液晶を活用した新規評価法の検討～研究室の研究テーマをさらなる発展に向けて～アドバイザー：山本 伸一教授
メンバー
：木村智史、是木大輝、福田拓海、松田侑真、藤谷優輝、吉井大和、邢健輝

目的
山本研究室の５研究テーマ（無機EL、単分子膜、層状物質、量子ドット、液体金属）ごとに、R-Gap期間にさらに研究発展につなげる。また、液晶ディスプレイデバイスと各研究テーマを絡めることで、今後、応用展開の可能性を探る。

液晶について＜液晶とは＞
固体と液体との中間的な状態である物質。全体が液体のような流動性を示しながら、なお結晶に似た構造上の規則性をもち、光学的に異方性を示す。電磁力・圧力・温度などに敏感に応答するので、広く表示装置などに応用される。

〈光の透過/非透過〉〈分子構造〉〈液晶セルの作製プロセス〉

OFFの時は液晶分子が光を９０°曲げるため、光を透過する〈実際に作製した液晶セル〉

OFFON

ONの時は液晶分子の向きが揃うので光を透過しない

偏向フィルター

光が透過する〈応用方法〉

光が透過しない〈応用結果〉

CVD後の単層のMoS2の結晶が MoS2ありある基盤と洗浄のみの基盤をそれぞれ液晶をスピンコートし、4hまで1hごと可視光を当て、光学顕微鏡で450倍で観測した
液晶滴下前
洗浄のみ

照射中の画像液晶滴下前偏向フィルターし、偏向フィルターを張り付ける

0h1h2h3h4h0h1h2h3h4hまとめ
応用結果の図から、単層のMoS2の結晶がある基盤において、照射時間を長くするにつれて、液晶が広がっている様子がわかる。
洗浄のみの基盤において、変化が見られなかった。また液晶が広がる部分はみられなかった。
これより、液晶が広がった要因は単層のMoS2があることだと考えられる。

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液晶を活用した新規評価法の検討
Investigation of a new evaluation method utilizing liquid crystals
龍谷大理工, 山本 伸一
S.-I. Yamamoto
E-mail : shin@rins.ryukoku.ac.jp

研究背景•2枚の偏光フィルターを同じ偏光方向に並べると光を通す。
•2枚の偏光フィルターを光の偏光方向が直行するように並べると光を遮断する。
偏向板が直交しているとき、2枚目の偏光板を光は通過できないが、配向された液晶分子の層を間に入れる ことにより，電圧をかけた状態で液晶セルの中を光がとおると光が液晶分子に沿って90 度回転して光が透過するようになる。

液晶とは，液体と固体の中間の状態であり，温度や濃度の条件の変化により，位置は変化できるが方向の秩序がある程度保たれている状態の物質のことを言う。

実験手順

実験結果
ITO PVA DPAITO PVA

73.6

74.2

接触角

PVAの上にDPAを成膜しても接触角は変わらなかった。
ITO

ITO DPAITO DPA PVADPAを成膜したガラス基板を用いて作った液晶は、いくら電圧をかけても変化することはなかった。

接触角測定不能92.4ITOの上にはDPAが成膜できる

76.2→単分子による配向変化は見られなかった

まとめPVAの上にはDPAはつかないことが分かった。
DPAの上にPVAを成膜したところ、接触角変化はなかった。またDPAの上にPVAを成膜して液晶を作成したが、電圧かけた配向が変化することはなかった。

液晶を活用した新規評価法の検討
Investigation of a new evaluation method using liquid crystals
龍谷大理工 〇松田 侑真, 大竹 忠, 山本 伸一
Ryukoku Univ., 〇 Y. Matsuda, T.Ohtake, S.-I. Yamamoto

液晶とは
液晶は液体と固体の中間の状態のことを指す

代表的な液晶分子
5CB→炭素数5個液晶セルの動作原理
液晶セルの動作実証

2V

4V

6V

8V

10V

12V

14V

16V

2V
4V
6V
8V
10V
12V
14V
16V

配向し並んだ液晶→電圧をかけて液晶分子の向きを配向することができる
その性質を利用して、偏光フィルタを垂直に合わせることで光の透過を制御することができる

電圧を0Vから16Vで変化させ、透過率を測定した
2V:100%, 4V:98%, 6V:90%, 8V:75%, 10V:30%, 12V:20%, 14V:5%, 16V:2%

印加される電圧が高くなるほど透過率が低下した
偏光板
Transittance [%]液晶

閾値電圧 6V

配向膜
スペーサー

配向膜
偏光板

液晶セルの構造

液晶ディスプレイの作成手順

Voltage [V]

6V付近から急激に透過率が低下した→閾値電圧 6V

転写膜による配向変化
撥水性と粘性の両方を持つPDMS上に液体金属の酸化膜のみ入手

酸化膜転写

PVA成膜

PDMSをITO基板に密着させることで転写した
転写した酸化膜でPVA膜に配向を与えられるかどうかを検討した
低電圧

PDMSで転写した酸化膜には配向性があることが分かった

まとめ
液晶について学習した電圧を上げていくと透過率が上がることが確認できた
PDMSで転写した酸化膜には配向性があることが分かった

高液晶の無機ELへの応用
Application of Liquid Crystal to Inorganic EL
龍谷大学 先端理工学部 電子情報通信課程
Y200245 是木大輝 指導教員 山本伸一 教授
はじめに

実験方法2

液晶とは・固体と液体の中間状態
・固体の規則性と液体の流動性を兼ね備えている

・液晶分子は電解で動く
・電解内の電荷の偏りやすさ

1．ZnSとBaSの混合

2.固相反応法によるBa2ZnS3の作製

実験方法1

結果

配向膜成膜
1．ガラス基板を切断
液晶なし

2．超音波洗浄
本試料のPL比較

3．PVA塗布

4．ラビング

電圧印加なし本試料の輝度図

セルの作成

電圧印加あり…ラビング方向

1．セル組立2．配向膜を拭き取り
導電テープを貼る

3．液晶注入本試料の色度図
無機ELに液晶を挟むことで輝度が低下する。
液晶に電圧を印加すると輝度が低下する。
光利用効率は33.2％

まとめ
4．偏光板の貼り付け

液晶セルに電圧を印可することで、無機ELの輝度を変更することができた。
液晶セルを間に挟むことが輝度を低下する原因である
輝度向上のために、光利用効率を上げるかバックライトに使用する光源をもっと輝度の高いものを変更することが必要とされる。

液晶ディスプレイと量子ドット
龍谷大学 先端理工学部 電子情報通信課程
Y202004 邢 健輝
指導教員 山本 伸一 教授
量子ドットとは：量子ドット(QDs)とは、ナノメートルサイズの世界に存在する小さな半導体粒子である。

研究背景
液晶とは：
固体(結晶)と液体の中間状態の名称の一つ(性状：粘性・白濁状態) 固体
液体と結晶の両方の性質を示す状態のこと

液晶

液体

気体

量子ドットなら、粒径と吸収させる波長によって、さまざまな照明色を生成できる。

小粒径

大

短

発光波長

長

目的と応用

実験方法

量子ドットの作製手順

1.試料の混合2.真空引き3.窒素置換の同時に加熱
4.S前駆体を入れる
5.放冷
6.遠心分離7.シクロヘキサンで希釈
8.結果の測定（PL測定と色度図）

量子ドットの発光写真

液晶セルの作製手順

まとめ：量子ドットを使うと画面の画質が改善され、より自然な色を現れることができる。
量子ドットを液晶セルの下においたほうが発光強度が強かった

実験結果

分散型無機ELを光源とした液晶セルの評価
Evaluation of Liquid Crystal Cell Using Dispersed Inorganic EL as Light Source
龍谷大先端理工 福田拓海 大竹忠 山本伸一
Ryukoku Univ. T.Fukuda T.Ootake S.Yamamoto
はじめに液体と結晶の中間の物質液体のような流動性と、結晶のような異方性を兼ね備えた物質である。

結晶

液晶

電子の偏りが小さい〇〇

・縦方向の光のみ透過・縦方向の光のみ通過

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

・電圧印加により液晶が垂直になり、偏光させる能力がなくなる

・横方向の光のみ透過・縦方向の光を遮断CN

約0.5 nm

約2 nm 電子の偏りが大きい

電圧ON

電極

電極
＋＋＋＋－－－＋

液晶ディスプレイの動作模式図

電極

液晶の応用例

・液晶の特性を利用することで、光の透過/遮断をコントロールできる－＋＋＋

非透過光を透過

電圧OFF
液晶

電圧ON

液体

5CB :4-ペンチル-4’-シアノビフェニル
CH3CH2CH2CH2CH2電圧OFF

液晶セルの動作原理

液晶とはE

ここに数式を入力します。

液晶セルの応用－ －－ －電極

電界の印加により液晶の向きをコントロールできる・バックライトとして無機EL(発光デバイス)を使用し、ディスプレイの作製を検討したTV

スマートフォン

液晶セルの作製手順
2.硬化

3.ラビング
ラビング方向に、強めに50回一方向にこする
ラビングの方向PVA水溶液（ポリビニルアルコール）
120℃

4.組み立て

5.配向膜の除去

ITO面の間にスペーサー

3233

1.配向膜を成膜引き上げ

6.液晶注入2引き上げ方向
ラビング方向：320秒保持

ホットプレートITO

7.偏光板貼り付け

測定方法

8.再配向処理

偏光軸

無機EL

70℃
5min

33

アルミホイル スペーサー
厚さ=11μm

刷毛・導電テープを張るITO面の配向膜をアセトンで
拭く

液晶

輝度計
輝度計で測定→流動配向や異常配向を解消
加熱した液晶を注入
ラビング方向に偏光板貼り付け

偏光軸とラビング方向を揃える

光交流電源(0～170V)

透過光
直流電源
(5V)

実験結果

・液晶セルを重ねると輝度が低下する
・液晶セルに電圧を印加すると、液晶が立ちあがり光を通さなくなり、さらに輝度が低下する
コントラスト比=Lmax/Lmin=3.026
相対輝度L=𝟎. 𝟐𝟏𝟐𝟔 × 𝑹 + 𝟎. 𝟕𝟏𝟓𝟐 × 𝑮 + 𝟎. 𝟎𝟕𝟐𝟐 × 𝑩
液晶ディスプレイで使用するにはコントラスト比が7以上必要であるのでバックライトの輝度向上と液晶の配向を改善する必要がある

170V印加時
566cd/m²

162cd/m²
37cd/m²液晶の応用方法について
Liquid crystal application method〇龍谷大学, 吉井 大和, 和迩 浩一,大竹 忠, 山本 伸一○Ryukoku Univ. Y. Yoshi, K. Wani, T. Ohtame, S.-I. Yamamoto

Introduction● 液晶(Liquid crystal)< 特徴 >• 液体の流動性と結晶の規則性の双方を兼ね備えている< 動作方法>•••

配向膜の成膜により液晶分子が90度ねじれ、光を90度ねじれた状態で透過する
電圧をかけることにより液晶が立ち上がり、配向膜と垂直になり光をそのまま透過する
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

液晶ディスプレイ、液晶テレビ

Experiments 1液晶セルの作製方法①ガラス基板を切断②超音波洗浄③PVA塗布

④ラビング

①セル組立

②配向膜を拭き取り
導電テープを貼る③液晶注入④偏光板の貼り付けExperiments 2無機ELの作製方法①基板の作製②基板の洗浄③蛍光体層の作製④蛍光体層の成膜⑤誘電体層の成膜⑥Alの成膜輝度の測定方法

Results

直流電源●コイル用いた無機ELをバックライトにした時の輝度特性

Voltageファンクションジェネレータ

無機EL

0.77kHz

輝度計
液晶セル

PC

83.1 cd/m2
Voltage
交流電源

31.84 cd/m2●液晶を動作させた時の輝度特性

31.84
光利用効率 =× 100 = 38.32%83.1

液晶に電圧印加なし

TFT回路やカラーフィルタを含まず輝度を測定したことによる

31.84 cd/m2

4.49 cd/m2

・無機ELに液晶を挟むことにより輝度が低下する
・光利用効率は38.32%だった

・液晶に電圧を印加すると輝度が低くなる

液晶に電圧印加あり

Conclusion
・液晶セルに電圧を印加することにより無機ELの輝度を変更することに成功した・液晶セルを間に挟むことにより輝度が低下するため光利用効率を上げるか、バックライトに使用する光源をもっと輝度の高いものを変更することが必要である