KR100226016B1 - 광학 이방성 측정 장치 및 방법 - Google Patents

광학 이방성 측정 장치 및 방법 Download PDF

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미따라이 하지메
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Abstract

오브젝트에 대해 빔이 전반사하는 동안 발생하는 에버네슨트 웨이브의 상호 작용에 따라 액정과 같은 검사될 오브젝트의 광학 이방성을 측정하기 위한 장치가 기술되어 있다. 상기 장치는 상부에 검사될 오브젝트를 장착하기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재; 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역과 상기 투명 부재를 통하여 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 입사한 빔을 방출하도록 상기 제1영역의 반대편에 배치된 광원; 상기 광원의 방출측 상에 배치된 편광자; 상기 광원과 상기 곡면의 제1영역 사이에 배치된 입사 광학 시스템; 상기 광원으로부터 방출되고 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 전반사되어 상기 곡면의 제2영역을 통하여 입사된 빔을 검출하도록 상기 제2영역의 반대편에 배치된 광 검출기; 및 상기 광 검출기와 상기 곡면의 제2영역 사이에 배치된 분석기를 포함한다. 상기 검사될 오브젝트는 상기 투명 부재의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 액체를 통하여 상기 투명 부재의 평면 상에서 이동 가능하게 장착될 수 있다.

Description

광학 이방성 측정 장치 및 방법
제1도 내지 제9도는 본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제1 내지 제9실시예들의 각각의 개략도.
제10도는 광학 이방성 측정 장치의 제9실시예의 일부를 도시한 확대도.
제11도는 본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제10실시예의 개략도.
제12도는 종래의 광학 이방성 측정 장치의 개략도.
제13도는 제12도의 부분 확대도.
제14도는 광학 이방성 측정 장치를 이용함으로써 획득된 측정된 광학 이방성 패턴의 일례를 도시한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : He-Ne 레이저 3a : 평면
3b : 곡면 3 : 구형 세그먼트 유리
4 : 분석기 5 : 광 검출기
6 : 액정 셀 10 : 광학 이방성 측정 장치
11 : 오목 렌즈
본 발명은 기관의 광학 이방성을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 액정의 프리틸트 각도(pretilt angle)를 결정하기 위해 액정의 광학 이방성을 측정하기 위한 장치 및 방법과, 이 광학 이방성 측정 장치를 사용하여 액정 디바이스를 제조하는 공정에 관한 것이다.
액정 디바이스의 제조 시에, 러빙(rubbing)과 같은 액정 입자들을 정렬하기 위한 처리가 일반적으로 행해졌다. 정렬 처리에 의해, 액정 입자들은 액정 디바이스의 기판 표면에 대하여 특정 각도(프리틸트 각도라고 함)를 형성하도록 정렬된다. 액정 디바이스에서 프리틸트 각도의 크기 및 파동(fluctuation)은 액정 디바이스의 광학 성능을 결정하는데 주요한 요인들 중 하나이다. 또한, 고체 상태의 결정(solid-state crystal)과 대조적으로, 액정은 국부적으로 많이 또는 적게 상이한 프리틸트 각도들을 야기할 수 있다. 그러나 일반적으로 액정 디바이스에서 프리틸트 각도가 균일한 것이 양호하다. 따라서, 액정의 프리틸트 각도 측정치 및 액정 디바이스에서의 편차 또는 분포가 액정 디바이스의 개발 및 제조 제어에 있어서 중요하다.
상술된 이유로, 액정 디바이스에서 프리틸트 각도를 계산하기 위해, 예를 들어, 제12도에 도시된 전반사형(total reflection-type) 광학 이방성 측정 장치를 사용함으로써, 액정의 광학 이방성을 측정하는 방법이 광범위하게 공지되었다.
제12도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(200)는 He-Ne 레이저(201), 편광자(202), 구형 유리(203)(예를 들면, 20-30mm의 직경 및 약 1.9의 굴절률을 갖는 반구형 유리), 분석기(204) 및 광 검출기(205)를 포함하여, 측정용 액정 셀(206)이 구형 세그먼트 유리(203)의 평면(203a)과 일체로 형성된다.
제13도에 도시된 바와 같이, 액정 셀(206)은 평면(203a) 및 (약 1.6의 굴절률을 갖는 약 0.02 ㎛ 두께의 폴리이미드 막의) 정렬 막(208b)과 접촉하는 [약 1.95의 굴절률을 갖는 약 0.1 ㎛ 두께의 ITO(인듐-주석 산화물) 막의] 투명 전극(209)을 갖는 구형 세그먼트 렌즈(203), 및 투명 전극(209a)과 정렬 막(208a)을 갖는 유사한 유리 기판(210)을 포함하도록 배치되어, 정렬 막들이 액정 층(207)을 샌드위치하도록 내면에 배치된다. 평면(203a) 및 유리 기판(210)은 액정 층(207)을 둘러싸는 봉함제(sealant)로 서로 결합된다. 다시 말하면, 구형 세그먼트 유리(203)는 액정 셀(206)을 구성하는 하나의 기판으로서 작용한다.
양호하게 구형 세그먼트 유리(203)는 반구형 또는 반구형에 가까운 형이고, 측정 영역 또는 반구형에 가까운 영역에서 곡률 중심을 갖는다.
액정 셀(206)의 일부와 일체로 형성된 구형 세그먼트 유리(203)는 평면(203a)에 수직인 회전 축 C에 대하여 회전할 수 있도록 회전적으로 지탱된다.
구형 세그먼트 유리(203)의 한 측면(제12도의 왼편 측면) 상에서, He-Ne 레이저(광원 : 201)는 아래로 기울어진 방향으로부터 평면(203a)에 입사하는 입사 광선속 A(레이저 빔, 평행 광 선속)을 방출하도록 배치된다. 구형 세그먼트 유리(203)의 다른 측면 상에서, 광 검출기(205)는 정렬 막(208b) 및 투명 전극(209b) 사이의 경계에서 전반사된 후에 구형 표면(203b)을 통해 방출된 출력 빔 B를 검출하도록 배치된다. 또한, 편광자(202)는 He-Ne 레이저로부터의 빔 A를 선형 편광된 광으로 변환하기 위해 He-Ne 레이저(201) 및 구형 세그먼트 유리(203) 사이에 배치되고, 분석기(204)는 편광 방향이 분석기(202)의 방향과 수직이 되도록 구형 세그먼트 유리(203)와 광 검출기(205) 사이에 배치된다.
상술된 종래의 광학 이방성 측정 장치(200)를 이용함으로써, 광학 이방성 측정은 다음 방식으로 실행되었다.
입사 빔(평행 광 선속) A는 선형 편광된 광으로 변환되도록 편광자(202)를 통과한 후에 구형 표면(203a)을 통해 구형 세그먼트 유리(203)에 입력된다. 구형 세그먼트 유리(203)에 입력된 입사 빔 A는 구형 세그먼트 유리(203)의 배율에 의해 약간 수렴된 후에 정렬 막(208b)과 투명 전극(209b) 사이의 경계에서 전반사된다. 정렬 막(208b)과 투명 전극(209b) 간의 굴절률의 차이[정렬 막(208b)의 굴절률이 투명전극(209b)의 굴절률 보다 작음]로 인해 전반사가 야기된다.
전반사 중에, 에버네슨트 웨이브(evanescent wave)가 발생하고 정렬막(208b)에 입력된다. 에버네슨트 웨이브는 경계에 수직인 방향으로 단거리만큼만 진행한다. 그러나, 정렬막(208b)이 매우 얇기 때문에(약 0.02 ㎛ 두께), 에버네슨트 웨이브는 액정 층(207)에 입력되어 액정 층(207)과 정렬막(208b) 사이의 경계에 근접한 액정 입자들과 상호작용할 수 있고, 구형 세그먼트 유리(203)로 복귀되어 전반사된 광과 함께 구형 세그먼트 유리(203)의 구형 표면(203b)을 통해 출력 빔 B으로서 방출된다.
구형 세그먼트 유리(203)로부터 방출된 출력 빔 B는 일단 수렴되어 편광자에 수직인 편광 방향을 갖는 분석기(204)를 통과함으로써, 입사 빔 A의 방향과 수직인 편광 방향을 갖는 편광 광 성분만이 광 검출기에 도달하게 된다.
구형 세그먼트 유리(203)가 회전 축 C에 대하여 회전될 때, 액정 층(207)의 액정 입자 디렉터(director : 액정 입자들의 배향 방향을 나타내는 유니트 벡터)가 구형 세그먼트 유리(203)에 인접한 레이저 빔 A의 전계 방향과 관련하여 변경된다. 따라서, 구형 세그먼트 유리(203)의 회전 각[즉, 액정 셀(206)의 회전 각]에 대응해서, 구형 세그먼트 유리로부터 방출된 출력 빔 B의 편광 상태가 변경된다. 구형 세그먼트 유리(203)의 회전 각도[액정 셀(206)의 회전 각도와 동일함]에 대응하는 광 검출기(205)의 출력을 플로팅(plotting)함으로써, 액정의 광학 이방성을 나타내는 제14도에 도시된 특정 곡선이 구해지고, 프리틸트 각도가 특정 곡선으로부터 계산될 수 있다.
상술된 바와 같이, 광학 이방성 측정 장치(200)는 전반사 때에 야기된 에버네슨트 웨이브의 액정 입자들과의 상호작용에 대응하는 출력 빔 B의 편광 상태 변경을 기초로 액정의 광학 이방성을 측정하고, 광학 이방성을 기초로 프리틸트 각도를 결정한다. 경계로부터 협 영역에만 도달하는 에버네슨트 웨이브의 특성을 기초로, 액정 층(207)과 정렬막(208b) 사이의 경계 근처의 액정의 광학 이방성이 측정된다.
광학 이방성 측정 방법에 의해, 액정이 아닌 물질의 경계 부근의 광학 이방성도 또한 측정될 수 있다. 예를 들면, 압축 성형에 의해 획득된 플라스틱 제품의 경계 부근의 광학 이방성이 유사하게 측정될 수 있다.
상술된 광학 이방성 측정 장치(200)는 측정 영역에 입력되는 입사 빔 A가 He-Ne 레이저(201) 및 구형 세그먼트 유리(203)의 특성에 의해 좌우되는 문제점을 수반한다.
특히, 광학 이방성 측정 장치(200)에서, 구형 세그먼트 유리(203)에 입력되는 입사 빔 A는 구형 세그먼트 유리의 배율로 인해 약간 수렴되어, 입사 빔 A가 정렬막(208b)과 투명 전극(209b) 사이의 경계에서 약간 넓어진 입사 각도를 갖게 되어서, 약간 열등한 측정 정확성을 야기한다.
또한, 디스플레이 등에서 사용되는 일반적인 액정 디바이스는 수십만 내지 수백만 개의 소형 픽셀들을 포함하는데, 각 픽셀은 수십 내지 수백 ㎛2정도의 평방크기를 갖는다. 결정과 상이한 액정 디바이스에서, 국부적으로 상이한 프리틸트 각도와 같이 전체적인 불규칙성이 발생할 수 있다. 예를 들면, 활성 매트릭스형 액정 디바이스를 제조할 때, 기판들은 픽셀들을 분할하기 위해 전극들을 패터닝한 후에 직경이 약 20 ㎛인 섬유로 구성된 천으로 러빙되기 때문에, 하나의 픽셀에서 또는 인접한 픽셀들 사이에서 정렬의 불규칙성이 발생할 수 있다. 따라서, 이 액정 디바이스의 평가 및 개발을 위해서는, 직경이 수 ㎛ 내지 수십 ㎛인 수형 영역의 프리틸트 각도를 측정하고 측정된 각도를 지정된 값과 비교하는 것이 중요하다. 활성 매트릭스형 액정 디바이스뿐만 아니라 간단한 매트릭스형 액정 디바이스에서도, 정렬 단계들의 개선을 위해 정렬 불규칙성의 정도를 알고 제조 라인에서 열등한 제품들을 찾아내는 것이 유용하다.
한편, 상술된 광학 이방성 측정 장치에서, 측정 영역은 직경이 수 mm인 크기를 갖는데, 이 직경은 입사 빔 A의 직경에 좌우된다. 특히, 정렬막(208b)과 투명전극(209b) 사이의 경계에 입력되는 입사 레이저 빔 A은 1mm 정도의 빔 직경을 갖고, 입사 빔 A는 약 1mm의 단축 및 수 mm의 장축을 갖는 타원 형태의 경계에 입사되도록 비스듬하게 경계에 입력된다. 또한, 구형 세그먼트 유리(203)와 액정 셀(206)은 측정을 위해 회전되기 때문에, 실제 측정 영역은 직경이 수 mm인 원이 된다. 따라서, 상술된 광학 이방성 측정 장치로 액정 디바이스의 한 픽셀의 소형 영역의 프리틸트 각도 및 분포를 측정하는 것은 불가능하다.
또한, 프리틸트 각도의 국부적인 불규칙성을 알기 위해, 액정 디바이스의 측정 위치를 변경하여 결정할 필요가 있다. 그러나, 제12도 및 제13도에 도시된 상술된 종래의 광학 이방성 측정 장치(200)에서, 측정용 액정 셀(206)은 구형 세그먼트 유리(203)와 일체로 형성되기 때문에, 측정은 액정 셀의 한 영역에서만 이루어질 수 있다.
또한, 측정용 액정 셀(206)이 구형 세그먼트 유리(203)와 일체로 형성되기 때문에, 디스플레이 패널 등에 이용된 실제 액정 셀, 또는 검사될 오브젝트로서 실제 액정 셀(예를 들면, 상이한 굴절률을 갖는 기판을 사용하는 것을 제외하고 동일한 구조로 제조된 셀)의 제조 단계들과 매우 밀접한 단계들을 통해 제조된 액정 셀을 측정용으로 사용하는 것은 불가능하고, 상이한 단계들을 통해 제조된 측정용 셀을 사용할 필요가 있다. 따라서, 측정을 위해 외부적인 상당한 노력이 필요하고, 실제 제조 단계의 개선에 유용한 정보가 제한된다.
본 발명의 목적은 광원과 구형 세그먼트 유리 사이에 검사될 오브젝트에 입사되는 희망 빔을 제공하는 선정된 입사 광학 시스템을 배치함으로써 요구된 조건하에서 광학 이방성 측정을 허용하는 광학 이방성 측정 장치 및 이 장치를 사용하는 광학 이방성 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 검사될 오브젝트에 입사되는 평행 광 선속을 포함하는 빔을 제공하기 위해 광원과 구형 세그먼트 유리 사이에 선정된 입사 광학 시스템을 배치함으로써 측정 정확성의 악화를 방지할 수 있는 광학 이방성 측정 장치 및 이 장치를 사용하는 광학 이방성 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 검사될 오브젝트에 입력되는 보다 작은 빔 직경을 갖는 입사 빔을 제공하기 위해 광원과 구형 세그먼트 유리 사이에 선정된 입사 광학 시스템을 배치함으로써 기판의 소형 영역의 광학 이방성 측정을 허용하는 광학 이방성 측정 장치 및 이 장치를 사용하는 광학 이방성 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기판의 요구된 영역에서 광학 이방성 측정을 할 수 있도록 구형 세그먼트 유리 상에서 검사될 오브젝트를 이동할 수 있는 광학 이방성 측정 장치 및 이 장치를 사용하는 광학 이방성 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 검사될 오브젝트로서 액정의 광학 이방성 측정을 허용하고 액정의 프리틸트 각도의 결정을 허용하는 광학 이방성 측정 장치 및 이 장치를 사용하는 광학 이방성 측정 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 액정 디바이스를 제조하는 공정을 제공하는데 있는데, 상술된 장치 및 방법은 액정 디바이스의 액정의 광학 이방성을 측정하고 액정의 프리틸트 각도를 결정하는데 사용됨으로써, 정렬 단계를 포함하는 액정 디바이스를 제조하는 단계들을 효과적으로 개선하고 제조 라인에서 열등한 제품들을 발견할 수 있다.
본 발명에 따라서, 검사될 오브젝트를 장착하기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재, 검사될 오브젝트의 외부 면으로 제1영역 및 투명 부재를 통해 입사되는 빔을 방출하도록 투명 부재의 곡면의 제1영역의 반대 편에 배치된 광원, 광원의 방출 면에 배치된 편광자, 투명 부재의 곡면의 제1영역과 광원 사이에 배치된 입사 광학 시스템, 광원으로부터 방출되고 검사될 오브젝트의 외부 면 부근에서 전반사되고 제2영역을 통해 외부 표면에 입사되는 빔을 검출하도록 투명 부재의 곡면의 제2영역의 반대 편에 배치된 광 검출기, 및 투명 부재의 곡면의 제2영역 및 광 검출기 사이에 배치된 분석기를 포함하는 광학 이방성 측정 장치가 제공된다.
양호한 실시예에서, 검사될 오브젝트는 투명 부재의 평면에 관련되어 슬라이드 가능하게 이동하도록 투명 부재의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 액체를 통해 평면 상에 배치된다.
다른 양호한 실시예에서, 검사될 오브젝트 또는 실체는 셀 구조를 형성하기 위해 한 쌍의 기판 사이에서 샌드위치되고, 셀은 투명 부재의 평면에 관련되어 슬라이드 가능하게 이동하도록 투명 부재의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 액체를 통해 평면 상에 배치된다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 상술된 장치를 사용하여 검사될 오브젝트의 광학 이방성을 측정하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상술된 광학 이방성 측정 방법에 의해 액정의 광학 이방성을 측정하는 단계를 포함하는 액정 디바이스 제조 공정이 제공된다.
본 발명의 여타 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 양호한 실시예의 다음의 설명으로부터 더욱 명확히 파악될 것이다.
제1도는 본 발명에 따른 광학 이방성 장치의 제1실시예를 도시한 개략도이다. 제1도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(10)는 He-Ne 레이저(광원 : 1), 편광자(2), 반구형 형태의 구형 세그먼트 유리(3), 분석기(4) 및 광 검출기(5)를 포함하고, 액정 셀(6)은 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a)상에 구형 세그먼트 유리(3)와 일체로 형성된다. 이 부재들은 제12도 및 제13도를 참조하여 설명된 종래의 광학 이방성 측정 장치의 대응 부재들과 유사하게 구성되어 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략된다. 광학 이방성 측정 장치는 편광자(2)와 구형 세그먼트 유리(3) 사이의 오목 렌즈(11)(부배율을 갖는 입사 광학 시스템으로서 작용)를 포함하여, He-Ne 레이저(1)로부터 방출된 입사 빔 A(평행 광 선속)은 오목 렌즈(11)에 의해 발산된다. 오목 렌즈(11) 및 구형 세그먼트 렌즈(3)는 비초점 광학 시스템을 구성하기 위해 장치되어, 입사 빔 A는 오목 렌즈(11)에 의해 일단 발산된 후에 구형 세그먼트 유리(3)의 배율에 의해 수렴되어 액정 셀(6)에 입사되는 평행 빔(평행 광 선속)을 제공한다. 여기에서, 비초점 광학 시스템은 광학 시스템을 통해 송신된 또는 광학 시스템에 입사된 평행 광 선속이 반사 광이 고려되지 않은 채로 제공되는 송신된 평행 광선속이 되게 하는 광학 시스템이다.
양호하게 구형 세그먼트 유리(3)는 반구형 또는 반구형에 가까운 형일 수 있고, 측정 영역 또는 반구형에 가까운 영역의 곡률 중심을 갖는다. 양호하게 구형 세그먼트 유리(3)는 예를 들면 무거운 플린트 유리의 적어도 1.7, 보다 양호하게는 적어도 1.75의 굴절률을 갖는 고 굴절률 유리를 포함할 수 있다. 대안으로 유리가 아닌 광학 이방성과 무관한 투명 재료를 사용할 수 있다. 검사될 오브젝트로서 액정 층(207)의 굴절률 보다 큰 굴절률을 갖는 재료를 사용하는 것이 양호하다.
광원(1)은 He-Ne 레이저(1) 외에 아르곤 레이저, 반도체 레이저, 또는 열 방사원(thermal radiation source)과 같은 레이저가 아닌 빔 방출 장치일 수 있고, 양호하게 압축될 수 있는 빔 또는 광 선속을 방출하는 장치를 포함할 수 있다. 광원(1)은 비점수차(astigmatism)와 같이 수차(aberration)와 무관하게 색수차(chromatic aberration)와 무관한 단색 광을 방출할 수 있는 것일 수 있다. 광 검출기(5)는 광학 배율 미터(power meter), 광전자증배관(photomultiplier) 등을 포함할 수 있고, 양호하게 고 민감성 광 검출기일 수 있다.
이제, 광학 이방성 측정 장치(10)를 사용하는 광학 이방성 측정 방법(프리틸트 각도 결정 방법)을 설명하겠다.
He-Ne 레이저(1)로부터 방출된 입사 빔 A(평행 광 선속)는 편광자(2)를 통과함으로써 선형 편광된 광으로 변환되고 구형 표면(3b)을 통해 구형 세그먼트 유리(3)에 입사되기 위해 오목 렌즈(11)를 통과함으로서 발산 빔이 된다. 구형 세그먼트 유리(3)에 입력된 입사 빔 A(발산 광 선속)는 구형 세그먼트 유리(3)의 배율에 의해 평행 빔(광 선속)으로 변형되어 액정 셀(6)의 정렬막과 투명 전극 사이의 경계에서 전반사된다. 전반사 중에 발생하는 에버네슨트 웨이브는 액정 층으로 침투하여 액정 입자들과 상호작용하고, 구형 세그먼트 유리(3)로 복귀하고 전반사 광과 함께 출력 빔 B를 형성한다. 출력 빔 B는 수렴 빔을 형성하고, 구형 세그먼트 유리(3)의 구형 표면(3b)으로부터 방출되어, 분석기(4)를 통과하여 광 검출기(5)에 입력된다.
구형 세그먼트 유리(3)가 회전 축 C에 대하여 회전될 때, 액정 셀(6)의 액정 입자 디렉터(액정 입자들의 배향을 나타내는 유니트 벡터)가 구형 세그먼트 유리(3)에 입사되는 레이저 빔 A의 전계 벡터와 관련하여 변경된다. 따라서, 구형 세그먼트 유리(3)의 회전 각도[즉, 액정 셀(6)의 회전 각도]에 대응해서, 구형 세그먼트 유리(3)로 부터 방출된 출력 빔 B의 편광 상태가 변경된다. 구형 세그먼트 유리(3)의 회전 각도[액정 셀(6)의 회전 각도와 동일함]에 대한 광 검출기(5)의 출력을 플로팅함으로써, 제14도에 도시된 특정 곡선이 구해지고, 프리틸트 각도가 특정 곡선으로부터 결정될 수 있다.
특히 프리틸트 각도의 결정은 다음 방식으로 대충 실행될 수 있다. 회전 각도 45°에 가까운 최대 강도(제14도의 가장 좌측 피크)가 피크(1)로 표시되고 회전 각도 90°에 가까운 최소 강도(valley)가 높이(altitude : m)로 표시되면, 비율 m/1은 프리틸트 각도의 측정치를 제공하여 보다 큰 m/1 비율은 보다 큰 프리틸트 각도를 나타내고 그 역도 성립한다. 예를 들면, 관련된 액정의 n0및 ne(각각, 정상 광선 및 이상 광선의 굴절률)에 의해 영향을 받는 동안 대략 0.5인 비율 m/1은 약 10°의 프리틸트 각도를 나타내고 비율 m/1이 0이면 프리틸트 각도가 약 0°임을 나타낸다.
제1도에 도시된 실시예에 따라, 입사 빔 B는 평행 광 선속 형태로 액정 셀(6)에 입력되어 정렬막과 투명 전극의 경계에 대한 입사 각도가 확산과 무관하여 측정 정확성의 악화가 방지될 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제2실시예에 대해 제2도를 참조하여 설명하겠다. 제1도의 부재들과 동일한 제2도의 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제2도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(20)는 볼록 렌즈(21)(즉, 정배율을 갖는 광학 시스템)를 포함한다.
He-Ne 레이저(1)로부터 방출된 입사 빔 A(평행 광 선속)은 오목 렌즈(21)에 의해 수렴되어 구형 세그먼트 유리(3)에 입력되고 또한 구형 세그먼트 유리(3)에 의해 수렴되어 정렬막과 투명 전극 사이의 경계 및 회전 축 C의 교차점 O(이후부터 간단히 수렴점이라 함)에서 수렴된다. 수렴된 입사 빔 A는 수렴 점 O에서 전반사된다. 전반사할 때 발생하는 에버네슨트 웨이브는 액정 입자들과 상호작용하고, 구형 세그먼트 유리(3)로 복귀하여 전반사 광과 함께 출력 빔 B를 형성한다. 출력 빔 B은 발산 빔이 되고 구형 세그먼트 유리로부터 방출되어 분석기(4)를 통과하여 광 검출기(5)에 입력된다.
이 실시예에 따라서, 입사 빔 A의 빔 직경은 입사 광학 시스템(21)에 의해 감소되어, 소형 영역에서 액정의 광학 이방성을 측정하고 그로부터 프리틸트 각도를 결정하는 것이 가능하게 된다. 이 실시예에서, 입사 광학 시스템(21)은 He-Ne 레이저로부터 방출된 입사 빔 A(평행 광 선속)의 약 1mm의 빔 직경을 수렴 점에서 약 10 ㎛의 빔 직경으로 감소되도록 장치될 수 있다.
또한, 수렴 점 O의 빔 직경, 즉, 측정 표면 상의 빔 직경은 원칙적으로 입사 광학 시스템(21)의 N.A.(numerical aperture)에 의해 결정된다. 따라서, 입사 광학 시스템(21)의 N.A,이 확대되면, 측정 영역의 크기를 더 감소시킬 수 있게 된다. 입사 광학 시스템(21)이 수차와 전혀 무관하면, 회절 한계(diffraction limit)까지 빔을 수렴시킬 수 있다. 한편, 이 입사 광학 시스템이 사용될 때, 입사 빔 A는 수렴 광선속이 되어 측정 영역에 대한 입사 각도는 확산을 수반하고, 따라서 측정 정확성의 악화를 야기할 수 있다. 그러나, 수렴 광 선속은 수렴 광 선속의 수렴 점 부근의 평행 광 선속과 근사하고, 입사 각도의 확산은 심각할 만큼 측정 정확성을 악화시키지 않는다.
본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제3실시예는 제3도를 참조하여 설명되는데, 제2도의 부재들과 동일한 제3도의 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제3도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(30)는 편광자(2) 및 구형 세그먼트 유리(3) 사이에 2개의 볼록 렌즈들(32 및 33)을 포함하는 입사 광학 시스템(31)을 포함한다.
입사 광학 시스템(31)에서, 편광자(2) 가까이에 배치된 오목 렌즈(32)는 입사 빔 A(평행 광 선속)를 일단 수렴한 후에 이 빔을 발산 빔으로 변환하도록 설계되어 있고, 다른 오목 렌즈(33)는 발산 빔을 수렴 빔으로 변환하도록 설계되어 있다.
이 실시예에서, 2개의 볼록 렌즈들을 포함하는 입사 광학 시스템은 큰 N.A.을 획득하고 수렴 점에서 3 내지 5 ㎛의 감소된 빔 직경을 갖는 수렴 빔을 제공하는데 사용된다. 또한, 입사 광학 시스템(31)은 광학 시스템(31)을 통과하고 구형 세그먼트 유리(3)와 동일한 곡률 반경을 갖는 웨이브 표면을 구비한 구형 세그먼트 유리(3)에 입사되는 수렴 점을 제공하도록 지정되어, 입사 빔 A가 구형 세그먼트 유리(3)에 입사되는 곳에서 굴절되지 않고 수렴 점에서 수렴되게 된다.
제3도는 2개의 볼록 렌즈들을 포함하는 입사 광학 시스템을 포함하는 장치를 도시한 것이지만 입사 광학 시스템은 볼록 렌즈들 외에 3개 또는 그 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다.
이 실시예에 따라서, 입사 빔 A의 빔 직경은 입사 광학 시스템(31)에 의해 더 감소될 수 있어서, 소형 영역의 액정의 광학 이방성을 측정하고 그의 프리틸트 각도를 결정할 수 있다. 특히, 상당히 개선된 분리능(resolving power)때문에, 예를 들면, 한 픽셀의 프리틸트 각도의 파동을 검출함으로써, 액정 디바이스를 제조하는 단계들 및 액정 디바이스 자체의 성능을 개선하는데 효과적인 데이타 구할 수 있다.
상술된 제2 및 제3실시예들에서, 입사 광학 시스템은 입사 빔이 액정 셀(6)의 정렬막과 투명 전극 사이의 경계에서 수렴되도록 배치되지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들면, 수렴 점이 시프트될 수 있도록 광학 축 방향으로 이동하도록 입사 광학 시스템을 배치할 수 있다. 효과적인 N.A.의 변경을 야기하도록 입사 광학 시스템과 구형 세그먼트 유리 사이에 단일 원형 개구 또는 상이한 크기의 다수의 원형 개구들을 또한 배치할 수 있고, 그렇게 함으로써 측정 영역의 크기가 변경될 수 있고, 예를 들면 영역의 크기로부터 정보를 획득할 수 있게 되고, 프리틸트 각도의 불규칙성이 표명된다.
본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제4실시예는 제4도를 참조하여 설명되는데, 제3도의 부재들과 동일한 제4도의 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제4도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(40)는 제3도에 도시된 상술된 광학 이방성 측정 장치(30)와 유사한 구조를 갖지만, 볼록 렌즈를 포함하는 제1출력 광학 시스템(41)을 더 포함한다는 점에서 제3도의 장치와 상이하고, 이 제1출력 광학 시스템(41)은 발산 광 선속 형태로 구형 세그먼트 유리(3)로부터 방출된 출력 빔 B을 평행 광 선속으로 변환하도록 장치된 것이다.
글랜-톰슨(Glan-Thompson) 프리즘과 같은 편광 소자로 구성된 분석기(4)는 일반적으로 입사 각도에 좌우된다. 특히, 분석기(4)에 입력된 빔이 공차 범위(글랜-톰슨 프리즘의 경우 약 ±7)를 초과하는 분석기에 대한 입사 각도를 제공하는 것들을 포함하는, 다수의 각도 성분들을 포함할 때, 예를 들면, 분석기(4)의 성분에 수직인 편광을 갖는 편광 성분을 전송하도록, 분석기(4)의 성능이 악화됨으로써, 측정 정확성이 열등하게 된다. 그러나, 이 실시예에 따라, 분석기(4)에 입력되는 빔은 출력 광학 시스템(41)에 의해 평행 광 선속으로 변형되어서, 이 열등한 측정 정확성이 제거되었다.
제1출력 광학 시스템(41)은 반드시 단일 볼록 렌즈로 구성될 필요는 없고 다수의 렌즈들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제5실시예는 제5도를 참조하여 설명되는데, 제4도의 부재들과 동일한 제5도의 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제5도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(50)는 제4도에 도시된 상술된 광학 이방성 측정 장치(40)와 유사한 구조를 갖지만, 볼록 렌즈를 포함하는 제2출력 광학 시스템(52)을 더 포함한다는 점에서 제4도의 장치와 상이하고, 이 제2출력 광학 시스템(52)은 분석기(4)로부터의 평행 광 선속을 수렴 광 선속으로 변환함으로써, 광 검출기(5)에 도달하는 빔의 빔 직경을 감소시키도록 장치된 것이다.
이 실시예에 따라서, 평행 광 선속(빔)은 광 검출기(5)에 입력되기 전에 제2출력 광학 시스템(52)에 의해 수렴되어, 광 검출기(5)에 입력되는 광의 양이 증가되어 검출 효율성을 향상시킨다.
제2출력 광학 시스템(52)은 반드시 단일 볼록 렌즈로 구성될 필요는 없고 다수의 렌즈들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제6실시예는 제6도를 참조하여 설명되는데, 제5도의 부재들과 동일한 제6도의 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제6도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(60)는 제5도에 도시된 상술된 광학 이방성 측정 장치(50)와 유사한 구조를 갖지만, 구형 세그먼트 유리(3)와 분석기(4) 사이에 배치된 2개의 볼록 렌즈들(62 및 63)을 포함하는 제3출력 광학 시스템(61)을 포함한다는 점에서 제5도의 장치와 상이하다. 이 제3출력 광학 시스템(61)은 구형 세그먼트 유리(3)로부터 방출된 출력 빔 B가 먼저 제1오목 렌즈(62)에 의해 수렴 광 선속으로 변환된 후 제2오목 렌즈(63)에 의해 평행 광 선속으로 변환되도록 장치된다. 또한, 이 실시예에서, 입력 광학 시스템(31) 및 출력 광학 시스템(61)은 한 쌍의 횡 대칭 렌즈 시스템들로서 장치된다.
이 실시예에 따라서, 분석기(4)에 입력되는 빔은 평행 광 선속으로 구성되어 측정 정확성의 악화가 제거될 수 있다. 또한, 출력 빔 B의 빔 직경이 감소되어, 광 검출기(5)에 입력되는 광의 양이 증가되어 검출 효율성을 향상시킨다.
제3출력 광학 시스템(61)은 반드시 2개의 볼록 렌즈들로 구성될 필요는 없고 3개 또는 그 이상의 렌즈들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제7실시예는 제7도를 참조하여 설명되는데, 제2도의 부재들과 동일한 제7도의 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제7도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(70)는 편광자(2)와 구형 세그먼트 유리(3) 사이에 배치된 2개의 렌즈들(72 및 73)을 포함하는 빔 익스팬더(71 : 입력 광학 시스템)를 포함하여, 입사 빔 A(평행 광 선속)는 평행 선속 상태를 유지하는 동안 빔 직경이 감소된다.
이 실시예에 따라서, 편광자(2)를 통과하는 선형 편광 광의 형태로 된 입사 빔 A는 빔 익스팬더(71)에 의해 빔 직경이 감소되고 평행 선속 상태로 구형 세그먼트 유리(3)에 입사됨으로써, 거의 평행한 광을 이용하여 직경이 수십 ㎛ 정도인 영역을 측정할 수 있다.
이 실시예에서, 빔 익스팬더(71)는 2개의 볼록 렌즈들로 구성되지만, 반드시 그럴 필요는 없다.
또한, 예를 들면, 빔 익스팬더(71)와 구형 세그먼트 유리(3) 사이에 오목 렌즈를 배치함으로써, 완전히 평행한 선속 형태로 측정 영역으로의 입사 빔을 사용할 수 있다.
제8도는 본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제8실시예를 도시한 것인데, 여기에서 입사 빔 A는 빔 직경이 감소되어 완전히 평행한 광 선속 형태로 측정 영역에 입사된다. 제8도에서, 제2도와 동일한 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제8도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(80)는 편광자(2)를 통과하는 입사 빔 A(평행 광 선속)의 빔 직경을 감소시키도록 편광자(2)와 구형 세그먼트 유리(3) 사이에 배치된 볼록 렌즈를 포함하는 입사 광학 시스템(81)을 포함한다. 또한, 입사 광학 시스템(81) 및 구형 세그먼트 유리(3)는 비초점 광학 시스템을 구성하는 것으로 설계되어서, 입사 빔은 빔 직경이 감소되어 평행 광 선속 상태를 유지하는 동안 측정 영역에 입사된다. 이 실례에서, 100 내지 200mm의 초점 길이를 갖는 볼록 렌즈가 입사 광학 시스템(81)을 구성하는데 사용될 때, 측정 영역에 입력되는 입사 빔 A는 수십 ㎛ 정도의 감소된 빔 직경을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제9실시예는 제9도 및 제10도를 참조하여 설명될 것인데, 여기에서 제2도와 동일한 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
이 도면들을 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(90)는 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a) 상에서 이동할 수 있고 슬라이드할 수 있게 액정 셀(92)을 장착하도록 설계된다.
구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a)은 굴절률-매칭 액체(91)(예를 들면, 요오드화 메틸렌-기재 액체 또는 트리브롬화/이황화 비소-기재 액체)로 코팅되고, 액정 셀(92)은 굴절률-매칭 액체(91)를 통해 평면(3a)상에 장착된다. 굴절률-매칭 액체(91)는 주변 림(peripheral rim) 3C에 의해 눌러지는데, 그러나 이것은 액체의 양 및/또는 점성(viscosity)에 따라 생략될 수 있다.
He-Ne 레이저(1)로부터 방출된 입사 빔 A는 편광자(2)를 통과하여, 구형 표면(3b)을 통해 구형 세그먼트 유리(3)에 입력되고, 출력 빔 B를 형성하기 위해 액정 셀(92) 내에서 전반사된다. 빔 B는 분석기(4)를 통과하기 위해 구형 세그먼트 유리(3)의 구형 표면을 통해 방출되어 광 검출기(5)에 입력된다.
제10도에 도시된 바와 같이, 액정 셀(92)은 예를 들면, 약 1.95의 굴절률을 갖는 약 0.1 ㎛ 두께의 ITO 막들의 투명 전극들(95a,95b), 및 예를 들면, 약 1.6의 굴절률을 갖는 약 0.05 ㎛ 두께의 폴리이미드 막들의 정렬 막들(96a,96b)을 각각 그 위에 갖는 한 쌍의 유리 기판들(94a,94b), 및 정렬 막들(96a,96b) 사이에 주입된 액정(93)을 포함한다. 액정 셀(92)은 액정 셀 홀더(97) 내 및 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a) 상에 고정되어 하부 유리 기판(94b)이 굴절률-매칭 액체(91) 내에 담그어진다.
액정 셀 홀더(97)는 구형 세그먼트 유리(3)를 또한 고정시키는 구형 세그먼트 유리 홀더(98)에 의해 이동가능하게 지탱되고 구동 메카니즘(도시되지 않음)에 의해 매우 정확하게 구동된다. 예를 들면, 구형 세그먼트 유리(3)는 고정될 수 있고, 액정 셀(92)은 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a)을 따라 이동되거나 슬라이드될 수 있다.
구형 세그먼트 유리 홀더(98)는 마이크로미터(99)를 구비하여서, 액정 셀(92)의 측정 위치는 정확하게 확인될 수 있다. 이 마이크로미터는 우각(right angles)으로 서로 교차하는 축들을 갖도록 복수개로 제공됨으로써, 액정 셀(92)의 2차원 위치 확인이 가능하다.
또한, 구형 세그먼트 유리 홀더(98)는 그 중심 축(회전 축) C에 대해 구형 세그먼트 유리(3)를 회전시키기 위한 회전 장치(도시되지 않음)를 구비하여서, 구형 세그먼트 유리(3) 및 액정 셀(92)이 회전 축 C에 대해 일체로 회전된다.
구형 세그먼트 유리(3)는 액정 셀(92)의 유리 기판(94b)과 거의 동일한 굴절률을 갖는 유리 재료로 구성될 수 있고, 굴절률-매칭 액체는 또한 유리 기판(94b)과 거의 동일한 굴절률을 갖는 액체(예를 들면, 상술된 요오드화 메틸렌-기재 액체 등)를 포함할 수 있다. 여기에서, 거의 동일한 굴절률들은 구형 세그먼트 유리(3) 및 매칭 액체(91) 사이의 경계에서 그리고 매칭 액체(91)와 액정 셀(92) 사이의 경계에서 입사 빔 A의 전반사를 방지하도록 하는 굴절률의 근사치를 의미하고, 입사 각도에 따라 결정될 수 있다. 특히, 구형 세그먼트 유리(3)와 매칭 액체(91) 사이의 굴절률 차이 및 매칭 액체(91)와 유리 기판(94) 사이의 굴절률 차이는 각각 양호하게 ±0.05의 범위 내에 있을 수 있다.
구형 세그먼트 유리(3)와 유리 기판(94b)은 양호하게 적어도 1.7의 굴절률, 보다 양호하게는 적어도 1.75의 굴절률을 갖는 무거운 플린트 유리와 같은 고 굴절률 유리를 포함할 수 있다. 또한, 유리 대신 광학 이방성과 무관한 투명 재료를 사용할 수 있다. 이 실례에서 액정 층(93) 보다 큰 굴절률을 갖는 재료가 적합하게 사용된다. 유리 기판(94b)은 또한 고 굴절률 유리로 구성될 수 있다.
이 실시예에서, 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a)은 액정 셀 보다 넓은 영역을 갖지만 후자 보다 더 좁은 영역을 가질 수 있다.
액정 층(93)의 광학 이방성 (및 프리틸트 각도)는 다음과 같이 상술된 광학 이방성 측정 장치(90)를 이용함으로써 측정될 수 있다.
He-Ne 레이저로부터 방출된 입사 빔 A는 편광자(2)를 통과하여 선형 편광된 광이 되어 구형 표면(3b)을 통해 구형 세그먼트 유리(3)에 입력된다. 구형 세그먼트 유리(3)에 입력된 입사 빔 A는 액정 셀(92)에 입력되기 위해 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a) 및 굴절률-매칭 액체(91)를 통과한다.
구형 세그먼트 유리(3)는 액정 셀(92)의 유리 기판(94b)과 거의 동일한 굴절률을 갖고, 굴절률-매칭 액체(91)는 또한 유리 기판(94b) 및 구형 세그먼트 유리(3)와 거의 동일한 굴절률을 가지기 때문에, 구형 세그먼트 유리에 입력된 입사 빔 A는 반사를 야기하지 않고 유리 기판(94b)에 입력되게 된다.
유리 기판(94b)에 입력된 입사 빔 A는 투명 전극(95b)과 정렬막(96b) 사이의 경계에서 전반사된다. 전반사 중에, 에버네슨트 웨이브가 발생하여, 액정 입자들과 상호 작용하기 위해 액정 층(93)으로 주입되고 전반사 광과 함께 출력 빔 B를 형성하기 위해 구형 세그먼트 유리(3)에 복귀된다. 구형 세그먼트 유리(3)의 구형 표면(3b)으로부터 방출된 출력 빔 B는 일단 편광자(2)에 수직인 편광 방향을 갖는 분석기(4)를 통과하기 위해 수렴됨으로써, 입사 빔 A에 수직인 편광 방향을 갖는 광 성분만이 광 검출기(5)에 도달한다.
이제, 구형 세그먼트 유리(3)는 제1실시예와 유사하게 회전 축 C에 대하여 회전되고, 광 검출기(5)로부터의 출력들은 구형 세그먼트 유리(3)의 회전 각도[액정 셀(92)의 회전 각도와 동일함]에 대해 플로팅됨으로써, 제14도에 도시된 특정 곡선이 획득되고, 프리틸트 각도가 특정 곡선으로부터 결정될 수 있다.
이 실시예에서, 액정 셀(92)이 유리 기판(94b)이 굴절률-매칭 액체(91)에 담그어진 상태로 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a)상에 장착되기 때문에, 디스플레이 패널 등에서 이용된 실제 액정 셀, 또는 실제 액정 셀의 제조 단계들과 매우 밀접한 단계들을 통해 제조된 액정 셀(예를 들면, 기판용 고-굴절률 유리 시트를 사용하는 것을 제외하고는 동일한 구조로 제조된 액정 셀)은 프리틸트 각도를 결정하기 위해 액정의 광학 이방성을 측정하기 위해 검사될 오브젝트로서 사용될 수 있다. 또한, 측정용 액정 셀을 형성하기 위해 액정 디바이스의 일부를 절단할 수 있다.
또한, 이 실시예에서, 액정 셀(92)은 액정 셀 홀더(97)에서 고정되는데, 이것은 액정 셀(92)의 측정 위치를 확인하기 위해 액정 셀 홀더(97)의 이동 거리를 정확하게 측정하는 동안 구형 세그먼트 유리(3)의 평면(3a)을 따라 액정 셀(92)을 이동시키기 위해 구동 메카니즘(도시되지 않음)에 의해 이동될 수 있음으로써, 액정 층(93)의 요구된 위치에서 프리틸트 각도를 측정할 수 있다.
이 실시예에 따라서, 실제 액정 셀 또는 실제 액정 셀의 제조 단계들과 밀접한 단계들을 통해 제공된 액정의 프리틸트 각도가 요구된 위치에서 측정될 수 있기 때문에, 액정 디바이스의 제조 단계들 및 액정 디바이스 자체의 성능을 개선하는데 매우 중요한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 액정 디바이스를 제조하기 위해 액정 디바이스들을 위한 실제 제조 라인에서 이 실시예에 따른 광학 이방성 측정 장치를 이용함으로써, 불만족스러운 제품을 제조하지 않고 고품질 액정 디바이스들을 제조할 수 있게 된다.
이 실시예에 따른 광학이방성 측정 장치(90)는 이 실시예들과 유사한 효과들을 얻기 위해 제1 내지 제8실시예들에서 사용된 다수의 광학 시스템들과 결합될 수 있다.
이 결합의 일례로서, 본 발명에 따른 광학 이방성 측정 장치의 제10실시예가 제11도를 참조하여 설명되는데, 제9도와 동일한 부재들은 동일한 참조 번호로 표시되고 그에 대한 설명은 생략된다.
제11도를 참조하면, 광학 이방성 측정 장치(100)는 편광자(2)와 구형 세그먼트 유리(3) 사이의 볼록 렌즈(101 : 입사 광학 시스템)를 포함한다. 다른 구조들은 제9실시예에서의 광학 이방성 측정 장치(90)의 구조들과 유사하다.
이 실시예에 따라서, 액정 층의 프리틸트 각도의 측정을 위한 측정 영역의 크기는 측정 영역 부근에서 입사 빔 A를 수렴함으로써 수 ㎛ 내지 수십 ㎛로 감소될 수 있어서, 한 픽셀의 요구된 위치에서의 액정 층의 프리틸트 각도가 한 픽셀의 프리틸트 각도의 불규칙성을 평가하기 위해 측정될 수 있다.
이 실시예에 따라서, 실제 액정 셀 또는 실제 액정 셀의 제조 단계들과 밀접한 단계들을 통해 제공된 액정의 프리틸트 각도가 작은 영역의 요구된 위치에서 측정될 수 있기 때문에, 액정 디바이스의 제조 단계들 및 액정 디바이스 자체의 성능을 개선하는데 매우 중요한 정보를 획득할 수 있다. 또한, 액정 디바이스를 제조하기 위해 액정 디바이스들을 위한 실제 제조 라인에서 이 실시예에 따른 광학 이방성 측정 장치를 이용함으로써, 불만족스러운 제품을 제조하지 않고 고품질 액정 디바이스들을 제조할 수 있게 된다.

Claims (49)

  1. 광학 이방성 측정 장치(optical anisotropy measure apparatus)에 있어서, 상부에 검사될 오브젝트를 장착시키기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재, 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역과 상기 투명 부재를 통하여 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 입사한 빔을 방출하도록 상기 제1영역의 반대편에 배치된 광원, 상기 광원의 방출측 상에 배치된 편광자(polarizer), 상기 광원과 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역 사이에 배치된 입사 광학 시스템, 상기 광원으로부터 방출되고 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 전반사되어 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역을 통하여 입사된 빔을 검출하도록 상기 제2영역의 반대편에 배치된 광 검출기, 및 상기 광 검출기와 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역 사이에 배치된 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트는 상기 투명 부재의 평면 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트는 상기 평면에 대하여 이동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트는 상기 평면에 대하여 이동가능하게 장착된 콘데이너(container)에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투명 부재는 구형 세그먼트 부재(spherical segment member)인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구형 세그먼트 부재는 반구형 부재(hemispherical member)인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입사 광학 시스템은 부배율(negative power)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입사 광학 시스템과 상기 투명 부재는 비초점 광학 시스템(afocal optical system)을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 입사 광학 시스템은 정배율(positive power)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터 방출된 빔은 상기 입력 광학 시스템에 의하여 감소된 빔 직경을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 비초점 광학 시스템인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 상기 투명 부재의 곡률 중심과 일치하는 초점을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  13. 제5항에 있어서, 상기 구형 세그먼트 부재와 상기 분석기 사이에 배치되며 정배율을 갖는 제1출력 광학 시스템(outgoing optical system)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제1출력 광학 시스템은 상기 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 상기 구형 세그먼트 부재의 곡률 중심과 일치하는 초점을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 투명 부재와 상기 분석기 사이에 제2출력 광학 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  16. 제1항에 있어서, 상기 투명 부재는 상기 검사될 오브젝트의 굴절률(refractive index)보다 더 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 자신의 광축 방향으로 이동가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터 방출된 상기 빔은 상기 투명 부재의 곡면에서 상기 투명 부재의 곡면의 곡률 중심과 일치하는 곡률 중심을 갖는 웨이브면(wave surface)을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트는 액정인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 투명 부재는 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 투명 부재는 최소한 1.7인 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  22. 광학 이방성 측정 장치에 있어서, 상부에 검사될 오브젝트를 장착시키기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재, 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역과 상기 투명 부재를 통하여 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 입사한 빔을 방출하도록 상기 제1영역의 반대편에 배치된 광원, 상기 광원의 방출측 상에 배치된 편광자, 상기 광원으로부터 방출되고 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 전반사되어 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역을 통하여 입사된 빔을 검출하도록 상기 제2영역의 반대편에 배치된 광 검출기, 및 상기 광 검출기와 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역 사이에 배치된 분석기를 포함하며, 상기 검사될 오브젝트는 사이에 배치된 상기 투명 부재의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 액체로 상기 투명 부재의 평면 상에 이동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 투명 부재는 구형 세그먼트 부재인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 투명 부재와 상기 액체는 그들 사이의 굴절률의 차이가 ±0.05 범위 내인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트를 상기 투명 부재의 평면에 평행한 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  26. 제22항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트의 위치를 모니터링하기 위한 모니터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  27. 광학 이방성 측정 장치에 있어서, 한 쌍의 기판들 사이에 검사될 오브젝트를 포함하는 셀을 상부에 장착시키기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재, 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역과 상기 투명 부재를 통하여 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 입사한 빔을 방출하도록 상기 제1영역의 반대편에 배치된 광원, 상기 광원의 방출측 상에 배치된 편광자, 상기 광원으로부터 방출되고 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 전반사되어 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역을 통하여 입사된 빔을 검출하도록 상기 제2영역의 반대편에 배치된 광 검출기, 및 상기 광 검출기와 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역 사이에 배치된 분석기를 포함하며, 상기 셀은 사이에 배치된 상기 투명 부재의 굴절률과 거의 동일한 굴절률을 갖는 액체로 상기 투명 부재의 평면 상에 이동가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 투명 부재는 구형 세그먼트 부재인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 투명 부재와 상기 액체는 그들 사이의 굴절률의 차이가 ±0.05 범위 내인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 투명 부재측 상의 셀의 기판은 상기 액체의 굴절률과 ±0.05 범위 내의 차를 갖는 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  31. 제27항에 있어서, 상기 셀을 상기 투명 부재의 평면에 평행한 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  32. 제27항에 있어서, 상기 셀의 위치를 모니터링하기 위한 모니터링 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  33. 제27항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트는 액정인 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  34. 제22항 또는 제27항에 있어서, 상기 광원과 상기 투명 부재 사이에 배치된 입력 광학 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 부배율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템과 상기 투명 부재는 비초점 광학 시스템을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  37. 제34항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 정배율을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  38. 제34항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 상기 광원으로부터 방출된 빔에 감소된 빔 직경(beam diameter)을 제공하기 위한 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 전체로서 비초점 광학 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  40. 제34항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 상기 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 상기 투명 부재의 곡률 중심과 일치하는 초점을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  41. 제34항에 있어서, 상기 투명 부재와 상기 분석기 사이에 정배율을 갖는 제1출력 광학 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제1출력 광학 시스템은 상기 투명 부재의 곡률 중심과 일치하는 초점을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  43. 제34항에 있어서, 상기 분석기와 상기 광 검출기 사이에 정배율을 갖는 제2 출력 광학 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  44. 제34항에 있어서, 상기 투명 부재는 상기 검사될 오브젝트의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  45. 제34항에 있어서, 상기 입력 광학 시스템은 자신의 광축 방향으로 이동가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  46. 제34항에 있어서, 상기 입사 광학 시스템은 상기 투명 부재의 구면에서 상기 구면의 곡률 중심과 일치하는 곡률 중심을 갖는 웨이브 면을 갖는 상기 광원으로부터 방출된 빔을 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 장치.
  47. 광학 이방성 측정 방법에 있어서, 상부에 검사될 오브젝트를 장착시키기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재, 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역과 상기 투명 부재를 통하여 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 입사한 빔을 방출하도록 상기 제1영역의 반대편 배치된 광원, 상기 광원의 방출측 상에 배치된 편광자(polarizer), 상기 광원과 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역 사이에 배치된 입사 광학 시스템, 상기 광원으로부터 방출되고 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 전반사되어 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역을 통하여 입사된 빔을 검출하도록 상기 제2영역의 반대편에 배치된 광 검출기, 및 상기 광 검출기와 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역 사이에 배치된 분석기를 포함하는 광학 이방성 측정 장치를 사용함으로써 상기 검사될 오브젝트의 광학 이방성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 검사될 오브젝트는 액정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 이방성 측정 방법.
  49. 액정 소자를 제조하기 위한 공정에 있어서, 상부에 검사될 오브젝트 - 상기 오브젝트는 액정을 포함함- 를 장착시키기 위해 곡면과 평면을 갖는 투명 부재, 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역과 상기 투명 부재를 통하여 검사될 상기 오브젝트의 외부면에 입사한 빔을 방출하도록 상기 제1영역의 반대편에 배치된 광원, 상기 광원의 방출측 상에 배치된 편광자(polarizer), 상기 광원과 상기 투명 부재의 곡면의 제1영역 사이에 배치된 입사 광학 시스템, 상기 광원으로부터 방출되고 검사될 오브젝트의 외부면에 근접된 위치에서 전반사되어 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역을 통하여 입사된 빔을 검출하도록 상기 제2영역의 반대편에 배치된 광 검출기, 및 상기 광 검출기와 상기 투명 부재의 곡면의 제2영역 사이에 배치된 분석기를 포함하는 광학 이방성 측정 장치를 사용함으로써 상기 검사될 오브젝트의 광학 이방성을 측정하는 단계를 포함하는 방법에 따라, 액정의 광학 이방성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 소자 제조 공정.
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