JP2008241634A - 液晶表示装置の配向比率検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置に使用される液晶セル中の液晶分子の配向状態を、液晶表示装置が複数種のドメインを有していても高精度に検出可能な液晶表示装置の配向比率検出方法およびその装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置のミューラー行列を測定して得た実測ミューラー行列と、その液晶表示装置に対して理想のミューラー行列を解析的に求めた理想ミューラー行列とのそれぞれに対し、偏光解消成分を求め、各偏光解消成分の差分に基づいて、所定の配向方向からのずれ度合いを表す配向比率を求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置の配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法およびその装置に関する。

液晶表示装置は、表面に電極が形成された２枚のガラス板の間に液晶を封入して形成され、この電極間に電圧を印加することにより、液晶分子の配向を制御している。そして、この液晶分子の配向制御とクロスニコル偏光板の液晶セル両側面への配置により、バックライトからの光の透過を調整して、表示を行うようにしている。
最近、ＶＡ（Virtical Alignment）方式の液晶セルでは、例えば、ガラス板へ形成する電極を数百μｍピッチのジグザグ状とし、局所的に見ると液晶分子の傾斜方向が例えば４方向へ分散しているマルチドメイン型の液晶表示装置が多く採用されている。マルチドメイン型の液晶表示装置は、ＶＡ方式の液晶表示装置の視野角依存性を大幅に改善する効果がある。但し、液晶分子の配向が複雑となることから、配向の乱れが生じ、液晶表示装置のコントラスト低下要因の一つとされている。また、液晶表示装置の場合、液晶セル内に液晶分子の配向不良領域や乱れがあると残像が発生する。これは液晶分子の配向方向への動きが鈍くなり、応答速度が遅くなるためと推定される。この応答速度の差がコントラストに影響を与えることになり、発色性を低下させる。このような事情から、液晶セルの配向乱れを詳細に解析できる装置が切望されていた。

特許文献１では、図８に示す構成で液晶分子の配向が正常状態からずれているか否かを検知する液晶表示装置の欠陥検出装置を提案している。これにより液晶表示装置のわずかな色むらや色あせを検出できるとしている。また、非特許文献１に記載の装置等により求めた物質のミューラー行列から、リターデーション・二色性・偏光解消性のパラメータを算出する方法が、非特許文献２で提案されている。そして、上記非特許文献１，２両方の技術を組み合わせた装置（例えば、ミューラーマトリクス・ポラリメーター，Axometrcs社製）が市販されている。
特開平６−２７３３４２号公報 Mueller matrix algorithms, SPIE/VOL.1746, 1992,pp.231-246. Decomposition of Mueller matrices, SPIE/VOL.3120, 1997,pp.385-396.

しかしながら、特許文献１の欠陥検出装置の空間分解能は、被検査物体の手前に配置されているスリット４に規定され、スリット４の開口領域内における液晶配向の乱れ部分の比率を求めるまでには至っていない。さらに、複数の配向方向を有するマルチドメイン型の液晶表示装置に対しては適応していない。
また、上記の非特許文献１，２の技術を組み合わせたミューラーマトリクス・ポラリメーターは、物質の偏光特性を示すパラメータ、例えば、リターデーションや吸収軸方向、偏光解消成分（偏光解消インデックス）などの値を出力するまでにとどまり、液晶表示装置の配向乱れ等の欠陥を精査するものではない。
このように従来の方式では、複数の異なる種類のドメインを同時に測定して欠陥検出を行うには不十分であり、また、欠陥検出の分解能が照射光スリット幅に規定され高分解能を得ることができないため、複数のドメインが緻密に配列されたマルチドメイン型の液晶表示装置に対し、より詳細な液晶配向の解析を行うことが困難であった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、液晶表示装置に使用される液晶セル中の液晶分子の配向状態を、液晶表示装置が複数種のドメインを有していても高精度に測定可能な液晶表示装置の配向比率検出方法およびその装置を提供することを目的としている。

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 液晶分子の配向方向が互いに異なるサブ領域を複数有した液晶表示装置に対し、液晶分子の配向比率を検出する液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
前記液晶表示装置の複数のサブ領域が含まれる検査領域に対し、偏光作用を表すミューラー行列を測定により求め、
前記検査領域内の複数のサブ領域に対応した理想ミューラー行列を求め、
前記測定により求めた実測ミューラー行列の偏光解消成分と前記理想ミューラー行列の偏光解消成分との差分に基づいて、前記液晶分子の配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。

この液晶表示装置の配向比率検出方法によれば、液晶表示装置の検査領域に対するミューラー行列を測定し、その検査領域に対する理想ミューラー行列を求め、得られた実測ミューラー行列と理想ミューラー行列のそれぞれに対して偏光解消成分を求め、各偏光解消成分の差分に基づいて、所定の配向方向からの乱れ具合いを表す配向比率を求めることができる。これにより、液晶表示装置がマルチドメイン型であっても、液晶分子の配向比率を任意の位置、任意の範囲で高精度に定量検出することができる。

（２） （１）記載の液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
前記複数のサブ領域が、特定の配向方向に配向する第１のサブ領域と、前記第１のサブ領域とは異なる配向方向に配向する第２のサブ領域とが既知の存在比率ｗ₁（第１のサブ領域）：ｗ₂（第２のサブ領域）で混在配置され、
前記第１のサブ領域に対するミューラー行列をＭ_Ａ、前記第２のサブ領域に対するミューラー行列をＭ_Ｂ、前記実測ミューラー行列をＭ_measとしたとき、
Ｍ_meas＝ｗ₁ Ｍ_Ａ＋ｗ₂ Ｍ_Ｂ＋ｗ₃ Ｍ_Ｃ
で表される第３の配向成分のミューラー行列Ｍ_Ｃの重み成分ｗ₃ に基づいて前記液晶表示装置の配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。

この液晶表示装置の配向比率検出方法によれば、第１、第２のドメインの配向成分以外の第３の配向成分に対するミューラー行列Ｍ_Ｃの重み成分ｗ_３を求めることで、配向乱れ成分の存在比率が得られ、配向乱れの度合いである配向比率を評価することができる。

（３） （２）記載の液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
前記実測ミューラー行列を複数の異なる波長光に対してそれぞれ測定し、
前記理想ミューラー行列を複数の異なる波長光に対してそれぞれ求め、
前記複数の波長毎に前記偏光解消成分の差分をそれぞれ求めることで、前記液晶分子の波長依存性を加味して配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。

この液晶表示装置の配向比率検出方法によれば、実測ミューラー行列と理想ミューラー行列とを波長毎に複数求め、波長毎に偏光解消成分の差分を求めることにより、配向比率の波長依存性が明らかになる。。

（４） （３）記載の液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
複数の異なる波長光に対する前記実測ミューラー行列の各偏光解消成分である偏光解消インデックスに、前記理想ミューラー行列の偏光解消成分の値が一致するように、前記ミューラー行列Ｍ_ｃの重み成分ｗ_ｓを変更し、前記偏光解消インデックスとの差分が最小となる重み成分ｗ_ｓに基づいて前記配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。

この液晶表示装置の配向比率検出方法によれば、偏光解消インデックスとの差分が最小となるミューラー行列を重み成分ｗ_３を変更しながら複数の異なる波長に対して解析的に求め、このミューラー行列に対応する重み成分ｗ_３に基づいて配向比率を求めることで、液晶の配向比率がより正確に定量評価できる。

（５） 液晶分子の配向方向が互いに異なる領域を複数有した液晶表示装置に対し、液晶分子の配向比率を検出する液晶表示装置の配向比率検出装置であって、
前記液晶表示装置の複数のサブ領域が含まれる検査領域に対し、偏光作用を表すミューラー行列を測定により求めるミューラー行列測定手段と、
前記検査領域内の複数のサブ領域に対応した理想ミューラー行列を求めるミューラー行列解析手段と、
前記測定により求めた実測ミューラー行列の偏光解消成分と、前記理想ミューラー行列の偏光解消成分との差分に基づいて、前記液晶分子の配向比率を求める配向比率算出手段と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置の配向比率検出装置。

この液晶表示装置の配向比率検出装置によれば、液晶表示装置の検査領域に対するミューラー行列をミューラー行列測定手段により測定し、その検査領域に対する理想ミューラー行列をミューラー行列解析手段により求め、得られた実測ミューラー行列と理想ミューラー行列のそれぞれに対して偏光解消成分を求め、各偏光解消成分の差分に基づいて、所定の配向方向からの乱れ具合いを表す配向比率を求めことができる。これにより、液晶表示装置がマルチドメイン型であっても、液晶分子の配向比率を任意の位置、任意の範囲で高精度に定量検出することができる。

（６） （５）記載の液晶表示装置の配向比率検出装置であって、
前記ミューラー行列測定手段が、
白色光源と、
前記白色光源からの光に対して直線偏光を行う直線偏光子と、
前記直線偏光された光に対して位相差を与えて偏光面の角度を変化させる第１の位相子と、
前記位相子からの光が前記液晶表示装置を透過した光に対して位相差を与えて偏光面の角度を変化させる第２の位相子と、
前記第２の位相子からの光の偏光方向を揃える直線検光子と、
前記直線検光子を通過した光を検出する検出器と、を備え、
前記検出器の検出信号を信号処理して前記ミューラー行列を求める液晶表示装置の配向比率検出装置。

この液晶表示装置の配向比率検出装置によれば、白色光源からの光を直線偏光し、位相差を与えた後に液晶表示装置に照射し、液晶表示装置を透過した光に対し、位相差を与えて偏光方向を揃えた後、この光を検出して得た検出信号を、信号処理してミューラー行列を求めることができる。

本発明によれば、液晶表示装置の検査領域に対してミューラー行列を測定して得た実測ミューラー行列と、その液晶表示装置の検査領域に対して理想のミューラー行列を解析的に求めた理想ミューラー行列とのそれぞれに対し、偏光解消成分を求め、各偏光解消成分の差分に基づいて配向比率を求めることにより、液晶分子の配向状態を高精度で定量評価することができる。特に、液晶表示装置がマルチドメイン型であっても、液晶分子の配向比率を任意の位置、任意の範囲で高精度に定量検出することができる。これにより、液晶表示装置における液晶配向の欠陥比率を正確に評価できる。

以下、本発明に係る液晶表示装置の配向比率検出方法およびその装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の配向比率検出装置の一例としてのブロック構成図である。

ここで、被検査対象となる液晶表示装置は、液晶分子の配向方向が互いに異なるサブ領域（ドメイン）を複数有したマルチドメイン液晶デバイス（液晶テストセル）１１であり、その詳細な構造については後述する。

配向比率検出装置１００は、液晶分子の所定の配向方向からの乱れ具合いを表す配向比率を検出するものであって、液晶表示装置１１の複数のドメインが含まれる検査領域に対し、偏光作用を表すミューラー行列を測定により求めるミューラー行列測定部１３と、液晶表示装置１１の検査領域内の複数のドメインに対応した理想のミューラー行列を解析的に求めるミューラー行列解析部１５と、測定により求めた実測ミューラー行列の偏光解消成分と、前記解析により求めた理想ミューラー行列の偏光解消成分をそれぞれ求める偏光解消成分算出部１７と、各ミューラー行列の偏光解消成分の差分を求める配向比率算出部１９と、を備える。

この偏光解消成分の差分に応じて液晶分子の配向比率が求められる。ここで配向比率とは、一般には特定の方向の配向成分と、その方向とは異なる方向の配向成分との比率を意味するが、本明細書では所定の配向方向からの乱れ具合を表すパラメータとしても表現している。つまり、各ドメインで異なる主配向方向が存在する場合、それら各ドメインの主配向方向とは異なる他の方向の配向成分を表すパラメータである。以降に本実施形態で説明するような欠陥検査においては、液晶セルの規定の配向方向からのずれ（配向乱れ成分）に相当する。
偏光解消成分算出部１７と配向比率算出部１９は、上記のような液晶分子の配向比率を抽出する機能を有する。なお、本発明に係る配向比率検出装置１００のミューラー行列測定部１３は、図１に示す構成によらずに適宜な手段によりミューラー行列を求めるものであってよい。

この配向比率検出装置１００におけるミューラー行列測定部１３は、次のようにしてミューラー行列を測定する。
まず、白色光源であるキセノンランプ２１の光から、分光器２３により例えば５ｎｍ程度の波長帯域で特定の波長成分を取り出し、平行光へコリメート後に固定配置された直線偏光子２５に照射する。直線偏光子２５により直線偏光とされた光は、光の入射方向に対して垂直面内で回転自在に配置された第１波長板（位相子）２７に照射された後、液晶テストセル１１に照射される。液晶テストセル１１を透過した光は、光の入射方向に対して垂直面内で回転自在に配置された第２波長板（位相子）２９と固定配置された直線検光子３１とを介して検出器３３で検出される。直線偏光子２５と直線検光子３１は、それらの吸収軸が光の入射方向に対して垂直面内で同方向を向いている平行ニコル配置となっている。第１の波長板２７と第２の波長板２９は、例えばλ／３波長板である。ミューラー行列測定演算部３５は、分光器２３の分光波長帯域を設定して得られる検出信号から、液晶テストセル１１の光照射領域に対する実測ミューラー行列を算出する。なお、第１波長板２７の回転各速度ω₁と第２波長板２９の回転各速度ω₂は、ω₁：ω₂＝１：５に設定される。なお、ミューラー行列測定部１３は、例えば、Axometrics社製のミュラーマトリクスポラリメータを用いることができる。

上記構成のミューラー行列測定部１３に対応する光学系は、（１）式のように表される。

ここで、
Ｓ_in：入射光のストークスベクトル
Ｓ_out（ｔ）：出力光のストークスベクトル
Ｍ_sys ：光学系のミューラー行列
Ｍ_LP1 ：直線偏光子のミューラー行列
Ｍ_LP2 ：直線検光子のミューラー行列
Ｍ_LR1（ｔ）：第１波長板のミューラー行列
Ｍ_LR2（ｔ）：第２波長板のミューラー行列
である。

また、液晶テストセルのミューラー行列Ｍ_sample は（２）式で表される。

ミューラー行列の各要素ｍ_ijは、（３）式に示される検出信号Ｓ_out（ｔ）をフーリエ変換して得られる各フーリエ係数から求められる。

ただし、
ω：回転角速度
ｔ：時間
ａ₀，ａ₁，ａ₂，・・・、ｂ₀，ｂ₁，ｂ₂，・・・：フーリエ係数
である。

詳細なミューラー行列算出方法については、前述の非特許文献１に詳細に述べられているのでここでは省略する。

次に、マルチドメイン型の液晶表示装置である液晶テストセル１１の具体的構成について説明する。
図２は液晶テストセルの一部分を拡大した平面図（ａ）、（ａ）の一部分Ｐareaに対する模式的なドメイン構造を示した説明図（ｂ）であり、図３は図２に示す液晶テストセルの一断面図である。
図２，図３（ａ）に示すように、液晶テストセル１１は、透明電極を削って形成したＰＶＡ（Patterned Vertical Alignment)と呼ばれる液晶セルであり、ジグザグ状に屈曲した帯状の第１透明電極４１を有する第１の基板４３と、第１電極４１に対向する第２透明電極４５を有する第２の基板４７と、これら第1の基板４３と第２の基板４７との間に狭持された液晶分子を含む液晶層４９とを備えている。これら第１透明電極４１、第２透明電極４５、および絶縁構造体５１のそれぞれは、絶縁膜５３，５５により液晶層４９と絶縁されている。なお、液晶セルとしては、これに限らず、例えば図３（ｂ）に示すように、突起により液晶分子の配向方向を設定するものであってもよい。図３（ｂ）の液晶セルにおいては、第２の基板４７に、第１透明電極に対向するように絶縁構造体５１が液晶層４９側に突出して形成されている。

液晶テストセル１１は、具体的には、第１透明電極４１および第２透明電極４５がＩＴＯ膜からなり、液晶層４９は、例えばメルク社製 MLC-7026-100 を第１の基板４３と第２の基板４７との間に注入して形成したものである。なお、各基板４３，４７とを周辺シール材により包囲して貼り合わせた際のセルギャップはおよそ２．７μmであり、液晶層４９は液晶注入後にUV硬化樹脂により封止されている。

図２に一例として示す液晶テストセル１１は、第１透明電極４１が、面内形状がジグザグ状で略直角に屈曲された複数の帯状に形成されており、屈曲位置までの間で各ドメインＡ，Ｂを形成している。各透明電極４１同士の隙間ｄは１０μｍ、幅Ｗは５０μｍ、ドメインＡ，Ｂの繰り返し周期Ｌは５１０μｍとなっている。

この液晶テストセル１１の液晶層４９の配向方向は、各ドメインＡ，Ｂで異なっている。さらにドメインＡ，Ｂ内でもそれぞれ２つのサブドメインＡ１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２で配向方向が異なっているが、ここでは説明を簡略化するため、Ａ１，Ａ２をドメインＡ、Ｂ１，Ｂ２をドメインＢとして説明することにする。

いま、図４にＡ，Ｂ２つのドメインのモデルを示すように、ドメインＡの主軸方位を０°とし、ドメインＢの主軸方位を９０°とした場合、リターデーションΔ＝（２π・δｎ・ｄ）／λのドメインＡに相当する直線位相子のミューラー行列Ｍ^Ａ _Δ，０は（４）式で表される。

ドメインＢに相当する直線位相子のミューラー行列Ｍ^Ｂ _Δ，０は（５）式で表される。

液晶表示装置がマルチドメイン型である場合、複数のドメインをまとめて測定することになるが、その場合の理想のミューラー行列Ｍ^ＡＢ _Δ，０は、各ドメインのミューラー行列の各要素の平均となることから、（６）式のようになる。

図４に示すようなマルチドメイン型の液晶表示装置を通過した偏光は、必ずしも、Ｓ_０ ^２＝Ｓ_１ ^２＋Ｓ_２ ^２＋Ｓ_３ ^２にならず、Ｓ_０ ^２＞Ｓ_１ ^２＋Ｓ_２ ^２＋Ｓ_３ ^２になる。すなわち、偏光解消効果（Depolarization effect)と同じ効果がマルチドメインの場合に現れる。ここで、Ｓ_０，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３はそれぞれストークスパラメータである。

例えば、δｎ・ｄ＝λ／４、すなわちΔ＝π／２のときcosΔ＝０となる。
この場合、入射偏光の偏光方向が０°，９０°の場合は、直線偏光はそのまま透過しても直線偏光のままであるが、４５°偏光の場合は、ドメインＡでは右回り円偏光、ドメインＢでは左回り円偏光となる。つまり、マルチドメイン型の液晶表示装置の行路後方にどのような位相差板があっても、ドメインＡとドメインＢをまとめて測定したときには、完全な無偏光と等価な状態になっている。

一般にマルチドメイン型の液晶表示装置では、この複数のドメインをまとめた状態のミューラー行列Ｍ_ＭＤは、マルチドメインを構成する各ドメインのミューラー行列Ｍｎの各要素の平均値として表される。

ここで、Ｎはドメインの種類の数であり、図４に示す例ではＮ＝２とされる。このＭ_ＭＤが各ドメインのミューラー行列を合わせた理想ミューラー行列に相当する。

次に、ドメインが２種類存在する液晶表示装置に対して配向乱れ成分を検出する具体的手順を説明する。
まず、図１に示すミューラー行列測定部１３により、マルチドメイン型（ドメインＡ，Ｂ）の液晶テストセル１１のミューラー行列を測定する。液晶テストセル１１の第１透明電極４１と第２透明電極４５との間に４Ｖの電位差を印加した。このときのミューラー行列の測定結果Ｍ_ｍｅａｓは、（８）式で表される。

ここで、Ｍ_ＡはドメインＡに対するミューラー行列、Ｍ_ＢはドメインＢに対するミューラー行列、Ｍ_ＣはドメインＡ，Ｂ以外の成分（配向乱れ成分）に対するミューラー行列、ｗ_１はドメインＡの検査領域内における存在比率、ｗ_２はドメインＢの検査領域内における存在比率、ｗ_３はその他の成分の検査領域内における存在比率である。つまり、ｗ_３はドメインＡ，Ｂに対する配向乱れ成分の存在比率を表している。この液晶テストセル１１の場合、ドメインＡとドメインＢは、同じ数だけ存在すると見なせるので、ｗ_１：ｗ_２＝１：１である。また、配向乱れ成分Ｔは（９）式で表される。本発明は、このｗ_３の存在比率を液晶テストセル１１の配向乱れ成分、つまり配向比率として検出しようとするものである。

図２に示す電極構造に対して考えると、配向乱れ成分Ｔの発生要因は、次のように推定することができる。
図５に図２（ｂ）に対応する第１透明電極と各ドメインを示した。ドメインＡとドメインＢとの接続部付近は、液晶分子の配向が安定しない配向不良領域６１が存在する。この配向不良領域６１は、ドメインＡ，Ｂの液晶配向の挙動とは異なる液晶配向の挙動をとり、これが配向の乱れを生じさせていると考えられる。その結果、配向不良領域６１においては、液晶分子が配向方向への動きが鈍くなり、応答速度が遅くなる。この応答速度の差が、液晶表示装置による画像表示の際、残像を発生させたり、表示のコントラストに影響を及ぼすことになる。

次に、上述したマルチドメインのミューラー行列より偏光解消インデックス（偏光解消成分）を波長毎に求める。偏光解消インデックスＤＩは、求められたミューラー行列を用いて（１０）式により求めることができる。

ここで、ｍ_i,j は、（２）式に示すようにミューラー行列Ｍの各要素である。なお、上記（１０）式の詳細については非特許文献２を参照されたい。

図６に偏光解消インデックスの計算結果のグラフを示した。
（６）式に示すように、ドメインＡ，Ｂのみに対応する理想ミューラー行列Ｍ^ＡＢを求め、このＭ^ＡＢに対して偏光解消インデックスを（１０）式から求めた結果を配向乱れ０％の理想状態として実線で示した。また、測定により求めた実測ミューラー行列Ｍ_ｍｅａｓに対する偏光解消インデックスを実測結果として図中＊印で示した。実測結果と理想状態の値とは一致しておらず、この差が配向乱れ成分に相当する。

そこで、（８）式に示すように、ドメインＡ，Ｂの配向以外の成分（配向乱れに対するミューラー行列Ｍ_Ｃ）がｗ_３の存在比率で混在していることを仮定し、配向乱れの存在比率ｗ_３をパラメータとしてミューラー行列を解析的に求める。そして、求めた各ミューラー行列に対して偏光解消インデックスを算出する。例えば、配向乱れ成分Ｔが５％の場合は、図６に示す点線となる。この点線で示される算出結果は、実測により求めた結果とよく一定している。これは、非測定対象である液晶テストセル１１には約５％の配向乱れ成分が含まれていることを意味する。以上のことを換言すれば、本発明の配向比率検出方法は、偏光解消インデックスが実測結果と近い値となるように配向乱れ成分のＴを変化させ、最も近似度合いが高くフィッティングされる配向乱れ成分Ｔを、その液晶テストセルの配向比率として検出する方法である。つまり、複数の異なる波長光に対する前記実測ミューラー行列の各偏光解消成分である偏光解消インデックスに、理想ミューラー行列の偏光解消成分の値が一致するように、ミューラー行列Ｍ_ｃの重み成分ｗ_３を変更し、偏光解消インデックスとの差分が最小となる重み成分ｗ_３を求め、この重み成分ｗ_３基づいて配向比率を決定する。

ここで測定した液晶テストセル１１は、図５に示すように、ドメインＡとドメインＢとの接続部付近の配向不良領域６１の総面積が、検査領域全体に対して約５％を占めている。このように、液晶テストセル１１の構造上認められる配向不良領域６１の存在比率は、偏光解消インデックスから算出した偏光乱れ成分Ｔの結果とよく一致している。

ここで、ミューラー行列を測定する際の液晶テストセル１１のセル厚とリターデーション値は予め求めておく。電圧無印加時のリターデーション測定値を液晶の複屈折率値δｎで除算するとセル厚が求められる。液晶の複屈折率δｎは、予め厚みのわかっているセルに液晶を注入し、リターデーション測定を行って求めることができる。図７に環境温度３５℃下におけるδｎの波長分散の値を示した。このような液晶の波長分散は、例えば、シンテック社製の複屈折測定装置Optiproにより測定することができる。
図６の測定結果は、波長５５０ｎｍの場合にリターデーション値がおよそ１３１ｎｍ程度になるよう液晶テストセルに電圧を印加し測定している。波長５５０ｎｍ以外の波長帯域でのリターデーションは既に測定してあるδｎの波長分散を参照し補完した。マルチドメイン型液晶テストセルの電圧印加時のリターデーションは、例えば、テストセルをクロスニコル偏光板下にセルの軸方位がクロスニコル方向に対し４５degで配置し、セルへの印加電圧値（V）を変化させながら測った透過率データ（T ∝ ｓin(a・V)+b、a,bは任意の定数）より算出することが出来る。透過率とリターデーションはほぼ比例関係にあり、透過率最大値をとる印加電圧値でテストセルのリターデーションはλ／４と同等となることから、印加電圧値とリターデーションを対応付けることができる。

なお、上述した偏光乱れ成分の算出には、複数の光の波長域に対してそれぞれ偏光解消インデックスを求めてフィッティングしているが、これに限らず、例えば単一の波長域に対してフィッティングを実施してもよい。その場合には、演算処理量が減少でき、高速化に有利となる。

また、検査領域としては、図２（ｂ）に示す第１透明電極４１のジグザグの屈曲位置を境界として画成される同一の配向方向を有する単位ドメイン（ドメインＡ，Ｂ）が、所定数ｎ個含まれる領域に設定する。この所定数ｎは、１００以上に設定することが好ましい。例えば、各単位ドメインがそれぞれｎ個含まれることにより、ドメイン１つ当たりの配向乱れ成分の誤差をσ／√ｎ（σ：標準偏差）に低減できる。従って、所定数ｎを、８０〜１００個にすることで、高い測定精度を確保することができる。今回の測定では、測定装置のビーム直径がおよそ２mmで、その範囲内におよそ９０個の単位ドメインが含まれているが、十分高い精度で配向乱れ成分を検出できている。

以上説明したマルチドメイン型の液晶表示装置の配向乱れ検出装置によれば、液晶表示装置がマルチドメイン型であっても、液晶分子の配向の乱れを任意の位置、任意の範囲で、偏光解消効果を生じさせることなく高精度に定量検出することができる。すなわち、マルチドメインを構成するドメインＡ，Ｂからの配向乱れ成分（欠陥比率）を定量的に求めることができ、詳細な液晶配向の解析を行うことができる。そして、１回で測定する検査領域としては、液晶テストセルに照射する光のスポットサイズに応じて任意に設定でき、測定の分解能を自在に調整することができる。このときのスポットサイズの変更は、レンズ等の光学手段によって集光・拡散させることで調整できる。

さらに、複数の波長に対してそれぞれ偏光解消インデックスを求め、これら複数の偏光解消インデックスを利用して、実測により求めた結果に最も近くなるミューラー行列を決定するため、配向乱れ成分の測定精度が向上して、液晶配向のより正確な評価判定が行える。

そして、上記例においては、液晶配向の乱れを液晶配向の欠陥として検出しているが、本発明はこれに限らず、液晶分子の配向状態を解析・精査するための配向比率の検出用として広く利用することができる。

次に、ミューラー行列から他の方法により偏光解消成分を求める第２の実施形態について説明する。
前述の第１実施形態においては、（１０）式により偏光解消インデックスＤＩ（λ）を求めていたが、本実施形態においては、偏光解消成分である偏光解消インデックスＤＩ（λ）を他のパラメータで代用する。
いま、（１１）式で定義される偏光角ＤＯＰを、（１２）式からミューラー行列Ｍと関数Ｓを用いて、その平均値である平均偏光角ＤＯＰ_ＡＶを求め、この値を偏光解消成分として扱う。ここで、関数Ｓ（θ，φ）は（１３）式で表される。

ここで、θは楕円偏光の長軸方位、φはポアンカレ球上の緯度を表しており、円偏光成分と関連がある。なお、上記の（１１）〜（１３）式の詳細については、非特許文献２を参照されたい。

上記のように、平均偏光角ＤＯＰ_ＡＶを求め、この値を偏光解消インデックスＤＩ（λ）の代わりにミューラー行列の偏光解消成分として用いることにより、第１の実施形態と同様に液晶テストセル１１の配向乱れ成分Ｔを求めることができる。このように、ミューラー行列の偏光解消成分は、その他の適宜なパラメータを用いても同様にして配向乱れ成分を検出することができる。

本発明に係るマルチドメイン型の液晶表示装置の配向乱れ検出装置の一例としてのブロック構成図である。 液晶テストセルの一部分を拡大した平面図（ａ），（ａ）の一部分Ｐareaに対する模式的なドメイン構造を示した説明図（ｂ）である。 図２に示す液晶テストセルの一断面図であって（ａ）はＰＶＡ液晶、（ｂ）は他の液晶セルを示す断面図である。 Ａ，Ｂ２つのドメインのモデルを示す説明図である。 図２（ｂ）に対応する第１透明電極と各ドメインを示す平面図である。 偏光解消インデックスの計算結果のグラフである。 Δｎに対する波長分散の値を示すグラフである。 従来の液晶表示装置の欠陥検出装置の構成図である。

符号の説明

１１ 液晶テストセル
１３ ミューラー行列測定部
１５ ミューラー行列解析部
１７ 偏光解消成分算出部
１９ 配向比率算出部
２１ キセノンランプ
２３ 分光器
２５ 直線偏光子
２７ 第１波長板
２９ 第２波長板
３１ 直線検光子
３３ 検出器
３５ ミューラー行列測定演算部
４１ 第１透明電極
４３ 第１の基板
４５ 第２透明電極
４７ 第２の基板
４９ 液晶層
５１ 絶縁構造体
５３，５５ 絶縁膜
６１ 配向不良領域
１００ 液晶表示装置の配向比率検出装置
Ａ，Ｂ ドメイン
ｗ₁ ドメインＡの存在比率
ｗ_２ ドメインＢの存在比率
ｗ_３ ドメインＡ，Ｂ以外の存在比率
ＤＩ 偏光解消インデックス
ＤＯＰ 偏光角
ＤＯＰ_ＡＶ 平均偏光角
Ｌ 周期
Ｍ^ＡＢ _Δ，０ 理想ミューラー行列
Ｍ^Ａ _Δ，０ ドメインＡのミューラー行列
Ｍ^Ｂ _Δ，０ ドメインＢのミューラー行列
Ｍ_Ｃ ドメインＡ，Ｂ以外の成分のミューラー行列
ｍ_ij ミューラー行列の各要素
Ｍ_ＭＤ マルチドメインのミューラー行列
Ｍ_ｍｅａｓ 実測ミューラー行列
Ｔ 配向乱れ成分
Δ リターデーション

Claims (6)

1. 液晶分子の配向方向が互いに異なるサブ領域を複数有した液晶表示装置に対し、液晶分子の配向比率を検出する液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
   前記液晶表示装置の複数のサブ領域が含まれる検査領域に対し、偏光作用を表すミューラー行列を測定により求め、
   前記検査領域内の複数のサブ領域に対応した理想ミューラー行列を求め、
   前記測定により求めた実測ミューラー行列の偏光解消成分と前記理想ミューラー行列の偏光解消成分との差分に基づいて、前記液晶分子の配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。
2. 請求項１記載の液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
   前記複数のサブ領域が、特定の配向方向に配向する第１のサブ領域と、前記第１のサブ領域とは異なる配向方向に配向する第２のサブ領域とが既知の存在比率ｗ₁（第１のサブ領域）：ｗ₂（第２のサブ領域）で混在配置され、
   前記第１のサブ領域に対するミューラー行列をＭ_Ａ、前記第２のサブ領域に対するミューラー行列をＭ_Ｂ、前記実測ミューラー行列をＭ_measとしたとき、
   Ｍ_meas＝ｗ₁ Ｍ_Ａ＋ｗ₂ Ｍ_Ｂ＋ｗ₃ Ｍ_Ｃ
   で表される第３の配向成分のミューラー行列Ｍ_Ｃの重み成分ｗ₃ に基づいて前記液晶表示装置の配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。
3. 請求項２記載の液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
   前記実測ミューラー行列を複数の異なる波長光に対してそれぞれ測定し、
   前記理想ミューラー行列を複数の異なる波長光に対してそれぞれ求め、
   前記複数の波長毎に前記偏光解消成分の差分をそれぞれ求めることで、前記液晶分子の波長依存性を加味して配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。
4. 請求項３記載の液晶表示装置の配向比率検出方法であって、
   複数の異なる波長光に対する前記実測ミューラー行列の各偏光解消成分である偏光解消インデックスに、前記理想ミューラー行列の偏光解消成分の値が一致するように、前記ミューラー行列Ｍ_ｃの重み成分ｗ_ｓを変更し、前記偏光解消インデックスとの差分が最小となる重み成分ｗ_ｓに基づいて前記配向比率を求める液晶表示装置の配向比率検出方法。
5. 液晶分子の配向方向が互いに異なるサブ領域を複数有した液晶表示装置に対し、液晶分子の配向比率を検出する液晶表示装置の配向比率検出装置であって、
   前記液晶表示装置の複数のサブ領域が含まれる検査領域に対し、偏光作用を表すミューラー行列を測定により求めるミューラー行列測定手段と、
   前記検査領域内の複数のサブ領域に対応した理想ミューラー行列を求めるミューラー行列解析手段と、
   前記測定により求めた実測ミューラー行列の偏光解消成分と、前記理想ミューラー行列の偏光解消成分との差分に基づいて、前記液晶分子の配向比率を求める配向比率算出手段と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置の配向比率検出装置。
6. 請求項５記載の液晶表示装置の配向比率検出装置であって、
   前記ミューラー行列測定手段が、
   白色光源と、
   前記白色光源からの光に対して直線偏光を行う直線偏光子と、
   前記直線偏光された光に対して位相差を与えて偏光面の角度を変化させる第１の位相子と、
   前記位相子からの光が前記液晶表示装置を透過した光に対して位相差を与えて偏光面の角度を変化させる第２の位相子と、
   前記第２の位相子からの光の偏光方向を揃える直線検光子と、
   前記直線検光子を通過した光を検出する検出器と、を備え、
   前記検出器の検出信号を信号処理して前記ミューラー行列を求める液晶表示装置の配向比率検出装置。

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