JP4349585B2 - 偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定装置及びその方法 - Google Patents

偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定装置及びその方法 Download PDF

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Description

本発明は試料の光軸整列誤差の測定装置及びその方法に関するものであり、より詳細には産業現場で要求される水準の精密度を持つ光軸整列誤差を測定することができる偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定装置及びその方法に関する。
一般的に液晶は普通の液体とは異なり、どの特定の方向に対しても規則性を持つから、結晶体が単結晶を持つ時現われる異方性を持つ。また、液晶自体は発光することができないので、外部から光が照射されて電界変化により液晶の決定方向が変わることによって照射された光を制御して表示を行う。
このようなLCDの短所の一つは、視野角によってコントラスト比(contrast ratio)の変化とグレイスケール(gray scale)の反転現象によって視認性が落ちることである。上下視野角の細くなる理由は、90度にツイストされたTN−cellが持つ構造のため不可欠的に発生するが、バックライト(backlight)から出る光がパネルの下側偏光フィルムで線形偏光されて光学的異方性を持つ液晶をパスする場合、液晶セルを垂直にパスする時と斜めにパスする時、その遅延(retardation)値がお互いに違って位相差が発生し、視野角による透過光の特性が違うようになる。したがって、遅延は液晶と同様で、陰の遅延を持つ位相遅延板を使って、これを償えば視野角を進めることができる。
しかし、実際偏光板に位相遅延板を附着する接合工程で偏光板の透過軸と位相遅延板の遅い軸が一致しなくてLCD映像画質が低下される問題点が多数発生している。
現在、このような光軸のゆがみを測定する方法が、下記特許文献1の複合層の遅延測定方法及び装置に提示されているが、現在の生産工程上、要求する精密度である0.1度以内の精密度を提供することができない実情にある。
図1は、特許文献1に開示された従来偏光板の透過軸と位相遅延板の遅い軸のねじれ角を測定する光軸整列誤差の測定装置の概略図である。図1で番号300は試料として偏光板310と位相遅延板320の光軸を並べて接合した接合板である。
図1を参照して前記装置の動作を説明する。まず、検光子400を固定させた状態で偏光子200を回転させながら透過された光の強さを分析して偏光板310の方位角が分かる。その次、偏光子200を固定させた状態で検光子400を回転させながら透過された光の強さを分析して位相遅延板320の方位角が分かる。
しかし、このような従来の光軸整列誤差の測定装置は、位相遅延板320の方位角変化による測定光量変化敏感度が下がって光軸整列誤差の測定精密度が悪いので、要求される0.1度以内の精密度を確保することができない問題点がある。
すなわち、偏光子200及び偏光板310をパスした光が位相遅延板320で略45゜の位相遅延が発生し、測定された整列誤差値は実際整列誤差より小さな値になるので、あらかじめ設定された補償値を掛けなければならない。
したがって、測定値が非常に微細な角で測定されるから、測定値が少しでも不一致となる場合、補償値を掛けた整列誤差は、測定する実際整列誤差と差が発生するようになり、実験結果、実際の測定で0.1゜以内の整列誤差は測定不可能なことが判明した。
したがって、このような従来の光軸整列誤差の測定装置の問題点を解決してより精密な水準の光軸整列誤差を測定することができる装置及び方法に対する要求が高くなっている。
韓国特許第10−0351267号公報
本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は、産業現場で要求される精密度の光軸整列誤差を測定することができる測定装置及びその方法の提供にある。
本発明の他の目的は、光軸整列誤差を精密に測定することによって、光軸整列誤差を減少させ、究極的にはLCDの画質を一定するように維持及び管理することができる測定装置及びその方法を提供することにある。
このような目的を達成するため、本発明の請求項1による偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定方法は、
偏光板と位相遅延板が接合された試料の、前記偏光板の透過軸と前記位相遅延板の遅い軸間のねじれ角(以下、光軸整列誤差という)の測定方法において、
前記試料の後方に位置した補正器の位相遅延角δを、Δ=δ+δs=180゜(δsは、前記位相遅延板の位相遅延角)になるように調節する段階と、
光源と前記試料の間に位置した偏光子を回転させながら光度を測定する段階と、
前記光度が最大である時の前記偏光子の方位角を算出して、これを前記偏光板の方位角Psとする段階と、
前記偏光子の方位角P前記光度が最大である時に固定た状態で、前記補正器の方位角Cを所定の回転角度ずつ回転させる段階と、
前記所定の回転角度ずつ回転させた補正器の各方位角Cにおいて、前記補正器の後方に位置した検光子の方位角Aを回転させながら光度を測定する段階と、
前記補正器の各方位角Cにおいて、光度が最大である時の前記検光子の方位角Amaxを算出する段階と、
前記補正器の方位角Cが位相遅延板の方位角Csと一致し、且つΔ=180゜である時成立する数式、(Amax−P)=2(C−P)、を利用して前記補正板の方位角C(=Cs)を算出し、前記算出された偏光子の方位角P(=Ps)及び検光子の方位角Amaxから前記偏光板と位相遅延板の光軸整列誤差として、(C−P)=(Cs−Ps)を算出する段階と、を含むことを特徴とする。
また、このような目的を達成するため、本発明の請求項2による偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定装置は、
偏光板と位相遅延板が接合された試料の、前記偏光板の透過軸と前記位相遅延板の遅い軸間のねじれ角(以下、光軸整列誤差という)の測定装置において、
光源と前記試料の間に配置された偏光子と、
前記試料の後方に配置され、Δ=δ+δs=180゜(δsは、前記位相遅延板の位相遅延角)になるように設定された位相遅延角δを持つ補正器と、
前記補正器の後方に配置された検光子と、
前記偏光子、補正器及び検光子を通過した光を検出する光検出器と、
前記偏光子、補正器及び検光子を回転させる駆動器
前記駆動器を制御するための回転制御信号を生成し、前記光検出器から受信した光の強さ(光度)を測定する制御器、を含み、
前記制御器は、前記偏光子を回転させながら光度を測定して前記光度が最大である時の前記偏光子の方位角を算出して、これを前記偏光板の方位角Psとし、
前記偏光子の方位角P前記光度が最大である時に固定た状態で、前記補正器の方位角Cを所定の回転角度ずつ回転させ前記所定の回転角度ずつ回転させた補正器の方位角Cごとに、前記検光子の方位角Aを回転させながら光度を測定して、前記補正器の各方位角Cにおいて前記光度が最大である時の前記検光子の方位角Amaxを算出し、
前記補正器の方位角Cが位相遅延板の方位角Csと一致し、且つΔ=180゜である時成立する数式、(Amax−P)=2(C−P)、を利用して前記補正板の方位角C(=Cs)を算出し、前記算出された偏光子の方位角P(=Ps)及び検光子の方位角Amaxから前記偏光板と位相遅延板の光軸整列誤差として、(C−P)=(Cs−Ps)を算出する、ことを特徴とする。
また好ましくは、本発明の請求項3による偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定方法は、
前記偏光子の方位角P及び前記補正器の方位角Cを各々、前記Ps、Csに固定する段階と、
前記補正器の位相遅延角δを変化させながら、前記各位相遅延角δに対して、前記検光子を回転させて最大光度での前記検光子の方位角Amaxを測定する段階と、
前記測定された検光子の方位角から(Amax−P)/(C−P)(ここで、Amax=前記光度が最大である時の前記検光子の方位角、P=偏光子の方位角、C=補正器の方位角)の値を算出する段階と、
前記補正器の位相遅延角δ、前記(Amax−P)/(C−P)を各々、x(水平)軸、y(垂直)軸にとって、前記(Amax−P)/(C−P)の値が1と2である二つの点の座標を算出する段階と、
前記算出された二つの点を繋ぐ直線が水平軸と会う点のx座標値(負値)の絶対値を前記位相遅延板の位相遅延角δsとする段階と、を含むことを特徴とする。
以上のような本発明の目的と別の特徴及び長所などは、次に参照する本発明の好適な実施例に対する以下の説明から明確になるであろう。
このような本発明によれば、産業現場で要求される精密度の光軸整列誤差を測定することができる測定装置及び方法を提供することができる。
また、光軸整列誤差を精密に測定することで光軸整列誤差を減少させ、究極的にはLCDの画質を一定するように維持及び管理することができる効果がある。
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。
図2は、本発明による偏光板の透過軸と補償板の遅い軸の整列誤差を測定する光軸整列誤差の測定装置の概路図である。
図2に示すように、本発明による光軸整列誤差の測定装置は、光源10、偏光子20、試料30、補正器40、検光子50、光検出器60、増幅器70、A/D変換器80、制御部90及び駆動部95を含んで構成される。光源10、偏光子20、試料30、検光子50及び光検出器60の構成は、図1の構成と同一なので、その説明を省略する。
本発明の核心は補正器40を追加した構成にある。補正器40は一種の位相遅延板として、試料30の位相遅延板33の位相遅延角を補正するためのものである。以下の説明では、補正器40の位相遅延角はδで、位相遅延板33の位相遅延角はδsで、二つの位相遅延角を合わせたものをΔで表示する。
増幅器70は、光検出器60から検出された微弱な電気信号を増幅する。A/D変換器80は、増幅された検出信号をデジタル信号に変換して制御部90へ送る。
駆動部95は、回転制御信号を制御部90から受信して偏光子20、補正器40、検光子50を所定の角度に回転させる。
図2で、光検出器60から検出される光の強さはジョーンズベクター(Jones Vector)とジョーンズ行列で表わせば、次のようである。
Figure 0004349585
ここで、P、Ps、Cs、C、Aは、それぞれ偏光子20、偏光板31、位相遅延板33、補正器40、検光子50の方位角を表わす。
そして、
Figure 0004349585
は偏光子20をパスした光の電場ベクターであり、Rは座標軸の回転行列、そしてTは位相遅延板33のジョーンズ行列として、その具体的な表現は次のように与えられる。
Figure 0004349585
Figure 0004349585
ここで、θは座標軸の回転角度であり、Ts及びTはそれぞれ位相遅延板33と補正器40の遅い軸と速い軸の電場透過比を表わし、εは偏光板31の漏洩(leakage)を表わす。
以下では、前記数式を利用して、光軸整列誤差の測定方法を説明する。
1.偏光板方位角(Ps)の決定
LCDに使われる偏光板31の漏洩は大略ε=0.001位なので、これによる測定誤差は無視することができる。このような偏光板31の漏洩を無視すれば、光の強さは電場の強さの二乗に比例するので、光の強さはP=Psである時、最大になる。すなわち、偏光子20の方位角が偏光板31の方位角と一致する場合、光度の減殺が発生しないので、光度が最大になる。よって、検光子50を固定させた状態で偏光子20を回転させながら光度を測定して光度が最大になる偏光子20の方位角がまさに偏光板31の方位角になる。
2.位相遅延板の方位角Csの決定
試料30に使われる位相遅延板33は略40゜〜50゜位の位相遅延角を持つ。よって、補正器40の方位角Cを位相遅延板33の方位角Csの近所で少しずつ変化させて、補正器40の各方位角で検光子50を回転させながら光検出器60で検出される光度を測定する。もし、補正器40の方位角が位相遅延板33の方位角と正確に一致する場合、光検出器60から検出される光度は前記式から次のように誘導される。
Figure 0004349585
ここで、t=T・Ts、Δ=δ+δs、A´=A−C、C´=C−Pに定義される。前記式でTとTsを1で近似し、Δ=δ+δsが180゜になるようにδを調節すれば、前記数式4は、
Figure 0004349585
のように変換され、したがって、システムを透過した光の強さはC´=A´である時、最大になる。すなわち、Δ=180゜で光の強さが最大になる時の検光子50の方位角をAmaxとすると、
Figure 0004349585
である時、光の強さが最大になる。整列誤差、すなわち、軸ゆがみの角度C−Pは、測定されたAmaxとPから求めることができる。すなわち、軸ゆがみの角度は、AmaxとPの差異の半分なので、測定された値が求めようとする角度の2倍である。よって、測定値を2で分けた値が求めようとする値なので、実際値の誤差が測定誤差の半分になるので、より正確な測定が成り立つようになる。従来技術で説明した方式による場合には、測定値が求めようとする値の0.3倍位の値が出るので、実際値の誤差が測定誤差の略3.3倍になるので、0.1度以内の精密な測定が不可能である。
すなわち、本発明の核心は、測定値と実際値の割合をスケーリングさせて、測定値が実際値の2倍になるようにして、誤差を最小化して精密に測定することができる。
3.位相遅延板の位相遅延角δsの決定
前記で位相遅延板33の方位角を決めるために、あらかじめ測定しておいた試料30の、位相遅延板33の位相遅延角の平均値を位相遅延角δsとして使ったが、測定する試料30の局地的な位相遅延角は、平均値から差がある。このような差異は、位相遅延板33の方位角の測定精密度に影響を及ぼすので、測定位置別に正確な位相遅延角を測定する必要がある。測定位置別の正確な位相遅延角は次のように測定する。
Amax−PのC−Pの変化形態は、Δの値によって変わる。前記のようにΔ=180゜である時は、勾配(incline)が2である直線であるが、Δ=0゜である時は、勾配が0になる。また、Δ=90゜である時は、光の強さは、
Figure 0004349585
のように使うことができる。よって、与えられたC´の値でシステムを透過した光の強さはA´=0、すなわち、A=Cで最大になる。すなわち、Δ= 90゜で光の強さが最大になる時の検光子50の方位角Amaxは、
Figure 0004349585
である時、光の強さが最大になるものが分かる。よって、(Amax−P)/(C−P)の値はΔ=90゜とΔ=180゜で、それぞれ1と2で与えられ、この二つの測定値を連結した直線がx軸と会う点の座標が−δs値になるので、これを利用して位相遅延板33の位相遅延角を測定することができる。
図3は、光軸整列誤差を測定する方法を示すグラフである。
図3は、偏光板31の方位角Ps=30゜であり、位相遅延板33の方位角が、偏光板31と1゜でよれている試料30の光軸整列誤差を測定する方法を図示している。
図3において、点線は、数式6の勾配(incline)が2である直線を表わし、実線は測定値を表わす。
図3において、位相遅延板33の位相遅延角の平均値が<δs>=45゜である時、測定しようとする位相遅延板33の位相遅延角δs=45゜に近似し、Δ=180゜の条件を満足させるためにδ=135゜に調節する。
まず、上述したように、偏光子20を回転させながら光度を測定して最大光度での偏光子20の方位角が分かる。
その次、補正器40の方位角Cを変えて行って、補正器40の各方位角から検光子50を回転させながら光度を測定し、フーリエ変換分析技法を適用して最大光度での検光子50の方位角Amaxが分かった後、Amax−PとC−Pのグラフを図示すれば、図3の実線になる。
点線と実線の交点のx軸座標(図面でC−P=1)が、試料30の光軸整列誤差を表わし、したがって、位相遅延板33の方位角Cs=31゜であることを分かる。
図4は、位相遅延板33の位相遅延角を測定する方法を示すグラフである。まず、図3の方法で偏光板31と位相遅延板33の方位角を決めた後、偏光子20と補正板40の方位角を決まった方位角(P=Ps、C=Cs)で固定る。
その次、補正器40の各位相遅延角δに対して検光子50を回転させながら光度が最大である時の検光子50の方位角Amaxを測定する。
測定されたP、C及びAmaxから(Amax−P)/(C−P)の関係をグラフで描けば、図4の各点が得られる。前記数式6及び8で(Amax−P)/(C−P)の値はΔ=90゜とΔ=180゜でそれぞれ1と2で与えられるので、Δ=δ+δsの関係によって、δ=45゜と135゜である時、(Amax−P)/(C−P)の値が、それぞれ1と2になる。
δ=45゜と135゜である時の二つの点を連結する直線はδが90゜増加(減少)する時ごとに、(Amax−P)/(C−P)の値が二倍(1/2倍)になるので、この直線がx軸と会う座標値が−δsになる。
このような方法により求めたδsと<δs>の差が位相遅延板33の位相遅延角の偏差になり、この偏差が許容誤差を脱する場合には、図4の方法により求めたδs値を利用して上の方法を繰り返して、より正確な試料30の光軸整列誤差を求めることができる。
本実試例では、LCDに使われる偏光板と位相遅延板に対して例示して説明したが、本発明はこれに限らず、光の偏光及び位相遅延を利用するすべての装置に適用可能である。
以上の説明は、本発明による偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の装置及びその方法を実施するための一つの実施例に過ぎない。本発明はこの実施例に限定されず、本発明の属する技術的範囲を逸脱しない範囲でのすべての変更が含まれる。
本発明は、偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定装置及びその方法に関するものである。
従来の、偏光板の透過軸と補償板の遅い軸の整列誤差を測定する光軸整列誤差測定装置の概略図である。 本発明による偏光板の透過軸と補償板の遅い軸の整列誤差を測定する光軸整列誤差測定装置の概略図である。 光軸整列誤差を測定する方法を図示するグラフ図である。 試料の位相遅延板の位相遅延角を測定する方法を図示するグラフ図である。
符号の説明
10 光源
20 偏光子
30 試料
31 偏光板
33 位相遅延板
40 補正器
50 検光子
60 光検出器、
70 増幅器
80 A/D変換器、
90 制御部
95 駆動部

Claims (3)

  1. 偏光板と位相遅延板が接合された試料の、前記偏光板の透過軸と前記位相遅延板の遅い軸間のねじれ角(以下、光軸整列誤差という)の測定方法において、
    前記試料の後方に位置した補正器の位相遅延角δを、Δ=δ+δs=180゜(δsは、前記位相遅延板の位相遅延角)になるように調節する段階と、
    光源と前記試料の間に位置した偏光子を回転させながら光度を測定する段階と、
    前記光度が最大である時の前記偏光子の方位角を算出して、これを前記偏光板の方位角Psとする段階と、
    前記偏光子の方位角P前記光度が最大である時に固定た状態で、前記補正器の方位角Cを所定の回転角度ずつ回転させる段階と、
    前記所定の回転角度ずつ回転させた補正器の各方位角Cにおいて、前記補正器の後方に位置した検光子の方位角Aを回転させながら光度を測定する段階と、
    前記補正器の各方位角Cにおいて、光度が最大である時の前記検光子の方位角Amaxを算出する段階と、
    前記補正器の方位角Cが位相遅延板の方位角Csと一致し、且つΔ=180゜である時成立する数式、(Amax−P)=2(C−P)、を利用して前記補正板の方位角C(=Cs)を算出し、前記算出された偏光子の方位角P(=Ps)及び検光子の方位角Amaxから前記偏光板と位相遅延板の光軸整列誤差として、(C−P)=(Cs−Ps)を算出する段階と、を含むことを特徴とする偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定方法。
  2. 偏光板と位相遅延板が接合された試料の、前記偏光板の透過軸と前記位相遅延板の遅い軸間のねじれ角(以下、光軸整列誤差という)の測定装置において、
    光源と前記試料の間に配置された偏光子と、
    前記試料の後方に配置され、Δ=δ+δs=180゜(δsは、前記位相遅延板の位相遅延角)になるように設定された位相遅延角δを持つ補正器と、
    前記補正器の後方に配置された検光子と、
    前記偏光子、補正器及び検光子を通過した光を検出する光検出器と、
    前記偏光子、補正器及び検光子を回転させる駆動器
    前記駆動器を制御するための回転制御信号を生成し、前記光検出器から受信した光の強さ(光度)を測定する制御器、を含み、
    前記制御器は、前記偏光子を回転させながら光度を測定して前記光度が最大である時の前記偏光子の方位角を算出して、これを前記偏光板の方位角Psとし、
    前記偏光子の方位角P前記光度が最大である時に固定た状態で、前記補正器の方位角Cを所定の回転角度ずつ回転させ前記所定の回転角度ずつ回転させた補正器の方位角Cごとに、前記検光子の方位角Aを回転させながら光度を測定して、前記補正器の各方位角Cにおいて前記光度が最大である時の前記検光子の方位角Amaxを算出し、
    前記補正器の方位角Cが位相遅延板の方位角Csと一致し、且つΔ=180゜である時成立する数式、(Amax−P)=2(C−P)、を利用して前記補正板の方位角C(=Cs)を算出し、前記算出された偏光子の方位角P(=Ps)及び検光子の方位角Amaxから前記偏光板と位相遅延板の光軸整列誤差として、(C−P)=(Cs−Ps)を算出する、ことを特徴とする偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差測定装置。
  3. 前記偏光子の方位角P及び前記補正器の方位角Cを各々、前記Ps、Csに固定する段階と、
    前記補正器の位相遅延角δを変化させながら、前記各位相遅延角δに対して、前記検光子を回転させて最大光度での前記検光子の方位角Amaxを測定する段階と、
    前記測定された検光子の方位角から(Amax−P)/(C−P)(ここで、Amax=前記光度が最大である時の前記検光子の方位角、P=偏光子の方位角、C=補正器の方位角)の値を算出する段階と、
    前記補正器の位相遅延角δ、前記(Amax−P)/(C−P)を各々、x(水平)軸、y(垂直)軸にとって、前記(Amax−P)/(C−P)の値が1と2である二つの点の座標を算出する段階と、
    前記算出された二つの点を繋ぐ直線が水平軸と会う点のx座標値(負値)の絶対値を前記位相遅延板の位相遅延角δsとする段階と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の偏光板と位相遅延板が接合された試料の光軸整列誤差の測定方法。
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