(57)【要約】【課題】微小な重欠陥を検出可能でありながら、不良とはならない程度の微小な差異を検出することがないカラーフィルタ欠陥検査方法、及びカラーフィルタ欠陥検査装置を提供すること。【解決手段】着色層のパターンが形成されたカラーフィルタの欠陥検査方法であって、カラーフィルタの撮像画像から着色層端部のテーパー形状部を抽出し、該抽出した領域と、該抽出した領域以外の領域とで異なる検査閾値を設定し、欠陥を検出することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査方法とする。【選択図】図１
2009281759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
着色層のパターンが形成されたカラーフィルタ欠陥検査方法であって、
カラーフィルタの撮像画像から着色層端部のテーパー形状部を抽出し、該抽出した領域と、該抽出した領域以外の領域とで異なる検査閾値を設定し、欠陥を検出することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査方法。
【請求項２】
着色層のパターンが形成されたカラーフィルタ欠陥検査方法であって、
カラーフィルタの撮像画像からパターンのエッジを抽出する工程と、
エッジを抽出した画像からパターン方向に水平な成分を抽出する工程と、
前記水平な成分を抽出する工程と相前後してエッジを抽出した画像からパターン方向に垂直な成分を抽出する工程と、
前記水平な成分及び前記垂直な成分を合成する工程と、
前記合成した抽出領域と、該抽出領域以外の領域とにそれぞれ検査閾値を設定する工程と、
前記検査閾値に基づいて欠陥を検出する手段と、
を有することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査方法。
【請求項３】
着色層のパターンが形成されたカラーフィルタ欠陥検査装置であって、
カラーフィルタの撮像画像を検出する手段と、
カラーフィルタの撮像画像からパターンのエッジを抽出する手段と、
エッジを抽出した画像からパターン方向に水平な成分を抽出する手段と、
エッジを抽出した画像からパターン方向に垂直な成分を抽出する手段と、
前記水平な成分及び前記垂直な成分を合成する手段と、
前記合成した抽出領域と、該抽出領域以外の領域とにそれぞれ検査閾値を設定する手段と、
前記検査閾値に基づいて欠陥を検出する手段と、
を有することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査装置。
【請求項４】
請求項１又は２のカラーフィルタ欠陥検査方法を用いたことを特徴とするカラーフィルタ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディスプレイパネルに使われるカラーフィルタ欠陥検査を行う方法、及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイパネルに使われるカラーフィルタの欠陥検査では、パネルセルが繰り返しパターンであるという特徴を利用して注目画素とパターンピッチ離れた位置にある画素を比較することで正常部と異常部の識別を行う方法が使われている。
【０００３】
近年の基板サイズの大型化に対応してカラーフィルタ基板を搬送するステージ上に設置した複数のラインカメラで基板を撮像し、映像信号をデジタル変換した後、専用の画像処理装置で検査を行う方式が使われている。このような従来の検査装置では１０μｍ程度の分解能で撮像を行っていた。一方で、フラットパネルディスプレイ、特に液晶ディスプレイの適用分野で各種モバイル機器や自動車の計器パネルなどに用途が拡がり、パネルメーカーのカラーフィルタに対する欠陥品質要求も変化してきている。
【０００４】
具体例として自動車の計器パネル向け液晶ディスプレイパネルに使われるカラーフィルタに要求される欠陥品質の例を示す。車載用途ではテレビ向けパネルなどより過酷な温湿度環境下での正常動作が要求される。液晶の特性として低温度環境下では応答が遅くなる。低温環境下でも表示特性を落とさないようにするため液晶層を挟み込む形になってＴＦＴ基板とＣＦ基板の距離を狭くして電極間距離を近づけて液晶の応答を速める工夫がなされている。カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板側とのギャップが狭いとカラーフィルタ基板上に微小な異物があってもＴＦＴ基板側に異物が接触し、最悪のケースではショート事故の原因となる。そのため、車載用途ではテレビ用途などでは問題にならないような微小な大きさの欠陥検出が要求されている。従って、これまでの検査装置の１０μｍ分解能ではそれらを検出できない。車載用途では５μｍや３μｍといった分解能での欠陥検査が必要となる。
【０００５】
しかし、５μｍや３μｍといった分解能でカラーフィルタを検査すると、本来検出すべき異物や白抜けに加えて不良とはならない程度の微小な差異を検出してしまうという問題がある。微小な差異のひとつにパターン端部の形状がある。カラーフィルタはガラス基板の上にブラックマトリックス、Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅという順にレジスト塗布・露光・現像・洗浄という工程を繰り返してパターンを形成している。各層は１〜２μｍ程度の厚さがあり、レジスト種類や露光量、現像時間など様々な要因で端部が垂直状、テーパー状、逆テーパー状になる。基板内の位置により露光量、現像時間にバラツキがあるので端部の形状も位置により微小な差異が生じることがある。微小な異物や白抜け欠陥を検出できる高分解能検査を行うとこれらのパターン端部の微細な差異も検出してしまうのである。これらは形状、サイズ、輝度などの情報では検出すべき異物や白抜け欠陥と識別できない。
【０００６】
図７を使用して更に詳しく説明する。図７の下部はカラーフィルタの断面図を示している。ガラス１００上にブラックマトリックス１０１がパターン形成され、その上にＲｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅの着色層１０２がパターン形成された状態を表している。ここで着色層１０２のパターン端部が位置により異なる様子を示している。このようなカラーフィルタをカメラで撮像した画像を断面図と対応するように図７の上部に示している。撮像は同軸落射光学系や正反射光学系で行われるので表面がフラットな部分が明るく、フラットでない部分が暗く撮像される。パターン端部の形状により撮像画像の斑部の幅が異なっている。撮像画像に対する欠陥検出手法はパターンピッチ離れた画素との比較が基本である。図７で１０４の画素はパターンピッチ離れた矢印の先の位置と比較される。このケースではほぼ同じ輝度が得られるので正常部となる。異物が載った１０５の画素では矢印の先の輝度より暗いので異常部と判断される。尚、比較対象がひとつだとどちらの輝度が正常部か判断できないので比較対象を複数点取るのが一般的であるが、説明を簡略化するため比較点を左側１点で示している。次に点１０６は欠陥があるわけではないが、着色層の端部テーパー形状の差異により輝度が異なる。このようなケースも従来の検査装置では検出してしまうのが問題であった。
【０００７】
以下に関連する公知文献を記す。  
【特許文献１】特開２００１−９９６２３
【特許文献２】特開２００６−２９８７６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その課題とするところは微小な重欠陥を検出可能でありながら、不良とはならない程度の微小な差異を検出することがないカラーフィルタ欠陥検査方法、カラーフィルタ欠陥検査装置及びこれを用いたカラーフィルタの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１に係る発明においては、着色層のパターンが形成されたカラーフィルタ欠陥検査方法であって、カラーフィルタの撮像画像から着色層端部のテーパー形状部を抽出し、該抽出した領域と、該抽出した領域以外の領域とで異なる検査閾値を設定し、欠陥を検出することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査方法とした。
請求項２に係る発明においては、着色層のパターンが形成されたカラーフィルタ欠陥検査方法であって、カラーフィルタの撮像画像からパターンのエッジを抽出する工程と、エッジを抽出した画像からパターン方向に水平な成分を抽出する工程と、前記水平な成分を抽出する工程と相前後してエッジを抽出した画像からパターン方向に垂直な成分を抽出する工程と、前記水平な成分及び前記垂直な成分を合成する工程と、前記合成した抽出領域と、該抽出領域以外の領域とにそれぞれ検査閾値を設定する工程と、前記検査閾値に基づいて欠陥を検出する手段と、を有することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査方法とした。
請求項３に係る発明においては、着色層のパターンが形成されたカラーフィルタ欠陥検査装置であって、カラーフィルタの撮像画像を検出する手段と、カラーフィルタの撮像画像からパターンのエッジを抽出する手段と、エッジを抽出した画像からパターン方向に水平な成分を抽出する手段と、エッジを抽出した画像からパターン方向に垂直な成分を抽出する手段と、前記水平な成分及び前記垂直な成分を合成する手段と、前記合成した抽出領域と、該抽出領域以外の領域とにそれぞれ検査閾値を設定する手段と、前記検査閾値に基づいて欠陥を検出する手段と、を有することを特徴とするカラーフィルタ欠陥検査装置とした。
請求項４に係る発明においては、請求項１又は２のカラーフィルタ欠陥検査方法を用いたことを特徴とするカラーフィルタ製造方法とした。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明のカラーフィルタ検査装置及び検査方法によれば、パターンの中で不良とはならない程度の微小な差異が生じやすい部位を抽出し、それ以外の部分とは別の検査閾値を設定することで、微小な重欠陥を検出可能でありながら、不良とはならない程度の微小な差異を検出することがない検査方法、及び検査装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る検査方法の実施例について図を使いながら説明する。図１は本発明の検査装置を説明する図である。検査対象物であるカラーフィルタ基板２０１をＸ方向に走査して検出するため、ラインカメラに代表される電子光学的な検出手段２０８と、カラーフィルタ基板をＹ方向に搬送し二次元の画像を形成するための基板搬送ステージ２０９と、検出手段２０８で検出される二次元のパターン画像信号を二次元のデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段２０５と、Ａ／Ｄ変換した二次元のデジタル画像を所定の二次元の走査領域に亘って記憶する画像メモリ２０６と、画像メモリ２０６に格納された画像から、欠陥を抽出する処理を実行する演算処理装置２０７と結果表示部２１０から構成される。図１では電子光学的な検出手段２０８として、Ａ）反射系の画像を撮像するラインカメラ２０２ａ、ライン照明２０３ａ、Ｂ）同軸落射照明のためのハーフミラー２０４、透過画像を撮像するラインカメラ２０２ｂ、ライン照明２０３ｂの２様態を具体例として図示した。
【００１２】
演算処理装置２０７はカラーフィルタの撮像画像からパターンのエッジを抽出するパターンエッジ抽出手段と、エッジを抽出した画像からパターン方向に水平な成分を抽出する水平成分抽出手段と、エッジを抽出した画像からパターン方向に垂直な成分を抽出する垂直成分抽出手段と、抽出された水平成分及び垂直成分を合成する抽出領域合成手段と、合成した抽出領域と、抽出領域以外の領域とにそれぞれ検査閾値を設定する手段と、検査閾値に基づいて欠陥を検出する手段とを有している。
【００１３】
次に上記各手段を用いて画像メモリ２０６に取り込んだ画像データから欠陥検査を行う処理フローについて説明する。図２は本発明の検査の工程についてのフロー図である。検出手段から入力されたカラーフィルタの撮像画像に対して、エッジ抽出工程によりカラーフィルタパターンのエッジを抽出する。次に、エッジを抽出した画像に対してパターンの配列方向に水平な成分及び垂直な成分の抽出をそれぞれ水平成分抽出工程及び垂直成分抽出工程で行い、これらを合成することにより、輝度変化の大きいテーパー形状部の領域を画線部（抽出領域）として抽出した抽出画像を得る。さらにこの抽出領域と、抽出領域以外の領域でそれぞれ欠陥を判定する検査閾値を設定することにより、不良とはならない程度の微小な差異を検出することなく、微小な重欠陥を検出することが可能となる。
【００１４】
本発明の特徴は、パターンの中で不良とはならない程度の微小な差異が生じやすい部位を抽出し、それ以外の部分とは別の検査閾値を設定することである。そこで、パターンの中で不良とはならない程度の微小な差異が生じやすい領域を抽出する処理が重要となる。カラーフィルタにおいて、このような領域は主に着色層の端部のテーパー形状部である。これは、各着色層の端部テーパー形状の差異により輝度が異なり、輝度変化が大きいためである。以下、カラーフィルタの撮像画像からこの領域を抽出し、欠陥を検出するための各工程について詳細に説明する。ただし各フローでの具体的な処理は、本発明の目的の範囲内で適宜公知技術を用いることが可能であり、具体例に限られるものではない。
【００１５】
＜エッジ抽出工程＞
まず画像メモリ２０６に取り込んだ撮像画像１に対して比較処理２を行う。比較処理２は複数のパターンの比較により、カラーフィルタのパターンを消しこんで欠陥候補画像を抽出する処理である。具体的には、注目画素に対して上下左右方向にパターンピッチに相当する距離離れた位置にある画素との間で演算処理を行い、繰り返しのパターンを消しこんだ画像とする。演算の方式は各種方式が考えられる。ここでは中央値選択方式について説明する。注目画素及び比較ピッチ離れた上下左右４画素、計５画素の階調値をソーティングし、注目画素と中央値との差を取る。正常部ではゼロに近い値になり、正常部に比べて輝度値が暗い異常部では負数の大きい数値になり、正常部に比べて輝度値が明るい異常部では正数の大きい数値になる。絶対値が大きいほど正常部との差が大きいことを表す。
【００１６】
比較処理２と平行して、撮像画像１に対してエッジ抽出処理３を適用する。エッジ抽出方式も各種存在するがここではＳｏｂｅｌフィルタを適用する場合で説明する。Ｓｏｂｅｌフィルタは注目画素の近傍８画素で下記（１）式の演算を行い、注目画素の値を置き換える。
【００１７】
【数１】
2009281759.tif 000003
【００１８】
これにより輝度変化の大きい部分、つまりエッジ部を抽出した画像が得られる。この画像はパターンのエッジを抽出した画像となる。しかしここに欠陥があった場合は欠陥のエッジも含まれた画像となる。
【００１９】
そこで比較処理２を適用した欠陥抽出画像に対してもエッジ抽出処理４を適用する。そしてエッジ抽出処理３の結果画像からエッジ抽出処理４の結果画像の減算処理５を行う。これにより、エッジ抽出されたパターン部に欠陥があった場合に、欠陥のエッジ部パターンは除去された画像が得られる。
【００２０】
減算処理５適用後の画像を設定されたエッジ閾値で２値化処理６をする。そしてその２値画像を線幅１に細線化処理７を行う。エッジ検出によって得られた画像は、元の画像の変化が比較的緩やかで広範囲な場合には、幅が広くなってしまう。エッジ検出の閾値を高くすると幅は狭くなるが、緩やかな変化を見逃してしまう。従って、閾値を低く選んで、幅広くエッジ部分を抽出し、その後に細線化処理を行うことで、この後の処理に備えてエッジ部の太さを正規化する役割を持つ。細線化の手法も様々な方式があるが、注目画素の８近傍、計９画素について、消去できるパターンかどうかを左上→右下、右下→左上、右上→左下、左下→右上の順に周囲から狭めてゆくことで行われる。
参考文献：「画像解析ハンドブック」監修  高木幹雄  下田陽久，発行所  東京大学出版会
【００２１】
＜水平成分抽出工程及び垂直成分抽出工程＞
次に、細線化処理７適用後の画像に対して水平線抽出処理８を行う。具体的には注目画素に対して左右ｎ個サイズのフィルタウインドウを設け、それらが全て画線部であるとき、その画素を残す処理である。これにより画像の水平線成分だけが抽出される。
【００２２】
次に水平線抽出８画像に対して左右ＯＲ処理１０を行う。これは注目画素と左右にパターンピッチ分離れた画素との間でＯＲ（論理和）を取って注目画素を置き換える処理である。これによりエッジ抽出や欠陥画像エッジ部との差分処理で生じることがある水平線の欠ける部分の修復を行う作用がある。
【００２３】
続いて左右ＯＲ処理１０適用画像に対して膨張／収縮処理１２を行う。膨張／収縮手法も様様な方式があるが、注目画素の８近傍、計９画素について、最外周パターンかどうかを判断して画素を残す／消すの処理を行うことで膨張／収縮を行う。この目的は必要に応じてブラックマトリックス部分にまで膨張させることにある。
【００２４】
上記水平線成分の処理に平行して垂直線成分についても同様に図４の９、１１、１３の処理を適用する。このように水平成分、垂直成分に分離して個別に処理を行うのはパターンエッジの中でブラックマトリックス上の着色層の端部テーパー部だけを検出したいからである。例えばカラーフィルタ基板とＴＦＴ基板間のギャップを確保するために形成されるフォトスペーサや液晶パネルの視野角特性を向上させる目的で形成されるＭＶＡ（マルチビューアングル）パターンなどが存在する。これらのエッジ部は円形状や斜め線形状をしているのでこれらのエッジを抽出しないようにすることができる。
【００２５】
＜抽出画像合成工程＞
次にフロー１２とフロー１３の画像をＯＲ処理１４することで水平成分抽出画像と、垂直成分抽出画像を合成し、１枚の画像にまとめる。これを再度、膨張／収縮処理１５する。この画像の合成した抽出領域（画線部）がパターンの中で不良とはならない程度の微小な差異が生じやすい部位であり、非画線部の領域はそれ以外の部分に相当する。
【００２６】
＜検査閾値設定工程＞
次に、上記抽出画像合成工程後の画像から画線部ではテーパー部２値化閾値、非画線部ではベタ部閾値を選択する処理を行うのが１６である。このときの閾値選択では明欠陥、暗欠陥に対応する閾値を設定し、これらを検査閾値とする。そして、この処理により設定されたカラーフィルタ上の各領域の検査閾値に基づいて、フロー２で比較処理された画像を２値化処理１７において、２値化する。２値化により明欠陥２値画像１８、暗欠陥２値画像１９が得られる。それら対してノイズ成分を除去する目的で２値フィルタ処理２０、２１を適用する。２値フィルタ処理は注目画素の８近傍、計９画素についてパターンを調べ、画素を残す／消すを選択する処理である。パターンの選び方で孤立点除去や細線除去といった処理を可能とする。
【００２７】
＜欠陥検出工程＞
次に２値フィルタ処理２０、２１適用画像に対してラベリング処理２２、２３を行う。ラベリング処理により連結している画素がひとつの塊として識別可能となる。
【００２８】
最後にラベリングされた個々の塊について、その座標、画素数フィレ径などといった特徴量を計算する処理２４、２５を実施して予め設定されたサイズ以上の塊を欠陥として扱う。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るカラーフィルタ検査装置の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係るカラーフィルタ検査方法の全体の処理フローを示す図である。
【図３】本発明に係るカラーフィルタ検査方法のパターンエッジ抽出工程での処理フローを示す図である。
【図４】本発明に係るカラーフィルタ検査方法の水平成分抽出工程及び垂直成分抽出工程での処理フローを示す図である。
【図５】本発明に係るカラーフィルタ検査方法の抽出領域合成工程での処理フローを示す図である。
【図６】本発明に係るカラーフィルタ検査方法の欠陥検出工程での処理フローを示す図である。
【図７】本発明が検査対象とする本発明が検査対象とするカラーフィルタの断面構造、及びその撮像画像を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１    撮像画像
２    比較処理
３    エッジ抽出処理
４    エッジ抽出処理
５    フロー３の画像からフロー４の画像を減算する処理
６    エッジ画像２値化処理
７    エッジ画像２値画像細線化処理
８    水平成分抽出処理
９    垂直成分抽出処理
１０  左右ＯＲ処理
１１  上下ＯＲ処理
１２  膨張／収縮処理
１３  膨張／収縮処理
１４  ＯＲ処理
１５  膨張／収縮処理
１６  ２値化閾値選択処理
１７  ２値化処理
１８  明欠陥２値画像
１９  暗欠陥２値画像
２０  ２値フィルタ処理
２１  ２値フィルタ処理
２２  ラベリング処理
２３  ラベリング処理
２４  欠陥特徴量算出処理
２５     欠陥特徴量算出処理
２０１  カラーフィルタ基板
２０２ａ  反射画像撮影用ラインカメラ
２０２ｂ  透過画像撮影用ラインカメラ
２０３ａ  反射画像撮影用ライン照明
２０３ｂ  透過画像撮影用ライン照明
２０４  ハーフミラー
２０５  Ａ／Ｄ変換手段
２０６  画像メモリ
２０７  演算処理装置
２０８  電子光学的な検出手段
２０９  基板搬送ステージ
２１０  結果表示部
１００  ガラス基板
１０１  ブラックマトリックスパターン
１０２  着色層
１０３  ブラックマトリックスパターン部画像
１０４  ブラックマトリックスパターン上の注目点の例
１０５  欠陥上の注目点の例
１０６  ブラックマトリックスパターン上の注目点の例
【図１】
2009281759.tif 000004
【図２】
2009281759.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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