JP2008537152A - フラットパネル表示装置用直接検出センサー - Google Patents

Abstract

【課題】フラットパネル表示装置用直接検出センサーを提供する。
【解決手段】センサーの線形アレイにおける各センサーには、部分的に、検知電極と対応するフィードバック回路が含まれる。検知電極は、多数の画素電極が形成されたフラットパネルの近傍へと運ばれて画素電極の電圧を容量測定するよう構成されている。各フィードバック回路は、フィードバック信号により対応する電極をアクティブ状態に駆動して対応する電極の電圧を実質的に固定のバイアスに維持するよう構成されている。各フィードバック回路には、第１入力端子が検知電極に接続され、第２入力端子がバイアス電圧を受け取るよう接続された増幅器を含めてよい。増幅回路の出力信号は、検知電極をアクティブ状態に駆動するフィードバック信号を生成するために用いられる。バイアス電圧は接地電位であってよい。
【選択図】図６Ｂ

Description

本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、以下の米国仮出願の利益を主張し、それら全ての内容の全体をここに参照として取り込む。２００５年４月２２日出願の出願第６０／６７３，９６７号、代理人明細書番号第０１４１１６−００９６００ＵＳ、発明の名称「ＬＣＤフラットパネル画素の機能測定検出器」、２００５年６月２日出願の出願第６０／６８７，６２１号、代理人明細書番号第０１４１１６−０１０４００ＵＳ、発明の名称「ＬＣＤ電極の試験」、２００５年６月９日出願の出願第６０／６８９，６０１号、代理人明細書番号第０１４１１６−０１０５００ＵＳ、発明の名称「ＬＣＤ電極の試験」、及び２００５年７月８日出願の出願第６０／６９７，８４４号、代理人明細書番号第０１４１１６−０１０６００ＵＳ、発明の名称「ＯＬＥＤ表示装置用直接検出センサー」。

完成した液晶フラットパネルにおいては、液晶（ＬＣ）材料の薄層が２枚のガラスシートの間に配置されている。ガラスシートの一方の上には、電極の二次元アレイがパターン化されている。各電極は、大きさが約１００ミクロンであり、パネルの縁部に沿って設置された多重化トランジスタを介して固有の電圧が印加される。完成品においては、各個の電極が生成した電界がＬＣ材料へと結合し、当該画素領域を透過する光の量を変調する。この効果を二次元アレイの全体にわたった集合として見ると、フラットパネル上に可視像が形成されることとなる。

ＬＣＤパネルに係る製造コストのかなりの部分は、ＬＣ材料を上層及び下層のガラス板間に注入するときに発生する。それゆえ、画像品質に係る問題点を当該製造工程以前に特定して修正することが重要である。液晶（ＬＣ）材料を堆積する前にＬＣＤパネルを検査するにあったての問題点は、ＬＣ材料がないので検査するための可視像が得られないことである。ＬＣ材料を堆積する以前に所与の画素に存在する信号は当該画素の電圧により発生した電界だけである（画素との物理的接触がないと想定すると）。

この限界を克服することを目的として、フォトン・ダイナミクス社は、図１Ａに示すような、表面にＬＣ材料の薄層が形成された光学的に平坦なガラスの比較的大きい片を一部含む浮遊変調器（ｆｌｏａｔｉｎｇ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を開発した。

パターン化ガラス板１０を検査するにあたっては、図１Ｂに示すように、変調器１５を検査すべき領域２０の上を物理的に移動させ、フラットパネルの面から数ミクロン以内まで下降させる。フラットパネル電極３０とＬＣ変調器１５との間の小さい空隙２５により、パターン化ガラス板１０上の各画素電極３０からの電界が変調器１５へと結合し、パネルの一時的可視像が形成される。次に、この可視表示をカメラ３５により撮像して欠陥特定を行う。領域２０を検査した後、変調器１５を上昇させてパネルのその他の領域へと移動させ、処理を繰り返す。このステップアンドリピート処理により、ＬＣパネルの全体について欠陥検査することができる。図１Ａ及び１Ｂに示すように、ＬＣ変調器１５はＬＣ材料４５と平坦ガラス５０とを含んで示される。

検査速度を高速化する要求が高まっている。上記の変調器を用いて高速にＬＣＤパネルを検査するには、技術的難点が存在する。たとえば、変調器（重量が数ポンドの場合もある）をその現在位置から物理的に引き上げ、次回位置へと移動させて次回検査操作に備えるために引き下げる必要性があることは、システムのスループットに影響を及ぼす。

更に、上記の変調器では、ＬＣＤ薄層に形成される可視像は、ＬＣ材料の表面から光を反射させることにより撮像される。ＬＣ材料は、オフ状態のときには散乱媒質として作用し、オン状態のときには透過媒質として作用する。これによると、一般的に、比較的少量の情報が変調された光のＤＣ成分が生成されることとなる。これは、情報を含む信号が比較的弱いにも関わらず比較的に大きい信号（ＤＣ成分に関して）をカメラ３５の撮像装置が処理できなければならないということである。更に、光成分の比較的大きいＤＣ成分には、フラットパネルの欠陥データを再現可能とするためには取り除かなければならない、対応した多量の撮像ノイズが含まれている場合もある。更には、現在知られている変調器は、容易には連続的線形走査用には直接的に用い得ない。

ＬＣＤフラットパネルアレイを試験することを目的として非接触容量結合技術が開発されてきた。この周知の手法の一つによると、電気的に浮遊した状態にある（開放回路である）伝導プレートもしくは拡散領域をＬＣＤパネルに接近させる。これによりＬＣＤ画素の電圧が浮遊プレートへと容量結合し、これによって当該電圧が空隙容量の寄生容量に対する（プレートの基板に対する、同様にプレートの周辺回路に対する）比に比例して変化する。この電圧変化をバッファリングしてチップ外部へと供給して測定する。図２は、ＬＣＤパネル試験のための容量結合をするセンサーの二次元アレイ６０を示す。このような二次元アレイ６０には多くの不都合がある。

第一に、このような二次元アレイはステップアンドリピート運動を必要とするので、試験スループットが低い。第二に、このようなアレイの寄生容量は比較的大きく、センサー感度が鈍る可能性がある。更に、寄生容量の多くは非線形であるので（特に、拡散領域を用いた場合）、センサー自体が非線形にふるまう。その上、このような二次元アレイにおいては、どの画素の値をチップ外部に供給するかを選択した読み出し指定ラインが比較的に更に大きい寄生容量を有する。

図２に示すように、アレイ６０は各画素を通る水平アドレスラインＸと垂直アドレスラインＹを含むように構成されている。これら指定ラインと浮遊プレートとの距離は通常、検出器チップとＬＣＤパネルとの距離よりも小さい。それゆえ、出力データに観察される読み出し時のクロストーク量が比較的大きいことが多い。更に、二次元アレイ６０を用いて、たとえば画素当たり４０ミクロン×４０ミクロンを試験する場合、各画素についての検知回路と検知電極（浮遊プレート）が、実質的に同じ、たとえば４０ミクロン×４０ミクロンの面積領域内に収まることが要求される。所与の画素の水平・垂直寸法が課す面積的制限により、二次元アレイについての複雑な検知回路を開発し利用することが妨げられている。したがって、二次元アレイについては、効果的でない簡易な検知回路を使用せざるを得ない。

図３は、従来技術において周知である、ＬＣＤ画素電極２１０の電圧を検知するためにＬＣＤ画素電極２１０に近接して位置した不活性伝導プレート２０５を示す。ＬＣＤ画素電極２１０とそれに対向する不活性電極２０５により、簡易な平行板コンデンサーが形成さる。その容量はεＡ／Ｄにより定義され、εはプレート間物質の誘電率であり、Ａはプレート面積であり、Ｄはプレート間の分離距離である。ＬＣＤ電圧が対向電極に結合する度合いは、プレート２０５及び２１０により定義される平行板容量の、その他の寄生容量、とりわけＣ１とＣ２等に対する比により決定される。これらの寄生容量が大きいほど、結合電圧の大きさは小さくなる。さらに、寄生容量の多くは非線形であるので、結合特性が非線形応答を示すこととなる。不活性電極２０５を既知のＤＣレベルＶｒｅｓｅｔへと周期的にリセットするリセットトランジスタ２３０を除いては、電極２０５は検知処理の間浮遊している、もしくは不活性である。図示するように、トランジスタ２３０は、ソース端子が検知電極２０５に接続され、ゲート端子においてリセットクロック信号ｒｅｓｅｔ＿ｃｌｋを受信し、ドレイン端子がリセットバイアス電圧Ｖｒｅｓｅｔに接続されている。

図３の示す従来の検知技術は実施するには容易である一方、多くの不利点がある。第一に、不活性電極２０５は浮遊しているので、その電圧はプレート２１０を介して不活性電極２０５に結合したＬＣＤ画素電圧が変化すると変化する。したがって、寄生容量Ｃ１とＣ２が結合感度に直接的に影響する。第二に、負荷抵抗２２０が利得を付与するように構成されているので、トランジスタ２１５のゲート‐ドレイン間の寄生容量であるＣ１に観察される見かけの容量は、周知のミラー利得効果に従って、この利得により増倍する。これにより、更に検出感度が低下する。第三に、電源Ｖｄｄにおけるノイズが、出力信号Ｏｕｔｐｕｔに直接的に結合する。第四に、経時変化、温度、または処理に起因してトランジスタ２１５の利得に生じる変化が出力信号の質に影響する。第五に、容量Ｃ１の増倍効果により、トランジスタ２１５により設けられる利得段の帯域幅が減少する。第六に、寄生容量は主に接合容量であるので、電圧結合が非線形である。第七に、回路出力が二値論理形態に制限されており、検知処理の間におけるＬＣＤ画素電圧の時変変化に検出が依存する。

アクティブマトリクス型有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）型表示装置においては、アモルファス又は多結晶シリコンによる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）から形成されたバックパネルが必要である。多結晶シリコン表示装置は、ガラスと特に可撓性の強い（たとえばプラスチック）基板の損傷を防ぐことを目的として低温処理（ＬＴＰＳ）を用いて製造しなければならない。ＬＴＰＳを用いたＡＭＯＬＥＤバックパネルの製造は極めて複雑であり、精度制御が要求される、たとえば十段階ものマスク工程が必要である。これは、大規模ＡＭＯＬＥＤ表示装置の低コスト大量生産における難点になり得ると認識されてきた。アモルファスＳｉバックパネルを用いたＡＭＯＬＥＤ表示装置の製造は、必要とするマスク工程数は減少する可能性はあるが、ほぼ困難である。ＡＭＯＬＥＤ表示装置が大型になるにつれ、検査と生産量管理に対する必要性はより大きくなる。これらの処理を向上する取り組みは進められている。しかし、ＡＭＯＬＥＤ検査具については、これらにより製造サイクルの初期段階においてキラー欠陥が捕捉されてＡＭＯＬＥＤ製造において処理展開がより効率的に集中的になり、かつ生産量が向上しコストが低下するという二重の期待があるにも関わらず、あまり重視されてこなかった。ＡＭＯＬＥＤ表示装置の規模やモニター・ＴＶ市場における価値が大きくなるにつれて、検査具に対する必要性は大きくなるであろう。

ＯＬＥＤ表示装置を検査する従来の方法の一つは、バックプレーンを光により検査することである。図４に、ＯＬＥＤ４０２を受けるパッドのｘ−ｙアレイ４００を示す。各ＯＬＥＤ４０２_ｉｊパッドは、対応するトランジスタ４２０_ｉｊを介してデータラインとゲートラインに接続されている。ここで、指数ｉと指数ｊは、ＯＬＥＤパッド４０２_ｉｊが位置する行と列をそれぞれ示す。３本のこのようなデータライン４０６、４０８、及び４１０が示され、４本のこのようなゲートライン４１２、４１４、４１６、及び４１８が示されている。たとえば、ＯＬＥＤパッド４０２_１１は、トランジスタ４２０_１１を介してデータライン４０６とゲートライン４１６へと接続されて示されている。光による試験によっては、画素についての機能情報は得られない。

本発明の一実施形態によると、センサーの線形アレイにおける各センサーは、部分的に、検知プレート（電極）と対応したフィードバック回路とを含む。検知電極は、多数の画素電極が形成されたフラットパネルの近傍へと運ばれて、画素電極の電圧を容量測定する、つまり、非接触的な方法にて測定するよう構成される。各フィードバック回路は、それに対応する検知電極をアクティブ状態に駆動して対応する検知電極の電圧を実質的に固定されたバイアスに維持するよう構成される。フィードバック回路により、画素電圧の時間的変化を必要とせずに画素電圧を検知することができるようになる。センサーの線形アレイは、定走査速度にてパネルを走査するよう構成される。フラットパネルには、ＬＣＤ画素、ＯＬＥＤ画素等を含めてよい。

一実施形態においては、各フィードバック回路は、検知電極に接続された第１入力端子とバイアス電圧を受け取るよう接続された第２入力端子とを備えた増幅回路を部分的に含む。検知電極をアクティブ状態に駆動するフィードバック信号を生成するために増幅回路の出力信号が使用される。フィードバック回路とその対応する検知電極は、同一の半導体基板に形成されてよく、異なる半導体基盤に形成されてもよい。

一実施形態においては、バイアス電圧源は接地電位であるが、しかし、その他のいかなるＤＣバイアス電圧を用いてもよいことは理解されよう。一実施形態においては、増幅回路は演算増幅器（オペアンプ）であるが、しかし、増幅器の入力側を固定電圧に維持するフィードバックを用いるその他のいかなる増幅回路をその複雑性に関わらず用いてよいことは理解されよう。そのような実施形態においては、容量素子を増幅器の第１入力端子と出力端子との間に接続してよい。オペアンプの出力信号は、画素電極電圧に線形比例して変化する。オペアンプにより、その対応する検知電極が既知のＤＣ電位へとアクティブ状態に駆動されるので、オペアンプの入力端子における寄生容量の検出感度に対する影響は比較的に小さい。

試験を実行するためには、固定パターンのＤＣ電圧をパネル上の画素に走査の初めにおいて印加する。線形アレイがボード上を移動して新たな各画素を走査したときに、各検知電極に対応したフィードバック回路が、検知電極が容量結合の結果検知した信号を受け取る。各検知電極を実質的に固定的なバイアス電圧に維持するために必要とされる電流の量がフィードバックコンデンサーに積分され、それにより、画素電極が発生して当該検知電極へと容量結合した検知電界の測定値が与えられる。リーク電流のドリフトを回避することを目的として、オペアンプを周期的にリセットしてよい。

一実施形態においては、画素電圧のドループを防ぐことを目的としてＬＣＤパネルを周期的にリフレッシュする。本発明においては線形走査が連続しているので、リフレッシュ期間においては、走査された画素のデータのいくらかが有効でないことがある。ＬＣＤパネルデータが有効である期間において画素の全行が走査されることを確実にするためには、第１のセンサーの線形アレイから既知の距離だけ離間して設置された第２のセンサーの線形アレイを用いる。これにより、データが無効である期間に第１線形アレイにより走査された画素行が、リフレッシュが完了してデータが再び有効になった後に第２線形アレイにより走査される。

弱い短絡またはリークトランジスタ等の欠陥は、リフレッシュ周期後、既知の期間が経過した後に画素の電圧ドループ量を測定することにより検出される。これを行うためには、第１と第２のセンサーのアレイから離間した第３のセンサーの線形アレイを用いる。異なる２つの時点にある一対の線形センサーにより、電圧ドループが測定される。

本発明の一実施形態によると、センサーの線形アレイを被試験フラットパネルの近傍（たとえば、１０ミクロン乃至１００ミクロン）へと運び、パネルの電極が生成する電界を容量測定する。一典型的実施形態においては、フラットパネルはＬＣＤパネルであり、各センサーには検知電極と増幅回路が含まれる。１秒当たり約１００ミリメータ、もしくは１ミリ秒当たり約１００ミクロンの走査速度を用いてよい。ＬＣＤパネルを参照して以下の説明を記載する。しかし、本発明がその他の種のパネルにも等しく適用可能であることは理解されよう。

図５は、多数の画素３３０を含むパネル３２０に近接して位置するセンサー３００を示すが、画素は１つだけを示す。センサー３００は、本発明の一実施形態に従って、検知電極（伝導プレート）３０５と増幅回路３１０とを含んで示される。図６Ａは、増幅回路３１０がフィードバック構成において用いられる演算増幅器（オペアンプ）であるセンサー３００を示す。図６Ａに示す典型的実施形態においては、オペアンプ３１０の負側の入力端子が検知電極３０５と、フィードバックコンデンサー３１５を介してオペアンプ３１０の出力端子とに接続されている。オペアンプ３１０の正側の入力端子は、接地端子に接続されて示されている。検知電極３０５はアクティブ状態に駆動されて、その電圧が接地電位の既知の電圧に維持される。それゆえ、オペアンプ３１０の正側の入力端子が接地電位を受け取るので、センサー３００がＬＣＤ画素近傍に運ばれたとき、検知している画素の電圧に関わらず、検知電極３０５は実質的に接地電位に維持される。換言すると、検知電極３０５は、検知している対向画素の電圧と無関係に、実質的に接地電位に維持される。

図６Ｂは、本発明の別の実施形態に従うセンサー３００の概略図である。検知電極３０５は、高利得フィードバックネットワークを用いることにより固定ＤＣレベルへとアクティブ状態に駆動される。この電圧を維持するのに必要である変位電荷がＬＣＤ画素３６５が検知電極３０５の近傍に運ばれたときに検知される。典型的なフィードバックネットワークは、オペアンプ３１０とコンデンサー３１５を含んで示される。オペアンプ３１０は、検知電極３０５の電圧を、オペアンプ３１０の非反転側入力端子３８０に印加されるバイアス電圧ＶＢｉａｓへと維持するよう構成されている。検知電極３０５を検知してアクティブ状態に駆動し、検知電極３０５の電圧を実質的に一定の値に維持するよう構成されたその他のいかなるフィードバック回路へも本発明は適用することができることは理解されよう。たとえば、一実施形態においては、センサー３００は、ほぼ１０００の開ループ利得を有する。それゆえ、そのような実施形態においては、検知電極３０５での電圧変化は、増幅器３１０の出力に観察される電圧変化の１／１０００に維持される。したがって、たとえば増幅器出力の最大電圧振幅が約２ボルトであるならば、検知電極３０５の電圧は、最大で２ｍＶ変化する。

図６Ａと６Ｂに示す典型的実施形態においては、電流がフィードバックによりオペアンプの反転側から流れることにより、ＬＣＤ画素電極が電極３０５の近傍に運ばれたときに電極３０５の電圧が変化しないようにする。オペアンプの入力端子が高インピーダンスであるので、検知電極３０５に流入する電流の実質的に大半がフィードバックコンデンサー３１５から流れてくることとなる。フィードバックコンデンサー３１５の電圧におけるそれに従った変化は、Ｑ／Ｃにより定義されるが、Ｑは検知電極３０５を固定電位に維持するのに必要である全電荷であり、Ｃはコンデンサー３１５の容量である。

オペアンプ３１０の出力信号は、ＬＣＤ画素電極電圧に線形比例して変化し、比例定数はＣである。それゆえ、画素に固定ＤＣレベルの電圧が印加されるので、センサーアレイは多様なグレースケール値の各画素からの出力を識別することができる。オペアンプ３１０により検知電極３０５が既知のＤＣ電位へとアクティブ状態に駆動されるので、オペアンプ３１０の入力端子における寄生容量は、検出感度に対して比較的に小さい作用しか与えない。本発明に従うフィードバック構成のその他の利点には、とりわけ、（ｉ）電源ノイズが遮断されること、（ｉｉ）利得メカニズムが非線形開ループトランジスタ特性でなく線形フィードバックコンデンサーにより制御されるゆえに線形性が得られること、（ｉｉｉ）フィードバック手法により、利得、処理差異、及び経時変化に対する耐性があること、及び（ｉｖ）ミラー利得増倍が実質的に除去されることにより帯域幅が広いこと、がある。

図６Ａと６Ｂの典型的実施形態においてはフィードバックネットワークを構成するオペアンプ３１０とコンデンサー３１５、及び検知電極３０５を含んで示されている検知回路を、同一の半導体基板上に形成してよいことは理解されよう。または、オペアンプ３１０とコンデンサー３０５を、検知電極３０５が形成されるものとは異なる半導体基板に形成してよい。

試験を実行するためには、固定パターンのＤＣ電圧がパネル（ボード）上の画素に走査の初めにおいて印加される。検知電極３０５を定電位に維持するためにオペアンプ３１０が必要とする電流により画素電圧の測定値が得られる。線形アレイがボード上を移動し、新たな各画素を走査するときに、オペアンプ３１０は静的パターンにより生じる電界を検知する。リーク電流のドリフトを回避することを目的として、オペアンプを周期的に、たとえば３０Ｈｚ以下の周期でリセットしてよい。

図７Ａは、本発明の一実施形態に従う検知電極のＭ個の線形アレイ（行）５０５_１、５０５_２、・・・５０５_Ｍの上面図５００である。本発明のセンサーアレイは線形であるので、検知電極のいずれかにアクセスするためには行方向における復号だけが必要である―列方向の復号が必要ではない。換言すると、行５０５_１、５０５_２、・・・５０５_Ｍのいずれかに設けられるセンサーのいずれかにアクセスするためには、行方向アドレスの復号化だけが実行される。線形センサーエレメントの上面図５００は、Ｍ個の行のそれぞれにＮ個の検知電極５１０_ｉｊを含んで示されており、指数ｉと指数ｊは検知電極が位置する行と列をそれぞれ示す。たとえば、行５０５_１は検知電極５１０_１１、５１０_１２、・・・５１０_１Ｎを含んで示され、行５０５_Ｍは検知電極５１０_Ｍ１、５１０_Ｍ２、・・・５１０_ＭＮを含んで示される。検知電極５１０_ｉｊのそれぞれの下に形成されているのは、当該検知電極に対応した検知回路である。図７Ｂは、線形アレイ５０５_１の簡易断面図を示す。図７Ｂから理解されるように、各検知回路５２０_１ｊは、それが接続された対応する検知電極５１０_１ｊの下に位置する。

図７Ｃは、本発明の一実施形態に従う検知電極のＭ個の線形アレイ（行）７０５_１、７０５_２、・・・７０５_Ｍの上面図７００である。実施形態７００によると、検知回路７２０_ｉｊは、検知電極７１０_ｉｊ間に市松模様状に配置される。図７Ｃにおいては、検知回路７２０_ｉｊは、陰影付きの領域に示されており、それらがシリコン基板内において検知電極に隣接して形成されていることが示される。

本発明のセンサーは線形に配置されているので、センサーと検出回路の物理的設置における利点等、多くの利点が従来の二次元アレイに比較して得られる。たとえば、各センサーのｘ方向寸法が４０ミクロン、ｙ方向寸法が４０ミクロンである場合、各検知電極３０５は同一の大きさ、たとえば４０ミクロン×４０ミクロンに形成され、それにより対応する電子回路、たとえば増幅器、コンデンサー等を検知電極に近接して形成することが可能となる。各検知電極の下における追加的なシリコン不動体により、更に複雑な回路、たとえば上記した図６Ａと６Ｂに示す、フィードバックを用いて画素プレートを既知値に保持するオペアンプ３１０等を形成することができるようになる。

図６Ａと６Ｂに示すようなフィードバックの利用により、増幅器３１０が高度に線形である応答を示し、製造プロセスの影響がより少ない再現可能なデータを収集することができるようになる。更に、コンデンサー３１５を介したフィードバック構成により、動作中の温度変化と経時的影響が最小化される。このフィードバックにより、検知電極３０５の電圧は、検知・測定されているＬＣＤ画素値と無関係に既知値へと維持される。それゆえ、ＬＣＤ電圧変化を直接的に検知する代わりに、本発明の各センサーはばらつきのあるＬＣＤ画素電圧に対して検知電極３０５を定電位に維持するためにオペアンプ３１０が必要とする電流量を測定する。検知電極３０５の電圧は変化しないので、寄生容量により感度が低下しない。その上、一方向だけにおいて指定が必要であるので、アクティブ状態の検知電極の領域外を指定ラインとして走査してよく、それにより読み出し時におけるフィードスルーにより生じるノイズが除去される。

短絡バープローブを用いる場合、ＬＣＤパネルの制限的帯域幅によると、所与のＬＣＤ画素の電圧が１秒当たり約６０回変化する。それゆえ、新たな各画素値を検知するにおいてＬＣＤ画素電圧の経時変化を必要としないようにセンサーが構成されていることが重要である。従来技術の検知技術においては、検知が実行可能であるにはＬＣＤ画素電圧が少なくとも２ＫＨｚ経時変化していることが必要であり、これは達成困難な率である。本発明に従うセンサーは、ＬＣＤ画素電圧の経時変化を必要とせずにＬＣＤ画素電圧を検知する。これを行うためには、走査の初めに、固定パターンの電圧をＬＣＤパネルのアレイ全体に印加する。センサーの線形アレイがアレイ全体にわたって移動して新たな各ＬＣＤ画素を走査するときに、オペアンプ３１０が静的パターンにより生じた電界を検知する。いくつかの実施形態においては、リーク電流のドリフトを回避することを目的として、オペアンプ３１０を周期的に、たとえば３０Ｈｚの周期でリセットすることが必要であるかもしれない。

一実施形態においては、画素に印加される電圧が時間の経過によりドループ（ｄｒｏｏｐｉｎｇ）することを防ぐことを目的として、たとえば３０乃至５０ミリ秒毎にＬＣＤパネルがリフレッシュされる。このリフレッシュ処理は、完了するのにたとえば約４乃至７ミリ秒を要する。本発明においては、線形走査が連続して行われるので、リフレッシュ期間において走査されたＬＣＤパネルのデータのいくつかが有効でないことがある。これを克服するためには、いくつかの実施形態において、部分的に、既知の物理的距離だけ離間した少なくとも２つの線形センサーを同一チップ上に設置する。一対のセンサーを用いることにより、ＬＣＤパネルのリフレッシュ期間に主センサーアレイが逸したデータが、走査処理において一次的センサーに追従する二次的センサーにより拾い上げられる。換言すると、画素の全行がＬＣＤパネルデータが有効である期間において走査されることを確実にするためには、二次的アレイが一次的アレイのたとえば約７乃至１０ミリ秒（無効データの持続時間よりいくらか長い）後に画素の所与の行を通過するように二次的アレイを一次的センサーから離間する。それゆえ、データが無効である期間において一次的アレイに走査された行は、リフレッシュが完了してデータが再び有効となった後に二次的アレイにより走査される。

図８は、本発明の一実施形態に従う、多数の線形アレイセンサー６００を示す。これら線形アレイの４個だけ、すなわちアレイ６０５、６１０、６１５、及び６２０だけが示されている。試験の間、センサーアレイ６００はＹＹ'方向に沿って移動する。アレイ６０５と６１５との距離はＤ２ミクロンであり、アレイ６１０と６２０との距離も同様にＤ２ミクロンである。１ミリ秒当たり１００ミクロンの走査速度においては、Ｄ２＝７００−１０００ミクロンである。図示はしないが、同等の特性を有し、同一の物理的関係にある線形アレイセンサーをさらに多く用いてよいことは理解されよう。

線形アレイセンサー６００がＹＹ'方向に沿って移動していると想定する。線形走査のリフレッシュ周期においてアレイ６２０の主センサーに検知されてデータが無効である画素が、既知の期間が経過した後にセンサー６１０により検知されてその電圧が捕捉されるように線形アレイは配置される。同様に、線形走査のこのようなリフレッシュ周期において主アレイ６１５のセンサーにより検知されてデータが無効となった画素が当該走査の間にセンサー６０５により検知されてその電圧が捕捉される。

本発明はまた、弱い短絡またはリークするトランジスタ等の欠陥の存在を検出するよう構成されている。この種の欠陥は、リフレッシュ周期からある既知期間が経過した後に画素の電圧を観察して電圧レベルにどの程度のドループが生じたかを検査することにより測定する。これを行うためには、各アレイに当該アレイからＤ１ミクロン離間した二次的アレイを対応させる。図８を参照すると、アレイ６０５と６１０はＤ１ミクロン離間しており、走査時においてたとえば約１乃至５ミリ秒遅延する。１ミリ秒当たり１００ミクロンの走査速度においては、Ｄ１＝１００乃至５００ミクロンである。同様にアレイ６１５と６２０もＤ１ミクロン離間している。電圧ドループは、センサー６００において、Ｄ１ミクロン離間した対応するアレイ対により測定される。たとえば、線形アレイ６０５と６１０を同時に用いて、試験される画素における電圧ドループの量を検出する。

いくつかの実施形態においては、線形アレイセンサーには、図９に示すように浮遊ゲートに接続されたフィル・アンド・スピル（ｆｉｌｌ−ａｎｄ−ｓｐｉｌｌ）型サンプラーの形態でのＣＣＤ構成が用いられる。センサーエレメントのアレイにおける各ＣＣＤ制御ゲート８１０は対応する金属プレート８３０と導通しており、当該金属プレート８３０はいくつかの実施形態においては、測定中のＬＣＤ画素の狭寸法の約１／２である。換言すると、このような実施形態においては、ＬＣＤ画素が１００ミクロン幅と３００ミクロン高さを有する場合、ＣＣＤの金属プレート（検知電極）は５０ミクロン幅と５０ミクロン高さを有する。ＬＣＤパネルの電界を検知するためには、金属プレート８３０のアレイ（そのうちの１つだけを図示する）をＬＣＤパネル電極８２０の近傍（１０乃至１００ミクロン）へと運んで、ＬＣＤ画素の電界が金属プレート８３０へと容量結合することができるようにする。ＣＣＤ金属プレートへの電界結合により、ＣＣＤフィル・アンド・スピル型サンプラーに電圧が生じ、それは、電荷パケット表現へと変換される。この表現が得られると、通常のＣＣＤ撮像装置においてと同様の方法において信号を読み取ることができる。

本発明のいくつかの実施形態においては、異なるＬＣＤ画素の電圧を同時に測定するよう構成されたＮ個の線形センサーアレイが含まれる。ある所与の時間にアレイのいずれか１つから得られたデータの転送を可能とするためには、１以上のマルチプレクサが用いられる。図１０は、Ｎ個のセンサー３００_１、３００_２、・・・３００_Ｎの線形アレイに近接して位置するＬＣＤパネル１０を示す。センサーが検知した信号は、出力側において受信信号のいずれか１つを選択して供給するマルチプレクサ８０５により受信される。オペアンプ３１０のそれぞれが供給する電圧は、オペアンプ３１０が検出した画素の電圧に比Ｃ_１／Ｃ_２を乗算したものに等しい。ここでは、Ｃ_１はコンデンサー３１５のいずれか１つの容量であり、Ｃ_２は検知電極３０５のいずれか１つとその対向画素電極により定義される容量である。

図１１は、本発明の一実施形態に従うセンサーの線形アレイ９００を示す。実施形態９００においては、コンデンサー検知電極９０５がガラス基板９２０上に形成され、検知増幅器等を含む能動検知回路が半導体基板９３０上に形成される。アレイには、ガラス基板９２０上に形成されたＮ個のコンデンサープレート９０５_１、９０５_２、・・・９０５_Ｎと、半導体基板９２０上に形成されたＮ個の能動検知回路９１０_１、９１０_２、・・・９１０_Ｎが含まれる。半導体基板９３０とガラス基板９２０とは、二酸化シリコン又は窒化シリコン等の絶縁誘電体により互いから絶縁されている。コンデンサープレートと、同一の指数により識別される能動検知回路とは、互いに対応付けられ接続している。たとえば、コンデンサープレート９０５_１は金属９１５_１を介して能動検知回路９１０_１に接続し対応付けられている。いくつかの実施形態においては、スピンオンガラスを用いて、コンデンサープレート９０５が形成されるガラス基板と絶縁誘電体との両方を形成してよい。そのような実施形態においては、ガラス基板層と絶縁誘電層とは、スピンオンガラスを用いて形成される同一層のそれぞれ一部である。

本発明のある実施形態に従う線形アレイセンサーは、ＯＬＥＤパネルを試験するよう動作する。これを行うためには、試験ラインをＯＬＥＤパッドが並んだ各行に設け、それらの行に設けたトランジスタを上記の直接検出検知を用いて試験することができるようにする。図１２は、ＯＬＥＤ９０２を受けるよう構成されたパッドのｘ−ｙアレイ９５０を示す。各ＯＬＥＤ９０２_ｉｊパッドは、対応するトランジスタ９０４_ｉｊを介してデータラインとゲートラインに接続される。ここで、指数ｉと指数ｊは、ＯＬＥＤパッドが設置される行と列をそれぞれ示す。３本のこのようなデータライン９４０_１、９４０_２、及び９４０_３と、４本のこのようなゲートライン９２５_１、９２５_２、９２５_３、及び９２５_Ｍが示されている。たとえば、ＯＬＥＤパッド９０２_１１は、データライン９４０_１とゲートライン９２５_１にトランジスタ９０４_１１を介して接続されるよう示される。アレイ９５０が典型的には、図１２に示すよりも多くのデータラインとゲートラインを備えていることは理解されよう。

各行には、ゲートラインに平行に配置された試験ラインも設けられる。たとえば、試験ライン９３０_１は、ゲートライン９２５_１に平行に、かつ隣接して設けられ、試験ライン９３０_２はゲートライン９２５_２に平行に、かつ隣接して設けられる、等である。いくつかの実施形態においては、各試験ラインは、当該行に設けられたトランジスタのソース端子とドレイン端子のどちらかに接続される金属層により形成される。たとえば、試験ライン９３０_１は、トランジスタ９０４_１１、９０４_１２、及び９０４_１３のソース端子とドレイン端子のどちらかＡ、Ｂ、及びＣに接続される。これらのトランジスタの他方のドレイン端子もしくはソース端子は、データライン９４０_１、９４０_２、及び９４０_３に接続される。図１２に示す実施形態においては、各試験ラインは抵抗に接続されるよう示されている。たとえば、試験ライン９３０_１は抵抗９６０の端子の１つに接続される。

ゲートラインのいずれかに電圧が印加されたとき、当該行に接続された全てのトランジスタがオンされる。たとえば、ゲートライン９２５_２が高電圧を受け取ると、トランジスタ９０４_２１、９０４_２２、及び９０４_２３がオンされる。これにより、ソース（ドレイン）端子からドレイン（ソース）端子へと、これら端子間に電圧電位が生じたときに電流が流れる。電流が流れることにより、パッド９０２_２１、９０２_２２、及び９０２_２３のノードＥ、Ｆ、及びＧのそれぞれにおいて電位が発生する。その後、パッド９０２_ｉｊにおいて発生した電圧を本発明の直接検出検知技術に従って測定して欠陥を特定してよい。それゆえ、電流を流すことにより、画素トランジスタの容量を保持する電流を直接検出検知（ＤＤＳ）又はその他の電圧検知技術を用いて特性化することができる。

本発明の直接検出検知により、欠陥が特定され、ＯＬＥＤバックプレーンの製造時にパックプレーンが修正されたときプロセス制御データが提供される。画素負荷トランジスタを用いたＤＤＳにより、ＯＬＥＤバックプレーン上の電流を特性化することができるようになる。更に、ＤＤＳと、画素負荷トランジスタを用いた（又は用いない）隣接ＯＬＥＤ画素間の示差測定と、の組み合わせにより、低画素電流（又は電圧）欠陥を検出することができるようになる。それゆえ、本発明によると、欠陥を検出してＯＬＥＤのロールツーロール生産においてプロセス制御が実現される。

本発明のいくつかの実施形態においては、画素トランジスタの出力を遠隔の負荷トランジスタへと導く試験ラインの代わりに、アクティブ状態において試験電流を直接的にグランドへと導く試験トランジスタを含むようにバックプレーンを変更することもできる。更にその他の実施形態においては、ＤＤＳにより隣接する試験画素間の差異だけを検出するように構成する。これは、ＯＬＥＤ画素間の分離に対応した量だけ時間的にもしくは空間的に分離した二点においてデータストリームをサンプリングすることによりソフトウェアプログラムとして、又はハードウェアにおいて実施してよい。その後、得られた信号同士を減算して、その差異信号に欠陥検出アルゴリズムを適用する。この差異システムは電圧ノイズに対して脆弱であるが、しかしＤＤＳシステムは信号対雑音比が高いのでこのような用途に十分適している。

本発明に従ったＯＬＥＤの試験によると、多くの利点が得られる。このような利点には以下のものが含まれる。本発明に従った試験は、ライン内部での動作（つまり、プレート当たり〜６０秒）に適した電子ビーム検査具であるＴＡＣＴよりも迅速であり、かつ信号対雑音比が高い。本発明はいかなる環境においても実施してよい（真空から大気圧まで、いかなる湿度状態においても）。本発明は、数十マイクロメータ規模の空間的解像度を有している。本発明は、大規模用に調整することができる。本発明を可撓性基板に適用することができる。本発明を電流測定に用いることもできる。

本発明の上記の実施形態は例示的であり、限定的でない。多様な代替化と均等化が可能である。本発明は、検知回路に用いられる増幅器もしくは増幅回路、フィードバック回路、バイアス電圧等の種類により限定されない。本発明は、線形アレイの数量により限定されないし、各線形アレイに設けられるセンサーの数によっても限定されない。本発明は走査速度により限定されない。本発明は、本開示物が設けられる集積回路の種類により限定されない。また、本開示内容は、本開示物を製造するために用い得る、たとえばＣＭＯＳ、バイポーラ、もしくはＢＩＣＭＯＳ等の処理技術の特定種類に限定されない。その他の追加、削除、修正が本開示内容を参照すると明らかであり、添付の請求項の範囲に含められることが意図されている。

図１Ａは、従来技術において周知である、パターン化ガラス板上に置かれる浮遊変調器を示す。

図１Ｂは、従来技術において周知である、試験を実行するためにパターン化ガラス板に近接して位置した図１の浮遊変調器を示す。

図２は、従来技術において周知である、センサーの二次元アレイを示す。

図３は、従来技術において周知である、ＬＣＤ画素電極の電圧を検知するためにＬＣＤ画素電極に近接して位置した不活性伝導プレートを示す。

図４は、従来技術において周知である、ＯＬＥＤを受けるよう構成されたパッドの二次元アレイを示す。

図５は、本発明の一実施形態に従う、画素電極に存在する電圧を試験するために画素電極に近接して位置したセンサーを示す。

図６Ａは、本発明の一実施形態に従う、アクティブ状態に駆動されるセンサーを示す。

図６Ｂは、本発明の別の実施形態に従う、アクティブ状態に駆動されるセンサーを示す。

図７Ａは、本発明の一実施形態に従う、アクティブ状態に駆動されるセンサーの線形アレイを示す。

図７Ｂは、図７Ａに示すセンサーの線形アレイの簡易な断面図を示す。

図７Ｃは、本発明の別の実施形態に従う、アクティブ状態に駆動されるセンサーの線形アレイを示す。

図８は、本発明の一実施形態に従う、多数の線形アレイセンサーを示す。

図９は、本発明の一実施形態に従う、本発明の線形センサーアレイにおいて用いるよう構成されたＣＣＤセンサーを示す。

図１０は、本発明の一実施形態に従う、線形センサーアレイに設けられた多数のアクティブ状態に駆動されるセンサーを示す。

図１１は、本発明の一実施形態に従う、センサーの線形アレイの断面図を示す。

図１２は、本発明の一実施形態に従う、線形センサーのアレイを用いて試験するＯＬＥＤのアレイを示す。

Claims (18)

1. １つのパネルの上に形成された複数の画素の１つのアレイを試験するよう動作する装置であって、
   Ｎ個のセンサーの１つの第１線形アレイを含み、
   各センサーは、
   前記パネルの上に設けられた１つの画素電極に容量結合するよう構成された１つの検知電極と、
   対応した１つのフィードバックネットワークであって、前記検知電極が前記画素電極の近傍に位置して該画素電極に容量結合したときに、該検知電極の電圧を１つの実質的に定まった電圧に維持するよう構成されたフィードバックネットワークとを含み、
   複数のセンサーの前記第１線形アレイは、１つの連続的速度において前記パネル上を走査するよう構成されている、
   装置。
2. 前記フィードバックネットワークは、
   前記検知電極に接続された１つの第１入力端子と、１つの第１電圧源を受け取るよう接続された１つの第２入力端子とを備える１つの演算増幅器を含み、該演算増幅器の１つの出力信号は、該演算増幅器の前記第１入力端子を駆動するための１つのフィードバック信号を生成するために使用される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記第１電圧源は、接地電位である、
   請求項２に記載の装置。
4. 前記フィードバックネットワークは、前記増幅器の前記第１入力端子と前記増幅器の１つの出力端子との間に設けられた１つの容量素子を更に含む、
   請求項２に記載の装置。
5. Ｎ個のセンサーの前記第１線形アレイから１つの距離Ｄ１だけ離間したＮ個のセンサーの１つの第２線形アレイを更に含み、Ｎ個のセンサーの該第２線形アレイは、前記パネルの複数の画素が並ぶ１つの行を複数のセンサーの前記第１線形アレイが走査してから１つの既知期間だけ後に該パネルの複数の画素が並ぶ該行を走査するよう構成されており、複数のセンサーの該第２線形アレイは、該パネルの複数の画素に存在する複数の電圧を容量測定するよう構成されている、
   請求項２に記載の装置。
6. Ｎ個のセンサーの前記第１線形アレイから１つの距離Ｄ２だけ離間したＮ個のセンサーの１つの第３線形アレイを更に含み、Ｎ個のセンサーの該第３線形アレイは、前記パネルの複数の画素が並ぶ１つの行を複数のセンサーの前記第１線形アレイが走査してから１つの既知期間だけ後に該パネルの複数の画素が並ぶ該行を走査するよう構成されている、
   請求項５に記載の装置。
7. 前記第２と第３の複数の線形アレイの前記複数のセンサーのそれぞれは、
   前記パネルに設けられた１つの画素電極に容量結合するよう構成された１つの検知電極と、
   対応した１つのフィードバックネットワークであって、それに対応する前記検知電極が前記画素電極の近傍に位置して該画素電極に容量結合したときに、対応する該検知電極の電圧を１つの実質的に定まった電圧に維持するよう構成されたフィードバックネットワークと
   を含む、
   請求項６に記載の装置。
8. 複数のセンサーの前記第２と第３の線形アレイの前記複数のフィードバックネットワークのそれぞれは、前記対応した検知電極に接続された１つの第１入力端子と、１つの第１バイアス電圧を受け取るよう構成された１つの第２入力端子とを備える１つの演算増幅器を含み、該演算増幅器の１つの出力信号は、該演算増幅器の前記第１入力端子を駆動するための１つのフィードバック信号を生成するために使用される、
   請求項６に記載の装置。
9. 複数の画素が形成された１つのパネルを試験する方法であって、
   時間Ｔ１において、１つの検知電極を１つの画素電極へと容量結合させて該画素電極の電圧を検知する工程と、
   前記検知した画素電極の電圧に従って生成された１つのフィードバック信号により前記検知電極画素を１つの実質的に定まった電圧に維持する工程と、
   を含み、前記検知電極は、複数のセンサーのアレイの１つの直線内に設けられる、
   方法。
10. 前記検知した画素電極の電圧を１つの増幅回路の１つの第１入力端子へと供給する工程と、
    前記増幅回路が生成する１つの出力電圧から前記フィードバック信号を生成する工程と
    を更に含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記増幅回路は１つの演算増幅器を含む、
    請求項１０に記載の方法。
12. １つのバイアス電圧を前記増幅回路の１つの第２入力端子へと供給する工程を更に含む、
    請求項１０に記載の方法。
13. 前記バイアス電圧は、接地電位である、
    請求項１２に記載の方法。
14. 前記増幅回路の出力端子を該増幅回路の前記第１入力端子に容量結合させる工程を更に含む、
    請求項１２に記載の方法。
15. 時間Ｔ２において１つの第２検知電極を前記画素電極へと容量結合させて該画素電極の電圧を検知する工程であって、Ｔ２とＴ１は１つの所定値だけ時間的に分離している工程と、
    前記第２検知電極が検知した前記画素電極の電圧に従って生成される１つのフィードバック信号により該第２検知電極画素を１つの実質的に定まった電圧に維持する工程と
    を更に含む、請求項１０に記載の方法。
16. 時間Ｔ３において１つの第３検知電極を前記画素電極へと容量結合させて該画素電極の電圧を検知する工程であって、Ｔ３とＴ１は１つの所定値だけ時間的に分離している工程と、
    前記第３検知電極が検知した前記画素電極の電圧に従って生成される１つのフィードバック信号により該第３検知電極画素を１つの実質的に定まった電圧に維持する工程と
    を更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第２と第３の複数のセンサーのそれぞれは、
    前記パネルに設けられた前記画素電極に容量結合されるよう構成された１つの検知電極と、
    対応した１つのフィードバックネットワークであって、それに対応する前記検知電極が前記画素電極の近傍に位置して該画素電極に容量結合したときに、対応する該検知電極の電圧を１つの実質的に定まった電圧に維持するよう構成されたフィードバックネットワークと
    を更に含む、
    請求項１６に記載の方法。
18. 前記画素電極は、前記検知電極に容量結合する前に、１つのＤＣ電圧を受け取る、
    請求項９に記載の方法。

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