(57)【要約】【課題】リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できること。【解決手段】光源１と、第一偏光板２と、測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル３と、光学異方体板４と、第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７を直線上に配置する。光学異方体板４のリターデーションを、ＴＦＤ液晶表示パネル３のリターデーションに加算することで、透過率の最低ピークを分光測定器６の実用範囲にシフトする。これにより、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップ厚の測定を適切に行うことができる。【選択図】　　　　　　図１
2004101429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、
第一偏光子との間にリターデーションΔｎ１・ｄ１（ｄ１は求めるギャップ厚）の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔｎ２・ｄ２が既知である光学異方体と、
前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、
第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器と、
を光路上に配置し、
前記測定された光強度に基づいてリターデーションΔｎ・ｄを求め、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ２・ｄ２と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ１から測定対象物のギャップ厚ｄ１を求める演算手段を有することを特徴とするギャップ厚測定装置。
【請求項２】
前記光学異方体は、リターデーションが既知の複数の光学異方体からなることを特徴とする請求項１に記載のギャップ厚測定装置。
【請求項３】
光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔｎ２・ｄ２が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、
前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ１・ｄ１（ｄ１は求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、
第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、この測定された光強度に基づいてリターデーションΔｎ・ｄを求め、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ２・ｄ２と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ１から測定対象物のギャップ厚ｄ１を求める
ことを特徴とするギャップ厚測定方法。
【請求項４】
前記光学異方体を、リターデーションが既知の複数の光学異方体で構成し、いずれか又は全部の光学異方体を光路上に入れることで、測定対象物および光学異方体全てのリターデーションを調整することを特徴とするギャップ厚測定方法。
【請求項５】
一対の基板間に液晶層を有する液晶装置において、請求項３又は４に記載のギャップ厚測定方法を用いて液晶層の厚さを測定する工程を備えることを特徴とする液晶装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法および液晶装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルのムラの原因として、セルギャップの不均一を挙げることができ、従来から液晶表示パネルのギャップ測定を容易に行える装置が要望されている。このようなギャップ厚測定装置としては、次のような技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。図５は、従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図である。このギャップ厚測定装置５００は、光源１と、第一偏光板２と、測定対象の液晶表示パネル５０１を挟んで配置した第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、パーソナルコンピュータ９に送られる。
【０００３】
第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。第一偏光板２を通過した直線偏光光は、更に液晶表示パネル５０１を通過することで、楕円偏光になり、第二偏光板５に入射する。第二偏光板５は、楕円偏光光の当該偏光角成分のみを透過させる。ここで、液晶表示パネル５０１の光の透過は、図６に示すように、時間軸Ｔに対してｘｙ方向（偏光角が第一偏向板２と第二偏向板５で直交しこれをｘｙ軸とした場合）の成分の一方がθだけ遅れ、これが直線偏向を楕円偏向に変換させる。
【０００４】
ここで、光源の光線の波長をλ、液晶表示パネルの厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとすると、これらの関係は、次式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（１）
で表される。Δｎ＝ｎｏ−ｎｅである。Δｎ・ｄは常光線と異常光線との複屈折位相差（リターデーションＲ）である。
【０００５】
前記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎは液晶表示パネル５０１により既知である。液晶表示パネル５０１のギャップｄが求める値であり、上式（１）において、所定範囲の波長の光を照射する光源により、透過率がピークを示す波長λｐ、即ちθが２π遅れることで液晶表示パネル５０１を通過した光が第二偏光板５の偏光方向と直交する偏光光となる波長λｐが、λ＝Δｎ・ｄとなる場合である。
【０００６】
このため、第二偏光板５を通過した偏光光を分光測定器６で測定した場合に、透過率が最低ピークを示す波長λｐをΔｎ・ｄとみればよい。ここで、λｐは分光測定器６の最低ピーク値により特定でき、Δｎが既知であるから、液晶表示パネル５０１のギャップｄを導くことができる。例えば、分光測定器６による測定結果が図７に示すようなものであり、波長λｐ＝５５０ｎｍのとき、Δｎ・ｄ＝５５０であり、このため、液晶表示パネル５０１のギャップｄは５５０／Δｎとなる。
【０００７】
図８は、上式（１）による波長λとリターデーションΔｎ・ｄの関係例を示す表図である。例えば、波長λを０．３，０．６，０．９とし、リターデーションΔｎ・ｄを０．３，０．６，０．９とした場合を考える。まず波長λが０．３のとき、リターデーションΔｎ・ｄが０．３であれば、上記同様にλ＝Δｎ・ｄとなるので、θ＝２πとなりピークが出る。また、波長λが０．６のとき、リターデーションΔｎ・ｄが０．３であっても４π遅れることになるので、ピークが得られる。同様に、波長λが０．９であっても同様である。
【０００８】
次に、波長λが０．６のとき、リダデーションΔｎ・ｄが０．３のときはπしか遅れないのでピークが出ない。同じく、リダデーションΔｎ・ｄが０．９のときは３π遅れるのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔｎ・ｄが０．６のときは、λ＝Δｎ・ｄとなるので、２π遅れてピークが出る。更に、波長λが０．９のとき、リダデーションΔｎ・ｄが０．３のときは２／３π、０．６のときは４／３πしか遅れないのでピークが出ない。しかし、リダデーションΔｎ・ｄが０．９のときは、λ＝Δｎ・ｄとなるので、２π遅れてピークが出る。以上から、リターデーションΔｎ・ｄによっては、ピークのλｐは複数現れることもあり、そのような場合は設計値に近い波長λを採用し、リターデーションΔｎ・ｄを決定する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平４−３０７３１２号公報
【特許文献２】
特開平４−８０６４１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のギャップ厚測定装置５００は、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）を含めた透過型ＬＣＤ（＝ＴＮモード）はリターデーションが大きいため、これらの測定に適しているが、最近の反射型や半透過型のＬＣＤ（＝内面反射モード）はリターデーションが小さい設計になっているため、これらの液晶表示パネル等のギャップ測定には適していないという問題点があった。即ち、図４に示したように、通常の分光測定器６は測定できる波長λの実用的な範囲が３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであり、リターデーションの大きい液晶表示パネル５０１の場合のピークは当該範囲に現れるのに対し、リターデーションの小さい液晶表示パネルのピークは当該範囲を外れて１９０ｎｍ〜３２０ｎｍの範囲で現れることが判っている。このため、リターデーションの小さい液晶表示パネルのギャップは通常の分光測定器６によっては測定することができない。一方、係る範囲の測定器は非常に高価である。
【００１１】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リターデーションの非常に小さい電気光学パネルのギャップを適切に測定できるギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるギャップ厚測定装置は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、第一偏光子との間にリターデーションΔｎ１・ｄ１（ｄ１は求めるギャップ厚）の測定対象物が位置し、そのリターデーションΔｎ２・ｄ２が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記測定された光強度に基づいてリターデーションΔｎ・ｄを求め、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ２・ｄ２と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ１から測定対象物のギャップ厚ｄ１を求める演算手段を有することを特徴とする。
【００１３】
つぎの発明によるギャップ厚測定装置は、上記構成において、前記光学異方体は、リターデーションが既知の複数の光学異方体からなることを特徴とする。
【００１４】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、光源と、光源から出射された光の直線偏光成分を透過させる第一偏光子と、リターデーションΔｎ２・ｄ２が既知である光学異方体と、前記第一偏光子と直交する方向の直線偏光成分を透過させる第二偏光子と、第二偏光子を透過した透過光の強度を測定する測定器とを光路上に配置し、前記第一偏光子と第二偏光子との間に、リターデーションΔｎ１・ｄ１（ｄ１は求めるギャップ厚）の測定対象物を入れて、第二偏光子を透過してきた光を測定器で測定し、この測定された光強度に基づいてリターデーションΔｎ・ｄを求め、このリターデーションΔｎ・ｄと、光学異方体のリターデーションΔｎ２・ｄ２と、既知である測定対象物の複屈折位相差Δｎ１から測定対象物のギャップ厚ｄ１を求めることを特徴とする。
【００１５】
つぎの発明によるギャップ厚測定方法は、上記構成において、前記光学異方体を、リターデーションが既知の複数の光学異方体で構成し、いずれか又は全部の光学異方体を光路上に入れることで、測定対象物および光学異方体全てのリターデーションを調整することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要素には、所謂当業者により置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一なものが含まれる。
【００１７】
図１は、この発明の実施の形態１に係るギャップ測定装置の構成図である。このギャップ厚測定装置１００は、光源１と、第一偏光板２と、測定対象のリターデーションの小さいＴＦＤ液晶表示パネル３を挟んで配置した光学異方体板４と、第二偏光板５と、分光測定器６の光検出器７とを直線上に配置し、光検出器７に測定器８が接続される。測定器８の測定結果は、パーソナルコンピュータ９に送られる。第一偏光板２はその偏光角が４５度であり、第二偏光板５の偏光角は、第一偏光板２の偏光角に対して９０度で直交したものとなる。
【００１８】
光学異方体板４は、リターデーションΔｎ・ｄが既知である、測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル等のリターデーションの非常に小さいものと同じものを用いるようにしても良いし、専用の光学異方体板４を用いても良い。測定対象であるＴＦＤ液晶表示パネル３のリターデーションΔｎ１・ｄ１と、光学異方体板４のリターデーションΔｎ２・ｄ２とは加算することで、第一偏光板２と第二偏光板５との間に存在する一つの光学異方体として考えることができる。
【００１９】
即ち、第一偏光板２と第二偏光板５との間のリターデーションΔｎ・ｄは、
Δｎ・ｄ＝Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２・・・（２）
により表される。なお、以下はＴＦＤ液晶表示パネル３が０度ツイストの場合の説明である。
【００２０】
また、上記したように、光源１の光線の波長をλ、液晶表示パネル３の厚さをｄ、正常屈折率をｎｏ、異常屈折率をｎｅとする。これらの関係は、上式
θ＝２π・Δｎ・ｄ／λ・・・（１）
で表される。従って、式（１）および式（２）から
θ＝２π・（Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２）／λ・・・（３）
と表せる。
【００２１】
上記波長λは光源１により一定範囲となり、Δｎ１は液晶表示パネル３により既知である。また、光学異方体板４のΔｎ２・ｄ２も既知である。液晶表示パネル３のギャップｄ１が求める値である。上式（３）において、所定範囲の波長の光を照射する光源１により、透過率がピークを示す波長λｐ、即ちθが２π遅れることで液晶表示パネル３を通過した光が第二偏光板５の偏光方向と直交する偏光光となる波長λｐが、λ＝Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２となる場合である。
【００２２】
このため、第二偏光板５を通過した偏光光を分光測定器６で測定した場合に、透過率が最低ピークを示す波長λｐをΔｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２とみればよい。ここで、λｐは分光測定器６の最低ピーク値により特定でき、Δｎ１，Δｎ２・ｄ２が既知であるから、液晶表示パネル３のギャップｄ１を導くことができる。この光学異方体板４の機能を、図２のグラフ図に示す例を用いて説明する。ＴＦＤ液晶表示パネル１００に係るリターデーションΔｎ１・ｄ１によるピーク波長λｐｏｕｔ（３２０ｎｍ）は分光測定器６の実用範囲外に在り、ギャップの測定ができないから、このＴＦＤ液晶表示パネル３のリターデーションΔｎ１・ｄ１に光学異方体板４のリターデーションΔｎ２・ｄ２を加えることで、全体のリターデーションΔｎ・ｄをΔｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２とし、ピーク波長λｐｉｎ（６４０ｎｍ）を分光測定器６の実用範囲に入れる。
【００２３】
このようにすれば、分光測定器６の実用範囲にてＴＦＤ液晶表示パネル３のセルギャップを測定できる。例えばΔｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２＝λｐｉｎ（６４０ｎｍ）となり、求めるギャップｄ１は、
ｄ１＝（λｐｉｎ−Δｎ２・ｄ２）／Δｎ１・・・（４）
となる。なお、ＴＦＤ液晶表示パネルおよび光学異方体板を合せた全体のリターデーションは、Δｎ・ｄ＝Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２＝λｐｉｎである。この式（４）に測定値、既知を入れることで、実際のＴＦＤ液晶表示パネル３のギャップが求められる。
【００２４】
以上、このギャップ厚測定装置１００では、リターデーションが非常に小さい電気光学パネル（例えばＴＦＤやＴＦＴの反射型ＬＣＤや半透過型ＬＣＤなど）であっても、リターデーションが既知である光学異方体板４を入れることで、分光測定器６の実用範囲までピーク波長をシフトできるので、係る電気光学パネル３であってもセルギャップを適切に測定できる。
【００２５】
なお、上記例では、光学異方体板４を一枚入れることで分光測定器６の実用範囲までピーク波長をシフトするようにしているが、この光学異方体板４は１枚である必要はない。即ち、既知の光学異方体板を複数重ね合わせて一枚の光学異方体板４に相当させることができる。例えば２枚の光学異方体板４，４を重ね合せる場合、第一偏光板２と第二偏光板５との間のリターデーションは、
Δｎ・ｄ＝Δｎ１・ｄ１＋Δｎ２・ｄ２＋Δｎ３・ｄ３・・・（５）
と表され、単純な加算で処理できる。３枚以上の光学異方体板４，４，４…を重ねた場合も同様である。この場合、複数の光学異方体４，４・・・のいずれかを選択的に光路上に入れて、全体のリターデーションΔｎ・ｄ（＝λｐｉｎ）を調整し、分光測定器６の波長実用範囲に入れるようにすることもできる。即ち、一つの光学異方体４のみでは、ＴＦＤ液晶表示パネルによっては分光測定器６の波長実用範囲にピーク波長λｐｉｎを表せない場合に、更に光学異方体４を追加してピーク波長λｐｉｎが分光測定器６の波長実用範囲に出るように調整する。これにより、比較的大きく異なるリターデーションのＴＦＤ液晶表示パネルであっても、それ専用の光学異方体４を用意しなくてもよくなり、装置を簡略化できる。
【００２６】
次に、ＴＦＤ液晶表示パネル３にはツイスト角が０度〜９０度の範囲のものがあり、その場合、第一偏光板２と第二偏光板５との間のリターデーションは、液晶表示パネル３及び各光学異方体板４の単純加算では求められない。そのときの各要素の関係は、
θ＝２π・（Δｎ１・ｄ１，Δｎ２・ｄ２）／λ・・・（６）
となる。特に、Δｎ１が、光が多くの液晶分子を通過することになるので、単純加算することができず、Δｎ１・ｄ１およびΔｎ２・ｄ２のトータルで考えざるをえない。その場合のギャップｄ１は、Δｎ１をシミュレーションにより決定した後に、求めるようにする。
【００２７】
このギャップ厚測定装置１００による測定に好適なものとしては、上記ＴＦＤ液晶表示パネル３の他、リターデーションの大きいＳＴＮ液晶表示パネルやリタデーションフィルム等を挙げることができる。
【００２８】
【実施例】
図３は、０°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図である。上記ギャップ測定装置により０°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップ厚が測定できることを確認した。
【００２９】
［測定条件］
液晶表示パネル
Δｎ１：０．１００
セル厚（ｄ）：５．０
Δｎ１・ｄ１：０．５００
ツイスト角：０°
光学異方体板
Ｒ（Δｎ２・ｄ２）：０．１００
第一偏光板
θ＝１３５°
第二偏光板
θ＝４５°
【００３０】
光強度を測定した結果、光学異方体板のない状態では５１０ｎｍ付近でピークが現れたが、光学異方体板を入れることにより６００ｎｍでピークλｐが現れた。
上記の測定条件を式（４）に代入すると、
ｄ１＝（λｐｉｎ−Δｎ２・ｄ２）／Δｎ１・・・（４）
５．０＝（０．６００−０．１００）／０．１００
となり、式（４）の関係式を満たすことがわかった。なお、光学異方体板のない場合のピーク値が５００ｎｍでないこと、及び光学異方体板を追加しても単純に１００ｎｍ変化しないのは、それぞれの光学異方体のもつ屈折率の波長分散特性のためである。
【００３１】
図４は、４０°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図である。上記ギャップ測定装置により４０°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップ厚が測定できることを確認した。
【００３２】
［測定条件］
液晶表示パネル
Δｎ１：０．０６５
セル厚（ｄ）：５．０
Δｎ１・ｄ１：０．３２５
ツイスト角：−４０°
光学異方体板
Ｒ（Δｎ２・ｄ２）：０．６１５
θ＝０°
第一偏光板
θ＝３５°
第二偏光板
θ＝７５°
【００３３】
この実験の結果より、光学異方体板を入れることで、光強度が平坦な特性から、５５０ｎｍにピークを有する特性に変化した。このため、式（６）に上記条件を代入することで、同様にセル厚を求めることができるようになる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のギャップ厚測定装置およびギャップ厚測定方法では、リターデーションが非常に小さい測定対象物であっても、リターデーションが既知である光学異方体板を入れることで、光測定器の実用範囲までピーク波長をシフトできるので、セルギャップを適切に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係るギャップ測定装置の構成図。
【図２】波長シフトの説明のためのグラフ図。
【図３】０°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図。
【図４】４０°ツイストの液晶表示パネルのセルギャップを測定した結果を示すグラフ図。
【図５】従来の液晶表示パネルのギャップ厚測定装置の一例を示す構成図。
【図６】θの遅れを示す説明図。
【図７】透過率と波長の関係を示すグラフ図。
【図８】波長λとリターデーションΔｎ・ｄの関係例を示す図表。
【符号の説明】
１００　ギャップ厚測定装置
１　光源
２　第一偏光板
３　液晶表示パネル
４　光学異方体板
５　第二偏光板
６　分光測定装置
Δｎ・ｄ　リターデーション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004101429.tif 000009
【図８】
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