液晶の科学　山口東京理科大学基礎工学部　電子情報工学科　兼　液晶研究所　教授高頭　孝毅液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 1 講義の内容偏光について液晶物質について LCDについて（偏光板と液晶物質のコラボレーション）液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 2 偏光について光は電場の振動でできる波光は電場が振動して形成される波通常の光液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 ３６０度全ての方向に振動している 3 偏光について偏光と偏光板自然光偏光板１方向に振動する光だけを通す液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 偏光電場が１方向にのみ振動する光 4 偏光板の構造（１）セパレーター TACフィルム PVA＋ヨウ素 TACフィルムセパレーター液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 5 偏光板の構造（２）ヨウ素分子この方向に振動する偏光が抜けてくる透過軸吸収軸液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 引っ張る方向 6 偏光板の作り方 PVAフィルムヨー素液に漬けるヨウ素でんぷん反応と同じで染色されます液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 延伸する２枚のTAC フィルムで挟む延伸方向と垂直の方向の偏光が得られます 7 偏光の応用 LCDの光は偏光反射光は偏光偏光サングラス偏光フィルターエンターテインメントブラックウォール万華鏡液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 8 LCDの光は偏光 LCDを偏光板を通して見てみる PC用のLCDではほとんど斜め４５°（２種類）一部は上下方向・それ以外もある偏光の方向で液晶の種類がわかる液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 9 例えば・・・このPCはどうかしら・・・・ちょっとまって（偏光板をとりだす）。そうか、 PCはレノボだけど、液晶は日立のIPSを使っているのか。視野角はもともと広いし、最近応答速度も上がってきているから、画はいいかもしれないね。という会話が可能になります。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 10 反射光は偏光偏光サングラス偏光フィルター液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 11 反射された光は表面に平行な偏光ガラスに平行な光ガラスに垂直な光 http://ppd.jsf.or.jp/jikken/jikken/14/onepoint01.html 液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 12 偏光サングラス液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 13 カメラの偏光フィルター液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 14 透過軸を決めよう偏光板を透かして、机などの光を反射する所を見てください。いろいろ回してみると一番明るいところと、一番暗いところがあります。一番明るいところで、机に平行な方向が透過軸です。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 15 問題　（１０分間）（グループ分けする）ブラックウォールについて紹介します。ブラックウォールの構造となぜそのように見えるのかを説明しなさい。上で立てた仮説を実験的に証明しなさい。ただし、ブラックウォールに手で触れてはいけません。初からブラックウォールを知っている人はグループからはずれてください。できた班は手を挙げてください。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 16 ブラックウォールを作ろうこれまでに得られた知識を活かしてブラックウォールを作ってください。注意円筒は２種類あります。（細い円筒）内径　21mm (内周：　65.9mm) 長さ　97.0mm （太い円筒）内径　26mm(内周：　81.6mm) 長さ　97.0mm 液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 17 ブラックウォール偏光板を通して見ると液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 18 偏光を使った光のスイッチングまず２枚の偏光板を使って光のスイッチングをしてみよう液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 19 偏光について偏光板２枚でのスイッチング回転する明：白暗：黒液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 回転する 20 1/2波長板セロテープを使ってスイッチングをする厚みを変えればどうなるだろういろいろなパターンを楽しもう液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 21 光の強さをコントロールする光学フィルム透明な高分子を引き伸ばす no ne ne > no （屈折率）縦と横の屈折率が変わる ve = c / ne λe = λ 0 / ne vo = c / no λo = λ 0 / no → vo > ve → λo > λe 伸ばした方向に振動する偏光が遅れる液晶の科学　高頭　波長が短くなる 2006/08/03.07 高分子を引き伸ばす引き伸ばした方向に高分子が並ぶ 22 光の強さをコントロールする λ/2板 (ne − no)d = λ / 2 進行方向 θ θ no 入射光 no 入射光 ne 出射光偏光を回転する ne フィルムの厚みd フィルムの延伸方向液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 23 λ/2板の回転によるスイッチング明：白暗：黒液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 24 ２枚の偏光板を通して透明板を見るとにかくいろいろな物を見てみよう。なぜこのような模様が見えるのだろうか？この模様から何が判るだろう？液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 25 とにかくいろいろな物を見てみようプラッチックケース　四角・楕円プラッチックの球アクリルの管液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 26 なぜこのような模様が見えるのだろうか？プラッチックの分子の向きや、ひずみで複屈折の大きさと方向が変わる複屈折の大きさと方向で出てくる偏光の波長が変わってくるプラッチックの分子の向きやひずみで模様ができるなぜアクリル管は模様が見えないのだろう？液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 27 この模様から何が判るだろう？どのようにしてこの製品が作られたか推理してみようどのような歪がかかっているか？身の回りのものを試してください。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 28 偏光板→ λ/2板→液晶液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 29 液晶物質とはなにか結晶と液体の中間状態結晶の性質と液体の性質を併せ持つ電場に応答して動くことができる液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 30 液晶とは棒状有機化合物 CH2 CH3 CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 結晶 CN CH2 液晶 CH2 CH2 CH3 液体 31 液晶物質を実際に見てみよう液晶物質を実際に見てみよう流動性が観察される　液体の性質白く見える（光の乱反射）　結晶の性質液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 32 液晶材料を表示材料として使うために狭い領域では方向は揃っている広い面積で液晶を並べたい液晶は全体としてはバラバラ光の散乱のため液晶の科学　高頭　白く見える 2006/08/03.07 砂糖は白い氷砂糖は透明 33 液晶分子が並んでいるパネルとそうでないパネルを見てみよう液晶分子が並んでないパネルはセロテープをランダムに張ったように見える。液晶分子が並んだパネルは１枚のセロテープを張ったように見える偏光顕微鏡写真でみるとはっきりと違いが観察される液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 34 液晶の偏光顕微鏡写真液晶の偏光顕微鏡写真を見てみよう液晶分子が一様に並んでいない状態液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 35 液晶の偏光顕微鏡写真液晶の偏光顕微鏡写真を見てみよう液晶分子が一様に並んでいる状態液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 36 液晶分子を１方向に並べるラビング処理ローラー基板ラビング布の毛拡大配向膜の延伸液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 ラビング方向配向膜（ポリイミド薄膜） 37 ラビング処理と液晶の配向プレチルト角の立ち上がり方向配向膜の延伸ラビング方向液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 38 実際のラビングプロセスローラー回転力ステージ移動力布押し込み力配向膜にかかる力ラビングローラーラビング布配向膜基板ステージ液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 ステージ移動方向接触長 39 液晶を動かしてみよう液晶は光のシャッター電圧を調整して濃さを調整できる画素を細かくすることで画を出している液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 40 電場によるスイッチング電圧を印加電圧を切る誘電分極のし易さが、横方向に比べ縦方向の方が大きい。誘電分極－－－－－－＋－－＋＋＋＋＋＋＋液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 ＋＋＋＋＋＋－－－－－－ 41 LCDは多くの種類が可能配列方法と電場のかけ方を工夫することで、様々な種類のLCD（液晶）が可能になる。毎年新しいLCDが提案されている。過去より視野角の広いLCDが求められていた。現在は、高速応答・低電圧駆動が求められている。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 42 液晶産業界の研究者・開発者電機産業液晶パネルの開発理・工　物・化・電子 TFT構造・製造方法理・工　物・電子・電気製造プロセス理・工　物・化・電・機回路設計（駆動回路）工　電子・電気部品メーカー部材の設計理・工　物部材の製造理・工　物・化・電・機素材メーカー原料の製造液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 理・工　化・物 43 山口東京理科大学　液晶研究所小林駿介所長液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 　日本で唯一の液晶研究所　液晶は毎年新技術生み出されており、タイムリー　に技術を提供。　産学連携による活力ある研究クリーンルームを完備 44 http//www.e-lcdinfo.com 私の作っている、液晶技術に関するポータルサイトです。 Yahooで“LCD技術者”で２番目（１番目も私のサイトですがやや古い）いろいろ楽しめると思うので覗いてみてください。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 45 まとめ光を偏光とすることで、それまで見えなかったいろいろな現象を観察することができるようになる。液晶は液体と結晶の性質を併せ持つ、非常に有用な物質である。液晶の配列をコントロールすることで、表示が可能になる。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 46 イッ話 2 1 1 0 0 高校A 高校B 6 6 5 5 2 2 1 1 応用ブラックウォール光プラ学フィッチルックムの偏光での観察液晶物質の話液晶を並べる話液晶のスイッチングの話 2 偏光の光理解度 4 用 0 偏 4 応 3 興味度＋σ -σ 興味度 4 の話チングる話 3 平均値 Ave+2σ ave-2σ 偏光ス並べ 5 偏光ののをの光の応用ブラックウォール光プラ学フィッチルックムの偏光での観察液晶物質の話液晶を並べる話液晶のスイッチング偏理解度 5 ブ液晶液晶察ムの観質でフィル晶物偏光液ックの学用話ール応の偏光の話 6 ラックウォール光プ学ラッフィチルックムの偏光での観察液晶物質の話液晶を並べる話液晶のスイッチングッチ液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 プラの光ックウォ光ブラ偏光偏興味度 6 高校A 高校B 3 理解度＋σ -σ 4 3 興味度＋σ -σ 0 47 アンケートのまとめ全項目を通してブラックウォールの理解度・興味が飛びぬけて高い。偏光の話題は理解度が高いが、光学フィルム・液晶に入ると理解しにくくなる。興味を引く話題については、ブラックウォール以外大きな差はないが、偏光の話の方が光学フィルム・液晶よりやや高くなる。液晶の科学　高頭　2006/08/03.07 48