JP3199480B2

JP3199480B2 - 液晶表示パネル基板の検査方法

Info

Publication number: JP3199480B2
Application number: JP24237092A
Authority: JP
Inventors: ジェイ・ヘンリィフランソア
Original assignee: フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド; 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 2001-08-20
Anticipated expiration: 2016-08-20
Also published as: JPH05296938A; US5504438A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、テレビ画像
表示などに用いられる液晶表示パネル基板に生じ得る欠
陥を検査する液晶表示パネル基板の検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像表示に液晶カラーパネルを採
用したカラーテレビが各種実用化されている。この液晶
カラーパネルは、多結晶シリコン薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）アレイを形成した石英ガラス基板と、この石英ガ
ラス基板とカラーフィルタを形成した透明ガラス基板と
の間に液晶を封入した液晶表示パネル基板とから構成さ
れ、ツイステッド・ネマチックモードにより画像表示す
るようになっている。このような液晶カラーパネルに
は、通常、大面積化と高密度化とを達成するのに有利な
アクティブマトリクス方式が採用されており、現在比較
的小型のものから順次実用化がなされている。

【０００３】このアクティブマトリックス方式による液
晶カラーパネルは、次のようにして製造される。まず、
液晶表示パネル基板を製造した後に、該パネル基板上に
スペーサを介して上記透明ガラス基板を配置し、次に、
この液晶表示パネル基板と透明ガラス基板との間の空隙
に液晶を封入する。このようにして製造される液晶カラ
ーパネルは、その画素数が２５〜５０万個に及ぶものが
多く、現在では画素数が１００万個以上のものも製造さ
れている。

【０００４】このように多数の画素毎に設けられる画素
電極への配線を基板上に形成するには、ダスト等を極度
に少なくしたクリーンルームにおいて種々の成膜プロセ
スが行われる。しかしながら、画素や配線幅が極端に狭
小化すると、製造雰囲気中に含まれる僅かなマイクロダ
ストの存在が画素電極の配線に断線欠陥や短絡欠陥を与
えてしまう。これらによる欠陥画素は、例えば、液晶表
示パネル基板当り１０個程度まで許容しており、これ以
上の欠陥画素があると製品不良としているのが現状であ
る。すなわち、現状の製造技術では、これら欠陥画素数
を上記許容限度以下にすることが極めて困難とされてお
り、したがって画素数の大きい液晶パネルでは必然的に
不良率が高くなり、これが大型液晶パネルの高価格の一
因にもなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、液晶
表示パネル基板を検査する方法として、該基板製造後に
プローバを使用するものが知られているが、この方法で
は検査対象となる画素数が多過ぎ、検査工数に多大な時
間を費やすため、コスト的に問題があり、実用的でな
い。このため、液晶表示パネル基板の検査は製造工程内
では行われず、基板製造が完了した時点でパネル基板毎
に通電し、この際の作動状態を目視検査して良否判定を
行っている。したがって、この目視検査で欠陥が露見さ
れても製造工程に戻すことができず、不良品は廃棄処分
されるため、これが液晶表示パネルの歩留りの悪さとな
っている。また、目視による検査では、定量的な欠陥率
を得ることができないという欠点もある。この発明は上
述した事情に鑑みてなされたもので、液晶パネル組立前
に当該基板における欠陥を迅速かつ定量的に把握するこ
とができる液晶表示パネル基板の検査方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の画素
から形成される液晶表示パネル基板と、この液晶表示パ
ネル基板の上部に対向配置され、印加される電界強度に
応じて光透過率が変化する電気光学素子との間に検査電
圧を印加すると共に、前記電気光学素子上へ光を照射
し、当該電気光学素子の反射光強度に応じて前記液晶表
示パネル基板を検査する検査方法において、所定の撮像
範囲を有する撮像手段が複数同時に動作して前記電気光
学素子の全面を撮像する撮像過程と、前記撮像過程の撮
像タイミングに従って、前記検査電圧の印加極性および
電圧レベルを制御すると共に、この撮像タイミング毎に
取得した前記各撮像手段毎の撮像データを各々記憶する
記憶過程と、この記憶過程で記憶された撮像データを個
々に読み出して所定の画像処理を施し、欠陥画素情報を
抽出する抽出過程と、前記欠陥画素情報を合成して前記
液晶表示パネル基板全体の欠陥状況を表示する表示過程
とからなることを特徴としている。

【０００７】

【作用】この発明によれば、所定の撮像範囲を有する撮
像手段が複数同時に動作して前記電気光学素子の全面を
撮像し、この撮像の際には撮像タイミングに従って検査
電圧の印加極性および電圧レベルを制御すると共に、前
記撮像タイミング毎に取得した前記各撮像手段毎の撮像
データを各々記憶する。そして、この記憶された撮像デ
ータを個々に読み出して所定の画像処理を施して欠陥画
素情報を抽出し、抽出した前記欠陥画素情報を合成して
液晶表示パネル基板全体の欠陥状況を表示する。これに
より、液晶表示パネル基板の欠陥画素が迅速かつ定量的
に把握することが可能になる。

【０００８】

【実施例】

Ａ．全体構成以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。図１はこの発明の一実施例による検査装置の概略を
示すブロック図である。この図において、１はハロゲン
ランプ等による光源、２は印加される電界に応じて光学
特性が変化する電気光学素子である。この電気光学素子
２は、高分子分散型液晶が封入された液晶シート８と、
該シート８の底面に形成された金蒸着膜の光反射体９
と、該シート８の上面に貼着された透明薄膜電極２ａと
から構成される。３−１〜３−Ｎは上記構成による電気
光学素子２の全面を撮像するように配設されるＣＣＤカ
メラである。４は画像処理装置であり、これらＣＣＤカ
メラ３−１〜３−Ｎから供給されるビデオ信号に基づい
て画像処理を施し、この結果得られた情報から液晶表示
パネル基板５における欠陥画素の数や位置などを表示す
る。なお、この画像処理装置４の詳細については後述す
る。

【０００９】テーブル２６上に設置される液晶表示パネ
ル基板５は、図２に示す如く周知の構成であり、各画素
毎に配設される薄膜トランジスタ１４のソース端子およ
びゲート端子をそれぞれ共通接続するソース配線１０，
…，１０とゲート配線１１，…，１１とがマトリクス状
に形成され、該トランジスタ１４の各ドレイン端子に画
素電極１３が接続されてなる。なお、図中の符号１５，
１６はそれぞれソース配線１０、ゲート配線１１に接続
され、薄膜トランジスタ１４の静電破壊を防止するショ
ーティングバーである。これらショーティングバー１
５，１６は、液晶表示パネル基板５の製造段階において
形成されるもので、製造段階後の後工程で切断削除され
るものである。７は電圧印加装置であり、薄膜透明電極
２ａと液晶表示パネル基板５の各画素電極１３との間に
所定のバイアス電圧を印加する。このバイアス電圧印加
の際には、上述のショーティングバー１５，１６が使用
される。

【００１０】次に、上記構成において行われる検査の概
略について説明する。なお、ここでは説明を簡略化する
ため、上述したＣＣＤカメラ３−１〜３−Ｎの内、１台
のみを用いた場合の検査方法について示す。まず、電圧
印加装置７により透明薄膜電極２ａと各画素電極１３と
の間に所定レベルのバイアス電圧を供給する。ここで、
上述したソース配線１０およびゲート配線１１に断線や
短絡が無く、かつ、薄膜トランジスタ１４が正常動作す
る場合、すなわち、液晶表示パネル基板５に欠陥画素が
存在しない場合には、電気光学素子２全体にバイアス電
圧レベルに従った電界が印加される。電界が与えられた
電気光学素子２は、封入された液晶分子が同一方向に揃
い、これにより液晶シート８が光を透過させる。このよ
うな状態で、光源１から光を放射すると、液晶シート８
を透過した光が光反射体９で反射され、一様な強度の反
射光がＣＣＤカメラ３で捉えられる。

【００１１】一方、欠陥画素が存在する場合には、その
画素に対応する部分の印加電界が変化し、これに応じて
電気光学素子２の光透過率が変化する。この結果、正常
に電界が印加される画素部分では明、欠陥画素部分では
暗となる像がＣＣＤカメラ３によって撮像される。そし
て、画像処理装置４がこのような明暗画像に基づいて画
像処理を施し、これにより欠陥画素の数および位置など
の情報を抽出／表示するようになっている。ところで、
大型の液晶表示パネル基板を検査する場合、１台のＣＣ
Ｄカメラでは、その全体を撮像することができない。そ
こで、このような場合に対処するため、複数台のＣＣＤ
カメラを配設し、これらによって全体を撮像するように
している訳である。以下では、こうした複数台のカメラ
による撮像に基づき、上述した画像処理を施す画像処理
装置４について説明する。

【００１２】Ｂ．画像処理装置４の構成次に、画像処理装置４の構成について図３を参照し、説
明する。なお、この図において図１に示す各部と一致す
る部分には、同一の番号を付し、その説明を省略する。
図において、２０ａはＡ／Ｄ変換器であり、カメラ３−
１〜３−Ｎから各々供給されるビデオ信号をそれぞれデ
ィジタルデータに変換して出力する。２０ｂはフレーム
メモリであり、Ａ／Ｄ変換器２０ａから出力されるカメ
ラ３−１〜３−Ｎ毎のフレームデータを記憶する。ま
た、このフレームメモリ２０は、バンク切替信号ＳＥＬ
（後述する）に応じてメモリバンクが切替えられるよう
になっており、これらメモリバンクは各カメラ毎に対応
させてある。２１はイメージプロセッサである。このイ
メージプロセッサ２１は、バンク切替信号ＳＥＬに応じ
て切替えられたバンクメモリからフレームデータを順次
取込み、取込んだ複数フレーム分のデータに前処理を施
し、これを画像データとして出力する。この前処理と
は、例えば、４フレーム分のフレームデータを１シーン
とし、この１シーン分のフレームデータに対して雑音除
去や、二値化などを施す処理を言う。２２は各部を制御
すると共に、イメージプロセッサ２１から供給される画
像データに対して後述の画像処理を施すホストコンピュ
ータである。また、このホストコンピュータ２２は、フ
レームメモリ２０ｂにバンク切替信号ＳＥＬを供給す
る。２３はキーボード、ディスプレイ装置および外部記
憶装置などから構成される周辺装置である。なお、この
ディスプレイ装置には、ホストコンピュータ２２から供
給される画像処理結果、すなわち、液晶表示パネル基板
５の欠陥状況が表示されるようになっている。

【００１３】２４はタイミング発生器である。このタイ
ミング発生器２４は、ホストコンピュータ２２から供給
されるビデオ同期信号に基づいて１フレーム毎の撮像タ
イミングを規定するタイミング信号を発生して出力す
る。２５は前記タイミング信号に応じて所定のパターン
信号を発生するパターン発生器である。このパターン信
号とは、１フレーム毎に各画素電極１３へ印加するバイ
アス電圧の極性を制御するための信号であり、例えば、
連続する４フレームを順次撮像して１シーンとする場合
には、バイアス電圧の極性を「＋」，「−」，「−」，
「＋」の順に変化させる。そして、前述した電圧印加装
置７は、ホストコンピュータ２２から供給されるレベル
制御信号によって指定されるレベルのバイアス電圧を、
上述したパターン信号に応じた極性で発生し、これを透
明薄膜電極２ａと各画素電極１３とに印加する。２６は
光源１に供給する電力を制御する電力制御回路である。

【００１４】Ｃ．検査動作次に、このような構成においてなされる検査動作につい
て図４を参照し、説明する。まず、図１に示すような検
査セットアップがなされている状態において、画像処理
装置４に電源が投入されると、ホストコンピュータ２２
の制御プログラムが起動し、各種レジスタやメモリが初
期化された後、待機状態となる。この状態において、操
作員が所定の制御コマンドをキー入力すると、ホストコ
ンピュータ２２は装置各部へ各種信号を供給する設定モ
ードに移行する。この設定モードでは、光源１、ＣＣＤ
カメラ３および電圧印加装置７の初期設定がなされる。
この初期設定では、オフセットキャリブレーションとゲ
インキャリブレーションとがなされる。このオフセット
キャリブレーションでは、バイアス電圧を印加しない状
態における各画素の輝度、すなわち、オフセット値が取
得される。また、ゲインキャリブレーションでは、所定
レベルのバイアス電圧を印加した状態における各画素の
輝度を求め、これと上記オフセット値との差分からバイ
アス電圧に対するゲイン値を取得する。

【００１５】次いで、このような初期設定完了後におい
て、操作員により当該装置４のスタートスイッチ（図示
略）が操作されると、図４に示すフローチャートに従っ
た処理が行われる。なお、この図に示す処理は、ＣＣＤ
カメラ３−１〜３−４の４台が配設された場合の例を示
すものである。まず、ステップＳ１に進むと、全カメラ
３−１〜３−４が撮像を開始し、これらから出力される
ビデオ信号がそれぞれＡ／Ｄ変換され、１画面分のフレ
ームデータがフレームメモリ２０ｂの各バンクに記憶さ
れる。そして、次のステップＳ２に進むと、各バンクに
４フレーム分のフレームデータが取込まれたか否かが判
断される。この場合、４フレーム分のデータを取込んで
いないので、この判断結果は「ＮＯ」となり、再びステ
ップＳ１に戻り、各カメラ毎に次フレームデータが取込
まれる。このように、ステップＳ１，Ｓ２にあっては、
４フレーム分のデータを取得するまで繰り返される。

【００１６】ところで、この４フレームデータをそれぞ
れフレームＡ，フレームＢ，フレームＣ，フレームＤと
すると、これらフレームデータ取得時には前述したパタ
ーン信号に応じた極性のバイアス電圧が透明薄膜電極２
ａと各画素電極１３との間に印加される。例えば、フレ
ームＡ撮像時には「＋５Ｖ」、フレームＢ撮像時には
「−５Ｖ」、フレームＣ撮像時には「−５Ｖ」、フレー
ムＤ撮像時には「＋５Ｖ」が供給される。次に、ステッ
プＳ３に進むと、ホストコンピュータ２２はバンク切替
信号ＳＥＬを発生させるために、各カメラ３−１〜３−
４を識別するための識別符号ＩＤに１をセットする。そ
して、ステップＳ４に進むと、この識別符号ＩＤに応じ
てフレームメモリ２０ｂのバンク切替えがなされる。す
なわち、ここでは、カメラ３−１のフレームデータが記
憶されるバンクを選択するバンク切替信号ＳＥＬがフレ
ームメモリ２０ｂに供給され、この結果、カメラ３−１
が撮像した４フレーム分のフレームデータがイメージプ
ロセッサ２１に取込まれ、次のステップＳ５に進む。

【００１７】次に、ステップＳ５では、こうして取込ま
れた４フレームデータを１シーンとして扱い、この１シ
ーン分のデータについて平均化処理を施す。この平均化
処理とは、１シーン分のデータからドリフト成分を除去
する処理である。このドリフト成分は、電気光学素子２
の光透過率変化に相当し、１シーン分のデータを取得す
る際の時間経過に伴って線形に増加する性質のものであ
る。このようなドリフト成分を除去するには、次式に基
づき各フレームデータに重畳されるドリフトを相殺す
る。すなわち、Ｘ＝｛（Ａ＋ｓ）−（Ｂ＋２ｓ）−（Ｃ＋３ｓ）＋（Ｄ＋４ｓ）］｝／２＝｛Ａ−Ｂ−Ｃ＋Ｄ｝／２ここで、Ｘはドリフト除去画像の輝度を表わし、ｓはド
リフト成分を表わす。また、Ａ〜Ｄは上述した各フレー
ムパターンにおける輝度を表わす。この式から明らかな
ように、上述したフレームＡとフレームＢとの差と、フ
レームＣとフレームＤとの和とを求め、更に、これらの
差分平均を求めることによって、ドリフト成分が相殺さ
れる。

【００１８】そして、次のステップＳ６では、ドリフト
成分が除去されたデータの絶対値を取ると共に、この絶
対値化されたデータについてスケール変換を施す。この
スケール変換では、輝度レベルを表わすデータが電圧を
表わすデータに変換される。この変換にあっては、検査
に先立って行われた前述のオフセットキャリブレーショ
ンおよびゲインキャリブレーションによって取得された
オフセット値とゲイン値とに基づいて一次近似がなさ
れ、これにより電圧を表わすデータとなる。ここで、ゲ
イン値は、一次近似式における傾きに相当し、オフセッ
ト値は切片に相当する。次いで、ステップＳ７では、空
間平均処理により画像のスムージンズがなされる。この
スムージングとは、１シーンの画像を形成する画素の
内、３×３画素をとり、これの中心画素データ（中心
値）に対して上下、左右、斜めの８方の画素データ（近
傍値）を反映させるものであり、例えば、８個の近傍値
と中心値とを同じ重みで加算平均させている。そして、
このようなスムージングがなされると、画像からノイズ
成分が除去される。次に、ステップＳ８では、各画素デ
ータについて二値化処理を施す。すなわち、電圧レベル
を表わす各画素データについて、所定のスレッショルド
電圧で二値化し、これにより各画素毎に印加される電圧
の高低が分離され、該スレッショルド電圧以上の画素を
「０」、これ以外の画素を「１」としている。

【００１９】ステップＳ９では、上述の二値化結果と画
素マップとのＡＮＤ（論理積）処理が行われる。この画
素マップとは、液晶表示パネル基板５の画素セルサイズ
に対応した格子パターンである。そして、この格子パタ
ーンと、ステップＳ８において処理された二値化結果と
が画像間演算であるＡＮＤ処理により重ね合わせてい
る。このようにしたのは、二値化結果がＣＣＤカメラ３
の撮像画素に基づいているため、これを液晶表示パネル
基板５における画素セルサイズに対応させており、例え
ば、液晶表示パネル基板５の１画素セルに対して、３×
３画素（撮像画素）を対応付けている。次に、ステップ
Ｓ１０では、このように対応付けられた液晶表示パネル
基板５の欠陥画素セルを抽出する。ここで、欠陥画素セ
ルとは、画素セルを構成する３×３画素（撮像画素）の
中心画素の二値化結果が「１」、すなわち、所定のスレ
ッショルド電圧に達しないものである。そして、この抽
出結果は、所定のメモリに一時記憶され、次のステップ
Ｓ１１に進む。ステップＳ１１では、前述の識別符号Ｉ
Ｄを１インクリメントし、次のステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２では、この識別符号ＩＤが４より大であ
るか否かを判断する。この場合、識別符号ＩＤは２であ
るから、判断結果は「ＮＯ」となり、前述のステップＳ
４〜Ｓ１１の処理が繰り返される。これにより、カメラ
３−２の撮像領域における欠陥画素セルが抽出される。
このように、ステップＳ１２の判断結果が「ＹＥＳ」に
なるまで順次カメラ３−３，３−４の撮像領域における
欠陥画素セルが抽出される。

【００２０】そして、いま、例えば、ステップＳ１１に
おける識別符号ＩＤがインクリメントされて５になる
と、ステップＳ１２の判断結果が「ＹＥＳ」となり、ス
テップＳ１３へ進む。なお、このステップＳ１２におけ
る判断は、用いるカメラ台数に応じて基準が変るものと
なっている。そして、次のステップＳ１３に進むと、各
カメラ３−１〜３−４の撮像領域において個々に抽出さ
れた欠陥画素セルの情報が合成され、液晶表示パネル基
板５全体の欠陥情報、すなわち、欠陥画素セル数および
その位置等がディスプレイ装置に表示される。次いで、
ステップＳ１４では、次の画像サンプリングを行うか否
かのプロンプトがディスプレイ装置に表示され、操作員
はこれに従ってキー入力を行う。ここで、次のサンプリ
ングを行う旨の入力が行われると、再び前述のステップ
Ｓ１に戻り同様の動作が繰り返される。一方、検査終了
のキー入力を行うと、この検査動作が完了する。

【００２１】このように、上記実施例によれば、大型の
液晶表パネル基板５であっても、その全領域の画像が一
度で取得でき、さらに、欠陥画素情報が画像処理によっ
て自動的に抽出されるため、極めて高速な検査を行うこ
とができる。しかも、この検査にあっては、欠陥状況を
定量的に把握することができ、また、こうした検査はイ
ンプロセスでなされるため、液晶表示パネル基板５の歩
留りを大幅に向上させることになる。

【００２２】なお、上記実施例にあっては、電気光学素
子２と液晶表示パネル基板５との間に所定パターンのバ
イアス電圧を印加するようにしているが、これに替え
て、所定の周波数で変調された変調信号を印加するよう
にしても良い。この場合、各画素の明暗の変化、例え
ば、輝度変化の減衰時定数を画像処理により検出してパ
ネル基板の良否判定を行うこともできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、所定の撮像範囲を有する撮像手段が複数同時に動作
して前記電気光学素子の全面を撮像し、この撮像の際に
は撮像タイミングに従って検査電圧の印加極性および電
圧レベルを制御すると共に、前記撮像タイミング毎に取
得した前記各撮像手段毎の撮像データを各々記憶する。
そして、この記憶された撮像データを個々に読み出して
所定の画像処理を施して欠陥画素情報を抽出し、抽出し
た前記欠陥画素情報を合成して液晶表示パネル基板全体
の欠陥状況を表示するので、液晶パネル組立前に当該基
板における欠陥画素を迅速かつ定量的に把握することが
できる。加えて、この検査はインプロセスでなされるた
め、歩留りが大幅に向上するという効果も得ることがで
きる。また、この発明によれば、画像入力が一度に行わ
れるので、画像入力時間を極めて短縮することができ、
しかも、画像入力の際にカメラの移動や位置決めを行う
必要がないため、セットアップを容易に行うことができ
るという効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による検査の概要を示すブ
ロック図

【図２】同実施例における液晶表示パネル基板５の構成
を示すブロック図

【図３】同実施例における画像処理装置４の構成を示す
ブロック図

【図４】同実施例における検査動作を説明するためのフ
ローチャート

【符号の説明】

１光源２電気光学素子２ａ透明薄膜電極３−１〜３−ＮＣＣＤカメラ４画像処理装置５液晶表示パネル基板７電圧印加装置２０ａＡ／Ｄ変換器２０ｂフレームメモリ２１イメージプロセッサ２２ホストコンピュータ２４タイミング発生器２５パターン発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＧ０９Ｆ 9/00 ３５２Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５２ (56)参考文献特開平３−142498（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−128437（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−177274（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01M 11/00 G01R 31/00 G02F 1/13

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画素から形成される液晶表示パネ
ル基板と、この液晶表示パネル基板の上部に対向配置さ
れ、印加される電界強度に応じて光透過率が変化する電
気光学素子との間に検査電圧を印加すると共に、前記電
気光学素子上へ光を照射し、当該電気光学素子の反射光
強度に応じて前記液晶表示パネル基板を検査する検査方
法において、所定の撮像範囲を有する撮像手段が複数同時に動作して
前記電気光学素子の全面を撮像する撮像過程と、前記撮像過程の撮像タイミングに従って、前記検査電圧
の印加極性および電圧レベルを制御すると共に、この撮
像タイミング毎に取得した前記各撮像手段毎の撮像デー
タを各々記憶する記憶過程と、この記憶過程で記憶された撮像データを個々に読み出し
て所定の画像処理を施し、欠陥画素情報を抽出する抽出
過程と、前記欠陥画素情報を合成して前記液晶表示パネル基板全
体の欠陥状況を表示する表示過程とからなることを特徴
とする液晶表示パネル基板の検査方法。