TWI409450B - 光學量測機構 - Google Patents

Description

光學量測機構

本發明是關於一種光學量測機構。

液晶顯示器(Liquid Crystal Display；LCD)是一種利用液晶特性來達到顯示效果的顯裝置，液晶顯示面板之所以能夠彩色化，主要是來自於彩示色濾光片。背光源發出的光線經過下偏光片而成為偏極化光，再透過驅動晶片(Integrated Circuit；IC)來改變液晶面板之上下基板間的壓差，液晶分子便會排排站立或呈扭轉狀，形成閘門來選擇偏極化光是否能穿透上偏光片，因而產生畫面，一般而言，上、下偏光片係成正交排列，但在一些小尺寸或是膽固醇液晶產品，上、下偏光片則會形成非正交之特定角度的排列。

位於上、下偏光片間的玻璃基板，例如彩色濾光片基板、液晶面板等等，會因為所用材料品質或製程而影響到其光學特性，特別是材料對光的偏振度造成的影響，可能會使偏極化光產生消極化(Depolarized)而降低液晶顯示面板的對比度。故需針對這個需求建立一套液晶顯示面板之各玻璃基板與偏光片對比值的量測。利用這套量測設備協助找到兩偏光片的間的平行偏振與垂直偏振及待測樣品的光學特性，進而改善產品特性。

習知量測彩色濾光片與偏光片對比值的方法，係將下偏光片置於光源上方，而彩色濾光片則設置於下偏光片上方約5～10公分處，上偏光片則係設置於彩色濾光片上方約5～10公分處，之後進行量測，但量測後數據之仍可能會有些許誤差，因為量測時並無法確立兩片偏光片與待測樣品的平行度。

另外，習知作法如欲了解液晶面板與偏光片之光偏振度關係時，需準備多片液晶樣品，並將偏光片貼至欲量測之角度才可量測。這樣的量測方式非常的不方便。

習知的量測方法在實際操作時會有下列缺點：上、下偏光片與待測物件間有5～10公分的距離無法將三者距離縮短，以模擬真實產品狀況，而且，無法確立兩片偏光片與待測物件的平行度。

利用多片待測物件，將之上下貼附具有不同對應夾角的上、下偏光片會使量測變得非常繁瑣，而且，不易掌握到細微角度變化的結果。

據此，在運用習知量測方法而發現其缺點及不便之後，本發明及針對此需求建立一套待測物件與偏光片對比值的量測設備。利用這套量測設備協助找到兩偏光片的間的平行偏振與垂直偏振及待測物件的光學特性，進而改善產品特性。

為改進習知技術的缺點，本發明提供一種量測裝置，係用於測量待測物件光偏振度，其包括有基座、第一承載座、第二承載座、驅動元件及測量元件。基座之上板具有第一開孔且基座內具有光源。第一承載座設於基座之上板上表面至少在開孔的兩側。第二承載座具有一第二開孔且第一開孔與第二開孔同軸。第二承載座平行設置於基座的上方並由驅動元件驅動旋轉。當使用本量測裝置來測量待測物件時，利用第一偏光片設置於基座上表面並遮蔽第一開孔，第二偏光片設置於第二承載座下表面並遮蔽第二開孔，而待測物件則置放於第一承載座的上表面。藉由測量元件量測穿過第一開孔及第二開孔之光線的變化，即可獲得待測物件之光偏振度。其中，基座可由不透光且絕熱的材質所製造，以避免量測時餘光的干擾以及維持光源亮度的穩定。一般而言，為模擬真實產品狀況，第一承載座的高度可等於或略大於偏光片的厚度，兩者的差異一般不超過1公釐。此外，第二承載座具有一固定元件，可用來固設第二偏光片。

在本發明的實施例中，本發明更包括一懸吊機構，第二承載座可裝設於懸吊機構的下方，懸吊機構可包括一調整機構使第二承載座可沿軸向上下移動，可以改變上偏光片與待測物件間的距離。調整機構更可包括粗調機構及微調機構。此外，懸吊機構更包括一驅動元件，以用來旋動第二承載座。

在本發明的一實施例中，本發明具有支架結構，用以架設懸吊機構。而在本發明其他實施例之中，本發明具有支架機構，不止可用以架設懸吊機構，更可使懸吊機構可沿著X軸方向、Y軸方向或X、Y軸兩方向向量加總的方向移動，以對待測物件不同的位置進行量測。當然，當為固定之支架結構設計時，基座上板可設計為可動式的，亦可達成對待測物件不同的位置進行量測的目的。

本發明基座內具有容置槽以容置光源，光源設計可選擇性的採用固定式或是可抽換式設計。在可抽換式的設計中，為了使光源與上板下表面間能等距，另可設計不同高度的光源托座以配合不同光源之運用。另外，第一承載座更可選擇性的包括一遮光裝置，以避免量測時被其他非量測光線所干擾。

本發明更可包括一柱體，可配合第一開孔及第二開孔的形狀以穿過兩開孔並可為開孔緊密套合，如此可在量測裝置裝設時確保第二承載座與基座上板之平行度。

本發明更提供一種量測的方法。先將第一偏光片、第二偏光片分別設置於基座上表面並遮蔽第一開孔及第二承載座下表面並遮蔽第二開孔。旋轉第二承載座以獲得兩偏光片間之平行偏振、垂直偏振或特定偏振的相對位置。在第一承載座上安置待測物件，則可量測其待測物件於第一、第二偏光片吸收軸不同夾角時的光學特性。另外，更可更換不同亮度與頻譜之光源，再搭配上述的量測項目更可提供更多的實驗數據，可對待測物件特性作更多的研究並增進產品性能。

本發明之另一態樣，係提供一種光學量測機構，該機構包括一基座、一第一承載座、一第二承載座、一懸吊機構以及一驅動元件。基座之頂面具有一第一開孔。第一承載座設置於基座之頂面上，且至少位於第一開孔之兩側。第二承載座設置於第一承載座之上方，其中第二承載座上具有一第二開孔，且第二開孔與第一開孔位於同一軸心位置上。懸吊機構設置於第二承載座之上方，用以懸吊第二承載座，且懸吊機構包括一調整機構，使該第二承載座可沿該軸心方向上下移動。驅動元件係與該第二承載座連結，藉以驅動旋轉第二承載座。

運用本發明所提供的量測裝置確實可以模擬真實的產品來進行量測，而且使量測變得非常的簡便但卻能獲得更為詳細的結果。

運用本發明所提供的量測裝置無須製作非常多的樣品以瞭解偏光片在不同夾角時之特性，例如使用步進馬達來驅動第二承載座的旋轉，可以量測到兩偏光片間小至0.1度，甚至更小角度間對偏振光穿透度的變化，只需要一個樣品。這大幅減少量測前備樣的繁瑣和費時。

為使對本發明的目的、構造特徵及其功能有進一步的了解，茲配合圖示詳細說明如下。

請參照第1圖，第1圖係繪示依照本發明較佳實施例量測裝置之示意圖。量測裝置10包括基座100、第一承載座102、第二承載座104、驅動元件106及測量元件120。

基座100，具有上板110以及其上具有至少一開孔112，且基座100內具有容置槽101以容置光源114。第一承載座102設於基座100之上板110上表面至少在開孔112的兩側。第二承載座104具有一開孔122且與開孔112同軸。第二承載座104平行設置於基座100的上方並由驅動元件106驅動旋轉，在本實施例中驅動元件106可為一步進馬達，且其上對應於開孔122之同軸處亦具有開孔。而本量測裝置10在實際操作時適於搭配偏光片使用，故於此實施中，第一偏光片116安置於基座100上表面並遮蔽開孔112，第二偏光片118設置於第二承載座104下表面並遮蔽第二承載座104上的開孔。待測物件119則是安置於第一承載座102的上表面。當旋轉第二承載座104，測量元件120可量測穿過開孔112及第二承載座104上的開孔122之光線的變化，藉此可得知待測物件119之光偏振度。其中，基座100可由不透光且絕熱的材質，例如電木所製造，以避免量測時的光干擾以及維持光源亮度的穩定。

第一承載座102不只可用於承載待測物件119，更可用來固定第一偏光片116。據此，第一承載座102可以為可動式之設計，故可以先向外側拉開，待第一偏光片116置入之後，再向內夾持固定第一偏光片116。

而第二偏光片118可藉由磁吸法固設於第二承載座104下表面，亦即第二承載座104下表面設置有具磁性區塊，例如嵌設磁鐵於第二承載座104下表面，再利用一空心薄鐵片105藉由第二承載座104下表面設置有具磁性區塊(未繪示)的吸引將第二偏光片118固設於第二承載座104下表面，空心薄鐵片105中間空心的部分約與第二承載座104上的開孔相當或大於第二承載座104上的開孔122。另外，亦可以在第二承載座104上設置真空吸附裝置，例如上下貫穿第二承載座104的抽真空通道或是在第二承載座104下表面設置靜電電極，以使用真空吸附或是靜電吸附的方式將第二偏光片118固設於第二承載座104下表面。第二承載座104亦可以使用不透光的材質，例如電木所製造，而能發揮遮光的功用，以避免量測時被其他非量測光線所干擾。

請繼續參見第2圖，第2圖係繪示如何精確且快速的確認第二承載座與基座上板兩基準面之平行度之示意圖。在本實施例中，基座上板110之開孔112及第二承載座104的開孔122係為相同直徑之圓形。在第1圖中量測裝置10裝設時，將與開孔112、122具有相同直徑之圓柱體124穿過兩開孔112、122並可為開孔112、122緊密套合，如此一來，即可簡便且快速的確保第二承載座104與基座上板110之平行度。

為了使不同尺寸的光源與上板下表面間能成等距，本實施例另揭露一托座之設計。第3A圖及第3B圖係繪示基座內可抽換光源之設計之示意圖。如第3A圖及第3B圖所示，基座100具有一容置槽101，光源則可設置於容置槽101之內。在第3A圖及第3B圖中，光源126和光源128具有不同的高度，因此，在以光源128取代光源126時，則設置光源托座130於光源128的下方使光源126、128與上板110的下表面間的距離相同。

請再參見第1圖，本實施例所揭露之量測裝置，可先將第一偏光片116先安置於基座100上板110的上表面，並可以第一承載座102將之固定並遮蔽開孔112。再將第二偏光片118藉由第二承載座104的空心薄鐵片105固定於第二承載座104的下表面並遮蔽開孔。將第二承載座104下降一高度使偏光片116與118間的距離約略等於待測物件119的厚度。藉由旋轉第二承載座104並以量測單元120量測光線的變化以獲得兩偏光片間之平行偏振、垂直偏振或特定偏振的相對位置。

接著，升起第二承載座104後在第一承載座102上安置待測物件119後，再將第二承載座104下降至第二偏光片118與待測物件119間的距離趨近於0，則可量測其待測物件119於第一偏光片116、第二偏光片118不同夾角時對光偏振的影響。另外，更可更換不同亮度與頻譜之光源，再搭配上述的量測項目提供更多的實驗數據，讓研發人員對待測物件119特性作更多的研究並增進產品性能。而於此例中，待測物件119為彩色濾光片。針對濾光片可以使用不同種類的光源(如LED Black light)搭配來做測試，可以瞭解彩色光阻破壞了光的偏振度而導致漏光或是不同的光源對於光的偏振度的影響，使得對比度降低現象的嚴重程度。

在這樣的量測中，第二偏光片118需儘量貼近待測物件119(彩色濾光片)是有其必要的，因為在實際的產品中，偏光片是直接貼附在彩色濾光片之上。在改變第二偏光片118與待測物件119間的距離的條件下量測彩色濾光片對比度的實驗中發現如表一。

當第二偏光片118與待測物件119間的距離大於6公分時所量測得到的對比度比第二偏光片118緊貼待測物件119時所量得到的對比度高出約12%，這顯示習知的量測方法無法有效篩檢出不適當的待測物件，在製造產品時至少10%的產品會因對比度不佳而報廢，或是被視為次級品。

第4圖係繪示本發明一實施例之立體圖。量測裝置20包括基座200、第一承載座202、第二承載座204、懸吊機構206、第一支架208、第二支架210及測量元件座212。第一承載座202設置於基座200上且可沿著Y軸方向移動，兩第一承載座202可朝相反方向移動以鬆開/夾持一偏光片。第二承載座204可裝設於懸吊機構206的下方，懸吊機構206可包括一調整機構，其中該調整機構包括有一粗調機構207及一微調機構205，藉由該粗調機構207及該微調機構205可對第二承載座204進行調整，使第二承載座204可沿Z軸方向上下移動，據以可以改變固設於第二承載座204下方之偏光片與待測物件間的距離。當進行距離調整時，可先藉由該粗調機構207進行大幅度(長距離)的調整，讓第二承載座204迅速地到達可量測的範圍內，再利用該微調機構205進行小幅度的距離調整，以使第二承載座204到達預設的位置。調整機構更可使用粗調機構207及微調機構205進行調整。懸吊機構206係架設於第一支架208之上，在本實施例中，懸吊機構206在X軸與Y軸方向是固定式的設計。測量元件座212係固設於橫跨第二支架210之橫樑220之上，第二支架210上具有滑軌218使橫樑220可沿Y軸方向移動。測量元件座212的設計係使裝設於其上的測量元件(未繪示)可以在Z軸方向上下移動。所有的可移動組件上均有相對應的固定元件可以在組件到位後進行固定的工作(圖中未繪示)。基座200前端具有一光源更換口214，當需更換光源時可將前蓋(未繪示)取下/打開以更換光源，之後在關上前蓋以達到遮光的目的。測量元件座212與橫樑220間亦可設置滑槽，使測量元件座212可沿X軸方向移動。

在本實施例中將懸吊機構206與測量元件座212分設於不同的支架第一支架208與第二支架210之上，但亦能設置於同一支架之上使懸吊機構206與測量元件座212能同步移動。懸吊機構206亦可設置於一橫跨支架之橫樑之上而使懸吊機構206可做X-Y軸(X軸或Y軸)之移動。如此的設計則可對待測物件不同的位置進行量測。另外，第二承載座204平行設置於基座200的上方並由驅動元件(未見於圖上)驅動旋轉，在本實施例中驅動元件可為一步進馬達，且其上對應於第二承載座204上之開孔(未見於圖上)之同軸處亦具有開孔。

承上所述，本發明之另一態樣，係提供一種光學量測機構，用以測量一物件之光學性質，該機構包括一基座、一第一承載座、一第二承載座、一懸吊機構以及一驅動元件。基座之頂面具有一第一開孔。第一承載座設置於基座之頂面上，且至少位於第一開孔之兩側。第二承載座設置於第一承載座之上方，其中第二承載座上具有一第二開孔，且第二開孔與第一開孔位於同一軸心位置上。懸吊機構設置於第二承載座之上方，用以懸吊第二承載座，且懸吊機構包括一調整機構，使該第二承載座可沿該軸心方向上下移動。驅動元件係與該第二承載座連結，藉以驅動旋轉第二承載座。

運用本發明確實具有下述之優點，確實可以模擬真實的產品來進行量測，而且使量測變得非常的簡便但卻能獲得更為詳細的結果，故可找出待測物件，例如彩色濾光片中彩色光阻破壞了光的偏振度而導致漏光，使得對比度降低的程度，並可量測其於上下偏光片吸收軸不同夾角時的光學特性。再者，可量測兩平行偏光片間的多角度交叉的光學特性，藉以評估偏光片之光學特性。另外，在了解液晶單元與偏光片夾角之特性時，無需準備多片樣品，也無須擔心兩偏光片相對角度精度的疑慮，因為使用本發明量測設備與方法可利用電控程式精確控制兩偏光片之夾角。另外，可置換不同的光源，利用此方式可更換不同亮度與頻譜之背光模組，再搭配上述的量測項目更可提供更多的實驗數據，可對材料特性作更多的研究並增進產品性能。

雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20．．．量測裝置

100、200．．．基座

101．．．容置槽

102、202．．．第一承載座

104、204．．．第二承載座

105．．．空心薄鐵片

106．．．驅動元件

110．．．上板

112、122．．．開孔

114、126、128．．．光源

116、118．．．偏光片

119．．．待測物件

120．．．測量元件

124．．．圓柱體

130．．．托座

205．．．微調整機構

206．．．懸吊機構

207．．．粗調整機構

208、210．．．第一支架、第二支架

212．．．測量元件座

214．．．光源更換口

218．．．滑軌

220．．．橫樑

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：

第1圖係繪示依照本發明較佳實施例量測薄層對光偏振度影響的裝置之示意圖；

第2圖係繪示如何精確且快速的確認第二承載座與基座上板兩基準面之平行度之示意圖；

第3A圖及第3B圖係繪示基座內可抽換光源之設計之示意圖；以及

第4圖係繪示本發明一實施例之立體圖。

10．．．量測裝置

100．．．基座

101．．．容置槽

102．．．第一承載座

104．．．第二承載座

105．．．空心薄鐵片

106．．．驅動元件

110．．．上板

112、122．．．開孔

114．．．光源

116．．．第一偏光片

118．．．第二偏光片

119．．．待測物件

120．．．測量元件

Claims (10)

1. 一種光學量測機構，用以測量一物件之光學性質，該光學量測機構包括：一基座，該基座之頂面具有一第一開孔；一第一承載座，設於該基座之頂面上且至少位於該第一開孔之兩側；一第二承載座，設於該第一承載座之上方，其中該第二承載座上具有一第二開孔，且該第二開孔與該第一開孔位於同一軸心位置上；一懸吊機構，設於該第二承載座之上方，用以懸吊該第二承載座，且該懸吊機構包括一調整機構，使該第二承載座可沿該軸心方向上下移動；以及一驅動元件，係與該第二承載座連結，藉以驅動旋轉該第二承載座。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學量測機構，其中一第一偏光片覆蓋該第一開孔上，且該第一承載座高度等於或大於該第一偏光片的厚度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學量測機構，更包括一第一支架結構，用以架設該懸吊機構。
4. 如申請專利範圍第3項所述之光學量測機構，該第一支架結構包括二支架及一橫樑，該橫樑跨架設於該二支架之上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學量測機構，該第一承載座為可動的，且該基座一側面具有一光源更換口。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學量測機構，更包括一光源托座及一光源，其中該光源托座係設置於該基座內，且該光源係設置於該光源托座上，藉由該光源托座用以改變該光源至該基座之頂面內側的距離。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光學量測機構，更包括一第二偏光片以及一固定元件，該固定元件用以將該第二偏光片固定於該第二承載座之底面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學量測機構，其中該固定元件為一靜電電極，該靜電電極設置於該第二承載座底面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光學量測機構，其中該固定元件包括一空心薄鐵片及一設置於該第二承載座底面之磁性區塊。
10. 如申請專利範圍第7項所述之光學量測機構，其中該固定元件為一真空吸附機構，且該真空吸附構係設置於該第二承載座底面。