結晶と光の世界 ー有機物質で光と電気をあやつるー 大学院理学研究科物質理学専攻 ( 理学部化学科 ) 高等研究院院友 関一彦 1
有機半導体 との出会い 無色 黒田晴雄先生 NC NC C 電子 C CN CN 無色 赤松秀雄先生 東大理化 井口洋夫先生東大物性研究所分子科学研究所 2
三題噺 私の研究 有機半導体 結晶 光 物質の世界 身の回りのディスプレー 3
身の回りのデイスプレー http://www.akami.co.jp/lisa/japan/results/nagy.html 4
目に見える光 5
人間の眼 6
7
8
光と電磁波 電子 アンテナ 揺すぶってみよう! 9
可視光の波長 780 nm 380 nm 10
色とは 光の刺激で人間が受ける感覚である 11
白と黒 白 : すべての波長の光がいっしょに目に入ったときに感じる色 黒 : どんな光も目に入らないときに感じる色 12
デイスプレーの種類 白黒とフルカラー 小画面か大画面か 静止画か動画か 13
色の付けかた (1) 波を曲げる (2) 波を重ねる (3) 波をひねる (4) 電子のジャンプ 14
1. 波を曲げる 15
反射 吸収 透過 http://www.shokabo.co.jp/sp_opt/labo/labo.htm 16
ニュートン 太陽光をプリズムで分ける 17
虹 http://www.omsolar.co.jp/m/d102.shtml 18
2. 波を重ねる 19
しゃぼん玉 2 つの波が重なる 20
池の杭 blog.goo.ne.jp/m2491/ 21
回折 http://www-press.hep.phen.mie-u.ac.jp/mievu/ryoushinami/kaisetsu.html 22
規則正しい配列に波が当たると たくさんの波の重なりで 特定の方向に波が分かれる 別れ方は波長 ( 色 ) によって違う 23
回折格子 0.2 mm http://galaxy.cc.osaka-kyoiku.ac.jp/cd-rom/scope/graph/grating.htm 24
オパール http://list.bidders.co.jp/pitem/13771365 http://www.easyseek.net/item/14706398/ 25
オパールの電子顕微鏡写真 オパールは天然の回折格子! 26
3. 波をひねる 27
偏光と非偏光 28
偏光板を使った光スイッチ OFF ON 29
偏光を回すものを挟むと? 第二の偏光板は通れない 90 度回れば第二の偏光板も通り抜けられる 30
偏光を回すものを挟むと? 波長 ( 色 ) で回転がちがう 特定色の光が通過 偏光板を回すと色が変わる 回転角は厚さに比例 厚さで色が変わる 31
セロテープと猫 32
液晶表示素子の原理 33
液晶表示素子の構造 こすったポリマー塗布透明電極 赤緑青フィルター バックライト 液晶分子 偏光板 偏光板 34 http://ww8.tiki.ne.jp/~takam/kata/rgb/rgb.htm
液晶表示素子のはたらき 透過 透過せず 35
液晶による 光スイッチ 36
液晶と電極の界面 こすった界面のようす ポリイミド 液晶分子 37
ドーナツを回る電子が光を出す シンクロトロン放射光 38
放射光で液晶界面をさぐる (1) 光速に近い電子からの光 シンクロトロン放射光 シンクロトロン放射光 39
筑波山と高エネルギー物理学研究機構 40
分子研 UVSOR 施設 41
放射光で液晶界面をさぐる (2) 電場 光 X 線の吸収強度 こする方向 X 線光子のエネルギー / ev 42
色の付けかた (1) 波を曲げる (2) 波を重ねる (3) 波をひねる (4) 電子のジャンプ 43
三題噺 私の研究 有機半導体 結晶 光 物質の世界 身の回りのディスプレー 44
反射 吸収 透過 http://www.shokabo.co.jp/sp_opt/labo/labo.htm 45
反射による着色 46
透過による着色 : ルビーとエメラルド 47
10 のべき乗 48
結晶の 3 つの特徴 49
ミョウバンの結晶形 50
アユイのアイデアによる正八面体結晶 (1743-1822) 51
規則正しい配列に波が当たると たくさんの波の重なりで 特定の方向に波が分かれる 別れ方は波長 ( 色 ) によって違う 52
セン亜鉛鉱 (ZnS) の X 線回折 M. v. ラウエ (1879-1960) 53
雪の結晶 中谷宇吉郎 www.sci.osaka-cu.ac.jp/phys/crys/ice/lect7.html 54
c 軸方向からみた氷の結晶構造 55
結晶と非晶質 結晶と非晶質物質 ガラス ゴム アモルファスシリコン 56
有機物質と無機物質 有機物質 : 生命に関係した物質 炭素原子が骨格を作る物質 無機物質 : 有機物質以外の物質 有機物質では 何が特別か? 57
無機物質と有機物質 無機物質 原子 ( 炭素 ) 原子 有機合成 中間単位 ( 分子 ) 有機物質 軽量, 柔軟 設計可能 58
有機半導体 のパイオニア e 赤松秀雄先生 井口洋夫先生 59
新しいデイスプレー 2006 2006 液晶 有機 EL 素子 FE デイスプレー プラズマデイスプレー 60
有機 EL 素子の実用化 東北パイオニア Sanyo-Kodak SONY ボルチモア SID( 米国電子ディスプレイ学会 )5/19-2 61
SONY 東芝松下 NTT ドコモ 昭和電工 コニカミノルタ 62
有機 EL 素子 - + 電荷注入層 自発光軽量低消費電力柔軟性 http://www.dupont.com/displays/oled/ 63
人工の霜 冷やした 中谷の人工霜装置 64
有機物の霜をつくる ( 真空蒸着 ) 基板 ヒーター 有機物質 真空ポンプ http://www.chem.uab.edu/advincula/researchgroup/contents/instrumentation/qcm/qcm.htm 65
表面上での分子拡散 66
光電子顕微鏡による 蒸着膜形成過程観察ペンタセン (C 22 H 14 ) 67
STM Ph 2 -IDPL 久保 中筋 ( 阪大院理 ) b a -1.2 V, 0.1 na : Occupied state a: 1.77 nm (1.64 nm for crystal) b: 1.37 nm 68
偏光顕微鏡でみた 結晶粒 69
LEED の例 : アルカン n-c 44 H 90 (0.15 nm) / Cu(100) 70
透過による着色 : ルビーとエメラルド 71
光を吸う電子のジャンプ 電子のエネルギー 空いた準位 詰まった準位 刺激のないとき 光照射 興奮した 状態 72
可視光によるジャンプのエネルギー 780 nm 380 nm 小エネルギー大 73
発光のしくみ 電子のエネルギー 空いた準位 詰まった準位 刺激のないとき 光照射 興奮した 状態 発光 74
ブラックライトによる発光 75
有機分子を使った蛍光 76
光をあてずに蛍光を出す 空いた準位 化学反応 詰まった準位 電子 興奮した 状態 77
有機 EL 素子では 直接電子を出し入れする 電極との電子の出入り 空いた準位 電極 電極 詰まった準位 興奮した 状態 78
有機デバイス界面をさぐる 超高真空 電子 He* 光 電子 光 ケルビン法 有機分子膜 電極金属 79
光で電子をキックアウトする - + 光 電子 80
対象物質 ( 小分子 ) TTC テトラチアナフタセン S S H 3 C S S ポルフィリン N N M N N O DP-NTCI O N N O O TPD N N フタロシアニン N N N N M N N N N C 60 p-セクシフェニル (6P) CH 3 F F F F F 16 ZnPc Alq 3 F F N N N MZn N N F F F F F N N F O O N Al N N N F O F F F TCNQ TNAP CN CN CN C C CN C C CN CN CN CN H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H2C H3C CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 81
Ph 2 -IDPL の詰まった準位と空いた準位 Ph 2 -IDPL on HOPG 阪大久保教授中筋名誉教授 UPS IPES Calc. Calc. -8-6 -4-2 0 2 4 Binding Energy / ev 6 8 82
ー + 電子のエネルギ界面電気二重層の形成 ー金属有機 金属 有機分子 ー + ー + 83
有機界面に新しい学術を拓く 固体の表面に有機分子はどう並ぶか? 電子の詰まり具合は? 金属と有機分子の間でスムーズに電子がやりとりできるか? 境目で化学反応が起こらないか? デバイスの寿命はどう決まり どう改善できるか? 84
より広い有機エレクトロニクスへの展開 有機 EL 素子 有機太陽電池有機トランジスター (SONY) 多層膜 界面が重要 電極 電極 分子スケールデバイス e 有機膜 85
研究室メンバー 86
大学とは 考え方 知恵の習得の仕方を 学ぶところ 理系 文系という区別は 受験対策にすぎない 両方の健全な基礎知識が合理的思考を養い ニセ科学の横行などのない健全な社会をつくる 元村有希子氏 ( 毎日新聞記者 ) 文理の壁を超えて 87
色とは 光の刺激で人間が受ける感覚である 88
ベンハムのコマ 大魔王のコマ Benham's Disk http://ww8.tiki.ne.jp/~takam/ http://www.procreo.jp/labo/labo10.html 89
コマの作り方 コマの図柄を厚紙にはって ハサミで切り抜く 表 針で中心を突いて 裏側から中心が分かるようにする 表 コマの裏から画びょうを中心に突き刺す 表表表 完全に針を突き抜けさせる パイプを画びょうの針に刺す コマのできあがり 90