JPH06265839A - 液晶表示素子の界面アンカリング強度の測定方法 - Google Patents

液晶表示素子の界面アンカリング強度の測定方法

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JPH06265839A
JPH06265839A JP5051698A JP5169893A JPH06265839A JP H06265839 A JPH06265839 A JP H06265839A JP 5051698 A JP5051698 A JP 5051698A JP 5169893 A JP5169893 A JP 5169893A JP H06265839 A JPH06265839 A JP H06265839A
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JP
Japan
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liquid crystal
alignment
anchoring strength
alignment film
crystal cell
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Withdrawn
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JP5051698A
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English (en)
Inventor
Yasuo Toko
康夫 都甲
Takashi Sugiyama
貴 杉山
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Stanley Electric Co Ltd
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Stanley Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 簡単な構成で正確に液晶表示素子の界面にお
けるねじれアンカリング強度を正確に測定する方法を提
供する。 【構成】 基準配向膜41と被測定配向膜42とを所定
間隔を保って対向させ、両配向膜の配向方向が光軸を中
心に互いに回転可能なように配置し、両配向膜の間に液
晶材料を注入して液晶セル4を作り、この液晶セル4に
特定の波長の直線偏光を通過させ、検光子5の透過光の
強度に基づいて、液晶セル4における光のツイスト角を
検出する。また両配向膜41,42の配向方向のなす角
度を変えて複数回検出したツイスト角と、両配向膜4
1,42の配向方向で決定される配向ツイスト角とを使
用して所定の演算式に基づき被測定配向膜42の基準配
向膜の面内における方向の界面アンカリング強度を計算
する。

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特性測定
方法に関し、特に、液晶セルにおける液晶と基板の界面
内における方位角方向すなわち面内方向のねじれアンカ
リング強度を測定する新規な方法に係わる。
【0002】
【従来の技術】液晶分子と基板との界面における方位角
方向のアンカリング強度の測定方法としては、例えば、
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Vol. 29, No.
10, October, 1990, 2045 頁〜 2051 頁の、Takas
hi Sugiyama他による「A Simple Model for
Pretilted Liquid Crystal Medium and Its Torsional
Surface Coupling Strength」の論文に記載された方法
がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記論文に記載の方法
においては、例えば少なくとも3キロガウスの磁界を発
生することができるような強力な電磁石をはじめとする
非常に高価で大掛かりな装置類が必要となる。また、測
定中は液晶セルの温度を少なくとも5×10-3deg.
の精度で保たなければならないために、非常に難しい温
度制御が必要となる。
【0004】本発明の目的は、高価で大掛かりな装置類
を必要とせず、比較的簡便な構成で正確に簡単に液晶表
示素子の界面におけるねじれアンカリング強度をより正
確に測定する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子の
界面アンカリング強度の測定方法は、基準配向膜と被測
定配向膜とを所定間隔を保って対向させ、両配向膜の配
向方向が光軸を中心に互いに回転可能なように配置する
工程と、前記両配向膜の間に液晶材料を注入して液晶セ
ルとする工程と、該液晶セルに特定の波長の直線偏光を
通過せしめる工程と、検光子に前記液晶セルを通過した
直線偏光を通過せしめて、該検光子の透過光の強度に基
づいて、前記液晶セルにおける光のツイスト角を検出す
る工程と、前記両配向膜の配向方向のなす角度を変えて
複数回検出した前記光のツイスト角と、前記両配向膜の
配向方向で決定される配向ツイスト角とを使用して所定
の演算式に基づき前記被測定配向膜の前記配向膜の面内
における方向の界面アンカリング強度を計算する工程と
を有する。
【0006】
【作用】特定の波長の偏光を光源として、液晶セルの透
過光のツイスト角を測定し、その値を所定の式に代入し
て計算することによってアンカリング強度が算出され
る。液晶セルを挟持する両配向膜の配向方向のなす角度
を変えて、同一配向膜に対して複数のアンカリング強度
のデータを測定することにより測定結果の信頼性を向上
することができる。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
よる液晶表示装置の界面アンカリング強度の測定方法を
説明する。
【0008】図1は、本発明の実施例におけるアンカリ
ング強度の測定システムの概念図である。図1におい
て、1は白熱電球のような白色光源、2は分光器、3は
偏光子、4は測定しようとする液晶表示素子の液晶セ
ル、5は光軸zを中心に回転可能な検光子、6は光検出
器である。本測定システムでは、光軸zと直交するx−
y面内におけるねじれアンカリング強度を測定する。
【0009】液晶セル4として、x−y面内方向(方位
角方向)のアンカリング強度が非常に強くなるような配
向処理をした基準配向膜の基板41と、アンカリング強
度を測定しようとする配向膜の基板42とを所定のセル
ギャップdを保ちつつ、対向させる。なお、両配向膜4
1,42の配向方向(矢印)の角度が互いに変えられる
ように、配向膜41,42の基板にはシール材を印刷し
ないようにする。
【0010】図1では配向膜41,42の配向方向は互
いに直交するように描いてあるが、いずれか一方の配向
膜は光軸であるz軸を中心に回転でき任意の角度とする
ことができる。
【0011】両基板41,42間に例えばネマチック液
晶材料43を注入してツイストネマチック液晶セルとす
る。偏光子3の偏光軸の方向が基準配向膜41の配向方
向と一致するように配置して、光源1から得た光を単色
光化した後、偏光子3で直線偏光とし、検光子5を光軸
z回りに回転つつ液晶セル4の透過光の強度を光検出器
6で測定する。最大強度が得られる検光子5の回転位置
(角度)によって光のツイスト角が測定できる。
【0012】光源1は例えば白色光源であり、特定の波
長条件を得るために白色光を分光器2に通した単色光を
用いる。分光器2は、一般的なグレーティングやプリズ
ムのようなものでよい。特定の波長条件とはモーガン条
件である。
【0013】モーガン条件は液晶セルに入射した直線偏
光が液晶分子によって直線偏光を保ちつつ、回転するた
めの条件(ウエーブガイドモードが実現できる条件)で
あり、測定の正確を期するためにこの条件を選ぶ。90
°ツイストネマチック液晶セルを例にとると、モーガン
条件は、
【0014】
【数1】Δnd/λ≫1/2 ここに、Δn:液晶の屈折率異方性 d :セルギャップ λ :光の波長 である。
【0015】さらに完全なウエーブガイドモードとする
ために、
【0016】
【数2】Δnd/λ=(3)1/2 /2,(15)1/2
2,(35)1/2 /2,… が選択される。
【0017】ここで、ツイスト角を測定することによっ
て界面アンカリング強度を算出する原理について簡単に
説明する。アンカリング強度はセルによって規定される
配向ツイスト角(たとえば配向方向間の角度)φt とセ
ルギャップdとの関数Aφ(d,φt )で与えられる。
セルの配向膜による全体のアンカリング強度を与える自
由エネルギをFとすると、
【0018】
【数3】F=(1/2)K220 d (∂φ/∂z)2
dz+Aφ(d,φt ) K22:ねじれの弾性定数、 φ:測定される液晶内の光のツイスト角、 φt :セルによって規定される配向ツイスト角、 d:セル厚、 z:光軸方向の座標 であり、その時、
【0019】
【数4】Aφ(d,φt )=(1/2)Aφsin {2
(φt −φ)} である。
【0020】ここで、自由エネルギFを最小とする変分
計算をすると、トルク平衡の式として液晶全体として、
【0021】
【数5】(∂/∂z){K22(∂φ/∂z)}=0 が得られ、配向膜と液晶の界面では、
【0022】
【数6】K22(∂φ/∂z)z=d =(1/2)Aφsin
{2(φt −φ)} となる。
【0023】よって、数式5と数式6により、アンカリ
ング強度は、
【0024】
【数7】 Aφ=(2K22φ)/〔dsin {2(φt −φ)}〕 が得られる。
【0025】配向膜42の配向方向を変えると、ネマチ
ックセルの配向ツイスト角φt が変わる。偏光子3から
の直線偏光はセルの配向ツイスト角φt に応じて回転す
る。φt をいろいろ変えたときのアンカリング強度Aφ
を複数回測定すると、より信頼性の高いアンカリング強
度が得られる。但し、配向膜42を回転する際は、セル
ギャップdが変化しないように両基板間に圧力を掛ける
などの手段を講ずることが好ましい。
【0026】また、配向膜41,42の両基板はシール
材が印刷されてないために、自由にセルを分解すること
ができる。その為、一旦注入した液晶を抜きとって、別
の液晶を入替えることもできる。これにより、例えば液
晶のメモリ効果のエネルギなどを測定することもでき
る。
【0027】図1の測定システムにおいて、アンカリン
グ強度の非常に強い基準となる配向膜41としてはポリ
イミド配向膜にラビング処理をしたものを用いる。被測
定配向膜42として、たとえばアンカリング強度の非常
に小さなLB(ラングミューアブロジェット)処理をし
た基板を用いる。
【0028】基板41と基板42の配向方向を互いに9
0°となるように配置して(φt =90°)、その間に
液晶としてシアノビフェニール系のネマチック液晶の5
CBを封入し、数式7を用いて実際にアンカリング強度
を測定する。
【0029】その場合の、モーガン条件のウーエブガイ
ドモードの条件は、例えば、Δn=0.1,d=5μm
の液晶セルに対して、光源の波長λ=577.4nmあ
るいは258.2nmなどが使用されるとよい。
【0030】図2は、アンカリング強度の測定結果を示
すグラフである。横軸にセル厚dをとり、縦軸にφ/si
n 2|φt −φ|をとったグラフを示す。数式7は、比
例定数Cを用いて次式のように表される。
【0031】
【数8】Aφ=2CK22 ここで、比例定数Cは、
【0032】
【数9】C=φ/〔dsin {2(φt −φ)}〕 となる。
【0033】したがって、図2の横軸のセル厚dと縦軸
のφ/sin 2|φt −φ|は、数式9より理論上は比例
関係となる。実験では、配向膜41としてポリイミド配
向膜にラビング処理をしたものを用い、被測定配向膜4
2にポリイミドLB膜を用いた。基板41と基板42の
間に、TN型液晶素子としてネマチック液晶の5CBを
封入し、アンカリング強度の測定を行なった。
【0034】実験時の温度は25℃であり、ねじれの弾
性定数K22は、温度25℃において3.9×10
-12 〔N〕である。セル厚dを変化させて、3つのセル
厚の値について測定した結果を、図2にプロットしてあ
る。この測定結果よりアンカリング強度を計算すると、
アンカリング強度Aφ=3.2×10-6〔N/m〕が得
られる。
【0035】なお、被測定配向膜のアンカリング強度
が、たとえば基準配向膜のアンカリング強度の1/10
以下位に小さいものであれば、基準配向膜のアンカリン
グ強度は∞とみても良い。しかし、被測定配向膜のアン
カリング強度が基準配向膜並の強度を持っている場合
は、測定値を較正することが好ましい。
【0036】この場合、(1).入射基板側の配向方向
もラビング方向からずれることになるので、入射直線偏
光をその配向方向に合わせる、(2).測定によって得
られるツイスト角φを補正する(具体的には、実測値か
ら、基準配向膜のアンカリング強度から得られる方位角
のずれを引く)等の手順を取ればよい。
【0037】本発明は、以上説明した実施例に限るもの
ではなく、当業者であれば、本願の開示内容にもとづい
て様々な改良や変更が可能であることはいうまでもな
い。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、特定の波長の偏光を光
源として、液晶セルのツイスト角を測定し、その値を所
定の式に代入して計算することによってアンカリング強
度が算出し、その計算を配向方向を変えて複数のデータ
を得ることができるので、従来技術のような強力な電磁
石などの高価で大掛かりな装置を要することなく、安価
な装置の構成で容易に液晶表示装置の界面のねじれアン
カリングを信頼性良く測定することが可能である。
【0039】さらに、液晶セルが自由に分解可能である
ので、液晶を入れ換えて他の測定をすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による界面アンカリング強度の
測定システムの概念図である。
【図2】アンカリング強度の測定結果を示すグラフであ
る。
【符号の簡単な説明】
1 光源 2 分光器 3 偏光子 4 液晶セル 5 検光子 6 光検出器 41 基準配向膜(基板) 42 被測定配向膜(基板) 43 液晶

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準配向膜と被測定配向膜とを所定間隔
    を保って対向させ、両配向膜の配向方向が光軸を中心に
    互いに回転可能なように配置する工程と、 前記両配向膜の間に液晶材料を注入して液晶セルとする
    工程と、 該液晶セルに特定の波長の直線偏光を通過せしめる工程
    と、 検光子に前記液晶セルを通過した直線偏光を通過せしめ
    て、該検光子の透過光の強度に基づいて、前記液晶セル
    における光のツイスト角を検出する工程と、 前記両配向膜の配向方向のなす角度を変えて複数回検出
    した前記光のツイスト角と、前記両配向膜の配向方向で
    決定される配向ツイスト角とを使用して所定の演算式に
    基づき前記被測定配向膜の前記配向膜の面内における方
    向の界面アンカリング強度を計算する工程とを有する液
    晶表示素子の界面アンカリング強度の測定方法。
  2. 【請求項2】 前記所定の計算式が、 Aφ=(2K22φ)/〔dsin {2(φt −φ)}〕 ここに、Aφ:アンカリング強度、 K22:ねじれの弾性定数、 φ:測定により得られる光のツイスト角、 φt :前記両配向膜の配向方向で規定される配向ツイス
    ト角、 d:セル厚 である請求項1記載の液晶表示素子の界面アンカリング
    強度の測定方法。
  3. 【請求項3】 前記φt が実質的に90°を中心とする
    複数の角度である請求項2記載の液晶表示素子の界面ア
    ンカリング強度の測定方法。
  4. 【請求項4】 前記基準配向膜としてポリイミド配向膜
    にラビング処理を施した基板を使用する請求項1〜3の
    いずれかに記載の液晶表示素子の界面アンカリング強度
    の測定方法。
JP5051698A 1993-03-12 1993-03-12 液晶表示素子の界面アンカリング強度の測定方法 Withdrawn JPH06265839A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100458613B1 (ko) * 2000-06-30 2004-12-03 엔이씨 엘씨디 테크놀로지스, 엘티디. 이방성각의 오정렬을 광학적으로 감지함에 의한액정디스플레이의 제조방법 및 그 시스템

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100458613B1 (ko) * 2000-06-30 2004-12-03 엔이씨 엘씨디 테크놀로지스, 엘티디. 이방성각의 오정렬을 광학적으로 감지함에 의한액정디스플레이의 제조방법 및 그 시스템

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