【研究領域課題番号】22H02128 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液晶 / 分子配向 / フィルム / アクチュエータ / 光重合

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究領域課題番号】19K21131 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発光 / フィルム / 分子配向 / 偏光発光 / 光学素子 / 液晶

【研究成果の概要】

小型かつ高機能な次世代光機能素子の発展に資する材料として，単一薄膜でありながら，光渦や円偏光といった多様な偏光モードで発光する材料の開発が盛んに行われている。分子が凝集した状態であるフィルムなどにおいて，高い発光強度を示す凝集誘起発光材料の開発は成熟しつつあるが，自在な偏光モードの実現と両立することは容易ではない。そこで，分子配向に基づく偏光モード制御に着目した。本研究では，分子構造設計により優れた凝集有機発光性分子を合成するとともに，分子配向制御により偏光モードを付与することで，凝集状態でも高い強度で偏光発光を示す材料の作製に成功した。

【研究の社会的意義】

本研究では，分子構造設計により発光特性（強度や波長）を，分子配向設計により偏光モード（直線偏光や円偏光）を独立して制御できることを明らかにした。フィルムなど分子が凝集した状態においても高強度かつ偏光制御された発光が可能となるため，従来の光デバイスの高機能化や小型化が容易となり得る。更なる研究の発展により次世代型ディスプレイやセキュリティーインクへの応用が期待できる。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】知能機械学・機械システム

【研究領域課題番号】16K14204 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超音波 / 液晶 / レンズ / 光デバイス / 分子配向 / レンズアレイ / たわみ振動 / 音響放射力 / 応用光学

【研究成果の概要】

本研究では超音波による液晶配向制御技術について検討した．液晶と超音波振動子を組み合わせたデバイスを作製し，超音波が液晶配向に与える影響を実験的に評価した．デバイスへの入力電気信号によって液晶配向変化を時間的・空間的に制御することに成功した．また本手法を利用した可変焦点レンズを開発した．レンズ内の液晶分子配向は入力電気信号によって制御可能であり，機械的可動部を持たない薄型の可変焦点レンズの開発に成功した．

【研究の社会的意義】

本研究によって，超音波が液晶分子配向に与える影響の一部が明らかとなった．この技術を利用した可変焦点レンズでは，アクチュエータなどの機械的可動部が不要であり，大幅な薄型化が可能であるため．今後携帯電話等への搭載を考えた場合，デバイス全体の小型・薄型化に貢献できる．また，その高速応答性を利用することによって，今後体内診断技術などに利用可能な高速マイクロ光デバイスへの発展が期待できる．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】電子・電気材料工学

【研究領域課題番号】17760249 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有磯半導体 / 液晶 / 電荷輸送 / ホッピング伝導 / ポーラロン / ディスオーダーモデル / 光電流 / 配向秩序 / 有機半導体 / 分子軌道計算 / 分子配向 / 過渡光電流 / Time of Flight法 / disorder model / トラップ密度 / Multiple Trapping Model

【研究成果の概要】

最終年度においては、配向性のある分子凝集体の電荷輸送について、電荷輸送材料の材料評価の確立を目指した。近年の材料合成の進歩より、0.1〜1cm^2/Vに達する高速駆動する非結晶性の有機半導体が合成されてきたが、その電子伝導機構はモデルが既知のアモルファス有機半導体とは、異なるホッピング伝導機構であることが、本研究によって明らかになってきた。アモルファス有機半導体材料では、エネルギーのディスオーダーσで表される、分子に局在したキャリアの準位の、Gauss型に分布した乱れが〜100meVほどになるが、本研究で扱う材料群の電荷輸送は、これが小さく、ポーラロン結合エネルギーと同等のオーダーで数十meVとしてモデル化すると説明が付き、実験での移動度の挙動を再現した(低温で非活性化型μ〜exp[-c(σ/kT)^2])。このことは凝集体全体でどのような電荷挙動をするかMarcusの式に基づくホッピング伝導のモンテカルロシミュレーションを行うことで明らかになった。一方、TOF法による過渡光電流の測定から、トラップ密度を見積もる手法を確立し、これにより液晶性有機半導体の実験データを例にとり、材料が真に持つ電荷輸送特性を抽出することに成功した。両者を比較することにより、材料固有の電荷輸送の特性の評価が確立された。
本研究において扱ってきた有機半導体は、アモルファスよりは配向性・秩序性のある材料であるが、結晶でもない材料である。有機半導体の特性は半導体であると同時に塗布等で簡便に材料が作成されることにある。結晶等ではこのようなプロセスで高品位な半導体デバイス材料を作成するのは不可能であり、本研究で扱った凝集状態のものが必然的に求められる。本研究のモデルはこのような次世代の高品位な有機半導体材料に対して初めてその評価を可能にさせるモデルであり、真の有機半導体材料開発の指針として重要なものになっていくものと考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】応用物理学一般

【研究領域課題番号】14102013 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子緩和現象 / フォノンスペクトロスコピー / 高分解能光散乱 / 液晶相転移 / 並進・回転結合 / 光カー効果 / マウンテン成分 / ミセル系 / フォノンスペクトロスコピ / 分子配向 / 光散乱 / 流動服屈折 / 超音波誘起複屈折 / 液晶 / ミセル / フォノンスペクトルコピー / 高分解能光散乱法

【研究成果の概要】

本研究の目標は、新開発の光ビート分光振動緩和スペクトロスコピーと相関光誘起カー効果スペクトロスコピーとを柱とする独創的解析スキームを確立して、振動・回転励起の分子ダイナミクスを可視化し、解明する新しい研究分野を構築することであった。
最初の研究成果として、我々は流動場-配向結合緩和スペクトロスコピー法の開発に成功した。実験に用いた装置は自らが独自に開発・改良を行ったもので、従来は測定困難だった条件下においても分子配向ダイナミクスを観察できるという特徴がある。これらを用いて、配向に関する非線形光学効果の増大現象、広帯域領域におけるずり流れ・分子配向結合現象に関する研究を行った。
つぎに我々は、光ビート分光ブリュアン散乱法による分子緩和現象の直接観察を試みた。液体中の自発的な密度揺らぎによる散乱光のスペクトル分布関数は、流体力学的な運動方程式に熱揺動項を加えて得られる動的構造因子によって記述される。本研究では、光ビート分光法を用いることにより、今まで測定が困難であったkHz〜MHzという低周波数域の光散乱スペクトルを精密に測定することで、スペクトルの微妙な形状変化なども含む動的構造因子そのものを直接観察するという新しいブリュアン散乱法を確立した。
これらの成果を受けて、我々はさらに異方形状分子液体における特異な配向緩和現象の観察と、自由度間結合係数の直接観察を行った。配向揺らぎを直接観察する高分解能光散乱法、および表面波複屈折法という二種類の実験手法による結果を組み合わせ、分子配向と並進運動およびそれらの結合を支配する三つの輸送係数の値をすべて求めることに成功した。三つの粘性係数それぞれの温度に対する依存性から、臨界的な振る舞いを有するのは結合粘性であることを明らかにし、その臨界指数を求めることができた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2002 - 2006

【配分額】81,510千円 (直接経費: 62,700千円、間接経費: 18,810千円)

【研究分野】応用物理学一般

【研究領域課題番号】09450035 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

分子配向 / 液晶 / 液晶等方相 / 配向緩和現象 / 光カー効果 / 光分子制御 / 臨界現象 / 配向緩和 / スペクトロスコピー / 複屈折 / 相転移

【研究成果の概要】

近年、新しい機能性材料として注目を集めている液晶やゲル、生体系などいわゆる複雑流体は、その分子自体あるいは分子集合体が配向やコンフォメーション等の大きな内部自由度を有している点に特徴がある。これらの中でも、その影響がより強く端的にマクロなスケールの物性変化として現れるのは分子配向である。本研究は光を用いて分子の配向を人為的に制御し、その応答特性から分子配尚のメカニズムを調べる光制御局所分子配向緩和スペクトスコピー装置を開発すること、さらにこれを用いて液晶相が出現するメカニズムを分子レベルで研究することを目的とする。
本研究ではまず光によって分子の配向秩序を制御し,その感受率の大きさから分子配向のしやすさを測定する装置の開発を行った。光による電場が分子に印加されると、分子の形状に対応する分子分極率の異方性のため分子は電場方向に向きをそろえようとする。これを別のプローブレーザーによって複屈折として測定する。これにより液晶転移近傍で分子の配向感受率が臨界的に増大することを見出した。
さらに装置をさらに改良し、分子が回転するダイナミクスの観測を可能にした。光の偏光方向を電気光学変調器を用いて制御することにより、分子配向を高速でスイッチングすることができる。変調周波数を掃引しながら応答の複素スペクトルを観察することにより、分子の配向緩和現象を精密に調べることができる。新たに開発された装置を用いて、液晶性試料である6CBについて配向緩和スペクトルを周波数軸上で観察することに成功した。連続発振レーザーによる光誘起配向緩和の測定は、高次の非線形の影響を受けず、また様々な緩和メカニズムの分離が容易であるなどの利点を数多く持つ。また周波数軸上での非線形効果の緩和測定は世界でも初の試みである。さらに現在、誘起レーザー光の重ねあわせによる干渉構造を利用して、高次の配向格子を生成する研究を進めている。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】13,000千円 (直接経費: 13,000千円)