JP2005321494A

JP2005321494A - 液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法

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Publication number: JP2005321494A
Application number: JP2004138183A
Authority: JP
Inventors: Toru Kobayashi; 徹小林
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: JP4513410B2

Abstract

【課題】カラーフィルタ用の外観検査機を用いてカラーフィルタ上に形成されたフォトスペーサーや配向制御突起など半透明パターンの形状欠陥を検出する際に、検査の効率を犠牲にせず、形状欠陥の検出のエラーを減少させる液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法を提供することを課題とする。
【解決手段】液晶表示装置用カラーフィルタ上に形成された蛍光発光型樹脂構造物１３に紫外線又はＸ線１４を照射することによって蛍光を発生させ、該蛍光を撮像して画像処理し、上記蛍光発光型樹脂構造物の形状の良否を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法に関するものであり、特に、フォトスペーサーや配向制御突起など半透明パターンの形状の良否を判定する際のエラーを減少させた液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法に関する。

図４は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。また、図５は、図４に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。
図４、及び図５に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタ（４）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。
図４、及び図５はカラーフィルタを模式的に示したもので、着色画素（４２）は１２個表されているが、実際のカラーフィルタにおいては、例えば、対角１７インチの画面に数百μｍ程度の着色画素が多数個配列されている。

液晶表示装置の多くに用いられている、上記構造のカラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板上にブラックマトリックスを形成してブラックマトリックス基板とし、次に、このブラックマトリックス基板上のブラックマトリックスのパターンに位置合わせして着色画素を形成し、更に透明導電膜を位置合わせして形成するといった方法が広く用いられている。
ブラックマトリックス（４１）は、遮光性を有するマトリックス状のものであり、着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有するものであり、透明導電膜（４３）は、透明な電極として設けられたものである。

ブラックマトリックス（４１）は、着色画素（４２）間のマトリックス部（４１Ａ）と、着色画素（４２）が形成された領域（表示部）の周辺部を囲む額縁部（４１Ｂ）とで構成されている。
ブラックマトリックスは、カラーフィルタの着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。

このブラックマトリックス基板の製造には、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックスの材料としてのクロム（Ｃｒ）、酸化クロム（ＣｒＯ_X）などの金属、もしくは金属化合物を薄膜状に成膜し、成膜された薄膜上に、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いてエッチングレジストパターンを形成し、次に、成膜された金属薄膜の露出部分のエッチング及びエッチングレジストパターンの剥膜を行い、Ｃｒ、ＣｒＯ_Xなどの金属薄膜からなるブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。
或いは、ガラス基板（４０）上に、ブラックマトリックス形成用の黒色感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法によってブラックマトリックス（４１）を形成するといった方法がとられている。

また、着色画素（４２）の形成は、このブラックマトリックス基板上に、例えば、顔料などの色素を分散させたネガ型のフォトレジストを用いて塗布膜を設け、この塗布膜への露光、現像によって着色画素を形成するといった方法がとられている。
また、透明導電膜（４３）の形成は、着色画素が形成されたブラックマトリックス基板上に、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。

このカラーフィルタの製造中に発生するブラックマトリックス、及び着色画素の形状欠陥は、パターン欠けと余分なパターンの残存に大別される。パターン欠けは、例えば、フォトレジスト中の気泡などによって発生したもので、ピンホール状に見える欠落部が形成されてしまったものである。
また、余分なパターンの残存は、例えば、異物などによって発生したもので、パターンが余分に形成されてしまったものである。

これらの形状欠陥は、カラーフィルタ用の外観検査機によって容易に検出され、程度の低い形状欠陥には修正が施され、程度の高いものは不良品となる。
カラーフィルタ用の外観検査機は、ハロゲンランプ或いはキセノンランプを光源として用い、カラーフィルタの表面或いは裏面より光を照射し、ＣＣＤカメラにより撮像し、画像処理によって形状の良否を判定し、形状欠陥を検出するように構成されている。

図４、及び図５に示すカラーフィルタ（４）は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。液晶表示装置は、このようなカラーフィルタを内蔵することにより、フルカラー表示が実現し、その応用範囲が飛躍的に広がり、液晶カラーＴＶ、ノート型ＰＣなど液晶表示装置を用いた多くの商品が創出された。
液晶表示装置の改善や、多様な液晶表示装置の開発、実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して下記のような、種々な機能が付加されるようになった。

１）スペーサー機能
従来の液晶表示装置に於いては、基板間にギャップを形成するために、スペーサーと呼ばれるガラス又は合成樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）を散布している。このスペーサーは透明な粒子であることから、画素内に液晶と一諸にスペーサーが入っていると、黒色表示時にスペーサーを介して光がもれてしまい、また、液晶材料が封入されている基板間にスペーサーが存在することによって、スペーサー近傍の液晶分子の配列が乱され、この部分で光もれを生じ、コントラストが低下し表示品質に悪影響を及ぼす、などの問題を有していた。

このような問題を解決する技術として、感光性樹脂を用い、フォトファブリケーション法により画素間のブラックマトリックスの位置にスペーサー機能を有するフォトスペーサー（突起部）を形成する方法が開発された。
図３は、このような液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。図３に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタ（７）は、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成され、ブラックマトリックス（４１）上方の透明導電膜（４３）上にスペーサー機能を有する突起部としてのフォトスペーサー（４４）が形成されている。このような液晶表示装置用カラーフィルタ（７）を用いた液晶表示装置には、フォトスペーサー（４４）が画素内を避けた位置に形成されているので、上記コントラストの改善がみられる。

２）配向分割機能
従来の液晶表示装置に於いては、液晶分子を一様に配向させるために、液晶を挟持する両基板に設けられた透明導電膜上に、予めポリイミドを塗布し、その表面に一様なラビング処理をしておく。
しかし、多くの液晶表示装置に用いられているＴＮ型液晶においては、原理的に広い視野角を得ることは困難であり、中間調表示状態では斜め視角において光がもれ、コントラストが低下し表示品質が悪化する。すなわち、コントラストが良好な視野角は狭いといった問題を有していた。

このような問題を解決する一技術として、一画素内での液晶分子の配向方向が一方向でなく、複数の方向になるように制御し、複数の方向で均一な中間調表示をするようにした、すなわち視野角の広い、配向分割垂直配向型液晶表示装置（ＭＶＡ、Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ−ＬＣＤ）が開発された。

図６は、このようなＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。図６に示すように、ＭＶＡ−ＬＣＤ（８０）は、液晶分子（２１）を介して配向制御突起（２２ａ）、（２２ｂ）が設けられたＴＦＴ側基板（２０）と、配向制御突起（２３）が設けられたカラーフィルタ（８）とを配置した構造であるが、配向制御突起（２２ａ）、（２２ｂ）及び配向制御突起（２３）は一画素内で互い違いの位置に設けられている。

図６に白太矢印で示すように、電圧印加時の状態では、一画素内で配向制御突起（２２ａ）〜配向制御突起（２３）間の液晶分子は、図中左斜めに傾斜し、配向制御突起（２３）〜配向制御突起（２２ｂ）間の液晶分子は、右斜めに傾斜する。すなわち、ラビング処理に代わり、突起を設けることにより液晶分子の配向を制御するものである。
図６に示す例では、一画素が２分割されたものとなり、一画素内で液晶分子の傾斜方向が２方向になり視野角特性の優れた液晶表示装置となる。

図７（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。この例では、配向制御突起（８３）は、一画素内で９０°屈曲させてある。
また、図８（ａ）、（ｂ）は、別な一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、この別な例は、平面形状が円形の配向制御突起（９３）が形成されたカラーフィルタである。
このようなカラーフィルタを用いた液晶表示装置は、電圧印加時に液晶分子は、いわば無限の方向に傾斜する、すなわち、一画素が無限に分割されたものとなり、図８（ｃ）に示すように、視野角特性の優れた液晶表示装置となる。

上記平面形状がストライプ状の配向制御突起（８３）のＡ−Ａ’線での断面形状は、例えば、三角形、かまぼこ状であり、その巾（Ｗ２）は６〜２０μｍ程度、高さ（Ｈ２）は１．２〜１．４μｍ程度である。また、平面形状が円形の配向制御突起（９３）の巾（Ｗ３）、高さ（Ｈ３）は、ストライプ状の配向制御突起（８３）の各々と同程度である。これらは、透明な感光性樹脂を用いて形成される。

図４に示すカラーフィルタ（４）に追加される機能としては、上記１）スペーサー機能、２）配向分割機能の他に、以下の機能があげられる。
３）高信頼性機能、これは、着色画素のもつ耐熱性、耐湿性、及び耐薬品性などの性能を補うために、また、着色画素からの溶出物のバリアとして着色画素上に保護層（オーバーコート層）を形成し、信頼性を高めたものである。
４）透過・反射併用機能、これは、着色画素が透過表示の分光特性を有する着色画素と、反射表示の分光特性を有する着色画素に２分割されており、一着色画素に透過・反射併用機能をもてせたものである。
５）分光特性調整機能、反射表示の着色画素に透明部を設けることによって、着色部の色光と透明部の白色光が混色し、反射表示の着色画素の分光特性を反射表示用として適切な分光特性に調節されたものとする分光特性調整機能である。

上記諸機能の内、そのカラーフィルタの用途、仕様にもとずき１機能或いは複数の機能が図４に示すカラーフィルタ（４）に追加される。

上記１）スペーサー機能をもたせるフォトスペーサー（突起部）、及び２）配向分割機能をもたせる配向制御突起は、透明な感光性樹脂を用いて形成されるので、形成されたフォトスペーサー及び配向制御突起は半透明状を呈している。
また、フォトスペーサー及び／又は配向制御突起をカラーフィルタ（４）上に形成した際に発生する形状欠陥は、前記ブラックマトリックス及び着色画素の場合と同様に、パターン欠けと余分なパターンの残存に大別される。

これらの形状欠陥を、前記カラーフィルタ用の外観検査機を用いて検査を行うと、フォトスペーサー及び配向制御突起が半透明であるために、形状欠陥の検出にエラーが多くなる。すなわち、高い信頼性をもって形状欠陥を検出することはできない。
従って、これらフォトスペーサー及び配向制御突起の形状に関しては、品質保証が十分に行われているとはいえないといった問題がある。

カラーフィルタ用の外観検査機を用いた検査において、形状欠陥の検出のエラーを減少させる一手法として検査機の分解能を高めることが考えられる。
例えば、ＣＣＤカメラでの撮像に際し、走査速度を遅くして分解能を高めれば、形状欠陥の検出のエラーは減少することになる。
検査機の分解能を高めることによって、確かに上記フォトスペーサー及び配向制御突起の形状欠陥の検出のエラーは減少するものの、例えば、着色画素の周縁部のギザツキを欠陥として検出してしまうといった、別なエラーが発生し易くなる。結果として、形状欠陥の検出のエラーの合計が減少することはない。
すなわち、走査速度を遅くするといった、検査の効率を犠牲にしても、形状欠陥の検出のエラーを減少させることは困難なことである。

フォトスペーサー及び配向制御突起のような、半透明パターンの形状欠陥の検出に近似したものとして、前記透明なスペーサーの分布状態を検出する技法が特開２００３−２１５６０１号公報に開示されている。
この技法は、液晶表示装置の基板間のスペーサー表面或いは内部に無機系蛍光体を含有させ、紫外線又はＸ線を照射することによって、蛍光を発生させたスペーサーの分布の偏りを検出するといった技法である。しかし、この技法は半透明パターンの形状欠陥を検出するものではない。
特開２００３−２１５６０１号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、カラーフィルタ用の外観検査機を用いてカラーフィルタ上に形成されたフォトスペーサーや配向制御突起など半透明パターンの形状欠陥を検出する際に、検査の効率を犠牲にせず、形状欠陥の検出のエラーを減少させることのできる液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法を提供することを課題とする。
これにより、フォトスペーサー及び／又は配向制御突起が形成された液晶表示装置用カラーフィルタの該形状の品質保証を確かなものとする。

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において、液晶表示装置用カラーフィルタ上に形成された蛍光発光型樹脂構造物に紫外線又はＸ線を照射することによって蛍光を発生させ、該蛍光を撮像して画像処理し、上記蛍光発光型樹脂構造物の形状の良否を判定することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において、前記蛍光発光型樹脂構造物がフォトスペーサーであることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法である。

また、本発明は、上記発明による液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において、前記蛍光発光型樹脂構造物が配向制御突起であることを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法である。

本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタ上に形成された蛍光発光型樹脂構造物に紫外線又はＸ線を照射することによって蛍光を発生させ、この蛍光を撮像して画像処理し、蛍光発光型樹脂構造物の形状の良否を判定する液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法であるので、カラーフィルタ上に形成されたフォトスペーサーや配向制御突起など半透明パターンの形状欠陥を検出する際に、検査の効率を犠牲にせず、形状欠陥の検出のエラーを減少させることのできる液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法となる。

すなわち、蛍光発光型樹脂構造物自体は半透明であるが、その周辺には透過光及び反射光のない蛍光発光型樹脂構造物から蛍光が発光されるので、蛍光発光型樹脂構造物の形状は鮮明なものとなる。
従って、形状の良否の判定に、例えば、従来のカラーフィルタ用の外観検査機を用いても形状欠陥の検出におけるエラーは激減する。
また、蛍光の発光で形状の良否の判定を行うので、着色画素の周縁部のギザツキを欠陥として検出してしまうといった別なエラーの発生は皆無となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明における液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において用いられる外観検査機の一例を模式的に示す説明図である。図１に示すように、液晶表示装置用カラーフィルタの外観検査機は、載置台（１１）、紫外線又はＸ線光源（１４）、撮像手段（１５）、画像処理部（１６）で構成されている。

載置台（１１）上に、フォトスペーサーや配向制御突起など蛍光発光型樹脂構造物（１３）が形成されたカラーフィルタ（１２）を載置し、カラーフィルタ（１２）の斜め上方より紫外線又はＸ線を照射し蛍光（１８）を発光させる。
この蛍光を撮像手段（１５）によって撮像し、画像処理部（１６）で画像処理を行い、蛍光発光型樹脂構造物の形状の良否を判定する。

蛍光発光型樹脂構造物（１３）自体は半透明であるが、その周辺には透過光及び反射光のない蛍光発光型樹脂構造物（１３）から発光されるので、蛍光発光型樹脂構造物の形状は鮮明なものとなる。
従って、形状の良否の判定に、例えば、前記カラーフィルタ用の外観検査機を用いても形状欠陥の検出におけるエラーは激減する。すなわち、高い信頼性をもって形状欠陥を検出することができる。

尚、この際は、前記カラーフィルタ用の外観検査機に用いられているハロゲンランプなどの光源は使用しない。また、室内灯による外乱を回避するために、暗室内で行うことが望ましい。
暗室内で検査を行うことにより、例えば、前記着色画素の周縁部のギザツキを欠陥として検出してしまうといった別なエラーの発生は皆無となる。

図２は、本発明における液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において用いられる外観検査機の他の例を模式的に示す説明図である。図２に示すように、このカラーフィルタ用の外観検査機は、従来のカラーフィルタ用の外観検査機（１７）と、紫外線照射装置（３０）で構成されたものである。
外観検査機（１７）は載置台（１１）、撮像手段（１５）、画像処理部（１６）で構成され、また、紫外線照射装置（３０）は載置台（３１）、紫外線光源（３２）で構成されている。

紫外線照射装置（３０）の載置台（３１）上に、フォトスペーサーや配向制御突起など蛍光発光型樹脂構造物（１３）が形成されたカラーフィルタ（１２）を載置し、カラーフィルタ（１２）の上方より紫外線を照射し蛍光（１８）を発光させる。
十分な照射を行った後に、直ちに白太矢印で示すように、隣接する外観検査機（１７）の載置台（１１）上にカラーフィルタ（１２）を異載し、発光の残光を撮像手段（１５）によって撮像し、画像処理部（１６）で画像処理を行い、蛍光発光型樹脂構造物の形状の良否を判定する。

図１に示す外観検査機においては、例えば、前記カラーフィルタ用の外観検査機に紫外線又はＸ線光源（１４）を付設することにより、或いは図２に示す外観検査機においては、前記カラーフィルタ用の外観検査機に隣接して紫外線照射装置（３０）を配置することにより、容易に本発明による液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法を適用することができる。

フォトスペーサーや配向制御突起などの蛍光発光型樹脂構造物（１３）は透明な感光性樹脂を用いて形成される。感光性樹脂を構成する樹脂としては、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、環化ゴム、ノボラックじ樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、アクリレート樹脂、アクリルエポキシ樹脂、ビスフェノール樹脂などが用いられ、感光基を必要とするものには感光基が付加されている。

感光性樹脂の内、紫外線又はＸ線の照射によって蛍光を発生する感光性樹脂を蛍光発光型樹脂構造物（１３）の形成に用いる際には、その感光性樹脂をそのまま用いてフォトスペーサーや配向制御突起などの蛍光発光型樹脂構造物（１３）を形成してよい。
また、蛍光の発生が十分でない感光性樹脂、或いは蛍光の発生がない感光性樹脂を蛍光発光型樹脂構造物（１３）の形成に用いる際には、その感光性樹脂に無機系蛍光体を添加して用いる。

無機系蛍光体としては、紫外線又はＸ線の照射によって可視領域の発光をするものであれば特に限定されない。
無機系蛍光体としては、例えば、ＢａＭｇ₂Ａ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ²⁺、Ｍｎ²⁺ＣｅＭｇＡｌ₁₁Ｏ₁₉Ｔｂ²⁺などのアルミン酸塩系蛍光体は青〜緑の安定した発光が高効率で得られる。

本発明における液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において用いられる外観検査機を模式的に示す説明図である。本発明における液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において用いられる外観検査機の他の例を模式的に示す説明図である。フォトスペーサーが形成された液晶表示装置用カラーフィルタの部分断面図である。液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した平面図である。図４に示すカラーフィルタのＸ−Ｘ’線における断面図である。ＭＶＡ−ＬＣＤの断面を模式的に示した説明図である。（ａ）、（ｂ）は、ＭＶＡ−ＬＣＤに用いられるカラーフィルタの一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。（ａ）、（ｂ）は、別な一例の一画素を拡大して示す平面図、及び断面図である。（ｃ）は、一画素が無限に分割された説明図である。

符号の説明

４、７、８、・・・カラーフィルタ
１１、３１・・・載置台
１２・・・本発明におけるカラーフィルタ
１４・・・紫外線又はＸ線光源
１５・・・撮像手段
１６・・・画像処理部
１３・・・蛍光発光型樹脂構造物
１７・・・カラーフィルタ用の外観検査機
４０・・・ガラス基板
４１・・・ブラックマトリックス
４１Ａ・・・ブラックマトリックスのマトリックス部
４１Ｂ・・・ブラックマトリックスの額縁部
４２・・・着色画素
４３・・・透明導電膜
４４・・・フォトスペーサー
８０・・・ＭＶＡ−ＬＣＤ
２１・・・液晶分子
２０・・・ＴＦＴ側基板
２２ａ、２２ｂ、２３・・・配向制御突起
８３、９３・・・配向制御突起

Claims

液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法において、液晶表示装置用カラーフィルタ上に形成された蛍光発光型樹脂構造物に紫外線又はＸ線を照射することによって蛍光を発生させ、該蛍光を撮像して画像処理し、上記蛍光発光型樹脂構造物の形状の良否を判定することを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法。
前記蛍光発光型樹脂構造物がフォトスペーサーであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法。
前記蛍光発光型樹脂構造物が配向制御突起であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置用カラーフィルタの検査方法。