JPS5872929A - 光変換素子 - Google Patents

光変換素子

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JPS5872929A
JPS5872929A JP56171296A JP17129681A JPS5872929A JP S5872929 A JPS5872929 A JP S5872929A JP 56171296 A JP56171296 A JP 56171296A JP 17129681 A JP17129681 A JP 17129681A JP S5872929 A JPS5872929 A JP S5872929A
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JP
Japan
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compound
photocatalyst layer
photocatalyst
oxidized
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP56171296A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Nakanishi
博 中西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS5872929A publication Critical patent/JPS5872929A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/17Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on variable-absorption elements not provided for in groups G02F1/015 - G02F1/169
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0126Opto-optical modulation, i.e. control of one light beam by another light beam, not otherwise provided for in this subclass

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光エネルギーによる物質の色変化を利用した光
変換素子に関し、更に詳しくは、半導体の光触媒作用を
利用した表示又は記憶機能を有する光変換素子に闘する
電気及び電子機器において、画像、文字、記号尋の表示
又は記録は人間と機械とのイン食−フエイスにおける中
心的役割りを来している。周知のように、電子的な表が
・記録素子は近時急激に技衿的進歩を遂け、情麹処理機
器、通信機器、計測機tai等の分針に革新をもたらす
とともに、我々の日常生活に密着した領域にも広く進出
するようになった。
=一方、m気菌な操杵な施すことなく光エネルギーを起
動力とする表示・記録素子又は方法の研究も進められて
おり、そのようなものとしては、例えげ7オトレジスト
、フォトクロミック、フォトマグネティック、又は最近
ではケミカルホールバーニングなどの方法が知られてい
る。これらの方法は、例えば日本電子工業珈輿会−1新
電子材料に関する調査研究報告書Vl(1980年)に
記載されているように、それぞれ特有の長所・難所(例
えば7オトクロミツクの場合、応答速度が遅い、使用寿
命が短いなど)を有している。
したがって、光エネルギーを起動力とする表示記録素子
又は方法の分桁にあっては、新しい素子又は方法の開発
が強く求められている。
一方、1977年には触媒として半導体の粉末を用いて
常温下で次式に示すように水を光分解する方法が開発さ
れた。
この発見以来、光触媒を媒介とする光エネルギー(主と
して太陽光)の物質に対する酸化・還元作用を利用した
物質の分解又は製造に関する研究が進められている。例
えば、 などの光分解反応がある。これらは、いずれも光エネル
ギーによる燃料製造(ガス化)を目的とするものであっ
た。
ところで、上記した反応を機構的に考えると、例えば水
の分鱗反応は、光エネルギーの投入によって、光触媒と
水との接触界面では に示される酸化反応と還元反応とが同時進行しているも
のと思われる。
本発明者は上記反応機構に着目した0すなわち、第1図
に示したように光触媒IK光エネルギー2が投入される
き、光触媒社光励起して電子(・−)と空孔(h+)を
生ずる。ここに酸化される物質1と還元される物質2を
存在感せた場合、光触媒10表面では、 物質1+h+→物質1′(#化) 物質2+e−→物質2’      (11元)の反応
が起生し、物質1.物質2#iそれぞれ物質1′、物質
2’に変換されることとなる。
したがって、物質1、物質1′、物質2、物質2′がφ
ずれ奄安会な物質であって、かつガスではなく、しかも
例えばこの酸化反応(物質1→物質1/)・還元反応(
物質2→物質2′)時に色彩便化するものであれば、光
エネルギーの投入による表示・記録が可能になゐと考え
られる。
本発明者は以上の観点に立ち、鋭意研賓を重ねた結果、
本発明の光変換素子を開発するに到った。
すなわち、本発明は光エネルギーによる物質の色彩蛮化
を利用し、表示又は記録機能を備えた光変換素子の提供
を目的とする。
本発明の光変換素子は、表面には光触媒の層が彫威され
ており、更に該光触媒層の表1KFi、該光触媒の光励
起によって酸化若しくは還元される2種類の化合物のい
ずれか一方を、該光励起によって該光触媒に生成する電
子若しくは正孔が伝達するように1g定している触媒基
板;該光触媒層に対向して配設されて、該触媒基板との
間に所定の密閉空間を形成する光透過基板;及び該密閉
空間内に@A*に封入され、該2種類の化合物の他方を
溶解して成る溶液;とから成る構造、であることを特徴
とする。
本発明を第2図に示した1実施例に基づき更にe11!
1に説明する。第2図は、本発明の光焚換素子の1例の
縦断面図である。図で、11F1基板であって、その表
面には光触媒が層状に固定されて光触媒層12が形成さ
れ、更に該光触媒層の表面には、上記した酸化される化
合物若しくけ還元される化合物のうちいずれか一方が固
定され、全体をし、て触媒基板を構成している。
基板11としては、その表面に光触媒層を形成し得るも
のであればその材質を問うことはないが、例えば、数μ
mの微細孔を均一に分布する多孔構造のテフロン膜など
をあげることができる。
また、光触媒層12を形成する光触媒としては、酸化さ
れる化合物(物質1)又は還元される化合物(物質2)
の酸化エネルギー又は還元エネルギーの水準が、それぞ
れ、酸化又は還元を可能にする価電子帯及び伝導帯の配
置を有する半導体で、しかも反応に対して祉安定な物質
である。具体的には、Tie、 、8rTiOm 、W
OI 、ZnO−、F@10gなどの金属酸化物; C
ds % Zn8などの金属硫化物p InP 5Ga
Pなどの金属リン化瞼p Cd’s s Z”8eなど
の金属セレン化物; CdT・、ZnT・な・どの金属
テルル化物; QaAs  などの金属ヒ素化物;の半
導体又F1cれら半導体にPt、Pd、Nlなどを担持
せしめたものをあけることができる。
基板11への光触媒層12の形成は、例えけ上記したテ
フロン族の表面に光触媒層の粉末を散布し、該粉末をテ
フロン膜の微細孔内に埋設する仁とによって容易に行な
うことができる。
さて、仁のようKして形成された光触媒層120表面に
は、光触媒の光励起に基づ自生成する空孔(h+)及び
電子(・−)のそれぞれによって酸化される化合物(h
+による酸化)又は還元される化合物(・−による還元
)のいずれか一方の化合物が固定される。
本発明に用いる酸化される化合物として社、例エバアス
コルビン酸、エチレンジアミン西酢酸、トリエタノ−ル
ア電ンを、また、還元される化合物としては、例えばビ
オロゲン色素、ユーロピウム錯体、コパルF錯体をあげ
るこ2ができる。
これら2種類の化合物のいずれか一方が光触媒層12の
表面Km定される。このとき、固定された化合物には、
光触媒の光励起によるh+又はe−が伝達することが必
要である。そのような固定方法としては、例えば、光触
媒層に各種の方法で官能基を導入し、ここに上記した化
合物を化学結合させる方法をあげることができる。この
と自の化学結合としては、共有結合又は配位結合が望ま
しく、また、結合距離Fih”qe−の授受の容易さと
いう点からして、通常、炭素鎖の11!IL<は2程度
の距離であることが望ましい。
13は、例えばガラスのように光を透過する材質から成
る光透過基板で、触媒基板の周縁に配設された適宜な高
さのスペーサ14を介して光触媒層12に対向して設け
られており、光触媒層12、スペーサ14で取り22I
すれた所定の密閉空間な形成する。
空間の中に社、光触媒層12の表面に固定された化合物
とは別種の化合物(例えば、固定された化合物が酸化さ
れる化合物の場合に轄還元される化合物、固定された化
合物が還元される化合物の場合には酸化される化合物)
を所定濃度で溶解する溶液1sが、流動することなく稠
密に封入されている。したがって、溶解している化合物
は、溶液15内を遊動している。
以上のようにして、本発明の光変換素子は構成すtLテ
l/−ルが、各構成要素間にあっては、液密又は気密構
造になって−ることはいうまでもない。
次に、本発明光変換素子の作動原理を、該素子の概念的
模式図である第3図に基づいて説明する。
ある光が光透過基板13に投入される。光#i該基板1
3を透過し、溶液15を通過して光触媒層120表面K
11達する・光触媒層120表11#i、酸化される化
合物又社還元される化合物のいずれか一方の化合物3が
図のように固定されている。
そして溶液15内では、他の化合物4が遊動している。
さて、光触媒層12KjiII達した光2/fi、該光
触媒層を構成する光触媒を、第1v!Jで示したように
光励起せしめて電子(e−)と空孔(h+)を生成する
。生成したe−及びh+aそれぞれ化合物3及び化合物
4を還元又社酸化する。
したがって、例えば固定されている化合物3が酸化又は
還元されて無色から色彩変化をし、かつ溶液15内を遊
動す本化合物4か還元又は酸化されても色彩変化をしな
ければ、光の照射された位MK存在する固定された化合
物3の色彩を視紹することができる。すなわち、光信号
が表示されることKなる。
例えば、平均孔径0.2μmの微細孔を均一に分を0.
IN虐醗で処理して、表面WOI基を導入した。このO
H基を有する光触媒層の表面に、トシル化したメチルビ
オロゲンを反応させて該化合物を固定した。
周囲をゴム製スペーサで囲った後、その中にアスコルビ
ン酸1.5X10”moノ/!を溶解する水溶液(無色
透明)を注液し、この上から、空気を入れないようにし
て厚み2■のガラス板を載置して本発明の光変換素子を
作製した。
ガラス板の上方からビーム径IIIのN、ガスレーザー
を照射した。レーザーを照射した部分が無色から青色に
変化した。これは、薄板に固定されているメチルピオロ
rンが次の反応を起すためと考また、水溶液中に遊動す
るアスコルビン酸も空孔(h+)によってデヒドロアス
コルビン酸に変化していると思われるが、これは色変化
を伴なわないので上記した青色変化に影響を及ぼすこと
はない。
以上のように1本発明の光変換素子は電気的装雪は不要
であり、しかも用いる光触媒は、通常の半導体素子のよ
うな厳格な特性を必要とせず、その製作は極めて容品で
ある;また、溶液な榊成する物質をかえれば、興なった
表示、・記録を行なわせることもで自る;更KFi、反
応は投入される光エネルゼーの蓄積反応なので、投入す
る光エネルプーを変化させれば色の濃淡を調節すること
ができる;などの利点を有して有用である。
中に、本発明素子を可能にする反応は、入射する尤エネ
ルギーによる量子効果を利用するものであり、その効果
は入射する光ビームの径に依存するが、原理的には単分
子レベルの色変化に基づく表示・記録も可能であるので
、高密度の表示・記録ができるという特徴も有している
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光変換素子の原理な説明するための図
、第2図は本発明光変換素子の1例の縦断面図、第3図
は作動原理を説明するための概念的模式図である。 l・・・光触媒、2・−・光、3・・・光触媒の光励起
によって酸化又は1元される2種類の化合物の一方であ
って、光触媒層に固定された化金物、4・・・2種類の
化合物の他方であって、溶液中を遊動する化金物、11
・・・基板、12・・・光触媒層、1g・・・光透過基
板、14・・・スペーサ、15・・・溶液。 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 表面には光触媒の層が形成されており、更に該光触媒層
    の表面に、は、該光触媒の光励起によって酸化若しくは
    還元される2種類の化合物のいずれか一方を、該光励起
    によって該光触媒に生成する電子若しくは正孔が伝達す
    るように固定している触媒基板; 骸光触媒層に対向して配設されて、該触媒基板との間に
    所宇の密閉空間を形成する光透過基板;及び、 該密閉空間内に稠密に封入され、該2種類の化合給の他
    方を溶解して成る溶液;とかも成る構造の光変換素子。
JP56171296A 1981-10-28 1981-10-28 光変換素子 Pending JPS5872929A (ja)

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Cited By (6)

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EP3219873A1 (fr) 2016-03-18 2017-09-20 Ain Corporation Boîte de réservation pour l'incorporation de canalisations adaptée pour être positionnée sur une armature

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