JP2008170938A - 液晶表示パネルのリペア方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣接セルへの影響を最小化することができる、液晶表示パネルのリペア方法を提供する。
【解決手段】まず、液晶表示パネルに存在する輝点セル（不良セル）を検出する（Ｓ１）。次に、リペアしようとする輝点セルに対してレーザーを照射して輝点セルに含まれるカラーフィルタの物性を変化させることによって、カラーフィルタの光透過性を低下させる（Ｓ２）。
【選択図】図４

Description

本発明は液晶表示パネルをリペアする技術に関するものであり、より詳しくは、液晶表示パネルに存在する輝点セル（不良セル）をリペアするための方法及び装置に関するものである。

液晶表示装置は、ビデオ信号によって液晶の光透過率を調節して画像を表示する。そのため、液晶表示装置は、液晶セルがマトリックス状に配列された液晶表示パネルと、ビデオ信号によって各液晶セルの光透過率を制御する駆動回路とを備えている。

図１は、従来の液晶表示パネルの液晶セルの構造を簡単に示す図面である。液晶表示パネルのセルは、薄膜トランジスター（thin film transistor：ＴＦＴ）ガラス１１とカラーフィルタ（color filter：ＣＦ）ガラス１９との間に、制御電圧によって偏光する液晶層１５と、フルカラーを実現するためのＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ１７と、光透過率を調節するために液晶層１５の偏光程度を制御する半導体回路層１２とを含んでいる。液晶表示パネルのセルは、その他にも、ピクセル電極１３、背向膜１４、共通電極１６、及びブラックマトリックス１８などを含んでいる。

セルの明るさが調節される原理は次の通りである。バックライト（図示せず）から提供された光は液晶層１５を通過することによって偏光され、偏光された光はＴＦＴガラス１１及びＣＦガラス１９の外部に配置された偏光板（図示せず）を通過して人間の目に入る。このとき、偏光された光の方向と偏光板の偏光方向との角度が垂直に近いほど、偏光された光は偏光板をよく通過できず、偏光された光の方向と偏光板の偏光方向との角度が水平に近いほど、偏光された光は偏光板をよく通過できる。したがって、両ガラス１１，１９の間に印加される電圧を制御して液晶層の偏光の程度を調節することによって、セルの明るさを調節することができる。

一方、特定波長の光をよく透過させ、その他の波長の光を遮断する特性を有するカラーフィルタを用いることにより、カラー液晶表示パネルは実現される。つまり、Ｒフィルターは、赤色光をよく透過させるが、その他の波長の光は透過させない。Ｇフィルターは、緑色光をよく透過させるが、その他の波長の光は透過させない。Ｂフィルターは、青色光をよく透過させるが、その他の波長の光は透過させない。

液晶表示パネルの製造者が液晶表示パネルの不良の有無を判断する基準は、液晶表示パネルに存在する不良セルの数である。不良セルは輝点セルと暗点セルとに分けることができるが、通常、許容される輝点セルの数は、暗点セルの数よりも厳しい。このような理由により、輝点セルを暗点化することにより、液晶表示パネルの歩留りを向上させることができる。例えば、輝点セルは全く許容されないが暗点セルは１個だけ許容される場合は、１つの輝点セルを有する液晶表示パネルにおいて輝点セルを暗点化させて暗点セルにすると、前記液晶表示パネルは正常パネルとなる。

特許文献１には、輝点セルを暗点化させて液晶表示パネルをリペアする技術が開示されている。このリペア技術は、異質物による輝点セルを暗点化させるためにブラックマトリックスにレーザーを照射してブラックマトリックスを溶かし、溶けたブラックマトリックスの物質を異質物の方に誘導して輝点セルを暗点化させている。

韓国特許出願公開第２００６−００６７０４２号明細書

しかし、特許文献１に開示されている従来技術には、ブラックマトリックスを溶かした際に、溶けたブラックマトリックスの物質が輝点セルと隣接する正常セルへ移動して、正常セルも暗点化されるという問題があった。

そこで、隣接セルへの影響を最小化するために、ブラックマトリックスを溶かす代りに、光が透過するセルの領域（カラーフィルタ領域）にレーザーを直接的に照射することによって、輝点セルを暗点化させる方法が考えられるが、その場合は次のような問題点が生じる。

図２を参照して詳しく説明すると、一般的に、レーザーの強度はレーザー照射時におけるレーザーの透過深さが増大するほど急激に減少するが、ある程度のレーザーエネルギーは比較的深い層まで伝達される。したがって、図２に示すように、レーザー２１の焦点がカラーフィルタ１７に合っていたとしても、エネルギーの一部は液晶層１５にまで伝達される。そのため、液晶層１５に伝達されたエネルギーによって、液晶層１５でガスが発生するおそれがあり、そのガスが原因となって液晶層１５内でバブル２２が生成される。

たとえ、レーザーエネルギーが液晶層１５にまで伝達されなかったとしても、レーザーの照射過程においてカラーフィルタ１７で発生したガスなどが液晶層１５に侵入することによって、バブル２２が生成される可能性もある。

液晶層１５で生じたバブル２２は、リペアしようとするピクセル以外の隣接ピクセルにも致命的な影響を与える。さらに、液晶層１５で生じたバブル２２によって液晶表示パネルの全体が駄目になる場合もあるので、バブル現象はできるだけ避けなければならない。

このようなバブル現象を防止するためには、レーザーの浸透深さを減少させるべきであり、そのためには使用するレーザーの波長は短くなければならない。レーザーの波長を短くすることは、カラーフィルタの光透過率の点からも好ましい。
図３は、各カラーフィルタの光透過率を示すグラフである。図３に示すように、各カラーフィルタは特定波長付近の光に対しては光透過率が高いが、他の波長の光に対しては光透過性が低い。例えば、Ｂフィルター３３は４６０ｎｍ付近の波長に対して光透過率が高く、Ｇフィルター３２は５２０ｎｍ付近の波長に対して光透過率が高く、Ｒフィルター３１は６４０ｎｍ以上の波長に対して光透過率が高い。

したがって、レーザーを用いてカラーフィルタの物性を変化させる場合は、エネルギー伝達効率を高めるために、光透過率が低い波長のレーザーを用いることが好ましい。図３の例では、１つのレーザーを用いてＲ、Ｇ、Ｂフィルターの物性を変化させるためには、約４１０ｎｍ以下の波長のレーザーを用いることが好ましい。

しかし、カラーフィルタの物性を変化させるのに、短い波長のレーザーを用い続けると、液晶表示パネルの他の構成要素（例えば、偏光板）にダメージを与えるおそれがある。したがって、短い波長のレーザーを用い続けることは好ましくない。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、隣接セルへの影響を最小化することができる、液晶表示パネルのリペア方法及び装置を提供することにある。

本発明に係る液晶表示パネルのリペア方法は、カラーフィルタを有する液晶セルがマトリクス状に配置された液晶表示パネルをリペアするための方法であって、液晶表示パネルに存在する輝点セルを検出するステップと、前記輝点セルに含まれるカラーフィルタに対してレーザーを照射して、前記カラーフィルタの物性を光透過性が低下するように変化させるステップを含むことを特徴とする。

前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、周波数帯域が数十ＭＨｚのフェムト秒レーザーであることが好ましい。

さらに、前記カラーフィルタに対する前記レーザーの照射は、前記レーザーの照射エネルギー、照射時間、及び照射線幅の内の少なくとも１つを調節しながら行うことが好ましい。

本発明に係る液晶表示パネルのリペア装置は、カラーフィルタを有する液晶セルがマトリクス状に配置された液晶表示パネルをリペアするための装置であって、前記液晶表示パネルに存在する輝点セルに含まれるカラーフィルタの物性を光透過性が低下するように変化させるべく、前記輝点セルの前記カラーフィルタに照射するレーザーを発生するレーザー発生器を備えることを特徴とする。

前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることが好ましい。

あるいは、前記レーザーは、周波数帯域が数十ＭＨｚのフェムト秒レーザーであることが好ましい。

本発明に係る液晶表示装置のリペア方法及び装置によれば、不良セルのカラーフィルタの物性を変化させることによって、液晶表示パネルの隣接セルへの影響を最小化することができる。その結果、隣接セルに影響を与えないで輝点セルを暗点化することができるので

以下、添付した図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。

図４は、本発明に係る液晶表示パネルのリペア方法を説明するためのフローチャートである。

まず、液晶表示パネルに存在する輝点セル（不良セル）を検出する（Ｓ１）。輝点セルの検出方法は当該技術分野では周知であるので、ここではその説明を省略する。液晶表示パネルで輝点セルが発見されると、その輝点セルを暗点化させる必要がある場合、すなわち輝点セルを暗点化させて液晶表示パネルをリペアすることが可能な場合は、液晶表示パネルをリペアする。

次に、リペアしようとする輝点セルに対してレーザーを照射して輝点セルに含まれるカラーフィルタの物性を変化させることによって、カラーフィルタの光透過性を低下させる（Ｓ２）。

このように、液晶表示パネルをリペアするためには、カラーフィルタの物性を変化させるためのレーザーが必要である。レーザーを備える液晶表示パネルのリペア装置について、図５ａを参照しつつ説明する。

図５ａは、本発明に係る液晶表示パネルリペア装置を示すブロック図である。この液晶表示パネルリペア装置１００は、レーザー発生器１１０と、レーザー伝達経路１２０とを備えている。

カラーフィルタにレーザー発生器１１０で発生させたレーザーを照射する過程において、液晶表示パネル１３０の他の部分に与える損傷を最小限にするためには、レーザーのエネルギーを輝点セルに含まれるカラーフィルタに集中させる必要がある。

レーザーは、輝点セルに含まれるカラーフィルタに照射され、カラーフィルタの物性を変化させる。物性が変化したカラーフィルタは、液晶表示パネルのバックライトから照射された光を遮断する役割を果たす。このことにより、輝点セルは、暗点化される。このとき、レーザーの波長の選択が非常に重要となる。前述したように、カラーフィルタにレーザーを直接的に照射する方式では、カラーフィルタの光吸収率、液晶層のバブル現象、偏光板の損傷などを全て考慮しなければならない。

本発明においては、多様かつ多数の実験結果によって、レーザーの波長が約４００〜４９０ｎｍの範囲であるときに、カラーフィルタの物性変化が容易に生じ、かつ、液晶表示パネルの他の部分（例えば偏光板）にあまり影響を与えないことが確認された。また、偏光板の損傷をより一層抑制するためには、レーザーの波長が約４４０〜４９０ｎｍの範囲であることが好ましいことが分った。

このように、本発明に係るリペア方法は、カラーフィルタの遮光性を確保しつつ、バブル発生及び偏光板の損傷を抑制することができるという効果がある。特に、本発明に係るリペア方法は、偏光板の損傷を抑制することができるので、偏光板を含む液晶表示パネルをリペアすることが可能になる。通常、偏光板を含む液晶表示パネルにおける輝点セルの検出は、偏光板を含まない液晶表示パネルにおける輝点セルの検出と比べると、より正確かつより容易に行うことができる。したがって、本発明に係るリペア方法は、リペア効率及び液晶表示パネルの歩留りを大きく向上させるという効果を奏する。

前記レーザーとしては、連続波レーザー及びパルス波レーザーの両方を用いることができる。両レーザーは、波長が４００〜４９０ｎｍの範囲内であればよい。本発明において、連続波レーザーを用いて実験した結果、波長が４４６ｎｍのときにカラーフィルタの物性変化が顕著に生じることが確認された。

ただし、カラーフィルタの光吸収率を考慮すると（図３参照）、レーザーの波長が４４６ｎｍのときはＢカラーフィルタの光透過率が高いため、Ｂカラーフィルタの物性変化が効果的に起こらない可能性がある。しかし、Ｂカラーフィルタの不良はあまり検出されないので、実際のリペア過程では大きな問題にならない。

パルス波レーザーを用いる場合もパルス幅は特に制限されるものではなく、ナノ秒パルス波レーザーだけではなくフェムト秒パルス波レーザーを照射してカラーフィルタの光透過度を低下させることができる。本発明において、パルス波レーザーを用いて実験した結果、波長が４５０ｎｍのフェムト秒パルス波レーザーのときにカラーフィルタの物性変化が顕著に生じることが確認された。

パルス波レーザーを用いる場合は、パルス波レーザーの特性上、レーザーのエネルギーがカラーフィルタのレーザー照射領域に集中するため、カラーフィルタの下部層及び周辺領域に影響が少ないという長所がある。特に、非常に短い時間にエネルギーを集中させるフェムト秒レーザーを用いる場合は、カラーフィルタの物性を変化させる際の、カラーフィルタの周辺への影響が極小化される。

ただし、パルス波レーザーは熱伝達率が低いので、カラーフィルタの物性を変化させるのに多くの時間がかかる。そのため、リペアに要する時間（リペア時間）が増加するという短所がある。また、パルス波レーザーは高価であるため、リペア装置の製造コストが高いという短所もある。

連続波レーザーを用いる場合は、レーザー照射領域からその周辺にレーザーのエネルギーが伝達されるため、カラーフィルタの下部層及び周辺領域に影響を及ぼす可能性がある。しかし、パルス波レーザーとは反対に、連続波レーザーはレーザーのエネルギーの熱伝達率が高いので、リペア時間が短縮されるという長所がある。また、連続波レーザーは安価であるため、リペア装置の製造コストが低いという長所もある。

このように、本発明に係るリペア方法は、連続波レーザー及びパルス波レーザーの両方を用いることができるが、カラーフィルタの遮光度、リペア時間、リペア装置の製造コストなどを全て考慮して選択することが好ましい。

実際、リペア過程では、カラーフィルタに対するレーザーの照射は、レーザーの照射エネルギー、照射時間、及び照射線幅の内の少なくとも１つを調節しながら行う。

レーザーの照射エネルギーが増加するほど、カラーフィルタの物性変化の程度は増加する。これは、レーザーの照射エネルギーが増加するほど、カラーフィルタにおける物性が変化した部分の厚さが増加するという傾向から確認できる。カラーフィルタにおける物性が変化した部分の厚さが所定の厚さ以上となると、カラーフィルタの遮光性が確保されるので、輝点セルを暗点セルに変えることができる。ただし、前記厚さが非常に厚くなると、カラーフィルタが膨れ上がり、カラーフィルタの周辺に影響を及ぼす可能性があることを考慮すべきである。

レーザーの照射時間は、レーザーの走査速度と関連がある。走査速度が遅いほど単位時間当りに照射されるレーザーのエネルギーが増加するので、カラーフィルタの物性変化の程度も増加する。

レーザーの照射線幅は、レーザーの焦点調節と関連がある。照射線幅が小さいほど単位面積当りに照射されるレーザーのエネルギーが増加するので、カラーフィルタの物性変化の程度も増加する。

上記の３種類のパラメーターの最適条件を選択するときは、カラーフィルタの遮光度だけでなく、リペア時間の短縮についても考慮することが好ましい。

レーザーを照射する際は、レーザー照射面積が不良セル（輝点セル）の全面積をカバーすることが好ましい。言い換えれば、不良セルの全面積において、レーザーが全く照射されない部分が存在しないようにすることが、カラーフィルタの遮光性を確実に確保するためには望ましい。もちろん、不良セルの全面積にレーザーを照射しなくてもカラーフィルタの遮光性が確保される場合は、不良セルの一部の面積だけにレーザーを照射してもよい。例えば、１ピクセル当り薄膜トランジスターが２個ずつ設けられている場合は、１つの薄膜トランジスターに該当する面積だけに対してレーザーを照射してもリペアが可能である。

不良セルの全体に対してレーザーを照射する場合は、レーザー照射面積が互いに重なるようにするとよい。例えば、照射線幅が数ｕｍの範囲しかないレーザーで不良セルの全体を照射するためには、レーザー照射を数回行わなければならない。したがって、照射領域がある程度重なるようにレーザーを照射しなければ、不良セルの全体をしっかりとカバーすることができない。レーザー照射領域の重複程度は、リペア時間を考慮して決定することが好ましい。

また、カラーフィルタの遮光性をより確実にするためには、レーザーを不良セルの両方向（すなわち、横（水平）方向、及び縦（垂直）方向）に照射することが好ましいが、その場合はリペア時間が増加するという短所が生じる。

リペア時間を考慮すると、不良セルのいずれかの方向だけにレーザーを照射することがより好ましい。本発明においては、不良セルの縦方向だけにレーザーを照射した場合でも、カラーフィルタの遮光性を確保できることが確認された。また、不良セルの縦方向だけにレーザーを照射した場合は、両方向にレーザーを照射した場合と比べて、リペア時間を１／２以下に減らせることが確認された。

図５Ｂは、液晶表示パネルのリペア装置を実現した例を示す斜視図である。レーザー及び光学部（図５Ａの１００に対応）は、Ｙ軸方向に移動可能である。また、液晶表示パネル（図５Ａの１３０に対応）を搭載したグラスステージは、Ｘ軸方向に移動可能である。

レーザー及び光学部とグラスステージは、互いに移動しながら、レーザーとリペア対象の不良セル（輝点セル）とを対応させる。

レーザー及び光学部は、カラーフィルタに照射するレーザーを発生するレーザー発生器（図５Ａの１１０）と、前記レーザー発生器で発生したレーザーを不良セルに正確に伝達させるためのレーザー伝達経路（図５Ａの１２０）とを含んでいる。

図５Ｃは、図５Ｂに示した液晶表示パネルのリペア装置におけるレーザー及び光学部を実現した例を示す図である。

図５Ｃに示すレーザー及び光学部は、レーザー発生器及びレーザー伝達経路を含んでいる。

レーザー伝達経路は、レーザーの直進性を高めるためのコリメータ、レーザーの出力を調節するための減衰器、レンズ、プリズム、ビームスプリッタ、及びミラーなどを含んでいる。

本発明の目的を達成するためには、カラーフィルタの物性を変化させるためのレーザー発生器と、レーザー発生器で発生したレーザーを不良セルのカラーフィルタに伝達させるためのレーザー伝達経路とを含んでいればよい。

したがって、図５Ｃに示したレーザー及び光学部は一例であり、減衰器、レンズ、プリズム、ビームスプリッタ、ミラーなどの配置を変更することも可能である。また、必要に応じて、前記光学素子を除去又は追加することもできる。

本発明によれば、不良セルのカラーフィルタの物性を変化させることによって、液晶表示パネルの隣接セルへのことができる。また、本発明に係る液晶表示装置のリペア方法及び装置によれば、隣接セルに影響を与えることなく不良セル（輝点セル）を暗点化できるので、液晶表示パネルの歩留りを効果的に高めることができる。従って、本発明の産業利用性はきわめて高いものといえる。

従来の液晶表示パネルの液晶セルの構造を示す断面図である。 図１に示した液晶セルにおいて、レーザーを用いてカラーフィルタの光透過性を低下させるときに発生する問題点を説明するための断面図である。 カラーフィルタの光透過率の特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る液晶表示パネルのリペア方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る液晶表示パネルのリペア装置の構成を示すブロック図である。 液晶表示パネルのリペア装置を実現した例を示す斜視図である。 図５Ｂに示した液晶表示パネルのリペア装置のレーザー及び光学部を実現した例を示す図面である。

符号の説明

１００ 液晶表示パネルのリペア装置
１１０ レーザー発生器
１２０ レーザー伝達経路
１３０ 液晶表示パネル

Claims (13)

1. カラーフィルタを有する液晶セルがマトリクス状に配置された液晶表示パネルをリペアするための方法であって、
   液晶表示パネルに存在する輝点セルを検出するステップと、
   前記輝点セルに含まれるカラーフィルタに対してレーザーを照射して、前記カラーフィルタの物性を光透過性が低下するように変化させるステップを含むことを特徴とするリペア方法。
2. 請求項１に記載のリペア方法であって、
   前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることを特徴とするリペア方法。
3. 請求項２に記載のリペア方法であって、
   前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることを特徴とするリペア方法。
4. 請求項１に記載のリペア方法であって、
   前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることを特徴とするリペア方法。
5. 請求項４に記載のリペア方法であって、
   前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることを特徴とするリペア方法。
6. 請求項５に記載のリペア方法であって、
   前記レーザーは、周波数帯域が数十ＭＨｚのフェムト秒レーザーであることを特徴とするリペア方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のリペア方法であって、
   前記カラーフィルタに対する前記レーザーの照射は、前記レーザーの照射エネルギー、照射時間、及び照射線幅の内の少なくとも１つを調節しながら行うことを特徴とするリペア方法。
8. カラーフィルタを有する液晶セルがマトリクス状に配置された液晶表示パネルをリペアするための装置であって、
   前記液晶表示パネルに存在する輝点セルに含まれるカラーフィルタの物性を光透過性が低下するように変化させるべく、前記輝点セルの前記カラーフィルタに照射するレーザーを発生するレーザー発生器を備えることを特徴とするリペア装置。
9. 請求項８に記載のリペア装置であって、
   前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることを特徴とするリペア装置。
10. 請求項９に記載のリペア装置であって、
    前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍの連続波レーザーであることを特徴とするリペア装置。
11. 請求項８に記載のリペア装置であって、
    前記レーザーは、波長が約４００〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることを特徴とするリペア装置。
12. 請求項１１に記載のリペア装置であって、
    前記レーザーは、波長が約４４０〜４９０ｎｍのパルス波レーザーであることを特徴とするリペア装置。
13. 請求項１２に記載のリペア装置であって、
    前記レーザーは、周波数帯域が数十ＭＨｚのフェムト秒レーザーであることを特徴とするリペア装置。

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