JP2988146B2 - 液晶表示素子の配向評価装置および液晶表示素子の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子の透明電
極上に形成された配向膜の配向評価装置および液晶表示
素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下従来の液晶表示素子の製造方法につ
いて説明する。

【０００３】従来の配向処理装置は、表面に配向膜の形
成された透明電極基板を固定する基板固定台と、レ−ヨ
ン，ナイロン，コットン等の布を巻き付けたドラムを回
転させながら基板固定台に沿って配向膜表面を移動させ
る可動部とから構成されている。このような装置を用い
て配向膜のラビング処理を施すには、ラビングロ−ラ
（回転ドラム）の回転数、移動速度、配向膜への押圧力
（押し込み量）等のラビング条件を予め設定しておき、
その条件で透明電極基板表面の配向膜にラビングロ−ラ
のラビング布を接触させ、ラビングロ−ラを回転させな
がら移動させてラビングしていた（特開昭５５−１４３
５２５号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の製造方法では、ラビング条件の設定が困難であり、
一度設定しても配向膜表面とラビング布を巻き付けたラ
ビングロ−ラとの間隔（押し込み量）、ローラ回転数、
基板の移動速度、ローラ径がばらつくと均一なラビング
処理が行えないばかりか極端な場合には配向膜表面に傷
（ラビング傷）をつけてしまうという課題を有してい
た。

【０００５】このようにラビング傷のついた透明電極基
板を用いて液晶表示素子を構成した場合、傷の部分の電
界に対する挙動が変化する結果、傷に沿ってしきい値の
異常な領域が発生する。またラビング条件を変える要因
であるローラ回転数、基板の移動速度、押し込み量、ロ
ーラ径を一定にしラビングしたとしても、ガラス基板の
厚みの変化、ラビング布のロット差、機械精度の経時的
変化などのため必ずしも常に一定のラビング強度でラビ
ングされる補償は無い。

【０００６】ラビング処理法による液晶分子の配向メカ
ニズムは完全には解明されていないが、一般にラビング
処理によって配向膜表面にせん断応力が加わることで表
面付近のポリマー鎖の配向が起こり、液晶分子がポリマ
ー鎖の配向に従って配列することが主要因と考えられて
いる。このように液晶分子の配向に配向膜表面の配向状
態は大きく影響する。ラビング処理された配向膜の配向
状態を定量的に計測する方法として、複屈折測定を用い
て配向状態が評価できることについては、既に報告され
ている（ＥＩＤ９１−７５；倉井）。しかし大面積を高
速で多点測定できる方式は提案されていなかった。その
ためパネル組み立て前の配向状態の評価法としてはまだ
不十分であり、実際にパネルを組み立ててみるまでラビ
ング処理工程の良否が判別できず結果的に不良率が増加
するという問題点があった。すなわち基板面内での配向
膜のラビング状態が不均一だと、液晶分子のプレチルト
角がバラツキ、パネルとしてはしきい値ムラすなわち表
示ムラ（色ムラ）となり表示品位の低下を引き起こして
しまう。

【０００７】本発明は前述のような問題点を解決するも
ので、大面積を高速で、多点測定できる液晶表示素子の
配向評価装置とラビング処理を施した配向膜の複屈折位
相差を計測し、これに基づきラビング処理条件を制御す
ることのできる液晶表示素子の製造方法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の液晶表示素子の配向評価装置は、液晶表示素
子用の透明電極上に形成された配向膜に対して、少なく
とも配向処理後の配向膜の表面状態と配向膜の複屈折位
相差を計測する複屈折位相差計測手段を備え、前記複屈
折位相差計測手段が、光周波数ｆ１でｘ軸方向に光電場
が向きｚ軸方向に伝播する第１の直線偏光レ−ザ光と光
周波数ｆ２でｙ軸方向に光電場が向きｚ軸方向に伝播す
る第２の直線偏光レ−ザ光とを発生する光源と、差周波
数ｆ＝ｆ１−ｆ２の差周波交流信号を発生する差周波発
生手段と、被測定物を透過したレ−ザ光を偏光方向によ
らずほぼ一定の比率で分離する光分離手段と、これによ
り分離された一方の光をｘｙ軸から４５度方向の光のみ
透過する検光子を通して光検出器で受光し検出した信号
ａおよび前記光分離手段により分離された他方の光をｘ
軸またはｙ軸方向のみを透過する検光子を通して光検出
器で受光し検出した信号ｂと前記差周波交流信号との積
ｑおよびｓとを得る乗算器と、この乗算器出力から前記
被測定物の複屈折量ｄと遅相軸（または進相軸）方向を
演算する演算手段を備えたものであり、配向膜のラビン
グ処理前後の複屈折位相差の差（ラビング処理により配
向膜のみに生じた複屈折位相差）を

【０００９】

【数２】

【００１０】で算出することを備えたものである。また
本発明の液晶表示素子の製造方法は、透明電極基板上に
形成された配向膜の配向処理を行なう配向処理手段と、
配向膜の複屈折位相差を計測する複屈折位相差計測手段
と、複屈折位相差の計測結果に基づき配向処理手段を制
御する配向しょり制御手段とを備えた構成を有してい
る。

【００１１】

【作用】前記製造方法によって、配向膜の膜厚分布や周
囲環境の変動等が生じてもこれらの変動に影響されるこ
となく配向膜に一定の複屈折位相差を安定して与えるこ
とができる。また異なるビ−ム径の測定光を備えたこと
により、スポット径の大きい測定光例えば約２mmスポッ
ト径で配向膜の複屈折位相差の面内での均一性およびラ
ビング処理の強さを評価し、径の小さい測定光例えば
０．２mmのスポット径でラビング配向膜表面を精密に測
定することによりラビング処理後の配向膜表面の傷（ラ
ビング傷）等の表面欠陥が検出できる。さらに本発明の
液晶表示素子の配向評価装置を用いることで、被測定物
を回転させることなく複屈折の大きさと方向を同時に、
大面積で高速でしかも多点で測定できる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例における液晶表示素子
の製造方法について、図面を参照しながら説明する。ま
ず本発明の液晶表示素子の製造方法で使用する配向処理
装置について説明する。

【００１３】（図１）は本発明の液晶表示素子の製造方
法において使用した配向処理装置の概略構成図である。
（図１）において、１は透明電極基板、２は搬送ベル
ト、３は第１のチャンバ、４は第２のチャンバ、５はラ
ビングロ−ラ、６はラビング布、７はラビング制御部で
ある。

【００１４】（図１）に示すように、表面に配向膜が形
成された透明電極基板１を搭載して一定速度で搬送する
搬送ベルト２を備え、この搬送ベルト２により複屈折測
定用の第１のチャンバ３から第２のチャンバ４へかけて
矢印Ａの方向に透明電極基板１が一定間隔で次々と搬送
される。そして第１、第２のチャンバ３、４間にはラビ
ング布６を巻き付けたラビングロ−ラ５が配置され、
（図１）には示していないがラビングロ−ラ回転モ−タ
により一定回転数で回転駆動されている。

【００１５】このラビングロ−ラ５の回転および透明電
極基板１の移動に伴うラビング布６と透明電極基板１の
上の配向膜との接触により配向膜全体にラビング処理が
行なわれる。この時のラビング条件すなわちラビングロ
−ラ５の回転数、透明電極基板１の移動速度およびラビ
ング布６の配向膜に与える押圧力（押し込み量）がラビ
ング制御部７によって各基板毎に適宜制御される。

【００１６】また上記ラビング処理前の配向膜の複屈折
位相差を測定するための第１のチャンバ３とラビング処
理後の配向膜の複屈折位相差を測定するための第２のチ
ャンバ４を備えているが、第１と第２のチャンバ３、４
は同一構成でもよい。

【００１７】（図２）は複屈折位相差計測手段である。
同時に本発明の液晶表示素子の配向評価装置の概略構成
図でもある。

【００１８】（図２）に示すように、光源には発振周波
数安定化Ｈｅ−Ｎｅゼ−マンレ−ザ（以下レ−ザと略
す）１１を使用している。レ−ザ１１はｘ方向に電場が
向きｚ方向に伝播する周波数ｆ１の直線偏光レ−ザ光と
ｙ方向に電場が向きｚ方向に伝播する周波数ｆ２の直線
偏光レ−ザ光よりなる。レ−ザ１１はレ−ザ管に磁場を
かけるとゼ−マン効果によりわずかにエネルギ−準位が
ずれ発信周波数ｆ１とｆ２で発信するが、ｆ１とｆ２の
差ｆを安定化する必要があり、ｆが一定になるようにレ
−ザ１１の共振器長を制御したものである。その共振器
長を制御する方法としてはファンを使用して温度を一定
にする方式やピエゾ素子を共振器ミラ−につけ共振器長
を制御する方法等がある。一般にはｆの値は１００KHz
から数MHzまでの範囲にある。

【００１９】レ−ザ１１のコントロ−ラ１２からは差周
波数ｆの参照ビ−ト信号が出力されるようになってる。
レ−ザ光はスポット径の切り換えのための光学系１３と
ミラ−１４によって測定基板（被測定物）１５の上に集
光される。ビ−ム径の異なる２つのスポット径の切り換
えは光学系１３により選択する。

【００２０】本実施例では、集光レンズによりスポット
径を約０．２mmとしたものと集光しない状態のスポット
径が約２mmの測定光を選択できるようにした。測定基板
（透明電極基板）１５はｘｙステ−ジ１６によってｘｙ
方向に移動できる。透明電極基板１５を通過した透過光
は、ｆ１とｆ２の両方の光を分離する光分離手段である
無偏光ビ−ムスプリッタ１７によって２分割され、一方
の光はｘ軸から４５度の偏光成分の光のみ透過する検光
子１８を通過して光検出器２０で受光され、また他方の
光はｘ軸、またはｙ軸方向（光の進行方向はｚ軸）に偏
光した成分のみを透過する検光子１９を通過して光検出
器２１で受光される。

【００２１】光検出器２０、２１は測定基板１５の持つ
光透過率、複屈折量、遅相軸方向に応じて変化する信号
を検出する。光検出器２０の出力ａはプリアンプ２２を
通して直流成分Ｔのみを検出するロ−パスフィルタ−２
４、交流成分と参照信号ｆとの積ｑを出力するロックイ
ンアンプ２５を通過する。光検出器２１の出力ｂはプリ
アンプ２３を通してロックインアンプ２６でその交流成
分と参照信号との積ｓを出力する。これらの信号Ｔ，
ｑ，ｓはＡＤ変換器２７でＡＤ変換されたのちコンピュ
−タ２８に送られる。コンピュ−タ２８はＴ，ｑ，ｓか
ら複屈折量と遅相軸方向を演算処理できる演算処理部を
備えている。

【００２２】さらに、演算処理部で算出された配向膜の
ラビング処理前後の複屈折位相差の差（ラビング処理に
より生じた配向膜のみの複屈折位相差）に基づいて決定
されたラビング条件は（図１）に示すラビング制御部７
に送られ、ラビング制御部７は次のラビング処理前後の
複屈折位相差の差が所定の一定値となるようにラビング
ロ−ラ５の回転数、透明電極基板１の移動速度、ラビン
グ布６の押し込み量をそれぞれ制御する。なおコンピュ
−タ２８からはｘｙコントロ−ラ−２９を通してｘｙス
テ−ジ１６を制御する制御信号が出される。

【００２３】以上のように構成された本実施例での配向
処理装置の動作について、（図１）を参照しながら説明
する。まずラビング処理前の透明基板１が第１のチャン
バ３に搬送され、（図２）に示す複屈折位相差計測手段
により透明電極基板１とラビング処理前の配向膜を合計
した複屈折位相差の計測が行なわれる。次に透明電極基
板１は搬送ベルト２により一定速度で搬送され、回転す
るラビング布６により所定の方向にラビング処理が施さ
れる。

【００２４】このようにしてラビング処理された配向膜
を有する透明基板１は第２のチャンバ４内に搬送され
る。ここで透明基板１とラビング処理された配向膜を合
計した複屈折位相差が計測される。この計測方法は第１
のチャンバ３内と同様に行なわれる。ラビング前後の配
向膜の複屈折位相差の差（ラビング処理により生じた配
向膜のみの複屈折位相差）はラビング前の複屈折位相差
とラビング後の複屈折位相差から、（数２）の算出式に
基づき演算処理部により計算される。

【００２５】この結果はラビング制御部７にフィ−ドバ
ックされ、ラビング制御部７は上記のラビング前後の複
屈折位相差の差（ラビング処理により生じた配向膜のみ
の複屈折位相差）に基づき、次回のラビング処理前後の
複屈折位相差の差（ラビング処理により配向膜に生じた
複屈折位相差）が所定の一定値になるようにラビングロ
−ラ５の回転数，透明電極基板１の移動速度，ラビング
布６の押し込み量を制御する。

【００２６】以上のようにして透明電極基板１のラビン
グ処理前後の複屈折位相差の差（ラビング処理により生
じた配向膜のみの複屈折位相差）を計測し（演算処理に
より算出される）、その差に基づいて次の透明電極基板
１にラビング処理を施す際の適切なラビング条件を設定
する処理が連続して搬送される各透明電極基板１毎に順
次繰り返し行なわれる。

【００２７】なお本実施例では第１，第２のチャンバ
３、４が各々独立した構成としたが、適宜共通な部分を
設けて連結した構成であってもよいし、共通に使用する
構成でも良い。

【００２８】次に本発明の一実施例における液晶表示素
子の製造方法を説明する。（図３）はその製造方法を説
明するための液晶表示素子の要部断面図である。まず各
々４００本の走査電極３１、６４０本の表示電極３２を
スズを含む酸化インジウム透明電極（ＩＴＯ）で形成し
た上下２枚の２５×１６cmの透明電極基板３３、３４を
洗浄し、その後加熱重合してポリイミド樹脂層となる樹
脂材料（例えば日産化学工業株式会社のＳＥ６１０）を
印刷する。次に８０℃で１０分間乾燥した後２５０℃で
１時間本硬化を行ない膜厚約７０nmのポリイミド配向膜
３５、３６を形成する。

【００２９】次に（図１）に示す本発明の配向処理装置
を用い、液晶分子のねじれ角が２４０度となる方向にラ
ビング処理を施す。この時、各透明電極基板３３、３４
についてスポット径２mmと０．２mmで測定した。最初に
スポット径２mmで配向膜３５、３６の表面を等間隔で合
計１００点測定し、その後スポット径を０．２mmに切り
換えて配向膜３５、３６の表面を精密に測定し表面の物
理的損傷の有無を検査した。ラビング処理された配向膜
３５、３６について、スポット径２mmの測定で得られた
ラビング処理前後の複屈折位相差の差（ラビング処理に
より配向膜のみに生じた複屈折位相差）と０．２mmの測
定で得られた配向膜表面の顕著な傷の有無を評価した結
果を（表１）に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】その後透明電極基板３３、３４を貼り合わ
せて液晶表示素子を作製した。液晶表示素子の作製は、
一方の透明電極基板３３の上にビ−ズスペ−サ３７を形
成するビ−ズを散布し、他方にシ−ル樹脂３８となるシ
−ル剤を印刷し、貼り合わせることによって行なった。
シ−ル剤は熱硬化タイプで６０℃で４時間、その後１５
０℃で３時間硬化を行なった。次に市販のＳＴＮ液晶組
成物３９を真空注入し液晶表示素子を完成した。

【００３２】以上の製造工程でサンプルの液晶表示素子
を作製し、１／２００デュ−ティで駆動させて表示品位
を検討した。液晶表示素子の評価結果は（表１）に○
印，△印，×印で示した。○印は表示面に表示ムラある
いはラビング傷等の欠陥がない表示品位の良好なもの、
△印は表示面に表示ムラあるいはラビング傷等の欠陥が
目立つ表示品位の悪いもの、×印は表示ムラあるいはラ
ビング傷等の欠陥が非常に多く表示品位の非常に悪いも
のを示す。

【００３３】比較例としてラビング処理を施す手段のみ
を備えた従来の配向処理装置でラビング処理し、他の条
件は本実施例と同様にして作製した液晶表示素子につい
て評価を行なった。測定はスポット径約２mmである。こ
の時のラビング処理前後の複屈折位相差の差（ラビング
処理により生じた配向膜のみの複屈折位相差）と作製し
た液晶表示素子の表示品位の評価結果を（表２）に示
す。

【００３４】

【表２】

【００３５】（表２）に示すように、従来の配向処理装
置で製造するとラビング前後の複屈折位相差の差が各透
明電極基板でばらつき、それに応じて液晶表示素子の表
示品位もばらついた。一方、本実施例の配向処理評価装
置を用いて製造することにより（表１）に示すように、
配向膜に一定の複屈折位相差を安定して与えることがで
き、表示品位の良好な液晶表示素子が得られた。また本
実施例の複屈折位相差の計測手段を用いることで、従来
の計測手段でのものに比べ、計測時間を約１／２０に短
縮できた。

【００３６】なお、本発明の液晶表示素子の製造方法は
ＳＴＮタイプの液晶表示素子に限定されるものではな
く、液晶表示素子一般に広く適用でき、また配向膜の形
成は印刷法以外であっても何等問題ない。また透明電極
基板には必要であれば透明膜がアンダーコートまたはオ
ーバーコートされていてもさしつかえない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、異なるスポット
径の測定光を備え、スポット径の大きい測定光で配向膜
の複屈折位相差の面内での均一性およびラビング処理の
強さを評価し、スポット径の小さい測定光で配向膜表面
を精密に測定することで配向膜表面の傷（ラビング傷）
等の表面欠陥が検出できる構成を備え、液晶表示素子の
組立前に不良検出が可能になり、歩留まり向上にも大き
く貢献できる。さらに本発明の液晶表示素子の配向評価
装置を用いることで、被測定物を回転させることなく複
屈折の大きさと方向を同時に、大面積で高速でしかも多
点で測定できる。また本発明の液晶表示素子の製造方法
によって、配向膜の膜厚分布や周囲環境の変動等が生じ
てもこれらの変動に影響されることなく配向膜に一定の
複屈折位相差を安定して与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における液晶表示素子の製造
方法で使用した配向処理装置の概略構成図

【図２】同配向処理装置の複屈折位相差計測手段の概略
構成図、同時に本発明の配向評価装置の概略構成図

【図３】本発明の一実施例における液晶表示素子の製造
方法を説明するための液晶表示素子の要部断面図

【符号の説明】

１ 透明電極基板 ３ 第１のチャンバ（複屈折位相差計測手段） ４ 第２のチャンバ（複屈折位相差計測手段） ５ ラビングロ−ラ（配向処理手段） ７ ラビング制御部（配向処理制御手段）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1337 G01M 11/00 G01N 21/21 G01N 21/88

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示素子用の透明電極上に形成された
   配向膜に対して、少なくとも配向処理後の配向膜の複屈
   折位相差を異なるスポット径の測定光を照射して配向膜
   の表面状態と配向膜の複屈折位相差を計測する複屈折位
   相差計測手段を備え、前記複屈折位相差計測手段が、光
   周波数ｆ１でｘ軸方向に光電場が向きｚ軸方向に伝播す
   る第１の直線偏光レ−ザ光と光周波数ｆ２でｙ軸方向に
   光電場が向きｚ軸方向に伝播する第２の直線偏光レ−ザ
   光とを発生する光源と、差周波数ｆ＝ｆ１−ｆ２の差周
   波交流信号を発生する差周波発生手段と、被測定物を透
   過したレ−ザ光を偏光方向によらずほぼ一定の比率で分
   離する光分離手段と、これにより分離された一方の光を
   ｘｙ軸から４５度方向の光のみ透過する検光子を通して
   光検出器で受光し検出した信号ａおよび前記光分離手段
   により分離された他方の光をｘ軸またはｙ軸方向のみを
   透過する検光子を通して光検出器で受光し検出した信号
   ｂと前記差周波交流信号との積ｑおよびｓとを得る乗算
   器と、この乗算器出力から前記被測定物の複屈折量ｄと
   遅相軸（または進相軸）方向を演算する演算手段を備え
   たものであり、配向膜のラビング処理前後の複屈折位相
   差の差（ラビング処理により配向膜のみに生じた複屈折
   位相差）を 【数１】 で算出することを特徴とする液晶表示素子の配向評価装
   置。
2. 【請求項２】基板上に透明電極層さらにその上にラビン
   グ処理された配向膜を有する電極基板を相対向するよう
   に配置する液晶表示素子の製造方法において、透明電極
   上に形成された配向膜の配向処理を行なう配向処理手段
   と、少なくとも配向処理後の配向膜の複屈折位相差を異
   なるスポット径の測定光を照射して配向膜の表面状態と
   配向膜の複屈折位相差を計測する複屈折位相差計側手段
   と、複屈折位相差の計測結果に基づき前記配向処理手段
   を制御する配向処理制御手段とを備えた液晶表示素子の
   製造方法であり、かつ前記複屈折位相差を計測する複屈
   折位相差計測手段が、光周波数ｆ１でｘ軸方向に光電場
   が向きｚ軸方向に伝播する第１の直線偏光レーザ光と光
   周波数ｆ２でｙ軸方向に光電場が向きｚ軸方向に伝播す
   る第２の直線偏光レーザ光とを発生する光源と、差周波
   数ｆ＝ｆ１−ｆ２の差周波交流信号を発生する差周波発
   生手段と、被測定物を透過したレーザ光を偏光方向によ
   らずほぼ一定の比率で分離する光分離手段と、これによ
   り分離された一方の光をｘｙ軸から４５度方向の光のみ
   透過する検光子を通して光検出器で受光し検出した信号
   ａおよび前記光分離手段により分離された他方の光をｘ
   軸またはｙ軸方向のみを透過する検光子を通して光検出
   器で受光し検出した信号ｂと前記差周波交流信号との積
   ｑおよびｓとを得る乗算器と、この乗算器出力から前記
   被測定物の複屈折量ｄと遅相軸（または進相軸）方向を
   演算する演算手段を備えたものであり、配向膜のラビン
   グ処理前後の複屈折位相差の差（ラビング処理により配
   向膜のみに生じた複屈折位相差）を【数１】 で算出することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。