JP4010698B2 - 液晶表示装置及びその欠陥修正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）及びその欠陥修正方法に関し、特にスイッチング素子である薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）の動作不良に起因する点欠陥の修正方法及びその修正方法を行いやすいＬＣＤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のＬＣＤは、液晶を駆動する個々の画素電極と、これに電圧を印加するデータ線とをスイッチング素子であるＴＦＴを介して接続するアクティブマトリクス型ＬＣＤが主流となっている。図３（ａ）は従来のアクティブマトリクス型ＬＣＤの一例を示す平面図、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。第１の基板５０上に、行方向に延在する複数のゲート線５１が形成されている。その上に絶縁膜５２を介してポリシリコン膜よりなるＴＦＴ５３が形成されている。ゲート線５１の一部は、ＴＦＴ５３のゲート電極５１ａとなっている。ＴＦＴ５３の上には絶縁膜５４を介してゲート線５１と直交する複数のデータ線５５が形成され、コンタクトを介してＴＦＴ５３のドレイン領域に接続されている。データ線５５の上に絶縁膜５６を介してＩＴＯ（indium tin oxide）よりなる画素電極５７が形成されており、コンタクトを介してＴＦＴ５３のソース領域に接続されている。画素電極５７の上に液晶の配向方向を制御する配向膜５８が形成されている。第１の基板５０に対向して設置された第２の基板６０には各画素電極５７を覆う共通電極６１が形成されており、共通電極６１の上に配向膜６２が形成されている。第１、第２の基板の間には、液晶７０が封入されている。液晶は、画素電極５７に印加された電圧によって駆動され、光透過率が変化する。ＬＣＤは、これを利用して表示を行う。
【０００３】
共通電極６１には常に一定の電圧が印加されている。これに対し、画素電極５７は、ゲート線５１にゲート電圧が印加されている間、そのゲート線５１に接続されたゲート電極のＴＦＴ５３のゲートが開き、その画素電極が接続されたデータ線５５の信号電圧が印加される。１本のゲート線５１は１水平同期時間（１Ｈ）の間ゲート電圧が印加され、１本ずつ順次電圧が印加される。ゲート線５１にゲート電圧が印加されている行のＴＦＴ５３はゲートが開き、その間にその行の画素電極に印加すべき信号電圧がデータ線５５によって印加される。次の１Ｈには、隣のゲート線５１にゲート電圧が印加され、データ線５５には、その行の画素電極に印加される信号電圧が印加される。そして、１垂直同期時間（１Ｖ）の間に全てのゲート線５１に順に電圧印加し、再び最初のゲート線に戻る。ゲート線５１にゲート電圧が印加されていない、即ちＴＦＴ５３のゲートが閉じている間は、画素電極５７は、直前に印加された信号電圧を保持する。言い換えて説明すると、ゲート線５１には、各画素に形成されたＴＦＴ５３のゲートを開くためのゲート電圧が印加されている間以外のほとんどの期間は一定電位（グランド）であり、データ線５５には、いずれかの行の画素電極に印加するための表示内容に応じた電圧が印加される。
【０００４】
ところで、ＬＣＤは、画素電極５７に印加する電圧と液晶７０の透過率の関係によってノーマリーホワイト方式と、ノーマリーブラック方式に分類される。
【０００５】
ノーマリーホワイト方式は画素電極に印加する電圧が最小のとき液晶の透過率が最大、即ち白を表示し、印加電圧を増加することによって液晶の透過率が低下し、黒を表示するようになる。例えばＴＮ（twist nematic）型やＳＴＮ（super twist nematic）型がある。ＴＮ型は正の誘電率異方性を有する液晶を用いる。正の誘電率異方性を有する液晶は電界に平行になる性質を有する。
【０００６】
一方、ノーマリーブラック方式は画素電極に印加する電圧が最小のとき液晶の透過率が最低、即ち黒を表示し、印加電圧を増加することによって液晶の透過率が上昇し、白を表示するようになる。例えば負の誘電率異方性を有する液晶を用いる垂直配向型がある。
【０００７】
ところで、ＬＣＤの製造は、ＴＦＴ５３などを始め、微細加工を要するが、画素数の増加や、大画面化、高精細化に伴い、製造工程におけるマスクずれなどによって、ＴＦＴが動作しなかったり、周辺の配線と画素電極５４とが短絡するなどの不良が生じる。
【０００８】
以下に従来のノーマリーホワイト方式の欠陥画素修正方法について説明する。例えばＴＦＴ５３ａが動作不良であった場合、まずイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）レーザを高いエネルギーでＴＦＴ５３ａの画素電極５７ａとの接続領域８１に照射し、これを切断する。次にＹＡＧレーザを低いエネルギーでＴＦＴ５３ａのゲート電極と重畳している領域８２に照射し、これを短絡させる。これによって、不良を生じた画素電極には、ゲート線５１の電圧が常に印加されることになる。ゲート線５１には水平同期時間（１Ｈ）毎に所定の電圧が印加され、それ以外のほとんどの期間はグランド電位であり、一定電圧が印加され続ける共通電極６１の電位とは異なるので、ここに電位差が生じ、欠陥画素の液晶は常に駆動されて黒を表示し続けるようになる。
【０００９】
黒を表示し続ける画素は黒点欠陥と呼ばれ、ほとんど目立たないので、このような黒点欠陥をいくつか有したＬＣＤでも、良品とすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の欠陥画素修正方法では、修正した画素は黒点欠陥となるので、常に黒色を表示し続け、例えば前面を白く表示した場合などは、目立ってしまう。
【００１１】
また、ノーマリーブラック方式に於いて、従来と同様の修正方法を適用し、画素電極とゲート線とを短絡させた場合、ゲート線のほとんどの期間の電位（グランド）と、共通電極に印加されている一定の電圧とが異なるので、その画素電極と共通電極との間に常に電位差が生じてしまい、修正画素は常に白を表示する白点欠陥となってしまう。白点欠陥は、黒点欠陥に比較して、非常に目立つので、この修正を行ったＬＣＤを良品とする事はできない。従って、従来の欠陥画素修正方法はノーマリーブラック方式においては適用することができない。ノーマリーブラック方式に於いては、効果的な欠陥画素修正方法はなかった。
【００１２】
そこで本発明は、修正した後の画素がより目立たない欠陥画素修正方法を提供することを目的とする。また、特にノーマリーブラック方式の液晶表示装置における欠陥画素修正方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、互いに対向して配置された第１及び第２の基板間に液晶を封入してなり、第１の基板には互いに絶縁されたゲート線及びデータ線、データ線にスイッチング素子を介して接続された複数の画素電極が形成され、第２の基板には複数の画素電極に対向する対向電極が形成され、データ線と画素電極とは重畳して形成された液晶表示装置における欠陥を有する画素の修正方法であって、欠陥画素に接続されたスイッチング素子を切断し、欠陥画素に接続されたデータ線と欠陥画素の画素電極とを短絡させる欠陥修正方法である。
【００１４】
また、データ線と画素電極を短絡させる方法は、データ線と画素電極の重畳領域にレーザを照射する。
【００１５】
また、共通電極には、データ線と画素電極が重畳した位置に開口部が形成され、レーザは開口部に照射される。
【００１６】
また、データ線は画素電極に重畳する位置で分岐しており、レーザは分岐した部分に照射される。
【００１７】
また、液晶は、負の誘電率異方性を有しており、共通電極の開口部は液晶の配向方向を制御する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は配向制御窓を有するＬＣＤの平面図、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。第１の基板５０上に、ゲート線５１が形成され、これを覆ってゲート絶縁膜５２が形成されている。この上には、ポリシリコン膜よりなるＴＦＴ５３が形成されている。ＴＦＴ５３のゲート電極５１ａはゲート線５１に接続されている。これらを覆って層間絶縁膜５４が形成され、層間絶縁膜５４上には、データ線１が形成されており、層間絶縁膜５５に覆われている。データ線１はＴＦＴ５３のソース領域に接続され、ゲート線５１がオンしている画素電極５７に信号電圧を印加する。データ線５７に印加される信号電圧によって、液晶が直接傾斜される事を防止するため、データ線５７は、画素電極５７の下に重畳して形成されている。層間絶縁膜５５上にはＩＴＯよりなる画素電極５７が形成され、層間絶縁膜５４、５５に開口されたコンタクトホールを介してＴＦＴ５３に接続されている。画素電極５７の上には、ポリイミドのような有機系材料もしくは、シラン系材料のような無機系材料よりなる垂直配向膜１１が形成されている。
【００１９】
第１の基板５０に対向して配置された第２の基板６０には、ＩＴＯ等よりなる共通電極６１が複数の画素電極５７を覆って形成されている。共通電極６１上には、第１の基板５０側と同じ垂直配向膜１２が設けられている。共通電極６１には、画素電極５７に対応する位置に電極不在の開口部である配向制御窓６が設けられている。配向制御窓６は、共通電極が開口された電極不在の領域であり、例えば図示したように「Ｙ」の文字を上下逆に連結した形状を有する。
【００２０】
これら第１の基板５０および第２の基板６０の間には、液晶７１が封入され、画素電極５７と共通電極６１の間に印加された電圧によって形成された電界強度に応じて、液晶分子の向き即ち配向が制御される。第１の基板５０および第２の基板６０の外側には、図示しない偏光板が、偏光軸を直交させて配置されている。これら偏光板間を通過する直線偏光は、各表示画素毎に異なる配向に制御された液晶７１を通過する際に変調され、所望の透過率に制御される。
【００２１】
液晶７１は負の誘電率異方性を有しており、即ち、電界方向に対して倒れるように配向する性質を有している。垂直配向膜１１，１２は、液晶７１の初期配向を垂直方向に制御する。この場合、電圧無印加時には、液晶分子は垂直配向膜１１，１２に垂直になっており、一方の偏光板を抜けた直線偏光は、液晶７１を通過して他方の偏光板により遮断されて表示は黒として認識される。この構成で、画素電極５７と共通電極６１間に電圧を印加すると、電界６４，６５が形成され、液晶分子は傾斜する。画素電極５７の端部では、電界６４は、画素電極５７から共通電極６１側へ向かって斜めに傾いた形状になる。同様に、配向制御窓６の端部も電極が不在であるため、電界６７は画素電極５７に向かって傾いた形状になる。この傾いた電界に垂直になるように液晶の配向方向が制御されるため、液晶分子は画素電極５７の内側方向、配向制御窓６に向かって傾斜する。この結果、一方の偏光板を抜けた直線偏光は、液晶７１にて複屈折を受け、楕円偏光に変化して他方の偏光板を通過し、表示は白に近づいていく。即ち本実施形態のＬＣＤはノーマリーブラックである。
【００２２】
配向制御窓６直下は液晶７１の配向方向が不連続となるいわゆるディスクリネーションラインとなるので、電圧を印加しても光は透過しない。そこで、データ線１は配向制御窓６は重畳して形成されており、透過率の低下を防止している。
【００２３】
画素電極５７は、ゲート線５１とデータ線５７が両方オンするとＴＦＴを介して電圧が印加され、その直上の液晶を駆動する。それぞれの画素電極５７に、それぞれの電圧を印加することによってＬＣＤの表示を行う。つまり、画素電極５７が形成されている領域が画素となる。
【００２４】
データ線１は、画素電極５７が形成されている領域に分岐線２を有する。分岐線２は、配向制御窓６の長さ程度で終端しており、隣接する画素電極５７には延在していない。
【００２５】
次に本構成の液晶表示装置に例えばＴＦＴ５３が完全に機能しない不良画素が存在した場合の修正方法について説明する。いまＴＦＴ５３ａに不良が生じているとする。まず、ＴＦＴ５３ａと画素電極５７ａが接続されているコンタクト上の領域４にＹＡＧレーザを高いエネルギーで照射し、これを切断する。次に図２に図示するように、分岐線２上の領域５にＹＡＧレーザを低いエネルギーで照射し、データ線１と画素電極５７ａとを溶接して接続する。図２は、図１（ａ）におけるＢ−Ｂ’断面図である。以上で修正が完了する。
【００２６】
このように修正すると、不良画素の画素電極５７は、データ線１と接続される。上述したように、データ線１には、常にいずれかの行の画素電極５７に電圧を印加するための表示内容に応じた電圧が印加される。つまり、データ線１には１垂直同期期間の間にその列の画素に印加する電圧が順に印加される。このデータ線１と直接接続された画素電極５７には、その列の画素に印加される電圧が順に印加されることになる。従って、例えば全面白で画面を表示する場合は、修正された画素も白を表示し、全面黒で表示する場合は修正画素も黒を表示することになる。中間調でも同様である。従って、常に白もしくは黒とはならず、従来の修正された画素に比較して、目立たない修正画素となる。
【００２７】
本実施形態は、データ線１が画素電極５７に重畳して形成されているので、データ線１と画素電極５７の接続を容易に行うことができる。
【００２８】
レーザの照射位置は、分岐線２ではなく、データ線１と画素電極５７が重畳しているところであればどこに照射しても欠陥画素を修正することができる。しかし、溶接を行うレーザの照射時間やエネルギーは、正確な制御を必要とし、照射時間が長すぎたり、エネルギーが高すぎたりすると、データ線１を切断してしまうおそれがある。データ線１が切断されると、そのデータ線１に接続された全ての画素電極５７に電圧が印加されなくなり、１列全ての画素が欠陥となる、いわゆる線欠陥となってしまう。これに対し、分岐線２に照射すれば、万が一ここを切断しても他の画素には何ら影響を及ぼさない。また、分岐線２の長さをレーザの直径の２倍以上設けておけば、一度切断してしまってももう一度修正する事ができる。また、分岐線２は、一つの画素電極５７に対して２つ形成されているので、１つ目の分岐線２で失敗したとしても、もう一度修正することができる。
【００２９】
また、レーザの照射によって、例えば画素電極の一部分がめくれ上がるなどして、共通電極６１と短絡してしまう場合がある。画素電極５７と共通電極６１が短絡すると、その間の液晶７０を駆動することができなくなってしまう。さらにデータ線１と共通電極６１が短絡すると、共通電極に印加される一定の電圧がデータ線１にのってしまい、やはり線欠陥となってしまう。これに対し、本実施形態は、データ線１が配向制御窓６に重畳しているので、万が一画素電極５７の一部分がめくれ上がっても、共通電極６１と短絡するおそれがない。
【００３０】
なお、本実施形態では、配向制御窓６を有する垂直配向型液晶表示装置を例示して説明したが、本発明の欠陥画素修正方法は、ノーマリーホワイト、ノーマリーブラック、ＴＮ型、垂直配向型など、いずれの方式のＬＣＤにも適用できる。要は、画素電極にデータ線が重畳しており、その重畳している領域に開口部が形成されていれば全く同様に実施することが可能である。特にノーマリーブラックのＬＣＤは、従来効果的な欠陥画素修正方法が存在しなかったので、より有効であるといえる。
【００３１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、欠陥画素に接続されたデータ線と欠陥画素の画素電極とを短絡させる欠陥修正方法であるので、修正した画素は白表示または黒表示に固定されず、修正した画素が目立たない。
【００３２】
また、特に請求項３に記載の発明によれば、共通電極には、データ線と画素電極が重畳した位置に開口部が形成され、レーザは開口部に照射されるので、修正によって画素電極と共通電極が短絡することがなく、修正を確実に行うことができる。
【００３３】
また、特に請求項４に記載の発明によれば、データ線は画素電極に対応する位置で分岐しており、分岐した部分が画素電極に重畳しており、レーザは分岐した部分に照射されるので、レーザの照射によってデータ線が切断されることがなく、修正を確実に行うことができる。
【００３４】
また、請求項５乃至請求項７に記載の発明は、上述した修正が行いやすい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す平面図及び断面図である。
【図３】従来の液晶表示装置の平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１ データ線、２ 分岐、３，６ 開口部、
４，５，７，８，８１，８２ レーザを照射する領域

Claims (3)

1. 互いに対向して配置された第１及び第２の基板間に液晶を封入してなり、前記第１の基板には互いに絶縁されたゲート線及びデータ線、該データ線にスイッチング素子を介して接続された複数の画素電極が形成され、前記第２の基板には前記複数の画素電極に対向する対向電極が形成され、前記データ線と前記画素電極とは重畳して形成され、前記対向電極には、前記データ線と画素電極が重畳した位置に開口部が形成された液晶表示装置において、欠陥を有する画素を修正する方法であって、該欠陥画素に接続された前記スイッチング素子を前記データ線から切断し、該欠陥画素に接続された前記データ線と該欠陥画素の前記画素電極とを前記対向電極の開口部から前記データ線と画素電極の重畳領域にレーザを照射することで短絡させることを特徴とする液晶表示装置の欠陥修正方法。
2. 前記データ線は前記画素電極に重畳する位置で分岐しており、前記レーザは該分岐した分岐線に照射されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の欠陥修正方法。
3. 前記液晶は、負の誘電率異方性を有し、前記開口部は前記液晶の配向方向を制御する配向制御窓であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の欠陥修正方法。

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