JP2953128B2 - 液晶初期配向角測定用液晶素子及び測定方法 - Google Patents

液晶初期配向角測定用液晶素子及び測定方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子の液晶初期配
向角測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶素子は、少なくとも片面側に透明電
極が形成された透明基板の上に液晶を配向させる機能を
有した薄膜(例えば無機物、無機化合物の斜方蒸着膜、
PVA(ポリビニルアルコール)やポリイミド等の高分
子の薄膜を基板上に形成しラビング処理した物等:以下
配向膜)を形成しこの面が内を向くようにしてこの透明
基板を2枚対向させ、周囲を封着してセルとし、この2
枚の透明基板の間にネマティック液晶を注入して電気光
学素子とした基本構造を持っている。
【0003】このように基板上に配向膜を形成しネマテ
ィック液晶を注入した場合には、配向膜と液晶の界面に
おける相互干渉によって液晶は基板に対して一定の角度
(プレティルト)をなして配向する。プレティルトがな
い場合には、電圧を印加した場合に全ての液晶分子が一
定の方向に傾かなくなるためにいくつかの部分に分かれ
てしまう。この配向の境界は液晶分子の配向が不連続と
なるために偏光顕微鏡下で観察すると欠陥(ディスクリ
ネーション)となって観測される。このディスクリネー
ションはプレティルトを与える事により抑制する事が可
能である。以上の事からプレティルト角を制御する事が
ネマティック液晶ディスプレイにおいては重要であり、
同時にそのプレティルト角を測定する方法も重要とな
る。
【0004】現在まで、このプレティルト角を求める方
法としては、磁界容量法とクリスタルローテーション法
が一般によく用いられている。このうち、磁界容量法
は、液晶素子に対して液晶分子の配向ベクトルの方向に
しきい値以上の磁界を加えても、媒質の電気容量は磁界
零時の時と同じである。しかしながら、液晶分子の配向
ベクトルとある角度θを持ってしきい値以上の磁界を加
えると液晶素子の容量は減少する。このように、液晶素
子に対して磁界を印加し液晶素子を回転させ同時に電気
容量を測定する事によってプレティルト角を測定する方
法である。この方法によれば磁界(強力な磁石)を必要
とするわずらわしさはあるが、プレティルト角の値に制
限はない。一方、クリスタルローテーション法は、レー
ザ光の様な平行ビームを液晶素子に入射し、セルを回転
して透過光の強さを調べる事によって、その透過光の強
さの変化により液晶素子のプレティルト角を調べる方法
である。この方法では、捻れたネマティック液晶にも適
用でき、高精度の測定が可能であるが、小さなプレティ
ルト角の場合にのみ適用される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの方
法では基本的に液晶層の中心部における液晶分子の傾き
角を知る方法であり、液晶素子における液晶層の厚さは
数十μmを要する。また、測定可能な最小のサイズは磁
界容量法で約1cm角、クリスタルローテーション法で
光ビームのスポットサイズ(数mm角)である。
【0006】一方、近年の液晶素子においては液晶層の
厚さは数μm、特に電圧無印加時に光を透過するタイプ
の液晶素子においては、5μm以下となっておりまた、
画素の大きさも近年の高精細化を反映して数十μm角と
なっている。このことから、前記の磁界容量法やクリス
タルローテーション法によるプレティルト角の測定方法
は実デバイスとかけ離れた条件において測定した結果を
適用しているにすぎないため、実際に薄い液晶素子内部
においてどのくらいのプレティルト角が生じているかは
不明であった。
【0007】この発明の目的は、実際に製造されている
液晶素子の液晶層の厚さにおいて、プレティルト角を測
定する液晶素子を提供する事である。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、液晶を2枚の
電極付き基板で挟持した構造の液晶素子に対して、液晶
に電極を介して不均一電場を印加し、液晶配列の不連続
部分の位置と形状を測定する事により液晶素子内部にお
ける初期配向角度を測定する事を特徴とした液晶初期配
向角測定方法である。また、本発明は、液晶配向角測定
に用いる液晶素子において、第1の基板は第1の電極と
前記第1の電極と絶縁膜を介して隣接するかわずかに重
なる第2の電極を具備し、第2の基板は第3の電極を具
備しており、少なくとも第1または第3の電極の一方が
透明電極で形成されている事を特徴とする液晶素子であ
る。
【0009】
【作用】本発明は、液晶を2枚の電極付き基板で挟持す
る構造の液晶素子において液晶素子内に不均一電界を生
じさせることにより起きる液晶配列の不連続部分の発生
する位置と形状を測定する事によって液晶層の薄い素子
において液晶のプレティルトを測定する事を可能とする
測定方法を提供する事である。以下に、プレティルト測
定のための原理を測定のために使用する液晶素子と電場
の印加方法の一例を示しながら説明を行う。
【0010】図1は、本発明によって液晶プレティルト
を測定する場合に必要な液晶素子の基本構成の一例を示
す断面図である。この液晶素子の第1基板1は、第1電
極2を積層し、その上に絶縁層3を積層する事によって
第1電極2と第2電極4を絶縁し第1電極2と第2電極
4の短絡をなくす。さらに、このように第2電極4を積
層した上に配向膜5を形成して作製される。一方、第2
基板8は光に対して透明な物質からなり、この上に透明
な第3電極7を積層し、さらにこの上に配向膜5を形成
する事により得られる。
【0011】このようにして作製された第2基板8と第
1基板1を配向膜を積層した面が内を向くようにして対
向させ、周囲を封着してセルとし、この2枚の基板の間
に液晶6を注入する事によって液晶素子とする。なお、
図1における第2電極4は液晶素子を上より見た図2に
示したように部分的に開口部を有しており、この部分か
ら第1電極2が液晶面に露出している。また、図1にお
いて絶縁層3は第1電極2の上を完全に覆うようになっ
ているが、この絶縁層の目的は第2電極4と第1電極2
の絶縁を取るためであるので、この目的が達成される範
囲内において絶縁層3は、第1電極2上において開口部
を有していてもかまわないのは当然である。また、第2
電極4は第1電極2を覆う形で配置する必要はなく、第
1電極2と隣接し第2電極4と第1電極2に対して異な
る電圧を印加した際に第1基板1と平行な電界分布を発
生させる事ができる第2電極4の構造、例えば第1電極
2の少なくとも2辺にかかるもしくは近傍を通る配線構
造があれば良いのは本発明の目的から当然である。
【0012】以上に示したような構造の液晶素子を作製
し、計算を優しくするために第2電極4と第3電極7を
等電位にし第1電極2に対して第3電極7と異なる電圧
を印加すると2次元においては図3に示すような不均一
な密度を持つ電気力線9が生じる。
【0013】液晶分子は、電界が加わったときにその電
気力線の方向に分子長軸が向く(Δnが正の液晶)事が
知られている。したがって、図4(A)に示すようにプ
レティルト14を持つ液晶分子10に対して電気力線9
が入るとプレティルト14の角度だけ角度A12が角度
B13より小さくなるために液晶分子は液晶分子(傾斜
状態)11に示したように角度A12小さくなる方向に
傾く。この現象は、一般的に期待されるプレティルト角
を増大させる方向への動きであるのでノーマルティルト
と呼ぶ。
【0014】一方、図3に示した電気力線9の様な不均
一電界が液晶層に加えられると部分的に図4(B)に示
した様に電気力線9が傾くために液晶分子のプレティル
トの方の角度(角度C15)よりも反対側の角度(角度
D16)の方が小さくなる。その結果、液晶分子11は
プレティルト角とは反対の方向に向かって、すなわち角
度D16をより小さくするように動き液晶分子(傾斜状
態)11の様になる。この状態は、一般的に期待される
プレティルト角をより大きくする方向への動きではない
のでリバースティルトと呼ぶ。すなわち、図1に示した
液晶構造を取ると液晶層6は1つの画素内にノーマルテ
ィルトの部分とリバースティルトの部分が存在する事に
なる。そのため、ふたつの部分がぶつかるところには、
図4(C)に示すように液晶分子に対して電気力線9が
垂直であるため角度E17と角度F18が等しくノーマ
ルティルト、リバースティルトの両方の状態を取る可能
性のある部分であり液晶は以降状態の不連続部分となる
のでディスクリネーションとして外部から観察する事が
可能である。
【0015】この発生したディスクリネーションを第2
基板側より観察したときの図を図5に示す。この図にお
いて、正常層20はノーマルティルトの部分であり、反
転層21はリバースティルトの状態である。正常層20
と反転層21の境界面には液晶層の不連続部分が形成さ
れるためにディスクリネーション22が発生している事
が分かる。以上の事から、このディスクリネーション2
2の発生部位は液晶のプレティルトの影響を大きく受け
ており、反転層の長さ23および形状を精密に測定する
事と液晶内部における電界強度分布を計算によって求め
比較する事によって液晶のプレティルト角を知る事が可
能となる。また、以上のような原理によって発生するデ
ィスクリネーション22を元にして液晶のプレティルト
を測定しているため、液晶層の配向状態は捻れ角0度ば
かりでなく、捻れたネマティック構造の液晶素子に対し
ても適用可能である。
【0016】本作用説明においては、第2基板8を透明
基板、第3電極7を透明電極として説明を行ったが、第
1基板1を透明基板、第1電極2を透明電極として使用
しても、また第2基板8、第1基板1を共に透明基板、
第3電極7、第1電極2を共に透明電極としても有効で
ある事は言うまでもない。
【0017】
【実施例】図6は、この発明に用いた液晶素子の構造の
1実施例である。同図に示した液晶素子は2枚のガラス
基板24および31からなる。ここで、第1基板24の
対向電極側の面においては、たとえばITO(インジュ
ウム・ティン・オキサイド)からなる透明電極25が5
0nmの厚さで形成され、その上にSiNxを200n
m、SiO2 を100nm形成し絶縁層26とする。そ
してAlを300nm形成し第2電極27とすると共に
第1電極25の上の第2電極27に50μm角の開口部
を設ける。一方、第2基板31には透明電極30を形成
する。このようにして得られた第3電極31と第1電極
25に配向膜28を形成しこの面を内側にするように組
み合わせる事で液晶素子を得る。
【0018】従来の方法による測定において低プレティ
ルト配向膜と測定されたAL1051(日本合成ゴム)
と、高プレティルトの配向膜と測定されたサンエバー7
311(日産化学)を図6における配向膜として用いた
ときのディスクリネーションの発生状態を第2基板31
側から偏光顕微鏡によって観察した図を図7,図8に示
す。このときに電極に印加した電圧は、第1電極25に
6V、第3電極30に0V、第2電極27に0Vであ
る。実際にプレティルトを測定する方法はこの図7,図
8の反転層の長さを測定し計算を行う事によってプレテ
ィルトを測定する事が出来る。本発明によって測定され
たプレティルトの大きさはAL1051において0.5
度、サンエバー7311において5度であった。
【0019】
【発明の効果】本発明の液晶初期配向角測定液晶素子に
よれば、実際に製造されている液晶素子の液晶層の厚さ
において、液晶初期配向角を測定する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による液晶素子の基本構造図である。
【図2】本発明による液晶素子の第1基板を第2電極側
からみた図である。
【図3】本発明による液晶素子に電圧を印加したときに
生じる電気力線を示す図である。
【図4】液晶分子に対して電界を印加した場合における
液晶分子の挙動を解説した図で、(A)はプレティルト
が零の場合での電気力線の方向と液晶分子の初期状態を
現す図、(B)はプレティルト方向に液晶が傾く場合に
おける電気力線の方向を現す図、(C)はプレティルト
方向と反対の方向に液晶が傾く場合における電気力線の
方向を現す図である。
【図5】本発明による液晶素子に電圧を印加したときに
生じるディスクリネーションを第2基板側からみた図で
ある。
【図6】本発明による液晶素子を実施したときに用いた
構成図である。
【図7】図6による実施例において配向膜をAL105
1とした場合におけるディスクリネーションの発生状態
を第2基板側より観察した図である。
【図8】図6による実施例において配向膜をサンエバー
7311とした場合におけるディスクリネーションの発
生状態を第2基板側より観察した図である。
【符号の説明】
1 第1基板 2 第1電極 3 絶縁層 4 第2電極 5 配向膜 6 液晶 7 第3電極 8 第2基板 9 電気力線 10 液晶分子(初期状態) 11 液晶分子(傾斜状態) 12 角度A 13 角度B 14 プレティルト 15 角度C 16 角度D 17 角度E 18 角度F 19 液晶分子 20 正常層 21 反転層 22 ディスクリネーション 23 反転層の厚さ 24 ガラス基板 25 ITO(50nm) 26 SiNx(200nm)+SiO2 (100n
m) 27 Al(300nm) 28 ポリイミド 29 液晶 30 ITO(50nm) 31 ガラス基板

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶層を2枚の基板で挟持した構造の液
    晶素子に対して、前記液晶層に不均一電場を印加し、液
    晶配列の不連続部分の位置と形状の測定により、液晶の
    初期配向角度を導出する事を特徴とする液晶初期配向角
    測定方法。
  2. 【請求項2】 第1の基板は第1の電極と前記第1の電
    極と絶縁膜を介して隣接するかわずかに重なる第2の電
    極を具備し、第2の基板は第3の電極を具備しており、
    少なくとも前記第1または前記第3の電極の一方が透明
    電極で形成されている事を特徴とする液晶初期配向角測
    定用液晶素子。
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CN105182574B (zh) * 2015-08-28 2018-03-30 武汉华星光电技术有限公司 Tft基板上的配向膜厚度测量方法及cf基板上的配向膜厚度测量方法

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