KR100246727B1

KR100246727B1 - 프리즘을 이용한 액정셀의 프리틸트각 측정방법

Info

Publication number: KR100246727B1
Application number: KR1019970004209A
Authority: KR
Inventors: 최유진; 권순범; 김종현
Original assignee: 구본준, 론 위라하디락사; 엘지.필립스엘시디주식회사
Priority date: 1997-02-13
Filing date: 1997-02-13
Publication date: 2000-03-15
Also published as: KR19980067877A

Abstract

본 발명의 측정장치는 광을 발생하는 발광수단, 상기한 발광수단에서 발생한 광을 편광하는 제1편광수단, 상기한 편광수단에 의해서 편광된 광의 진행방향을 변경하는 제1광학수단, 상기한 광학수단에 의해서 진행방향이 변경된 광이 입사되는 일정한 프리틸트각을 가진 액정분자로 이루어진 액정셀, 상기한 액정셀을 통과한 광의 진행방향을 제1광학수단에 입사된 광의 진행방향으로 보정하는 제2광학수단, 상기한 제2광학수단을 통과한 광을 다시 편광하는 제2편광수단, 및 상기한 광의 투과도를 측정하는 측정수단으로 이루어진다.

Description

프리즘을 이용한 액정셀의 프리틸트각 측정방법{A MEASURING METHOD OF A PRETILT ANGLE OF A LIQUID CRYSTAL CELL USING A PRISM}

본 발명은 액정셀의 프리틸트각 측정방법에 관한 것으로, 특히, 한 쌍의 프리즘을 추가로 구성하여 측정범위를 확대한 액정셀의 프리틸트각 측정창치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 일정한 간격을 두고 마주하도록 배치된 2개의 기판과 상기한 두 기판 사이에 주입되는 액정으로 이루어진다. 이 때, 액정은 단축과 장축에 대한 굴절율 이방성을 가지고 있으므로 액정표시장치의 균일한 밝기와 높은 콘트라스트 비(contrast ratio)를 얻기 위해서는 액정분자의 배열을 일정하게 제어하는 것이 필수적이다. 이를 위해서, 액정셀을 이루는 기판면에 배향막을 도포하고 배향처리를 실시하여 액정분자의 프리틸트각을 결정하는 것이다. 따라서, 액정의 시각적 특성을 알아보기 위해서 프리틸트각을 미리 측정하는 것이 액정셀 제조공정에서 중요하다.

최근에 액정표시장치의 시각적 특성을 개선하기 위해 다양한 모드의 액정셀이 개발되므로, 상기한 다양한 모드의 액정셀에 따른 프리틸트각의 크기가 다양해지고 있는 실정이다. 따라서, 전범위의 프리틸트각의 크기를 간단한 방법으로, 정확하게 측정하기 위한 측정장치가 요구되고 있다.

일반적으로, 상기한 액정표시장치의 프리틸트각을 측정하기 위해서 측정법과 장치가 간단한 결정회전법(crystal rotation method)을 사용하였다. 그러나 상기한 결정회전법은 프리틸트각의 측정범위가 15°이하, 50°이상이라는 제한이 있어서, 15°∼ 50°사이의 프리틸트각의 측정이 불가능하였다. 상기한 방법에서 숫자보정에 의해 측정범위를 전범위로 넓힐 수는 있지만, 광범위한 측정오류가 발생할 우려가 있으므로, 문제가 되고 있다. 또한, 자기널법(magnetic null method)은 전범위의 프리틸트각을 측정할 수는 있지만, 균일하고 높은 자기력을 가진 자기계(magnetic system)가 요구된다. 상기한 광학측정장치는 프리틸트각을 간단하게 측정할 수 있게 하지만, 측정범위에 제한이 있고, 특수한 광학요소가 필요하다.

종래의 방법에 의해서 프리틸트각을 측정하기 위한 측정장치는 도 1에 나타난 바와 같다. 도 1에서, 참조부호 3은 레이져(1)에 의해서 발생된 레이져 빔이 편광판(2)을 통과하여 선형편광된 레이져 빔이 되어 입사하는 액정셀을 나타내는 것이다. 상기한 액정셀은 회전수단에 의해서 회전가능한 것으로, 상기한 액정셀의 매 회전각도마다 투과된 광의 투과율을 계측하기 위해서 또 다른 편광판(4)을 거쳐 측정기(5)에 입사하여 상기한 액정셀의 회전각도에 따른 광투과도를 관찰하여 대칭축을 찾고, 그 대칭축의 각도인 대칭각을 일정한 수식에 적용하는 것으로 프리틸트각을 산출할 수가 있다.

상기한 종래의 측정장치에서, 액정셀의 회전각도에 따른 광투과율은 도 2의 그래프와 같다. 상기한 도면에서 나타난 바와 같이, 대칭축(A)의 회전각도(φ)를 측정하여 프리틸트각(θ)을 산출하는 것이다. 그러나, 상기한 방법으로는 15°∼ 50°사이의 프리틸트각을 가진 액정셀의 광투과도를 측정하는 경우, 그래프에서 대칭점을 찾을 수가 없고, 그의 프리틸트각을 산출하는 것이 불가능하므로, 상기한 광학장치를 이용하여 간단하고, 정확한 프리틸트각 측정장치 및 방법에 대한 요구가 증가되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해서, 액정셀에 광의 진행방향을 변경하는 수단, 예를 들면 프리즘과 같은 광학수단을 추가로 구성하여 전 범위의 프리틸트각을 측정할 수 있다 그 프리즘의 모서리 각도(wedge angle)와 대칭축의 각도와의 관계를 밝혀, 프리틸트각 측정시 적절한 모서리 각도를 가진 프리즘을 적용할 수 있고, 그 대칭축의 각도로 액정셀의 프리틸트각을 산출하는 수식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 측정장치는 광을 발생하는 발광수단, 상기한 발광수단에서 발생한 광을 편광하는 제1편광수단, 상기한 편광수단에 의해서 편광된 광의 진행방향을 변경하는 제1광학수단, 상기한 광학수단에 의해서 진행방향이 변경된 광이 입사되는 서로 다른 굴절율을 가진 액정을 포함하는 액정셀, 상기한 액정셀을 통과한 광의 진행방향을 제1광학수단에 입사된 광의 진행방향을로 보정하는 제2광학수단, 상기한 제2광학수단을 통과한 광을 재차 편광하는 제2편광수단, 및 상기한 광의 투과도를 측정하는 수광소자로 이루어진다.

도 1은, 종래의 프리틸트각 측정장치.

도 2는, 종래의 프리틸트각 측정장치에 의해 측정된 광투과도의 그래프.

도 3은, 본 발명의 프리틸트각 측정장치.

도 4는, 본 발명의 측정장치에 의해서 측정된 광투과도의 그래프.

도 5은, 본 발명의 장치에 의한 광의 투과경로를 나타내는 도면.

도 6은, 본 발명의 측정장치의 프리즘의 모서리각, 대칭각과 프리틸트각의 관계를 나타내는 그래프.

도 7은, 본 발명의 측정장치에서 액정셀의 프리틸트각과 입사각의 부호를 설정하는 도면.

본 발명의 측정장치는 도 3과 같이, 레이져(11)에 의해서 발생된 광이 제1편광판(12)을 통해 선형편광된다. 상기한 제1편광판(12)에 의해 선형편광된 레이져 빔은 프리즘과 같은 광의 진행방향을 변경하는 제1광학수단(14a)에 의해서 진행방향이 제1굴절방향으로 변경되어, 액정셀(13)에 도달하고, 상기한 광의 진행방향은 액정셀 내의 액정분자에 의해서 제2굴절방향으로 변경되고, 상기한 액정셀(13)에 인접한 제2광학수단(14b)으로 입사된다. 상기한 제2광학수단(14b)은 상기한 제1광학수단(14a)과 동일한 굴절율을 가진 광학수단으로, 예를 들면, 프리즘과 같은 수단이다. 상기한 제2광학수단(14b)을 통과한 광은 제1광학수단(14a)에 의해 제1굴절방향으로 변경된 진행방향이 보정되어 제1광학수단(14a)에 처음 입사된 광의 진행방향이 되도록 보정한다. 상기한 액정셀을 통과한 광은 다시 제2편광판(15)을 통과한 후, 포토다이오드와 같은 수광소자를 이용한 측정기(16)에 입사되어 액정셀의 광투과도가 측정된다. 상기한 액정셀은 회전수단이 장착되어 회전가능하다. 따라서, 각 회전각도에 대한 액정셀의 광투과도를 측정할 수 있다. 또한, 액정셀(13)과 각 광학수단의 접촉면에 공기에 의한 간섭을 막기 위한 굴절율 보상이 가능한 물질(index-matching oil)을 제공하여 다반사(multi-reflection)에 의한 광학간섭을 방지하는 것이 가능하다.

상기한 광학수단에 의해서 액정셀의 광의 투과율을 측정하면, 도 4에 나타난 바와 같이, 종래의 측정장치에서 나타나지 않았던 대칭축이 나타나게 된다. 즉, 도 4(a)는 프리즘을 장착하지 않은 -45°의 프리틸트각을 가진 액정셀을 측정한 경우, 상기한 프리틸트각이 종래의 측정 가능범위에서 벗어나므로 대칭축을 찾을 수가 없었다. 그러나, 20°모서리각을 가진 프리즘을 액정셀의 양측에 적용한 본 발명의 측정장치를 이용하는 경우, 도 4(b)와 같이, -40°에서 대칭축이 측정되어 종래의 기술에서 측정 불가능하였던 범위의 프리틸트각의 측정이 가능하게 되었다.

본 발명의 측정장치에서의 액정에 입사되는 광의 진행방향은 도 5와 같이 변경되어 다양한 범위의 프리틸트각을 측정하는 것이 가능하다. 도 5에서 일점쇄선은 프리즘 바닥면에 대한 법선을 나타내는 것이고, 점선은 액정셀에 대한 법선을 나타내는 것이다. 제1광학수단(14a)에 의해 광의 입사각도(φ)는 상기한 광학수단의 굴절율의 변화에 의해서 제1굴절각도(φ_g)로 변경되어 진행한다. 상기한 광학수단의 굴절율이 기판의 굴절율과 동일하다면, 상기한 제1굴절각도(φ_g)로 진행한 광은 액정셀의 액정분자의 장축과 단축의 굴절율 차이로 인해서, 2개의 광으로 분산된다. 즉, 장축의 굴절율에 의해서 굴절되는 정상광(ordinary light)의 제2굴절각도(φ_o) 및 단축의 굴절율에 의해서 굴절되는 이상광(extraordinary light)의 제3굴절각도(φ_e)로 광이 진행한다. 상기한 이상광과 정상광은 다시 제2광학수단(14b)에 의해서 광의 진행방향이 보상되어 상기한 광학장치에 의한 광의 굴절효과는 상쇄된다. 상기한 액정셀(13) 및 광학수단(14a, 14b)은 다시 제2편광판(16)을 거쳐 포토다이오드와 같은 측정기(17)로 입사되어 광투과율이 측정된다. 측정기에는 포토다이오드(photo diode)를 사용한다. 광투과율의 대칭축을 관찰하여 프리틸트각(θ)를 산출하는 수식은 다음과 같다.

단,

,

n_e= 액정의 이상굴절율,

n_o= 액정의 정상굴절율,

n_g= 유리의 굴절율,

α = 프리즘의 모서리각.

상기한 수학식 1에 의해서 광의 입사각도(φ)를 측정하여 프리틸트각을 산출하는 것이 가능하게 되었다.

도 6은 상기한 수학식을 이용하여 산출된 프리틸트각과, 프리즘의 모서리각(α)과 대칭각(φ)과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도면에서 양의 대칭각(φ)과 양의 프리틸트각(θ)은 도 7(a)와 같이, 입사방향이 프리즘의 직각방향(P)으로 결정된 경우와, 액정의 장축이 프리즘의 직각(P)으로 향하도록 배열된 경우의 값을 뜻하는 것이다. 반대로, 음의 대칭각(-φ)과 음의 프리틸트각(-θ)은 도 7(b)와 같이 입사방향이 결정된 경우의 값을 뜻하는 것이다.

상기한 경우의 부호를 정의하여 서로 다른 모서리 각도를 가진 프리즘을 상기한 측정장치에 적용하여 전범위의 프리틸트각에 대해서 광투과율의 대칭축을 찾아내는 것이 가능하여, 상기한 대칭축의 대칭각(φ)을 상기한 수학식 1에 대입하므로서 전 범위의 프리틸트각을 산출하는 것이 가능하다.

본 발명의 측정장치는 액정셀에 광의 진행방향을 변경하는 수단, 예를 들면 프리즘과 같은 광학수단을 추가로 구성하여 전 범위의 프리틸트각을 측정할 수 있고, 그 프리즘의 모서리 각도와 대칭축의 각도와의 관계를 밝혀, 프리틸트각 측정시 적절한 모서리 각도를 가진 프리즘을 적용할 수 있고, 그 대칭축의 각도로 액정셀의 프리틸트각을 산출하는 수식을 제공하여, 간단한 방법과 장치로 액정셀의 프리틸트각을 측정하는 것이 가능하게 되었다.

Claims

일정한 각도로 입사된 광의 진행방향을 변경하는 제1광학수단인 프리즘,

상기한 광이 입사되는 일정한 프리틸트각을 가진 액정분자를 포함하는 액정셀,

상기한 액정셀을 통과한 광의 진행방향을 보정하는 제2광학수단, 및

상기한 광의 투과도를 측정하는 측정소자로 이루어지는 액정셀의 프리틸트각 측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 액정분자의 프리틸트가 제1광학수단에 입사되는 각도(φ)에 따라서 다음의 수식,

(단,
,
, n_e= 액정의 이상굴절율, n_o= 액정의 정상굴절율, n_g= 유리의 굴절율, α = 프리즘의 모서리각)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트각 측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 액정셀이 회전가능하여 광의 입사각을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트각 측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 제1광학수단 및 제2광학수단과 액정셀 사이에 굴절율 보상 물질이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트각 측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 제1광학수단에 입사한 광이 편광된 광인 것을 특징으로 하는 액정셀의 프리틸트각 측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 측정소자가 포토다이오드인 것을 특징으로 하는 액정셀 프리틸트각 측정장치.
제1항에 있어서, 상기한 제2광학수단이 프리즘인 것을 특징으로 하는 액정셀 프리틸트각 측정장치.
일정한 각도(φ)로 입사된 광이 제1광학장치에 의해 광의 진행방향을 변경하는 제1굴절단계,

상기한 광이 입사되는 일정한 프리틸트각을 가진 액정분자를 포함하는 액정셀을 통과하여 광의 진행방향을 변경하는 제2굴절단계,

상기한 액정셀을 통과한 광의 진행방향을 제2광학장치에 의해 상기한 입사각도(φ)로 보정하는 제3굴절단계,

상기한 광의 투과도를 측정하는 측정단계, 및

다음의 수식:

(단,
,
, n_e= 액정의 이상굴절율, n_o= 액정의 정상굴절율, n_g= 유리의 굴절율, α = 프리즘의 모서리각)으로 프리틸트각을 산출하는 산출단계로 이루어진 액정셀의 프리틸트각 측정방법.
제8항에 있어서, 상기한 제1 및 제2광학장치가 프리즘인 것을 특징으로 하는 액정셀 프리틸트각 측정방법.