專利名稱：一種偏光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種光學(xué)器件及其制造方法，特別是關(guān)于一種偏光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
偏光元件是一種重要的光學(xué)器件，被廣泛應(yīng)用于太陽鏡和液晶顯示器中。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的一種偏光元件，可吸收一個偏振態(tài)的光，而另一偏振態(tài)的光則通過偏光元件。此種偏光元件通常采用這樣一種方法制得將二向色性分子溶于或吸收在高分子物質(zhì)中，如聚乙烯醇，并將所得薄膜以一個方向拉伸配列二向色性分子。這時，二向色性分子沿著拉伸方向有規(guī)則排列起來，形成一條條長鏈。在入射光波中，光振動方向平行于長鏈方向的被吸收，垂直于長鏈方向的能透過，所以透射光成為線偏振光。此種偏光元件也可以通過將二向色性分子吸收在單軸拉伸的聚合物膜上的方法來生產(chǎn)。
由于此種偏光元件的制造需要高分子聚合物作為偏光膜，而應(yīng)用高分子聚合物作為偏光膜的偏光元件于50℃以上使用一段時間后，偏光膜的偏光率減少，甚至失去偏光作用。而且此類偏光元件對濕度要求也較高，一旦工作環(huán)境惡劣，濕度大，偏光元件將失去偏光作用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種耐高溫高濕的偏光元件。
本發(fā)明另一目的在于提供一種耐高溫高濕的偏光元件的制造方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，提供一偏光元件，其包括一透明基板和一分布于基板上的偏光膜，上述偏光膜包括一系列緊密平行排布的碳納米管。上述碳納米管直徑為0.4～30nm。當(dāng)光入射時，偏振方向平行于碳納米管長度方向的光被吸收，而偏振方向垂直于碳納米管長度方向的光透過，從而透過光形成線偏振光。
對于上述偏光元件，本發(fā)明提供以下制造方法(1)提供一表面平整光滑的硅基底；(2)于硅基底表面沉積上一厚為5nm的鐵催化劑膜；(3)將沉積有催化劑的硅基底送至一反應(yīng)爐；
(4)加熱反應(yīng)爐至650℃；(5)通入乙炔與氬的混合氣體至反應(yīng)爐；(6)控制混合氣體的流量，使催化劑溫度與反應(yīng)爐的溫度差至少在50℃以上；(7)控制乙炔與氬氣體的混合比例，使混合氣體的氣壓不高于0.2，最好不高于0.1；(8)一系列碳納米管從基底長出；(9)用一夾具夾住并抽拉一束碳納米管；(10)一碳納米管繩于抽拉方向形成；(11)將上述碳納米管繩緊密平行排配于透明基板。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的偏光元件具有以下優(yōu)點(diǎn)可于高溫高濕環(huán)境下工作，使用壽命長、不易損傷，且偏光度高，對紫外光偏光度可達(dá)0.92。

圖1是本發(fā)明的偏光元件的示意圖；圖2是本發(fā)明抽拉碳納米管繩的示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1，本發(fā)明的偏光元件1，包括一透明基板10和一分布于基板上的偏光膜12，上述偏光膜包括一系列緊密平行排布的碳納米管14。由于平行排布的碳納米管14直徑為0.4～30nm，因此，此偏光元件1可對紫外及波長大于紫外的光進(jìn)行偏光，其對紫外范圍的光的偏光度可達(dá)0.92。當(dāng)光波入射時，振動方向平行于碳納管14長度方向的光被吸收，垂直于碳納管14長度方向的光能透過，所以透射光成為線偏振光。
制造上述偏光元件1，本發(fā)明提供以下一種方法首先先制得一碳納米管陣列提供一表面平整光滑硅基底，用電子束沉積方法于平整光滑的硅基底上形成一厚為5nm的鐵催化劑薄膜，在溫度400℃下熱處理10小時；將硅基底送至反應(yīng)爐，加熱反應(yīng)爐至650℃；通入氬氣體，然后通入30sccm乙炔與300sccm氬混合氣體；反應(yīng)5～30分鐘后，碳納米管陣列于硅基底上形成，碳納米管直徑為0.4～30nm；將反應(yīng)爐冷卻至室溫；請參閱圖2，制得碳納米管陣列11后，用一鑷子(圖未示)夾住一束碳納米管，施加0.1mN的力抽拉，由于范德華力的作用，碳納米管束端部首尾連接在一起；沿抽拉方向一碳納米管繩16形成，其寬度為200μm；
獲得碳納米管繩16后，將其緊密平行排配于透明基板10，即可獲得偏光元件1(如圖1所示)。
同樣，獲得碳納米管繩16后，可將其排配于一框體，且碳納米管14彼此平行。
要獲得能抽拉碳納米管繩16的碳納米管陣列，必須滿足以下三個條件1.基底表面平整光滑；2.生長速率高；3.反應(yīng)前體分壓低。
經(jīng)大量實驗表明，催化劑和反應(yīng)爐的溫度差越大，生長速率越高，通常至少要控制催化劑與反應(yīng)爐的溫度差在50℃以上。在實驗時，催化劑的溫度可通過乙炔的流量來控制。反應(yīng)前體的分壓可通過改變通入的乙炔與氬的比例來控制，通常反應(yīng)前體的分壓不高于0.2，最好不高于0.1。
碳納米管繩16的寬度可由抽拉工具的尖端尺寸控制，尖端尺寸越小，獲得的碳納米管繩寬度越小。碳納米管繩16的長度由碳納米管陣列的面積決定，通常1cm2的碳納米管陣列可抽拉出長度為10cm的碳納米管繩。抽拉碳納米管繩16的力的大小由碳納米管繩16的寬度決定，寬度越大，所需的力越大。
另于本發(fā)明創(chuàng)造中，生長碳納米管陣列所用的氬氣體可用其它惰性氣體。催化劑可用其它過渡金屬，如鈷，鎳等。乙炔可用其它碳?xì)浠衔锎?，如甲烷，乙烯等?br> 由于碳納米管的機(jī)械強(qiáng)度大(為鋼的100倍)，熔點(diǎn)高，耐濕，所以由碳納米管所制得的偏光膜12，耐磨損且可于高溫高濕的環(huán)境下工作。此外，由于碳納米管的直徑僅為0.4～30nm，可對紫外及波長大于紫外的光進(jìn)行偏光，其對紫外范圍的光的偏光度可達(dá)到0.92。
盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，而不會脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種偏光元件，包括一支撐體和一由支撐體支撐的偏光膜，其特征在于，偏光膜包括一系列平行排配的碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光元件，其特征在于碳納米管直徑為0.4～30nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光元件，其特征在于該支撐體為一透明基板，偏光膜分布于基板表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光元件，其特征在于該支撐體為一框體，偏光膜由框體支撐。
5.一種制造如權(quán)利要求1所述的偏光元件的方法，其特征在于包括下列步驟(1)提供一表面平整光滑的基底；(2)于基底表面沉積上催化劑；(3)將沉積有催化劑的基底送至一反應(yīng)爐；(4)加熱反應(yīng)爐至一預(yù)定溫度；(5)通入碳?xì)浠衔锱c惰性氣體的混合氣體至反應(yīng)爐；(6)控制混合氣體的流量，使催化劑溫度與反應(yīng)爐的溫度差在至少50℃以上；(7)控制碳?xì)浠衔锱c惰性氣體的混合比例，使碳?xì)浠衔餁怏w的分壓不高于0.2；(8)一系列碳納米管從基底長出；(9)夾住并抽拉一束碳納米管；(10)一碳納米管繩于抽拉方向形成；(11)將上述碳納米管繩緊密平行排配于一支撐體。
6.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(1)中所用催化劑為鐵。
7.根椐權(quán)利要求6所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(1)中在平整光滑的基底上沉積上一厚為5nm的鐵催化劑薄膜。
8.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(1)后將沉積有催化劑的基底在溫度400℃下熱處理10小時。
9.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(4)中加熱反應(yīng)爐至650℃。
10.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(5)之前，通入氬氣體。
11.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于所用的碳?xì)浠衔餅橐胰?，惰性氣體為氬氣體。
12.根椐權(quán)利要求11所述的制造偏光元件的方法，其特征在于通入的乙炔的流量為30sccm，氬氣體的流量為300sccm。
13.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(8)后將反應(yīng)爐冷卻至室溫。
14.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(7)中，碳?xì)浠衔餁怏w的分壓最好不高于0.1。
15.根椐權(quán)利要求5所述的制造偏光元件的方法，其特征在于步驟(8)中，生成的碳納米管直徑為0.4～30nm。
全文摘要
本發(fā)明揭示一光學(xué)偏光元件及其制造方法。此偏光元件包括一透明基板和一分布于基板表面的偏光膜，上述偏光膜包括一系列緊密平行排布的碳納米管。本發(fā)明提供以下制造上述偏光元件的方法提供一表面平整光滑的硅基底；于硅基底表面沉積上催化劑鐵；將硅基底送至一反應(yīng)爐；加熱反應(yīng)爐至650℃；通入乙炔與氬的混合氣體至反應(yīng)爐；控制混合氣體的流量，使催化劑溫度與反應(yīng)爐的溫度差至少在50℃以上；控制乙炔與氬氣體的混合比例，使混合氣體的氣壓不高于0.2，最好不高于0.1；一系列碳納米管從基底長出；用一夾具夾住并抽拉一束碳納米管；一碳納米管繩于抽拉方向形成；將上述碳納米管繩緊密平行排配于一透明基板。
文檔編號C01B31/02GK1482472SQ02134719
公開日2004年3月17日 申請日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者姜開利, 范守善, 李群慶 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司