JP3142805B2 - Liquid crystal cell parameter detection method and apparatus - Google Patents
Liquid crystal cell parameter detection method and apparatusInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置等に用
いられる液晶セルのパラメータ、特に液晶層の厚みや液
晶分子の配向の捩れの角度を検出する液晶セルパラメー
タ検出方法及び液晶セルパラメータ検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal cell parameter detecting method and a liquid crystal cell parameter detecting method for detecting a parameter of a liquid crystal cell used in a liquid crystal display device and the like, in particular, a thickness of a liquid crystal layer and a twist angle of alignment of liquid crystal molecules. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶セルとしては、例えば、すべての液
晶分子が２枚の基板面に対し平行に配向しているが、そ
の配向方向が両基板間で徐々に捩れ、丁度９０度捩れた
ツイステッドネマティック液晶セル（以下、「ＴＮセ
ル」という）や、１８０度から２７０度程度捩れている
スーパーツイステッドネマティック液晶セル（以下、
「ＳＴＮセル」という）等があり、ワードプロセッサや
パーソナルコンピュータのディスプレイ等の各種の液晶
表示装置に広く使われている。このようなＴＮセルやＳ
ＴＮセルにおいては、表示の品質は２枚の基板間の距
離、すなわち液晶層の厚み及び液晶分子の配向の捩れの
角度等の液晶セルパラメータに強く依存する。また、液
晶セルの重要なパラメータの一つであるアンカリングエ
ネルギ−（液晶セル基板面における方位角方向の配向規
制力）は、２枚の基板間における液晶層の厚みと液晶分
子の配向の捩れの角度から求めることができる。したが
って、液晶セルを製造する際には、液晶層の厚み及び液
晶分子の配向の捩れの角度等の液晶セルパラメータを迅
速且つ正確に検出することがきわめて重要である。2. Description of the Related Art In a liquid crystal cell, for example, all liquid crystal molecules are oriented in parallel to the surfaces of two substrates, but the orientation direction is gradually twisted between the two substrates, and the twisted twist is just 90 degrees. A nematic liquid crystal cell (hereinafter, referred to as a “TN cell”) or a super twisted nematic liquid crystal cell (hereinafter, referred to as a twisted 180 to 270 degrees).
And the like, which are widely used in various liquid crystal display devices such as word processors and personal computer displays. Such a TN cell or S
In the TN cell, the quality of display strongly depends on the liquid crystal cell parameters such as the distance between the two substrates, that is, the thickness of the liquid crystal layer and the angle of twist of the alignment of liquid crystal molecules. The anchoring energy (the azimuthal alignment control force on the liquid crystal cell substrate surface), which is one of the important parameters of the liquid crystal cell, is determined by the twist of the liquid crystal layer thickness and the alignment of liquid crystal molecules between the two substrates. From the angle of Therefore, when manufacturing a liquid crystal cell, it is extremely important to quickly and accurately detect liquid crystal cell parameters such as the thickness of a liquid crystal layer and the angle of twist of alignment of liquid crystal molecules.
【０００３】従来、液晶層の厚みを検出する方法として
は、液晶セルの静電容量や光学的位相差を測定すること
によって液晶層の厚みを検出する方法、液晶を封入する
前の空セルの状態で光干渉や静電容量を測定することに
よって液晶層の厚みを検出する方法、３次元形状測定法
を用いて２枚の基板の間隔を測定することによって液晶
層の厚みを検出する方法等が知られている。また、液晶
分子の配向の捩れの角度を検出する方法としては、２枚
の偏光板の間に液晶セルを配置し、光弾性変調素子によ
り光路差を調節して透過光強度特性のカ−ブフィッティ
ングを行うことによって液晶分子の配向の捩れの角度を
検出する方法等が知られている。また、２枚の偏光板の
間に液晶セルを配置し、液晶セル及び偏光板のいずれか
を回転させて透過光強度が最大もしくは最小となる角度
を求め、ジョーンズマトリクス表示を用いて液晶層の厚
み及び液晶分子の配向の捩れの角度を求める方法等が知
られている。これらは、「Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」
（Ｖｏｌ．６９，頁１３０４）、「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．」（Ｖｏｌ．３３，頁Ｌ４３４−Ｌ４３
６）、「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」（Ｖｏ
ｌ．３３，頁Ｌ１２４２−Ｌ１２４４）、「Ｊｐｎ．
Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．」（Ｖｏｌ．３５，頁４４３
４−４４３７）、「第２２回液晶討論会講演予稿集」
（頁１３９−１４０）等に記載されている。Conventionally, methods for detecting the thickness of a liquid crystal layer include a method for detecting the thickness of a liquid crystal layer by measuring the capacitance and an optical phase difference of a liquid crystal cell, and a method for detecting the thickness of an empty cell before sealing liquid crystal. A method for detecting the thickness of the liquid crystal layer by measuring light interference or capacitance in a state, a method for detecting the thickness of the liquid crystal layer by measuring the distance between two substrates using a three-dimensional shape measurement method, and the like. It has been known. As a method of detecting the twist angle of the orientation of the liquid crystal molecules, a liquid crystal cell is disposed between two polarizing plates, and the optical path difference is adjusted by a photoelastic modulator to perform curve fitting of the transmitted light intensity characteristics. A method of detecting the twist angle of the alignment of liquid crystal molecules by performing the method is known. In addition, a liquid crystal cell is arranged between two polarizing plates, and one of the liquid crystal cell and the polarizing plate is rotated to determine an angle at which the transmitted light intensity is maximum or minimum. Using a Jones matrix display, the thickness and the thickness of the liquid crystal layer are determined. There are known methods for obtaining the twist angle of the alignment of liquid crystal molecules. These are described in "J. Appl. Phys."
(Vol. 69, page 1304), "Jpn. J. App.
l. Phys. (Vol. 33, pages L434-L43)
6), “Jpn.J. Appl. Phys.” (Vo
l. 33, pages L1242-L1244), "Jpn.
J. Appl. Phys. (Vol. 35, p. 443)
4-4437), "Proceedings of the 22nd Liquid Crystal Symposium"
(Pp. 139-140).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の方法は、液晶セルの静電容量や光学的位相差を測定
するものであるため液晶層の厚みを正確に検出すること
が難しい、光弾性変調素子や位相補償素子等の光路差変
調素子を必要とするため装置が複雑、高価となる、透過
光強度特性のカ−ブフィッティングを行いあるいは偏光
板や液晶セルを回転させて透過光強度が最大もしくは最
小となる角度を測定するものであるため装置が複雑、高
価であり、誤差が発生し易く、測定に長時間を要する等
の問題点があった。本出願人は、前記問題点を解決する
ために、液晶層の厚みや液晶分子の配向の捩れの角度等
の液晶セルパラメータをスト−クスパラメータに基づい
て検出する液晶セルパラメータ検出方法を開発し、出願
した（特願平８−３１３７２０号）。しかしながら、こ
の方法は、液晶セルの入射側の液晶分子の配向方向を定
めることが必要であるため、操作や処理が面倒である。
そこで、本発明は、液晶セルの入射側の液晶分子の配向
方向を定める必要がなく、簡単な構成で、短時間に精度
よく液晶層の厚みや液晶分子の配向の捩れの角度等の液
晶セルパラメータを検出することができる液晶セルパラ
メータ検出方法及び液晶セルパラメータ測定装置を提供
することを課題とする。However, the above-mentioned conventional method measures the capacitance and the optical phase difference of the liquid crystal cell, so that it is difficult to accurately detect the thickness of the liquid crystal layer. Since the optical path difference modulation element such as a modulation element and a phase compensation element is required, the apparatus becomes complicated and expensive, and the transmitted light intensity is increased by performing curve fitting of transmitted light intensity characteristics or rotating a polarizing plate or a liquid crystal cell. Since the maximum or minimum angle is measured, the apparatus is complicated and expensive, errors easily occur, and the measurement takes a long time. In order to solve the above problems, the present applicant has developed a liquid crystal cell parameter detection method for detecting liquid crystal cell parameters such as the thickness of a liquid crystal layer and the twist angle of the orientation of liquid crystal molecules based on Storks parameters. (Japanese Patent Application No. 8-313720). However, in this method, since it is necessary to determine the orientation direction of the liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell, operation and processing are troublesome.
Therefore, the present invention does not need to determine the orientation direction of the liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell. It is an object to provide a liquid crystal cell parameter detection method and a liquid crystal cell parameter measurement device capable of detecting parameters.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、液晶セルを透過した光の
透過光強度を極値において検出し、検出した透過光強度
に基づいて液晶セルのストークスパラメータを求め、求
めた液晶セルのストークスパラメータに基づいて液晶層
の厚み及び液晶分子の配向の捩れの角度の少なくとも一
方を求めることを特徴とする液晶セルパラメータ検出方
法である。また、請求項２に記載の発明は、請求項１に
記載の液晶セルパラメータ検出方法であって、光源、偏
光方向がＹ軸方向に設定された偏光子、液晶セル、検光
子、光検出器をＺ軸に沿って配置し、検光子の偏光方向
をＸ軸方向に設定して光検出器の出力が極値となる位置
に液晶セルを回転させ、液晶セルをその位置に回転させ
た時の光検出器の出力Ｉｘを測定し、検光子の偏光方向
をＹ軸方向に設定した時の光検出器の出力Ｉｙを測定
し、検光子の偏光方向をＸ軸及びＹ軸に対して４５度に
設定した時の光検出器の出力Ｉ45を測定し、検光子の偏
光方向をＸ軸方向及びＹ軸方向に対して４５度に設定す
るとともに、液晶セルと検光子との間に、軸方向を検光
子の偏光方向に対して４５度傾けて１／４波長板を配置
した時の光検出器の出力Ｉｑ45を測定し、これらの測定
値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉ45、Ｉｑ45を用いて液晶セルのストー
クスパラメータを求めることを特徴とする液晶セルパラ
メータ検出方法である。 また、請求項３に記載の発明
は、液晶セルを透過した光の透過光強度を極値において
検出する透過光強度検出装置と、前記透過光強度検出装
置により検出した透過光強度に基づいて液晶セルのスト
ークスパラメータを求め、求めた液晶セルのストークス
パラメータに基づいて液晶セルの液晶層の厚み及び液晶
分子の配向の捩れの角度の少なくとも一方を求める処理
装置とを備えることを特徴とする液晶セルパラメータ検
出装置である。請求項１及び請求項２に記載の液晶セル
パラメータ検出方法及び請求項３に記載の液晶セルパラ
メータ検出装置を用いれば、液晶セルの入射側の液晶分
子の配向方向を定める必要がなく、簡単な構成で、短時
間に精度よく液晶層の厚みや液晶分子の配向の捻れの角
度等の液晶セルパラメータを検出することができる。In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 detects the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell at an extreme value, and based on the detected transmitted light intensity. A Stokes parameter of the liquid crystal cell, and obtaining at least one of the thickness of the liquid crystal layer and the twist angle of the orientation of the liquid crystal molecules based on the obtained Stokes parameter of the liquid crystal cell. The invention described in claim 2 is the same as the invention described in claim 1.
The liquid crystal cell parameter detection method according to
Polarizer, liquid crystal cell, light analysis with light direction set to Y-axis direction
The detector and the photodetector are arranged along the Z axis, and the polarization direction of the analyzer
Is set in the X-axis direction and the position where the output of the photodetector becomes an extreme value
Rotate the liquid crystal cell and rotate the liquid crystal cell to that position.
The output Ix of the photodetector at the time of measurement is measured, and the polarization direction of the analyzer is measured.
Measures the output Iy of the photodetector when is set in the Y-axis direction
Then, the polarization direction of the analyzer is set to 45 degrees with respect to the X axis and the Y axis.
The output I45 of the photodetector at the time of setting is measured, and the polarization of the analyzer is measured.
Set the light direction to 45 degrees with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction.
And the axial direction between the liquid crystal cell and the analyzer.
A quarter-wave plate is arranged at an angle of 45 degrees to the polarization direction of the element.
The output Iq45 of the photodetector at the time of
The values of Ix, Iy, I45 and Iq45 are used to store the liquid crystal cell.
Liquid crystal cell parameters characterized by obtaining
It is a meter detection method. The invention according to claim 3
Determined the Stokes parameter of the liquid crystal cell based on the transmitted light intensity detecting device that detects the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell at an extreme value, and the transmitted light intensity detected by the transmitted light intensity detecting device. A liquid crystal cell parameter detecting device, comprising: a processing device for obtaining at least one of a thickness of a liquid crystal layer of the liquid crystal cell and a twist angle of alignment of liquid crystal molecules based on a Stokes parameter of the liquid crystal cell. When the liquid crystal cell parameter detecting method according to the first and second aspects and the liquid crystal cell parameter detecting apparatus according to the third aspect are used, it is not necessary to determine the alignment direction of the liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell. With this configuration, the liquid crystal cell parameters such as the thickness of the liquid crystal layer and the twist angle of the alignment of the liquid crystal molecules can be accurately detected in a short time.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を用いて説明する。図１は、本発明の液晶セルパラメ
ータ検出方法を実施するための液晶セルパラメータ検出
装置の一実施の形態の概略構成図である。図１におい
て、１は光源であり、例えば波長が６３２．８ｎｍのＨ
ｅ−Ｎｅレ−ザが用いられる。光源１からの光は、Ｘ軸
及びＹ軸と直交するＺ軸に沿って照射される。２は、偏
光板（偏光子）であり、偏光方向がＹ軸方向に設定され
ている。３は、ＴＮセル、ＳＴＮセル等の液晶セルであ
る。４は、偏光板（検光子）であり、偏光方向をＸ軸方
向、Ｙ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸と４５度の角度に設定可能
に設けられている。５は、１／４波長板であり、その軸
方向を偏光板４の偏光方向に対して４５度傾けて液晶セ
ル４と偏光板５との間に挿入可能に設けられている。６
は、フォトダイオ−ド等の光検出器であり、液晶セル３
や偏光板４等を透過した透過光の強度を検出し、透過光
強度検出信号を出力する。７は、デ−タ処理用のパ−ソ
ナルコンピュ−タ等の処理装置であり、光検出器６から
出力された透過光強度検出信号に基づいて液晶セル３に
おけるスト−クスパラメータ、さらに液晶層の厚みや液
晶分子の配向の捩れの角度等の液晶セルパタメータを演
算する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a liquid crystal cell parameter detecting device for performing a liquid crystal cell parameter detecting method of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source, for example, H having a wavelength of 632.8 nm.
An e-Ne laser is used. Light from the light source 1 is emitted along a Z axis orthogonal to the X axis and the Y axis. Reference numeral 2 denotes a polarizing plate (polarizer) whose polarization direction is set in the Y-axis direction. Reference numeral 3 denotes a liquid crystal cell such as a TN cell or an STN cell. Reference numeral 4 denotes a polarizing plate (analyzer), which is provided so that the polarization direction can be set at an angle of 45 degrees with respect to the X-axis direction, the Y-axis direction, the X-axis, and the Y-axis. Reference numeral 5 denotes a quarter-wave plate, which is provided so as to be inserted between the liquid crystal cell 4 and the polarizing plate 5 with its axial direction inclined at 45 degrees to the polarizing direction of the polarizing plate 4. 6
Is a photodetector such as a photodiode, etc.
And the intensity of the transmitted light transmitted through the polarizing plate 4 and the like, and outputs a transmitted light intensity detection signal. Numeral 7 denotes a processing device such as a personal computer for data processing, and based on the transmitted light intensity detection signal output from the photodetector 6, the Storks parameter in the liquid crystal cell 3 and the liquid crystal layer. The liquid crystal cell parameters such as the thickness of the liquid crystal and the twist angle of the orientation of the liquid crystal molecules are calculated.
【０００７】次に、本発明の液晶セルパラメ−タ検出方
法の基本原理を説明する。ここで、図２に示すような座
標系をとる。図２に示す座標系において、入射側の偏光
板２の偏光方向はＹ軸方向とする。そして、液晶セル３
の光入射側の液晶分子のダイレクタ（配向方向）とＸ軸
とのなす角度をα、液晶セル３における液晶分子の配向
の捩れの角度をφとする。したがって、液晶セル３の出
射側の液晶分子のダイレクタ（配向方向）は角度φだけ
捩れていることになる。また、入射光は、Ｚ軸（ＸＹ平
面に垂直）に入射されるものとする。Next, the basic principle of the liquid crystal cell parameter detection method of the present invention will be described. Here, a coordinate system as shown in FIG. 2 is taken. In the coordinate system shown in FIG. 2, the polarization direction of the polarizing plate 2 on the incident side is the Y-axis direction. And the liquid crystal cell 3
The angle between the director (alignment direction) of the liquid crystal molecules on the light incident side and the X axis is α, and the angle of the twist of the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell 3 is φ. Therefore, the director (alignment direction) of the liquid crystal molecules on the emission side of the liquid crystal cell 3 is twisted by the angle φ. The incident light is assumed to be incident on the Z axis (perpendicular to the XY plane).
【０００８】光入射側の液晶分子のダイレクタがＸ軸と
平行となるように液晶セル３を配置すると、液晶セル３
の偏光作用を示すジョーンズマトリクスは（１）式のよ
うに表される。When the liquid crystal cell 3 is arranged so that the director of the liquid crystal molecules on the light incident side is parallel to the X axis, the liquid crystal cell 3
The Jones matrix exhibiting the polarization action of is expressed by equation (1).
【数１】 なお、ａ* はａの共役複素数（虚数部の符号を反転させ
たもの）を表す。（１）式において、ａ、ｂは、(Equation 1) Note that a * represents a conjugate complex number of a (inversion of the sign of the imaginary part). In the equation (1), a and b are
【数２】 であり、また、ｘ、ｕ、ｗは、(Equation 2) And x, u, w are
【数３】 である。ここで、ｎe は液晶分子の長軸に平行な偏波面
をもつ光（異常光）に対する屈折率、ｎo は液晶分子の
長軸に垂直な偏波面をもつ光（常光）に対する屈折率、
λは光源１から照射される光の波長、θs はプレティル
ト角（液晶分子が基板から傾いている角度）、ｄは液晶
層の厚みである。（１）式における位相因子ｅｘｐ［ｊ
（πｄ／λ）（ｎe ' ＋ｎo ）］は、この場合には重要
でないので、以下では省略する。(Equation 3) It is. Where ne is the refractive index for light having a plane of polarization parallel to the long axis of the liquid crystal molecules (extraordinary light), no is the refractive index for light having a plane of polarization perpendicular to the long axis of the liquid crystal molecules (ordinary light),
λ is the wavelength of the light emitted from the light source 1, θs is the pretilt angle (the angle at which the liquid crystal molecules are inclined from the substrate), and d is the thickness of the liquid crystal layer. The phase factor exp [j in equation (1)
(Πd / λ) (ne ′ + no)] is not important in this case, and is omitted below.
【０００９】また、液晶セル３を透過した光の透過光強
度のＸ軸方向及びＹ軸方向の電界（偏光）成分Ｅx 及び
Ｅy は(4)式のようなマトリクスで表される。The electric field (polarization) components Ex and Ey in the X-axis direction and the Y-axis direction of the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell 3 are expressed by a matrix as shown in equation (4).
【数４】 ここで、（４）式におけるａ、ｂを(Equation 4) Here, a and b in the equation (4) are
【数５】 と定義すると、（２）式からａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は
（６）式のように表される。(Equation 5) From the equation (2), a1, a2, b1, and b2 are expressed as in the equation (6).
【数６】 (Equation 6)
【００１０】また、（４）式のマトリクスの積から透過
光強度のＸ軸方向及びＹ軸方向の電界成分Ｅx 及びＥy
は（７）式のように表される。Further, the electric field components Ex and Ey in the X-axis direction and the Y-axis direction of the transmitted light intensity are obtained from the product of the matrix of the equation (4).
Is expressed as in equation (7).
【数７】 （７）式に表されているように、透過光強度のＸ軸方向
及びＹ軸方向の電界成分Ｅx 及びＥy はαの正弦形関数
を含んでおり、極値（最大値または最小値）となる時の
条件は（８）式で与えられる。(Equation 7) As expressed in the equation (7), the electric field components Ex and Ey in the X-axis direction and the Y-axis direction of the transmitted light intensity include a sine function of α, and have an extreme value (maximum value or minimum value). The condition at which is obtained is given by equation (8).
【数８】 ここで、αｍは、Ｅｘ及びＥｙが極値となる時のαであ
る。この（８）式を（７）式に代入することにより、透
過光強度のＸ軸方向及びＹ軸方向の電界成分Ｅx 及びＥ
y は、液晶セル３の入射側の液晶分子の配向方向αと無
関係に表わすことができる。(Equation 8) Here, αm is α when Ex and Ey are extreme values. By substituting the equation (8) into the equation (7), the electric field components Ex and E of the transmitted light intensity in the X-axis direction and the Y-axis direction are obtained.
y can be expressed independently of the orientation direction α of the liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell 3.
【００１１】次に、この透過光強度のＸ軸方向及びＹ軸
方向の電界成分Ｅx 及びＥy を、スト−クスパラメータ
Ｓ０〜Ｓ３を透過光強度のＸ軸方向及びＹ軸方向の電界
成分Ｅx 及びＥy で表した（９）式に代入することによ
り、スト−クスパラメータＳ０〜Ｓ３は、液晶セル３の
入射側の液晶分子の配向方向αと無関係にａ１、ａ２、
ｂ１、ｂ２のみによって表される。Next, the electric field components Ex and Ey of the transmitted light intensity in the X-axis direction and the Y-axis direction are converted into the stokes parameters S0 to S3, and the electric field components Ex and E of the transmitted light intensity in the X-axis direction and the Y-axis direction. By substituting into the equation (9) expressed by Ey, the Storks parameters S0 to S3 can be set to a1, a2, irrespective of the orientation direction α of the liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell 3.
It is represented only by b1 and b2.
【数９】 一例として、αｍが０度〜４５度の間である時のスト−
クスパラメータは（１０）式のように表される。(Equation 9) As an example, when αm is between 0 degree and 45 degrees,
Parameter is expressed as in equation (10).
【数１０】 なお、Ｓ０は通常は「１」であり、完全偏光に対しては
Ｓ０2 ＝Ｓ１2 ＋Ｓ２ 2 ＋Ｓ３2 となる。スト−クスパ
ラメータＳ０〜Ｓ３は、図３に示すようにポアンカレ球
の球面上の位置Ｐを表す。したがって、ポアンカレ球の
球面上の位置によって偏光状態がわかる。(Equation 10)Note that S0 is usually “1”, and for perfect polarization,
S0Two= S1Two+ S2 Two+ S3TwoBecomes Stalk Spa
The parameters S0 to S3 are, as shown in FIG.
Represents a position P on the spherical surface. Therefore, the Poincare sphere
The polarization state can be known from the position on the spherical surface.
【００１２】ここで、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３
は（１０）式に示されているようにａ１、ａ２、ｂ１、
ｂ２の関数であり、ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は（６）式
に示されているように液晶分子の配向の捩れの角度φ、
ｘ、ｕの関数であり、ｘ、ｕは（３）式に示されている
ように液晶層の厚みｄの関数である。また、基本的には
スト−クスパラメータＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内の２組が独
立したパラメータである。したがって、ストークスパラ
メータＳ１、Ｓ２、Ｓ３の中の２組の値を求めることに
よって液晶分子の配向の捩れの角度φ、液晶層の厚みｄ
を求めることができる。Here, Stokes parameters S0 to S3
Are represented by a1, a2, b1,
a1, a2, b1, and b2 are the twist angles φ of the orientation of the liquid crystal molecules, as shown in equation (6).
It is a function of x and u, and x and u are functions of the thickness d of the liquid crystal layer as shown in equation (3). Basically, two sets of stokes parameters S1, S2, and S3 are independent parameters. Therefore, by determining two sets of values among the Stokes parameters S1, S2, and S3, the twist angle φ of the orientation of the liquid crystal molecules and the thickness d of the liquid crystal layer can be obtained.
Can be requested.
【００１３】次に、図１に示した液晶セルパラメ−タ検
出装置を用いて液晶分子の配向の捩れの角度φ及び液晶
層の厚みｄ等の液晶セルパラメ−タを検出する方法を説
明する。まず、液晶セル３と光検出器６との間に配置し
た偏光板４の偏光方向をＸ軸方向とし、液晶セル３を透
過した光の透過光強度が極値となる位置（最も高くなる
位置または最も低くなる位置）に液晶セル３を回転さ
せ、その位置での光検出器６からの透過光強度検出信号
を読み取って透過光強度Ｉｘを測定する。この場合、透
過光強度を表示する表示器を光検出器６等に設けると、
透過光強度が極値となる位置を容易に判別することがで
きる。次に、透過光強度が極値となる位置に液晶セル３
を回転させた状態で偏光板４の偏光方向をＹ軸方向と
し、その時の光検出器６からの透過光強度検出信号を読
み取って透過光強度Ｉｙを測定する。次に、偏光板４の
偏光方向をＸ軸及びＹ軸と４５度の角度をなすように
し、その時の光検出器６からの透過光強度検出信号を読
み取って透過光強度Ｉ45を測する。次に、偏光板４の偏
光方向をＸ軸及びＹ軸と４５度の角度をなすようにした
状態で、偏光板４と液晶セル３との間に１／４波長板５
をその軸方向を偏光板４の偏光方向に対して４５度傾け
て（すなわちＹ軸方向に向けて）配置し、その時の光検
出器６からの透過光強度検出信号を読み取って透過光強
度Ｉｑ45を測定する。Next, a method for detecting liquid crystal cell parameters such as the twist angle φ of the orientation of liquid crystal molecules and the thickness d of the liquid crystal layer using the liquid crystal cell parameter detecting device shown in FIG. 1 will be described. First, the polarization direction of the polarizing plate 4 disposed between the liquid crystal cell 3 and the photodetector 6 is defined as the X-axis direction, and the position at which the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell 3 has an extreme value (the position where the intensity is highest). The liquid crystal cell 3 is rotated to the position (or the lowest position), the transmitted light intensity detection signal from the photodetector 6 at that position is read, and the transmitted light intensity Ix is measured. In this case, if a display for displaying the transmitted light intensity is provided in the photodetector 6 or the like,
The position where the transmitted light intensity has an extreme value can be easily determined. Next, the liquid crystal cell 3 is located at a position where the transmitted light intensity has an extreme value.
Is rotated, the polarization direction of the polarizing plate 4 is set to the Y-axis direction, and the transmitted light intensity detection signal from the photodetector 6 at that time is read to measure the transmitted light intensity Iy. Next, the polarization direction of the polarizing plate 4 is set at an angle of 45 degrees with the X axis and the Y axis, and the transmitted light intensity detection signal from the photodetector 6 at that time is read to measure the transmitted light intensity I45. Next, the 波長 wavelength plate 5 is placed between the polarizing plate 4 and the liquid crystal cell 3 in a state where the polarizing direction of the polarizing plate 4 forms an angle of 45 degrees with the X axis and the Y axis.
Are arranged with their axial direction inclined at 45 degrees to the polarization direction of the polarizing plate 4 (that is, toward the Y-axis direction), and the transmitted light intensity detection signal from the photodetector 6 at that time is read to transmit the transmitted light intensity Iq45. Is measured.
【００１４】以上のようにして透過光強度を極値におい
て測定する場合には、光検出器６が、本発明の液晶セル
を透過した光の透過光強度を極値において検出する透過
光強度検出装置に相当する。なお、処理装置７により液
晶セル３を回転させ、液晶セル３の位置及びその位置に
おける光検出器６からの透過光強度検出信号を記憶し、
検出した透過光強度信号の中から最高値の透過光強度検
出信号または最低値の透過光強度検出信号を測定値Ｉｘ
とし、その値をとる位置に液晶セル３を回転させる。そ
して、偏光板４の偏光方向の制御、１／４波長板５の挿
入制御等を行ってＩｙ、Ｉ45及びＩｑ45を測定するよう
にしてもよい。この場合には、光検出器６と処理装置７
が、本発明の液晶セルを透過した光の透過光強度を極値
において検出する透過光強度検出装置に相当する。ま
た、液晶セル３を固定し、偏光板２及び４を同時に回転
させて透過光強度を測定してもよい。この場合は、系の
座標を同時に回転して測定すればよい。When the transmitted light intensity is measured at an extreme value as described above, the photodetector 6 detects the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell of the present invention at the extreme value. Corresponds to the device. The liquid crystal cell 3 is rotated by the processing device 7 and the position of the liquid crystal cell 3 and the transmitted light intensity detection signal from the photodetector 6 at that position are stored.
The highest transmitted light intensity detection signal or the lowest transmitted light intensity detection signal among the detected transmitted light intensity signals is measured value Ix
Then, the liquid crystal cell 3 is rotated to a position where the value is obtained. Then, Iy, I45, and Iq45 may be measured by controlling the polarization direction of the polarizing plate 4, controlling the insertion of the quarter-wave plate 5 , and the like. In this case, the light detector 6 and the processing device 7
Corresponds to the transmitted light intensity detecting device for detecting the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell at an extreme value according to the present invention. Alternatively, the transmitted light intensity may be measured by fixing the liquid crystal cell 3 and simultaneously rotating the polarizing plates 2 and 4. In this case, the coordinates of the system may be simultaneously rotated and measured.
【００１５】これらの測定値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉ45及びＩｑ
45を用いてスト−クスパラメータを表すと、（１１）式
のようになる。The measured values Ix, Iy, I45 and Iq
When the Storks parameter is expressed using 45, it is as shown in equation (11).
【数１１】 ここで、（Ｉx ＋Ｉy ）は透過光強度の値であり、（１
１）式に示すスト−クスパラメータは（Ｉｘ＋Ｉｙ）で
正規化を行っている。[Equation 11] Here, (Ix + Iy) is the value of the transmitted light intensity, and (1x
The Storks parameters shown in the equation (1) are normalized by (Ix + Iy).
【００１６】したがって、測定値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉ45及び
Ｉｑ45に基づき、（１１）式によりスト−クスパラメ−
タＳ１、Ｓ２、Ｓ３を求めることができる。そして、求
めたスト−クスパラメ−タＳ１、Ｓ２、Ｓ３に基づき、
（１０）式、（６）式、（３）式により液晶分子の配向
の捩れの角度φ及び液晶層の厚みｄを検出することがで
きる。これらの処理は、処理装置７で行われる。なお、
処理装置７は、検出した液晶分子の配向の捩れの角度φ
や液晶層の厚みｄを表示画面やプリンタ等より出力する
こともできる。Therefore, based on the measured values Ix, Iy, I45 and Iq45, the Storks parameter is calculated by the equation (11).
Parameters S1, S2 and S3 can be obtained. Then, based on the determined stokes parameters S1, S2, and S3,
From the expressions (10), (6) and (3), the twist angle φ of the alignment of the liquid crystal molecules and the thickness d of the liquid crystal layer can be detected. These processes are performed by the processing device 7 . In addition,
The processing device 7 detects the twist angle φ of the detected orientation of the liquid crystal molecules.
And the thickness d of the liquid crystal layer can be output from a display screen, a printer, or the like.
【００１７】なお、Ｓ０は１であり、ストークスパラメ
ータの性質からＳ１2 ＋Ｓ２2 ＋Ｓ３2 ＝１となるの
で、測定誤差を少なくするためにこの関係を使用するこ
とができる。すなわち、測定値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉ45、Ｉｑ
45等に測定誤差がある場合にはＳ１ 2 ＋Ｓ２2 ＋Ｓ３2
＝１とならなくなるが、測定値から求めたスト−クスパ
ラメータに応じたポアンカレ球の位置に最も近いポアン
カレ球の球面上の位置を判断し、その位置のスト−クス
パラメータを用いる。これにより、測定誤差を少なくす
ることができる。Note that S0 is 1 and the Stokes parameter
S1 from the nature of dataTwo+ S2Two+ S3Two= 1
Use this relationship to reduce measurement errors.
Can be. That is, the measured values Ix, Iy, I45, Iq
If there is a measurement error at 45 mag, S1 Two+ S2Two+ S3Two
= 1, but the stoke spa calculated from the measured values
Poin closest to the position of the Poincare sphere according to the parameter
Judge the position of the ball on the spherical surface
Use parameters. This reduces measurement errors.
Can be
【００１８】本発明を用いて液晶層の厚み及び液晶分子
の配向の捩れの角度を検出した場合のデ−タを図４の図
表に示す。（試料１）透明導電膜を付けたガラス基板に
配向膜としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）膜をスピ
ンコート法により塗布し、加熱処理を行った後一方向に
摩擦（ラビング）することで液晶分子の配向処理を行っ
た。そして、２枚の基板をガラスファイバスペ−サを介
して重ね合わせ、ネマティック液晶Ｅ７を封入したもの
で、液晶層の厚みを１０μｍ、液晶分子の配向の捩れの
角度を９０度に設定した液晶セル。この試料１につい
て、図１に示した液晶セルパラメータ測定装置によって
液晶層の厚みｄと液晶分子の配向の捩れの角度φを検出
したところ、ｄ＝９．５７μｍ、φ＝８９．２６度とい
う値が得られた。（試料２）ネマティック液晶Ｅ７を用
い、液晶層の厚みが５μｍ、液晶分子の配向の捩れの角
度を８０度に設定した液晶セル。試料２については、ｄ
＝５．５１μｍ、φ＝８０．４６度という値が得られ
た。FIG. 4 is a table showing data when the thickness of the liquid crystal layer and the angle of twist of the alignment of liquid crystal molecules are detected by using the present invention. (Sample 1) A polyvinyl alcohol (PVA) film as an alignment film is applied to a glass substrate provided with a transparent conductive film by a spin coating method, subjected to a heat treatment, and then rubbed in one direction (rubbing) to align the liquid crystal molecules. Processing was performed. A liquid crystal cell in which two substrates are overlapped with each other via a glass fiber spacer and a nematic liquid crystal E7 is sealed, and the thickness of the liquid crystal layer is set to 10 μm and the angle of twist of the alignment of liquid crystal molecules is set to 90 degrees. . With respect to this sample 1, when the thickness d of the liquid crystal layer and the twist angle φ of the orientation of the liquid crystal molecules were detected by the liquid crystal cell parameter measuring device shown in FIG. 1, values of d = 9.57 μm and φ = 89.26 degrees were obtained. was gotten. (Sample 2) A liquid crystal cell using a nematic liquid crystal E7, a liquid crystal layer having a thickness of 5 μm, and a twist angle of alignment of liquid crystal molecules set to 80 degrees. For sample 2, d
= 5.51 μm and φ = 80.46 degrees were obtained.
【００１９】以上のように、本発明では、液晶層の厚み
や液晶分子の配向の捩れの角度等の液晶セルパラメータ
をスト−クスパラメータに基づいて検出するようにした
ので、測定装置の構成が簡単となり、また短時間に測定
することができる。また、高価な素子や、複雑な制御装
置等が不要であるので、安価である。また、液晶セルを
透過した光の透過光強度を測定するだけでよいので、静
電容量や光学的位相差等を測定する場合に比して測定精
度が高い。さらに、透過光強度を極値において測定する
のみでよく、液晶セルの入射側の液晶分子の配向方向を
定める必要がないので、操作や処理が容易である。As described above, in the present invention, the liquid crystal cell parameters such as the thickness of the liquid crystal layer and the angle of twist of the alignment of the liquid crystal molecules are detected based on the stokes parameters. It is simple and can be measured in a short time. Further, since expensive elements and complicated control devices are not required, the cost is low. Also, since it is only necessary to measure the transmitted light intensity of the light transmitted through the liquid crystal cell, the measurement accuracy is higher than when measuring capacitance, optical phase difference, and the like. Further, it is only necessary to measure the transmitted light intensity at an extreme value, and it is not necessary to determine the orientation direction of the liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell, so that the operation and processing are easy.
【００２０】以上の実施の形態では、図１に示す測定装
置を用いて透過光強度の極値を測定したが、透過光強度
の極値を測定する測定装置はこれに限定されず、種々の
測定装置を用いることができる。In the above embodiment, the extreme value of the transmitted light intensity was measured using the measuring device shown in FIG. 1. However, the measuring device for measuring the extreme value of the transmitted light intensity is not limited to this. A measuring device can be used.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び請求
項２に記載の液晶セルパラメータ検出方法及び請求項３
に記載の液晶セルパラメータ検出装置を用いれば、液晶
セルの入射側の液晶分子の配向方向を定める必要がな
く、簡単な構成で、容易に、短時間に、精度よく液晶セ
ルパラメータを検出することができる。As described above, claims 1 and 2
Item 3. A liquid crystal cell parameter detecting method according to item 2 , and claim 3.
With the use of the liquid crystal cell parameter detection device described in (1), it is not necessary to determine the orientation direction of liquid crystal molecules on the incident side of the liquid crystal cell, and the liquid crystal cell parameters can be detected easily, quickly, and accurately with a simple configuration. Can be.
【図１】液晶セルパラメータ検出装置の一実施の形態の
構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a liquid crystal cell parameter detection device.
【図２】入射光の偏光方向、液晶分子の配向方向及び液
晶分子の配向の捩れの角度を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a polarization direction of incident light, an alignment direction of liquid crystal molecules, and a twist angle of alignment of liquid crystal molecules.
【図３】ポアンカレ球を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a Poincare sphere.
【図４】本発明を用いて複数の液晶セルの液晶セルパラ
メータを検出した場合のデ−タを示す図表である。FIG. 4 is a table showing data when liquid crystal cell parameters of a plurality of liquid crystal cells are detected by using the present invention.
１ 光源 ２ 偏光板（偏光子） ３ 液晶セル ４ 偏光板（検光子） ５ １／４波長板 ６ 光検出器 ７ 処理装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Polarizer (polarizer) 3 Liquid crystal cell 4 Polarizer (analyzer) 5 1/4 wavelength plate 6 Photodetector 7 Processing device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 何 戦 秋田県秋田市手形山西町 市営住宅21棟 １号 (72)発明者 富樫 義弘 愛知県名古屋市東区矢田南５丁目１番14 号 名菱テクニカ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−172644（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−128946（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−89760（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−153780（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−63670（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−289382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13 101 G02F 1/1337 G01M 11/00 G01B 11/00 G01N 21/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor What War No. 21 21 Municipal Housing, Tegata Yamanishi-machi, Akita City, Akita Prefecture (56) References JP-A-5-172644 (JP, A) JP-A-8-128946 (JP, A) JP-A-9-89760 (JP, A) JP-A-10-153780 (JP, A) A) JP-A-7-63670 (JP, A) JP-A-6-289382 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/13 101 G02F 1/1337 G01M 11/00 G01B 11/00 G01N 21/00
Claims (3)
値において検出し、検出した透過光強度に基づいて液晶
セルのストークスパラメータを求め、求めた液晶セルの
ストークスパラメータに基づいて液晶層の厚み及び液晶
分子の配向の捩れの角度の少なくとも一方を求めること
を特徴とする液晶セルパラメータ検出方法。An intensity of transmitted light of light transmitted through a liquid crystal cell is detected at an extreme value, a Stokes parameter of the liquid crystal cell is determined based on the detected transmitted light intensity, and a liquid crystal layer is determined based on the determined Stokes parameter of the liquid crystal cell. A liquid crystal cell parameter detection method, wherein at least one of a thickness of the liquid crystal molecules and a twist angle of the orientation of liquid crystal molecules is obtained.
出方法であって、光源、偏光方向がＹ軸方向に設定され
た偏光子、液晶セル、検光子、光検出器をＺ軸に沿って
配置し、検光子の偏光方向をＸ軸方向に設定して光検出
器の出力が極値となる位置に液晶セルを回転させ、液晶
セルをその位置に回転させた時の光検出器の出力Ｉｘを
測定し、検光子の偏光方向をＹ軸方向に設定した時の光
検出器の出力Ｉｙを測定し、検光子の偏光方向をＸ軸及
びＹ軸に対して４５度に設定した時の光検出器の出力Ｉ
45を測定し、検光子の偏光方向をＸ軸方向及びＹ軸方向
に対して４５度に設定するとともに、液晶セルと検光子
との間に、軸方向を検光子の偏光方向に対して４５度傾
けて１／４波長板を配置した時の光検出器の出力Ｉｑ45
を測定し、これらの測定値Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉ45、Ｉｑ45を
用いて液晶セルのストークスパラメータを求めることを
特徴とする液晶セルパラメータ検出方法。 2. The liquid crystal cell parameter detection device according to claim 1,
The light source and the polarization direction are set in the Y-axis direction.
Polarizer, liquid crystal cell, analyzer, photodetector along the Z axis
Position and set the analyzer polarization direction to X-axis direction to detect light
Rotate the liquid crystal cell to a position where the output of the
The output Ix of the photodetector when the cell is rotated to that position is
Measured light when the polarization direction of the analyzer is set to the Y-axis direction
The output Iy of the detector is measured, and the polarization direction of the
Of the photodetector when set at 45 degrees to the Y and Y axes
Measure 45 and change the polarization direction of the analyzer to the X-axis direction and the Y-axis direction.
At 45 degrees to the liquid crystal cell and the analyzer.
Between 45 ° and 45 ° with respect to the polarization direction of the analyzer.
Of the photodetector when a 1/4 wavelength plate is placed
And these measured values Ix, Iy, I45, Iq45
To determine the Stokes parameters of a liquid crystal cell using
Characteristic liquid crystal cell parameter detection method.
値において検出する透過光強度検出装置と、前記透過光
強度検出装置により検出した透過光強度に基づいて液晶
セルのストークスパラメータを求め、求めた液晶セルの
ストークスパラメータに基づいて液晶セルの液晶層の厚
み及び液晶分子の配向の捩れの角度の少なくとも一方を
求める処理装置とを備えることを特徴とする液晶セルパ
ラメータ検出装置。3. A transmitted light intensity detecting device for detecting a transmitted light intensity of light transmitted through a liquid crystal cell at an extreme value, and a Stokes parameter of the liquid crystal cell is obtained based on the transmitted light intensity detected by the transmitted light intensity detecting device. A liquid crystal cell parameter detecting device, comprising: a processing device for obtaining at least one of a thickness of a liquid crystal layer of the liquid crystal cell and a twist angle of alignment of liquid crystal molecules based on the obtained Stokes parameter of the liquid crystal cell.
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