JP3851665B2 - ショートリング除去方法、除去装置および液晶表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はショートリングの除去方法及び除去装置に関わり、特に液晶表示装置の製造方法等に等に用いるショートリングの除去に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は従来の画像表示装置に対して薄型軽量に製造することが可能であり、ＣＲＴの代替・各種計器類への応用等、幅広い分野に亘って使用されている。この液晶表示装置を製造する工程において特に液晶セルの加工を行うとき、各製造工程において発生する静電気による液晶セルの静電破壊を防止する必要がある。その一例として液晶セルの最外周にショートリングを形成し、液晶セルの外周に設けられた全ての端子を電気的に接続して等電位にする方法がある。
【０００３】
液晶セルはＴＦＴなどの液晶駆動素子が透明基板上に例えばマトリクス状に形成されているアレイ基板と、もう１枚の透明基板とを対向させ、その間隙に液晶を充填させた物である。このうちアレイ基板上の液晶駆動素子は液晶表示装置製造工程中に発生する静電気の影響を受けやすく、これに対する防護策を取る必要がある。アレイ基板上には液晶駆動素子を駆動させる信号を供給するためにアレイ基板周縁部に向かって複数の端子が配設される。これら端子に静電気に起因する電圧が印加される事によって端子の両端に電位差が生じ、液晶駆動素子に過電流が流れ、その結果破壊を受けることになる。このようにして発生する不良をなくすには、その電位差の発生を抑えるために液晶駆動素子の両端の端子を短絡しておけば良い事から、アレイ基板上の全端子を導電体の線によって結線しておく事が一般的である。このようにして設けた結線をショートリングという。
【０００４】
しかし、このような液晶セルを実際に液晶表示装置に組み込んで駆動させるためには、各端子を独立で操作できるように、ショートリングを各端子から除去する必要がある。このショートリングを除去する方法としては、ｉ）スクライブラインをショートリングと端子の間に設けてガラス基板と共に切断する方法、ｉｉ）砥石で研削する方法、ｉｉｉ）電流によるジュール熱で焼き切る方法、ｉｖ）レーザを用いて蒸発させ切断する方法、等が知られている。これらのうち特に前記ｉｖ）の方法は加工精度が高く、液晶セル組立工程中から液晶表示装置への実装直前までの任意の工程の後に実施することが可能なため、広く用いられるようになってきている。このｉｖ）の方法において提案されてきた技術として、ショートリングを部分的に切断する方法（特開昭６１−１２１０８０号公報・特開平４−２２１９２６号公報）がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の各方法では以下のような問題点を生じる。前記ｉ）の方法は、スクライブ時に発生する静電気によって液晶セルが破壊される恐れがある。前記ｉｉ）の方法は、近年液晶表示装置の小形化が進み、基板外周部の端子部分の領域をいかに小さくするかということが重要な技術課題となってきているなか、加工中に随時砥石が減っていくために加工精度を高くすることができないため、微細化の進む端子部分やショートリングに対して適切な加工ができなくなってきている。前記ｉｉｉ）の方法は、液晶セルを構成する素子に過電流が印加される恐れが高いため、用いられることが少なくなっている。前記ｉｖ）の方法は、ショートリングを部分的に切断することからレーザ光の単位時間当たりの照射面積を狭くすることができるため、出力の低いレーザ発振器を使用することができる。副次的に除去手段の小形化や省エネルギ化が可能となる。しかしながらこの方法では図７（ｂ）に示す様にショートリングの一部分が液晶セル上に残留するため、実装する際に隣接する配線が短絡する可能性が高くなり歩留まりが悪かった。また、部分的に加工を行うことから加工部分ごとに位置決めが必要となり、加工速度を高くできないという問題があった。本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高速で信頼性の高いショートリング除去を可能にする方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はレーザ発振器から出力され、光強度分布が均一化されたレーザ光を、端子間を電気的に接続するショートリングに照射し、このショートリングを除去するショートリング除去方法であって、前記ショートリング上の直前にレーザスポットが形成された部位に部分的に重なるか或いは接する位置に次のレーザスポットを形成し、これを順次繰り返し、前記ショートリングが残留して端子間が電気的に短絡しないように除去することを特徴とするショートリング除去方法である。この時、繰り返し形成されるレーザスポットを、所定量オーバラップさせることが好ましい。尚、前記レーザスポットのオーバラップは、該レーザスポットと前記ショートリングとの相対移動速度をＶ、該レーザスポットの直径をＤ、レーザ光繰り返し周波数をｆとしたとき、オーバラップ率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ−Ｖ／ｆ）／Ｄで表される。また、吸収効率の問題からレーザ光としてＱスイッチ動作ＹＡＧレーザ光の基本波、第２高調波、第４高調波、あるいはエキシマレーザ光のうち少なくとも一つを用いることや、加工レンズの汚染を防止しメンテナンス性を向上させるためショートリングへのレーザ光の照射を液晶セルを構成する基板を介して行う事が好ましい。
【０００７】
レーザ光強度向上等の問題からレーザ光のレーザスポットは方形であることが好ましく、このとき加工品質の問題から、レーザスポットの向きがショートリング形状に対して相応しくない状態になった場合ショートリングの除去方向に対応してレーザスポットを回動させるか、ショートリングの除去方向に対応して加工対象を回動させるか、または移動方向が異なる複数の光学系を設け、ショートリングの除去方向に対応した前記光学系を選択し作動させることが好ましい。
【０００８】
また本発明は、端子間を電気的に接続するショートリングが形成された被加工物を保持する保持台と、断続的にレーザ光を出射するレーザ発振手段と、このレーザ発振手段から前記レーザ光を入射して光の強度分布を均一化し、前記ショートリングにレーザスポットを形成する光学手段と、前記光学手段によって形成される前記レーザスポットが前記光学手段によって形成された直前のレーザスポットによって照射された部位に部分的に重なるか或いは接する位置に形成される範囲において前記レーザスポットを被加工物に対して相対的に移動させる移動手段とを備え、前記ショートリングが残留して端子間が電気的に短絡しないように除去することを特徴とするショートリング除去装置である。前記レーザスポットは、所定量オーバラップさせながら相対移動させることが好ましく、前記レーザスポットのオーバラップは、該レーザスポットと前記ショートリングとの相対移動速度をＶ、該レーザスポットの直径をＤ、レーザ光繰り返し周波数をｆとしたとき、オーバラップ率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ−Ｖ／ｆ）／Ｄで表される。また、レーザ発振器はＱスイッチ動作ＹＡＧレーザ光の基本波、第２高調波、第４高調波、あるいはエキシマレーザ光のうち少なくとも一つを出射する物を用いるのが好ましい。
【０００９】
光学手段には被加工物に形成するレーザスポットを方形に加工する手段が設けられているのが好ましく、このとき光学手段はショートリングの除去方向に対応して被加工物に形成するレーザスポットを回動する手段と接続されている事、レーザスポットを方形に加工する手段はショートリングの除去方向に対応して被加工物に形成するレーザスポットを回動する手段と接続されている事、保持台はショートリングの除去方向に対応して加工対象を回動させる手段と接続されている事、あるいはショートリングを除去する方向に対応して移動方向が互いに異なる複数の光学手段を移動させる移動手段を持つ事のうち少なくとも一つを備えることが好ましい。
【００１０】
被加工物は、液晶駆動素子とこの液晶駆動素子を駆動させる信号を供給するための複数の端子及び前記端子間を等電位にするために、端子間を結線してなるショートリングとが配設された透明基板であり、このショートリングの除去の際に上述の各手段を適宜用いることが好ましい。
【００１１】
【作用】
本発明のショートリング除去方法では、レーザ発振器から出力されたレーザ光をレンズで集光し、このレーザ光のレーザスポットをショートリング上に照射する際、加工光学系または加工対象をショートリングに沿ってレーザスポットを連続に移動させることによって、ショートリングを蒸発させ除去する。レーザスポットは方形に整形し、ショートリングの延長方向に沿ってレーザスポットの向きを変えながらショートリング除去を行うことが好ましい。
【００１２】
本発明のショートリング除去装置では、レーザ発振器から出射するレーザ光をミラーあるいは光ファイバにより結像レンズまで導き、この結像レンズによって被加工物上にレーザスポットを形成し、このレーザスポットを部分的に重ね合わせながら被加工物上を移動させることによりショートリングを除去する。
【００１３】
【実施例】
本発明を実施するための装置の構成例を図を用いて説明する。図２はショートリングのレーザ除去装置の一例を示している。レーザ発振器１８から射出されたレーザ光５をレンズ６で集光し、加工対象である液晶セル７上にレーザ光５を照射しながら液晶セル固定用治具１２に据えられた保持台たるＸＹテーブル８をショートリング２に沿って連続的に移動させることで、ショートリング２を除去する。この時の加工光学系９には図３に示すように光ファイバによる光学系を用いることも可能である。液晶セル７は静止状態におき、加工光学系９をＸＹテーブル８上で移動させることで加工することができる。この場合では装置スペースを効率よく使うことができるので、大型の液晶セル７に対して有効な手段となる。レーザ発振手段によって得るレーザ光５の照射は、レーザ光５を機械的なシャッタ１５によってパルス光に変換しあるいはレーザ発振器１８にパルスレーザを用いて断続的な照射を得、これを光学手段である加工光学系９に入射させ、これによって得るレーザスポット１の一部を加工光学系９と被加工物を少しずつ相対移動させながら重ね合わせることで走査していく方法をとる。
【００１４】
ショートリングの構造は、作用を考慮すれば材料として良導体のみを用いたいが、液晶セルの製造工程上の制約から金属膜の多層構造である事が一般的である。具体的にはＴＦＴアレイのショートリングの場合ではＡｌやＣｕ等の良導体層とＳｉ、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、Ｍｏ、Ｔａ等の層からなる多層スパッタ膜である。厚さは１〜２μｍ程度である。ＳＴＮアレイのショートリングではＩＴＯをスパッタで成膜しており、単層構造で０．２μｍ程度の厚さである。
【００１５】
実際に図２および図３に示す加工装置を用いて加工した例について説明する。加工条件がレーザ平均出力３０Ｗ、Ｑスイッチ周波数３ｋＨｚ、移動速度２００ｍｍ／ｓ，レーザスポット径５００μｍに設定された条件において、膜厚０．３μｍの金属膜ショートリング２をＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザを用いて除去した。レーザスポット１のオーバーラップ率は８６．７％であり、これは次のように定義されている。即ち、レーザスポット１と加工対象との相対移動速度をＶ、レーザスポット１の直径をＤ、レーザ光繰り返し周波数ｆとおくとき、オーバーラップ率Ｒは（１）式で示される。
【００１６】
Ｒ＝（Ｄ−Ｖ／ｆ）／Ｄ ・・・（１）
近年の実装技術からの要求により、液晶セル７の端子４のピッチが狭くなっている傾向がある。端子４のピッチが非常に狭くなった超高精細な液晶セル７の場合では、隣り合う端子４間において金属残渣を介した短絡が起こる場合が出てくるので、ショートリング２の残渣を基板上に残しておくことが許されなくなる。図２および図３に示すような単純にレーザ発振器１８から射出されたレーザ光５をレンズ６で集光し照射する方法では、加工点における強度分布が不均一となる。一般的なレーザ光の断面内での強度分布は中心部において強く、周縁部に近付くほど弱くなっていく。このような強度分布のレーザスポットを用いて金属膜を加工すると、レーザ強度の低いレーザスポットの周縁部分で加熱された金属は溶融し液体になるが、液体のままで存在する時間が長い場合があり、このとき溶融した金属は表面張力によって半球状の形態を呈する。この状態での金属のレーザ光の吸収率は低下し、続けて次のレーザスポットがこの金属を照射しても光エネルギが効率よく吸収されないために基板表面に残留して残渣となる。このような半球状の金属残渣はレーザスポットの周縁部が通過した部分で特に多く、その大きさは、おおよそ直径５０μｍ程度である。
【００１７】
こうした場合、図５に示すように加工光学系９にレーザスポットの強度分布を均一化する手段（ビームホモジナイザ）を設けた装置で加工すると問題は解決する。ビームホモジナイザとしてはカライドスコープ１６を使用し、レーザ光強度分布を均一化する。カライドスコープ１６で整形したレーザ光５はレンズ６で集光して液晶セル７上のショートリング２に照射する。カライドスコープによってレーザスポット内のレーザ光強度分布は均一化されるから、レーザスポットの中心部と周縁部では強度分布の差がなくなる事になる。このために蒸発しきれずに固化する金属の量が大幅に減少し、結果として金属残渣も大幅に減少することになる。
【００１８】
ショートリング除去装置に使用されるレーザは、効率よく薄膜が加工できるようにパルスレーザを用いるのが良い。具体的にはＱスイッチＹＡＧレーザの基本波、第２高調波、第４高調波、もしくはエキシマレーザ光（ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦ）といったレーザである。基板材質がガラスの場合、ＹＡＧレーザの第４高調波やエキシマレーザ光といった紫外レーザ光は基板にダメージを与えやすく、ＹＡＧレーザの基本波、第２高調波といった波長のレーザ光が用いられる。これに対して基板材質が石英などの紫外光を透過する材料の場合、金属へのエネルギ吸収率が良いレーザ光としてＹＡＧレーザの第４高調波やエキシマレーザ光といった紫外レーザ光を利用すると好ましい。
【００１９】
ショートリング２を除去する過程において、レーザ光５の照射を受ける物質の溶融・分解・蒸発によってベーパが発生する。このベーパは加工光学系９のレンズ６や図示せぬ保護ガラスを汚染し、これを放置するとレーザ光５の透過率が低下して加工を施すことができなくなる。さらにこの汚染を放置しておくと、付着した汚染物質にレーザ光５が吸収され、レンズ６や図示せぬ保護ガラスが破損する。従来の液晶セル７においては加工対象である液晶セル７が小さいために少量のベーパしか発生せず、あまり問題にされていなかった。しかし近年液晶セルが大型化されてくるに従い、非常に大量のベーパが発生する場合があり、このベーパに対する防護策が必要となる。そこで、ショートリング２部を上にして置かれている液晶セル７に対して、この下側から透明基板を透過させてレーザ光５をショートリング２に照射することにより、問題となる加工光学系９が直接ベーパに接する機会がなくなるために、周囲の環境を維持した状態で簡単にベーパ対策を施すことが可能となる。この時、加工光学系９と被加工物との間に基板が介在することが要点であるから、加工光学系９と被加工物の位置の関係は上下逆方向でも横方向でも構わない。
【００２０】
このショートリング除去装置では、入射するレーザ光５のレーザスポット１を整形する手段を利用して得る方形のレーザスポットを用いることが可能である。ここで方形とは正方形や長方形、即ち直角四辺形を表す。円形のレーザスポットに比べ正方形のレーザスポットで加工を実施したとき、レーザスポット中心部とレーザスポット周縁部とでの被加工物に与える光エネルギの総量が同一となるため加工品質の均一化に寄与する。また長方形のレーザスポットを用いるとき、図６に示すように長方形の短辺方向が移動方向に、長辺方向がショートリング２除去の幅方向になるようにビームスポットを設け除去を行うと、円形もしくは多角形のレーザスポットを用いた場合と比較して加工幅を狭めることなくレーザエネルギ密度を高くすることができ、加工後の残渣を少なくすることが容易である。しかし長方形のレーザスポットを用いる場合、液晶セルのショートリングは長方形の基板の外周に沿って直角部分を有する形で設けられることが一般的なため、加工する基板の各辺に対応させてレーザスポット１を相対的に回動しなければ角を挟んで隣り合うショートリング部においては加工幅が変化してしまうことになる。この対策としては、図５に示すようにカライドスコープ１６もしくはカライドスコープ１６を保持している加工光学系を９０度回転させることにより照射される長方形のレーザスポットの向きを９０度回転させる方法や、あるいは長方形レーザスポットの移動方向が互いに直交するように配置する２つの加工光学系９を用意して、加工する場所によりこれらを切り替えればよい。或いは被加工物を保持しているＸＹテーブル等を回動させることによっても同様の効果を得る。また、液晶セル７が円形や多角形状になっている場合には、必ずしも９０度回転可能な光学系または移動方向が直交である２つの光学系であることは要求されないから、ショートリング２の形状に合った角度や光学系の数を任意に選択することが可能である。複数組の光学系を持つ場合、任意によりこれらの光学系を同時に作動させることによって更なる加工速度の向上が図られる。
【００２１】
本実施例においては特に液晶表示装置に関する説明を行ったが、レーザ光強度や保持台の調整によってこのほか種々の電気部品におけるショートリング除去にも応用が容易である。したがって、本発明の用途は液晶表示装置製造に限るものではない。
【００２２】
【発明の効果】
ショートリングに対してレーザ光を連続的に移動させながら照射しているため、高速なショートリングの除去を行うことができ、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のショートリング除去方法を示す要部平面図。
【図２】本発明を用いたショートリング除去装置の構成を示す模式図。
【図３】本発明を用いたショートリング除去装置の構成を示す模式図。
【図４】レーザスポットの重ね合わせ率を定義するためのモデル図。
【図５】本発明のビームホモジナイザを用いた装置の構成を示す模式図。
【図６】本発明の長方形レーザスポットを用いた加工方法を示す要部平面図。
【図７】従来のショートリング除去方法を示す要部平面図。
【符号の説明】
１…レーザスポット
２…ショートリング
３…ショートリング残留部
４…配線（端子）
５…レーザ光
６…レンズ
７…液晶セル
８…ＸＹテーブル
９…加工光学系
１０…ファイバ入射レンズ
１１…光ファイバ
１２…液晶セル固定用治具
１３…ミラー
１４…コントローラ
１５…シャッタ
１６…カライドスコープ
１７…カライドスコープ用集光レンズ
１８…レーザ発振器

Claims (22)

1. レーザ発振器から出力され、光強度分布が均一化されたレーザ光を、端子間を電気的に接続するショートリングに照射し、このショートリングを除去するショートリング除去方法であって、前記ショートリング上の直前にレーザスポットが形成された部位に部分的に重なるか或いは接する位置に次のレーザスポットを形成し、これを順次繰り返し、前記ショートリングが残留して端子間が電気的に短絡しないように除去することを特徴とするショートリング除去方法。
2. 前記繰り返し形成されるレーザスポットを、所定量オーバラップさせることを特徴とする請求項１記載のショートリング除去方法。
3. 前記レーザスポットのオーバラップは、該レーザスポットと前記ショートリングとの相対移動速度をＶ、該レーザスポットの直径をＤ、レーザ光繰り返し周波数をｆとしたとき、オーバラップ率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ−Ｖ／ｆ）／Ｄで表されることを特徴とする請求項２記載のショートリング除去方法。
4. レーザ光は、Ｑスイッチ動作ＹＡＧレーザ光の基本波、第２高調波、第４高調波、あるいはエキシマレーザ光のうち少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１又は２記載のショートリング除去方法。
5. ショートリングへのレーザ光の照射は、このレーザ光を透過させる基板を介してなされることを特徴とする請求項１又は２記載のショートリング除去方法。
6. ショートリングの除去方向に対応して前記ショートリング上に形成されるレーザスポットの向きを前記ショートリングに対して回動させることを特徴とする請求項１又は２記載のショートリング除去方法。
7. ショートリングの除去方向に対応して加工対象を前記加工対象上に形成されるレーザスポットの向きに対して回動させることを特徴とする請求項１又は２記載のショートリング除去方法。
8. ショートリングの除去方向に対応してレーザ光を照射する複数の光学系を選択し作動させることを特徴とする請求項１又は２記載のショートリング除去方法。
9. レーザ光のレーザスポットが方形であることを特徴とする請求項１又は２記載のショートリング除去方法。
10. 端子間を電気的に接続するショートリングが形成された被加工物を保持する保持台と、断続的にレーザ光を出射するレーザ発振手段と、このレーザ発振手段から前記レーザ光を入射して光の強度分布を均一化し、前記ショートリングにレーザスポットを形成する光学手段と、前記光学手段によって形成される前記レーザスポットが前記光学手段によって形成された直前のレーザスポットによって照射された部位に部分的に重なるか或いは接する位置に形成される範囲において前記レーザスポットを被加工物に対して相対的に移動させる移動手段とを備え、前記ショートリングが残留して端子間が電気的に短絡しないように除去することを特徴とするショートリング除去装置。
11. 前記レーザスポットは、所定量オーバラップさせながら相対移動させることを特徴とする請求項１０記載のショートリング除去装置。
12. 前記レーザスポットのオーバラップは、該レーザスポットと前記ショートリングとの相対移動速度をＶ、該レーザスポットの直径をＤ、レーザ光繰り返し周波数をｆとしたとき、オーバラップ率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ−Ｖ／ｆ）／Ｄで表されることを特徴とする請求項１０記載のショートリング除去装置。
13. レーザ発振手段はＱスイッチ動作ＹＡＧレーザ光の基本波、第２高調波、第４高調波、あるいはエキシマレーザ光のうち少なくとも一つを出射する事を特徴とする請求項１０又は１１記載のショートリング除去装置。
14. 光学手段には被加工物に形成するレーザスポットを方形に加工する手段が設けられている事を特徴とする請求項１０又は１１記載のショートリング除去装置。
15. 光学手段はショートリングの除去方向に対応して被加工物に形成するレーザスポットを被加工物に対して回動させる回動手段と接続されている事を特徴とする請求項１０又は１１記載のショートリング除去装置。
16. レーザスポットを方形に加工する手段はショートリングの除去方向に対応して被加工物に形成するレーザスポットを回動させる回動手段と接続されている事を特徴とする請求項１０又は１１記載のショートリング除去装置。
17. 保持台はショートリングの除去方向に対応して加工対象を回動させる回動手段と接続されている事を特徴とする請求項１０又は１１記載のショートリング除去装置。
18. ショートリングを除去する方向に対応して移動方向が互いに異なる複数の光学手段を移動させる移動手段を持つことを特徴とする請求項１０又は１１記載のショートリング除去装置。
19. 液晶駆動素子、この液晶駆動素子を駆動させる信号を供給するための複数の端子及び前記端子間を等電位にするために、前記端子間を電気的に接続するショートリングとが配設された透明基板に対して、レーザ光を照射し、前記ショートリングを除去する除去工程とを備える液晶表示装置の製造方法において、
    前記除去工程は、前記透明基板を透過させて、前記レーザ光を前記ショートリングに照射させた部位に部分的に重なるか或いは接する位置に形成される範囲で、前記レーザスポットを被加工物に対して相対的に移動させることにより前記ショートリングが残留して前記端子間が電気的に短絡しないように除去することを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
20. 前記レーザスポットは、所定量オーバラップさせながら相対移動させることを特徴とする請求項１９記載の液晶表示装置の製造方法。
21. 前記レーザスポットのオーバラップは、該レーザスポットと前記ショートリングとの相対移動速度をＶ、該レーザスポットの直径をＤ、レーザ光繰り返し周波数をｆとしたとき、オーバラップ率Ｒは、Ｒ＝（Ｄ−Ｖ／ｆ）／Ｄで表されることを特徴とする請求項１９記載の液晶表示装置の製造方法。
22. 液晶駆動素子、この液晶駆動素子を駆動させる信号を供給するための複数の端子及び前記端子間を等電位にするために、前記端子間を電気的に接続するショートリングとが配設された透明基板に対して、レーザ光を照射し、前記ショートリングを除去する除去工程とを備える液晶表示装置の製造方法において、
    前記除去工程は、ビームホモジナイザにより均一化されたパルスレーザ光を、直前のパルススレーザ光により照射された部分と一部が重なるように照射することによって、前記ショートリングが残留して前記端子間が電気的に短絡しないように除去する工程を備えていることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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