KR20050043046A - 능동소자기판 검사방법 및 그 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본발명은 액정(Liquid Crystal)변조기를 써서 능동소자기판의 불량여부를 검사하는 검사방법 및 그 장치에 관한 것이다. 대표적인 능동소자기판은 TFT LCD에 많이 쓰이는 TFT(Thin Film Transistor)기판이다. 액정변조기를 화소전극 위에 두고, 화소전극과 액정변조기의 전극 사이에 전압을 인가하고, 액정변조기의 화소전극에 대응되는 부분의 광특성을 재서, TFT 기판의 화소의 불량을 검사한다. 종래에는 액정변조기의 특성의 균일성, 액정변조기의 위치, 능동소자기판의 평탄도 등의 요소를 고려하지 않고, 액정 변조기의 광특성으로만 결정하였다. 본발명에서는 화소전극에 대응되는 액정변조의 광특성과, 그 화소전극이 위치하는 부분의 평균 광특성의 차이를 알아내어 능동소자기판의 화소의 불량을 결정하였다. 화소전극이 위치하는 부분의 평균광특성은 영상검출기를 하나 더 쓰거나 또는 각각의 화소전극에 대응되는 액정변조기의 광특성으로부터 간단히 계산할 수 있다. 이 방법은 검사의 정확도를 높이고, 액정 변조기의 위치정렬을 빨리 할 수 있어, 검사시간을 줄였다.

Description

능동소자기판 검사방법 및 그 검사장치 {Method For Testing An Active Matrix Substrate And Its Apparatus}
본발명은 액정(Liquid Crystal)변조기를 써서 능동소자기판의 불량여부를 검사하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 검사의 정확도를 높인 것이다.
대표적인 능동소자기판은 TFT(Thin Film Transistor) 기판이다. TFT 기판은 현재 LCD(Liquid Crystal Display)를 구동하는데 많이 활용되고 있다. 도1은 TFT기판의 등가회로도이다. TFT기판에는 게이트선(101), 신호선(102), TFT(104), 화소전극(104)이 만들어져 있다. TFT가 n채널인 경우에, 게이트선에 신호선보다 높은 전압을 걸어주면 TFT 채널의 저항이 작아져 신호선의 전압이 화소전극에 걸린다. TFT기판의 불량화소를 검사방법 가운데, 미국의 PDI(Photon Dynamic, Inc)회사의 전압영상법(Voltage Image Method)을 널리 쓰고 있다(참고문헌 SID DIGEST 1994, P755-758). 전압영상법은 TFT의 화소전극과 액정변조기의 전극 사이에 전압을 인가하고, 액정변조기의 광특성을 재서 화소의 불량을 판단한다. 액정변조기는 투과형과 반사형 모두 가능한데, 투과형으로 구성할 경우, 검사장치의 광원부를 액정변조기와 일체화가 어려워, 액정변조기가 능동소자기판 위를 이동하면서 측정하기가 어렵다. 따라서 액정변조기는 주로 반사형으로 만든다.
도2는 반사형 액정변조기(200)의 단면도이다. 액정변조기 기판(210)에 액정변조기 전극(211)을 투명하게 만들고, 액정층(212)을 피막한다. 액정층은 주로 PDLC(Polymer Dispersed LC)를 인쇄방식으로 만든다. 액정층에 빛을 반사하는 반사막(213)을 부착한다. 액정변조기 기판(210)의 성분은 주로 플라스틱이나 고분자 수지이고, 두께가 보통 1mm 이내이다. 액정 변조기 기판은 잘 휘기 때문에, 평탄하고 두께가 20mm 정도인 유리로된 고정대(230)에 접착제(220)로 붙여서 쓴다.
도3은 전압영상법의 능동소자기판의 종래 검사장치의 개략도이다. 능동소자기판(100) 위에 약 20㎛ 정도를 띄고 액정변조기(200)를 둔다. 능동소자기판의 화소전극과 액정변조기 전극 사이에 특정 전압을 걸어준다. 광원부(10)에서 나온 빛은 빔분할부(Beam Splitter)(20)에서 반사되어 액정변조기 들어간다. 액정변조기에 들어온 빛은 액정층을 지나면서 빛의 편광이나 밝기 등이 변조되고, 액정변조기의 반사막에서 반사되어 다시 빔분할부(20)를 지나 화소영상검출기(30)에 들어간다. 화소영상검출기는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라로 구성되는데, 능동소자기판의 각각의 화소전극에 대응되는 지점의 액정변조기의 반사 또는 투과되는 광특성을 잰다. 능동소자기판의 화소전극에 걸리는 전압이 달라지면, 액정변조기의 액정층에 걸리는 전압도 달라지므로 액정변조기의 광특성이 달라져, 이를 화소영상검출기로 알아내어 화소의 불량여부를 결정한다.
액정변조기의 반사막은 두께가 1∼2㎛로 액정층의 두께나 액정변조기가 능동소자기판과의 떨어진 거리에 비하여 상대적으로 작아서 무시하면, 화소전극과 액정변조기의 전극 사이의 등가회로는 도4와 같다. 화소전극과 액정변조기 전극 사이에는 공기층과 액정층이 직렬로 연결된 구조이므로, 등가회로는 두 층의 축적용량이 직렬로 연결된 구조이다. 액정층과 공기층의 축적용량은 각각 CL, CA로, 화소전극과 액정변조기의 전극 사이에 걸리는 전압을 V로 나타내면, 액정층에 걸리는 전압(VL)은 아래식과 같다.
액정변조기의 여러 광특성 가은데 문턱치전압(Vth)을 재서 화소의 불량을 알아낸다. 도5는 액정변조기의 액정층에 걸리는 전압에 따른 반사율곡선이다. 액정층은 문턱치(Vth)보다 큰 전압이 걸려야 광특성이 달라진다. 반사율이 달라지기 시작하는 전압이 문턱치전압(Vth)이다. 화소전극에 걸리는 전압이 달라지면 액정변조기의 문턱치전압이 달라지므로, 화소전극에 대응되는 지점의 액정변조기의 문턱치 전압을 재서, 화소의 불량여부를 알아낼 수 있다. 도6처럼 문턱치 전압의 상한치(V1)와 하한치(V2)를 정해놓고, 화소영상검출기(20)로 액정변조기의 문턱치전압을 재서, 상한치와 하한치 밖에 있는 불량화소의 위치를 결정한다.
그러나 종래에는 액정변조기의 특성의 균일성, 액정변조기의 위치, 능동소자기판의 평탄도 등의 요소를 고려하지 않고, 액정 변조기의 광특성으로만 결정하였다. 능동소자기판은 평탄도가 매우 균일한 정반에 두고 검사하는데, 도7은 정반(60)의 상황에 따라서 문턱치 전압이 달리 재지는 것을 설명하기 위한 개념도이다. 도7의 (가)는 능동소자가판이 정상적으로 놓인 위치이고, 도7의 (나)는 정반과 능동소자기판 사이에 먼지(70)가 놓인 위치이다. 정반에서 놓인 먼지 때문에, 먼지가 놓인 경우에 능동소자의 기판과 액정변조기 사이의 거리가 정상상태보다 가까워진다. 축적용량을 거리에 반비례하므로 (나)에서 먼지가 놓인 부분의 공기층의 축적용량이 (가)의 위치보다 크다. (가)와 (나)에 화소전극에 동일한 전압이 걸리더라도 식(1)에 따라서 액정층에 걸리는 전압이 달라지므로 문턱치 전압이 다르게 측정된다. 액정변조기의 액정층의 두께의 편차도 보통 PDLC의 경우 1∼3㎛, 액정변조기 기판의 두께 편차도 약 2∼3㎛, 접착제도 최소한 2∼3㎛ 정도의 편차를 갖으므로 이러한 요소들이 검사의 오차를 크게 한다.
종래에는 액정변조기의 특성의 균일성, 액정변조기의 위치, 능동소자기판의 평탄도 등의 요소를 고려하지 않고, 액정 변조기의 광특성으로만 능동소자기판의 화소의 불량여부를 결정하였다. 검사환경에 따라서 화소에 대응되는 지점의 액정변조기의 문턱치 전압이 다르게 측정되므로 정확도가 떨어졌다. 이 발명은 검사의 정확도를 높이고 또한 액정변조기의 위치 정밀도를 낮출 수 있어 위치정렬에 필요한 시간을 단축하여 검사시간을 줄였다.
이 발명에서는 화소전극에 대응되는 액정변조의 광특성과 그 화소전극이 위치하는 부분의 평균 광특성의 차이를 알아내어 능동소자기판의 화소의 불량을 결정하였다. 화소전극이 위치하는 부분의 평균 광특성은 영상검출기를 하나 더 쓰거나 또는 각각의 화소전극에 대응되는 액정변조기의 주변 셀의 광특성으로부터 계산할 수 있다.
도8은 이 발명의 전압영상법의 능동소자기판의 검사장치의 개략도이다. 능동소자기판(100) 위에 약 20㎛ 정도를 띄고 액정광변조기(200)를 둔다. 능동소자기판의 화소전극과 액정변조기 전극 사이에 특정 전압을 걸어준다. 광원부에서 나온 빛은 빔분할부(20)에서 반사되어 액정변조기 들어간다. 액정변조에 들어온 빛은 액정층을 지나면서 빛의 편광이나 밝기 등이 변조되어 액정변조기의 반사막에서 반사되어 빔분할부(20)를 지나, 영상 빔분할부(21)에서 두 개의 빔으로 나누어져 각각의 영상검출부에 들어간다. 화소 영상검출부에서는 능동소자기판의 각각의 화소전극에 대응되는 지점의 액정변조기의 반사 광량을 재고, 화소전극이 놓인 부분의 평균 광특성은 평균 영상검출부에서 잰다. 평균 영상검출부는 화소 영상검축기보다 해상도가 낮은 것을 사용한다. 화소 영상검축기가 16M(16,000,000)의 셀로 구성되었고, 평균 영상검축기가 160K(160,000)의 셀로 구성되어 있다면, 화소 영상검축기의 셀 100(16M/16K)개의 평균 값이 평균 영상검출부에 한 셀로 검출된다. 능동화소기판의 화소에 대응되는 화소 영상검출기와 평균영상 검출기의 셀이 일치하도록 광학계를 정렬해야한다. 도9는 도8과 같이 영상검출부를 2개 썼을 때의 순서도이다. 차례대로 설명하면 다음과 같다.
① 화소영상검출부와 평균영상검출부의 각각에서 측정을 한다.
② 평균영상검출부는 측정값을 평탄화(Smoothing)한다. 특정 영역에서 측정값이 오차를 크게 띌 수 있으므로 이를 인접 셀들의 측정값과 연관하여, 셀 전체 측정값이 연속성이 잘 나타나게 한다. 아래 식은 평탄화의 한 예로, 셀(i,j)에서의 광특성 값이 I(i,j)라면 평탄화를 한 번 했을 때의 광특성 값은 Ⅱ(i,j)을 나타낸다. 경우에 따라서 여러 번 평탄화를 한다.
③ 화소영상검출부와 평균영상검출부는 계(system)가 다르므로 평균영상검출부의 값이 일정값을 곱하여 규격화한다. 즉 능동소자기판과 액정변조기 그리고 각각의 정렬이 완벽하다고 가정했을 때의 두 검출부의 측정값은 같아야 한다. 측정값이 같을려면 평균영상검출부의 측정값이 일정한 값을 곱해야 하는데 이를 규격화라고 한다.
④ 각각의 능동소자기판의 화소에 대응되는 화소영상검출기의 광특성값과 평균 영상검출기의 광특성값의 차이를 구한다.
⑤ 기준값과 비교하여 이상이 있는 셀을 결정한다.
⑥ 이상이 있는 셀의 영상검출기의 정보와 액정변조기의 위치정보로부터 능동 소자기판의 불량 화소의 위치를 결정한다.
도3과 같이 화소영상검출부만 있는 경우에도, 화소영상검출부의 셀의 광특성으로부터 부분 평균광특성을 계산할 수 있다. 도10은 이 경우의 순서도를 나타낸다. 차례대로 설명하면 다음과 같다.
① 화소영상검출부에서 측정한다.
② 부분평균 광특성을 산출한다. 한 예로, 셀(i,j)에서의 광특성 값이 Ⅰ(i,j)라면 (i,j) 셀을 중심으로 인접 셀 100개 셀의 광특성을 평균하여 부분 평균 광특성을 구한다.
③ 각각의 능동소자기판의 화소에 대응되는 화소영상검출기의 광특성값과 평균 영상검출기의 광특성값의 차이를 구한다.
④ 기준값과 비교하여 이상이 있는 셀을 결정한다.
⑤ 이상이 있는 셀의 위치 정보로부터 능동소자기판의 화소의 위치를 결정한다.
이 검사방법은 검사의 정확도를 높이고, 액정변조기의 위치 정밀도를 낮출 수 있어 위치정렬에 필요한 시간을 단축하여 검사시간을 줄였다.
도1은 TFT기판의 등가회로도이다.
도2는 반사형 액정변조기의 단면도이다.
도3은 전압영상법의 능동소자기판의 종래 검사장치의 개략도이다.
도4은 액정층에 걸리는 전압을 구하는 등가회로도이다.
도5는 액정변조기의 액정의 광특성이다.
도6은 화소의 불량을 나타내는 문턱치전압의 판별도이다.
도7은 정반에 먼지가 놓여질 때의 검사 오차를 설명하는 개념도이다.
도8은 본발명의 전압영상법의 능동소자기판의 검사장치의 개략도이다.
도9는 본발명의 능동소자기판의 검사장치의 순서도의 한 예다.
도10은 본발명의 능동소자기판의 검사장치의 순서도의 한 예다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 광원부 20 : 빔분할부 21 : 영상 빔분할부 30 : 화소영상검출기
31:평균영상검출기 40 : 컴퓨터 60 : 정반 100 : 능동소자기판
101 : 게이트선 102 : 신호선 103 : TFT 104 : 화소전극
200 : 액정변조기 210 : 액정변조기 기판 211 : 액정변조기 전극
212 : 액정층 213 : 반사막 220 : 접착제 230 : 고정대

Claims (5)

  1. 능동소자기판의 화소전극과 액정변조기 전극 사이에 전압을 인가하고 액정변조기(200)의 광특성을 재서 능동소자기판의 화소의 불량여부를 판별하는 방법에 있어서, 화소전극(i,j)에 대응되는 지점의 액정변조기 광특성(Ⅰ(i,j))과 화소전극에 대응되는 액정변조기 부분의 평균 광특성(Ⅱ(1,j))의 차이를 알아내어 능동소자기판의 화소의 불량을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 화소전극에 대응되는 지점의 액정변조기의 광특성(Ⅰ(i,j))과 화소전극에 대응되는 액정변조기의 부분의 평균 광특성(Ⅱ(Ⅰ,j))을 측정하는 영상검출기가 독립적인 것을 특징으로하는 화소의 불량을 결정하는 방법.
  3. 능동소자기판의 화소전극과 액정변조기 전극 사이에 전압을 인가하고 액정변조기(200)의 광특성을 재서 능동소자기판의 화소의 불량여부를 판별하는 장치에 있어서, 화소전극에 대응되는 지점의 액정변조기 광특성(Ⅰ(i,j))과 화소전극에 대응되는 액정변조기 부분의 평균 광특성(Ⅱ(Ⅰ,j))의 차이를 알아내어 능동소자기판의 화소의 불량을 결정하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 화소전극에 대응되는 지점의 액정변조기의 광특성(Ⅰ(i,j))과 화소전극에 대응되는 액정변조기의 부분의 평균 광특성(Ⅱ(Ⅰ,j))을 측정하는 영상검출기가 독립적인 것을 특징으로하는 화소의 불량을 결정하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 화소전극의 광특성을 재는 화소영상검출기(30)의 해상도가 평균영상검출기(31)의 해상도보다 높은 것을 특징으로하는 능동소자자기판의 화소의 불량을 결정하는 장치.
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KR100958498B1 (ko) * 2008-01-28 2010-05-17 주식회사 오킨스전자 결함 검사 장치

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