JP2006275704A

JP2006275704A - 膜厚ムラ検出方法

Info

Publication number: JP2006275704A
Application number: JP2005094024A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Hanehiro; 賢一羽廣; Mitsusachi Mihashi; 光幸三橋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12

Abstract

【課題】大面積の基材に塗布された透明感光性樹脂被膜の塗布ムラを効率的に検出する方法を提供すること。
【解決手段】基材１表面に対し斜め方向から照射光Ｘを照射し、斜め方向に出射する反射光の光路上に凸レンズ２が配置されており、この凸レンズ２の作用によって基材１の像３が結像される。凸レンズ２の光軸２ａは前記基材１の表面の法線１ａに対して傾いており、像３も基材１表面の法線１ａに対し傾いた位置に結像する。そして、この像３をカメラで撮影して画素に対応する領域ごとに反射光強度を測定する。次に、測定された反射光強度から塗布ムラを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、透明感光性樹脂被膜を備える基材に対し斜めから光照射し、その反射光強度をカメラで測定して前記被膜の膜厚ムラを検出する方法に関する。さらに詳しくは、大面積の基材上の透明被膜の膜厚ムラを一括して検出することができる方法に関するものである。本発明は、例えば、液晶ディスプレイの電極板に利用される中間製品に適用できる。

液晶ディスプレイは、それぞれ電極を形成した２枚の電極板を、その間に間隙を設けて貼り合わせ、その間隙に液晶を封入して構成されている。そして、両電極板の間に、画素ごとに電圧を印加して液晶を駆動させ、液晶を透過する光の偏光面を制御することにより偏光膜の透過・不透過を制御して画面表示するものである。

前記間隙は、従来、一方の電極板に散布された球状ビーズの径によって保つのが通常であった。しかしながら、球状ビーズはその散布位置を制御することができず、このため、散布位置によっては表示ムラを引き起こすことがあった。

これを解決するため、近年、多数のフォトスペーサーによる前記間隙の制御が行われている。フォトスペーサーは、前記電極板のいずれか一方に設けられた柱状のスペーサーであって、一般に、その電極板に塗布された透明感光性樹脂を露光・現像して設けられている。カラー液晶表示装置の場合には、ガラス基板上に表示画面を区画する黒色の額縁と、この額縁内を各画素に区画する黒色の遮光膜（ブラックストライプまたはブラックマトリクス）と、前記遮光膜で区画された各画素に設けられ、表示光を着色する着色膜とが設けられ、これら黒色の額縁、遮光膜および着色膜を被覆して透明感光性樹脂被膜が塗布される。そして、この方法によれば、フォトスペーサーの位置は露光マスクによって特定できるので、従来球状ビーズによって引き起こされていた表示ムラのおそれはない。

しかしながら、これら柱状フォトスペーサーの高さは塗布された感光性樹脂被膜の膜厚で決定されることから、この感光性樹脂被膜に塗布ムラがあると、これらフォトスペーサーの高さも不揃いとなって電極間距離が不安定となり、また液晶層の厚みが不安定となって、その表示品質に影響する。このため、感光性樹脂被膜は均一な膜厚に塗布される必要があり、他方、塗布ムラのある感光性樹脂被膜は露光・現像前に検出し、この被膜を剥離除去する必要がある。仮に塗布ムラのある感光性樹脂被膜を露光・現像してフォトスペーサーを形成したとすると、そのフォトスペーサーの高さのムラを検出することは困難であり、また、電極板から剥離除去することも困難だからである。

一般に、透明被膜に光を照射すると、塗布ムラがある部位（ムラ部）では、その周囲（正常部）と異なる強度の反射光が観察されることになる。この反射光は肉眼で観察することができ、こうして観察した被膜に明暗のムラがある場合には、塗布ムラがあることが分かる。

前記反射光の強度をカメラなどで測定することで塗布ムラを検出することも可能である。例えば、まず、基材をテーブルなどに載置し、基材の一部に対して斜めから光照射し、その反射光強度をカメラにて測定する。そして、テーブルとカメラとを相互に移動させて次の部位の反射光強度を測定する。この測定を、基材の全範囲について繰り返した後、その測定値を相互に比較してムラ部を検出する方法である（特許文献１，２参照）。
特開２０００−２８３２５号公報特開２００４−２７９２９６号公報しかしながら、近年、液晶ディスプレイは市場競争のために低価格化の傾向が著しく、これに対処するため、大面積のガラス板に多面付けして電極板を製造している。また、液晶ディスプレイの表示画面自体が大画面化しているため、これに使用するガラス板はますます大面積化の傾向が強い。

このような大面積のガラス板に塗布された透明感光性樹脂被膜の塗布ムラを前記方法で検出しようとすると、カメラとテーブルとを互いに移動しながら、その広い面積の全範囲について逐次反射光強度を測定しなければならず、極めて煩雑であり、膨大な検出時間を要することになり、非現実的である。

また、この大面積の基材全面をカメラにて測定しようとすると、照射光が斜め方向から照射され、これに対応してカメラも斜め方向に配置する必要があるため、基材全面に焦点を合わせることができない。このため、その反射光強度を正確に測定することが困難であった。

本発明は、以上のような事情の下でなされたもので、大面積の基材に塗布された透明感光性樹脂被膜の塗布ムラを効率的に、かつ、正確に検出できる方法を提供することを目的とするものである。

すなわち、請求項１に係る発明は、透明感光性樹脂被膜を備える基材に対し斜めから光照射し、その反射光強度をカメラで測定して前記被膜の膜厚ムラを検出する方法において、
前記基材とカメラの間に凸レンズを配置し、この凸レンズによって結像した前記基材の像の全面に焦点を合わせて前記カメラで撮影することを特徴とする膜厚ムラ検出方法である。

請求項１記載の発明によれば、基材に対し斜めから光照射され、したがってその反射光も斜めに出射されるにも拘わらず、凸レンズによって基材を結像させ、こうして結像した像の全面をカメラで撮影するため、基材の広い面積について、一括して測定することが可能となる。なお、その測定範囲を越える大面積の場合には、前記カメラを複数台使用したり、測定を複数回繰り返すことができ、この場合でも、その効率は著しく改善できる。

次に、請求項２及び３に記載の発明は、基材、凸レンズ、及びカメラの位置関係を特定したものである。

すなわち、請求項２に記載の発明は、前記凸レンズの光軸を、前記基材の表面の法線に対して傾けて配置することを特徴とする請求項１記載の検出方法であり、後述するように、基材の像も基材表面の法線に対し傾いた位置に結像する。このため、カメラも、その像の傾きに合わせて傾けて配置して測定する。

また、請求項３に係る発明は、前記凸レンズを、前記基材の表面の中心線を基準として光照射方向と反対側の位置に配置し、かつ、その光軸を前記表面の法線と平行とすることを特徴とする請求項１記載の検出方法であり、後述するように、像の法線は基材表面の法線や凸レンズの光軸と平行である。ただし、前記像の中心線は基材表面の法線や凸レンズの光軸とは一致せず、従って、カメラの光軸もこれらと一致しない。

本発明によれば、基材の広い面積について、一括して測定することが可能であり、そのため、効率的かつ正確に膜厚ムラを検出することが可能となる。

次に、請求項２に記載の発明について、図１を参照して説明する。図１は、請求項２に係る発明の原理を説明する説明図である。

図１において、１は基材を示している。そして、この基材１表面に対し斜め方向から照射光Ｘが照射される。その反射光も斜め方向に出射される。

そして、この反射光の光路上に凸レンズ２が配置されており、この凸レンズ２の作用によって基材１の像３が結像される。凸レンズ２の光軸２ａは前記基材１の表面の法線１ａに対して傾いており、このため、像３も基材１表面の法線１ａに対し傾いた位置に結像する。そして、この結像位置にカメラを配置すれば像３を撮影することが可能となる。また、この像３の後方であっても、この像３の全面に焦点を合わせて撮影することも可能である。なお、像３の位置、大きさ、傾きは、使用する凸レンズ２の焦点距離、位置、傾きによって異なる。

次に、図２は、請求項２に係る発明を実施する際の基材１、光源４、レンズ２、カメラ６の配置を示す説明用斜視図である。なお、図において、５は拡散板を示しており、一点鎖線及び二点鎖線は代表的な光路を示している。

すなわち、基材１に対して、斜め方向に光源４を配置すると共に、この光源４と基材１との間に拡散板を配置する。そして、まず、光源４からの光を、図示しないバンドパスフィルタを透過して、拡散板５に入射させる。

本発明において膜厚ムラの検査に使用する光は、任意の波長の光で良いが、透明樹脂被膜が感光性を有する場合には、その透明感光性樹脂被膜に感受性のない波長の光を用いることが望ましい。一般に、感光性樹脂は紫外線などの短波長の光に感受性を有するから、本発明において膜厚ムラの検査に使用する光として、５００〜５７０ｎｍの波長域に属する緑色光、あるいは、５８０〜６３０ｎｍの波長域に属する赤色光が好適に使用できる。なお、これら光は狭帯域の光線であることが望ましい。好ましくは、半値幅２０ｎｍ以下の単色光である。

５００〜５７０ｎｍの波長域に属する緑色の単色光は、例えば、光源４としてハロゲンランプや高圧水銀ランプを使用し、その光をバンドパスフィルタを透過させることで得ることができる。また、赤色の単色光は、ハロゲンランプや低圧ナトリウムランプを光源４とし、その光をバンドパスフィルタを透過させることによって得ることができる。

なお、感光性樹脂被膜に照射する照射光は、検査に使用する光の他、別の波長域に属する光を含むものであっても良い。この場合には、反射光をバンドパスフィルタを透過させることによって、検査に使用する光の反射光強度を測定することができる。また、カラーカメラで色光ごとに反射光強度を測定した後、検査に使用する光の反射光強度を、データ上で抽出しても良い。

また、拡散板５は、例えば、透明樹脂中に、この透明樹脂と異なる屈折率を有する微粒子を分散させたものが使用でき、前記光源光を散乱させるものである。拡散板５の法線が基材１表面の法線と４０〜６０度をなすように配置することが望ましい。好適には５０度である。

次に、拡散板５で散乱した拡散光を照射光として、基材１上の透明感光性樹脂被膜に入射させる。基材１としては任意のものが使用できるが、例えば、ガラス基板が使用できる。透明感光性樹脂被膜がカラー液晶ディスプレイのフォトスペーサー形成用の被膜である場合には、ガラス基板上に、黒色の遮光膜（ブラックマトリクスまたはブラックストライプ）と、表示光を着色する着色膜とを備えることが多い。このような遮光膜や着色膜を備えるガラス基板を基材１として利用することもできる。

次に、感光性樹脂被膜によって反射された反射光を凸レンズ２によって結像させる。凸レンズ２は、前述のように、反射光の光路中で、かつ、前記基材１の表面の法線１ａに対して傾いて配置されており、像３も基材１表面の法線１ａに対し傾いた位置に結像する。そして、この結像位置にカメラ６を配置して、前記反射光の強度を測定する。あるいは、この像３の後方にカメラ６を配置し、像３の全面に焦点を合わせて撮影し、反射光強度を測定することも可能である。なお、基材１の裏面に、黒色の低反射板を配置すると、より精度良く測定することが可能となる。

なお、撮影する領域が広く、このため、１台のカメラ６でその全範囲が撮影できない場合には、複数のカメラを使用して同時に測定しても良い。また、１台のカメラで、撮影領域ごとに複数回の撮影を繰り返しても良い。

測定された反射光の強度から塗布ムラのある部位（ムラ部）またはその疑いのある部位（ムラ候補部）を検出する必要があることから、前記反射光強度は、前記感光性樹脂被膜の表面を小領域に分割し、この小領域ごとに測定する必要がある。この小領域は、カメラ６の各画素に対応する領域であって良い。また、カメラ６の画素の複数個をまとめて小領域に対応させることも可能である。このため、カメラ６の分解能が高いほど、感光性樹脂被膜の表面は細かい小領域に分割され、精度良く測定することが可能となる。好ましくは１０ｂｉｔ以上の高感度カメラである。また、カメラ６の感度が高いほど精度良く測定することが可能である。

仮に画素に対応したこの小領域の面積を１００μｍ×１００μｍとし、カメラ６の画素数を２０００×２０００＝４００万画素とすると、一回でこのカメラ６測定できる領域は２００ｍｍ×２００ｍｍの面積である。この面積を越える領域を測定する場合には、複数のカメラを使用したり、繰り返して測定する必要がある。

カメラ６としては、カラーカメラが好ましく利用できるが、白黒のカメラであっても良い。また、カメラ６は、エリアカメラとラインカメラのいずれであっても良い。

こうして小領域ごとに測定された反射光強度をもとに透明感光性樹脂被膜の膜厚ムラを検出する。この検出は、例えば、次のような方法で可能である。

すなわち、カメラ６のスキャン方向に沿って、画素、すなわち、前記小領域に順序を付与してこの順序を変数、反射光強度を関数として、直交座標上に表示する。表示は、ディスプレイの画面上であっても良く、紙にプリントアウトして表示しても構わない。このように直交座標上に表示すると、目視で、小領域の反射光強度を、その周囲の小領域の反射光強度と比較することができる。一般に、正常部の反射光強度に比較してムラ部の反射光強度は突出して大きかったり、逆に突出して小さかったりするから、直交座標上で目視することでそのムラ部を抽出することができる。

また、反射光強度に予め閾値を設けておき、この閾値と実測された反射光強度とを比較してムラ部を検出することもできる。この場合には、実測された反射光強度から閾値を引き、ムラ部と認定された小領域を抽出すれば良い。なお、ムラ部は、膜厚が設計値より大き過ぎる場合と小さ過ぎる場合とがあるから、これに対応して２種類の閾値を定め、大きい方の閾値より大きい小領域と小さい方の閾値より小さい小領域の双方をムラ部として抽出することが望ましい。

また、閾値と比較してムラ部と認定された小領域だけでなく、その周囲の小領域を含めて、ムラの疑いのある部位として抽出することもできる。例えば、円形状または円環状にムラの疑いのある部位として抽出することが可能である。

なお、これらの計算は、図示しないコンピュータによって可能である。

次に、図３は、請求項３に係る発明の原理を説明する説明図である。

図３において、凸レンズ２の光軸２ａは基材１表面の法線１ａと平行であるが、凸レンズ２は、基材１の表面の中心線１ａを基準として光照射方向Ｘと反対側の位置に配置されている。このため、像３の法線は基材１表面の法線１ａや凸レンズ２の光軸２ａと平行であるが、その中心線は基材１表面の法線１ａや凸レンズ２の光軸２ａとは一致しない。像３の位置と大きさは、使用する凸レンズ２の焦点距離や位置によって異なる。

次に、図４は、請求項３に係る発明を実施する際の基材１、光源４、レンズ２、カメラ６の配置を示す説明用斜視図である。

請求項２に記載の発明の原理を示す説明図請求項２に記載の発明に使用する装置の説明用斜視図請求項３に記載の発明の原理を示す説明図請求項２に記載の発明に使用する装置の説明用斜視図

符号の説明

１…基材
２…レンズ
３…像
４…光源
５…拡散板
６…カメラ

Claims

透明感光性樹脂被膜を備える基材に対し斜めから光照射し、その反射光強度をカメラで測定して前記被膜の膜厚ムラを検出する方法において、
前記基材とカメラの間に凸レンズを配置し、この凸レンズによって結像した前記基材の像の全面に焦点を合わせて前記カメラで撮影することを特徴とする膜厚ムラ検出方法。
前記凸レンズの光軸を、前記基材の表面の法線に対して傾けて配置することを特徴とする請求項１記載の検出方法。
前記凸レンズを、前記基材の表面の中心線を基準として光照射方向と反対側の位置に配置し、かつ、その光軸を前記表面の法線と平行とすることを特徴とする請求項１記載の検出方法。