JPH07260676A - ネマティック液晶素子の微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法 - Google Patents
ネマティック液晶素子の微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法Info
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- JPH07260676A JPH07260676A JP4806294A JP4806294A JPH07260676A JP H07260676 A JPH07260676 A JP H07260676A JP 4806294 A JP4806294 A JP 4806294A JP 4806294 A JP4806294 A JP 4806294A JP H07260676 A JPH07260676 A JP H07260676A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光リタデ−ションを測定するのみでネマティ
ック液晶素子の微小な面積の界面アンカリングエネルギ
−を測定することができるネマティック液晶素子の微小
面積界面アンカリングエネルギ−測定方法を提供するこ
と。 【構成】 液晶の基礎物性定数に基づいて、連続体理論
に基づいた計算式より上記ネマティック液晶素子内の液
晶分子の配向分布を求め、その液晶分子の配向分布のう
ち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−を最小にす
る液晶分子の配向分布を算出し、そのネマティック液晶
素子の全エネルギ−を最小にする液晶分子の配向分布よ
りアンカリングエネルギ−をパラメ−タとした印加電圧
に対応した光学リタデ−ションとの関係を複数算出し
て、実測値と比較することにより微小領域の界面アンカ
リングエネルギ−を決定している。
ック液晶素子の微小な面積の界面アンカリングエネルギ
−を測定することができるネマティック液晶素子の微小
面積界面アンカリングエネルギ−測定方法を提供するこ
と。 【構成】 液晶の基礎物性定数に基づいて、連続体理論
に基づいた計算式より上記ネマティック液晶素子内の液
晶分子の配向分布を求め、その液晶分子の配向分布のう
ち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−を最小にす
る液晶分子の配向分布を算出し、そのネマティック液晶
素子の全エネルギ−を最小にする液晶分子の配向分布よ
りアンカリングエネルギ−をパラメ−タとした印加電圧
に対応した光学リタデ−ションとの関係を複数算出し
て、実測値と比較することにより微小領域の界面アンカ
リングエネルギ−を決定している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶素子の基礎物性測定
方法に関し、特にネマティック液晶素子の微小面積の界
面アンカリングを測定する方法に関する。
方法に関し、特にネマティック液晶素子の微小面積の界
面アンカリングを測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ネマティック液晶素子の配向膜界面アン
カリングを測定する方法の１つとして図９に示すように
強電場法を用いた測定装置が広く知られている。まず、
被測定素子である液晶セル１０は、図１０に示すように
所定ギャップｄ隔てて配設された２枚のガラス基板１
１，１２上に対向するように電極１３，１４をそれぞれ
形成し、その電極１３，１４上の対向する面にそれぞれ
に配向膜１３ａ，１４ａを形成し、電極１３，１４間に
液晶１５を封入した構成を有する。
カリングを測定する方法の１つとして図９に示すように
強電場法を用いた測定装置が広く知られている。まず、
被測定素子である液晶セル１０は、図１０に示すように
所定ギャップｄ隔てて配設された２枚のガラス基板１
１，１２上に対向するように電極１３，１４をそれぞれ
形成し、その電極１３，１４上の対向する面にそれぞれ
に配向膜１３ａ，１４ａを形成し、電極１３，１４間に
液晶１５を封入した構成を有する。
【０００３】そして、図９に示すように図１０の構成を
有する液晶セル１０を恒温槽２１内に載置する。この恒
温槽２１は温度コントロ−ラ２２に接続されており、こ
の温度コントロ−ラ２２により液晶１５がネマティック
相を保つように温度制御される。
有する液晶セル１０を恒温槽２１内に載置する。この恒
温槽２１は温度コントロ−ラ２２に接続されており、こ
の温度コントロ−ラ２２により液晶１５がネマティック
相を保つように温度制御される。
【０００４】２３は本計測装置全体を制御するコンピュ
−タである。このコンピュ−タ２３には任意波形発生器
２４が接続されている。この任意波形発生器２４はコン
ピュ−タ２３からの制御信号に応じて任意の波形、例え
ば任意の波高値を有する正弦波電圧をアンプ２５に出力
する。
−タである。このコンピュ−タ２３には任意波形発生器
２４が接続されている。この任意波形発生器２４はコン
ピュ−タ２３からの制御信号に応じて任意の波形、例え
ば任意の波高値を有する正弦波電圧をアンプ２５に出力
する。
【０００５】そして、このアンプ２５から出力される任
意の波高値を有する正弦波電圧の出力はインピ−ダンス
アナライザ２６を介して液晶セル１０に印加される。ま
た、２７はヘリウム−ネオンレ−ザ光を出力するレ−ザ
光源である。このレ−ザ光源２７から出力されたレ−ザ
光は偏光板２８を介して直線偏光がかけられた後、光弾
性変調素子２９によって、光変調がかけられた後、液晶
セル１０に照射される。
意の波高値を有する正弦波電圧の出力はインピ−ダンス
アナライザ２６を介して液晶セル１０に印加される。ま
た、２７はヘリウム−ネオンレ−ザ光を出力するレ−ザ
光源である。このレ−ザ光源２７から出力されたレ−ザ
光は偏光板２８を介して直線偏光がかけられた後、光弾
性変調素子２９によって、光変調がかけられた後、液晶
セル１０に照射される。
【０００６】そして、液晶セル１０を透過した透過光は
偏光板３０を介して検出器３１に入力されて、その光振
幅信号が検出される。この検出器３１で検出された光振
幅信号はロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジ
タル化された後に、コンピュ−タ２３に出力される。こ
のコンピュ−タ２３において信号処理がなされて、光リ
タデ−ション（弾性率）Ｒが検出される。
偏光板３０を介して検出器３１に入力されて、その光振
幅信号が検出される。この検出器３１で検出された光振
幅信号はロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジ
タル化された後に、コンピュ−タ２３に出力される。こ
のコンピュ−タ２３において信号処理がなされて、光リ
タデ−ション（弾性率）Ｒが検出される。
【０００７】また、インピ−ダンスアナライザ２６によ
り液晶セル１０の電気容量Ｃが計測される。次に、従来
のネマティック液晶素子の界面アンカリングエネルギ−
測定方法の動作について説明する。まず、コンピュ−タ
２３の制御により任意波形発生器２４により正弦波電圧
を発生させ、その正弦波電圧値を液晶セル１０のしきい
値からしきい値の約１０倍程度まで変化させる。その正
弦波電圧はアンプ２５を介して増幅された後、インピ−
ダンスアナライザ２６を介して液晶セル１０に印加させ
る。
り液晶セル１０の電気容量Ｃが計測される。次に、従来
のネマティック液晶素子の界面アンカリングエネルギ−
測定方法の動作について説明する。まず、コンピュ−タ
２３の制御により任意波形発生器２４により正弦波電圧
を発生させ、その正弦波電圧値を液晶セル１０のしきい
値からしきい値の約１０倍程度まで変化させる。その正
弦波電圧はアンプ２５を介して増幅された後、インピ−
ダンスアナライザ２６を介して液晶セル１０に印加させ
る。
【０００８】また同時に、レ−ザ光源２７から出力され
るヘリウム−ネオンレ−ザ光は偏光板２８を介して直線
偏光がかけられた後、光弾性変調素子２９によって、光
変調がかけられた後、液晶セル１０に照射される。液晶
セル１０を透過した透過光は偏光板３０を介して検出器
３１に入力されて、その光振幅信号が検出される。
るヘリウム−ネオンレ−ザ光は偏光板２８を介して直線
偏光がかけられた後、光弾性変調素子２９によって、光
変調がかけられた後、液晶セル１０に照射される。液晶
セル１０を透過した透過光は偏光板３０を介して検出器
３１に入力されて、その光振幅信号が検出される。
【０００９】この検出器３１で検出された光振幅信号は
ロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジタル化さ
れた後に、コンピュ−タ２３に出力される。このコンピ
ュ−タ２３において信号処理がなされて、光リタデ−シ
ョンＲが検出される。
ロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジタル化さ
れた後に、コンピュ−タ２３に出力される。このコンピ
ュ−タ２３において信号処理がなされて、光リタデ−シ
ョンＲが検出される。
【００１０】また、インピ−ダンスアナライザ２６によ
り液晶セル１０の静電容量Ｃを計測し、その計測された
静電容量Ｃはコンピュ−タ２３に出力される。界面アン
カリングエネルギーの小さい理想的な液晶素子であれ
ば、液晶セル１０に印加される正弦波電圧としての印加
電圧、静電容量Ｃ、光リタデ−ションＲから図１１に示
すようなグラフを作成することができる。
り液晶セル１０の静電容量Ｃを計測し、その計測された
静電容量Ｃはコンピュ−タ２３に出力される。界面アン
カリングエネルギーの小さい理想的な液晶素子であれ
ば、液晶セル１０に印加される正弦波電圧としての印加
電圧、静電容量Ｃ、光リタデ−ションＲから図１１に示
すようなグラフを作成することができる。
【００１１】図１１において、点は実測値であり、実線
はアンカリングエネルギーを１／１０2 〜２／１０6 と
してシミュレーションを行った結果を示す。測定から得
られたグラフに添う近似直線を破線で示すように引き、
グラフ縦軸との交点即ちグラフ切片ｙより、下式から界
面アンカリングエネルギーＡは求められる。 Ａ＝２（Ｋ1 ｃｏｓ2 θ＋Ｋ3 ｓｉｎ2 θ）／ｄ・ｙ … （１） ここでＫ1 ，Ｋ3 は弾性定数、ｄはセルギャップ、θは
プレティルト角である。
はアンカリングエネルギーを１／１０2 〜２／１０6 と
してシミュレーションを行った結果を示す。測定から得
られたグラフに添う近似直線を破線で示すように引き、
グラフ縦軸との交点即ちグラフ切片ｙより、下式から界
面アンカリングエネルギーＡは求められる。 Ａ＝２（Ｋ1 ｃｏｓ2 θ＋Ｋ3 ｓｉｎ2 θ）／ｄ・ｙ … （１） ここでＫ1 ，Ｋ3 は弾性定数、ｄはセルギャップ、θは
プレティルト角である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来のように強電場法
を用いて界面アンカリングエネルギ−を測定する方法は
比較的簡便な方法としては優れているが、ネマティック
液晶素子の界面アンカリングエネルギーの測定法として
は十分とはいえない。
を用いて界面アンカリングエネルギ−を測定する方法は
比較的簡便な方法としては優れているが、ネマティック
液晶素子の界面アンカリングエネルギーの測定法として
は十分とはいえない。
【００１３】強電場法では電気容量と光学リタデーショ
ンを同時に測定する必要がある。通常、光学リタデーシ
ョンの被測定部分の面積が数ｍｍ2 であるのに対し、電
気容量測定には被測定部分の面積が数ｃｍ2 必要である
ため、特に電気容量測定には大きな測定誤差を含む可能
性があるためである。
ンを同時に測定する必要がある。通常、光学リタデーシ
ョンの被測定部分の面積が数ｍｍ2 であるのに対し、電
気容量測定には被測定部分の面積が数ｃｍ2 必要である
ため、特に電気容量測定には大きな測定誤差を含む可能
性があるためである。
【００１４】即ち、電気容量測定に必要な大面積が均一
に配向されている必要性があり、アンカリングエネルギ
ーが弱い液晶セルにおいて発生するマルチドメインや、
リバースティルト、ディスクリネーション等の配向欠陥
を有するサンプルの測定においては、正しいアンカリン
グエネルギーを求めることは不可能であった。
に配向されている必要性があり、アンカリングエネルギ
ーが弱い液晶セルにおいて発生するマルチドメインや、
リバースティルト、ディスクリネーション等の配向欠陥
を有するサンプルの測定においては、正しいアンカリン
グエネルギーを求めることは不可能であった。
【００１５】強電場法においては図１１に示すグラフか
ら得た近似直線の縦軸切片より計算を行う。しかし、測
定値グラフは図１１に示すように本来直線ではない。連
続体理論に基づくシミュレーションにおいても、このグ
ラフは曲線を描くことは明らかである。このために、近
似直線の引き方によって切片はｙ〜ｙ′のように変化し
てしまい、求められるアンカリングエネルギーの値も大
きく異なってしまうという問題点があった。
ら得た近似直線の縦軸切片より計算を行う。しかし、測
定値グラフは図１１に示すように本来直線ではない。連
続体理論に基づくシミュレーションにおいても、このグ
ラフは曲線を描くことは明らかである。このために、近
似直線の引き方によって切片はｙ〜ｙ′のように変化し
てしまい、求められるアンカリングエネルギーの値も大
きく異なってしまうという問題点があった。
【００１６】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は、光リタデ−ションを測定するのみでネ
マティック液晶素子の微小領域の界面アンカリングエネ
ルギ−を測定することができるネマティック液晶素子の
微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法を提供す
ることにある。
で、その目的は、光リタデ−ションを測定するのみでネ
マティック液晶素子の微小領域の界面アンカリングエネ
ルギ−を測定することができるネマティック液晶素子の
微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法を提供す
ることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１に係わるネマテ
ィック液晶素子の界面アンカリングエネルギ−測定方法
は、ネマティック液晶素子の液晶層を挟む電極間に所定
の正弦波電圧を印加した状態における印加電圧に対する
上記液晶層の光学リタデ−ションを測定する光学リタデ
−ション測定工程と、液晶の基礎物性定数に基づいて、
連続体理論に基づいた計算式より上記ネマティック液晶
素子内の液晶分子の配向分布を求める配向分布算出工程
と、この配向分布算出工程で算出された液晶分子の配向
分布のうち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−を
最小にする液晶分子の配向分布を算出する工程と、この
工程で算出した上記ネマティック液晶素子の全エネルギ
−を最小にする液晶分子の配向分布よりアンカリングエ
ネルギ−をパラメ−タとした印加電圧に対応した光学リ
タデ−ションとの関係を複数算出するシミュレ−ション
工程と、上記光学リタデ−ション測定工程で測定された
印加電圧に対する光学リタデ−ションの対応関係に近い
関係を上記シミュレ−ション工程で算出された印加電圧
に対応した光学リタデ−ションとの関係から求め、その
パラメ−タをネマティック液晶素子の界面アンカリング
エネルギ−とする界面アンカリングエネルギ−決定工程
とを具備したことを特徴とする。
ィック液晶素子の界面アンカリングエネルギ−測定方法
は、ネマティック液晶素子の液晶層を挟む電極間に所定
の正弦波電圧を印加した状態における印加電圧に対する
上記液晶層の光学リタデ−ションを測定する光学リタデ
−ション測定工程と、液晶の基礎物性定数に基づいて、
連続体理論に基づいた計算式より上記ネマティック液晶
素子内の液晶分子の配向分布を求める配向分布算出工程
と、この配向分布算出工程で算出された液晶分子の配向
分布のうち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−を
最小にする液晶分子の配向分布を算出する工程と、この
工程で算出した上記ネマティック液晶素子の全エネルギ
−を最小にする液晶分子の配向分布よりアンカリングエ
ネルギ−をパラメ−タとした印加電圧に対応した光学リ
タデ−ションとの関係を複数算出するシミュレ−ション
工程と、上記光学リタデ−ション測定工程で測定された
印加電圧に対する光学リタデ−ションの対応関係に近い
関係を上記シミュレ−ション工程で算出された印加電圧
に対応した光学リタデ−ションとの関係から求め、その
パラメ−タをネマティック液晶素子の界面アンカリング
エネルギ−とする界面アンカリングエネルギ−決定工程
とを具備したことを特徴とする。
【００１８】請求項２に係わるネマティック液晶素子の
界面アンカリングエネルギ−測定方法は、強いアンカリ
ングを有する液晶素子の液晶層を挟む電極間に所定の正
弦波電圧を印加し印加電圧に対する電気容量の変化を計
測する電気容量計測工程と、連続体理論に基づいて計算
式より基礎物性定数をパラメ−タとして印加電圧に対す
る電気容量との関係をシミュレ−ションする第１のシミ
ュレ−ション工程と、上記電気容量計測工程と上記シミ
ュレ−ション工程とでそれぞれ求められた印加電圧と電
気容量との関係で一致する基礎物性のパラメ−タを上記
液晶素子の基礎物性値とする基礎物性値算出工程と、こ
の基礎物性値算出工程で求められた基礎物性値に基づい
て連続体理論に基づいた計算式より上記ネマティック液
晶素子内の液晶分子の配向分布を求める配向分布算出工
程と、この配向分布算出工程で算出された液晶分子の配
向分布のうち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−
を最小にする液晶分子の配向分布を算出する工程と、こ
の工程で算出した上記ネマティック液晶素子の全エネル
ギ−を最小にする液晶分子の配向分布よりアンカリング
エネルギ−をパラメ−タとした印加電圧に対応した光学
リタデ−ションとの関係を複数算出する第２のシミュレ
−ション工程と、上記光学リタデ−ション測定工程で測
定された印加電圧に対する光学リタデ−ションの対応関
係に近い関係を上記第２のシミュレ−ション工程で算出
された印加電圧に対応した光学リタデ−ションとの関係
から求め、そのパラメ−タをネマティック液晶素子の界
面アンカリングエネルギ−とする界面アンカリングエネ
ルギ−決定工程とを具備したことを特徴とする。
界面アンカリングエネルギ−測定方法は、強いアンカリ
ングを有する液晶素子の液晶層を挟む電極間に所定の正
弦波電圧を印加し印加電圧に対する電気容量の変化を計
測する電気容量計測工程と、連続体理論に基づいて計算
式より基礎物性定数をパラメ−タとして印加電圧に対す
る電気容量との関係をシミュレ−ションする第１のシミ
ュレ−ション工程と、上記電気容量計測工程と上記シミ
ュレ−ション工程とでそれぞれ求められた印加電圧と電
気容量との関係で一致する基礎物性のパラメ−タを上記
液晶素子の基礎物性値とする基礎物性値算出工程と、こ
の基礎物性値算出工程で求められた基礎物性値に基づい
て連続体理論に基づいた計算式より上記ネマティック液
晶素子内の液晶分子の配向分布を求める配向分布算出工
程と、この配向分布算出工程で算出された液晶分子の配
向分布のうち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−
を最小にする液晶分子の配向分布を算出する工程と、こ
の工程で算出した上記ネマティック液晶素子の全エネル
ギ−を最小にする液晶分子の配向分布よりアンカリング
エネルギ−をパラメ−タとした印加電圧に対応した光学
リタデ−ションとの関係を複数算出する第２のシミュレ
−ション工程と、上記光学リタデ−ション測定工程で測
定された印加電圧に対する光学リタデ−ションの対応関
係に近い関係を上記第２のシミュレ−ション工程で算出
された印加電圧に対応した光学リタデ−ションとの関係
から求め、そのパラメ−タをネマティック液晶素子の界
面アンカリングエネルギ−とする界面アンカリングエネ
ルギ−決定工程とを具備したことを特徴とする。
【００１９】
【作用】液晶素子に印加する正弦波電圧の変化に伴う光
学リタデーションの変化を観測し、同時に連続体理論に
基づいた計算機シミュレーションを行い、測定結果とシ
ミュレーションをフィッティングさせることにより、ネ
マティック液晶素子の微小領域の界面アンカリングエネ
ルギーを決定するようにしている。
学リタデーションの変化を観測し、同時に連続体理論に
基づいた計算機シミュレーションを行い、測定結果とシ
ミュレーションをフィッティングさせることにより、ネ
マティック液晶素子の微小領域の界面アンカリングエネ
ルギーを決定するようにしている。
【００２０】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例に係わ
るネマティック液晶素子の界面アンカリングエネルギ−
測定方法について説明する。図１は本発明の測定方法を
採用した界面アンカリングエネルギ−測定方法により微
小面積界面アンカリングエネルギ−を測定するための測
定装置を示すブロック図、図２は液晶セルを３次元座標
中に示した図、図３は印加電圧と光学リタデ−ションと
の関係を示す図、図４は印加電圧の逆数と光学リタデ−
ションとの関係を示す図、図５は印加電圧の逆数と光学
リタデ−ションとの関係を示す図に計測値をプロットし
た図、図６は弾性定数比κをパラメ−タにした場合の規
格化された印加電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図、図７
は比誘電率異方性γをパラメ−タとした場合の規格化さ
れた印加電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図、図８は液晶
に印加される印加電圧と電気容量（Ａ．Ｕ．）との関係
を示す図である。
るネマティック液晶素子の界面アンカリングエネルギ−
測定方法について説明する。図１は本発明の測定方法を
採用した界面アンカリングエネルギ−測定方法により微
小面積界面アンカリングエネルギ−を測定するための測
定装置を示すブロック図、図２は液晶セルを３次元座標
中に示した図、図３は印加電圧と光学リタデ−ションと
の関係を示す図、図４は印加電圧の逆数と光学リタデ−
ションとの関係を示す図、図５は印加電圧の逆数と光学
リタデ−ションとの関係を示す図に計測値をプロットし
た図、図６は弾性定数比κをパラメ−タにした場合の規
格化された印加電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図、図７
は比誘電率異方性γをパラメ−タとした場合の規格化さ
れた印加電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図、図８は液晶
に印加される印加電圧と電気容量（Ａ．Ｕ．）との関係
を示す図である。
【００２１】図１において、恒温槽２１内には図１０の
構成を有する液晶セル１０が恒温槽２１内に載置され
る。この恒温槽２１は温度コントロ−ラ２２に接続され
ており、この温度コントロ−ラ２２により液晶セル１０
がネマティック相を保つように温度制御される。
構成を有する液晶セル１０が恒温槽２１内に載置され
る。この恒温槽２１は温度コントロ−ラ２２に接続され
ており、この温度コントロ−ラ２２により液晶セル１０
がネマティック相を保つように温度制御される。
【００２２】２３は本計測装置全体を制御するコンピュ
−タである。このコンピュ−タ２３には任意波形発生器
２４が接続されている。この任意波形発生器２４はコン
ピュ−タ２３からの制御信号に応じて任意の波形、例え
ば任意の波高値を有する正弦波電圧をアンプ２５に出力
する。
−タである。このコンピュ−タ２３には任意波形発生器
２４が接続されている。この任意波形発生器２４はコン
ピュ−タ２３からの制御信号に応じて任意の波形、例え
ば任意の波高値を有する正弦波電圧をアンプ２５に出力
する。
【００２３】そして、このアンプ２５から出力される任
意の波高値を有する正弦波電圧の出力は液晶セル１０に
印加される。また、２７はヘリウム−ネオンレ−ザ光を
出力するレ−ザ光源である。このレ−ザ光源２７から出
力されたレ−ザ光は偏光板２８を介して直線偏光がかけ
られた後、光弾性変調素子２９によって、光変調がかけ
られた後、液晶セル１０に照射される。
意の波高値を有する正弦波電圧の出力は液晶セル１０に
印加される。また、２７はヘリウム−ネオンレ−ザ光を
出力するレ−ザ光源である。このレ−ザ光源２７から出
力されたレ−ザ光は偏光板２８を介して直線偏光がかけ
られた後、光弾性変調素子２９によって、光変調がかけ
られた後、液晶セル１０に照射される。
【００２４】そして、液晶セル１０を透過した透過光は
偏光板３０を介して検出器３１に入力されて、その光振
幅信号が検出される。この検出器３１で検出された光振
幅信号はロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジ
タル化された後に、コンピュ−タ２３に出力される。こ
のコンピュ−タ２３において信号処理がなされて、光リ
タデ−ションが検出される。
偏光板３０を介して検出器３１に入力されて、その光振
幅信号が検出される。この検出器３１で検出された光振
幅信号はロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジ
タル化された後に、コンピュ−タ２３に出力される。こ
のコンピュ−タ２３において信号処理がなされて、光リ
タデ−ションが検出される。
【００２５】次に、本発明の一実施例の動作について説
明する。まず、本測定方法の測定原理について説明す
る。通常、ネマティック液晶セルの全エネルギ−は下式
で表される。
明する。まず、本測定方法の測定原理について説明す
る。通常、ネマティック液晶セルの全エネルギ−は下式
で表される。
【００２６】
【数１】
【００２７】ここで、ｆelasは弾性エネルギ−、ｆd は
誘電エネルギ−である。液晶の弾性エネルギ−はフラン
クの自由エネルギ−の式で表されるが、ここで取り扱っ
ているのは電圧印加による液晶分子のスプレ−変形及び
ベンド変形であるので、フランクの式における第２項は
不要である。ここで、図２に示すようにθはｚ軸上（セ
ル厚方向）でのみ変化するものとし、θはｘ軸とダイレ
クタのなす角とすると弾性エネルギ−ｆelasは、
誘電エネルギ−である。液晶の弾性エネルギ−はフラン
クの自由エネルギ−の式で表されるが、ここで取り扱っ
ているのは電圧印加による液晶分子のスプレ−変形及び
ベンド変形であるので、フランクの式における第２項は
不要である。ここで、図２に示すようにθはｚ軸上（セ
ル厚方向）でのみ変化するものとし、θはｘ軸とダイレ
クタのなす角とすると弾性エネルギ−ｆelasは、
【００２８】
【数２】 と簡単に記述することができる。また、誘電エネルギ−
ｆd は
ｆd は
【００２９】
【数３】 となる。また、光弾性定数Ｋ（θ）、弾性定数比κ、誘
電率ε（θ）、比誘電率異方性γは下式で表される。
電率ε（θ）、比誘電率異方性γは下式で表される。
【００３０】
【数４】
【００３１】
【数５】
【００３２】
【数６】
【００３３】
【数７】 そして、界面エネルギ−密度ｆs は次式で表される。
【００３４】
【数８】
【００３５】ここで、θ0 は容易軸（プレティルト角）
である。系の全体エネルギ−が最小となる点で前述した
（２）式の全エネルギ−Ｆの偏微分値δＦ＝０であるの
で、基本方程式として次式が求められる。ただし、θ
（０）＝θ0 とする。
である。系の全体エネルギ−が最小となる点で前述した
（２）式の全エネルギ−Ｆの偏微分値δＦ＝０であるの
で、基本方程式として次式が求められる。ただし、θ
（０）＝θ0 とする。
【００３６】
【数９】
【００３７】
【数１０】 また、弾性定数Ｋ（θ）は
【００３８】
【数１１】 である。そして、前述した（１０）式に（１２）式を代
入してｄθ／ｄｚを求めると、次式のようになる。
入してｄθ／ｄｚを求めると、次式のようになる。
【００３９】
【数１２】 ここで、ｅ及びＥc1を
【００４０】
【数１３】
【００４１】
【数１４】 とおいた。そして、（１３）式を積分すると下式のよう
になる。
になる。
【００４２】
【数１５】 そして、前述した（１１）乃至（１３）式より
【００４３】
【数１６】 となる。
【００４４】ここで、βは規格化されたアンカリング強
度で β＝Ａｄ／Ｋ1 となる。そして、（１４）式を（１５）式に代入する
と、次式が求められる。
度で β＝Ａｄ／Ｋ1 となる。そして、（１４）式を（１５）式に代入する
と、次式が求められる。
【００４５】
【数１７】 このように、（１８）式の計算式により、θ0 がθm の
関数として求めることができる。このようにして液晶セ
ル１０内の液晶分子の配向θの分布を求めることができ
るので、液晶のリタデ−ションＲを次式より求めること
ができる。
関数として求めることができる。このようにして液晶セ
ル１０内の液晶分子の配向θの分布を求めることができ
るので、液晶のリタデ−ションＲを次式より求めること
ができる。
【００４６】
【数１８】 ここで、ｎeff は次式により求められる。
【００４７】
【数１９】 ただし、
【００４８】
【数２０】
【００４９】ところで、前述した（１８）式を解くこと
は不可能であり、実際の計算ではニュ−トンラプソン法
を用いた収束計算を行っている。そして、この収束計算
によって得られた配向分布を（２）式及び（９）式に戻
すことにより、全エネルギ−Ｆが最小となる配向分布を
見つけるようにしている。
は不可能であり、実際の計算ではニュ−トンラプソン法
を用いた収束計算を行っている。そして、この収束計算
によって得られた配向分布を（２）式及び（９）式に戻
すことにより、全エネルギ−Ｆが最小となる配向分布を
見つけるようにしている。
【００５０】次に、本発明の測定方法について説明す
る。まず、微小面積の界面アンカリングを測定する前
に、多くの未知数を求めておく必要がある。屈折率異方
性、誘電率異方性については教科書等に載っているので
省略する。ここでは、弾性定数比κ（＝Ｋ33−Ｋ11／Ｋ
11）の求め方について説明する。
る。まず、微小面積の界面アンカリングを測定する前
に、多くの未知数を求めておく必要がある。屈折率異方
性、誘電率異方性については教科書等に載っているので
省略する。ここでは、弾性定数比κ（＝Ｋ33−Ｋ11／Ｋ
11）の求め方について説明する。
【００５１】まず、ストロングアンカリング、つまり、
アンカリング強度Ａとして１／１０2 （Ｎ／ｍ）の液晶
セル１０を用意し、プレティルト角を事前に測定してお
く。
アンカリング強度Ａとして１／１０2 （Ｎ／ｍ）の液晶
セル１０を用意し、プレティルト角を事前に測定してお
く。
【００５２】次に、図１の計測装置で、コンピュ−タ２
３の制御により任意波形発生器２４から正弦波電圧発生
器２４から正弦波電圧値を液晶セル１０のしきい値から
しきい値の約１０倍程度まで変化させる。その正弦波電
圧はアンプ２５を介して増幅された後、液晶セル１０に
印加させる。
３の制御により任意波形発生器２４から正弦波電圧発生
器２４から正弦波電圧値を液晶セル１０のしきい値から
しきい値の約１０倍程度まで変化させる。その正弦波電
圧はアンプ２５を介して増幅された後、液晶セル１０に
印加させる。
【００５３】液晶セル１０の静電容量Ｃを計測し、その
計測された静電容量Ｃはコンピュ−タ２３に出力され
る。そして、コンピュ−タ２３において、印加電圧Ｖ及
び静電容量Ｃを規格化する。つまり、しきい値Ｖthとし
てＶ／Ｖthとし、印加電圧Ｖが零の時の静電容量ＣをＣ
o として、Ｖ／Ｖthをｘ軸、Ｃ／Ｃo をｙ軸として図６
に示すようなグラフを描いておく。
計測された静電容量Ｃはコンピュ−タ２３に出力され
る。そして、コンピュ−タ２３において、印加電圧Ｖ及
び静電容量Ｃを規格化する。つまり、しきい値Ｖthとし
てＶ／Ｖthとし、印加電圧Ｖが零の時の静電容量ＣをＣ
o として、Ｖ／Ｖthをｘ軸、Ｃ／Ｃo をｙ軸として図６
に示すようなグラフを描いておく。
【００５４】次に、前述した（１８）式の中にある弾性
定数比κとして−０．９、−０．７−０．５、−０．
３、０をそれぞれ代入してコンピュ−タ２３でシミュレ
−ションを行い図６に示すようにＣ／Ｃo とＶ／Ｖthと
の関係を計算で求めて、図６に示すように複数のグラフ
を描く。
定数比κとして−０．９、−０．７−０．５、−０．
３、０をそれぞれ代入してコンピュ−タ２３でシミュレ
−ションを行い図６に示すようにＣ／Ｃo とＶ／Ｖthと
の関係を計算で求めて、図６に示すように複数のグラフ
を描く。
【００５５】そして、測定装置での測定結果から実際に
求められた測定結果に近い特性曲線を求め、その弾性定
数比κを求める。また、同様にして比誘電率異方性γと
して０．１８、０．１９、０．１９４、０．２、０．２
１をコンピュ−タ２３でシミュレ−ションを行う図７に
示すようにＣ／Ｃo とＶ／Ｖthとの関係を計算で求め
て、図７に示すように複数のグラフを描く。
求められた測定結果に近い特性曲線を求め、その弾性定
数比κを求める。また、同様にして比誘電率異方性γと
して０．１８、０．１９、０．１９４、０．２、０．２
１をコンピュ−タ２３でシミュレ−ションを行う図７に
示すようにＣ／Ｃo とＶ／Ｖthとの関係を計算で求め
て、図７に示すように複数のグラフを描く。
【００５６】そして、測定装置での測定結果から実際に
求められた測定結果に近い特性曲線を求め、その誘電率
異方性γを求める。未知数の実際の導出においては、初
めにγを求める。なぜなら、γは液晶固有の値でありア
ンカリング強度等に依存しない独立な変数だからであ
る。γが決定された後、κを求める。このようにして
（１８）式にその値を代入する。
求められた測定結果に近い特性曲線を求め、その誘電率
異方性γを求める。未知数の実際の導出においては、初
めにγを求める。なぜなら、γは液晶固有の値でありア
ンカリング強度等に依存しない独立な変数だからであ
る。γが決定された後、κを求める。このようにして
（１８）式にその値を代入する。
【００５７】次に、被測定対象となる液晶セル１０を恒
温槽２１に載置し、液晶セル１０がネマティック相を保
つように温度制御する。そして、コンピュ−タ２３の制
御により任意波形発生器２４から正弦波電圧発生器２４
から正弦波電圧値を液晶セル１０のしきい値からしきい
値の約１０倍程度まで変化させる。その正弦波電圧はア
ンプ２５を介して増幅された液晶セル１０に印加され
る。
温槽２１に載置し、液晶セル１０がネマティック相を保
つように温度制御する。そして、コンピュ−タ２３の制
御により任意波形発生器２４から正弦波電圧発生器２４
から正弦波電圧値を液晶セル１０のしきい値からしきい
値の約１０倍程度まで変化させる。その正弦波電圧はア
ンプ２５を介して増幅された液晶セル１０に印加され
る。
【００５８】また同時に、レ−ザ光源２７から出力され
るヘリウム−ネオンレ−ザ光は偏光板２８を介して直線
偏光がかけられた後、光弾性変調素子２９によって、光
変調がかけられた後、液晶セル１０に照射される。液晶
セル１０を透過した透過光は偏光板３０を介して検出器
３１に入力されて、その光振幅信号が検出される。
るヘリウム−ネオンレ−ザ光は偏光板２８を介して直線
偏光がかけられた後、光弾性変調素子２９によって、光
変調がかけられた後、液晶セル１０に照射される。液晶
セル１０を透過した透過光は偏光板３０を介して検出器
３１に入力されて、その光振幅信号が検出される。
【００５９】この検出器３１で検出された光振幅信号は
ロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジタル化さ
れた後に、コンピュ−タ２３に出力される。このコンピ
ュ−タ２３において信号処理がなされて、光リタデ−シ
ョンＲが検出される。
ロックインアンプ３２に入力され、増幅・デジタル化さ
れた後に、コンピュ−タ２３に出力される。このコンピ
ュ−タ２３において信号処理がなされて、光リタデ−シ
ョンＲが検出される。
【００６０】以上のような測定結果から図３に示すよう
な印加電圧（Ｖ）に対応する光リタデ−ションＲ（deg
）のグラフを作成する。次に、前述した（１８）式に
関して、アンカリング強度Ａを１／１０3 、１／１０
4 、１／１０5 、２／１０6 ［Ｎ／ｍ］としてコンピュ
−タ２３でシミュレ−ションを行い、各アンカリング強
度Ａに対応した曲線を描いておく。
な印加電圧（Ｖ）に対応する光リタデ−ションＲ（deg
）のグラフを作成する。次に、前述した（１８）式に
関して、アンカリング強度Ａを１／１０3 、１／１０
4 、１／１０5 、２／１０6 ［Ｎ／ｍ］としてコンピュ
−タ２３でシミュレ−ションを行い、各アンカリング強
度Ａに対応した曲線を描いておく。
【００６１】次に、図５の示すように実測した印加電圧
Ｖと光学リタデ−ションＲ（deg)から、印加電圧Ｖと光
学リタデ−ションＲのいずれも規格化としてプロット
し、点線Ａを図５に示すように、コンピュ−タ２３でシ
ミュレ−ションした曲線に重ねる。
Ｖと光学リタデ−ションＲ（deg)から、印加電圧Ｖと光
学リタデ−ションＲのいずれも規格化としてプロット
し、点線Ａを図５に示すように、コンピュ−タ２３でシ
ミュレ−ションした曲線に重ねる。
【００６２】そして、点線Ａに最もフィットする特性曲
線のアンカリング強度を被測定対象の液晶セル１０のア
ンカリング強度Ａとすることができる。以上のようにし
て、アンカリング強度を求めることができる。
線のアンカリング強度を被測定対象の液晶セル１０のア
ンカリング強度Ａとすることができる。以上のようにし
て、アンカリング強度を求めることができる。
【００６３】次に、（１８）式のプリティルト角を１
°、５°としてコンピュ−タ２３のシミュレ−ションに
より印加電圧と電気容量（Ａ．Ｕ．）との関係を図８に
示すように求めておく。そして、実際に前述したように
液晶セル１０に印加する印加電圧を変化させて、電気容
量を計測する。
°、５°としてコンピュ−タ２３のシミュレ−ションに
より印加電圧と電気容量（Ａ．Ｕ．）との関係を図８に
示すように求めておく。そして、実際に前述したように
液晶セル１０に印加する印加電圧を変化させて、電気容
量を計測する。
【００６４】そして、印加電圧を変化した場合の電気容
量を図８に示すようにプロットする。 そして、そのプ
ロットに一番近い曲線はプレティルト角が５°の曲線で
あるので、液晶のプレティルト角が５°であると判定さ
れる。
量を図８に示すようにプロットする。 そして、そのプ
ロットに一番近い曲線はプレティルト角が５°の曲線で
あるので、液晶のプレティルト角が５°であると判定さ
れる。
【００６５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
リタデ−ションを測定するのみでネマティック液晶素子
の界面アンカリングエネルギ−を測定することができる
ので、ネマティック液晶素子の微小領域の界面アンカリ
ングエネルギ−を測定することができる。
リタデ−ションを測定するのみでネマティック液晶素子
の界面アンカリングエネルギ−を測定することができる
ので、ネマティック液晶素子の微小領域の界面アンカリ
ングエネルギ−を測定することができる。
【図１】本発明の測定方法を採用した微小面積界面アン
カリングエネルギ−測定方法により界面アンカリングエ
ネルギ−を測定するための測定装置を示すブロック図。
カリングエネルギ−測定方法により界面アンカリングエ
ネルギ−を測定するための測定装置を示すブロック図。
【図２】液晶セルを３次元座標中に示した図。
【図３】印加電圧と光学リタデ−ションとの関係を示す
図。
図。
【図４】印加電圧の逆数と光学リタデ−ションとの関係
を示す図。
を示す図。
【図５】印加電圧の逆数と光学リタデ−ションとの関係
を示す図に計測値をプロットした図。
を示す図に計測値をプロットした図。
【図６】κをパラメ−タにした場合の規格化された印加
電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図。
電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図。
【図７】γをパラメ−タとした場合の規格化された印加
電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図。
電圧とＣ／Ｃo との関係を示す図。
【図８】液晶に印加される印加電圧と電気容量（Ａ．
Ｕ．）との関係を示す図。
Ｕ．）との関係を示す図。
【図９】従来の界面アンカリングエネルギ−を測定する
ための測定装置を示すブロック図。
ための測定装置を示すブロック図。
【図１０】液晶素子の構造を示す断面図。
【図１１】１／（印加電圧・電気容量）とＲ／ＲO との
関係を示す図。
関係を示す図。
２１…恒温槽、２２…温度コントロ−ラ、２３…コンピ
ュ−タ、２４…任意波形発生器、２５…アンプ、２６…
インピ−ダンスアラナイザ、２７…レ−ザ光源、２８，
３０…偏光板、２９…光弾性変調素子、３１…検出器。
ュ−タ、２４…任意波形発生器、２５…アンプ、２６…
インピ−ダンスアラナイザ、２７…レ−ザ光源、２８，
３０…偏光板、２９…光弾性変調素子、３１…検出器。
Claims (2)
- 【請求項１】 ネマティック液晶素子の液晶層を挟む電
極間に所定の正弦波電圧を印加した状態における印加電
圧に対する上記液晶層の光学リタデ−ションを測定する
光学リタデ−ション測定工程と、 液晶の基礎物性定数に基づいて、連続体理論に基づいた
計算式より上記ネマティック液晶素子内の液晶分子の配
向分布を求める配向分布算出工程と、 この配向分布算出工程で算出された液晶分子の配向分布
のうち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−を最小
にする液晶分子の配向分布を算出する工程と、 この工程で算出した上記ネマティック液晶素子の全エネ
ルギ−を最小にする液晶分子の配向分布よりアンカリン
グエネルギ−をパラメ−タとした印加電圧に対応した光
学リタデ−ションとの関係を複数算出するシミュレ−シ
ョン工程と、 上記光学リタデ−ション測定工程で測定された印加電圧
に対する光学リタデ−ションの対応関係に近い関係を上
記シミュレ−ション工程で算出された印加電圧に対応し
た光学リタデ−ションとの関係から求め、そのパラメ−
タをネマティック液晶素子の界面アンカリングエネルギ
−とする界面アンカリングエネルギ−決定工程とを具備
したことを特徴とするネマティック液晶素子の微小面積
界面アンカリングエネルギ−測定方法。 - 【請求項２】 強いアンカリングを有する液晶素子の液
晶層を挟む電極間に所定の正弦波電圧を印加し印加電圧
に対する電気容量の変化を計測する電気容量計測工程
と、 連続体理論に基づいて計算式より基礎物性定数をパラメ
−タとして印加電圧に対する電気容量との関係をシミュ
レ−ションする第１のシミュレ−ション工程と、 上記電気容量計測工程と上記シミュレ−ション工程とで
それぞれ求められた印加電圧と電気容量との関係で一致
する基礎物性のパラメ−タを上記液晶素子の基礎物性値
とする基礎物性値算出工程と、 この基礎物性値算出工程で求められた基礎物性値に基づ
いて連続体理論に基づいた計算式より上記ネマティック
液晶素子内の液晶分子の配向分布を求める配向分布算出
工程と、 この配向分布算出工程で算出された液晶分子の配向分布
のうち上記ネマティック液晶素子の全エネルギ−を最小
にする液晶分子の配向分布を算出する工程と、 この工程で算出した上記ネマティック液晶素子の全エネ
ルギ−を最小にする液晶分子の配向分布よりアンカリン
グエネルギ−をパラメ−タとした印加電圧に対応した光
学リタデ−ションとの関係を複数算出する第２のシミュ
レ−ション工程と、 上記光学リタデ−ション測定工程で測定された印加電圧
に対する光学リタデ−ションの対応関係に近い関係を上
記第２のシミュレ−ション工程で算出された印加電圧に
対応した光学リタデ−ションとの関係から求め、そのパ
ラメ−タをネマティック液晶素子の界面アンカリングエ
ネルギ−とする界面アンカリングエネルギ−決定工程と
を具備したことを特徴とするネマティック液晶素子の微
小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4806294A JP2597463B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | ネマティック液晶素子の微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4806294A JP2597463B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | ネマティック液晶素子の微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260676A true JPH07260676A (ja) | 1995-10-13 |
| JP2597463B2 JP2597463B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=12792870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4806294A Expired - Fee Related JP2597463B2 (ja) | 1994-03-18 | 1994-03-18 | ネマティック液晶素子の微小面積界面アンカリングエネルギ−測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2597463B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101952307B1 (ko) | 2018-11-01 | 2019-02-26 | (주)피엘시스템즈 | 표면에너지 측정 시스템 |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP4806294A patent/JP2597463B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101952307B1 (ko) | 2018-11-01 | 2019-02-26 | (주)피엘시스템즈 | 표면에너지 측정 시스템 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2597463B2 (ja) | 1997-04-09 |
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