JP2011007535A

JP2011007535A - 複屈折評価装置及び複屈折評価方法

Info

Publication number: JP2011007535A
Application number: JP2009149191A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Yui; 和彦油井; Yasunari Saito; 康成齋藤
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】本発明は、温度上昇に伴って被測定物の表面応力によって生じる複屈折現象を客観的に評価することを課題とする。
【解決手段】複屈折評価装置１０は、被測定物２０の保持部３０と、第１、第２の偏光板４０，５０と、光源６０と、加熱部７０と、温度測定器８０と、応力測定器９０と、照度計１００と、イメージセンサ１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、モニタ１４０により構成される。制御部１３０は、加熱部７０により被測定物２０を任意の設定温度に加熱すると共に、温度、応力、照度、画像データの各測定信号が入力されるのに伴って各測定信号を記憶部１２０の記憶させる制御処理を実行すると共に、複屈折現象の評価処理を実行する。そして、制御部１３０は、各設定温度毎の複屈折評価処理の結果（各測定値、画像データ、評価レベル）を各温度に対応させてモニタ１４０に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に透明な被測定物の表面に発生する複屈折現象を評価する複屈折評価装置及び複屈折評価方法に関する。

例えば、液晶パネルを用いたディスプレイ装置の組み立てラインでは、各液晶パネルの画像表示が正常に行なわれることを検査している。このような液晶パネルの検査装置としては、光を照射された液晶パネルの像をスクリーンに投射し、スクリーンに投射された画像を目視により検査して液晶パネルの画質検査を行なうものがある（例えば、特許文献１参照）。

この検査装置では、液晶パネルに欠陥の有無を検査するものであり、欠陥が発見された場合の原因究明は行なっていない。

特開２００４−９４１４０号公報

上記検査装置においては、同じ条件で多数の液晶パネルの検査を連続的に行なうものであるので、例えば、これまでの検査環境と異なる環境下での液晶パネルが白濁するような現象を再現することはできない。また、上記検査装置で検査が合格した液晶パネルでも使用環境が検査環境と異なる場合（例えば、ディスプレイ装置に太陽光が照射されたり、あるいはディスプレイ装置が熱源の近くに設置されている場合など）には、液晶パネルが加熱されてガラス板の複屈折による白濁現象が発生するおそれがある。

また、液晶パネルを有するディスプレイ装置では、バックライトの輝度を高めてより高画質を実現する機能を搭載したものが開発されており、この高画質の装置の場合、通常よりも液晶パネルが高温に晒されて、液晶パネルのガラス板に複屈折現象が発生するおそれがある。このような状況において、上記検査装置で発見することができなかった複屈折による白濁現象を再現すると共に、その原因を究明できることが要望されている。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した複屈折評価装置及び複屈折評価方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、互いに対向配置され、透過する光の振動方向が異なる一対の偏光板と、
前記一方の偏光板に対して鉛直方向から光を照射する光源と、
前記一対の偏光板の間に挿入され、前記偏光板を透過した前記光源からの光を照射される被照射面を有する透明な被測定物と、
前記被測定物を所定の温度範囲で加熱する加熱部と、
前記被測定物の表面温度を測定する温度測定器と、
前記被測定物の平面に発生した応力を測定する応力測定器と、
前記被測定物及び前記他方の偏光板を通過した光強度を測定する光測定器と、
前記加熱部により前記被測定物の加熱温度を徐々に上昇させると共に、前記温度測定器により測定された各温度測定値に対応させて、前記応力測定器により測定された応力、前記光測定器により測定された光強度の各測定値を時系列的に記憶する記憶部と、
前記各測定値に基づいて前記被測定物の応力に応じて発生する複屈折現象を評価する評価手段と、
を備えたことを特徴とする。
（２）本発明の前記光測定器は、前記被測定物及び前記他方の偏光板を通過した光の照度を測定する照度計であり、
前記評価手段は、前記照度計により測定された照度測定値に基づいて前記被測定物に発生する複屈折現象を評価することを特徴とする。
（３）本発明の前記光測定器は、前記被測定物の表面を撮像する撮像素子であり、
前記評価手段は、前記撮像素子により撮像された画像データに基づいて前記被測定物に発生する複屈折現象を評価することを特徴とする。
（４）本発明の前記被測定物は、前記一対の偏光板と所定間隔で正対するように前記一対の偏光板と平行に支持されることを特徴とする。
（５）本発明は、互いに対向配置され、透過する光の振動方向が異なる一対の偏光板の間に透明な被測定物を挿入する手順と、
前記一方の偏光板に対して鉛直方向に配置された光源から光を照射する手順と、
前記被測定物を所定の温度に加熱する手順と、
前記被測定物の表面の温度を測定する手順と、
前記被測定物の平面に発生した応力を測定する手順と、
前記被測定物及び他方の偏光板を透過した光強度を測定する手順と、
前記被測定物の表面温度に対応させて、前記被測定物の応力、前記光強度の各測定値を時系列的に記憶する手順と、
前記各測定値に基づいて前記被測定物の応力に応じて発生する複屈折現象を評価する手順と、
を含むことを特徴とする。

本発明によれば、加熱により被測定物の当該加熱部位の温度を徐々に上昇させると共に、被測定物に生じた応力、光強度の各測定値を時系列的に記憶し、各測定値に基づいて被測定物に発生する複屈折現象を評価する。このため、複屈折現象が発生したときの温度、応力、光強度を発生原因の条件として確認できる。さらに、複屈折現象の評価を客観的に行なうことができ、評価結果の信頼性を高めることができる。

本発明による複屈折評価装置の一実施例を模式的に示す概略構成図である。複屈折評価装置の加熱部及び各測定部を模式的に示す平面図である。制御部が実行する複屈折評価処理の手順を示すフローチャートである。本発明の複屈折評価装置により各温度毎の応力を測定した測定結果の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

図１は本発明による複屈折評価装置の一実施例を模式的に示す概略構成図である。図１に示されるように、複屈折評価装置１０は、被測定物２０の保持部３０と、第１、第２の偏光板４０，５０と、光源６０と、加熱部７０と、温度測定器８０と、応力測定器９０と、照度計１００と、イメージセンサ１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、モニタ１４０とにより構成される。

被測定物２０は、例えば、液晶パネル等に使用される透明なガラス板を所定の寸法の正方形に切断したサンプルである。また、被測定物２０は、左右両側を保持部３０により把持されており、第１、第２の偏光板４０，５０の間に水平状態に挿入された状態に保持されている。

尚、本実施例では、以下において、液晶パネルに使用されるガラス板の白濁現象の発生を再現してその原因を究明する手法について説明するが、被測定物２０としては、特に液晶パネル用のガラス板に限らず、あらゆる用途のガラス板、あるいはアクリル等の樹脂パネルなどにも適用可能である。

偏光板４０，５０は、フィルム状の偏光フィルタを透明な平板状ガラスの表面に貼着した直線偏光板であり、互いに水平状態で正対するように支持されている。また、偏光板４０，５０は、液晶パネルの原理と同様に、透過する光の振動方向が９０°で互いに直交する方向となるようにずらして設置されている。さらに、第１の偏光板４０と第２の偏光板５０との間には、両者の間隔を所定間隔に位置決めするためのスペーサ４２が四隅に起立している。また、第２の偏光板５０は、支柱５２により所定高さ位置に水平状態に支持されている。

光源６０は、白色光を均一に照射する白色ランプからなり、偏光板５０の下側に配されている。偏光板５０の下面には、光源６０からの白色光が鉛直方向から照射される。尚、光源６０としては、白色ランプに限らず、他の色（例えば、黄色、青白色、赤色など）の電灯を用いても良い。

加熱部７０は、被測定物２０を加熱する電熱ヒータ部７２と、電熱ヒータ部７２へ供給する電流を制御する電熱ヒータ制御部７４とを有する。

図２は複屈折評価装置の加熱部及び各測定部を模式的に示す平面図である。図２に示されるように、電熱ヒータ部７２は、通電により発生した熱を熱伝導板７６を介して外側から被測定物２０の角部に伝達させる。

また、熱伝導板７６は、例えば、熱伝導率の高い銅板からなり、被測定物２０の角部形状に対応する直角形状の凹部７７を有する。そのため、熱伝導板７６は、光源６０からの光が透過する領域の光路を遮断しないように電熱ヒータ部７２の熱を被測定物２０の角部に伝達することができる。

また、電熱ヒータ制御部７４は、制御部１３０からの制御信号により一定の時間間隔で被測定物２０が任意の設定温度に達するように電熱ヒータ部７２の加熱量を上昇させる温度制御を行なう。電熱ヒータ部７２の熱は、熱伝導板７６により均一な温度分布で被測定物２０の角部を加熱する。

温度測定器８０は、熱伝導板７６からの熱伝導による応力発生領域Ａとなる被測定物２０の角部付近の上面に貼着されており、熱伝導による応力が発生する領域における被測定物２０の温度を直接測定する。また、温度測定器８０としては、例えば、熱電対からなり、被測定物２０の温度に応じた測定信号を制御部１３０に出力する。

応力測定器９０は、例えば、熱伝導板７６からの熱伝導による応力を測定する歪みゲージからなり、熱伝導による応力発生領域Ａとなる被測定物２０の角部付近（温度測定器８０の外側に隣接）の対角線上に貼着されている。また、応力測定器９０は、対角軸方向の応力σ１を測定する第１の歪みゲージ９１と、円周方向の応力σ１を測定する第２の歪みゲージ９２とを有する。

被測定物２０の角部は、対角軸方向からの熱伝導により加熱されるため、対角軸方向のベクトルＶ１と、周方向のベクトルＶ２とが作用する。そして、各歪みゲージ９１，９２は、それぞれ被測定物２０の温度上昇に伴う対角軸方向、周方向のベクトルＶ１，Ｖ２による応力を測定しており、応力測定信号を制御部１３０に出力する。

図１に戻って説明する。照度計１００は、偏光板４０の上方から加熱部７０の熱伝導板７６の凹部７７が接触する被測定物２０の角部付近（応力発生領域Ａ：図２中破線で示す）の光強度を測定しており、被測定物２０の温度上昇に伴う複屈折による偏光現象（白濁現象の原因）を光学的に検出する。また、照度計１００は、偏光板４０，５０及び被測定物２０からの透過光を受光すると、受光した光強度に応じた照度信号を制御部１３０に出力する。

撮像素子１１０は、上側の偏光板４０を透過する光の模様を撮像して画像データを生成するイメージセンサであり、偏光板４０の上面から複屈折現象を捉えた画像データを測定信号として制御部１３０に出力する。

記憶部１２０は、例えば、ハードディスク装置等の記憶装置からなり、上記各温度毎の測定信号（応力、照度、画像データ）を時系列的に記憶する。

制御部１３０は、例えば、マイクロコンピュータからなり、加熱部７０により被測定物２０を任意の設定温度に加熱すると共に、温度、応力、照度、画像データの各測定信号が入力されるのに伴って各測定信号を記憶部１２０の記憶させる制御処理を実行し、且つ複屈折の評価処理（図３を参照）を実行する。そして、制御部１３０は、各設定温度毎の複屈折評価処理の結果（各測定値、画像データ、評価レベル）を各温度に対応させてモニタ１４０に表示する。

ここで、被測定物２０に発生する複屈折現象について説明する。

被測定物２０としてのガラスは、表面の面方向の応力によって複屈折を起こす性質（光弾性）を持っており、光弾性体に分類される。尚、光弾性体には、ガラス以外にも光弾性を有するものが含まれる。光弾性体は、熱が加えられると、表面に面方向の応力が発生し、この応力に応じた歪みの大きさ、歪みの向きに応じて複屈折の大きさ、向きが変化する。

被測定物２０で複屈折が生じると、被測定物２０から透過された光には、偏光板４０を透過する方向の光が発生する。従って、液晶パネルのように、バックライトによる熱がガラス板に伝導する構成の装置においては、装置内の通気性（或いは送風手段による冷却）が十分でない場合に、液晶パネルを構成するガラス板の表面に複屈折が生じて画面上の一部（主に上側角部付近）に光が漏れる白濁現象が確認される。

複屈折率Ｒは、次式で求まる。
Ｒ＝Ｆ×Ｌ×Ｃ・・・（１）
（１）式において、Ｆは応力、Ｌは被測定物の板厚、Ｃは光弾性定数である。尚、光弾性定数Ｃは、被測定物２０の材質によって異なる数値が設定される。

また、複屈折率Ｒの変動要因としては、熱応力、残留応力、外部応力などの応力Ｆが大きく影響する。この応力のなかで、熱応力Ｆ_Ｔは次式（２）で求まり、温度上昇による温度差ΔＴによって変動する。
Ｆ_Ｔ＝ΔＴ×α×Ｅ・・・（２）
（２）式において、αは熱膨張係数、Ｅはヤング率である。
従って、上記各式より温度差ΔＴが大きい場合、熱応力Ｆ_Ｔが増大して複屈折率Ｒが変動することが分かる。

ここで、制御部１３０が実行する複屈折評価処理の手順について図３のフローチャートを参照して説明する。

制御部１３０は、図３のＳ１１において、電源スイッチがオンに操作されると、Ｓ１２に進み、記憶部１２０に記憶された温度設定値Ｔ１〜Ｔｎを低い数値から順番に読み込む。記憶部１２０には、電熱ヒータ部７２によって加熱される温度範囲が予め温度設定値Ｔ１〜Ｔｎとして登録されており、初回は１回目の温度設定値Ｔ１を記憶部１２０から読み込む。

次のＳ１３では、常温（室温）における応力測定器９０の各歪みゲージ９１，９２の応力測定値σ１を読み込む。この時点では、まだ加熱部７０による加熱が行なわれていない。

続いて、Ｓ１４に進み、熱ヒータ７２への通電を開始して被測定物２０の温度が常温（室温）から１回目の温度設定値Ｔ１になるように電熱ヒータ７２に供給される電流値（加熱量）を制御する。そして、Ｓ１５において、温度測定器８０によって測定された温度測定値Ｔｍを読み込む。

次のＳ１６では、温度測定値Ｔｍが温度設定値Ｔｎと等しいか否かをチェックする。Ｓ１６において、Ｔｍ＜Ｔｎの場合は、Ｓ１４、Ｓ１５の処理を繰り返す。そして、Ｓ１６において、Ｔｍ＝Ｔｎになった時点で、Ｓ１７に進み、熱ヒータ７２への通電を停止する。

次のＳ１８では、温度設定値Ｔ１における応力測定器９０の各歪みゲージ９１，９２の応力測定値σ２を読み込む。続いて、Ｓ１９において、温度設定値Ｔ１における応力測定値σ２から常温時の応力測定値σ１を差し引いて、相対応力値σ２−σ１を演算する。この相対応力値σ２−σ１は、前述した式（１）の応力Ｆに相当する（Ｆ＝σ２−σ１）。

次のＳ２０では、照度計１００により測定された照度測定値Ｌｍを読み込む。続いて、Ｓ２１に進み、照度計１００の照度測定値Ｌｍが予め記憶部１２０に登録された照度下限値Ｌｏ未満のときは、被測定物２０の複屈折率Ｒが極めて小さいので、Ｓ２２に進み、温度設定値ＴｎをＴｎ＋１（この場合、２回目の温度設定値Ｔ２）に更新する。そして、Ｓ１２の処理に戻り、記憶部１２０に記憶された温度設定値Ｔ２を読み込む。続いて、上記Ｓ１３以降の処理を繰り返す。

また、上記Ｓ２１において、照度計１００の照度測定値Ｌｍが予め記憶部１２０に登録された照度下限値Ｌｏ以上のときは、被測定物２０の複屈折率Ｒが比較的大きく第１の偏光板４０の上方から偏光された光が目視可能であるので、Ｓ２３に進み、各測定値（温度、照度、応力の測定値）を記憶部１２０に記憶させる。さらに、Ｓ２４では、当該設定温度における撮像素子１１０により撮像された第１の偏光板４０の画像データを記憶部１２０に記憶する。このように、記憶部１２０では、各温度毎の記憶領域に各測定値（温度、照度、応力の測定値）及び画像データを格納しているため、測定後に任意の設定温度の値が入力されると、当該温度に対応する各測定値（温度、照度、応力の測定値）及び画像データをモニタ１４０に表示させて確認することができる。

次のＳ２５では、当該設定温度における、照度測定値に基づいて複屈折現象の評価レベルを５段階評価で判定する。例えば、加熱部７０の熱伝導板７６の凹部７７が接触する被測定物２０の角部付近（応力発生領域Ａ）の光強度が高いほど被測定物２０の複屈折率Ｒが大きいので、評価レベルの値が大きくなる。この照度測定値と評価レベルとの対応関係は、予め記憶部１２０に記憶されており、照度測定値に応じた評価レベルを判定することができる。この複屈折現象の評価レベルによって、液晶パネルの白濁現象の発生の有無、及び発生した場合の光強度を客観的に判断することが可能になる。

続いて、Ｓ２６に進み、判定結果としての当該評価レベルを記憶部１２０の当該設定温度に対応させて格納すると共に、判定結果をモニタ１４０に表示する。よって、当該温度に対応する各測定値（温度、照度、応力の測定値）及び画像データと共に、評価レベルもモニタ１４０で確認することができる。

次のＳ２７では、温度設定値ＴｎをＴｎ＋１に更新する。続いて、Ｓ２８に進み、温度設定値Ｔｎが上限温度Ｔｍａｘ以上か否かをチェックする。Ｓ２８において、温度設定値Ｔｎが上限温度Ｔｍａｘ未満の場合は、前述したＳ１２の処理に戻り、Ｓ１２以降の処理を繰り返す。これにより、加熱部７０による被測定物２０の加熱温度がＴ１，Ｔ２，Ｔ３・・・といった具合に段階的に上昇し、被測定物２０の各温度Ｔ１〜Ｔｎにおける照度、応力の測定値）及び画像データが記憶部１２０に時系列的に逐次格納される。

また、上記Ｓ２８において、温度設定値Ｔｎが上限温度Ｔｍａｘ以上の場合は、今回の複屈折評価処理を終了する。

図４は本発明の複屈折評価装置により各温度毎の応力を測定した測定結果の一例を示すグラフである。図４において、グラフｂ，ｄは、各設定温度に対応させて応力測定器９０の第１の歪みゲージ９１により測定された対角軸方向のベクトルＶ１による対角軸方向応力（図４中、白四角マークで示す）の推移を示しており、グラフａ，ｃは第２の歪みゲージ９２により測定された円周方向のベクトルＶ２による円周方向応力（図４中、黒四角マークで示す）の推移を表示している。

図４のグラフａ及びグラフｂは、窓用ガラス（ソーダライムガラス）の評価テスト結果（円周方向応力及び対角軸方向応力）を示しており、グラフｃ及びグラフｄは、液晶モニタ用ガラス（無アルカリガラス）の評価テスト結果（円周方向応力及び対角軸方向応力）を示している。

この評価テスト結果では、窓用ガラスに用いられるソーダライムガラスの円周方向応力（グラフａ）及びソーダライムガラスの対角軸方向応力（グラフｂ）が液晶モニタ用ガラスの無アルカリガラスの円周方向応力（グラフｃ）及び無アルカリガラスの対角軸方向応力（グラフｄ）よりも大きい値になっており、温度に対する複屈折率Ｒが大きいことが分かる。また、両者共に、温度が上昇するに連れてガラス面の応力が徐々に増大する傾向にあるものの、液晶モニタ用ガラス（無アルカリガラス）の応力の変化率（増加率）が窓用ガラス（ソーダライムガラス）よりも小さくなっていることが分かる。

また、撮像素子１１０によって撮像された画像データによって応力が大きい窓用ガラスによる複屈折現象が顕著に表れることが確認されると共に、液晶モニタ用ガラスの複屈折現象が比較的軽微であることが画像データによって確認された。

このように、複屈折評価装置１０では、ガラス温度と応力との関係をグラフ化（図４を参照）してモニタ１４０に表示することも可能であり、複屈折評価の判定結果と共に、各温度における応力の推移傾向から複屈折率Ｒの変化を推測することも可能である。

上記実施例では、液晶モニタに使用されるガラス板の温度上昇に伴う応力、複屈折による偏光現象で生じる複屈折現象を評価する場合について説明したが、液晶モニタ以外のガラス板の複屈折現象を評価する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。

１０複屈折評価装置
２０被測定物
３０保持部
４０第１の偏光板
４２スペーサ
５０第２の偏光板
５２支柱
６０光源
７０加熱部
７２電熱ヒータ部
７４電熱ヒータ制御部
７６熱伝導板
８０温度測定器
９０応力測定器
９１第１の歪みゲージ
９２第２の歪みゲージ
１００照度計
１１０イメージセンサ
１２０記憶部
１３０制御部
１４０モニタ

Claims

互いに対向配置され、透過する光の振動方向が異なる一対の偏光板と、
前記一方の偏光板に対して鉛直方向から光を照射する光源と、
前記一対の偏光板の間に挿入され、前記偏光板を透過した前記光源からの光を照射される被照射面を有する透明な被測定物と、
前記被測定物を所定の温度範囲で加熱する加熱部と、
前記被測定物の表面温度を測定する温度測定器と、
前記被測定物の平面に発生した応力を測定する応力測定器と、
前記被測定物及び前記他方の偏光板を通過した光強度を測定する光測定器と、
前記加熱部により前記被測定物の加熱温度を徐々に上昇させると共に、前記温度測定器により測定された各温度測定値に対応させて、前記応力測定器により測定された応力、前記光測定器により測定された光強度の各測定値を時系列的に記憶する記憶部と、
前記各測定値に基づいて前記被測定物の応力に応じて発生する複屈折現象を評価する評価手段と、
を備えたことを特徴とする複屈折評価装置。
前記光測定器は、前記被測定物及び前記他方の偏光板を通過した光の照度を測定する照度計であり、
前記評価手段は、前記照度計により測定された照度測定値に基づいて前記被測定物に発生する複屈折現象を評価することを特徴とする請求項１に記載の複屈折評価装置。
前記光測定器は、前記被測定物の表面を撮像する撮像素子であり、
前記評価手段は、前記撮像素子により撮像された画像データに基づいて前記被測定物に発生する複屈折現象を評価することを特徴とする請求項１に記載の複屈折評価装置。
前記被測定物は、前記一対の偏光板と所定間隔で正対するように前記一対の偏光板と平行に支持されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の複屈折評価装置。
互いに対向配置され、透過する光の振動方向が異なる一対の偏光板の間に透明な被測定物を挿入する手順と、
前記一方の偏光板に対して鉛直方向に配置された光源からの光を照射する手順と、
前記被測定物を所定の温度に加熱する手順と、
前記被測定物の表面の温度を測定する手順と、
前記被測定物の平面に発生した応力を測定する手順と、
前記被測定物及び他方の偏光板を透過した光強度を測定する手順と、
前記被測定物の表面温度に対応させて、前記被測定物の応力、前記光強度の各測定値を時系列的に記憶する手順と、
前記各測定値に基づいて前記被測定物の応力に応じて発生する複屈折現象を評価する手順と、
を含むことを特徴とする複屈折評価方法。