JP4458786B2

JP4458786B2 - 液晶表示装置およびその検査方法

Info

Publication number: JP4458786B2
Application number: JP2003272931A
Authority: JP
Inventors: 正樹宮武; 暁富田
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2005031546A

Description

本発明は、液晶表示装置およびその検査方法に関し、特に信号線について断線や短絡を検出する技術に関する。

一般に液晶表示装置は軽量で薄型、低消費電力であるため、テレビ、携帯情報端末、あるいはグラフィックディスプレイなどに利用されている。特に画素毎にスイッチング素子として薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor :TFT）を用いたマトリクス型の液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、高速応答性に優れ、高精細化に適しており、ディスプレイ画面の高画質化、大型化およびカラー画像化を実現するものとして注目されている。

従来、この種の液晶表示装置としては、例えば図３の回路図に示す液晶表示装置が知られている。同図の液晶表示装置は、ガラス製のアレイ基板１００上に走査用の複数の走査線１１および画像信号用の複数の信号線１２が交差するように配線され、これら走査線１１および信号線１２の各交差部分にそれぞれ画素が設けられている。各画素では、薄膜トランジスタ１３のゲートが走査線１１に接続され、ソースが信号線１２に接続され、ドレインが画素電極１４に接続される。画素電極１４には、補助容量１５の一方の端子が接続され、補助容量１５の他方の端子には補助容量線１６が接続される。

アレイ基板１００は、図示しない液晶層を介して対向基板に対向して配置されており、画素電極１４は、対向基板上の対向電極と液晶層を介して対向配置される。

各走査線１１は走査線駆動回路１８に、各信号線１２は信号線駆動回路１９に、対向電極は対向電極駆動回路(図示せず)にそれぞれ接続されている。各走査線１１に対しては、走査線駆動回路１８によって、同図の上方から順次に水平走査周期に対応する電圧が印加される。また各信号線１２には信号線駆動回路１９から画像信号に対応する電圧が印加される。これによって、薄膜トランジスタ１３は、走査線１１を通じて電圧が印加されたタイミングでオン状態になり、信号線１２からの画像信号に対応する電圧をサンプリングして画素電極１４に与える。液晶層には、画素電極１４に加わった電圧と、対向電極駆動回路から対向電極に加わった電圧との差分が充電され、液晶層が駆動して光学応答によって表示動作が行われる。

この液晶表示装置は、走査線駆動回路１８および信号線駆動回路１９がアレイ基板１００上に形成される場合であり、薄膜トランジスタ１３に用いられる半導体材料の種類からｐ−Ｓｉ(多結晶シリコン)型液晶表示装置と呼ばれる。一方、半導体材料としてａ−Ｓｉ(非晶質シリコン)を用いたものは、ａ−Ｓｉ型液晶表示装置と呼ばれる。ａ−Ｓｉ型液晶表示装置は、ｐ−Ｓｉ型液晶表示装置に比べてトランジスタ特性が劣るため、アレイ基板１００上に駆動回路を設けることは困難である。従って、ａ−Ｓｉ型液晶表示装置のアレイ基板上には、図４の回路図に示すように、各画素からなる表示領域のみが形成され、走査線駆動回路１８、信号線駆動回路１９は形成されない。各駆動回路１８，１９は、半導体集積回路(ドライバIC)としてアレイ基板１００とは別途作成され、アレイ基板１００のＯＬＢ（Outer Lead Bonding）パッド２１ｍ，２２ｎ（ｍ，ｎは正の整数）にＴＡＢ(Tape Automated Bonding)等の技術を用いて接続される。

ｐ−Ｓｉ型におけるアレイ基板とａ−Ｓｉ型におけるアレイ基板との相違点の１つは、ＯＬＢパッドである。図４に示すように、ａ−Ｓｉ型では走査線１１がＯＬＢパッド２１ｍに、信号線１２がＯＬＢパッド２２ｎにそれぞれ直接的に引き出される。従って、ＯＬＢパッドの数とピッチは、走査線１１や信号線１２の数とピッチと同等である。一方、図３に示すように、ｐ−Ｓｉ型では、走査線１１、信号線１２は、アレイ基板１００上に共に形成された駆動回路１８，１９によって駆動されるため、直接ＯＬＢパッドに引き出されることはない。ＯＬＢパッドから入力されるのは、駆動回路１８，１９への入力信号であり、その本数は一般に、走査線１１や信号線１２の数よりも１桁程度小さい。従って、接続信頼性確保のためＯＬＢパッドのピッチを大きくすることができる。

これらｐ−Ｓｉ型とａ−Ｓｉ型とでＯＬＢパッドの相違をまとめると図５の表のようになる。ここでは、パソコン用として一般的な１０．４インチＸＧＡ対応の液晶表示装置の場合について示す。ａ−Ｓｉ型に比べてｐ−Ｓｉ型では、プローバの精度は低くてもよく、設備投資額が小さくで済むというメリットがある。

こういったＯＬＢパッドの違いはアレイ基板の製造工程中における検査にも影響を与えることとなる。ａ−Ｓｉ型では、アレイ基板の製造工程中で信号線が形成されると、断線（オープン）と短絡（ショート）の検査(以下、ＯＳ検査という)が実施される。この検査は、信号線の一方の端に接続されたＯＬＢパッドと他方の端に設けられたプロービング・パッドにプローブをあて、所定の電圧を印加し、このときに流れる電流を測定することにより行われる。ここで、信号線が正常に形成されていれば、印加電圧と信号線の抵抗から定まる所定の電流が検出される。もし、信号線が断線していれば電流が流れないので、断線不良を検出することができる。また、検査時に走査線や補助容量線に、信号線とは異なる電圧を印加しておけば、信号線がそれらとショートしたときには異常な電流が流れるので、短絡不良を検出することができる。

一方、ｐ−Ｓｉ型におけるアレイ基板の製造工程ではＯＳ検査がない。これは、信号線の端にプローブをあてるためのＯＬＢパッドが無いためである。アレイ基板の製造工程の最終段階では検査を行うが、ｐ−Ｓｉ型では駆動回路１８，１９を介して画素部分を検査することとなるため、Ｓ／Ｎが悪く、信号線についての欠陥の検出率は十分ではない。

このように、ｐ−Ｓｉ型では、ａ−Ｓｉ型に比べて信号線の断線、短絡といった欠陥の検出率が低い。この結果、不良のアレイ基板がセル製造工程で使われることとなり、無駄な製造コストを発生させる。ｐ−Ｓｉ型における信号線の断線、短絡を検出するための技術としては、特許文献１に記載のものが知られている。
特開２００３−２９２９６号公報

一般に、ｐ−Ｓｉ型のアレイ基板でＯＳ検査を実施しようとすると、信号線の両端にプローブをあてるパッドが必要になり、このプロービング・パッドはＯＬＢパッドとほぼ同じ大きさとなる。これを信号線と信号線駆動回路の間に設けると、実質上、信号線駆動回路の面積が増大することになる。この結果、製品である液晶モジュールのコンパクトさが失われるという問題がある。さらに、プロービング・パッドを設けたとしても、そのピッチは信号線のピッチと同等となり、ｐ−Ｓｉ型のアレイ基板の検査に、高精度なａ−Ｓｉ型のアレイ基板検査用のプローバが必要になる。このため、設備投資額が増大するという問題もある。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、信号線駆動回路の面積増加や設備投資の増大を招くことなく、ｐ−Ｓｉ型のアレイ基板について高精度のＯＳ検査を可能にし得る液晶表示装置およびその検査方法を提供することにある。

本発明に係る液晶表示装置は、交差するように配線された複数の信号線および複数の走査線と、多結晶シリコンで形成された薄膜トランジスタを前記信号線と前記走査線の各交差部分に設けた画素と、前記複数の走査線の一方の端に接続された走査線駆動回路と、前記信号線の一方の端にｋ本（ｋは３以上の整数）ずつの信号線に対応して１本ずつ接続された映像信号配線と、ｋ本ずつの信号線のうちの１本を選択するための選択信号線とで形成される信号線駆動回路と、各信号線毎に信号線の他方の端に２個ずつ異なる向きで接続されたダイオードと、前記信号線に前記ダイオードを介して接続される配線とをアレイ基板上に形成し、前記配線は２ｋ本あり隣接する前記信号線には異なる前記配線が接続されていることを特徴とする。

本発明に係る液晶表示装置の検査方法は、上記液晶表示装置に対して、ｋ本ずつの信号線のうちの１本を選択するための選択信号を前記選択信号線に印加するステップと、選択された信号線に接続されている映像信号配線と当該信号線に２個のダイオードを介してそれぞれ接続されている配線との間に所定の電圧を印加するステップと、前記所定の電圧を印加した信号線および映像信号配線に流れる電流を測定するステップと、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、信号線ｋ本ずつに対して１本の割合で映像信号配線を接続するとともに、各信号線の他方の端に２個ずつ異なる方向でダイオードを接続したことで、このダイオードと映像信号配線をＯＬＢパッドに接続できるようにして、信号線と映像信号配線についてＯＳ検査ができるようにし、信号線と信号線駆動回路の間にプロービング・パッドを設けることを不要にするとともに、ａ−Ｓｉ型のアレイ基板検査用のプローバを用いることを不要にしている。

また、信号線ｋ本ずつに対して１本の割合で映像信号配線を接続し、選択信号によりｋ本の信号線のうちの１本を選択可能にしたことで、全ての信号線について１本ずつ映像信号配線を設けた場合に比べて、ＯＬＢパッドの数が１／ｋになるようにしている。

本発明に係る液晶表示装置およびその検査方法によれば、信号線駆動回路の面積増加や設備投資の増大を招くことなく、ｐ−Ｓｉ型のアレイ基板について高精度のＯＳ検査を可能にでき、もって不良のアレイ基板がセル製造工程で使われることがなく、無駄な製造コストを低減することができる。

以下、一実施の形態における液晶表示装置について図面を用いて説明する。

図１の回路図に示すように、本液晶表示装置は、ガラス製のアレイ基板１上に走査用の複数の走査線１１および画像信号用の複数の信号線１２が交差するように配線され、これら走査線１１および信号線１２の各交差部分にそれぞれ画素が設けられている。各画素では、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ１３のゲートが走査線１１に接続され、ソースが信号線１２に接続され、ドレインが画素電極１４に接続されている。画素電極１４には、補助容量１５の一方の端子が接続され、補助容量１５の他方の端子には補助容量線１６が接続されている。

図２に示すように、アレイ基板１とこれに対向して配置された対向基板２との間隙に液晶層３を保持した状態で、両基板１，２の間はシール材５により封止される。対向基板２の液晶層３に接する側の表面には、対向電極４がアレイ基板１上の画素電極１４に対向するように配置される。

各走査線１１は走査線駆動回路１８に、各信号線１２は信号線駆動回路１９に、対向電極は対向電極駆動回路(図示せず)にそれぞれ接続される。各走査線１１は、走査線駆動回路１８によって図１の上方から順に駆動され、薄膜トランジスタ１３によるスイッチングを制御する。また、各信号線１２には信号線駆動回路１９によって映像信号が供給される。

信号線駆動回路１９の内部では、各信号線１２の端にアナログスイッチ１９ｂを介して、信号線３本ずつに対応して１本ずつ映像信号配線３３が接続されている。映像信号配線はｎ本（ｎは正の整数）あり、信号線１２は３ｎ本ある。以降、映像信号配線については映像信号配線３３(1)，３３(2)，…３３(n)と適宜称し、各信号線については信号線１２(1)，１２(2)，…１２(3n)と適宜称するものとする。

各信号線１２に設けられたアナログスイッチ１９ｂのゲートには、アナログスイッチ１９ｂ(1)，１９(2)，１９(3)，…に対応して選択信号線３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，…がそれぞれ接続される。

各信号線１２の他方の端には、２個ずつ異なる向きでダイオード３４が接続される。図１では、ダイオード３４ａのアノード端子およびダイオード３４ｂのカソード端子が信号線１２(1)に接続され、ダイオード３４ｃのアノード端子およびダイオード３４ｄのカソード端子が信号線１２(2)に接続され、ダイオード３４ｅのアノード端子およびダイオード３４ｆのカソード端子が信号線１２(3)に接続されている。他の信号線についても、同様にダイオード３４ａ乃至３４ｆが接続される。これらダイオード３４ａ乃至３４ｆは、アレイ基板上の配線３１ａ乃至３１ｆにそれぞれ接続される。

走査線駆動回路１８に接続された２本の制御信号線は、ＯＬＢパッド２１ａ，２１ｂにそれぞれ接続される。選択信号線３２ａ乃至３２ｃは、ＯＬＢパッド２２ａ乃至２２ｃにそれぞれ接続される。映像信号配線３３(1)，３３(2)，…３３(n)は、ＯＬＢパッド２３(1)，２３(2)，…２３(n)に接続される。補助容量線１６は、ＯＬＢパッド２４に接続される。アレイ基板上配線３１ａ乃至３１ｆは、ＯＬＢパッド２５ａ乃至２５ｆにそれぞれ接続される。

本液晶表示装置では、アレイ基板１の外部に、各駆動回路１８，１９に対して制御信号や選択信号を供給する外部駆動回路と、各信号線１２に映像信号を供給する駆動ＩＣを備えており、これら外部駆動回路および駆動ＩＣはＴＡＢの技術によってＯＬＢパッドに接続される。

次に、このように構成された液晶表示装置の検査方法について説明する。本検査方法は、各ＯＬＢパッドを通じて、アレイ基板上配線３１と映像信号配線３３との間に所定の電圧を印加し、そのときの電流を測定することにより、信号線１２および映像信号配線３３の断線や短絡の不良の有無を検出するようにしたものである。

まず、ダイオード３４の基本的な機能について説明する。アレイ基板上配線３１ａには正常な信号線電位より高い電位が、同配線３１ｂには正常な信号線電位より低い電位が印加される。従って、信号線電位が正常な場合には、２つのダイオード３４ａ，３４ｂはともにオフ状態となり、信号線１２(1)および映像信号配線３３(1)には電流は流れない。ここで、信号線１２(1)に異常な電圧が発生した場合を考える。もし、信号線１２(1)の電位が正常な電位よりも高くなると、ダイオード３４ａがオン状態となり、信号線１２(1)とアレイ基板上配線３１ａの間に電流が流れる。この電流は信号線１２(1)の電位が正常に戻り、アレイ基板上配線３１ａの電位より低くなるまで流れ続ける。逆に、信号線１２(1)の電位が正常な電位よりも低くなると、ダイオード３４ｂがオン状態となり、信号線１２(1)とアレイ基板上配線３１ｂの間に電流が流れる。この電流は信号線１２(1)の電位が正常に戻り、アレイ基板上配線３１ｂの電位より高くなるまで流れ続ける。以上の動作により、２つのダイオード３４ａ，３４ｂは、信号線１２(1)に発生した異常な電圧をアレイ基板上配線３１を通して外部に逃がすことにより、信号線１２(1)を過電圧による破壊から保護している。他の信号線１２(2)，１２(3)，…１２(3n)についても同様である。

続いて、信号線１２および映像信号配線３３について本検査方法によりＯＳ検査を実施する場合について説明する。ここでは、まず信号線１２(1)および映像信号配線３３(1)を例にして説明する。アレイ基板上配線３１ａを用いる場合は、同配線の電位を正常な信号線電位より低くし、ダイオード３４ａをオン状態にし、映像信号配線３３(1)からアレイ基板上配線３１ａまでの電流経路を確保する。そして、電圧源４２ａ又は電圧源４２ｇを用いて、ＯＬＢパッド２３(1)とＯＬＢパッド２５ａを通じて、映像信号配線３３(1)とアレイ基板上配線３１ａの間に所定の電圧を印加する。このときの電流を電流計４１ａ又は４１ｇを用いて測定することにより、信号線１２(1)または映像信号配線３３(1)の断線や短絡の不良の有無を検出する。断線が生じている場合には、信号線１２(1)および映像信号配線３３(1)に流れる電流は小さいこととなるので、電流量によって断線の有無を検出する。また、隣接する信号線間あるいは映像信号配線間で短絡が生じている場合には、その隣接する信号線または映像信号配線に流れる電流は大きいこととなるので、その隣接する信号線に接続されたダイオードを介して電流を測定することで短絡の有無を検出する。また、アレイ基板上配線３１ｂを用いる場合には、逆に、同配線の電位を正常な信号線電位より高くし、ダイオード３４ｂをオン状態にして、ＯＳ検査を行う。他の信号線１２(2)，１２(3)，…１２(3n)についても同様である。

本液晶表示装置では、信号線３本ずつに対して１本の映像信号配線３３を接続し、３本の選択信号線３２ａ乃至３２ｃに供給される選択信号を制御することにより、３本のうちの１本の信号線を選択する。例えば、１水平走査期間において前半の１／３の期間では選択信号線３２ａをオン、選択信号線３２ｂ，３２ｃをオフとし、信号線１２(1)，１２(4)，…１２(3n-2)およびこれらに接続されている映像信号配線に所定の電圧を印加して、電流を測定する。その後の１／３の期間では選択信号線３２ｂをオン、選択信号線３２ａ，３２ｃをオフとし、信号線１２(2)，１２(5)，…１２(3n-1)およびこれらに接続されている映像信号配線に所定の電圧を印加して、電流を測定する。また、次の１／３の期間では選択信号線３２ｃをオン、選択信号線３２ａ，３２ｂをオフとし、信号線１２(3)，１２(6)，…１２(3n)およびこれらに接続されている映像信号配線に所定の電圧を印加し、電流を測定する。

このように、信号線３本ずつに対して１本の割合で設けた映像信号配線３３をＯＬＢパッド２３に接続した構成とすることで、全ての信号線１２についてＯＬＢパッド２３を設けた場合に比べて、ＯＬＢパッドの数を１／３にしている。

したがって、本実施の形態によれば、信号線３本ずつに対して１本の割合で映像信号配線３３を設けるとともに、各信号線の他方の端に２個ずつ異なる方向でダイオード３４を設けたことで、映像信号配線３３、ダイオード３４をＯＬＢパッド２３、２５にそれぞれ接続した状態で、信号線と映像信号配線についてＯＳ検査ができるようになるので、信号線と信号線駆動回路１９の間にプロービング・パッドを設けることが不要となり、信号線駆動回路１９の面積増大を招くことなく、ｐ−Ｓｉ型のアレイ基板について高精度のＯＳ検査を行うことができる。

本実施の形態では、信号線１２にダイオード３４を介して接続されるアレイ基板上配線３１を３本用意し、隣接する信号線１２には異なるアレイ基板上配線３１を接続することで、隣接する信号線１２がつながる電源系が異なるようになって、隣接する信号線１２が同電位の際にも検査精度を向上させることができる。

本実施の形態によれば、ａ−Ｓｉ型のアレイ基板検査用のプローバを用いる必要がないので、設備投資の増大を招くことがなく、低精度かつ低価格のｐ−Ｓｉ用プローバを用いてアレイ基板のＯＳ検査を行うことができる。

本実施の形態によれば、ダイオード３４がオン状態となるようにアレイ基板上配線３１の電位を設定し、信号線１２と映像信号配線３３との間に電流経路を確保したことで、電流の測定によって不良の有無を検出するだけでなく、不良の種類が断線か短絡かを特定することが可能となり、検査精度を向上させることができ、もって不良のアレイ基板がセル製造工程へ流れることを確実に防止でき、無駄な製造コストを削減することができる。

本実施の形態によれば、信号線３本ずつに対して１本の割合で設けた映像信号配線３３をＯＬＢパッド２３に接続し、選択信号により３本のうちの１本の信号線を選択可能な構成としたことで、全ての信号線１２について１本ずつ映像信号配線３３を設けた場合に比べて、ＯＬＢパッドの数が１／３になるので、ＯＬＢパッドに接続されるＴＡＢの数を大幅に削減でき、製造コスト、製品コストを削減することができる。

なお、本実施の形態においては、信号線３本ずつに対して１本の割合で映像信号配線３３を設けることとしたが、信号線ｋ本（ｋは３以上の整数）ずつに対して１本の割合で映像信号配線３３を設けるようにしてもよい。この場合には、選択信号線もｋ本用意することとし、信号線ｋ本ずつのうちの１本を選択できるようにする。ｋの数を増加した構成にすることによって、ＯＬＢパッド、ＴＡＢの数をさらに削減することができる。

一実施形態における液晶表示装置の構成を示す回路図である。上記液晶表示装置の構成を示す断面図である。従来のｐ−Ｓｉ型の液晶表示装置の構成を示す回路図である。従来のａ−Ｓｉ型の液晶表示装置の構成を示す回路図である。ｐ−Ｓｉ型とａ−Ｓｉ型のＯＬＢパッドの相違をまとめた表である。

符号の説明

１…アレイ基板
２…対向基板
３…液晶層
４…対向電極
１１…走査線
１２…信号線
１３…薄膜トランジスタ
１４…画素電極
１５…補助容量
１６…補助容量線
１８…走査線駆動回路
１９…信号線駆動回路
１９ｂ…アナログスイッチ
２１〜２５…ＯＬＢパッド
３１…アレイ基板上配線
３２…選択信号線
３３…映像信号配線
３４…ダイオード
４１…電流計
４２…電圧源

Claims

交差するように配線された複数の信号線および複数の走査線と、
多結晶シリコンで形成された薄膜トランジスタを前記信号線と前記走査線の各交差部分に設けた画素と、
前記複数の走査線の一方の端に接続された走査線駆動回路と、
前記信号線の一方の端にｋ本（ｋは３以上の整数）ずつの信号線に対応して１本ずつ接続された映像信号配線と、ｋ本ずつの信号線のうちの１本を選択するための選択信号線とで形成される信号線駆動回路と、
各信号線毎に信号線の他方の端に２個ずつ異なる向きで接続されたダイオードと、
前記信号線に前記ダイオードを介して接続される配線とをアレイ基板上に形成し、
前記配線は２ｋ本あり隣接する前記信号線には異なる前記配線が接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１記載の液晶表示装置に対して、
ｋ本ずつの信号線のうちの１本を選択するための選択信号を前記選択信号線に印加するステップと、
選択された信号線に接続されている映像信号配線と当該信号線に２個のダイオードを介してそれぞれ接続されている配線との間に所定の電圧を印加するステップと、
信号線および映像信号配線に流れる電流を測定するステップと、
を有することを特徴とする液晶表示装置の検査方法。
選択された信号線に接続されているダイオードがオン状態となるように、当該ダイオードに接続されている配線の電位を設定することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置の検査方法。
前記電流を測定するステップにおいて、隣接する信号線または映像信号配線に前記ダイオードを介して接続されているそれぞれの配線に流れる電流の大きさによって、当該信号線または当該映像信号配線の断線、あるいは隣接する信号線または映像信号配線との短絡を検出することを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置の検査方法。