JP2005061982A - 表示ガラス基板の検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 化学研磨後の複合ガラス基板の品質を一元的に管理可能な検査装置を提供する。
【解決手段】 複数枚のガラス基板を貼り合せてなる液晶表示基板LCDについて、半完成状態で化学研磨した後、その品質を検査する検査装置EQUであって、液晶表示基板の遮光膜を超えて延びる帯状のレーザ光BMを照射する投光部1と、液晶表示基板からの反射波を受ける受光部2とを備える。受光部2に配置された二次元イメージセンサ8から得られる二次元データのうち、初期状態で設定された検査範囲AR,ARのデータに基づいて、液晶表示基板の板厚を判定するようにしている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、複数枚のガラス板を貼り合せてなる表示装置用の複合ガラス基板の板厚を迅速に計測可能な検査装置に関する。
低電力で長寿命な表示装置として、液晶表示装置が広く普及している。この液晶表示装置は、2枚のガラス基板中に液晶を封入してなる液晶表示基板を中心に構成されており、この液晶表示基板に画像信号を供給すると、コンピュータ装置、通信機器、及び家電製品などの表示装置として機能する。
ところで、このような液晶表示基板では、ガラス表面を極限的に滑らかに平坦化したい要請があり、目視困難な微細な疵まで除去するため、液晶封入前の半完成状態の液晶表示基板を化学研磨することが行われている(特許文献1)。
例えば、特許文献1に記載の化学研磨法では、フッ酸、塩酸、及び硝酸を含有する化学研磨液に、半完成状態の液晶表示基板を浸漬することによりガラス基板を所定厚だけ化学研磨して微細な疵まで除去している。
特開2003−40649
しかしながら、従来、化学研磨後の板厚の計測は、超音波式板厚計などを用いるしかなかったため、化学研磨後の全ての複合ガラス基板の品質(板厚)を一元的に管理することができなかった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、化学研磨後の複合ガラス基板の品質を一元的に管理可能な検査装置を提供することを課題とする。
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明は、複数枚のガラス基板を貼り合せてなる表示基板について、半完成状態で化学研磨した後、その品質を検査する検査装置であって、前記表示基板の非透過性部分を超えて延びる帯状のレーザ光を照射する投光部と、前記表示基板からの反射波を受ける受光部とを備え、前記受光部に配置された二次元イメージセンサから得られる二次元データのうち、初期状態で設定された検査範囲のデータに基づいて、前記表示基板の板厚を判定するようにしている。
また、請求項2に係る発明は、複数枚のガラス基板を貼り合せてなる表示基板について、半完成状態で化学研磨した後、その品質を検査する検査装置であって、検査テーブル上に配置された検査台と、前記検査台を囲むよう直交して配置されたX軸アーム及びY軸アームと、前記X軸アームに沿って移動可能に構成された変位センサとを備え、前記変位センサには、帯状のレーザ光を照射する投光部と、前記表示基板からの反射波を受ける受光部とが内蔵されている。
上記各発明において、表示基板は特に限定されないが、液晶表示用ガラス基板、PDP(プラズマディスプレイパネル)用ガラス基板、有機EL(エレクトロルミネッセンス)用ガラス基板に好適に使用される。
上記した本発明によれば、化学研磨後の複合ガラス基板の品質を一元的に管理することが可能となる。
以下、本発明の一実施例について具体的に説明するが、特に、本発明を限定する趣旨ではない。図1(a)は、液晶表示基板(ガラス基板)の板厚検査装置EQUの外観状態を図示した斜視図である。
図1(a)に示すように、板厚検査装置EQUは、検査テーブルTBLの上部に配置された4つの検査台10と、4つの検査台10を挟んで平行に延設された一対のY軸アーム11a,11bと、Y軸アーム11a,11bに両端を支持されて移動可能に構成されたX軸アーム12と、X軸アーム12に沿って移動可能に構成された変位センサSNと、検査条件などを設定すると共に検査結果が画像表示されるタッチパネルTPとを備えて構成されている。
なお、図2に示すロボット・コントローラ16、主制御部15、及びセンサ・コントローラ14は、それぞれ検査テーブルTBLの下部であって、タッチパネルTPに近接して配置されている。
X軸アーム12と変位センサSNとは、それぞれサーボモータMx,Myで駆動されることにより、ボールネジのネジ軸に沿って移動するよう構成されている。また、変位センサSNは、検査台10に載置された液晶表示基板に向けてレーザビームを放射すると共に、液晶表示基板からの反射光をCCD(Charge-Coupled Devices)で感知するレーザセンサである。そして、この変位センサSNは、調整ネジ13の回転によって、Z軸方向に多少移動可能に構成されている。
本実施例の場合、変位センサSNは、平面視の長手方向(X方向)を、図1(a)のX’軸から時計方向に+45°偏移させて取り付けられている(図1(b)参照)。図1(b)は、X軸アーム12と変位センサSNとの取り付け関係を示す平面図である。このように、変位センサSNをX’軸から偏移させるのは、遮光性を有する液晶表示基板内の遮光膜26を回避してレーザ光を通過させ、液晶表示基板の板厚を正確に計測するためである。なお、遮光膜26は、液晶表示基板内のRGBカラーフィルタそれぞれ仕切る障壁であり、図1(b)の例では縦横に設けられている。
図2は、板厚検査装置EQUの内部構成を示すブロック図である。図示の通り、板厚検査装置EQUは、変位センサSNに内蔵されたCCDからの出力信号を受けるセンサ・コントローラ14と、センサ・コントローラ14が算出した計測値(板厚)を受けると共に検査装置全体の動作を制御する主制御部(プログラマブル・コントローラ)15と、主制御部15に制御されてサーボモータMx,Myを動作させるロボット・コントローラ16とを中心に構成されている。
センサ・コントローラ14には、操作コンソール17が接続されており、測定モードやその他の測定条件を指定できるようになっている。測定モードには、被験物からの拡散反射波を利用する測定モードと、正反射波を利用する測定モードとがあるが、本実施例では、正反射モードで動作している。また、ロボット・コントローラ16には、ティーチング・ペンダント18が接続されており、手動操作によって変位センサSNの位置を適宜に移動できるようになっている。このティーチング・ペンダント18は、液晶表示基板の複数の計測箇所を予め設定するような場合に使用される。
主制御部15は、RS232C準拠の接続線を介して、パーソナルコンピュータ(パソコン)PCとも接続されており、パソコンPCでは、変位センサSNからの計測データを集計して記憶するようになっている。なお、この構成に限定されるものではなく、タッチパネルTPに内蔵されている記憶部を通して、メモリカードMCなどの外部記憶媒体に、計測データを蓄積するようにしても良い。
図3〜図4は、変位センサSNの動作原理を説明する図面である。ここでは液晶表示基板ではなく、説明の都合上、1枚の透明ガラス板GAの板厚Tを、レーザ光の直接反射波を利用して計測する場合を例示している。なお、図3や図4におけるX方向とY方向は、図1(a)のX’軸Y’軸から+45°偏移した方向を意味しており、平面視における変位センサSNの長手方向をX方向、短手方向をY方向としている(図3(a)参照)。
図3(b)に示す通り、この変位センサSNは、レーザ光を放射する投光部1と反射波を受信する受光部2とで構成されている。ここで、投光部1は、例えば、レーザダイオード3と、コリメートレンズ4と、スリット板5と、シリンドリカルレンズ6とで構成され、目標物GAに対して入射角θの帯状ビームBMを照射している。なお、帯状ビームBMは、基準位置にある目標物GAの表面において幅20〜30μm×長さ10〜25mm程度の大きさに設定されている(図3(c)参照)。
受光部2は、受光レンズ7と、二次元のイメージセンサ8とで構成されている。先に説明した通り、本実施例では、イメージセンサ8としてCCDエリアセンサ8を使用している。投光部1から放射された帯状ビームBMは、透明ガラス板GAの表面で反射されてイメージセンサ8に達すると共に、ガラス板GAに進入した帯状ビームBMは、透明ガラス板GAの裏面でも反射されてイメージセンサ8に達する。そのため、図3(d)に示すように、表面反射波BM1は、イメージセンサ8の端面からd離間した位置に結像し、裏面反射波BM2は、表面反射波BM1の結像点から更にX離間して結像する。
図4は、図3(b)の要部を拡大して図示した概略図である。以下、図4を参照しつつ、変位センサSNによる透明ガラス板GAの板厚測定の方法を説明する。図4(a)において、厚さTの基準ガラス板GAが、イメージセンサ8と距離Lを隔てて配置されている場合を想定すると、帯状ビームの表面反射波BM1に関して、tanθ=(D+d)/L・・・(式1)の関係式が成立する。なお、dの値が所定値となるように、調整ネジ13を用いて変位センサSNとガラス板GA表面とが位置決めされている。
一方、入射角θで入射した帯状ビームBMの一部は、屈折してガラス板GAの中に進入し、ガラス板GAの裏面で反射する。そのため、裏面反射波BM2は、イメージセンサ8において、表面反射波BM1からXだけ離間した位置で結像する(図3(d))。したがって、T×tanθ=T’tanθ=X/2・・・(式2)の関係式が成立する。なお、θは、入射ビームの法線とのなす角度、Tは、基準ガラス板GAの厚さ、T’は、入射光が屈折しないと仮定した場合における(破線参照)、仮想反射点とガラス板表面までの垂直距離である。
ガラス板GAの屈折率がNであるとすると、空気の屈折率を1として、sinθ=N×Sinθの関係が成立するが、この屈折率Nに係わるパラメータtanθは、(式2)を変形して、イメージセンサ8における測定値Xと、マイクロメータを用いた基準ガラス板の計測値Tから、tanθn=X/(2×T)・・・(式3)と特定される。
つまり、マイクロメータを用いて予め厚みTを計測した基準ガラス板について、表面反射波BM1と裏面反射波BM2の結像位置の離間距離Xを計測することによって、検査対象となるガラス板の屈折率N(具体的には、屈折率Nに直接係わるtanθの値)を特定することができる。
そこで、以上のような準備の後、検査対象となるガラス板を変位センサSNの下に配置することになる。すると、ガラス板の表面位置が基準面から若干ずれるので、表面反射波BM1の結像点も移動して、イメージセンサ8の端面からdの位置で結像する。また、表面反射波BM1と裏面反射波BM2の結像点の離間距離もXからXに変化することになる。
この場合、ガラス板の厚さTと反射波の離間距離Xについて、T=X/(2×tanθ)・・・(式4)の関係式が成立するが、これに(式3)を代入することによって、測定対象のガラス板の板厚Tは、T=T×X/Xと特定される。ここで、T/Xの値は予め算出されて定数化されているので、計測された離間距離Xから一意的にガラス板の厚みTが特定されることになる。
同様に、ガラス表面の位置も、L=(D+d)/tanθ・・・(式5)に(式1)の関係式を代入することによって、L=L×(D+d)/(D+d)と特定される。なお、Dの値は、変位センサSNの内部構造から一意的に決定される値であり、また、Lやdの値は、基準ガラス板の計測時に特定されるので、CCDの端面と表面反射波BM1の結像点との離間距離dに基づいて、ガラス板の表面位置(CCDとの垂直距離L)も一意的に特定されることになる。
以上の動作原理を踏まえて、液晶表示基板LCDの板厚の計測方法について説明する。液晶表示基板LCDは、例えば図5のような断面形状を有しており、偏光フィルタ20と、第1ガラス基板21Aと、第1透明電極(ITO膜)22Aと、液晶封入部23と、第2透明電極(ITO膜)22Bと、RGBのカラーフィルタ24と、第2ガラス基板21Bとで構成されている。なお、液晶封入部23は、液晶の分子を一定方向に並べるための配向膜27で覆われている。
ここで、第1透明電極22Aは、RGBの各フィルタ24に対応して離散的に設けられるのに対して、第2透明電極22Bは、液晶封入部23に合わせて面状に設けられている。そして、第1透明電極22Aには、それぞれにスイッチ素子たる薄膜トランジスタ(TFT)25が接続されている。
また、RGBのカラーフィルタの回りには、遮光膜26が設けられている。この実施例では、遮光膜26が縦横に設けられており、平面視では、図1(b)に示すようなブラックマトリクス形状になっている。
上記のような構成からなる液晶表示基板LCDは、例えば、多数の液晶セルを連設した状態で上下のガラス基板21A,21Bを貼り合わせ、真空引きなどの手法で液晶を注入して封止した後、偏光フィルタ20を貼り付けて各液晶セルに分離する製法が採られる。また、上下のガラス基板21A,21Bを貼り合わせた後、化学的にガラスを研磨してガラス基板21A,21Bを肉薄にエッチング加工される場合もある。
図1に示す板厚検査装置EQUは、このような液晶表示基板LCDであって化学研磨された後の板厚を計測して、化学研磨の良否判定を含む検査を行う用途で好適に使用される。かかる半製品状態の液晶表示基板LCDは、2枚の透明ガラス基板21A,21Bが貼り合わせ状態にあり、液晶は封入されていないものの、遮光膜26は内蔵されている。なお、半製品状態であるから、偏光フィルタ20は設けられていない。
図6は、板厚検査装置EQUを用いて、半製品状態の液晶表示基板LCDの板厚を計測する手法を説明する図面である。この場合には、1枚の透明ガラス板GAの場合(図3、図4参照)とは異なり、(a)裏面側のガラス基板21Aからの反射波を考慮する必要がある。また、(b) 遮光膜26によって遮断されるレーザ光も問題になる。更にまた、(c) 2枚のガラス基板21A,21Bの間に存在する物質からの反射波や、屈折率の相違も考慮する必要がある。
しかし、上記(a)(c)の問題点については、レーザ光の入射角θをある程度大きな適度な角度にすることによって、上側のガラス基板21Bの表面反射波BMと、下側のガラス基板21Aの裏面反射波BMのみ抽出することができるので、液晶表示基板LCD(半製品)の板厚をほぼ正確に計測することができる。なお、図6(b)は、表面反射波BMと裏面反射波BMの結像位置を図示したものであり、他の反射波と分離されている状態を示している。
また、上記(b)の問題点については、実施例の板厚検査装置EQUでは、帯状ビームBMを採用しているので、裏面反射波BMの一部が遮光されても、他の部分は必ず遮光膜を回避するので、裏面反射波BMは必ず検出される。なお、図6(c)は、図6(b)のS−S線上のCCD出力(受光レベル)を理想的に図示したものである。
更にまた、上記(c)の問題点については、上下2枚のガラス基板21A,21Bの化学研磨後の厚さは、0.3〜0.6mm程度であるのに対して、ガラス基板の隙間は、4〜5μm程度であるので、ガラス基板の間に存在する物質の屈折率の差が、実質的には殆ど問題にならない。なお、この点は実験的に確認している。
以上の動作原理を踏まえて、液晶表示基板LCDの板厚を計測する場合の動作手順を説明する。化学研磨を終えた同一種類の液晶表示ガラス基板LCDの板厚検査をする場合には、板厚を測定すべき複数の検査ポイントについても、ティーチング・ペンダント18やタッチパネルを操作して予めその場所を指示しておく。また、最初の1枚について、板厚をマイクロメータで計測して、その計測値Tを、タッチパネルTPを操作して検査装置EQUに入力する。
次に、マイクロメータで厚さを計測した同じ場所に帯状ビームを照射する。すると、図6(b)のような結像が得られ、理想的には、図6(c)のような受光レベルを示す電気信号がセンサ・コントローラ14に供給される。なお、この実施例では、CCDエリアセンサ8を使用しているので、センサ・コントローラ14には二次元データが取得される。
そこで、センサ・コントローラ14では、図6(b)のX方向にデータを切出して(S−S線と平行な切出し線に沿って切り出す)、波高値とその座標位置を検出する。ここで、波高値とは極大値であって、所定レベル以上のものを意味する。図6(c)のような正常状態では、波高値は3つ検出されるので、このようなX方向の切出し処理を、Y方向に切出し線をずらしつつ繰り返すことによって各行(X方向)ごとに、複数個(3個又はそれ未満)の波高値とその座標位置(x,y)が検出される。
いま、X方向の切出し線がM個である場合には、上記の切出し処理の結果、波高値について、M行3列の行列データが抽出されることになる。なお、検出された波高値が3個未満の場合には、不足する波高値をゼロとする。したがって、検出された波高値が1個の場合には、M行3列の抽出データのうち、2列目及び3列目のデータがゼロであり、検出された波高値が2個の場合には、2列目か3列目のデータをゼロとする。なお、2列目と3列目の何れのデータをゼロとすべきかは、残り1個の有意なデータのX方向の座標位置から推定可能である。
このようにしてM行3列の抽出データと、各抽出データの抽出位置を示すX方向の座標データが特定されると、1列目のデータと3列目のデータについて、それぞれX方向の座標位置を平均化することによって、表面反射波BMのイメージセンサ8の端点からの離間距離dと、表面反射波BMと裏面反射波BMの離間距離Xとが特定される。
以上の処理の結果、tanθ=X/(2×T)・・・(式3)として検査対象物の屈折率Nに関するパラメータが特定される。また、表面反射波BMと裏面反射波BMの大体の受光位置が特定されるので、イメージセンサ8からの信号のうち、表面反射波BMと裏面反射波BMの波高値を抽出すべき判定エリアAR,ARが、図6(d)の破線エリアのように特定される。
その後の処理は自動的に実行されるが、予めタッチパネルTPを通して特定されている複数の検査ポイントに変位センサSNが順次移動してゆき、計測値が得られる。具体的には、計測箇所における、判定エリアAR,ARにおける波高値をX方向に2つ(又は1つ)抽出し、抽出されたM行2列の抽出データについての座標値(x座標)に基づいて、表面反射波BMのイメージセンサ8の端点からの離間距離dと、表面反射波BMと裏面反射波BMの離間距離Xが特定される。
そして、この計測値(d,X)に基づいて、計測位置におけるガラス板の板厚T(=T×X/X)が算出される。なお、液晶表示基板LCDの表面が湾曲しているような場合には、表面反射波BMや裏面反射波BMの結像位置がずれるので、判定エリアAR,ARから有意なデータが得られない場合があるが、その場合には、判定エリアAR,AR全体をX−Y方向に適宜に移動させることによって有意なデータを取得することが可能となる。
何れにしても、センサ・コントローラ14で算出された板厚データは、他のデータと共に主制御部15に伝送され、主制御部15は、このデータをパソコンPCに転送するか、タッチパネルの記憶部に転送する。なお、順次イメージセンサから得られるデータは適宜に処理されて画像データとしてタッチパネルTPに伝送されて、タッチパネルに表示される。
このような処理を繰り返すことによって化学研磨後の液晶表示基板LCDの板厚が自動的に計測され、パソコンPC又はメモリカードMCに記憶されると共に、もし研磨不良の製品が検出されたらその旨の報知がされる。
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが具体的な記載内容は本発明を何ら限定するものではない。特に、変位センサSNの種類や、液晶表示基板の板厚の算出方法は、適宜に変更される。なお、検査箇所を増やすことによって、化学研磨後の液晶ガラス基板の全体形状(厚みや反り状態を含んだ全体形状)を知ることができる。
実施例に係る検査装置の外観形状を示す斜視図(a)、及び変位センサの取付姿勢を示す平面図(b)である。 図1の検査装置の内部構成を示すブロック図である。 変位センサの動作原理を説明する図面である。 図3の一部を拡大して図示したものである。 液晶表示基板の断面形状を例示した図面である。 液晶表示基板の厚さを計測する方法を説明する図面である。
符号の説明
1 投光部
2 受光部
10 検査台
12 X軸アーム
11 Y軸アーム
SN 変位センサ
LCD 表示基板
EQU 検査装置
BM レーザ光

Claims (6)

  1. 複数枚のガラス基板を貼り合せてなる表示基板について、半完成状態で化学研磨した後、その品質を検査する検査装置であって、
    前記表示基板の非透過性部分を超えて延びる帯状のレーザ光を照射する投光部と、前記表示基板からの反射波を受ける受光部とを備え、
    前記受光部に配置された二次元イメージセンサから得られる二次元データのうち、初期状態で設定された検査範囲のデータに基づいて、前記表示基板の板厚を判定するようにしていることを特徴とする検査装置。
  2. 複数枚のガラス基板を貼り合せてなる表示基板について、半完成状態で化学研磨した後、その品質を検査する検査装置であって、
    検査テーブル上に配置された検査台と、前記検査台を囲むよう直交して配置されたX軸アーム及びY軸アームと、前記X軸アームに沿って移動可能に構成された変位センサとを備え、
    前記変位センサには、帯状のレーザ光を照射する投光部と、前記表示基板からの反射波を受ける受光部とが内蔵されていることを特徴とする検査装置。
  3. 前記受光部からの出力信号を受けるセンサ・コントローラと、前記センサ・コントローラが算出した計測値を受けると共に装置全体の動作を制御する主制御部と、前記主制御部に制御されてモータを回転させるロボット・コントローラとを備えている請求項1又は2に記載の検査装置。
  4. 前記表示基板には、レーザ光を遮る遮光部が直線状に延設されており、前記帯状のビーム光は、前記直線状の遮光部と重複しない向きに傾斜して照射されている請求項1〜3の何れかに記載の検査装置。
  5. 自動的な検査処理に先立って、基準となる表示基板についての予備検査処理を行い、そのときに得られる情報に基づいて、その後の自動検査処理を実行している請求項1〜4の何れかに記載の検査装置。
  6. 前記表示基板は、液晶表示用ガラス基板、有機EL表示用ガラス基板、PDP用ガラス基板の何れかである請求項1〜5の何れかに記載の検査装置。
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