專(zhuān)利名稱(chēng)：根據(jù)完全米勒矩陣測(cè)量值確定液晶單元參數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于測(cè)量液晶單元的參數(shù)的裝置和技術(shù)，尤其涉及用于測(cè)量液 晶層(單元間隙(cell gap))的厚度、液晶分子在該液晶層的厚度上所經(jīng)受的扭轉(zhuǎn)角、位于 該單元的液晶層和玻璃面邊界處的液晶分子取向(配向(rubbing direction))以及液晶 分子與相鄰玻璃板表面之間的傾斜角(預(yù)傾斜)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCD)通常由兩塊玻璃板以及密封在這兩塊玻璃板之間的薄液晶層 構(gòu)成，這種裝配在本領(lǐng)域中稱(chēng)作“疊層(stack)”。偏振膜安裝在該疊層的兩側(cè)上。位于該 疊層的一塊玻璃板上的透明電極接收電壓，所生成的電場(chǎng)施加到液晶材料的相鄰液晶分子 上，從而導(dǎo)致這些分子改變它們的取向。液晶分子的這種取向上的改變發(fā)生在電極之間的 疊層容積內(nèi)。在電極較大的情況下，如數(shù)字觀看顯示器中的電極，則相應(yīng)的較大容積的液晶 材料受到影響。在電極小的情況下，如電視屏幕或者計(jì)算機(jī)顯示器的像素中的電極，對(duì)于每 個(gè)電極而言，受影響的液晶材料容積相應(yīng)很小。因?yàn)橐壕Х肿庸倘坏厥请p折射的，所以采用 電的方法來(lái)調(diào)整每個(gè)像素處的液晶分子的取向的能力可以控制在該像素的疊層的每側(cè)上 穿過(guò)偏振屏幕的光量。本領(lǐng)域所公知的是，LCD電視和計(jì)算機(jī)屏幕的基礎(chǔ)是由形成像素的 大量微小、透明電極所構(gòu)成的陣列，每個(gè)電極具有電可調(diào)整光透射特性，所述光透射特性是 通過(guò)改變施加到各個(gè)電極上的電壓電平來(lái)調(diào)整的。對(duì)于大的計(jì)算機(jī)顯示器或者電視而言， IXD屏幕中的像素?cái)?shù)量可以達(dá)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)。現(xiàn)存有很多種LCD設(shè)計(jì)。參照?qǐng)D1，設(shè)計(jì)者可以選擇液晶分子定向的指向矢 (director)或者分子軸在靜止(即未向各個(gè)電極施加電壓)時(shí)相對(duì)于第一玻璃表面取向所 在的配向。通過(guò)適當(dāng)選擇第二玻璃表面的配向，能夠控制扭轉(zhuǎn)角Φ。參照?qǐng)D2，還能夠控制 單元間隙d和預(yù)傾斜角θ，所述單元間隙d是填充有液晶材料的玻璃板之間的空間，其中預(yù) 傾斜是液晶指向矢與玻璃表面之間的夾角。除了選擇這些單元參數(shù)之外，設(shè)計(jì)者還選擇安 裝在該單元外表面上的偏振器(polarizer)以及放置在液晶單元與所述偏振器之間的任 何雙折射膜的定向。作為一個(gè)實(shí)例，一般的IXD設(shè)計(jì)是扭轉(zhuǎn)向列(TN)配置，其中選擇扭轉(zhuǎn)角θ為90°。典型的TN IXD可以具有8°的預(yù)傾斜角θ，以及大約5微米的單元間隙d。其它設(shè)計(jì) 包括具有180到270度之間的扭轉(zhuǎn)角的超扭轉(zhuǎn)向列(STN)模式、具有0°扭轉(zhuǎn)角的面內(nèi)切換 (IPS)和光學(xué)補(bǔ)償雙折射(OCB)模式，以及具有接近90°預(yù)傾斜角的垂直對(duì)準(zhǔn)向列(VAN) 模式。許多其他模式也已經(jīng)被設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出來(lái)了。這些設(shè)計(jì)中的每一種都具有其自身特定 的強(qiáng)項(xiàng)和弱項(xiàng)。一些設(shè)計(jì)具有優(yōu)越的視場(chǎng)特性，而其他設(shè)計(jì)則具有優(yōu)越的切換響應(yīng)時(shí)間，而 另外的設(shè)計(jì)可以具有最低的制造成本。無(wú)論單元或板是如何設(shè)計(jì)的，LCD最終的性能則取決于制造具有正確的配向、扭轉(zhuǎn) 角、單元間隙和預(yù)傾斜角的值的單元。已經(jīng)介紹了用于測(cè)量這些參數(shù)中的一部分或全部的 多種技術(shù)和儀器。然而，這些技術(shù)和儀器通常緩慢，為了測(cè)量液晶單元上的單一小位置要大 約需要花費(fèi)20-30秒量級(jí)的時(shí)間。因此，在制造過(guò)程中，可能僅測(cè)試單元上的5個(gè)位置，這 些位置處于中心以及一般處于每個(gè)角落區(qū)域中。這種測(cè)量檢測(cè)單元缺陷，例如配向的失準(zhǔn)、 單元厚度的非均勻性以及其它缺陷。用于測(cè)量這些參數(shù)的儀器是制造LCD單元或板并對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制，以及用于研 究和開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵工具。顯然，上述的現(xiàn)有測(cè)量設(shè)備和方法的緩慢速率限制了制造過(guò)程中單 元的產(chǎn)量。用于測(cè)量這些參數(shù)的現(xiàn)有儀器還常常要求若干所述參數(shù)是預(yù)先已知的，并且可 能僅在有限的值范圍上提供準(zhǔn)確測(cè)量值。例如，現(xiàn)有的測(cè)量系統(tǒng)可能要求預(yù)先知道單元的 配向，并且可能僅能夠測(cè)量在0到30度范圍內(nèi)的預(yù)傾斜角。另一種現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)可能無(wú)法 區(qū)分液晶分子中的順時(shí)針和逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)方向。申請(qǐng)人:的發(fā)明能夠同時(shí)測(cè)量任何液晶單元的配向、扭轉(zhuǎn)角度、單元間隙和預(yù)傾斜。 本發(fā)明還具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)。如下所述，現(xiàn)有技術(shù)描述了僅測(cè)量所希望參數(shù)的 子集的技術(shù)，或者僅對(duì)單元的特定模式起作用的技術(shù)，或者需要預(yù)先知道一部分所希望參 數(shù)的技術(shù)，或者需要LC單元被旋轉(zhuǎn)以便完成測(cè)量的技術(shù)。本發(fā)明則不存在這些局限性。美國(guó)專(zhuān)利No. 5239365中所公開(kāi)的發(fā)明描述了一種用于測(cè)量扭轉(zhuǎn)液晶單元厚度的 技術(shù)。然而，這種技術(shù)需要配向和扭轉(zhuǎn)角度先驗(yàn)知識(shí)。通過(guò)沿著適當(dāng)方向?qū)?zhǔn)線性偏振器 (polarizer)，這種技術(shù)能夠根據(jù)光譜透射率測(cè)量值來(lái)確定單元的延遲，并且繼而能夠基于 液晶材料已知的雙折射率Δη來(lái)計(jì)算單元間隙。這種技術(shù)無(wú)法測(cè)量扭轉(zhuǎn)角或配向。美國(guó)專(zhuān)利No. 5532823中所公開(kāi)的發(fā)明改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)。通過(guò)穿過(guò)交叉偏振器進(jìn) 行光譜透射率測(cè)量，并且通過(guò)允許偏振器之間的液晶單元連續(xù)旋轉(zhuǎn)，將近似方法用于確定 扭轉(zhuǎn)角、配向和單元間隙。這種技術(shù)要求扭轉(zhuǎn)角小于120°，并且因此而不能用于測(cè)量STN 模式的單元。美國(guó)專(zhuān)利No. 6081337中描述了進(jìn)一步的改進(jìn)。在這種技術(shù)中，液晶單元不被旋 轉(zhuǎn)。取而代之的是，在單元之前和之后的偏振器旋轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)行光譜透射率測(cè)量。描述了一 種算法，由此確定兩個(gè)偏振器的適當(dāng)旋轉(zhuǎn)角，并且能夠確定配向、扭轉(zhuǎn)角和單元間隙。上述三種技術(shù)均通過(guò)以線性偏振態(tài)照射樣本并且分析從該樣本出射的光的線性 偏振分量來(lái)確定液晶單元的屬性。然而，扭轉(zhuǎn)液晶單元的手征性(chiral)結(jié)構(gòu)使得能夠通 過(guò)調(diào)查圓和橢圓偏振態(tài)來(lái)獲得大量的附加信息。美國(guó)專(zhuān)利No. 6300954認(rèn)識(shí)到檢查從液晶 單元出射的光的完全偏振態(tài)(斯托克斯向量)的有效性。然而，這種技術(shù)僅將線性偏光射入 到單元中。旋轉(zhuǎn)該單元，以便找到能夠引起測(cè)得的透射光束有最大值或最小值的取向。以 所定位的取向，能夠根據(jù)測(cè)得的斯托克斯向量來(lái)確定單元間隙和扭轉(zhuǎn)角。然而，即使這種最近的現(xiàn)有技術(shù)也要求旋轉(zhuǎn)液晶單元以進(jìn)行測(cè)量，并且不測(cè)量配向。在本發(fā)明中，示出快速且準(zhǔn)確地測(cè)量液晶單元的單元間隙、扭轉(zhuǎn)角度和配向，有利 的是，以一種或多種波長(zhǎng)測(cè)量該單元的完全米勒(Mueller)矩陣。眾所周知的是，準(zhǔn)確地測(cè) 量樣本的米勒矩陣要求以多種偏振態(tài)(諸如線偏振、橢圓偏振和圓偏振，包括左手和右手 旋轉(zhuǎn))照射樣本，并且在它們與樣本相互作用之后分析類(lèi)似的多種偏振態(tài)。如果適當(dāng)?shù)貓?zhí) 行了測(cè)量，則能夠測(cè)量樣本的米勒矩陣。該米勒矩陣內(nèi)包含樣本所有可能的偏振改變的屬 性，包括延遲(retarder)屬性、偏振器屬性以及去偏振屬性。在本發(fā)明之前，僅有很少幾篇 描述液晶單元的理論或測(cè)量米勒矩陣的論文。"J. Opt. Soc. Am.，，(Vol. 68，第 1756-1767 頁(yè)，1979)中的描述教導(dǎo) 了一種通過(guò)數(shù) 學(xué)方法得出扭轉(zhuǎn)向列液晶單元的米勒矩陣的方式。然而，并沒(méi)有提供進(jìn)一步的分析，并且 沒(méi)有給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在“Appl. Opt.，，(Vol. 37，第937-945頁(yè)，1998)中，通過(guò)計(jì)算理論米勒 矩陣的偏振特征態(tài)，促進(jìn)了對(duì)扭轉(zhuǎn)向列液晶單元的米勒矩陣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。然而，沒(méi)有表示 出測(cè)量值，并且這項(xiàng)工作的目的是找出扭轉(zhuǎn)向列液晶單元的偏振特征態(tài)，以使得該設(shè)備能 夠被用來(lái)實(shí)現(xiàn)唯相位調(diào)制，以可能性地用于光學(xué)相關(guān)或者其他光學(xué)計(jì)算用途。該理論工作 實(shí)際上遵循了 “Opt. Lett. ” (vol. 18，第1567-1569頁(yè)，1993)中所描述的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，這是我 們唯一所知道的表示出扭轉(zhuǎn)向列液晶設(shè)備的測(cè)量偏振特征態(tài)的參考文獻(xiàn)。這些測(cè)量是以 單一波長(zhǎng)進(jìn)行的，并且是根據(jù)施加到液晶的電壓而做出的。這項(xiàng)工作的目的是找到這些特 征態(tài)，以使得該設(shè)備能夠用作單獨(dú)相位調(diào)制器，以用于光學(xué)相關(guān)用途。最后，在“Meas. Sci. Technol.，，(Vol. 12，第1938-1948頁(yè)，2001)中，我們發(fā)現(xiàn)了我們所知道的有關(guān)液晶單元的 米勒矩陣僅有的另一組測(cè)量值。在該文章中，利用米勒矩陣測(cè)量對(duì)鐵電液晶單元的晶體非 對(duì)稱(chēng)性和切換響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了調(diào)查?？偨Y(jié)我們對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)查，可以看出，現(xiàn)有技術(shù)可以分成兩類(lèi)描述了用于測(cè) 量液晶單元的物理屬性的方法和裝置的專(zhuān)利，以及在理論上對(duì)液晶單元的米勒矩陣建?；?者通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量該矩陣的學(xué)術(shù)研究論文。專(zhuān)利技術(shù)正在從能力有限的簡(jiǎn)單系統(tǒng)朝著能夠測(cè) 量液晶單元的更多偏振屬性并且由此能夠測(cè)量更多參數(shù)的更復(fù)雜的系統(tǒng)發(fā)展。然而，還沒(méi) 有專(zhuān)利技術(shù)主張完全偏振特征化，即完全米勒矩陣測(cè)量所需的系統(tǒng)復(fù)雜程度。學(xué)術(shù)研究論 文已經(jīng)得出了液晶的米勒矩陣應(yīng)為何樣，或者已經(jīng)通過(guò)出于各種研究目的所進(jìn)行的分析測(cè) 量了液晶單元的米勒矩陣。這些論文的目的始終是調(diào)查L(zhǎng)C單元的光學(xué)屬性。這些論文沒(méi) 有考慮到轉(zhuǎn)化問(wèn)題，也就是說(shuō)，利用測(cè)得的光學(xué)屬性回溯并且確定該單元的物理屬性。沒(méi)有 一篇論文提出了主張使用完全米勒矩陣測(cè)量以用于同時(shí)且唯一地確定液晶單元的配向、扭 轉(zhuǎn)角度、單元間隙和預(yù)傾斜的實(shí)驗(yàn)測(cè)量或者理論分析。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種液晶單元的米勒矩陣的測(cè)量方法，其中能夠 確切地確定包括單元間隙、扭轉(zhuǎn)角度和配向在內(nèi)的參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)，即使預(yù)先不知道 這些參數(shù)的值也能夠確定出。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于測(cè)量液晶單元的光學(xué)屬性的測(cè)量裝置，即使預(yù)先不知道該單元的單元間隙、扭轉(zhuǎn)角度和配向也能夠測(cè)量，并且該測(cè)量裝置在測(cè)量過(guò)程 中不需要旋轉(zhuǎn)該液晶單元。本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種制造具有所希望的單元間隙、扭轉(zhuǎn)角度和配向的值的 液晶設(shè)備的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種液晶單元的米勒矩陣的測(cè)量方法，其中通過(guò)改變 測(cè)量光束在液晶設(shè)備上的入射角來(lái)確定液晶指向矢的預(yù)傾斜，并且其中該預(yù)傾斜角可以是 從0到90度的任何值。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是一種用于測(cè)量液晶單元的液晶指向矢的預(yù)傾斜的測(cè)量裝 置，其中該預(yù)傾斜角可以是從0到90度的任何值。本發(fā)明的再一個(gè)目的是一種制造具有所希望的預(yù)傾斜角的值的液晶設(shè)備的方法。通過(guò)閱讀如下所附的說(shuō)明書(shū)，本發(fā)明進(jìn)一步的目的將變得清楚明白。


圖1是扭轉(zhuǎn)排列的液晶分子的3D示意圖。在輸入(入射)玻璃處，分子指向矢與 配向α對(duì)準(zhǔn)，并且當(dāng)它們到達(dá)出射側(cè)時(shí)一律扭轉(zhuǎn)了扭轉(zhuǎn)角Φ。圖2表示了從輸入(入射)側(cè)到出射側(cè)沒(méi)有扭轉(zhuǎn)的液晶指向矢的概略側(cè)視圖。此 處，單元間隙由d表示，并且指向矢的預(yù)傾斜角由θ表示。圖3是表示測(cè)量液晶單元的米勒矩陣所必需的組件的框圖。圖4是在圖3所示的框圖上擴(kuò)展的米勒矩陣測(cè)量系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方式的框圖。圖5是機(jī)械固定設(shè)備的圖示，其中自動(dòng)機(jī)(robot)致動(dòng)器使LCD設(shè)備在XY平面內(nèi) 在偏振態(tài)發(fā)生器與偏振態(tài)分析器之間平移，以用于映射出液晶參數(shù)的空間變化。此外，將該 偏振態(tài)發(fā)生器與偏振態(tài)分析器安裝在能夠傾斜并旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)任意入射方向和角度的固定 設(shè)備上，從而允許測(cè)量液晶的預(yù)傾斜角。圖6a和6b是均具有相同預(yù)傾斜并且均具有0扭轉(zhuǎn)角的兩個(gè)單元的圖示。圖6a 示出了所謂的“張開(kāi)(splay)”狀態(tài)，而圖6b示出了“彎曲”狀態(tài)。圖7是圖示用于測(cè)量液晶單元參數(shù)的一種可能過(guò)程的流程圖。圖8示出了向列扭轉(zhuǎn)液晶單元的歸一化米勒矩陣。已經(jīng)根據(jù)波長(zhǎng)繪制了 16個(gè)矩 陣元素中的每一個(gè)。圖9a和9b按照在Poincare Sphere (邦加球)上的軌跡示出了圖8所示的向列 扭轉(zhuǎn)液晶單元的延遲和快軸(本征偏振)。圖10示出了可以在研究和開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用的圖形用戶(hù)界面的實(shí)例。圖11示出了可以在生產(chǎn)環(huán)境中使用的圖形用戶(hù)界面的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式為了測(cè)量液晶單元的米勒矩陣，將形成為多種不同偏振態(tài)的光引導(dǎo)到液晶單元 中，該單元根據(jù)單元屬性改變這些偏振態(tài)。偏振敏感檢測(cè)系統(tǒng)分析從該單元出來(lái)的偏振態(tài)。 為了準(zhǔn)確地測(cè)量米勒矩陣，所生成的包含多種偏振態(tài)和所測(cè)得的偏振態(tài)的光輸入必須均對(duì) 大部分邦加球(Poincare Sphere)球進(jìn)行采樣。也就是說(shuō)，必須生成并且分析具有顯著不 同的取向、橢圓率和旋向性的多種偏振態(tài)。一旦已經(jīng)測(cè)量了液晶單元的米勒矩陣，就確定了 單元間隙、扭轉(zhuǎn)角度和配向。如果這三個(gè)參數(shù)預(yù)先全都不知道，則需要以多個(gè)波長(zhǎng)進(jìn)行米勒 矩陣測(cè)量，并且這些參數(shù)在該單元的計(jì)算機(jī)模擬中被迭代地改變，直到該模擬和測(cè)量盡可 能接近地匹配為止。在其他情況中，例如預(yù)先知道了扭轉(zhuǎn)角度和配向的值，則以單一波長(zhǎng)進(jìn) 行的米勒矩陣測(cè)量就足以確定單元間隙了。
上述測(cè)量通常需要在測(cè)量之前就知道雙折射率Δ η和預(yù)傾斜角θ，這是最為常見(jiàn) 的情況。如果不確切地知道預(yù)傾斜，則有利的是，能夠測(cè)量預(yù)傾斜角。為了測(cè)量預(yù)傾斜角，除了允許測(cè)量光束的輸入方向和入射角改變的機(jī)械固定設(shè)備 之外，要使用上述的相同米勒矩陣測(cè)量技術(shù)。通過(guò)按照入射角測(cè)量米勒矩陣，并且通過(guò)將這 些所測(cè)得的結(jié)果與分析表達(dá)式或者計(jì)算機(jī)模擬相比較，能夠確定液晶的預(yù)傾斜角。圖3圖示了本發(fā)明的基本元件。偏振態(tài)發(fā)生器10生成具有隨時(shí)間變化的偏振態(tài) 的光束12。該光束與樣本14發(fā)生作用(該樣本在這種情況下是IXD單元)，造成光束12 的一部分或者全部偏振態(tài)發(fā)生改變。所改變的偏振態(tài)由偏振態(tài)分析器16進(jìn)行分析。偏振 態(tài)分析器16測(cè)量隨時(shí)間變化的偏振態(tài)序列，或者同時(shí)可以通過(guò)分光束并且使得被分的光 束均通過(guò)各個(gè)不同的固定偏振元件和檢測(cè)器，來(lái)測(cè)量離散數(shù)量的固定偏振態(tài)。所述偏振態(tài) 發(fā)生器和偏振態(tài)分析器均由諸如微控制器或者個(gè)人計(jì)算機(jī)之類(lèi)的處理器18進(jìn)行控制。處 理器18根據(jù)偏振態(tài)發(fā)生器10所發(fā)射的已知偏振態(tài)和來(lái)自偏振態(tài)分析器16的測(cè)得值計(jì)算 該樣本的米勒矩陣(圖8)。一旦已經(jīng)測(cè)量了米勒矩陣，處理器18就計(jì)算所希望的液晶單 元14的參數(shù)，例如單元間隙、扭轉(zhuǎn)角度、配向和預(yù)傾斜角，以在制造過(guò)程中盡可能早地確定 那些有缺陷的LCD單元。需要強(qiáng)調(diào)的是，與目前現(xiàn)有技術(shù)的方法所需的大約20-30秒相比， 本申請(qǐng)人的發(fā)明對(duì)于待測(cè)LCD單元上的每個(gè)位置，可以在小于大約1秒的時(shí)間內(nèi)快速地確 定所述參數(shù)。這種測(cè)試一般涉及成品LCD觀看屏幕的 色純度。例如，在標(biāo)稱(chēng)為5微米的單 元間隙變化超出工廠技術(shù)規(guī)范之外的情況下，變化的區(qū)域會(huì)在白色或黑色的屏幕上產(chǎn)生主 要為較亮或較暗的陰影區(qū)域。在電視或者計(jì)算機(jī)屏幕上，這樣的區(qū)域可能會(huì)具有與超公差 區(qū)域有關(guān)的顯著的不希望的顏色。因此，重要的是在制造過(guò)程中盡早識(shí)別這些有缺陷的單 元，從而可以丟棄或者再循環(huán)使用這些單元。在制造過(guò)程中，隨后對(duì)該LCD單元執(zhí)行進(jìn)一步 測(cè)試，例如電測(cè)試，以確定若干可能的死像素。如引用申請(qǐng)中所述的，控制器20、21控制狀 態(tài)發(fā)生器10和狀態(tài)分析器16的旋轉(zhuǎn)速率。圖4圖示了如以上引用的本人的名為“Complete Polarimeter”的專(zhuān)利申請(qǐng)中所 充分描述的本人發(fā)明的米勒矩陣測(cè)量系統(tǒng)的一種可能的實(shí)施例，所述申請(qǐng)的裝置可以被適 當(dāng)縮放，并且用來(lái)獲得LCD單元的測(cè)量。對(duì)于所引用申請(qǐng)的裝置的一種考慮的修改是擴(kuò)大 X-Y可平移臺(tái)面，以便收納LCD單元來(lái)進(jìn)行采樣。在本申請(qǐng)中，圖3的偏振態(tài)發(fā)生器被示為 提供由光源24生成的準(zhǔn)直光束22，該光束被引導(dǎo)穿過(guò)水平的線性偏振器26，繼而穿過(guò)具有 大約1/3延遲波的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的延遲器(redarder)28。如所引用申請(qǐng)中所述的，這產(chǎn)生了穿 過(guò)樣本30 (即安裝在大小適當(dāng)?shù)腦-Y可平移臺(tái)面上的LCD單元)而投射的隨時(shí)間變化的偏 振態(tài)的連續(xù)性，以使得該單元可以被移動(dòng)，從而測(cè)量該單元的各位置。圖3的偏振態(tài)分析器 16可以被構(gòu)成為具有連續(xù)旋轉(zhuǎn)的延遲器31，該延遲器具有大約三分之一延遲波，隨后是水 平的線性偏振器32，隨后是光電檢測(cè)器34。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的延遲器28、31以近似5 1的非完 全整數(shù)比進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而所述處理器計(jì)算該單元的米勒矩陣。圖5概略圖示了所引用申請(qǐng)中所示的系統(tǒng)，其中偏振態(tài)發(fā)生器10和偏振態(tài)分析器 16被安裝在自動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)40內(nèi)，該系統(tǒng)保持發(fā)生器10與分析器40的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)允許準(zhǔn) 直的光束22的入射角改變，能夠達(dá)到約80度。這通過(guò)發(fā)生器10和分析器16所安裝到的 自動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)便于進(jìn)行，所述系統(tǒng)為2軸系統(tǒng)，從而光束22可以被在任意角度方向引 導(dǎo)以穿過(guò)單元30。此外，自動(dòng)機(jī)控制器40包括在多個(gè)方向移動(dòng)單元30的線性平移器42，從而可以檢測(cè)單元30上的多個(gè)位置。本發(fā)明包括測(cè)量特定的米勒矩陣組并且利用該數(shù)據(jù)計(jì)算液晶單元30所希望的參 數(shù)的附加步驟，這些參數(shù)例如單元間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向和預(yù)傾斜角。選擇哪一個(gè)米勒矩陣組 進(jìn)行測(cè)量取決于哪些液晶參數(shù)是預(yù)先知道的，以及哪些液晶參數(shù)是要測(cè)量的。例如，預(yù)傾斜 角通常是已知的，并且在這種情況下以一種或多種波長(zhǎng)以法向入射測(cè)量米勒矩陣提供了計(jì) 算單元間隙、扭轉(zhuǎn)角和配向所需的充足數(shù)據(jù)。作為另一個(gè)實(shí)例，通常知道扭轉(zhuǎn)角為0。在這 種情況下，通過(guò)根據(jù)入射角測(cè)量米勒矩陣，就能夠確定預(yù)傾斜和單元間隙，其中入射平面選 擇為沿著液晶指向矢或者垂直于液晶指向矢。在不知道有關(guān)液晶單元的信息的情況下，能 夠以一種或多種波長(zhǎng)以及一個(gè)或多個(gè)入射角測(cè)量米勒矩陣，以便確定全部單元參數(shù)。在所 有情況中，根據(jù)所測(cè)得的米勒矩陣來(lái)計(jì)算液晶單元參數(shù)的技術(shù)是相同的，并且如下所述。為了確定液晶單元的參數(shù)，將所測(cè)得的米勒矩陣與該單元的數(shù)學(xué)模型(計(jì)算機(jī)模 擬)進(jìn)行比較，其中該模型具有配向、扭轉(zhuǎn)角、單元間隙和預(yù)傾斜角的自由參數(shù)。典型地，已 經(jīng)知道液晶材料的雙折射率Δη是波長(zhǎng)的函數(shù)?？赡艿氖牵瑑H知道在一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)的雙折射 率，并且波長(zhǎng)色散在該模型中也是自由參數(shù)。為了建立該數(shù)學(xué)模型，所述液晶單元被建模成單軸雙折射材料 的Q個(gè)單獨(dú)的均勻 層，其中Q是大數(shù)，例如50。對(duì)于具有大扭轉(zhuǎn)角的液晶單元而言，或者在必要或所希望的其 它情況中，可以使用或者需要大量的(例如約400個(gè))層來(lái)提高模擬的準(zhǔn)確度。每個(gè)雙折 射層被建模為分別具有已知的和η。(尋常和非尋常折射率)值的單軸材料。折射率橢圓 體的非尋常軸沿著每個(gè)單獨(dú)層的液晶分子的指向矢對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于與該單元的玻璃板相接觸的 層1和層Q而言，該指向矢相對(duì)于法線傾斜了該單元的預(yù)傾斜角。對(duì)于層1而言，xy平面 中的指向矢的取向由配向給定。對(duì)于層Q而言，xy平面中的指向矢取向由層1的配向加上 扭轉(zhuǎn)角給定。對(duì)于層2到Q-I而言，傾斜角和取向被建模為從層1到層Q線性變化，當(dāng)沒(méi)有 向液晶單元施加電壓時(shí)，這是一種有效的假設(shè)，因?yàn)檫@接近液晶分子的最低自由能量配置 或者靜止?fàn)顟B(tài)。在另一種情況中，在希望或者需要更高的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確度的情況下，能夠利 用采取諸如液晶分子的彈性系數(shù)之類(lèi)的已知方式變化的力學(xué)模擬的結(jié)果取代傾斜角和取 向的線性變化。這種模擬將所模擬的液晶材料的非線性的方面考慮在內(nèi)。彈性連續(xù)性理論 就是基于這種確定液晶分子的最低自由能量配置的手段。使用彈性連續(xù)性理論模型將提高 模擬準(zhǔn)確度，但是也會(huì)提高所需的計(jì)算時(shí)間。為了說(shuō)明這種模型，參照?qǐng)Dl、6a和6b。在圖1中，我們看到其中示出22個(gè)層的情 況，這22個(gè)層被標(biāo)記為1-22(Q = 22)，預(yù)傾斜為0，層1處的指向矢取向?yàn)棣?，該取向線性 變化到層Q處的角度α +φ。在圖6中，我們看到其中Q = 22的兩種情況，層1和層Q處 的取向?yàn)橄嗤慕嵌圈?，并且扭轉(zhuǎn)角為0。圖6中的上部視圖示出了這個(gè)單元的“張開(kāi)”模 式，圖6中的下部視圖表示了這個(gè)單元的“彎曲”模式。這兩種模式之間的差別在于允許穿 過(guò)該單元傾斜角線性增大還是線性減小。這兩種模式是可以由液晶單元制造商通過(guò)物理方 法實(shí)現(xiàn)的，并且能夠?qū)γ糠N模式進(jìn)行建模。為了實(shí)現(xiàn)這種模型，根據(jù)已知的光學(xué)波長(zhǎng)、已知的光傳播方向、已知的液晶材料雙 折射率以及假定的預(yù)傾斜、配向、單元間隙和扭轉(zhuǎn)角的值，來(lái)計(jì)算每層的米勒矩陣。一旦計(jì) 算了 Q個(gè)單獨(dú)的米勒矩陣，就按照如下計(jì)算該單元的總米勒矩陣Mcell = M0Mcm…M2M1其中繼而在所測(cè)量的數(shù)據(jù)集中針對(duì)每個(gè)光學(xué)波長(zhǎng)或者入射方向來(lái)計(jì)算Mrell。繼而迭代地修改假設(shè)的預(yù)傾斜、配向、單元間隙和扭轉(zhuǎn)角的值，直到所建模 的米勒矩陣以建模點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間有最小可實(shí)現(xiàn)RMS差來(lái)匹配被測(cè)米勒矩陣為止。如本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的，諸如高斯_牛頓方法、梯度下降方法或者Levenberg-Marquardt算法之 類(lèi)的任何標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化算法均適用于此目的。圖7是確定液晶單元參數(shù)所需的方法的流程圖。此處，在框50，激勵(lì)光源24，延遲 器28、31開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。計(jì)算機(jī)18從光電檢測(cè)器34獲得信號(hào)用于處理。在框52，如果必要，可以在多個(gè)波長(zhǎng)時(shí)采集樣本?？梢砸詭追N方式來(lái)實(shí)現(xiàn)在多個(gè) 波長(zhǎng)時(shí)生成數(shù)據(jù)。例如，光源24可以是白光源，例如鹵素?zé)襞莼蛘呋」鉄?，隨后是包含多個(gè) 窄帶干涉濾光器的電動(dòng)濾光器輪。典型地，在計(jì)算機(jī)或 者控制器的控制之下，通過(guò)從處理器 18經(jīng)由RS-232端口向?yàn)V光器輪發(fā)送命令，就能夠單獨(dú)選擇這些光譜濾光器。作為選擇，光 源24可以包括白光源，隨后是單色器，它允許通過(guò)從處理器18發(fā)送命令選擇任意的波長(zhǎng)。 作為選擇，光源24可以包括白光源，并且光電檢測(cè)器3可以包括分光計(jì)。在框54，可以選擇多個(gè)入射角以進(jìn)行采樣。通過(guò)處理器18向自動(dòng)機(jī)夾具 (fixture)40發(fā)送適當(dāng)?shù)拿顏?lái)生成這些入射角。在框56，計(jì)算被測(cè)的米勒矩陣。對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)和入射角設(shè)定，確定一個(gè)被測(cè)的米勒 矩陣。這些是描述正在測(cè)量的單元的米勒矩陣。在框58，執(zhí)行計(jì)算機(jī)模擬，該模擬根據(jù)對(duì)單元間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向和預(yù)傾斜的初始 估計(jì)來(lái)計(jì)算模擬的米勒矩陣。對(duì)于每個(gè)測(cè)得的波長(zhǎng)和入射角計(jì)算一個(gè)模擬的米勒矩陣，即 來(lái)自該樣本的每個(gè)被測(cè)米勒矩陣將具有一個(gè)相應(yīng)的模擬米勒矩陣。在框60，迭代地改變單 元間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向和預(yù)傾斜中的一個(gè)或多個(gè)的初始猜測(cè)值。在每次迭代時(shí)，計(jì)算新的模 擬米勒矩陣，并且繼而將其與被測(cè)米勒矩陣進(jìn)行比較。被模擬和被測(cè)量的米勒矩陣的元素 之間的RMS差被用作優(yōu)化過(guò)程中的品質(zhì)因數(shù)。迭代地改變?cè)诒荒M米勒矩陣中估計(jì)的單 元參數(shù)，直到RMS差變?yōu)樽钚』癁橹?，或者直到RMS差達(dá)到足夠低的值為止，這通常表示與 受測(cè)IXD單元接近匹配。用于選擇迭代步長(zhǎng)大小以及使優(yōu)化程序向一個(gè)解收斂的速度最 大化的技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。例如，高斯_牛頓方法、梯度下降方法和 Levenberg-Marquardt算法都適用于此目的。一旦知道了單元間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向和預(yù)傾斜 的最優(yōu)化值，就在框62將這些值報(bào)告給用戶(hù)。當(dāng)使建模的數(shù)據(jù)與被測(cè)米勒矩陣匹配時(shí)，有利的是，匹配歸一化的米勒矩陣的較 低3X3子矩陣中的值。使用歸一化的米勒矩陣從計(jì)算中去除了該單元的濾色器或者其它 光譜屬性的影響。較低3X3子矩陣包含米勒矩陣的延遲信息，并且典型地，液晶設(shè)備是只 有延遲的設(shè)備。當(dāng)入射角不是0度時(shí)，玻璃單元的s和ρ反射率之差將引起一定的二次衰 減，即該單元也將起到部分偏振器的作用。在這種情況下，有利的是，對(duì)米勒矩陣執(zhí)行極分 解(polar decomposition)并且僅對(duì)純延遲的米勒矩陣執(zhí)行曲線擬合。圖8圖示了向列扭轉(zhuǎn)型液晶單元的歸一化米勒矩陣的分項(xiàng)。該米勒矩陣的元素隨 著波長(zhǎng)而平滑變化。甚至是對(duì)于其中延遲級(jí)別跨過(guò)多個(gè)級(jí)別的最一般的情況，米勒矩陣元 素也表現(xiàn)平滑且不具有不連續(xù)性，從而使得該米勒矩陣元素最適于曲線擬合。圖9a和9b示出了與圖8所示相同的數(shù)據(jù)，但是圖9a示出了延遲幅度，而圖9b示 出了已經(jīng)通過(guò)對(duì)圖8中的米勒矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析而計(jì)算得到的延遲快軸。本領(lǐng)域技術(shù) 人員公知的是，每當(dāng)延遲幅度超過(guò)附加的180度延遲，計(jì)算得到的延遲和快軸就將具有不連續(xù)性。有必要做的是確定在每一點(diǎn)處真正的延遲“級(jí)別(order)”并且應(yīng)用試圖展開(kāi)該 幅度和快軸的算法以使得曲線圖是連續(xù)的。實(shí)際上，如通過(guò)在680nm和更小波長(zhǎng)時(shí)超過(guò)180 度的延遲所能夠看出的，已經(jīng)展開(kāi)了圖9a和9b中的數(shù)據(jù)。盡管圖9a和9b非常有助于理 解并且形象化液晶器件的行為，但是對(duì)于曲線擬合的實(shí)際動(dòng)作它卻不太有效。圖10通過(guò)舉例的方式圖示了一種可能的圖形用戶(hù)界面，研究者可以在研發(fā)環(huán)境 中使用所述圖形用戶(hù)界面來(lái)控制本發(fā)明并且解譯所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在此，向研究者呈現(xiàn)邦加 球和延遲相對(duì)波長(zhǎng)的圖形表示。單元間隙、刷(brush)傾角、扭轉(zhuǎn)角、預(yù)傾斜和入射角的滑 塊能夠單獨(dú)地操縱各單元參數(shù)。此外，垂直和水平滑塊允許操縱邦加球從而允許從方便的 取向?qū)ζ溥M(jìn)行觀察。這種對(duì)于單元參數(shù)的操縱有助于將模擬的偏振屬性與測(cè)量的偏振屬性 進(jìn)行比較。此外，能夠按壓“計(jì)算(CAIXULATE)”按鈕來(lái)開(kāi)始優(yōu)化程序，該程序根據(jù)所測(cè)量的 米勒矩陣數(shù)據(jù)確定最佳擬合的單元參數(shù)。在制造環(huán)境中，技術(shù)人員和工人將以裝配線的方式反復(fù)地對(duì)多個(gè)單元進(jìn)行相同 的測(cè)量，可能優(yōu)選地是諸如圖11所示的簡(jiǎn)化界面。此處，利用指向設(shè)備的單一按鈕點(diǎn) 擊或者在觸摸屏上觸摸等能夠執(zhí)行完全的測(cè)量。按壓“執(zhí)行單一測(cè)量(Perform Single Measurement) ”按鈕將自動(dòng)地測(cè)量并且顯示單元間隙、配向、扭轉(zhuǎn)角和預(yù)傾斜的值。這種測(cè) 量可以基于預(yù)先規(guī)定的“配方”。這種配方可以指示出要測(cè)量的傾斜角、光學(xué)波長(zhǎng)和單元位 置是什么，并且可以制定存儲(chǔ)測(cè)得的參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)預(yù)先知道單元參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)， 并且因此無(wú)需對(duì)其進(jìn)行測(cè)量時(shí)，能夠輸入這些參數(shù)，并且繼而能夠?qū)⑺鼈儚膬?yōu)化程序中排 除。需要強(qiáng)調(diào)的是，如果預(yù)先不知道參數(shù)中的任何一個(gè)，則能夠?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行編程，從而以 足夠多的波長(zhǎng)和入射角進(jìn)行測(cè)量，以便能夠計(jì)算所有參數(shù)。該界面還可以包括讓操作者測(cè) 量單元上的特定XY位置，或者執(zhí)行自動(dòng)的XY映射測(cè)量的按 鈕。應(yīng)當(dāng)注意的是，在本申請(qǐng)中，我已經(jīng)描述了通過(guò)以下步驟確定液晶單元的物理參 數(shù)的技術(shù)引導(dǎo)一系列不同偏振態(tài)穿過(guò)液晶單元，被改變的偏振態(tài)繼而穿過(guò)偏振態(tài)分析器， 利用光電檢測(cè)器測(cè)量每個(gè)被分析的偏振態(tài)的光學(xué)功率，根據(jù)所測(cè)得的光學(xué)功率以及所生成 并進(jìn)行了分析的已知偏振態(tài)來(lái)計(jì)算液晶單元的米勒矩陣，以一種或多種光學(xué)波長(zhǎng)和一個(gè)和 多個(gè)入射光束方向進(jìn)行米勒矩陣測(cè)量，針對(duì)相同光學(xué)波長(zhǎng)和入射光束方向展開(kāi)對(duì)液晶單元 的米勒矩陣的計(jì)算機(jī)模擬，迭代地改變計(jì)算機(jī)模擬的參數(shù)，直到模擬米勒矩陣和所測(cè)得的 米勒矩陣之間的RMS差被最小化為止，并且所產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)模擬的最終參數(shù)描述了該液晶 單元的實(shí)際參數(shù)(單元間隙、配向、扭轉(zhuǎn)角、預(yù)傾斜角)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，能夠?qū)?這些步驟略微改變或者重新分組，并且仍然落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，可以通過(guò)去除將 所測(cè)得的光學(xué)功率轉(zhuǎn)變?yōu)槊桌站仃嚨牟襟E，并且將模擬由光電檢測(cè)器所測(cè)得的光學(xué)功率的 另一步驟添加到計(jì)算機(jī)模擬中，繼而迭代地改變計(jì)算機(jī)模擬的參數(shù)以使得模擬的光學(xué)功率 與所測(cè)得的光學(xué)功率之間的RMS差最小化，而取代直接比較米勒矩陣，也可以確切地實(shí)現(xiàn) 相同的結(jié)果。作為選擇，也可以選擇使峰差最小化，取代米勒矩陣之間的RMS差以獲得類(lèi)似 的結(jié)果。還應(yīng)當(dāng)注意的是，在本申請(qǐng)中，我已經(jīng)談到了樣本單元的米勒矩陣。已經(jīng)描述的全 部?jī)?nèi)容對(duì)于測(cè)量樣本的瓊斯(Jones)矩陣的系統(tǒng)也同樣有效。對(duì)于不具有消偏振效應(yīng)的樣 本而言，在米勒矩陣與瓊斯矩陣之間存在一對(duì)一的關(guān)系(少了能夠任意被乘到瓊斯矩陣中 的絕對(duì)相位項(xiàng))。一般而言，米勒矩陣對(duì)于實(shí)驗(yàn)工作更有利，這是因?yàn)樗€能夠包括消偏振效應(yīng)，并且它不具有瓊斯矩陣中所存在的未確定的絕對(duì)相位項(xiàng)。無(wú)論如何，使用所測(cè)得的瓊 斯矩陣取代米勒矩陣的技術(shù)是本發(fā)明的另一實(shí)施例。最后，應(yīng)當(dāng)注意的是，可以對(duì)于液晶計(jì)算機(jī)模擬做出幾種略微變化，均落在本發(fā)明 的范圍之內(nèi)。當(dāng)在不為0的入射角時(shí)計(jì)算液晶單元的米勒矩陣，能夠根據(jù)菲涅爾反射系數(shù) 對(duì)液晶單元玻璃板的部分偏振化效應(yīng)進(jìn)行建模，并且繼而將這些模擬的米勒矩陣與如上所 述的測(cè)得的米勒矩陣進(jìn)行比較。如果該模擬忽略非0入射角時(shí)的菲涅爾反射系數(shù)，并且對(duì) 于所測(cè)得的米勒矩陣執(zhí)行極分解，從而將所測(cè)得的米勒矩陣的純延遲部分與模擬米勒矩陣 進(jìn)行比較，這將給出與先前所述相同的結(jié)果。利用當(dāng)前使用的速度超過(guò)3GHz、64位的處理器、雙核處理器等的計(jì)算機(jī)，用于確 定與LCD單元有關(guān)的參數(shù)并且將計(jì)算得到的這些參數(shù)與計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行比較的米勒矩陣 計(jì)算極快。能夠相當(dāng)好地實(shí)現(xiàn)每秒超過(guò)5000個(gè)模擬的LCD米勒矩陣的計(jì)算。如上所述，可 以在小于大約1秒的時(shí)間內(nèi)完成這種建模和計(jì)算，從而將測(cè)試時(shí)間從每個(gè)單元約2-3分鐘 減少到幾秒，從而大大提高了測(cè)試程序的吞吐量。已經(jīng)描述了本發(fā)明及其使用方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，可以對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行附帶的變化，這些變化均落在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于使用計(jì)算機(jī)處理設(shè)備來(lái)分析表示受測(cè)偏振改變?cè)乃鶞y(cè)得的偏振態(tài)的數(shù)據(jù)以確定所述受測(cè)偏振改變?cè)闹辽僖粋€(gè)物理參數(shù)的方法，所述方法包括A)發(fā)射具有多個(gè)偏振態(tài)的光束穿過(guò)所述受測(cè)偏振改變?cè)龆鄠€(gè)偏振態(tài)中的每個(gè)偏振態(tài)與所述多個(gè)偏振態(tài)中的其它所述偏振態(tài)具有不同的取向、橢圓率和旋向性，B)在所述多個(gè)偏振態(tài)穿過(guò)所述受測(cè)偏振改變?cè)?，在所述受測(cè)偏振改變?cè)奶囟c(diǎn)處測(cè)量被所述受測(cè)偏振改變?cè)淖兒蟮钠駪B(tài)，并基于所測(cè)量的偏振態(tài)和所述多個(gè)偏振態(tài)計(jì)算所述受測(cè)偏振改變?cè)钠窬仃?，C)在計(jì)算機(jī)處理設(shè)備中，基于所述受測(cè)偏振改變?cè)闹辽僖粋€(gè)估計(jì)的物理參數(shù)，開(kāi)發(fā)包括建模的偏振屬性的偏振改變?cè)Ｐ停珼)使用表示所述所測(cè)得的偏振態(tài)的所述數(shù)據(jù)，調(diào)整所述模型，直到在所述受測(cè)偏振改變?cè)钠駥傩院退鼋５钠駥傩灾g獲得接近匹配為止，E)由此，在獲得所述接近匹配時(shí)，所述偏振改變?cè)Ｐ偷乃鲋辽僖粋€(gè)估計(jì)的物理參數(shù)表示所述受測(cè)偏振改變?cè)南鄳?yīng)的所述物理參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟A)進(jìn)一步包括發(fā)射具有包括具有不同取 向、橢圓率和旋向性的所述多個(gè)偏振態(tài)的連續(xù)的時(shí)變偏振態(tài)的光束。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括發(fā)射帶有具有不同的取向、橢圓率和旋向性 的所述多個(gè)偏振態(tài)的光束并測(cè)量數(shù)量足夠的所述多個(gè)偏振態(tài)，以覆蓋大部分邦加球穿過(guò)所 述受測(cè)偏振改變?cè)?br> 4.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括發(fā)射帶有具有不同的取向、橢圓率和旋向性 的所述多個(gè)偏振態(tài)的光束并測(cè)量數(shù)量足夠的所述多個(gè)偏振態(tài)，以允許計(jì)算米勒矩陣或瓊斯 矩陣。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括迭代地修改所述偏振改變?cè)?件模型的所述估計(jì)的物理參數(shù)中的所述至少一個(gè)，直到獲得所述偏振改變?cè)Ｐ偷乃?偏振屬性與所述受測(cè)偏振改變?cè)钠駥傩灾g的最小均方根差為止。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括改變包括間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向 和預(yù)傾斜角的所述估計(jì)的物理參數(shù)中的至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括在獲得所述接近匹配之后，顯示改變后的所 述至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù)，所述至少一個(gè)接近匹配的改變后的估計(jì)的物理參數(shù)表示所述 受測(cè)偏振改變?cè)南鄳?yīng)物理參數(shù)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述偏振改變?cè)惭b到XY可平移臺(tái)，以 便所述偏振改變?cè)赬方向和Y方向上能夠移動(dòng)，從而使得能夠在所述偏振改變?cè)?的任意位置處進(jìn)行測(cè)量。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括改變帶有具有不同取向、橢圓率和旋向性的所述多個(gè)偏振態(tài)的光束被發(fā)射通過(guò)所述 偏振改變?cè)娜肷浣腔蛩鋈肷浣堑姆较?，或者改變所述入射角和所述入射角的方向二者?br> 10.一種偏振改變?cè)^看屏幕，在制造過(guò)程中使用權(quán)利要求1所述的方法檢測(cè)所述 偏振改變?cè)^看屏幕的缺陷。
11.一種用于使用計(jì)算機(jī)處理器來(lái)確定偏振改變?cè)奈锢韰?shù)的方法，所述方法包括A)測(cè)量受測(cè)偏振改變?cè)钠駥傩?，B)在所述計(jì)算機(jī)處理器中，開(kāi)發(fā)偏振改變?cè)臄?shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型使用估計(jì)的 物理參數(shù)來(lái)對(duì)所述受測(cè)偏振改變?cè)M(jìn)行建模，C)迭代地修改所述偏振改變?cè)乃鰯?shù)學(xué)模型中的值，直到在偏振改變?cè)乃?數(shù)學(xué)模型的偏振屬性與所述受測(cè)偏振改變?cè)乃鏊鶞y(cè)得的偏振屬性之間獲得接近匹 配為止，D)基于偏振改變?cè)慕咏ヅ涞乃鰯?shù)學(xué)模型的所述估計(jì)的物理參數(shù)，向所述受測(cè) 偏振改變?cè)峁┧鍪軠y(cè)偏振改變?cè)馁|(zhì)量的表示。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述步驟A)進(jìn)一步包括發(fā)射帶有均具有顯著不同的取向、橢圓率和旋向性的時(shí)變偏振態(tài)的光束并分析數(shù)量足 夠的所述時(shí)變偏振態(tài)，以覆蓋大部分邦加球穿過(guò)所述受測(cè)偏振改變?cè)?br> 13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述步驟B)進(jìn)一步包括將所述偏振改變?cè)閱屋S雙折射材料的多個(gè)均勻?qū)?，每層具有已知的尋常和?尋常折射率值，其中所述層的取向和傾斜按照已知的方式變化，針對(duì)所述均勻?qū)拥拿總€(gè)所述層計(jì)算偏振矩陣，根據(jù)分別從所述多個(gè)均勻?qū)娱_(kāi)發(fā)出的多個(gè)偏振矩陣，使用下面的公式計(jì)算所述數(shù)學(xué)模 型的復(fù)合偏振矩陣Melement = MQ .....M2 。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述步驟C)進(jìn)一步包括迭代地改變與所述估計(jì)的 物理參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)值，直到獲得所述接近匹配為止。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括顯示表示所述受測(cè)偏振改 變?cè)奈锢韰?shù)的所述估計(jì)的物理參數(shù)中的接近匹配的所述一個(gè)或多個(gè)。
16.一種偏振改變?cè)^看屏幕，在制造過(guò)程中使用權(quán)利要求11所述的方法檢測(cè)所述 偏振改變?cè)^看屏幕的缺陷。
17.一種用于利用計(jì)算機(jī)處理器來(lái)確定受測(cè)偏振改變?cè)闹辽僖粋€(gè)物理參數(shù)從而判 斷所述受測(cè)偏振改變?cè)欠裼腥毕莸姆椒?，所述方法包括A)將由偏振態(tài)發(fā)生器生成的偏振態(tài)序列對(duì)準(zhǔn)所述受測(cè)偏振改變?cè)銎駪B(tài)序列 中的每個(gè)偏振態(tài)與所述偏振態(tài)序列中的其他偏振態(tài)在取向、橢圓率和旋向性上不同，B)通過(guò)偏振態(tài)分析器分析被所述受測(cè)偏振改變?cè)薷牡乃銎駪B(tài)序列，C)使用所述計(jì)算機(jī)處理器根據(jù)所分析的所述偏振態(tài)序列和由偏振態(tài)發(fā)生器生成的所 述偏振態(tài)序列計(jì)算所述受測(cè)偏振改變?cè)钠窬仃?，D)使用所述計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)包括所述受測(cè)偏振改變?cè)闹辽僖粋€(gè)估計(jì)的物理參數(shù)的計(jì) 算機(jī)模型，并迭代地修改所述至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù)，直到在所分析的所述受測(cè)偏振改 變?cè)乃銎駥傩耘c所計(jì)算的偏振改變?cè)乃鲇?jì)算機(jī)模型的所述偏振屬性之間 獲得接近匹配為止，E)提供表示所述受測(cè)偏振改變?cè)南鄳?yīng)物理參數(shù)的接近匹配的所述估計(jì)的物理參 數(shù)的至少一個(gè)表示。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述步驟E)進(jìn)一步包括對(duì)包括元件間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向和預(yù)傾斜角的所述估計(jì)的物理參數(shù)的組中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行表示。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括允許選擇是對(duì)所述受測(cè)偏振改變?cè)?的特定位置進(jìn)行測(cè)量，還是利用要測(cè)量的所述受測(cè)偏振改變?cè)系念A(yù)定XY坐標(biāo)的映射 進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。
20.一種偏振改變?cè)^看屏幕，在制造過(guò)程中使用權(quán)利要求17所述的方法來(lái)檢測(cè)所 述偏振改變?cè)^看屏幕的缺陷。
21.一種用于在制造過(guò)程中檢測(cè)液晶觀看屏幕的缺陷的方法，該方法利用計(jì)算機(jī)處理 器確定受測(cè)液晶單元的至少一個(gè)物理參數(shù)，以判斷所述受測(cè)液晶單元是否存在缺陷，其中 所述方法包括A)將由偏振態(tài)發(fā)生器所生成的偏振態(tài)序列對(duì)準(zhǔn)所述受測(cè)液晶單元處，所述偏振態(tài)序列 中的每個(gè)偏振態(tài)與所述偏振態(tài)序列中的其它偏振態(tài)在取向、橢圓率和旋向性上不同，B)通過(guò)偏振態(tài)分析器分析被所述受測(cè)液晶單元所修改的所述偏振態(tài)序列，C)使用所述計(jì)算機(jī)處理器根據(jù)所分析的所述偏振態(tài)序列和由偏振態(tài)發(fā)生器生成的所 述偏振態(tài)序列來(lái)計(jì)算所述受測(cè)液晶單元的偏振矩陣，D)使用所述計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)包括所述受測(cè)液晶單元的至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù)的計(jì)算機(jī) 模型，并迭代地修改所述至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù)，直到在所分析的所述受測(cè)液晶單元的 所述偏振屬性與所計(jì)算的液晶單元的所述計(jì)算機(jī)模型的所述偏振屬性之間獲得接近匹配 為止，E)提供對(duì)表示所述受測(cè)液晶單元的相應(yīng)物理參數(shù)的接近匹配的所述估計(jì)的物理參數(shù) 的至少一個(gè)表示，其中所述至少一個(gè)表示進(jìn)一步包括對(duì)包括單元間隙、扭轉(zhuǎn)角、配向和預(yù)傾 斜角的所述估計(jì)的物理參數(shù)的組中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行表示。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括計(jì)算所述受測(cè)液晶單元的偏振矩陣，所述偏振矩陣表示從所述受測(cè)液晶單元所修改的 分析的所述偏振態(tài)序列獲得的偏振屬性，計(jì)算表示所述受測(cè)液晶單元的所述計(jì)算機(jī)模型的偏振屬性的偏振矩陣，在所述計(jì)算機(jī)模型中迭代地修改包括預(yù)傾斜、配向、單元間隙和扭轉(zhuǎn)角的所述估計(jì)的 物理參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)，直到表示所述計(jì)算機(jī)模型的偏振屬性的所述偏振矩陣與所述受 測(cè)液晶單元的所述偏振矩陣接近匹配為止。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述計(jì)算表示所述計(jì)算機(jī)模型的偏振屬性的偏振 矩陣進(jìn)一步包括將液晶單元的所述計(jì)算機(jī)模型的截面表示為單軸雙折射材料的多個(gè)層，所述多個(gè)層中 的每個(gè)所述層的傾斜角和取向按照已知的方式變化，針對(duì)所述多個(gè)層的每個(gè)所述層計(jì)算偏振矩陣，并根據(jù)通過(guò)所述多個(gè)層而開(kāi)發(fā)出的多個(gè) 偏振矩陣，使用下面的公式計(jì)算根據(jù)所述多個(gè)層的復(fù)合偏振矩陣Meell = Mq MQ_i.....M2 ' M10
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述計(jì)算表示所述計(jì)算機(jī)模型的偏振屬性的偏振 矩陣進(jìn)一步包括將液晶單元的所述計(jì)算機(jī)模型的截面表示為單軸雙折射材料的多個(gè)層，其中所述多個(gè) 層中的每層的尋常和非尋常折射率值是已知的，針對(duì)所述多個(gè)層的每個(gè)所述層計(jì)算偏振矩陣，根據(jù)通過(guò)所述多個(gè)層而開(kāi)發(fā)出的多個(gè)偏振矩陣，使用下面的公式計(jì)算復(fù)合偏振矩陣<formula>formula see original document page 5</formula>
25.如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括獲取表示所述計(jì)算機(jī)模型的偏振屬性的所 述偏振矩陣與從所述受測(cè)液晶單元的所述偏振屬性而獲得的所述偏振矩陣的元素之間的 最小均方根差，以確定表示所述受測(cè)液晶單元的偏振屬性的所述偏振矩陣與表示來(lái)自所述 液晶單元的所述偏振態(tài)的所述偏振矩陣何時(shí)接近匹配。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)于每個(gè)所述矩陣使用米勒矩陣格式或瓊 斯矩陣格式。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括僅考慮每個(gè)所述偏振矩陣的延遲分量來(lái) 計(jì)算所述受測(cè)液晶單元的所述偏振矩陣和所述計(jì)算機(jī)模型的所述偏振矩陣。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括使所述偏振態(tài)序列對(duì)準(zhǔn)一個(gè)或多個(gè)入射角并從一個(gè)或多個(gè)方向引導(dǎo)穿過(guò)所述測(cè)液晶 單元，對(duì)所述受測(cè)液晶單元的所述偏振矩陣執(zhí)行極分解，對(duì)所述受測(cè)液晶單元的所述偏振矩陣執(zhí)行曲線擬合，以便使表示所述計(jì)算機(jī)模型的偏 振屬性的所述偏振矩陣的所述元素與表示所述受測(cè)液晶單元的所述偏振屬性的所述偏振 矩陣的相應(yīng)元素之間的差最小化。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，進(jìn)一步包括允許選擇是對(duì)所述受測(cè)液晶單元上的特 定位置進(jìn)行測(cè)量，還是利用要測(cè)量的所述受測(cè)液晶單元上的預(yù)定XY坐標(biāo)的映射進(jìn)行自動(dòng) 測(cè)量。
30.一種用于在制造過(guò)程中檢測(cè)液晶觀看屏幕的缺陷的方法，該方法使用計(jì)算機(jī)處理 設(shè)備來(lái)分析表示受測(cè)液晶單元的所測(cè)得的偏振態(tài)的數(shù)據(jù)，以確定所述受測(cè)液晶單元的至少 一個(gè)物理參數(shù)，其中所述方法包括A)發(fā)射具有多個(gè)偏振態(tài)的光束穿過(guò)所述受測(cè)液晶單元，所述多個(gè)偏振態(tài)中的每個(gè)偏振 態(tài)具有與所述多個(gè)偏振態(tài)中的其它所述偏振態(tài)不同的取向、橢圓率和旋向性，B)在所述多個(gè)偏振態(tài)穿過(guò)所述受測(cè)液晶單元之后，在所述受測(cè)液晶單元上的特定點(diǎn)處 測(cè)量被所述受測(cè)液晶單元改變后的偏振態(tài)，并基于所測(cè)量的偏振態(tài)和所述多個(gè)偏振態(tài)計(jì)算 所述受測(cè)液晶單元的偏振矩陣，C)在計(jì)算機(jī)處理設(shè)備中，基于所述受測(cè)液晶單元的至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù)，開(kāi)發(fā)包 括建模的偏振屬性的液晶單元模型，D)使用表示所述所測(cè)得的偏振態(tài)的所述數(shù)據(jù)，調(diào)整所述模型，直到在所述建模的偏振 屬性與所述受測(cè)液晶單元的偏振屬性之間獲得接近匹配為止，E)由此，在獲得所述接近匹配時(shí)，所述液晶單元模型的所述至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù) 表示所述受測(cè)液晶單元的相應(yīng)的所述物理參數(shù)。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟 A)進(jìn)一步包括發(fā)射帶有包括具有不同取向、橢圓率和旋向性的所述多個(gè)偏振態(tài)的連續(xù)的時(shí) 變偏振態(tài)的光束。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括發(fā)射帶有具有不同取向、橢圓率和旋向性的所述多個(gè)偏振態(tài)的光束并測(cè)量數(shù)量足夠的所述多個(gè)偏振態(tài)，以覆蓋大部分邦加球穿過(guò)所 述受測(cè)液晶單元。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括發(fā)射帶有具有不同取向、橢圓率和旋向性 的所述多個(gè)偏振態(tài)的光束并測(cè)量數(shù)量足夠的所述多個(gè)偏振態(tài)，以允許計(jì)算米勒矩陣或瓊斯 矩陣。
34.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括迭代地修改所述液晶單元 模型的所述估計(jì)的物理參數(shù)中的所述至少一個(gè)，直到獲得所述液晶單元模型的所述偏振屬 性與所述受測(cè)液晶單元的偏振屬性之間的最小均方根差為止。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括改變包括單元間隙、扭轉(zhuǎn) 角、配向和預(yù)傾斜角的所述估計(jì)的物理參數(shù)中的至少一個(gè)。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括在獲得所述接近匹配之后顯示改變后的所 述至少一個(gè)估計(jì)的物理參數(shù)，所述至少一個(gè)接近匹配的改變后的估計(jì)的物理參數(shù)表示所述 受測(cè)液晶單元的相應(yīng)物理參數(shù)。
37.如權(quán)利要求30所述的方法，進(jìn)一步包括將所述液晶單元安裝到XY可平移臺(tái)，以便 所述液晶單元在X方向和Y方向上能夠移動(dòng)，從而使得能夠在所述液晶單元上的任意位置 處進(jìn)行測(cè)量。
38.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括改變帶有具有不同取向、橢圓率和旋向性的所述多個(gè)偏振態(tài)的光束被發(fā)射通過(guò)所述液 晶單元的入射角或所述入射角的方向，或者改變所述入射角和所述入射角的方向二者。
39.一種用于在制造過(guò)程中檢測(cè)液晶觀看屏幕的缺陷的方法，該方法使用計(jì)算機(jī)處理 器來(lái)確定液晶單元的物理參數(shù)，所述方法包括A)測(cè)量所述受測(cè)液晶單元的偏振屬性，B)在所述計(jì)算機(jī)處理器中，開(kāi)發(fā)液晶單元的數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型使用估計(jì)的物理 參數(shù)來(lái)對(duì)所述受測(cè)液晶單元進(jìn)行建模，C)迭代地修改所述液晶單元的所述數(shù)學(xué)模型中的值，直到在液晶單元的所述數(shù)學(xué)模型 的偏振屬性與所述受測(cè)液晶單元的所述所測(cè)得的偏振屬性之間獲得接近匹配為止，D)基于液晶單元的接近匹配的所述數(shù)學(xué)模型的所述估計(jì)的物理參數(shù)，向所述受測(cè)液晶 單元提供所述受測(cè)液晶單元的質(zhì)量的表示。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述步驟A)進(jìn)一步包括發(fā)射帶有均具有顯著不同的取向、橢圓率和旋向性的時(shí)變偏振態(tài)的光束并分析足夠數(shù) 量的所述時(shí)變偏振態(tài)，以覆蓋大部分邦加球穿過(guò)所述受測(cè)液晶單元。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述步驟B)進(jìn)一步包括將所述液晶單元建模為單軸雙折射材料的多個(gè)均勻?qū)?，每層具有已知的尋常和非尋?折射率值，其中所述層的取向和傾斜按照已知的方式變化，針對(duì)所述均勻?qū)拥拿總€(gè)所述層計(jì)算偏振矩陣，根據(jù)分別從所述多個(gè)均勻?qū)娱_(kāi)發(fā)出的多個(gè)偏振矩陣，使用下面的公式計(jì)算所述數(shù)學(xué)模 型的復(fù)合偏振矩陣Meell = Mq MQ_i.....M2 ' M10
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中所述步驟C)進(jìn)一步包括迭代地改變與所述估計(jì)的物理參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)數(shù)學(xué)值，直到獲得所述接近匹配為止。
43.如權(quán)利要求42所述的方法，其中所述步驟D)進(jìn)一步包括顯示表示所述受測(cè)液晶單 元的物理參數(shù)的所述估計(jì)的物理參數(shù)中的接近匹配的所述一個(gè)或多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及根據(jù)完全米勒矩陣測(cè)量值確定液晶單元參數(shù)的方法和裝置。本發(fā)明公開(kāi)了一種用于測(cè)試LCD板的方法和裝置。可以將受測(cè)LCD板(30)安裝到偏振態(tài)發(fā)生器(10)與偏振態(tài)分析器(16)之間的可平移的臺(tái)面(40)上。對(duì)于受測(cè)單元(30)上的每個(gè)位置，多種已知的偏振態(tài)(22)被發(fā)射穿過(guò)LCD單元(30)，并且被偏振態(tài)分析器(16)檢測(cè)。計(jì)算機(jī)獲取表示偏振態(tài)的電信號(hào)。在計(jì)算機(jī)內(nèi)，根據(jù)LCD單元(30)的物理參數(shù)被認(rèn)為是什么的估計(jì)而開(kāi)發(fā)LCD單元(30)的偏振屬性的模型。通過(guò)迭代地精化建模的物理單元屬性，使得模擬的偏振屬性與所測(cè)量的偏振屬性之間的RMS差最小化，此時(shí)可以推導(dǎo)出LCD單元的單元厚度和其他物理參數(shù)。
文檔編號(hào)G01J4/00GK101832818SQ201010180328
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者M·H·史密斯 申請(qǐng)人:阿克索梅特里克斯公司