2013 Fiscal Year Research-status Report
曖昧な界面をもつナノ液晶ドロップレット分散高分子の高速光デバイス応用
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25630125
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
尾崎 雅則 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50204186)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 液晶 / 高分子 / 複合膜 / 電気光学効果 / 相分離 / 光重合 |
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| Research Abstract |
液晶光デバイスの応答速度の高速化を目指して、液晶を微小空間内に閉じ込めたデバイスデザインが試みられているが、微小空間内での液晶分子の運動性の低下から、駆動電圧の増大や光学応答性の低下が問題となっていた。そこで、本研究では、明確な境界をもたない「曖昧な界面」を有するナノスケールの微小空間に液晶を閉じ込め、応答速度と液晶の運動性を両立可能な新しい概念のデバイスを提案し、その有効性の実証を試みた。従来の高分子・液晶複合膜が、光重合性モノマーと液晶との混合液に紫外線を照射して光重合相分離を誘起させて実現したのに対して、本提案では、液晶性を有する光重合性モノマーを採用した。複合膜中のモノマー濃度および光重合条件によって、高分子のモルフォロジーがネットワーク構造からスポンジ状の多孔性構造まで変化することが確認された。特に、液晶性モノマーの比率を30wt%以下の条件においても、ナノサイズの液晶・高分子相分離を有する高分子・液晶複合膜が作製でき、光重合温度が低く、照射紫外線強度が高く、モノマー組成比率が高いほど空隙の大きさが小さくなることを明らかにした。複合膜の電気光学特性を調べたところ、モノマー組成26wt%で、10マイクロ秒程度の立下り応答時間が得られ、従来のネマチック液晶の立下り時間に比べて3桁～4桁の高速化が実現された。この場合のナノ空隙のサイズは約20数nmであり、高分子内にも液晶分子が含浸した構造が形成されているものと考えられる。応用例として、コレステリック液晶でナノサイズ複合膜を作製し、電界による選択反射の変化を観測した結果、選択反射バンドの形状は電界によって崩れることなく、長波長側のバンド端波長の可逆的なシフトが観測された。さらに、レーザー色素を添加してレーザー発振させた場合の電界印加効果を調べたところ、電界印加によってレーザー発振波長の可逆的な変調に成功した。
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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
ナノサイズの液晶・高分子相分離を発現させる条件を明らかにし、それにより電界印加によるマイクロ秒の高速応答と0.01以上の屈折率変化を実現することに成功した。さらに、低温において光重合行うことにより、モノマー比率が10wt％以下の条件においてもナノサイズ相分離が実現可能で、しかも高速応答が達成できることを見出しており、当初の計画を上回る成果が得られたと間がられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
液晶・高分子の曖昧な界面を有するナノ相分離の構造と作製条件との関係を明らかにすることに成功し、高速応答性が実現できることを明らかにした。今後、ナノ相分離のモルフォロジーの詳細と液晶の分散状態の解明を行うとともに、駆動電圧の低減と屈折率変調度の増大を目指した材料探索を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度の当初計画では、光重合性液晶モノマーと液晶との混合条件や光重合条件の詳細を検討することによって、より高速、低閾値の電気光学応答を目指す目的で、種々の液晶材料、光重合性液晶材料を購入する予定であったが、幸いにも低温での重合により当初計画通りの低モノマー濃度複合フィルムが実現できた。そのため、まず今年度でその電気光学特性の測定を優先させたため、当初今年度予定していた液晶材料の購入を来年度に先送りしたため。
平成26年度では、当初予定していた液晶材料等を購入し、材料物性や重合条件と複合フィルムの高次構造や電気光学特性との関係を明らかにする予定である。
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