JP2009222428A - ガラス板の厚さ測定装置およびガラス板の厚さ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】細かなレベルでガラス板の厚さを測定することのできる測定装置および測定方法を提供する。
【解決手段】ガラス板の厚さ測定装置１０は、ガラス板６を支持する支持面２１を有するテーブル２と、光学ユニット５と、光学ユニット５からのレーザー光を走査させる移動手段とを備えている。支持面２１には、走査されるレーザー光に対応する位置に所定方向に延びる溝２２が設けられているとともに、ガラス板６を真空吸着するための吸引孔２３が所定方向に所定ピッチで設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス板の厚さを測定するための測定装置および測定方法に関する。

液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という。）用のガラス板では、厚さに関し全面に亘って高い精度が要求される。特にアクティブマトリクス方式の液晶ディスプレイに用いられるガラス板の場合、厚さのバラツキが大きいと、ガラス板上に電子回路を正確に形成できないおそれがある。例えば、厚さ０．７ｍｍのガラス板では、厚さのバラツキを±５μｍ以下に抑えることが好ましい。

ＦＰＤ用のガラス板は、一般にダウンドロー法により成形される。このダウンドロー法では、ガラス板の厚さは成形時のドロー方向においては均一に保たれ易いが、ドロー方向と直交する幅方向においては均一に保たれ難い。特に第３世代（５５０×６５０ｍｍ）以上の大型サイズのガラス板では、厚さの分布が比較的大きく現れる方向の長さが長くなるために、ガラス板の厚さを所定方向に沿って正確に測定することが望まれる。

ガラス板の厚さを測定するための測定方法としては、レーザー光を用いてガラス板の厚さの測定を行う方法が知られている。例えば特許文献１には、前記の方法を使用して複合ガラス基板の厚さの測定を行う測定装置が開示されている。この測定装置は、複合ガラス基板が載置されるテーブルと、このテーブルの上方で直交する２方向に移動可能に構成された光学ユニットとを備えている。光学ユニットは、テーブルの上からガラス板にレーザー光を斜め方向から照射するとともに、ガラス板の表面で反射する表面反射光とガラス板の裏面で反射する裏面反射光とを受光する。そして、表面反射光と裏面反射光とが離間する距離から複合ガラス基板の厚さが算出される。
特開２００５−６１９８２号公報

ＦＰＤ用のガラス板に対する前記の要求を満たすためには、サブミクロンレベルでガラス板の厚さを測定することが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示されたような測定装置を使ってサブミクロンレベルでガラス板の厚さを測定しようとすると、ガラス板の厚さを正確に測定することができなかった。すなわち、特許文献１に開示された測定装置は、化学研磨後の複合ガラス基板の厚さを測定するためのものであり、測定レベルは数十ミクロン程度であると考えられる。このことは、特許文献１の段落００３７に、２枚のガラス板で挟まれる厚さ４〜５μｍの層は厚さの測定に影響がないことが記載されていることからも推測される。

本発明は、このような事情に鑑み、より細かなレベルでガラス板の厚さを測定することのできる測定装置および測定方法を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、より細かなレベルでガラス板の厚さを測定するには次の２つのことが必要であると考えた。１つは、ガラス板は僅かに波打っているので、この影響を小さくすることである。もう１つは、ガラス板を透過したレーザー光がテーブルで反射するため、その反射光を受光しないようにすることである。本発明は、このような観点からなされたものである。

すなわち、本発明は、ガラス板の厚さを測定するための測定装置であって、前記ガラス板を支持する支持面を有するテーブルと、前記支持面に支持された前記ガラス板にレーザー光を照射するとともに前記ガラス板からの反射光を受光する光学ユニットと、前記テーブルまたは前記光学ユニットを所定方向に沿って移動させて前記ガラス板を横切るように前記レーザー光を走査させる移動手段とを備え、前記支持面には、走査される前記レーザー光に対応する位置に前記所定方向に延びる溝が設けられているとともに、前記ガラス板を真空吸着するための吸引孔が前記所定方向に所定ピッチで設けられている、ガラス板の厚さ測定装置を提供する。

また、本発明は、所定方向に延びる溝が設けられたテーブル上に前記溝を塞ぐようにガラス板を置き、このガラス板を前記テーブルに真空吸着した状態で、レーザー光を前記ガラス板の前記溝に対応する位置で前記所定方向に沿って走査して前記ガラス板の厚さの測定を行う、ガラス板の厚さ測定方法を提供する。

前記の構成によれば、真空吸着によってガラス板を支持面に沿わせた姿勢に矯正することができる。ただし、これだけではテーブルからの反射光の問題がある。これに対し、前記の構成では、ガラス板を透過したレーザー光が溝に入り込むようになるため、テーブルで反射するレーザー光を受光しないようにすることができる。従って、本発明によれば、より細かなレベルでガラス板の厚さを測定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。

図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係るガラス板の厚さ測定装置１０は、ガラス板６を支持する支持面２１を有するテーブル２と、テーブル２の下方に配置されたベース１１と、ベース１１を所定の高さ位置で支える架台１と、ベース１１に固定された門型フレーム３とを備えている。なお、本明細書では、説明の便宜のために、水平面上で直交する２方向のうちの一方（図１のＸ方向）を前後方向、他方（図１のＹ方向）を左右方向といい、特に図１の上側を後方、図１の下側を前方という。

テーブル２は、矩形板状の形状を有しており、本実施形態では、水平面と平行な姿勢で配置されている。そして、このテーブル２の上面によって支持面２１が構成されている。テーブル２の前後方向の長さおよび左右方向の幅は例えば５００〜３０００ｍｍである。

テーブル２は、ベース１１上に設けられた左右一対のレール１２によって前後方向に移動可能に支持されている。また、ベース１１上には、前後方向に延びるねじ軸１３およびこのねじ軸１３を回転させるサーボモータ１４が設けられている。そして、テーブル２にはねじ軸１３に螺合するナット部材（図示せず）が固定されており、サーボモータ１４の駆動によってテーブル２が図１に実線で示す位置と図１に二点鎖線で示す位置との間で移動させられるようになっている。すなわち、サーボモータ１４、ねじ軸１３、および前記のナット部材は、テーブル２を前後方向に沿って移動させて、ガラス板６を横切るように、すなわちガラス板６の前後方向の全長に亘って後述のレーザー光を走査させる移動手段を構成している。なお、サーボモータ１４に代えて、例えばステッピングモータを用いてもよい。

テーブル２の支持面２１には、前後方向に延びる溝２２が左右方向に並列して複数（図例では７つ）設けられている。本実施形態では、溝２２は、左右方向に所定の第１ピッチ（例えば１００ｍｍ）で並んでいる。また、本実施形態では、溝２２の長さはテーブル２の前後方向の長さと一致していて、溝２２の両端がテーブル２の両端面に開口している。溝２２の幅は例えば１０〜２０ｍｍであり、溝２２の深さは例えば１０〜２０ｍｍである。

さらに、支持面２１には、隣り合う溝２２同士の間にガラス板６を真空吸着するための吸引孔２３が一列ずつ設けられている。換言すれば、支持面２１には、吸引孔２３の列が溝２２の数より１つ少ない複数列（図例では６列）存在する。各列における吸引孔２３は、前後方向に所定の第２ピッチ（例えば１００ｍｍ）で並んでおり、本実施形態では直線上に配置されている。なお、各列における吸引孔２３は、例えば千鳥状に配置されていてもよい。

テーブル２の内部には、前後方向に延びる吸引路２４が吸引孔２３の列と同数設けられていて、吸引孔２３は、各列ごとに吸引路２４とつながっている（図３参照）。吸引路２４の後端は塞がれている一方、前端はテーブル２の前端面に開口しており、この吸引路２４の前端はチューブ（図示せず）を介して真空ポンプなどの吸引装置（図示せず）に接続されている。なお、図示は省略するが、吸引路２４を例えば前側半数の吸引孔２３とつながりテーブル２の前端面に開口する前側吸引路と後側半数の吸引孔２３とつながりテーブル２の後端面に開口する後側吸引路とで構成することも可能である。

門型フレーム３は、ベース１１の前後方向の略中央に配置され、テーブル２を左右方向に跨ぐ形状を有している。この門型フレーム３の前面には、上下一対のレール３１が設けられており、この一対のレール３１によって可動板４が左右方向に移動可能に支持されている。可動板４には、ブラケット４５および支持機構４６を介して光学ユニット５が取り付けられている。

一対のレール３１の間には、左右方向に延びる位置決め部材４２が配置されている。この位置決め部材４２には、テーブル２の溝２２と同一の第１ピッチで位置決め穴４３が設けられている。一方、可動板４には、当該可動板４を貫通する状態で位置決めピン４１が取り付けられており、この位置決めピン４１を位置決め穴４３に差し込むことにより、可動板４１および光学ユニット５が溝２２のそれぞれの真上に位置決めされるようになっている。

光学ユニット５は、図３に示すように、半導体レーザーなどからなる投光部５１と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどからなる受光部５２とを有している。投光部５１は、支持面２１に支持されたガラス板６にレーザー光をスポット状に照射する。受光部５２は、ガラス板６からの反射光、すなわちガラス板６の表面で反射される表面反射光Ｒ₁およびガラス板６の裏面で反射される裏面反射光Ｒ₂を受光する。なお、図３では、レンズ類などを省略している。

支持機構４６は、光学ユニット５の位置を微調整できるようになっている。光学ユニット５の位置は、上下方向では、表面反射光Ｒ₁および裏面反射光Ｒ₂が共に受光部５２に入射する適切な高さになるように、左右方向では、投光部５１からのレーザー光がガラス板６における溝２２に対応する位置、すなわち溝２２を塞ぐ部分の略中央に照射されるように調整されている。

測定装置１０は、図４に示すように、サーボモータ１４および光学ユニット５に接続されたコントローラ７を備えている。また、コントローラ７は、使用者が操作するための操作部８１および測定結果などを表示するための表示部８２とも接続されている。

コントローラ７は、サーボモータ１４を制御するモータ制御部７１と、光学ユニット５からの信号を処理してガラス板の厚さを算出する厚さ算出部７２と、厚さ算出部７２で算出された厚さを光学ユニット５の前後方向および左右方向の位置と関連づけて格納するデータ格納部７３とを有している。なお、コントローラ７の構成は適宜変更可能であり、例えばモータ制御部７１および厚さ算出部７２を別々に設け、これらと接続された演算処理部を別途設けてもよい。また、データ格納部を別置きのパソコンで構成してもよい。この場合には、パソコンに接続されたディスプレイを表示部８２とすることも可能であるし、パソコンに接続されたキーボードを操作部８１とすることも可能である。

次に、具体例として、上述した測定装置１０を用いて、ダウンドロー法により成形されたガラス板の厚さを成形時のドロー方向と直交する幅方向に沿って測定する要領を説明する。

まず、テーブル２の支持面２１上に溝２２を塞ぐようにかつ成形時の幅方向が前後方向を向くようにガラス板６を置く。ついで、図略の吸引装置を作動させて、ガラス板６をテーブル２の支持面２１に真空吸着させる。この状態で、操作部８１を操作してテーブル２を一定の速度で前後方向に沿って（例えば図１の実線で示す位置から二点鎖線で示す位置まで前方に）移動させて、ガラス板６を横切るようにレーザー光を走査させる。このとき、位置決めピン４１がいずれかの位置決め穴４３に差し込まれていれば、レーザー光をガラス板６の溝２２を塞ぐ部分の略中央に照射することができる。換言すれば、溝２２は、走査されるレーザー光に対応する位置にあり、レーザー光は、ガラス板６の溝２２に対応する位置で前後方向に沿って走査される。そして、表面反射光Ｒ₁と裏面反射光Ｒ₂とが離間する距離、すなわちそれらの反射光Ｒ₁，Ｒ₂が受光部５２に入射する位置の違いから、厚さ算出部７２によってガラス板６の厚さが算出される。これにより、ガラス板６の厚さを成形時の幅方向に連続して測定することができる。

このように、本実施形態の測定装置１０では、テーブル２の移動方向に並ぶ吸引孔２３でガラス板６を真空吸着することにより、ガラス板６が波打っていてもこのガラス板６を測定範囲の略全長に亘って支持面２１に沿わせた姿勢に矯正することができる。また、ガラス板６を透過したレーザー光は溝２２に入り込むようになるため、テーブル２で反射するレーザー光を受光部５２に入射させないようにすることができる。従って、本実施形態の測定装置１０では、より細かなレベルでガラス板６の厚さを測定することができる。

次に、本発明の効果を確認するために行った試験について説明する。

まず、長さ１２００ｍｍ、幅４０ｍｍのガラス板からなる試験片を用意し、この試験片の厚さを以下に示す種々の方法で長手方向に沿って測定した。測定範囲は、端から１０ｍｍ内側の１１８０ｍｍとし、測定ポイントは、５ｍｍ間隔ごとの２３７ポイントとした。

光学ユニットとしては、分解能が０．１μｍのキーエンス社製レーザーフォーカス変位計（ＬＴ−８０１０）を用いた。

（実施例）
まずは、前記実施形態と同様のテーブルを備える測定装置を用いて、テーブルに試験片を真空吸着した状態で試験片の厚さを測定した。その結果は、図５に実線で示す通りであった。

次に、ミツトヨ社製マイクロメータ（ＭＤＣ−ＳＢ）を用いて、同一の測定ポイントで試験片の厚さを測定した。

測定装置で測定した測定値は、測定マイクロメータで測定した実測値と完全に一致した。

（比較例１）
比較例１では、溝も吸引孔もないテーブル上に試験片を載置して、試験片の厚さを測定した。しかしながら、この場合、受光部に入射する反射光を画面上で観察すると、反射波形の山が３つになり、具体的には裏面反射光と思われる山の近傍にもう１つ山ができ、測定結果が異常な数値となった。これは、テーブルの表面で反射する反射光の影響と思われる。

（比較例２）
比較例２では、溝はないが吸引孔のみが設けられたテーブル上に試験片を載置し、テーブルに試験片を真空吸着した状態で試験片の厚さを測定した。この場合も比較例１と同様に、反射波形の山が３つになり、測定結果が異常な数値となった。

（比較例３）
比較例３では、吸引孔はないが溝のみが設けられたテーブル上に試験片を載置して、試験片の厚さを測定した。この場合、図５に破線で示すような測定結果が得られたが、表面反射光と裏面反射光の受光部への入射位置が大きく変化して光学ユニットの許容範囲を超えてしまい、測定結果を有効なものとして取り扱うことができない。また、実測値と完全に一致する実線と比べても、僅かにずれていることが分かる。

（変形例）
前記実施形態では、テーブル２が水平面と平行な姿勢で配置されているが、テーブル２は、水平面に対して傾斜する姿勢（例えば垂直面に近い姿勢）で配置されていて、支持面２１がガラス板６を斜め下方から支持するようになっていてもよい。この場合、溝２２の延びる方向は、水平方向であっても鉛直方向であってもよい。また、この場合、テーブル２にはガラス板６を受ける受け部が設けられていることが好ましい。

また、前記実施形態では、テーブル２を移動させることによりレーザー光が走査させられるようになっているが、レーザー光を走査させる移動手段としては、光学ユニット５を溝２２の延びる方向に沿って移動させる移動手段を用いてもよい。この場合には、テーブル２をベース１１に固定し、門型フレーム３を溝２２の延びる方向に移動可能に構成すればよい。

さらに、前記実施形態では、光学ユニット５を手動で左右方向に移動させるようになっているが、可動板４を、テーブル２と同様に、ねじ軸、モータ、およびナット部材で左右方向（溝２２の延びる方向と直交し支持面２１に平行な直交方向）に沿って移動させるようにしてもよい。

また、吸引孔２３は、隣り合う溝２２同士の間に少なくとも一列ずつ設けられていればよく、例えば二列ずつ設けられていてもよい。

さらに、溝２２は、複数設けられている必要はなく、１つのみであってもよい。この場合、吸引孔２３は、溝２２を挟むように２列設けられていることが好ましい。また、この場合、ガラス板６およびテーブル２のどちらかを移動させてガラス板６とテーブル２との相対位置を変更させる測定位置変更手段を設けるようにしてもよい。ただし、前記実施形態のように溝２２が並列して複数設けられており、隣り合う溝２２同士の間に吸引孔２３が少なくとも一列ずつ設けられていれば、ガラス板６とテーブル２との相対位置を変更するような段取り替えを行うことなく複数線上で厚さを測定することができる。

本発明は、ＦＰＤ用のガラス板であって第３世代以上の大型サイズのガラス板、特にダウンドロー法により成形されたガラス板の厚さを成形時のドロー方向と直交する幅方向に沿って測定するための測定装置および測定方法に好適である。

本発明の一実施形態に係るガラス板の厚さ測定装置の平面図である。 図１に示す測定装置の正面図である。 図１に示す測定装置の要部拡大断面図である。 図１に示す測定装置のブロック図である。 実施例と比較例３の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

２ テーブル
２１ 支持面
２２ 溝
２３ 吸引孔
５ 光学ユニット
６ ガラス板
１０ ガラス板の厚さ測定装置

Claims (5)

1. ガラス板の厚さを測定するための測定装置であって、
   前記ガラス板を支持する支持面を有するテーブルと、前記支持面に支持された前記ガラス板にレーザー光を照射するとともに前記ガラス板からの反射光を受光する光学ユニットと、前記テーブルまたは前記光学ユニットを所定方向に沿って移動させて前記ガラス板を横切るように前記レーザー光を走査させる移動手段とを備え、
   前記支持面には、走査される前記レーザー光に対応する位置に前記所定方向に延びる溝が設けられているとともに、前記ガラス板を真空吸着するための吸引孔が前記所定方向に所定ピッチで設けられている、ガラス板の厚さ測定装置。
2. 前記溝は、前記所定方向と直交し前記支持面に平行な直交方向に並列して複数設けられており、
   前記吸引孔は、隣り合う前記溝同士の間に少なくとも一列ずつ設けられており、
   前記光学ユニットは、前記直交方向に移動可能に構成されている、請求項１に記載のガラス板の厚さ測定装置。
3. 前記測定装置は、ダウンドロー法により成形されたガラス板の厚さを成形時のドロー方向と直交する幅方向に沿って測定するためのものであり、
   前記支持面には、前記ガラス板が当該ガラス板の前記幅方向が前記所定方向を向くように支持される、請求項１または２に記載のガラス板の厚さ測定装置。
4. 所定方向に延びる溝が設けられたテーブル上に前記溝を塞ぐようにガラス板を置き、このガラス板を前記テーブルに真空吸着した状態で、レーザー光を前記ガラス板の前記溝に対応する位置で前記所定方向に沿って走査して前記ガラス板の厚さの測定を行う、ガラス板の厚さ測定方法。
5. 前記測定方法は、ダウンドロー法により成形されたガラス板の厚さを成形時のドロー方向と直交する幅方向に沿って測定するためのものであり、
   前記テーブル上に前記幅方向が前記所定方向を向くように前記ガラス板を置く、請求項４に記載のガラス板の厚さ測定方法。

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