JP2009085682A - カラーフィルター基板の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セルギャップ調整層上のフォトスペーサーなどの立体構造物を具えた高機能、高精細なカラーフィルター基板の外観欠点の検出を容易にする検査方法を提供する。
【解決手段】カラーフィルター基板に検査用光線を照射し、該カラーフィルター基板からの反射光を光電変換素子で受光して電気信号に変換し、得られた電気信号を画像処理してカラーフィルター基板の欠陥検出を行うカラーフィルター基板の検査方法において、該検査用光線が該カラーフィルター基板上に形成された検査対象物の略補色となる波長を含むことを特徴とするカラーフィルター基板の検査方法。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示素子用カラーフィルター基板の検査方法に関するもので、特にセルギャップ調整層上のフォトスペーサーなどの立体構造物が形成された高機能カラーフィルター基板の外観欠点の良否の選別を行うことが出来る外観検査方法に関する。

従来、高品位の画質を備える液晶表示技術として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を画素のスイッチング素子として用いるアクティブマトリクス型液晶表示が知られており、薄型、軽量、低消費電力と言う特長を有するとともに、高いコントラストと高速応答が可能であることから、薄型テレビ、コンピューターのモニター、携帯電話やＰＤＡ等の小型表示装置等に幅広く使用されてきた。

液晶表示装置でカラー画像を表示するためには一般に液晶表示装置の前面にカラーフィルター基板を配置する必要がある。カラーフィルター基板は、透明基板上にブラックマトリクス（ＢＭ）とカラー表示を行う為の赤、青、緑３色の着色層（ＲＧＢ画素）及び、必要により透明保護膜や透明電極が形成されている。
また、近年では液晶表示装置はその表示性能向上を目的として、ＶＡ（Vertical Alignment）方式の採用や高精細化、半透過方式の採用などが進んでいる。これによりカラーフィルター基板の構造も変化しており、液晶パネルのセルギャップの均一化を計るためのフォトスペーサー（Photo Spacer：ＰＳ）の形成、半透過方式の反射部の表示特性改善のための透明土台（セルギャップ調整層）の形成や画素へのライトホールの形成、ＲＧＢ画素上へＶＡ方式の視野角特性を向上させるための配向制御用突起の形成などが行われている。
カラーフィルター基板の製造工程において数μｍの異物等が存在するとカラーフィルター基板に突起欠点や白ピン、黒ピンなどのパターン不良などの欠点を生じ、これらの欠点は規格値を超えると液晶表示装置の表示欠点となるため、従来からカラーフィルター基板製造工程において、これら欠点を検査により検出し、修正または排除することを実施してきた。この様な検査を行う場合には従来から自動検査装置を用いており、その自動検査装置は、カラーフィルター基板に対し光源装置より検査照明を表面または裏面より照射し、カラーフィルター基板により反射、またはカラーフィルター基板を透過した光を光電変換素子にて受光して電気信号に変換し、該電気信号を画像処理して欠陥検出を行うように構成されている。しかし、近年の表示性能向上を目的としてＰＳやセルギャップ調整層などの構造物を設けたカラーフィルター基板において、これらの構造物の欠陥を検査することを目的として従来同様の自動検査を行った場合、カラーフィルター基板に照射された検査光は、透明なこれら構造物を透過し、これらの構造物の下地となるガラス基板、ＢＭ、ＲＧＢ画素、透明保護膜、透明電極などからの強い反射光がノイズとなり、被検査体となる前記構造物からの反射光の信号がこのノイズに埋もれて、欠点の検出感度が低下する。また、この様な構造物を設けたカラーフィルター基板基板の表面形状は従来のものよりも凹凸が大きくなるため、この形状に起因して乱反射が起こり光電変換素子に迷光として受光されるため、同様に欠点の検出感度低下の要因となる。
更に最近では、液晶表示装置の高解像度化が進み、画素ピッチが狭くなり、従来は１画素の幅が１００μｍ前後であったものが、例えば、携帯電話用途のＶＧＡ品種では２５μｍ程度にまで狭くなり、カラーフィルター基板上に形成させるＢＭの線幅も、従来は２０〜３０μｍであったものが６μｍあるいはそれ以下になっている。この様な変化に伴い、前記構造物のサイズも小さくなり、例えばＰＳの場合には、従来は上底が２０μｍ×２０μｍ以上の角錐台であったものが、上底１０μｍ×１０μｍ以下にまで小さくなり、Ｓ／Ｎ比はさらに低下し、ＰＳの欠損といった欠点の検出感度を益々低下させている。
反射検査において下地と被検査体とのＳ／Ｎ比を上げ、欠点検出感度を上げる手段として、カラーフィルター基板以外の検査対象物に対しては幾つかの事例が既に開示されているため、最初にこの適用を検討した。
カラーフィルター基板同様に下地の上にパターンが形成されている回路基板での検査事例として、特許文献１では、回路基板の表面に形成された半田バンプの検査を行う装置で、その下半分に塗布された補強樹脂の略補色の光線を使用する方法が記載されている。本文献は表面が鏡面である半田バンプを検査するという特殊な事情を利用したもので、半田バンプからの良好な反射光に対して、補強樹脂に対しては補色を用いており、光が吸収されるため、その境界をより際立たせようとするものである。また、特許文献２はフレキシブルプリント基板の外観検査の事例で、この中では、ベースとなる有色半透明のフィルムの補色を検査光源として用い、透過照明として用いることでフィルムの有るところと無いところのコントラストを出すことが記載されている。
これらの事例をそのままカラーフィルター基板に適用した場合、ＰＳ、セルギャップ調整層などの構造物は透明性が高く、これらの構造物を通過した後に下地から反射される光がノイズと成るため、十分な効果が得られない。また、カラーフィルター基板の場合には下地となる層は１つに規定できない為、補色となる色を１つに定めることはできないことも、効果が十分にでない原因となった。また、これらの事例は検査光源に赤色や青色といった原色を用いているが、検査光を原色、例えば青色にしてしまうと、カラーフィルター基板のＲＧＢ画素のうちＢ画素からの反射光が極端に低下し、Ｂ画素上に発生した異物欠陥などに対する検出感度が十分に得られなくなる。同様に検査光を赤色にした場合はＲ画素、緑色にした場合はＧ画素上の欠陥に対する検出感度が十分に得られなくなる。そのため検査装置の用途がＰＳパターンの検査のみとなり、著しく汎用性に欠ける。また更に、あまりに検査光の波長域を狭くすると、カラーフィルター基板の表面、例えば透明保護膜で干渉を起こしやすくなり、製品異常とならないわずかな透明保護膜の膜厚変化まで過剰に検出してしまうことが考えられたため、ある程度の波長域の広さは必要である。よってこれらの事例のように検査光源に原色を用いる方法では、カラーフィルター基板の欠陥検査には適さない。
特開２０００− ６５５４３号公報 特開２００６−１１８８９６号公報

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、セルギャップ調整層上のフォトスペーサーなどの立体構造物を具えた高機能、高精細なカラーフィルター基板の外観欠点の検出を容易にする検査方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成からなる。

すなわち、カラーフィルター基板に検査用光線を照射し、該カラーフィルター基板からの反射光を光電変換素子で受光して電気信号に変換し、得られた電気信号を画像処理してカラーフィルター基板の欠陥検出を行うカラーフィルター基板の検査方法において、該検査用光線が該カラーフィルター基板基板上に形成された検査対象物の略補色となる波長を含むことを特徴とするカラーフィルター基板の検査方法である。

上記のように、本発明の検査方法によれば、下地からの反射光によるノイズを低減し、複雑な多層構造の膜からなるパターンの欠陥をより感度良く検出できる。また、本発明の検査方法を用いることでより多層化しているカラーフィルター基板のパターン検査が高感度になり、品質および歩留まり向上が可能となる。

本発明の検査装置の形態を以下に説明する。
本発明の構成としては特に限定されるものではないが、被検査体であるカラーフィルター基板に検査照明を照射するための検査光源を有し、検査用光線が検査対象物により反射した光を受光し電気信号に変換するための光電変換素子を有し、該電気信号を処理する信号処理装置を有するものである。
ここで、光電変換素子としては、信号処理が簡便で、最も一般的に利用されているＣＣＤラインセンサを用いるのが好ましい。また、光学系の構成としては、設備費を安価にするため、また管理の簡便さから、一対の光学系で構成することが好ましい。光学系は反射型とし、検査対象物により、同軸落射照明系、正反射照明系、軸ずらし照明系など好適な方法を選ぶことが出来る。
信号処理の方法としては、比較検査法が用いられることが多いが特にこれに限定されない。カラーフィルター基板はブラックマトリクス（ＢＭ）および赤、青、緑の着色層（ＲＧＢ画素）がそれぞれ等ピッチの間隔でかつ同じ周期で規則正しく配列されている。この様なカラーフィルター基板に検査光を照射し、反射された光を光電変換素子で受光すると、輝度変化も等ピッチでかつ同じ周期の波形が得られる。比較検査法では、ＢＭおよびＲＧＢ画素の配列ピッチに対応した比較ピッチで前方の画素と後方の画素の輝度の比較を行い（差分処理）、その差分後の輝度がしきい値を越えたときに欠陥であると判別する。
検査光源としては、ハロゲンランプが好適に用いられるが、キセノンランプ、メタルハライドランプ、蛍光灯、レーザー等を用いてもよい。本発明では被検査体に照射される検査光には、被検査体の略補色となる波長を含む波長域の検査光を用いる。検査光の波長を略補色となる波長を含む波長域とするためには、検査光源と被検査体との間に特定の波長のみを透過させる光学フィルタを用いる方法が好ましいが、この他にも、白色光源と被検査体との間に分光器を使用する方法を用いても良い。
以下に、被検査物体として、カラーフィルター基板に形成されたセルギャップ調整層上のフォトスペーサー（ＰＳ）の欠点を検査する場合について詳細に説明する。図２に被検査物体となるＰＳ付きカラーフィルター基板の概略断面図を記している。透明基板上にＢＭ、ＲＧＢ画素を形成し、その上に平坦化を目的とした透明保護膜が形成され、その上にセルギャップ調整層が形成され、その上にＩＴＯ（=Indium Tin Oxide）からなる透明電極が形成され、最表層にＰＳが形成されている。ＰＳは感光性アクリル材料をフォトリソ法を用いて形成しており、白色光のもとで観察すると黄色みを帯びている。黄色の補色は青色であり、本発明で用いる検査装置では、検査光源の波長を被検査体の略補色となる波長を含む波長域とするため、検査光源の波長を黄色の補色である波長４３５〜４８０ｎｍの青色を含む波長域、具体的には４００〜６００ｎｍの波長域、色で言えばシアンの検査光源がＰＳの検査には適している。

次に、略補色の波長を含む波長域の検査光を用いる効果について説明する。カラーフィルター基板に形成されたセルギャップ調整層上のＰＳなどの構造物の欠点を検査する場合で、従来の白色光を検査光としてカラーフィルター基板に照射した場合、被検査体となるカラーフィルター基板上の構造物からの反射光の以外に、検査光が被検査体である構造物を透過した後に、その下地である透明電極、透明保護膜、ＲＧＢ画素、ＢＭから反射する光が混じり、これがノイズとなるため、被検査体が存在しない領域の下地からの反射光とのＳ／Ｎ比が低下し、欠点検出感度が低下させる。これに対し、検査光を被検査体の補色となる波長を含む波長域とした場合、被検査体となるカラーフィルター基板上の構造物で検査光がある程度吸収されるため、その下地に到達する光量が低下し、更に下地より反射される光も被検査体である構造物による吸収で低下するため、下地からの反射光の影響を低減させることができ、Ｓ／Ｎ比を上げることが可能となる。これらの効果は、被検査体が透明かつ、ある波長の光を吸収し、被検査体の下地となるカラーフィルター基板が赤、青、緑を初めとする複数の色を有し、反射率が被検査体で有る構造物よりも大きいという構成であるという環境のもとで有効に発現されるもので、先に述べた特許文献とはまったく異なるものである。

また検査光に略補色を用いる副効果として、色収差の影響を低減することがある。色収差とは、レンズやハーフミラーなどを光が通過する際に、光の波長によって屈折率が異なり、焦点位置が波長によって異なることから、像の大きさや位置に差を生じ、いわゆるピンぼけを生じてしまうことであるが、検査光を略補色にするために光の波長が限定されるため、白色光を用いた場合よりこの色収差の影響が低減されることになる。

以下、好ましい実施例に基づいて本発明をさらに詳しく説明するが、下記実施例によって本発明の効力は何ら制限されるものではない。

実施例１
図１は実施例の検出方法を実施する概略構成図で、ＣＣＤラインセンサにより欠陥を自動検査する装置を記している。１１は被検査体となるカラーフィルター基板である。１２は光源であり、メタルハライドランプ（住田化学製LS-M180-4000゜K）を用い、１３のハーフミラーを介してカラーフィルター基板の真上から照射し、同軸照明を成している。１４はＣＣＤラインセンサ（クロック120MHz、有効画素数5000pix）である。１５は画像処理装置（タカノ製ＭＰ７４１００）である。１６は検査光源から被検査体に照射する際に特定の波長のみを透過させる補色フィルタである。図２（ａ）は、被検査体となるＰＳが形成された、カラーフィルター基板の概略断面図を記している。厚み０．５ｍｍのガラス基板１上に、ブラックマトリクス２、赤３Ｒ、青３Ｂ、緑３Ｇの着色層（ＲＧＢ画素）３をフォトリソ法にて形成し、その上に厚み１．５μｍの透明保護膜４をスリットコータにて塗布し、その上にアクリル系樹脂をフォトリソ法にて高さ２μｍ、幅８０μｍのギャップ調整層７を形成し、ＩＴＯ（=Indium Tin Oxide）からなる透明電極５をスパッタリング形成し、最表層にアクリル系樹脂をフォトリソ法にて、高さ２μｍ、頂上部の直径φ１１μｍのフォトスペーサー（ＰＳ）６を形成したものである。なおＰＳの配置は、図２（ｂ）に記した、ＰＳが形成されたカラーフィルター基板の平面図の通り、ＲＧＢ画素の一部に配置されているセルギャップ調整層の上に、ＲＧＢ画素と等ピッチで配置されている。このＰＳを部分的に欠落させてパターン欠落部を故意に作成し、この欠落部を図１に示す構成のカラーフィルター基板検査装置にて検査した。その際、補色フィルタ１６にはシアンフィルタ（ｋｅｎｋｏ製ダイクロイックフィルターシアン、ＤＦ−Ｃ）を用いて検査光の波長域を４００〜６００ｎｍに限定し、被検査体であるＰＳの略補色の波長を含む波長域の検査光を生成するようにした。検査装置の検出信号を２５６階調に分解後、比較検査法による差分処理を行い、差分処理後の輝度が１５０を越えたものを検出するようにしきい値を設定した。本発明の検査方法によれば、図３（ａ）に記す通り、ＰＳのパターン欠落部の差分処理後の輝度は１５５でしきい値以上となり、ＰＳのパターン欠落部を検出できることを確認した。
比較例１
図１に記すカラーフィルター基板検査装置の構成にて、補色フィルタを用いず、すなわち白色光で、実施例１と同様にＰＳのパターン欠落部を検査したところ、図３（ｂ）に示すとおり、ＰＳのパターン欠落部の差分処理後の輝度は１３６でしきい値以下となったため、ＰＳのパターン欠落部を検出することができなかった。

本発明の検査方法を実施する検査装置の概略構成図である。 フォトスペーサーが形成されたカラーフィルター基板の概略断面図、平面図である。 フォトスペーサー欠落部を本発明の検査方法および従来の検査方法で検査して得られた検出信号の一例である。

符号の説明

１：ガラス基板
２：ブラックマトリクス
３：着色層（ＲＧＢ画素）
３Ｒ：着色層の赤（Ｒ）
３Ｇ：着色層の緑（Ｇ）
３Ｂ：着色層の青（Ｂ）
４：透明保護膜
５：透明電極
６：フォトスペーサー（ＰＳ）
７：セルギャップ調整層
１１：カラーフィルター基板
１２：光源
１３：ハーフミラー
１４：ＣＣＤラインセンサ
１５：画像処理装置
１６：補色フィルタ

Claims (3)

1. カラーフィルター基板に検査用光線を照射し、該カラーフィルター基板からの反射光を光電変換素子で受光して電気信号に変換し、得られた電気信号を画像処理してカラーフィルター基板の欠陥検出を行うカラーフィルター基板の検査方法において、該検査用光線が該カラーフィルター基板上に形成された検査対象物の略補色となる波長を含むことを特徴とするカラーフィルター基板の検査方法。
2. 前記光線の波長域が４００〜６００ｎｍである請求項１に記載のカラーフィルター基板の検査方法。
3. 前記検査対象物がカラーフィルター基板に形成されたセルギャップ調整用のフォトスペーサーである請求項１に記載の検査方法。

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