JP3148011B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイにお
けるコーティングや異物を除去するに適用されるレーザ
加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２はレーザ加工装置の構成図である。
ＸＹテーブル１上には液晶ディスプレイ２が載置されて
いる。なお、ＸＹテーブル１の下方には、透過照明ユニ
ット３が配置され、これからの照明光Ｐ１が液晶ディス
プレイ２の中空孔１ａを通って液晶ディスプレイ２に照
射されている。

【０００３】この液晶ディスプレイ２は、液晶ディスプ
レイ駆動装置４により駆動するもので、その構成は図３
に示す如くとなっている。各ガラス基板５、６が支持体
７により支持されて対向配置され、このうち一方のガラ
ス基板５に各画素電極８−１、８−２…が配列され、他
方のガラス基板６に各カラーフィルタ９−１、９−２…
が各画素電極８−１、８−２…と対向するように配置さ
れている。又、各カラーフィルタ９−１、９−２…上に
は共通電極１０が形成され、さらに配向膜１１、１２が
形成され、これら配向膜１１、１２の間に液晶１３が封
入されている。

【０００４】一方、レーザ発振器１５から出力されるレ
ーザ光Ｒは、光学レンズ系１６により径の大きい平行光
に変換され、ミラー１７及びビームスプリッタ１８を通
ってスリット板１９に導かれる。

【０００５】又、アライメント光源２０から放射された
白色光Ｈは、光学レンズ２１径の大きい平行光に変換さ
れ、上記ビームスプリッタ１８を通ってスリット板１９
に導かれる。

【０００６】このスリット板１９には、加工に応じたリ
ングスリットや円形の孔が形成されており、このスリッ
ト板１９を通過した、例えばリング状のレーザ光Ｒａ及
び白色光Ｈは結像光学系２２に導かれている。

【０００７】この結像光学系２２では、ダイクロイック
ミラー２３において入射したレーザ光Ｒａ及び白色光Ｈ
が反射し、集光レンズ２４を通して液晶ディスプレイ２
に照射される。

【０００８】又、液晶ディスプレイ２からの光は、集光
レンズ２４、ダイクロイックミラー２３を通り、さらに
ビームスプリッタ２５、結像レンズ２６を通ってＣＣＤ
カメラ２７に入射する。そして、このＣＣＤカメラ２７
により撮像された液晶ディスプレイ２の画像はモニタテ
レビジョン２９に映し出される。

【０００９】なお、落射照明２８から放射された光Ｐ２
は、ビームスプリッタ２５で反射し、ダイクロイックミ
ラー２３、集光レンズ２４を通って液晶ディスプレイ２
に照射されている。

【００１０】かかる構成において、図３に示す液晶ディ
スプレイ２の異物Ｇを除去する場合、先ず、アランメン
ト光源２０が点灯され、その白色光Ｈがスリット板１９
及び結像光学系２２を通して液晶ディスプレイ２に照射
される。

【００１１】この状態において位置決め駆動装置３０に
よって液晶ディスプレイ２上の白色光Ｈの位置が、異物
Ｇの存在する画素電極８−２に位置決めされる。

【００１２】この後、レーザ発振器１５からレーザ光Ｒ
が出力され、このレーザ光Ｒが光学レンズ系１６、スリ
ット板１９及び結像光学系２２を通して図３に示すよう
に液晶ディスプレイ２の画素電極８−２に照射される。
これにより、画素電極８−２がリング状に加工処理さ
れ、この画素電極８−２と共通電極１０との異物Ｇによ
る短絡が除去される。

【００１３】ところで、上記液晶ディスプレイ２は、そ
の表面が平面であるが、これが平面でなく一定の曲率半
径を有するガラスパネルのコーティング面を除去する場
合には、ＸＹテーブル１を移動させてレーザ光の照射位
置とその除去位置とを位置決めすることになる。

【００１４】ところが、ガラスパネルに曲率があるため
に、レーザ光の照射方向を一旦ガラスパネル面に対して
垂直方向に合わせても、この照射位置がずれると、レー
ザ光はガラスパネル面に対して垂直方向に照射されなく
なる。すなわち、図４に示すようにガラスパネル３１の
面に対してレーザ光が垂直方向に照射されれば、コーテ
ィング面でのレーザ光の断面形状は、レーザ出力時の断
面形状と相似のリング状、又は図５に示すように円形と
なる。

【００１５】しかし、図６に示すようにレーザ光がガラ
スパネル３１の面に対して斜め方向から照射されると、
レーザ光の入射時に収差を生じ、かつ焦点距離がガラス
パネル３１への入射角度によって異なる。このため、コ
ーティング面でのレーザ光の断面形状は、円形のレーザ
光を照射しても図６に示すように変形してしまう。従っ
て、コーティング面を円形に除去、つまり所望パターン
に除去できなくなる。

【００１６】又、レーザ発振器１５としてパルスレーザ
を用いた場合に、レーザ光がガラスパネル３１に斜め方
向に照射したとき、１パルスレーザでは所望パターンに
加工できないため、複数のパルスレーザを照射して加工
パターンを整形しなければならない。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように一定の曲
率半径を有するガラスパネル３１のコーティング面を除
去する場合、レーザ光がガラスパネル３１の面に対して
垂直方向に照射されなければ、コーティング面を所望パ
ターンに除去できない。

【００１８】そこで本発明は、一定の曲率半径を有する
被処理体の加工位置によらず所望パターンのレーザ加工
ができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の曲率半
径に形成された被処理体に対してレーザ光を照射して被
処理体に対する加工処理を行うレーザ加工装置におい
て、レーザ光を集光して被処理体に照射する集光レンズ
と、被処理体に対して垂直方向にレーザ光を照射したと
きのレーザ照射位置を基準位置とし、この基準位置から
加工位置までの距離及び被処理体の曲率半径から集光レ
ンズの移動量を求める演算機能を備えた移動駆動制御部
とを備えて上記目的を達成しようとするレーザ加工装置
である。

【００２０】

【作用】このような手段を備えたことにより、下記の作
用が行われる。レーザ光を集光レンズを通して曲率半径
を有する被処理体に照射した場合、この被処理体に対し
てレーザ光を垂直方向に照射したときのレーザ照射位置
を基準位置とする。加工位置がこの基準位置からずれて
いる場合、基準位置から加工位置までの距離及び曲率半
径により求められる移動量に従って集光レンズを移動駆
動制御部により移動させる。この状態でレーザ光を集光
レンズを通して被処理体に照射される。これにより、所
定の曲率半径を有する被処理体であっても、加工位置に
よらず所望パータンで加工ができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００２２】図１はレーザ加工装置の構成図である。Ｘ
Ｙテーブル４０上には、一定の曲率半径Ｒを有するガラ
スパネル４１が載置されている。なお、ＸＹテーブル４
０には、Ｘ軸モータ４２及びＹ軸モータ４３が設けられ
ている。

【００２３】一方、ＥＯ／Ｑスイッチを備えたＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザ発振器５０が設けられている。このレーザ発
振器５０のレーザ出力光路上には、コリメータレンズ系
５１が配置されている。このコリメータレンズ系５１
は、レーザ光の径を拡大しかつ平行光に変換出力するも
ので、その変換されたレーザ光はミラー５２からビーム
スプリッタ５３を通ってマスク５４に導かれるものとな
っている。

【００２４】又、白色光を放射するアライメント光源５
５が設けられ、この光源５５から放射された白色光は、
コリメータレンズ系５６により所定の径でかつ平行光に
変換され、上記ビームスプリッタ５３を通ってマスク５
４に導かれるものとなっている。

【００２５】このマスク５４には、ガラスパネル４１の
コーティングを除去するパターンが形成されており、こ
のマスク５４を通過したレーザ光及び白色光は結像光学
系６０に導かれている。

【００２６】このマスク５４を通過したレーザ光及び白
色光の光路上には、ビームスプリッタ６１が配置されて
いる。このビームスプリッタ６１の一方の分岐光路上に
は、ビームスプリッタ６２が配置され、他方の分岐光路
には各ミラー６３、６４が配置され、これらミラー６
３、６４より反射したレーザ光は上記ビームスプリッタ
６２に入射するものとなっている。

【００２７】このビームスプリッタ６２の出力光路上に
は、ビームスプリッタ６５が配置され、このビームスプ
リッタ６５の一方の分岐光路上に集光レンズ６６が配置
されている。

【００２８】この集光レンズ６６はレンズホルダー６７
によってＸＹテーブル４０の上方に配置され保持されて
いる。このレンズホルダー６７はレンズ駆動機構６８に
よりＸＹＺ軸方向に移動するものとなっている。なお、
このレンズ駆動機構６８には、ＸＹＺ軸の各モータ６９
が設けられている。

【００２９】移動駆動制御部７０は、Ｘ軸モータ４２、
Ｙ軸モータ４３及び各モータ６９を駆動制御するもの
で、ガラスパネル４１に対して垂直方向にレーザ光を照
射したときのレーザ照射位置を基準位置とし、この基準
位置から加工位置までの距離及びガラスパネル４１の曲
率半径により求められる移動量に従って集光レンズ６６
を移動させる機能を有している。

【００３０】なお、ビームスプリッタ６５の他方の分岐
光路上には、ＣＣＤカメラ７１が配置され、その出力画
像信号がモニタテレビジョンに送られている。

【００３１】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。

【００３２】アライメント光源５５から放射された白色
光は、コリメータレンズ系５６により所定径の平行光に
変換され、ビームスプリッタ５３を通ってマスク５４に
入射する。このマスク５４では、ガラスパネル４１のコ
ーティングを除去するパターンに形成された白色光が通
過し、この白色光が結像光学系６０に伝達される。

【００３３】この結像光学系６０において、マスク５４
からの白色光は、各ビームスプリッタ６１、６１及び６
５を通って集光レンズ６６に伝達され、この集光レンズ
により集光されてガラスパネル４１上に照射される。

【００３４】この状態に、移動駆動制御部７０は、各モ
ータ６９を駆動して集光レンズ６６のｘｙｚ位置を調整
する。この位置調整は、アライメント用の白色光がガラ
スパネル４１面に対して垂直方向に入射し、かつガラス
パネル４１のコーティング上で結像するように行われ
る。すなわち、レーザ光が、ガラスパネル４１面に対し
て垂直方向で、かつコーティング上で結像するように集
光レンズ６６の位置調整が行われる。そして、このとき
のレーザ照射位置が基準位置となる。

【００３５】次にコーティング除去加工点が、基準位置
からＸ軸方向にｘｄ、Ｙ軸方向にｙｄだけずれた位置に
ある場合について説明する。

【００３６】ガラスパネル４１の曲率半径がＲで、集光
レンズ６６の焦点距離がｆであると、コーティング除去
加工点における法線は、基準位置におけるレーザ光軸に
対して次の傾きを持つことになる。すなわち、 Ｙ座標ｙｄのＸＺ平面内で角度θxz θxz＝ sin^-1｛ｘｄ／（Ｒ² −ｙｄ² ）^1/2 ｝ …(1) Ｘ座標ｘｄのＹＺ平面内で角度θyz θyz＝ sin^-1｛ｙｄ／（Ｒ² −ｘｄ² ）^1/2 ｝ …(2) である。

【００３７】そこで、ガラスパネル４１のコーティング
除去加工点においてレーザ光を垂直方向に照射するため
に、集光レンズ６６のＸＹ位置が調整される。

【００３８】ところで、レーザ光の中心に対して集光レ
ンズ６６をＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれｘｒ、ｙｒだ
けずらした場合、レーザ光軸はガラスパネル４１に対し
て次の傾きを持つことになる。すなわち、 ＸＺ平面内では角度θxz θxz＝ tan^-1（ｘｒ／ｆ） …(3) ＹＺ平面内では角度θyz θyz＝ tan^-1（ｙｒ／ｆ） …(4) である。

【００３９】そこで、上記の如くコーティング除去加工
点が基準位置からＸ軸方向にｘｄ、Ｙ軸方向にｙｄだけ
ずれた位置にある場合、このコーティング除去加工点で
レーザ光をガラスパネル４１の面に対して垂直方向に照
射するには、集光レンズ６６を次の移動量だけ移動させ
ればよい。すなわち、 ｘｒ＝ｆ＊ tan［ sin^-1｛ｘｄ／（Ｒ² −ｙｄ² ）^1/2 ｝］ …(5) ｙｒ＝ｆ＊ tan［ sin^-1｛ｙｄ／（Ｒ² −ｘｄ² ）^1/2 ｝］ …(6) となる。

【００４０】このように集光レンズ６６をＸＹ軸方向で
移動させることは、レーザ光軸に対して垂直な平面内で
の移動に相当し、これにより焦点距離や焦点位置が変わ
ることはない。

【００４１】又、ガラスパネル４１は曲率半径Ｒを有し
ているので、ずれｘｄ、ｙｄに対して距離ｚｒ ｚｒ＝Ｒ−｛Ｒ² −（ｘｄ² ＋ｙｄ² ）² ｝^1/2 …(7) だけ表面の位置が低下している。従って、この距離だけ
集光レンズ６６の位置を下降させることになる。

【００４２】以上のように移動駆動制御部７０は、コー
ティング除去加工点が、基準位置からＸ軸方向にｘｄ、
Ｙ軸方向にｙｄだけずれていた場合、上記式(5)(6)及び
式(7) を演算することによって、Ｘ軸方向にｘｒ、Ｙ軸
方向にｙｒ及びＺ軸方向にｚｒだけ集光レンズ６６の位
置を移動制御する。

【００４３】この位置制御後、レーザ発振器５０からレ
ーザ光が出力されると、このレーザ光は、コリメータレ
ンズ系５１によりその径が拡大されかつ平行光に変換さ
れ、さらにミラー５２、ビームスプリッタ５３を通って
マスク５４に導かれる。

【００４４】このマスク５４では、ガラスパネル４１の
コーティングを除去するパターンに形成されたレーザ光
が通過し、このレーザ光が結像光学系６０に伝達され
る。

【００４５】この結像光学系６０において、マスク５４
からのレーザ光は、ビームスプリッタ６１で分岐し、各
ミラー６３、６４で反射してビームスプリッタ６２に入
射し、さらにこのビームスプリッタ６２からビームスプ
リッタ６５を通って集光レンズ６６に伝達される。そし
て、レーザ光は、集光レンズにより集光されてガラスパ
ネル４１上のコーティング除去加工点に照射される。

【００４６】このとき、レーザ光は、ガラスパネル４１
の面に対して垂直方向に照射され、コーティング除去加
工点においてマスク５４のパターンに相似した形状でコ
ーティングが除去される。

【００４７】このように上記一実施例においては、ガラ
スパネル４１に対してレーザ光を垂直方向に照射したと
きのレーザ照射位置を基準位置とし、この位置から加工
位置がずれている場合、基準位置からコーティング除去
加工点までの距離及び曲率半径Ｒにより求められる移動
量に従って集光レンズ６６を移動させるようにしたの
で、曲率半径Ｒを有するガラスパネル４１のコーティン
グ除去加工点の位置によらず、マスク５４のパターン形
状をコーティング除去加工点で変形させずに、そのマス
クパータンの形状でコーティング除去加工ができる。
又、レーザ発振器５０としてパルスレーザを用いた場合
でも、１パルスのレーザ光で所望のパターンでコーティ
ング除去加工ができる。

【００４８】なお、本発明は上記一実施例に限定される
ものでなくその要旨を変更しない範囲で変更してもよ
い。例えば、ガラスパネル４１にレーザ光を垂直方向に
照射させる方法としては、集光レンズ６６を移動させる
他に、ビームスプリッタ６５又はミラー６４を回転して
レーザ光の反射角を変えるようにしてもよい。

【００４９】又、ガラスパネル４１のコーティング除去
に適用するのみでなく、所定の曲率半径を有するものの
加工処理にも適用できる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、一
定の曲率半径を有する被処理体の加工位置によらず所望
パターンのレーザ加工ができるレーザ加工装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザ加工装置の一実施例を示
す構成図。

【図２】従来装置の構成図。

【図３】従来装置に適用した液晶ディスプレイの構成
図。

【図４】同液晶ディスプレイに対してレーザ光が垂直方
法に照射された場合を示す図。

【図５】同液晶ディスプレイに対してレーザ光が垂直方
法に照射された場合のレーザ断面形状図。

【図６】液晶ディスプレイに対してレーザ光が斜めに照
射された場合を示す図。

【図７】液晶ディスプレイに対してレーザ光が斜めに照
射された場合のレーザ断面形状図。

【符号の説明】 ４０…ＸＹテーブル、４１…ガラスパネル、５０…レー
ザ発振器、５４…マスク、５５…アランメント光源、６
０…結像光学系、６６…集光レンズ、６７…レンズホル
ダー、６８…レンズ駆動機構、６９…モータ、７０…移
動駆動制御部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の曲率半径に形成された被処理体に
   対してレーザ光を照射して前記被処理体に対する加工処
   理を行うレーザ加工装置において、 前記レーザ光を集光して前記被処理体に照射する集光レ
   ンズと、前記被処理体に対して垂直方向に前記レーザ光
   を照射したときのレーザ照射位置を基準位置とし、この
   基準位置から加工位置までの距離及び前記被処理体の曲
   率半径から前記集光レンズの移動量を求める演算機能を
   備えた移動駆動制御部とを具備したことを特徴とするレ
   ーザ加工装置。