JP2579893B2 - スイッチング素子を有したアクティブ基板の欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像表示機能を有する
液晶パネル、とりわけ画素毎にスイッチング素子を配置
したアクティブ型の液晶パネルの欠陥検査装置および欠
陥検査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】微細加工技術，液晶材料、および実装技
術等の進歩により、小さな画面サイズではあるが5.08〜
26cm(２〜10インチ)程度の液晶パネルで実用上支障ない
テレビジョン画像がコマーシャルベースで得られるよう
になってきた。

【０００３】液晶パネルを構成する２枚のガラス基板の
一方にＲ，Ｇ，Ｂの着色層を形成しておくことによりカ
ラー画像も容易に実現し、また画素毎にスイッチング素
子を内蔵させた、いわゆるアクティブ型の液晶パネルで
はクロストークもなく、高いコントラスト比を有する画
像が保証される。

【０００４】このような液晶パネルは、走査線としては
120〜480本、信号線としては240〜960本程度のマトリク
ス編成が標準的で、例えば図３に示すように、液晶パネ
ル１を構成する一方のガラス基板２上に形成された走査
線の端子群(図示せず)に駆動信号を供給する半導体集積
回路チップ３を直接接続するＣＯＧ(チップ・オン・ガ
ラス)方式や、例えばポリイミド系樹脂薄膜をベースと
し、金メッキされた銅箔の端子群を有する接続フィルム
４を信号線の端子群５に圧接しながら固定する方式など
の実装手段によって電気信号が画像表示部に供給され
る。なお、６，７は液晶パネル１中央の画像表示部と信
号線の端子群５および走査線の端子群との間を接続する
配線路で、必ずしも端子群と同じ導電材で構成される必
要はない。

【０００５】８は全ての画素に共通の対向電極を有する
もう一方のガラス基板で、２枚のガラス基板２，８は所
定の距離(数μm)を隔てて形成され、その間隙は有機性
樹脂よりなるシール材と封口材で封止された閉空間にな
っており、その閉空間に液晶が充填されている。多くの
場合、ガラス基板８の閉空間側に着色層と称する染料ま
たは顔料を含む有機性薄膜が被着されて色表示機能が与
えられるので、ガラス基板８は一般的にはカラーフィル
タと呼ばれる(以下、８はカラーフィルタという)。そし
て、液晶材の性質によってカラーフィルタ８の上面また
はアクティブ基板と呼ばれるガラス基板２(以下、２は
アクティブ基板という)の下面のいずれか、もしくは両
面に偏光板が貼付され、電気光学素子として機能する。

【０００６】図４は、例えばスイッチング素子として絶
縁ゲート型トランジスタ９を画素毎に配置したアクティ
ブ型液晶パネルの等価回路図であり、図５は同パネルの
要部断面図である。走査線10と信号線11は、例えば水素
化された非晶質シリコンを半導体層とし、Ｓi₃Ｎ₄(窒化
シリコン)をゲート絶縁層とする絶縁ゲート型トランジ
スタ(薄膜トランジスタ)９と同時にアクティブ基板２上
に形成される。液晶セル12は、アクティブ基板２上に形
成された透明導電性の絵素電極13と、カラーフィルタ８
上に形成された同じく透明導電性の対向電極14と、アク
ティブ基板２およびカラーフィルタ８で構成された閉空
間を満たす液晶15とで構成され、電気的にはコンデンサ
と同じ扱いを受ける。

【０００７】着色されたゼラチンまたは着色性感光性樹
脂等よりなる着色層16は、前述したようにカラーフィル
タ８の閉空間側で絵素電極13に対応してＲ，Ｇ，Ｂの三
原色で所定の配列に従って配置される。全ての絵素電極
13に共通の対向電極14は、着色層16が介在することによ
る電圧配分損失を回避するために、図示したように着色
層16上に形成される。

【０００８】なお、図４において蓄積容量17はアクティ
ブ型の液晶パネルとしては必ずしも必須の構成因子では
ないが、駆動用信号源の利用効率の向上や浮遊寄生容量
の影響を回避したり、高温動作時の表示画像のちらつき
防止等に効果があり、実質的には、ほぼ全てのアクティ
ブ型の液晶パネルで採用されている。また、説明を簡単
にするため、絶縁ゲート型トランジスタ９，走査線10，
信号線11および蓄積容量17に加えて配向膜や偏光板、さ
らには光源等の公知の構成要素は図５では省略した。

【０００９】Ｒ，Ｇ，Ｂの着色層16の境界部に低反射性
の不透明膜18を配置することにより、アクティブ基板２
上の信号線11等の配線層からの反射光を防止できコント
ラスト比が向上し、かつスイッチング素子の光照射によ
るリーク電流の増大が防止でき、強い外光の下でも動作
させることが可能となる。そして、この効果を有した前
記不透明膜18は、いわゆるブラックマトリクスと称され
ている。ブラックマトリクスである不透明膜18の構成も
多数考えられるが、着色層16の境界部における段差の影
響と光の透過率とを考慮してブラックマトリクス材を選
択する場合、製造コストが高くなるが、0.1μm程度のＣ
r薄膜が簡便である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】フルカラー表示機能を
有する液晶パネルは、テレビ画像を提供可能なデバイス
という意味ではＣＲＴ(陰極線管)とよく比較されるが、
コストパーフォマンスは非常に悪いと言わざるを得ない
のが現状である。その理由は製作に当たっての歩留りが
低いからである。デバイスの構成上、アクティブ基板２
の線欠陥または点欠陥等に起因して様々な表示欠陥が発
生するが、まず線欠陥について言えば、走査線10や信号
線11等の断線が挙げられ、次いで、それらの交差点にお
ける短絡が問題となる。線欠陥は画像表示装置としては
致命的なもので、１本の存在も許されず、まずは線欠陥
のないアクティブ基板２を得ることが困難である。製造
工程内の異物，ダスト，パーティクルの徹底的抑制を筆
頭に、冗長性を持たせた設計技術、あるいはレーザ等の
補助手段を用いた欠陥救済技術と、各方面から歩留り向
上のための技術開発が継続して行われているが決め手は
なく、低密度ではあっても大面積デバイスの無欠陥プロ
セスの実現は困難である。

【００１１】次に、点欠陥について述べれば状況はさら
に厳しい。これは、アクティブ基板２上の数万〜数十万
個に及ぶ全画素を短時間で効率よく、しかも高精度で検
査・判定する点欠陥検査装置が必要であるが、全ての条
件を満たす点欠陥検査装置の入手が容易でないため、現
時点ではカラーフィルタ８と組み合わせて液晶パネル化
した後の画像による判定で点欠陥の有無を認識している
のが量産工場での実態である。このため、アクティブ基
板２に内在している欠陥のために不良品となって廃棄さ
れるカラーフィルタ８と組立工程の実質的な生産ロスが
工業的に大きな損失になる。点欠陥は線欠陥と異なり、
中間調表示の制御性、すなわち画素を構成する全ての素
子の均一性を要求されるので、技術的にも高精度の計測
技術が必要である。プロセス的にはさらにダスト管理を
厳しくする必要があり、スイッチング素子のトランジス
タ特性については均一性を高めることが急務である。

【００１２】電子ビームを半導体集積回路に照射し、半
導体集積回路内の配線層の電位を非接触で計測する評価
・解析機としてＥＢテスタが知られている。これと同じ
原理で電子ビームをアクティブ基板２に照射し、絵素電
極13の電位を間接的に測定することができる。図６は上
記システムを示す概略構成図であり、測定室20は10~⁵〜
10~⁷Torr程度の真空度を保つための排気手段(図示せず)
によって排気口21より排気される。22は電子線を発生す
る電子銃、23は電子線を加速する格子群、24は電子線を
偏向する偏向レンズである。電子銃22より飛び出した電
子線25は、電子銃22に対して正にバイアスされた加速格
子23中を通過することで加速され、偏向レンズ24でその
進路を曲げられる。したがって、ｘｙの２次元平面にお
ける偏向によって、電子線25は試料台26上に置かれたア
クティブ基板２上を走査することができる。その走査可
能な領域は、電子線25が偏向レンズ24を通過した後の偏
向角θと偏向レンズ24から試料台26までの距離27によっ
て決まる。一方、偏向角θは電子線25の速度と偏向レン
ズ24の長さと偏向エネルギ(静電力または静磁力)によっ
て決まる。要は対象とする試料の観測したい領域を歪な
く走査するための光学設計が重要であり、アクティブ基
板２が通常の半導体集積回路の数倍〜数十倍も大きいた
めに全面を一括走査することはかなり困難となる。この
ため、適当な大きさの走査領域を設定し、画像合成で複
数の走査領域を一括観測するのが合理的であろう。電子
線25の加速電圧はアクティブ基板２上の絶縁ゲート型ト
ランジスタ９への物理的な損傷を小さく抑えるためには
低い方が望ましく、その一方で電子線25が絵素電極13に
衝突して発生する２次電子線28は高い方がエネルギーが
大きく検出感度が高くなるので、これらの条件を考慮し
て１〜10ＫＶの範囲で設定される。また電子線25のビー
ム径および強度は、絵素電極13の大きさと他の電位を有
する配線層である走査線10や信号線11との相対的な大き
さで決まり、ビーム径として数μm、強度として0.1〜１
μAもあればまず支障ない。

【００１３】測定室20の外部に配置された駆動用信号源
29より探針または圧接フィルム等の接続手段30を用いて
走査線10や信号線11等の配線電極に電気信号を供給し、
電子線25をアクティブ基板２に照射しながら走査し、絵
素電極13からの２次電子線28を２次電子増倍管(シンチ
レーションカウンタ)31で検知し、その出力信号を電子
線25の走査と同期させてＣＲＴ(図示せず)上で観測すれ
ば、絵素電極13の電位分布が濃淡の画像として表示され
る。このとき、同じ信号電圧を供給しているにもかかわ
らず、他の絵素電極13と同じ挙動を示さないものを点欠
陥として発見することができ、むろん、点欠陥の検出と
共に線欠陥も容易に検出可能である。

【００１４】ところが、アクティブ基板２に内在する点
欠陥を上記した計測システムで検出し、液晶パネル化し
た後の画像検査による結果と照合したところ、非常に一
致率が低く、点欠陥検査装置としての機能を十分に有し
ていないことが分かった。この理由は解析の結果、書き
込み終了から次の書き込みまでの蓄積時間における液晶
パネル１の等価回路が図７で示されるのに対して、アク
ティブ基板２の等価回路が図８で示される差異によるも
のであることが分かった。すなわち、液晶セル12を抵抗
分Ｒ_LC32と容量分Ｃ_LC33とを並列回路で表した場合に、
蓄積容量17に貯えられた電荷の放電経路としての抵抗分
Ｒ_LC32がアクティブ基板２上に存在しないため、蓄積期
間中の絵素電極13の電位の変化量がアクティブ基板２単
体では液晶パネル１の実動作状態とはかけ離れてしまう
からである。液晶セルの容量分Ｃ_LC33は絵素電極13の電
位の変化を抑制する方向に作用するが、例えば7.6cm(３
インチ)パネルで蓄積容量17が１PFで容量分Ｃ_LC33が0.3
PFの場合でも、抵抗分Ｒ_LC32の存在を無視できないこと
が分かった。このため、液晶パネル１の状態では正常な
絵素電極13と比べてやや書き込み不足気味の絵素電極13
の電位変化が、アクティブ基板２上では電位変化が小さ
く正常と判定されてしまう。液晶セル12の駆動電圧はＴ
Ｎ型では高々４Ｖもあれば十分なので、８階調の中間調
表示を得ようとするならば0.5Ｖの電位差を検知する必
要があり、実動作状態とはかけ離れたアクティブ基板２
単体での点欠陥の検出には無理があった。

【００１５】本発明の目的は、従来の欠点を解消し、ア
クティブ基板に対する点欠陥検査装置として十分な精度
で欠陥を検出することが可能な欠陥検査装置および欠陥
検査方法を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明では、アクティブ
基板単体の検査時に液晶パネルと同等の動作状態が実現
するようにスイッチング素子の動作環境を制御する。具
体的な動作環境の制御としては、スイッチング素子の動
作温度を変化させるか、またはスイッチング素子に光を
照射することが選ばれ、その結果、検査時にスイッチン
グ素子からのリーク電流が増加する。

【００１７】

【作用】スイッチング素子からのリーク電流を増大させ
るためには、図８に示した蓄積期間中の等価回路のリー
ク抵抗34に、付加リーク抵抗35を並列に加えて、図９に
示したような等価回路とすればよい。図９に示した等価
回路を構成することにより、図10に示したように走査線
10に書き込み信号36を印加し、書き込み信号36に同期し
た映像信号37で蓄積容量17を充電すると、再び書き込み
信号36が印加されるまでの間、絵素電極13の電位は付加
リーク抵抗35を付加すると実線38から破線39に移行し、
アクティブ基板２単体の動作状態を、液晶パネル１と同
様な動作状態になるようにシミュレートできるため、点
欠陥検査装置としての一致率が向上する。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の欠陥検査装置の第１実施例を示す
概略構成図であり、スイッチング素子である絶縁ゲート
型トランジスタ９の蓄積時のリーク電流を液晶パネル１
としての動作状態の値にまで増加させるに十分な照度を
有する光源41，42を、検査対象であるアクティブ基板２
の上方とアクティブ基板２の下方、すなわち透明物質で
構成された試料台26中に埋め込んで設置し、検査時に光
源41，42によってアクティブ基板２に光を照射する。こ
のことにより、絶縁ゲート型トランジスタ９に付加リー
ク抵抗35が付加されたことと等価になり、絶縁ゲート型
トランジスタ９からのリーク電流を増加させることがで
きる。ここで、２個の光源41，42のどちらが支配的にリ
ーク電流を増加させる役割を担うかは、絶縁ゲート型ト
ランジスタ９の構造、液晶パネル１としたときのカラー
フィルタ８の構造および光源41，42からの照射光や外来
光の強度等の状態などによって左右されるので、必要と
あらば二つ同時に使用することも有り得る。ただし、２
次電子増倍管31が内部で微弱光を扱う素子であるので、
光源41，42と２次電子増倍管31との相対的位置関係の最
適化は、アクティブ基板２からの乱反射光の影響を避け
ることも含めて重要である。

【００１９】図２は本発明の欠陥検査装置の第２実施例
を示す概略構成図であり、絶縁ゲート型トランジスタ９
の蓄積時のリーク電流を液晶パネル１としての動作状態
の値にまで増加させるに十分な能力の加熱または冷却素
子を有する温度制御素子43を試料台26中に配置し、アク
ティブ基板２の裏面からの熱伝導で絶縁ゲート型トラン
ジスタ９の温度を制御するものである。非晶質シリコン
を半導体層とする絶縁ゲート型トランジスタ９のリーク
電流は温度係数が正、すなわち温度が上がるとリーク電
流が増大するので、温度制御素子としてはヒータが簡便
であろう。逆に温度係数が負の場合には、電子冷却素子
とか炭酸ガスの急激な断熱膨張を利用した断熱膨張素子
等の冷却素子を用いればよい。

【００２０】光照射や加熱・冷却による絶縁ゲート型ト
ランジスタ９のリーク電流の変化値は予め測定できるの
で、液晶パネル１の動作状態に適応した測定条件で検査
してもよいし、逆に点欠陥の検査結果と液晶パネル１の
状態での画像検査結果が一致するように制御条件を探索
しても構わない。

【００２１】以上説明した第１実施例および第２実施例
の欠陥検査装置およびその欠陥検査方法は、アクティブ
基板２単体でアクティブ基板２内に内在する欠陥を検出
するに当たり、スイッチング素子である絶縁ゲート型ト
ランジスタ９の動作状態を変化させてアクティブ基板２
単体で液晶パネル１の動作状態と同等に動作させること
を特徴とする。したがって、アクティブ基板２のスイッ
チング素子が必ずしも絶縁ゲート型トランジスタ９であ
る必要はなく、絶縁ゲート型トランジスタ９以外のスイ
ッチング素子を有するアクティブ基板に対しても適用可
能であり、さらに、電位を測定する手段として必ずしも
ＥＢテスタを用いる必要もなく、他の公知の測定手段お
よび測定方法によっても容易に絵素電極13の電位が測定
可能である。

【００２２】次に、ＥＢテスタを用いない本発明の欠陥
検査装置および欠陥検査方法の実施例について説明す
る。カラーフィルタ８と共にアクティブ型の液晶マトリ
クスパネルを構成し、画素毎に絶縁ゲート型トランジス
タ９等のスイッチング素子と絵素電極13と蓄積容量17と
を有したアクティブ基板２における画素毎のスイッチン
グ素子の電気検査は、ＥＢテスタ等によって絵素電極13
の電位を測定しなくても可能であり、液晶パネル１を駆
動して行う画像検査と同様に走査線10と信号線11とに電
気信号を供給し、回路特性を検出することにより可能に
なる。それはアクティブ基板２における画素の等価回路
が、図８および図９に示したように信号線11からの電気
信号をスイッチング素子を経由して蓄積容量を充電・保
持する蓄積容量17とスイッチング素子との直列回路が基
本構成であり、走査線10による選択によってアクティブ
基板２における任意の画素を電気検査できるからであ
る。

【００２３】画素を構成するスイッチング素子の動作が
正常かどうかは、例えば信号線11から見た直列回路のイ
ンピーダンスを測定して検出でき、あるいは蓄積容量17
に書き込まれた電荷量を、再度、スイッチング素子をＯ
Ｎさせることにより信号線11から読み出しても検出で
き、あるいは直列回路の充電・放電時に出入りする電流
値を測定しても検出できる。

【００２４】上記のようにアクティブ基板２の走査線10
と信号線11とに検査信号を印加し、画素毎のスイッチン
グ素子の特性を測定する欠陥検査装置には、スイッチン
グ素子のリーク電流を増大させる動作環境の制御機能を
付加する。

【００２５】前記動作環境の制御機能は、具体的には第
１実施例と同様に光源41，42によってアクティブ基板２
に光を照射し、あるいは第２実施例と同様に温度制御素
子43によってスイッチング素子の温度を制御することに
より、スイッチング素子からのリーク電流を増大させ
る。そして、このことにより、アクティブ基板２単体の
動作状態を、液晶パネル１と同様な動作状態になるよう
にシミュレートするこができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の欠陥検査
装置または欠陥検査方法によれば、画像表示機能を有す
るアクティブ型液晶パネルの表示画像品質、とりわけ点
欠陥の発生状況をパネル組立工程前に事前に検査するこ
とが可能になり、この時点で欠陥があるアクティブ基板
をラインオフすることにより、パネル組立以降の製造工
程や検査工程における材料費や製造工数の無駄がほぼ皆
無となり、工業的にはコスト面での寄与は高い。特にカ
ラー化された液晶パネルでは材料費として最も高価なカ
ラーフィルタの無駄な使用が避けられ、ロスコストの削
減では著しい効果がある。

【００２７】また、本発明の欠陥検査装置または欠陥検
査方法によれば、アクティブ基板における画素の均一性
に関わるスイッチング素子間のバラツキを強調する方向
で、アクティブ基板が検査されるため、階調性の高い液
晶パネルに対しては特に有効な検査を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の欠陥検査装置の第１実施例を示す概略
構成図である。

【図２】本発明の欠陥検査装置の第２実施例を示す概略
構成図である。

【図３】アクティブ型液晶パネルの斜視図である。

【図４】アクティブ型液晶パネルの等価回路図である。

【図５】図４に示したアクティブ型液晶パネルの要部断
面図である。

【図６】従来のアクティブ基板の欠陥検査装置の概略構
成図である。

【図７】アクティブ型液晶パネル(画素内素子)の蓄積時
の等価回路図である。

【図８】アクティブ基板(画素内素子)の蓄積時の等価回
路図である。

【図９】動作環境が制御されたアクティブ基板(画素内
素子)の蓄積時の等価回路図である。

【図１０】駆動用信号と絵素電極の電位との時間的な変
化を示す測定図である。

【符号の説明】

１…液晶パネル、 ２…アクティブ基板(ガラス基板)、
３…半導体集積回路チップ、 ４…接続フィルム、
５…端子群、 ６，７…配線路、 ８…カラーフィルタ
(ガラス基板)、 ９…絶縁ゲート型トランジスタ、 10
…走査線、 11…信号線、 12…液晶セル、 13…絵素
電極、 14…対向電極、 15…液晶、 16…着色層、
17…蓄積容量、 20…測定室、 21…排気口、 22…電
子銃、 23…加速格子、 24…偏向レンズ、 25…電子
線、 26…試料台、 28…２次電子線、 30…接続手
段、 31…２次電子増倍管、 32…液晶セルの抵抗分、
33…液晶セルの容量分、 34…リーク抵抗、 35…付
加リーク抵抗、 36…走査信号、 37…映像信号、 4
1，42…光源、 43…温度制御素子。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アクティブ型液晶マトリクスパネルを構
   成し、画素毎にスイッチング素子と絵素電極と蓄積容量
   とを有した一方の基板の走査線と信号線とに検査信号を
   印加し、画素毎のスイッチング素子の特性を測定して前
   記一方の基板を電気検査する欠陥検査装置において、前
   記スイッチング素子からのリーク電流を増大させる動作
   環境の制御機能を付加したことを特徴とするスイッチン
   グ素子を有したアクティブ基板の欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 アクティブ型液晶マトリクスパネルを構
   成し、画素毎にスイッチング素子と絵素電極と蓄積容量
   とを有した一方の基板の走査線と信号線とに検査信号を
   印加し、画素毎のスイッチング素子の特性を測定して前
   記一方の基板を電気検査する欠陥検査方法において、前
   記スイッチング素子からのリーク電流を増大させてスイ
   ッチング素子の特性を測定することを特徴とするスイッ
   チング素子を有したアクティブ基板の欠陥検査方法。
3. 【請求項３】 外光を遮断された測定系内で前記一方の
   基板に、上方または下方のいずれか一方から光照射し
   て、あるいは上方および下方の双方から光照射して前記
   スイッチング素子からの前記リーク電流を増大させるこ
   とを特徴とする請求項２記載のスイッチング素子を有し
   たアクティブ基板の欠陥検査方法。
4. 【請求項４】 前記一方の基板の支持台に設置された加
   熱または冷却素子が一方の基板の温度を制御して前記ス
   イッチング素子からの前記リーク電流を増大させること
   を特徴とする請求項２記載のスイッチング素子を有した
   アクティブ基板の欠陥検査方法。