(57)【要約】【課題】本発明は、有機材料からなる光学素子であって、安定した偏光性を実現する新規な偏光発光素子および偏光素子を提供することを目的とする。また、本発明は、上記偏光発光素子および偏光素子の簡便な製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】Langmuir-Blodgett膜の成膜過程における高い秩序性を伴った自己会合力を利用し、光アンテナとして機能するフェナントロリンを、Langmuir-Blodgett膜の成膜過程において当該膜中に自己インターカレーションすることによって、発光あるいは光吸収における高度な異方性が実現された偏光発光素子ならびに偏光素子を簡便に製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性の基板に形成されるＬＢ膜と、フェナントロリンとを含む偏光発光素子であって、
前記ＬＢ膜は、両親媒性分子として脂肪酸−ランタノイド金属錯体を含み、
前記フェナントロリンは、前記錯体のランタノイド金属に配位結合して前記ＬＢ膜中に存在する、偏光発光素子。
【請求項２】
前記ランタノイド金属は、ユーロピウムまたはテルビウムである、請求項１に記載の偏光発光素子。
【請求項３】
前記脂肪酸は、ステアリン酸またはアラキジン酸である、請求項１または２のいずれか１項に記載の偏光発光素子。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか1項に記載の偏光発光素子であって、前記ＬＢ膜の表面上に第２の両親媒性分子からなる第２のＬＢ膜を備える偏光発光素子。
【請求項５】
光透過性の基板に形成されるＬＢ膜と、フェナントロリンとを含む偏光素子であって、
前記ＬＢ膜は、両親媒性分子として脂肪酸を含み、
前記フェナントロリンは、該ＬＢ膜中に配向して存在する偏光素子。
【請求項６】
前記脂肪酸は、ステアリン酸またはアラキジン酸である、請求項５に記載の偏光素子。
【請求項７】
フェナントロリン溶液ならびに脂肪酸−ランタノイド金属錯体と脂肪酸分子とを混合した展開溶液を調整する工程と、
前記フェナントロリン溶液からなる水相の液気界面に前記展開溶液を展開して前記脂肪酸−ランタノイド金属錯体と前記脂肪酸分子とからなるＬ膜を形成する工程と、
光透過性の基板を垂直浸漬法によって前記Ｌ膜が形成された水相に浸漬し、前記Ｌ膜を前記基板に移し取って累積してＬＢ膜を形成する工程と
を含む、偏光発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記Ｌ膜を形成する工程における表面圧が、１５〜２０ｍＮ／ｍである、請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記垂直浸漬法によってＬＢ膜を形成する工程における、前記基板の上下移動速度が１０〜２０ｍｍ／ｍｉｎである、請求項７または８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記ランタノイド金属は、ユーロピウムまたはテルビウムである、請求項７〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記脂肪酸は、ステアリン酸またはアラキジン酸である、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
フェナントロリン溶液ならびに脂肪酸の展開溶液を調整する工程と、
前記フェナントロリン溶液からなる水相の液気界面に前記展開溶液を展開して前記脂肪酸からなるＬ膜を形成する工程と、
光透過性の基板を垂直浸漬法によって前記Ｌ膜が形成された水相に浸漬し、前記Ｌ膜を前記基板に移し取って累積しＬＢ膜を形成する工程と
を含む、偏光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記Ｌ膜を形成する工程における表面圧が、１５〜２０ｍＮ／ｍである、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記垂直浸漬法によってＬＢ膜を形成する工程における、前記基板の上下移動速度が１０〜２０ｍｍ／ｍｉｎである、請求項１２または１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記脂肪酸は、ステアリン酸またはアラキジン酸である、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光発光素子および偏光素子に関し、より詳細には、Langmuir-Blodgett膜の持つ高い秩序性を利用した偏光発光素子および偏光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機材料を用いた光学素子が注目されており、その中でも、有機分子の配向性を利用した偏光発光素子および偏光素子について種々検討がなされている。特開２０００−２８９０００号公報（特許文献１）、特開２００５−２４３４３２号公報（特許文献２）、及び特開２００６−２５６２８３号公報（特許文献３）は、ラビング法や延伸法などによって異方性を付与された基板に対し発光性の液晶分子を一軸配向させてなる偏光発光素子を開示する。また、特開２００２−３３８８３８号公報（特許文献４）は、吸収強度の強い有機色素をフッ素樹脂膜に一軸配向させてなる偏光素子を開示する。
【０００３】
有機材料を用いた偏光発光素子および偏光素子においては、発光あるいは光吸収に寄与する有機要素に対し高い秩序性を付与することが要諦であり、その方法については上記特許文献に開示されるように種々の方法が検討されているが、一般に、その製造方法は、基板を有機要素の配向制御膜として機能させるための煩雑な工程を要するものであり、また、基板と有機要素の整合性に加え、その有機要素の異方性を維持するために、種々の精密な制御を要するものであった。
【特許文献１】特開２０００−２８９０００号公報
【特許文献２】特開２００５−２４３４３２号公報
【特許文献３】特開２００６−２５６２８３号公報
【特許文献４】特開２００２−３３８８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、有機材料からなる光学素子であって、安定した偏光性を実現する新規な偏光発光素子および偏光素子を提供することを目的とする。また、本発明は、上記偏光発光素子および偏光素子の簡便な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、有機材料を用いた新規な偏光発光素子および偏光素子の構成につき鋭意検討した結果、Langmuir-Blodgett膜の成膜過程における高い秩序性を伴った自己会合力に着目し、光アンテナとして機能するフェナントロリンを、Langmuir-Blodgett膜の成膜過程において当該膜中に自己インターカレーションすることによって、発光あるいは光吸収における高度な異方性を簡便に実現しうることを見出し、本発明に至ったのである。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、光透過性の基板に形成されるＬＢ膜と、フェナントロリンとを含む偏光発光素子であって、前記ＬＢ膜は、両親媒性分子として脂肪酸−ランタノイド金属錯体を含み、前記フェナントロリンは、前記錯体のランタノイド金属に配位結合して前記ＬＢ膜中に存在する、偏光発光素子が提供される。本発明においては、前記ランタノイド金属を、ユーロピウムまたはテルビウムとすることでき、また、前記脂肪酸を、ステアリン酸またはアラキジン酸とすることできる。さらに、本発明においては、前記ＬＢ膜の表面上に第２の両親媒性分子からなる第２のＬＢ膜を備える偏光発光素子とすることもできる。
【０００７】
また、本発明の別の構成においては、光透過性の基板に形成されるＬＢ膜と、フェナントロリンとを含む偏光素子であって、前記ＬＢ膜は、両親媒性分子として脂肪酸を含み、前記フェナントロリンは、該ＬＢ膜中に配向して存在する偏光素子が提供される。本発明においては、前記脂肪酸を、ステアリン酸またはアラキジン酸とすることできる。
【０００８】
さらに、本発明においては、フェナントロリン溶液ならびに脂肪酸−ランタノイド金属錯体と脂肪酸分子とを混合した展開溶液を調整する工程と、前記フェナントロリン溶液からなる水相の液気界面に前記展開溶液を展開して前記脂肪酸−ランタノイド金属錯体と前記脂肪酸分子とからなるＬ膜を形成する工程と、光透過性の基板を垂直浸漬法によって前記Ｌ膜が形成された水相に浸漬し、前記Ｌ膜を前記基板に移し取って累積してＬＢ膜を形成する工程とを含む、偏光発光素子の製造方法が提供される。
【０００９】
本発明においては、前記Ｌ膜を形成する工程における表面圧を、１５〜２０ｍＮ／ｍとすることができ、前記垂直浸漬法によってＬＢ膜を形成する工程における、前記基板の上下移動速度を１０〜２０ｍｍ／ｍｉｎとすることできる。また、前記ランタノイド金属を、ユーロピウムまたはテルビウムとすることでき、前記脂肪酸を、ステアリン酸またはアラキジン酸とすることできる。
【００１０】
さらに、加えて、本発明においては、フェナントロリン溶液ならびに脂肪酸の展開溶液を調整する工程と、前記フェナントロリン溶液からなる水相の液気界面に前記展開溶液を展開して前記脂肪酸からなるＬ膜を形成する工程と、光透過性の基板を垂直浸漬法によって前記Ｌ膜が形成された水相に浸漬し、前記Ｌ膜を前記基板に移し取って累積しＬＢ膜を形成する工程とを含む、偏光素子の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明においては、前記Ｌ膜を形成する工程における表面圧を、１５〜２０ｍＮ／ｍとすることでき、前記垂直浸漬法によってＬＢ膜を形成する工程における、前記基板の上下移動速度を、１０〜２０ｍｍ／ｍｉｎとすることでき、前記脂肪酸を、ステアリン酸またはアラキジン酸とすることできる。
【発明の効果】
【００１２】
上述したように、本発明によれば、有機材料からなる光学素子であって、安定した偏光性を実現する新規な偏光発光素子および偏光素子、ならびに、当該偏光発光素子および偏光素子の簡便な製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。まず、本発明の第１の実施形態である偏光発光素子１０の物理的構成について以下説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態の偏光発光素子１０を示す概念図である。偏光発光素子１０は、Langmuir-Blodgett膜１２（以下、ＬＢ膜１２として参照する）を、その基本構造として構成されている。偏光発光素子１０は、光透過性の基板１４、ＬＢ膜構造における両親媒性分子としての脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６、および光アンテナとしてのフェナントロリン分子１８を含んで構成されている。脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６は、脂肪酸のカルボキシル基にランタノイド金属１７が配位結合した錯体であり、フェナントロリン分子１８は、ランタノイド金属１７との間の弱い配位結合を介してＬＢ膜１２内に保持されており、ＬＢ膜１２内に分散して存在している。なお、フェナントロリン分子１８は、ＬＢ膜１２内において配向性を有することなく、等方的な分子配置をもって分散していると考えられる。
【００１５】
本実施形態における基板１４は、光透過性の材料であって疎水性材料から形成されたものであることが好ましく、石英、ガラス、雲母、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレートなども用いることができる。また、本実施形態における脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６を形成するための脂肪酸としては、親水部と疎水部を有することに加え、金属イオンと結合可能な構造を有するものが好ましく、ステアリン酸やアラキジン酸などを用いることができる。ステアリン酸やアラキジン酸などを用いることで膜間距離を制御できる組織体とすることができる。
【００１６】
本実施形態におけるフェナントロリン分子の化学式を下記に示す。
【００１７】
【化１】
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フェナントロリン（1，10−phenanthroline）は、３８０ｎｍ付近に強い蛍光を示す発光性色素であり、ビピリジンをエチレンで分子内架橋した平面構造を有し、上記構造式に示されるように長軸と短軸を明確に有する構造を有している。フェナントロリン分子は、その環窒素の非結合電子対による水素結合的相互作用によって、上述したように脂肪酸−ランタノイド金属錯体のランタノイド金属との間に弱い配位結合を形成することができる。フェナントロリン分子は、励起状態において励起一重項状態、および励起三重項状態を有し、配位結合したランタノイド金属に対してこれらのパスを用いてエネルギーを供給することのできる好適な光アンテナとして機能する。
【００１８】
本実施形態における発光性金属であるランタノイド金属は、フェナントロリン分子らの遷移エネルギーのアクセプターとして機能し、自身のｆ電子軌道間のエネルギー遷移によって可視領域において高輝度の単色性の高い光を発光する。本実施形態におけるランタノイド金属としては、Ｅｕ（ユーロピウム）およびＴｂ（テルビウム）を用いることができる。Ｅｕを用いた場合、本発明の偏光発光素子１０は、６１２ｎｍ付近に極めて高輝度の赤色光を発し、Ｔｂを用いた場合、本発明の偏光発光素子１０は、５４７ｎｍ付近に極めて高輝度の緑色光を発する。また、脂肪酸−Ｅｕ錯体および脂肪酸−Ｔｂ錯体の両方からなるＬＢ膜を形成することによって、黄色の発光を得ることも可能である。
【００１９】
図２は、上述したＬＢ膜１２内における脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６とフェナントロリン分子１８との関係を示す概念図である。ランタノイド金属イオンは３価であり、脂肪酸のカルボキシルイオンは１価であるため、１つのランタノイド金属イオンに対して３つの脂肪酸が配位結合して脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６を形成している。フェナントロリン分子１８は、その環窒素の非結合電子対による水素結合的相互作用によって、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６のランタノイド金属（Ｌｎ）との間に弱い配位結合を形成している。上述した脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６とフェナントロリン分子１８との組合わせが、本実施形態の偏光発光素子１０の基本単位となる。以下、再び図１に戻って、本実施形態の偏光発光素子１０の発光機構およびその偏光機構について説明する。
【００２０】
光透過性の基板１４に対してフェナントロリン分子１８の励起波長である２８０ｎｍの波長を有する等方的な光λが入射すると、光λは、フェナントロリン分子１８を励起する。励起されたフェナントロリン分子１８は、光アンテナとして機能し、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６のランタノイド金属に対しエネルギーを供給する。フェナントロリン分子１８からの遷移エネルギーを受け取ったランタノイド金属は、上述したように自身のｆ電子軌道間のエネルギー遷移によって可視領域において高輝度の単色性の高い光を発光する。この際、ランタノイド金属から発光した可視光は、ＬＢ膜１２を通過する間に、偏光性を付与され、ＬＢ膜１２の最外表面側から出射するときには可視偏光ＰＶとなる。ランタノイド金属のｆｆ発光がＬＢ膜１２を透過する間に偏光性を付与される機構はあきらかではないが、おそらく、リジッドな状態であるにもかかわらず、規則的な面内にのみ分子がＬＢ膜１２内に分散したことが主な原因であると考えられる。なお、光λの入射は、基板１４側からの入射に限るものではなく、図１に示した出射側、すなわちＬＢ膜１２の最外表面側から光λを入射しても、同様に基板１４の表面から可視偏光ＰＶが出射することはいうまでもない。
【００２１】
また、図１には、紙面の制限のためＬＢ膜１２が２層構造として記載してあるが、本実施形態においてはＬＢ膜１２を２以上の多層構造にすることがその発光量子収率の観点から好ましい。ＬＢ膜１２を多層にするほど、ＬＢ膜１２内に保持されるフェナントロリン分子１８およびランタノイド金属から構成される発光素子部分が増加するため、偏光発光素子１０全体としての発光量子収率が増大する。以上、本発明の第１の実施形態である偏光発光素子１０の物理的構成について説明してきたが、次に本実施形態の偏光発光素子１０の製造方法について、以下説明する。
【００２２】
本実施形態の偏光発光素子１０の製造方法は、従来のＬＢ膜の形成工程を基本工程として含む。すなわち、所定の水相に両親媒性分子を展開して水面上単分子膜（Ｌ膜）を形成したものに所定の表面圧をかけ、当該Ｌ膜を固体状態に保ったまま、疎水性の基板を水面に対して垂直に横切るように上下に通過させ、上記Ｌ膜を基板上に次々と移しとることによって当該Ｌ膜が累積した多層構造（ＬＢ膜）を形成する。しかしながら、本実施形態の偏光発光素子１０の製造方法においては、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６に対してフェナントロリン分子１８を予め導入して、脂肪酸−ランタノイド金属−フェナントロリン分子錯体としたものを両親媒性分子として水相の液気界面に展開しＬ膜を形成したのち、いわゆる垂直浸漬法によってＬＢ膜を形成するのではない。すなわち、本実施形態の偏光発光素子１０の製造方法においては、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６からなるＬ膜が、垂直浸漬法によって基板に移しとられて累積する際に、フェナントロリン分子１８がＬＢ膜１２内部に自己インターカレーションされることを特徴とする。以下、本実施形態の製造方法について具体的に説明する。
【００２３】
本実施形態においては、まず、フェナントロリン分子１８を水相に予め溶解させてフェナントロリンの水溶液を調整しておく。この水溶液の液気界面に対し、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６を展開し所定の表面圧でＬ膜を形成する。ここで表面圧は１５〜２０ｍＮ／ｍとすることが好ましい。
【００２４】
また、本実施形態におけるＬ膜を構成する両親媒性分子を脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６のみで構成した結果、Ｌ膜の剛性が高くなりすぎ、垂直浸漬法によって基板に当該Ｌ膜を移しとることが困難になる場合がある。そのような場合には、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６と脂肪酸分子とを所定の混合比で混合した展開溶液を調整し、当該展開溶液を、上記フェナントロリン水溶液の液気界面に展開して混合分子からなるＬ膜を形成することができる。すなわち、本実施形態におけるＬ膜の形成においては、展開溶液に脂肪酸分子を適宜混合することによってＬ膜の柔軟性を操作することができる。本発明においては、脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６と脂肪酸分子との混合比を、１：１０にすることが好ましい。
【００２５】
次に、上記Ｌ膜を固体状態に保ったまま、疎水性の所望の基板を水面に対して垂直に横切るように上下に通過させ、当該Ｌ膜を基板上に次々と移しとる。このＬ膜が積層される過程において、フェナントロリン分子１８は、その環窒素の非結合電子対を介して脂肪酸−ランタノイド金属錯体１６のランタノイド金属との水素結合的相互作用によって自己インターカレーションされ、最終的に、ＬＢ膜内に好適に分散担持される。なお、本実施形態においては、上記基板の上下移動速度を１０〜２０ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。
【００２６】
上述した製造方法を採用することには、以下の利点がある。まず第１に、従来の方法に比較して、物質の化学合成に要する時間を含め短時間で目的とするＬＢ膜を累積することが可能になる。第２に、フェナントロリン分子１８を追加の工程でＬＢ膜に導入する方法を採用しているため、偏光発光素子１０の発光特性を調整する場合に、フェナントロリン分子１８を化学修飾するなど、光アンテナ部分に変更を加えるだけで足り、こうしたフェナントロリン分子１８の誘導体を適宜ＬＢ膜に導入することで、光アンテナの構造に依存したランタノイド金属のｆｆ発光の波長を変化させることが可能になる。
【００２７】
なお、上述した方法によって作成したＬＢ膜１２の最外表面に対し、図３に示すように、さらに別種の両親媒性分子１９からなるＬ膜を累積させて第２のＬＢ膜２０を形成し、第２のＬＢ膜２０を、ＬＢ膜１２の最外表面から出射した可視偏光Ｂの偏光度を変化させるフィルター層として機能させることもできる。たとえば、別種の両親媒性分子として、芳香環を有する脂肪酸を用いた場合、ＬＢ膜１２の最外表面から出射した可視偏光ＰＶが第２のＬＢ膜を通過する際に、その偏光度が変化する（ＰＶ’）という現象が生じる。すなわち、追加の構成である第２のＬＢ膜が、可視偏光ＰＶの偏光度を調整するチューニング・フィルター層として機能する。以上、本発明の第１の実施形態である偏光発光素子１０について説明してきたが、次に、本発明の第２の実施形態である偏光素子３０について以下説明する。
【００２８】
図４は、本発明の第２の実施形態である偏光素子３０を示す概念図である。図４に示されるように、偏光素子３０は、光透過性の基板１４に形成されたＬＢ膜３２をその基本構造としている点で、第１の実施形態の偏光発光素子１０と共通するが、本実施形態の偏光素子３０は、発光種としてのランタノイド金属を含まない点で相違する。また、本実施形態の偏光素子３０は、第１の実施形態の偏光発光素子１０と同様にフェナントロリン分子１８をＬＢ膜３２内に含むものであるが、本実施形態においては、フェナントロリン分子１８はＬＢ膜３２内において顕著な異方性をもって配向している点で、フェナントロリン分子１８が等方的な分子配置をもって分散している第１の実施形態の偏光発光素子１０と相違する。以下、再び、図４を参照して、本実施形態の偏光素子３０の偏光機構について説明する。
【００２９】
光透過性の基板１４に対して、フェナントロリン分子１８の励起波長である２８０ｎｍの波長を有する等方的な光λが入射すると、光λは、ＬＢ膜３２内のフェナントロリン分子１８に吸収される。しかしながら、ＬＢ膜３２内において、フェナントロリン分子１８は、顕著な異方性をもって配向しているため、結果的に偏光素子３０は、光Ａの吸収に対して異方性を示すことになる。すなわち、偏光素子３０に入射した等方的な光Ａのうち、一部の方向成分がフェナントロリン分子１８に吸収され、残りの方向成分がフェナントロリン分子１８にほとんど吸収されることなく、ＬＢ膜３２の最外表面側から偏光ＰＢとして出射されることになる。本実施形態の偏光素子３０に光の吸収に対する異方性が付与される機構は、フェナントロリン分子がＬＢ膜３２の脂肪酸分子１６ａのアルキル基間に挿入される際の自己配向に大きくかかわるものと考えられる。なお、光λの入射は、上述したように基板１４からの入射に限るものではなく、図３に示した出射側、すなわちＬＢ膜３２の最外表面側から光λを入射しても、同様に基板１４の表面から偏光ＰＢが出射することは第１の実施形態について説明したのと同様である。以上、本発明の第２の実施形態である偏光素子３０の物理的構成について説明してきたが、次に本実施形態の偏光素子３０の製造方法について、以下説明する。
【００３０】
本実施形態の偏光素子３０の製造方法は、両親媒性分子として、脂肪酸−ランタノイド金属錯体ではなく、脂肪酸分子のみをフェナントロリンの水溶液の液気界面に展開してＬ膜を形成する点を除き、第１の実施形態について上述した方法と同様の工程を含むものであり、共通する点については説明を省略する。本実施形態においても、第１の実施形態のときと同様に、脂肪酸分子１６ａからなるＬ膜が垂直浸漬法によって基板に移しとられて累積する際に、フェナントロリン分子１８がＬＢ膜３２内部に自己インターカレーションするが、本実施形態の偏光素子３０においては、フェナントロリン分子１８がＬＢ膜３２内において、顕著な異方性をもって配向・分散する点が第１の実施形態と異なる。偏光素子３０の正確な物理的構造を明らかではないが、図３に示すように、おそらくフェナントロリン分子１８が、脂肪酸分子１６ａの疎水性部の間に入り込み、静電的な力によって保持されていると考えられる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の偏光発光素子および偏光素子について、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１−１）
以下の手順で、本実施例の偏光発光素子を作製した。まず、硝酸ユーロピウム（Ｅｕ）とステアリン酸（Ｃ１８Ｈ３７ＣＯＯＨ）をエタノールに溶解し、攪拌することでステアリン酸−Ｅｕ錯体（Ｅｕ(Ｃ１７Ｈ３５ＣＯＯ)３）を合成した。合成したステアリン酸−Ｅｕ錯体とステアリン酸とを１：１０の混合比でクロロホルムに溶解し、Ｌ膜用の展開溶液を調整した。
【００３３】
フェナントロリン（ｐｈｅｎ）を純粋に溶解しフェナントロリン水溶液（１．０×１０−３Ｍ）を調整した。調整したフェナントロリン水溶液を水槽に入れたのち、その液気界面に上述した手順で調整したＬ膜用の展開溶液を展開した。テフロン（登録商標）板で展開した分子に１５ｍＮ／ｍの表面圧をかけ、ステアリン酸−Ｅｕ錯体分子とステアリン酸分子とからなるＬ膜を形成した。
【００３４】
石英板を、上述した手順で形成したＬ膜に対して上からおろし浸ったら引き上げるという上下移動を繰り返してＬＢ膜を形成した。このときの基板の上下速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、基板を上下５往復させることでＬＢ膜を１０層累積した。この累積は膜作製時の表面圧の変化により確認した。
【００３５】
上述した基板の上下移動工程において、その上下させた各最大移動地点でその都度１０分間静置して、膜累積によるＬ膜の乱れを自己補正させ、最後に空気中で充分に乾燥させた。なお、以下に示す実施例のＬＢ膜形成においても、同様の方法で上下移動ならびに乾燥を行った。
【００３６】
（実施例１−２）
上述した手順で作製した偏光発光素子に対し、以下の手順で更にフィルター層を形成した。4−octadecyloxy-1-nitrobenzen（ＯＤＮＢ）とオクタデシル酸（ＯＤ）を１：１０の混合比でクロロホルムに溶解し、Ｌ膜用の展開溶液を調整した。この展開溶液に対し、上述した手順で作製した偏光発光素子を上からおろし浸ったら引き上げるという上下移動を繰り返して偏光発光素子の最外表面に対し、更にＯＤＮＢ分子とオクタデシル酸（ＯＤ）分子とからなるＬＢ膜を累積形成した。このときの基板の上下速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとした。また、ＬＢ膜は１０層累積させた。
【００３７】
（実施例２）
以下の手順で、本実施例の偏光素子を作製した。まず、ステアリン酸をクロロホルムに溶解し、Ｌ膜用の展開溶液を調整した。また、フェナントロリンを純水に溶解しフェナントロリン水溶液を調整し、調整したフェナントロリン水溶液を水槽に入れたのち、その液気界面に上述した手順で調整したＬ膜用の展開溶液を展開した。テフロン（登録商標）板で展開した分子に１５ｍＮ／ｍの表面圧をかけ、ステアリン酸分子からなるＬ膜を形成した。
【００３８】
石英板を、上述した手順で形成したＬ膜に対して上からおろし浸ったら引き上げるという上下移動を繰り返してＬＢ膜を形成した。このときの基板の上下速度は１０ｍｍ／ｍｉｎとし、ＬＢ膜は１０層累積させた。
【００３９】
（偏光発光特性について）
上述した実施例１の偏光発光素子について、光励起による発光における相対強度の測定を行った。なお、光励起における励起波長は２８０ｎｍとした。偏光発光スペクトルは、日立F3010自記発光分光光度計を用い、ディテクタ側にガラス製偏光子を取り付けて測定を行なった。
【００４０】
図５は、実施例１の偏光発光素子の発光スペクトルであって、偏光子の角度を０°〜９０°の範囲で１０°ずつ変化させて測定した結果を示す図である。図５中、ＭＤＴは、ステアリン酸−Ｅｕ錯体中のＥｕの磁気双極子遷移による発光スペクトルを示し、ＥＤＴは、Ｅｕの電気双極子遷移による発光スペクトルを示す。図５から、ＭＤＴおよびＥＤＴの偏光角が異なることが示唆された。
【００４１】
図６は、上述した相対強度の測定において、偏光子の角度とＥＤＴのＭＤＴに対する相対強度変化（ＩＥＤ／ＩＭＤ）の関係を示した図である。図６が示す結果から、ＭＤＴおよびＥＤＴの偏光角を定量的に導くため、下記式（１）に示す関係式を用いた。
【００４２】
【数１】
2008224854.tif 000004
【００４３】
上記式（１）において、ＩＥＤＴは偏光子を入れない場合における電気双極子遷移の強度、ＩＭＤＴは偏光子を入れない場合における磁気双極子遷移の強度、θは電気双極子遷移の偏光度、γは磁気双極子遷移の偏光度、Ｄ１は偏光子が０°における強度比、およびＤ２は偏光子が９０°における強度比である。さらに、偏光角χは、下記式（２）に示す関係式によって求められる。
【００４４】
【数２】
2008224854.tif 000005
【００４５】
上記関係式を用いて偏光角χを求めたところ、χＭＤＴおよびχＥＤＴはそれぞれ６４°および７０°程度であると見積もられた。上述した結果から、実施例１の偏光発光素子が、光励起によって偏光した可視光を発生すること、ならびに、その偏光性が帯により異なることが示された。
【００４６】
さらに、上述した実施例１−２のフィルター付き偏光発光素子についても、上述したのと同様の手順で相対強度の測定を行った。図７は、実施例１−２のフィルター付き偏光発光素子の発光スペクトルの測定結果を示す図であり、図８は、偏光子の角度とＥＤＴのＭＤＴに対する相対強度変化（ＩＥＤ／ＩＭＤ）の関係を示した図である。図８が示す結果から、上述したのと同様の関係式を用いてＭＤＴおよびＥＤＴの偏光度を求めたところ、それぞれ６０°および７０°程度であることが示された。
【００４７】
上述した結果から、実施例１−２のフィルター付き偏光発光素子においては、フィルター層によって偏光度が変化することが示され、ＯＤＮＢ分子を含むＬＢ膜が分子性光フィルターとして機能することが示された。
【００４８】
なお、上述した実施例１、および実施例１−２のそれぞれについて、ユーロピウム（Ｅｕ）をテルビウム（Ｔｂ）に置き換えて偏光発光素子を作製し、同様の条件で偏光発光特性について検証したところ、上述したのと同等の結果を得た。
【００４９】
また、比較例として、ユーロピウム（Ｅｕ）とフェナントロリン（ｐｈｅｎ）の錯体（[Ｅｕ(ｐｈｅｎ)２(ＮＯ３)３]）の結晶およびそのアセトニトリル溶液についても、上述したのと同様の条件で相対強度の測定を行ったが、両者においてＥｕのｆｆ発光は観測されたものの、その発光に異方性はいずれも認められなかった。
【００５０】
（偏光特性について）
上述した実施例２の偏光素子について、光の吸収スペクトルの測定を行った。吸収スペクトルの測定は島津UV3101にRochon型偏光子をとりつけて行った。引き上げ方向に対して平行な電気ベクトルの偏光による吸収帯とそれに垂直な場合の測定を行い、それらの比を取ることで電子帯の分極方向を実験的に得た。図９は、実施例２の偏光素子の吸収スペクトルを示す図である。図９が示すように、実施例２の偏光素子は、光の吸収において著しい異方性を示すことがわかった。図９において、Ｒｄ値は、垂直浸漬法におけるＬ膜の引き上げ方向に対して平行および垂直な電気ベクトルを持つ直線偏光の比であり、Ｒｄ値がスペクトル測定の領域において一定の場合には等方的な電子遷移であるといえる。図９に示す実施例２の偏光素子の場合、Ｒｄ値は一定の値を示していないため、電子帯により分極する方向が異なることが明らかである。なお、含まれているｐｈｅｎの電子遷移の分極方向に関する知見は、すでに実験および理論的な立場からも解釈が行われており、それと比較することで、このＬＢ膜中ではｐｈｅｎがステアリン酸のアルキル基の間に位置し、その配置は引き上げ方向に対して平行な方向に沿う形で分子の長軸が配向していることが示唆された。
【００５１】
なお、比較例として、実施例１の偏光発光素子についても、上述したのと同様の測定条件で光の吸収スペクトルの測定を行った。図１０は、実施例１の偏光発光素子の吸収スペクトルを示す図である。図１０に示されるように、実施例１の偏光発光素子は、光の吸収において等方性を示した。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上、説明したように、本発明によれば、有機材料からなる光学素子であって、安定した偏光性を実現する新規な偏光発光素子および偏光素子、ならびに、当該偏光発光素子および偏光素子の簡便な製造方法が提供される。本発明の偏光発光素子および偏光素子は、液晶装置を始めとする偏光を利用する光学装置の分野において、新規な光学素子としての応用が期待され、また、その簡便な製造方法は、当該光学装置製造のコスト低減に資することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】偏光発光素子を示す概念図。
【図２】ＬＢ膜内における脂肪酸−ランタノイド金属錯体とフェナントロリン分子との関係を示す概念図。
【図３】フィルター層付き偏光発光素子を示す概念図。
【図４】偏光素子を示す概念図。
【図５】偏光発光素子の発光スペクトルを示す概念図。
【図６】偏光子の角度とＥＤＴのＭＤＴに対する相対強度変化（ＩＥＤ／ＩＭＤ）の関係を示した図。
【図７】フィルター付き偏光発光素子の発光スペクトルを示す概念図。
【図８】偏光子の角度とＥＤＴのＭＤＴに対する相対強度変化（ＩＥＤ／ＩＭＤ）の関係を示した図。
【図９】偏光素子の吸収スペクトルを示す図。
【図１０】偏光発光素子の吸収スペクトルを示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１０…偏光発光素子、１２…ＬＢ膜、１４…光透過性の基板、１６…脂肪酸−ランタノイド金属錯体、１７…ランタノイド金属、１８…フェナントロリン分子、２０…第２のＬＢ膜、３０…偏光素子、３２…ＬＢ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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【図９】
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【図１０】
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