JP4556068B2

JP4556068B2 - 液晶セルの検査装置および検査方法

Info

Publication number: JP4556068B2
Application number: JP2003073393A
Authority: JP
Inventors: 繁隆小林; 竹彦和田; 栄作児島
Original assignee: Chimei Innolux Corp; Innolux Corp
Current assignee: Innolux Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: TW200428069A; TWI249629B; JP2004279891A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶セルの表示ムラを検査する検査装置および検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶モジュールの製造工程において複数の検査がおこなわれている。複数の検査をおこなうことによって、不良品が後工程に流入するのを未然に防ぎ、歩留まりの悪化を防いでいる。
【０００３】
なお液晶モジュールは、アレイ基板とカラーフィルター基板とを対向させて、アレイ基板とカラーフィルター基板との隙間に液晶を封止した液晶セルに、バックライトやドライバー回路を取り付けて表示装置としたものである。
【０００４】
液晶モジュールの表示ムラを検査することは難しい。これは、光っている輝点画素に比べて、表示ムラは徐々に輝度が変化するため、表示ムラを認識しにくいためである。また表示ムラの発見は、検査員の視覚による差が大きい。ある検査員が表示ムラを発見できても、他の検査員が表示ムラを発見できない場合がある。
【０００５】
液晶モジュールの表示ムラは、液晶セルの不良とバックライトの不良が考えられる。液晶モジュールの表示ムラが発見されると、液晶セルからバックライトを取り外して、液晶セルとバックライトを検査する必要がある。液晶モジュールを分解するときに液晶モジュールの部品を破損する恐れがある。液晶モジュールを分解することは、不良品が後工程に流入してしまったことの証明であり、液晶モジュールの歩留まりの悪化や製造コストの増大の原因である。
【０００６】
試料の透過率を測定して、ムラの度合いを定量化する方法が特許文献１に記載されている。投光ヘッドの光が試料を透過し、透過光を受光ヘッドで受光して透過率を求める。測定位置以外の位置の透過率は、周囲の測定値より類推する。しかし、投光ヘッドの光の出力が不安定である場合に、正確な透過率を求めることはできない。測定したい全ての位置で透過率を測定しているのではなく、類推によって透過率を求めている位置もあり、全ての位置で正確な透過率の測定をおこなっていない。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１９６５７０号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、液晶モジュールを組み上げる前の液晶セルにおいて、検査員の能力に左右されないで表示ムラを検査できる検査装置および検査方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の液晶セルの検査装置の要旨は、カラーフィルター基板と、前記カラーフィルター基板と隙間を有して対向するアレイ基板と、前記隙間に封止された液晶と、を含む液晶セルの検査装置であって、レーザーを発振する発振器と、前記発振器と前記カラーフィルター基板との間において、前記レーザーを第１レーザーと第２レーザーに分けるハーフミラーと、前記第１レーザーの光量を検知する第１デテクターと、前記液晶セルを透過した第２レーザーの光量を検知する第２デテクターと、前記第１デテクターが検知した光量と第２デテクターが検知した光量より、第２レーザーの液晶セルに対する透過率を計算する手段と、を含む。液晶セルを透過するレーザーの透過率を計算することによって、定量的に表示ムラを検査することができる。
【００１０】
前記液晶セルにおいて、前記第２レーザーを走査する手段を含む。第２レーザーを走査することによって、液晶セルの全ての箇所に第２レーザーを照射することができる。
【００１１】
前記液晶セルは縦横に並んだ画素に分割され、さらに画素が複数のサブピクセルに分割されており、前記透過率を計算する手段は各サブピクセルの透過率を計算する手段を含む。各サブピクセルについて透過率を計算することによって、サブピクセルに依存した表示ムラを検出することができる。
【００１２】
前記サブピクセルの透過率の変化を求める手段を含む。隣り合う画素の同色のサブピクセル同士で透過率の変化より、表示ムラのある箇所を検出することができる。
【００１３】
前記カラーフィルター基板およびアレイ基板が液晶を駆動させるための電極を有し、該電極に電圧を印加する手段を含む。電極に電圧を印加すか否かで液晶セルの検査項目を変更することができる。
【００１４】
本発明に係る液晶セルの検査方法の要旨は、カラーフィルター基板と、前記カラーフィルター基板と隙間を有して対向するアレイ基板と、前記隙間に封止された液晶と、を含む液晶セルの検査方法であって、レーザーを発振するステップと、前記レーザーを第１レーザーと第２レーザーとに分割するステップと、前記第１レーザーの光量を検知するステップと、前記液晶セルを透過した第２レーザーの光量を検知するステップと、前記第１レーザーの光量と液晶セルを透過した第２レーザーの光量より、第２レーザーの液晶セルに対する透過率を計算するステップとを含む。
【００１５】
前記液晶セルにおいて、前記第２レーザーを走査するステップを含む。
【００１６】
前記液晶セルは縦横に並んだ画素に分割され、該画素は複数のサブピクセルに分割され、前記透過率を計算するステップは、該サブピクセルごとにおこなう。
【００１７】
前記サブピクセルごとに計算された透過率を用いて、隣り合う画素の同色のサブピクセル同士で透過率の変化を求めるステップを含む。
【００１８】
前記液晶の駆動または非駆動を選択するステップを含む。
【００１９】
【本発明の実施の形態】
本発明に係る液晶セルの検査装置および検査方法の実施の形態について、図面を用いて説明する。検査は液晶セルの表示ムラの検査である。
【００２０】
検査される液晶セルは、カラーフィルター基板と、カラーフィルター基板と隙間を有して対向するアレイ基板と、隙間に封止された液晶とで構成される。液晶セルは縦横に複数の画素に分割される。各画素は、３つのサブピクセル（または絵素と言う）に分割される。サブピクセルで光の三原色（Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青））を発色し、１画素の色を表現する。さらに液晶セルは、カラーフィルター基板やアレイ基板に配向膜や液晶駆動用の電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が備えられる。
【００２１】
図１に示すように、検査装置１０は、レーザー１８ａを発振する発振器１２と、発振器１２とカラーフィルター基板２４との間で、レーザー１８ａを第１レーザー１８ｂと第２レーザー１８ｃに分けるハーフミラー２０と、第１レーザー１８ｂの光量を検知する第１デテクター１４と、液晶セル２８を透過した第２レーザー１８ｃの光量を検知する第２デテクター１６と、第１デテクター１４が検知した光量と第２デテクター１６が検知した光量より、第２レーザー１８ｃの液晶セル２８に対する透過率を計算する演算手段（図示せず）とを備える。なお、本明細書における光量はレーザーパワーとする。
【００２２】
第２レーザー１８ｃのパワーを８μＪ以下にし、液晶が気化しないようにする。さらに、第２デテクター１６が検知する光量は１８ｍＪ／ｍｍ^２以下にし、配向膜やＩＴＯに第２レーザー１８ｃの熱の影響が出ないようにする。
【００２３】
レーザー１８ａは、３色独立光源か、または、３色同一光源である。３色独立光源は、ＲＧＢの各波長のレーザー１８ａをそれぞれの光源で発振する。３色同一光源は、ＲＧＢの各波長のレーザー１８ａを同一の光源で発振するものである。
【００２４】
３色独立光源は、ＲＧＢの各波長のレーザー１８ａが異なる光軸になっているタイプと、同一の光軸になっているタイプの２種類がある。図２（ａ）に示すレーザー１８ａの光軸が異なるタイプ１２ａは、３色の光軸を液晶セル２８のサブピクセルのピッチ分だけずらす。液晶セル２８のＲＧＢの配列が、図３のようにストライプ配列であれば、ＲＧＢの各サブピクセル３４に同時に第２レーザー１８ｃを照射することができる。したがって、ＲＧＢの各サブピクセル３４の表示ムラを同時に検査することができる。
【００２５】
図２（ｂ）に示す３色の光軸が同軸となっているタイプ１２ｂは、発振する光源と検査をするサブピクセル３４との同期をとる。例えば、Ｒのサブピクセル３４に第２レーザー１８ｃを照射するとき、Ｒ用のレーザー１８ａを発振する。
【００２６】
図２（ｂ）に示す３色独立光源のタイプ１２ｂは、プリズム３２によって光軸が１本になるため、同期をとりながら検査をおこなう。
【００２７】
図２（ｃ）に示す３色同一光源のタイプ１２ｃは、３色独立光源の光軸が同一になっているタイプ１２ｂと同様に同期をとりながら検査をおこなう。
【００２８】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示す３色独立光源は、各色のレーザーダイオード３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを使用する。３色同一光源では、金属蒸気レーザーであるHe-Cdレーザー１２ｃなどを使用する。
【００２９】
ＲＧＢの各色に対応したレーザー１８を使用する理由を説明する。カラーフィルター基板２４はサブピクセル３４の各色に対応した着色層を有する。着色層の各色は、各色に対応した帯域の波長の光を透過させることができる。しかし、レーザー１８ａは単波長の光であり、着色層の色に対応した帯域以外の波長のレーザー１８ａは着色層を透過できない。したがって、サブピクセル３４のＲＧＢの各色に対応したレーザー１８ａが必要になる。ＲＧＢの各色に対応したレーザー１８を使用することによって、サブピクセル３４のそれぞれの透過率より、表示ムラの検査をおこなうことができる。
【００３０】
本発明は、液晶セル２８におけるレーザー１８ａの透過率を用いて表示ムラを検査する。レーザー１８ａの透過率を求めるためには第１デテクター１４を点Ｃに配置する必要がある。しかし、第１デテクター１４を点Ｃに配置すると、レーザー１８ａが液晶セル２８を透過できなくなる。そこで、ハーフミラー２０でレーザー１８ａを第１レーザー１８ｂと第２レーザー１８ｃとに分割し、第２レーザー１８ｃの透過率を求める。ハーフミラー２０によって分割される第１レーザー１８ｂと第２レーザー１８ｃの比は一定である。例えば、その比は１：１である。透過率は、第２レーザー１８ｃの光量を第１レーザー１８ｂの光量で除算して求める。
【００３１】
検査はサブピクセル３４ごとにおこなうため、第２レーザー１８ｃが液晶セル２８を透過するときにサブピクセル３４の大きさに収束させる。これは、後述するように液晶を駆動させて検査をおこなうときにフォトリークによってアレイ基板２６のＴＦＴ（Thin Film Transistor）が誤動作をするのを防止し、高精度の検査をおこなうためである。検査装置１０は、上記のように第２レーザー１８ｃを収束させるためのレンズを備えても良い。例えば、第２レーザー１８ｃのスポットの大きさは約１８μｍ×２４μｍであり、少なくとも約５０μｍ×５０μｍ以下にする。
【００３２】
発振器１２で発振されるレーザー１８ａの出力が不安定であった場合でも、正常な液晶セル２８であれば、第２レーザー１８ｃの光量から第１レーザー１８ｂの光量を除算して求めた第２レーザー１８ｃの透過率は一定になる。したがって、表示ムラの検査に第２レーザー１８ｃの透過率を用いる。
【００３３】
第２レーザー１８ｃのレーザースポットは液晶セル２８表面上を走査させられる。走査をおこなうための手段は、液晶セル２８を挟持する手段または液晶セル２８を載置して第２レーザー１８ｃが透過する透明の板である。挟持する手段または透明の板が液晶セル２８を移動させることによって、第２レーザー１８ｃを走査させることができる。第２レーザー１８ｃを走査することによって、サブピクセル３４における第２レーザー１８ｃの透過率の違いを求めることができる。
【００３４】
演算手段が計算した透過率を用いて、隣り合う画素の同じ色のサブピクセル３４同士で透過率の変化を求める手段、ムラを判定する手段を設ける。透過率の変化は、サブピクセル３４の透過率の差分である。液晶モジュールで決められている閾値以上の変化がある箇所をムラと判定する。演算手段、透過率を求める手段、ムラを判定する手段はコンピュータなどのプログラムで構成しても良い。
【００３５】
演算手段が計算した各サブピクセル３４での透過率をサブピクセル３４の各色ごとにグラフにする手段を設ける。図４や図５に示すように、透過率をグラフにすることによって、透過率の変化がよく分かり、グラフからムラを検出できる。なお、図４や図５において透過率は、第１デテクター１４と第２デテクター１６の検知した光量の比をレーザー反射・吸収量の相対値で表している。図４において、約５０〜１００ｍｍの位置で透過率の違いがあり、ムラと判定される。なお、図４において、両端の山は液晶セル２８の表示領域以外の部分である。図５において、周期的に透過率の変化が起こっており、サブピクセル３４単位で透過率の測定が可能なことを示す。
【００３６】
発振器１２と液晶セル２８の間にミラー２２を設ける。ミラー２２の角度を調節して、液晶セル２８に対する第２レーザー１８ｃの角度が９０°になるようにする。
【００３７】
カラーフィルター基板２４およびアレイ基板２６には電極がある。この電極に電圧が印加されると、液晶が駆動される。検査装置１０は、電極に電圧を印加する手段を含む。電圧を印加したときとしないときで、検出される表示ムラが異なる。電圧を印加した場合、アレイ基板２６の構造、セルギャップなどに起因した表示ムラが検出できる。電圧を印加しない場合、カラーフィルター基板２４などの液晶駆動に影響を受けない部品に起因した表示ムラを検出できる。電圧を印加するか否かによって検査項目が異なる。
【００３８】
液晶セル２８の検査方法について説明する。検査項目に応じて液晶セル２８の電極に電圧を印加するか否かを選択し、液晶を駆動状態または非駆動状態にする。
【００３９】
発振器１２よりレーザー１８ａを発振する。発振するレーザー１８ａについては、液晶セル２８のサブピクセル３４の配列がストライプ配列であり、かつ、レーザー１８ａの３色の光軸が異なるのであれば、３色同時に発振する。３色の光軸が同一であれば、検査するサブピクセル３４の色に発振するレーザー１８ａを同期させる。
【００４０】
ハーフミラー２０がレーザー１８ａを第１レーザー１８ｂと第２レーザー１８ｃに分割する。第１レーザー１８ｂは、進行先にある第１デテクター１４によって光量が検知される。第１レーザー１８ｂは液晶セル２８を透過していないので、第１レーザー１８ｂと第２レーザー１８ｃの光量の比が１：１であれば、液晶セル２８表面の点Ｃでの光量と同じである。
【００４１】
第２レーザー１８ｃは、ミラー２２によって液晶セル２８に９０°の角度で入射されるように進行方向が調節される。第２レーザー１８ｃは液晶セル２８を透過し、第２デテクター１６で光量が検知される。
【００４２】
演算手段は、第２レーザー１８ｃの光量を第１レーザー１８ｂの光量で除算することによって、第２レーザー１８ｃの透過率を計算する。
【００４３】
第２レーザー１８ｃを走査し、各サブピクセル３４での透過率を求めてグラフにする。透過率が変化する位置を検出する。すなわち、隣り合う画素の同色のサブピクセル３４同士で透過率の差分を求め、液晶モジュールによって決められた閾値以上の変化がある箇所についてムラと判定する。
【００４４】
以上、本発明は定量的に液晶セル２８の表示ムラを検出することができる。検査員の能力の違いによる表示ムラの検出の有無がなくなる。液晶セル２８の時点で表示ムラを検査できるため、液晶モジュールを組み立てる前に液晶セル２８の不良品を見つけだすことができる。したがって、歩留まりの向上や製造コストの削減に寄与する。また、サブピクセル３４ごとに検査をおこなうため、サブピクセル３４のＲＧＢに依存した表示ムラを検出することができる。
【００４５】
また、表示ムラの検査を液晶セル２８のエリア単位でおこなっても良い。図６に示すように、複数のエリア３６ａ，３６ｂに分割し、相互に共通部分３６ｃを持つエリア３６ａ，３６ｂ同士の透過率を利用して、各エリア３６ａ，３６ｂ同士の透過率から差分を求めてムラの判定をおこなう。上記の様にムラの判定をおこなうために、検査装置１０は、演算手段が計算した各サブピクセルの透過率を用いて各エリア３６ａ，３６ｂの透過率を求める手段、各エリア３６ａ，３６ｂ同士から透過率の差分を求める手段、および、求められた差分からムラを判定する手段を含む。これらの各手段はコンピュータのプログラムで構成しても良い。
【００４６】
エリア単位で表示ムラを検査する場合、エリア３６ａ，３６ｂ同士の重なり３６ｃとエリア３６ａ，３６ｂ面積を増やすことで、測定誤差・発振器の熱揺らぎなどの影響を極力抑えられる。一方、重なり３６ｃとエリア３６ａ，３６ｂ面積を減らすことによって、検査解像度を上げることができる。エリア３６ａ，３６ｂ同士の重なり３６ｃとエリア３６ａ，３６ｂ面積については、目的とする液晶モジュールのスペックと測定絶対量から最適値を検索する。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されることはない。その他、本発明は、主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、液晶セルの表示ムラを検査員の能力に関係なく定量的に検出することができる。表示ムラの検出が一定のレベルでおこなうことができる。液晶セルの時点で表示ムラを検査できるため、液晶モジュールを組み立てる前に不良品を見つけだすことができる。したがって、歩留まりの向上や製造コストの削減に寄与する。サブピクセルごとに検査をおこなうため、サブピクセルのＲＧＢに依存した表示ムラを検出することができる。液晶セルで表示ムラを検出できるため、液晶モジュールで表示ムラが発見された場合、バックライトの不良に起因した表示ムラであることがすぐに分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶セルの表示ムラの検査装置を示す図である。
【図２】各レーザーの構成を示す図であり、（ａ）は３色独立光源で光軸が分かれている図であり、（ｂ）は３色独立光源で光軸が同一の図であり、（ｃ）は３色同一光源の図である。
【図３】サブピクセルがストライプ配列になった図である。
【図４】透過率をグラフにした図である。
【図５】サブピクセルごとに透過率の測定が可能な様子を示す図である。
【図６】液晶セルを複数の領域に分割して透過率の変化を測定するための図である。
【符号の説明】
１０：検査装置
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ：発振器
１４，１６：デテクター
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ：レーザー
２０：ハーフミラー
２２：ミラー
２４：カラーフィルター基板
２６：アレイ基板
２８：液晶セル
３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｇ：レーザーダイオード
３４：サブピクセル
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ：エリア

Claims

サブピクセルの色に対応した着色層を備えたカラーフィルター基板と、
前記カラーフィルター基板と隙間を有して対向するアレイ基板と、
前記隙間に封止された液晶と、
を含み、縦横に並んだ画素に分割され、該画素は複数のサブピクセルに分割された液晶セルの検査装置であって、
前記カラーフィルター基板およびアレイ基板が液晶を駆動させるための電極を有し、該電極に電圧を印加する手段と、
前記サブピクセルごとの着色層を透過する帯域の波長のレーザーを発振する発振器と、
前記発振器と前記カラーフィルター基板との間において、前記レーザーを第１レーザーと液晶セルを透過する第２レーザーに分けるハーフミラーと、
前記第１レーザーの光量を検知する第１デテクターと、
前記液晶セルにおいて前記第２レーザーを走査する手段と、
前記液晶セルを透過した第２レーザーの光量を検知する第２デテクターと、
前記第１デテクターが検知した光量と第２デテクターが検知した光量より、第２レーザーの液晶セルに対する前記サブピクセルごとの透過率を計算する手段と、
前記サブピクセルの透過率の変化を求める手段と、
を含み、
前記電圧を印加したときは、セルギャップに起因した表示ムラが検出され、
前記電圧を印加しないときは、カラーフィルター基板に起因した表示ムラが検出される
検査装置。
前記液晶セルを相互に共通するエリアを備えた複数のエリアに分割し、
前記サブピクセルごとの透過率を用いて分割された各エリアの透過率を求める手段と、
前記各エリア同士から透過率の差分を求める手段と、
前記差分からムラを判定する手段と、
を含む請求項１に記載の検査装置。
前記第２デテクターが検知する光量が１８ｍＪ／ｍｍ^２以下である請求項１または２に記載の検査装置。
サブピクセルの色に対応した着色層を備えたカラーフィルター基板と、
前記カラーフィルター基板と隙間を有して対向するアレイ基板と、
前記隙間に封止された液晶と、
を含み、縦横に並んだ画素に分割され、該画素は複数のサブピクセルに分割された液晶セルの検査方法であって、
前記カラーフィルター基板およびアレイ基板が液晶を駆動させるための電極を有し、
前記液晶の駆動または非駆動を選択するステップと、
前記サブピクセルごとに着色層を透過する帯域の波長のレーザーを発振するステップと、
前記レーザーを第１レーザーと液晶セルを透過する第２レーザーとに分割するステップと、
前記第１レーザーの光量を検知するステップと、
前記液晶セルにおいて、前記第２レーザーを走査するステップと、
前記液晶セルを透過した第２レーザーの光量を検知するステップと、
前記第１レーザーの光量と液晶セルを透過した第２レーザーの光量より、第２レーザーの液晶セルに対するサブピクセルごとの透過率を計算するステップと、
前記サブピクセルごとに計算された透過率を用いて、隣り合う画素の同色のサブピクセル同士で透過率の変化を求めるステップと、
を含み、
前記電圧を印加したときは、セルギャップに起因した表示ムラが検出され、
前記電圧を印加しないときは、カラーフィルター基板に起因した表示ムラが検出される
検査方法。
前記液晶セルを相互に共通するエリアを備えた複数のエリアに分割し、
前記サブピクセルごとの透過率を用いて分割された各エリアの透過率を求めるステップと、
前記各エリア同士から透過率の差分を求めるステップと、
前記差分からムラを判定するステップと、
を含む請求項４に記載の検査方法。
前記第２レーザーの光量が１８ｍＪ／ｍｍ^２以下である請求項４または５に記載の検査方法。