JP2008082878A - 照度測定装置、及び照度測定方法 - Google Patents

照度測定装置、及び照度測定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】例えば、液晶装置の表示領域における照度むらを測定する。
【解決手段】複数の平行化レンズ204によれば、複数の光L3を光入射面S1に照射できるため、光入射面S1の各領域において、複数の光L3の夫々が光入射面S1に入射する際に光軸P1及び光入射面S1がなす角度である入射角度を、複数の光L3について相互に揃えることが可能である。したがって、画像表示領域10aに含まれる複数の領域10bから出射された透過光を測定することによって得られた照度に基づいて、画像表示領域10aの照度むらを定量化して評価できる。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えば、液晶パネル等の電気光学装置の表示領域における照度むらを測定可能な照度測定装置、及び照度測定方法の技術分野に関する。
この種の電気光学装置の一例である液晶パネルは、例えば、TFT(Thin Film Transistor)等の画素スイッチング用素子が形成されたTFTアレイ基板、及びTFTアレイ基板に対向するように配置された対向基板、及びこれら基板間に挟持された液晶層を有しており、例えば、投写型表示装置の一例であるプロジェクタのライトバルブとして多用されている。このようなプロジェクタの高画質化に対する要請が高まるに伴い、解像度の高い液晶パネルのニーズも高まっている。特許文献1は、このような解像度が高い液晶パネルに生じた欠陥画素を検査する検査方法及び検査装置を開示している。
特開平9−257639号公報
この種の電気光学装置では、TFTアレイ基板及び対向基板間の基板間ギャップのばらつきによって表示領域に照度むらが生じてしまう問題点がある。このような電気光学装置では、その表示性能は、通常、プロジェクタ等の完成品に組み込まれた状態を想定して評価されるため、電気光学装置単体の表示性能を正確に検査することが困難であり、基板間ギャップのばらつきによって表示領域に生じる照度むらを正確に測定することが困難である。
仮に電気光学装置単体について照度を測定したとしても、基板間ギャップの相違によって生じる照度むらを正確に測定することは難しい。より具体的には、特許文献1に開示されているように、一つの光源から出射された検査用の光をそのまま液晶パネルに入射させた場合、光源より出射された光は様々な角度の成分を有するため、液晶パネルを透過する透過光の角度が各領域で異なる。そのため、液晶パネルを通過する際の光路の長さが液晶パネルの各部分で異なり、光路長の違いから液晶パネルの各部分で透過光が変化する。また、光の入射角度の違いに応じて液晶分子の屈折率にも差が生じてしまい、偏光状態が相互に異なる透過光が表示領域から出射されてしまう。したがって、基板間ギャップのばらつきによって表示領域に生じる本来測定すべき透過率むら、及び照度むらを測定することが困難である。
よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、液晶装置等の電気光学装置において、基板間ギャップ等に起因して生じる照度むらを正確に測定可能な照度測定装置、及び照度測定方法を提供することを課題とする。
本発明に係る照度測定装置は上記課題を解決するために、互いに光軸が平行となるように平行化処理された複数の光を電気光学装置の光入射面に照射する光源手段と、前記電気光学装置の光出射面の側に配置されており、前記電気光学装置の表示領域に含まれる複数の領域の夫々から出射された複数の透過光を検出する光検出手段とを備える。
本発明に係る照度測定装置によれば、光源手段が、互いに光軸が平行となるように平行化処理された複数の光を電気光学装置の光入射面に照射することにより、光入射面内の各領域において、複数の光の夫々が光入射面に入射する際の入射角度をこれら光について相互に揃えることができ、入射角度の相違に起因して生じる透過光の偏光状態の相違を低減できる。
光検出手段は、電気光学装置の光出射面の側に配置されており、表示領域に含まれる複数の領域の夫々から出射された複数の透過光を検出する。したがって、表示領域に含まれる複数の領域の夫々について、複数の領域の夫々から出射された透過光の光量に応じて照度を測定できる。したがって、例えば、液晶パネルにおける液晶分子の屈折率差によって生じる照度のばらつきを排除でき、TFTアレイ基板及び対向基板間の基板間ギャップに応じて生じる表示領域の照度むらを正確に測定できる。
本発明に係る照度測定装置の他の態様では、前記光源手段は、前記光入射面の法線に沿って前記複数の光を照射してもよい。
この態様によれば、複数の光を電気光学装置の光入射面に斜めに入射させる場合に比べて、表示領域の照度を正確に測定できる。
本発明に係る照度測定装置の他の態様では、前記光源手段は、光源光を出射する光源と、前記光源光を分岐して複数の分岐光として導く導光手段と、該導光手段によって導かれた複数の分岐光の光軸が夫々平行となるように保持される保持手段と、該分岐光のFナンバーが夫々等しくなるような投射手段とを備えていてもよい。
この態様によれば、光源は、その中心から空間的に広がりを持って光源光を出射する。光源光は、複数の分岐光として導光手段によって導かれる。導光手段によって導かれた複数の分岐光の夫々は、保持手段によって互いに光軸が平行となるように保持される。分岐光は光の広がり、即ちFナンバーが共に等しくなるように投射手段を介して角度分布を制御され、複数の光として電気光学装置の光入射面に照射される。ここで、「平行」とは、文字通りの平行という意味に限定されるものではなく、表示領域における照度むらに影響しない範囲で複数の光の夫々の光軸がなす角を実践的に許容するということを意味する。この態様によれば、複数の光に応じて表示領域の各領域から出射される透過光の光量に基づいて、表示領域の照度むらを測定できる。
本発明に係る照度測定装置の他の態様では、前記光検出手段が直接前記複数の光を検出することによって取得された基準照度、及び前記透過光に応じて前記複数の領域毎に特定される照度に基づいて、前記電気光学装置の光利用効率を特定する特定手段とを備えていてもよい。
この態様によれば、「直接」とは、電気光学装置を介することなく、即ち測定対象である電気光学装置を当該照度測定装置に配置することなく、複数の光をそのまま検出することを意味する。「透過光に応じて複数の領域毎に特定される照度」とは、電気光学装置を当該照度測定装置に配置した状態で測定された照度であり、電気光学装置の表示性能を反映した照度である。「光利用効率」とは、例えば、照度から基準照度を差し引いた値を意味する。したがって、この態様によれば、照度むらに限定されず、表示領域に含まれる各領域における表示性能を検査することが可能である。
この態様では、前記特定手段は、前記複数の領域の夫々について前記照度から前記基準照度を差し引いた相対照度を特定し、該特定された相対照度を前記複数の領域の夫々について比較することによって前記表示領域の照度むらを特定してもよい。
この態様によれば、複数の光の光量の変動等の外乱に左右されず、客観的に照度むらを特定できる。
本発明に係る照度測定装置の他の態様では、前記導光手段は、複数のグラスファイバであってもよい。
この態様によれば、グラスファイバの機械的強度は、他の光学材料に比べて高いため、長期間に亘って分岐光を確実に伝達できる。
本発明に係る照度測定装置の他の態様では、前記投射手段は、複数の平行化レンズであってもよい。
この態様によれば、複数の分岐光を効率良く絞り込めるため、平行化処理における光の損失を低減できる。
本発明に係る照度測定方法は上記課題を解決するために、互いに光軸が平行となるように平行化処理された複数の光を電気光学装置の光入射面に照射する照射ステップと、前記電気光学装置の光出射面の側に配置された光検出手段によって、前記電気光学装置の表示領域に含まれる複数の領域の夫々から出射された複数の透過光を検出する光検出ステップとを備えている。
本発明に係る照度測定方法によれば、上述した照度測定装置と同様に、例えば、液晶パネル内を通過する光の光路長差による液晶分子の屈折率差によって生じる照度のばらつきを排除でき、TFTアレイ基板及び対向基板間の基板間ギャップに応じて生じる表示領域の各領域の照度の差に起因する照度むらを正確に測定できる。
本発明に係る照度測定方法の一の態様では、前記光検出手段によって直接前記複数の光が検出されることによって基準照度を取得する取得ステップと、前記透過光に応じて前記複数の領域毎に特定される照度及び前記基準照度に基づいて、前記電気光学装置の光利用効率を特定する特定ステップとを備えていてもよい。
この態様によれば、取得ステップは、照射ステップに相前後して実行される。この態様によれば、上述した照度測定装置と同様に、照度むらに限定されず、表示領域に含まれる各領域における表示性能を検査することが可能である。
この態様では、前記特定ステップにおいて、前記複数の領域の夫々について前記照度から前記基準照度を差し引いた相対照度を特定し、該特定された相対照度を前記複数の領域の夫々について比較することによって前記表示領域の照度むらを特定してもよい。
この態様によれば、複数の光の光量の変動等の外乱に左右されず、客観的に照度むらを特定できる。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る照度測定装置、及び照度測定方法の各実施形態を説明する。
<1:電気光学装置>
先ず、図1及び図2を参照しながら、本実施形態に係る照度測定装置によって表示領域の照度が測定される電気光学装置を説明する。本実施形態に係る照度測定装置によって照度が測定される電気光学装置は、液晶プロジェクタ等の投写型表示装置のライトバルブに用いられる液晶装置である。図1は、本実施形態に係る照度測定装置によって照度が測定される液晶装置を対向基板側から見た平面図であり、図2は、図1のII−II´断面図である。ここでは、液晶装置の一例である駆動回路内蔵型のTFTアクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例に挙げている。
図1及び図2において、液晶装置1では、TFTアレイ基板10と、対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間に液晶層50が封入されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
シール材52は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてTFTアレイ基板10上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材52中には、TFTアレイ基板10と対向基板20との間隔(基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材56が散布されている。
シール材52が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域10aの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜53が、対向基板20側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜53の一部又は全部は、対向基板20上において、電極より上層側に配置されて形成されてもよいし、TFTアレイ基板10側に内蔵遮光膜として形成されてもよい。
画像表示領域10aの周辺に位置する周辺領域のうち、シール材52が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路101、及び外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って複数設けられている。液晶装置1を駆動させるための電源及び各種信号は、外部回路に電気的に接続された外部回路端子102を介して液晶装置1に供給される。これにより液晶装置1が動作状態となり、液晶装置1の画像表示領域10aの透過率に対応する照度が測定可能になる。尚、後述する照度測定装置によって液晶装置1の照度を測定する際には、液晶層50から見て図2中上側である対向基板20の上面の側が、液晶装置1に光を入射させる光入射面側となり、図2中下側、即ち液晶層50から見てTFTアレイ基板10の下面の側が、液晶装置1を透過した透過光が出射される光出射面側になる。
走査線駆動回路104は、この一辺に隣接する2辺のいずれかに沿い、且つ、額縁遮光膜53に覆われるようにして設けられている。尚、走査線駆動回路104を、データ線駆動回路101及び外部回路接続端子102が設けられたTFTアレイ基板10の一辺に隣接する2辺に沿って設けるようにしてもよい。この場合、TFTアレイ基板10の残る一辺に沿って設けられた複数の配線によって、二つの走査線駆動回路104は互いに接続されるようにする。
対向基板20の4つのコーナー部には、両基板間の上下導通端子として機能する上下導通材106が配置されている。他方、TFTアレイ基板10にはこれらのコーナー部に対向する領域において上下導通端子が設けられている。これらにより、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的な導通をとることができる。
図2において、TFTアレイ基板10上には、画素スイッチング用のTFT(Thin Film Transistor;以下適宜、“TFT”と称する。)や走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極9a上に、配向膜16が形成されている。他方、詳細な構成については省略するが、液晶装置1において、対向基板20に形成された電極が、画素電極9aと対向するように配置されており、この電極上には、配向膜22が形成されている。尚、TFTアレイ基板10には、例えば、石英やプラスチック等の透明基板が用いられる。
TFTアレイ基板10又は対向基板20上において、配向膜16又は22は、例えばポリイミド等の有機材料により形成される。本実施形態では、TFTアレイ基板10及び対向基板20のいずれか一方上にのみ配向膜を形成するか、或いはこれらのいずれか一方上に形成される配向膜を無機材料により形成するようにしてもよい。
図1及び図2に示したTFTアレイ基板10上には、これらのデータ線駆動回路101、走査線駆動回路104等に加えて、画像信号線上の画像信号をサンプリングしてデータ線に供給するサンプリング回路、複数のデータ線に所定電圧レベルのプリチャージ信号を画像信号に先行して各々供給するプリチャージ回路、製造途中や出荷時の当該電気光学装置の品質、欠陥等を検査するための検査回路等を形成してもよい。
<2:照度測定装置>
次に、図3乃至図5を参照しながら、本実施形態に係る照度測定装置を説明する。図3は、本実施形態に係る照度測定装置の構成を図式的に示した図式的構成図である。図4は、本実施形態に係る照度測定装置が有する光学ユニットの平面図である。図5は、測定対象である液晶装置の表示領域における複数の領域の分布を図式的に示した平面図である。
図3において、本実施形態に係る照度測定装置200は、光源209、受光ユニット201、本発明に係る「導光手段」の一例を構成する複数のグラスファイバ202、本発明に係る「投射手段」の一例を構成する複数の平行化レンズ204、第1レンズ205、第2レンズ206、本発明に係る「光検出手段」の一例である照度計207、及び本発明に係る「特定手段」の一例である制御部208を備えて構成されている。
グラスファイバ202は、その一端が受光ユニット201に保持され、且つ他端が平行化レンズ204に臨むように光学ユニット203に保持されている。平行化レンズ204は、照度が測定される液晶装置1に臨むように光学ユニット203に保持されている。
液晶装置1の照度を測定する際に、光源209から出射された空間的に広がりを持った光L1は、受光ユニット201を介して複数のグラスファイバ202の夫々に分岐される。複数のグラスファイバ202の夫々は、分岐光L2を導光するライトガイドとして機能する。グラスファイバ202は、プラスチック単体では得られない高強度、及び高靭性を持つ軽量な光学材料であるため、照度測定装置200を長期間に亘って使用しても、分岐光L2を複数の平行化レンズ204の夫々に確実に伝達できる。
液晶装置1の照度を測定する際に、平行化レンズ204は、複数の分岐光L2の夫々を集光し、光軸P1が互いに平行である複数の光L3を液晶装置1の光入射面S1に照射する。複数の平行化レンズ204によれば、複数の光L3を光入射面S1に照射できるため、光入射面S1の各領域において、複数の光L3の夫々が光入射面S1に入射する際に光軸P1及び光入射面S1がなす角度である入射角度を、複数の光L3について相互に揃えることが可能である。加えて、光を絞込むことによって光損失を低減できる。
したがって、後述する照度計207で検出される透過光について、当該透過光が液晶装置1を透過する際の光路の長さを相互に揃えることができ、入射角度の相違に起因して生じる偏光状態の相違が低減される。より具体的には、液晶分子の配向状態に応じた光の旋光性、及び液晶分子の複屈折率による透過光の偏光状態が、複数の光L3の入射角度を相互に揃えることによって複数の透過光相互で均一とされる。尚、本実施形態では、光入射面S1の法線に沿って複数の光L3を光入射面S1に照射しているため、光入射面S1に斜めに複数の光L3を照射する場合に比べて、より正確に画像表示領域10aの照度を測定できる。
ここで、図4を参照しながら、光学ユニット203における複数の平行化レンズ204の配置状態を説明する。図4に示すように、複数の平行化レンズ204は、光学ユニット203の表面の中央領域及びその周囲に位置する領域に配置されている。したがって、液晶装置1の光入射面S1において、互いに異なる領域の夫々に光L3を照射できる。
再び、図3において、第1レンズ205は、液晶装置1の光出射面S2における画像表示領域10a(図1参照)から出射された透過光を屈折させ、拡大する。
ここで、図3及び図5に示すように、複数の透過光L4は、画像表示領域10aに含まれる複数の領域10bの夫々から出射される。複数の透過光L4は、液晶装置1の光入射面S1に照射された複数の光L3の夫々が複数の領域10bを透過したものである。
再び、図3において、第2レンズ206は、第1レンズ205によって拡大された光の光軸が互いに平行になるように、当該拡大された光を屈折させ、複数の透過光L4の夫々に対応した複数の光L5を出射する。
照度計207は、複数の光検出器207aを有している。複数の光検出器207aは、第2レンズ206によって屈折された複数の光L5の夫々を検出し、複数の領域10bの夫々について照度を測定する。
照度計207は、液晶装置1を透過する透過光に応じた照度を測定する工程と相前後して、液晶装置1を照度測定装置200に配置しない状態で平行化レンズ204から出射された光を直接検出し、各領域10bにおける基準照度を測定する。このような基準照度は、制御部208に接続されたメモリ等の記憶手段に、領域10b毎に記憶されている。
制御部208は、メモリ等の記憶手段に記憶された基準照度と、液晶装置1を透過した透過光に応じて領域10b毎に測定された照度とに基づいて、液晶装置1の光利用効率を算出する。より具体的には、制御部208は、基準照度に対する照度の割合を光利用効率として算出し、算出した光利用効率を領域10b毎にメモリ等の記憶手段に記憶する。これにより、各領域10bにおける光の透過しやすさを数値化して比較することが可能である。
制御部208は、複数の領域10bの夫々について照度から基準照度を差し引いた相対照度を算出し、該算出された相対照度を複数の領域10bの夫々について比較することによって画像表示領域10aの照度むらを定量化する。
より具体的には、複数の領域10bのうち画像表示領域10aの中心領域に規定された領域10bの相対照度を基準として、他の領域10bの相対照度の比を百分率で数値化することによって、画像表示領域10aにおける照度むらを定量化できる。このようにして照度むらを定量化することにより、光源から出射される光源光L1等の光量の変動のような外乱に左右されず、客観的に照度むらを定量化できる。
よって、本実施形態に係る照度測定装置によれば、液晶装置に入射する光の入射角度が光入射面の各領域で相互に異なることによって生じる照度の測定誤差を低減できる。より具体的には、相互に入射角度が異なる光に対する液晶分子の屈折率の違いを排除でき、TFTアレイ基板及び対向基板間の基板間ギャップに応じて生じる照度むらを正確に測定できる。
<3:照度測定方法>
次に、図6を参照しながら、本実施形態に係る照度測定方法を説明する。図6は、本実施形態に係る照度測定方法の主要な工程を示したフローチャートである。以下では、上述した照度測定装置200を用いて液晶装置1の照度を測定する場合を例に挙げる。
図6において、照度測定装置200に液晶装置1を配置しない状態で光源209から出射された光源光L1から、受光ユニット201、複数のグラスファイバ202、平行化レンズ204、第1レンズ205、及び第2レンズ206を介して出射された複数の光を複数の光検出器207aによって検出し、基準照度を測定する(ステップS10)。制御部208は、領域10b毎に測定された基準照度をメモリ等の記憶手段に記憶する。
次に、照度測定装置200に液晶装置1を配置した状態で、平行化処理された複数の光L3を液晶装置1の光入射面S1に照射する(ステップS20)。
次に、各領域10bから出射された透過光に対する複数の光L5を測定し、領域10b毎に照度を測定する(ステップS30)。
次に、複数の領域10bの夫々について照度から基準照度を差し引いた相対照度を算出し、該算出された相対照度を複数の領域10bの夫々について比較することによって画像表示領域10aの照度むらを定量化する(ステップ40)。より具体的には、上述した照度測定装置200と同様に、複数の領域10bのうち画像表示領域10aの中心領域に規定された領域10bの相対照度を基準として、他の領域10bの相対照度の比を百分率で数値化することによって、画像表示領域10aにおける照度むらを定量化できる。このようにして照度むらを定量化することにより、光源から出射される光源光L1等の光量の変動のような外乱に左右されず、客観的に照度むらを定量化できる。
また、ステップS40と相前後して、測定された基準照度及び照度に基づいて、各領域10bにおける光利用効率を算出する(ステップS50)。これにより、各領域10bにおける光の透過しやすさを数値化して比較することが可能である。
よって、本実施形態に係る照度測定方法によれば、上述した照度測定装置200と同様に、液晶装置に入射する光の入射角度が光入射面の各領域で相互に異なることによって生じる照度の測定誤差を低減できる。
本実施形態に係る照度測定装置による測定対象である電気光学装置の平面図である。 図1のII−II´断面図である。 本実施形態に係る照度測定装置の構成を図式的に示した図式的構成図である。 本実施形態に係る照度測定装置が備える光学ユニットの平面図である。 電気光学装置の表示領域に含まれる複数の領域を図式的に示した図式的平面図である。 本実施形態に係る照度測定方法の主要な工程を示したフローチャートである。
符号の説明
1・・・液晶装置、200・・・照度測定装置、201・・・受光ユニット、202・・・グラスファイバ、205・・・第1レンズ、206・・・第2レンズ、207・・・照度計、208・・・制御部、209・・・光源

Claims (10)

  1. 互いに光軸が平行となるように平行化処理された複数の光を電気光学装置の光入射面に照射する光源手段と、
    前記電気光学装置の光出射面の側に配置されており、前記電気光学装置の表示領域に含まれる複数の領域の夫々から出射された複数の透過光を検出する光検出手段と
    を備えたことを特徴とする照度測定装置。
  2. 前記光源手段は、前記光入射面の法線に沿って前記複数の光を照射すること
    を特徴とする請求項1に記載の照度測定装置。
  3. 前記光源手段は、光源光を出射する光源と、前記光源光を分岐して複数の分岐光として導く導光手段と、該導光手段によって導かれた複数の分岐光の光軸が夫々平行となるように保持される保持手段と、該分岐光のFナンバーが夫々等しくなるような投射手段と
    を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の照度測定装置。
  4. 前記光検出手段が直接前記複数の光を検出することによって取得された基準照度、及び前記複数の領域毎に測定された照度に基づいて、前記電気光学装置の光利用効率を特定する特定手段と
    を備えたことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の照度測定装置。
  5. 前記特定手段は、前記複数の領域の夫々について前記照度から前記基準照度を差し引いた相対照度を特定し、該特定された相対照度を前記複数の領域の夫々について比較することによって前記表示領域の照度むらを特定すること
    を特徴とする請求項4に記載の照度測定装置。
  6. 前記導光手段は、複数のグラスファイバであること
    を特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の照度測定装置。
  7. 前記投射手段は、複数の平行化レンズであること
    を特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載の照度測定装置。
  8. 互いに光軸が平行となるように平行化処理された複数の光を電気光学装置の光入射面に照射する照射ステップと、
    前記電気光学装置の光出射面の側に配置された光検出手段によって、前記電気光学装置の表示領域に含まれる複数の領域の夫々から出射された複数の透過光を検出する光検出ステップと
    を備えたことを特徴とする照度測定方法。
  9. 前記光検出手段によって直接前記複数の光が検出されることによって基準照度を取得する取得ステップと、
    前記透過光に応じて前記複数の領域毎に特定される照度及び前記基準照度に基づいて、前記電気光学装置の光利用効率を特定する特定ステップと
    を備えたことを特徴とする請求項8に記載の照度測定方法。
  10. 前記特定ステップにおいて、前記複数の領域の夫々について前記照度から前記基準照度を差し引いた相対照度を特定し、該特定された相対照度を前記複数の領域の夫々について比較することによって前記表示領域の照度むらを特定すること
    を特徴とする請求項9に記載の照度測定方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104325B1 (ko) 2009-09-29 2012-01-16 이윤희 조도비 측정장치
KR101264377B1 (ko) 2011-09-02 2013-05-14 주식회사 엔투에이 광학식 조도 측정장치

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KR101104325B1 (ko) 2009-09-29 2012-01-16 이윤희 조도비 측정장치
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