熱変色性素子及び熱変色性表示装置
【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、絶縁基板と、熱変色性構造体と、加熱構造体と、を備える。前記熱変色性構造体及び前記加熱構造体が前記絶縁基板に設置される。前記加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体が、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、該変色材料の非結晶状態での光反射率と結晶状態での光反射率とが異なる。また、本発明は、熱変色性表示装置を提供する。該熱変色性表示装置が前記熱変色性素子を採用している。
【解決手段】本発明の熱変色性素子は、絶縁基板と、熱変色性構造体と、加熱構造体と、を備える。前記熱変色性構造体及び前記加熱構造体が前記絶縁基板に設置される。前記加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体が、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、該変色材料の非結晶状態での光反射率と結晶状態での光反射率とが異なる。また、本発明は、熱変色性表示装置を提供する。該熱変色性表示装置が前記熱変色性素子を採用している。
【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】
近年、液晶ディスプレーに代わる次世代平面ディスプレーとして熱変色性素子が精力的に研究されている。温度の変化によって透過率や反射率等の光学特性が可逆的に変化することを熱変色性現象と言う。熱変色性現象を持つ熱変色性材料は温度の変化によって異なる色を表示させる。従って、熱変色性材料は表示装置の表示効用である熱変色性素子に応用されることができる。
【０００３】
従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子は、少なくとも加熱層と表示層とを備え、前記加熱層と表示層とは、接近して、又は間隔を置いて配置される。前記加熱層は、主に金属板からなる。しかし、金属板の単位面積当たりの熱容量が大きく、厚さが大きいので、前記金属板からなる加熱層は、作動の際の温度の変化が鈍く、電熱変換率が低い。従って、従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子が作動する時、色彩表示の応答速度が鈍く、エネルギー消費が大きい。又、金属板の硬度が高いため、フレキシブルな熱変色性表示装置とする応用に制限がある。前記問題を解決するために、従来技術では、以下のような熱変色性表示装置が提供されている。前記熱変色性表示装置の熱変色性素子の加熱層は、カーボンインク及びポリマーを含み、該カーボンインクが前記ポリマーに印刷される。前記ポリマーの材料は、誘電体膜又はポリエステルフィルムである。該熱変色性素子がフレキシブルな熱変色性表示装置に応用されることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかし、前記カーボンインクが前記ポリマーに印刷され、該ポリマーの単位面積当たりの熱容量が大きいので、前記熱変色性素子の加熱層の熱容量が大きくなる。前記熱変色性素子が作動の際の温度の変化が鈍く、電熱変換率が低い。従って、従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子が作動する時、色彩表示の応答速度が鈍く、エネルギー消費が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は色彩表示の応答速度が速い熱変色性素子及び熱変色性表示装置を提供する。
【０００７】
熱変色性素子は、絶縁基板と、熱変色性構造体と、加熱構造体と、を備える。前記熱変色性構造体及び前記加熱構造体が前記絶縁基板に設置される。前記加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体は、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、該変色材料は、非結晶状態での光反射率と、結晶状態での光反射率とが異なる。
【０００８】
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。
【０００９】
前記加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体であり、該カーボンナノチューブ構造体が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からなり、該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が複数のカーボンナノチューブからなる。
【００１０】
熱変色性表示装置は、絶縁基板と、複数の行電極リード線と、複数の列電極リード線と、複数の熱変色性素子と、を備える。前記複数の行電極リード線及び複数の列電極リード線が絶縁的に交叉して前記絶縁基板の表面に設置され、隣接する二つの行電極リード線と、隣接する二つの列電極リード線とが、一つの画素ユニットを画定し、各々の前記画素ユニットに一つの前記熱変色性素子が設置される。前記熱変色性素子は、熱変色性構造体と、加熱構造体と、第一電極と、第二電極とを備える。前記第一電極と第二電極は、間隔を置いて前記加熱構造体に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極リード線と列電極リード線とに電気的に接続される。前記加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体は、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料である。該変色材料は、非結晶状態での光反射率と、結晶状態での光反射率とが異なる。
【発明の効果】
【００１１】
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。表示状態を書き込む場合、前記熱変色性構造体に短く、強い書き込み熱パルスを印加する。加熱温度が高いので、前記熱変色性構造体が液体状態に瞬間的に加熱される。加熱時間が短いので、温度が低温に速く下がる。これによって、前記熱変色性構造体が液体状態から固体状態に速く冷却され、非結晶状態の熱変色性構造体に形成される。前記非結晶状態の熱変色性構造体は、室温で他のエネルギーを必要とせずに非結晶状態を保持することができる。前記非結晶状態の熱変色性構造体の光線に対する反射率は、結晶状態の熱変色性構造体の光線に対する反射率とは異なるので、表示を実現することできる。表示状態を消去する場合、前記熱変色性構造体に長く、弱い消去熱パルスを印加する。この過程がアニーリングすることに相当する。アニーリングされた後、前記熱変色性構造体が最初の結晶状態に戻るので、消去を実現することができる。前記結晶状態の熱変色性構造体は、室温で他のエネルギーを必要とせずに結晶状態を保持することができる。前記熱変色性構造体は、室温で結晶状態又は非結晶状態を長い時間で保持できるので、表示状態が保持され、双安定表示を実現することができる。
【００１２】
前記熱変色性素子と熱変色性表示装置の加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、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。また、前記熱変色性表示装置は、前記行電極リード線及び列電極リード線によってそれぞれ各々の熱変色性素子を制御するので、動態表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】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３】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４】図２中の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５】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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】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１４】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１５】本発明の実施形態４の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態５の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施形態６の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１８】本発明の熱変色性表示装置の構造を示す上面図である。
【図１９】本発明の熱変色性表示装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施形態１）
図１を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子２２０を提供する。該熱変色性素子２２０は、絶縁基板２０２と、熱変色性構造体２１８と、加熱構造体２０８と、第一電極２１０と、第二電極２１２と、を含む。
【００１６】
前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８は、前記絶縁基板２０２の表面に設置される。前記加熱構造体２０８が前記熱変色性構造体２１８の周りに設置され、該熱変色性構造体２１８を加熱することに用いられる。前記加熱構造体２０８が前記熱変色性構造体２１８を加熱できる限り、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８の位置は制限されない。好ましくは、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８は、層状構造体であり、積層して接触して、又は間隔を置いて配置される。
【００１７】
前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８が積層して接触して配置される場合、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８の表面が直接接触する。例えば、前記熱変色性構造体２１８が前記絶縁基板２０２の表面に配置され、前記加熱構造体２０８が、前記熱変色性構造体２１８の、前記絶縁基板２０２から離れる表面に配置される。前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８が間隔を置いて配置される場合、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８が平行して対向して間隔を置いて配置される。例えば、前記熱変色性構造体２１８が前記加熱構造体２０８と前記絶縁基板２０２との間に配置され、該加熱構造体２０８が支持体（図示せず）によって前記熱変色性構造体２１８と間隔を置いて配置される。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、間隔を置いて配置される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、前記加熱構造体２０８に電気的に接続され、該加熱構造体２０８に電圧又は電流を提供し、該加熱構造体２０８で前記熱変色性構造体２１８を加熱させることに用いられる。
【００１８】
本実施形態において、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８は、層状構造体である。前記加熱構造体２０８は、前記絶縁基板２０２の表面に配置される。前記熱変色性構造体２１８は、前記加熱構造体２０８の、前記絶縁基板２０２から離れる表面に配置される。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、前記熱変色性構造体２１８の両側に位置する前記加熱構造体２０８の表面に間隔を置いて配置される。
【００１９】
前記絶縁基板２０２は、剛性基板又は柔軟性基板である。前記剛性基板は、セラミックス基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、シリコン酸化物基板、ダイヤモンド基板、アルミニウム酸化物基板及び剛性高分子基板などのいずれか一種である。前記柔軟性基板は、合成紙、繊維布及び柔軟性高分子基板などのいずれか一種である。前記柔軟性高分子基板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）又はポリイミド（ＰＩ）などである。前記絶縁基板２０２の材料は前記材料に制限されず、２００℃の温度に耐える絶縁材料でもよい。前記絶縁基板２０２の大きさは、前記熱変色性表示装置２０の大きさによって決定される。本実施形態において、前記絶縁基板２０２はＰＥＴ基板であり、その厚さが１ミリメートルである。
【００２０】
前記熱変色性構造体２１８は、所定の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料により製造される。前記所定の温度は、前記変色材料の非結晶状態及び結晶状態が変換する相変化温度である。前記変色材料は、前記所定の温度に加熱される場合、非結晶状態及び結晶状態の変換を発生させることができる。
【００２１】
表示状態を書き込む場合、前記熱変色性構造体２１８に短く、強い書き込み熱パルスを印加する。加熱温度が高いので、前記熱変色性構造体２１８が液体状態に瞬間的に加熱される。加熱時間が短いので、温度が低温に速く下がる。これによって、前記熱変色性構造体２１８が液体状態から固体状態に速く冷却され、非結晶状態の熱変色性構造体２１８に形成される。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８は、室温で他のエネルギーを必要とせずに非結晶状態を保持することができる。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率は、結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率とは異なるので、表示を実現することができる。
【００２２】
表示状態を消去する場合、前記熱変色性構造体２１８に長く、弱い消去熱パルスを印加する。この過程がアニーリングすることに相当する。アニーリングされた後、前記熱変色性構造体２１８が最初の結晶状態に戻るので、消去を実現することができる。前記結晶状態の熱変色性構造体２１８が室温で他のエネルギーを必要とせずに結晶状態を保持することができる。前記熱変色性構造体２１８は、室温で結晶状態又は非結晶状態を長い時間で保持できるので、表示状態が保持され、双安定表示を実現することができる。
【００２３】
前記変色材料の結晶状態及び非結晶状態が変換する相変化温度は、４０℃より高い。相変化温度が４０℃より高い変色材料を利用して前記熱変色性構造体２１８を製造する場合、前記熱変色性素子２２０を室温で作動させることができる。好ましくは、前記変色材料の結晶状態及び非結晶状態が変換する相変化温度が６００℃より低いことが好ましい。相変化温度が６００℃より低い変色材料を利用して前記熱変色性構造体２１８を製造する場合、前記熱変色性素子２２０の作動電圧を低下させ、エネルギー消費を減少することができる。また、カーボンナノチューブを利用した加熱構造体２０８は、長い時間使用しても、酸化されない状態を保持することができる。前記変色材料が非結晶状態及び結晶状態である時の光線に対する反射率は異なり、視覚的に違いがあるので、画素の表示を実現することができる。
【００２４】
また、画素の応答速度を高めるために、前記変色材料の結晶状態−非結晶状態の変換時間ができるだけ短く、好ましくは、前記変色材料の結晶状態及び非結晶状態の変換時間が４０ミリ秒以下である。前記変色材料は例えば、硫黄化合物、テルル化合物、セレン化合物、テルルセレン化合物などのカルコゲナイド系化合物である。本実施形態において、前記変色材料の熱安定性を高めるために、該変色材料は、カルコゲナイド系元素とゲルマニウムとの化合物、カルコゲナイド系元素とインジウムの化合物、カルコゲナイド系元素とヒ素の化合物、カルコゲナイド系元素とアンチモンの化合物である。例えば、ゲルマニウムとカルコンの化合物、ゲルマニウムとセレンの化合物、ヒ素とカルコンの化合物、ヒ素とセレンの化合物、インジウムとテルルの化合物、インジウムとセレンの化合物、アンチモンとテルルの化合物、又はアンチモンとセレンの化合物である。前記変色材料の相変化速度を高めるために、該変色材料に添加物を添加することができる。該添加物は、銅、銀、金、ニッケル、コバルト、パラジウムなどの金属又は少なくとも二種の前記金属からなる合金である。前記カルコゲナイド系化合物の変色材料は、結晶状態から非結晶状態となる時間が数ナノ秒〜数百ナノ秒であり、非結晶状態から結晶状態となる時間が０．５マイクロ秒〜１ミリ秒である。
【００２５】
また、半導体、半導体化合物、金属化合物、高分子材料などの結晶材料は、結晶状態及び非結晶状態の変換する相変化温度が４０℃より大きく、結晶状態及び非結晶状態の変換する時間が４０ミリ秒以下で、結晶状態及び非結晶状態である時の光線に対する反射率が異なれば、前記熱変色性構造体２１８を製造することができる。
【００２６】
本実施形態において、前記熱変色性構造体２１８がゲルマニウムとセレンの化合物であり、その厚さが１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルであるが、好ましくは、５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。前記熱変色性構造体２１８は、熱堆積法又はスパッタリング法により、前記加熱構造体２０８の表面に堆積され、前記第一電極２１０と前記第二電極２１２との間に形成される。前記熱変色性構造体２１８は、それぞれ前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２と、間隔を置いて配置され、或いは、それぞれ前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２と、接触して配置される。
【００２７】
前記加熱構造体２０８は、前記熱変色性構造体２１８を加熱させて、前記熱変色性構造体２１８の色を変化させる。前記加熱構造体２０８は、カーボンナノチューブ構造体である。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。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。
【００２８】
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けることにより、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。
【００２９】
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。本実施例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。前記カーボンナノチューブ構造体が同じ方向に沿って配置された複数のカーボンナノチューブを含む場合、該複数のカーボンナノチューブが前記第一電極２１０から前記第二電極２１２へ延びる。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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％以上程度に達するため、透明熱源に用いられることも可能である。一枚の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの単位面積当たりの熱容量は、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。
【００３５】
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°を超える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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される（図４を参照）。
【００４２】
（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５又は図６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。
【００４３】
図５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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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７及び図８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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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９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。
【００５４】
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７と図８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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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１０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。
【００５８】
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。
【００５９】
図１１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。
【００６０】
図１２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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２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。
【００６８】
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。
【００６９】
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２０８が前記絶縁基板２０２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２０８が接着剤により前記絶縁基板２０２の表面に固定することもできる。前記加熱構造体２０８がそれぞれ、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の表面に直接設置することができ、導電接着剤により、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の表面に固定することもできる。本実施形態において、導電銀ペーストを利用して、前記加熱構造体２０８をそれぞれ前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の表面に固定させる。
【００７０】
前記加熱構造体２０８は、カーボンナノチューブ複合構造体であってもよい。該カーボンナノチューブ複合構造体がカーボンナノチューブ構造体と、該カーボンナノチューブ構造体に分散された充填材料とを含む。該充填材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に充填され、又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に複合される。前記充填材料は、金属、樹脂、セラミックス、ガラス及び繊維の少なくとも一種である。前記カーボンナノチューブ複合構造体は、基体と、該基体に複合されたカーボンナノチューブ構造体とを含むことができる。該基体の材料は、金属、樹脂、セラミックス、ガラス及び繊維の少なくとも一種である。前記カーボンナノチューブ構造体の全部又は一部が前記基体の材料に浸漬される。
【００７１】
また、前記加熱構造体２０８は、複数のカーボンナノチューブが分散されたインクをシルクスクリーン印刷して形成されたカーボンナノチューブ複合構造体であってもよい。該カーボンナノチューブ複合構造体が配向せずに分布された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００７２】
前記カーボンナノチューブフィルムを加熱構造体２０８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絶縁基板２０２又は熱変色性構造体２１８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２０８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けた後、該層状構造体を前記絶縁基板２０２又は熱変色性構造体２１８の表面に設置することができる。一つの前記カーボンナノチューブ線状構造体を前記加熱構造体２０８の周りに巻き付けることもできる。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２０８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絶縁基板２０２又は熱変色性構造体２１８の表面に設置することができる。
【００７３】
本実施形態における加熱構造体２０８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熱変換効率及び熱輻射効率を有するので、該加熱構造体２０８は、優れた電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２０８の熱応答速度が速く、前記カーボンナノチューブ構造体と前記熱変色性構造体２１８との熱の伝送速度が速く、該熱変色性構造体２１８を速く加熱することができる。例えば、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、１ミリ秒で温度が２０００Ｋに上がることができる。従って、本実施形態における熱変色性素子２２０は、速い熱応答速度を有する。前記カーボンナノチューブが強い化学安定性を有するので、該カーボンナノチューブを利用した加熱構造体２０８の抵抗が安定し、前記熱変色性素子２２０の安定性を高めることができる。また、前記カーボンナノチューブが小さなサイズを有するので、該カーボンナノチューブを加熱構造体２０８とすることは、前記熱変色性素子２２０のサイズを減少し、該熱変色性素子２２０を利用した表示装置の解像度を高めることができる。
【００７４】
前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、前記絶縁基板２０２の表面、前記加熱構造体２０８の表面、又は前記熱変色性構造体２１８の表面に直接設置することができ、或いは、支持体（図示せず）によって設置することができる。前記第一電極２１０及び第二電極２１２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２１０及び第二電極２１２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）、アンチモニー酸化スズ（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。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、シルクスクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成したものである。該導電ペーストは、金属粉末、低融点のガラス及び接着剤を含む。前記金属粉末が銀粉末であることが好ましい。前記接着剤はテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおいて、前記金属粉末の質量パーセンテージの含有量が５０％〜９０％であり、前記低融点のガラスの質量パーセンテージの含有量が２％〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量が８％〜４０％である。
【００７５】
前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の間に電圧パルスを印加すると、前記加熱構造体２０８が熱を放出する。該熱が熱パルスとして、前記熱変色性構造体２１８に印加される。前記電圧パルスが短い時間の高電圧である場合、前記加熱構造体２０８は短い時間の強い熱パルスを形成する。前記電圧パルスが長い時間の低電圧である場合、前記加熱構造体２０８は長い時間の弱い熱パルスを形成する。
【００７６】
表示状態を書き込む場合、前記熱変色性構造体２１８に短い時間の強い書き込み熱パルスを印加する必要がある。例えば、温度が９００℃〜１０００℃であり、周期が５０ナノ秒〜２００ナノ秒である。加熱温度が高いので、前記熱変色性構造体２１８が瞬間的に液体状態に加熱される。加熱時間が短いので、温度が瞬間的に低温に下がる。これによって、前記熱変色性構造体２１８が液体状態から固体状態に冷却され、非結晶状態の熱変色性構造体２１８が形成される。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率は、結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率とは異なるので、表示を実現することができる。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８は、室温で他のエネルギーを必要とせずに非結晶状態を保持することができる。
【００７７】
表示状態を消去する場合、前記熱変色性構造体２１８に長い時間の弱い消去熱パルスを印加する必要がある。例えば、温度が５００℃〜６００℃であり、周期が１マイクロ秒〜１ミリ秒である。この過程がアニーリングすることに相当する。アニーリングされた後、前記熱変色性構造体２１８が最初の結晶状態に戻るので、消去を実現することができる。前記結晶状態の熱変色性構造体２１８は、室温で他のエネルギーを必要とせずに結晶状態を保持することができる。前記熱変色性構造体２１８は、室温で結晶状態又は非結晶状態を長い時間で保持することができるので、表示状態が保持され、双安定表示を実現することができる。双安定表示とは、前記熱変色性素子２２０が書き込みと消去する過程だけで、エネルギーを消費して、書き込みと消去した後、他のエネルギーがなくても、安定表示を保持することもできる。双安定表示は、前記熱変色性素子２２０のエネルギーの消費を減少することができる。
【００７８】
また、本実施形態は、前記熱変色性素子２２０の製造方法を提供する。まず、前記絶縁基板２０２の表面に単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを設置する。次に、シルクスクリーン印刷法によって前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面に間隔を置いて第一電極２１０及び第二電極２２０を形成する。最後に、前記第一電極２１０と第二電極２２０との間にゲルマニウムとセレンの化合物層を堆積して前記熱変色性構造体２１８を形成する。
【００７９】
（実施形態２）
図１３を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子３２０を提供する。該熱変色性素子３２０は、絶縁基板３０２と、熱変色性構造体３１８と、加熱構造体３０８と、第一電極３１０と、第二電極３１２と、を含む。前記熱変色性素子３２０は前記実施形態１の熱変色性素子２２０の構造と比べて、本実施形態の前記熱変色性構造体３１８が前記絶縁基板３０２と前記加熱構造体３０８との間に設置される点が異なる。具体的には、前記熱変色性構造体３１８は前記絶縁基板３０２の表面に設置される。前記第一電極３１０と第二電極３１２とは、前記熱変色性構造体３１８の両側に位置された絶縁基板３０２の表面に設置される。前記加熱構造体３０８は、前記第一電極３１０と第二電極３１２と前記熱変色性構造体３１８との前記絶縁基板３０２から離れる表面に設置される。前記第一電極３１０及び第二電極３１２は前記加熱構造体３０８に電気的に接続される。本実施形態において、前記加熱構造体３０８は、前記熱変色性構造体３１８を覆うので、前記加熱構造体３０８の透明性が重要となる。該加熱構造体３０８は、透明なカーボンナノチューブ構造体であり、好ましくは、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。
【００８０】
本実施形態は、前記熱変色性素子３２０の製造方法を提供する。まず、前記絶縁基板３０２の表面にシルクスクリーン印刷法によって間隔を置いて第一電極３１０と第二電極３１２を形成する。前記第一電極３１０と第二電極３１２との間にゲルマニウムとセレンの化合物層を堆積して前記熱変色性構造体３１８を形成し、該熱変色性構造体３１８の厚さが前記第一電極３１０及び第二電極３１２の厚さと、同じである。最後に、前記単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極３１０と第二電極３１２と前記熱変色性構造体３１８との表面に設置し、前記加熱構造体３０８を形成する。
【００８１】
（実施形態３）
図１４を参照すると、本実施形態は熱変色性素子４２０を提供する。該熱変色性素子４２０は、絶縁基板４０２と、熱変色性構造体４１８と、加熱構造体４０８と、第一電極４１０と、第二電極４１２と、を含む。前記熱変色性構素子４２０は前記実施形態２の熱変色性素子３２０の構造と比べて、本実施形態の前記加熱構造体４０８及び前記熱変色性構造体４１８が間隔を置いて設置される点が異なる。具体的には、前記熱変色性構造体４１８は前記絶縁基板４０２の表面に設置される。前記第一電極４１０及び第二電極４１２は、前記熱変色性構造体４１８の両側に位置された絶縁基板４０２の表面に設置され、該第一電極４１０及び第二電極４１２の高さが前記熱変色性構造体４１８の厚さより大きい。前記加熱構造体４０８の両端は、前記第一電極４１０及び第二電極４１２の前記絶縁基板４０２の表面から離れる表面に設置される。これによって、前記加熱構造体４０８は、前記第一電極４１０及び第二電極４１２によって、前記熱変色性構造体４１８と間隔を置いて設置される。また、前記加熱構造体４０８は、二つの支持体（図示せず）によって、前記熱変色性構造体４１８と間隔を置いて設置することもできる。
【００８２】
前記加熱構造体４０８は、単位面積当たりの熱容量が小さくなければならなく、好ましくは、その単位面積当たりの熱容量が２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。本実施形態において、前記加熱構造体４０８は、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムであり、その単位面積当たりの熱容量が１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。前記加熱構造体４０８と前記熱変色性構造体４１８との熱交換は熱輻射によって行われる。前記加熱構造体４０８の単位面積当たりの熱容量が小さく、短い時間で予定の温度に達することができるので、該予定の温度に達した加熱構造体４０８が前記熱変色性構造体４１８に短く、強い熱パルスを提供することができる。従って、前記熱変色性素子４２０の応答速度を高めることができる。
【００８３】
本実施形態は、前記熱変色性素子４２０の製造方法を提供する。該熱変色性素子４２０の製造方法は、前記実施形態２における熱変色性素子３２０の製造方法と比べて、本実施形態の前記熱変色性構造体４１８の厚さが前記第一電極４１０及び前記第二電極４１２の厚さより小さく、前記単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムが前記熱変色性構造体４１８と間隔を置いて設置される点が異なる。
【００８４】
（実施形態４）
図１５を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子５２０を提供する。該熱変色性素子５２０は、絶縁基板５０２と、熱変色性構造体５１８と、加熱構造体５０８と、第一電極５１０と、第二電極５１２と、を含む。前記熱変色性構素子５２０は前記実施形態１における熱変色性素子２２０の構造と比べて、本実施形態の前記加熱構造体５０８が前記熱変色性構造体５１８と前記絶縁基板５０２との間に設置され、且つ該熱変色性構造体５１８の両端の側面に延び、且つ前記第一電極５１０と前記第二電極５１２との前記絶縁基板５０２から離れる表面が覆われる点が異なる。具体的には、前記加熱構造体５０８は前記絶縁基板５０２の表面に設置される。前記熱変色性構造体５１８は前記加熱構造体５０８の前記絶縁基板５０２から離れる表面に設置される。前記第一電極５１０及び前記第二電極５１２は、それぞれ、前記熱変色性構造体５１８の両側に位置された絶縁基板５０２の表面に設置される。前記加熱構造体５０８は、前記熱変色性構造体５１８と前記第一電極５１０との間から前記第一電極５１０の表面に延び、前記熱変色性構造体５１８と前記第二電極５１２との間から前記第二電極５１２の表面に延びる。本実施形態において、前記加熱構造体５０８が単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。該加熱構造体５０８と前記熱変色性構造体５１８との接触面積が大きいので、該加熱構造体５０８が前記熱変色性構造体５１８を加熱する効率を高め、前記熱変色性構素子５２０の感度を高めることができる。
【００８５】
本実施形態は、熱変色性素子５２０の製造方法を提供する。まず、絶縁基板５０２の表面にシルクスクリーン印刷法によって間隔を置いて第一電極５１０と第二電極５１２を形成する。次に、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極５１０と第二電極５１２に設置し、該単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムに圧力を印加し、該単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極５１０と第二電極５１２との対向する側面、及び前記第一電極５１０と第二電極５１２との間の絶縁基板５０２に接着させる。最後に、前記第一電極５１０と第二電極５１２との間にゲルマニウムとセレンの化合物を堆積して熱変色性構造体５１８を形成する。
【００８６】
（実施形態５）
図１６を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子６２０を提供する。該熱変色性素子６２０は、絶縁基板６０２と、熱変色性構造体６１８と、第一加熱構造体６０８と、第二加熱構造体６０９と、第一電極６１０と、第二電極６１２と、を含む。前記熱変色性構素子６２０は前記実施形態１における熱変色性素子２２０の構造と比べて、本実施形態の前記熱変色性素子６２０がさらに前記熱変色性構造体６１８の前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置された第二加熱構造体６０９を含む点が異なる。具体的には、前記第一加熱構造体６０８は前記絶縁基板６０２の表面に設置される。前記熱変色性構造体６１８は前記第一加熱構造体６０８の前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置される。前記第一電極６１０及び第二電極６１２は、前記熱変色性構造体６１８の両端の前記第一加熱構造体６０８の表面に設置される。前記第二加熱構造体６０９は前記熱変色性構造体６１８の前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置され、前記第一電極６１０及び第二電極６１２が覆われる。本実施形態において、前記第一加熱構造体６０８と前記第二加熱構造体６０９とがそれぞれ、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。前記第一加熱構造体６０８と前記第二加熱構造体６０９を利用して、同時に前記熱変色性構造体６１８を加熱できるので、前記熱変色性素子６２０の感度をより高めることができる。
【００８７】
本実施形態は、熱変色性素子６２０の製造方法を提供する。まず、絶縁基板６０２の表面に単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを設置し、第一加熱構造体６０８を形成する。次に、前記第一の単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面にシルクスクリーン印刷法によって間隔を置いて第一電極６１０と第二電極６１２を形成する。次に、前記第一電極６１０と第二電極６１２との間にゲルマニウムとセレンの化合物を堆積して熱変色性構造体６１８を形成する。該熱変色性構造体６１８と前記第一電極６１０及び第二電極６１２との厚さが同じである。最後に、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極６１０と第二電極６１２と前記熱変色性構造体６１８との前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置し、第一加熱構造体６０９を形成する。
【００８８】
（実施形態６）
図１７を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子７２０を提供する。該熱変色性素子７２０は、絶縁基板７０２と、熱変色性構造体７１８と、加熱構造体７０８と、第一電極７１０と、第二電極７１２と、を含む。前記熱変色性構素子７２０は前記実施形態１における熱変色性素子２２０の構造と比べて、前記絶縁基板７０２の表面に凹部（図示せず）が設置され、前記熱変色性構造体７１８が前記凹部の中に設置される点が異なる。具体的には、前記熱変色性構造体７１８は、前記凹部の中に設置され、その厚さが前記凹部の深さと等しい。前記加熱構造体７０８は、前記熱変色性構造体７１８及び前記絶縁基板７０２の表面に設置される。前記第一電極７１０及び第二電極７１２は、前記絶縁基板７０２の凹部ではない所に位置された前記加熱構造体７０８の表面に設置される。前記熱変色性構造体７１８の厚さが前記凹部の深さと同じであることが好ましい。本実施形態において、前記加熱構造体７０８が単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。前記熱変色性構造体７１８は、前記凹部の中に設置されるので、加熱されると、最初の形状を保持することができる。
【００８９】
本実施形態は、熱変色性素子７２０の製造方法を提供する。まず、絶縁基板７０２の表面をエッチングすることによって凹部を形成する。次に、前記凹部の中にゲルマニウムとセレンの化合物を堆積して熱変色性構造体７１８を形成する。その後で、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記熱変色性構造体７１８及び前記絶縁基板７０２の表面に設置し、該熱変色性構造体７１８を覆う。最後に、シルクスクリーン印刷法によって前記単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面に間隔を置いて設置された第一電極７１０と第二電極７１２を形成し、該第一電極７１０及び第二電極７１２が前記絶縁基板７０２の凹部ではない所に位置された前記加熱構造体７０８の表面に設置される。
【００９０】
本発明は、前記実施形態１〜実施形態６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で配列して形成された画素アレイと、駆動回路と、複数の電極リード線とを含む。前記駆動回路が前記複数の電極リード線によって、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が一つの絶縁基板を共用し、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、表示を実現するようになる。本発明の実施形態１における熱変色性素子２２０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。
【００９１】
図１８及び図１９を参照すると、本実施形態は、熱変色性表示装置２０を提供する。該熱変色性表示装置２０は、絶縁基板２０２と、複数の行電極リード線２０４と、複数の列電極リード線２０６と、複数の熱変色性素子２２０と、を備える。前記複数の行電極リード線２０４は、平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の一つの表面に設置され、前記複数の列電極リード線２０６は、平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の前記表面に設置される。該複数の行電極リード線２０４と該複数の列電極リード線２０６は、交叉して前記絶縁基板２０２に設置されている。該複数の行電極リード線２０４と該複数の列電極リード線２０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層２１６が設置されている。隣接する二つの行電極リード線２０４と、隣接する二つの列電極リード線２０６とは、複数の格子２１４を形成している。各々の前記格子２１４は、一つの画素ユニットを画定し、即ち各々の前記格子２１４に一つの前記熱変色性素子２２０が設置される。前記熱変色性素子２２０は、本発明の実施形態１に係る熱変色性素子２２０である。
【００９２】
各々の前記熱変色性素子２２０は、熱変色性構造体２１８と、加熱構造体２０８と、第一電極２１０と、第二電極２１２と、を含む。前記加熱構造体２０８が前記絶縁基板２０２の表面に設置され、前記熱変色性構造体２１８が前記加熱構造体２０８の前記絶縁基板２０２から離れる表面に設置される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、前記加熱構造体２０８に電気的に接続される。
【００９３】
前記絶縁基板２０２は、剛性材料又は柔軟性材料からなる。前記剛性材料は、セラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素である。前記柔軟性材料は、プラスチックまたはファイバーである。前記絶縁基板２０２が柔軟性材料からなる場合、前記熱変色性表示装置２０は、任意的に曲げることができる。本実施形態において、前記絶縁基板２０２は、その材料がＰＥＴであり、その厚さが１ミリメートルであり、その辺長が４８ミリメートルである正方形のシートである。
【００９４】
前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６とは、導電体である。例えば、前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６との材料が導電ペースト、金属フィルム、カーボンナノチューブワイヤ、インジウム酸化スズなどである。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６と交差してなす角度は、１０度〜９０度である。本実施形態において、前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６は、導電ペーストで印刷して形成された平面導電体である。前記隣接する行電極リード線２０４の行間隔距離が５０マイクロメートル〜５センチメートルであり、前記隣接する列電極リード線２０６の列間隔距離が５０マイクロメートル〜２センチメートルである。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６の幅は、全て３０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、厚さが全て１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルである。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６とが交差してなす角度は９０度である。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６とは、シルクスクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成したものである。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉末の質量パーセンテージは５０〜９０％であり、前記低融点ガラス粉末の質量パーセンテージは２〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージは８〜４０％である。
【００９５】
前記第一電極２１０及び第二電極２１２の材料は、前記行電極リード線２０４及び列電極リード線２０６の材料と同じでもよく、同じでなくてもよい。前記第一電極２１０が前行電極リード線２０４から伸びる部分であってもよく、前記第二電極２１２が前記列電極リード線２０６から伸びる部分であってもよい。前記第一電極２１０と前記第二電極２１２は、長さが２０マイクロメートル〜１．５センチメートルであり、幅が３０マイクロメートル〜１．０センチメートルであり、厚さが１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の長さは、１００マイクロメートル〜７００マイクロメートルであることが好ましいく、幅は、５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルであることが好ましく、厚さは、２０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。本実施形態において、前記第一電極２１０と第二電極２１２は、平面導電体であり、その大きさが格子２１４の大きさにより、決められる。前記第一電極２１０は、直接に前記行電極リード線２０４に接続され、前記第二電極２１２は、直接に前記列電極リード線２０６に接続される。前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の材料は、導電ペーストであり、シルクスクリーンの印刷法で前記絶縁基板２０２に印刷する。該導電ペーストは、前記行電極リード線２０４と前記列電極リード線２０６の材料と同じである。
【００９６】
本実施形態において、前記絶縁基板２０２に１６×１６個の熱変色性素子２２０が設置される。各々の熱変色性素子２２０における加熱構造体２０８が単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。各々のドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、長さが３００マイクロメートルであり、幅が１００マイクロメートルである。各々の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は、端と端とが接続され、前記第一電極２１０から前記第二電極２１２へ延びる。該ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの両端がそれぞれ、前記第一電極２１０と前記絶縁基板２０２との間及び第二電極２１２と前記絶縁基板２０２との間に設置される。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、自体の接着性によって前記絶縁基板２０２の表面に接着されている。
【００９７】
前記熱変色性表示装置２０は、さらに断熱材２２２を含む。前記断熱材２２２が各々の前記熱変色性素子２２０の周りに設置される。具体的には、前記断熱材２２２は、各々の格子２１４の中に設置された熱変色性素子２２０と、前記行電極リード線２０４及び前記列電極リード線２０６との間のあらゆる所に設置される。従って、隣接する熱変色性素子２２０の間を断熱させることができ、隣接する熱変色性素子２２０の間の妨害を減少するようになる。前記断熱材２２２は、酸化アルミニウム又は有機材料である。前記有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート又はポリイミドなどである。本実施形態において、前記断熱材２２２は、ポリエチレンテレフタレートであることが好ましく、その厚さが前記行電極リード線２０４、前記列電極リード線２０６、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の厚さと同じである。前記断熱材２２２は、物理気相堆積法又は化学気相堆積法を採用して製造することができる。該物理気相堆積法がスパッタリング法又は蒸着法を含む。
【００９８】
前記熱変色性表示装置２０は、さらに保護層２２４を含む。前記保護層２２４が前記行電極リード線２０４、前記列電極リード線２０６及び各々の熱変色性素子２２０を覆う。前記保護層２２４が透明且つ絶縁材料からなり、その材料が有機高分子材料、二酸化珪素、酸化アルミニウムなどである。有機高分子材料がポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート又はポリイミドなどである。本実施形態において、前記保護層２２４の材料がポリエチレンテレフタレートであり、その厚さが０．５ミリメートリ〜２ミリメートリである。前記保護層２２４は、塗布又は堆積法によって前記絶縁基板２０２に形成される。前記保護層２２４は、前記熱変色性表示装置２０が外界と電気的に接触することを防止し、加熱構造体２０８に外界のほこりが付着することを防止することができる。
【００９９】
前記熱変色性表示装置２０が使用される場合、前記駆動回路で前記行電極リード線２０４及び前記列電極リード線２０６に電圧を印することによって、該行電極リード線２０４及び列電極リード線２０６に電気的に接続された熱変色性素子２２０を作動させ、前記熱変色性表示装置２０に表示させることができる。
【０１００】
前記熱変色性表示装置２０における熱変色性素子２２０が加熱構造体２０８としてカーボンナノチューブを利用して、該カーボンナノチューブの単位面積当たりの熱容量が小さいので、該加熱構造体２０８が速い熱応答速度を有し、前記熱変色性構造体２１８を速く加熱でき、該熱変色性表示装置２０の画素ユニットに速い応答速度を持たせる。前記熱変色性表示装置２０が前記行電極リード線２０４及び列電極リード線２０６によってそれぞれ各々の熱変色性素子２２０を制御するので、動画表示を実現できる。
【符号の説明】
【０１０１】
２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０ 熱変色性素子
２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２ 絶縁基板
２０８、３０８、４０８、５０８、７０８ 加熱構造体
６０８ 第一加熱構造体
６０９ 第二加熱構造体
２１８、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８ 熱変色性構造体
２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０ 第一電極
２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２ 第二電極
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
２０ 熱変色性表示装置
２０４ 行電極リード線
２０６ 列電極リード線
２１４ 格子
２１６ 絶縁層
２２２ 断熱材
２２４ 保護層
【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】
近年、液晶ディスプレーに代わる次世代平面ディスプレーとして熱変色性素子が精力的に研究されている。温度の変化によって透過率や反射率等の光学特性が可逆的に変化することを熱変色性現象と言う。熱変色性現象を持つ熱変色性材料は温度の変化によって異なる色を表示させる。従って、熱変色性材料は表示装置の表示効用である熱変色性素子に応用されることができる。
【０００３】
従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子は、少なくとも加熱層と表示層とを備え、前記加熱層と表示層とは、接近して、又は間隔を置いて配置される。前記加熱層は、主に金属板からなる。しかし、金属板の単位面積当たりの熱容量が大きく、厚さが大きいので、前記金属板からなる加熱層は、作動の際の温度の変化が鈍く、電熱変換率が低い。従って、従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子が作動する時、色彩表示の応答速度が鈍く、エネルギー消費が大きい。又、金属板の硬度が高いため、フレキシブルな熱変色性表示装置とする応用に制限がある。前記問題を解決するために、従来技術では、以下のような熱変色性表示装置が提供されている。前記熱変色性表示装置の熱変色性素子の加熱層は、カーボンインク及びポリマーを含み、該カーボンインクが前記ポリマーに印刷される。前記ポリマーの材料は、誘電体膜又はポリエステルフィルムである。該熱変色性素子がフレキシブルな熱変色性表示装置に応用されることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかし、前記カーボンインクが前記ポリマーに印刷され、該ポリマーの単位面積当たりの熱容量が大きいので、前記熱変色性素子の加熱層の熱容量が大きくなる。前記熱変色性素子が作動の際の温度の変化が鈍く、電熱変換率が低い。従って、従来の熱変色性表示装置の熱変色性素子が作動する時、色彩表示の応答速度が鈍く、エネルギー消費が大きい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、前記課題を解決するために、本発明は色彩表示の応答速度が速い熱変色性素子及び熱変色性表示装置を提供する。
【０００７】
熱変色性素子は、絶縁基板と、熱変色性構造体と、加熱構造体と、を備える。前記熱変色性構造体及び前記加熱構造体が前記絶縁基板に設置される。前記加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体は、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、該変色材料は、非結晶状態での光反射率と、結晶状態での光反射率とが異なる。
【０００８】
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。
【０００９】
前記加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体であり、該カーボンナノチューブ構造体が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からなり、該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が複数のカーボンナノチューブからなる。
【００１０】
熱変色性表示装置は、絶縁基板と、複数の行電極リード線と、複数の列電極リード線と、複数の熱変色性素子と、を備える。前記複数の行電極リード線及び複数の列電極リード線が絶縁的に交叉して前記絶縁基板の表面に設置され、隣接する二つの行電極リード線と、隣接する二つの列電極リード線とが、一つの画素ユニットを画定し、各々の前記画素ユニットに一つの前記熱変色性素子が設置される。前記熱変色性素子は、熱変色性構造体と、加熱構造体と、第一電極と、第二電極とを備える。前記第一電極と第二電極は、間隔を置いて前記加熱構造体に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極リード線と列電極リード線とに電気的に接続される。前記加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられる。前記熱変色性構造体は、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料である。該変色材料は、非結晶状態での光反射率と、結晶状態での光反射率とが異なる。
【発明の効果】
【００１１】
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。表示状態を書き込む場合、前記熱変色性構造体に短く、強い書き込み熱パルスを印加する。加熱温度が高いので、前記熱変色性構造体が液体状態に瞬間的に加熱される。加熱時間が短いので、温度が低温に速く下がる。これによって、前記熱変色性構造体が液体状態から固体状態に速く冷却され、非結晶状態の熱変色性構造体に形成される。前記非結晶状態の熱変色性構造体は、室温で他のエネルギーを必要とせずに非結晶状態を保持することができる。前記非結晶状態の熱変色性構造体の光線に対する反射率は、結晶状態の熱変色性構造体の光線に対する反射率とは異なるので、表示を実現することできる。表示状態を消去する場合、前記熱変色性構造体に長く、弱い消去熱パルスを印加する。この過程がアニーリングすることに相当する。アニーリングされた後、前記熱変色性構造体が最初の結晶状態に戻るので、消去を実現することができる。前記結晶状態の熱変色性構造体は、室温で他のエネルギーを必要とせずに結晶状態を保持することができる。前記熱変色性構造体は、室温で結晶状態又は非結晶状態を長い時間で保持できるので、表示状態が保持され、双安定表示を実現することができる。
【００１２】
前記熱変色性素子と熱変色性表示装置の加熱構造体は、カーボンナノチューブ構造体を含み、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。また、前記熱変色性表示装置は、前記行電極リード線及び列電極リード線によってそれぞれ各々の熱変色性素子を制御するので、動態表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】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３】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４】図２中の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５】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】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】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１４】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１５】本発明の実施形態４の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施形態５の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施形態６の熱変色性素子の構造を示す断面図である。
【図１８】本発明の熱変色性表示装置の構造を示す上面図である。
【図１９】本発明の熱変色性表示装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
（実施形態１）
図１を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子２２０を提供する。該熱変色性素子２２０は、絶縁基板２０２と、熱変色性構造体２１８と、加熱構造体２０８と、第一電極２１０と、第二電極２１２と、を含む。
【００１６】
前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８は、前記絶縁基板２０２の表面に設置される。前記加熱構造体２０８が前記熱変色性構造体２１８の周りに設置され、該熱変色性構造体２１８を加熱することに用いられる。前記加熱構造体２０８が前記熱変色性構造体２１８を加熱できる限り、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８の位置は制限されない。好ましくは、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８は、層状構造体であり、積層して接触して、又は間隔を置いて配置される。
【００１７】
前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８が積層して接触して配置される場合、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８の表面が直接接触する。例えば、前記熱変色性構造体２１８が前記絶縁基板２０２の表面に配置され、前記加熱構造体２０８が、前記熱変色性構造体２１８の、前記絶縁基板２０２から離れる表面に配置される。前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８が間隔を置いて配置される場合、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８が平行して対向して間隔を置いて配置される。例えば、前記熱変色性構造体２１８が前記加熱構造体２０８と前記絶縁基板２０２との間に配置され、該加熱構造体２０８が支持体（図示せず）によって前記熱変色性構造体２１８と間隔を置いて配置される。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、間隔を置いて配置される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、前記加熱構造体２０８に電気的に接続され、該加熱構造体２０８に電圧又は電流を提供し、該加熱構造体２０８で前記熱変色性構造体２１８を加熱させることに用いられる。
【００１８】
本実施形態において、前記熱変色性構造体２１８及び加熱構造体２０８は、層状構造体である。前記加熱構造体２０８は、前記絶縁基板２０２の表面に配置される。前記熱変色性構造体２１８は、前記加熱構造体２０８の、前記絶縁基板２０２から離れる表面に配置される。前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、前記熱変色性構造体２１８の両側に位置する前記加熱構造体２０８の表面に間隔を置いて配置される。
【００１９】
前記絶縁基板２０２は、剛性基板又は柔軟性基板である。前記剛性基板は、セラミックス基板、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、シリコン酸化物基板、ダイヤモンド基板、アルミニウム酸化物基板及び剛性高分子基板などのいずれか一種である。前記柔軟性基板は、合成紙、繊維布及び柔軟性高分子基板などのいずれか一種である。前記柔軟性高分子基板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）又はポリイミド（ＰＩ）などである。前記絶縁基板２０２の材料は前記材料に制限されず、２００℃の温度に耐える絶縁材料でもよい。前記絶縁基板２０２の大きさは、前記熱変色性表示装置２０の大きさによって決定される。本実施形態において、前記絶縁基板２０２はＰＥＴ基板であり、その厚さが１ミリメートルである。
【００２０】
前記熱変色性構造体２１８は、所定の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料により製造される。前記所定の温度は、前記変色材料の非結晶状態及び結晶状態が変換する相変化温度である。前記変色材料は、前記所定の温度に加熱される場合、非結晶状態及び結晶状態の変換を発生させることができる。
【００２１】
表示状態を書き込む場合、前記熱変色性構造体２１８に短く、強い書き込み熱パルスを印加する。加熱温度が高いので、前記熱変色性構造体２１８が液体状態に瞬間的に加熱される。加熱時間が短いので、温度が低温に速く下がる。これによって、前記熱変色性構造体２１８が液体状態から固体状態に速く冷却され、非結晶状態の熱変色性構造体２１８に形成される。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８は、室温で他のエネルギーを必要とせずに非結晶状態を保持することができる。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率は、結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率とは異なるので、表示を実現することができる。
【００２２】
表示状態を消去する場合、前記熱変色性構造体２１８に長く、弱い消去熱パルスを印加する。この過程がアニーリングすることに相当する。アニーリングされた後、前記熱変色性構造体２１８が最初の結晶状態に戻るので、消去を実現することができる。前記結晶状態の熱変色性構造体２１８が室温で他のエネルギーを必要とせずに結晶状態を保持することができる。前記熱変色性構造体２１８は、室温で結晶状態又は非結晶状態を長い時間で保持できるので、表示状態が保持され、双安定表示を実現することができる。
【００２３】
前記変色材料の結晶状態及び非結晶状態が変換する相変化温度は、４０℃より高い。相変化温度が４０℃より高い変色材料を利用して前記熱変色性構造体２１８を製造する場合、前記熱変色性素子２２０を室温で作動させることができる。好ましくは、前記変色材料の結晶状態及び非結晶状態が変換する相変化温度が６００℃より低いことが好ましい。相変化温度が６００℃より低い変色材料を利用して前記熱変色性構造体２１８を製造する場合、前記熱変色性素子２２０の作動電圧を低下させ、エネルギー消費を減少することができる。また、カーボンナノチューブを利用した加熱構造体２０８は、長い時間使用しても、酸化されない状態を保持することができる。前記変色材料が非結晶状態及び結晶状態である時の光線に対する反射率は異なり、視覚的に違いがあるので、画素の表示を実現することができる。
【００２４】
また、画素の応答速度を高めるために、前記変色材料の結晶状態−非結晶状態の変換時間ができるだけ短く、好ましくは、前記変色材料の結晶状態及び非結晶状態の変換時間が４０ミリ秒以下である。前記変色材料は例えば、硫黄化合物、テルル化合物、セレン化合物、テルルセレン化合物などのカルコゲナイド系化合物である。本実施形態において、前記変色材料の熱安定性を高めるために、該変色材料は、カルコゲナイド系元素とゲルマニウムとの化合物、カルコゲナイド系元素とインジウムの化合物、カルコゲナイド系元素とヒ素の化合物、カルコゲナイド系元素とアンチモンの化合物である。例えば、ゲルマニウムとカルコンの化合物、ゲルマニウムとセレンの化合物、ヒ素とカルコンの化合物、ヒ素とセレンの化合物、インジウムとテルルの化合物、インジウムとセレンの化合物、アンチモンとテルルの化合物、又はアンチモンとセレンの化合物である。前記変色材料の相変化速度を高めるために、該変色材料に添加物を添加することができる。該添加物は、銅、銀、金、ニッケル、コバルト、パラジウムなどの金属又は少なくとも二種の前記金属からなる合金である。前記カルコゲナイド系化合物の変色材料は、結晶状態から非結晶状態となる時間が数ナノ秒〜数百ナノ秒であり、非結晶状態から結晶状態となる時間が０．５マイクロ秒〜１ミリ秒である。
【００２５】
また、半導体、半導体化合物、金属化合物、高分子材料などの結晶材料は、結晶状態及び非結晶状態の変換する相変化温度が４０℃より大きく、結晶状態及び非結晶状態の変換する時間が４０ミリ秒以下で、結晶状態及び非結晶状態である時の光線に対する反射率が異なれば、前記熱変色性構造体２１８を製造することができる。
【００２６】
本実施形態において、前記熱変色性構造体２１８がゲルマニウムとセレンの化合物であり、その厚さが１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルであるが、好ましくは、５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。前記熱変色性構造体２１８は、熱堆積法又はスパッタリング法により、前記加熱構造体２０８の表面に堆積され、前記第一電極２１０と前記第二電極２１２との間に形成される。前記熱変色性構造体２１８は、それぞれ前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２と、間隔を置いて配置され、或いは、それぞれ前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２と、接触して配置される。
【００２７】
前記加熱構造体２０８は、前記熱変色性構造体２１８を加熱させて、前記熱変色性構造体２１８の色を変化させる。前記加熱構造体２０８は、カーボンナノチューブ構造体である。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。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。
【００２８】
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けることにより、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。
【００２９】
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。本実施例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。前記カーボンナノチューブ構造体が同じ方向に沿って配置された複数のカーボンナノチューブを含む場合、該複数のカーボンナノチューブが前記第一電極２１０から前記第二電極２１２へ延びる。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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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％以上程度に達するため、透明熱源に用いられることも可能である。一枚の前記カーボンナノチューブフィルム１４３ａの単位面積当たりの熱容量は、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。
【００３５】
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°を超える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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、連続のカーボンナノチューブフィルムが形成される（図４を参照）。
【００４２】
（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５又は図６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。
【００４３】
図５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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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７及び図８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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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９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。
【００５４】
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７と図８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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（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１０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。
【００５８】
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。
【００５９】
図１１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。
【００６０】
図１２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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２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。
【００６８】
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。
【００６９】
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２０８が前記絶縁基板２０２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２０８が接着剤により前記絶縁基板２０２の表面に固定することもできる。前記加熱構造体２０８がそれぞれ、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の表面に直接設置することができ、導電接着剤により、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の表面に固定することもできる。本実施形態において、導電銀ペーストを利用して、前記加熱構造体２０８をそれぞれ前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の表面に固定させる。
【００７０】
前記加熱構造体２０８は、カーボンナノチューブ複合構造体であってもよい。該カーボンナノチューブ複合構造体がカーボンナノチューブ構造体と、該カーボンナノチューブ構造体に分散された充填材料とを含む。該充填材料は、前記カーボンナノチューブ構造体の微孔の中に充填され、又は前記カーボンナノチューブ構造体の表面に複合される。前記充填材料は、金属、樹脂、セラミックス、ガラス及び繊維の少なくとも一種である。前記カーボンナノチューブ複合構造体は、基体と、該基体に複合されたカーボンナノチューブ構造体とを含むことができる。該基体の材料は、金属、樹脂、セラミックス、ガラス及び繊維の少なくとも一種である。前記カーボンナノチューブ構造体の全部又は一部が前記基体の材料に浸漬される。
【００７１】
また、前記加熱構造体２０８は、複数のカーボンナノチューブが分散されたインクをシルクスクリーン印刷して形成されたカーボンナノチューブ複合構造体であってもよい。該カーボンナノチューブ複合構造体が配向せずに分布された複数のカーボンナノチューブを含む。
【００７２】
前記カーボンナノチューブフィルムを加熱構造体２０８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絶縁基板２０２又は熱変色性構造体２１８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２０８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けた後、該層状構造体を前記絶縁基板２０２又は熱変色性構造体２１８の表面に設置することができる。一つの前記カーボンナノチューブ線状構造体を前記加熱構造体２０８の周りに巻き付けることもできる。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２０８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絶縁基板２０２又は熱変色性構造体２１８の表面に設置することができる。
【００７３】
本実施形態における加熱構造体２０８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熱変換効率及び熱輻射効率を有するので、該加熱構造体２０８は、優れた電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２０８の熱応答速度が速く、前記カーボンナノチューブ構造体と前記熱変色性構造体２１８との熱の伝送速度が速く、該熱変色性構造体２１８を速く加熱することができる。例えば、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、１ミリ秒で温度が２０００Ｋに上がることができる。従って、本実施形態における熱変色性素子２２０は、速い熱応答速度を有する。前記カーボンナノチューブが強い化学安定性を有するので、該カーボンナノチューブを利用した加熱構造体２０８の抵抗が安定し、前記熱変色性素子２２０の安定性を高めることができる。また、前記カーボンナノチューブが小さなサイズを有するので、該カーボンナノチューブを加熱構造体２０８とすることは、前記熱変色性素子２２０のサイズを減少し、該熱変色性素子２２０を利用した表示装置の解像度を高めることができる。
【００７４】
前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、前記絶縁基板２０２の表面、前記加熱構造体２０８の表面、又は前記熱変色性構造体２１８の表面に直接設置することができ、或いは、支持体（図示せず）によって設置することができる。前記第一電極２１０及び第二電極２１２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２１０及び第二電極２１２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）、アンチモニー酸化スズ（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。本実施形態において、前記第一電極２１０及び第二電極２１２は、シルクスクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成したものである。該導電ペーストは、金属粉末、低融点のガラス及び接着剤を含む。前記金属粉末が銀粉末であることが好ましい。前記接着剤はテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおいて、前記金属粉末の質量パーセンテージの含有量が５０％〜９０％であり、前記低融点のガラスの質量パーセンテージの含有量が２％〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージの含有量が８％〜４０％である。
【００７５】
前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の間に電圧パルスを印加すると、前記加熱構造体２０８が熱を放出する。該熱が熱パルスとして、前記熱変色性構造体２１８に印加される。前記電圧パルスが短い時間の高電圧である場合、前記加熱構造体２０８は短い時間の強い熱パルスを形成する。前記電圧パルスが長い時間の低電圧である場合、前記加熱構造体２０８は長い時間の弱い熱パルスを形成する。
【００７６】
表示状態を書き込む場合、前記熱変色性構造体２１８に短い時間の強い書き込み熱パルスを印加する必要がある。例えば、温度が９００℃〜１０００℃であり、周期が５０ナノ秒〜２００ナノ秒である。加熱温度が高いので、前記熱変色性構造体２１８が瞬間的に液体状態に加熱される。加熱時間が短いので、温度が瞬間的に低温に下がる。これによって、前記熱変色性構造体２１８が液体状態から固体状態に冷却され、非結晶状態の熱変色性構造体２１８が形成される。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率は、結晶状態の熱変色性構造体２１８の光線に対する反射率とは異なるので、表示を実現することができる。前記非結晶状態の熱変色性構造体２１８は、室温で他のエネルギーを必要とせずに非結晶状態を保持することができる。
【００７７】
表示状態を消去する場合、前記熱変色性構造体２１８に長い時間の弱い消去熱パルスを印加する必要がある。例えば、温度が５００℃〜６００℃であり、周期が１マイクロ秒〜１ミリ秒である。この過程がアニーリングすることに相当する。アニーリングされた後、前記熱変色性構造体２１８が最初の結晶状態に戻るので、消去を実現することができる。前記結晶状態の熱変色性構造体２１８は、室温で他のエネルギーを必要とせずに結晶状態を保持することができる。前記熱変色性構造体２１８は、室温で結晶状態又は非結晶状態を長い時間で保持することができるので、表示状態が保持され、双安定表示を実現することができる。双安定表示とは、前記熱変色性素子２２０が書き込みと消去する過程だけで、エネルギーを消費して、書き込みと消去した後、他のエネルギーがなくても、安定表示を保持することもできる。双安定表示は、前記熱変色性素子２２０のエネルギーの消費を減少することができる。
【００７８】
また、本実施形態は、前記熱変色性素子２２０の製造方法を提供する。まず、前記絶縁基板２０２の表面に単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを設置する。次に、シルクスクリーン印刷法によって前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面に間隔を置いて第一電極２１０及び第二電極２２０を形成する。最後に、前記第一電極２１０と第二電極２２０との間にゲルマニウムとセレンの化合物層を堆積して前記熱変色性構造体２１８を形成する。
【００７９】
（実施形態２）
図１３を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子３２０を提供する。該熱変色性素子３２０は、絶縁基板３０２と、熱変色性構造体３１８と、加熱構造体３０８と、第一電極３１０と、第二電極３１２と、を含む。前記熱変色性素子３２０は前記実施形態１の熱変色性素子２２０の構造と比べて、本実施形態の前記熱変色性構造体３１８が前記絶縁基板３０２と前記加熱構造体３０８との間に設置される点が異なる。具体的には、前記熱変色性構造体３１８は前記絶縁基板３０２の表面に設置される。前記第一電極３１０と第二電極３１２とは、前記熱変色性構造体３１８の両側に位置された絶縁基板３０２の表面に設置される。前記加熱構造体３０８は、前記第一電極３１０と第二電極３１２と前記熱変色性構造体３１８との前記絶縁基板３０２から離れる表面に設置される。前記第一電極３１０及び第二電極３１２は前記加熱構造体３０８に電気的に接続される。本実施形態において、前記加熱構造体３０８は、前記熱変色性構造体３１８を覆うので、前記加熱構造体３０８の透明性が重要となる。該加熱構造体３０８は、透明なカーボンナノチューブ構造体であり、好ましくは、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。
【００８０】
本実施形態は、前記熱変色性素子３２０の製造方法を提供する。まず、前記絶縁基板３０２の表面にシルクスクリーン印刷法によって間隔を置いて第一電極３１０と第二電極３１２を形成する。前記第一電極３１０と第二電極３１２との間にゲルマニウムとセレンの化合物層を堆積して前記熱変色性構造体３１８を形成し、該熱変色性構造体３１８の厚さが前記第一電極３１０及び第二電極３１２の厚さと、同じである。最後に、前記単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極３１０と第二電極３１２と前記熱変色性構造体３１８との表面に設置し、前記加熱構造体３０８を形成する。
【００８１】
（実施形態３）
図１４を参照すると、本実施形態は熱変色性素子４２０を提供する。該熱変色性素子４２０は、絶縁基板４０２と、熱変色性構造体４１８と、加熱構造体４０８と、第一電極４１０と、第二電極４１２と、を含む。前記熱変色性構素子４２０は前記実施形態２の熱変色性素子３２０の構造と比べて、本実施形態の前記加熱構造体４０８及び前記熱変色性構造体４１８が間隔を置いて設置される点が異なる。具体的には、前記熱変色性構造体４１８は前記絶縁基板４０２の表面に設置される。前記第一電極４１０及び第二電極４１２は、前記熱変色性構造体４１８の両側に位置された絶縁基板４０２の表面に設置され、該第一電極４１０及び第二電極４１２の高さが前記熱変色性構造体４１８の厚さより大きい。前記加熱構造体４０８の両端は、前記第一電極４１０及び第二電極４１２の前記絶縁基板４０２の表面から離れる表面に設置される。これによって、前記加熱構造体４０８は、前記第一電極４１０及び第二電極４１２によって、前記熱変色性構造体４１８と間隔を置いて設置される。また、前記加熱構造体４０８は、二つの支持体（図示せず）によって、前記熱変色性構造体４１８と間隔を置いて設置することもできる。
【００８２】
前記加熱構造体４０８は、単位面積当たりの熱容量が小さくなければならなく、好ましくは、その単位面積当たりの熱容量が２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。本実施形態において、前記加熱構造体４０８は、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムであり、その単位面積当たりの熱容量が１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋ以下である。前記加熱構造体４０８と前記熱変色性構造体４１８との熱交換は熱輻射によって行われる。前記加熱構造体４０８の単位面積当たりの熱容量が小さく、短い時間で予定の温度に達することができるので、該予定の温度に達した加熱構造体４０８が前記熱変色性構造体４１８に短く、強い熱パルスを提供することができる。従って、前記熱変色性素子４２０の応答速度を高めることができる。
【００８３】
本実施形態は、前記熱変色性素子４２０の製造方法を提供する。該熱変色性素子４２０の製造方法は、前記実施形態２における熱変色性素子３２０の製造方法と比べて、本実施形態の前記熱変色性構造体４１８の厚さが前記第一電極４１０及び前記第二電極４１２の厚さより小さく、前記単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムが前記熱変色性構造体４１８と間隔を置いて設置される点が異なる。
【００８４】
（実施形態４）
図１５を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子５２０を提供する。該熱変色性素子５２０は、絶縁基板５０２と、熱変色性構造体５１８と、加熱構造体５０８と、第一電極５１０と、第二電極５１２と、を含む。前記熱変色性構素子５２０は前記実施形態１における熱変色性素子２２０の構造と比べて、本実施形態の前記加熱構造体５０８が前記熱変色性構造体５１８と前記絶縁基板５０２との間に設置され、且つ該熱変色性構造体５１８の両端の側面に延び、且つ前記第一電極５１０と前記第二電極５１２との前記絶縁基板５０２から離れる表面が覆われる点が異なる。具体的には、前記加熱構造体５０８は前記絶縁基板５０２の表面に設置される。前記熱変色性構造体５１８は前記加熱構造体５０８の前記絶縁基板５０２から離れる表面に設置される。前記第一電極５１０及び前記第二電極５１２は、それぞれ、前記熱変色性構造体５１８の両側に位置された絶縁基板５０２の表面に設置される。前記加熱構造体５０８は、前記熱変色性構造体５１８と前記第一電極５１０との間から前記第一電極５１０の表面に延び、前記熱変色性構造体５１８と前記第二電極５１２との間から前記第二電極５１２の表面に延びる。本実施形態において、前記加熱構造体５０８が単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。該加熱構造体５０８と前記熱変色性構造体５１８との接触面積が大きいので、該加熱構造体５０８が前記熱変色性構造体５１８を加熱する効率を高め、前記熱変色性構素子５２０の感度を高めることができる。
【００８５】
本実施形態は、熱変色性素子５２０の製造方法を提供する。まず、絶縁基板５０２の表面にシルクスクリーン印刷法によって間隔を置いて第一電極５１０と第二電極５１２を形成する。次に、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極５１０と第二電極５１２に設置し、該単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムに圧力を印加し、該単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極５１０と第二電極５１２との対向する側面、及び前記第一電極５１０と第二電極５１２との間の絶縁基板５０２に接着させる。最後に、前記第一電極５１０と第二電極５１２との間にゲルマニウムとセレンの化合物を堆積して熱変色性構造体５１８を形成する。
【００８６】
（実施形態５）
図１６を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子６２０を提供する。該熱変色性素子６２０は、絶縁基板６０２と、熱変色性構造体６１８と、第一加熱構造体６０８と、第二加熱構造体６０９と、第一電極６１０と、第二電極６１２と、を含む。前記熱変色性構素子６２０は前記実施形態１における熱変色性素子２２０の構造と比べて、本実施形態の前記熱変色性素子６２０がさらに前記熱変色性構造体６１８の前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置された第二加熱構造体６０９を含む点が異なる。具体的には、前記第一加熱構造体６０８は前記絶縁基板６０２の表面に設置される。前記熱変色性構造体６１８は前記第一加熱構造体６０８の前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置される。前記第一電極６１０及び第二電極６１２は、前記熱変色性構造体６１８の両端の前記第一加熱構造体６０８の表面に設置される。前記第二加熱構造体６０９は前記熱変色性構造体６１８の前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置され、前記第一電極６１０及び第二電極６１２が覆われる。本実施形態において、前記第一加熱構造体６０８と前記第二加熱構造体６０９とがそれぞれ、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。前記第一加熱構造体６０８と前記第二加熱構造体６０９を利用して、同時に前記熱変色性構造体６１８を加熱できるので、前記熱変色性素子６２０の感度をより高めることができる。
【００８７】
本実施形態は、熱変色性素子６２０の製造方法を提供する。まず、絶縁基板６０２の表面に単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを設置し、第一加熱構造体６０８を形成する。次に、前記第一の単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面にシルクスクリーン印刷法によって間隔を置いて第一電極６１０と第二電極６１２を形成する。次に、前記第一電極６１０と第二電極６１２との間にゲルマニウムとセレンの化合物を堆積して熱変色性構造体６１８を形成する。該熱変色性構造体６１８と前記第一電極６１０及び第二電極６１２との厚さが同じである。最後に、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記第一電極６１０と第二電極６１２と前記熱変色性構造体６１８との前記絶縁基板６０２から離れる表面に設置し、第一加熱構造体６０９を形成する。
【００８８】
（実施形態６）
図１７を参照すると、本実施形態は、熱変色性素子７２０を提供する。該熱変色性素子７２０は、絶縁基板７０２と、熱変色性構造体７１８と、加熱構造体７０８と、第一電極７１０と、第二電極７１２と、を含む。前記熱変色性構素子７２０は前記実施形態１における熱変色性素子２２０の構造と比べて、前記絶縁基板７０２の表面に凹部（図示せず）が設置され、前記熱変色性構造体７１８が前記凹部の中に設置される点が異なる。具体的には、前記熱変色性構造体７１８は、前記凹部の中に設置され、その厚さが前記凹部の深さと等しい。前記加熱構造体７０８は、前記熱変色性構造体７１８及び前記絶縁基板７０２の表面に設置される。前記第一電極７１０及び第二電極７１２は、前記絶縁基板７０２の凹部ではない所に位置された前記加熱構造体７０８の表面に設置される。前記熱変色性構造体７１８の厚さが前記凹部の深さと同じであることが好ましい。本実施形態において、前記加熱構造体７０８が単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。前記熱変色性構造体７１８は、前記凹部の中に設置されるので、加熱されると、最初の形状を保持することができる。
【００８９】
本実施形態は、熱変色性素子７２０の製造方法を提供する。まず、絶縁基板７０２の表面をエッチングすることによって凹部を形成する。次に、前記凹部の中にゲルマニウムとセレンの化合物を堆積して熱変色性構造体７１８を形成する。その後で、単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムを前記熱変色性構造体７１８及び前記絶縁基板７０２の表面に設置し、該熱変色性構造体７１８を覆う。最後に、シルクスクリーン印刷法によって前記単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの表面に間隔を置いて設置された第一電極７１０と第二電極７１２を形成し、該第一電極７１０及び第二電極７１２が前記絶縁基板７０２の凹部ではない所に位置された前記加熱構造体７０８の表面に設置される。
【００９０】
本発明は、前記実施形態１〜実施形態６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で配列して形成された画素アレイと、駆動回路と、複数の電極リード線とを含む。前記駆動回路が前記複数の電極リード線によって、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が一つの絶縁基板を共用し、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、表示を実現するようになる。本発明の実施形態１における熱変色性素子２２０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。
【００９１】
図１８及び図１９を参照すると、本実施形態は、熱変色性表示装置２０を提供する。該熱変色性表示装置２０は、絶縁基板２０２と、複数の行電極リード線２０４と、複数の列電極リード線２０６と、複数の熱変色性素子２２０と、を備える。前記複数の行電極リード線２０４は、平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の一つの表面に設置され、前記複数の列電極リード線２０６は、平行し、等間隔に前記絶縁基板２０２の前記表面に設置される。該複数の行電極リード線２０４と該複数の列電極リード線２０６は、交叉して前記絶縁基板２０２に設置されている。該複数の行電極リード線２０４と該複数の列電極リード線２０６とが短路することを防止するために、交叉する場所に絶縁層２１６が設置されている。隣接する二つの行電極リード線２０４と、隣接する二つの列電極リード線２０６とは、複数の格子２１４を形成している。各々の前記格子２１４は、一つの画素ユニットを画定し、即ち各々の前記格子２１４に一つの前記熱変色性素子２２０が設置される。前記熱変色性素子２２０は、本発明の実施形態１に係る熱変色性素子２２０である。
【００９２】
各々の前記熱変色性素子２２０は、熱変色性構造体２１８と、加熱構造体２０８と、第一電極２１０と、第二電極２１２と、を含む。前記加熱構造体２０８が前記絶縁基板２０２の表面に設置され、前記熱変色性構造体２１８が前記加熱構造体２０８の前記絶縁基板２０２から離れる表面に設置される。前記第一電極２１０と第二電極２１２は、前記加熱構造体２０８に電気的に接続される。
【００９３】
前記絶縁基板２０２は、剛性材料又は柔軟性材料からなる。前記剛性材料は、セラミック、ガラス、樹脂、二酸化ケイ素である。前記柔軟性材料は、プラスチックまたはファイバーである。前記絶縁基板２０２が柔軟性材料からなる場合、前記熱変色性表示装置２０は、任意的に曲げることができる。本実施形態において、前記絶縁基板２０２は、その材料がＰＥＴであり、その厚さが１ミリメートルであり、その辺長が４８ミリメートルである正方形のシートである。
【００９４】
前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６とは、導電体である。例えば、前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６との材料が導電ペースト、金属フィルム、カーボンナノチューブワイヤ、インジウム酸化スズなどである。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６と交差してなす角度は、１０度〜９０度である。本実施形態において、前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６は、導電ペーストで印刷して形成された平面導電体である。前記隣接する行電極リード線２０４の行間隔距離が５０マイクロメートル〜５センチメートルであり、前記隣接する列電極リード線２０６の列間隔距離が５０マイクロメートル〜２センチメートルである。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６の幅は、全て３０マイクロメートル〜１００マイクロメートルであり、厚さが全て１０マイクロメートル〜５０マイクロメートルである。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６とが交差してなす角度は９０度である。前記複数の行電極リード線２０４と複数の列電極リード線２０６とは、シルクスクリーン印刷方法によって、導電ペーストを前記絶縁基板２０２に印刷して形成したものである。前記導電ペーストは、金属粉末、低融点ガラス粉末及び接着剤を含む。ここで、前記金属粉末が銀粉末であり、前記接着剤がテルピネオール又はエチルセルロースであることが好ましい。前記導電ペーストにおける前記金属粉末の質量パーセンテージは５０〜９０％であり、前記低融点ガラス粉末の質量パーセンテージは２〜１０％であり、前記接着剤の質量パーセンテージは８〜４０％である。
【００９５】
前記第一電極２１０及び第二電極２１２の材料は、前記行電極リード線２０４及び列電極リード線２０６の材料と同じでもよく、同じでなくてもよい。前記第一電極２１０が前行電極リード線２０４から伸びる部分であってもよく、前記第二電極２１２が前記列電極リード線２０６から伸びる部分であってもよい。前記第一電極２１０と前記第二電極２１２は、長さが２０マイクロメートル〜１．５センチメートルであり、幅が３０マイクロメートル〜１．０センチメートルであり、厚さが１０マイクロメートル〜５００マイクロメートルである。前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の長さは、１００マイクロメートル〜７００マイクロメートルであることが好ましいく、幅は、５０マイクロメートル〜５００マイクロメートルであることが好ましく、厚さは、２０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。本実施形態において、前記第一電極２１０と第二電極２１２は、平面導電体であり、その大きさが格子２１４の大きさにより、決められる。前記第一電極２１０は、直接に前記行電極リード線２０４に接続され、前記第二電極２１２は、直接に前記列電極リード線２０６に接続される。前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の材料は、導電ペーストであり、シルクスクリーンの印刷法で前記絶縁基板２０２に印刷する。該導電ペーストは、前記行電極リード線２０４と前記列電極リード線２０６の材料と同じである。
【００９６】
本実施形態において、前記絶縁基板２０２に１６×１６個の熱変色性素子２２０が設置される。各々の熱変色性素子２２０における加熱構造体２０８が単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムである。各々のドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、長さが３００マイクロメートルであり、幅が１００マイクロメートルである。各々の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は、端と端とが接続され、前記第一電極２１０から前記第二電極２１２へ延びる。該ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの両端がそれぞれ、前記第一電極２１０と前記絶縁基板２０２との間及び第二電極２１２と前記絶縁基板２０２との間に設置される。前記ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、自体の接着性によって前記絶縁基板２０２の表面に接着されている。
【００９７】
前記熱変色性表示装置２０は、さらに断熱材２２２を含む。前記断熱材２２２が各々の前記熱変色性素子２２０の周りに設置される。具体的には、前記断熱材２２２は、各々の格子２１４の中に設置された熱変色性素子２２０と、前記行電極リード線２０４及び前記列電極リード線２０６との間のあらゆる所に設置される。従って、隣接する熱変色性素子２２０の間を断熱させることができ、隣接する熱変色性素子２２０の間の妨害を減少するようになる。前記断熱材２２２は、酸化アルミニウム又は有機材料である。前記有機材料は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート又はポリイミドなどである。本実施形態において、前記断熱材２２２は、ポリエチレンテレフタレートであることが好ましく、その厚さが前記行電極リード線２０４、前記列電極リード線２０６、前記第一電極２１０及び前記第二電極２１２の厚さと同じである。前記断熱材２２２は、物理気相堆積法又は化学気相堆積法を採用して製造することができる。該物理気相堆積法がスパッタリング法又は蒸着法を含む。
【００９８】
前記熱変色性表示装置２０は、さらに保護層２２４を含む。前記保護層２２４が前記行電極リード線２０４、前記列電極リード線２０６及び各々の熱変色性素子２２０を覆う。前記保護層２２４が透明且つ絶縁材料からなり、その材料が有機高分子材料、二酸化珪素、酸化アルミニウムなどである。有機高分子材料がポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリカーボネート又はポリイミドなどである。本実施形態において、前記保護層２２４の材料がポリエチレンテレフタレートであり、その厚さが０．５ミリメートリ〜２ミリメートリである。前記保護層２２４は、塗布又は堆積法によって前記絶縁基板２０２に形成される。前記保護層２２４は、前記熱変色性表示装置２０が外界と電気的に接触することを防止し、加熱構造体２０８に外界のほこりが付着することを防止することができる。
【００９９】
前記熱変色性表示装置２０が使用される場合、前記駆動回路で前記行電極リード線２０４及び前記列電極リード線２０６に電圧を印することによって、該行電極リード線２０４及び列電極リード線２０６に電気的に接続された熱変色性素子２２０を作動させ、前記熱変色性表示装置２０に表示させることができる。
【０１００】
前記熱変色性表示装置２０における熱変色性素子２２０が加熱構造体２０８としてカーボンナノチューブを利用して、該カーボンナノチューブの単位面積当たりの熱容量が小さいので、該加熱構造体２０８が速い熱応答速度を有し、前記熱変色性構造体２１８を速く加熱でき、該熱変色性表示装置２０の画素ユニットに速い応答速度を持たせる。前記熱変色性表示装置２０が前記行電極リード線２０４及び列電極リード線２０６によってそれぞれ各々の熱変色性素子２２０を制御するので、動画表示を実現できる。
【符号の説明】
【０１０１】
２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０ 熱変色性素子
２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２ 絶縁基板
２０８、３０８、４０８、５０８、７０８ 加熱構造体
６０８ 第一加熱構造体
６０９ 第二加熱構造体
２１８、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８ 熱変色性構造体
２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０ 第一電極
２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２ 第二電極
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
２０ 熱変色性表示装置
２０４ 行電極リード線
２０６ 列電極リード線
２１４ 格子
２１６ 絶縁層
２２２ 断熱材
２２４ 保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、熱変色性構造体と、加熱構造体と、を備えた熱変色性素子であって、
前記熱変色性構造体及び前記加熱構造体が前記絶縁基板に設置され、
前記加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられ、
前記熱変色性構造体が、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、該変色材料の非結晶状態での光反射率と結晶状態での光反射率とが異なることを特徴とする熱変色性素子。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ構造体が自立構造を有するものであ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】
前記加熱構造体がカーボンナノチューブ構造体であり、該カーボンナノチューブ構造体が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からなり、該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が複数のカーボンナノチューブからな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４】
絶縁基板と、複数の行電極リード線と、複数の列電極リード線と、複数の熱変色性素子と、を備えた熱変色性表示装置であって、
前記複数の行電極リード線及び複数の列電極リード線が絶縁的に交叉して前記絶縁基板の表面に設置され、隣接する二つの行電極リード線と、隣接する二つの列電極リード線とが、一つの画素ユニットを画定し、各々の前記画素ユニットに一つの前記熱変色性素子が設置され、
前記熱変色性素子が熱変色性構造体と、加熱構造体と、第一電極と、第二電極とを備え、
前記第一電極と第二電極とが、間隔を置いて前記加熱構造体に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極リード線と列電極リード線とに電気的に接続され、
前記加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられ、
前記熱変色性構造体が、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、
該変色材料の非結晶状態での光反射率と結晶状態での光反射率とが異なることを特徴とする熱変色性表示装置。
【請求項１】
絶縁基板と、熱変色性構造体と、加熱構造体と、を備えた熱変色性素子であって、
前記熱変色性構造体及び前記加熱構造体が前記絶縁基板に設置され、
前記加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられ、
前記熱変色性構造体が、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、該変色材料の非結晶状態での光反射率と結晶状態での光反射率とが異なることを特徴とする熱変色性素子。
【請求項２】
前記カーボンナノチューブ構造体が自立構造を有するものであ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】
前記加熱構造体がカーボンナノチューブ構造体であり、該カーボンナノチューブ構造体が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からなり、該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が複数のカーボンナノチューブからな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４】
絶縁基板と、複数の行電極リード線と、複数の列電極リード線と、複数の熱変色性素子と、を備えた熱変色性表示装置であって、
前記複数の行電極リード線及び複数の列電極リード線が絶縁的に交叉して前記絶縁基板の表面に設置され、隣接する二つの行電極リード線と、隣接する二つの列電極リード線とが、一つの画素ユニットを画定し、各々の前記画素ユニットに一つの前記熱変色性素子が設置され、
前記熱変色性素子が熱変色性構造体と、加熱構造体と、第一電極と、第二電極とを備え、
前記第一電極と第二電極とが、間隔を置いて前記加熱構造体に電気的に接続され、且つ別々に前記行電極リード線と列電極リード線とに電気的に接続され、
前記加熱構造体が、カーボンナノチューブ構造体を含み、該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を含み、前記熱変色性構造体を加熱することに用いられ、
前記熱変色性構造体が、４０℃以上の温度で非結晶状態及び結晶状態の変換できる変色材料であり、
該変色材料の非結晶状態での光反射率と結晶状態での光反射率とが異なることを特徴とする熱変色性表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１２８６１４（Ｐ２０１１−１２８６１４Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２３７８（Ｐ２０１０−２７２３７８）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【出願人】（５９８０９８３３１）ツィンファ ユニバーシティ (534)
【出願人】（５０００８０５４６）鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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