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2021 年度 実績報告書

パターン配向キラル液晶を用いた波面自在制御アクティブ・フラットオプティクスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H00391
研究機関大阪大学

研究代表者

尾崎 雅則  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (50204186)

研究分担者 藤井 彰彦  大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80304020)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード液晶 / 光配向 / コレステリックブルー相
研究実績の概要

キラル液晶の螺旋構造からの反射光の位相は、基板表面の分子の配向方位(螺旋方位とよぶ)に依存し、その螺旋方位を局所光配向技術を用いてパターンニングすることにより、平板であるにもかかわらず、反射光の波面を制御可能な反射型フラットオプティクスが実現できる。しかしながら、パターン分解能や素子面積が不十分なため素子性能の限界と機能の可能性が不透明であり、素子作製時にデザインした光配向パターンが変更することができないため、動的な波面制御が不可能であるという課題がある。そこで本研究では、大面積・高精細の配向パターンを実現し、さらに、キラル液晶の分子配向方位を動的に制御可能な素子を実現することを目的として研究を行った。本年度は、三次元螺旋構造を有するコレステリックブルー相(BP)液晶に着目して、基板面上の配向容易軸方向を連続かつ周期的に変化させたパターン配向素子を用いて、体積グレーティング素子を作製し、円偏光選択性を維持したまま広角の回折を実現した。このパターン配向上のBP液晶は、格子が傾いたスラント構造を形成していることも確認した。さらに、基板間に電界を印加する事により、格子歪を誘起し反射波長の長波長シフトを確認した。また、さらに高い電界を印加することにより、スラント構造から通常の格子配列構造に転移する現象も見出した。以上の結果は、電界によって偏向角並びに偏向波長を制御可能な体積グレーティングの可能性を示唆するものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

本研究は、二つの項目からなる。すなわち、(1)パターン光配向技術の高度化による性能限界の探求と応用範囲の拡大と、(2)電界により自在に波面制御が可能なアクティブ・フラットオプティクスの実現である。前年度では、前者に注力し、本提案の根幹技術となっている光配向技術の高度化・最適化をはかり、その結果発現する問題点の洗い出しと解決方法の検討、本研究で目指す波面制御素子の高性能化と性能限界の検討を目的として、(1-1)光配向パターンの高分解能化に関しては、これまで用いてきた液晶プロジェクターを用いた局所パターン偏光描画装置からDMDを用いたものに改良して分解能の向上を図った。その進展をもとに、(1-2)高精細光配向パターン素子の波面制御特性評価および(1-3)微小領域でのパターン化による配向乱れの評価に関しては、フェムト秒レーザーを用いた二光子励起過程をもちいた光異性化反応の活用を当初計画していたが、計画当初より議論を行なっており実際の研究においても実験協力を予定していた米国の研究者が、新型コロナ感染症拡大防止による訪日制限のため研究に参画できず、計画が大幅に遅れた。これに関する実験計画および予算を本年度に繰り越した。(1-4)微細領域配向制御による液晶配向双安定性の検討については、周期的に配向容易軸方向を変化させた局所パターン配向素子において、周期が数μm以下の場合、フラストレート配向状態が発現することを確認した。
(2)の電界によるアクティブ制御に関しては、パターン周期配向基板上のスラントコレステリックブルー相格子の電歪および格子再配列現象を見出し、体積グレーティング内の光偏向の動的制御の可能性を検討した。

今後の研究の推進方策

引き続き当初計画に沿って研究を推進することは勿論のこと、フェムト秒レーザーを用いた微細領域への配向パターン書き込み実験に先立って、特に、BP液晶の格子の配列メカニズムのさらなる理解を図るために、外部電界の印加方向の違いによる格子配列挙動の検討を進める。また、微細配向パターン上における液晶の配向状態の直接観測手法の検討を行う。特に、光重合性液晶の表面のSEM観察などの手法を検討する。また、(2)BP液晶への電界印加による格子歪の精密測定を行い、大きな電気光学効果および波面制御性の可能性を探索する。

  • 研究成果

    (35件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 11件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Orientation control of 2D perovskite in 2D/3D heterostructure by templated growth on 3D perovskite2022

    • 著者名/発表者名
      G. Uzurano, N. Kuwahara, T. Saito, A. Fujii and M. Ozaki
    • 雑誌名

      ACS Materials Letters

      巻: Vol. 4, No. 2 ページ: 378 - 384

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.1c00709

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thickness control and photovoltaic properties of CH3NH3PbI3 bar-coated thin film2022

    • 著者名/発表者名
      A. Fujii, T. Oizumi, N. Kuwahara, G. Uzurano, T. Saito, Y. Yabuuchi and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: Vol. 61 ページ: SB1032(6pages)

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac211c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation of a focused optical vortex beam using a liquid crystal spiral zone plate2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsukamoto, H. Yoshida and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: Vol. 30, No. 6 ページ: 8667 - 8675

    • DOI

      10.1364/OE.451293

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direction-selectable ultra-highly oriented state of donor-acceptor conjugated polymer induced by slow bar-coating process2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Yabuuchi, Y. Minowa, H. Kajii, S. Nagano, A. Fujii and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: Vol. 7, No. 9 ページ: 2100313(8pages)

    • DOI

      10.1002/aelm.202100313

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mesoporous TiO2 electron transport layer engineering for efficient inorganic-organic hybrid perovskite solar cells using hydrochloric acid treatment2021

    • 著者名/発表者名
      Q.-D. Dao, A. Fujii, R. Tsuji, N. H. Pham, H. V. Bui, C. D. Sai, D. T. Nguyen, T. H. Vu and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: Vol. 732 ページ: 138768(6pages)

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2021.138768

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evaluation of hole mobility in non-peripherally alkyl-substituted tetrabenzotriazaporphyrin thin films by MIS-CELIV method2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakayama, W. Kim, Y. Nishikawa, A. Fujii and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      巻: Vol. 727, No. 1 ページ: 42 - 51

    • DOI

      10.1080/15421406.2021.1946965

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation of coaxial vortex beams with doubled topological charges using a stacked liquid crystal structure2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsukamoto, H. Yoshida and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: Vol. 60 ページ: 120906(6pages)

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac3182

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamics of pre-aggregation and film formation of donor-acceptor π-conjugated polymer2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Yabuuchi, Y. Minowa, S. Nagamatsu, A. Fujii and M. Ozaki
    • 雑誌名

      ACS Materials Letters

      巻: Vol. 4, No. 2 ページ: 205 - 211

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.1c00734

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] D-A型共役高分子の液中凝集性を利用した一軸コーティング法による超高配向薄膜の作製2022

    • 著者名/発表者名
      籔内湧太、蓑輪裕、藤井彰彦、永松秀一、永野修作、梶井博武、尾﨑雅則
    • 学会等名
      令和4年有機エレクトロニクス研究会(OME)
  • [学会発表] π共役高分子の塗布薄膜コーティングにおける分子配向メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      籔内湧太、蓑輪裕、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第333回電気材料技術懇談会
  • [学会発表] Lattice orientation of cholesteric blue phase on patterned alignment surface2022

    • 著者名/発表者名
      K. Nakajima, R. Hasegawa, S. Mitsuhashi, Y. Tsukamoto and M. Ozaki
    • 学会等名
      Global Nanophotonics 2022 (GNP2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Coaxial optical vortex generator based on stacked structure with photo-aligned nematic and planar cholesteric liquid crystal layers2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsukamoto, H. Yoshida and M. Ozaki
    • 学会等名
      Global Nanophotonics 2022 (GNP2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Organic-inorganic halide perovskite solar cells fabricated by uniaxial coating process2022

    • 著者名/発表者名
      A. Fujii, G. Uzurano, N. Kuwahara, T. Saito, K. Abe and M. Ozaki
    • 学会等名
      Global Nanophotonics 2022 (GNP2022)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Organic-inorganic halide perovskite polar cells fabricated by uniaxial coating process2022

    • 著者名/発表者名
      G. Uzurano, K. Abe, N. Kuwahara, T. Saito, S. Nagano, A. Fujii and M. Ozaki
    • 学会等名
      Global Nanophotonics 2022 (GNP2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] 液晶積層構造を用いた同軸光線上に異なるトポロジカルチャージを持つ光渦の生成2022

    • 著者名/発表者名
      塚本脩仁、吉田浩之、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] SnO2電子輸送層上のCH3NH3PbI3バーコート薄膜における結晶方位と太陽電池特性2022

    • 著者名/発表者名
      桑原直、鶉野弦也、齋藤智樹、阿部健太郎、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 2D/3Dヘテロ構造中のDion-jacobson型2Dペロブスカイトの配向制御2022

    • 著者名/発表者名
      鶉野弦也、阿部健太郎、桑原直、齋藤智樹、永野修作、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Non-peripheral型オクタブチル置換フタロシアニンのキャリア伝導特性とバーコート配向薄膜の作製2022

    • 著者名/発表者名
      西本江里、正能拓馬、鶉野弦也、籔内湧太、藤井彰彦、尾崎雅則
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] In-situ微小角入射小角X線散乱法を用いた塗布型π共役高分子の薄膜形成ダイナミクスの検討Ⅱ2022

    • 著者名/発表者名
      籔内湧太、蓑輪裕、永松秀一、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] D-A型π共役高分子の溶液中における凝集体形成と高速バーコート法による高配向薄膜2022

    • 著者名/発表者名
      蓑輪裕、籔内湧太、永野修作、永松秀一、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Hetero-epitaxial thin film growth of mesogenic organic semiconductor by freezing process from supercooled liquid crystal state2021

    • 著者名/発表者名
      A. Fujii and M. Ozaki
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フタロシアニン誘導体分子配向薄膜の塗布製膜における結晶多形制御2021

    • 著者名/発表者名
      西本江里、籔内湧太、鶉野弦也、藤井彰彦、尾崎雅則
    • 学会等名
      第330回電気材料技術懇談会
  • [学会発表] 有機無機ハイブリッドペロブスカイトのバーコート製膜における膜厚制御と光電変換特性2021

    • 著者名/発表者名
      桑原直、大泉朋久、鶉野弦也、齋藤智樹、籔内湧太、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第330回電気材料技術懇談会
  • [学会発表] [Invited] Fabrication of molecularly oriented organic semiconductor thin film utilizing its potential as a liquid crystal2021

    • 著者名/発表者名
      M. Ozaki and A. Fujii
    • 学会等名
      SPIE Optics+Photonics, Liquid Crystals XXV
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thickness control and photovoltaic properties of CH3NH3PbI3 thin film fabricated by bar-coating method2021

    • 著者名/発表者名
      N. Kuwahara, T. Oizumi, G. Uzurano, T. Saito, Y. Yabuuchi, A. Fujii and M. Ozaki
    • 学会等名
      2021 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2021),
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-high oriented thin film of donor-acceptor conjugated polymerby slow bar coating process2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Yabuuchi, Y. Minowa, H. Kajii, S. Nagano, A. Fujii and M. Ozaki
    • 学会等名
      2021 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] (100)配向CH3NH3PbI3をテンプレートとした2次元ペロブスカイトの配向制御2021

    • 著者名/発表者名
      鶉野弦也、桑原直、齋藤智樹、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] CH3NH3PbI3バーコート薄膜の膜厚制御と光電変換特性2021

    • 著者名/発表者名
      藤井彰彦、大泉朋久、籔内湧太、鶉野弦也、桑原直、齋藤智樹、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] In-situ微小角入射小角X線散乱法を用いた塗布型π共役高分子の薄膜形成ダイナミクスの検討2021

    • 著者名/発表者名
      籔内湧太、蓑輪裕、永松秀一、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] くさび型セルを用いたコレステリックブルー相の相転移挙動に及ぼす界面効果に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      三橋將吾、長谷川遼、趙成龍、尾﨑雅則
    • 学会等名
      2021年日本液晶学会討論会
  • [学会発表] ネマティック液晶のツイストウォールを利用した点欠陥の生成2021

    • 著者名/発表者名
      中山雄介、吉田浩之、鍛冶静雄、横山知郎、尾﨑雅則
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
  • [学会発表] Generation of focused vortex beam by liquid crystal spiral zone plate with homeotropic and planer patterned alignment layer2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsukamoto, H. Yoshida and M. Ozaki
    • 学会等名
      Optics of Liquid Crystal 2021 (OLC2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] High molecular orientation and selective crystal polymorphism in uniaxially bar-coated thin-films of solution-processable organic materials2021

    • 著者名/発表者名
      A. Fujii and M. Ozaki
    • 学会等名
      2021 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Epitaxial growth of alkyl-substituted phthalocyanines in solution-processed thin film fabrication with seed crystals2021

    • 著者名/発表者名
      A. Fujii and M. Ozaki
    • 学会等名
      India-Japan Workshop on Biomolecular Electronics & Organic Nanotechnology for Environment Preservation (IJWBME2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-peripheral型ブチルフタロシアニンのキャリア伝導特性とバーコート法による配向薄膜の作製2021

    • 著者名/発表者名
      西本江里、正能拓馬、鶉野弦也、籔内湧太、藤井彰彦、尾崎雅則
    • 学会等名
      令和3年電気関係学会関西連合大会

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公開日: 2023-12-25  

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