專利名稱：液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶單元特性測(cè)定裝置與液晶單元特性測(cè)定方法，且特別是涉及一種能夠準(zhǔn)確測(cè)定子像素(sub-pixel)內(nèi)的液晶厚度與預(yù)傾角的液晶單元特性測(cè)定裝置與液晶單元特性測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示面板被廣泛地應(yīng)用于各種需要顯示影像的電子產(chǎn)品中。液晶在液晶顯示面板扮演著光學(xué)開(kāi)關(guān)的角色。由于液晶的特性(如液晶厚度、液晶分子的預(yù)傾角等)直接影響到影像品質(zhì)的優(yōu)劣、以及液晶顯示面板的制造良率等，所以需要對(duì)于液晶的特性進(jìn)行監(jiān)控。先前的技術(shù)是針對(duì)液晶顯示面板的數(shù)個(gè)毫米區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，以取得液晶特性的平均值。舉例而言，在多域垂直配向型(Mult1-domain Vertical Alignment, MVA)液晶顯示面板中，通常假設(shè)預(yù)傾角為90度、并假設(shè)為液晶為單一晶體結(jié)構(gòu)，因?yàn)橐壕э@示面板的偶數(shù)個(gè)配向域(Domain)內(nèi)的平均預(yù)傾角接近90度。然而，在微觀的角度之下，液晶顯示面板的子像素(液晶單元)內(nèi)的液晶分子會(huì)受到配向特性的影響，亦即:各個(gè)子像素的表現(xiàn)出的預(yù)傾角以及厚度會(huì)有極大的變異。此時(shí)，惟有同時(shí)考慮參數(shù)之間的相互影響，才能準(zhǔn)確測(cè)定液晶厚度和預(yù)傾角。例如，美國(guó)專利公告號(hào)US6317208、US6473180以及US6490039所揭露的液晶顯示面板的預(yù)傾角的測(cè)定裝置，是基于測(cè)定裝置內(nèi)含的四分之一波片來(lái)進(jìn)行設(shè)定。亦即，將樣品進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)引入穿透光的不對(duì)稱性，進(jìn)而擬合出預(yù)傾角。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于僅需正向入射測(cè)定光線、且機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。然而，此方法不適用于小扭轉(zhuǎn)角(twist angle)的液晶顯示面板(如:π cell)。另外，又如美國(guó)專利公告號(hào)US6822737所揭露的液晶顯示面板的預(yù)傾角測(cè)定裝置，提出:利用相位差數(shù)值理論模型，來(lái)測(cè)定扭轉(zhuǎn)向列型(twisted nematic)液晶顯示面板的方法，亦即:利用小傾斜角度下的理論模型擬合相位差方法，來(lái)求解預(yù)傾角和液晶厚度。然而，此方法容易引入較大的誤差。由上述可知，研究一種機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、且能量測(cè)高分辨率的液晶顯示面板的液晶特性的測(cè)定裝置與測(cè)定方法是必要的發(fā)展趨勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種液晶單元特性測(cè)定裝置，具有簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠快速地、準(zhǔn)確地對(duì)于單一子像素(液晶單元)的液晶特性(至少為液晶厚度(cell gap)與預(yù)傾角(pretilt angle))進(jìn)行測(cè)定。本發(fā)明的另一目的在于提供一種液晶單元特性測(cè)定方法，能夠快速地、準(zhǔn)確地對(duì)于單一子像素(液晶單元)的液晶特性(至少為液晶厚度與預(yù)傾角)進(jìn)行測(cè)定。為達(dá)上述目的，本發(fā)明提出一種液晶單元特性測(cè)定裝置，至少能測(cè)定該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角，該液晶單元特性測(cè)定裝置包括:光源、至少三個(gè)偏光產(chǎn)生器、至少三個(gè)物鏡、至少三個(gè)偏光分析器以及數(shù)據(jù)處理器。每一偏光產(chǎn)生器從該光源取出具有特定偏光成分的一偏光光線，每一偏光光線以一傾斜入射角度投射到該液晶單元。每一物鏡以設(shè)定的一收光角度而接收透射過(guò)該液晶單元的每一偏光光線，該收光角度對(duì)應(yīng)于該傾斜入射角度。每一偏光分析器取得來(lái)自于每一物鏡的該偏光光線的偏光強(qiáng)度。數(shù)據(jù)處理器根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。本發(fā)明還提出一種液晶單元特性測(cè)定方法，至少能測(cè)定該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角，該液晶單元特性測(cè)定方法可包括以下步驟。首先，從一光源取出具有特定偏光成分的至少三條偏光光線。接著，使每一偏光光線以一傾斜入射角度投射到該液晶單元。再來(lái)，提供至少三個(gè)物鏡，每一物鏡以設(shè)定的一收光角度而接收透射過(guò)該液晶單元的每一偏光光線，該收光角度對(duì)應(yīng)于該傾斜入射角度。繼之，提供至少三個(gè)偏光分析器，每一偏光分析器取得來(lái)自于每一物鏡的該偏光光線的偏光強(qiáng)度。之后，提供一數(shù)據(jù)處理器，根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。基于上述，本發(fā)明的液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法使用:傾斜設(shè)置的偏光產(chǎn)生器、物鏡以及偏光分析器，可以取出透射過(guò)液晶單元的不同偏振特性的光強(qiáng)度。如此一來(lái)，可以針對(duì)子像素內(nèi)的單一個(gè)空間點(diǎn)進(jìn)行液晶厚度與預(yù)傾角的準(zhǔn)確測(cè)定。換言之，基于傾斜設(shè)置的至少三個(gè)偏光產(chǎn)生器和至少三個(gè)偏光分析器，以三個(gè)偏光產(chǎn)生器投射不同偏振態(tài)的偏光光線到液晶單元上。再根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。例如，以相對(duì)應(yīng)的三個(gè)偏光分析器所組成的不同偏光特性所取出的光譜強(qiáng)度計(jì)算相位差，進(jìn)而擬合全光譜的相位差資訊，再通過(guò)已知的非尋常光液晶折射率ne和尋常光液晶折射率no，即可測(cè)定液晶厚度及預(yù)傾角，且可應(yīng)用于各種配向型態(tài)的液晶顯示面板的測(cè)定。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種液晶單元特性測(cè)定裝置的示意圖；圖2為圖1的液晶單元特性測(cè)定裝置中，在一條偏光光線的光徑上的光學(xué)元件的詳細(xì)設(shè)置方式的示意圖；圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置的示意圖；圖4a 圖4c為利用本發(fā)明實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置來(lái)測(cè)定三種液晶顯示面板的子像素(液晶單元)的液晶特性的示意圖；圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定方法的測(cè)定步驟的流程圖；圖6為利用本發(fā)明實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法對(duì)于圖案垂直配向(patterned vertical alignment, PVA)式液晶顯示面板的單一子像素進(jìn)行液晶特性(液晶厚度、預(yù)傾角)的測(cè)定的實(shí)際量測(cè)圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明
101:光源102:光譜分光模塊103:第一導(dǎo)光元件104:準(zhǔn)直透鏡105:偏光產(chǎn)生器106:物鏡107:偏光分析器108:成像透鏡109、117:光接收模塊110:傳輸線111、112:偏光光線112A:偏光光線的第一部分112B:偏光光線的第二部分114:消色差透鏡115:第二導(dǎo)光元件116:多波長(zhǎng)光譜儀模塊200:數(shù)據(jù)處理器300:液晶單元402:光學(xué)感測(cè)器411:孔徑鏡片412:聚焦透鏡500、502:液晶單元特性測(cè)定裝置600:液晶單元特性測(cè)定方法B:藍(lán)色子像素C1、C2:曲線D:探頭G:綠色子像素P:空間點(diǎn)R:紅色子像素RD:配向方向Sll S17:步驟Pl:起偏器P2:檢偏器C:相位差調(diào)制器
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法，可實(shí)現(xiàn)單一子像素的液晶特性的測(cè)定。根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。
例如，可利用已知的光譜信號(hào)來(lái)計(jì)算相位差資訊，再通過(guò)柯西方程式(Cauchy’ sEquation)擬合相位差資訊。由所測(cè)定到的透射液晶單元的至少三個(gè)收光角度的相位差、以及已知波長(zhǎng)的折射率(ne以及no)，可推算單一子像素(液晶單元)的液晶厚度與預(yù)傾角?；蛘?，在一些光學(xué)條件為已知的前提之下，也可直接利用偏光光線的偏光強(qiáng)度來(lái)計(jì)算液晶厚度以及預(yù)傾角。本發(fā)明的液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法適合用在線上(on-line)單一子像素的液晶厚度與預(yù)傾角的測(cè)定，以即時(shí)反應(yīng)到液晶顯示面板的制作工藝參數(shù)調(diào)整。再者，本發(fā)明的三個(gè)物鏡是測(cè)定同一空間位置，能夠進(jìn)行單一子像素內(nèi)的單點(diǎn)量測(cè)，以滿足高空間分辨率的需求。并且，三個(gè)物鏡可以大幅簡(jiǎn)化傾斜機(jī)構(gòu)以及定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。以下，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法的多個(gè)實(shí)施例。[液晶單元特性測(cè)定裝置]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種液晶單元特性測(cè)定裝置的示意圖。液晶單元特性測(cè)定裝置500至少能測(cè)定液晶單元300的厚度或液晶單元300內(nèi)的液晶分子(未繪示)的預(yù)傾角。請(qǐng)參照?qǐng)D1，液晶單元特性測(cè)定裝置500包括:光源101、至少三個(gè)偏光產(chǎn)生器105、至少三個(gè)物鏡106、至少三個(gè)偏光分析器107以及數(shù)據(jù)處理器200。每一偏光產(chǎn)生器105從光源101取出具有特定偏光成分的偏光光線111，每一偏光光線111以傾斜入射角度投射到液晶單元300。每一物鏡106以設(shè)定的收光角度而接收透射過(guò)液晶單兀300的每一偏光光線112,收光角度對(duì)應(yīng)于傾斜入射角度。每一偏光分析器107取得來(lái)自于每一物鏡106的偏光光線112的偏光強(qiáng)度。數(shù)據(jù)處理器200根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線112的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算液晶單元300的厚度或液晶單元300內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。上述的特定偏光成分可以是:線偏光、圓偏光或橢圓偏光。偏光產(chǎn)生器105可以是起偏器(未繪示)，偏光產(chǎn)生器105也可以是起偏器以及相位差調(diào)制器(未繪示)的組合，且相位差調(diào)制器設(shè)置于起偏器的光學(xué)下游側(cè)。由于起偏器與相位差調(diào)制器為本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者可理解，可由此得到具有偏光成分的偏光光線，在此即不予以贅述起偏器與相位差調(diào)制器的詳細(xì)內(nèi)容。類似地，偏光分析器107可以是檢偏器(未繪示)，偏光分析器107也可以是相位差調(diào)制器以及檢偏器的組合，且相位差調(diào)制器設(shè)置于檢偏器的光學(xué)上游側(cè)。由于檢偏器與相位差調(diào)制器為本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者可理解，可由此檢測(cè)具有偏光成分的偏光光線，在此即不予以贅述檢偏器與相位差調(diào)制器的詳細(xì)內(nèi)容。繼續(xù)參照?qǐng)D1可知，液晶單元特性測(cè)定裝置500利用至少三個(gè)傾斜設(shè)置的偏光產(chǎn)生器105，來(lái)提供具有傾斜入射角度的偏光光線111。在偏光光線111穿透液晶單元300之后，通過(guò)在對(duì)應(yīng)傾斜入射角度的收光角度的位置所設(shè)置的物鏡106以及偏光分析器107，來(lái)對(duì)于透射的偏光光線112進(jìn)行分析，例如:可進(jìn)行透射的偏光光線112的相位差的分析。以往的液晶特性測(cè)定裝置并未采用本發(fā)明的傾斜設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)需要取得傾斜入射角度方向上的光學(xué)資訊時(shí)，需要將液晶特性測(cè)定裝置的量測(cè)單元進(jìn)行大角度的旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整到傾斜入射角度的方向上。簡(jiǎn)言之，另外需要設(shè)置復(fù)雜的傾斜機(jī)構(gòu)以及定位機(jī)構(gòu)，來(lái)調(diào)整量測(cè)單元的傾斜方向與角度，整體的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的。然而，在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)使偏光產(chǎn)生器105、物鏡106與偏光分析器107直接為傾斜的設(shè)計(jì)，即可直接取得在傾斜入射角度方向上的液晶單元300的光學(xué)資訊，也不需對(duì)于偏光產(chǎn)生器105、物鏡106與偏光分析器107進(jìn)行大角度的旋轉(zhuǎn),所以,本發(fā)明的實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置500不需進(jìn)一步設(shè)置復(fù)雜的傾斜機(jī)構(gòu)以及定位機(jī)構(gòu)，而能簡(jiǎn)化整體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，由于三個(gè)物鏡106是測(cè)定液晶單元300的同一空間位置，亦即，三個(gè)物鏡106取得來(lái)自于液晶單元300的同一個(gè)空間位置(單點(diǎn))的光學(xué)資訊，所以，能夠進(jìn)行單一子像素內(nèi)的單點(diǎn)空間的量測(cè)，以滿足高分辨率的液晶顯示面板的量測(cè)需求。請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D1，至少三個(gè)收光角度可以是以下幾種設(shè)定方式，第一種設(shè)定方式是:使三個(gè)收光角度分別等于90度、大于90度以及小于90度。第二種設(shè)定方式是:使二個(gè)收光角度大于等于90度、且一個(gè)收光角度小于90度。第三種設(shè)定方式是:使一個(gè)收光角度大于等于90度、且二個(gè)收光角度小于90度。通過(guò)上述的收光角度設(shè)定方式，可以使三個(gè)物鏡106緊湊設(shè)置、并且能設(shè)定在所需要的收光角度，以取得在設(shè)定的收光角度方向上的光學(xué)資τΗ ο雖然圖1未繪示，但液晶單元特性測(cè)定裝置500還可包括入射角度設(shè)定器(未繪示)以及收光角度設(shè)定器。入射角度設(shè)定器能夠調(diào)整偏光光線111到所需的傾斜入射角度，而收光角度設(shè)定器(未繪示)能夠調(diào)整物鏡106到所需的收光角度、且對(duì)應(yīng)于偏光光線111的傾斜入射角度。請(qǐng)參照?qǐng)D1，液晶單元特性測(cè)定裝置500還可包括:至少三個(gè)第一導(dǎo)光元件103，以及至少三個(gè)準(zhǔn)直透鏡104。每一第一導(dǎo)光元件103光學(xué)地連接于光源101、且分別從光源101取得光線。每一準(zhǔn)直透鏡104光學(xué)地連接于每一第一導(dǎo)光元件103，每一準(zhǔn)直透鏡104使得每一光線成為準(zhǔn)直光線而入射每一偏光產(chǎn)生器105。第一導(dǎo)光元件103可以采用光纖，使來(lái)自光源101的光線在光纖內(nèi)傳輸。準(zhǔn)直透鏡104則使來(lái)自于第一導(dǎo)光元件103的光線準(zhǔn)直化。通過(guò)上述第一導(dǎo)光元件103以及至少三個(gè)準(zhǔn)直透鏡104，可依設(shè)計(jì)需要來(lái)設(shè)定從光源101到偏光產(chǎn)生器105之間的光線傳輸路徑。請(qǐng)參照?qǐng)D1，液晶單元特性測(cè)定裝置500還可包括:至少三個(gè)成像透鏡108，每一成像透鏡108設(shè)置于每一偏光分析器107的光學(xué)下游側(cè),接收來(lái)自每一偏光分析器107的每一偏光光線112。通過(guò)上述成像透鏡108,可以有效地收集來(lái)自于偏光分析器107的偏光光線112，以利于傳送到后述的光接收模塊109。液晶單元特性測(cè)定裝置500可包括:至少三個(gè)光接收模塊109，每一光接收模塊109設(shè)置于每一偏光分析器107的光學(xué)下游側(cè)，每一光接收模塊109取得來(lái)自于每一偏光分析器107的偏光光線112的光強(qiáng)度。另外，液晶單元特性測(cè)定裝置500還可包括:至少三個(gè)第二導(dǎo)光元件115，每一第二導(dǎo)光兀件115光學(xué)地連接于每一光接收模塊109。同樣地,第二導(dǎo)光兀件115可以米用光纖，使來(lái)自偏光光線112在光纖內(nèi)傳輸。通過(guò)上述第二導(dǎo)光元件115的設(shè)置，可依設(shè)計(jì)需要來(lái)設(shè)定從光接收模塊109到后續(xù)多波長(zhǎng)光譜儀模塊116之間的光線傳輸路徑。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，液晶單元特性測(cè)定裝置500可包括:多波長(zhǎng)光譜儀模塊116，光學(xué)地連接于每一第二導(dǎo)光元件115與數(shù)據(jù)處理器200之間。多波長(zhǎng)光譜儀模塊116可以測(cè)定多波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，在進(jìn)一步將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)成電子信號(hào)，并通過(guò)傳輸線110而傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置200?？偠灾?，圖1所示的液晶單元特性測(cè)定裝置500中，可將光源101之光分為三道準(zhǔn)直光束。偏光產(chǎn)生器105取出平行光的偏振態(tài)，以個(gè)別所設(shè)定的傾斜入射角度的偏光光線111投射至待測(cè)的液晶單元300。由物鏡106分別接收透射過(guò)液晶單元300、且相應(yīng)的傾斜的收光角度的偏光光線112。在此，圖1的三個(gè)物鏡106 (由右至左)分別設(shè)定為50度，90度以及140度。由偏光分析器107使特定偏振態(tài)的偏振光線112通過(guò)。由成像透鏡108使具有特定偏振態(tài)的偏振光線112成像到光接收模塊109。再經(jīng)由導(dǎo)光元件115使具有特定偏振態(tài)的偏振光線112進(jìn)入多波長(zhǎng)光譜儀模塊116，以測(cè)定多波長(zhǎng)的光強(qiáng)度，該光強(qiáng)度的電子信號(hào)繼而通過(guò)傳輸線110進(jìn)入數(shù)據(jù)處理裝置200。如此一來(lái)，將可獲得液晶厚度及預(yù)傾角資訊。圖2為圖1的液晶單元特性測(cè)定裝置中，在一條偏光光線的光徑上的光學(xué)元件的詳細(xì)設(shè)置方式的示意圖。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖2，大致上兩者的光學(xué)元件的設(shè)置方式是相同的?？勺⒁獾剑鐖D2所示，每一光接收模塊109還可包括:孔徑鏡片411、聚焦透鏡412、消色差透鏡114以及光學(xué)感測(cè)器402。請(qǐng)參照?qǐng)D2，通過(guò)每一偏光分析器107的偏光光線112的第一部分112A通過(guò)孔徑鏡片411而在第一光徑上傳輸、且偏光光線112的第二部分112B被孔徑鏡片411反射而在第二光徑上傳輸，第一光徑約略垂直于第二光徑；聚焦透鏡412設(shè)置于第一光徑上、接收偏光光線112的第一部分112A，且將偏光光線112的第一部分112A往數(shù)據(jù)處理器200傳輸。消色差透鏡114設(shè)置于第二光徑上、接收偏光光線112的第二部分112B。光學(xué)感測(cè)器402設(shè)置于第二光徑上，感測(cè)經(jīng)過(guò)消色差透鏡114的偏光光線112的第二部分112B。請(qǐng)參照?qǐng)D2，以理解光線經(jīng)過(guò)這些光學(xué)元件的詳細(xì)過(guò)程。首先，利用偏光產(chǎn)生器105取出具有平行光的偏振態(tài)的偏光光線111，并將偏光光線111投射到待測(cè)的液晶單元300。由物鏡106接收透射過(guò)液晶單元300的相應(yīng)傾斜角度的偏光光線112。繼之，由偏光分析器107使特定偏振態(tài)的偏光光線112通過(guò)，且由成像透鏡108使偏光光線112成像到光接收模塊109內(nèi)。可注意到，光接收模塊109包含孔徑鏡片411?？讖界R片411的作法例如是:可將玻璃上鍍鋁、并蝕刻孔徑。并且，可由消色差透鏡114將在孔徑鏡片411上的影像成像到光學(xué)感測(cè)器402上。光學(xué)感測(cè)器402可以是面型電荷耦合元件(area (XD)。在本實(shí)施例中，光學(xué)感測(cè)器402主要作為影像對(duì)焦或是定位的用途，也可用作待測(cè)的液晶單元300的光學(xué)特性測(cè)定用途。通過(guò)孔徑鏡片411的偏光光線112的第一部分112A，在本實(shí)施例中將作為測(cè)定液晶分子的預(yù)傾角及液晶厚度的用途?？山?jīng)由聚焦透鏡412使偏光光線112的第一部分112A入射到導(dǎo)光元件115，繼而進(jìn)入多波長(zhǎng)光譜儀模塊116以測(cè)定多波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。電子信號(hào)通過(guò)傳輸線110再進(jìn)入數(shù)據(jù)處理裝置200，如此一來(lái)，將可獲得單一子像素的液晶預(yù)傾角及液晶厚度資訊。圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D3，液晶單元特性測(cè)定裝置502大致上與圖1所示的液晶單元特性測(cè)定裝置500類似，相同的元件標(biāo)示以相同的符號(hào)，并不再贅述。可注意到，液晶單元特性測(cè)定裝置502包括:光譜分光模塊102，設(shè)置于光源101與偏光產(chǎn)生器105之間。也就是說(shuō)，在圖3的實(shí)施例中，利用光譜分光模塊102從光源101取出特定波長(zhǎng)的光線以進(jìn)行后續(xù)的液晶特性量測(cè)，并且，圖3的光接收模塊117是用于量測(cè)特定波長(zhǎng)的偏光光線112。相較于此，圖2中的實(shí)施例是從光源101取出多波長(zhǎng)的光線以進(jìn)行后續(xù)的液晶特性量測(cè)，并且，圖2的光接收模塊109可量測(cè)多波長(zhǎng)的偏光光線112。進(jìn)一步而言，請(qǐng)參照?qǐng)D3以理解光線經(jīng)過(guò)這些光學(xué)元件的詳細(xì)過(guò)程。圖3的光譜分光模塊102通常是使用單光儀(monochiOmator)或是波長(zhǎng)選擇的元件，例如是濾光片或是液晶波長(zhǎng)選擇濾光片(liquid crystal tunable filter)以取得特定波長(zhǎng)的光。第一導(dǎo)光元件103以及準(zhǔn)直透鏡104將特定波長(zhǎng)之光分為三道準(zhǔn)直光束。偏光產(chǎn)生器105取出平行光的偏振態(tài)，以個(gè)別所設(shè)定的傾斜入射角度的偏光光線111投射至待測(cè)的液晶單元300。由物鏡106分別接收透射過(guò)液晶單元300、且相應(yīng)的傾斜的收光角度的偏光光線112。由偏光分析器107使特定偏振態(tài)的偏振光線112通過(guò)。由成像透鏡108使具有特定偏振態(tài)的偏振光線112成像到光接收模塊117，以測(cè)定特定波長(zhǎng)的光強(qiáng)度。光接收模塊117通常可以包含:面型電荷稱合元件，或是包含:光二極管(photodiode)連結(jié)電流計(jì)(current meter)的結(jié)構(gòu)，以將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)。最后，電子信號(hào)經(jīng)由傳輸線110進(jìn)入數(shù)據(jù)處理裝置200。如此一來(lái)，將可獲得液晶單元300的液晶預(yù)傾角及液晶厚度資訊。在上述圖1 圖3的實(shí)施例中，描述了:液晶單元特性測(cè)定裝置500、502至少能測(cè)定液晶單元300的厚度或液晶單元300內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。然而，液晶單元特性測(cè)定裝置500、502還能夠得知其他的液晶單元特性，例如:還可通過(guò)分析所測(cè)得的資訊來(lái)計(jì)算液晶分子的旋轉(zhuǎn)角(twist angle)、或得知液晶單元300的配向方向(rubbing direction)。另外,在上述圖1 圖3的實(shí)施例中，僅描述三個(gè)傾斜的偏光產(chǎn)生器105、物鏡106與偏光分析器107的設(shè)計(jì)，然而，并不限于此，還可以是三個(gè)以上的設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步取得液晶單元300更多的光學(xué)資訊，提升量測(cè)的精密度。再者，至少可以將傾斜設(shè)置的偏光產(chǎn)生器105、物鏡106與偏光分析器107設(shè)計(jì)成模塊化的設(shè)計(jì)，亦即:將偏光產(chǎn)生器105、物鏡106與偏光分析器107制作成單一個(gè)光學(xué)量測(cè)模塊。如此一來(lái)，可以將模塊化的光學(xué)量測(cè)模塊適用在各種液晶特性光學(xué)量測(cè)機(jī)臺(tái)上，有利于機(jī)臺(tái)的組裝與設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。圖4a 圖4c為利用本發(fā)明實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置，來(lái)測(cè)定三種液晶顯示面板的子像素(液晶單元)的液晶特性的示意圖。圖4a 圖4c顯示出本發(fā)明實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置500、502可以應(yīng)用在多種液晶顯示面板的量測(cè)上。請(qǐng)參照?qǐng)D4a,對(duì)于共平面切換式液晶顯示面板(In plane switching, IPS)而言，IPS液晶顯示面板的預(yù)傾角約為O 3度。三個(gè)探頭D的傾斜方向是沿著IPS液晶顯示面板的配向方向 RD(rubbing direction)。請(qǐng)參照?qǐng)D4b，對(duì)于小扭轉(zhuǎn)角的液晶顯示面板(π-cell)而言，π-cell結(jié)構(gòu)上的相位差對(duì)稱相抵消，三個(gè)探頭D的傾斜方向沿著π-cell結(jié)構(gòu)的配向方向。可以利用數(shù)值擬合求解出液晶厚度與預(yù)傾角。請(qǐng)參照?qǐng)D4c,對(duì)于扭轉(zhuǎn)向列式液晶顯示面板(twisted nematic,TN)而言,三個(gè)探頭D的排列方式配合著液晶分子的扭轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)了 90度，而位于圖4c的垂直方向上，如此能夠測(cè)定預(yù)傾角的特性。另外，雖未繪不多域垂直配向型(Mult1-domain Vertical Alignment, MVA)液晶顯示面板，但本發(fā)明實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定裝置500、502也可測(cè)定多域垂直配向型液晶顯示面板的液晶單元的液晶特性。在多域垂直配向型液晶顯示面板中，常以脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)(protrusion)或是高分子配向，液晶排列類似于:接近90度預(yù)傾角的IPS結(jié)構(gòu)。因此,可采用類似于IPS液晶顯示面板的方式，來(lái)設(shè)置三個(gè)探頭D的傾斜角度及沿著配向方向RD的方式,來(lái)測(cè)定MVA液晶顯示面板。上述的探頭D可以是圖1所示的物鏡106、偏光分析器107、成像透鏡108、光接收模塊109的組合，也可以是圖3所示的106、偏光分析器107、成像透鏡108、光接收模塊117
的組合。以下將繼續(xù)描述本發(fā)明的液晶單元特性測(cè)定方法的實(shí)施方式。[液晶單元特性測(cè)定方法]請(qǐng)配合圖1，以理解本發(fā)明實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定方法。此液晶單元特性測(cè)定方法至少能測(cè)定液晶單元的厚度或液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。首先，從光源101取出具有特定偏光成分的至少三條偏光光線111。接著，使每一偏光光線111以傾斜入射角度投射到液晶單元300。再來(lái)，提供至少三個(gè)物鏡106，每一物鏡106以設(shè)定的收光角度而接收透射過(guò)液晶單元300的每一偏光光線112，收光角度對(duì)應(yīng)于傾斜入射角度。繼之，提供至少三個(gè)偏光分析器107,每一偏光分析器107取得來(lái)自于每一物鏡106的偏光光線112的偏光強(qiáng)度。之后，提供數(shù)據(jù)處理器200，根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線112的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算液晶單元300的厚度、或液晶單元300內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。關(guān)于液晶單元特性測(cè)定方法中所使用到的各種光學(xué)元件、傾斜入射角度的設(shè)定方式、使用偏光光線的種類等等，已經(jīng)于上述的液晶單元特性測(cè)定裝置500、502描述過(guò)，在此即不予以重述。以下，進(jìn)一步描述液晶單元特性測(cè)定方法的測(cè)定步驟。圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的液晶單元特性測(cè)定方法的測(cè)定步驟的流程圖。請(qǐng)參照?qǐng)D5，此液晶單元特性測(cè)定方法600包括步驟Sll S17。在此實(shí)施例中，根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線112的偏光強(qiáng)度，且利用擬合相位差的方式，而計(jì)算液晶單元300的厚度、或液晶單元300內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。首先，在步驟Sll中，輸入已知波長(zhǎng)的液晶折射率ne、no，其中，ne為非尋常光液晶折射率(即液晶光軸方向的折射率)，no為尋常光液晶折射率(即垂直液晶光軸方向的折射率)。在步驟S12中，如圖4a 圖4c的其中之一的探頭D作影像對(duì)焦(imagefocusing),確認(rèn)成像為最清晰。接著，在步驟S13中，需使用影像處理確認(rèn)三個(gè)探頭D各自量測(cè)的液晶單元300的空間位置為共點(diǎn)。接著，在步驟S14中，測(cè)定三個(gè)各自的探頭D所量得的光強(qiáng)度信號(hào)。再來(lái)，于步驟S15中，計(jì)算個(gè)別(波長(zhǎng))的相位差。繼之，于步驟S16中，以柯西方程式(式(I))擬合各波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的相位差，
權(quán)利要求
1.一種液晶單元特性測(cè)定裝置，至少能測(cè)定該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角，該液晶單元特性測(cè)定裝置的特征在于包括: 光源； 至少三個(gè)偏光產(chǎn)生器，每一偏光產(chǎn)生器從該光源取出具有特定偏光成分的一偏光光線，每一偏光光線以一傾斜入射角度投射到該液晶單元； 至少三個(gè)物鏡，每一物鏡以設(shè)定的一收光角度而接收透射過(guò)該液晶單元的每一偏光光線，該收光角度對(duì)應(yīng)于該傾斜入射角度； 至少三個(gè)偏光分析器，每一偏光分析器取得來(lái)自于每一物鏡的該偏光光線的偏光強(qiáng)度；以及 數(shù)據(jù)處理器，根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。
2.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，至少三個(gè)該收光角度分別為: 等于90度、大于90度以及小于90度。
3.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，至少三個(gè)該收光角度分別為: 兩個(gè)該收光角度大于等于90度、且一個(gè)該收光角度小于90度。
4.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，至少三個(gè)該收光角度分別為:` 一個(gè)該收光角度大于等于90度、且兩個(gè)該收光角度小于90度。
5.如權(quán)利要求1的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于還包括: 至少三個(gè)第一導(dǎo)光元件，光學(xué)地連接于該光源、且分別從該光源取得一光線；以及 至少三個(gè)準(zhǔn)直透鏡，每一準(zhǔn)直透鏡光學(xué)地連接于每一第一導(dǎo)光元件，每一準(zhǔn)直透鏡使得每一光線成為一準(zhǔn)直光線而入射每一偏光產(chǎn)生器。
6.如權(quán)利要求1的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于還包括: 至少三個(gè)成像透鏡，每一成像透鏡設(shè)置于每一偏光分析器的一光學(xué)下游側(cè)，接收來(lái)自每一偏光分析器的每一偏光光線。
7.如權(quán)利要求1的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于還包括: 至少三個(gè)光接收模塊，每一光接收模塊設(shè)置于每一偏光分析器的一光學(xué)下游側(cè)，每一光接收模塊取得來(lái)自于每一偏光分析器的該偏光光線的光強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求7的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于還包括: 至少三個(gè)第二導(dǎo)光元件，每一第二導(dǎo)光元件光學(xué)地連接于每一光接收模塊。
9.如權(quán)利要求8的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于還包括: 多波長(zhǎng)光譜儀模塊，光學(xué)地連接于每一第二導(dǎo)光元件與該數(shù)據(jù)處理器之間。
10.如權(quán)利要求7的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，每一光接收模塊包括: 孔徑鏡片，通過(guò)每一偏光分析器的該偏光光線的一第一部分通過(guò)該孔徑鏡片而在一第一光徑上傳輸、且該偏光光線的一第二部分被該孔徑鏡片反射而在一第二光徑上傳輸，該第一光徑垂直于該第二光徑； 聚焦透鏡，設(shè)置于該第一光徑上、接收該偏光光線的該第一部分，且將該偏光光線的該第一部分往該數(shù)據(jù)處理器傳輸； 消色差透鏡，設(shè)置于該第二光徑上、接收該偏光光線的該第二部分；以及 光學(xué)感測(cè)器，設(shè)置于該第二光徑上，感測(cè)經(jīng)過(guò)該消色差透鏡的該偏光光線的該第二部分。
11.如權(quán)利要求1的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于還包括: 光譜分光模塊，設(shè)置于該光源與該些偏光產(chǎn)生器之間。
12.如權(quán)利要求1的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，該特定偏光成分包括:線偏光、圓偏光或橢圓偏光。
13.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，該偏光產(chǎn)生器包括:一起偏器。
14.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，該偏光產(chǎn)生器包括:一起偏器以及一相位差調(diào)制器，該相位差調(diào)制器設(shè)置于該起偏器的一光學(xué)下游側(cè)。
15.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，該偏光分析器包括:一檢偏器。
16.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，該偏光分析器包括:一相位差調(diào)制器以及一檢偏器，該相位差調(diào)制器設(shè)置于該檢偏器的一光學(xué)上游側(cè)。
17.如權(quán)利要求1所述的液晶單元特性測(cè)定裝置，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度來(lái)擬合(Fitting)相位差，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶 分子的預(yù)傾角。
18.一種液晶單元特性測(cè)定方法，至少能測(cè)定該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角，該液晶單元特性測(cè)定方法的特征在于包括: 從一光源取出具有特定偏光成分的至少三條偏光光線； 使每一偏光光線以一傾斜入射角度投射到該液晶單元； 提供至少三個(gè)物鏡，每一物鏡以設(shè)定的一收光角度而接收透射過(guò)該液晶單元的每一偏光光線，該收光角度對(duì)應(yīng)于該傾斜入射角度； 提供至少三個(gè)偏光分析器，每一偏光分析器取得來(lái)自于每一物鏡的該偏光光線的偏光強(qiáng)度；以及 提供一數(shù)據(jù)處理器，根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。
19.如權(quán)利要求18所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，至少三個(gè)該收光角度分別為: 等于90度、大于90度以及小于90度。
20.如權(quán)利要求18所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，至少三個(gè)該收光角度分別為: 二個(gè)該收光角度大于等于90度、且一個(gè)該收光角度小于90度。
21.如權(quán)利要求18所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，至少三個(gè)該收光角度分別為: 一個(gè)該收光角度大于等于90度、且兩個(gè)該收光角度小于90度。
22.如權(quán)利要求18的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于還包括:提供至少三個(gè)第一導(dǎo)光元件，光學(xué)地連接于該光源、且分別從該光源取得一光線；以及 提供至少三個(gè)準(zhǔn)直透鏡，每一準(zhǔn)直透鏡光學(xué)地連接于每一第一導(dǎo)光元件，每一準(zhǔn)直透鏡使得每一光線成為一準(zhǔn)直光線而入射每一偏光產(chǎn)生器。
23.如權(quán)利要求18的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于還包括: 提供至少三個(gè)成像透鏡，每一成像透鏡設(shè)置于每一偏光分析器的一光學(xué)下游側(cè)，接收來(lái)自每一偏光分析器的每一偏光光線。
24.如權(quán)利要求18的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于還包括: 提供至少三個(gè)光接收模塊，每一光接收模塊設(shè)置于每一偏光分析器的一光學(xué)下游側(cè)，每一光接收模塊取得來(lái)自于每一偏光分析器的該偏光光線的光強(qiáng)度。
25.如權(quán)利要求24的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于還包括: 提供至少三個(gè)第二導(dǎo)光元件，每一第二導(dǎo)光元件光學(xué)地連接于每一光接收模塊。
26.如權(quán)利要求25的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于還包括: 提供一多波長(zhǎng)光譜儀模塊，光學(xué)地連接于每一第二導(dǎo)光元件與該數(shù)據(jù)處理器之間。
27.如權(quán)利要求24的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，每一光接收模塊包括: 孔徑鏡片，通過(guò)每一偏光分析器的該偏光光線的一第一部分通過(guò)該孔徑鏡片而在一第一光徑上傳輸、且該偏光光線的一第二部分被該孔徑鏡片反射而在一第二光徑上傳輸，該第一光徑垂直于該第二光徑； 聚焦透鏡，設(shè)置于該第一光徑上、接收該偏光光線的該第一部分，且將該偏光光線的該第一部分往該數(shù)據(jù)處理器傳輸； 消色差透鏡，設(shè)置于該第二光徑上、接收該偏光光線的該第二部分；以及 光學(xué)感測(cè)器，設(shè)置于該第二光徑上，感測(cè)經(jīng)過(guò)該消色差透鏡的該偏光光線的該第二部分。
28.如權(quán)利要求18的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于還包括: 提供一光譜分光模塊，設(shè)置于該光源與該些偏光產(chǎn)生器之間。
29.如權(quán)利要求18的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，該特定偏光成分包括:線偏光、圓偏光或橢圓偏光。
30.如權(quán)利要求18所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，該偏光產(chǎn)生器包括:一起偏器。
31.如權(quán)利要求18所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，該偏光產(chǎn)生器包括:一起偏器以及一相位差調(diào)制器，該相位差調(diào)制器設(shè)置于該起偏器的一光學(xué)下游側(cè)。
32.如權(quán)利要求18所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，該偏光分析器包括:一檢偏器。
33.如權(quán)利要求17所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，該偏光分析器包括:一相位差調(diào)制器以及一檢偏器，該相位差調(diào)制器設(shè)置于該檢偏器的一光學(xué)上游側(cè)。
34.如權(quán)利要求17所述的液晶單元特性測(cè)定方法，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理器根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度來(lái)擬合(Fitting)相位差，而計(jì)算該液晶單元的厚度或該液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種液晶單元特性測(cè)定裝置以及液晶單元特性測(cè)定方法。液晶單元特性測(cè)定裝置包括光源、至少三個(gè)偏光產(chǎn)生器、至少三個(gè)物鏡、至少三個(gè)偏光分析器以及數(shù)據(jù)處理器。每一偏光產(chǎn)生器從光源取出具有特定偏光成分的偏光光線，每一偏光光線以傾斜入射角度投射到液晶單元。每一物鏡以設(shè)定的收光角度而接收透射過(guò)液晶單元的每一偏光光線，收光角度對(duì)應(yīng)于傾斜入射角度。每一偏光分析器取得來(lái)自于每一物鏡的偏光光線的偏光強(qiáng)度。數(shù)據(jù)處理器根據(jù)至少三個(gè)收光角度中的每一偏光光線的偏光強(qiáng)度，而至少能計(jì)算液晶單元的厚度或液晶單元內(nèi)的液晶分子的預(yù)傾角。此外，還提出液晶單元特性測(cè)定方法。
文檔編號(hào)G01B11/06GK103176297SQ201210043918
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者劉志祥, 江直融, 羅偕益 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院