JP2007219309A

JP2007219309A - 液晶表示装置、及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007219309A
Application number: JP2006041406A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakao; 健次中尾
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】ＯＣＢモードその他であっても輝点のリペアのための黒点化を容易かつ確実に行うことができる液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】カラーフィルタ層を構成する樹脂着色膜５の材料（CF材料）に予めアゾ化合物等の感熱発色性材料を含有させておく。そして、輝点が生じた際には、輝点の箇所にある樹脂着色膜５−１に対してレーザー光を局所的に照射することで、感熱発色性材料の発色を引き起こし、ほぼ黒点になるようにする。または、輝点の箇所にある樹脂着色膜５−１を一旦除去した後、黒色レジスト液８１を塗布して裏面からの露光により、リペア用の遮光膜８２を局所的に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は、液晶テレビ、液晶モニター等に用いられる液晶表示装置およびその製造方法に関する。

液晶表示装置は、基板間に液晶が挟持され、この基板上には電圧印加手段として透明電極等の電極が形成されたものであり、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を有するために、ＯＡ機器、情報端末、時計、テレビ等さまざまな分野に応用されている。従来、液晶表示装置としてはツイストネマチック型（TN）モードのものが一般的に用いられてきた。しかし、近年、液晶テレビ等の用途を中心として動画表示性能の向上が求められている。そのため、高速応答を特徴とするＯＣＢ（optically compensated bending）方式の液晶表示装置が検討されている（非特許文献１）。

ＯＣＢモードの液晶表示装置は、次のような特徴を有している。電源を入れる前、すなわち液晶層に電圧を印加する前には、液晶分子が、スプレイ配向と呼ばれる配向状態をなしている。液晶表示装置の電源を入れる時などに、電極間に比較的大きな電圧を短時間に印加して、液晶の配向をべンド配向状態に転移させる。すなわち、このべンド配向状態を用いて表示を行うのである。なお、このＯＣＢモードの液晶表示装置は、一般に、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等を画素ドットごとのスイッチング素子（能動素子）とするアクティブマトリクス基板と組み合わせて使用されている。

アクティブマトリクス型液晶表示装置では１画素ごとにスイッチング素子が形成されており、画素単位の表示不良は点欠陥として視認される。これら点欠陥は近年の大画面化、高精細化、及び要求表示品質の向上に伴い歩留まり低下の大きな要因となっている。点欠陥の中でも、輝点（常に白表示を行う点）が特に問題となる。輝点は、ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置において、スイッチング素子が動作しない画素により生じるのであるが、液晶表示装置の表示画面上で非常に目立つために表示品質を大きく損なう。そのため、輝点による点欠陥の「リペア」として、常に黒表示を行う黒点（滅点）に変換する「黒点化」（滅点化）という方法が行われている（特許文献１乃至２）。なお、周囲の良好な表示画素と同じ表示をすることも比較的画素欠陥を見えにくくする手法として用いられている（特許文献２の実施例、図１乃至４）。

輝点の黒点化のためには、レーザー照射により配向膜を乱す方法（特許文献１）の他、リペア用パターンまたは容量形成用金属パターンにレーザー照射を行って、画素電極を補助容量線または前段の走査線（ゲート線）に短絡させることが広く行われている（特許文献２の変形例、図５）。例えば、前段容量型のアレイ構成を有するツイストネマチック型（TN）モードの液晶表示装置の場合、画素電極に電気的に接続された補助容量形成用の金属パターンに対して、レーザー光を照射することで、画素電極と走査線との間をショートさせる。すると、例えば−１５Ｖ程度と比較的電圧絶対値の高い電圧が画素電極に印加され、黒表示が実現する。

なお、輝点を黒点化または緩和する方法についての早期の文献（特許文献３）には、カラーフィルタ基板（対向基板）の側から輝点箇所にレーザー光を照射することにより、輝点を「グレー（白と黒の中間）に変色させる」ということが記載されている。ここには、「透明電極８の表面のラビング面を加熱して液晶の配向を乱」すとともに、対向基板上の着色膜を「焼いて黒化させ」るという言及がなされている（特許文献３の２ページ右上欄１乃至９行、及び図１）。しかし、通常のカラーフィルタをなす着色層そのものが簡単に黒変するとは考えにくく、着色膜上でも配向膜が破壊されたに過ぎないのではないかと推測される。黒変するほどに激しい加熱を行ったのであれば、分解ガスの発生といった悪影響が懸念されるからである。したがって、特許文献３は、レーザー照射によって配向膜を破壊するリペア技術（例えば特許文献１）の一種を示すに過ぎないと思われる。
特開２００２−３４１３４９公報特開２００２−９１３４２公報特開平３−２１９２８号公報社団法人電気通信学会信学技報 EDI98-144 199頁

ＯＣＢモードの液晶表示装置では、一般に、画素電極を走査線または補助容量線と短絡させても、充分な黒点化を行うことが困難である。これは、後に詳述するように、ＯＣＢモードの輝度−電圧特性に由来するものであり、電圧を上昇させた場合、特定の最適範囲を超えると、再度輝度が上昇してしまうからである。

そのため、黒表示を行うための電位を補助容量電極に印加し、これに画素電極をショートさせる手法が考えられた。しかしながら、この黒点化処理も確実なものではなく、それでもなお輝点として残留する場合があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ＯＣＢモードその他であっても容易かつ確実に黒点化を行うことができる液晶表示装置及びその製造方法を提供するものである。

本発明の第１の態様の液晶表示装置は、液晶材料の層を挟み込んで保持する一対の絶縁基板と、前記絶縁基板の前記液晶材料に接する面に配列される複数の走査線、及び、この走査線に交差して配列される複数の信号線と、これら走査線及び信号線の交点ごとに、マトリクス状に配列され、それぞれが一つの画素ドットをなす画素電極と、前記画素ドットの領域に配置される透明樹脂層とを備え、前記透明樹脂層は、レーザー光の照射により遮光層または半遮光性の層に変換可能に構成されたことを特徴とする。

本発明の第２の態様の液晶表示装置は、液晶材料の層を挟み込んで保持する一対の絶縁基板と、前記絶縁基板の前記液晶材料に接する面に配列される複数の走査線、及び、この走査線に交差して配列される複数の信号線と、これら走査線及び信号線の交点ごとに、マトリクス状に配列され、それぞれが一つの画素ドットをなす画素電極と、前記画素ドットの領域に配置される着色樹脂層とを備え、点欠陥を生じた画素ドットの箇所にて、光硬化性樹脂からなる遮光層が設けられたことを特徴とする。

本発明の第１の態様の液晶表示装置の製造方法は、一連の成膜及びパターニングにより、複数の走査線、この走査線に交差して配列される複数の信号線、これらの交点ごとに設けられてそれぞれ画素ドットをなす画素電極、及び、着色膜または絶縁膜としての透明樹脂層を形成することを含む、一対の基板を作製する工程と、画素ドットごとの不良を検出する点欠陥検出工程と、点欠陥が検出された画素ドットの箇所を黒点化するリペア工程とを備えており、前記透明樹脂層を形成する際に、アゾ化合物その他の感光発色性化合物が溶解または分散され、前記黒点化は、点欠陥の箇所への局所的なレーザー照射による前記感光発色性化合物の発色により行われることを特徴とする。

本発明の第２の態様の液晶表示装置の製造方法は、一連の成膜及びパターニングにより、複数の走査線、この走査線に交差して配列される複数の信号線、これらの交点ごとに設けられてそれぞれ画素ドットをなす画素電極、及び、着色膜としての透明樹脂層を形成することを含む、一対の基板を作製する工程と、画素ドットごとの不良を検出する点欠陥検出工程と、点欠陥が検出された画素ドットの箇所を黒点化するリペア工程とを備えており、前記リペア工程においては、点欠陥の箇所にて、局所的なレーザー照射により前記透明樹脂層を除去し、この除去した箇所を含む領域に、遮光膜材料となる感光性樹脂を塗布し、次いで、露光及び現像を経て点欠陥の箇所に局所的に遮光膜を作製することを特徴とする。

本発明によれば、OCBモードその他の液晶表示装置において、容易かつ確実に輝点の黒点化を行うことができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置及びその製造方法について、図１乃至２を用いて説明する。ここでは、カラーフィルタ層を構成する樹脂着色膜５の材料（CF材料）に予め感熱発色性材料を含有させておいた。詳しくは、アゾ化合物を1〜5％濃度で含有させた。通常ではこの化合物は透明であった。一具体例においては、側鎖に吸収基を有するアゾベンゼン化合物を３〜７％濃度で用い、樹脂材料としては、レッド、グリーン及びブルーのいずれかの色の顔料を分散させたアクリル系樹脂を用いた。樹脂着色膜の厚みは、具体例において約１．５μｍである。

図１の概念図に示すように、ＴＦＴに欠陥が発生し、この欠陥が修復できなかった場合には、欠陥に係る画素ドット（輝点）内の着色樹脂膜５−１を、レーザー光照射により局所的に加熱し、アゾ化合物のシス−トランス転移を発生させた。これにより、色が黒色に近くなった。他の方法での黒点化その他のリペアが困難または不可能である場合に、欠陥画素ドットの箇所で着色樹脂膜５−１を黒色化し、見えにくくする手法である。本実施形態の方式は、表示パネル１００（液晶セル）の組立後に、そのままの状態でリペアを行えるというメリットがある。但し、完全な黒点化は実現が比較的難しく、多少の光抜けは存在した。

なお、レーザー光照射のためには、一具体例において、Ｎｄ⁺³：ＹＬＦレーザー装置、またはＮｄ⁺³：ＹＡＧレーザー装置の第３高調波（３４９ｎｍ）を使用し、連続発振のレーザー光であって、最大平均出力が１００ｍＷ（２ｋＨｚ）以上であるものを用いた。また、照射スポットをジグザグに連続的に移動させて欠陥画素ドット内にまんべんなく照射を行った。

なお、ＴＦＴトランジスタの欠陥によるものであれば、この黒色化はひとつの画素全域で実施するが、本発明はこれに限るものではない。局所的な画素電極の欠落のような局所的な欠陥であれば、欠落部のみを黒色化させるだけでよい。

図２〜３には、本実施形態の表示パネル１００の構成について、一具体例を示す。図２にはＴＦＴ７の箇所を含む模式的な積層断面図であり、図３は表示パネルを構成するアレイ基板１０について、一画素ドットの構成を模式的に示す平面図である。

図２に示すように、カラーフィルタ層としての樹脂着色膜５は、アレイ基板１０上の厚型樹脂膜（平坦化膜）を兼ねており、一般に０．５〜３μｍの厚み、特には約１〜２μｍの厚みに設けられる。また、図３に示すように、各画素電極５は、信号線３１及び補助容量線１４により画される領域ごとに設けられ、一つの画素ドットをなしている。

樹脂着色膜５は、画素ドットごと、または画素ドットの列ごとのストライプ状に塗り分けられており、各色ごとの樹脂材料の塗布及びパターニングにより形成されている。なお、厚型樹脂膜（平坦化膜）を介して画素電極６の縁部と金属配線とが重ねられる構造であるため、画素領域内に遮光膜（ブラックマトリクス）は設けられず、画素領域の周縁に沿って額縁状の遮光膜パターンが設けられる。この額縁状の遮光膜パターンは、例えば、黒色顔料を分散させたアクリル系樹脂からなる樹脂遮光膜からなり、樹脂着色膜５と同様のプロセスにて、アレイ基板１０上に設けられる。

画素電極６は、ＩＴＯ等の透明導電材料からなり、保護膜４を貫くコンタクトホール４３、及びカラーフィルタ層５としての厚型樹脂膜を貫くコンタクトホール５３を介して、ソース電極３３に導通されている。なお、画素ドットごとのＴＦＴ７が、ポリシリコン(p-Si)の半導体活性層１１からなり、トップゲート型である。すなわち、走査線２１またはその延在部からなるゲート電極２１Ａが、半導体活性層１１やこれを囲むコンタクト部１２，１３より上方に、ゲート絶縁膜１５を介して配されている。一方、ポリシリコン（p-Si）からなる補助容量（Ｃｓ）用パターン１４は、ゲート絶縁膜１５上に走査線２１と同時に形成される補助容量線（Ｃｓ配線）２４に、ゲート絶縁膜１５を介して重ねられており、層間絶縁膜２５を貫くコンタクトホールを介して、ソース電極３３の延在部に導通されている。

対向基板１０２の表面には略全体に対向電極１０７が形成されており、アレイ基板１０と対向基板１０２とが、シール材を介して貼り合わされ、液晶層１０１を挟みこんで保持している。なお、アレイ基板１０及び対向基板１０２の内表面すなわち液晶層１０１に接する表面には、ポリイミド樹脂等からなる液晶配向膜１０６が形成されており、アレイ基板１０及び対向基板１０２の外表面には、位相差板１０３及び偏光板１０４が貼り付けられている。表示パネル１００の周縁部には、信号線駆動回路（ドライバー）及び走査線駆動回路が、画素領域内のＴＦＴ７と同時に形成されておりフレキシブルケーブル配線を通じて、外部機器からの入力が行われる。

＜第２の実施形態＞
本実施形態では、輝点の箇所に、黒色レジスト樹脂液８１を局所的に塗布することで、黒点化を実現した。感熱発色性材料を用いる前述の方式よりはプロセスが増えるが、不透明度が高いことが特徴である。黒色レジスト樹脂液８１は、額縁状遮光パターン等の樹脂遮光膜を形成するのに用いられるのと同様のものであり、例えば、黒色顔料をアクリル系その他の光硬化性樹脂に分散させ、適宜溶媒を添加したものである。

図４の概念図に示すように、ＴＦＴに欠陥が発生し、この欠陥を修復できなかった場合、欠陥に係る画素ドット（輝点）内の樹脂着色膜５−１、及びその上の画素電極６を、レーザー光照射により局所的に除去する。

このように着色膜除去箇所５１を設けるにあたり、信号線３１及び走査線２１に沿った配線近傍部分５２は残すようにする。これはレーザー光照射により、これら配線が損傷されるのを防止するためである。

このようなレーザー蒸散加工（Zapping）のためのレーザー光としては、一具体例において、Ｎｄ⁺³：ＹＬＦレーザー装置、またはＮｄ⁺³：ＹＡＧレーザー装置の第３高調波（３４９ｎｍ）を使用し、超音波Ｑスイッチ素子により変調されてパルス状に発振するレーザー光であって、エネルギーレベルが０．６ｍＪ（２Ｈｚ）を越えるものを用いた。

この後、着色膜除去箇所５１を含む領域に黒色レジスト樹脂液８１を局所的に塗布し、乾燥させる。そして、輝点の箇所を含む領域へと、アレイ基板１０の裏面から局所的に紫外線を照射して露光を行う。ここで、樹脂着色膜５の材料には露光に使う紫外線を透過しないような材料を選択しておく。例えば、紫外線遮蔽性の微粒子、または紫外線吸収性の化合物をカラーフィルタ層の材料に分散または溶解させておく。すなわち、裏面からの露光の際、上記の配線近傍部分５２その他の樹脂着色膜５が、フォトマスクの役割を果たす。そのため、黒色レジスト樹脂液８１は、着色膜除去箇所５１内のものだけが重合されて硬化する。

このような露光の後に現像を行うと、着色膜除去箇所５１だけに遮光膜８２を設けて黒色化することができる。すなわち、樹脂着色膜５をフォトマスクとする露光により、着色膜除去箇所５１にだけ、リペア用遮光膜８２が形成されるのである。

本実施形態の方法であると、一画素ドット中の一部だけを局所的に黒色化することもできる。例えば、カラーフィルタのキズなどで、着色膜材料が抜け落ちていた場合や局所的な異物を破砕する場合にも対応できる。本実施形態の方式では、新たにマスクを合わせる必要がないため、プロセス増はさほどではない。

ただし、本実施形態の方式は、表示パネル組立後（液晶セル完成後）の状態でのリペアには対応できない。アレイ状態での修復に限定される。よって、アレイプロセスでの検査で発見された欠陥画素の対策である。

本発明は、アレイ欠陥部に光硬化性樹脂からなる遮光層を形成することが主眼である。さらにＣＦ層（着色樹脂膜）を除去することでこれをマスクとして使用することができるので、プロセスコストを上げることなく、リペア用の遮光層を効果的に導入することができる。

一具体例におけるアレイ基板の構成は、図２〜３に示したものと同一である。図２〜３の例の場合と同様、カラーフィルタをなす各着色層は、アレイ基板上の樹脂着色膜５として形成されており、この上に設けられた画素電極６が、コンタクトホール等を介してＴＦＴのドレイン電極に電気的に接続されている。

本実施形態の方法は、カラーフィルターをアレイ基板に形成したＣＯＡ方式に適している。しかしながら、カラーフィルターが対向基板上に設けられた場合にも、着色膜の欠落部（キズ）などに対応できる。

また、上記においては、着色膜が樹脂からなるとして説明したが、樹脂以外から着色膜が設けられる場合であっても、同様のリペアが可能である。

＜ＯＣＢモードの電圧−輝度特性＞
以下に、ＯＣＢモードの液晶表示駆動の原理と、実験的に得られた電圧−輝度特性について簡単に説明する。

図５には、ＯＣＢモードの液晶表示駆動における液晶分子の配向状態について模式的に示す。ＯＣＢモードの液晶表示装置は、上下基板にラビング処理を行い、この方向を平行にする（パラレル配向処理する）ことを基本的な構成としているが、電圧を印加しない初期状態では、図５左半部に示すように、液晶分子１０１Ａがほぼ平行に並んだスプレイ配向状態にある。表示駆動を行うためには、この液晶分子１０１Ａの配向を、図５右半部に示すようなべンド配向状態に転移させる。この転移を行うためには、一般に、比較的大きな転移電圧、例えば２５Ｖ程度、を液晶層１０１に印加する。適当な転移電圧、及びその印加時間は機器に固有のものである。

図６には、ＯＣＢモードの液晶表示駆動における、電圧−輝度特性（輝度の電圧依存性）を、ツイストネマチック型（TN）モードのものと比較して示す。３つのグラフは、左から順に、ノーマリーホワイト型のＯＣＢモード、ノーマリーブラック型のＯＣＢモード、及び、ノーマリーホワイト型のツイストネマチック型（TN）モードについての電圧−輝度特性を示す。電圧−輝度特性を実験的に求めるにあたり、上記転移電圧として約２５Ｖを液晶層に印加した。また、転移電圧、及びその印加時間について、機器ごとの調整は行わなかった。

図６より明らかなように、ノーマリーホワイト型のＴＮモードの液晶表示駆動では電圧を高くすればするほど輝度は低くなる。よって電圧が高ければ高いほど黒となる。しかし、ノーマリーホワイト型のＯＣＢモードでは、黒を表示する最適な電圧があり、それ以上の電圧を印加すると再び明るくなってくる。また、ノーマリーブラック型のＯＣＢモードでも同様に、黒状態、白状態の最適値を越えると明るさが逆行する。このような理由から、前述したように、ＯＣＢモードの液晶表示装置にあっては、画素電極６を走査線２１または補助容量線２４（図２〜３）と短絡させても、充分な黒点化を行うことが困難となっている。

本発明の第１の態様の実施形態における液晶表示装置のリペア操作について説明するための、模式的な積層断面図による工程図である。図１の液晶表示装置の一具体例について示す模式的な積層断面図である。図２の具体例におけるアレイ基板の画素ドットの構成を示す平面図である。本発明の第２の態様の実施形態におけるアレイ基板のリペア操作について説明するための、模式的な積層断面図による工程図である。ＯＣＢ型液晶の配向特性及びその転移について説明するための、模式的な積層断面図である。ＯＣＢ型液晶のノーマリブラック及びノーマリホワイトモード、及びＴＮ型液晶のノーマリブラックモードについての電圧−輝度特性図である。

符号の説明

１０アレイ基板１００液晶表示パネル１０１液晶層
１０２対向基板１０３位相差板１０４偏光板
３１信号線５樹脂着色膜５-１輝点画素の樹脂着色膜
５１着色膜除去箇所８１黒色レジスト液８２リペア用遮光膜

Claims

液晶材料の層を挟み込んで保持する一対の絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記液晶材料に接する面に配列される複数の走査線、及び、この走査線に交差して配列される複数の信号線と、
これら走査線及び信号線の交点ごとに、マトリクス状に配列され、それぞれが一つの画素ドットをなす画素電極と、
前記画素ドットの領域に配置される透明樹脂層とを備え、
前記透明樹脂層は、レーザー光の照射により遮光層または半遮光性の層に変換可能に構成されたことを特徴とする液晶表示装置。
前記透明樹脂層は、膜厚が０．５μｍ以上であって、カラーフィルター層をなすことを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
前記透明樹脂層に、アゾ化合物その他の感熱性または感光性の発色化合物が溶解または分散されていることを特徴とする請求項１の液晶表示装置。
液晶材料の層を挟み込んで保持する一対の絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記液晶材料に接する面に配列される複数の走査線、及び、この走査線に交差して配列される複数の信号線と、
これら走査線及び信号線の交点ごとに、マトリクス状に配列され、それぞれが一つの画素ドットをなす画素電極と、
前記画素ドットの領域に配置される着色樹脂層とを備え、
点欠陥を生じた画素ドットの箇所にて、光硬化性樹脂からなる遮光層が設けられたことを特徴とする液晶表示装置。
前記遮光層を形成する箇所の前記着色樹脂層がレーザー照射により除去されたことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。
一連の成膜及びパターニングにより、複数の走査線、この走査線に交差して配列される複数の信号線、これらの交点ごとに設けられてそれぞれ画素ドットをなす画素電極、及び、着色膜または絶縁膜としての透明樹脂層を形成することを含む、一対の基板を作製する工程と、
画素ドットごとの不良を検出する点欠陥検出工程と、
点欠陥が検出された画素ドットの箇所を黒点化するリペア工程とを備えており、
前記透明樹脂層を形成する際に、アゾ化合物その他の感光発色性化合物が溶解または分散され、
前記黒点化は、点欠陥の箇所への局所的なレーザー照射による前記感光発色性化合物の発色により行われることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
一連の成膜及びパターニングにより、複数の走査線、この走査線に交差して配列される複数の信号線、これらの交点ごとに設けられてそれぞれ画素ドットをなす画素電極、及び、着色膜としての透明樹脂層を形成することを含む、一対の基板を作製する工程と、
画素ドットごとの不良を検出する点欠陥検出工程と、
点欠陥が検出された画素ドットの箇所を黒点化するリペア工程とを備えており、
前記リペア工程においては、点欠陥の箇所にて、局所的なレーザー照射により前記透明樹脂層を除去し、
この除去した箇所を含む領域に、遮光膜材料となる感光性樹脂を塗布し、次いで、露光及び現像を経て点欠陥の箇所に局所的に遮光膜を作製することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。