JP2000121326A - ギャップ検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶セル内部構造の有無に関係なく、どの位
置でも画素電極間のギャップを検出できるようにする。 【解決手段】 照明系はスリット光を液晶セルの表面に
所定の傾斜角で投射する。検出系は液晶セル内部の各面
で反射する反射スリット光を受光する。照明系によって
投射されたスリット光は、液晶セルに内部構造が存在し
ない場合にはそのまま連続したスリット光の状態を維持
しながら、各面で反射し、検出系に取り込まれる。一
方、内部構造が存在する場合には、そのスリット光は分
断されて島状の短いスリット光となり、同じく検出系に
取り込まれる。画像処理手段は検出系からの検出信号を
スリット光の長軸方向に投影することによって、各面で
反射したスリット光による投影パターンを抽出する。検
出手段は画像処理手段によって作成された投影パターン
間の距離を測定することによって、液晶セル内部構造の
光学定数が不明な場合でも液晶セル内の画素電極板及び
対向電極板間のギャップを検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶セルの重ね
合わせ工程時における液晶セルの電極間同士のギャップ
を検出するギャップ検出方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、ＣＲＴ（Ｃ
ａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に比べて薄型化、軽
量化が可能であるため、ＣＴＶ（Ｃｏｌｏｒ Ｔｅｌｅ
ｖｉｓｉｏｎ）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として
採用され、画面サイズも１０型以上の大形化が図られ、
より一層の高精細化及びカラー化が押し進められてい
る。液晶ディスプレイには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎ
ｅｍａｔｉｃ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅ
ｄ Ｎｅａｔｉｃ）型、及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌ
ｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型などの種類がある。これ
らの液晶ディスプレイの中で、特にカラー液晶ディスプ
レイは、各画素電極に対応してパターン化されたカラー
フィルタ基板が張り合わせられている。このカラーフィ
ルタ基板と画素電極板とによって、液晶ディスプレイの
カラー表示が可能である。

【０００３】液晶ディスプレイの液晶セル内の液晶は、
画素電極板と対向電極板との間の印加電圧の変化に応じ
てその透過率が変化するので、印加電圧の変化に対する
透過率の変化特性が急峻な方が電圧が感度がよくて、液
晶セルの構造としては望ましいものである。この透過率
の変化特性の急峻度は液晶材の種類により異なると共に
画素電極と対向電極板とのギャップに大きく依存するも
のである。従って、画素電極と対向電極板とのギャップ
が最適な値でない場合、その液晶セルは不良品となる。
ギャップ検出方式はこのような液晶セルを重ね合わせた
時点でこのギャップが所定範囲内にあるか否かを検査す
るためのものである。

【０００４】従来は、液晶セルを構成するガラス基板の
表面に適当な傾斜角（例えば４５°）で直径数μｍの白
色光を投射する。投射された白色光は、ガラス基板、画
素電極板、配向膜、対向電極板、カラーフィルタなどを
通過する。この通過の途中で各部材の表面で正反射方向
に反射した光をＣＣＤ受光素子で受光している。このと
き、画素電極はギャップ測定の邪魔になるので、白色光
の投射はこの画素電極を避けて行う必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、投射位置に画
素電極が存在しないようにするために、ブラックマトリ
クス、配向膜、画素電極（ＩＴＯ）などの液晶セル内部
構造の光学定数（屈折率、反射率、透過率、厚さ）を考
慮して、投射位置に画素電極が存在するか否かを検出し
ていた。従って、この検出処理は、液晶セル同士を重ね
合わせた後でないと画素電極が存在するか否かが分から
ないため、重ね合わせの加圧途中でギャップを検出する
ことはできなかった。また、液晶セル内部構造の光学定
数が不明の場合には、検出すら行うことができなかっ
た。

【０００６】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、液晶セル内部構造の有無に関係なく、どの位置
でも画素電極間のギャップを検出することのできるギャ
ップ検出方式を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】出願時の請求項１に記載
された本発明に係るギャップ検出方式は、スリット光を
液晶セルの表面に所定の傾斜角で投射する照明系と、前
記液晶セル内部の各面で反射する反射スリット光を受光
する検出系と、前記検出系からの検出信号を画像処理し
て各反射スリット光の投影パターンを作成する画像処理
手段と、前記画像処理手段によって作成された投影パタ
ーン間の距離を測定することによって、前記液晶セル内
の画素電極板及び対向電極板間のギャップを検出する検
出手段とを備えたものである。照明系によって投射され
たスリット光は、液晶セルに内部構造が存在しない場合
にはそのまま連続したスリット光の状態を維持しなが
ら、各面で反射し、検出系に取り込まれる。一方、内部
構造が存在する場合には、そのスリット光は分断されて
島状の短いスリット光となり、同じく検出系に取り込ま
れる。検出系からの検出信号をスリット光の長軸方向に
投影することによって、各面で反射したスリット光によ
る投影パターンを抽出することができる。この投影パタ
ーン間の距離を測定することによって、液晶セル内部構
造の光学定数が不明な場合でも画素電極板及び対向電極
板間のギャップを容易に検出することができる。

【０００８】出願時の請求項２に記載された本発明に係
るギャップ検出方式は、前記照明系に、前記検出系から
の検出信号に基づいて前記照明系から投射されるスリッ
ト光のフォーカス位置を制御するオートフォーカス手段
を備えたものである。この発明では、検出系によって検
出された検出信号、すなわちギャップ検出に用いられる
２つの反射スリット光の画像の特性が互いに等しくなる
ように照明系のフォーカス位置を制御している。２つの
反射スリット光の画像特性が等しくなることによって、
ギャップ検出手段によるギャップ検出精度が向上する。

【０００９】出願時の請求項３に記載された本発明に係
るギャップ検出方式は、前記検出手段によって検出され
たギャップに基づいてその検出位置近傍における前記液
晶セルに対する加圧力を制御する加圧力制御手段を備え
たものである。従来は、加圧手段は１つであり、ギャッ
プ検出は加圧処理された後の液晶セルのギャップ不良を
検出するためのものに過ぎなかった。この発明では、重
ね合わせ処理の加圧途中でギャップを検出し、最適なギ
ャップとなるように加圧手段を制御するようにした。な
お、液晶セルに加圧する手段は複数存在し、これらの加
圧手段を適宜制御することによって、所望のギャップを
得られるようにする必要がある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１に従って説明する。図１は、本発明のギャップ検出方
式の概略構成を示す図である。図１には、液晶セル１の
断面構造と、この液晶セル１の電極板同士のギャップを
検出する検出方式の概略構成が示されている。液晶セル
１は、第１のガラス基板１１の裏面（下）側に順次積層
された透明な画素電極板１２と配向膜１３と、第２のガ
ラス基板１７の表面（上）側に順次積層されたカラーフ
ィルタ１６と透明な対向電極板１５と配向膜１４とを所
定のギャップで重ね合わせることによって形成されるも
のである。配向膜１３と配向膜１４との間に液晶材が注
入される。ガラス基板１１，１７の厚さは液晶パネルの
サイズにより異なるが約１ｍｍ前後であり、両電極板１
２，１５の厚さは約数μｍ以下であり、両配向膜１３，
１４の厚さは約５００ｎｍ程度である。なお、画素電極
板１２には、カラーフィルタ１６の各カラー素子ＲＧＢ
に対応した画素電極１８ａ，１８ｂが配列されている。

【００１１】照明系２は、半導体レーザ（ＬＤ）２１、
集光レンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、集光レン
ズ２４及びオートフォーカス機構２５から構成される。
半導体レーザ２１の出射光は集光レンズ２２、シリンド
リカルレンズ２３及び集光レンズ２４を介してスリット
光に変換され、液晶セル１に所定の傾斜角（約４５°）
で投射される。オートフォーカス機構２５は、画像処理
装置４からの信号に応じて各レンズの位置（集光レンズ
系のワーキングディスタンス）を調整して、その結像位
置を制御する。

【００１２】検出系３は、検出レンズ３１及びＣＣＤ受
光素子３２から構成される。検出レンズ３１は、液晶セ
ル１の各境界面で反射した光をＣＣＤ受光素子３２上に
結像する。ＣＣＤ受光素子３２は液晶セル１の各境界面
からの反射光による結像を受光する。図２は受光素子３
２の受光画面の概念を示す図である。図２（Ａ）は内部
構造のうちブラックマトリクスや画素電極（ＩＴＯ）１
８ａ，１８ｂなどが存在する部分をスリット光が通過し
た場合の検出画像であり、図２（Ｂ）は内部構造の存在
しない、図１のような部分をスリット光が通過した場合
の検出画像である。これから明らかなように、内部構造
の存在しない部分をスリット光が通過した場合には、ス
リット光は分断されることなく連続した理想的な形状を
している。これに対して、内部構造が存在する場合に
は、図２（Ａ）や図２（Ｄ）のように線状のスリット光
が分断されて、島状のスリット光の集合となる。

【００１３】画像処理装置４はＣＣＤ受光素子３２から
の映像信号を入力し、それを画像処理して、図２
（Ａ）、（Ｂ）又は（Ｄ）のような映像をモニタ５に出
力する。モニタ５にはこのような映像が表示されるの
で、オペレータはこの映像を確認しながら、内部構造の
存在しない箇所に照明系２からのスリット光が投射され
るように液晶セル１と照明系２との間のＸＹ平面におけ
る相対的な位置関係を修正することができる。また、画
像処理装置４は、図２（Ａ）、（Ｂ）又は（Ｄ）の検出
画像に基づいて、そのスリット光の強度が等しくなるよ
うに照明系２のオートフォーカス機構２５に両スリット
光の強度の差分信号を出力して、照明系２のフォーカス
位置を調整している。

【００１４】また、画像処理装置４は、図２（Ａ）又は
（Ｂ）の検出画像に基づいて、スリットの長手方向に図
２（Ｃ）のようなスリット光の投影図を求め、両スリッ
ト光の間隔から画素電極１２と画素電極１５との間のギ
ャップｇを算出し、そのギャップｇを加圧力制御手段６
に供給する。なお、図２（Ｄ）のように、スリット光が
分断された場合には、図２（Ｅ）のような投影図に基づ
いて内側のピーク間距離をギャップｇとして算出する。

【００１５】加圧力制御手段６は、第１及び第２のガラ
ス基板１１及び１７に加える圧力を調整する。すなわ
ち、本発明の実施の形態では、図示していないが、第１
及び第２のガラス基板１１及び１７に加える圧力をガラ
ス基板の所定領域で種々異ならせることができるよう
に、複数の加圧手段によってガラス基板に圧力を加える
ようになっており、画像処理手段４からのギャップｇを
検出しながら、適当なギャップｇとなるように複数の加
圧手段を加圧力制御手段６で制御するようになってい
る。

【００１６】なお、上述の実施の形態では、モニタを使
用してオペレータが目視で内部構造の存在の有無を確認
する場合について説明したが、モニタを見ながら内部構
造の存在しない部分のギャップを測定するようにしても
よい。また、モニタを省略して画像処理装置４で検出画
像及びその投影図に基づいてギャップを検出するように
してもよいことは言うまでもない。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、液晶セル内部構造の有
無に関係なく、どの位置でも画素電極間のギャップを検
出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のギャップ検出方式の概略構成を示す
図である。

【図２】 図１のモニタに表示される検出画像の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１…液晶セル、１１，１７…ガラス基板、１２，１５…
画素電極板、１３，１４…配向膜、１６…カラーフィル
タ膜、２…照明系、２１…半導体レーザ、２２，２４…
集光レンズ、２３…シリンドリカルレンズ、２５…オー
トフォーカス機構、３…検出系、３１…検出レンズ、３
２…ＣＣＤ受光素子、４…画像処理装置、５…モニタ、
６…加圧力制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA22 BB02 BB22 CC25 FF01 FF04 FF41 GG06 HH05 HH12 JJ02 JJ03 JJ25 JJ26 LL08 LL22 NN20 QQ29 QQ31 SS02 SS13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリット光を液晶セルの表面に所定の傾
   斜角で投射する照明系と、 前記液晶セル内部の各面で反射する反射スリット光を受
   光する検出系と、 前記検出系からの検出信号を画像処理して各反射スリッ
   ト光の投影パターンを作成する画像処理手段と、 前記画像処理手段によって作成された投影パターン間の
   距離を測定することによって、前記液晶セル内の画素電
   極板及び対向電極板間のギャップを検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とするギャップ検出方式。
2. 【請求項２】 前記照明系は、前記検出系からの検出信
   号に基づいて前記照明系から投射されるスリット光のフ
   ォーカス位置を制御するオートフォーカス手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載のギャップ検出方式。
3. 【請求項３】 前記検出手段によって検出されたギャッ
   プに基づいてその検出位置近傍における前記液晶セルに
   対する加圧力を制御する加圧力制御手段を備えたことを
   特徴とする請求項１に記載のギャップ検出方式。