JP2021534456A - 表示装置パネルに対するレーザーリペア及び検査方法とこれに適したリペア及び検査装置 - Google Patents

Abstract

レーザーリペア及び検査方法とこのための装置が開示される。レーザーリペア及び検査方法は、レーザーを用いたパネルリペア装置によってレーザー光が照射され、状態の確認のために撮像の対象となるパネル領域の裏面側に当該領域を照らしてパネルを透過可能な赤外線透過光源を備え付けてリペアのためのレーザー光照射と同時にもしくはレーザー光の照射後にパネルの表面に対する照明光及び可視光及び透過光の照射なしにパネルの裏面側から赤外線光を照らし、当該領域に対する検査のための撮像を行い、撮像装置を用いてその撮像画像を確認して当該領域におけるリペア工程の成否を確認するように行われる。本発明によれば、パネルに対するレーザーリペア加工の際にその成果に対する再検査負担を減らすことができ、即座で高い正確度をもってリペア加工の成果を容易に確認することができるので、レーザーリペア加工の効率性及び活用度を高めることができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、表示装置パネルに対するレーザーリペアに係り、さらに詳しくは、表示装置パネルに対するレーザーリペアの結果を即座で確認して検査の負担を減らすことのできるレーザーリペア及び検査方法とこれに適したリペア及び検査装置に関する。

レーザー加工とは、同調化の度合いが高い単一波長の光線を生じさせ、集光レンズを用いて集光することにより得られる高密度のエネルギーを有するレーザー光を被加工物の極小部分に照射して切断（Ｃｕｔｔｉｎｇ）、切除（除去）（Ａｂｌａｔｉｏｎ）、蒸発、溶融などの作業を行う加工方法のことをいう。

このようなレーザー加工に用いられるレーザービームは、形状や大きさに対する制御が相対的に行われやすいことから、数値制御装置を用いて制御することにより、複雑な形状の加工や高精細の加工に適している。

普遍的なレーザー加工装置は、レーザーを生成するレーザー発振器と、前記レーザー発振器から発せられたレーザービームを加工作業の位置へと導いて集束するための光学ユニットと、前記光学ユニットを介して集束されたレーザービームを被加工物の所望の位置に達させるための位置制御器などから構成されてもよい。

図１は、従来のレーザーリペア装置の構成例を概略的に示す構成概念図である。

レーザー光源１０から発せられたレーザー光は、スリット２０と、第１のビームスプリッター９１と、チューブレンズ４０と、第２のビームスプリッター８１と、第３のビームスプリッター５１及び対物レンズ６０を介して加工対象物である基板７０の加工領域に達する。

このとき、スリットは、広義では光マスクを網羅し、このスリットを通過してパネル加工領域に達するレーザー光の大きさと形状を決定する役割を果たす。チューブレンズ４０と対物レンズ６０は、一緒に作用して、パネル７０の加工領域にレーザー光が所望の集束度をもって達してパネルの加工が行われるようにする。

画像光源５３においては、第３のビームスプリッター５１に向かって光を照らして、ここから反射された光が対物レンズ６０を介して基板の加工領域を照らすようにする。加工領域から反射され且つ散乱された光は、画像光であって、加工領域の画像情報をもって逆に対物レンズ６０を通過し、第３のビームスプリッター５１、第２のビームスプリッター８１、チューブレンズ４０を逆に通過した後、第１のビームスプリッター９１から反射されて撮像装置９３に入射されて加工領域に対する画像を撮像装置が取得することが可能になる。

このような構成では、チューブレンズ４０は、対物レンズ６０とともに、加工用レーザー光が基板に達する経路及びパネル加工領域の画像情報が撮像装置へと引き渡される経路を構成し、レーザー光の集束度を定める役割と無限光学システムの対物レンズから出射された画像光の結像及び収差補正などを行う役割を果たす。

また、画像光の一部は、第２のビームスプリッター８１から反射されてその側方の自動焦点センサー８３に入射され、自動焦点センサー８３は、撮像装置９３を用いて加工対象物であるパネル７０の当該領域において加工されるパターンの加工過程と結果などを円滑に確認させるためにレーザー光によりパネル７０の上面（表面）に加工されるパターンを確認する対物レンズ６０の各倍率別に対物レンズ６０の焦点を自動的に合わせる。

このような構成を有するレーザーリペア装置またはレーザー加工装置は、上述した便宜性と高精細の加工性を有することから、フラットディスプレイの製造分野などにおいて広く用いられてきた。特に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機エレクトロルミネッセンス（ＯＬＥＤ）をはじめとするフラットディスプレイ分野において画素リペアのために盛んに活用されている。例えば、不良画素は、輝点画素と暗点画素とに分けられるが、通常的に許容される輝点画素の基準が暗点画素の基準よりも厳しいため、輝点画素を暗点化させて表示装置パネルの歩留まり率を高めることができる。

このような、輝点画素を暗点化させるための通常の方法としては、レーザーをブラックマトリックスに照射してブラックマトリックスを溶かし、溶かされたブラックマトリックス物質を異物の側に導いて輝点画素を暗点化させる方法と、光が透過される領域のカラーフィルターに直接的に照射してカラーフィルターの色を黒く変色させて輝点画素を暗点化させる方法とが挙げられる。

一方、レーザーリペアを行うときにパネルの他の層もしくは部位を損傷させずにブラックマトリックスやカラーフィルター層などの暗点化のための特定の層にエネルギーを集中させるために偏光の性質と集束レンズの焦点距離を用いることがある。

例えば、大韓民国登録特許第０９８１３０６号公報には、「偏光を用いた液晶表示パネルのリペア方法」が開示されている。同公報には、液晶表示パネルそのものに設けられた偏光板を用いて画素の不良部分を暗点化させる方式のリペア加工方法が開示されている。

従来には、パネルの完成後の主な生産ラインにおいて点灯検査を通じて基板の不良を検査するときに基板の不良が検出されれば、このようなパネルをレーザーリペア装置へと移してリペアを行い、これらを再び主な生産ラインへと移して点灯検査を通じてパネルの不良が解消されたか否かを確認する。この場合、一応リペアが行われてからは、これらに対する点灯検査などを通じてリペアが完全に行われ、パネル不良が全体的に治癒されたか否かを再び検査することを余儀なくされる場合が多く、特に、不良に対するリペアの成功率が低い場合には、再検査が欠かせない。したがって、パネルをリペア加工装置から検査装置へと移して積載し、必要に応じて、セッティングを新たに行うなどの煩雑さと時間的・工程効率的な負担が大きかった。

このような不都合を緩和・軽減するために、主な生産ラインの点灯検査の際に不良が生じると、レーザーリペアを直ちに行い、再検査を行ったり、レーザーリペア装置において再検査を行うように工程装備を結合したりする技術が開発された。

図２は、リペア及び再検査が同時に行われ得るリペア装置のうち、図１のリペア装置とは相違する部分を概略的に示し且つ説明するための部分的な構成概念図である。

この場合、再検査では、点灯検査を再び行うが、図１でのような画像光源による照明光の下でパネル７０の下側（裏面側）の可視光透過光源３１０がさらに配備され、この透過光源においては、可視光線領域の光もしくは白色光をパネルの全般にわたって照らす。

このとき、問題画素は、リペアの前に点灯検査を行うと、常時的に光を通過させる強制発光画素であれば、全体の画素に光が通過しないようにして容易に見出すことができるとはいえ、リペアの後に点灯検査を行いながら画像光と透過光とを照らすと、完全に当該問題画素がリペアされない場合であっても、以前のように画然と区別がつくことが困難であるという不都合がある。

また、この場合、点灯検査のために当該画素の電極や液晶に電圧もしくは電流が印加されてこれによる液晶層及び電極が検査の最中に損傷される可能性が高くなる虞がある。特に、検査と同時に自動的にもしくは手動的に問題画素を見出してリペアを行う場合、点灯状態で画像光と透過光とを照らしながらレーザー光を照射して当該画素の暗点化を試みてもよいが、このような過程において液晶にバブルが生じたり、材質の変性が起きたりする可能性が高くなって当該画素や隣接画素に新たな問題を引き起こす可能性が高くなってしまう。

要するに、これらの不都合によりリペアの成功率及び表示装置パネルの工程の歩留まり率が低下するため、これに対する適切な解決方案が望まれている。

大韓民国登録特許第０９８１３０６号公報

本発明は、上述した従来のレーザーを用いたパネルリペア加工及び再検査方法に関するものであり、再検査を行うことを余儀なくされるという負担を減らすことができ、パネルリペア加工の際にリアルタイムでも高い正確度をもってリペア加工の成果が確認し易いレーザーリペア及び検査方法とこれに適した装置を提供することを目的とする。

本発明は、リペア加工及びその結果に対する検査を実質的に同時に行い、必要に応じて、リペア再加工が行えるようにするレーザーリペア及び検査方法とこれに適した装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明のレーザーリペア及び検査方法は、既存のレーザーを用いたパネルリペア装置においてレーザー光が照射され、状態の確認のために撮像の対象となるパネル領域の下部（裏面側）に当該領域を照らしてパネルを透過可能な赤外線透過光源を備え付けてリペアのためのレーザー光照射と同時にもしくはレーザー光の照射後にパネルの表面に対する画像光の照射なしにパネルの裏面から赤外線光を照らし、当該領域に対する検査のための撮像を行い、撮像装置によってその撮像画像を確認して当該領域におけるリペア工程の成否を確認することを特徴とする。

本発明の方法において成否を確認した結果、成功であると判断されない場合、当該領域に対するレーザー光照射を再び行い、赤外線光を照射して再検査を行う過程がさらに行われてもよい。

本発明の方法において、リペアのためのレーザー光の照射と赤外線光の照射は一緒に行われるが、赤外線光の照射は、再検査のためにさらに十分な時間の間に行われるようにしたり、赤外線光は、レーザー光の照射とは無関係に連続して赤外線透過光源を点灯させたりする方式を採用してもよい。

本発明の方法は、偏光フィルムの貼り付けが完了したパネルの全般に対する点灯検査と、点灯検査において確認された問題画素に対するレーザーリペアと、リペア結果の確認のための赤外線透過光のみの環境で行われる非点灯検査をインサイチュ方式により行うものであってもよい。

本発明の方法において、不良画素を暗点化させるステップは、パネルの表面側に貼り付けられた偏光フィルムと対物レンズ系の焦点距離の調節を通じてレーザー光のエネルギーがパネルのカラーフィルター層に集中するようにして行われるものであってもよい。

本発明の装置は、通常のリペア装置に加えて、パネルの裏面側からパネルを照らす透過光源として赤外線透過光源が配備されることを特徴とする。

本発明において、撮像装置は、全体的にみたとき、赤外線光を十分な感度で認識できるものであり、赤外線透過光源からカメラなどの撮像装置までの経路の上に赤外線排除フィルター層もしくはフィルター物質がないように、あるいは、置き換えられるようになっている。

本発明の装置は、照らされる当該領域をリアルタイムにて表示したり、自動的に解析したりするモニター装置や解析手段を少なくとも一つ備え、このようなモニター装置や解析手段は、リアルタイムにて動作することが好ましい。

本発明によれば、パネルに対するレーザーリペア加工の際にその成果に対する再検査の負担を減らすことができ、即座で高い正確度をもってリペア加工の成果を容易に確認することができるので、レーザーリペア加工の効率性及び活用度を高めることができ、巨視的に液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機エレクトロルミネッセンス（ＯＬＥＤ）などの表示装置パネルの製造の歩留まり率を高めることができる。

通常のレーザーリペア装置の構成を概略的に示す構成概念図である。 従来のレーザーリペア及び再検査装置の構成のうち、図１とは比較される部分の構成を概略的に示す構成概念図である。 本発明に適したレーザーリペア及び検査装置の構成を概略的に示す構成概念図である。 本発明のレーザーリペア及び検査方法の一実施の形態を示すフローチャートである。 従来の再検査方法に従って画像光と可視透過光を照射した状態で問題画素の部分のパネルの表面側を撮像した写真と、本発明のレーザーリペア検査方法に従ってレーザーリペア後にパネルに後方（裏面側）から赤外線光を照射した状態で問題画素の部分のパネルの表面側を撮像した比較写真である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態を挙げて本発明についてより具体的に説明する。

図３は、本発明の方法の実現に適したレーザーリペア加工及び検査装置を概略的に示す構成概念図である。

この実施形態に係るレーザーリペア加工及び検査装置（以下、簡略に「装置」と称する。）には、レーザー光を放出するレーザー光源１１０と、レーザー光を通過させながらレーザー光の大きさと形状を調節するスリット１２０と、スリットを通過したレーザー光を１次的に調節できる第１のチューブレンズ１４０と、第１のチューブレンズを通過した光を受光して通過させながら集束度を２次的に調節して加工対象物であるパネルに照射し、加工対象物の画像光を逆方向に通過させながら画像光が集束度を調節する対物レンズ系１６０と、対物レンズ系を介して加工対象物である表示装置パネルを照らす照明光を放出する照明光源（画像光源）１５３と、第２のチューブレンズ２４０及び第２のチューブレンズを通過した画像光を受光して加工対象物の画像を取得する撮像装置１９３と、が配備される。

ここで、レーザー光源１１０は、レーザー発振器とシャッターなどレーザー光の放出に必要とされる付属要素を網羅する概念である。

スリット１２０は、レーザー光が通過する隙間を形成してレーザー光の大きさを決定する部分と、レーザー光の形状を決定するパターンマスクと、を含む広義の概念であり、これを通過するレーザー光の大きさと形状を限定できるようにする。

ここでは、スリットを通過したレーザービームは、反射鏡１２５に反射されて経路を変えて第１のチューブレンズ１４０に入射される。第１のチューブレンズ１４０としては、通常、焦点距離２００ｍｍのものを用いる。スリット１２０の光経路上の前端には、スリット１２０に照明を提供するスリット照明１２０ａが配備されてもよい。

第１のチューブレンズを通過したレーザービームは、ビームスプリッター１２７から反射されて対物レンズ系１６０を通過して再び集束されて表示装置パネルの所定の位置に照射される。これにより、カラーフィルターの当該画素のカラー層の物質を黒化させることができる。

一方、照明光源１５３からは照明光が放出されて光学系を介してビームスプリッター１５１から反射されてビームスプリッター１２７を透過して対物レンズ系１６０を介してレーザー光によりリペアされる表示装置パネル１７０を照らし、反射され且つ散乱されながら加工領域の加工状態に関する画像情報をもった画像光を形成する。

このような画像光は、対物レンズ系１６０を逆方向に通過しながら集束されてビームスプリッター１２７、１５１を通過して第２のチューブレンズ２４０へと向かう。

第２のチューブレンズにおいては、入射された画像光を通過させながら画像光を調節して撮像装置１９３へと向かうようにする。これにより、撮像装置においては、焦点が合い、しかも、適した画像を取得することができる。撮像装置は、これと結ばれたコンピューター及びモニターを用いて画像を表示することができ、表示された画像を用いて、レーザーリペア工程中の当該領域の加工状態を確認することができる。

第２のチューブレンズと撮像装置との間には、光量が多過ぎる場合に光量を減らしたり撮像装置に適した波長帯の画像に制限したりするカラーフィルター１９７や偏光フィルター１９５が配設されてもよい。

また、ここでは、図２に示すような従来の場合とは異なり、表示装置パネルの裏面側（下部）に可視光透過光源３１０とともに赤外線透過光源３３０を配設している。赤外線透過光源３３０は、可視透過光を生じさせる可視光透過光源３１０とともに配設されて、必要に応じて、可視透過光のみを照射したり、赤外線透過光のみを照射したり、両透過光を両方とも照射したりするようにしている。透過光源は、パネルの一部の領域のみを照らすものであってもよいが、ここでは、全般的にパネルを照らす透過光源を用いるものとする。

さらに、赤外線透過光を照射するときに画像光及びレーザー光はパネルの表面に照射されないように運用してもよい。

一方、以上の装置の構成において、赤外線透過光を照射するときにパネルの表面においてリペア結果を明らかに確認するために、当然のことながらも、透過光がパネルを透過した状態で基板の表面側から撮像装置に至るまで赤外線光を遮ったり深刻に弱化させたりする問題が生じないようにしなければならない。

そうするために、その経路上の各光学要素は、赤外線を排除するフィルター機能層がないようにするか、位置を変えて必要に応じて経路上から取り外されるようにするか、あるいは、これに置き換えられ、赤外線の照明に特化されて特に赤外線を円滑に透過させながら当該機能が行える光学要素に置き換えて配設できるようにしなければならない。例えば、フィルターのうち、赤外線排除フィルターがないようにし、撮像装置を構成するカメラに付属されたレンズコーティングやフィルターのうちで赤外線排除フィルターがないようにし、ビームスプリッターにも赤外線排除コーティングがあるか、あるいは、そのような物質が本体成分に混ざっていることがないようにしなければならない。

また、図３には明示されてはいないが、通常、画像光経路の上に自動焦点調節装置が備えられてもよいが、このような自動焦点調節装置において、透過光による赤外線画像もまた容易に認識し且つ駆動できるようにすることが好ましい。

一方、本発明は、レーザーリペアと一緒に行われ得ることを考慮すれば、光学系の全体的な構成においてレーザー光によるリペア作業が行われるとき、レーザー光が赤外線透過光源や、パネル内の他の層の構造、装置内の光学要素に最大限に影響がないようにすることが好ましい。

このような構成のレーザーリペア及び検査装置において行われる一連の工程については、図４のフローチャートに基づいて簡単に述べることができる。

リペア及び検査装置は、まず、表示装置パネルが完成されてから点灯検査を行う経路に配設される（図３参照）。以前のステップを通じて表面偏光フィルムまで貼り付けられた状態の完成された表示装置パネルは、この装置に投入されかつ積載される。

まず、パネルに対する全体的な点灯検査を行う（Ｓ１０）。このような検査を行うときには、パネルの裏面側の可視光透過光源３１０から可視光もしくは白色光を照らし、パネルの表面側から画像光を照らしてパネルの表面側から見える画像が撮像装置へと転送されるようにする。

このとき、すべての画素において光が通過できないように電圧を印加すれば、全体の画面は黒く表示されるが、不良画素では光がそのまま通過して明確に認識され得る。したがって、この過程を通じて強制発光不良画素が認識される。このような画像を用いた認識は、目視で行われてもよく、画像処理を通じて自動画像解析方式により行われても良い（Ｓ２０）。

この装置には、レーザーリペア装置が配備されているため、不良が感知されてもパネルを移さずにインサイチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）方式で、レーザーリペア装置を駆動して不良画素を暗点化させ且つ黒化させる（Ｓ３０）。

すなわち、このような不良画素に対して位置を確認して、この位置ごとにレーザー光を照射してその位置でのカラーフィルター層をなしている物質を熱変性させる。このとき、対物レンズなどを用いてカラーフィルター層におけるレーザー光の集束度を高めてレーザー光の加工効率を高め、偏光フィルター及び偏光の性質を用いてパネルの他の構成要素に対する劣化を最大限に防ぐことが好ましい。

通常は、この物質は熱変性された黒い不透明層をなして、これを用いて光が通過できなくなるが、レーザーリペアが正確に行われない場合、一部の光漏れが見出されることがある。

このような問題は、次のステップであるレーザーリペアに対する結果検査ステップにおいて見出されることがある。結果検査においては、最初の点灯検査ステップとは異なり、透過光源として赤外線透過光源のみを用い、表面側に画像光（照明光）の照射がない状態で、非点灯検査を行う。したがって、パネルに電気負荷をかけずに、各画素において液晶層を介してそのまま赤外線透過光源の光が透過されるようにする（Ｓ４０）。

赤外線光は、正常的な画素では、カラーフィルター物質層を通過して赤外線をよく感知する撮像装置において認識された画像では比較的に明るい形態を示し、レーザーリペアを用いて暗点化処理が行われた画素では、熱変性された層を通過できないため暗く見えてしまい、その結果、正常領域と不良画素領域との違いが比較的にはっきりと現れる。

このような点は、図５の（ａ）及び（ｂ）の比較写真を用いて確認することができる。図５の（ａ）は、比較例であり、（ｂ）は、この実施形態である。一方、図５の（ａ）の写真は、従来のリペアを行った後に再検査を行いながら可視透過光を照らすと、依然として表面側の画像光を照らし、その状態で、問題画素と正常画素との間に大きく明度の違いが出ないことが分かる。

以上述べたような本発明の方法によれば、レーザーリペアを用いた画素暗点化の加工後に点灯検査を行わないので、リペア後に点灯検査のために当該画素の電極や液晶に電圧もしくは電流が印加されてこれによる液晶層及び電極が検査の最中に損傷されるという問題を防ぐことができ、レーザーリペアの過程においても後続するリペア後の点灯検査のために点灯を続ける場合に起こる問題を防ぐことができる。

以上述べたような本発明方法によれば、パネル点灯検査と、レーザーリペア加工と、リペア後の検査をインサイチュ方式で行うことができるので、工程負担を減らすことができ、赤外線透過光源を用いてリペア加工に従って問題画素が十分に暗点化処理されたか否かを正確に確認することができ、必要に応じて、さらなるリペアを行うことができて、全体的にリペアの成功率を高めることができ、その結果、パネルの歩留まり率を高めることができる。

以上では、限定された実施形態を挙げて本発明を説明しているが、これは、本発明の理解への一助となるために例示的に説明されたものにすぎず、本発明はこれらの特定の実施形態に何ら限定されるものではない。よって、当該発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明を踏まえて様々な変更や応用例を実施することができる筈であり、これらの変形例や応用例は、特許請求の範囲に属するということはいうまでもない。

Claims (6)

1. レーザー光を放出するレーザー光源と、
   レーザー光を通過させながらレーザー光の大きさと形状を調節するスリットと、
   前記スリットを通過したレーザー光を通過させて集束度を１次的に調節し、パネルへの画像光を通過させるチューブレンズと、
   前記チューブレンズを通過したレーザー光を受光して通過させながら集束度を２次的に調節して前記パネルに照射し、前記パネルへの画像光を通過させながら前記画像光の集束度を調節する対物レンズ系と、
   前記対物レンズ系を介して前記パネルを照らす照明光を放出する照明光源と、
   前記チューブレンズを通過した画像光を受光して前記パネルに対する画像を取得する撮像装置と、
   前記パネルを基準として前記対物レンズ系の反対側に配設されて前記パネルを照らす赤外線透過光源と、
   を備えるレーザーリペア及び検査装置。
2. 前記対物レンズ系の反対側には、前記赤外線透過光源とともに可視光透過光源が配備されて、前記赤外線透過光源と代替的にもしくは一緒に可視光を前記パネルの裏面側に照射する請求項１に記載のレーザーリペア及び検査装置。
3. 請求項２に記載のレーザーリペア及び検査装置を用いるレーザーリペア及び検査方法であって、
   前記パネルに対して表面側に前記照明光源による照明光を照射し、前記パネルの裏面側に前記可視光透過光源によって透過光を照射しながら前記パネルに対する点灯検査を行うステップと、
   前記点灯検査を通じて前記撮像装置によって取得された画像を用いて前記パネルの常時的に光が通過する強制発光不良画素を確認するステップと、
   前記パネルの確認済みの不良画素に対してレーザー光を照射して前記不良画素を暗点化させるステップと、
   前記パネルに対して前記照明光源及び前記可視光透過光源による照射が行われない状態で前記赤外線透過光源によって赤外線を照射して前記撮像装置によって取得した画像を用いて前記不良画素に対する暗点化が正確に行われたか否かを確認するステップと、
   を含むレーザーリペア及び検査方法。
4. 前記ステップは、インサイチュ（ｉｎ ｓｉｔｕ）方式により前記パネルの移動なしに行われることを特徴とする請求項３に記載のレーザーリペア及び検査方法。
5. 前記不良画素を暗点化させるステップは、前記パネルの表面側に貼り付けられた偏光フィルムと前記対物レンズ系の焦点距離の調節を通じてレーザー光のエネルギーが前記パネルのカラーフィルター層に集中されるようにして行われることを特徴とする請求項３に記載のレーザーリペア及び検査方法。
6. 請求項１又は請求項２に記載のレーザーリペア及び検査装置を用いるレーザーリペア及び検査方法であって、
   前記パネルの確認済みの不良画素に対してレーザー光を照射して前記不良画素を暗点化させるステップと、
   前記パネルに対して前記赤外線透過光源によって赤外線を照射して前記不良画素に対する暗点化が正確に行われたか否かを確認するステップと、
   を含むレーザーリペア及び検査方法。
   

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