JP2010201446A - レーザを用いたマーキング方法及び該マーキング方法によるフラットパネルディスプレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザビームを用いてガラス表面にマーキングを構成するセルを形成するに際し、ガラスにクラックやカスレが生じることのないマーキング方法及び該マーキング方法によるフラットパネルディスプレイの製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス表面にレーザビームを照射して複数のセルからなるマーキングを施す際に、基本波長のレーザビームから第２高調波のレーザビームを波長変換素子３６によって光共振器の光路上に生成する。波長変換素子３６にはＰＩＤ式ペルチェ素子３７が付設され、該ペルチェ素子３７は温度検出素子４１の温度検出作用下にペルチェドライバ３９によりフィードバック制御され、一定の温度に保持され、安定化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラスの表面にレーザビームを照射してマーキングを行う方法及びそのマーキング方法を利用したフラットパネルディスプレイの製造方法に関する。

従来から、レーザビームを照射してガラスにマーキングする方法が広汎に利用されている。トレイサビリティ等のためである。例えば、特許文献１には、ガラスの表面にマーキングする際、先ず、ガラスにクラックを生じさせない程度の低いエネルギーレベルのレーザビームを照射後、それよりも相対的に高いエネルギーレベルのレーザビームを照射して刻印する方法が開示されている。特に、特許文献１の従来技術は、レーザビームによって、予め低レベルのエネルギーを被マーキング対象物上に照射して印字部位に予熱を与え、次いで高レベルのエネルギーを有するレーザビームで実質的な印字を行う技術的思想である。また、特許文献２には、強化ガラスの引張応力層をその両面で挟む圧縮応力層に強化ガラスの表面を傷つけることなく、マーキングする方法が開示されている。なお、この特許文献２には、レーザビームのパルスエネルギーが０．０５〜５．０ミリジュールであるとの記載がある。さらに、特許文献３には、波長が３００ｎｍ以下のパルス状レーザビームを固体レーザから発振させ、該パルス状レーザビームによるレーザスポットを、ガラスの表面の同一個所に複数回照射するように走査してマーキングする方法が開示されている。

特開２００３−１３６２５９ 特開２００４−３２３２５２ 特開平１０−１０１３７９

マーキング、例えば、二次元コードの場合には、複数個の単位セルを二次元的に並設して情報を描出する。

なお、ここで、「セル」とは、線や点の如くマークを構成する部位のことであり、例えば、一筆書きができる形状も含む。このようなマークとしては、例えば、ＱＲコード、バーコード、文字等が含まれる。

図６に、一般的なコードの一例としてＱＲコードを示す。このＱＲコードは、基本的には、３つの位置決め用シンボルＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃と、頂点検出用セルＴと、タイミングセルＭと、データ領域Ｄで構成され、特に、位置決め用シンボルＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃とタイミングセルＴとは、複数個の単位セルを組み合わせて形成されている。前記単位セルについては、種々の描出方法があるが、例えば、渦巻き形状であってもよい。特許第３５５７５１２号公報及び特許第４０９８９３７号公報には、この渦巻き状セルで形成された二次元バーコードのマーキング方法についての技術が開示されている。

ところで、通常のバーコードや二次元バーコード等からなるマーキングをガラス表面に対して施そうとする時、当該ガラスにクラックが発生する場合がある。

さらに、ガラス表面にマーキングを施そうとする際に、該マーキングを構成するセルの一部に欠落が生じたり、或いはセルを構成する線分等が明瞭に描出されない場合が生ずる。これをセルの「カスレ」と呼称する。これを図６〜図８に示す。さらに、クラックの大きさによっては、焼成時にガラスが割れる場合も生ずる。

斯様にクラックやカスレが生起すると、マーキング自体から正確な情報の読み取りが困難となり、結局、マーキングの品質が劣るという不都合を露呈する。図７はＱＲコードにクラックとカスレが生じている状態を示し、図８Ａはレーザビームによって正常にセルが形成された状態の拡大斜視図、図８Ｂはセルにクラックが生じた状態の拡大斜視図である。図７や図８Ｂから渦巻き形状に刻印されるべきセルに欠落部分が存在していることが容易に諒解されよう。

クラックの発生については種々の原因が推察可能であるが、特に、レーザビームを用いてバーコード等をガラス表面上に刻印しようとする際、パルス幅の小さい且つ高エネルギーのレーザビームが短時間に照射されることによる熱応力に基因すると考えられる。さらに、レーザビーム一本分のサイズを越えるクラックが生ずることによっても熱分布による応力がクラック部分に集中し、ガラスが割れる原因になることもある。

一方、カスレの発生についてもいろいろな理由が考えられるが、ガラス表面へのマーキング加工開始時に、レーザビームのパルスエネルギーが安定しないこともその一つの理由として掲げられよう。

従って、本発明の目的は、レーザビームのパルス幅をガラス表面にマーキングが可能な値に設定制御することで安定且つ確実に刻印し、しかもガラスに対し刻印時のクラックの発生を阻止し、併せてカスレの発生も回避することが可能なマーキング方法及び該マーキング方法によるフラットパネルディスプレイの製造方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、請求項１で規定される発明は、レーザビームを照射してガラスの表面にマーキングを施すマーキング方法であって、基本波長のレーザビームを生成する工程と、前記基本波長のレーザビームから波長変換素子を介して変調された高調波レーザビームを生成する工程と、前記変調されたレーザビームをシャッターを介してガラス表面上に照射してマーキングする工程とを有し、前記波長変換素子における前記基本波長のレーザビームを変調する間の温度範囲が４８℃〜５２℃であり、該レーザビームのパルス幅が４０ｎｓ〜６０ｎｓの範囲となるように制御することを特徴とする。

前記請求項１で規定される発明によれば、波長変換素子におけるレーザビームの変調のための温度範囲が４８℃〜５２℃に制御され、しかもレーザビームのパルス幅が４０ｎｓ〜６０ｎｓの範囲となるように制御されるので、ガラス表面への安定したマーキングが可能であるとともに、クラックやカスレの生じることのないマーキングを施すことができる。

請求項２で規定される発明は、レーザビームのピークパワーが、５．５×１０⁹〜１．５×１０¹⁰Ｗ／ｃｍ²の範囲内であり、且つレーザビームのエネルギー密度が３．３×１０²〜５．４×１０²Ｊ／ｃｍ²であることを特徴とする。

斯様にレーザビームのピークパワーを制御し、また、エネルギー密度を制御することにより、ガラス表面へのマーキングを施す際に、熱応力に基因する不都合を回避し、しかもマーキング自体が正確に行われるために読み取りが困難となる難点を生じることもない。

請求項３で規定される発明は、請求項１又は２に記載のマーキング方法を用いてマークを形成する工程を有するフラットパネルディスプレイの製造方法である。

フラットパネルディスプレイを構成するガラス表面に本願発明のマーキング方法を用いてマーキングを施せば、該マーキングの読み取り時にフォーカス制御が容易となり、誤りなくマーキングで表された情報を読み取ることができ、トレイサビリティに好適である。

本発明によれば、レーザビームを生成するための波長変換素子の温度範囲を制御し、しかも該レーザビームのパルス幅を４０ｎｓ〜６０ｎｓに制御することによりガラス表面に該レーザビームによりマーキングしようとする場合に、当該ガラス自体にクラックやカスレが生じることのない、しかも品質に優れ、且つ読み取りも正確で容易なマーキングを施すことができる。

さらに、前記マーキング方法を用いてフラットパネルディスプレイを製造すれば、該フラットパネルディスプレイを構成するガラス表面のマークが支障なく読み取ることができ、トレイサビリティにおいても十分な情報を提供することが可能となる。

本実施の形態に係るマーキング方法を実施するレーザマーキング装置の全体説明図である。 図１に示すマーキング方法を実施するためのレーザ装置の内部構成を示す模式図である。 図１に示すレーザマーキング装置において、波長変換素子の制御温度とレーザビームのパルス幅と、レーザ出力との関係を示す特性曲線図である。 図１に示すレーザマーキング装置を用いてガラス表面にマーキングを構成するセルの描出を示す説明図である。 本実施の形態に係るマーキング方法が適用されるプラズマディスプレイパネルの一部省略斜視説明図である。 ＱＲコードの一部省略説明図である。 ＱＲコードにクラックやカスレが生じた状態の説明図である。 図８Ａは図７に示すセルが正常に刻印された状態の拡大斜視図、図８Ｂは図８Ａに示すセルにクラックが生じた場合の拡大斜視図である。 従来技術に係る波長変換素子とパルス幅との関係を示すグラフである。 レーザビームのパルス幅範囲とＱＲコードの読み取りの可否を示す表である。 レーザビームのピークパワーとＱＲコードの読み取りの可否を示す表である。 レーザビームのエネルギー密度とＱＲコードの読み取りの可否を示す表である。

以下、本発明に係るレーザを用いたマーキング方法及び該マーキング方法を利用するフラットパネルディスプレイの製造方法につき、それを実施する装置との関係で、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、本発明に至った知見について概略説明する。

本発明者等はレーザ発振器を構成する波長変換素子が極めて温度依存性が高いことを確認している。従来、波長変換素子（ＬＢＯの結晶）は制御温度を固定し、レーザ出力が最大となるように光軸調整を行っている。この場合、図９に示すように、レーザ出力を最大となるように設定しようとすると、そのパルス幅は３２ｎｓ〜３３ｎｓとなり、なお、その際の波長変換素子の制御温度は約５０．７℃〜５１．７℃の範囲で固定されている。

しかしながら、ガラス表面にマーキングするには必ずしもレーザビームの出力を最大に確保する必要はない。本願の発明者等は、例えば、レーザビームのピーク出力の７０％〜８０％であってもガラス表面に対し十分なマーキングが可能であり、このように出力を抑制すると、レーザビームのパルス幅を大きく拡大して制御が容易になることを見出した。

斯様にガラス表面に刻印が可能な程度のパルス幅を拡大すれば、当該ガラス表面に照射されるレーザビームのピークパワーがクラックを生じる程度には至らず、また、レーザ装置の不安定な動作に基因するカスレも発生することなく、品質の優れたマーキングが可能になるとともに、製品歩留りも向上する。

本発明はかかる知見に基づいてなされたものである。

本実施の形態に係るレーザマーキング装置１０の構成を図１に示す。

このレーザマーキング装置１０は、好ましくは、ＹＡＧレーザを用いるものであって、制御装置１２と、各種情報を入力し且つ表示する操作ユニット１４と、レーザビームを発振するレーザ装置１６、好ましくは、ＹＡＧレーザ装置とを有する。

制御装置１２には、操作ユニット１４が図示しない操作ユニットケーブルを通じて接続されるとともに、レーザ装置１６がマーキング位置情報等を伝送する図示しない外線ケーブルを通じて接続されている。制御装置１２は、前記操作ユニット１４、レーザ装置１６を含めてレーザマーキング装置１０を全体として制御する。

前記操作ユニット１４は、タッチパネルにより操作コマンドを入力し、運転状況等、マーキングに必要な各種情報が表示されるディスプレイを有する。なお、操作ユニット１４は、ディスプレイを備えたパソコンを制御装置１２とＵＳＢケーブル等で接続してもよく、タッチパネル以外のキーボードやマウス等の入力装置であってもよいことは勿論である。

次に、図２に本実施の形態で用いられるレーザ装置１６の内部構造を模式的に示す。このレーザ装置１６は、制御部１８を有し、この制御部１８は前記操作ユニット１４（図１参照）から入力されるマーキングを構成する渦巻状のセルの個数、セルの配置、位置、レーザビームの振り方等のマーキング情報を記憶する記憶部１９と、レーザダイオード（ＬＤ）２０を付勢する電源２２と、Ｑスイッチ付勢用のドライバ２４を有する。レーザダイオード２０は、光ファイバを介してレーザビームを入射する入射レンズ２６に接続されている。前記入射レンズ２６の出力側には、折り返し配置型となるように設けられた一方と他方の終端ミラー２８、３０と、固体レーザ活性媒体３２と、Ｑスイッチ３４とが設けられている。Ｑスイッチ３４は、Ｑスイッチ用ドライバ２４によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。前記入射レンズ２６と固体レーザ活性媒体３２との間には中間ミラー３８が設けられる。

前記中間ミラー３８に関連して高調波分離出力ミラー４０が設けられ、該高調波分離出力ミラー４０の下流側には波長変換素子３６と前記他方の終端ミラー３０が設けられている。なお、前記高調波分離出力ミラー４０を透過したレーザビームのワークに対する照射をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのシャッター４２、該レーザビームをコリメートするエキスパンダレンズ４４が設けられ、前記エキスパンダレンズ４４を経たレーザビームを反射すべくＸ軸偏光ミラー４６、Ｙ軸偏光ミラー４８が具備されるとともに、前記Ｘ軸偏光ミラー４６、Ｙ軸偏光ミラー４８を経たレーザビームは、ｆθレンズ等の集光レンズ５０によってワークの加工部位に焦光される。なお、図２中、参照符号Ｗはワークであるガラスを示す。

以上の構成において、前記一方と他方の終端ミラー２８、３０は、中間ミラー３８と、高調波分離出力ミラー４０とを介して光学的に向かい合って光共振器を構成している。ここで、終端ミラー２８と中間ミラー３８との反射面には、入射レンズ２６から出射されるレーザビームの、例えば、基本波（１０６４ｎｍ）に対するものとして反射性の膜がコーティングされている。一方、終端ミラー３０の反射面には、前記基本波及び第２高調波（例えば、５３２ｎｍ）に対するものとして反射性の膜がコーティングされている。前記高調波分離出力ミラー４０の反射面には前記基本波に対するものとして反射性の膜がコーティングされており、前記第２高調波に対しては透過性の膜がコーティングされている。

固体レーザ活性媒体３２は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧロッドからなり、中間ミラー３８とＱスイッチ３４との間に配置され、この間でレーザビームは連続的又は断続的にポンピングされる。固体レーザ活性媒体３２で生成される基本波長（１０６４ｎｍ）のレーザビームは、中間ミラー３８と、高調波分離出力ミラー４０とを介して終端ミラー２８、３０の間に閉じ込められて増幅される。このように、終端ミラー２８、３０と、中間ミラー３８と、高調波分離出力ミラー４０と、固体レーザ活性媒体３２とによって所望のレーザビームを光共振器内に生成するレーザ発振器が構成されている。

この場合、Ｑスイッチ３４は、例えば、音響光学Ｑスイッチからなり、例えば、高周波ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）方式からなるＱスイッチドライバ２４からの所定の周期で一時中断する高周波電気信号に応動してスイッチング動作を行う。このＱスイッチング動作により、光共振器内で前記高周波電気信号が中断する度毎にピークパワーの極めて高いジャイアントパルスからなるレーザビームが生成される。ここで、高周波ＦＥＴ方式は、バイポーラトランジスタ方式に対して、高周波からなる不要波を低減することができるため、Ｑスイッチ３４の立上げ時と立下げ時の損失を低減し、レーザ出力を向上させることができる。また、バイポーラトランジスタ方式が入力された電流によりＱスイッチング動作を行うのに対し、本実施の形態で用いられる高周波ＦＥＴ方式は入力された電圧によりＱスイッチング動作を行っているため、微量の電力でＱスイッチ３４を動作できる利点がある。

波長変換素子３６は、例えば、角柱状のＬＢＯ（ＬｉＢ₃Ｏ₅）結晶からなり、前記基本波長との非線型相互作用により前記第２高調波のレーザビームを光共振器の光路上に生成し、高調波分離出力ミラー４０へ出力する。ここで、第２高調波のレーザビームのパルス幅は波長変換素子３６の温度により変化するため、ガラス表面にマーキングするために必要なパワー出力を確保できる範囲において、所定のパルス幅となるように前記波長変換素子３６の温度を制御することができる。この場合、本実施の形態では前記波長変換素子３６の温度制御のために、ＰＩＤ式ペルチェ素子３７を用いる。前記ＰＩＤ式ペルチェ素子３７はＰＩＤ式ペルチェドライバ３９によって駆動される。前記ＰＩＤ式ペルチェ素子３７に対する温度のフィードバック制御を行うために、波長変換素子３６には温度検出素子４１が設けられており、前記温度検出素子４１の検出温度信号は制御部１８に導入されてペルチェドライバ３９の付勢制御に利用される。前記ＰＩＤ式ペルチェ素子３７を用いてフィードバック制御すれば、前記波長変換素子３６の温度が安定となる。なお、波長変換素子３６の温度を、基本波長のレーザビームを変調する間の範囲として４８℃〜５２℃、好ましくは５０℃付近に設定すると、該波長変換素子３６の温度が環境温度の影響を受けることなく設定温度に安定して維持される。すなわち、温度設定を４８℃〜５２℃にすると、この温度は環境温度より相当高温であるために、４８℃より大幅に低い環境温度の変化に影響を受けにくいからである。この結果、前記波長変換素子３６から発せられるレーザビームのパルス幅のバラつきを小さく抑えた安定したレーザビームを得ることができる。

前記高調波分離出力ミラー４０の下流側にはシャッター４２、エキスパンダレンズ４４、Ｘ軸偏光ミラー４６、Ｙ軸偏光ミラー４８が設けられ、ｆθレンズ等からなる集光レンズ５０へと続く。シャッター４２はその開閉動作が制御部１８によって行われている。

本発明の実施の形態に係るマーキング方法を実施するためのレーザマーキング装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用及び効果について説明する。

先ず、前記レーザマーキング装置１０では、予め操作ユニット１４を介して図６に示すような（カスレ部分を除く）ＱＲコードを構成するマーキング情報が入力され、制御部１８の記憶部１９に記憶される。具体的には、特許第３５５７５１２号公報に示されるように、渦巻状のセルを複数個組み合せてボーダーセルとタイミングセルとデータ領域からなるＱＲコードが形成される。このＱＲコードの形状の入力に際しては、図４に示すように、ガラスＷ上の第１のセルＸの位置及び第１の部位から第９の部位に係る一筆書きの形状が入力されると共に、前記第１の部位から第９の部位に至る間は、レーザビームの発振周波数を３〜７ｋＨｚ、好ましくは５ｋＨｚに設定する。次いで、第１のセルＸの第９の部位の終端から第２のセルＹの第１の部位の始端に至るまでレーザビームのジャンプを行おうとするとき、レーザビームの発振周波数を、例えば、９９ｋＨｚに設定する。レーザビームの３〜７ｋＨｚの発振周波数は、ワークＷに対し、マーキング、すなわち、それを構成するセルを形成するのに必要且つ十分なパルスエネルギーを得るためのものであり、９９ｋＨｚの発振周波数はセルを形成するには程遠い、すなわち、ガラスＷ上にセルを描出することが完全に回避できるレーザ出力を得るためのものである。

以上のように、予めマーキング情報が記憶部１９に入力されたレーザマーキング装置１０は次のように動作する。

先ず、制御装置１２を駆動しレーザダイオードの電源２２がＯＮされ、記憶部１９からマーキングに必要な情報を前記のように導出すると、制御部１８の内部に設けられたレーザダイオード２０で波長８０８．３〜８０９．６ｎｍのレーザビームが生成される。

前記レーザビームは入射レンズ２６と、中間ミラー３８とを透過し、この中間ミラー３８を透過したレーザビームは前記固体レーザ活性媒体３２とＱスイッチ３４を通過して前記一方の終端ミラー２８に到達し、反射されて再び中間ミラー３８に至る。前記の通り、中間ミラー３８の反射面には基本波（１０６４ｎｍ）を反射する膜がコーティングされているので、該基本波はこの中間ミラー３８で反射されて高調波分離出力ミラー４０に到達する。前記基本波のレーザビームは高調波分離出力ミラー４０から、前記のように４８℃〜５２℃の温度範囲に制御されている波長変換素子３６を経て他方の終端ミラー３０に至り、ここで反射されたレーザビームは再び波長変換素子３６を経て前記高調波分離出力ミラー４０に到達する。そこで、該高調波分離出力ミラー４０を透過した第２高調波（５３２ｎｍ）のレーザビームは開成されているシャッター４２、エキスパンダレンズ４４を経て、Ｘ軸偏光ミラー４６、Ｙ軸偏光ミラー４８で反射された後、集光レンズ５０でワークの加工点に集光するように制御されてガラスＷの表面に至り、所定のセルが形成されて、二次元コードが生成される。

ここで、第２高調波であるグリーンレーザを使用する理由は、以下の通りである。すなわち、ガラス表面にマーキングを施そうとする場合、ガラスの光吸収率を考慮すると、第４高調波が好ましいこともあるが、第２高調波を生成する装置は第４高調波を生成する装置よりも安価であり且つ配線等の取り回しが容易である。しかも水冷却装置等の付帯設備も必要としない。また、維持が簡単で廉価であるとの利点も確認されている。

そこで、より具体的には、高調波分離出力ミラー４０を通過した前記第２高調波のレーザビームは、Ｘ軸偏光ミラー４６と、Ｙ軸偏光ミラー４８とにより、前記第２高調波のレーザビームの照射方向が調整される。Ｘ軸偏光ミラー４６は図示しないＸスキャナにより、Ｙ軸偏光ミラー４８は図示しないＹスキャナにより、そのミラー角度が調整される。照射方向が調整された前記第２高調波のレーザビームはｆθレンズから構成された集光レンズ５０により、Ｘ軸偏光ミラー４６と、Ｙ軸偏光ミラー４８で反射された前記第２高調波のレーザビームを収束してガラスＷの表面上に焦点が結ばれる。なお、集光レンズ５０は、所定の位置に焦点を結ぶために種々の倍率からなる複数のレンズを選択可能とするとより好ましい。

シャッター４２は、制御部１８の制御作用下に、常時開放され、集光レンズ５０を通過した第２高調波のレーザビームはガラスＷに向けて照射され、セルが刻印される。一方、セルを刻印しない場合には、レーザビームはその発振周波数が９９ｋＨｚに制御されるため、ガラスＷに向けてレーザビームが照射されていたにせよ、刻印に必要とされる十分なパルスエネルギーは供給されない。特に、この場合、レーザビームのピークパワーが５．５×１０⁹〜１．５×１０¹⁰Ｗ／ｃｍ²の範囲内であり、且つエネルギー密度が３．３×１０²〜５．４×１０²Ｊ／ｃｍ²であると、ガラスＷの表面に対し、バーコードをクラックやカスレが生じることなく好適に刻印することができる。

本実施の形態では、前記波長変換素子３６は、前記の通り、ＰＩＤ式ペルチェ素子３７によって温度制御される。実際、該波長変換素子３６は、その製造工程、温度条件等によって製造上のバラつきがあることが確認されている。従って、波長変換素子３６はそれを考慮した上で、結晶毎に最適な温度設定がなされ、前記ＰＩＤ式ペルチェドライバ３９によって厳格に温度制御がなされる。この場合、図３に示すように、レーザビームのパルス幅４５ｎｓを得ようとする時、前記ＰＩＤ式ペルチェ素子３７は前記ペルチェドライバ３９と温度検出素子４１の制御下に波長変換素子３６の温度を設定温度５０℃±０．１℃に制御する。その際のレーザ出力は、５ｋＨｚの周波数下に１．６〜１．９Ｗ、好ましくは１．８Ｗである。

すなわち、本実施の形態によれば、レーザ装置に用いられる波長変換素子３６の温度制御を従来技術の如く固定された設定温度で行うのではなく、寧ろ、４８℃〜５２℃の範囲のようにＰＩＤ式ペルチェ素子３７を用いて、該波長変換素子３６の結晶毎に異なる温度でダイナミックにフィードバック制御を行って厳密に管理している。この結果、出射されるレーザビームはそのパルス幅を大きくすることができ、ガラス表面に二次元コード等をマーキングする際、４０ｎｓ〜６０ｎｓ、好ましくは例えば、４５ｎｓに良好に維持することができる。それによって、ガラスＷの表面あるいは内部にクラックやカスレを生じさせることなく品質が良好なバーコードを得ることが可能となる。

図１０〜図１２に本実施形態のマーキング方法を用いてガラス表面にＱＲコードを刻印した際の実験結果を示す。この実験は、レーザビームのパルス幅とピークパワーとエネルギー密度を変化させ、固定式二次元コードリーダ（株式会社東研製 型式Ｔ−ＦＩＲ−３１５１／ＮＥＴ）で読み取ることが出来るか否かを確認するためになされたものである。その際のレーザビームの発振周波数を３ＫＨｚ〜７ＫＨｚに設定した。このようにレーザビームの発振周波数を３ＫＨｚ〜７ＫＨｚに設定した理由は、レーザ出力のマージンを考慮したことによる。一般に、レーザダイオードの劣化を考慮し、レーザ出力のマージンを広くとることが行われる。本実施形態では、ガラス表面に対してマーキングが可能なレーザ出力の範囲であって、マージンを広くできるレーザの発振周波数を選択した。その結果、３ＫＨｚ〜７ＫＨｚが好適であることが確認されたので、この周波数範囲に設定した。

図１０から容易に諒解されるように、パルス幅に関しては、３８．５１ｎｓ〜５９．２０ｎｓの範囲で読み取りが可能であり（Ｏ印で示す、以下同様）、残余のパルス幅では読み取り不能（×印で示す、以下同様）であった。

ピークパワーについては、５．５×１０⁹〜１．５×１０¹⁰Ｗ／ｃｍ²で読み取りが可能（○）であり、残余のピークパワーでは読み取りが不能（×）であった。

エネルギー密度については、３．３×１０²〜５．４×１０²Ｊ／ｃｍ²の範囲で読み取りが可能であり（○）、残余のエネルギー密度では読み取りが不能（×）であった。

次に本実施の形態のマーキング方法をフラットパネルディスプレイ（以下、ＦＰＤとする。）の製造方法に用いる実施例について説明する。先に述べたように、本実施の形態のマーキング方法は、可視光を高効率で透過するガラス素材であっても、表面に確実にマーキングを実施することが可能となる。このため本実施の形態は、平面ガラス基板を使用するＦＰＤの製造工程等に広く利用され、効果を奏することが可能である。

一般的なＦＰＤの製造工程では、例えば、トレイサビリティ用のＱＲコード、あるいは製造工程の位置合わせ用のアライメントマークの形成にガラスマーキング方法が用いられている。ここでは、ＦＰＤの一つであるプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰとする。）について説明する。

まず、ＰＤＰの構造について説明する。図５は本発明の実施の形態におけるＰＤＰ６０の構造を示す斜視図である。ＰＤＰ６０の基本構造は、一般的な交流面放電型ＰＤＰと同様である。図５に示すように、ＰＤＰ６０は前面ガラス基板６２等よりなる前面板６４と、背面ガラス基板６６等よりなる背面板６８とが対向して配置され、その外周部をガラスフリット等からなる封着材によって気密封着されている。封着されたＰＤＰ６０内部の放電空間７０には、Ｎｅ及びＸｅ等の放電ガスが５５ｋＰａ〜８０ｋＰａの圧力で封入されている。

前面板６４の前面ガラス基板６２上には、走査電極７２及び維持電極７４よりなる一対の帯状の表示電極７６とブラックストライプ（遮光層）７８が互いに平行にそれぞれ複数列配置されている。前面ガラス基板６２上には表示電極７６と遮光層７８とを覆うようにコンデンサとしての働きをする誘電体層８０が形成され、さらにその表面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等からなる保護層８１が形成されている。

また、背面板６８の背面ガラス基板６６上には、前面板６４の走査電極７２及び維持電極７４と直交する方向に、複数の帯状のアドレス電極８２が互いに平行に配置され、これを下地誘電体層８４が被覆している。さらに、アドレス電極８２間の下地誘電体層８４上には放電空間７０を区切る所定の高さの隔壁８８が形成されている。隔壁８８間の溝にアドレス電極８２毎に、紫外線によって赤色、青色及び緑色にそれぞれ発光する蛍光体層９０が順次塗布して形成されている。走査電極７２及び維持電極７４とアドレス電極８２とが交差する位置に放電セルが形成され、表示電極７６方向に並んだ赤色、青色、緑色の蛍光体層９０を有する放電セルがカラー表示のための画素になる。

次に、ＰＤＰ６０の製造方法について説明する。まず、前面ガラス基板６２表面に製造工程のトレイサビリティ用のＱＲコード、品番、型番、あるいは位置合わせ用のアライメントマーク等を形成する。マーキング方法は上記の設定条件と同様である。形成位置としては、その後の製造工程でのマーク、コードの読み取りの効率や位置合わせ精度を考慮して、前面ガラス基板６２の画像表示領域外である基板コーナー部に形成する。

次に、前面ガラス基板６２上に、走査電極７２及び維持電極７４と遮光層７８とを形成する。走査電極７２と維持電極７４とを構成する透明電極と金属バス電極は、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングして形成される。透明電極は薄膜プロセス等を用いて形成され、金属バス電極は銀（Ａｇ）材料を含むペーストを所望の温度で焼成して固化している。また、遮光層７８も同様に、黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や黒色顔料をガラス基板の全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、焼成することにより形成される。これらの工程において、前工程にて形成したアライメントマークを使用し、構成部材の形成領域の精度を向上させる。

次に、走査電極７２、維持電極７４及び遮光層７８を覆うように前面ガラス基板６２上に誘電体ペーストをダイコート法等により塗布して誘電体ペースト層（誘電体材料層）を形成する。誘電体ペーストを塗布した後、所定の時間放置することによって塗布された誘電体ペースト表面がレベリングされて平坦な表面になる。その後、誘電体ペースト層を焼成固化することにより、走査電極７２、維持電極７４及び遮光層７８を覆う誘電体層８０が形成される。なお、誘電体ペーストはガラス粉末等の誘電体材料、バインダ及び溶剤を含む塗料である。

次に、誘電体層８０上に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層８１を真空蒸着法により形成する。以上の工程により、前面ガラス基板６２上に所定の構造物が形成されて前面板６４が完成する。

一方、背面板６８は次にようにして形成される。まず、前面ガラス基板６２と同様に背面ガラス基板６６表面へ、ＱＲコード、品番、型番、あるいはアライメントマーク等を形成する。次に背面ガラス基板６６上に、銀（Ａｇ）材料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や、金属膜を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法等によりアドレス電極８２用の構成物となる材料層を形成し、それを所望の温度で焼成することによりアドレス電極８２を形成する。次に、アドレス電極８２が形成された背面ガラス基板６６上にダイコート法等によりアドレス電極８２を覆うように誘電体ペーストを塗布して誘電体ペースト層を形成する。その後、誘電体ペースト層を焼成することにより下地誘電体層８４を形成する。なお、誘電体ペーストはガラス粉末等の誘電体材料とバインダ及び溶剤を含んだ塗料である。

次に、下地誘電体層８４上に隔壁材料を含む隔壁形成用ペーストを塗布して所定の形状にパターニングすることにより、隔壁材料層を形成した後、焼成することにより隔壁８８を形成する。ここで、下地誘電体層８４上に塗布した隔壁用ペーストをパターニングする方法としては、フォトリソグラフィ法やサンドブラスト法を用いることができる。次に、隣接する隔壁８８間の下地誘電体層８４上及び隔壁８８の側面に蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布し、焼成することにより蛍光体層９０が形成される。以上の工程により、背面ガラス基板６６上に所定の構成部材を有する背面板６８が完成する。これらの工程においても、先の工程にて形成したアライメントマークを使用し、構成部材の形成領域の精度を向上させる。

このようにして所定の構成部材を備えた前面板６４と背面板６８とを走査電極７２とアドレス電極８２とが直交するように対向配置して、その周囲をガラスフリットで封着し、放電空間７０にＮｅ、Ｘｅ等を含む放電ガスを封入することによりＰＤＰ６０が完成する。

また、各製造工程の前後において、前面ガラス基板６２表面及び背面ガラス基板６６表面に形成したＱＲコードを読み取り、個々の製造進捗状況を把握することが可能となる。

そして本実施の形態のマーキング方法を用いることによって、ＰＤＰ等の画像表示機器に用いるガラス基板表面にも確実にマーキングすることが可能となり、ＱＲコード読み取りエラーによる生産効率の低下、アライメント精度不良による歩留まり低下を防止することができる。

本発明に係るレーザを用いたマーキング方法、該マーキング方法を用いたフラットパネルディスプレイの製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、波長変換素子はＬＢＯ以外であってもよい。例示すれば、ＫＴＰ等を掲げることができる。さらに、固体レーザ活性媒体はＹＡＧ以外に、ＹＶＯ₄等も好適である。

１０…レーザマーキング装置 １２…制御装置
１４…操作ユニット １６…レーザ装置
２６…入射レンズ ３２…固体レーザ活性媒体
３４…Ｑスイッチ ３６…波長変換素子
３７…ペルチェ素子 ３８…中間ミラー
３９…ペルチェドライバ ４０…高調波分離出力ミラー
４１…温度検出素子 ４２…シャッター
４４…エキスパンダレンズ ４６…Ｘ軸偏光ミラー
４８…Ｙ軸偏光ミラー ５０…集光レンズ

Claims (3)

1. レーザビームを照射してガラスの表面にマーキングを施すマーキング方法であって、
   基本波長のレーザビームを生成する工程と、
   前記基本波長のレーザビームから波長変換素子を介して変調された高調波レーザビームを生成する工程と、
   前記変調されたレーザビームをシャッターを介してガラス表面上に照射してマーキングする工程とを有し、
   前記波長変換素子における前記基本波長のレーザビームを変調する間の温度範囲は４８℃〜５２℃であり、該レーザビームのパルス幅が４０ｎｓ〜６０ｎｓの範囲となるように制御することを特徴とするレーザを用いたマーキング方法。
2. 請求項１に記載のマーキング方法において、
   レーザビームのピークパワーが、５．５×１０⁹〜１．５×１０¹⁰Ｗ／ｃｍ²の範囲内であり、
   レーザビームのエネルギー密度が３．３×１０²〜５．４×１０²Ｊ／ｃｍ²であることを特徴とするレーザを用いたマーキング方法。
3. 請求項１又は２に記載のマーキング方法を用いてマークを形成する工程を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。

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