JP3126233B2 - 液晶表示パネル基板の検査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、テレビ画像
表示などに用いられる液晶表示パネル基板に生じ得る欠
陥を検査する液晶表示パネル基板の検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像表示に液晶カラーパネルを採
用したカラーテレビが各種実用化されている。この液晶
カラーパネルは、多結晶シリコン薄膜トランジスタ（Ｔ
ＦＴ）アレイを形成した石英ガラス基板と、この石英ガ
ラス基板とカラーフィルタを形成した透明ガラス基板と
の間に液晶を封入した液晶表示パネル基板とから構成さ
れ、ツイステッド・ネマチックモードにより画像表示す
るようになっている。このような液晶カラーパネルに
は、通常、大面積化と高密度化とを達成するのに有利な
アクティブマトリクス方式が採用されており、現在比較
的小型のものから順次実用化がなされている。このアク
ティブマトリックス方式による液晶カラーパネルは、次
のようにして製造される。まず、液晶表示パネル基板を
製造した後に、該パネル基板上にスペーサを介して上記
透明ガラス基板を配置し、次に、この液晶表示パネル基
板と透明ガラス基板との間の空隙に液晶を封入する。こ
のようにして製造される液晶カラーパネルは、その画素
数が２５〜５０万個に及ぶものが多く、現在では画素数
が１００万個以上のものも製造されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
多数の画素毎に設けられる画素電極への配線を基板上に
形成するには、ダスト等を極度に少なくしたクリーンル
ームにおいて種々の成膜プロセスが行われる。しかしな
がら、画素や配線幅が極端に狭小化すると、製造雰囲気
中に含まれる僅かなマイクロダストの存在が画素電極の
配線に断線欠陥や短絡欠陥を与えてしまう。これらによ
る欠陥画素は、例えば、液晶表示パネル基板当り１０個
程度まで許容されており、これ以上の欠陥画素があると
製品不良としているのが現状である。すなわち、現状の
製造技術では、これら欠陥画素数を上記許容限度以下に
することが極めて困難とされており、したがって画素数
の大きい液晶パネルでは必然的に不良率が高くなり、こ
れが大型液晶パネルの高価格の一因にもなっている。

【０００４】ところで、従来、液晶表示パネル基板を検
査する方法として、該基板製造後にプローバを使用する
ものが知られているが、この方法では検査対象となる画
素数が多過ぎ、検査工数に多大な時間を費やすため、コ
スト的に問題があり、実用的でない。このため、液晶表
示パネル基板の検査は製造工程内では行われず、基板製
造が完了した時点でパネル基板毎に通電し、この際の作
動状態を目視検査して良否判定を行っている。したがっ
て、この目視検査で欠陥が露見されても製造工程に戻す
ことができず、不良品は廃棄処分されるため、これが液
晶表示パネルの歩留りの悪さとなっている。また、目視
による検査では、定量的な欠陥率を得ることができない
という欠点もある。この発明は上述した事情に鑑みてな
されたもので、液晶パネル組立前に当該基板における欠
陥を迅速かつ定量的に把握することができる液晶表示パ
ネル基板の検査装置を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、印加される
電界強度に応じて光透過率が変化する電気光学素子と、
この電気光学素子の下部に対向配置される液晶表示パネ
ル基板との間に検査電圧を印加すると共に、前記電気光
学素子上へ光を照射し、当該電気光学素子の反射光強度
に応じて前記液晶表示パネル基板を検査する検査装置に
おいて、前記電気光学素子を撮像する撮像手段の撮像タ
イミングに従って、前記検査電圧の印加極性および電圧
レベルを制御する電圧制御手段と、前記撮像タイミング
毎に発生するフレームデータを複数フレーム分蓄積する
と共に、当該フレームデータのドリフト成分およびノイ
ズ成分を除去する画像入力手段と、前記画像入力手段の
出力を電圧値に変換し、この変換された画像データを平
滑化すると共に、二値化する画像処理手段と、この二値
化された画像データから前記液晶表示パネル基板の欠陥
画素を抽出して表示する抽出処理手段とを具備すること
を特徴としている

【０００６】

【作用】上記構成によれば、電圧制御手段が撮像タイミ
ング毎に電気光学素子と液晶表示パネル基板との間に印
加される検査電圧の極性および電圧レベルを制御し、画
像入力手段がこの撮像タイミング毎に発生するフレーム
データを複数フレーム分蓄積すると共に、ドリフト成分
とノイズ成分とを除去した画像データを生成する。そし
て、この明暗を表わす画像データが画像処理手段によっ
て電圧値に変換され、これが平滑化されると共に、二値
化される。この結果、液晶表示パネル基板における画素
の良否が識別され、この二値化された画像データに基づ
いて抽出処理手段が欠陥画素を抽出し、これをディスプ
レイ表示する。これにより、液晶表示パネル基板におけ
る欠陥画素が迅速かつ定量的に把握することが可能にな
る。

【０００７】

【実施例】

Ａ．全体構成 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。図１はこの発明の一実施例による検査装置の概略を
示すブロック図である。この図において、１はハロゲン
ランプ等による光源、２は印加される電界に応じて光学
特性が変化する電気光学素子である。この電気光学素
子２は、高分子分散型液晶が封入された液晶シート８
と、該シート８の底面に形成された金蒸着膜あるいは
誘電体的層膜の光反射体９と、該シート８の上面に貼
着された透明薄膜電極２ａとから構成される。３は上記
構成による電気光学素子２面上を撮像するＣＣＤカメラ
である。４は画像処理装置であり、ＣＣＤカメラ３から
供給されるビデオ信号に基づいて画像処理を施し、この
結果得られた情報から液晶表示パネル基板５における欠
陥画素の数や位置などを表示する。なお、この画像処理
装置４の詳細については後述する。

【０００８】テーブル２６上に設置される液晶表示パネ
ル基板５は、図２に示す如く周知の構成であり、各画素
毎に配設される薄膜トランジスタ１４のソース端子およ
びゲート端子をそれぞれ共通接続するソース配線１０，
…，１０とゲート配線１１，…，１１とがマトリクス状
に形成され、該トランジスタ１４の各ドレイン端子に画
素電極１３が接続されてなる。なお、図中の符号１５，
１６はそれぞれソース配線１０、ゲート配線１１に接続
され、薄膜トランジスタ１４の静電破壊を防止するショ
ーティングバーである。これらショーティングバー１
５，１６は、液晶表示パネル基板５の製造段階において
形成されるもので、製造段階後の後工程で切断削除され
るものである。７は電圧印加装置であり、薄膜透明電極
２ａと液晶表示パネル基板５の各画素電極１３との間に
所定のバイアス電圧を印加する。このバイアス電圧印加
の際には、上述のショーティングバー１５，１６が使用
される。

【０００９】次に、上記構成において行われる検査の概
略について説明する。まず、電圧印加装置７により透明
薄膜電極２ａと各画素電極１３との間に所定レベルのバ
イアス電圧を供給する。ここで、上述したソース配線１
０およびゲート配線１１に断線や短絡が無く、かつ、薄
膜トランジスタ１４が正常動作する場合、すなわち、液
晶表示パネル基板５に欠陥画素が存在しない場合には、
電気光学素子２全体にバイアス電圧レベルに従った電界
が印加される。電界が与えられた電気光学素子２は、封
入された液晶分子が同一方向に揃い、これにより液晶シ
ート８が光を透過させる。このような状態で、光源１か
ら光を放射すると、液晶シート８を透過した光が光反射
体９で反射され、一様な強度の反射光がＣＣＤカメラ３
で捉えられる。

【００１０】一方、欠陥画素が存在する場合には、その
画素に対応する部分の印加電界が変化し、これに応じて
電気光学素子２の光透過率が変化する。この結果、正常
に電界が印加される画素部分では明、欠陥画素部分では
暗となる像がＣＣＤカメラ３によって撮像される。そし
て、画像処理装置４がこのＣＣＤカメラ３から供給され
るビデオ信号により、上述した関係に基づいた画像処理
を行い、これにより欠陥画素の数および位置などの情報
を抽出／表示するようになっている。

【００１１】Ｂ．画像処理装置４の構成 次に、上述した画像処理装置４の構成について図３を参
照し、説明する。なお、この図において図１に示す各部
と一致する部分には、同一の番号を付し、その説明を省
略する。図において、２０はイメージプロセッサであ
る。このイメージプロセッサ２０は、前述したＣＣＤカ
メラ３から供給されるビデオ信号をＡ／Ｄ変換してフレ
ームデータを生成し、複数フレーム分のデータをフレー
ムバッファに蓄え、該バッファから読み出したデータに
前処理を施し、これを画像データとして出力する。この
前処理とは、例えば、４フレーム分のフレームデータを
１シーンとし、この１シーン分のフレームデータに対し
て雑音除去や、二値化などを施す処理を言う。２１は各
部を制御すると共に、イメージプロセッサ２０から供給
される画像データに対して後述の画像処理を施すホスト
コンピュータである。２２はキーボード、ディスプレイ
装置および外部記憶装置などから構成される周辺装置で
ある。なお、このディスプレイ装置には、ホストコンピ
ュータ２１から供給される画像処理結果、すなわち、液
晶表示パネル基板５の欠陥状況が表示されるようになっ
ている。

【００１２】２３はタイミング発生器である。このタイ
ミング発生器２３は、ホストコンピュータ２１から供給
されるビデオ同期信号に基づいて１フレーム毎の撮像タ
イミングを規定するタイミング信号を発生して出力す
る。２４は前記タイミング信号に応じて所定のパターン
信号を発生するパターン発生器である。このパターン信
号とは、１フレーム毎に各画素電極１３へ印加するバイ
アス電圧の極性を制御するための信号であり、例えば、
連続する４フレームを順次撮像して１シーンとする場合
には、バイアス電圧の極性を「＋」，「−」，「−」，
「＋」の順に変化させる。そして、前述した電圧印加装
置７は、ホストコンピュータ２１から供給されるレベル
制御信号によって指定されるレベルのバイアス電圧を、
上述したパターン信号に応じた極性で発生し、これを透
明薄膜電極２ａと各画素電極１３とに印加する。２５は
光源１に供給する電力を制御する電力制御回路である。

【００１３】Ｃ．画像処理装置４の動作 次に、上記構成による画像処理装置４の動作について図
４を参照し、説明する。まず、図１に示すような検査セ
ットアップがなされている状態において、この装置４に
電源が投入されると、制御プログラムが起動し、各種レ
ジスタやメモリが初期化された後、待機状態となる。こ
の状態において、操作員が所定の制御コマンドをキー入
力すると、ホストコンピュータ２１は装置各部へ各種信
号を供給する設定モードに移行する。この設定モードで
は、光源１、ＣＣＤカメラ３および電圧印加装置７の初
期設定がなされる。次いで、操作員によってスタートス
イッチ（図示略）が操作されると、図４に示すフローチ
ャートに従った処理が行われる。

【００１４】まず、ステップＳ１に進むと、イメージプ
ロセッサ２０はビデオ信号を取込み、これをＡ／Ｄ変換
した後に１画面分のフレームデータを生成し、これをフ
レームバッファに記憶する。そして、次のステップＳ２
に進むと、４フレーム分のフレームデータが取込まれた
か否かが判断される。この場合、４フレーム分のデータ
を取込んでいないので、この判断結果は「ＮＯ」とな
り、再びステップＳ１に戻り、次フレームデータが取込
まれる。このように、ステップＳ１，Ｓ２にあっては、
４フレーム分のデータを取得するまで繰り返される。と
ころで、この４フレームデータをそれぞれフレームＡ，
フレームＢ，フレームＣ，フレームＤとすると、これら
フレームデータ取得時には前述したパターン信号に応じ
た極性のバイアス電圧が透明薄膜電極２ａと各画素電極
１３との間に印加される。例えば、フレームＡ撮像時に
は「＋５Ｖ」、フレームＢ撮像時には「−５Ｖ」、フレ
ームＣ撮像時には「−５Ｖ」、フレームＤ撮像時には
「＋５Ｖ」が供給される。

【００１５】次に、ステップＳ３では、こうして取込ま
れた４フレームデータを１シーンとして扱い、この１シ
ーン分のデータからノイズ成分を除去した後に平均化処
理を施す。この平均化処理とは、１シーン分のデータか
らドリフト成分を除去する処理である。このドリフト成
分は、１シーン分のデータを取得する際の時間経過に伴
って線形に増加する性質のものである。このようなドリ
フト成分を除去するには、次式に基づき各フレームデー
タに重畳されるドリフトを相殺する。すなわち、 Ｘ＝｛（Ａ＋ｓ）−（Ｂ＋２ｓ）−（Ｃ＋３ｓ）＋（Ｄ＋４ｓ）］｝／２ ＝｛Ａ−Ｂ−Ｃ＋Ｄ｝／２ ここで、Ｘはドリフト除去画像の輝度を表わし、ｓはド
リフト成分を表わす。また、Ａ〜Ｄは上述した各フレー
ムパターンにおける輝度を表わす。この式から明らかな
ように、上述したフレームＡとフレームＢとの差と、フ
レームＣとフレームＤとの和とを求め、更に、これらの
差分平均を求めることによって、ドリフト成分が相殺さ
れる。

【００１６】そして、ステップＳ４では、ドリフト成分
が除去されたデータの絶対値を取ると共に、この絶対値
化されたデータについてスケール変換を施す。このスケ
ール変換では、輝度レベルを表わすデータが電圧を表わ
すデータに変換される。この変換にあっては、検査に先
立って取得された液晶表示パネル基板５のゲインデータ
（後述する）に基づいて一次近似がなされ、これにより
電圧を表わすデータとなる。ここで、ゲインデータと
は、当該パネル基板５に基準となるバイアス電圧を与え
た際の輝度レベルを表わすデータであり、一次近似式に
おける傾きに相当する。次いで、ステップＳ５では、空
間平均処理により画像のスムージンズがなされる。この
スムージングとは、１シーンの画像を形成する画素の
内、例えば３×３画素をとり、これの中心画素データ
（中心値）に対して上下、左右、斜めの８方の画素デー
タ（近傍値）を反映させるものであり、例えば、８個の
近傍値と中心値とを同じ重みで加算平均させている。そ
して、このようなスムージングがなされると、画像から
ノイズ成分が除去される。次に、ステップＳ６では、各
画素データについて二値化処理を施す。すなわち、電圧
レベルを表わす各画素データについて、所定のスレッシ
ョルド電圧で二値化し、これにより各画素毎に印加され
る電圧の高低が分離され、該スレッショルド電圧以上の
画素を「１」、これ以外の画素を「０」としている。

【００１７】ステップＳ７では、上述の二値化結果と画
素マップとのＡＮＤ（論理積）処理が行われる。この画
素マップとは、液晶表示パネル基板５の画素セルサイズ
に対応した格子パターンである。そして、この格子パタ
ーンと、ステップＳ６において処理された二値化結果と
が画像間演算であるＡＮＤ処理により重ね合わせてい
る。このようにしたのは、二値化結果がＣＣＤカメラ３
の撮像画素に基づいているため、これを液晶表示パネル
基板５における画素セルに対応させており、例えば、液
晶表示パネル基板５の画素セルに対して、３×３画素
（撮像画素）を対応付ける。次に、ステップＳ８では、
このように対応付けられた液晶表示パネル基板５の欠陥
画素セルを抽出する。ここで、欠陥画素セルとは、画素
セルを構成する３×３画素（撮像画素）の中心画素の二
値化結果が「０」、すなわち、所定のスレッショルド電
圧に達しないものである。そして、この抽出結果とし
て、欠陥画素位置およびその数がディスプレイ装置に表
示され、次のステップＳ９に進む。ステップＳ９では、
次の画像サンプリグを行うか否かのプロンプトがディス
プレイ装置に表示され、操作員はこれに従ってキー入力
を行う。ここで、次のサンプリングを行う旨の入力が行
われると、再び前述のステップＳ１に戻り同様の動作が
繰り返される。一方、検査終了のキー入力を行うと、検
査動作が完了する。このように、液晶表パネル基板５の
欠陥画素が画像処理によって自動的に抽出されるため、
極めて高速な検査を行うことができ、しかも、この検査
では欠陥画素を定量的に把握することが可能になる。ま
た、こうした検査はインプロセスでなされるため、歩留
りを大幅に向上させる。

【００１８】なお、上記実施例にあっては、所定パター
ンのバイアス電圧を印加するようにしているが、これに
替えて、所定の周波数で変調された変調信号を印加する
ようにしても良い。この場合、各画素の明暗の変化、例
えば、輝度変化の減衰時定数を画像処理により検出して
パネル基板の良否判定を行う。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、電圧制御手段が撮像タイミング毎に電気光学素子と
液晶表示パネル基板との間に印加される検査電圧の極性
および電圧レベルを制御し、画像入力手段がこの撮像タ
イミング毎に発生するフレームデータを複数フレーム分
蓄積すると共に、ドリフト成分とノイズ成分とを除去し
た画像データを生成する。そして、この明暗を表わす画
像データが画像処理手段によって電圧値に変換され、こ
れが平滑化されると共に、二値化される。この結果、液
晶表示パネル基板における画素の良否が識別され、この
二値化された画像データに基づいて抽出処理手段が欠陥
画素を抽出し、これをディスプレイ表示するので、液晶
パネル組立前に当該基板における欠陥画素を迅速かつ定
量的に把握することができる。加えて、この検査はイン
プロセスでなされるため、歩留りが大幅に向上するとい
う効果も得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による検査の概要を示すブ
ロック図

【図２】同実施例における液晶表示パネル基板５の構成
を示すブロック図

【図３】同実施例における画像処理装置４の構成を示す
ブロック図

【図４】同実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト

【符号の説明】 １ 光源 ２ 電気光学素子 ２ａ 透明薄膜電極 ３ ＣＣＤカメラ ４ 画像処理装置 ５ 液晶表示パネル基板 ７ 電圧印加装置 ２０ イメージプロセッサ ２１ ホストコンピュータ ２３ タイミング発生器 ２４ パターン発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５２ Ｇ０６Ｆ 15/62 ４０５Ａ (56)参考文献 特開 平３−142498（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−18073（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−167490（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/958 G01M 11/00 G01R 31/00 G02F 1/13

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加される電界強度に応じて光透過率が
   変化する電気光学素子と、この電気光学素子の下部に対
   向配置される液晶表示パネル基板との間に検査電圧を印
   加すると共に、前記電気光学素子上へ光を照射し、当該
   電気光学素子の反射光強度に応じて前記液晶表示パネル
   基板を検査する検査装置において、 前記電気光学素子を撮像する撮像手段の撮像タイミング
   に従って、前記検査電圧の印加極性および電圧レベルを
   制御する電圧制御手段と、 前記撮像タイミング毎に発生するフレームデータを複数
   フレーム分蓄積すると共に、当該フレームデータのドリ
   フト成分およびノイズ成分を除去する画像入力手段と、 前記画像入力手段の出力を電圧値に変換し、この変換さ
   れた画像データを平滑化すると共に、二値化する画像処
   理手段と、 この二値化された画像データから前記液晶表示パネル基
   板の欠陥画素を抽出して表示する抽出処理手段とを具備
   することを特徴とする液晶表示パネル基板の検査装置。