JP2010530991A - 表示装置の揮点不良修理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、表示装置の揮点不良修理方法に関するもので、より詳細には、各画素の吸収スペクトルの高い波長帯のレーザを用いて揮点不良を非常に効果的に修理できる表示装置の揮点不良修理方法に関するものである。
【解決手段】本発明は、偏光板が付着されていない表示装置の揮点不良を修理する方法において、揮点不良を有する色フィルタがレッド（Ｒ）領域である場合、波長が２７０〜５５０ｎｍであるレーザを照射し、前記色フィルタがグリーン（Ｇ）領域である場合、波長が２７０〜４８０ｎｍ又は６００〜７５０ｎｍであるレーザを照射し、前記色フィルタがブルー（Ｂ）領域である場合、波長が２７０〜３９０ｎｍ又は５２０〜７５０ｎｍであるレーザを照射することのうち少なくともいずれか一つを含む。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、偏光板が付着されていない表示装置の揮点不良を修理する方法において、揮点不良を有する色フィルタがレッド（Ｒ）領域である場合、波長が２７０〜５５０ｎｍであるレーザを照射し、前記色フィルタがグリーン（Ｇ）領域である場合、波長が２７０〜４８０ｎｍ又は６００〜７５０ｎｍであるレーザを照射し、前記色フィルタがブルー（Ｂ）領域である場合、波長が２７０〜３９０ｎｍ又は５２０〜７５０ｎｍであるレーザを照射することのうち少なくともいずれか一つを含む。
【選択図】図２
Description
本発明は、表示装置の揮点不良修理方法に関するもので、より詳細には、揮点不良を有する色フィルタによって吸収スペクトルの高い波長帯のレーザを選択的に使用することによって効果的に修理可能な表示装置の揮点不良修理方法に関するものである。
最近、液晶表示装置は、消費電力が低く、携帯性が良好であり、技術集約的であり、付加価値が高い次世代の尖端ディスプレイ素子として脚光を浴びている。このような液晶表示装置のうち、各画素別に印加される電圧をスイッチング可能なスイッチング素子を備えたアクティブマトリックス型液晶表示装置は、優れた解像度及び動画像具現能力のために最も注目されている。
図１を参照すれば、液晶パネル５００は、上部基板であるカラーフィルタ基板５３０と下部基板であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイ基板５１０とが互いに対向するように合着され、それらの間に誘電異方性を有する液晶層５２０が形成される構造であり、画素選択用アドレス配線を介して数十万個の画素に付加された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング動作させ、該当画素に電圧を印加する方式で駆動される。ここで、前記カラーフィルタ基板５３０は、ガラス５３１と、ＲＧＢなどの色フィルタ５３２と、前記各色フィルタ５３２間に形成されたブラックマトリックス５３３と、オーバーコート層５３４と、共通電極用ＩＴＯ５３５と、配向膜５３６とを含んで構成され、前記ガラスの上部に偏光板５３７が付着される。
このような液晶パネルを製造するためには、薄膜トランジスタアレイ基板工程、カラーフィルタ基板工程及び液晶セル工程などを行わなければならない。
前記薄膜トランジスタアレイ基板工程は、蒸着、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を繰り返し、ガラス基板上にゲート配線、データ配線、薄膜トランジスタ及び画素電極を形成する工程である。
前記カラーフィルタ基板工程は、ブラックマトリックスが形成されたガラス上に一定の順序で配列されて色相を具現するＲＧＢの色フィルタを製作した後、共通電極用ＩＴＯ膜などを形成する工程である。
また、液晶セル工程は、薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタアレイ基板とをそれらの間に一定の隙間が維持されるように合着した後、その隙間に液晶を注入して液晶層を形成する工程である。また、最近は、薄膜トランジスタアレイ基板に液晶を均一に塗布した後、これにカラーフィルタ基板を合着するＯＤＦ（Ｏｎｅ Ｄｒｏｐ Ｆｉｌｌｉｎｇ）工程が開示されている。
前記液晶表示装置の検査過程では、液晶パネルの画面にテストパターンを表示させて不良画素の有無を探知し、不良画素が発見されたとき、これに対する修正作業を行うようになる。液晶パネルの不良は、点欠陥、線欠陥及び表示不均一に分けられる。点欠陥は、ＴＦＴ素子、画素電極、カラーフィルタ配線の不良などによって発生し、線欠陥は、各配線間の断線、ショート、静電気による各ＴＦＴの破壊、駆動回路との接続不良に起因する。表示不均一は、セル厚の不均一、液晶配向の不均一、ＴＦＴの特定場所への散布及び相対的に大きい配線の時定数によって発生する。
これらのうち、点欠陥及び線欠陥は、一般的に配線の不良によって生じるが、従来は、断線した配線が発見されれば、断線した部分を連結し、ショートした配線が発見されれば、該当配線を断線する程度に過ぎなかった。
このような欠陥の他にも、液晶パネルを製造する過程で埃、有機物又は金属などを含む不純物が吸着するが、このような不純物がカラーフィルタ付近に吸着する場合、パネル駆動時に該当ピクセルが他の正常なピクセルの明るさより非常に明るい光を出す、いわゆる光漏れ現象が誘発される。このような揮点不良を修理するために、レーザを用いる方法に対する研究が進行されている。
特許文献１には、配向膜にレーザを照射し、損傷を与えることによって液晶の配列特性を阻害させ、その結果、液晶の光に対する透過率を低下させ、光漏れ現象を除去する技術が開示されている。しかしながら、このような方法によれば、配列特性を完全に除去できないだけでなく、工程に多くの時間が要されるという問題がある。
このような問題点を解決するために、本出願人は、特許文献２を出願したことがある。前記特許文献２には、フェムト秒レーザを用いて不良画素を黒化処理する方法が開示されている。
このようにフェムト秒レーザを用いれば、効率的な黒化が可能であるが、フェムト秒レーザを発振するための装備が非常に高価であるという問題がある。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたもので、その目的は、各画素の吸収スペクトルの高い波長帯のレーザを用いて揮点不良を非常に効果的に修理できる表示装置の揮点不良画素の修理方法を提供することにある。
前記のような技術的課題を解決するために、本発明は、偏光板が付着されていない表示装置の揮点不良を修理する方法において、揮点不良を有する色フィルタがレッド（Ｒ）領域である場合、波長が２７０〜５５０ｎｍであるレーザを照射し、前記色フィルタがグリーン（Ｇ）領域である場合、波長が２７０〜４８０ｎｍ又は６００〜７５０ｎｍであるレーザを照射し、前記色フィルタがブルー（Ｂ）領域である場合、波長が２７０〜３９０ｎｍ又は５２０〜７５０ｎｍであるレーザを照射することのうち少なくともいずれか一つ以上を含む。
特に、前記レーザのパルス幅は１００ｎｓで、前記レーザの反復周波数は１Ｈｚ〜１ｋＨｚであることが望ましい。
また、前記レーザの強さを調節することがさらに付加されることが望ましい。
また、前記レーザのプロファイルはフラットトップ形状であることが望ましい。
また、前記レーザが前記色フィルタ厚の２０％〜９０％を黒化処理できるように、前記レーザビームの強さ及び焦点距離を調節することがさらに付加されることが望ましい。
また、前記表示装置にオーバーコート層が含まれていない場合、前記レーザのパルス幅が５０ｎｓ以下、前記レーザの反復周波数は１Ｈｚ〜１００Ｈｚ、前記レーザのパワーは１０ｍＷ以下であることが望ましい。
また、色フィルタにスキャン方式で照射したり、ブロックショット方式又はマルチブロックショット方式で照射することができる。
また、前記レーザは、イッテルビウムレーザ、Ｔｉ―サファイアレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ガラスレーザ、Ｎｄ：バナデート（ＹＶＯ４）レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ及びダイレーザのうち少なくともいずれか一つを用いて生成されることが望ましい。
本発明によれば、揮点不良を有する色フィルタによって吸収スペクトルの高い波長帯のレーザを選択的に使用することによって非常に効果的な修理が可能である。
特に、表示装置に偏光板が付着された場合、偏光板の波長別透過率を考慮し、より効果的に色フィルタを黒化することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
本発明に係る表示装置の揮点不良修理方法は、揮点不良が発見された画素（色フィルタ及びそれに隣接するブラックマトリックス）にレーザを照射して黒化処理を行う方法である。
レーザが色フィルタなどの有機物フィルムに照射されれば、フィルムを構成する有機物は、各分子間の結合が切れることによって中性原子、分子及び陽イオン・陰イオンを含むプラズマを含み、ラジカル、クラスタ、電子及びフォトンを放出しながらアブレーションされて黒化が進行される。
アブレーションは、有機物とその有機物を構成する分子との間の結合が解離されながら有機物が分子及びイオンなどになる現象であるが、このような解離のためには、有機物のエネルギー準位以上のエネルギーを吸収する必要がある。
このように黒化された画素は、光透過率が低下するので、表示装置の光源部（バックライトユニット）から発生した光を透過させず、吸収するように暗点化することによって修理する。
したがって、黒化する該当画素の透過率の低い波長、すなわち、吸収率の高い波長を有するレーザが照射されなければならない。
このような波長は、図２を参照して選択される。例えば、揮点不良を有する色フィルタがレッド（Ｒ）領域である場合、レッド領域の吸収率の高い波長は５５０ｎｍ以下であることが分かる。レッド（Ｒ）領域に５５０ｎｍ以上の波長のレーザを照射すれば、高い透過率のためにより多くのエネルギーが必要となり、これによって、オーバーコート層、ＩＴＯ及び配向膜などの色フィルタの下部膜層に損傷を与える危険要因が大きくなるので望ましくない。下部膜層が損傷すれば、損傷した部位に液晶が現れることによってバブルが形成され、より深刻な不良が発生する。
一方、波長が２７０ｎｍ未満であるレーザは、ガラスを透過できないので色フィルタに伝達されず、７５０ｎｍを超えるレーザは、色フィルタを透過して反応を起こさないので適切でない。
結論として、揮点不良を有する色フィルタがレッド領域である場合、波長が２７０〜５５０ｎｍであるレーザを照射すれば、下部膜層の損傷なしに非常に効果的に黒化し、揮点不良を修理することができる。
このように、揮点不良を修理しようとするとき、色フィルタの透過率の低い波長を有するレーザを照射しなければならないが、レッド（Ｒ）領域である場合、上述したように、波長が２７０〜５５０ｎｍであるレーザを照射し、グリーン（Ｇ）領域である場合、波長が２７０〜４８０ｎｍ又は６００〜７５０ｎｍであるレーザを照射し、ブルー（Ｂ）領域である場合、波長が２７０〜３９０ｎｍ又は５２０〜７５０ｎｍであるレーザを照射する。
図３〜図５は、揮点不良を有する画素にレーザを照射する方式を示した図である。図３は、スキャン方式を示した図で、図４は、ブロックショット方式を示した図で、図５は、マルチブロックショット方式を示した図である。
ここで、スキャン方式は、揮点不良画素の一部面積に対応するビームサイズ（図３の'Ｓ'を参照）を有するレーザをスキャニングして画素の全面積に照射する方式で、ブロックショット方式は、揮点不良画素の全面積に対応するビームサイズを有するレーザを一度に照射する方式である。また、マルチブロックショット方式は、スキャン方式とブロックショット方式とを結合した方式であって、ブロックショット方式で照射しながらスキャン方式で連続して継続的に照射する方式である。
いずれの方式においても、レーザは、色フィルタのみならず、前記色フィルタに隣接するブラックマトリックスの一部領域にも照射されることが望ましい。
図６を参照すれば、色フィルタが満足する程度に黒化されるようにレーザを複数回照射することが望ましい。
すなわち、レーザの１回の照射時（Ｓ１）には、Ｚ軸移動スキャナを使用して色フィルタ厚の１０％になる領域にＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）（レーザビームの深度）を一致させた後、ＸＹ軸移動スキャナを使用して黒化させる。ＣＣＤカメラで黒化程度を確認し、黒化程度が不足する場合は、再びＺ軸移動スキャナの位置を移動させ、色フィルタ厚の２０％になる領域にＤＯＦを一致させ、ＸＹ軸移動スキャナを使用して２回照射（Ｓ２）する。このような方法で２〜４回ほど反復すれば、所望の水準の黒化程度を得ることができる。
図７は、前記のような方法によって焦点距離を移動させながら黒化処理を行う過程を示したフローチャートである。
図示したように、最初のレーザ照射（Ｓ１０）で、黒化を１０％程度進行し（Ｓ２０）、黒化程度を確認した後（Ｓ３０）、黒化程度が満足する水準になったかどうかを判断し（Ｓ４０）、黒化が所望の水準になった場合は、手順を終了し（Ｓ６０）、そうでない場合は、焦点距離を移動させ（Ｓ５０）、再びレーザを照射して黒化過程を進行する。
レーザビームの深度は、２μｍを超えない範囲内でＺ軸移動スキャナとスキャンレンズとの間の焦点距離及び入射ビームの直径によって計算される。
（数１）
ＤＯＦ＝λ／２（ＮＡ）２
ＤＯＦ＝λ／２（ＮＡ）２
（数２）
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ
（数３）
ｆ／＃＝１／２（ＮＡ）
ｆ／＃＝１／２（ＮＡ）
（数４）
ｆ／＃＝ｅｆｌ／φ
ｆ／＃＝ｅｆｌ／φ
前記数３と数４を用いれば、数５を導出することができる。
（数５）
ＮＡ＝φ／２（ｅｆｌ）
ＮＡ＝φ／２（ｅｆｌ）
前記各数式において、ＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は有効数値口径で、λ（Ｌａｍｂｄａ）はレーザの波長で、ｅｆｌは焦点距離である。
入射ビームの直径が大きく、レーザの波長が短いほど、深度は浅くなり、レンズの焦点距離（ｅｆｌ）が短い場合、ＮＡが大きくなり、深度（ＤＯＦ）は浅くなることを確認することができる。
黒化処理された厚さは、液晶パネルの視野角範囲で光漏れ現象が発生しないように色フィルタ厚の２０％〜４０％であることが適当であり、最大９０％を超えない厚さであることが望ましい。これは、厚さの２０％未満で黒化処理を行う場合、黒化自体が光漏れを１００％防ぐことができず、９０％以上の過度な黒化は、下層に積層されている各膜に損傷を与えるためである。そして、適切な厚さで有機物フィルムを黒化させるために、レーザエネルギーが重要な役割をする。すなわち、レーザの出力エネルギーによって黒化厚を調節することができる。
図８を参照すれば、原価及び工程を単純化するために、オーバーコート層のない表示装置が開示されている。
一方、オーバーコート層の光吸収率は、図９に示す通りである。すなわち、ＵＶ以下の領域ではほとんど透過が行われず、ＵＶ領域では８０％程度を吸収し、２０％程度を透過させることが分かる。
このようにオーバーコート層のない表示装置は、オーバーコート層のある表示装置の修理方法と差別化しなければならない。なぜなら、揮点不良修理のために、レーザ照射時に発生するエネルギーをオーバーコート層が吸収して緩衝する役割をするためである。したがって、オーバーコート層のない表示装置の揮点不良修理の場合、色フィルタを透過したエネルギーが液晶層に伝達され、不良を引き起こす憂いがある。
このような点で、エネルギーの低いレーザを使用すれば損傷を防止できるが、この場合、反応が起きないという問題がある。
したがって、前記のような点を勘案すれば、低いエネルギーを有しながら、エネルギーを加える時間を短縮させる条件を満足しなければならない。実験結果、パルス幅は５０ｎｓ以下、反復周波数は１Ｈｚ〜１００Ｈｚ、レーザのパワーは１０ｍＷ以下であるレーザを使用したときのみにオーバーコート層のない表示装置の揮点不良を修理できることを確認することができた。
図１０は、レーザビームプロファイルを示したグラフである。
最初のレーザ発振器で照射されるレーザは、ガウシアン形状でエネルギーが中間領域に集中している。このようなレーザビームがビーム形成器（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ又はｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）を通過しながら、所定の範囲でレーザビームの強さが均一化され、大きさが拡張されたフラットトップのプロファイルに変換されるが、このとき、ビームプロファイルと共に照射されるレーザの面積も同時に変化される。このとき、四角形状のフラットトップ３００又は円状のフラットトップ３０１に変換される。
ビーム形成器及びビーム調整器を用いて照射されるレーザビームの大きさ及び強さを変換することができる。照射されるレーザビームの面積が小さいほど、複数の画素全体を黒化処理するのに非常に多くの時間が要される。このようなレーザビームの大きさを均一に変換させ、黒化処理速度を高めることによって、製品を量産する生産ラインに適用することができる。適切な強さの四角形状のフラットトップ３００又は円状のフラットトップ３０１に変換されたレーザは、Ｚ軸移動スキャナによって液晶パネルを構成する複数の有機物フィルムのうちＲＧＢピクセルを所望の厚さだけ黒化することができる。
以上、本発明は、好適な実施例に基づいて説明したが、上述した実施例に限定されるものでなく、本発明の思想を逸脱しない範囲内で当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変更及び修正が可能である。
Claims (13)
- 偏光板が付着されていない表示装置の揮点不良を修理する方法において、
揮点不良を有する色フィルタがレッド（Ｒ）領域である場合、波長が２７０〜５５０ｎｍであるレーザを照射し、
前記色フィルタがグリーン（Ｇ）領域である場合、波長が２７０〜４８０ｎｍ又は６００〜７５０ｎｍであるレーザを照射し、
前記色フィルタがブルー（Ｂ）領域である場合、波長が２７０〜３９０ｎｍ又は５２０〜７５０ｎｍであるレーザを照射することのうち少なくともいずれか一つ以上を含むことを特徴とする表示装置の揮点不良修理方法。 - 前記レーザのパルス幅は１００ｎｓ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザの反復周波数は１Ｈｚ〜１ｋＨｚであることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザの強さを調節することがさらに付加されることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザのプロファイルはフラットトップ形状であることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザが前記色フィルタの厚さの２０％〜９０％を黒化処理できるように、前記レーザの強さ及び焦点距離を調節することがさらに付加されることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記表示装置にオーバーコート層が含まれていない場合、前記レーザのパルス幅が５０ｎｓ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザの反復周波数は１Ｈｚ〜１００Ｈｚであることを特徴とする、請求項７に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザのパワーは１０ｍＷ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザを前記色フィルタにスキャン方式で照射することを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザを前記色フィルタにブロックショット方式又はマルチブロックショット方式で照射することを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザを前記色フィルタ及びそれに隣接するブラックマトリックスに照射することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
- 前記レーザは、イッテルビウムレーザ、Ｔｉ―サファイアレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ガラスレーザ、Ｎｄ：バナデート（ＹＶＯ４）レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ及びダイレーザのうち少なくともいずれか一つを用いて生成されることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置の揮点不良修理方法。
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