JP2008249570A - アクティブマトリクス基板の検査方法、製造方法、検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の回路構成によらず、電気的な検査が可能となる検査装置を提供する。
【解決手段】上述した課題は、各画素が、保持容量と、前記保持容量と直列に接続された半導体スイッチ素子とを備えた複数の画素を有するアクティブマトリクス基板の検査装置であって、前記保持容量を充電する電圧を供給する電源と、任意の画素の前記スイッチ素子を照射する光源と、前記保持容量から放出された電荷量を測定する電荷量測定装置と、を備えたことを特徴とする検査装置等により解決することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブマトリクス基板の検査方法、製造方法および検査装置に関し、特に検査対象の画素に光を照射して検査を行う検査方法等に関する。

アクティブマトリクス基板は、液晶パネルディスプレイやＥＬパネルディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を構成する部品のひとつである。アクティブマトリクス基板は、液晶素子やＥＬ素子などの機能素子の状態を画素毎に制御し、各画素の光量を制御する機能を有する。

アクティブマトリクス基板は、半導体集積回路などに比べて集積度は低いものの基板面積が著しく広いため、基板全面にわたって均一な特性をもつ画素を作成することは難しい。このため、アクティブマトリクス基板の製造工程の最終段階で、基板内の画素が所定の特性を有しているか否か欠陥検査を行うことが多い。

この画素欠陥の検査方法には種々の方法があるが、最も一般的な方法として、ＦＰＤ組み立て完成後の点灯試験がある。これは、アクティブマトリクス基板に液晶やＥＬ材料などの機能材料を封入して製品として組み立てた後に、実際に点灯を行ってその状態を確認する検査する方法である。

点灯検査を行うためには、基板の外部から検査対象の画素（検査画素）が接続された信号線に信号を供給する必要がある。外部から信号を供給する方法のひとつに、各信号線に端部にパッドを設けておき、外部信号を与えられたプローブをパッドと電気的にコンタクトさせることによって信号を供給する方法がある（フルコンタクト方式）。

ところが、この方法では、アクティブマトリクス基板に品種の数だけプローブが必要となる。また、生産する品種を変更すると、変更のたびにプローブも交換しなければならず、生産効率が悪い。そこで、複数の品種でパッドの位置を共通化するとともに、当該パッドを複数の信号線に接続する回路構成をもつアクティブマトリクス基板がみられるようになってきた（ショーティングバー方式）。このタイプの基板は、パッドの位置が品種によらず共通であるため、生産する品種が変わってもプローブを交換する必要がない。

ところで、上述した点灯検査は、ＦＰＤの最終組み立て後にはじめて欠陥が発見されることになる。このため、基板の作成工程で欠陥が発生してから、欠陥を発見し欠陥原因への対応をとるまでには相当の時間がかかり、その間に多くの欠陥品を生むことになってしまう。また、発見された欠陥品の一部として組み立てられた機能材料やカラーフィルタなどの部品は再利用することが難しいため、無駄になってしまう。さらに、点灯検査では感度や分解能などの検査精度に限界があるという問題があった。

そこで、特許文献１に示すように、アクティブマトリクス基板の各画素の保持容量を充電し、所定時間経過後に保持している電荷を放出して電荷量を測定して欠陥の有無を検査する電気的な検査方法が考案された。この方法では、アクティブマトリクス基板単体の状態で検査できるため、早期に欠陥が発見でき、欠陥にともなう機能材料や他の部品の無駄を避けることができる。さらに、電気的な検査は感度が高く分解能に優れているため、非常に精密な検査が可能となるという利点がある。

特開平３−２００１２１号公報

上述した電気的な検査方法で画素毎に欠陥検査を行うためには、基板外部から検査画素を特定して電荷を放出させる必要がある。しかし、アクティブマトリクス基板の回路配置によっては、外部から基板内の画素を個別に制御することが不可能なものがある。例えば、上述したショーティングバー方式の場合は、生成工程で製造された基板（通常はアクティブマトリクス基板が一枚の基板上に形成されている）を個々のアクティブマトリクス基板に分割する前の状態では外部信号を供給するパッドが複数の信号線に接続されているため、信号線にあたえる制御信号によって外部から画素を特定することができない。そこで、基板の回路構成によらず電気的な検査方法を実施することができる検査装置、検査方法、およびこれを用いた基板製造方法が求められていた。

上述した課題は、各画素が、保持容量と、前記保持容量と直列に接続された半導体スイッチ とを備えた複数の画素を有するアクティブマトリクス基板の検査方法であって、前記複数の画素のうち全部または一部の画素の前記保持容量を同時に充電する第１のステップと、充電された前記画素の前記スイッチ素子を光で照射するとともに、前記保持容量から放出される電荷量を測定する第２のステップとを有することを特徴とする検査方法等により、解決することができる。

すなわち、外部から検査画素を光で照射して、光エネルギーにより画素内の半導体スイッチの状態を制御することにより電荷を放出する検査画素を特定する。これにより基板内の回路構成によらず、検査画素を特定することができる。

本発明により、アクティブマトリクス基板の回路構成によらず、高精度な電気的な検査が可能となる。

図１に本発明に係る検査方法を利用した検査装置１００と検査対象のアクティブマトリクス基板２００とを接続した図を示す。検査装置１００は、レーザ照射装置１１０と電荷量測定装置１２０とを備えている。レーザ照射装置１１０は、レーザ光源１１１と、光源１１１から出射されたレーザ光１１３を縦横の任意方向に偏光する偏光器１１２を備えている。電荷量測定装置１２０は、放出された電荷量を測定する機能と、検査装置１００全体の動作を制御する機能を有する。

アクティブマトリクス基板２００は、画素（２１１、２１２、２２１等）がマトリクス状に配置されている。レーザ照射装置１１０から出射された光は、検査画素２１１の半導体スイッチ４１１に照射される。

次に、図２により、本実施例の説明で使用したアクティブマトリクス基板２００の構成を説明する。アクティブマトリクス基板２００は、複数の信号線２１６、２２６、２３６、２４６、２５１、２５２、２５３、２５４、２５５と、画素２１１、２１２・・・２４５と、外部接続用のパッド２６１、２６２・・・２６５を備えている。信号線は、横方向に延びるゲート線２１６、２２６、２３６、２４６と、縦方向に延びるデータ線２５１、２５２・・・２５５の２つがあり、ゲート線とデータ線の交差点近傍に配置された各画素には、交差するデータ線とゲート線の双方が接続されている。なお、基板２００には、上述した構成のほかに基板２００内の電気回路の基準電位を与える共通線も配設されているが、図面の煩雑さを避けるため図２には図示しない。共通線の電気的な接続については、後に画素内部の説明で詳細に述べる。

画素２１１、２１２・・・２４５には、ＦＰＤ完成時に赤色光を制御する画素（２１１、２２１、２４４等）と、緑色光を制御する画素（２１２、２２２、２４５等）と、青色光を制御する画素（２１３、２２３、２４３等）がある。図２では、説明の都合上、各画素に制御する色を記載したが、実際には制御する色によらず画素の構成は同一である。また、図２では、紙面の都合上、４行５列の計２０個の画素しか記載していないが、実際のアクティブマトリクス基板はさらに多数の画素が配列し、列数、行数に応じたデータ線とゲート線が配設されている。

奇数行目のゲート線２１６、２３６がパッド２６４に、偶数行目のゲート線２２６、２４６がパッド２６５に接続されている。データ線２５１、２５２・・・２５５は、赤色光を制御する画素（２１１、２２１、２４４等）が接続されているデータ線２５１、２５４がパッド２６１に、緑色光を制御する画素（２１２、２２２、２４５等）が接続されているデータ線２５２、２５５がパッド２６２に、青色光を制御する画素（２１３、２２３、２４３等）が接続されているデータ線２５３がパッド２６３に接続されている。なお、図２は各パッドと各信号線の接続関係の例であり、１つのパッドに複数の信号線が接続されているという点は共通するが、その接続関係は基板の品種により異なる。

次に、図３により画素内部の構成を説明する。基板２００内部の各画素の内部構成はすべて同一であるため、以下の説明では画素２１１を例にとって説明を行う。画素２１１は、画素の動作状態を制御する半導体スイッチ４１１と、半導体スイッチ４１１に直列に接続された保持容量５１１と、保持容量５１１と並列に接続され、液晶やＥＬ素子などの機能素子へ制御電位を付与するＩＴＯ電極３１１と、を備えている。本実施態様では半導体スイッチ４１１としてＦＥＴを利用しているが、光照射により発生したキャリアが移動することによりスイッチの導通状態を制御できるものであれば、ＦＥＴ、アナログスイッチなど様々な素子が利用可能である。

半導体スイッチ４１１は、ゲート電極がゲート線２１６に、ドレイン電極がデータ線２５１に、ソース電極がＩＴＯ電極３１１と保持容量５１１の一端に接続されている。保持容量５１１の他端は、共通線２７０に接続されている。共通線２７０には、基板２００の基準電位が与えられており全ての画素の保持容量に接続されている。

アクティブマトリクス基板２００は、外部回路から制御対象となる画素のゲート線とデータ線に電圧を与えて各画素の動作制御を行う。例えば、画素２１１を動作状態にする場合には、ゲート線２１１に半導体スイッチ４１１が導通状態となる電圧（オン電圧）を与える。すると、データ線２５１に与えられている電圧により保持容量５１１が充電される。充電後、ゲート線２１１に半導体スイッチ４１１が非導通状態となる電圧（オフ電圧）を与えて画素２１１を非動作状態とし、データ線２５１と保持容量５１１を非導通状態にする。

このようにして、保持容量５１１と並列に接続されたＩＴＯ電極３１１を所望の電位に設定し、かつその電位を維持することによって、ＩＴＯ電極３１１に接続された機能素子に所望の電界を印加するのである。なお、本実施様態で説明する基板２００は、オン電圧が１０Ｖ、オフ電圧が−５Ｖであるが、この値は、検査する基板の特性にあわせて適宜設定することになる。

図４に、本発明の一実施態様における電荷量測定装置１２０と基板２００の電気的な接続関係を示す。電荷量測定装置１２０は、検査用の充電電圧を与える電源１２２と、電荷量を測定する電荷量計１２３と、電源１２２と電荷量計１２３を選択的にパッド１２５に接続するスイッチ１２と、スイッチ素子の導通状態を制御する制御電圧を発生する電源１２４と、データ線に接続されたパッド２６１、２６２、２６３とコンタクトするプローブ１２５と、ゲート線に接続されたパッド２６４、２６５にコンタクトするプローブ１２６と、共通線２７０に接続されたパッド２６６にコンタクトするプローブ１２７と、照射装置１１０と電荷量測定装置１２０の双方を制御するとともに測定結果から画素欠陥を判定する機能を有する制御装置（図示していない）とを備えている。

電荷量計１２３は、流出入する電荷の総量を測定する機能を有する計測器であればよく、測定対象の電荷量をキャパシタに蓄積するなどして直接的に電荷量を測定する計測器のみならず、流出入する電流量を測定して数値演算処理で積分を行って所定時間の間に流れる電荷量を求めるといったタイプの計測器であってもよい。

次に、検査装置１００を利用した検査方法の詳細を述べる。なお、本検査方法をアクティブマトリクス基板製造工程において利用する場合には、ガラス基板の上に回路を作成する作成工程の後に実行する検査工程にて利用される。この検査工程は、液晶素子やＥＬ素子などの機能材料を封入してＦＰＤとして組み立てを行う前に実施されることが多いが、組み立て後に同様な検査を行うことも可能である。

はじめに、電源１２４を１０Ｖに設定し、基板２００内の全てのゲート線２１６、２２６、２３６、２４６の電位を１０Ｖとする。すると、基板２００の全ての画素の半導体スイッチ４１１、４１２、４２１、４２２が導通状態となる。この状態で、検査装置１００のスイッチ１２１を電源１２２側と接続し電源１２２の出力電圧を１０Ｖに設定する。すると、画素内の保持容量５１１、５１２、５２１、５２２が、それぞれ画素に接続されたデータ線２５１、２５２と電気的に接続され充電される（ステップ５０）。充電後、電源１２４をオフ電圧に設定し、全ての画素の半導体スイッチ４１１、４１２、４２１、４２２を非導通状態にする。また、検査対象の行を示す指標Ｎの値を１に設定する（ステップ５１）。

次に、検査装置１００のスイッチ１２１を電荷量計１２３側に接続して、電荷量計１２３をリセットする（ステップ５２）。その後、レーザ照射装置１１０でＮ行目（現段階ではＮ＝１のため１行目）の画素２１１、２１２の半導体スイッチ４１１、４１２を走査する（ステップ５３）。光が照射された画素の半導体スイッチは、光エネルギーによりスイッチ中でキャリアが励起されて、このキャリアが保持容量とデータ線との電位差により移動する。このキャリアの移動によって、ゲート電極にオフ電圧が印加されているにもかかわらず、保持容量とデータ線は導通状態となる。

例えば、１行１列の画素２１１の半導体スイッチ４１１が照射されると、スイッチ４１１が導通状態となり、保持容量５１１とデータ線２５１が導通する。すると、保持容量５１１に保持された電荷が半導体スイッチ４１１と信号線２５１を経由して、電荷量計１２３に流入する。このようにして、検査装置１００は、照射装置１１０でレーザを画素を走査しながら、電荷量計１２３に流入する電荷量を測定する。

１行目の測定が終了すると、検査対象行の指標ＮをインクリメントしてＮ＝２とし（ステップ５４）、全ての行の検査が終了したか判定する（ステップ５５）。現段階では、１行目の画素２１１、２１２・・・２１５の検査しか終了していないため、ステップ５２に戻って２行目（Ｎ＝２）の画素２２１、２２２・・・２２５の検査を行う。同様にして、３行目（Ｎ＝３）の画素、４行目（Ｎ＝４）の画素という順序で、 行単位で最終行まで順次測定を行う。

全ての行の測定が終了すると、検査装置１００は、各行の測定結果をもとに、画素欠陥の判定を行う（ステップ５６）。もし、画素に欠陥がなく、保持容量がステップ５０で充電した電荷をそのまま保持していれば、各画素に蓄積された電荷量はほぼ同量であるため、電荷量計１２３で測定される電荷量は、走査した画素数に比例して増加することになる。しかし、保持容量不足、リーク、半導体スイッチの絶縁不良などの画素欠陥があると、電荷量計１２３で測定される電荷量は、当該欠陥画素の測定値だけ異常な値となる。この異常値を判別することにより、画素欠陥の有無の判定や欠陥がある画素の特定を行うことができる。

次に、図６の測定データの例にとって、欠陥判定の方法について具体的に説明する。図６は、基板２００の１行目の最初の測定結果である。Ｔ_１〜Ｔ_２が画素２１１の半導体スイッチ４１１を照射している時間、Ｔ_２〜Ｔ_３が画素２１２の半導体スイッチ４１２を照射している時間、Ｔ_３〜Ｔ_４が画素２１３の半導体スイッチを照射している時間、Ｔ_４〜Ｔ_５が画素２１４の半導体スイッチを照射している時間である。つまり、Ｔ_１〜Ｔ_２間の電荷増加分Ｑ_２−Ｑ_１が画素２１１の保持容量５１１から放出された電荷の電荷量であり、同様に、Ｑ_３−Ｑ_２間、Ｑ_４−Ｑ_３間、Ｑ_５−Ｑ_４間の増加分が、それぞれ画素２１２、２１３、２１４の保持容量から放出された電荷の電荷量である。

ここで、画素２１１から放出された電荷量（Ｑ_２−Ｑ_１）、画素２１２から放出された電荷（Ｑ_３−Ｑ_２）および画素２１４から放出された電荷量（Ｑ_５−Ｑ_４）は、ほぼ同じ電荷量である。しかし、 画素２１３から放出された電荷（Ｑ_４−Ｑ_３）は、画素２１１、２１２、２１４から放出された電荷量よりも小さい。このため、画素２１３に画素欠陥があると判定することができる。

なお、異常値の判別は、上述した実施態様以外にも、あらかじめ設定された範囲を超えるものを異常値と判定する方法や、得られた測定値から各画素から放出された電荷量の平均値を求めて、この平均値と測定値が所定割合以上の違いがある場合に異常値と判定する方法など、検査の目的に応じて適宜設計可能である。

以上、本発明に係る技術的思想を特定の実施態様を参照しつつ詳細にわたり説明したが、本発明の属する分野における当業者には、請求項の趣旨及び範囲から離れることなく様々な変更及び改変を加えることが出来ることは明らかである。

例えば、本実施態様のように行毎に電荷量計１２３をリセットするのではなく、１画素毎にリセットを行ってもよい。こうすることによって、より小さな測定レンジで測定を行うこと可能となり、さらに高精度の測定を行うことができる。また、アクティブマトリクス基板の作成工程の信頼性が高い場合には、基板内の全ての画素を検査する必要はなく、所定の検査対象画素のみを測定してもよい。さらに、画素を充電する際に全ての画素を同時に充電する必要は必ずしもなく、電源の容量に応じて基板内の画素を複数のブロックに分割して順次充電を行って、当該ブロック毎に測定を行ってもよい。

さらに、光照射にあたっては特定の1画素のみに照射する必要はなく、スポットサイズの広い光源を用いて複数の画素を同時に照射してもよい。この場合、電荷量計には複数の画素から放電された電荷が同時に流入するため、検査画素の特定はできないが、全ての画素が正常であったときに測定されるはずの電荷量と実際に測定された電荷量との差分から、おおよその欠陥画素の画素数を算出することができる。

例えば、１０画素を同時に照射して得た電荷量の総量が、正常な画素を照射したときに得られる電荷量と比べて１／１０程度小さい場合には、照射範囲の画素の１つの欠陥画素が含まれると考えられる。欠陥画素の特定が必要な場合には、欠陥が発見された範囲を、さらに１画素ごとに照射を行って欠陥画素の特定を行えばよい。基板の作成工程の信頼性が高い場合には、このように複数画素同時照射を行って検査することにより、検査時間の短縮を図ることができる。

また、レーザ照射装置や電荷量測定装置を複数台数使用して、複数の行や画素を同時に検査してもよい。例えば、上述した基板２００では、赤色を制御する画素はパッド２６１に、緑色を制御する画素はパッド２６２に、青色を制御する画素はパッド２６３に接続されていることから、各パッドにそれぞれ電荷量計を接続し、３つのレーザ照射装置で同時に１列目の画素２１１、２２１・・・２４１と、２列目の画素２１２、２２２・・・２４２と、３列目の画素２１３、２２３・・・２４３を同時に走査して、並行して３列の測定を行うことができる。同様に、４〜６列目の画素を並行して測定、７〜９ 列目の画素を並行して測定と、３列単位で順次測定を行う。この方法により、１つの光源と電荷量計を用いた場合と比べて１／３の時間で基板全体の測定を行うことができる。

なお、上述した実施態様では、液晶パネルディスプレイ装置向けのアクティブマトリクス基板２００を例にとって説明を行ってきたが、本発明は、半導体スイッチにより保持容量の蓄積される電荷の制御を行う構造を有する基板の検査に広く利用することができる。例えば、ＥＬパネルディスプレイ向けのアクティブマトリクス基板では、各画素の保持容量と並列に電圧電流変換回路が接続されているが、本発明により画素内の保持容量と半導体スイッチの欠陥検査を行うことができる。

本発明に係る検査装置の概略構成図である。 アクティブマトリクス基板の構成の説明図である。 基板内の画素の構成説明図である。 検査装置と基板との電気的な接続関係の説明図である。 本発明に係る検査方法のフローチャートである。 画素欠陥の判定の説明図である。

符号の説明

１００ 検査装置
１１０ レーザ照射装置（光源）
１２０ 電荷量測定装置
１２２、１２４ 電源
２００ アクティブマトリクス基板
２１１、２１２・・・２４５ 画素
４１１、４１２、４２１、４２２ 半導体スイッチ
５１１、５１２、５２１、５２２ 保持容量

Claims (4)

1. 各画素が、保持容量と、前記保持容量と直列に接続された半導体スイッチ素子とを備えた複数の画素を有するアクティブマトリクス基板の検査装置であって、
   前記保持容量を充電する電圧を供給する電源と、
   前記半導体スイッチ素子の導通状態を制御する制御電圧を供給する電源と、
   任意の画素の前記半導体スイッチ素子を照射する光源と、
   前記保持容量から放出された電荷量を測定する電荷量測定装置と、
   を備えたことを特徴とする検査装置。
   
2. 各画素が、保持容量と、前記保持容量と直列に接続された半導体スイッチ素子とを備えた複数の画素を有するアクティブマトリクス基板の検査方法であって、
   前記複数の画素のうち全部または一部の画素の前記保持容量を同時に充電する第１のステップと、
   充電された前記画素の前記スイッチ素子を光で照射するとともに、前記保持容量から放出される電荷量を測定する第２のステップと、
   を有することを特徴とする検査方法。
   
3. 前記第２のステップにおいて、複数の前記画素を同時に光で照射することを特徴とする請求項２記載の検査方法。
   
4. 各画素が、保持容量と、前記保持容量と直列に接続された半導体スイッチ素子とを備えた複数の画素を有するアクティブマトリクス基板の製造方法であって、
   前記アクティブマトリクス基板を作成する作成工程と、作成された前記アクティブマトリクス基板を検査する検査工程を有し、前記検査工程が、
   前記複数の画素のうち全部または一部の画素の前記保持容量を同時に充電する第１のステップと、
   充電された前記画素の前記スイッチ素子を光で照射するとともに、前記保持容量から放出される電荷量を測定する第２のステップと、
   前記測定された電荷量に基づいて画素の欠陥を判定する第３のステップと、
   を有することを特徴とする製造方法。

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