투과형 타원법을 사용한 LCD 광학 소자들의 광학이방성 정밀 측정 및 분석

Abstract

광학이방성 물질의 위상지연은 서로 수직하는 두방향의 굴절률차(n_e−n_o)d로 정의된다. 투과된 빛의 편광상태 변화를 추적하여 물질의 광학적 속성을 파악할 때 널리 사용되는 타원법(ellipsometry)을 이용하면 광학이방성 물질의 위상지연 정도를 정밀하게 측정할 수 있다. 투과형 타원계(transmission-type ellipsometer)를 사용할 경우 위상지연판을 투과하는 빛의 전기장을 존스 벡터(Jones Vector)를 이용해 정리할 수 있다. 물질의 정상광선(ordinary ray)과 이상광선(extraordinary ray) 방향의 위상을 각각 δ_o와 δ_e라 하고 두 방향 광선의 투과계수 비를 구하면, 두 방향 광선의 세기의 비와 위상 차이를 가리키는 두 타원상수 Ψ와 Δ의 식으로 정리할 수 있다. 이때 Δ가 광학 이방성 물질이 갖는 위상지연값이 된다. 본 연구에서는 편광자와 시료, 회전검광자가 일자로 배열된 장치에서 시료를 회전시키며 각도에 대한 위상지연값을 측정할 수 있는 PSA 방식 투과형 타원계로 액정 디스플레이 패널에 사용되는 여러 광학 소자의 위상지연을 측정하였다. 특히 광학 이방성이 작은 물질의 위상지연값을 정밀하게 측정하기 위해 기존의 PSA형 타원계를 개선하여 보정기를 추가한 PCSA형 타원계를 이용해 다양한 시료의 위상지연 특성을 파악하는 데 적용할 수 있었다. LCD의 보상판으로 사용되는 대표적인 단축성 물질인 a-plate와 c-plate, 그리고 넓은 시야각을 확보하기 위해 사용하는 WideView 필름, 편광판 등 광학소재의 보호필름이나 WideView 필름의 기판으로 사용되는 TAC 필름을 시료로 삼아 위상지연값을 측정한 결과 각각의 특징을 분석하였고, 액정 배향막과 같이 아주 작은 위상지연을 갖는 시료의 위상지연을 λ/8000 이상의 높은 정밀도로 측정할 수 있었다.