JP2003154478A

JP2003154478A - レーザ加工装置及びレーザ加工方法並びに液晶パネル

Info

Publication number: JP2003154478A
Application number: JP2002220160A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Amako; 淳尼子; Tomio Sonehara; 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2003-05-27

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】基板上に被着させた薄膜を精密かつ高速に加工
するレーザ加工装置および加工方法を提供し、これらに
よりパターニングされた電極構造を有する液晶パネルを
提供する。【構成】本発明のレーザ加工装置は、複数のパルスレー
ザ発振器１１０１ａ，１１０１ｂと、それぞれの発振サ
イクルの位相をずらして前記複数のレーザ発振器を順次
駆動する手段１１０３と、前記複数のレーザ発振器から
のビームの品質を同じにする手段と、前記複数のレーザ
発振器からのビームを楕円偏光にする手段１１０８と、
前記複数のレーザ発振器から出射されるビームを受ける
光インテグレータ１１０９と、ビームを受ける振幅マス
ク１１１０と、ビームを複数のビームに分岐する手段１
１１２と、前記振幅マスクの実像を被加工物上に結像す
る手段とを備え、前記分岐する手段と前記結像する手段
により得られた複数の実像を被加工物１１１３に選択的
に照射することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加工品質が高く微細加
工も可能で量産性に優れたレーザ加工装置及び前記レー
ザ加工方法、そして、このレーザ加工方法によりパター
ニングされた電極構造を有する表示品質の優れた液晶パ
ネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザ加工装置としては、ＣＯ₂レーザ
を使った金属板の切断・穴あけ加工や、ＹＡＧレーザに
よる金属薄板の精密加工が広く知られている。とくに、
小型でメンテナンス性が良く、直径数10μｍの集光スポ
ットが容易に得られるという理由から、ＹＡＧレーザは
各種の精密加工に適している。さらに、ＹＡＧレーザで
は第２高調波（波長532nm）が得られるので、アブレー
ション効果を利用した微細な薄膜加工へも応用できる。
レーザアブレーションとは、高分子材料にエキシマレー
ザやＹＡＧ高調波などの短波長・短パルスレーザを照射
した時に、瞬時に分解・気化・飛散が起こり、局所的に
材料が除去される現象のことである。事実、半導体製造
用マスクの欠陥修正、薄膜センサの検出部のパターンニ
ング、液晶パネルの電極パターンニング等に、Ｑスイッ
チＹＡＧレーザが利用され始めた。Ｑスイッチを用いる
理由は、パルス幅が短くピークパワーが大きいビームを
利用することにより、被加工部材への熱的損傷がない高
品質な加工が実現できるからである。なお、アブレーシ
ョン加工については、”短波長・短パルスレーザによる
除去加工に関する研究”（精密工学会誌、Vol.3, 473-4
78(1993)）に詳しい。

【０００３】薄膜加工における最近の大きなニーズのひ
とつに、液晶パネルの透明電極のパターンニングがあ
り、加工品質かつ加工能力に優れた加工技術に対する期
待が高まっている。液晶パネルの電極のパターンニング
は、一般には、透光性導電膜が被着した基板をレーザビ
ームに対して移動させながら、導電膜を所定の間隔で切
断することにより行う。この時の加工品質すなわち導電
膜の電気特性は、ＱスイッチＹＡＧレーザの特性（主に
ピークパワー）から決まる。そして、レーザの特性はＱ
スイッチ周波数に左右される。すなわち、Ｑスイッチ周
波数を低くすると、パルス幅が狭くなり、ピークパワー
は大きくなる。逆に、Ｑスイッチ周波数を高くすると、
パルス幅が広がり、ピークパワーは小さくなる。

【０００４】加工品質の観点からは、Ｑスイッチ周波数
を低くして、ビームのピークパワーを高めることが望ま
しい。こうすると、アブレーション効果を介して、瞬間
的に加工部位を除去することができ、加工部近傍や膜基
板へ熱的損傷を与えることがない。このような加工方法
が、特開昭60-261142、特開平2-259727に開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの加工
方法には、生産性の点に問題がある。なぜならば、Ｑス
イッチ周波数を下げることは、そのぶんだけ、ステージ
の送り速度を遅らせることにつながり、その結果とし
て、加工速度が著しく低下するからである。

【０００６】加工速度の観点からは、Ｑスイッチ周波数
を高くして、ステージをすばやく移動させることが望ま
しい。しかし、Ｑスイッチ周波数を高くすると、ピーク
パワーが低下し、パルス幅が広がる。このために、液晶
パネルの電極をパターンニングする時に、電極基板であ
るガラスに熱的損傷を与え、微小なクラックやくぼみを
発生させる。このクラックやくぼみは、液晶パネルの表
示品質を損ねる要因となる。また、ガラスに微小量含ま
れているアルカリ金属イオンがクラック及びくぼみから
液晶中に溶出し、このことが液晶パネルの表示不良の原
因となる。

【０００７】本発明の目的は上記の問題を解決し、加工
品質に優れかつ加工能力の高いレーザ加工装置および加
工方法を提供することにある。さらに、同レーザ加工装
置ならびに加工方法を用いて製造した、表示品質の高い
液晶パネルを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のレーザ加
工装置は、少なくとも、複数のパルスレーザ発振器と、
前記複数のパルスレーザ発振器のそれぞれの発振位相を
ずらして前記複数のパルスレーザ発振器を順次駆動する
手段と、前記複数のパルスレーザ発振器から出射される
ビームの光路を一致させる手段と、少なくともひとつの
振幅マスクと、前記振幅マスクを通過するビームを複数
のビームに分岐する手段と、前記振幅マスクの実像を被
加工物上に結像する手段を備え、前記振幅マスクの複数
の実像を被加工物に照射することを特徴とする。

【０００９】本発明の第２のレーザ加工装置は、前記第
１のレーザ加工装置において、複数のパルスレーザ発振
器が、Ｑスイッチレーザ発振器であることを特徴とす
る。

【００１０】本発明の第３のレーザ加工装置は、前記第
２のレーザ加工装置において、複数のＱスイッチレーザ
発振器が、第２高調波を出射する固体レーザ発振器であ
ることを特徴とする。

【００１１】本発明の第４のレーザ加工装置は、前記第
１のレーザ加工装置において、被加工物を照射する複数
の実像を楕円偏光にする手段を備えて成ることを特徴と
する。

【００１２】本発明の第５のレーザ加工装置は、前記第
１のレーザ加工装置において、分岐する手段を少なくと
も光路と直交する面内で回転させる手段を備えて成るこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明の第６のレーザ加工装置は、前記第
１のレーザ加工装置において、前記分岐する手段が位相
格子であることを特徴とする。

【００１４】本発明の第７のレーザ加工装置は、前記第
１のレーザ加工装置において、振幅マスクの前に光イン
テグレータを備えて成ることを特徴とする。

【００１５】本発明の第８のレーザ加工装置は、少なく
とも、パルスレーザ発振器と、前記パルスレーザ発振器
を駆動する手段と、振幅マスクと、前記振幅マスクを通
過するビームを複数のビームに分岐する手段と、前記振
幅マスクの実像を被加工物上に結像する手段を備え、前
記振幅マスクの複数の実像を被加工物に照射することを
特徴とする。

【００１６】本発明の第９のレーザ加工装置は、前記第
８のレーザ加工装置において、パルスレーザ発振器が、
Ｑスイッチレーザ発振器であることを特徴とする。

【００１７】本発明の第１０のレーザ加工装置は、前記
第９のレーザ加工装置において、Ｑスイッチレーザ発振
器が、第２高調波を出射する固体レーザ発振器であるこ
とを特徴とする。

【００１８】本発明の第１１のレーザ加工装置は、前記
第８のレーザ加工装置において、被加工物を照射する複
数の実像を楕円偏光にする手段を備えて成ることを特徴
とする。

【００１９】本発明の第１２のレーザ加工装置は、前記
第８のレーザ加工装置において、分岐する手段を少なく
とも光路と直交する面内で回転させる手段を備えて成る
ことを特徴とする。

【００２０】本発明の第１３のレーザ加工装置は、前記
第８のレーザ加工装置において、分岐する手段が位相格
子であることを特徴とする。

【００２１】本発明の第１４のレーザ加工装置は、前記
第８のレーザ加工装置において、振幅マスクの前に光イ
ンテグレータを備えて成ることを特徴とする。

【００２２】本発明の第１のレーザ加工方法は、複数の
パルスレーザ発振器のそれぞれの発振位相をずらして前
記複数のパルスレーザ発振器を順次駆動し、前記複数の
パルスレーザ発振器から出射されるビームを振幅マスク
へ照射し、前記振幅マスクを通過するビームを分岐した
後に、前記振幅マスクの複数の実像を基板上に被着され
た透光性導電膜に照射し、前記基板または前記複数のビ
ームを移動することにより、前記透光性導電膜に溝を形
成することを特徴とする。

【００２３】本発明の第２のレーザ加工方法は、前記第
１のレーザ加工方法において、透光性導電膜膜がＩＴＯ
膜であることを特徴とする。

【００２４】本発明の第３のレーザ加工方法は、前記第
１のレーザ加工方法において、レーザ発振器が第２高調
波用ＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とする。

【００２５】本発明の第４のレーザ加工方法は、前記第
１のレーザ加工方法において、レーザ発振器が第２高調
波用ＹＬＦレーザ発振器であることを特徴とする。

【００２６】本発明の第５のレーザ加工方法は、パルス
レーザ発振器から出射されるビームを振幅マスクへ照射
し、前記振幅マスクを通過するビームを分岐した後に、
前記振幅マスクの複数の実像を基板上に被着された透光
性導電膜に照射し、前記基板または前記複数のビームを
移動することにより、前記透光性導電膜に溝を形成する
ことを特徴とする。

【００２７】本発明の第６のレーザ加工方法は、前記第
５のレーザ加工方法において、透光性導電膜膜がＩＴＯ
膜であることを特徴とする。

【００２８】本発明の第７のレーザ加工方法は、前記第
５のレーザ加工方法において、レーザ発振器が第２高調
波用ＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とする。

【００２９】本発明の第８のレーザ加工方法は、前記第
５のレーザ加工方法において、レーザ発振器が第２高調
波用ＹＬＦレーザ発振器であることを特徴とする。

【００３０】本発明の第１の液晶パネルは、複数のパル
スレーザ発振器のそれぞれの発振位相をずらして前記複
数のパルスレーザ発振器を順次駆動し、前記複数のパル
スレーザ発振器から出射されるビームを振幅マスクへ照
射し、前記振幅マスクを通過するビームを分岐した後
に、前記振幅マスクの複数の実像を基板上に被着された
透光性導電膜に照射し、前記基板または前記複数のビー
ムを移動することにより、前記透光性導電膜にストライ
プ状の溝が形成された電極を備えて成ることを特徴とす
る。

【００３１】本発明の第２の液晶パネルは、パルスレー
ザ発振器から出射されるビームを振幅マスクへ照射し、
前記振幅マスクを通過するビームを分岐した後に、前記
振幅マスクの複数の実像を基板上に被着された透光性導
電膜に照射し、前記基板または前記複数のビームを移動
することにより、前記透光性導電膜ににストライプ状の
溝が形成された電極を備えて成ることを特徴とする。

【００３２】

【実施例】ここでは、単純マトリクス駆動方式の液晶パ
ネルに使用されるストライプ電極を加工する事例の中
で、本発明の構成及び特徴について詳しく説明する。

【００３３】（実施例１）本発明のレーザ加工装置の構
成を図１に示す。レーザ発振機器１１０１ａ、１１０１
ｂはＱスイッチＹＡＧレーザであり、直線偏光のＴＥＭ
₀₀モードを出射する。レーザ発振器のＱスイッチ周波数
は、Ｑスイッチドライバ１１０２ａ、１１０２ｂにより
制御される。１１０３はＱスイッチコントローラであ
り、Ｑスイッチドライバが与える駆動信号の位相を制御
する。発振器内のブリュースター素子の設置形態を工夫
して、あるいは、発振器の外に波長板を配置して、発振
器から出射される２本のビーム１１０４ａ、１１０４ｂ
が互いに直交する直線偏光となるようにする。ビーム径
縮小用コリメータ１１０５ａ及び１１０５ｂにより、そ
れぞれのビーム径を縮小し、さらに、偏光合成素子１１
０７を用いて、２本のビームの光路を共通にする。そし
て、波長板１１０８によりビームの偏光を楕円偏光にし
た後に、光インテグレータ１１０９を介して、振幅マス
ク１１１０へ入射させる。振幅マスクを透過したビーム
は結像レンズ系へ入る。結像レンズ系はふたつのレンズ
系１１１１ａと１１１１ｂから構成され、両者の間には
位相格子１１１２が存在する。位相格子１１１２には、
１本の入射ビームを３２本の回折ビームに分岐する作用
がある。結像レンズ系（１１１１ａ、１１１１ｂ）と位
相格子１１１２の作用により、精密ステージ１１１４の
上に保持された透光性導電膜（ＩＴＯ膜）基板１１１３
の表面に、振幅マスク１１１０の３２個の像を等しい間
隔で形成する。そして、精密ステージ１１１４を移動す
ることにより、直線状あるいは曲線状にＩＴＯ膜を切断
する。図中、１１０６は光路折り曲げミラーである。

【００３４】２本のビーム１１０４ａと１１０４ｂを、
それぞれ、縮小倍率可変なコリメータ１１０５ａと１１
０５ｂに通すことにより、発振器の個体差に起因するビ
ーム品質（広がり角、ビーム径）を等しくする。こうす
ることにより、後で詳しく述べるように、均一な溝幅で
電極膜を切断することができる。また、波長板を用いて
ビームを楕円偏光にすることにより、ＩＴＯ膜が有する
異方性、不均一性や、ＩＴＯ膜上の付着物に左右される
ことなく、均一な幅と深さでＩＴＯ膜を切断できるの
で、所要の加工品質を恒常的に維持することが可能とな
る。

【００３５】本実施例の振幅マスクには、金属製の開口
マスクを用いた。開口形状は正方形であり、その大きさ
は10×10μｍ²である。図３に示すように、位相格子１
１１２により開口マスクから３２個の回折像をつくり、
倍率１：１の結像レンズ系（１１１１ａ、１１１１ｂ）
により、前記の回折像から３２個の開口の像をＩＴＯ膜
上に形成する。開口マスク１１１０の前には、レンズア
レイを採用した光インテグレータ１１０９を配置する。
この光インテグレータにより開口上の光強度分布を均一
にでき、したがって、ＩＴＯ膜上の開口の像における光
強度分布も均一にできる。こうした均一な光強度分布を
加工へ用いることにより、ＩＴＯ膜基板の性質に左右さ
れずに所要の加工品質を確保することができる。

【００３６】本実施例の構成に用いる位相格子は、１次
元の表面凹凸型位相格子である。断面形状はほぼ矩形で
あり、学問的には、２値位相格子として分類されるもの
である。本実施例の位相格子の位相分布（１周期分）を
図８に模式的に示す。図中、白部分の位相値がπrad、
斜線部分の位相値が０radである。

【００３７】位相格子の主要な設計事項は、１周期の
長さ、全体の大きさ、１周期内の位相分布の３つで
ある。１周期の長さはＩＴＯ膜上に形成する開溝の間隔
から決まり、全体の大きさは結像レンズ系が受けるビー
ム径から決まる。そして、１周期内の位相分布は、所要
のビーム分岐数及び所要のビーム強度の均一性から決ま
る。

【００３８】位相格子の周期ｐは、回折理論から、次式
で与えられる。

【００３９】

【数１】

【００４０】ただし、λはレーザ波長（532nm）、ｚは
位相格子からＩＴＯ膜面までの距離、△ｘは開溝の間隔
である。例えば、分岐数を偶数として、ｚ＝100ｍｍ、
△ｘ＝200μｍとすると、ｐ＝532μｍとなる。ただし、
結像レンズ系の焦点距離を50ｍｍとし、等倍で結像する
状況を仮定している。

【００４１】位相格子の全体の大きさＤは、回折理論か
ら、次式のように決まる。

【００４２】

【数２】

【００４３】ただし、ｎは開口が与える回折光の次数、
Ｌは開口の一辺の長さである。例えば、ｎ＝3、ｚ＝100
ｍｍ、Ｌ＝10μｍとすると、Ｄ＞32ｍｍとなる。±３次
までの回折光を結像レンズ系で取り込めば、開口の像に
おける光強度分布の断面はほぼ矩形になる。後で述べる
ように、断面が矩形状の光強度分布を加工に用いると加
工不良を除くことができる。

【００４４】位相格子の位相分布の計算には、シミュレ
ーテッドアニーリング法（Science220, 671-680(198
3)、以後、ＳＡ法と略す）を用いた。これまでにも、Ｓ
Ａ法を用いて位相格子を設計した事例がいくつか報告さ
れている（Appl. Opt. 32, 2512-2518(1993)、Appl. Op
t. 31, 3320-3336(1992)、Appl. Opt. 31, 27-37(199
2)、）。しかし、ＳＡ法の運用に必要なルールの構築に
は経験が必要であり、このルールの出来不出来が、”良
い解”が得られるかどうかを大きく左右する。”良い
解”とは位相格子に要求される光学性能を満足する解の
ことであり、前記の光学性能は位相格子の使用目的から
決まる。

【００４５】ＳＡ法を用いて位相格子を設計するには、
少なくとも、評価関数の定義と重みの設定、温度ス
ケジューリング、平衡状態の判定について、運用のル
ールを定めなければならない。なお、評価関数とは位相
格子の性能に関する推定値と目標値の差に対応する量で
あり、この関数値が最も小さくなる時の解が最適解であ
る。

【００４６】本実施例で用いる位相格子に要求される光
学性能を以下にあげる。

【００４７】（１）光利用効率が80％以上であること。

【００４８】（２）分岐後のビーム強度均一性が0.90以
上であること。

【００４９】ここで、光利用効率とは、所要の回折次数
のビームに供給し得る光エネルギーの割合を意味する。
ビーム強度均一性とは、分岐された複数の回折ビームに
おける強度の最小と最大の比を意味する。上記（１）と
（２）の条件は、後で述べるように、レーザ発振器出力
と、加工閾値と、要求される加工均一性から決まる。

【００５０】実際の計算では、（１）と（２）の条件を
評価関数の中に取り入れて、（１）と（２）の条件を満
足する解の中から、さらに、位相格子の作製誤差を考慮
して、以下の（３）と（４）の条件を満足する解を選択
した。

【００５１】（３）位相格子の最小線幅ができるだけ太
いこと。

【００５２】（４）位相格子の性能が作製誤差に大きく
左右されないこと。

【００５３】上記（３）と（４）の条件は、位相格子の
作製に使用するフォトマスク描画装置、露光・現像装
置、及びエッチング装置の各装置のパターン転写能力か
ら決まる。

【００５４】以上のことからも理解できるように、ＳＡ
法により求めた位相格子の位相分布データには、設計者
の創造性が反映されていると言える。この状況は、レン
ズ設計におけるレンズデータの立場とよく似ている。こ
のような観点から、本出願においては、発明の実施に際
して用いた位相格子の位相分布データを全て開示するこ
とにした。以下、表１、表２においては、位相値が０ra
dからπrad（この逆でもよい）に変化する位置の座標を
１周期分について示した。表３、表４においては、１周
期を256または128の区間に等分割して、各区間の位相値
を０と１で示した。０が０rad、１がπradに対応する
（この逆でもよい）。

【００５５】（位相格子１）・分岐数：３２

【００５６】

【表１】

【００５７】（位相格子２）・分岐数：１６

【００５８】

【表２】

【００５９】（位相格子３）・分岐数：１６

【００６０】

【表３】

【００６１】（位相格子４）・分岐数：８

【００６２】

【表４】

【００６３】表１から表４に示したデータを使い、以下
の工程にしたがって、高品質な石英基板へ表面凹凸型位
相格子を形成した。

【００６４】（１）フォトマスクデータ作成（２）フォトマスク作製（３）レジスト露光及び現像（４）反応性イオンエッチング及びレジスト除去作製した位相格子は、どれも、光利用効率80％以上、ビ
ーム強度均一性0.90以上であり、所要の光学性能を満足
した。さらに、偏光依存性は存在しなかった。偏光依存
性がないということは入射光の偏光状態に関係なく、所
要の光利用効率及びビーム強度均一性が得られるという
ことであり、楕円偏光ビームを用いる薄膜加工には欠か
せない性質である。

【００６５】本実施例では、上記の工程にしたがい作製
した位相格子を図１のレーザ加工装置へ搭載し、ガラス
基板上のＩＴＯ膜を間隔200μｍ、幅10μｍで切断する
ことにより、液晶パネルのストライプ電極を形成した。
図１２に、ＩＴＯ膜及びガラス基板の断面を示す。ガラ
ス基板１２１０３の材質はソーダガラスであり、このガ
ラス基板上に、ＳｉＯ₂の緩衝膜１２１０２を介して、
ＩＴＯ膜１２１０１を1500Åだけ堆積させてある。

【００６６】図１の構成で、光インテグレータ１１０９
へ入射するビーム径を40μｍとし、光インテグレータ１
１０９から出射されるビーム寸法を15×15μｍ²とし
た。こうすると、開口１１１０（10×10μｍ²）上には
均一な光強度分布が得られる。結像レンズ系（１１１１
ａ、１１１１ｂ）の焦点距離は50ｍｍ、開口から位相格
子までの距離及び位相格子からＩＴＯ膜面までの距離は
どちらも100ｍｍである。ビーム分岐に用いた位相格子
は、先の位相格子１のデータから作製したものである。
10μｍの幅の開溝を200μｍの間隔でＩＴＯ膜上に形成
するために、位相格子の１周期の長さを532μｍと定め
た。この時の位相格子における最小線幅は6.4μｍであ
り、先に述べた作製工程にしたがい、設計寸法に忠実に
位相格子の凹凸構造を石英基板へ形成できることを確認
している。

【００６７】使用したレーザ発振器はQuantronix社製の
ランプ励起型ＱスイッチＹＡＧレーザであり、発振波長
532nm、定格平均出力8W、出射直後のビーム径は0.80ｍ
ｍである。加工条件とガラス基板への損傷について調べ
るために、位相格子を使用せずに、Ｑスイッチ周波数を
変えて１本の開溝を加工する実験を繰り返した。その結
果、Ｑスイッチ周波数を10KHz以下に設定すれば、ＩＴ
Ｏ膜及び下地のガラス基板にダメージを与えることな
く、開溝を形成できることが判明した。また、加工でき
るかどうかは、Ｑスイッチ周波数に依らずに、ピークパ
ワーの大小から決まることが判明した。

【００６８】図５（ａ）（ｂ）に、それぞれ、Ｑスイッ
チ周波数が10KHzと30KHzの時のレーザ出力と時間の関係
を示した。加工時のピークパワーを150Wとすると、Ｑス
イッチ周波数が10KHzの時のパルス幅とパルスエネルギ
ーは、それぞれ、150nsec、23μJである。他方、Ｑスイ
ッチ周波数が30KHzの時のパルス幅とパルスエネルギー
は、それぞれ、300nsec、45μJである。これらのレーザ
発振条件でガラス基板上のＩＴＯ膜を加工すると、Ｑス
イッチ周波数が10KHzの条件では損傷は生じなかった
が、30KHzの条件では溝周縁部ならびにガラス基板表面
に微細な損傷が発生した。30KHzの時に損傷が発生した
理由は、パルス幅が広がり、過剰のエネルギーが投入さ
れたからである。すなわち、ピークパワーが加工閾値に
達している場合でも、Ｑスイッチ周波数から決まるパル
ス幅が許容値以上に広がっていると、加工時の損傷が避
けられないのである。このような場合には、損傷を避け
ることを目的として、パルスエネルギーを小さくするこ
とは効果がない。なぜならば、ピークパワーが加工閾値
を超えなくなり、加工できなくなるからである。

【００６９】以上の結果をふまえ、ビームの分岐数及び
加工速度に配慮して、２台のレーザ発振器のＱスイッチ
周波数を10KHz、定格平均出力を8Wに定めた。この時の
パルス幅は150nsec、ピークパワーは定格出力時の5.3KW
である。そして、Ｑスイッチコントローラ１１０３から
制御信号を送り、それぞれのＱスイッチドライバを50μ
secづつ位相をずらして駆動することにした。図６は、
本実施例におけるレーザ出力と時間の関係を示す図であ
る。２台の発振器を位相をずらして交互に駆動すること
により、個々の発振器は10KHzで発振しながら、実効的
には、20KHzで駆動した時と同じ加工速度が得られるこ
とになる。

【００７０】本発明に関わる実験から、厚み1500ÅのＩ
ＴＯ膜に１本の開溝を形成するには、110W以上のピーク
パワーを要することが判った。そこで、ピークパワー5.
3KWのビームで光インテグレータ１１０９を介して開口
マスク１１１０を照明し、位相格子１１１２と結像レン
ズ系（１１１１ａ、１１１１ｂ）により、３２個の開口
の像をＩＴＯ膜の表面に200μｍの間隔で形成した。開
口の像の大きさはどれも10×10μｍ²である。図４に、
像の光強度分布と加工痕の大きさを示した。像の光強度
分布の断面形状が矩形であるので、像とほぼ同じ形状、
同じ大きさの加工痕が得られる。すなわち、ＩＴＯ膜上
に形成された加工痕の径もほぼ10×10μｍ²である。さ
らに、像の光強度が急峻に変化するので、加工閾値の近
傍に、光強度勾配に起因する加工不良、例えば、開溝の
縁の隆起や加工残留物などが発生しなくなる。この結
果、前記の加工不良に起因する液晶分子の配向不良がな
くなり、液晶パネルの表示品質不良の発生率が大幅に減
る。

【００７１】一発のパルスで３２個の加工痕（10×10μ
ｍ²）を200μｍの間隔で同時に形成し、次のパルスが発
振するまでの50μsecの間欠時間に、精密ステージを使
い、加工痕の一辺の長さよりもわずかに短い距離9μｍ
だけ基板を移動させる。こうして２台の発振器からのパ
ルスビームで、交互に、正方形状の加工痕を３２個同時
に形成することを続けると、図１０に示すように、間隔
200μｍ、幅10μｍの溝を間欠部分なく加工することが
できた。この間のステージの移動速度は毎秒180ｍｍで
あり、常に一定である。加工速度を、（加工速度）＝
（ビーム分岐数）×（ステージ移動速度）と定義する
と、同時に３２本の溝を加工することにより、毎秒5760
ｍｍの加工速度を達成したことになる。図１３に、以上
のようにして得た電極パターンを示した。

【００７２】３２個の像の並びの方向をステージ移動方
向に対して傾けることにより、像の間隔すなわち加工溝
の間隔を調節することができる。像の並び方向を傾ける
には、回転ステージを使い、位相格子をその面内で回転
させればよい。この時の回転角度をθとすると、加工溝
の間隔△ｘ´は次式で与えられる。

【００７３】

【数３】

【００７４】このような調節機構を備えることにより、
液晶パネルの仕様に合わせて、高精度に電極パターニン
グを行うことが可能になり、さらに、電極間隔が異なる
液晶パネルの試作へも容易に対応できる。したがって、
商品開発のリードタイムを大幅に短縮できることにな
る。

【００７５】本実施例の加工装置ならびに加工方法によ
れば、ＩＴＯ膜を10μｍ以下の切断幅でパターニングす
ることができる。このことにより、液晶パネルの表示品
質を支配する主要因であるところの開口率ならびにコン
トラスト比が大きく向上する。他方、従来のフォトリソ
グラフィによる電極加工で得られる電極ギャップは30μ
ｍであり、液晶パネルの開口率ならびにコントラスト比
を低下させる大きな原因となっていた。

【００７６】本実施例では、ランプ励起型ＱスイッチＹ
ＡＧレーザを用いたが、半導体レーザ励起型Ｑスイッチ
ＹＡＧレーザを用いてもよい。また、ＹＡＧレーザの代
わりにＹＬＦレーザを使用した場合でも、同等の効果が
得られる。さらに、固体レーザに限らずに、パルス発振
が可能な気体レーザを用いることもできる。また、加工
に適したＱスイッチ周波数はレーザ発振器の特性に依存
し、本実施例において引用した10KHzに限るものではな
い。使用するレーザ発振器の特性ならびに被加工物の特
性に合わせて、最適なＱスイッチ周波数を決定しなけれ
ばならない。

【００７７】上記の実施例では、間隔200μｍ、幅10μ
ｍの溝加工について発明の効果を説明したが、これらの
条件が異なる溝加工についても、位相格子の周期を変
えることにより、あるいは、結像レンズ系の焦点距離
を変えることにより、容易に対応することができる。ビ
ーム分岐数も、３２本に限るものではなく、レーザ加工
装置の仕様に合わせて決定すればよい。例えば、表２あ
るいは表４のデータを使い、１６分岐用の位相格子を作
製して用いることもできる。被加工物の物性、使用
するレーザ発振器の出力及び台数を考慮し、加工能力の
観点から最適な分岐数を定め、所要の位相格子を設計、
製作することにより、多くの加工用途へ容易に対応する
ことができる。また、振幅マスクの形態も開口マスクに
限るものではなく、振幅分布の形状も任意である。

【００７８】（実施例２）実施例１に対する本発明の構
成上の相違点は、１次元格子の代わりに２次元位相格子
を用いる点にある。２次元位相格子を使うことにより、
２列以上の開口の像の並びを同時に発生させることがで
きる。

【００７９】２次元格子の位相分布を決定するには、２
つの１次元格子を直交させて重ねればよい。１次元格子
の位相値は０またはπであるから、以下の規則にしたが
い、２次元格子の位相分布も０またはπとなる。

【００８０】

【数４】

【００８１】本実施例では、実施例１に示した位相格子
１と位相格子３のデータを用いて、３２×２個の開口の
像を同時に発生させ得る２次元位相格子を設計、作製し
た。位相格子の位相分布の平面図を図９に示した。

【００８２】１列目と２列目の開口の像の間隔を（２ｋ
＋１）△ｙ、パルス間欠時間におけるステージ移動量を
２△ｙとする。集光スポット間隔とステージ移動量との
関係を詳細に調べたところ、加工を始めた初期の部分
に、加工痕がつながらない箇所が生じることが判った。
これを考慮すると、１列で加工した時の加工速度に対す
る加工速度比βは次式で与えられる。

【００８３】

【数５】

【００８４】ただし、△ｙは加工痕の大きさを考慮して
決める量、ｎは照射したレーザパルスの数である。式
（５）の関係を図１４に示した。液晶パネルの画素部を
縦断するために要するステージ移動距離（レーザパルス
照射数ｎとステージ移動量２△ｙの積に等しい）と比べ
ると、開口の像の並びの間隔（２ｋ＋１）△ｙは無視し
得るくらいに短いので、加工速度比βは実効的に２に等
しくなる。すなわち、１次元格子の場合の２倍の加工速
度が得られることになる。

【００８５】本実地例では、ステージ移動方向の像の間
隔を30μｍに定め、50μsecのパルス間欠時間に、20μ
ｍだけステージを移動させた（ｋ＝１、△ｙ＝10μｍに
相当する）。こうして２台の発振器からのパルスビーム
で、交互に、10×10μｍ²の加工痕を３２×２個同時に
形成することを続けると、図１１に示すように、間隔20
0μｍ、幅10μｍの溝を間欠部分なく加工することがで
きた。この間のステージの移動速度は毎秒400ｍｍであ
り、毎秒12800ｍｍの加工速度を達成したことになる。
図１１の左端において加工されていない部分が残ってい
るが、ステージ移動速度と２列のスポット間隔との関係
で生じるものであり、無視し得る程度のものである。

【００８６】さらに、ステージ移動方向の開口の像の数
を増やし、像の並びの数をｍ、それぞれの間隔を（ｍｋ
＋１）△ｙとすると、加工速度比βは次式で与えられ
る。

【００８７】

【数６】

【００８８】すなわち、開口の像を１列だけ並べて加工
する時と比べて、加工速度比βはｍ倍となり、加工速度
を大きく向上させることができる。

【００８９】（実施例３）本発明のレーザ加工装置の構
成を図２に示す。実施例１ないし２に対する構成上の相
違点は、レーザ発振器を１台だけ備えている点にある。

【００９０】レーザ発振機器２１０１はＱスイッチＹＡ
Ｇレーザであり、直線偏光のＴＥＭ ₀₀モードを出射す
る。レーザ発振器のＱスイッチ周波数は、Ｑスイッチド
ライバ２１０２により制御される。ビーム径縮小用コリ
メータ２１０４により、発振器から出射されるビーム２
１０３を縮小する。そして、波長板２１０６によりビー
ムの偏光を楕円偏光にした後に、光インテグレータ２１
０７を介して振幅マスク２１０８へ入射させる。振幅マ
スクを透過したビームは結像レンズ系（２１０９ａ、２
１０９ｂ）へ入射する。結像レンズ系はふたつのレンズ
系２１０９ａと２１０９ｂから構成され、両者の間には
位相格子２１１０が存在する。位相格子２１１０には、
１本の入射ビームを３２本の回折ビームに分岐する作用
がある。結像レンズ系（２１０９ａ、２１０９ｂ）と位
相格子２１１０の作用により、精密ステージ２１１２の
上に保持されたＩＴＯ膜基板２１１１の表面に、振幅マ
スク２１０８の３２個の像を等しい間隔で形成する。そ
して、精密ステージ２１１２を移動することにより、直
線状あるいは曲線状にＩＴＯ膜を切断する。図中、２１
０５は光路折り曲げミラーである。

【００９１】波長板を用いてビームを楕円偏光にするこ
とにより、ＩＴＯ膜が有する異方性、不均一性や、ＩＴ
Ｏ膜上の付着物に左右されることなく、均一な幅と深さ
でＩＴＯ膜を切断できるので、所要の加工品質を恒常的
に維持することが可能となる。

【００９２】本実施例の振幅マスクには、実施例１と同
じ金属製の開口マスクを用いた。開口形状は正方形であ
り、その大きさは10×10μｍ²である。位相格子２１１
０で前記の開口マスク２１０８から３２個の回折像を得
て、倍率１：１の結像レンズ系（２１０９ａ、２１０９
ｂ）により、前記の回折像から３２個の開口の像をＩＴ
Ｏ膜上に形成する。開口マスク２１０８の前には、レン
ズアレイを採用した光インテグレータ２１０７を配置す
る。この光インテグレータにより開口上の光強度分布を
均一にでき、したがって、ＩＴＯ膜上の開口の像におけ
る光強度分布も均一にできる。こうした均一な光強度分
布を加工へ用いることにより、ＩＴＯ膜基板の性質に左
右されずに所要の加工品質を確保することができる。

【００９３】本実施例では、実施例１の１次元位相格子
または実施例２の２次元位相格子を図２のレーザ加工装
置へ搭載し、ガラス基板上のＩＴＯ膜を間隔200μｍ、
幅10μｍで切断することにより、液晶パネルのストライ
プ電極を形成した。図１２に、ＩＴＯ膜及びガラス基板
の断面を示す。ガラス基板１２１０３の材質はソーダガ
ラスであり、このガラス基板上に、ＳｉＯ₂の緩衝膜１
２１０２を介して、ＩＴＯ膜１２１０１を1500Åだけ堆
積させてある。

【００９４】図２の構成において、光インテグレータ２
１０７へ入射するビーム径を40μｍに定め、光インテグ
レータ２１０７から出射されるビーム幅を15×15μｍ²
とした。こうすると、開口２１０８（10×10μｍ²）上
には均一な光強度分布が得られる。結像レンズ系（２１
０９ａ、２１０９ｂ）の焦点距離は50ｍｍ、開口から位
相格子までの距離ならびに位相格子からＩＴＯ膜面まで
の距離はどちらも100ｍｍである。ビーム分岐に用いた
位相格子は、先に示した位相格子１のデータから作製し
たものである。10μｍの幅の開溝を200μｍの間隔でＩ
ＴＯ膜上に形成するために、位相格子の１周期の長さを
532μｍと定めた。この時の位相格子における最小線幅
は6.4μｍであり、先に述べた作製工程にしたがい、設
計寸法に忠実に位相格子の凹凸構造を石英基板へ形成で
きることを確認している。

【００９５】使用したレーザ発振器はQuantronix社製の
ランプ励起型ＱスイッチＹＡＧレーザであり、発振波長
532nm、定格平均出力8W、出射直後のビーム径は0.80ｍ
ｍである。加工条件とガラス基板への損傷について調べ
るために、位相格子を使用せずに、Ｑスイッチ周波数を
変えて１本の開溝を加工する実験を繰り返した。その結
果、Ｑスイッチ周波数を10KHz以下に設定すれば、ＩＴ
Ｏ膜及び下地のガラス基板にダメージを与えることな
く、開溝を形成できることが判明した。また、加工でき
るかどうかは、Ｑスイッチ周波数に依らずに、ピークパ
ワーの大小から決まることが判明した。

【００９６】図５（ａ）（ｂ）に、それぞれ、Ｑスイッ
チ周波数が10KHzと30KHzの時のレーザ出力と時間の関係
を示した。加工時のピークパワーを150Wとすると、Ｑス
イッチ周波数が10KHzの時のパルス幅とパルスエネルギ
ーは、それぞれ、150nsec、23μJである。他方、Ｑスイ
ッチ周波数が30KHzの時のパルス幅とパルスエネルギー
は、それぞれ、300nsec、45μJである。これらのレーザ
発振条件でガラス基板上のＩＴＯ膜を加工すると、Ｑス
イッチ周波数が10KHzの条件では損傷は生じなかった
が、30KHzの条件では溝周縁部ならびにガラス基板表面
に微細な損傷が発生した。30KHzの時に損傷が発生した
理由は、パルス幅が広がり、過剰のエネルギーが投入さ
れたからである。すなわち、ピークパワーが加工閾値に
達している場合でも、Ｑスイッチ周波数から決まるパル
ス幅が許容値以上に広がっていると、加工時の損傷が避
けられないのである。このような場合には、損傷を避け
ることを目的として、パルスエネルギーを小さくするこ
とは効果がない。なぜならば、ピークパワーが加工閾値
を超えなくなり、加工できなくなるからである。

【００９７】以上の結果をふまえ、ビームの分岐数及び
加工速度に配慮して、レーザ発振器のＱスイッチ周波数
を10KHz、定格平均出力を8Wに定めた。この時のパルス
幅は150nsec、ピークパワーは定格出力時の5.3KWであ
る。図７に、本実施例におけるレーザ出力と時間の関係
を示した。

【００９８】本発明に関わる実験から、厚み1500ÅのＩ
ＴＯ膜に１本の開溝を形成するには、110W以上のピーク
パワーを要することが判明した。そこで、ピークパワー
5.3KWのビームで光インテグレータ２１０７を介して開
口マスク２１０８を照明し、位相格子２１１０と結像レ
ンズ系（２１０９ａ、２１０９ｂ）により、開口を透過
したビームから３２個の開口の像２１１３をＩＴＯ膜２
１１１の表面に200μｍの間隔で形成した。開口の像の
大きさはどれも10×10μｍ²である。図４に、像の光強
度分布と加工痕の大きさを示した。像の光強度分布の断
面形状が矩形であるので、像とほぼ同じ形状、同じ大き
さの加工痕が得られる。すなわち、ＩＴＯ膜上に形成さ
れた加工痕の径もほぼ10×10μｍ²となるである。さら
に、像の光強度が急峻に変化するので、加工閾値の近傍
に、強度勾配に起因する加工不良、例えば、開溝の縁の
隆起や加工残留物などが発生しなくなる。この結果、前
記の加工不良に起因する液晶分子の配向不良がなくな
り、液晶パネルの表示品質不良の発生率が大幅に減る。

【００９９】一発のパルスで３２個の加工痕（10×10μ
ｍ²）を200μｍの間隔で同時に形成し、次のパルスが発
振するまでの100μsecの間欠時間に、精密ステージを使
い、加工痕の一辺の長さよりもわずかに短い距離9μｍ
だけ基板を移動させる。こうして２台の発振器からのパ
ルスビームで、交互に、正方形状の加工痕を３２個同時
に形成することを続けると、図１０に示すように、間隔
200μｍ、幅10μｍの溝を間欠部分なく加工することが
できた。この間のステージの移動速度は毎秒90ｍｍであ
り、常に一定である。加工速度を、（加工速度）＝（ビ
ーム分岐数）×（ステージ移動速度）と定義すると、同
時に３２本の溝を加工することにより、毎秒2880ｍｍの
加工速度を達成したことになる。図１３に、以上のよう
にして得た電極パターンを示した。

【０１００】３２個の像の並びの方向をステージ移動方
向に対して傾けることにより、像の間隔すなわち加工溝
の間隔を調節することができる。像の並び方向を傾ける
には、回転ステージを使い、位相格子をその面内で回転
させればよい。この時の回転角度をθとすると、加工溝
の間隔△ｘ´は次式で与えられる。

【０１０１】

【数７】

【０１０２】このような調節機構を備えることにより、
液晶パネルの仕様に合わせて、高精度に電極パターニン
グを行うことが可能になり、さらに、電極間隔が異なる
液晶パネルの試作へも容易に対応できる。したがって、
商品開発のリードタイムを大幅に短縮できることにな
る。

【０１０３】本実施例の加工装置ならびに加工方法によ
れば、ＩＴＯ膜を10μｍ以下の切断幅でパターニングす
ることができる。このことにより、液晶パネルの表示品
質を支配する主要因であるところの開口率ならびにコン
トラスト比が大きく向上する。他方、従来のフォトリソ
グラフィによる電極加工で得られる電極ギャップは30μ
ｍであり、液晶パネルの開口率ならびにコントラスト比
を低下させる大きな原因となっていた。

【０１０４】本実施例では、ランプ励起型ＱスイッチＹ
ＡＧレーザを用いたが、半導体レーザ励起型Ｑスイッチ
ＹＡＧレーザを用いてもよい。また、ＹＡＧレーザの代
わりにＹＬＦレーザを使用した場合でも、同等の効果が
得られる。さらに、固体レーザに限らずに、パルス発振
が可能な気体レーザを用いることもできる。また、加工
に適したＱスイッチ周波数はレーザ発振器の特性に依存
し、本実施例において引用した10KHzに限るものではな
い。使用するレーザ発振器の特性ならびに被加工物の特
性に合わせて、最適なＱスイッチ周波数を決定しなけれ
ばならない。

【０１０５】上記の実施例では、間隔200μｍ、幅10μ
ｍの溝加工について発明の効果を説明したが、これらの
条件が異なる溝加工についても、位相格子の周期を変
えることにより、あるいは、結像レンズ系の焦点距離
を変えることにより、容易に対応することができる。ビ
ーム分岐数も、３２本に限るものではなく、レーザ加工
装置の仕様に合わせて決定すればよい。例えば、表２あ
るいは表４のデータを使い、１６分岐用の位相格子を作
製して用いることもできる。被加工物の物性、使用
するレーザ発振器の出力及び台数を考慮し、加工能力の
観点から最適な分岐数を定め、所要の位相格子を設計、
製作することにより、多くの加工用途へ容易に対応する
ことができる。また、振幅マスクの形態も開口マスクに
限るものではなく、振幅分布の形状も任意である。

【０１０６】（実施例４）実施例１ないし３の加工装置
により加工されたＩＴＯ膜基板上に配向膜を形成し、こ
の配向膜に対して所要の配向処理（例えば、ラビング処
理）を加える。配向処理を終えた、電極パターンが直交
する２枚のＩＴＯ膜基板の間に液晶を封入し、液晶パネ
ルを組み立てる。組み上げた液晶パネルに駆動回路を実
装するには、図１５に示すように、３つの方法がある。
なお、以下の説明で用いるＴＡＢなる語は、Tape Autom
ated Bonding の略称であり、一般には、駆動回路をテ
ープ上に形成することを意味する。ここでは、駆動回路
が形成されたテープという意味で、ＴＡＢテープなる語
を用いる。

【０１０７】（１）ＴＡＢテープをパネルの片側だけに
実装する方法ＴＡＢテープ１５１０２における配線間隔は、液晶パネ
ルの画素電極１５１０１の間隔に等しい。この実装方法
によれば、液晶パネルとＴＡＢテープをつなぐ中間領域
（例えば、図１６において開溝が傾斜している領域）が
不要になり、液晶パネルの上下の一方ならびに左右の一
方だけにＴＡＢテープを配置すれば足りるので、液晶パ
ネルの収納スペースを大幅に節約できる。液晶パネルの
収納スペースを節約することにより、表示装置を小さく
かつ軽くできる、多彩なオプション機能を付加できる、
といった効果が生まれる（図１５（ａ）参照）（２）ＴＡＢテープをパネルの両側に千鳥状に実装する
方法ＴＡＢテープには熱収縮があるので、液晶パネルの一辺
の長さにわたり、ＴＡＢテープの配線間隔の精度を確保
することが難しい場合がある。この点に、上記（１）の
実装方法の技術的困難さがある。そこで、適当な長さの
ＴＡＢテープ１５２０２を複数用意して、液晶パネルの
上下及び左右に千鳥状に配置することにより、ＴＡＢテ
ープの配線精度を確保することができる。このような実
装方法でも、画素電極１４２０１とＴＡＢテープ１５２
０２をつなぐ中間領域が不要になるので、液晶パネルの
収納スペースを節約する効果は大きい。（図１５（ｂ）
参照）（３）ＴＡＢテープを中間領域を介して実装する方法例えばガルバノミラーを使い、ステージ移動方向と直交
する方向にビームをふることにより、図１６に示すよう
な電極パターンを形成する。このような電極パターンを
中間領域１５３０３として設けて、画素電極１５３０１
とＴＡＢテープ１５３０２を接続する。この方法は、液
晶パネルの収納スペースを節約する効果は小さいが、従
来の実装部品をそのまま使用できるので、上記（１）
（２）の方法に比べて、実装コストを低く抑える効果は
格段に大きい。（図１５（ｃ）参照）実施例１ないし９の加工装置により加工された、単純マ
トリクス駆動型液晶パネルのストライプ電極の平面図を
図１７（ａ）に示した。電極ピッチは200μｍ、電極ギ
ャップは10μｍである。図中、１７１０１は上側基板の
電極ギャップであり、１７１０２は下側基板の電極ギャ
ップである。上側と下側の区別は、液晶パネルの前に立
った視認者から見た時に、手前が上側、奥が下側という
ふうに定めた。

【０１０８】他方、従来のやり方にしたがい、フォトマ
スク露光によりパターニングされたストライプ電極の拡
大図を図１７（ｂ）に示す。図中、１７２０１は上側基
板の電極ギャップであり、１７２０２は下側基板の電極
ギャップである。電極ピッチは200μｍ、電極ギャップ
は30μｍである。

【０１０９】液晶パネルの表示品質を決定する主たる要
因は、電極開口率と、コントラスト比である。電極開口
率とは、光の透過率（あるいは反射率）を制御すること
が可能な有効電極面積のことである。電極開口率を次式
により定義する。

【０１１０】

【数８】

【０１１１】ただし、Ｐは電極ピッチ、ｇは電極ギャッ
プである。当然、α＜1である。

【０１１２】他方、コントラスト比とは、光の透過率
（あるいは反射率）の最大値と最小値の比のことであ
り、次式により定義できる。

【０１１３】

【数９】

【０１１４】ただし、χは、主に、液晶の配向条件、液
晶層の厚さ、駆動条件から決まる変数である。式（８）
と式（９）から、電極開口率とコントラスト比の間に
は、大きな相関があることが理解できる。

【０１１５】式（８）と式（９）を使い、図１７に示し
た２種類の液晶パネルの電極開口率とコントラスト比を
計算した。本発明の液晶パネルについては、電極開口率
0.90、コントラスト比20を得た。他方、従来の液晶パネ
ルでは、電極開口率0.72、コントラスト比3.6を得た。
これらの計算値に対して、実測値は、本発明の液晶パネ
ルが、電極開口率0.90、コントラスト比45であり、従来
の液晶パネルが、電極開口率0.70、コントラスト比30で
あった。

【０１１６】本発明のレーザ加工装置及び加工方法を用
いて液晶パネルの電極パターニングを行うことにより、
電極ギャップを従来の３分の１以下（10μｍ以下）狭
め、電極開口率を1.3倍に、コントラスト比を1.5倍にで
きた。この結果、本発明の液晶パネルの視認性は、従来
の液晶パネルと比べて、格段に向上した。

【０１１７】

【発明の効果】本発明のレーザ加工装置は、複数のパル
スレーザ発振器を発振サイクルの位相をずらして順次駆
動することと、前記複数のレーザ発振器からのビームの
品質を同じにすることと、前記複数のレーザ発振器から
のビームを楕円偏光にすることにより、（１）実効的な
発振周波数を低下させることなく、個々の発振器の発振
周波数を下げることが可能になり、（２）この結果、所
要のピークパワーとパルス幅を得て、被加工物に熱的損
傷を与えずに高品質の加工を行うことができ、（３）ビ
ームを楕円偏光にすることにより、被加工物が有する異
方性や被加工物上の付着物に左右されることなく、所要
の加工品質を恒常的に維持することができる。

【０１１８】さらに、位相変調作用を有する回折素子と
結像レンズ系により得た複数の実像を被加工物表面へ照
射し、被加工物表面の複数部位を同時に加工すること
で、加工能力を大きく向上させることができる。すなわ
ち、実像の数をＮとすると、ひとつの実像で加工した時
の加工能力のＮ倍の加工能力を達成できる。

【０１１９】本発明のレーザ加工方法により、上記の加
工装置を使い、基板上に被着された透光性導電膜に複数
の開口像を選択的に照射し、前記基板あるいは前記複数
の開口像を移動することにより、前記透光性導電膜に複
数の開溝を同時に形成することができる。インテグレー
タで開口上の光強度分布を均一にし、前記開口を透過す
るビームを、分岐後の複数のビームが等強度になるよう
に設計された表面凹凸型２値位相格子で分岐ことによ
り、加工形状ならびに加工品質が均一な開溝を形成でき
る。

【０１２０】本発明の液晶パネルは、上記のレーザ加工
装置及び加工方法により加工されたストライプ状の電極
構造を有する液晶パネルである。電極間に存在する切断
溝（ギャップ）の幅が10μｍ以下であり、かつ、前記ギ
ャップが所定の間隔で表示エリア内に一様に形成されて
いるので、液晶パネルの表示品質を左右する主要因であ
るところの、コントラスト比ならびに視認性が大きく向
上している。

【０１２１】さらに、光インンテグレータと開口を用い
ることにより、像の光強度が急峻に変化するので、加工
閾値の近傍に、光強度勾配に起因する加工不良、例え
ば、開溝の縁の隆起や加工残留物などが発生しなくな
る。この結果、加工不良に起因する液晶分子の配向不良
がなくなり、液晶パネルの表示品質不良の発生率が大幅
に減る。

【０１２２】また、フォトリソグラフィにより電極をパ
ターニングする従来のやり方と比べても、本発明の電極
加工方法は、工程数が少なくかつウエット処理工程を要
しないという点で優れている。したがって、生産設備が
簡素になり、工程管理も容易にかつ確実になることか
ら、液晶パネルの生産コストの削減に大きく貢献するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１または２のレーザ加工装置の構成を示
す図である。

【図２】実施例３のレーザ加工装置の構成を示す図であ
る。

【図３】複数の開口の像を発生させる構成を示す図であ
る。

【図４】開口の像の強度分布と加工痕の関係を示す図で
ある。

【図５】Ｑスイッチ周波数とビーム特性の関係を示す図
である。（ａ）Ｑスイッチ周波数が10KHzの場合の図。（ｂ）Ｑスイッチ周波数が30KHzの場合の図。

【図６】２台のレーザ発振機を交互駆動した時のレーザ
出力と時間の関係を示す図である。

【図７】１台のレーザ発振機を駆動した時のレーザ出力
と時間の関係を示す

【図８】１次元位相格子の外観を示す図である。

【図９】２次元位相格子の外観を示す図である。

【図１０】実施例１または３における加工溝の形状を示
す平面図である。

【図１１】実施例２における加工溝の形状を示す平面図
である。

【図１２】ＩＴＯ膜及びガラス基板の断面図である。

【図１３】加工されたＩＴＯ膜の平面図である。

【図１４】加工速度比とパルス数の関係を示す図であ
る。

【図１５】液晶パネルの実装方法を説明する図である。（ａ）ＴＡＢテープをパネルの片側だけに実装する場合
の図。（ｂ）ＴＡＢテープをパネルの両側に千鳥状に実装する
場合の図。（ｃ）ＴＡＢテープを中間領域を介して実装する場合の
図。

【図１６】ストライプ電極とＴＡＢテープを接続する中
間領域の平面図である。

【図１７】液晶パネルの電極パターンの平面図である。（ａ）本発明の加工装置及び加工方法により加工した電
極パターンの図。（ｂ）従来の加工方法により加工した電極パターンの
図。

【符号の説明】

１１０１ａレーザ発振機１１０１ｂレーザ発振機１１０２ａＱスイッチドライバ１１０２ｂＱスイッチドライバ１１０３コントローラ１１０４ａレーザビーム１１０４ｂレーザビーム１１０５ａビーム径縮小用コリメータ１１０５ｂビーム径縮小用コリメータ１１０６光路折り曲げミラー１１０７偏光合成素子１１０８波長板１１０９光インテグレータ１１１０開口マスク１１１１ａ結像レンズ系１１１１ｂ結像レンズ系１１１２位相格子１１１３ＩＴＯ膜基板１１１４精密ステージ１１１５開口の像の並び２１０１レーザ発振機２１０２Ｑスイッチドライバ２１０３レーザビーム２１０４ビーム径縮小用コリメータ２１０５光路折り曲げミラー２１０６波長板２１０７光インテグレータ２１０８開口マスク２１０９位相格子２１１０集光レンズ２１１１ＩＴＯ膜基板２１１２精密ステージ２１１３開口の像の並び１０１０１加工溝１０１０２ＩＴＯ膜１１１０１加工溝１１１０２ＩＴＯ膜１２１０１ＩＴＯ膜１２１０２ＳｉＯ₂緩衝膜１２１０３ガラス基板１３１０１加工溝１３１０２ＩＴＯ膜１５１０１画素電極１５１０２ＴＡＢテープ１５２０１画素電極１５２０２ＴＡＢテープ１５３０１画素電極１５３０２ＴＡＢテープ１５３０３中間領域１６１０１加工溝１６１０２ＩＴＯ膜１７１０１上側電極ギャップ１７１０２下側電極ギャップ１７２０１上側電極ギャップ１７２０２下側電極ギャップ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年８月２６日（２００２．８．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ加工装置
は、少なくとも、複数のパルスレーザ発振器と、前記複
数のパルスレーザ発振器のそれぞれの発振位相をずらし
て前記複数のパルスレーザ発振器を順次駆動する手段
と、前記複数のパルスレーザ発振器から出射されるビー
ムの光路を一致させる手段と、少なくともひとつの振幅
マスクと、前記振幅マスクを通過するビームを複数のビ
ームに分岐する位相格子と、前記振幅マスクの実像を被
加工物上に結像する手段とを備え、前記振幅マスクの複
数の実像を被加工物に照射することを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】また本発明のレーザ加工装置は、前記位相
格子は、少なくとも光路と直交する面内で回転させる手
段を備えていることを特徴とする。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また本発明のレーザ加工装置は、被加工物
を照射する前記複数の実像を楕円偏光にする手段を備え
てなることを特徴とする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】本発明のレーザ加工方法は、複数のパルス
レーザ発振器のそれぞれの発振位相をずらして前記複数
のパルスレーザ発振器を順次駆動し、前記複数のパルス
レーザ発振器から出射されるビームを振幅マスクへ照射
し、前記振幅マスクを通過するビームを前記位相格子に
より分岐した後に、前記振幅マスクの複数の実像を基板
上に被着された透光性導電膜に照射し、前記基板または
前記複数のビームを移動することにより、前記透光性導
電膜に溝を形成することを特徴とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】本発明の液晶パネルは、複数のパルスレー
ザ発振器のそれぞれの発振位相をずらして前記複数のパ
ルスレーザ発振器を順次駆動し、前記複数のパルスレー
ザ発振器から出射されるビームを振幅マスクへ照射し、
前記振幅マスクを通過するビームを前記位相格子により
分岐した後に、前記振幅マスクの複数の実像を基板上に
被着された透光性導電膜に照射し、前記基板または前記
複数のビームを移動することにより、前記透光性導電膜
にストライプ状の溝が形成された電極を備えて成ること
を特徴とする。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】削除

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】削除

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】削除

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】削除

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】削除

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】削除

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】削除

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】削除

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】削除

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】削除

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】削除

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】削除

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】削除

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】削除

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】削除

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】削除

【手続補正２３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】削除

【手続補正２４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】削除

【手続補正２５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】削除

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H092 GA13 HA04 JB05 MA12 MA35 NA01 NA07 NA29 4E068 CA01 CA03 CA05 CA08 CB08 CD02 CD03 CD05 CD06 CD10 CD14 CE01 DA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも、複数のパルスレーザ発振器
と、前記複数のパルスレーザ発振器のそれぞれの発振位
相をずらして前記複数のパルスレーザ発振器を順次駆動
する手段と、前記複数のパルスレーザ発振器から出射さ
れるビームの光路を一致させる手段と、少なくともひと
つの振幅マスクと、前記振幅マスクを通過するビームを
複数のビームに分岐する手段と、前記振幅マスクの実像
を被加工物上に結像する手段を備え、前記振幅マスクの
複数の実像を被加工物に照射することを特徴とするレー
ザ加工装置。
【請求項２】前記複数のパルスレーザ発振器が、Ｑスイ
ッチレーザ発振器であることを特徴とする請求項１記載
のレーザ加工装置。
【請求項３】前記複数のＱスイッチレーザ発振器が、第
２高調波を出射する固体レーザ発振器であることを特徴
とする請求項２記載のレーザ加工装置。
【請求項４】被加工物を照射する前記複数の実像を楕円
偏光にする手段を備えて成ることを特徴とする請求項１
記載のレーザ加工装置。
【請求項５】前記分岐する手段を少なくとも光路と直交
する面内で回転させる手段を備えて成ることを特徴とす
る請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項６】前記分岐する手段が位相格子であることを
特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。
【請求項７】前記振幅マスクの前に光インテグレータを
備えて成ることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工
装置。
【請求項８】少なくとも、パルスレーザ発振器と、前記
パルスレーザ発振器を駆動する手段と、振幅マスクと、
前記振幅マスクを通過するビームを複数のビームに分岐
する手段と、前記振幅マスクの実像を被加工物上に結像
する手段を備え、前記振幅マスクの複数の実像を被加工
物に照射することを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項９】前記パルスレーザ発振器が、Ｑスイッチレ
ーザ発振器であることを特徴とする請求項８記載のレー
ザ加工装置。
【請求項１０】前記Ｑスイッチレーザ発振器が、第２高
調波を出射する固体レーザ発振器であることを特徴とす
る請求項９記載のレーザ加工装置。
【請求項１１】被加工物を照射する前記複数の実像を楕
円偏光にする手段を備えて成ることを特徴とする請求項
８記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】前記分岐する手段を少なくとも光路と直
交する面内で回転させる手段を備えて成ることを特徴と
する請求項８記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】前記分岐する手段が位相格子であること
を特徴とする請求項８記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】前記振幅マスクの前に光インテグレータ
を備えて成ることを特徴とする請求項８記載のレーザ加
工装置。
【請求項１５】複数のパルスレーザ発振器のそれぞれの
発振位相をずらして前記複数のパルスレーザ発振器を順
次駆動し、前記複数のパルスレーザ発振器から出射され
るビームを振幅マスクへ照射し、前記振幅マスクを通過
するビームを分岐した後に、前記振幅マスクの複数の実
像を基板上に被着された透光性導電膜に照射し、前記基
板または前記複数のビームを移動することにより、前記
透光性導電膜に溝を形成することを特徴とするレーザ加
工方法。
【請求項１６】前記透光性導電膜膜がＩＴＯ膜であるこ
とを特徴とする請求項１５記載のレーザ加工方法。
【請求項１７】前記レーザ発振器が第２高調波用ＹＡＧ
レーザ発振器であることを特徴とする請求項１５記載の
レーザ加工方法。
【請求項１８】前記レーザ発振器が第２高調波用ＹＬＦ
レーザ発振器であることを特徴とする請求項１５記載の
レーザ加工方法。
【請求項１９】パルスレーザ発振器から出射されるビー
ムを振幅マスクへ照射し、前記振幅マスクを通過するビ
ームを分岐した後に、前記振幅マスクの複数の実像を基
板上に被着された透光性導電膜に照射し、前記基板また
は前記複数のビームを移動することにより、前記透光性
導電膜に溝を形成することを特徴とするレーザ加工方
法。
【請求項２０】前記透光性導電膜膜がＩＴＯ膜であるこ
とを特徴とする請求項１９記載のレーザ加工方法。
【請求項２１】前記レーザ発振器が第２高調波用ＹＡＧ
レーザ発振器であることを特徴とする請求項１９記載の
レーザ加工方法。
【請求項２２】前記レーザ発振器が第２高調波用ＹＬＦ
レーザ発振器であることを特徴とする請求項１９記載の
レーザ加工方法。
【請求項２３】複数のパルスレーザ発振器のそれぞれの
発振位相をずらして前記複数のパルスレーザ発振器を順
次駆動し、前記複数のパルスレーザ発振器から出射され
るビームを振幅マスクへ照射し、前記振幅マスクを通過
するビームを分岐した後に、前記振幅マスクの複数の実
像を基板上に被着された透光性導電膜に照射し、前記基
板または前記複数のビームを移動することにより、前記
透光性導電膜にストライプ状の溝が形成された電極を備
えて成ることを特徴とする液晶パネル。
【請求項２４】パルスレーザ発振器から出射されるビー
ムを振幅マスクへ照射し、前記振幅マスクを通過するビ
ームを分岐した後に、前記振幅マスクの複数の実像を基
板上に被着された透光性導電膜に照射し、前記基板また
は前記複数のビームを移動することにより、前記透光性
導電膜ににストライプ状の溝が形成された電極を備えて
成ることを特徴とする液晶パネル。