JP2584073B2 - カラー液晶画像表示装置の検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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
色表示機能を有する液晶画像表示装置において有効な点
欠陥の簡易的な検出を行なう検査方法に関するものであ
る。

従来の技術 近年の微細加工技術、液晶材料及び実装技術等の進歩
により２〜６インチ程度の小さなサイズではあるが、液
晶パネルで実用上支障ないテレビジョン画像が商用ベー
スで得られるようになってきた。液晶パネルを構成する
２枚のガラス板の一方にＲ、Ｇ、Ｂの着色層を形成して
おくことによりカラー表示も容易に実現され、また絵素
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少なくかつ高いコ
ントラスト比を有する画像が保証される。

このような液晶パネルは、走査線としては120〜240
本、信号線としては240〜720本程度のマトリクス編成が
標準的で、例えば第３図に示すように液晶パネル１を構
成する一方の透光性絶縁性基板、例えばガラス基板２上
に形成された走査線の電極端子群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（Chip-On-G
lass）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（図示せず）を有する
接続フィルム４を信号線の電極端子群５に接着剤で圧接
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。ここでは便宜上二つの実装
方式を同時に図示しているが、実際にはいずれかの実装
方式が選ばれることは言うまでもない。なお、７、８は
液晶パネル１中央の画像表示部と信号線及び走査線の電
極端子群５、６との間を接続する配線路で、必ずしも電
極端子群と同じ導電材で構成される必要はない。

９は全ての絵素に共通の透明導電性の対向電極を有す
るもう１枚の透光性絶縁性基板であるガラス板で、２枚
のガラス板２、９は石英ファイバやプラスチックビーズ
等のスペーサによって所定の距離を隔てて形成され、そ
の間隙はシール材と封口材で封止された閉空間になって
おり、閉空間には液晶は充填されている。多くの場合、
ガラス板９の閉空間側に着色層と称する染料または顔料
のいずれか一方もしくは両方を含む有機薄膜が被着され
て色表示機能が与えられるのでガラス基板９は別名カラ
ーフィルタとも呼ばれる。そして液晶材の性質によって
はガラス板９上面またはガラス板２下面のいずれかもし
くは両面上に偏光板が貼付され、液晶パネル１は電気光
学素子として機能する。

アクティブ型ではなく単純型の液晶パネルにおいて
は、２枚のガラス板のうちの一方の一主面上に走査電極
が、またもう一方のガラス基板の一主面上には信号電極
が、何れも透明導電性の薄膜で帯状に形成されるので、
電極端子は別々のガラス基板上に位置しているのが一般
的であるが、詳細は省略する。

第４図は、スイッチング素子として絶縁ゲート型トラ
ンジスタ10を絵素毎に配置したアクティブ型液晶パネル
の電気的な等価回路図であり、第５図は同パネルの要部
断面図である。実線で描かれた素子は一方のガラス基板
２上に、そして破線で描かれた素子はもう一方のガラス
基板９上に形成されている。走査線11（８）と信号線12
（７）は、例えば非晶質シリコンを半導体層とし、シリ
コン窒化膜（Si₃N₄）をゲート絶縁膜とする薄膜トラン
ジスタ10の形成と同時にガラス基板２上に作製される。
液晶セル13はガラス基板２上に形成された透明導電性の
絵素電極14と、カラーフィルタ９上に形成された同じく
透明導電性の対向電極15と、２枚のガラス板で構成され
た閉空間を満たす液晶16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。

着色された感光性ゼラチンまたは着色性感光樹脂等よ
りなる着色層17は先述したように、カラーフィルタ９の
閉空間側で絵素電極14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ている。全ての絵素電極14
に共通の対向電極15は着色層17の存在による電圧配分損
失を避けるためには図示したように着色層17上に形成さ
れる。液晶16に接して２枚のガラス板上に被着された、
例えば0.1μｍ程度の膜厚のポリイミド系樹脂薄膜層18
は液晶分子を決められた方向に揃えるための配向膜であ
る。加えて液晶16にツイスト・ネマチック（TN）型のも
のを用いる場合には上下に２枚の偏光板19を必要とす
る。

Ｒ、Ｇ、Ｂの着色層17の境界に低反射性の不透明膜20
を配置すると、ガラス基板２上の信号線12等の配線層か
らの反射光を防止できてコントラスト比が向上し、また
スイッチング素子10の外部光照射によるリーク電流の増
大が防げて強い外光の下でも動作させることが可能とな
り、ブラックマトリクスとして実用化されている。ブラ
ックマトリクス材の構成も多数考えられるが、着色層の
境界に於ける段差の発生状況と光の透過率を考慮する
と、コスト高にはなるが0.1μｍ程度の膜厚のCr薄膜が
簡便である。

なお、第４図において蓄積容量21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要素とは限らない
が、駆動用信号源の利用効率の向上、浮遊寄生容量の障
害の抑制及び高温動作時の画像のちらつき（フリッカ）
防止等には効果的存在で適宜採用される。また理解を簡
単にするため、薄膜トランジスタ10、走査線11、及び蓄
積容量21に加えて光源やスペーサ等の主要因子は第５図
では省略されている。22は絵素電極14と絶縁ゲート型ト
ランジスタ10のドレインとを接続するための導電性薄膜
で、一般的には信号線12と同一の材質で同時に形成され
る。

周知のごとく、画像表示装置は人間の視覚という高感
度のセンサによって識別される対象であるから各種の画
像欠陥に対しては非常に厳しい制約があり、線欠陥は言
うに及ばず、点欠陥に於いてもCRTとの比較では非常に
苦しく、換言すれば歩留まりが低く、作りにくいデバイ
スと言えよう。歩留まりが極めて高くなり、無検査に近
い状態でアクティブ型の液晶パネルが提供されるように
は、更なる技術開発を必要とし、いましばらく時間がか
かるであろうし、シリコン系の半導体プロセスと類似の
製造方法が継続される限りに於いては、幾ら歩留まりが
向上しても100％良品と言うことは有り得ないであろ
う。

線欠陥は文字通り画面上で線状に現われる欠陥で、そ
の発生理由は明確に以下に述べる原因に起因して生じ
る。それは、 （１）走査線または信号線が途中で断線した （２）走査線または信号線に電気信号が到達していない （３）走査線と信号線が短絡している （４）複数の走査線または信号線が短絡している等が主
たる要因である。線欠陥は２枚のガラス板を貼り合わせ
て液晶パネル化する前段階においても、すなわちアクテ
ィブマトリクス基板の状態でも比較的検出が容易であ
り、しかも救済によって見かけ上無欠陥化することも可
能である。例えば、断線に対しては走査線や信号線等の
電極線に対して正規の接続に加えて他端から救済線を経
由して同一の信号を加えればよく、走査線と信号線の短
絡に対しては短絡箇所をレーザ等で切断していずれかの
電極線の断線に転化してしまえば断線と同等の処置が可
能だからである。

点欠陥の検査については、半導体メモリに例えればフ
ルビットの検査に相当し、デバイスの構造によっても異
なるが、一般的に言って検査時間は長くかつ困難となる
ことは想像に難くない。事実、現時点では最終工程に於
ける画像検査時に品質面から点欠陥についてもチェック
しているのが実状で、製造工程の途中で点欠陥を有効に
検出し得るような検査方法は未だ実用化されていない。

カラー液晶パネルの画像表示機能を検査する項目とし
ては、例えば第６図に示したように、非常に多くの項目
がある。良否判定としてのGO/NoGo検査であるならば、
この様に複雑な検査はもちろん不要であるが、上記した
ように品質管理及び歩留まり向上の観点からの情報収集
手段としては止むを得ない面もある。ここではノーマリ
・ブラック表示の検査方法について詳細に説明するの
で、ノーマリ・ホワイト表示の場合の検査方法について
は適宜変更が必要な事を理解されたい。

先ず検査１においては、液晶パネルを駆動する信号電
圧は印可せず、白色（全白）のバックライト光源光を液
晶パネル下面より照射し、検査員は液晶パネル上面より
観察する。

この時、 １）スペーサ・シール材の不備によるギャップ不良があ
れば面欠陥として、また異物・ゴミの混入によるギャッ
プ不良があれば円状の点欠陥として、 ２）配向膜の不備あるいはラビングの不備があれば筋状
の線または面欠陥として、 ３）配向状態の異常は非配向として点状または線状の欠
陥として、 何れも暗い画面上に光が抜けて観察されるので比較的検
出が容易な検査である。この検査ではアクティブ基板に
起因する不良は殆ど検知されることはなく、パネル組立
に起因した不良が大部分を占めている。

検査２においては、白色（全白）のバックライト光源
光を液晶パネル下面より照射し、液晶パネルを駆動する
信号電圧はONかOFFの何れかを選択する全面点灯（表
示）検査である。すなわち、全ての信号線には同一の電
圧が印可される。

この時全白画面上で、 １）アクティブ基板に内在する電極線の短絡や断線等の
線欠陥が検出され、 ２）カラーフィルタの着色層の異常による色むらが染み
またはむらとして部分的な面欠陥として表示され、全白
または全黒画面上で、 ３）点欠陥の分布を知ることが出来る。

全白画面上では、例えば絶縁ゲート型トランジスタの
ON電流不足によって、あるいは保持状態に於ける絶縁ゲ
ート型トランジスタのOFF電流増大による液晶セル（蓄
積容量）への書き込み不足によって正常な部分と比較す
ると輝度の低い絵素が黒色欠陥として検知されるし、全
黒画面上では、例えば絶縁ゲート型トランジスタのドレ
インとソース間の短絡によって正常な部分と比較すると
輝度の高い絵素が白色欠陥として検知される。しかしな
がら、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の欠陥が同時に表示されるの
で、むらと色毎の黒点欠陥の識別に手間取る難点があ
る。

そこで、検査３においてはＲ、Ｇ、Ｂの色毎に対応し
た信号線にのみON信号を供給して色毎に全面点灯し、色
毎のむらと点欠陥の検出を精度よく実施しているのであ
る。検査３に於ける信号線の接続を簡易化しようとすれ
ば、３色毎に結線された配線が必要であるが、この特殊
な結線は電極線の短絡や断線の検査には殆ど役に立たな
いので、結局の所は全ての電極端子に正規の信号を供給
する検査方式が選定されている。

検査４においては、白色（全白）のバックライト光源
光を液晶パネル下面より照射し、 １）階調性を検査するためには画面を適宜ブロック化
し、各ブロック間に漸増する信号電圧を印可して階段的
な膿淡画像を表示し、 ２）クロストークを検査するためには全黒画面に白いウ
ィンド（窓）パターンを表示し、窓の上下がどの程度白
く発光しているかで判定し、 ３）応答速度を検査するためには全黒画面に白い球パタ
ーンを表示し、白い球パターンを左から右へと動かす速
度を変え、その動きが連続して見えるようになった速度
から判定する事が出来る。

以上述べたようにカラー液晶画像表示装置の検査にお
いては、必ずしも全ての電極端子に正規の信号を印可
し、カラー画像を表示する必要が無いことは明らかであ
り、ほとんどの場合にベタ画像で充分な情報が得られ
る。結局のところ応答速度、階調性等の僅かな項目のた
めに全ての電極端子に正規の信号を印可し、カラー画像
を表示する必要があるに過ぎず、それとて応答速度を除
けば表示画面内をせいぜい20個程度のブロックで表示出
来れば充分であり、テレビジョン画像の様な動画を表示
する必要があるのは、総合的な画像検査としての感応検
査であるのが実状である。事実、最終的な総合判定はカ
ラーバーやテレビ画像を表示して行なわれている。

発明が解決しようとする課題 本発明者はすでに特開昭62-233774号において、第３
図の接続フィルム４と同様に、可撓性を有するポリイミ
ド樹脂フィルム上に多数の金メッキされた検査端子を有
する検査フィルムを用いて多数の電極端子に一斉に接触
する検査方式を提案した。この方式は従来の半導体チッ
プの検査に用いられる針式のプローバに比較すると簡易
であるだけでなく、損傷を受けたときの対応が極めて廉
価で済むという大きな利点を有していた。

しかしながら、高品質の画像表示を行なうためには走
査線や信号線等の電極線が増大する傾向は避け難く、ま
た実装コストを低下させる必要性から今後は高密度の実
装が益々重要となり、実装方式としてはCOG方式が主流
となってくるであろう。そのような状況に対しては、当
然のことながらフィルム状の検査端子では対応できなく
なる。

COG方式の実装の場合には、半導体チップの特性ばら
つきと実装工程における良品歩留まりを考慮すると、実
装前に液晶画像表示パネルの画像検査が重要となるが、
液晶画像表示パネルを駆動する半導体チップの電極端子
は周知のごとく、100〜50μｍ程度の大きさであり、し
かもほぼ同程度のピッチ間隔で、およぼ数10〜200個も
の電極端子を有している。この様な半導体チップに対応
した針式のプローバを数個以上同時に接触可能な検査機
は非常に機構が複雑になるだけでなく、検査機の誤動作
時に受けるであろうプローバの損傷を考慮すると高価な
スペアを多数必要として実質的には実現不可能である。

上記した二つの理由により簡易的な検査方法の開発が
待たれている状況である。

課題を解決するための手段 本発明はかかる現状に鑑みなされたもので、全ての電
極端子に信号を印可せずに、簡易的なブロック検査で基
本的な性能が検査できるように、光源光をカラーフィル
タの分光特性に合わせて分光する機能を光源に付与する
ことによって目的を達成せんとするものである。

作用 カラーフィルタの分光特性に合わせた３色の光源光を
用いることによって、駆動信号の供給方法が簡素化され
るだけでなく、色毎の画像むらや点欠陥の検出が高精度
で実施出来るようになる。

実施例 以下本発明の実施例について第１図と第２図を参照し
ながら説明する。第２図は本発明の実施例にかかるカラ
ー液晶画像表示装置の検査フローである。

第１図に示したように、本発明による検査方法では信
号線８や走査線７は適当な単位、例えば数10本の単位で
ブロック化されて直列または並列に結線され、かつそれ
らのブロック毎に検査電極が与えられている必要があ
る。アクティブ型の液晶パネルにおいては、走査線の配
線材料としてはCrが、また信号線の配線材料としてはア
ルミニュームが一般的であり、電極線１本当りの抵抗値
は走査線の方が信号線よりも数10倍大きい。そこで電極
線を直列に結線する場合にはインピーダンスの増大によ
る信号波形の鈍化に注意せねばならない。このような観
点から、第１図では走査線８側には並列接続のための接
続線24が、そして信号線７側では直列接続のための接続
線25が形成された状態の液晶パネル１が示されており、
走査線８側では並列接続であるから検査端子26はブロッ
ク毎に１個、信号線７側では直列接続であるから検査端
子27はブロック毎に電極端子群の両端に２個ずつ配置さ
れている。検査時には適当な手段により走査信号を検査
端子26に印可し、映像信号を２個の検査端子27に印加す
る。これは２個の検査端子間に配置された複数の信号線
に断線箇所が存在しても支障がないようにするためであ
る。ほとんどの場合映像信号は振幅の最大値と最小値の
何れかを供給できれば充分であるが、黒点欠陥の検出精
度を高めるためには中間調を表示出来る方が望ましい。
そして、検査のためのバックライト光源からの照射光を
カラーフィルタの分光特性に合わせてＲ、Ｇ、Ｂ毎に分
光してから液晶パネル裏面に照射する機構が必要であ
る。

この様に構成された検査方法においては、例えばバッ
クライト光源光をＲに分光して液晶パネル裏面より照射
している場合に、映像信号を最小値（黒レベル）に設定
して全面点灯して観察したときには背景としての画面は
全黒状態にあり、Ｒの白点欠陥はＲ（赤）色に、Ｇ、Ｂ
の白点欠陥はそれぞれＲ＋Ｇ（すなわち黄色）、Ｒ＋Ｂ
（すなわち青緑色）に見える。一方、映像信号を最大値
（白レベル）に設定して全面点灯して観察したときには
背景としての画面は全赤状態にあり、Ｒの黒点欠陥は輝
度が低い赤色または黒点に見え、Ｇ、Ｂの黒点欠陥は分
光特性を考慮すれば容易に理解されるように検知されな
い。同様にバックライト光源光をＧ、Ｂに分光して照射
するすることによりＧ、Ｂの黒点欠陥も容易に検出され
る。この状況は従来の検査３と同一の内容であり、画面
をＲ、Ｇ、Ｂの単色化することにより点欠陥の識別を容
易ならしめるものである。

なお、検査終了後に走査線や信号線をブロック化して
並列または直列に接続している接続線は適当な方法で除
去されることは言うまでもない。接続線の形成に関して
は、製作工程が長くなる欠点はあるがアクティブ基板の
製造工程が終了後に適当な導電性材質を選択的に塗布ま
たは被着しても形成してもよく、あるいは特願昭62-300
815号に記載されているようにアクティブ基板を構成す
る導電性材質を利用しておき、絶縁層への開口部形成に
よって露出した接続線を食刻によって除去して接続線を
分断し、電極線間の接続を解除する方法を採用してもよ
い。

接続線が信号線または走査線を並列に接続して形成す
る場合には駆動用信号には何等の制約も無い。しかしな
がら、電極線の断線を検査し易いように直列に接続して
形成する場合には、既に指摘したように電極線の抵抗値
によっては信号波形の鈍化が発生する場合があるので、
点欠陥の検出精度が低下しないように書き込み時間を長
くするような調整や操作が発生することを補足してお
く。

信号線や走査線を適当な単位でブロック化し、それら
を直列または並列に結線し、かつブロック毎に検査電極
を与えることは特に画面サイズが大きくなるとその有効
性が顕著となる。なぜならば、大画面サイズでは走査線
や信号線も当然長くなり、インピーダンズの増大は避け
られず、信号波形の鈍化に注意しながらブロック内の電
極線数を決めねばならない。

また、アクティブ型液晶パネルでは、カラーフィルタ
９上の透明導電性の対向電極15には第５図の等価回路に
示したように、液晶セル13を充放電する電流が流れるの
で、余りに大量の電流、言い換えると余りに大面積を一
斉に点灯または消灯しようとしても、対向電極の抵抗値
や対向電極に接続する接続線との間の抵抗値によって制
約を受けるため、限界が存在するからである。

実施例では画面を２×２の４個の領域にブロック化し
て説明したが、画面を例えば３×３の９個以上に分割す
れば、ウィンド（窓）パターンを表示することはきわめ
て容易で、クロストーク試験には支障をきたさない事が
理解されよう。

以上ではCOG実装への対応性から本発明の有用性を説
明したが、従来のように接続フィルムによって信号が供
給されるような電極端子を有する液晶パネルにおいても
本発明の有用性は何等損なわれるものではなく、またア
クティブ型ではなく単純型の液晶パネルにおいても、２
端子型のアクティブ液晶パネルにおいても有効な検査方
法である事を明記しておく。

発明の効果 以上述べたように本発明においては、点欠陥の検査ま
たは情報収集に際して検出が容易となるように画面上に
全Ｒ、全Ｇ、全Ｂの表示状態を設定するにあたり、バッ
クライト光源に白色の物を用いて信号線に選択的に色信
号を供給するのでなく、バックライト光源光をカラーフ
ィルタの分光特性にほぼ合致させて分光してから照射す
ることにより実施している。

この結果、信号線に色毎の信号を供給する必要はなく
なり輝度信号のみを供給すればよく、検査回路がきわめ
て簡素化される。また同一の輝度信号を供給すれば良い
ことから、走査線や信号線を適当な単位で並列または直
列にブロック化出来て、全ての電極端子に検査用の信号
を印可する必要もなくなり、ブロック化された電極端子
群に接続された高々20〜30個程度の検査端子があれば充
分なことから検査機の機構及び検査用探針の構成が簡素
化されて、検査コストが著しく低下する等の優れた効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の実施例にかかる電極端子と
接続線を有するカラー液晶パネルの斜視図と検査手順の
フロー図を示し、第３図は液晶パネルへの実装手段を示
す斜視図、第４図はアクティブ型液晶パネルの等価回路
図、第５図は同パネルの要部断面図、第６図は従来の検
査方法による検査手順のフロー図である。 １……液晶パネル、２……ガラス板、３……半導体チッ
プ、４……接続フィルム、５、６……電極端子、９……
カラーフィルタ、10……絶縁ゲート型トランジスタ、11
……走査線、12……信号線、13……液晶セル、14……絵
素電極、15……対向電極、16……液晶、18……配向膜、
24、25……接続線、26、27……検査端子。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一主面上に複数本の走査線と信号線とを有
   し、単位絵素毎にスイッチング素子と絵素電極とを有す
   る第１の透光性絶縁性基板と、一主面上に所定の着色層
   及び前記着色層上に透明導電性の対向電極を有する第２
   の透光性絶縁性基板との間に液晶を充填し、第１と第２
   の透光性絶縁性基板の他の主面上に偏光板を貼付されて
   なるカラー液晶画像表示装置の検査方法であって、走査
   線と信号線とがそれぞれ複数本の単位でブロック化され
   て直列または並列に接続されて構成されるように検査電
   極を有するとともに、前記検査電極に信号電圧を印加し
   てスイッチング素子を全面にわたって駆動し、前記絵素
   電極と前記対向電極とで構成される液晶セルを全て点灯
   し、前記着色層の分光特性に概ね合致した三色の光源光
   で順次、色毎の点欠陥とむらとを検出する事を特徴とす
   るカラー液晶画像表示装置の検査方法。
2. 【請求項２】一主面上に多数本の透明導電性の走査線ま
   たは信号線を有する第１の透光性絶縁性基板と、一主面
   上に所定の着色層及び前記着色層上に複数本の透明導電
   性の信号線または走査線を有する第２の透光性絶縁性基
   板との間に液晶を充填し、第１と第２の透光性絶縁性基
   板の他の主面上に偏光板を貼付されてなるカラー液晶画
   像表示装置の検査方法であって、走査線と信号線とがそ
   れぞれ複数本の単位でブロック化されて直列または並列
   に接続されて構成されるように検査電極を有するととも
   に、前記検査電極に信号電圧を印加して前記走査線と前
   記信号線とで構成される液晶セルを全面にわたって点灯
   し、前記着色層の分光特性に概ね合致した三色の光源光
   で順次、色毎の点欠陥とむらとを検出する事を特徴とす
   るカラー液晶画像表示装置の検査方法。