JPWO2003078889A1 - 発光素子、表示装置、および応力センサ - Google Patents

Abstract

積層構造（１）を、電気誘起歪み材料を含む電歪層（２）と、応力発光材料を含む応力発光層（３）とを含む構成とする。積層構造（１）における電歪層（２）に電圧を印加することにより、電気誘起歪み材料が変形するのにともない電歪層（２）が変形する。この電歪層（２）の変形に伴って応力発光層（３）における応力発光材料に外力が働き、応力発光層（３）が発光する。すなわち、積層構造（１）に電圧を印加することにより、積層構造（１）を発光させることができる。

Description

技術分野
本発明は、電圧を印加することにより生じる変形によって発光する新規な発光素子、表示装置、および応力センサに関するものである。
背景技術
従来、発光素子の一例として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、蛍光表示管（ＶＦＤ：Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）、蛍光灯、白熱灯等が用いられている。
そして、発光素子としてのＬＥＤを利用したディスプレイの分野においては、青色を発光するＬＥＤが開発され、赤、緑、青の３色のＬＥＤが揃ったことによりフルカラー表示が可能となった。既存の超大型フルカラースクリーンの多くは、３色のＬＥＤを無数に配置したものである。
また、他の既存のディスプレイとして、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等が用いられている。
ＣＲＴディスプレイは、通常電子銃を３本内蔵しており、３本の電子ビームを発射して、それぞれのビームが、ディスプレイのフェイスガラス裏面に塗布された蛍光体を発光させることにより、画像表示を行う構成である。また、プラズマディスプレイは、基本的には、１つ１つの画素を隔壁で区切り、その中に水銀アルゴンガスやキセノンガス等を封入した構成である。すなわち、プラズマディスプレイは、１つのパネルの中に限りなく小さくした蛍光管を無数に配置した構成であると考えてよい。
また、液晶ディスプレイは、２枚のガラス板を重ねて、その隙間に液晶を流しこんだ液晶層を基本構造体としている。そして、その液晶層に両面から電圧をかけて光の透過率を制御することにより、画像表示を行う構成となっている。
また、従来建築物等にかかる応力を測定するための応力センサとして、歪みゲージが主に用いられている。この歪みゲージは、電気抵抗体に歪みを与えたときに、その抵抗値が変化する物理的現象を利用してひずみ測定を行うものである。
しかしながら、従来の発光素子としての蛍光灯、蛍光表示管、白熱灯にはそれぞれ以下のような問題点がある。
すなわち、蛍光灯は、水銀を利用するために、環境保護上の問題点を避けることができない。また、蛍光表示管は、陽極と、陰極と、グリッドとからなる３極真空管構造であるため、構成が複雑である。一方、白熱灯は、ガラス球内のフィラメントを加熱し、その熱放射によって発光させているので、寿命が短い上に、耐衝撃性も弱いという問題点がある。
また、従来の発光素子を用いたディスプレイには、以下の問題点がある。
すなわち、ＬＥＤをフルカラースクリーンの発光源として用いた場合、スクリーンにおける画像表示が無数の点発光により行われることとなる。したがって、スクリーンに表示される画像は、発光する点の集合体としてしか表現することができないため、表示される画像の画質を向上することが困難であるという問題点がある。
一方、ＣＲＴディスプレイは、高真空状態で密閉されたガラスのチューブを構造上必要とするため、構成が複雑になり、体積が大きくなるとともに、軽量化できないという問題点がある。また、耐衝撃性能が弱く、加熱により破壊されるという可能性が高いという問題点がもある。
また、プラズマディスプレイは、水銀ガスを利用する場合があるので、環境保護上の問題がある。一方、液晶ディスプレイにおいては、蛍光管を発光源として用いるため、プラズマディスプレイと同様に環境保護上の面で問題がある。
また、従来の応力センサとしての歪みゲージには、以下のような問題点がある。すなわち、１枚の歪みゲージでは、被測定物の特定の点における応力しか測定することができない。すなわち、被測定物における応力分布状態を測定するためには、複数の歪みゲージが必要となるという問題点がある。
ところで、日本国公開特許公報特開２００１−４９２５１（２００１年２月２０日公開）には、機械的な外力による変形によって発光する新規な応力発光材料が提案されている。本発明者らは、上記従来の問題を解決すべく、この応力発光材料を利用することを試みた。
発明の開示
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、無公害、長寿命であって、なおかつ簡易に製造することができるとともに、構造がシンプルで丈夫な発光素子を提供することにある。さらに、高画質であるとともに耐衝撃性能が高く、なおかつ高耐熱性であって無公害の表示装置を提供することにある。また、被測定物における応力分布状態を簡易に把握することができる応力センサを提供することにある。
本発明の発光素子は、上記課題を解決するため、電圧を印加されることにより変形する電気誘起歪み材料を含む電歪部と、外力を付与されることにより発光する応力発光材料を含む応力発光部とを備えていることを特徴としている。
上記構成によれば、電歪部は電気誘起歪み材料を含んでいるので、電圧を印加することにより電歪部は変形する。このように電歪部に生じる変形を応力発光材料に伝えることにより、応力発光材料に外力が加わり、応力発光材料を発光させることができる。すなわち、応力発光部を発光させることができる。なお、応力発光材料は、公知のように、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する性質を利用するものである。また、交流電圧を電気誘起歪み材料に印加すると、電気誘起歪み材料は交流電圧の周波数に合わせて振動する。この周期的な振動により応力発光部を周期的に発光させてもよい。
また、電気誘起歪み材料および応力発光材料は、従来の蛍光灯に用いられている水銀のような環境上問題のある材料を用いることなく形成することができる。したがって、環境上の問題を生じさせない。また、本発明の発光素子は、電歪部と応力発光部とからなる２部構造とすればよいので、従来の複雑な構成の蛍光表示管に比べて、シンプルで丈夫な構成とすることができるとともに、簡易に加工することができる。
さらに、本発明の発光素子は、従来の白熱灯のように、熱放射により発光する構成でなく、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する性質を利用して発光するものである。したがって、発光素子は、発光にともなう熱上昇を招来するものではない。すなわち、本発明の発光素子は、長寿命であって、発光効率がコンパクトかつ丈夫な構成であるということができる。
それゆえ、無公害、長寿命であって、なおかつ簡易に製造することができるとともに、構造がシンプルで丈夫な発光素子を提供することができる。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
発明を実施するための最良の形態
〔実施の形態１〕
本発明の実施の−形態について図１ないし図４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る積層構造（発光素子）１は、電歪層（電歪部）２と、応力発光層（応力発光部）３とを備えている。
電歪層２は、印加圧電の作用によって、結晶がひずむ性質をもつ電気誘起歪み材料を含むものであり、約１μｍ〜約１０ｍｍ程度の厚さとすることができる。また、電気誘起歪み材料としては、たとえば０．９ＭＮ−０．１ＰＴ（〔Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）_０．９Ｔｉ_０．１〕Ｏ_３）を代表とする電歪セラミックス材料、ＰＺＴ（米国クレバイト社の商品名）を代表とする圧電セラミックス材料、ＺｎＯを代表とする圧電薄膜振動子材料、高分子物質（ポリマー）、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を代表とする高分子圧電材料を用いることが可能である。
電歪セラミックス材料としては、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、（Ｐｂ，Ｂａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３などを挙げることができる。
圧電セラミックス材料は、化学式ＡＢＯ_３で表される材料である。なお、Ａ，Ｂは金属元素であり、それぞれ１種類、あるいは２種類以上の置換可能な元素で構成する。圧電セラミックス材料の具体例としては、以下のもの、すなわち、
単成分系…ＢａＴｉＯ_３、ＰｂＴｉＯ_３、水晶（ＳｉＯ_２）、
ＬｉＮｂＯ_３、
２成分系…ＰｂＴｉ_０．４８Ｚｒ_０．５２Ｏ_３、
３成分系…Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３、
−ＰｂＺｒＯ_３、
Ｐｂ（Ｓｂ_１／２Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３、
−ＰｂＺｒＯ_３＋ＭｎＯ_２、
Ｐｂ（Ｍｎ_１／３Ｓｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３、
−ＰｂＺｒＯ_３、
Ｐｂ（Ｃｏ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３、
−ＰｂＺｒＯ_３
を挙げることができる。
また、圧電薄膜振動子材料は、化学式ＭＸで表される材料である、なお、Ｍは１種類または２種類以上の置換可能な金属元素を表しており、Ｘは元素記号Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｃのいずれかの元素である。たとえば、圧電薄膜振動子材料の具体例として、ＺｎＯ膜、ＣｄＳ膜、ＡｌＮ膜を挙げることができる。
また、高分子圧電材料としては、延伸しない高分子膜の両面に正負の電荷が永久的に現れるようにしたエレクトレットと、予め延伸した高分子フィルムに高温高電界の分極操作を施した圧電フィルムとを挙げることができる。より具体的な高分子圧電材料の例としては、ポリ弗化ビニリデン（ＰＶＤＦ）や、ポリ弗化ビニル（ＰＶＦ）、シアン化ビニリデンと酢酸ビニルの共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡＣ））を挙げることができる。
なお、電圧を印加することにより電歪層２を変位させる場合、電極と電気誘起歪み材料との組み合わせとして、単純変位型あるいは屈曲変位型を選ぶことができる。さらに、単純変位型として、ムーニ型、シンバル型、超音波モータ型を挙げることができる。また、屈曲変位型から、モノモルフ、ユニモルフ、バイモルフを選ぶことができる。
応力発光層３は、応力、振動、摩擦等の機械エネルギーを付与されることにより発光する応力発光材料を含むものであり、約０．０１μｍ〜約１ｍｍ程度の厚さとすることができる。より具体的には、応力発光材料は、無機母体材料中に、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する希土類または遷移金属の１種類以上の金属イオンを発光中心の中心イオンとして含むものである。
無機母体材料としては、酸化物、硫化物、窒化物、炭化物を挙げることができる。このうち、酸化物としては、化学式ｘＭＯ、ｙＱ_２Ｏ_３、ｚＧＯ_２で表される材料が好ましい（Ｍは、Ｓｒ，Ｍｇ，Ｂａ，およびＺｎのうちいずれか１種であり、Ｑは、Ａｌ，Ｇａ，Ｙ，およびＩｎのうちいずれか１種であり、Ｇは、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｉ，およびＳｎのうちいずれか１種である）。なお、Ｍ、Ｑ、Ｇは、部分的に１種以上の金属イオンに置換可能である。また、ｘ、ｙ、ｚは０，１，２，３…の整数である。
また、無機母体材料としての硫化物の具体例は、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＭｎＳ、ＭｏＳ_３、ＭｎＳ_２等を挙げることができる。一方、無機母体材料としての窒化物の具体例は、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＴａＮ等を挙げることができ、炭化物の具体例は、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＢＣ等を挙げることができる。特に、無機母体材料として、先アルミン酸塩、硫化亜鉛が好ましい。
また、応力発光材料は、非化学量論的組成を有するアルミン酸塩の少なくとも１種からなり、かつ機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る際に発光する格子欠陥を持つ物質を母体物質とするものが好ましい。さらに、上記の母体物質中に、希土類金属イオンおよび遷移金属イオンの中から選ばれた少なくとも１種の金属イオンを発光中心の中心イオンとして含んでいてもよい。なお、非化学量論的組成とは、化学量論的化学組成式から逸脱する化学組成式を有する組成のことを指す。
発光中心の中心イオンとして選ばれる希土類金属イオンの例としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ等のイオンを挙げることができる。一方、発光中心の中心イオンとして選ばれる遷移金属イオンの例としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等のイオンを挙げることができる。
上記のように発光中心の中心イオンを母体材料に含ませることにより、さらに応力発光層３の発光強度を高めることができる。特に、母体材料をＳｒＡｌ_２Ｏ_４とし、発光中心の中心イオンとしてＳｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ等の希土類金属イオンを含ませた場合、応力発光層３に応力を付与した場合において強い発光強度にて応力発光層３を発光させることができる。
さらに、応力発光層３は、応力発光材料としてアルミナ酸ストロンチウムを用いて形成することが好ましい。このアルミナ酸ストロンチウムは、電気誘起歪み材料としても機能するので、電歪層２を形成することにも利用できる。すなわち、電歪層２と応力発光層３とを同一の材料にて形成し、積層構造１の製造工程を簡略化することができるとともに、積層構造１の省コストを図ることができる。
また、電歪層２と、応力発光層３とは、ＰＶＤ法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理的気相堆積法）、スパッタリング法（Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、蒸着法（Ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）、イオンプレーディング法（Ｉｏｎ Ｐｌａｔｉｎｇ）、イオンミキシング法（Ｉｏｎ Ｍｉｘｉｎｇ）により、互いに積層されている。または、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着法）、電気泳動法、熱塗布分解法、スプレー法、あるいはテープキャスト法により、電歪層２と、応力発光層３とを互いに積層してもよい。また、応力発光層３を、接着剤と混合することにより形成し、電歪層２の上に塗布することにより、電歪層２と応力発光層３とが積層された構造としてもよい。
上記構成により、本実施の形態の積層構造１における電歪層２に電圧を印加することにより、電気誘起歪み材料が変形するのにともない電歪層２が変形する。この電歪層２の変形に伴って応力発光層３における応力発光材料に外力が働き、応力発光層３が発光する。すなわち、積層構造１に電圧を印加することにより、積層構造１を発光させることができる。
なお、電歪層２により応力発光層３に繰返し応力を付与して、応力発光層３を点滅状態とすることも可能である。なお、このように点滅状態とする場合、電歪層２により加える応力は、応力発光層３の弾性限界における応力よりもはるかに小さいものとする必要がある。具体的には、電歪層２により加える応力を、応力発光層３の弾性限界における応力の０．００１〜１０％程度とすることが好ましい。これにより、繰返し応力が付与されても、応力発光層３に亀裂、破断が生じることを防止することができる。
また、電歪層２と、応力発光層３とは、必ずしも密着して積層させる必要はない。すなわち、図２に示すように、電歪層２と応力発光層３とを離間させて構成してもよい。ただし、電歪層２と応力発光層３との距離は、電歪層２がとり得る変位量の最大値よりも小さく設定する必要がある。
上記の場合、電圧を印加することにより電歪層２を変形させると、電歪層２と応力発光層３とが接触している状態と、接触していない状態とを瞬時に切り替えることができる。すなわち、応力発光層３が発光している状態と発光していない状態とを瞬時に切り替え、応力発光層３の点灯／非点灯の制御を瞬時に行うことができる。
また、応力発光層３は、応力発光材料と蓄光材料とを混合して形成してもよい。なお、蓄光材料とは、与えられた光を一定時間保持する物質をいう。蓄光材料としては、たとえば、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、Ｄｙ、アルミン酸塩、シリコン酸塩、Ｄｙを用いることができる。
上記のように応力発光層３を蓄光材料と混合して形成することにより、応力発光層３からの発光強度や輝度残光時間の調整を行うことが可能となる。
さらに、図３に示すように、応力発光層３を、電歪層２に電圧を印加する電極（図示せず）とは異なる電極４にて挟むように構成するとともに、応力発光層３を応力発光材料と電場発光材料と混合して形成してもよい。なお、電場発光材料とは、印加された電界に応じて発光する材料をいう。
電場発光材料には、有機系の電場発光材料、および無機系の電場発光材料が種々存在する。無機系の電場発光材料の例として、ＺｎＧａ_２Ｏ_４系、ＺｎＳ系、ＭｇＧａ_２Ｏ_４系等を挙げることができる。
上記構成により、電場発光材料に加える電圧を調整すれば、電場発光材料における発光強度を調整することができる。したがって、応力発光層３の発光強度を調整することが可能となる。
また、図４に示すように、複数個の異なる大きさの積層構造１を配列してもよい。すなわち、積層構造１は、所望のレイアウトにて配列することが可能である。したがって、後述する積層構造１の種々の利用目的において、積層構造１は、自由な大きさ、自由な形状、自由なレイアウトで配列することが可能である。
また、積層構造１は種々の態様で用いることが可能である。その利用態様を以下に説明する。
たとえば、積層構造１は発光素子として用いることが可能である。積層構造１における電歪層２および応力発光層３は、従来の蛍光灯に用いられている水銀のような環境上問題のある材料を用いることなく形成することができる。したがって、積層構造１は、環境上問題のない発光素子として使用することができる。
さらに、積層構造１は、電歪層２と応力発光層３との２層構造とすればよいので、従来の複雑な構成の蛍光表示管に比べて、シンプルで丈夫な構成とすることができるとともに、簡易に加工することができる。
また、積層構造１は、従来の白熱灯のように、熱放射により発光する構成でなく、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する性質を利用して発光するものである。したがって、積層構造１は、発光にともなう熱上昇を招来するものではない。すなわち、積層構造１は、長寿命であって、発光効率がよいコンパクトかつ丈夫な発光素子として使用することができる。
また、積層構造１は、ディスプレイにおける表示素子として用いることも可能である。
すなわち、応力発光層３は、ＲＧＢ色を発光する層を交互に設けたカラーフィルタを設けた複数個の積層構造１を、フルカラースクリーン表示に用いるＬＥＤと同程度あるいはそれ以下の大きさに形成するとともに、マトリクス状に配置する。このようにして配置された複数の積層構造１に付与する電圧を変化させれば、応力発光層３に付与する外力も変化させることができる。すなわち、発光強度と発光色とを積層構造毎に異ならせることができる。
したがって、ＬＥＤを用いたフルカラースクリーンと同程度の大きさで画像表示を行うことが可能となる。また、積層構造１における応力発光層３は面発光にて発光するため、点発光であるＬＥＤを用いる従来のフルカラースクリーンよりも画質を向上させることができる。
また、上記のように積層構造１をマトリクス状に配置することによって、従来のＣＲＴディスプレイにおけるガラスチューブのように、真空状態で密閉された空間が形成されることはない。したがって、軽量化を実現できるとともに、耐衝撃性能および耐熱性を向上させることができる。
また、積層構造１を液晶ディスプレイにおける発光源（バックライト）として用い、液晶ディスプレイと同様の駆動方式（単純マトリクス方式、アクティブマトリクス方式）により各積層構造１を点灯させてもよい。これにより、環境上問題のある水銀を利用する蛍光管を発光源として用いる必要がない。また、積層構造１における電歪層２および応力発光層３は、水銀のように環境上問題のある材料を用いることなく形成することができる。
したがって、積層構造１を液晶ディスプレイにおける発光源として用いれば、何ら環境上の問題を生じさせることなく、液晶ディスプレイと同様に画像表示を行うことができる。
また、積層構造１を応力センサとして用いることが可能である。
すなわち、積層構造１を、応力の被測定物となる建築物の壁面等に設ければ、該壁面に働く応力や振動は積層構造１にも働く。また、応力発光層３における応力発光材料の発光強度は、外部から働く応力と振動との大きさが大きくなるほど強くなるという特性がある。
したがって、応力発光層３の発光特性を予め測定しておけば、応力発光層３の発光強度から、壁面に働く応力を視覚的に知ることができる。したがって、積層構造１を応力センサとして用いることができる。
特に、応力発光層３は、応力発光層３における付与される外力の分布状態に応じた発光強度の分布状態を示す。すなわち、積層構造１を応力センサとして用いた場合には、被測定物における特定の点に対して作用する応力のみならず、被測定物における応力の分布状態を視覚的に把握することができる。
また、積層構造１は、埋込型応力センサとして用いることも可能である。すなわち、応力の被測定物となる橋梁、トンネル、道路、建築物の壁面等に積層構造１を埋め込む。さらに、応力発光層３にて発生される光を光ファイバーを介して検知することにより、被測定物に作用する外力を知ることができる。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、上記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、上記実施の形態１で述べた各種の特徴点については、本実施の形態についても同様に組み合わせて適用し得るものとする。
本実施の形態における発光素子１０は、図５に示すように、複数の電歪棒（電歪部）１１…と、応力発光層（応力発光部）１２とを備えている。
各電歪棒１１は、実施の形態１における電歪層２と同様、印加圧電の作用によって結晶がひずむ電気誘起歪み材料を含むものである。また、電歪棒１１は、円筒状に形成されるとともに、応力発光層１２上に配設されている。
応力発光層１２は、実施の形態１における応力発光層３と同様、外力を付与されることにより発光する応力発光材料を含むものであり、約０．０１μｍ〜約１ｍｍ程度の厚さとすることができる。
上記構成により、本実施の形態の発光素子１０における電歪棒１１…に電圧を印加することにより、電歪棒１１…が変位する。この電歪棒１１…の変位に伴って応力発光層１２に外力が働き、応力発光層１２が発光する。すなわち、発光素子１０に電圧を印加することにより、発光素子１０を発光させることができる。
また、電歪棒１１…のうちいずれかに電圧を印加することにより、応力発光層１２の一部に外力を与えることができる。これにより、応力発光層１２における所望の箇所を発光させることが可能となる。
〔実施例〕
本発明の実施の形態１に係る積層構造１について、発光強度の特性を検証したので、以下に説明する。なお、電歪層２における電気誘起歪み材料としてスパッタリング法により配向したＰＭＮ（ＰｂＭｇＮｂＯ_３）を用い、応力発光層３における応力発光材料としてアルミナ酸ストロンチウムを用いた。
上記構成の積層構造１について、応力発光層３に加えられる応力と発光強度との関係を測定したグラフを図６に示す。図６に示すように、発光強度は応力に依存し、応力が増加するに伴い発光強度も増加することがわかった。
また、電歪層２の歪み速度と発光強度との関係を測定したグラフを図７に示す。図７に示すように、発光強度は歪み速度に依存し、歪み速度が上昇するに伴い発光強度も増加することがわかった。
本発明の発光素子は、以上のように、電圧を印加されることにより変形する電気誘起歪み材料を含む電歪部と、外力を付与されることにより発光する応力発光材料を含む応力発光部とを備えているものである。
上記構成における電気誘起歪み材料および応力発光材料は、従来の蛍光管に用いられている水銀のような環境上問題のある材料を用いることなく形成することができる。さらに、本発明の発光素子は、従来の白熱灯のように、熱放射により発光する構成でなく、機械的エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻る場合に発光する性質を利用して発光するものである。したがって、発光素子は、発光にともなう熱上昇を招来するものではない。
それゆえ、無公害、長寿命であって、なおかつ簡易に製造することができるとともに、構造がシンプルで丈夫な発光素子を提供することができる。
また、本発明の発光素子は、上記構成の発光素子において、上記電歪部と上記応力発光部とが積層されている構成であってもよい。
上記構成によれば、電歪部の変形を確実に応力発光部に伝え、発光素子のサイズを小さくすることができる。したがって、発光素子を他の機器に組み込む際に、発光素子のレイアウトが容易になるとともに、省スペース化を実現することができる。
また、本発明の発光素子は、上記構成の発光素子において、上記電歪部と上記応力発光部とが離間して設けられている構成であってもよい。
上記構成により、電圧を印加して電歪部を変形させると、電歪部と応力発光部とが接触している状態と、接触していない状態とを瞬時に切り替えることができる。すなわち、応力発光部が発光している状態と発光していない状態とを瞬時に切り替え、発光素子の点灯／非点灯の制御を瞬時に行うことができる。
また、本発明の発光素子は、上記構成の発光素子において、上記応力発光部は、応力発光材料と蓄光材料とを混合して形成されている構成であってもよい。
上記構成によれば、応力発光材料により発光された光は、一定時間蓄光材料により保持される。なお、蓄光材料とは、与えられた光を一定時間保持する物質をいう。
それゆえ、応力発光部からの発光強度や輝度残光時間の調整を行うことが可能となる。
また、本発明の発光素子は、上記構成の発光素子において、上記応力発光部は、応力発光材料と電場発光材料とを混合して形成されているとともに、上記電歪部に電圧を印加する電極とは異なる電極により挟まれている構成であってもよい。
上記構成によれば、電場発光材料に加える電圧を調整すれば、電場発光材料における発光強度を調整することができる。なお、電場発光材料とは、印加された電界に応じて発光する材料をいう。したがって、応力発光部の発光強度を調整することが可能となる。
また、本発明の発光素子は、上記構成の発光素子において、上記電気誘起歪み材料と上記応力発光材料とが混合されている構成であってもよい。上記構成によれば、電歪部と応力発光部とを一体化して形成できるので、発光素子をよりコンパクトにすることができる。
また、本発明の表示装置は、上記構成のいずれかの発光素子を用いる構成である。
上記構成によれば、発光素子における応力発光部をたとえば平面状に形成することにより、本発明の発光素子を面発光により発光させることが可能である。したがって、本発明の発光素子を用いれば、点発光であるＬＥＤを用いる従来のフルカラースクリーンよりも画質を向上させることができる。
また、応力発光部を連続的に形成して画像表示面を形成することが可能であるため、従来のＣＲＴディスプレイにおけるガラスチューブのように、真空状態で密閉された大きな空間を画像表示のために形成する必要がない。したがって、耐衝撃性能および耐熱性を向上させることができる。
さらに、本発明の発光素子における電気誘起歪み材料および応力発光材料は、従来のプラズマディスプレイあるいは液晶ディスプレイにおける光源が用いていた水銀のように、環境上問題のある材料を用いることなく形成することができる。
したがって、何ら環境上の問題を生じさせることなく、画像表示を行うことができる。
また、本発明の応力センサは、上記構成のいずれかの発光素子を用いる構成である。
上記構成によれば、応力発光部の発光強度に基づき、被測定物に働く応力とその変化率とを視覚的に知ることができる。特に、応力発光部は、付与される外力と振動との分布状態に応じた発光強度の分布状態を示す。
したがって、応力の被測定物における特定の点に対して作用する応力のみならず、被測定物における応力の分布状態を視覚的に把握することができる。
産業上の利用の可能性
以上のように、本発明の発光素子は、無公害、長寿命であって、なおかつ簡易に製造することができ、表示装置、あるいは応力センサとして用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の発光素子の一実施形態に係る積層構造を示す斜視図である。
図２は、図１における積層構造を、電歪層と応力発光層とを離間させた状態で示す斜視図である。
図３は、図１における積層構造の応力発光層を電極により挟んだ状態で示す斜視図である。
図４は、図１における積層構造を複数配列した状態で示す斜視図である。
図５は、本発明の発光素子の他の実施形態を示す斜視図である。
図６は、図１の積層構造における機械応力と応力発光強度との関係を示すグラフである。
図７は、図１の積層構造における歪み速度と応力発光強度との関係を示すグラフである。

Claims (8)

1. 電圧を印加されることにより変形する電気誘起歪み材料を含む電歪部と、外力を付与されることにより発光する応力発光材料を含む応力発光部とを備えていることを特徴とする発光素子。
2. 上記電歪部と上記応力発光部とが積層されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 上記電歪部と上記応力発光部とが離間して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
4. 上記応力発光部は、応力発光材料と蓄光材料とを混合して形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 上記応力発光部は、応力発光材料と電場発光材料とを混合して形成されているとともに、
   上記電歪部に電圧を印加する電極とは異なる電極により挟まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 上記電気誘起歪み材料と上記応力発光材料とが混合されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光素子を用いることを特徴とする表示装置。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の発光素子を用いることを特徴とする応力センサ。

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