JP2001188048A - ピンホールの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常照明の室内で安全に検査可能であり、ま
た、実際の検査環境や条件に即応した判定基準が設定可
能であり、さらには、単なるピンホールの検出ばかりで
なくピンホールを孔径帯域別に高精度かつ高速に検査可
能である簡便なピンホールの検査方法を提供する。 【解決手段】 光源（１）から遮光性薄膜基板（２）の
片面に照射される光線の内、遮光性薄膜上に存在するピ
ンホール（３）を透過する光線を、光源（１）の対向位
置にて受像センサ（４）により撮影することで得られる
画像データを画像処理することでピンホールの個数およ
び孔径を検査する方法であって、予め装置の持つ光学配
置においてピンホールの孔径の実測値と受像センサで取
得される画像データにおけるピンホールに対応する画素
との関係を相関近似式として記憶しておき、検査時には
この相関近似式にピンホールに対応する画素数を代入す
ることによりピンホール孔径を算出し、さらに、ピンホ
ールの孔径帯域別にピンホールの個数を計数する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、ピンホー
ル検査方法に関するものである。さらに詳しくは、フラ
ットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）に装設されているカ
ラーフィルタ基板のブラックマトリックスとして用いら
れる遮光性薄膜に発生するピンホールを、ピンホールの
孔径と個数に関する判定基準に基づき検査を行なうピン
ホール検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、各種情報機器の表示パ
ネルとして汎用されているＦＰＤ、特に液晶ディスプレ
イ（ＬＣＤ）は、例えば、図６に示すように遮光膜とし
て機能するブラックマトリックス（６０）、光の３原色
の各画素領域（６１）等からなるカラーフィルタ基板お
よび、このカラーフィルタ基板（６２）に対し液晶層を
挟んで対向するＴＦＴ基板により構成される。

【０００３】ブラックマトリックス（６０）は、金属ま
たは合金からなる材料をターゲットとし、公知のスバッ
タリング成膜法により透明ガラス基板上に、例えば０．
１μｍ程度の厚さで、光学濃度が３．５以上の遮光性薄
膜を形成し、フォトリソグラフイ技術でバターニングし
て製造されている。このブラックマトリックス（６０）
の機能は、各画素領域（６１）からの侵食を防止して表
示画面のコントラストを上げ、画像を鮮明化し、前記Ｔ
ＦＴ基板側の画素スイッチ素子への外光透過を防止して
スイッチングの誤動作を防止することである。したがっ
て、成膜時に付着した異物や膜応力の影響、あるいは透
明基板との密着性が不充分であることが原因となり、前
記遮光性薄膜の一部が略円形状或いは楕円状に剥離する
ピンホールが発生する。ピンホールの径がある程度大き
いとき、あるいは、個数が多いときには、バターニング
時においてエッチング液がピンホール部から漬透し、パ
ターンの一部が大きく剥離したり、または、所望のパタ
ーン形状が得られないという問題があった。また、この
ような状態で液晶ディスプレイとして組み立てたとして
も、ピンホール部から外光が透過してしまい、前記に示
したブラックマトリックスとして十分に機能しない。

【０００４】従来のピンホール検査方法としては、例え
ば暗室で高輝度光源を用いた目視による検査方法が挙げ
られる。この検査方法においては、ピンホールの直径
（楕円のときは長径）およびその個数が許容限度（判定
基準）以内であるかどうかで判定を行なうが、人の目に
よる方法であるために判断精度にばらつきが生じ、ま
た、定量的な許容限度の設定が困難であった。さらに、
暗室で検査作業が行われるため脆性の透明ガラス基板等
を取り扱うときに安全面で十分な配慮も必要であり、ま
た、この方法は時間当たりの検査可能枚数が習熟度に依
存するといった言わば職人的作業であり、作業の自動化
が求められていた。

【０００５】検査の自動化に対する要求に応えるべく、
照明光を披検査物に照射したときの透過光量、または反
射したときの反射光量や散乱光をセンサにより測定し、
ピンホール欠陥の有無を検出する方法及びその検査装置
の開発がなされたが、振動や照明の変化等の外乱を抑制
するために装置内の光学系や基板搬送系が複雑であるこ
とから、検査のコストがかさむ原因となっていた。

【０００６】これらの方法をより高度にした検査方法と
しては、ＣＣＤカメラなどのイメージセンサによるピン
ホール撮影像を画像処理的により検査する方法が提案さ
れているが、ピンホールの孔径を画像における欠陥画素
数と一次式で関係付けて算出することから誤判別の危険
性が高いことが問題である。さらには、ピンホールの孔
径帯域別にピンホールの許容数が指定されるといったよ
うに、判定基準が複雑かつ厳密であるときには、人によ
る目視検査と比較しても誤検率が高く、かつ検査速度も
遅いことも問題となっている。

【０００７】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、通常照明の室内で安全に検査
可能であり、また、実際の検査環境や条件に即応した判
定基準が設定可能であり、さらには、単なるピンホール
の検出ばかりでなくピンホールを孔径帯域別に高精度か
つ高速に検査可能である簡便なピンホールの検査方法を
提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、光源から遮光性薄膜基板
の片面に照射される光線の内、遮光性薄膜上に存在する
ピンホールを透過する光線を、光源の対向位置にて受像
センサにより撮影することで得られる画像データを画像
処理することでピンホールの個数および孔径を検査する
方法であって、予め装置の持つ光学配置においてピンホ
ールの孔径の実測値と受像センサで取得される画像デー
タにおけるピンホールに対応する画素との関係を相関近
似式として記憶しておき、検査時にはこの相関近似式に
ピンホールに対応する画素数を代入することによりピン
ホール孔径を算出し、さらに、ピンホールの孔径帯域別
にピンホールの個数を計数することを特徴とするピンホ
ール検査方法（請求項１）を提供する。

【０００９】また、この出願の発明のピンホール検査方
法は、前記の相関近似式が ｙ＝αｘβ−γ （α、β、γは相関近似により求められる係数、ｘはピ
ンホール部分の画素面積、ｙはピンホールの孔径を示
す）の関係式で表されること（請求項２）、および、受
像センサにより取得された画像データを、光線が遮光性
薄膜を透過した部分に対応する画素の値が「１」、それ
以外の画素の値が「０」となるように浮動閾値処理によ
り２値化し、画素の値が「１」で連続する領域について
値の総和を算出し、この値をピンホールに対応する画素
面積とすることを特徴とする（請求項３）。

【００１０】さらにまた、この出願の発明は、遮光性薄
膜基板／受像センサは移動可能であり、遮光性薄膜基板
／受像センサを搬送する機構として、毎分１０ｍ以上の
一定速度で遮光性薄膜基板／受像センサを搬送可能なベ
ルト搬送機構またはエアー搬送機構を用いること（請求
項４）、光源から遮光性薄膜基板への光照射角度および
この光源に対向する受像センサの遮光性薄膜基板に対す
る撮影角度が同一角度であり、かつ４５°〜１３５°で
あること（請求項５）、および、レーザー光線をビーム
エキスパンダーに入射し、さらに、スキャンレンズ付き
のポリゴンミラーにより放射拡散せしめ、反射ミラーに
より、遮光性薄膜基板にライン状に照射すること（請求
項６）を特徴とする。

【００１１】そして、この出願の発明は、上記のピンホ
ール検査方法を実行するためのプログラムを記録したコ
ンピュータにより読み取り可能な記録媒体（請求項
７）、および、ピンホール検査方法を実行するための機
構を有するピンホール検査装置（請求項８）を提供す
る。

【００１２】

【発明実施の形態】この出願の発明は上記のとおりの特
徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について
説明する。

【００１３】図１は、この出願の発明のピンホール検査
方法を実現するピンホール検査装置の構成例を示す概略
図である。この出願の発明のピンホール検査方法におい
ては、例えば図１に示すように、光源（１）から遮光性
薄膜基板（２）に対して光線が照射され、もしも遮光性
薄膜にピンホール（３）が存在する場合には、光線が透
過する様子が光源の対向位置に設置された受像センサで
あるＣＣＤ（４）により撮影される。撮影された画像は
デジタルデータとして、ＣＣＤ（４）に接続された処理
装置（５）によって画像処理されることによりピンホー
ルの個数および孔径が算出され、その結果が出力装置
（６）に出力される。

【００１４】この出願の発明のピンホール検査方法にお
いては、検査を行なう前に、装置の持つ光学配置におけ
るピンホールの孔径の実測値と受像センサであるＣＣＤ
カメラで取得される画像データにおけるピンホールに対
応する画素数との関係を相関近似式として求めておく。
相関近似式は処理装置（５）内部のメモリに記憶され、
検査時には、撮影された画像データからピンホールに対
応する部分の画素数が計数され、次いで、画素数を相関
近似式に代入することにより実際のピンホール孔径が算
出され、さらには、１つの検査対象中において孔径帯域
別にピンホールの個数を計数することも可能である。

【００１５】より具体的には、上記の相関近似式は、 ｙ＝αｘβ−γ （α、β、γは相関近似により求められる係数、ｘはピ
ンホール部分の画素面積、ｙはピンホールの孔径を示
す）の関係式で表される。

【００１６】また、受像センサであるＣＣＤにより取得
された画像データにおいて、光線が遮光性薄膜を透過し
た部分、すなわちピンホールに対応する画素の値が
「１」、また、それ以外の画素の値が「０」となるよう
に閾値処理により２値化が行なわれる。閾値処理は、各
画素における閾値がそれぞれ異なる浮動閾値処理である
ことが好ましく、その値は装置の持つ光学系に応じて適
宜設定されるものである。２値化処理がなされた画像デ
ータに対して、画素の値が「１」で連続して存在する領
域については、値の総和が算出され、この値がピンホー
ルに対応する画素の総面積として扱われる。このピンホ
ールに対応する画素の総面積は、上記の相関近似式に代
入され、実際のピンホール孔径が算出される。

【００１７】また、この出願の発明であるピンホール検
査方法においては、遮光性薄膜基板または受像センサで
あるＣＣＤのいずれかが移動可能であり、これらを搬送
する機構として、毎分１０ｍ以上の一定速度で遮光性薄
膜基板を搬送可能なベルト搬送機構またはエアー搬送機
構が用いられる。これらの機構は、ベルト搬送またはエ
アー搬送の如何に関わらずノイズや振動を受け難い機構
を備えている。

【００１８】また、図２に示すように、光源（２１）か
ら遮光性薄膜基板（２２）への光照射角度αおよびこの
光源（２１）に対向するＣＣＤ（２３）の遮光性薄膜基
板（２２）に対する撮影角度βは同一角度であることが
望ましく、かつαおよびβの範囲は４５°〜１３５°に
限定されることが好ましい。

【００１９】この出願の発明であるピンホール検査方法
において、光源は、例えばライン状の光源が用いられ、
具体例としてはハロゲンランプからの照明光を多数本直
線状に束ねて端面を揃えた光ファイバの一方の端面から
取り込み、ファイバ中を伝播させて他方の端面から拡散
フィルタ等を介して照明光を出射する構造になってい
る。もちろん、光源はバックライトのような面状光源で
あってもよいし、図３に示すように、レーザー光源（３
１）より出射されるレーザー光線を、ビームエキスパン
ダー（３２）に入射し、さらに、スキャンレンズ（３
３）付きのポリゴンミラー（３４）により放射拡散せし
め、反射ミラー（３５）により、遮光性薄膜基板（３
６）に照射してもよい。

【００２０】この出願の発明であるピンホール検査方法
において、ＣＣＤは１台だけでなく複数台用いることも
可能である。ＣＣＤはラインＣＣＤ、エリアＣＣＤのど
ちらでもよい。

【００２１】さらに、この出願の発明においては、上記
で説明したピンホール検査方法は、コンピュータにより
読み取り可能な記録媒体にプログラムとして記憶され、
実現される。このプログラムを実行可能な装置により、
ラインＣＣＤカメラの走査周期に同期しリアルタイムに
ピンホールを検出し、検出画素数によってピンホールの
孔径帯域別に区分けしつつ欠陥数を計数し、事前に設定
した判定基準値に基づいて被検査体である遮光性薄膜基
板の最終的な品質を判定することも可能である。

【００２２】この出願の発明は以上に説明した形態によ
って限定されるものではないことはいうまでもない。こ
の出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下
に実施例を示し、さらに具体的に説明する。

【００２３】

【実施例】実施例１ まず、矩形ガラス板からなる透明基板上に鉄族金属から
なる遮光性薄膜を成膜した。このとき、膜厚は０．１１
μｍで光学濃度は４．４であった。多数枚の該遮光性薄
膜基板のうち顕微鏡による測定で孔径がφ２０μｍのピ
ンホールが存在するものを、図１で例示したピンホール
検査装置を用いて検査を実施した。受像装置として、画
素数５０００のラインＣＣＤカメラを４台用いた。

【００２４】光受光器のうち１台のラインＣＣＤカメラ
で、ピンホールを透過したライン状光源からの照射光
を、処理装置でＡ／Ｄ変換して得られた信号が図４であ
る。図４より、ピンホールに対応する部分とそれ以外の
部分における光検出信号対ノイズの差（Ｓ／Ｎ比）は非
常に大きいため、ピンホールの存在を鮮明に検出できる
ことがわかる。

【００２５】図４の破線は前記の閾値処理で用いられる
閾値であり、各画素で異なる値が設定されている。な
お、図４の横軸の端側の画素で閾値が高い値を示す領域
において、隣のカメラと視野がオーバーラップするため
に、信号は用いられない。

【００２６】図５に、遮光性薄膜基板上のピンホールの
孔径と対応する画素数とを調べた結果を示す。このこと
からピンホールの実寸孔径（単位：μｍ）と画素面積の
関係は、相関近似式が ｙ≒７．４ｘ^0.5−２１ で表され、ピンホールの孔径と画素面積は、極めて高い
相関（相関係数≒０．９９）を持つことがわかった。

【００２７】この相関近似式に基づいて、ピンホールの
孔径や個数についての検査条件（判定基準値など）を処
理装置に入力して検査を行った結果、設定ピンホールの
有無判定およびピンホールの孔径を大（φ５０μｍ以
上）、中（φ３０μｍ以上φ５０μｍ未満）、小（φ３
０μｍ未満）の３つの帯域に区分し、ピンホールの孔径
や許容個数といった多種の基準に容易に対応した高精度
な識別判定が可能である。

【００２８】また、この実施例において、ピンホールの
見逃しがなく高精度かつ安定的に検査可能であると考え
られる速度は、例えば被検査基板サイズが５５０×６５
０ｍｍのときには、約３秒／枚であった。目視検査や一
般に知られている検査方法やその装置の検査速度が４０
秒以上であるのに比較すると、この出願の発明により、
極めて高速な検査が可能となったといえる。実施例２ ライン状光源の照射角度およびライン状光源に対向する
ラインＣＣＤカメラの受光角度を変化させたときには、
角度によってピンホールの光強度分布は異なるが、一定
範囲内であればピンホールの実寸法と検出画素の累積数
の関係は、実施例１に示した照射角度と受光角度がそれ
ぞれ９０°（鉛直方向）であるときと同様に強い相関性
があった。

【００２９】このことからライン状光源の照射角度と、
該ライン状光源に対向するラインＣＣＤカメラの受光角
度を変動させてもピンホールの高い検出能力を維持でき
るが、照射角度及び受光角度が等しいことが必要であ
り、かつ、４５°〜１３５°に限定されることが望まし
い。

【００３０】また、受像装置としてのラインＣＣＤカメ
ラの台数を増減させることで、被検査基板の大きさが変
動しても容易に対応できることがわかった。

【００３１】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、この出願の
発明により、通常照明の室内で安全に検査可能であり、
また、実際の検査環境や条件に即応した判定基準が設定
可能なピンホール検査方法が実現する。さらには、単な
るピンホールの検出ばかりでなくピンホールを孔径帯域
別に高精度かつ高速に計数することが可能であるピンホ
ール検査方法が提供される。光学系や搬送系の機構の構
成が単純であることから、検査装置も安価で実現すると
考えられ、液晶製造の品質管理を目的とした実用化が期
待される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明であるピンホール検査方法の実
施形態の例を示す概略図である。

【図２】この出願の発明であるピンホール検査方法にお
ける光源、遮光性薄膜基板、ＣＣＤの光学配置を示す概
略図である。

【図３】この出願の発明のピンホール検査方法における
レーザを用いたライン状光源の構成を示す概略図であ
る。

【図４】この出願の発明の実施例において、ラインＣＣ
Ｄカメラによって撮影されたピンホールの存在する遮光
性薄膜基板の信号強度を示すグラフである。

【図５】この出願の発明の実施例において、ピンホール
孔径の実測値とラインＣＣＤカメラによる検出画素数と
の相関性を示した図である。

【図６】カラーフィルタ基板の構成を例示した概略図で
ある。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 遮光性薄膜基板 ３ ピンホール ４ 受像センサ：ＣＣＤ ５ 処理装置 ６ 出力装置 ２１ 光源 ２２ 遮光性薄膜基板 ２３ 受像センサ：ＣＣＤ ２４ ピンホール ３１ レーザー光源 ３２ ビームエキスパンダー ３３ スキャンレンズ ３４ ポリゴンミラー ３５ 反射ミラー ３６ 遮光性薄膜基板 ６０ ブラックマトリックス ６１ 画素領域 ６２ カラーフィルタ基板

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１３年２月２８日（２００１．２．２
８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【数１】 （α、β、γは相関近似により求められる係数、ｘはピ
ンホール部分の画素面積、ｙはピンホールの孔径を示
す）の関係式で表されることを特徴とする請求項１記載
のピンホール検査方法。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】また、この出願の発明のピンホール検査方
法は、前記の相関近似式が

【数２】 （α、β、γは相関近似により求められる係数、ｘはピ
ンホール部分の画素面積、ｙはピンホールの孔径を示
す）の関係式で表されること（請求項２）、および、受
像センサにより取得された画像データを、光線が遮光性
薄膜を透過した部分に対応する画素の値が「１」、それ
以外の画素の値が「０」となるように浮動 値処理によ
り２値化し、画素の値が「１」で連続する領域について
値の総和を算出し、この値をピンホールに対応する画素
面積とすることを特徴とする（請求項３）。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】より具体的には、上記の相関近似式は、

【数３】 （α、β、γは相関近似により求められる係数、ｘはピ
ンホール部分の画素面積、ｙはピンホールの孔径を示
す）の関係式で表される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA90 AB04 BB01 BB11 BC06 CA03 CA04 CA06 CB02 EA11 EC07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から遮光性薄膜基板の片面に照射さ
   れる光線の内、遮光性薄膜上に存在するピンホールを透
   過する光線を、光源の対向位置にて受像センサにより撮
   影することで得られる画像データを画像処理することで
   ピンホールの個数および孔径を検査する方法であって、
   予め装置の持つ光学配置においてピンホールの孔径の実
   測値と受像センサで取得される画像データにおけるピン
   ホールに対応する画素との関係を相関近似式として記憶
   しておき、検査時にはこの相関近似式にピンホールに対
   応する画素数を代入することによりピンホール孔径を算
   出し、さらに、ピンホールの孔径帯域別にピンホールの
   個数を計数することを特徴とするピンホール検査方法。
2. 【請求項２】 相関近似式が ｙ＝αｘβ−γ （α、β、γは相関近似により求められる係数、ｘはピ
   ンホール部分の画素面積、ｙはピンホールの孔径を示
   す）の関係式で表されることを特徴とする請求項１記載
   のピンホール検査方法。
3. 【請求項３】 受像センサにより取得された画像データ
   を、光線が遮光性薄膜を透過した部分に対応する画素の
   値が「１」、それ以外の画素の値が「０」となるように
   浮動閾値処理により２値化し、画素の値が「１」で連続
   する領域について値の総和を算出し、この値をピンホー
   ルに対応する画素面積とすることを特徴とする請求項１
   または２記載のピンホール検査方法。
4. 【請求項４】 遮光性薄膜基板／受像センサは移動可能
   であり、遮光性薄膜基板／受像センサを搬送する機構と
   して、毎分１０ｍ以上の一定速度で遮光性薄膜基板／受
   像センサを搬送可能なベルト搬送機構またはエアー搬送
   機構を用いることを特徴とする請求項１ないし３のいず
   れれかに記載のピンホール検査方法。
5. 【請求項５】 光源から遮光性薄膜基板への光照射角度
   およびこの光源に対向する受像センサの遮光性薄膜基板
   に対する撮影角度が同一角度であり、かつ４５°〜１３
   ５°であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
   かに記載のピンホール検査方法。
6. 【請求項６】 レーザー光線をビームエキスパンダーに
   入射し、さらに、スキャンレンズ付きのポリゴンミラー
   により放射拡散せしめ、反射ミラーにより、遮光性薄膜
   基板にライン状に照射することを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれかに記載のピンホール検査方法。
7. 【請求項７】 請求項１ないし３のいずれかに記載のピ
   ンホール検査方法を実行するためのプログラムを記録し
   たコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。
8. 【請求項８】 請求項１ないし６のいずれかに記載のピ
   ンホール検査方法を実行するための機構を有するピンホ
   ール検査装置。