JP2016057393A - 液晶配向膜の状態測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の表面において配向膜の状態が悪くなっている領域の測定を効率良く行うことができる液晶配向膜の状態測定装置を提供する。【解決手段】液晶パネルを構成するガラス基板の表面に形成された配向膜の状態を測定する液晶配向膜の状態測定装置１０は、ガラス基板の表面のうち配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている領域を測定領域として特定する測定領域特定機能部１２と、測定領域特定機能部１２が特定した測定領域に形成されている配向膜の状態を測定する膜状態測定機能部１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルを構成するガラス基板の表面に形成された配向膜の状態を測定する液晶配向膜の状態測定装置に関する。

液晶パネルは、２枚のガラス基板の間に液晶層を備える構成である。そして、ガラス基板のうち液晶層側の表面には例えばポリイミドからなる配向膜が形成されており、この配向膜の配向方向に沿って液晶分子が並ぶようになっている。配向膜の配向状態が悪いと液晶分子の配列状態も悪くなり、ひいては、液晶パネルの表示性能が損なわれてしまう。そのため、配向膜の状態が悪いガラス基板を不良品として特定すべく、配向膜の状態を測定するための技術の開発が進められている。例えば特許文献１には、ガラス基板を保持するサンプルステージを移動または回転させるための種々のユニットを備え、広い領域にわたる配向膜の配向状態の評価を高速度で且つ高精度で行うことを実現しようとした技術が開示されている。

特開２００２−３６５６３７号公報

しかしながら、ガラス基板の表面において配向膜の状態が悪くなっている領域が広範囲にわたっている例は稀であり、仮に配向膜の状態が悪くなっているとしても、その領域はガラス基板の表面の極一部であることが殆どである。従って、ガラス基板の広い領域にわたって配向膜の状態を測定する従来技術では、最終的には、配向膜の状態が悪くなっている領域の測定を行うことはできるものの、配向膜の状態が良好な領域に対しても測定動作が行われることになるから、その測定動作の殆どが無駄になり効率が悪い。
そこで、本発明は、ガラス基板の表面において配向膜の状態が悪くなっている領域の測定を効率良く行うことができる液晶配向膜の状態測定装置を提供する。

本発明に係る液晶配向膜の状態測定装置は、液晶パネルを構成するガラス基板の表面に形成された配向膜の状態を測定する装置であって、測定領域特定機能部と、膜状態測定機能部と、を備える。測定領域特定機能部は、ガラス基板の表面のうち配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている領域を測定領域として特定する。膜状態測定機能部は、測定領域特定機能部が特定した測定領域に形成されている配向膜の状態を測定する。

この構成によれば、配向膜の状態の測定は、ガラス基板の表面の広い領域わたって行われるのではなく、ガラス基板の表面の一部であって配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている測定領域だけに絞って行われる。これにより、ガラス基板の表面において配向膜の状態が悪くなっている領域の測定を効率良く行うことができる。

一実施形態に係る液晶配向膜の状態測定装置の構成例を概略的に示す図（その１） 一実施形態に係る液晶配向膜の状態測定装置の構成例を概略的に示す図（その２） 液晶パネルの構成例を概略的に示す断面図 液晶配向膜の状態測定装置による測定動作の一例を示すフローチャート

以下、本発明に係る液晶配向膜の状態測定装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に例示する液晶配向膜の状態測定装置１０は、移送機能部１１と、測定領域特定機能部１２と、膜状態測定機能部１３と、を備える。以下、液晶配向膜の状態測定装置１０を単に「状態測定装置１０」と称する。図３に例示するように、液晶パネル１００は、２枚のガラス基板１０１，１０２、つまりアレイ基板１０１とカラーフィルタ基板１０２との間に液晶層１０３を備える構成である。そして、ガラス基板１０１，１０２のうち液晶層１０３側の表面には、例えばポリイミドからなる配向膜１０４がそれぞれ形成されている。状態測定装置１０は、このように液晶パネル１００を構成するガラス基板１０１，１０２の表面に形成される配向膜１０４の状態を測定する装置である。以下、その構成を詳細に説明する。なお、配向膜１０４を配向させる手法は、周知のラビングによる手法であってもよいし、ＵＶ光源による手法であってもよい。

状態測定装置１０は、測定領域特定機能部１２を主体とする上流部１０Ａと膜状態測定機能部１３を主体とする下流部１０Ｂを有する。そして、状態測定装置１０は、これら上流部１０Ａと下流部１０Ｂが移送機能部１１により一体的に連結された構成となっている。
移送機能部１１は、ガラス基板が載置される測定ステージ１１ｂを２方向、即ち、測定領域特定機能部１２から膜状態測定機能部１３に向かう第１移送方向Ｄ１と、膜状態測定機能部１３から測定領域特定機能部１２に向かう第２移送方向Ｄ２とに機械的に移送するための機能部である。

具体的には、移送機能部１１は、長尺な土台部１１ａ上に測定ステージ１１ｂを備える。この測定ステージ１１ｂは、土台部１１ａの長手方向に沿って移動可能に設けられている。この測定ステージ１１ｂ上には、配向膜が成膜された図示しないガラス基板が配向膜側を上にした状態で載置される。移送機能部１１は、詳しくは後述する測定領域特定処理時においては、図１に例示するように測定ステージ１１ｂを上流部１０Ａ側に移動させる。

一方、移送機能部１１は、測定領域特定処理から詳しくは後述する膜状態測定処理に移行する場合には、図２に例示するように測定ステージ１１ｂを下流部１０Ｂ側に移動させる。これにより、測定領域特定処理から膜状態測定処理に移行することに伴い、測定ステージ１１ｂ上のガラス基板が測定領域特定機能部１２から膜状態測定機能部１３に移送される。なお、測定ステージ１１ｂの移動速度、換言すればガラス基板の移送速度は、サンプルであるガラス基板の大きさや形状、配向膜の種類など応じて、適宜変更することが可能である。

測定領域特定機能部１２は、測定領域特定処理により、測定ステージ１１ｂに載置されているガラス基板の表面のうち配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている領域を測定領域として特定する機能部である。この場合、測定領域特定機能部１２は、照射部１２ａと撮像部１２ｂを備える。
照射部１２ａは、例えばＬＥＤ照明装置などで構成されており、測定ステージ１１ｂ上のガラス基板の全面を照射する。この場合、照射部１２ａは、下流部１０Ｂとは反対側に向かって下方に傾斜した状態で設置されている。従って、照射部１２ａが照射する光は、一点鎖線Ｌ１で示すように、測定ステージ１１ｂに載置されているガラス基板に対し、下流部１０Ｂ側の上方から下流部１０Ａの下方に向かって斜めに入射する。なお、照射部１２ａの設置方向を調整することにより、その照射方向Ｌ１を適宜調整することが可能である。

撮像部１２ｂは、例えばカメラなどで構成されており、測定ステージ１１ｂ上のガラス基板が照射部１２ａにより照射された状態で当該ガラス基板の全面を撮像する。そして、撮像部１２ｂは、その撮像処理により得られた撮像データを出力する。この場合、撮像部１２ｂは、撮像データとして、例えば輝度値を２５６階調とするビットマップ形式のデータを出力する。なお、撮像部１２ｂが出力する撮像データは、ビットマップ形式以外のデータ形式であってもよい。

撮像部１２ｂは、この場合、撮像方向調整部１４の先端部に設けられている。より具体的に説明すると、撮像方向調整部１４は、一対のレッグ部１４ａと、これらレッグ部１４ａの先端部間を連結する連結部１４ｂと、を備える。なお、図では、手前側の１つのレッグ部１４ａのみを示している。レッグ部１４ａは、その基端部が移送機能部１１の短手方向の両側部に回動可能に取り付けられている。よって、撮像方向調整部１４は、矢印Ｒ１，Ｒ２で示すように、その全体がレッグ部１４ａの基端部を中心として回動可能に構成されている。

撮像部１２ｂは、レッグ部１４ａの先端部間を繋ぐ連結部１４ｂに取り付けられ、且つ、その撮像方向Ｐ１がレッグ部１４ａの基端部側に向かうように設けられている。また、撮像部１２ｂは、その撮像方向Ｐ１がレッグ部１４ａの長手方向と平行になるように設置されている。この構成によれば、撮像部１２ｂの撮像方向Ｐ１に沿う線が一対のレッグ部１４ａの間において当該レッグ部１４ａの長手方向に沿って延びる状態となる。従って、撮像部１２ｂは、その撮像領域がレッグ部１４ａにより塞がれていない構成となっている。また、撮像方向調整部１４の回動角度を調整することにより、撮像部１２ｂの撮像方向Ｐ１を適宜調整することが可能である。

測定領域特定機能部１２は、撮像部１２ｂにより撮像された撮像データに基づいて、測定ステージ１１ｂに載置されているガラス基板の表面のうち配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている領域を抽出し、その領域を測定領域として特定する機能を有する。ここで、照射部１２ａから照射されてガラス基板で反射する反射光は、ガラス基板の配向膜の表面における微細な凹凸状態の違いに応じて、異なる態様で反射する。そのため、例えば、配向膜の厚さにムラが生じている箇所や、溝の配向方向が不均一となっている箇所においては、撮像データの輝度値に違いが生じてくる。即ち、配向膜の状態が悪くなっている兆候が撮像データ中に現れる。

そこで、測定領域特定機能部１２は、撮像データに各種のフィルタ処理を施すことにより、輝度値が所定範囲から外れている画素を抽出する。そして、測定領域特定機能部１２は、撮像データにおいて輝度値が所定範囲から外れている画素からなる領域を測定領域として特定する。なお、この所定範囲は、適宜変更して設定することができる。また、画像データに施すフィルタ処理としては、例えば、単純二値化処理、代表差分処理、直線検出処理などといった周知の処理を採用することができる。

測定領域特定機能部１２は、撮像データに基づいて測定領域を特定すると、その測定領域を特定するために必要な座標データを生成して、膜状態測定機能部１３に出力する。なお、測定領域特定機能部１２が出力する座標データは、測定ステージ１１ｂ上のガラス基板のうちの一部の領域、つまり測定領域を特定するための位置情報であり、例えば、測定ステージ１１ｂの１つの角部を原点（０，０）として設定してもよいし、ガラス基板の１つの角部を原点（０，０）として設定してもよい。

膜状態測定機能部１３は、膜状態測定処理により、測定領域特定機能部１２が特定した測定領域に形成されている配向膜の状態を測定する機能部である。この場合、膜状態測定機能部１３は、エリプソメトリー部１３ａと、測定位置調整機能部１３ｂと、を備える。
エリプソメトリー部１３ａは、周知のエリプソメトリーの原理を用いて、配向膜の状態を測定する要素である。即ち、エリプソメトリー部１３ａは、図示しない照射器により、偏光させた光をサンプルである測定ステージ１１ｂ上のガラス基板に照射するとともに、図示しない測定器により、その反射光の偏光状態を測定する。そして、エリプソメトリー部１３ａは、測定した反射光の偏光状態に基づいて、ガラス基板の表面に形成されている配向膜の状態を測定する。この場合、エリプソメトリー部１３ａは、配向膜の状態として、少なくとも、配向膜の厚さと配向方向を測定することが可能である。

また、エリプソメトリー部１３ａは、周知の「ｎ値」および「ｋ値」を測定する。ｎ値は、サンプルの屈折率を示す値であり、このｎ値に基づけば、サンプルであるガラス基板を通過する光の速度および方向を特定することができる。また、ｋ値は、サンプルの消衰係数を示す値であり、このｋ値に基づけば、サンプルであるガラス基板を通過する光のエネルギーがどの程度吸収されるのかを特定することができる。

測定位置調整機能部１３ｂは、エリプソメトリー部１３ａを２方向、即ち、移送機能部１１の長手方向に沿う第１調整方向と、移送機能部１１の長手方向に直交する方向に沿う第２調整方向とに機械的に移動させるための機能部である。即ち、測定位置調整機能部１３ｂは、エリプソメトリー部１３ａを２方向に移動させるための図示しない駆動機構を備える。これにより、エリプソメトリー部１３ａは、測定ステージ１１ｂに載置されているガラス基板の上方において、その位置を調整可能に構成されている。また、エリプソメトリー部１３ａは、図１に示す最下位置と図２に示す最上位置との間で上下方向にも移動可能に構成されている。この場合、エリプソメトリー部１３ａは、測定ステージ１１ｂが上流部１０Ａ側に位置する状態、つまり測定領域特定処理時においては最下位置に移動し、測定ステージ１１ｂが下流部１０Ｂ側に位置する状態、つまり膜状態測定処理においては最上位置に移動する。

次に、状態測定装置１０による測定動作の一例を図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、この測定動作の開始時においては、測定ステージ１１ｂは、図１に例示するように上流部１０Ａ側に位置しているものとする。図４に示すように、状態測定装置１０は、この測定動作を開始すると、まず測定領域特定機能部１２による測定領域特定処理を実行する。即ち、状態測定装置１０は、照射部１２ａにより測定ステージ１１ｂ上のガラス基板の全面を照射する（Ｓ１）。そして、状態測定装置１０は、測定ステージ１１ｂ上のガラス基板が照射部１２ａにより照射された状態で、撮像部１２ｂにより当該ガラス基板の全面を撮像する（Ｓ２）。そして、状態測定装置１０は、撮像データにおいて、配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている箇所が存在するか否か、具体的には、撮像データにおいて輝度値が所定範囲から外れている箇所が存在するか否かを判定する（Ｓ３）。そして、状態測定装置１０は、撮像データに配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、ステップＳ４に移行する。

状態測定装置１０は、ステップＳ４に移行すると、撮像部１２ｂにより撮像された撮像データに基づいて測定領域を特定する。そして、状態測定装置１０は、測定領域特定機能部１２により測定領域が特定されると、その後、移送機能部１１により、ガラス基板が載置されている測定ステージ１１ｂを、図２に例示するように、測定領域特定機能部１２を主体とする上流部１０Ａから膜状態測定機能部１３を主体とする下流部１０Ｂに移送する（Ｓ５）。以上により、測定領域特定機能部１２による測定領域特定処理が完了する。

状態測定装置１０は、測定領域特定処理を完了すると、膜状態測定機能部１３による膜状態測定処理に移行する。即ち、状態測定装置１０は、測定領域特定機能部１２により得られた座標データに基づいて測定ステージ１１ｂ上のガラス基板における測定領域の位置を確認する（Ｓ６）。そして、状態測定装置１０は、確認した測定領域上にエリプソメトリー部１３ａを移動させる（Ｓ７）。そして、状態測定装置１０は、エリプソメトリー部１３ａにより、ガラス基板の測定領域に形成されている配向膜の状態を測定する（Ｓ８）。この場合、状態測定装置１０は、エリプソメトリー部１３ａにより、少なくとも配向膜の厚さと配向方向を配向膜の状態として測定する。

そして、状態測定装置１０は、エリプソメトリー部１３ａにより得られた配向膜の状態値、この場合、膜厚値と配向方向値が所定の許容範囲以内であるか否かを判定する（Ｓ９）。なお、所定の許容範囲は、ガラス基板の大きさや形状、配向膜の種類など応じて、適宜変更して設定することができる。そして、状態測定装置１０は、配向膜の状態値が許容範囲以内である場合（Ｓ９：ＹＥＳ）には、ＯＫ判定情報を出力する（Ｓ１０）。一方、状態測定装置１０は、配向膜の状態値が許容範囲から外れている場合（Ｓ９：ＮＯ）には、ＮＧ判定情報を出力する（Ｓ１１）。なお、ＯＫ判定情報およびＮＧ判定情報の出力は、例えば、図示しない表示モニタに視覚的に出力してもよいし、図示しないスピーカから聴覚的に出力してもよいし、その他の出力態様であってもよい。これにより、使用者は、ＯＫ判定情報が出力されたガラス基板を後続の製造工程に供することができ、一方、ＮＧ判定情報が出力されたガラス基板を検査工程に供したり、あるいは廃棄したりすることができる。

また、状態測定装置１０は、さらに図示しない仕分け機を備える構成とし、ＯＫ判定情報が出力されたガラス基板とＮＧ判定情報が出力されたガラス基板とを自動的に仕分ける構成としてもよい。なお、状態測定装置１０は、ステップＳ３において、撮像データに配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れていない場合（Ｓ３：ＮＯ）には、ステップＳ１０に移行する。

本実施形態に係る状態測定装置１０によれば、膜状態測定機能部１３による配向膜の状態の測定動作は、測定ステージ１１ｂ上のガラス基板の表面の広い領域わたって行われるのではなく、ガラス基板の表面の一部であって配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている測定領域だけに絞って行われる。これにより、配向膜の状態が良好な領域に対しても測定動作が行われてしまう無駄を抑えることができ、ガラス基板の表面において配向膜の状態が悪くなっている領域の測定を効率良く行うことができる。

また、状態測定装置１０によれば、測定領域特定処理を担う測定領域特定機能部１２と膜状態測定処理を担う膜状態測定機能部１３とを一体的に備え、且つ、サンプルであるガラス基板を測定領域特定機能部１２から膜状態測定機能部１３に移送する移送機能部１１を備える。この構成によれば、測定領域特定処理および膜状態測定処理からなる一連の測定動作を１台の状態測定装置１０により連続して行うことができる。従って、測定領域特定処理を行う装置と膜状態測定処理を行う装置とを別々に備えるシステムに比べ、一連の測定動作を円滑に行うことができる。

また、測定領域特定処理を行う装置と膜状態測定処理を行う装置とを別々に備えるシステムでは、作業者は、２つの装置間でサンプルを運んだり、２つの装置間を移動したりしなければならず、従って、その作業負荷が大きい。これに対して、本実施形態に係る状態測定装置１０によれば、作業者は、サンプルの運搬や移動を伴わなくとも、１台の状態測定装置１０により配向膜の状態を測定することができるから、その作業負荷を小さくすることができる。

また、状態測定装置１０によれば、移送機能部１１は、測定領域特定機能部１２により測定領域が特定された後に、ガラス基板が載置されている測定ステージ１１ｂを測定領域特定機能部１２から膜状態測定機能部１３に移送する。この構成によれば、測定領域が特定されないままガラス基板が膜状態測定機能部１３に移送されてしまうことを回避することができる。

また、状態測定装置１０によれば、測定領域特定機能部１２は、照射部１２ａによりガラス基板の全面を照射し、その状態で撮像部１２ｂによりガラス基板の全面を撮像する。これにより、ガラス基板の全面にわたって、配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている領域を特定しやすくすることができる。また、状態測定装置１０によれば、測定領域特定機能部１２は、撮像部１２ｂにより撮像された撮像データに基づいて測定領域を特定する。このようにデータを対象として測定領域を特定することにより、その特定精度を向上することができる。

また、状態測定装置１０によれば、測定領域特定機能部１２は、撮像データの値が所定範囲外である領域を測定領域として特定する。このように、測定領域として特定するための基準を明確に規定しておくことで、測定領域の特定精度を一層向上することができる。
また、状態測定装置１０によれば、撮像部１２ｂによる撮像方向を撮像方向調整部１４により調整することが可能である。この構成によれば、ガラス基板の大きさや形状、配向膜の種類など応じた撮像方向によりガラス基板の表面を撮像することができる。
また、状態測定装置１０によれば、膜状態測定機能部１３は、エリプソメトリー部１３ａにより、配向膜の状態として、配向膜の厚さと配向膜の配向方向を測定することが可能である。この構成によれば、配向膜の状態を精度良く測定することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。例えば、測定ステージ１１ｂの大きさや形状は、測定対象となるガラス基板の大きさや形状、配向膜の種類などに応じて適宜変更して実施することができる。この場合、測定ステージ１１ｂの大きさや形状に応じて、測定ステージ１１ｂの移送速度を適宜調整するとよい。

図面中、１０は液晶配向膜の状態測定装置、１１は移送機能部、１２は測定領域特定機能部、１２ａは照射部、１２ｂは撮像部、１３は膜状態測定機能部、１４は撮像方向調整部、１００は液晶パネル、１０１，１０２はガラス基板、１０４は配向膜、を示す。

Claims (7)

1. 液晶パネルを構成するガラス基板の表面に形成された配向膜の状態を測定する装置であって、
   前記ガラス基板の表面のうち前記配向膜の状態が悪くなっている兆候が現れている領域を測定領域として特定する測定領域特定機能部と、
   前記測定領域特定機能部が特定した前記測定領域に形成されている前記配向膜の状態を測定する膜状態測定機能部と、
   を備える液晶配向膜の状態測定装置。
2. 前記ガラス基板を前記測定領域特定機能部から前記膜状態測定機能部に移送する移送機能部をさらに備える請求項１に記載の液晶配向膜の状態測定装置。
3. 前記移送機能部は、前記測定領域特定機能部により前記測定領域が特定された後に、前記ガラス基板を前記測定領域特定機能部から前記膜状態測定機能部に移送する請求項２に記載の液晶配向膜の状態測定装置。
4. 前記測定領域特定機能部は、
   前記ガラス基板の全面を照射する照射部と、
   前記照射部により照射された状態で前記ガラス基板の全面を撮像する撮像部と、
   を備え、前記撮像部により撮像された撮像データに基づいて前記測定領域を特定する請求項１から３の何れか１項に記載の液晶配向膜の状態測定装置。
5. 前記測定領域特定機能部は、前記撮像データの値が所定範囲外である領域を前記測定領域として特定する請求項４に記載の液晶配向膜の状態測定装置。
6. 前記撮像部による撮像方向を調整する撮像方向調整部をさらに備える請求項４または５に記載の液晶配向膜の状態測定装置。
7. 前記膜状態測定機能部は、前記配向膜の状態として、前記配向膜の厚さと前記配向膜の配向方向を測定する請求項１から６の何れか１項に記載の液晶配向膜の状態測定装置。

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