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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung der Funktion von in ein Substrat integrierten, jeweils benachbart an dessen Oberfläche angeordneten Bauelementen.
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Bei dem zu untersuchenden Substrat kann es sich beispielsweise um einen Wafer handeln, auf dem zur Ausbildung eines Liquid-Crystal- oder LC-Displays ein Array aus Gruppen verschiedener Bauelemente (Pixel) hergestellt ist. Die einzelnen Pixel des Displays werden beispielsweise jeweils durch einen Dünnschichttransistor (auch Thin Film Transistor, im Folgenden mit TFT abgekürzt), einen Speicherkondensator und eine Pixelelektrode gebildet, wobei die Pixelelektrode an der Ausrichtung der Flüssigkristalle des LC-Displays im fertig gestellten Zustand beteiligt ist. LC-Displays mit TFT zur Steuerung der Anzeige werden auch Active-Matrix-LC-Displays oder kürzer TFT-Displays genannt (letztere Bezeichnung soll im Folgenden verwendet werden). Im Rahmen einer Qualitätssicherung innerhalb der Fertigungslinie ist es wünschenswert, bereits die Teilfunktion des unfertigen Wafers überprüfen zu können. Gemäß der Druckschrift
US 5 504 438 A wird daher vorgeschlagen, den Wafer mit einer Platte in Kontakt zu bringen, in der ein Hohlraum mit Flüssigkristallen realisiert ist. Bei einer Aktivierung der Bauelemente auf dem Wafer entstehen elektrische Felder in der flüssigkristallgefüllten Platte, die eine lokale Veränderung der optischen Eigenschaften in der Platte bewirken. Diese können beispielsweise durch CCD-Kameras aufgenommen werden. Eine geeignete Auswertung dieser Daten lässt einen indirekten Rückschluss auf die Funktion der auf dem Wafer realisierten Bauelemente zu.
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Der koreanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungs- nummer
KR 10 2003 0 036 360 A lässt sich ein Verfahren entnehmen, mit dem die Pixel eines TFT-Displays während der Fertigung untersucht werden können. Zur Untersuchung wird ein Sensor zur Messung des Magnetfeldes im Bereich des zu untersuchenden Bauelements des TFT-Displays berührungslos herangeführt und die durch diesen Sensor ermittelten Signale ausgewertet. Diese lassen einen Rückschluss auf die Funktion des zu untersuchenden Bauelementes zu.
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Weiterhin ist es beispielsweise aus den Druckschriften
US 7 001 785 B1 und
US 6 391 668 B1 grundsätzlich bekannt, dass Untersuchungen von Substraten auch auf elektrischem Wege durch berührungsloses Heranführen von Elektroden durchgeführt werden können.
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Weiterhin ist aus der Druckschrift
US 2006/0 087 327 A1 ein Verfahren bekannt, in welchem ein Plasma bestimmter Dichte erzeugt wird zwischen einer Testelektrode und einer Elektrode auf dem Substrat eines Displays, umfassend eine TFT-Anordnung, welche einen Testschaltkreis darstellt sowie ein Testsignal, welches zwischen der Elektrode und der Testelektrode über das Plasma übermittelt wird. Mittels dieser Technik ermöglichen das Probenmittel und ein Testgerät die Messung der elektrischen charakteristischen Daten der TFT-Anordnung, welche auf dem Substrat des Displays kontaktlos ausgebildet werden kann.
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Die japanische Veröffentlichungsschrift
JP 02-1 890 A beschreibt ein Verfahren zum kurzzeitigen Testen, wobei eine zu inspizierende aktive Matrix auf ein Testsubstrat platziert wird, welches einen elektroluminescenz-Film (EL) aufweist, um mittels elektrostatischer Kapazität zu verbinden, indem eine Testspannung zwischen einer scannenden Elektrode und einem Elektrodenfilm eingeprägt wird, wobei die Intensität der Lichtemission des elektrischen Filmes aufgenommen wird.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, ein Verfahren zur Untersuchung der Funktion von in ein Substrat integrierten Bauelementen anzugeben, welches bei einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand vergleichsweise gute Messwerte zur Überprüfung der Funktion der Bauelemente liefert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Untersuchung der Funktion von in ein Substrat integrierten, jeweils benachbart an dessen Oberfläche angeordneten Bauelementen gelöst, bei dem nach einer ersten Alternative der Erfindung das Substrat einem Fertigungsprozess für die zu untersuchenden Bauelemente in einem Stadium entnommen wird, in dem die Bauelemente bis auf jeweils eine zu den Bauelementen gehörige, offene Leiterbahn fertig gestellt sind. Diese noch fehlende Leiterbahn wird jeweils durch eine mit einer Messelektrode ausgestattete Untersuchungsvorrichtung ersetzt, indem die Messelektrode in eine geeignete Position bezüglich des jeweiligen Bauelementes gebracht wird, wobei die Messelektrode sowie weitere für die zu untersuchende Funktion des jeweiligen Bauelementes erforderliche elektrische Leiterbahnen des Substrates elektrisch angeschlossen werden. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, bei dem nach einer zeiten Alternative der Erfindung das Substrat einem Fertigungsprozess für die zu untersuchenden in einem Stadium entnommen wird, in dem die Bauelemente und eine diese kontaktierende geschlossene Leiterbahn fertig gestellt sind. Diese geschlossene Leiterbahn wird dann jeweils durch eine mit einer Messelektrode ausgestattete Untersuchungsvorrichtung ergänzt, indem die Messelektrode in eine geeignete Position bezüglich der geschlossene Leiterbahn gebracht wird, wobei die Messelektrode sowie weitere für die zu untersuchende Funktion der jeweiligen Bauelemente erforderliche elektrische Leiterbahnen des Substrates elektrisch angeschlossen werden. Bei beiden Alternativen des Verfahrens werden dann mit der Untersuchungsvorrichtung über die Messelektrode Messwerte erfasst, welche hinsichtlich der zu untersuchenden Funktion des jeweiligen Bauelementes auswertbar sind. Dabei wird als Messergebnis durch Auswertung der Messwerte mindestens eine Kenngröße des elektrischen Verhaltens des jeweiligen Bauelementes gewonnen, wobei die Abmessungen der Messelektrode, gesehen in der Projektion auf die Oberfläche des Substrates, hinreichend klein gewählt werden, damit ein elektrischer Einfluss der dem zu untersuchenden Bauelement benachbarten Bauelemente zumindest weitgehend unterbleibt.
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Durch die Entnahme des Substrates aus dem Fertigungsprozess in einem noch nicht fertig gestellten Zustand kann vorteilhaft erreicht werden, dass eine Qualitätssicherung durch die Messelektrode oder mehrere parallel arbeitende Messelektroden in einem verhältnismäßig frühen Stadium des Fertigungsprozesses durchgeführt werden kann. Dies bedeutet, dass fehlerhafte Substrate in dem frühestmöglichen Fertigungsstadium entweder repariert oder ausgesondert werden können, sodass ein weiterer Fertigungsaufwand für die Fertigstellung von unverkäuflichen Produkten mit fehlerhaften Substraten verhindert werden kann. Hierdurch lassen sich vorteilhaft Kosten einsparen. Bei den zu untersuchenden Substraten kann es sich insbesondere um die bereits erwähnten Wafer handeln, auf denen Bauelemente für die Pixel eines TFT-Displays in großer Anzahl hergestellt werden. Im Herstellungsprozess gelten vorgegebene Anzahlen von Pixelfehlern, die im Fertigungsprozess noch hingenommen werden. Wird diese Anzahl von Pixelfehlern überschritten und ist eine Reparatur nicht möglich, so muss das Substrat verworfen werden.
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Eine geschlossene Leiterbahn bildet mit anderen Bauelementen einen Stromkreis, wobei diese durch Annäherung der Messelektrode mit dieser eine Kapazität ausbilden kann. Bei der noch fehlenden Leiterbahn handelt es sich um eine offene Leiterbahn. Als offene Leiterbahn sind Strukturen zu verstehen, die in den noch nicht fertig gestellten Bauelementen Elektroden bilden. Im Falle der Herstellung von Substraten für TFT-Displays kann die Messelektrode beispielsweise eine Elektrode ersetzen, die zusammen mit der Pixelelektrode einen Kondensator zur Ausrichtung der Flüssigkristalle in dem TFT-Display erzeugt. Diese Elektrode ist normalerweise auch nicht auf dem Substrat ausgebildet, welches untersucht wird, sondern auf einem weiteren Substrat, welches unter Ausbildung des die Flüssigkristalle aufnehmenden Hohlraumes auf dem zu untersuchenden Substrat montiert wird. Hierbei handelt es sich um Fertigungsschritte, die erst nach der bereits erwähnten Qualitätssicherung des zu untersuchenden Substrates vorgenommen werden und daher unterbleiben können, wenn ein Substrat wegen Qualitätsmängeln ausgesondert wird.
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Im Falle von zu untersuchenden Substraten mit TFTs, Speicherkondensatoren und Pixelelektroden für TFT-Displays ist das zu untersuchende Substrat bereits fertig gestellt und wird nach der Untersuchung lediglich mit weiteren Bauteilen kombiniert. Selbstverständlich können die bei der Untersuchung der Bauelemente noch fehlenden Leiterbahnen auch auf dem Substrat selbst zu erzeugen sein. In diesem Falle muss eine Fertigung des Substrates nach erfolgter Untersuchung wieder aufgenommen werden.
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Die Untersuchungsvorrichtung weist mindestens eine Messelektrode, bevorzugt eine Vielzahl von Messelektroden auf, die für den Untersuchungsvorgang in eine geeignete Position bezüglich des jeweiligen noch nicht fertig gestellten Bauelementes gebracht werden müssen. Die Messelektrode ermöglicht hierbei die Aufnahme elektrischer Kennwerte. Die Positionierung der Messelektrode erforfdert, dass eine Kontaktierung mit dem Bauelement nicht erfolgt, da der zu ersetzenden offenen Leiterbahn eine solche Kontaktierung ebenfalls fehlt bzw. mit der geschlossenen Leiterbahn eine Kapazität ausgebildet werden soll. Die Positionierung der Messelektrode kann also beispielsweise mit einem Abstand zum zu untersuchenden Bauelement bzw. zur geschlossenen Leiterbahn erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Elektrodenfläche der Elektrode mit einem festen Isolierstoff zu versehen, sodass die Isolierung auf das Substrat aufgesetzt werden kann, ohne dass es dabei zu einer elektrischen Kontaktierung kommt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die beabstandete Positionierung der Messelektrode, da diese eine Beschädigung des zu untersuchenden Substrates ausschließt.
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Die durch die Messelektrode aufgenommenen Messwerte müssen hinsichtlich der zu untersuchenden Funktion des jeweiligen Bauelementes auswertbar sein. Dies bedeutet, dass sich als Messergebnis mindestens eine Kenngröße des elektrischen Verhaltens des jeweiligen Bauelementes ableiten lassen muss, welche Aussagen darüber erlaubt, ob die angestrebte Funktion des Bauelementes realisiert werden kann oder nicht. Im Falle der Bauelemente eines TFT-Displays ist die Funktion, auf die ein Rückschluss erlangt werden soll, die Funktion eines jeweiligen Verbundes von Bauelementen, die jeweils ein Pixel des TFT-Displays bilden. Um die Funktion der einzelnen Pixel zweifelsfrei beurteilen zu können, muss weiterhin der elektrische Einfluss benachbart auf dem Substrat angeordneter Bauelemente möglichst weitgehend ausgeschlossen werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass die Abmessungen der Messelektrode hinreichend klein gewählt werden, damit ein elektrischer Einfluss der benachbarten Elemente auf Grund der geometrischen Verhältnisse im Vergleich zum Einfluss des zu untersuchenden Bauelementes vernachlässigbar gering ausfällt.
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Vernachlassigbar gering bedeutet im Zusammenhang mit der Erfindung, dass ein Einfluss benachbarter Bauelemente so gering ausfällt, dass die hierdurch entstehenden Messfehler eine zuverlässige Aussage über die zu untersuchende Funktion des elektrischen Bauelementes dennoch zweifelsfrei ermöglichen. Besteht die interessierende Aussage beispielsweise nur darin, ob eine geeignete Kontaktierung der Pixelelektrode möglich ist, so reicht zur Beurteilung der Funktion eine Impulsantwort des Systems, sodass die zulässigen Toleranzen vergleichsweise hoch ausfallen können. Soll jedoch beispielsweise ein Rückschluss über die zu erwartende Helligkeit der Pixel möglich sein, so müssen störende Einflüsse benachbarter Bauelemente möglichst weitgehend ausgeschlossen werden.
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Erfindungsgemäß ist es, wenn die Messelektrode stabförmig ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich diese leicht von oben an die Oberfläche des zu untersuchenden Substrates heranführen, wobei eine lokal begrenzte elektrische Untersuchung möglich wird, insbesondere, da die Mantelfläche der stabförmigen Messelektrode mit einer elektrischen Abschirmung, beispielsweise in Form einer geerdeten Schirmelektrode, versehen ist. Die elektrische Abschirmung bewirkt vorteilhaft, dass der bereits erwähnte Einfluss benachbarter Bauelemente auf das Messergebnis verringert werden kann. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauelement mittels einer externen Treiberschaltung, die an die Kontakte angeschlossen wird, mit einem dem späteren Einsatz des Bauelementes nachempfundenen Signal moduliert wird. Hierbei ist es möglich, das Verhalten des Bauelementes unter simulierten Bedingungen des Betriebes zu untersuchen und so nicht nur Fehler in der Kontaktierung, sondern auch im elektrischen Verhalten des Bauelementes bzw. des Bauelementenverbandes (Pixel eines TFT-Displays) zu ermitteln.
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Hierdurch lassen sich beispielsweise in der Fertigung von TFT-Displays vorteilhaft zusätzliche Qualitätskriterien aufstellen, die durch eine geeignete modulierte Ansteuerung des Bauelementes geprüft werden können. Als Beispiele für diese Qualitätskriterien seien die Leuchtintensität und das Ansprechverhalten eines Pixels in dem TFT-Display genannt.
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Das Ansprechverhalten kann dadurch ermittelt werden, dass mit der Untersuchungsvorrichtung simultan mit der Modulation des Treibersignals die Modulationsantwort des Bauelementes bzw. des Bauelementenverbundes erfasst wird. Die simultane Auslesung macht es möglich, die Systemübertragungsfunktion des Bauelementes teilweise zu konstruieren und daraus interessierende Parameter des zeitlichen Ansprechverhaltens abzuleiten.
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Wenn die mit der Messelektrode eine geschlossene Leiterbahn untersucht werden soll, kann gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, dass zwischen der Messelektrode und der geschlossenen Leiterbahn eine das zu untersuchende Bauelement zu Messzwecken ergänzende Kapazität geschaffen wird. Alternativ kann gemäß einer anderen besonderen Ausgestaltung bei dem Ersatz einer offenen Leiterbahn durch die Messelektrode vorgesehen werden, dass die Messelektrode mit einer bereits gefertigten Bauelementelektrode des jeweiligen Bauelementes einen Kondensator bildet. Dies ist in dem bereits erwähnten Beispiel der Untersuchung eines TFT-Displays der Fall, wobei die Bauelementelektrode durch die Pixelelektrode gebildet wird. Die erzeugten Messwerte bei dieser Messkonfiguration spiegeln damit den Einfluss wieder, welchen die Bauelementelektrode auf die durch die Messelektrode ersetzte Elektrode ausüben würde.
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Bei Ersatz einer offenen Leiterbahn in Form einer Elektrode ist es weiterhin vorteilhaft, dass die Messelektrode eine Elektrodenfläche aufweist, deren Abmessungen nicht über die Abmessungen der Bauelementelektrode hinausgehen. Auf diese Weise kann das erzeugte Messsignal vorteilhaft auf Grund der geometrischen Zusammenhänge zwischen Messelektrode und Bauelementelektrode auf ein elektrisches Zusammenspiel dieser beiden Elements beschränkt werden. Wie bereits erläutert, sind nämlich Einflüsse benachbarter Bauelemente, insbesondere anderer Pixel eines TFT-Displays, nach Möglichkeit zu vermeiden. Eine weitere Maßnahme zur Unterdrückung von Störgrößen besteht darin, dass die Messelektrode mit ihrer Elektrodenfläche parallel zur Oberfläche des Substrates in einem Abstand ausgerichtet wird, der die Größenordnung der Abmessungen der Elektrodenfläche unterschreitet. Dies bedeutet beispielsweise bei einer kreisförmigen Elektrodenfläche, dass der Abstand zwischen den Elektroden kleiner als der Durchmesser oder sogar der Radius der Elektrode ist. Bei einer quadratischen Elektrode müsste der Abstand geringer als die Kantenlänge der Elektrodenfläche gewählt werden. Durch eine Verringerung des Abstandes zwischen den Elektroden wird vorteilhaft die erzeugte Kapazität erhöht, sodass im Vergleich hierzu Signalbeiträge von benachbarten Bauelementen einen geringeren Einfluss auf das Messergebnis ausüben können.
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Insbesondere für eine stark parallelisierte Messung von Pixeln eines TFT-Displays ergibt sich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dadurch, dass die Messelektrode(n) mit einer konstanten Geschwindigkeit unter Einhaltung des Abstandes geradlinig über die Bauelementelektrode hinweg geführt wird, oder aber das Substrat mit einer konstanten Geschwindigkeit unter Einhaltung des Abstandes geradlinig unter der Messelektrode (oder den Messelektroden) hergeführt wird, wobei die Abmessung der Elektrodenfläche in Richtung der Relativbewegung zwischen Messelektrode und Substrat um einen genügend großen Faktor kleiner als die Abmessung der Bauelementelektrode in dieser Richtung ist, damit sich die Elektrodenfläche während des gesamten vorgesehenen Messzeitraumes in vollständiger Überdeckung mit der Bauelementelektrode befindet. Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Substrat und der Messelektrode parallel zur Oberfläche des Substrates konstant gehalten werden kann und dabei nacheinander die Messelektrode über benachbart angeordnete, zu untersuchende Bauelemente auf dem Substrat geführt wird. Trotz der konstanten Relativgeschwindigkeit befindet sich die Messelektrode in den erforderlichen Messzeiträumen jeweils nur über einem der zu messenden Bauelemente, sodass die Messung ohne eine Veränderung der Relativgeschwindigkeit durchgeführt werden kann. Dies vereinfacht die Regelung des Messverfahrens für den Fall, dass eine Vielzahl von Bauelementen auf dem Substrat untersucht werden soll, sodass auch die Genauigkeit der Messergebnisse nicht durch eine zusätzliche Einflussgröße wie einem ständigen Beschleunigen und Anhalten der Messelektrode gestört würde. Zudem ermöglicht der beschriebene, quasi kontinuierliche Messprozess auch eine kürzere Taktzeit bei den Messungen, da die Beschleunigungs- bzw. Bremsphasen der Messelektrode den Messvorgang verlangsamen würden.
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Eine weiterhin vorteilhafte Parallelisierung bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren lässt sich erreichen, wenn die Bauelemente als zweidimensionales, translationssymmetrisches Array auf der Oberfläche des Substrates angeordnet sind, wobei bei dieser Ausgestaltung der Erfindung die Untersuchungsvorrichtung ein eindimensionales Array oder mehrere hintereinander angeordnete eindimensionale Arrays von Messelektroden aufweist, wobei die Untersuchungsvorrichtung entlang der einen Dimension des Arrays von Bauelementen ausgerichtet wird und zur Durchführung der Messung entlang der anderen Dimension des Arrays von Bauelementen geführt wird. Dies bedeutet, dass die Messung an den zu untersuchenden Bauelementen in einer Reihe oder in mehreren hintereinander liegenden Reihen gleichzeitig durchgeführt werden kann. Die reihenweise Messung der Funktion von beispielsweise Pixeln eines TFT-Displays ermöglicht somit, dass das Display translatorisch nur einmal in einer Richtung durch die Messvorrichtung überstrichen werden muss, wobei vorteilhaft die anfallende Gesamtmesszeit in vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann. Insbesondere lässt sich das Messverfahren durch eine reihenweise Messung der Pixel in einen Fertigungsprozess für TFT-Displays einfügen, ohne dass die Taktzeit der Herstellung der TFT-Displays hierdurch verringert wird.
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weitere Einzelheiten der Erfindung sind im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, angewendet bei einem intakten Reihenschwingkreis (geschlossene Leiterbahn),
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2 und 3 das elektrische Schaltbild für ein Pixel eines TFT-Displaysund ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens (offene Leiterbahn),
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4 einen Schnitt durch einen Teil eines TFT-Displays gemäß 2,
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5 die Durchführung des erfindungsgemäßen Messverfahrens am TFT-Wafer eines TFT-Displays gemäß 4 unter Anwendung einer Konfiguration gemäß 3,
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6 ein elektrisches Ersatzschaltbild für das Messverfahren gemäß 5,
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7 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit mehreren Messelektroden, die in einem Array angeordnet sind und
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8 schematisch die Wirkung einer elektrischen Abschirmung der Messelektrode.
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Gemäß 1 ist schematisch ein Reihenschwingkreis dargestellt. Dieser weist die für seine Funktion wesentlichen Elemente eines elektrischen Widerstandes R, einer Kapazität C und einer Induktivität L auf, welche ein serielles RCL-Übertragungsglied 11 bilden. Das RCL-Übertragungsglied ist mit einer Wechselspannungsquelle 13 mit einem Innenwiderstand 12 (Anregung für den Reihenschwingkreis) und über einen Abschlusswiderstand 15 an Masse 16 angeschlossen. Die elektrischen Verbindungen der genannten Bauelemente R, C, L, 12, 13, 15 und 16 sind durch eine Leiterbahn 17 zum Beispiel auf einer Leiterplatte (nicht näher dargestellt) realisiert. Hierbei entsteht von der Wechselspannungsquelle 13 bis zur Masse 16 eine durchgehende elektrische Verbindung, weswegen die Leiterbahn 17 im Folgenden als geschlossene Leiterbahn bezeichnet werden soll.
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Um einen Rückschluss über die Ausgangsspannung des RCL-Übertragungsgliedes in Abhängigkeit von seiner Eingangspannung zu gewinnen, wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung an der geschlossenen Leiterbahn 17 zwischen der induktivität L und dem Abschlusswiderstand 15 angewendet. Eine nicht näher dargestellte Messelektrode 14, die zu Messzwecken kontaktiert werden kann, wird an die Leiterbahn 17 angenähert, sodass sich hierdurch ein Kondensator CT ausbildet. Dieser ermöglicht die Messung einer zeitlichen Änderung der Ausgangsspannung, wie im Folgenden noch näher erläutert wird.
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Das elektrische Schaltbild gemäß 2 stellt die ein Pixel eines nicht näher dargestellten TFT-Displays dar. Der Dünnschichttransistor TFT wird über eine Daten-Bus-Leitung 19, die an Drain 20 angeschlossen ist, gespeist. Die Ansteuerung des Dünnschichttransistors TFT erfolgt über eine Gate-Bus-Leitung 23, die an Gate 22 des TFT angeschlossen ist. Source 21 ist mit einem Konstantpotential 25 über einen Speicherkondensator CST sowie mit einer Pixelelektrode 24 (Bauelement-Elektrode) verbunden, die mit einer nicht auf dem TFT-Wafer 26 (vgl. 4) hergestellten gemeinsamen Elektrode 27 einen Kondensator CLC für die Flüssigkristalle als Dielektrikum (im Folgenden auch als Flüssigkristallkondensator bezeichnet) bildet. Der 3 lässt sich ein Schaltbild entnehmen, welches durch den TFT-Wafer 26 verwirklicht ist, wobei der Flüssigkristallkondensator CLC infolge Fehlens der gemeinsamen Elektrode 27 noch nicht ausgebildet ist (vgl. 5). Die Pixelelektrode 24 stellt wegen der fehlenden gemeinsamen Elektrode 27 eine offene Leiterbahn dar, welche sich als Schnittstelle für das erfindungsgemäße Messverfahren (d. h. Annäherung der Messelektrode 14) eignet.
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Der 4 lässt sich entnehmen, wie die Schaltung eines Pixels gemäß 2 auf einem TFT-Wafer 26 als Substrat in Dünnschichttechnik ausgebildet ist. Der TFT-Wafer 26 ist Teil eines TFT-Displays 28, welches weiterhin eine transparente Deckplatte 29 aufweist, wobei zwischen der Deckplatte 29 und dem TFT-Wafer 26 eine Füllung aus Flüssigkristallen 30 singeschlossen ist. Auf der Deckplatte ist die bereits erwähnte gemeinsame Elektrode 27 ausgebildet, die sich über die gesamte Fläche der Deckplatte 29 erstreckt und insofern nicht nur für die Pixelelektrode 24, sondern auch für die anderen (nicht dargestellten) Pixelelektroden die Gegenelektrode zur Ausbildung der Flüssigkristallkondensatoren CLC bildet und somit als offene Leiterbahn ausgeführt ist. Weiterhin ist die Deckplatte 29 mit einer Maske 31 ausgestattet, in der Öffnungen 32 für das von unten durch das TFT-Display 28 durchtretende Licht 33 ausgebildet sind. Diese Öffnungen 32 können weiterhin mit einer einen Farbfilter 34 bildenden Beschichtung versehen sein.
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Der 5 lässt sich entnehmen, wie die Messelektrode 14 über den TFT-Wafer 26 geführt wird. Diese weist einen Durchmesser d auf und wird in einem Abstand a, der geringer ist als der Durchmesser d der Elektrode, über die Oberfläche 35 des TFT-Wafers 26 geführt. Die Bewegung erfolgt parallel zur Oberfläche 35 mit einer konstanten Geschwindigkeit v. Die Messelektrode 14 ist in einer Stellung dargestellt, in der diese mit einer Mantelfläche 36 in der Projektion auf die Oberfläche 35 betrachtet den Rand der Pixelelektrode gerade tangiert, sodass eine 100%ige Überdeckung einer Elektrodenfläche 37 der Messelektrode 14 mit der Elektrodenfläche der Pixelelektrode 24 gewährleistet ist. Eine Messung mit der Messelektrode 14 kann so lange erfolgen, bis die gegenüberliegende Seite der Mantelfläche 36 der mit der Geschwindigkeit v fortschreitenden Messelektrode 14 am gegenüberliegenden Rand der Pixelelektrode 24 angekommen ist (betrachtet in der Projektion auf die Oberfläche 35). Bei einer Breite b der Pixelelektrode ergibt sich somit die höchstzulässige Geschwindigkeit v für die translatorische Fortbewegung der Messelektrode 14 zu ν = b – d / t, wobei t die zur Durchführung der Messung erforderliche Messzeit ist.
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Die Mantelfläche 36 der Messelektrode 14 ist mit einer elektrisch isolierenden Zwischenschicht 38 versehen. Auf der Zwischenschicht befindet sich eine elektrisch leitende Schicht, die eine Schirmelektrode 39 bildet. Diese Schirmelektrode ist mit einer Erdung 40 versehen und ermöglicht daher eine Abschirmung der Messelektrode 14 von dem elektrischen Einfluss der nicht dargestellten, benachbarten Pixelelektroden. Daher kann die Messung mit der Messelektrode 14 auch bereits beginnen, wenn die Überdeckung mit der einer der Messung zu unterziehenden Pixelelektrode 24 gerade vorliegt.
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Gemäß 5 ist ein Ersatzschaltbild für die erfindungsgemäß durchzuführende Messung an der Pixelelektrode 24 dargestellt. Diese bildet in der Konfiguration des Pixels zusammen mit dem Dünnschichttransistor TFT und dem Speicherkondensator CST ein elektrisches Netzwerk, welches zum Zwecke der Durchführung von Messungen mit einer Treiberschaltung T kontaktiert wird. Die Treiberschaltung kontaktiert hierbei mit einer Spannung UST den Speicherkondensator CST und vom Dünnschichttransistor TFT mit UG Gate und mit UD Drain. Mittels der Treiberschaltung T können Signale generiert werden, die dem geplanten Einsatz des Pixels nachempfunden sind.
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Die Pixelelektrode 24 wird mit der Messelektrode 14 in eine elektrische Wirkverbindung gebracht, die einen Ersatzkondensator CT erzeugt, der den Flüssigkristallkondensator CLC gemäß 4 ersetzt. Mit einer Messelektronik 41, die zusammen mit der Messelektrode 14 und der Schirmelektrode 39 die Untersuchungsvorrichtung U bildet, kann eine Messung durchgeführt werden, die mit der zu erwartenden Systemantwort einer bestimmten durch die Treiberschaltung T vorgegebenen Signalmodulation verglichen werden kann. Hierzu kommt in der Messelektronik 41 ein Messgerät I zum Einsatz, mit dem eine Veränderung eines Stromes IT durch den Ersatzkondensator CT ermittelt werden kann.
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Bei der in 6 dargestellten Messkonfiguration lässt sich für den Strom IT folgende Beziehung aufstellen. IT = CT(U'E – U'T), wobei U'E und U'T die beiderseits an dem Ersatzkondensator CT anliegenden Potentiale, abgeleitet nach der Zeit darstellen. Die Kapazität CT des Ersatzkondensators ist konstant unter der Voraussetzung, dass eine Elektrodenüberdeckung während der Messung stets gegeben ist, sodass die Kapazität näherungsweise als Konstante aufzufassen ist. Mit dem dargestellten Messverfahren lassen sich nur Spannungsänderungen an den Pixelelektroden messen, wobei diese zur Beurteilung des elektrischen Verhaltens des Pixels maßgeblich sind.
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Abhängig von den Gegebenheiten des zu untersuchenden Pixels und der Untersuchungsvorrichtung U ergibt sich bei einer charakteristischen Modulation durch die Treiberschaltung T bei einem voll funktionstüchtigen Pixel auch ein charakteristischer Zeitverlauf für IT. Dieser hängt auch von den elektrischen Eigenschaften der genannten Netzwerke ab und wird insbesondere von den parasitären Widerständen im Pixelnetzwerk 42 RST, RG und RD sowie der Gate-Source-Kapazität Cg beeinflusst.
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In 7 ist die Aufsicht auf einen Ausschnitt eines TFT-Wafers 26 (4) schematisch dargestellt. Es sind jeweils die Daten-Bus-Leitungen 19 und die Gate-Bus-Leitungen 23 zu erkennen, welche die gebildeten Pixel sozusagen umrahmen. Jedes Pixel enthält einen Dünnschichttransistor TFT. Eine der Pixelelektroden 24 ist nur angedeutet, da diese aus einem optisch transparenten Material (beispielsweise ITO, d. h. Indium-Zinn-Oxid) gebildet ist. Weiterhin sind die Umrisslinien der Messelektroden 14 mit ihren Schirmelektroden 39 zu erkennen, wobei die Isolierschichten 38 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. Die Symmetrieachsen der stabförmigen Elektroden, die senkrecht zur Bildebene verlaufen, weisen einen Abstand c voneinander auf, der der Breite e eines Pixels entspricht. Daher kann bei einer translatorischen Bewegung mit der Geschwindigkeit v der Messelektroden 14 Über die Pixel hinweg eine simultane Untersuchung der in jeweiligen Reihen R1, R2, R3 angeordneten Pixel jeweils Reihe für Reihe vorgenommen werden. Zum Zwecke der Führung der Messelektroden 14 sind diese in einer angedeuteten gemeinsamen Halterung 43 fixiert.
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Die abschirmende Wirkung der Schirmelektroden 39 in 7 lässt sich im Schnitt X-X in 8 schematisch erkennen. Die Schirmelektrode 39 gemäß 8 ist rohrförmig ausgeführt und umgibt die Messelektrode 14, wobei zu erkennen ist, dass an Stelle einer isolierenden Zwischenschicht 38 gemäß 5 auch ein ringförmiger Hohlraum 44 zwischen Schirmelektrode 39 und Messelektrode 14 vorgesehen werden kann. Die Messelektrode 14 wird in einem Abstand a über dem TFT-Wafer 26 positioniert. Wird durch eine geeignete elektrische Ansteuerung von TFT-Wafer 26 und Messelektrode 14 ein elektrisches Feld im durch den Abstand a definierten Spalt erzeugt, so entsteht eine Feldverteilung, die qualitativ in 8 durch Linien jeweils gleicher Feldstärke angedeutet ist. Unterhalb der Schirmelektrode 39 ergibt sich eine vernachlässigbar geringe Feldstärke ergibt, sodass das elektrische Feld zwischen der Messelektrode 14 und dem Substrat 45 quasi von dem außerhalb der Schirmelektrode existierenden elektrischen Feld abgetrennt wird. Hierdurch lässt sich zu Messzwecken mit der geschirmten Messelektrode 14 ein lokal begrenztes elektrisches Messfeld erzeugen, welches eine mit der Elektrodenfläche 37 im Wesentlichen übereinstimmende Ausdehnung aufweist.
