(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光膜と、前記偏光膜を支持するための支持体を備える偏光素子であって、
前記偏光膜は、層数が１０〜３０層である積層されたカーボンナノチューブフィルムからなるカーボンナノチューブ構造体を備え、
各カーボンナノチューブフィルムが、同じ方向に沿って配列され、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からなり、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、互いに平行であり、
前記カーボンナノチューブ構造体は、前記支持体によって懸架されていて、
前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一部のカーボンナノチューブの表面に金属層が被覆されていて、
前記金属層が異なる波長の光に対応する偏光特性を改善するための改良層を備え、該改良層が、チタン（Ｔｉ）からなることを特徴とする偏光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
偏光素子は、一種の重要な光学素子であり、サングラスや液晶表示装置などとして極めて広範囲に使用されている。現在、一般に広く使用されている偏光素子は、直交する偏光成分の一方のみを吸収し、他方の直交する偏光成分を透過させる。この偏光素子の製造方法の概略は、以下の通りである。すなわち、ポリマー（例えばポリビニルアルコール）に二色性分子を溶解または吸着させ、形成されたフィルムを一方向に引き延ばす。これにより、二色性分子を引き延ばす方向に沿って規則的に配向させ、複数の長い鎖を形成させる。光の振動方向がこの長い鎖に平行な入射光を吸収させ、長い鎖に垂直な入射光を透過させることによって偏光を生成させる。二色性分子を単一方向に引き延ばしたポリマーフィルムに吸着させることにより斯かる偏光素子も生産することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
しかし、これらの偏光素子の製造は、ポリマーを偏光膜とすることが必要であるため、このポリマーを偏光膜とした偏光素子は、５０℃以上で長時間使用されると、偏光膜の偏光度が低下し、更に偏光作用が働かなくなる。また、該偏光素子は、湿気に対する高い要求があり、動作環境が悪化し、湿気が大きくなると、偏光素子の偏光作用が働かなくなる恐れがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、前記課題を解決するために、本発明は耐湿性、耐久性が高く、良好な偏光性を有する偏光素子を提供する。
【０００６】
本発明の偏光素子は、偏光膜と、前記偏光膜を支持するための支持体を備える。前記偏光膜は、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カーボンナノチューブ構造体を備え、前記カーボンナノチューブ構造体の少なくとも一つの表面に金属層が被覆されている。
【０００７】
本発明の偏光素子は、偏光膜を備える。前記偏光膜は、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カーボンナノチューブ構造体を備え、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の一部の表面に金属層が被覆されている。
【０００８】
本発明の偏光素子は、偏光膜を備える。前記偏光膜は、カーボンナノチューブ複合構造体からなり、前記カーボンナノチューブ複合構造体は、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と、前記複数のカーボンナノチューブの表面に形成された金属層を含み、前記複数のカーボンナノチューブは、互いに平行し、且つ前記カーボンナノチューブ複合構造体の表面に平行する。
【発明の効果】
【０００９】
従来の技術と比べて、本発明の偏光素子は、偏光膜及び該偏光膜を支持する支持体を含む。前記偏光膜は、カーボンナノチューブ及び金属層からなり、且つカーボンナノチューブ及び金属層は、高温、高湿で、良好な安定性を有するので、前記偏光素子の耐湿性、耐久性が高く、且つ良好な偏光性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一つの実施例の偏光素子の構造を示す図である。
【図２】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】非ねじれ状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５】本発明の偏光膜及び純カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した最大透過率及び最小透過率を示す図である。
【図６】本発明の偏光膜及び前記純カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した偏光度を示す図である。
【図７】カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、厚さが２ｎｍのニッケル層が形成された本発明の偏光膜の一部の走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、厚さが２ｎｍの金層が形成された本発明の偏光膜の一部の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、厚さが２ｎｍのチタン層が形成された本発明の偏光膜の一部の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１０】図７、図８及び図９に示す偏光膜及び純カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した偏光度を示す図である。
【図１１】カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、厚さが２０ｎｍのニッケル層が形成された本発明の偏光膜の一部の走査型電子顕微鏡写真である。
【図１２】厚さが２ｎｍ、１０ｎｍ及び２０ｎｍである金層を含む本発明の偏光膜及び前記純カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した偏光度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１を参照すると、本実施例は、偏光素子１００を提供する。前記偏光素子１００は、偏光膜１２０及び該偏光膜１２０を支持する支持体１１０を含む。
【００１３】
前記支持体１１０は、透明な基板又はフレームである。前記支持体１１０が透明な基板である場合、前記偏光膜１２０は、前記透明な基板の一つの表面に直接的に配置される。前記支持体１１０がフレームである場合、前記偏光膜１２０の一部を前記フレームに付けて、その他の部分が懸架されている。
【００１４】
前記偏光膜１２０は、カーボンナノチューブ構造体及び金属層を備える。前記カーボンナノチューブ構造体は、対向する二つの表面を有する。前記金属層は、前記カーボンナノチューブ構造体の前記一つの表面に配置されている。
【００１５】
前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブのみからなり、且つ、前記複数のカーボンナノチューブが均一に分散されている。前記複数のカーボンナノチューブの大部分は、前記カーボンナノチューブ構造体の表面に平行している。前記カーボンナノチューブ構造体は、配向型のカーボンナノチューブ構造体である。即ち、前記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されている。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。前記カーボンナノチューブ構造体の厚さは０．５ｎｍ〜１ｍｍに設けられる。
【００１６】
前記カーボンナノチューブ構造体は、自立構造を有するカーボンナノチューブ構造体である。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構造体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構造体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構造体の構造を変化させずに、前記カーボンナノチューブ構造体を懸架させることができることを意味する。前記カーボンナノチューブ構造体には、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ので、前記カーボンナノチューブ構造体自身で特定の形態を維持することができる。前記カーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム又はカーボンナノチューブワイヤを含む。
【００１７】
図２を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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。すなわち、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１４３ａ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。また、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フィルム１４３ａの表面に平行して配列されている。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。有機溶剤に浸漬された前記カーボンナノチューブフィルムの単位面積当たりの熱容量が低くなる。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。
【００１８】
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、互いに平行している。この場合、前記カーボンナノチューブフィルムの層数が多くなるほど、前記カーボンナノチューブ構造体の偏光度が高くなるが、前記カーボンナノチューブ構造体の光透過率が低くなる。従って、前記カーボンナノチューブ構造体において、積層されたカーボンナノチューブフィルムの層数が１０〜３０層であることが好ましい。
【００１９】
前記カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、カーボンナノチューブアレイを提供する第一ステップと、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第二ステップと、を含む。
【００２０】
図４を参照すると、一本の前記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。
【００２１】
前記カーボンナノチューブワイヤを形成する方法は、次の二種がある。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。
【００２２】
一つの例として、前記カーボンナノチューブ構造体は、少なくとも一つのカーボンナノチューブフィルム及び少なくとも一つのカーボンナノチューブワイヤからなる。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、カーボンナノチューブワイヤと同じ方向に沿って平行配列している。
【００２３】
前記カーボンナノチューブ構造体の表面に配置されている前記金属層の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍである。前記金属層は、電気めっき又は化学めっきなどの化学方法、又は物理気相成長、マグネトロンスパッタリング方法又は電子ビーム蒸着方法などの物理方法によって前記カーボンナノチューブ構造体に配置される。前記金属層の材料は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）の一種又は数種の合金である。本実施例において、金属材料を電子ビーム蒸着方法で蒸着させて金属ガスに形成し、前記金属ガスを前記カーボンナノチューブ構造体に堆積させて金属層を形成する。前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に前記金属ガスを堆積させる場合、前記カーボンナノチューブ構造体における各々のカーボンナノチューブの少なくとも一部の表面に金属層を形成する。または、前記カーボンナノチューブ構造体の対向する二つの表面に、それぞれ前記金属ガスを堆積させる場合、前記カーボンナノチューブ構造体における各々のカーボンナノチューブの全ての表面に前記金属層を形成することができる。これは、前記カーボンナノチューブ構造体における複数のカーボンナノチューブの間に複数の微小孔があるので、前記カーボンナノチューブ構造体の二つの表面に、前記金属ガスを堆積させると、前記金属ガスは前記カーボンナノチューブ構造体における複数のカーボンナノチューブの間の複数の微小孔に浸入して、前記カーボンナノチューブの表面に付着するのが原因である。
【００２４】
前記金属層は、単層膜又は多層膜である。前記金属層は単層膜である場合、前記金属層は、前記偏光膜１２０が異なる波長の光に対応する偏光特性を改善するための改良層となり、その厚さは、１ｎｍ〜４０ｎｍである。前記改良層は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）の一種又は数種の合金からなる。前記金属層が、多層膜である場合、前記金属層は、少なくとも一つの前記改良層及び一つの濡れ層を含む。前記濡れ層及び改良層は、順次的に前記カーボンナノチューブ構造体、又は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の表面に被覆されている。前記濡れ層は、前記カーボンナノチューブ及び前記改良層の間の浸潤性を改善するために配置されている。前記濡れ層は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）及びチタン（Ｔｉ）の一種又は数種の合金などの前記カーボンナノチューブとの浸潤性がよい材料からなる。前記濡れ層の厚さは、１ｎｍ〜１０ｎｍである。本実施例において、前記金属層は、一つの改良層及び一つの濡れ層を含む多層膜である。前記濡れ層は、ニッケルからなり、その厚さが２ｎｍである。前記改良層は、金からなり、その厚さが３０ｎｍである。金からなる改良層は、前記偏光膜１２０の赤外波長に対する偏光特性を改善できる。
【００２５】
ここで、図５を参照して、別々金属層を有する偏光膜１２０及び金属層がないカーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対する最大透過率及び最小透過率を説明する。偏光を利用して、カーボンナノチューブフィルムを照射すると、前記偏光の振動方向が、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に平行する場合、前記偏光は、前記カーボンナノチューブフィルムに最大程度で吸収される。この場合、前記カーボンナノチューブフィルムは、該偏光に対して最小透過率を有する。反対に、前記偏光の振動方向が、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に垂直する場合、前記偏光は、前記カーボンナノチューブフィルムに最小程度で吸収される。この場合、前記カーボンナノチューブフィルムは、該偏光に対して最大透過率を有する。
【００２６】
図５は、前記偏光膜１２０及びカーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した最大透過率及び最小透過率を示す図である。ここで、前記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である。前記偏光膜１２０は、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの対向する二つの表面にすべて前記金属層が被覆されている構造体である。前記金属層は、一つの改良層及び一つの濡れ層を含む多層膜である。前記濡れ層は、ニッケルからなり、その厚さが２ｎｍである。前記改良層は、金からなり、その厚さが３０ｎｍである。図５を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルムは、異なる波長の偏光に対して、類似な最大透過率/類似な最小透過率を有する。更に、前記偏光の波長が５００ｎｍ以上である場合、前記カーボンナノチューブフィルムは、異なる波長の偏光に対して、同じ最大透過率/同じ最小透過率を有する。前記偏光の波長が５００ｎｍ〜７５０ｎｍである場合、前記偏光膜１２０の最大透過率は、前記カーボンナノチューブフィルムの最大透過率より小さく、前記偏光膜１２０の最小透過率も、前記カーボンナノチューブフィルムの最小透過率より小さい。前記偏光の波長が７５０ｎｍより大きい場合、前記偏光の波長が大きくなるほど、前記偏光膜１２０の最大透過率と最小透過率は全て減少する。
【００２７】
前記偏光膜１２０及び純カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した偏光度は、以下の数式（1）を満たす。
【００２８】
Ｐ＝(Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ)/(Ｔｍａｘ＋Ｔｍｉｎ)        （１）
【００２９】
ここで、Ｐは偏光度であり、Ｔｍａｘは最大光透過率であり、Ｔｍｉｎは最小光透過率である。図６は、前記偏光膜１２０及び前記カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対した偏光度を示す図である。図６に示すように、異なる波長の偏光に対して、前記偏光膜１２０の偏光度は、前記カーボンナノチューブフィルムの偏光度より大きい。前記偏光の波長が５８０ｎｍ以上である場合、異なる波長の偏光に対して、前記偏光膜１２０の偏光度は、前記カーボンナノチューブフィルムの偏光度より大きくなる。前記偏光の波長が７５０ｎｍ以上である場合、前記偏光の波長が大きくなるほど、前記偏光膜１２０の偏光度は大きくなる。即ち、本実施例の偏光膜１２０は、近赤外光線に対してよりよい偏光特性を有する。
【００３０】
前記偏光膜１２０の金属層が、同じ厚さを有し、異なる材料からなる場合、前記偏光膜１２０は異なる偏光特性を有する。例えば、図７を参照すると、前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、厚さが２ｎｍのニッケル層が形成された前記偏光膜１２０の一部の走査型電子顕微鏡写真である。図８及び図９は、金属層がそれぞれ金及びチタンからなる、偏光膜１２０の一部の走査型電子顕微鏡写真である。図１０は、前記図７、図８及び図９に示す前記偏光膜１２０及び前記カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応する偏光度を示す図である。異なる波長の偏光に対して、チタン層を有する前記偏光膜１２０の偏光度は、金層又はニッケル層を有する前記偏光膜１２０の偏光度より大きい。前記偏光の波長が３００ｎｍ以上である場合、厚さが２ｎｍのチタン層を有する前記偏光膜１２０の偏光度は、大幅に高くなり、０．３７より大きくなる。
【００３１】
前記偏光膜１２０の金属層が、同じ材料からなり、異なる厚さを有する場合、前記偏光膜１２０も異なる偏光特性を有する。例えば、図８及び図１１は、前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、それぞれ厚さが２ｎｍ及び２０ｎｍの金層が形成された前記偏光膜１２０の一部の走査型電子顕微鏡写真である。図１２は、前記カーボンナノチューブ構造体の一つの表面に、それぞれ厚さが２ｎｍ、１０ｎｍ及び２０ｎｍである金層が形成された前記偏光膜１２０及び前記カーボンナノチューブフィルムの、異なる波長の偏光に対応した偏光度を示す図である。図１２に示すように、前記偏光膜１２０の金層の厚さが厚くなるほど、前記偏光膜１２０の偏光度は大きくなる。
【符号の説明】
【００３２】
１００  偏光素子
１１０  支持体
１２０  偏光膜
１４３ａ  カーボンナノチューブフィルム
１４３ｂ  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
【図１】
0005528930.tif 000002
【図３】
0005528930.tif 000003
【図５】
0005528930.tif 000004
【図６】
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【図１０】
0005528930.tif 000006
【図１２】
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【図２】
0005528930.tif 000008
【図４】
0005528930.tif 000009
【図７】
0005528930.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１１】
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