TWI482958B - 偵測裝置及偵測方法 - Google Patents

Description

偵測裝置及偵測方法

本發明是有關於一種偵測裝置與偵測方法，且特別是有關於一種可用以偵測光異向性樣本的分子排列方向的偵測裝置與偵測方法。

材料表面的探測技術一直是現今尖端科技的發展重要課題之一，各國企業與政府挹注大量資金與人才以期進一步地了解各種材料表面的情況。然而，一般而言，表面分析技術隨著所分析的尺度越來越小，而困難度越高。以目前發展已久的表面顯微技術如電子掃描顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)、原子力顯微鏡(Atomic force microscope，AFM)以及X射線電子能譜儀(X-ray photoelectron spectrometer，XPS)而言，在良好的偵測環境條件之下，其解析度可達數個奈米(nanometer)。不過，其儀器不僅昂貴且體積龐大，亦有著試片製作不易與操作不易等缺點。

舉例而言，電子掃描顯微鏡需對樣本事先作表面鍍金或鍍銀等表面改質，可能對樣本造成不可逆的傷害。另一方面，原子力顯微鏡雖可不需事先對樣本作處理，然而其偵測的範圍太小以及偵測速度太慢，對於表面面積較大的樣本難以作有效率的全面性量測。而X射線電子能譜儀所能測量的樣本尺寸有所限制，並且亦可能需要事先對樣本 做複雜的表面處理以達到較佳的影像解析度。

而上述量測方法可能無法應用在某些透明材質的量測上，例如，液晶顯示面板中的光配向膜。由於光配向膜的分子排列方向決定性地影響光配向膜的效果，並進而影響到液晶顯示面板的顯示品質好壞，在完成光配向模的製作後必須藉由合適的量測方法確實地量測光配向膜的分子排列方向。此時，為了使光配向膜在經過測量後仍能使用，不便對光配向膜做鍍金等表面處理。因此，無法使用電子掃描顯微鏡來量測。再者，若使用原子力顯微鏡測量配向膜的表面分子排列方向，又具有速度過慢以及測量範圍太小等缺點而可能影響生產效率。因此，如何在不傷害樣本的條件下快速且準確地測量配向膜等材質的表面分子排列方向成為亟待解決的問題之一。

本發明提供一種偵測裝置，用以偵測具有光異向性的樣本的分子排列方向。

本發明提供一種偵測方法，用以偵測具有光異向性的樣本的分子排列方向。

本發明提出一種偵測裝置，適於偵測一光異向性樣本的分子排列方向，偵測裝置包括一線性偏振光源、一旋轉單元、一光偵測器、一處理單元以及一分光單元。線性偏振光源提供一線性偏振光。旋轉單元使照射於光異向性樣本的線性偏振光的偏振方向在光異向性樣本被照射平面上 旋轉，且光異向性樣本反射線性偏振光以產生一反射光。光偵測器配置於反射光的傳遞路徑上，並偵測反射光的強度。處理單元根據光偵測器所偵測到的反射光的強度變化計算出光異向性樣本的分子排列方向。分光單元配置於線性偏振光的傳導路徑上，分光單元使部分線性偏振光穿透，並使另一部分的線性偏振光反射。

在本發明之一實施例中，偵測裝置更包括一相位延遲片配置於穿透分光單元的線性偏振光的傳遞路徑上，相位延遲片的一快軸透過旋轉單元的操作而旋轉。

在本發明之一實施例中，上述之旋轉單元為一旋轉鏡座，相位延遲片配置於旋轉單元上，旋轉單元帶動相位延遲片旋轉以改變線性偏振光的偏振方向。

在本發明之一實施例中，上述之線性偏振光源包括一發光單元以及一線性偏振單元。發光單元提供一光束。線性偏振單元配置於光束的傳遞路徑上，光束通過線性偏振單元而形成線性偏振光。

在本發明之一實施例中，上述之線性偏振光的偏振方向與光異向性樣本的被照射平面上的一參考軸的夾角為θ，而光異向性樣本的分子排列方向與參考軸的夾角為A，反射光的反射率R的變化關係滿足下式：

其中，n_e 代表光異向性樣本在光異向性樣本的分子排 列方向上的折射率，n₀ 代表光異向性樣本在垂直於光異向性樣本的分子排列方向上的折射率。

在本發明之一實施例中，偵測裝置更包括一孔徑光闌，配置於分光單元與光偵測器之間，至少部分反射光通過孔徑光闌而傳遞至光偵測器。

在本發明之一實施例中，上述之相位延遲片為一二分之一波片。

在本發明之一實施例中，上述之相位延遲片的可旋轉角度範圍為180度的整數倍。

在本發明之一實施例中，上述之線性偏振光源為一雷射光源。

本發明提出一種偵測方法，包括進行一照射與偵測流程、進行一旋轉流程、進行一統計流程以及進行一分析流程。照射與偵測流程包括將一線性偏振光照射於光異向性樣本上，並接收光異向性樣本反射線性偏振光的反射光。旋轉流程包括使線性偏振光的偏振方向在光異向性樣本的被照射平面上旋轉一旋轉角度。統計流程包括在對光異向性樣本重複地進行照射與偵測流程以及旋轉流程之後，統計光異向性樣本的反射光的強度與旋轉角度的一變化關係。並且，分析流程包括藉由上述變化關係，推算光異向性樣本的分子排列方向。

在本發明之一實施例中，上述之線性偏振光的偏振方向與平行於光異向性樣本的被照射平面上的一軸的夾角為θ，而光異向性樣本的分子排列方向與被照射平面上的軸 的夾角為A，反射光的反射率R的變化關係滿足下式：

其中，n_e 代表光異向性樣本在光異向性樣本的分子排列方向上的折射率，n₀ 代表光異向性樣本在垂直於光異向性樣本的分子排列方向上的折射率。

在本發明之一實施例中，上述之使線性偏振光的偏振方向在光異向性樣本的被照射平面上旋轉的流程包括使配置於線性偏振光傳導路徑上的一相位延遲片旋轉以改變線性偏振光照射於光異向性樣本的被照射平面上的偏振方向。

在本發明之一實施例中，偵測方法可更包括將一分光單元配置於線性偏振光的傳導路徑上，並使分光單元將線性偏振光與反射光的光線路徑分開。以及使這些反射光在通過一孔徑光闌後被一光偵測器偵測。

基於上述，本發明之實施例中的偵測裝置利用旋轉單元旋轉線性偏振光的偏振方向並使線性偏振光照射光異向性樣本。此時，藉由偵測反射光的強度隨著入射的線性偏振光的偏振方向不同而變化，可推算光異向性樣本的分子排列方向。並且，本發明之實施例中的偵測方法中接收線性偏振光以多個不同偏振方向照射於光異向性樣本上所反射的多個反射光，並可藉由這些反射光隨著不同線性偏振光的偏振方向的強度變化可推算光異向性樣本的分子排列 方向。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是本發明之一實施例中的偵測裝置的示意圖，圖2繪示出圖1實施例中的分子排列方向與偏振方向位於被照射平面上的示意圖，請先參照圖1，在本實施例中，偵測裝置100適於偵測一光異向性樣本10的分子排列方向，偵測裝置100包括一線性偏振光源110、一旋轉單元120、一光偵測器130以及一處理單元140。

線性偏振光源110提供一線性偏振光B，其中線性偏振光源110例如是雷射光源，然本發明不以此為限。旋轉單元120的設置使照射於光異向性樣本10的線性偏振光B的偏振方向N在光異向性樣本10的被照射表面RP上旋轉，且光異向性樣本10反射線性偏振光B以產生一反射光BR。光偵測器130配置於反射光BR的傳遞路徑上，並偵測反射光BR的強度。處理單元140根據光偵測器130所偵測到的反射光BR的強度變化計算出光異向性樣本10的分子排列方向。

由於反射光BR的光強度會隨著照射於光異向性樣本10上的線性偏振光B的偏振方向的改變而有所變化，光偵測器130可接收此一變化，並且處理單元140可做進一步的分析以推算光異向性樣本10的分子排列方向。其中，有 關於處理單元140對反射光BR的光強度的分析將於後續說明。

詳細而言，參照圖1與圖2，在本實施例中，偵測裝置100可更包括一分光單元150與一相位延遲片160。分光單元150可配置於線性偏振光B的傳導路徑上，且分光單元150使部分線性偏振光B穿透，並使另一部分的線性偏振光B’反射。相位延遲片160則配置於穿透分光單元150的線性偏振光B的傳遞路徑上。

在本實施例中，分光單元150的反射率(reflectance)與穿透率(transmittance)幾乎不隨入射光的偏振方向改變。因此，只要線性偏振光源110提供強度固定的線性偏振光B，照射在光異向性樣本10的被照射表面RP上的光線強度大致上不會改變。換言之，即使設置有分光單元150，偵測裝置100可以使用固定強度的光線照射於要偵測的樣本上。

在本實施例中，相位延遲片160可配置在旋轉單元120上，且旋轉單元120與相位延遲片160例如平行於X軸-Y軸平面而設置，也就是大約平行於光異向性樣本10的被照射表面RP。旋轉單元120可以在X軸-Y軸平面上以旋轉中心G為旋轉中心轉動，並帶動相位延遲片160轉動。此時，相位延遲片160的一快軸F可以在X軸-Y軸平面上旋轉。

當線性偏振光B通過分光單元150而傳遞到相位延遲片160上時，線性偏振光B可能受到相位延遲片160的作 用而發生偏振狀態的改變。在本實施例中，相位延遲片160例如是二分之一波片。因此，具有第一線性偏振方向的線性偏振光B入射於相位延遲片160後仍具有線性偏振特性，並且穿過相位延遲片160的線性偏振光B可以具有一第二線性偏振方向。一般來說，第一線性偏振方向與相位延遲片160的快軸F的夾角會等於第二線性偏振方向與相位延遲片160的快軸F的夾角。相位延遲片160的快軸F一但旋轉一角度，第二線性偏振方向將伴隨著旋轉而偏離於第一線性偏振方向。

上述方式將相位延遲片160可配置在旋轉單元120上來旋轉線性偏振光B的偏振方向僅是舉例說明之用。在其他實施例中，亦可藉由將光異向性樣本10配置於旋轉單元120上轉動而固定線性偏振光B的偏振方向，使得光異向性樣本10與線性偏振光B的偏振方向產生相對轉動，而亦可達到與本實施例相似之功效，本發明不以此為限。

此外，在本實施例中，偵測裝置100可更包括一孔徑光闌170，配置於分光單元150與光偵測器130之間，並且至少部分反射光BR通過孔徑光闌170而傳遞至光偵測器130。舉例而言，光感測器130可以是光耦合元件(Charge Couple device，CCD)或是互補式金屬氧化物半導體感測器(Complementary metal oxide semiconductor sensor，CMOS sensor)，孔徑光闌170可為一光圈(Iris)，然而本發明不以此為限。由於線性偏振光B在傳遞路徑上所通過的元件可能部分反射線性偏振光B而形成多個散射光，光感測器 130接收到這些散射光可能會影響偵測結果。因此，孔徑光闌170的設置可遮蔽這些散射光而可進一步地提升測量的精準度。

更詳細而言，在本實施例中，線性偏振光源110可包括一發光單元112以及一線性偏振單元114。發光單元112提供一光束L。線性偏振單元114配置於光束L的傳遞路徑上，光束L通過線性偏振單元114而形成線性偏振光B。其中，線性偏振光B在不同偏振角度下入射光異向性樣本10時所獲得的反射率(反射光BR強度)有一變化關係，將如下推導。

首先，根據Fresne1方程式如下： 其中，n₁ 及n₂ 分別為入射光及穿透光所處介質的折射率，而θ_i 及θ_t 則分別為入射角及折射角，R_s 及R_p 即分別為s偏振入射光(電場偏振方向垂直於入射面(plane of light incident)的偏振光)與p偏振入射光(電場偏振方向平行於入射面的偏振光)的反射率。其中，反射率R_s 是s偏振的反射光的光強度I_sr 與s偏振的入射光的光強度I_si 的比值，並且s偏振的反射光的光強度I_sr 可正比於s偏振的反射光 的電場E_sr 的平方值且s偏振的入射光的光強度I_si 可正比於s偏振的入射光的電場E_si 的平方值。另一方面，反射率R_p 是p偏振的反射光的光強度I_pr 與p偏振的入射光的光強度I_pi 的比值，並且p偏振的反射光的光強度I_pr 可正比於p偏振的反射光的電場E_pr 的平方值且p偏振的入射光的光強度I_pi 可正比於p偏振的入射光的電場E_pi 的平方值。由上式可知，反射率與入射面的介質折射率息息相關，而折射率又與反射面的分子排列的規律性有關。為了簡化設備與公式，在本實施例中，可將線性偏振光B以垂直入射的方式照射於光異向性樣本10，並且反射率的公式可簡化如下，其中R₀ 所代表的物理意義實值上等同於入射的光線是垂直入射時上述式子中R_s 的意義，而R_e 所代表的物理意義射值上等同於入射的光線是垂直入射時上述式子中R_p 的意義。

其中，n₀ 及n_e 可分別用以表示s偏振入射光及p偏振入射光在入射面上的反射率。換言之，當不同偏振方向的入射光照射於具有特定分子排列方向性的樣本(如本實施例中 的光異向性樣本)時，樣本對不同偏振方向的入射光的折射率有n_e (對應s偏振入射光)及n_o (對應p偏振入射光)之別。因此，不同偏振方向的入射光被樣本反射後的光反射率亦會有R_o (亦即入射光的偏振方向與樣本的分子排列方向平行所產生的反射光)以及R_e (亦即入射光的偏振方向與樣本的分子排列方向垂直所產生的反射光)之別，其中，光強度I_or 可理解為光線垂直入射樣本時的光強度I_sr ，光強度I_oi 可理解為光線垂直入射樣本時的光強度I_si ，光強度I_er 可理解為光線垂直入射的光強度I_pr ，且光強度I_ei 可理解為光線垂直入射的光強度I_pi 。並且，電場E_or 可理解為光線垂直入射的電場E_sr ，電場E_oi 可理解為光線垂直入射的電場E_si ，電場E_er 可理解為光線垂直入射的電場E_pr ，且電場E_ei 可理解為光線垂直入射的電場E_pi ，在此不再贅述。

更進一步而言，在本實施例中，線性偏振光B的偏振方向N與光異向性樣本10的被照射平面RP(亦即平行於圖2中的X軸與Y軸平面)上的一軸(在此例如是圖2中的X軸)的夾角為θ，而光異向性樣本10的分子排列方向M與被照射平面RP上的一軸(在此例如是圖2中的X軸)的夾角為A。反射光BR的反射率總和可推算如下式：

並可藉由合併(2)式與(3)式推得下式： 並且，(2)式可透過移項而變化為下式： 然後，將(3)式、(6)式與(7)式代入(5)式後可推得下式： 藉此，可以推得反射率R相對於入射光(亦即本實施例中通過相位延遲片160之後的線性偏振光B)的偏振方向(亦即偏振方向N)與樣本的分子排列方向(亦即本實施例中分子排列方向M)的關係，其關係如下式： 其中，n_e 代表光異向性樣本10在光異向性樣本10的分子排列方向M上的折射率，n₀ 代表光異向性樣本10在垂直於光異向性樣本10的分子排列方向M上的折射率。簡言之，偵測裝置100可藉由將不同偏振方向N的線性偏振光B入射光異向性樣本10，再偵測每一個反射光BR的強度以推算出反射率R對應線性偏振光B的不同偏振方向N的變化，並可藉此更進一步地推算出夾角θ與夾角A的關係。

在本實施例中，相位延遲片的可旋轉角度範圍為180度的整數倍。換言之，可將線性偏振光B的偏振角度N旋轉掃描所有角度以檢驗光異向性樣本10的分子排列方向M，藉此偵測裝置100可在不需對樣本事先作鍍金等表面改質亦不需花費大量時間的情況下有效準確地檢驗光異向性樣本10的分子排列方向M。另外，被檢驗過的光異向性樣本10可直接進行後續組裝或其他用途，這有利於檢驗的效率及提升檢驗準確性。

舉例而言，在檢測顯示面板的光配向膜的應用中，在組裝整個顯示面板之前，即可利用偵測裝置100快速準確地檢驗光配向膜的配向方向(亦即分子排列方向)，而可避免在組裝顯示面板完成後才發現光配向膜並未良好配向而必須報廢組裝完成的整個面板所造成的浪費及成本的增加。此外，偵測裝置100亦可應用在導光板上的光學微結構或是反射式增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film，DBEF)的微結構，然而本發明不以此為限。

更詳細而言，圖3是依照圖1實施例中的偵測裝置偵測光配向膜的反射率對應線性偏振光的偏振方向的數據與擬合曲線的示意圖。請參照圖1與圖3，在本實施例中，偵測裝置100可在旋轉單元120將相位延遲片160旋轉時，利用光感測器130偵測每一個轉動角度時光異向性樣本10所反射的反射光BR強度並送至處理單元140以紀錄其反射率R。其中，由於從線性偏振光源110發出的線性偏振光B的偏振方向M可設計為已知之數據(例如可預設線性偏振光B的偏振方向為平行於X軸)，並且相位延遲片160的延遲相位與快軸F方向亦可知(例如使用二分之一波片)。藉此，角度θ(為已知)與反射率(經測量而得的多個數據)的關係可繪示如圖3中的多個數據點H。接著，處理單元140可計算出這些數據點H的擬合曲線(fitting curve)進而可推得夾角A、折射率n_o 以及折射率n_e 的數值。其中，擬合曲線V的方程式如下式： 其中，B與C為比例常數，而D為折射率n_o ，且E為折射率n_e 。舉例而言，在本實施例中，圖3中的這些數據點H可藉由擬合曲線V推算如下表1的數據： 由上述表中可得知，在本實施例中，圖3所測量的光配向 膜的配向方向(亦即分子排列方向)約為93.8度，與實際上光配向膜的分子排列方向96.7度相近。藉此，偵測裝置100可在不需事先對樣本作處理的情況下，快速地檢測光異向性樣本10的表面分子排列方向，可提升檢驗效率以及減少檢驗損耗。同時，偵測裝置100的結構不大、易於製造與操作且製作成本相較其他表面檢驗儀器低廉，可使得一般操作人員能夠以更低廉的價格與更直覺性的操作測量樣本。

圖4是利用圖1實施例中的偵測裝置偵測反射式增亮膜的分子排列方向相對線性偏振光的偏振方向的數據圖。請參照圖4，圖4中的數據包括第一組數據所形成的曲線V1與第二組數據所形成的曲線V2。其中，第一組數據與第二組數據分別來自同一反射式增亮膜的兩種擺放方式的測量值，第二種擺放方式是將第一種擺放方式的反射式增亮膜旋轉約90度。其中，曲線V1數據中的最高點(約為40度)與最低點(約為130度)的角度差△θ 1約為90度，且曲線V2數據中的最低點(約為40度)與最高點(約為130度)的角度差△θ 2亦約為90度，並且曲線V1與曲線V2的相位差亦約為90度。此一結果與實際狀況符合。換言之，在本實施例中，偵測裝置100可快速地藉由測量反射光R的強度對應入射光的偏振方向(亦即圖2中的線性偏振光B的偏振方向N)變化，進而快速地可得知光異向性樣本10表面的分子排列方向的改變，可節省大量時間與費用，有利於提升檢驗效率。

圖5是利用圖1實施例中的偵測裝置偵測光配向樣本的分子排列方向相對線性偏振光的偏振方向的數據圖。請參照圖5，圖5中的數據包括由第一組數據所形成的曲線U1與第二組數據所形成的曲線U2。其中，第一組數據來自偵測裝置100偵測一具有配向結構的光配向膜的測量值，其中此光配向膜的光配向角度(即分子排列方向)與圖3實施例中的光配向膜相同，而第二組數據來自偵測裝置100偵測一不具有光配向結構的透明薄膜的測量值。由圖5可發現，曲線U2隨著入射光的偏振方向(亦即圖2中的線性偏振光B的偏振方向N)的角度變化沒有顯著差異。而曲線U1中隨著入射光的偏振方向的角度變化有著顯著差異，並於約94度角度之處有最大值。在線性偏振光B的偏振角度θ為已知的情況下，亦可根據前式可得知此光配向膜的配向方向。更進一步而言，詳細的配向方向的計算方式可利用如圖3的擬合方式計算而得知，在此不再贅述。值得注意的是，在本實施例中所述之配向角度以及旋轉角度等是以圖2中的X軸為參考軸，然本發明並不以此為限。

圖6是本發明之另一實施例中的偵測方法的流程圖，請參照圖6，在本實施例中，偵測方法適於偵測一光異向性樣本的分子排列方向，並且其詳細的實施裝置可參照圖1實施例中的偵測裝置。在本實施例中，偵測方法可包括進行一照射與偵測流程、進行一旋轉流程、進行一統計流程以及進行一分析流程。照射與偵測流程包括將一線性偏 振光B照射於光異向性樣本10上，並接收光異向性樣本10反射線性偏振光B的反射光BR(步驟S100)。旋轉流程包括使線性偏振光B的偏振方向N在光異向性樣本10的被照射平面RP上旋轉一旋轉角度ψ(步驟S200)。統計流程包括在對光異向性樣本10重複地進行照射與偵測流程以及旋轉流程之後，統計光異向性樣本10的反射光BR的強度與旋轉角度ψ的一變化關係(步驟S300)。並且，分析流程包括藉由上述變化關係，推算光異向性樣本10的分子排列方向M(步驟S400)。其中，線性偏振光B例如為一雷射光，並且旋轉角度ψ亦即為圖2實施例中所述之角度θ。藉此，偵測方法可在不需對樣本事先做處理的情況下，快速地藉由反射率隨著偵測光不同的偏振方向的改變而檢驗光異向性樣本的分子排列方向。其中，有關於詳細的實施裝置與優點可參照圖1至圖5實施例所述，在此不在贅述。並且，反射光的反射率R變化關係將如後述。

詳細而言，在本實施例中，線性偏振光B的偏振方向N與平行於光異向性樣本10的一被照射平面RP上的X軸的夾角為θ，而光異向性樣本10的分子排列方向M與被照射平面RP上的X軸的夾角為A，反射光BR的反射率R的變化關係滿足下式：

其中，n_e 代表光異向性樣本10在光異向性樣本10的 分子排列方向M上的折射率，n₀ 代表光異向性樣本10在垂直於光異向性樣本10的分子排列方向M上的折射率。有關於上式之推導方式以及測量之實施範例請參照圖1至圖5之實施例中所述，在此不再贅述。因此，藉由偵測反射光R的反射率隨著入射光的偏振方向的變化，可不需事先對光異向性樣本10做處理，而亦可快速準確地檢驗光異向性樣本10上的分子排列方向。

更詳細而言，在本實施例中，使線性偏振光B的偏振方向N在光異向性樣本10的被照射平面RP上旋轉一定旋轉角度ψ的流程更包括使配置於線性偏振光B傳導路徑上的一相位延遲片160旋轉以改變線性偏振光B照射於光異向性樣本10的被照射平面RP上的偏振方向N。並且，偵測方法可更包括將一分光單元150配置於線性偏振光B的傳導路徑上，並使分光單元150將線性偏振光B與反射光BR的光線路徑分開，並使這些反射光BR在通過一孔徑光闌170後被一光偵測器130偵測。其中，其中，孔徑光闌170與分光單元150的詳細功效與敘述請參照圖1實施例中所述，在此不在贅述。

綜上所述，本發明之實施例的偵測裝置可利用旋轉單元使線性偏振光照射光異向性樣本的偏振方向改變，並藉由偵測反射光隨著不同線性偏振光的偏振方向的強度變化，可推算光異向性樣本的分子排列方向，可節省成本、易於操作並可提升偵測效率。並且，本發明之實施例中的偵測方法中藉由接收線性偏振光以多個旋轉角度照射於光 異向性樣本上所反射的多個反射光，以推算光異向性樣本的分子排列方向。藉此可在不需對光異向性樣本作事先處理的情況下，快速準確地檢驗其分子排列方向。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧光異向性樣本

100‧‧‧偵測裝置

110‧‧‧線性偏振光源

112‧‧‧發光單元

114‧‧‧線性偏振單元

120‧‧‧旋轉單元

130‧‧‧光偵測器

140‧‧‧處理單元

150‧‧‧分光單元

160‧‧‧相位延遲片

170‧‧‧孔徑光闌

A、θ‧‧‧夾角

B、B’‧‧‧線性偏振光

BR‧‧‧反射光

E_sr 、E_si 、E_pr 、E_pi 、E_or 、E_oi 、E_er 、E_ei ‧‧‧電場

F‧‧‧快軸

G‧‧‧旋轉中心

I_sr 、I_si 、I_pr 、I_pi 、I_or 、I_oi 、I_er 、I_ei ‧‧‧光強度

L‧‧‧光束

M‧‧‧分子排列方向

N‧‧‧偏振方向

n₁ 、n₂ 、n_e 、n_o ‧‧‧折射率

R、R_s 、R_p 、R_e 、R_o ‧‧‧反射率

RP‧‧‧被照射平面

S100、S200、S300、S400‧‧‧步驟

V‧‧‧擬合曲線

V1、V2、U1、U2‧‧‧曲線

△θ 1、△θ 2‧‧‧角度差

ψ‧‧‧旋轉角度

圖1是本發明之一實施例中的偵測裝置的示意圖。

圖2繪示出圖1實施例中的分子排列方向與偏振方向位於被照射平面上的示意圖。

圖3是依照圖1實施例中的偵測裝置偵測光配向膜的反射率對應線性偏振光的偏振方向的數據與你核曲線的示意圖。

圖4是利用圖1實施例中的偵測裝置偵測反射式增亮膜的分子排列方向相對線性偏振光的偏振方向的數據圖。

圖5是利用圖1實施例中的偵測裝置偵測光配向樣本的分子排列方向相對線性偏振光的偏振方向的數據圖。

圖6是本發明之另一實施例中的偵測方法的流程圖。

10‧‧‧光異向性樣本

100‧‧‧偵測裝置

110‧‧‧線性偏振光源

112‧‧‧發光單元

114‧‧‧線性偏振單元

120‧‧‧旋轉單元

130‧‧‧光偵測器

140‧‧‧處理單元

150‧‧‧分光單元

160‧‧‧相位延遲片

170‧‧‧孔徑光闌

B、B’‧‧‧線性偏振光

BR‧‧‧反射光

F‧‧‧快軸

G‧‧‧旋轉中心

L‧‧‧光束

N‧‧‧偏振方向

RP‧‧‧被照射平面

Claims (11)

1. 一種偵測裝置，適於偵測一光異向性樣本的分子排列方向，該偵測裝置包括：一線性偏振光源，提供一線性偏振光；一旋轉單元，用以使照射於該光異向性樣本的該線性偏振光的偏振方向在該光異向性樣本的被照射平面上旋轉，且該光異向性樣本反射該線性偏振光以產生一反射光；一光偵測器，配置於該反射光的傳遞路徑上，並偵測該反射光的強度；一處理單元，根據該光偵測器所偵測到的該反射光的強度變化計算出該光異向性樣本的分子排列方向；以及一分光單元，配置於該線性偏振光的傳導路徑上，該分光單元使部分該線性偏振光穿透，並使另一部分的該線性偏振光反射，其中，該線性偏振光的該偏振方向與該光異向性樣本的該被照射平面上的一參考軸的夾角為θ，而該光異向性樣本的分子排列方向與該參考軸的夾角為A，該反射光的反射率R滿足下式： 其中，n_e 代表該光異向性樣本在該光異向性樣本的分子排列方向上的折射率，n₀ 代表該光異向性樣本在垂直於該光異向性樣本的分子排列方向上的折射率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，更包括一相位延遲片，配置於穿透該分光單元的該線性偏振光的傳遞路徑上，該相位延遲片的一快軸透過該旋轉單元的操作而旋轉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之偵測裝置，其中該旋轉單元為一旋轉鏡座，該相位延遲片配置於該旋轉單元上，該旋轉單元帶動該相位延遲片旋轉以改變該線性偏振光的偏振方向。
4. 如申請專利範圍第3項所述之偵測裝置，其中該線性偏振光源包括：一發光單元，提供一光束；以及一線性偏振單元，配置於該光束的傳遞路徑上，該光束通過該線性偏振單元而形成該線性偏振光。
5. 如申請專利範圍第4項所述之偵測裝置，更包括一孔徑光闌，配置於該分光單元與該光偵測器之間，至少部分該反射光通過該孔徑光闌而傳遞至該光偵測器。
6. 如申請專利範圍第2項所述之偵測裝置，其中該相位延遲片為一二分之一波片。
7. 如申請專利範圍第2項所述之偵測裝置，其中該相位延遲片的可旋轉角度範圍為180度的整數倍。
8. 如申請專利範圍第1項所述之偵測裝置，其中該線性偏振光源為一雷射光源。
9. 一種偵測方法，適於偵測一光異向性樣本的分子排列方向，該偵測方法包括進行一照射與偵測流程、進行一 旋轉流程、進行一統計流程以及進行一分析流程，該照射與該偵測流程包括將一線性偏振光照射於該光異向性樣本上，並接收該光異向性樣本反射該線性偏振光的一反射光，該旋轉流程包括使該線性偏振光的偏振方向在該光異向性樣本的一被照射平面上旋轉一旋轉角度，該統計流程包括在對該光異向性樣本重複地進行該照射與偵測流程以及該旋轉流程之後，統計該光異向性樣本的該反射光的強度與該旋轉角度的一變化關係，並且該分析流程包括藉由上述變化關係，推算光異向性樣本的分子排列方向，其中該線性偏振光的該偏振方向與平行於該光異向性樣本的一被照射平面上的一軸的夾角為θ，而該光異向性樣本的分子排列方向與該被照射平面上的該軸的夾角為A，該反射光的反射率R的該變化關係滿足下式： 其中，n_e 代表該光異向性樣本在該光異向性樣本的分子排列方向上的折射率，n₀ 代表該光異向性樣本在垂直於該光異向性樣本的分子排列方向上的折射率。
10. 如申請專利範圍第9項所述之偵測方法，其中使該線性偏振光的偏振方向在該光異向性樣本的該被照射平面上旋轉該旋轉角度的流程更包括使配置於該線性偏振光傳導路徑上的一相位延遲片旋轉以改變該線性偏振光照射於該光異性向樣本的該被照射平面上的偏振方向。
11. 如申請專利範圍第10項所述之偵測方法，更包括 將一分光單元配置於該線性偏振光的傳導路徑上，並使該分光單元將該線性偏振光與該反射光的光線路徑分開；以及使這些該反射光在通過一孔徑光闌後被一光偵測器偵測。