(57)【要約】    【課題】  セナルモン法において偶然誤差を低減することができ、それにより測定精度を高めることを可能とする、リタデーション測定光学系を提供すること。    【解決手段】  リタデーション測定光学系１０は、光源Ｌ、その光軸上に、被検試料Ｓとその測定波長λに合わせたλ／４板Ｐとを間に挟んだ状態で組み込めるように配置された偏光子１ならびに検光子２、試料Ｓからの出射光を検出する検出器３とを備えてなり、検光子２の後方に、光が被検試料Ｓを折り返し通過可能な反射鏡４が配置され、再通過後の光を検出する検出器３の手前側には第二検光子５が配置されていることを主たる構成とする。【選択図】  図１
2006276537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、その光軸上に、被検試料と該試料の測定波長λに合わせた四分の一波長板であるλ／４板とを間に挟んだ状態で組み込むことができるように配置された偏光子ならびに検光子と、該試料からの出射光を検出する検出器とを備えてなるリタデーション測定系であって、該検光子の後方に、光が被検試料を折り返し通過できるようにするための反射鏡が配置され、再通過後の光を検出する該検出器の手前側には別の検光子である第二検光子が配置されていることを特徴とする、リタデーション測定系。
【請求項２】
前記偏光子と第二検光子とは互いに回転角０°にて配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のリタデーション測定系。
【請求項３】
入射側の偏光子と被検試料組み込み位置との間に、前記反射鏡による反射光を前記光軸外に配置された前記検出器方向へ導くためのビームスプリッターが配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のリタデーション測定系。
【請求項４】
前記偏光子と第二検光子は互いに回転角９０°にて配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のリタデーション測定系。
【請求項５】
入射側の偏光子と被検試料組み込み位置との間に、前記反射鏡による反射光を前記光軸外に配置された前記検出器方向へ導くためのビームスプリッターが配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のリタデーション測定系。
【請求項６】
被検試料表面および前記検光子における反射光が前記検出器に入射することを防止するため、該被検試料および該検光子を前記光軸に垂直な面に対して角度を有して配置可能なように被検試料組み込み部が設けられ、また該λ／４板と該検光子が角度を有して配置されていることを特徴とする、請求項３または５に記載のリタデーション測定系。
【請求項７】
被検試料表面における反射光が前記検出器に入射することを防止するため、該被検試料組み込み位置もしくは前記検光子と前記反射鏡との間には光チョッパが配置され、前記検出器から出力される光信号と該光チョッパにおいて生成される同期信号とに基づき、該反射光成分を除去するためのロックインアンプを備えることを特徴とする、請求項３または５に記載のリタデーション測定系。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のリタデーション測定系を用いてなる、液晶ディスプレイのリタデーション測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリタデーション測定系および液晶ディスプレイのリタデーション測定装置に係り、特に、従来用いられているセナルモン法において偶然誤差を低減することができ、それにより測定精度を高めることを可能とする、リタデーション測定光学系および液晶ディスプレイのリタデーション測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、フラットパネルディスプレイの市場は急速に成長しており、CRTディスプレイを凌ぐ勢いである。特に液晶ディスプレイ(LCDs)はフラットパネルの中で最も技術的に確立された電子表示デバイスであり、薄型、軽量、低消費電力などの優れた特徴を有しているために需要は拡大してきており、2010年には小型のものから大型ディスプレイまで１千億ドルの売り上げが見込まれている。今後大画面ディスプレイを満足させるには更なる性能の向上と生産技術の拡大が必要となる。
【０００３】
これらの要求を達成するために評価技術は不可欠であり、中でもリタデーションの測定は重要な評価技術の１つである。リタデーション値はコントラスト、視野角、応答速度などと密接な関係がある。通常リタデーションの測定には干渉法が用いられるが、この測定法は予め屈折率の波長特性を知っておく必要がある。
【０００４】
これに対して、セナルモン法[1]は検光子を回転させ、消光位を求めることでリタデーション値を算出することができるため、非常にシンプルで高精度の測定法といえる。また、この測定法は測定角の１度の誤差がリタデーション値では 3.5[nm]に相当するため、どれだけ正確な角度(消光位)が得られるかが最重要課題になる。また、リタデーション値の誤差は直接コントラストの悪化に影響を与えるため、高精度での測定可能な技術が求められる。
参考文献[1]:応用物理学会光学懇話会編著："結晶光学",(森北出版,1986).
【０００５】
図１５に、液晶セルのリタデーション測定には欠かせない測定法の一つであるセナルモン法による測定系の基本構成を示す。２枚の偏光子９１、９２の間に測定したい試料Ｓと測定波長に合わせたλ/4板Ｐを組み込み、出射側の検光子９２を回転させて暗状態になる角度(消光位)を求め、この値からリタデーションを算出することができる手法（測定系９１０）である。この測定方法は簡便な光学系での測定が可能であることや、比較的精度良く測定できることから、液晶のリタデーションや膜厚の測定など、広く使われてきた測定法である。
【０００６】
かかる従来型リタデーション測定法で構築した光学系のジョーンズベクトルを次式(1)に示す。
【０００７】
【数１】
2006276537.tif 000003
【０００８】
式中、Exは偏光のx成分、Eyは偏光のy成分、Γは液晶の位相差、θは検光子の回転角、そしてλは波長を示している。また、この式で右辺第１項は検光子、第２項はλ/４板、第３項は液晶のジョーンズマトリクス、第４項は入射する光の偏光を表すジョーンズベクトルである。また、Ｅの絶対値の2乗は透過光強度Ｔに対応しており、次式(2)で与えられる。
【０００９】
【数２】
2006276537.tif 000004
よって、下式(3)が次の位置で消光位を示す。
【００１０】
【数３】
2006276537.tif 000005
ここで、Rはリタデーションであり、次のように求められる（4)。
【００１１】
【数４】
2006276537.tif 000006
【００１２】
図１６に従来のセナルモン法を用いて検光子を回転させたときの透過光強度特性(理論値)を示す。パラメータはリタデーションRである。測定波長は測定に用いる光源He-Ne Laserを考慮して632.8nmと仮定した。このように従来法を用い検光子を360度回転させると、2点の消光位を得られることが分かる。また、図示するように透過光強度の波形は位相差板を組み込んでいない状態と比べ、Γ/2分だけ正の方向へシフトするので、消光する検光子の角度からリタデーションを算出することができる。
【００１３】
なお、特許電子図書館（IPDL)中の公報テキスト検索メニューを用い、２００４年１０月２８日に行った検索調査の結果、３件がヒットしたが、うち後掲特許文献１に示すものは偏光子と検光子を同時に回転させる方法である。しかしながらこの方法は、回転機構が複雑になってしまうという問題がある。
【００１４】
【特許文献１】特開平６−１０９６２３「複屈折量測定方法及び装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
さて、図１７は、従来のセナルモン法において、波長632.8[nm]を用いたときの消光位とリタデーションの関係を示したものである。この図から消光位の角度が１度異なるとリタデーション値では約3.5[nm]ずれることが分かる。現在では1[nm]以下の測定精度が求められているが、この精度を満たすためには消光位を0.28度の精度で求めることが必要となる。
【００１６】
そこで本願発明者は、リタデーション測定で広く用いられているセナルモン法を応用することにより、液晶ディスプレイを始めとする適用分野において、さらに測定精度を向上させることが可能な新しいリタデーション測定法を開発することを検討した。すなわち、本発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の状況を踏まえ、従来用いられているセナルモン法において偶然誤差を低減することができ、それにより測定精度を高めることを可能とする、リタデーション測定光学系および液晶ディスプレイのリタデーション測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
測定精度は偶然誤差に依存するため、この偶然誤差を少なくする方法として、下記のような対策が考えられる。
1) 測定によって得られる波形を極値付近をより先鋭化し、読み取り誤差を少なくする。
2) 測定点を増やし、測定値を平均化することによって真値により近い値を求める。
そこで本願発明者は、従来のセナルモン法の高精度化のために、1)の条件を満たす極値先鋭化反射型セナルモン法と、2)の条件を満足させる多極値化反射型セナルモン法の2つの解決手段に至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下のとおりである。
【００１８】
（１）  光源と、その光軸上に、被検試料と該試料の測定波長λに合わせた四分の一波長板であるλ／４板とを間に挟んだ状態で組み込むことができるように配置された偏光子ならびに検光子と、該試料からの出射光を検出する検出器とを備えてなるリタデーション測定系であって、該検光子の後方に、光が被検試料を折り返し通過できるようにするための反射鏡が配置され、再通過後の光を検出する該検出器の手前側には別の検光子である第二検光子が配置されていることを特徴とする、リタデーション測定系。
（２）  前記偏光子と第二検光子とは互いに回転角０°にて配置されていることを特徴とする、（１）に記載のリタデーション測定系。
（３）  入射側の偏光子と被検試料組み込み位置との間に、前記反射鏡による反射光を前記光軸外に配置された前記検出器方向へ導くためのビームスプリッターが配置されていることを特徴とする、（２）に記載のリタデーション測定系。
【００１９】
（４）  前記偏光子と第二検光子は互いに回転角９０°にて配置されていることを特徴とする、（１）に記載のリタデーション測定系。
（５）  入射側の偏光子と被検試料組み込み位置との間に、前記反射鏡による反射光を前記光軸外に配置された前記検出器方向へ導くためのビームスプリッターが配置されていることを特徴とする、（４）に記載のリタデーション測定系。
（６）  被検試料表面および前記検光子における反射光が前記検出器に入射することを防止するため、該被検試料および該検光子を前記光軸に垂直な面に対して角度を有して配置可能なように被検試料組み込み部が設けられ、また該λ／４板と該検光子が角度を有して配置されていることを特徴とする、（３）または（５）に記載のリタデーション測定系。
（７）  被検試料表面における反射光が前記検出器に入射することを防止するため、該被検試料組み込み位置もしくは前記検光子と前記反射鏡との間には光チョッパが配置され、前記検出器から出力される光信号と該光チョッパにおいて生成される同期信号とに基づき、該反射光成分を除去するためのロックインアンプを備えることを特徴とする、（３）または（５）に記載のリタデーション測定系。
（８）  （１）ないし（７）のいずれかに記載のリタデーション測定系を用いてなる、液晶ディスプレイのリタデーション測定装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のリタデーション測定光学系および液晶ディスプレイのリタデーション測定装置は上述のように構成されるため、これによれば、セナルモン法における偶然誤差を低減することができ、それにより測定精度を高めることができる。つまり、本発明によれば、従来のセナルモン法に比べて先鋭化したピーク、あるいは２倍の測定点が得られ、読み取り誤差に関わる偶然誤差を少なくすることが可能である。本測定法はより一層正確な測定精度を得ることができ、したがってＬＣＤの性能向上に大いに寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明の極値先鋭化反射型のリタデーション測定系の構成を示す説明図である。図示するように本測定系１０は、光源Ｌと、その光軸上に、被検試料Ｓと該試料Ｓの測定波長λに合わせた四分の一波長板であるλ／４板Ｐとを間に挟んだ状態で組み込むことができるように配置された偏光子１ならびに検光子２と、該試料Ｓからの出射光を検出する検出器３とを備えてなるリタデーション測定系１０であって、該検光子２の後方に、光が被検試料Ｓを折り返し通過できるようにするための反射鏡４が配置され、再通過後の光を検出する該検出器３の手前側には別の検光子である第二検光子５が配置されていることを、主たる構成とする。
【００２２】
かかる構成により本発明測定系１０では、光源Ｌから発せられた光は、偏光子１、被検試料Ｓ、λ／４板Ｐ、回転角θにて回転される検光子２を経て、反射鏡４に至り、ここで反射されて光は折り返して被検試料Ｓを通過し、後記ビームスプリッター７により光路が転換されて、第二検光子５を経て検出器３に至り、該試料Ｓを再通過した後の光が検出される。
【００２３】
図２は、図１のリタデーション測定系において検出される光の透過率の検光子角度依存性を表すグラフである。図示されるように、極大値（ピーク）付近では従来よりも先鋭な透過光特性が得られるので、これを利用することにより、測定精度を高めることが可能である。詳しくは、改めて後述する。
【００２４】
図１に示すように、本リタデーション測定系１０では、前記偏光子１と第二検光子５を、互いに回転角０°にて配置するものとすることができる。
【００２５】
また、図１に示すように本リタデーション測定系１０では、入射側の偏光子１と被検試料組み込み位置６との間に、ビームスプリッター７が配置されるものとする。前記反射鏡４による反射光を、前記光軸外に配置された前記検出器３方向へ導くためである。
【００２６】
図３は、本発明の多極値化反射型のリタデーション測定系の構成を示す説明図である。図示するように本測定系１１０は、図１で説明した構成を基本とし、さらに、前記偏光子１１と第二検光子１５が互いに回転角９０°にて配置されていることを、特徴的な構成とする。
【００２７】
図４は、図３のリタデーション測定系において検出される光の透過率の検光子回転角依存性を表すグラフである。図示するように、上述構成により、入射側の偏光子１１とは偏光軸が９０度異なった方向に回転した偏光が生じ、結局cos２θsin２θの特性を示す光が検出されるため、ピークとボトム（極小値）を２点ずつ得ることができ、測定点の増加、平均化を行うことができる。なお、図５〜９は、図３の測定系を従来方法と比較検討した経過および結果を示すグラフであるが、詳細は後述する。
【００２８】
図１０は、本発明の多極値化反射型のリタデーション測定系の別の構成例を示す説明図である。図示するように本測定系２１０は、図３で説明した構成を基本とし、さらに、前記偏光子２１と被検試料組み込み位置２６との間に、前記反射鏡２４による反射光を前記光軸外に配置された前記検出器２３方向へ導くためのビームスプリッター２７が配置されていることを、主たる構成とする。該反射鏡２４による反射光を、該検出器２３方向へ導くためである。
【００２９】
図１１は、図１、１０に示した本発明リタデーション測定系における表面反射の状況を示した平面視の説明図である。図示するように、光源５Ｌからの光の光軸に対して被検試料Ｓや該λ／４板、前記検光子、反射鏡５４が垂直に配置される本リタデーション測定系５１０では、被検試料Ｓ、該λ／４板、該検光子といった光学素子表面における反射光５ＬＲが、透過光５ＬＴと一緒に前記検出器５３に入る現象が起きる。詳細は後述するが、この対策を下記のように講じた。なお、図１１では、光学素子Ｓとしてあるが、ここで光学素子には、被検試料（Ｓ）の他に検光子を含む。図１２、１４においても同様である。
【００３０】
図１２は、図１１に示した表面反射の影響を除去可能な本発明リタデーション測定系の構成を示す平面視の説明図である。図示するように本リタデーション測定系３１０は、被検試料Ｓ表面および前記検光子といった光学素子表面における反射光３ＬＲが前記検出器３３に入射することを防止するため、該被検試料Ｓ、該λ／４板および該検光子を前記光軸に垂直な面に対してそれぞれ角度θ1、θ2、θ3を有して配置可能なように被検試料組み込み部３６が設けられ、また同様に該検光子が配置されていることを、特徴的な構成とする。
【００３１】
かかる構成により、光学素子表面反射光３ＬＲが検出器３３に入射することを防ぐことができる。詳細は後述する。なお、
図１３は、図１２の本発明リタデーション測定系における光軸ずらしの影響を示すグラフであるが、これについての説明も後述する。
【００３２】
図１４は、図１１に示した表面反射の影響を除去可能な本発明リタデーション測定系の別の構成を示す平面視の説明図である。図示するように本リタデーション測定系４１０は、被検試料Ｓ表面、該λ／４板および前記検光子といった光学素子表面における反射光４ＬＲが前記検出器４３に入射することを防止するために、該被検試料組み込み位置４６もしくは前記検光子と前記反射鏡４４との間に光チョッパ４８を配置し、前記検出器４３から出力される光信号と該光チョッパ４８において生成される同期信号とに基づき、該反射光４ＬＲ成分を除去するためのロックインアンプ４９を備えることを、特徴的な構成とする。かかる構成により、光学素子表面反射光４ＬＲが検出器４３に入射することを防ぐことができる。詳細は後述する。
【実施例】
【００３３】
以下、前出各図も再度用いつつ、本発明について、その検討経過にしたがって説明する。
＜１．測定精度＞
測定の精度を向上させるために誤差の検討を行った。誤差は系統誤差と偶然誤差に分けられる。系統誤差は機械的誤差(機器の特性)、物理的誤差(温度、湿度、測定時の条件等)、そして測定する人物の個人誤差など、一定の条件下で一定の誤差が生じるという関係がはっきりしている誤差である。それに対し偶然誤差は、機器の動揺や読み取り誤差など誤差の発生がランダムなものを示す。この偶然誤差は観測の繰り返し等で少なくすることが可能であるため、一般的には確率変量として扱い、統計的な手法、つまり平均化することによって真値に最も近い推定値を求める。また、系統誤差の小さいものを比較的正確、偶然誤差の小さいものを比較的精密と称し、解析の分野では精密さを精度と定義している。すなわち、測定精度とは偶然誤差によるものであり、この偶然誤差を少なくすることにより精度の向上が図られる。
【００３４】
セナルモン法も同様に、消光角を読み取る精度が測定波形(T=cos2θ)に大きく依存する。偶然誤差の場合、読み取り誤差をより少なくするためには測定の点数を多くすることで真値に近づいた値が得られる。そこで本発明では、この観点から検討を行った。
【００３５】
ところで、測定精度は偶然誤差に依存する。そこで、この偶然誤差を少なくする方法としては先述したように、次のような対策が考えられる。
1) 測定によって得られる波形を極値付近をより先鋭化し、読み取り誤差を少なくする。
2) 測定点を増やし、測定値を平均化することによって真値により近い値を求める。
このことから、従来のセナルモン法の高精度化のために、1)の条件を満たす極値先鋭化反射型セナルモン法と、2)の条件を満足させる多極値化反射型セナルモン法の2つの方法を、本願では課題解決手段としたものである。
【００３６】
つまり、極値先鋭化方式は、光が測定系を２度通過することにより、極大値のピーク部分が先鋭化される現象に基づいている。また、多極値化反射型セナルモン法は、次のようなコンセプトに基づいている。従来のセナルモン法では検光子を回転させると１８０度おきに消光位が現れる。ここで偏光子の配置を９０度回転させると、消光位の位置が９０0度ずれた位置に出現する。そこでこれら２つの光学条件を満足させるために反射形式にした。その結果、検光子１回転に対して消光位の位置が２倍にし得る方式を実現することができた。これが多極値化方式である。
【００３７】
ところで反射型の場合、光学素子表面で反射光がノイズとなって測定したい透過光に重畳してしまう結果、測定精度が低下してしまうという新たな問題が起きる。そこで本願では、これを除去する方式についても発明した。
【００３８】
＜２．極値先鋭化反射型セナルモン法＞
前出図１は、１つ目の測定法として単純反射型測定法の基本構成を示すものである。入射側から偏光子、液晶セル、λ/4板、検光子を組み込み、検光子を回転させるところまでは従来法と同じであるが、本測定法では検光子の後ろに鏡を置くことで透過光はもう一度逆方向から検光子、λ/4板、液晶セルを通り、ビームスプリッターを介して入射に係る光軸上のものとは別の検光子（第二検光子）へ偏光するものである。また光学素子の光軸方向は従来法と同じである。
次に極値先鋭化反射型セナルモン法のジョーンズマトリクスを次式(5)に示す。
【００３９】
【数５】
2006276537.tif 000007
この測定法の光学系は９つの行列によって表すことができる。中央の行列は鏡の反射効果を表している。透過光強度Ｔの理論式を次式(6)に示す。
【００４０】
【数６】
2006276537.tif 000008
以上の結果、消光位θは次式(7)によって得られる。
【００４１】
【数７】
2006276537.tif 000009
【００４２】
前出図２は、この光学系を用いた場合の透過光特性についてシミュレーションした結果を示すものである。極小値（ボトム）付近では透過光が潰れてしまうため、従来法に比べ消光位を求めるのが困難になるが、極大（ピーク）付近では従来法よりもよりシャープな透過光特性が得られる。このため、偶然誤差を低下させることが可能で測定精度の向上に繋がると考える。
【００４３】
このような透過光特性が得られる理由としては、光源から鏡までの透過光と鏡から検出器までの透過光がそれぞれcos2θの特性を示すため、測定によって得られる波形はそれぞれを掛け合わせたcos4θの特性を示すためである。また、セル内を光が２回通るため、リタデーション値は２倍になるのが従来の反射型の特徴であったが、単純反射型測定法の消光位とリタデーション値は透過型と同じ特性を示すことが分かった。
【００４４】
＜３．多極値化反射型セナルモン法＞
前出図３を用いて、多極値化反射型セナルモン法について述べる。図３に示すように、上述の極値先鋭化反射型セナルモン法と似た光学系を示すが、検出器手前の偏光子の光軸が９０度異なった方向を示しているのが特徴である。多極値化反射型セナルモン法のジョーンズマトリクスを次式(8)に示す。
【００４５】
【数８】
2006276537.tif 000010
【００４６】
この測定法の光学系は、９つの行列によって表すことができる。入射側から偏光子、液晶セル、λ/4板、検光子を組み込み、検光子を回転させるところまでは従来法と同じであるが、本測定法では検光子の後ろに鏡を置くことで透過光はもう一度逆方向から検光子、λ/4板、液晶セルを通り、入射側の偏光子と偏光軸が９０度異なった方向に偏光するものである。中央の行列は、鏡の反射効果を表している。新しい測定法のジョーンズマトリクスを用いて光学特性の評価を行った。透過光強度Ｔの理論式を次式(9)に示す。
【００４７】
【数９】
2006276537.tif 000011
以上の結果、消光位θは次式(10)によって得られる。
【００４８】
【数１０】
2006276537.tif 000012
【００４９】
前出図４は、新しい測定法について透過光強度の検光子回転角依存性を示したものである。従来法では検光子を３６０度回転させると１８０度周期でピーク(極大値)とボトム(極小値)が１点ずつ現れていたが、本測定法では透過光強度はcos2θsin2θの特性を示すため、ピークとボトムをそれぞれ２点ずつ求めることができる。これは、従来法ではピークとなっていた点も消光位になり、１８０度周期が９０度周期に変わったことを意味する。
【００５０】
図５は、従来法と本発明測定系による測定法の透過光強度特性を比較したグラフである（理論値）。。新しい測定法は従来型に比べ、透過光強度のピークが1/4に落ちてしまうため、測定波形の振幅が小さく、緩やかなものになっている。このため極値から離れるに従い透過光強度に開きが生まれるので、測定精度の低下の有無を検討した。
【００５１】
図６は、図５のグラフの消光位付近の一部拡大図である（理論値）。ここに示すように、測定において最も重要視される消光方位から±10度程度では従来法・反射型ともほぼ同じ値を示している。反射型ではcos2θの波形とsin2θの波形を掛け合わせた波形が得られる。一方の項がボトムの場合を考える。他の項はほぼ１で角度依存性が少ない。したがってボトムの項が支配的になり、従来法と変わらない特性が得られる。このことから、反射型において消光位を求める測定精度は透過型と同等であることが示された。
【００５２】
＜４．測定法の比較＞
このコンセプトを実験的に裏付けるため、実際に、前出図３に示すような光学系を構築して検討を行った。光源には波長が632.8[nm]のHe-Ne Laser、偏光板にはグランレーザープリズムを用いた。パラレルニコルとクロスニコルの透過率の比を消光比として求めたところ、1×105以上であることが確認され、今回の実験における測定系としては十分に満足し得る精度が得られた。
【００５３】
図７は、従来法における透過光強度の検光子回転角依存性を示すグラフである（実験結果）。透過光強度は最大値を１と規格化した。検光子を３６０度回転させることで透過光強度はcos2θのカーブを描いており、ピークとボトムはそれぞれ２点ずつ求めることができた。
【００５４】
図８は、本発明測定系による測定法の透過光強度の検光子回転角依存性を示すグラフである（実験結果）。図７の測定と同じ試料(R=530[nm])を用いた。また、
図９は、図８のグラフの消光位付近の一部拡大図である。ここでも、検光子を回転させることで透過光強度は変化するが、透過光強度は先に述べた反射型の理論式のようにcos2θsin2θの波形を描いており、９０度周期でピークとボトムが現れ、消光位を４点得られることが分かる。
【００５５】
このとき、光源と光検知器の構造上、入射側の光と出射側の光とが1.7度傾いた光学系を用いた。この新しい測定法において光が試料内で1.7度傾くとすると、リタデーション値で0.24[nm]の測定誤差を生むことが分かる。しかし、通常設計される液晶ディスプレイのリタデーション値は750[nm]程度(屈折率異方性：Δn＝0.15、液晶層の厚さ：d＝5[μm])であるため、セル厚では1.67[nm]の誤差に対応する。このことを考慮すると、図３の光学系を用いても十分な測定精度が得られると考える。
【００５６】
図９は、図８のグラフの消光位付近を拡大したものであり、消光位が精度よく求められることが分かる。
【００５７】
次に、新しい測定法によって得られた特性から消光位を求める方法について検討を行った。その結果、消光位はθ=60.45、150.20、240.44、330.45[°]と求められた。このことからリタデーション値は528.95[nm]であると算出された。以上のこのとから、新しい測定法の理論が正しいことが確認された。
【００５８】
また、通常は反射型を用いて液晶セルに光を入射させると、鏡によって液晶セル内を光が二度通過するためリタデーションは２倍の値を示すが、この測定法では液晶セルと鏡の間に検光子があるため、光の往復の特性を掛け合わせた値を示すことが分かった。
【００５９】
しかしながら、図３のような光学系では光学素子の軸合わせやメンテナンス、光源とディテクターの角度による測定値の補正など、いつかの要改善事項が予想されるため、これらの改良策について検討した。
【００６０】
その結果、前出図１０に示すような、新規なる光学系の構成に至った。この光学系では、偏光子と測定試料の間にビームスプリッターを組み込ませているため、光学素子の軸合わせが簡便になるとともに、光源とディテクターを分けて配置しているため、上述のような要改善事項についても充分な解決策を与え、有用性が高い方法であることが示された。
【００６１】
＜５．反射光の除去法＞
光学素子を測定するとき、測定に必要なのは光学素子を通り抜けた透過光のみである。透過型は前出図１５に示すように光源から検出器まで光学素子を一列に配置するため、光学素子表面の反射による影響を受けず純粋な透過光だけを検出することができる。一方、反射型は前出図１１のようなT型の光学系で組まれている。このため、光学素子を組み込むと被測定素子の表面で反射が起こり、その反射光が検出器まで達してしまう。そのため、この反射光が透過光に下駄を履かせた形になりボトムが沈み切れなくなるため、正確な消光位の測定が困難になり測定精度が低下するといった問題が起こる。これらのことから、反射型を用いた場合ではコントラストや視野角などの正確な測定が得られる構成が要請される。
【００６２】
前出図１２に示した測定系は、かかる要請に答える光学系の一つを示したものである。本測定系では、光学素子が入射光に対してθ°程度傾いているのが特徴である。素子を傾けることによって、いわば光軸ずらしをした形で、素子表面において発生した反射光は透過光と同じ光路を通らなくなるため、検出器で検出されない。よって、反射光に邪魔をされずに、純粋な透過光のみを検出することが可能である。
【００６３】
しかしながら、光学素子は光が斜め方向から入射するため、素子本来の特性(偏光特性など)を満足できなくなるといった問題の発生も予想されるところである。液晶の場合も、傾ける角度によってリタデーション値が変わる。これはセル内を透過する光の距離が本来より長くなるためである。
【００６４】
図１３は、図１２の本発明リタデーション測定系における光軸ずらしの影響を示すグラフである。つまり、液晶セル等を傾けた場合のリタデーション値の変化について検討を行った結果である。これによれば、数度の傾斜における影響は0.015%と僅かであることが分かる。また、組み込み光学素子と検出器の距離が遠くなればなるほど、光テコの原理により傾ける角度を少なくしてもよい。特に鏡の前の検光子は、傾斜角度が小さくても光検知器に入りにくくなる。なお、光源側の偏光子については、表面で反射が起きても光源に戻るだけであるため、光軸に垂直な構成のままで構わない。
【００６５】
前出図１４は、もう一つの反射光除去方法を示すものである。図示するように、光チョッパとロックインアンプを用いる方法である。検光子と反射鏡の間には検出したい光の成分しか存在しない。そこで、この部分に光チョッパを挿入する。その結果、検出器の出力から光チョッパ成分を取り出すことにより、反射光の成分を除去することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のリタデーション測定光学系および液晶ディスプレイのリタデーション測定装置によれば、従来のセナルモン法に比べて先鋭化したピーク、あるいは２倍の測定点が得られ、読み取り誤差に関わる偶然誤差を少なくすることが可能であり、ＬＣＤの性能向上に大いに寄与することができる。したがって、産業上利用価値が高い発明である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の極値先鋭化反射型のリタデーション測定系の構成を示す説明図である。
【図２】図１のリタデーション測定系において検出される光の透過率の検光子角度依存性を表すグラフである。
【図３】本発明の多極値化反射型のリタデーション測定系の構成を示す説明図である。
【図４】図３のリタデーション測定系において検出される光の透過率の検光子回転角依存性を表すグラフである。（理論値）
【図５】従来法と本発明測定系による測定法の透過光強度特性を比較したグラフである（理論値）。
【図６】図５のグラフの消光位付近の一部拡大図である（理論値）。
【図７】従来法における透過光強度の検光子回転角依存性を示すグラフである（実験結果）。
【図８】本発明測定系による測定法の透過光強度の検光子回転角依存性を示すグラフである（実験結果）。
【図９】図８のグラフの消光位付近の一部拡大図である。
【図１０】本発明の多極値化反射型のリタデーション測定系の別の構成例を示す説明図である。
【図１１】図１、１０に示した本発明リタデーション測定系における表面反射の状況を示した平面視の説明図である。
【図１２】図１１に示した表面反射の影響を除去可能な本発明リタデーション測定系の構成を示す平面視の説明図である。
【図１３】図１２の本発明リタデーション測定系における光軸ずらしの影響を示すグラフである。
【図１４】図１１に示した表面反射の影響を除去可能な本発明リタデーション測定系の別の構成を示す平面視の説明図である。
【図１５】液晶セルのリタデーション測定には欠かせない測定法の一つであるセナルモン法による測定系の基本構成を示す説明図である。
【図１６】従来のセナルモン法を用いて検光子を回転させたときの透過光強度特性(理論値)を示すグラフである（理論値）。
【図１７】従来のセナルモン法において、波長632.8[nm]を用いたときの消光位とリタデーションの関係を示したグラフである（理論値）。
【符号の説明】
【００６８】
１、１１、２１…偏光子
２、１２、２２…検光子
３、１３、２３、３３、４３、５３…検出器
４、１４、２４、３４、４４、５４…反射鏡
５、１５、２５…第二検光子
６、１６、２６、３６、４６…被検試料組み込み位置（被検試料組み込み部）
７、１７、２７、３７、４７、５７…ビームスプリッター
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０…リタデーション測定系
４８…光チョッパ
４９…ロックインアンプ
Ｌ、１Ｌ、２Ｌ、３Ｌ、４Ｌ、５Ｌ…光源
３ＬＲ、４ＬＲ、５ＬＲ…被検試料表面反射光
３ＬＴ、４ＬＴ、５ＬＴ…被検試料透過光
Ｐ…λ／４板
Ｓ…被検試料
９１…偏光子
９２…検光子
９３…検出器
９Ｌ…光源
９１０…リタデーション測定系
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図３】
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【図１０】
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【図１５】
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