JP2613980B2 - アクティブマトリクス基板検査装置及びアクティブマトリクス基板の検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置を構成す
るアクティブマトリクス基板上に生じる欠陥を検出する
ための、アクティブマトリクス基板検査装置及びそれを
用いたアクティブマトリクス基板の検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリクス方式の液晶表示装
置は、アクティブマトリクス基板を有している。アクテ
ィブマトリクス基板は、絶縁性基板上にマトリクス状に
配列した絵素電極と、各絵素電極に接続された薄膜トラ
ンジスタ（以下では「ＴＦＴ」と称する）等の能動素子
とを有する。能動素子としては、２端子素子、３端子素
子等が用いられる。２端子素子の例としては、ダイオー
ドリング、バックトゥバックダイオード、金属−絶縁層
−金属（ＭＩＭ）等が挙げられる。３端子素子として
は、前述のＴＦＴが挙げられる。

【０００３】２端子素子を用いたアクティブマトリクス
表示装置の等価回路図を図４に示す。このアクティブマ
トリクス表示装置は、複数の信号線３１と、この信号線
３１と交差する複数の走査線３５とを有している。走査
線３５と信号線３１とによって囲まれる各領域には、２
端子素子３２と絵素容量３７が配されている。このアク
ティブマトリクス表示装置は、図５（ａ）に示すアクテ
ィブマトリクス基板と、図５（ｂ）に示す対向基板との
間に、液晶層３４（図４）を挟むことにより構成されて
いる。図５（ａ）に示すアクティブマトリクス基板に
は、信号線３１と２端子素子３２が設けられ、２端子素
子３２の一方の端子は信号線３１に接続され、他方の端
子は絵素電極３３に接続されている。絵素容量３７はア
クティブマトリクス基板（図５（ａ））上の絵素電極３
３と、対向基板（図５（ｂ））上の対向電極３６と、こ
れらの基板間に挟まれている液晶層３４とによって構成
されている。この表示装置では、走査線３５と信号線３
１とによって選択された絵素容量３７に電荷が蓄積さ
れ、液晶層３４の光学的特性が変調される。

【０００４】３端子素子として、ＴＦＴを用いたアクテ
ィブマトリクス表示装置の等価回路図を図６に示す。図
６の表示装置は、前述の図４の表示装置に於ける２端子
素子に代えて、ＴＦＴ４０が配された構成を有してい
る。この表示装置は、第７図に示すアクティブマトリク
ス基板４２と、絶縁性基板上の全面に透明導電層によっ
て形成された対向電極を有する対向基板（図示せず）
と、アクティブマトリクス基板４２と対向基板との間に
挟まれた液晶層３４とによって構成されている。アクテ
ィブマトリクス基板４２上には、複数の走査線３５と、
該走査線３５に交差する複数の信号線３１とが絶縁状態
で交差している。走査線３５にはＴＦＴ４０のゲート電
極４１が接続され、信号線３１にはＴＦＴ４０のソース
電極４２が接続されている。ＴＦＴ４０のドレイン電極
４３には絵素電極３３が接続されている。

【０００５】この表示装置は、以下のように動作する。
まず、１本の走査線３５が選択され、これに接続された
ＴＦＴ４０のゲート電極４１にオン電圧が印加される。
このとき、複数の信号線３１に同時に或いは順に映像信
号が出力される。出力された映像信号は、ＴＦＴ４０の
ソース電極４２及びドレイン電極４３を介して絵素容量
３７に蓄積される。絵素容量３７に蓄積された映像信号
は、走査線３５の電圧がオフとなった後、次にオン電圧
が印加されるまでの１フレームの間保持される。この映
像信号の電圧により、絵素容量３７の液晶層３４の液晶
分子の配向変換が行われ、表示が行われる。この映像信
号の保持特性を向上させるため、絵素容量３７と並列に
付加容量が設けられることもある。また、カラー表示を
行う場合には、各絵素に対応してカラーフィルタが設け
られる。

【０００６】このようなアクティブマトリクス表示装置
に於いては、アクティブマトリクス基板上に少なくとも
数万個の能動素子及び絵素電極が形成されるため、製造
工程で欠陥が発生することがある。アクティブマトリク
ス基板上に発生する欠陥は、ライン欠陥と点欠陥とに分
けられる。ライン欠陥には、走査線３５又は信号線３１
の断線、走査線３５間のリーク、信号線３１間のリー
ク、及び走査線３５と信号線３１との間のリークによる
ものがある。点欠陥には、能動素子のオン特性不良及び
オフ特性不良、並びに絵素電極３３と走査線３５及び信
号線３１との間のリークに起因するものがある。

【０００７】このような欠陥は、製造工程での検査によ
って検出されなければならない。ライン欠陥の場合に
は、アクティブマトリクス基板を作成した段階で検出す
ることができる。即ち、各走査線３５及び各信号線３１
のオープンチェック、並びに走査線３５間、信号線３１
間、及び走査線３５と信号線３１と間のショートチェッ
クを行うことにより、ライン欠陥は検出される。一方、
アクティブマトリクス基板上のＴＦＴ等の素子の特性
は、絵素電極３３にプローブ用の針を接触させておき、
走査線３５及び信号線３１に適当な電圧を印加する方法
が用いられている。この方法は、処理速度が遅いため実
用的ではなく、また、アクティブマトリクス基板に損傷
を与える可能性もあるため、全ての絵素について検査を
行うには不向きである。

【０００８】しかし実際には、欠陥の検出は、表示装置
として組み立てた状態で実際に模擬駆動信号を入力する
ことにより行われる。これは、表示装置として組み立て
た状態で行う方が、アクティブマトリクス基板の状態で
行うより簡単で正確だからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】実際のアクティブマト
リクス基板上の欠陥の検出は、上述のように表示装置を
組み立てた状態で行われるが、アクティブマトリクス基
板の状態で欠陥を簡便に検査できれば、それ以降の、例
えば配向膜、液晶、対向基板、対向基板上のカラーフィ
ルタ等の材料の無駄をなくし、製造コストを低減するこ
とができるという利点がある。しかし、上述のように、
アクティブマトリクス基板の状態では実用的な欠陥の検
出を行うことができない。

【００１０】このような問題点を解決したアクティブマ
トリクス基板検査装置が開発され、特願平２−４０５２
３７号に開示されている。このアクティブマトリクス基
板検査装置は、透明絶縁性基板上に形成された透明導電
膜と、該透明導電膜上に形成された配向膜と、該配向膜
に液晶層を挟んで対向する、ポリカーボネート、ポリエ
ステル、アクリル等のポリマーシートと、液晶層の層厚
を一定にするスペーサとを備えている。この検査装置を
用いた絵素の欠陥の検出は、アクティブマトリクス基板
検査装置のポリマーシート側に、検査すべきアクティブ
マトリクス基板を所定の距離を隔てて対置させて行われ
る。この状態で、検査装置の基板上の透明導電膜と、ア
クティブマトリクス基板上の絵素電極との間に電圧が印
加されると、正常に機能している絵素電極上では液晶層
の光学的変調が正常に行われる。しかし、何らかの欠陥
により正常に機能していない絵素電極上では、液晶層の
光学的変調が行われないので、視覚によって絵素の欠陥
が確認できる。

【００１１】しかし、このようにして欠陥の検出を行う
と、検査すべきアクティブマトリクス基板上の絵素電極
と、検査装置の透明絶縁性基板上の透明導電膜との間に
は、空気層、ポリマーシート、液晶層、及び配向膜が存
在するので、絵素電極と透明電極とに印加される電圧
は、これらの層に分割される。従って、実際に液晶層に
印加される電圧の変化は、絵素電極と透明電極とに印加
される電圧の変化よりかなり小さくなってしまい、上記
の欠陥の検出が困難となってしまう。

【００１２】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、本発明の目的は、アクティブマトリクス基板上
の全ての絵素の欠陥を、表示装置として組み立てた状態
ではなく基板の状態で、簡便にしかも確実に検査するこ
とができるアクティブマトリクス基板検査装置を提供す
ることである。本発明の他の目的は、その検査装置を用
いたアクティブマトリクス基板の検査方法を提供するこ
とである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のアクティブマト
リクス基板検査装置は、透明絶縁性基板と、該基板上に
形成された透明導電膜と、該透明導電膜上に形成された
配向膜と、該配向膜に液晶層を挟んで対向する光導電性
ポリマーシートと、該配向膜と該光導電性ポリマーシー
トとの間の液晶層の層厚を一定にするスペーサと、を備
えており、そのことによって上記目的が達成される。

【００１４】本発明のアクティブマトリクス基板の検査
方法は、上記のアクティブマトリクス基板検査装置を用
いたアクティブマトリクス基板の検査方法であって、該
検査装置の前記光導電性ポリマーシート側に、検査すべ
きアクティブマトリクス基板を対置させ、該アクティブ
マトリクス基板上の絵素電極と、該検査装置の前記透明
導電膜との間に電圧を印加し、該液晶層の光学的変調を
検出しており、そのことによって上記目的が達成され
る。

【００１５】

【作用】欠陥の検出は、アクティブマトリクス基板検査
装置の光導電性ポリマーシート側に、検査すべきアクテ
ィブマトリクス基板を所定の距離を隔てて対置させて行
われる。この状態で、検査されるアクティブマトリクス
基板側から光を照射すると、この基板上の走査線及び信
号線は、通常、金属等の光を透過させない材料からなる
ので、走査線及び信号線に照射された光は光導電性ポリ
マーシートには達せず、走査線及び信号線によって形成
される概略矩形の領域に照射された光のみが光導電性ポ
リマーシートに達する。従って、これらの概略矩形の領
域に対応する光導電性ポリマーシートの部分のみが導電
性となる。この状態では、検査装置の基板上の透明導電
膜とアクティブマトリクス基板上の絵素電極との間に印
加された電圧は、光導電性ポリマーシートによって分割
されないので、液晶層に実際に印加される電圧を高める
ことができる。このような状態では、正常に機能してい
る絵素電極上での液晶層の光学的変調と、何らかの欠陥
により正常に機能していない絵素電極上での液晶層の光
学的変調との差が大きいので、視覚等によって絵素の欠
陥を確実に検出できる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。図
２（ｃ）に本発明のアクティブマトリクス基板検査装置
の一実施例の断面図を示す。図２（ａ）及び（ｂ）はそ
の製造工程を示す図である。本実施例のアクティブマト
リクス基板検査装置２０は、透明絶縁性基板１と、該基
板１上に形成された透明導電膜２と、該透明導電膜２上
に形成された配向膜３と、該配向膜３に液晶層４を挟ん
で対向する光導電性ポリマーシート５と、該配向膜３と
該光導電性ポリマーシート５との間の液晶層４の層厚を
一定にするスペーサ６とを備えている。

【００１７】本実施例のアクティブマトリクス基板検査
装置を製造工程に従って説明する。まず、ガラス等の透
明絶縁性基板１上に透明導電膜２を形成する。透明導電
膜２は、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウム・
スズ等からなる。２端子素子を有するアクティブマトリ
クス基板用の検査装置を作成する場合には、透明導電膜
２は、検査すべきアクティブマトリクス基板上の絵素電
極と同じ幅で、走査線と同じ方向にパターン形成され
る。３端子素子を有するアクティブマトリクス基板用の
検査装置を形成する場合には、透明導電膜２は基板１上
の全面に形成される。

【００１８】透明導電膜２上には液晶分子を配向させる
ための配向膜３が形成される。配向膜３は、ポリイミド
系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ＳｉＯ₂等から
なる膜をラビング処理することにより、又はＳｉＯ等の
酸化物、フッ化物、Ａｕ、Ａｌ等の金属及びその酸化物
を斜方蒸着することにより、形成される。配向膜３上に
は、液晶層４の層厚を一定にするためのスペーサ６が散
布される。次に、液晶が封入される部分の周囲にシール
材７が形成される。

【００１９】次に、シール材７が形成された基板上に、
光導電性ポリマーシート５が貼付される。光導電性ポリ
マーシート５は、ポリビニルカルバゾール等の高分子の
側鎖又は主鎖に、カルバゾール等の複素芳香環、アント
ラセン等の縮合多環芳香族炭化水素、若しくはアリール
アミン等の光導電性基を有する光導電性高分子膜を延伸
することにより得られる。また、光導電性ポリマーシー
ト５の厚さは１μｍから１００μｍの範囲内であること
が好ましい。光導電性ポリマーシート５の厚さが１μｍ
より薄いと該シート５の強度が劣り、１００μｍより厚
いと、検査に用いる光の透過量が減少するので好ましく
ない。配向膜３と光導電性ポリマーシート５との間に
は、液晶層４が封入される。液晶層４は、十分に液晶に
浸しておいた光導電性ポリマーシート５をスペーサ６上
に貼付するか、又はシール材７の一部に液晶の注入口を
設けておき、光導電性ポリマーシート５を貼付した後
に、真空にして注入口を閉じることにより封入される。
以上により本実施例のアクティブマトリクス基板検査装
置２０が得られる。

【００２０】本実施例では、一般的な液晶表示装置に用
いられるネマティック液晶を用い、配向膜３のラビング
処理方向と光導電性ポリマーシート５の延伸方向との捻
れ角が９０°のツイステッドネマティック（ＴＮ）モー
ドを用いた。本実施例では、検査すべきアクティブマト
リクス基板が用いられる液晶表示装置の表示モードはＴ
Ｎモードなので、検査装置２０もＴＮモードとした。し
かし、コントラストを大きくして検査を容易にするため
に、捩れ角が更に大きいスーパーツイステッドネマティ
ック（ＳＴＮ）モードを用いてもよい。また、アクティ
ブマトリクス基板検査装置に用いるモードは、検査しよ
うとする表示装置に用いられる表示モードと同じとする
ことが好ましい。

【００２１】本実施例のアクティブマトリクス基板検査
装置２０を用いたアクティブマトリクス基板の検査方法
を図１を用いて説明する。まず、図１に示すように、ア
クティブマトリクス基板検査装置２０の光導電性ポリマ
ーシート５側に、検査すべきアクティブマトリクス基板
４２を対置させる。アクティブマトリクス基板４２は、
前述の第７図に示すものを用いた。検査装置２０の光導
電性ポリマーシート５とアクティブマトリクス基板４２
とは接していてもよく、また、所定の距離を置いてもよ
い。この距離は１００μｍ以下である。この距離が１０
０μｍより大きくなると、液晶層４に十分な電界を印加
することができなくなるので好ましくない。検査装置２
０及びアクティブマトリクス基板４２の外側には、偏光
素子２１及び２２をそれぞれ設ける。偏光素子２１及び
２２に代えて、偏光板を用いてもよい。偏光素子２１及
び２２は、その偏光軸が互いに９０°の角度を成すよう
に配される。アクティブマトリクス基板４２側の偏光素
子２２の更に外側には、光源２３を配する。

【００２２】このような検査装置２０、アクティブマト
リクス基板４２、並びに偏光素子２１及び２２、並びに
光源２３の配置は、実際の液晶表示装置の配置と類似し
ている。即ち、検査装置２０の絶縁性基板１、透明導電
膜２、及び配向膜３は、それぞれ対向基板上の絶縁性基
板、対向電極、及び配向膜に相当している。また、液晶
層４は液晶表示装置の液晶層として機能し得る。

【００２３】このような配置に於いて、光源２３から偏
光素子２２を介してアクティブマトリクス基板４２に光
を照射すると、この基板４２上の走査線３５及び信号線
３１は、通常、金属等の光を透過させない材料からなる
ので、走査線３５及び信号線３１に照射された光は光導
電性ポリマーシートには達せず、走査線３５及び信号線
３１によって形成される概略矩形の領域に照射された光
のみが光導電性ポリマーシート５に達する。従って、こ
れらの概略矩形の領域に対応する光導電性ポリマーシー
ト５の部分のみが導電性となる。

【００２４】この状態で、走査線３５及び信号線３１
と、検査装置２０の透明導電膜２とに、実際の駆動信号
を模した信号電圧を印加すれば、実際の表示状態と同じ
ようにしてアクティブマトリクス基板４２の検査を行う
ことができる。検査に用いる模擬信号の一例を図３に示
す。図３（ａ）は基板４２の走査線３５に印加される走
査電圧、図３（ｂ）は信号線３１に印加される信号電
圧、図３（ｃ）は検査装置２０の透明導電膜２に印加さ
れる電圧をそれぞれ示している。

【００２５】図３に示す模擬信号を走査線３５、信号線
３１及び透明導電膜２に入力すると、正常に機能する絵
素電極３３には、オン状態となったＴＦＴ４０を介して
絵素電極３３に電荷が充電され、ＴＦＴ４０がオフ状態
となっている間も充電された電荷が保持される。液晶層
４の配向膜３側の面に於ける電位と光導電性ポリマーシ
ート５側の面に於ける電位との差Ｖ_LCは、絵素電極３３
と透明導電膜２との間の電位差をＶとし、配向膜３、液
晶層４、及びポリマーシートとアクティブマトリクス基
板４２との間の空気層の容量値を、それぞれＣ_MA、
Ｃ_LC、及びＣ_AIRとすれば、次の数１で表される。

【００２６】

【数１】

【００２７】この電位差Ｖ_LCに応じて液晶分子の配向が
変化する。正常に機能している絵素電極３３上では液晶
層４の液晶分子の配向状態が変化し、表示が正常に行わ
れる。しかし、走査線３５又は信号線３１の断線、走査
線３５や信号線３１のリーク、ＴＦＴ４０の特性不良、
絵素電極３３のリーク等の欠陥により、絵素電極３３が
正常な電位となっていない場合には、液晶層４の液晶分
子の配向状態の変化が正常部と異なる。このような欠陥
は、目視又はＣＣＤカメラ等を用いて容易に検出するこ
とができる。

【００２８】比較のために、非導電性のポリマーシート
を用いた場合の電位差Ｖ_LCを数２に示す。ここで、非導
電性ポリマーシートの容量値をＣ_PSとする。

【００２９】

【数２】

【００３０】このように、非導電性のポリマーシートを
用いた場合には、ポリマーシートの容量による電圧降下
の影響によってＶ_LCが小さくなる。これに対し、本実施
例では光導電性ポリマーシート５は光源２３からの光照
射によって導電性となるので、光導電性ポリマーシート
５による電圧降下は生じない。従って、液晶層４に印加
される電圧Ｖ_LCを大きくすることができ、正常に機能し
ている絵素電極上での液晶層の光学的変調と、何らかの
欠陥により正常に機能していない絵素電極上での液晶層
の光学的変調との差を大きくすることができる。

【００３１】尚、検査すべきアクティブマトリクス基板
の表示部分の面積が、アクティブマトリクス基板検査装
置２０によって検査できる面積より大きい場合には、検
査装置２０を移動させて、上述の検査を数回行うことに
より、全表示部分を検査することができる。

【００３２】また、能動素子として２端子素子を用いた
アクティブマトリクス基板を検査する場合には、透明導
電膜２が検査すべきアクティブマトリクス基板上の絵素
電極と同じ幅を有し、走査線と同じ方向にパターン形成
された検査装置を用いればよい。この場合にも、実際の
表示を行う駆動信号を模した信号を用いて、アクティブ
マトリクス基板の検査を行うことができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のアクティブマトリクス基板検査
装置を用い、本発明のアクティブマトリクス基板の検査
方法によって検査を行えば、アクティブマトリクス基板
上の欠陥を、表示装置として組み立てた状態ではなく基
板の状態で、簡便に検出することができる。しかも光導
電性ポリマーシートを用いているので、欠陥を生じてい
る絵素と正常な絵素とを容易に識別することができる。
アクティブマトリクス基板上の欠陥が検出されれば、そ
れ以降の工程を中止することにより、材料の無駄をなく
し、製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクティブマトリクス基板検査装置を
用いた、アクティブマトリクス基板の検査方法を示す図
である。

【図２】本発明のアクティブマトリクス基板検査装置の
製造工程を示す図である。

【図３】図１のアクティブマトリクス基板の検査方法に
用いられる、模擬信号を示す図である。

【図４】２端子素子を用いたアクティブマトリクス表示
装置の等価回路図である。

【図５】（ａ）は図５の表示装置を構成するアクティブ
マトリクス基板の等価回路図、（ｂ）は図５の表示装置
を構成する対向基板の等価回路図である。

【図６】３端子素子を用いたアクティブマトリクス表示
装置の等価回路図である。

【図７】図６の表示装置を構成するアクティブマトリク
ス基板の等価回路図である。

【符号の説明】

１ 透明絶縁性基板 ２ 透明導電膜 ３ 配向膜 ４ 液晶層 ５ 光導電性ポリマーシート ６ スペーサ ７ シール材 ２０ アクティブマトリクス基板検査装置 ２１，２２ 偏光素子 ２３ 光源 ３３ 薄膜トランジスタ ４０ ＴＦＴ ４２ アクティブマトリクス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−36545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−36544（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221778（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明絶縁性基板と、該基板上に形成された
   透明導電膜と、該透明導電膜上に形成された配向膜と、
   該配向膜に液晶層を挟んで対向する光導電性ポリマーシ
   ートと、該配向膜と該光導電性ポリマーシートとの間の
   液晶層の層厚を一定にするスペーサと、を備えたアクテ
   ィブマトリクス基板検査装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のアクティブマトリクス基
   板検査装置を用いたアクティブマトリクス基板の検査方
   法であって、該検査装置の前記光導電性ポリマーシート
   側に、検査すべきアクティブマトリクス基板を対置さ
   せ、該アクティブマトリクス基板上の絵素電極と、該検
   査装置の前記透明導電膜との間に電圧を印加し、該液晶
   層の光学的変調を検出し、該アクティブマトリクス基板
   上の欠陥を検出するアクティブマトリクス基板の検査方
   法。