JP2004531711A - 浸透率の測定及び検査方法並びに測定及び検査装置 - Google Patents

Abstract

基板（１）の水の浸透率を測定するための方法を提供する。拡散物質、例えば、水と反応する反応性材料（Ｃａ，Ｂａ）を基板上に被着しこの材料の層の透過率又は反射率の、時間に対する変化を観測する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板、特に、液晶ディスプレイ装置、ポリＬＥＤ及び他の（有機）ＬＥＤディスプレイ装置に使用されるポリマー（プラスチック）基板のような可撓性基板の浸透率を測定する方法に関するものである。特に、ポリマー（プラスチック）基板と（有機）ＬＥＤとの組み合わせは極めて魅力のあるものである。その理由は、全ての材料が可撓性であり、ＬＥＤ装置が優れた視角特性を有するためである。
【０００２】
しかし、エレクトロルミネッセント有機材料は酸化されやすく、また水と反応する。通常陰極の材料として劣化が早い反応性の金属が用いられている。この理由の為に、当該技術分野では不浸透性の高いガラスが基板として用いられる。この場合、基板の浸透率を測定することに関する主たる問題は封止部の浸透率にある。ＬＣＤにおいては、水が液晶材料と反応するおそれがある。
【０００３】
基板の浸透率を測定するための市販の検査システムは、Ｍｏｃｏｎ（Ｍｏｄｅｒｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）社等の会社から入手することができるが、これらシステムの測定可能な下限値は、（標準の温度及び圧力において）水に対して１日当たり１０^-3ｇ／ｍ² 、酸素に対して１日当たり１０^-3ｃｃ／ｍ² である。液晶ディスプレイ装置及び（有機）ＬＥＤディスプレイ装置において用いられるプラスチック基板では、基板の浸透率の値は上述した下限値の少なくとも１００分の１の低さである。さらに、検査に１週間もかかり、このことは生産環境では受け入れられるものではない。（半）完成品の検査についても上述したのと同じことが言える。
【０００４】
本発明は、これら問題の１つ以上を解決することを目的としている。この目的の為に、本発明は、水に対する浸透率を１日当たり１０^-5ｇ／ｍ² 又はそれ以下まで測定することができる浸透率の測定及び検査方法並びに測定及び検査装置を提供する。
【０００５】
この目的の為に、本発明の方法は、
ａ）反応性材料の層を、ほぼ不活性雰囲気中で基板の一方の面に被着する工程と、
ｂ）前記基板の前記一方の面を、ほぼハーメチック封止した環境内に配置する工程と、
ｃ）前記基板の他方の面を、前記反応性材料と反応する化合物を含んでいる環境にさらす工程と、
ｄ）前記反応性材料の層の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する工程と
を有する。
【０００６】
本発明は、例えば、水及び酸素が存在することによる酸化のために、バリウム又はカルシウムのような反応性材料がだんだんと透明な層になっていくという認識を基に成したものである。層の透過特性又は反射特性は測定することができ、例えば、連続して測定した値（例えばＣＣＤ画像）を記憶させることによりグレー値の決定のような画像分析を用いて、吸収された化合物、特に水の量と関連する残存する金属層の厚さを決定することができる。従って、これら透過特性又は反射特性が浸透率に直接関連する。
【０００７】
本発明による方法には、検査が迅速に行われるという利点がある。さらに、本発明の方法によれば、少なくとも水の浸透率の検査における感度が大きくなる。本発明の方法は既存の検査方法より効率がよくなり、検査装置は融通性のあるものとすることができる。
【０００８】
ある場合、例えば、ほぼ不浸透性の基板（金属又はガラス）を検査する場合には、基板上の封止部（封止部材）又は封止リムの浸透率が上述した浸透率を決定しうる。この場合には、特許請求の範囲中の用語「基板」には封止部又は封止リムを含むことは明らかであろう。封止部又は封止リムにおける浸透により浸透率の検査が影響を受けるのを防止するため、必要に応じ、複数の壁部を有する封止部又は封止リムを使用する。二重に壁部を設けた封止部又は封止リムにゲッタを設けることにより、これら壁部を通る浸透の影響を防止し得る。検査に使用するための反応性材料を、封止部の２つの壁部間に被着するゲッタとして用いることができる。
【０００９】
本発明による検査方法においては、少なくとも１つのサンプル基板を上述した方法により検査し、バッチ間でこれらがこの検査を通るか通らないかの識別は浸透率のしきい値に基づいて行う。
【００１０】
本発明による装置は、
ａ）ほぼ不活性の雰囲気を有しうる第１チャンバと、
ｂ）反応性材料を前記第１チャンバに導入する手段と、
ｃ）基板の前記一方の面を、ほぼハーメチック封止した環境内に配置する手段と、
ｄ）ほぼハーメチック封止した前記環境に、前記反応性材料と反応する化合物をさらす手段と、
ｅ）前記反応性材料の光の反射率又は光の吸収率を、校正値と比較するための手段と
を有する。
【００１１】
本発明による検査方法は、封止部、蓋又は測定カプセルのようなカプセル封止体の浸透率を検査するのに用い得ること明らかである。
実際には、種々の工程をそれぞれ別の装置で行う。
本発明のこれらの及び他の特徴を、複数の実施例及び図面を参照して更に詳細に説明する。
図面は一定の寸法で記載したものではなく、全体として同じ参照番号は同様の構成要素を示すものである。
【００１２】
基板の浸透率を測定する方法の原理を図１〜６を参照して説明する。検査すべき基板１上に、本実施例ではＣａとする反応性材料の薄肉（例えば１００ｎｍ）層２をほぼ不活性雰囲気中で堆積する。この実施例ではＣａを１６個の正方形のパターンに堆積する。この基板１にはそのエッジに沿って、ほぼハーメチック封止する封止部材４、例えば、接着剤、インジウムのような金属又ははんだ金属を介して、ガラス板又は蓋３を連結し、密閉されたボックスを形成する。或いは又、Ｃａ層をハーメチック被膜（窒化ケイ素、酸化ケイ素又は金属の層）により被覆して、このＣａ層をハーメチック封止することができる。
【００１３】
この箱の中に浸透する水又は酸素は、以下の（１）、（２）又は（３）の反応式に応じてＣａと反応する。
Ｃａ＋Ｈ₂ Ｏ →ＣａＯ＋Ｈ₂ （１）
ＣａＯ＋Ｈ₂ Ｏ →Ｃａ（ＯＨ）₂ （２）
２Ｃａ＋Ｏ₂ →２ＣａＯ （３）
【００１４】
これら反応により、カルシウムの量が減少し金属層（Ｃａ層）の厚さが薄くなる（又は堆積した反応性材料の面積が減少する）。このことは、堆積した層が透明になることをも意味しており、透明度又は透過率が、箱の中に拡散した水又は酸素の量の指標となる。
【００１５】
図３は、種々の波長、即ち５００ｎｍ（曲線ａ）、６００ｎｍ（曲線ｂ）、７００ｎｍ（曲線ｃ）、８００ｎｍ（曲線ｄ）に対するガラス上のＣａＯ／Ｃａ層及び基板１（曲線ｅ）の計算上の透過率を、層厚の関数として示している。層厚が光の波長と同程度であるため、層の透過率及び反射率も波長に著しく依存する。このことを図４に例示する。図４は、ガラス上のＣａＯ／Ｃａ層の計算上の透過率を、層の種々の厚さ、即ち、０ｎｍ（曲線ａ）、１０ｎｍ（曲線ｂ）、２０ｎｍ（曲線ｃ）、４０ｎｍ（曲線ｄ）、６０ｎｍ（曲線ｅ）、８０ｎｍ（曲線ｆ）及び１００ｎｍ（曲線ｇ）に対し波長の関数として示したものである。
【００１６】
図５は、固定波長におけるガラス上のＣａＯ／Ｃａ層の透過率曲線を、元の層厚の種々の値に対する関数として示す。図５は、波長λ＝５００ｎｍの場合で、元の層厚が９０ｎｍ（曲線ａ）、１００ｎｍ（曲線ｂ）、１２０ｎｍ（曲線ｃ）及び１５０ｎｍ（曲線ｄ）の層に対する透過率曲線を示すものである。
【００１７】
これらデータを使用して、測定及び検査中に使用すべき校正曲線を、使用する波長及び元の層厚に応じて決定することができる。この校正曲線は、ある層厚に対する透過率又は反射率に関連する関数として記憶しておくことができる。透過率又は反射率の中間値は、ＣＣＤ装置又はデジタルカメラにより（平均）グレー値として測定することができる。基準値を得るために、図１の装置内に黒ボーダーを導入し平均的な黒色領域の透過率を測定する。平均的な白色領域の基準値は、堆積したＣａの正方形領域間の透過性領域の透過率を測定することにより決定する。
【００１８】
元のＣａ層の厚さと総面積とが分かっているため、グレー値（の差）は層厚（の差）に依存し得るものとなる。反応式（１）、（２）及び（３）に応じて反応した合計のＣａ量と、残留しているＣａ量を変換するために必要な水の量とを知ることができる。このことを、図６の複数のサンプルについて示す。図６は、残留しているカルシウムの容積を時間の関数として示すものである。２つの測定瞬時間の差がこれら測定瞬時間のグレー値の差を決定する。このことを、図６に、複数のサンプル（異なる種類の基板材料より成る複数の基板）に対し示してある。曲線の傾きが浸透率に対する測定値を表す。
【００１９】
曲線ｃのサンプルは、水に対する浸透率が１日あたり約２×１０^-3ｇ／ｍ²であることを示しており、これに対し、曲線ｅ及びｆのサンプルは、水に対する浸透率が１日あたり約２×１０^-4ｇ／ｍ² であり、曲線ｄのサンプルは水に対する浸透率が１日当たり１０^-5ｇ／ｍ²より小さいことを示している。このことは、本発明の方法によれば、既存の装置と比べて１００倍以上よい感度で浸透率を測定できることを示している。同じような実験により、本発明の方法が、１日当たり１０^-2ｃｃ／ｍ² ／ｂａｒのレベル以下まで酸素の浸透率を検査するのに適していることが分かる。
【００２０】
図７は、浸透率を測定又は検査するための測定兼検査装置５を示しており、この装置５においては、サンプル基板を得るための手段６と、層の光反射率又は光吸収率を測定するためのデバイス７とが、双方とも同一のほぼハーメチック封止された環境、例えば操作手段９を具えたグローブボックス８内に存在している。他の実施例においては、サンプル基板を得るための手段６から、層の光反射率又は光吸収率を測定するための装置７までほぼハーメチック封止した環境でサンプル基板を移動することができるのであれば、手段６と、デバイス７とを異なる別々のグローブボックス８内に配置してもよい。
【００２１】
サンプル基板は、マスクを使用して、予め定めた厚さ、例えば１００ｎｍまでカルシウムを堆積することにより得られる（図８参照、本実施例では６ｍｍ² の４×４配列を用いている）。カルシウムを被覆したサンプルをグローブボックス内に保管しておくことができるが、基準セルが存在する場合にはこれらと一緒に堆積した後にできるだけ早く検査セルを作成するのが好ましい。
【００２２】
基板１を、封止部材４を設けた蓋３上に上下逆に配置する。封止を良好なものとするために、銅重り１０をアセンブリの頂部に配置し、このアセンブリ全体を加熱板１１上で１００℃で１５分間加熱する。基板が銅重りに貼りつくのを防止するために、テフロン（登録商標）のスペーサ１２を一時的に挿入することができる。上述した構成は、単なる一例であり、使用する材料に応じて異なるものとすることができることは明らかである。
【００２３】
図９は、図８を参照し準備し、Ｈ₂ Ｏの雰囲気にさらしたサンプルにおいて、ガラス上のＣａＯ／Ｃａ層の光透過率を測定する可能なデバイス７を詳細に示す。サンプル１５を光学系１６の頂部に配置し、このサンプルを光ファイバー１７を介するファイバー照射により照射する。光はミラー１８を介してサンプル１５を通過し、デジタルカメラ１９によりデジタル画像を撮影する。画像２０を連続的に撮影し、相互接続ライン２１を介してコンピュータ又はデータ処理装置２２内に記憶させることができる。
【００２４】
図１０は、カラーフィルタ２３を導入することにより単色について透過率を測定する他の実施例を示す。この場合、サンプル１５を、支持体２４の孔２６内に垂直方向に配置し、バックライト２５により照射する。この実施例においては、カメラ１９は、使用する色に対し最適化したＣＣＤカメラとする。カメラ１９と、カラーフィルタ２３と、支持体２４とを光レール（光学台）２７上に配置する。
【００２５】
得られたグレー値の画像処理を種々の方法で行うことができる。上述したように、図３〜５を参照して示した校正曲線を予め決定しておくことができる。スペクトルの逆たたみ込みのような他の方法を行うこともできる。
【００２６】
上述したところから明らかなように、本発明による方法の種々の工程は、それぞれ専用の装置で行うのが好ましく、例えば、堆積を第１の装置で行い、所定の環境にさらすのを第２の装置で行い、測定を第３の装置で行う。しかし、例えば、高温で検査を行う場合に有用であるＣａ層の連続的なモニタリングの場合には、これらの工程の幾つかを組合わせることができる。
【００２７】
図１１及び１２は、図１及び２の蓋３に匹敵する（不透明の）基板１がハウジング３０に封止されている他の実施例を示し、この場合、Ｃａパターン２が、測定セル３２の透明な基板３１上に堆積されている。測定又は検査を開始するために、ハウジング３０をガラス管３３を介して測定セル３２に連結する。基板１を介してハウジング３０内に浸透した水又は酸素は、ガラス管３３を通ってＣａと反応する。Ｃａ層は、上述した方法と同様の影響を受ける。この場合も、Ｃａ層の透過率を、例えば、図９及び１０について示したのと同様の方法で測定し浸透率を決定する。
【００２８】
基板の浸透率が極めて低いある場合には、封止部材に生じる漏洩が測定方法の感度を低下させてしまう。
この場合には、封止部材を２つの壁部（以下に説明する測定に対する図１３に示す外側壁部４′及び内側壁部４″）に分割する。これら２つの壁部間に空所を設け、ここにゲッタ（乾燥剤）１５を配置する。乾燥剤に対し、本発明の測定におけるのと同じ反応をする材料を選択すれば、これらを同じ処理工程により被着することができる。
【００２９】
浸透性の検査セルの場合には、封止部材を通して漏洩した水及び酸素を吸収する乾燥剤を用いることができる。Ｃａを層２として用いる場合には２つの壁部間の主空所内のＣａがゲッタとしても作用するため、内側壁部の封止部材に亘って濃度勾配はほとんど存在しない。すなわち、封止部材を通して水及び酸素が移動しない。
封止部内に２つの空所を形成することは、例えば、空所をパウダーブラスト処理により形成したガラス蓋を用いれば、付加的な工程を必要とするものではない。
【００３０】
上述した実施例は本発明を限定するものではなく、本発明の請求の範囲から逸脱することなく当業者が多くの他の実施例を設計し得るものであることに注意すべきである。この点について、層の反射率の測定値も層厚の指標となり浸透率を決定するために用いることができることに注意すべきである。カルシウムの代わりに、バリウム又はナトリウムのような他の反応性材料を使用することもできる。
【００３１】
水素の浸透率を検査するために極めて好適な一例はガドリニウムがある。本発明による方法では、層２は、例えば、Ｇｄ／Ｐｄ又はＭｇ_x Ｇｄ_1-x／Ｐｄの金属の積層体を有する。反応性の化合物は、拡散水素と良好に反応する。この反応によっても層の外観を変化させる。水素の検出には触媒が必要となる場合もある。このことは、単一のＣａ層の代わりに、２層、例えば１００ｎｍの厚さのＧｄと、１０ｎｍの厚さのＰｄとの積層体を堆積することを意味する。この場合は、表面積が１ｃｍ² であると、５×１０^-7モルのＧｄが必要となる。銀色のＧｄはダークブルーのＧｄＨ₂ に反応する。この場合も、反射率又は透過率の変化として色の変化を測定する。１日に５×１０^-7モルのＨ₂ が反応する場合、このことは水素Ｈ₂ の流れが１日当たり１０^-2ｇ／ｍ² であることを示す。この構成により、１日当たり１０^-4〜１０² ｇ／ｍ²の水素Ｈ₂ の流れを測定することができる。
【００３２】
通常の環境では、水素はきわめて低い濃度で存在するため、全ての作業を通常の環境において行うことができる。Ｐｄ層は触媒として作用するだけでなく、空気中での腐食からＧｄを保護する作用もする。この金属層は非反応性であることにより、この方法を、本発明による装置又は方法のための半完成品を形成したり、前記の金属層２′（図１３参照）を有する直ちに使用可能な蓋３又は測定セル３２を形成したりするのに極めて適したものとする。
【００３３】
本発明による方法は、ディスプレイ用途以外、例えば医療分野における基板及びカプセル封止体、例えば、ポリＬＥＤ／有機ＬＥＤ又はＩＣのサンプル基板、蓋及び封止材料を検査することができることもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、ほぼハーメチック封止した環境内のサンプル基板の平面図を示す。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線上を断面とした断面図を示す。
【図３】図３は、種々の波長に対するガラス上のＣａＯ／Ｃａ層の透過率曲線を層厚の関数として示すグラフ線図である。
【図４】図４は、種々の層厚に対するガラス上のＣａＯ／Ｃａ層の透過率曲線を波長の関数として示すグラフ線図である。
【図５】図５は、λ＝５００ｎｍの場合のガラス上のＣａＯ／Ｃａ層の透過率曲線を種々の元の層厚に関する層厚の関数として示すグラフ線図である。
【図６】図６は、サンプルの検査結果を示すグラフ線図である。
【図７】図７は、浸透率を測定又は検査するための測定兼検査装置の実施例を示す線図である。
【図８】図８は、ほぼハーメチック封止した環境内にサンプル基板を得るための手段を示す線図である。
【図９】図９は、層の光の反射率又は光の吸収率を測定する装置の実施例を示す線図である。
【図１０】図１０は、層の光の反射率又は光の吸収率を測定する装置の他の実施例を示す線図である。
【図１１】図１１は、本発明による他の実施例を示す線図である。
【図１２】図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線上を断面とした断面図である。
【図１３】図１３は、本発明を用いた更に他の実施例を示す線図である。

Claims (23)

1. ａ）反応性材料の層を、ほぼ不活性雰囲気中で基板の一方の面に被着する工程と、
   ｂ）前記基板の前記一方の面を、ほぼハーメチック封止した環境内に配置する工程と、
   ｃ）前記基板の他方の面を、前記反応性材料と反応する化合物を含んでいる環境にさらす工程と、
   ｄ）前記反応性材料の層の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する工程と
   を有する基板の浸透率の測定方法。
2. ａ）基板をほぼハーメチック封止した環境内に配置する工程と、
   ｂ）反応性材料を、ほぼ不活性雰囲気中で前記基板の一方の面に被着する工程と、
   ｃ）前記基板の他方の面を、前記反応性材料と反応する化合物を含んでいる環境にさらす工程と、
   ｄ）前記反応性材料の層の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する工程と
   を有する基板の浸透率の測定方法。
3. 請求項１又は２に記載の測定方法において、前記基板の前記他方の面を、制御された環境にさらす測定方法。
4. 請求項１又は２に記載の測定方法において、前記反応性材料が、カルシウム、バリウム、ナトリウム及びガドリニウムを含む群に属するようにする測定方法。
5. 請求項１又は２に記載の測定方法において、前記反応性材料と反応する化合物が、水、酸素及び水素からなる群に属するようにする測定方法。
6. 請求項１又は２に記載の測定方法において、反応性材料の層の少なくとも一部の透過率又は反射率を決定する測定方法。
7. 請求項６に記載の測定方法において、前記透過率又は反射率の値を残存している反応性材料の量と関連させる測定方法。
8. 基板の組を浸透率に関しバッチ処理で検査する検査方法であって、
   ａ）請求項１又は２に記載の方法により少なくとも１つのサンプル基板の浸透率を測定する工程と、
   ｂ）バッチ処理間で、前記浸透率のしきい値に基づく検査を通るか又は通らないかを識別する工程と
   を有する検査方法。
9. 請求項８に記載の検査方法において、前記しきい値を、バッチ処理内での浸透率の平均値又は極値として決定する検査方法。
10. 請求項８に記載の検査方法において、前記しきい値を、水に対し多くとも１日当たり１０^-4ｇ／ｍ²とする検査方法。
11. 請求項１０に記載の検査方法において、前記しきい値を、水に対し多くとも１日当たり１０^-5ｇ／ｍ²とする検査方法。
12. 請求項１又は２に記載の測定方法において、ハーメチック封止部材が、少なくとも２つの壁部を有するようにする測定方法。
13. 請求項１２に記載の測定方法において、前記ハーメチック封止部材内にゲッタを設ける測定方法。
14. 請求項１２に記載の測定方法において、前記ハーメチック封止部材が反応性材料を有するようにする測定方法。
15. 請求項１又は２に記載の測定方法を実施する測定方法実施装置であって、
    ａ）ほぼ不活性の雰囲気を有しうる第１チャンバと、
    ｂ）反応性材料を前記第１チャンバに導入する手段と、
    ｃ）基板の前記一方の面を、ほぼハーメチック封止した環境内に配置する手段と、
    ｄ）ほぼハーメチック封止した前記環境に、前記反応性材料と反応する化合物をさらす手段と、
    ｅ）前記反応性材料の光の反射率又は光の吸収率を、校正値と比較するための手段と
    を有する測定方法実施装置。
16. 請求項１５に記載の測定方法実施装置において、当該装置が、
    第１装置であって、
    ａ）ほぼ不活性の雰囲気を有しうる第１チャンバと、
    ｂ）反応性材料を前記第１チャンバに導入する手段と、
    ｃ）ほぼハーメチック封止した環境内に前記基板の前記一方の面を配置する手段と
    を有する当該第１装置と、
    ほぼハーメチック封止した前記環境に、前記反応性材料と反応する化合物をさらす手段を有する第２装置と、
    前記反応性材料の光の反射率又は光の吸収率を、校正値と比較する手段を有する第３装置と
    を有する測定方法実施装置。
17. 請求項１６に記載の測定方法実施装置において、第１〜第３装置のうち少なくとも２つの装置が合成されている測定方法実施装置。
18. 請求項１５に記載の測定方法実施装置において、外部操作手段が設けられている測定方法実施装置。
19. 請求項１５に記載の測定実施装置において、ほぼハーメチック封止した前記環境に第２チャンバをさらす手段が、第１及び第２チャンバ間の密閉された連結部を有し、この連結部は検査を開始するために開放しうるようになっている測定方法実施装置。
20. 請求項１５に記載の測定方法実施装置において、前記反応性材料の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する前記手段が少なくともデジタルカメラを有する記載の測定方法実施装置。
21. 請求項１５に記載の測定方法実施装置において、前記反応性材料の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する前記手段が、反射スペクトル又は吸収スペクトルを得る手段を有する記載の測定方法実施装置。
22. 請求項１５に記載の請求項１又は２に記載の測定方法実施装置において、前記反応性材料の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する前記手段が、さらに、画像処理手段を有する測定方法実施装置。
23. ａ）反応性材料の層を、基板又はカプセル封止体の一方の面に被着する工程と、
    ｂ）前記カプセル封止体を、前記基板の一方の面にほぼハーメチック封止するように固着する工程と、
    ｃ）この固着によるアセンブリを、前記反応性材料と反応する化合物を含んでいる環境にさらす工程と、
    ｄ）前記反応性材料の層の光の反射率又は光の吸収率を校正値と比較する工程と
    を有するカプセル封止体の浸透率の測定方法。