JP2008175768A - 表示パネルの欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示パネルの欠陥検査を表示パネルの画像形成面等に限られることなく実施でき、かつ欠陥検出の精度を大きく向上させることができ、そのうえ、小型化および低コスト化が可能な検査装置および検査方法の提供。
【解決手段】被検査パネル２の欠陥検査において、集光レンズ１３からの平行光束ＰＬを被検査パネル２の画像領域に透過させ、被検査パネル２の画像領域における欠陥がＣＣＤセンサー２５に直接的に投影される構成とした。つまり、投射光学系や撮像レンズが使用されないので、撮像画像が劣化することを大幅に低減でき、また、被検査パネル２の画像形成面など一部だけに撮像対象が限定されることがない。すなわち、被検査パネル２の欠陥検出精度を大きく向上させることができる。また、集光レンズ１３およびＣＣＤセンサー２５のみを主要構成として欠陥検査装置を構成できるため、欠陥検査装置を小型化、低コスト化できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネル等の各種表示パネルにおける欠陥を検査する検査装置および検査方法に関する。

従来、プロジェクターなどに利用される投影型液晶パネルの製造時に画素欠陥、異物欠陥などを検査する検査工程では、プロジェクターと同等の投影光学系を使用して検査していた（例えば、特許文献１、２）。
すなわち、特許文献１の図１に示すフロント投射型のプロジェクターに搭載される液晶パネルでは、検査対象である液晶パネルをプロジェクターに挿入し、前方のスクリーンに投射レンズで拡大投影された画像を撮像レンズを有するＣＣＤ（charge coupled device；電荷結合素子）カメラで撮像し、その画像を画像処理することによって欠陥検査していた。
また、特許文献２の図５に示すリアプロジェクションに搭載される液晶パネルの場合では、液晶パネルで形成された画像をスクリーンの後方から投射レンズで拡大投影し、フロント投射型プロジェクターと同様、スクリーンの表示画像を撮像レンズを有するＣＣＤカメラで撮像して欠陥検査していた。
一方、投影光学系を使用せず、液晶パネルの画像領域における点灯状態を直接、ＣＣＤカメラで撮像して欠陥検査することも提案されていた（特許文献１の図１２）。この場合、液晶パネルの画像形成面を撮像レンズを介してＣＣＤカメラで撮像する。液晶パネルとＣＣＤカメラとの間には、減衰手段が配置されている。

特開２００１−２２８０４９号公報 特開２００４−１２２５６号公報

ここで、特許文献１の図１、および特許文献２の図５のような検査方式では、投射レンズを含む投影光学系、スクリーン、および撮像レンズにおいて画像劣化が発生するため、高精度な検査の実現が困難であった。また、スクリーンに投影することによって、検査装置が大型化し、且つ高価となっていた。
一方、特許文献１の図１２のように、液晶パネルの画像領域を直接検査する方式では、液晶パネルの画像形成面のみに撮像レンズの焦点が合致し、撮像面がその画像形成面のみとなるから、その画像形成面の前後に存在する異物などを検出することができない。

そこで、本発明の目的は、液晶パネル等の表示パネルの欠陥検査を表示パネルの画像形成面等に限られることなく実施でき、かつ欠陥検出の精度を大きく向上させることができること、また、小型化および低コスト化が可能であることの少なくともいずれかを実現可能な検査装置および検査方法を提供することにある。

本発明の表示パネル欠陥検査装置は、光源と、前記光源からの光束を平行化してその平行光束を表示パネルに射出する平行光束射出手段と、前記表示パネルを透過した前記平行光束を受光して前記表示パネルの画像領域を撮像する撮像素子とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、平行光束射出手段からの平行光束が表示パネルの画像領域を透過し、画像領域における欠陥が撮像素子に直接的に投影される構成のため、投射光学系や、撮像レンズが使用されない。仮に、投射レンズやスクリーン、撮像レンズ等が表示パネルと撮像素子との間に介在した場合には、レンズやスクリーンに存在する異物によって合焦位置がずれたり、色収差が生じることによって撮像画像の劣化が生じるが、本発明ではこのような画像劣化を大幅に低減でき、画像劣化に伴う誤検出も生じない。すなわち、表示パネルを高精度に撮像して欠陥検査の精度を向上させることができる。
ここで、本発明では撮像レンズが使用されず、平行光束射出手段からの平行光束によって表示パネルの画像領域が撮像素子に直接的に投影されるため、入射光束が液晶等で光変調された画像形成面など、表示パネルの一部だけに撮像対象が限定されない。つまり、表示パネルの基板表面や対向基板間で生じている欠陥や、表示パネルと一体にモジュール化等されている防塵ガラス・光学素子等で生じ得る欠陥を漏れなく検出することができる。

以上により、撮像画像が劣化せず、撮像画像には表示パネルに起因しない欠陥は含まれないことと、撮像対象が表示パネルの画像形成面等に限られないこととによって、表示パネル単体の欠陥検出精度を大きく向上させることができる。
また、表示パネルが組み込まれる製品において、表示パネルの欠陥と、他の光学系における欠陥とを切り離してそれぞれを高精度に検査することが可能となり、欠陥検査を効率化できる。
以上に加えて、光源、平行光束射出手段および撮像素子のみによって検査装置を構成できるため、検査装置を小型化、低コスト化することが可能となる。

本発明の表示パネル欠陥検査装置では、前記撮像素子を含む撮像手段は、前記撮像素子に入射する前記平行光束の光強度を調整する光強度調整手段を有することが好ましい。

この発明によれば、光源の光強度を表示パネルが組み込まれる製品で用いられる光強度としつつ、平行光束の光強度を光強度調整手段によって撮像素子の感度範囲に納めることが可能となる。例えば、プロジェクター等で用いられる高輝度の光源ランプによる表示パネルの形成画像を、実機に即した環境で検査することが可能となる。
なお、光強度調整手段としては、例えばＮＤフィルター等を用いることができる。

本発明の表示パネル欠陥検査装置では、前記撮像素子により計測される前記表示パネルの画像領域の明るさに応じて、前記光源の明るさおよび／または前記撮像素子の受光時間を調整する明るさ制御手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、光源の明るさ調整および／または撮像素子の受光時間の調整を通じて、撮像画像における表示パネル画像領域の明るさに基づくフィードバック制御が実現するので、撮像素子への入射光束の光強度を撮像素子の感度範囲に対応させることが可能となる。

本発明の表示パネル欠陥検査装置では、前記撮像素子を含む撮像手段は、前記表示パネルの画像領域に対応する範囲内の前記平行光束のみを透過させ、それ以外の前記平行光束を遮蔽する遮光マスクを有することが好ましい。

この発明によれば、遮光マスクによって表示パネル画像領域の周りへの漏れ光を防止でき、画像領域のみを抽出した状態の撮像画像が得られるので、欠陥検出精度を向上させることができる。

本発明の表示パネル欠陥検査装置では、前記表示パネルを一定温度に加熱する恒温加熱手段を備えることが好ましい。

この発明によれば、恒温加熱手段により、表示パネルなどを実際の使用状態における一定温度に加熱できるため、使用環境に即した検査が可能となる。

本発明の表示パネル欠陥検査方法は、表示パネルの画像領域に平行光束を透過させ、この平行光束を撮像素子に結像素子を介在させることなく直接的に入射させることにより、前記表示パネルの画像領域を撮像することを特徴とする。

この発明によれば、前述と同様に、投射光学系や、撮像レンズを使用しないため、撮像画像が投射レンズやスクリーン、撮像レンズによって劣化することを大幅に低減でき、また、表示パネルの一部だけに撮像対象が限定されることがない。これにより、検査対象である表示パネルの画像領域のみを精度良く撮像でき、欠陥検出精度を大きく向上させることができる。
また、表示パネルが組み込まれる製品において、表示パネルの欠陥と、他の光学系における欠陥とを切り離してそれぞれを高精度に検査することが可能となる。
加えて、平行光束射出手段および撮像素子のみによって検査装置を構成できるため、検査装置を小型化、低コスト化することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の欠陥検査装置１の光学系概略を示すブロック図である。欠陥検査装置１は、液晶パネル等の表示パネルを検査対象とし（被検査パネル２）、被検査パネル２に平行光束を射出する平行光源部１０と、被検査パネル２の画像領域を撮像する撮像部２０とを備えてコンパクトに構成されている。なお、欠陥検査装置１の内部は外部に対して遮光され、かつ遮温されている。

被検査パネル２は、本実施形態ではＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネルとされ、詳しい図示を省略するが、対向配置された基板間に液晶が封入され、基板間からは配線２Ａが延びている。なお、被検査パネル２はＴＦＴパネルに限らず、その他のダイオード素子を用いた液晶パネル等であってもよい。本実施形態では、被検査パネル２はプロジェクターに組み込まれるものとされている。
被検査パネル２の基板には偏光板や位相差板、視野角拡大板、防塵ガラスなどが重ねられ、これらはモジュール化されている。

図２は、欠陥検査装置１における光学系を構成する各光学素子と、欠陥検査装置１を構成するパターンジェネレーター３１、直流安定化電源３２、定温度ヒーター３３、および検査制御装置３４とを示す。
平行光源部１０は、ハロゲンランプ等の光源ランプ１１と、光源ランプ１１から放射される光束を所定の絞り量で絞る光学絞り１２と、光学絞り１２から射出される光束を平行化する集光レンズ１３とを有して構成されている。
光源ランプ１１は、プロジェクターに用いられる高輝度のタイプとされ、直流安定化電源３２を介して接続された検査制御装置３４によって光強度が可変に調整されるようになっている。
集光レンズ１３の光束が透過する開口サイズ（口径）は、被検査パネル２の画像領域のサイズよりも大きく形成されている。例えば、被検査パネルが１５ｍｍに対して集光レンズ１３は６０ｍｍなどと、４倍以上の口径とされている。
集光レンズ１３は、平行光束射出手段として機能し、被検査パネル２の画像領域に略直交する方向に沿って、集光レンズ１３から平行光束ＰＬを射出する。

撮像部２０は、被検査パネル２に対向する側から、遮光マスク２１と、光強度調整手段としてのＮＤフィルター２２と、赤外線を減衰させるＩＲカットフィルター２３と、空間フィルター２４と、被検査パネル２の解像度よりも高解像度であるＣＣＤセンサー２５と、ＣＣＤセンサー２５を駆動する撮像回路２６とを有して構成されている。光学素子等２１〜２６は筐体２０Ａの内部に収容されている。

遮光マスク２１は、被検査パネル２と同等の大きさとされ被検査パネル２の画像領域の周辺領域を遮光するマスク部を有している。これにより、被検査パネル２の画像領域に対応する範囲内の平行光束ＰＬのみを透過させ、実表示領域以外の光束を遮光するようになっている。

ＮＤフィルター２２は、ＣＣＤセンサー２５に入射する平行光束ＰＬの光強度を減衰させるものとされている。また、ＮＤフィルター２２は、ＩＲカットフィルター２３の表面（蒸着面等とされる）を保護している。
空間フィルター２４は、ＣＣＤセンサー２５の分解能以下である微細な画像成分を除去する。

検査制御装置３４には、パターンジェネレーター３１、直流安定化電源３２、および撮像回路２６がそれぞれ接続されている。この検査制御装置３４により、光源ランプ１１の明るさ制御、パターンジェネレーター３１によるパターン発生制御、撮像素子を構成するＣＣＤセンサー２５および撮像回路２６の制御、およびＣＣＤセンサー２５および撮像回路２６から取り込まれた画像の画像処理がそれぞれ行われる。
なお、検査制御装置３４は記憶手段を備え、記憶手段には予め、光源ランプ１１の制御電圧とＣＣＤセンサー２５の露光時間との対応関係を保持するテーブルデータが記憶されている。

パターンジェネレーター３１は、明るさの異なる複数の検査パターン（ラスターパターンなど）を生成し、各検査パターンをそれぞれ被検査パネル２に入力する。
定温度ヒーター３３は、プロジェクターの使用温度である約５０℃に被検査パネル２等が保たれるように恒温加熱する。

以上の構成の欠陥検査装置１では、平行光源装置１０から射出された平行光束ＰＬにより、被検査パネル２の画像領域がＣＣＤセンサー２５に投影されることとなる。このとき、被検査パネル２の画像領域における欠陥部は影となってＣＣＤセンサー２５および撮像回路２６により画像に変換され、また光強度（明るさ）が計測され、このＣＣＤセンサー２５および撮像回路２６で撮像した画像に基づいて欠陥検査が行われることとなる。

図３は、欠陥検査装置１による被検査パネル２の欠陥検査工程を示し、検査制御装置３４により、各工程Ｓ１〜Ｓ９を順次行う。
この欠陥検査工程では、画像取り込み後の画像処理の前段階として、被検査パネル２の所定の特性のバラツキを検査する特性検査工程Ｓ１と、パターンジェネレーター３１で検査パターンを発生させて被検査パネル２に入力するパターン発生工程Ｓ２と、ＣＣＤセンサー２５で検知した明るさを計測する明るさ計測工程Ｓ３と、光源ランプ１１の明るさおよびＣＣＤセンサー２５の露光時間を制御するランプ明るさ・露光時間制御工程Ｓ４とを備える。

まず、特性検査工程Ｓ１において、被検査パネル２の液晶の配向不良を検知し易いように、検査パターン（ラスターパターン）を補正し、この補正した検査パターンＰ１を被検査パネル２に入力して被検査パネル２の画像領域に表示させる（パターン発生工程Ｓ２）。この検査パターンには複数の階調があり、それぞれＰ１，Ｐ２，，Ｐｎとする。
ここで、検査パターンＰ１が表示された被検査パネル２の画像領域をＣＣＤセンサー２５で撮像し、この撮像画像における明るさがＣＣＤセンサー２５によって計測されることとなる（明るさ計測工程Ｓ３）。

そして、検査パターンＰ１の撮像画像において、被検査パネル２の画像領域主要部の平均明るさが例えば当該ＣＣＤセンサー２５の量子化ダイナミックレンジの例えば７０％〜９０％に入るかどうか、検査制御装置３４で検定を行い、このレンジ外であれば、検査制御装置３４により、光源ランプ１１、およびＣＣＤセンサー２５・撮像回路２６を制御する（ランプ明るさ・露光時間制御工程Ｓ４）。
具体的には、画像領域主要部の平均明るさと、検査制御装置３４に記憶されている前記のテーブルデータとから、最適なランプ制御電圧が直流安定化電源３２に通知され、また、最適な露光時間が撮像回路２６に通知される。

以上により、ＣＣＤセンサー２５に入射する平行光束ＰＬの明るさがＣＣＤセンサー２５の感度内となり、かつ被検査パネル２の欠陥を検知し易い状態で、被検査パネル２の画像領域がＣＣＤセンサー２５に投影されるようになる。
従って、ＣＣＤセンサー２５で撮像した被検査パネル２の画像領域の撮像画像を検査制御装置３４内の画像処理部に送信して画像を取り込み（画像取り込み工程Ｓ５）、この画像に対して各種フィルターを用いて処理を重ねていくことにより、被検査パネル２の欠陥検査が可能となる。
すなわち、前処理・均一性処理工程Ｓ６では、被検査パネル２のブラックマスク部の画像除去処理を行い、且つ面内の均一性処理を行う。
そして、所定のフィルターにより、各画素の輝度を二値化などして強調処理を行い（工程Ｓ７）、その強調画像における特徴量を所定の検定値と比較して欠陥検定を行う（工程Ｓ８）。
ここまでで、検査パターンＰ１における欠陥検定が終了し、検査パターンＰ２，，Ｐｎにて順次、各工程Ｓ２〜Ｓ８を繰り返す。
最後に、各検査パターンＰ１，Ｐ２，，Ｐｎにおける検定結果を総合して被検査パネル２の検定結果を出し（工程Ｓ９）、その結果をモニターなどに表示したり、記録をとって統計する。

本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）被検査パネル２の欠陥検査において、集光レンズ１３からの平行光束ＰＬを被検査パネル２の画像領域に透過させ、結像素子が介在することなく、被検査パネル２の画像領域における欠陥がＣＣＤセンサー２５に直接的に投影される構成としたため、投射光学系や、撮像レンズが使用されない。本実施形態と比較するために、図５に従来例を示す。
すなわち、図５では、光源部からの光束により被検査パネル２で形成した表示画像が投射レンズを介してスクリーンＳに拡大投射され、スクリーンＳ上に合焦された撮像レンズを介してスクリーンＳの投影画像を撮像し、検査する。このような場合、カメラ部で得られる撮像画像が投射レンズやスクリーンＳ、撮像レンズによって大きく劣化することを免れ得ないのに対し、本実施形態では図１のように、投射レンズ、スクリーン、撮像レンズが用いられないため、ＣＣＤセンサー２５による撮像画像の劣化を大幅に低減でき、画像劣化に伴う欠陥の誤検出も防止できる。すなわち、被検査パネル２を高精度に撮像して欠陥検査の精度を向上させることができる。

また、撮像レンズが使用されないため、被検査パネル２の一部だけに撮像対象が限定されず、被検査パネル２の基板と一体にモジュール化されている防塵ガラス・光学素子等も含めて被検査パネル２全体の任意の箇所で生じ得る欠陥を漏れなく検出することができる。
すなわち、上述のように、撮像画像が劣化せず、撮像画像には被検査パネル２に起因しない欠陥は含まれないことと、撮像対象が被検査パネル２の画像形成面等に限られないこととによって、被検査パネル２単体の欠陥検出精度を大きく向上させることができる。

加えて、図１に示すように、平行光源部１０および撮像部２０のみを主要構成として欠陥検査装置１を構成できるため、欠陥検査装置１を小型化、低コスト化することが可能となる。図５の従来例との差は歴然である。

（２）さらに、撮像部２０がＮＤフィルター２２を有することにより、平行光源部１０の光強度を被検査パネル２が組み込まれる製品（本実施形態ではプロジェクター）で用いられる光強度としつつ、平行光束ＰＬの光強度をＣＣＤセンサー２５の感度範囲に納めることが可能となる。これにより、製品の使用環境で検査することが可能となる。

（３）撮像部２０が遮光マスク２１を有し、被検査パネル２の画像領域の周りへの漏れ光を防止できるので、ＣＣＤセンサー２５により画像領域のみを抽出した状態の撮像画像が得られ、欠陥検出精度を向上させることができる。

（４）定温度ヒーター３３により、被検査パネル２などを実際の使用状態における一定温度に加熱することが可能であるため、使用環境に即した検査が可能となる。

なお、以上の実施形態では、プロジェクターに搭載される被検査パネル２の欠陥検査を示したが、本発明はそれ以外にも広範囲に応用可能である。
例えば、表示パネルの組み立て前の対向基板や、アレイ基板等も、本発明の欠陥検査装置および欠陥検査方法の検査対象とすることが可能である。

また、図４は、本発明の変形例を示し、ここでは、ビデオカメラ等のビューファインダー用表示装置に用いられる被検査パネル２´を検査対象としている。つまり、ビューファインダーは接眼レンズを備えるが、このビューファインダーのモジュールから接眼レンズを外した状態とし、その代わりに撮像レンズ２Ｂを配置して検査を行う。このように検査すれば、接眼レンズが付いた状態で検査する場合のように接眼レンズに起因して撮像画像の劣化が生じることなく、被検査パネル２´に存在する異物等を検出可能となる。
なお、図４の構成において、図２と同様に定温度ヒーター３３を設けてもよい。

本発明において光源は、前述したハロゲンランプに限らず、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、あるいはＬＥＤ（light emitting diode）など、各種光源を使用できる。
また、平行光束射出手段や撮像素子についても、各種、適宜採用できる。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の実施形態である欠陥検査装置の構成概略を示すブロック図。 前記欠陥検査装置の光学系および制御装置等を示す図。 前記実施形態である欠陥検査方法の工程を示すフローチャート。 本発明の変形例を示す図。 従来例を示す図。

符号の説明

１・・・欠陥検査装置、２・・・被検査パネル、１０・・・平行光源部、１１・・・光源ランプ（光源）、１３・・・集光レンズ（平行光束射出手段）、２０・・・撮像部（撮像手段）、２１・・・遮光マスク、２２・・・ＮＤフィルター（光強度調整手段）、２５・・・ＣＣＤセンサー、２６・・・撮像回路、３３・・・定温度ヒーター（恒温加熱手段）、３４・・・検査制御装置（明るさ制御手段として機能）、ＰＬ・・・平行光束、Ｓ２・・・パターン発生工程、Ｓ３・・・明るさ計測工程、Ｓ４・・・ランプ明るさ・露光時間制御工程（明るさ制御工程）。

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源からの光束を平行化してその平行光束を表示パネルに射出する平行光束射出手段と、
   前記表示パネルを透過した前記平行光束を受光して前記表示パネルの画像領域を撮像する撮像素子とを備える
   ことを特徴とする表示パネルの欠陥検査装置。
2. 請求項１に記載の表示パネルの欠陥検査装置において、
   前記撮像素子を含む撮像手段は、前記撮像素子に入射する前記平行光束の光強度を調整する光強度調整手段を有する
   ことを特徴とする表示パネルの欠陥検査装置。
3. 請求項１または２に記載の表示パネルの欠陥検査装置において、
   前記撮像素子により計測される前記表示パネルの画像領域の明るさに応じて、前記光源の明るさおよび／または前記撮像素子の受光時間を調整する明るさ制御手段を備える
   ことを特徴とする表示パネルの欠陥検査装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の表示パネルの欠陥検査装置において、
   前記撮像素子を含む撮像手段は、前記表示パネルの画像領域に対応する範囲内の前記平行光束のみを透過させ、それ以外の前記平行光束を遮蔽する遮光マスクを有する
   ことを特徴とする表示パネルの欠陥検査装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の表示パネルの欠陥検査装置において、
   前記表示パネルを一定温度に加熱する恒温加熱手段を備える
   ことを特徴とする表示パネルの欠陥検査装置。
6. 表示パネルの画像領域に平行光束を透過させ、この平行光束を撮像素子に結像素子を介在させることなく直接的に入射させることにより、前記表示パネルの画像領域を撮像する
   ことを特徴とする表示パネルの欠陥検査方法。

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