JPH11344312A - 液晶セルギャップ測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶セルが反射型及びＲＧＢフィルタを備え
たカラー用のいずれでもスペクトル測定によりセルギャ
ップを求めることができ、製造を完了した製品素子を評
価できる液晶セルギャップ測定方法及びその装置を提供
すること 【解決手段】 近赤外光を出力する光源２，分光器７，
光源側集光系３，検出側集光系４，検出器５，演算部６
を順に配置し、測定対象の液晶セル１を光源側集光系３
と検出側集光系４との間に置く。光源２が出力した近赤
外光を、分光器７で波長スキャンするが、光源側集光系
３により集光して反射させて液晶セル１に入射する。液
晶セル１での正反射光のみを、検出側集光系４により反
射させて集光して検出器５に入射させる。検出器５では
正反射光のみが検出され散乱光が到達せず、出力が演算
部６に送られる。演算部６で光強度のスペクトルが求ま
り、それに現れる干渉波形からセルギャップが求められ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二枚の平行な基板
の間に液晶を封入したサンドイッチセルのギャップを測
定する液晶セルギャップ測定方法及びその装置に関する
もので、より具体的には、液晶セルに光を照射して干渉
を起こした反射光に基づいてセルギャップを求めるよう
にした液晶セルギャップ測定方法及びその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶セルは、二枚の平行な基板の間に液
晶を封入したサンドイッチ構造をとり、表示デバイスと
して実用化が盛んである。この液晶セルでは、その製造
に際して液晶を封入させる隙間つまりセルギャップの厚
さ管理が重要である。

【０００３】すなわち、セルギャップは、数μｍから１
０μｍ程度で均一になるように設定しており、このた
め、スペーサと呼ばれる球状の樹脂を基板の内面に散布
して張り合わせるようにしている。このセルギャップの
厚さに不均一性があると表示色ムラ等の表示欠陥が発生
する。

【０００４】そこで、液晶セルのセルギャップを精度良
く測定することが品質管理の点で必要不可欠となる。そ
して従来のセルギャップの測定は、光の干渉を利用した
測定方法が一般的であり、測定したスペクトルに現れる
干渉波形からセルギャップを求めるようにしている。例
えば図１に示すように、顕微鏡型の分光装置を用いるも
のであり、測定対象の液晶セル１をステージ上に装着し
て、当該液晶セル１を透過してきた白色光を分光器７に
導入し、分光した後にＣＣＤによる検出器５で検出して
光強度のスペクトルを得る。係る装置に関連する先行発
明としては、例えば特開平２−１１８４０６号公報（Ｇ
０１Ｂ １１／０６）が知られている。

【０００５】また、特開平４−３０７３１２号（Ｇ０１
Ｂ １１／０６）公報には、ツイストネマティック液晶
についてセルギャップを求めるため回転検光子による方
法が開示されており、平行ニコル及び直交ニコルで光強
度を測定し、それらの測定値からリターデーションを求
め、これと液晶セルの複屈折率との関係からセルギャッ
プを算出するようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る従
来のセルギャップ測定技術にあっては、以下に示す問題
を生じる。すなわち、上記した公報に開示した発明に代
表されるように、従来の液晶のセルギャップ測定は、い
ずれも、光源として可視光（白色光）を出射する装置を
用い、しかも、係る可視光を液晶セル内を透過させ、そ
の液晶セル内を通過して出射される透過光に基づいて測
定していた。さらに、以下に示す理由から実デバイスを
用いた測定ができず、測定用のダミーセルを用いてセル
ギャップを測定し、係る測定結果を実デバイスのセルギ
ャップと推定するようにしていた。従って、あくまでも
推定であり、精度良く実デバイスのセルギャップを測定
し、品質管理することは困難であった。

【０００７】すなわち、液晶セルの構造の一例を示す
と、図２のようなものがある。同図（Ａ）は、透過型の
タイプであり、図中上から順に上部ガラス基板１ａ，透
明電極１ｂ，配向膜１ｃ，液晶１ｄ，配向膜１ｅ，透明
電極１ｆ，下部ガラス基板１ｇを積層した構造となり、
液晶１ｄの厚さがセルギャップとなる。そして、下部ガ
ラス基板１ｇ側からバックライトを照射させるようにな
る。また、同図（Ｂ）は、カラー対応の透過型のタイプ
であり、同図（Ａ）の構造における透明電極１ｂと配向
膜１ｃの間にＲＧＢフィルタ１ｈを介在させた構造とし
ている。このＲＧＢフィルタ１ｈは、Ｒ用，Ｇ用，Ｂ用
の各フィルタ要素を全面に点在させている。さらに、同
図（Ｃ）は反射型でしかもＲＧＢフィルタ１ｈを内蔵し
たタイプであり、下部ガラス基板１ｇの上面にメタル反
射板１ｊを設けている（このメタル反射板１ｊは、その
表面が微細な凹凸に形成し、そこにおいて乱反射させる
ようにした場合もある。この場合には、透明電極１ｆ
も、そのメタル反射板１ｊの表面形状に沿って成膜され
るので、その透明電極１ｆの表面に平滑膜１ｉを設け、
液晶１ｄとの界面を平坦にしている。）。なお、この図
示の構造からＲＧＢフィルタ１ｈを除去すると、反射型
のフィルタなしの液晶セルとなる。

【０００８】＊反射型液晶セルに対して測定不可能 反射型液晶セルは、図２（Ｃ）に示したように、下部ガ
ラス板１ｇの上に不透明なメタル反射板１ｊが存在して
いるため、液晶セル内に光を透過させることができな
い。従って、従来の透過型の測定装置を用いてセルギャ
ップを測定することはできない。

【０００９】また、従来の装置を一部改良し、図１中破
線で示すように対物レンズＯＬと分光器７の間にハーフ
ミラーＨＭを配置し、光を液晶セルに垂直に照射し、そ
こにおいて得られる反射光により干渉を発生させるとと
もに、その反射光を分光器７にて波長分散して得られる
スペクトルデータに基づいてセルギャップを求めること
を考えた。

【００１０】しかし、係る測定系では、測定したスペク
トル中でノイズ成分が大きくなりセルギャップが求まら
なかった。これは、反射型液晶セルの場合、上側基板の
下面からの反射光と、下側基板からの反射光との強度比
が大きく異なる為、適度な干渉パターンが得られないこ
とが理由と考えられる。又、特にメタタル反射板にテク
スチャーを施したものに於いては、光を散乱させるよう
にしており、これにより視角特性を向上させているの
で、反射型液晶セルから反射した光を測定装置の光学レ
ンズ系で集光すると、この散乱光も集光されてしまい、
これが非干渉成分となり干渉波形の質を著しく低下させ
ることに起因するためである。

【００１１】＊液晶を封入した実デバイスでの測定不能 配向膜１ｃの可視域での屈折率は１．６であり、液晶１
ｄの可視域での屈折率は１．６〜１．８程度となり、近
い値となる。従って、可視光を照射させた場合に、配向
膜１ｃと液晶１ｄの鏡界面が認識しにくくなり、干渉強
度が低下するので、測定したスペクトルからセルギャッ
プを求めることができないことがある。これに対し、液
晶をまだ封入していない空セルの場合には、空気の可視
域での屈折率は１であるので、配向膜１ｃとの屈折率の
差が大きく、界面を認識し、十分な干渉強度が得られ
る。従って、実際の測定では、係る液晶を充填する前の
空セルの状態でセルギャップを求めた後、液晶を封入す
るようにしていた。つまり、厳密には実デバイスの測定
ができなくなる。

【００１２】さらに、液晶セルを製造するプロセスの中
で熱をかける処理があり、その熱によってガラス基板１
ａ，１ｇが外側に凸の形状に湾曲する。一方、セルギャ
ップ内に液晶を封入する際には、所定のギャップにする
為に両ガラス基板１ａ，１ｇを加圧してセルを完成させ
る。その結果、封入後の方が空セルよりもセルギャップ
が狭まる傾向にあり、このため、製造を完了した実デバ
イス（製品素子）を評価したいという要求があるもの
の、上記した理由により実現できなかった。

【００１３】＊カラー対応の液晶セルの実デバイスでの
測定不能 ＲＧＢフィルタを設けてカラー化した液晶セルについて
は、そのＲＧＢフィルタの波長特性のため適正な干渉波
形が得られなく、セルギャップが求まらない。つまり、
ＲＧＢフィルタ１ｈは、各色用の微小なフィルタ要素を
点在させている。そのため、測定用の光を照射すると、
各色が混在した複数のフィルタ要素に同時に照射されて
しまうためと考えられる。従って、照射する光のビーム
を絞り込み、一つの色用のフィルタにのみ照射するよう
にすることもできるが、そうすると、光量が不足する
し、適正な干渉波形が得られない。このため、従来は、
ＲＧＢフィルタを装着しない評価用の液晶セルを製作し
て、これについてセルギャップを評価するようにしてい
る。しかし、これも製造を完了した製品素子そのものを
評価したいという要求からはずれた構造の液晶セルを評
価していることになり、実セルのギャップが得られな
い。。

【００１４】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、液晶セルが反射型及びＲＧＢフィルタを備えたカラ
ー用のいずれでもスペクトル測定によりセルギャップを
求めることができ、製造を完了した製品素子を評価でき
る液晶セルギャップ測定方法及びその装置を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る液晶セルギャップ測定方法では、
液晶セルに光を照射して干渉を起こした反射光に基づい
てセルギャップを求める方法であって、近赤外光を平行
光もしくは平行光に近い集光光を液晶セルに照射させ、
この液晶セルで反射した正反射光を検出してスペクトル
を求めて、そのスペクトルに現れる干渉波形からセルギ
ャップを求めるようにした（請求項１）。

【００１６】また、その測定装置としては、液晶セルに
光を照射して干渉を起こした反射光に基づいてセルギャ
ップを求めるものであって、近赤外光を出力する光源
と、前記光源の出力光を平行光もしくは平行光に近い集
光光を液晶セルに照射させる光源側集光系と、前記光源
側集光系から照射された光束により前記液晶セルで反射
した正反射光を集める検出側集光系と、前記検出側集光
系で集光した正反射光を検出する検出手段と、前記検出
手段の検知出力からスペクトルを求め、そのスペクトル
に現れる干渉波形からセルギャップを求める演算部とを
備えた（請求項２）。

【００１７】さらに、前記近赤外光の波長が、８００ｎ
ｍ〜２０００ｎｍの範囲とすると好ましい（請求項
３）。なお、波長範囲が１．０〜１．７ｎｍの範囲とす
ると、本発明の効果が最も顕著に現れるのでより好まし
い。

【００１８】従って、本発明では、正反射光を検出して
スペクトル測定するので、反射型の液晶セルで問題とな
る散乱光が検出器に到達せず、セルギャップに関した干
渉成分のみを抽出することになる。このため、反射型の
液晶セルについてセルギャップを求めることができる。
また、透過型の液晶セルについても、同一位置に置けば
正反射させることができるので、そのまま適用すること
ができ、測定したスペクトルからセルギャップを求める
ことができる。

【００１９】また、近赤外光を照射させているので、そ
の波長領域では液晶とセル側（配向膜）とは屈折率が明
らかに異なり、このため液晶を既に封入した製品素子で
あっても測定が行える。

【００２０】そして、この近赤外光の波長領域では、Ｒ
ＧＢフィルタが透明になってしまうので、そのＲＧＢフ
ィルタを備えたカラー用の液晶セルでも何ら不都合なく
測定が行える。又、特にＲＧＢフィルターの間隙に形成
される所謂「ブラックマスク」が、樹脂ブラックと称さ
れる有機系遮光膜が使われることが多くなったが、本発
明によれば、この様な遮光膜形成部分であっても、光が
透過しギャップ計測が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図３は、本発明に係る液晶セルギ
ャップ測定装置の一実施の形態を示す構成図である。こ
の液晶セルギャップ測定装置は、基本的には近赤外光を
出力する光源２，光源側集光系３，検出側集光系４，検
出器５，演算部６が順に配置され、測定対象の液晶セル
１は光源側集光系３と検出側集光系４との間に置かれ、
その液晶セル１に近赤外光が照射されて干渉を起こした
反射光に基づいてセルギャップが求められるように構成
されている。

【００２２】この液晶セル１は、後述するように、アル
ミ等の反射板を備えた反射型でも、バックライトで照ら
す透過型でもいずれでもよい。

【００２３】検出器５は、光電子像倍管やフォトダイオ
ード等による検出器であり、光強度を単一チャネルにつ
いて検出するようになっている。光源２と光源側集光系
３との間には分光器７が配置されており、この分光器７
が波長スキャンされ、これにより検出器５で連続的に検
出される光強度は波長に関した光強度となり、光強度の
スペクトルが得られるようになっている。光源２から出
力される近赤外光は、波長が８００ｎｍ〜２０００ｎ
ｍ、好ましくは、波長が１μｍから１．７μｍの領域に
設定されている。

【００２４】光源側集光系３は、集光レンズ群３０とミ
ラー３１とが所定に配置され、分光器７を介して送られ
た光源２の出力光を集光して液晶セル１に照射させるよ
うになっている。この出力光は平行光もしくは平行光に
近い集光光を使用できる。この条件を満たせば光源は白
色光等であってもかまわない。

【００２５】検出側集光系４は、ミラー４１と集光レン
ズ群４０とが所定に配置され、光源側集光系３から照射
された光束により液晶セル１で反射した正反射光を集め
るようになっている。

【００２６】演算部６は、いわゆるマルチチャネルアナ
ライザとして機能するように構成された解析用コンピュ
ータであり、検出器５の検知出力からスペクトルを求
め、そのスペクトルに現れる干渉波形からセルギャップ
を求めるようになっている。また、この演算部６は周波
数解析も行えるように構成されている。

【００２７】このように構成すると、光源２から出力さ
れた近赤外光は、分光器７を通り、光源側集光系３の集
光レンズ群３０により集光され、ミラー３１で反射され
て液晶セル１に入射する。この液晶セル１からの反射光
は、正反射した光だけが検出側集光系４のミラー４１で
反射されて集光レンズ群４０により集光され、検出器５
に入射する。これにより、検出器５では液晶セル１で反
射した正反射光のみが検出され、検知出力が演算部６に
送られる。そして、演算部６により光強度のスペクトル
が求まり、そのスペクトルに現れる干渉波形からセルギ
ャップが求められる。

【００２８】なお、液晶セルギャップ測定装置として
は、図４に示すように、分光器７を検出側集光系４と検
出器５との間に配置させてもよい。また、検出器５とし
て、マルチチャネル構成のものやＣＣＤセンサ等による
二次元構成の検出器を用いて、スペクトルを一度に得ら
れる構成としてもよい。さらに、分光器７の替わりに干
渉計を使用して、演算部６上では周波数解析を行う構成
としてもよい。

【００２９】図５から図８は、本発明に係る液晶セルギ
ャップ測定装置による測定例を示すスペクトル図であ
る。

【００３０】図５に示す液晶セルは、アルミ反射板を設
けた反射型であり、ＲＧＢフィルタが設けられ、液晶も
封入された完成製品である。セルギャップは平均値で、
６．７７１μｍという値を得た。

【００３１】図６に示す液晶セルは、アルミ反射板を設
けた反射型であり、ＲＧＢフィルタが設けられ、液晶が
封入された完成製品である。セルギャップは平均値で、
６．４０６μｍという値を得た。

【００３２】図７に示す液晶セルは、アルミ反射板を設
けた反射型であり、ＲＧＢフィルタを設けておらず、液
晶も封入されていない製造途上の空セルである。セルギ
ャップは平均値で、９．３４６μｍという値を得た。

【００３３】図８に示す液晶セルは、反射型に製造され
るものであるがアルミ反射板はまだ設けていなく、ＲＧ
Ｂフィルタが設けられ、液晶も封入されていない製造途
上の空セルである。セルギャップは平均値で、７．５１
３μｍという値を得た。

【００３４】すなわち、本発明によれば、正反射光を検
出してスペクトル測定するので、反射型の液晶セル１で
問題となる散乱光が検出器５に到達せず、セルギャップ
に関した干渉成分のみを抽出することになる。このた
め、反射型の液晶セル１についてセルギャップを求める
ことができる。また、透過型の液晶セル１についても、
同一位置に置けば正反射させることができるので、その
まま適用することができ、測定したスペクトルからセル
ギャップを求めることができる。

【００３５】また、近赤外光を照射させているので、そ
の波長領域では液晶とセル側（配向膜）とは屈折率が明
らかに異なり、このため液晶を既に封入した製品素子で
あっても測定が行え、評価できる。

【００３６】そして、この近赤外光の波長領域では、Ｒ
ＧＢフィルタ（及び樹脂系遮光マスクを用いた場合に
は、遮光マスク）が透明になってしまうので、そのＲＧ
Ｂフィルタを備えたカラー用の液晶セル１でも何ら不都
合なく測定が行え、製造を完了した製品素子を評価でき
る。

【００３７】ところで、本発明を応用することにより、
ＲＧＢフィルタを備えたカラー用の液晶セル１のプレチ
ルト角が求まる。それには測定系を、図９に示すよう
に、いわゆるクリスタルローテーション法を行うように
構成する。すなわち、プレチルト角の測定系は、一方向
に配向した液晶分子を結晶とみなして、液晶セル１を回
転させながら液晶分子の屈折率異方性から生ずる偏光性
変化を測定するものであり、近赤外光を出力する光源２
２，光源側集光系３３，偏光子８，検光子９，検出側集
光系４４，検出器５，演算部６が順に配置され、測定対
象の液晶セル１は偏光子８と検光子９との間に置かれ、
その液晶セル１に近赤外光が照射されて液晶分子の屈折
率異方性から生ずる偏光変化を起こした透過光の極値に
基づいてプレチルト角が求められるように構成されてい
る。

【００３８】光源２２は、波長が１〜１．７μｍの領域
で単色を出力するように構成されており、例えば図３に
示すように光源２に分光器７を接続したもの、光源２に
バンドパスフィルタを接続したもの、あるいはレーザに
よるものとする。レーザ光源とした場合には、光源側集
光系３３，検出側集光系４４は不要となる。

【００３９】このような測定系により、光源２２から出
力された近赤外領域の単色光は、光源側集光系３３によ
り偏光子８に導かれ、偏光子８で直線偏光されて液晶セ
ル１に入射する。ここで液晶セル１は入射角をスキャン
するために回転させるものであり、この液晶セル１の透
過光は、検光子９に導かれて検出側集光系４４により集
光され、検出器５に入射する。これにより、検出器５で
は液晶セル１の液晶分子の屈折率異方性から生ずる偏光
変化を起こした透過光が検出され、検知出力（透過光強
度Ｔ）が演算部６に送られる。そして、演算部６により
透過光強度Ｔからプレチルト角が求められる。つまり、
この透過光強度Ｔは、図１０に示すようにセル基板に対
する幾何的な入射角に関して極値をもちながら変化し、
対称となる入射角からプレチルト角が求まる。

【００４０】なお、偏光子８により直線偏光せずに、液
晶セル１には偏光変調した光を入射させて測定を行うよ
うに構成してもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る液晶セルギ
ャップ測定方法及びその装置では、正反射光を検出して
スペクトル測定するので、散乱光が検出器に到達せず、
セルギャップに関した干渉成分のみを抽出することにな
り、反射型の液晶セルについてセルギャップを求めるこ
とができる。透過型の液晶セルについても、同一位置に
置けば正反射させることができるので、そのまま適用す
ることができ、測定したスペクトルからセルギャップを
求めることができる。

【００４２】また、近赤外光を照射させているので、そ
の波長領域では液晶とセル側（配向膜）とは屈折率が明
らかに異なり、ＲＧＢフィルタが透明になってしまうの
で、液晶を既に封入した製品素子及びＲＧＢフィルタを
備えたカラー用の液晶セルでも何ら不都合なく測定が行
え、すなわち、スペクトル測定によりセルギャップを求
めることができ、その評価が行えるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の顕微鏡型の分光装置の一例を示す構成図
である。

【図２】液晶セルの構造を示す図である。

【図３】本発明の液晶セルギャップ測定装置の一実施の
形態を示す構成図である。

【図４】本発明の液晶セルギャップ測定装置の他の実施
の形態を示す構成図である。

【図５】本発明装置による測定例を示すスペクトル図で
ある。

【図６】本発明装置による測定例を示すスペクトル図で
ある。

【図７】本発明装置による測定例を示すスペクトル図で
ある。

【図８】本発明装置による測定例を示すスペクトル図で
ある。

【図９】本発明に関してプレチルト角の測定系の一実施
の形態を示す構成図である。

【図１０】図９のプレチルト角の測定系による測定例を
示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 液晶セル ２ 光源 ３ 光源側集光系 ４ 検出側集光系 ５ 検出手段（検出器） ６ 演算部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶セルに光を照射して干渉を起こした
   反射光に基づいてセルギャップを求める方法であって、 近赤外光を平行光もしくは平行光に近い集光光を斜め方
   向から液晶セルに照射させ、この液晶セルで反射した正
   反射光を検出してスペクトルを求め、そのスペクトルに
   現れる干渉波形からセルギャップを求めることを特徴と
   する液晶セルギャップ測定方法。
2. 【請求項２】 液晶セルに光を照射して干渉を起こした
   反射光に基づいてセルギャップを求めるものであって、
   近赤外光を出力する光源と、 前記光源の出力光を平行光もしくは平行光に近い集光光
   を液晶セルに照射させる光源側集光系と、 前記光源側集光系から照射された光束により前記液晶セ
   ルで反射した正反射光を集める検出側集光系と、 前記検出側集光系で集光した正反射光を検出する検出手
   段と、 前記検出手段の検知出力からスペクトルを求め、そのス
   ペクトルに現れる干渉波形からセルギャップを求める演
   算部とを備えたことを特徴とする液晶セルギャップ測定
   装置。
3. 【請求項３】 前記近赤外光の波長が、８００ｎｍ〜２
   ０００ｎｍであることを特徴とする請求項２に記載の液
   晶セルギャップ測定装置。