JPH11160198A - 液晶初期配向角測定方法及び液晶初期配向角測定装置 - Google Patents

液晶初期配向角測定方法及び液晶初期配向角測定装置

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JPH11160198A
JPH11160198A JP9331715A JP33171597A JPH11160198A JP H11160198 A JPH11160198 A JP H11160198A JP 9331715 A JP9331715 A JP 9331715A JP 33171597 A JP33171597 A JP 33171597A JP H11160198 A JPH11160198 A JP H11160198A
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light
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crystal sample
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01J4/00—Measuring polarisation of light
    • G01J4/02—Polarimeters of separated-field type; Polarimeters of half-shadow type
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1337—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers
    • G02F1/133753—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers with different alignment orientations or pretilt angles on a same surface, e.g. for grey scale or improved viewing angle

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶初期配向角（プレチルト角）を精度よく、
かつ高速に測定する手法を提供する。 【解決手段】直線偏光を液晶試料３に垂直に入射すると
ともに、回転ステージ７上で液晶試料３を面内回転し、
透過光の振幅比及び位相差の入射光偏光方向に対する液
晶試料方位角依存性を測定する。この測定値より液晶初
期配向角（プレチルト角）を決定する。

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、液晶分子に初期配向を与える液晶配向膜等、分子
が配向して光学的異方性をもった膜の評価方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】反平行セル中の液晶分子の基板裏面に対
する角度の光学的測定法としてクリスタルローテーショ
ン法（シュリーファー、ジャーナルオブアプライドフィ
ジクス４８巻１７８３ペ−ジ１９７７年に記載）が主流
である。この方法は試料に直線偏光を入射した際に発生
する透過光の複屈折位相差の入射角依存性を測定するも
のである。透過光の偏光状態の入射方位依存性を直接測
定するかわりに、試料より下流側に検光子を配置し、検
光子を透過する光量の入射角依存性を測定する方法も広
く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は、例えば「ジャパニーズジャーナルオブアプラ
イドフィジクス ３２巻 Ｌ１２４２ページ１９９３
年、ハン他」に指摘されているように以下のような問題
を有していた。
【０００４】液晶はガラス基板により保持されているた
め、基板による光の屈折により液晶部に入射する光の位
置が入射角により変化してしまう。液晶中を透過する光
の位置が変化すると、透過光の偏光状態に液晶層の厚さ
の位置による差が直接反映されるので精度よい測定がで
きない。試料への光の入射角の変化は通常、試料を回転
させることによって行うため、試料回転に伴って入射光
と透過光の相対的位置が変化する。そのため透過光の偏
光測定を精度よく行うためには試料の厚さ、材質および
試料角度に応じて検出器等の位置を変化させる必要があ
り、測定能率が悪い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、直線偏光を液晶試料に入射し、透過光の偏
光状態を測定することにより液晶初期配向角を決定する
液晶初期配向角測定法において、前記直線偏光は液晶試
料に垂直に入射され、前記液晶試料の初期配向角は、前
記液晶試料を面内回転して、前記透過光の振幅比及び前
記透過光の位相差の入射光偏光方向に対する液晶試料方
位角依存性を測定することにより決定されることを特徴
とする液晶初期配向角測定方法が提供される。
【０００６】また本発明によれば、直線偏光を液晶試料
に入射し、透過光の偏光状態を測定することにより液晶
初期配向角を決定する液晶初期配向角測定法において、
前記直線偏光は、偏光子を透過後、液晶試料に垂直に入
射され、前記液晶試料の初期配向角は、前記偏光子を面
内回転して、前記透過光の振幅比及び前記透過光の位相
差の入射光偏光方向に対する液晶試料方位角依存性を測
定することにより決定されることを特徴とする液晶初期
配向角測定方法が提供される。
【０００７】また本発明によれば、直線偏光を液晶試料
に入射し、透過光の偏光状態を測定することにより液晶
初期配向角を決定する液晶初期配向角測定法において、
前記直線偏光は、偏光子および１／２波長板を透過後、
液晶試料に垂直に入射され、前記液晶試料の初期配向角
は、前記１／２波長板を面内回転して、前記透過光の振
幅比及び前記透過光の位相差の入射光偏光方向に対する
液晶試料方位角依存性を測定することにより決定される
ことを特徴とする液晶初期配向角測定方法が提供され
る。
【０００８】また本発明によれば、光源と、該光源から
発する光を偏光にする偏光子と、測定対象となる液晶試
料を保持する保持台と、前記保持台を面内回転させる機
構と、前記液晶試料を透過した光の前記透過光の振幅比
及び前記透過光の位相差を測定する手段と前記振幅比及
び前記位相差から液晶初期配向角を求める手段とを具備
することを特徴とする液晶初期配向角測定装置が提供さ
れる。
【０００９】また本発明によれば、光源と、該光源から
発する光を偏光にする偏光子と、前記偏光子を面内回転
させる機構と、前記偏光子の後方に設置された、測定対
象となる液晶試料を保持する保持台と、前記液晶試料を
透過した光の前記透過光の振幅比及び前記透過光の位相
差を測定する手段と、前記振幅比及び前記位相差から液
晶初期配向角を求める手段とを具備することを特徴とす
る液晶初期配向角測定装置が提供される。
【００１０】また本発明によれば、光源と、該光源から
発する光を偏光にする偏光子と、該偏光子の後方に設置
された１／２波長板と、前記１／２波長板を面内回転さ
せる機構と、前記１／２波長板の後方に設置された、測
定対象となる液晶試料を保持する保持台と、前記液晶試
料を透過した光の前記透過光の振幅比及び前記透過光の
位相差を測定する手段と、前記振幅比及び前記位相差か
ら液晶初期配向角を求める手段とを具備することを特徴
とする液晶初期配向角測定装置が提供される。
【００１１】本発明の液晶初期配向角測定方法は、試料
表面に対する光の入射角が一定であり、測定中に液晶層
中の光路が変化しないため、従来法の欠点である液晶層
厚の不均一による精度低下がない。また透過光の偏光状
態の測定にあたり、従来法のように液晶試料の回転にと
もない検出器位置を調整する必要がなく、検出器位置を
固定して測定できるため、高速な測定が可能である。透
過光の偏光状態は液晶の異方的誘電率εe、ε0、初期配
向角（プレチルト角）θ、液晶層厚ｄから４×４行列法
により計算できる。そこで、測定された偏光状態の試料
方位または偏光方位依存性を再現するように初期配向角
θ、液晶層厚ｄの値を最適化して決定する。
【００１２】また本発明の液晶初期配向角測定装置は、
上述のような構成を有することにより、上記本発明の液
晶初期配向角測定方法を好適に実施することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の液晶初期配向角測定方法
は、液晶試料、液晶試料の前方に配置された偏光子また
は１／２波長板を面内回転させ、これにより、透過光の
偏光状態、すなわち、透過光の振幅比、位相差の入射光
偏光方向に対する液晶試料方位角依存性を測定し、液晶
初期配向角を決定するものである。
【００１４】ここで、透過光の偏光状態、すなわち、透
過光の振幅比、位相差の液晶試料方位角依存性は、例え
ば、液晶試料の後方に設置された１／４波長板あるいは
検光子を面内回転させることにより測定することができ
る。
【００１５】
【実施例】（実施例１）以下、本発明について実施例に
よりさらに詳細に説明する。
【００１６】本発明の第一の実施例を図１を参照して説
明する。図１は、直線偏光を液晶試料に垂直に入射し、
前記液晶試料を面内回転して前記透過光の振幅比及び前
記透過光の位相差の入射光偏光方向に対する液晶試料方
位角依存性を測定することにより前記液晶試料の初期配
向角を決定する液晶初期配向角測定装置の構成を示す図
である。光源１から発する光は偏光子２を通過して直線
偏光化された後、試料３に垂直に入射する。垂直に、と
は、図１のように、入射光の光軸が液晶試料の面に対し
て垂直の関係にあることをいう。光源には１ｍＷのＨｅ
−Ｎｅレーザを使用した。回転ステージ７は、液晶試料
３を保持するとともに、液晶試料３を面内回転する機構
を備えている。ここで、面内回転とは回転軸を光軸に一
致させて回転させることをいう。
【００１７】試料からの透過光は１／４波長板４と検光
子５を通過後、検出器６に入る。この検出器６により透
過光の偏光状態を測定し、得られたデータをもとに液晶
初期配向角がデータ解析装置８により算出される。偏光
子と検光子の方位は互いに平行にした。透過光の偏光状
態は、１／４波長板４を面内回転させ、透過光検出強度
の１／４波長板の方位依存性を測定することにより求め
る方法（以下、回転位相子法という。）によって決定し
た。偏光測定は位相子方位角が３度間隔になるように検
出強度をサンプリングした。試料の方位と入射光偏光方
向は液晶試料を面内回転することで制御した。
【００１８】この配置で、以下のような液晶試料の測定
をした。厚さ１．１ｍｍコーニング７０５９のガラス基
板に日産化学製の配向剤ＰＩ−Ａを基板にスピンコート
で塗布し、２５０℃で１時間焼成後、レーヨン布でラビ
ングを行った。ラビング方向が互いに反対になるように
２枚のガラス基板を接着剤で貼りあわせてセルを作成し
た。この際、接着剤中に４μｍのスペーサを混入して作
成した（試料Ａ）。このセル中にネマティック液晶（商
品名：ＺＮＩ−２２９３、メルク社製）を毛管現象によ
り注入した。
【００１９】図２に透過光の位相差、図３に透過光の振
幅比の試料方位角依存性の測定結果（○）と計算結果
（曲線）を示す。ただし、振幅比は多くの過去の文献で
定義されている振幅比の逆正接ψで表示した。また、試
料方位角はラビング方向が入射光の振動方向と４５度を
なす方位を０度と定義した。なお計算結果はデータ解析
装置８により得られたものである。液晶の屈折率を１．
６３１、１．５００として反射光の偏光状態を計算した
ところ、初期配向角３．５２度、液晶層厚４．２μｍと
したときに測定値にもっとも近くなった。図２、３中の
実線はこれらの値を用いて計算した反射光の偏光状態で
ある。このようにしてこの試料の初期配向角は３．５度
と決定された。なお、透過光の偏光状態は位相子を回転
させる代わりに検光子を回転させ、検出光強度の検光子
方位角依存性からも決定すること（回転検光子法）も可
能である。
【００２０】（実施例２）試料方位を固定し、偏光子２
を回転させること以外は第一の実施例と同じ配置として
（図９）、液晶試料の測定を行った。透過光の偏光測定
は実施例１と同様に回転位相子法で行ったが、入射光の
偏光方向が変化するため、検光子の方位が常に偏光子の
方位と一致するように偏光子と同期して検光子の方位も
変えた。
【００２１】偏光測定時には位相子方位角３度でサンプ
リングした。厚さ１．１ｍｍコーニング７０５９のガラ
ス基板に日産化学社製の配向剤ＰＩ−Ａを基板にスピン
コートで塗布し、２５０℃で１時間焼成後、レーヨン布
でラビングを行った。ラビング方向が互いに反対になる
ように２枚のガラス基板を接着剤で貼りあわせてセルを
作成した。この際、接着剤中に２０μｍのスペーサを混
入して作成した（試料Ｂ）。このセル中にネマティック
液晶（商品名：ＺＮＩ−２２９３、メルク社製）を毛管
現象により注入した。
【００２２】図４に透過光の位相差、図５に透過光の振
幅比の試料方位角依存性の測定結果（○）と計算結果
（曲線）を示す。ここで、振幅比は多くの過去の文献で
定義されている振幅比の逆正接ψで表示した。また、試
料方位角はラビング方向が入射光の振動方向と４５度を
なす方位を０度と定義した。液晶の屈折率を１．６３
１、１．５００として反射光の偏光状態を計算したとこ
ろ、初期配向角３．４６度、液晶層厚２０．５μｍとし
たときに測定値にもっとも近くなった。図４、５中の実
線はこれらの値を用いて計算した反射光の偏光状態であ
る。このようにしてこの試料の初期配向角は３．５度と
決定された。
【００２３】（実施例３）図６に、試料面に垂直に直線
偏光を入射し、透過光の偏光状態の試料方位角依存性を
測定して偏光子を透過する光長の測定による装置の構成
図を示す。光源１１からの光は偏光子１２を通過して直
線偏光化された後、１／２波長板１３に入射する。光源
には１ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザを使用した。入射光は試
料１４に垂直に入射する。試料からの透過光は１／４波
長板１５と検光子１６を通過後検出器１７に入る。この
検出器１７により透過光の偏光状態を測定し、得られた
データをもとに液晶初期配向角がデータ解析装置１９に
より算出される。偏光子と検光子の方位は互いに平行に
した。
【００２４】透過光の偏光状態は検出強度の１／４波長
板１５の方位依存性から求める回転位相子法によって決
定した。偏光測定は位相子方位角が３度間隔になるよう
に検出強度をサンプリングした。なお、入射光の偏光方
向が１／２波長板によって変化するので液晶試料を透過
することで透過光に現れる偏光状態の変化に注目するた
め、透過光の振幅比成分は入射光の偏光方位回転を考慮
して決定した。なお、実施例２と同様、検光子方位を１
／２波長板に同期して回転させて測定することも可能で
ある。
【００２５】この配置で、以下のような液晶試料の測定
を行った。厚さ１．１ｍｍコーニング７０５９のガラス
基板に日産化学製の配向剤ＰＩ−Ａを基板にスピンコー
トで塗布し、２５０℃で１時間焼成後、レーヨン布でラ
ビングを行った。ラビング方向が互いに反対になるよう
に２枚のガラス基板を接着剤で貼りあわせてセルを作成
した。この際、接着剤中に１０μｍのスペーサを混入し
て作成した（試料Ｃ）。このセル中にネマティック液晶
（商品名：ＺＮＩ−２２９３、メルク社製）を毛管現象
により注入した。
【００２６】図７に透過光の位相差、図８に透過光の振
幅比の試料方位角依存性の測定結果（○）と計算結果
（曲線）を示す。ただし、振幅比は多くの過去の文献で
定義されている振幅比の逆正接ψで表示した。また、試
料方位角はラビング方向が入射光の振動方向と４５度を
なす方位を０度と定義した。なお、計算結果はデータ解
析装置１９により得られたものである。液晶の屈折率を
１．６３１、１．５００として反射光の偏光状態を計算
したところ、初期配向角３．４４度、液晶層厚１０．３
μｍとしたときに測定値にもっとも近くなった。図７、
８中の実線はこれらの値を用いて計算した反射光の偏光
状態である。このようにしてこの試料の初期配向角は
３．４度と決定された。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料表面に対する光の入射角が一定であり、測定中に液晶
層中の光路が変化しないため、従来法の欠点である液晶
層厚の不均一による精度低下がない。また透過光の偏光
状態の測定にあたり、従来法のように液晶試料の回転に
ともない検出器位置を調整する必要がなく、検出器位置
を固定して測定できるため、高速な測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶初期配向角測定装置の一例の概略
を示す図である。
【図２】図１の液晶初期配向角測定装置を用いて測定し
た液晶試料の透過光の位相差の試料方位依存性を示す図
である。
【図３】図１の液晶初期配向角測定装置を用いて測定し
た液晶試料の透過光の振幅比の試料方位依存性を示す図
である。
【図４】図９の液晶初期配向角測定装置を用いて測定し
た液晶試料の透過光の位相差の試料方位依存性を示す図
である。
【図５】図９の液晶初期配向角測定装置を用いて測定し
た液晶試料の透過光の振幅比の試料方位依存性を示す図
である。
【図６】本発明の液晶初期配向角測定装置の一例の概略
を示す図である。
【図７】図６の液晶初期配向角測定装置を用いて測定し
た液晶試料の透過光の位相差の試料方位依存性を示す図
である。
【図８】図６の液晶初期配向角測定装置を用いて測定し
た液晶試料の透過光の振幅比の試料方位依存性を示す図
である。
【図９】本発明の液晶初期配向角測定装置の一例の概略
を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 偏光子 ３ 液晶試料 ４ １／４波長板 ５ 検光子 ６ 検出器 ７ 回転ステージ ８ データ解析装置 １１ 光源 １２ 偏光子 １３ １／２波長板 １４ 液晶試料 １５ １／４波長板 １６ 検光子 １７ 検出器

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直線偏光を液晶試料に入射し、透過光の
    偏光状態を測定することにより液晶初期配向角を決定す
    る液晶初期配向角測定法において、前記直線偏光は液晶
    試料に垂直に入射され、前記液晶試料の初期配向角は、
    前記液晶試料を面内回転して、前記透過光の振幅比及び
    前記透過光の位相差の入射光偏光方向に対する液晶試料
    方位角依存性を測定することにより決定されることを特
    徴とする液晶初期配向角測定方法。
  2. 【請求項２】 直線偏光を液晶試料に入射し、透過光の
    偏光状態を測定することにより液晶初期配向角を決定す
    る液晶初期配向角測定法において、前記直線偏光は、偏
    光子を透過後、液晶試料に垂直に入射され、前記液晶試
    料の初期配向角は、前記偏光子を面内回転して、前記透
    過光の振幅比及び前記透過光の位相差の入射光偏光方向
    に対する液晶試料方位角依存性を測定することにより決
    定されることを特徴とする液晶初期配向角測定方法。
  3. 【請求項３】 直線偏光を液晶試料に入射し、透過光の
    偏光状態を測定することにより液晶初期配向角を決定す
    る液晶初期配向角測定法において、前記直線偏光は、偏
    光子および１／２波長板を透過後、液晶試料に垂直に入
    射され、前記液晶試料の初期配向角は、前記１／２波長
    板を面内回転して、前記透過光の振幅比及び前記透過光
    の位相差の入射光偏光方向に対する液晶試料方位角依存
    性を測定することにより決定されることを特徴とする液
    晶初期配向角測定方法。
  4. 【請求項４】 前記透過光の振幅比及び前記透過光の位
    相差の入射光偏光方向に対する液晶試料方位角依存性
    を、前記液晶試料の後方に設置された１／４波長板を回
    転させることにより測定する請求項１乃至３いずれかに
    記載の液晶初期配向角測定方法。
  5. 【請求項５】 前記透過光の振幅比及び前記透過光の位
    相差の入射光偏光方向に対する液晶試料方位角依存性
    を、前記液晶試料の後方に設置された検光子を回転させ
    ることにより測定する請求項１乃至３いずれかに記載の
    液晶初期配向角測定方法。
  6. 【請求項６】 光源と、該光源から発する光を偏光にす
    る偏光子と、測定対象となる液晶試料を保持する保持台
    と、前記保持台を面内回転させる機構と、前記液晶試料
    を透過した光の前記透過光の振幅比及び前記透過光の位
    相差を測定する手段と前記振幅比及び前記位相差から液
    晶初期配向角を求める手段とを具備することを特徴とす
    る液晶初期配向角測定装置。
  7. 【請求項７】 光源と、該光源から発する光を偏光にす
    る偏光子と、前記偏光子を面内回転させる機構と、前記
    偏光子の後方に設置された、測定対象となる液晶試料を
    保持する保持台と、前記液晶試料を透過した光の前記透
    過光の振幅比及び前記透過光の位相差を測定する手段と
    前記振幅比及び前記位相差から液晶初期配向角を求める
    手段とを具備することを特徴とする液晶初期配向角測定
    装置。
  8. 【請求項８】 光源と、該光源から発する光を偏光にす
    る偏光子と、該偏光子の後方に設置された１／２波長板
    と、前記１／２波長板を面内回転させる機構と、前記１
    ／２波長板の後方に設置された、測定対象となる液晶試
    料を保持する保持台と、前記液晶試料を透過した光の前
    記透過光の振幅比及び前記透過光の位相差を測定する手
    段と、前記振幅比及び前記位相差から液晶初期配向角を
    求める手段とを具備することを特徴とする液晶初期配向
    角測定装置。
JP9331715A 1997-12-02 1997-12-02 液晶初期配向角測定方法及び液晶初期配向角測定装置 Pending JPH11160198A (ja)

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JP9331715A JPH11160198A (ja) 1997-12-02 1997-12-02 液晶初期配向角測定方法及び液晶初期配向角測定装置
US09/201,824 US6317208B1 (en) 1997-12-02 1998-12-01 Measuring method of liquid crystal pretilt angle and measuring equipment of liquid crystal pretilt angle
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