CN101097301A - 用于测量偏光板的偏光方向的装置和方法 - Google Patents

用于测量偏光板的偏光方向的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于测量偏光板的偏光方向的装置和方法。该偏光方向测量装置包括具有相对于基准轴线的任意偏光方向的第一偏光板、用于测量偏光方向的测量样品、测量样品架、光源和光检测器。所述测量样品沿着第一方向和与该第一方向镜像对称的第二方向放置在所述测量样品架上。所述测量样品架使所述测量样品在方位方向上沿着所述基准轴线旋转。所述光检测器检测在所述光源中产生然后穿过所述第一偏光板和所述测量样品的光。

Description

用于测量偏光板的偏光方向的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种显示装置，更具体地涉及用于测量液晶显示器用偏光板的偏光方向的装置和方法。
背景技术
液晶显示器通常是利用液晶分子的光各向异性和双折射特性来显示图像的装置。
在液晶显示器中，两个均具有用于产生电场的电极的基板彼此面对，从而这两个基板的形成有电极的表面彼此相对，并且在这两个基板之间注入液晶材料。
液晶分子的排列因向电极施加电压所获得的电场而改变，因而液晶显示器通过控制透射穿过透明的绝缘基板的光的量来显示图像。
在液晶显示器中，通常使用采用薄膜晶体管(TFT)作为切换装置的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)。
在TFT-LCD中，在背光单元中产生的白光穿过液晶像素从而控制白光的透射率。然后，使用透射通过定位在液晶像素上的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器层的加色混合光来显示彩色画面。
通过根据电场的强度控制透射光或反射光的量来确定作为光切换装置的TFT-LCD的显示水平。
由于液晶显示器的特性取决于以交叉偏光构造(cross-Nicolconfiguration)设定的第一偏光板和第二偏光板的偏光方向，因此有必要对第一偏光板和第二偏光板进行最优设计，并且必须准确知道第一偏光板和第二偏光板的偏光方向。
但是，当没有准确地控制第一偏光板和第二偏光板的偏光方向时，就不能准确地控制液晶显示器的液晶层。这导致对液晶显示器的图像质量产生不利影响。
图1示出了用于测量现有技术的液晶显示器的偏光板的偏光方向的装置的结构。
参照图1，现有技术的偏光方向测量装置包括光源71、第一偏光板72、测量样品架73、测量样品74和光检测器75。在光源71中产生光，光检测器75检测穿过第一偏光板72和测量样品74的光的量。
参照图1，现有技术的偏光方向测量装置必须包括：准确知道其偏光方向的第一偏光板72；和能够沿着其基准轴线准确地放置测量样品74的测量样品架73。
换言之，测量样品74相对于第一偏光板72的偏光方向以预定角度倾斜，并且沿着测量样品架73的基准轴线放置。然后，在使测量样品74沿着方位方向(azimuth direction)旋转的同时，光检测器75检测可检测到最少量的光时所处的旋转角度。因此，获得测量样品74相对于基准轴线倾斜的角度(即，偏光方向)。
现有技术的偏光方向测量装置可以在准确知道第一偏光板72的偏光方向时，准确地测量测量样品74的偏光方向。
另外，为了将测量样品74放入测量样品架73中，必须准确知道测量样品架73的基准轴线。换言之，为了准确地测量测量样品74的偏光方向，必须准确地知道第一偏光板72的偏光方向和测量样品架73的基准轴线。因此，难以准确地测量测量样品74的偏光方向。
发明内容
在一个方面中，一种偏光方向测量装置包括：第一偏光板，该第一偏光板具有相对于基准轴线的任意的偏光方向；用于测量偏光方向的测量样品；测量样品架，所述测量样品沿着第一方向和与该第一方向镜像对称的第二方向放置在该测量样品架上，该测量样品架使所述测量样品在方位方向上沿着所述基准轴线旋转；光源，该光源产生穿过所述第一偏光板和所述测量样品的光；以及光检测器，该光检测器检测在所述光源中产生然后穿过所述第一偏光板和所述测量样品的光。
所述测量样品可以是对应于所述第一偏光板的第二偏光板。
所述测量样品的偏光方向可以通过第一角度和第二角度之间的差的一半而获得，在该第一角度，在使沿所述第一方向放置的所述测量样品旋转时检测到最少量的光，在该第二角度，在使沿所述第二方向放置的所述测量样品旋转时检测到最少量的光。
所述基准轴线可以是所述测量样品架的基准平面。
所述测量样品架可以包括：供放置所述测量样品的壳体；第一插入部，该第一插入部定位在所述壳体的一侧并紧固沿所述第一方向插入的测量样品；以及光透射部，该光透射部具有穿过所述壳体的开口的形状，并使穿过所述第一偏光板的光透射。
所述测量样品架还可以包括第二插入部，该第二插入部的形状与所述第一插入部的形状相对称，该第二插入部紧固沿所述第二方向插入的测量样品。
所述测量样品架还可以包括抓握部，该抓握部定位在所述壳体的另一侧并使所述壳体旋转。
所述光源可以包括激光源。
所述光检测器可以包括光电检测器或亮度计。
在另一方面中，一种用于测量偏光方向的方法包括：将光源、第一偏光板和光检测器对准；沿着测量样品架的基准轴线在第一方向上将测量样品放入所述测量样品架；使所述测量样品架沿着方位方向旋转以测量检测到最少量的光时所处的第一角度；沿着与所述第一方向镜像对称的第二方向再次将所述测量样品放入所述测量样品架；使所述测量样品架沿着所述方位方向旋转以测量检测到最少量的光时所处的第二角度；以及获得与所述第一角度和所述第二角度之间差的一半相对应的值，以测量所述测量样品的偏光方向。
所述测量样品可以是对应于所述第一偏光板的第二偏光板。
沿所述第一方向放置所述测量样品的步骤可以包括：沿所述第一方向将所述测量样品紧固到所述测量样品架的插入部中；并且沿所述第二方向放置所述测量样品的步骤包括：沿所述第二方向将所述测量样品紧固到所述测量样品架的所述插入部中。
在沿所述第一方向和所述第二方向放置所述测量样品的步骤中，所述测量样品架可以在所述第一偏光板和所述光检测器之间对准。
在将所述光源、所述第一偏光板和所述光检测器对准的步骤中，所述第一偏光板的偏光方向可以任意设定。
在沿所述第一方向放置所述测量样品的步骤中，所述基准轴线可以是所述测量样品架的基准平面。
所述光源可以包括激光源。
可以使用所述光检测器来检测沿所述第一方向和第二方向的光的最少量。
所述光检测器可以包括光电检测器或亮度计。
附图说明
被包括以提供对本发明进一步理解并被并入以构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1示出了用于测量现有技术的液晶显示器的偏光板的偏光方向的装置的结构；
图2是根据一实施例的液晶显示器的立体图；
图3示意性地示出了根据一实施例的液晶面板的结构；
图4A和图4B示出了根据一实施例的液晶显示器的偏光板的偏光模式；
图5示出了根据一实施例的用于液晶显示器的偏光板的偏光方向的装置的结构；
图6示出了根据一实施例的偏光方向测量装置的测量样品架的示例；
图7A和图7B是图6的测量样品架的剖面图；
图8A和图8B示出了根据一实施例的液晶显示器的偏光板的偏光方向的测量原理；以及
图9是根据一实施例的用于测量液晶显示器的偏光板的偏光方向的方法的流程图。
具体实施方式
下面将详细地说明本发明的实施例，其示例在附图中示出。
图2是根据一实施例的液晶显示器的立体图。
参照图2，定位在液晶显示器内部的液晶面板包括：第一基板10和第二基板20，该第一基板和第二基板彼此相接合并且在二者之间具有预定间隙；以及注入在第一基板10和第二基板20之间的液晶层30。第一基板10由作为切换区的TFT区TFT、像素区(Pixel)和存储区Cst限定。
第一基板10包括透明的玻璃基板11、以及定位在该透明的玻璃基板11上的多条选通线12和多条数据线16。所述多条选通线12沿一个方向布置并在它们之间有恒定的距离。所述多条数据线16沿与选通线12垂直的方向布置并在数据线和数据线之间有恒定的距离。像素区(Pixel)由选通线12和数据线16限定。
在各像素区(Pixel)中形成有像素电极18，并且在选通线12和数据线16的各交叉部处形成有薄膜晶体管。薄膜晶体管响应于通过选通线12施加的扫描信号而向像素电极18施加数据线16的数据信号。
第二基板20包括透明的玻璃基板21和黑底层(black matrix layer)22。黑底层22形成在透明的玻璃基板21上以阻挡透射通过第一基板10的像素区(Pixel)之外的其余部分的光。形成有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色器层23，以显示对应于各像素区的颜色。在各滤色器层23上形成有公共电极24。
在选通线12的上部形成有充电电容器，以与像素电极18并联。该充电电容器的第一电极利用选通线12的一部分，第二电极利用由与源极和漏极相同的材料制成的岛状的金属图案。
该液晶显示器的液晶层30由像素电极18与公共电极24之间的电场进行配向。根据液晶层30的配向程度来控制透射通过液晶层30的光的量，从而显示期望的图像。
图3示意性地示出了根据一实施例的液晶面板的结构。
参照图3，根据一实施例的液晶面板包括第一基板10、第二基板20、液晶层30、第一偏光板50、第二偏光板60和背光单元40。使用摩擦方法分别在第一基板10和第二基板20上形成第一配向层15和第二配向层25。
图3的液晶面板是具有反平行配向(anti-parallel alignment)的液晶单元。反平行配向的示例包括面内切换(IPS)型液晶单元和电控双折射(ECB)型液晶单元。第一偏光板50和第二偏光板60以交叉偏光构造设定。
图3示出了所有的介质均彼此间隔开。但是，实际上，所有的介质均彼此接触。液晶显示器的电特性和光学特性由第一配向层15和第二配向层25的配向方向以及第一偏光板50和第二偏光板60的偏光方向确定。换言之，由于液晶显示器的电特性和光学特性由第一配向层15和第二配向层25的配向方向以及第一偏光板50和第二偏光板60的偏光方向的组合确定，因此必须准确地知道所述配向方向和偏光方向(即，配向轴线和偏光轴线)。
图4A和图4B示出了根据一实施例的液晶显示器的偏光板的偏光模式。
参照图4A和图4B，偏光板被分类为非常模式(e-mode)偏光板和寻常模式(o-mode)偏光板。液晶具有e-mode偏光板的特性和o-mode偏光板的特性。
在e-mode中，第一偏光板50的透射轴线和液晶的长轴处于非常状态。在o-mode中，第一偏光板50的透射轴线和液晶的长轴彼此垂直。
第一偏光板50与第二偏光板60间隔开，并在二者之间具有液晶层30。第一偏光板50用作偏光器，而第二偏光板60用作分析器。
图4A示出了e-mode，其中偏光器50的偏光方向水平于平面，而分析器60的偏光方向垂直于所述平面。
图4B示出了o-mode，其中偏光器50的偏光方向垂直于平面，而分析器60的偏光方向水平于所述平面。
e-mode和o-mode是用于吸收沿可选方向振动的光或者仅透射沿可选方向振动的光的偏光模式。
图5示出了根据一实施例的用于测量液晶显示器的偏光板的偏光方向的装置的结构。
参照图5，根据一实施例的用于测量液晶显示器的偏光板的偏光方向的装置包括光源100、第一偏光板200、测量样品架310、测量样品320以及光检测器400，它们按所述顺序进行定位。
光源100提供穿过第一偏光板200和测量样品320的光，并通常使用激光源。
相对于测量样品架310的基准轴线任意地设定第一偏光板200的偏光方向。
测量样品320是用于测量偏光方向的偏光板，并且与第一偏光板200相对应。测量样品320的偏光方向通过第一角度X1和第二角度X2之间的差(即，X2-X1)的一半((X2-X1)/2)而获得，在使沿第一方向放置的测量样品架310旋转时在该第一角度检测到最少量的光，在使沿第二方向放置的测量样品架310旋转时在该第二角度检测到最少量的光。
沿第一方向和与该第一方向镜像对称的第二方向将测量样品320放入测量样品架310中。放入测量样品架310中的测量样品320沿着所述基准轴线在方位方向上旋转。
光检测器400检测在光源100中产生并穿过第一偏光板200和测量样品320的光。光检测器400采用光电检测器或亮度计。
因此，所述基准轴线是测量样品架310的基准平面。尽管没有准确知道第一偏光板200的偏光方向，但是使用简单的方法可准确地测量测量样品320的偏光方向。
图6示出了根据一实施例的偏光方向测量装置的测量样品架的示例。图7A和图7B是图6的测量样品架的剖面图。
参照图6，测量样品架310包括在其内可放置所述测量样品320的壳体、第一插入部330和光透射部340。该第一插入部330沿壳体的一个方向形成，并紧固沿所述第一方向插入的测量样品320。该光透射部340具有穿过所述壳体的开口的形状，并使穿过第一偏光板200的光透射。
参照图7A和图7B，测量样品架310还可以包括第二插入部331。该第二插入部331的形状与第一插入部330的形状相对称，并且该第二插入部331紧固沿所述第二方向插入的测量样品320。
在图7A中，测量样品架310仅包括第一插入部330。在图7B中，测量样品架310包括形状彼此对称的第一插入部311和第二插入部331。
另外，测量样品架310还可以包括抓握部350，该抓握部定位在所述壳体的一侧并使所述壳体旋转。
所述偏光方向测量装置并不必知道第一偏光板200的偏光方向。而是替代地可以将测量样品320沿相反方向放入测量样品架310的插入部中。用于测量测量样品320的偏光方向的方法如下。
首先，在将测量样品320放入测量样品架310中之后，沿着基准轴线将测量样品320紧固在插入部330中。
接着，在测量样品架310旋转的同时，测量使用光检测器400检测到最少量的光时所处的第一角度X1。
在沿相反方向再次将测量样品320放入测量样品架310中之后，测量使用光检测器400检测到最少量的光时所处的第二角度X2。
当测量样品320相对于基准轴线的偏光方向为θ1时，由(X2-X1)/2获得θ1。
图8A和图8B示出了根据一实施例的液晶显示器的偏光板的偏光方向的测量原理。
图8A示出了其中测量样品架310的基准轴线并不倾斜的情况。图8B示出了其中测量样品架310的基准轴线倾斜x°的情况。
在图8A和图8B的右侧，在沿第一方向将测量样品320插入测量样品架310中时测量到第一角度X1，并且在沿第二方向将测量样品320插入测量样品架310中时测量到第二角度X2。
当测量样品320的偏光方向为θ1时，满足下式：X1＝-θ1+x，X2＝+θ1+x，并且X2-X1＝2θ1。换言之，获得的测量样品320的偏光方向θ1与测量样品架310的基准轴线的倾斜角度x°无关。
换言之，尽管并不知道第一偏光板200的偏光方向，但是通过沿镜像对称的方向将测量样品320插入测量样品架310中利用上述测量方法可获得测量样品320的偏光方向。
图9是根据一实施例的用于测量液晶显示器的偏光板的偏光方向的方法的流程图。
参照图5和图9，在根据一实施例的用于测量液晶显示器的偏光板的偏光方向的方法中，在步骤S110，将光源100、第一偏光板200和光检测器400对准，然后沿着基准轴线在第一方向上将测量样品320放入测量样品架310中。
测量样品架310在第一偏光板200与光检测器400之间对准。测量样品320是对应于第一偏光板200的第二偏光板，并且沿第一方向和第二方向紧固在测量样品架310中。任意地设定第一偏光板200的偏光方向，并且测量样品架310的基准轴线是测量样品架310的基准平面。
在步骤S120，在测量样品架310沿方位方向旋转的同时，测量检测到最少量的光时所处的第一角度X1。
接下来，在步骤S130，沿着与所述第一方向镜像对称的第二方向再次将所述测量样品320放入所述测量样品架310中。测量样品架310再次在第一偏光板200与光检测器400之间对准。
在步骤S140，在测量样品架310沿方位方向旋转的同时，测量检测到最少量的光时所处的第二角度X2。
最后，获得所述第一角度X1和所述第二角度X2之间的关系(X2-X1)/2，以获得测量样品320的偏光方向。
因此，尽管并不知道偏光板的偏光方向，但是仅使用测量样品架的基准轴线就可以获得测量样品的偏光方向。
如上所述，用于测量偏光方向的所述方法和装置可以在不知道基准偏光板的偏光方向的情况下，仅使用测量样品架的基准轴线而获得测量样品的偏光方向。因此，使用简单的方法可以准确地测量测量样品的偏光方向。
上述实施例和优点仅是说明性的而并不能理解为对本发明的限制。本教导可容易地应用于其它类型的装置。对上面实施例的描述旨在说明而并不限制权利要求的范围。许多替换、修改和变型对于本领域技术人员是显而易见的。

Claims (18)

1、一种偏光方向测量装置，该偏光方向测量装置包括：
第一偏光板，该第一偏光板具有相对于基准轴线任意的偏光方向；
用于测量偏光方向的测量样品；
测量样品架，所述测量样品可沿着第一方向和与该第一方向镜像对称的第二方向放置在该测量样品架上，该测量样品架使所述测量样品在方位方向上沿着所述基准轴线旋转；
光源，该光源产生穿过所述第一偏光板和所述测量样品的光；以及
光检测器，该光检测器检测在所述光源中产生然后穿过所述第一偏光板和所述测量样品的光。
2、根据权利要求1所述的偏光方向测量装置，其中，所述测量样品是对应于所述第一偏光板的第二偏光板。
3、根据权利要求1所述的偏光方向测量装置，其中，所述测量样品的偏光方向通过第一角度和第二角度之间的差的一半而获得，在使沿所述第一方向放置的所述测量样品旋转时在该第一角度检测到最少量的光，在使沿所述第二方向放置的所述测量样品旋转时在该第二角度检测到最少量的光。
4、根据权利要求1所述的偏光方向测量装置，其中，所述基准轴线是所述测量样品架的基准平面。
5、根据权利要求1所述的偏光方向测量装置，其中，所述测量样品架包括：
供放置所述测量样品的壳体；
第一插入部，该第一插入部定位在所述壳体的一侧并紧固沿所述第一方向插入的所述测量样品；以及
光透射部，该光透射部具有穿过所述壳体的开口的形状，并使穿过所述第一偏光板的光透射。
6、根据权利要求5所述的偏光方向测量装置，其中，所述测量样品架还包括第二插入部，该第二插入部的形状与所述第一插入部的形状相对称，该第二插入部紧固沿所述第二方向插入的所述测量样品。
7、根据权利要求5所述的偏光方向测量装置，其中，所述测量样品架还包括抓握部，该抓握部定位在所述壳体的另一侧并使所述壳体旋转。
8、根据权利要求1所述的偏光方向测量装置，其中，所述光源包括激光源。
9、根据权利要求1所述的偏光方向测量装置，其中，所述光检测器包括光电检测器或亮度计。
10、一种用于测量偏光方向的方法，该方法包括：
将光源、第一偏光板和光检测器对准；
沿着测量样品架的基准轴线在第一方向上将测量样品放入所述测量样品架；
使所述测量样品架沿着方位方向旋转，以测量检测到最少量的光时所处的第一角度；
沿着与所述第一方向镜像对称的第二方向再次将所述测量样品放入所述测量样品架；
使所述测量样品架沿着所述方位方向旋转，以测量检测到最少量的光时所处的第二角度；以及
获得与所述第一角度和所述第二角度之间差的一半相对应的值，以测量所述测量样品的偏光方向。
11、根据权利要求10所述的方法，其中，所述测量样品是对应于所述第一偏光板的第二偏光板。
12、根据权利要求10所述的方法，其中，沿所述第一方向放置所述测量样品的步骤包括：沿所述第一方向将所述测量样品紧固到所述测量样品架的插入部中；并且沿所述第二方向放置所述测量样品的步骤包括：沿所述第二方向将所述测量样品紧固到所述测量样品架的所述插入部中。
13、根据权利要求10所述的方法，其中，在沿所述第一方向和所述第二方向放置所述测量样品的步骤中，所述测量样品架在所述第一偏光板和所述光检测器之间对准。
14、根据权利要求10所述的方法，其中，在将所述光源、所述第一偏光板和所述光检测器对准的步骤中，任意地设定所述第一偏光板的偏光方向。
15、根据权利要求10所述的方法，其中，在沿所述第一方向放置所述测量样品的步骤中，所述基准轴线是所述测量样品架的基准平面。
16、根据权利要求10所述的方法，其中，所述光源包括激光源。
17、根据权利要求10所述的方法，其中，使用所述光检测器来检测沿所述第一方向和所述第二方向的光的最少量。
18、根据权利要求17所述的方法，其中，所述光检测器包括光电检测器或亮度计。
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