JP4312706B2 - 膜厚差検出装置、膜厚差検出方法、カラーフィルタ検査装置、カラーフィルタ検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜、特にインク材料を吐出することにより形成されたカラーフィルタの膜厚差を検出する膜厚差検出装置、膜厚差検出方法、カラーフィルタ検査装置、カラーフィルタ検査方法に関するものである。

近年、液晶表示装置の大型化が進み、その需要が増加する傾向がある。しかしながら、さらに液晶表示装置を普及させるためには、液晶表示装置の製造にかかるコストを削減する必要がある。

特に、液晶表示装置においてカラー画像表示を行うために用いられるカラーフィルタは製造コストの比重が高いため、このカラーフィルタの製造コストを削減することが求められている。

そこで、上記の要求を満たすものとして注目されているのが、インクジェット方式によるカラーフィルタの形成方法である。この形成方法では、Ｒ（赤）・Ｇ（緑）・Ｂ（青）の各絵素をノズルヘッドからインクを吐出することにより形成する。

インクジェット方式が注目されているのは、工程数が少なく、生産効率の高い製造方法であるからである。さらに、この方式によれば、カラーフィルタが形成される基板上の必要な領域にのみインクを塗布することができるため、インクの使用量を削減でき、その結果、カラーフィルタの形成にかかるコストを削減することが可能となる。

しかし、インクジェット方式においてカラーフィルタを形成する場合には、解決しなければならない問題がある。すなわち、複数のノズルからインクを吐出することによりカラーフィルタを形成しているため、各ノズルから吐出されるインク量に違いがあった場合には、カラーフィルタの一部に膜厚差が生じる。通常、この膜厚差は、ノズルの並び方向への筋むらとして検出される。

液晶表示装置として表示むらが発生しないようにするためには、カラーフィルタの厚みの相対的な差を数十ｎｍ〜数百ｎｍ以内に抑えることが必要となる。このため、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の分解能で膜厚差を検出する検査方法および検査装置が必要となる。

膜厚差を検出する方法として、光学式の膜厚検査方法が知られている。この方法では、一般に、被検査物である膜に光を照射し、膜を透過した光、または、膜に反射した光を検出することにより膜厚差を測定している。

特許文献１に開示されている発明においては、まずインクジェット方式より形成されたカラーフィルタに光を照射し、同一ノズルで形成された領域を透過した光を、ラインセンサで同時に多数点で検出し、平均値を求めることにより、カラーフィルタの筋むらを検出している。

一方、特許文献２に開示されている発明においては、光源の可干渉光束を２分し、一方の光束を水平に近い角度でカラーフィルタに照射し、他方は参照光束とすることにより、カラーフィルタの反射光束と参照光束とを干渉させ、その位相を示す信号から、カラーフィルタの膜厚を測定している。

また、特許文献３に開示されている発明においては、被検査物の屈折率を測定した結果に基づき、全反射を起こすように光を被検査物に照射し、全反射した光を検出することにより被検査物の表面の形状を分析している。
特開２００３−２６９９２５号公報（２００３年９月２５日公開） 特開２０００−１２１３２３号公報（２０００年４月２８日公開） 特開平８−１５９９７９号公報（１９９６年６月２１日公開）

ところが、特許文献１〜３に開示された上記従来の構成では、以下に挙げる問題が生ずる。

まず、光の干渉を利用して、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の膜厚差を検出するためには、レーザ光などの干渉性の強い光を用いる必要がある。その結果、可干渉光を照射するための装置が大型になるという問題がある。

また、可干渉光を利用して広い領域の測定を行うためには、該領域において均一な強さの光を照射する必要があるが、レーザ光を利用した場合、そのような条件を満たすことは困難である。そのため、複数の装置で並列処理する必要が生じ、大型基板の全面検査を行うには、多くの時間を要してしまうという問題がある。

また、全反射光など干渉光を利用しない測定方法においては、被検査物の屈折率の測定を行う必要があるなど、測定方法および測定装置が複雑なものとなり、大型基板の全面検査には適さないという問題がある。

本発明は、上記の各問題点を解決するためになされたもので、その目的は、検査装置を複雑化および大型化することなく短時間で、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の分解能で膜厚差を検出するための検出方法および検出装置を提供することにある。

本発明に係る膜厚差検出装置は、上記課題を解決するために、規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜の各起伏間の膜厚差を検出する膜厚差検出装置において、上記膜表面に所定の傾斜角度で光を照射する光照射手段と、上記光照射手段によって光が照射された膜表面を撮像する撮像手段と、上記撮像手段によって撮像された撮像画像情報を分析して、各起伏間における輝度差を算出する撮像画像情報分析手段と、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差から膜表面の各起伏間の膜厚差を推定する膜厚差推定手段とを有することを特徴としている。

一般に、規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜に対して、所定の傾斜角度で光を照射することにより、各起伏における反射光量が一様でなくなる。例えば、ある起伏部分の膜厚が他の起伏部分よりも薄い場合、その起伏部分からの反射光量は他の起伏部分の反射光量よりも少なくなる。逆に、ある起伏部分の膜厚が他の起伏部分の膜厚よりも厚い場合、その起伏部分からの反射光量は他の起伏部分の反射光量よりも多くなる。この原理を利用して、反射光量差（輝度差）を検出することで、他の起伏部分と厚みの異なる起伏部分を検出することができる。

つまり、本願発明の上記の構成のように、膜厚差推定手段によって、算出された輝度差から各起伏間の膜厚差を推定するようにすれば、簡単な構成で容易に膜厚差を推定することが可能となる。

ここで、光照射手段によって照射される光の傾斜角度を変更することで、検出すべき輝度差の検出精度を変更することが可能となる。例えば、輝度差の検出精度を上げるには、できるだけ膜面に対して平行に近い傾斜角度で起伏に光を照射するのが好ましい。

このように、本願発明では、光照射手段の照射角度を調整することにより簡単に輝度差の検出精度を上げることが可能となる。しかも、この光照射手段は、通常の光源を用いることができるので、広範囲の照射を可能にしている。つまり、検査対象となる膜面の大型化に対応することが可能となる。

従って、本願発明では、光の干渉を利用して膜厚差を検出するものではないので、従来のようにレーザ光などの単一波長の光を用いる必要がない。この結果、膜厚差を数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のオーダーで検出する場合であっても、光照射手段の照射角度を調整するだけでよく、干渉性の強いレーザ光を用いた場合のように装置の大型化やコストの増加を招くものではない。

上記光照射手段は、上記起伏が有する湾曲面の中で最大傾斜角を有する湾曲面に光を照射するように光照射角度が調整されていることが好ましい。

これにより、検査装置を複雑化および大型化することなく短時間で、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の分解能で膜厚差を検出することができる。

また、予め設定された輝度差と膜厚差との関係を示す基準情報を記憶する記憶手段を備え、上記膜厚差推定手段は、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差と、上記記憶手段に記憶された基準情報とを参照して、膜厚差を推定するようにしてもよい。

この場合、輝度差と膜厚差との関係を事前に評価した基準情報を用意しておくことで、実際に算出した輝度差から簡単に膜厚差を推定することが可能となる。

上記規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜の一例として、基板上に液状のカラーフィルタ材料を吐出することで形成されるカラーフィルタが考えられる。このようなカラーフィルタの場合には、以下のような構成の膜厚差検出装置が使用される。この場合も上記の膜厚差検出装置による作用効果と同様の作用効果を奏することができる。

すなわち、本発明の膜厚差検出装置は、ブラックマトリクスで囲まれた領域に液状のカラーフィルタ材料を吐出して形成されたカラーフィルタの膜厚差を検出する膜厚差検出装置において、上記カラーフィルタの表面を、該表面に対して所定の角度で傾斜した方向から光を照射する光照射手段と、上記照射手段によって光が照射されたカラーフィルタの表面を撮像する撮像手段と、上記撮像手段によって撮像された画像を分析して、各領域におけるカラーフィルタの輝度差を算出する撮像画像情報分析手段と、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差から膜厚差を推定する膜厚差推定手段とを備えていることを特徴としている。

また、上記光照射手段は、上記カラーフィルタのブラックマトリクスに近接する端面に光照射するように光照射角度が調整されることが好ましい。

さらに、予め設定された輝度差と膜厚差との関係を示す基準情報を記憶する記憶手段を備え、上記膜厚差推定手段は、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差と、上記記憶手段に記憶された基準情報とを参照して、膜厚差を推定するようにすればよい。

本発明に係る膜厚差検出装置は、以上のように、膜表面に所定の傾斜角度で光を照射する光照射手段と、上記光照射手段によって光が照射された膜表面を撮像する撮像手段と、上記撮像手段によって撮像された撮像画像情報を分析して、各起伏間における輝度差を算出する撮像画像情報分析手段と、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差から膜表面の各起伏間の膜厚差を推定する膜厚差推定手段とを有することで、膜厚差を数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のオーダーで検出する場合であっても、光照射手段の照射角度を調整するだけでよく、干渉性の強いレーザ光を用いた場合のように装置の大型化やコストの増加を招かないという効果を奏する。

本発明の実施の形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、した微細な起伏を表面規則正しく整列に有する膜として、インクジェット方式で形成されたカラーフィルタの検査装置について説明する。また、以下の説明において、「カラーフィルタ」は、液晶表示装置における各画素に対応する領域に形成されたものを示し、「カラーフィルタ基板」は、ガラス基板等の透明基板上にカラーフィルタが形成されたものを示すものとする。

図２は、本実施の形態にかかるカラーフィルタ検査装置の概略ブロック図を示す。

本カラーフィルタ検査装置は、図２に示すように、被検査体であるカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板１０１を検査するものであって、上記カラーフィルタ基板１０１の表面に光を照射する照射手段としての照明装置１０２、上記カラーフィルタ基板１０１の表面を撮像する撮像手段としての撮像装置１０３、上記カラーフィルタ基板１０１を載置するための載置台としての可動ステージ１０４、本検査装置の全体を制御する制御手段としての制御装置１０５、上記撮像装置１０３によって撮像された画像に対して所定の処理を施す画像処理手段としての画像処理装置１０６、上記画像処理装置１０６による画像処理に必要な情報等を記録するための記憶手段としての補助記録装置１０７、上記画像処理装置１０６による画像処理の結果を出力するための結果出力手段としての結果出力装置１０８を備えている。

すなわち、上記構成のカラーフィルタ検査装置は、光をカラーフィルタ基板１０１に照射し、該カラーフィルタ基板１０１表面に反射した光（反射光）を分析することにより、カラーフィルタ基板１０１におけるカラーフィルタの膜厚差から、該カラーフィルタが良品であるか不良品であるかを検査する装置である。そのため、光を発する光源としての照明装置１０２と、カラーフィルタ基板１０１表面に光が照射された状態で該表面を撮像する撮像装置１０３とを備えている。

また、カラーフィルタ基板１０１は、一軸方向へ可動することができる可動ステージ１０４の上に載置されている。なお、本発明の膜厚差検出装置を用いて検査できるカラーフィルタ基板１０１等の被検査体は、表面に微細な起伏を規則的に有している膜状もしくは板状の物体に限られる。その理由は、本発明の膜厚差検出方法は表面の微細な起伏の形状に依存した検出方法であるからであり、詳しくは後述する本発明の膜厚差検出方法の原理を理解すれば明らかとなる。

さらに、上記照明装置１０２と、撮像装置１０３と、可動ステージ１０４とは、補助記録装置１０７に保存されたカラーフィルタ基板１０１の表面形状の基準情報（基準表面形状情報）に基づいて、制御装置１０５により制御されている。すなわち、照明装置１０２と撮像装置１０３とは、後述するカラーフィルタ基板１０１の基準表面形状情報に基づき、制御装置１０５により、カラーフィルタ基板１０１の膜厚差が適切に検出される位置にそれぞれ配置される。また、可動ステージ１０４は、カラーフィルタ基板１０１を適宜適切な距離だけ移動することにより、カラーフィルタ基板１０１表面における検査対象領域を適切に変更できるように、前記基準表面形状情報に基づき、制御装置１０５により制御される。

上記の工程を経て得られたカラーフィルタ基板１０１表面の画像は、画像処理装置１０６により処理され、カラーフィルタ基板１０１の表面形状の特徴が抽出される。この特徴に基づいて、所定の膜厚の範囲内に納まらない形状（膜厚）を有するカラーフィルタ基板１０１表面の領域の有無を判定し、その結果を結果出力装置１０８により出力する。

なお、上記画像処理装置１０６は、カラーフィルタ基板１０１におけるカラーフィルタの各画素間の膜厚差を検出する膜厚差検出装置でもある。この画像処理装置１０６の詳細について後述する。

図３は、上記カラーフィルタ検査装置における膜厚差検出装置の具体的な構成の概略構成を示す図である。

上記膜厚差検出装置では、図３に示すように、カラーフィルタ基板１０１は、可動ステージ１０４上に載置されている。可動ステージ１０４は、カラーフィルタに対する検査位置を移動させるために平行移動させることができる。可動ステージ１０４の上方には、撮像装置１０３としてラインセンサと照明装置１０２として光源が配置されている。ラインセンサには、光強度を測定するセンサが集積されている。

上記構成の膜厚差検出装置では、可動ステージ１０４が移動するだけでなく、照明装置１０２も可動ステージ１０４の移動方向と同じ方向に移動する。例えば、照明装置１０２は、第１照射位置１０２ａから第２照射位置１０２ｂまで移動するように構成されている。このときの照明装置１０２の最適移動距離ｄは、上述した基準表面形状情報に含まれるカラーフィルタ基板１０１の大きさや、必要とされる光の照射角度等の情報に基づいて適宜設定されるものとする。

ここで、カラーフィルタ基板１０１における筋むらの発生原理について、図４〜図６を参照しながら以下に説明する。

図４は、カラーフィルタ基板１０１の表面が有している絵素の配置関係を表す模式図である。カラーフィルタ基板１０１は、直線状に並んだインクジェットのノズルから、Ｒｅｄ（赤）と、Ｇｒｅｅｎ（緑）と、Ｂｌｕｅ（青）との３色のインクを透明基板上に吐出することにより形成される。該透明基板は、順次一定方向に搬送されるため、３色の絵素は、基板搬送方向と平行に列を成して形成される。

ひとつのノズルから吐出されるインク量は略一定であるが、各ノズルから吐出されるインク量には差異が生じる場合がある。このインク吐出量の差が基板搬送方向に伸びる筋むらとなって現れる。図４では、青の絵素列３００と、その他の絵素列３０１との間に膜厚差が生じているために、基板搬送方向の筋むらが生じている状態を表している。

本発明の膜厚差検出装置では、該筋むらを効率良く検出するために、カラーフィルタ基板１０１は、筋むらが矢印Ｙ方向（スキャン方向）、つまり可動ステージ１０４の移動方向に対して垂直に伸びるように可動ステージ１０４上に配置される。

図５は、図４に示すカラーフィルタ基板１０１のＡＡ線矢視断面を示す図である。

図５に示すように、照明装置１０２から出射された光は、カラーフィルタ基板１０１の表面で反射し、その反射光は撮像装置１０３によって検出される。しかし、照明装置１０２からの光の照射角度が適切でないと、絵素中央部４０１からの反射光が強すぎて、ＢＭ（ブラックマトリクス）端面４０２からの反射光を効率良く検出できないという事態が生じる。

そこで、ＢＭ端面４０２からの反射光を効率良く検出するために、照明装置１０２の位置を可動ステージ１０４の移動方向に対して平行に移動させることにより、光の照射角度を調節する必要がある。ここで、照射角度とは、カラーフィルタ基板１０１に対して垂直方向に伸びる軸と、絵素表面に照射した光の進路とがなす角度を指す。

そこで、図３では、照明装置１０２を第１照射位置１０２ａから平行移動させて第２照射位置１０２ｂから照射できることを示している。第２照射位置１０２ｂから光を照射すると、第１照射位置１０２ａから光を照射する場合よりも照射角度が大きくなり、その結果、絵素中央部４０１からの反射光が弱まり、ＢＭ端面４０２からの反射光をより効率良く撮像装置１０３で検出することができる。

なお、上記の説明では、撮像装置１０３を固定し、照明装置１０２を移動するとしたが、照明装置１０２を固定し、撮像装置１０３を移動しても構わない。また、照明装置１０２と撮像装置１０３との両方を移動させても構わない。

ここで、照明装置１０２を最適移動距離ｄだけ平行移動させて膜厚差のあるカラーフィルタ基板１０１を撮像すると、図６に示すような画像が得られる。ここでは、カラーフィルタ基板１０１上のカラーフィルタ５００が膜厚差の生じた絵素の列を有していると、筋むら５０１となって検出される。

照明装置１０２の第１照射位置１０２ａから第２照射位置１０２ｂまでの距離である最適移動距離ｄは、カラーフィルタ基板１０１の表面形状、特にＢＭ端面４０２の形状に依存して決定される。カラーフィルタ基板１０１の表面形状は、（１）ブラックマトリックスの撥水条件、（２）セルに充填されるインクの材質、（３）ブラックマトリックスの間隔、つまりカラーフィルタの１絵素の大きさ、に依存する。上記の（１）〜（３）のうち（３）以外は固定される。つまり、（３）の条件に依存して、最適移動距離ｄを決定する必要がある。

ここで、最適移動距離ｄを決定する手順の一例を示す。この一例は、カラーフィルタ基板１０１の基準表面形状情報、特にＢＭ端面での傾斜角度を入手している時に適用することができる。基準表面形状情報とは、本発明における膜厚差の検査において、検査条件を決定したり、検査対象の良否を判定したりする際の基準として用いられる情報であり、均一な膜厚を有する良品サンプル（基準サンプル）の表面形状を適切な方法で分析することにより得られる基準サンプルの表面形状情報である。

ここで、図７（ａ）は、カラーフィルタ端面の傾斜角度と照明シフト量との関係、すなわち基準サンプルの端面傾斜角度と、ＢＭ端面からの反射光を効率良く検出するための最適移動距離ｄとの関係を示すグラフである。該グラフは、照明装置１０２とカラーフィルタ基板１０１との距離と、撮像装置１０３とカラーフィルタ基板１０１との距離と、撮像装置１０３の光軸とカラーフィルタ基板１０１の基板に対する法線との角度とを決定すれば理論的に簡単に作成することができる。

なお、図７（ａ）に示すグラフは、照明装置１０２とカラーフィルタ基板１０１との距離と、撮像装置１０３とカラーフィルタ基板１０１との距離とを、ぞれぞれ、６００ｍｍと３００ｍｍとに設定し、撮像装置１０３の光軸とカラーフィルタの基板に対する法線との角度を３０度と設定した時のグラフである。ここで、照明装置１０２の移動方向は、可動ステージ１０４の移動方向と同じ方向である。このように、図７（ａ）のグラフを利用すれば、カラーフィルタ基板１０１の基準表面形状情報が得られた場合に、照明装置１０２の最適移動距離ｄを決定できる。

次に、最適移動距離ｄを決定する手順の別の一例を示す。この一例は、カラーフィルタ基板１０１の基準端面情報が得られないときに有効である。図７（ｂ）は、特定の間隔で照明装置１０２の位置を平行移動して、カラーフィルタ基板１０１の撮像を繰り返した場合の、照明装置１０２の移動距離とカラーフィルタ基板１０１の画像の濃淡値との関係を表したグラフである。縦軸は、カラーフィルタ基板１０１の撮像画像の濃淡値であり、横軸は照明装置１０２の移動距離である。図７（ｂ）に示すように、最大濃淡値の半分の値を与える光源移動距離を最適移動距離ｄとする。このように、カラーフィルタ基板１０１の基準表面形状情報を持たなくても、最適移動距離ｄを決定することができる。

続いて、カラーフィルタ基板１０１のカラーフィルタの膜厚差検出原理について、図８〜図１０を参照しながら以下に説明する。図８（ａ）（ｂ）は、あるカラーフィルタの膜厚が他のカラーフィルタの膜厚よりも薄いときのカラーフィルタ表面の反射光量を示す図である。図９（ａ）（ｂ）は、あるカラーフィルタの膜厚が他のカラーフィルタの膜厚よりも厚いときのカラーフィルタ表面の反射光量を示す図である。図１０は、輝度差と膜厚差との関係を示すグラフである。

ここでは、カラーフィルタ基板１０１は、インクジェット方式により形成されていることを前提とする。この場合、カラーフィルタの表面は、表面張力の関係もあり、各絵素に対応するカラーフィルタ（以下、ＣＦと称する）は、円（楕円）形に近い形状をしている。これは、カラーフィルタ材料が液状であり、この液状材料をインクジェットヘッドで吐出するためである。

上記のように形成されるカラーフィルタ基板１０１は、何らかの理由でインクの吐出量が少なくなった、もしくは、多くなった欠陥ＣＦが、正常のＣＦと比較すると、ＢＭ端面で違いが生じる。この違いが傾斜角度であり、本発明では、この違いを用いて欠陥ＣＦを検出する。

インクの吐出量が少なくなり、膜厚が小さくなった欠陥ＣＦの例を図８（ｂ）に示す。膜厚差が小さくなると、傾斜角度が周辺ＣＦと比較して小さくなる。ある一定の角度（本発明では、照明装置１０２の位置をシフトすることにより調整）で、ＣＦに光を照射すると、傾斜角度の小さいＣＦからは、反射光が返って来ない。そのため、図８（ａ）に示すように、膜厚の小さいＣＦからの反射光量は周辺ＣＦと比較して、小さくなる。この状態を撮像装置１０３で撮像すると、欠陥ＣＦだけ暗く見える。

なお、図８（ｂ）において、ＣＦは傾斜角度の違いを判り易くするために、誇張して描画しているが、具体的には、ＢＭ端面の最大の傾斜角度が１〜４度程度であり、傾きに直すと、１０〜５０μｍ／ｍｍ程度の傾きとなっている。

また、膜厚が大きくなった欠陥ＣＦの場合も、上述した膜厚が小さくなった欠陥ＣＦの場合と同様に説明できる。

膜厚が大きくなると、傾斜角度が周辺ＣＦと比較して大きくなる。ある一定の角度で、図９（ｂ）に示すように、ＣＦに光を照射すると、傾斜角度の大きいＣＦからは、反射光が返って来るが、周辺ＣＦからは返って来ない。そのため、図９（ａ）に示すように、膜厚の大きいＣＦからの反射光量は周辺ＣＦと比較して、大きくなる。この状態を撮像装置１０３で撮像すると、欠陥ＣＦだけ明るく見える。

上記原理によって、膜厚差（基準膜厚に対して膜厚が大きいか、あるいは小さいかを示す値）は、撮像画像の輝度差（基準膜厚の反射光量と欠陥膜厚の反射光量との差の絶対値）という形で検出されることになる。

そこで、膜厚差を把握しているサンプルを事前に撮像し、「膜厚差と撮像画像の輝度差の関係」を事前に評価しておくことで、撮像画像から欠陥ＣＦの膜厚差を推定することができる。例えば、図１０に示すようなグラフ、すなわち膜厚差と輝度差との関係を事前に評価したグラフを用いることが考えられる。これを利用すれば、欠陥ＣＦから求めた輝度差から容易に膜厚差を推定することができる。

ここで、事前に、基準サンプル（良品サンプル）を、例えば、接触式段差計、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、三次元計測器、レーザ干渉計などを用いて表面形状情報（膜厚差と輝度差との関係を示すグラフ）を取得すればよい。この表面形状情報は、基準表面形状情報（膜厚差参照情報）として補助記録装置１０７に記憶され、必要に応じて読み出されるようになっている。

上記の膜厚差検出原理を実現するために、本実施の形態では、上記構成のカラーフィルタ検査装置において、図１に示すような画像処理装置１０６を採用している。

上記画像処理装置１０６は、図１に示すように、撮像画像分析部１０、膜厚差推定部２０を備えた構成となっている。

上記撮像画像分析部１０は、撮像装置１０３によって撮像された撮像画像情報を分析して、カラーフィルタ基板１０１における各絵素に対応するカラーフィルタ（ＣＦ）からの反射光量から各カラーフィルタ間の輝度差を算出し、算出結果を膜厚差推定部２０に出力するようになっている。

上記膜厚差推定部２０は、撮像画像分析部１０からの輝度差情報と、補助記録装置１０７に記憶されている膜厚差参照情報（膜厚差と輝度差との関係を示すグラフ）とから膜厚差を推定し、膜厚差情報として後段の結果出力装置１０８に出力するようになっている。

この結果出力装置１０８では、膜厚差情報からカラーフィルタ基板１０１におけるカラーフィルタの欠陥を検出して、その結果を出力するようになっている。

以下に、上記構成のカラーフィルタ検査装置におけるカラーフィルタ検査処理の流れについて、図１１及び図１２に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。なお、検査処理を実行する前に、予め、被検査体であるカラーフィルタ基板１０１と同様の表面形状を有する基準サンプルの表面形状をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）やレーザ干渉計や接触式段差計などの適切な計測器で分析し、基準表面形状情報を取得する。そして、取得した該基準表面形状情報を補助記録装置１０７に保存しておく。

まず、被検査体であるカラーフィルタ基板１０１を可動ステージ１０４に配置する（ステップＳ１）。

次に、制御装置１０５は、補助記録装置１０７から予め保存していた基準表面形状情報を取得する（ステップＳ２）。

続いて、制御装置１０５は、取得した基準表面形状情報に基づいて、光源のシフト量、すなわち照明装置１０２の最適移動距離ｄを決定する（ステップＳ３）。

そして、制御装置１０５の制御下において、照明装置１０２が前記最適移動距離ｄだけ移動し、撮像装置１０３によりカラーフィルタ基板１０１表面の撮像が行われる（ステップＳ４）。その後、良品判定処理を行う（ステップＳ５）。この良品判定処理の詳細については後述する。

最後に、良品判定した結果を出力する（ステップＳ６）。この結果は、結果出力装置１０８によって出力されるが、カラーフィルタ検査装置の操作者に対して表示装置（図示せず）に表示するように出力してもよいし、プリンタ等によって紙媒体に出力してもよい。

続いて、上記のステップＳ５における良品判定処理の流れを図１２に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。

まず、撮像画像分析を行う（ステップＳ１１）。ここでは、画像処理装置１０６内の撮像画像分析部１０によって、入力された撮像画像情報からカラーフィルタの反射光量差から輝度差を求める処理を行う。そして、この処理結果を膜厚差推定部２０に出力する。

続いて、膜厚差推定を行う（ステップＳ１２）。ここでは、膜厚差推定部２０が、予め補助記録装置１０７に保存された膜厚差参照情報（膜厚差と輝度差との関係を示すグラフ）を読み出して、入力された輝度差から膜厚差を推定するようになっている。

そして、膜厚差が所定の値Ｄ以下か否かを判断する（ステップＳ１３）。この所定の値Ｄは、カラーフィルタに求められる品質に応じて適宜設定されるものである。つまり、カラーフィルタに求められる品質が高ければ、Ｄの値は小さく設定され、カラーフィルタに求められる品質が低ければ、Ｄの値は大きく設定される。

上記ステップＳ１３において、膜厚差が所定の値Ｄ以下であれば、カラーフィルタは良品であると判定する（ステップＳ１４）。一方、膜厚差が所定の値Ｄよりも大きければ、カラーフィルタは欠陥であると判定する（ステップＳ１５）。

そして、これらステップＳ１４及びステップＳ１５の判定結果を、図１１に示すステップＳ６に戻り、結果出力装置１０８に出力する。

以上のように、本実施の形態では、規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜として、インクジェットヘッド方式で形成されたカラーフィルタ間の膜厚差を検出する膜厚差検出装置について説明し、この膜厚差検出装置によれば、カラーフィルタ基板１０１上の規則正しく整列した微細な起伏であるカラーフィルタ表面に所定の傾斜角度で光を照射することにより、各カラーフィルタ間の輝度差を検出することで、他の起伏部分と厚みの異なる起伏部分を検出することができる。

つまり、本実施の形態のように、画像処理装置１０６の膜厚差推定部２０によって、算出された輝度差から各カラーフィルタ間の膜厚差を推定するようにすれば、簡単な構成で容易に膜厚差を推定することが可能となる。

ここで、照明装置１０２によって照射される光の傾斜角度を変更することで、検出すべき輝度差の検出精度を変更することが可能となる。例えば、輝度差の検出精度を上げるには、起伏できるだけ膜面に対して平行に近い傾斜角度で光を照射するのが好ましい。

このように、本願発明では、照明装置１０２の照射角度を調整することにより簡単に輝度差の検出精度を上げることが可能となる。しかも、この照明装置１０２は、通常の光源を用いることができるので、広範囲の照射を可能にしている。つまり、検査対象となる膜面の大型化に対応することが可能となる。

従って、本実施の形態では、光の干渉を利用して膜厚差を検出するものではないので、従来のようにレーザ光などの単一波長の光を用いる必要がない。この結果、膜厚差を数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のオーダーで検出する場合であっても、光照射手段の照射角度を調整するだけでよく、干渉性の強いレーザ光を用いた場合のように装置の大型化やコストの増加を招くものではない。

上記照明装置１０２は、上記カラーフィルタが有する湾曲面の中で最大傾斜角を有する湾曲面に光を照射するように光照射角度が調整されていることが好ましい。これにより、カラーフィルタの高さの違による輝度差を精度よく検出することができるので、輝度差から推定される膜厚差より確からしいものにすることができる。

なお、本実施の形態では、カラーフィルタ間の膜厚差を輝度差から求めているが、これに限定されるものではなく、ブラックマトリクス（ＢＭ）の端面付近でのカラーフィルタの傾きによって膜厚差を検出し、カラーフィルタの欠陥を判定するようにしてもよい。具体的には、撮像装置１０３によってＢＭ端面付近を撮像して得られた画像から、該ＢＭ端面付近でのカラーフィルタの傾き（傾斜角度）によって判断する。例えば膜厚差が大きい欠陥ＣＦの場合、正常ＣＦと比較して相対的に傾きが大きい、すなわち傾斜角度が大きいと検出できる。また、膜厚差が小さい欠陥ＣＦの場合、正常ＣＦと比較して相対的に傾きが小さい、すなわち傾斜角度が小さいと検出できる。

これにより、検査装置を複雑化および大型化することなく短時間で、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の分解能で膜厚差を検出することが可能となる。

また、本発明のカラーフィルタ検査装置は、インクジェットヘッドを用いて形成したカラーフィルタ基板を検査する方法であって、前記カラーフィルタに照明を照射する手段と、前記照射されたカラーフィルタを撮像する手段と、カラーフィルタの各絵素端面の基準表面形状情報を入手する手段を有し、前記基準表面形状情報に応じて照明と撮像位置を調整して、カラーフィルタの各絵素の画像から端面の情報を獲得し、基準情報との比較により、前記カラーフィルタの欠陥を検出する構成であってもよい。

これにより、ノズル間の吐出量の違いが現れるカラーフィルタ各絵素の端面部分を、照明と撮像位置を調整し撮像することにより、カラーフィルタ各絵素の中央部の影響を受けずに端面部を撮像できるため、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のオーダーの膜厚差を検出できるという効果を奏する。

また、前記照明を照射する手段が、カラーフィルタを作成する際にインクを吐出した方向に対して、垂直方向から照明を照射するようにしてもよい。

これにより、インクの吐出方向にスジムラが発生するため、この方向の垂直方向から照明を照射し撮像することにより、スジムラを検出しやすくできる効果を奏する。

さらに、上記の基準表面形状情報に応じて照明と撮像位置の調整方法として、照明のみを調整するようにしてもよい。

これにより、カメラを移動したときに生じるカメラレンズの調整のステップを省き、装置の大型化を防ぐ効果を奏する。

上述したカラーフィルタの各絵素端面の基準表面形状情報を入手する手段として、照明位置を動かしながら撮像を繰り返すことにより、基準表面形状情報を入手するようにしてもよい。

これにより、カラーフィルタの基準表面形状情報を入手しなくても、照明のシフト量を決定できる効果を奏する。

また、本発明のカラーフィルタ検査装置は、インクジェットヘッドを用いて形成したカラーフィルタ基板を検査する装置であって、前記カラーフィルタに照明を照射する手段と、前記照射されたカラーフィルタを撮像する手段と、照明と撮像位置を調整する手段と、前記カラーフィルタの各絵素端面の基準表面形状情報を入手する手段を備え、基準表面形状情報に応じて照明と撮像位置を調整し、カラーフィルタの各絵素の画像から端面の情報を獲得し、基準情報との比較により、前記カラーフィルタの欠陥を検出する構成であってもよい。

この場合、カラーフィルタに照明を照射する手段と、前記照射されたカラーフィルタを撮像する手段と、照明と撮像位置を調整する手段と、前記カラーフィルタの各絵素端面の基準表面形状情報を入手する手段を備えることにより、カラーフィルタ各絵素の端面部分を撮像することができるため、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度のオーダーの膜厚差を検出できる効果を奏する。

また、本発明の膜厚差検出装置の制御装置１０５と、画像処理装置１０６と、補助記録装置１０７とは、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにＣＰＵを用いてソフトウェアによって実現してもよい。

すなわち、膜厚差検出装置の制御装置１０５と、画像処理装置１０６と、補助記録装置１０７とは、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ（central processing unit）、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである膜厚差検出装置の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記膜厚差検出装置に供給し、そのコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク，ハードディスク，光ディスク，光磁気ディスク，磁気テープ，不揮発性のメモリカード，等を用いることができる。

本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するプログラムコードを格納することになる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の膜厚差検出装置は、インクジェット方式により作成されたカラーフィルタ等の表面における膜厚差を簡単な構成で検出することができるので、一般的な、規則正しく整列された起伏を有する膜の膜厚差を検出する用途に適用できる。例えば、インクジェット方式で作成された「有機ＥＬ（Electroluminescence）の発光層」や、「マイクロレンズ」が適用できる。ここで、マイクロレンズの場合、マイクロレンズアレイの他、最終使用時はレンズをバラバラに分離させて用いるがものであって、形成過程や検査時でマトリックス状に並んでいるもの（個別分離用途のレンズアレイ）も含む。この場合、マイクロレンズアレイとしては、各種の画像表示装置（液晶、有機および無機ＥＬ）、プロジェクタ、撮像素子、光ピックアップ、光導波路（光ファイバ端など）、カメラ（焦点板など）、照明（光の集散）等に用いられるものがあげられる。また、個別分離後用途のレンズアレイとしては、超小型カメラの各種光学素子、光ピックアップの各種光学素子等に用いられるものがあげられる。なお、マイクロレンズアレイおよび個別分離用途のレンズアレイのレンズの代わりに、反射層を設けたミラーを使用したアレイ状のものであってもよい。

本発明の実施形態を示すものであり、膜厚差検出装置の要部構成を示すブロック図である。 上記膜厚差検出装置を備えたカラーフィルタ検査装置の要部構成を示すブロック図である。 上記カラーフィルタ検査装置における膜厚差検出装置の具体的な構成の概略構成を示す図である。 筋むら発生の状態を説明するためのカラーフィルタ基板の平面図である。 図４に示すカラーフィルタ基板のＡＡ線矢視断面図である。 筋むらが形成されたカラーフィルタ基板の平面撮像画像を示す図である。 照明装置の最適移動距離（照明シフト量）の決定する際に使用するグラフであり、（ａ）はカラーフィルタ端面の傾斜角度と照明シフト量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は照明移動量と画像の濃淡値との関係を示すグラフである。 欠陥カラーフィルタを検出するための原理を示し、（ａ）はカラーフィルタと反射光量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のときのカラーフィルタの状態を示す図である。 欠陥カラーフィルタを検出するための原理を示し、（ａ）はカラーフィルタと反射光量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）のときのカラーフィルタの状態を示す図である。 基準表面形状情報から得られる輝度差と膜厚差との関係を示すグラフである。 上記構成のカラーフィルタ検査装置によるカラーフィルタの検査処理の流れを示すフローチャートである。 図１１に示すカラーフィルタの検査処理のなかの良品判定処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 撮像画像分析部（撮像画像分析手段）
２０ 膜厚差推定部（膜厚差推定手段）
１０１ カラーフィルタ基板（規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜）
１０２ 照明装置
１０３ 撮像装置（撮像手段）
１０４ 可動ステージ
１０５ 制御装置
１０６ 画像処理装置（膜厚差検出装置）
１０７ 補助記録装置（記憶手段）
１０８ 結果出力装置
３００ 絵素列
３０１ 絵素列
４０１ 絵素中央部
４０２ ＢＭ端面
５００ カラーフィルタ
５０１ 筋むら

Claims (13)

1. 規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜の各起伏間の膜厚差を検出する膜厚差検出装置において、
   上記膜の表面に所定の傾斜角度で光を照射する光照射手段と、
   上記光照射手段によって光が照射された膜表面を撮像する撮像手段と、
   上記撮像手段によって撮像された撮像画像情報を分析して、各起伏間における輝度差を算出する撮像画像情報分析手段と、
   上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差から膜の各起伏間の膜厚差を推定する膜厚差推定手段とを有することを特徴とする膜厚差検出装置。
2. 上記光照射手段は、上記起伏が有する湾曲面の中で最大傾斜角を有する湾曲面に光を照射するように光照射角度が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚差検出装置。
3. 輝度差と膜厚差との関係を示す基準情報を記憶する記憶手段を備え、
   上記膜厚差推定手段は、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差と、上記記憶手段に記憶された基準情報とを参照して、膜厚差を推定することを特徴とする請求項１に記載の膜厚差検出装置。
4. ブラックマトリクスで囲まれた領域に液状のカラーフィルタ材料を吐出して形成されたカラーフィルタの膜厚差を検出する膜厚差検出装置において、
   上記カラーフィルタの表面に所定の傾斜角度で光を照射する光照射手段と、
   上記照射手段によって光が照射されたカラーフィルタの表面を撮像する撮像手段と、
   上記撮像手段によって撮像された画像を分析して、各領域におけるカラーフィルタの輝度差を算出する撮像画像情報分析手段と、
   上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差から膜厚差を推定する膜厚差推定手段とを備えていることを特徴とする膜厚差検出装置。
5. 上記光照射手段は、上記カラーフィルタのブラックマトリクスに近接する端面に光照射するように光照射角度が調整されていることを特徴とする請求項４に記載の膜厚差検出装置。
6. 輝度差と膜厚差との関係を示す基準情報を記憶する記憶手段を備え、
   上記膜厚差推定手段は、上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差と、上記記憶手段に記憶された基準情報とを参照して、膜厚差を推定することを特徴とする請求項４に記載の膜厚差検出装置。
7. 規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜の各起伏間の膜厚差を検出する膜厚差検出方法において、
   上記膜の表面に所定の傾斜角度で光を照射するステップと、
   光が照射された膜表面を撮像するステップと、
   撮像された撮像画像情報を分析して、各起伏間における輝度差を算出するステップと、
   算出された輝度差から膜の各起伏間の膜厚差を推定するステップとを含んでいることを特徴とする膜厚差検出方法。
8. ブラックマトリクスで囲まれた領域に液状のカラーフィルタ材料を吐出して形成されたカラーフィルタの膜厚差を検出する膜厚差検出方法において、
   上記カラーフィルタの表面に所定の傾斜角度で光を照射するステップと、
   光が照射されたカラーフィルタの表面を撮像するステップと、
   撮像された画像を分析して、各領域におけるカラーフィルタの輝度差を算出するステップと、
   算出された輝度差から膜厚差を推定するステップとを含んでいることを特徴とする膜厚差検出方法。
9. ブラックマトリクスで囲まれた領域に液状のカラーフィルタ材料を吐出して形成されたカラーフィルタを検査するカラーフィルタ検査装置において、
   各領域間のカラーフィルタの膜厚差を検出する膜厚差検出手段と、
   上記膜厚差検出手段によって検出された膜厚差が基準範囲を越えているか否かを判断する判断手段とを備え、
   上記膜厚差検出手段は、
   上記カラーフィルタの表面を、該表面に対して所定の角度で傾斜した方向から光を照射する光照射手段と、
   上記照射手段によって光が照射されたカラーフィルタの表面を撮像する撮像手段と、
   上記撮像手段によって撮像された画像を分析して、各領域におけるカラーフィルタの輝度差を算出する撮像画像情報分析手段と、
   上記撮像画像情報分析手段によって算出された輝度差から膜厚差を推定する膜厚差推定手段とを含んでいることを特徴とするカラーフィルタ検査装置。
10. ブラックマトリクスで囲まれた領域に液状のカラーフィルタ材料を吐出して形成されたカラーフィルタを検査するカラーフィルタ検査方法において、
    各領域間のカラーフィルタの膜厚差を検出する第１ステップと、
    上記第１ステップによって検出された膜厚差が基準範囲を越えているか否かを判断する第２ステップとを含み、
    上記第１ステップは、
    上記カラーフィルタの表面を、該表面に対して所定の角度で傾斜した方向から光を照射するステップと、
    光が照射されたカラーフィルタの表面を撮像するステップと、
    撮像された画像を分析して、各領域におけるカラーフィルタの輝度差を算出するステップと、
    算出された輝度差から膜厚差を推定するステップとを有することを特徴とするカラーフィルタ検査方法。
11. 規則正しく整列した微細な起伏を表面に有する膜の各起伏間の膜厚差を検出する膜厚差検出プログラムにおいて、
    所定の傾斜角度で光が照射された上記膜の表面を撮像して得られた撮像画像情報を分析して、各起伏間における輝度差を算出する手順と、
    算出された輝度差から膜の各起伏間の膜厚差を推定する手順とをコンピュータに実行させる膜厚差検出プログラム。
12. ブラックマトリクスで囲まれた領域に液状のカラーフィルタ材料を吐出して形成されたカラーフィルタの膜厚差を検出する膜厚差検出プログラムにおいて、
    所定の傾斜角度で光が照射された上記カラーフィルタの表面を撮像して得られた画像を分析して、各領域におけるカラーフィルタの輝度差を算出する手順と、
    算出された輝度差から膜厚差を推定する手順とをコンピュータに実行させる膜厚差検出プログラム。
13. 請求項１１または１２の何れかに記載の膜厚差検出プログラムをコンピュータ読取可能に記録した記録媒体。

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