| 研究課題/領域番号 |
18K04257
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
山口 留美子 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (30170799)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 高分子複合液晶 / 反応性メソゲン / 光散乱 / 低電圧駆動 / リバースモード / 遠方光散乱パターン |
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| 研究実績の概要 |
液晶中に～10％程度の高分子を分散させた高分子・液晶複合素子は，透明状態から光散乱状態への電気的切り替えを可能とするリバースモード特性を提供する。しかし，通常の液晶ディスプレイと比較しその駆動電圧は10倍程高い。そこで，申請課題では低電圧駆動(～6 V）を可能とするため，従来の“高分子―液晶間の屈折率差による光散乱”の他に，大小の液晶ドメインの再配向電圧の違いに着目し，“液晶ドメイン間での光散乱機構”を新規に提案する。
これまで，ホモジニアス配向のリバースモード液晶素子において，面内に不均一な紫外線強度照射を行い，液晶ドメインの異なる領域を作り込むことで，しきい電圧の大幅低下を実現した。今回は，90度ツイステッドネマチック配向において，同様の不均一紫外線照射を試みた。これは異常光のみならず，常光も散乱させることを目指している。不均一紫外線照射による高分子モフォロジーの液晶材料依存は，ホモジニアス配向の素子と同様であり，しきい電圧の大幅低下は達成できたが，透過率が最小となる駆動電圧に関しては，ホモジニアス配向の素子よりもわずかに高くなった。
また，今回ツイステッドネマチック配向にすることにより，電圧印加時の遠方光散乱パターンが，ホモジニアス配向素子とは異なり，両基板の液晶配向軸に対して斜め方向に広がる散乱パターンを示した。この斜めの角度は，液晶素子内部における散乱光の拡散方向を示すものであり，素子の厚み方向でどの部分が最も散乱に寄与しているか，を反映していると考えている。すなわち，これまでホモジニアス配向やホメオトロピック配向のリバースモード素子では調べることができなかった，素子内部での光散乱情報：基板付近なのか素子中央付近なのか，紫外線照射面側基板と出射側基板の高分子の偏りと液晶材料の関係，などが明らかにでき，駆動電圧低減のための情報が増えると期待している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
素子の作製，電気光学統制評価，に関してはおおむね順調に結果が得られ，様々な素子作製条件パラメータの及ぼす影響が，明らかになってきたところである。昨年度は，ツイステッドネマチック配向の素子において検討を進めたが，同素子の電気光学特性の評価に加え，遠方光散乱パターンが素子ごとに異なること，散乱パターンの広がる方向が，素子内の光の拡散・伝搬に関する情報を与えている可能性を見出した。これは，当初予期していない研究結果であり，これを素子評価項目の一つに加えた。
このため，一昨年度行っていたシミュレーションには，素子内部における厚み方向での“光散乱機構の変化”を組み入れることが必要となり，モデルの修正を行うことが求められる。従って，まずは実験・測定結果を多く積み上げることを重点的に行ったため，シミュレーションのほうは一時停止している。また，一昨年度のホモジニアス配向リバースモード素子の光散乱モデルを用い，ハイブリッド配向リバースモード素子の光散乱特性の入射角依存性を研鑽したところ，作製した実セルとの特性によい一致が見られた。これによって，本シミュレーションモデルは，液晶分子配向にねじれのない構造においては，正しく光散乱特性を評価できていることが，さらに確かめられた。
従って，リバースモード素子の光散乱機構において，素子内情報を考察できる新しい手法を見出したことと，それによるシミュレーションのモデルの見直しの必要性が生じたことによる一時的な停止をしたが，ハイブリッド配向リバースモード素子の入射角依存性は，これまでのモデルでよい一致が得られることを確認できたこと，以上のことから本研究課題の進捗状況は，おおむね順調であるといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
I 液晶ドメイン間での光散乱機構の解明：昨年度のツイステッドネマチック配向のリバースモード素子において得られた結果をもとに，大小ドメインの平均の屈折率と高分子屈折率との差，および2つのドメイン間の屈折率の差が引き起こす散乱機構において，シミュレーションを行い，ホモジニアス配向素子の各散乱係数，それらの散乱機構の寄与の重み付け等について，違いを考察する。また，このモデルでは，素子内部での散乱条件は厚み方向には一様であるとしている。昨年度の遠方光散乱パターンの結果の結果に基づいて，液晶層を2ないし3分割したモデルを構築する必要も構想している。
II 高分子モフォロジーの制御技術の確立：不均一照射に用いるフォトマスクの形状（ライン＆スペース，円形穴，チェッカーボードパターン，等）によって，遠方光散乱パターンがどう異なるかを観察する。また，ホモジニアス配向では，液晶配向軸とライン＆スペースマスクの周期方向とが平行と垂直な場合が発生する。また液晶材料の紫外線吸収係数および吸収異方性が関与していることも想定される。これらの考察を研究方策に加える。これらによって，素子内部での散乱機構の違い等を明らかにし，素子作製条件に還元することで，低電圧駆動に向けた紫外線照射条件，使用する高分子，液晶材料との関係，を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナウイルス対策に伴い，3月に予定していた研究成果報告のための出張が，すべて取りやめになってしまったこと，3月の実験で使用予定の消耗品が，購入に至らなかったこと，などから，支出予算額との差が生じた。当該助成金が生じた。
状況が改善し，通常の研究体制に戻り次第，精力的に研究や成果報告を行う。実験の再開が困難な場合には，シミュレーションの充実を計画しており，計算用コンピュータの購入または使用費に充てることを考えている。
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