JPH05289083A - 液晶配向方法および液晶配向装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は液晶配向方法ならびに液晶配向装置
に関するもので、ラビング布の摩耗などでラビング条件
が初期設定値からかわっても常に一定条件で配向処理す
ることができるようにすることを目的とする。 【構成】 液晶表示素子の、基板上の液晶と接する面の
一部あるいは全面に形成された薄膜の表面を有機高分子
の布でこするラビング工程において、ラビング時に摩擦
力を計測し摩擦力が所定の値になり、なおかつ薄膜上の
一点を通過する有機高分子の布の延べ長さが一定になる
ようにラビング処理条件を変更しながらラビングするこ
とを特徴とする液晶配向方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイにおい
て液晶を配列させる方法に関する。また液晶を配列させ
る液晶配向装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子では液晶分子の平行配向を
実現するために、基板上に薄膜（配向膜）を設けさらに
この薄膜を紙や布などで一方向にこすることを一般にお
こなっている。この薄膜を紙や布で一方向にこする方法
を一般にラビングとよんでいる。基板上の薄膜としては
ポリビニルアルコールやポリイミドがよく用いられてい
る。

【０００３】また基板上の薄膜をこする部材（ラビング
布）としてはナイロンやレーヨン、コットンなどの不織
布がよく用いられている。一般によく用いられているラ
ビング装置はラビングクロスが表面に張り付けられた回
転するローラに、基板を一定速度で移動させながら接触
させるものである。ラビングにより基板上の薄膜をこす
る強さの程度は経験則に基づくところが多い。

【０００４】そこで内田氏らは、リキッドクリスタル誌
第５巻第４号Ｐ．１１２７−Ｐ．１１３７（１９８９
年）において、数多いラビング処理条件をまとめたラビ
ング密度パラメータを提案した。ラビング密度パラメー
タＬとは配向膜上の一点を通過するラビング布の延べ長
さをあらわすもので、ラビング回数Ｎ・ラビングクロス
と基板が接する部分の長さｌ・ローラ半径ｒ・ローラの
回転数ｎ・基板を保持しているステージの移動速度ｖを
もちいて（数１）で計算されるものである。

【０００５】

【数１】

【０００６】さらに内田氏らはラビング密度パラメータ
と表面アンカリングエネルギーの間には比例関係がある
ことを見いだしている。そこで最も液晶配向性のよいラ
ビング条件をみつけだし、ここでのべたラビング密度パ
ラメータが一定になるようにラビング処理条件を種々か
えて検討することが可能になった。したがってラビング
密度パラメータをもちいることで液晶配向性がよく量産
性が高いラビング条件を見つけることはある程度可能に
なった。

【０００７】しかしながら先に述べた種々のラビング処
理条件を常に一定に保つことは困難である。なぜならラ
ビングロール表面に張り付けられたラビング布はラビン
グにより摩耗してくる。そのためラビング布と基板の接
触程度が変化する、すなわち（数１）におけるｌが変化
してしまい結果的に液晶配向性が変化してしまうのであ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ラビング布の摩耗など
でラビング条件が初期設定値からかわっても常に一定条
件で配向処理することができるようにする液晶配向方
法、またそのような液晶配向装置を提供することが本発
明の課題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】液晶表示素子の、基板上
の液晶と接する面の一部あるいは全面に形成された薄膜
の表面を有機高分子の布でこするラビング工程におい
て、ラビング時に摩擦力を計測して摩擦力を所定の値に
制御し、なおかつ薄膜上の一点を通過する有機高分子の
布の延べ長さが一定になるようにラビング処理条件を変
更しながらラビングする液晶配向方法をもちいる。

【００１０】また、液晶と接する面の一部あるいは全面
に薄膜が形成された基板を保持する支持台と、前記基板
の前記薄膜形成面の表面に接触して相対的に移動する手
段と前記薄膜形成面に接触して移動する際の摩擦力およ
び相対的な移動速度を測定する手段と、前記基板の測定
した摩擦力の値、および薄膜上の一点を通過する有機高
分子の布の延べ長さの値が変化しないようにラビング処
理条件を変更する手段を少なくとも備えた液晶配向装
置。

【００１１】

【作用】ラビングとは配向膜に対してずり応力をかけて
配向膜を延伸する作用であるといえる。従ってラビング
時の仕事量が一定になるようにラビング処理条件を変更
することで常に一定の仕事を配向膜に与えることができ
るようになる。

【００１２】より具体的にはラビングクロスが摩耗して
変化するとクロスと配向膜の摩擦係数が初期値から変化
する。そのため摩擦力が初期値と同じになるようにラビ
ング処理条件を変更し、また配向膜上の一点にラビング
クロスの接触する延べ長さを一定にしながらラビングす
ることで常に配向膜に与える仕事量を一定にすることが
可能となり、一定条件でラビング処理することが可能と
なる。

【００１３】

【実施例】（図１）は本発明の液晶配向装置の一実施例
の斜視図である。以下（図１）をもとに実施例の説明を
する。（図１）において支持台１の上に透明基板２が配
置され、構造体３上に配置されている。支持台１には、
構造体３に対しｘ方向の移動およびｚ方向に移動できる
ように、支持台ｘ方向移動装置４と支持台ｚ方向移動装
置５が設置されている。ここでｘ方向とｚ方向は（図
１）中に示してある。支持台１のｘ方向への移動はどの
ような機構でおこなってもよいが、ラビング時には支持
台１に大きな荷重が加わるため、耐荷重の大きな移動機
構を用いるのが好ましい。

【００１４】また移動速度ならびに移動方向は外部から
コントロールできるようにしておくべきである。ｘ方向
移動装置４には移動速度検出および移動方向検出装置を
備えている必要がある。移動速度は最大１００mm/s程度
であるのが好ましい。また支持台１のｚ方向の移動もど
のような機構でおこなっても構わないが、精密な０．０
１mm以下の位置決め精度が必要なのでクロスローラガイ
ド方式で案内し、ボールネジとウォームギアをステッピ
ングモータで駆動するのが、最も好ましい。ｚ方向移動
装置５は移動速度検出および移動方向検出装置を備えて
いる必要がある。

【００１５】支持体１上の透明基板２はガラスやポリカ
ーボネートなどの公知の可視光を透過する材料を用いる
ことができる。透明基板２上には液晶の配向制御を容易
にするために有機高分子薄膜を配置しておくのが好まし
い。有機高分子薄膜としてより好ましくはポリビニルア
ルコール、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポ
リエチレンテレフタレート等の結晶性高分子を用いるべ
きである。また液晶駆動用に透明電極や薄膜トランジス
タ、カラー表示を実現するためにカラーフィルタを透明
基板２と有機高分子薄膜間に配置することが可能なこと
はいうまでもない。

【００１６】支持台１をｘ方向に移動させると透明基板
２の表面に接するようにラビングロール６が構造体３上
に配置されている。ラビングロール６は回転機７により
回転運動できるようになっている。ラビングロール６の
材質は、アルミニウムやステンレスなどをもちいること
ができるが、その表面の全面に有機高分子を配置するほ
うがラビング効果を大きくできて有利である。ラビング
ロール６表面に配置する有機高分子としてはナイロン、
レーヨン、コットンの不織布が最適である。またラビン
グロール６の回転軸がｘ方向（支持体１の移動方向）に
対してなす角は、（図１）では９０度になっているが、
ラビング効果が得られる角度であれば何度であってもか
まわない。

【００１７】また回転機７はどの様な種類のものであっ
ても構わないが、回転精度が高いほうがラビング効果の
均一性が得やすく有利である。さらにラビング時のトル
クは回転機５の入力電流から測定するのが簡便でよく、
ＤＣブラシレスモータが入力電流とトルクに比例関係が
あり、回転機７としては最適である。

【００１８】（図２）は、本発明の配向制御装置のブロ
ックダイヤグラムである。回転機７と支持台ｘ方向移動
装置４ならびに支持台ｚ方向移動装置５がコントローラ
で制御されている。回転機７にはトルク計測機構が設置
されており、計測したトルクのデータはコントローラへ
送られるようになっている。

【００１９】コントローラは回転機には回転数を指示
し、支持台ｘ方向移動装置には移動速度と向きを指示
し、支持台ｚ方向移動装置には上下移動の指示をする。
コントローラは計測したトルクの計測値と基準値を比較
し計測値が基準値より小さい場合は支持台ｚ方向移動装
置に支持台を＋ｚ方向へ移動する指令をだし、計測値が
基準値より大きい場合は逆に支持台を−ｚ方向へ移動す
る指令をだすようになっている。トルクの計測は回転機
７への入力電流を用いるのが簡便である。たとえば回転
機７としてＤＣブラシレスモータを使えば、トルクとモ
ータへの入力電流値が比例するので最も管理し易い。

【００２０】また、トルクが一定になるように支持台を
移動するとラビングロール表面に配置した有機高分子と
基板が接する部分の長さが変化するので、配向膜上の一
点を通過するラビング布の延べ長さがかわってくる。そ
のため配向膜に与えられる仕事量が変化するため配向膜
の延伸程度が変わってしまう。従っていま述べてきたよ
うな回転するラビングローラをもちいた配向制御装置で
はトルクが一定になるように支持台をｚ方向に移動さ
せ、その移動量を検出し配向膜上の一点を通過するラビ
ング布の延べ長さが一定になるように支持台のｘ方向移
動速度を変化させる必要がある。

【００２１】なお配向膜上の一点を通過するラビング布
の延べ長さは、内田らのラビング密度パラメータをその
まま使用すればよく、ラビング回数Ｎ・ラビングクロス
と基板が接する部分の長さｌ・ローラ半径ｒ・ローラの
回転数ｎ・基板を保持しているステージの移動速度ｖを
もちいて（数１）で計算できる。よって本発明の配向制
御装置のコントローラとしてはパーソナルコンピュータ
がプログラムを作成しやすく使いやすい。

【００２２】以下に具体的な実施例を述べる。 （実施例１〜５）配向制御装置は以下のようにして作成
した。ステンレスの匡体上に光学用自動ｘ軸ステージを
取り付けそのｘ軸ステージ上に光学用自動ｚ軸ステージ
を取り付けた。この光学用自動ｚ軸ステージ上に基板を
のせるための平面ステージを接続した。この平面ステー
ジの基板取り付け部に穴をあけ、真空ポンプに接続し、
取り付けた基板がラビング時に移動しないように真空チ
ャックできるようにした。

【００２３】さらにステンレスの匡体上に基板と線接触
できるように直径４４ｍｍのラビングロールを配置し
た。このラビングロールはＤＣスピードコントロールモ
ータに接続し、その回転数をコントロールできるように
した。またＤＣスピードコントロールモータの入力電流
値をデジタルマルチメータで測定できるようにした。

【００２４】パーソナルコンピュータを用意し、ｘ軸ス
テージ移動速度と移動距離、ｚ軸ステージ移動速度と移
動距離、ラビングロール回転数とラビングロール用モー
タ入力電流値を測定できるようにした。トルクと電流値
の関係は（図３）に示すようにほぼ比例関係にあった。
したがって電流値を測定することでトルクに換算するこ
とが可能である。

【００２５】このようにして作成した配向制御装置を用
いて以下のサンプルを用いて実施例の液晶配向膜を作成
した。基板として片面に電極面積２cm2 のＩＴＯ透明
電極を作成した縦４cm、横３ｃｍ、厚さ１．１mmのガラ
ス基板上の透明電極形成面に配向膜材料（日産化学製Ｓ
Ｅ１５０）を８０nm形成した。

【００２６】ラビングロール表面に（表１）に示すラビ
ング布を接着しラビングロールの回転数６００min-1
でガラス基板上の配向膜形成面をラビング布と接触させ
ながらラビングした。

【００２７】

【表１】

【００２８】各実施例とも２００枚の基板をラビングし
た。この際１枚目の基板のｘ方向移動速度を９mm/sとし
た。ラビング布の配向膜への押し込み量はラビング布と
配向膜が接触した時を０として計測した。１枚目のラビ
ング時の押し込み量を表１に示した。ここでラビングは
１枚目のラビング時のトルクの値と、配向膜上の一点を
通過する配向膜の延べ長さを一定に保ちながらおこなっ
た。

【００２９】（比較例）実施例で用いたのと同様なサン
プルを用いて実施例の１枚目のラビング時の押し込み
量、Ｘ方向移動速度に固定して２００枚ラビングした。
その他のラビング条件は実施例と同様にした。

【００３０】（配向性検討）このようにして同条件でラ
ビングした基板２枚をラビング方向が直交するように配
向膜を相対して配置し、接着剤を用いて２枚のガラス基
板の周囲を一箇所を除いて５μｍの間隔をあけて接合し
た。その間隙へネマティック液晶（メルク社製ＰＣＨ
５）を真空注入法により導入した。さらに液晶注入部を
接着剤により封じ、液晶表示素子を作成した。実施例、
比較例の全てのサンプルに対して、液晶表示素子を２枚
の互いに偏光軸を直交させた偏光板中に保持し外部から
３０Hz、５Ｖの矩形波を印加したところ電界印加部のみ
光量の変化がみられた。

【００３１】さらに実施例及び比較例の同条件の２枚の
基板でラビング方向が反平行になるように組み合わせて
作成した液晶パネルについてクリスタルローテーション
法を用いてプレチルト角を測定した。結果を（表２）に
示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】この（表２）に明らかなように、実施例で
はラビング回数によるプレチルト変化がほとんどみられ
ないのに対し、比較例ではラビング回数が増えるにつれ
てプレチルト角の著しい低下が起こっている。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は液晶表示素子の、
基板上の液晶と接する面の一部あるいは全面に形成され
た薄膜の表面を有機高分子の布でこするラビング工程に
おいて、ラビング時に摩擦力を計測して摩擦力を所定の
値に制御し、なおかつ薄膜上の一点を通過する有機高分
子の布の延べ長さが一定になるようにラビング処理条件
を変更しながらラビングする液晶配向方法をもちいるこ
とでラビング布の摩耗などでラビング条件が初期設定値
からかわっても常に一定条件で配向処理することができ
るようになった。

【００３５】また液晶と接する面の一部あるいは全面に
薄膜が形成された基板を保持する支持台と、前記基板の
前記薄膜形成面の表面に接触して相対的に移動する手段
と前記薄膜形成面に接触して移動する際の摩擦力および
相対的な移動速度を測定する手段と、前記基板の測定し
た摩擦力の値、および薄膜上の一点を通過する有機高分
子の布の延べ長さの値が変化しないようにラビング処理
条件を変更する手段を少なくとも備えた液晶配向装置を
もちいて常に一定条件でラビングできる液晶配向装置を
提供することができるようになった。

【００３６】なお、本発明ではツイスティッドネマティ
ック型の液晶表示素子を例にとって説明したが、その他
の液晶表示素子、例えばスーパーツイスティッドネマテ
ィック（ＳＴＮ）型、ＳＢＥ型、強誘電性液晶型、スー
パーホメオトロピック（ＳＨ）型等の液晶表示素子の製
造方法に用いることができるのはいうまでもない。また
実施例では基板の支持体がｘ方向に移動し、ｚ方向に上
下するタイプの液晶配向装置の説明をしたが、ラビング
ロールとの相対運動なので、ラビングロールがｘ方向ま
たは／とｚ方向に移動するタイプの液晶配向装置にも本
発明を適応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の液晶配向装置の斜視図

【図２】本発明の実施例の液晶配向装置のブロックダイ
ヤグラム

【図３】本発明の実施例のトルクと電流値の関係を示す
グラフ

【符号の説明】

１ 支持体 ２ 透明基板 ３ 構造体 ４ 支持体ｘ方向移動装置 ５ 支持体ｚ方向移動装置 ６ ラビングロール ７ 回転機

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示素子の、基板上の液晶と接する面
   の一部あるいは全面に形成された薄膜の表面を有機高分
   子の布でこするラビング工程において、ラビング時に摩
   擦力を計測して摩擦力を所定の値に制御し、なおかつ薄
   膜上の一点を通過する有機高分子の布の延べ長さが一定
   になるようにラビング処理条件を変更しながらラビング
   することを特徴とする液晶配向方法。
2. 【請求項２】ラビング方法が、中心を回転軸として回転
   する円柱を薄膜上で接触させながら移動させるものであ
   って、摩擦力を円柱回転時のトルクを測定することによ
   り求めることを特徴とする請求項１記載の液晶配向方
   法。
3. 【請求項３】円柱を回転させる駆動力がＤＣモータの回
   転により与えられるものであって、トルクをＤＣモータ
   の入力電流を測定することにより求めることを特徴とす
   る請求項２記載の液晶配向方法。
4. 【請求項４】薄膜の表面をラビングする際に、摩擦力が
   所定の値になるように有機高分子を薄膜表面に押しつけ
   る圧力を変更することを特徴とする請求項１記載の液晶
   配向方法。
5. 【請求項５】薄膜が有機高分子材料であることを特徴と
   する請求項１記載の液晶配向方法。
6. 【請求項６】液晶と接する面の一部あるいは全面に薄膜
   が形成された基板を保持する支持台と、前記基板の前記
   薄膜形成面の表面に接触して相対的に移動する手段と、
   前記薄膜形成面に接触して移動する際の摩擦力および相
   対的な移動速度を測定する手段と、前記基板の測定した
   摩擦力の値および薄膜上の一点を通過する有機高分子の
   布の延べ長さの値が変化しないようにラビング処理条件
   を変更する手段とを少なくとも備えたことを特徴とする
   液晶配向装置。