JP3411433B2 - 液晶セルのプレティルト角測定装置 - Google Patents

液晶セルのプレティルト角測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、液晶セルのプレテ
ィルト角測定装置に関する。 【0002】 【従来の技術】液晶セルのプレティルト角の測定には、
従来、比較的精度が高く測定時間が短いクリスタルロー
テーション法が広く用いられている。クリスタルローテ
ーション法では、液晶セルを回転させながら透過する測
定光の入射角と透過率の関係からプレティルト角を求め
るものであり、一般的には測定すべき液晶セルの液晶層
の位置を回転中心として回転させることにより、測定が
なされている。 【0003】ところで、液晶のセルギャップが不均一な
液晶セルを前記のクリスタルローテーション法で測定す
る際に、基板による光の屈折によって測定点が測定中に
ずれる結果、プレティルト角の測定値に誤差が発生する
という問題がある。 【0004】図2はこのような光路のずれを説明するも
のであり、光線105a、106aが液晶セルLCに導
入され、光線105b、106bとなって通過する過程
にあって、液晶セルLCに斜に入射するときに光の屈折
によって光路がずれ、光が通過する液晶層103の位置
O2が液晶セルの回転中心O1の位置からずれることを
示したものである。液晶セルLCの法線方向から測った
入射角(液晶セルLCの回転角)がψ0のとき、液晶セ
ルLCを構成するガラス基板101、102の厚さを
D、屈折率をnとすれば、屈折角ψはスネルの法則か
ら、下式のように表される。 【0005】sinψ=(1/n)・sinψ0 と表される。また、回転中心O1からのずれ量Δxにつ
いて、図3に示されるような、下式の関係が成立する。 【0006】Δx/D=tanψ0−tanψ の関係が成立する。したがって、測定中に光が液晶層を
通過する位置を一定に保ち、あるいは測定位置のずれを
最小とするために、液晶セル内の屈折方向と逆方向で、
入射光と平行に、次式で与えられるΔyだけ光路あるい
は液晶セルの回転中心をずらす必要がある。(図4参
照) 【0007】Δy=Δx・cosψ0 【0008】 【発明が解決しようとする課題】そこで従来では、回転
中心を少しずらした位置に固定することで、光の屈折に
よる測定位置のずれを最小にする工夫が為されていた。
しかしながら、プレティルト角の比較的大きな(5度以
上)サンプルを測定するときには、回転角度が大になる
ため位置ずれも大きく、回転中心をずらす操作では十分
に対応することが困難であった。また同様に、液晶セル
を構成する基板が厚い場合も、回転による位置ずれが無
視できない程度にまで拡大されるので、従来の方法を適
用するに適切ではなかった。 【0009】また、光入射角と測定位置ずれの関係は、
基板の厚さと屈折率が既知であれば関係数式で表示でき
るから、回転角度に応じて液晶セルをずらすという方法
も適用可能であるものの、測定装置の制御機構が複雑に
なるという欠点があった。加えて、液晶セルに斜に光が
入射するときには、測定光の通過する液晶層の面積(測
定面積)は基板面に垂直に入射するときのスポット面積
よりも実質的に広がる。すなわち、入射する平行光線の
液晶セルLC回転方向に対する幅をaとすると、光線の
通過する液晶層のスポット幅Aは、次式で表される。
(図5参照) 【0010】A=a/cosψ0 従って、回転角度ψ0が大になると、測定される液晶層
の面積Aも大になるために、測定誤差が生じていたが、
こうした不都合を解消する有効な手段はなかった。 【0011】本発明は前記のような従来技術の課題や欠
点を解決するためなされたもので、その目的は液晶セル
の液晶層厚が不均一であり、また回転角度が大であって
も、所望の位置のプレティルト角を正確に測定可能な、
クリスタルローテーション法を用いた液晶セルのプレテ
ィルト角測定装置を提供することにある。 【0012】 【課題を解決するための手段】前記課題を実現するため
本発明に係る液晶セルのプレティルト角測定装置は、2
枚の透明な基板に液晶が挟持されてなる液晶セルのプレ
ティルト角をクリスタルローテーション法を用いて測定
するプレティルト角測定装置において、測定される液晶
セルへの入射光路中に、液晶セルの回転に伴って光路を
ずらすための手段と、入射光のスポットサイズを可変に
する手段とを備え、前記入射光のスポットサイズを可変
にする手段は、測定される液晶セルの回転方向と直交す
るスリットを有し、該スリットは測定光が液晶セルに垂
直に入射するときには液晶セルと平行に配置してあり、
かつ液晶セルの回転方向と同一もしくは逆方向に該液晶
セルと同一角度だけ回転することを特徴とする。 【0013】 【0014】 【0015】 【0016】本発明に係る液晶セルのプレティルト角測
定装置によれば、測定される液晶セルの入射側の光路に
設けられた、光路をずらすための手段が、液晶セルの回
転に伴って光路補正をし、液晶セルの基板での屈折によ
る測定位置のずれを防止する。また入射光のスポットサ
イズを可変とする手段が、液晶セル回転に伴う測定面積
の変化においてもスポットサイズをほぼ一定に保つこと
を可能にする。 【0017】 【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係る液晶
セルのプレティルト角測定装置の一実施形態の構成図で
ある。 【0018】同図に示されるように、本発明に係る液晶
セルのプレティルト角測定装置1は、光源2、偏光子
3、測定面積可変用の光学素子4、入射側光路補正用の
光学素子5、検光子7、受光素子8が一列に配設されて
成る。光学素子5と検光子7の間に、被測定対象である
液晶セルLCが装着される。さらに、液晶セルLCと検
光子7の間に、出射側光路補正用の光学素子6が付加配
設されてもよい。 【0019】光源2を出た平行光は偏光子3によって偏
光され、液晶セルの回転による測定面積を一定に保つた
めの光学素子(スリット)4で測定光のスポットサイズ
が液晶セルの回転角に応じて可変調節され、光の通過す
る液晶層の位置ずれを補正するための光学素子5を通過
した後、測定サンプルLCに入射して通過し、検光子7
を通過したのち受光素子8によって透過光強度が検出さ
れる。透過光強度が対称になる角度から、プレティルト
角を求めることができる。あるいは、測定サンプルLC
に入射し、液晶セルの出射側の基板による光の屈折でず
れた光路を一定の位置に戻すための光学素子6で光路を
補正した後、検光子7を通過して受光素子8にいたる。 【0020】入射側光路補正用の光学素子5は、位置ず
れ補正用の光学素子であり、液晶セルLCを構成する入
射側の基板101と同一屈折率nおよび同一厚さDの平
行平板を用い、測定光が液晶セルLCに垂直に入射する
ときには液晶セルLCと平行になるように液晶セルLC
の入射側に配置し、かつ液晶セルLCの回転方向と逆方
向に液晶セルLCと同じ角度ψ0だけ回転するように構
成されている。この結果、測定光は、被測定対象の液晶
セルLCの回転角ψ0に関わらず、常に液晶層103の
測定すべき所望位置を通過するように構成される。 【0021】測定面積可変用の光学素子4は、被測定液
晶セルLCの回転方向と直交するスリットであり、測定
光が液晶セルLCに垂直に入射するときには液晶セルL
Cと平行になるように配置してあり、かつ液晶セルLC
の回転方向と同じもしくは逆方向に液晶セルLCと同じ
角度ψ0だけ回転するように構成してある。 【0022】最も基本的な構成は、位置ずれ補正用の平
行平板の光学素子5の前面もしくは後面にこの光学素子
(スリット)4を隣接させ、かつスリットの中心を回転
中心として、光学素子(スリット)4を光学素子5と同
時に回転させる構成である。 【0023】液晶セルLCの出射側の基板102による
光の屈折でずれた光路を一定の位置に戻すための光学素
子6は、液晶セルLCを構成する出射側の基板102と
同一屈折率nおよび同一厚さDの平行平板を用いるよう
にした以外は、入射側の位置ずれ補正用の光学素子5と
全く同様の構成であり、全く同様の動作をする。一般的
に液晶セルは対称な構造であるので、入射側光路補正用
の光学素子5と同一構成でよい。 【0024】実施例1 本発明に係る液晶セルのプレティルト角測定装置の実施
形態として、以下に実施例1を説明する。本実施例1
は、図1に準じた構成を有し、光源1としてHe―Ne
レーザ(波長632.8ナノメートル)を使用し、測定
光のスポット直径は約1ミリメートルに調整されてい
る。測定光は単色光であればよく、例えばハロゲンラン
プからの光を分光器で分光した単色光等が適用できる。 【0025】測定面積可変用の光学素子4は、被測定対
象の液晶セルLCの回転方向と直交するスリットであ
り、そのスリット幅は可変に構成されている。光源1か
らの測定光が液晶セルLCに垂直に入射するときには、
光学素子4が液晶セルLCと平行になるように配置さ
れ、さらに液晶セルLCが回転角度ψ0だけ回転する
と、光学素子4も同じ角度ψ0だけ同時に逆方向に回転
するように、ステッピングモータ(図示しない)で駆動
される。この際の回転中心は、スリットの中心となる。 【0026】位置ずれ補正用である光学素子5には、被
測定液晶セルLCを構成する2枚のガラス基板101、
102と同一のガラス基板が用いられる。従って、光学
素子5の屈折率nおよび厚さDは、液晶セルLCのガラ
ス基板101、102の屈折率nおよび厚さDと同じで
ある。この光学素子5は、液晶セルLCを構成する基板
の種類、例えばガラスあるいはプラスチック等の材質な
らびに厚さに応じて、取り付け交換自在の構成となって
いて、測定光が液晶セルLCに垂直に入射するとき、液
晶セルと平行になるように配設される。さらに、前記の
測定面積可変用の光学素子4と同じ機構で回転するよう
に構成されている。 【0027】光の透過率を計測する際には、まず被測定
サンプルすなわち液晶セルLCの装着されていない状態
で測定系を駆動し、光学素子を回転させて受光した光の
強度をリファレンスとする。ついで被測定サンプルすな
わち液晶セルLCを装着し、これを回転させて測定した
際の各回転角における受光強度の、前記リファレンス値
に対する比をとって表示するようにする。これによっ
て、測定光の断面積の変化による受光強度の変化を無視
できる。 【0028】このように、本実施例によって、測定光が
通過する液晶層の位置ずれが解消され、また回転角によ
る測定面積変化による影響も無視可能に微小にでき、よ
って液晶層の厚さが不均一な液晶セルに対しても精度よ
く測定することが可能になった。 【0029】実施例2 本発明に係る液晶セルのプレティルト角測定装置の他の
実施形態として、実施例2を説明する。本実施例2は、
前記の実施例1において液晶セルLCを通過した後の位
置に、出射側光路補正用の光学素子6を付加配設した以
外は、実施例1と同一の構成となっている。出射側光路
補正用の光学素子6は、入射側光路補正用の光学素子5
と同一構成であり、光学素子5と平行な配置関係を保
ち、回転方向および角度も同じになるよう駆動される。
このとき、実施例1における測定面積可変用のスリット
4を、出射側光路補正用の光学素子6の出射側に隣接し
て設けてもよい。出射側光路補正用の光学素子6の付設
により、液晶セルLCの出射側基板102による光路ず
れの影響を相殺でき、高精度の測定が可能になる。 【0030】 【発明の効果】以上説明した様に、本発明に係る液晶セ
ルのプレティルト角測定装置は、測定される液晶セルの
入射側の光路に、液晶セルの回転に伴って光路をずらす
ための手段と、入射光のスポットサイズを可変とする手
段とを具備するので、入射側の液晶セルの基板での光の
屈折による測定位置のずれを発生しないようにでき、か
つ液晶セルの回転に伴う測定面積変化についてもスポッ
トサイズをほぼ一定に保つことができるので、液晶層厚
の不均一な液晶セルにおいても精度の高いプレティルト
角測定が可能になる。 【0031】 【0032】さらに、入射光のスポットサイズを可変す
る手段として、測定される液晶セルの回転方向と直交す
るスリットを、測定光が液晶セルに垂直に入射するとき
には液晶セルと平行に配置し、かつ液晶セルの回転方向
と同じもしくは逆方向に液晶セルと同一角度だけ回転す
る構成としたので、装置の機構が簡素になり容易かつ安
価に構成することができる。また、この測定面積可変用
の光学素子の回転機構と、前記の位置ずれ補正用光学素
子の回転機構は共通化できるので、さらに機構を単純化
できるという利点がある
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係る液晶セルのプレティルト角測定装
置の一実施形態の構成図である。 【図2】スネルの法則に基づく光の屈折による光路のず
れを説明する模式図である。 【図3】光の通過する液晶層と回転中心との距離(位置
ずれ)と液晶セルの回転角との関係を示す線図である。 【図4】光路ずれと液晶セルの回転角との関係を示す線
図である。 【図5】光の通過する液晶層の幅と液晶セルの回転角と
の関係を示す線図である。 【符号の説明】 1 液晶セルのプレティルト角測定装置 2 光源 3 偏光子 4 測定面積可変用の光学素子(スリット) 5 入射側光路補正用の光学素子 6 出射側光路補正用の光学素子 7 検光子 8 受光器 101 ガラス基板 102 ガラス基板 D 厚さ LC 液晶セル ψ0 回転角
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−119886(JP,A) 特開 平1−162134(JP,A) 特開 平7−83824(JP,A) 特開 昭63−306414(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1337

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 2枚の透明な基板に液晶が挟持されてな
    る液晶セルのプレティルト角をクリスタルローテーショ
    ン法を用いて測定するプレティルト角測定装置におい
    て、測定される液晶セルへの入射光路中に、液晶セルの
    回転に伴って光路をずらすための手段と、入射光のスポ
    ットサイズを可変にする手段とを備え、前記入射光のス
    ポットサイズを可変にする手段は、測定される液晶セル
    の回転方向と直交するスリットを有し、該スリットは測
    定光が液晶セルに垂直に入射するときには液晶セルと平
    行に配置してあり、かつ液晶セルの回転方向と同一もし
    くは逆方向に該液晶セルと同一角度だけ回転することを
    特徴とする液晶セルのプレティルト角測定装置。
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