(57)【要約】【課題】垂直配向系の液晶パネルのギャップを色相方式によって高精度に検出する。【解決手段】  光源２１と、前記光源からの光を偏光する第１の偏光板２２と、前記第１の偏光板からの偏光が入射される垂直配向系の液晶パネルの出射光路上に配置される第２の偏光板２５と、前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間の前記液晶パネルの出射光路上に配置される少なくとも１つの位相差板２３，２４と、前記第２の偏光板を透過した光を検出する光検出部２６と、前記検出部が検出した光の色相によって前記液晶パネルのギャップを検出するギャップ検出部２７とを具備したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を偏光する第１の偏光板と、
前記第１の偏光板からの偏光が入射される垂直配向系の液晶パネルの出射光路上に配置される第２の偏光板と、
前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間の前記液晶パネルの出射光路上に配置される少なくとも１つの位相差板と、
前記第２の偏光板を透過した光を検出する光検出部と、
前記検出部が検出した光の色相によって前記液晶パネルのギャップを検出するギャップ検出部と
を具備したことを特徴とする電気光学装置の検査装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの位相差板は、
λ／２位相差板及びλ／４位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の電気光学装置の検査装置。
【請求項３】
垂直配向系の液晶パネルの全画素にオン電圧を印加する手順と、
前記液晶パネルに第１の偏光板を介して光を入射する手順と、
前記液晶パネルからの出射光を少なくとも１つの位相差板及び第２の偏光板を介して取り込む手順と、
前記第２の偏光板からの光の色相を求めて、前記液晶パネルのギャップを検出する手順と
を具備したことを特徴とする電気光学装置の検査方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの位相差板は、
λ／２位相差板及びλ／４位相差板であることを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置の検査方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの位相差板は、
前記液晶パネルのリタデーションを強める角度に設置することを特徴とする請求項３に記載の電気光学装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学装置のギャップ検査に好適な電気光学装置の検査装置及び検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、従来の液晶装置の製造工程においては、２枚の透明基板の表面上にそれぞれ透明電極を形成し、その上に配向膜を形成して所定のラビング処理を施し、シール材を介して２枚の透明基板を貼り合わせ、その間に液晶を注入してシール材で封止することにより液晶パネルを形成する。また、例えばＴＮ型やＳＴＮ型の液晶パネルにおいては、２枚の透明基板の表面上にそれぞれ偏光子及び検光子となる偏光板を配置する。
【０００３】
上記の製造工程においては、形成された液晶パネルのギャップ（セル厚）（２枚の基板間の間隙、或いは、この間隙に注入された液晶層の厚さ）を測定することによって製造工程の条件設定を適宜修正する場合がある。液晶パネルのギャップのばらつきは液晶装置の表示性能に直接に影響するため、きわめて厳重に管理されなければならないが、製造工程中のギャップ材散布密度等の管理困難なパラメータによって微妙に狂いが出る場合があるからである。
【０００４】
そこで、液晶パネルのギャップを測定する測定装置が採用される。この種の測定装置として色相方式を採用したものがある。色相方式の測定装置においては、液晶パネルの表裏両側に偏光子となる偏光板と検光子となる偏光板とを夫々配置する。一方の偏光板の手前には光源が配置され、他方の偏光板の先には色度計が配置される。
【０００５】
このような測定装置においては、２枚の偏光板の偏光透過軸が、液晶パネルの配向膜のラビング方向を基準とする所定方位に向くように設定する。この状態で、光源から発せられた光は一方の偏光板を通過して直線偏光となり、液晶パネルを透過した後に更に他方の偏光板を通過してから色度計にて色相が検出される。
【０００６】
このとき、液晶パネルに入射した直線偏光は液晶によって変調される。液晶の直線偏光に対する変調度合（直線偏光の透過率）は、液晶の屈折率異方性をΔｎ（＝ｎｅ−ｎｏ）とし、液晶層の厚さｄとすると、Δｎ・ｄで表されるリタデーションの値に応じて変化する。また、直線偏光の液晶層の透過率は波長依存性を有し、各波長成分毎に透過率とリタデーションとの関係が変化する。つまり、所定のリタデーションの値に対して、各波長成分毎の透過率に基づく色相が現れ、他の所定のリタデーションに対して、別の色相が現れる。リタデーションは、液晶層の厚さｄに比例しており、液晶パネルのギャップの変化に応じて色相が変化し、色相の変化による模様が観察される。色度計は、このような色相を検出する。これにより、液晶層の厚さ、すなわち液晶パネルのギャップを検出する。
【０００７】
例えば、上記のような光学特性を利用して、あらかじめ基準のギャップに対する基準の色相を求めておき、色度計によって検出された色相が基準の色相からずれている程度によってセル厚の基準値からのずれの度合を判定することができる。また、色相の変化模様によってギャップむらを判定することもできる。
【特許文献１】特開２００６−１７１０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したセル厚測定方法においては、水平配向系の液晶パネルのギャップ検査にのみ適用可能である。負の誘電率異方性を用いた垂直配向系の液晶パネルにおいては、波長毎のリタデーションの差は小さい。このため、ギャップの厚みの差を色相として観察することは極めて困難である。
【０００９】
本発明は、垂直配向系の液晶装置についても色相方式によってギャップ検査を可能にすることができる電気光学装置の検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電気光学装置の検査装置は、光源と、前記光源からの光を偏光する第１の偏光板と、前記第１の偏光板からの偏光が入射される垂直配向系の液晶パネルの出射光路上に配置される第２の偏光板と、前記液晶パネルと前記第２の偏光板との間の前記液晶パネルの出射光路上に配置される少なくとも１つの位相差板と、前記第２の偏光板を透過した光を検出する光検出部と、前記検出部が検出した光の色相によって前記液晶パネルのギャップを検出するギャップ検出部とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、第２の偏光板を透過した光は、ギャップに応じた色相を有する。少なくとも１つの位相差板によって、液晶パネルのリタデーションを強めることができ、液晶パネルのギャップの変化に対する第２の偏光板の透過光の色相変化を大きくすることができる。これにより、ギャップ検出部は、光検出部の検出結果から液晶パネルのギャップを高精度に求めることができる。
【００１２】
また、前記少なくとも１つの位相差板は、λ／２位相差板及びλ／４位相差板であることを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、液晶パネルのリタデーションを十分に強めることができ、液晶パネルのギャップを高精度に求めることができる。
【００１４】
本発明に係る電気光学装置の検査方法は、垂直配向系の液晶パネルの全画素にオン電圧を印加する手順と、前記液晶パネルに第１の偏光板を介して光を入射する手順と、前記液晶パネルからの出射光を少なくとも１つの位相差板及び第２の偏光板を介して取り込む手順と、前記第２の偏光板からの光の色相を求めて、前記液晶パネルのギャップを検出する手順とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、液晶パネルの全画素にオン電圧を印加し、第１の偏光板を介して液晶パネルに光を入射する。液晶パネルの透過光は、リタデーションの影響により、波長毎に透過率が変化し、リタデーションに応じた色相となる。少なくとも１つの位相差板は、液晶パネルのリタデーションを強める。液晶パネルのギャップの変化に対する第２の偏光板からの光の色相変化は十分大きくなり、色相変化に基づいてギャップを高精度に求めることができる。
【００１６】
また、前記少なくとも１つの位相差板は、λ／２位相差板及びλ／４位相差板であることを特徴とする。
【００１７】
このような構成によれば、液晶パネルのリタデーションを十分に強めることができ、液晶パネルのギャップを高精度に求めることができる。
【００１８】
また、前記少なくとも１つの位相差板は、前記液晶パネルのリタデーションを強める角度に設置することを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、液晶パネルのリタデーションを十分に強めることができ、液晶パネルのギャップを高精度に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施の形態に係る電気光学装置の検査装置の概略構成図である。
【００２２】
液晶パネル１０は、一対の透明基板１１，１２が液晶層１５を介在させて対向配置されて構成される。透明基板１１，１２は、液晶を封入した状態で、シール材１４によって接着されている。透明基板１１の表面上には画素電極１１ａ及び配向膜１１ｂが形成され、一方、透明基板１２の表面上には共通電極１２ａ及び配向膜１２ｂが形成されている。
【００２３】
液晶パネル１０の表裏両側には、偏光子である偏光板２２及び検光子である偏光板２５が配置され、偏光板２２の外側に光源２１が配置される。また、偏光板２５の外側には入射光検出部２６が配置される。なお、偏光板２２，２５は偏光軸が相互に直交している。液晶パネル１０は垂直配向系のパネルであり、液晶層１５には、負の誘電率異方性を有する液晶材料が用いられている。
【００２４】
本実施の形態においては、透明基板１２と偏光板２５との間には、位相差板２３，２４が設けられている。位相差板２３，２４は、例えば一方がλ／２位相差板であり、他方がλ／４位相差板である。λ／２位相差板とλ／４位相差板とを上下入れ換えてもよい。本実施の形態においては、後述するように、位相差板２３，２４は、入射光のリタデーションを大きくするように、偏光板２２の偏光軸に対する遅相軸の向きを規定するようになっている。
【００２５】
光源２１からの照明光は、偏光板２２、液晶パネル１０、位相差板２３，２４及び偏光板２５を通過して、入射光検出部２６に入射されるようになっている。入射光検出部２６は、例えば、ＣＣＤカメラ等によって構成されている。
【００２６】
本実施の形態においては、ギャップ検査時においては、液晶パネル１０の全画素をオン電圧で駆動し、入射光検出部２６に図１の一点鎖線にて示す入射光を検出させるようになっている。入射光検出部２６は、入射した液晶パネル１０の通過光を検出し、検出結果を出力する。例えば、入射光検出部２６は、入射光に基づくカラー画像を取得し、画像信号を出力する。
【００２７】
入射光検出部２６の出力は制御部２７に与えられる。制御部２７は、例えば、ＣＰＵ（中央演算ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク等の情報記憶手段（メモリ）及び入出力回路等を備えたマイクロプロセッサユニットによって構成されている。制御部２７は、入力された画像信号に対する演算処理によって、液晶パネル１０のギャップ（セル厚）を検出する。例えば制御部２７は、入力された画像信号を色相を表すＨＵＥ値に変換し、このＨＵＥ値に基づいて、液晶パネル１０のギャップ及びそのギャップの厚みの分布を検出する。
【００２８】
制御部２７は、ギャップの検出結果を表示部２８に与えて表示させる。例えば、制御部２７は、求めたＨＵＥ値に基づく色相をそのまま表示させてもよく、ＨＵＥ値そのものを表示させてもよい。更に、制御部２７は、入射光検出部２６の出力をそのまま表示部２８に与えて表示させるようにしてもよい。
【００２９】
なお、本実施の形態は、液晶パネル１０と偏光板２５との間に、λ／２又はλ／４位相差板である位相差板２３，２４の２枚の位相差板を配置する例を示したが、必ずしも２枚の位相差板を配置する必要はなく、１枚の位相差板のみ又は３枚以上の位相差板を配置してもよい。
【００３０】
このように構成された実施の形態においては、検査時において、液晶パネル１０の全画素にオン電圧を印加する。光源２１からの光は偏光板２２によって所定の偏光軸の直線偏光に変換されて、液晶パネル１０に入射する。液晶層１５に入射した直線偏光は、Ｎｅ方向成分とＮｏ方向成分との合成によって記述される。Ｎｅ方向成分及びＮｏ方向成分と位相差δとの関係は、リタデーション（ｄ・Δｎ）を用いて、下記（１）式によって与えられる。
【００３１】
δ＝２πｄ・Δｎ／λ      …（１）
この（１）式から、位相差δがπの場合には、入射光は偏光面が９０度回転することが分かる。偏光板２２，２５の直交軸が直交しているので、δ＝πの場合に透過率が最大となり、リタデーション（ｄ・Δｎ）は、λ／２である。そして、直線偏光の各波長成分毎に、透過率とリタデーションとの関係は変化する。なお、δ＝π以外の場合には、入射光は、直線偏光、楕円偏光を繰り返す。
【００３２】
液晶パネル１０からの透過光は、位相差板２３，２４及び偏光板２５を介して入射光検出部２６に入射される。入射光検出部２６は入射光を検出して、検出結果を制御部２７に出力する。入射光検出部２６に入射される光は、液晶パネル１０を通過した各波長成分毎の透過率に基づく色相を有し、この色相はリタデーションの値、即ち、液晶層１５の厚さｄに応じたものとなる。制御部２７は、入射光検出部２６の検出結果に基づいて、液晶パネル１０のギャップを求める。制御部２７は求めたギャップを表示部２８に与えて表示させる。
【００３３】
この場合において、垂直配向系の液晶パネル１０は、リタデーションの値が小さく、液晶パネル１０の出射光からだけでは、ギャップの変化に応じた色相値を高精度に得ることは困難である。
【００３４】
そこで、本実施の形態においては、位相差板２３，２４を配置して、リタデーションを等価的に増加させることで、ギャップの変化に応じた色相値を高精度に得ることを可能にしている。
【００３５】
次に、液晶パネル１０と偏光板２５との間に配置する位相差板について説明する。
【００３６】
図２は横軸に波長をとり縦軸に透過光強度をとって、各波長成分のリタデーション毎の透過率を示すグラフである。図２は、図１の装置において、位相差板２３，２４に代えて適宜の位相差板を挿入した場合における透過率を示している。図２の波形Ｔ１〜Ｔ３は、液晶パネル１０として夫々ギャップ厚が異なる３つの液晶パネルであって、夫々リタデーションが２９３、３２２、３５１である場合の特性を示している。図２の波形Ｔ１−１４５〜Ｔ３−１４５は、波形Ｔ１〜Ｔ３にて示す液晶パネルについて、偏光板２２の偏光軸に対して１４５°の角度で位相差板挿入した場合の特性を夫々示しており、夫々リタデーションは４３８、４６７、４９６である。波形Ｔ１−２９０〜Ｔ３−２９０は、波形Ｔ１〜Ｔ３にて示す液晶パネルについて、偏光板２２の偏光軸に対して２９０°の角度で位相差板挿入した場合の特性を夫々示しており、夫々リタデーションは５８３，６１２，６４１である。
【００３７】
このように、位相差板の挿入によって異なる値のリタデーションを得ることができる。図２では、位相差板の挿入によってリタデーションを変化させることで、透過光のスペクトルが変化することが分かる。
【００３８】
図３は横軸にリタデーションをとり縦軸に色相値をとって、リタデーションと色相値との関係を示すグラフである。図３の特性Ａは図１の装置において位相差板２３，２４を省略した場合の特性を示し、特性Ｂは図１の装置の位相差板２３，２４に代えて所定の位相差板を配置した場合の特性を示している。
【００３９】
図３の特性Ａは、リタデーションが３２０ｎｍの液晶パネル１０を採用し、セル厚が±０．２μｍ変化した場合の、色相の変化を示している。位相差板２３，２４を省略した場合には、セル厚±２μｍの変化に対して、得られる色相の変化は約３０程度である。これに対し、リタデーションが５２０ｎｍとなるように位相差板を配置した場合において、セル厚を変化させたときの特性が特性Ｂである。特性Ｂの場合には、セル厚±２μｍの変化に対して、得られる色相の変化は約７０である。
【００４０】
このように、リタデーションが５２０ｎｍとなるように位相差板を配置することで、±０．２μｍのセル厚変化に対して、入射光検出部２６において十分な色相変化がある入射光を検出することができることが分かる。
【００４１】
そこで、入射光検出部２６によって検出した入射光によって、セル厚の変化に対する色相値の変化が十分に大きくなるように、液晶パネル１０と偏光板２５との間に配置する位相差板として適当な位相差板を求める。
【００４２】
下記表１は、液晶パネル１０と偏光板２５との間に配置する位相差板と、ＨＵＥ値との関係を示している。
【００４３】
［表１］
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この表１は、既知のセル厚の３つの液晶パネルに対して、位相差板２３，２４に代えて、位相差が０、λ／４、λ／２及び３λ／４の位相差板を配置した場合におけるＨＵＥ値、レンジ及び分解能を夫々求めたものである。なお、分解能は、セル厚と得られたＨＵＥ値との比を示す。
【００４４】
表１に示すように、位相差が０、即ち、位相差板を配置しない場合には、セル厚の変化が２．５μｍを中心に±０．２μｍ変化したときに、ＨＵＥ値の変化は±２しか得られない。これに対し、例えば、位相差がλ／２の位相差板を配置した場合には、セル厚の変化が２．５μｍを中心に±０．２μｍ変化したときに、ＨＵＥ値は＋７〜−１７も変化している。この場合の分解能は０．０２である。
【００４５】
このように、液晶パネル１０と偏光板２５との間に、位相差がλ／２又は３λ／４の位相差板を配置することで、リタデーションを大きくして、セル厚の変化に対する色相差を十分に大きくして、観察画像の色相からギャップを確実に検出することが可能であることが分かる。
【００４６】
ところで、位相差板２３，２４によって、液晶パネル１０によるリタデーションを等価的に増加させるには、リタデーションを強めるように、位相差板２３，２４の位相差軸の方向と、偏光板２２，２５の偏光軸及び液晶層１５の液晶分子の長軸方向との関係を規定する必要がある。
【００４７】
図４は図１の装置において、偏光板２２の偏光軸に対する位相差板２３，２４の配置角度と得られるＨＵＥ値との関係を示す図表である。なお、図４は左円偏光（Ｌシフト）の条件のみを示しているが、右円偏光（Ｒシフト）の条件はλ／２位相差板を９０度回転させることで得られるので、図示を省略する。
【００４８】
図４の例は、位相差がλ／２の位相差板を固定した状態で、位相差がλ／４の位相差板を回転させてＨＥＵ値を求めているが、位相差がλ／４の位相差板を固定した状態で、位相差がλ／２の位相差板を回転させても、位相差板２３，２４の配置角度として適切な角度を求めることができる。
【００４９】
図４の例は、偏光板２２の偏光軸に対して位相差がλ／２の位相差板２３を０°、１５°、３０°、４５°、６０°、７５°、９０°、１２０°、１５０°の角度で配置し、各λ／２位相差板の配置毎に、位相差がλ／４の位相差板２４を０〜１８０度の範囲で回転させながら配置した場合におけるＨＵＥ値を示している。
【００５０】
なお、図４は、セル厚が２０μｍ、２３μｍ、２７μｍである既知のセル厚の３つの液晶パネルを図１の液晶パネル１０として配置した場合のＨＵＥ値及びレンジ（差）を示している。
【００５１】
図４の例では、例えば、λ／２位相差板の配置角度を０°とした場合には、λ／４位相差板の配置角度を９０°にした場合において、ＨＵＥ値が比較的十分なレンジを有していることが分かる。同様に、λ／２位相差板の配置角度が３０°では、λ／４位相差板の配置角度が１０５°、１２０°の場合、λ／２位相差板の配置角度が４５°では、λ／４位相差板の配置角度が１０５°の場合、λ／２位相差板の配置角度が７５°では、λ／４位相差板の配置角度が１５０°の場合、λ／２位相差板の配置角度が９０°では、λ／４位相差板の配置角度が０°の場合等において、良好な特性が得られることが示されている。
【００５２】
このような理由によって、本実施の形態においては、左円偏光時においては、例えば、λ／２位相差板の配置角度を偏光板２２の偏光軸に対して２０°に設定し、λ／４位相差板の配置角度を偏光板２２の偏光軸に対して１２０°に設定するようになっている。また、右円偏光時においては、例えば、λ／２位相差板の配置角度を偏光板２２の偏光軸に対して１１０°に設定し、λ／４位相差板の配置角度を偏光板２２の偏光軸に対して１２０°に設定するようになっている。
【００５３】
こうして、入射光検出部２６に入力する光は、セル厚の変化に対するＨＵＥ値の変化が十分に大きなものとなる。これにより、ギャップを高精度に検出可能である。
【００５４】
このように本実施の形態においては、垂直配向系の液晶パネルを全画素をオン状態となるように通電して、液晶パネルの偏光板との間に３λ／４位相差の位相差板を介挿する。これにより、ギャップの変化に対して十分な色相変化を得ることができ、色相方式によって簡単で且つ正確にギャップ及びギャップむらを検出することができる。
【００５５】
なお、上記実施の形態においては、λ／２位相差板とλ／４位相差板の２枚の位相差板を介挿する例について説明したが、λ／２位相差板のみを介挿してもよく、またλ／４位相差板のみを介挿してもよい。これらの場合でも、ある程度の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電気光学装置の検査装置の概略構成図。
【図２】横軸に波長をとり縦軸に透過光強度をとって、各波長成分のリタデーション毎の透過率を示すグラフ。
【図３】横軸にリタデーションをとり縦軸に色相値をとって、リタデーションと色相値との関係を示すグラフ。
【図４】図１の装置において、偏光板２２の偏光軸に対する位相差板２３，２４の配置角度と得られるＨＵＥ値との関係を示す図表。
【符号の説明】
【００５７】
１０…液晶パネル、１５…液晶層、２２，２５…偏光板、２３，２４…位相差板、２６…入射光検出部、２７…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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