JP2007003364A - カラーフィルタの検査装置、および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 カラーフィルタの着色画素層上のオーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）を高精度に検出する。
【解決手段】 本発明の検査装置は、プレート３０の表面に対してほぼ垂直な上方に置かれた光源３４であって、カラーフィルタ３２の着色微粒子の色に対応する輝線スペクトルを出力する光源３４と、プレート表面に対して斜め上方向に置かれ、検査時にプレート３０上のカラーフィルタ３２からの反射光を受光するための受光器３６であって、光源の輝線スペクトルに対応する分光感度を有する受光器３６と、受光器が出力する、前記分光感度に対応する色信号を用いて、その色の輝度分布を作成することにより、オーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）を検出するための検出手段４４を備えているところに特徴がある。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般的には、カラーフィルタの検査装置および検査方法に関し、より詳細には、カラーフィルタを構成するオーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）を検出するための検査装置及び検査方法に関する。

液晶カラーディスプレイなどに使用されるカラーフィルタは、一般にガラスなどの透明基板上に形成された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の三原色の着色画素部(アレイ)を有する。この着色画素アレイの製造方法として、大きく分けて、染色法、顔料分散法、印刷法、電着法の四種類がある。この四つの中で、性能および製造コストの観点で、顔料分散法が優れており、現在広く使われている。また、将来にわたってもその広い使用が期待される。

顔料分散法では、基板上にスピンコータやダイコータを用いてカラーレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術を用いてそのカラーレジスト層をパターン化する。このプロセスを各色について順番に（例えばＲ−＞Ｇ−＞Ｂ）実行して、三色（ＲＧＢ）の着色画素アレイを形成する。この場合、二番目に塗布されるカラーレジスト（例えばＧ）は、一番目のカラーレジスト（例えばＲ）パターンの影響を受けて、その厚さにムラ（塗布ムラ）が生ずる。三番目のカラーレジスト（Ｂ）の厚さも同様に下地の二色のパターンの影響を受けて不均一になる。カラーレジスト層の厚さは光の分光特性に影響を与える。したがって、その厚さはできるだけ均一であることが望ましい。

着色画素アレイ上には保護層としてオーバーコート層を、同様にコータを用いて塗布する。このオーバーコート層の表面はできるだけ平坦である必要がある。その理由は、オーバーコート層の表面が平坦でない（凹凸がある）場合、後工程の液晶封入を隅々まで均一に精度良くおこなうことができないからである。しかし、オーバーコート層の塗布は、その下地である着色画素アレイの影響を受けて、塗布ムラを生じやすい。その結果、オーバーコート層の表面が平坦でなくなってしまう場合がある。

このように、カラーフィルタを構成するカラーレジスト層およびオーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）の管理は重要であるにも係らず、それらの層の平坦性（塗布ムラ）を精度良く検査できる装置は今まで存在しない。その検査は熟練した検査者による目視検査に頼っているのが現状である。

関連する先行技術文献情報として、例えば、日本国の公開特許公報、特開平09-126948には、カラーフィルタの表面のキズやムラを検査する方法が開示されている。この公報の方法は、基板を等速度で回転させながらカラーフィルタからの反射光を測定することにより、カラーフィルタの画素端部を擬似欠陥として検出してしまうことを防ぐことを特徴している。しかし、この公報の方法では、顔料分散法に固有なカラーレジスト層およびオーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）の検出については何ら開示していない。
特開平09-126948号公報

本発明の目的は、カラーフィルタの着色画素層上のオーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）を高精度に検出することである。

本発明の目的は、カラーフィルタのオーバーコート層下の着色画素層の厚さのバラツキ（表面のムラ）を高精度に検出することである。

本発明のカラーフィルタの検査装置は、特に、
プレート表面に対してほぼ垂直な上方に置かれた光源であって、カラーフィルタの着色微粒子の色に対応する輝線スペクトルを出力する、光源と、
プレート表面に対して斜め上方向に置かれ、検査時にプレート上のカラーフィルタからの反射光を受光するための受光器であって、光源の輝線スペクトルに対応する分光感度を有する受光器と、
受光器が出力する、前記分光感度に対応する色信号を用いて、その色の輝度分布を形成することにより、オーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）を検出するための検出手段と、
を備えているところに特徴がある。

本発明のカラーフィルタの検査装置（方法）は、光源がカラーフィルタの着色微粒子の色に対応する輝線スペクトルを出力し、受光器がその輝線スペクトルに対応する分光感度を有するので、その色についての反射光量を精度良く（高分解能で）検出することができる。その結果、その色を有する画素層の厚さおよびその画素層上の透明なオーバーコート層の厚さのムラ（不均一性）を反射光量（輝度）の分布としてマクロ的に高感度で検出することができる。

本発明の検査装置について、図面を参照しながら説明する。最初に、本発明の検出原理について説明する。図１は本発明の検出原理を説明するための模式図（断面図）である。表面にブラック・マトリックス層１２が設けられた透明な基板１０上に三色（ＲＧＢ）の着色画素層１４が形成されている。着色画素層１４は顔料分散法で形成される。顔料分散法では、透明な樹脂（ＰＶＡやアクリル系樹脂）に着色剤として顔料（着色）の微粒子を均一に分散させたカラーレジストを用いる。基板１０上にスピンコータやダイコータを用いてカラーレジストを塗布する。カラーレジストを半硬化（プリベーク）させた後、フォトリソグラフィ技術（露光、現像）を用いてそのカラーレジスト層をパターン化する。このプロセスを各色について順番に（例えばＲ−＞Ｇ−＞Ｂ）実行して、三色（ＲＧＢ）の着色画素層（アレイ）１４を形成する。その後、透明な樹脂からなるオーバーコート層１６を設ける。

カラーレジスト中の着色微粒子の色に対応する輝線スペクトルを含む光１８を基板１０の上方向から照射する。図１では、例えば緑（Ｇ）の輝線スペクトルを含む光を照射するものとする。照射光１８はカラーレジスト層１４とオーバーコート層１６の間で干渉し、オーバーコート層１６の表面から反射光として出てくる。本発明ではオーバーコート層１６の表面から斜め上方に向かって反射する光２０を利用する。

カラーレジスト中の顔料粒子はその粒径が約0.07〜0.3μmである。その粒径は可視光の波長（0.4〜0.6μm)と同程度から十分の一の大きさである。したがって、反射光２０は顔料粒子からのミー散乱光となる。ミー散乱とは、光の波長とエネルギーは変化せず（弾性散乱）、光の進行方向が変化する現象（散乱）を意味する。ミー散乱光である反射光２０は指向性を持つ。本発明はこの顔料粒子の粒子径と照射光の波長の関係に着目し、指向性のある反射光２０（ミー散乱光）を利用することを特徴とする。すなわち、指向性のある反射光２０（ミー散乱光）を受光器で受光する。

照射光１８は緑（Ｇ）の輝線スペクトルを含んでいるので、緑のカラーレジストからの反射光の量（強さ）は、他の赤や青のカラーレジストからの反射光の量（強さ）よりも大きい。この緑の反射光を受光器（図示なし）で受光する。受光器は緑の光のスペクトルに対応する分光感度を有している。したがって、受光器は緑のカラーレジストからの反射光をより多く（高分解能で）検出する。すなわち、緑の着色画素に緑の光を照射し、その反射光を緑の分光感度を有する受光器で受光することにより、他の色の光を含むノイズとなる光成分を除去することができる（高Ｓ／Ｎ実現）。赤や青などの他の色（光）に着目する場合も同様である。

受光器で検出される緑の光の量は、緑のカラーレジスト１４の厚さのムラ（ばらつき）およびオーバーコート層１６の厚さのムラ（ばらつき）の影響を受けて変化する。この緑の反射光の量を基板全体で測定し、その輝度分布として表示することにより、基板全体での緑のカラーレジスト１４の厚さのムラ（ばらつき）およびオーバーコート層１６の厚さのムラ（ばらつき）の分布（マップ）を得ることができる。すなわち、基板内のカラーレジストとオーバーコート層の厚さのバラツキを観察することができる。

ここで、緑のカラーレジストが最初に形成されていた場合、その厚さのムラは、２番目、３番目に形成される赤、青のレジストに比べて、小さい。その理由は、先に形成されたカラーレジスト・パターンの影響を受けないからである。したがって、この場合、反射光２０はオーバーコート層１６の厚さのムラ（表面の平坦性）をより大きく反映する。言い換えれば、オーバーコート層１６の厚さのムラを精度良く検出することが可能となる。二番目、三番目のカラーレジストに対応する赤や青のスペクトルを含む光を利用する場合は、オーバーコート層１６の厚さのムラのみならず、赤、青のレジストの厚さのムラの影響を含んだムラ情報を得ることになる。以上が、本発明の検出原理の概要である。なお、以上の説明は緑（G）の輝線スペクトルを利用する場合を例にとり説明したが、赤または青の輝線スペクトルを利用する場合も同様である。また、照射光１８は１つの色の輝線スペクトルのみを含む場合、または２色以上の輝線スペクトルを含む場合のいずれの場合であてもよい。

図２は本発明の検出装置の構成を示す断面図である。プレート３０上に検査対象のカラーフィルタ３２を設置する。カラーフィルタ３２は図１の符号５の構成と同様な構成を有する。プレート３０の表面に対してほぼ垂直な上方に光源３４がある。プレート３０はプレート移動機構（図示なし）によって、水平方向（Ｘ、Ｙ）に移動可能となっている。プレート３０を移動させることにより、光源３４によるカラーフィルタ３２の照射範囲を変えることができる。プレート３０の表面に対して斜め上方向に受光器３６を置く。受光器３６は移動機構３７によって、レール３８上を移動する。受光器３６の出力はケーブル４０を介して検出手段４２に接続する。

光源３４はカラーフィルタ３２の表面の領域（Ｗ）を照射する。光源は、着色微粒子の色に対応する少なくとも一つの輝線スペクトルを有する。光源としては、蛍光灯、放電管などが良い。図３は蛍光灯のスペクトルの一例である。図３の蛍光灯は単一の緑の輝線スペクトルを有する。輝線スペクトルのピークは５４０ｎｍ付近である。図４は、青、緑、赤の三つの輝線スペクトルを有する蛍光灯の例である。輝線スペクトルのピークは、４３０、５４０、６２０ｎｍ付近である。輝線スペクトルの半値幅は１５〜３０ｎｍの範囲が好ましい。その理由は、半値幅が狭すぎると、余計な干渉光が多くなって検出感度が低下するからである。また、半値幅が広すぎると、余計な散乱光が多くなって検出感度が低下するからである。同様な理由から、受光器３６の輝線スペクトル以外の他の波長感度はできるだけ低いほうが良い。

受光器３６は、光源の輝線スペクトルに対応する分光感度を有する。例えば、図３の蛍光灯を用いる場合は、緑の輝線スペクトルに対して感度が大きいことが求められる。また、図４の場合は、３つの輝線スペクトルの少なくとも１つ以上について感度が大きい必要がある。受光器としてはライン・センサ・カメラが望ましい。ＣＣＤを用いたカラー・ライン・スキャン・カメラはその一例である。一枚板（一つのＣＣＤ）または３枚板（３つのＣＣＤ）のいずれの方式であってもよい。図３の蛍光灯の場合は、緑の一枚板を使用するカメラで十分である。図４の蛍光灯の場合は、一枚板または３枚板のいずれの方式であってもよい。図５に３枚板方式のカラー・ライン・スキャン・カメラの分光感度の一例を示す。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色（分光感度）に一つのＣＣＤが対応する。

受光器３６の移動機構としては、レール３８に沿って受光器を移動できるものであれば、手動式あるいは自動式いずれであってもよい。図２の移動機構３７は受光器３６と一体的に設置され、検出手段４２により制御される。受光器３６は、レール３８上を移動しながら、カラーフィルタの表面に対する角度θを変える。受光器３６はカラーフィルタ３２からの正反射光を受光しない位置に配置される。すなわち、光源の照射範囲Ｗから距離αだけ離れた位置に、受光器からの中心線４６が来るようにする。そして、角度θは受光器の感度が良好になるように決められる。

検出手段４２は、ケーブル４０を介して受光器３６の出力信号を受信する。検出手段４２は、受光器３６の出力信号中の受光器の分光感度の一つに対応する色信号を用いて、その色の輝度（濃淡、明暗）によってカラーフィルタ（画素アレイ）の画像マップを形成する。画像マップは基板上の輝度分布をグラフとして表してもよい。基板全体の情報が一度に得られない場合は、検出手段内部のメモリに輝度情報を順次蓄積する。そして、基板全体の測定が終わった段階で、輝度情報は処理されて、画像マップまたは輝度分布グラフとしてデイスプレイ４２に表示される。画像マップの濃淡（明暗）または輝度分布グラフの変動により、カラーフィルタのオーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）が検出できる。画像の明るさ（輝度）変化する箇所がムラのある箇所である。検出手段４２は移動機構３７の制御もおこなう。検出手段４２は、検出感度が良好になるように、移動機構を制御して、受光器３６の位置を最適化する。

図３のような単色の光源とその色に対応する一枚のＣＣＤを有するカメラを使用する場合は、その色の輝度信号がカメラの出力信号として出力される。したがって、その出力信号を処理して画像マップ（輝度分布）を作成する。一方、図４のような複数の輝線スペクトルを有する光源と複数のＣＣＤを有するカメラを使用する場合は、カメラの出力信号をそのまま用いることができない場合がある。その理由は、通常その出力信号は複数の色の合成された信号となっているからである。本発明で必要なのは特定の着色画素の色に対応する色信号なので、その対応する色信号の情報のみを分離して取得する必要がある。ただし、３枚板のＣＣＤの各々から出力を画像処理回路で合成する方式の場合は、合成前の各ＣＣＤの出力を取り出して使用すればよい。

合成前のＣＣＤ出力を取得できない場合は、図６に示す分離フローにしたがって、特定の色の情報（輝度）のみを取得して、画像マップ（輝度分布）を作成する。なお、図６のフローは従来からある一般的な色信号の分離手法である。図６のクロミナス信号（Ｃ）とは、彩度と色調の色差（Ｉ、Ｑ）で表されるパラメータである。ここで、色差（Ｉ、Ｑ）と輝度信号（Ｙ）の関係は以下の式で表すことができる。式中のR、G、Bは各色の輝度を意味する。
Y = 0.30R + 0.59G + 0.11B
I = 0.74(R-Y) - 0.27(B-Y)
Q = 0.48(R-Y) + 0.41(B-Y)

図７に本発明の検査方法のフローを示す。（ａ）のカラーフィルタの準備ステップでは、透明な基板上に設けられた着色画素アレイと、着色画素アレイ上のオーバーコート層を備え、各着色画素は着色微粒子が分散された樹脂層からなる、カラーフィルタがプレート３０（図２）上に設置される。（ｂ）の光照射ステップでは、光源３２（図２）により、カラーフィルタの表面に対してほぼ垂直な方向から、前記着色微粒子の色に対応する少なくとも１つの輝線スペクトルを含む光をカラーフィルタへ照射する。（ｃ）の反射光の受光ステップでは、カラーフィルタから反射した光を、前記カラーフィルタの表面に対して斜め上方向に置かれた受光器３６（図２）で受光する。ステップ（ｃ）は、基板の大きさあるいは光の照射範囲に応じて、基板を移動させながら順次繰り返しおこなわれる。（ｄ）の画像マップ作成ステップでは、受光器が出力する色信号から、その色の濃淡を用いたカラーフィルタ（画素アレイ）の画像マップを作成する。

受光器から複数の色信号が別々に取り出せる場合は、ステップ（ｄ）において、受光器の出力信号の中から光源の輝線スペクトルの一つに対応する色信号を選択する。その色信号からその色の輝度（濃淡）を用いて画像マップを作成する。この場合、選択される色信号は、例えば透明な基板上に最初に設けられた着色画素の色に対応する。ただし、最初に設けられた着色画素の色に限られず、２番目以降の色を用いても良い。受光器から複数の色信号が合成された１つの色信号しか取得できない場合は、ステップ（ｄ）において 受光器の出力信号の中から光源の輝線スペクトルの一つに対応する色の輝度信号を分離して取得する。

図８に本発明の装置（方法）により測定された画像マップの一例を示す。図８は緑の色信号から得た画像である。図８はカラーフィルタ中の一つの表示領域（画面）を示している。図８のサンプルでは、表面はオーバーコート層で覆われており、その下に着色画素アレイが配置されている。画面の中央に２本の縦スジがある（矢印部分参照）。この２本の縦スジはオーバーコート層の表面のムラ（塗布ムラ）を示している。この塗布ムラは肉眼による観察ではまったく見ることができない。本発明の装置（方法）によってはじめて明確にスジ（ムラ）として検出できたものである。

図９は図８のＡ−Ａ’ラインでの輝度分布グラフである。上のラインが緑単色の諧調差（輝度分布）である。下のラインはＲＧＢ三色の合成色の諧調差(輝度分布)である。２つのグラフにおいて、２つの破線で指示される谷の部分が、図８の２本の縦スジに対応する。２つの破線の間のピークが、図８の２本の縦スジの間の色の淡い（明るい）部分に対応する。図９で上側の緑単色の場合のほうが、下のＲＧＢ合成色の場合に比べて、ピークがより大きく現れており、より高感度である（Ｓ／Ｎ比がよい）。図１０は図８のＢ−Ｂ’ラインでの輝度分布である。上下のグラフの関係は図９と同様である。２つのグラフで、２つの破線の範囲に図９と同様なピークがある。図１０でも、上側の緑単色の場合のほうが、下側のＲＧＢ合成色の場合に比べて、高感度である（Ｓ／Ｎ比がよい）ことがわかる。このように、諧調差（輝度分布）グラフによって、定量的にかつより明確に、カラーフィルタの表面の塗布ムラの有無およびその位置を検出することができる。

カラーフィルタ５の本発明の検出原理を説明するための模式図（断面図）である。 本発明の検出装置の構成を示す断面図である。 蛍光灯のスペクトルの一例を示す図である。 蛍光灯のスペクトルの一例を示す図である。 ３枚板方式のカラー・ライン・スキャン・カメラの分光感度の一例を示す図である。 色信号からＲ、Ｇ、Ｂの各色の輝度信号を分離するフローを示す図である。 本発明の検査方法のフローを示す図である。 本発明の装置（方法）により得られた画像マップの例を示す図である。 図８のＡ−Ａ‘ラインの輝度データを示す図である。 図８のＢ−Ｂ‘ラインの輝度データを示す図である。

符号の説明

５、３２：カラーフィルタ
１０：透明基板
１２：ブラインド・マスク層
１４：着色画素（ＲＧＢ）
１６：オーバーコート層
１８：照射光
２０：反射光
３０：プレート
３４：光源
３６：受光器（カメラ）
３７：移動機構
３８：レール
４２：ケーブル
４４：検査手段

Claims (18)

1. 透明な基板上に設けられた着色画素アレイと、当該アレイ上のオーバーコート層を備え、各着色画素は着色微粒子が分散された樹脂層からなる、カラーフィルタの検査装置であって、
   カラーフィルタを載せるためのプレートと、
   プレート表面に対してほぼ垂直な上方に置かれた光源であって、着色微粒子の色に対応する少なくとも一つの輝線スペクトルを有する光源と、
   プレート表面に対して斜め上方向に置かれ、検査時にプレート上のカラーフィルタからの反射光を受光するための受光器であって、光源の輝線スペクトルに対応する分光感度を有する受光器と、
   受光器が出力する、前記分光感度の一つに対応する色信号を用いて、当該色の輝度分布を作成することにより、オーバーコート層の表面の平坦性（ムラ）を検出するための検出手段と、
   を備える検査装置。
2. さらに、前記カラーフィルタからの反射光の受光角度が変わるように、前記受光器を移動させるための受光器移動機構を備える、請求項１の検査装置。
3. さらに、前記プレートを水平方向に移動させるためのプレート移動機構を備える、請求項２の検査装置。
4. 前記着色画素アレイは、前記基板上に顔料分散法で形成されたものであり、さらに、前記受光器が出力する前記色信号は、前記基板上に最初に形成された着色画素の色に対応することを特徴とする、請求項１の検査装置。
5. 前記光源は単色の光源であり、前記受光器は当該単色に対応する分光感度を有することを特徴とする、請求項１の検査装置。
6. 前記光源は、前記着色画素の全ての色に対応する輝線スペクトルを有し、さらに、前記受光器は前記輝線スペクトルの各々に対応する分光感度を有することを特徴とする、請求項１の検査装置。
7. 前記光源の輝線スペクトルの半値幅は１５〜３０ｎｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１、５、または６のいずれかの検査装置。
8. 前記光源は蛍光灯を含むことを特徴とする、請求項１、５、または６のいずれかの検査装置。
9. 前記着色画素は赤、緑、青の三種類の画素を含むことを特徴とする、請求項１または６の検査装置。
10. 前記受光器はカラー・ライン・センサ・カメラであることを特徴とする、請求項１の検査装置。
11. 前記受光器は前記カラーフィルタからの正反射光を受光しない位置に配置されることを特徴とする、請求項１または２の検査装置。
12. 前記検出手段は、前記色信号を用いて、当該色の濃淡によってカラーフィルタの画像マップを作成することを特徴とする、請求項１の検査装置。
13. 透明な基板上に設けられた着色画素アレイと、当該アレイ上のオーバーコート層を備え、各着色画素は着色微粒子が分散された樹脂層からなる、カラーフィルタの検査装置であって、
    カラーフィルタを載せるためのプレートと、
    プレート表面に対してほぼ垂直な上方に置かれた光源であって、着色微粒子の色に対応する少なくとも１つの輝線スペクトルを出力する光源と、
    プレート表面に対して斜め上方向に置かれ、検査時にプレート上のカラーフィルタからの反射光を受光するためのカメラであって、光源の輝線スペクトルに対応する分光感度を有するカメラと、
    カラーフィルタの表面に対する受光角度が変わるように、カメラを移動させるためのカメラ移動機構と、
    カメラが出力する、前記光源の輝線スペクトルの一つに対応する色信号を用いて、当該色の濃淡によってカラーフィルタの画像マップを作成する画像処理手段と、
    を備える検査装置。
14. カラーフィルタの表面の平坦性（ムラ）を検査する方法であって、
    （ａ）透明な基板上に設けられた着色画素アレイと、当該アレイ上のオーバーコート層を備え、各着色画素は着色微粒子が分散された樹脂層からなる、カラーフィルタを準備するステップと、
    （ｂ）前記カラーフィルタの表面に対してほぼ垂直な方向から、前記着色微粒子の色に対応する少なくとも１つの輝線スペクトルを含む光を前記カラーフィルタへ照射するステップと、
    （ｃ）前記カラーフィルタからの反射光を、前記カラーフィルタの表面に対して斜め上方向に置かれた受光器で受光するステップであって、前記受光器は前記光源の輝線スペクトルに対応する分光感度を有する、ステップと、
    （ｄ）前記受光器が出力する色信号から、当該色の輝度分布を作成するステップと、を備える検査方法。
15. 前記輝度分布を作成するステップ（ｄ）は、前記受光器の出力信号の中から前記光源の輝線スペクトルの一つに対応する色信号を選択するステップを含む、請求項１４の検査方法。
16. 前記輝度分布を作成するステップ（ｄ）は、前記受光器の出力信号の中から前記光源の輝線スペクトルの一つに対応する色の輝度信号を取得するステップを含む、請求項１４の検査方法。
17. 前記色信号あるいは輝度信号は、前記透明な基板上に最初に設けられた着色画素の色に対応することを特徴とする、請求項１５または１６の検査方法。
18. 前記受光器は前記カラーフィルタからの正反射光を受光しない位置に配置されることを特徴とする、請求項１４の検査方法。