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2013 年度 実施状況報告書

液晶分子の配向方向とアンカリング力の制御:液晶材料からのアプローチ

研究課題

研究課題/領域番号 24560003
研究機関秋田大学

研究代表者

山口 留美子  秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30170799)

キーワードネマチック液晶 / 配向膜 / ラビング処理 / 容易軸 / アンカリング力
研究概要

本研究は、配向膜からの一方的な液晶配向制御という従来の手法とは異なり,液晶分子が配向膜に及ぼす影響を積極的に取り入れた液晶配向制御を目的としている。「液晶分子の配向方向が,液晶材料の化学構造により異なる」というこれまでに報告例がほとんど無い配向現象の検証例を増やすとともに,配向方向の異なる液晶を混合することで,アンカリング力を制御する技術をめざすものである。
液晶分子骨格基,末端基,極性基の種類,およびそれら組み合わせが異なるおよそ20種類の単体ネマチック液晶において、高分子として側鎖に環構造を有する材料に着目し、種々の高分子材料薄膜のラビング表面における液晶配向方向を調べた。
その結果、ポリビニルシンナメートのように、液晶材料により容易軸が異なる高分子材料として、ポリ4ビニルピリジン、ポリビニルイミダゾル、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、を見出した。さらに、液晶が高分子膜の遅相軸に配向するとされていた従来の配向メカニズムに反し、調査したすべての液晶が遅相軸に垂直に配向するいくつかの高分子材料の存在も明らかにした。
ポリ4ビニルピリジンおよびポリビニルイミダゾルとPVCiのラビング膜を比較した結果、極性基を有する液晶はラビング方向と垂直に配向することは一致していたが、ポリ4ビニルピリジンとポリビニルイミダゾルでは極性基を持たない一部のニュートラル液晶においてもラビング方向と垂直に配向することが明らかとなった。加えて、ラビング方向に対して垂直に配向する液晶と平行に配向する液晶を混合し,配向方向が切り替わる濃度を検証した。液晶混合によるアンカリング力の変化は、PVCiおよびポリ4ビニルピリジンでは1~2桁程度変化するが、ポリビニルイミダゾルでは、垂直配向時は10^-5N/m桁、平行配向時は10^-6N/m桁であまり変化しないことが明らかとなった。

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

(1)配向膜の種類を増やし,容易軸の液晶材料依存性を比較検討する。
液晶材料により容易軸異なる高分子材料として、新たにポリ4ビニルピリジン、ポリビニルイミダゾル、ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、を見出した。PVCi膜では液晶分子の極性基の有無が配向方向を決定する要因であったが、極性基を有する液晶はラビング方向と垂直に配向することは一致していた。しかし、どのような液晶がラビング方向と平行に配向するのかは、高分子によってそれぞれ異なった。調査したすべての液晶が遅相軸に垂直に配向する高分子材料として、ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリエチルオキサゾリン、ポリビニルカルバゾールが確認された。以上、配向メカニズムを議論するための配向現象事例が新たに加わった。
(2)液晶材料の混合による配向方向変化とアンカリング力変化の測定。
異なる化学構造の液晶混合により,配向秩序度の低下,2つの配向メカニズムの競合,が生じると考えている。結果は、、PVCiおよびポリ4ビニルピリジンでは1~2桁程度変化を確認するにいたった。しかし、ポリビニルイミダゾルでは、垂直配向時は10^-5N/m桁、平行配向時は10^-6N/m桁であまり変化しないことが明らかとなった。配向方向が変化する混合濃度もそれぞれ高分子材料によって異なる。混合液晶では、それぞれの液晶が配向膜界面に吸着する濃度が異なるのではないかという可能性に関し、温度変化によって配向方向の変化がないことを確認し、界面とバルクでの液晶濃度の違いによる影響は無いものと考えている。
以上、今年度の計画に挙げた2つの研究内容のいずれにおいても,良好な進展状況である。

今後の研究の推進方策

(1)混合液晶による配向特性の変化:これまで配向方向とアンカリング力に着目をして配向特性を測定してきたが、配向状態の一様性、すなわち配向オーダーの評価も取り入れる。またラビング強度依存性がある可能性も確認されたため、定量的なラビング強度による配向処理を検討した上での実験が必要とされる。加えて、混合する液晶の系を増やし、上記の実験を行う。
(2)弱アンカリング力界面を活用した液晶デバイスの作製:アンカリング強度と電気光学特性との関係を明らかにし、双安定向効果やメモリ効果の発現の検証を行う。
(3)研究の取りまとめ:得られた結果から“液晶分子と配向膜の協力現象”としての配向メカニズムの考察を行う。

次年度の研究費の使用計画

購入予定であった液晶材料が、金額が不足したため購入できなかった。その段階では入手しできなくても実験に支障が無かったため、次年度の購入時に加えて使用したほうがよいと判断した。
液晶材料の購入の一部に当てることとする。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Azimuthal Anchoring Change by Liquid Crystal Mixtures on Poly(Vinyl Cinnamate) Film2013

    • 著者名/発表者名
      R. Yamaguchi, M. Nishimura and M. Ikeya
    • 雑誌名

      J. Photopolym. Sci. Technol

      巻: 26 ページ: 393-396

    • DOI

      10.2494

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cholesteric liquid crystal–carbon nanotube composites with photo-settable reversible and memory electro-optic modes2013

    • 著者名/発表者名
      O. Yaroshchuk, S. Tomylko, I. Gvozdovskyy, and R. Yamaguchi
    • 雑誌名

      APPLIED OPTICS

      巻: 52 ページ: E-53-59

    • DOI

      10.1364

    • 査読あり
  • [学会発表] Cell thickness dependence on electric optical property of reverse mode2014

    • 著者名/発表者名
      Rumiko Yamaguchi and Shintaro Sakurai
    • 学会等名
      31th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST-31)
    • 発表場所
      千葉大学
    • 年月日
      20140708-20140711
  • [学会発表] Liquid crystal alignment parallel to fast axis on rubbed polymers2014

    • 著者名/発表者名
      R. Yamaguchi, M. Nishimura and A. Kodate
    • 学会等名
      The 25th International Liquid Crystal Conference (ILCC2014)
    • 発表場所
      Trinity College Dublin, Ireland
    • 年月日
      20140629-20140704
  • [学会発表] Hybrid aligned liquid crystal gel for daylight controllable window2014

    • 著者名/発表者名
      R. Yamaguchi, T. Takasu and S. Sakurai
    • 学会等名
      The 25th International Liquid Crystal Conference (ILCC2014)
    • 発表場所
      Trinity College Dublin, Ireland
    • 年月日
      20140629-20140704
  • [学会発表] Polymer network morphology and electro-optical performance in reverse mode liquid crystals : The influence of liquid crystal materials2014

    • 著者名/発表者名
      R. Yamaguchi, K. Goto, S. Mizukuchi
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME 2014 )
    • 発表場所
      東京農工大学
    • 年月日
      20140515-20140516
    • 招待講演
  • [学会発表] Dependence of Cell Thickness on Scattering Property in Reverse Mode Liquid Crystal Cells with Different Morphologies2013

    • 著者名/発表者名
      S. Sakurai and R. Yamaguchi
    • 学会等名
      The 20th International Display Workshops
    • 発表場所
      札幌国際会議場
    • 年月日
      20131204-20131206
  • [学会発表] Switchable Liquid Crystal Window for Daylight Control with Asymmetrical Incident Angle2013

    • 著者名/発表者名
      T. Takasu and R. Yamaguchi
    • 学会等名
      The 20th International Display Workshops
    • 発表場所
      札幌国際会議場
    • 年月日
      20131204-20131206
  • [学会発表] Dependence of Cell Thickness on Scattering Property in Reverse Mode Liquid Crystal Cells with Different Morphologies2013

    • 著者名/発表者名
      Rumiko Yamaguchi Koichiro Goto and Chang Xiao-Jun
    • 学会等名
      EuroDisplay 2013
    • 発表場所
      Imperial college, UK
    • 年月日
      20130916-20130919
  • [学会発表] Low Driving Voltage of Reverse Mode Light Scattering Cell Using Positive Dielectric Anisotropy Liquid Crystal2013

    • 著者名/発表者名
      Rumiko Yamaguchi, Koichiro Goto and Shintaro Sakurai
    • 学会等名
      he 17th International Symposium on Advanced Display Materials and Devices (ADMD2013)
    • 発表場所
      Fudan Univ., China
    • 年月日
      20130627-20130628
    • 招待講演
  • [学会発表] Azimuthal Anchoring Change by Liquid Crystal Mixtures on Poly(Vinyl Cinnamate) Film2013

    • 著者名/発表者名
      Rumiko Yamaguchi, Munehito Nishimura and Masaki Ikeya
    • 学会等名
      30th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST-30)
    • 発表場所
      千葉大学
    • 年月日
      20130626-20130628

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公開日: 2015-05-28  

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