JP2004101429A - ギャップ厚測定装置、ギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源1と、第一偏光板2と、測定対象であるTFD液晶表示パネル3と、光学異方体板4と、第二偏光板5と、分光測定器6の光検出器7を直線上に配置する。光学異方体板4のリターデーションを、TFD液晶表示パネル3のリターデーションに加算することで、透過率の最低ピークを分光測定器6の実用範囲にシフトする。これにより、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップ厚の測定を適切に行うことができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示パネルのムラの原因として、セルギャップの不均一を挙げることができ、従来から液晶表示パネルのギャップ測定を容易に行える装置が要望されている。このようなギャップ厚測定装置としては、次のような技術が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。図5は、従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図である。このギャップ厚測定装置500は、光源1と、第一偏光板2と、測定対象の液晶表示パネル501を挟んで配置した第二偏光板5と、分光測定器6の光検出器7とを直線上に配置し、光検出器7に測定器8が接続される。測定器8の測定結果は、パーソナルコンピュータ9に送られる。
【0003】
第一偏光板2はその偏光角が45度であり、第二偏光板5の偏光角は、第一偏光板2の偏光角に対して90度で直交したものとなる。第一偏光板2を通過した直線偏光光は、更に液晶表示パネル501を通過することで、楕円偏光になり、第二偏光板5に入射する。第二偏光板5は、楕円偏光光の当該偏光角成分のみを透過させる。ここで、液晶表示パネル501の光の透過は、図6に示すように、時間軸Tに対してxy方向(偏光角が第一偏向板2と第二偏向板5で直交しこれをxy軸とした場合)の成分の一方がθだけ遅れ、これが直線偏向を楕円偏向に変換させる。
【0004】
ここで、光源の光線の波長をλ、液晶表示パネルの厚さをd、正常屈折率をno、異常屈折率をneとすると、これらの関係は、次式
θ=2π・Δn・d/λ・・・(1)
で表される。Δn=no−neである。Δn・dは常光線と異常光線との複屈折位相差(リターデーションR)である。
【0005】
前記波長λは光源1により一定範囲となり、Δnは液晶表示パネル501により既知である。液晶表示パネル501のギャップdが求める値であり、上式(1)において、所定範囲の波長の光を照射する光源により、透過率がピークを示す波長λp、即ちθが2π遅れることで液晶表示パネル501を通過した光が第二偏光板5の偏光方向と直交する偏光光となる波長λpが、λ=Δn・dとなる場合である。
【0006】
このため、第二偏光板5を通過した偏光光を分光測定器6で測定した場合に、透過率が最低ピークを示す波長λpをΔn・dとみればよい。ここで、λpは分光測定器6の最低ピーク値により特定でき、Δnが既知であるから、液晶表示パネル501のギャップdを導くことができる。例えば、分光測定器6による測定結果が図7に示すようなものであり、波長λp=550nmのとき、Δn・d=550であり、このため、液晶表示パネル501のギャップdは550/Δnとなる。
【0007】
図8は、上式(1)による波長λとリターデーションΔn・dの関係例を示す表図である。例えば、波長λを0.3,0.6,0.9とし、リターデーションΔn・dを0.3,0.6,0.9とした場合を考える。まず波長λが0.3のとき、リターデーションΔn・dが0.3であれば、上記同様にλ=Δn・dとなるので、θ=2πとなりピークが出る。また、波長λが0.6のとき、リターデーションΔn・dが0.3であっても4π遅れることになるので、ピークが得られる。同様に、波長λが0.9であっても同様である。
【0008】
次に、波長λが0.6のとき、リダデーションΔn・dが0.3のときはπしか遅れないのでピークが出ない。同じく、リダデーションΔn・dが0.9のときは3π遅れるのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔn・dが0.6のときは、λ=Δn・dとなるので、2π遅れてピークが出る。更に、波長λが0.9のとき、リダデーションΔn・dが0.3のときは2/3π、0.6のときは4/3πしか遅れないのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔn・dが0.9のときは、λ=Δn・dとなるので、2π遅れてピークが出る。以上から、リターデーションΔn・dによっては、ピークのλpは複数現れることもあり、そのような場合は設計値に近い波長λを採用し、リターデーションΔn・dを決定する。
【0009】
【特許文献1】
特開平4−307312号公報
【特許文献2】
特開平4−80641号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のギャップ厚測定装置500は、TFD(薄膜ダイオード)を含めた透過型LCD(=TNモード)はリターデーションが大きいため、これらの測定に適しているが、最近の反射型や半透過型のLCD(=内面反射モード)はリターデーションが小さい設計になっているため、これらの液晶表示パネル等のギャップ測定には適していないという問題点があった。即ち、図4に示したように、通常の分光測定器6は測定できる波長λの実用的な範囲が380nm〜780nmであり、リターデーションの大きい液晶表示パネル501の場合のピークは当該範囲に現れるのに対し、リターデーションの小さい液晶表示パネルのピークは当該範囲を外れて190nm〜320nmの範囲で現れることが判っている。このため、リターデーションの小さい液晶表示パネルのギャップは通常の分光測定器6によっては測定することができない。一方、係る範囲の測定器は非常に高価である。
【0011】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるギャップ厚測定装置は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、第一偏光子との間にリターデーションΔn1・d1(d1は求めるギャップ厚)の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔn2・d2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記測定された光強度に基づいてリターデーションΔn・dを求め、このリターデーションΔn・dと、光学異方体のリターデーションΔn2・d2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δn1から測定対象物のギャップ厚d1を求める演算手段を有することを特徴とする。
【0013】
つぎの発明によるギャップ厚測定装置は、上記構成において、前記光学異方体は、リターデーションが既知の複数の光学異方体からなることを特徴とする。
【0014】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔn2・d2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔn1・d1(d1は求めるギャップ厚)の測定対象物を入れて、第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、この測定された光強度に基づいてリターデーションΔn・dを求め、このリターデーションΔn・dと、光学異方体のリターデーションΔn2・d2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δn1から測定対象物のギャップ厚d1を求めることを特徴とする。
【0015】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、上記構成において、前記光学異方体を、リターデーションが既知の複数の光学異方体で構成し、いずれか又は全部の光学異方体を光路上に入れることで、測定対象物および光学異方体全てのリターデーションを調整することを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、所謂当業者により置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一なものが含まれる。
【0017】
図1は、この発明の実施の形態1に係るギャップ測定装置の構成図である。このギャップ厚測定装置100は、光源1と、第一偏光板2と、測定対象のリターデーションの小さいTFD液晶表示パネル3を挟んで配置した光学異方体板4と、第二偏光板5と、分光測定器6の光検出器7とを直線上に配置し、光検出器7に測定器8が接続される。測定器8の測定結果は、パーソナルコンピュータ9に送られる。第一偏光板2はその偏光角が45度であり、第二偏光板5の偏光角は、第一偏光板2の偏光角に対して90度で直交したものとなる。
【0018】
光学異方体板4は、リターデーションΔn・dが既知である、測定対象であるTFD液晶表示パネル等のリターデーションの非常に小さいものと同じものを用いるようにしても良いし、専用の光学異方体板4を用いても良い。測定対象であるTFD液晶表示パネル3のリターデーションΔn1・d1と、光学異方体板4のリターデーションΔn2・d2とは加算することで、第一偏光板2と第二偏光板5との間に存在する一つの光学異方体として考えることができる。
【0019】
即ち、第一偏光板2と第二偏光板5との間のリターデーションΔn・dは、
Δn・d=Δn1・d1+Δn2・d2・・・(2)
により表される。なお、以下はTFD液晶表示パネル3が0度ツイストの場合の説明である。
【0020】
また、上記したように、光源1の光線の波長をλ、液晶表示パネル3の厚さをd、正常屈折率をno、異常屈折率をneとする。これらの関係は、上式
θ=2π・Δn・d/λ・・・(1)
で表される。従って、式(1)および式(2)から
θ=2π・(Δn1・d1+Δn2・d2)/λ・・・(3)
と表せる。
【0021】
上記波長λは光源1により一定範囲となり、Δn1は液晶表示パネル3により既知である。また、光学異方体板4のΔn2・d2も既知である。液晶表示パネル3のギャップd1が求める値である。上式(3)において、所定範囲の波長の光を照射する光源1により、透過率がピークを示す波長λp、即ちθが2π遅れることで液晶表示パネル3を通過した光が第二偏光板5の偏光方向と直交する偏光光となる波長λpが、λ=Δn1・d1+Δn2・d2となる場合である。
【0022】
このため、第二偏光板5を通過した偏光光を分光測定器6で測定した場合に、透過率が最低ピークを示す波長λpをΔn1・d1+Δn2・d2とみればよい。ここで、λpは分光測定器6の最低ピーク値により特定でき、Δn1,Δn2・d2が既知であるから、液晶表示パネル3のギャップd1を導くことができる。この光学異方体板4の機能を、図2のグラフ図に示す例を用いて説明する。TFD液晶表示パネル100に係るリターデーションΔn1・d1によるピーク波長λpou t(320nm)は分光測定器6の実用範囲外に在り、ギャップの測定ができないから、このTFD液晶表示パネル3のリターデーションΔn1・d1に光学異方体板4のリターデーションΔn2・d2を加えることで、全体のリターデーションΔn・dをΔn1・d1+Δn2・d2とし、ピーク波長λpin(640nm)を分光測定器6の実用範囲に入れる。
【0023】
このようにすれば、分光測定器6の実用範囲にてTFD液晶表示パネル3のセルギャップを測定できる。例えばΔn1・d1+Δn2・d2=λpin(640nm)となり、求めるギャップd1は、
d1=(λpin−Δn2・d2)/Δn1・・・(4)
となる。なお、TFD液晶表示パネルおよび光学異方体板を合せた全体のリターデーションは、Δn・d=Δn1・d1+Δn2・d2=λpinである。この式(4)に測定値、既知を入れることで、実際のTFD液晶表示パネル3のギャップが求められる。
【0024】
以上、このギャップ厚測定装置100では、リターデーションが非常に小さい電気光学パネル(例えばTFDやTFTの反射型LCDや半透過型LCDなど)であっても、リターデーションが既知である光学異方体板4を入れることで、分光測定器6の実用範囲までピーク波長をシフトできるので、係る電気光学パネル3であってもセルギャップを適切に測定できる。
【0025】
なお、上記例では、光学異方体板4を一枚入れることで分光測定器6の実用範囲までピーク波長をシフトするようにしているが、この光学異方体板4は1枚である必要はない。即ち、既知の光学異方体板を複数重ね合わせて一枚の光学異方体板4に相当させることができる。例えば2枚の光学異方体板4,4を重ね合せる場合、第一偏光板2と第二偏光板5との間のリターデーションは、
Δn・d=Δn1・d1+Δn2・d2+Δn3・d3・・・(5)
と表され、単純な加算で処理できる。3枚以上の光学異方体板4,4,4…を重ねた場合も同様である。この場合、複数の光学異方体4,4・・・のいずれかを選択的に光路上に入れて、全体のリターデーションΔn・d(=λpin)を調整し、分光測定器6の波長実用範囲に入れるようにすることもできる。即ち、一つの光学異方体4のみでは、TFD液晶表示パネルによっては分光測定器6の波長実用範囲にピーク波長λpinを表せない場合に、更に光学異方体4を追加してピーク波長λpinが分光測定器6の波長実用範囲に出るように調整する。これにより、比較的大きく異なるリターデーションのTFD液晶表示パネルであっても、それ専用の光学異方体4を用意しなくてもよくなり、装置を簡略化できる。
【0026】
次に、TFD液晶表示パネル3にはツイスト角が0度〜90度の範囲のものがあり、その場合、第一偏光板2と第二偏光板5との間のリターデーションは、液晶表示パネル3及び各光学異方体板4の単純加算では求められない。そのときの各要素の関係は、
θ=2π・(Δn1・d1,Δn2・d2)/λ・・・(6)
となる。特に、Δn1が、光が多くの液晶分子を通過することになるので、単純加算することができず、Δn1・d1およびΔn2・d2のトータルで考えざるをえない。その場合のギャップd1は、Δn1をシミュレーションにより決定した後に、求めるようにする。
【0027】
このギャップ厚測定装置100による測定に好適なものとしては、上記TFD液晶表示パネル3の他、リターデーションの大きいSTN液晶表示パネルやリタデーションフィルム等を挙げることができる。
【0028】
【実施例】
図3は、0°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図である。上記ギャップ測定装置により0°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップ厚が測定できることを確認した。
【0029】
[測定条件]
液晶表示パネル
Δn1:0.100
セル厚(d):5.0
Δn1・d1:0.500
ツイスト角:0°
光学異方体板
R(Δn2・d2):0.100
第一偏光板
θ=135°
第二偏光板
θ=45°
【0030】
光強度を測定した結果、光学異方体板のない状態では510nm付近でピークが現れたが、光学異方体板を入れることにより600nmでピークλpが現れた。
上記の測定条件を式(4)に代入すると、
d1=(λpin−Δn2・d2)/Δn1・・・(4)
5.0=(0.600−0.100)/0.100
となり、式(4)の関係式を満たすことがわかった。なお、光学異方体板のない場合のピーク値が500nmでないこと、及び光学異方体板を追加しても単純に100nm変化しないのは、それぞれの光学異方体のもつ屈折率の波長分散特性のためである。
【0031】
図4は、40°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図である。上記ギャップ測定装置により40°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップ厚が測定できることを確認した。
【0032】
[測定条件]
液晶表示パネル
Δn1:0.065
セル厚(d):5.0
Δn1・d1:0.325
ツイスト角:−40°
光学異方体板
R(Δn2・d2):0.615
θ=0°
第一偏光板
θ=35°
第二偏光板
θ=75°
【0033】
この実験の結果より、光学異方体板を入れることで、光強度が平坦な特性から、550nmにピークを有する特性に変化した。このため、式(6)に上記条件を代入することで、同様にセル厚を求めることができるようになる。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法では、リターデーションが非常に小さい測定対象物であっても、リターデーションが既知である光学異方体板を入れることで、光測定器の実用範囲までピーク波長をシフトできるので、セルギャップを適切に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係るギャップ測定装置の構成図。
【図2】波長シフトの説明のためのグラフ図。
【図3】0°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図。
【図4】40°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図。
【図5】従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図。
【図6】θの遅れを示す説明図。
【図7】透過率と波長の関係を示すグラフ図。
【図8】波長λとリターデーションΔn・dの関係例を示す図表。
【符号の説明】
100 ギャップ厚測定装置
1 光源
2 第一偏光板
3 液晶表示パネル
4 光学異方体板
5 第二偏光板
6 分光測定装置
Δn・d リターデーション
Claims (5)
- 光源と、
光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、
第一偏光子との間にリターデーションΔn1・d1(d1は求めるギャップ厚)の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔn2・d2が既知である光学異方体と、
前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、
第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器と、
を光路上に配置し、
前記測定された光強度に基づいてリターデーションΔn・dを求め、このリターデーションΔn・dと、光学異方体のリターデーションΔn2・d2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δn1から測定対象物のギャップ厚d1を求める演算手段を有することを特徴とするギャップ厚測定装置。 - 前記光学異方体は、リターデーションが既知の複数の光学異方体からなることを特徴とする請求項1に記載のギャップ厚測定装置。
- 光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔn2・d2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、
前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔn1・d1(d1は求めるギャップ厚)の測定対象物を入れて、
第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、この測定された光強度に基づいてリターデーションΔn・dを求め、このリターデーションΔn・dと、光学異方体のリターデーションΔn2・d2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δn1から測定対象物のギャップ厚d1を求める
ことを特徴とするギャップ厚測定方法。 - 前記光学異方体を、リターデーションが既知の複数の光学異方体で構成し、いずれか又は全部の光学異方体を光路上に入れることで、測定対象物および光学異方体全てのリターデーションを調整することを特徴とするギャップ厚測定方法。
- 一対の基板間に液晶層を有する液晶装置において、請求項3又は4に記載のギャップ厚測定方法を用いて液晶層の厚さを測定する工程を備えることを特徴とする液晶装置の製造方法。
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CN107121077A (zh) * | 2017-04-19 | 2017-09-01 | 张家港市欧微自动化研发有限公司 | 一种基于光谱干涉装置的测量系统 |
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- 2002-09-11 JP JP2002265742A patent/JP4013709B2/ja not_active Expired - Fee Related
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