WO2023047600A1 - 電荷量測定方法、及び電荷量測定システム - Google Patents

電荷量測定方法、及び電荷量測定システム Download PDF

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WO2023047600A1
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liquid crystal
measured
charge amount
voltage
pair
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PCT/JP2021/035456
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English (en)
French (fr)
Inventor
勝 井上
範昭 大藪
Original Assignee
株式会社東陽テクニカ
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
    • G01R29/24—Arrangements for measuring quantities of charge

Definitions

  • the present disclosure relates to a charge amount measurement method and a charge amount measurement system for measuring the charge amount of a material to be measured.
  • Non-Patent Document 1 a xylene solution containing green TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescence) dopant powder is enclosed in a test cell, and a triangular wave voltage is applied to the test cell to measure the current. discloses a method for measuring the amount of impurity ions contained in a TADF dopant powder.
  • TADF Thermally Activated Delayed Fluorescence
  • Non-Patent Document 2 an oligonucleotide DNA (deoxyribonucleic acid) solution and a liquid crystal solution are mixed, and a triangular wave voltage is applied to a liquid crystal cell in which the mixed solution is sealed to measure the current.
  • a method for analyzing physical properties of DNA is disclosed.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 above both have the problem that the measurement accuracy of the amount of charge for the material to be measured is insufficient.
  • the present disclosure provides a charge amount measurement method and a charge amount measurement system that can improve the measurement accuracy of the charge amount for the material to be measured.
  • a charge measurement method is a liquid crystal in which a sample mixed with a material to be measured is enclosed in a nonpolar liquid crystal in which liquid crystal molecules do not rotate even when a voltage is applied.
  • a periodically changing voltage is applied between a pair of electrodes positioned so as to sandwich the sample, and the material to be measured is measured based on the current flowing through the pair of electrodes and the sample due to the application of the voltage.
  • the method for measuring the amount of electric charge is such that a sample obtained by mixing a liquid crystal having positive dielectric anisotropy with a material to be measured is sandwiched between vertical alignment films.
  • a periodically changing voltage is applied between a pair of electrodes positioned so as to sandwich the sample and the vertical alignment film, and the voltage is applied to the pair of electrodes and the sample. Based on the current, the amount of charge on the material to be measured is measured.
  • a charge amount measurement system includes a voltage application section and a measurement section.
  • the voltage application unit is located between a pair of electrodes positioned to sandwich the sample in a liquid crystal cell in which a sample of a non-polar liquid crystal whose liquid crystal molecules do not rotate even when a voltage is applied is mixed with a material to be measured. A voltage that changes periodically is applied.
  • the measurement unit measures the charge amount of the material to be measured based on the current flowing through the pair of electrodes and the sample due to the application of the voltage.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a charge amount measurement system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the process of creating a liquid crystal cell according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a voltage (time) vs. current plot graph obtained by measuring a displacement current flowing when a triangular wave voltage is applied to a liquid crystal cell filled with polar liquid crystal.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a voltage (time) versus current plot graph obtained by measuring a displacement current flowing when a triangular wave voltage is applied to a liquid crystal cell filled with non-polar liquid crystal.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a charge amount measurement system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the process of creating a liquid crystal cell according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell according to an embodiment.
  • FIG. 6 is a flow chart showing an example of a charge amount measuring method according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of measurement results by the charge amount measurement method according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of an example of the measurement results shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of measurement results of the amount of impurity ions contained in xylene.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of measurement results of the amount of impurity ions contained in nonpolar liquid crystal.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell according to the first modified example of the embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell according to a second modified example of the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a charge amount measurement system 100 according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the process of creating the liquid crystal cell 3 according to the embodiment.
  • the charge amount measurement method and charge amount measurement system 100 according to the embodiment measure the charge amount of the material 5 to be measured. Specifically, in the charge amount measurement method and charge amount measurement system 100 according to the embodiment, the liquid crystal cell 3 is filled with the sample 4 in which the material 5 to be measured is mixed with the nonpolar liquid crystal 6. By applying a voltage to the pair of electrodes 31 provided, the charge amount of the material 5 to be measured is measured.
  • the charge amount measurement system 100 includes a voltage application section 1 and a measurement section 2, as shown in FIG.
  • the voltage application unit 1 is connected between a pair of electrodes 31 (described later) of the liquid crystal cell 3 and applies a voltage that periodically changes between the pair of electrodes 31 .
  • the voltage application unit 1 is a function generator that generates a triangular wave voltage as a voltage that changes periodically and applies the generated triangular wave voltage between the pair of electrodes 31 .
  • the triangular wave voltage has a frequency of 0.01 Hz and an amplitude of ⁇ 10V.
  • the frequency and amplitude of the triangular wave voltage are examples and are not limited to these.
  • the frequency of the triangular wave voltage is preferably relatively low. This is because when the frequency of the triangular wave voltage increases, the polarity of the voltage is reversed before the impurity ions 51 (see FIG. 11) contained in the material 5 to be measured reach the insulating film 32 (described later). This is because the current caused by the impurity ions 51 moving in the target liquid crystal cannot be measured.
  • the measurement unit 2 measures the material 5 to be measured based on the current flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4 from the voltage application unit 1 .
  • the measurement unit 2 includes an IV converter 21 and a voltmeter 22.
  • the IV converter 21 is connected in series with the pair of electrodes 31 of the liquid crystal cell 3 and converts the current flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4 into voltage.
  • a voltmeter 22 measures the voltage converted by the IV converter 21 .
  • the measuring unit 2 measures the current flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4 by measuring the voltage converted by the IV converter 21 with the voltmeter 22 .
  • the measurement unit 2 measures the amount of impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured by measuring the current (displacement current) flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4. .
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the liquid crystal cell 3 according to the embodiment.
  • the liquid crystal cell 3 is composed of a pair of glass substrates 30, a pair of electrodes 31, a pair of insulating films 32, and a sealant 33, as shown in FIG.
  • the liquid crystal cell 3 has a square shape of several centimeters in plan view. Note that FIG. 3 shows a state in which the sample 4 is enclosed in the liquid crystal cell 3 .
  • Both of the pair of electrodes 31 are ITO (Indium Tin Oxide) electrodes and transparent electrodes.
  • the material forming the pair of electrodes 31 is not particularly limited.
  • the pair of electrodes 31 may both be Al (aluminum) electrodes.
  • One (here, the upper) electrode 31 of the pair of electrodes 31 is formed on one surface (here, the bottom surface) of one (here, the upper) glass substrate 30 of the pair of glass substrates 30.
  • the other (here, lower) electrode 31 of the pair of electrodes 31 is formed on one surface (here, the upper surface) of the other (here, lower) glass substrate 30 of the pair of glass substrates 30. It is
  • Both of the pair of insulating films 32 are SiN (silicon nitride) insulating films.
  • the material forming the pair of insulating films 32 is not particularly limited.
  • the pair of insulating films 32 may both be polyimide insulating films.
  • One (here, the upper) insulating film 32 of the pair of insulating films 32 is formed on one surface (here, the lower surface) of one (here, the upper) electrode 31 of the pair of electrodes 31 .
  • the other (here, lower) insulating film 32 of the pair of insulating films 32 is formed on one surface (here, the upper surface) of the other (here, lower) electrode 31 of the pair of electrodes 31 .
  • It is A pair of insulating films 32 are arranged to face each other across a space Sp1 in which the sample 4 is enclosed. Accordingly, the pair of glass substrates 30 and the pair of electrodes 31 are also arranged facing each other across the space Sp1.
  • the sealing agent 33 is applied between the pair of glass substrates 30, the pair of electrodes 31, and the pair of insulating films 32 so as to cover the space Sp1. That is, the space Sp ⁇ b>1 is formed by the pair of glass substrates 30 , the pair of electrodes 31 , the pair of insulating films 32 , and the sealant 33 . A part of each of the pair of electrodes 31 is exposed to the outside, and the exposed parts can be electrically connected to the voltage application unit 1 and the measurement unit 2 via electric wires.
  • the material 5 to be measured is, for example, P3HT (Poly(3-hexylthiophene)) used as a material for organic solar cells, or a material used for HTL (Hole Transport Layer) of organic EL (electroluminescence). It is an organic material.
  • the material 5 to be measured is a material used for HTL of organic EL.
  • the material 5 to be measured may be an organic material such as DNA, or may be an inorganic material.
  • the material 5 to be measured mixed with the non-polar liquid crystal 6 is granules, powder or liquid. It should be noted that the liquid referred to herein includes a solution in which the material 5 to be measured is dissolved, and may also include a solvent that is the material 5 itself to be measured.
  • the non-polar liquid crystal 6 is a liquid crystal whose liquid crystal molecules do not rotate even when a voltage is applied.
  • the non-polar liquid crystal 6 is also called neutral liquid crystal in other words.
  • the nonpolar liquid crystal 6 is a liquid crystal having a dielectric anisotropy ⁇ of zero or almost zero.
  • the dielectric anisotropy ⁇ is represented by the difference between the dielectric constant in the axial direction of the liquid crystal molecules and the dielectric constant in the direction orthogonal to the axial direction of the liquid crystal molecules.
  • the non-polar liquid crystal 6 is fluorine-based nematic liquid crystal. More specifically, in the embodiment, the non-polar liquid crystal 6 is, for example, model name: NA-1345 manufactured by DIC Corporation. Of course, the non-polar liquid crystal 6 is not particularly limited to the liquid crystal of the above products.
  • FIG. 1 The polar liquid crystal referred to here is a liquid crystal in which liquid crystal molecules rotate when a voltage is applied.
  • the polar liquid crystal is a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy ⁇ or a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy ⁇ .
  • FIG. 4 shows an example of a voltage V (time) vs. current I plot graph (VI curve) obtained by measuring a displacement current flowing when a triangular wave voltage is applied to a liquid crystal cell containing polar liquid crystal. It is a diagram.
  • FIG. 5 is an example of a voltage V (time) vs. current I plot graph (VI curve) obtained by measuring a displacement current flowing when a triangular wave voltage is applied to a liquid crystal cell in which the non-polar liquid crystal 6 is sealed.
  • FIG. 4 is a diagram showing; Here, only the liquid crystal is enclosed in the liquid crystal cell, and the material 5 to be measured is not mixed with the liquid crystal.
  • the reciprocal of the slope A1 with respect to the V axis represents the resistance value of the polar liquid crystal.
  • the vertical width A2 in the I-axis direction of the parallelogram graph represents the capacitance of the polar liquid crystal.
  • the peak A3 in the I-axis direction of the parallelogram graph represents the switching voltage (in other words, switching current) of the polar liquid crystal.
  • the area of the projection A4 projecting from the parallelogram graph represents the density of the impurity ions 51 contained in the polar liquid crystal.
  • the horizontal width A5 in the V-axis direction of the parallelogram graph represents the mobility of the impurity ions 51 contained in the polar liquid crystal.
  • the peak A3, the convex portion A4, and the width A5 appear not only in the first quadrant but also in the third quadrant.
  • the switching current (peak A3) of the polar liquid crystal appears in the measurement result of the displacement current, and the impurity ions 51 contained in the polar liquid crystal (the convex portion A4 and the width A5) appear in the measurement result of the displacement current.
  • the measurement result of the displacement current shows not only the physical properties of the material 5 to be measured, but also that of the polar liquid crystal. Physical properties will appear.
  • the reciprocal of the inclination with respect to the V-axis represents the resistance value R of the non-polar liquid crystal 6.
  • the upper side of the parallelogram graph represents the current Ip flowing through the liquid crystal cell when the voltage applied to the liquid crystal cell is increased
  • the lower side of the parallelogram graph represents , represents the current In flowing through the liquid crystal cell when the voltage applied to the liquid crystal cell drops.
  • the vertical width in the I-axis direction of the parallelogram graph is the difference ⁇ I between the current Ip and the current In, and represents the capacitance of the nonpolar liquid crystal 6 .
  • the non-polar liquid crystal 6 when used as a solvent in the liquid crystal cell, the liquid crystal molecules do not rotate due to the application of a voltage. .
  • the nonpolar liquid crystal 6 since the nonpolar liquid crystal 6 has a higher purity than the polar liquid crystal, it contains almost no impurity ions 51, and the physical properties of the impurity ions 51 do not appear in the measurement result of the displacement current. , if it does appear, it will be very small. Therefore, when a sample in which the material 5 to be measured is mixed with the nonpolar liquid crystal 6 is sealed in a liquid crystal cell, only the physical properties of the material 5 to be measured appear in the measurement result of the displacement current.
  • the material 5 to be measured and the nonpolar liquid crystal 6 are prepared, and the sample 4 is prepared by mixing the nonpolar liquid crystal 6 with the material 5 to be measured.
  • a liquid crystal cell 3 with an empty space Sp1 is prepared, and the prepared sample 4 is enclosed in the liquid crystal cell 3.
  • FIG. Here, two injection ports 34 are formed in the region of the liquid crystal cell 3 to which the sealant 33 is applied.
  • the prepared sample 4 is sealed into the liquid crystal cell 3 from at least one of these two inlets 34 by utilizing capillary action.
  • FIG. 6 is a flow chart showing an example of a charge amount measuring method according to the embodiment.
  • FIG. 6 also includes the step of forming the liquid crystal cell 3 described above.
  • the sample 4 is prepared by mixing the material 5 to be measured with the non-polar liquid crystal 6 (step S1).
  • the prepared sample 4 is sealed in the liquid crystal cell 3 with the empty space Sp1, thereby preparing the liquid crystal cell 3 in which the sample 4 is sealed (step S2).
  • step S3 the liquid crystal cell 3 is heated.
  • the liquid crystal cell 3 is heated until the ambient temperature of the liquid crystal cell 3 reaches approximately 60 degrees Celsius.
  • the voltage applying unit 1 applies a voltage (here, a triangular wave voltage) between the pair of electrodes 31 of the liquid crystal cell 3. (step S4). That is, in the embodiment, step S4 of applying a voltage between the pair of electrodes 31 is performed at a temperature higher than room temperature (here, about 60 degrees Celsius).
  • the viscosity of the nonpolar liquid crystal 6 can be lowered, and the charge of the material 5 to be measured in the nonpolar liquid crystal 6 or the impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured can be reduced.
  • mobility can be improved.
  • the mobility of ions is represented by the following equation. In the following equations, " ⁇ " is the ion mobility, “Z” is the valence of the ion, “e” is the elementary charge, “ ⁇ ” is the viscosity of the liquid crystal, and “ ⁇ s " is the Stokes radius of the ion. ing.
  • step S5 of measuring the charge amount of the material 5 to be measured the charge of the material 5 to be measured or the impurity ions contained in the material 5 to be measured are compared with the case where the liquid crystal cell 3 is not heated. The measurement accuracy of the charge amount of 51 can be further improved.
  • the current (displacement current) flowing through the pair of electrodes 31 of the liquid crystal cell 3 and the sample 4 is measured by the measurement unit 2, and the amount of charge of the material 5 to be measured is measured based on the measured current (step S5 ).
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of measurement results by the charge amount measurement method according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a partially enlarged view of an example of the measurement results shown in FIG. 7 and 8, the vertical axis represents the current flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4 (unit: "pA”), and the horizontal axis represents the voltage applied between the pair of electrodes 31 (unit: " V”).
  • the solid line represents the measurement results for the liquid crystal cell 3 in which the sample 4 prepared by mixing the material 5 to be measured with the nonpolar liquid crystal 6 is enclosed.
  • the dotted line represents the measurement results for the liquid crystal cell 3 in which only the nonpolar liquid crystal 6 is sealed.
  • the dashed line represents the measurement results for the liquid crystal cell 3 in which the sample prepared by mixing the non-polar liquid crystal 6 with the material 5 to be measured from which impurities have been removed by sublimation purification is enclosed. .
  • the concentration of the material 5 to be measured is 1 wt %.
  • the impurity ions 51 when impurity ions 51 are contained in an organic material or an inorganic material, the impurity ions 51 can adversely affect the characteristics of devices (for example, solar cells, etc.) using the organic material or the inorganic material. Therefore, in fabricating the device, it is important to measure whether or not the impurity ions 51 are contained in the organic material or inorganic material used for fabricating the device.
  • HPLC High Performance Liquid Chromatography
  • Patent Document 1 a method of detecting whether impurity ions 51 are contained in the material 5 to be measured by an electrical analysis method for measuring the amount of charge on the material 5 to be measured is known. It is disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.
  • Non-Patent Document 1 As described in the background art, a xylene solution containing a green TADF dopant powder is sealed in a test cell, and a triangular wave voltage is applied to the test cell to measure the current. A method for measuring the amount of impurity ions contained in powder is disclosed. However, the technique disclosed in Non-Patent Document 1 has a problem that impurity ions contained in the xylene solution itself may affect the measurement. A specific description will be given below.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of measurement results of the amount of impurity ions contained in xylene.
  • the vertical axis represents the amount of impurity ions
  • the horizontal axis represents time.
  • the ion amount of impurity ions is represented by the total charge amount of the impurity ions.
  • the amount of impurity ions contained in xylene varies over time, and the amount of ions is relatively large, ranging from several pC to several tens of pC.
  • the measurement results include the amount of impurity ions contained in xylene. It is difficult to measure the amount of charge on the material 5 with good accuracy.
  • the amount of impurity ions contained in xylene varies with the passage of time, the amount of impurity ions contained in xylene alone is measured in advance, and the measurement result of the amount of charge for the material 5 to be measured is compared with the amount of impurity ions contained in xylene. It is also difficult to apply the method of calculating the difference.
  • the inventors of the present application have found that when the nonpolar liquid crystal 6 is mixed with the material 5 to be measured, the nonpolar liquid crystal 6 is a high-purity liquid crystal and the measurement result does not include the switching current. Therefore, it was found that it is possible to measure only the charge amount of the impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured, that is, to accurately detect whether or not the impurity ions 51 are contained in the material 5 to be measured. .
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of measurement results of the amount of impurity ions contained in the nonpolar liquid crystal 6.
  • FIG. This measurement result is the result of measurement performed at a temperature higher than room temperature (here, about 60 degrees Celsius).
  • the vertical axis represents the amount of impurity ions
  • the horizontal axis represents time.
  • the ion amount of impurity ions is represented by the total charge amount of the impurity ions.
  • impurity ions do not exist in the nonpolar liquid crystal at a level close to zero. does not change much. That is, the nonpolar liquid crystal 6 has a purity such that the variation over time of the charge amount of the nonpolar liquid crystal 6 (here, the amount of impurity ions contained in the nonpolar liquid crystal 6) is 0.1 pC or less. ing.
  • the charge amount of the material 5 to be measured (here, It is possible to accurately measure the amount of impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured. Specifically, in the charge amount measurement method and charge amount measurement system 100 according to the embodiment, it is possible to measure a very small amount (for example, several pC) of impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured. .
  • Non-Patent Document 2 As described in Background Art, an oligonucleotide DNA solution and a liquid crystal solution are mixed, a triangular wave voltage is applied to a liquid crystal cell in which the mixed solution is sealed, and a current is measured.
  • a method for analyzing physical properties of nucleotide DNA is disclosed. More specifically, in Non-Patent Document 2, a sample is prepared by mixing oligonucleotide DNA with a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy ⁇ , and this sample is enclosed in a liquid crystal cell having a horizontal alignment film. . In other words, in Non-Patent Document 2, the switching current is suppressed by restricting the rotation of the liquid crystal molecules with the application of the voltage with the horizontal alignment film.
  • Non-Patent Document 2 With the technique disclosed in Non-Patent Document 2, it is possible to measure the charge amount of oligonucleotide DNA, but due to the relatively low purity of the liquid crystal, the measured value of the charge amount is on the order of several hundred pC. Therefore, it is difficult to achieve measurement accuracy on the order of several pC. Therefore, with the technique disclosed in Non-Patent Document 2, it is difficult to accurately detect whether or not the impurity ions 51 are contained in the material 5 to be measured. On the other hand, in the charge amount measurement method and the charge amount measurement system 100 according to the embodiment, as already described, it is possible to accurately detect whether or not the impurity ions 51 are contained in the material 5 to be measured. It is possible.
  • Non-Patent Document 2 there is also the problem that it is difficult to measure the amount of charge of the oligonucleotide DNA unless the oligonucleotide DNA is amplified in the preparatory stage for measurement.
  • the charge amount measurement method and the charge amount measurement system 100 of the present disclosure even when the material 5 to be measured is DNA, it is possible to measure the charge amount of DNA without amplifying the DNA in the preparation stage of measurement. is.
  • the charge amount measurement method and the charge amount measurement system 100 according to the embodiment are different from the techniques disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2. There is an advantage that the measurement accuracy can be improved.
  • step S4 of applying a voltage between the pair of electrodes 31 of the liquid crystal cell 3 is performed at a temperature higher than room temperature, but it is not limited to this.
  • step S4 may be performed at room temperature.
  • the liquid crystal cell 3 contains the sample 4 in which the material 5 to be measured is mixed with the non-polar liquid crystal 6, but it is not limited to this.
  • a first modified example and a second modified example of the liquid crystal cell will be described below with reference to FIGS. 11 and 12, respectively.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell 3A according to the first modified example of the embodiment.
  • a liquid crystal cell 3A contains a sample 4A in which a liquid crystal 6A having a positive dielectric anisotropy ⁇ is mixed with a material 5 to be measured.
  • a pair of vertical alignment films 35 are formed instead of the pair of insulating films 32.
  • the switching current is suppressed by restricting the rotation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 6A with the application of the voltage by the pair of vertical alignment films 35.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell 3A according to the first modified example of the embodiment.
  • a liquid crystal cell 3A contains a sample 4A in which a liquid crystal 6A having a positive dielectric anisotropy ⁇ is mixed with a material 5 to be measured.
  • a pair of vertical alignment films 35 are formed instead of the pair of insulating films 32.
  • the switching current is suppressed by restricting the rotation of the liquid crystal molecules in
  • the measurement accuracy of the charge amount of the material 5 to be measured can be improved in the same manner as when the nonpolar liquid crystal 6 is used. Is possible.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell 3B according to the second modified example of the embodiment.
  • a liquid crystal cell 3B contains a sample 4B in which a liquid crystal 6B having a negative dielectric anisotropy ⁇ is mixed with a material 5 to be measured.
  • a pair of horizontal alignment films 36 are formed instead of the pair of insulating films 32 . Therefore, in the liquid crystal cell 3B, the switching current is suppressed by restricting the rotation of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 6B with the application of the voltage by the pair of horizontal alignment films 36.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a liquid crystal cell 3B according to the second modified example of the embodiment.
  • a liquid crystal cell 3B contains a sample 4B in which a liquid crystal 6B having a negative dielectric anisotropy ⁇ is mixed with a material 5 to be measured.
  • a pair of horizontal alignment films 36 are formed instead of the pair of insulating films 32 . Therefore, in the liquid crystal cell 3B,
  • the material 5 to be measured can be measured in the same manner as when the nonpolar liquid crystal 6 is used. It is possible to improve the measurement accuracy of the charge amount.
  • the charge amount measurement method and charge amount measurement system 100 measure the amount of impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured, but the present invention is not limited to this.
  • the charge amount measurement method and charge amount measurement system 100 measure the charge amount of DNA. That is, the charge amount measurement method and charge amount measurement system 100 may be used to measure the charge amount of the material 5 itself to be measured, or may be used to measure the charge amount of impurities contained in the material 5 to be measured. may be used for
  • the method for measuring the amount of electric charge according to the present disclosure is applied to the liquid crystal cell 3 in which the sample 4 in which the material 5 to be measured is mixed with the nonpolar liquid crystal 6 whose liquid crystal molecules do not rotate even when a voltage is applied is sealed. , a voltage that changes periodically is applied between the pair of electrodes 31 positioned to sandwich the sample 4 (step S4), and the current flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4 due to the voltage application is used to determine the measurement target. A charge amount on the material 5 is measured (step S5).
  • the amount of charge derived from only the material 5 to be measured can be measured.
  • the measurement accuracy of the charge amount of the material 5 to be measured can be improved as compared with the case of using a solvent other than the non-polar liquid crystal 6 .
  • the nonpolar liquid crystal 6 has a purity such that the variation of the charge amount of the nonpolar liquid crystal 6 over time is 0.1 pC or less.
  • the charge amount derived from only the material 5 to be measured can be measured with higher accuracy, so there is an advantage that the measurement accuracy of the charge amount for the material 5 to be measured can be further improved. be.
  • the charge amount measurement method according to the present disclosure is applied to the liquid crystal cell 3A in which the sample 4A, which is obtained by mixing the material 5 to be measured with the liquid crystal 6A having positive dielectric anisotropy, is sandwiched between the vertical alignment films 35. , a periodically changing voltage is applied between the pair of electrodes 31 positioned so as to sandwich the sample 4A and the vertical alignment film 35 (step S4). to measure the charge amount of the material 5 to be measured (step S5).
  • step S4 of applying a voltage between the pair of electrodes 31 is performed at a temperature higher than room temperature (step S3).
  • the viscosity of the liquid crystal that is the solvent of the sample 4 can be lowered, so that the charge of the material 5 to be measured present in the liquid crystal or the mobility of the impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured can be reduced.
  • the measurement accuracy of the amount of charge on the material 5 to be measured can be further improved.
  • the step S5 of measuring the charge amount of the material 5 to be measured is a step of measuring the amount of impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured.
  • the amount of charge derived from only the impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured can be measured.
  • the measurement accuracy of the ion amount of the impurity ions 51 contained in the material 5 to be measured can be improved.
  • the charge amount measurement system 100 includes a voltage application section 1 and a measurement section 2 .
  • the voltage application unit 1 is a pair of liquid crystal cells 3 positioned so as to sandwich the sample 4 in the liquid crystal cell 3 in which the sample 4 is filled with a non-polar liquid crystal 6 whose liquid crystal molecules do not rotate even when a voltage is applied.
  • a periodically changing voltage is applied between the electrodes 31 of the .
  • the measurement unit 2 measures the amount of charge on the material 5 to be measured based on the current flowing through the pair of electrodes 31 and the sample 4 due to voltage application.
  • the amount of charge derived from only the material 5 to be measured can be measured.
  • the measurement accuracy of the charge amount of the material 5 to be measured can be improved as compared with the case of using a solvent other than the non-polar liquid crystal 6 .
  • the present disclosure can be applied, for example, to methods and systems for measuring the amount of charge on a material to be measured.

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Abstract

電荷量測定方法は、電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶に測定対象の材料を混ぜた試料（４）が封入された液晶セル（３）において、試料（４）を挟むように位置する一対の電極（３１）間に周期的に変化する電圧を印加し、電圧の印加により一対の電極（３１）及び試料（４）を流れる電流に基づいて、測定対象の材料についての電荷量を測定する。

Description

電荷量測定方法、及び電荷量測定システム
　本開示は、測定対象の材料についての電荷量を測定する電荷量測定方法、及び電荷量測定システムに関する。
　非特許文献１には、緑色のＴＡＤＦ（Thermally Activated Delayed Fluorescence：熱活性化遅延蛍光）ドーパント粉末を含むキシレン溶液をテストセルに封入し、このテストセルに三角波電圧を印加して電流を測定することにより、ＴＡＤＦドーパント粉末に含まれる不純物イオンの量を測定する方法が開示されている。
　非特許文献２には、オリゴヌクレオチドＤＮＡ（deoxyribonucleic acid：デオキシリボ核酸）溶液と液晶溶液とを混合し、混合した溶液を封入した液晶セルに三角波電圧を印加して電流を測定することにより、オリゴヌクレオチドＤＮＡの物性を分析する方法が開示されている。
Inoue M, Oyabu N, Kaneko Y, Kim J-Y, Yang J-H. Correlation between ion impurity in thermally activated delayed fluorescence organic light-emitting diode materials and device lifetime. J. Soc Inf Disp. 2020; 28(11); 905-910. Kazuki Iwabata et al 2013 Jpn. J. Appl. Phys. 52 097301
　上記非特許文献１，２に開示の技術では、いずれも測定対象の材料についての電荷量の測定精度が不十分であるという課題がある。
　そこで、本開示は、測定対象の材料についての電荷量の測定精度を向上することのできる電荷量測定方法、及び電荷量測定システムを提供する。
　上記の目的を達成するために、本開示の一態様に係る電荷量測定方法は、電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶に測定対象の材料を混ぜた試料が封入された液晶セルにおいて、前記試料を挟むように位置する一対の電極間に周期的に変化する電圧を印加し、前記電圧の印加により前記一対の電極及び前記試料を流れる電流に基づいて、前記測定対象の材料についての電荷量を測定する。
　また、上記の目的を達成するために、本開示の一態様に係る電荷量測定方法は、誘電率異方性が正である液晶に測定対象の材料を混ぜた試料が垂直配向膜で挟む形で封入された液晶セルにおいて、前記試料及び前記垂直配向膜を挟むように位置する一対の電極間に周期的に変化する電圧を印加し、前記電圧の印加により前記一対の電極及び前記試料を流れる電流に基づいて、前記測定対象の材料についての電荷量を測定する。
　また、上記の目的を達成するために、本開示の一態様に係る電荷量測定システムは、電圧印加部と、測定部と、を備える。前記電圧印加部は、電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶に測定対象の材料を混ぜた試料が封入された液晶セルにおいて、前記試料を挟むように位置する一対の電極間に周期的に変化する電圧を印加する。前記測定部は、前記電圧の印加により前記一対の電極及び前記試料を流れる電流に基づいて、前記測定対象の材料についての電荷量を測定する。
　本開示に係る電荷量測定方法、及び電荷量測定システムによれば、測定対象の材料についての電荷量の測定精度を向上することができる、という利点がある。
図１は、実施の形態に係る電荷量測定システムの構成を示す概要図である。 図２は、実施の形態に係る液晶セルを作成する過程を示す概要図である。 図３は、実施の形態に係る液晶セルを示す概要図である。 図４は、有極性液晶を封入した液晶セルに三角波電圧を印加した場合に流れる変位電流を測定して得られる電圧（時間）対電流プロットのグラフの一例を示す図である。 図５は、無極性液晶を封入した液晶セルに三角波電圧を印加した場合に流れる変位電流を測定して得られる電圧（時間）対電流プロットのグラフの一例を示す図である。 図６は、実施の形態に係る電荷量測定方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、実施の形態に係る電荷量測定方法による測定結果の一例を示す図である。 図８は、図７に示す測定結果の一例を一部拡大した図である。 図９は、キシレンに含まれる不純物イオンのイオン量の測定結果の一例を示す図である。 図１０は、無極性液晶に含まれる不純物イオンのイオン量の測定結果の一例を示す図である。 図１１は、実施の形態の第１変形例に係る液晶セルを示す概要図である。 図１２は、実施の形態の第２変形例に係る液晶セルを示す概要図である。
　以下、実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
　なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。
　図１は、実施の形態に係る電荷量測定システム１００の構成を示す概要図である。図２は、実施の形態に係る液晶セル３を作成する過程を示す概要図である。実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００は、測定対象の材料５についての電荷量を測定する。具体的には、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００では、無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜた試料４が封入された液晶セル３について、液晶セル３が有する一対の電極３１に電圧を印加することにより、測定対象の材料５についての電荷量を測定する。
　電荷量測定システム１００は、図１に示すように、電圧印加部１と、測定部２と、を備えている。
　電圧印加部１は、液晶セル３の有する一対の電極３１（後述する）間に接続されており、一対の電極３１間に周期的に変化する電圧を印加する。実施の形態では、電圧印加部１は、ファンクションジェネレータであって、周期的に変化する電圧として三角波電圧を生成し、生成した三角波電圧を一対の電極３１間に印加する。三角波電圧は、一例として周波数が０．０１Ｈｚ、振幅が±１０Ｖである。
　なお、三角波電圧の周波数及び振幅はいずれも一例であり、これに限定されない。ただし、三角波電圧の周波数は、比較的低い周波数であるのが好ましい。というのも、三角波電圧の周波数が高くなると、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１（図１１参照）が絶縁膜３２（後述する）に到達する前に電圧の極性が反転するため、測定対象である液晶中を移動する不純物イオン５１に起因する電流が測定できなくなるからである。
　測定部２は、電圧印加部１により一対の電極３１及び試料４に流れる電流に基づいて、測定対象の材料５を測定する。実施の形態では、測定部２は、Ｉ－Ｖコンバータ２１と、電圧計２２と、を備えている。Ｉ－Ｖコンバータ２１は、液晶セル３の一対の電極３１と直列に接続されており、一対の電極３１及び試料４に流れる電流を電圧に変換する。電圧計２２は、Ｉ－Ｖコンバータ２１により変換された電圧を計測する。つまり、測定部２は、Ｉ－Ｖコンバータ２１により変換された電圧を電圧計２２で計測することにより、一対の電極３１及び試料４に流れる電流を計測する。
　また、詳しくは後述するが、測定部２は、一対の電極３１及び試料４に流れる電流（変位電流）を測定することにより、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１のイオン量を測定する。
　図３は、実施の形態に係る液晶セル３を示す概要図である。液晶セル３は、図３に示すように、一対のガラス基板３０と、一対の電極３１と、一対の絶縁膜３２と、シール剤３３と、で構成されている。実施の形態では、液晶セル３は、平面視で数ｃｍ角の正方形状である。なお、図３は、液晶セル３に試料４が封入された状態を示している。
　一対の電極３１は、いずれもＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）電極であって、透明電極である。なお、一対の電極３１を構成する材料は特に限定されない。例えば、一対の電極３１は、いずれもＡｌ（アルミニウム）電極であってもよい。一対の電極３１のうちの一方（ここでは、上方）の電極３１は、一対のガラス基板３０のうちの一方（ここでは、上方）のガラス基板３０の一面（ここでは、下面）に形成されている。また、一対の電極３１のうちの他方（ここでは、下方）の電極３１は、一対のガラス基板３０のうちの他方（ここでは、下方）のガラス基板３０の一面（ここでは、上面）に形成されている。
　一対の絶縁膜３２は、いずれもＳｉＮ（シリコンナイトライド）絶縁膜である。なお、一対の絶縁膜３２を構成する材料は特に限定されない。例えば、一対の絶縁膜３２は、いずれもポリイミド絶縁膜であってもよい。一対の絶縁膜３２のうちの一方（ここでは、上方）の絶縁膜３２は、一対の電極３１のうちの一方（ここでは、上方）の電極３１の一面（ここでは、下面）に形成されている。また、一対の絶縁膜３２のうちの他方（ここでは、下方）の絶縁膜３２は、一対の電極３１のうちの他方（ここでは、下方）の電極３１の一面（ここでは、上面）に形成されている。一対の絶縁膜３２は、試料４が封入される空間Ｓｐ１を挟んで対向して配置されている。したがって、一対のガラス基板３０及び一対の電極３１も、同様に上記空間Ｓｐ１を挟んで対向して配置されている。
　シール剤３３は、上記空間Ｓｐ１を覆うように、一対のガラス基板３０、一対の電極３１、及び一対の絶縁膜３２の間に塗布される。つまり、一対のガラス基板３０、一対の電極３１、一対の絶縁膜３２、及びシール剤３３により上記空間Ｓｐ１が形成される。なお、一対の電極３１の各々の一部は外部に露出しており、露出した部位に電圧印加部１及び測定部２が電線を介して電気的に接続可能となっている。
　測定対象の材料５は、例えば有機太陽電池の材料として用いられるＰ３ＨＴ（Poly(3-hexylthiophene)）、又は有機ＥＬ（electroluminescence）のＨＴＬ（Hole Transport Layer：正孔輸送層）に用いられる材料等の有機材料である。実施の形態では、測定対象の材料５は、有機ＥＬのＨＴＬに用いられる材料である。なお、測定対象の材料５は、例えばＤＮＡ等の有機材料であってもよいし、無機材料であってもよい。実施の形態では、無極性液晶６に混ぜる測定対象の材料５は、顆粒、粉末、又は液体である。なお、ここでいう液体は、測定対象の材料５が溶解した溶液を含む他、測定対象の材料５自体である溶媒を含み得る。
　無極性液晶６は、電圧を印加しても液晶分子が回転しない液晶である。無極性液晶６は、言い換えればニュートラル液晶ともいう。さらに言えば、無極性液晶６は、誘電率異方性Δεが零又は殆ど零の液晶である。誘電率異方性Δεは、液晶分子の軸方向の誘電率と、液晶分子の軸方向と直交する方向の誘電率との差分により表される。実施の形態では、無極性液晶６は、フッ素系のネマティック液晶である。より具体的には、実施の形態では、無極性液晶６は、例えばＤＩＣ株式会社製の型名：ＮＡ－１３４５である。もちろん、無極性液晶６は、上記製品の液晶に特に限定されない。
　ここで、無極性液晶６と有極性液晶との特性の違いについて、図４及び図５を用いて説明する。ここでいう有極性液晶は、電圧を印加することにより液晶分子が回転する液晶をいう。言い換えれば、有極性液晶は、誘電率異方性Δεが正である液晶、又は誘電率異方性Δεが負である液晶である。
　図４は、有極性液晶を封入した液晶セルに三角波電圧を印加した場合に流れる変位電流を測定して得られる電圧Ｖ（時間）対電流Ｉプロットのグラフ（Ｖ－Ｉ曲線）の一例を示す図である。図５は、無極性液晶６を封入した液晶セルに三角波電圧を印加した場合に流れる変位電流を測定して得られる電圧Ｖ（時間）対電流Ｉプロットのグラフ（Ｖ－Ｉ曲線）の一例を示す図である。ここでは、液晶セルに封入されるのは液晶のみであり、測定対象の材料５は液晶に混ぜられていない。
　図４において、Ｖ軸に対する傾きＡ１の逆数は、有極性液晶の抵抗値を表している。また、図４において、平行四辺形状のグラフのＩ軸方向の縦幅Ａ２は、有極性液晶のキャパシタンスを表している。また、図４において、平行四辺形状のグラフのＩ軸方向のピークＡ３は、有極性液晶のスイッチング電圧（言い換えれば、スイッチング電流）を表している。また、図４において、平行四辺形状のグラフから突出する凸部Ａ４の面積は、有極性液晶に含まれる不純物イオン５１の密度を表している。そして、図４において、平行四辺形状のグラフのＶ軸方向の横幅Ａ５は、有極性液晶に含まれる不純物イオン５１の移動度を表している。ピークＡ３、凸部Ａ４、及び横幅Ａ５は、第１象限のみならず第３象限にも現れている。
　図４に示すように、有極性液晶を溶媒として液晶セルに用いた場合、有極性液晶のスイッチング電流（ピークＡ３）が変位電流の測定結果に現れ、かつ、有極性液晶に含まれる不純物イオン５１の物性（凸部Ａ４及び横幅Ａ５）が変位電流の測定結果に現れる。このため、有極性液晶に測定対象の材料５を混ぜた試料を液晶セルに封入した場合、変位電流の測定結果には、測定対象の材料５についての物性が現れるだけでなく、有極性液晶の物性が現れることになる。
　図５において、Ｖ軸に対する傾きの逆数は、無極性液晶６の抵抗値Ｒを表している。また、図５において、平行四辺形状のグラフの上側の辺は、液晶セルに印加される電圧の上昇時において液晶セルを流れる電流Ｉｐを表しており、平行四辺形状のグラフの下側の辺は、液晶セルに印加される電圧の下降時において液晶セルを流れる電流Ｉｎを表している。そして、図５において、平行四辺形状のグラフのＩ軸方向の縦幅は、上記の電流Ｉｐと電流Ｉｎとの差分ΔＩであって、無極性液晶６のキャパシタンスを表している。
　図５に示すように、無極性液晶６を溶媒として液晶セルに用いた場合、液晶分子が電圧の印加によって回転しないことから、有極性液晶のようなスイッチング電流が変位電流の測定結果に現れない。また、この場合、無極性液晶６は、有極性液晶と比較して純度が高いことから、不純物イオン５１が殆ど含まれておらず、不純物イオン５１の物性が変位電流の測定結果に現れないか、現れたとしても非常に小さくなる。このため、無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜた試料を液晶セルに封入した場合、変位電流の測定結果には、測定対象の材料５についての物性のみが現れることになる。
　以下、液晶セル３の作成方法について図２及び図３を用いて説明する。まず、測定対象の材料５及び無極性液晶６を用意し、無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜることで、試料４を作成する。次に、空間Ｓｐ１が空の液晶セル３を用意し、作成した試料４を液晶セル３内に封入する。ここで、液晶セル３においてシール剤３３が塗布された領域には、２つの注入口３４が形成されている。作成した試料４は、これら２つの注入口３４の少なくとも一方から液晶セル３内へと毛細管現象を利用して封入される。以上の工程を経ることで、試料４が封入された液晶セル３を作成することが可能である。
　＜方法＞
　以下、実施の形態に係る電荷量測定システム１００の動作、つまり電荷量測定方法について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態に係る電荷量測定方法の一例を示すフローチャートである。図６においては、上述の液晶セル３を作成する工程も含まれている。
　まず、測定対象の材料５を無極性液晶６に混ぜることで、試料４を作成する（ステップＳ１）。次に、作成した試料４を空間Ｓｐ１が空の液晶セル３に封入することにより、試料４が封入された液晶セル３を作成する（ステップＳ２）。
　次に、液晶セル３を加熱する（ステップＳ３）。ここでは、液晶セル３の周囲温度が摂氏６０度程度になるまで、液晶セル３を加熱する。そして、液晶セル３を加熱しながら、又は液晶セル３が高温の環境に置かれた状態で、電圧印加部１により液晶セル３の一対の電極３１間に電圧（ここでは、三角波電圧）を印加する（ステップＳ４）。つまり、実施の形態では、一対の電極３１間に電圧を印加するステップＳ４は、常温よりも高い温度（ここでは、摂氏６０度程度）下で行われる。
　このように液晶セル３を加熱することにより、無極性液晶６の粘度を下げることができ、無極性液晶６中における測定対象の材料５の電荷、又は測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１の移動度を向上することができる。具体的には、イオンの移動度は、以下の式により表される。以下の式において、「μ」はイオンの移動度、「Ｚ」はイオンの価数、「ｅ」は電気素量、「η」は液晶の粘度、「γｓ」はイオンのストークス半径を表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の式に示すように、液晶の粘度「η」が小さくなればなる程、イオンの移動度、つまり不純物イオン５１の移動度が大きくなる。これにより、測定対象の材料５についての電荷量を測定するステップＳ５において、液晶セル３を加熱しない場合と比較して、測定対象の材料５の電荷、又は測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１の電荷量の測定精度を更に向上することができる。
　次に、測定部２により液晶セル３の一対の電極３１及び試料４に流れる電流（変位電流）を測定し、測定した電流に基づいて測定対象の材料５についての電荷量を測定する（ステップＳ５）。
　ここで、測定対象の材料５についての電荷量の測定の具体例について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、実施の形態に係る電荷量測定方法による測定結果の一例を示す図である。図８は、図７に示す測定結果の一例を一部拡大した図である。図７及び図８に示す測定結果は、縦軸が一対の電極３１及び試料４に流れる電流（単位は「ｐＡ」）を、横軸が一対の電極３１間に印加される電圧（単位は「Ｖ」）を表している。
　図７及び図８において、実線は、測定対象の材料５を無極性液晶６に混ぜて作成された試料４を封入した液晶セル３についての測定結果を表している。また、図７及び図８において、点線は、無極性液晶６のみを封入した液晶セル３についての測定結果を表している。また、図７及び図８において、破線は、昇華精製により不純物を取り除いた測定対象の材料５を無極性液晶６に混ぜて作成された試料を封入した液晶セル３についての測定結果を表している。いずれの試料においても、測定対象の材料５の濃度は、１ｗｔ％である。
　図７及び図８の点線に示すように、無極性液晶６のみを封入した液晶セル３についての測定結果においては、平行四辺形状のグラフから突出するピークが生じていない。一方、図７及び図８の実線に示すように、測定対象の材料５に不純物が含まれている（不純物イオン５１が含まれている）場合には、平行四辺形状のグラフから突出するピークが生じている。つまり、このピークを含む領域（図７におけるドット領域）の面積を算出することにより、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１の電荷量、言い換えれば不純物イオン５１のイオン量を測定することが可能である。
　さらに、図８の破線に示すように、測定対象の材料５について昇華精製を行った場合の測定結果においても、平行四辺形状のグラフから突出するピークが生じていることがわかる。したがって、このピークを含む領域（図８におけるドット領域）の面積を算出することにより、昇華精製により測定対象の材料５から不純物を取り除いた場合でも、測定対象の材料５に僅かに残留する不純物イオン５１の電荷量、言い換えれば不純物イオン５１のイオン量を測定することが可能である。
　＜利点＞
　以下、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００の利点について説明する。まず、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００のように、測定対象の材料５についての電荷量を測定するに至った技術的背景について説明する。
　例えば、有機材料又は無機材料に不純物イオン５１が含まれる場合、この不純物イオン５１が有機材料又は無機材料を用いたデバイス（例えば、太陽電池等）の特性に悪影響を及ぼし得る。このため、デバイスを作成するに当たっては、デバイスの作成に用いられる有機材料又は無機材料に不純物イオン５１が含まれるか否かを測定することが重要となる。
　ここで、測定対象の材料５を分析する手法としては、例えばＨＰＬＣ（High Performance Liquid Chromatography：高効率液体クロマトグラフィー）等の科学的分析手法が知られている。しかしながら、ＨＰＬＣでは、測定対象の材料５に不純物イオン５１が含まれるか否かを検出することが難しい。
　これに対して、測定対象の材料５についての電荷量を測定する電気的分析手法により、測定対象の材料５に不純物イオン５１が含まれるか否かを検出する手法が知られており、例えば非特許文献１及び非特許文献２に開示されている。
　非特許文献１には、背景技術でも述べたように、緑色のＴＡＤＦドーパント粉末を含むキシレン溶液をテストセルに封入し、このテストセルに三角波電圧を印加して電流を測定することにより、ＴＡＤＦドーパント粉末に含まれる不純物イオンの量を測定する方法が開示されている。しかしながら、非特許文献１に開示の技術では、キシレン溶液自体に含まれる不純物イオンが測定に影響を及ぼし得る、という課題がある。以下、具体的に説明する。
　図９は、キシレンに含まれる不純物イオンのイオン量の測定結果の一例を示す図である。図９において、縦軸は不純物イオンのイオン量、横軸は時間を表している。ここでは、不純物イオンのイオン量は、不純物イオンの電荷量の合計で表されている。図９に示すように、キシレンに含まれる不純物イオンのイオン量は、時間経過に伴ってばらつきがあり、かつ、イオン量も数ｐＣ～数十ｐＣと比較的大きい。
　このため、非特許文献１に開示の技術を用いて測定対象の材料５についての電荷量を測定しようとしても、測定結果にはキシレンに含まれる不純物イオンのイオン量が含まれるため、測定対象の材料５についての電荷量を精度良く測定することは難しい。また、キシレンに含まれる不純物イオンのイオン量は時間経過に伴ってばらつきがあるため、事前にキシレンのみの不純物イオンのイオン量を測定し、測定対象の材料５についての電荷量の測定結果との差分を算出するという手法を適用することも難しい。
　これに対して、本願の発明者は、無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜた場合、無極性液晶６が高純度の液晶であり、かつ、測定結果にスイッチング電流が含まれないことから、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１の電荷量のみを測定可能である、つまり測定対象の材料５に不純物イオン５１が含まれるか否かを精度良く検出可能であることを見い出した。
　図１０は、無極性液晶６に含まれる不純物イオンのイオン量の測定結果の一例を示す図である。この測定結果は、常温よりも高い温度（ここでは、摂氏６０度程）下で行われた測定の結果である。図１０において、縦軸は不純物イオンのイオン量、横軸は時間を表している。ここでは、不純物イオンのイオン量は、不純物イオンの電荷量の合計で表されている。図１０に示すように、無極性液晶には、不純物イオンが零に近いレベルで存在しておらず、また、ごく微量の不純物イオンが存在していたとしても、そのイオン量が時間経過に伴って殆ど変動しない。すなわち、無極性液晶６は、無極性液晶６についての電荷量（ここでは、無極性液晶６に含まれる不純物イオンのイオン量）の時間経過に伴うばらつきが０．１ｐＣ以下となる純度を有している。
　したがって、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００では、測定対象の材料５を混ぜる溶媒としてキシレンを用いる場合と比較して、測定対象の材料５についての電荷量（ここでは、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１のイオン量）を精度良く測定することが可能である。具体的には、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００では、測定対象の材料５に含まれるごく微量（例えば、数ｐＣ）の不純物イオン５１を測定することが可能である。
　非特許文献２には、背景技術でも述べたように、オリゴヌクレオチドＤＮＡ溶液と液晶溶液とを混合し、混合した溶液を封入した液晶セルに三角波電圧を印加して電流を測定することにより、オリゴヌクレオチドＤＮＡの物性を分析する方法が開示されている。より具体的には、非特許文献２では、誘電率異方性Δεが負である液晶にオリゴヌクレオチドＤＮＡを混ぜた試料を作成し、この試料を水平配向膜を有する液晶セルに封入している。つまり、非特許文献２では、電圧の印加に伴う液晶分子の回転を水平配向膜で規制することにより、スイッチング電流を抑制している。
　非特許文献２に開示の技術では、オリゴヌクレオチドＤＮＡの電荷量を測定することが可能であるが、液晶の純度が比較的低いことに起因して、その電荷量の測定値が数百ｐＣオーダーであるため、数ｐＣオーダーの測定精度を実現することが難しい。したがって、非特許文献２に開示の技術では、測定対象の材料５に不純物イオン５１が含まれるか否かを精度良く検出することは難しい。これに対して、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００では、既に述べたように、測定対象の材料５に不純物イオン５１が含まれるか否かを精度良く検出することが可能である。
　また、非特許文献２では、測定の準備段階においてオリゴヌクレオチドＤＮＡを増幅させなければ、オリゴヌクレオチドＤＮＡの電荷量を測定することが難しいという課題もある。一方、本開示の電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００では、測定対象の材料５がＤＮＡである場合でも、測定の準備段階においてＤＮＡを増幅せずともＤＮＡの電荷量を測定することが可能である。
　上述のように、実施の形態に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００は、非特許文献１及び非特許文献２に開示の技術と比較して、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を向上することができる、という利点がある。
　（変形例）
　以上、本開示に係る電荷量測定方法及び電荷量測定システムについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施した形態、又は実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　上記実施の形態では、液晶セル３の一対の電極３１間に電圧を印加するステップＳ４は、常温よりも高い温度下で行われているが、これに限られない。例えば、上記ステップＳ４は、常温下で行われてもよい。
　上記実施の形態では、液晶セル３には、無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜた試料４が封入されているが、これに限られない。以下、液晶セルの第１変形例及び第２変形例について、それぞれ図１１及び図１２を用いて説明する。
　図１１は、実施の形態の第１変形例に係る液晶セル３Ａを示す概要図である。図１１に示すように、液晶セル３Ａには、誘電率異方性Δεが正である液晶６Ａに測定対象の材料５を混ぜた試料４Ａが封入されている。また、液晶セル３Ａにおいては、一対の絶縁膜３２の代わりに、一対の垂直配向膜３５が形成されている。このため、液晶セル３Ａにおいては、電圧の印加に伴う液晶６Ａ中の液晶分子の回転を一対の垂直配向膜３５で規制することにより、スイッチング電流を抑制している。
　第１変形例では、液晶６Ａの純度を無極性液晶６の純度に近づけることができれば、無極性液晶６を用いた場合と同様に、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を向上することが可能である。
　図１２は、実施の形態の第２変形例に係る液晶セル３Ｂを示す概要図である。図１２に示すように、液晶セル３Ｂには、誘電率異方性Δεが負である液晶６Ｂに測定対象の材料５を混ぜた試料４Ｂが封入されている。また、液晶セル３Ｂにおいては、一対の絶縁膜３２の代わりに、一対の水平配向膜３６が形成されている。このため、液晶セル３Ｂにおいては、電圧の印加に伴う液晶６Ｂ中の液晶分子の回転を一対の水平配向膜３６で規制することにより、スイッチング電流を抑制している。
　第２変形例では、第１変形例と同様に、液晶６Ｂの純度を無極性液晶６の純度に近づけることができれば、無極性液晶６を用いた場合と同様に、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を向上することが可能である。
　上記実施の形態では、電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００は、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１のイオン量を測定しているが、これに限られない。既に述べたように、例えば測定対象の材料５がＤＮＡである場合、電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００は、ＤＮＡの電荷量を測定することになる。つまり、電荷量測定方法及び電荷量測定システム１００は、測定対象の材料５自体の電荷量を測定するために用いてもよいし、測定対象の材料５に含まれる不純物の電荷量を測定するために用いてもよい。
　（まとめ）
　以上述べたように、本開示に係る電荷量測定方法は、電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜた試料４が封入された液晶セル３において、試料４を挟むように位置する一対の電極３１間に周期的に変化する電圧を印加し（ステップＳ４）、電圧の印加により一対の電極３１及び試料４を流れる電流に基づいて、測定対象の材料５についての電荷量を測定する（ステップＳ５）。
　これによれば、無極性液晶６由来の変位電流が殆ど存在しないことから、測定対象の材料５のみに由来する電荷量を測定することができる。つまり、これによれば、無極性液晶６以外の溶媒を用いる場合と比較して、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を向上することができる、という利点がある。
　また、本開示に係る電荷量測定方法では、無極性液晶６は、無極性液晶６についての電荷量の時間経過に伴うばらつきが０．１ｐＣ以下となる純度を有する。
　これによれば、測定対象の材料５のみに由来する電荷量をより精度良く測定することができるので、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を更に向上することができる、という利点がある。
　また、本開示に係る電荷量測定方法は、誘電率異方性が正である液晶６Ａに測定対象の材料５を混ぜた試料４Ａが垂直配向膜３５で挟む形で封入された液晶セル３Ａにおいて、試料４Ａ及び垂直配向膜３５を挟むように位置する一対の電極３１間に周期的に変化する電圧を印加し（ステップＳ４）、電圧の印加により一対の電極３１及び試料４Ａを流れる電流に基づいて、測定対象の材料５についての電荷量を測定する（ステップＳ５）。
　これによれば、液晶６Ａ由来の変位電流が殆ど存在しないことから、測定対象の材料５のみに由来する電荷量を測定することができる。つまり、これによれば、無極性液晶６及び液晶６Ａ以外の溶媒を用いる場合と比較して、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を向上することができる、という利点がある。
　また、本開示に係る電荷量測定方法では、一対の電極３１間に電圧を印加するステップＳ４は、常温よりも高い温度下で行われる（ステップＳ３）。
　これによれば、試料４の溶媒である液晶の粘度を下げることができるので、液晶中に存在する測定対象の材料５の電荷、又は測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１の移動度を向上することができ、結果として測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を更に向上することができる、という利点がある。
　また、本開示に係る電荷量測定方法では、測定対象の材料５についての電荷量を測定するステップＳ５は、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１のイオン量を測定するステップである。
　これによれば、液晶６Ａ由来の変位電流が殆ど存在しないことから、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１のみに由来する電荷量を測定することができる。つまり、これによれば、無極性液晶６及び液晶６Ａ以外の溶媒を用いる場合と比較して、測定対象の材料５に含まれる不純物イオン５１のイオン量の測定精度を向上することができる、という利点がある。
　また、本開示に係る電荷量測定システム１００は、電圧印加部１と、測定部２と、を備える。電圧印加部１は、電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶６に測定対象の材料５を混ぜた試料４が封入された液晶セル３において、試料４を挟むように位置する一対の電極３１間に周期的に変化する電圧を印加する。測定部２は、電圧の印加により一対の電極３１及び試料４を流れる電流に基づいて、測定対象の材料５についての電荷量を測定する。
　これによれば、無極性液晶６由来の変位電流が殆ど存在しないことから、測定対象の材料５のみに由来する電荷量を測定することができる。つまり、これによれば、無極性液晶６以外の溶媒を用いる場合と比較して、測定対象の材料５についての電荷量の測定精度を向上することができる、という利点がある。
　本開示は、例えば測定対象の材料についての電荷量を測定する方法及びシステムに適用することが可能である。
　１　電圧印加部
　２　測定部
　２１　Ｉ－Ｖコンバータ
　２２　電圧計
　３、３Ａ、３Ｂ　液晶セル
　３０　ガラス基板
　３１　電極
　３２　絶縁膜
　３３　シール剤
　３４　注入口
　３５　垂直配向膜
　３６　水平配向膜
　４、４Ａ、４Ｂ　試料
　５　測定対象の材料
　５１　不純物イオン
　６　無極性液晶
　６Ａ　誘電率異方性が正である液晶
　６Ｂ　誘電率異方性が負である液晶

Claims (6)

  1. 　電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶に測定対象の材料を混ぜた試料が封入された液晶セルにおいて、前記試料を挟むように位置する一対の電極間に周期的に変化する電圧を印加し、
    　前記電圧の印加により前記一対の電極及び前記試料を流れる電流に基づいて、前記測定対象の材料についての電荷量を測定する、
    　電荷量測定方法。
  2. 　前記無極性液晶は、前記無極性液晶についての電荷量の時間経過に伴うばらつきが０．１ｐＣ以下となる純度を有する、
    　請求項１に記載の電荷量測定方法。
  3. 　誘電率異方性が正である液晶に測定対象の材料を混ぜた試料が垂直配向膜で挟む形で封入された液晶セルにおいて、前記試料及び前記垂直配向膜を挟むように位置する一対の電極間に周期的に変化する電圧を印加し、
    　前記電圧の印加により前記一対の電極及び前記試料を流れる電流に基づいて、前記測定対象の材料についての電荷量を測定する、
    　電荷量測定方法。
  4. 　前記一対の電極間に電圧を印加するステップは、常温よりも高い温度下で行われる、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の電荷量測定方法。
  5. 　前記測定対象の材料についての電荷量を測定するステップは、前記測定対象の材料に含まれる不純物イオンのイオン量を測定するステップである、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の電荷量測定方法。
  6. 　電圧を印加しても液晶分子が回転しない無極性液晶に測定対象の材料を混ぜた試料が封入された液晶セルにおいて、前記試料を挟むように位置する一対の電極間に周期的に変化する電圧を印加する電圧印加部と、
    　前記電圧の印加により前記一対の電極及び前記試料を流れる電流に基づいて、前記測定対象の材料についての電荷量を測定する測定部と、を備える、
    　電荷量測定システム。
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