JP2010054580A - フェムト秒レーザによる液晶パネルの欠陥修復方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理すべき領域を可能な限り小さくする一方、歩留まりを向上しうるような、液晶パネルの欠陥修復方法を提供する。
【解決手段】 液晶パネル１に発生した輝点欠陥Ａを修復する液晶パネルの欠陥修復方法であって、液晶パネル１は、一対の配向膜１６，２６が液晶層本体３０’を介してサンドイッチ状に配置された液晶層３０を、一対の基板１０，２０によって挟持してなり、一対の配向膜１６，２６の少なくとも一方を、フェムト秒レーザ光Ｌの集光によって局部的に変質処理させるレーザ照射工程を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶パネルの欠陥修復方法および液晶パネルに関する。

液晶パネルにおいては、各画素に対応して設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の作動により、一対の基板間に挟持された液晶層の光透過が制御され、光の透過または遮断が行われる。このような液晶パネルは、ＴＦＴの特性不良等によりバックライト光が常時透過する状態になると、この画素がユーザに輝点欠陥として認識されるおそれがあることから、輝点欠陥を修復する方法が従来から種々提案されている〔以下の特許文献１〜３、参照〕。
例えば、特許文献１に開示された液晶表示装置の輝点欠陥修正方法は、輝点欠陥絵素部の２つの配向膜のうちの少なくとも一方を、エキシマレーザにより破壊・除去して、輝点欠陥を修正することにより、輝点を暗くするものである。
また、特許文献２に開示された液晶パネルの輝点欠陥修復方法は、一対の偏光板の少なくとも一方に凹部または貫通孔を形成し、この凹部または貫通孔に遮光材料を充填して輝点欠陥を黒点化するものである。
また、特許文献３に開示された液晶表示装置の修理方法は、パルス幅がフェムト秒乃至ピコ秒の光源から、波長が７５０ｎｍ乃至８５０ｎｍの範囲または１０００ｎｍ乃至１１００ｎｍの範囲の波長を有するレーザ光を照射することにより、色フィルターを変性して透過特性を変化させるものである。

特開平５−３１３１６７号公報 特開２００６−１７１０５７号公報 特開２００７−１０２２２３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された輝点欠陥修正方法は、エキシマレーザの本質的な処理能力不足ため、配向膜の破壊される領域が大きくなり、修復すべき絵素以外の絵素を不良化するおそれがあった。すなわち、修復の対象となる輝点欠陥は、通常は直径が１００μｍ未満のものに限定され、直径１００μｍ以上の輝点欠陥を有する液晶パネルは、一般には不良品として廃棄される。他方、配向膜がエキシマレーザにより破壊される領域は、直径が１００μｍ〜１ｍｍ程度になるため、輝点欠陥よりも必然的に大きなものとなり、結果的に良品化できず、歩留まりの向上は不可能である。
また、特許文献２および３に開示された輝点欠陥修正方法は、偏光板やカラーフィルタに遮光部を形成するものであるが、輝点欠陥はＴＦＴやその近傍など液晶パネルの深部で生じ易いために、欠陥部を透過した光が遮光部に到達するまでの距離が長くなる。したがって、遮光部の周囲から光漏れが生じるおそれが高いため、処理すべき遮光部の面積を大きくしない限り、良品化が困難であるという問題があった。

本発明の課題は、処理すべき領域を可能な限り小さくする一方、歩留まりを向上しうるような、液晶パネルの欠陥修復方法を提供することである。

課題を解決するための手段および効果

本発明の前記課題は、処理装置として、高性能のフェムト秒レーザを選択すると共に、処理対象として、フェムト秒レーザによる既知の処理対象に比し輝点欠陥から相対的に近い配向膜を選択することにより解決することができた。
すなわち、本発明は、液晶パネルに発生した輝点欠陥を修復する液晶パネルの欠陥修復方法であって、
前記液晶パネルは、一対の配向膜が液晶層本体を介してサンドイッチ状に配置された液晶層を、一対の基板によって挟持してなり、
前記一対の配向膜の少なくとも一方を、フェムト秒レーザ光の集光によって局部的に変質処理させるレーザ照射工程を備えることを特徴とする液晶パネルの欠陥修復方法を提供する。
なお、フェムト秒レーザに関する前記従来技術の問題点は、本発明らがはじめて知見したものであり、この知見がなければ、本発明は、成立しない。
本発明の液晶パネルの欠陥修復方法によれば、既知のエキシマレーザに比し高性能のフェムト秒レーザを選択することにより所望の領域のみを処理することができると共に、処理対象として、輝点欠陥からの距離に関し、既知のカラーフィルタや偏光板に比しより近傍の配向膜を選択することにより、最小の処理面積であっても光漏れを効果的に防止することができ、これにより処理すべき領域を可能な限り小さくして歩留まりを向上しうる、という技術的効果を奏することができた。

好適には、前記フェムト秒レーザによって変質処理される変質処理領域は、直径１０〜１００μｍの略円形の領域に含まれる。また好適には、前記一対の基板のうち、第１基板は前記液晶層の駆動を制御するためのスイッチング素子を備えており、前記一対の配向膜のうち、前記スイッチング素子近傍の配向膜を変質処理することにより、前記レーザ照射工程を行う。また好適には、前記一対の基板のうち、前記第１基板に対向する第２基板は所定波長の光を通過させるカラーフィルタを備え、前記一対の配向膜のうち、前記カラーフィルタ近傍の配向膜を変質処理することにより、前記レーザ照射工程を行う。また好適には、前記一対の配向膜の両方を変質処理することにより、前記レーザ照射工程を行う。また好適には、前記レーザ照射工程に先立ち、更に、前記基板のいずれかにポジ型のレジスト層を形成するレジスト形成工程と、前記液晶層の光透過を遮断した状態で、前記レジスト層と反対側から光を照射することにより、前記液晶パネル内の欠陥部を介して前記レジスト層を露光する露光工程と、前記レジスト層を現像することにより露光部を選択的に除去し、前記レジスト層に空孔を形成する現像工程とを備えており、形成した前記空孔を介し、前記配向膜にレーザ光を照射することによって、前記レーザ照射工程を行う。
更に、本発明の第２の態様として、本発明の液晶パネルの欠陥修復方法により輝点欠陥が修復されている液晶パネルを提供する。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態を説明することにより本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これら実施形態に制限されるものではない。図１は、本発明の欠陥修復方法の一実施形態による処理前の液晶パネルの模式的断面図、図２および図３は、本発明の欠陥修復方法の一実施形態を説明する模式的工程断面図である。
＜第１実施形態＞
＜＜液晶パネル１＞＞
図１〜図３に示すように、この実施形態では、液晶パネル１はバックライト（図示せず）を備えた透過型の液晶パネルである。図１に示す液晶パネル１は、第１基板としての画素基板１０（例えば、厚み50〜100 μm）と、第２基板としての対向基板２０（例えば、厚み50〜100 μm）との間に液晶層３０（例えば、厚み６μm）が挟持されている。画素基板１０は、各画素に対応してマトリクス状に配置された画素電極１２と、各画素電極１２に印加される電圧をスイッチングする薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチング素子１４とを備えている。また、対向基板２０は、各画素電極１２と対向するように配置される対向電極２２を備えており、対向基板２０と対向電極２２との間には、カラーフィルタ２４が配置されている。画素基板１０および対向基板２０は、通常はガラス基板からなり、液晶層３０側に配向膜１６，２６を備え、液晶層３０とは反対側外方に偏光板１８，２８を備えている。したがって、液晶層３０は、液晶化合物からなる液晶層本体３０’を介し、一対の配向膜１６,２６がサンドイッチ状に配置されている。
このように構成された液晶パネル１は、画素電極１０の外面側からバックライトの光を照射した状態で、画素電極１２と対向電極２２との間に印加する電圧を制御することにより、液晶層３０の液晶分子の配列方向を変化させて、光の透過または遮断を行うことができる。このように、液晶層３０は、配向膜１６，２６および偏光板１８，２８との協働により、光透過を制御可能な光透過制御部として機能する。
液晶パネル１のスイッチング素子１４に特性不良が生じる等して、液晶層３０の光透過が遮断された状態にも拘わらず、一部の画素から光漏れが生じると、この部分が輝点欠陥になる。

＜＜輝点欠陥の検出＞＞
以上のような輝点欠陥を検出するため、まず、既知の点灯検査装置にバックライト取付前の液晶パネル１を設置し、液晶層３０のシャッターを閉じた状態で点灯検査装置の検査用バックライトを点灯させ、ルーペまたは顕微鏡によって輝点欠陥を有する液晶パネル１のみを抽出する。抽出する液晶パネル１は、輝点欠陥のサイズが基準値（例えば、直径１００μｍ）未満のものであり、輝点欠陥のサイズが基準値以上のものは、修復不能な不良品として廃棄される。抽出された液晶パネル１は、偏光板１８,２８を外し、必要に応じて外表面を洗浄した後、専用トレイケース内に、カラーフィルタ２４（対向基板２０）が上方位置となるように配置する。
このような前準備を行った後、イエロールーム環境（非感光環境）下において、以下の工程を行う。まず、図２（ａ）に示すように、対向基板２０の外面側に、ロールコータやスピンコータ等のレジスト塗布手段を用いて、レジスト層４０を塗布する（レジスト形成工程）。レジスト層４０は、ポジ型のものであれば特に限定されず、既知各種のものを使用できる。レジスト層４０の厚みは、例えば、２μｍ程度である。
ついで、必要に応じて専用トレイケースごとに炉内に投入してプリベーク（例えば、８０℃×１時間）を行った後、液晶パネル１を１枚ずつ取り出して、点灯検査装置にセットする。そして、液晶層３０の光透過を遮断した状態で、図２（ｂ）に示すように、液晶パネル１の全体に対して、画素電極１０の外面側から光照射を均一に行う（露光工程）。この照射光はレジスト層４０の露光光であり、液晶パネル１に輝点欠陥が存在すれば、レジスト層４０は、液晶パネル１内の欠陥部Ａを透過した光によって部分的に露光部Ｂが形成される。本実施形態においては、液晶パネル１に対する光照射を１枚ずつ行っているが、液晶パネル１を並列で点灯させる治具を用いる等して、複数の液晶パネル１を同時に露光するようにしてもよい。また、図２（ｂ）では、欠陥部Ａをスイッチング素子１４の近傍に模式的に示したが、必ずしもこの位置に限定されるものではない。
照射光の光源は、一般的な点灯検査装置が備える蛍光管などの検査用バックライトをそのまま使用することができるが、レジスト層４０を露光できるものであれば特に限定されず、例えば、欠陥部Ａが微細であっても確実に露光できるように、エキシマレーザ光源や電子線源など短波長の光源を使用することも可能である。
こうして、レジスト層４０において欠陥部Ａに対応する領域のみを露光部Ｂとした後、アルカリ溶液などの現像液を用いてレジスト層４０を現像する（現像工程）。レジスト層４０はポジ型であるため、露光部Ｂのみが除去され、図２（ｃ）に示すように、レジスト層４０を貫通する空孔４２が形成される。
このように、液晶パネル１の欠陥部Ａの直上位置にレジスト層４０の空孔４２が形成されることから、輝点欠陥の検出においては、従来のように液晶パネル１の内部から出射されて拡がった光を検出するのではなく、空孔４２を検出すればよいので、欠陥部Ａの位置特定を高精度で行うことができる。
次に、レジスト層４０に空孔４２が形成された液晶パネル１を、Ｘ−Ｙ位置合わせ器具にセットする。このＸ−Ｙ位置合わせ器具は、後述するレーザ照射工程で使用するフェムト秒レーザ装置に付随するものを使用することができる。
ついで、Ｘ−Ｙ位置合わせ器具において、ルーペまたは顕微鏡で液晶パネル１上の空孔４２の位置（すなわち、輝点欠陥の位置）を決定した後、液晶パネル１を固定する。なお、空孔４２は、外縁を把握することによって位置検出を行うことができ、従来のようにバックライト光を照射する必要がないことから、
使用するＸ−Ｙ位置合わせ器具には、パネル点灯機能が不要である。

＜＜フェムト秒レーザによる処理工程＞＞
次に、フェムト秒レーザ装置から、図３（ａ）に示すように、レジスト層４０の空孔４２に向けてレーザ光Ｌを照射する（レーザ照射工程）。使用するレーザ光Ｌは、フェムト秒レーザ光であり、パルス幅がフェムト秒オーダ（例えば＜７００フェムト秒）と極めて短く（１フェムト秒は１０^−１５秒）、レーザパルスのピーク値が極めて大きいことから、超微細加工に適している。本発明においては、レジスト層４０の空孔４２を介して液晶パネル１の内部にフェムト秒レーザ光を集光させることにより、輝点欠陥の修復を行う。
液晶パネル１の輝点欠陥は、一般にはスイッチング素子１４やその近傍で生じるが、スイッチング素子１４にレーザ光を集光してスイッチング素子１４自体を破壊すると、良品化率が大幅に低下することが経験上知られている。そこで、本実施形態においては、フェムト秒レーザ装置の対物レンズの位置制御により、フェムト秒レーザ光の集光位置をカラーフィルタ２４近傍の配向膜２６に設定し、欠陥部Ａの直上位置に変質処理部Ｃを形成することにより、この部分の配向機能を破壊する。この変質処理とは、配向膜の機能を不全にする処理をいい、例えば、破壊、除去する処理であり、好適には処理前の淡い黄色（褐色）の暗色化をも伴う。このような変質処理の効果は、最終的には点灯検査による輝点の有無によって判断でき（非分解検査法）、また、液晶パネルを分解して、配向膜のみを取出し、取出した配向膜を、X線光電子分光法により電子状態（基底状態ないし励起状態）を分析したり、原子間力顕微鏡により表面粗さを分析することによって、判断することができる（分解検査法）。すなわち、これら分解検査法によれば、配向膜自体について変質処理の有無を判断することができる。
この結果、変質処理部Ｃにおいては、液晶層３０における液晶分子の配向性が失われ、電圧印加の有無に拘わらず、常に光を透過しない状態になる。すなわち、欠陥部Ａを透過する光が液晶層３０において遮断されるため、既知のカラーフィルタ２４や偏光板２８を部分的に遮光する場合に比べて、欠陥部Ａにより近い位置で遮光することができる。また、フェムト秒レーザ光の集光点においては、大きなエネルギーが局部的に注入されるので、変質処理部Ｃを局部的に形成することができる。したがって、微小面積の変質処理部Ｃによって、正常画素に悪影響を与えることなく、欠陥部Ａからの光漏れを抑制することが可能になり、表示品位の向上を図ることができる。
変質処理部Ｃは、直径１０μｍ〜１００μｍの略円形の領域として形成することが好ましく、これによって、欠陥部Ａの透過光を確実に遮蔽しつつ、表示品位を良好に維持することができる。この略円形領域には、直径が一定の円形状の他、半径が一定ではない円形状や、楕円形状や、リング形状の領域が包含される。このような変質処理部Ｃを形成するためのレーザーパワーは、例えば、８０〜２００ｍＷである。また、レーザー波長は、ポリイミド樹脂など配向膜２６の材料が吸収し易い波長領域であることが好ましく、例えば、８５０〜１２５０ｎｍ、例えば１２４５ｎｍである。なお、変質処理部Ｃの厚み（深さ）は、配向膜２６の厚みよりも小さく、例えば数十μｍ程度である。

＜＜後処理工程／処理の確認＞＞
こうして、配向膜２６に変質処理部Ｃを形成した後、液晶パネル１に形成されたレジスト層４０を現像液により剥離し、図３（ｂ）に示すように、液晶パネル１上のレジスト層４０を除去する（剥離工程）。レジスト層４０の剥離を容易にするため、レジスト層４０の表面に、液晶層３０が劣化しない程度のＵＶ（紫外線）光を予め照射してもよい。
このように、本実施形態の液晶パネルの欠陥修復方法によれば、レジスト層４０の空孔４２を介してフェムト秒レーザ光を照射し、配向膜２６に集光するようにしているので、遮光が必要な位置を精度良く且つ局部的に遮光することが可能である。
また、レジスト層４０は、図２（ｃ）に示す現像工程の開始から、剥離工程の終了まで、エッチング液などの薬液に対する耐性を考慮する必要がないことから、一般的なフォトリソグラフィ工程で行われるポストベークなどのレジスト層４０の加熱処理は不要であり、レジスト層４０の剥離は、弱アルカリ性溶液など液晶パネル１へのダメージが少ない現像液を用いて容易に行うことができる。したがって、レジスト層４０の形成に伴う検査工程の煩雑化を抑制することができ、輝点欠陥の検出工程、したがってそれに続く輝点欠陥の修復工程をも迅速に行うことができる。
レジスト層４０が剥離された液晶パネル１は、偏光板が表裏セットされた点灯検査装置で、輝点が確実に遮光されているかの確認が行われた後、出荷される。欠陥修復後の液晶パネル１は、欠陥部のみが的確に修復されているため、表示品位が良好に維持される。

＜第２実施形態＞
前記第１実施形態と同様な方法に従い、液晶パネル１の輝点欠陥を修復する。ただし、カラーフィルタ２４近傍の配向膜２６に代えて、TFT１４近傍の配向膜１６を変質処理する。また、レーザの照射は、カラーフィルタ２４側に代えて、TFT１４側から行う。
＜第３実施形態＞
前記第１実施形態と同様な方法に従い、液晶パネル１の輝点欠陥を修復する。ただし、カラーフィルタ２４近傍の配向膜２６に加えて、TFT１４近傍の配向膜１６をも変質処理する。また、レーザの照射は、カラーフィルタ２４近傍の配向膜２６は、カラーフィルタ２４側から行い、TFT近傍の配向膜１６は、TFT１４側から行う。

＜他の実施形態＞
前記したように、以上の実施形態は、液晶パネルとして汎用されている透過型液晶パネルについて説明したが、配向膜を有する限り、いずれのタイプの液晶パネルであってもよく、例えば、反射板を有する反射型の液晶パネルも、本発明の処理対象に包含される。また、例示した汎用の液晶構造では、カラーフィルタおよびTHFは、液晶層を中心に、その両側のそれぞれに形成されているが、両者が片側のみに形成されたタイプであっても本発明の処理対象である。さらに、レーザ照射の照射方向に関し、この実施形態では対向基板２０の外面側（カラーフィルタ側）から配向膜２６にフェムト秒レーザ光を集光させるようにしているが、スイッチング素子１４を有する画素基板１０の外面側（TFT側）から配向膜１６にフェムト秒レーザ光を集光して局部的に変質処理させることも可能であり、この場合も配向膜１６による配向機能を局部的に破壊させて、表示品位の向上を図ることができる。
また、前記したように、画素基板１０の配向膜１６（TFT側の配向膜１６）は、対向基板２０の配向膜２６よりも欠陥部Ａにより近い位置にあることから、配向膜１６に変質処理部を形成することで、欠陥部Ａの透過光の遮蔽を欠陥部Ａの近傍位置で行うことができ、変質処理領域をより小さくすると共に遮光を確実にして製品歩留まりを高めることができる（第２実施形態）。更に、２つの配向膜１６，２６の双方にそれぞれフェムト秒レーザ光を集光させて、局部的に変質処理させるようにしてもよく、なお一層の修復効果を確実にして良品化率を更に向上させることができる（第３実施形態）。
また、本実施形態においては、レーザ照射工程の前にレジスト層４０および空孔４２を形成しているが、このようなレジスト形成工程等は本発明において必須のものではない。すなわち、従来の輝点欠陥の修復方法と同様に、液晶パネルにおいてフェムト秒レーザ光を照射する面とは反対側の面から照明光を照射して輝点欠陥を検出し、Ｘ−Ｙ位置合わせ器具により輝点欠陥の位置合わせおよび固定を行った後、レーザ照射工程を行うことも可能である。

本発明の欠陥修復方法の一実施形態による処理前の液晶パネルの模式的断面図である。 本発明の一実施形態に係る液晶パネルの欠陥検出方法を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態に係る液晶パネルの欠陥修復方法を説明するための工程断面図である。

符号の説明

１ 液晶パネル
１０ 画素基板
１４ スイッチング素子
２０ 対向基板
２４ カラーフィルタ
３０ 液晶層
３０’ 液晶層本体
４０ レジスト層
４２ 空孔
Ａ 欠陥部
Ｃ 変質処理部

Claims (7)

1. 液晶パネルに発生した輝点欠陥を修復する液晶パネルの欠陥修復方法であって、
   前記液晶パネルは、一対の配向膜が液晶層本体を介してサンドイッチ状に配置された液晶層を、一対の基板によって挟持してなり、
   前記一対の配向膜の少なくとも一方を、フェムト秒レーザ光の集光によって局部的に変質処理させるレーザ照射工程を備えることを特徴とする液晶パネルの欠陥修復方法。
2. 前記フェムト秒レーザによって変質処理される変質処理領域は、直径１０〜１００μｍの略円形の領域に含まれる請求項１記載の液晶パネルの欠陥修復方法。
3. 前記一対の基板のうち、第１基板は前記液晶層の駆動を制御するためのスイッチング素子を備えており、
   前記一対の配向膜のうち、前記スイッチング素子近傍の配向膜を変質処理することにより、前記レーザ照射工程を行う請求項１または２記載の液晶パネルの欠陥修復方法。
4. 前記一対の基板のうち、前記第１基板に対向する第２基板は所定波長の光を通過させるカラーフィルタを備え、
   前記一対の配向膜のうち、前記カラーフィルタ近傍の配向膜を変質処理することにより、前記レーザ照射工程を行う請求項１または２記載の液晶パネルの欠陥修復方法。
5. 前記一対の配向膜の両方を変質処理することにより、前記レーザ照射工程を行う請求項１記載の液晶パネルの欠陥修復方法。
6. 前記レーザ照射工程に先立ち、更に、
   前記基板のいずれかにポジ型のレジスト層を形成するレジスト形成工程と、
   前記液晶層の光透過を遮断した状態で、前記レジスト層と反対側から光を照射することにより、前記液晶パネル内の欠陥部を介して前記レジスト層を露光する露光工程と、
   前記レジスト層を現像することにより露光部を選択的に除去し、前記レジスト層に空孔を形成する現像工程とを備えており、
   形成した前記空孔を介し、前記配向膜にレーザ光を照射することによって、前記レーザ照射工程を行う請求項１〜３のいずれかに記載の液晶パネルの欠陥修復方法。
7. 請求項１記載の液晶パネルの欠陥修復方法により輝点欠陥が修復されていることを特徴とする液晶パネル。

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