JP2007298278A - 表示装置用検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡易な装置構成で、かつ比較的短時間で表示装置の色調の検査を行う。
【解決手段】集光光学系９と、走査光学系３と、回折格子型光制御素子５と、光学レンズ６と、光検出素子７とを有して成り、表示装置１０からの画像光を集光光学系９及び走査光学系３により選択的に回折格子型光制御素子５に入射させ、この回折格子型光制御素子５において選択的に入射された画像光の一部を回折し、その回折光を、光学レンズ６を介して光検出素子７により検出して画像光を分光する。回折角度の波長依存性を利用して、画素毎の分光を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種表示装置の色調を検査する表示装置用検査装置に関する。

現在、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイや液晶ディスプレイ等の各種の表示装置において、その色調の検査工程に簡便に利用可能な分光機能を有する検査装置が求められている。
色の測定には、従来、分光測定器、カラーフィルターを用いるマルチスペクトルカメラなどがある。一般的な分光測定器は、ポイント測定を行うものであることから、表示面全体を分光測定するには不向きであり、移動機構を設けて測定する必要があるため、検査に時間がかかるという不都合がある。
また、マルチスペクトルカメラとして、３刺激値ＸＹＺフィルターなどの各種フィルターを用いて撮像デバイスにより色を検出する構成のものが提案されているが、現状では色選別フィルターを精度よく作製することが難しいため、分光器に比べ精度が落ちるという不都合がある。また、フィルター切り替えの時間も要することから、上述したような表示装置の検査用として利用することは難しい。
これに対し、回折格子を用いることにより、回折角度の波長依存性を利用して分光を行う技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特公平７−１２０６号公報

しかしながら、上記特許文献１に提案されている分光装置においては、被検査体からの光を回折格子によって回折させて、スリットを介して光検出素子において検出する構成であることから、上述したような表示装置の色調を検査するためには、回折格子に照射する光を選択的に分割する必要があり、表示装置用の色調の検査装置としては適さない。

以上の問題に鑑みて、本発明は、比較的簡易な装置構成で、かつ比較的短時間で表示装置の色調の検査を行う表示装置用検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明による表示装置用検査装置は、集光光学系と、走査光学系と、回折格子型光制御素子と、光学レンズと、光検出素子とを有して成り、表示装置からの画像光を集光光学系及び走査光学系により選択的に回折格子型光制御素子に入射させ、この回折格子型光制御素子において選択的に入射された画像光の一部を回折し、その回折光を、光学レンズを介して光検出素子により検出して画像光を分光する構成とする。
また、本発明は、上述の表示装置用検査装置において、集光光学系に、対物レンズと、スリットと、回折格子型光制御素子への入射レンズとが用いられる構成とする。
更に、本発明は、上述の表示装置用検査装置において、回折格子型光制御素子として、１組の回折格子型静電駆動素子が複数並置配列され、この回折格子型静電駆動素子毎に回折格子機能をオン／オフ可能とされた１次元型光変調素子を用いる構成とする。

上述したように、本発明においては、回折格子型光制御素子を利用して、表示装置からの画像光を、集光光学系及び走査光学系を介して選択的に回折格子型光制御素子に入射させ、この回折格子型光制御素子によって更にその一部を回折し、光学レンズを介して光検出素子により回折光を検出することによって、表示装置からの画像光の分光を行うことができる。したがって、比較的簡単な構成で、また走査光学系の走査により、フィルターの交換等の煩雑な作業を伴うことがないので、比較的短時間で表示装置の色調の検査を行うことが可能である。

また、上述したように、本発明の表示装置用検査装置において、その集光光学系に、対物レンズと、スリットと、例えばコリメート機能を有する入射レンズとを用いることによって、簡易な光学系の構成により選択的に、例えば表示装置の表示面における縦ライン状の画像光を回折格子型光制御素子に効率よく入射することができる。
また更に、この回折格子型光制御素子として、複数の回折格子型静電駆動素子が並置配列された１次元型の光変調素子を利用し、回折格子型静電駆動素子毎に回折格子機能をオン／オフ可能とすることによって、集光光学系及び走査光学系により選択された例えば表示装置からの縦ライン状の画像光を更に分割して回折を行うことができることから、この回折光を、光学レンズを介して光検出素子において検出することによって、画素毎又は数画素毎の分光も可能となる。

本発明の表示装置用検査装置によれば、比較的簡易な装置構成で、かつ比較的短時間で表示装置の色調の検査を行うことができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は、本発明による表示装置用検査装置の一実施形態例の概略構成図である。この場合、図１に示すように、表示装置１０の画面１から出射される光を集光する広角レンズ等より成る対物レンズ２、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等の走査ミラーより成る走査光学系３、スリット８及び例えばコリメート機能を有する入射レンズ４、回折格子型光制御素子５、入射レンズ６及び光検出素子７により構成する。すなわち図示の例においては、集光光学系９を、対物レンズ２、スリット８及び入射レンズ４により構成する例を示す。

このような構成において、表示装置１０の画面１から出射される光は、対物レンズ２で集光され、走査ミラーより成る走査光学系３によって反射され、スリット８及び入射レンズ４によって、画面１の例えば縦ライン状の画像光のみが順次選択的に回折格子型光制御素子５に入射される。後述するように、回折格子型光制御素子５は平面素子であるため、入射レンズ４はコリメータ機能を備えることが望ましい。
回折格子型光制御素子５としては、後述する回折格子型静電駆動素子を複数個、例えば１０８０個程度の多数個並置配列した１次元型光変調素子を用いることが好ましい。
この１次元型光変調素子においては、各回折格子型静電駆動素子をオン／オフ可能とすることによって例えば縦ライン状に選択的に入射された画像光を更に分割して画像光を回折することが可能とされる。回折された光は、回折光のみを選択的に取り出す機能を備える光学レンズ６によって、光検出素子７により検出される。検出された信号Ｓは例えば記憶部１１に記憶され、図示しない外部への出力手段に出力される構成としてもよい。
１ラインの画像光の分光終了後に、走査光学系３を矢印ｒで示すように回転させ、次の縦ライン状の画像光を回折格子型光制御素子５に入射させ、同様に更に分割して回折し、光学レンズ６によって光検出素子７により検出することができる。

ここで、上述の回折格子型静電駆動素子を多数併置配列して成り、回折格子型光制御素子として用いる１次元型光変調素子について説明する。
このような１次元型光変調素子としては、例えば米国Silicon Light Machine社が開発した静電駆動方式による回折格子型の光変調素子、いわゆる回折ライトバルブ（ＧＬＶ：grating light valve）が知られている（例えば米国特許公開2003/0035189A1号明細書参照。）。
この回折格子型光変調素子は、光の回折を利用したＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一種であり、光スイッチングの作用とともに、光の階調を電気的にコントロールすることが可能となっている。そしてこの光変調素子を多数配置して１次元アレイ構造とし、光変調されたライン状の光、すなわち１次元画像をスキャンミラーで走査することによって、２次元画像を得るプロジェクターが種々提案されている。本発明は、この光変調素子を逆向きに使用し、画像光の分光に利用するものである。
このＧＬＶ型光変調素子を用いる場合は、１画素に対応する静電駆動素子の個数と、画面１からの縦ライン状の光の縦方向の画素数を同じとし、また静電駆動素子に入射する光の横方向の幅をほぼ１画素幅分とすると、２次元画像のほぼ画素毎に分光を行うことが可能である。したがって、静電駆動素子毎に回折格子機能をオン／オフするのみで、すなわち高速なスイッチング速度をもって画像の分光を高精度に行うことが可能である。さらに、低い印加電圧で動作されるので、非常に小型化された表示装置用検査装置を実現することができる。
すなわち、上述の表示装置用検査装置にあって、例えば回折格子型光制御素子５に縦１画素分の縦ライン状の画像光を選択的に入射させ、１画素に対応する静電駆動素子毎に回折格子機能をオン／オフさせ、かつ、 １縦ラインの検査後に走査光学系３を回転する角度を例えば１画素分に対応する角度だけ回転させることによって、縦横両方向に１画素毎の色調の検査を行うことも可能である。または、数画素毎の検査（すなわち部分的な２次元画像の検査）や、１画素の検査を数画素おきに行うサンプリング検査を行うことも可能である。

このＧＬＶ型構成の１次元型光変調素子の動作原理を、図２〜図４を参照して簡単に説明する。図２は、１次元画像を表示するＧＬＶ型、すなわち回折格子型静電駆動素子の一例の概略斜視構成図である。
図２に示すように、この回折格子型静電駆動素子５０は、シリコン等より成る基体３０上に、ポリシリコン薄膜などから成る共通電極３３が形成され、この共通電極３３と所定の間隔を保って、条帯（ストリップ）状の第１の電極３１と、第２の電極３２とが例えばその両端が屈曲されて支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂとされ、この支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂを介して基体３０に支持されて構成される。
ここで基体３０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極３３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁性材料より成る下地膜３７と、その上面に形成され、導電性を有する材料から成る上部電極３８とから構成される。この場合上部電極３８としては、例えば高い反射率を有するＡｌ等より成り、少なくともその上面中央部が反射領域３９として構成される。第１の電極３１は固定電位とされ、第２の電極３２は、図示しない駆動電圧電源に接続される。
この回折格子型光変調素子５０の駆動時（オン状態）には、第２の電極３２が駆動電圧に応じて、反射領域３９の表面と直交する方向に移動可能であり、第２の電極３２の表面の高さ（すなわち基体３０に対する距離）を変えることができる。第１の電極３１ｃは例えば固定されており、反射領域３９の表面の高さは不変である。
なお、１つの画素（ピクセル）に対応する回折格子型光変調素子５０内の第１の電極及び第２の電極の数は適宜変更可能であり、図２の例においては３本ずつの合計６本の例を示すが、その他合計２本、４本などでもよい。

図３は、この回折格子型静電駆動素子５０を複数並置配列した状態の回折格子型光制御素子５の要部の概略平面構成図を示す。図３において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、第１の電極３１は一様に固定電位に接続するバイアス電極へ接続され、第２の電極３２は、回折格子型静電駆動素子５０毎にそれぞれ異なる制御電極へ接続される。この場合、第１及び第２の電極３１及び３２が６本で一組の回折格子型静電駆動素子５０が構成され、この静電駆動素子５０が例えば１０８０組基体（図示せず）上に、第１及び第２の電極３１及び３２の幅方向に並置配列して形成されて回折格子型光制御素子５が構成される。図３において、各電極３１及び３２の延長する方向を矢印ｘ、並置配列される幅方向を矢印ｙでそれぞれ示す。

このような回折格子型光制御素子５においては、各電極がオフ状態で表面がほぼ一平面上に配置される通常型構成と、各電極が基準面（例えば光制御素子の基体表面）から所定の角度をもって傾斜されて配置されるいわゆるブレーズ型構成とが提案されている。これらの各タイプの光制御素子の一例の概略断面構成図を図４Ａ及びＢ、図５Ａ及びＢにそれぞれ模式的に示す。図４及び図５において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、図４及び図５の例においては、一例として１画素に対応する回折格子型静電駆動素子５０の第１及び第２の電極の数を３本ずつとした場合を示すが、本発明に用いる回折格子型静電駆動素子５０の電極数はこれに限定されるものではない。

通常型では、図４Ａに示すように、非駆動状態（オフ状態）では入射光Ｌｉに対し入射方向に戻る０次光Ｌ０が反射される。電圧印加手段４０により第２の電極３２に電圧を印加した駆動状態（オン状態）では、図４Ｂに示すように、第２の電極３２が矢印Ｓで示すように下部電極３３側に変位して回折格子が構成され、入射光Ｌｉに対し±１次回折光Ｌ（＋１）及びＬ（−１）が回折される。
この回折作用により、すなわち第２の電極３２の駆動位置に応じた光の回折方向が波長によって異なることを利用して、回折光を検出することにより画像光の分光を行い、色調の検査を行うことができる。

また、ブレーズ型の場合は、図５Ａに示すように、電圧を印加しない非駆動状態では入射光Ｌｉに対し０次回折光Ｌ０と２次回折光Ｌ２が生じる。これに対し、図５Ｂに示すように、1つおきの第２の電極３２に電圧印加手段４０により適切な電圧を印加すると、静電引力により下部電極３３側にこれら第２の電極３２がたわみ、回折格子が構成され、入射光Ｌ０に対し＋1次回折光Ｌ１のみが生じる。したがって、回折光が単一化されることから、光の利用効率を高め、より精度の高い分光測定が可能となる。

このブレーズ型の回折格子型光制御素子５の回折方向について図６を参照して説明する。図６は、一例としてブレーズ型回折格子１５０の回折面１５１における回折方向を示す。ブレーズ型回折格子１５０の法線を一点鎖線Ｖｇ、回折面１５１の法線を一点鎖線Ｖｂ、入射光の入射方向を矢印Ｌｉ、ｍ次の回折光の回折方向を矢印Ｌｍとして示す。ブレーズ型回折格子１５０の回折面１５１の傾斜角度θ_β（＋）は一点鎖線Ｖｇ及びＶｂの成す角度と等しい。回折格子１５０の法線Ｖｇからの入射光の入射角度をα（＋）、ｍ次の回折光の回折角度をβ（−）とすると、
ｓｉｎα＋ｓｉｎβ＝Ｎ×ｍ×λ ・・・（１）
の関係となる。ただし、上記式（１）において、Ｎは回折面１５１の幅ｄの逆数、ｍは回折の次数、λは光の波長である。また、角度は、回折格子の法線を軸に反時計方向を正、時計方向を負として計算する。

このように、回折光の出射角度は波長に依存するため、出射光を撮像素子等の光検出素子で受光して、その角度情報を撮像素子等の光検出素子の座標位置として検出することができる。
そしてこの回折光を、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子を光検出素子として用い、その例えば横方向の変位を波長に対応して検出し、またその輝度強弱を該当する波長の強弱として検出する。この場合、撮像素子等の光検出素子上ではある程度の縦方向に幅をもつ画像になるため、前もって回折格子型光変調素子５の駆動状態（オン状態）とした静電駆動素子の位置と検出位置とを較正しておくことが望ましい。
またこの光検出素子として撮像素子を用いる場合は、入射する光が微弱な場合もありうるので高感度であることが望ましい。イメージインテンシファイアー、フォトマルチプライヤー、裏面反射型ＣＣＤなどが考えられる。必要に応じて、撮像素子に冷却手段を設けることによりＳＮ（出力比）を改善する必要がある。上述したように、画素毎の分光検査を行う場合は、図１に示す走査光学系３の一定角度において回折格子型光制御素子５の回折格子型静電駆動素子毎の駆動を行い、１素子毎に撮像素子等の光検出素子７に取り込まれる。このためこの光検出素子も高感度、高速動作であることが望ましい。

以上説明したように、本発明の表示装置用検査装置によれば、フィルターの交換等の作業を伴うことなく、比較的簡易な装置構成で、かつ比較的短時間で従来の分光装置と同等の精度をもって表示装置の色調の検査を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態例において説明した例に限定されることなく、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。例えば、上述のＧＬＶ型構成の回折格子型光制御素子として、回折格子型静電駆動素子を１０８０組とした例を示したが、これに類する構造をもったものでより高密度化した構成としてもよい。逆に、オン／オフ機能として、１組ずつオン（駆動）状態とするのではなく、隣り合う複数の静電駆動素子をオン状態として高速動作化してもよく、この場合はより高速の検査が可能となる。また、１素子毎のオン／オフを行わずに、素子全てをオン状態のままにして出射した光を光検出素子に導いて、縦ライン毎に色調検査を行うことも可能である。
また測定は可視領域に限ることなく、構成する静電駆動素子の回折格子のピッチ、深さ等の形状を適切に選定することによって、例えば赤外領域や紫外領域の分光測定を行うことも可能である。

本発明の実施形態例に係る表示装置用検査装置の概略構成図である。 本発明の実施形態例に係る表示装置用検査装置に用いる回折格子型光制御素子の一例の要部の概略斜視構成図である。 本発明の実施形態例に係る表示装置用検査装置に用いる回折格子型光制御素子の一例の要部の概略平面構成図である。 Ａ及びＢは本発明の実施形態例に係る表示装置用検査装置に用いる回折格子型光制御素子の一例の非駆動時及び駆動時の概略断面構成図である。 Ａ及びＢは本発明の実施形態例に係る表示装置用検査装置に用いる回折格子型光制御素子の一例の非駆動時及び駆動時の概略断面構成図である。 ブレーズ型回折格子の回折方向の説明図である。

符号の説明

１．画面、２．対物レンズ、３．走査光学系、４．入射レンズ、５．回折格子型光制御素子、６．光学レンズ、７．光検出素子、８．スリット、９．集光光学系、１０．表示装置、１１．記憶部、３０．基体、３１．第１の電極、３２．第２の電極、３３．共通電極、５０．回折格子型静電駆動素子

Claims (5)

1. 集光光学系と、走査光学系と、回折格子型光制御素子と、光学レンズと、光検出素子とを有して成り、
   表示装置からの画像光が前記集光光学系及び前記走査光学系により選択的に前記回折格子型光制御素子に入射され、該回折格子型光制御素子において前記選択的に入射された画像光の一部が回折され、その回折光が前記光学レンズを介して前記光検出素子により検出されて前記画像光が分光される
   ことを特徴とする表示装置用検査装置。
2. 前記集光光学系に、少なくとも対物レンズと、スリットと、前記回折格子型光制御素子への入射レンズとが用いられる
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置用検査装置。
3. 前記回折格子型光制御素子が、１組の回折格子型静電駆動素子が複数並置配列され、前記回折格子型静電駆動素子毎に回折格子機能をオン／オフ可能とされた１次元型光変調素子である
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置用検査装置。
4. 前記回折格子型光制御素子がブレーズ型回折格子である
   ことを特徴とする請求項３記載の表示装置用検査装置。
5. 前記光検出素子として撮像素子が用いられる
   ことを特徴とする請求項１記載の表示装置用検査装置。

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