2016 Fiscal Year Research-status Report
マイクロパターン配向処理による新規な双安定型液晶デバイスの開発
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16K04934
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
本間 道則 秋田県立大学, システム科学技術学部, 准教授 (90325944)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 液晶 / 双安定 / マイクロラビング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小針により走査する（マイクロラビング）ことによって微細な配向パターンを形成したポリイミド膜付き基板を2枚組み合わせ，隙間に液晶（5CB）を注入し封止することによってセルを作製した。本研究では配向の双安定状態が得られる条件について以下の観点から考察を行った。（1）双安定性が実現しやすい配向処理パターンの考察／マイクロラビング処理法を用いてポリイミド膜上に周期的な半円状パターン（周期：80μm）を形成した。電圧印加および加熱による等方相の誘起により初期状態と異なる配向状態が得られるかどうか実験により確認を行った。その結果，2枚の基板のマイクロパターンの向きを一致させるように組み合わせた場合には外部刺激の種類に関わらず双安定性は発現しなかった。一方，マイクロパターンの向きが逆向きとなるように基板を組み合わせた場合には，10Vの電圧印加によって初期状態（±π/2ツイストモード）と異なる安定な配向状態（±πツイストモード）が得られることが明らかとなった。さらに，等方相の誘起によって±πツイストモードから±π/2ツイストモードへ遷移することから，±πツイストモードは±π/2ツイストモードよりもエネルギーの高い準安定な状態であることが示唆された。（2）配向処理パターンの周期Λおよび液晶層の厚みdが配向の終状態に与える影響の考察／本研究においては周期と厚みの比Λ/dが液晶の配向特性に与える影響について考察した。まず，液晶層の厚みdが3，10，20および40 μmの評価セル（Λ=80μm）を作製し，10V印加・除去後の配向状態について偏光顕微鏡により観察した。その結果，液晶層の厚みdが10μmよりも厚くなると（Λ/d<8）±πツイストモードが優勢になることが見出された。すなわち，周期と厚みの比を8以下に設定することが応用の観点から重要であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では双安定性を有する液晶の配向特性について，以下の具体的な検討課題を設定していた。（1）双安定性が実現しやすい配向処理パターンの考察，（2）配向処理パターンの周期Λおよび液晶層の厚みdが配向の終状態に与える影響の考察。上記の検討課題に関して主として実験による考察を行い，（a）2つのマイクロパターンの向きを逆向きに組み合わせることによって双安定性が発現すること，（b）電圧印加と等方相の誘起によって2つの安定な配向状態が切り替えられること，（c）マイクロパターンの周期と液晶層の厚みの比が8以上のときに双安定性が定常的に得られることなどが明らかとなった。液晶双安定デバイスとしての基本的なスイッチング特性を実現するために特に重要な知見が複数得られたことは評価に値すると考える。一方，双安定性が実現しやすいマイクロパターンの具体的な形状については，今回検討した半円状のほかに楕円や台形を模したパターン形状も考えられ，これらを含めたより詳細な考察には至らなかった。しかしながら，液晶のマイクロパターン配向を活用した双安定デバイスの基本的なスイッチング特性の概要を明らかにしたことを踏まえて，本研究成果の進捗状況を総合的に判断すれば，おおむね順調に進んでいるとの評価が妥当と考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
液晶のマイクロパターン配向を有する液晶双安定デバイスにおける双安定性の発現メカニズムの解明を念頭におき，以下の2つの検討項目を設定する。（1）液晶層内部の配向状態の決定／本実験においては紫外線の照射によって硬化するUV硬化型液晶を用いる。ガラス基板を剥離し，ミクロトームを用いて厚みが数～数十μmの薄片試料を作成する。このようにして作成した複数の薄片試料の偏光顕微鏡観察を行うことによって液晶層内部の配向状態を決定する。（2）遷移時における過渡的な配向状態の考察／評価セルを偏光顕微鏡のステージにセットし，ステージの温度を制御した状態で配向状態の変化の様子を観察する。CCDカメラを用いて動画撮影を行い，生じる欠陥線の長さの時間依存性を画像解析により求めることによって過渡的な配向状態の考察を行う。以上の2項目の検討結果から，特定の終状態が選択される遷移メカニズムについての知見を得る。
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Research Products
(1 results)
