2016 Fiscal Year Research-status Report
超音波による液晶配向制御と高速マイクロ光デバイスへの応用
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16K14204
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小山 大介 同志社大学, 理工学部, 准教授 (50401518)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 健太郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20242315)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超音波 / 液晶 / レンズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高速マイクロ光デバイスへの応用を目的とした，超音波の放射力による液晶配向制御技術について検討した．今年度は特に，基板の共振モードを利用した液晶分子の２次元配向制御技術とその応用について検討した．
評価用液晶デバイスの作製工程として，2枚の透明ガラス基板間に液晶層を形成し，基板端部に超音波振動子を接着した．振動子に連続正弦波の電気信号を入力すると，基板上には超音波たわみ振動モードが励振され，液晶層内に音響放射力が作用し液晶分子の配向が変化する．クロスニコル配置下で，超音波駆動時のデバイスの透過光分布を測定した結果，超音波振動によって液晶の分子配向が変化し，その透過光分布は基板の振動モードと相関があることがわかった．すなわち基板に2次元的な共振モードを励振させることにより，液晶分子を2次元周期的パターンで制御することが可能であった．また，駆動電圧振幅値によって液晶の分子配向角度の大きさを制御することができた．
上記で得られた知見を元に，本技術の可変焦点光学レンズへの応用を試みた．2枚のガラス円板間に液晶層を形成し，その周囲にアニュラ型超音波振動を接着し，レンズ試作器を作製した．共振周波数の電気信号を入力すると，ガラス基板には同心円状のたわみ振動モードが励振され，基板中央部に所望の圧力分布が発生し，液晶配向が変化した．すなわち超音波振動によってレンズ透過光分布が変化し，可変焦点レンズとして動作することに成功した．
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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
当初の研究計画通り概ね順調に進んでいると考えられるが，下記細かな点については今後更に検討する必要がある．
・液晶分子の２次元配向制御技術について，３次元的に分子が配向変化していると考えられるため，配向方向の観測・評価を行う必要がある．
・超音波駆動時の液晶の応答速度について，再現性にばらつきがあるため，試作器作製工程を含めて再度検討する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
下記項目についてそれぞれ検討を行う．
・可変焦点レンズについて，応答速度の向上，光線追跡を含めた光学的設計手法，配向膜の影響について検討を行う必要がある．
・他の液晶および配向膜の種類についてもテストを行う．
・レンズアレイの作製およびその光学特性の評価を行う．
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[Presentation] Optical variable-focus lens using acoustic radiation force2016
Author(s)
D. Koyama, Y. Shimizu, S. Taniguchi, A. Emoto, K. Nakamura, M. Matsukawa
Organizer
International workshop on piezoelectric materials and applications in actuators & Energy conversion materials and devices 2016
Place of Presentation
Seogwipo KAL Hotel, Jeju, Korea
Year and Date
2016-08-21 – 2016-08-24
Int'l Joint Research / Invited
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