DE69932023T2

DE69932023T2 - Piezoelektrisches Leuchtelement, elektronische Anzeigevorrichtung und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69932023T2
Application number: DE1999632023
Authority: DE
Inventors: c/o Seiko Epson Corporation Hong Suwa-shi Qiu; c/o Seiko Epson Corporation Suwa-shi Sumi Koji; c/o Seiko Epson Corporation Tsutomu Suwa-shi Nishiwaki
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2019-12-11
Also published as: US20010054857A1; US6281617B1; EP1009033A3; EP1009033A2; EP1009033B1; DE69932023D1; JP2000173301A; US6571446B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Leuchtelementes, das für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
Wenn unterschiedliche Energien auf eine Substanz angewendet werden, gehen Elektronen in der Substanz von einem Grundzustand in einen erregten Zustand über und kehren anschließend in den Grundzustand zurück, wobei die Substanz dabei bisweilen Licht abstrahlt. Dies wird allgemein als Lumineszenz-Phänomen bezeichnet. Es hat sich bestätigt, das bestimmte Substanzen ein Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweisen, bei dem sie Licht bei Ausübung von Reibung oder Druck abstrahlen.
Beispielsweise beschreibt eine Abhandlung von R. Nowak et al. mit dem Titel "Efficient Triboluminescence in N-isopropylcarbazole" (Chemical Physics Letters, Vol. 94, No. 3, 21/01/1983), dass, wenn Druck auf Kristalle von N-Isopropylcarbazol ausgeübt wird, die Kristalle blaues Licht der Wellenlängen von 400 nm bis 500 nm abstrahlen. Darüber hinaus beschreiben eine Abhandlung von A.L. Smiel mit dem Titel "Triboluminescence of Silica Core Optical Fibers" (Appl. Phys. Lett. 40(2), 15/01/1982) und eine Abhandlung mit dem Titel "Broadband Triboluminescence in Silica Core Fiber Optic Waveguides (Appl. Phys. Lett. 41(4), 15/08/1982), dass amorphes Glas aus SiO₂ blaues, rotes oder weißes Licht abstrahlt. Zudem beschreibt eine Abhandlung von Takada et al. mit dem Titel "Transient Behavior of Mechanoluminescence from Eurpoium Complex in Powder and in Polymer-Dispersed Film" (UPS-8, 1997), dass eine Substanz mit dem Namen Eu(TTA)₃ rotes Licht abstrahlt. Weiterhin beschreiben eine Abhandlung von J.I. Zink mit dem Titel "Accounts of Chemical Research" (Vol. 11, No. 8, 08/1978, p.p. 289-295) und eine Abhandlung von Linda M. Sweeting et al. mit dem Titel "Crystal Structure and Triboluminescence 2. 9-Anthracenecarboxylic Acid and Its Esters" (Chem. Mater. Vol. 9, No. 5, 1997, p.p. 1103-1115) eine Substanz, die ein Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweist.
Wenngleich Forschungen an diesem Tribo-Lumineszenz-Phänomen durchgeführt wurden, wurde die Vermarktung eines derartigen Phänomens nicht realisiert.
Aus US 3.828.168 ist eine Vorrichtung zur Intensivierung der Abstrahlung von Bildern bekannt. Sie enthält eine Phosphorschicht und eine piezoelektrische Schicht, die zwischen Elektroden angebracht sind. Als Phosphor kann ein beliebiges der bekannten Phosphore verwendet werden, die Strahlungsenergie abgeben, wenn sie etwa durch Aufwendung von Energie durch Reibung, Elektronenbeschuss oder das Anlegen eines elektrischen Feldes angeregt werden.
JP60118000 beschreibt ein lichtabstrahlendes piezoelektrisches Element, das eine Hinterseiten-Elektrode, eine piezoelektrische Schicht, eine fluoreszierende Schicht und eine Elektrode enthält, die allesamt von einem transparenten und dampfdichten Film umschlossen sind.
Übersicht über die Erfindung
Durch Nutzung der Erfahrungen des Erfinders mit einem piezoelektrischen Element, dessen Vermarktung durch jahrelange Studien gefördert wurde, hat der Erfinder dieser Anmeldung einen speziellen Aufbau, um ein Leuchtelement und eine Anzeigevorrichtung zu realisieren, die dieses Tribo-Lumineszenz-Phänomen nutzen, sowie ein Verfahren zum Herstellen das Leuchtelementes und der Anzeigevorrichtung realisiert.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein piezoelektrisches Leuchtelement anzugeben, bei dem ein Tribo-lumineszenz-Phänomen Anwendung findet, und es bei neuen Anwendungen einzusetzen.
Dieses Ziel wird durch die Verwendung eines piezoelektrischen Leuchtelementes nach Anspruch 1 erreicht.
Diese Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines piezoelektrischen Leuchtelementes, enthaltend:
eine Druck-Leuchtschicht, die bei der Ausübung von Druck Licht abstrahlt; und
ein piezoelektrisches Element, das einen piezoelektrischen Film umfasst,
zwischen Elektrodenfilmen aufgenommen und derart angeordnet ist, dass es Druck auf die Druck-Leuchtschicht ausüben kann.
Die Druck-Leuchtschicht wird aus einem beliebigen lumineszenten Material ausgebildet, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus N-Isopropylcarbazol, Sliziumoxidglas und Eu(TTA)₃ besteht.
Darüber hinaus können die Druck-Leuchtschicht und das piezoelektrische Element zwischen Substraten derart gehalten sein, dass sich der Abstand zwischen diesen Substraten nicht ändert. Es ist wünschenswert, dass von den Substraten, das Substrat, das in Kontakt mit der Seite der Druck-Leuchtschicht angeordnet ist, wo sich das piezoelektrische Element nicht befindet, in der Lage ist, Licht abzustrahlen.
Eine Anzeigevorrichtung kann das piezoelektrische Leuchtelement enthalten, wobei die Anzeigevorrichtung über eine piezoelektrische Leuchteinheit verfügt, die aus wenigstens dem piezoelektrischen Film, einer der Elektroden und der Druck-Leuchtschicht besteht und zwischen dem Substrat in einer Weise gehalten ist, dass sie unabhängig in Übereinstimmung mit einem Bildelementbereich aktiviert werden kann.
Darüber hinaus kann diese Anzeigevorrichtung eine fluoreszierende Umwandlungsschicht haben, die die Wellenlänge der Druck-Leuchtschicht in Übereinstimmung mit der piezoelektrischen Leuchteinheit umwandelt und auf dem Substrat in Kontakt mit der lichtabstrahlenden Seite der Druck-Leuchtschicht angeordnet ist.
Weiterhin kann die Anzeigevorrichtung ein Farbfilter enthalten, das eine spezielle Wellenlänge in Übereinstimmung mit der piezoelektrischen Leuchteinheit überträgt und auf dem Substrat in Kontakt mit der lichtabstrahlenden Seite der Druck-Leuchtschicht angeordnet ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Leuchtelementes enthält folgende Schritte:
Ausbilden einer unteren Elektrode auf einem Substrat;
Ausbilden eines piezoelektrischen Films auf der unteren Elektrode;
Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektrischen Film;
Ausbilden einer Druck-Leuchtschicht zum Abstrahlen von Licht bei Ausüben von Druck auf die obere Elektrode; und
Anbringen eines Substrates an der Druck-Leuchtschicht.
Beispielsweise enthält der Schritt des Ausbildens der Druck-Leuchtschicht folgende Schritte:
Aufbringen einer Mischung aus einem Kunstharz und aus N-Isopropylcarbazolpulver auf die obere Elektrode; und
Trockenen des aufgebrachten, gemischten Kunstharzes bei einer konstanten Temperatur.
Zudem enthält beispielsweise der Schritt des Ausbildens der Druck-Leuchtschicht folgende Schritte:
Ausbilden eines amorphen Siliziumfilms auf der oberen Elektrode; und
Ausbilden eines Siliziumoxidglasfilms durch Wärmebehandlung des Siliziumfilms in einer Sauerstoffatmosphäre.
Darüber hinaus enthält der Schritt des Ausbildens der Druck-Leuchtschicht folgende Schritte:
Erzeugen einer Methylenchloridlösung durch Mischen von Polycarbonat und einer Europium-Verbindung;
Aufbringen der Lösung auf die obere Elektrode; und Trocknen der aufgebrachten Lösung.
Weiterhin enthält der Schritt des Ausbildens des piezoelektrischen Films folgende Schritte.
Aufbringen, Trocknen und thermisches Zersetzen eines piezoelektrischen keramischen Präkursors; und
Kristallisieren des piezoelektrischen keramischen Präkursors.
Beim Schritt des Kristallisierens des piezoelektrischen keramischen Präkursors wird die Kristallisation durch Laserbestrahlung, hydrothermische Behandlung in einer Alkalilösung einer festen Konzentration oder eine thermische Behandlung bei hoher Temperatur bewirkt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung umfasst folgende Schritte:
Ausbilden einer unteren Elektrode auf einem Substrat;
Ausbilden eines piezoelektrischen Films auf der unteren Elektrode;
Ausbilden einer oberen Elektrode auf dem piezoelektrischen Film;
Ausbilden einer Druck-Leuchtschicht zum Abstrahlen von Licht bei der Ausübung von Druck auf die obere Elektrode;
Ätzen des piezoelektrischen Films, der oberen Elektrode und der Druck-Leuchtschicht in einem Muster entsprechend einem Bildelementbereich; und
Anbringen eines Substrates an der geätzten Druck-Leuchtschicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht des Schichtaufbaus des piezoelektrischen Leuchtelementes, das bei dieser Erfindung Verwendung findet.
2 zeigt Schnittansichten, die die Schritte zur Herstellung des piezoelektrischen Leuchtelementes veranschaulichen.
3 ist eine Schnittansicht des Schichtaufbaus eines weiteren piezoelektrischen Leuchtelementes, das bei dieser Erfindung Verwendung findet.
4 zeigt Schnittansichten, die die Schritte zur Herstellung des zweiten piezoelektrischen Leuchtelementes veranschaulichen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Beispiel 1, das nicht der Erfindung entspricht, bezieht sich auf einen grundlegenden Aufbau eines Leuchtelementes, bei dem ein Tribo-Lumineszenz-Phänomen Verwendung findet, und auf ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Leuchtelementes. 1 ist eine Schnittansicht des piezoelektrischen Leuchtelementes, das bei dieser Erfindung verwendet wird. Weiße Pfeile in der Zeichnung kennzeichnen die Richtungen, in die Licht abgestrahlt wird.
Wie es in 1 dargestellt ist, enthält ein piezoelektrisches Leuchtelement 1, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ein Substrat 10, einen Elektrodenfilm 11, einen piezoelektrischen Film 12, einen Elektrodenfilm 13, eine Druck-Leuchtschicht 14 und ein transparentes Substrat 15.
Die Substrate 10 und 15 bestehen aus Materialien, die einen bestimmten Grad mechanischer Festigkeit haben, wie etwa Silizium, unterschiedliche Arten anorganischer Oxide (Glass, Quartz, Magnesiumoxid, Zinkoxid) und Kunstharz. Das Substrat 15, das auf der Seite angeordnet ist, auf der das Licht von der Druck-Leuchtschicht 14 übertragen werden soll, muss in der Lage sein, Licht zu übertragen. Die Dicke der Substrate kann in geeigneter Weise gemäß den Spezifikationen eines relevanten Produktes eingestellt werden.
Die Elektrodenfilme 11 und 13 sind die Elektroden, die eine Spannung an den piezoelektrischen Film 12 anlegen sollen. Sie bestehen aus leitfähigen Materialien, wie etwa Platin (Pt), Iridium (Ir), ITO (In₂O₃ + 5% SnO₂), SnO₂, In₂O₃ oder ZnO. Jeder Elektrodenfilm wird in einer Dicke von beispielsweise etwa 200 nm ausgebildet.
Der piezoelektrische Film 12 besteht aus Kristallen einer herkömmlichen piezoelektrischen Keramik. Beispiele bevorzugter Materialien sind ferroelektrische piezoelektrische Materialien, wie etwa Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), und derartige andere Materialien, die man erhält, indem Metalloxid, wie etwa Niobiumoxid, Nickeloxid oder Magnesiumoxid den oben erwähnten ferroelektrischen keramischen Materialien hinzugefügt wird. Die Zusammensetzung des piezoelektrischen Films 12 wird in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der Eigenschaften, der Verwendung und anderer Faktoren des piezoelektrischen Elementes gewählt. Insbesondere können Blei-Titanat (PbTiO₃), Blei-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr, Ti)O₃), Blei-Zirkonat (PbZrO₃), Blei-Lanthan-Titanat ((Pb, La)TiO₃), Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat ((Pb, La) (Zr, Ti)O₃) oder Blei-Magnesium-Neobat-Zirkonat-Titanat (Pb(Zr, Ti) (Mg, Nb)O₃) verwendet werden. Die Dicke des piezoelektrischen Films wird in einem Maß eingestellt, die es der Druck-Leuchtschicht gestattet, ausreichendes Licht durch Verschiebungen abzustrahlen, die durch Anlegen eines elektrischen Feldes verursacht werden.
Die Druck-Leuchtschicht 14 besteht aus Materialien, die das Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweisen, wobei das Ausüben von Druck die Abstrahlung von Licht bewirkt. Wenn beispielsweise N-Isopropylcarbazol verwendet wird, ist es möglich, starkes blaues Licht (mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 500 nm) zu erzeugen. Wenn Siliziumoxidglas (SiO_x: 0 < x ≤ 2) verwendet wird, ist es möglich, blaues Licht (mit einer Wellenlänge von 430 nm), rotes Licht (mit einer Wellenlänge von 630 nm) oder weißes Licht (mit einer Wellenlänge von 380 nm bis 900 nm) in Übereinstimmung mit Änderungen des Zustandes der Bindung zwischen Si-Atomen und O-Atomen gemäß den Zuständen der Filmausbildung zu erzeugen. Wenn Eu(TTA)₃ verwendet wird, besteht die Möglichkeit, rotes Licht (mit einer Wellenlänge von 610 nm) zu erzeugen. Wenn Phenathren verwendet wird, kann man blaues Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 440 nm erhalten. Findet Cumarin Verwendung, erhält man Licht mit Wellenlängen von 390 nm bis 450 nm. Wenn M-Aminophenol verwendet wird, können UV-Strahlen mit Wellenlängen von etwa 340 nm abgestrahlt werden, wobei es dadurch möglich ist, diese Erfindung für die Abstrahlung von anderem Licht als sichtbarem Licht zu verwenden. Wird Phthalanhydrid verwendet, kann man Licht mit Wellenlängen von 360 nm bis 420 nm erzeugen. Wird (CH₃P)₂C verwendet, kann man Licht mit Wellenlängen von 480 nm bis 560 nm erhalten. Es hat sich bestätigt, dass andere Materialien, wie etwa Dibromobis (Triphenylphosphine) Mangan, Uranyl-Oxalat-Hexahydrat und 9-Anthracencarboxylsäure und deren Ester ebenfalls das Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweisen und daher als Druck-Leuchtschicht verwendet werden können.
(Aktion)
Beim oben beschriebenen Aufbau erzeugt das Anlegen einer bestimmten Spannung zwischen den Elektroden 11 und 13 ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden, wodurch bewirkt wird, dass die Kristalle des piezoelektrischen Films 12 eine elektromechanische Wandlungsaktion aufweisen und sich verformen. Spannungen, die durch diese Verformung hervorgerufen werden, wirken in Oberflächenrichtung des piezoelektrischen Films. Da jedoch der Abstand zwischen den Substraten 10 und 15 als ein Abstand d eingestellt ist und sich nicht ändert, verformt die Verschiebung des piezoelektrischen Films direkt die Druck-Leuchtschicht 14. Die Verformung erzeugt ein starkes elektrisches Feld auf dem Oberflächenabschnitt der Druck-Leuchtschicht 14. Dieses elektrische Feld aktiviert N₂, das in der Nähe der Oberfläche vorhanden ist, wobei dort Licht abgestrahlt wird. Darüber hinaus aktiviert dieses Licht das Leuchtschichtmaterial, wobei andere Abschnitte der Druckleuchtschicht 14 ebenfalls Licht abstrahlen.
Weiterhin regt das Ausüben von Druck auf die Druck-Leuchtschicht Elektronen in der Druckschicht an, wobei die Druck-Leuchtschicht dadurch Licht abstrahlt, wenn der Energiepegel des Elektrons in den Grundzustand zurückkehrt. Dieses Licht wird durch das transparente Substrat 15 übertragen und anschließend nach außen abgestrahlt. Bei den oben erwähnten Druckschriften wird darauf hingewiesen, dass Verunreinigungen und Defekte, die in den Tribo-Lumineszenz-Materialien enthalten sind, oder Seltenerdelemente, die den Tribo-Lumineszenz-Materialien hinzugefügt sind, die Lichtabstrahleigenschaften bestimmen. Demzufolge besteht die Möglichkeit, die Farbe des abgestrahlten Lichtes einzustellen, indem derartige Bedingungen eingestellt werden.
(Herstellungsverfahren)
Ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Elementes, das bei dieser Erfindung verwendet wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die Schnittansichten zeigt, die die Herstellungsschritte veranschaulichen.
Schritt zur Ausbildung des piezoelektrischen Elementes (2(a) bis 2(c)
Der Schritt des Ausbildens des piezoelektrischen Elementes ist der Schritt des Ausbildens eines piezoelektrischen Elementes auf der Oberfläche eines Substrates 10, wobei das piezoelektrische Element aus einem piezoelektrischen Film 12 besteht, der zwischen den Elektrodenfilmen 11 und 13 gehalten ist.
Zunächst wird der Elektrodenfilm 11 auf dem Substrat 10 ausgebildet (2(a)). Beispielmaterialien des Elektrodenfilms sind Platin (Pt), Iridium (Ir), ITO (In₂O₂ + 5% SnO₂), SnO₂, In₂O₃ und ZnO. Was das Verfahren zum Ausbilden des Elektrodenfilms angeht, so wird ein normales Verfahren zum Ausbilden eines leitfähigen Metallfilms angewendet. Wenn beispielsweise Pt als Elektrodenfilm verwendet wird, wird beispielsweise das Sputterverfahren oder ein Elektrodenstrahl-Bedampfungsverfahren angewendet. Was die Dicke des Elektrodenfilms 11 angeht, so sind einige Hundert von Nanometern ausreichend.
Als nächstes wird der piezoelektrische Film 12 ausgebildet (2(b)). Als Verfahren zum Ausbilden des piezoelektrischen Films wird ein normal ausgeführtes Verfahren zum Kristallisieren piezoelektrischer Keramiken angewendet. Beispielsweise wird ein Sol, das aus einem Ausgangsmaterial für PFT besteht, d.h. Metallalkoxiden, Acetaten und dergleichen, durch ein Beschichtungsverfahren, wie etwa einem Spin-Coating-Verfahren aufgebracht. Anschließend erfolgt eine Trocknung bei einer Temperatur von etwa 180°C für etwa 10 Minuten, worauf eine Pyrolyse bei einer Temperatur von etwa 400°C für etwa 30 Minuten ausgeführt wird. Eine derartige Trocknung und Pyrolyse bewirkt, dass das Metalloxid in der Sol und das Acetat einem thermischen Zerfall der Liganden unterzogen werden, wodurch ein Metall-Sauerstoff-Metall-Netz erzeugt wird. Der oben beschriebene Zyklus wird mit einer bestimmten Häufigkeit (wie etwa achtmal) wiederholt, um eine Vielzahl piezoelektrischer Dünnfilme zu laminieren. Nachdem die piezoelektrischen Dünnfilme mit einer bestimmten Häufigkeit laminiert wurden, wird die Kristallisation ausgeführt, um das laminierte Gel zu kristallisieren.
Was die Kristallisation angeht, so ist es möglich unterschiedliche Verfahren anzuwenden, wie etwa ein Verfahren, bei dem ein Laser verwendet wird, ein Verfahren zum Ausführen einer hydrothermischen Behandlung und ein Verfahren zum Ausführen einer schnellen thermischen Behandlung. Im Fall der Verwendung eines Lasers, wird ein KrF-Laser mit einer Lichtemissionswellenlänge von 248 nm verwendet. Dieses Laserlicht wird mit Impulsen von 30 ns und mit der Leistung von etwa 300–700 mJ/cm² abgestrahlt. Im Fall der hydrothermischen Behandlung wird die Behandlung bei einer Temperatur von etwa 130°C für etwa 90 Minuten in einer Alkalilösung (Ba(OH)₂) mit einer Konzentration von etwa 0,05 mol ausgeführt. Für den Fall der schnellen thermischen Behandlung wird das Brennen bei einer Temperatur von etwa 650°C für etwa fünf Minuten und bei einer Temperatur von etwa 900°C für etwa eine Minute ausgeführt. Mit der oben beschriebenen Behandlung wird eine Perowskit-Kristallstruktur, die eine der relevanten Kristallstrukturen hat, aus dem Gel im amorphen Zustand ausgebildet.
Anschließend wird der Elektrodenfilm 13 ausgebildet (2(c)). Dieser Elektrodenfilm wird in derselben Weise ausgebildet, wie der Elektrodenfilm 11.
Schritt zum Ausbilden der Druck-Leuchtschicht (2(d))
Der Schritt zum Ausbilden der Druck-Leuchtschicht ist der Schritt des Ausbildens der Druck-Leuchtschicht auf dem piezoelektrischen Element mit einem Material, das das Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweist. Ein geeignetes Herstellungsverfahren unterscheidet sich in Abhängigkeit des Lumineszenzmaterials, das verwendet werden soll.
Wenn beispielsweise N-Isopropylcarbazol als Lumineszenzmaterial verwendet wird, wird zuerst N-Isopropylcarbazolpulver in das Binderkunstharz gemischt. Das Kunstharz mit dem beigemischten Pulver wird anschließend auf den Elektrodenfilm 13 des piezoelektrischen Films aufgebracht. Was das Beschichtungsverfahren angeht, so besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Arten von Beschichtungsverfahren zu verwenden, die normalerweise verwendet werden. Beispielsweise kann die Beschichtung durch Drucken ausgeführt werden. Das aufgebrachte Kunstharz wird bei einer festen Temperatur (wie etwa 100°C) getrocknet und härtet dadurch aus. Wenn ein thermisch aushärtendes Kunstharz als Kunstharz verwendet wird, ist eine Aushärtung durch Erwärmen möglich.
Wenn SiO_x (0<x≤2) verwendet wird, wird eine amorpher Siliziumfilm zuerst auf dem Elektrodenfilm 13 aufgebracht. Die thermische Behandlung wird auf diesen Siliziumfilm bei einer unveränderlichen Temperatur (wie etwa im Bereich von 800°C bis 1.200°C) in einer Sauerstoffatmosphäre angewendet, wodurch ein Siliziumoxidglasfilm erzeugt wird. Es besteht die Möglichkeit, die Farbe des abgestrahlten Lichtes in eine beliebige der Farben Rot, Blau und Weiß zu ändern, indem der Bindungszustand zwischen Si und O durch Ändern der Temperatur der oben beschriebenen thermischen Behandlung abgeändert wird.
Wenn Eu(TTA)₃ verwendet wird, wird Polycarbonat zuerst mit einer Europiumverbindung gemischt, wodurch eine Methylenchloridlösung erzeugt wird. Beispielsweise werden 90 Gew-% mit 10% Europium gemischt. Anschließend wird diese Lösung auf den Elektrodenfilm 13 aufgebracht. Die aufgebrachte Lösung wird unter bestimmten Bedingungen getrocknet.
Schritt des Anbringens des Substrates (2(e))
Nachdem die Druck-Leuchtschicht ausgebildet wurde, wird das Substrat 15 an der Druck-Leuchtschicht angebracht. Nach der Anbringung des Substrates sollten einige Maßnahmen ergriffen werden, so dass sich der Abstand d zwischen dem Substrat 10 und 15 nicht frei ändert, wie etwa durch Plazieren des oben erzeugten laminierten Körpers in einem Gehäuse, das den Abstand d fixieren und beinahe konstanthalten kann, oder durch Vergießen der Ränder des oben erzeugten laminierten Körpers mit einem Kunstharz. Es ist natürlich notwendig, eine Verdrahtung vorzunehmen, um ein elektrisches Feld an das piezoelektrische Element anzulegen.
Wie es oben beschrieben wurde, übt gemäß Beispiel 1 das piezoelektrische Element Druck auf das Lumineszenzmaterial aus, das das Tribo-Lumineszenz- Phänomen aufweist, wodurch Druck erzeugt wird. Demzufolge ist es möglich, ein Leuchtelement anzugeben, das keine Wärme erzeugt.
Gemäß Beispiel 1 ist es durch Verwendung von N-Isopropylcarbazol als das Lumineszenzmaterial möglich, die Abstrahlung von starkem blauen Licht zu bewirken.
Gemäß Beispiel 1 ist es durch Verwendung von SiO_x-Glas (0<x≤2) als Lumineszenzmaterial und durch Einstellen der Herstellungsbedingungen möglich, die Abstrahlung von Licht in unterschiedlichen Farben zu bewirken.
Gemäß Beispiel 1 ist es durch Verwendung von Eu(TTA)₃ möglich, die Emission von rotem Licht zu bewirken.
(Beispiel 2)
Das Beispiel 2, das sich nicht auf diese Erfindung bezieht, bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung, die aus einem Leuchtelement besteht, das das Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweist, und zudem auf ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Anzeigevorrichtung.
(Aufbau)
3 ist eine Schnittansicht der Anzeigevorrichtung von Beispiel 2. Die Pfeile in der Zeichnung kennzeichnen die Richtung, in der Licht abgestrahlt wird.
Wie in 3 gezeigt, enthält eine Anzeigevorrichtung dieser Erfindung ein Substrat 10, einen Elektrodenfilm 11, einen piezoelektrischen Film 12, einen Elektrodenfilm 13 eine Druck-Leuchtschicht 14, ein transparentes Substrat 15 sowie ein Farbfilter oder eine fluoreszierende Umwandlungsschicht 16. Das Substrat 10, der Elektrodenfilm 11, der piezoelektrische Film 12, der Elektrodenfilm 13, die Druck-Leuchtschicht 14 und das transparente Substrat 15 können als ähnlich zu jenen von Beispiel 1 betrachtet werden. Jedoch ist es bei diesem Beispiel notwendig, die Ab strahlung von Licht unabhängig für jedes Bildelement zu bewirken. Daher ist eine Vielzahl von Leuchteinheiten 1r, 1g oder 1b für ein elektrisches Feld vorgesehen, die gemäß Bildelementbereichen strukturiert sind, die aus dem piezoelektrischen Film 12, dem Elektrodenfilm 13 und der Druck-Leuchtschicht 14 bestehen. Es gibt einen geeigneten Spalt zwischen den Leuchteinheiten für das elektrische Feld.
Das Farbfilter oder die fluoreszierende Umwandlungsschicht 16 ist eine Komponente, die erforderlich ist, wenn es wünschenswert ist, die Wellenlängen des Lichtes aus der Druck-Leuchtschicht 14 einzustellen. Beispielsweise benötigt eine Farbanzeigevorrichtung drei Primärfarben Rot, Grün und Blau.
Wenn Siliziumglas, das die Abstrahlung vo weißem Licht bewirkt, als Druck-Leuchtschicht verwendet wird, ist ein derartiges Farbfilter 16 zum Übertragen der entsprechenden Wellenlängen entsprechend der Primärfarben vorgesehen, die in der weißen Farbe enthalten sind. Ein rotes Filter 16 ist für ein Bildelement entsprechend einer roten Farbe, ein grünes Filter 16g ist für ein Bildelement entsprechend der grünen Farbe und ein blaues Filter 16b ist für ein Bildelement entsprechend einer blauen Farbe vorgesehen.
Wenn N-Isopropylcarbazol das Druck-Leuchtschicht verwendet wird, ist die Farbe das abgestrahlten Lichtes Blau und demzufolge ist es notwendig, die Farbe des abgestrahlten Lichtes am Bildelement entsprechend der roten Farbe und am Bildelement entsprechend der grünen Farbe zu ändern. In diesem Fall wird am Bildelement entsprechend der roten Farbe die fluoreszierende Umwandlungsschicht 16 verwendet, die aus einer wellenlängenumwandelnden Substanz besteht, die in der Lage ist, das blaue Licht zu absorbieren und es in rotes Licht umzuwandeln, wodurch die Abstrahlung des roten Lichtes bewirkt wird. Beispielsweise kann Perylen als die wellenlängenumwandelnde Substanz für die rote Farbe verwendet werden. Am Bildelement, das der grünen Farbe entspricht, wird die fluoreszierende Umwandlungsschicht 16 verwendet, die aus einer wellenlängenumwandelnden Substanz besteht, die in der Lage ist, das blaue Licht zu absorbieren und es in ein grünes Licht umzuwandeln. Beispielsweise kann Cumarin 6 als wellenlängenumwandelnde Substanz für die grüne Farbe verwendet werden. Am Bildelement, das der blauen Farbe entspricht, ist keine fluoreszierende Umwandlungsschicht vorgese hen, wobei das Licht aus der Druck-Leuchtschicht in unveränderter Form austritt. Andere Beispielmaterialien der fluoreszierenden Umwandlungsschicht sind DCM1, Quinadricon, Rubren, DCJT und Nilrot.
Da der Elektrodenfilm 11 als gemeinsame Elektrode fungiert, ist er mit einer Erdungselektrode einer Ansteuerschaltung (nicht gezeigt in der Zeichnung) verbunden. Die Elektrodenfilme 13 der entsprechenden Leuchteinheiten für das elektrische Feld sind einzeln mit den Ansteueranschlüssen der Ansteuerschaltung verbunden. Dieser Aufbau bezieht sich auf ein Aktivmatrixsystem zum aktivieren der entsprechenden Bildelemente mit Hilfe aktiver Elemente. Wenn die Anzeigevorrichtung aus einem einfachen Matrixsystem bestehen soll, ist es erforderlich, beide Elektrodenfilme 11 und 13 unabhängig in Streifen zu strukturieren und eine Verdrahtung in einem X-Y-Matrixaufbau vorzunehmen.
Wenn beim oben beschriebenen Aufbau die Ansteuerschaltung (nicht gezeigt) eine Spannung zwischen dem Elektrodenfilm 11, der eine gemeinsame Elektrode ist, und einem beliebigen der Elektrodenfilme 13 aufbaut, verformt sich ein beliebiges der piezoelektrischen Elemente in den Leuchteinheiten (Bildelementbereiche) 1r, 1g oder 1b für das elektrische Feld. Diese Verformung wirkt auf die Druck-Leuchtschicht 14 in den relevanten Leuchteinheiten für das elektrische Feld, wodurch das Tribo-Lumineszenz-Phänomen erzeugt wird und die Abstrahlung von Licht bewirkt wird. Wenn Spannung an die Leuchteinheit 1r für das elektrische Feld entsprechend dem roten Bildelement angelegt wird, wird rotes Licht abgestrahlt. Wenn Spannung an die Leuchteinheit 1g für das elektrische Feld entsprechend dem grünen Bildelement angelegt wird, wird grünes Licht abgestrahlt. Wenn Spannung an die Leuchteinheit 1b für das elektrische Feld entsprechend dem blauen Bildelement angelegt wird, wird blaues Licht abgestrahlt. Mit den Farbbildelementen, die aus derartigen Leuchtschichten bestehen, ist es möglich, die Abstrahlung von Licht in einer beliebigen Farbe durch Synthetisieren von Farben in Abhängigkeit der Existenz oder der Nicht-Existenz oder der Stärke des abgestrahlten Lichtes der entsprechenden Primärfarben zu bewirken.
(Herstellungsverfahren)
Ein Verfahren zur Herstellung der Anzeigevorrichtung des Beispiels 2 wird im folgenden unter Bezugnahme auf 4 erläutert, die Schnittansichten darstellt, die das Herstellungsverfahren veranschaulichen.
Der Schritt des Ausbildens der Druck-Leuchtschicht 14 (4(a)) gleicht jenem des Beispiels 1 (2(a) bis 2(d)). Der anschließende Schritt vor der Anbringung des Substrates 15 ist der Schritt der Ausführung der Strukturierung für jedes Bildelement und des Unterteilens der relevanten Filme in Leuchteinheiten für das elektrische Feld.
Eine Fotolack 21 wird zuerst auf der Druck-Leuchtschicht 14 aufgebracht und die Belichtung und Entwicklung in Übereinstimmung mit der Struktur der Bildelementbereiche ausgeführt, wodurch der Fotolack 21 nur in den Bildelementbereichen ( 4(b)) zurückbleibt. Bei diesem Schritt kann ein herkömmliches Fotolithografieverfahren verwendet werden. Es ist möglich, willkürlich Zwischenräume zwischen den Bildelementbereichen zu wählen. Wenn jedoch die Zwischenräume zu klein sind und die aneinandergrenzenden Leuchteinheiten für das elektrische Feld zu dicht beieinanderliegen, kann die Verformung zum Zeitpunkt der Aktivierung zudem die Abstrahlung von Licht von den angrenzenden Bildelementbereichen hervorrufen. Wenn andererseits die Abstände zu groß sind, wird die Lichtabstrahlfläche der Anzeigevorrichtung verringert, wodurch die Effizienz abnimmt. Geeignete Zwischenräume sollten ermittelt werden, indem die oben beschriebenen Zustände im Gleichgewicht gehalten werden.
Anschließend wird ein Ätzen ausgeführt, um die Druck-Leuchtschicht 14, den Elektrodenfilm 13 und den piezoelektrischen Film 12 (4(c)) zu entfernen. Was das Ätzverfahren angeht, kann entweder Trockenätzen oder Nassätzen angewendet werden. Trockenätzen wird jedoch bevorzugt, weil die Möglichkeit besteht, die Ätztiefe feinfühlig einzustellen. Es ist notwendig, die Ätztiefe derart feinfühlig zu steuern, dass der Elektrodenfilm 11 zurückbleiben kann, ohne dass er wie die gemeinsame Elektrode geätzt wird.
Nachdem das Ätzen ausgeführt ist, wird das transparente Substrat 15 an der Druck-Leuchtschicht in derselben Weise angebracht wie in 2(e). Um eine Farbanzeigevorrichtung herzustellen, wird das Farbfilter oder die fluoreszierende Umwandlungsschicht 16 in Übereinstimmung mit den Farben ausgebildet, die in den Bildelementbereichen eingestellt sind. Ob das Farbfilter oder die fluoreszierende Umwandlungsschicht verwendet werden sollen, wird gemäß der Farbe des Lichtes bestimmt, das von der Druck-Leuchtschicht abgestrahlt wird, wie es oben erwähnt wurde. Im Fall des Farbfilters werden Pigmente in einem transparenten Kunstharz gemischt oder Farbstoffe verwendet und anschließend die Strukturierung ausgeführt. Im Falle der fluoreszierenden Umwandlungsschicht wird ein fluoreszierendes Umwandlungsmaterial auf die Druck-Leuchtschicht aufgebracht und anschließend die Strukturierung ausgeführt. Es können Abtrennungen zwischen den Bildelementbereichen ausgebildet und die Materialien für das Farbfilter oder die fluoreszierenden Umwandlungsmaterialien gewählt werden, um die entsprechenden Bildelementbereiche zu füllen, und diese getrocknet werden.
Beispiel 2 kann zu denselben vorteilhaften Effekten wie jene von Beispiel 1 führen. Da sie darüber hinaus zusammengesetzt wird, um die Abstrahlung des Primärfarblichtes für jedes Bildelement zu ermöglichen, ist es möglich eine Anzeigevorrichtung anzugeben, mit der es möglich ist, eine Farbanzeigeeinrichtung zu realisieren.
(Andere Varianten)
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die entsprechenden oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in vielen Variationen angewendet werden. Beispielsweise sind die Materialien für die Druck-Leuchtschicht nicht auf jene beschränkt, die in den oben beschriebenen Beispielen erwähnt sind, sondern es können beliebige Materialien verwendet werden, die das Tribo-Lumineszenz-Phänomen aufweisen.
Darüber hinaus sind die Schichtaufbauten des piezoelektrischen Leuchtelementes und der Anzeigevorrichtung nicht auf die oben beschriebenen beschränkt, wobei es möglich ist, die Anzahl der laminierten Schichten und die Anordnung der Schichten in unterschiedlicher Weise zu verändern. Wenn beispielsweise lediglich ein piezoelektrisches Element nicht genügend Spannung erzeugen kann, ist es möglich, zwei oder mehr piezoelektrische Elemente vorzusehen und die Spannungen von diesen piezoelektrischen Elementen gleichzeitig auf die Druck-Leuchtschicht wirken zu lassen. Als Beispiel eines derartigen Aufbaus kann die Druck-Leuchtschicht zwischen zwei piezoelektrischen Elementen gehalten werden.
Diese Erfindung ermöglicht es, ein Leuchtelement zu verwenden, das das Tribo-Lumineszenz-Phänomen nutzt, und das nicht im Handel verfügbar ist. Da das Leuchtelement und die Anzeigevorrichtung nicht bei hohen Temperaturen behandelt wird, ist es möglich, eine Lichtquelle mit einem geringen Temperaturanstieg und mit hoher Zuverlässigkeit anzugeben.
Da die Intensität des abgestrahlten Lichtes erfasst wird, ist es gemäß der Erfindung möglich, dieses piezoelektrische Leuchtelement für die indirekte Messung der Verschiebung des piezoelektrischen Elementes zu verwenden.

Claims

Einsatz eines piezoelektrischen Leuchtelementes, das umfasst: eine Druck-Leuchtschicht (14) die bei der Ausübung von Druck Licht emittiert; und ein piezoelektrisches Element, das einen piezoelektrischen Film (12) umfasst, zwischen Elektrodenfilmen (11, 13) aufgenommen ist und so angeordnet ist, dass es Druck auf die Druck-Leuchtschicht (14) ausüben kann, um die Verschiebung des piezoelektrischen Elementes durch Erfassen der Intensität des emittierten Lichtes zu messen.