KR100910512B1 - 코팅의 투과율을 측정하는 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리 플레이트 상의 코팅의 투과율을 측정하는 측정 장치에 관한 것이다. 상기 유리 플레이트는 지지부 위에 걸쳐서 이동된다. 상기 지지부는 광 빔이 상기 유리 플레이트를 통과하여 광 수신기에 충돌할 수 있게 하는 틈새를 구비한다. 그러므로, 코팅의 투과율을 결정할 수 있다. 또한, 상기 코팅의 반사 및 전기적 저항을 측정 장치로 측정할 수 있다.

투과율, 측정 장치, 틈새, 고정 지지부, 광 송신기, 광 수신기

Description

코팅의 투과율을 측정하는 측정 장치{MEASURING DEVICE FOR MEASURING THE DEGREE OF TRANSMISSION OF A COATING}

도 1은 유리 플레이트와 측정 기구를 구비하는 지지 플레이트 도시도.

도 2는 도 1의 일부 확대도.

도 3은 도 2에 따른 장치의 평면도.

도 4는 저항 측정 헤드의 단부 도시도.

도 5는 4 점 저항 기구에 대한 구성도.

본 발명은 특허청구범위 제1항에 따른 측정 장치에 관한 것이다.

예를 들어 유리 플레이트로 이루어진 기판에 대한 스퍼터링법에 의한 코팅은 가능한 한 균일하여야 한다. 기판 전체에 걸쳐 코팅의 두께가 동일할 때만이 상기 코팅의 투과, 반사 및 전기적 저항 등의 광학 특성이 모든 위치에서 확실하게 동일할 수 있다.

이러한 광학 특성의 측정이 종래에는 코팅된 기판 샘플에 대해 수행된다. 기판 샘플을 실험실로 보내어 검사하는데, 이는 상당한 시간을 소모한다. 이것은 특 히 대규모 코팅의 특징에 적용되는데, 왜냐하면 이 경우 많은 수의 샘플을 취하여 검사해야 하기 때문이다. 우수한 공간 해상도에 있어서는 모든 샘플에 대한 스펙트럼 반사, 스펙트럼 투과 및 표면 저항을 획득하는데 거의 80시간의 작업시간이 소요된다.

그러므로 본 발명은 코팅의 본질적인 광학적 특성을 자동적으로 획득하는 문제를 해결하는 것이다.

이 문제는 특허청구범위 제1항에 따라 해결된다.

본 발명에서 얻어지는 이점은 특히, 코팅된 플레이트형 기판의 투과를 모든 표면의 점들에서 자동으로 측정할 수 있다는 점이다. 본 발명의 일실시예에서는, 부가적으로 코팅의 스펙트럼 반사 및 표면 저항을 자동적으로 측정하는 것도 가능하다. 일반적으로, 두께가 0.5 mm 내지 6 mm인 평면 유리를 기판으로 사용하는데, 이 경우 기판 플레이트의 크기는 대략 2.2 m × 2.4 m 이다. 유리 플레이트의 측정 위치는 임의의 선택할 수 있지만, 정확성의 절대값은 ＜ 5 mm 에, 그리고 정확성의 상대값은 ＜ 1 mm에 근접된다. 측정 속도는 투과 T(λ), 반사 R(λ) 및 표면 저항 R을 동시에 측정하는 경우 시간 당 1000회 이상 측정한다. T(λ) 및 R(λ)만을 측정하는 경우에는, 시간 당 2000회 이상 측정 가능하다. 표면 저항의 측정은 4 점 방법(four-point method)에 따라 수행되며, 이 방법에서는 측정 범위가 10Ω 내지 1000Ω이다. T(λ) 및 R(λ)을 측정하면 유리 기판 상의 코팅의 두께를 계산할 수 있다.
본 발명은 기판의 코팅의 적어도 하나의 광학적 특성을 측정하기 위한 측정 장치로서, 제1 방향으로 상기 기판을 이송하기 위한 장치; 적어도 하나의 측정기구; 상기 적어도 하나의 측정기구를 제2 방향으로 이송하기 위한 장치 - 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직임 - ; 및 상기 제2 방향에 따라 연속적인 틈새를 갖는 상기 기판용 고정 지지부를 포함하며, 상기 기판은 상기 기판의 일 측면에 코팅이 제공되어 있고, 상기 적어도 하나의 측정 기구는 상기 기판의 일면에서 광 송신기를 갖고 사기 기판의 타 측면에서 광 수신기를 가져서, 상기 광 송신기의 광이 상기 틈새를 통하여 상기 광 수신기에 충돌하고, 상기 광 송신기로부터 특정 거리를 갖는 저항 측정 기구가 상기 코팅이 제공되어 있는 상기 기판의 상기 측면에 제공되며, 상기 측정 기구를 이송하기 위한 상기 장치는 상기 저항 측정 기구를 상기 제2 방향으로 동시에 이송하는, 측정 장치를 제공한다. 상기 광 송신기는 상기 기판의 앞쪽에 배치되고 광 수신기는 상기 기판의 뒤쪽에 배치될 수 있다. 측정된 광학값 및 상기 광학값과 관련된 공간 좌표가 저장되는 데이터 저장부가 제공될 수 있다. 상기 저항 측정 기구는 4 점 저항 측정 기구(4-point resistance measuring instrument)일 수 있다. 상기 4 점 저항 측정 기구는 이동될 수 있다. 측정된 저항값 및 상기 저항값과 관련된 공간 좌표가 저장되는 데이터 저장부가 제공될 수 있다. 상기 플레이트형 기판의 이송을 위해 이송 장치가 제공되며, 상기 이송 장치 상에 상기 기판의 일측 에지가 걸칠 수 있다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며 이하에 보다 상세히 설명한다.

도 1은 기판의 코팅에 대한 파라미터나 특성을 측정하는 장치(1)를 도시하고 있다. 이 장치(1)는 지지 플레이트(2)를 포함하며, 상기 지지 플레이트(2)는 그 중앙에 수직 슬롯(3)을 구비한다. 이 지지 플레이트(2)의 전면에는 코팅된 유리 플레이트(4)가 설치되며, 이 유리 플레이트(4)는 롤러(5 내지 9) 위에 걸쳐 있다. 상기 유리 플레이트(4)는 예를 들어 스퍼터링법으로 코팅이 적용된 상태에서 상기 지지 플레이트(2)와 마주하여 떨어진 그 측면 상에 제공된다. 도 1에 도시되어 있지는 않지만, 공기가 노즐을 통과하여 유리 플레이트(4)와 지지 플레이트(2) 사이의 공간으로 흘러 들어가 상기 유리 플레이트가 공기 쿠션 상태에 놓이게 된다. 이러한 접속에 대한 보다 상세한 설명은 PCT 출원 PCT/EP2004/002333에 개시되어 있다.

롤러(5 내지 9)는 도 1에 도시되어 있지는 않은 모터에 의해 시계방향 또는 반시계방향으로 동시에 회전된다. 이러한 회전에 의해 유리 플레이트(4)는 고정 지지 플레이트(2)와 관련해서 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동된다.

또한 2개의 기둥(10, 11)이 고정되어 설치되는데 기둥(10)은 상기 지지 플레이트(2)의 전면에 제공되고 기둥(11)은 지지 플레이트(2)의 배면에 제공된다. 이들 기둥(10, 11)은 수직으로 즉 Y 방향으로 이동할 수 있는 측정 기구들을 지지한다. 상기 측정 기구들 중 하나는 광 송신기(12)이고 다른 하나는 저항 측정 헤드(13)이다. 두 측정 기구(12, 13)는 운반대(14) 상에 고정되어 있다. 도시되어 있지는 않지만 상기 기둥(10)과 일체화되어 상기 운반대(14)를 이동시키는 벨트 드라이브에 의해 상기 측정 기구(12, 13)는 Y 방향으로 이동할 수 있다. 상기 측정 기구(12, 13)를 위한 공급선과 측정 케이블이 견인선 장치(drag line device)(15)에 의해 안내된다. 기둥(10)과 마찬가지로, 기둥(11)도 한 측정 기구를 지지하는데, 이 측정 기구는 단지 광 수신만을 측정하는 기구이며 도 1에는 분명하게 도시되어 있지는 않지만 상기 광 송신기(12)처럼 틈새(3) 바로 근처에 설치되어 있다.

유리 플레이트(4)는 3가지 방식으로 운반된다. 먼저 상기 공기 쿠션이 지지 플레이트(2)와 유리 플레이트(4) 사이에 형성된다. 이어서 롤러(5 내지 9)가 회전하며 이에 따라 롤러(5 내지 9)와 유리 플레이트(4)의 하부 가장자리 사이의 마찰력에 의해 유리 플레이트(4)가 X 방향으로 이동한다. 특정의 측정 위치에 다다른 후에는 공기가 빠져버려 공기 쿠션이 다시 사라진다.

측정 처리 동안 상기 코팅과 저항 측정 헤드(13)는 접촉한 상태로 있게 된다. 다음의 측정 프로세서를 수행하기 위해 상기 저항 측정 헤드(13)는 상기 코팅으로부터 떨어져야만 한다. 이후, 몇 가지 측정을 순차적으로 수행하면, 상기 저항 측정 헤드(13)는 Z 방향으로 앞뒤 이동을 완료한다.

도 2는 지지 플레이트(2)의 가장자리(16)에 대한 평면도를 도시한다. 유리 플레이트(4)의 전면에 광 송신기(12)가 설치되어 있음을 알 수 있다. 상기 유리 플레이트(4)의 배면에는 광 수신기(17)가 설치되어 있다. 상기 광 수신기는 상기 층 또는 유리 플레이트(4)의 반사 및 흡수 손실로 인해 감소된, 상기 광 송신기에 포함된 조사원(illumination source)의 세기를 획득한다. 이후 상기 샘플을 통과하는 광의 세기를 획득한다. 상기 광 송신기(12)와 상기 광 수신기(17)는 Y 방향으로 동시에 이동한다. 이후 상기 광 송신기(12) 내의 광원은 유리 플레이트(4)의 코팅뿐만 아니라 상기 광 수신기(17)도 조사한다. 상기 광 수신기(17)는 상기 지지 플레이트(2)에 대해 약간 경사져 있어서 그 센서에 의해 반사된 광선은 상기 샘플에 의해 상기 플레이트로 다시 투사되지 않는다. 상기 지지 플레이트(2)와 상기 유리 플레이트(4)는 왼쪽으로 극미하게 경사져 있어 상기 유리 플레이트(4)는 오른쪽으로 떨어지지 않는다.

저항 측정 헤드(13)는 상기 광 송신기(12)처럼 동일한 운반대(14)에 고정되어 있다. 두 측정 기구는 X 방향으로 서로 일정한 거리를 두고 있지만 Y 방향으로는 동시에 움직인다. 광 송신기(12)는 예를 들어 모델명 "차이스 코로나 D 비스(Zeiss Corona D vis)"일 수 있다.

도 3은 도 2의 본질적인 구성요소에 대한 평면도를 도시한다. 상기 광 송신기(12)와 상기 광 수신기(17)가 틈새(3)의 레벨로 서로 마주하여 설치되어 있는 것은 분명하다. 이에 의해 광선이 지지 플레이트(2)에 의해 방해받지 않으면서 상기 광 송신기(12)로부터 상기 광 수신기(17)로 진행할 수 있다. 상기 광 송신기(12) 내에 위치하는 백색광원은 반사율 측정을 위한 광뿐만 아니라 투과 측정을 위한 광도 공급한다. 상기 광 수신기(17)는 모델명 "차이스 코로나 TV 비스(Zeiss Corona TV vis)"일 수 있다.

도 4는 저항 측정 헤드(13)의 단부(18)를 도시한다. 스프링으로 장착되어 있는 4개의 핀(19, 20, 21, 22)을 볼 수 있다. 이러한 4개의 핀(19 내지 22)으로 소 위 유리 플레이트의 코팅에 대한 4 점 측정을 수행하는 것이 가능하다. 핀(19 내지 22)은 스프링으로 지지되며 압력점(pressure point)을 가지고 있어, 4개의 핀(19 내지 22) 모두는 코팅에 대해 매 순간마다 동등한 힘을 가하게 된다. 상기 저항 측정 헤드(13) 자체는 스프링 장착이며, 그 조정 가능한 스프링 힘은 핀(19 내지 22)의 4개의 스프링 힘의 합보다 극미하게 크다.

상기 유리 플레이트(4) 위에 지지 플레이트(2)가 놓여 있기 때문에 핀(19 내지 22)에 의해 가해지는 압력에 의해 유리 플레이트(4)가 휘어지는 것이 방지된다.

광학 측정 기구의 광학 측정 축과 저항 측정의 위치간의 거리는 특정한 값이며, 그래서 광학 측정축의 위치를 알게 되면 저항 측정의 위치도 알 수 있고, 그 반대도 성립한다.

도 5는 그 자체로 알려진 4 점 측정 처리의 원리를 다시 한 번 도시한다. 코팅(25)을 갖는 유리 플레이트(4)의 상세한 설명은 본 명세서에서는 분명하다. 코팅(25)에 스프링의 신장력으로 위치되는 4 핀에 의해, 코팅(25)의 저항이 측정될 수 있다. 절단 부위의 상세한 사항을 보면, 폭 d는 핀들(19 내지 22) 간의 거리 s보다 훨씬 크고, 두께 t는 거리 s보다 훨씬 작으며, 표면 저항은 다음 식에 따라 계산된다.

R = (π / ln(2)) (U / I) = 4.5324(U / I)

s에 대한 종래의 값은 예를 들어 s = 1.0 mm이다. 상기 식은 조건 d ＞ 10s 및 10t ＜ s를 만족하는 경우에 적용되며, 이것은 상기 식이 t ≤ 100 ㎛의 층 두께에 적용될 수 있다는 것을 의미한다. 이 적용가능성 범위는 전체적으로 나노미터 범위의 박층을 측정하기에 충분하다.

유리 플레이트(4)가 X 방향으로 움직일 수 있고 측정 기구(12, 13, 17)가 Y 방향으로 움직일 수 있다는 사실에 따라 송신, 반사 및 코팅된 유리 플레이트(4) 상에서의 모든 점에 대한 저항을 결정할 수가 있다. 이 경우 송신 및 반사는 측정 곡선 T = f(λ) 또는 R = f(λ)의 형태로 사용가능한데, 이는 데이터의 경우만큼은 처리되는 것이 곤란할 수 있다.

그렇지만, 이에 의해 각각의 측정 곡선에 대해 색도 좌표 내의 색상 위치를 예를 들어 표준 색도 다이어그램 CIE 1931에 할당할 수 있는 단순한 처리는 가능해지며, 상기 표준 색도 다이어그램 CIE 1931에서 표준 색도 좌표는 직각 좌표계로 도시된다. 측정된 송신 및 반사 곡선은 적용된 광원의 스펙트럼 곡선들 및 육안의 발광 곡선(luminosity curve), 소위 V_λ 곡선에 의해 단지 연속적으로 곱해질 필요가 있을 뿐이다. T(λ) 및 R(λ) 스펙트럼 곡선을 처리하기 위한 다른 선택은 국부적 최대값과 최소값의 파장을 결정하는 단계를 포함한다. 이 파장은 코팅의 굴절률을 통해 층 두께와 연관되어 있으며, 즉 국부적 최대값과 최소값의 파장의 이동은 층 두께의 변화에 비례한다.

이에 의해 광학적 및 전기적 측정값이 유리 플레이트(4)의 전체 표면에 걸쳐 매우 단시간에 측정될 수 있으므로, 코팅(25)의 균일성을 판단할 수 있다. 이 균일 성은 예를 들어, 색상 필드를 유리 플레이트(4)의 크기에 대응하는 한 프레임 내에 표시함으로써 광학적으로 나타날 수 있다.

코팅 처리 자체는 상기 코팅에 대한 상기 판단된 균일성 분포에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어 유리 플레이트의 상부 우측 모퉁이 부분의 코팅이 너무 얇은 것으로 판단되면, 스퍼터링 처리 중에 적절한 측정을 취하여 예를 들어 전압을 증가시켜, 다음 단계로 진행하는 동안 상기 모퉁이 부분을 보다 두껍게 코팅할 수 있다.

본 발명에 의하면, 코팅의 투과율을 결정할 수 있으며, 상기 코팅의 반사 및 전기적 저항을 측정 장치로 측정할 수 있다.

Claims (11)

1. 기판의 코팅의 적어도 하나의 광학적 특성을 측정하기 위한 측정 장치로서,

   제1 방향으로 상기 기판을 이송하기 위한 장치;

   적어도 하나의 측정기구;

   상기 적어도 하나의 측정기구를 제2 방향으로 이송하기 위한 장치 - 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 대해 수직임 - ; 및

   상기 제2 방향에 따라 연속적인 틈새를 갖는 상기 기판용 고정 지지부를 포함하며,

   상기 기판은 상기 기판의 일 측면에 코팅이 제공되어 있고,

   상기 적어도 하나의 측정 기구는 상기 기판의 일면에서 광 송신기를 갖고 사기 기판의 타 측면에서 광 수신기를 가져서, 상기 광 송신기의 광이 상기 틈새를 통하여 상기 광 수신기에 충돌하고,

   상기 광 송신기로부터 특정 거리를 갖는 저항 측정 기구가 상기 코팅이 제공되어 있는 상기 기판의 상기 측면에 제공되며, 상기 측정 기구를 이송하기 위한 상기 장치는 상기 저항 측정 기구를 상기 제2 방향으로 동시에 이송하는, 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광 송신기는 상기 기판의 앞쪽에 배치되고 광 수신기는 상기 기판의 뒤쪽에 배치되는 측정 장치.
3. 제1항에 있어서,

   측정된 광학값 및 상기 광학값과 관련된 공간 좌표가 저장되는 데이터 저장부가 제공되는 측정 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 저항 측정 기구는 4 점 저항 측정 기구(4-point resistance measuring instrument)인 측정 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 4 점 저항 측정 기구는 이동될 수 있는 측정 장치.
6. 제1항에 있어서,

   측정된 저항값 및 상기 저항값과 관련된 공간 좌표가 저장되는 데이터 저장부가 제공되는 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 플레이트형 기판의 이송을 위해 이송 장치가 제공되며, 상기 이송 장치 상에 상기 기판의 일측 에지가 걸치는 측정 장치.
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