JPH11249144A - 液晶表示基板の検査方法及びその検査用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶表示基板の製造工程における、配向膜工程
のプロセス異常を検査するための検査方法を提供するこ
と。 【解決手段】基板上に形成された配向膜の分光透過率
（または吸収率）が５０％となる最も短波長側の波長
と、バックライトの分光強度分布が最大値を示す波長と
を一致させ、偏光素子を介してガラス基板裏面側（ガラ
ス基板面）から照射したバックライト光を、偏光素子を
介してガラス基板表面側（配向膜面）で検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示基板の製造
プロセスの評価技術に係り、特にＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）の用途で主流に用
いられているＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓ
ｉｓｔｅｒ）基板や、ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅ
ｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）基板、及びそれらと組み合わせて
用いられるＣＦ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ）基板の、
基板上に設けられた液晶配向用の高分子薄膜（液晶配向
膜）の検査技術に関する。

【従来の技術】ＴＦＴ−ＬＣＤに代表される液晶表示装
置は、パーソナルコンピュータ等の表示画面として従来
のＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）と同等
の表示品質が得られる一方、機器の省スペース化に大き
く寄与することから、その需要が急速に拡大している。
また現在、その適用範囲拡大によって大画面化・高精細
化・低消費電力化といった機器の高性能化が要求されて
おり、製造メーカーでは各社独自方式の製品を開発し、
他社製品との差別化を図っている。しかし機器の高性能
化の一方で、その製造工程では製造歩留まりを高い水準
に保つことが困難になりつつある。特に配向膜工程と呼
ばれる製造工程では、ＴＦＴ基板やＣＦ基板上に高分子
薄膜を転写・焼成（配向膜印刷工程）した後に、ラビン
グローラを高速に回転させながら押し付けて（配向膜ラ
ビング工程）液晶の配向膜を形成している。これまで、
この工程で生じた欠陥は液晶表示装置として組み立てた
後の点灯検査でしか発見することができず、且つ表示領
域に筋や輝度むらといった致命的な欠陥となって現れる
ことから、製造工程の歩留まりを大きく低下させる一因
となっていた。従って配向膜工程のプロセス異常を、製
造工程直後で検査する方式の確立が強く望まれている。
この様な状況下において特開平６−３１６９号公報で
は、ＴＦＴ基板とＣＦ基板の組立前に一時的に両基板間
に液晶を挟み込み、点灯検査を行うことで欠陥が存在す
る基板を製造工程から抜き取る手法が提案されている。

【発明が解決しようとする課題】点灯検査で発見される
表示不良の原因として考えられる主な項目を以下に示
す。 １）配向膜の印刷工程で配向膜の膜厚・膜質に、場所に
よる不均一が生じること、 ２）ラビング工程で発生する傷の影響、及びラビング量
に場所による不均一が生じること、 ３）ＴＦＴ基板とＣＦ基板を張り合わせる際のギャップ
量に、場所による不均一が生じること、 ４）ＴＦＴ基板上やＣＦ基板上に形成された素子等の特
性にばらつきが生じること、 等の上記従来技術では、ＴＦＴ基板とＣＦ基板とを張り
合わせて点灯検査するために、上記１）〜４）のどの項
目が支配的となって表示不良が引き起こされているの
か、特定が困難である。従って表示不良の原因を正確に
つきとめることができないために、製造工程に検査結果
をフィードバックできないといった課題がある。その結
果として大量の不良基板を製造してしまう危険性があ
り、更には検査の段取りに時間を要し、また検査に使用
する液晶が再利用できず、産業廃棄物が増加するといっ
た問題もある。本発明の第一の目的は、液晶表示基板の
製造工程における、配向膜工程のプロセス異常を検査す
るための検査方法を提供することである。本発明の第二
の目的は、液晶表示基板の製造工程における、配向膜工
程のプロセス異常を検査するための検査用基板を提供す
ることである。

【課題を解決するための手段】上記第一の目的は、ガラ
ス基板上に配向膜のみを形成した検査用基板と、基板上
に形成された配向膜の分光透過率を考慮したバックライ
ト光を使用した検査により達成される。具体的には、基
板上に形成された配向膜の分光透過率（または吸収率）
が５０％となる最も短波長側の波長と、バックライトの
分光強度分布が最大値を示す波長とを一致させ、偏光素
子を介してガラス基板裏面側（ガラス基板面）から照射
したバックライト光を、偏光素子を介してガラス基板表
面側（配向膜面）で検出する。上記第二の目的は、ガラ
ス基板上に配向膜のみを形成した検査用基板において、
ガラス単体の分光透過率（または吸収率）が５０％とな
る最も短波長側の波長λｇと、配向膜単体の分光透過率
（または吸収率）が５０％となる最も短波長側の波長λ
ｐとの相関を、λｇ＜λｐとすることで達成される。

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、ＴＦＴ−
ＬＣＤの製造工程を例にして説明する。図１はＴＦＴ−
ＬＣＤ製造工程における、本発明による検査の位置付け
を説明した図である。ＬＣＤ工程と呼ばれる製造工程で
は、先ずそれ以前の製造工程で製作されたＴＦＴ基板及
びＣＦ基板上に、配向膜を印刷する（配向膜印刷工
程）。配向膜としては、ポリイミド等の有機高分子材料
を、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチル−ピロリドン）等の溶剤
に溶解させてワニス状とした材料が一般に多く用いられ
ており、これをローラで基板上に転写した後、ホットプ
レートやベーク炉で最大摂氏２００度程度まで加熱・焼
成する工程を経て、基板上に高分子薄膜が形成される。
焼成後の配向膜の膜厚は、約０．１μｍ以下である。次
に、焼成した配向膜上にラビングローラを高速回転させ
ながら押しつけ、配向膜表面を摩擦する（配向膜ラビン
グ工程）。ラビングローラとしては、直径２００ｍｍ程
度の円柱形冶具に特殊な生地を巻き付けたものが使用さ
れ、これを毎分５００回転程の速度で回転させつつ基板
上に形成した配向膜表面に接触させ、ラビングローラと
基板とを相対的に移動する。本工程によって配向膜上に
物理的な異方性が生じ、これを後に液晶を配向させるた
めの配向膜として機能させる。その後ＴＦＴ基板及びＣ
Ｆ基板上に形成した配向膜面を対向させ、両基板を精密
に位置決めした上で張り合わせ、基板間に液晶を注入・
封止して液晶表示基板が完成する。尚、張り合わせ前の
両基板上には、液晶を封止するためのシール剤（一般に
エポキシ樹脂が多く用いられる）と、両基板間の導通を
確保するための導電ペーストと、基板を張り合わせた際
の両基板間のギャップを一定に保つためのスペーサ（高
分子材料からなる直径５μｍ程度の球体）が事前に塗布
・分散される。最後に、液晶注入・封止後の液晶表示基
板に簡易的な駆動用回路を接続し、点灯検査を実施した
後、良品のみを次の組立工程に投入する。組立工程で
は、液晶表示基板用の駆動回路の実装と、パソコン等の
機器への接続・組立が行われる。本発明による液晶表示
基板の検査方式は、透明ガラス基板を上述した配向膜印
刷工程と配向膜ラビング工程のみに投入し、配向膜ラビ
ング工程終了後の該基板を検査対象として、配向膜工程
のプロセス状態を評価する方式である。検査によって得
た結果は、配向膜印刷工程、及び配向膜ラビング工程に
フィードバックし、それぞれのプロセス条件をその都度
最適に調節するために用いる。尚検査が終了した基板
は、ＮＭＰ等の溶剤に浸漬することで基板上に形成した
配向膜を剥離し、再び透明ガラス基板として再利用す
る。続いて、検査に使用する透明ガラス基板について説
明する。図２は配向膜ラビング工程終了後の検査対象基
板の構成を示す図である。ガラス基板１は、石英を主成
分としたクラウン系ガラス基板であり、ＢＫ６やＢＫ７
或いは石英基板を、製造工程中のＴＦＴ基板やＣＦ基板
と同じ寸法に成形して使用する。本例では、寸法４００
ｍｍ×２５０ｍｍ×ｔ０．７ｍｍの基板表面（配向膜の
印刷面）を、平面度１０μｍ以下に研磨したＢＫ７基板
として説明する。このガラス基板１を配向膜印刷工程に
投入し、ＴＦＴ基板或いはＣＦ基板の配向膜印刷条件と
同条件で配向膜２を転写・焼成する。焼成後の配向膜２
の膜厚は、約０．０５μｍである。続いて配向膜ラビン
グ工程にて、ＴＦＴ基板或いはＣＦ基板のラビング条件
と同条件で配向膜２をラビングする。配向膜のラビング
方向３は、ラビングローラの回転方向と同方向であり、
本例ではガラス基板１の長辺に対して４５度の角度とな
っている。図３は、図２の検査対象基板の光学的特性を
示した図である。ガラス基板１の材質の選択に当たって
は、ガラス基板１と配向膜２のそれぞれの分光透過率曲
線において、可視光線領域（波長４００〜７００ｎｍ）
の短波長側の特性曲線に着目し、それぞれの分光透過率
が５０％となる波長λｇ及びλｐの両者を次式の相関と
なる様に考慮する必要がある。

【数１】 λｇ＜λｐ ＴＦＴ基板及びＣＦ基板の配向膜として使用されている
ポリイミドの場合、一般に波長４００ｎｍ以下の領域で
透過率が急激に低下する。例えば、λｐが３６０ｎｍで
あった場合、ガラス基板１としてはλｇが３６０ｎｍ未
満の材質を選択する必要があるが、ここではλｇ≦λｐ
−（λｐ×０．１）、即ちλｇ≦３２４ｎｍを目安と
し、それを満足する材質を選択する。本例ではガラス基
板１の材質をＢＫ７としているため、λｇは３２０ｎｍ
である。次に図４〜図６を用いて、図２・図３で述べた
検査対象基板に対する検査手順を述べる。図４は検査対
象基板の検査方法の一例の説明図である。作業者は、Ｔ
ＦＴ基板或いはＣＦ基板の製造工程中の、配向膜印刷工
程及び配向膜ラビング工程にガラス基板１を投入し、ガ
ラス基板１上に配向膜２を形成した検査対象基板を得
る。配向膜２は、例えば１２．１インチサイズの液晶表
示装置の表示画面と同等のサイズでガラス基板１上に形
成されている。また配向膜２表面のラビング方向３は図
２と同様、ガラス基板１の長辺に対して４５度の角度と
なっている。この検査対象基板を偏光板４上に搭載し、
両者を図示しない保持具に固定する。尚、偏光板４の偏
光方向５は、検査対象基板上の配向膜２のラビング方向
３と一致させる。照明光源としては、波長２００ｎｍ〜
４００ｎｍの範囲でブロードな分光強度分布を示すＵＶ
（Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光源６を使用する。ＵＶ
光源６から出射したＵＶ光は光ファイバ７で導光され、
その先端から光ファイバ７の開口率に準じた出射角を伴
いレンズ８に入射し平行光となる。この地点でのＵＶ光
の寸法はφ３０ｍｍ、強度５００ｍＷ／ｃｍ²であり、
ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ９で
所望の強度に減衰されて、ラインフィルタ１０に入射す
る。ラインフィルタ１０は、図５に示す如く中心波長に
対して極めて狭帯域な範囲のみを透過する様に設計され
た光学フィルタで、一般的に図５に示した特性の半値幅
を１０ｎｍ程度まで狭めたものが多く用いられている。
このラインフィルタ１０の中心波長を、ガラス基板１上
に形成した配向膜２のλｐ（透過率５０％となる波長）
に一致させ、所望の波長のみを抽出して全反射ミラー１
１で反射させた後、ビームエキスパンダ１２でＵＶ光の
寸法をφ１００ｍｍに拡大し、偏光板４を介して検査対
象基板のガラス基板１裏面に照射する。ここでガラス基
板１及びガラス基板１上に形成された配向膜２の分光透
過率は、数１に示した相関となっていることから、ガラ
ス基板１裏面に入射したＵＶ光はガラス基板１にはほと
んど吸収されることなく、ほぼ全てが配向膜２に照射さ
れる。配向膜２に照射されたＵＶ光は、一部が配向膜２
を透過し、一部が配向膜２に吸収される。但し配向膜２
に照射されるＵＶ光の強度は１０ｍＷ／ｃｍ²以下とな
っており、その一部が配向膜２に吸収されたとしても、
配向膜２に物理的・化学的な影響を与えることはない。
一方で、ズームレンズ１６と紫外線領域で高い感度を有
するカメラ１７とを組み合わせ、検査対象基板の配向膜
面側から、配向膜２表面のＵＶ光照射領域１３内を偏光
板１４を介して拡大観察する。偏光板１４はホルダ１５
により保持され、ホルダ１５を回転させることで偏光板
１４の偏光方向に任意に設定することができる。カメラ
１７の観察像はカラーモニタ１８上に表示され、作業者
はカラーモニタ１８を観察しながら、偏光板１４の偏光
方向及びズームレンズ１６のズーム倍率を任意に調節
し、配向膜２表面を観察する。尚検査用基板と偏光板４
は、図示しない保持具によって保持され、作業者が保持
具を平行移動することで、検査用基板の任意位置にＵＶ
光を照射する事ができる。これまで説明した方法によっ
て、ガラス基板１上に形成された配向膜２の膜厚分布と
ラビング状態を可視化することが可能である。即ち、図
２・図３で説明した検査用基板上の配向膜２に照射する
ＵＶ光の波長をラインフィルタ１０で限定し、その中心
波長を配向膜２のλｐ（透過率５０％となる波長）と一
致させる事で、ガラス基板１におけるＵＶ光の吸収の影
響をほとんど受けることなく、配向膜２に効率良くＵＶ
光を照射する事ができる。これによって配向膜２の膜厚
に応じてＵＶ光の吸収量に差が生じ、カラーモニタ１８
で観察される像の明暗によって、カラーモニタ１８で観
察される範囲内での配向膜２の膜厚分布のむら目黙視確
認できる。即ち、カラーモニタ１８で観察される範囲内
で、相対的に配向膜２の膜厚が厚い部分は暗く、薄い部
分は明るく観察される。尚この際、偏光板１４の角度は
作業者によって最もコントラストが得られる角度に設定
される。更に配向膜２を透過したＵＶ光によって、配向
膜ラビング工程によって配向膜２表面に生じた物理的な
異方性を顕在化することができる。図６（ａ）〜図６
（ｄ）は、カラーモニタ１８上で観察される画像の模式
図である。図６（ａ）は、カラーモニタ１８上で観察さ
れる領域内で、ラビングプロセスが正常に行われた様子
を表している。偏光板１４の偏光方向を、検査対象基板
上の配向膜２のラビング方向３及び偏光板４の偏光方向
５に対して適当な角度に設定した場合（基本的には直交
させた場合）、ラビングプロセスによって配向膜２表面
に生じた物理的な形状によって、配向膜２を透過したＵ
Ｖ光が散乱し、その偏光方向が変化した結果が光学像
（擦り傷１９）として観察される。即ち、カラーモニタ
１８で観察される像から、配向膜２のラビング量の大小
を判断することが可能である。図６（ｂ）は擦り傷１９
の分布が均一に観察されておらず、ラビングむらが生じ
ている様子であり、ラビングローラの劣化が予想され
る。図６（ｃ）は擦り傷１９の形状が一様ではなく、ラ
ビングローラに異物が巻き込まれたことで、配向膜２に
ダメージ２０が生じた様子である。図６（ｄ）ではラビ
ング方向と直交して周期的なパターン２１が観察されて
いることから、ラビングローラの偏心が予想される。作
業者ＴＦＴ基板及びＣＦ基板の製造工程において、一定
時間毎に上記を評価することで、配向膜工程のプロセス
を精度良く監視することが可能となる。また検査結果か
ら製造プロセスに異常が発生していると判断した場合に
は、適宜プロセス条件を調節する、或いは製造装置のメ
ンテナンスを実施する。

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示基板の配向膜
印刷工程及び配向膜ラビング工程で生じたプロセス異常
を正確に検査する事が可能となり、検査結果を該工程の
プロセス条件にフィードバックすることで、液晶表示基
板の製造歩留まりを向上させる効果がある。また本発明
によれば、液晶表示基板の配向膜印刷工程及び配向膜ラ
ビング工程で生じたプロセス異常を正確に検査する事が
可能となり、検査結果を該工程のプロセス条件にフィー
ドバックし、液晶表示基板の製造歩留まりを向上させる
ことで、液晶表示基板の製造原価を低くする効果があ
る。また本発明によれば、液晶表示基板の配向膜印刷工
程及び配向膜ラビング工程で生じたプロセス状態を、液
晶を使用することなく検査する事が可能となり、産業廃
棄物を低減させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるＴＦＴ−ＬＣＤ製造工程
を説明した図。

【図２】本発明の検査対象基板の構成を示す説明図。

【図３】本発明の検査対象基板の光学的特性を説明する
図。

【図４】本発明の検査対象基板の検査方法の一例を示す
説明図。

【図５】本発明のラインフィルタの特性を示した特性
図。

【図６】本発明の検査方法で観察される画像の模式図。

【符号の説明】 １…ガラス基板、２…配向膜、４、１４…偏光板、 ６
…ＵＶ光源、８…レンズ、 ９…ＮＤフィルタ、１０
…ラインフィルタ、１２…ビームエキスパンダ、 １６
…ズームレンズ、１７…カメラ、１８…カラーモニタ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶表示基板上に形成された液晶配向用高
   分子薄膜を検査する方法であり、その製造工程中に該液
   晶表示基板と同じ寸法・形状の検査用基板を挿入し、該
   検査用基板上に該液晶表示基板と同条件で液晶配向用高
   分子薄膜を形成し、該検査用基板を検査対象として液晶
   配向用高分子薄膜の製造プロセスを監視することを特徴
   とする液晶表示基板の検査方法。
2. 【請求項２】検査用基板として、検査用基板の分光透過
   率が５０％となる波長λｇと、液晶配向用高分子薄膜の
   分光透過率が５０％となる最も短波長側の波長λｐとの
   相関が、λｇ＜λｐとなるガラス基板を使用することを
   特徴とする請求項１記載の液晶表示基板の検査方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の液晶表示基板の検査方法
   において、検査用基板の分光透過率が５０％となる波長
   λｇと、液晶配向用高分子薄膜の分光透過率が５０％と
   なる最も短波長側の波長λｐとの相関が、λｇ＜λｐと
   なる検査用基板上に液晶配向用高分子薄膜を形成し、バ
   ックライトの分光強度分布が最大値を示す波長をλｐに
   一致させ、偏光素子を介して検査用基板裏面側（ガラス
   基板面）から照射したバックライト光を、偏光素子を介
   してガラス基板表面側（配向膜面）で検出することを特
   徴とする液晶表示基板の検査方法。
4. 【請求項４】請求項１ないし３に記載した液晶表示基板
   の検査方法に用いる検査用基板であり、検査用基板の分
   光透過率が５０％となる波長λｇと、液晶配向用高分子
   薄膜の分光透過率が５０％となる最も短波長側の波長λ
   ｐとの相関を、λｇ＜λｐとしたことを特徴とする液晶
   表示基板の検査用基板。