JP4724249B2 - 液晶表示装置及びその検査方法 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置（Liquid Crystal Display：以下単にＬＣＤとも言う）及びその検査方法に関する。

一般に液晶表示装置は軽量、薄型で、低消費電力であるため、テレビ、携帯情報端末あるいはグラフィックディスプレイなどの表示素子として広く利用されている。特に、スイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor:ＴＦＴ）を用いたマトリクス型の液晶表示装置は、高速応答性に優れ、高精細化に適しており、ディスプレイ画面の高画質化、大型化及びカラー画像化を実現するものとして注目されている。

従来、この種の液晶表示装置として、例えば図３に示すものが知られている。図３に示す液晶表示装置は、透光性基板の一主面にマトリクス状に配設された走査用の行電極１１及び映像信号用の列電極１２を有し、これら行電極１１及び列電極１２の各交差部分にそれぞれスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１３が設けられている。これら各薄膜トランジスタ１３にはそれぞれ画素電極１４が接続され、さらに、これらの画素電極１４には対向電極１６が対向配置され、これらの間に液晶層１５が装入されている。

また、各行電極１１は基板の図面上の側端部に設けられた行電極駆動回路１８にそれぞれ接続され、各列電極１２は基板の図面上の下端部に設けられた列電極駆動回路１９にそれぞれ接続されている。各対向電極１６は対向基板上配線３１に共通接続され、この対向基板上配線３１は、基板の下方の縁端に形成された入出力端子群としてのアウタリードボンディング（Outer Lead Bonding：以下、ＯＬＢと略記する）パット群２０中のＯＬＢパッド２６を介して、図示を省略した対向電極駆動回路にそれぞれ接続されている。

そして、各行電極１１に対しては、行電極駆動回路１８によって、上方から順に水平走査周期に対応する電圧が印加される。また、各列電極１２には列電極駆動回路１９に含まれる映像信号供給電極としてのビデオバスから映像信号に対応する電圧が印加される。このため、薄膜トランジスタ１３は、行電極１１からの選択信号が印加されるタイミングでオン状態になり、列電極１２からの映像信号に対応する電圧をサンプリングして画素電極１４に与える。このため、液晶層１５には、画素電極１４に加わった電圧と、対向電極駆動回路から対向電極１６に加わった電圧との差分が充電され、その電界によって液晶層１５が駆動されて表示動作が行われる。

以上は行電極駆動回路１８及び列電極駆動回路１９がガラス基板上に形成される場合であり、トランジスタを形成する半導体材料として、多結晶シリコン（polycrystalline silicon）を用いる液晶表示装置がｐ−Ｓｉ型ＴＦＴ・ＬＣＤと呼ばれ、非晶質シリコン（amorphous silicon）を用いる液晶表示装置がａ−Ｓｉ型ＴＦＴ・ＬＣＤと呼ばれる。非晶質シリコンは多結晶シリコンに比べ、トランジスタ特性が劣るため、ガラス基板上に駆動回路を設けることは困難である。従って、ａ−Ｓｉ型ＴＦＴ・ＬＣＤのアレイ基板は画素部分のみで構成され、図４に示すように駆動回路は内蔵されない構成となる。この駆動回路は半導体集積回路（ドライバIC）としてアレイ基板とは別途作成され、アレイ基板のＯＬＢパッド１１１〜１１ｎ及び１２１〜１２ｎにＴＡＢ（Tape Automated Bonding）等の技法を用いて接続される。

図３に示す多結晶シリコンを用いたアレイ基板と図４に示す非晶質シリコンを用いたアレイ基板との相違点の一つは、ＯＬＢパッドである。非晶質シリコンでは列電極と行電極が直接ＯＬＢパッドに引き出される。従って、ＯＬＢパッドの数やピッチは列電極や行電極の数やピッチと同等である。一方、多結晶シリコンでは、列電極と行電極は、内蔵駆動回路によって駆動されるため、直接ＯＬＢパッドに引き出されることはない。ＯＬＢパッドから入力されるのは、内蔵駆動回路の入力であり、その本数は、一般に列電極や行電極の数より１桁程度小さい。従って、接続の信頼性確保のためＯＬＢパッドのピッチも大きくできる。以上説明したＯＬＢパッドの相違点をまとめると表１のようになり、非晶質シリコンに比べ多結晶シリコンでは、プローバの精度は低くてもよく、設備投資額が少なくて済むというメリットがある。なお、表１はＰＣ（パーソナルコンピュータ）用として一般的な１０．４インチＸＧＡ（Extended Graphics Array）対応の液晶表示装置の場合を示し、数値は概略値である。

上記のＯＬＢパッドの違いはアレイ工程中の検査にも影響を与える。非晶質シリコンでは、アレイ工程中で列電極が形成されると、短絡、断線の検査（以下、ＯＳ検査とも言う）が実施される。これは列電極の一端に接続されたＯＬＢパッドと他端に設けられたプロービング・パッドにプローブを当て、所定の電圧を印加し、このとき流れる電流を測定する検査である。ここで、列電極が正常に形成されておれば、印加電圧と列電極の抵抗から決められる所定の電流が観察される。もし、列電極が断線（オープン）しておれば電流は流れないので、断線不良を検出できる。また、検査時に行電極や補助容量電極に、列電極とは異なる電圧を印加しておけば、列電極がそれらと短絡（ショート）したときには異常な電流が流れるため、短絡不良を検出することができる。

一方、多結晶シリコンのアレイ工程ではＯＳ検査がない。これは、列電極の端にプローブを当てるためのＯＬＢパッドが無いためである。

上述したとおり、多結晶シリコンアレイ工程ではＯＳ検査は実行されない。アレイ工程の最後ではアレイテストを行うが、多結晶シリコンでは内蔵駆動回路を介して画素部分を検査するためＳ／Ｎ（信号対雑音比）が悪く、線欠陥の検出率は十分ではない。以上から非結晶シリコンに比べ多結晶シリコンでは、列電極の断線、短絡等の不良の検出率は低くなる。この結果、不良アレイのセル工程への流れ込みが多く、セル工程で無駄な製造コストを発生させることになる。

また、多結晶シリコンアレイでＯＳ検査を実施しようとすると、列電極の両端にプローブを当てるプロービングパッドが必要になる。このプロービングパッドはＯＬＢパッドとほぼ同じ大きさが必要となる。これを列電極１２と列電極駆動回路１９との間に設けると、列電極駆動回路１９の占有面積が増大することになる。この結果、製品である液晶モジュールのコンパクトさが失われてしまう。

さらに、プロービングパッドを設けたとしても、そのピッチは列電極のピッチと同等となり、多結晶シリコンアレイ基板の検査に高精度な非晶質シリコンアレイ基板検査用のプローバが必要になる。これは設備投資額の増大となる。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は列電極駆動回路の面積を増大させずに、低精度で低価格の多結晶シリコン用プローバを用いて、多結晶シリコンアレイ基板のＯＳ検査を行い、不良アレイのセル工程への流れ込みを低減し、製造コストを削減することのできる液晶表示装置及びその検査方法を提供するにある。

請求項１に係る発明は、
透光性の基板の一主面にマトリクス状に配設された走査用の行電極及び映像信号用の列電極、これら行電極及び列電極の各交差部にそれぞれ設けられた多結晶シリコンを用いたスイッチング素子、これらのスイッチング素子にそれぞれ接続される画素電極，基板の縁端部に設けられ、外部との信号の入出力に使用される複数の入出力端子、前記行電極の一端に接続された行電極駆動回路、並びに入出力端子を介して外部から加えられる映像信号を列電極の一端に加える映像信号供給電極を含んでなる列電極駆動回路を有するマトリクスアレイ基板と、画素電極に対向させる対向電極を有し、マトリクスアレイ基板に対向配置された対向基板と、画素電極及び対向電極間に挟持された液晶層とを備え、行電極からの走査信号により列電極からの映像信号を、スイッチング素子を介して、画素電極に供給し、液晶層に電界を加える液晶表示装置において、
基板の一主面に形成され、各列電極の他端を少なくとも一つの入出力端子に共通接続するアレイ基板上配線を備え、
各列電極の他端を、それぞれダイオードを介して、アレイ基板上配線に接続し、
前記アレイ基板上配線は前記行電極の他端を囲むように引き回されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液晶表示装置において、アレイ基板上配線は、互いに異なる入出力端子に接続された第１のアレイ基板上配線と第２のアレイ基板上配線とを含み、列電極の他端にアノードが接続され、第１のアレイ基板上配線にカソードが接続された第１のダイオードと、列電極の他端にカソードが接続され、第２のアレイ基板上配線にアノードが接続された第２のダイオードとを列電極毎に設けたことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の液晶表示装置において、第１及び第２のアレイ基板上配線は、マトリクスアレイ基板上の行電極駆動回路または列電極駆動回路の入出力信号等の入出力端子群中の配線と兼用することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置を検査するに当たり、アレイ基板上配線が接続された入出力端子と、これらの入出力端子以外の少なくとも映像信号を供給する入出力端子との間に所定の電圧を印加し、この電圧が印加された入出力端子に流れる電流を測定することにより、列電極の断線及び短絡、列電極の行電極を含む他の電極に対する短絡のうち、少なくとも一つの不良を検出することを特徴とする液晶表示装置の検査方法である。

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、列電極駆動回路の面積を増大させずに、低精度で低価格の多結晶シリコン用プローバを用いて、多結晶シリコンアレイのＯＳ検査を行い、不良アレイのセル工程への流れ込みを低減し、製造コストを削減することができる。

また、本発明によれば、検査時に各電極の電位を適宜設定することによって、不良の有無だけでなく、不良の種類を特定することができるため、有効な不良解析が可能となる。

本発明に係る液晶表示装置の第１の実施形態の構成を示す等価回路図。 本発明に係る液晶表示装置の第２の実施形態の構成を示す等価回路図。 従来の多結晶シリコン型液晶表示装置の構成を示す等価回路図。 従来の非晶質シリコン型液晶表示装置の構成を示す等価回路図。

以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明に係る液晶表示装置の第１の実施形態の構成を示す等価回路図である。

この実施形態は、マトリクス状に配設された走査線とも呼ばれる走査用の行電極１１と信号線とも呼ばれる映像信号用の列電極１２とを有し、これら行電極１１と列電極１２とが交差する各交差部の近傍にそれぞれスイッチング素子としての薄膜トランジスタ１３が設けられ、これら各薄膜トランジスタ１３のソース電極は列電極１２に、ドレイン電極は画素電極１４に、ゲート電極は行電極１１にそれぞれ接続され、これらがマトリクスアレイ基板を構成している。

また、マトリクスアレイ基板の画素電極１４に対向する対向電極１６を有する対向基板が、画素電極１４と対向電極１６とが所定の間隙で対向するように配置されており、これら画素電極１４と対向電極１６との間に液晶層１５が挟持されている。また、マトリクスアレイ基板の行電極１１の一方の配設端部、すなわち、図面の左端部には行電極１１を上方のものから順に駆動する行電極駆動回路１８が設けられ、列電極１２の一方の配設端部、すなわち、図面の下端部には映像信号を供給する列電極駆動回路１９が設けられている。列電極駆動回路１９はシフトレジスタ１９ａ及びスイッチング素子１９ｂを含み、シフトレジスタ１９ａがスイッチング素子１９ｂを駆動することによって映像信号を列電極１２に供給するようになっている。

さらに、列電極駆動回路１９が設けられた下端部におけるマトリクスアレイ基板の縁端に、ＯＬＢパッド２１〜２６を含むＯＬＢパッド群２０が設けられ、このうち、ＯＬＢパッド２１，２２は行電極駆動回路１８の入力端子に接続され、ＯＬＢパッド２３はスイッチング素子１９ｂのソースに接続されている。また、ＯＬＢパッド２４，２５はシフトレジスタ１９ａの入力端子に接続され、ＯＬＢパッド２６は、対向基板上に配線された対向基板上配線３１に接続され、もう一つのＯＬＢパッド２７は列電極１２の他端、すなわち、図面の上部の配設端を共通接続し、かつ、アレイ基板上に配線されたアレイ基板上配線３２に接続されている。

かかる構成により、例えば、ＯＬＢパッド２３に電圧源４１を接続し、ＯＬＢパッド２７にもう一つの電圧源４２を接続し、ＯＬＢパッド２３及びＯＬＢパッド２７間に所定の試験電圧を印加すると共に、電圧源４１からＯＬＢパッド２３に流れる電流値を測定することによって、列電極１２に映像信号を供給するビデオバス及び列電極１２の断線や短絡を検出することができる。

かくして、この第１の実施形態によれば、ビデオバス及び列電極１２の断線や短絡を検査するために、列電極１２と列電極駆動回路１９との間にプロービングパッドを設けないで済むことから、列電極駆動回路１９の占有面積の増大が回避され、製品モジュールのコンパクトさを維持することができる。また、プローブはこれまで通りＯＬＢパッド群２０に当接させるだけで済むため、高精度かつ高価格の非晶質シリコン用のプローバは不要となる。

なお表示装置として出画するときには各列電極１２が短絡していると正常に出画できないため、上記検査の後、アレイ基板上配線３２を切り離す。

ところで、図１に示した第１の実施形態では、列電極１２の各他端をアレイ基板上配線３２に直接接続したが、各列電極１２の他端部にそれぞれ抵抗を設け、この抵抗を介して列電極１２をアレイ基板上配線３２に接続することによって、列電極１２がアレイ基板上配線３２を介して短絡するという事態を未然に防ぐことができる。

また、図示を省略するが、上記抵抗の代わりに外部からオン、オフ制御することが可能なトランジスタを設け、列電極１２をこのトランジスタを介してアレイ基板上配線３２に接続し、ビデオバス及び列電極１２の断線や短絡を検査する場合にこのトランジスタをオン状態とし、それ以外の場合にはこのトランジスタをオフ状態にすることによって、検査時の電流の確保と非検査時の各列電極１２相互間の短絡をより確実に防止することができる。

図２は本発明に係る液晶表示装置の第２の実施形態の構成を示す等価回路図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態はＯＬＢパッド群２０中のＯＬＢパッド２７及び２８にそれぞれ一端が接続され、他端部がアレイ基板の反対の縁端部、すなわち、図面の上端部に位置するように引き回されたアレイ基板上配線３２Ａ及び３２Ｂを設けると共に、各列電極１２をアレイ基板上配線３２Ａに接続する経路にダイオード３３Ａを設け、各列電極１２をアレイ基板上配線３２Ｂに接続する経路にダイオード３３Ｂを設けた点が図１と構成を異にし、これ以外の構成は図１に示したものと同一である。なお、ダイオード３３Ａはそのアノードがアレイ基板上配線３２Ａに接続され、そのカソードが列電極１２に接続されているのに対して、ダイオード３３Ｂはそのアノードが列電極１２に接続され、そのカソードがアレイ基板上配線３２Ｂに接続されている。

上記のように構成された第２の実施形態の検査方法について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。

各列電極１２に対応して設けられたダイオード３３Ａ，３３Ｂは列電極１２に対して異なる向きで接続されている。ここで、ＯＬＢパッド２７に電圧源４２を接続し、ＯＬＢパッド２８に電圧源４３を接続する。そして、電圧源４２によりアレイ基板上配線３２Ａに正常な列電極電位よりも低い電位を印加し、電圧源４３によりアレイ基板上配線３２Ｂに正常な列電極電位よりも高い電位を印加する。このとき、列電極１２の電位が正常な場合には、ダイオード３３Ａ，３３Ｂはいずれもオフ状態となり、電流は流れない。

ここで、万一、列電極１２に異常な電圧が発生した場合を考える。一例として、列電極の電位が正常な電位よりも低くなるとダイオード３３Ａがオン状態となり、列電極１２とアレイ基板上配線３２Ｂ間に電流が流れる。この電流は列電極の電位が正常に戻り、アレイ基板上配線３２Ａの電位よりも高くなるまで流れ続ける。逆に、列電極の電位が正常な電位よりも高くなるとダイオード３３Ｂがオン状態となり、列電極１２とアレイ基板上配線３２Ａとの間に電流が流れる。この電流は列電極１２の電位が正常に戻り、アレイ基板上配線３２Ａ上の電位より低くなるまで流れ続ける。以上の動作により二つのダイオード３３Ａ，３３Ｂは列電極１２に発生した異常な電圧をアレイ基板上配線３２Ａ，アレイ基板上配線３２Ｂを通して外部に逃がすことにより、列電極１２を破壊から保護している。これらのダイオードの保護機能については、本願と同一の出願人によって出願された特願平１０−２７１５１４号等に提案されている。

上述したように、保護機能を持たせたダイオード３３Ａ，３３Ｂを備えるものにおいても、アレイ基板上配線３２Ａ，３２Ｂとビデオバス間の電流を、ＯＬＢパッド２３の外部にて測定することにより、列電極１２のＯＳ検査を実施することができる。すなわち、アレイ基板上配線３２Ａを用いる場合には電圧源４２により、このアレイ基板上配線３２Ａの電位を正常な列電極電位より高くし、ダイオード３３Ａをオン状態にし、ビデオバスからダイオード３３Ａまでの電流経路を確保する。そして、アレイ基板上配線３２Ａと列電極１２に映像信号を供給するビデオバスとの間に所定の電圧を印加し、電流を測定することにより、列電極１２及びビデオバスの断線（オープン）や短絡（ショート）の不良の有無を検出することができる。また、アレイ基板上配線３２Ｂを用いる場合は、逆に電圧源４３によりアレイ基板上配線３２Ｂの電位を正常な列電極１２の電位より低くし、ダイオード３３Ｂをオン状態にしてＯＳ検査を行う。

ここで、検査時にアレイ基板上配線３２Ａ，３３Ｂ、ビデオバス、図示省略のＣ_s線（補助容量線）、行電極の各電位を表２のように設定する。

この時は、アレイ基板上配線３２Ｂに接続されたダイオード３３Ｂがオン状態となる。列電極が正常で断線や短絡がない場合、ビデオバスの電圧５［Ｖ］と、アレイ基板上配線３２Ｂの電圧２［Ｖ］との電位差３［Ｖ］の電圧が図示を省略した測定回路に印加される。そして、この電圧と列電極やビデオバスの抵抗値によって決まる電流（正常値）が観測される。以下、故障の種類によって観察される電流値がどのように変化するかについて説明する。
（１）列電極の断線
列電極が断線した場合、電流の流れる経路が無くなるため、観察電流はほぼ０［Ａ］となる。
（２）列電極とＣｓ線（補助容量線）との短絡
列電極とＣｓ線とが短絡した場合、１５［Ｖ］のＣｓ線から５［Ｖ］のビデオバスに向かって不良に起因する異常電流が流れる。この異常電流は、正常電流とは向きが逆になる。従って、列電極とＣｓ線との短絡が発生した場合、観察される電流値は正常値より小さくなる。
（３）列電極と行電極との短絡
列電極と行電極とが短絡した場合、５［Ｖ］のビデオバスから−５［Ｖ］の行電極に向かって不良に起因する異常電流が流れる。この異常電流は、正常電流と向きが同じとなる。従って、列電極と行電極との短絡が発生した場合、観察される電流値は正常値より大きくなる。

上述した正常及び異常のモードと観察される電流値との関係をまとめると下記の表３の通りになる。

このように、図２に示した第２の実施形態においても、各電極の電位を適宜に設定することによって、不良の有無だけでなく、不良の種類を特定することができるため、有効な不良解析が可能となる。

かくして、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、ビデオバス及び列電極１２の断線や短絡を検査するために、列電極１２と列電極駆動回路１９との間にプロービングパッドを設けないで済むことから、列電極駆動回路１９の占有面積の増大が回避され、製品モジュールのコンパクトさを維持することができる。また、プローブはこれまで通りＯＬＢパッド群２０に当接させるだけで済むため、高精度かつ高価格の非晶質シリコン用のプローバは不要となる。

なお本実施例中のアレイ基板上配線３２Ａと３２Ｂは検査専用の配線である必要はなく、例えば行電極駆動回路１８或いは列電極駆動回路１９の電源の配線と兼用することも可能である。

１１ 行電極
１２ 列電極
１３ 薄膜トランジスタ
１４ 画素電極
１５ 液晶層
１６ 対向電極
１８ 行電極駆動回路
１９ 列電極駆動回路
２０ アウタリードボンディングパッド群
２１〜２７ アウタリードボンディングパッド（入出力端子）
３１ 対向基板上配線
３２，３２Ａ，３２Ｂ アレイ基板上配線
４１，４２ 電圧源

Claims (4)

1. 透光性の基板の一主面にマトリクス状に配設された走査用の行電極及び映像信号用の列電極、これら行電極及び列電極の各交差部にそれぞれ設けられた多結晶シリコンを用いたスイッチング素子、これらのスイッチング素子にそれぞれ接続される画素電極，前記基板の縁端部に設けられ、外部との信号の入出力に使用される複数の入出力端子、前記行電極の一端に接続された行電極駆動回路、並びに前記入出力端子を介して外部から加えられる映像信号を前記列電極の一端に加える映像信号供給電極を含んでなる列電極駆動回路を有するマトリクスアレイ基板と、前記画素電極に対向させる対向電極を有し、前記マトリクスアレイ基板に対向配置された対向基板と、前記画素電極及び前記対向電極間に挟持された液晶層とを備え、前記行電極からの走査信号により前記列電極からの映像信号を、前記スイッチング素子を介して、前記画素電極に供給し、前記液晶層に電界を加える液晶表示装置において、
   前記基板の一主面に形成され、前記各列電極の他端を少なくとも一つの前記入出力端子に共通接続するアレイ基板上配線を備え、
   前記各列電極の他端を、それぞれダイオードを介して、前記アレイ基板上配線に接続し、
   前記アレイ基板上配線は前記行電極の他端を囲むように引き回されていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記アレイ基板上配線は、互いに異なる前記入出力端子に接続された第１のアレイ基板上配線と第２のアレイ基板上配線とを含み、前記列電極の他端にアノードが接続され、前記第１のアレイ基板上配線にカソードが接続された第１のダイオードと、前記列電極の他端にカソードが接続され、前記第２のアレイ基板上配線にアノードが接続された第２のダイオードとを前記列電極毎に設けたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１及び第２のアレイ基板上配線は、前記マトリクスアレイ基板上の前記行電極駆動回路または前記列電極駆動回路の入出力信号等の前記入出力端子群中の配線と兼用することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置を検査するに当たり、前記アレイ基板上配線が接続された前記入出力端子と、これらの入出力端子以外の少なくとも映像信号を供給する前記入出力端子との間に所定の電圧を印加し、この電圧が印加された前記入出力端子に流れる電流を測定することにより、前記列電極の断線及び短絡、前記列電極の前記行電極を含む他の電極に対する短絡のうち、少なくとも一つの不良を検出することを特徴とする液晶表示装置の検査方法。

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