TWI254128B - Apparatus and method for measuring phase retardation - Google Patents

Description

1254128 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種她延遲之量戦置及量财法，特別是指 種利用偏光板、分光器之組合來量測雙折射物質相位延遲之一種相 位延遲之量測裝置及量測方法。 【先前技術】 ** 在傳統的液晶顯示H中在液晶塗布的領域之中，具有相#重要足以 影響顯示品質之參數，包财液晶分子之轉峨twist an㈣以及相 位延遲量(retardation)。 由於上述之參數，具有影響液晶顯示品質的重要指標，因此投入相 關研究或者是專利也相當的多，以下針對於現有揭露之技術進行說明： ⑻U.S.Pat.No.6,633,358 ·揭露了一種於待測液晶前後各設置一 偏光板’鎌以-單色光源通過，n由調整待赚晶旋轉角 度檢測光通過該待測液晶至一檢偏板之強度，然後經由方程 式的運算而求得該待測液晶之扭轉角度以及相位延遲量。 (b) 似加遍，300,954 ··揭露了 一種以測光器(㈣ 測光通過液·，再經由可旋轉特定角度之—偏光板以及一 四分之-波板之強度，然後藉由史托克參數（st〇kes Par_㈣的計算，可以得知該液晶之厚度以及扭轉角度。 (c) U.S.Pat.N〇.5,825,452 :揭露了一種利用光學電腦計算系統來 置測相位延遲I。該方法係為利用結合兩道相位差％度的線 性偏極光通過制材料，而產生光學干涉雕，卿不同材 料具有不_之條，經由電腦運算比對而求得相 遲量。 (d) U.S.Pat.No.5,400，131 :揭露了一種利用單色光源通過一線性 1254128 偏j板產錢人光源，通過待漸，再_兩次分析通過待 =之輸出光，以該輸出光通過—線性檢偏板(咖㈣而形 成代表該待測體應力分部之具有相對強度之條紋區域圖 (frmgesmap) ’再利用電腦解析出該待測體之延遲參數。 細’综合上述，習知之發明所揭露之方式操作上並不方便、，並 遂、法^單以及快速財式得到液晶之參數值。因絲需—種相位延 遲之置測裝置及量财法，贿決上述習知猶之缺失。 【發明内容】 本發明的主要目的是提供—衡目錢遲之量職置及量測方 法’以達到量測相位延遲之目的。 、本發明的次要目的是提供一種相位延遲之量測裝置及量測方 去，利用偏光板以及極化分光部之組合，即可量測相位延遲，以 達到簡單、製造容易以及降低成本之目的。 本發明的另一目的是提供一種相位延遲之量測裝置及量測方 法，利用偏光板以及極化分光部之組合，即可量測相位延遲以達 到量測快速以及準確之目的。 為了達到上述之目的，本發明係提供一種相位延遲之量測裝置， 其係包括有一單色光源部、一光偵測部、一偏光板以及一極化分光部。 该單色光源部係可發射一脈衝光源，該光偵測部，其係設置於該單色 光源部之一側，該偏光板，其係設置於該單色光源部與該光偵測部之 間，該極化分光部，其係設置於該偏光板與該光偵測部之間。 為了達到上述目的，本發明係提供一種相位延遲之量測方法，其 係包括有下列步驟： (a)提供一量測相位延遲之裝置，其係包括有一單色光源部、一 光備測部、一偏光板以及一極化分光部，該單色光源係部可 1254128 發射一脈衝光源，該光偵測部，其係設置於該單色光源部之 側，垓偏光板，其係設置於該單色光源部與該光偵測部之 間，该極化分光部，其係設置於該偏光板與該光偵測部之間； (b) 將-待麵設胁該偏光板與該極化分光部之間，· (c) 4單色光源部投射一脈衝光源至該偏光板產生一偏極光、； (d) 該偏極光投射至該待測體產生一相位延遲光； _ ㈤以該極化^光部將該相位延遲光分成-尋常光(ordinary ray) 以及非哥¥ray); ⑴利用該光_部偵顺尋常光以及該非尋常光之脈 時間差； (8)利用該時間差求得一相位延遲值。 【實施方式】 為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的 挪與瞭，，下文特將本發明之裝置的相關細部結構以及财的理念 ^由進行H以使彳f審查委員可以了解本發明之特點，詳細說明陳 、=先^參咖—所*，_係為光源通過具有雙折射率之物質 、.\ 圖以光源50直射通過具有雙折射率之一待測體ό時(例 50 ^1： 6 ^^^^(anisotropic)#f ^ 二6内會分成兩道速率不—樣之偏極化的光線而造成兩種 声二，、一^，其中不折射之光線係為一尋常光54(〇rdinary my)，速 =、另…道折射光係為_非尋常光％㈣歷出―邮，速度慢。 ~ n〇(ordinary index effraction)^ 不’ ^ *常光之折射率係以秘对丽d—㈣表示。 ;又折射的_ ’尋常光以及非尋常光在該待測體巾所行走之 1254128 光广23。參閱圖二8以及圖所示，該圖係為脈衝光源實施示意 單色光源部2卜其係可發射—脈衝統5卜該脈衝光源51係 =擇-脈衝雷射211以及光源斷波裝置212其中之一者。該光源斷 ;凌置212係由包括有一單色連續光源2121以及一斷波器 (Pper)2122 ’透過該斷波器2122之轉動以產生出脈衝光源5卜再回-到圖—A，该光偵測部24，其係設置於該單色光源部21之一側。該偏 光板22，其係設置於該單色光源部21與該光偵測部％之間，該偏光 板22係可選擇一特定角度線性偏光板、一圓極性偏光板以及一橢圓極 性偏光板其中之一者。該極化分光部23，其係設置於該偏光板22與 · 该光偵測部24之間，在本實施例中該極化分光部23係為一極化分光 器(Polarizing beam splitter，PBS)。請參閱圖二D所示，係為本發明之相 位延遲量測裝置另一較佳實施例組合示意圖。在本實施例中，該極化 分光部係由一分光器231以及兩偏光板232a、232b所構成，其中該兩 偏光板232a、232b之偏極方向係相互垂直。 為了更詳細的說明本發明之精神，請參閱圖二A以及圖三所示， 其中圖三係為本發明之相位延遲量測方法流程圖。該流程係包括有下 列步驟： 步驟31提供一量測相位延遲之裝置2，其係包括有一單色光源部 鲁 21、一光偵測部24、一偏光板22以及一極化分光部23， 該單色光源部21係可發射一脈衝光源，該光偵測部24， 〆 其係設置於該單色光源部21之一側，該偏光板22，其係 設置於該單色光源部21與該光偵測部24之間，該極化分 光部23，其係設置於該偏光板22與該光偵測部24之間； 步驟32將一待側體設置於該偏光板22與該極化分光部23之間； 步驟33該單色光源部21投射一脈衝光源至該偏光板22產生一偏 極光； 9 1254128 步驟34該偏極光投射至該待測體產生一相位延遲光； 步驟35以該極化分光部23將該相位延遲光分成一尋常光…出丨仙^ ray)以及一非尋常光(extraordinary ray); 步驟36利_光_部％ _鱗常光以及該料t光之脈衝部 之一時間差； 步驟37利用該時間差求得一相位延遲值。 其中，该待測體係可為一液晶面板。如圖以及圖二c所示，該單 色光源部21係為可選擇一脈衝雷射211以及光源斷波裝置，該光 賴波裝置212係包括有一單色連續光源2121以及-斷波器2122。 该偏光板22係可選擇—特定肖度線性偏光板、—圓極性偏光板以及一 欄=性偏光板其巾之—者。如圖所示，錄化分光部可選擇一 極化分光器(polarizing beam s_er，pBS)以及一分光器231與二偏光板 232a、232b之組合其中之一者。 、為了更洋細了解上述之步驟，請繼續參閱圖四所示，該圖係為光電 磁劳刀佈tf⑤®。由於光係由相互垂直之電場以及磁場振動(驗⑽㈣ 成之電磁波，為了方便朗，係以電場之部絲代表光之進行， 這是因為在光巾’由於磁場係垂直於電場，因此磁場之分部基本上和 電場是相同的。 —明遍、、哭參閱圖五A所示，該圖係為單色脈衝光源通過幻度線性偏 光板光電場分佈示意圖。在本實施例中係以—具有X、γ以及z三轴 之座標空間來做，通常陳訂光波是在任何—個方向都有振 f所以在步驟33巾，當該單色光源部21所提供之脈衝光源51(各個 ^都有振動）’通過6亥45度偏光板22的時候，會形成一第一平面偏 ，光=21以及-第二平面偏極光522，其中該第一平面偏極光52ι係 一該第二平面偏極光522垂直。 口月繼績參閱圖五B所示，該圖係為偏極光通過該待測體時相位延 1254128 遲示意圖。在本實施例中，係以—液晶7為待測體。在步驟34中，去 該偏極光通過該液晶7時’由於液晶分子的結構為昱方二 (Anis咖pic) ’因此該液晶有雙折射之特性，所以當該偏極光W通過 該液晶7的時候會形成該相位延遲光幻，該相位延遲光％在平面 之分量以及YZ平面之分量會有—相位差56。會產生該相位差I之原 因係為尋常光以及非尋常光在該液晶7内之速度不同所造成的社果。 請參閱圖五C所示，該圖係為相位延遲光通過極化分光敎分光 示意圖。在說明步驟35之前，先解釋說明該極化分光部23之原理， 極化分光部23的特徵在於可以使人射光分成—穿透絲及；;反射 光’當穿透光通賴極化分光部之出光面時，由_出光面具有偏極 化之效果，因此該穿透光會形成第—偏極光㈣），同理該反射光也在 通過該極化分光部之出光面時，也會形成第二偏極光(p型）。在了解了 該極化分光部23之原理之後，不難理解出該相位延遲光53也可利用 上述原理而通過雜化分光部而被分成料常光Μ以及該非尋常 55 〇 請參閱圖五0所示，該圖係為尋常光以及非尋常光時間差示意圖。 在步驟36中，當該尋常光54以及該非尋常光％經由該光細部_ 測後’由於脈衝光源的關係，可以得到類似如圖中所示之圖形，其水 平軸為時_，m此可以得之該尋常光以及該料常光在脈衝部之時 縣At。在步驟37巾，由於已經得到該時間差At因此可以利用式⑷ 計算得之該液晶之相位延遲量。 唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明 範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不 失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本 發明的進一步實施狀況。 綜合上述，本發明由於具有操作容易、製造簡單以及裝配容易之特 1254128 點，所以可⑽足料之絲，境而提絲越之競爭力，誠已符合 發明專利法所規定帽發明所需具備之要件，故纽法呈提發明專利 之申請’謹請#審查委員允撥時間舒審視，並賜準專利為禱。 【圖式簡單說明】 _ 圖-係為光游通過具有雙折射率之物質之光程示意圖。 圖二A係為本發明之相位延遲制裝置較佳實施例組合示意圖。 圖二B以及圖二C係為脈衝光源實施示意圖。 圖二D係為本發明之相錢遲量職置另-娜實_組合示意 圖。 圖三係為本發明之相位延遲量測方法流程圖。 圖四係為光電磁場分佈示意圖。 圖五A係為單色脈衝光源通過45度線性偏光板光電場分佈示意 圖〇 圖五B係為偏極光通過該待測體時相位延遲示意圖。 圖五(：係為相位延遲光通過極化分光部之分光示意圖。 圖五〇係為尋常光以及非尋常光時間差示意圖。 圖號說明： 2-相位延遲量測裝置 21_單色光源部 211- 脈衝雷射 212- 光源斷波裝置 212K單色連續光源 2122-斷波器 22-偏光板 12 1254128 23- 極化分光部 231-分光器 232a、232b-偏光板 24- 光偵測部 3-相位延遲量測方法流程 31〜37-步驟 50- 光源 51- 脈衝光源 52- 偏極光 521- 第一平面光 522- 第二平面光 53- 相位延遲光 54_尋常光 55- 非尋常光 56- 相位差 6- 待測體 7- 液晶

Claims (1)

1. I25i^g 十、申請專利範圍： L一種相位延遲量測裝置，其係包括有： 一單色光源部，其係可發射一脈衝光源； 一光偵測部，其係設置於該單色光源部之一側； “ 偏光板’其係設置於該單色光源部與該光偵測部之間； 、· 一極化分光部，其係設置於該偏光板與該光偵測部之間' •如專利範圍第1項所述之相位延遲量測裝置，其中該單色光源 部係為可選擇一脈衝雷射以及光源斷波裝置其中之一者。 3·如申凊專利範圍第2項所述之相位延遲量測裝置，其中該光源斷波 裝置係包括有-單色連續光源以及一斷波器。 4·如申專利範圍第1項所述之相位延遲量測裝置，其中該偏光板係 可k擇特疋角度線性偏光板、一圓極性偏光板以及一橢圓極性 偏光板其十之一者。 5·如申明專利範圍第1項所述之相位延遲量測裝置，其中該極化分光 部係為一極化分光器。 6·如申凊專利fe圍第1項所述之相位延遲量測裝置，其中該極化分光 部係更包括有一分光器以及至少兩偏光板所構成。 7· -種相位延遲量測方法，其係可偵測一制體之相位延遲，該方法籲 係包括有下列步驟： 0)提供一量測相位延遲之裝置，其係包括有一單色光源部、一 _ 光偵測部、一偏光板以及一極化分光部，該單色光源係可發 射一脈衝光源，該光偵測部，其係設置於該單色光源部之一： 側’該偏光板，其係設置於該單色光源部與該光偵測部之間， 該極化分光部，其係設置於該偏光板與該光偵測部之間； (b) 將该待側體設置於該偏光板與該極化分光部之間； (c) 孩單色光源部投射一脈衝光源至該偏光板產生一偏極光； 14 I254128 ⑷該偏極光投射至該待測體產生一相位延遲光； (e)以該極化分光部_她延遲光分成_尋常光以及—非尋常 光； (〇 該光侧㈣_尋常灿及_料光之 時間差； (g)利用該時間差求得一相位延遲值。 ^專利粑®第7項所述之她延遲制方法，其巾該待測體係 马一液晶面板。 10. t匕專她圍第7項所述之相位延遲量測方法，其中該單色光源 ⑷係'為可選擇—脈衝雷射以及光源斷波裝置。 如^專利範圍第9項所述之相位延遲量測方法，其中該光源斷波 t置係包括有一單色連續光源以及一斷波器。 \申、=專利範圍帛7項所述之相位延遲量測方法，其中該偏光板係 可i^擇特疋角度線性偏光板、一圓極性偏光板以及一橢圓極性 偏光板其中之一者。 Ί月專利範圍第7項所述之相位延遲量測方法，其中該極化分光 #係為一極化分光器。 1 :明專·圍第7項所述之她延遲制方法，其巾該極化分光 ^係更包括有-分光器以及至少兩偏光板所構成。 15