专利名称：液晶元件的光学参数量测方法及光学参数量测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学参数量测方法与装置，尤其是涉及一种液晶元件的光学参数量测方法与装置。
背景技术：
以目前来说，液晶显示器(IXD)已成为不可取代的主流显示器，而且，在液晶显示器中，扭转向列式液晶(Twisted-Nematic LiquidCrystal，TN-LC)是关键元件，所以目前存在多种量测扭转向列式液晶的光学参数的方法，该光学参数包含扭转角(twist angle), ffi Mifi (phase retardation) > K ( ^ (rubbing angle) > fS] (cell gap) R 5 ftjU^ (pretilt angle)等。目前技术上较为成熟的量测方法有晶体旋转方法(crystal rotation method)及偏振量测方法(polarimetric method)。然而，上述的两种方法都只能测得部分的光学参数。近年来，也有人提出以光谱椭圆仪(spectroscopic ellipsometer)或是干涉式偏光仪(interferometric polarimeter)的方式来量测液晶元件的光学参数， 不过，仍只能量测到部分的光学参数。另外，还有人提出利用相位敏感外差干涉仪 (phase-sensitive heterodyneinterferometer)来量测液晶元件的光学参数，不过液晶的预倾角(pretilt angle)仍无法被测得。再者，另一种方法是利用振幅敏感外差干涉仪 (amplitude-sensitive heterodyne interferometer)i^ilhH^-无法测得液晶的预倾角(pretiltangle)。此外，上述的各种方法都只能量测液晶元件上单点的光学参数，若是要量测液晶元件二维区域的光学参数(即二维的光学参数空间分布)，则必须移动液晶元件来进行量测，此步骤将导致液晶与其它量测元件光学坐标改变，以致于需相对调整光学坐标，而造成量测过程困难与耗时。或者，必须利用多波长输入光束来进行量测，但也会造成整个光学架构变得更复杂并增加量测上的困难。有鉴于此，如何架构出一简单的二维光学参数空间分布量测装置，以及有效率的光学参数量测方法，实为目前业界所急需的重要技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效率地量测液晶元件光学参数空间分布的方法。本发明液晶元件的光学参数量测方法，包含下列步骤(A)提供一可垂直入射该液晶元件局部面积的单一波长且线偏振的平行光束；(B)提供一相位延迟片，使该光束穿透该液晶元件前，先通过该相位延迟片以使该光束产生相位延迟以改变入射光束的偏振状态，并提供一偏振分光器，使垂直穿透该液晶元件的该光束分成一平行偏振光束及一垂直偏振光束；(C)使该相位延迟片连续旋转，并且该相位延迟片每旋转一预定角度就由一第一图像撷取器撷取该平行偏振光束所产生的第一图像画面，以及由一第二图像撷取器撷取该垂直偏振光束所产生的第二图像画面；(D)由一图像处理�？樵诙杂Ω靡壕г嗤恢梅治鏊龅谝煌枷窕嬗胨龅诙枷窕妫曰竦酶闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸咴诟孟辔谎映倨啃淮胃迷ざń嵌仁钡墓馇慷缺戎担�(E)由一运算处理�？橐谰菟龉馇慷缺戎捣植迹蟮酶靡壕г植棵婊亩庋Р问�。本发明的另一目的，在于提供一种架构简单且应用上述的光学参数量测方法的装置。于是，液晶元件的光学参数量测装置，包含一光束产生�？椤⒁幌辔谎映倨�、一偏振分光器、一控制器、一第一图像撷取器、一第二图像撷取器、一图像处理�？榧耙辉怂愦砟？�。光束产生�？樘峁┮豢纱怪比肷涓靡壕г植棵婊牡ヒ徊ǔで蚁咂竦钠叫泄馐幌辔谎映倨柚糜诟霉馐？橛敫靡壕г洌⑹垢霉馐辔谎映伲� 偏振分光器与该液晶元件对应设置，且用以将通过该液晶元件的该光束分成一平行偏振光束(P波)及一垂直偏振光束(S波)；控制器用以使该相位延迟片连续地沿其旋转轴以一预定角度旋转，其中旋转轴和平行光束平行；第一图像撷取器连接该偏振分光器，在该相位延迟片每旋转一次该预定角度时，撷取该平行偏振光束所产生的第一图像画面，同时，第二图像撷取器连接该偏振分光器，且在该相位延迟片每旋转一次该预定角度时，撷取该垂直偏振光束所产生的第二图像画面；图像处理模块连接该第一图像撷取器与该第二图像撷取器，且在对应该液晶元件相同位置分析所述第一图像画面与所述第二图像画面，以获得该平行偏振光束与该垂直偏振光束两者的光强度比值；运算处理�？榱痈猛枷翊砟？椋� 且依据该图像处理�？榉治龀龅乃龉馇慷缺戎捣植迹蟮酶靡壕г植棵婊亩庋Р问�。较佳地，该相位延迟片为四分之一波片。较佳地，该光束产生模块包括一可产生单一波长且线偏振平行光的激光光源、一用以将该光源所产生的光扩大成该光束的光束扩大器、一设置于该光源与该光束扩大器之间的第一偏振片及一设置于光束扩大器与该相位延迟片之间的第二偏振片。较佳地，该运算处理�？槔靡逗凸诺�(Yeh and Gu’s)转换矩阵理论来与该图像处理�？樗治龀龈闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸叩乃龉馇慷缺戎到星吣夂戏椒ǎ枰郧蟮酶靡壕г植棵婊呐ぷ�、相位延迟及配向角。较佳地，该运算处理�？槔美锒鞯�(Lien’ s)转换矩阵理论来与该图像处理�？樗治龀龈闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸叩乃龉馇慷缺戎到星吣夂戏椒ǎ� 借以求得该液晶元件局部面积的扭转角、间隙及预倾角。较佳地，该运算处理�？榭上壤靡逗凸诺�(Yeh and Gu’s)转换矩阵理论求得扭转角、相位延迟及配向角，再将所求得的扭转角带入里恩的(Lien’ s)转换矩阵理论来求得间隙及预倾角，如此一来，借由将两矩阵理论的整合，可求得更加准确的扭转角、相位延迟、 配向角、间隙及预倾角的二维光学参数空间分布。本发明的有益的效果在于借由旋转相位延迟片并以第一图像撷取器与第二图像撷取器来撷取穿透液晶元件，且经偏振分光器的P波与S波所产生的第一图像画面与第二图像画面，再利用图像处理模块分析出第一图像画面与第二图像画面中对应液晶元件上相同位置的光强度值，最后，运算处理模块利用叶和古的(Yeh and Gu' s)转换矩阵理论与里恩的(Lien's)转换矩阵理论，来与实际量测的液晶元件局部面积中每一点的S波与P波的光强度比值数据做曲线拟合，因此可求得液晶元件的扭转角、相位延迟、配向角、间隙及预倾角等光学参数的空间分布。此外，本发明光学参数量测装置的架构简单，并且本发明的方法能够借由一次操作就求得液晶元件的光学参数二维空间分布，达到有效率的量测，所以确实能达成本发明之目的。
图1是一流程图，说明本发明液晶元件的光学参数量测方法；图2是一光学架构示意图，说明本发明液晶元件的光学参数量测装置；图3是一示意图，说明待量测的扭转向列式液晶的光学参数；图4是另一示意图，说明扭转向列式液晶的光学参数。图中1.液晶元件；100.光学参数量测装置；11.玻璃基板；12.液晶分子；2.光束产生�？椋�21.光源；22.光束扩大器；23.第一偏振片；24.第二偏振片；3.相位延迟片； 4.偏振分光器；5.控制器；61.第一图像撷取器；62.第二图像撷取器；7.计算机；71.中央处理单元；711.图像处理�？椋�712.运算处理�？椋沪�.配向角；i.内配向的方向；ο.外配向的方向；Φ.扭转角；Γ.相位延迟；d.间隙；Θ.预倾角。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。参阅图1，为本发明液晶元件的光学参数量测方法之较佳实施例，该光学参数量测方法应用于一光学参数量测装置100，在本实施例中，待量测的液晶元件1为扭转向列式液晶(TwiSted-Nematic LiquidCrystal，TN-LC)，但不以此为限，也可为其它液晶元件或是具有相同光学性质的物体。参阅图2，光学参数量测装置100包含一光束产生�？�2、一相位延迟片3、一偏振分光器(Polarizing Beam Splitter，PBS)4、一控制器5、一第一图像撷取器61、一第二图像撷取器62及一计算机7，光束产生�？�2所产生的单一波长且线偏振的平行光束依序通过相位延迟片3、液晶元件1及偏振分光器4，并且利用第一图像撷取器61 与第二图像撷取器62分别撷取经过偏振分光器4的光强度的图像画面，并送入计算机7进行处理，以求得液晶元件1的光学参数二维空间分布。各构件的详细作用容后再述。在说明本实施例光学参数量测方法与光学参数量测装置100之前，先说明扭转向列式液晶(TN-LC)的基本构造与欲量测的光学参数，以及本实施例所采用的计算理论。参阅图3，是液晶元件1的基本结构示意图，其主要具有两相间隔设置的玻璃基板 11以及设置于两玻璃基板11之间的液晶分子12，再参阅图4，其中的i与O分别代表液晶分子的内配向(rubbing in)与外配向(rubbing out)的方向。由图3与图4可得知，Φ 为扭转角(twist angle)，指的是最内层液晶分子12与最外层液晶分子12所夹的角度；Γ 为相位延迟，在图4中为无扭转情况下的相位延迟(untwisted phase retardation)，指的是液晶分子12在无扭转的状态下，所产生的相位延迟；α为配向角(rubbing angle)，指的是最内层液晶分子与χ轴的夹角；d为间隙(cell gap)，指的是两玻璃基板11间的距离；θ 为预倾角(pretilt angle)，指的是液晶分子与玻璃基板11的夹角。而上述的扭转角Φ、 相位延迟Γ、配向角α、间隙d与预倾角θ即为本实施例欲量测的光学参数。
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本发明所采用的计算理论一、叶和古的(Yeh and Gu，s)转换矩阵理论；借由叶和古的(Yeh and Gu’ s)转换矩阵理论，推知光束经过扭转向列式液晶 (TN-LC)的偏振状态可用矩阵表示
权利要求
1.一种液晶元件的光学参数量测方法，其特征在于该光学参数量测方法包含下列步骤(A)提供一可垂直入射该液晶元件局部面积的单一波长偏振光束；(B)提供一相位延迟片，使该光束垂直穿透该液晶元件前，先通过该相位延迟片以使该光束产生相位延迟和偏振状态改变，并提供一偏振分光器，使垂直穿透该液晶元件的该光束分成一平行偏振光束及一垂直偏振光束；(C)使该相位延迟片连续旋转，并且该相位延迟片每旋转一预定角度就由一第一图像撷取器撷取该平行偏振光束所产生的第一图像画面，以及由一第二图像撷取器撷取该垂直偏振光束所产生的第二图像画面；(D)由一图像处理�？樵诙杂Ω靡壕г嗤恢梅治鏊龅谝煌枷窕嬗胨龅诙枷窕妫曰竦酶闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸咴诟孟辔谎映倨啃淮胃迷ざń嵌仁钡墓馇慷缺戎担�(E)由一运算处理�？橐谰菟龉馇慷缺戎捣植迹蟮酶靡壕г植棵婊墓庋Р问占浞植�。
2.根据权利要求1所述的液晶元件的光学参数量测方法，其特征在于于该步骤(B) 中，该相位延迟片为四分之一波片。
3.根据权利要求1所述的液晶元件的光学参数量测方法，其特征在于于该步骤(B) 中，该光束通过该相位延迟片前，还通过一偏振片以调整该光束的偏振状态。
4.根据权利要求1所述的液晶元件的光学参数量测方法，其特征在于于该步骤(E) 中，该运算处理�？槔靡逗凸诺淖痪卣罄砺劾春筒街�(D)中该平行偏振光束与该垂直偏振光束两者的所述光强度比值进行曲线拟合方法，借以求得该液晶元件局部面积的扭转角、相位延迟及配向角。
5.根据权利要求1所述的液晶元件的光学参数量测方法，其特征在于于该步骤(E) 中，该运算处理模块利用里恩的转换矩阵理论来和步骤(D)中该平行偏振光束与该垂直偏振光束两者的所述光强度比值进行曲线拟合方法，借以求得该液晶元件局部面积的扭转角、间隙及预倾角。
6.一种液晶元件的光学参数量测装置，其特征在于该光学参数量测装置包含一光束产生�？椋峁┮豢纱怪比肷涓靡壕г植棵婊牡ヒ徊ǔて窆馐灰幌辔谎映倨柚糜诟霉馐？橛敫靡壕г洌⑹垢霉馐辔谎映俸推褡刺谋洌灰黄穹止馄鳎敫靡壕г杂ι柚茫矣靡越ü靡壕г母霉馐殖梢黄叫衅窆馐耙淮怪逼窆馐灰豢刂破鳎靡允垢孟辔谎映倨匾砸辉ざń嵌刃灰坏谝煌枷襁⑷∑鳎痈闷穹止馄鳎以诟孟辔谎映倨啃迷ざń嵌仁保⑷「闷叫衅窆馐牡谝煌枷窕妫灰坏诙枷襁⑷∑鳎痈闷穹止馄鳎以诟孟辔谎映倨啃迷ざń嵌仁保⑷「么怪逼窆馐牡诙枷窕妫灰煌枷翊砟？椋痈玫谝煌枷襁⑷∑饔敫玫诙枷襁⑷∑鳎以诙杂Ω靡壕г嗤恢梅治鏊龅谝煌枷窕嬗胨龅诙枷窕妫曰竦酶闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸咴诟孟辔谎映倨啃淮胃迷ざń嵌仁钡墓馇慷缺戎担灰辉怂愦砟？椋痈猛枷翊砟？椋乙谰莞猛枷翊砟？榉治龀龅乃龉馇慷缺戎捣植迹蟮酶靡壕г植棵婊墓庋Р问占浞植�。
7.根据权利要求6所述的液晶元件的光学参数量测装置，其特征在于该相位延迟片为四分之一波片。
8.根据权利要求6所述的液晶元件的光学参数量测装置，其特征在于该光束产生模块包括一可产生单一波长且偏振平行光的光源、一用以将该光源所产生的光扩大成该光束的光束扩大器、一设置于该光源与该光束扩大器之间的第一偏振片及一设置于光束扩大器与该相位延迟片之间的第二偏振片。
9.根据权利要求6所述的液晶元件的光学参数量测装置，其特征在于该运算处理�？槔靡逗凸诺淖痪卣罄砺劾从敫猛枷翊砟？樗治龀龈闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸叩乃龉馇慷缺戎到星吣夂戏椒ǎ枰郧蟮酶靡壕г植棵婊呐ぷ�、相位延迟及配向角。
10.根据权利要求6所述的液晶元件的光学参数量测装置，其特征在于该运算处理�？槔美锒鞯淖痪卣罄砺劾从敫猛枷翊砟？樗治龀龈闷叫衅窆馐敫么怪逼窆馐秸叩乃龉馇慷缺戎到星吣夂戏椒ǎ枰郧蟮酶靡壕г植棵婊呐ぷ�、 间隙及预倾角。
全文摘要
一种液晶元件的光学参数量测方法，包含下列步骤(A)提供一可垂直入射液晶元件局部面积的偏振光束；(B)使该光束依序通过一相位延迟片与待测的液晶元件，并将穿透液晶元件的该光束分成一平行偏振光束及一垂直偏振光束；(C)连续地以一预定角度旋转该相位延迟片，并每旋转一次就撷取该平行偏振光束所产生的第一图像画面，以及该垂直偏振光束所产生的第二图像画面；(D)分析所述第一图像画面与所述第二图像画面，以获得该平行偏振光束与该垂直偏振光束两者的光强度比值；(E)依据所述光强度比值，求得液晶元件局部面积的光学参数二维空间分布。
文档编号G01J1/10GK102213847SQ201010141668
公开日2011年10月12日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者周晟 申请人:周晟
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