JP4660011B2

JP4660011B2 - 液晶表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4660011B2
Application number: JP2001147084A
Authority: JP
Inventors: 宜昭中川; 元幸北畑
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2021-05-16
Also published as: JP2002341349A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧非印加時に各画素が白表示を行うノーマリホワイトモードの液晶表示装置に関する。特には、ノーマリホワイトモードのアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、パーソナル・コンピュータ、ワードプロセッサあるいはＴＶ等の表示装置として、更に投射型の表示装置として各種分野で利用されている。中でも、画素電極ごとに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子が電気的に接続されて成るアクティブマトリクス型表示装置は、隣接画素間でクロストークのない良好な表示画像を実現できることから、広く用いられている。
【０００３】
近年、液晶表示装置の利用が拡大するとともに表示品質に対する要求が高まっており、とりわけ、輝点（常に白表示を行う点）の低減ないしは防止に対する要求がますます厳しくなっている。輝点は、ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置において、スイッチング素子が動作しない画素により生じるのであるが、液晶表示装置の表示画面上で非常に目立つために表示品質を大きく損なう。
【０００４】
そのため、検査段階で輝点が発見された場合には、常に黒表示を行う黒点（滅点）に変換する黒点化（滅点化）という方法が行われている。
【０００５】
黒点化を可能にするために、輝点に係る画素電極と、信号線または走査線とを、短絡させるためのリペア回路を画素開口ごとに設けることが、一般に行われていた（例えば、特願平１１−１９００８０）。アレイ基板の製造時に、例えば走査線と同時に形成されるリペア用の金属フロートパターンを設けて置く。そして、このフロートパターンの一端部に重なるように信号線の延在部を設けるとともに、フロートパターンの他端部に重なるように、ソース電極の延在部を設けておく。液晶表示装置の点灯検査の際に輝点が発見された場合には、レーザー照射により該金属フロートパターンと、信号線延在部及びソース電極延在部との重なる箇所をそれぞれ溶融させることにより、画素電極と信号線とを互いに導通させる。
【０００６】
このようにリペア用の金属フロートパターンを用いるのは、画素電極がＩＴＯ(Indium-Tin-Oxide)等の透明導電材料からなる透過型液晶表示装置である場合、直接、画素電極と信号線または走査線とをレーザー照射により接続させることが、実際上ほぼ不可能であるからである。
【０００７】
しかし、リペア用の金属フロートパターンを設けて置く場合には、アレイ基板の製造工程において画素電極と信号線または走査線との不所望の短絡を生じることがあり、また、信号線または走査線と金属フロートパターンとの間で不所望の電気容量が生じることとなる。さらに、リペア用回路の配置個所の分だけ、画素の開口率が低下することとなっていた。
【０００８】
そこで、上記のようなリペア回路による黒点化に代えて、輝点に係る画素の画素開口にレーザー光を照射することにより、輝点の個所の輝度を低下させることが提案されている（特開平９−２５８１５５（特願平８−７１５８４）、特開平９−１４６０６０）。レーザー光の照射により配向膜に傷を付け、この傷により配向膜の液晶配向作用を低下させると、液晶層の偏光作用が失われることから、ノーマリホワイトモードの液晶表示装置では、輝度を低下させることができる。このような方法であると、リペア用の金属フロートパターンが不要であるので、上記のような問題が生じない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レーザー照射の方法によっては、輝点不良の個所の輝度を充分に低下させることができないことがあった。特に、短時間内に効率的にレーザー照射を行って輝度を低下しようとした場合に、輝度の低下が充分でないことがしばしば見られた。
【００１０】
一方、レーザー照射のエネルギー密度を向上させるならば、より確実に輝点不良個所の輝度を低下させることができるが、この場合、配向膜の下地をなす他の膜に損傷を与えたり、このような膜から溶出した不純物が液晶材料の層を汚染させることがあった。
【００１１】
また、エキシマレーザー等の比較的高価な装置を用いて、配向膜に、本来の配向と直角の方向に多数の溝を切り直すことも提案されている（特開２００１−２１８９０）。しかし、この方法では、装置及び工程コストが大きくなると考えられる。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置及びその製造方法において、輝点不良個所の黒点化を確実かつ容易に行うことができるものを提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の液晶表示装置は、スペーサ及びシール材を介して貼り合わされた一対の絶縁基板と、前記一対の絶縁基板の間の間隙中に保持され前記シール材により封止された液晶層と、前記各絶縁基板の表面に前記液晶層に接するように設けられた配向膜と、略平行に配列される複数の走査線と、この走査線に略直交して配列される複数の信号線と、これら走査線及び信号線の交点ごとに配置される画素電極と、該画素電極ごとに設けられて前記走査線の印加電圧にしたがって前記信号線から前記画素電極への信号入力を行なうスイッチング素子とを備えた液晶表示装置において、少なくとも一の前記画素電極上の領域で、レーザー光照射により前記配向膜に刻まれた略直線状の刻み目が、該領域の周縁以外の全域にわたって、略平行に配列され、前記略直線状の刻み目と、この刻み目を入れられた前記配向膜のラビング方向とのなす角度が１０°以内であることを特徴とする。
【００１４】
上記構成により、輝点の黒点化を確実かつ容易に行うことができる。
【００１５】
請求項２の液晶表示装置は、同様の構成において、前記略直線状の刻み目と、前記配向膜のラビング方向とのなす角度が１０°以内であることに代えて、前記配向膜に複数のドット状の刻印部がレーザー光照射により設けられ、このドット状の刻印部が、隣合う前記略直線状の刻み目により挟まれることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によっても輝点の黒点化を確実かつ容易に行うことができる。
【００１７】
請求項３の液晶表示装置の製造方法は、第１の絶縁基板上に、マトリクス状に配列される画素電極と、画素電極ごとに配置されるスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される信号線とを設ける工程と、前記第１の絶縁基板の電極形成面、及び第２の絶縁基板の一主面に配向膜を形成する工程と、前記第１及び第２の絶縁基板を、シール材を介して貼り合わせ、これらの間に液晶材料を注入する工程と、このように組み立てた表示パネルについて画素点灯検査を行う工程と、
前記画素点灯検査によって輝点不良が発見された場合に、輝点領域内の前記配向膜にレーザー光を照射して損傷を与えることにより、該輝点領域内の液晶層の光透過率を低減させるリペア工程とを備える液晶表示装置の製造方法において、前記リペア工程では、前記配向膜に焦点を合わせたレーザー光を当該配向膜のラビング方向に対して１０°以内の角度をなす方向に走査することにより、前記輝点領域内の全域にわたって分布する複数の略直線状の刻み目を設けることを特徴とする。
【００１８】
請求項４の液晶表示装置の製造方法は、同様の構成において、前記配向膜に焦点を合わせたレーザー光を前記配向膜のラビング方向に対して１０°以内の角度をなす方向に走査することに代えて、前記リペア工程が、前記輝点領域内でドット状にレーザ光を照射することにより、前記液晶材料の層の中に、前記輝点領域を覆う真空泡を発生させる工程と、前記真空泡の存在下に、前記ドット状の照射個所を避けつつ、前記輝点領域でレーザー光を走査する工程とからなることを特徴とする。
【００１９】
請求項５の液晶表示装置の製造方法は、前記走査の際には、出力３．０ｍＷ以下の半導体レーザー光を用い、この照射位置を４００〜１０００μｍ／秒の速度で連続的に移動させることを特徴とする。
【００２０】
このような構成であると、配向膜の下地をなす他の膜を損傷させることがなく、この結果不純物が液晶材料の層中に溶出することもない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例１について図１〜２を用いて説明する。
【００２２】
図１の平面図には、実施例１の液晶表示装置における、リペアを施した画素について模式的に示す。また、図２の積層断面図には液晶表示装置の基本構成について模式的に示す。
【００２３】
図２に示すように、液晶表示装置の表示パネル１０（液晶セル）は、アレイ基板１（ＴＦＴ基板）と対向基板２とがスペーサーにより所定の間隔に保たれ、この間に液晶層３が保持されてなる。液晶層３の四周にはシール材が配されて、液晶層３を封止するとともに、アレイ基板１と対向基板２とを接合している。
【００２４】
液晶層３は、例えばツイストネマティック（ＴＮ）型の液晶材料からなり、アレイ基板１及び対向基板２の液晶層３に接する最表層には、ポリイミド系樹脂等からなる配向膜１５，２５がそれぞれ配置される。
【００２５】
アレイ基板１においては、ガラス基板１６上に、信号線１１と走査線１２とがマトリクスをなすように配列され、信号線１１と走査線１２との交点ごとにＴＦＴ１３が配置される。これら信号線１１、走査線１２及びＴＦＴ１３により囲まれるマス目状の各領域が画素開口５をなしており、各画素開口５を覆うように、ＩＴＯ等の透明導電材料からなる画素電極１４が配置される。アレイ基板１は、詳しくは、例えば特願平１１−６８０３４に記載の方法により製造することができる。
【００２６】
対向基板２においては、ガラス基板２６上に、遮光層２１のパターンと、所定画素ごとに赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のカラーフィルタ層を配置してなるカラーフィルター１２と、これらの全体を覆う対向電極１３とが設けられている。対向電極１３は、画素電極１４と同様にＩＴＯ等の透明導電材料からなる。
【００２７】
図示の実施例において、画素電極５の周縁部が厚型の樹脂絶縁膜１７を介して信号線１１及び走査線１２に重ねられており、画素開口の縁５ａは、信号線１１及び走査線１２の縁に一致している。また、ＴＦＴ１３の近傍では、図２に示すように、ＴＦＴ１３を覆う遮光層２１の縁が、画素開口の縁５ａをなしている。
【００２８】
対向基板２とアレイ基板１とから表示パネル１０（液晶セル）を組み立てる際には、例えば次のように行う。まず、両基板１，２のパターン形成面上にポリイミド系樹脂膜を形成し、ラビング処理により液晶配向膜１５，２５を形成する。次いで、対向基板２上の縁に沿ってシール材を塗布することにより、液晶注入口を残して表示画素エリアの全体を囲むシール材のパターンを作成する。対向基板２とアレイ基板１とをシール材を介して貼り合わせる際には、両基板１，２上の配向膜１５，２５のラビング角度が互いに９０度にクロスするようにする。この後、液晶材料を真空注入してから注入口を封止材にて封止する。最後に、表示パネル１０の表裏の面に対応する箇所、すなわち対向基板２の外面及びアレイ基板１の外面に、それぞれ、偏光板４１，４２を貼り付ける。この際、偏光板４１，４２の吸収軸が、表示パネル１０の表裏で互いに平行になるようにし、また、各基板１，２において、偏光板の吸収軸と配向膜１５，２５のラビング方向とが平行になるようにする。
【００２９】
表示パネル１０の完成後、点灯検査を行い、輝点不良が発見されたならばレーザー光線照射によりリペアを行う。輝点となっている領域５１（輝点領域）、すなわち、輝点に係る画素開口５の領域内におけるアレイ基板上の配向膜１５に、レーザー光線の焦点を合わせて、照射位置を連続的に変化させる。すなわち、レーザー光線を輝点領域５１内にて走査させながら配向膜１５への照射を行う。この際、特に、走査の方向とラビング方向とのなす角度が１０°以下となるようにする。
【００３０】
このようにして、図１に示すように、レーザー光線の軌跡としての、ラビング方向に沿った複数の略直線上の刻み目６１を、略等間隔に、輝点に係る画素開口５の全体にわたって設ける。
【００３１】
レーザー光線の走査の際、配向膜１５の下地をなす樹脂層間絶縁膜等を損なわないように、レーザー光線の出力の設定値を３．０ｍＷ／ｓｅｃ以下とし、また、レーザー光線の走査速度を４００〜１０００μｍ／ｓｅｃの範囲内に設定した。具体例では、出力設定値を２．０ｍＷ／ｓｅｃとし、レーザー光線の走査速度を６００μｍ／ｓｅｃとした。また、一本の直線状の刻み目６１の作成が完了するごとに、一旦、レーザー光を停止し、次の刻み目６１を作成するための開始位置に焦点をセットしてからレーザー照射を再開した。
【００３２】
具体例において、画素開口５の寸法は、例えば２０μｍ×６０μｍであり、約５μｍの間隔で８本の直線状の刻み目６１が設けられる。
【００３３】
レーザー照射の結果、ほぼ完全な黒点化を行うことができた。また、長期にわたる連続駆動による試験の後も黒点化の効果の低下は観察されなかった。
【００３４】
次に、実施例２について図３を用いて説明する。図３は、実施例２に係るリペアの様子を示す模式的な平面図である。
【００３５】
実施例２においては、一つの直線状の刻み目６１と、次の直線状の刻み目６１とが、これらの互いに近接した端部６１ａ，６１ｂを連結するＵターン部６２によりつながている。このようにして、輝点領域５１内の直線状の刻み目６１が、全て、一筆書き状につながっている。すなわち、レーザー光の走査の軌跡が一筆書き状をなしている。
【００３６】
実施例２では、実施例１に比べて黒点化の程度が少し低い場合が見られたが、実用上問題のない程度であった。実施例２の方法によると、レーザー光を停止することなく、一つの連続照射の操作により輝点の黒点化を行うことができるため、リペア作業効率を高くすることができる。
【００３７】
直線状の刻み目６１の方向を、配向膜１５のラビング方向から大きくずらした場合、例えば、信号線１１または走査線１２のに沿った方向とした場合、実施例１及び２と全く同様のレーザー光照射を行っても、充分な黒点化を達成できなかった。
【００３８】
ラビング方向に沿ってレーザー光を走査した場合に、効率よく黒点化を行うことができるについては明らかでない。しかし、刻み目６１がラビング方向に沿うことにより、ポリイミド樹脂からなる配向膜１５が、裂けて破断しやすくなるのではないかと推測される。
【００３９】
次に、実施例３について、図４の模式図を用いて説明する。
【００４０】
実施例３のリペアにおいては、まず、輝点領域５１（輝点不良に係る画素開口５）内の数点にレーザー光を非連続的に照射することにより輝点領域５１全体にわたる「真空泡」と呼ばれる一時的な気泡を発生させる。真空泡は、レーザー照射により生成して、しばらく後には跡形もなく消滅してしまうものであり、空気の混入等によって生じる気泡とは全く別のものである。
【００４１】
続いて、この真空泡の存在下に、輝点領域５１の配向膜１５に対して実施例１とほぼ同様のレーザー光の走査により、複数の、略平行に配列された刻み目６１を設けた。このとき、真空泡を設けるためのドット状のレーザー照射個所が刻み目６１の間の中間に位置するようにする。
【００４２】
図示の例では、輝点領域５１内の４点に、出力レベルを１．５ｍＷ／ｓｅｃに設定したレーザー光を、０．１秒間ずつ照射する。これにより、輝点領域５１のほぼ全部を覆う真空泡が生成するが、この状態で、出力設定値２．０ｍＷ／ｓｅｃレーザー光を、走査速度を６００μｍ／ｓｅｃにて連続照射した。
【００４３】
実施例３によると、真空泡が生成した状態で、レーザー光の走査を行うため、真空泡を予め生成せずにレーザー光の走査を行う場合に比べて、配向膜１５に充分な熱を加えやすく、より効率的に黒点化によるリペアを行うことができる。
【００４４】
図５に示す実施例４においては、実施例３と同様のリペアにおいて、実施例２と同様のＵターン部６２によりレーザー光の走査の軌跡が一筆書き状をなしている。
【００４５】
図６に示す実施例５においては、実施例４と同様のリペアにおいて、ラビング方向に沿った直線状の刻み目６１に代えて、走査線１２に沿った方向の直線状の刻み目６４が形成されている。
【００４６】
実施例４の場合でも、真空泡の存在下にレーザー光線の照射を行うことにより、充分な黒点化を行うことができた。
【００４７】
以上に説明したように、実施例のリペアの方法によると、最小限の工程でもって確実かつ容易に輝点の黒点化を行うことができる。
【００４８】
上記実施例において、アレイ基板１側の配向膜１５にレーザー光線を照射してリペアを行うとして説明したが、対向基板２側の配向膜２５にレーザー光線を照射しても全く同様である。この場合、直線状の刻み目６１は、対向基板２の配向膜２５に沿って設ける。
【００４９】
また、液晶表示装置が光透過型であるとして説明したが、光反射型であっても全く同様である。この場合、動作不良のＴＦＴ１３に接続された一つの画素電極１４上の領域全体が輝点領域５１となる。
【００５０】
上記実施例において、レーザー光線の走査による軌跡を刻み目と表現したが、必ずしも連続した溝ないし凹部でなくとも良く、配向膜１５，２５の配向を乱すのに充分な傷や破壊が加えられていれば良い。
【００５１】
なお、上記実施例においては画素電極ごとに配されるスイッチング素子がＴＦＴであるとして説明したが、薄膜ダイオード（ＴＦＤ）すなわちＭＩＭ（metal-insulator-metal）素子であっても良い。
【００５２】
【発明の効果】
ノーマリーホワイトモードの液晶表示装置において、リペア回路などを設けることなく輝点の黒点化を容易に行うことができるとともに、黒点化処理の効果は経時的に消滅するのを防止することができる。特には、樹脂平坦化膜を備える液晶表示装置においてもリペア回路などを設けることなく容易に輝点の黒点化を行うことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の液晶表示装置におけるリペアを施した画素について模式的に示す平面図である。
【図２】液晶表示装置の基本構成について模式的に示す積層断面図である。
【図３】実施例２のリペアの様子を示す模式的な平面図である。
【図４】実施例３のリペアの様子を示す模式的な平面図である。
【図５】実施例４のリペアの様子を示す模式的な平面図である。
【図６】実施例５のリペアの様子を示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
１アレイ基板
１３ＴＦＴ
１４画素電極
１５アレイ基板側の配向膜
５画素開口
５１輝点領域（常に白表示を行う画素開口の領域）
６１配向膜のラビング方向に沿った、レーザー光による刻み目

Claims

スペーサ及びシール材を介して貼り合わされた一対の絶縁基板と、
前記一対の絶縁基板の間の間隙中に保持され前記シール材により封止された液晶層と、
前記各絶縁基板の表面に前記液晶層に接するように設けられた配向膜と、
略平行に配列される複数の走査線と、この走査線に略直交して配列される複数の信号線と、これら走査線及び信号線の交点ごとに配置される画素電極と、該画素電極ごとに設けられて前記走査線の印加電圧にしたがって前記信号線から前記画素電極への信号入力を行なうスイッチング素子とを備えたノーマリホワイトモードの液晶表示装置において、
少なくとも一の前記画素電極上の領域で、レーザー光照射により前記配向膜に刻まれた略直線状の刻み目が、該領域の周縁以外の全域にわたって、略平行に配列され、
前記略直線状の刻み目と、この刻み目を入れられた前記配向膜のラビング方向とのなす角度が１０°以内であることを特徴とする液晶表示装置。
第１の絶縁基板上に、マトリクス状に配列される画素電極と、画素電極ごとに配置されるスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される信号線とを設けるとともに、前記第１の絶縁基板または第２の絶縁基板上に走査線を形成する工程と、
前記第１の絶縁基板の電極形成面、及び第２の絶縁基板の一主面に配向膜を形成する工程と、
前記第１及び第２の絶縁基板を、シール材を介して貼り合わせ、これらの間に液晶材料を注入する工程と、
これらの工程により組み立てられた表示パネルについて画素点灯検査を行う工程と、
前記画素点灯検査によって輝点不良が発見された場合に、輝点領域内の前記配向膜にレーザー光を照射して、該輝点領域内の液晶層の光透過率を低減させるリペア工程とを備える液晶表示装置の製造方法において、
前記リペア工程では、前記配向膜に焦点を合わせたレーザー光の照射位置を当該配向膜のラビング方向に対して１０°以内の角度をなす方向に移動させつつ連続的または断続的に照射することにより、前記輝点領域内の全域にわたって分布する複数の略直線状の刻み目を設けることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
第１の絶縁基板上に、マトリクス状に配列される画素電極と、画素電極ごとに配置されるスイッチング素子と、スイッチング素子に接続される信号線とを設けるとともに、前記第１の絶縁基板または第２の絶縁基板上に走査線を形成する工程と、
前記第１の絶縁基板の電極形成面、及び第２の絶縁基板の一主面に配向膜を形成する工程と、
前記第１及び第２の絶縁基板を、シール材を介して貼り合わせ、これらの間に液晶材料を注入する工程と、
これらの工程により組み立てられた表示パネルについて画素点灯検査を行う工程と、
前記画素点灯検査によって輝点不良が発見された場合に、輝点領域内の前記配向膜にレーザー光を照射して、該輝点領域内の液晶層の光透過率を低減させるリペア工程とを備える液晶表示装置の製造方法において、
前記リペア工程は、
前記輝点領域の略全体を覆うような真空泡を前記液晶材料の層の中に発生させるために、前記輝点領域内の複数の点にそれぞれドット状のレーザー光を照射する工程と、
この工程によって前記真空泡を発生させた前記輝点領域内で、レーザー光の照射位置を移動させつつ連続的または断続的に照射することにより、略直線状に連続する刻み目を複数作成する工程とからなり、
前記刻み目を作成する工程において、前記配向膜に焦点を合わせたレーザー光の照射位置を当該配向膜のラビング方向に対して１０°以内の角度をなす方向に連続的または断続的に移動させることにより、前記輝点領域内の全域にわたって分布する複数の略直線状の刻み目を設けることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
前記刻み目を複数作成する工程において、出力３．０ｍＷ以下の半導体レーザー光を連続的に照射しつつ、この照射位置を４００〜１０００μｍ／秒の速度で連続的に移動させることを特徴とする請求項２または３記載の液晶表示装置の製造方法。