ネ々ティック液晶の光起電力（2）

NDC 541． 6

ネ々ティック液晶の光起電力（2）

曽．田 庄 一

The photovoltage of nematic liquid crystal cells （ 2 ）

Shoichi SoTA

Abstract

 Liquid crystals offer a various theme on physical and electrical studies． Many studies of liquid crystals were done in the field of flat−pannel displays， chemical reaction， chromatography， radiant rays， and photo−sensors， etc．

 This paper includes a discription of the photovoltage of nematic liquid crystal cells， each of which is mixed with its own dye． The dye used in this study are methyl red， methyl yellow， nitrophenol and sudan a．In this study， a basic experiment has been done about the process of generation and discharge of the photovoltage produced by irradiated light in nematic liquid crystal cells． A period of 300 seconds were taken for each皿easurement． The characteristics of nematic liquid．crystal cells were examined in relation to the materials and quantity of the dye．

．The珊a五丁目res旧ロ1ts綴e3s follQw＄． Ne恥atic liquid crystal cells mixed with the methyl yellow showed the restilt of the high photdvoltage and rapid rise time．The liquid crystal cell which included the dye of the mixture ratio of the 30／o had the highest value of photovoltage in this study．

        1．ま え が き

 液晶の電子工学への応用としてディスプレイ素子ωがあ る。これは電卓，テレビジョン，スピードメーダ2等に商 品化され，又温度表示素子として応用されたりして着々と 応用研究が進められている。又材料面では強誘電液晶〔3），

高分子液晶等と応答速度の速い材料も次々開発されてきて いる，ζの他にも一般応用を目的として液晶と化学反応，

液晶とクロマトグラフィー，液晶と放射線，液晶の光起電 力効果等と幅広く研究がなされている。液晶の光起電力効 果の応用としては光センサー，光電池，撮像装置等への応 用が考えられるがそのためには大きな光起電力を発生する 液晶，電極，色素などを探す心要がある。液晶の光起電力 については亀井（4），栗田（5），佐藤く6）氏等による実験結果の 報告があるが光起電力の理論についてはまだ確立した理論 はない。栗田氏は光照射による液晶中に生成した正および 負のキャリア（イオン）の移動度，すなわち拡散係数が異 なることによると説明している。（7）このような光起電力効

果は可視光線の波長範囲では一般に液晶の光吸収が少ない ので，小さな光起電力しか得られない。液晶中に色素を溶 解すると大きな増感効果があることが見出されmethyl redを溶解した場合の報告がある。（6）筆者は昨年methyl redと他の2種の色素についてそれぞれの色素を溶解した ネマティック液晶の光起電力についてセル厚，波長；応答 速度等の特性を報告した。そこで今年度は大きな光起電力 と立上がり応答，立下がり応答のよい液晶，色素を探す目．

的で光起電力の発生と減少の経過について着目し，一定時 間（300秒程度）の光起電力について考察した。

2．実 ^験

 使用した液晶はメルク社のmematische phase ZLI I460

（N！），nematische phase ZLI 207（N2），東京化成のTK−

LΩ 1048（N3）で色素としてはmethyl red， methyl yellow，

nitrophenol， sudan且．を使用した。セル作成は図1のよ うに酸化インジュームコーテングのネサガラスで16μmの マイラーをベースとしてサンドイッチ状に液晶を挟 一93一

．津山高専紀要第24号（1986）

PYREX GLASS

MYLAR SPACER

LIQUID CONDUCTIVE CRYSTAL NESA−COATING

  O    O    Q  3     2     1

（＞d︶田O＜﹂．﹂0＞○トO工氏 子＼2

 t

l

Fig． 1 Structure of the liquid crystal cell．

1 N2 METHYLE RED（3010）

2 N2＋NITROPHENOL（30t．）

3 N2＋SUDAN ll （30i．）

3

み型で作成した。ホモジュニアス，ホモオトロピック等の 配向処理は行なっていない。色素は液晶に対して3％，5％

重量比で溶解した。又受光面積は1c㎡の正方形とした。測 定系は図2のブロック図に示す。測定はセルを暗箱に入れ

LIGHT ^{CRYSTALLIQUID}

 CELL

ILLUMI一

o 100 200_TIME（S） ³⁰⁰

NOMETER

Fig． 3 Value of the photovoltage VS response and    discharge time of irradiated light characteristics．

   The three curves correspond to different sainple    dye．

      0  ． 0      4     2

︵﹀⊂⊆︶ωO＜↑﹂O＞Q↑O工巳

1 1／

2

5，6

N2＋METHYEL YELLOw（3e／．）

o

PEN一 RECORDER

Fig． 2 Block diagram of the measurment system．

これにプロジェクターランプの光を照射し（指定のない場 合を除き9万ルックス）セル出力をペンレコーダーで記録 した。記録は光を照射後光起電力が最大出力になった頃照 射をオフとし（以後の時間についての特性は放電特性，図 中の矢印で照射オフを示す。）光オンから光オフにした後 通算300秒程度について測定した。

3．実 験結果

 nematische phase ZLI 207 にmethyl red， nitro−

phenol， sudan llを混合したセルについての特性を図3 に示す。図中矢印が照射オフの時間である。以下の図でも 同様である。methyl red混合がnitrophenol， sudan且 混合の場合より立上がり時間が早く又出力も大きく良い結 果となった。放電特性はいずれの色素混合においてもほぼ

同様なゆるやかな特性となった。図4はnematische phase ZLI 207にmethyl yellowを3％混合したセルに

100 200

  TlME（S）

300

Fig． 4 Value of the photovoltage VS response and    discharge time of irradiated light characteristics．

   The six curves correspond to repetition of    irradiated light．

光照射を6回繰り返した場合の特性である。照射時間は全 て140秒とした。但し6回目だけは5回目の計測終了後5 分問放置してセル電圧が完全に零に戻ってから計測を行な い，他の5回は計測終了後強制的にセルの両端を短絡して 次の計測を行なった。1回目最大光起電力38mV，2回目 最大光起電力28mV，3回目25，5mV，4回目23．5mV，5 回目21．5mV，6回目21mVとなり約壱の電圧に収束した。

短時間に発電を繰り返すと劣化していくものと思われる。

TK−LΩ1048に nitrophenol， sudan皿， methyl redを 混合した場合の特性を図5に示す。nitrophenol混合の場 合が最大光起電力となったが立上がり応答が遅く最大出力

までに約200秒かかっている。これに対してsudan皿混合 の場合は立上がり応答が20秒程度と速く最大光起電力も 26mVを得ている。放電特性についてはnitrophenolと sudan皿はほぼ同様な特性を示したがsudan llが若干ゆ るやかな特性となった。methyl red混合の場合は前2例 のほぼ中間的な立上がり応答を示したが放電特性は急峻な 立下がり特性を示し他の色素と比べて際立った。ZLI−

1460にmethyl yellow， s−udan ll，を混合した場合の特性 を図6に示す。methyl yellow， sudan皿ともほぼ同様な

一94一

ネマティック液晶の光起電力（2） 曽 田

   0    0    0   3     2     1

（〉ｸ︶田O︿卜﹂O＞○ト○工匡

K

1 2

3i

1 N3＋NITROPHENOL（30t．）

2 N3＋SUDAN ll （301．）

3 N3tMETHYEL RED（30io）

 ピ

はそれぞれZLH460， ZLI 207， TK−LΩ1048について 60．5mV，53mV，． Q3mVを得TK−LΩ1048の出力が他の 2種に比尽小さかった。立上がり、応答，放電特性ともほぼ 同様なカーブとなり平行している。特に光電特性はゆるや かなカーブとなり2LI 1460， ZLI 207は300秒程度で約 20mVであった。図8は． TK−Lg．1048にnitrophenblを

o 100 200_TIME（S） ³⁰⁰

Fig． 5 Value of the photovoltage VS response and      discharge time Of irradiated light characteristics．

   The three curves correspond to different sample    dye．

80

  60  40  20

︵﹀戸ヒ︶山O︿↑﹂○＞Q卜○エユ 1   ピ

2  ピ

1 Nl＋METYEL YELLOW（3et．）

2 N1やSUDAN 口（3。／。）

     0  0 ． 0     3   2   1

︵﹀⊂﹇︶山O＜↑﹂O＞OトO工乱

／ ピ

N3＋NITROPHENOL（301．）

80000（LUX）

50000〈LUX）

x

o  100

TIM E （S）

200

Fig． 8 Value of the．photovoltage VS response and    dischatge time of irradiated light characteristics．

   The two curves correspond to different illumination．

o IOO     200   TI M E （S）

300

混合し．た場合の照度8万ルックスと5万ルックスについて 特性で立上がり特性，放電特性ともほぼ同様な特性となり

．照度の低い分光起電力の差となって表われた。照度が高く て．も立上がり応答に速くなかった。図．9はTK−LΩ1048

Fig． 6 Value of the photovoltage VS response and    discharge time of irradiated light characteristics．

   The two curves correspond to different sample     dye．

特性を示し最大光起電力がそれぞれ72mV，53皿Vと大き く光オフ後の放電特性も非常にゆるやかな特性となり300 秒時点でも20mVを越していて他の液晶と比べると良い結 果となった。sudan H 3％で各液晶ZL I460， TK−LΩ

1048． パラメータにし．た特性を図7に示す。最大光起電力

  0    0    0  6    ム﹁   2

︵﹀⊂﹂︶国O＜ト﹂○＞O↑○弓弩

if

−

−

SUDAN m 3 et．

・x

XN1

  −N2

  0    0    0  3     2     41

（＞d︶国O︿ト﹂○﹀○卜O工氏 ／ 1

Z−

N3＋SUDAN U（3 ie）

1， 90000CLUX）

2， 70000（LUX）

      N3

   0 100 200 300

       TIME（S）

Fig． 7 Value of the photovoltage VS response and    clischarge time of irradiated light characteristics．

   The three curves correspond to different sample    liquid crystal．

o 100 200_TiME（S） ³⁰⁰

Fig． 9 Value of the photovoltage VS response and    discharge time of irradiated light charactelistics．

   The two curves correspond to different illumination．

にsudan且を混合した場合の9万ルックスと5万ルック スを照射した場合についての特性で照度が低い場合は立上 がり応答が遅く，放電特性は9万ルックスの方がゆるやか な立下がり特性となつ．た。図10はTK−LΩ1048にsudan llを3％，5％で混合した場合の特性で3％混合の場合が 最高光起電力が5％混合に比較して6倍程度となり混合比 を多くしても光起電力は増加しなかった。放電特性は5％

の方がゆるやかな立下がり特性を示したがもともとの光起 電力が小さいので特性が良いともいえない。

一95一

津山高専紀要第24号（1986）

30

20

10

（〉ｸV山くトδ＞OトO工住 ピ 1

1

2

1 N3ウSUDAN 口（3。 。）

2 N3＋ rUDAN n（5ei，）

o 100 200_TlME（S）

Fig． 10 Value of the photovoltage VS response and     discharge time of irradiated light characteristics．

    The two curves correspond to different mixture     ratio，

てはmethyl redとmethyl yellowが適しておりsudan皿 とnitrophenolがme Uていな．い。 TK−LΩ1048について はnitrophenol， sudan且， methyl yellowがある程度適 しておりmethyl redは適さない。発電，放電の繰り返し では短時間にこれを繰り返すと劣化する。今回の実験では 最大光起電力の約去で収束した。これについては長時間に おける過渡応答と一般的な使用状態を考慮した実験を行な う必要があると考えられる。今回の実験では最大光起電力 は72mVであったが液晶と色素の関連については特に一定 の関連は見出せなかった。今後ECガラスの表面処理，

セル作成方法等も加味してより大きな光起電力の液晶と色 素のセルを追求したい。

参 考 文 献

4．結 ^{5一口 △冊}

 実験目的（一定時間にいかにして多くの光起電力量を発 生させることができるか）より理想の試料とは光を照射し て，電圧の立上がり応答が速く，そして光起電力が大きく，

照射停止後の電圧降下ができる限りゆるやかなものであ る。この観点からみるとnematische phese ZLI−1460に sudan ll 3％混合がよかった。又混合比については3％が 最適である。以下光起電力に適しているかいないかについ てnematische phase ZLI 一 1460についてはmethyl ye1−

lowとsudan llが適しており， methyl redとnitrophe−

nolが適していない。 nematische phase ZLI 207につい

（1＞ BERNARD J． LEHNER； Proceedings of the IEEE，

  VOL 59， （1971−ll） ，1566一一1579．

（2）佐々木昭夫；液晶とエレクトロニクス，（1979），81〜

  190，オーム社．

（3） R． B． MEYER； LE JOURNAL DE PHYSgUE−

  LET−TERS， TOME 36， （1975−3） ，69−71．

（4）片山義朗；電子技術，（1972），13 一一 14，日刊工業新聞   社．

（5＞栗田 正一；応用．物理学会講演予稿集，（1973），4．

（6）佐藤進；液晶討論会講演予稿集，（1980），124〜125．

（7）佐藤進；液晶とその応用，（1984），128 一一 129，産業図   書．

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