JP2009080163A - 液晶表示装置の輝点修正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を用いて液晶表示装置の輝点欠陥画素の修正を行うにあたり、レーザ加工に伴う光漏れを少なくする。
【解決手段】レーザ発振器４６から放射されるレーザを直接的に、もしくは所定のスリット４５を介して液晶パネル２６に照射するとともに、このレーザを異物５１よりも手前に焦点を有するデフォーカス状態にして異物５１の周縁を連続してショットするようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置の検査工程で発見された輝点欠陥画素に対し、その輝点修正をレーザを用いて行う輝点修正方法に関する。

現在の液晶表示装置としては、隣接画素間でのクロストークがなく、良好な表示画像の実現が可能であることから、アクティブマトリクス型液晶表示装置が主流となっている。このアクティブマトリクス型液晶表示装置は、一般的にはガラス材からなる絶縁基板上に、直交する信号線及び走査線の交点近傍にマトリクス状に配置された複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と接続される透明画素電極を有し、更にこの電極上に配向膜を形成したアレイ基板を含む。

また、このアレイ基板と対向配置される同じくガラス材からなる絶縁基板には、透明対向電極と配向膜が順次積層された対向基板を備えている。更にカラー表示用の場合には、アレイ基板もしくは対向基板のいずれかに三原色ＲＧＢカラーフィルタが設けられている。このアレイ基板と対向基板間には液晶部材からなる液晶層が封入されて液晶パネルが構成されている。このアレイ基板及び対向基板の外表面側に偏光板を貼付して液晶表示装置が構成されている。

ところで、液晶パネルの輝点検査で輝点不良が確認された場合には、ＹＡＧレーザ装置を用いて輝点を滅点化したり異物を破壊する方法や、対応するカラーフィルタの該当個所にレーザ光を照射して当該部分を黒色化させて、画素電極の駆動電圧の有無に関わりなく光を遮断する方法を採用することがなされている（例えば、特許文献１参照）。

この場合に、画素電極と対向電極間を電気的に導通させるような異物の介在による欠陥画素の修正方法では、液晶パネルの外部から異物に対して直接レーザ照射を行い、当該異物を破壊させることにより両電極間の導通状態を解除させることで欠陥画素の修正を行っている。
特開２００３−２９２２６公報

しかしながら、異物そのものに直接焦点（フォーカス）を絞り込んでレーザを照射して破壊させると、この破壊による異物の飛散や残存物あるいは破壊に伴う熱的影響によって周辺配線パターンや膜層へのダメージが大きく、膜層の孔明きによる光漏れや配向膜ダメージによる液晶配向不良などの問題が発生する場合がある。特に異物が金属系の場合には、レーザ照射を行っても破壊が困難な場合が多く、そのための救済方法が望まれていた。

本発明は、上記の課題に対処してなされたものであり、例え金属系の異物による画素の欠陥が生じたとしても確実に欠陥画素を修正することが可能な液晶表示装置の輝点修正方法を提供するにある。

本発明は、一方の絶縁基板に画素電極と配向膜を積層配置し、他方の絶縁基板に対向電極と配向膜とを積層配置するとともに、これら両基板を配向膜が液晶層を介して対峙するように互いに対向させて形成した液晶パネルにおける画素電極及び対向電極間が異物によって導通される欠陥画素をレーザを用いて修正する輝点修正方法において、液晶パネルにレーザを照射するとともに、このレーザを異物よりも手前に焦点を有するデフォーカス状態にして異物の周縁を連続的にショットすることを特徴とする。

また、レーザショットに先立って異物にレーザを照射して異物周囲に気泡を発生させた後にレーザショットを行うことを特徴とする。

本発明によれば、異物全体に亘ってレーザを照射することなく異物の周縁部分に跨ってデフォーカス状態のレーザを照射することで、異物周辺部への影響を極力抑制することにより表示品位を保持しつつ欠陥画素を修正することを可能とする。

以下、本発明の第一の実施の形態について図１乃至図４を用いて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の液晶表示装置の輝点修正方法の概略を説明するための模式図であり、図３及び図４は異物の存在状態を示している。

まず被修正対象物である液晶表示装置について説明すると、ガラス材から構成される透明絶縁基板１１の一面上には、信号線１２及び走査線１３が略直交するように相互に絶縁配置されており、この交点近傍には走査線１３にゲート電極が、ドレイン電極に信号線１２が接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１４がマトリクス状に配列されている。このＴＦＴ１４を含む絶縁基板１１上にはアクリル材から構成される赤、青、緑に着色された着色層からなるカラーフィルタ１５が形成され、このカラーフィルタ１５上には酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等から構成される透明な画素電極１６が設けられている。この画素電極１６はカラーフィルタ１５の着色層に形成したスルーホールを介してＴＦＴ１４のソース電極と接続され、この画素電極１６等の上面には、更にポリイミド等から構成される配向膜１７が設けられてアレイ基板１８が構成される。

また、このアレイ基板１８と対向する対向基板１９は、同様にガラス材から構成された透明絶縁基板２０を有している。この透明絶縁基板２０のアレイ基板１８と対向する一平面上には、ＩＴＯ等から構成される透明対向電極２１、この対向電極２１の上面に設けたポリイミド等から構成される配向膜２２等を備えている。

このアレイ基板１８と対向基板１９間とは、所定の間隙を持って配向膜１７，２２が対峙するように対向配置され、シール材２３を介して貼り合わされている。この間隙には液晶部材からなる液晶層２４が封止され、この液晶層２４の厚さは、このアレイ基板１８と対向基板１９間に介在されるスペーサ２５によって規定されて液晶パネル２６が構成される。この液晶パネル２６の外表面側には、夫々偏光板２７，２８が貼付されて液晶表示装置２９が構成されている。

このように構成された液晶パネル２６もしくは液晶表示装置２９は、画質検査工程で検査され、もし輝点欠陥が発見された場合には輝点欠陥修正を行う。

この修正装置は、図１に示すように、中央部に中空の透過孔３１を有するＸＹテーブル３２の下方に、透過孔３１を通して均一な強度の白色光を供給する照明装置３３が配置されている。このＸＹテーブル３２上には液晶表示装置２９が載置され、このＸＹテーブル３２には加工位置決め用の移動装置３４が備えられている。この移動装置３４はＸＹテーブル３２に載置された液晶表示装置２９の位置を制御するためのもので、ＸＹテーブル３２をＸＹ方向に移動することができる。また液晶表示装置２９は、検査・修正のために液晶駆動回路３５と接続されている。

このＸＹテーブル３２の液晶表示装置２９の上方には、結像光学系あるいは集光光学系等のレーザ光学系４１が配置されている。ここではレーザ光学系４１として結像光学系を用いた場合を例に説明をする。このレーザ光学系４１の集光レンズ４２の光軸上に、ビームスプリッタ４３と所定の開口４４を有するスリット４５を介してＹＧＡレーザ光を発生するレーザ発振器４６が設けられている。このレーザ発振器４６は、例えば波長が５００ｎｍ以上でパルス幅が１×１０^−６ｓｅｃ以下の５乃至１０ｍＷ程度の定格出力のレーザを生成するように設定されている。このレーザ光はスリット４５によって所定の大きさのビームに成形され、集光レンズ４２によって所定の焦点距離で結像（フォーカス）するように構成されている。このスリット４５の開口４４の大きさは、レーザ光での加工点における大きさが５μｍ□以下となるように、その大きさが設定されている。また、ビームスプリッタ４３の反射方向には、このビームスプリッタ４３に対向して結像レンズ４７を介してＣＣＤカメラ４８が配置され、このカメラ４８にはモニタ４９が接続されている。

このように構成された液晶表示装置の修正装置を用いて、液晶表示装置の欠陥画素を修正する方法について説明する。

まず液晶表示装置２９をＸＹテーブル３２上に載置し、液晶駆動回路３５及び照明装置３３等の電源を投入することによって、照明装置３３からの白色光は、ＸＹテーブル３２の透過孔３１を介して液晶表示装置２９の一面上に投射される。これと同時にレーザ光学系４１内に設けられた落射照明源（図示せず）から落射光を集光レンズ４２で集光させて、液晶表示装置２９の他面上に照射させる。

この落射光の液晶表示装置２９からの反射光は、集光レンズ４２及びビームスプリッタ４３、結像レンズ４７を介してカメラ４８の撮像面に結像される。このカメラ４８の撮像出力はモニタ４９に供給され、このモニタ４９の画面中に再生画像を映し出すことができる。従って、移動装置３４によってＸＹテーブル３２をＸＹの二次元方向に平行移動させることで液晶表示装置２９が移動するので、モニタ４９の再生画像もこれに応じて変化させることができ、液晶表示装置２９の表示面に相当する全画面を走査することができる。

そして輝点欠陥画素の発生が確認された場合には、映し出されたモニタ画像をモニタリングし、移動装置３４によりＸＹテーブル３２を移動制御して、レーザ光学系４１のレーザ照射位置を輝点欠陥画素に位置合わせする。

この欠陥画素としては、例えば図３に示すように、画素電極１６と対向電極２１間に夫々の配向膜１７，２２を突き破る導電性の異物５１が介在して、両電極１６，２１間がこの異物５１によって短絡させられて同電位となった導通欠陥を想定する。

この欠陥画素にレーザ光学系４１を位置合わせした後、レーザ発振器４６からレーザを出力する。このレーザはスリット４５に入射して大きさを整えられた上で、集光レンズ４２で集光される。このとき、図２に示すように、液晶表示装置２９の手前にレーザの焦点Ｆを持たせるように集光（フォーカス）される。従って、液晶表示装置２９の液晶層２４内の異物５１には、異物５１に到達されるレーザが異物５１到達以前に一度焦点Ｆが合わされた後の非焦点範囲、即ちデフォーカス状態で照射されることになる。

このデフォーカスの設定は、移動装置３４によって一度レーザ光学系４１をＸＹテーブル３２に対して直交する上下方向に移動させてレーザの焦点Ｆを異物５１に合わせた後に、レーザ光学系４１を再度移動装置３４によって異物５１から遠ざかる方向となる＋Ｙ方向に移動させて両者を相対的に離すことにより達成することが可能である。このデフォーカスの設定時にはレーザ発振器４６の出力を定格出力よりも低くなるように切換えるとよい。

このデフォーカスでの異物５１の加工点と焦点Ｆとの間隔ａは、５乃至２０μｍの距離に設定することが好適である。この間隔ａが５μｍ以下の場合にはレーザエネルギーが強すぎて異物５１自体を破壊しかねず、また２０μｍ以上の場合にはエネルギーが弱すぎてしまい、後述の修正が行えなくなる虞がある。

またこのショットは、レーザ光のショット位置が輝点欠陥画素に対応する異物５１の全体に一度にショットするのではなく、その異物５１の輪郭に沿ってショットする。即ち、図４に示すように、異物５１の全体もしくは中心に焦点を当てて異物５１を破壊するのではなく、異物５１の周縁部分に沿ってスリット４５にて規定されているデフォーカスされた大きさの、図中破線にて四角形状（矩形）に示す微小面積ずつ相互にその一部が重なるように連続的にショットすることが可能なように移動装置３４によりＸＹテーブル３２とレーザ光学系４１の相対的位置を制御する。この移動はＸＹテーブル３２側を移動させて、もしくはレーザ光学系４１をＸＹ方向に移動装置３４によって移動可能に構成しておけばレーザ光学系４１を移動させることでも対応可能で、また両者を相対的に同時に移動させることも可能であり、モニタ画像上の白色光位置をモニタリングすることにより、レーザ光の走査ができる。

このようなレーザのショットによって、異物５１周縁部分に対応する対向電極２１及び配向膜２２はデフォーカスされたレーザによって剥されることにより、例え異物５１そのものが液晶層２４中の画素電極１６と対向電極２１間に残存していても、少なくともレーザが照射される側の対向基板１９側に位置する対向電極２１は、レーザのスリット４５による連続した重畳ショットによって他の回路系からは切り離されるので、当該画素部分は滅点化されることになる。この処理の際に異物５１全体は直接レーザによって破壊されることがないので、異物５１の破壊飛散あるいは破壊時の熱的影響による薄膜パターンや層間膜などに危害を及ぼすことが防止される。

このようにして、アレイ基板１８と対向基板１９との両電極１６，２１間を短絡する異物５１の存在による輝点欠陥画素の異物５１周縁部分の対向電極２１を破損させて、異物５１が存在する両電極１６，２１の少なくともいずれかを他回路と分離させることにより液晶表示装置の輝点欠陥修正を行うことができる。

なお、上記説明では液晶パネル２６の両側に夫々偏光板２７，２８が接着されている場合を例にとって説明しているが、偏光板２７，２８が接着されていない液晶パネル２６の段階で修正をかけることも勿論可能である。この液晶パネル２６にて修正する場合も、本発明では液晶表示装置の輝点修正方法との表現に含まれるものとする。

また、レーザ光学系４１として結像光学系によるスリット加工を利用した場合について説明しているが、この他にもスリットを使用せずにビーム径がスポット形状のレーザとなる集光光学系を使用したレーザ光学系４１での加工も可能である。この加工の場合にはスリットを使用していないので加工点でのビーム形状は矩形状とは異なり丸形状等のスポット形状になるが、この形状変更の他は結像光学系の場合と全く同様に加工動作を行うことができる。

このようにして、異物５１の周縁部分に沿ってレーザを連続的に重畳するようにショットを行っているが、このショットの異物５１周縁部分からの加工範囲（距離）との関連につき試作・検討を行った。

この測定用のサンプルとしては、１３．３インチのＷＸＧＡ型液晶パネルを用い、このパネルの配向を意図的に乱してリペア装置にて直径φ＝１０μｍの微小黒点を故意に作成し、この黒点の周囲をレーザ加工してサンプルとしたもので、照明装置（バックライト）の輝度は３５００ｃｄ／ｍ^２とし、基板表面から３０ｃｍの距離にて目視及びＮＤ５％フィルタで光漏れの判定行った。その測定結果を表１に示す。

この表１の結果から、異物周縁からその周辺部分までの加工範囲は、光漏れが視認されない２．０μ以下に設定するのが好適であることが判明した。但し、この加工範囲はバックライトの輝度の違いや検査員の能力などによって相違が発生することも考えられるので、加工の範囲は個々の製品規格に従って決定するのが良い。

次に第２の実施の形態について、図５及び図６を用いて説明をする。なお、第１の実施の形態において説明したものについては同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。

この実施の形態においては、レーザ光学系４１から出力されるレーザとして、波長が１１００ｎｍ以下でパルス幅が５０ｎｓ以下のレーザを使用する。このレーザを使用して異物５１の周縁部分に沿ってショットをするのに先立って、最初に異物５１の中央部分に定格出力以下である０．５ｍＷ以下の小さなエネルギーのレーザを照射して、図５に示すように、異物５１の周囲の液晶層２４中に異物５１を取り囲むように気泡６１を発生させる。この気泡６１が発生した段階でレーザの出力を規定の定格出力まで上昇もしくは切換えて、この気泡６１が消滅するまでの期間に上記第１の実施の形態で説明したと同様に、異物５１の周縁部分に沿ってレーザショットを行う。このためのレーザは発振周波数１ｋＨｚ以下のものを使用し、ＸＹテーブル３２とレーザ光学系４１の相対的な移動速度は１０００μｍ／ｓｅｃに設定すると気泡６１の残存中に作業を行うことが可能となるために好適である。

このような輝点修正方法を採用することによって、レーザ加工を施す前に対象となる異物５１の周囲にまず気泡６１を発生させ、この気泡６１が残存している期間に本来のレーザ加工を施すことによって、加工によって分離されて生じた電極箔や配向膜の残存物６２は、液晶層２４中に浮遊することなく、図６に示すように、この気泡６１が存在する範囲内に留まることになり気泡６１外へ飛散されることがない。このため、加工によって発生した加工残存物６２は、図６中に矢印で示すように、そのまま液晶層２４の下側に、換言すれば、アレイ基板１８側の配向膜１７の表面上に残存物６２を付着・堆積させている。この残存物６２が付着された配向膜１７の配向変化による黒色化によって光漏れを低減させることが可能となる。従って、レーザ加工によって除去された箇所からの光漏れの影響を、当該電極１６、配向膜１７上に残存物６２を付着させることで配向性を意識的に乱すことによって光漏れをより一層抑制することが可能となる。

なお、上記説明では、結像光学系を搭載したスリット加工による輝点修正方法について説明しているが、画素サイズや異物の大きさによる加工点での熱影響（ダメージ）を抑えることが可能であれば、集光光学系を搭載したレーザ装置を使用することも可能である。

また、上記説明ではアレイ基板側にカラーフィルタを設けた場合について説明しているが、カラーフィルタを対向基板側に設けた場合にも適用が可能であり、その場合にはカラーフィルタが存在しないアレイ基板側からレーザを照射するように液晶パネルをＸＹステージ上に保持すれば同様に適用できることは言うまでもない。

本発明に係る液晶表示装置の第１の実施の形態に係る輝点修正方法を説明するための概略構成図。 同じくデフォーカス状態を説明するための説明図。 同じく異物の状態を説明するための液晶パネルの断面図。 同じく異物の周縁をレーザショットするための説明図。 本発明に係る液晶表示装置の第２の実施の形態に係る輝点修正方法を説明するための異物周囲の状態を説明するための液晶パネルの断面図。 同じくレーザショット後の異物周囲の状態を説明するための液晶パネルの断面図。

符号の説明

１１，２０…絶縁基板
１６…画素電極
１７，２２…配向膜
１８…アレイ基板
１９…対向基板
２１…対向電極
２４…液晶層
２６…液晶パネル
４１…レーザ光学系
４２…集光レンズ
４５…スリット
４６…レーザ発振器

Claims (5)

1. 一方の絶縁基板に画素電極と配向膜を積層配置し、他方の絶縁基板に対向電極と配向膜とを積層配置するとともに、これら両基板を前記配向膜が液晶層を介して対峙するように互いに対向させて形成した液晶パネルにおける前記画素電極及び対向電極間が異物によって導通される欠陥画素をレーザを用いて修正する輝点修正方法において、
   前記液晶パネルにレーザを照射するとともに、このレーザを前記異物よりも手前に焦点を有するデフォーカス状態にして前記異物の周縁を連続的にショットすることを特徴とする液晶表示装置の輝点修正方法。
2. 前記ショットに先立って、このショット時の出力よりも弱い出力にて前記異物にレーザを照射し前記異物周囲に気泡を発生させ、その後に前記ショットを行うことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の輝点修正方法。
3. 前記液晶パネルはいずれか一方の基板にカラーフィルタを有し、前記レーザを他方の基板側から照射することを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置の輝点修正方法。
4. 前記レーザは波長が５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液晶表示装置の輝点修正方法。
5. 前記レーザの焦点位置は前記異物よりも５μｍ以上離れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の液晶表示装置の輝点修正方法。

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