專利名稱：垂直定位的液晶板單元間隙的測量方法和器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及密封在一個面板里的垂直定位的液晶(以下記作VA液晶)的厚度測量方法和器件。
相關技術描述液晶顯示板包含在它們上部和底部的玻璃層及用液晶填充的中間層。將用液晶填充的部分先用空氣填充直到液晶被密封于此。
已有密封于板中的液晶厚度(單元間隙)的常規測量方法，其中光線從沒有密封液晶的板上方引導，使得測量到光線的反射干涉，以得到空氣層的厚度，該厚度被認作液晶的厚度(反射-干涉方法)。
然而，在嚴格意義上，空氣層的厚度和密封的液晶的厚度是不等的。因此，人們期待著發展一種直接測量密封液晶厚度的方法。
另一個已知的方法是利用液晶具有的單軸晶體雙折射性質，以光線從與密封液晶的液晶板垂直的偏光鏡引導出的方式，以便測量光透過率。在光透過率的基礎上，液晶的雙折射相位差(被稱作“延遲”)被確定，從其中得到單元間隙。(參考H.L.Ong，Appl.Phys.Lett.51(18)，2November1987，pp1398-1400，日本未審查專利公開Nos.H4-307312和H2-118406。)盡管上述方法是利用液晶雙折射性質的極好測量方法，它只對晶軸平行于顯示板表面的液晶起作用，并且不適用于包括晶軸垂直顯示板表面的VA液晶在內的液晶。這是由于，就單軸晶體而論，當從光行駛方向看時，“晶軸垂直于顯示板表面的液晶”與各向同性晶體沒有不同。
盡管上述反射-折射方法可以應用到各向同性液晶上，由于液晶的折射率接近于玻璃的折射率，只能期望弱的干涉光產生，該方法在測量的薄膜厚度中引起大的誤差范圍。
因此，本發明的一個目標是提供精確測量VA液晶厚度(單元間隙)的方法和裝置，該液晶具有雙折射性質，其光軸在垂直于液晶板表面的方向。
根據本發明VA液晶單元間隙的測量方法包含以下步驟從光源的光中抽出固定偏振成分；把偏振成分的光引導向VA液晶板，使得光偏斜地入射到VA液晶板的光軸上；測量穿過VA液晶板的光的特定偏振成分的透射強度；在透射強度的基礎上確定VA液晶的雙折射相位差R；以及憑借雙折射相位差R和VA液晶的尋常折射率no和非尋常折射率ne數據得到VA液晶板的厚度。
上述“光源的光”可以是單色光或多色光(例如白光)。在單色光的情況下，透射強度的測量可直接通過一種光接收元件進行。另一方面，在多色光的情況下，透射強度的測量可通過分光鏡的光接收元件進行。
在這種方法中，通過引導光線使得光偏斜地入射到液晶板的光軸上，只由液晶層引起的雙折射被人為造成。因此，VA液晶的厚度可精確地測量。
根據本發明VA液晶單元間隙的測量裝置包含光源；用于從光源的光中抽出固定偏振成分的偏光鏡；能夠把偏光鏡的光引導到VA液晶板的光軸設置裝置，使得光偏斜地入射到VA液晶板的光軸上；用于抽出穿過VA液晶板的光的特定偏振成分的分析器；用于測量分析器透射強度的光接收器；用于在透射強度的基礎上，得到VA液晶板的雙折射相位差R的數據處理器，以便憑借雙折射相位差R和VA液晶的尋常折射率no和非常折射率ne數據，得到VA液晶板的厚度。
該裝置包括能夠把光引導到VA液晶板的光軸設置裝置，使得光偏斜地入射到VA液晶板的光軸上。引導光以便偏斜地入射到VA液晶的光軸，允許只由液晶層造成的雙折射被人為造成。因此，VA液晶板的厚度可被精確測量。
圖1是顯示單元間隙測量裝置的方框圖。
圖2是顯示單元間隙測量裝置的方框圖，其中框架是傾斜的。
圖3是用于解釋光入射到VA液晶的角θ和光穿過VA液晶的角α之間關系的圖。
圖4顯示VA液晶的折射率橢球。
圖5顯示當光是傾斜時的折射率橢球。
圖6是圖5的局部視圖。
圖7是光系統必要部分的透視圖，其中入射角θ關于作為中心的y-軸傾斜。
圖8是一個圖表，顯示當VA液晶上的入射角θ在25°到45°之間逐步變化時得到的延遲R和波長λ之間的關系。
圖9是基于在589nm波長的延遲R，用于得到單元間隙d0的計算結果的圖表。
圖1是顯示單元間隙測量裝置的方框圖。
測量裝置包含諸如鹵素燈的光源11，用于得到單色光的單色儀12，用于引導單色儀12發射出的光的入射光纖13，從入射光纖13的光中抽出線偏振光的偏光鏡14，樣品VA液晶板15，從穿過VA液晶板15的光中抽出線偏振光的分析器16，引導穿過分析器16的光的排出光纖17，光接收器18和數據處理器19。
入射光纖13，排出光纖17，偏光鏡14和分析器16被固定在一個框架中。入射到VA液晶板15的入射角θ可通過旋轉該框架而發生變化，例如，通過馬達M。馬達M的旋轉角數據被輸入到數據處理器19中。
同時，為了改變光入射到VA液晶板15的入射角θ，也可采用一種機械裝置，其中該框架被固定，同時用于在其中安裝VA液晶板的工作臺是可傾斜的。
圖2顯示單元間隙測量裝置的方框圖，其中該框架傾斜一個角度θ。在這種情況下，光入射到VA液晶板15的角度是如圖3所示的θ，并且由于折射，光穿過VA液晶板15的傾斜是α。當VA液晶板外面的折射率被定義為n1(由于VA液晶的外面通常是空氣，n1等于1)，VA液晶的折射率被定義為n2時，θ和α之間的關系可以用下面的等式描述
n2sinα＝n1sinθ(1)(Snell定律)在這里，由于VA液晶的雙折射，VA液晶的折射率n2不能作為一個單值被確定。因此，使用非尋常折射率ne和尋常折射率no的平均值，由下式給出n2＝(ne＋no)/2 (2)另外，在VA液晶內部的光程長度是如圖3所示的d1。d1和VA液晶的厚度(單元間隙)d0之間的關系用下式描繪d1cosα＝d0 (3)圖4是VA液晶的折射率橢球的透視圖。VA液晶的晶軸被設為沿著坐標系的z-軸。既然對z-軸方向的光，VA液晶表現為各向同性介質，因此折射率不依賴于光的偏振方向。
圖5說明了VA液晶被傾斜到一定角度θ時的折射率橢球。z′-軸指示VA液晶的晶軸，z-軸指示光的行駛方向。z′-軸和z-軸形成角度α。
圖6說明了圖5中劃陰影線的部分。在VA液晶內部的其振幅是x-軸方向的光束(該光束以下記作“非尋常傾斜光束”)的折射率nα可從下式得出nα＝[ne2no2/(ne2cos2α＋no2sin2α)]1/2(4)同時，其振幅是y-軸方向的光束的折射率(該光束以下記作“尋常光束”)和VA液晶的尋常折射率no相同。
因此，尋常光束和非尋常傾斜光束的折射率差別Δn由下式給出Δn＝ABS(nα-no)(5)其中ABS是絕對值，當α＝0時Δn＝0，當α＞0時Δn＞0。
由于VA液晶的ne和no及入射角θ被作為數據給出，數據處理器19通過等式(1)和(2)發現穿過VA液晶的非尋常傾斜光束的角度α。其次，它通過等式(4)計算VA液晶內部的光的折射率nα，及通過上面的等式(5)計算折射率差別Δn。
由于折射率差別Δn已經得到，穿過VA液晶的尋常光束和非尋常傾斜光束之間的延遲R被實驗確定，并送給數據處理器19。然后，數據處理器19在下式的基礎上計算光程長度d1d1＝R/Δn (6)其次，數據處理器19通過上述的等式(3)，把VA液晶內部的光程長度d1轉換為單元間隙d0。因此，可得到VA液晶的單元間隙。
從上述的解釋已經明白，單元間隙測量裝置的使用者需要把VA液晶的ne和no數據輸入到數據處理器19中，除此之外，需要發現當入射θ被傾斜時，穿過VA液晶的尋常光束和非尋常傾斜光束之間的延遲R。現在，討論怎樣得到延遲R。
圖7是光系統基本部分的透視圖，其中入射角θ關于作為中心的y-軸傾斜。入射光的方向被顯示為z″-軸，x″-軸被設為垂直于y-軸和z″-軸的方向。
偏光鏡14的偏振方向關于y-軸在包括y-軸和x″-軸的平面內被順時針傾斜45°。分析器16的偏振方向關于y-軸在包括y-軸和x″-軸的平面內被順時針傾斜45°，以便測量平行尼科耳棱鏡情況下的透射強度Tp。然后，分析器16進一步傾斜90°(總共135°)，以便測量交叉尼科耳棱鏡情況下的透射強度Tc。
在平行尼科耳棱鏡的情況下，透射強度Tp由下式描述Tp＝cos2β (7)在交叉尼科耳棱鏡的情況下，透射強度Tc由下式描述Tc＝sin2β (8)在這里，由于測量的波長以λ給出，β被定義為β＝R/λ (9)這就導致下式Tc/Tp＝tan2β(10)于是，延遲R由下式給出R＝λtan-1(Tc/Tp)(11)順便提及，本發明并不局限于上述的實施方案。代替上述實施方案中使用的光源11和單色儀12的組合，激光束源也可以用于單色光源。
另外，盡管透射強度測量通過上述實施方案的光源11，單色儀12和光接收器18的組合裝置來執行，除去單色儀12和在光接收器18前面配置分光鏡是可能的。當使用分光鏡時，可任意確定分光方法，其中，例如，顏色過濾器，棱鏡，光柵等可被采用。
此外，代替使用傾斜光軸的馬達M，該裝置可被安排使得安裝VA液晶板的框架或工作臺可以用手傾斜。或著，該裝置可被安排使得光軸預先傾斜到一固定角度。關于VA液晶板(單元間隙近似為3.5μm，從其間隔直徑估計出)，入射角θ從25°到45°之間逐步變化，以發現延遲R和波長λ之間的關系。得到的結果作為表格顯示在圖8中。
在波長為589nm時的延遲R從該表格中讀出，單元間隙d0通過根據本發明的計算得到。結果顯示在圖8的表中。
如圖9所示，根據入射角θ從25°到45°之間的變化，單元間隙d0有輕微的波動。然而，該值幾乎恒定在3.5μm附近。既然波動趨勢在入射角從25°到45°的范圍內是不恒定的，假定波動效果可通過平均被否定是可能的。
上述結果表明不論入射角θ值的大小，通過根據本發明的VA液晶板的單元間隙的測量方法，單元間隙d0可被精確測量。
權利要求
1.一種VA液晶的單元間隙的測量方法，包含以下步驟(1)從光源的光中抽出固定偏振成分；(2)把偏振成分的光引導到VA液晶板上，使得光偏斜地入射到VA液晶板的光軸上；(3)測量穿過VA液晶板的光的特定偏振成分的透射強度；(4)在透射強度的基礎上確定VA液晶板的雙折射相位差R；以及(5)通過雙折射相位差R和VA液晶的尋常折射率no和非尋常折射率ne數據，得到VA液晶的厚度。
2.如權利要求1的VA液晶板的單元間隙測量方法，其中雙折射相位差R分別通過測量平行尼科耳棱鏡和交叉尼科耳棱鏡情況下的透射強度而得到。
3.如權利要求1的VA液晶板的單元間隙測量方法，其中VA液晶的厚度通過下列步驟得到(a)在VA液晶的尋常折射率no和非尋常折射率ne的基礎上，計算在VA液晶內部的非尋常傾斜光束的折射率nα；(b)計算折射率nα和VA液晶內部的尋常光束的折射率no之間的差別Δn；(c)雙折射相位差R除以差別Δn，以便得到VA液晶內部的光程長度d1；以及(d)考慮到在空氣和VA液晶之間的界面上的光折射，把光程長度d1轉換為單元間隙d0。
4.一種VA液晶板的單元間隙的測量裝置，包含光源；(1)從光源的光中抽出固定偏振成分的偏光鏡；(2)能夠引導偏光鏡的光的光軸設置裝置，使得光傾斜入射到VA液晶板的光軸上；(3)用于抽出穿過VA液晶板的光的特定偏振成分的分析器；(4)測量分析器的透射強度的光接收器；以及(5)在透射強度的基礎上用于確定VA液晶板的雙折射相位差R的數據處理器，以便通過雙折射相位差R和VA液晶的尋常折射率no和非尋常折射率ne數據，得到VA液晶的厚度。
5.如權利要求4的VA液晶板的單元間隙的測量裝置，其中光軸設置裝置包含能夠在光軸和VA液晶板之間變化角度的傾斜機構。
6.如權利要求5的VA液晶板的單元間隙的測量裝置，其中傾斜機構變化光軸的傾斜。
7.如權利要求5的VA液晶板的單元間隙的測量裝置，其中傾斜機構變化VA液晶板的傾斜。
全文摘要
光線以關于VA(垂直定位)液晶板的一個角度入射,該液晶板的表面垂直于液晶分子的光軸,因此人為產生只歸因于液晶層的雙折射。這就允許VA液晶的厚度(單元間隙)能被精確地測量。
文檔編號G02F1/1337GK1326543SQ99813471
公開日2001年12月12日 申請日期1999年9月20日 優先權日1999年9月20日
發明者銅田知廣, 村野健治, 藏上浩一 申請人:大塚電子株式會社