JP2006046947A

JP2006046947A - 環状発光装置

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Publication number: JP2006046947A
Application number: JP2004224254A
Authority: JP
Inventors: Morio Taniguchi; 彬雄谷口; Hiromitsu Imai; 博充今井; Kimio Ueki; 公夫植木; Shinichi Goto; 真一後藤
Original assignee: ALGOL KK; Shinshu University NUC
Current assignee: ALGOL KK; Shinshu University NUC
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】構成が簡単で、そして小型化が容易な環状発光装置を提供すること
【解決手段】基板表面に、環状に形成されたエレクトロルミネッセンス発光性積層体を付設してなる環状発光装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、物品などの検査対象物の外観検査の際に、該検査対象物に光を照射する照明具に有利に用いることができる環状の発光装置に関する。

半導体デバイス形成用のシリコン基板やガラス基板、金属材料などから形成された各種の機械部品などの外観検査（例、形状や寸法の検査あるいは傷や汚れの有無の検査）には、画像処理装置を備えた検査装置が用いられている。検査装置は、検査対象物に光を照射する照明具、光照射された検査対象物の光学像を撮像して、この光学像に対応する画像データを出力する撮像装置、そして撮像装置が出力する画像データと参照データとの照合を行なう画像処理装置などから構成されている。

従来より、このような検査装置の照明具に、同心円状に配置された複数個の発光ダイオードを光源とした環状の照明装置を用いることは知られている。

特許文献１には、同心円状に配置された複数個の発光ダイオードを光源としたリング照明装置が開示されている。図１は、この特許文献１に記載の従来のリング照明装置の代表的な構成を示す断面図である。

図１に示すように、上記特許文献１に記載のリング照明装置１０は、同心円状に配置された複数個の発光ダイオード１１、これらの発光ダイオード１１の発光を集光するレンズアレイ１２、そしてレンズアレイ１２を透過した光を所定位置（被測定物１４の表面）に集光させる光学素子１３などから構成されている。このリング照明装置１０の発光は、被測定物１４の表面にて反射され、リング照明装置の軸方向へと伝わる。このリング照明装置１０の軸方向に伝わる光は、例えば、対物レンズ１５を介して画像処理型測定器に伝えられ、被測定物の形状や寸法を検査するために用いられる。そして、このような構成のリング照明装置１０は、照明効率に優れ、用いる発光ダイオードの個数を少なくすることができるため、小型化や低コスト化が可能であるとされている。
特開２００３−３１５６７８号公報

上記の特許文献１に記載のリング照明装置は、複数個の発光ダイオード、レンズアレイ、そして光学素子を備えた複雑な構成であるために、その製造に手間がかかる。また、リング照明装置により被測定物に照射された光には、被測定物表面にて反射されたのちに、対物レンズの方向（リング照明装置の軸方向）には伝わらずに、リング照明装置の対称位置へと伝わる光が多く含まれている。リング照明装置の軸方向以外に伝わる光が多いと、対物レンズを介して得られる被測定物の光学像が暗く不鮮明なものとなるため、被測定物の形状や寸法を検査する際の検査精度をある程度以上に高くすることが難しい。リング照明装置の軸方向により多くの光を伝えるためには、被測定物の表面になるべく垂直に近い角度で光を照射すること、すなわちリング照明装置の直径を小さくすることが好ましい。しかしながら、上記特許文献１のリング照明装置は、その構成が複雑であるため、その直径をある程度以下に小さくすることが難しい。

本発明の目的は、構成が簡単で、そして小型化が容易な環状発光装置を提供することにある。

本発明は、基板表面に、環状に形成されたエレクトロルミネッセンス発光性積層体を付設してなる環状発光装置にある。

本発明の環状発光装置の好ましい態様は、下記の通りである。
（１）基板が透明である。
（２）エレクトロルミネッセンス発光性積層体が、上記基板の側から、透明陽電極層、少なくとも有機発光材料層を含む有機材料層、そして陰電極層をこの順に積層してなる有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体である。
（３）基板が環状の形状にある。
（４）互いに同軸に配置された一対の光学レンズが収容された筒体と組み合わせて使用する。

本発明はまた、一対の光学レンズを互いに同軸に配置して筒体に収容し、この筒体の頂面もしくは底面あるいは一対の光学レンズの間に上記本発明の環状発光装置を付設してなる照明具にもある。

本発明はまた、上記本発明の照明具、この照明具により光照射された検査対象物の光学像を撮像して、この光学像に対応する画像データを出力する撮像装置、及びこの画像データと参照データとの照合を行なう画像処理装置からなる検査対象物の外観の検査装置にもある。

なお、本明細書において、エレクトロルミネッセンス発光性積層体を「環状に形成する」ことには、積層体の形状を環状に形成すること、さらには積層体の発光領域を環状に形成することが含まれる。また「透明」とは、可視光の透過率が７０％以上であることを意味する。

本発明の環状発光装置は、基板表面に、環状に形成されたエレクトロルミネッセンス発光性積層体が付設された簡単な構成であるために小型化（特に、直径を小さくすること）が容易である。本発明の環状発光装置を、例えば、検査装置の照明具に用いる場合に、環状発光装置の直径を小さくすることによって検査対象物に照射された光をより多く環状発光装置の軸方向に伝えることができる。このため、本発明の環状発光装置を用いた検査装置は、明るく鮮明な検査対象物の光学像をもとに検査対象物の外観を検査することができるため、高い検査精度を示す。

本発明の環状発光装置を、添付の図面を用いて説明する。本発明の環状発光装置には、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体あるいは無機エレクトロルミネッセンス発光性積層体が用いられる。以下、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体を用いる場合を代表例として、本発明の環状発光装置を説明する。

図２は、本発明の環状発光装置の構成例を示す断面図であり、そして図３は、図２の環状発光装置２０を上から見た図である。

図２及び図３に示す環状発光装置２０は、透明基板２１の表面に、環状に形成された有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２が付設された構成を有している。

本発明の環状発光装置に用いる基板の材料に特に制限はないが、その代表例として、ガラスなどの透明な材料、そして金属などの不透明な材料が挙げられる。基板が透明である場合には、基板の中央に透孔が形成されていなくてもよい。一方、基板が不透明である場合には、基板の形状は環状に設定する。

また、環状発光装置の発光を集光させるために、基板として湾曲した基板、例えば、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体が付設される表面が、球面、楕円面、もしくは放物面の一部を含む形状とされた基板を用いることもできる。また、基板が透明である場合には、その厚みを調節して基板に光学レンズを形成することもできる。

有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２は、透明基板２１の側から、透明陽電極層２３、正孔輸送層２４と有機発光材料層２５とを含む有機材料層２６、そして陰電極層２７がこの順に積層された構成を有している。透明陽電極層２３及び陰電極層２７には、これらの電極間に直流電圧を印加するために、それぞれ電気的接続端子２９ａ、２９ｂが備えられている。なお、基板が不透明である場合には、例えば、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体を、不透明な基板の側から、陰電極層、少なくとも有機発光材料層を含む有機材料層、そして透明陽電極層がこの順に積層された構成とする。

有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２は、その陽電極層２３と陰電極層２７との間に直流電圧を印加すると、陽電極層２３から正孔が、そして陰電極層２７から電子が有機発光材料層２５の内部に注入され、この正孔と電子との再結合により生成した励起子（エキシトン）が失活する際の光の放出により発光する。正孔輸送層２４は、陽電極層２３から注入された正孔を有機発光材料層２５に効率良く注入して、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２の発光効率を高くする機能を有している。

有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２の発光は、透明基板２１の側から取り出される。図２に記入した矢印３１は、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２の発光の取り出し方向を示している。なお、基板が不透明である場合には、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の発光は、基板の側とは逆側から取り出される。

透明陽電極層２３としては、例えば、スパッタ法により形成された錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）の薄膜が用いられる。ＩＴＯ薄膜は、例えば、フォトリソグラフィー法により環状に形成される。

正孔輸送層２４としては、例えば、真空蒸着法により形成されたトリフェニルジアミン（ＴＰＤ）の薄膜が用いられる。ＴＰＤ薄膜は、例えば、薄膜を真空蒸着する際にマスク法によって環状に形成される。

有機発光材料層２５としては、例えば、真空蒸着法により形成されたトリス−（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ₃）の薄膜が用いられる。Ａｌｑ₃薄膜は、例えば、薄膜を真空蒸着する際にマスク法によって環状に形成される。

陰電極層２７としては、例えば、真空蒸着法により形成されたマグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）合金の薄膜が用いられる。Ｍｇ−Ａｇ合金薄膜は、薄膜を真空蒸着する際にマスク法によって環状に形成される。

有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の有機発光材料層には、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の発光効率を高くするために、その陰電極層側の面に電子輸送層を付設することも知られている。以下に、有機発光材料層を含む有機材料層の構成例を示す。

（ａ）有機発光材料層
（ｂ）正孔輸送層／有機発光材料層
（ｃ）有機発光材料層／電子輸送層
（ｄ）正孔輸送層／有機発光材料層／電子輸送層

また、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の陽電極層と陰電極層との間には、積層体の発光特性などを改良するために、上記の正孔輸送層や電子輸送層の他にも様々な層、例えば、陽電極層（もしくは陰電極層）の有機発光材料層側の表面に正孔注入層（もしくは電子注入層）を付設することが知られている。

有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２を環状に形成するためには、積層体２２を構成する各々の層を、例えば、上記のようにマスク法やフォトリソグラフィ法によりパターニングして環状に形成するか、あるいは印刷法により環状に形成すればよい。

また、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体は、その陽電極層と陰電極層とに挟まれた有機発光材料層部分（発光領域）が発光する。本発明の環状発光装置の有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体としては、その発光領域が環状に形成されたものを用いることもできる。発光領域を環状に形成するためには、例えば、陽電極層、陰電極層及び有機発光材料層のうちの一層を、上記のようにマスク法やフォトリソグラフィ法によりパターニングして環状に形成するか、あるいは印刷法により環状に形成すればよい。

有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の層構成や材料、そして積層体の各々の層を所定形状（本発明の場合には環状）に設定する方法は、公知の有機エレクトロルミネッセンス素子の場合と同様である。有機エレクトロルミネッセンス素子については、例えば、「有機ＬＥＤ素子の残された研究課題と実用化戦略」（ぶんしん出版、１９９９年）及び「光・電子機能有機材料ハンドブック」（朝倉書店、１９９７年）などに詳しい記載がある。

このように、本発明の環状発光装置は、環状に形成されたエレクトロルミネッセンス発光性積層体が付設された簡単な構成であるために小型化（特に、直径を小さくすること）が容易である。また、本発明の環状発光装置は、従来のリング照明装置のように、複数個の発光ダイオードの配置を、各々の発光ダイオードの光軸がレンズアレイの各々のレンズの光軸と一致するように調節する必要がなく、その製造も容易である。本発明の環状発光装置を、例えば、検査装置の照明具に用いる場合に、環状発光装置の直径を小さくすることによって検査対象物に照射された光をより多く環状発光装置の軸方向に伝えることができる。このため、本発明の環状発光装置を用いた検査装置は、明るく鮮明な検査対象物の光学像をもとに検査対象物の外観を検査することができるため、高い検査精度を示す。

また、有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体は、大気中の水分や酸素の影響を受け、その発光特性が劣化（例、輝度の低下や非発光部の生成など）することが知られている。このような発光特性の劣化を防止するため、環状発光装置２０には、図２に示すように有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体２２を気密封止するためガラス板３０が備えられていることが好ましい。封止用のガラス板３０は、低透湿性の封止用接着剤層（例、紫外線硬化型のアクリル樹脂系接着剤を硬化させて形成された層）２８により基板２１に固定されている。有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体を気密封止する方法は、上記の封止用ガラス板により気密封止する方法に限定される訳ではなく、例えば、金属製キャップにより気密封止する方法、あるいは積層体の表面を低透湿性の薄膜（例、二酸化ケイ素薄膜）により覆って気密封止する方法など、公知の気密封止方法を用いることができる。

次に、本発明の環状発光装置を用いた検査装置について説明する。図４は、本発明の環状発光装置を用いた検査装置の構成例を示す図であり、図５は、図４に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した検査装置４０の照明具４１の断面図である。

図４の検査装置４０は、例えば、金属部品などの検査対象物４６に光を照射する照明具４１、照明具４１により光照射された検査対象物４６の光学像を撮像し、この光学像に対応する画像データを出力する撮像装置４２、そして前記画像データと参照データとの照合を行なう画像処理装置４３などから構成されている。

検査装置４０には、その照明具４１に直流電圧を供給するための電源装置４５、そして撮像装置４２により撮像された検査対象物の外観、あるいはその検査結果などを表示するための表示装置４４が備えられている。

図５に示すように、照明具４１は、一対の光学レンズ５１ａ、５１ｂを互いに同軸に配置して筒体５２に収容し、この筒体５２の底面に図２及び図３に示す環状発光装置２０が付設された構成を有している。環状発光装置２０は、筒体５２の頂面あるいは一対の光学レンズ５１ａ、５１ｂの間に配置することもできる。このように、本発明の環状発光装置は、互いに同軸に配置された一対の光学レンズが収容された筒体と組み合わせて使用することが好ましい。

図４の検査装置４０は、コンベア４７により搬送される検査対象物４６の外観を順番に検査する。

照明具４１は、電源装置４５によって直流電圧が印加されることにより環状発光装置（図５：２０）の有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体が発する光を、検査対象物４６に照射する。そして撮像装置４２は、光照射された検査対象物４６の光学像を撮像して、この光学像に対応する画像データを出力する。この画像データは、画像処理装置４３に送られる。画像処理装置４３は、撮像装置が出力した画像データと参照データとを照合する。この照合により、検査対象物の外観が検査される。表示装置４４には、例えば、外観検査の結果、あるいは不良と判定された検査対象物の光学像などが表示される。

画像データと参照データとの照合は、公知の検査装置の場合と同様の方法により行なわれる。データの照合方法の例としては、撮像された検査対象物に対応する画像データと、予め撮像された検査対象物に対応する画像データ（参照データ）とをパターンマッチングする方法、および撮像された検査対象物に対応する画像データから形状や寸法に関する数値データを算出し、この数値データと良品の検査対象物の許容範囲を示す数値データ（参照データ）とを照合する方法などが挙げられる。

また、従来の検査装置の場合と同様に、画像処理装置４３における画像データの取り扱いを容易とするために、撮像装置４２が出力する画像データに各種の前処理を行なうこともできる。前処理の例としては、二値化処理、ガンマ補正処理、濃度変換処理、およびシェーディング処理などが挙げられる。

図５に示すように、本発明の環状発光装置２０は小型化が容易であるため、一対のレンズ５１ａ、５１ｂを収容する筒体５２の検査対象物の側に固定することが可能である。このような構成の照明具４１を用いると、検査対象物４６の表面に垂直に近い角度で光を照射することができるため、検査対象物４６の表面で反射された光をより多く撮像装置（図４：４２）に伝えることができる。このため、図４の検査装置４０は、その撮像装置４２により撮像された明るく鮮明な光学像をもとに検査対象物４６の外観を検査することができるため、高い検査精度を示す。

また、上記のように、外観の検査が必要とされる製品や部品には様々なものがあり、その形状や色も多岐にわたる。検査対象物の外観の検査を行なう場合には、照明具の光の色は、検査対象物に応じた色であることが好ましい。例えば、金属部品の外形を検査する場合には、その表面での反射光の影響を抑えるために、照明具の光の色は青色であることが好ましい。

図４の検査装置４０の照明具４１に用いる環状発光装置（図５：２０）は、その有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の有機発光材料層を形成する材料の選定により、その発光色を容易に調節することができる。環状発光装置の発光色は、基板上に、例えば、赤、青、緑のそれぞれの色で発光する有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の小片の複数個を環状に整列配置して、各々の積層体の小片の発光色を混色して調節することもできる。このようにして検査装置の環状発光装置の発光色を検査対象物に応じた色に設定すると、各種の検査対象物の外観をより精度良く検査することができる。

また、検査装置の撮像装置が出力する画像データには、検査対象物の色やその表面における反射光の強弱を示す情報などが含まれている。このような情報をもとに検査装置の照明具が備える環状発光装置の発光色や輝度を検査対象物に応じて調節することもできる。このように発光色や輝度を調節すると、検査対象物に変更があった場合でも、照明具を検査対象物に応じた色の光を発する照明具に交換する必要がなくなり、検査装置の汎用性を高めることができる。

また、環状発光装置の有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体を間欠的に点灯させることも好ましい。有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体は、その点灯時の発熱により有機発光材料層が変質して発光特性が劣化（例、輝度の低下）し易いことが知られている。有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体を間欠的に点灯させることにより、その発熱量が低減され、上記発光特性の劣化が低減される。このため、検査装置を長時間にわたって使用した場合であっても、検査対象物を安定に検査することができる。

さらにまた、環状発光装置の有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の駆動電圧を、撮像装置が出力する画像データをもとに制御して、検査対象物に照射される光の輝度を安定化することも好ましい。これにより、例えば、大気中の水分や酸素などの影響を受けて有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の発光輝度が徐々に低下した場合であっても、上記駆動電圧の制御によって検査対象物に照射される光の輝度が安定化されるため、検査対象物を安定に検査することができる。

従来のリング照明装置の構成例と、その使用の態様を示す断面図である。本発明の環状発光装置の構成例を示す断面図である。図２の環状発光装置を上から見た図である。本発明の環状発光装置を用いた検査装置の構成例を示す図である。図４に記入した切断線Ｉ−Ｉ線に沿って切断した検査装置の照明具の断面図である。

符号の説明

１０リング照明装置
１１発光ダイオード
１２レンズアレイ
１３光学素子
１４被測定物
１５対物レンズ
２０環状発光装置
２１透明基板
２２有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体
２３透明陽電極層
２４正孔輸送層
２５有機発光材料層
２６有機材料層
２７陰電極層
２８封止用接着剤層
２９ａ、２９ｂ電気的接続端子
３０封止用ガラス板
３１有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体の発光の取り出し方向を示す矢印
４０検査装置
４１照明具
４２撮像装置
４３画像処理装置
４４表示装置
４５電源装置
４６検査対象物
４７コンベア
５１ａ、５１ｂ光学レンズ
５２筒体

Claims

基板表面に、環状に形成されたエレクトロルミネッセンス発光性積層体を付設してなる環状発光装置。
基板が透明である請求項１に記載の環状発光装置。
エレクトロルミネッセンス発光性積層体が、上記基板の側から、透明陽電極層、少なくとも有機発光材料層を含む有機材料層、そして陰電極層をこの順に積層してなる有機エレクトロルミネッセンス発光性積層体である請求項２に記載の環状発光装置。
基板が環状の形状にある請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載の環状発光装置。
互いに同軸に配置された一対の光学レンズが収容された筒体と組み合わせて使用する請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の環状発光装置。
一対の光学レンズを互いに同軸に配置して筒体に収容し、該筒体の頂面もしくは底面あるいは該一対の光学レンズの間に請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の環状発光装置を付設してなる照明具。
請求項６に記載の照明具、該照明具により光照射された検査対象物の光学像を撮像して該光学像に対応する画像データを出力する撮像装置、および該画像データと参照データとの照合を行なう画像処理装置からなる検査対象物の外観の検査装置。