CN112018230A - 压电元件及包括其的压电装置、振动模块和显示设备 - Google Patents

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金钟贤
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金治完
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蔡锡俊
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Abstract

压电元件及包括其的压电装置、振动模块和显示设备。提供了包括由式1表示的化合物的压电元件、包括压电元件的压电装置、包括压电装置的振动模块和包括压电装置的显示设备，其中[式1](1‑x)(LizNa0.5‑zK0.5)(Nb1‑ySby)O3·xCaZrO3其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围，和0≤z≤0.2的范围。

Description

压电元件及包括其的压电装置、振动模块和显示设备
技术领域
本公开涉及压电元件、包括压电元件的压电装置以及各自包括压电装置的振动模块和显示设备。
背景技术
显示设备包括用于显示图像的显示面板和用于提供声音的扬声器。当扬声器设置在显示设备中时，扬声器占据空间，并且由于此，显示设备的设计和空间布置受到限制。
应用于显示设备的扬声器的示例包括包括磁体和线圈的致动器。然而，当致动器应用于显示设备时，显示设备的厚度变厚。因此，用于实现薄厚度的压电元件和压电装置作为显示设备的扬声器备受关注。
发明内容
因此，本公开的实施方式旨在提供一种基本上消除了由于相关技术的局限性和缺点引起的一个或更多个问题的压电元件、包括该压电元件的压电装置以及各自包括压电装置的振动模块和显示设备。
本公开的一个方面旨在提供一种不含铅(Pb)并且具有优异压电特性的压电元件。
本公开的另一方面旨在提供一种包括压电元件的压电装置。
本公开的另一方面旨在提供各自包括压电装置的振动模块和显示设备。
附加特征和方面将在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过实践本文提供的发明构思来获知。本发明构思的其它特征和方面可以通过在书面描述或者其衍生物、其权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
在本公开的实施方式中，提供包括由式1表示的化合物的压电元件：
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围，和0≤z≤0.2的范围。
在另一方面，提供了一种压电装置，其包括：第一电极；位于第一电极上的压电元件层，压电元件层包括压电元件；以及位于压电元件层上的第二电极，其中，压电元件包括由式1表示的化合物。
在另一方面，提供了一种振动模块，该振动模块包括第一电极、位于第一电极上的压电元件层、位于压电元件层上的第二电极、以及位于第二电极上的振动构件，其中压电元件层包括压电元件，压电元件包括由式1表示的化合物。
在另一方面，提供了一种显示设备，该显示设备包括显示图像的显示面板和设置在显示面板上的压电装置，其中压电装置包括第一电极、位于第一电极上的压电元件层和位于压电元件层上的第二电极，压电元件层包括压电元件，压电元件包括由式1表示的化合物。
通过研究以下附图和详细描述，其它系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是或将变得显而易见。旨在将所有这样的附加系统、方法、特征和优点包括在本说明书内，在本公开的范围内，并由所附权利要求书保护。本节中的任何内容不应视为对这些权利要求的限制。下面结合本公开的实施方式讨论其它方面和优点。应当理解，本公开的前述概括描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。
附记1.一种压电元件，该压电元件包括由式1表示的化合物，
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围、0≤y≤0.5的范围、和0≤z≤0.2的范围。
附记2.根据附记1所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.15。
附记3.根据附记1所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.1。
附记4.根据附记1所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.03。
附记5.根据附记1所述的压电元件，其中，所述y为0≤y≤0.3。
附记6.根据附记1所述的压电元件，其中，所述y为0≤y≤0.2。
附记7.根据附记1所述的压电元件，其中，所述y为0.07≤y≤0.2。
附记8.根据附记1所述的压电元件，其中，所述y为0.07≤y≤0.11。
附记9.根据附记1所述的压电元件，其中，所述z为0≤z≤0.15。
附记10.根据附记1所述的压电元件，其中，所述z为0≤z≤0.1。
附记11.根据附记1所述的压电元件，其中，所述z为0.01≤z≤0.05。
附记12.根据附记1所述的压电元件，该压电元件还在式1中包括氧化铜CuO。
附记13.根据附记12所述的压电元件，其中，相对于100重量份的由式1表示的所述化合物，CuO的含量为等于或小于10重量份。
附记14.根据附记12所述的压电元件，其中，相对于100重量份的由式1表示的所述化合物，CuO的含量等于或小于5重量份。
附记15.一种压电元件，该压电元件包括由式3表示的化合物，
[式3]
(1-x)(Na0.5K0.5)(Nb1-ySby)O3)·xCaZrO3
其中，x和y分别具有0.001≤x≤0.2的范围和0≤y≤0.5的范围。
附记16.根据附记15所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.1。
附记17.根据附记15所述的压电元件，其中，所述y为0.07≤y≤0.2。
附记18.根据附记15所述的压电元件，该压电元件还包括氧化铜CuO，
其中，相对于100重量份的由式3表示的所述化合物，CuO的含量等于或小于10重量份。
附记19.根据附记15所述的压电元件，该压电元件还包括氧化铜CuO，
其中，相对于100重量份的由式3表示的所述化合物，CuO的含量等于或小于5重量份。
附记20.一种压电装置，该压电装置包括：
第一电极；
压电元件层，所述压电元件层位于所述第一电极上；以及
第二电极，所述第二电极位于所述压电元件层上，
其中，所述压电元件层包括根据附记1至19中的任一项所述的压电元件。
附记21.一种振动模块，该振动模块包括：
第一电极；
压电元件层，所述压电元件层位于所述第一电极上；
第二电极，所述第二电极位于所述压电元件层上；以及
振动构件，所述振动构件位于所述第二电极上，
其中，所述压电元件层包括根据附记1至19中的任一项所述的压电元件。
附记22.一种显示设备，该显示设备包括：
显示面板，所述显示面板被配置为显示图像；以及
压电装置，所述压电装置位于所述显示面板上，
其中：
所述压电装置包括：
第一电极；
压电元件层，所述压电元件层位于所述第一电极上；以及
第二电极，所述第二电极位于所述压电元件层上，并且
所述压电元件层包括根据附记1至19中的任一项所述的压电元件。
附记23.根据附记22所述的显示设备，其中：
所述显示面板包括被配置为显示所述图像的显示表面和与所述显示表面相对的后表面，并且
所述压电装置位于所述显示面板的所述后表面上。
附记24.根据附记23所述的显示设备，其中，基于由所述压电装置的振动引起的所述显示面板的振动，在相对于所述显示面板的前向方向上产生声音。
附记25.根据附记22所述的显示设备，该显示设备还包括位于所述显示面板上的触摸面板，
其中，所述压电装置位于所述触摸面板的下表面或上表面上。
附记26.根据附记25所述的显示设备，其中，所述触摸面板被配置为基于所述压电装置的振动而振动，并且基于所述触摸面板的振动来产生触觉反馈。
附图说明
附图包括进来以提供对本公开的进一步理解并且并入本申请并构成本申请的一部分，附图例示了本公开的实施方式，并且与说明书一起用于解释各种原理。
图1例示了基于晶体结构的极化方向。
图2是用于描述多晶型相界(PPB)的图。
图3A至图3I是根据实验例1和本公开的实施方式的压电元件的温度-介电常数的曲线图。
图4例示了根据实验例1和本公开的实施方式的压电常数d33相对于x值变化的变化。
图5A至图5O是根据本公开的实施方式的压电元件的温度-介电常数的曲线图。
图6例示了在本公开的实施方式中压电常数d33相对于y值变化的变化。
图7例示了压电元件的压电常数d33相对于退火温度的变化。
图8A至图8E是根据本公开的实施方式的压电元件的温度-介电常数的曲线图。
图9例示了根据本公开的实施方式的压电常数d33相对于z值变化的变化。
图10例示了压电元件的压电常数d33相对于退火温度的变化。
图11是根据本公开的另一实施方式的压电装置的截面图。
图12是根据本公开的另一实施方式的压电装置的截面图。
图13是根据本公开的另一实施方式的振动模块的立体图。
图14是沿着图13的线I-I′截取的截面图。
图15是根据本公开的另一实施方式的显示设备的立体图。
图16A是沿着图15的线II-II′截取的截面图。
图16B是根据本公开的另一实施方式的显示设备的截面图。
图17是根据本公开的另一实施方式的显示设备的截面图。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的示例性实施方式进行说明，其示例在附图中示出。尽可能在整个附图中使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。
通过参照附图描述的以下实施方式，将阐明本公开的优点和特征及其实现方法。然而，本公开可以以不同的形式体现，并且不应被解释为限于在本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。此外，本公开仅由权利要求的范围限定。
在附图中公开的用于描述本公开的实施方式的形状、尺寸、比率、角度和数量仅是示例，因此，本公开不限于所例示出的细节。在全文中相似的附图标记指代相似的元件。在以下描述中，当确定相关的已知功能或配置的详细描述不必要地使本公开的要点模糊时，将省略该详细描述。
在使用本说明书中描述的“包含”、“具有”和“包括”的情况下，除非使用“仅”，否则可以添加另一部件。除非相反地指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
尽管没有明确的描述，但是在解释元件时，元件被解释为包括误差范围。
在描述位置关系时，例如，当将两个部件之间的位置关系描述为“在…上”、在…上方”、“在…下方”和“挨着…”时，除非使用“紧接着”或“直接”，否则在两个部件之间可以设置一个或更多个其它部件。
在描述时间关系时，例如，当时间顺序被描述为“在…之后”、“跟随在。。。之后”、“下一个”和“在…之前”时，除非使用“紧接着”或“直接”，否则可以包括不连续的情况。
将理解的是，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以称为第二元件，并且类似地，第二元件可以称为第一元件。
在描述本公开的元件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语。这样的术语仅用于将相应元件与其它元件区分开，并且相应元件在其本质、顺序或优先级上不受这些术语的限制。将理解的是，当元件或层称为在另一元件或层“上”或“连接至”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上或直接连接到另一元件或层，或者可以存在中间元件。此外，应当理解，当一个元件设置在另一元件之上或之下时，这可以表示元件被设置为彼此直接接触的情况，但是也可以表示元件设置为彼此不直接接触。
术语“至少一个”应被理解为包括一个或更多个相关联列出的元件的任何全部组合。例如，“第一元件、第二元件和第三元件中的至少一个”的含义表示从第一元件、第二元件和第三元件中的两个或更多个提出的所有元件的组合以及第一元件、第二元件或第三元件。
如本领域技术人员可以充分理解的，本公开的各个实施方式的特征可以部分地或整体地彼此联接或组合，并且可以彼此以各种方式互操作以及在技术上驱动。本公开的实施方式可以彼此独立地实施，或者可以以相互依赖的关系一起执行。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施方式。在向每个附图的元件添加附图标记时，尽管在其它附图中例示了相同的元件，但是相似的附图标记可以指代相似的元件。
图1例示了基于晶体结构的极化方向。
在钙钛矿晶体结构中，可以通过外部应力或磁场改变中心离子的位置以改变极化，并且可以基于极化的变化或改变来产生压电效应。在包括PbTiO3的钙钛矿晶体结构中，可以改变对应于中心离子的Ti离子的位置以改变极化，因此，可以产生压电效应。例如，在钙钛矿晶体结构中，通过外部应力或磁场可以将具有对称结构的立方体(cubic)形状改变为各自具有不对称结构的四方体(tetragonal)形状、斜方体(orthorhombic)形状或菱面体(rhombohedral)形状，因此，可以产生压电效应。在具有不对称结构的四方体结构和菱面体结构的准同型相界(MPB)处，极化可以高并容易重新取向，因此可以在钙钛矿晶体结构中获得高压电特性。
参照图1，在菱面体结构中，极化可以在[111]方向(实线箭头方向)上取向，而在四方体结构中，极化可以在[001]方向(虚线箭头方向)上取向。当具有菱面体结构和四方体结构的两个相共存时，可以在[111]方向和[001]方向上全部形成极化。因此，在多个相共存于压电元件中的情况下，在向压电元件施加电场因而使极化进行取向的情况下，可以比压电元件具有一个相的情况更靠近施加电场的方向执行极化的取向。因此，在压电元件具有其中多个相共存的准同型相界(MPB)的情况下，极化方向的移动可以更自由，因此，压电元件可以具有更大的压电常数。因此，当压电元件具有大的压电常数时，在电场方向上的位移可以增加，因而压电元件可以具有优异的振动特性。因此，压电元件可以应用于各种振动装置或包括振动装置的显示设备。
因此，应该实现与作为其中多个相共存的边界的准同型相界(MPB)相对应的压电元件，以用于增强振动特性。当多个相共存于压电元件中时，可以高效地执行极化，因而当施加电场时，压电元件在一定方向(例如，厚度方向(z方向))上的位移可以增加。因此，压电元件可以具有大的压电常数d33。具有大的压电常数的压电元件可以以低功率产生大振动，从而降低了应用了压电元件的产品的功耗。此外，具有大压电常数的压电元件可以利用薄的厚度产生大振动，从而减小了应用了压电元件的产品的厚度。
具有高压电常数的压电元件可以包括例如钛酸铅锆(Pb-Zr-Ti)(PZT)基陶瓷。包括PZT基陶瓷的压电元件可以具有高压电特性。然而，由于压电元件包括铅(Pb)，所以它可能会引起环境污染的问题。
不含铅(Pb)的压电元件(或无铅压电元件)可以包括例如锆钛酸钡-钛酸钡钙(BCT-BZT)基陶瓷。然而，包括BCT-BZT基陶瓷的压电元件可以具有低居里温度(Tc)，并且由于此，在优异压电特性上可能受到限制。作为另一示例，不含铅(Pb)的压电元件(或无铅压电元件)可以包括例如基于Na-K-Nb(NKN)基陶瓷材料。包括NKN基陶瓷材料的压电元件可以具有低压电特性，并且由于此，可能难以将压电元件应用于显示设备。
表示压电特性的压电常数可以受到准同型相温度的影响。压电元件的相位转变温度的改变可以移动准同型相温度。因此，可以在期望的温度下在压电元件中形成准同型相区域。因此，通过改变准同型相温度，在期望温度下形成压电元件的准同型相区域。此外，通过改变多个相的边界或准同型相温度以在期望温度下形成准同型相温度可以称为多晶型相界(PPB)。当形成PPB时，多个相可以共存于一种材料中。下面将参照图2对此进行描述。
图2是用于描述多晶型相界(PPB)的图。
参照图2，菱面体结构和斜方体结构的准同型相温度TR-T以及斜方体结构和四方体结构的准同型相温度TO-T可以移动。基于准同型相温度TR-T和准同型相温度TO-T，菱面体结构与斜方体结构之间的准同型相界(MPB)可以与斜方体结构和四方体结构之间的准同型相界(MPB)汇合，因此可以在室温下形成PPB。因此，压电元件在室温下可以具有优异的压电特性。
随着压电元件的组分改变，准同型相界(MPB)可以变化，因此可以形成PPB。压电元件可以具有在形成PPB的温度下多个相共存的状态。压电元件可以具有与每个相相对应的极化方向。此外，通过调节压电元件的组分，尽管高温也可以保持PPB，并且压电元件尽管高温也可以具有优异的压电特性。
本发明人已经认识到，当压电元件具有诸如斜方体结构、四方体结构、菱面体结构和伪立方体结构之类的各种结构时，压电特性得到增强。PZT基陶瓷可以具有优异的压电特性，但是可以含有Pb，从而引起环境污染的问题。本发明人已经认识到，Na-K-Nb(NKN)基陶瓷具有斜方体结构，但是压电特性比PZT基陶瓷低。此外，本发明人已经认识到压电常数受温度影响，并且PZT基陶瓷和Na-K-Nb(NKN)基陶瓷在高温下难以保持压电特性。
因此，本发明人针对具有大压电常数和PPB结构并且在高温下保持压电特性的压电元件进行了各种实验。通过各种实验，本发明人发明了具有新结构的压电元件，其具有大的压电常数和PPB结构并且在高温下保持压电特性。
根据本公开的实施方式，本发明人已经制造了不含铅(Pb)且具有斜方体结构的Na-K-Nb(NKN)基压电元件，并对其进行了实验。当压电元件具有斜方体结构时，准同型相温度可以使压电元件的结构变成四方体结构、菱面体结构、伪立方体结构等。例如，Na-K-Nb(NKN)基压电元件可以是NaO.5K0.5NbO3。在Na-K-Nb(NKN)基压电元件中，本发明人已经认识到，当钠(Na)和钾(K)的摩尔比为0.5时多个相共存。例如，Na-K-Nb(NKN)基压电元件可以具有其中诸如斜方体结构、四方体结构、菱面体结构和伪立方体结构之类的多个相共存的PPB结构。通过各种实验可以看出，当将Ca-Zr(CZ)添加到Na-K-Nb(NKN)基压电元件中以增强压电特性时，压电常数得以增强。下面参照图3A至图3I和图4对此进行描述。
图3A至图3I是根据实验例1和本公开的实施方式的压电元件的温度-介电常数的曲线图。图4是根据实验例1和本公开的实施方式的压电常数d33相对于x值变化的图。
在图3A至图3I和图4中，已经制造了下述压电元件，并且已经测量了介电常数和居里温度Tc。制造压电元件的方法不限制本公开的细节。此外，每次制造压电元件的时间、温度和网目尺寸也不限制本公开的细节。其描述可以等同地应用于图5A至图5O、图6、图7、图8A至图8E、图9和图10。此外，在通过阻抗分析仪(Zurich仪器)测量介电常数的温度特性中，由相对电容率的最高温度计算出居里温度Tc。
为了制造压电元件，作为具有粉末状态的氧化物的Na2CO3、K2CO3、Nb2O5、Li2CO3、Sb2O5、CaCO3和ZrO2基于相应组分的摩尔比对其量进行配重并且放置在尼龙罐中并与作为溶剂的乙醇混合(放置和基重)。可以基于压电元件不同地形成具有粉末状态的氧化物。例如，当制造Na0.5K0.5NbO3时，压电元件可以由Na2CO3、K2CO3和Nb2O5形成。
随后，对具有粉末状态的氧化物和作为溶剂的乙醇进行24小时的球磨，从而制造混合物(初次球磨)。
随后，已经进行了24小时球磨的混合物放入盘中，并在100℃下干燥约3小时(干燥)。
将干燥的混合物用研钵研磨，放入电炉中，并在850℃下煅烧3小时，从而制备相合成粉末(相合成)。
将相合成粉末与氧化铜(CuO)混合，并且为了形成小颗粒，向其中添加作为溶剂的乙醇并且对其进行球磨72小时，从而制造混合物(二次球磨)。相对于由式1表示的化合物的100重量份，CuO的含量为1重量份。
将已进行球磨72小时的混合物放入盘中，并在100℃下干燥约3小时(干燥)。
通过具有40网目尺寸的网，将研磨细的干燥粉末滤出，然后，获得包括颗粒尺寸为40网目或更小的颗粒的粉末(选择)。
将所选择的粉末放入圆形模具中并以100kg/f模压，从而制造成型元件(模压成型)。
在大约1020℃至约1120℃的温度范围内将成型元件烧结6小时，从而制造样品(烧结)。
对烧结的样品施加电场以对极化进行取向(下落或极化)。因此，制造了根据实验例1和本公开的实施方式的压电元件。
在图3A至图3I中，根据式2制造压电元件，并且已经基于CaZrO3的量测量了基于温度的介电常数。图4示出了通过基于CaZrO3的量测量压电常数d33而获得的结果。例如，图3A表示实验例，并且x为0。图3B至图3I分别表示本公开的实施方式1至8，并且x分别为0.01至0.08。
【式2】
(1-x)(Na0.5K0.5NbO3)·xCaZrO3
当在高温下烧结根据式2的组分时，Na和K可以分别挥发成Na2O和K2O。因此，本发明人已经认识到，尽管定量准确，但是由于在烧结过程中Na和K的损失，因此难以制造具有期望组分的Na和K的压电元件。因此，本发明人已经进行了各种实验，以获得通过降低烧结温度以及减少Na和K的挥发量而防止烧结后Na和K的量降低的方法。通过各种实验，本发明人已经认识到，当添加CuO时，压电元件的烧结温度降低。可以看出，Na和K的挥发量极大减少，因此，Na和K的组分比在烧结后保持为一定的比率。因此，在图3A至图3I中，可以以1mol％来提供CuO。例如，相对于100重量份的式1，CuO的含量可以为1重量份。
在实验例1和本公开的实施方式1至8中制造的压电元件中，表1示出了相对于x值的压电常数d33和居里温度Tc的测量结果。
[表1]
项目 x d<sub>33</sub>(pC/N) Tc(℃)
实验例1 0 108 416
实施方式1 0.01 101 388
实施方式2 0.02 113 367
实施方式3 0.03 161 335
实施方式4 0.04 168 318
实施方式5 0.05 171 303
实施方式6 0.06 82 282
实施方式7 0.07 52 238
实施方式8 0.08 37 201
在图3A至图3I中，“TO-T”可以表示斜方体结构和四方体结构的准同型相温度。如图3A至图3I所示，随着CaZrO3含量的增加，压电元件的居里温度Tc可以降低，并且斜方体结构和四方体结构的准同型相温度TO-T可以移至接近室温。因此，压电元件的压电常数d33和机电耦合系数k33的值可以增加。这可以因为CaZrO3应用于NKN基材料而发生，并且由于此，局部发生晶格缺陷。机电耦合系数k33可以是变化的电能与施加的电能之比。因此，当作为CaZrO3的含量的x小于0.001时，可以看出压电元件的居里温度Tc增加。此外，如图3A至图3I所示，当CaZrO3的含量为6mol％或更多(例如，当x为0.06或更多)时，可以看出压电常数迅速减小，斜方体结构和四方体结构的准同型相区域(例如，TO-T区域)被去除，并在室温下在立方体结构中进行相变。因此，当过量的CaZrO3被替代时，可以看出介电常数降低，因此，可以看出压电元件的压电特性降低。
在图4中，通过在1020℃至1060℃的烧结温度下进行6小时的测量获得压电常数d33，并且烧结温度和烧结时间不限于本公开的细节。已经通过使用d33仪(APCI宽范围d33测试仪)基于当施加0.25Nrms的力时产生的电荷量来测量压电常数d33。
如图4所示，当将Ca-Zr(CZ)基材料按照4mol％(x＝0.04)添加到Na-K-Nb(NKN)基材料时，可以看出，与纯NKN基材料相比，获得大约160pC/N的压电常数。
因此，本发明人已经认识到，CuO充当用于降低压电元件的烧结温度的低温烧结剂。此外，本发明人已经认识到，CaZrO3的含量不应过量添加，以增强压电特性。例如，当CaZrO3的含量为5mol％或更少(例如，x为0.05或更小)时，可以增强压电特性。
当压电常数为150pC/N或更大或200pC/N或更大时，压电元件可以具有足够的压电特性，并且可以应用于显示设备或振动模块。通过各种实验，本发明人已经认识到，锑(Sb)形成于NKN基材料附近，以增强压电常数。例如，可以用锑(Sb)替代一部分铌(Nb)。可以用原子尺寸相似的铌(Nb)替代锑(Sb)。当Sb被替代时，居里温度Tc可以迅速降低，并且可以在室温下容易地形成PPB。下面将参照图5A至图5O、图6和图7对此进行描述。
图5A至图5O是示出通过测量根据本公开的实施方式的压电元件的介电常数而获得的结果的图。图6是示出根据本公开的实施方式的压电元件的压电常数d33的测量结果的图。
根据本公开的实施方式，可以用锑(Sb)替代一部分铌(Nb)，并且压电元件可以包括由式3表示的化合物。制造压电元件的方法可以与图3A至图3I的描述相同。此外，在本公开的实施方式9至23中，描述x值为0.03的示例。当x值为0.03时，已经测量了相对于y值的压电常数d33和居里温度Tc。
[式3]
(1-x)(Na0.5K0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
在本公开的实施方式9至23中制造的压电元件中，表2示出了相对于x值和y值的压电常数d33和居里温度Tc的测量结果。此外，如以上参照图3A至图3I所述，可以按照1mol％添加CuO，以降低烧结温度。
[表2]
Figure BDA0002502094460000121
Figure BDA0002502094460000131
在图5A至图5O中，“TO-T”可以表示斜方体结构和四方体结构的准同型相温度，并且“TO-P”可以表示斜方体结构和伪立方体结构的准同型相温度。
参照表2和图5A至图5O以及图6，由于用Sb替代一部分Nb并且Sb被施加到Nb的位置，可以看出居里温度Tc迅速降低，并且斜方体结构和四方体结构的准同型相温度TO-T相对缓慢地降低。当Sb的含量增加时，四方体结构的区域逐渐变窄，并且当Sb的含量达到一定含量(y＝0.08)时(实施方式18)，四方体结构的区域被去除。
参照图5A至图5O，压电元件可以具有斜方体结构直到y变为0.02(y＝0.02)(实施方式9和10)，并且在0.02＜y≤0.06的范围(实施方式11至14)内压电元件可以具有斜方体结构和四方体结构的斜方体-四方体PPB结构。在0.06＜y＜0.08的范围(实施方式15至17)内压电元件可以具有斜方体结构、四方体结构和伪立方体结构的斜方体-四方体-伪立方体PPB结构，并且在0.08≤y<0.095的范围内(实施方式18至20)压电元件可以具有斜方体结构和伪立方体结构的斜方体-伪立方体PPB结构。当y为0.095或更大(实施方式21至23)时，压电元件可以具有伪立方体结构。例如，当y大于0.2时，可以去除相，因此，可以去除压电特性。例如，当y为0.07至0.2时，居里温度Tc可以降低。
图7例示了压电元件的压电常数d33相对于退火温度的变化。例如，图7是示出本公开的实施方式中的压电元件的压电常数d33相对于退火温度的测量结果的曲线图。例如，图7是示出了根据本公开的实施方式19、20和21的压电元件的压电常数d33的测量结果的图。
参照图7，可以看出，表示Sb量的y为0.09的实施方式20的压电元件具有大约518pC/N的高压电常数。可以看出，具有高压电常数的实施方式20的压电元件具有大约88℃的退火温度。因此，如图7所示，可以看出在大约100℃的退火温度下压电常数为大约500pC/N。例如，当将压电元件应用于移动显示设备等时，可靠性测量的温度可以为80℃，因此，当压电元件在低退火温度下具有压电特性时，可以容易地将压电元件应用于移动显示设备等。尽管可靠性测量的温度(80℃)，根据本公开的实施方式的压电元件可以保持优异的压电特性。
因此，当Sb添加到NKN基材料时，压电常数可以增加。例如，作为Sb的量的y在0.02≤y≤0.06的范围内可以具有准同型相结构，因此可以增强压电特性。
如上文参照图5A至图5O、图6和图7所述，当添加Sb时，压电常数可以增加，但是四方体结构的区域可以变窄，并且由于此，存在难以形成作为准同型相结构的TO-T结构的问题。因此，通过各种实验，本发明人已经发明了其中添加锂(Li)以实现四方体结构的区域的结构。例如，本发明人已经发明了其中添加锂(Li)以在对应于具有低居里温度的Sb的量的0.07≤y≤0.2的范围内实现四方体结构的区域。当添加Li时，可以用Li替代具有相似原子尺寸的Na。例如，Li的含量和Na的含量之和可以与K的含量相同。当向K添加Li时，可能难以用Li替代K。当用具有相似原子尺寸的原子替代Na时，与当用具有不同原子尺寸的原子替代Na时相比，居里温度Tc的增加幅度可以较大，因此，可以在室温下容易地形成PPB。下面将参照8A至图8E、图9和图10对此进行描述。
图8A至图8E是示出通过测量根据本公开的实施方式的压电元件的介电常数而获得的结果的曲线图。图9是示出根据本公开的实施方式的压电元件的压电常数d33的测量结果的图。
根据本公开的实施方式，可以用Li替代一部分Na，并且压电元件可以包括由式1表示的化合物。压电元件的制造方法可以与图3A至图3I的描述相同。此外，在本公开的实施方式24至28中，将描述x值为0.03且y值为0.11的示例。当x值为0.03且y值为0.11时，已经测量了相对于z值的压电常数d33和居里温度Tc。
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
在式1中，Li的含量和Na的含量之和可以与K的含量相同。
表3示出了在实施方式24至28中制造的压电元件的x、y和z值、压电常数d33和居里温度Tc的测量结果。
[表3]
项目 x y z d<sub>33</sub>(pC/N) Tc(℃)
实施方式24 0.03 0.11 0.01 204 52
实施方式25 0.03 0.11 0.02 416 66
实施方式26 0.03 0.11 0.03 479 101
实施方式27 0.03 0.11 0.04 502 143
实施方式28 0.03 0.11 0.05 316 155
在表3中，全部x可以为0.03，全部y可以为0.11，并且压电元件可以包括由式4表示的化合物。
[式4]
0.97(LizNa0.5-zK0.5)(Nb0.89Sb0.11)O3·0.03CaZrO3
在图8A至图8E中，“TO-T”可以表示斜方体结构和四方体结构的准同型相温度，并且“TO-P”可以表示斜方体结构和伪立方体结构的准同型相温度。
图9示出了在本公开的实施方式24至28中制造的压电元件中压电常数d33相对于z值变化的变化。
在表3和式4中，“z”表示用Li替代Na的程度。
在本公开的实施方式24至28中，为了实现四方体结构，针对具有伪立方体结构的实施方式23的压电元件组分(x＝0.03和y＝0.11)，通过将Li施加至Na的位置来制造压电元件。
参照表3和图8A至8E及图9，当Na的含量和Li的含量增加时，可以看出在压电元件中的伪立方体结构中再次形成四方体结构，因此居里温度Tc增加。参照图8A至图8E，当表示Li的含量的z为0.02至0.03时(实施方式25和26)时，形成了斜方体结构和伪立方体结构的PPB结构，而当z为0.04(实施方式27)时，形成了斜方体结构和四方体结构的PPB结构。此外，当z为0.05(实施方式28)时，形成了斜方体结构和四方体结构的PPB结构。
参照表3和图9，当z为0.04(实施方式27)时，压电元件可以具有502pC/N的压电常数d33和143℃的居里温度Tc。例如，当z大于0.2时，相可以被去除，因此，压电特性可以被去除。例如，当z为0.01至0.05时，压电元件可以具有低的居里温度Tc，并且可以增强压电元件的压电特性。
图10是示出相对于退火温度的压电元件的压电常数d33的测量结果的曲线图。例如，图10是示出本发明实施方式23至28的压电元件的压电常数d33的测量结果的图。
参照图10，根据本公开的实施方式27的其中z为0.04的压电元件可以具有约500pC/N的压电常数d33，并且在大约150℃的退火温度下可以具有约400pC/N的高压电常数d33，因此可以看出压电元件具有优异的压电特性。例如，可以看出，在100℃或更低的退火温度下，当z为0.02至0.05时，压电特性增强。
在本公开的实施方案中，可以通过改变Li-Na-K-Nb-Sb(LNKNS)和Ca-Zr(CZ)的组分来改变准同型相温度，因此，可以在室温下在压电元件中发生准同型相。因此，当电场施加到根据本公开的实施方式的压电元件时，可以高效地进行极化并且压电元件可以具有大的压电常数。因此，根据本公开的实施方式的压电元件可以具有优异的压电特性和振动特性。
此外，根据本公开的实施方式，可以通过改变构成压电元件的Li-Na-K-Nb-Sb(LNKNS)和Ca-Zr(CZ)的组分来改变准同型相温度，并且因此，可以在高温下保持准同型相。因此，根据本公开的实施方式的压电元件尽管高温也可以具有大的压电常数，并且尽管高温也可以具有优异的压电特性。
根据本公开的实施方式的压电元件在约150℃的高温下可以具有大的压电常数，因此，在高温下以及在室温下可以具有优异的压电特性。
根据本公开的实施方式的、在高温以及室温下具有优异压电特性的压电元件可以包括由式1表示的化合物并且可以包括CuO。
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
在式1中，x、y和z可以分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
可以调节式1的x、y和z的范围，使得根据本公开的实施方式的压电元件在室温和高温下具有准同型相界(MPB)。
根据本公开的实施方式的压电元件可以不含有Pb，因此可以是生态友好的，可以基于准同型相而具有大约500pC/N的高压电常数，并且可以在大约150℃的高温下保持高压电常数。因此，可以提供具有确保的压电特性的压电元件。
根据本公开的实施方式，CaZrO3和LizNa0.5-zK0.5Nb1-ySbyO3可以形成固溶体(solidsolution)。也就是说，可以将CaZrO3施加至LizNa0.5-zK0.5Nb1-ySbyO3。随着施加到LizNa0.5- zK0.5Nb1-ySbyO3的CaZrO3的量，根据本公开的实施方式的压电元件的居里温度Tc可以降低，并且斜方体结构和四方体结构的准同型相温度TO-T可以移动至靠近室温。因此，压电元件的压电常数d33和机电耦合系数的值可以增加。
当CaZrO3的含量增加到一定范围以上时，压电元件的电容率迅速降低，斜方体结构和四方体结构的准同型相区域被去除，并且在室温下在立方体结构中进行相变。因此，压电特性降低。当CaZrO3的含量过量时，可以降低压电元件的压电特性。
因此，根据本公开的实施方式，表示CaZrO3的含量的x可以具有0.001≤x≤0.2的范围。
为了实现PPB，x可以具有0.001≤x≤0.15的范围。例如，x可以具有0.001≤x≤0.1的范围。另选地，x可以为0.001≤x≤0.03。
在式1中，“y”表示用Sb替代Nb的程度。根据本公开的实施方式，Nb可以不被Sb替代(y＝0)。
当用Sb替代一部分Nb并且Sb施加到Nb的位置时，居里温度Tc迅速降低并且斜方体结构和四方体结构的准同型相温度TO-T降低。然而，准同型相温度TO-T相对慢地降低。当Sb的施加量增加时，四方体结构的区域逐渐变窄，并且当Sb的施加量达到阈值时，四方体结构的区域完全被去除。此外，当Sb的含量高于Nb的含量时，压电元件的压电特性降低。
因此，根据本公开的实施方式，y可以具有0≤y≤0.5的范围。为了平滑地形成准同型相区域，y可以具有0≤y≤0.3的范围。例如，y可以具有0≤y≤0.2的范围。
例如，当0≤y≤0.02时，根据本公开的实施方式的压电元件可以具有斜方体结构，并且当0.02<y≤0.06时，压电元件可具有斜方体结构和四方体结构的准同型相结构(斜方体-四方体PPB)。当0.06＜y＜0.08时，压电元件可以具有斜方体结构、四方体结构和伪立方体结构的准同型相结构(斜方体-四方体-伪立方体PPB)。当0.08≤y＜0.095时，压电元件可以具有斜方体结构和伪立方体结构的准同型相结构(斜方体-伪立方体PPB)。当y≥0.095时，压电元件可以具有伪立方体结构。因此，根据本公开的实施方式，y可以具有例如0.02≤y＜0.095的范围。此外，y可以为0.07≤y≤0.2，更详细地，可以为0.07≤y≤0.11。
在式1中，“z”表示用Li替代Na的程度。根据本公开的实施方式，Na可以不被Li替代(z＝0)。
根据本公开的实施方式，即使当式1的y大于0.1时，通过调节用Na替代的Li的含量，压电元件也可以具有准同型相结构。例如，当y大于0.1时，压电元件可以具有伪立方体结构，但是当用Na替代的Li的含量增加时，可以再次形成四方体而不是伪立方体结构，因此，居里温度Tc可以增加。
当用Na替代的Li的含量过度增加时，可以降低压电元件的压电特性。
根据本公开的实施方式，z可以具有0≤z≤0.2的范围。为了平滑地形成准同型相区域，z可以具有0≤z≤0.15的范围。更详细地，z可以具有0≤z≤0.1的范围。
根据本公开的实施方式，在其中y为0.11的压电元件中，当用Li替代Na并且因此z为0.02至0.03时，可以在压电元件中形成斜方体结构和伪立方体结构的斜方体-伪立方体PPB结构。当z为0.04时，可以在压电元件中形成斜方体结构、四方体结构和伪立方体结构的斜方体-四方体-伪立方体PPB结构。此外，当z为0.05时，可以在压电元件中形成斜方体结构和四方体结构的斜方体-四方体PPB结构。因此，z可以具有0.02≤z≤0.05的范围。更详细地，z可以具有0.01≤z≤0.05的范围。
根据本公开的实施方式，CuO可以充当用于降低压电元件的烧结温度的低温烧结剂。例如，在基于式1的烧结形成压电元件的情况下，通过铜(Cu)和Nb之间的反应形成液相，并且液相可以使得压电元件能够被平滑地烧结。
例如，当在高温下烧结压电元件时，Na和K在高温下可以挥发成Na2O和K2O。当CuO添加至压电元件时，压电元件的烧结温度降低，因此，Na和K的挥发量大大减少。因此，容易调节压电元件中的Na和K的含量，因此，容易制造具有期望组分的压电元件。此外，可以通过添加CuO来降低烧结温度，并且由于此，可以降低工艺温度，从而导致工艺成本的降低。
当相对于100重量份的压电元件，CuO的含量大于10重量份时，由于过量的CuO，可能降低压电元件的压电特性。
因此，根据本公开的实施方式，相对于100重量份的式1，CuO的含量可以等于或小于10重量份。例如，CuO的含量可以为相对于100重量份的压电元件大于0重量份且等于或小于10重量份。
为了确保更好的压电特性，相对于100重量份的式1，CuO的含量可以等于或小于5重量份。例如，相对于100重量份的压电元件，CuO的含量可以大于0重量份且等于或小于5重量份。
图11是根据本公开的另一实施方式的压电装置100的截面图。
根据本公开的另一实施方式的压电装置100可以包括第一电极110、在第一电极110上的压电元件层120、和在压电元件层120上的第二电极130。
第一电极110和第二电极130可以彼此间隔开设置，并且压电元件层120在它们之间并且它们的至少一部分可以交叠。第一电极110和第二电极130可以包括具有低电阻和优异散热特性的金属材料。本公开的另一实施方式不限于此，并且第一电极110和第二电极130可以包括透明导电氧化物或导电聚合物。例如，第一电极110和第二电极130可以包括以下中的至少一种或更多种：包括银(Ag)、镁(Mg)、铝(Al)、铜(Cu)、铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、镍(Ni)、Nd、铱(Ir)和铬(Cr)的金属；包括ITO(InSnO)、IZO(InZnO)、IZTO(InZnSnO)、ZnO和In2O3的透明导电氧化物；以及包括聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩的导电聚合物。
压电元件层120可以包括压电元件。压电元件层120可以包括压电元件。压电元件可以基于电场而产生振动。例如，当通过外力向压电元件的晶体结构施加压力或扭曲时，基于正(+)离子和负离子(-)的相对位置变化由于介电极化在压电元件中可以出现电势差。另一方面，当向压电元件施加电场时，可以产生振动。
根据本公开的另一实施方式，压电元件可以包括由式1表示的化合物和CuO。
[式1]
(1-x)LizNa0.5-zK0.5Nb1-ySbyO3·xCaZrO3
在式1中，x、y和z可以分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
此后，为了避免重复描述，可以省略压电元件的描述。
图12是根据本公开的另一实施方式的压电装置200的截面图。
根据本公开的另一实施方式的压电装置200可以包括第一电极110、在第一电极110上的压电元件层120、和在压电元件层120上的第二电极130。
参照图12，第一电极110和/或第二电极130可以各自延伸到除了与压电元件层120交叠的区域之外的区域。第一电极110和第二电极130中每个的延伸到除了与压电元件层120交叠的区域以外的区域的部分可以是连接到外部端子的焊盘。
本公开的另一实施方式不限于此。例如，第一电极110和第二电极130可以具有不同的形状。第一电极110和第二电极130可以各自具有层叠为多层的结构，并且多个压电元件层120可以设置在第一电极110和第二电极130之间。
本公开的另一实施方式可以提供包括压电装置100的振动模块300。
图13是根据本公开的另一实施方式的振动模块300的立体图，并且图14是沿着图13的线I-I′截取的截面图。
根据本公开的另一实施方式的振动模块300可以包括压电装置100和在压电装置100上的振动构件320。压电装置100可以包括第一电极110、在第一电极110上的压电元件层120、和在压电元件层120上第二电极130，并且振动构件320可以设置在第二电极130上。
参照图14，第一电极110可以设置在基板310上。压电元件层120可以设置在第一电极110上。第二电极130可以设置在压电元件层120上。振动构件320可以设置在第二电极130上。然而，本公开的实施方式不限于此，并且包括图11的压电装置100的振动模块可以设置在基板310上。
压电元件层120可以包括压电元件，并且压电元件可以包括由式1表示的化合物和CuO。
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
在式1中，x、y和z可以分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
基板310可以支撑压电装置100。可以在基板310的与压电装置100交叠的部分处形成空的空间。基板310可以支撑压电装置100的边缘或周边。基于基板310中形成的空间，可以平滑地产生压电装置100的振动，并且可以增强压电装置100的声音产生效率。
振动构件320可以覆盖并围绕压电装置100的侧表面和顶表面。然而，本公开的实施方式不限于此，并且振动构件320可以设置在压电装置100上。
由压电装置100基于施加到其上的各电压或电场产生的振动可以被传递到围绕压电装置100的振动构件320，以使振动构件320振动。振动构件320可以振动以将振动构件320的上部分和下部分的空气推出，从而产生声音。
根据本公开的另一实施方式的振动模块300可以产生声音，从而可以用作扬声器或接收器。
本公开的另一实施方式可以提供包括压电装置100的显示设备400。
图15是根据本公开的另一实施方式的显示设备400的立体图，而图16A是沿着图15的线II-II′截取的截面图。
根据本公开的另一实施方式的显示设备400可以包括显示面板410和设置在显示面板410中的压电装置100。
压电装置100可以包括第一电极110、在第一电极110上的压电元件层120、以及在压电元件层120上的第二电极130。
压电元件层120可以包括基于施加到其上的电场而产生振动的压电元件。压电元件可以包括由式1表示的化合物和CuO。
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
在式1中，x、y和z可以分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
显示面板410可以包括显示画面或图像的显示表面410a和与显示表面410a相对的后表面410b。压电装置100可以设置在显示面板410的后表面410b上。压电装置100可以设置在显示面板410的一部分处，但是不限于此。例如，压电装置100可以设置成与显示面板410具有相同的尺寸，或者可以设置成具有小于显示面板410的尺寸的尺寸。
根据本公开的另一实施方式，压电装置100可以使显示面板410振动以产生声音。例如，压电装置100可以使显示面板410振动以产生在相对于显示面板410的前向方向的声音。显示面板410可以用作振动板，并且因此可以基于压电装置100的振动而振动以产生声音。因此，可以在相对于显示设备的前向方向上产生声音，从而增强显示设备的用户或观看者的沉浸体验。
根据本公开的另一实施方式，显示面板410的形状或尺寸不受限制。根据本公开的另一实施方式的显示面板410可以使用用于基于压电装置100的振动来产生声音的所有类型的显示面板。显示面板410可以包括例如液晶显示面板、有机发光二极管(OLED)显示面板和电致发光显示面板。作为另一示例，显示面板410可以包括量子点发光显示面板、微发光二极管显示面板和曲面显示面板。
可以使用用于将压电装置100附接或安装在显示面板410上的单独构件。参照图16A，压电装置100可以通过粘结构件430附接到显示面板410上。粘结构件430可以包括例如粘结剂或粘结片。
图16B是根据本公开的另一实施方式的显示设备的截面图。参照图16B，振动板420可以设置在显示面板410上，并且压电装置100可以附接或安装在振动板420上。振动板420的尺寸可以与显示面板410的尺寸相同，但不限于此。例如，振动板420的尺寸可以小于显示面板410的尺寸。压电装置100可以设置在显示面板410的一部分处，但不限于此。例如，压电装置100可以设置为具有与显示面板410相同的尺寸，或者可以设置为具有小于显示面板410的尺寸的尺寸。
图17是根据本公开的另一实施方式的显示设备500的截面图。
图17的显示设备500可以包括显示面板410、粘结构件430和压电装置100。
显示面板410可以包括诸如液晶显示面板、有机发光显示面板、量子点发光显示面板、微发光二极管显示面板和电泳显示面板之类的所有类型的显示面板或曲面显示面板。由压电装置100振动以产生声波(或声音)或响应于触摸而产生触觉反馈的任何显示面板可以用作根据本公开的另一实施方式的显示面板410。
显示面板410可以包括薄膜晶体管(TFT)阵列基板、设置在TFT阵列基板上的发光器件层以及覆盖发光器件层的封装层，该薄膜晶体管阵列基板包括由多条选通线和多条数据线限定的多个像素以及设置在多个像素中以驱动多个像素的多个TFT。封装层可以保护TFT和发光器件层免受外部冲击，并且可以防止水渗入发光器件层中。
显示面板410可以包括基于多个像素中的每个像素的驱动来显示图像的显示区域以及围绕显示区域的非显示区域。
显示面板410可以包括弯曲部分，该弯曲部分被弯曲或曲面化以具有曲面形状或特定曲率半径。
根据本公开的另一实施方式的显示设备还可以包括设置在显示面板410上的功能膜450。
功能膜450可以设置在显示面板410的前表面上。功能膜450可以通过膜粘结构件附接在显示面板410的前表面上。例如，膜粘结构件可以包括压敏粘结剂(PSA)、光学透明粘结剂(OCA)或光学透明树脂(OCR)。
功能膜450可以包括用于防止外部光的反射的抗反射层(或抗反射膜)、用于主要防止水(或湿气)或氧气渗入的阻挡层(或阻挡膜)、以及用于控制光的路径(或视角)的光路控制层(或光路控制膜)中的至少一种。
根据本公开的另一实施方式的显示设备500还可以包括用于感测施加到显示面板410的用户触摸的触摸面板(或触摸电极层)。例如，触摸面板可以设置为交叠显示区域，并且可以感测施加至显示面板410的用户触摸。例如，触摸面板可以设置在显示面板410中，或者可以设置在显示面板410和功能膜450之间。触摸面板可以包括用于基于用户触摸来感测电容变化的多个触摸电极。
压电装置100可以设置在显示面板410的后表面(或背侧表面)上，并且可以使显示面板410振动。压电装置100可以被实现为具有基于压电特性的各种固有振动数(或固有频率)并且具有相对高柔性的薄膜型。压电装置100可以具有比显示面板410的厚度薄的厚度。压电装置100可以称为使用显示面板410作为振动板的声音产生模块、声音产生装置、振动模块、致动器、压电复合致动器、扬声器、压电扬声器或压电复合扬声器，但是术语不限于此。
压电装置100可以基于电信号而振动以使显示面板410以各种频率振动。例如，压电装置100可以基于与由显示面板410显示的图像同步的语音信号来振动，以使显示面板410振动，并且可以基于显示面板410的振动由显示面板410产生声音。此外，压电装置100可以基于与施加到设置在显示面板410中的触摸面板的用户触摸同步的触觉反馈信号(或触控反馈信号)而振动，以使显示面板410振动。因此，显示面板410可以基于压电装置100的振动而振动，以向用户(或观看者)提供声音和触觉反馈中的至少一种。
根据本公开的另一实施方式，压电装置100可以具有与显示面板410的显示区域相对应的尺寸。例如，压电装置100可以与显示面板410的显示区域具有相似的尺寸。例如，压电装置100的尺寸可以是显示面板410的显示区域的尺寸的0.9倍至1.1倍，但不限于此。例如，由于压电装置100与显示面板410的显示区域具有相同或相似的尺寸，因此压电装置100可以覆盖显示面板410的大部分区域，并且由压电装置100产生的振动可以使显示面板410的整个部分振动，从而增加声音的本地感并提高用户或观看者的满意度。此外，显示面板410和压电装置100之间的接触面积可以增加，因此，显示面板410的振动区域可以增加，从而改善基于显示面板410的振动而产生的低音调声音频带的声音。高音调声音频带可以是3kHz或更高，中音调声音频带可以是200Hz至3kHz，而低音调声音频带可以是200Hz或更低。然而，本公开的实施方式不限于此。
根据本公开的另一实施方式的压电装置100可以通过粘结构件430附接在显示面板410的后表面或背表面上。
根据本公开的另一个实施方式，粘结构件430可以设置在显示面板410的后表面和压电装置100之间。粘结构件430可以包括在显示面板410的后表面和压电装置100之间具有良好粘结力的包括粘结层的粘结剂或双面胶带。例如，粘结构件430的粘结层可以包括环氧树脂、丙烯酸、硅或聚氨酯，但不限于此。粘结构件430的粘结层可以进一步包括诸如增粘剂、蜡成分或抗氧化剂之类的添加剂，并且添加剂可以防止粘结构件430由于压电装置100的振动而从显示面板410分离(剥离)。
根据本公开的另一实施方式，粘结构件430还可以包括设置在显示面板410和压电装置100之间的中空部分。粘结构件430的中空部分可以在显示面板410和压电装置100之间形成气隙。气隙可以允许基于压电装置100的振动的声波(或声压)集中在显示面板410上，而不会被粘结构件430分散，因此，可以最小化或减小由粘结构件430引起的振动的损失，从而增加基于显示面板410的振动产生的声音的声压特性。
根据本公开的另一实施方式的显示设备500还可以包括支撑显示面板410的后结构510。例如，后结构510可以设置在显示面板410的后表面上。
后结构510可以称为另一个术语，诸如后盖、盖底、板底、背盖、底架、金属框架、金属机架、底架或m-机架，但不限于此。因此，后结构510可以是支撑显示面板410的支撑体，并且可以被实现为设置在显示面板410的后表面上的任何类型的框架或板结构。
参照图17，后结构510可以包括第一后盖511和第二后盖515。
第一后盖511可以是覆盖显示面板410的整个后表面的板状构件。第一后盖511可以与显示面板410的最后表面间隔开间隙空间GS。例如，间隙空间GS可以称为气隙、振动空间或音箱，但是术语不限于此。
第二后盖515可以是设置在第一后盖511的后表面上以覆盖第一后盖511的整个后表面的板状构件。
根据本公开的另一实施方式，第一后盖511可以通过联接构件或连接构件513联接或连接到第二后盖515。例如，联接构件513可以包括粘结树脂、双面胶带或双面泡沫垫，并且可以具有弹性以用于吸收冲击。参照图17，联接构件513可以设置在第一后盖511和第二后盖515之间的整个区域中。作为另一示例，联接构件513可以形成为在第一后盖511和第二后盖515之间具有气隙的网状结构。
根据本公开的另一实施方式的显示设备500可以进一步包括中间框架520。
中间框架520可以支撑显示面板410和后结构510中的每个的边缘或周边，并且可以围绕显示面板410和后结构510中的每个的侧表面。此外，中间框架520的一部分可以设置在显示面板410的后边缘或后周边与后结构510的前边缘或前周边之间。中间框架520可以在显示面板410和后结构510之间提供间隙空间(GS)。中间框架520可以被称为中间机壳、中间盖或中间机架，但是术语不限于此。
参照图17，中间框架520可以包括支撑部分521和侧壁部分523。
支撑部分521可以设置在显示面板410的后边缘或后周边与后结构510的前边缘或前周边之间，并且可以在显示面板410和后结构510之间提供间隙空间GS。支撑部分521的前表面可以通过第一粘结构件531联接或连接到显示面板410的后边缘或后周边，并且支撑部分521的后表面可以通过第二粘结构件533联接或连接到后结构510的前边缘或前周边。例如，支撑部分521可以具有具有四边形形状的单框架结构，或者可以具有多个分隔杆形状。
侧壁部分523可以平行于显示设备的厚度方向Z地垂直地联接或连接到支撑部分521的外表面。侧壁部分523可以围绕显示面板410的外表面和后结构510的外表面的全部，并且因此可以保护显示面板410和后结构510中的每个的外表面。
支撑部分521和侧壁部分523可以彼此联接或连接以形成单个主体，因此，根据本公开的另一实施方式的中间框架520可以具有呈┣形或凸形截面结构的框架结构。
根据本公开的另一实施方式的显示设备500可以包括面板联接构件或面板连接构件来代替中间框架520。面板联接构件可以设置在显示面板410的后边缘或后周边与后结构510的前边缘或前周边之间，因此可以在显示面板410和后结构510之间提供间隙空间GS。面板联接构件可以设置在显示面板410的后边缘或后周边与后结构510的边缘或周边之间，并且可以将显示面板410附接在后结构510上。例如，面板联接构件可以用双面胶带、单面胶带、或双面粘结泡沫垫实现，但不限于此。
因此，根据本公开的另一实施方式的显示设备500可以在相对于显示面板410的前向方向(FD)上输出基于由设置在显示面板410的后表面上的压电装置100的振动引起的显示面板410的振动而产生的声音，从而增强了正在观看显示面板410所显示的图像的观看者的沉浸体验。此外，即使没有设置单独的触觉驱动装置，作为对施加到显示面板410的用户触摸的回应，根据本公开的另一实施方式的显示设备500可以基于设置在显示面板410的后表面上的压电装置100的振动而使显示面板410振动，以向用户提供触觉反馈。
根据本公开的实施方式的压电元件可以应用于设置在显示设备中的声音产生装置。根据本公开的实施方式的显示设备可以应用于移动设备、视频电话、智能手表、手表电话、可穿戴设备、可折叠设备、可卷曲设备、可弯曲设备、柔性设备、曲面设备、便携式多媒体播放器(PMP)、个人数字助理(PDA)、电子记事本、台式个人计算机(PC)、膝上型PC、上网本计算机、工作站、导航设备、汽车导航设备、汽车显示设备、TV、墙纸显示设备、标牌显示设备、游戏机、笔记本计算机、监视器、相机、便携式摄像机、家用电器等。此外，根据本公开的实施方式的振动模块可以应用于有机发光照明设备或无机发光照明设备。当根据本公开的实施方式的振动模块应用于照明设备时，振动模块可以充当照明器和扬声器。此外，当将根据本公开的实施方式的振动模块应用于移动设备时，振动模块可以用作扬声器或接收器，但不限于此。
以下将描述根据本公开的实施方式的压电元件、压电装置、振动模块和显示设备。
根据本公开的实施方式的压电元件包括由式1表示的化合物：
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中x、y和z分别具有0≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
根据本公开的一些实施方式，x可以为0.001≤x≤0.2。
根据本公开的一些实施方式，x可以为0.001≤x≤0.15。
根据本公开的一些实施方式，x可以为0.001≤x≤0.1。
根据本公开的一些实施方式，x可以为0.001≤x≤0.03。
根据本公开的一些实施方式，y可以为0≤y≤0.3。
根据本公开的一些实施方式，y可以为0≤y≤0.2。
根据本公开的一些实施方式，y可以为0.07≤y≤0.2。
根据本公开的一些实施方式，y可以为0.07≤y≤0.11。
根据本公开的一些实施方式，z可以为0≤z≤0.15。
根据本公开的一些实施方式，z可以为0≤z≤0.1。
根据本公开的一些实施方式，z可以为0.01≤z≤0.05。
根据本公开的一些实施方式，压电元件可以进一步包括氧化铜(CuO)。
根据本公开的一些实施方案，相对于由式1表示的化合物的100重量份，CuO的含量可以等于或小于10重量份。
根据本公开的一些实施方案，相对于由式1表示的化合物的100重量份，CuO的含量可以等于或小于5重量份。
根据本公开的实施方式的压电元件包括由式3表示的化合物的，
[式3]
(1-x)(Na0.5K0.5)(Nb1-ySby)O3)·xCaZrO3
其中，x和y分别具有0.001≤x≤0.2的范围和0≤y≤0.5的范围。
根据本公开的一些实施方式，x可以为0.001≤x≤0.1。
根据本公开的一些实施方式，y可以为0.07≤y≤0.2。
根据本公开的一些实施方式，压电元件可以进一步包括氧化铜(CuO)，相对于由式3表示的化合物的100重量份，CuO的含量可以等于或小于10重量份。
根据本公开的一些实施方式，压电元件可以进一步包括氧化铜(CuO)，并且相对于由式3表示的化合物的100重量份，CuO的含量可以等于或小于5重量份。
根据本公开的实施方式的压电装置包括：第一电极；位于第一电极上的压电元件层；压电元件层包括压电元件；和位于压电元件上的第二电极，其中，压电元件包括由式1表示的化合物，
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
根据本公开的一些实施方式，压电元件可以进一步包括氧化铜(CuO)。
根据本公开的实施方式的振动模块包括第一电极、位于第一电极上的压电元件层、位于压电元件层上的第二电极、以及位于第二电极上的振动构件，其中，压电元件层包括压电元件，并且压电元件包括由式1表示的化合物，
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围和0≤z≤0.2的范围。
根据本公开的一些实施方式，压电元件可以进一步包括氧化铜(CuO)。
根据本公开的实施方式，显示设备包括：被配置为显示图像的显示面板和在显示面板处的压电装置，其中，压电装置包括第一电极、位于第一电极上的压电元件层、以及位于压电元件层上的第二电极，压电元件层包括压电元件，并且压电元件包括由式1表示的化合物，
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围，0≤y≤0.5的范围，和0≤z≤0.2的范围。
根据本公开的一些实施方式，压电元件可以进一步包括氧化铜(CuO)。
根据本公开的一些实施方式，显示面板可以包括被配置为显示图像的显示表面和与显示表面相对的后表面，并且压电装置可以设置在显示面板的后表面上。
根据本公开的一些实施方式，显示设备可以进一步包括在显示面板处的触摸面板，压电装置可以设置在触摸面板的下表面或上表面上。
根据本公开的一些实施方式，触摸面板可以被配置为基于压电装置的振动而振动，并且可以基于触摸面板的振动来产生触觉反馈。
根据本公开的实施方式，压电元件可以不含有Pb，可以具有优良的压电特性，并且尽管高温也可以保持优良的压电特性。
根据本公开的实施方式，通过调节压电元件中包括的金属元素的含量，压电元件的准同型相可以变化，并且通过移动压电元件的准同型相温度，可以在期望的温度下在压电元件中形成准同型相温度。因此，根据本公开的实施方式，可以通过移动斜方体结构、四方体结构和伪立方体结构的MPB在室温下形成准同型相区域，从而提供不含Pb并且具有优异压电特性的压电元件和包括该压电元件的显示设备。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本公开的技术思想或范围的情况下，可以在本公开中进行各种修改和变型。因此，本公开的实施方式可以旨在覆盖本公开的修改和变型，只要它们落入所附权利要求及其等同物的范围内。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月29日提交的韩国专利申请No.10-2019-0063448的优先权，其通过引用合并于此，如同在本文中全部提出一样。

Claims (10)

1.一种压电元件，该压电元件包括由式1表示的化合物，
[式1]
(1-x)(LizNa0.5-zK0.5)(Nb1-ySby)O3·xCaZrO3
其中，x、y和z分别具有0.001≤x≤0.2的范围、0≤y≤0.5的范围、和0≤z≤0.2的范围。
2.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.15。
3.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.1。
4.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述x为0.001≤x≤0.03。
5.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述y为0≤y≤0.3。
6.根据权利要求1所述的压电元件，其中，所述y为0≤y≤0.2。
7.一种压电元件，该压电元件包括由式3表示的化合物，
[式3]
(1-x)(Na0.5K0.5)(Nb1-ySby)O3)·xCaZrO3
其中，x和y分别具有0.001≤x≤0.2的范围和0≤y≤0.5的范围。
8.一种压电装置，该压电装置包括：
第一电极；
压电元件层，所述压电元件层位于所述第一电极上；以及
第二电极，所述第二电极位于所述压电元件层上，
其中，所述压电元件层包括根据权利要求1至7中的任一项所述的压电元件。
9.一种振动模块，该振动模块包括：
第一电极；
压电元件层，所述压电元件层位于所述第一电极上；
第二电极，所述第二电极位于所述压电元件层上；以及
振动构件，所述振动构件位于所述第二电极上，
其中，所述压电元件层包括根据权利要求1至7中的任一项所述的压电元件。
10.一种显示设备，该显示设备包括：
显示面板，所述显示面板被配置为显示图像；以及
压电装置，所述压电装置位于所述显示面板上，
其中：
所述压电装置包括：
第一电极；
压电元件层，所述压电元件层位于所述第一电极上；以及
第二电极，所述第二电极位于所述压电元件层上，并且
所述压电元件层包括根据权利要求1至7中的任一项所述的压电元件。
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