KR20010062085A - 액정 표시 소자를 평가하는 방법, 평가 방법을 구현하는컴퓨터 프로그램을 저장하는 정보 저장 매체 및 저장매체를 사용하는 평가 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 평가 장치는, 처음에 선형 편광된 광 빔을 액정 표시 소자의 샘플(103)에 조사하여 투과 광 빔을 생성하고, 그 후에 광 강도 검출기(photo-multiplier)가 투과 광 빔의 편광성의 방향 의존성 및 투과 광 빔의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하고, 컴퓨터 시스템(107)이 방향 의존성 또는 파장 의존성에 기초하여 트위스트 각, 평균 틸트 각 및 셀 갭을 결정하는 방법을 통하여 트위스트 각, 셀 갭 및 평균 틸트 각을 일의적으로 결정한다.

Description

액정 표시 소자를 평가하는 방법, 평가 방법을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 정보 저장 매체 및 저장 매체를 사용하는 평가 장치{METHOD FOR EVALUATING DISPLAYING ELEMENT OF LIQUID CRYSTAL, INFORMATION STORAGE MEDIUM FOR STORING COMPUTER PROGRAM REPRESENTATIVE OF THE METHOD AND EVALUATING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 소자를 평가하는 방법 및 평가 방법에 사용되는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액정의 트위스트 각 및 평균 틸트 각 및 액정층의 두께를 측정하는 방법, 이 방법에 사용되는 장치, 및 액정의 배향에 대하여 기판의 규제력(regulatory ability)을 평가하는 방법에 관한 것이다.
액정층의 두께를 측정하는 방법은 미심사 출원 제4-307312호의 일본 특허 공보에 개시되어 있다. 액정층의 두께는 기판들 간의 갭과 동일함으로 "셀 갭(cell gap)"으로 불린다. 미심사 출원의 일본 특허 공보에 따르면, 연속적으로 편광된광 빔이 액정 표시 소자에 입사할 때에 투과된 광의 강도는 파장 의존성을 보인다. 즉, 파장에 대한 의존성을 보인다. 미심사 출원의 일본 특허 공보는 파장 의존성을 사용하여 투과된 광의 강도를 기초하여 셀 갭을 결정하는 것을 제안하고 있다.
다른 종래 기술의 측정 시스템은 반사 강도를 기초로 하여 셀 갭을 결정한다. 수렴 광 빔은 공초점 시스템에서 극히 적은 초점 깊이를 갖는 것으로 가정한다. 수렴 광 빔이 샘플에 입사되면 반사 강도는 초점 위치 의존성을 보인다. 즉, 초점 위치에 대한 의존성을 보인다. 셀 갭은 초점 위치 의존성을 사용하여 결정된다.
트위스트 각에 대해서는 미심사 출원 제6-265839호 및 6-265840호의 일본 특허 공보는 2 쌍의 액정 표시 소자의 방향과 편광자/검광자의 방향에 기초하여 셀 갭 및 트위스트 각을 결정하는 것을 제안하고 있다. 종래 기술의 시스템은 단색 광원, 편광자, 2 쌍의 액정 표시 소자, 검광자 및 광 검출기를 포함한다. 단색 광은 단색 광원으로부터 조사되며, 편광자, 2 쌍의 액정 표시 소자 및 검광자를 통과한다. 단색 광은 광 검출기에 입사된다. 광 검출기는 입사광의 강도를 측정한다. 편광자/검광자의 방향 및 2 쌍의 액정 표시 소자의 방향은 변경된다. 입사광의 강도가 표시되며 국부적인 최소값이 결정된다. 편광자/검광자의 방향과 2 쌍의 액정 표시 소자의 방향은 국부적인 최소값으로 표시되며, 셀 갭 및 트위스트 각은 편광자/검광자의 방향 및 2 쌍의 액정 표시 소자의 방향에 기초하여 결정된다.
일본 특허 제2778935호는 셀 갭 및 트위스트 각을 결정하여 엔커링(anchoring)을 결정하는 것을 제안하고 있다. 셀 갭 및 트위스트 각은 투과된 광의 강도의 국부적인 최소값에서 검광자의 방향과 액정 표시 소자의 방향에 기초하여 결정된다. 정확도를 향상시키기 위해서, 종래 기술의 측정 시스템은 광원, 편광자, 액정 표시 소자, 검광자, 광 검출기 및 광 탄성 소자를 포함한다.
셀 갭은 파장 의존성을 사용하는 종래 기술의 방법 및 공초점 시스템을 사용하는 종래 기술의 방법에서 액정과 기판간의 굴절률의 차를 이용하여 결정된다. 그러나, 액정 표시 소자의 구조의 특징을 나타내는 트위스트 각은 상술한 종래 기술의 방법에 의해서 결정되지 않는다. 비록 미심사 출원6-265839 및 6-265840의 일본 특허 공보에 개시된 종래 기술의 방법이 트위스트 각을 결정하는데 사용될 수 있지만, 익히 셀 갭을 알고 있을 필요가 있다.
미심사 출원 제8-184415호의 일본 특허 공보 및 일본 특허 제2778935호에 개시된 종래 기술의 방법은 투과된 광의 강도의 국부적인 최소값에서 2 쌍의 액정 표시 소자의 방향과 편광자/검광자의 방향에 기초하여 셀 갭 및 트위스트 각을 결정하기 위해 사용된다. 그러나, 종래의 방법들은 단지 셀 갭과 트위스트 각의 결합만을 개시하는 것에 지나지 않습니다. 액정 표시 소자의 방향과 편광자/검광자의 방향을 제공하는 다수의 결합이 있다. 소정의 샘플의 셀 갭 또는 소정의 샘플의 트위스트 각을 결정하기 위해서는 트위스트 각 또는 셀 갭을 알 필요가 있다.
셀 갭 및 트위스트 각의 결합의 정확성은 측정의 정밀도에 따른다. 즉, 액정 표시 소자의 방향 및 검광자의 방향을 측정하는 정밀도에 달려있는 것이다. 그러나, 액정 표시 소자의 방향 및 검광자의 방향을 정밀하게 측정하는 것은 용이하지 않다. 셀 갭 및 트위스트 각의 결합이 모간 한계(Morgan limit)에 근사한 경우에, 투과 광 빔은 강도를 약간 변경시키므로 국부적인 최소 강도를 결정하는 것은 어렵다. 이것은 액정 표시 소자의 방향 및 편광자/검광자의 방향이 그다지 정확하지 못하다는 것을 의미한다. 셀 갭 및 트위스트 각의 결합이 모간 한계를 만족시키면 투과된 광의 강도는 샘플의 방향에 의존하지 않게 되고, 셀 갭 및 트위스트 각은 결정되지 않는다.
그러므로, 본 발명의 중요한 목적은 종래의 방법에 내재되어 있는 문제점들이 없는 평가 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 중요한 목적은, 본 발명에 따른 방법을 대표하는 컴퓨터 프로그램을 저장하는 정보 기록 매체를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 중요한 목적은, 상기 평가 방법이 실현되는 평가 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 국면에 따르면, a) 액정 표시 소자에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계, b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 및 c) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, a) 액정 표시 소자의 일부분에 일정 주파대및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계, b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계, c) 상기 광 빔이 상기 액정 표시 소자의 다른 부분 상에 입사하도록 상기 광 빔의 광축과 직교하는 가상 평면상에서 상기 액정 표시 소자를 이동시키는 단계, d) 상기 액정 표시 소자의 상기 다른 부분에 대하여 상기 단계 b)를 반복하는 단계, 및 e) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, a) 액정 표시 소자에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계, b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 및 c) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 평가 방법을 대표하는 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 정보 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, a) 액정 표시 소자의 일부분에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계, b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계, c) 상기 광 빔이 상기 액정 표시 소자의 다른 부분 상에 입사하도록 상기 광 빔의 광축과 직교하는 가상 평면상에서 상기 액정 표시 소자를 이동시키는 단계, d) 상기 액정 표시 소자의 상기 다른 부분에 대하여 상기 단계 b)를 반복하는 단계, 및 e) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 평가 방법을 대표하는 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 정보 기록 매체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 액정 표시 소자 쪽으로 광 빔을 방사하는 광원, 상기 광원과 상기 액정 표시 소자 사이에 구비되어 상기 광 빔으로부터 편광된 광 빔을 생성하기 위한 편광자, 상기 액정 표시 소자를 상기 편광된 광 빔의 광축 상에 유지하는 샘플 스테이지, 상기 편광된 광 빔의 광축 상에 구비된 검광자, 상기 검광자를 통과한 투과 광 빔의 광 강도를 측정하여 상기 광 강도를 나타내는 데이터 정보를 생성하기 위한 광 강도 측정 유닛, 및 상기 광원, 상기 편광자, 상기 샘플 스테이지 및 상기 검광자에 선택적으로 접속되어 그 자세를 제어하고 상기 광 강도 측정 유닛에 접속되어 상기 데이터 정보를 수신하고 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하여 상기 액정 표시 소자 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하기 위한 데이터 처리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치가 제공된다.
상기 평가 방법 및 평가 장치의 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 평가 시스템을 도시하는 개략도.
도 2는 샘플의 방위와 투과 광의 위상차 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 3은 샘플의 방위와 투과 광의 진폭비 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 소자를 평가하는 방법을 도시하는 흐름도.
도 5는 계산을 통하여 작성된 샘플의 방위에 대한 위상차의 의존성을 도시하는 그래프.
도 6은 계산을 통하여 작성된 샘플의 방위에 대한 진폭비의 의존성을 도시하는 그래프.
도 7은 다른 샘플의 방위에 대한 위상차의 의존성을 도시하는 그래프.
도 8은 다른 샘플의 방위에 대한 진폭비의 의존성을 도시하는 그래프.
도 9는 다른 평가 시스템에 통합된 샘플 스테이지를 도시하는 사시도.
도 10은 샘플 상의 셀 갭의 분포를 도시하는 도면.
도 11은 샘플 상의 트위스트 각의 분포를 도시하는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 또 다른 평가 시스템을 도시하는 개략도.
도 13은 샘플 상의 셀 갭의 분포를 도시하는 도면.
도 14는 샘플 상의 트위스트 각의 분포를 도시하는 도면.
도 15는 도 12에 도시된 평가 시스템의 변형예를 도시하는 개략도.
도 16은 본 발명에 따른 또 다른 평가 시스템을 도시하는 개략도.
도 17은 평가 시스템을 위한 컴퓨터 프로그램을 도시하는 흐름도.
도 18은 본 발명에 따른 또 다른 평가 시스템을 도시하는 개략도.
도 19는 측정을 통하여 결정된 투과 광의 파장과 위상차 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 20은 측정을 통하여 결정된 투과 광의 파장과 진폭비 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 21은 계산을 통하여 결정된 파장과 위상차 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 22는 계산을 통하여 결정된 파장과 진폭비 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 23은 다른 방법을 위한 컴퓨터 프로그램을 도시하는 흐름도.
도 24는 투과광 강도의 파장 의존성을 도시한 도면.
도 25는 분해능을 고려하지 않을때의 투과광 강도의 파장 의존성을 도시한도면.
도 26은 분해능을 고려할 때의 투과광 강도의 파장 의존성을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 광원
102 : 편광자
103 : 샘플
104 : 샘플 스테이지
105 ; 검광자
106 : 광 검출기
107 : 컴퓨터 시스템
광의 편광은 비율 Ep/Es와 위상차 △로 기술된다. Ep는 진행하는 광에 수직한 면상의 일반적인 직교 좌표계를 정의하는 2개의 축들 중 한 축에 평행한 전계 성분의 크기를 나타내고, Es는 전계 성분에 수직한 다른 전계 성분의 크기를 나타낸다. 전계 성분은 위상 차 △를 갖는다. 탄젠트 Ψ가 Ep/Es일 때, 각 Ψ은 비율 Ep/Es를 나타낸다. 일반적으로, 전계 성분 Es와 Ep는 진행하는 광에 수직한 면 상의 일반적인 직교 좌표계에서 타원형 궤도를 따라 움직인다.
셀 갭과 트위스트 각을 결정하기 위한 종래 기술의 방법에서, 투과된 광의 로컬 최소 세기로 검광자의 방향을 결정하는 것은 타원형의 작은 축 방향을 결정하는 것과 동등하다. 따라서, 전송된 편광은 검광자의 방향에 의해 불완전하게 결정된다. 액정 표시 소자는 투과광의 편광을 제어하고, 액정 표시 소자의 특성은 투과광의 편광을 결정하는 것을 통해 결정되는 것이다. 투과광의 편광을 결정하기 위하여, 편광된 단색 광은 액정 표시 소자의 이미지 생성면 상에 입사되고, 투과광의 편광이 결정된다. 만일 샘플의 셀 갭과 트위스트 각이 모건 한계(Morgan limit)에 근접한다고 할지라도, 셀 갭과 트위스트 각은 입사 광의 편광과 투과광의 편광간의 관계 또는 샘플의 방향과 투과광의 편광간의 관계에 기초하여 정확하게 결정된다, 게다가, 투과광의 편광은 액정 분자의 평균 틸트 각에 따라 또한 좌우된다. 투과광의 편광은 샘플의 방향에 대한 의존도를 가지며, 이 의존도는 이하 "방위 의존성"로서 참조된다. 만일 방위 의존성이 정확하게 측정된다면, 평균 틸트 각을 결정할 수 있다.
방위 의존성이 결정된다고 할지라도, 셀 갭 또는 트위스트 각 범위 중 어느 하나는 알려져 있어야 할 필요가 있으며, 이는 셀 갭과 트위스트 각 사이의 복수의 조합이 존재하기 때문이다. 방위 의존성은 입사광의 파장과 함께 비선형 적으로 변화된다. 본 발명은 액정 표시 소자의 표면에 복수의 광 성분을 조사하여 방위 의존성을 결정하기 위한 것이다. 광 성분들은 파장면에서는 서로 상이하고 편광면에서는 서로 동일하다. 각각의 투과광 성분의 편광은 대응하는 입사광 성분의 편광에 따라 좌우된다. 각각의 투과광 성분의 편광과 관련된 입사광 성분의 편광 사이의 의존 관계는 이하 "편광 의존도(polarization dependancy)"로 참조된다. 게다가, 각각의 투과광 성분의 편광은 샘플의 방향에 대한 의존도를 갖는다. 편광 의존도 또는 방위 의존성을 이용하여, 셀 갭 및 트위스트 각만이 결정된다. 만일 방위 의존성이 정확하게 측정되는 경우, 평균 틸트 각 또한 결정된다.
백색 광원은 입사광원으로서 사용되고, 방위 의존성의 파장 분산을 측정하기 위한 편광자와 결합된다. 다음으로, 셀 갭과 트위스트 각은 파장이 상이한 복수의 광 성분들을 사용하는 방법과 유사하게 단독으로 결정된다.
샘플들의 방향이 일정한 경우에, 셀 갭에 좌우되는 주기성은 파장 간격이 50㎚ 이하인 조건하에서 투과광의 편광 상태의 파장 분산시 관찰된다. 셀 갭과 트위스트 각은 하나 이상의 입사광 성분에 대한 방위 의존성의 관찰을 통하여 단독으로 결정된다. 만일 투과광의 편광 상태의 파장 분산과 방위 의존성이 정확하게 측정된다면, 액정 분자의 평균 틸트 각을 결정할 수 있다.
만일 적당한 메커니즘이 평면상에서 샘플이 이동하게 하면, 셀 갭과 트위스트 각의 분산 또는 셀 갭, 트위스트 각 및 액정 분자의 평균 틸트 각이 평면 내에서 결정된다.
제1 실시예
도 1은 본 발명을 구현한 평가 시스템을 나타낸다. 참조 번호(101)는 광원을 지칭한다. 광원(101)은 He-Ne 레이저 방출 장치에 의해 수행되며, 편광자(102)를 통하여 평가될 샘플에 광 빔을 조사한다. 바꾸어 말하자면, 우측의 광학 축은 도 1의 광원(101)으로부터 연장된다. 샘플(103)은 샘플 스테이지(104)에 부착되고, 샘플(103)이 광축 주위를 회전하게 한다. 샘플 스테이지(104)에는 인코더가 장착되고, 샘플(103)의 방향은 인코더를 사용함으로써 판독된다. 검광자(105)는 샘플 스테이지(104)와 결합되고, 광축 주위를 회전 가능하다. 검광자(105)에는 인코더가 장착되고, 검광자(105)의 방향은 인코더를 사용함으로써 판독된다. 광 빔은 편광자(102), 샘플(103) 및 검광자(105)를 관통하고, 광 검출기(photo-detector) 상에 떨어진다. 광 검출기(106)는 입사광 강도를 결정한다. 이 예에서, 광 검출기(106)는 광 배율기(photo-multiplier)에 의해 동작한다. 샘플 스테이지(104), 검광자(105) 및 광 검출기(106)는 컴퓨터 시스템(107)에 접속된다. 이 컴퓨터 시스템(107)은 샘플 스테이지(104)의 방향과 검광자(105)의 방향을 제어한다. 투과광의 편광은 샘플(103)의 방향, 즉 방위 의존성에 따라 좌우된다. 컴퓨터 시스템(107)은 광 검출기(106)에 의해 검출된 투과광 강도에 기초하여 투과광의방위 의존성을 계산하고, 샘플(103)의 셀 갭, 트위스트 각 및 평균 틸트 각을 결정한다.
2개의 수직 방향을 평가한다. 2개의 수직 방향들은 진행하는 광에 수직한 평면상에 있다. 광의 전계 벡터는 2개의 수직 방향들 중 한 방향에 평행한 s 성분과 2개의 수직 방향들 중 다른 하나에 평행한 p 성분을 갖는다고 가정된다. 편광자(102)를 s 성분과 p 성분간의 비율이 1 : 1이 되는 방식으로 배향하여 선형적으로 편광된 광을 생성한다. 편광자(102)는 s 성분과 p 성분 양측에 대해 45도로 기울여져 있다. 투과광의 편광은 검광자를 회전하는 방식을 통해 결정된다. 샘플을 관통하는 광의 편광은 회전식 검광자 방법을 통한 검광자의 방향에 따른 검출된 광 세기에 기초하여 결정된다. 검출된 광 세기는 2도의 간격마다, 즉 180 방향으로 측정된다.
샘플 A는 다음과 같이 제조되었다. 2개의 글라스 플레이트들이 준비되었다. 이 글라스 플레이트는 30 밀리미터의 폭, 40 밀리미터의 길이 및 1.1 밀리미터의 두께로 측정되었다. 폴리이미드는 닛산 화학 회사(Nissan Chemical Corporation)에 의해 제조되었고, PI-A로 판매되었다. 폴리이미드는 오븐 내에서 15분 동안 섭씨 80도로 건조되었다. 이후, 오븐은 섭씨 250도로 상승되었고, 폴리이미드는 60분 동안 소결되었다. 러빙 롤러(rubbing roller)가 준비되었다. 레이온 섬유는 러빙 롤러 내에 끼워 넣어지고, 러빙 롤러의 직경은 3센티미터였다. 러빙 롤러는 800rpm으로 회전시켰다. 푸싱(pushing) 길이는 0.3 밀리미터였고, 러빙 롤러는 초당 20 밀리미터로 움직였다. 러빙은 실내 온도에서 3회 반복되었다. 글라스 플레이트들은 하나의 글라스 플레이트 상의 러빙 방향이 다른 글라스 플레이트 상의 러빙 방향과 90도로 교차되도록 배열되었다. 스페이서들의 직경은 5밀리미터이며, 스페이서들은 에폭시 계의 2-액체 접합 성분 내에서 혼합되었다. 2-액체 접합 성분을 사용하여, 글라스 플레이트들은 함께 조립되었다. 액정은 모세관 현상을 통해 글라스 플레이트들간의 공간 내로 주입되었다. 액정은 섭씨 62도의 천이 온도와 633-파장 광용 1.586 및 1.510의 굴절률을 나타내었다. 주입 포트는 에폭시 계의 접착 성분으로 밀봉되었다. 이후, 최종 셀 구조는 오븐 내에서 2시간 동안 섭씨 90도로 가열 처리되었다. 따라서, 액정 배향은 등방성 프로세스를 통해 균일하게 되었다.
샘플 A는 샘플 스테이지(104)에 부착되었고, 광은 광원(101)에서 샘플 A로 조사되었다. 조사된 광은 검광자(105)를 관통하였고, 광 검출기(106) 상에 입사되었다. 편광은 진폭비(amplitude ratio) Ep/Es와 위상차 △로 표현되었고, 각 Ψ는 이하 기술되는 진폭비 Ep/Es를 나타낸다. 투과광의 위상차 △와 각 Ψ은 도 2와 도 3에 샘플 A의 방향에 대해 도시되었다. 회전 대칭은 도 2와 도 3에서 관찰되었다. 샘플 A의 셀 갭과 트위스트 각은 다음의 실험 결과에 기초하여 결정되었다.
파장 λ를 갖는 광은 액정 표시 소자에 가해진다. 액정은 굴절률 Ne와 No를 갖는다. 셀 갭은 d이고, 트위스트 각은 Φ이고, 평균 틸트 각은 θ이며, 방향은 s 성분에 대해 제로이다. 2.2 존스(Jones) 매트릭스는 액정 표시 소자의 광학 특성을 나타내고, 존스 매트릭스의 소자들 J11, J12, J21 및 J22는 다음 수학식 1과 같이 표현된다.
여기서, i는 가상 유닛이고 U와 V는
U = πd(Ne{1+(Ne2/No2 - 1)sin2θ}-1/2 - No)/λΦ
V = (1+U2)1/2 로 표현된다.
만일 액정 표시 소자의 방향이 광의 s-성분에 대해 A만큼 경사져 있다면, 존스 매트릭스의 소자 J11(A), J12(A), J12(A) 및 J22(A)는 다음 수학식 2로 표현된다.
후술되는 바와 같이, 입사광은 선형적으로 편광되고, s 성분과 p 성분간의 비율은 1 : 1이다. 투과광의 s 성분은 J11(A) + J(12)이다. p 성분은 각 Ψ로 표현되며, 그 탄젠트, 즉 tan Ψ(A)은 s 성분 J11(A) = J12(A)로부터의 J21(A) + J22(A)의 위상차 △(A)를 나타내며 그 절대값의 비율은 ｜J21(A) + J22(A)｜/｜J11(A) + J12(A)｜이다. 계산된 편광 △(A)/Ψ(A)와 측정된 편광 △/Ψ 사이의 차는 제곱되고, 제곱된 수는 함께 가산된다. 트위스트 각 Φ과 셀 갭 d는 합계의 로컬 최소치로 결정된다.
편광 △(A)/Ψ(A)의 해는 Marcut 법, Brachistochrone 법, 및 Gauss-Newton 법과 같은 최소 제곱의 표준 방법을 통하여 거의 얻을 수 있다. 해를 얻기 위해서는 셀 갭 d 및 트위스트 각 Φ는 소정의 간격에서 특정 범위 내에서 변동한다. 측정된 값과 △(A)/Ψ(A)의 계산된 값 사이의 차가 계산된다. 차를 제곱하고, 제곱수의 합이 결정된다. 자세하게, 트위스트 각은 간격 δ에서 Φmin에서 Φmax까지 변동된다. 조건은 (Φmax - Φmin)/δ+ 1 이다. 반면에, 셀 갭은 각각의 트위스트 각에 대한 간격 η에서 dmin에서 dmax까지 변동된다. 조건은 (dmax - dmin)/η+ 1 이다. 편광 △(A)/Ψ(A)는 {(Φmax - Φmin)/δ+ 1}과 {(dmax - dmin)/η+ 1} 사이의 각각의 결합에 대하여 계산된다. 따라서, 제곱합의 각각 대표 값의 세트가 얻어진다.
세트에서 제곱합의 최소값인 셀 갭 d1 및 트위스트 각 Ψ1이 찾아진다. 요구되는 정밀도가 계산된 셀 갭과 트위스트 각 보다 큰 경우에는, (d1 - η)부터 (d1 + η)까지 셀 갭의 범위를 예를 들어, η/10과 같이 η보다 적은 값으로 편광 상태를 계산한다. 트위스트 각에 대하여, (Φ1 - δ)부터 (Φ1 + δ)까지의 트위스트 각 범위는 예를 들어 δ/10과 같이 δ보다 작은 값으로 나눈다. 전체 조합은 121이다. 편광은 121 조합의 각각에 대하여 계산된다. 측정된 값과 계산 결과 사이의 차가 제곱되고, 제곱은 합산된다. 제곱합의 각 대표 값의 다른 세트가 얻어진다. 세트에서 셀 갭 d2와 트위스트 각 Φ가 찾아진다. 전술된 순서는 셀 갭 간격과 트위스트 각 간격이 요구되는 정확도 보다 작아질 때까지 반복된다.
러빙(rubbing) 방향이 알려지지 않은 경우에, 편광 △(A)/Ψ(A)는 우선 전술된 바와 같이 계산된다. 각 △(A) 또는 Ψ(A)의 최대값인 방향 Amax 및 각 △(A) 또는 Ψ(A)의 최소값인 방향 Amin은 편광 △/Ψ의 최대값인 방향 Omax 및 편광 △/Ψ의 최소값인 방향 Omin과 비교되고, 러빙 방향이 비교를 통해 평가된다. 편광 상태의 방향 의존성은 △(A - Amax + Omax) / Ψ(A - Amax + Omax) 또는 △(A - Amin + Omin) / Ψ(A - Amin + Omin) 로 평가되고 편광이 재계산된다. 측정된 값과 계산된 값 사이의 차가 계산되고, 제곱 합이 결정된다.
컴퓨터 프로그램은 도 4에 나타낸 바와 같이 전술된 방법으로 나타내고, 컴퓨터 시스템(107)에서 저장된다. 샘플 A의 경우에, 트위스트 각과 셀 갭은 90 도의 정도 및 5 ㎛ 정도로 평가된다. 트위스트 각 범위는 80 도에서 100 도이고, 셀 갭 범위는 4 ㎛에서 6 ㎛이다. 액정의 평균 틸트 각은 간격 1 도에서 제로(0)에서 5 도까지 변동된다. 편광은 도 1에 나타낸 측정 장치를 사용하여 측정되고 전술된 바와 같이 계산된다. 제곱 합이 계산된다. 평균 틸트 각이 3 도인 경우에, 제곱 합이 최소화된다.
액정의 평균 틸트 각이 제로로 조절될 경우에, 셀 갭, 트위스트 각 및 평균 틸트 각은 도 4에 나타낸 컴퓨터 프로그램을 통해 5.13 ㎛, 89.8 도 및 3 도로 평가된다.
위상차 △의 방위 의존성은 도 5에 도시되고, 진폭비 Ψ의 방위 의존성은 도 6에 도시된다. 위상차 △ 및 진폭비 Ψ가 계산된다. 회전 검광자법(rotationalanalyzing method)이 행해진다. 회전 검광자법에서, 검출기(105)는 검출기(105) 상에 입사광을 변조하기 위하여 회전되고, 편광이 결정된다. 회전 위상자법(rotational phase plate method)이 사용된다. 회전 위상자법에서, 예를 들어 1/4 파장판과 같은 위상자가 삽입되어 위상자를 회전시킴으로써 광의 강도가 조절된다. 전기적으로 변조된 광탄성 소자를 사용하여 편광 상태 결정하는 방법도 가능하다.
제2 실시예
도 1에 나타난 평가 시스템은 샘플 B에 대하여 투과된 빛의 편광을 측정하기 위하여 사용된다. 유리판이 준비된다. 유리판은 30 밀리미터 폭, 40 밀리미터 길이 및 1.1 밀리미터 두께이다. 니산 화학 회사에 의해 제조된 폴리이미드 PI-B가 유리판 상에 자아진다. 폴리이미드는 섭씨 80 도 오븐에서 15 분간 건조된다. 이후, 폴리이미드는 섭씨 180 도 오븐에서 60 분간 소결된다. 레이온 섬유를 주입한 러빙 롤러를 사용하여, 폴리이미드 층이 실온에서 3 회 러빙된다. 러빙 롤러의 직경은 3 센티미터이고, 800 rpm에서 회전된다. 압입 길이(push length)가 0.3 밀리미터이고, 러빙 롤러가 20 mm/sec로 움직인다. 각 유리판에서 러빙 방향은 50 도로 조절되고, 유리판은 스페이서와 혼합된 두 액성 에폭시 접착제를 사용하여 함께 조립된다. 스페이서의 직경은 8 밀리미터이다. 액정은 실온에서 모세관 현상을 통해 유리판 사이의 공간으로 주입된다. 액정은 섭씨 62 도의 전이 온도를 가지고, 굴절률이 633 ㎚ 파장의 빛에 대하여 1.586/1510 이다. 주입 포트는 에폭시 접착제로 밀봉된다. 따라서, 액정 표시 소자가 얻어진다. 액정 표시 소자는 섭씨90 도 오븐에서 2 시간 동안 균일화 처리(isotropic treatment)를 한다. 액정의 배향이 균일해진다.
샘플 B를 통해 지나는 투과된 빛에 대하여 편광 상태의 방향 의존성이 측정된다. 도 7 및 도 8은 위상차 △의 방향 의존성과 진폭비 Ψ의 방향 의존성을 나타낸다. 편광 상태의 방향 의존성이 너무 낮아서 트위스트 각과 셀 갭이 종래의 방법을 통해 결정되기 어렵다. 그러나, 셀 갭과 트위스트 각이 본 발명에 따른 방법을 통해 결정된다. 본 발명에 따른 방법에서, 셀 갭 범위와 트위스트 각 범위는 4 ㎛에서 10 ㎛과 20 도에서 90도 이다. 셀 갭과 트위스트 각은 8.08 ㎛과 44.8 도인 것으로 평가되었다.
제3 실시예
제3 실시예를 구현하는 평가 시스템은 샘플 스테이지를 제외하고는 도 1의 시스템과 유사하다. 제1 실시예를 구현하는 평가 시스템의 샘플 스테이지(104)는 도 9에 나타낸 바와 같이 샘플(103)의 주 표면에 평행한 가상면 상에 움직일 수 있는 샘플 스테이지와 교체된다. 자세하게, 샘플 스테이지는 회전 스테이지(21), 회전 스테이지(21) 상에 탑재된 2개 움직일 수 있는 스테이지(22/23) 및 움직일 수 있는 스테이지(22)에 부착된 유지 스테이지(24)를 포함한다. 회전 스테이지(21)는 링 형태이고, 회전 스테이지의 안쪽 공간(28)을 통해 수직으로 지나는 중심 축 주위를 회전한다. 중심 축은 광학 축과 일치한다. 움직일 수 있는 스테이지(23)는 프레임 구조이고, 회전 스테이지(21) 상에 탑재된다. 움직일 수 있는 스테이지(23)의 안쪽 공간(25)을 통하여 광학 축이 지나간다. 스테이지(23)는 화살표로 표시된 바와 같이 회전 스테이지(21) 상에 단일 방향으로 역으로 움직일 수 있다. 또한 다른 움직일 수 있는 스테이지(22)는 프레임 구조이고, 움직일 수 있는 스테이지(23) 상에 탑재된다. 움직일 수 있는 스테이지(22)의 안쪽 공간(26)을 통하여 광학 축이 지난다. 스테이지(22)의 안쪽 공간 (26)을 통하여 광학 축이 지난다. 또한 스테이지(22)는 스테이지(23)의 움직임 방향에 직각이다. 유지 스테이지(24)는 움직일 수 있는 스테이지(22)에 부착되고, 링 형태이다. 유지 스테이지(24)의 안쪽 공간(27)을 통하여 지난다.
샘플 A에 대하여 셀 갭과 트위스트 각이 측정된다. 샘플 A는 유지 스테이지(24)에 부착된다. 움직일 수 있는 스테이지(22/23)가 적절하게 샘플 A로 움직여서 광학 축에 중심을 맞추어 정렬된 샘플 A의 일부가 된다. 광 빔은 광원(101)으로부터 샘플 A에 조사되고 투과된 빛은 광 검출기(106)에 떨어진다. 회전 스테이지(21)는 회전하도록 구동되고, 투과된 빛의 편광 상태의 방향 의존성이 측정된다. 움직일 수 있는 스테이지(22/23)가 샘플 A로 움직여 광학 축을 중심으로 정렬되어 샘플 A의 다른 부분이 되고, 방향 의존성이 측정된다.
측정후, 셀 갭과 트위스트 각이 제1 실시예에서 샘플 A에 대한 방법과 유사한 방법으로 샘플 A의 각 부분에 대하여 결정된다. 샘플 A의 평균 틸트 각이 작기 때문에, 평균 틸트 각이 제로로 조절될지라도, 계산된 트위스트 각의 변동 및 계산된 샐 갭의 변동이 거의 없다. 이러한 이유로, 액정의 평균 틸트 각이 샘플 A의 모든 부분에서 제로로 조절된다. 측정은 2 밀리미터 간격에서 반복되어 샘플 A는 격자와 같이 9개 부분으로 가상적으로 나뉘어진다. 셀 갭과 트위스트 각은 도 10및 11에 나타낸 바와 같이 분산된다.
제4 실시예
도 12는 본 발명을 구현하는 또 다른 평가 시스템을 도시하고 있다. 지금까지 설명한 바와 같이, 제3 실시예를 구현하는 평가 시스템에서 샘플 스테이지는 광축과 직교하는 가상 평면상에서 샘플을 이동시키고 회전시킨다. 샘플은 제2 실시예에서 샘플의 방위를 변화시키기 위해 회전된다. 제4 실시예를 구현하는 평가 시스템에서, 샘플은 회전되지 않지만, 편광자가 회전을 위해 구동된다. 제4 실시예를 구현하는 평가 시스템은, 광원(201), 편광자(202), 샘플(203)을 보유하기 위한 이동 가능한 스테이지(204), 검광자(205), 광 배율기(206) 및 컴퓨터 시스템(207)을 포함한다.
광원(201)은 나트륨 램프로 구현되며, 편광자(202)를 거쳐 샘플(203)로 광선을 방출한다. 투과광은 검광자(205)를 거쳐 광 배율기(206)에 입사된다. 편광자(202)는 엔코더를 장착한 회전 스테이지에 부착되고, 광축 주위에 대한 회전을 위해 구동된다. 이동 가능한 스테이지(204)는 광축과 직교하는 가상판 상에서 샘플(203)을 이차원적으로 이동시킨다. 또한 검광자(205)는 엔코더를 장착한 회전 스테이지에 부착되고, 광축 주위에 대한 회전을 위해 구동된다.
컴퓨터 시스템(207)은, 편광자(202)를 위한 회전 스테이지, 이차원적으로 이동 가능한 샘플 스테이지(204), 검광자(205)용 회전 스테이지 및 광 배율기(206)에 접속된다. 컴퓨터 시스템(207)은 편광자/검광자(202/205)의 회전 방위와 샘플 스테이지(204)의 위치를 제어하며, 광 강도를 나타내는 데이터 정보의 조각들을페치(fetch)한다. 컴퓨터 시스템(207)은 투과광의 편광 상태의 방위 의존성을 계산하고 샘플(203)의 셀 갭, 샘플의 트위스트 각(twist angle) 및 액정의 평균 틸트 각(mean tilt angle)을 결정한다.
샘플 A는 샘플 스테이지(204)에 탑재되고, 샘플 스테이지(204)는 트위스트 각의 분산 및 셀 갭의 분산을 결정하기 위해 4 밀리미터 간격으로 직선 이동된다. 평균 틸트 각은 0으로 가정한다. 트위스트 각의 분산 및 셀 갭의 분산은 각각 도 13 및 14에 도시되었다.
도 15에 도시된 바와 같이 편광자(302)와 샘플(304) 사이에 가령 1/2 파장판 등의 위상판(303)이 삽입될 수 있다. 이러한 경우에, 샘플의 방위가 고정되고, 위상판(303)은 편광 방위를 변화시킨다. 편광자(302)는 정지 상태이고, 위상판(303)은 컴퓨터 시스템(308)의 제어 하에 회전을 위해 구동된다. 광원, 이차원적으로 이동 가능한 스테이지, 검광자 및 광 배율기에는 각각 도면 부호 301, 305, 306 및 307이 부여된다. 샘플 스테이지(305)는 정지 상태일 수 있다.
제5 실시예
제2 실시예에서, 트위스트 각 범위 및 셀 갭 범위는 각각 20 내지 60도 및 9 내지 20 ㎛이며, 44.7도의 트위스트 각 및 16.35 ㎛의 셀 갭에서의 제곱 합은 44.8도의 트위스트 각 및 8.08 ㎛의 셀 갭에서의 제곱 합과 같다. 이는, 그 셀 갭이 알려지지 않은 샘플에 대해 트위스트 각과 셀 갭이 일의적으로 결정되지 않음을 의미한다.
샘플의 셀 갭과 샘플의 트위스트 각을 일의적으로 결정하기 위해, 도 16에도시된 바와 같이 제5 실시예를 구현하기 위한 평가 시스템 내에 2개의 광원(401 및 402)이 통합된다.
보다 상세하게는, 이 평가 시스템은 2개의 광원(401/402), 반사 미러(403), 하프 미러(404), 편광자(405), 샘플(406)을 보유하기 위한 회전 샘플 스테이지(407), 검광자(408), 광 배율기에 의해 구현되는 광 검출기(409) 및 컴퓨터 시스템(410)을 포함한다. 광원(401)은 He-Ne 레이저 발광 장치이고, 광원 402는 발광 다이오드이다. 발광 다이오드(402)는 688 ㎚ 파장의 광을 발생시키며, 광원 401로부터 방출된 광선과는 파장이 다르다. 광원 401은 반사 미러(403)로 광선을 방출하고, 반사 미러(403)는 광선을 샘플(406)쪽으로 유도한다. 광선은 하프 미러(404) 및 편광자(405)를 통과하고, 샘플(406)에 입사된다. 다른 한편으로, 다른 광선이 광원 402로부터 방출되고 샘플(406)쪽으로 하프 미러(404)상에서 반사된다. 회전 스테이지(407)는 엔코더를 구비하며, 광축 주위로의 회전을 위해 샘플(406)을 구동한다. 또한 검광자(408)도 광축 주위를 회전하며 엔코더를 구비한다. 회전 스테이지(407) 및 검광자(408)는 컴퓨터 시스템(410)에 의해 제어된다. 광 검출기(409)는 광 배율기에 의해 구현되며, 투과광의 강도를 결정한다.
광 검출기(409)는 투과광의 강도를 나타내는 데이터 정보의 조각들을 컴퓨터 시스템(410)으로 공급한다. 컴퓨터 시스템(410)은 투과광의 강도를 나타내는 데이터 정보의 조각들에 기초하여 투과광의 편광 상태의 방위 의존성을 계산하고, 샘플(406)의 셀 갭, 샘플(406)의 트위스트 각 및 샘플(406) 내에 가둬진 액정의 평균 틸트 각을 결정한다. 이 측정에서, 2개의 직교 축은 광축에 수직하는 가상 평면상에 있고, 광의 전기장 벡터는 직교축 중 하나에 평행한 s 성분 및 나머지 직교축에 평행한 o 성분으로 분해되는 것으로 가정하였다. 광원(401/402)로부터 방출된 각 광원에 대해 편광이 측정되었다. 광원 중 하나(401/402)가 광선을 방출할 때, 다른 광원(402/401)은 턴 오프된다. 그러지 않으면, 모든 광원(401/402)이 활성화되고, 차폐판(shield plate)이 이 광선들을 선택적으로 방해한다.
편광자(405)는 2개의 직교축에 대해 45도로 조절되어 입사광의 s 성분 및 입사광의 p 성분이 1:1이 되도록 한다. 따라서, 선형으로 편광된 광이 샘플(406)로 입사된다. 검광자(408)가 회전을 위해 구동되고, 투과광의 편광은 검광자(408)의 방위에 대한 광 강도의 의존성에 기초하여 결정된다. 광 강도는 2도의 간격으로 측정된다. 달리 말하면, 검광자(408)는 순차적으로 180도 방위로 변화되고, 이 광선에 대해 광 강도가 측정된다.
688 ㎚ 파장의 광에 대한 측정 결과가 4 ㎛ 내지 10 ㎛ 셀 갭 범위, 및 20 내지 70도 트위스트 각 범위 내에서 분석되고, 트위스트 각 및 셀 갭은 45.0도 및 8.09 ㎛으로 평가된다. 트위스트 각 범위 및 셀 갭 범위가 20 내지 60도 및 9 내지 20 ㎛으로 변화되면, 트위스트 각 및 셀 겝은 105.2 도 및 15.57 ㎛으로 평가되며, 이는 He-Ne 레이저 발광 장치를 사용함으로써 평가된 것과는 매우 다른 것이다. 이러한 이유로 인해, 셀 갭 및 트위스트 각은 샘플 B에 대해 44.8 내지 45.0도 및 8.08 내지 8.09 ㎛ 범위에 있는 것으로 결정되다.
도 17에 도시된 평가 시스템은 편광 상태의 분산을 결정하기 위해 도 9 및 12에 도시된 것처럼 개조될 수 있다. 도 17은 제5 실시예를 구현하는 방법에 대한컴퓨터 프로그램 시퀀스를 나타낸다.
제6 실시예
도 18은 본 발명의 또 다른 평가 시스템을 나타낸다. 이 평가 시스템은, 광원(501), 편광자(502), 샘플(503)을 보유하기 위한 회전 스테이지, 검광자(505), 분광기(506), 광 배율기(507) 및 컴퓨터 시스템(508)을 포함한다. 광원(501)은 할로겐 램프에 의해 구현된다. 샘플 스테이지(504)는 광축 주위로 회전가능하며, 엔코더를 구비하고 있다. 또한 검광자(505)도 광축 주위를 회전하며, 엔코더를 구비하고 있다. 광원(501)은 광선을 방출하고, 광선은 편광자(502)를 통과한다. 편광된 광은 샘플(503)로 입사되고, 분광기(506)는 단색광 성분들을 생성하기 위해 투과광을 분산시킨다. 단색광 성분들은 광 배율기(507)에 입사된다. 컴퓨터 시스템(508)은 샘플 스테이지(504)의 방위, 검광자(507)의 방위 및 분광기(506)를 제어한다. 컴퓨터 시스템(508)은 또한 광 배율기(507)에 접속되고, 광 강도를 나타내는 데이터 정보의 조각들을 페치한다. 컴퓨터 시스템(508)은 광 강도에 기초하여 편광 상태의 방위 의존성을 계산하고, 샘플(503)의 셀 갭, 샘플(503)의 트위스트 각 및 샘플(503) 내에 가둬진 액정의 평균 틸트 각을 결정한다.
광의 전기장 벡터는 s 성분 및 p 성분으로 분해되고, s 성분 및 p 성분은 직각 좌표계의 직교축들에 평행하다. 편광자(502)는 각 직교축에 대해 45도가 되며, s 성분 및 p 성분을 갖는 입사광을 1:1로 직선 편광한다. 검광자(505)는 2도 간격으로 회전되고, 이 측정은 각 180도 방위에 대해 수행된다. 분광기(506)는 투과광을 서로 파장이 다른 단색광 성분으로 분산시킨다. 도 18에 도시되지는 않았지만,이 단색광 성분들은 선택적으로 광 배율기(507) 내로 들어간다. 즉, 컴퓨터 시스템은 단색광 성분들 중 하나를 선택하고, 선택된 단색광 성분을 통과시키도록 분광기(506)에 지시한다. 선택된 단색광 성분은 광 배율기(507)로 입사된다. 하지만, 나머지 단색광 성분은 내부에 차폐된다.
편광 상태의 방위 의존성을 측정하여, 제5 실시예에서 사용되는 것과 유사한 샘플(503)의 셀 갭, 샘플(503)의 트위스트 각 및 액정의 평균 틸트 각을 결정할 때, 투과광의 편광 의존도에 기초하여 셀 갭을 결정한다. 샘플(503)의 방위가 고정된다. 단색광 성분이 선택되어, 선택된 광 성분이 편광자(506)를 통과하는 방식으로 조절된다. 선택된 단색광의 강도를 광 배율기(507)에 의해 측정하여, 선택된 단색광 성분의 편광 상태의 각 의존성을 측정한다. 샘플(503)의 트위스트 각, 샘플(503)의 셀 갭, 및 액정의 평균 틸트 각을 결합한 후보가 복수개 있다. 복수의 후보들은 각 의존성을 만족한다. 투과광의 편광 상태의 파장 의존성이 각각의 후보에 기초하여 계산된다.
순차적으로, 샘플(503)의 방위를 고정하는 조건하에서 투과광의 편광 상태의 파장 의존성을 측정한다. 하나의 후보에 대하여 계산된 파장 의존성이 측정된 파장 의존성과 일치할 때, 후보의 것과 일치하는 셀 갭, 트위스트 각, 및 평균 틸트 각을 평가한다.
도 19 및 도 20은 샘플 B를 통과하는 투과광의 편광 상태의 파장 의존성을 나타낸다. 도 19는 위상차 △ 및 파장간의 관계를 나타내고, 도 20은 진폭비 Ψ 및 파장간의 관계를 나타낸다. 투과광의 파장이 20 ㎚의 간격으로 변화하고, 도19 및 도 20에 도시된 파장 의존성이 측정된 광 강도에 기초하여 판정된다.
도 21 및 도 22는 트위스트 각 및 셀 갭의 2개의 조합에 대하여 계산된 파장 의존성을 나타낸다. 제1 조합은 트위스트 각 44.7도 및 셀 갭 16.35 ㎛의 조합이고, 제2 조합은 트위스트 각 44.8도 및 셀 갭 8.08㎛의 조합이다. 샘플 B는 0도까지 조절된다.
측정된 파장 의존성을 계산된 파장 의존성과 비교하면, 제2 조합에서의 파장 의존성이 측정된 파장 의존성과 유사하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 샘플 B의 트위스트 각 및 셀 갭은 44.8도 및 8.08㎛로 평가된다. 상술된 방법은 도 23에 도시된 컴퓨터 프로그램에 의해 구현된다.
도 18에 도시된 평가 시스템이 제3 및 제4 실시예에서 사용된 것과 같이 리모델링될 수 있다.
제7 실시예
제6 실시예에서 사용된 방법에 따라 파장 분포를 결정하였으나, 샘플 및 검광자의 방위를 고정한 조건하에서도 투과광 강도의 파장 의존성을 사용한 방법이 결정된다.
샘플 B를 0도로 조절하고, 검광자를 90도로 조절한다. 광원은 편광자를 통해 광 빔을 샘플 B에 조사하고, 투과광이 검광자를 통해 광 검출기 상에 입사된다. 투과광 강도의 파장 의존성이 도 24에 도시되어 있다. 투과광 강도의 파장 의존성이 셀 갭과 트위스트 각의 제1 조합에 대하여 계산되고, 셀 갭과 트위스트 각의 제2 조합에 대하여도 계산된다. 제1 조합에서의 셀 갭 및 트위스트 각은 각각44.8도, 8.08㎛이고, 제2 조합에서의 셀 갭 및 트위스트 각은 각각 44.7도, 16.35㎛이다. 10의 분광학 분해능이 고려되지 않으므로, 도 25에서의 그래프가 도 24의 그래프와 일치하지는 않는다. 분광학의 분해능은 10㎚이다. 분해능을 고려할 때, 도 26의 그래프가 나타내고, 곡선은 측정된 파장 의존성을 나타내는 곡선과 유사하다. 실험에 따라, 트위스트 각 및 셀 갭은 제6 실시예에서의 값인 44.8도와 8.08㎛에 일치한다. 상술된 방법은 컴퓨터 프로그램에 의해 표현된다.
제8 실시예
샘플 B의 트위스트 각을 50도로 조절하더라도, 트위스트 각 및 셀 갭은 제2, 제5, 제6, 및 제7 실시예에서 사용된 방법을 통해 44.8도, 8.08㎛로 평가된다. 액정 배향 규제력 A는 다음과 같이 표현된다.
A=2K22Ψt/(d×sin(2Ψ0-2Ψt))
이 때, Ψ0은 샘플의 트위스트 각이고, Ψt는 측정된 액정의 트위스트 각이고, K22는 트위스트 탄성 계수이다. 샘플 B의 트위스트 탄성 계수 K22는 9.3pN이다. 다음, 규제력 A는 9.97×10-6J/㎡이다.
상술된 설명으로부터 단색광원, 편광자, 검광자, 및 광 검출기가 본 발명에 따라 결합된다. 또한, 필요에 따라 위상판이 결합된다. 소정 편광 상태가 샘플 또는 액정 표시 소자에 입사하고, 투과광의 편광 방위 의존성이 측정된다. 이러한 결과에 따라 셀 갭 및 트위스트 각이 정확하게 측정된다. 방위 의존성이 정확하게 측정되면, 액정의 평균 틸트 각 또한 측정된다.
샘플의 방위가 임의로 고정되더라도, 입사광의 편광을 변화시킴으로써 측정된 입사광의 편광 상태의 투과광의 편광 의존도를 측정할 수 있다. 액정 표시 소자의 트위스트 각, 및 액정의 셀 갭과 평균 틸트 각이 이러한 의존성에 기초하여 결정된다.
복수의 광 성분으로 측정이 가능하다. 복수의 광 성분은 파장이 서로 상이하다. 투과광의 편광 상태의 방위 의존성 또는 입사광의 편광 상태의 투과광의 편광 의존도가 복수의 광 성분 각각에 대하여 측정된다. 이러한 측정 결과를 이용하여, 액정 표시 소자의 트위스트 각, 액정의 셀 갭 및 평균 틸트 각이 유일하게 측정된다.
또한, 백색 광을 이용하여 측정할 수 있다. 백색 광이 샘플 상에 입사하고, 특정한 파장 광 성분이 투과광으로부터 추출된다. 특정한 파장광 성분을 이용하여 특정 파장 광 성분의 편광 상태의 방위 의존성이 결정된다. 반면, 샘플을 소정의 방위를 고정하고, 입사광 성분의 편광 상태의 투과광의 편광 의존도를 측정하기 위해 편광 상태를 변화시킨다. 투과광 강도의 파장 의존성은, 입사광이 소정 편광 상태로 고정되고, 또는 샘플/검광자가 각각 임의의 방위로 고정된다는 조건하에서 측정된다. 액정 표시 소자의 트위스트 각 및 셀 갭이 유일하게 측정된다. 정확도가 높을 때, 평균 틸트 각이 또한 측정된다.
이동 가능한 스테이지를 사용하여 샘플 상의 분포를 측정한다. 이동 가능한 스테이지는 샘플을 단일 방향으로 또는 2차원으로 이동시킨다. 이동 가능한 스테이지는 분석을 수행하여 실질적으로 샘플을 복수의 부분으로 분할하고, 평가 시스템은 복수의 부분에 대한 평가를 반복한다.
트위스트 각 및 셀 갭이 측정될 때, 액정 표시 소자의 배향 조절 능력이 트위스트 각, 셀 갭, 및 액정의 트위스트 탄성 계수에 기초하여 측정된다.
특정한 실시예들이 설명되었으나, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변화가 가능하다는 것이 당업자에게 자명하다.

Claims (19)

  1. 액정 표시 소자를 평가하기 위한 방법에 있어서,
    a) 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계;
    b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및
    c) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 방법.
  2. 액정 표시 소자를 평가하기 위한 방법에 있어서,
    a) 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)의 일부분에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계;
    b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계;
    c) 상기 광 빔이 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)의 다른 부분 상에 입사하도록 상기 광 빔의 광축과 직교하는 가상 평면상에서 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)를 이동시키는 단계;
    d) 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)의 상기 다른 부분에 대하여 상기 단계 b)를 반복하는 단계; 및
    e) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503) 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 방법.
  3. 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)의 평가 방법을 대표하는 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 정보 기록 매체에 있어서, 상기 방법은,
    a) 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503)에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계;
    b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및
    c) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자(103; 203; 304; 406; 503) 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  4. 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503)의 평가 방법을 대표하는 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 정보 기록 매체에 있어서, 상기 방법은,
    a) 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503)의 일부분에 일정 주파대 및 소정 편광 상태를 갖는 광 빔을 방사하여 투과 광 빔을 생성하는 단계;
    b) 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하는 단계;
    c) 상기 광 빔이 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503)의 다른 부분 상에 입사하도록 상기 광 빔의 광축과 직교하는 가상 평면상에서 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503)를 이동시키는 단계;
    d) 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503)의 상기 다른 부분에 대하여 상기 단계 b)를 반복하는 단계; 및
    e) 상기 방위 의존성과 상기 파장 의존성 중 상기 적어도 하나에 기초하여 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503) 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 매체.
  5. 액정 표시 장치의 평가 장치에 있어서,
    상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503) 쪽으로 광 빔을 방사하는 광원(101, 201, 301, 401/402, 501); 및
    상기 액정 표시 소자의 특성을 결정하기 위한 수단을 포함하며,
    상기 수단은,
    상기 광원(101, 201, 301, 401, 501)과 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304,406, 503) 사이에 구비되어 상기 광 빔으로부터 편광된 광 빔을 생성하기 위한 편광자(102, 202, 302, 405, 502);
    상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503)를 상기 편광된 광 빔의 광축 상에 유지하는 샘플 스테이지(104, 21/22/23/24, 204, 305, 407, 504);
    상기 편광된 광 빔의 광축 상에 구비된 검광자(105, 205, 306, 408, 505);
    상기 검광자(105, 205, 306, 408, 505)를 통과한 투과 광 빔의 광 강도를 측정하여 상기 광 강도를 나타내는 데이터 정보를 생성하기 위한 광 강도 측정 유닛(106, 206, 307, 409, 507); 및
    상기 광원, 상기 편광자, 상기 샘플 스테이지 및 상기 검광자에 선택적으로 접속되어 그 자세를 제어하고 상기 광 강도 측정 유닛에 접속되어 상기 데이터 정보를 수신하고 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 방위 의존성과 상기 투과 광 빔의 편광 상태의 파장 의존성 중 적어도 하나를 측정하여 상기 액정 표시 소자(103, 203, 304, 406, 503) 내의 액정의 트위스트 각, 상기 액정의 평균 틸트 각 및 상기 액정의 두께 중 적어도 하나를 결정하기 위한 데이터 처리 시스템(107, 207, 308, 410, 508)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 샘플 스테이지(104) 및 상기 검광자(105)는 각각 인코더를 포함하며 상기 데이터 처리 시스템(107)의 제어를 받아 상기 광축을 중심으로 회전 구동되고, 그에 따라 상기 데이터 처리 시스템(107)은 상기 방위 의존성에 기초하여 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 결정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 샘플 스테이지는 상기 광축을 중심으로 회전하는 제1 스테이지(21), 상기 제1 스테이지 상에 설치되고 상기 광축과 직교하는 가상 평면상에서 제1 방향으로 왕복 이동하는 제2 스테이지(23) 및 상기 제2 스테이지 상에 설치되고 상기 액정 표시 소자를 보유하고서 상기 가상 평면상에서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 이동하는 제3 스테이지(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 데이터 처리 시스템은 상기 광축 둘레로의 상기 제1 스테이지(21)의 각 방향, 상기 제1 방향으로의 상기 제2 스테이지(23)의 위치, 상기 제2 방향으로의 상기 제3 스테이지(22)의 위치 및 상기 광축 둘레로의 상기 검광자의 각 위치를 제어하고, 그에 따라 상기 데이터 처리 시스템은 상기 방위 의존성에 기초하여 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 결정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 데이터 처리 시스템(207)은 상기 광축 둘레로의 상기 편광자(202)의 각 위치 및 상기 광축 둘레로의 상기 검광자(205)의 각 위치를 제어하고, 그에 따라 상기 데이터 처리 시스템(207)은 상기 방위 의존성에 기초하여 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 결정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 샘플 스테이지(23)는 상기 광축과 직교하는 가상 평면상에서 제1 방향으로 왕복 이동하는 제1 스테이지(23) 및 상기 가상 평면상에서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 왕복 이동하는 제2 스테이지(22)를 포함하고, 그에 따라 상기 데이터 처리 시스템은 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나의 분포를 결정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  11. 제5항에 있어서, 상기 편광자(302)와 상기 액정 표시 소자(304) 사이에 구비된 위상판(303)을 더 포함하고, 상기 데이터 처리 시스템(308)은 상기 광축 둘레로의 상기 위상판(303)의 각 위치 및 상기 광축 둘레로의 상기 검광자(306)의 각 위치를 제어하고, 그에 따라 상기 데이터 처리 시스템(308)은 상기 방위 의존성에 기초하여 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 결정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 샘플 스테이지(305)는 상기 광축과 직교하는 가상 평면상에서 제1 방향으로 왕복 이동하는 제1 스테이지 및 상기 가상 평면상에서 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 왕복 이동하는 제2 스테이지를 포함하고, 그에따라 상기 데이터 처리 시스템(308)은 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나의 분포를 결정하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  13. 제5항에 있어서, 상기 광원(401/402)은 파장이 서로 다른 다수의 광 성분을 갖는 상기 광 빔을 방사하고, 상기 데이터 처리 시스템은 상기 방위 의존성에 기초하여 각각 결정된 다수의 후보 중에서 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광원은 상기 다수의 광 성분을 각각 방사하는 다수의 광원(401/402) 및 상기 다수의 광 성분을 상기 편광자(405)를 통하여 상기 액정 표시 소자(406) 쪽으로 인도하기 위한 다수의 광경로 변경 수단(403/404)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 다수의 광 경로 변경 수단 중 하나는 반사 미러(403)로 구현되고, 상기 다수의 광경로 변경 수단 중 다른 하나는 상기 반사 미러와 상기 편광자 사이에 배치된 하프 미러(404)로 구현되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  16. 제5항에 있어서, 상기 검광자(505)와 상기 광 강도 측정 유닛(507) 사이에 구비되어 상기 광 빔을 다수의 광 성분으로 분리시키기 위한 분광기(506)를 더 포함하고, 상기 데이터 처리 시스템(508)은 상기 방위 의존성에 기초하여 각각 결정된 다수의 후보 중에서 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  17. 제5항에 있어서, 상기 검광자(505)와 상기 광 강도 측정 유닛(507) 사이에 구비되어 상기 광 빔을 다수의 광 성분으로 분리시키기 위한 분광기(506)를 더 포함하고, 상기 데이터 처리 시스템(508)은 상기 파장 의존성에 기초하여 각각 결정된 다수의 후보 중에서 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께 중 상기 적어도 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 데이터 처리 시스템(508)은 상기 액정 표시 소자(503)의 각 위치와 상기 검광자(505)의 각 위치를 변경함으로써 상기 광 성분들 중 선택된 광 성분의 상기 편광 상태의 각 의존성을 결정하고, 상기 각 의존성을 만족시키는 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께의 다수의 조합을 결정하고, 상기 액정 표시 소자(503)의 각 위치를 변경하지 않고서 상기 광 성분을 이용하여 상기 편광 상태의 상기 파장 의존성을 결정하고, 상기 조합들에 대한 파장 의존성을 계산하고, 그 계산된 결과들과 상기 파장 의존성을 비교하여 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께의 최적 후보를 결정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 데이터 처리 시스템(508)은 상기 액정 표시 소자(503)의 각 위치와 상기 검광자(505)의 각 위치를 변경함으로써 상기 광 성분들 중 선택된 광 성분의 상기 편광 상태의 각 의존성을 결정하고, 상기 각 의존성을 만족시키는 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께의 다수의 조합을 결정하고, 상기 액정 표시 소자(503) 및 상기 검광자(505)의 각 위치를 변경하지 않고서 상기 광 성분을 이용하여 광 강도의 상기 파장 의존성을 결정하고, 상기 조합들에 대한 파장 의존성을 계산하고, 그 계산된 결과들과 상기 파장 의존성을 비교하여 상기 트위스트 각, 상기 평균 틸트 각 및 상기 두께의 최적 후보를 결정하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 평가 장치.
KR10-2000-0072661A 1999-12-03 2000-12-02 액정 표시 소자를 평가하는 방법, 그 방법을 구현하는 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 정보 저장 매체 및 그 저장 매체를 사용하는 평가 장치 KR100380766B1 (ko)

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JP34510799A JP3535786B2 (ja) 1999-12-03 1999-12-03 液晶表示素子評価法及び評価装置
JP1999-345107 1999-12-03

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