JP3944641B2 - ギャップ厚測定装置、ギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルのムラの原因として、セルギャップの不均一を挙げることができ、従来から液晶表示パネルのギャップ測定を容易に行える装置が要望されている。このようなギャップ厚測定装置としては、次のような技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。図９は、従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図である。このギャップ厚測定装置５００は、光源１と、第一偏光板２と、測定対象の液晶表示パネル３を挟んで配置した第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、パーソナルコンピュータ５０１に送られる。
【０００３】
第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。第一偏光板２を通過した直線偏光光は、更に液晶表示パネル３を通過することで、楕円偏光になり、第二偏光板５に入射する。第二偏光板５は、楕円偏光光の当該偏光角成分のみを透過させる。ここで、液晶表示パネル３の光の透過は、図１０に示すように、時間軸Ｔに対してｘｙ方向（偏光角が第一偏向板２と第二偏向板５で直交しこれをｘｙ軸とした場合）の成分の一方がθだけ遅れ、これが直線偏向を楕円偏向に変換させる。
【０００４】
ここで、光源の光線の波長をλ、液晶表示パネルの厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとすると、これらの関係は、次式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（１）
で表される。Δｎ＝ｎｏ−ｎｅである。Δｎ・ｄは常光線と異常光線との複屈折位相差（リターデーションＲ）である。
【０００５】
前記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎは液晶表示パネル３により既知である。液晶表示パネル３のギャップｄが求める値であり、上式（１）において、所定範囲の波長の光を照射する光源により、透過率がピークを示す波長λｐ、即ちθが２π遅れることで液晶表示パネル３を通過した光が第二偏光板５の偏光方向と直交する偏光光となる波長λｐが、λ＝Δｎ・ｄとなる場合である。
【０００６】
このため、第二偏光板５を通過した偏光光を分光測定器６で測定した場合に、透過率が最低ピークを示す波長λｐをΔｎ・ｄとみればよい。ここで、λｐは分光測定器６の最低ピーク値により特定でき、Δｎが既知であるから、液晶表示パネル３のギャップｄを導くことができる。例えば、分光測定器６による測定結果が図１１に示すようなものであり、波長λｐ＝５５０ｎｍのとき、Δｎ・ｄ＝５５０であり、このため、液晶表示パネル３のギャップｄは５５０／Δｎとなる。
【０００７】
図１２は、上式（１）による波長λとリターデーションΔｎ・ｄの関係例を示す表図である。例えば、波長λを０．３，０．６，０．９とし、リターデーションΔｎ・ｄを０．３，０．６，０．９とした場合を考える。まず波長λが０．３のとき、リターデーションΔｎ・ｄが０．３であれば、上記同様にλ＝Δｎ・ｄとなるので、θ＝２πとなりピークが出る。また、波長λが０．６のとき、リターデーションΔｎ・ｄが０．３であっても４π遅れることになるので、ピークが得られる。同様に、波長λが０．９であっても同様である。
【０００８】
次に、波長λが０．６のとき、リダデーションΔｎ・ｄが０．３のときはπしか遅れないのでピークが出ない。同じく、リダデーションΔｎ・ｄが０．９のときは３π遅れるのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔｎ・ｄが０．６のときは、λ＝Δｎ・ｄとなるので、２π遅れてピークが出る。更に、波長λが０．９のとき、リダデーションΔｎ・ｄが０．３のときは２／３π、０．６のときは４／３πしか遅れないのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔｎ・ｄが０．９のときは、λ＝Δｎ・ｄとなるので、２π遅れてピークが出る。以上から、リターデーションΔｎ・ｄによっては、ピークのλｐは複数現れることもあり、そのような場合は設計値に近い波長λを採用し、リターデーションΔｎ・ｄを決定する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−３０７３１２号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平４−８０６４１号公報（第３頁―第４頁、第１図―第７図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のギャップ厚測定装置５００は、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）を含めた透過型ＬＣＤ（＝TNモード）はリターデーションが大きいため、これらの測定に適しているが、最近の反射型や半透過型のＬＣＤ（＝内面反射モード）はリターデーションが小さい設計になっているため、これらの液晶表示パネル等のギャップ測定には適していないという問題点があった。即ち、図９に示したように、通常の分光測定器６は測定できる波長λの実用的な範囲が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであり、リターデーションの大きい液晶表示パネル５０１の場合のピークは当該範囲に現れるのに対し、リターデーションの小さい液晶表示パネルのピークは当該範囲を外れて１９０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲で現れることが判っている。このため、リターデーションの小さい液晶表示パネルのギャップは通常の分光測定器６によっては測定することができない。一方、係る範囲の測定器は非常に高価である。
【００１１】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるギャップ厚測定装置は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎから、測定対象物のギャップ厚ｄを求める測定手段を有することを特徴とする。
【００１３】
つぎの発明によるギャップ厚測定装置は、上記構成において、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、第一偏光子との間にリターデーションΔｎ1・ｄ1（ｄ1は求めるギャップ厚）の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔｎ2・ｄ2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ2・ｄ2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ1から測定対象物のギャップ厚ｄ1を求める測定手段を有することを特徴とする。
【００１４】
つぎの発明によるギャップ厚測定装置は、上記構成において、更に、前記測定手段は、前記第一偏光子若しくは第二偏光子または前記光学異方体を回転させ、所定角度ごとの分光スペクトルを取得し、この分光スペクトルを、同じく所定角度ごとに用意した分光スペクトルテンプレートとマッチングすることを特徴とする。
【００１５】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ・ｄ（ｄは求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎから、測定対象物のギャップ厚ｄを求めることを特徴とする。
【００１６】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔｎ2・ｄ2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ1・ｄ1（ｄ1は求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ2・ｄ2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ1から測定対象物のギャップ厚ｄ1を求めることを特徴とする。
【００１７】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、更に、前記第一偏光子若しくは第二偏光子または前記光学異方体を回転させ、所定角度ごとの分光スペクトルを取得し、この分光スペクトルを、同じく所定角度ごとに用意した分光スペクトルテンプレートとマッチングすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、所謂当業者により置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一なものが含まれる。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るギャップ測定装置の構成図である。このギャップ厚測定装置１００は、光源１と、第一偏光板２と、リターデーションの小さい測定対象のＴＦＤ液晶表示パネル３を挟んで配置した第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、コンピュータ９に送られる。第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。
【００２０】
また、上記したように、光源１の光線の波長をλ、液晶表示パネル３の厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとする。これらの関係は、上式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（１）
で表される。上記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎ1は液晶表示パネル３により既知である。液晶表示パネル３のギャップｄ1が求める値である。ここで、透過率を左右するのは位相遅れθであり、その位相遅れθは、リターデーションΔｎ・ｄおよび波長λにより決定される。
【００２１】
コンピュータ９は、各リターデーションΔｎ・ｄ1 〜 nの分光スペクトルテンプレートを波長λごとに記憶している分光スペクトルテンプレート記憶部１０と、分光測定器６で測定した光強度をパターンマッチングに適した画像にする画像処理部１１と、得られた分光スペクトルと記憶している分光スペクトルとを比較してパターンマッチングを行うパターンマッチング部１２とを備えている。これらは、コンピュータ９のハードウエアおよび所定のソフトウエアから構成されている。
【００２２】
分光スペクトルテンプレート記憶部１０は、図２に示すように、リターデーションΔｎ・ｄ1〜Δｎ・ｄnが所定角度（例えば４５度，９０度，１３５度）ごとに、予め実験的に求めた各波長λに対応する透過率Ｔがテーブル化されて記憶されている。
【００２３】
図３は、ギャップ厚測定装置の動作を示すフローチャートである。このギャップ厚測定装置１００では、図示しないモータにより第二偏光板５を所定角度で回転させる（ステップＳ１）、そして、分光測定器６により、光源１から照射され、第一偏光板２、液晶表示パネル３および第二偏光板５を透過した光の光強度を取得する（ステップＳ２）。この手順を所定回数繰り返し（ステップＳ３）、各回転角度における各波長λの分光スペクトルを取得する（ステップＳ４）。
【００２４】
次に、画像処理部１１は、取得した多数の分光スペクトルをパターンマッチングに適した画像に画像処理する（ステップＳ５）。続いて、パターンマッチング部１２は、画像処理した分光スペクトルと分光スペクトルテンプレートとを比較してパターンマッチングを行う（ステップＳ６）。このパターンマッチング処理は、図４（ａ）に示すように、各分光スペクトルの分光スペクトルテンプレートが分光スペクトルテンプレート記憶部１０に記憶されており、この分光スペクトルテンプレート１０と測定した分光スペクトルとを所定のルールに基づいてマッチングする。例えば、第二偏光板５のギャップ厚ごとに、図中▲１▼から▲３▼のような分光スペクトルが得られており、これを分光スペクトルテンプレートとして記憶しておく。そして、同図（ｂ）に示すような、分光スペクトルが得られた場合（分光スペクトルは便宜的に一つのみ図示）、▲１▼の分光スペクトルテンプレートが最も近いため当該分光スペクトルテンプレートを選択する。なお、マッチング法には、ユークリッド距離や街区画距離を用いるもの、相互相関を用いるものなどを挙げることができる。
【００２５】
続いて、選択した分光スペクトルのリターデーションΔｎ・ｄxを選択する（ステップＳ７）。そして、Δｎが既知であることから、このリターデーションΔｎ・ｄxから液晶表示パネル３のギャップｄxを導き出す（ステップＳ８）。なお、複数の角度で第二偏光板を回転させてマッチングを行うと、それぞれの角度においてマッチングを相互検証できるので、よりマッチング精度が向上する。なお、第二偏光板５の回転角度は一つ（例えば４５度のみ）として測定を行うようにしても良い。その場合、ステップＳ１，Ｓ３は不要である。なお、第二偏光板５ではなく第一偏光板２を回転させるようにしても良い。
【００２６】
以上、このギャップ厚測定装置１００では、リターデーションが非常に小さい電気光学パネル（例えばＴＦＤやＴＦＴの反射型ＬＣＤや半透過型ＬＣＤ）であっても、予め用意した分光スペクトルテンプレートとパターンマッチングすることで、液晶表示パネル３のセルギャップを適切に測定できる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に係るギャップ測定装置の構成図である。このギャップ厚測定装置１５０は、光源１と、第一偏光板２と、測定対象のＴＦＤ液晶表示パネル３を挟んで配置した光学異方体板４と、第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、コンピュータ９に送られる。第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。
【００２８】
コンピュータ９は、各リターデーションΔｎ・ｄ1 〜 nの分光スペクトルテンプレートを波長λごとに記憶している分光スペクトルテンプレート記憶部１０と、分光測定器６で測定した光強度をパターンマッチングに適した画像にする画像処理部１１と、得られた分光スペクトルと記憶している分光スペクトルとを比較してパターンマッチングを行うパターンマッチング部１２とを備えている。これらは、コンピュータ９のハードウエアおよび所定のソフトウエアから構成されている。分光スペクトルテンプレート記憶部１０は、図２で示したように、リターデーションΔｎ・ｄ1〜Δｎ・ｄnが所定角度（例えば４５度，９０度，１３５度）ごとに、各波長λに対応する透過率Ｔがテーブル化されて記憶されている。これらは、予め実験的に求めたものである。
【００２９】
光学異方体板４は、リターデーションΔｎ・ｄが既知である、測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル等のリターデーションの非常に小さいものと同じものを用いるようにしても良いし、専用の光学異方体板４を用いても良い。測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル３のリターデーションΔｎ1・ｄ1と、光学異方体板４のリターデーションΔｎ2・ｄ2とは加算することで、第一偏光板２と第二偏光板５との間に存在する一つの光学異方体として考えることができる。
【００３０】
即ち、第一偏光板２と第二偏光板５との間のリターデーションΔｎ・ｄは、
Δｎ・ｄ＝Δｎ1・ｄ1＋Δｎ2・ｄ2・・・（２）
により表される。なお、以下はＴＦＤ液晶表示パネル３が０度ツイストの場合の説明である。
【００３１】
また、上記したように、光源１の光線の波長をλ、液晶表示パネル３の厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとする。これらの関係は、上式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（３）
で表される。従って、式（２）および式（３）から
θ＝２π・（Δｎ1・ｄ1＋Δｎ2・ｄ2）／λ・・・（４）
と表せる。
【００３２】
上記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎ1は液晶表示パネル３により既知である。また、光学異方体板４のΔｎ2・ｄ2も既知である。液晶表示パネル３のギャップｄ1が求める値である。液晶表示パネル３のギャップｄ1が求める値である。ここで、透過率を左右するのは位相遅れθであり、その位相遅れθは、リターデーションΔｎ・ｄおよび波長λにより決定される。
【００３３】
この光学異方体４の挿入により、分光スペクトルの波形が複雑になる。このため、分光スペクトルテンプレートもそれぞれが複雑になり、このため分光スペクトルテンプレートと分光スペクトルとのパターンマッチングが容易になる。また、光学異方体４を所定角度回転させることで、更にパターンマッチングの精度を向上できる。
【００３４】
このギャップ厚測定装置１５０の場合も、上記図３のフローチャートと同様の処理により、リターデーションΔｎ・ｄを選択する。このため、ギャップ厚ｄ1は、
ｄ1＝（Δｎ・ｄ−Δｎ2・ｄ2）／Δｎ1・・・（５）
の式から導かれる。
【００３５】
また、光学異方体４を挿入することで、分光測定器６の実用範囲にリターデーションのピークを持ってくることができる。即ち、図６の（ａ）に示すように、ＴＦＤ液晶表示パネル３のようなリターデーションが非常に小さいものは、分光スペクトルが平坦なものになるので、複数の分光スペクトルからマッチングするものを選択するのが困難である。これに対して、同図（ｂ）に示すように、光学異方体４を挿入することで、分光スペクトルが複雑または特徴的になるので、マッチングし易くなる。
【００３６】
【実施例】
図７は、光学異方体を入れた場合と入れない場合の光強度の比較結果を示すグラフ図である。図８は、測定条件を示す表図である。このように、液晶表示パネルを用いて測定した結果、光学異方体を入れることにより、凹凸のある特徴的な光強度を測定することができた。これに対して、光学異方体をいれていない場合は、単純な光強度変化しか得られなかった。これは、透過率の積をとる場合、差をとる場合のいずれでも同じである（図７の（ａ）に積、（ｂ）に差を示す）。
なお、透過率の積および差を採用したのは、セル厚（たとえば同図では５．０μｍ，５．１μｍ）波長ごとの微妙な差異を強調するためである。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法では、リターデーションが非常に小さい測定対象物であっても、分光スペクトルをパターンマッチングすることでセルギャップを適切に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るギャップ測定装置の構成図である。
【図２】 波長シフトの説明のためのグラフ図である。
【図３】 ギャップ厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 パターンマッチングの方法を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係るギャップ測定装置の構成図である。
【図６】 光学異方体による分光スペクトルを特長付けるときの説明図である。
【図７】 光学異方体を入れた場合と入れない場合の光強度の比較結果を示すグラフ図である。
【図８】 測定条件を示す表図である。
【図９】 従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図である。
【図１０】 θの遅れを示す説明図である。
【図１１】 透過率と波長の関係を示すグラフ図である。
【図１２】 波長λとリターデーションΔｎ・ｄの関係例を示す図表である。
【符号の説明】
１００ ギャップ厚測定装置
１ 光源
２ 第一偏光板
３ 液晶表示パネル
４ 光学異方体板
５ 第二偏光板
６ 分光測定装置
１０ 分光スペクトルテンプレート記憶部
１１ 画像処理部
１２ パターンマッチング部
Δｎ・ｄ リターデーション
【発明の属する技術分野】
この発明は、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルのムラの原因として、セルギャップの不均一を挙げることができ、従来から液晶表示パネルのギャップ測定を容易に行える装置が要望されている。このようなギャップ厚測定装置としては、次のような技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。図９は、従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図である。このギャップ厚測定装置５００は、光源１と、第一偏光板２と、測定対象の液晶表示パネル３を挟んで配置した第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、パーソナルコンピュータ５０１に送られる。
【０００３】
第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。第一偏光板２を通過した直線偏光光は、更に液晶表示パネル３を通過することで、楕円偏光になり、第二偏光板５に入射する。第二偏光板５は、楕円偏光光の当該偏光角成分のみを透過させる。ここで、液晶表示パネル３の光の透過は、図１０に示すように、時間軸Ｔに対してｘｙ方向（偏光角が第一偏向板２と第二偏向板５で直交しこれをｘｙ軸とした場合）の成分の一方がθだけ遅れ、これが直線偏向を楕円偏向に変換させる。
【０００４】
ここで、光源の光線の波長をλ、液晶表示パネルの厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとすると、これらの関係は、次式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（１）
で表される。Δｎ＝ｎｏ−ｎｅである。Δｎ・ｄは常光線と異常光線との複屈折位相差（リターデーションＲ）である。
【０００５】
前記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎは液晶表示パネル３により既知である。液晶表示パネル３のギャップｄが求める値であり、上式（１）において、所定範囲の波長の光を照射する光源により、透過率がピークを示す波長λｐ、即ちθが２π遅れることで液晶表示パネル３を通過した光が第二偏光板５の偏光方向と直交する偏光光となる波長λｐが、λ＝Δｎ・ｄとなる場合である。
【０００６】
このため、第二偏光板５を通過した偏光光を分光測定器６で測定した場合に、透過率が最低ピークを示す波長λｐをΔｎ・ｄとみればよい。ここで、λｐは分光測定器６の最低ピーク値により特定でき、Δｎが既知であるから、液晶表示パネル３のギャップｄを導くことができる。例えば、分光測定器６による測定結果が図１１に示すようなものであり、波長λｐ＝５５０ｎｍのとき、Δｎ・ｄ＝５５０であり、このため、液晶表示パネル３のギャップｄは５５０／Δｎとなる。
【０００７】
図１２は、上式（１）による波長λとリターデーションΔｎ・ｄの関係例を示す表図である。例えば、波長λを０．３，０．６，０．９とし、リターデーションΔｎ・ｄを０．３，０．６，０．９とした場合を考える。まず波長λが０．３のとき、リターデーションΔｎ・ｄが０．３であれば、上記同様にλ＝Δｎ・ｄとなるので、θ＝２πとなりピークが出る。また、波長λが０．６のとき、リターデーションΔｎ・ｄが０．３であっても４π遅れることになるので、ピークが得られる。同様に、波長λが０．９であっても同様である。
【０００８】
次に、波長λが０．６のとき、リダデーションΔｎ・ｄが０．３のときはπしか遅れないのでピークが出ない。同じく、リダデーションΔｎ・ｄが０．９のときは３π遅れるのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔｎ・ｄが０．６のときは、λ＝Δｎ・ｄとなるので、２π遅れてピークが出る。更に、波長λが０．９のとき、リダデーションΔｎ・ｄが０．３のときは２／３π、０．６のときは４／３πしか遅れないのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔｎ・ｄが０．９のときは、λ＝Δｎ・ｄとなるので、２π遅れてピークが出る。以上から、リターデーションΔｎ・ｄによっては、ピークのλｐは複数現れることもあり、そのような場合は設計値に近い波長λを採用し、リターデーションΔｎ・ｄを決定する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−３０７３１２号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平４−８０６４１号公報（第３頁―第４頁、第１図―第７図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のギャップ厚測定装置５００は、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）を含めた透過型ＬＣＤ（＝TNモード）はリターデーションが大きいため、これらの測定に適しているが、最近の反射型や半透過型のＬＣＤ（＝内面反射モード）はリターデーションが小さい設計になっているため、これらの液晶表示パネル等のギャップ測定には適していないという問題点があった。即ち、図９に示したように、通常の分光測定器６は測定できる波長λの実用的な範囲が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであり、リターデーションの大きい液晶表示パネル５０１の場合のピークは当該範囲に現れるのに対し、リターデーションの小さい液晶表示パネルのピークは当該範囲を外れて１９０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲で現れることが判っている。このため、リターデーションの小さい液晶表示パネルのギャップは通常の分光測定器６によっては測定することができない。一方、係る範囲の測定器は非常に高価である。
【００１１】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるギャップ厚測定装置は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎから、測定対象物のギャップ厚ｄを求める測定手段を有することを特徴とする。
【００１３】
つぎの発明によるギャップ厚測定装置は、上記構成において、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、第一偏光子との間にリターデーションΔｎ1・ｄ1（ｄ1は求めるギャップ厚）の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔｎ2・ｄ2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ2・ｄ2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ1から測定対象物のギャップ厚ｄ1を求める測定手段を有することを特徴とする。
【００１４】
つぎの発明によるギャップ厚測定装置は、上記構成において、更に、前記測定手段は、前記第一偏光子若しくは第二偏光子または前記光学異方体を回転させ、所定角度ごとの分光スペクトルを取得し、この分光スペクトルを、同じく所定角度ごとに用意した分光スペクトルテンプレートとマッチングすることを特徴とする。
【００１５】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ・ｄ（ｄは求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎから、測定対象物のギャップ厚ｄを求めることを特徴とする。
【００１６】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔｎ2・ｄ2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ1・ｄ1（ｄ1は求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ2・ｄ2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ1から測定対象物のギャップ厚ｄ1を求めることを特徴とする。
【００１７】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、更に、前記第一偏光子若しくは第二偏光子または前記光学異方体を回転させ、所定角度ごとの分光スペクトルを取得し、この分光スペクトルを、同じく所定角度ごとに用意した分光スペクトルテンプレートとマッチングすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、所謂当業者により置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一なものが含まれる。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係るギャップ測定装置の構成図である。このギャップ厚測定装置１００は、光源１と、第一偏光板２と、リターデーションの小さい測定対象のＴＦＤ液晶表示パネル３を挟んで配置した第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、コンピュータ９に送られる。第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。
【００２０】
また、上記したように、光源１の光線の波長をλ、液晶表示パネル３の厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとする。これらの関係は、上式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（１）
で表される。上記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎ1は液晶表示パネル３により既知である。液晶表示パネル３のギャップｄ1が求める値である。ここで、透過率を左右するのは位相遅れθであり、その位相遅れθは、リターデーションΔｎ・ｄおよび波長λにより決定される。
【００２１】
コンピュータ９は、各リターデーションΔｎ・ｄ1 〜 nの分光スペクトルテンプレートを波長λごとに記憶している分光スペクトルテンプレート記憶部１０と、分光測定器６で測定した光強度をパターンマッチングに適した画像にする画像処理部１１と、得られた分光スペクトルと記憶している分光スペクトルとを比較してパターンマッチングを行うパターンマッチング部１２とを備えている。これらは、コンピュータ９のハードウエアおよび所定のソフトウエアから構成されている。
【００２２】
分光スペクトルテンプレート記憶部１０は、図２に示すように、リターデーションΔｎ・ｄ1〜Δｎ・ｄnが所定角度（例えば４５度，９０度，１３５度）ごとに、予め実験的に求めた各波長λに対応する透過率Ｔがテーブル化されて記憶されている。
【００２３】
図３は、ギャップ厚測定装置の動作を示すフローチャートである。このギャップ厚測定装置１００では、図示しないモータにより第二偏光板５を所定角度で回転させる（ステップＳ１）、そして、分光測定器６により、光源１から照射され、第一偏光板２、液晶表示パネル３および第二偏光板５を透過した光の光強度を取得する（ステップＳ２）。この手順を所定回数繰り返し（ステップＳ３）、各回転角度における各波長λの分光スペクトルを取得する（ステップＳ４）。
【００２４】
次に、画像処理部１１は、取得した多数の分光スペクトルをパターンマッチングに適した画像に画像処理する（ステップＳ５）。続いて、パターンマッチング部１２は、画像処理した分光スペクトルと分光スペクトルテンプレートとを比較してパターンマッチングを行う（ステップＳ６）。このパターンマッチング処理は、図４（ａ）に示すように、各分光スペクトルの分光スペクトルテンプレートが分光スペクトルテンプレート記憶部１０に記憶されており、この分光スペクトルテンプレート１０と測定した分光スペクトルとを所定のルールに基づいてマッチングする。例えば、第二偏光板５のギャップ厚ごとに、図中▲１▼から▲３▼のような分光スペクトルが得られており、これを分光スペクトルテンプレートとして記憶しておく。そして、同図（ｂ）に示すような、分光スペクトルが得られた場合（分光スペクトルは便宜的に一つのみ図示）、▲１▼の分光スペクトルテンプレートが最も近いため当該分光スペクトルテンプレートを選択する。なお、マッチング法には、ユークリッド距離や街区画距離を用いるもの、相互相関を用いるものなどを挙げることができる。
【００２５】
続いて、選択した分光スペクトルのリターデーションΔｎ・ｄxを選択する（ステップＳ７）。そして、Δｎが既知であることから、このリターデーションΔｎ・ｄxから液晶表示パネル３のギャップｄxを導き出す（ステップＳ８）。なお、複数の角度で第二偏光板を回転させてマッチングを行うと、それぞれの角度においてマッチングを相互検証できるので、よりマッチング精度が向上する。なお、第二偏光板５の回転角度は一つ（例えば４５度のみ）として測定を行うようにしても良い。その場合、ステップＳ１，Ｓ３は不要である。なお、第二偏光板５ではなく第一偏光板２を回転させるようにしても良い。
【００２６】
以上、このギャップ厚測定装置１００では、リターデーションが非常に小さい電気光学パネル（例えばＴＦＤやＴＦＴの反射型ＬＣＤや半透過型ＬＣＤ）であっても、予め用意した分光スペクトルテンプレートとパターンマッチングすることで、液晶表示パネル３のセルギャップを適切に測定できる。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に係るギャップ測定装置の構成図である。このギャップ厚測定装置１５０は、光源１と、第一偏光板２と、測定対象のＴＦＤ液晶表示パネル３を挟んで配置した光学異方体板４と、第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、コンピュータ９に送られる。第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。
【００２８】
コンピュータ９は、各リターデーションΔｎ・ｄ1 〜 nの分光スペクトルテンプレートを波長λごとに記憶している分光スペクトルテンプレート記憶部１０と、分光測定器６で測定した光強度をパターンマッチングに適した画像にする画像処理部１１と、得られた分光スペクトルと記憶している分光スペクトルとを比較してパターンマッチングを行うパターンマッチング部１２とを備えている。これらは、コンピュータ９のハードウエアおよび所定のソフトウエアから構成されている。分光スペクトルテンプレート記憶部１０は、図２で示したように、リターデーションΔｎ・ｄ1〜Δｎ・ｄnが所定角度（例えば４５度，９０度，１３５度）ごとに、各波長λに対応する透過率Ｔがテーブル化されて記憶されている。これらは、予め実験的に求めたものである。
【００２９】
光学異方体板４は、リターデーションΔｎ・ｄが既知である、測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル等のリターデーションの非常に小さいものと同じものを用いるようにしても良いし、専用の光学異方体板４を用いても良い。測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル３のリターデーションΔｎ1・ｄ1と、光学異方体板４のリターデーションΔｎ2・ｄ2とは加算することで、第一偏光板２と第二偏光板５との間に存在する一つの光学異方体として考えることができる。
【００３０】
即ち、第一偏光板２と第二偏光板５との間のリターデーションΔｎ・ｄは、
Δｎ・ｄ＝Δｎ1・ｄ1＋Δｎ2・ｄ2・・・（２）
により表される。なお、以下はＴＦＤ液晶表示パネル３が０度ツイストの場合の説明である。
【００３１】
また、上記したように、光源１の光線の波長をλ、液晶表示パネル３の厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとする。これらの関係は、上式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（３）
で表される。従って、式（２）および式（３）から
θ＝２π・（Δｎ1・ｄ1＋Δｎ2・ｄ2）／λ・・・（４）
と表せる。
【００３２】
上記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎ1は液晶表示パネル３により既知である。また、光学異方体板４のΔｎ2・ｄ2も既知である。液晶表示パネル３のギャップｄ1が求める値である。液晶表示パネル３のギャップｄ1が求める値である。ここで、透過率を左右するのは位相遅れθであり、その位相遅れθは、リターデーションΔｎ・ｄおよび波長λにより決定される。
【００３３】
この光学異方体４の挿入により、分光スペクトルの波形が複雑になる。このため、分光スペクトルテンプレートもそれぞれが複雑になり、このため分光スペクトルテンプレートと分光スペクトルとのパターンマッチングが容易になる。また、光学異方体４を所定角度回転させることで、更にパターンマッチングの精度を向上できる。
【００３４】
このギャップ厚測定装置１５０の場合も、上記図３のフローチャートと同様の処理により、リターデーションΔｎ・ｄを選択する。このため、ギャップ厚ｄ1は、
ｄ1＝（Δｎ・ｄ−Δｎ2・ｄ2）／Δｎ1・・・（５）
の式から導かれる。
【００３５】
また、光学異方体４を挿入することで、分光測定器６の実用範囲にリターデーションのピークを持ってくることができる。即ち、図６の（ａ）に示すように、ＴＦＤ液晶表示パネル３のようなリターデーションが非常に小さいものは、分光スペクトルが平坦なものになるので、複数の分光スペクトルからマッチングするものを選択するのが困難である。これに対して、同図（ｂ）に示すように、光学異方体４を挿入することで、分光スペクトルが複雑または特徴的になるので、マッチングし易くなる。
【００３６】
【実施例】
図７は、光学異方体を入れた場合と入れない場合の光強度の比較結果を示すグラフ図である。図８は、測定条件を示す表図である。このように、液晶表示パネルを用いて測定した結果、光学異方体を入れることにより、凹凸のある特徴的な光強度を測定することができた。これに対して、光学異方体をいれていない場合は、単純な光強度変化しか得られなかった。これは、透過率の積をとる場合、差をとる場合のいずれでも同じである（図７の（ａ）に積、（ｂ）に差を示す）。
なお、透過率の積および差を採用したのは、セル厚（たとえば同図では５．０μｍ，５．１μｍ）波長ごとの微妙な差異を強調するためである。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法では、リターデーションが非常に小さい測定対象物であっても、分光スペクトルをパターンマッチングすることでセルギャップを適切に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るギャップ測定装置の構成図である。
【図２】 波長シフトの説明のためのグラフ図である。
【図３】 ギャップ厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 パターンマッチングの方法を示す説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態２に係るギャップ測定装置の構成図である。
【図６】 光学異方体による分光スペクトルを特長付けるときの説明図である。
【図７】 光学異方体を入れた場合と入れない場合の光強度の比較結果を示すグラフ図である。
【図８】 測定条件を示す表図である。
【図９】 従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図である。
【図１０】 θの遅れを示す説明図である。
【図１１】 透過率と波長の関係を示すグラフ図である。
【図１２】 波長λとリターデーションΔｎ・ｄの関係例を示す図表である。
【符号の説明】
１００ ギャップ厚測定装置
１ 光源
２ 第一偏光板
３ 液晶表示パネル
４ 光学異方体板
５ 第二偏光板
６ 分光測定装置
１０ 分光スペクトルテンプレート記憶部
１１ 画像処理部
１２ パターンマッチング部
Δｎ・ｄ リターデーション
Claims (7)
- 光源と、
光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、
前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、
第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器と、
を光路上に配置し、
測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎから、測定対象物のギャップ厚ｄを求める測定手段を有することを特徴とするギャップ厚測定装置。 - 光源と、
光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、
第一偏光子との間にリターデーションΔｎ1・ｄ1（ｄ1は求めるギャップ厚）の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔｎ2・ｄ2が既知である光学異方体と、
前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、
第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器と、
を光路上に配置し、
測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ2・ｄ2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ1から測定対象物のギャップ厚ｄ1を求める測定手段を有することを特徴とするギャップ厚測定装置。 - 更に、前記測定手段は、前記第一偏光子若しくは第二偏光子または前記光学異方体を回転させ、所定角度ごとの分光スペクトルを取得し、この分光スペクトルを、同じく所定角度ごとに用意した分光スペクトルテンプレートとマッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載のギャップ厚測定装置。
- 光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、
前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ・ｄ（ｄは求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、
第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎから、測定対象物のギャップ厚ｄを求める
ことを特徴とするギャップ厚測定方法。 - 光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔｎ2・ｄ2が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、
前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ1・ｄ1（ｄ1は求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、
第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、測定された透過光強度の分光スペクトルを、ギャップ厚ごとの分光スペクトルテンプレートとマッチングし、特定のリターデーションΔｎ・ｄを選択し、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ2・ｄ2と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ1から測定対象物のギャップ厚ｄ1を求める
ことを特徴とするギャップ厚測定方法。 - 更に、前記第一偏光子若しくは第二偏光子または前記光学異方体を回転させ、所定角度ごとの分光スペクトルを取得し、この分光スペクトルを、同じく所定角度ごとに用意した分光スペクトルテンプレートとマッチングすることを特徴とする請求項４または５に記載のギャップ厚測定方法。
- 一対の基板間に液晶層を有する液晶装置において、請求項４乃至６のいずれか１項に記載のギャップ厚測定方法を用いて液晶層の厚さを測定する工程を備えることを特徴とする液晶装置の製造方法。
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