(57)【要約】【課題】単一の装置で液晶セルのリタデーション、セルギャップ、ねじれ角、楕円率、液晶分子の変位角、及びプレチルト角等を総合的に測定できる液晶セル測定装置を得る。【解決手段】液晶セル測定装置は光源１と偏光子２と架台３と検光子４と受光器５とを有し、架台３は、液晶セルＬＣが偏光ビームＢ２の光軸を中心として回転可能でありかつ当該液晶セルを含む面内で移動できると共に、光軸に直交する軸を揺動軸Ｘとして揺動できるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査用の光ビームを射出する光源と、前記光ビームを受光して偏光ビームを出射する偏光子と、検体となる液晶セルを前記偏光ビームが入射する位置に装着する架台と、前記液晶セルを透過した検体透過光の偏光方位角を測定する検光子と、前記検光子を透過した検査光の強度の波長依存性を測定し得る受光器とを有し、
前記偏光子は前記光源からの光ビームの光軸に垂直な面内で前記光軸を中心として回転可能であり、前記検光子は前記検体透過光の光軸に垂直な面内で前記光軸を中心として回転可能であり、前記架台は前記液晶セルが前記偏光ビームの光軸を中心として回転可能でありかつ当該液晶セルを含む面内で移動できると共に前記光軸に直交する軸を揺動軸として揺動できるように構成されてなることを特徴とする液晶セル測定装置。
【請求項２】
前記光源が白色又は単一波長の光ビームを射出するものであることを特徴とする請求項１記載の液晶セル測定装置。
【請求項３】
前記受光器が、可視光域の複数の波長に対して校正された感度を有するものであることを特徴とする請求項１記載の液晶セル測定装置。
【請求項４】
前記偏光子から出射した偏光ビームの光路及び前記液晶セルを透過した検体透過光の光路の少なくともいずれか一方に位相差板が挿入され、かつ前記位相差板が当該光路の光軸に垂直な面内で前記光軸を中心として回転可能であることを特徴とする請求項１記載の液晶セル測定装置。
【請求項５】
前記液晶セルの温度を制御する手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の液晶セル測定装置。
【請求項６】
前記液晶セルの電極に矩形波の電圧を印加する手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の液晶セル測定装置。
【請求項７】
前記偏光子、前記架台及び前記検光子からなる群の１以上を予定順序に従って駆動し、それらの駆動量と前記受光器における検査光の強度の波長依存性とから、前記液晶セルのリタデーション（複屈折位相差）、セルギャップ、ねじれ角、楕円率、プレチルト角、及び液晶セル配向膜の配向方向と液晶分子の配向方向との変位角を含む特性データ群の１以上を、前記液晶セルの部分又は全面における特性値として計算し表示する演算駆動装置を有することを特徴とする請求項１記載の液晶セル測定装置。
【請求項８】
液晶セルの配向膜の配向方向と液晶分子の配向方向との変位角を求める方法であって、前記液晶セルを透過した検体透過光の光路に１／４λ位相差板を挿入した請求項４記載の液晶セル測定装置を用い、
前記架台に前記液晶セルをその測定面が前記偏光子と対向するように装着しかつ前記測定面を前記偏光ビームの光軸と直交するように調整する過程と、
前記偏光子と前記液晶セルとを相対的に回転し、前記偏光子の偏光方位を前記液晶セルの配向膜の配向方向に概略合致させる過程と、
前記１／４λ位相差板と前記検光子とを相対的に回転し、前記受光器における検査光の強度が最大となるように前記１／４λ位相差板及び前記検光子の回転方位を調整する過程と、
前記偏光子を微小角度回転しながら、前記受光器における検査光の強度が最大となるように前記１／４λ位相差板及び前記検光子の回転方位を調整する操作を複数回繰り返す過程と、
前記過程により得られた複数の前記偏光子の偏光方位及び検査光強度のデータと前記液晶セルの配向膜の配向方向とから前記変位角を演算により求める過程とを含むことを特徴とする液晶セル測定方法。
【請求項９】
液晶セルのプレチルト角を求める方法であって、単一波長の光ビームを射出する光源を装着した請求項２記載の液晶セル測定装置を用い、
前記偏光子及び前記検光子の回転を、それぞれの偏光方位が平面視４５°の相対角度を維持するように制御する過程と、
前記架台に、検体として、反平行ラビング処理した非ねじれ液晶セルをその測定面が前記偏光子と対向するように装着しかつ前記測定面が前記偏光ビームの光軸と直交するように調整する過程と、
前記偏光子の偏光方位を前記揺動軸に対して平面視直交する方向に固定した後に前記液晶セルを回転し、前記受光器における検査光の強度が最大となる位置で前記液晶セルを固定する過程と、
前記過程で固定された状態を維持しながら、前記液晶セルを前記揺動軸に対して揺動させ、前記受光器における検査光の強度が極値となる揺動角を測定する過程と、
を含むことを特徴とする液晶セル測定方法。
【請求項１０】
反平行ラビング処理された非ねじれ液晶セルのプレチルト角を測定できる請求項１記載の液晶セル測定装置であって、
前記光源が単一波長の光ビームを射出するものであり、
前記偏光子及び前記検光子が、それぞれの偏光方位を互いに４５°に保持しながら回転制御されるものであり、
前記架台が、前記液晶セルの測定面を前記偏光ビームの光軸中心に回転させ得ると共に前記液晶セルの測定面を前記揺動軸に対して前記偏光ビームの光軸と直交する状態から任意の揺動角まで揺動させ得るものである
ことを特徴とする液晶セル測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶セル測定装置及び液晶セル測定方法に関するものであり、少なくともリタデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）及びプレチルト角（ｐｒｅｔｉｌｔ  ａｎｇｌｅ）を含む複合的な液晶セルの特性を単一の装置で容易に測定できる液晶セル測定装置及び液晶セル測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも一方が透明な対向する基板の間に液晶が封入されてなる液晶セルは、セルの基板側に電極を組み込むことにより薄型・軽量・低電力のディスプレイが得られることから近年広範な分野に用途が拡大し、その品質、価格、生産性等に関する要望も拡大している。これらの要望に応えるため、用途に応じた各種方式の液晶セルが提案され、それぞれの方式内においても常に改善の努力が払われている。液晶セルの研究開発や工程管理において諸特性の測定と評価は欠かせない事項となっている。このため必要な特性をより精密かつ効率的に測定するための測定装置及び測定方法の研究開発も盛んに行われている。
【０００３】
液晶セルの方式や用途は多岐に渡るため、それぞれの方式・用途に応じて測定・評価すべき項目も多岐に渡っている。特に光学的観点からは屈折率異方性、セルギャップ、リタデーション（複屈折位相差）、ねじれ角、楕円率、プレチルト角等、またそれらの特性の波長依存性、温度依存性、電圧印加時の挙動等が重視される。
【０００４】
前記諸特性の測定に際して、従来例えばリタデーション、及びその値を液晶の屈折率異方性で割って得られるセルギャップ、楕円率等は市販の単一の測定装置（例えば大塚電子社製ＲＥＴＳ２０００、ＲＥＴＳ７０００等）により測定が可能である。前記測定装置は例えば図１０に示す概略構成となっている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３５８５７８号公報（図１参照）
【０００６】
図１０において、この測定装置は、例えば液晶パネルのリタデーションを測定するための基本構成では、光源１０１から光軸Ｚに沿って順次、偏光子１０２、検体となる液晶セル１０４、検光子１０６、及び受光器１０７がそれぞれ光軸Ｚに直交する面内に配置されている。偏光板１０２及び検光子１０６は、それぞれ独立に、又は一定の角度関係を保って光軸Ｚを中心に回転可能である。なお液晶セル１０４は、光軸Ｚに直交する面内で互いに直交するＸ軸、Ｙ軸方向に移動可能である。
【０００７】
図１０に示す測定装置は、偏光子１０２及び検光子１０６の偏光方位を液晶セルに対して相対的に変化させ、受光器１０７における透過光強度を測定し、それぞれの偏光方位と透過光強度との相対的な関係から演算によってリタデーション、セルギャップ、楕円率等を求めることができる。
【０００８】
一方、プレチルト角を測定する場合には、上記とは全く異なる測定原理に基づく方法及び装置を用いる必要があった。例えば、（ａ）磁界電位法（非特許文献１参照）、（ｂ）電気容量の電圧又は磁界依存性による方法（非特許文献２参照）、（ｃ）単一波長の光ビーム透過強度のビームに対するセル角度依存性を用いる方法（非特許文献３参照）等が知られている。
【０００９】
【非特許文献１】
トリヤマ（Ｋ．Ｔｏｒｉｙａｍａ）ほか，ノン−エミッシブ  エレクトロオプティック  ディスプレイ（Ｎｏｎ−ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ），プレナム（Ｐｌｅｎｕｍ）社、ニューヨーク、米国、ｐ．１７５
【非特許文献２】
シモダ（Ｓ．Ｓｉｍｏｄａ）ほか，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１７（８），１９７８年、ｐ．１３５
【非特許文献３】
ビレッキ（Ｍ．Ｂｉｒｅｃｋｉ）ほか，ザ  フィジクス  アンド  ケミストリ  オブ  リキッド  クリスタル  デバイシズ  （Ｔｈｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｅｖｉｃｅｓ），プレナム（Ｐｌｅｎｕｍ）社、ニューヨーク、米国、ｐ．１１５
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
液晶セルの評価を行うに際して不可欠なデータ項目であるリタデーション、セルギャップ、ねじれ角、楕円率、プレチルト角等のうち、リタデーション、セルギャップ、楕円率などは、例えば図１０に示した単一の装置により測定が可能である。また、ねじれ角は図１０に示した装置の液晶セル１０４と検光子１０６との間に位相差板特に１／４λ位相差板を挿入することにより測定が可能である。しかし図１０に示した装置では、プレチルト角を測定することができなかった。従って前記従来の装置で測定されるデータについてはプレチルト角をほとんどゼロと見なして近似計算が行われるか、又は別途用意したプレチルト角測定専用の装置を用いて反平行ラビング処理した非ねじれ液晶セルのプレチルト角を測定し、この測定データと図１０に示す装置を用いて得られた測定データとを組み合わせて計算する必要があった。
【００１１】
しかしプレチルト角の測定方法として知られている前記（ａ）の磁界電位法や（ｂ）の電気容量の電圧又は磁界依存性による方法は、強力な磁界発生装置や微少な電気容量の変化を測定する装置などの設備を必要とするため大型で高価な装置となり、測定操作も極めて煩雑であるため、単にプレチルト角のみを測定する専用設備として日常的な測定に用いるには不適当であった。
【００１２】
本発明は前記の課題を解決するためになされたものであり、従ってその目的は、単一の装置で液晶セルのリタデーション、セルギャップ、ねじれ角、楕円率、等の測定に加えて、プレチルト角や、液晶セル配向膜の配向方向と液晶分子の配向方向との変位角等までも総合的に測定できる液晶セル測定装置、及びこの測定装置を用いて上記の諸特性を統一的に測定する液晶セル測定方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、検査用の光ビームを射出する光源と、前記光ビームを受光して偏光ビームを出射する偏光子と、検体となる液晶セルを前記偏光ビームが入射する位置に装着する架台と、前記液晶セルを透過した検体透過光の偏光方位角を測定する検光子と、前記検光子を透過した検査光の強度の波長依存性を測定し得る受光器とを有し、偏光子は光源からの光ビームの光軸に垂直な面内で前記光軸を中心として回転可能であり、検光子は検体透過光の光軸に垂直な面内で前記光軸を中心として回転可能であり、架台は液晶セルが偏光ビームの光軸を中心として回転可能でありかつ当該液晶セルを含む面内で移動できると共に前記光軸に直交する軸を揺動軸として揺動できるように構成されてなることを特徴とする液晶セル測定装置を提供する。
【００１４】
前記本発明の液晶セル測定装置は、架台に検体となる液晶セルを装着した状態で光源から検査用の特定波長の光ビームを射出すると、この光ビームが偏光子に入射し偏光されて偏光ビームとして出射し、液晶セルに入射する。液晶セルを透過した検体透過光は検光子を透過して検査光として受光器に入射しその強度が測定される。このとき、架台を、液晶セルの入射面が偏光ビームの光軸に垂直となるように調整した状態で、偏光子、液晶セル、検光子、及び必要に応じて追加装着される１／４λ位相差板のそれぞれを、受光器における光強度の波長依存性を測定しながら独立に、又は連動させて光軸中心に回転させ（０回転も含む）、それぞれの回転方位と検査光強度の波長依存性の変化とを測定し、この測定結果から計算することにより、検体液晶セルのリタデーションΔｎｄ、セルギャップｄ、ねじれ角Θ、楕円率ｐ、及び液晶セル配向膜の配向方向と液晶分子の配向方向との変位角（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ  ａｎｇｌｅ；以下単に「変位角η」という）を求めることができる。さらに前記ねじれ角Θのデータを用いて方位角アンカリング力Ｆａ等を計算により求めることもできる。
【００１５】
また、検体として反平行ラビング処理した非ねじれ液晶セルを用い、架台を、液晶セルが偏光ビームの光軸を中心に回転するように操作すると共に液晶セルの入射面が偏光ビームの光軸に直交する軸を揺動軸として揺動するように操作し、このときの揺動角と検査光強度の変化を測定することにより、液晶分子のプレチルト角θを測定することができる。
【００１６】
更に前記何れの測定においても、架台を、液晶セルが当該液晶セルを含む面内で移動するように操作すれば、液晶セル面の任意の測定位置における前記各測定データを得ることができる。更に、液晶セルの表面を偏光ビームがスキャニングするように操作すれば、液晶セルの部分又は全面における特性の変動や平均特性を測定することができる。
【００１７】
前記において、光源は、測定上の要求に応じて白色又は単一波長の光ビームを射出するものであることが好ましい。光源が白色光であると、前記各データ項目の波長依存性を受光器における各波長域の受光強度の差として測定することができる。また、単一波長における特性を測定する場合には、単一波長の光源を用いるか又は白色光源からの光路に選択的なフィルタを挿入すればよい。その場合、測定目的に応じて自動的にフィルタの着脱が行えるようになっていてもよい。
【００１８】
前記において、受光器は、光源から射出される可視光域の複数の波長に対して校正された感度を有するものであることが好ましい。ここで可視光域の複数の波長とは、例えば４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、５８９ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ等を含むものであることが好ましい。このように、特にＲＧＢに対応する複数の波長帯についてリタデーションΔｎｄの波長依存性データを得ることによって、カラー液晶セルのコントラスト、色調、視角依存性等を評価することができ、また理想的なモノクローム表示にするための液晶セルの光学補償条件を決定することができるようになる。この目的に好適な受光器の具体例としては、例えば回折格子を備えたマルチチャンネルのダイオード素子等を挙げることができる。
【００１９】
前記において、偏光子から出射した偏光ビームの光路及び液晶セルを透過した検体透過光の光路の少なくともいずれか一方に位相差板が挿入され、かつ前記位相差板が当該光路の光軸に垂直な面内で前記光軸を中心として回転可能とされていることが好ましい。この位相差板は特に１／４λ位相差板であり、かつ液晶セルを透過した検体透過光の光路に挿入されていることが好ましい。
【００２０】
これにより前記の変位角ηや楕円率ｐ等が容易に測定できるようになる。すなわち、液晶セルと検光子との間に１／４λ位相差板を挿入し、光軸を中心として回転してその方位角を調整すると、いわゆる「セナルモン法」の原理により透過光ビームの偏光方向が鮮鋭に検知され、測定精度が向上する。
位相差板は、測定目的に応じて自動的に着脱が行われるようになっていることが好ましい。。
【００２１】
前記において、液晶セル測定装置には、液晶セルの温度を制御する手段が設けられていることが好ましい。
これによって、液晶セルの前記各データ項目の温度依存性を測定することができる。温度制御手段としては、架台をケースで覆い、ケース内に定温の空気や窒素など不活性ガスを循環させる方法やペルチエ素子によって温度制御されたステージの形で液晶セルの温度を管理する方法等がいずれも採用可能である。
【００２２】
前記において、液晶セル測定装置には、液晶セルの電極に矩形波の電圧を印加する手段が設けられていることが好ましい。
液晶セルの電極に電圧や周波数等が可変の矩形波電圧を印加することによって、電圧負荷モードが前記各データ項目に及ぼす影響（負荷モード依存性）を測定することができる。
【００２３】
前記において、本発明の液晶セル測定装置は、偏光子、架台及び検光子からなる群の１以上を予定順序に従って駆動し、それらの駆動量と受光器における検査光の強度の波長依存性とから、液晶セルのリタデーションΔｎｄ、セルギャップｄ、ねじれ角Θ、楕円率ｐ、プレチルト角θ、及び変位角ηを含む特性データ群の１以上を、液晶セルの部分又は全面における特性値として計算し表示する演算駆動装置を有することが好ましい。
これによって、本発明の液晶セル測定装置は、前記各特性データのうち必要な項目を、与えられたプログラムに従って自動的に測定し計算し表示することができるようになる。
【００２４】
本発明は又、液晶セルの変位角ηを求める方法であって、液晶セルを透過した検体透過光の光路に１／４λ位相差板を挿入した前記の液晶セル測定装置を用い、架台に液晶セルをその測定面が偏光子と対向するように装着しかつその測定面を偏光ビームの光軸と直交するように調整する過程と、偏光子と液晶セルとを相対的に回転し、偏光子の偏光方位を液晶セルの配向膜の配向方向に概略合致させる過程と、１／４λ位相差板と検光子とを相対的に回転し、受光器における検査光の強度が最大となるように１／４λ位相差板及び検光子の回転方位を調整する過程と、偏光子を微小角度回転しながら、受光器における検査光の強度が最大となるように１／４λ位相差板及び検光子の回転方位を調整する操作を複数回繰り返す過程と、この過程により得られた複数の偏光子の偏光方位及び検査光強度のデータと液晶セルの配向膜の配向方向とから変位角を求める過程とを含むことを特徴とする液晶セル測定方法を提供する。
【００２５】
複数の前記偏光子の偏光方位及び検査光強度のデータのうちで、検査光強度が最大になる前記偏光子の偏光方位を求めれば、この方位は液晶セルの測定面側液晶分子の配向方向と一致するので、変位角ηは、検査光強度が最大となる偏光子の偏光方位と液晶セルの配向膜の配向方向との角度差として求められる。
【００２６】
本発明は更に、液晶セルのプレチルト角θを求める方法であって、単一波長の光ビームを射出する光源を装着した前記の液晶セル測定装置を用い、偏光子及び検光子の回転を、それぞれの偏光方位が平面視４５°の相対角度を維持するように制御する過程と、架台に、検体として反平行ラビング処理した非ねじれ液晶セルをその測定面が偏光子と対向するように装着しかつその測定面が偏光ビームの光軸と直交するように調整する過程と、偏光子の偏光方位を前記揺動軸に対して平面視直交する方向に固定した後に液晶セルを回転し、受光器における検査光の強度が最大となる位置で液晶セルを固定する過程と、前記過程で固定された状態を維持しながら、液晶セルを揺動軸に対して揺動させ、受光器における検査光の強度が最大又は最小となる揺動角を測定する過程と、を含むことを特徴とする液晶セル測定方法を提供する。
【００２７】
この測定方法では、先ず偏光子の偏光方位を揺動軸に対して平面視直交する方向に固定した後に液晶セルを回転し、受光器における検査光の強度が最大となる位置で液晶セルを固定するので、この状態では液晶分子の長軸方向と偏光子の偏光方位とが一致している。次に液晶セルを液晶分子の長軸方向と直交する軸を揺動軸として揺動させたとき、検査光の強度が極値、すなわち最大又は最小となる揺動角は、液晶分子の長軸が基板面から立ち上がった角度すなわちプレチルト角θに対応する光の情報を与えることになる。その理由は、プレチルト角θを持った液晶分子の長軸に対して直交する方向から光を当てるとき最も透過率が高くなるからである。
【００２８】
本発明は更に、少なくとも反平行ラビング処理された非ねじれ液晶セルのプレチルト角θを求めることができる前記の液晶セル測定装置であって、前記光源が単一波長の光ビームを射出するものであり、偏光子及び検光子が、それぞれの偏光方位を互いに４５°に保持しながら回転制御されるものであり、架台が、液晶セルの測定面を偏光ビームの光軸中心に回転させ得ると共に液晶セルの測定面を揺動軸に対して偏光ビームの光軸と直交する状態から任意の揺動角まで揺動させ得るものであることを特徴とする液晶セル測定装置を提供する。
【００２９】
この液晶セル測定装置を用いれば、前記の液晶セル測定方法によって反平行ラビング処理された非ねじれ液晶セルのプレチルト角θを求めることができると共に、基板間で液晶分子がねじれたいわゆるねじれ液晶セルに対しても、リタデーションΔｎｄ、セルギャップｄ、ねじれ角Θ、楕円率ｐ、及び変位角ηを含む他の特性データが単一の測定装置によって効率的に求めることができるようになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下図面を用いて本発明の液晶セル測定装置の一実施形態について説明する。本実施形態の測定装置は実施形態２以降に示すように各種方式の液晶セルの各種特性を単一の測定装置によって効率的に測定することができるものである。
【００３１】
図１は実施形態１の測定装置（以下「本装置Ａ」という）を模式的に示す斜視図である。図２（Ａ）は本装置Ａの架台３に液晶セルを装着した状態を示す断面図、図２（Ｂ）は前記架台３の斜視図である。
本装置Ａは、基本的に、光源１と、偏光子２と、架台３と、検光子４と、受光器５とを有している。
【００３２】
光源１は検査用の光ビームＢ１を射出する装置である。本実施形態では光源１として白色光を照射するものを用いた。なお本装置Ａは、測定目的に応じて白色光のほかにレーザー光、特定波長帯域の色光などを照射できるものが光源１として適宜選択して装着できるようになっている。光源１には、光ビームＢ１がほぼ平行光束となるようにレンズ系又は光ファイバー光学系が用いられている。
【００３３】
偏光子２は、光源１からの光ビームＢ１を受光して偏光し、偏光ビームＢ２を出射する偏光板からなっている。偏光子２は、回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータ２１によって駆動され、光源１からの光ビームＢ１の光軸に垂直な面内で光軸を中心としていずれの方向にも回転できるようになっている。
【００３４】
架台３は、偏光ビームＢ２が検体となる液晶セルＬＣの面に入射するように液晶セルＬＣを装着する装置である。架台３は、架台本体３１とステージベース３２と保持枠３３とを有している。
【００３５】
架台本体３１は、中心部に検体透過光Ｂ３が透過し得る開口Ｈを有する円環状の枠体であり、その外周部には偏光ビームＢ２の光軸と直交する揺動軸Ｘに沿って、双方向にシャフト３４，３４が延びている。このシャフト３４，３４の一方には回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータ３５が装着され、架台本体３１はこのモータ３５によって駆動され、揺動軸Ｘを軸芯として揺動可能となっている。またシャフト３４，３４の一方には、図示しないラック・アンド・ピニオン機構を介して、回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータ３６が連結され、架台本体３１は、このモータ３６によって駆動され、揺動軸Ｘに沿って往復移動ができるようになっている。
【００３６】
前記架台３に組み込まれたステージベース３２は、中心に検体透過光Ｂ３が透過し得る開口Ｈを有するドーナツ盤状の枠体であり、その外周部両側にステージベース３２の両側に位置するように設置されたブロック状の軸受け部材３２Ａにより把持されている。即ち、軸受け部材３２Ａのステージベース３２側に凹曲面状の把持面３２Ｂが形成され、この把持面３２Ｂをステージベース３２の外周面に押し当てて左右の軸受け部材３２Ａによりステージベース３２がその円周方向に回転自在に把持されている。なお、ステージベース３２の外周部には、該ステージベ−ス３２を回転駆動するためのモータ３７に接続するための突起部３２Ｃが形成されている。前記ステージベース３２は、回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータ３７によって回転駆動され、架台本体３１の面内で偏光ビームＢ２との交点を中心に時計方向あるいは反時計方向の何れの方向にも回転できるように構成されている。
【００３７】
架台３に組み込まれた保持枠３３は、前記ステージベース３２上に設置された円盤上のベースプレート３３Ａとその上に配置された保持枠本体３３Ｂからなり、偏光ビームＢ２が液晶セルの面に入射するように液晶セルＬＣを安定保持するための枠体である。この保持枠本体３３Ｂはベースプレート３３Ａの上に図示略のレール部材により移動自在に装着され、回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータ３８によって駆動され、ステージベース３２の面内で一定の方向、図１のＹ軸方向に往復移動ができるようになっている。
なお、保持枠３３は、図２に示すように、揺動軸Ｘが液晶セルＬＣ基板間の中央を通るように配設されている。これによって液晶セルの測定点が、揺動により位置ずれしないようにされ、精度が低下するのを防止している。
【００３８】
検光子４は偏光板からなり、回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータ４１によって駆動され、検体透過光Ｂ３の光軸に垂直な面内で光軸を中心として何れの方向にも回転できるようになっている。
【００３９】
受光器５は、検光子４を透過した検査光Ｂ４の強度が測定できるように配置されている。また、受光器５は、検査光Ｂ４の強度に対して、可視光域（例えば３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの範囲）の波長依存性が計測できるように、例えば回折格子のついたＬＥＤ素子が用いられている。
【００４０】
なお、図示は略したが、モータ類２１、３５、３６、３７、３８、４１はそれぞれ独立に図示しない演算駆動装置に接続され、この演算駆動装置からの制御信号に基いて回転量を数値制御されるようになっている。また光源１は安定化電源に接続され、受光器５は、Ａ／Ｄ変換器を経由して前記の演算駆動装置に接続されている。
【００４１】
（実施形態２）
リタデーションΔｎｄの測定
本実施形態は、前記実施形態１の液晶セル測定装置を用い、一般的に多く用いられているツイステッドネマチック（ＴＮ）型又はスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）型と呼ばれるねじれ型の液晶セルの代表的な特性であるリタデーションΔｎｄ（複屈折位相差）を測定する方法について説明する。
【００４２】
図３は、検体となるＴＮ型液晶セルの電圧無負荷状態における構成を示す概念図である。図４は図３のＴＮ型液晶セルにおけるねじれ角Θを説明するための概念図である。図３において、液晶セルＬＣは、２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２がセルギャップｄを隔てて平行に配置され、その間に液晶層Ｌが形成されてなっている。２枚のガラス基板Ｇ１，Ｇ２の対抗面にはそれぞれ配向膜（図示せず）が形成され、各配向膜は、ラビングなどの方法でそれぞれ配向方向（以下「基板配向方向」という）Ｒ１，Ｒ２が規定されている。本実施形態に用いる検体液晶セルにおいて、ガラス基板Ｇ１上の基板配向方向Ｒ１とガラス基板Ｇ２上の基板配向方向Ｒ２とは互いにほぼ直交するように設定されている。
【００４３】
各ガラス基板Ｇ１，Ｇ２の内面近傍において液晶分子（液晶ダイレクタ）はそれぞれのガラス基板の基板配向方向Ｒ１，Ｒ２に沿って配向する。また、セルギャップｄの中間に位置する液晶分子は双方のガラス基板からの距離に応じて双方の基板配向方向からの相互作用を受けて中間の方位角をとることとなる。２枚のガラス基板の基板配向方向は互いにほぼ直交しているので、従って液晶層Ｌ内の液晶分子は厚さ方向にねじれた方位角をとって配向することになる。液晶セルＬＣのリタデーション（複屈折位相差）Δｎｄを計測する際に、いわゆる「回転検光子法」を用いる場合には、ガラス基板Ｇ１、Ｇ２の内面近傍における液晶分子の配向方向Ｄ１，Ｄ２は、それぞれガラス基板Ｇ１、Ｇ２の基板配向方向Ｒ１，Ｒ２にそれぞれ等しいとして近似計算される。
【００４４】
図３に示す液晶セルＬＣのリタデーションΔｎｄを前記「回転検光子法」により測定するに際しては、先ず偏光子２の偏光方位を、配向膜の設計上の配向方向Ｒ１に対し４５°ずらして保持するとともに、検光子４の偏光方位を、設計上の液晶ねじれ角（この場合は９０°）より＋４５°過分にねじれた方位に回転制御し、この時の透過光強度を計測する。この配置が「平行ニコル状態」、即ち最も光が透過しやすい状態となる。次に、検光子４の偏光軸を、液晶のねじれ角（９０°）より＋１３５°過分にねじれた方位に回転制御しこの時の透過光強度を計測する。この時の配置が「クロスニコル状態」、即ち光が最も透過しにくい状態となる。
こうして求めた２つの状態の光強度比から楕円率ｐを求めることができ、また、よく知られたジョーンズマトリクスの計算アルゴリズムを用いて液晶層のリタデーションΔｎｄが計算される。
【００４５】
前記のデータを、可視光域の複数の特定波長に関して求めれば、リタデーションΔｎｄの波長分散（波長依存性）が求められる。通常は、４００，４５０，５００，５５０，５８９，６００，６５０，７００，７５０ｎｍ等の波長における波長依存性が求められる。Ｂｌｕｅ：４５０ｎｍ、Ｇｒｅｅｎ；５５０ｎｍ、Ｒｅｄ；６５０ｎｍ等が通常設定される。また５８９ｎｍは液晶材料の屈折率異方性（Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ）の計測において、業界で液晶材料メーカーが標準的に用いる光：ナトリウムＤ線の単色光に相当している。）
【００４６】
こうして得られたリタデーションΔｎｄは、液晶セルのコントラスト、色調、視角依存性を決定する重要なパラメータである。また特にその波長依存性は、製品として色再現性の良いカラー表示を行うために、理想的なモノクローム表示にするための液晶セルの光学補償条件（液晶セルに貼合される上下の偏光板や補償用位相差板の軸、位相差値の大きさ・その角度依存性等）を決める上で最も重要な特性である。そして、液晶メーカーから提供される液晶組成物の屈折率異方性Δｎ値で前記リタデーションΔｎｄ値を割ることにより、セルギャップｄを求めることができる。本測定装置では、任意のねじれ角を有する液晶分子が封入された液晶セルに対しても、ねじれ角の設定を変えるだけで、計測が可能である。
例えば、２４０°ツイストのＳＴＮセルでは、上記の例で設定した９０°を、２４０°に変えるだけで、そのリタデーションΔｎｄが求められる。
【００４７】
（実施形態３）
プレチルト角θの測定
本実施形態では、基板表面に液晶分子が配向している状態でのバイアス角すなわちプレチルト角θの測定方法を説明する。本発明の測定法は、従来から知られているように、反平行（上下の基板表面を互いに逆方向かつ平行に）ラビングしたホモジニアスセルを用いて、単一波長光ビームの透過強度のビーム入射角依存性からプレチルト角θを求めるものである。プレチルト角θは液晶セルの特性、特に表示の視角特性やコントラストの度合いを評価する重要なパラメータである。
【００４８】
図４は本実施形態のプレチルト角測定方法に用いる測定装置（以下「本装置Ｂ」という）の概略、及び測定方法の一過程を示す概念図である。図５は本実施形態のプレチルト角測定方法の他の一過程を示す概念図である。以下の説明で、実施態様１と同一の部分については、説明を省略又は簡略にする。
【００４９】
（検体液晶セルの準備）
本実施形態で検体として用いる反平行ラビング液晶セルＬＣｐは、以下のように作成した。
液晶セルＬＣｐを構成する上下基板Ｇ１、Ｇ２を、それぞれの基板配向方向Ｒ１，Ｒ２が反平行（反対かつ平行）になるようにラビング方向と基板の方向とを確認しながら、配向面を内側にして合わせるとともに、２枚の基板を厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム製シール材を介して均一に加圧しながら接着する。この空セルに、ねじれ成分（カイラルネマティック、またはコレステリック液晶成分）未添加の液晶組成物を毛管現象により注入する。その後、アイソトロピック処理により検体となる液晶セルＬＣｐを作成する。なお、生産ラインでの製造工程条件の確認に利用する場合には、例えば配向処理された生産基板を抜き取り、基板をカットして基板配向方向が反平行になるように検体セルを作成することで、配向膜の状態やラビング条件の確認が行える。
【００５０】
（光源ビームの選択）
本装置Ｂは、本装置Ａの光源１の出射窓に５９０ｎｍ（半値幅約１０ｎｍ）の選択透過フィルタ６を装着した以外は実質的に本装置Ａと同一である。よって図４及び以下の説明で、本装置Ａと同一の部分は図示及び説明を省略又は簡略にする。
【００５１】
（液晶セルの設置と相対角度の調整）
液晶セルＬＣｐを本装置Ａの架台３に、液晶セルの厚みの中線が揺動軸Ｘと交わるように装着し、モータ３５を制御して液晶セルの測定面が偏光ビームＢ２と直交するように調整し、またモータ３６，３８を駆動して液晶セルの所望の測定部位を偏光ビームＢ２の光軸に合致させる。次にモータ２１を駆動して偏光子２の偏光方位Ｐを、揺動軸Ｘに対して平面視直交する方向（図１のＹ方向）に合わせ、かつモータ４１を駆動して検光子４の偏光方位Ｋを前記偏光子２の偏光方位Ｐに対して平面視４５°の角度をなすように回転制御し、以後、この偏光子２と検光子４のそれぞれの偏光方位Ｐ，Ｋの相対角度は常に４５°を保つように回転制御する。
【００５２】
（配向方向の調整）
光源１を点灯し、検査光ビームＢ４の強度を受光器５でモニタしながら、モータ３７を駆動し、架台のステージベース３２を偏光ビームＢ２に対し垂直面内で回転し、検査光ビームＢ４の透過強度が最大となる時の回転方位でステージベース３２を固定する。これにより液晶セルＬＣｐの基板配向方向Ｒ１は、Ｙ軸方向にセットされる。
【００５３】
（揺動角ψの測定）
次に、偏光子２、検光子４の偏光方位Ｐ，Ｋ及び液晶セルＬＣｐの基板配向方向Ｒ１を前記状態に固定したまま、モータ３５を駆動してステージベース３２のステージ面を搖動軸Ｘを軸に揺動させる。この時、ガラス基板Ｇ１の測定面に立てた垂線Ｚに対する偏光ビームＢ２の傾き角を揺動角ψとし、この揺動角ψと検査光ビームＢ４の強度との関係を計測し、図６に示すように、横軸に揺動角ψ、縦軸に検査光ビームＢ４の強度Ｔをとってグラフを描く。液晶セルＬＣｐを光軸に対し垂直に配した時を揺動角０°とし、これを液晶セルの幾何学配置の対称中心とする。次に検査光ビームＢ４強度の極値を与える揺動角ψのうち、最も０°に近い揺動角の値をψｘとする。
【００５４】
（プレチルト角θの計算）
得られた揺動角ψｘから、以下の演算式に従ってプレチルト角θを求めることができる。
2004348054.tif 000003
ここで、ａ＝（１／ｎ１）、ｂ＝（１／ｎ２）、
Ｃ２＝ａ２ＣＯＳ２θ＋Ｓｉｎ２θ
但し、ｄ；セルギャップ、λ＝波長、θ＝プレチルト角、（定義から０≦θ≦９０°）、ｎ１＝ｎ（平行）＝ｎｅ（液晶分子に平行な方向の屈折率）、ｎ２＝ｎ（垂直）＝ｎ０（液晶分子に垂直な方向の屈折率）を示す。
【００５５】
ここで、偏光子２と検光子４の偏光方位Ｐ、Ｋのなす角をπ／２、偏光子２の偏光方位Ｐと液晶セルの入射側の基板配向方向Ｒ１とのなす角度をπ／４に合わせると、透過率は以下の（３）式で表される。
Ｔ（ψ）＝（１／２）Ｓｉｎ２｛（１／２）δ（ψ）｝    …（３）式
この式の関係を示したものが図６である。Ｔとψの関係は、リタデーションδ（ψ）の極大値の付近では左右対称に近い形となる。従って逆に、図６のように液晶パネルの基板の幾何学的対称中心から最も近い極値すなわちリタデーションδ（ψ）が極大になる時のオフセット角度ψｘを求めることができる。この時に上の（１）〜（３）式において極値を持つこと、すなわち
ｄｆ（θ、ψ）／ｄψ｜ψ＝ψｘ＝０
が成り立つために、これによりプレチルト角θを求めることができる。
【００５６】
より詳細には、ψ＝ψｘの時、（ｄ／ｄψ）ｆ（θ，ψ）＝０なので、
2004348054.tif 000004
ここでψｘは実測される値であるので、（４）式のうち、アンダーラインを付した項はいずれも係数となるので、（４）式は以下の（５）式と表記できる。
ＡＳｉｎθＣＯＳθ−Ｂ＝０      …（５）式
故に、Ｓｉｎ２θ＝２Ｂ／Ａｎの関係から、
２θ（９０°以下）＝Ｓｉｎ−１（２Ｂ／Ａ）となり、
よって、θ＝（１／２）Ｓｉｎ−１（２Ｂ／Ａ）関係が導かれるので、プレチルト角θを求めることができる。
また、本装置Ｂでは、測定部位を変更可能な手段（モータ３４，３８）が設けられているので、液晶セル内のプレチルト角のばらつきを把握することもできる。
【００５７】
前記のように、本装置Ｂによれば、任意のねじれ型液晶セルのリタデーションΔｎｄを計測する装置において、架台３に揺動制御する手段を追加するだけで、同一の基本構成の装置で液晶のプレチルト角を測定することが可能となる。従って、複数の装置を用いて測定する場合に比べ装置コストが大幅に低減できるばかりか、測定装置の設置面積が縮小されることによって製造ライン内での重要な管理ポイントである特性値、例えばリタデーションΔｎｄ値（及びそれから計算されるセルギャップ）、プレチルト角がインラインで測定可能となる。
【００５８】
（実施形態４）
変位角ηの測定
本実施形態は、ねじれ型液晶セルにおける液晶の変位角ηを計測する方法を示す。一般に特にＴＮ型又はＳＴＮ型と呼ばれるねじれ型の液晶セルＬＣにあっては、図３に示すように、それぞれのガラス基板Ｇ１，Ｇ２に形成された基板配向方向Ｒ１，Ｒ２とそれぞれのガラス基板の内面近傍における液晶分子の平面視の配向方向ｈ１，ｈ２とにはずれがある。このずれ角が変位角η１，η２である。ところで一般に、いわゆる「回転検光子法」を用いてリタデーションΔｎｄ等を測定する場合には、ガラス基板Ｇ１、Ｇ２の内面近傍における液晶分子の平面視配向方向ｈ１，ｈ２は、それぞれガラス基板Ｇ１、Ｇ２の基板配向方向Ｒ１，Ｒ２とそれぞれ等しいとして近似計算されている。しかし液晶セル配向膜の配向方向と液晶分子の配向方向とのずれを確認することは液晶セルの設計上も製造工程管理上も重要である。
【００５９】
図７は本実施形態の測定方法に用いる測定装置（以下「本装置Ｃ」という）の概略、及び測定方法の一過程を示す斜視図である。本装置Ｃは、本装置Ａの架台３（図示せず）と検光子４との間に１／４λ位相差板７を挿入した以外は実質的に本装置Ａと同一である。従って以下の説明で、本装置Ａと同一の部分については図示及び説明を省略又は簡略にする。また本実施形態では検体液晶セルＬＣとして、ガラス基板Ｇ１，Ｇ２の基板配向方向Ｒ１，Ｒ２が９０°で交差するＴＮ型液晶セルを用いた。以下に測定方法の一実施例を示す。
【００６０】
図７において１／４λ位相差板７は、図示しない回転量を計測するためのエンコーダを付帯したモータによって駆動され、検体透過光Ｂ３の光軸に垂直な面内で光軸を中心として何れの方向にも回転できるようになっている。
【００６１】
先ず架台３に液晶セルＬＣをガラス基板Ｇ１の表面が偏光子２と対向するように装着し、かつモータ３５を制御して前記ガラス基板Ｇ１の表面が偏光ビームＢ２の光軸と直交するように調整する。次に偏光子２を液晶セルＬＣに対して相対的に回転し、偏光子２の偏光方位Ｐをガラス基板Ｇ１の基板配向方向Ｒ１と概略合致させ、液晶セルＬＣの回転を固定する。
次に、受光器５における検査光Ｂ５の強度を計測しながら、１／４λ位相差板７をガラス基板Ｇ２側の基板配向方向Ｒ２に対して４５°に固定した状態で、検光子４を固定された液晶セルＬＣに対して相対的に回転し、検査光Ｂ５の強度が最大となるように検光子４の偏光方位Ｋの回転角Ｑを調整する。
【００６２】
次に偏光子２を微小角度回転しながら、受光器５における検査光の強度が最大となるように検光子４の偏光方位Ｋ及び１／４λ位相差板７の回転角Ｑを調整する操作を複数回繰り返し、偏光子２の偏光方位Ｐを変化させたときの検査光強度Ｔの変化を記録する。
【００６３】
得られた複数の前記偏光子の偏光方位Ｐ及び対応する検査光強度Ｔのデータのうちで、検査光強度が最大Ｔｍａｘになる前記偏光子の偏光方位Ｐｍａｘを求めれば、この偏光方位Ｐｍａｘは、液晶セルの測定面側液晶分子の配向方向と一致するので、変位角ηは、偏光方位Ｐｍａｘとガラス基板Ｇ１の基板配向方向Ｒ１との角度差として求めることができる。
【００６４】
（実施形態５）
図８は本実施形態に用いる架台１０に液晶セルＬＣを装着した状態を示す断面図である。
本実施形態の測定装置（以下「本装置Ｄ」という）は、実質的に図１に示した本装置Ａと同様の構成を有するが、ただし架台３の代わりに図８に示す架台１０が用いられている。以下、架台３で用いられた要素は全て同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００６５】
図８において架台１０は、実質的に本装置Ａに用いたものと同様な架台３がケース１１の内部に収納されて構成されている。このケース１１は、容器部１１Ａと蓋部１１Ｂとからなり、蓋部１１Ｂを取り外すと内部の保持枠３３に液晶セルＬＣを着脱自在に装着できるようになっている。蓋部１１Ｂには、偏光ビームＢ２を内部の液晶セルＬＣに照射するための開口１２が形成されると共に、容器部１１Ａには、液晶セルＬＣから出射した検体透過光Ｂ３を導出するための開口１３が形成されている。また容器部１１Ａの側面側にはシャフト３４，３４が貫通して延びる挿通孔が形成されている。
【００６６】
ケース１１の蓋部１１Ｂには、温度調節用ガスをケース内部に導入するガス導入管１４とケース内部のガスを導出するガス導出管１５とが設けられ、ガス導出管１５から導出された温度調節用ガスは循環路１６を経由してポンプ１７によって加圧され、熱交換機１８によって所定の温度に調節され、ガス導入管１４からケース１１内に循環される。温度調節用ガスとしては乾燥空気又は窒素ガス等が好ましい。
【００６７】
本装置Ｄは、本装置Ａ〜本装置Ｃを用いた実施形態２〜実施形態４と同様に、必要に応じて光路に選択透過フィルタ６又は１／４λ位相差板７を挿入することにより、液晶セルＬＣのリタデーションΔｎｄ、セルギャップｄ、プレチルト角θ、ねじれ角Θ、楕円率ｐ、及び変位角η等を測定することができる。本装置Ｄによれば、測定時に液晶セルＬＣの温度を一定に保てるので、特定の温度における前記諸特性のデータがより正確に得られると共に、測定温度を変化させることによって前記諸特性の温度依存性データを得ることもできる。
【００６８】
（実施形態６）
図９は本実施形態に用いる架台６０に液晶セルＬＣを装着した状態を示す断面図である。
本実施形態の測定装置（以下「本装置Ｅ」という）は、実質的に図１に示した本装置Ａと同様の構成を有するが、ただし架台３の代わりに図９に示す架台６０が用いられている。この架台６０は実質的に実施形態５で用いた架台１０に給電要素が付加された構成になっている。従って以下、実施形態５で用いられた要素は全て同一番号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】
次に本実施形態で検体となる液晶セルＬＣについて説明する。この液晶セルＬＣは、ガラス基板Ｇ１の一辺部がセル本体より張り出してデッキを形成している。液晶セルＬＣの各ガラス基板Ｇ１，Ｇ２の内面には、図示しないがそれぞれ電極が形成されており、各電極からはリード配線がシール材を貫通して延び、デッキ上に配列されたそれぞれの端子ｔに接続している。
【００７０】
図９において架台６０は、実質的に図８に示した架台１０と同様の構成を有するが、ただしケース１１内に、装着された液晶セルＬＣの各端子ｔと接続する端子列を有するソケット６１が設けられ、このソケット６１は、ケース１１を貫通して外部に延びるバス線６２によって外部に設けられた矩形波給電装置に接続されている。
【００７１】
本装置Ｅは、測定時に液晶セルＬＣ内の所望の電極に所望の矩形波電圧を印加することができるので、電圧負荷によって立ち上がった液晶分子の平均チルト角やリタデーション等の特性の電界依存性を試験することができる。架台６０は調温手段を有しているので、電界依存性と共に温度依存性も併せて試験することができる。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の液晶セル測定装置は、液晶セルが偏光ビームの光軸を中心として回転可能でありかつ光軸に直交する軸を揺動軸として揺動できるので、単一の装置でありながらリタデーション、セルギャップ、ねじれ角、変位角等と共にプレチルト角まで含めた総合的な波長依存性のデータを１台の測定装置で得られるという効果がある。
本発明の液晶セル測定方法は、前記本発明の液晶セル測定装置を用いるので、液晶分子のプレチルト角の測定を専用の装置を用いることなく、他の項目の測定と複合的にしかも容易かつ精密に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の測定装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示す架台に液晶セルを装着した状態を示す断面図、図２（Ｂ）は該架台の要部斜視図である。
【図３】検体となるＴＮ型液晶セルの電圧無負荷状態における構成を示す概念図である。
【図４】実施形態３の測定装置の概略、及び測定方法の一過程を模式的に示す斜視図である。
【図５】実施形態３における測定方法の一過程を模式的に示す断面図である。
【図６】図４に示す液晶セルにおける揺動角と検査光強度とリタデーションとの関係を示す図である。
【図７】実施形態４の測定装置の概略、及び測定方法の一過程を模式的に示す斜視図である。
【図８】実施形態５に用いられる架台１０に液晶セルＬＣを装着した状態を示す断面図である。
【図９】実施形態６に用いられる架台６０に液晶セルＬＣを装着した状態を示す断面図である。
【図１０】従来の測定装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１…光源、２…偏光子、３…架台、４…検光子、５…受光器、３１…架台本体、３２…回転台、３３…保持枠、Ｘ…揺動軸、Ｂ１…光ビーム、Ｂ２…偏光ビーム、Ｂ３…検体透過光、Ｂ４…検査光。
【図１】
2004348054.tif 000005
【図２】
2004348054.tif 000006
【図３】
2004348054.tif 000007
【図４】
2004348054.tif 000008
【図５】
2004348054.tif 000009
【図６】
2004348054.tif 000010
【図７】
2004348054.tif 000011
【図８】
2004348054.tif 000012
【図９】
2004348054.tif 000013
【図１０】
2004348054.tif 000014