(57)【要約】      （修正有）【課題】色彩表示の反応スピードが速く、低エネルギー消費であり、明晰度が高い熱変色性素子及び熱変色性表示装置の提供。【解決手段】熱変色性素子１０は、熱変色性構造体１４と、熱変色性構造体に熱量を提供する加熱構造体１６とを備え、加熱構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含んでおり、熱変色性表示装置は、複数の行電極と、複数の列電極と、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含んだ複数の熱変色性素子とを備えている。【選択図】図１
2010204648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱変色性構造体と、前記熱変色性構造体と熱的に結合した加熱構造体と、を備えた熱変色性素子であって、
前記加熱構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含むことを特徴とする熱変色性素子。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造を有することを特徴とする請求項１に記載の熱変色性素子。
【請求項３】
前記加熱構造体は、複数の微小孔を有し、
前記熱変色性構造体が、それぞれ前記加熱構造体の複数の微小孔の中に充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱変色性素子。
【請求項４】
前記熱変色性素子は、さらに少なくとも二つの電極を備え、
前記少なくとも二つの電極は間隔をおいて、別々に前記加熱構造体に電気的に接続されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱変色性素子。
【請求項５】
絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の熱変色性素子と、を備えた熱変色性表示装置であって、
前記複数の行電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、
前記複数の列電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、隣接する二つの行電極と隣接する二つの列電極は、１つの画素ユニットを画定し、各々の前記画素ユニットに一つの前記熱変色性素子が設置され、
前記熱変色性素子は、熱変色性構造体と、前記熱変色性構造体と熱的に結合した加熱構造体と、第一電極と、第二電極と、を備え、
前記第一電極と第二電極は間隔を置いて前記加熱構造体に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続され、
前記加熱構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含むことを特徴とする熱変色性表示装置。
【請求項６】
前記熱変色性表示装置は、さらに複数の凹部を備え、前記各々の凹部は前記各々の画素ユニットに対応して、前記熱変色性素子と対向した前記絶縁基板の表面に配置されることを特徴とする請求項５に記載の熱変色性表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変色性素子及びそれを利用した表示装置に関し、特にカーボンナノチューブを応用した熱変色性素子及びそれを利用した表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレーに代わる次世代平面ディスプレーとして熱変色性素子が精力的に研究されている。温度の変化によって透過率や反射率等の光学特性が可逆的に変化することを熱変色性現象と言う。熱変色性現象を持つ熱変色性材料は温度の変化によって異なる色を表示させる。従って、熱変色性材料は表示装置の表示効用である熱変色性素子に応用されることができる。
【０００３】
従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子は、少なくとも加熱層と表示層とを備え、前記加熱層と表示層とは、間隔を置いて配置される。前記加熱層は、主に金属板からなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属板の単位面積当たりの熱容量が大きく、厚さが大きいので、前記金属板からなる加熱層は、作動の際の温度の変化が鈍く、電熱転換率が低い。従って、従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子が作動する時、色彩表示の反応スピードが鈍く、エネルギー消費が大きい。又、金属板の硬度が高いため、フレキシブルな熱変色性表示装置とする応用に制限がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は色彩表示の反応スピードが速く、明晰度が高い熱変色性素子及び熱変色性表示装置を提供する。
【０００７】
本発明の熱変色性素子は、熱変色性構造体と、前記熱変色性構造体と熱的に結合した加熱構造体と、を備える。前記加熱構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含む。
【０００８】
前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造を有する。
【０００９】
前記加熱構造体は、複数の微小孔を有し、前記熱変色性構造体が、それぞれ前記加熱構造体の複数の微小孔の中に充填されている。
【００１０】
前記熱変色性素子は、さらに少なくとも二つの電極を備える。前記少なくとも二つの電極は間隔をおいて、別々に前記加熱構造体に電気的に接続される。
【００１１】
本発明の熱変色性表示装置は、絶縁基板と、複数の行電極と、複数の列電極と、複数の熱変色性素子と、を備える。前記複数の行電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の１つの表面に設置され、前記複数の列電極は、平行し、等間隔に前記絶縁基板の前記表面に設置され、該複数の行電極と該複数の列電極は交叉し、隣接する二つの行電極と、隣接する二つの列電極とは、１つの画素ユニットを界定し、各々の前記画素ユニットに一つの前記熱変色性素子が設置される。前記熱変色性素子は、熱変色性構造体と、前記熱変色性構造体と熱的に結合した加熱構造体と、第一電極と、第二電極と、を備える。前記第一電極と第二電極とは間隔を置いて、前記加熱構造体に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極と列電極とに接続される。前記加熱構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含む。
【００１２】
前記熱変色性表示装置は、さらに複数の凹部を備え、前記各々の凹部が前記各々の画素ユニットと対応して、前記絶縁基板の前記熱変色性素子に対向した表面に配置される。
【発明の効果】
【００１３】
従来の技術と比べて、熱変色性素子と熱変色性表示装置は以下の優れた点を有する。まず、前記熱変色性素子と熱変色性表示装置の加熱構造体は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルムからなり、前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されているので、前記加熱構造体の抵抗が均一であり、前記加熱構造体の放熱が均一になることができる。従って、熱変色性構造体に均一の熱源を提供し、前記熱変色性構造体に均一な色を表示させることができる。次に、カーボンナノチューブフィルムは薄く、その単位面積当たりの熱容量が低いので、前記加熱構造体が温度レスポンスが速く、前記熱変色性構造体との熱の交換スピードが速いという特性を有する。従って、前記熱変色性構造体の表示色彩反応スピードが速く、エネルギー消費が小さくになることができる。別に、前記熱変色性表示装置は、各々の画素ユニットの一つの表示色彩の持続時間を制御することによって、前記熱変色性表示装置２００が異なる画像を表示することを実現させるので、前記熱変色性表示装置は、明晰度が高く、表示能率がより高めるなどの特性をさらに持つ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の熱変色性素子の第一実施形態の構造を示す図である。
【図２】図１に示す熱変色性素子が採用したドローン構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】図２中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。
【図４】図１に示す熱変色性素子が採用したプレシッド構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】図１に示す熱変色性素子が採用した綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】図１に示す熱変色性素子が採用したカーボンナノチューブワイヤの走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の熱変色性素子の第二実施形態の構造を示す図である。
【図８】本発明の熱変色性素子の第三実施形態の構造を示す図である。
【図９】本発明の熱変色性素子の第四実施形態の構造を示す図である。
【図１０】本発明の熱変色性表示装置の１つの実施形態の構造を示す図である。
【図１１】ろ過された綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１を参照すると、本実施形態の熱変色性素子１０は、熱変色性構造体１４と、加熱構造体１６と、第一電極１７と、第二電極１８と、を含む。前記熱変色性構造体１４と加熱構造体１６とは、対向して配置される。前記第一電極１７と第二電極１８は、前記加熱構造体１６に電気的に接続される。該第一電極１７と第二電極１８が対向し、分離して配置される。
【００１７】
前記熱変色性構造体１４は、異なる温度で、異なる色を示すことができ、即ち、前記熱変色性構造体１４に加える温度を制御することにより、前記熱変色性構造体１４の色を変更できる。前記熱変色性構造体１４は、サーモクロミック材料からなる。前記サーモクロミック材料は、単色彩サーモクロミック顔料、多色彩サーモクロミック顔料又は単色彩サーモクロミック顔料と多色彩サーモクロミック顔料との混合物である。本実施例において、前記熱変色性構造体１４は、サーモクロミック液晶材料からなる。
【００１８】
前記加熱構造体１６は、前記熱変色性構造体１４を加熱させて、前記熱変色性構造体１４の色を変化させる。前記熱変色性構造体１４は、前記加熱構造体１６に隣接して配置される。例えば、前記熱変色性構造体１４と前記加熱構造体１６とは直接接触され、又は、前記熱変色性構造体１４と前記加熱構造体１６とは間隔を置いて配置される。本実施例において、前記熱変色性構造体１４は、印刷、塗布又はスプレーなどの方法によって前記加熱構造体１６に直接的に設置されている。前記加熱構造体１６は、少なくとも１つのカーボンナノチューブ構造体を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも１つのカーボンナノチューブフィルム又は複数のカーボンナノチューブワイヤからなる。前記加熱構造体１６の長さが１ｃｍ〜１０ｃｍであり、幅が０．１ｍｍ〜１００ｍｍであり、厚さが０．５ｎｍ〜２００μｍである。
【００１９】
前記カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブからなり、自立構造を有するものである。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができるという形態のことである。すなわち、前記カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、前記カーボンナノチューブフィルムの構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブフィルムを懸架させることができることを意味する。
【００２０】
該カーボンナノチューブ構造体は大きな比表面積（例えば、１００ｍ２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ構造体の単位体積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。さらに、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に、金属層を形成することができる。前記カーボンナノチューブ構造体には、複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。該複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。前記カーボンナノチューブ構造体に、前記複数のカーボンナノチューブが配向し又は配向せずに配置されている。前記複数のカーボンナノチューブの配列方式により、前記カーボンナノチューブ構造体は非配向型のカーボンナノチューブ構造体及び配向型のカーボンナノチューブ構造体の二種に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ構造体では、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置され、又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ構造体では、前記複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。又は、配向型のカーボンナノチューブ構造体において、配向型のカーボンナノチューブ構造体が二つ以上の領域に分割される場合、各々の領域における複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。前記カーボンナノチューブが単層カーボンナノチューブである場合、直径は０．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが二層カーボンナノチューブである場合、直径は１ｎｍ〜５０ｎｍに設定され、前記カーボンナノチューブが多層カーボンナノチューブである場合、直径は１．５ｎｍ〜５０ｎｍに設定される。
【００２１】
本発明のカーボンナノチューブ構造体としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
【００２２】
（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、図２に示す、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、超配列カーボンナノチューブアレイ（非特許文献１を参照）から引き出して得られたものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端が接続されている。即ち、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、分子間力で長さ方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図２及び図３を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂを含む。前記複数のカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、長さ方向に沿って分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメント１４３ｂは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。単一の前記カーボンナノチューブセグメント１４３ｂにおいて、前記複数のカーボンナノチューブ１４５の長さが同じである。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを有機溶剤に浸漬させることにより、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの強靭性及び機械強度を高めることができる。前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの幅は１００μｍ〜１０ｃｍに設けられ、厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍに設けられる。
【００２３】
前記カーボンナノチューブ構造体は、積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接する前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°以上の角度で交差する場合、前記カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルムは、隙間なく並列されることもできる。
【００２４】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は次のステップを含む。
【００２５】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイを提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）であり、該超配列カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施形態において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその２種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１）を成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは１００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブは、長さが長いため、部分的にカーボンナノチューブが互いに絡み合っている。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残存する触媒である金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２６】
本実施形態において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２７】
本実施形態から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されず、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもいい。
【００２８】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイから、少なくとも、一枚のカーボンナノチューブフィルムを引き伸ばす。まず、ピンセットなどの工具を利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。例えば、一定の幅を有するテープを利用して複数のカーボンナノチューブの端部を持つ。次に、所定の速度で前記複数のカーボンナノチューブを引き出し、複数のカーボンナノチューブセグメントからなる連続のカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００２９】
前記複数のカーボンナノチューブを引き出す工程において、前記複数のカーボンナノチューブがそれぞれ前記基材から脱離すると、分子間力で前記カーボンナノチューブセグメントが端と端で接合され、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３０】
（二）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。前記カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、前記押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。
【００３１】
図４を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向せずに配置される。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブが分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブ構造体が平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。
【００３２】
単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配向して配列される。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、基本的に同じ方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、前記カーボンナノチューブアレイを同時に押す場合、前記異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されるカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００３３】
前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムの表面とは、角度αを成し、該角度αは０°以上１５°以下である。好ましくは、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。前記圧力が大きくなるほど、前記傾斜の程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さが大きくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが大きくなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが小さくなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さが小さくなる。
【００３４】
（三）綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）である。図５を参照すると、単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。前記カーボンナノチューブ構造体においては、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造は、支持体材を利用せず、前記カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。前記複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の前記微小な穴の直径が１０μｍ以下になる。前記カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、前記カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３５】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、下記のステップを含む。
【００３６】
第一ステップでは、カーボンナノチューブ原料（綿毛構造カーボンナノチューブフィルムの素になるカーボンナノチューブ）を提供する。
【００３７】
ナイフのような工具で前記カーボンナノチューブを前記基材から剥離し、カーボンナノチューブ原料が形成される。前記カーボンナノチューブは、ある程度互いに絡み合っている。前記カーボンナノチューブの原料においては、該カーボンナノチューブの長さは、１００マイクロメートル以上であり、１０マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００３８】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブ原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブ原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００３９】
前記カーボンナノチューブ原料を前記溶剤に浸漬した後、超音波式分散、又は高強度攪拌又は振動などの方法により、前記カーボンナノチューブを綿毛構造に形成させる。前記溶剤は水または揮発性有機溶剤である。超音波式分散方法により、カーボンナノチューブを含む溶剤に対して１０〜３０分間処理する。カーボンナノチューブは大きな比表面積を有し、カーボンナノチューブの間に大きな分子間力が生じるので、前記カーボンナノチューブはそれぞれもつれて、綿毛構造に形成されている。
【００４０】
第三ステップでは、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶液をろ過して、最終的な綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を取り出す。
【００４１】
まず、濾紙が置かれたファネルを提供する。前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を濾紙が置かれたファネルにつぎ、しばらく放置して、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が分離される。図１１を参照すると、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブが互いに絡み合って、不規則的な綿毛構造となる。
【００４２】
分離された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を容器に置き、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を所定の形状に展開し、展開された前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に所定の圧力を加え、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体に残留した溶剤を加熱するか、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。
【００４３】
前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体が展開される面積によって、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度を制御できる。即ち、一定の体積を有する前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体は、展開される面積が大きくなるほど、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの厚さと面密度が小さくなる。
【００４４】
また、微多孔膜とエアーポンプファネル（Ａｉｒ−ｐｕｍｐｉｎｇ  Ｆｕｎｎｅｌ）を利用して綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。具体的には、微多孔膜とエアーポンプファネルを提供し、前記綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を含む溶剤を、前記微多孔膜を通して前記エアーポンプファネルにつぎ、該エアーポンプファネルに抽気し、乾燥させると、綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムが形成される。前記微多孔膜は、平滑な表面を有する。該微多孔膜において、単一の微小孔の直径は、０．２２マイクロメートルにされている。前記微多孔膜は平滑な表面を有するので、前記カーボンナノチューブフィルムは容易に前記微多孔膜から剥落することができる。さらに、前記エアーポンプを利用することにより、前記綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムに空気圧をかけるので、均一な綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムを形成させることができる。
【００４５】
（四）カーボンナノチューブワイヤ
前記カーボンナノチューブ構造体は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、５×１０−５Ｊ／ｃｍ２・Ｋであることが好ましい。一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は４．５ｎｍ〜１ｃｍである。図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤは、分子間力で接続された複数のカーボンナノチューブからなる。この場合、一本のカーボンナノチューブワイヤ（非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ）は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。前記カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各々の前記カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。前記複数のカーボンナノチューブはカーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブワイヤをねじり、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、前記複数のカーボンナノチューブは前記カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。この場合、一本の前記カーボンナノチューブワイヤの直径は、１μｍ〜１ｃｍである。前記カーボンナノチューブ構造体は、前記非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなる。
【００４６】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、カーボンナノチューブアレイから引き出してなるカーボンナノチューブフィルムを利用する。前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の三種がある。第一種では、前記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの長手方向に沿って、前記カーボンナノチューブフィルムを所定の幅で切断し、カーボンナノチューブワイヤを形成する。第二種では、前記カーボンナノチューブフィルムを有機溶剤に浸漬させて、前記カーボンナノチューブフィルムを収縮させてカーボンナノチューブワイヤを形成することができる。第三種では、前記カーボンナノチューブフィルムを機械加工（例えば、紡糸工程）してねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。詳しく説明すれば、まず、前記カーボンナノチューブフィルムを紡糸装置に固定させる。次に、前記紡糸装置を動作させて前記カーボンナノチューブフィルムを回転させ、ねじれたカーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００４７】
前記第一電極１７と第二電極１８は、導電材料からなる。前記第一電極１７と第二電極１８は、それぞれ導電性フィルム、金属チップ又は金属ワイヤーである。本実施例において、前記第一電極１７と第二電極１８は、それぞれ導電性フィルムであり、その厚さが０．５ｎｍ〜１００μｍである。前記導電フィルムの材料は、金属、合金、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、アンチモニー酸化スズ（ＡＴＯ）、亜鉛酸化アルミニウム（ＺＡＯ）、導電銀ペースト又は導電ポリマーである。前記金属又は合金は、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン、金、チタン、銀、ネオジム、パラジウム及びセシウムなどの一種又は幾種の合金である。本実施例において、前記第一電極１７と第二電極１８は、パラジウムからなり、その厚さが５ｎｍである。前記パラジウムが、前記カーボンナノチューブ構造体のカーボンナノチューブによい湿潤性効力があるので、前記第一電極１７及び第二電極１８は前記加熱構造体１６に良好に電気的接触させることができ、それらの間のオーム接触抵抗を減少させることができる。
【００４８】
本実施例において、前記熱変色性素子１０は、透明な薄膜層（図示せず）をさらに備えることができる。前記透明な薄膜層は、前記熱変色性構造体１４の、前記加熱構造体１６から離れた表面に設置されている。即ち、前記熱変色性構造体１４は、前記透明な薄膜層と前記加熱構造体１６との間に位置されている。使用者は、前記透明な薄膜層を通じて前記熱変色性構造体１４を見ることができる。前記透明な薄膜層は、良好な熱抵抗特性を持っており、前記熱変色性構造体１４の温度に影響を与えない。前記透明な薄膜層の材料は、ガラス、ポリエチレン又はポリ塩化ビニルである。
【００４９】
前記熱変色性素子１０を使用する場合、前記第一電極１７と第二電極１８とに電圧を印加させ、前記加熱構造体１６に熱量を生成させる。前記加熱構造体１６からの熱量を直接的に前記熱変色性構造体１４に伝送させることができる。前記第一電極１７及び第二電極１８に印加された電圧を変化させることにより、前記熱変色性構造体１４に示された色を変化させることができる。本実施形態の加熱構造体１６はカーボンナノチューブ構造体からなり、且つ前記カーボンナノチューブ構造体の単位面積当たりの熱容量がより低いので、前記加熱構造体１６は温度応答が速く、前記加熱構造体１６は、前記熱変色性構造体１４との熱の交換スピードが速い。本実施形態において、前記加熱構造体１６からの熱量は直接的に前記熱変色性構造体１４に伝送されるので、熱エネルギーの損失が減少する。従って、前記熱変色性構造体１４の反応スピードが速くなり、エネルギー消費を低くすることができる。
【００５０】
（実施形態２）
図７を参照すると、本実施形態の熱変色性素子３０は、熱変色性構造体３４と、加熱構造体３６と、第一電極３７と、第二電極３８と、を含む。前記熱変色性構造体３４と加熱構造体３６は、対向して配置される。前記第一電極３７と第二電極３８は、前記加熱構造体３６に電気的に接続される。該第一電極３７と第二電極３８が対向し、分離して配置される。
【００５１】
本実施形態に係る熱変色性素子３０の構造は、実施形態１に係る熱変色性素子１０と比べて、次の異なる点がある。前記熱変色性構造体３４と加熱構造体３６は、所定の距離で離れて配置される。前記熱変色性素子３０は、さらに支持体３４２を備え、前記支持体３４２が透明な材料からなる。前記熱変色性構造体３４は、前記支持体３４２の前記加熱構造体３６に面する表面に配置され、前記支持体３４２と結合している。前記熱変色性素子３０は、固定体３２をさらに備える。前記固定体３２は、前記熱変色性構造体３４と加熱構造体３６を固定するために用いられる。即ち前記熱変色性構造体３４と加熱構造体３６は、二つの前記固定体３２の間に固定されている。前記固定体３２と前記支持体３４２の材料は、それぞれセラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素、プラスチック又はファイバーである。本実施例において、前記支持体３４２はガラスからなり、前記固定体３２はプラスチックからなる。
【００５２】
（実施形態３）
図８を参照すると、本実施形態の熱変色性素子４０は、熱変色性構造体４４と、加熱構造体４６と、第一電極４７と、第二電極４８と、を含む。前記熱変色性構造体４４と加熱構造体４６は、対向して配置される。前記第一電極４７と第二電極４８は、前記加熱構造体４６に電気的に接続される。該第一電極４７と第二電極４８が対向し、分離して配置される。
【００５３】
本実施形態に係る熱変色性素子４０の構造は、実施形態１に係る熱変色性素子１０と比べて、次の異なる点がある。前記加熱構造体４６は、第一カーボンナノチューブフィルム４６２及び第二カーボンナノチューブフィルム４６４を含む。前記第一カーボンナノチューブフィルム４６２、前記熱変色性構造体４４及び前記第二カーボンナノチューブフィルム４６４は、順次的に積層して配置される。即ち前記熱変色性構造体４４は、前記第一カーボンナノチューブフィルム４６２と第二カーボンナノチューブフィルム４６４との間に位置されている。前記第一電極４７と第二電極４８は、前記第一カーボンナノチューブフィルム４６２と第二カーボンナノチューブフィルム４６４との間に、前記熱変色性構造体４４に接続するか又は間隔を置いて配置され、且つ前記第一カーボンナノチューブフィルム４６２と第二カーボンナノチューブフィルム４６４に電気的に接続される。本実施例において、前記第一電極４７と第二電極４８は、前記熱変色性構造体４４に間隔を置いて配置される。
【００５４】
（実施形態４）
図９を参照すると、本実施形態に係る熱変色性素子５０の構造は、実施例１に係る熱変色性素子１０と比べて、次の異なる点がある。前記熱変色性素子５０は、複合構造体５２と、第一電極５７と、第二電極５８と、を含む。前記第一電極５７と第二電極５８は、前記複合構造体５２に電気的に接続される。該第一電極５７と第二電極５８が対向し、分離して配置される。前記複合構造体５２は、熱変色性構造体５４が加熱構造体５６に埋め込まれて形成する。即ち前記加熱構造体５６に複数の微小孔を形成して、前記複数の微小孔の中にそれぞれ熱変色性構造体５４を充填させる。従って、前記加熱構造体５６に電圧を印加すると、前記加熱構造体５６からの熱量は、熱変色性構造体５４により速く吸収され、前記熱変色性構造体５４の色彩表示の反応スピードを速めるので、前記熱変色性素子５０の色彩表示の反応スピードをより鋭敏にすることができる。
【００５５】
（実施形態５）
図１０を参照すると、本実施形態の熱変色性表示装置２００は、絶縁基板２０２と、複数の行電極２０４と、複数の列電極２０６と、複数の熱変色性素子１０と、を備える。
【００５６】
前記複数の行電極２０４は、平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の１つの表面に設置され、前記複数の列電極２０６は、平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の前記表面に設置される。該複数の行電極２０４と該複数の列電極２０６は、交叉して前記絶縁基板２０２に設置されている。該複数の行電極２０４と該複数の列電極２０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層２１６が設置されている。隣接する二つの行電極２０４と、隣接する二つの列電極２０６とは、複数の格子２１４を形成している。各々の前記格子２１４は、１つの画素ユニットを画定し、即ち各々の前記格子２１４に一つの前記熱変色性素子１０が設置される。前記熱変色性素子１０は、本発明の実施例１に係る熱変色性素子１０である。
【００５７】
各々の前記熱変色性素子１０は、熱変色性構造体（標示せず）と、加熱構造体（図示せず）と、第一電極１７と、第二電極１８と、を含む。前記熱変色性構造体と加熱構造体とは、対向して配置される。前記第一電極１７と第二電極１８は、前記加熱構造体に電気的に接続される。各々の前記画素ユニットに、該第一電極１７と第二電極１８が対向し、分離して配置される。本実施例において、前記第一電極１７と第二電極１８は、それぞれ長さが６０μｍと７０μｍであり、幅が４０μｍであり、厚さが全て２０μｍである。前記第一電極１７と第二電極１８との間の距離が２５０μｍである。
【００５８】
前記同じ列に沿って配列された複数の画素ユニットにおける前記熱変色性素子１０の第一電極１７は、同じ列の列電極２０６に電気的に接続されている。同じ行に沿って配列された複数の画素ユニットにおける前記熱変色性素子１０の第二電極１８が、同じ行の行電極２０４に電気的に接続されている。前記加熱構造体は、前記絶縁基板２０２に間隔を置いて配置される。
【００５９】
前記絶縁基板２０２は、剛性材料又は柔軟性材料からなる。前記剛性材料は、セラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素である。前記柔軟性材料は、プラスチックまたはファイバーである。前記絶縁基板２０２は柔軟性材料からなる場合、前記熱変色性表示装置２００は、任意的に曲げることができる。本実施例において、前記絶縁基板２０２の材料は、ガラスであり、その厚さが１ｍｍであり、その長さが３ｃｍであり、その幅が２ｃｍである。さらに、前記絶縁基板２０２の前記熱変色性素子１０と対向した表面に、前記各々の画素ユニット（格子２１４）に対応して、凹部が形成される。前記凹部は、同じの寸法で、同じの間隔を置いて前記絶縁基板２０２に分布される。前記加熱構造体は、前記凹部により前記絶縁基板２０２に間隔を置いて配置される。前記凹部を形成することにより、前記絶縁基板２０２が前記加熱構造体から熱量を吸収することを防止できる。つまり、前記加熱構造体からの全ての熱量を前記熱変色性構造体に伝導させることができる。従って、前記熱変色性表示装置２００は良好な色彩表示の反応スピードを有し、エネルギー消費を減少させることができる。
【００６０】
前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とは、導電体である。例えば、前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とは、金属層である。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６と交差して成る角度は、１０度〜９０度である。本実施例において、前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６は、導電ペーストで印刷形成した平面導電体である。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６との行間隔距離及び列間隔距離は、全て３００μｍ〜５００μｍである。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６の幅は、全て３０μｍ〜１００μｍであり、厚さが全て１０μｍ〜５０μｍである。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とが交差して成る角度は９０度である。前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とは、スクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成したものである。前記導電ペーストは、金属粉、低融点ガラスパウダー及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉が銀のパウダーであり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉の質量パーセンテージは５０〜９０％であり、前記低融点ガラスパウダーの質量パーセンテージは２〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージは１０〜４０％である。前記第一電極１７と第二電極１８との材料及び形成方法が、全て前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６との材料及び形成方法と同じである。
【００６１】
前記熱変色性表示装置２００を利用する場合は、前記複数の行電極２０４と複数の列電極２０６とに異なる電圧を印加させて、前記第一電極１７と第二電極１８との間に電場を生成させる。該電場は前記加熱構造体に作用して、前記加熱構造体から熱量を生成させ、前記加熱構造体からの熱量を直接的に前記熱変色性構造体に伝送させることができる。前記電圧の変化により、前記熱変色性構造体に示された色を変化させるので、前記熱変色性素子１０に異なる色彩を表示させることができる。各々の画素ユニットにおける単一の色の持続時間を制御することによって、前記熱変色性表示装置２００に異なる画像を表示させることを実現できる。
【符号の説明】
【００６２】
１０、３０、４０、５０    熱変色性素子
１４、３４、４４、５４    熱変色性構造体
１６、３６、４６、５６    加熱構造体
１７、３７、４７、５７    第一電極
１８、３８、４８、５８    第二電極
１４３    カーボンナノチューブセグメント
１４５    カーボンナノチューブ
４６２    第一カーボンナノチューブフィルム
４６４    第二カーボンナノチューブフィルム
５２    複合構造体
２００    熱変色性表示装置
２０２    絶縁基板
２０４    行電極
２０６    列電極
２１４    格子
２１６    絶縁層
【図１】
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【図３】
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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２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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