JP4202619B2 - プレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，液晶セルのプレチルト角測定に関するものである。
【０００２】
更に具体的には、光学補償複屈折モードセル（ＯＣＢモードセル：Optically self-Compensated Birefringence mode cell）のプレチルト角測定に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
マルチメディア技術の進展とともに、ますます画像情報の占める割合が多くなってきている。最近では液晶技術の発展により、高コントラスト・広視野角の液晶ディスプレイが開発・実用化され、ＣＲＴディスプレイと比肩するレベルにまでなってきた。
【０００４】
しかしながら、現行の液晶ディスプレイでは動画表示において、画像が流れるという問題を有しており、この点においてＣＲＴに劣っている。
【０００５】
液晶ディスプレイにおける高速応答化の試みは過去から数多くなされてきている。高速応答の種々の液晶表示方式については、Wuらによりまとめられている（C.S. Wu and S.T. Wu, SPIE, 1665, 250 (1992)）が、動画像表示に必要な応答特性が期待出来る方式・方法は限られている。
【０００６】
即ち、現行のＮＴＳＣシステムにおいては１フレーム（１６．７ｍｓｅｃ）以内で液晶が追随する必要があるが、現行の液晶ディスプレイでは白黒二値間では充分速い応答性を示すものの、多階調表示を行った場合の階調間応答では100msec以上の遅い応答となってしまう。特に駆動電圧の低い領域での階調間応答は著しく遅い。
【０００７】
現在、動画表示に適した高速応答性を有する液晶ディスプレイとしては、ＯＣＢモード液晶表示素子、あるいは強誘電性液晶表示素子、反強誘電性液晶表示素子がその可能性を有している。
【０００８】
しかしながら、層構造を有する強誘電性液晶表示素子、および反強誘電性液晶表示素子は耐衝撃性が弱い、使用温度範囲が狭い、特性の温度依存性が大きいなど実用的な意味での課題が多く、現実的にはネマティック液晶を用いるＯＣＢモード液晶表示素子が動画像表示に適した液晶表示素子として有望視されている。
【０００９】
このＯＣＢモード液晶表示素子は、１９８３年J.P.Bosによりその高速性が示された表示方式であり、その後、フィルム位相板と組み合わせることにより広視野角・高速応答性が両立するディスプレイであることが示され研究開発が活発化した。
【００１０】
ＯＣＢモ−ドで用いられる液晶セルは、図１に示すように、透明電極２が形成されているガラス基板１と、透明電極７が形成されているガラス基板８と、基板１、８間に配置される液晶層４とを有する。電極２、７上には配向膜３、６が形成され、この配向膜３、６には、液晶分子を平行かつ同一方向に配向させるべく配向処理がなされている。以下、このような構造のセルをパラレル配向セルと称する。
【００１１】
このパラレル配向セルは、電圧無印加では図１の４ａに示すようにスプレイ配向を示しているが、所定の電圧以上の電圧を印加し、液晶層をスプレイ配向４ａからベンド配向４ｂへ転移させることにより、液晶表示素子として使用することが可能となる。ここにおいて、スプレイ配向からベンド配向への転移の高速化はＯＣＢモード実用化に向けての課題の一つであり、パラレル配向セル液晶分子のプレチルト角に大きく依存している。従って、同セルのプレチルト角を正しく測定することは、ＯＣＢモードの実用化に当たって必要不可欠なことである。
【００１２】
一般に液晶セルのプレチルト角は、対向する基板上の配向処理が逆方向であり、かつ平行なアンチパラレル配向セルを用いて測定されている。具体的にはセル透過光強度の視角依存性を測定し、その対称点の角度からプレチルト角を算出するクリスタルローテーション法でもってプレチルト角を測定している（例えば、”シンプル メソッド オブ デターミング リキッド クリスタル チルト−バイアス アングル”、中野等、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド
フィジックス １９巻 ２０１３ページ １９８０年）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パラレル配向セルでは液晶層自身が自己補償する配列をとっているため、原理的にクリスタルローテーション法を用いることが出来ない。数値シミュレーションによれば、同一の基板処理プロセスで作製した基板を用いても、アンチパラレル配向セルのプレチルト角とパラレル配向セルのプレチルト角とは異なっており、アンチパラレル配向セルで測定したプレチルト角でもって代用することは出来ない。
【００１４】
従って、パラレル配向セルのプレチルト角を測定する方法が強く望まれている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、その解決手段として、
印加電圧を変化させてパラレル配向セルの透過光量を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と転移電圧との関係と対応をとることにより、パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法、あるいは、
印加電圧を変化させてパラレル配向セルの位相差を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と転移電圧との関係と対応をとることにより、パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法、あるいは、
印加電圧を変化させてパラレル配向セル透過光の偏光状態を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と転移電圧との関係と対応をとることにより、パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法を用いるものであり、具体的には、
パラレル配向セルに光を照射するための光源、偏光子、検光子、光検知器、パラレル配向セルに電圧を印加するための電源、およびパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧との対応関係が記憶され、測定された転移電圧を対応関係に照合することによりプレチルト角を決定するマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とするプレチルト角測定装置、あるいは、
パラレル配向セルに光を照射するための光源、偏光子、回転検光子、光検知器、パラレル配向セルに電圧を印加するための電源、パラレル配向セル出射光の各方位角方向での輝度分布をもとに出射光偏光状態を算出する機構、およびパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧との対応関係が記憶され、測定された前移電圧を対応関係に照合することによりプレチルト角を決定するマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とするプレチルト角測定装置を用いるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の態様を、図面を参照しながら詳細に述べる。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明のプレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置を検証するために用いた液晶セルの構成外観図である。
【００１８】
透明電極２、７を有する２枚のガラス基板１、８上に配向膜３、６として日産化学工業（株）製ポリイミド配向膜塗料ＳＥ−７７９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、１時間乾燥硬化させる。その後、両基板を、図２に示される方向１０、１１にコットン製のラビング布を用いて、セルごとにラビング強度を変え配向処理した後、基板１、８上の液晶配向方位が同一方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＡ〜液晶セルＤとする）を作成した。この時の基板間隔は５．２ミクロンであった。
【００１９】
次に、これらの液晶セルＡ〜Ｄにメルク・ジャパン（株）製液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にて注入し、テストセルＡ〜Ｄとした。
【００２０】
図３は本実施例１で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図である。
【００２１】
He-Neレーザ１２から出射され偏光子１３を通過した光１４はテストセル１５中を伝搬し楕円偏光となって出射する。その後、光１４は検光子１６を経て、検知器１７に達する。この時の各光学要素の配置を図４に示す。偏光子１３の吸収軸方向を１９、検光子１６の吸収軸方向を２０、テストセル１５の配向方向を２１、２２で示してある。また、テストセル１５には、外部電源１８により電圧が印加されており、その液晶層はベンド配列をなしている。
【００２２】
図５はテストセルＡに対して、印加電圧を−０．１Ｖ／分の速度で徐々に減少させながら検知器１７の出力を記録したものである。検知器出力が急激に減少したポイントは、ベンド配向からスプレイ配向への転移が起こったポイントであり、この時の印加電圧は２．４０Ｖであった。
【００２３】
同様にして、テストセルＢ〜Ｄについても、このベンド−スプレイ逆転移電圧を測定した。
結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】
一方、表２はスプレイ配向での液晶層のギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧を液晶層プレチルト角の関数として計算したものである。測定したベンド−スプレイ逆転移電圧（表１）は前記ギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧に１：１の対応をしており、ベンド−スプレイ逆転移電圧を測定することにより、本パラレル配向セルのプレチルト角を正しく評価することが出来る。
【００２６】
【表２】
【００２７】
表２より、テストセルＡ〜Ｄのプレチルト角は、それぞれ３．４度、４．０度、４．５度、５．６度であることが分かる。
【００２８】
以上より明らかなように、本発明プレチルト角測定方法及びプレチルト角測定装置は、パラレル配向セルでのプレチルト角を測定することができ、その実用的価値は極めて大きい。
【００２９】
（実施例２）
下記に示される方法により、図１と同一の構成を有する液晶セルＥ、及び液晶セルＦを作製した。
【００３０】
透明電極２、７を有する２枚のガラス基板１、８上に配向膜３、６としてＪＳＲ（株）製ポリイミド配向膜塗料ＡＬ−２０４をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、１時間乾燥硬化させる。その後、両基板を、図２に示される方向１０，１１にコットン製のラビング布を用いて、セルごとにラビング強度を変え配向処理した後、基板１、８上の液晶配向方位が同一方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＥ、および液晶セルＦとする）を作成した。この時の基板間隔は３．５ミクロンであった。
【００３１】
次に、これらの液晶セルＥ、Ｆにメルク・ジャパン（株）製液晶ＴＬ−２０３（屈折率異方性Δn＝０．２０３）を真空注入法にて注入し、テストセルＥ、およびテストセルＦとした。
【００３２】
図６は本実施例２で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図である。
【００３３】
He-Neレーザ１２から出射され偏光子１３を通過した光１４は１／４波長板２３およびテストセル１５中を伝搬し、一般には楕円偏光となって出射する。その後、光１４は回転検光子２４を経て、検知器１７に達する。この時の各光学要素の配置を図７に示す。１９は偏光子１３の吸収軸方向、２５は回転検光子２４の吸収軸方向、２１、２２はテストセル１５の配向方向である。そして、テストセル１５には、外部電源１８により電圧が印加されており、その液晶層はベンド配列をなしている。また、本測定系に接続されたコンピュータ（図６中には記載されていない）では、検知された光量及び各光学要素の配置をもとに所定の方法によりセル位相差を算出し、その値が記憶されるようになっている。
【００３４】
図８はテストセルＥに対して、印加電圧を−０．１Ｖ／分の速度で徐々に減少させながら検知器１７の出力をもとに算出された液晶セル位相差の変化を示したものである。液晶セル位相差が急激に減少したポイントは、ベンド配向からスプレイ配向への転移が起こったポイントであり、この時の印加電圧は１．１０Ｖであった。
【００３５】
同様にして、テストセルＦについてもそのベンド−スプレイ逆転移電圧を測定したところ、１．４４Ｖであった。
【００３６】
一方、表３はスプレイ配向での液晶層のギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧を液晶層プレチルト角の関数として計算したものである。測定したベンド−スプレイ逆転移電圧は前記ギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧に１：１の対応をしており、ベンド−スプレイ逆転移電圧を測定することにより、本パラレル配向セルのプレチルト角を正しく評価することが出来る。
【００３７】
【表３】
【００３８】
表３より、テストセルＥ、Ｆのプレチルト角は、それぞれ３０．０度、１９．１度であることが分かる。
【００３９】
以上より明らかなように、本発明プレチルト角測定方法及びプレチルト角測定装置は、パラレル配向セルでのプレチルト角を測定することができ、その実用的価値は極めて大きい。
【００４０】
本実施例では光源としてHe-Neレーザ光源を用いたが、他の光源を用いても良いことは言うまでもない。テストセル液晶層の位相差が光源波長と同程度の場合には、原理上精度の高い測定が困難なため、光路中に１／４波長板を挿入することが好ましい。
【００４１】
（実施例３）
下記に示される方法により、図１と同一の構成を有する液晶セルGを作製した。
【００４２】
透明電極２、７を有する２枚のガラス基板１、８上に配向膜３、６として日産化学工業（株）製ポリイミド配向膜塗料ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、１時間乾燥硬化させる。その後、両基板を図２に示される方向にコットン製のラビング布を用いて配向処理した後、基板１、８上の液晶配向方位が同一方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＧとする）を作成した。この時の基板間隔は４．８ミクロンであった。
【００４３】
次に、これらの液晶セルＧにメルク・ジャパン（株）製液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にて注入し、テストセルＧとした。
【００４４】
図９は本実施例３で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図である。
【００４５】
He-Neレーザ１２から出射され偏光子１３を通過した光１４はテストセル１５中を伝搬し、一般には楕円偏光となって出射する。その後、光１４は回転検光子２４を経て、検知器１７に達する。この時の各光学要素の配置を図１０に示す。そして、テストセル１５には、外部電源１８により電圧が印加されており、その液晶層はベンド配列をなしている。また、本測定系に接続されたコンピュータ（図９中には記載されていない）では、各検光子の角度ごとに検知された光量及び各光学要素の配置をもとに所定の方法により透過光の偏光状態（具体的にはストークスパラメータＳ１／Ｓ０、Ｓ２／Ｓ０）を算出し、その値が記憶されるようになっている。
【００４６】
図１１はテストセルＧに対して、印加電圧を−０．０５Ｖ／分の速度で徐々に減少させながら検知器１７の出力をもとに算出された偏光状態指標（α2＋β2：ここにおいて、α＝Ｓ１／Ｓ０、β＝Ｓ２／Ｓ０）の変化を示したものである。前記指標が急激に変化したポイントは、ベンド配向からスプレイ配向への転移が起こったポイントであり、この時の印加電圧は２．４６Ｖであった。
【００４７】
本実施例で用いた液晶材料では、スプレイ配向での液晶層のギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧が２．４６Ｖになるのは液晶プレチルト角が３．０度の場合であり、これによりパラレル配向セルのプレチルト角を精度良く知ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、パラレル配向セルのプレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置を提供するものであり、これにより従来不可能であったパラレル配向セルのプレチルト角評価が可能となり、その実用的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置を検証するために用いた液晶セルの断面構成を概念的に示す図
【図２】本発明実施例で用いた液晶セルの配向処理方向を説明するための図
【図３】本発明実施例１で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図
【図４】本発明実施例１で用いたプレチルト角測定装置における各光学要素の配置方向を説明するための図
【図５】本発明実施例１で用いた液晶セルＡの印加電圧−透過光量の関係を説明するための図
【図６】本発明実施例２で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図
【図７】本発明実施例２で用いたプレチルト角測定装置における各光学要素の配置方向を説明するための図
【図８】本発明実施例２で用いた液晶セルＥの印加電圧−位相差の関係を説明するための図
【図９】本発明実施例３で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図
【図１０】本発明実施例３で用いたプレチルト角測定装置における各光学要素の配置方向を説明するための図
【図１１】本発明実施例３で用いた液晶セルＧの印加電圧−透過光偏光状態の関係を説明するための図
【符号の説明】
１，８ ガラス基板
２，７ 透明電極
３，６ 配向膜
４ 液晶層
４ａ 電圧無印加時の液晶配向（スプレイ配向）
４ｂ 電圧印加時の液晶配向（ベンド配向）
５ スペーサ
９，１５ テストセル
１０，２１ 上側基板での配向処理方向
１１，２２ 下側基板での配向処理方向
１２ He-Neレーザ光源
１３ 偏光子
１４ 測定光
１６ 検光子
１７ 検知器
１８ 外部電源
１９ 偏光子の透過軸方向
２０ 検光子の透過軸方向
２３ 四分の一波長板
２４ 回転検光子
【発明の属する技術分野】
本発明は，液晶セルのプレチルト角測定に関するものである。
【０００２】
更に具体的には、光学補償複屈折モードセル（ＯＣＢモードセル：Optically self-Compensated Birefringence mode cell）のプレチルト角測定に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
マルチメディア技術の進展とともに、ますます画像情報の占める割合が多くなってきている。最近では液晶技術の発展により、高コントラスト・広視野角の液晶ディスプレイが開発・実用化され、ＣＲＴディスプレイと比肩するレベルにまでなってきた。
【０００４】
しかしながら、現行の液晶ディスプレイでは動画表示において、画像が流れるという問題を有しており、この点においてＣＲＴに劣っている。
【０００５】
液晶ディスプレイにおける高速応答化の試みは過去から数多くなされてきている。高速応答の種々の液晶表示方式については、Wuらによりまとめられている（C.S. Wu and S.T. Wu, SPIE, 1665, 250 (1992)）が、動画像表示に必要な応答特性が期待出来る方式・方法は限られている。
【０００６】
即ち、現行のＮＴＳＣシステムにおいては１フレーム（１６．７ｍｓｅｃ）以内で液晶が追随する必要があるが、現行の液晶ディスプレイでは白黒二値間では充分速い応答性を示すものの、多階調表示を行った場合の階調間応答では100msec以上の遅い応答となってしまう。特に駆動電圧の低い領域での階調間応答は著しく遅い。
【０００７】
現在、動画表示に適した高速応答性を有する液晶ディスプレイとしては、ＯＣＢモード液晶表示素子、あるいは強誘電性液晶表示素子、反強誘電性液晶表示素子がその可能性を有している。
【０００８】
しかしながら、層構造を有する強誘電性液晶表示素子、および反強誘電性液晶表示素子は耐衝撃性が弱い、使用温度範囲が狭い、特性の温度依存性が大きいなど実用的な意味での課題が多く、現実的にはネマティック液晶を用いるＯＣＢモード液晶表示素子が動画像表示に適した液晶表示素子として有望視されている。
【０００９】
このＯＣＢモード液晶表示素子は、１９８３年J.P.Bosによりその高速性が示された表示方式であり、その後、フィルム位相板と組み合わせることにより広視野角・高速応答性が両立するディスプレイであることが示され研究開発が活発化した。
【００１０】
ＯＣＢモ−ドで用いられる液晶セルは、図１に示すように、透明電極２が形成されているガラス基板１と、透明電極７が形成されているガラス基板８と、基板１、８間に配置される液晶層４とを有する。電極２、７上には配向膜３、６が形成され、この配向膜３、６には、液晶分子を平行かつ同一方向に配向させるべく配向処理がなされている。以下、このような構造のセルをパラレル配向セルと称する。
【００１１】
このパラレル配向セルは、電圧無印加では図１の４ａに示すようにスプレイ配向を示しているが、所定の電圧以上の電圧を印加し、液晶層をスプレイ配向４ａからベンド配向４ｂへ転移させることにより、液晶表示素子として使用することが可能となる。ここにおいて、スプレイ配向からベンド配向への転移の高速化はＯＣＢモード実用化に向けての課題の一つであり、パラレル配向セル液晶分子のプレチルト角に大きく依存している。従って、同セルのプレチルト角を正しく測定することは、ＯＣＢモードの実用化に当たって必要不可欠なことである。
【００１２】
一般に液晶セルのプレチルト角は、対向する基板上の配向処理が逆方向であり、かつ平行なアンチパラレル配向セルを用いて測定されている。具体的にはセル透過光強度の視角依存性を測定し、その対称点の角度からプレチルト角を算出するクリスタルローテーション法でもってプレチルト角を測定している（例えば、”シンプル メソッド オブ デターミング リキッド クリスタル チルト−バイアス アングル”、中野等、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド
フィジックス １９巻 ２０１３ページ １９８０年）。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パラレル配向セルでは液晶層自身が自己補償する配列をとっているため、原理的にクリスタルローテーション法を用いることが出来ない。数値シミュレーションによれば、同一の基板処理プロセスで作製した基板を用いても、アンチパラレル配向セルのプレチルト角とパラレル配向セルのプレチルト角とは異なっており、アンチパラレル配向セルで測定したプレチルト角でもって代用することは出来ない。
【００１４】
従って、パラレル配向セルのプレチルト角を測定する方法が強く望まれている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、その解決手段として、
印加電圧を変化させてパラレル配向セルの透過光量を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と転移電圧との関係と対応をとることにより、パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法、あるいは、
印加電圧を変化させてパラレル配向セルの位相差を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と転移電圧との関係と対応をとることにより、パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法、あるいは、
印加電圧を変化させてパラレル配向セル透過光の偏光状態を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と転移電圧との関係と対応をとることにより、パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法を用いるものであり、具体的には、
パラレル配向セルに光を照射するための光源、偏光子、検光子、光検知器、パラレル配向セルに電圧を印加するための電源、およびパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧との対応関係が記憶され、測定された転移電圧を対応関係に照合することによりプレチルト角を決定するマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とするプレチルト角測定装置、あるいは、
パラレル配向セルに光を照射するための光源、偏光子、回転検光子、光検知器、パラレル配向セルに電圧を印加するための電源、パラレル配向セル出射光の各方位角方向での輝度分布をもとに出射光偏光状態を算出する機構、およびパラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧との対応関係が記憶され、測定された前移電圧を対応関係に照合することによりプレチルト角を決定するマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とするプレチルト角測定装置を用いるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の態様を、図面を参照しながら詳細に述べる。
【００１７】
（実施例１）
図１は本発明のプレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置を検証するために用いた液晶セルの構成外観図である。
【００１８】
透明電極２、７を有する２枚のガラス基板１、８上に配向膜３、６として日産化学工業（株）製ポリイミド配向膜塗料ＳＥ−７７９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、１時間乾燥硬化させる。その後、両基板を、図２に示される方向１０、１１にコットン製のラビング布を用いて、セルごとにラビング強度を変え配向処理した後、基板１、８上の液晶配向方位が同一方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＡ〜液晶セルＤとする）を作成した。この時の基板間隔は５．２ミクロンであった。
【００１９】
次に、これらの液晶セルＡ〜Ｄにメルク・ジャパン（株）製液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にて注入し、テストセルＡ〜Ｄとした。
【００２０】
図３は本実施例１で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図である。
【００２１】
He-Neレーザ１２から出射され偏光子１３を通過した光１４はテストセル１５中を伝搬し楕円偏光となって出射する。その後、光１４は検光子１６を経て、検知器１７に達する。この時の各光学要素の配置を図４に示す。偏光子１３の吸収軸方向を１９、検光子１６の吸収軸方向を２０、テストセル１５の配向方向を２１、２２で示してある。また、テストセル１５には、外部電源１８により電圧が印加されており、その液晶層はベンド配列をなしている。
【００２２】
図５はテストセルＡに対して、印加電圧を−０．１Ｖ／分の速度で徐々に減少させながら検知器１７の出力を記録したものである。検知器出力が急激に減少したポイントは、ベンド配向からスプレイ配向への転移が起こったポイントであり、この時の印加電圧は２．４０Ｖであった。
【００２３】
同様にして、テストセルＢ〜Ｄについても、このベンド−スプレイ逆転移電圧を測定した。
結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
一方、表２はスプレイ配向での液晶層のギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧を液晶層プレチルト角の関数として計算したものである。測定したベンド−スプレイ逆転移電圧（表１）は前記ギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧に１：１の対応をしており、ベンド−スプレイ逆転移電圧を測定することにより、本パラレル配向セルのプレチルト角を正しく評価することが出来る。
【００２６】
【表２】
表２より、テストセルＡ〜Ｄのプレチルト角は、それぞれ３．４度、４．０度、４．５度、５．６度であることが分かる。
【００２８】
以上より明らかなように、本発明プレチルト角測定方法及びプレチルト角測定装置は、パラレル配向セルでのプレチルト角を測定することができ、その実用的価値は極めて大きい。
【００２９】
（実施例２）
下記に示される方法により、図１と同一の構成を有する液晶セルＥ、及び液晶セルＦを作製した。
【００３０】
透明電極２、７を有する２枚のガラス基板１、８上に配向膜３、６としてＪＳＲ（株）製ポリイミド配向膜塗料ＡＬ−２０４をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、１時間乾燥硬化させる。その後、両基板を、図２に示される方向１０，１１にコットン製のラビング布を用いて、セルごとにラビング強度を変え配向処理した後、基板１、８上の液晶配向方位が同一方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＥ、および液晶セルＦとする）を作成した。この時の基板間隔は３．５ミクロンであった。
【００３１】
次に、これらの液晶セルＥ、Ｆにメルク・ジャパン（株）製液晶ＴＬ−２０３（屈折率異方性Δn＝０．２０３）を真空注入法にて注入し、テストセルＥ、およびテストセルＦとした。
【００３２】
図６は本実施例２で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図である。
【００３３】
He-Neレーザ１２から出射され偏光子１３を通過した光１４は１／４波長板２３およびテストセル１５中を伝搬し、一般には楕円偏光となって出射する。その後、光１４は回転検光子２４を経て、検知器１７に達する。この時の各光学要素の配置を図７に示す。１９は偏光子１３の吸収軸方向、２５は回転検光子２４の吸収軸方向、２１、２２はテストセル１５の配向方向である。そして、テストセル１５には、外部電源１８により電圧が印加されており、その液晶層はベンド配列をなしている。また、本測定系に接続されたコンピュータ（図６中には記載されていない）では、検知された光量及び各光学要素の配置をもとに所定の方法によりセル位相差を算出し、その値が記憶されるようになっている。
【００３４】
図８はテストセルＥに対して、印加電圧を−０．１Ｖ／分の速度で徐々に減少させながら検知器１７の出力をもとに算出された液晶セル位相差の変化を示したものである。液晶セル位相差が急激に減少したポイントは、ベンド配向からスプレイ配向への転移が起こったポイントであり、この時の印加電圧は１．１０Ｖであった。
【００３５】
同様にして、テストセルＦについてもそのベンド−スプレイ逆転移電圧を測定したところ、１．４４Ｖであった。
【００３６】
一方、表３はスプレイ配向での液晶層のギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧を液晶層プレチルト角の関数として計算したものである。測定したベンド−スプレイ逆転移電圧は前記ギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧に１：１の対応をしており、ベンド−スプレイ逆転移電圧を測定することにより、本パラレル配向セルのプレチルト角を正しく評価することが出来る。
【００３７】
【表３】
表３より、テストセルＥ、Ｆのプレチルト角は、それぞれ３０．０度、１９．１度であることが分かる。
【００３９】
以上より明らかなように、本発明プレチルト角測定方法及びプレチルト角測定装置は、パラレル配向セルでのプレチルト角を測定することができ、その実用的価値は極めて大きい。
【００４０】
本実施例では光源としてHe-Neレーザ光源を用いたが、他の光源を用いても良いことは言うまでもない。テストセル液晶層の位相差が光源波長と同程度の場合には、原理上精度の高い測定が困難なため、光路中に１／４波長板を挿入することが好ましい。
【００４１】
（実施例３）
下記に示される方法により、図１と同一の構成を有する液晶セルGを作製した。
【００４２】
透明電極２、７を有する２枚のガラス基板１、８上に配向膜３、６として日産化学工業（株）製ポリイミド配向膜塗料ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、１時間乾燥硬化させる。その後、両基板を図２に示される方向にコットン製のラビング布を用いて配向処理した後、基板１、８上の液晶配向方位が同一方向となるよう、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＧとする）を作成した。この時の基板間隔は４．８ミクロンであった。
【００４３】
次に、これらの液晶セルＧにメルク・ジャパン（株）製液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にて注入し、テストセルＧとした。
【００４４】
図９は本実施例３で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図である。
【００４５】
He-Neレーザ１２から出射され偏光子１３を通過した光１４はテストセル１５中を伝搬し、一般には楕円偏光となって出射する。その後、光１４は回転検光子２４を経て、検知器１７に達する。この時の各光学要素の配置を図１０に示す。そして、テストセル１５には、外部電源１８により電圧が印加されており、その液晶層はベンド配列をなしている。また、本測定系に接続されたコンピュータ（図９中には記載されていない）では、各検光子の角度ごとに検知された光量及び各光学要素の配置をもとに所定の方法により透過光の偏光状態（具体的にはストークスパラメータＳ１／Ｓ０、Ｓ２／Ｓ０）を算出し、その値が記憶されるようになっている。
【００４６】
図１１はテストセルＧに対して、印加電圧を−０．０５Ｖ／分の速度で徐々に減少させながら検知器１７の出力をもとに算出された偏光状態指標（α2＋β2：ここにおいて、α＝Ｓ１／Ｓ０、β＝Ｓ２／Ｓ０）の変化を示したものである。前記指標が急激に変化したポイントは、ベンド配向からスプレイ配向への転移が起こったポイントであり、この時の印加電圧は２．４６Ｖであった。
【００４７】
本実施例で用いた液晶材料では、スプレイ配向での液晶層のギブスの自由エネルギが、ベンド配向での液晶層のギブスの自由エネルギに等しくなる電圧が２．４６Ｖになるのは液晶プレチルト角が３．０度の場合であり、これによりパラレル配向セルのプレチルト角を精度良く知ることができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、パラレル配向セルのプレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置を提供するものであり、これにより従来不可能であったパラレル配向セルのプレチルト角評価が可能となり、その実用的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプレチルト角測定方法およびプレチルト角測定装置を検証するために用いた液晶セルの断面構成を概念的に示す図
【図２】本発明実施例で用いた液晶セルの配向処理方向を説明するための図
【図３】本発明実施例１で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図
【図４】本発明実施例１で用いたプレチルト角測定装置における各光学要素の配置方向を説明するための図
【図５】本発明実施例１で用いた液晶セルＡの印加電圧−透過光量の関係を説明するための図
【図６】本発明実施例２で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図
【図７】本発明実施例２で用いたプレチルト角測定装置における各光学要素の配置方向を説明するための図
【図８】本発明実施例２で用いた液晶セルＥの印加電圧−位相差の関係を説明するための図
【図９】本発明実施例３で用いたプレチルト角測定装置の構成概略図
【図１０】本発明実施例３で用いたプレチルト角測定装置における各光学要素の配置方向を説明するための図
【図１１】本発明実施例３で用いた液晶セルＧの印加電圧−透過光偏光状態の関係を説明するための図
【符号の説明】
１，８ ガラス基板
２，７ 透明電極
３，６ 配向膜
４ 液晶層
４ａ 電圧無印加時の液晶配向（スプレイ配向）
４ｂ 電圧印加時の液晶配向（ベンド配向）
５ スペーサ
９，１５ テストセル
１０，２１ 上側基板での配向処理方向
１１，２２ 下側基板での配向処理方向
１２ He-Neレーザ光源
１３ 偏光子
１４ 測定光
１６ 検光子
１７ 検知器
１８ 外部電源
１９ 偏光子の透過軸方向
２０ 検光子の透過軸方向
２３ 四分の一波長板
２４ 回転検光子
Claims (7)
- 印加電圧を変化させてパラレル配向セルの透過光量を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめ前記パラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と前記転移電圧との関係と対応をとることにより、前記パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法。
- 印加電圧を変化させてパラレル配向セルの位相差を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめ前記パラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と前記転移電圧との関係と対応をとることにより、前記パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法。
- 印加電圧を変化させてパラレル配向セル透過光の偏光状態を測定することによって、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧を測定し、あらかじめ前記パラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と前記転移電圧との関係と対応をとることにより、前記パラレル配向セルのプレチルト角を決定することを特徴とするプレチルト角測定方法。
- 前記偏光状態がストークスパラメータS0、S1、S2、およびS3から選ばれる任意のパラメタを含む数式で表記されることを特徴とする請求項３記載のプレチルト角測定方法。
- パラレル配向セルに光を照射するための光源、偏光子、検光子、光検知器、前記パラレル配向セルに電圧を印加するための電源、および前記パラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧との対応関係が記憶され、測定された前記転移電圧を前記対応関係に照合することによりプレチルト角を決定するマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とするプレチルト角測定装置。
- パラレル配向セルに光を照射するための光源、偏光子、回転検光子、光検知器、前記パラレル配向セルに電圧を印加するための電源、前記パラレル配向セル出射光の各方位角方向での輝度分布をもとに前記出射光偏光状態を算出する機構、および前記パラレル配向セルに封入された液晶材料の物性値をもとに所定の方法で算出したプレチルト角と、ベンド配向状態からスプレイ配向状態への転移電圧との対応関係が記憶され、測定された前記転移電圧を前記対応関係に照合することによりプレチルト角を決定するマイクロコンピュータと、を備えたことを特徴とするプレチルト角測定装置。
- 四分の一波長板を含むことを特徴とする請求項５、あるいは請求項６記載のプレチルト角測定装置。
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