JPH1026759A - 液晶配向膜検査方法及び検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示素子の液晶配向膜の分子配向の歪の
あるガラス基板に成膜されたものについても評価を行
う。 【解決手段】 液晶配向膜の分子配向状態を一定の偏光
状態の単色の可視光の試料に対する２色比を測定するこ
とにより評価する。可視光の液晶配向膜の２色比はガラ
ス基板の歪によって発生する２色比よりも大きく、液晶
配向膜の分子配向を評価できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子にお
いて液晶分子の配向を制御する有機薄膜を評価する方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子において液晶分子に初期配
向を与えるのに用いられる有機薄膜には、有機薄膜分子
の配向と液晶分子の配向に密接な関係があることが知ら
れ（石原他 リキッドクリスタルズ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃ
ｒｙａｔａｌｓ）４巻６号６６９ページ１９８９年）、
有機薄膜の分子配向が高いほど、液晶分子の配向規制力
が大きいとされる。このために有機薄膜の分子配向の定
量的測定は、デバイスの機能を評価する上で重要であ
る。

【０００３】液晶配向膜の評価は、赤外線吸収分光法や
ラマン散乱分光法などの分子振動から分子の状態を観測
する方法を用いて行われるのが一般的であった。薄膜内
の分子配向度や配向方向についての知見は、分子配向に
起因する膜の光学的異方性を光の偏光を利用した二色比
の測定を行うことで評価している（特開平６−１６０８
６２号公報、及び江沢他「液晶表示装置とその配向膜の
特性評価方法」）。

【０００４】振動分光法以外にも試料を透過した光の複
屈折位相差の異方性によって光学異方性を評価すること
が行われている（特開平６−１０２５１２号公報、及び
倉井他「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」）。また、偏光方向が膜表面に水平、ま
たはそれと直交する直線偏光を入射し、その反射強度の
差から分子配向によって生じる膜の面内の屈折率異方性
を観測する方法が提案されている（特開平４−９５８４
５号公報、及び石原「配向膜の液晶配向能評価方
法」）。

【０００５】これら以外の方法として、原子間力顕微鏡
や走査トンネル顕微鏡によって薄膜表面の形状を二次元
的に測定することが行われている（磯野他 日本学術振
興会１４２委員会Ａ部会特別研究試料３４ページ１９９
４年）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】赤外吸収等の光を用い
た振動分光による方法は、ガラス基板上に透明電極膜を
作製し、その上に液晶配向膜がある液晶表示素子を測定
する際に、ガラス基板や透明電極膜の影響を避けること
ができない。特に１５００ｃｍ^-1より低周波の赤外線は
ガラスを透過しないために、吸収スペクトルの測定がで
きない。これまでの赤外分光による液晶配向膜の分子配
向の観測は、１２４０ｃｍ^-1の吸収に注目して測定を行
っているため（沢他 ジャパニーズジャーナルオブアプ
ライドフィジクス Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３３巻６２
７３ページ １９９４年）、実際に使用されている液晶
表示素子の配向膜の検査を行うことができない。

【０００７】複屈折位相差の測定を行う場合、通常ガラ
ス基板自身が歪等による複屈折性をもつため、配向膜自
身の複屈折位相差を測定するのは困難である。従って、
従来から知られている方法で配向膜中の分子の配向状態
を正確に評価することはできない。

【０００８】膜からの反射光強度の入射光の偏光状態と
膜の面内入射方向の依存性から膜の面内屈折率異方性を
測定して分子配向を測定する方法が提案されているが
（特開平４−９５８４５号公報、及び石原「配向膜の液
晶配向能評価方法」）、複屈折位相差と同様に配向した
部分の膜厚を測定することができないため、分子配向を
測定することができない。更に測定を行う際の技術的な
困難として表面形状の異方性の効果が挙げられる。液晶
配向膜として広く用いられるポリイミド膜は、ラビング
により膜の分子が配向するばかりでなく、表面にラビン
グ方向に沿って走る微細な溝状の形態が形成されること
が知られている（磯野他 日本学術振興会１４２委員会
Ａ部会特別研究試料３４ページ１９９４年など報告多
数）。この溝の存在のために膜表面に入射した光は、正
反射方向に散乱される光の量に面内異方性が表れ、反射
光強度の入射方向の面内異方性は、膜の分子配向によっ
て生じた光学的異方性を正確に反映した量ではない。

【０００９】原子間力顕微鏡による観察は、表面の荒さ
といった表面形態が観測されているにすぎず、配向膜に
おいて原子レベルの分解能で観察された例はない。液晶
配向膜の場合、この方法で観察された表面形状が液晶分
子の配向状態には殆ど影響を与えず、膜中の分子配向と
も相関がないことが報告されている（磯野他 日本学術
振興会１４２委員会Ａ部会特別研究試料３４ページ１９
９４年）。更に、ラビングした膜の表面をアセトン等の
有機溶媒で処理した膜では、液晶分子の配向規制力はあ
るものの、ラビングで生じた表面の溝状の形態がないこ
とが知られている。この様に表面形態観測は液晶配向膜
のもつ液晶分子の配向規制力に対して直接的な情報を与
えないので、適当な評価法ではない。

【００１０】本発明の目的は、上記課題を解決し、歪が
あるガラス基板上に作製された液晶配向膜の分子配向を
評価することが可能な方法と装置を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る液晶配向膜検査方法は、基板上に成膜
された液晶配向膜に一定の偏光状態の単色光線を入射
し、そのときに生じる透過光の二色比を測定するもので
ある。

【００１２】また本発明に係る液晶配向膜検査装置は、
入射部と、光強度測定部と、検査部とを有する液晶配向
膜検査装置であって、入射部は、基板上に成膜された液
晶配向膜に一定の偏光状態の単色光線を入射するもので
あり、検査部は、光強度部からの出力に基づいて、試料
の二色比を測定して配向膜の分子状態を検査するもので
ある。

【００１３】

【作用】以上のような課題を解決するために液晶配向膜
試料表面に一定の偏光状態の単色光を入射し、透過光の
２色比（振幅透過率比）を測定することにより、液晶配
向膜表面の分子配向を評価する。

【００１４】ガラス基板は可視光の吸収が極く小さく、
更に吸収率の、入射する可視光の偏光（振動方向）への
依存性は極く小さいので、ガラス基板歪によって発生す
る２色比も非常に小さい。一方、液晶配向膜に用いられ
るポリイミドの多くは、褐色に着色していることが示す
ように可視光線、特に短い波長に対して分子構造を反映
した異方的吸収がある。このようにガラス基板よりも液
晶配向膜の方が２色比が大きいために、可視光線の２色
比を観測する本発明は、歪のあるガラス基板上の液晶配
向膜の分子配向を評価できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００１６】本発明の一実施形態として入射光に単一波
長の光線を用いた装置について図１を参照して説明す
る。

【００１７】図に示す本発明の一実施形態に係る液晶配
向膜検査装置は、入射部と、光強度測定部と、検査部と
を有している。

【００１８】入射部は、基板上に成膜された液晶配向膜
に一定の偏光状態の単色光線を入射するものであって、
入射光光源１と、偏光子２と、位相板３とからなる。偏
光子２は、入射光光源１から出射した光を直線偏光し、
試料６に入射するようになっている。ここに、試料６
は、基板上に液晶配向膜を成膜したものである。また試
料６と光源の間に位相板３を設置し、位相板３の出入れ
により、反射光のΔの象現決定を行うようになってい
る。本実施形態では、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの６３３ｎｍ
の光を光源に用い、位相板３として１／４波長板を用い
ており、入射光は、位相板３を通過することにより、直
線偏光から円偏光になる。また入射光は、必要があれ
ば、試料６の表面上の測定範囲をスリット４及びレンズ
５を用いて制限する。

【００１９】光強度部は、検光子７と受光管８とからな
り、試料６の下流に置かれた検光子７を通過する光の強
度を測定するようになっている。

【００２０】検査部１０は、光強度からの出力に基づい
て、試料の二色比を測定して配向膜の分子状態を検査す
るようになっている。具体的に説明すると、検光子７を
回転させて、検光子の角度ごとの検光子７を透過する光
の強度を受光管８で測定し、測定された強度の検光子角
についてのフーリエ和から反射光のψ（ｔａｎ ψが振
幅透過率比），Δ（透過率の位相差）を求める。なお、
Δの象現を決定するために位相板を操作して直線偏光を
入射した場合に測定されたΔと円偏光を入射したときに
えられるΔの値が等しいものを最終的なΔとする。

【００２１】また試料６は回転ステージ９上にあり、ス
テージ９を回転させることにより、面内異方性の測定を
行う。なお、回転ステージの中央部は光路を遮らないよ
うに穴があいている。なお、本測定例では反射光の偏光
状態を決定するために上記の回転検光子法で行ったが、
検光子を通過する光が０になるような偏光子，検光子の
角度から偏光状態を決める消光点法（大塚 日本金属学
会会報２０巻７号６１４ページ１９８１年）でも測定可
能であると考えられる。

【００２２】入射光光源１から出た光は偏光子２によっ
て直線偏光にされる。この入射光は試料６に入射する。
試料と光源の間に置かれた位相板３は反射光のΔの象現
決定を行うために出し入れする。本測定ではＨｅ−Ｎｅ
レーザーの６３３ｎｍの光を光源に、位相板として１／
４波長板を用いた。この位相板を通過することにより入
射光は直線偏光から円偏光になる。

【００２３】検光子を回転させて、検光子の角度ごとの
検光子を通過する光の強度を測定し、測定された強度の
検光子角についてのフーリエ和から反射光のψ（ｔａｎ
ψが振幅透過率比），Δ（透過率の位相差）を求め
る。なお、Δの象現を決定するために位相差板を操作し
て直線偏光を入射した場合に測定されたΔと円偏光を入
射したときに得られるΔの値が等しいものを最終的なΔ
とする。

【００２４】この装置を用いて以下の試料を測定した。

【００２５】（試料Ａ，Ｂ）厚さ１．１ｍｍのソーダラ
イムガラスの表面にポリイミド原料液の日立化成ＬＱ１
２０（商品名）をスピンコート装置を用いて塗布した
後、２５０℃で２時間加熱による焼成を行った。これを
試料Ｂとした。試料Ａは更に、半径４０ｍｍのバフ布ロ
ーラーで、布の押込長さ０．４ｍｍ，ローラー回転数３
００ｒｐｍ，基板移動速度２０ｍｍ／ｓでラビング処理
を行った。

【００２６】図２は入射角で試料ステージを回転させな
がら試料Ａ，Ｂを測定して得られた２色比である。図中
○が試料Ｂの測定結果，●が試料Ａの測定結果である。
入射光の偏光方向がラビング方向と平行に試料に入射す
る状態を試料角０°としている。図が示すように、ラビ
ングを行っていない試料Ｂでもガラス基板歪によると考
えられる２色比が観測されているが、試料Ａの分子配向
した液晶配向膜による２色比の方が大きい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
視光の２色比の測定から、従来は測定できなかった歪の
あるガラス基板上に成膜された液晶配向膜の分子配向を
評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液晶配向膜検査装置
を示す模式図である。

【図２】歪のあるガラス基板（ソーダライムガラス）に
成膜した液晶配向膜の２色比の測定結果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 偏光子 ３ 位相板 ４ スリット ６ 試料 ７ 検光子 ８ 受光管 ９ 回転ステージ １０ 検査部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に成膜された液晶配向膜に一定の
   偏光状態の単色光線を入射し、そのときに生じる透過光
   の二色比を測定することを特徴とする液晶配向膜検査方
   法。
2. 【請求項２】 入射部と、光強度測定部と、検査部とを
   有する液晶配向膜検査装置であって、 入射部は、基板上に成膜された液晶配向膜に一定の偏光
   状態の単色光線を入射するものであり、 検査部は、光強度部からの出力に基づいて、試料の二色
   比を測定して配向膜の分子状態を検査するものであるこ
   とを特徴とする液晶配向膜検査装置。