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 修士論文:「光配向膜を用いた液晶回折格子セルに関する研究」

論 文 概 要

回折格子は光の分岐や伝播方向の変換、集光、分散などの様々な機能を有していることから、光記録、光情報伝送などの光エレクトロニクスの分野において、幅広く用いられている。また、光はその性質から多くの情報を高速に処理できる可能性を有しており、光波の持つ振幅、位相、偏光状態など、様々なパラメータを複合的に制御できる回折素子は今後ますます重要になることが考えられる。
近年、回折格子の作製に高分子材料を用いる研究がされており、これまでに様々な方法が考案されている。その中で、低分子液晶と光配向膜を用いることで、液晶分子を周期に制御することにより様々な偏光変換機能を有する回折格子を比較的容易に作製出来る。このような低分子液晶セルは分子配向構造を制御することにより、偏光無依存を含む多彩な偏光制御機能を有する回折格子だけでなく、低分子液晶の電界依存性を利用した電界スイッチ機能を有する高機能な回折格子を形成できる。
これまでに、我々の研究室においては、捩れた液晶分子配向構造を有した液晶回折格子セルに関する研究、偏光回折格子に関する研究、光波の周期的な干渉パターンを配向膜に記録した液晶回折格子セルに関する研究など、主に片面に周期的な配向構造を有する液晶回折格子セルについて報告を行ってきた。より高機能な回折格子形成のためにはより複雑な配向制御が必要であると考えられる。
そこで、本研究では両面に周期的な配向構造を有する液晶セルの作製を行い、さらに基板同士の位相差を制御した場合の回折特性、配向構造の調査を目的とした。
本研究では光配向膜としてよく知られているポリビニールシンナメートを用い、フォトマスクを用いて周期的な配向基板を作製した。作製した周期的な配向膜基板を両面に用いて、顕微鏡、偏光板を用いて基板同士の位相差を制御し、液晶回折格子セルの作製が出来た。
作製した液晶回折格子セルを用いて回折効率の入射偏光方位角依存性を測定したところ、ホモジニアス構造又は、TN構造で形成されている回折格子においては偏光依存性が無く、両者が混在している位相差において偏光依存性を生じ、その偏光依存度は位相差によって異なることが分かった。測定結果と計算結果が非常に近い値であること、偏光顕微鏡写真と解析モデルを比較することで説明が出来た。
また、角度差を減少させ、回折特性の調査を行ったところ、偏光依存性は同様な結果になったが、屈折率差が減少することにより、最大回折効率が減少することが分かった。
配向構造においては、隣り合うTN構造が逆の回転方向でありながら、ディスクリネーションラインが形成されないことが分かった。これは、隣り合うTN領域が逆の構造であるために、逆回転であっても反発せず、連続体として安定するためであり、有限要素法により求められた配向分布の計算結果より説明が出来た。

(査読論文)

1. Effects of phase shift between two photo-alignment substrates on diffraction properties in liquid crystalline grating cells, H. Ono, T. Shinmachi, A. Emoto, T. Shioda and N. Kawatsuki, Appl. Opt. 48 (2009) 309-315.

(口頭発表)

1. 2006年11月 応用物理学会北陸・信越支部大会
延伸された液晶高分子複合体の偏光散乱
新町丈志、小野浩司
2. 2007年11月 電子情報通信学会有機エレクトロニクス研究会
周期的光配向基板を用いた液晶回折格子セルの形成
新町丈志、小野浩司、川月喜弘
3. 2008年3月 第55回応用物理学関係連合講演会予稿集 第3分冊
光配向膜を用いた液晶回折格子セル形成と位相シフトの影響
新町丈志、川月喜弘、小野浩司

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