JP2006284217A - カラーフィルタの外観検査方法及び外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査において、反射率の低い着色画素へ照射する検査光を特に強くすることなく、異物の良否の識別を反射率の高い着色画素における異物の良否の識別と同様な精度で行うことができるカラーフィルタの外観検査方法及び外観検査装置を提供すること。
【解決手段】検査カメラへ入射する反射光Ｒｅ３として、カラーフィルタ表面からの反射光Ｒｅ１と、カラーフィルタを透過してカラーフィルタ裏面側の光反射体で垂直に反射した反射光Ｒｅ１’を用いること。カラーフィルタ裏面側に、カラーフィルタ表面からカラーフィルタを透過した光源からの光を垂直に反射させる光反射体１６を設けたこと。
【選択図】図６

Description

本発明は、カラーフィルタの外観検査に関するものであり、特に、液晶表示装置用カラーフィルタの反射率の低い着色画素上の欠陥を容易に識別することのできるカラーフィルタの外観検査方法及び外観検査装置に関する。

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あり着色画素の形状を正方形としている。また、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（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）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外観上の欠陥は、１）パターン不良、２）異物付着（黒欠陥）、３）色ムラ、４）傷汚れに大別される。１）パターン不良の内訳は、ａ）パターン欠けとしての、ブラックマトリックスの欠け、着色画素の白抜け（ピンホール）、着色画素のハーフ白抜け、透明導電膜の抜け（ピンホール）などと、ｂ）パターン残りとしての、ブラックマトリックスの残り、着色画素の残りなどに区分される。

これらの欠陥項目の検査は、各製造工程毎に行われることが多い。例えば、ブラックマトリックスの形成後には、ブラックマトリックスの製造中に発生したブラックマトリックスの欠け、ブラックマトリックスの残りなどの項目の検査が行われる。また着色画素の形成後には、着色画素の製造中に発生した着色画素の白抜け（ピンホール）、着色画素のハーフ白抜け、着色画素の残り、異物付着（黒欠陥）、色ムラなどの項目の検査が行われる。

上記着色画素の形成後に行われる検査は、透過光によるカラーフィルタの透過検査と反射光による反射検査の２種の検査で構成されている。透過検査による方が欠陥を検出し、良否を識別することが正確、容易な欠陥には透過検査が行われる。また、反射検査による方が欠陥を検出し、良否を識別することが正確、容易な欠陥には反射検査が行われる。すなわち、各欠陥の性状により透過検査又は反射検査が行われる。

着色画素の形成後に行われる検査の内、透過検査による外観検査では、上記欠陥項目の内、着色画素の白抜け（ピンホール）、異物付着（黒欠陥）、色ムラ、傷汚れなどの検査が行われる。また反射検査による外観検査では、着色画素のハーフ白抜け、異物付着（黒欠陥）などの検査が行われる。
尚、上記着色画素の形成後に行われる検査においては、検査する欠陥項目、良否を識別する水準などは、品目によって適宜に設定して行われる。

図１は、着色画素の形成後に行われる反射検査にて用いられる検査装置の一例の概略を示す説明図である。図１に示すように、この検査装置は、載置台（１１）、ハーフミラー（１２）、光源（１３）、検査カメラ（１４）、画像処理部（１５）で構成されている。この検査装置を用いた検査方法について、異物付着（黒欠陥）を例にとり説明する。光源（１３）から射出された検査光を、ハーフミラー（１２）を介して載置台（１１）に載置されたカラーフィルタ（１０）表面に、上方から垂直に照射する。カラーフィルタ（１０）表面で反射した反射光をハーフミラー（１２）を介して検査カメラ（１４）で受光させ、画像処理部（１５）で処理を行い異物付着（黒欠陥）の良否を識別する、といった検査方法である。

異物付着（黒欠陥）は、赤色、緑色、青色のフィルタ機能を有する着色画素の製造中に、各色の着色画素上に付着した異物、例えば、他色のフォトレジスト微片、自色のフォトレジスト微片、装置内で発生した塵埃、工程内で浮遊する塵埃などである。これらの好ましくない異物が付着すると、その部分の濃度は高くなり、黒く観視されるので黒欠陥と称している。

図２（ａ）は、検査カメラ（１４）に撮像されたカラーフィルタ画像の一例を模式的に示す説明図である。図２（ａ）に示すように、被検査体としてのカラーフィルタは、ブラックマトリックス（２１）が形成され外観検査の終了したガラス基板上に、赤色、緑色、青色の着色画素（２２）が形成された状態のものである。各色の着色画素（２２）は、その各々が、図２（ａ）中、Ｘ軸方向に連続して配設されている。またＹ軸方向には、その各色の連続した列が赤色、緑色、青色の順に繰り返し配設されている。

この検査装置は、異物付着（黒欠陥）がランダムに発生することを前提にして、隣接する着色画素（２２）を比較して欠陥を検出する比較方式を採用したものである。図２（ａ）中、左端の赤色の着色画素（Ｐ１）の特定箇所（Ｓ１）の明るさ（検査カメラへ入射する反射光の強さ）と、隣接する赤色の着色画素（Ｐ２）の特定箇所（Ｓ１）の明るさの差によって異物付着（黒欠陥）の良否を識別する。

１個の着色画素は、複数の領域（Ｓ１〜Ｓｎ）に分割され、先ず、左端の着色画素（Ｐ１）の第一分割領域（Ｓ１）の明るさと、隣接する着色画素（Ｐ２）の第一分割領域（Ｓ１）の明るさを比較し、次に、着色画素（Ｐ１）の第二分割領域（Ｓ２）の明るさと、着色画素（Ｐ２）の第二分割領域（Ｓ２）の明るさを比較し、続いて、着色画素（Ｐ１）と着色画素（Ｐ２）の第三分割領域（Ｓ３）〜第ｎ分割領域（Ｓｎ）の比較を順次に行い、着色画素（Ｐ１）に対する着色画素（Ｐ２）の異物付着（黒欠陥）の良否を識別する。

検査カメラ（１４）には光検出素子として、例えば、ラインセンサーが装着されており、赤色については、着色画素（Ｐ１）と着色画素（Ｐ２）の第一分割領域（Ｓ１）〜第ｎ分割領域（Ｓｎ）の明るさの比較、着色画素（Ｐ２）と着色画素（Ｐ３）の第一分割領域（Ｓ１）〜第ｎ分割領域（Ｓｎ）の明るさの比較、・・・順次に、着色画素（Ｐｍ−１）と着色画素（Ｐｍ）の第一分割領域（Ｓ１）〜第ｎ分割領域（Ｓｎ）の明るさの比較を白太矢印で示すＸ軸方向へ行う。
同様に、緑色、青色についても上記の検査を行うことによって、カラーフィルタ全面の異物付着（黒欠陥）の検査を行う。
尚、光検出素子がラインセンサーの際には、検査カメラ（１４）にはＹ軸方向への走査が必要となる。

図２（ｂ）は、着色画素（Ｐ２）に異物付着（黒欠陥）（２４）が有る場合の説明図である。図２（ｂ）に示すように、着色画素（Ｐ１）の第一分割領域（Ｓ１）の明るさは、異物付着（黒欠陥）（２４）がないので、正常な明るさであるのに対し、着色画素（Ｐ２）の第一分割領域（Ｓ１）には異物付着（黒欠陥）（２４）が有るために、その明るさは低いものとなる。
この明るさの差が、予め設定した閾値以上であるとき、着色画素（Ｐ２）は異物付着（黒欠陥）の不良と識別される。

図３は、着色画素（２２）からの反射光と、付着した異物（２４）からの反射光を説明する断面図である。図３は、１個の着色画素の部分を表しており、検査光がカラーフィルタの上方からカラーフィルタ表面を垂直に照射している状態を示したものである。尚、矢印の長さは、光の強さを表している。
図３に示すように、カラーフィルタ表面を垂直に照射する検査光（Ｉ₀ ）は、着色画素（２２）の表面で、その一部は反射して反射光（Ｒｅ１）となって検査カメラへ（１４）達する。また、その一部は着色画素（２２）を透過して透過光（Ｔｒ１）となって下方のガラス基板（２０）外へと射出する。

一方、付着した異物（２４）の表面では、カラーフィルタ表面を垂直に照射する検査光（Ｉ₀ ）は、その一部は反射して反射光（Ｒｅ２）となって検査カメラへ達する。また、その一部は異物（２４）及び着色画素（２２）を透過して透過光（Ｔｒ２）となって下方のガラス基板（２０）外へと射出する。
一般に、カラーフィルタにおいては、着色画素（２２）の表面で反射した反射光（Ｒｅ１）と比較して、異物（２４）の表面で反射した反射光（Ｒｅ２）は弱い（Ｒｅ１＞Ｒｅ２）。着色画素の表面は明るく、異物の表面は暗い。すなわち、異物（２４）の反射率は低い。
また、着色画素（２２）を透過した透過光（Ｔｒ１）と比較して、異物（２４）及び着色画素（２２）を透過した透過光（Ｔｒ２）は弱い（Ｔｒ１＞Ｔｒ２）。
すなわち、異物（２４）の透過率は低いものである。

上記検査装置において、カラーフィルタを載置する載置台（１１）は光反射性を有しないので、検査カメラ（１４）へは、着色画素（２２）の表面で反射した強い反射光（Ｒｅ１）と、異物（２４）の表面で反射した弱い反射光（Ｒｅ２）が入射する。この両反射光によって、前記特定箇所における異物付着（黒欠陥）の良否の識別がなされることになる。
検査の際に、例えば、正常な着色画素の明るさ（検査カメラへ入射する反射光の強さ）を１００とし、不良と識別する異物（２４）の明るさの閾値を７０に設定すると、すなわち、正常と不良との差を３０に設定すると、本検査装置においては明るさが１００−３０（＝７０）以下の特定箇所を不良と識別することができるものとなる。

しかしながら、カラーフィルタを構成する赤色、緑色、青色の着色画素の内、例えば、青色の着色画素の反射率が赤色、緑色の着色画素に比較して反射率は低い（前記反射光（Ｒｅ１）が弱い）際に、例えば、赤色の着色画素の反射率を１００としたとき、青色の着色画素の反射率は略７５程度であるとし、上記のように、正常と不良との差を３０に設定すると、正常な青色の着色画素の明るさが７５であるので、本検査装置においては、異物（２４）の明るさが７５−３０（＝４５）以下の場合において不良と識別することができるものとなってしまう。すなわち、明るさが７０〜４５の間の、本来は不良と識別すべき特定箇所を良と識別してしまうといった問題がある。

このような問題に対応する方法としては、例えば、光源の輝度を上げ、カラーフィルタ表面を照射する検査光を強くすることが容易に考えられる。しかし、カラーフィルタ表面を照射する検査光を強くして、青色の着色画素からの反射光を十分に強くすると、同時に赤色、緑色の着色画素からの反射光は必要以上に強くなってしまう。赤色、緑色の着色画素からの反射光の増加は、光検出素子の動作を不安定なものとし、疑似欠陥を発生させてしまうといった別な問題が生じることになる。
特開平８−９４４９３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、垂直落射照明による検査装置を用いたカラーフィルタの外観検査において、例えば、カラーフィルタを構成する青色の着色画素の反射率が低い際に、青色の着色画素へ照射する検査光を特に強くすることなく、青色の着色画素における欠陥の良否の識別を反射率の高い、例えば、赤色、緑色の着色画素における欠陥の良否の識別と同様な精度で行うことができるカラーフィルタの外観検査方法を提供することを課題とするものである。
また、例えば、カラーフィルタを構成する青色の着色画素の反射率が低い際に、青色の着色画素へ照射する検査光を特に強くすることなく、青色の着色画素における欠陥の良否の識別を反射率の高い、例えば、赤色、緑色の着色画素における欠陥の良否の識別と同様な精度で行うことができるカラーフィルタの外観検査装置を提供することを課題とする。

本発明は、垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査方法において、検査カメラへ入射する反射光として、カラーフィルタ表面からの反射光と、カラーフィルタを透過してカラーフィルタ裏面側の光反射体で垂直に反射した反射光を用いることを特徴とするカラーフィルタの外観検査方法である。

また、本発明は、垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査装置において、カラーフィルタ裏面側に、カラーフィルタ表面からカラーフィルタを透過した光源からの光を垂直に反射させる光反射体を設けたことを特徴とするカラーフィルタの外観検査装置である。

本発明は、検査カメラへ入射する反射光として、カラーフィルタ表面からの反射光と、カラーフィルタを透過してカラーフィルタ裏面側の光反射体で垂直に反射した反射光を用いた、垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査方法であるので、例えば、青色の着色画素の反射率が低い際に、青色の着色画素へ照射する検査光を特に強くすることなく、青色の着色画素における欠陥の良否の識別を反射率の高い、他色の着色画素における欠陥の良否の識別と同様な精度で行うことができるカラーフィルタの外観検査方法となる。

また、本発明は、カラーフィルタ裏面側に、カラーフィルタ表面からカラーフィルタを透過した光源からの光を垂直に反射させる光反射体を設けた、垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査装置であるので、例えば、青色の着色画素の反射率が低い際に、青色の着色画素へ照射する検査光を特に強くすることなく、青色の着色画素における欠陥の良否の識別を反射率の高い、他色の着色画素における欠陥の良否の識別と同様な精度で行うことができるカラーフィルタの外観検査装置となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図６は、着色画素の形成後に行われる反射検査にて用いられる、本発明による検査装置の一例の概略を示す説明図である。図６に示すように、本発明による検査装置は、載置台（１１）、ハーフミラー（１２）、光源（１３）、検査カメラ（１４）、画像処理部（１５）、及び光反射体（１６）で構成されている。光反射体（１６）は、載置台（１１）の上面に設けられている。カラーフィルタ（１０）は、この光反射体（１６）上に載置される。

本発明によるカラーフィルタの外観検査方法、例えば、異物付着（黒欠陥）の検査方法は、上記検査装置を用い、光源（１３）から射出された検査光を、ハーフミラー（１２）を介して載置台（１１）に載置されたカラーフィルタ（１０）表面に、上方から垂直に照射する。カラーフィルタ（１０）表面で反射した反射光をハーフミラー（１２）を介して検査カメラ（１４）で受光させる。このカラーフィルタ（１０）表面で反射した反射光に加えて、カラーフィルタを透過してカラーフィルタ裏面側の光反射体（１６）で垂直に反射した反射光をもハーフミラー（１２）を介して検査カメラ（１４）で受光させる。
この両反射光を画像処理部（１５）で処理を行い、例えば、異物付着（黒欠陥）の良否を識別する、といった検査方法である。

すなわち、検査カメラへ入射する反射光として、カラーフィルタ表面からの反射光と、カラーフィルタを透過してカラーフィルタ裏面側の光反射体（１６）で垂直に反射した反射光を用いることを特徴としている。

図７は、本発明によるカラーフィルタの外観検査方法における、着色画素（２２）からの反射光と、付着した異物（２４）からの反射光を説明する断面図である。図７は、前記図３と同様に、１個の着色画素の部分を表しており、検査光がカラーフィルタの上方からカラーフィルタ表面を垂直に照射している状態を示したものである。尚、矢印の長さは、光の強さを表している。
図７に示すように、カラーフィルタ表面を垂直に照射する検査光（Ｉ₀ ）は、着色画素（
２２）の表面で、その一部は反射して反射光（Ｒｅ１）となって検査カメラへ（１４）達する。また、その一部は着色画素（２２）を透過して透過光（Ｔｒ１）となって下方のガラス基板（２０）外へと射出する。

この透過光（Ｔｒ１）は、カラーフィルタ裏面側に設けられた光反射体（１６）によって垂直に反射され反射光（Ｒｅ１’）となって検査カメラへ（１４）へ達する。すなわち、着色画素（２２）からの反射光は、着色画素（２２）の表面での反射光（Ｒｅ１）に、光反射体（１６）での反射光（Ｒｅ１’）が加算された反射光（Ｒｅ３）であり、この加算された反射光（Ｒｅ３）が検査カメラ（１４）へ入射する。

一方、付着した異物（２４）の表面では、カラーフィルタ表面を垂直に照射する検査光（Ｉ₀ ）は、その一部は反射して反射光（Ｒｅ２）となって検査カメラへ達する。また、その一部は異物（２４）及び着色画素（２２）を透過して透過光（Ｔｒ２）となって下方のガラス基板（２０）外へと射出する。
しかし、異物（２４）の反射率は低いので、着色画素（２２）の表面で反射した反射光（Ｒｅ１）と比較して、異物（２４）の表面で反射した反射光（Ｒｅ２）は弱い。また、異物（２４）の透過率は低いので、着色画素（２２）を透過した透過光（Ｔｒ１）と比較して、異物（２４）及び着色画素（２２）を透過した透過光（Ｔｒ２）は弱い。
従って、透過光（Ｔｒ２）は光反射体（１６）において反射され反射光（Ｒｅ２’）となるわけであるが、この反射光（Ｒｅ２’）の強さは微小なものである。

本発明による検査装置においては、カラーフィルタを載置する載置台（１１）上に光反射体（１６）が設けられているので、検査カメラ（１４）へは、着色画素（２２）からは着色画素（２２）の表面で反射した強い反射光（Ｒｅ１）に、光反射体（１６）で反射した強い反射光（Ｒｅ１’）が加算された反射光（Ｒｅ３）が入射する。
また、異物（２４）からは異物（２４）の表面で反射した弱い反射光（Ｒｅ２）が入射する。光反射体（１６）で反射した反射光（Ｒｅ２’）は微小である。

従って、前記赤色の着色画素の反射率を１００としたとき、例えば、青色の着色画素の反射率が７５程度であっても、正常と不良との差を３０に設定すると、正常な青色の着色画素の明るさが７５以上の１００に近づくので、異物（２４）の明るさが７０〜４５の間の、本来は不良と識別すべき特定箇所を正確に不良と識別することができるものとなる。

尚、上述した説明は、検査項目として異物付着（黒欠陥）を例に説明を加えたが、着色画素のハーフ白抜けなど反射検査によって行われる他の検査項目についても容易に行うことができる。
着色画素のハーフ白抜けは、着色画素の一部分が薄くなった状態の欠陥を指している。この欠陥は透過検査にては良否の識別が困難なものであるが、反射検査によると容易に良否の識別ができるものである。
また、上述した説明は、反射率の低い着色画素として青色の着色画素を例としたが、青色の着色画素に限定されるものではない。

着色画素の形成後に行われる反射検査にて用いられる検査装置の一例の概略を示す説明図である。 （ａ）は、検査カメラに撮像されたカラーフィルタ画像の一例を模式的に示す説明図である。（ｂ）は、着色画素に異物付着（黒欠陥）が有る場合の説明図である。 着色画素からの反射光と、付着した異物からの反射光を説明する断面図である。 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。 本発明による検査装置の一例の概略を示す説明図である。 本発明における、着色画素からの反射光と、付着した異物からの反射光を説明する断面図である。

符号の説明

４、１０・・・カラーフィルタ
１１・・・載置台
１２・・・ハーフミラー
１３・・・光源
１４・・・検査カメラ
１５・・・画像処理部
１６・・・光反射体
２０、４０・・・ガラス基板
２１、４１・・・ブラックマトリックス
２２、４２・・・着色画素
２４・・・異物付着（黒欠陥）
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
４３・・・透明導電膜
Ｉ₀ ・・・カラーフィルタ表面を垂直に照射する検査光
Ｐ１・・・左端の赤色の着色画素
Ｐ２・・・Ｐ１に隣接する赤色の着色画素
Ｒｅ１・・・着色画素の表面で反射した反射光
Ｒｅ１’・・・透過光（Ｔｒ１）が光反射体によって反射された反射光
Ｒｅ２・・・異物の表面で反射した反射光
Ｒｅ２’・・・透過光（Ｔｒ２）が光反射体によって反射された反射光
Ｒｅ３・・・反射光（Ｒｅ１）に反射光（Ｒｅ１’）が加算された、着色画素から検査カメラへ入射する反射光
Ｓ１〜Ｓｎ・・・着色画素内の分割領域
Ｔｒ１・・・着色画素を透過した透過光
Ｔｒ２・・・異物及び着色画素を透過して透過光

Claims (2)

1. 垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査方法において、検査カメラへ入射する反射光として、カラーフィルタ表面からの反射光と、カラーフィルタを透過してカラーフィルタ裏面側の光反射体で垂直に反射した反射光を用いることを特徴とするカラーフィルタの外観検査方法。
2. 垂直落射照明によるカラーフィルタの外観検査装置において、カラーフィルタ裏面側に、カラーフィルタ表面からカラーフィルタを透過した光源からの光を垂直に反射させる光反射体を設けたことを特徴とするカラーフィルタの外観検査装置。

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