JP2008241254A - 点灯検査方法及び平面表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像素子の不具合やバラツキ、または照明条件のズレやバラツキを容易に検出し評価できる点灯検査方法、及びこれを用いた液晶表示装置その他の平面表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＣＣＤカメラ２及び画像処理機構３を備えた点灯検査装置１０に、解像度チャート・シート１Ａその他のチャートシート１を、液晶表示パネルに代えてセットし、読み取りを行う。初期に得られた「基準データ」における各ＣＣＤ画素の輝度値を保存しておく。そして、定期的に同一のチャートシート１を用いて読み取りを行うことで「再読み取りデータ」を取得し、各ＣＣＤ画素の輝度値が、「基準データ」における対応する値を基準として１０％以内の増減である場合には、該ＣＣＤ画素が正常であると判定する。また、ほぼ同様にして、照明条件が均一であるかどうかの判定を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置その他の平面表示装置の製造の最終または中間の段階において、表示欠陥や表示ムラを、撮像素子及び画像処理機構を用いて検出するための点灯検査の方法、及び点灯検査工程を含む平面表示装置の製造方法に関する。

近年、液晶表示装置等の平面表示装置は、薄型、軽量、低消費電力の特徴を生かして、パーソナル・コンピュータ、ワードプロセッサあるいはＴＶ等の表示装置として、更に投射型の表示装置として各種分野で利用されている。

中でも、各画素電極にスイッチ素子が電気的に接続されて成るアクティブマトリクス型表示装置は、隣接画素間でクロストークのない良好な表示画像を実現できることから、盛んに研究・開発が行われている。

平面表示装置の製造にあたり、表示パネル本体の完成時または平面表示装置モジュールの完成時に、配線や導電パターンについての断線や短絡、並びに、ゴミや部分的な欠陥による輝度や色度のムラ等の表示欠陥を検出するための検査が行われる。一般には、上記信号線パッドおよび走査線パッドから所定の検査用信号を入力して画素の表示状態を観察することにより、断線や輝度ムラ等の欠陥を検出する検査が行われる。これのような検査は、光源装置を点灯させるというところから「点灯検査」と呼ばれている。

表示パネルの点灯検査の際に、ＣＣＤカメラ及び画像処理機構を備えた自動装置を用いることが種々提案されている（例えば特開平８−１４５８４８，特開平１１−１０１７１２）。

この点灯検査を行うにあたり、例えば光透過性の液晶表示装置であると、裏側に配した面光源装置（バックライト）によって照明を行いつつ、点灯検査を行う。ところがこの面光源装置の照度が、面内でばらついたり、経時的に変化すると、点灯検査の精度を低下させてしまう。

点灯検査に用いる面光源装置の照度のばらつきを防止すべく、各測定点での照度を測定しこのデータを調光回路にフィードバックして照度を調整することが提案されている（特開平０８−１０６０７６）。
特開平０８−１０６０７６号公報 特開平０８−１４５８４８号公報（特許３１６０７４３）

しかし、面光源装置の各位置での照度を直接測定する場合には、多少の測定条件のばらつきにより測定データが比較的大きく変化し、測定を行うオペレーターごとに測定値が異なってしまうということが生じていた。そのため、面光源装置の発光面内における輝度のバラツキを所定範囲内とし、照明条件を一定にするのが難しかった。今日まで、点灯検査のための照明環境を所定の条件に正確に設定する効率的な方法が確立されていない。

一方、ＣＣＤカメラは、通常、レンズと、マトリクス状に配列されたＣＣＤ素子とからなるが、個々のＣＣＤ素子における光電変換特性が所定の規格値範囲から経時的にずれてしまう場合がある。このような場合も点灯検査の精度を低下させ、本来表示欠陥として検出されるべきものがされなかったり、許容範囲内の表示ムラが表示欠陥としてカウントされるということが生じうる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、液晶表示装置その他の平面表示装置の点灯検査の際に、撮像素子の不具合やバラツキ、または照明条件のズレやバラツキを容易に検出し評価することのできる方法を提供するものである。

本発明の点灯検査方法及び平面表示装置の製造方法は、撮像素子が配列されてなる撮像装置、画像処理機構及び照明装置を備えた点灯検査装置を用い、表示パネルに代えてチャート・シートを該点灯検査装置にセットして読み取りを行い、撮像素子ごとの輝度値からなるデータ、またはチャート・シートの各領域における各色成分ごとの平均輝度値を測定する工程と、一の前記データを基準データとして保存する工程と、同一のチャート・シートを該点灯検査装置にセットして再度の読み取りを行い再読み取りデータを取得する工程と、再読み取りデータの各測定値を基準データにおける対応する測定値と比較し、増減が許容基準値以内であるかどうかで、対応する撮像素子の良否、または照明環境の良否を判定する工程と、この判定に基づき、画像処理機構によるデータ処理条件の調整や設定、撮像素子の調整、修理または交換、または、照明環境の調整、照明装置の修理もしくは交換を行う工程とを含むことを特徴とする。

点灯検査の際に、撮像素子の不具合やバラツキ、または照明条件のズレやバラツキを容易に検出し評価することができ、これに基づき、所定の環境・条件に設定するための調整を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態になる撮像条件均一化方法について図１〜５を用いて説明する。

まず、撮像素子（ＣＣＤ画素）の不具合を検出し評価する方法について、図１〜３を用いて説明する。

図１に示すように、点灯検査装置１０に、光透過型の液晶表示パネルに代えて、テストチャート・シート（スクリーンゲージ）１をセットする。点灯検査装置１０は、ＣＣＤカメラ２及び画像処理機構３を備える。また、図示の例で、下方に配置されて裏面側からの透過用照明光を供給するバックライトユニット４と、左右前後の斜め上方に配置されて前面側からの補助的な照明光５Ａを供給する複数の照明ランプ５とを備える。

図１の右半部には、撮像素子の不具合を検出し評価するのに用いるテストチャート・シート１の具体例として、解像度チャート・シート１Ａ、及び、１色のベタパターンからなるカラーチャート・シート１Ｂを示す。

図２には、解像度チャート・シート１Ａを点灯検査装置１０にセットし、解像度指示用のパターン１１をＣＣＤカメラ２及び画像処理機構３により、２５６階調に読み込んで得られたデータを示す。図２の左半部には、輝度分布データの３次元グラフ１２を示し、図２の右半部には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各原色ごとに輝度分布データの数値をまとめた表組み１３を示す。この表組み１３の個々の数値は、それぞれ対応するＣＣＤ画素（最小単位の撮像素子）により得られた輝度値である。なお、各ＣＣＤ画素は、それぞれ色フィルターを備え、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の各色成分を検出する。

このような方法で最初に得られたデータを初期の「基準データ」（イニシャル・データ）として、パソコン等からなる画像処理機構３の記憶装置、例えばハードディスクまたはＤＶＤに保存しておく。そして、定期的に、同一の解像度チャート・シート１Ａを点灯検査装置１にセットして、同様に各パターン１１を再度読み込むことで、「再取り込みデータ」１３Ｂを取得する。例えば２週間ごと、または１週間ごとに、「再取り込みデータ」１３Ｂを取得する。または、解像度チャート・シート１Ａを読み込むプロセスを、点灯検査の画像処理のソフトウェアに組み込んでおき、画像処理のソフトウェアを立ち上げるごとに、最初のステップで、解像度チャート・シート１Ａを用いた一種のキャリブレーションを行うようにすることもできる。

図３に示すように、「基準データ」１３Ａ（図３の左半部）と「再取り込みデータ」１３Ｂ（右半部）とをＣＣＤ画素ごとに比較する。そして、「再取り込みデータ」の輝度値が、「基準データ」に比べて、例えば１０％以上増加または減少している場合に、対応するＣＣＤ画素（撮像素子）に異常が発生したと判定する。ここで１０％未満の増減を許容変動範囲としたのは、１０％未満の増減（±１０％未満）であれば、通常、表示欠陥の検出に大きな影響を与えないことが知られたためである。しかし、表示ムラの検出についての要求精度が向上するならば、この許容変動範囲も、より小さい値となる。一方、照明環境の変動その他の別の要因による変動が大きい場合、許容変動範囲は、ある程度大きく取らざるを得ない。このように状況に応じて、許容変動範囲から外れる領域となる変動値の絶対値の下限は、１０％のほか、適宜に、５％、８％、１２％、１５％、または、５〜１５％の範囲内の任意の値が選択される。

異常であると判定されたＣＣＤ画素については、まず、画像処理機構における設定を変更して異常をカバーすることができる。もし、異常の程度が甚だしく、ソフトウェア的に補正できないときには、ＣＣＤカメラを交換する。場合によっては、異常を来たしているＣＣＤ画素の修理や調整を行う。

このように、解像度チャート・シートその他のチャート・シートを用いてＣＣＤ画素の異常を検出する方法であると、バックライトの発光面における各位置での輝度をＣＣＤ画素にて直接測定する場合に比べて、格段に高い精度で異常を検出することが可能である。発光面の輝度を直接測定する場合には、光の回り込みや乱反射などにより高精細なＣＣＤ画素に対応する微細な領域での輝度の変化を読み取ることが困難な場合が多くなるはずである。

次に、照明環境の設定・調整方法について、図４〜５を用いて説明する。

図４には、２４色（４×６列）のカラーチャート・シート１Ｃを示す。このカラーチャート・シート１Ｃを、図１の点灯検査装置１０にセットし、赤色部（レッドのカラーパッチ）１Ｃ−Ｒ，緑色部（グリーンのカラーパッチ）１Ｃ−Ｇ及び青色部１Ｃ−Ｂ、並びにその他の各色部について、ＣＣＤカメラ２による撮像を行う。このようにして、図５に示すように、赤色部１Ｃ−Ｒ、緑色部１Ｃ−Ｇ及び青色部１Ｃ−Ｂ、並びにその他の各色部のそれぞれについて、赤色成分の輝度分布１４Ｒ、緑色成分の輝度分布１４Ｇ、及び青色成分の輝度分布１４Ｂを求める。そして、各色部において各色成分の平均輝度値を求める。このようにして、図示の例で、２４×３＝７２個の平均輝度値が得られる。

撮像素子の不具合を検出し評価する場合と同様に、初期の「基準データ」を画像処理機構３の記憶装置に保存しておくとともに、定期的に、同一のカラーチャート・シート１Ｃをセットして、「再取り込みデータ」を取得する。「再取り込みデータ」に含まれる全ての数値（色部ごとの各色成分の平均輝度値）が、「基準データ」における対応する値を基準にして、例えば２０％以内の増減にとどまる場合は、照明環境が一定であるとの判定を行う。すなわち、図示の例では、７２個の平均輝度値について、全て経時的な増減が２０％以内であるときに、照明環境が一定であるとの判定を行う。ここで許容変動範囲が２０％以内であるとしたのは、この範囲内で１つまたはごく少い数の測定値に２０％を超える増減が生じても、一般に、表示欠陥や表示ムラの検出に影響を与えないことが知られたためである。しかし、表示欠陥や表示ムラに対する要求が向上した場合に、より小さい増減範囲を許容変動範囲とする必要があり、また、要求性能の低い製品の場合は、より大きい増減範囲を許容変動範囲とすることができる。そのため、ここで判定の基準となる増減値は、２０％のほか、状況に応じて、５％、１０％、１５％、２５％等の値から選択することができる。

照明環境が一定でないと判定された場合には、画像処理機構３のソフトウェアの設定値を調整することにより変動をカバーするか、または、照明装置の調整等を行う。例えば、バックライトに備えられる冷陰極管の交換、ＬＥＤを発光させる入力系統の調整等を行うことができる。

上記のようにカラーチャート・シート１Ｃその他のチャート・シートを用いて、バックライト４の輝度分布の経時的なずれを検出するならば、ＣＣＤカメラその他の受光素子でもって直接にバックライトの発光面における各位置での輝度を検出する場合に比べて、格段に測定精度を向上させることができる。

上記実施形態のテストチャート・シート１には、市販品をそのまま用いることができる。解像度チャート・シート１Ａとしては、例えば、有限責任中間法人 カメラ映像機器工業会の「ISO12233解像度チャート」、日本画像学会の「スクリーンゲージ」、富士フイルムイメージテック（株）の「ラダーパターンチャート」などをそのまま用いることができる。また、カラーチャート・シートには、グレタグマクベス（GretagMacbeth）社のカラーチェッカーチャート24色（Color Checker Chart, 24 colors）などをそのまま用いることができる。なお、場合によっては、市販のカラーチャート・シートをガラス板に重ね合わせるか貼り合わせて、液晶表示パネルと同様の厚みにして用いることもできる。

解像度チャート・シート（解像度図票）その他のテストチャート・シートは、一般に、光透過性を有し、無色透明であるガラスまたはプラスチックの基材の上に、テストのためのパターンが印刷等により形成されたものである。基材となるシートまたはフィルム（以降、厚みの小さいものをも含めてシートという）としては、適当な透明度（光透過率及びヘイズ）及び耐久性を備えているものならば、いずれも使用可能である。好ましいものとしては、ポリメチルペンテン樹脂等のオレフィン系樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレンナフタレートといった飽和ポリエステル系樹脂、メタクリル樹脂やアクリル系樹脂等から成る、厚さ５０〜５００μｍのシートを挙げることができる。

この基材となる透明シート上に、所定のパターンがフォトリソグラフィー等の一般的な印刷方法により設けられる。基材の透明シートには、必要に応じて、印刷適性を改善するための処理が予め施される。また、場合によっては、インクジェット描画法や、オフセットといった方法で、パターンを設けることも可能である。

なお、液晶表示パネルが反射型である場合、反射用として市販されている同様のチャート・シートを用いることができる。反射用のチャート・シートは、一般に、印刷等によるパターンが顔料を含む不透明の樹脂層からなる。また、基材の樹脂シートには、酸化チタン等の白色顔料を練り込んで、ほぼ完全な白色板としたものを用いることができる。

上記のような撮像条件の評価及び補正を含む点灯検査は、表示パネル本体を組み立てた後、ＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）や駆動ＰＣＢを組み付ける前、または後（すなわち表示パネルの完成後）に行うことができる。場合により、バックライト装置等を組み付けた後に行うこともできる。

なお、平面表示装置におけるアレイ基板や対向基板の作製は、例えば、特開平9-160076号や特開2000-267595号、または、特開2000-330484や特開2001-339070に記載の方法によって行うことができる。

前述のようなＣＣＤ画素の不具合を検出し評価する方法は、液晶表示装置の製造に限らず、有機ＥＬ型の表示装置その他の自己発光型の平面表示装置の製造の際にも用いることができる。

なお、以上の説明において撮像素子がＣＣＤからなるとして説明したがＣＭＯＳその他からなるものであっても全く同様である。

点灯検査装置に解像度チャート・シートまたはカラーチャート・シートをセットする様子を模式的示すブロック図である。 解像度チャート・シートの解像度指示用のパターンを読み取って３次元グラフ及び表組みのデータを取得する様子を、モニター画面の組み合わせとして示す画面複合図である。 初期に得られた「基準データ」の各輝度値と、後の点検時に得られた「再取り込みデータ」の各輝度値を比較する様子を示す画面複合図である。 照明環境の設定・調整のために用いる２４色カラーチャート・シートを示す平面図である。 図４のカラーチャート・シートにおける各色部（カラーパッチ）について、３原色成分それぞれの輝度分布を求め、さらにその平均輝度を求める様子を、３次元グラフの配列及びこれらに付された数値により示す、一つのモニター画面図である。

符号の説明

１ チャート・シート １Ａ 解像度チャート・シート
１Ｂ ベタのカラーチャート・シート １Ｃ ２４色のカラーチャート・シート
１０ 点灯検査装置 １１ パターン １２ 輝度分布データの３次元グラフ
１３ 表組み １３Ａ 「基準データ」 １３Ｂ 「再取り込みデータ」
２ ＣＣＤカメラ ３ 画像処理機構 ４ バックライトユニット ５ 照明ランプ

Claims (4)

1. 撮像素子が配列されてなる撮像装置、画像処理機構及び照明装置を備えた点灯検査装置を用いる点灯検査方法において、
   表示パネルに代えてチャート・シートを該点灯検査装置にセットして読み取りを行い、撮像素子ごとの輝度値からなるデータ、またはチャート・シートの各領域における各色成分ごとの平均輝度値からなるデータを取得する工程と、
   一の前記データを基準データとして保存する工程と、同一のチャート・シートを該点灯検査装置にセットして再度の読み取りを行い再読み取りデータを取得する工程と、
   再読み取りデータの各測定値を基準データにおける対応する測定値と比較し、増減が許容変動内であるかどうかで、対応する撮像素子の良否、または照明環境の良否を判定する工程と、
   この判定に基づき、画像処理機構によるデータ処理条件の調整や設定、撮像素子の調整、修理または交換、または、照明環境の調整、照明装置の修理もしくは交換を行う工程とを含むことを特徴とする点灯検査方法。
2. 各撮像素子の良否を判定するにあたり、解像度チャート・シートまたはカラーチャートシートを用いて撮像素子ごとの輝度値からなるデータを取得し、前記増減が１０％以上であるときに該撮像素子に異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１に記載の点灯検査方法。
3. 照明環境の良否を判定するにあたり、複数の色部からなるカラーチャートシートを用いて各色部における平均輝度値からなるデータを取得し、全ての平均輝度値の増減が２０％以内である場合に照明環境が基準から見て一定であるとの判定を行うことを特徴とする請求項１に記載の点灯検査方法。
4. 請求項１〜３のいずれかの点灯検査方法を用いた平面表示装置の製造方法。