2017 Fiscal Year Research-status Report
液晶／ポリマー混合系における相分離構造の制御と動的な配光制御デバイスへの応用展開
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16K06289
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石鍋 隆宏 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30361132)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤掛 英夫 東北大学, 工学研究科, 教授 (20643331)
柴田 陽生 東北大学, 工学研究科, 助教 (70771880)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 相分離構造 / 液晶 / 光拡散フィルム / 視野角制御型ディスプレイ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、紫外線光源の二次元分布と配光分布により、液晶／モノマー混合系の光重合における相分離構造の二次元分布を制御する手法を確立すると共に、液晶分子の配向方向の制御により、デバイスに入射した光が拡散する方向、およびその分布を低電圧でかつ高速に制御する動的な配光制御の基盤技術を構築することを目的とし、以下の項目について検討を行った。
１．相分離構造による光拡散制御
前年度の研究により、紫外線の分布により形成される相分離構造は、紫外線重合時の温度に強く依存することを明らかにした。この結果を基に、重合温度に対するヘイズ率（光拡散率）を評価した結果、重合温度が低いほど、ヘイズ率が高くなり、光拡散角度も大きくなることを明らかにした。これは、重合時の温度が高いほど、液晶とモノマーとの相溶性が高くなり、相分離することなく重合することで、高分子ネットワークの析出が少なくなるためである。このことから、混合材料の等方性温度において光重合することで、高い光散乱強度がえられることを確認した。また、紫外線の異方性により、複合膜の高分子構造を制御し、光拡散分布の異方性を制御できることを確認した。
２．デバイスの設計と最適化
異方性光拡散を有する液晶配光制御デバイスとコリメートバックライトを組み合わせ、電圧により配光を制御可能なバックライトシステムを構築した。液晶素子に電圧を印加することで、バックライトの配向分布を小さくすることに成功し、視野角制御が可能な液晶表示デバイスを実現した。従来の散乱性液晶と比較して、光利用効率が1.5倍となることを確認し、低電力化に有効であることを確認した。また、二次元面内で光拡散強度を制御させることでコントラスト比の向上が可能なバックライトシステムが構築できることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
29年度は、動的に配向制御が可能な光デバイスの確立に向けて、(1)相分離構造による光拡散制御、(2)デバイスの設計と最適化について検討を行い、この結果、紫外線重合温度の制御により、光拡散分布の異方性とヘイズ率が制御できることを明らかにした。また、紫外線の放射分布の異方性を制御することにより、液晶中に析出する高分子ネットワークの異方性を制御し、光拡散分布が制御できることを明確化した。また、本研究による配光制御デバイスとコリメートバックライトを組み合わせることで、観察可能な角度範囲を制御できる視野角制御型ディスプレイを実現し、従来の散乱素子を比較して光利用効率が1.5倍に向上できることを確認した。これらの成果は、次年度に検討を予定していた項目の一部であり、以上のことから、本研究は計画以上に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
30年度は、紫外線LEDアレイを用いた(1)紫外線光源の二次元分布および配光分布による相分離構造制御、(2)配光制御デバイスの試作と光学特性の評価、有効性の実証について検討を行い、光拡散分布、および応答特性の評価を通じて、試作したデバイスの有効性を確認し、液晶／モノマー混合系における相分離構造制御による動的な配光制御デバイス技術を確立する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額であり、平成30年度請求額と合わせて、平成30年度の研究遂行に使用する予定である。
次年度使用額は、液晶材料、モノマー材料の購入費、および紫外線照射装置用ステージ、紫外線LEDアレイとその駆動装置の試作費として使用する予定である。大面積での紫外線の配光分布を制御することで、光拡散制御に基づいたデバイスの試作とその光学特性の評価を行う。
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