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JP2820163B2 - 液晶セルのセル厚測定装置 - Google Patents

液晶セルのセル厚測定装置

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Publication number
JP2820163B2
JP2820163B2 JP2312779A JP31277990A JP2820163B2 JP 2820163 B2 JP2820163 B2 JP 2820163B2 JP 2312779 A JP2312779 A JP 2312779A JP 31277990 A JP31277990 A JP 31277990A JP 2820163 B2 JP2820163 B2 JP 2820163B2
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JP
Japan
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liquid crystal
crystal cell
measured
cell
compensating
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JP2312779A
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秀史 吉田
一孝 花岡
公昭 中村
誠 大橋
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 液晶セルのセル厚測定装置に関し、 簡便に且つ正確に微細な領域のセル厚でも測定できる
ようにすることを目的とし、 被測定液晶セルに対して光学的作用を補償するような
補償液晶セルを被測定液晶セルに対向して配置し、これ
らを偏光方向の直交する偏光子及び検光子で挟持し、該
補償液晶セルに電圧を印加する電源と、該偏光子側に設
けた光源と、該検光子側に設けた透過光量検出手段とを
備え、該補償液晶セルに印加する電圧を変化させながら
該透過光量検出手段により透過光量を検出し、透過光量
が最低となる電圧を求めることにより被測定液晶セルの
セル厚を測定するようにした構成とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は液晶セルのセル厚測定装置に関する。
液晶表示パネルは、一対の基板の間に液晶を封入した
液晶セルからなるものであり、これらの基板の対向面に
それぞれ設けた電極に電圧を印加することによって画像
形成を行うものである。液晶表示パネルでは、表示色や
視角特性などの表示特性がセル厚(封入された液晶の厚
さ)に大きく依存しており、品質の向上を図る上でセル
厚を精度よく測定することが必要である。
〔従来の技術〕
従来、液晶セルのセル厚測定は第8図に示すような装
置で行われていた。第8図において、液晶セル1に対し
て光学的作用を補償するような補償液晶セル2が設けら
れていた。被測定液晶セル1は一対の平行な基板1a,1b
の間に液晶1cを封入したものである。補償液晶セル2は
同様に基板2a,2bの間に液晶2cを封入してなるものであ
るが、一対の基板2a,2bが平行でなく、微小な角度でく
さび形をなすように形成されたものである。内部に封入
された液晶は同じ種類であるが、光学的作用を補償する
ように配列を変えてある。例えばツイストネマティック
(TN)型の液晶を含む液晶セルの場合には、補償液晶セ
ル2の液晶のツイスト方向は液晶セル1の液晶のツイス
ト方向に対して逆方向に形成されていた。
このような液晶セル1と補償液晶セル2は対向して配
置され、補償液晶セル2及び被測定液晶セル1の両側に
偏光方向の直交する偏光子3及び検光子4が配置され
る。偏光子3の下方に光源を設け偏光子3を通った偏光
を被測定液晶セル1及び補償液晶セル2を透過させ、透
過光を検光子4の上方から観察するものである。
第8図の装置では、偏光子3を通った光は一定の方行
の偏光P1であり、この偏光P1は被測定液晶セル1を通る
ときに液晶のツイスト方向に従って例えばP2のように90
度旋光する。被測定液晶セル1を出て補償液晶セル2に
入射した偏光P2は、被測定液晶セル1を通るときとは逆
のツイスト方向に従ってP3のように旋光する。このよう
に、補償液晶セル2は被測定液晶セル1の旋光を打ち消
すように作用し、この旋光の打ち消しの程度は被測定液
晶セル1の厚さと補償液晶セル2の厚さの関係に依存す
る。もし被測定液晶セル1と補償液晶セル2のセル厚が
同じであれば、補償液晶セル2を通ったときの偏光の旋
回量は被測定液晶セル1を通ったときの偏光の旋回量と
大きさが同じで方向が逆のものとなり、補償液晶セル23
を出射する偏光P3は偏光子3を通って被測定液晶セル1
に入射する前の偏光P1と同じになる。検光子4は偏光子
3とは直交する偏光のみを透過させるものであり、補償
液晶セル2から検光子4に向かう偏光P4(P1)を透過さ
せない。補償液晶セル2はくさび形をなすように形成さ
れているので、傾斜に沿って、被測定液晶セル1の厚さ
と同じ厚さの地点があり、その地点の両側は被測定液晶
セル1の厚さよりも大きく、あるいは小さくなってい
く。従って、第9図に示されるように、検光子4を上か
ら見ると、被測定液晶セル1の厚さと同じになる補償液
晶セル2の地点に黒いすじBが生じる。従って、補償液
晶セル2の基準点の厚さを予め測定しておけば、被測定
液晶セル1を補償液晶セル2に重ねるだけで、簡便にセ
ル圧の測定を行うことができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記したような装置では、被測定液晶セル1
の厚さが変動すると黒いすじBのできる地点が変動し、
黒いすじBのできる地点と補償液晶セル2の基準点との
関係がずれてセル厚を正確に測定することが難しいとい
う問題があった。また、上記したような装置では、被測
定液晶セル1の厚さを画素に相当するような微小な地点
毎に測定するのには不向きであった。
本発明は簡便に且つ正確に微細な領域のセル厚でも測
定できる液晶表示セルのセル厚測定装置を提供すること
を目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の液晶セルのセル厚測定装置は、被測定液晶セ
ルに対して光学的作用を補償するような補償液晶セルを
被測定液晶セルに対向して配置し、該被1定液晶セル及
び補償液晶セルの両側に偏光方向の直交する偏光子及び
検光子を配置し、さらに該補償液晶セルに電圧を印加す
る電源と、該偏光子側に設けた光源と、該検光子側に設
けた透過光量検出手段とを備え、該補償液晶セルに印加
する電圧を変化させながら該透過光量検出手段により透
過光量を検出し、透過光量が最低となる電圧を求めるこ
とにより被測定液晶セルのセル厚を測定するようにした
ことを特徴とするものである。
〔作 用〕
上記構成においては、補償液晶セルに印加する電圧を
変化させると、補償液晶セルの光透過特性が変化する。
そこで、被測定液晶セル及び補償液晶セルを透過する透
過光量を検出すると、印加電圧に応じて透過光量も変化
する。透過光量は被測定液晶セル及び補償液晶セルの構
成に応じて下に凸のパターンを示し、最低値を有する。
そこで、透過光量が最低となる電圧を求めることにより
被測定液晶セルのセル厚を測定する。なお、印加電圧と
被測定液晶セルのセル厚との関係は予め準備しておくこ
とができる。
〔実施例〕
第1図から第3図において、実施例の液晶セルのセル
厚測定装置は、ツイストネマティック(TN)型の液晶を
含む被測定液晶セル10に対して、ツイスト方向が逆のツ
イストネマティック(TN)型の液晶を含む補償液晶セル
12を備える。補償液晶セル12のセル厚は被測定液晶セル
10のセル厚とほぼ等しいようになっているが、必ずしも
厳密に等しい必要はない。第2図に示されるように、被
測定液晶セル10は例えば一対の平行な透明基板10a,10b
と、両基板10a,10bの間に封入された液晶10cとからな
る。両基板10a,10bの対向の面、すなわち内面にはそれ
ぞれ画像形成のための電極10d,10eが形成され、下方の
基板10aの電極10dは画素数だけ設けられたものであり、
上方の基板10bの電極10eはこれらの電極10dに対して共
通のITOのベタ電極膜である。下方の基板10aは薄膜トラ
ンジスタ(TFT)を作り込んだアクティブマトリクス基
板として構成することができ、この場合、各電極10dは
各トランジスタに接続される。また、カラー液晶表示パ
ネルを構成する場合には、上方の基板10bにカラーフィ
ルタを設け、その上に電極10eを設ける。さらに、廃坑
膜10f,10gがそれぞれの基板10a,10bに液晶10cと接する
ように配置される。一方、第3図に示されるように、補
償液晶セル12も同様に一対の平行な透明基板12a,12b
と、両基板12a,12bの間に封入された液晶12cとからな
る。ただし、電極12d,12eはともにITOのベタ電極膜であ
る。配向膜12f,12gがそれぞれの基板12a,12bに液晶12c
と接するように配置される。
このような被測定液晶セル10と補償液晶セル12は対向
して配置される。この場合、被測定液晶セル10と補償液
晶セル12を接触するように重ねて配置することもでき、
あるいは接触しないように隙間を開けて配置することも
できる。さらに、被測定液晶セル10の下方には偏光子14
が配置され、補償液晶セル12の上方には検光子16が配置
される。検光子16は偏光子14に対してクロスニコルの関
係で、即ち透過する偏光方向が直交するように配置され
る。偏光子14の下方には光源18が設けられ、検光子16の
上方には透過光量検出手段20が配置される。透過光量検
出手段20は例えばフォトダイオードやフォトマル等によ
り構成する。
さらに、補償液晶セル12に電圧を印加する電源22が設
けられ、この電源22は補償液晶セル12の上下の電極12d,
12eに接続される。セル厚の測定時には、被測定液晶セ
ル10の電極10d,10eには電圧を印加しない。
このような構成において、光源18から偏光子14を通っ
た光は一定の方行の偏光P1であり、この偏光P1は被測定
液晶セル10を通るときに液晶のツイスト方向に従ってP2
のように90度旋光する。さらに、被測定液晶セル10を出
て補償液晶セル12に入射した偏光P2は、低測定液晶セル
10を通るときとは逆のツイスト方向に従ってP3のように
旋光する。このような。補償液晶セル12は被測定液晶セ
ル1の旋光を打ち消すように作用し、この旋光の打ち消
し程度は被測定液晶セル10の厚さと補償液晶セル12の厚
さの関係に依存する。従来技術のセル厚の測定では、補
償液晶セル12の基準厚さにより被測定液晶セル10のセル
厚を定めていたが、本発明では、補償液晶セル12圧に印
加する電圧を変化させながら透過光量検出手段20により
透過光量を検出し、透過光量が最低となる電圧を求める
ことにより被測定液晶セル10のセル厚を測定する。
このために、第6図に示されるように、透過光量検出
手段20の出力を受け、且つ電源22に制御出力を送るコン
ピュータ制御装置24を設けるのが好ましい。なお、第6
図は本発明を顕微鏡26を利用して実施する実施例を示す
図であり、第1図の被測定液晶セル10、補償液晶セル1
2、偏光子14、及び検光子16がアッセンブリ100としてホ
ルダ28に支持され、このホルダ28が顕微鏡26のステージ
30に取りつけられるようになっている。ステージ30は上
下方向及び水平方向に移動可能である。光源18は顕微鏡
26のベース部に取りつけられ、透過光量検出手段20は顕
微鏡26の接眼レンズ32に取りつけられる。また、電源は
補償液晶セル12の上下の電極12d,12eに電圧を印加す
る。このようにして、被測定液晶セル10の微小な領域で
もセル厚の測定を行うことができる。
第4図は、補償液晶セル12に印加する電圧と透過光量
検出手段20により検出される透過光量の関係を示す図で
ある。第4図から明らなように、印加電圧を増加するに
つれて、透過光量が減少していき、所定の電圧値VLで最
低になり、それから急激に増加していく。この所定の電
圧値VLは被測定液晶セル10の厚さに対応して定められる
ものであり、以下その詳細について説明する。
ここで、Δn(Δn=ne−no)を液晶の屈折率異方性
とし、dを液晶の厚さ(セル厚)とする。被測定液晶セ
ル19を表すものに添え字1を付し、補償液晶セル12を表
すものに添え字2を付す。補償液晶セル12に電圧を印加
すると、液晶分子が次第に立っていくが、個々の液晶分
子の立ち角は基板の近傍と基板間の中央部とで差があ
り、通常は立ち角の平均値<cos2θ>が使用される。補
償液晶セル12に電圧を印加したときの実質的な複屈折
は、Δn2・d2・<cos2θ>である。
そして、Δn1・d1=Δn2・d2・<cos2θ>が成立する
場合、被測定液晶セル10と補償液晶セル12の旋光が同じ
で打ち消し合い、透過光量が特定の最低値VLになる。従
って、透過光量が特定の最低値VLを示せば、被測定液晶
セル10と補償液晶セル12のセル厚が同じかどうかは分か
らないが、各セルの旋光が同じであることを意味する。
上記式においては、Δn1,Δn2,d2は既知であり、d1,<c
os2θ>が未知である。従って、<cos2θ>が分かれ
ば、d1が分かることになる。本発明の原理は、<cos2θ
>が補償液晶セル12の印加電圧に対応して定められるこ
とに基づくものであり、<cos2θ>と印加電圧の関係を
予め準備する。
この関係を代表する1例が第5図に示されている。<
cos2θ>を直接に用いる代わりに、<cos2θ>に定数と
してのΔn2・d2を掛けたΔn2・d2・<cos2θ>を使用す
ることができ、Δn2・d2・<cos2θ>はΔn1・d1と等し
い。ここでは、最初にΔn1・d1から<cos2θ>と印加電
圧の関係を示すようなデータを準備する。まず、Δn1
d1の分かっている基準液晶セルを数点準備し、各基準液
晶セルを第1図の被測定液晶セル10の代わりに補償液晶
セル12に重ねて、電圧を印加しながら透過光量を測定
し、透過光量が最低となる所定の電圧値VLをそれぞれ求
める。第5図の各丸印は各基準液晶セルの所定の電圧値
VLをグラフ上に書き込み、これら所定の電圧値VLをプロ
ットして一般的に適用可能な直線または曲線を得る。
そこで、未知のd1の被測定液晶セル10について、被測
定液晶セル10を補償液晶セル12に重ねて、電圧を印加し
ながら透過光量を測定し、透過光量が最低となる所定の
電圧値VLを求め、この所定の電圧値VLを第5図の関係に
適用して未知のΔn・d1を求めることができる。例え
ば、第4図に示すように所定の電圧値VLが3.6Vであると
すれば、第5図の所定の電圧値VLが3.6VになるΔn1・d1
は0.505μmであることが分かる。Δn1は0.09であるこ
とが既知であり、d1は0.505÷0.09から5.6μmであるこ
とが分かる。このようにして、測定液晶セル10のセル厚
を正確に測定することができる。
第7図は測定液晶セル10のセル厚を測定するための手
順をまとめた図であり、ステップ51において補償液晶セ
ル12に電圧を供給し、ステップ52において検光子16から
の透過光量を検出し、ステップ53において供給電圧と透
過光量の関係をモニターして透過光量が最低になる所定
の電圧値VLを求める。次に、ステップ54において検出さ
れた所定の電圧値VLをデータベースの関係に適用し、Δ
n1・d1を求める。Δn1・d1が分かれば、d1を計算するの
は容易である。
この実施例では、被測定液晶セル10及び補償液晶セル
12はツイストマネティック(TN)型の液晶を含むもので
ある。しかし、本発明では、ツイストネマティック(T
N)型の液晶以外の液晶、例えばホモジニアス型の液晶
を含む液晶セルにも適用可能である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、被測定液晶セ
ルに対して光学的作用を補償するような補償液晶セルを
被測定液晶セルに対向して配置し、該被1定液晶セル及
び補償液晶セルの両側に偏光方向の直交する偏光子及び
検光子を配置し、さらに該補償液晶セルに電圧を印加す
る電源と、該偏光子側に設けた光源と、該検光子側に設
けた透過光量検出手段とを備え、該補償液晶セルに印加
する電圧を変化させながら該透過光量検出手段により透
過光量を検出し、透過光量が最低となる電圧を求めるこ
とにより被測定液晶セルのセル厚を測定する構成にした
ので、電圧値と透過光量を測定することによって簡便に
且つ正確に液晶セルのセル厚を測定することができ、液
晶セルの微小領域であってもセル厚を測定することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す図、第2図は第1図の被
測定液晶セルの断面図、第3図は第1図の補償液晶セル
の断面図、第4図は印加電圧と透過光量の関係を示す
図、第5図は透過光量が最低になる電圧とセル厚代替値
との関係を示す図、第6図は顕微鏡に取りつけた実施例
を示す正面図、第7図はセル厚測定手順を示す図、第8
図は従来技術を示す図、第9図は第8図の検光子に生じ
た黒いすじを示す図である。 10……被測定液晶セル、 12……補償液晶セル、 14……偏光子、16……検光子、 18……光源、20……透過光量検出手段、 22……電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 誠 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−97807(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G02F 1/13

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被測定液晶セル(10)に対して光学的作用
    を補償するような補償液晶セル(12)を被測定液晶セル
    に対向して配置し、該被測定液晶セル及び補償液晶セル
    の両側に偏光方向の直交する偏光子(14)及び検光子
    (16)を配置し、さらに該補償液晶セルに電圧を印加す
    る電源(22)と、該偏光子側に設けた光源(18)と、該
    検光子側に設けた透過光量検出手段(20)とを備え、該
    補償液晶セルに印加する電圧を変化させながら該透過光
    量検出手段により透過光量を検出し、透過光量が最低と
    なる電圧を求めることにより被測定液晶セルのセル厚を
    測定するようにした液晶セルのセル厚測定装置。
  2. 【請求項2】被測定液晶セルがツイストネマティック型
    の液晶を含む場合には、ツイストネマティック型の液晶
    を含む補償液晶セルを使用する請求項1に記載の液晶セ
    ルのセル厚測定装置。
  3. 【請求項3】被測定液晶セルがホモジニアス型の液晶を
    含む場合には、ホモジニアス型の液晶を含む補償液晶セ
    ルを使用する請求項1に記載の液晶セルのセル厚測定装
    置。
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