液晶講座 ～ 後半の作業詳細編
リベンジ･トライアル、復習を兼ねてQ&Aなど・・・
| ●リベンジ作品(8/1) | |
| |
|
| スマイル！ | 何だろう？ |
| |
|
| ねこ？ | 桜の花？ |
マスキングのデザインで苦労していた人も多かったので、確認のため・・・。
ITOガラスは、導電面が向かい合わせになるように
重ねます。上面のITOと下側のITOが重なる部分が
「黒」、上下の片方だけか、上下ともITOを剥がした
部分は「白」になります。電池のOn-Offで、「黒」は
黒⇔白 と変化し、「白」は白のままです。
エッチング後の液晶はさみこみ作業【確認】
| ① |  |
導電面側を上にして、 スペーサー「ミクロパール」を スパーテル１さじ分置きます。 |
| ② |  |
５CBを３～４滴落とします。 たくさん使いすぎると、貼り合わせたときに あふれます。 |
| ③ |  |
竹串で、スペーサーがよく馴染むように かき混ぜます。粒が見えなくなったら、 うすく伸ばします。 |
| ④ |  |
空気の泡が入らないように、もう１枚の ITOガラスを、導電面を下にして乗せます。 |
| ⑤ |  |
左右に１ｃｍのズレをつくっておきます。 ここが電池をつなぐ電極になります。 |
| ⑥ |  |
ゴムひもの輪っかで仮止めします。 |
| ⑦ |  |
うまく表示ができるか、ライトボックスで 確認します。 偏光板はクロスではさみます。 表示面がおかしい場合は、液晶を洗い流し、 ①から繰り返します。 |
| ⑧ |  |
端からはみ出た液晶を、 綿棒で拭き取ります。 |
| ⑨ | 次に、接着剤で固定します。 ガラス用接着剤は種類が少ないです。 今回は、A-B-２液混合タイプの エポキシ接着剤を使います。 紙の上で混ぜて、竹串を使って 接合面に塗っていきます。 １０分ほど経ったらゴム紐を外します。 良さそうなら、側面にも接着剤をつけます。 偏光板を上下に重ねたら完成です。 |
Q&A
Ｑ１： ＩＴＯの残っている部分と剥がした部分では、
間に入れる液晶（５ＣＢ)の厚みが変わってしま
いませんか？スペーサーがうまく入らないので
はないですか？
Ａ１： 厳密に言えばその通り、厚みが変わってしま
います。しかし、スペーサーの大きさが５μmに
対し、ITOの厚さは0.3μmとわずかなので、
今回の実験では無視しています。複雑な図形
などをエッチングすると、0.3μmのでこぼこが
画面の表示に影響する場合もあります。
実際の製品では、ITO面に「配向膜」を塗布し
ているので、でこぼこは消えます。
（テキストのリンク「ラビング」参照）
Ｑ２： スペーサーって、液晶の邪魔をしたりしませ
んか？ スペーサーのある部分は表示がで
きなくなるのでは？
Ａ２： スペーサーのある部分は、確かに表示を邪
魔してしまいますが、なにしろ５μmですから、
ほとんど影響はありません。液晶画面を顕微
鏡で拡大すれば、スペーサーのあるところに
「ポチ、ポチ」と点が見えると思います。もちろ
ん入れすぎれば見にくくなります。
Ｑ３： いまいち、どこが黒になってどこが白なのか
よくわかりませんでした。
Ａ３： ツイストネマチック（TN)方式を採用してつくっ
ています。って、余計にわからなくなった！
かもしれませんが。
偏光板を90°ずらして挟み込むので、基本は
「黒」です。そこに、液晶が入り込みます。電池
をつなぐ前の液晶は、なんとなくガラス面と平
行に、寝転んだような方向を向いて並んでい
ます。ただ、規則性がないので、光をいろいろ
な方向に曲げてしまいます。結果として、本来
は「黒」になるはずだったのが、挟んだセロテ
ープみたいに、「白」じゃないかもだけど「黒」
ではない表示になります。一応、光が通るの
で、これを仮に「白」と呼びます。
きちんとつくるなら、上下のITOガラスに、９０°
ずれたラビングを施します。そうすれば、きれ
いな「白」になります。
電池をつなぐと、上下ともITOが残っているとこ
ろに電圧がかかり、そこに挟まれた液晶だけが
ガラス面と垂直な方向に向きます。
（本編テキストのリンク図を参考にしてください)
すると、その部分だけ光は変化を受けず直進
してしまい、２枚目の偏光板を通過できないの
で、はっきりとした「黒」になります。
Ｑ４： ガラスにくっつく接着剤にはどんなものが？
Ａ４： ２液混合型のエポキシ接着剤か、UV硬化型の接
着剤ぐらいしかありません。アロンアルファなどの
瞬間接着剤では剥がれてしまいます。
エポキシ接着剤なら100均でも売っています。
Ｑ５： ５CBが手に着いてしまったのですが・・・。
Ａ５： すぐに石鹸で水洗いしましょう。毒ではないです
が、油っぽくて水では落ちません。手が荒れやすい
人はゴム手袋を使ってください。また、口に入れたり
ついた手で目を擦ったりは絶対ダメです。
Ｑ６： 液晶分子は電気を通すのですか？
Ａ６： 電気は流しません、絶縁体です。
Ｑ７： えェっ！？ じゃあなぜ、ON-OFFで変化するの
ですか？
Ａ７： 電流は流れませんが、電圧をかけると、＋とーの
方向に分子が向きを変えます。その動きを使って
表示を可能にしています。
強い磁石を置くと、近くにあった方位磁石が向きを
変えるのに似ています。静電気に引っ張られた毛玉
や髪の毛のような状態です。電圧はかけてますが、
電流はほとんど流れないので、電卓などの液晶表
示器は、ほぼ電池を食いません。電池を消耗するの
は、裏から光を当てているバックライトなどがほとん
どです。バックライトのない電卓などで、太陽電池
式のものなど、わずかしかエネルギーを消費しない
ので、極めてエコです。
Ｑ８： 光が偏光板を通過するとき、ある一方向に振動す
る光だけが通過できるそうだが、どうしてそうなるの
かわかりませんでした。
Ａ８: その説明は高校の教科書には書いてありません。
できるだけわかりやすく解説してみますね。
偏光板は、実験した通り、ヨウ素をPVAフィルム(ビ
ニロン)に吸着させ、フィルムを一方向に引き伸ばし
伸長させて作ります。その際、ヨウ素は伸長方向に
一列に並びます。実際には、３つ、５つ•••と奇数個
つながっているようです。たくさんつながったヨウ素
を「ポリヨウ素」と呼びます。さて、PVAもヨウ素も
電気は流しませんが、ポリヨウ素のつながってい
る一列の中だけでなら電子が動くことはできます
(隣のポリヨウ素には伝わりませんが)。そこに
光が入り込んできた場合を考えます。ポリヨウ素
の伸長方向と同じ方向に振動している光は、ポ
リヨウ素の中の電子を揺さぶります。揺さぶられ
た電子はポリヨウ素内を振動しはじめますが、
その運動するエネルギーは光が与えたもので、
その分だけ光のほうは持っていたエネルギー
を失うことになります。だから、ポリヨウ素の伸長
方向に振動する光は、偏光板を通過できなくな
るわけです。また、伸長方向と90°の垂直方向
に振動している光の場合は、ポリヨウ素内の電
子を揺さぶることができず、よってエネルギー
も減ることなく偏光板をそのまま通過します。
結果をまとめると、ヨウ素の伸長方向に振動する
光がカットされることになります。
Ｑ９：電卓の偏光板を裏返すと、白黒反対の表示になり
ました。
は裏返しても
Ａ９：なら裏返すと
になり、90°回転させたのと
同じになりますね。つまり電卓の偏光板は45°方向
に伸長させたものが使われていることがわかります。
Ｑ10： 液晶分子の特徴、っていわれても、よくわかんな
かったんですが…。何か共通の特徴あります？
Ａ10: 一応、講義の中で説明したつもりでしたが…。
化学式の見方をまだ習ってなくてわからなかった
かもしれませんね。説明しませんでしたが、液晶状態
になる物質は、１万種類ぐらいあります。その中で、
今回はディスプレイに使われる「ネマチック液晶」に
ついてのみ考えています。
まずは「細長い形」が重要です。そうでなければ液晶
状態になりません。細長い分子であると同時に、分子
内に「堅い」部分と「柔らかい」部分を持ってい
ます。５ＣＢでいうと、６角形の部分が頑丈な堅い
部分、端のヒョヒョロっと「Ｃ-Ｃ-Ｃ-Ｃ-Ｃ-」と炭素
が５個伸びているところが動くことのできる柔らかい
部分です。
次に、電気の力を受けやすい部分を持つことです。
５ＣＢでいうと、「ＣＮ」(シアノ基)の部分です。
ここが電圧をかけたときに「ピクッ」と反応して、
分子の向きが変わるのです。もし、５ＣＢからＣＮを
取ってしまったら、液晶状態にはなるが、電圧をか
けても向きが変わらない、ディスプレイには使え
ない液晶物質になるでしょう。
Ｑ11： 今回つくった液晶表示器は、決まった絵柄しか
表示できないんですか…？
Ａ11: はい、基礎的なことを学ぶために１つの絵柄の
ON-OFF だけができる表示器を作りました。
実際のディスプレイは、実習で観察したように、
顕微鏡で見ないとわからないぐらい細かい画素
の集まりです。その画素１つ分のON-OFF
に当たる分を作ったのです。
Ｑ12： えェ～っ！？ １つでも大変だったのに…！
そしたら、１つずつ配線とか、別々にON-OFF
するとか、どうなっちゃうんですか？
Ａ12: そうなんです。「３００万画素」とか言ったら
その数だけ配線が必要になります。もちろん
それを少しでも減らして配線する工夫はしてい
ます。その話はまた別の機会に…。
Ｑ13： 液晶物質(５CBとか)はすごく値段が高いとの
ことでしたが、それが身近なものに使われている
とすると、それらの値段が高くなっちゃうと思うの
ですが…。
Ａ13: 大丈夫です。WEBテキストのリンクでも説明し
たように、液晶の層は５μmほどしかないので、
１つのディスプレイに使用する液晶の量はわずか
数滴です。
Ｑ14： 今後探究活動などで、調べたり研究したり
すると面白いことがあるとのことでしたが、たと
えばどんなテーマがあるでしょうか？
Ａ14: WEBテキストのアイコンをつけたとこ
ろがそれを意識して記載した箇所です。そのう
ちの３つぐらいを、ちょっと詳しく説明しましょう。
(1) PVAとヨウ素以外の組み合わせで偏光板が
作れないか？ PVAは変えないでおき、ヨウ素
以外に色素などを吸着させて伸張させてみたり、
何か伸びそうなプラスチックフィルムなどにヨウ素
を吸着するか試してみたり、いろいろ実験してみる
と、何かわかるかもしれません。
(2) 不透明なものの屈折率測定。反射光は偏光
成分が含まれますが、その時のブリュースター角
は、反射させた物質の「屈折率」と関係がありま
す。反射するものには不透明なものもあるわけで
すが、その時の屈折率との関係ってどうなってい
るのか実験してみると、面白いことがわかるかも
しれません。
(3) 白色光の作り方。今回の実験ではＲＧＢの３色
を混ぜて白色光を作りましたが、白色ＬＥＤランプ
は２色（黄＋青）でできています。他のランプなど
どうなっているか、分光器を使って調べてみると
何か新しいことがわかるかもしれません。
試しに、手元にあった分光器で、身近にある
「白色」のスペクトルを調べてみました。どれも
いわゆる「白色」ですが、随分異なるスペクトル
になっていました。 → LINK 測定結果
