JP2010078644A - カラーフィルタの検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ基板上の着色画素パターンの角度をもった位置ズレに起因する色抜けＮ２、色重なりＫ２を検出するカラーフィルタの検査方法を提供する。
【解決手段】カラーフィルタ基板１０の一方の端部ｃの画素領域の情報と、他方の端部ｄの画素領域の情報を撮像装置１２にて各々検出し、各情報の比較を行い色抜け及び色重なり欠陥を検出する。検出する情報は、撮像領域の各画素から得られる彩度平均値とする。一方の端部の情報から、他方の端部の情報を引き算し、予め設定した数値から外れていた場合に欠陥として検出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、カラーフィルタの検査方法に関するものであり、特に、ガラス基板上に着色画素パターンをフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ法で形成する際に、フォトマスクが平面視で僅かに角度をもって露光されることで生じる色抜け、色重なりを検出するカラーフィルタの検査方法に関する。

液晶表示装置用カラーフィルタは、所謂フォトリソグラフィ法で製造されることが一般的となっている。この方法は、先ず透明なガラス基板上に、例えば、黒色感光性樹脂からなる塗布膜を形成した後に、所定のパターンを有するフォトマスクを介した塗布膜へのパターン露光、現像などを行い所定の開口部を有する遮光パターンを形成する。この遮光パターンはブラックマトリックスと呼称されている。

次に、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板上に、着色感光性樹脂からなる塗布膜を形成した後に、所定のパターンを有するフォトマスクを介した塗布膜へのパターン露光、現像などを行い所定の形状をした着色画素パターンを形成するといった方法である。
なお、カラーフィルタが複数色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色）の色フィルタであった場合、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色感光性樹脂を各々用い、各色のカラーフィルタを順次形成していくことになる。

ガラス基板上のブラックマトリックスの開口部に形成された着色画素パターンは、ブラックマトリックスの開口部に入射する白色光を所定の着色光として通過させるカラーフィルタの機能を持たせている。
パターン露光、現像などの工程で形成された着色画素パターンとブラックマトリックスの開口部との間には、平面視で隙間が生じ、その隙間を白色光がそのまま通過することのないようにブラックマトリックスの開口部端に着色画素パターンの周縁部を重ねて（オーバーラップさせて）形成している。

しかし、着色画素パターンを形成する際に位置ズレが生じた場合、着色画素パターンの周縁部とブラックマトリックスの開口部端とが重ならず、着色画素パターンとブラックマトリックスの開口部との間に平面視で隙間（色抜け）が生じると、その隙間から着色されない白色光が漏れることになる。かかる隙間（色抜け）を有するカラーフィルタを液晶表示装置に組み込むと、画面表示の際に隙間（色抜け）から漏れた光が白点として観察されることになり、画面表示上好ましくない。

また、着色画素パターンを形成する際に位置ズレが生じた場合は、他の色のフィルタと重なる部位が生じ、色重なりとなる。色重なりにより着色画素パターンが混色し、表示色には濁りが観察されることになり好ましくない。そのため、着色画素パターンの形成後には、色抜け、色重なりなどの欠陥の有無の検査が行われる。
この検査に当たっては、形成された着色画素パターンのうちで、隣接する部分（着色画素）同士を比較し、その部分（着色画素）間に相違があった場合を欠陥として検出する、所謂、比較検査法を用いることが多い。

図１は、ガラス基板（１）上に、遮光パターン（ブラックマトリックス）（２）、着色画素パターンが順次に形成されたカラーフィルタ基板の一例の平面図である。着色画素パターンとして、赤色着色画素パターン（３Ｒ）が形成された段階を表したものである。

幅（Ｗ１）を有するストライプ状の遮光パターン（２）が、その長手方向を図１中、Ｘ軸方向と平行にしてＹ軸方向にピッチ（Ｐ１）にて形成されている。この遮光パターン（２）は、開口部（４）を有するハシゴ状パターンの繰り返しとなっている。ストライプ状の赤色着色画素パターン（３Ｒ）は、開口部（４）をふさぐようその周縁部を遮光パターン（２）端に重ねて形成されている。
なお、図示してないが、ストライプ状の青色着色画素パターン及び緑色着色画素パターンを赤色着色画素パターン（３Ｒ）に隣接して形成する。

図２は、図１中、Ａ−Ａ線での断面図である。図１及び図２に示すように、遮光パターン（２）の開口部（４）が、通過する白色光（Ｗ）を着色光（Ｒ）とする着色画素の１画素領域に相当する。上記比較検査法は、着色画素パターン中で上下左右に隣接する部分（隣接する着色画素の１画素領域）同士、例えば、図１中、画素領域５Ａ、５Ｂを比較し、その画素領域（５）間に相違があった場合を欠陥としている。

近年、大画面化している薄型ＴＶに代表されるように、液晶表示装置は大画面化の傾向にある。そのため、液晶表示装置を構成するカラーフィルタも大画面化している。
フォトリソグラフィ法を用いて着色画素を形成する際、例えば、所定の露光用パターンを有するフォトマスクを介して着色感光性樹脂にパターン露光が行われる。着色感光性樹脂の塗布膜へのパターン露光に当たっては、パターン露光に位置ズレが生じないように、ガラス基板上に遮光パターン（２）と同時に形成された位置マークを基に、露光装置はフォトマスクの位置合わせをした上で露光を行う。

しかし、露光装置による位置合わせが常に完全に行われるとは限らず、例えば、ガラス基板とフォトマスクの角度が平行であるべきところ、フォトマスクが平面視で僅かに角度を持つことがある。そのため、例えば、ガラス基板とフォトマスクが１°の角度の傾きを持つことになり、その結果、形成される着色画素パターンに位置ズレが生じることがある。

図３は、カラーフィルタ基板に発生した色抜け（Ｎ１）の一例を示す平面図である。図３は、ガラス基板（１）上に、開口部を有する遮光パターン（２）が形成され、続いてストライプ状の赤色着色画素パターン（３Ｒ）、及び緑色着色画素パターン（３Ｇ）が形成された段階を表したものである。
なお、幅（Ｗ１）を有する複数本のストライプ状の遮光パターン（２）は、各々、ガラス基板（１）の左端部（ｄ）から右端部（ｃ）に向かって、その長手方向を図３中、Ｘ軸方向と平行にして、かつ、Ｙ軸方向にピッチ（Ｐ１）にて形成されている。

図３は、この遮光パターン（２）の開口部（４）に１色目のストライプ状の赤色着色画素パターン（３Ｒ）が角度の傾きなく正常に、また、２色目のストライプ状の緑色着色画素パターン（３Ｇ）がガラス基板（１）と角度θ１の傾きをもって形成された例である。幅（Ｗ２）を有する赤色着色画素パターン（３Ｒ）は、角度の傾きなく正常に形成され、その周縁部を遮光パターン（２）端に重ねて形成されている。

図３中、右端部（ｃ）の符号（Ｏ）は、緑色着色画素パターン（３Ｇ）の形成時にフォトマスクが平面的に回転するように位置ズレを生じることで、傾きをもった際のフォトマスクの回転の中心を表している。この傾き（θ１）を有するフォトマスクをもって形成された緑色着色画素パターン（３Ｇ）は、ガラス基板（１）の右端部（ｃ）においては緑色着色画素パターン（３Ｇ）の周縁部は遮光パターン（２）端に重ねて形成されているが、左端部（ｄ）に向かって次第に重なりは減少し、左端部（ｄ）においては緑色着色画素パターン（３Ｇ）が遮光パターン（２）から外れ、重なり部が無くなり、色抜け（Ｎ１）が
発生している状態を表したものである。

また、この左端部（ｄ）においては、２色目の緑色着色画素パターン（３Ｇ）の下部端は、先に形成された１色目の赤色着色画素パターン（３Ｒ）の上部端に重なり、色重なり（Ｋ１）を発生させている。図３においては、この色重なり（Ｋ１）は、幅（Ｗ１）を有する遮光パターン（２）内にあり、赤色着色画素パターン（３Ｒ）の上部端が緑色着色画素パターン（３Ｇ）の下部端によって混色し、濁った表示色を呈するといった顕在的な欠陥には至っていない状態である。

一方、図４は、２色目の緑色着色画素パターン（３Ｇ）がガラス基板（１）と角度θ２の傾き（θ２＞θ１）をもって形成された例である。図４に示すように、２色目の緑色着色画素パターン（３Ｇ）の左端部（ｄ）の下部端は、幅（Ｗ１）を有する遮光パターン（２）から外れる。この場合、先に形成された１色目の赤色着色画素パターン（３Ｒ）の左端部（ｄ）の上部端と緑色着色画素パターン（３Ｇ）の下部端との色重なり（Ｋ２）は顕在的な欠陥となった状態となる。

上記のように、フォトマスクの向きが所望する向きにならず、ガラス基板とフォトマスクが角度の傾きを持つことで、着色画素に位置ズレが生じることになる。その結果、色抜け、色重なりが発生した場合は、そのカラーフィルタ基板は欠陥を有することとなる。
フォトマスクがわずかに角度をもって傾いたとしても、例えば、１辺が１ｍを超えるような大面積化したカラーフィルタでは両端部の距離が長くなるため、位置ズレは顕著になる。また、画素は微細化しており画素サイズは数十μｍ以下になっており、フォトマスクがわずかに角度の傾きによる位置ズレの影響は大きくなってきている。

しかし、前述した比較検査法では隣接した着色画素同士の比較検査をしている。隣接した着色画素間では色抜け、色重なりが発生した場合でも、その変化量はきわめて小さく同一（欠陥ではない）と判断される。従って、比較検査法では大面積化したカラーフィルタ基板の色抜け、色重なりを検出することは出来ない。
特開平６−１８４３５号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ガラス基板上に遮光パターンが形成され、続いて着色画素パターンが形成される際に、ガラス基板に対して着色画素パターンが平面視で僅かに角度をもって形成されることで生じるカラーフィルタ基板上の着色画素パターンの位置ズレに起因する色抜け、色重なりを検出することを可能にした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ものである。

本発明は、基板上に着色画素パターンが形成されたカラーフィルタ基板の一方の基板端部の画素領域の情報と、前記基板端と対向する他方の基板端部の画素領域の情報を撮像装置にて各々検出し、各情報の比較を行うことで着色画素パターンの位置ズレによる色抜け及び色重なり欠陥を検出することを特徴とするカラーフィルタの検査方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの検査方法において、前記検出する情報は、撮像領域の各画素から得られる彩度平均値とすることを特徴とするカラーフィルタの検査方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの検査方法において、前記一方の基板端部の画素領域で得られた情報から、他方の基板端部の画素領域で得られた情報を引き算し、その結果が、予め設定した数値から外れていた場合に上記欠陥として検出することを特徴とするカラーフィルタの検査方法である。

また、本発明は、上記発明によるカラーフィルタの検査方法において、前記カラーフィルタ基板を水平方向に搬送し、搬送装置の上方に固定して設けた撮像装置にてカラーフィルタ基板の両端部の情報を各々検出することを特徴とするカラーフィルタの検査方法である。

尚、本発明におけるカラーフィルタの検査方法では、着色画素の形状はストライプ状のものに限定されるものではなく、例えば、矩形状とした着色画素パターンを格子状に配置したカラーフィルタであっても構わない。
本発明は、カラーフィルタ基板の一方の端部の画素領域の情報と、他方の端部の画素領域の情報を撮像装置にて各々検出し、各情報の比較を行う。そのため、ガラス基板に対してフォトマスクが平面視で僅かに角度をもってパターン露光されることで生じるカラーフィルタ基板上の着色画素パターンの位置ズレに起因する色抜け、色重なりを検出することを可能にしたカラーフィルタの検査方法となる。

また、検出する情報は、撮像領域の各画素から得られる彩度平均値とするので、カラーフィルタ基板上の色抜けの検出を容易に行うことが出来るものとなる。

以下に、本発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図５（ａ）、（ｂ）は、本発明によるカラーフィルタの検査方法の一例の概略を示す側面図である。図５（ａ）に白太矢印で示すように、搬送装置（１１）上を図５（ａ）中、左方から搬送されてきたカラーフィルタ基板（１０）の一方の端部（ｃ）の画素領域の情報（例えば、撮影領域の彩度の平均値）を、搬送装置（１１）の上方に固定して設けた撮像装置（１２）にて検出する。

次に、搬送装置（１１）でカラーフィルタ基板（１０）を搬送する。次いで、カラーフィルタ基板（１０）の他方の端部（ｄ）が撮像装置（１２）の下方にきた段階で、図５（ｂ）に示すように、カラーフィルタ基板（１０）の他方の端部（ｄ）の画素領域の情報（撮影領域の彩度の平均値）を、搬送装置（１１）の上方の撮像装置（１２）にて検出する。

カラーフィルタ基板（１０）の、この一方の端部（ｃ）、及び他方の端部（ｄ）が、例えば、図３に示すように、カラーフィルタ基板の右端部（ｃ）、及び左端部（ｄ）に相当する部分を有し、重なり部（Ｋ１）、色抜け部（Ｎ１）を有し場合、この一方の端部（ｃ）の画素領域の情報と、他方の端部（ｄ）の画素領域の情報の比較を行うことで、着色画素パターンの位置ズレに起因する色抜け及び色重なり欠陥を検出できる。

本発明によるカラーフィルタの検査方法は、図１に示すように、隣接する画素領域（５Ａ、５Ｂ）間を比較検査するのではなく、カラーフィルタ基板上で距離の離れた両端部の画素領域を比較するので、例えば、図３における、ガラス基板上の遮光パターン（２）と緑色着色画素パターン（３Ｇ）との角度の傾きに起因した色抜け欠陥を検出することが可能となる。

本発明において、撮像装置（１２）で得る画素領域の情報としては、色相、彩度、明度
などが対象となるが、本発明者は、着色画素パターンの位置ズレに起因する色抜け及び色重なりが生じた場合に、大きく変動する情報は彩度の値であることを見いだし、比較を行う画素領域の情報としては彩度の値を用いている。

図６は、各々、ストライプ状の赤色着色画素パターン（３Ｒ）、緑色着色画素パターン（３Ｇ）、及び青色着色画素パターン（３Ｂ）が形成されたカラーフィルタ基板の一例の一部分を拡大した平面図である。図６には、各色の画素領域（５）の各３個が示されている。
本発明における画素領域の情報としての彩度の値は、撮像装置が撮像する領域、例えば、５ｍｍφ内のすべての画素領域の彩度の平均値である、彩度平均値を用いる。

図７は、カラーフィルタ基板上の色抜けの幅と彩度平均値との相関図の一例である。図７は、実験により具体的に求めた相関図である。
幅１００μｍ、長さ３００μｍのストライプ状の着色画素パターンを形成したカラーフィルタ基板の青色着色画素パターンを、フォトマスクを０．５°回転させてパターン露光し、意図的に着色画素パターンに位置ズレを発生させ、各面付けにおける色抜けの幅を顕微鏡にて測定し、その色抜けの幅での彩度平均値を読み取って作成したものである。

この相関図を用いることにより、彩度平均値から、カラーフィルタ基板上の色抜けの検出が容易に行うことが出来るものとなった。
実際の検出に際しては、一方の端部の画素領域の情報、すなわち、一方の端部の彩度平均値から、他方の端部の画素領域の情報、すなわち、他方の端部の彩度平均値を引き算し、その結果が、予め設定した数値から外れていた場合に上記欠陥として検出することが好ましい。

この際、数値の予めの設定には、例えば、標準偏差を算出し、±３σで上下限を設定しておく方法が挙げられる。

ガラス基板上に、遮光パターン、着色画素パターンが順次に形成されたカラーフィルタ基板の一例の平面図である。 図１中、Ａ−Ａ線での断面図である。 カラーフィルタ基板に発生した色抜けの一例を示す平面図である。 ２色目の緑色着色画素パターンがガラス基板と角度θ２の傾きをもって形成された例である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明によるカラーフィルタの検査方法の一例の概略を示す側面図である。 ３色の着色画素パターンが形成されたカラーフィルタ基板の一例の一部分を拡大した平面図である。 カラーフィルタ基板上の色抜けの幅と彩度平均値との相関図の一例である。

符号の説明

１・・・ガラス基板
２・・・遮光パターン（ブラックマトリックス）
３・・・着色画素パターン
３Ｒ・・・赤色着色画素パターン
３Ｇ・・・緑色着色画素パターン
３Ｂ・・・青色着色画素パターン
４・・・遮光パターンの開口部
５Ａ、５Ｂ・・・画素領域
１０・・・カラーフィルタ基板
１１・・・搬送装置
１２・・・撮像装置
Ｎ１、Ｎ２・・・色抜け
Ｋ１、Ｋ２・・・色重なり
Ｏ・・・フォトマスクの回転の中心
θ１、θ２・・・フォトマスクの傾き

Claims (4)

1. 基板上に着色画素パターンが形成されたカラーフィルタ基板の一方の基板端部の画素領域の情報と、前記基板端と対向する他方の基板端部の画素領域の情報を撮像装置にて各々検出し、各情報の比較を行うことで着色画素パターンの位置ズレによる色抜け及び色重なり欠陥を検出することを特徴とするカラーフィルタの検査方法。
2. 前記検出する情報は、撮像領域の各画素から得られる彩度平均値とすることを特徴とする請求項１記載のカラーフィルタの検査方法。
3. 前記一方の基板端部の画素領域で得られた情報から、他方の基板端部の画素領域で得られた情報を引き算し、その結果が、予め設定した数値から外れていた場合に上記欠陥として検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のカラーフィルタの検査方法。
4. 前記カラーフィルタ基板を水平方向に搬送し、搬送装置の上方に固定して設けた撮像装置にてカラーフィルタ基板の両端部の情報を各々検出することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載のカラーフィルタの検査方法。

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