分子配向性ナノ粒子添加液晶の開発と低駆動電圧高速応答厚膜素子への展開

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本研究では、液晶性モノマーを光重合して作製した分子配向性を有する微小粒子を液晶中に添加して得られる分子配向性微小粒子／液晶複合系における低駆動電圧化および高速応答化を目的として、以下の実験を行い成果を得た。はじめに、光重合性コレステリック液晶を用いて、二光子励起レーザー直接描画法により内部の分子が螺旋状に配列した光反射性を有する分子配向性微小粒子を作製した。この粒子をねじれネマティック液晶素子内に導入し、電圧印加により粒子の回転角度制御とそれに伴うBragg反射バンドおよび反射光の偏向角の制御を行った。初期状態において、粒子底面が素子基板に対して平行であり、かつ粒子底面の表面配向を素子中央部のホスト液晶の分子配向方向に一致させて、粒子を配置した場合を考える。このとき、ホスト液晶のFrederiks 転移のしきい値以上の電圧を印加することにより、粒子はその底面を素子基板に垂直に向ける方向に回転し、その回転角度は電圧増加に伴って単調に増加した。得られた回転角度の電界強度依存性は、ホスト液晶および粒子の自由エネルギーを考慮した理論モデルに基づく解析により理論的に記述できることを見出した。また、粒子内部の螺旋周期に起因した反射バンドは粒子の剛体回転に伴い短波長側にシフトし、同時に、反射光の偏向角が単調に増加することを見出し、印加電圧約0.9 Vで64°の偏向角が得られることを確認した。さらに、動特性の評価を行った結果、ねじれネマティック液晶素子に導入した粒子の回転運動の応答時間は数秒程度であり、プラナー配向ネマティック液晶素子を用いた場合と比べ、戻り時間が改善されることを明らかにした。