JPH0980409A - 基板検査装置およびその検査方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガラス基板に反りがあってもその厚みを正確に
測定できるようにした基板検査装置およびその検査方式
を提供する。 【構成】高精度な平坦性を有する平面の一部にガラス基
板１を搬送する基板移載装置４のアーム４ａを挿抜する
ためのアーム挿抜溝２ａ，２ｂと測定基準点を設定する
ための基準点設定溝２ｃとを形成した測定ステージ２
と、測定ステージの上方に位置して、測定ステージに載
置されたガラス基板の表面に対してレーザ光で走査し、
その反射光を受光するレーザヘッド３と、レーザヘッド
で受光した反射光の反射位置の変移量に応じた出力デー
タに基づいてガラス基板の厚み量の分布を演算する演算
装置６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子を構成す
るガラス基板の検査に係り、特に納入された素材のガラ
ス基板の厚みを検査するためのガラス基板検査装置およ
びその検査方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコンやワープロ、その他の情報機器
のための表示デバイスとして、近年、液晶表示素子を用
いた薄型，軽量かつ低消費電力の表示装置が多用される
ようになった。

【０００３】液晶表示素子は、基本的には水平と垂直に
配列された多数の電極で形成されるマトリクスと上記水
平と垂直の電極の間に液晶層を有し、２つの電極の交差
部分で画素を構成して２次元画像を表示するものであ
る。

【０００４】この種の液晶表示素子には、水平と垂直の
電極に印加するパルスのタイミングで所定の画素を選択
する所謂単純マトリクス方式と、各画像にトランジスタ
等の非線型素子を配置して所定の非線型素子を選択する
所謂アクティブ・マトリクス方式とがある。

【０００５】例えば、アクティブ・マトリクス方式の液
晶表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素電
極のそれぞれに対応して非線形素子（スイッチング素
子）を設けたものである。各画素における液晶は理論的
には常時駆動（デューティ比 1．０）されているので、
時分割駆動方式を採用している、いわゆる単純マトリク
ス方式と比べてアクティブ方式はコントラストが良く、
特にカラー液晶表示装置では欠かせない技術となりつつ
ある。スイッチング素子として代表的なものとしては薄
膜トランジスタ（ＴＦＴ）がある。

【０００６】なお、薄膜トランジスタを使用したアクテ
ィブ・マトリクス方式の液晶表示装置は、例えば特開昭
６３−３０９９２１号公報や、「冗長構成を採用した１
２．５型アクティブ・マトリクス方式カラー液晶ディス
プレイ」( 日経エレクトロニクス、１９３〜２１０頁、
１９８６年１２月１５日、日経マグロウヒル社発行）で
知られている。

【０００７】図８は本発明の基板検査装置で検査したガ
ラス基板を用いて製造したアクティブ・マトリクス方式
カラー液晶表示装置の一画素とその周辺を示す平面図で
ある。

【０００８】同図に示すように、各画素は隣接する２本
の走査信号線（ゲート信号線または水平信号線）ＧＬ
（ゲートライン）と、隣接する２本の映像信号線（ドレ
イン信号線または垂直信号線）ＤＬ（データライン）と
の交差領域内（４本の信号線で囲まれた領域内）に配置
されている。

【０００９】各画素は薄膜トランジスタＴＦＴ（ＴＦＴ
１，ＴＦＴ２）、透明な画素電極ＩＴＯ１および保持容
量素子Ｃadd （付加容量）を含む。走査信号線ＧＬは図
では左右方向に延在し、上下方向に複数本配置されてい
る。また、映像信号線ＤＬは上下方向に延在し、左右方
向に複数本配置されている。

【００１０】なお、ＳＤ１はソース電極、ＳＤ２はドレ
イン電極、ＢＭはブラックマトリクス、ＦＩＬはカラー
フィルタである。

【００１１】また、図９は図８のＬ１−Ｌ１線で切断し
た断面図であって、液晶層ＬＣを基準にして下部透明ガ
ラス基板ＳＵＢ１側には薄膜トランジスタＴＦＴおよび
透明画素電極ＩＴＯ１が形成され、上部透明ガラス基板
ＳＵＢ２側にはカラーフィルタＦＩＬ、遮光膜すなわち
ブラックマトリクスＢＭが形成されている。この上部透
明ガラス基板を一般にカラーフィルタ基板と称する。

【００１２】透明ガラス基板ＳＵＢ１、ＳＵＢ２の両面
にはディップ処理等によって形成された酸化シリコン膜
ＳＩＯが設けられている。

【００１３】上部透明ガラス基板ＳＵＢ２の内側（液晶
層ＬＣ側）の表面には、ブラックマトリクスＢＭ、カラ
ーフィルタＦＩＬ、保護膜ＰＳＶ２、共通透明画素電極
ＩＴＯ２（ＣＯＭ）および上部配向膜ＯＲＩ２が順次積
層して設けられている。

【００１４】上記した各種の電極を含む薄膜の成膜とパ
ターニングは、主として紫外線を用いたマスク露光とエ
ッチング処理等の湿式現像により行われる。

【００１５】このような液晶表示素子の製造工程では、
納入されたガラス基板に厚みのムラや反りがあると、そ
の後の電極パターンや各種の薄膜等が正しく形成されな
い。そのため、上記電極パターンや各種の薄膜等の形成
工程に入る前に納入されたガラス基板の厚みや反りの程
度が許容される範囲内にあるか否かを検査する必要があ
る。

【００１６】図１０は液晶表示素子の製造工程の概略図
であって、当該液晶表示素子を構成するガラス基板がガ
ラス元から納入されると、まず、その寸法、厚さ等が仕
様に適合しているか否かを検査する。

【００１７】この検査に合格したガラス基板は初期洗浄
された後、液晶表示素子としての各種の成膜、パターニ
ング等の工程に通され、最終検査を終えて製品となる。

【００１８】従来、この種の基板検査装置は、納入され
たガラス基板の厚みをダイヤルゲージを用いて測定する
のが一般的で、その反りを含めたさらに正確な検査には
レーザ厚さ測定装置を用いている。

【００１９】図１１は従来のガラス基板の納入検査の説
明図であって、１はガラス基板、１ａは測定点である。

【００２０】同図の（ａ）に示したようにガラス基板の
中央部と周辺部の複数箇所にダイヤルゲージを当てて厚
みを測定しているが、（ｂ）に示したようにガラス基板
に実線や点線で示したような反りを検査する 図１２は従来のレーザ厚さ測定装置で測定したガラス基
板の厚み測定例の説明図であって、平坦性のよい測定ス
テージにガラス基板を載置し、その辺に沿った複数箇所
をレーザ光で走査して、その反射光を解析して厚さを測
定する。

【００２１】同図（ａ）は測定ステージに載置したガラ
ス基板の１回目の測定結果、（ｂ）は同一のガラス基板
の２回目の測定結果、（ｃ）は同一のガラス基板を１８
０度回転させて測定した結果を３次元で示したものであ
る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のレーザ
測定では、ガラス基板を載置する測定ステージは当該ガ
ラス基板の各対向辺が対称に指示する構造を有してい
る。

【００２３】図１３は従来のガラス基板の厚み測定用の
測定ステージの構成を説明する斜視図であって、１はガ
ラス基板、２は測定ステージ、２ａ，２ｂはアーム挿抜
溝、４ａは基板移載装置のアームである。

【００２４】同図において、測定ステージ２に載置した
ガラス基板１に反りがあると、例えば測定基準点をＲ点
に設定したとき、図１２の（ｂ）に示したような反りが
あると、この基準点ＲのＺ方向位置に変動が生じて、図
１３に示したように、特にガラス基板を１８０度回転さ
せて測定した場合に前の測定値に比べてかなり異なる測
定値となっていることからも分かるように、正確な厚み
の測定ができないという問題があった。

【００２５】本発明の目的は、上記従来技術の問題を解
消し、ガラス基板に反りがあってもその厚みを正確に測
定できるようにした基板検査装置およびその検査方式を
提供することにある。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の第１の発明は、液晶表示素子を構
成するガラス基板の厚みを測定して所定の品質を有して
いるものであるか否かを検査するための基板検査装置に
おいて、高精度な平坦性を有する平面の一部にガラス基
板の搬送用の基板移載装置のアームを挿抜するためのア
ーム挿抜溝と測定基準点を設定するための基準点設定溝
とを形成した測定ステージと、前記測定ステージの上方
に位置して、前記測定ステージに載置されたガラス基板
の表面に対してレーザ光で走査し、その反射光を受光す
るレーザヘッドと、前記レーザヘッドで受光した反射光
の前記ガラス基板の反射位置の変移量に応じた出力デー
タに基づいて前記ガラス基板の厚み量の分布を演算する
演算装置とを備えたことを特徴とする。

【００２７】また、請求項２に記載の第２の発明は、液
晶表示素子を構成するガラス基板の厚みを測定して所定
の品質を有しているものであるか否かを検査するための
基板検査方式において、高精度な平坦性を有する平面の
一部にガラス基板の搬送用の基板移載装置のアームを挿
抜するためのアーム挿抜溝と測定基準点を設定するため
の基準点設定溝とを形成した測定ステージと、前記測定
ステージの上方に一して、前記測定ステージに載置され
たガラス基板の表面に対してレーザ光で走査し、その反
射光を受光するレーザヘッドと、前記レーザヘッドで受
光した反射光の前記ガラス基板の反射位置の変移量に応
じた出力データに基づいて前記ガラス基板の厚み量の分
布を演算する演算装置とを備え、前記演算装置における
前記ガラス基板の反り量の測定基準を、前記測定ステー
ジに形成した基準点設定溝に位置した前記ガラス基板の
最大垂下点に設定することを特徴とする。

【００２８】なお、上記基準点設定溝はガラス基板の４
辺の何れかの一辺の一部が自重で垂下する形状であれ
ば、どの様なものでもよい。

【００２９】

【作用】上記第１の発明の構成において、測定ステージ
は、高精度な平坦性を有する大理石等の硬質材料から構
成され、その平面の一部にガラス基板の搬送用の基板移
載装置のアームを挿抜するためのアーム挿抜溝と、ガラ
ス基板の４辺の何れかの一辺の一部が自重で垂下する形
状の基準点設定溝を有する。

【００３０】レーザヘッドは、前記測定ステージの上方
に位置して、前記測定ステージに載置されたガラス基板
の表面に対してレーザ光を照射して当該ガラス基板の全
面をカバーするように所定の間隔で走査し、その反射光
を受光する。

【００３１】演算装置は、前記レーザヘッドで受光した
反射光の前記ガラス基板の反射位置の変移量に応じた出
力データに基づいて前記ガラス基板の厚み量の分布を演
算する。

【００３２】また、上記第２の発明の構成においては、
前記演算装置における前記ガラス基板の反り量の測定基
準を、前記測定ステージに形成した基準点設定溝に位置
した前記ガラス基板の最大垂下点に設定することで測定
ステージに載置したガラス基板の基準点が固定され、こ
の基準点に関して他の部分の測定データを演算すること
により、正確な厚み量が得られる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例につき、図面を参照し
て詳細に説明する。

【００３４】図１は本発明による基板検査装置の１実施
例の構成を説明する斜視図であって、１はガラス基板、
２は測定ステージ、３はレーザヘッド（レーザ厚さ測定
装置）、４は基板移載装置、４ａはアーム、４ｂはスラ
イドレール、５は基板カセット搬入／搬出部、６は演算
装置である。

【００３５】図示したように、本実施例の基板検査装置
を構成する測定ステージ２は、液晶表示素子製造工程の
前段に配置され、液晶表示素子を構成するガラス基板の
厚みおよび反りが許容範囲にあるか否かを検査する。

【００３６】基板カセット搬入／搬出部にカセットに収
納して搬入された納入ガラス基板１は、基板移載装置４
のアーム４ａで一枚毎に取り出され、測定ステージ２上
に載置される。

【００３７】次に、測定ステージ２に載置されたガラス
基板１に対してレーザヘッド３からレーザ光を照射し、
走査して、その反射光を受光する。

【００３８】レーザヘッド３は受光した反射光を光電変
換し、これを測定データとして演算装置６に与える。

【００３９】演算装置６はレーザヘッドからの測定デー
タをその基準点のデータを測定基準値として演算し、ガ
ラス基板１の全面の厚みを図示しないモニター画面に出
力したり、あるいは製造データとして格納し、後続の製
造装置に与える。

【００４０】図２は本発明による基板検査装置に用いる
測定ステージの構造を説明する斜視図であって、１はガ
ラス基板、２は測定ステージ、２ａ，２ｂは基板移載装
置のアーム挿抜溝、２ｃは基準点設定溝、４ａはアー
ム、Ａは基準点である。

【００４１】図示したように、測定ステージ２は大理石
などの平面性のよい硬質材料で形成され、その上面には
基板移載装置のアーム挿抜溝２ａ，２ｂと、載置される
ガラス基板１の一辺が自重で垂下できる位置に基準点設
定溝２ｃが形成されている。ガラス基板１はアーム４ａ
によりカセットから搬入され、測定ステージ２上に載置
される。このとき、測定ステージ２にはガラス基板の位
置を一定位置に固定するためのピンなどの位置設定手段
が設けられており、当該サイズのガラス基板が常に同一
位置に載置されるようになっている。

【００４２】測定ステージ２に載置されたガラス基板１
は、その一辺側が基準点設定溝２ｃの上方に位置し、当
該一辺側が自重で垂下した状態になる。

【００４３】図３は図２に示した本発明による基板検査
装置に用いる測定ステージの上面図であって、この測定
ステージ２に載置したガラス基板１の後端部分が基準点
設定溝２ｃに位置し、この部分が自重で垂下する。

【００４４】演算装置６は、上記自重で最大に垂下した
位置を基準点Ｒとして当該ガラス基板の全面にわたる厚
みを演算する。

【００４５】なお、この基準点設定溝の大きさを検査す
るガラス基板の公称厚みに応じて代えてもよい。

【００４６】図４は本発明に使用されるレーザ厚さ測定
装置の厚み測定方法の原理を説明する模式図である。

【００４７】同図において、ガラス基板１の法線に対し
てある角度ｉでレーザ光を照射すると、当該ガラス基板
１の表面の反射と、当該ガラス基板１の屈折率に起因す
る光軸を通った底面からの反射の二重の反射が生じる。

【００４８】この反射光をレーザ光照射側と正反対側に
正反射角度で設置された受光レンズ系７を通してＣＣＤ
等のイメージセンサ８に決像させると、ｔ₁ とｔ₂ に山
を持ったビデオ信号が得られる。

【００４９】このｔ₁ とｔ₂ の間Ｗのビット数を係数し
た値がガラス基板１の厚さｔに相当した値になる。

【００５０】なお、屈折率がｎ＝１の場合、上記値がガ
ラス基板１の厚さの真値になるように受光レンズ系７の
倍率を決めておく。また、ｎ＞１の場合は、上記の計数
値は見かけ上の厚さとなるので、下記の式によりレーザ
光の入射角度とガラス基板１の屈折率とで決まる係数で
乗算して厚さを求める。

【００５１】 ｔ＝１／ｔａｎ（ｓｉｎ^-1０．７０７１／ｎ）・ｗ 図５はレーザ厚さ測定装置を備えた本発明の基板検査装
置で測定したガラス基板の厚み測定例の説明図であっ
て、図３で説明した測定ステージにガラス基板を載置
し、その辺に沿った複数箇所をレーザ光で走査して、そ
の反射光を解析して厚さを測定した結果を示す。図中
Ａ’は基準点Ａで得られた基準値であり、演算装置はこ
の基準値を０として他の点の厚みを演算する。

【００５２】前記図１２と同様、同図（ａ）は測定ステ
ージに載置したガラス基板の１回目の測定結果、（ｂ）
は同一のガラス基板を繰り返し測定した結果、（ｃ）は
同一のガラス基板を１８０度回転させて測定した結果を
３次元で示したものである。なお、※、※※はガラス基
板の同一箇所の測定値を示す。

【００５３】同図に示されたように、同一のガラス基板
を繰り返し測定した場合も、また１８０度回転させて測
定した場合も略同等の測定結果が得られるまた。

【００５４】このように、本発明によれば、ガラス基板
に反りがあってもその厚みを正確に測定できる。

【００５５】図６は本発明を適用した液晶セルを用いて
組み立てたＴＦＴ型液晶表示モジュールの構造例を説明
する展開斜視図である。

【００５６】この液晶表示モジュールＭＤＬは、ＳＨＤ
は上フレームである金属製のシールドケース、ＷＤは液
晶表示モジュールの有効画面を画定する表示窓、ＰＮＬ
は液晶表示素子からなる液晶表示パネル、ＰＣＢ１はド
レイン側回路基板、ＰＣＢ２はゲー側回路基板、ＰＣＢ
３はインターフェース回路基板、ＰＲＳはプリズムシー
ト、ＳＰＳは拡散シート、ＧＬＢは導光板、ＲＦＳは反
射シート、ＬＰはバックライトＢＬのランプを構成する
蛍光管、ＬＳは反射シート、ＧＣはゴムブッシュ、ＬＰ
Ｃはランプケーブル、ＭＣＡは導光板ＧＬＢを設置する
開口ＭＯを有する下側ケース、ＪＮ１，２，３は回路基
板間を接続するジョイナ、ＴＣＰ１，２はテープキャリ
アパッケージ、ＩＮＳ１，２，３は絶縁シート、ＧＣは
ゴムクッション、ＢＡＴは両面粘着テープ、ＩＬＳは遮
光スペーサである。

【００５７】上記の各構成材は、金属製のシールドケー
スＳＨＤと下側ケースＭＣＡの間に積層されて挟持固定
されて液晶表示モジュールＭＤＬを構成する。

【００５８】液晶表示パネルＰＮＬは本発明により処理
されたガラス基板を用いて構成され、その周辺に各種の
回路基板を取り付けて画像表示のための駆動がなされ
る。

【００５９】また、液晶表示パネルＰＮＬの裏面には導
光板ＧＬＢに各種の光学シートを積層してなる背面照明
構造と蛍光管ＬＰとで構成したバックライトＢＬが設置
され、液晶表示パネルＰＮＬに形成された画像を照明し
て表示窓ＷＤに表示する。

【００６０】図７は本発明による液晶セルを用いた液晶
表示モジュールを組み込んだ電子機器の一例を説明する
携帯型パソコンの外観図であって、図８と同一符号は同
一部分に対応する。

【００６１】この携帯型パソコンは、キーボードを搭載
しホストＣＰＵを内蔵した本体部と液晶表示モジュール
ＭＤＬを実装しインバータ電源ＩＶを内蔵した表示部と
から構成され、両者はヒンジを連絡するケーブルにより
結合されている。

【００６２】また、表示部には各種の調整ボタンＣＴ、
ＴＣＯＮ、ＣＲ等が設けられており、キーボードとホス
トからの信号は矢印に示したように流れて表示部に表示
される。

【００６３】このように、本発明の検査方法を適用した
ガラス基板を用いて製造した液晶表示モジュールを用い
ることにより、高画質の画像表示を行う液晶表示装置を
得ることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガラス基板の反りの存在に係わらず、当該ガラス基板の
厚みを正確に測定することができ、高画質の液晶表示素
子を構成するためのガラス基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基板検査装置の１実施例の構成を
説明する斜視図である。

【図２】本発明による基板検査装置に用いる測定ステー
ジの構造を説明する斜視図である。

【図３】図２に示した本発明による基板検査装置に用い
る測定ステージの上面図である。

【図４】本発明に使用されるレーザ厚さ測定装置の厚み
測定方法の原理を説明する模式図である。

【図５】レーザ厚さ測定装置を備えた本発明の基板検査
装置で測定したガラス基板の厚み測定例の説明図であ
る。

【図６】本発明を適用した液晶セルを用いて組み立てた
ＴＦＴ型液晶表示モジュールの構造例を説明する展開斜
視図である。

【図７】本発明による液晶セルを用いた液晶表示モジュ
ールを組み込んだ電子機器の一例を説明する携帯型パソ
コンの外観図である。

【図８】本発明の基板検査装置で検査したガラス基板を
用いて製造したアクティブ・マトリクス方式カラー液晶
表示装置の一画素とその周辺を示す平面図である。

【図９】図８のＬ１−Ｌ１線で切断した断面図である。

【図１０】液晶表示素子の製造工程の概略図である。

【図１１】従来のガラス基板の納入検査の説明図であ
る。

【図１２】従来のレーザ厚さ測定装置で測定したガラス
基板の厚み測定例の説明図である。

【図１３】従来のガラス基板の厚み測定用の測定ステー
ジの構成を説明する斜視図である。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 測定ステージ ３ レーザヘッド（レーザ厚さ測定装置） ４ 基板移載装置 ４ａ アーム ４ｂ スライドレール ５ 基板カセット搬入／搬出部 ６ 演算装置。

フロントページの続き (72)発明者 市川 光男 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示素子を構成するガラス基板の厚み
   を測定して所定の品質を有しているものであるか否かを
   検査するための基板検査装置において、 高精度な平坦性を有する平面の一部にガラス基板の搬送
   用の基板移載装置のアームを挿抜するためのアーム挿抜
   溝と測定基準点を設定するための基準点設定溝とを形成
   した測定ステージと、 前記測定ステージの上方に位置して、前記測定ステージ
   に載置されたガラス基板の表面に対してレーザ光で走査
   し、その反射光を受光するレーザヘッドと、 前記レーザヘッドで受光した反射光の前記ガラス基板の
   反射位置の変移量に応じた出力データに基づいて前記ガ
   ラス基板の厚み量の分布を演算する演算装置とを備えた
   ことを特徴とする基板検査装置。
2. 【請求項２】液晶表示素子を構成するガラス基板の厚み
   を測定して所定の品質を有しているものであるか否かを
   検査するための基板検査方式において、 高精度な平坦性を有する平面の一部にガラス基板の搬送
   用の基板移載装置のアームを挿抜するためのアーム挿抜
   溝と測定基準点を設定するための基準点設定溝とを形成
   した測定ステージと、 前記測定ステージの上方に一して、前記測定ステージに
   載置されたガラス基板の表面に対してレーザ光で走査
   し、その反射光を受光するレーザヘッドと、 前記レーザヘッドで受光した反射光の前記ガラス基板の
   反射位置の変移量に応じた出力データに基づいて前記ガ
   ラス基板の厚み量の分布を演算する演算装置とを備え、 前記演算装置における前記ガラス基板の反り量の測定基
   準を、前記測定ステージに形成した基準点設定溝に位置
   した前記ガラス基板の最大垂下点に設定することを特徴
   とする基板検査方式。