(57)【要約】【課題】本発明は、熱変色性素子及び熱変色性表示装置に関する。【解決手段】本発明の熱変色性素子は、密封筐体と、隔離層と、第一加熱構造体と、第二加熱構造体と、熱変色性構造体と、吸収層と、を備える。前記密封筐体の中に、密封空間が形成され、前記隔離層が、前記密封空間を第一空間及び第二空間に分け、前記第一空間に囲まれた前記密封筐体の少なくとも一部が透明である。前記熱変色性構造体が、前記第一空間の中に設置され、気体の放出・吸収によって、その色が変わる。前記第一加熱構造体が、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記吸収層が、前記第二空間の中に設置され、気体の吸収・放出に用いられる。前記第二加熱構造体が、前記吸収層を加熱することに用いられる。また、本発明は、熱変色性素子を利用した熱変色性表示装置を提供する。【選択図】図２
2011138125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封筐体と、隔離層と、第一加熱構造体と、第二加熱構造体と、熱変色性構造体と、吸収層と、を備えた熱変色性素子であって、
前記密封筐体の中に、密封空間が形成され、
前記隔離層が、前記密封空間を第一空間及び第二空間に分け、前記第一空間に囲まれた前記密封筐体の少なくとも一部が透明であり、
前記熱変色性構造体が、前記第一空間の中に設置され、気体の放出及び吸収によって、該熱変色性構造体の色が変わり、
前記第一加熱構造体が、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられ、
前記吸収層が、前記第二空間の中に設置され、気体の吸収及び放出に用いられ、
前記第二加熱構造体が、前記吸収層を加熱することに用いられることを特徴とする熱変色性素子。
【請求項２】
前記隔離層が、複数の微孔を有し、該第一空間の気体及び該第二空間の気体が前記微孔によって交換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】
前記熱変色性構造体が、前記第一加熱構造体で加熱されると、該熱変色性構造体の結晶水が気体になって放出され、該熱変色性構造体の色が変わり、
前記気体が前記隔離層の微孔を通って、前記吸収層に吸収され、
前記吸収層が、前記第二加熱構造体で加熱されると、気体を放出し、該気体が前記隔離層の微孔を通って、前記熱変色性構造体に吸収され、該熱変色性構造体が最初の色に戻ることを特徴とする請求項２に記載の熱変色性素子。
【請求項４】
第一電極板と、該第一電極板と対向して設置された第二電極板と、前記第一電極板と前記第二電極板との間に位置された複数の熱変色性素子と、を備える熱変色性表示装置において、
前記第一電極板が、複数の第一行電極及び複数の第一列電極を含み、該複数の第一行電極及び複数の第一列電極が交差して設置され、複数の第一格子が形成され、
前記第二電極板が、複数の第二行電極及び複数の第二列電極を含み、該複数の第二行電極及び複数の第二列電極が交差して設置され、複数の第二格子が形成され、
前記熱変色性素子が、密封筐体と、隔離層と、第一加熱構造体と、第二加熱構造体と、熱変色性構造体と、吸収層と、を備え、
前記密封筐体の中に、密封空間が形成され、
前記隔離層が、前記密封空間を第一空間及び第二空間に分け、前記第一空間に囲まれた前記密封筐体の少なくとも一部が透明であり、
前記熱変色性構造体が、前記第一空間の中に設置され、気体の放出及び吸収によって、該熱変色性構造体の色が変わり、
前記第一加熱構造体が、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられ、
前記吸収層が、前記第二空間の中に設置され、気体の吸収及び放出に用いられ、
前記第二加熱構造体が、前記吸収層を加熱することに用いられ、
各々の前記熱変色性素子の第一加熱構造体が、それぞれ、前記第一電極板の第一行電極及び第一列電極と電気的に接続され、
各々の前記熱変色性素子の第二加熱構造体が、それぞれ、前記第二電極板の第二行電極及び第二列電極と電気的に接続されていることを特徴とする熱変色性表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱変色性素子（ＴＨＥＲＭＯＣＨＲＯＭＡＴＩＣ  ＤＥＶＩＣＥ）及び熱変色性表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子ペーパーはバックライトモジュールを備えない表示装置であり、近年広く応用されている。現在の電子ペーパーの表示方式の主流は、電気泳動方式である。該電気泳動方式は、マイクロカプセル型電気泳動式及びマイクロカップ型電気泳動式を含む。
【０００３】
前記マイクロカプセル型電気泳動式では、白色と黒色の荷電粒子及び流体がマイクロカプセルに収められ、各々のマイクロカプセルが導電基板と透明導電層との間に隙間なく並べられ、前記導電基板及び透明導電層によって、前記マイクロカプセルに電圧を印加し、前記導電基板と前記透明導電層との間に電界が生じ、該電界によって白色と黒色の荷電粒子を移動させ、白と黒の表示を行なう。
【０００４】
前記マイクロカップ型電気泳動式では、正に帯電した白い粒子及び液体顔料がマイクロカップに満たされ、該マイクロカップが導電基板と透明導電層との間に並べられ、前記導電基板及び透明導電層によって、前記マイクロカップに電圧を印加し、前記導電基板と前記透明導電層との間に電界が生じ、該電界によって白い粒子を移動させる。電位を変えることで、白い粒子は画面から遠ざかったり近づいたりする。白い粒子が画面に近づいたときにピクセルは白くなり、遠ざかった時には液体の色に変わるので、表示を実現できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかし、電気泳動方式が採用された前記電子ペーパーは、荷電粒子が必要であり、該荷電粒子が白色又は黒色であるので、カラー表示を実現することが難しくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、前記課題を解決するために、本発明はカラー表示を実現できる熱変色性素子及び熱変色性表示装置を提供する。
【０００８】
熱変色性素子は、密封筐体と、隔離層と、第一加熱構造体と、第二加熱構造体と、熱変色性構造体と、吸収層と、を備える。前記密封筐体の中に、密封空間が形成される。前記隔離層が、前記密封空間を第一空間及び第二空間に分け、前記第一空間に囲まれた前記密封筐体の少なくとも一部が透明である。前記熱変色性構造体が、前記第一空間の中に設置され、気体の放出・吸収によって、その色が変わる。前記第一加熱構造体が、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記吸収層が、前記第二空間の中に設置され、気体の吸収・放出に用いられる。前記第二加熱構造体が、前記吸収層を加熱することに用いられる。
【０００９】
前記隔離層が、複数の微孔を有し、該第一空間の気体及び該第二空間の気体が前記微孔によって交換する。
【００１０】
前記熱変色性構造体が、前記第一加熱構造体で加熱されると、該熱変色性構造体の結晶水が気体になって放出され、その色が変わる。前記気体が前記隔離層の微孔を通って、前記吸収層に吸収される。前記吸収層が、前記第二加熱構造体で加熱されると、気体を放出し、該気体が前記隔離層の微孔を通って、前記熱変色性構造体に吸収され、該熱変色性構造体が最初の色に戻る。
【００１１】
熱変色性表示装置は、第一電極板と、該第一電極板と対向して設置された第二電極板と、前記第一電極板と前記第二電極板との間に位置された複数の熱変色性素子と、を備える。前記第一電極板が、複数の第一行電極及び複数の第一列電極を含み、該複数の第一行電極及び複数の第一列電極が交差して設置され、複数の第一格子が形成される。前記第二電極板が、複数の第二行電極及び複数の第二列電極を含み、該複数の第二行電極及び複数の第二列電極が交差して設置され、複数の第二格子が形成される。前記複数の熱変色性素子は、密封筐体と、隔離層と、第一加熱構造体と、第二加熱構造体と、熱変色性構造体と、吸収層と、を備える。前記密封筐体の中に、密封空間が形成される。前記隔離層が、前記密封空間を第一空間及び第二空間に分け、前記第一空間に囲まれた前記密封筐体の少なくとも一部が透明である。前記熱変色性構造体が、前記第一空間の中に設置され、気体の放出・吸収によって、その色が変わる。前記第一加熱構造体が、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記吸収層が、前記第二空間の中に設置され、気体の吸収・放出に用いられる。前記第二加熱構造体が、前記吸収層を加熱することに用いられる。各々の前記熱変色性素子の第一加熱構造体が、それぞれ、前記第一電極板の第一行電極及び第一列電極と電気的に接続される。各々の前記熱変色性素子の第二加熱構造体が、それぞれ、前記第二電極板の第二行電極及び第二列電極と電気的に接続される。
【発明の効果】
【００１２】
従来の技術と比べて、本発明の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。第一に、第一加熱構造体を利用して熱変色性構造体を加熱して、該熱変色性構造体の結晶水が気体になって放出され、前記熱変色性素子の色が変わる。前記気体が前記隔離層の微孔を通って、前記吸収層に吸収される。前記第二加熱構造体を利用して前記吸収層を加熱して、気体を放出し、該気体が前記隔離層の微孔を通って、前記熱変色性構造体に吸収され、該熱変色性構造体が最初の色に戻る。前記熱変色性構造体の材料の色が多いので、カラー表示を実現できる。第二、前記熱変色性素子には、荷電粒子が必要ではないので、コストが低くなる。第三、電源を切断しても、前記熱変色性素子における熱変色性構造体の色が変わらず、カラー表示を保持できるので、前記熱変色性素子は、双安定表示を実現でき、エネルギーを節約することができる。
【００１３】
前記熱変色性素子と熱変色性表示装置の第一加熱構造体又は第二加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を採用する場合、その単位面積当たりの熱容量が低いので、前記加熱構造体の熱応答速度が速く、前記熱変色性構造体との熱の交換速度が速いので、該熱変色性構造体を速く加熱することができる。従って、前記熱変色性素子の色彩表示の応答速度が速く、エネルギー消費が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１の熱変色性素子の構造を示す上面図である。
【図２】本発明の実施形態１の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図３】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図４】ドローン構造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セグメントの構造を示す図である。
【図５】ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを引き出す見取り図である。
【図６】プレシッド構造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等方的に配列されたカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図７】プレシッド構造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同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図８】綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図９】綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの写真である。
【図１０】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。
【図１１】超長構造カーボンナノチューブフィルムのＳＥＭ写真である。
【図１２】非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図１３】ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤのＳＥＭ写真である。
【図１４】本発明の実施形態２の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施形態３の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の熱変色性表示装置の構造を示す図である。
【図１７】本発明の熱変色性表示装置の第一電極板を示す上面図である。
【図１８】本発明の熱変色性表示装置の第二電極板を示す上面図である。
【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及び図２を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子１００を提供する。該熱変色性素子１００は、密封筐体１０２、隔離層１０４、第一加熱構造体１０６、第二加熱構造体１０８、熱変色性構造体１１０、吸収層１１２、少なくとも二つの第一電極１１４及び少なくとも二つの第二電極１１６を含む。
【００１７】
前記密封筐体１０２には密封空間（図示せず）が形成される。前記隔離層１０４は、前記密封筐体１０２の中に設置され、前記密封空間を第一空間１２０及び第二空間１２２に分ける。前記第一空間１２０に囲まれた前記密封筐体１０２の少なくとも一部が透明である。即ち、前記第一空間１２０に囲まれた前記密封筐体１０２に、透明窓（図示せず）を有する。前記第一加熱構造体１０６は、前記第一空間１２０を加熱することに用いられ、前記第二加熱構造体１０８は、前記第二空間１２２を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体１１０は、前記第一空間１２０の中に設置され、所定の温度で該熱変色性構造体１１０の結晶水が気体になって放出し、その色が変わる。前記吸収層１１２は、前記第二空間１２２の中に設置される。前記少なくとも二つの第一電極１１４は、それぞれ前記第一加熱構造体１０６と電気的に接続される。前記少なくとも二つの第二電極１１６は、それぞれ前記第二加熱構造体１０８と電気的に接続される。
【００１８】
前記密封筐体１０２は、上基板１０２２と、該上基板１０２２と対向する下基板１０２４と、前記上基板１０２２と前記下基板１０２４との間に設置された四つの側基板１０２６と、からなり、前記上基板１０２２は、透明絶縁基板であり、その材料がガラス又は透明の高分子材料である。即ち、前記上基板１０２２が透明窓である。前記透明の高分子材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート又はポリ塩化ビニルである。前記下基板１０２４及び前記四つの側基板１０２６の材料は、例えば、セラミックス、プラスチック、ゴムなどの絶縁材料である。前記上基板１０２２及び前記下基板１０２４は、高温に耐える材料であることが好ましい。 
【００１９】
前記隔離層１０４は、前記密封筐体１０２の密封空間の中に懸架して設置される。前記隔離層１０４の縁部は、接着剤で又は機械的に前記四つの側基板１０２６に固定され、或いは、前記四つの側基板１０２６に挿入される。本実施形態において、前記隔離層１０４は、その形状が前記上基板１０２２及び下基板１０２４の形状と同じであり、該上基板１０２２及び下基板１０２４に平行する。前記隔離層１０４の縁部は接着剤で前記四つの側基板１０２６に接着される。前記第一空間１２０及び前記第二空間１２２の中の気体を交換させるために、前記隔離層１０４が複数の微孔を有する。前記隔離層１０４は、高分子材料で製造され、例えば細胞壁、膀胱膜、羊皮紙などの半透膜である。前記隔離層１０４は、多孔基板の孔に他の材料を堆積して形成された半透壁でもよく、例えば、無釉セラミックスの孔に銅ヘキサシアノ鉄酸塩（ＣｕＨＣＦ）を堆積して形成された隔離層である。前記隔離層１０４は、前記密封筐体１０２の密封空間を前記第一空間１２０及び前記第二空間１２２に分けて、該第一空間１２０及び前記第二空間１２２の気体だけを交換させることができるが、液体又は固体を交換できない。前記隔離層１０４の厚さが１マイクロメートル〜１ミリメートルであることが好ましい。本実施形態において、前記隔離層１０４の厚さが１００マイクロメートルである羊皮紙である。
【００２０】
前記第一空間１２０は、前記上基板１０２２、前記隔離層１０４及び四つの側基板１０２６に囲まれる。前記第二空間１２２は、前記下基板１０２４、前記隔離層１０４及び四つの側基板１０２６に囲まれる。前記第一空間１２０及び前記第二空間１２２は、それぞれ前記隔離層１０４の両側に設置される。前記第一空間１２０の形状及び大きさは、前記上基板１０２２と前記隔離層１０４との間の距離及び、前記隣接する側基板１０２６の間の距離によって決められる。前記第二空間１２２の形状及び大きさは、前記下基板１０２４と前記隔離層１０４との間の距離及び、前記隣接する側基板１０２６の間の距離によって決められる。前記第一空間１２０及び前記第二空間１２２の形状及び大きさが同じでも、異なってもいい。本実施形態において、前記第一空間１２０及び前記第二空間１２２の形状及び大きさが同じである。
【００２１】
前記熱変色製構造体１１０は、所定の温度で気体を放出できるものである。該熱変色性構造体１１０の材料は、結晶水を含む銅、コバルト、ニッケルなどの無機塩である熱変色性材料である。前記熱変色性材料は所定の温度まで加熱されると、その結晶水が気体になって放出され、その色が変わる。具体的には、前記熱変色性構造体１１０の材料は、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ、ＮｉＣｌ２・Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・Ｈ２Ｏ、ＣｏＣｌ２・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・１０Ｈ２Ｏ、ＣｏＢｒ２・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・１０Ｈ２Ｏ、ＣｏＩ２・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・１０Ｈ２Ｏ、ＣｏＳＯ４・Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・９Ｈ２Ｏ、ＣｕＳＯ４・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・５Ｈ２Ｏ、ＮｉＢｒ２・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・１０Ｈ２Ｏ、ＮｉＣｌ２・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・１０Ｈ２Ｏ、Ｃｏ（ＮＯ３）２・２Ｃ６Ｈ１２Ｎ４・１０Ｈ２Ｏなどである。前記熱変色性構造体１１０は、前記第一空間１２０の中に充填される。前記第一加熱構造体１０６により前記熱変色製構造体１１０を加熱すると、該熱変色製構造体１１０が所定の温度で結晶水を放出して、その色が変わる。これにより、前記熱変色性素子１００の表示効果を実現することができる。
【００２２】
前記吸収層１１２は、高吸水性の材料又は高吸収性の材料である。具体的には、該吸収層１１２の材料は、アクリル・エステルポリマー（ａｃｒｙｌｉｃ  ｅｓｔｅｒ  ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリビニルアルコール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ）、酢酸ビニルコポリマー（ｖｉｎｙｌ  ａｃｅｔａｔｅ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）又はポリエチレンオキシド（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｏｘｉｄｅ）のいずれか一種である。また、前記吸収層１１２は、例えば、海綿又は活性炭のような多孔材料からなってもよい。前記吸収層１１２は、前記第二空間１２２の中に充填される。前記第二加熱構造体１０８により、前記吸収層１１２を加熱する。
【００２３】
前記第一加熱構造体１０６は、前記上基板１０２２の内表面又は外表面に設置できる。該第一加熱構造体１０６は、例えば、酸化インジウムスズ薄膜又はカーボンナノチューブ構造体のような透明層状構造体である。本実施形態において、前記第一加熱構造体１０６は、前記上基板１０２２の外表面に設置されたカーボンナノチューブ構造体であり、前記上基板１０２２を通して前記第一空間１２０を加熱する。前記第二加熱構造体１０８は、前記下基板１０２４の内表面又は外表面に設置できる。前記第二加熱構造体１０８は、透明の層状構造体又は不透明の層状構造体であり、具体的には、金属層、酸化インジウムスズ薄膜又はカーボンナノチューブ構造体である。本実施形態において、前記第一加熱構造体１０６は、前記下基板１０２４の外表面に設置されたカーボンナノチューブ構造体であり、前記下基板１０２４を通して前記第二空間１２２を加熱する。
【００２４】
前記カーボンナノチューブ構造体は、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は、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブからなるので、特定の形状を有する。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の少なくとも一種を含む。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０．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１ナノメートル〜５０ナノメートルに設定され、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１．５ナノメートル〜５０ナノメートルに設定される。前記カーボンナノチューブ構造体における隣接するカーボンナノチューブの間に多くの隙間を有するので、該カーボンナノチューブ構造体が多くの微孔を有する。
【００２５】
前記カーボンナノチューブ構造体の厚さが０．５ナノメートル〜１ミリメートルであるが、好ましくは、１００ナノメートル〜０．１ミリメートルである。前記カーボンナノチューブ構造体の透明度は、前記カーボンナノチューブ構造体の厚さと関係がある。前記カーボンナノチューブ構造体は、その厚さが小さくなるほど、その透明度がよくなる。前記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である。前記カーボンナノチューブ構造体の熱容量が小さいので、前記カーボンナノチューブ構造体からなる加熱構造体が速い熱応答速度を持って、加熱対象を速く加熱することができる。前記カーボンナノチューブ構造体の熱応答速度は、その厚さと関係がある。前記カーボンナノチューブ構造体の面積が同じである場合、該カーボンナノチューブ構造体の厚さが厚くなるほど、熱応答速度が遅くなり、該カーボンナノチューブ構造体の厚さが薄くなるほど、熱応答速度が速くなる。
【００２６】
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、カーボンナノチューブ線状構造体、又はカーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブ線状構造体の組み合わせである。前記カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブフィルムを含む場合、前記複数のカーボンナノチューブフィルムが積層して設置される。前記カーボンナノチューブ構造体が複数のカーボンナノチューブ線状構造体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体が平行して設置され、交差して設置され、又は編んで、二次元のカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。また、前記カーボンナノチューブ構造体は、前記カーボンナノチューブ線状構造体を巻き付くことにより、二次元のカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。
【００２７】
前記カーボンナノチューブフィルムは、均一的に配置された複数のカーボンナノチューブを含む。前記複数のカーボンナノチューブは、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フィルムは非配向型のカーボンナノチューブフィルム及び配向型のカーボンナノチューブフィルムの二種に分類される。本実施形態における非配向型のカーボンナノチューブフィルムでは、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フィルムでは、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フィルムにおいて、配向型のカーボンナノチューブフィルム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。具体的には、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、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム、綿毛構造カーボンナノチューブフィルム又は超長構造カーボンナノチューブフィルムを含む。
【００２８】
前記カーボンナノチューブ線状構造体は、少なくとも一つの非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、少なくとも一つのねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、又は非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ及びねじれ状カーボンナノチューブワイヤの組み合わせである。
【００２９】
本発明のカーボンナノチューブフィルムとしては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。
【００３０】
（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、少なくとも一枚のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。図３を参照すると、単一の前記ドローン構造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（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献１を参照）から引き出して得られ、自立構造を有したものである。単一の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、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フィルムの表面に平行に、カーボンナノチューブフィルムを引き出す方向に沿って、且つ、同じ方向に沿って配列されている。前記複数のカーボンナノチューブは、分子間力で端と端が接続されている。
【００３１】
微視的には、前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａにおいて、前記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以外に、該同じ方向に沿っておらずランダムな方向を向いたカーボンナノチューブも存在している。ここで、該ランダムな方向を向いたカーボンナノチューブは、前記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比べて、割合は小さい。
【００３２】
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の長さは実質的に同じである。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の厚さが１０マイクロメートル以下である場合、該カーボンナノチューブフィルム１４３ａの透光率が９６％以上程度に達することができる。
【００３３】
前記カーボンナノチューブ構造体が積層された複数の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａを含む場合、隣接する前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａ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１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５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１４３ａにおけるカーボンナノチューブ１４５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、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。又は、前記複数のカーボンナノチューブフィルム１４３ａは、同一平面上に隙間なく並列されることもできる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
本実施形態により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よい。
【００３８】
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束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。
【００３９】
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束が端と端で接合され、連続的なカーボンナノチューブフィルムが形成される（図５を参照）。
【００４０】
（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）を含む。図６又は図７を参照すると、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。
【００４１】
図６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。
【００４２】
図７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た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た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。
【００４３】
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。前記カーボンナノチューブフィルムにおける隣接するカーボンナノチューブの間に隙間があるので、該カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数の微孔が形成され、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。
【００４４】
（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、少なくとも一枚の綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）を含む。図８及び図９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、相互に絡み合い、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、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであると好ましい。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、複数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１０マイクロメートル以下になる。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、１．０マイクロメートル〜１．０ミリメートルであり、１００マイクロメートルであることが好ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
第一ステップでは、前記カーボンナノチューブフィルムのもとになるカーボンナノチューブを提供する。
【００４７】
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の原料が形成される。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、１０マイクロメートル以上であり、２００マイクロメートル〜９００マイクロメートルであることが好ましい。
【００４８】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブの原料を溶剤に浸漬し、該カーボンナノチューブの原料を処理して、綿毛構造のカーボンナノチューブ構造体を形成する。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１０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。
【００５２】
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焙り、或いは、該溶剤が自然に蒸発すると、図８と図９に示す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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。前記微多孔膜が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。
【００５５】
（四）超長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、少なくとも一枚の超長構造カーボンナノチューブフィルム（ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｆｉｌｍ）を含む。図１１を参照すると、前記カーボンナノチューブフィルムは、ほぼ同じ長さを有する複数のカーボンナノチューブを含む。単一の前記カーボンナノチューブフィルムにおいて、前記複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って、均一に並列されている。単一の前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは、１０ナノメートル〜１００マイクロメートルである。前記複数のカーボンナノチューブは、それぞれ前記複数のカーボンナノチューブフィルムの表面に平行に配列され、相互に平行に配列されている。隣接する前記カーボンナノチューブは所定の距離で分離して設置される。前記距離は０マイクロメートル〜５マイクロメートルである。前記距離が０マイクロメートルである場合、隣接する前記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フィルムにおける各々の前記カーボンナノチューブの長さは、前記カーボンナノチューブフィルムの長さと基本的に同じである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは、１センチメートル以上であり、１センチメートル〜３０センチメートルであることが好ましい。さらに、各々の前記カーボンナノチューブには結節がない。本実施形態において、前記カーボンナノチューブフィルムの厚さは１０マイクロメートルである。単一の前記カーボンナノチューブの長さは１０センチメートルである。
【００５６】
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線状構造体を含むことができる。前記カーボンナノチューブ線状構造体は、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、２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下であり、０（０は含まず）〜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４．５ナノメートル〜１センチメートルであり、１．０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであることが好ましい。
【００５７】
図１２を参照すると、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、１マイクロメートル〜１センチメートルである。
【００５８】
図１３を参照すると、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、１マイクロメートル〜１センチメートルである。前記カーボンナノチューブ線状構造体は、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。
【００５９】
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。
【００６０】
前記カーボンナノチューブ線状構造体が二本以上のカーボンナノチューブワイヤを含む場合、各々のカーボンナノチューブワイヤが平行に配列され、非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体を形成する。或いは、各々のカーボンナノチューブワイヤが、螺旋状に配列され、ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体を形成する。即ち、前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、前記カーボンナノチューブ線状構造体の長手方向に沿って、配列される。前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、前記線状構造体の軸向に沿って、螺旋状に配列される。
【００６１】
前記非ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤである。前記ねじれ状のカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤ又はねじれ状のカーボンナノチューブワイヤである。
【００６２】
前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径は、０．５ナノメートル〜２ミリメートルである。単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径が大きく、前記カーボンナノチューブワイヤの数量が多いほど、前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径が大きくなる。この逆に、単一の前記カーボンナノチューブワイヤの直径が小さく、前記カーボンナノチューブワイヤの数量が少ないほど、前記カーボンナノチューブ線状構造体の直径が小さくなる。
【００６３】
前記カーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが配向して配列されるので、該カーボンナノチューブワイヤからなるカーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブが配向して配列される。
【００６４】
また、前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤを揮発性有機溶剤で処理してもよい。前記揮発性有機溶剤の表面力の作用で前記ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤにおける隣接するカーボンナノチューブが分子間力で緊密に接続されるので、該ねじれ状のカーボンナノチューブワイヤは、直径及び比表面積が小さくなり、大きな密度、優れた機械強度及び優れた強靭性を有する。
【００６５】
前記カーボンナノチューブ構造体が、一つの前記カーボンナノチューブ線状構造体を含む場合、該カーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブの両端は、それぞれ、前記電極に電気的に接続される。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線状構造体を含む場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体が平行に配列され、又は交叉して配列される。前記交叉して配列されたカーボンナノチューブ線状構造体の交叉する角度は、特に制限されない。前記各々のカーボンナノチューブ線状構造体を設置する方式は制限されず、均一な加熱構造体を形成することができることを確保してもよい。
【００６６】
前記カーボンナノチューブ線状構造体が、揮発性有機溶剤又は機械外力で前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムを処理し、形成されたものであり、且つ前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムが、自立構造体を有するので、該カーボンナノチューブ線状構造体は、自立構造体も有する。前記カーボンナノチューブ線状構造体におけるカーボンナノチューブの間に、隙間があるので、該カーボンナノチューブ線状構造体には、複数の微孔があり、該微孔の直径が１０マイクロメートル以下である。
【００６７】
前記カーボンナノチューブ構造体が大きな比表面積を有し、その自体が大きな接着性を有するので、該カーボンナノチューブ構造体からなる加熱構造体が前記上基板１０２２又は前記下基板１０２４の表面に直接設置することができる。また、前記加熱構造体が接着剤により前記上基板１０２２又は前記下基板１０２４の表面に固定することもできる。
【００６８】
前記カーボンナノチューブフィルムを加熱構造体として利用した場合、該カーボンナノチューブフィルムを前記上基板１０２２又は下基板１０２４の表面に直接設置することができる。一つのカーボンナノチューブ線状構造体を加熱構造体として利用した場合、該カーボンナノチューブ線状構造体を湾曲させて層状構造体に形成し、あるいは、該カーボンナノチューブ線状構造体を層状構造体に巻き付いた後、該層状構造体を前記上基板１０２２又は下基板１０２４の表面に設置することができる。複数の前記カーボンナノチューブ線状構造体を加熱構造体として利用した場合、該複数のカーボンナノチューブ線状構造体を平行に又は交叉して配列させ、又は編まれ、層状構造体に形成され、該層状構造体を前記上基板１０２２又前記下基板１０２４の表面に設置することができる。
【００６９】
本実施形態において、前記第一加熱構造体１０６は、複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを積層して、形成されたカーボンナノチューブ構造体であり、導電銀ペーストを利用して、前記第一加熱構造体１０６を前記上基板１０２２の表面に固定させる。前記第二加熱構造体１０８は、複数のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを積層して、形成されたカーボンナノチューブ構造体であり、導電銀ペーストを利用して、前記第二加熱構造体１０８を前記下基板１０２４の表面に固定させる。
【００７０】
本実施形態における加熱構造体が複数のカーボンナノチューブを含み、該カーボンナノチューブが優れた電気熱変換効率及び熱輻射効率を有するので、該加熱構造体は、優れた電気熱変換効率及び熱輻射効率を有する。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、前記加熱構造体の熱応答速度が速く、前記カーボンナノチューブ構造体が前記熱変色性構造体との熱の伝送速度が速く、該熱変色性構造体を速く加熱することができる。従って、前記熱変色性素子１００が速く表示及び消去でき、反応速度が速い。
【００７１】
前記少なくとも二つの前記第一電極１１４は、前記第一加熱構造体１０６と電気的に接続される。前記少なくとも二つの第一電極１１４によって、前記第一加熱構造体１０６に電流を流すと、該第一加熱構造体１０６が熱を生じ、加熱対象を加熱する。前記少なくとも二つの第一電極１１４は、導電接着剤によって前記第一加熱構造体１０６の表面に設置される。該導電接着剤は、前記第一電極１１４を前記第一加熱構造体１０６の表面によく固定できるのと同時に、前記第一電極１１４と前記第一加熱構造体１０６との間の優れた電気接続を保持できる。該導電接着剤が導電銀ペーストである。
【００７２】
前記少なくとも二つの第二電極１１６は、前記第二加熱構造体１０８と電気的に接続される。前記少なくとも二つの第二電極１１６によって、前記第二加熱構造体１０８に電流を流すと、該第二加熱構造体１０８が熱を生じ、加熱対象を加熱する。前記少なくとも二つの第二電極１１６は、導電接着剤によって前記第二加熱構造体１０８の表面に設置される。該導電接着剤は、前記第二電極１１６を前記第二加熱構造体１０８の表面によく固定できるのと同時に、前記第二電極１１６と前記第二加熱構造体１０８との間の優れた電気接続を保持できる。該導電接着剤が導電銀ペーストである。
【００７３】
前記第一電極１１４及び第二電極１１６は、導電材料からなり、例えば導電性フィルム、金属チップ又は金属ワイヤーである。好ましくは、前記第一電極１１４及び第二電極１１６がそれぞれ導電性フィルムであり、その厚さが０．５ナノメートル〜１００マイクロメートルである。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）、アンチモン酸化スズ（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数種の合金である。前記第一電極１１４及び第二電極１１６は、それぞれ前記第一加熱構造体１０６及び前記第二加熱構造体１０８の表面に設置される。前記第一電極１１４が前記第一加熱構造体１０６の透光性に影響を与えることを防止するために、該第一電極１１４が優れた透光性を有する材料からなり、その数量が二つであることが好ましい。
【００７４】
本実施形態において、前記第一電極１１４及び第二電極１１６は、それぞれ二つであり、第一電極１１４又は第二電極１１６の厚さが５マイクロメートルである。二つの前記第一電極１１４は、それぞれ前記第一加熱構造体１０６の両端に設置され、該第一加熱構造体１０６と電気的に接続される。二つの前記第二電極１１６は、それぞれ前記第二加熱構造体１０８の両端に設置され、該第二加熱構造体１０８と電気的に接続される。
【００７５】
前記二つの第一電極１１４によって、前記第一加熱構造体１０６に電圧を印加すると、電流は、該第一加熱構造体１０６へ流れる。該第一加熱構造体１０６が熱を発生させ、前記熱変色性構造体１１０を加熱する。該熱変色性構造体１１０は、所定の温度まで加熱されると、該熱変色性構造体１１０における結晶水が気体になって放出する。これによって、前記熱変色性構造体１１０の色が変わる。前記気体が前記隔離層１０４を通って前記第二空間１２２に位置された吸収層１１２で、吸収されて貯蔵される。前記二つの第二電極１１６によって、前記第二加熱構造体１０８に電圧を印加すると、電流は、該第二加熱構造体１０８へ流れる。該第二加熱構造体１０８が熱を発生させ、前記吸収層１１２を加熱する。該吸収層１１２に貯蔵された気体は、前記隔離層１０４を通って前記第一空間１２０に位置された熱変色性構造体１１０で吸収され、結晶水に形成されるので、前記熱変色性構造体１１０が最初の色に戻る。前記上基板１０２２及び前記第一加熱構造体１０６が透明材料からなるので、前記熱変色性構造体１１０の色の変化が前記上基板１０２２及び前記第一加熱構造体１０６を透過して表示できる。
【００７６】
本実施形態における熱変色性素子１００は、次の優れた点を有する。第一に、前記熱変色性素子１００は、第一加熱構造体１０６を利用して熱変色性構造体１１０を加熱して、該熱変色性素子１００の結晶水を放出させ、該熱変色性素子１００の色が変わる。前記熱変色性構造体１１０の材料の色が多いので、カラー表示を実現できる。第二に、前記熱変色性素子１００には、荷電粒子が必要ではないので、コストが低くなる。第三に、電源を切断しても、前記熱変色性素子１００における熱変色性材料の色が変わらず、カラー表示を保持できるので、前記熱変色性素子１００は、双安定表示を実現でき、エネルギーを節約することができる。
【００７７】
（実施形態２）
図１４を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子２００を提供する。該熱変色性素子２００は、密封筐体２０２、隔離層２０４、第一加熱構造体２０６、第二加熱構造体２０８、熱変色性構造体２１０、吸収層２１２、少なくとも二つの第一電極２１４及び少なくとも二つの第二電極２１６を含む。
【００７８】
前記隔離層２０４は、前記密封筐体２０２の中に設置され、該密封筐体２０２に囲まれた密封空間を第一空間２２０及び第二空間２２２に分ける。前記第一加熱構造体２０６は、前記第一空間２２０を加熱することに用いられ、前記第二加熱構造体２０８は、前記第二空間２２２を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体２１０は、前記第一空間２２０の中に設置され、所定の温度で相変化を発生すると、その色が変わる。前記吸収層２１２は、前記第二空間２２２の中に設置される。前記少なくとも二つの第一電極２１４は、それぞれ前記第一加熱構造体２０６と電気的に接続される。前記少なくとも二つの第二電極２１６は、それぞれ前記第二加熱構造体２０８と電気的に接続される。前記密封筐体２０２は、上基板２０２２、下基板２０２４及び四つの側基板２０２６からなる。
【００７９】
本実施形態の熱変色性素子２００は、第一実施形態の熱変色性素子１００の構造と比べて、本実施形態の第一加熱構造体２０６、第二加熱構造体２０８の位置及び、前記第一電極２１４、前記第二電極２１６の設置方式が異なる。
【００８０】
前記第一加熱構造体２０６は、上基板２０２２の内表面に設置され、前記第一空間２２０の内部に位置され、前記熱変色性構造体２１０と直接接触する。前記第二加熱構造体２０８は、下基板２０２４の内表面に設置され、前記第二空間２２２の内部に位置され、前記吸収層２１２と直接接触する。
【００８１】
前記少なくとも二つの第一電極２１４は、前記第一加熱構造体２０６と電気的に接続される。本実施形態において、前記第一電極２１４は、その数量が二つであり、それぞれ前記第一加熱構造体２０６の両端に設置され、該第一加熱構造体２０６と直接接触する。前記第一電極２１４は、さらに延長部２１４２を含み、該延長部２１４２が前記密封筐体２０２の外部まで延びる。前記第一電極２１４は、前記延長部２１４２を介して、外部回路と電気的に接続される。
【００８２】
前記少なくとも二つの第二電極２１６、前記第二加熱構造体２０８と電気的に接続される。本実施形態において、前記第二電極２１６は、その数量が二つであり、それぞれ前記第二加熱構造体２０８の両端に設置され、該第二加熱構造体２０８と直接接触する。前記第二電極２１６は、さらに延長部２１６２を含み、該延長部２１６２が前記密封筐体２０２の外部まで延びる。前記第二電極２１６は、前記延長部２１６２を介して、外部回路と電気的に接続される。
【００８３】
本実施形態の熱変色性素子２００において、前記第一加熱構造体２０６及び前記第二加熱構造体２０８がそれぞれ前記第一空間２２０及び前記第二空間２２２の内部に設置され、それぞれ前記熱変色性構造体２１０及び前記吸収層２１２を直接加熱できるので、熱損失が減少し、加熱速度が速くなる。従って、前記熱変色性素子２００の応答速度が速くなる。
【００８４】
（実施形態３）
図１５を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子３００を提供する。該熱変色性素子３００は、密封筐体３０２、隔離層３０４、第一加熱構造体３０６、第二加熱構造体３０８、熱変色性構造体３１０、吸収層３１２を含む。
【００８５】
前記隔離層３０４は、前記密封筐体３０２の中に設置され、該密封筐体３０２に囲まれた密封空間を第一空間３２０及び第二空間３２２に分ける。前記第一加熱構造体３０６は前記第一空間３２０を加熱することに用いられ、前記第二加熱構造体３０８は前記第二空間３２２を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体３１０は、前記第一空間３２０の中に設置され、所定の温度で相変化を発生すると、その色が変わる。前記吸収層３１２は、前記第二空間３２２の中に設置される。前記密封筐体３０２は、上基板３０２２、下基板３０２４及び四つの側基板３０２６を含む。
【００８６】
本実施形態の熱変色性素子３００は、前記第二実施形態の熱変色性素子２００と比べて、本実施形態の熱変色性素子３００の側基板３０２６の構造が異なる。
【００８７】
前記密封筐体３０２の四つの側基板３０２６において、対向して設置された二つの側基板３０２６は、絶縁材料からなって、対向して設置された他の二つの側基板３０２６は、それぞれ三つの部材を含む。具体的には、前記三つの部材を含む側基板３０２６は、それぞれ第一導電部３０２６ａ、第二導電部３０２６ｂ及び絶縁層３０２６ｃを含み、該第一導電部３０２６ａ及び第二導電部３０２６ｂが絶縁層３０２６ｃによって絶縁する。前記第一導電部３０２６ａは、前記第一加熱構造体３０６の表面に設置され、該第一加熱構造体３０６と電気的に接続され、前記第二導電部３０２６ｂは、前記第二加熱構造体３０８の表面に設置され、該第二加熱構造体３０８と電気的に接続される。前記第一加熱構造体３０６は前記第一導電部３０２６ａを介して外部回路と電気的に接続され、前記第二加熱構造体３０８は前記第二導電部３０２６ｂを介して外部回路と電気的に接続される。
【００８８】
本発明は、前記実施形態１〜実施形態３のいずれかの熱変色性素子を利用した熱変色性表示装置を提供する。該熱変色性表示装置は、複数の熱変色性素子が行列形式で配列して形成された画素アレイと、駆動回路と、複数の行電極と、複数の列電極とを含む。前記駆動回路が前記複数の行電極及び前記列電極によって、それぞれ各々の熱変色性素子の熱変色性構造体を制御する。具体的には、本実施形態において、複数の熱変色性素子の第一加熱構造体が第一電極板を共用し、複数の熱変色性素子の第二加熱構造体が第二電極板を共用する。アドレス回路（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ  ｃｉｒｃｕｉｔ）によって、それぞれ各々の熱変色性素子の作動を制御して、表示を実現することができる。本発明の実施形態１における熱変色性素子１００を応用した熱変色性表示装置を例として、熱変色性表示装置について詳しく説明する。
【００８９】
図１６を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子１００を応用した熱変色性表示装置４０を提供する。該熱変色性表示装置４０は、第一電極板４２、第二電極板４４及び前記第一電極板４０と前記第二電極板４４との間に設置された複数の熱変色性素子１００を含む。該第一電極板４２および第二電極板４４が対向して設置される。
【００９０】
図１７を参照すると、前記第一電極板４２は、透明基板であり、第一表面４２０を備える。前記第一電極板４２は、複数の第一行電極４２２及び複数の第一列電極４２４を含む。前記複数の第一行電極４２２は、平行し、等間隔に前記第一電極板４２の第一表面４２０に設置され、前記複数の第一列電極４２４は、平行し、等間隔に前記第一電極板４２の第一表面４２０表面に設置される。該複数の第一行電極４２２と該複数の第一列電極４２４は、絶縁して、交差して前記第一電極板４２の第一表面４２０に設置されている。隣接する二つの第一行電極４２２と、隣接する二つの第一列電極４２４とは、複数の第一格子４２６を形成している。
【００９１】
図１８を参照すると、前記第二電極板４４は、前記第一電極板４２の構造と同じであり、第二表面４４０を備える。該第二電極板４４は、その第二表面４４０に設置された複数の第二行電極４４２、複数の第二列電極４４４及び複数の第二格子４４６を含む。
【００９２】
前記第一電極板４２の第一表面４２０と前記第二電極板４４の第二表面４４０は、対向して設置される。前記第一表面４２０に設置された複数の第一行電極４２２、複数の第一列電極４２４及び複数の第一格子４２６は、それぞれ前記第二表面４４０に設置された複数の第二行電極４４２、複数の第二列電極４４４及び複数の第二格子４４６と対応して設置される。複数の熱変色性素子１００は、前記第一電極板４２と前記第二電極板４４との間に設置され、複数の行及び複数の列に配列される。
【００９３】
図２を共に参照すると、各々の熱変色性素子１００は、その上基板１０２２が前記第一電極板４２の第一格子４２６に隣接して設置され、その下基板１０２４が前記第二電極板４４の第二格子４４６に隣接して設置される。各々の前記熱変色性素子１００の一つの第一電極１１４は、前記第一格子４２６が形成された一つの第一行電極４２２と電気的に接続され、他の一つの第一電極１１４は、前記第一格子４２６が形成された一つの第一列電極４２４と電気的に接続される。前記二つの第一電極１１４は、それぞれ電極リード線によって前記第一行電極４２２及び前記第一列電極４２４と電気的に接続されることができる。
【００９４】
各々の前記熱変色性素子１００の一つの第二電極１１６は、前記第二格子４４６が形成された一つの第二行電極４４２と電気的に接続され、他の一つの第二電極１１６は、前記第二格子４４６が形成された一つの第二列電極４４４と電気的に接続される。
【００９５】
前記第一電極板４２と前記第二電極板４４との間にさらに少なくとも一つの支持体（図示せず）を含むことができる。該支持体は、前記第一電極板４２及び前記第二電極板４４を支持し、該第一電極板４２及び第二電極板４４を、間隔を置いて設置させることができるので、前記熱変色性素子１００を前記第一電極板４２と前記第二電極板４４との間に位置させる。前記支持体は、前記熱変色性素子１００が前記第一電極板４２及び前記第二電極板４４からの圧力を受けることを防止でき、前記熱変色性素子１００を保護できる。具体的には、前記支持体は、前記第一電極板４２と前記第二電極板４４との間に設置されたフレームである。該支持体と、前記第一電極板４２及び前記第二電極板４４とは、密封構造体が形成され、前記複数の熱変色性素子１００は、密封構造体の中に設置される。
【００９６】
前記熱変色性表示装置４０において、前記第一電極板４２及び前記第二電極板４４に設置された行電極及び列電極に電圧を印加することによって、前記第一加熱構造体１０６は、熱変色性構造体１１０を加熱することができ、或いは、前記第二加熱構造体１０８は、前記吸収層３１２を加熱することができる。従って、前記熱変色性表示装置４０の表示及び消去を実現できる。そして、異なる行電極及び列電極に電圧を印加することによって、前記熱変色性表示装置４０に異なる画素を表示させることができ、前記熱変色性表示装置４０に異なる画像又は文字を表示させることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１００、２００、３００  熱変色性素子
１０４、２０４、３０４  隔離層
１０６、２０６、３０６  第一加熱構造体
１０８、２０８、３０８  第二加熱構造体
１１４、２１４  第一電極
１１６、２１６  第二電極
１１０、２１０、３１０  熱変色性構造体
１１２、２１２、３１２  吸収層
１２０、２２０、３２０  第一空間
１２２、２２２、３２２  第二空間
１０２２、２０２２、３０２２  上基板
１０２４、２０２４、３０２４  下基板
１０２６、２０２６、３０２６  側基板
１０２、２０２、３０２  密封筐体
２１４２、２１６２  延長部
３０２６ａ  第一導電部
３０２６ｂ  第二導電部
３０２６ｃ  絶縁層
１４３ａ  ドローン構造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
４０  熱変色性表示装置
４２  第一電極板
４４  第二電極板
４２２  第一行電極リード線
４２４  第一列電極リード線
４４２  第二行電極
４４４  第二列電極
４２６  第一格子
４４６  第二格子
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図３】
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【図６】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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