JP3010568B2 - 液晶画像表示装置の検査機、検査方法、及び製造方法 - 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、とりわけ一方の基板にカラーフィルタを用
いたカラー表示型の液晶画像表示装置において有効な検
査機、検査方法、及び製造方法に関するものである。

【０００２】

【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３−１５インチ程度のサイズではあ
るが、液晶パネルで実用上支障ないテレビジョン画像や
各種の画像表示が商用ベースで既に得られている。液晶
パネルを構成する２枚のガラス板の一方にＲＧＢ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。

【０００３】このような液晶パネルは、走査線としては
１２０−９６０本、信号線としては２４０−２０００本
程度のマトリクス編成が標準的で、例えば図４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
成された走査線の電極端子群６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-
Glass）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
は全ての液晶セルに共通の透明導電性の対抗電極を有す
るもう１枚のガラス板で、２枚のガラス板２、９は石英
ファイバやプラスチック・ビ−ズ等のスペ−サによって
数μｍ程度の所定の距離を隔てて形成され、その間隙
（ギャップ）はシール材と封口材で封止された閉空間に
なっており、閉空間には液晶が充填されている。カラ−
表示を実現するには、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、
その場合にはガラス基板９は別名カラーフィルタと呼ば
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。

【０００４】図５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
液晶パネルの等価回路図である。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１
１（８）と信号線１２（７）は、例えば非晶質シリコン
（ａ−Ｓｉ）を半導体層とし、シリコン窒化層（Ｓｉ₃
Ｎ₄）をゲート絶縁膜とするＴＦＴ（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抗電極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。蓄積容量の構成に
関してはいくつかの選択が可能で、例えば図５では蓄積
容量２２は全ての絵素電極に共通な電極線１７と絵素電
極１４とで構成されている。

【０００５】図５において蓄積容量２２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、実用上はほぼ採用されて
いる。

【０００６】図６はカラー液晶画像表示装置の要部断面
図である。染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１８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ＲＧＢ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に共通の対抗電極１５は着色層１８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１８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１９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２０を必要とする。

【０００７】ＲＧＢの着色層１８の境界に低反射性の不
透明膜２１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
ＯＦＦ時の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０．１
μｍ程度の膜厚のＣｒ薄膜が簡便である。

【０００８】なお、図６において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
２２に加えて光源やスペ−サ等の主要因子は省略されて
いる。２３は絵素電極１４と薄膜トランジスタ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。ここでは図
示しなかったが、対抗電極１５は画像表示部より僅かに
外よりの隅部で適当な導電性ペーストを介してＴＦＴ基
板２上の適当な導電性パターンに接続され、電極端子群
５、６の一部に組み込まれて電気的接続が与えられる。

【０００９】スイッチング素子である絶縁ゲ−ト型トラ
ンジスタは、材料・プロセス何れの面からみても工業的
にほぼ画一化されたとは言い難い状況であるが、第７図
には一つの典型的な平面パターン配置図を示す。ここで
は蓄積容量２２は全ての絵素電極に共通な電極線１７と
絵素電極１４とで構成されている。図７のＡ−Ａ’、Ｂ
−Ｂ’線上の断面図を図８に示し、絶縁ゲ−ト型トラン
ジスタの製造プロセスを以下に簡単に説明する。

【００１０】先ずガラス基板２の一主面上に全ての絵素
に共通な電極線１７を例えば、スパッタ等の真空製膜装
置を用いて０．１μｍの膜厚の透明導電性のＩＴＯで被
着して選択的パターン形成を行なう。次に蓄積容量の絶
縁体として透明性の高い酸化シリコン層２４をＮ（常
圧）−ＣＶＤ装置等の製膜装置を用いて０．４μｍの膜
厚で全面に被着した後、絵素電極１４を再びスパッタ等
の真空製膜装置を用いて０．１μｍの膜厚の透明導電性
のＩＴＯで被着して選択的パターン形成を行なう。さら
に後述するがＰ−ＣＶＤ（プラズマ製膜）時にＩＴＯ上
に均質で透明性の高い被膜が得られるために再びＮ−Ｃ
ＶＤ装置を用いて０．１μｍの膜厚で全面に酸化シリコ
ン層２５を被着する。しかる後に絶縁ゲ−ト型トランジ
スタのゲート電極と走査線を兼ねる金属層１１を例え
ば、スパッタ等の真空製膜装置を用いて０．１μｍの膜
厚のクロム（Ｃｒ）で被着して選択的パターン形成を行
なう。次にＰ−ＣＶＤによりＳｉＮｘ−ａ・Ｓｉ−Ｓｉ
Ｎｘの３層を例えば、０．４−０．０５−０．１μｍの
膜厚で連続的に堆積し、エッチング・ストッパーたる最
上層のＳｉＮｘ層を選択的に残して２６とした後、全面
に不純物として燐を含む非晶質シリコン層２７を同じく
Ｐ−ＣＶＤで堆積する。上層部から不純物を含む非晶質
シリコン層（ｎ⁺ａ−Ｓｉ）２７、不純物を含まない非
晶質シリコン層（ａ−Ｓｉ）２８、ゲート絶縁層２９、
酸化シリコン層２４、２５等の薄膜を選択的に除去して
電極線１７への接続のための開口部（図示せず）と走査
線１１への接続のための開口部（図示せず）と絵素電極
１４への接続のための開口部３０等を形成した後、上記
開口部を含んで例えば１μｍの膜厚のアルミニウム（Ａ
ｌ）よりなるゲート配線とソース・ドレイン配線１２、
２３を選択的に被着形成し、上記配線をマスクとしてエ
ッチング・ストッパー層２６上の不純物を含む非晶質シ
リコン層を選択的に除去して絶縁ゲ−ト型トランジスタ
が完成する。この時点で非晶質シリコン層２７、２８は
ソース・ドレイン配線１２、２３直下を除いて消滅して
しまう。蓄積容量２２は共通の電極線１７と絵素電極１
４とを電極とし、酸化シリコン層２４を絶縁体とする構
成になっている。

【００１１】また、アクティブ型液晶パネルの信頼性を
高める目的で、パシベーション機能を確保するＳｉＮｘ
等の絶縁層をさらに全面に形成するのが一般的であるが
ここではその詳細は省略する。また絶縁ゲ−ト型トラン
ジスタの耐熱性を向上させるために、Ａｌよりなるソー
ス・ドレイン配線１２、２３と不純物を含む非晶質シリ
コン層２７との間に耐熱バリア・メタルとしてＴｉ（チ
タン）やＣｒ等の金属薄膜層やシリサイド薄膜層を介在
させる技術についてもここでは詳細は省略する。

【００１２】ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ９を貼り合
わせて液晶パネル化した後に初めて画像表示装置として
の機能が発揮されることは明白である。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
や画像の不均一性に於いても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
スと言える。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。

【００１３】ＴＦＴ液晶パネルの製造工程は図９に示し
たように、ＴＦＴ基板製造工程、パネル組立工程、パネ
ル実装工程、エージング出荷工程と大きく四つの工程に
分類することができる。ガラス基板から始まってＴＦＴ
基板製造工程、パネル組立工程、実装工程、エージング
工程と後ろになるほど付加価値が高くなってくるので、
自工程不良は後工程に回さないように各工程の最終には
検査工程が配置されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】パネル組立工程は図１
０に示したように、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板と
を貼り合わせて液晶セル化させる工程で、その主な製作
工程は基板洗浄、配向膜塗布、同硬化、配向処理（ラビ
ング）、導電性塗料塗布、シール材塗布、スペーサ分
散、パネル貼り合わせ（アライメント）、（パネル割
断）、液晶注入、封口材塗布、同硬化、偏光板貼り付け
であり、ＴＦＴ基板製造工程と比較すると、カラーフィ
ルタ、配向膜、導電性塗料、シール材、液晶と有機材料
の使用率が圧倒的に高いことが特徴である。

【００１５】液晶がそもそも有機材料であり、その他に
も数多くの有機性材料を使用しているが、液晶パネル内
の液晶にとって不必要な有機性の混入物や不純物は有機
汚染とも呼ぶべき重大な品質欠陥をもたらすことが最近
判明した。例えば、ラビング処理に用いるラビング布の
汚れや、シール材や封口材中の不純物は何れも液晶中に
混入した結果、長期的な使用に対して画像上の染みや斑
等の画像不均一性の主原因となることが信頼性試験の結
果解析された。

【００１６】無機性材料と大量の純水を使用するＴＦＴ
基板製造工程では基板洗浄工程で用いた処理水の比抵抗
値を管理することにより、簡単にイオン化された不純物
量を測定することが可能である。ところがパネル組立工
程においては、純水を用いた洗浄工程が少なく、加えて
上記した有機性材料は純水に解けて電離しにくいために
好ましからざる不純物の混入を管理できないのが実態で
ある。その結果として液晶に混入した有機性の不純物が
長期的な使用に対して液晶セル中での高い電界によって
電離し、液晶の加水分解や表示電極との電気腐食をもた
らすものと思われる。

【００１７】従って、現状では市場不良を防ぐ手段とし
て出荷前の２４〜１００時間程度の通電状態のエージン
グ試験が効果的であるが、エージング試験の結果が判明
するまで有機汚染の程度を予測することが出来ない品質
管理上の課題と、エージング不良が発生すると実装工程
で使用した駆動用ＩＣやＴＡＢフィルム等のロスコスト
が大量かつ高額になるという工業上の課題があった。

【００１８】本発明は、このような従来の課題を考慮
し、有機汚染の程度を予測することが出来ない品質管理
上の課題とエージング不良が発生すると実装工程で使用
した駆動用ＩＣやＴＡＢフィルム等のロスコストが大量
かつ高額になるという工業上の課題を解消し得る液晶画
像表示装置用検査機、検査方法、及び製造方法を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機汚染の程
度を早期に発見するための加速試験として高温動作状態
での画像検査とエージング試験及び、液晶パネルの製造
工程における検査工程の工程変更によって上記目的を達
せんとするものである。すなわち、本発明は、少なくと
も画像表示領域を駆動するための電気信号を供給する手
段と、画像表示領域を照射する光源と、加熱装置で加熱
されたガラス板を前記画像表示装置に接触させる機構と
を備えた液晶画像表示装置の検査機である。

【００２０】

【作用】画像検査を高温動作状態で実施することによ
り、液晶中に混入した有機性不純物の電離及び拡散が加
速され、部分的な染みや斑として表示画像の劣化が早期
に発見される。また有機汚染が微量の場合にはある程度
長時間のエージングが必要であるが、実装工程の前にエ
ージングが実施されるのでエージング不良が発生したと
してもロスコストは最低限度に抑制可能となる。

【００２１】

【実施例】以下本発明の実施例について図１から図３を
参照しながら説明する。図１は本発明による液晶画像表
示装置用検査機の概念図を示す斜視図である。４０は液
晶パネル１を搭載する検査ステージ、４１は検査用光源
光、４２は液晶パネル１の画像表示部に駆動用電気信号
を供給するプローブで、検査時はプローブ４２は液晶パ
ネル１の外周部の電極端子群５、６に適当な機構により
接触させられる。プローブ４２は液晶パネル１の全電極
端子に一括で接触するものでも、あるいは適当な単位で
ブロック化されたものであっても何等支障はなく、要は
全画像表示領域を駆動して表示出来れば良い。検査ステ
ージ４０に設けられた開口部４３を経由して液晶パネル
１を通過した透過光４４は、検査機上方で検査員の目に
よる目視検査またはＣＣＤカメラ等による受光の後、画
像処理技術を用いた自動検査機で検査される。

【００２２】従来は上記したような検査機を用い、室温
で液晶パネル１の画像検査を行っていた。本発明は既に
述べたように有機汚染による液晶パネルの品質劣化を早
期に発見するために、図示したようにホットプレート等
の加熱装置４５で加熱されたガラス板４６を液晶パネル
１の上面または下面に接触させた状態で液晶パネル１を
検査するものである。ここではガラス板４６を液晶パネ
ル１に接触させる機構はカム、リンク機構などを用いる
が図面では省略する。加熱温度は有機汚染の程度により
左右されるが、６０〜８０℃が好ましい結果が得られ
る。接触時間は少なくとも１０秒以上ないと液晶パネル
１の温度が安定しない。ラビング布が汚染された場合に
はラビング方向に沿った筋状の染みや斑が表示画像に発
生するが、通常は有価汚染が発生すると、液晶パネル１
を加熱することによって表示画像に染みや斑がランダム
に発生することが多い。

【００２３】加熱されたガラス基板４６を液晶パネル１
に接触させる検査方法は加熱の均一性を確保し易いので
精密な検査が可能であるが、やや機構が複雑になる難点
がある。簡易的な加熱方法としては、例えばドライヤ４
７等で温風４８を液晶パネル１に吹き付けても良い。

【００２４】図２は本発明による液晶パネルの製造方法
を示し、図９の従来例との差異はエージング工程が液晶
パネルの実装工程よりも先に実施されることである。す
なわち、ＴＦＴ基板製造工程→ＴＦＴ基板検査工程→パ
ネル組み立て工程→パネル画像検査−１→エージング工
程→パネル画像検査−２→パネル実装工程→最終（出
荷）画像検査である。液晶パネルを加熱する検査方法で
検査しても、検査時の通電表示時間が短いので有機汚染
の程度が軽い場合、あるいは電離しにくい物質の混入に
対しては即効的ではない。そこで２４〜１００時間程度
の高温（６０〜８０℃）エージングで有機汚染による液
晶パネル内の不純物を十分に活性化してから画像表示検
査を実行するものである。その結果、エージング不良で
液晶パネルが不良品と判定されても、従来と比較すると
実装工程で使用される駆動ＩＣやＴＡＢフィルム等の部
品を無駄にする事は無い。

【００２５】図３は本発明による他の液晶パネルの製造
方法を示す。すなわち、ＴＦＴ基板製造工程→ＴＦＴ基
板検査工程→パネル組み立て工程→パネル画像検査−１
→エージング工程→パネル画像検査−２→パネル実装工
程とパネル熱処理工程→最終（出荷）画像検査である。
有機汚染によるエージング不良が発生しても、その程度
が軽微な場合には液晶パネルにエージングよりも高温の
８０〜１４０℃、１〜２４時間程度の加熱処理を与え
て、液晶セル内で有機汚染が原因で発生した液晶の部分
的な劣化部や変質部を拡散させるものである。その結果
白色、黒色、茶色状の染みや斑が液晶セル内で均等に平
均化されて良品レベルに復帰する。上記加熱処理は高温
であるので偏光板の損傷を受け易いので、好ましくは偏
光板は剥してから実施すると良い。その意味では図３に
示した液晶パネルの製造方法においては、パネル熱処理
が終了してから偏光板を貼る方がより合理的である。

【００２６】なお、上記実施例では液晶パネルとしては
カラー表示のＴＦＴ液晶パネルを取り上げたが、カラー
フィルタを用いない、白黒表示のＴＦＴ液晶パネルおよ
び単純マトリクス型の液晶パネルのいずれにおいても本
発明の有効なことは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明においては、従
来は長時間の通電エージングを実施せねば発見出来なか
った有機汚染による液晶パネルの表示不良が短時間で発
見できるようになり、品質管理の面では有機汚染の早期
発見や管理が容易となった。また生産管理の面では、駆
動用ＩＣやＴＡＢフィルムのロスコストが低減した。さ
らに、有機汚染が軽微な場合にはパネル熱処理によって
実用上支障無い表示画質が得られて歩留りも向上するな
ど、工業上多くの優れた効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる液晶画像表示装置の
検査機の斜視図

【図２】本発明による液晶画像表示装置の製造・検査工
程のフロー図

【図３】本発明による液晶画像表示装置の別の製造・検
査工程のフロー図

【図４】液晶パネルへの実装手段を示す斜視図

【図５】アクティブ型液晶パネルの等価回路図

【図６】カラー表示用同パネルの要部断面図

【図７】図５に対応したＴＦＴ基板上の平面パターン図

【図８】図７のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’線上の断面図

【図９】従来のＴＦＴ液晶パネルの製造・検査工程のフ
ロー図

【図１０】ＴＦＴ液晶パネルの製造工程における組立工
程の主要製作工程フロー図

【符号の説明】

１−液晶パネル ２０−偏光板 ２−ガラス板 ２３−ドレイン配線 ３−半導体チップ ２４、２５−酸化シリ
コン層 ４−接続フィルム ２６−エッチングスト
ッパ ５、６−電極端子 ２７−不純物を含む非
晶質シリコン層 ９−カラ−フィルタ ２８−不純物を含まな
い非晶質シリコン層 １０−絶縁ゲ−ト型トランジスタ ３０−開口部 １１−走査線 ４０−検査ステージ １２−信号線 ４１−検査用光源光 １３−液晶セル ４２−電気信号供給
用プローブ １４−絵素電極 ４３−検査ステージ
の開口部 １５−対抗電極 ４４−透過光 １６−液晶 ４５−ホットプレー
ト １７−共通の電極線 ４６−ガラス板 １８−着色層 ４７−ドライヤー １９−配向膜 ４８−温風

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも画像表示領域を駆動するため
   の電気信号を供給する手段と、前記画像表示領域を照射
   する光源と、加熱装置で加熱されたガラス板を前記画像
   表示装置に接触させる機構とを備えた、液晶画像表示装
   置の検査機。
2. 【請求項２】 画像表示領域を駆動するための電気信号
   を供給し、前記画像表示領域を照射して液晶画像表示装
   置の画像を検査するに当り、２４〜１００時間で６０〜
   ８０℃のエージングで有機汚染による液晶パネル内の不
   純物を十分に活性化することにより画像欠陥の発生の有
   無を確認することを特徴とする液晶画像表示装置の検査
   方法。
3. 【請求項３】 液晶画像表示装置に少なくとも画像表示
   領域を駆動するための電気信号を供給し、前記画像表示
   領域を照射しながら２４〜１００時間、６０〜８０℃で
   エージングで有機汚染による液晶パネル内の不純物を十
   分に活性化することにより画像欠陥の発生の有無を確認
   した後に、電気信号を画像表示領域に提供するＴＡＢフ
   ィルム実装またはＣＯＧ実装等の実装工程が実施される
   ことを特徴とする液晶画像表示装置の製造方法。
4. 【請求項４】 液晶画像表示装置に少なくとも画像表示
   領域を駆動するための電気信号を供給し、前記画像表示
   領域を照射しながら動作環境を室温よりも高く設定した
   状態でエージングした後に、程度の軽い染みや斑が発生
   した場合には前記電気信号の供給を停止し、前記エージ
   ング温度よりも高い温度で前記液晶画像表示装置の熱処
   理を実施することを特徴とする液晶画像表示装置の製造
   方法。