JP2004102217A - 偏光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一種の光学偏光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】偏光素子は、透明基板及び該基板に位置する偏光膜を含み、該偏光膜は複数の緊密に配列させるカーボンナノチューブを有している。本発明は以下のとおりの製造方法を提供し、平滑面を有するシリコン基板を用意し、シリコン基板の表面に鉄触媒膜を蒸着させ、該シリコン基板を反応炉内に送り込み、反応炉を６５０℃に加熱させ、アセチレンとアルゴンの混合ガスを反応炉内に供給させ、少なくとも触媒と反応炉の温度差が５０℃以上のように混合ガスの流量を制御し、アセチレンとアルゴンの体積比を制御することにより全圧に対する炭化水素ガスの分圧の比を０．２より高くなくて０．１より高くなくさせることが好ましく、複数のカーボンナノチューブは基板から成長し出し、その一束を挟んで引き出し、カーボンナノチューブ縄は引き出す方向に形成され、それを透明基板に緊密に配列させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子及びその製造方法に関し、特に偏光素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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直線偏光を生成させる。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。
【０００３】
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℃以上で長時間に使用されると、偏光膜の偏光度が低減され、更に偏光作用が働かなくなる。また、該偏光素子は、湿り気に対する高い要求があり、動作環境が悪化し、湿り気が大きくなると、偏光素子の偏光作用が働かなくなる恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、耐高温高湿性を有する偏光素子を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明は、耐高温高湿性を有する偏光素子の製造方法を提供することを他の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は一種の偏光素子を提供し、該偏光素子は、透明基板及び該基板の上に位置された偏光膜を含み、該偏光膜は複数の緊密に平行し配列させるカーボンナノチューブを有している。該カーボンナノチューブは直径が０．４〜３０ｎｍである。光が入射する時、光振動方向がカーボンナノチューブに平行な入射光が吸収され、カーボンナノチューブに垂直な入射光が透過させられることによって直線偏光が生成される。
【０００７】
前記偏光素子に対して、本発明は以下のような製造方法を提供する。
（１）平滑面を有するシリコン基板を用意する。
（２）シリコン基板の表面に５ｎｍの厚さの鉄触媒フィルムを蒸着させる。
（３）触媒が蒸着されたシリコン基板を反応炉内に送り込む。
（４）反応炉を６５０℃に加熱する。
（５）炭化水素ガスと不活性ガスの混合ガスを反応炉内に供給する。
（６）少なくとも触媒と反応炉との温度差が５０℃以上となるように、混合ガスの流量を制御する。
（７）炭化水素ガスと不活性ガスの体積比を制御することによって全圧に対する炭化水素ガスの分圧の比を０．２より高くないようにし、さらに好ましくは０．１より高くないようにする。
（８）複数のカーボンナノチューブを基板から成長させる。
（９）一束のカーボンナノチューブを挟み、さらに引き出す。
（１０）カーボンナノチューブ縄を引き出す方向に沿って形成させる。
（１１）前記カーボンナノチューブ縄を前記透明基板に緊密に平行に配列させる。
【０００８】
従来の技術に比べて、本発明の偏光素子は以下のとおりの優点を有し、高温高湿の環境下で使用され、使用寿命が長く、損傷し難く、且つ偏光度が高くて紫外線に対しても偏光度が０．９２ほどに達することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照されたい。本発明の偏光素子１は、透明基板１０及び該基板の上に置かれた偏光膜１２を有し、該偏光膜は、複数の緊密に平行に配列したカーボンナノチューブ１４を有している。該カーボンナノチューブの直径は、０．４〜３０ｎｍであるため、前記偏光素子１は、紫外及び波長が紫外より長い光線に対して偏光の変換をし、且つ紫外領域内の光線に対して偏光度が０．９２に達するようにできる。光線が入射する際、光振動方向がカーボンナノチューブ１４に平行な入射光が吸収され、カーボンナノチューブ１４に垂直な入射光が透過させられることによって入射光が直線偏光させられる。
【００１０】
前記偏光素子１に対して、本発明は以下のような製造方法を提供する。
【００１１】
まず、カーボンナノチューブのマトリックスを製造する。平滑面を有するシリコン基板を用意し、該シリコン基板の表面にイオンビーム蒸着法によって５ｎｍの厚さの鉄触媒フィルムを蒸着し、４００℃で１０時間熱処理する。シリコン基板を反応炉内に送り込み、反応炉を６５０℃に加熱する。アルゴンを導入し、更に流量を３０ｓｃｃｍとするアセチレンと、流量を３００ｓｃｃｍとするアルゴンとにより混合ガスを導入する。５〜３０分間反応させた後、カーボンナノチューブのマトリックス１１が基板の表面に形成される。カーボンナノチューブの直径は０．４〜３０ｎｍである。反応炉を室温にまで冷却する。
【００１２】
図２を参照されたい。カーボンナノチューブのマトリックス１１が製造された後、ピンセット（図示せず）で一束のカーボンナノチューブを挟み、０．１ｍＮの作用力で引き出し、ファンデルワールス力の作用より、カーボンナノチューブ束の端部間を始まりと終わりで接続させる。カーボンナノチューブ縄１６は、引き出す方向に沿って形成し、幅が２００μｍである。カーボンナノチューブ縄１６を取り出した後、それを透明基板１０に緊密に平行に配列させ、偏光素子１が形成される（図１に示す）。
【００１３】
同じく、カーボンナノチューブ縄１６を取り出した後、それをフレームに配列させ、且つカーボンナノチューブ１４を互いに平行にして、偏光素子を形成することもできる。
【００１４】
カーボンナノチューブ縄１６が引き出されるカーボンナノチューブのマトリックスを得るため、必ず以下の条件が満たされなければならない。
（１）基板が平滑面を有する。
（２）成長の速度が高い。
（３）アセチレンの分圧が低い。
【００１５】
多くの実験から触媒と反応炉の温度差が大きければ成長の速度が高いということが知られているので、通常、少なくとも触媒と反応炉との温度差が５０℃以上になるように制御する。実験する際に、触媒の温度は、アセチレンの流量より制御される。アセチレンの分圧は、導入するアセチレンとアルゴンの体積比より制御され、普通、全圧に対するアセチレンの分圧の比を０．２より高くないようにし、さらには、０．１より高くないようにすることが好ましい。
【００１６】
カーボンナノチューブ縄１６の幅は、引き出し工具の先端寸法により制御され、先端寸法が小さければカーボンナノチューブ縄１６の幅が小さくなる。カーボンナノチューブ縄１６の長さは、カーボンナノチューブのマトリックスの面積より決まり、一般に１ｃｍ^２の面積のカーボンナノチューブのマトリックスは、１ｃｍの長さのカーボンナノチューブ縄１６が引き出される。カーボンナノチューブ縄１６を引き出す作用力はカーボンナノチューブ縄１６の幅より決まり、その幅が大きければ必要な作用力が大きくなることになる。
【００１７】
また本発明では、他の不活性ガスがカーボンナノチューブを成長させるアルゴンに置き換えられる。触媒として他の遷移金属も使用され、それは例えばコバルト、ニッケルなどである。他の炭化水素がアセチレンに置き換えられ、それは例えばメタン、エチレンなどである。
【００１８】
カーボンナノチューブは、機械強度が大きく（鋼に対して１００倍である）かつ溶点が高く、しかも耐湿性があり、従ってカーボンナノチューブからなる偏光フイルム１２は、耐磨耗性を有して且つ高温高湿の環境下で使用することができる。その外、該カーボンナノチューブの直径が０．４〜３０ｎｍであるため、それから製造された偏光素子は、紫外及び波長が紫外より長い光線に対して偏光の変換をし、紫外領域内の光線に対して偏光度が０．９２に達する。
【００１９】
以上述べてきたことは単なる本願におけるより好ましい実施例にすぎず、本発明の請求範囲を限定するものではない。本発明の技術を熟知している者が本考案の思想に基づきなしうる改良或いは変更は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光素子の斜視図である。
【図２】本発明のカーボンナノチューブ縄を引き出す様子を示す図である。
【符号の説明】
１・・・偏光素子
１０・・・透明基板
１１・・・カーボンナノチューブのマトリックス
１２・・・偏光膜
１４・・・カーボンナノチューブ
１６・・・カーボンナノチューブ縄

Claims (15)

1. 偏光膜及び該偏光膜を支持する支持体を有している偏光素子であって、
   前記偏光膜は、平行に配列された複数のカーボンナノチューブを有していることを特徴とする偏光素子。
2. 前記カーボンナノチューブは、直径が０．４〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
3. 前記支持体は、透明な基板であり、前記偏光膜は、該基板の表面に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
4. 前記支持体は、フレームであり、前記偏光膜は、該フレームにより支持されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光素子。
5. 下記（１）〜（１１）のステップ：
   （１）平滑面を有する基板を用意するステップ；
   （２）前記基板の表面に触媒を蒸着させるステップ；
   （３）前記触媒が蒸着された基板を反応炉内に送り込むステップ；
   （４）前記反応炉を加熱して一定の温度に達するようにするステップ；
   （５）炭化水素ガスと不活性ガスの混合ガスを前記反応炉内に供給するステップ；
   （６）少なくとも触媒と前記反応炉との温度差が５０℃以上となるように、前記混合ガスの流量を制御するステップ；
   （７）全圧に対する前記炭化水素ガスの分圧の比が０．２より高くならないように、前記炭化水素ガスと前記不活性ガスの体積比を制御するステップ；
   （８）複数のカーボンナノチューブを前記基板から成長させるステップ；
   （９）一束のカーボンナノチューブを挟み、且つ引き出すステップ；
   （１０）カーボンナノチューブ縄を引き出す方向に沿って形成させるステップ；
   （１１）前記カーボンナノチューブ縄を前記支持体の上に緊密に平行に配列させるステップ；
   を有している請求項１に記載の偏光素子の製造方法。
6. 前記ステップ（２）における触媒を鉄とすることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
7. 前記ステップ（２）中に、平滑な基板の上に５ｎｍの厚さの触媒鉄フィルムを蒸着させることを特徴とする請求項６に記載の偏光素子の製造方法。
8. 前記ステップ（２）中に、触媒が蒸着させられる基板を温度４００℃で１０時間熱処理することを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
9. 前記ステップ（４）中に、反応炉を６５０℃に加熱することを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
10. 前記ステップ（５）の前に、アルゴンを導入することを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
11. 前記炭化水素ガスをアセチレンとし、不活性ガスをアルゴンとすることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
12. 導入するアセチレンの流量を３０ｓｃｃｍとし、導入するアルゴンの流量を３００ｓｃｃｍとすることを特徴とする請求項１１に記載の偏光素子の製造方法。
13. 前記ステップ（８）の後に、反応炉を室温に冷却することを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
14. 前記ステップ（７）中に、全圧に対する炭化水素ガスの分圧の比が０．１より高くないようにすることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。
15. 前記ステップ（８）中に、成長させるカーボンナノチューブを直径０．４〜３０ｎｍにすることを特徴とする請求項５に記載の偏光素子の製造方法。

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