JP3363743B2 - 光学的異方性測定装置及びそれを用いた光学的異方性測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には、光学
的異方性を測定する光学的異方性測定装置及びそれを用
いた光学的異方性測定方法に係り、特に液晶セルにおけ
るプレチルト角の算出に用いて好適な光学的異方性測定
装置及びそれを用いた光学的異方性測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ある特定の材料の光学的異方
性を測定する装置が種々の分野で用いられている。以
下、液晶デバイスにおけるプレチルト角の算出を例に説
明する。

【０００３】液晶デバイスの製造に際しては、ラビング
処理等の配向処理が一般に行なわれている。そして、こ
の配向処理によって、液晶分子は液晶デバイスの基板面
に対してある角度をなして配向されることとなるが、そ
の角度をプレチルト角という。

【０００４】ところで、液晶の配向状態はこのプレチル
ト角の大きさに依存し、プレチルト角の大きさが不均一
な部分には配向欠陥が発生するおそれがある。したがっ
て、このプレチルト角を測定することは、液晶の配向状
態の把握に不可欠であり、延ては液晶デバイスの光学性
能の把握に不可欠である。また、このようなプレチルト
角を測定することは、ラビングにより液晶分子が配向さ
れる現象を解明する上で重要であり、プレチルト角が均
一でより欠陥のない液晶デバイスを開発・製造する上で
も重要である。

【０００５】そこで、液晶の光学的異方性を測定するこ
とにより、液晶デバイス中のプレチルト角の大きさを算
出する方法が広く知られている。そして、このような光
学的異方性を測定する装置の一例として、図１に示す装
置が用いられている。

【０００６】図１に示す装置は、プレチルト角を測定す
る方法の一つである全反射法によるプレチルト角測定に
用いることができる。その方法について説明する。

【０００７】図１は、全反射型の光学的異方性測定装置
の構造を示す模式図である。この光学的異方性測定装置
１は半球状のガラス部材（以下、“半球ガラス”とす
る）２を備えており、この半球ガラス２は平面部２ａと
球面部２ｂとを有している。そして、図２に詳示するよ
うに、この平面部２ａに対向する位置にはガラス基板３
が配置されているが、これらのガラス基板３及び平面部
２ａの表面には透明電極５や配向膜６がそれぞれ形成さ
れている。そして、ガラス基板３と平面部２ａとはシー
ル部材７によって貼り合わされており、それらの間に
は、被検体としての液晶９が挟持されている。

【０００８】なお、この半球ガラス２は、その平面部２
ａと直交する回転軸Ｃを中心に回転するように回転自在
に支持されている。

【０００９】一方、この半球ガラス２の片側（図示左
側）にはＨｅ−Ｎｅレーザ装置１０が配置されており、
平面部２ａに対して斜め下から光束Ａ（以下、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ装置１０から出射されて液晶９に入射される光
束を“入射光束Ａ”とする）を出射するように構成され
ている。また、半球ガラス２の他側（図示右側）には光
検知器１１が配置されており、液晶９の界面にて全反射
された光束Ｂ₁ （以下、このように全反射される光束Ｂ
₁ を“反射光束Ｂ₁ ”とする）を検知するように構成さ
れている。

【００１０】さらに、半球ガラス２とＨｅ−Ｎｅレーザ
装置１０との間には偏光子１２が配置されており、Ｈｅ
−Ｎｅレーザ装置１０からの入射光束Ａを直線偏光する
ように構成されている。またさらに、半球ガラス２と光
検知器１１との間には検光子１３が配置されており、こ
の検光子１３は、偏光子１２と直交する偏光方向を有し
ている。

【００１１】次に、上述した光学的異方性測定装置１に
よる光学的異方性測定方法（プレチルト角の算出方法）
について説明する。

【００１２】Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置１０から出射された
入射光束Ａは、偏光子１２によって直線偏光された上で
半球ガラス２に入射され、液晶９の界面にて全反射す
る。また、この全反射の際にはエバネッセント波が発生
し、この波は液晶９の内部に一旦侵入した後に反射され
る。なお、このエバネッセント波は、界面近傍の液晶分
子の光学的異方性によりその偏光状態が変化する。

【００１３】そして、半球ガラス２から出射された反射
光束Ｂ₁ は、いったん収束して、検光子１３を通過する
が、その際、偏光子１２と直交する偏光方向を有する成
分の光束のみが検光子１３を通過し、光検知器１１に到
達する。

【００１４】いま、半球ガラス２を回転軸Ｃを中心にし
て回転させた場合、入射光束Ａの電場ベクトルの向きに
対し、液晶９の液晶分子の向きを表す単位ベクトルであ
るダイレクタの向きが相対的に変化する。

【００１５】このため、半球ガラス２の回転角に応じ
て、半球ガラス２から出射される反射光束Ｂ₁ の偏光状
態が変化する。そして、半球ガラス２の回転角に対して
光検知器１１の出力をプロットすると、例えば図３に示
すような液晶の光学的異方性を示す特性曲線が得られ
る。ここで、強度の極大値をＩmax とし、極小値をＩmi
nとした場合、それらの比（Ｉmax ／Ｉmin ）からプレ
チルト角の大きさを算出することができる。なお、プレ
チルト角が大きいとＩmax ／Ｉmin は小さくなり、プレ
チルト角が小さいとＩmax ／Ｉmin は大きくなる。

【００１６】このように、上述した光学的異方性測定装
置１は、全反射の際に生ずるエバネッセント波と液晶分
子との相互作用に伴う反射光束Ｂ₁ の偏光状態の変化か
ら、液晶の光学的異方性を測定しプレチルト角を算出す
るものである。

【００１７】なお、このエバネッセント波はごく狭い傾
域にしか届かないという性質を有することから、上述し
た光学的異方性測定装置によれば、液晶９と配向膜６と
の界面近傍における液晶９の光学的異方性の測定ができ
る。

【００１８】一方、図４は、従来の別の光学的異方性測
定装置の構造を示す図である。

【００１９】この図に示す装置２０においては、偏光子
１２と半球ガラス２との間に入射側光学系２１が配置さ
れていて、入射光束Ａが収束されるように構成されてい
る。また、半球ガラス２と検光子１３との間には出射側
光学系２４が配置されている。

【００２０】なお、図４においては、半球ガラス２の平
面部２ａには液晶セル２２が載置されている。この液晶
セル２２は、図５に示すように、一対のガラス基板２
３，２３を有しており、これらのガラス基板２３の内面
には透明電極５や配向膜６がそれぞれ形成されている。
そして、これらのガラス基板２３はシール部材７によっ
て貼り合わされており、それらの間には被検体としての
液晶９が挟持されている。

【００２１】また、液晶セル２２と半球ガラス２との間
には屈折率マッチング液２５が充填されており、液晶セ
ル２２の屈折率と、半球ガラス２の屈折率と、屈折率マ
ッチング液２５の屈折率とはほぼ等しく設定されてい
る。

【００２２】ところで、上述のような装置においては、
入射側光学系２１から出射された光束Ａは全て臨界角θ
ｃよりも大きな角度で入射されるように構成されていた
ため、測定領域径（長径）は８μｍ程度であった。

【００２３】すなわち、半球ガラス２の屈折率を１．８
程度とし、液晶９の屈折率を１．６程度とした場合、臨
界角θｃは約６２．７°となるが、光束Ａは、６２．７
°から９０°の範囲の角度で入射させ、そのために、入
射側光学系２１のＮ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐ
ｅｒｔｕｒｅ）を０．２４より小さくしていた。そし
て、この場合、光束Ａの波長を６３２．８ｎｍとする
と、光束径は最小で１．８μｍφ（実際には、光学系の
収差等のため２μｍφ以上）となる。ここで、上述した
全反射法においては、光束Ａは液晶９に対して大きな傾
きを持って入射されるため、液晶９の界面での光束照射
領域は楕円形状となって、長軸は８μｍφ程度であっ
た。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ディスプレ
イ等に用いられる一般的な液晶デバイスにおいては、１
つの画素の大きさは数１０〜数１００μｍ角程度の大き
さであり、１つの画素における配向状態を画素単位に測
定して画素間の配向状態を比較するには、測定領域も微
小化させる必要があった。また、１つの画素における配
向状態のムラを検知するには測定領域を微小化させる必
要があった。特に、配向欠陥の中には８μｍ以下の大き
さのものも少なくなく、このような微小欠陥の発見には
測定領域の微小化が不可欠であった。

【００２５】しかし、上述した装置２０では測定領域径
（長径）が８μｍ以上であったため、そのような微小な
配向欠陥の発見が困難で、欠陥発生部分と他の部分との
配向状態の比較が困難であった。そのため、液晶９の配
向状態を正確に検知することができず、また、欠陥発生
のメカニズムの解明が困難であった。

【００２６】一方、液晶分子の配向状態は、液晶界面と
液晶内部（以下、“バルク部分”とする）とで異なる場
合も少なくなかった。しかし、従来は液晶界面での配向
状態のみを測定するだけであったため、ラビング工程の
解明や駆動電圧の最適化のための情報としては不十分で
あった。

【００２７】また、液晶セル２２が駆動されると配向状
態も変化するため、非駆動状態でのみプレチルト角を測
定しても、十分な情報とはならなかった。

【００２８】そこで、本発明は、測定領域が微小化であ
る光学的異方性測定装置及びそれを用いた光学的異方性
測定方法を提供することを目的とするものである。

【００２９】また本発明は、液晶セルにおける微小な配
向欠陥を検知できる光学的異方性測定装置及びそれを用
いた光学的異方性測定方法を提供することを目的とする
ものである。

【００３０】さらに本発明は、配向欠陥の発生メカニズ
ムを解明し、欠陥の無いデバイスを開発する上で有効な
光学的異方性測定装置及びそれを用いた光学的異方性測
定方法を提供することを目的とするものである。

【００３１】またさらに、本発明は、被検体の界面部分
のみならず内部における光学的異方性を測定する光学的
異方性測定装置及びそれを用いた光学的異方性測定方法
を提供することを目的とするものである。

【００３２】また本発明は、液晶界面及びバルク部分の
配向状態を検知できる光学的異方性測定装置及びそれを
用いた光学的異方性測定方法を提供することを目的とす
るものである。

【００３３】さらに本発明は、測定箇所を変更でき、し
かもその測定領域が微小である光学的異方性測定装置及
びそれを用いた光学的異方性測定方法を提供することを
目的とするものである。

【００３４】またさらに、本発明は、駆動時における液
晶の配向状態を測定できる光学的異方性測定装置及びそ
れを用いた光学的異方性測定方法を提供することを目的
とするものである。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、光学的異方性が測定される被
検体と、該被検体を保持する透明な被検体保持手段と、
前記被検体に対して光束を照射する光源と、該光源と前
記被検体との間に配置されて、前記光源からの光束を収
束させる入射側光学系と、前記被検体にて全反射された
光束を検知する第１の光検知器と、を備え、かつ、前記
光束は、臨界角よりも小さな角度で前記被検体に入射し
て該被検体を透過する光束と、臨界角よりも大きな角度
で前記被検体に入射して前記被検体にて全反射する光束
から成るように、前記光源及び前記入射側光学系を配置
した、ことを特徴とする。

【００３６】この場合、前記入射側光学系のＮ．Ａ．
は、前記臨界角をθｃとした場合に、

【００３７】

【式２】 を満たす、ようにしてもよい。また、前記入射側光学系
のＮ．Ａ．が０．９４以下である、ようにしてもよい。

【００３８】さらに、前記被検体を透過した光束を検知
するように第２の光検知器を配置し、かつ、前記第１の
光検知器と前記第２の光検知器とによって、前記被検体
の光学的異方性を検知する、ようにすると好ましい。

【００３９】また、前記被検体が液晶であり、該液晶
が、前記被検体保持手段とガラス基板との間に挟持され
てなり、前記液晶の配向状態を検知する、ようにしても
よい。

【００４０】さらに、前記被検体が液晶であり、該液晶
が一対のガラス基板に挟持されて液晶セルを構成し、該
液晶セルが前記被検体保持手段に保持され、これら液晶
セルと被検体保持手段との間に屈折率マッチング液が充
填され、前記ガラス基板と前記被検体保持手段と前記屈
折率マッチング液との屈折率をほぼ等しくし、かつ、前
記液晶の配向状態を検知する、ようにすることが好まし
い。

【００４１】この場合、前記被検体保持手段を２つ備
え、かつ、前記液晶セルがこれら２つの被検体保持手段
の間に挟持されて保持される、ようすることがさらに好
ましい。

【００４２】また、前記液晶セルを前記被検体保持手段
に対して移動させることに基づき、測定箇所を変更可能
としてもよい。

【００４３】さらに、前記液晶の配向状態を、該液晶を
駆動させた状態で検知する、ようにしてもよい。ここ
で、液晶を駆動させた状態とは、液晶の光透過率あるい
は散乱強度を経時変化させている状態をいう。

【００４４】またさらに、前記被検体保持手段が、球面
部と平面部とを有する半球状のガラス部材であり、前記
光源からの光束が前記被検体保持手段を介して前記被検
体に照射される、ようにしてもよい。

【００４５】一方、本発明は、入射側光学系を介して被
検体に光束を入射させると共に、該被検体にて全反射さ
れた光束を第１の光検知器によって検知して光学的異方
性を測定する光学的異方性測定方法において、前記光束
は、臨界角よりも小さな角度で前記被検体に入射して該
被検体を透過する光束と、臨界角よりも大きな角度で前
記被検体に入射して前記被検体にて全反射する光束から
成るように、前記光源及び前記入射側光学系を配置し
た、ことを特徴とする。

【００４６】この場合、前記被検体を反射する光束を第
１の光検知器によって検知すると共に、前記被検体を透
過した光束を第２の光検知器によって検知する、ように
すると好ましい。

【００４７】また、前記被検体を液晶とし、該液晶が一
対のガラス基板に挟持されて液晶セルを構成し、該液晶
セルを前記被検体保持手段に保持させ、これら液晶セル
と被検体保持手段との間に、前記ガラス基板及び前記被
検体保持手段と屈折率が等しい屈折率マッチング液を充
填し、前記液晶セルを前記被検体保持手段に対して移動
させることに基づき、測定箇所を変更する、ようにして
もよい。

【００４８】さらに、前記液晶の配向状態を、該液晶を
駆動させた状態で検知するようにしてもよい。

【００４９】なお、以上構成に基づき、光源から出射さ
れた光束は、被検体にて全反射され、第１の光検知器に
よって検知される。ここで、光束の一部が臨界角よりも
小さな角度で前記被検体に照射されて該被検体を透過す
るように、前記光源及び前記入射側光学系を配置してい
るため、測定領域が微小化される。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。なお、図４及び図５に示す
ものと同一部分は同一符号を付して説明を省略する。

【００５１】まず、本発明の第１の実施の形態につい
て、図６及び図７に沿って説明する。

【００５２】図６は、第１の実施の形態に係る光学的異
方性測定装置の構成を示す概略図である。

【００５３】この光学的異方性測定装置３０は、被検体
保持手段としての半球状の透明なガラス部材２（以下、
“半球ガラス２”とする）を２つ備えている。これらの
半球ガラス２は、平面部２ａと球面部２ｂとをそれぞれ
有しており、これらの平面部２ａ，２ａが所定距離を開
けて対向するように、配置されている。

【００５４】また、これらの半球ガラス２の間には、図
５に示した液晶セル２２が挟持されて保持されている
（図７参照）。この液晶セル２２は、上述したように一
対のガラス基板２３を有しており、これらのガラス基板
２３の間には液晶（被検体）９が挟持されている。

【００５５】さらに、液晶セル２２と各半球ガラス２と
の間には屈折率マッチング液２５が充填されており、液
晶セル２２の屈折率と、半球ガラス２の屈折率と、屈折
率マッチング液２５の屈折率とはほぼ等しく設定されて
いる。具体的には、半球ガラス２の屈折率と屈折率マッ
チング液２５の屈折率との差、及び、屈折率マッチング
液２５の屈折率とガラス基板２３の屈折率との差は、そ
れぞれ±０．０５以内であることが好ましい。

【００５６】一方、半球ガラス２の片側には、図６に示
すようにＨｅ−Ｎｅレーザ装置（光源）１０や偏光子１
２が配置されており、偏光子１２と半球ガラス２との間
には入射側光学系３１が配置されている。また、これら
のＨｅ−Ｎｅレーザ装置１０や偏光子１２や入射側光学
系３１は、光束Ａの一部が、臨界角θｃよりも小さな角
度で入射され、液晶９を透過するように配置されている
（以下、このように液晶９を透過する光束Ｂ₂ を“透過
光束Ｂ₂ ”とする）。

【００５７】さらに、入射側光学系３１のＮ．Ａ．（Ｎ
ｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、

【００５８】

【式３】 を満足するように、具体的には０．９４以下の範囲内で
設定している。

【００５９】一方、半球ガラス２を挟んで反対側には、
出射側光学系３２や検光子１３や光検知器（第１の光検
知器）１１が配置されており、液晶界面で全反射された
反射光束Ｂ₁ を光検知器１１によって検知して、光学的
異方性を測定し、液晶界面での配向状態を検知できるよ
うに構成されている。

【００６０】なお、入射側光学系３１のＮ．Ａ．を０．
９４以下とした理由は、次の通りである。

【００６１】入射光束Ａは、図７に詳示するように、そ
の一部（反射光束Ｂ₁ ）は光検知器１１の側（図７にお
ける右下側）に全反射される必要があり、また一部Ｂ₂
は液晶９を透過するものの、光検知器１１が配置されて
いない側（図７における左下側）に全反射される必要は
無い。そのためには、入射光（入射光束Ａを構成する任
意の光線）と回転軸Ｃとがなす角度をθとすると、該角
度θ（該任意の光線が左下から入射される場合を
“正”、右下から入射される場合を“負”とする）は、 −θｃ≦θ≦＋９０° とするとよい。そして、全反射の臨界角θｃを５０°と
すると、入射側光学系３１のＮ．Ａ．は最大で０．９４
程度となる。

【００６２】なお、半球ガラス２としては、半球乃至半
球に近い形状のものが好ましく用いられ、測定領域乃至
その近傍に曲率中心を有するものが好ましく用いられ
る。また、その材料としては、高屈折率ガラスが好適に
用いられる。具体的には、屈折率が１．７以上、より好
ましくは１．７５以上の屈折率を有するガラス、例え
ば、重フリントガラス等が好適に用いられるが、必ずし
もガラスでなくても、光学的異方性を有さない透明な材
料で代用することもできる。

【００６３】また、このような半球ガラス２、又はそれ
に相当する部材は、液晶９の屈折率よりも大きな屈折率
を有している必要がある。

【００６４】さらに、光源にはＨｅ−Ｎｅレーザ装置を
用いたが、集光可能な光束を出射する装置であればどの
ようなものであっても良く、Ａｒレーザ装置や半導体レ
ーザ装置の他、レーザ装置以外の光束出射装置を用いて
も良い。また、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置１０等の光源は、
非点収差等の収差を持たない装置であることが好まし
く、出射される光束Ａは、色収差を持たない単色光であ
ることが望ましい。

【００６５】光検知器１１としては、オプティカルパワ
ーメーター、フォトマルチプライヤー等が用いられる
が、ダイナミックレンジの広いものが好ましい。

【００６６】次に、上述した光学的異方性測定装置３０
による光学的異方性測定方法（プレチルト角の算出方
法）について説明する。

【００６７】本実施の形態によれば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ
装置１０から出射された光束Ａは、偏光子１２を通過す
ることによって直線偏光され、入射側光学系３１を通過
することによって収束され、半球ガラス２の球面部２ｂ
から半球ガラス２内に入射される。

【００６８】そして、この光束Ａの一部Ｂ₁ は、臨界角
θｃよりも大きな角度で液晶界面に入射され、その界面
で全反射される。また、この全反射の際にはエバネッセ
ント波が発生し、この波は液晶９の内部に一旦侵入し、
液晶分子によって偏光状態が変化された後に反射され
る。

【００６９】そして、このように反射された反射光束Ｂ
₁ は、半球ガラス２の球面部２ｂから出射されると共に
出射側光学系３２によって収束され、偏光子１２と直交
する偏光方向を有する成分の光束のみが検光子１３を通
過して光検知器１１に到達し、該光束の光強度Ｉが検知
される。

【００７０】さらに、半球ガラス２を回転軸Ｃを中心に
して回転させた場合、入射光束Ａの電場ベクトルの向き
に対し、液晶９の液晶分子の向きを表す単位ベクトルで
あるダイレクタの向きが相対的に変化する。このため、
半球ガラス２の回転角に応じて、半球ガラス２から出射
される反射光束Ｂ₁ の偏光状態が変化する。そして、半
球ガラス２の回転角に対して光検知器１１の出力をプロ
ットすると、例えば図３に示したような液晶の光学的異
方性を示す特性曲線が得られる。ここで、強度の極大値
をＩmax とし、極小値をＩmin とした場合、それらの比
（Ｉmax ／Ｉmin ）が求まる。そして、この比（Ｉmax
／Ｉmin ）と全反射の境界条件とをマクスウェルの方程
式に代入してこれを解くことにより、プレチルト角を算
出できる（Ｈ．Ｐ．Ｈｉｎｏｖ ｅｔ．ａｌ．，Ｒｅｖ
ｕｅ Ｐｈｙｓ．Ａｐｐｌ．１５（１９８０）１３０７
−１３２１、及び、Ｊｉｕｚｈｉ Ｘｕｅ ｅｔ．ａ
ｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５３（１９８
８）２３９７−２３９９）。

【００７１】なお、光束Ａの一部は、臨界角θｃよりも
小さな角度で液晶９に入射するので、全反射することな
く、通常の反射光及び透過光（透過光束Ｂ₂ ）となって
出射する。ここで、この通常の反射光は全反射したエバ
ネッセント波とは異なり、偏光状態が変化していないた
め、検光子１３を透過することができず、光検知器１１
に検知されない。また、液晶セル２２の上側には、屈折
率マッチング液２５を挟んで半球ガラス２が配置されて
いるため、透過光束Ｂ₂ は、それらの界面で全反射され
ることもなく、したがって光検知器１１に検知されるこ
ともない。

【００７２】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。

【００７３】本実施の形態によれば、光束Ａを、その一
部が臨界角θｃよりも小さな角度で入射されるように照
射しているため、液晶界面での光束照射領域は従来の楕
円形状から円形状に近づくこととなる。したがって、液
晶９に入射される光束Ａは従来よりもさらに収束され
（具体的には、光束径を２μｍ以下にすることも可能と
なる）、それに伴って測定領域も微小化される。

【００７４】また、入射側光学系３１のＮ．Ａ．を、
０．９４以下の範囲内で大きく設定した場合には、液晶
９に入射される光束Ａはより一層収束され、それに伴っ
て測定領域も微小化される。

【００７５】具体的には、光束Ａの波長を６３２．８ｎ
ｍとし、入射側光学系のＮ．Ａ．を０．４３とし、かつ
光束Ａの入射角を６３°とした場合、光束径は約１μｍ
（光束径＝ｋ・（入射光束Ａの波長）／Ｎ．Ａ．、ｋ＝
０．６８）となり、測定領域径（長径）は約２．２μｍ
φとなる。また、同じ波長の光束や、光学系を使用する
場合でも、入射角を４８°とすると、測定領域径（長
径）は約１．５μｍφ（≒光束径／ｃｏｓ（光軸の入射
角））までさらに微小化される。ここで、入射光束Ａの
波長を６３２．８ｎｍよりも短くすれば、測定領域径を
さらに微小化することができる。

【００７６】そして、本実施の形態においてはこのよう
に測定領域が従来よりも微小化されるため、液晶の配向
状態（すなわち、配向状態の不均一性）を精度良く測定
でき、微小な配向欠陥を発見することも可能となる。そ
して、本装置３０は、配向欠陥の発生メカニズムを解明
し、欠陥の無いデバイスを開発する上でも重要なものと
なる。

【００７７】また、このような光学的異方性測定装置３
０は、アクティブマトリクス方式、単純マトリクス方式
を問わず種々の液晶デバイスについて使用することがで
き、製造ラインにて当該装置３０を使用して配向ムラを
検知することにより、配向工程を改善するための有効な
情報が得られ、また不良品を発見して製造品質を均一に
できる。

【００７８】さらに、本実施の形態においては、入射光
束Ａの一部は、臨界角θｃよりも小さな角度で液晶９に
入射するので、全反射することなく、通常の反射光及び
透過光（透過光束Ｂ₂ ）となって出射する。ここで、こ
の通常の反射光は全反射したエバネッセント波とは異な
り、偏光状態が変化していないため、検光子１３を透過
することができず、光検知器１１に検知されない。ま
た、液晶セル２２の上側には、屈折率マッチング液２５
を挟んで半球ガラス２が配置されているため、透過光束
Ｂ₂ は、それらの界面で反射されることもない。したが
って、透過光束Ｂ₂ が光検知器１１に検知されてしまう
こともなく、光検知器１１による測定精度が悪化するこ
ともない。

【００７９】なお、上述した実施の形態においては、液
晶セル２２の上側には半球状のガラス部材を配置した
が、プリズムを配置するようにしてもよい。

【００８０】ついで、本発明の第２の実施の形態につい
て、図８に沿って説明する。

【００８１】本実施の形態においては、上側の半球ガラ
ス２を透過する光束Ｂ₂ の光路中に、出射側光学系５１
と検光子５２と光検知器（第２の光検知器）５３とが配
置されており、この光検知器５３によって透過光束Ｂ₂
を検知するように構成されている。

【００８２】なお、それ以外の構成は、上述した第１の
実施の形態と同様である。

【００８３】次に、本光学的異方性測定装置５０による
光学的異方性測定方法（プレチルト角の算出方法）につ
いて説明する。

【００８４】いま、Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置１０をＯＮに
して測定用の光束Ａを出射させると、該光束Ａは、偏光
子１２によって直線偏光され、入射側光学系３１によっ
て収束された上で、半球ガラス２を透過して液晶９に照
射される。

【００８５】そして、入射光束Ａの一部Ｂ₁ は、液晶界
面にて全反射され、さらに出射側光学系３２や検光子１
３を透過して光検知器（第１の光検知器）１１に検知さ
れる。ここで、半球ガラス２を回転軸Ｃを中心にして回
転させて光強度の極大値と極小値との比（Ｉmax ／Ｉmi
n ）を求めることにより、上記第１の実施の形態と同様
の方法でプレチルト角を算出できる。

【００８６】また、光束Ａの一部Ｂ₂ は、臨界角θｃよ
りも小さな角度で液晶９に入射されて該液晶９を透過す
る。その光路中には光検知器（第２の光検知器）５３が
配置されているため、透過光束Ｂ₂ の光強度やコントラ
スト、或はそれらの両方がその光検知器５３によって検
知される。したがって、この検知結果に基づき、バルク
部分の配向状態（いわゆる明状態、暗状態などの液晶分
子の向きやそのバラツキ等）を算出することができる。

【００８７】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。

【００８８】本実施の形態によれば、特定の測定領域に
おいて、液晶のスイッチング特性とプレチルト角とを同
時に測定することができ、ラビング工程の解明や駆動電
圧の最適化のために有効な情報が得られる。

【００８９】また、本実施の形態においても、上述した
第１の実施の形態と同様に光束Ａの一部が臨界角θｃよ
りも小さな角度で入射されるように構成しているため、
液晶界面での光束照射領域は円形状に近づくこととな
り、それに伴って測定領域も微小化される。

【００９０】さらに、入射側光学系３１のＮ．Ａ．を、
０．９４以下の範囲内で大きく設定した場合には、液晶
９に入射される光束Ａはより一層収束され、それに伴っ
て測定領域も微小化される。

【００９１】なお、上述した第１及び第２の実施の形態
においては半球ガラス２と液晶セル２２とを別体とした
が、図２に示すように一体型にしてもよい。すなわち、
被検体である液晶９を、被検体保持手段としての半球ガ
ラス２とガラス基板３との間に挟持させるようにしても
よい。また、ガラス基板３を用いずに、２つの半球ガラ
ス２の間に液晶９を挟持させてもよい。

【００９２】ついで、本発明の第３の実施の形態につい
て、図９に沿って説明する。

【００９３】本実施の形態における光学的異方性測定装
置６０は２つの半球ガラス６１，６２を備えており、下
側の半球ガラス６１は上側の半球ガラス６２よりも大き
く形成されている（以下、“下側半球ガラス６１”及び
“上側半球ガラス６２”とする）。

【００９４】このうち、下側半球ガラス６１には半球ガ
ラスホルダー６３が取り付けられており、この半球ガラ
スホルダー６３は、下側半球ガラス６１の上方まで延設
されて、上側半球ガラス６２を所定位置に保持してい
る。また、この半球ガラスホルダー６３には液晶セルホ
ルダー６５が移動自在に支持されており、このセルホル
ダー６５は、同じく半球ガラスホルダー６３に取り付け
られたコイルスプリング６６によって図示右方向に付勢
されている。さらに、半球ガラスホルダー６３にはマイ
クロメーター６７が取りつけられており、このマイクロ
メーター６７によって液晶セル２２の位置を精度よく確
認できるようになっている。なお、これらのコイルスプ
リング６６やマイクロメーター６７は、図示のように１
つずつだけ設けても良いが、紙面垂直方向にもう一組設
けて２次元的に液晶セル２２の位置を測定するようにし
てもよい。

【００９５】また、液晶セル２２と半球ガラス６１、６
２との間には屈折率マッチング液２５が充填されてお
り、液晶セル２２の移動が円滑となるように構成されて
いる。

【００９６】なお、図示してはいないが、駆動機構によ
って液晶セルホルダー６５を高精度で移動できるように
しても良い。

【００９７】また、半球ガラスホルダー６３には回転装
置（不図示）が取りつけられており、半球ガラス６１等
を回転軸Ｃを中心に回転できるように構成されている。

【００９８】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。

【００９９】本実施の形態によれば、液晶セル２２を半
球ガラス６１，６２の平面部に沿って移動して、測定箇
所を容易に変更することができる。したがって、配向状
態のムラや、配向欠陥の有無等を容易に検知できる。こ
のとき、マイクロメーター６７によって測定位置を確認
できるため、配向ムラ等の測定が正確なものとなる。

【０１００】また、本実施の形態においても、上述した
実施の形態と同様に光束Ａの一部が臨界角θｃよりも小
さな角度で入射されるように構成しているため、液晶界
面での光束照射領域は円形状に近づくこととなり、それ
に伴って測定領域も微小化される。

【０１０１】さらに、入射側光学系３１のＮ．Ａ．を、
０．９４以下の範囲内で大きく設定した場合には、液晶
９に入射される光束Ａはより一層収束され、それに伴っ
て測定領域も微小化される。

【０１０２】さらに、光検知器（不図示）によって透過
光束Ｂ₂ を測定することにより、上述した第２の実施の
形態と同様、バルク部分の配向状態を検知できる。

【０１０３】ついで、本発明の第４の実施の形態につい
て説明する。

【０１０４】本実施の形態においては、図６、図８乃至
図９に示した光学的異方性測定装置３０，５０，６０を
用い、液晶セル２２に電場を与えてこれを駆動しなが
ら、光学的異方性を測定する。

【０１０５】本実施の形態によれば、駆動時における液
晶の配向状態を測定できる。

【０１０６】また、図６に示す光学的異方性測定装置３
０を用いた場合には、駆動時における微小領域の配向状
態を測定できる。

【０１０７】さらに、図８に示す光学的異方性測定装置
５０を用いた場合には、バルク部分の駆動時における配
向状態を測定できる。

【０１０８】またさらに、図９に示す光学的異方性測定
装置６０を用いた場合には、測定領域を容易に変更でき
る。

【０１０９】なお、本実施の形態においては、液晶セル
２２に電場を与えて駆動するものとしたが、もちろんこ
れに限る必要はなく、熱、磁場等を与えて駆動するよう
にしてもよい。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
光束の一部が臨界角よりも小さな角度で前記被検体に照
射されて該被検体を透過するように、前記光源及び前記
入射側光学系を配置したため、測定領域が微小化され
る。このような効果は、前記入射側光学系のＮ．Ａ．
を、

【０１１１】

【式４】 とした場合に顕著である。

【０１１２】ここで、被検体を液晶として、該液晶が一
対のガラス基板に挟持されて液晶セルを構成し、さらに
該液晶セルを前記被検体保持手段に保持させ、これら液
晶セルと被検体保持手段との間に屈折率マッチング液を
充填し、かつ前記ガラス基板と前記被検体保持手段と前
記屈折率マッチング液との屈折率をほぼ等しくした場合
には、第１の光検知器によって界面部分での液晶の配向
状態を測定できる。そして、本発明によれば、微小な配
向欠陥の発見をも可能にして、液晶の配向状態を正確に
検知することができる。さらに、配向欠陥の発生メカニ
ズムを解明し、欠陥の無いデバイスを開発する上で大変
重要な情報が得られる。この場合、前記被検体保持手段
を２つ配置して、前記液晶セルをこれら２つの被検体保
持手段の間に挟持させ保持するようにしても良い。

【０１１３】また、被検体を液晶として、該液晶が前記
被検体保持手段とガラス基板との間に挟持された場合に
も、上述と同様の効果が得られる。

【０１１４】一方、前記被検体を透過した光束を検知す
るように第２の光検知器を配置し、かつ、前記第１の光
検知器と前記第２の光検知器とによって、前記被検体の
光学的異方性を検知するようにした場合には、該被検体
の光学的異方性を詳細に測定できる。

【０１１５】ここで、被検体を液晶として、該液晶が一
対のガラス基板に挟持されて液晶セルを構成し、さらに
該液晶セルを前記被検体保持手段に保持させ、これら液
晶セルと被検体保持手段との間に屈折率マッチング液を
充填し、かつ前記ガラス基板と前記被検体保持手段と前
記屈折率マッチング液との屈折率をほぼ等しくした場合
には、前記第１の光検知器によって界面部分での液晶の
配向状態を把握でき、前記第２の光検知器によってバル
ク部分での液晶の配向状態を把握できる。そして、これ
らの配向状態の違いを評価することにより、ラビング工
程の解明や駆動電圧の最適化のために有効な情報が得ら
れる。この場合、前記被検体保持手段を２つ配置して、
前記液晶セルをこれら２つの被検体保持手段の間に挟持
させ保持するようにしても良い。

【０１１６】また、被検体を液晶として、該液晶が前記
被検体保持手段とガラス基板との間に挟持された場合に
も、上述と同様の効果が得られる。

【０１１７】また一方、上述のように液晶セルを前記被
検体保持手段に保持させ、これら液晶セルと被検体保持
手段との間に屈折率マッチング液を充填し、かつ前記ガ
ラス基板と前記被検体保持手段と前記屈折率マッチング
液との屈折率をほぼ等しくした場合には、前記液晶セル
を前記被検体保持手段に対して移動でき、測定箇所を変
更できる。その結果、欠陥の無い部分と欠陥部分とで、
配向状態や液晶分子のスイッチング特性などを容易に比
較できる。

【０１１８】一方、上述のような測定をするに際して液
晶セルを駆動した場合には、駆動時における液晶の配向
状態を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光学的異方性測定装置を説明するための
図。

【図２】半球ガラス等の詳細構造を示す図。

【図３】プレチルト角の算出方法を説明するための図。

【図４】従来の光学的異方性測定装置を説明するための
図。

【図５】液晶セル等の詳細構造を示す図。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光学的異方性
装置の構造を示す図。

【図７】光束の経路等を説明するための図。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光学的異方性
装置の構造を示す図。

【図９】本発明の第３の実施の形態に係る光学的異方性
装置の構造を示す図。

【符号の説明】

２ 半球ガラス（被検体保持手段） ２ａ 平面部 ２ｂ 球面部 ３ ガラス基板 ９ 液晶（被検体） １０ Ｈｅ−Ｎｅレーザ装置（光源） １１ 光検知器（第１の光検知器） ２２ 液晶セル ２３ ガラス基板 ２５ 屈折率マッチング液 ３０ 光学的異方性測定装置 ３１ 入射側光学系 ５０ 光学的異方性測定装置 ５３ 光検知器（第２の光検知器） ６０ 光学的異方性測定装置 ６１ 半球ガラス（被検体保持手段） ６２ 半球ガラス（被検体保持手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08 G01N 21/17 - 21/61 G01N 21/84 - 21/958

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学的異方性が測定される被検体と、 該被検体を保持する透明な被検体保持手段と、 前記被検体に対して光束を照射する光源と、 該光源と前記被検体との間に配置されて、前記光源から
   の光束を収束させる入射側光学系と、 前記被検体にて全反射された光束を検知する第１の光検
   知器と、を備え、かつ、前記光束は、 臨界角よりも小さな角度で前記被検体に入
   射して該被検体を透過する光束と、臨界角よりも大きな
   角度で前記被検体に入射して前記被検体にて全反射する
   光束から成るように、前記光源及び前記入射側光学系を
   配置した、 ことを特徴とする光学的異方性測定装置。
2. 【請求項２】 前記入射側光学系のＮ．Ａ．は、前記臨
   界角をθｃとした場合に、 【式１】 を満たす、ことを特徴とする請求項１記載の光学的異方
   性測定装置。
3. 【請求項３】 前記入射側光学系のＮ．Ａ．が０．９４
   以下である、 ことを特徴とする請求項２記載の光学的異方性測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記被検体を透過した光束を検知するよ
   うに第２の光検知器を配置し、かつ、 前記第１の光検知器と前記第２の光検知器とによって、
   前記被検体の光学的異方性を検知する、 ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の
   光学的異方性測定装置。
5. 【請求項５】 前記被検体が液晶であり、 該液晶が、前記被検体保持手段とガラス基板との間に挟
   持されてなり、 前記液晶の配向状態を検知する、 ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の
   光学的異方性測定装置。
6. 【請求項６】 前記被検体が液晶であり、 該液晶が一対のガラス基板に挟持されて液晶セルを構成
   し、 該液晶セルが前記被検体保持手段に保持され、 これら液晶セルと被検体保持手段との間に屈折率マッチ
   ング液が充填され、 前記ガラス基板と前記被検体保持手段と前記屈折率マッ
   チング液との屈折率をほぼ等しくし、かつ、 前記液晶の配向状態を検知する、 請求項１乃至４のいずれか１項記載の光学的異方性測定
   装置。
7. 【請求項７】 前記被検体保持手段を２つ備え、かつ、 前記液晶セルがこれら２つの被検体保持手段の間に挟持
   されて保持される、 ことを特徴とする請求項６記載の光学的異方性測定装
   置。
8. 【請求項８】 前記液晶セルを前記被検体保持手段に対
   して移動させることに基づき、測定箇所を変更可能とし
   た、 ことを特徴とする請求項６又は７記載の光学的異方性測
   定装置。
9. 【請求項９】 前記液晶の配向状態を、該液晶を駆動さ
   せた状態で検知する、 ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１項記載の
   光学的異方性測定装置。
10. 【請求項１０】 前記被検体保持手段が、球面部と平面
    部とを有する半球状のガラス部材であり、 前記光源からの光束が前記被検体保持手段を介して前記
    被検体に照射される、ことを特徴とする請求項１乃至９
    のいずれか１項記載の光学的異方性測定装置。
11. 【請求項１１】 入射側光学系を介して被検体に光束を
    入射させると共に、該被検体にて全反射された光束を第
    １の光検知器によって検知して光学的異方性を測定する
    光学的異方性測定方法において、前記光束は、 臨界角よりも小さな角度で前記被検体に入
    射して該被検体を透過する光束と、臨界角よりも大きな
    角度で前記被検体に入射して前記被検体にて全反射する
    光束から成るように、前記光源及び前記入射側光学系を
    配置した、 ことを特徴とする光学的異方性測定方法。
12. 【請求項１２】 前記被検体を反射する光束を第１の光
    検知器によって検知すると共に、前記被検体を透過した
    光束を第２の光検知器によって検知する、 ことを特徴とする請求項１１記載の光学的異方性測定方
    法。
13. 【請求項１３】 前記被検体を液晶とし、 該液晶が一対のガラス基板に挟持されて液晶セルを構成
    し、 該液晶セルを前記被検体保持手段に保持させ、 これら液晶セルと被検体保持手段との間に、前記ガラス
    基板及び前記被検体保持手段と屈折率が等しい屈折率マ
    ッチング液を充填し、 前記液晶セルを前記被検体保持手段に対して移動させる
    ことに基づき、測定箇所を変更する、 ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の光学的異方
    性測定方法。
14. 【請求項１４】 前記液晶の配向状態を、該液晶を駆動
    させた状態で検知する、 ことを特徴とする請求項１３記載の光学的異方性測定方
    法。