JPH03269305A - 液晶セルの液晶層厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶セルの液晶層厚測定方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

液晶表示素子は、一対の基板をシール材を介して接着し
たセル内に封入した液晶セルの両面に一対の偏光板を配
置したもので、一般に広く利用されているＴＮ型やＳＴ
Ｎ型の液晶表示素子では、液晶セル内の液晶を周基板間
においてツイスト配向させている。

ところで、液晶表示素子の表示特性は、主に、液晶セル
のリタデーションΔｎｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液
晶層厚ｄとの積）によって左右されるため、液晶表示素
子の表示特性を知るには、液晶セルのリタデーションΔ
ｎｄを知る必要がある。この液晶セルのリタデーション
Δｎｄは、液晶セル内に封入する液晶の屈折率異方性Δ
ｎは分かっているため、液晶層厚ｄを測定することで知
ることができる。

第１０図および第１１図は従来の液晶層厚測定方法を示
している。

この液晶層厚測定方法は、表示用の透明電極および液晶
配向膜等（いずれも図示せず）を形成した一対の透明基
板２，３を枠状のシール材４を介して接着して組立てた
セル１に液晶を封入する前に、この空セル１の透過光強
度の波長依存性を調べ、これに基づいて空セル１のセル
ギャップ（周基板２３間の間隔）ｄｏを液晶層厚として
算出する方法であり、透過光強度の波長依存性は、第１
０図に示すように空セル１にその一面側から光Ａをその
波長を連続的に変化させながら入射させ、空セル１を透
過した出射光の強度を光検出器Ｓて連続的に検出してＡ
１１１定されている。

第１１図はこのようにして測定した透過光強度の波長依
存性の一例を示しており、透過光強度Ｔは、周基板２，
３面とその間の空間との界面における反射光と入射光と
の干渉により、光の波長に応して図示のように変化する
。

そして、セルギャップｄ。は、測定した透過光強度の波
長依存性に基づいて、次式により算出されている。

λ１．λ。；透過光強度がピークとなる任意の２つの波
長 ｍ；波長λ１とλ、との間での 透過光強度のピーク数 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来の液晶層厚測定方法は、空セル
１の側基板２．３面とその間の空間との界面における反
射光と入射光との干渉による透過光強度の波長依存性に
基づいてセルギャップｄ。を算出するものであるため、
セルギャップｄ。の測定精度が悪いという問題をもって
いる。これは、液晶セルの側基板面には透明電極や配向
膜等が積層形成されており、しかもそれぞれの光屈折率
と基板自体の厚さおよび各積層膜の膜厚が異なるためで
あり、したがって入射光の反射は基板自体とその上の各
積層膜とのそれぞれの界面においても発生するから、実
際のセルギャップ（側基板面の配向膜面間の間隔）を精
度よく測定することは不可能である。

しかも、上記測定方法は、液晶を封入する前の空セルの
状態でそのセルギャップｄ。を液晶層厚として算出する
ものであるため、その測定値が、空セル１内に液晶を封
入して構成される液晶セルの実際の液晶層厚（この実際
の液晶層厚は、セル内に封入された液晶の圧力によって
変化する）と異なることが多いという問題をもっている
。なお、この測定方法は、光が透過する各層（基板およ
びその上の各積層膜と基板間の空間）の光屈折率が全て
等方性であることを条件として適用できるものであり、
セル内に屈折率異方性をもつ液晶を封入した状態での液
晶層厚の測定は不可能である。

したがって、上記従来の液晶層厚測定方法では、液晶セ
ルの液晶層厚ｄを精度よく測定することはできず、その
ため、液晶セルのリタデーションΔｎｄを正しく知るこ
とはできなかった。

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたちので
あって、その目的とするところは、液晶を封入した状態
での液晶セルの液晶層厚を精度よく知ることができる、
液晶セルの液晶層厚測定方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、液晶を封入した液晶セルを、偏光軸方向を互
いに平行にして配置した一対の偏光板の間に介在させ、
この液晶セルに一方の偏光板を通して、波長が長波長側
から短波長側に変化する光を入射させるとともに、前記
液晶セルを透過し他方の偏光板を通って出射する透過光
の強度を測定して、この透過光強度が最初に極小となる
波長と、液晶セル内の液晶の屈折率異方性と、この液晶
のツイスト角とから、演算により液晶セルの液晶層厚を
求めることを特徴とするものである。

〔作用〕

すなわち、本発明の液晶層厚測定方法は、液晶を封入し
た液晶セルにおける透過光強度の波長依存性に基づいて
この液晶セルの液晶層厚を求める方法であり、液晶セル
の液晶層を通った光の偏光状態は液晶の屈折率異方性に
波長依存性があるため各波長毎に変化し、さらに各波長
光の偏光状態は液晶の各波長光における屈折率異方性と
液晶層厚と液晶のツイスト角とに応じて変化するから、
液晶セルを一対の偏光板の間に介在させた状態で波長が
変化する光を一方の偏光板を通して液晶セルに入射させ
、その液晶層を通って偏光状態が変化した各波長光毎に
他方の偏光板を通って出射する透過光の強度を測定する
ことによって、透過光強度の波長依存性を求めることが
できる。この場合、本発明では、上記一対の偏光板の偏
光軸方向を互いに平行にしているため、透過光強度の変
化を最も顕著に測定することができる。そして、液晶層
を通った各波長光の偏光状態は上述したように液晶の屈
折率異方性と液晶層厚と液晶のツイスト角とに応じて変
化するため、液晶セルにおける透過光強度の波長依存性
が分れば、透過光強度が極小となる光の波長と、あらか
じめ分っている液晶の屈折率異方性とツイスト角とから
、演算により液晶セルの液晶層厚を求めることができる
。そして本発明では、ｌ成品セルに入射させる光の波長
を長波長側から短波長側に変化させて各波長光の透過光
強度を測定し、透過光強度が最初に極小となる波長を用
いて液晶層厚の演算を行なっているから、演算結果の信
頼性も高い。これは、透過光強度の長波長側の極小ピー
クが最もシャープに現れるためであり、透過光強度が最
初に極小となる波長は精度よく知ることができるから、
この波長を用いて液晶層厚を演算すれば、液晶層厚を高
精度に求めることができる。

したがって、本発明の測定方法によれば、液晶を封入し
た状態での液晶セルの液晶層厚を精度よく知ることがで
きる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示している。

第１図において、図中１１は液晶セルであり、この液晶
セル１１は、表示用の透明電極および液晶配向膜等（い
ずれも図示せず）を形成した一対の透明基板１２．１３
を枠状のシール材１４を介して接着して組立てたセル内
に液晶１５を封入したちのであり、セル内の液晶１５は
、側基板１２゜１３間においてツイスト配向されている
。また、。

１６．１７は液晶セル配置空間を存して対向配置された
一対の偏光板１６．１７であり、この一対の偏光板１６
．１７は、その偏光軸（透過軸または吸収軸）の方向を
互いに平行にして配置されている。

第２図は上記液晶セル１１の両県板１２．１３面の液晶
配向方向と前記一対の偏光板１６．．１７の偏光軸（透
過軸または吸収軸）の方向を示したもので、図中１２ａ
は液晶セル１１の下基板１２面の液晶配向方向、１３ａ
は上基板１３面の液晶配向方向であり、両県板１２．１
３面の液晶配向方向１２ａ、１３ａ互いに９０°ずれて
おり、セル内の液晶１５は、側基板１２．１３間におい
て、下基板１２側から見て（図を紙面の裏側から見て）
右回りに、はぼ９０°のツイスト角φでツイスト配向さ
れている。また、第２図において、１６ａは下偏光板１
６の偏光軸方向、１７ａ上偏光板１７の偏光軸であり、
この両偏光板１６．１７の偏光軸方向１６ａ、１７Ｂは
互いに平行で、かつ、両偏光板１６．１７間に搬入され
る液晶セル１１の一方の基板（この実施例では下基板）
１２面の液晶配向方向１２ａと平行で、他方の基板（上
基板）１３面の液晶配向方向１３ａに対しては直交して
いる。

この実施例の液晶層厚測定方法は、液晶１５を封入した
液晶セル１１における透過光強度の波長依存性に基づい
てこの液晶セル１１の液晶層厚ｄを求めるもので、液晶
セル１１における透過光強度の波長依存性は、偏光軸方
向１６ａ、１７Ｂを互いに平行にして配置した一対の偏
光板１６゜１７の間に液晶セル１１を介在させ、この状
態で波長が長波長側から短波長側に変化する光Ａを一方
の偏光板（この実施例では下偏光板）１６を通して液晶
セル１１に入射させるとともに、この液晶セル１１の液
晶層を通って偏光状態が変化した各波長光毎に他方の偏
光板（上偏光板）１７を通って出射する透過光の強度を
光検出器Ｓでｍｌｌ定す　０ る方法で求める。

すなわち、液晶セル１］の液晶層を通った光の偏光状態
は、光の波長λに応じて変化し、さらに各波長光の偏光
状態は、液晶１５の屈折率異方性Δｎと、液晶層厚ｄと
、液晶１５のツイスト角φとに応じて変化するから、液
晶セル１１を一対の偏光板１６．１７の間に介在させ、
波長が変化する光Ａを液晶セル１１人射させて透過光の
強度を４１す定すれば、透過光強度の波長依存性を求め
ることかできる。この場合、この測定方法では、上記一
対の偏光板１６．１７の偏光軸方向１６ａ。

１７ａを互いに平行にしているため、透過光強度の変化
を最も顕著に測定することができる。

第３図はこのようにして測定した透過光強度の波長依存
性を示している。なお、ここで透過光強度は、入射光の
強度を１としたときの入射光の強度に対する比である。

この透過光強度の波長依存性は、次式により求めること
ができる。

すなわち、液晶をツイスト配向させた液晶セル１ を、偏光軸方向が互いに平行な一対の偏光板の間に介在
させた液晶表示素子における透過光強度の波長依存性は
、次の一般式で表すことができる。

ここで、 Ｔ；透過光強度 Δｎ；戒晶０屈折率異方性 ｄ；液晶層厚 φ；液晶のツイスト角 λ：波長 θ；下基板面の液晶配向方向に対する 両偏光板の偏光軸方向の角度 また、上記実施例では、液晶セル１１の下基板１２面の
液晶配向方向１２ａに対する両偏光板１６．１７の偏光
軸方向１６ａ、１７ａの角度θが０°　（平行）であり
、したがって（１＋　ｕ　２ｓｉｎ２２θ）＝１である
ため、上記（１）２ 式は、 となる。

そして、液晶層を通った各波長光の偏光状態は、上述し
たように、液晶１５の屈折率異方性Δｎと。

液晶層厚ｄと、液晶のツイスト角φとに応じて変化する
ため、液晶セル１１における透過光強度Ｔの波長依存性
が分れば、透過光強度Ｔが極小となる光の波長λと、あ
らかじめ分っている液晶１５の屈折率異方性Δｎとツイ
スト角φとから、演算により液晶セル１１の液晶層厚ｄ
を求めることができる。この場合、液晶セル１１に入射
させる光Ａの波長を長波長側から短波長側に変化させて
各波長光の透過光強度Ｔを測定し、透過光強度Ｔが最初
に極小となる波長を用いて液晶層厚の演算を行なえば、
信頼性の高い演算結果を得ることができる。これは、透
過光強度の長波長側の極小ピークが最もシャープに現れ
るため、透過光強度が最初に極小となる波長は高精度に
知ることができる３ からである。

すなわち、上記（２）式において、波長が長波長側から
短波長側に変化する光Ａを入射させたとき、換言すると
、ＵがＯ（λ−の）から出発して透過光強度が最初に極
小（Ｔ−０）となる条件を求めると、 φ　（１＋　ｕ　１’　　）　　”’　　−πここで λ１　；最初にＴ＝０となる波長 である。

そして、このときの波長λ１から液晶層厚ｄは、次式 によって求めることができる。

したがって、この測定方法によれば、液晶１５４ を封入した状態での液晶セル１１の液晶層厚ｄを精度よ
く知ることができる。

なお、上記第１の実施例は、主に、液晶セルがカラーフ
ィルタを備えていない白黒表示用のものである場合に適
用される方法であり、側基板面のいずれか一方にカラー
フィルタを設けたカラー表示用液晶セルの液晶層厚の測
定には適用しにくいものである。

これは、液晶セルの基板面にカラーフィルタがあると、
液晶セルを透過する光の強度が大きく減衰し、透過光強
度の極小ピークがノイズで隠されてその読取り精度が悪
くなるためと、透過光の分光分布がカラーフィルタの分
光分布と液晶層の波長依存性とが重畳した形になって、
透過光強度の極小値の検出が困難になるためであり、し
たがって上記第１の実施例の測定方法では、透過光強度
が最初に極小となる波長を正しく知ることができなくな
る。

次に、本発明の第２の実施例を実施例を第４図〜第９図
を参照して説明する。この実施例は、前５ 記第１の実施例の測定方法を改良して、カラーフィルタ
を備えた液晶セルについてもその液晶層厚を高精度に測
定できるようにしたものである。

この実施例は、第４図および第５図に示すように、液晶
セル配置空間を存して対向配置する一対の偏光板１６．
１７の偏光軸方向１６ａ、１．７ａを、互いに平行で、
かつ両偏光板１．６．１７間に搬入される液晶セル１１
の一方の基板（この実施例では下基板）１２面の液晶配
向方向１２ａに対して４５°の角度で交差する方向にし
て、液晶セル１１における透過光強度の波長依存性を測
定するようにしたものである。なお、液晶セル１１は、
液晶１５を封入し、この液晶１５を側基板１２゜１３間
において９０°のツイスト角φでツイスト配向させたも
のであるから、前記第１の実施例と重複する説明は図に
同符号を付して省略する。

この実施例の液晶層厚測定方法も、液晶１５を封入した
液晶セル１１における透過光強度の波長依存性に基づい
てこの液晶セル１１の液晶層厚ｄを求めるもので、液晶
セル１１における透過光強６ 度の波長依存性は、前記第１の実施例と同様に、偏光軸
方向１６ａ、１．７ａを互いに平行にして配置した一対
の偏光板１６．１７の間にｌ＆晶セル１１を介在させ、
この状態で波長が長波長側から短波長側に変化する光Ａ
を一方の偏光板（この実施例では下偏光板）１６を通し
て液晶セル１１に入射させるとともに、この液晶セル１
１の液晶層を通って偏光状態が変化した各波長光毎に他
方の偏光板（上偏光板）１７を通って出射する透過光の
強度を光検出器Ｓで測定する方法で求める。

そしてこの場合、この実施例では、液晶セル１１の下基
板１２面の液晶配向方向１２ａに対する両偏光板１６．
１７の偏光軸方向１６ａ。

１７ａの角度θを４５°にしているから、透過光強度Ｔ
が最初に極小となるときの波長λ１を第１の実施例より
もはるかに精度良く検出することができる。

なお、θ＝４５°であるときの透過光強度Ｔは、前述し
た　（１〉式（一般式）から、 Ｔ＝−！−５ｉｎ’　　φ（ｌ十ｕ２）Ｉ／２２　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・（４）となる。

第６図は、この実施例によって測定した透過光強度の波
長依存性を第１の実施例で測定したものと比較して示し
たもので、この実施例によって測定した透過光強度Ｔの
極小ピークは、第１の実施例で測定したものの極小ピー
クより鋭いピークとなっており、したがって、この実施
例によれば、液晶セルの基板面にカラーフィルタがあり
、液晶セルを透過する光の強度が大きく減衰しても、透
過光強度の極小ピークを正しく読取って、通光強度Ｔが
最初に極小となるときの波長λ、を精度良く検出するこ
とができる。

また、カラーフィルタを備えた液晶セルにおいては、透
過光強度の波長依存性がカラーフィルタの分光分布と液
晶層の波長依存性とが重畳した形になるが、この実施例
の測定方法によれば、カラーフィルタを備えた液晶セル
についても、透過光強度Ｔが最初に極小となる波長λ１
を正しく知る　７ ８ ことができる。

すなわち、第７図はカラー表示用液晶セルに設けられる
赤、緑、青の三色のカラーフィルタの分光分布を示して
おり、図中Ｒは赤色フィルタの分光分布、Ｇは緑色フィ
ルタの分光分布、Ｂは青色フィルタの分光分布である。

また、第８図および第９図は、この実施例によって測定
した、赤、緑。

青の三色のカラーフィルタを備えた液晶セル１１の透過
光のうちの、赤色フィルタ部分を透過した光および緑色
フィルタ部分を透過した光の透過光強度の波長依存性を
、第１の実施例で測定した透過光強度の波長依存性と比
較して示したもので、この実施例によって測定した透過
光強度の波長依存性は、赤および緑のカラーフィルタの
分光分布と液晶層の波長依存性とが重畳した形になって
い−るが、透過光強度Ｔの極小ピークは第１の実施例に
比べてかなり鋭いピークであり、したがって、透過光強
度Ｔが最初に極小となる波長λ１を正しく知ることがで
きる。

なお、この実施例においても、液晶層厚ｄは、９ 第１の実施例と同様に、透過光強度Ｔが最初に極小とな
る波長λ、から前述した　（３〉式によって算出するが
、この実施例によれば、透過光強度Ｔが最初に極小とな
る波長λ、を正しく知ることができるため、液晶セル１
１のカラーフィルタの有無にかかわらず、第１の実施例
よりさらに高精度に液晶層厚を測定することができる。

なお、上記第１および第２の実施例では、液晶のツイス
ト角φが９０°の液晶セル１１の液晶層厚ｄを測定する
場合について説明したが、本発明は、９０°ツイストの
液晶セルに限らす、例えば１８０６〜２７０’ツイスト
の液晶セルの液晶層厚にも適用できるし、また、液晶セ
ル配置空間を存して対向配置する一対の偏光板１６．１
７の偏光軸方向１６ａ、１７ａは、互いに平行であれば
、両偏光板１６．１７間に搬入される液晶セル１１の一
方の基板面の液晶配向方向に対する角度は任意でよい。

〔発明の効果〕

本発明は、液晶を封入した液晶セルを、偏光軸０ 方向を互いに平行にして配置した一対の偏光板の間に介
在させ、この液晶セルに一方の偏光板を通して、波長が
長波長側から短波長側に変化する光を入射させるととも
に、前記液晶セルを透過し他方の偏光板を通って出射す
る透過光の強度を測定して、この透過光強度が最初に極
小となる波長と、液晶セル内の液晶の屈折率異方性と、
この液晶のツイスト角とから、演算により液晶セルの液
晶層厚を求めることを特徴とするものであるから、液晶
を封入した状態での液晶セルの液晶層厚を精度よく知る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１の実施例を示したもので
、第１図は透過光強度測定状態の断面図、第２図は液晶
セルの液晶配向方向と偏光板の変光軸方向を示す平面図
、第３図は測定した透過光強度の波長依存性を示す図で
ある。第４図〜第９図は本発明の第２の実施例を示した
もので、第４図は透過光強度測定状態の断面図、第５図
は液晶セルの液晶配向方向と偏光板の変光軸方向を示す
平１ 面図、第６図は測定した透過光強度の波長依存性を第１
の実施例で測定したものと比較して示す図、第７図はカ
ラー表示用液晶セルに設けられる赤。 緑、青の三色のカラーフィルタの分光分布を示す図、第
８図および第９図は液晶セルの透過光のうち赤色フィル
タ部分を透過した光および緑色フィルタ部分を透過した
光の透過光強度の波長依存性を第１の実施例で測定した
透過光強度の波長依存性と比較して示す図である。第１
０図および第１１図は従来の液晶層厚測定方法を示した
もので、第１０図透過光強度測定状態の断面図、第１１
図は測定した透過光強度の波長依存性を示す図である。 １１・・・液晶セル、１２．１３・・・基板、１２ａ。 １３ａ・・・液晶配向方向、１５・・・液晶、φ・・・
液晶のツイスト角、ｄ・・・液晶層厚、１６．１７・・
・偏光板、１６ａ、１７ａ・・・偏光軸方向、Ａ・・・
入射光、Ｓ・・・光検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一対の基板をシール材を介して接着したセル内に液晶を
   ツイスト配向させて封入した液晶セルの液晶層厚を測定
   する方法において、 液晶を封入した液晶セルを、偏光軸方向を互いに平行に
   して配置した一対の偏光板の間に介在させ、この液晶セ
   ルに一方の偏光板を通して、波長が長波長側から短波長
   側に変化する光を入射させるとともに、前記液晶セルを
   透過し他方の偏光板を通って出射する透過光の強度を測
   定して、この透過光強度が最初に極小となる波長と、液
   晶セル内の液晶の屈折率異方性と、この液晶のツイスト
   角とから、演算により液晶セルの液晶層厚を求めること
   を特徴とする液晶セルの液晶層厚測定方法。