低バンドギャップ酸化物粉末を混入させた液晶の評価
龍谷大先端理工.

久保 貴仁

・液晶について-+
結晶：位置・向きが揃っている
液晶：位置が揃っていない
向きがある程度揃っている
液体：位置・向きが揃っていない

分子内に電子の偏りが発生 = 分極している
性質に方向性が存在= 異方性がある

液晶セルの動作原理
液晶分子群が一斉に電界に反応して動く

液晶の配向方向に沿って光は透過

液晶分子の誘電率異方性が大きく分子間相互作用が大きいためOFF時は光は捻じれて透過
ON時は光は捻じれて偏光フィルターで遮断・実験手順① アセトンでの配向膜の除去② 導電テープを貼り付ける③ ホットプレート上で金属粉末混合液晶を注入する④セルの液晶部分を偏光板で挟む⑤直流電源に繋ぎ、電圧を加える

色 ：赤褐色
粒径：3 μm
密度：6.04 g/cm3
バンドギャップ : 2.1 eV

混入した金属 ：酸化銅(Ⅰ) ：酸化銀
金属粉末の割合：1 % ～ 9 % ：1 % , 5 %金属粉末を混入させるときはスパチュラを用いて50回、30秒ほど混ぜた
酸化銅、酸化銀ともに比較的高い導電性を持つ→液晶の低電圧動作につながる低いバンドギャップを持っている→液晶がON時により黒を表現できると考えた

色 ：黒色
粒径：2 ～ 3 μm
密度：7.14 g/cm3
バンドギャップ : 1.46 eV

・実験結果
・初期閾値電圧は5 V (0 %, 1 %, 2 %), 3 V (3 % ~ 7 %), 2 V (8 %, 9 %)と酸化銅の割合が増えるにつれ下がっていった.酸化銀も同様に液晶に対して混入させる粉末の割合を増加させることで下がっていった. 一方で透過率が飽和するまでに必要とする電圧は酸化銅,酸化銀を混入させた液晶どちらでも上昇した
・液晶に酸化銅,酸化銀を混入させるとON時の透過率が上昇した

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
電圧 [v]
図1.酸化銅の透過率と電圧のグラフ
1009080706050
混入なし
40301%
205%
1000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
電圧 [V]
図4.酸化銀の透過率と電圧のグラフ

50440透過率 [%]532302011000103 4 5 6 7 8 9酸化銅の割合 [%]図3.酸化銅の割合と透過率の最低値

23456789酸化銅の割合 [%]図2.酸化銅の割合と初期閾値電圧

6543210透過率 [%]

混入なし
1%
2%
3%
4%
5%
6%
7%
8%
9%

閾値電圧 [V]1009080706050403020100閾値電圧[V]

透過率 [%]

透過率 [%]→酸化銅粉末,酸化銀粉末は液晶中に混合させると液晶の動作を阻害することが分かった

0123酸化銀の割合 [%]45

図5.酸化銀の割合と初期閾値電圧

12302520151050012345
酸化銀の割合 [％]図6.酸化銀の割合と透過率の最低値

液晶中に金属粉末を混合させたフレークディスプレイの提案
Proposal for a flake display with metal powder mixed in liquid crystal
龍谷大学 森田希望
Ryukoku Univ. N.Morita

目的
液晶中に金属粉末を混入させ、偏光板なしで光の透過を制御できるかを確認することを目的とする。

液晶とは液晶の動作原理

結晶と液体の間の物質のこと
固体(結晶) →液晶→ 液体 → 気体

液晶分子は配向膜に接すると向きが揃い配向する

光の透過・非透過OFFON

透過・非透過液晶セルの構造・製作

・

配向膜

液晶分子

液晶セルの作成手順
ライトボックス

空セル

配向膜をアセトンで除去

両端に導電テープを貼り付ける

ホットプレートで1分以上液晶セルを偏光板で挟み加熱(80℃)してから液晶を注入 直行させて光を非透過にする

電源をオンにして電圧を上げていき液晶セルの様子を観察する

偏光板はねじれて透過液晶が立つと、ねじれはなくなる→非透過液晶を注入した様子

金属粉末の混合手順

実験結果
120

液晶のみ
QDs混合
Ga₂O₃3％
Ga₂O₃2.5％
Ga₂O₃1.5％
Ga₂O₃1％In2.5％
In2％
In1.5％In1％
AgCl5％
AgCl3％

10080

透過率(％)

導通の様子

604020

金属粉末

・混合

液晶

かき混ぜる

実験の考察

00123456789101112131415161718192021222324252627282930

電圧(V)

図1:液晶と金属粉末の混合による透過率の変化
橙:AgCl3％ 灰:AgCl5％
黄:In1％
紫:In1.5%
青:In2％
黒:In2.5%
緑:Ga₂O₃1％ 茶色: Ga₂O₃1.5%
ピンク:Ga₂O₃2.5% 赤:Ga₂O₃3％
水色:QDs混合 黄緑:液晶のみ

図2:閾値電圧の始めと終わりの比較図～結果～
・図2を見ると閾値電圧の始まりは3~8Vに多く分布していた・電圧が高くなるほど透過率が低下した
・金属粉末を混合させたものは閾値電圧がより高い傾向にある
・液晶のみの結果より金属粉末を混合させた方が透過率が下がりきるまでより高い電圧がかかった

・液晶のみを入れたものと金属粉末を入れたもの
では、金属粉末を混合させた方が閾値電圧が高くなっていることから、金属粉末が液晶の配向に影響を与えていることが推察される。
・QDs(量子ドット)を混合させたものは、閾値電圧が比較的高く透過率の低下が緩やかであり、透過度合が変化しづらく光を遮断しにくい影響を与えていると考えられる。

液晶中に金属粉末を混合させたフレークディスプレイの提案
Proposal of flake display with powder mixed into liquid crystal metal
龍谷大先端理工 田中瑞貴
Ryukoku Univ. M.Tanaka

1. 液晶について
液晶とは・代表的な液晶液晶分子
４ーペンチルー４′ーシアノビフェニル

・固体と液体の中間状態の物質

電子の偏りが大きい・分極しており、異方性がある

液
晶
分子
は
電界で動
く

電子の偏り
は
小
さ
い

・液体のような流動性、結晶のような 異方性を持つ物質

電源：ON
電源：OFF・電圧が掛かっている場合のみ平面光が透過する

2. 液晶セルの作製手順

・液晶に金属を混入

・金属入り液晶をかき混ぜる・配向膜をアセトンで拭き取る・液晶を注入

酸化モリブデンの粒子（光学顕微鏡像３０００倍）

ホット
プ
レート

・約80℃のホットプレートで1分間加熱

完成した液晶自作した空セル

３. 測定方法と測定結果
測定方法

測定結果

金属の混合割合
液晶（g）

液晶のみ
1:100
1:1501:200
1:250
1:400
1:800
1:1000酸化モリブデン（1:100）酸化モリブデン（1:150）酸化モリブデン（1:200）酸化モリブデン（1:250）・液晶を偏光板で挟み、電圧を掛け液晶部分の変化を調べる

電圧を1Vずつ上げたグラフ

0.175

0.21240.32140.2821金属（g）
酸化モリブデン（1:400）0.89730.0022

酸化モリブデン（1:800）0.36710.0004

酸化モリブデン（1:1000）

0.27620.00020.00170.00210.00160.0011

モリブデン（密度）：10.28 g/cm^3
アルミ（密度）：2.7g/cm^3
酸化モリブデン（密度）：4.69g/cm^3
酸化アルミ（密度）：3.95g/cm^3

Ga金属粉末を混入させた液晶分子の動作実証
Demonstration of operation of liquid crystal molecules mixed with Ga metal powder.
龍谷大学, 杉野智之,
Ryukoku Univ. S.Sugino
電圧ON

液晶セルの動作原理
液晶

電圧OFF
縦方向の光のみ透過

縦方向の光のみ透過

液晶とは液体と結晶の中間の物質であり、流動性と異方性の両方の性質を兼ね備えている。

液晶

液体

結晶
温度

分子の向き 揃ってる
分子の位置 揃ってる揃ってる
揃っていない液晶分子がねじれており光を透過

電圧印加により液晶分子が垂直になり光がそのまま透過

配向膜に沿った
液晶分子により90度ねじれた光のみ透過

光を遮断

光を通過

揃っていない揃っていないガリウム(Ga)

5CB:4-ペンチル-4’-シアノビフェニル

ガリウムは常温状態(約29.8 ℃)で液体状態であり自由度が高い。毒性も少なく液体金属の中では扱いやすい。そのため幅広い分野での応用が期待されている。
本実験ではガリウムを液晶に混入させ、液晶分子の動作に影響が出るか実証した。

分子内に電子の偏りが発生 → 分極が発生

実験手順

状態①電極に対して寝た状態(安定状態)
水平方向

状態②
電界で無理やり立たせた状態
垂直方向

電界がなくなると自然に寝る→物質は安定な状態を取ろうとするため

導電テープ
ガラス
配向膜

液晶層

液晶

液晶

配向膜

ガラス
導電テープ

5CB

Ga

液晶

アセトンで配向膜の除去

導電テープ貼り付け

Ga_0.1% Ga_1%

本実験では液晶に対しガリウム粉末を0.1%、1%の割合で混入後1sec、10sec、100sec、1000secと撹拌時間を増やしガリウム粉末を分散させた。

ホットプレートでセルを温めながら、液晶を注入

実験結果
5CB

透過率(Ga_1%)

透過率(Ga_0.1%)

0V

3V

5V

7V

14 V

Ga_1% 1000 sec

5CB

0V

2V

4V

6V

10 V

0sec

1sec

10sec

100sec 1000sec

Ga_0.1% 電圧値プロット

5CB0sec

1sec

10sec

100sec 1000sec

Ga_1% 電圧値プロット⇒ Gaが光の遮断の補助をしていることが考えられる。
Gaを0.1%混入し1000sec撹拌した際を除き、・ 撹拌時間を増加させることで閾値電圧が低下傾向が確認できた。
閾値電圧が撹拌時間の増加に従い下がる傾向がある。
このことからGaを0.1%混入し1000sec撹拌時の液晶には・ Gaを混入した液晶は閾値電圧、透過率最低値ともに低下している。
Gaが入らなかったと考察した。
・ Gaを0.1%混入させた際と比べ、1%混入した時の方がGaを1%混入させると、0.1%に比べ透過率の最低値が100sec撹拌を除いて10%まで下がった。
低い透過率が出やすいと考えられる。
・ Gaを混入させると閾値電圧が低下した。

液晶中に金属粉末混合させたフレークディスプレイの提案
Proposal of Flake Display Mixed with Metal Powder in Liquid Crystal
龍谷大学, 西塚 直之, 大竹 忠, 宮戸 裕治, 山本 伸一
Ryukoku Univ. N.Nishizuka, T.Ohtake, S.-I. Yamamoto

液晶について偏光フィルターにより縦方向の光だけ透過させる。

結晶と液体の中間の物質
1つ1つの液晶分子に双極子モーメントがあり、物性として異方性がある。

電場の変化によって液晶の配向方向が変化し、その方向に沿って光が透過する。

偏光フィルターにより横方向の光だけ透過させる。
電圧

液晶分子は電界を変化させることで動かすことができる。

電圧

OFF

ON

液晶セルの作製方法
金属粉末

ホットプレート

導電テープ

スパチュラ

液晶

液晶

液晶にAgVO3を入れる。

偏光フィルター

アセトンで配向膜を拭きとる。

液晶と粉末をかき混ぜる。

80℃のホットプレートで基板を1分間温める。

液晶を注入する。

偏光フィルターを張る。

導電テープを張る。

測定方法
照度計

直流電源装置金属粉末が沈殿している。
電圧を加えたとき、照度計の値の変化を計測する。

液晶注入の直前によくかき混ぜる。

バックライト

実験結果
～結果～

120

8060

1分

5分

10分

20分

30分45分

60分

120分

180分

120

照射なし

1分

5分

10分

20分

30分

45分

60分

120分

180分

100

Transmittance [%]Transmittance [%]

100

照射なし

4020806040

図2と図3より液晶内にAgVO3が混合していることが確認できた。
図4と図5を比較すると、どちらも閾値電圧が照射時間が長くなるにつれて高くなった。

2000051015202530051015

Voltage [V]

図1 AgVO3のSEM画像

2025

図4と図6を比較すると、照射時間が45分、60分、120分、180分の時に極端な閾値電圧が観測できた。10分の時では3～4V付近で閾値電圧が確認できた。それ以外の照射時間では5～10Vの間で閾値電圧が確認できた。しかし、全体として安定性のない液晶となった。

30Voltage [V]

図4 液晶ののソーラーシュミレータ照射時間
透過率

図6 液晶：AgVO3＝100：1のソーラー
シュミレータ照射時間別透過率

1208060

1分

5分10分20分

30分

45分

60分

120分

180分

120照射なし

1分5分

10分

80

20分

30分

60

45分

60分

120分

180分

図4と図7を比較すると、どちらも閾値電圧が照射時間が長くなるにつれて高くなった。さらに、AgVO3を混合していない液晶の閾値電圧は7～10Vであったが、AgVO3を混合すると5～11Vになった。

100Transmittance [%]図2 金属粉末なし

Transmittance [%]

100

照射なし

4040202000510152025Voltage [V]3000510152025Voltage [V]

図3 金属粉末あり

図5 液晶：AgVO3＝10：1のソーラーシュミ
レータ照射時間別透過率

図7 液晶：AgVO3＝1000：1のソーラー
シュミレータ照射時間別透過率30～考察～
AgVO3を混合物としたフレークディスプレイとディスプレイを比較するとの光触媒効果によって照射時間による閾値電圧が変化した。

液晶セルの作成と評価
Creation and Evaluation of Liquid Crystal Cell
龍谷大先端理工藤塚厳

Ryukoku Univ. G.Fujitsuka
はじめに・液晶
液晶とは：個体と液体の中間状態の名称の一つ（性状：粘性・白濁状態）
液体と結晶の両方の性質を示す状態のこと

・動作原理

・直交配置の配向膜で液晶を挟む。液晶分子の90度ねじれにより、光の向きを90度変えることで光を透過する・ 電圧をかけることにより液晶が立ち上がり、配向膜と垂直になることで光を通さなくする
・2枚の偏光板の偏光方向を組み合わせることで、光の透過量をコントロールすることができる

液晶セルの作製手順
ホットプレートで80℃、約一分加熱

1. 配向膜の除去

ZnO

ZnS

2. 誘電テープの貼り付け

4. 液晶注入

3.ZnSを液晶に入れ攪拌する

液晶セルの評価・評価方法

・偏光板を二枚使用し、液晶を挟む
・直流電流につなぎ、電圧を変化させる
・無機ELを発光さし、液晶を通して透過率を計測する
・液晶に印加する電圧を変化させる
2. 無機ELを発光させる ・無機ELに印加する電圧を変化させる

1．偏光板で液晶を挟む

Luminesence [cd/m²]

・評価結果
2015102018181616141210861015202586220051015202530354045050

図1．電圧と透過率の関係（液晶の電圧変化）・印加する電圧をあげると輝度が下がる→電圧を印加すると液晶が立ち上がり、光を透過しなくなるため・金属粉末を添加した液晶の方が、輝度が低くなることが確認された・金属粉末を添加した液晶に比べ、Normal
液晶は電圧を上昇させていくと急激に輝度が低下することが確認された

181816161412108603540450505101520ZnS 70:1・ZnOを添加した液晶の方が液晶の電圧変化による輝度の変化が緩やかで あることが確認できた。
・液晶に17V印加時の輝度はZnSを添加 した液晶の方がZnOと比べ低いことが確認できた

50253035404550354045

50

Votage [V]Votage [V]

図2. 電圧と透過率の関係（無期ELの電圧変化）

456030408225351022030

12415251441020ZnS 120:1
20515Normal20010

Votage [V]30

Votage [V]5Votage [V]Luminesence [cd/m²]

510

ZnO 120:1

201816

Luminesence [cd/m²]

0124501440Luminesence [cd/m²]

Luminesence [cd/m²]

2520Luminesence [cd/m²]

機

141210864200510152025Votage [V]ZnO 70:130金属粒子を混入した液晶セルの評価
Evaluation of Liquid Crystal Cells Containing Metal Particles

龍谷大先端理工 藤友 雄也
Ryukoku Univ. 〇Y.Fujitomo
液晶とは液晶セルの作製手順
液晶は液体と固体の中間の存在

1.配向膜を除去
アセトンを用いて配向膜を除去する

5CB

2.導電テープの貼り付け

液晶セルの動作原理
電圧OFF

液晶の注入口に被らないように貼る

電圧ON

3.液晶注入縦方向の光のみ透過

縦方向の光のみ透過
電圧印加により液晶が垂直になり、偏光能力を失う

ラビングによって液晶の動きを固定し、90度ねじれた液晶が光を横方向に回転させる

スパチュラを用いて注入口に液晶を注入

横方向の光のみ透過

4.偏光板の貼り付け
縦方向の光のみ透過光を非透過

光を透過
液晶ディスプレイの動作模式図

液晶の特性を利用し、光の透過・遮断をコントロール

実験結果
515CB
TiO2(0.25%)混在液晶
TiO2(0.75%)混在液晶

Al2O3(0.25%)混在液晶

照度値 [lux]

Al2O3(0.25%)混在液晶
Al2O3(0.25%)混在液晶

Ti : 電圧印加後

49

TiO2(1.00%)混在液晶
Al2O3(0.25%)混在液晶

Al : 電圧印加前50

TiO2(0.50%)混在液晶

48

Al : 電圧印加後

47464544

Ti : 電圧印加前

43
42

0.25

0.50.751

混入した粉末の質量比 [wt%]図１. 電圧と透過率の関係

図2. 金属粒子混入量による電圧印加前後のノーマリホワイト照度値

・液晶に金属粒子を混入させることによって、液晶のみの試料より透過率を下げることができた

・Al2O3を混入した液晶は電圧2～4Vで透過率が急峻に変化することが確認できた
・TiO2を混入した液晶は純粋な液晶と同じ波形になったが、透過率が全体的に低くなった