(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過する第１の電極と、チタン酸化物薄膜に摩擦転写によって形成した共役系高分子の配向膜と、前記チタン酸化物薄膜と、第２の電極とが積層してなることを特徴とする配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子。
【請求項２】
上記の共役系高分子は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、あるいはそれらの誘導体であることを特徴とする、請求項１に記載の配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子。
【請求項３】
請求項１に記載の配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の電極間に電位差を与える構成と、電極間の構成物に偏光光線を照射する構成とを備えることを特徴とする偏光検出回路。
【請求項４】
請求項１に記載の配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の電極間に生ずる電位差を検出する構成と、電極間の構成物に偏光光線を照射する構成とを備えることを特徴とする偏光検出回路。
【請求項５】
第１の電極を構成し光を透過する基板にチタン酸化物薄膜を形成する工程と、共役系高分子を熱転化によって不溶化する工程と、これを加熱した上記のチタン酸化物薄膜表面に圧着掃引する工程と、第２の電極を形成する工程とを有することを特徴とする配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、偏光光線の有無を検出することのできる配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子とそれを用いた偏光検出回路およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
偏光光線の強度を検出できる従来の検出装置の一例を図４に示す。図４に示す装置では、入射する光線を偏光器に通し、検出しようとする偏光光線を選択する。偏光器としては、よく知られた偏光板、複屈折を示す結晶、あるいはブリュ−スタ−角で反射する反射板などを用いることができる。また、選択された偏光光線は、光検出器でその強度が検出される。光検出器としては、図４に示したフォトダイオードの他にフォトトランジスタや光電管などを用いることができる。
【０００３】
また、配向分子薄膜を電極の間に挟んだＥＬ表示素子や、光電池が、文献１（Videlot& Ficho, Syn. Met. 102, 885-888 (1999)）、文献２（Savenijieら, Chem.Phys.Lett.,287, 148-153 (1998)）、あるいは、特開平７−２９２１３５号公報に開示されている。
【０００４】
例えば、文献１には、配向分子薄膜を電極の間に挟んだ光電池が記載されており、これは、ガラス基板上に一方の電極であるＩＴＯ（インジウム-スズの酸化物）膜を形成した基板上にオクチチオフェンを真空蒸着し、それに接してペリレンの誘導体であるＤＰＰ（Ｎ、Ｎ’-ジフェニル３，４，９，１０-ペニレンテトラカルボキシリックジイミド）層を形成し、その上に半透明のアルミニウム層を他方の電極としてつけた構成である。
【０００５】
また、文献２には、一方の電極であるＩＴＯを形成した基板上にＴiＯ2を形成し、その上に、チタン酸化物とＭＥＨ-ＰＰＶ（ポリ［２−メトキシ-５-（２’-エチル-ヘキシロキシ）、パラ−ペニレンビニレン］）膜を積層し、水銀液滴を他方の電極とした構成が記載されている。
【０００６】
また、特開平７−２９２１３５号公報には、ポリシラン類の粉末をプレス成形し、この成形体を平滑な透明体表面の一方向に押圧摩擦展延し、表面上に配向した薄膜を形成させることにより、ポリシラン類配向膜を製造することにより、特定波長の紫外線における特定の向きの偏光を選択的に吸収し、偏光フィルターなどの光学材料として有用なポリシラン類配向膜が容易に得られる技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の偏光検出回路では、偏光光線の強度を検出するためには、偏光器と光検出器とを用いる必要があり、例えば、光強度が一定で偏光変調された光信号を単一の素子で検出し復調することはできなかった。
【０００８】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、単一の素子で、偏光変調された光の信号を検出し復調することができる配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子とそれを用いた偏光検出回路およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第１の発明は、光を透過する第１の電極と、共役系高分子の配向膜と、チタン酸化物薄膜と、第２の電極とが積層してなることを特徴としている。
【００１０】
また本発明における第２の発明は、上記の第１の発明の共役系高分子は、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、あるいはそれらの誘導体であることを特徴としている。
【００１１】
また本発明における第３の発明は、上記の第１の発明の配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の電極間に電位差を与える構成と、電極間の構成物に偏光光線を照射する構成とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また本発明における第４の発明は、上記の第１の発明の配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の電極間に生ずる電位差を検出する構成と、電極間の構成物に偏光光線を照射する構成とを備えることを特徴としている。
【００１３】
また本発明における第５の発明は、配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の製造方法に関しており、第１の電極を構成し光を透過する基板にチタン酸化物薄膜を形成する工程と、共役系高分子を熱転化によって不溶化する工程と、これを加熱した上記のチタン酸化物薄膜表面に圧着掃引する工程と、第２の電極を形成する工程とを有することを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を、ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）を用いた場合の素子を実施例１として、また、ポリ（3-ドテシルチオフェン）(PDDT)を用いた素子を実施例２として、図面に基づいて詳細に説明する。次に光検出回路を構成した場合を実施例３として、図３、図４を用いて説明する。
【００１５】
【実施例】
［実施例１］
以下に実施例１の素子の製造方法を示す。
１）ITOガラス（光透過性電極膜（インジウム錫酸化物薄膜）２が透明基板（ガラス基板）１の表面についた基板で、透明電極として使用する）表面（ITO側）にチタン酸化物薄膜３をスパッタ法で形成する。チタン酸化物薄膜３の厚さは200nmである。
２）次に、ペレット状に加圧成型した共役系高分子配向膜（ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ））４を300℃に加熱した上記のチタン酸化物薄膜表面に圧着掃引して、PPVの摩擦転写膜を形成する。ポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）は、可溶性誘導体から合成し、熱転化によって不溶化したものである。
３）次に、このPPV摩擦転写膜表面に真空蒸着法により電極膜（金薄膜）５を形成する。
【００１６】
このプロセスにより、図１（ａ）にその断面を示す素子が得られる。金薄膜が薄い場合は、光の透過率が高いことはよく知られている。また、金薄膜の代わりに光透過性電極膜（ＩＴＯ膜）６を形成することによって図１（ｂ）にその断面を示す素子が得られる。この場合は、素子の上下のどちらからでも光を照射しても、それぞれ同様な効果を得る事ができる。また、共役系高分子配向膜４をチタン酸化物薄膜３より先に形成することによって、図１（ｃ）にその断面を示す素子が得られる。
【００１７】
上記の２）の工程後の段階で測定した摩擦転写膜の偏光紫外可視吸収スペクトルを図５に示す。図５では、チタン酸化物およびITOガラスの吸収スペクトルはあらかじめ差し引いてあるので、PPVのみの偏光吸収スペクトルを示している。図５から、PPV由来の350-550nmの波長領域では掃引方向に平行な電場ベクトルを持つ偏光を強く吸収し、垂直偏光はあまり吸収していないことがわかる。これは、PPV層が高度に配向していることを示すとともに、偏光の方向により吸収強度が大きく変化することを示している。
【００１８】
こ様に製造した素子のITO層を陽極、金の層を陰極として、電圧に依存した電流を測定した。その電流−電圧特性を図６に示す。素子に光を当てない場合、その特性曲線は原点を通過した。また、125mW/cm2のハロゲンランプからの光を偏光子により偏光させた光源からの光を照射した場合は、偏光が摩擦転写の掃引方向に平行な場合、光電流の増大が見られ、また光起電力が観測された。また、偏光が垂直の場合も、光電流の増大や光起電力が観測された、が、その値は前記の平行な場合に比べて小さかった。
【００１９】
これは、励起子を用いて次のように説明される。光照射によりPPV分子が励起され、励起子が薄膜内に形成される。次に、チタン酸化物との界面で電荷分離が起こり、電子が陽極へ、正孔が陰極へ移動し、光起電力が生じ、光電流が発生する。この際、摩擦転写の掃引方向に平行な偏光の場合は、図５に示す様に、光エネルギーの吸収率が高く、従って発生する励起子が多い。このため、高い光起電力が発生した、と考えられる。
【００２０】
［実施例２］
以下に実施例２の素子の製造方法を示す。
１）実施例１と同様にITOガラス表面にチタン酸化物薄膜３を形成する。
２）重量平均分子量162,000の立体規則性の共役系高分子配向膜（ポリ（3-ドテシルチオフェン）(PDDT)）４を100℃のチタン酸化物薄膜３上に摩擦転写する。
３）このPDDT摩擦転写膜表面に真空蒸着法により電極膜（金薄膜）５を形成する。
【００２１】
こ様に製造した素子の偏光可視紫外吸収スペクトルを図７に示す。図７は、チタン酸化物およびITOガラスの吸収スペクトルはあらかじめ差し引いてあるので、PDDTのみの偏光吸収スペクトルを示している。この様に、PDDT由来の400-650nmの吸収が強い偏光二色性を示していることから、高配向を持っていることが分かる。
【００２２】
また、電流−電圧特性を測定した結果を図８に示す。偏光光線が摩擦転写の掃引方向に平行な場合の偏光光線照射時、および垂直な場合の偏光光線照射時に、光電流の増大や光起電力が観測された。しかし、偏光が摩擦転写の掃引方向に平行な場合は、垂直の場合に比べて、光電流の増大率や光起電力はより大きかった。
【００２３】
［実施例３］
以下に、実施例１あるいは２で示した素子を用いた偏光検出回路を実施例３として示す。
図２は、偏光変調器により変調された光を、上記の素子の光起電力を用いて検出する偏光検出回路のブロック図である。レーザ光源からの光を偏光変調器により変調し、その変調光を伝送し、図１（ａ）にその断面を示す素子で検出し、検出信号を増幅器で増幅する例を示している。光は、ITOガラスの裏面から入力する。上記したように、偏光が摩擦転写の掃引方向に平行な場合は、垂直の場合に比べて、光電流の増大率や光起電力はより大きいので、偏光方向に依存して電気信号の強弱が得られる。偏光検出には、図１（ｂ）にその断面を示す素子も用いることができることは明らかである。また、配向共役系高分子は、PPV分子でもPDDT分子でも可能であることも明らかである。
【００２４】
このように光起電力を示す配向共役系高分子としては、上記のもの以外に、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、あるいはそれらの誘導体が既に知られており、これらの配向共役系高分子を用いることができることも明らかである。
【００２５】
図３に示す偏光検出回路は、実施例１あるいは２で示した素子にバイアス電圧を与えた偏光検出回路であり、バイアス電圧を変えることにより、動作点を選択できる点に特徴が有る。
【００２６】
また、図２や図３に示す偏光検出回路は、偏光素子を用いる必要がない分、従来の回路に比べて簡素化されている。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００２８】
本発明の素子は、光起電力を有しているので、光を検出することができるが、さらに、本発明の素子は、偏光方向に依存した光起電力特性をもつので、偏光を検出することができる。この素子を用いて、簡単な構成で、偏光を検出できる偏光検出回路を実現できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】配向共役系高分子とチタン酸化物との積層薄膜素子の断面を示す模式図で、（ａ）は、一方の電極に比較的不透明な電極膜を用いた素子を、（ｂ）は、両方の電極に透明電極を用いた素子を、（ｃ）は共役系高分子配向膜とチタン酸化物膜の順番を入れ換えた構成の素子を示す。
【図２】偏光変調器により変調された光を、本発明の素子の光起電力を用いて検出する偏光検出回路のブロック図である。
【図３】本発明の素子にバイアス電圧を与えた偏光検出回路のブロック図である。
【図４】偏光光線の強度を検出できる従来の検出装置の一例を示すブロック図である。
【図５】ポリパラフェニレン配向膜の偏光吸収スペクトルを示す図である。
【図６】ポリパラフェニレンを使った光スイッチの電流−電圧特性を示す図である。
【図７】ポリドデシルチオフェン配向膜の偏光吸収スペクトルを示す図である。
【図８】ポリドデシルチオフェンを使った光スイッチの電流−電圧特性を示す図である。
【符号の説明】
１  透明基板
２  光透過性電極膜
３  チタン酸化物膜
４  共役系高分子配向膜
５  電極膜
６  光透過性電極膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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