CN100533230C - 定向膜的图形形成方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种简便且高精度的定向膜的图形形成方法。形成聚酰亚胺膜(5)以便覆盖在玻璃基板(2)上形成的金属膜(3)和透明电极膜(4)的整个面板基板(30)之后，通过由显示顶部平坦化的能量强度分布且具有在140mJ/cm2以上并在400mJ/cm2以下能量的ArF受激准分子激光进行照射，有选择地除去聚酰亚胺膜。通过引起烧蚀反应，聚酰亚胺膜(5)升华，不对金属膜(3)或透明电极膜(4)造成损伤，且在短时间内能够简便地形成规定形状的定向膜图形(5A)。

Description

定向膜的图形形成方法
技术领域
本发明涉及一种例如在液晶显示装置上搭载的驱动元件上形成，且对液晶分子的方向进行控制的定向膜的图形形成方法。
背景技术
液晶显示装置是一种平板显示器，至今为止，在从数字静像摄像机用的小型监视器至大型平板电视中广泛使用。液晶显示装置是在二个玻璃基板之间按顺序积层薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)、定向膜、液晶分子以及滤色器基板等而形成的产品。由于作为显示元件的液晶分子自身不发光，因此液晶显示装置还搭载光源。通过液晶显示装置的驱动元件即被夹持在TFT基板和滤色器基板之间的液晶分子改变自身的方向，使来自光源的光通过或遮断。控制液晶分子方向的就是定向膜，其结构材料分为有机化合物和无机化合物。但是定向膜的构成材料自身不具有定向功能。因而为了使有机化合物作为定向膜而发挥功能，在由涂布等而成膜后，例如使用尼龙辊等在其表面上沿一个方向形成多个槽(摩擦法)。由此形成具有定向性能的定向膜，其表面上的液晶分子沿着定向膜的多个槽沿一个方向排列(定向)。另一方面，在使用无机化合物时，例如由斜向蒸镀而使定向膜自身倾斜地形成而能够具有定向能。
特别在使用低温多晶硅作为液晶分子的液晶显示装置中，经常使用聚酰亚胺作为定向膜材料。聚酰亚胺例如由图10所示的定向膜印刷装置辊印刷在TFT基板和滤色器基板的两个表面上(参考专利文献1)
专利文献1特开昭60-135920号公报
图10的定向膜印刷装置包括载物台107、在TFT基板上印刷定向膜材料103的定向膜印刷辊105，在载物台107上载置了表面上设置了TFT基板的面板基板106，载物台107能沿与其面平行的一个轴向移动。该定向膜印刷装置还包括作为定向膜材料103供给源的针状物101、将从针状物101供给的定向膜材料103涂布在定向膜印刷辊105上的附属辊104、将多余的定向膜材料刮落的刮刀辊102。在该定向膜印刷装置中，定向膜材料103从固定的针状物101向转动的附属辊104流入，并且由刮刀辊102的转动，将多余的定向膜材料103除去而进行适量化，使定向膜材料103的数量适合。然后，规定数量的定向膜材料103由附属辊104而涂布在定向膜印刷辊105上。通过定向膜印刷辊105的转动量和载物台107的移动量同步，将定向膜印刷在TFT基板上。
而且，在液晶显示装置的领域中，由本申请人开发出由激光束照射而对TFT基板的电极膜等进行加工的技术(例如参考专利文献2)。
专利文献2(日本)特开2003-334674号公报。
发明内容
为了进行与外部的电气连接，又必要确保TFT基板中图象显示部之外的部分即衬垫部或公共部处于不由定向膜和液晶分子覆盖且露出的状态。因而，需要有选择地形成定向膜。然而在使用上述印刷辊的定向膜的成膜方法中，一旦进行图形形成以便变成规定形状，则多次出现所形成的定向膜图形的周缘部隆起的现象，存在膜厚的均匀性恶化的倾向。特别是定向膜图形越细微化，该倾向越显著。这种倾向可能与液晶显示装置的尺寸精度恶化相关联，所以是不好的。而且由于TFT基板(中的衬垫部和公共部)和印刷辊必须高精度的位置相符，因而阻碍实现生产性和合格率的提高。而且，由于必须根据定向膜图形的形状(图样)制造多个印刷辊，因而不利于成本降低。此外，当往复使用同一个印刷辊时，每次必须使用有机溶剂等进行清洗，不仅增大成本，而且也增大了环境负担。此外，由于对应于使用频率和保管环境，印刷辊的尺寸稍微变化，所以成为位置偏移的原因。
例如也考虑下述方法，即在与公共部对应的区域内也涂布了定向膜材料后，通过使用具有微小凸部的辊等，对称作微型微粒金属电镀的树脂进行推压，使定向膜物理贯通，从而确保电气接触。然而在此场合下，使定向膜材料产生微可能性，或者，存在很高的对作为定向膜的下层的TFT基板的金属膜造成损伤的可能性。除此之外，仅看一眼，难以判断是否导通或是否均匀导通。另一方面虽然考虑了象专利文献2那样，利用由激光光束的照射所产生的蚀刻进行定向膜的图形形成的方法，但是在专利文献2中，没有与其实施条件相关的记载。近些年来，虽然也使用由喷射方式所引起的成膜方法，但是难以调整材料的粘度，且频繁发生由喷嘴堵塞所引起的故障等，具有多个问题。期待一种用于解决该问题的新的定向膜的图形形成方法。
鉴于上述问题，提出本发明。本发明的目的是提供一种简便且高精度的定向膜的图形形成方法。
本发明的定向膜的图形形成方法包括：在基板之上的金属膜上形成有透明电极膜，在基板的整个面上形成由聚酰亚胺组成的定向膜的工序；通过照射能量范围含有在200mJ/cm2以上并在350mJ/cm2以下的范围且波长在180nm以上并在280nm以下的激光光束，有选择地除去上述定向膜中的附着在衬垫部或公共部上的部分的工序。
在本发明的定向膜的图形形成方法中，由于在金属膜上形成有透明电极膜的基板上形成由聚酰亚胺组成的定向膜，由具有规定的能量强度和波长的激光光束进行照射，因而，通过引起烧蚀反应，定向膜升华，不对金属膜和透明电极膜造成损伤，且在短时间内形成具有规定形状的定向膜图形。
根据本发明的定向膜的图形形成方法，在金属膜上顺序形成透明电极膜、由聚酰亚胺组成的定向膜后，由于用波长在180nm以上并在280nm以下同时至少包含在200mJ/cm2以上并在350mJ/cm2以下范围的能量范围的激光光束进行照射，因而，能够高精度且简便地形成具有规定形状且厚度更均匀的定向膜图形。此时，不对组成衬底的金属膜和透明电极膜造成损伤，因而如果应用在液晶显示装置的制造中，则能够轻易地获得具有高尺寸精度并且具有良好图象显示功能的液晶显示装置。
附图说明
图1是表示用于实施本发明一实施例的定向膜图形形成方法的激光加工装置的结构的示意图；
图2是表示由图1所示激光加工装置实施图形形成后的被照射物的结构的剖视图；
图3是表示使用图1所示激光加工装置进行定向膜的图形加工方法中一工序的平面视图；
图4是表示与图3后续的一工序的平面视图；
图5是表示与图4相连续的一工序的平面视图；
图6是表示由图1所示激光加工装置照射到被照射物上的矩形波形能量的强度分布的特性图；
图7是对由图1所示激光加工装置形成的定向膜图形的周缘部附近进行放大的放大平面视图和放大剖视图；
图8是表示作为比较例的能量强度分布的特性图；
图9是对作为比较例的定向膜图形的周缘部附近进行放大后的放大平面视图和放大剖视图；
图10表示使用现有印刷辊的定向膜印刷装置的简略结构的结构视图。
符号说明
1被照射物  1S 被照射面  2 玻璃基板  3 金属膜  4 透明电极膜5 聚酰亚胺膜  5A 定向膜图形  11 激光振荡器  12 投影透镜  13 载物台15 平坦化光学系统  20 面板区域  21 显示部  22 衬垫部  23 公共部30 面板基板
具体实施方式
下文将参考附图对本发明实施例进行详细说明。
参照图1说明作为本发明一实施例的定向膜的图形形成方法。
图1显示在实施本实施例的定向膜图形形成方法时所使用的激光加工装置的概略结构。
该激光加工装置是将激光照射到被照射物1上，通过利用烧蚀反应，有选择地进行被照射物1的除去即进行图形形成。该激光加工装置包括作为半导体激光光源的激光振荡器11、将来自该激光振荡器11的激光光束向被照射物1的被照射面1S进行照射的缩小投影透镜(下文简称为投影透镜)12、作为使来自投影透镜12的激光光束在被照射面1S上进行扫描的扫描机构的载物台13。在激光振荡器11和投影透镜12之间，从激光振荡器11侧按顺序还设置了反射镜14、平坦化光学系统15、反射镜16、可变光阑17。
激光振荡器11具有由激光电源(图中未示)驱动的发射体11A，构成得输出例如具有193nm的发射波长的氟化氩(ArF)受激准分子激光、具有248nm的发射波长的氟化氪(KrF)受激准分子激光、或具有266nm的发射波长的由钒酸钇(YVO4)结晶所引起的第4高频波等。
平坦化光学系统15具有在与光轴垂直的面内将组成正态分布的激光光束的强度分布变换为矩形形状的功能。平坦化光学系统15包括在与光轴垂直的面内的第1方向上对激光光束的强度分布进行整形的一对第1均化器组151、在与光轴垂直的平面内在与第1方向垂直的第2方向上对激光光束的强度分布进行整形的一对第2均化器组152。第1对均化器151组由两个均化器151A、151B构成，通过使它们相互之间的间距沿光轴变化，对透过激光光束的光束直径进行调节。同样第2对均化器组152由两个均化器152A、152B构成，通过使它们相互之间的间距沿光轴变化，对透过激光光束的光束直径进行调节。
可变光阑17是具有如下功能的装置：其具有在与光轴垂直的两个轴方向上能够分别独立开闭的开闭部件，由该开闭部件的开闭动作，能够对由平坦化光学系统15平坦化后的经由反射镜16的激光光束L2的光束直径进行调节。
投影透镜12是具有如下功能的装置：其对来自可变光阑17的激光光束L2进行会聚而使焦点重合在被照射面1S上。
载物台13构成得能够载置被照射物1同时能够在与被照射的激光束垂直的面内移动。而且，载物台13由驱动马达等驱动机构(图中未示)驱动。载物台13在横亘被照射面1S的整个区域内在能够照射激光光束L3程度的范围内可移动。
如图2所示，被照射物1例如具有下述结构，即在玻璃基板2上按顺序积层以铝(Al)为主要成分的金属膜3、透明电极膜(例如铟锡氧化物：ITO)4和聚酰亚胺膜5的薄膜结构。金属膜3也可以是薄膜晶体管(TFT)。聚酰亚胺膜5例如发挥液晶显示装置中使用的定向膜的功能。
在这种结构的激光加工装置中，从激光振荡器11将激光光束L1输出，在激光光束L1由平坦化光学系统15平坦化后，由投影透镜12向被照射面1S照射。具体地说，从激光振荡器11的发射体11A输出的激光光束L1由反射镜14反射后，入射到平坦化光学系统15内。在此，利用通过第1和第2队均化器151、152，由显示为顶部被平坦化后的矩形形状能量强度分布的激光光束L2进行变换，并朝向反射镜16射出。激光光束L2由反射镜16反射，然后经过可变光阑17后入射到投影透镜12内。激光光束L2由投影透镜12会聚，作为激光光束L3聚焦在被照射面1S上而射出。
在使用上述激光加工装置对被照射物1的聚酰亚胺膜5进行图形形成时，通过使载物台13移动，可以使激光光束L3的光束点BS在被照射面1S上进行扫描。下文将参考图3～图5进行具体介绍。
图3是表示液晶显示屏制造过程中一工序状态的视图。具体地说，表示在一张玻璃基板2上形成成为多个液晶显示屏的多个面板区域20的面板基板30。在各个面板区域20内按顺序积层了作为金属膜3的TFT结构和透明电极膜4。在各个面板区域20内，在面内方向上分别设置了显示部21、衬垫部(パツド部)22、公共部23。在这种面板基板30的显示部21上形成由聚酰亚胺组成的规定形状的定向膜图形。首先如图4所示，将聚酰亚胺膜5涂布在整个面板基板30上。自此，除了辊印刷方式之外，还可以采用喷射方式、旋转涂布方式或间隙旋转涂布方式等。在涂布了聚酰亚胺膜5后，使用图1所示激光加工装置，用激光束L3的光束点BS进行扫描，通过按顺序对衬垫部22、公共部23以及面板区域20彼此之间的间隙部分进行蚀刻，能够形成图5所示的定向膜图形5A。
通过接收激光束L3的照射，聚酰亚胺膜5产生烧蚀反应，瞬间(例如数纳秒期间)，达到数百℃～数千℃的高温。因而，从固相状态瞬间变为气相状态，产生升华，因而，不给与周边部分特别是成为衬底的透明电极膜4或金属膜(TFT结构)3过多的热负荷。聚酰亚胺膜5具有波长选择性，例如具有容易吸收193nm、248nm、266nm波长的激光光束的倾向。特别是在使用ArF受激准分子激光(193nm)时，可以使用在140mJ/cm2以上并在400mJ/cm2以下的能量。而且在使用KrF受激准分子激光(248nm)时，可以使用在200mJ/cm2以上并在350mJ/cm2以下的能量，在使用YVO4第4高频波(266nm)时，可以使用在200mJ/cm2以上并在400mJ/cm2以下的能量。通过使各种激光光束处于上述能量范围内，能够有效且几乎不给与作为衬底膜的透明电极膜4和金属膜(TFT结构)3的热负荷地形成定向膜图形50。
而且在本实施例中，由于将具有由平坦化光学系统15变换为例如图6所示的矩形波状的能量强度分布P1的激光光束L3照射到聚酰亚胺膜5上并进行加工，所以能够获得例如如图7A、7B所示的尺寸精度更优良的定向膜图形5A。图7A、7B是对定向膜图形5A的轮廓5K附近进行放大后的放大图，图7A是平面视图，图7B是剖视图。而且，图7B表示沿图7A中VIIB-VIIB切断线方向的剖视图。轮廓5K是激光光束L3的照射区域R1和非照射区域R2的边界。如图7A所示，沿平面方向几乎直线状地进行图形形成。轮廓5K即时在断面方向相对于透明电极膜4的表面4S也几乎垂直地加工。
对此，如图8所示，在用表示形成正规分布的能量强度分布P101的激光光束对聚酰亚胺膜5进行照射而加工时，则称为如图9A所示的蜿蜒边界105K，在断面方向上也如图9B所示，成为形成缓坡倾斜的边界105K。此外，在边界105K附近，聚酰亚胺的块显示为称作碎块的黑点105D，存在定向膜图形105A的厚度均匀性稍微变差的倾向。
因而根据本实施例，对显示部21之外的要除去区域(衬垫部22和公共部23)进行覆盖的聚酰亚胺膜5照射具有规定能量强度和波长的激光光束L3，利用烧蚀反应，瞬间除去不需要的聚酰亚胺膜5，因而不对金属膜、透明电极膜造成损伤，且在短时间内能够形成具有规定尺寸和均匀厚度的定向膜图形5A。此外，由于激光光束L3的能量强度分布P1形成矩形波状，因而能够形成更明确的边界5K，能够提高定向膜图形5A的尺寸精度。因而，如果将本实施例的定向膜图形形成方法应用在液晶显示装置的制造中，则能够容易获得具有高尺寸精度并且具有良好图象显示功能的液晶显示装置。
上文以几个实施例为例对本发明进行了介绍，但是本发明并不局限于上述实施例，能够进行各种变形。例如在上述实施例中，作为对定向膜进行照射的激光光束，举例了ArF受激准分子激光、KrF受激准分子激光和YVO4第4高频波，但是并不局限于此。例如也可以使用YAG第4高频波、XeCl受激准分子激光、XeF受激准分子激光等紫外线区域的激光光束。此外作为平坦化光学系统使用了均化器，但是也可以使用衍射透镜或蝇眼透镜。

Claims (5)

1、一种定向膜的图形形成方法，其特征在于，包括：
在基板之上的金属膜上形成有透明电极膜，在基板的整个面上形成由聚酰亚胺组成的定向膜的工序；
通过照射能量范围含有在200mJ/cm2以上并在350mJ/cm2以下的范围且波长在180nm以上并在280nm以下的激光光束，有选择地除去上述定向膜中的附着在衬垫部或公共部上的部分的工序。
2、根据权利要求1所述的定向膜的图形形成方法，其特征在于：上述激光光束为显示顶部为平坦的能量强度分布的激光光束。
3、根据权利要求1所述的定向膜的图形形成方法，其特征在于：所述激光光束是氟化氩(ArF)受激准分子激光。
4、根据权利要求1所述的定向膜的图形形成方法，其特征在于：所述激光光束是具有在200mJ/cm2以上并在350mJ/cm2以下的能量的氟化氪(KrF)受激准分子激光。
5、根据权利要求1所述的定向膜的图形形成方法，其特征在于：所述激光光束是钒酸钇(YVO4)结晶振荡的第4高频波。
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