KR101137426B1 - 액정표시장치용 어레이기판 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 어레이기판 검사방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 화소를 비롯한 박막트랜지스터 등의 어레이요소가 구비된 액정표시장치용 어레이기판에 대한 결함여부를 검사하기 위한, 이른바 MPS 검사방법에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명은 기판 및 이의 상면으로 교차 배열되어 화소를 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과, 이들의 교차점에 구비되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 각 화소에 실장되는 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 검사방법으로서, a)상기 게이트라인에 상기 박막트랜지스터의 오프(off) 전압을 인가하고, 상기 데이터라인에 스트레스전압을 인가하는 단계와; b)상기 게이트라인에 상기 박막트랜지스터의 온(on) 전압을 인가하는 단계와; c)상기 게이트라인과 상기 데이터라인에 신호전압을 인가하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법을 제공한다.

Description

액정표시장치용 어레이기판 검사방법{test method of array substrate for liquid crystal display device}
도 1은 일반적인 액정표시장치용 어레이기판에 대한 평면도.
도 2는 일반적인 MPS 검사방법에 대한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 MPS 검사방법을 위한 액정표시장치용 어레이기판에 대한 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 MPS 검사방법에 대한 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
112 : 게이트라인 114 : 데이터라인
120 : 화소전극 130 : Vcom 패드
A : 패널영역 B : 비패널영역
T : 박막트랜지스터
본 발명은 액정표시장치용 어레이기판 검사방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 화소(pixel)를 비롯한 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT) 등의 어레이(array)요소가 구비된 액정표시장치용 어레이기판에 대한 결함여부를 검사하기 위한, 이른바 MPS(Mass Production System) 검사방법에 관한 것이다.
일반적인 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD)는 액정의 고유물성을 이용한 화상구현 원리를 나타내는 바, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우 그 크기에 따라 배열방향이 변화되는 분극성질을 띤다.
이에 액정표시장치는 인위적인 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 광 투과율을 조절함으로써 여러 가지 목적하는 화상을 표시하며, 이를 위해 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 내면에 각각 투명 전계생성전극이 형성된 두 기판의 대면 합착으로 이루어진 액정패널(liquid crystal panel) 그리고 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(back light)를 포함한다.
최근에는 특히 액정패널에 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬로 배열하고 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)와 같은 스위칭 소자를 이용하여 각각을 개별 제어하는 능동행렬방식(Active Matrix type)이 색 재현성과 동영상 표시에 적합하여 널리 이용되고 있는데, 이 경우 액정패널의 제 1 기판인 어레이기 판(array substrate) 내면으로는 다수의 게이트라인과 데이터라인이 교차해서 화소가 정의되고, 이들 교차점마다 박막트랜지스터가 마련되어 각 화소에 실장된 투명 화소전극과 일대일 대응 접속된다. 그리고 이와 나란한 제 2 기판은 달리 컬러필터기판(color-filter substrate)이라 불리며, 각 화소에 일대일 대응되는 RGB 컬러필터(color filter)와 이들 사이를 메워 어레이기판의 게이트라인과 데이터라인을 비롯한 박막트랜지스터 등의 비 표시요소를 가리는 블랙매트릭스(black matrix)를 포함하며, 이들을 덮으면서 액정층을 사이에 두고 화소전극과 대향되는 투명 공통전극을 구비한다.
아울러 일반적인 액정패널에는 이의 화상표현에 필요한 각종 신호를 생성하는 드라이버회로(driver circuit)가 별도 또는 일체로 마련되며, 이는 게이트라인으로 박막트랜지스터의 온/오프(on/off) 제어를 위한 주사신호를 출력하는 게이트드라이버(gate driver) 그리고 다수의 데이터라인으로 액정 구동전압인 화상신호를 출력하는 데이터드라이버(daya driver)로 구분된다. 이에 게이트드라이버의 주사신호가 게이트라인에 순차적으로 인가되어 각 게이트라인 별 선택된 박막트랜지스터를 온(on) 시키면 이와 연결된 화소전극으로 데이터라인의 화상신호가 인가되며, 해당 화소전극과 공통전극 사이의 전기장에 의해 그 사이에 위치된 액정이 구동된다.
한편, 일반적인 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정은 수율 향상을 도모하고자 이른바 마더글라스(mother glass)라 불리는 제 1 대면적 기판을 대상으로 진행되고, 여기에는 상기한 어레이요소가 포지션(position) 별로 구분 형성된다. 그리고 마찬가지로 컬러필터요소가 포지션별로 구분 형성된 또 다른 제 2 대면적 기판과 합착된 후 각각의 단위패널로 절단되는데, 이때 양 기판의 합착 전(前) 어레이요소에 대한 검사공정이 진행된다.
이하 구별의 실익이 없으므로 제 1 대면적 기판을 어레이기판이라 칭하며, 상기 검사공정은 패턴검사단계, 리뷰(review)단계, MPS(Mass Production System) 검사단계 그리고 리페어(repair)단계 순으로 진행된다.
이중 패턴검사단계에서는 제논 램프(xenon-lamp)를 어레이기판에 조사하여 반사된 광의 밝기 차이를 통해 정상과 결함부분을 구분하고, 리뷰단계에서는 이전의 패턴검사단계에서 검출된 결함부분에 대한 좌표를 토대로 결함종류와 결합정도의 파악과 더불어 리페어 가능성 여부를 가늠한다. 다음의 MPS 검사단계에서는 별도의 MPS 검사장치를 동원해서 게이트라인과 데이터라인으로 소정의 검사신호를 인가함으로써 실제 구동 시에 나타날 수 있는 불량여부를 검사하고, 최종의 리페어 단계에서는 그 이전 단계에서 체크된 불량 중 리페어 가능한 부분에 대한 리페어가 진행된다.
이때 MPS 검사는 어레이기판에 대한 전기적 불량여부를 검사하는 단계라 할 수 있고, 이를 위해 어레이기판에는 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 다수의 검사패드가 마련된다. 이러한 검사패드들은 후속의 절단공정에서 절단 및 손실된다.
첨부된 도 1은 이들 검사패드를 설명하기 위한 어레이기판에 대한 평면회로도로서, 패널영역(A)에서 교차 배열된 다수의 게이트라인(12)과 데이터라인(14) 및 이들에 의해 정의되는 화소(P) 그리고 이들 게이트라인(12)과 데이터라인(14)의 교차점에 마련되어 각 화소(P)에 실장된 화소전극(20)과 일대일 대응 연결된 박막트랜지스터(T)를 확인할 수 있다. 이때 비록 도면상에 명확하게 표시되지는 않았지만 게이트라인과 데이터라인 사이로는 절연을 위한 층간절연막이 개재되고, 박막트랜지스터는 게이트라인으로부터 연장된 게이트전극과, 데이터라인으로부터 연장된 소스전극 및 이와 동일물질로 이루어진 드레인전극을 포함하며, 이들 게이트전극과 소스 및 드레인전극 사이에서 전하 또는 정공의 이동통로를 제공하는 반도체층을 포함한다.
또한 상기 패널영역(A) 가장자리로서 후속의 절단공정에서 절단 및 손실되는 비패널영역(B)에는 검사패드가 마련되며, 이는 홀수번째 게이트라인(12)에 접속된 G/E 패드, 짝수번째 게이트라인(12)에 접속된 G/O 패드, 홀수번째 데이터라인(14)과 접속된 D/E 패드, 짝수번째 데이터라인(14)에 접속된 D/O 패드로 구분된다. 그리고 그 외에도 Vcom 패드(30)가 마련된다.
상기의 검사패드를 이용한 MPS 검사방법은 간단히 G/E 패드와 D/E 패드에 각각 소정의 검사신호를 인가함으로써 홀수번째 게이트라인(12)과 홀수번째 데이터라인(14)에 의해 정의된 화소(P)의 쇼트여부에 대한 라인결함(line defect)과 점결함(dot defect)을 검사하고, 마찬가지로 G/O 패드와 D/O 패드에 각각 검사신호를 인가함으로써 짝수번째 게이트라인(12)과 짝수번째 데이터라인(14)에 의해 정의되는 화소(P)의 쇼트여부에 대한 라인결합 및 점결함을 검사한다.
이때 일반적인 MPS 검사방법에는 상술한 검사신호에 의한 검사 이전, 검사 신뢰도를 향상시키기 위한 선행단계가 추가되는 바, 첨부된 도 2는 이들 선행단계를 포함한 MPS 검사방법 전체 과정을 순서대로 나타낸 순서도이다.
보이는 바와 같이 일반적인 MPS 검사방법은 최초 검사대상물인 어레이기판이 MPS 검사장치의 스테이지(stage)에 안착되는 로딩단계(st1)로부터 시작되며, 이때 MPS 검사장치는 화소전극의 전류를 빛으로 표시하는 VIOS(voltage image optics system)가 제공된다.
이어서 검사신뢰도를 높이기 위한 전기적 스트레스 인가단계(st2)가 진행된다. 상기 스트레스 인가단계에서는 G/E 및 G/O 패드에 각각 박막트랜지스터(T)의 오프(off) 전압이 인가됨과 동시에 D/E 및 D/O 패드에 소정 크기의 스트레스 전압이 인가되며, 일례로 박막트랜지스터가 N 타입이라는 전제 하에 상기 오프전압은 -25V, 스트레스 전압은 25V 정도를 나타낸다. 이때 Vcom 패드(30)에는 일례로 박막트랜지스터의 오프(off) 전압과 동일한 -25V가 인가될 수 있다.
이어서 st2 단계에서 인가된 스트레스 전압의 자연방전을 위한 일정시간의 드레인 단계(st3)가 진행되고, 후속해서 실질적인 MPS 검사를 위한 검사신호 인가단계(st4)와 전류측정단계(st5)단계 그리고 이를 토대로 한 결함판정, 일례로 쇼트판정단계(st6)가 이어져 MPS 검사방법의 모든 순서가 완료된다.
하지만, 상술한 일반적인 MPS 검사방법은 몇 가지 문제점을 나타내는데, 그 중 하나로서 특히 스트레스 인가단계(st2)에서 게이트라인(12) 및/또는 데이터라인(14)으로 특정 금속물질, 일례로 구리(Cu)가 사용될 경우 이물에 의한 강한 접착력을 나타내는 바, 이들 사이의 층간절연막이 파괴되어 원치않는 통전현상이 발생된 다.
그리고 이 같은 통전현상은 게이트라인(12)과 데이터라인(14) 각각에 인가되는 검사신호의 혼입으로 이어져 화소(P) 내에 전하가 충전되며, 이 같은 화소 내의 이상 전하충전은 드레인단계(st3)에서 충분히 방전되지 못하여 MPS 검사의 신뢰성을 크게 저하시키게 된다.
그 결과 MPS 검사에 대한 오판 확률이 증가하는 문제점이 발견된다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, MPS 검사에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 구체적인 방도를 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 기판 및 이의 상면으로 교차 배열되어 화소를 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과, 이들의 교차점에 구비되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 각 화소에 실장되는 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 검사방법으로서, a)상기 게이트라인에 상기 박막트랜지스터의 오프전압을 인가하고, 상기 데이터라인에 스트레스 전압을 인가하는 단계와; b)상기 게이트라인에 상기 박막트랜지스터의 온 전압을 인가하는 단계와; c)상기 게이트라인과 상기 데이터라인에 신호전압을 인가하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법을 제공한다.
이때 상기 b)단계는, 상기 온 전압의 인가와 동시에 상기 데이터라인을 접지하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 게이트라인과 상기 데이터라인 중 적어도 하나는 Cu를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 c)단계는, 상기 게이트라인 중 짝수 번째 게이트라인으로 제 1 게이트 신호전압을 인가함과 동시에 상기 데이터라인 중 짝수번째 데이터라인으로 제 1 데이터 신호전압을 인가하는 단계와; 상기 게이트라인 중 홀수 번째 게이트라인으로 제 2 게이트신호전압을 인가함과 동시에 상기 데이터라인 중 홀수 번째 데이터라인을 제 2 데이터신호전압을 인가하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 1 및 제 2 게이트신호전압은 상기 박막트랜지스터의 온 전압인 것을 특징으로 하고, 상기 c) 단계 이후, 상기 화소의 전류를 측정하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
첨부된 도 3은 본 발명에 따른 기판검사방법의 검사대상물인 어레기이판에 대한 평면 회로도로서, 패널영역(A) 그리고 이의 가장자리를 두르는 비패널영역(B)으로 구분된 기판 상의 패널영역(A)으로 다수의 게이트라인(112)과 데이터라인(114)이 종횡 교차하여 화소(P)를 정의하고, 이들 각 화소(P)에는 투명 화소전극(120)이 실장되어 있다.
그리고 이들 게이트라인(112)과 데이터라인(114)의 교차점에는 박막트랜지스 터(T)가 마련되어 각 화소(P)의 투명 화소전극(120)과 일대일 대응되는 바, 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트라인(112)에 접속된 게이트전극과, 데이터라인(114)에 접속된 소스전극 및 이와 일정간격 이격 되어 화소전극(120)에 접속된 드레인전극을 포함하고, 게이트전극과 드레인 및 소스전극 사이로는 전도채널 역할의 반도체층이 개재되어 있다.
아울러 게이트라인(112)과 데이터라인(114) 사이로는 층간절연을 위한 절연막이 개재되고, 데이터라인(114) 이하의 어레이요소들로부터 화소전극(120)을 분리하기 위해 해당 부분으로는 보호막이 개재될 수 있다.
그리고 어레이기판의 비패널영역(B)에는 후술하는 본 발명에 따른 검사단계에 있어서 각종 검사신호가 인가되는 접점역할의 검사패드들이 제공되며, 이는 홀수번째 게이트라인에 접속된 G/E 패드, 짝수번째 게이트라인에 접속된 G/O 패드, 홀수번째 데이터라인과 접속된 D/E 패드, 짝수번째 게이트라인에 접속된 D/O 패드 그리고 그 외에의 공통전극패드(130)로 구분된다.
이하, 상기한 구성의 어레이기판을 대상으로 진행되는 본 발명에 따른 검사방법을 순서대로 설명한다.
첨부된 도 4는 본 발명에 따른 어레이기판검사방법을 설명하기 위한 순서도로서 앞서의 도 3과 함께 참조하면, 최초 어레이기판이 MPS 검사장치의 스테이지에 안착되는 로딩단계가 시작된다.(st1) 이때 MPS 검사장치에는 어레이기판의 각 검사패드에 접속되는 프루브 전극이 구비되며, 화소전극(120)의 전류를 빛으로 표시하는 VIOS가 제공된다.
다음으로 전기적 스트레스 인가단계(st2)로서 G/E 패드와 G/O 패드를 통해 다수의 게이트라인(112)으로 박막트랜지스터(T)의 오프전압, 일례로 박막트랜지스터가 N 타입이라는 전제 하에 로우전압인 -25V 정도가 인가되고, 이와 동시에 D/E 패드와 D/O 패드를 통해 다수의 데이터라인(114)으로 스트레스 전압이 인가된다. 그리고 이 경우 Vcom 패드(130)에는 박막트랜지스터(T)의 오프전압과 동일한 -25V 가 인가될 수 있다.
상기 스트레스 전압은 일례로 25V 정도가 가능하며, 이를 통해 어레이기판의 각 구성요소로는 전기적 스트레스가 가해진다.
이때 상기의 단계에서 가해지는 전기적 스트레스로 인해 게이트라인(112)과 데이터라인(114) 간의 원치 않는 통전 현상이 나타날 수 있는데, 이는 특히 게이트라인(112) 또는 데이터라인(114)으로 구리(Cu) 성분이 함유될 경우 보다 빈번하게 나타난다. 그리고 이러한 통전현상은 해당 단계에서 게이트라인(112)으로 전달되는 박막트랜지스터(T)의 오프전압과 데이터라인(114)으로 전달되는 스트레스 전압의 혼입에 대한 원인으로 작용하여 화소(P) 내에 이상전하가 충전될 수 있고, 특히 박막트랜지스터(T)의 게이트 및 드레인전극 사이의 쇼트가 발생될 경우 이상전하의 충전 현상은 보다 심화되어 나타난다.
이에 후속된 디스차징단계(st3)를 통해 각 화소(P) 내에 충전된 이상전하를 방전시키게 되며, 이를 위해 G/E 패드와 G/O 패드로는 각각 박막트랜지스터의 온 전압, 일례로 10 내지 15V가 인가된다. 그리고 이와 동시에 D/E 패드와 D/O 패드는 각각 접지될 수 있고, 그 결과 박막트랜지스터(T)가 온 되어 각 화소(P) 내의 이상 충전 전하는 방전된다.
이어서 소정시간, 일례로 수초 동안의 드레인 단계(st4)가 진행된다.
그리고 뒤이어 실질적인 MPS 검사를 위한 검사신호 인가단계(st5)가 진행되며, G/E 패드와 D/E 패드에 각각 소정의 검사신호를 인가함으로써 홀수번째 게이트라인(112)과 홀수번째 데이터라인(114)에 의해 정의된 화소(P)의 쇼트여부에 대한 라인결함(line defect)과 점결함(dot defect)을 검사하고, 마찬가지로 G/O 패드와 D/O 패드에 각각 검사신호를 인가함으로써 짝수번째 게이트라인(112)과 짝수번째 데이터라인(114)에 의해 정의되는 화소(P)의 쇼트여부에 대한 라인결합 및 점결함을 검사한다.
이때 G/E 패드와 G/O 패드로 인가되는 전압은 실제 액정패널의 구동시에 게이트라인(112)으로 전달되는 주사신호와 실질적으로 동일한 크기인 박막트랜지스터(T)의 온 전압이 가능하고, D/E 패드와 D/O 패드에 인가되는 전압은 마찬가지로 실제 액정패널의 구동시에 데이터라인(114)으로 전달되는 화상신호와 실질적으로 동일한 크기, 일례로 음전압이 가능하다.
그리고 이와 같은 검사신호 인가단계(st5)가 완료되면 이와 동시에 전류측정단계(st5)단계가 진행되며, 이를 토대로 결함판정, 일례로 쇼트판정단계(st6)를 통해 MPS 검사방법의 모든 순서가 완료된다.
상기한 본 발명에 따른 어레이기판 검사방법은 스트레스 인가단계에서 가해 진 스트레스 전압을 완전히 방전시키는 것이 가능하여 어레이기판에 대한 검사신뢰성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
특히 게이트라인 및/또는 데이터라인으로 구리가 사용될 경우 이물에 의한 강한 접착력이 나타나 스트레스 인가단계에서 각 화소로 원치 않는 전하 충전현상이 나타날 수 있지만, 후속의 방전단계를 통해 각 화소내의 잔류전하를 완전히 방전시킴으로써 보다 정확한 어레이기판 검사를 가능케 하는 잇점이 있다.

Claims (8)

  1. 기판 및 이의 상면으로 교차 배열되어 화소를 정의하는 게이트라인 및 데이터라인과, 이들의 교차점에 구비되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터와 연결되고 상기 각 화소에 실장되는 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 검사방법으로서,
    a)상기 게이트라인에 상기 박막트랜지스터의 오프전압을 인가하고, 상기 데이터라인에 스트레스 전압을 인가하는 단계와;
    b)상기 게이트라인에 상기 박막트랜지스터의 온 전압을 인가하는 단계와;
    c)상기 게이트라인과 상기 데이터라인에 신호전압을 인가하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계는, 상기 온 전압의 인가와 동시에 상기 데이터라인을 접지하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 게이트라인과 상기 데이터라인 중 적어도 하나는 Cu를 포함하는 액정표 시장치용 어레이기판 검사방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 c)단계는,
    상기 게이트라인 중 짝수 번째 게이트라인으로 제 1 게이트 신호전압을 인가함과 동시에 상기 데이터라인 중 짝수번째 데이터라인으로 제 1 데이터 신호전압을 인가하는 단계와;
    상기 게이트라인 중 홀수 번째 게이트라인으로 제 2 게이트신호전압을 인가함과 동시에 상기 데이터라인 중 홀수 번째 데이터라인을 제 2 데이터신호전압을 인가하는 단계
    를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 게이트신호전압은 상기 박막트랜지스터의 온 전압인 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 c) 단계 이후, 상기 데이터라인의 전류를 측정하는 단계
    를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계 이후 상기 c)단계 이전, 상기 스트레스 전압의 방전을 위한 수 초의 휴지기를 부여하는 드레인 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 N 타입이고, 상기 박막트랜지스터의 오프전압은 -20 내지 30V 이며, 상기 스트레스전압은 20 내지 25V 이고, 상기 박막트랜지스터의 온 전압은 10 내지 15V 인 액정표시장치용 어레이기판 검사방법.
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