発光中心イオンとしてＥｕを用いたＳｒ0.90Ａｌ2Ｏ3.90：Ｅｕ0.01を挙げることができる。
【００１８】
また、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＳｉＣ等のウルツ鉱型構造の化合物を例示することができる（特開平１１−１２０８０１号公報）。発光中心イオンは前記と同様である。代表的な組成は発光中心イオンとしてマンガンが５重量％添加された硫化亜鉛である。
【００１９】
また、Ｓｒ3Ａｌ2Ｏ6又はＣａ3Ａｌ2Ｏ6に発光中心イオンを添加したものも挙げることができる（特開２０００−６３８２４号）。代表的な組成は、発光中心イオンとしてＥｕを０．６重量％添加したＳｒ3Ａｌ2Ｏ6である。
【００２０】
応力発光材料は、硫化亜鉛のようにスパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング法等の物理的成膜法やＣＶＤ（化学蒸着）により成膜できる場合は、変形可能基体２、２ｂ上に直接成膜して応力発光層３を形成することができる。また、粉末状にして、例えばエポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、アクリル系接着剤などの透明被膜を形成できる接着剤に混合し、変形可能基体２、２ｂ上に塗布することにより、応力発光層３を形成することができる。
【００２１】
次に、本発明の応力発光表示装置の具体的な構造について説明する。図２は、超音波駆動による平面型応力発光表示装置の概略構成図である。この表示装置１０は、変形可能基体として図示しない枠体などに張設された矩形状の振動膜１１が用いられている。振動膜１１は高分子フィルムで構成されている。振動膜１１の上に図示しない応力発光層が設けられている。
【００２２】
振動膜１１の縦方向の１辺にはＸ方向のマトリクスを構成する図示しない超音波振動子が水平方向に超音波を発振するように配列されている。横方向の１辺にはＹ方向のマトリクスを構成する図示しない超音波振動子が垂直方向に超音波を発振するように配列されている。振動子は指向性が鋭く、また、超音波は固体中では良く伝搬する性質を持っているため、振動子から発射された超音波は、振動膜１１を直進する。Ｘ方向に発射された超音波とＹ方向に発射された超音波の交点で振幅が最大になる共振点となり、交点と交点の中間は振幅がゼロの定在波が発生する。従って、Ｘ方向に入力された超音波とＹ方向に入力された超音波の交点部分の振動膜が独立して変形する画素となり、交点の上の応力発光層のみが発光する。そのため、この応力発光表示装置１０は、ＸＹの両方向の超音波振動子の発振を制御することによって特定の画素を選択的に発光させ、発光を制御することによって画像を表示することができる。
【００２３】
超音波振動子としては、棒状フェライトを２本組み合わせたπ形フェライト振動子、ニッケル振動子等の磁歪振動子、ＰＺＴ振動子、水晶振動子等の電歪振動子を例示することができる。
【００２４】
このような超音波駆動の平面型応力発光表示装置は、表示部が振動膜１１であるため、超薄型とすることが可能である。
【００２５】
図３に示す応力発光表示素子は、画素毎に振動子を配置した例を示す。図３（ａ）に示す応力発光表示素子１ｃは、画素毎に振動膜１３がこれを支持する枠体１４で囲まれ、画素毎に振動膜１３に固定されている超音波振動子１５を配置し、振動膜１３上に応力発光層３が設けられている構造を有する。
【００２６】
超音波振動子１５の発振を制御し、超音波振動子１５で画素毎に独立している振動膜１３を振動させ、振動膜１３上に設けられている応力発光層３を画素毎に発光させる。振動膜１３と振動膜１３を支える枠体１４は、例えばシリコン単結晶板のエッチングにより一体に製造することができる。
【００２７】
また、図３（ｂ）に示す応力発光素子１ｄは、ランジバン形振動子を変形可能基体して用いた例を示す。円盤形のランジバン形振動子２０は、径方向に振動する。このランジバン形振動子２０は、円盤形に成形されたＰＺＴ等の厚さ方向と直交する方向に伸縮する圧電体２１の両面に電極として銀の蒸着膜２２，２３が形成された構造を有する。応力発光素子１ｄはランジバン形振動子２０の一方の電極２３上に応力発光層３が設けられている構造を有する。
【００２８】
電極２２，２３に高圧の直流電圧を印加して圧電体２１にストレスを与えながら交番電位を重ねることにより、圧電体２１に電気変位の２乗に比例した径方向の歪みが生じる。圧電体２１の歪みにより応力発光層３が変形を受け、発光する。このような発光素子１ｄを画素としてマトリクス状に配列することにより、応力発光表示装置として構成することができる。
【００２９】
また、厚さ方向と直交する方向に伸縮する圧電体薄膜の両面に電極を設け、電極の上に応力発光層を設けた構造は、フォトリソグラフィを用いることによって、極めて小型化が可能であり、多数の応力発光素子を有する表示装置を一体で作製することができる。
【００３０】
図４に示す応力発光素子は、カンチレバー形に形成した圧電素子を変形可能基体として発光素子を形成した例を示す。
【００３１】
この発光素子１ｅは、シリコン基板３１の表面に設けられた窪み３２の上に突出した片持梁（カンチレバー）３３が形成され、カンチレバー３３の上に第１電極膜３４、圧電体膜３５、第２電極膜３６、応力発光層３がこの順序で設けられている構造である。圧電体膜３５はＰｂＴｉＯ3、ＰＺＴ等の圧電効果を有する材料が選択される。カンチレバー３３はシリコン又は酸化シリコンで構成される。第１電極３４は例えばクロム又はチタン膜の上に白金膜が設けられている。第２電極３６は例えばアルミニウムが用いられる。シリコン基板３１上に形成されるこれらの構造は、フォトリソグラフィを用いて形成することができる。
【００３２】
第１電極３４と第２電極３６とを介して圧電体膜３５に交流を印加すると、圧電体膜３５が変形し、カンチレバー３３の自由端が振動する。カンチレバー３３の変形により、応力発光層３が変形を受け、発光する。このような構造の発光素子１ｅをマトリクス状に配置することにより表示装置として用いることができる。この発光素子１ｅは、フォトリソグラフィにより形成できるため、非常に小型化でき、多数の発光素子１ｅを有する表示装置をシリコン基板３１上に形成することができる。
【００３３】
図５に示す応力発光素子は、平面スピーカを利用したものである。この発光素子１ｆは、板状又は棒状の磁石４１の両側に接近して一対の振動膜４２が張設されている。振動膜４２は例えばポリイミド等の高分子フィルムで構成され、図示しない枠体に支持されている。それぞれの振動膜４２の外表面に振動膜４２上に蒸着された銅膜をエッチングして形成された渦巻き状のボイスコイル４３が設けられている。それぞれの振動膜４２の外表面にはボイスコイル４３を覆って応力発光層３が設けられている。
【００３４】
両方のボイスコイル４３に同位相の電流を流すと、両振動膜４２が逆方向に振動し、両方向に同じ音が出力される。ボイスコイル４３は平行ピストン運動に近い振動であり、変形量は小さいが、ボイスコイル４３と振動膜４２を支持する枠体との間の振動膜４２ａが大きく変形し、応力発光層３が発光する。このように構成した発光素子１ｆを画素としてマトリクス状に配置することによって表示装置として用いることができる。なお、振動膜４２は片方のみとすることができる。
【００３５】
このような応力発光表示装置は、薄型であり、しかも両面表示が可能であり、その上画像と同時に音声を出力することができる。そのため、今までにない用途に用いることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の応力発光表示装置は、機械的エネルギーを光に変換する応力発光層を画素毎に変形する変形可能基体上に設けている構造であり、種々の方法で変形可能基体に変形を与えることによって応力発光層が発光するため、発光タイプの表示装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の応力発光表示装置に用いられる発光素子の構造を示すもので、（ａ）は応力発光層が厚さ方向に変形を受ける例、（ｂ）は応力発光層が厚さ方向と直交する方向に変形を受ける例を示す。
【図２】超音波同士の交点を画素として応力発光層を発光させる応力発光表示装置を示す概念図である。
【図３】画素毎に振動子を配置した応力発光表示装置を示すもので、（ａ）は振動膜を振動子で振動させる例、（ｂ）はランジバン形振動子が変形可能基体として構成されている例を示す。
【図４】カンチレバー形の圧電素子を変形加工基体とした発光素子を示す断面図である。
【図５】平面スピーカを変形可能基体として構成した発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ    応力発光素子
２ａ、２ｂ                            変形可能基体
３                                    応力発光層
１０                                  応力発光表示装置
１１                                  振動膜
１３                                  振動膜
１４                                  枠体
２０                                  ランジバン形振動子
２１                                  圧電体
２２、２３                            電極膜
３１                                  シリコン基板
３３                                  カンチレバー
３５                                  圧電体膜
４１                                  磁石
４２                                  振動膜
４３                                  ボイスコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003800067.tif 000005
【図５】
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