[发明专利]根据完全米勒矩阵测量值确定液晶单元参数的方法和装置

说明书

(本申请为以下申请的分案申请：该申请的申请日为2006年6月9日，优先权日为2005年6月10日，申请号为200680028898.7，发明名称为“根据完全米勒矩阵测量值确定液晶单元参数的方法和装置”。)

相关申请的交叉引用

本申请是申请人于2005年6月10日提交的未决美国申请11/150363的继续申请，该申请是申请人于2004年11月26日提交的共同未决专利申请10/998084的继续申请，这些申请在本文中全部引入作为参考，并且本申请同样要求申请人于2003年11月26日提交的临时申请60/525407的权利，该申请也在本文中全部引入作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及用于测量液晶单元的参数的装置和技术，尤其涉及用于测量液晶层(单元间隙(cell gap))的厚度、液晶分子在该液晶层的厚度上所经受的扭转角、位于该单元的液晶层和玻璃面边界处的液晶分子取向(配向(rubbing direction))以及液晶分子与相邻玻璃板表面之间的倾斜角(预倾斜)的装置和方法。

背景技术

液晶显示器(LCD)通常由两块玻璃板以及密封在这两块玻璃板之间的薄液晶层构成，这种装配在本领域中称作“叠层(stack)”。偏振膜安装在该叠层的两侧上。位于该叠层的一块玻璃板上的透明电极接收电压，所生成的电场施加到液晶材料的相邻液晶分子上，从而导致这些分子改变它们的取向。液晶分子的这种取向上的改变发生在电极之间的叠层容积内。在电极较大的情况下，如数字观看显示器中的电极，则相应的较大容积的液晶材料受到影响。在电极小的情况下，如电视屏幕或者计算机显示器的像素中的电极，对于每个电极而言，受影响的液晶材料容积相应很小。因为液晶分子固然地是双折射的，所以采用电的方法来调整每个像素处的液晶分子的取向的能力可以控制在该像素的叠层的每侧上穿过偏振屏幕的光量。本领域所公知的是，LCD电视和计算机屏幕的基础是由形成像素的大量微小、透明电极所构成的阵列，每个电极具有电可调整光透射特性，所述光透射特性是通过改变施加到各个电极上的电压电平来调整的。对于大的计算机显示器或者电视而言，LCD屏幕中的像素数量可以达到数百万个。

现存有很多种LCD设计。参照图1，设计者可以选择液晶分子定向的指向矢(director)或者分子轴在静止(即未向各个电极施加电压)时相对于第一玻璃表面取向所在的配向。通过适当选择第二玻璃表面的配向，能够控制扭转角Φ。参照图2，还能够控制单元间隙d和预倾斜角Θ，所述单元间隙d是填充有液晶材料的玻璃板之间的空间，其中预倾斜是液晶指向矢与玻璃表面之间的夹角。除了选择这些单元参数之外，设计者还选择安装在该单元外表面上的偏振器(polarizer)以及放置在液晶单元与所述偏振器之间的任何双折射膜的定向。

作为一个实例，一般的LCD设计是扭转向列(TN)配置，其中选择扭转角Θ为90°。典型的TN LCD可以具有8°的预倾斜角Θ，以及大约5微米的单元间隙d。其它设计包括具有180到270度之间的扭转角的超扭转向列(STN)模式、具有0°扭转角的面内切换(IPS)和光学补偿双折射(OCB)模式，以及具有接近90°预倾斜角的垂直对准向列(VAN)模式。许多其他模式也已经被设计和开发出来了。这些设计中的每一种都具有其自身特定的强项和弱项。一些设计具有优越的视场特性，而其他设计则具有优越的切换响应时间，而另外的设计可以具有最低的制造成本。

无论单元或板是如何设计的，LCD最终的性能则取决于制造具有正确的配向、扭转角、单元间隙和预倾斜角的值的单元。已经介绍了用于测量这些参数中的一部分或全部的多种技术和仪器。然而，这些技术和仪器通常缓慢，为了测量液晶单元上的单一小位置要大约需要花费20-30秒量级的时间。因此，在制造过程中，可能仅测试单元上的5个位置，这些位置处于中心以及一般处于每个角落区域中。这种测量检测单元缺陷，例如配向的失准、单元厚度的非均匀性以及其它缺陷。

用于测量这些参数的仪器是制造LCD单元或板并对其进行质量控制，以及用于研究和开发的关键工具。显然，上述的现有测量设备和方法的缓慢速率限制了制造过程中单元的产量。用于测量这些参数的现有仪器还常常要求若干所述参数是预先已知的，并且可能仅在有限的值范围上提供准确测量值。例如，现有的测量系统可能要求预先知道单元的配向，并且可能仅能够测量在0到30度范围内的预倾斜角。另一种现有测量系统可能无法区分液晶分子中的顺时针和逆时针扭转方向。