JP2008014635A - 液晶素子のセルギャップ測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の能力や経験に依存することなく、液晶素子のセルギャップを迅速に且つ正確に測定することが可能なセルギャップの測定装置を提供する。
【解決手段】液晶素子３に所定の幅の波長域を有する参照光Ｌ１を照射して反射光Ｌ２、或いは透過光を受光して上記波長幅よりも狭くなされた演算波長域の干渉光に基づいてセルギャップを算出する液晶素子のセルギャップ測定装置において、参照光を投光する投光部４Ａと反射光、或いは透過光を受光する受光部４Ｂとを有する測定素子４と、液晶素子を位置決めしつつ相対移動させる位置決め手段６と、受光された光に含まれる干渉光に基づいてセルギャップを算出するセルギャップ算出部８と、算出されたセルギャップの正否を判断する正否判断部１０と、この判断結果が否の場合には新たにセルギャップを算出するために前記演算波長域を変更する波長域変更部１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶素子のセルギャップの面内分布を把握したり、液晶素子の任意の位置におけるセルギャップの値を測定したりするための液晶素子のセルギャップ測定方法及びその装置に関するものである。

一般に、液晶テレビジョン、液晶ディスプレイ等に用いられる液晶パネルや投射型表示装置に用いられる液晶素子は、表示部のサイズの大小に大きな差はあるものの、複数の画素電極と透明な共通電極との間に液晶層を封入し、上記画素電極と共通電極との間に画像信号に応じて印加する電圧により液晶の偏光量を変えることによって透過光や反射光を変調し、これによって画像を表示するようにしている。

このような液晶パネルや液晶素子にあっては、上記液晶層が封入される部分の厚さ、すなわち画素電極と共通電極との間の距離（以下、「セルギャップ」とも称す）を所定の範囲内で且つ均一に分布させることが、表示画質を向上する上で非常に重要である。そのため、一般的には、上記液晶パネルや液晶素子の製造工程の途中で、液晶封止前に上記セルギャップが素子等の面内でどのように分布しているかをチェックする検査が行われている。

例えばセルギャップが素子面内やパネル面内にどのように分布しているかを検査する検査装置や検査方法は、液晶パネルのムラ検査装置及び検査方法として種々提案されている。例えば、特許文献１で提案されているセルギャップ検査装置では、液晶パネル上の複数の点におけるＲ及びＧの光量を対物レンズ及び光ファイバーを介して各々検出する光センサー部と少なくとも一点について、検出されたＲの光量とＧの光量との大小を比較すると共に、大きいほうの光量に対応する色を検査用光として選択し、この光量の差を、セルギャップむらの指標値として各々出力するようにしている。

また上記特許文献１の技術の改良技術である、特許文献２で提案されている液晶パネルの検査装置では、対象となる液晶パネルにより表示モードを変化させ、ルックアップテーブルを作成し、一点測定工程のセルギャップ測定の値と、ムラ全面測定工程の輝度、色度測定の値からパネル全面分のセルギャップを一括して算出するようにしている。

特開平１１−２０１８６６号公報 特開２００３−１３１１８６号公報

上記したセルギャップ装置では、いずれも液晶表示ディスプレイ等の大型サイズの液晶パネルを測定対称としたものであり、一画素当たりのサイズがこれよりも遥かに小さな、例えば投射型の表示装置等に用いられる液晶素子にそのまま適用することは困難である。特に、セルギャップが例えば数μｍ程度の液晶素子では、成膜状況の僅かなバラツキや表面に形成されている反射防止膜や配向膜、液晶の状態やこの組み合わせ等の影響により、セルギャップの値を正確に測定することがかなり困難である、といった問題があった。

このため、従来の検査装置では、この検査装置によって算出されたセルギャップの値が適正か否かを作業員が判断し、算出された値が適正ではないと判断した場合は作業員が検査用光の波長帯域を任意に変えて再度測定するといったトライエンドエラーの方式で行われていた。このため、測定結果に対する判断基準や測定に要する時間が作業員自身の能力や経験等に依存して、画一的な検査を行なうことが困難であった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、作業者の能力や経験に依存することなく、液晶素子のセルギャップを迅速に且つ正確に測定することが可能な液晶素子のセルギャップの測定方法及びその装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、画素電極を有する液晶素子に所定の幅の波長域を有する参照光を照射する照射工程と、前記液晶素子からの反射光、或いは透過光を受光して該光に含まれる干渉光の内の前記所定の幅の波長域よりも狭くなされた演算波長域における干渉光に基づいてセルギャップを算出する算出工程と、を有する液晶素子のセルギャップ測定方法において、前記算出工程で算出されたセルギャップの値が適正か否かを予め設定された判断基準に基づいて判断する判断工程と、前記判断工程で否と判断された場合には新たにセルギャップを算出するために前記演算波長域を変更する変更工程と、を備えたことを特徴とする液晶素子のセルギャップ測定方法である。

請求項２に係る発明は、画素電極を有する液晶素子に所定の幅の波長域を有する参照光を照射して、前記液晶素子からの反射光或いは透過光を受光して該光に含まれる干渉光の内の前記所定の幅の波長域よりも狭くなされた演算波長域における干渉光に基づいてセルギャップを算出する液晶素子のセルギャップ測定装置において、所定の幅の波長域の参照光を投光する投光部と前記液晶素子からの反射光或いは透過光を受光する受光部とを有する測定素子と、前記液晶素子と前記測定素子とを保持しつつ前記液晶素子及び前記測定素子の少なくともいずれかを移動させて前記液晶素子と前記測定素子との位置決めを行なう位置決め手段と、前記受光部で受光された光に含まれる干渉光の内の前記所定の幅の波長域よりも狭くなされた演算波長域における干渉光に基づいてセルギャップを算出するセルギャップ算出部と、前記セルギャップ算出部で算出された前記セルギャップの値が適正か否かを予め設定された判断基準に基づいて判断する正否判断部と、前記正否判断部で否と判断された場合には新たにセルギャップを算出するために前記演算波長域を変更する波長域変更部と、を備えたことを特徴とする液晶素子のセルギャップ測定装置である。

本発明に係る液晶素子のセルギャップの測定方法及びその装置によれば、作業者の能力や経験に依存することなく、液晶素子のセルギャップを迅速に且つ正確に測定することができる。

以下に、本発明に係る液晶素子のセルギャップ測定方法及びその装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係るセルギャップ測定装置の一例を示すブロック構成図、図２は演算波長域の変更の態様の優先順位の一例を示す図である。尚、ここでは反射型の画素電極を有する反射型の液晶素子を例にとって説明する。

図１に示すように、このセルギャップ測定装置２は、測定対象である液晶素子３に所定の幅の波長域の参照光Ｌ１を投光する投光部４Ａと液晶素子３からの反射光を受光する受光部４Ｂとを有する測定素子４、上記測定素子４と液晶素子３とを保持して平面内で位置決めしつつ両者を相対移動させる位置決め手段６と、上記受光部４Ｂで受光された光に含まれる干渉光の内の上記所定の幅の波長域よりも狭くなされ、且つ可変になされた演算波長域の干渉光に基づいてセルギャップを算出するセルギャップ算出部８と、このセルギャップ算出部８で算出された上記セルギャップの値が適正か否かを判断する正否判断部１０と、この正否判断部１０で否と判断された場合には再度セルギャップを算出するために上記演算波長域を変更する波長域変更部１２とを主に有している。

そして、このセルギャップ測定装置２は、この装置全体の動作を制御する、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部１４を有しており、この制御部１４は、演算等に必要なデータを記憶する記憶部１６を備えている。
更に、このセルギャップ測定装置２は、上記求められたセルギャップの値から製品となる液晶素子３の良否を判定する製品良否判定部１８や、この判定結果や上記セルギャップの測定値を表示したり、プリントアウトしたりする表示部２０を備えている。尚、上記製品となる液晶素子３の良否判断を自動で行わない場合には、上記製品良否判定部１８は設ける必要がない。そして、実際には、上記各部の大部分の機能は、コンピュータによるソフトウエアで実行される。

具体的には、まず、上記位置決め手段６は、アクチュエータ２２によって上下方向（Ｚ方向）へ昇降される昇降台２４と、上記測定素子４を保持するアーム２６を有しており、このアーム２６は、平面内で互いに直交するＸ方向とＹ方向へ移動可能な２軸移動ステージ２８に取り付けられている。また、上記昇降台２４の周辺部には、液晶素子３の側面側を固定する位置決め枠３０が取り付けられている。
従って、上記昇降台２４を上昇させて上記液晶素子３を上記測定素子４に接近させた状態で、上記２軸移動ステージ２８を駆動制御することにより、上記測定素子４を例えば１辺が十数ｍｍ程度の４角形の液晶素子３上の任意のポジションに位置合わせすることができる。尚、測定素子４側を固定して液晶素子３側をＸ・Ｙ方向へ移動させるようにしてもよい。

また上記測定素子４の投光部４Ａから液晶素子３に向けて投光される参照光Ｌ１は所定の幅の波長域を有している。この波長域は例えば３００〜１０００ｎｍの範囲の波長域であり、測定時に必要に応じてこの波長域の参照光Ｌ１がパルス状に投光される。その際、１つの液晶素子３に対してセルギャップを求める位置の数は、求める分布精度にもよるが、例えば５〜２５点程度である。上記受光部４Ｂは、液晶素子３からの反射光Ｌ２を受光する。この反射光Ｌ２には液晶素子３のセルギャップに応じた干渉光が含まれている。

上記セルギャップ算出部８は、反射光Ｌ２に含まれる干渉光の内の上記参照光Ｌ１の波長域（３００−１０００ｎｍ）よりも狭くなされた演算波長域、例えば５００−８００ｎｍの範囲内の干渉光に基づいてセルギャップを算出する。このセルギャップの算出に際しては、周知のように、干渉光の受光結果をフーリエ変換等することにより容易に求められる。しかしながら、この反射光Ｌ２に含まれる干渉光は、液晶素子３の成膜状態や反射防止膜等の影響によりセルギャップを適正に反映していない干渉光となる場合があるので、求めたセルギャップの値が適正でない場合には、後述するように演算波長域を適宜変更して適正な値が求まるまで繰り返し求められる。尚、干渉光を検出できない場合には、その旨を制御部１４へ通知することになる。

上記正否判断部１０は、上記算出されたセルギャップが適正な値か否かを予め設定された判断基準に基づいて判断するものである。例えばセルギャップの設計値の±５０％の範囲外の数値が求められた時、或いは直前の算出値から±５０％の範囲外の数値が求められた場合には、適正な値ではない、すなわち否と判断を下す。また、例えばセルギャップの設計値を４．０μｍに設定した場合、算出値が６．１μｍ（±５０％の範囲外）となったときには適正な値ではない、すなわち否と判断を下す。或いは直前の算出値が４．０μｍの場合に１．９μｍの算出値となったときには適正な値ではない、すなわち否と判断を下す。この判断基準は、種々の要因を加味して変更可能である。

上記波長域変更部１２は、上記正否判断部１０が否と判断を下した際には、セルギャップ算出部８における演算波長域の範囲を適宜変更して、再度セルギャップを算出させる。この波長域変更部１２は、適正なセルギャップが算出されるまで、図２に示す優先順位に従って、演算波長域を順次変更して行く。図２に示すように、この変更の態様は、演算波長域の幅を一定の幅、例えば３００ｎｍに維持したまま少しずつ短波長側、或いは長波長側にシフトしたり、短波長側と長波長側に交互にシフトしたり、演算波長域の幅を上記よりも狭くし（例えば２００ｎｍ）、上述したようにこの幅を維持したまま少しずつ短波長側、或いは長波長側にシフトする。図２においては１１種類の変更の態様が示されているが、これらの数値や変更の態様は単に一例を示したに過ぎず、これに限定されないのは勿論である。図２における優先順位は、例えば経験則に基づいて定められる。

次に、以上のように構成された液晶素子のセルギャップ測定装置２の動作について、図３乃至図５も参照して説明する。図３は本発明に係るセルギャップ測定方法の一例を示すフローチャート、図４は干渉光を検出できなかった時の対策の態様の種類を示す図、図５はセルギャップの分布を示す図である。
まず、図１に示す昇降台２４上に未検査の液晶素子３を図示しない搬送アームで設置し、これを固定する。そして、この昇降台２４を上昇させて、この液晶素子３を測定素子４の先端部近傍の所定の位置まで接近させる。

この状態で２軸移動ステージ２８を駆動して測定素子４を測定ポイントに位置させて位置決めする（Ｓ１）。上記測定素子４を位置決めしたならば、ここで測定素子４の投光部４Ａから参照光Ｌ１を投光すると共に（Ｓ２）、液晶素子３からの反射光Ｌ２を受光部４Ｂで受けて（Ｓ３）、この結果を、セルギャップ算出部８に伝える。

このセルギャップ算出部８では、反射光Ｌ２から干渉光を検出できない時には（Ｓ４のＮＯ）、後述するような処理を行う。また、反射光Ｌ２中から干渉光を検出した時には（Ｓ４のＹＥＳ）、全波長域に亘ってこの干渉光の強度を波長毎に記憶部１６に記憶しておく（Ｓ５）。そして、このセルギャップ算出部８では、図２に示す優先順位に示す範囲の演算波長域の干渉波に基づいてセルギャップを算出する（Ｓ６）。この場合、干渉波の他に、予め設定された液晶素子３の構成、材質、膜構成の条件等も加味して上記セルギャップが算出される。ここでは図２に示す優先順位に従って、最初に５００−８００ｎｍの範囲の干渉光に基づいて上記セルギャップを算出する。

ここで算出されたセルギャップは、次に、正否判断部１０において、上記算出したセルギャップが適正な値か否か（有り得る数値か否か）を判断する（Ｓ７）。この判断は、前述したように、例えば算出したセルギャップが設計値の±５０％の範囲内に入っているか否か、或いはこの液晶素子３の測定ポイントが２箇所目以降の時には、直前の算出値から±５０％の範囲内に入っているか、否か等が検討される。この時の判断基準は、上記したものに限定されず、過去の経験等から判断して予め設定しておく。

算出したセルギャップが適正な値と判断された場合には（Ｓ７のＹＥＳ）、全ての測定ポイントについて測定したか否かを判断し（Ｓ８）、まだ測定ポイントが残っている場合には（Ｓ８のＮＯ）、上記セルギャップ算出部８での演算波長域が優先順位１にセットされていない場合もあるので、これをリセットして（Ｓ９）、５００−８００ｎｍに戻す。
そして、ステップＳ１に戻って、次の測定ポイントに測定素子４を移動して位置決めし、上記各ステップＳ２〜Ｓ９を繰り返し行う。尚、前述したように１つの液晶素子３に示すポイントは例えば５〜２５箇所程度である。

次に、ステップＳ７において、否と判断された場合には（Ｓ７のＮＯ）、算出したセルギャップの値が、実際の値とは異なっている可能性が高いので、演算波長域を変更すべく、まず現在の演算波長域が最終の変更値であるか否かが判断される（Ｓ１０）。この判断はフラグに”１”が立っているか否かで判断する。ここで最終の変更値とは、図２中では最後の変更値（優先順位１１）を指し、最後の変更値でない場合には、優先順位に従って、セルギャップ算出部８で設定されている演算波長幅を次の演算波長幅に変更する（Ｓ１１）。

そして、上記ステップＳ６に戻って、上記変更された演算波長域に基づいて再度セルギャップを算出する。以後、上記ステップＳ６、Ｓ７、Ｓ１０、Ｓ１１を正しいセルギャップを算出するまで、演算波長域を変更しつつ繰り返し行う。この際、干渉波の強度や周波数は上記記憶部１６に記憶されているので、この記憶データに基づいて上記算出を行う。尚、この場合、ステップＳ１１からステップＳ２に戻って、参照光を再度投光するようにしてもよく、この場合には、記憶部１６に上記データを記憶する必要がない。

またステップＳ１１において、演算波長域の変更が最後の変更の時、すなわち図２中の優先順位１１番目の時には、最後の変更であることを示すフラグを”１”に設定しておく。そして、ステップＳ７において再度”ＮＯ”の場合には、ステップＳ１０において、上述したように”フラグ＝１”になっているので、異常終了してその旨を作業者に知らせる（Ｓ１２）。

一方、ステップ４に戻って、干渉光が検出されない場合には（Ｓ４のＮＯ）、図４に示す対策の態様の優先順位に従って、干渉光を検出できるまで種々の対策を講じる（Ｓ１３）。そして、対策を１つ講じたならば、その都度、ステップＳ２へ戻って参照光Ｌ１を投光して反射光Ｌ２を受光する。例えば対策としては、参照光Ｌ１の強度を弱めたり、或いは強めたりし、また受光部の感度を弱めたり、或いは強めたりする。更には、測定ポイントを僅かに、例えば１ｍｍ程度横にずらして測定を行う。また更に、上記各対策を講じても干渉光を検出できない場合には、当該測定ポイントにおけるセルギャップの測定を諦めて、他の測定ポイントで得られた測定セルギャップより算出する。例えば当該測定セルギャップの周辺の測定ポイントのセルギャップ値から算出平均したり、重み付け演算して当該測定ポイントのセルギャップを算出する。

一方、ステップＳ８に戻って、上述のようにして１つの液晶素子３に対して全ての測定ポイントの測定が完了したならば（Ｓ８のＹＥＳ）、この全ての測定ポイントにて算出したセルギャップを記憶部１６に記憶すると共に、この全てのセルギャップに基づいて、製品となる当該液晶素子が良品であるか、不良品であるかの良否判定をする（Ｓ１４）。
この良否判定は、上記算出されたセルギャップのデータを予め決められたルールで比較したり、演算したり、セルギャップの面内分布の傾向として演算処理することで、その液晶素子のセルギャップ分布の良否を判別する。

また、この判定と同時に、上記演算したセルギャップのデータを表にして表示部２０に表示したり、図５（Ａ）に示すように、２次元表示したり、図５（Ｂ）に示すように３次元表示によって立体的に表現するようにしてもよい。
このようにして、１つの液晶素子３の検査が終了したならば、昇降台２４上の検査済みの液晶素子を未検査の液晶素子と取り換えて、前述した検査と同じ検査を行う。
このように、本発明によれば、作業者の能力や経験に依存することなく、液晶素子のセルギャップを迅速に且つ正確に測定することができる。

尚、本発明で説明した各数値等は単に一例を示したに過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。
また、ここでは反射型の液晶素子を例にとって説明したが、これに限定されず、本発明は透過型の液晶素子にも適用できるのは勿論である。この場合には、反射光ではなく、透過光を受光部４Ｂで受光して検査することになる。

本発明に係るセルギャップ測定装置の一例を示すブロック構成図である。 演算波長域の変更の態様の優先順位の一例を示す図である。 本発明に係るセルギャップ測定方法の一例を示すフローチャートである。 干渉光を検出できなかった時の対策の態様の種類を示す図である。 セルギャップの分布を示す図である。

符号の説明

２…セルギャップ測定装置、３…液晶素子、４…測定素子、４Ａ…投光部、４Ｂ…受光部、６…位置決め手段、８…セルギャップ算出部、１０…正否判断部、１２…波長域変更部、１４…制御部、１６…記憶部、１８…製品良否判定部、２０…表示部、Ｌ１…参照光、Ｌ２…反射光。

Claims (2)

1. 画素電極を有する液晶素子に所定の幅の波長域を有する参照光を照射する照射工程と、
   前記液晶素子からの反射光、或いは透過光を受光して該光に含まれる干渉光の内の前記所定の幅の波長域よりも狭くなされた演算波長域における干渉光に基づいてセルギャップを算出する算出工程と、
   を有する液晶素子のセルギャップ測定方法において、
   前記算出工程で算出されたセルギャップの値が適正か否かを予め設定された判断基準に基づいて判断する判断工程と、
   前記判断工程で否と判断された場合には新たにセルギャップを算出するために前記演算波長域を変更する変更工程と、
   を備えたことを特徴とする液晶素子のセルギャップ測定方法。
2. 画素電極を有する液晶素子に所定の幅の波長域を有する参照光を照射して、前記液晶素子からの反射光或いは透過光を受光して該光に含まれる干渉光の内の前記所定の幅の波長域よりも狭くなされた演算波長域における干渉光に基づいてセルギャップを算出する液晶素子のセルギャップ測定装置において、
   所定の幅の波長域の参照光を投光する投光部と前記液晶素子からの反射光或いは透過光を受光する受光部とを有する測定素子と、
   前記液晶素子と前記測定素子とを保持しつつ前記液晶素子及び前記測定素子の少なくともいずれかを移動させて前記液晶素子と前記測定素子との位置決めを行なう位置決め手段と、
   前記受光部で受光された光に含まれる干渉光の内の前記所定の幅の波長域よりも狭くなされた演算波長域における干渉光に基づいてセルギャップを算出するセルギャップ算出部と、
   前記セルギャップ算出部で算出された前記セルギャップの値が適正か否かを予め設定された判断基準に基づいて判断する正否判断部と、
   前記正否判断部で否と判断された場合には新たにセルギャップを算出するために前記演算波長域を変更する波長域変更部と、
   を備えたことを特徴とする液晶素子のセルギャップ測定装置。
   

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