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修士論文:「液晶の光熱効果を用いた液晶諸物性値同定の試み

論 文 概 要

液晶は主に表示材料として高度情報化社会を支える機能性材料として認識されている。ディスプレイ装置以外にも液晶材料は、高い分子秩序性と大きな誘電率・屈折率異方性を有し、分子の秩序度や配列方向をわずかに変えるだけで、大きな屈折率変化を引き起こせるという特徴を持っており、ホログラムメモリや、光双安定素子、焦点可変レンズ、光スイッチング素子など様々な光学素子への応用が行われている。これら液晶材料の種々応用を考える上でも、その熱・光学物性値の同定は重要であり、その簡便な測定方法の開発が望まれている。

  本研究では、液晶の光熱効果による自己位相変調効果を利用する事により熱伝導率、比熱、及び屈折率-温度特性の測定を試みた。
  液晶の光熱効果による自己位相変調効果について、まず、キルヒホッフの回折積分を利用した解析より液晶サンプル内部の屈折率変化量分布を求めた。次に、有限要素法を用いた熱伝導解析より液晶サンプル内部の温度分布を算出した。これら2つの解析結果から、あらかじめ液晶の屈折率-温度特性が既知である場合は、熱伝導率及び比熱の同定を試みた。また、あらかじめ液晶の熱伝導率と比熱、及び熱伝導解析時の規定温度での屈折率が分かっている場合は、液晶の屈折率-温度特性の同定を試みた。

  測定は、5CBとE7の2種類の液晶について行った。結果、熱伝導率、比熱に関しては、5CB、E7ともに同程度の値となった。これはE7が5CBを51%含んだ混合液晶であるためと考えられる。また5CBに関しては、他の測定方法と比較して、本測定法では若干熱伝導率の異方性が大きく現れたが、これは、配向方法等に起因するオーダーパラメータの違いに起因するものだと考えられる。

  屈折率-温度特性の測定に関しては、液晶の屈折率測定法として一般的な、くさび形サンプル法によっても測定を行い、本測定法と比較を行ったが良い一致を得ることが出来た。

  この測定法では、液晶中にレーザービームの吸収による発熱から屈折率変化を引き起こし、その屈折率変化によるビームプロファイルの変換を解析するため特殊な構造のサンプルを必要としない上、一本のレーザービームとプロファイル測定系という簡便な実験系で、温度コントローラも必要なく、非接触で熱・光学物性値を測定することができる。

(査読論文)

1. Simultaneous determination of anisotropic thermal conductivities of liquid crystals.
by means of photothermal self-diffracting technique
H. Ono and K.Shibata
J. Phys. D: Appl. Phys. 33 (2000) L137-L140.
2. Simple detection of thermal and thermo-optical constants of liquid crystals by means of photothermal self-diffraction technique.
H. Ono and K. Shibata
Jpn. J. Appl. Phys. 42 (2003) 186-193.
3. Effects of thermal conductivities of substrates on photothermal self-diffraction from guest-host liquid crystals.
H. Ono, T. Takenori and K. Shibara
Mol. Cryst. Liq. Cryst. 392 (2003) 1-15.

(口頭発表)

1. 2000年10月 電子情報通信学会信越支部大会予稿集
光熱効果による非線型光学効果を利用した液晶の熱伝導率測定
柴田和明、小野浩司
2. 2000年10月 電子情報通信学会信学技報 OME
色素ドープ液晶の光熱効果による巨大非線形光学効果
小野浩司、菊原純一、佐伯創、吉田真、柴田和明
3. 2001年3月 第48回応用物理学関係連合講演会予稿集(第3分冊)
光熱効果を用いた液晶熱特性の解析
柴田和明、菊原純一、小野浩司
4. 2001年9月 液晶学会討論会予稿集
光熱効果を応用した液晶熱・光学物性の評価
柴田和明、小野浩司
5. 2001年10月 電子情報通信学会信越支部大会予稿集
色素ドープ液晶の高効率非線形光学効果と光コリメーション制御の試み
森崎孝、吉田真、柴田和明、小野浩司
6. 2002年3月 第49回応用物理学関係連合講演会予稿集(第3分冊)
液晶の屈折率温度特性の光熱効果による簡易計測
柴田和明、小野浩司

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