JP2015031940A - カラーフィルター、液晶パネルおよび修復方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー光の照射による色材層の破損を抑制する。【解決手段】カラーフィルター１０は、光を透過させることにより映像の色を生成する色材層１３と、色材層１３のうち光が入射する面１３ａ側または色材層１３のうち光が出射する面１３ｂ側に形成され、レーザー光が照射された部分が黒色に変化する変化層１２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー光を利用した処理が行われるカラーフィルター、液晶パネルおよび修復方法に関する。

近年、液晶パネル等のＦＰＤ（Flat Panel Display）は、軽量、薄型、低消費電力等の影響でテレビ、カーナビ、コンピュータを始めとして多くの分野で利用されている。ＦＰＤのパネルのサイズは、年々、大型化、画素の無欠陥化の要求が大きくなっている。そのため、欠陥部の修復技術は製造工場内の生産性を向上するために必要不可欠である。

液晶パネルは、互いに対向する一対の基板を有する。液晶パネルの一対の基板間の距離はスペーサーによって一定に保持されている。また、一対の基板間には液晶が満たされている。一対の基板のうちの一方の基板は、薄膜ドランジスタが形成されたアクティブマトリクス型の基板（以下、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板ともいう）である。また、一対の基板のうちの他方の基板（対向基板）は、カラーフィルター（以下、ＣＦともいう）基板である。

また、ＴＦＴ基板上およびＣＦ上には導電膜が形成されている。ＴＦＴ基板の導電膜とＣＦの導電膜との間において蓄えられた電荷により、液晶の駆動が制御される。ＴＦＴ基板においてトランジスタが形成されている部分、配線部等の液晶の駆動は、表示部の液晶の駆動と比較して、制御することが困難である。そこで、ＣＦに、遮蔽領域（以下、ＢＭ（Black Matrix）ともいう）を形成することにより、光の透過を抑制することで、美しい映像の表示が可能となる。

ＴＦＴ基板は、複数の独立した画素で構成されている。一つの画素において、ＴＦＴ製造工程でパターン異常が発生したり、ＴＦＴ基板とＣＦとの間に不純物（異物）が混入したりすると、その画素は周囲の画素より明るい輝点としての欠陥画素となる。これにより、液晶パネルの品質の低下を招く。以下においては、輝点としての欠陥画素を、輝点画素ともいう。

近年では、輝点画素が存在しない高品質の液晶パネルの市場要求が強くなっている。そのため、たとえ、液晶パネルを構成する数万画素において存在する輝点画素の数が１つであったとしても、当該液晶パネルは不良品とされる場合がある。

こうした不具合発生に対処するために、修復方法（技術）が重要である。当該修復方法には、数万画素中の１つの欠陥画素を修復するという、比較的容易な方法がある。この修復方法により、歩留まり、液晶パネルの品質を向上させることができる。

欠陥画素が、周囲の画素より明るい輝点画素である状態の修復方法としては、当該輝点画素を周囲の画素より目立たなくする黒点化を行う方法が知られている。黒点化のリペア技術としては、レーザー光の照射により、対象画素のゲート端子およびドレイン端子とを電気的に接続させ、一定の電圧をかけることにより、常時、当該対象画素に黒を表示させる方法がある。

この方法は、ＴＦＴ基板にパターン欠陥が生じた場合に有効な方法である。しかしながら、この方法は、ＴＦＴ基板とＣＦとの間に異物が存在するような欠陥には用いることができないというデメリットを持つ。また、レーザー光が照射された部分のゲートとの接続が弱い場合、後日、ゲートとの接続がはずれて、輝点画素が再発する危険が伴う。

黒点化を電気的に制御する方法以外に、輝点画素そのものを黒く色づけることで、黒点化する技術も存在する。例えば、特許文献１には、ガラス基板の外側表面の輝点画素（輝点欠陥）に対応する部分に遮光層を形成する技術（以下、関連技術Ａともいう）が開示されている。この関連技術Ａにより、液晶パネルの正面から輝点画素を見えなくすることができる。

また、特許文献２には、ＣＦに含まれる色材層（色フィルタ）のうち、輝点画素に対応する部分（領域）にレーザー光を照射することにより、色材層の一部を黒化させる技術（以下、関連技術Ｂともいう）が開示されている。この関連技術Ｂにより、輝点画素を目立たなくすることができる。

特開平７−３３３５８８号公報 特表２０１０−５３０９９１号公報

しかしながら、関連技術Ｂには以下のような問題がある。具体的には、関連技術Ｂでは、色材層を黒化させるための、高出力のレーザー光を、当該色材層に焦点を合わせて、当該色材層に照射する。そのため、色材層が破損する可能性がある。色材層が破損した場合、当該色材層を構成する顔料成分が、液晶層に流れ込み、配向膜に異状が生じる可能性がある。配向膜に異状が生じた場合、液晶パネルが表示する映像の品質が劣化する。

すなわち、関連技術Ｂでは、色材層を黒化させるための、高出力のレーザー光を、当該色材層に焦点を合わせて、当該色材層に照射するため、色材層の破損に伴う不具合が生じる可能性が高いという問題がある。当該色材層の破損に伴う不具合の発生を防ぐためには、色材層の破損を抑制する必要がある。なお、関連技術Ａには、関連技術Ｂの上記問題を解決するための技術は開示されていない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、レーザー光の照射による色材層の破損を抑制することが可能なカラーフィルター等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るカラーフィルターは、映像を表示する液晶パネルに用いられ、光を透過させることにより該映像の色を生成するカラーフィルターである。前記カラーフィルターは、光を透過させることにより前記映像の色を生成する色材層と、前記色材層のうち前記光が入射する面側または該色材層のうち該光が出射する面側に形成され、かつ、光透性を有し、かつ、レーザー光が照射された部分が黒色に変化する変化層と、を備える。

本発明によれば、カラーフィルターは、光を透過させることにより前記映像の色を生成する色材層と、レーザー光が照射された部分が黒色に変化する変化層と、を備える。すなわち、カラーフィルターは、色材層とは別に、変化層を備える。

これにより、仮に、液晶パネルに、輝点としての欠陥画素が存在し、当該欠陥画素を修復する場合、レーザー光を、前記変化層のうち該欠陥画素に対応する部分に焦点を合わせて、当該対応する部分に照射すればよい。すなわち、従来のように、色材層を黒化させるための、高出力のレーザー光を、当該色材層に焦点を合わせて、当該色材層に照射する必要がない。したがって、レーザー光の照射による色材層の破損を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る液晶パネルの一部の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶パネルの一部の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る画素修復処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る液晶パネルの一部の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る画素修復処理を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る液晶パネル１００の一部の平面図である。液晶パネル１００は、一例として、アクティブマトリクス型の液晶パネルである。液晶パネル１００は、行列状に配置された複数の画素５を含む。液晶パネル１００は、当該複数の画素５を利用して、映像を表示する。具体的には、図１は、液晶パネル１００に含まれる複数の画素５のうちの１つの画素５の平面図である。

図１において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の各々も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向をＸ軸方向ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向をＹ軸方向ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向をＺ軸方向ともいう。

図２は、本発明の実施の形態１に係る液晶パネル１００の一部の断面図である。具体的には、図２は、図１のＡ１−Ａ２線に沿った液晶パネル１００の一部の断面図である。液晶パネル１００は、光源Ｌ（図示せず）を有する。光源Ｌは光を出射する。図２において、光源Ｌは、後述のカラーフィルター１０の下方に設けられる。光源Ｌは、後述のカラーフィルター１０の下方からＺ方向へ向かって、光を出射する。

図１を参照して、画素５における対向する２辺には、ブラックマトリクスＢ１が形成される。画素５は、サブ画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂから構成される。サブ画素５Ｒは、必要に応じて、赤色光を出射する画素である。サブ画素５Ｇは、必要に応じて、緑色光を出射する画素である。サブ画素５Ｂは、必要に応じて、青色光を出射する画素である。以下においては、サブ画素５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの各々を、総括的に、サブ画素ともいう。

図２を参照して、液晶パネル１００は、カラーフィルター１０と、液晶層２０と、ＴＦＴ基板３０とを備える。すなわち、カラーフィルター１０は、液晶パネル１００に用いられる。カラーフィルター１０は、光を透過させる基板である。カラーフィルター１０は、詳細は後述するが、光を透過させることにより映像の色を生成する。

カラーフィルター１０は、ガラス基板１１と、変化層１２と、色材層１３と、上部層１４と、配向膜１５とを含む。

色材層１３は、光を透過させる層である。色材層１３は、前述の光源Ｌからの光を透過させることにより映像の色を生成する。色材層１３は、面１３ａ，１３ｂを含む。面１３ａは、光源Ｌからの光が入射する面である。面１３ｂは、光源Ｌからの光が出射する面である。

また、色材層１３は、１つの画素５毎に形成される色材１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを含む。色材１３Ｒは、当該色材１３Ｒを透過した光を赤色光に変化させる赤色材である。色材１３Ｇは、当該色材１３Ｇを透過した光を緑色光に変化させる緑色材である。色材１３Ｂは、当該色材１３Ｂを透過した光を青色光に変化させる青色材である。

変化層１２は、初期状態では、光を透過させる透明な層である。すなわち、変化層１２は、光透性を有する。変化層１２は、レーザー光が照射された部分が黒色に変化する層（膜）である。すなわち、変化層１２は、黒化膜である。なお、変化層１２のうち黒色に変化した部分は、光を透過させない。

また、変化層１２は、有機膜で構成される有機膜層である。この場合、変化層１２は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等で構成される。この構成により、変化層１２は、レーザー光の照射により効果的に黒化しやすい。

なお、変化層１２は、有機膜層以外の層であってもよい。変化層１２は、例えば、導電膜が形成される導電膜層（透明電極）であってもよい。変化層１２が導電膜層である場合、当該変化層１２は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ（登録商標））等で構成される。

本実施の形態では、変化層１２は、ガラス基板１１と色材層１３との間に形成される。すなわち、変化層１２は、色材層１３のうち面１３ａ側に形成される。

上部層１４は、色材層１３上に形成される。上部層１４は、有機膜で形成された有機層である。なお、上部層１４は、有機層に限定されず、有機膜と透明電極とが形成された層であってもよい。色材層１３上に有機膜としての上部層１４を積層させることにより、色材層１３からの顔料等の汚染物質が、液晶層２０の中へ流れることが防止される。配向膜１５は、上部層１４上に形成される。

ＴＦＴ基板３０は、光を透過させる基板である。ＴＦＴ基板３０には、薄膜ドランジスタ（図示せず）が形成される。液晶パネル１００は、当該薄膜ドランジスタによりサブ画素毎に液晶層２０を駆動する。

具体的には、ＴＦＴ基板３０は、配向膜３１と、透明導電膜３２と、ガラス基板３３とを含む。透明導電膜３２は、配向膜３１上に形成される。透明導電膜３２は、電極が形成されている膜である。ガラス基板３３は、透明導電膜３２上に形成される。

液晶層２０は、サブ画素毎に当該液晶層２０に電界が印加されることにより、液晶分子の姿勢変化を利用して光の透過率を変化させる層である。液晶層２０は、カラーフィルター１０とＴＦＴ基板３０との間に形成される。具体的には、液晶層２０は、カラーフィルター１０の配向膜１５とＴＦＴ基板３０の配向膜３１との間に形成される。

以上の構成の液晶パネル１００において、薄膜ドランジスタを駆動してサブ画素毎に液晶層２０に電界が印加されることにより、表示対照の映像に従って、サブ画素毎に液晶層２０の光の透過率を変化させる。これにより、液晶パネル１００は、映像を表示することができる。

次に、液晶パネル１００に含まれる複数の画素５において、輝点としての欠陥画素が存在する場合の、当該欠陥画素を修復するための処理（以下、画素修復処理Ｎともいう）について説明する。以下においては、輝点としての欠陥画素を、輝点画素ともいう。

図３は、本発明の実施の形態１に係る画素修復処理Ｎを説明するための図である。なお、一例として、図３に示される構成の全体が、輝点画素を含む１つの画素５に対応する部分であるとする。

画素修復処理Ｎでは、照射工程が行われる。照射工程は、変化層１２のうち欠陥画素（輝点画素）に対応する部分にレーザー光を照射する。以下においては、変化層１２のうち欠陥画素（輝点画素）に対応する部分（領域）を、修復対象部ともいう。なお、図３では、変化層１２のうち１つの画素５に対応する部分のみが示されている。ここで、一例として、図３に示されるサブ画素５Ｇが、輝点画素であるとする。すなわち、一例として、図３に示される変化層１２のうち、サブ画素５Ｇ内の部分が、修復対象部であるとする。

具体的には、照射工程では、修復対象部が十分に黒色になるように、修復対象部に焦点をあわせて、カラーフィルター１０のガラス基板１１の下方から修復対象部に対しレーザー光を照射する。すなわち、照射工程では、修復対象部が十分に黒化するための出力のレーザー光を、当該修復対象部に焦点を合わせて、当該修復対象部に照射する。

なお、修復対象部にレーザー光が照射されることにより、修復対象部の上方に設けられる色材層１３もわずかに黒色になる。以上により、画素修復処理Ｎは終了する。

以上の画素修復処理Ｎにより、修復対象部を十分に黒色に変化させることができる。すなわち、輝点画素を、黒色を表示する画素に変化させる黒点化を行うことができる。つまり、輝点画素を目立たない画素にすることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、カラーフィルター１０は、光を透過させることにより映像の色を生成する色材層１３と、レーザー光が照射された部分が黒色に変化する変化層１２と、を備える。すなわち、カラーフィルター１０は、色材層１３とは別に、変化層１２を備える。

これにより、仮に、液晶パネル１００に、輝点としての欠陥画素が存在し、当該欠陥画素を修復する場合、レーザー光を、変化層１２のうち該欠陥画素に対応する部分に焦点を合わせて、当該対応する部分に照射すればよい。すなわち、従来のように、色材層を黒化させるための、高出力のレーザー光を、当該色材層に焦点を合わせて、当該色材層に照射する必要がない。したがって、レーザー光の照射による色材層の破損を抑制することができる。

また、上記の構成により、輝点としての欠陥画素を容易に黒点化することができる。したがって、本来の液晶パネルの性能を低下させることなく、リペアを確実に実施できる。

なお、従来のように、仮に変化層１２が無い場合でも、レーザー光の照射により、色材１３Ｇは容易に黒化させることが可能である。しかしながら、色材１３Ｒ、色材１３Ｂは容易に黒化させることが困難である。仮に、強いレーザー光の照射により、色材１３Ｒ、色材１３Ｂを黒化できたとする。この場合、色材層１３、色材層１３の上部に形成される上部層１４の破損が大きくなる。そのため、液晶層２０を汚染させ、配向異常が発生する原因となる。

そこで、本実施の形態では、変化層１２を色材層１３の下方に設ける構成とする。すなわち、色材層１３のうち、レーザー光が入射する面１３ａ側に変化層１２を設ける構成とする。この構成により、変化層１２は、色材１３Ｇと同様に黒化が容易である。そのため、輝点画素が存在する場合においても、色材１３Ｒ、色材１３Ｂの下方の変化層１２を黒化させることにより、輝点画素を、黒色に変化させることができ、輝点画素を修復できる。

また、本実施の形態では、上記の画素修復処理Ｎが行われることにより、変化層１２の上部に形成される色材層１３を完全に黒化させなくてもよい。これにより、レーザー光の照射により色材１３Ｒ、色材１３Ｂを十分に黒化させることができないというデメリットを補うことが可能となる。

また、本実施の形態では、液晶パネルの性能を低下させることなく、より確実に輝点画素（欠陥画素）をリペアすることができるように工夫した材料を使用して、画素修復処理Ｎ（リペア技術）を実施する。これにより、歩留まりの向上、液晶パネルの品質の向上を実現することができる。

なお、前述の関連技術Ａでは、ガラスの厚みの影響により、画面に対して斜め方向から当該画面を見た場合、輝点画素の光が視認されるという問題がある。また、前述の関連技術Ｂでは、レーザー光の照射により、色材層が破損し、液晶層に接する配向膜に異常が発生する場合がある。この場合、新たな輝点の原因となる。また、関連技術Ｂでは、さらに、緑の色材はレーザー光により黒化しやすいが、赤、青の色材は黒化しにくく、十分な修復ができないというデメリットがある。

上記関連技術Ａおよび関連技術Ｂのいずれにおいても、液晶パネルの性能を低下させること、輝点画素の修復（リペア）が十分にできないこと等の課題が存在する。

そこで、本実施の形態では、上記のように構成されることにより、関連技術Ａ，Ｂの上記の課題を解決することができる。

＜実施の形態２＞
図４は、本発明の実施の形態２に係る液晶パネル１００Ａの一部の断面図である。具体的には、図４は、図２が示す構成の位置と同様な位置に対応する、液晶パネル１００Ａに含まれる画素５の断面図を示す。

液晶パネル１００Ａは、図２の液晶パネル１００と比較して、カラーフィルター１０の代わりにカラーフィルター１０Ａを備える点が異なる。液晶パネル１００Ａのそれ以外の構成は、液晶パネル１００と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

カラーフィルター１０Ａは、カラーフィルター１０と比較して、変化層１２が形成される位置が異なる。カラーフィルター１０Ａのそれ以外の構成は、カラーフィルター１０と同様なので詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態では、変化層１２は、色材層１３と上部層１４との間に形成される。すなわち、変化層１２は、色材層１３の上方に形成される。言い換えれば、変化層１２は、色材層１３のうち面１３ｂ側に形成される。前述したように、面１３ｂは、光源Ｌからの光が出射する面である。

次に、液晶パネル１００Ａに含まれる複数の画素５において、欠陥画素（輝点画素）が存在する場合の、当該欠陥画素を修復するための処理（以下、画素修復処理Ａともいう）について説明する。

図５は、本発明の実施の形態２に係る画素修復処理Ａを説明するための図である。なお、図５に示される構成の全体が、輝点画素を含む１つの画素５に対応する部分であるとする。ここで、一例として、図５に示されるサブ画素５Ｇが、輝点画素であるとする。すなわち、一例として、図５に示される変化層１２のうち、サブ画素５Ｇ内の部分が、修復対象部であるとする。

画素修復処理Ａでは、照射工程Ａが行われる。照射工程Ａは、変化層１２のうち欠陥画素（輝点画素）に対応する部分（修復対象部）にレーザー光を照射する。

具体的には、照射工程Ａでは、修復対象部が十分に黒色になるように、修復対象部に焦点をあわせて、カラーフィルター１０Ａのガラス基板１１の下方から修復対象部に対しレーザー光を照射する。すなわち、照射工程Ａでは、修復対象部が十分に黒化するための出力のレーザー光を、当該修復対象部に焦点を合わせて、当該修復対象部に照射する。

なお、修復対象部にレーザー光が照射されることにより、修復対象部の下方に設けられる色材層１３もわずかに黒色になる。以上により、画素修復処理Ａは終了する。

以上の画素修復処理Ａにより、修復対象部を十分に黒色に変化させることができる。すなわち、輝点画素を、黒色を表示する画素に変化させる黒点化を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、変化層１２は、色材層１３の上方に形成される。すなわち、変化層１２は、色材層１３のうち面１３ｂ側に形成される。この構成においても、実施の形態１と同様な効果が得られる。すなわち、レーザー光の照射による色材層１３の破損を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、画素修復処理Ａにより、色材１３Ｒ、色材１３Ｂは十分黒化させることができない。しかしながら、画素修復処理Ａにより、色材層１３の上方に設けた変化層１２を十分に黒化することにより、輝点画素を、黒色に変化させることができ、輝点画素を修復できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

５ 画素、１０，１０Ａ カラーフィルター、１１，３３ ガラス基板、１２ 変化層、１３ 色材層、１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒ 色材、１４ 上部層、１５，３１ 配向膜、２０ 液晶層、３０ ＴＦＴ基板、３２ 透明導電膜、１００，１００Ａ 液晶パネル、Ｂ１ ブラックマトリクス。

Claims (6)

1. 映像を表示する液晶パネルに用いられ、光を透過させることにより該映像の色を生成するカラーフィルターであって、
   前記カラーフィルターは、
   光を透過させることにより前記映像の色を生成する色材層と、
   前記色材層のうち前記光が入射する面側または該色材層のうち該光が出射する面側に形成され、かつ、光透性を有し、かつ、レーザー光が照射された部分が黒色に変化する変化層と、を備える
   カラーフィルター。
2. 前記変化層は、前記色材層のうち前記光が入射する面側に形成される
   請求項１に記載のカラーフィルター。
3. 前記変化層は、前記色材層のうち前記光が出射する面側に形成される
   請求項１に記載のカラーフィルター。
4. 前記変化層は、有機膜で構成される有機膜層、または、導電膜が形成される導電膜層である
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のカラーフィルター。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のカラーフィルターを備える液晶パネル。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のカラーフィルターを使用した前記液晶パネルに含まれる、輝点としての欠陥画素の修復方法であって、
   前記変化層のうち前記欠陥画素に対応する部分にレーザー光を照射する工程を含む
   修復方法。

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