JPH01292736A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は１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内蔵したアクティブ型の液
晶パネルの欠陥検査に関するものである。

（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５．０８〜１５．２４（
！Ｉ＋（２〜６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。

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表示も容
易に実現され、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。

このような液晶パネルは、走査線としては１２０〜２４
０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Ｃ０Ｇ（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、金メツ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中夫の画像表示部と
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。

８は、全ての画素に共通の対抗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は所定の距離を
隔てて形成され、その隙間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。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ガラス基板８上面ま
たはマトリクス基板と呼ばれるガラス基板２上面のいず
れかもしくは両面上に偏光板が貼付され、電気光学素子
として機能する。

第４図は、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、第５図は同パネルの要部断面
図である。走査線１０と信号線１１は、例えば非晶質シ
リコンを半導体層とし。

Ｓｉ、Ｎ４をゲート絶縁膜とする薄膜トランジスタ９と
同時にガラス基板２上に形成される。液晶セル１２は、
ガラス基板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
の対抗電極１４と、２枚のガラス基板で構成された閉空
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。

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１６は、先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Ｒ２Ｏ，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に共通の対抗電極１４は１着色層１
６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１６上に形成される。

なお、第４図において、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とは限らな
いが、駆動用信号源の利用効率の向上や浮遊寄生容量の
障害を抑制したり、高温動作時のちらつき防止等に効果
があり、適宜採用される。また、話を簡単にするため、
薄膜トランジスタ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、さらには光源など
の主要因子は第５図では省略されている。

Ｒ，Ｇ、Ｂの着色層１６の境界に低反射性の不透明膜１
８を配置すると、ガラス基板２上の信号線等の配線層か
らの反射光を防止できてコントラスト比が向上するとか
、スイッチング素子９の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
、いわゆるブラックマトリクスと称される。ブラックマ
トリクス材の構成も多数考えられるが１着色層の境界に
おける段差の発生状況と光の透過率を考慮に入れる−と
原価高となるが、　１０００人程度０Ｃｒ薄膜が簡便で
ある。

（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
を提供するという意味ではＣＲＴとよく比較されるが、
コストパフォー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。その理由は歩留りが低いからである。

まず、線欠陥について言えば、走査線１０や信号線１１
の断線が挙げられ、次いでそれらの交差点１９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、−本の存在も許されず、まずは線欠陥のな
いマトリクス基板２を得ることが困難である。工程内ダ
ストの撲滅を筆頭に、冗長度を持たせた設計技術、ある
いはレーザ光線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なされているが
決め手はなく、低密度ではあるが大面積の無欠陥プロセ
スの難しさが分かろうというものである。

次に、点欠陥について述べれば状況はさらに厳しい、少
なくとも現時点では、マトリクス基板２上の数万個にお
よぶ全画素を短時間で効率よく検査・判定する点欠陥検
査機を入手することは見通しがないといえよう。そのた
め、カラーフィルタ８と組み合わせて液晶パネル化した
後の画像判定で点欠陥の有無を認識せざるを得ず、マト
リクス基板２に内在している点欠陥のために無駄になる
カラーフィルタおよび組立工程が大きな損失となってい
るのである０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、技術的にも高度な取組が必要である。プ
ロセス的にはさらにダスト管理を厳しく必要とし、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。設計的な面では１つの画素を２個の薄膜トランジス
タで構成するとか、１つの画素を２組の薄膜トランジス
タと絵素電極で構成し、少なくとも１組の動作は確保し
ようとする試みがなされており１点欠陥の発生状況と評
価基準は大きく変化する可能性を秘めている。

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
マトリクス基板２に照射し。

絵素電極１３の電位を間接的に知ることができる。

第６図はこのシステムの概念図を示し、測定室２０は１
０−５〜１０−’　Ｔｏｒｒ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レンズ系であり、Ｃ
ＲＴとよく似た構成となっている。電子銃２２より飛び
出した電子線（ビーム）２５は、電子銃２２に対して正
にバイアスされ格子２３中を通過することによって加速
され、偏向レンズ系２４でその進路を曲げられる。した
がって、ｘｙの２次元の偏向によって、電子線２５は試
料台２６上に置かれたマトリクス基板２上を走査するこ
とができる。その走査する領域は、電子線２５が偏向レ
ンズを出た時の偏向角θと偏向レンズから試料台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、マトリクス基板２が５．０８ｃｍ（２イン
チ）より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。適当な大きさの走査領域を設定し１画像
合成で一括観測する方が合理的であろう。電子線２５の
加速電圧はマトリクス基板２上の薄膜トランジスタ９へ
の衝突損傷を小さく押さえるためには低い方が望ましく
、一方、電子ビーム２５が絵素’１ｌｌ１４１３に衝突
して発生する２次電子線２８は高い方がエネルギが高く
高感度となるので、１〜１０ｋＶで設定される。また、
電子線２５のビームの大きさと強さは、絵素電極１３の
大きさと他の電位を有する配線層、走査線１０や信号線
１１との相対値な大きさで決まり、数μｍ、　０．１〜
１μＡもあればまず支障ない。

測定室２０外部の駆動用信号源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等の電極に電気信号を供給し、電子線２５をマトリ
クス基板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をシンチレーションカウンタ（２次電子
増倍管）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上（図示せず）で観測すれば、絵
素電極１３の電位分布が濃淡の画像信号として提供され
、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
見することができる。もちろん線欠陥も容易に検出され
る。

ところが、マトリクス基板２に内蔵する点欠陥を上記し
たシステムで固定し、液晶パネル化した後の画像検査と
照合したところ、非常に一致率が低く、点欠陥選別機と
しての機能が十分に発揮されないことがわかった。この
理由は、液晶パネルの書き込み終了から次の書き込みま
での蓄積時間の等価回路が第７図で示されるのに対して
、液晶マトリクス基板２の等価回路が第８図で示される
ことによるものである、すなわち、液晶セル１２を抵抗
分ＲＬ、３２と容量分ＣＬ０３３との並列回路で表わし
た場合に、蓄積容量１７に貯えられた電荷の放電系路と
しての抵抗分ＲＬ、３２がマトリクス基板２上に存在し
ないために、絵素電極１３の電位の蓄積期間中の変化量
がマトリクス基板２単体では液晶パネルの実動作状態と
かけはなれてしまうからである。液晶セルの容量分ＣＬ
、３３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、例えば蓄積容ｉ１７がＩＰＦで容量分ＣＬ、
３３が０，３ＰＦの場合には、抵抗分ＲＬ０３２の存在
を無視できないことが明らかとなった。このため、実駆
動状態では正常な絵素と比べてやや書き込み不足の絵素
の電位変化が。

マトリクス基板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の光学特性は、ＴＮ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Ｏ，ＳＶの電位差を検知する必要があり
、実動作状態とはかけはなれたマトリクス基板単体での
点欠陥の検知には無理がある。

本発明の目的は、従来の欠点を解消し、走査線に書き込
み信号を印加し、この書き込み信号に同期した映像信号
で蓄積容量を充電すると、再び書き込み信号が印加され
るまでの絵素電極の電位は抵抗分を付加させれば実線か
ら点線に移行して。

マトリクス基板上の動作状態を液晶パネル状態でシュミ
レートできて点欠陥検査機としての一致率が向上する欠
陥検査装置および欠陥検査方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の欠陥検査装置は、液晶セルの抵抗分に相当する
だけ蓄積容量の放電量を増やすことによって点欠陥検査
機としての性能を向上させるものであり、蓄積容量の放
電量を増やすためには、第９図の等価回路図に示したよ
うに、薄膜トランジスタ９の蓄積時のリーク抵抗Ｒ８□
３４に並列に抵抗分Ｒ３５を存在させればよく、その具
体的手段としては薄膜トランジスタ９の動作温度を変化
させたり、あるいは薄膜トランジスタ９に光を照射させ
ることによって新たなリーク抵抗Ｒ３５を添加するもの
である。

（作　用） 第１０図に示すように、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
加されるまでの絵素電極１３の電位は抵抗分Ｒ３５を付
加させれば実線３８から破線３９に移行し、マトリクス
基板２上の動作状態を液晶パネル状態でシュミレートで
きて点欠陥検査機としての一致率が向上する。

（実施例） 本発明の実施例を第１図および第２図に基づいて説明す
る。同図において、上記の従来例を説明した第３図以下
の部分と同じ部分については同一符号を付し、その説明
を省略する。

第１図は本発明の一実施例による欠陥検査装置の概念図
を示し、薄膜トランジスタ９の蓄積時のリーク電流を液
晶パネル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を、検査対象であるマトリクス基板
２の上方４１と、マトリクス基板２の下方、すなわち透
明物質で構成された試料台２６中に埋め込まれた４２と
に有している。

２つの光源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、薄膜トランジスタ９の構造
、カラーフィルタの構造および光源光や外来光の強度等
の使用条件などによって左右されるので、必要とあらば
２つ同時に使用することもありうる。ただし、２次電子
増倍管３１自身、内部で微弱光を取り扱う素子であるの
で、光源４１．４２と増倍管３１との相対位置関係の最
適化は、マトリクス基板２面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。

第２図は本発明の他の実施例による欠陥検査機の概念図
を示し、薄膜トランジスタ９の蓄積時のリーク電流を液
晶パネルとしての動作状態の値にまで増加させるに十分
な加熱または冷却能力を有する温度制御素子４３を試料
台２６中に配置し、マトリクス基板２の裏面からの熱伝
導で行なうものである。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４３としてはヒータが簡便であろう、逆
に、リーク電流の温度係数が負の場合には。

電子冷却素子とか炭酸ガスの断熱膨張管などの冷却素子
を用いればよい。

光照射や加熱・冷却による薄膜トランジスタのリーク電
流の変化は予め測定できるので、液晶パネルの動作条件
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状態での画像検査結果が一致す
るよう測定条件を探索しても構わないことはいうまでも
ない。

（発明の効果） 以上述べたごとく１画像表示機能を有するマトリクス型
液晶パネルの画像品質、とりわけ点欠陥の発生状況をパ
ネル組立工程前で事前チエツクできるので、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
無用な使用がなくなり、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、材料費としては最も高
価なカラーフィルタの無駄な使用が避けられ、ロスコス
トの抑制にかけては著しく効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明によるマトリクス基板の点欠陥
検査機の概念図、第３図は液晶パネルの外観図、第４図
、第５図は液晶パネルの等価回路と要部断面図、第６図
はマトリクス基板上の絵素電極の電位を検知する点欠陥
検査機の概念図、第７図、第８図は液晶パネルとマトリ
クス基板の蓄積時の等価回路、第９図は本発明の実施に
よるマトリクス基板の蓄積時の等価回路、第１０図は駆
動用信号と絵素電極の電位変化との時間的な関係を示す
図である。 １・・・液晶パネル、　２・・・マトリクス基板、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、　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・
・・対抗電極、　　１５・・・液晶、　１６・・・着色
層、１７・・・蓄積容量、　２０・・・測定室、　　２
１・・・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、　２７・・・距離、　２８・・・２
次電子線、　２９・・・駆動用信号源、　　３０・・・
接続手段、　３１・・・２次電子増倍管、　３２．３３
・・・液晶セルの抵抗分、同じく容量分、３４・・・絶
縁ゲート型トランジスタのリーク抵抗、　３５・・・本
発明の実施によって与えられるリーク抵抗。 ３６・・・走査信号、　３７・・・映像信号、　３８．
３９・・・従来法と本発明によるマトリクス基板上の絵
素電極の電位、４１．４２・・・光源、　４３・・・温
度制御素子。 特許出願人　松下電器産業株式会社 第１区 ２　マトリクス基板上　　　　２ｏ　？）良ｔ　２１　
）昨叢つ　　２２−　電３鶴。 ２３−　、？＋＋’連＄３　　　　　　２４　４烏すし
〕・ス゛　２５−ｔａ　大＊　　　２ａ−２；に？３４
＆２９．１叡雪ｂｉう４１号う津、　　　　　　　　　
３０−Ｊ城１δ−５ケタ９ミ　　　　２６−ｉノ（耕（
５３１・・２戊屯４！ｙ６Ａ＠菅　　　　　　　　４１
，４２　　危念第２図 ２６・ジコ＄％ａ ４３−温＆船御禾３ 第３図 １　　　備品ンマキ九１ ２　　マトソクス＃橡 ３　　キ牛イ令ケ、ｙプ ４ｊ樫晩フベルム ５　　禍ｙ群 ６．７　・　伯乙　鳶に　発 ８　　ｐラーフ４（り 第４図 ９　　オ色伶をプ゛−ト型トランジスタ＋ＯＬ場１考套
？　　　　　１１　イ占ミシ課　　　　１２　浪Ｊし七
二九／１４・ケ封氾屯染　　１７・毛傾絡畳 第５図 ご ２．８　　　　力゛ラス某才及 １３　　　余に乗屯銅と １４　　　グ（ゴ氾屯輪 １５　　−Ｘ品 １６　　　着　乞　１ 旧　　ブラックマ’ｐ′）クス看 第６図 ２０−［’ｌｉｉ　　　　　　２２−ＩＪｉｌ、＋　　
　　　　２３　　　カー＊＊ｙ２４　　上旬しンス゛　
　　　２５　１乞′３ｊＡ式寥と□　　　　　　２８−
２ンシ；□屯３腺３１　２、体；吃３）−−ｔイきジ；
ｉ第７図 ３２　　・・備品セレラ祢抗成分 ３３　・浪轟セＩＩ、ｌ容量式谷 ３４・　リークお３洸 第８図 第９図 １７菖梗溶（ ３４・リークき、抗 ３５　・　付加リーク涜（鎖ｊ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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を有する一方の基板に電子線を
   照射し、絵素電極の電位を検出する機能を備えた電子顕
   微鏡システムに動作環境の制御機能が付加されているこ
   とを特徴とする欠陥検査装置。
2. （２）動作環境の制御が外光を遮断された測定系内でス
   イッチング素子を有する一方の基板の上方よりの光照射
   または前記基板の下方よりの光照射のいずれか、もしく
   は両者よりの光照射によってなされることを特徴とする
   欠陥検査方法。
3. （３）動作環境の制御がスイッチング素子を有する一方
   の基板の支持台中に設置された加熱または冷却素子によ
   る前記基板の温度制御であることを特徴とする請求項（
   ２）記載の欠陥検査方法。