JP2000330117A - 液晶デバイスにおける表面配向力の測定装置および測定方法 - Google Patents

液晶デバイスにおける表面配向力の測定装置および測定方法

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JP2000330117A
JP2000330117A JP14395199A JP14395199A JP2000330117A JP 2000330117 A JP2000330117 A JP 2000330117A JP 14395199 A JP14395199 A JP 14395199A JP 14395199 A JP14395199 A JP 14395199A JP 2000330117 A JP2000330117 A JP 2000330117A
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droplet
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Tadashi Kawamura
忠史 川村
Tatsuo Uchida
龍男 内田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶層と、液晶層を挟持するための1対の基
板と、液晶層を配向させるために各基板の液晶層側の面
上に設けられた配向膜とを備える液晶デバイスにおける
配向膜の表面配向力を測定するための測定装置および測
定方法において、実際の液晶デバイスをそのまま用い
て、正確にかつ効率的に表面配向力を測定することがで
きる測定装置および測定方法を提供する。 【解決手段】 液晶パネル10の液晶層を部分的に相転
移させることによって特定の相のドロップレットを液晶
パネル10の配向膜上に生成させるために、上記液晶層
を局所的に加熱するための光ビームを液晶層に照射する
加熱用光源5を設け、上記ドロップレットの接触角をカ
メラ7で測定し、測定された接触角から上記配向膜の表
面配向力を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶デバイスにお
ける表面配向力を液晶の相転移によって生じたドロップ
レットの接触角に基づいて測定する測定装置および測定
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】液晶デバイスの製造において液晶層全体
の配向方向を安定に保持することは、使用時における液
晶デバイスの性能向上および製造時における液晶デバイ
スの生産性向上の双方にとって、非常に重要である。液
晶層の配向方向の安定性は、液晶層と配向膜との境界面
における液晶と配向膜材料との相互作用の大きさで決ま
る。そのため、配向膜が液晶層表面の配向を固定する
力、すなわち表面配向力に関する情報を得るためには、
液晶層表面における配向膜材料と液晶との相互作用の大
きさを測定あるいは評価する必要がある。
【0003】従来、表面配向力を簡単に評価する方法と
して、動作状態の液晶デバイスにおける液晶層の配向の
均一性を顕微鏡で観察することによって表面配向力を評
価する方法が行われている。
【0004】しかしながら、表面配向力が強くても弱く
ても、液晶層の配向の均一性はそれほど変わらないの
で、表面配向力を定量化することは不可能であった。
【0005】また、表面配向力を定量的に測定する方法
として、従来、基板表面のダイレクタに既知の外力を与
え、そのダイレクタのずれから表面配向力を測定する方
法が提案されている。
【0006】このようなダイレクタのずれを測定する方
法の代表的なものとして、Y.Sato,K.Sat
o,T.Uchida,“Relationship
between rubbing strength
and surface anchoring of
nematic liquid crystal”,J
pn.J.Appl.Phys.,31,pp.L57
9−L581(1992)や、福田、竹添、“強誘電性
液晶の構造と物性”、コロナ社(1990)pp.26
1−262に記載されている、トルクバランス法(フレ
デリクス転移法)がある。このトルクバランス法では、
液晶の自発ねじれ力による外力に対する液晶のダイレク
タ(配向ベクトル)のずれ角を測定する。
【0007】また、このようなダイレクタのずれを測定
する方法として、E.Yokoyama,H.A.va
n Sprang,“A novel method
for determining the ancho
ring energy function at a
nematic liquid crystal−w
all interface from direct
or distortions at high fi
elds”,J.Appl.Phys.,57(1
0),pp.4520−4526(1985)には、強
電場法が提案されている。基板に平行方向に配向させた
液晶に対して基板に垂直な方向の電場を印加すると、液
晶は、基板から十分に離れた位置では完全に電場の方向
に沿って配向する一方、基板付近ではその配向力のため
に有限の変形層(液晶のダイレクタが電場方向からずれ
た層)を生じる。上記の変形層は、アンカリング強度
(束縛の強度)が大きいほど厚くなる。強電場法は、上
記のような液晶の性質を利用して、基板付近に生じた変
形層の厚みを測定し、その測定結果からアンカリング強
度を見積もるものである。
【0008】しかしながら、実用化されている液晶デバ
イスでは、配向力の強い配向膜が用いられているため、
外部電界や液晶の自発ねじれ力による外力は、配向力に
比べて相対的に小さくなる。それゆえ、液晶表面のダイ
レクタのずれ角は僅かなものとなる。そのため、液晶の
ダイレクタのずれに基づいて測定を行うこれらの方法
は、実際の液晶デバイスの製造に適用することはできな
かった。
【0009】また、これらの方法では、配向力評価のた
めに、製品(液晶デバイス)とは別に特殊な測定用の液
晶セルを作成する必要があり、仮に今後において誤差が
改善されたとしても、製品自体の検査に用いることは不
可能である。
【0010】さらに、表面配向力を定量的に測定する方
法として、外力に対する液晶ダイレクターのずれ角を測
定するこれらの方法以外に、配向膜材料の表面自由エネ
ルギーを測定することによって液晶と配向膜材料との境
界面の相互作用を評価する方法が考えられる。しかしな
がら、配向処理に伴う配向膜材料の表面自由エネルギー
の変化は僅かであるため、その測定には工夫が必要であ
る。
【0011】表面自由エネルギーを評価する方法として
は、一般的に、J.N.イスラエルアチヴィリ、“分子
間力と表面力 第2版”、朝倉出版(1996)に記載
されているように、ウィルムヘルムプレート法や液滴法
などが知られている。しかしながら、これらの方法で
は、表面自由エネルギーの変化に対する感度が低いた
め、表面配向力の差を測定することは実質的に不可能で
ある。
【0012】そこで、川村、宮下、内田、“液晶の表面
配向と表面エネルギーとの関係”、信学技報EID97
−100,pp.15−19(1998−01)や、川
村、宮下、内田、“相転移ドロップレット法を用いた表
面オーダーと配向力の評価”、信学技報EID98−1
4,pp.37−42(1998−06)には、従来の
液滴法を改良し、液晶の表面秩序度の差と界面張力差と
を結び付けた相転移ドロップレット法の提案がなされて
いる。この方法では、液晶セルを恒温槽によりネマチッ
ク相と異方相との間の相転移温度に温度制御すること
で、異方相のドロップレットを形成させる。次いで、リ
タデーションによって生ずる干渉縞を顕微鏡で観察する
ことにより、ネマチック相と異方相との境界面の形状を
決定する。そして、境界面の形状からネマチック相と異
方相との境界の作る接触角を計算し、この接触角によっ
て表面秩序度を定量的に評価する。
【0013】この方法を用いることで、従来のトルクバ
ランス法や強電場法などでは測定できないような強い表
面配向力の定量的評価ができると考えられる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献の提案には、実際の液晶デバイスの製造工程における
実際の液晶デバイスの表面配向力の測定方法は示されて
おらず、実用化に至っていない。本願発明者等が上記文
献に記載の方法を実際の液晶デバイスの製造に用いるこ
とを検討したところ、実際の液晶デバイスでは、恒温槽
で全体を均一に加熱すると、問題点を生じることが分か
った。すなわち、上記文献に記載の方法では、実用化に
かかるこの問題点を解決できないことが分かった。
【0015】また、従来の液晶セル全体を均一に加熱す
る方法では、液晶のドロップレットが生成する場所を指
定することができなかった。実際の液晶パネルでは、全
体を均一に加熱すると、ドロップレットは液晶パネル中
に設けられたスペーサや電極の端面から主として発生す
る。このような位置に発生したドロップレットは、その
形状が球の一部から歪んだ形状となる。そのため、ドロ
ップレットの接触角をその形状から正確に求めることが
できなくなり、その結果、非常に大きな測定誤差を生じ
てしまう。また、液晶パネルを相転移温度に正確に保つ
ためには、室温の液晶パネルを恒温槽に入れて10分間
程度加熱する必要があり、測定に時間がかかるという問
題もあった。
【0016】本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的は、実際の液晶デバイスをその
まま用いて、正確にかつ効率的に表面配向力を測定する
ことができる測定装置および測定方法を提供することに
ある。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
液晶デバイスにおける表面配向力の測定装置は、上記の
課題を解決するために、液晶層と、液晶層を挟持するた
めの1対の基板と、液晶層を配向させるために各基板の
液晶層側の面上に設けられた配向膜とを備える液晶デバ
イスにおける配向膜の表面配向力を測定するための測定
装置であって、液晶層を部分的に相転移させることによ
って特定の相のドロップレットを配向膜上に生成させる
ドロップレット生成手段と、上記ドロップレットの接触
角を測定し、測定された接触角から配向膜の表面配向力
を求める測定手段とを備え、上記ドロップレット生成手
段が、液晶層を局所的に加熱するための光ビームを液晶
層に照射する光源を備えていることを特徴としている。
【0018】上記構成によれば、製造した液晶デバイス
をそのまま用いて表面配向力を測定することができ、測
定により液晶デバイスを破壊することもない。また、従
来のトルクバランス法や強電場法などでは測定できない
ような強い表面配向力についても、測定が可能となる。
【0019】さらに、上記構成によれば、光源を用いて
任意の位置に集光することで、集光位置のみを局所的に
加熱し、ドロップレットを任意の位置に生成させること
ができる。これにより、所望の位置にドロップレットを
生成させて、所望の位置で測定を行うことができる。そ
れゆえ、ドロップレットの形状が球の一部から歪んだ形
状となる液晶デバイス中の位置、例えば、スペーサや電
極が設けられた位置を避けて測定を行うことができる。
その結果、測定誤差が生じることを回避でき、表面配向
力を正確に測定することができる。また、液晶デバイス
の各部において順次測定を行うことで、液晶デバイスに
おける表面配向力の分布を測定することも可能となる。
その上、光源からの光ビームの照射によって液晶層を加
熱するので、恒温槽などを用いて液晶デバイス全体を均
一に加熱する場合と比較して、液晶層を速やかに昇温さ
せることができる。それゆえ、ドロップレットを速やか
に生成させることができ、効率的な測定を行うことがで
きる。
【0020】なお、「ドロップレットの接触角」とは、
ドロップレットを除く液晶層とドロップレットとの境界
面が配向膜との接点で配向膜となす角をドロップレット
を含む側の角で表したものである。また、「ドロップレ
ット」とは、液晶の相分離によって配向膜上に生じた微
小な液晶相であり、球を平面で切断した形状を有するも
のである。
【0021】本発明の請求項2記載の液晶デバイスにお
ける表面配向力の測定装置は、上記の課題を解決するた
めに、請求項1記載の液晶デバイスにおける表面配向力
の測定装置において、上記測定手段が、上記液晶層のリ
タデーション分布に基づいて上記ドロップレットの形状
を測定し、その形状から上記接触角を求めるものである
ことを特徴としている。
【0022】上記構成によれば、ドロップレットの形状
に基づいてドロップレットの接触角を求めるので、ドロ
ップレットの形状が球を平面で切断した形状から幾らか
歪んでいても、ドロップレットの接触角を正確に求める
ことができる。それゆえ、表面配向力をより正確に測定
することができる。
【0023】本発明の請求項3記載の液晶デバイスにお
ける表面配向力の測定装置は、上記の課題を解決するた
めに、請求項1記載の液晶デバイスにおける表面配向力
の測定装置において、上記測定手段が、上記液晶層のリ
タデーション分布に基づいて上記ドロップレットの最大
半径を測定し、その最大半径から上記接触角を求めるも
のであることを特徴としている。
【0024】上記構成によれば、ドロップレットの最大
半径に基づいてドロップレットの接触角を求めるので、
ドロップレットの形状を測定する場合と比較して複雑な
演算が必要なく、ドロップレットの接触角をより簡単な
演算で求めることができる。それゆえ、表面配向力をよ
り簡便に測定することができる。
【0025】なお、「ドロップレットの半径」とは、ド
ロップレットを球の一部とみなしたときの球の半径を指
すものとする。「ドロップレットの最大半径」は、ドロ
ップレットが成長して対向する側の配向膜に接して壊れ
る直前のドロップレットの半径である。
【0026】本発明の請求項4記載の液晶デバイスにお
ける表面配向力の測定方法は、上記の課題を解決するた
めに、液晶層と、液晶層を挟持するための1対の基板
と、液晶層を配向させるために各基板の液晶層側の面上
に設けられた配向膜とを備える液晶デバイスにおける配
向膜の表面配向力を測定するための測定方法であって、
上記液晶層を部分的に相転移させることによって特定の
相のドロップレットを配向膜上に生成させるドロップレ
ット生成工程と、上記ドロップレットの接触角を測定
し、測定された接触角から配向膜の表面配向力を求める
測定工程とを含み、上記ドロップレット生成工程では、
光ビームの照射により液晶を局所的に加熱することでド
ロップレットを生成させることを特徴としている。
【0027】上記方法によれば、製造した液晶デバイス
をそのまま用いて表面配向力を測定することができ、測
定により液晶デバイスを破壊することもない。また、従
来のトルクバランス法や強電場法などでは測定できない
ような強い表面配向力についても、測定が可能となる。
【0028】さらに、上記方法によれば、光ビームを用
いて任意の位置に集光することで、集光位置のみを局所
的に加熱し、ドロップレットを任意の位置に生成させる
ことができる。これにより、所望の位置にドロップレッ
トを生成させて、所望の位置で測定を行うことができ
る。それゆえ、ドロップレットの形状が球の一部から歪
んだ形状となる液晶デバイス中の位置、例えば、スペー
サや電極が設けられた位置を避けて測定を行うことがで
きる。その結果、測定誤差が生じることを回避でき、表
面配向力を正確に測定することができる。また、液晶デ
バイスの各部において順次測定を行うことで、液晶デバ
イスにおける表面配向力の分布を測定することも可能と
なる。その上、光ビームの照射によって液晶層を加熱す
るので、恒温槽などを用いて液晶デバイス全体を均一に
加熱する場合と比較して、液晶層を速やかに昇温させる
ことができる。それゆえ、ドロップレットを速やかに生
成させることができ、効率的な測定を行うことができ
る。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
1ないし図6に基づいて説明すれば、以下の通りであ
る。まず、相転移ドロップレット法の基本原理につい
て、図2に基づいて以下に説明する。
【0030】液晶層11と、液晶層11を挟持するため
の1対の基板12・13と、各基板12・13における
液晶層11側の面上に設けられた、液晶層11を配向さ
せるための配向膜14・15とを備える液晶パネル10
において、ネマティック相(以下、N相と記す)の状態
にある液晶層11の温度を徐々に上げて行くと、ネマチ
ック相と異方相との間の相転移(以下、N−Iso相転
移と記す)温度において液晶層11の表面側(配向膜1
5側)から等方相(以下、Iso相と記す)が出現す
る。一般に、液晶物質におけるN−Iso相転移は1次
相転移であるため、N−Iso相転移温度では、液晶物
質のN相とIso相とは共存可能である。このため、N
−Iso相転移温度で液晶層11を保持すると、図2に
示すように、Iso相が、球を平面で切断した形状を有
するドロップレット11bを配向膜15上に形成する。
なお、図2には、図面を簡素化するために、Iso相の
ドロップレット11bが配向膜15上にのみ形成される
ように示しているが、実際には、配向膜14上にもIs
o相のドロップレット11bが形成される。
【0031】相転移ドロップレット法では、N相11a
とIso相のドロップレット11bと配向膜15との間
でできる、Iso相のドロップレット11bの接触角を
測定する。これにより、液晶層11と配向膜15との間
の界面張力を測定することができる。なお、Iso相の
ドロップレット11bの接触角とは、N相11aとIs
o相のドロップレット11bとの境界面Bが配向膜15
に接する点における、境界面Bと配向膜15とのなす角
をIso相のドロップレット11bを含む側の角で表し
たものである。
【0032】このとき、これらの界面には、N相11a
と配向膜15との間の界面張力、Iso相のドロップレ
ット11bと配向膜15との間の界面張力、およびN相
11aとIso相のドロップレット11bとの間の界面
張力の3つの界面張力が働く。N相11aと配向膜15
との間に働く界面張力をγNS、Iso相のドロップレッ
ト11bと配向膜15との間に働く界面張力をγIS、N
相11aとIso相のドロップレット11bとの間に働
く界面張力をγIN、N相11aとIso相のドロップレ
ット11bとの境界面Bが形成する接触角をθとする
と、これらの間には、一般に、Youngの式 γNS=γIS+γIN×cosθ …(1) が成り立つ。γINは、液晶材料の種類によって決まる定
数であるので、変化しない。一方、γNSおよびγISは、
配向処理によって変化する。この差を Δγ=γNS−γIS とおくと、Δγは、液晶材料が同一物質で表面秩序度の
みが異なるN相とIso相という2つの状態間で変化し
たときの、液晶材料と配向膜15との間に働く界面張力
の差(変化量)に等しい。
【0033】したがって、Δγは、配向膜15の表面秩
序度が液晶材料のN相における表面秩序度に近いのか、
それとも液晶材料のIso相における表面秩序度に近い
のかを表わすパラメータとなる。また、配向膜15の表
面秩序度がN相11aに近いほど表面配向力が大きいと
考えられる。
【0034】これらより、Δγが小さいほど、表面配向
力が大きいと考えられる。前記のYoungの式より、 Δγ=γIN×cosθ であるから、これを言いかえれば、Iso相のドロップ
レット11bを見込む接触角θが大きいほど、表面配向
力が大きい。
【0035】前述したようにN相の液晶をN−Iso相
転移温度まで温度を上げた場合には、図3に示すよう
に、Iso相のドロップレット11bが出現するが、I
so相の液晶をN−Iso相転移温度まで温度を下げた
場合には、図4に示すように、N相のドロップレット1
1dが出現する。この場合にも、図3の場合と同様の理
論が成り立ち、接触角を表面配向力の評価に用いること
ができる。この場合には、N相のドロップレット11d
を見込む接触角θN が大きいほど、表面配向力が小さ
い。
【0036】接触角θは、式(1)に示すように境界面
の界面張力によって決定され、cosθは、配向膜にN
相が接触したときと配向膜にIso相が接触したときと
のエネルギー差(表面張力差)Δγを示す。この差Δγ
は、配向膜表面における液晶の配向秩序度SS に依存す
る。一般に、表面自由エネルギーγは、以下の式に示す
ように、配向秩序度Sのべき級数で表すことができると
言われている。
【0037】γ=γ0 +αS+βS2 +・・・・ この式を配向秩序度Sで展開し、1次の項で打ち切る
と、N相の表面張力γNは、SN をN相の配向秩序度と
して、 γN =γ0 −αSN と表される。また、Iso相の配向秩序度SI は0であ
るから、Iso相の表面張力γI は、 γI =γ0 となる。さらに、配向膜の表面張力γS についても、N
相の表面張力γN と同様に表されるとすれば、 γS =γ0 −αSS となる。
【0038】これらの式と、表面張力γN 、γI 、γS
と界面張力γNS、γIS、γINとの関係式 γNS=γS −γN ,γIS=γI −γS ,γIN=γI −γ
N とから、次式 γNS=αSN −αSS ,γIS=αSS ,γIN=αSN が導かれる。これらの式を前記の式(1)に代入する
と、 α(SN −SS )=α(SS +SN ×cosθ) となる。
【0039】したがって、接触角θは、 cosθ≒1−2(SS /SN ) と近似的に表すことができる。この式を用いることによ
り、接触角θから表面秩序度を求めることができる。表
面秩序度(配向秩序度)の増加に伴い表面配向力が増加
することは明らかであるので、接触角θからこのように
して表面秩序度を測定することにより、表面配向力を評
価することができる。
【0040】以上のようにして、相転移ドロップレット
法では、ドロップレットの接触角を測定することによっ
て表面配向力を評価することができる。
【0041】本発明に係る液晶デバイスにおける表面配
向力の測定装置の実施の一形態の概略を図1に示す。本
発明に係る測定装置は、液晶層11と、液晶層11を挟
持するための1対の基板12・13と、液晶層11を配
向させるために各基板12・13の液晶層11側の面上
に設けられた配向膜14・15とを備える液晶パネル
(液晶デバイス)における配向膜14・15の表面配向
力を測定するための測定装置である。
【0042】本発明に係る測定装置は、液晶層11を局
所的に加熱するための光ビームを液晶パネル10に照射
する加熱用光源(ドロップレット生成手段)1と、上記
光ビームを液晶パネル10に導くためのプリズム3と、
液晶パネル10の雰囲気温度を制御する恒温槽(ドロッ
プレット生成手段)5と、上記ドロップレットの接触角
を測定し、測定された接触角から配向膜の表面配向力を
求めるためのカメラ(測定手段)7とを備えている。上
記測定装置では、液晶層11全体を恒温槽5で均一に加
熱しながら加熱用光源1によって液晶層11の所望の部
分を局所的に加熱用光源1で加熱することで、液晶層1
1を部分的に相転移させ、特定の相のドロップレットを
配向膜14・15上に生成させるようになっている。な
お、加熱用光源1は、上記ドロップレットの発生位置の
制御が可能となるように、液晶層11に対する光ビーム
の照射位置を自由に変更できるようになっている。
【0043】また、上記の測定装置は、液晶層11を透
過した透過光像をカメラ7上に形成するための光ビーム
を液晶パネル10に照射する観察用光源2と、その偏光
方向が液晶パネル10における光出射側(図の上側)の
配向膜14の配向方向と一致するように配置された偏光
板6と、その偏光方向が液晶パネル10における光入射
側(図の下側)の配向膜15の配向方向と一致するよう
に配置された偏光板4とを備えている。
【0044】相転移点で生成した相転移ドロップレット
の接触角θ(あるいはθN )を測定するためには、液晶
層11内に生じたIso相のドロップレット11bとN
相11aとの境界面B(あるいはN相のドロップレット
11dとIso相11cとの境界面B)の形状を測定
し、その形状から上記接触角を求めればよい。
【0045】N相11aには屈折率異方性が存在する一
方で、Iso相のドロップレット11bには屈折率異方
性が存在しない。そのため、Iso相のドロップレット
11bの生成によって、液晶層11にはN相11aの厚
みの変化に比例したリタデーションの変化が生じる。リ
タデーションδm は、N相11aの厚さdの関数で δm =Δn・d と表わすことができる。なお、Δnは、相移転点におけ
るN相液晶の屈折率異方性n//−n⊥であり、n//およ
びn⊥は、それぞれ、ダイレクタに平行な方向の屈折率
およびダイレクタに垂直な方向の屈折率である。
【0046】そこで、このN相11aの厚さの変化によ
って生じる液晶パネル10のリタデーション分布をカメ
ラ7を用いて測定することによって、境界面Bの形状を
測定した。具体的には、観察用光源2から照射されて液
晶パネル10を透過した光におけるリタデーションによ
って生じた位相変化を、干渉顕微鏡カメラであるカメラ
7によって干渉縞として観察した。そして、この干渉縞
に基づいてN相11aとIso相のドロップレット11
bとの境界面Bの三次元形状を求め、その三次元形状か
らIso相のドロップレット11bの接触角を求めた。
【0047】川村、宮下、内田、“液晶の表面配向と表
面エネルギーとの関係”、信学技報EID97−10
0,pp.15−19(1998−01)に示された液
晶のリタデーションを用いる従来の方法では、液晶は上
下の基板で同一方向の配向をさせ、ダイレクターのねじ
れがない状態にしている。しかしながら、このような配
向分布を持つ液晶は、一般的に、実際の液晶パネルには
用いられていない。そのため、このような配向分布を持
たない実際の液晶パネルの測定を、このような配向分布
で行うには、別途、テストパネルを作成しなければなら
ない。
【0048】これに対し、本発明に係る測定装置を、実
際に用いられているTN(Twisted Nemat
ic)液晶やSTN(Super Twisted N
ematic)液晶に適用できるかどうかを検討し実験
した。その結果、液晶パネル10を一方の配向膜14側
における配向方向と他方の配向膜15側における配向方
向との中間の方向から観察すれば、問題なく適用できる
ことが確認された。
【0049】上記の測定装置を用いて、干渉顕微鏡カメ
ラであるカメラ7によってIso相のドロップレット1
1bを観察した。図5に、液晶パネル10としての平行
配向セルをカメラ7で撮影した像を模式的に示す。図6
に、液晶パネル10としてのTNセルをカメラ7で撮影
した像を模式的に示す。なお、図5および図6におい
て、斜線部は暗状態を示し、空白部は明状態を示す。
【0050】このように、TNセルでは、平行配向セル
と比較すると、Iso相のドロップレット11b以外の
部分では明暗が逆になりねじれが生じているが、Iso
相のドロップレット11bの部分では平行配向セルと差
異がない。
【0051】これらのセルを偏光板4・6に対して45
°ずつ回転させると、両者のIso相のドロップレット
11bの部分に、同様の干渉縞が生じる。このため、両
者で、干渉縞の測定が可能となり、その測定値も同一と
なる。これは、干渉縞を観察する液晶ドロップレット
(Iso相のドロップレット11b)の部分では、液晶
ダイレクタを規制する力が働かないため、液晶のそれ以
外の部分(N相11a)が接している配向膜15の影響
を受けてねじれるのとは異なり、液晶がねじれないため
である。よって、液晶ドロップレットの部分では干渉縞
の観察が可能であり、接触角を測定することができる。
【0052】以上のように、本実施の形態に係る測定装
置では、加熱用光源1を用いて任意の位置に集光するこ
とで、集光位置のみを局所的に加熱し、ドロップレット
を任意の位置に生成させることができるように工夫して
いる。これにより、所望の位置にドロップレットを生成
させ、測定に用いることができる。このことにより、測
定が容易になるばかりでなく、液晶パネル10面内の各
点において順次測定を行うことで液晶パネル10におけ
る表面配向力の分布を定量的に知ることも可能となる。
また、光ビームの照射によって液晶層11を加熱するの
で、恒温槽5のみで液晶パネル10全体を均一に加熱す
る場合と比較して、液晶層11を速やかに昇温させるこ
とができる。それゆえ、ドロップレットを速やかに生成
させることができる。
【0053】なお、ドロップレットの接触角の測定方法
は、前述した方法に限定されるものではない。カメラ7
による干渉縞の観察において、一方の配向膜上から成長
したドロップレットは、その頂点が反対側の配向膜に接
触すると、その形が壊れてしまうが、その瞬間のドロッ
プレットの半径は、液晶パネル10の液晶層11の厚さ
と接触角θとで決まる。液晶層の厚さをd、接触角を
θ、カメラ7で観察したドロップレットの頂点が反対側
の配向膜に接触する瞬間のドロップレットの半径(ドロ
ップレットの最大半径)をrとおくと、 r=dsinθ/(1−cosθ) の関係がある。
【0054】したがって、接触角θが90°未満の場合
には接触角θが大きいほどドロップレットの最大半径が
小さく、接触角θが90°以上の場合には接触角θが小
さいほどドロップレットの最大半径が大きい。つまり、
したがって、接触角θが90°未満の場合にはドロップ
レットの最大半径が小さいほど表面配向力が強く、接触
角θが90°以上の場合にはドロップレットの最大半径
が大きいほど表面配向力が強い。
【0055】この性質を利用して、干渉縞からドロップ
レットの形状を求めて接触角θを算出する代わりに、ド
ロップレットの最大半径から接触角θを算出し、表面配
向力を求めることができる。具体的には、上記ドロップ
レットの最大半径を、上記液晶層のリタデーション分布
により生じた干渉縞の最大半径としてカメラ7で測定
し、その最大半径から上記接触角θを求めればよい。
【0056】また、図1に示す測定装置では、恒温槽5
を用いて雰囲気温度を上げているが、恒温槽5を用いな
くても加熱用光源1だけで液晶層11を相転移温度まで
昇温させることができる。また、観察用光源2を省き、
加熱用光源1が、観察用光源2としての機能を兼ねるよ
うにしてもよい。さらに、加熱用光源1の加熱能力が大
きければ、恒温槽5を省くことも可能である。加熱用光
源1としては、反射による干渉縞の影響を受けにくいこ
とからハロゲンランプが好ましいが、レーザを用いるこ
とも可能である。加熱用光源1としてレーザを用いる場
合には、反射による干渉縞の影響を防止するために、拡
散板などを用いてレーザ光のコヒーレンス長を短くする
ことが望ましい。
【0057】
【実施例】前記の測定装置を用いた液晶デバイスにおけ
る表面配向力の測定方法の実施の一例を以下に示す。本
実施例では、加熱用光源1として、出力50mW、波長
633nmのHeNeレーザーを用い、観察用光源2と
して、波長546nmの輝線を持つ100Wの高圧水銀
灯を用いた。
【0058】また、測定対象の液晶パネル10として、
互いにN−Iso相転移温度の異なる液晶が注入された
2種のTNモード液晶表示パネルを用いた例を示す。用
いた液晶は、N−Iso相転移温度が35℃である4−
n−ペンチル−4−シアノビフェニル(5CB)と、N
−Iso相転移温度が60℃であるBDH社製の“E
7”(商品名)とである。
【0059】液晶パネル10は、多数のカラー画素
(赤、緑、および青の画素)を備えるカラー液晶パネル
であり、図示しない赤、緑、および青のカラーフィルタ
を内蔵している。表面配向力の測定は、観察用光源2か
らの観察用の光(波長546nmの輝線)が透過する緑
の画素を対象とした。
【0060】加熱用光源1によって液晶パネル10上に
光ビームを照射することにより、図7に示すように、加
熱用光源1による光スポット21の位置に、Iso相の
ドロップレット11bによる干渉縞の明線22を生成さ
せることができる。
【0061】加熱部分の温度は加熱用光源1の照射時間
に依存するので、液晶の相転移温度に応じて測定に適し
た雰囲気温度(恒温槽5の温度)および加熱用光源1の
照射時間を選択する必要がある。本実施例における雰囲
気温度と加熱用光源1の照射時間との組み合わせを表1
に示す。
【0062】
【表1】
【0063】ここでは、表面配向力を定量的に変化させ
るためにラビング強度Lを用い、ラビング強度Lの異な
る数種類のラビング処理を配向膜15に対して行った後
に、前記の測定装置を用いてドロップレット(Iso相
のドロップレット11b)の接触角θを測定した。
【0064】配向膜15のラビング処理は、図8に示す
ように、一定の回転数で回転するラビングローラ31に
巻き付けたラビング布32でもって基板13上の配向膜
15をこすり、配向膜15全体がラビング処理されるよ
うに基板13を一定の速度で移動させることによって行
った。
【0065】ラビング強度Lは、 L=Nl(1+2πrn/60・v) で定義される。なお、Nはラビング処理の回数[回]、
lはラビング布32と基板13上の配向膜15との接触
長さ[cm]、rはラビングローラ31の半径[c
m]、nはラビングローラ31の回転数[r.p.
m.]、vは基板13の移動速度[cm/s]である。
また、Lは、配向膜15上の点をラビング布22がどれ
だけの長さ横切ったかを意味するパラメータである。ラ
ビング強度Lと表面配向力との間には、1対1の相関が
あることが、既に明らかにされている。
【0066】ラビング強度Lと、測定したドロップレッ
トの接触角θとの関係を、表2に示す。また、液晶パネ
ル10のセル厚が5μmであるときのドロップレット
(Iso相のドロップレット11b)の最大半径の測定
結果を、表2に併せて示す。
【0067】
【表2】
【0068】表2より、ラビング強度Lが大きくなるに
つれて、つまり表面配向力が大きくなるにつれて、ドロ
ップレットの接触角θが大きくなっていくことが分か
る。したがって、ドロップレットの接触角θによって液
晶パネル10の表面配向力が定量的に評価できることが
分かる。
【0069】また、表2から、前述したように、ドロッ
プレットの接触角θが90°未満の場合(cosθが0
より大きい場合)にはドロップレットの最大半径が小さ
いほど表面配向力が強く、ドロップレットの接触角θが
90°以上の場合(cosθが0以下の場合)にはドロ
ップレットの最大半径が大きいほど表面配向力が強いこ
とが分かる。
【0070】
【発明の効果】本発明の請求項1記載の液晶デバイスに
おける表面配向力の測定装置は、以上のように、液晶層
を部分的に相転移させることによって特定の相のドロッ
プレットを配向膜上に生成させるドロップレット生成手
段と、上記ドロップレットの接触角を測定し、測定され
た接触角から配向膜の表面配向力を求める測定手段とを
備え、上記ドロップレット生成手段が、液晶層を局所的
に加熱するための光ビームを液晶層に照射する光源を備
えている構成である。
【0071】上記構成によれば、製造した液晶デバイス
をそのまま用いて表面配向力を測定することができる。
また、上記構成によれば、光源を用いて所望の位置を局
所的に加熱することにより、ドロップレットを所望の位
置に生成させることが可能となる。これにより、液晶デ
バイス中におけるドロップレットの形状が歪む位置を避
けて測定を行うことができるので、表面配向力を正確に
測定することができる。また、光源からの光ビームの照
射によって液晶層を加熱するので、液晶層を速やかに昇
温させてドロップレットを生成させることができ、効率
的な測定を行うことができる。
【0072】したがって、上記構成は、実際の液晶デバ
イスをそのまま用いて、正確にかつ効率的に表面配向力
を測定することができる測定装置を提供することができ
るという効果を奏する。
【0073】本発明の請求項2記載の液晶デバイスにお
ける表面配向力の測定装置は、以上のように、上記測定
手段が、上記液晶層のリタデーション分布に基づいて上
記ドロップレットの形状を測定し、その形状から上記接
触角を求めるものである構成である。
【0074】これにより、ドロップレットの形状が球を
平面で切断した形状から幾らか歪んでいても、ドロップ
レットの接触角を正確に求めることができる。それゆ
え、上記構成は、表面配向力をより正確に測定すること
ができるという効果を奏する。
【0075】本発明の請求項3記載の液晶デバイスにお
ける表面配向力の測定装置は、以上のように、上記測定
手段が、上記液晶層のリタデーション分布に基づいて上
記ドロップレットの最大半径を測定し、その最大半径か
ら上記接触角を求めるものである構成である。
【0076】これにより、ドロップレットの形状を測定
する場合と比較して複雑な演算が必要なく、ドロップレ
ットの接触角をより簡単な演算で求めることができる。
それゆえ、上記構成は、表面配向力をより簡便に測定す
ることができるという効果を奏する。
【0077】本発明の請求項4記載の液晶デバイスにお
ける表面配向力の測定方法は、以上のように、液晶層を
部分的に相転移させることによって特定の相のドロップ
レットを配向膜上に生成させるドロップレット生成工程
と、上記ドロップレットの接触角を測定し、測定された
接触角から配向膜の表面配向力を求める測定工程とを含
み、上記ドロップレット生成工程では、光ビームの照射
により液晶を局所的に加熱することでドロップレットを
生成させる方法である。
【0078】上記方法によれば、製造した液晶デバイス
をそのまま用いて表面配向力を測定することができる。
また、上記方法によれば、光ビームを用いて所望の位置
を局所的に加熱することにより、ドロップレットを所望
の位置に生成させることが可能となる。これにより、液
晶デバイス中におけるドロップレットの形状が歪む位置
を避けて測定を行うことができるので、表面配向力を正
確に測定することができる。また、光ビームの照射によ
って液晶層を加熱するので、液晶層を速やかに昇温させ
てドロップレットを生成させることができ、効率的な測
定を行うことができる。
【0079】したがって、上記方法は、実際の液晶デバ
イスをそのまま用いて、正確にかつ効率的に表面配向力
を測定することができる測定方法を提供することができ
るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る表面配向力の測定装置の実施の一
形態を示す概略側面図である。
【図2】相転移温度で形成されるN相中のIso相ドロ
ップレットを示す断面図である。
【図3】N相中にIso相のドロップレットを生成させ
た場合における、N相の厚さに応じたリタデーションの
変化に基づくN相とIso相との境界面の測定を説明す
るための説明図である。
【図4】Iso相中にN相のドロップレットを生成させ
た場合における、N相の厚さに応じたリタデーションの
変化に基づくN相とIso相との境界面の測定を説明す
るための説明図である。
【図5】平行配向セルにおける液晶のドロップレットの
観察像を示す平面図である。
【図6】90°ねじれTNセルにおける液晶のドロップ
レットの観察像を示す平面図である。
【図7】干渉縞として観察した液晶のドロップレット
と、加熱用光源のスポットの関係を示す平面図である。
【図8】配向膜のラビング処理に用いたラビング装置の
構成を示す正面図である。
【符号の説明】
1 加熱用光源(ドロップレット生成手段) 5 恒温槽(ドロップレット生成手段) 7 カメラ(測定手段) 10 液晶パネル 11 液晶層 11a N相 11b Iso相のドロップレット 11c Iso相 11d N相のドロップレット 12 基板 13 基板 14 配向膜 15 配向膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02F 1/13 101 G01B 11/24 D Fターム(参考) 2F065 AA26 AA31 AA51 CC21 FF04 FF51 GG03 JJ03 LL33 2G065 AB04 AB11 AB18 BA04 BB14 BB32 2H088 FA11 FA30 HA03 HA28 KA07 MA20 2H090 HC18 HC20 KA05 KA08 LA09 MB02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液晶層と、液晶層を挟持するための1対の
    基板と、液晶層を配向させるために各基板の液晶層側の
    面上に設けられた配向膜とを備える液晶デバイスにおけ
    る配向膜の表面配向力を測定するための測定装置であっ
    て、 液晶層を部分的に相転移させることによって特定の相の
    ドロップレットを配向膜上に生成させるドロップレット
    生成手段と、 上記ドロップレットの接触角を測定し、測定された接触
    角から配向膜の表面配向力を求める測定手段とを備え、 上記ドロップレット生成手段が、液晶層を局所的に加熱
    するための光ビームを液晶層に照射する光源を備えてい
    ることを特徴とする液晶デバイスにおける表面配向力の
    測定装置。
  2. 【請求項2】上記測定手段が、上記液晶層のリタデーシ
    ョン分布に基づいて上記ドロップレットの形状を測定
    し、その形状から上記接触角を求めるものであることを
    特徴とする請求項1記載の液晶デバイスにおける表面配
    向力の測定装置。
  3. 【請求項3】上記測定手段が、上記液晶層のリタデーシ
    ョン分布に基づいて上記ドロップレットの最大半径を測
    定し、その最大半径から上記接触角を求めるものである
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶デバイスにおける
    表面配向力の測定装置。
  4. 【請求項4】液晶層と、液晶層を挟持するための1対の
    基板と、液晶層を配向させるために各基板の液晶層側の
    面上に設けられた配向膜とを備える液晶デバイスにおけ
    る配向膜の表面配向力を測定するための測定方法であっ
    て、 上記液晶層を部分的に相転移させることによって特定の
    相のドロップレットを配向膜上に生成させるドロップレ
    ット生成工程と、 上記ドロップレットの接触角を測定し、測定された接触
    角から配向膜の表面配向力を求める測定工程とを含み、 上記ドロップレット生成工程では、光ビームの照射によ
    り液晶を局所的に加熱することでドロップレットを生成
    させることを特徴とする液晶デバイスにおける表面配向
    力の測定方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105044990A (zh) * 2015-09-01 2015-11-11 昆山龙腾光电有限公司 光配向设备与光配向方法
US10042209B2 (en) 2012-08-21 2018-08-07 Lg Chem, Ltd. Optical anisotropic film

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US10042209B2 (en) 2012-08-21 2018-08-07 Lg Chem, Ltd. Optical anisotropic film
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