JPH0495845A - 配向膜の液晶配向能評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液晶表示素子に用いられている配向膜の液晶
配向能の光学的な評価方法に関する。

従来の技術 液晶の配向処理方法としては、これまでに種々の方法が
知られているが、大別して水平配向処理垂直配向処理お
よび傾斜配向処理に分類することができる。現在使用さ
れている液晶表示素子の大部分は水平配向処理を施され
た基板を用いており、基板表面に対して、液晶分子は水
平に配向している。

この場合、液晶分子の配向方位を揃えるために、実際に
は（１）基板面に配向膜を塗布後、綿布、脱脂綿などで
一方向に擦る（ラビング法）　、（２１基板面にＳｉＣ
などの酸化物を斜めの角度から茶着する（斜方蒸着法）
、（３）基板表面をイオンビームやプラズマなどでエツ
チングする（イオンビーム法プラズマ法）などの方法に
より配向処理を行っている。とくに、ラビング法は量産
性に冨むうえ、コストも安く、殆どの液晶表示素子での
液晶分子の配向はこのラビング法で行われている。

具体的には、下記の手順で配向処理が行われている。

（１）　　ガラス基板の洗浄。

（２）　　印刷、あるいはスピンコード法による配向膜
材料（例えばポリイミド、ポリビニルアルコール）の塗
布。

（３）乾燥、硬化（乾燥配向膜厚は３００人〜１０００
人） （４）ナイロン布やテトロン布などにより配向膜表面を
一方向に擦る（ラビング処理）。

このようにラビング法は、その工程は非常に簡単である
が、配向膜材質とラビング布との組合せやラビング強度
、ラビング回数により液晶配向能が異なるなど、配向能
を一定に保つ条件の設定は必ずしも容品ではない。とく
に、大型の液晶表示素子の場合や、基板表面にアクティ
ブ素子やカラーフィルタのような凹凸のある構造物が存
在する場合には、基板表面全体にわたって均一な配向が
得られるラビング条件を設定することは非常に難しい。

従来、このようなラビング条件の設定を行う場合には、
種々のラビング条件で作成した基板を用いて液晶表示素
子を作成し、その液晶表示特性によりラビングの条件を
評価していた。

しかしながら、このような従来の方法では、配向膜の処
理条件を変えるごとに液晶表示素子を試作して評価せね
ばならず、配向条件の設定に多くの時間と労力を要する
という問題点があった。

一方、工場における液晶表示素子の量産工程においては
、配向膜のラビング不良（不均一な配向処理）が発生し
ても中間工程では把握できず、液晶表示素子を作成しそ
の表示特性不良が認められるまでラビング不良がわから
ない。その結果、製造歩留まりが低下するという問題点
がある。

これらの問題に対して、液晶表示素子による評価ではな
く、配向膜の配向処理直後に配向膜の面内でのりタープ
−ジョン（Δｒｚｌ）の大きさや、その不均一性を調べ
ることにより、膜評価の効率化を図り、量産工程におけ
る歩留まりを向上させる方法が検討された（特開昭６２
−１９０６９４号公報）。この方法は配向膜を透過する
直線偏光の光量の分布を配向膜全面にわたって測定し、
その透過光量分布から、配向処理の程度や不均一性を評
価しようとした。

また、配向膜表面の接触角を測定し、表面エネルギーの
分布を評価することも考えられた。

発明が解決しようとする課題 このような従来の評価方法では、液晶分子の配向は主と
して配向膜表面の状態で決まると考えられるにもかかわ
らず、透過光により評価されるので、配向膜の表面状態
よりも内部の状態が評価され、液晶配向能を正確に反映
しない。また、配向膜の下にカラーフィルタ層が設けら
れている場合には、正しい透過光量の測定ができないな
どの問題があった。

さらに配向膜表面の接触角の測定による評価法では、液
晶材料以外の物質が配向膜表面に接触し、配向膜表面を
伝染して以後の工程に悪影響を与えるという問題があっ
た。

本発明はこのような課題を解決するもので、配向膜の液
晶分子配向能を配向膜の配向処理直後に正確に測定し、
液晶表示素子を完成して評価するのではなく、基板の状
態で配向状態を把握する評価法を提供することを目的と
するものである。

課題を解決するための手段 この課題を解決するために本発明は、配向膜表面に直線
偏光を入射したとき、配向膜表面での反射光の光量によ
り配向膜の液晶配向能を評価するものである。また、配
向膜表面に入射する直線偏光の偏波面が配向膜の配向処
理方向と直交あるいは平行であるようにしたものである
。

作用 ラビング処理された配向膜により何故液晶分子が配向す
るかについては、ラビングにより延伸処理された配向膜
表面の高分子鎖と液晶分子との相互作用により液晶分子
が、配列すると考えられている（石灰ら、リキッド　ク
リスタルズ（Ｌｉｑ旧ｄＣｒｙｓｔａｌｓ）Ｖｏｌ、４
．　Ｎｏ、６．ｐｐ６６９−６７５（１９８９））。従
って、配向膜表面層の延伸の程度はラビング処理条件に
よって異なるため、不均一なラビング処理は配向膜表面
高分子鎖の配列の不均一性を引き起こし、液晶表示板を
構成した時の表示むらとなる。本発明は高分子鎖の配列
状態の違いにより屈折率が異なることに着目し、′その
屈折率の差を反射光量の違いとして評価するものである
。

いま、配向膜表面に対して垂直に入射した光の反射率は
、配向膜の屈折率をｎとした時、（（ｎ−１）／　（ｎ
＋１））２で表される。この時入射光として、直線偏光
を用いれば、配向膜表面の高分子鎖の配向方向あるいは
配列の程度が異なっていれば当然入射偏光に対する屈折
率ｎが異なるはずであるから、反射率、すなわち、反射
光の光量も異なり、反射光強度の分布により配向膜処理
の程度の面内分布を知ることができる。

つぎに、第３図に示すように斜方より光が配向膜３３の
表面に入射する場合を考えてみる。入射角１で光３１が
入射し、ｔａｎ（ｉ）−ｎを満たした場合は、反射光３
７は入射光３１と反射光３７を含む面に対し垂直な方向
の偏波面を持った直線偏光となることが知られている。

もちろん実際には表面の微細構造による散乱のため完全
な直線偏光を得ることは難しい。配向膜表面分子鎖の配
列の程度（分子鎖のオーダリング）に差がある場合、あ
るいは配向の変動がある場合には、入射光として直線偏
光を用いると、入射直線偏光に対する配向膜の屈折率に
違いが生してくる。すなわち、反射光の光量に差が生し
てくる。したがって、入射光と反射光を含む平面に垂直
な方向に振動する反射光成分の量、あるいは入射光と反
射光を含む平面に平行な方向に振動する反射光成分の量
、あるいはそれらの比を測定することにより配向膜表面
の配向処理の程度、およびその不均一性を評価すること
ができる。

実施例 以下に本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳述する。

（実施例１） ガラス基板上にポリイミド樹脂Ｐ　Ｉ　Ｘ　−５４００
（日立化成製）を乾燥膜厚１０００人となるようにスピ
ンコードし、２５０　’Ｃで３時間硬化させた。

その後、ナイロン不織布を用い、同一基板上のポリイミ
ド樹脂表面に２４．３ｇ／Ｃ１（の荷重にてラビング処
理を施した領域Ａと６．２　ｇ　／ｃｄの荷重にてラビ
ング処理を施した領域Ｂとを作った。

つぎに第１圀の光学系に示すように、矢印で示す偏光方
向を有する偏光子１２を透過して配向膜１３上の領域Ａ
およびＢ（図示せず）の表面に垂直にヘリウム−ネオン
レーザ光（波長６３２．８ｎｍ）１１を入射し、その反
射光１６をフォトセル１５にて測定した。このとき、入
射直線偏光の偏波面の方向と配向処理の方向１４とは互
いに直交あるいは平行になるように配置した。なお第１
図では入射直線偏光の偏波面の方向と配向処理の方向と
が互いに直交している状態を示している。反射光１６の
測定結果を第１表に示す。

第　　１　　表 第１表の結果より明らかなように、ラビング処理条件の
異なる配向膜表面では、異なった反射率を有することが
わかる。したがって、配向膜表面に直線偏光を入射し、
第１回のような光学系で反射光量を測定することにより
、ラビング処理の程度、即ち、液晶分子の配向能を知る
ことができる。

本実施例では、測定の便宜上、光源としてヘリウム−ネ
オンレーザを用いたが、キセノンランプやナトリウムラ
ンプなどの他の単色光光源を用いても良いことは言うま
でもない。入射直線偏光の偏波面をラビングの方向と一
致さゼても、直交させてもどちらでも構わないが、ラビ
ング処理時にできる微細な擦りきずの影響のため、それ
ぞれのデータの絶対値比較はできないが本実施例の方法
により配向膜表面の延伸の程度を知ることができる。

（実施例２） ガラス基板上にポリイミド樹脂ＲＮ−７１３（日産化学
製）を乾燥膜厚１０００人となるようにスピンコードし
た後、窒素気流中でホノトプレト上の３ケ所で３０°Ｃ
から２５０°Ｃへと９０分をかけて硬化させた。また、
これら配向膜のイミド化率を知るため、全く同様の方法
にてフ、化カルシウム（ＣａＦ２）板上にポリイミド層
を形成し、ホットプレート上の各領域での配向膜のイミ
ド化率を測定した。イミド化率の測定には島津製作所製
ＦＴ−ｉｒスペクトロフォトメータＦＴｉｒ−５０００
を用いた。結果を第２表に示す。各領域とシーズヒータ
間の距離により加熱条件が異なり、加熱処理された膜の
イミド化率も異なっている。

つぎに、第２図に示すように、配向膜２３の表面に５８
度の入射角で、その偏波面がラビング方向２４に平行な
直線偏光２１を入射し、入射直線偏光２１の振動方向と
直交する方向に偏光方向ををする検光子２５を反射光２
７の光路上に配置し、検光子２５を透過した反射光光量
を測定した。イミド化率が９５％となる領域での反射光
量を１００としたときの他の領域での光量を、イミド化
率の測定結果とともに第２表に示す。

第２表 第２表の結果かられかるように、本実施例による配向膜
の評価方法は、配向膜面内でのイミド化率の違いを容易
に知ることができる。

つぎに、それぞれの領域で作成したガラス基板どうしを
５．５μｍガラスファイバーを挟んで貼り合わせ、３種
類のＴＮ型液晶表示パネルを作成した。その後メルク社
製液晶材料ＺＬＩ−３７００−１００を封入し、１２０
°Ｃにて３０分アニールした。Ａ、Ｂ、Ｃの各領域に対
応するそれぞれのＴＮ型液晶表示パネルについて電圧保
持特性を測定したところ、それぞれ６５％、７３％、９
５％であり、本実施例による方法が電圧保持特性とも十
分相関性があることが分かる。

なお、本実施例では検光子を用いたが、基本的には、受
光側には検光子は不要である。しかし、配向膜表面での
乱反射に基づく散乱によるＳ／Ｎ比の低下を防ぐために
は検光子の使用が望ましい。

このとき、入射光と反射光とを含む平面に垂直な方向に
振動する反射光成分と平行方向に振動する反射光成分と
を分離して測定し、それらの比によって液晶配向能を評
価しても良いことは言うまでもない。

（実施例３） 配向膜材料としてチッソ製ポリイミド塗料Ｐｓｉ−Ａ−
２４０１を用いる以外は実施例２と全く同様にして、ホ
ットプレート上の各領域にて基板上に配向膜を作成した
。つぎに、配向膜２３の表面に５８度の入射角で、その
偏波面がラビング方向２４に平行な直線偏光を入射し、
入射直線偏光の振動方向と直交する方向に偏光軸を有す
る検光子２５を第２図のごとく配置し、反射光光量を測
定した。領域Ｃでの反射光量を１００とした時の他の領
域での光量を第３表に示す。

第３表 つぎに、それぞれの領域で作成したガラス基板どうしを
６．５μｍガラスファイバーを挟んで貼り合わせ、ツイ
スト角２５０度のＳＴＮ型液晶表示バ１ルを作成した。

その後メルク社製液晶材料ＺＬＩ−２２９３を封入し、
１２０°Ｃにて６０分アニールした。その後常法に従い
、偏光板の偏光軸と配向膜のラビング処理方向とが４５
度の角度をなすように偏光板を配置し、それぞれの液晶
表示素子の色相、透過率を目視にて比較したところ有意
差が認められた。

上記のように、本発明はＳＴＮ型液晶表示素子用配向膜
の評価にも有用であり、配向膜表面での反射率の異なっ
た領域では明らかに表示むら（光透過率の差）が識別さ
れた。

発明の効果 以上の実施例の説明からも明らかなように本発明によれ
ば配向膜表面に入射する直線偏光の反射光量を測定する
ことにより、配向処理された配向膜表面の状態を知るこ
とができるものであり、（１）配向膜硬化条件やラビン
グ条件などの配向膜処理条件の影響を容易に知ることが
できる。（２）配向処理の均一性を非接触で評価するこ
とができるため、液晶表示素子を構成し、液晶を封入し
なくとも配向膜処理の良否を知ることができ、製造歩留
まりを向上させることができる、などの効果が得られる
。また、付随する効果としては、反射光量は配向膜の屈
折率だけでなく、配向膜表面の凹凸、汚れなどによって
も左右されるため、併せてこれらの表面状態が原因の配
向不良も本発明によってチエツクすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の配向膜の液晶配向能評価方
法を示す構成図、第２図は同別の実施例の配向膜の液晶
配向能評価方法を示す構成図、第３図は光の反射を説明
する光路図である。 １１．２１・・・・・・入射光、１２．２２・・・・・
・偏光子、１３．２３・・・・・・配向膜、１４．２４
・・・・・・配向処理の方向、１５．２５・・・・・・
フォトセル、１６．２７・・・・・反射光、２６・・・
・・・検光子。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第２図 イーーー人に１夫− ｔ−−−ｙｋλ３３− ｙｊ−Ｊ、荀躾 Ｆ４−−−１Ａ１１９５丁１（のＸζ１ｔ５−７１卜セ
ル に−〜袢導」

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）配向膜表面に直線偏光を入射したとき、前記配向
   膜表面での反射光の光量により前記配向膜の液晶配向能
   を評価する配向膜の液晶配向能評価方法。
2. （２）配向膜表面に入射する直線偏光の偏波面が、配向
   膜の配向処理方向（配向容易軸）と直交あるいは平行で
   ある請求項１記載の配向膜の液晶配向能評価方法。