JP5235896B2 - レーザーを用いた液晶パネルの黒化装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルの欠陥を修正することに係り、さらに詳しくは、液晶セル内の異物により発生する光漏れ現象を除去する黒化装置および方法に関する。

最近、液晶表示装置（ＬＣＤ）は、消費電力が低く、携帯性が良好であり、付加価値が高い技術集約型次世代先進ディスプレイ素子として脚光を浴びている。このような液晶表示装置の中でも、各画素別に印加される電圧をスイッチングすることが可能なスイッチング素子を備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置が、解像度および動画像実現能力に優れて最も注目を集めている。

液晶パネルは、上部基板としてのカラーフィルター基板と、下部基板としてのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）アレイ基板とが互いに対向するようにラミネートされ、これらの間に、誘電異方性を有する液晶層が形成される構造で製造され、画素選択用アドレス配線を介して、数十万個の画素に付加された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング動作させて当該画素に電圧を印加する方式で駆動される。

このような液晶パネルを製造するためには、薄膜トランジスタアレイ基板工程、カラーフィルター基板工程、液晶セル工程などを行わなければならない。

前記薄膜トランジスタアレイ基板工程は、蒸着（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、フォトリソグラフィー（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）およびエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ）工程を繰り返し行ってガラス基板上にゲート配線、データ配線、薄膜トランジスタおよび画素電極を形成する工程である。

前記カラーフィルター基板工程は、ブラックマトリクスの形成されたガラス基板上に一定の順序で配列されて色相を実現するＲＧＢのカラーフィルター層を製作した後、共通電極用ＩＴＯ膜を形成する工程である。

また、液晶セル工程は、薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルターアレイ基板をこれらの基板間の一定の隙間が維持されるようにラミネートした後、その隙間に液晶を注入して液晶層を形成する工程である。

前記液晶表示装置の検査過程では、液晶パネルの画面上にテストパターンを表示し、不良画素の有無を探知することにより、不良画素が発見されたときにこれに対する修正作業を行う。液晶パネルの不良は点欠陥、線欠陥および表示不均一に分けられる。点欠陥はＴＦＴ素子、画素電極およびカラーフィルター配線の不良などにより発生し、線欠陥は配線間の断線（ｏｐｅｎ）、短絡（ｓｈｏｒｔ）、静電気によるＴＦＴの破壊、および駆動回路との接続不良などに起因する。表示不均一はセル厚さの不均一、液晶配向の不均一、特定の場所におけるＴＦＴの散布、および相対的に大きい配線の時定数により発生できる。

一般に、点欠陥および線欠陥は配線の不良がその原因であって、従来では、断線した配線が発見されると、断線した部分を連結し、短絡の場合には当該配線を断線させる程度に過ぎなかった。

このような欠陥以外にも、特定のピクセルが非常に明るく光を発する光漏れ現象がある。このような特定画素の光漏れ現象は人間の視覚特性上認識され易く、光漏れ現象が発見されたパネルは不良パネルとして分類される。ところが、光漏れ現象は配線の電気的断線および短絡とは関係ないものであって、従来のように配線を加工処理する技術では解決することができない。

液晶パネルを製造する過程で例えば粉塵、有機物または金属などを含む不純物が吸着されるが、このような不純物がカラーフィルターの付近に吸着される場合、当該ピクセルはパネル駆動の際に他の正常パネルの明るさより非常に明るい光を出す、いわゆる光漏れ現象を誘発する輝度不良画素から形成されるため、パネル検査過程で不良パネルとして分類される。このような不純物を除去するためにレーザーを用いる方法に関する研究が行われている。

特開２００６−７２２２９では、配向膜にレーザーを照射して損傷を与えて液晶の配列特性を阻害させ、これにより液晶の光に対する透過率を低めて光漏れ現象を除去する技術について開示している。ところが、この方法は、配列特性を完全に除去することができないうえ、工程に多くの時間がかかるという問題点がある。

また、韓国公開特許２００６−６５１３４では、液晶パネルの上部基板にレーザーを照射して不透明にヘイジングさせてリペアする技術について開示している。前記レーザーとしてはネオジミウムＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）、ダイオード、ＣＯ_２レーザーなどを使用している。ところが、前述の方式では、常用されるナノ秒のパルス幅を有するレーザーを採用するが、修正しようとする基板に照射する場合、熱的拡散によって基板の他の領域に損傷を与えることにより、液晶基板自体を不良化させるという問題点がある。特に、有機物層をヘイジング処理するにおいて、有機物層の面積に比べてヘイジング処理のために照射されるレーザーの面積が小さいため、加工時間が長くかかるうえ、製品を量産する産業生産ラインへの適用が難しいという欠点がある。

そこで、本発明は、かかる従来の技術の問題点を解決するためのもので、その目的は、液晶表示装置の光漏れ現象を効率よく除去する黒化処理装置および方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、黒化処理を行うとき、フィルムの吸収スペクトルが高い波長帯のレーザービームを選択的に使用することにより、レーザービームのエネルギー損失を減らすことにある。

また、本発明の別の目的は、レーザービームの出力強さを調整し、照射面積を調節することにより、黒化処理速度を向上させ、黒化処理厚さを調節することが可能な装置および方法を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、レーザービームの照射方式をスコープ（ブロックショット）方式またはスキャン方式を用いることにより、黒化処理速度を向上させ、黒化処理厚さを調節することが可能な装置および方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、多数のレーザー発振器、前記レーザー発振器から発振されたビームの出力強さを調節するビーム調整手段、前記レーザービームのプロファイルを変換するビーム形成手段、および前記レーザービームを選択的に透過または反射させる特性を有するハフミラーを含むレーザー発振部と、前記レーザー発振部から照射されたレーザービームの方向を転換するビーム伝達部と、前記レーザービームが液晶パネルにおける黒化希望部位に照射されるように前記レーザービームの方向を調節するスキャン部とを含んでなる、液晶パネルの黒化装置を提供する。

本発明に係る黒化装置の構成図である。 不純物が吸着された液晶パネルの断面図である。 レーザー発振部内にレーザービームを選択的に透過または反射させるハフミラー１１０の波長による透過反射グラフである。 レーザー発振部にレーザービームを選択的に透過または反射させるハフミラー１１１の波長による透過反射グラフである。 スキャンレンズ１３５と照明光源１３６の拡大図である。 ビーム伝達部の方向転換ミラー、並びにＸＹ軸移動スキャナー内のＸ軸ガルバノミラーおよびＹ軸ガルバノミラーの波長による反射グラフである。 フィルムの波長別透過率を示すグラフである。 偏光フィルムの波長別透過率を示すグラフである。 本発明の実施例に係るレーザービームプロファイル（模様）を示すグラフである。 黒化させようとするフィルムの厚さに応じて焦点距離を調節しながら黒化処理を行う過程を示すグラフである。 黒化処理過程を示す流れ図である。 本発明に係る黒化処理方法の概略図である。 本発明に係る黒化処理方法の概略図である。 本発明に係る黒化処理方法の概略図である。 本発明の他の実施例に係る黒化装置の構成図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

図１は本発明に係る黒化装置の構成図である。本発明に係る黒化装置は、レーザー発振部１００、前記レーザー発振部から照射されたレーザービームの経路を調節するビーム伝達部１２０、および前記ビーム伝達部１２０を経由したレーザービームを液晶パネルなどの対象物に照射し得るように調節するスキャン部１３０を備えている。

前記レーザー発振部１００は、多数のレーザー発振器１０１、１０２、１０３、レーザービームの強さ、角度または偏光を調節するレーザービーム調整手段１０４、１０５、１０６、レーザービームのプロファイルをフラットトップ（Ｆｌａｔ Ｔｏｐ）形態に変換するビーム形成手段１０７、１０８．１０９、前記レーザー発振器１０１、１０２、１０３から発振されたレーザービームを透過または反射させる第１、第２ハフミラー１１０、１１１、およびレーザーコントローラを含む。

前記レーザー発振器１０２、１０２、１０３は、レーザーダイオード、レーザーダイオードモジュール、またはＤＰＳＳ（Ｄｉｏｄｅ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ）レーザー光源が採用できる。また、前記レーザー発振器１０１、１０２、１０３は赤色波長領域のレーザー、緑色波長領域のレーザーおよび近赤外線波長領域のレーザーを使用することが好ましい。場合によっては前記近赤外線波長領域のレーザーの代わりに青色波長領域のレーザーを使用してもよい。

前記ビーム形成手段１０７、１０８、１０９は、ビームの加工可能領域を拡張し、ビームの模様を平坦にするビームシェーパー（ｂｅａｍ ｓｈａｐｅｒ）と、黒化させようとする領域、すなわち加工領域の大きさに応じて照射されるビームの大きさを調節するビームスリットとを含む。

前記ビーム伝達部１２０は、レーザービームの経路を調節するための方向転換ミラー１２１、１２２を含む。本実施例では、２つの方向転換ミラー１２１、１２２が例示されているが、レーザー発振部１００および対象体１４０の位置に応じて、前記方向転換ミラー１２１、１２２の個数および位置は様々に変更可能である。前記ビーム伝達部１２０は、レーザー発振部１００から発振される全ての波長のレーザービームを反射しなければならないので、広い領域の波長で使用し得るように設計されなければならない。図６はビーム伝達部の方向転換ミラー１２１、１２２のコーティング仕様グラフである。図６の（ａ）は３５０ｎｍ〜１１００ｎｍ領域の全領域の波長を反射するように設計されたものであり、図６の（ｂ）は照射されるレーザーの波長を考慮し、当該波長帯域でのみ反射されるように設計されたものである。

前記スキャン部１３０は、レーザービームの焦点位置を変化させるＺ軸移動スキャナー１３１、対象体１４０の照射されるレーザービームを実時間でモニタリングするＣＣＤカメラ１３３、前記Ｚ軸移動スキャナー１３１とＣＣＤカメラ１３３とを結合させるための連結装置１３２、レーザービームの方向を変換させるＸ軸ガルバノミラー１３４−１およびＹ軸ガルバノミラー１３４−２が含まれたＸＹ軸移動スキャナー１３４、前記移動スキャナー１３４によって方向が転換されたレーザービームを集束させるスキャンレンズ１３５、およびより鮮明なイメージを得るための照明光源１３６を含む。前記Ｘ軸ガルバノミラー１３４−１およびＹ軸ガルバノミラー１３４−２もビーム伝達部と図６のグラフ特性を満足させるようにコーティングを行う。前記スキャンレンズ１３５は、レーザービームを集束させる役割を果たすと同時に、レーザービームが液晶パネル上に照射されるイメージを形成してＣＣＤカメラ１３３が画像を観察し得るようにする役割も行う。

図２は不純物が吸着された液晶パネルの断面図である。この液晶パネルは、ＩＴＯ２１０、有機物素材のカラーフィルター２２０、ブラックマトリクス２３０、配向膜（図示せず）、偏光フィルム２８０、保護フィルム（図示せず）および反射防止フィルム（図示せず）を含む第１基板２４０と、液晶層２５０、ＴＦＴ（図示せず）、配向膜（図示せず）および偏光フィルム（図示せず）などを含む第２基板２６０ｂとから構成されている。

液晶パネルを製造する過程で例えば粉塵、有機物および金属を含む不純物２７０が吸着されるが、このような不純物２７０がカラーフィルター２２０の付近に吸着される場合、当該ピクセルはパネル駆動の際に他の正常ピクセルの明るさより非常に明るい光を出す、いわゆる光漏れ現象を誘発する輝度不良画素から形成されるため、パネル検査過程において不良パネルとして分類される。ところが、前述したような黒化装置を用いて、不純物が吸着された液晶パネルの画素を黒化処理することにより、ヒトの目に認識されないようにして出荷を行う。

以下、上述した構成を有する黒化装置を用いて液晶パネルの光漏れ現象を除去する過程、すなわち黒化過程について説明する。

まず、検査装備によって、液晶パネル１４０に光漏れ現象を誘発する輝度不良画素が発見されると、当該液晶パネル１４０は駆動制御部１５０によって黒化装置へ移動する。

本発明に係る駆動制御部１５０は、液晶パネル１４０をｘ、ｙ、ｚ軸に沿って移動または回転させて液晶パネル１４０をロードおよびアンロードすることができ、不良画素の位置をレーザー照射位置に移動させることが可能なパネルステージ（図示せず）、パネルロードの後に不良画素の位置にレーザーを照射することを可能にするガントリーステージ（図示せず）、およびガントリーステージとパネルステージの動作を制御するための制御器（図示せず）を含む。前記制御部１５０によって黒化装置へ移動した液晶パネル１４０は、スキャン部１３０によって、輝度不良画素の位置が判別される。

輝度不良画素の位置が確認されると、スキャン部１３０を介してＣＣＤカメラ１３３に写された画像を確認した後、正確な加工位置を決定する。これは実時間でＣＣＤカメラ１３３によってモニタリングされ、ＣＣＤカメラ１３３を介して輝度不良画素の位置および黒化させるフィルムが決定されると、レーザー発振部１００を作動させる。

黒化させるフィルムの種類に応じて、使用されるレーザーの波長および出力が異なり、これは予め演算されているソフトウェアによって選択されて発振される。

レーザー発振部１００は、３つの波長を独立に実現するために、赤色波長領域のレーザー１０１、近赤外線波長領域のレーザー１０２および緑色波長領域のレーザー１０３を備える。それぞれのレーザー１０１、１０２、１０３は、レーザー専用コントローラ１１２によって制御される。前記近赤外線波長領域のレーザーの代わりに青色波長のレーザーが使用できる。また、レーザー発振部１００は、紫外線または近紫外線波長領域のレーザーを使用することもできる。紫外線または近紫外線波長は、液晶パネルのフィルムの色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に関係なく全ての領域に吸収されるので、黒化させようとするフィルムの色に関係なく選択できる。

以下、赤色波長領域のレーザー１０１、近赤外線波長領域のレーザー１０２、および緑色波長領域のレーザー１０３を備えたレーザー発振部１００を基準として説明する。

不良画素の位置および黒化させるフィルムに吸収波長領域のレーザー発振器が選択され、選択されたレーザー発振器から発振されたレーザービームは、レーザー調整部１０４、１０５、１０６を介して角度、強さまたは偏光などが調節され、ビーム形成手段１０７、１０８、１０９を介してビームプロファイルが平坦に変換されると同時に、黒化させようとする位置の大きさに応じてビームの大きさが調節される。そして、２つのハフミラー１１０、１１１によってそれぞれのレーザービームは一つに結合される。上述したような方法で照射されるビームのエネルギー分布を均一にすると同時に、大きさの調節が可能なので、黒化しようとする部位にビームをスキャン方式で照射して黒化することも可能である。また、これと同時に、ビームの大きさを大きくしてブロックショット方式（黒化しようとする部位にビームを一時に照射する方式）で照射することも可能である。

第１ハフミラー１１０は、赤色波長領域のレーザー１０１を透過させ、近赤外線波長領域のレーザー１０２を反射し、第２ハフミラー１１１は、赤色波長領域のレーザー１０１と近赤外線波長領域のレーザー１１２を透過させ、緑色波長領域のレーザー１０３を反射する。

図３は第１ハフミラー１１０の波長による透過反射曲線を示すグラフ、図４は第２ハフミラー１１１の波長による透過反射曲線を示すグラフである。すなわち、第１ハフミラー１１０と第２ハフミラー１１１は、透過または反射させる光の波長が異なるので、それぞれのレーザーの波長特性に合わせてコートされるように設計されなければならない。第１ハフミラーおよび第２ハフミラーの透過および反射特性は、レーザー発振器の位置と前記ハフミラーの特徴に合わせて様々に変更可能である。

前述したように、前記ビーム調整装置１０４、１０５、１０６は、発振されたレーザービームを黒化処理に適した状態に調節する。出力されるレーザーの強さがあまり大きければ、黒化処理するフィルム以外に他の構成にも損傷を与えて液晶パネル自体が完全不良パネルとして廃棄処理できる。適切な状態に調節されたレーザーは、ビーム形成手段１０７、１０８、１０９を通過した後、ハフミラー１１０または１１１を経由し、ビーム伝達部１２０によって方向が転換されてＺ軸移動スキャナー１３１に入射する。Ｚ軸移動スキャナー１３１とスキャンレンズ１３５によって集束されたレーザービームが液晶パネル１４０に照射される。レーザービームが照射されると同時に、ＸＹ軸移動スキャナー１３４によって、所望の大きさおよび形態を有するレーザービームを移動させてフィルムを黒化させる。

液晶パネル１４０を構成するフィルムが黒化される過程は、スキャンレンズ１３５によって見える、加工されたイメージがカメラ連結装置１３２内の画像ハフミラー１３２−１に反射されてＣＣＤカメラ１３３に送られることにより、実時間で確認することができる。ここで、カメラ連結部１３２内には必要有無に応じて画像の拡大および縮小を可能にするリレーレンズ（図示せず）、または鮮明なイメージ画像を実現するために一定の領域の波長を除去するカットオフフィルター（図示せず）が挿入されてもよい。画像ハフミラー（１３２−１）は、可視光線領域における透過率と反射率の比が５０：５０である。

図５は前記スキャンレンズ１３５と照明光源１３６の拡大図である。
図５に示すように、スキャンレンズ１３５の外郭を照明光源１３６が包んでいる。前記照明光源１３６は多数のＬＥＤ１３７を含んでいる。前記照明光源１３６は、スキャンレンズ１３５を通過して加工面のイメージがＣＣＤカメラ１３３へ伝達されるとき、加工領域より少し大きい大きさに集束されて光量不足を補充する役割を果たす。

例えば、ＬＣＤパネルのカラーフィルターのＲＧＢピクセルの一つを黒化させるためには、各ピクセルの吸収スペクトルが最も広い波長のレーザーを使用する。このように構成されたレーザー発振器内には、各ピクセルの除去のためのそれぞれのレーザーを選択的に発振させることができるので、より効率よくピクセルを黒化させることができる。

前記レーザー発振部１００は、加工しようとするカラーフィルターガラス２６０ａの表面に位置する偏光フィルム２８０の有無に応じて、偏光フィルム２８０の貼着の際に赤色波長のレーザー１０１、緑色波長のレーザー１０３および近赤外線波長のレーザー１０２を使用することが好ましく、偏光フィルム２８０の貼着前工程では赤色波長のレーザー１０１、緑色波長のレーザー１０３、および青色波長のレーザー１０２−１を使用することが好ましい。すなわち、青色波長のレーザー１０２−１は、偏光フィルムの貼着有無に応じて前記近赤外線波長のレーザーの代わりに使用できる。

液晶パネルに偏光フィルム２８０が貼着された状態で黒化処理を行うことがより一般的であり、この黒化は完製品へも適用可能である。偏光フィルム２８０が貼着された状態における加工が可能であれば、偏光フィルム２８０がない状態の加工は当然行われる。しかし、波長が短いほど物質内の吸収度は増加するので、偏光フィルム２８０がない状態の場合は近赤外線波長のレーザー１０２の代わりに青色波長のレーザー１０２−１を使用することがさらに効果的である。

図７は液晶パネルのうちカラーフィルターの透過率を示すグラフである。

ＲＧＢピクセルの一つを黒化させるためには前記グラフを参照しなければならない。例えば、波長５３０ｎｍの領域、すなわち緑色波長領域を黒化させるためには緑色波長のレーザーを使用すると、 緑色波長のレーザーからのビームが透過されるので、黒化が行われなくなる。

図８は偏光フィルムの波長による透過率を示すグラフである。

可視光領域では５０％以下の透過率を示し、紫外線（ＵＶ）領域では全く透過されず、近赤外線領域に行くほど透過率が増加することを確認することができる。よって、偏光フィルムが貼着されているパネルのＲＧＢの一つを黒化させようとする場合には、近赤外線領域のレーザーを使用することが好ましい。

例えば、ＬＣＤパネルのカラーフィルターのＲＧＢピクセルの一つを黒化させるためには、各ピクセルの吸収スペクトルが最も広い波長のレーザーを使用する。このように構成されたレーザー発振器内には、各ピクセルの除去のためのそれぞれのレーザーを選択的に発振させることができるので、より効率よくピクセルを黒化させることができる。例えば、液晶パネルのカラーフィルターの青色（Ｂ）領域を黒化しようとする場合には赤色波長のレーザーを使用し、赤色（Ｒ）領域を黒化しようとする場合には緑色波長のレーザーを使用し、緑色（Ｇ）領域を黒化しようとする場合には近赤外線領域のレーザーを使用して黒化させる。

場合に応じては、カラーフィルターの青色領域を黒化しようとする場合には黄色波長以上（黄色波長より波長が大きいまたは同じ）または近紫外線波長以下のレーザーを発振し、赤色領域を黒化しようとする場合には緑色波長以下または近赤外線波長以上のレーザーを発振し、緑色領域を黒化しようとする場合には青色波長以下または黄色波長以上のレーザーを発振することができる。

レーザーがフィルムに照射されると、フィルムを構成する有機物は分子間の結合が断ち切られて中性原子、分子、陽・陰イオンを含んだプラズマだけでなく、ラジカル、クラスター、電子および光子を放出しながらアブレーションされることにより、黒化が行われる。

アブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）とは、有機物を構成する分子間の結合が解離されながら、その有機物が分子やイオンなどになる現象である。このような解離のためには、有機物のエネルギー準位以上のエネルギーを吸収する必要がある。

図９は本発明の実施例に係るレーザービームのプロファイルを示す図である。

最初のレーザー発振器から照射されるレーザーは、ガウス形態でエネルギーが中央領域に集中している。このようなレーザービームがビーム形成手段１０７、１０８、１０９（ビームシェーパーまたはホモジナイザー）を通過しながら所定の範囲でレーザービームの強さが均一化されて大きさが拡張されたフラットトップのプロファイルに変換される。この際、ビームのプロファイルと共に照射されるレーザーの面積も同時に変化する。ここで、ビームのプロファイルは、四角フラットトッププロファイル３００または円形フラットトッププロファイル３０１に変換できる。

本発明の一実施例によれば、ビーム形成手段とビーム調整手段を用いて照射されるレーザービームの大きさと強さを変換することができる。照射されるレーザービームの面積が小さいほど、複数の画素全体の黒化処理に非常に多くの時間がかかる。このようなレーザービームの大きさを均一に変換させて黒化処理速度を高めることにより、製品を量産する生産ラインに適用することができる。適切な強さの四角フラットトッププロファイル３００または円形フラットトッププロファイル３０１に変換されたレーザーは、Ｚ軸移動スキャナーによって、液晶パネルを構成する複数のフィルムのうちＲＧＢピクセルを所望の厚さだけ黒化させることができる。

図１０は黒化させようとするフィルムの厚さに応じてフィルムを所望の厚さだけ除去し黒化させるために設計されたレーザービームの深度（ＤＯＦ）を大略的に描写した図である。すなわち、所望の厚さだけフィルムを除去した後、さらに焦点距離を調節して除去する過程を示す。

Ｚ軸移動スキャナー１３１を用いて除去ピクセル厚さの１０％となる領域にＤＯＦを一致させた後、ＸＹ軸移動スキャナー１３４を用いて黒化させる。ＣＣＤカメラによって黒化の度合いを確認し、黒化の度合いが足りないときはさらにＺ軸移動スキャナー１３１の位置を移動させて除去ピクセル厚さの２０％となる領域にＤＯＦを一致させ、ＸＹ軸移動スキャナー１３４を用いて除去する。２〜４回程度の反復除去の後、黒化の度合いが所望の水準を満足すると、黒化を終了し、次の加工のために準備する。

図１１は前述の手続きに従って焦点距離を移動しながら黒化処理を行う過程を示す流れ図である。

図示の如く、最初レーザー照射（Ｓ１０）、黒化を１０％程度のみ行い（Ｓ２０）、黒化の度合いを確認した後（Ｓ３０）、黒化の度合いが満足すべき水準になったか否かを判断し（Ｓ４０）、黒化が所望の水準で行われた場合には手続きを終了し（Ｓ６０）、そうでない場合には焦点距離を移動し（Ｓ５０）、さらにレーザーを照射して黒化過程を行う。

レーザービームの深度は、１μｍを超えない範囲内でＺ軸移動スキャナー１３１とスキャンレンズ１３５の焦点距離および入射ビームの直径によって計算される。
［数式１］
ＤＯＦ＝λ／２（ＮＡ）^２
［数式２］
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ
［数式３］
ｆ／＃＝１／２（ＮＡ）
［数式４］
ｆ／＃＝ｅｆ１／ψ
数式３および数式４を用いると、数式５を導出することができる。
［数式５］
ＮＡ＝ ψ／２（ｅｆ１）
式中、ＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は有効数値口径を示し、λはレーザーの波長を示し、ｅｆ１は焦点距離を示す。

入射ビームの直径が大きいほどかつレーザーの波長が短いほど、深度は浅くなり、レンズの焦点距離（ｅｆ１）が短い場合には、ＮＡが大きくなり、深度（ＤＯＦ）は浅くなることを確認することができる。

本発明において、１μｍ以下の深度（ＤＯＦ）を作るために大口径のスキャンレンズ１３５を使用し、そのスキャンレンズに合わせてビームを作るために光学系が設計される。

液晶ディスプレイに使用されるカラーフィルター２４０の場合、黒化処理された厚さは液晶パネルの視野角範囲で光漏れ現象が発生しないように、カラーフィルター厚さの２０％〜４０％が適当であり、最大９０％を超えない厚さが好ましい。これは、厚さの２０％未満で黒化処理を行う場合には黒化自体が光漏れを１００％遮断することができず、９０％以上の過度な黒化は下層に積層されている膜に損傷を与えることができるためである。そして、適切な厚さにフィルムを黒化させるために、レーザーエネルギーが重要な役割を果たす。すなわち、レーザーの出力エネルギーに応じて黒化の厚さを調節することができる。

図１２〜図１４は本発明に係る黒化処理方法を示す。

ビーム形成手段によってビームの大きさを調節したレーザーを用いて、光漏れ現象が発生した画素のフィルムを黒化処理する際に、スキャン（図１２）、マルチブロックショット（図１３）またはブロックショット（図１４）方式を使用することができる。スキャン方式は黒化部位にレーザーをスキャンする方式で照射することをいい、ブロックショット方式は黒化部位にレーザービームを一度に照射する方式であって、スコープ方式ともいう。マルチブロットショットは、スキャン方式とブロックショット方式との組み合わせ形態であって、ブロックショット方式で照射すると同時に、スキャン方式のように連続して照射し続ける方式のことをいう。

例えば、コンピュータモニターと同程度の大きさを有する液晶パネルにおいて、一つの画素面積は数万μｍ^２以上である。レーザーがビーム形成手段によって画素サイズに変換されて液晶パネルの画素面積と対応する場合、１回のレーザー照射（ブロックショット）によって１画素の全面積を黒化処理することができる（図１４）。他の例として、３０インチの大型ＴＶ用液晶パネルの場合、一つの画素面積は数十万μｍ^２なので、１回のレーザー照射では画素の面積に対応するフィルムの全面積を黒化させることができない。したがって、この場合、フィルムの表面全体をジグザグ状に通過しながらレーザーを照射するスキャン方式（図１２）またはマルチブロックショット（図１３）を使用することが好ましい。

図１５は本発明の他の実施例に係る黒化装置の構成図である。

前記黒化装置は、多数のレーザー発振器、前記レーザー発振器から発振されたビームの出力強さを調節するビーム調整手段、前記レーザービームのプロファイルを変換するビーム形成手段、および前記レーザービームを選択的に透過または反射させる特性を有するハフミラーを含むレーザー発振部１００と、前記レーザー発振部１００から照射されたレーザービームのプロファイルの制御および画像撮影レーザービームのフォーカシングのための光学部４００とから構成される。

図１との重複部分に対する説明は省略する。

前記光学手段４００は、レーザー発振部１００から出力されたレーザーを、黒化処理すべき液晶パネル１４０へ誘導するための方向転換ミラー４０１を含む。本実施例では、方向転換ミラー４０１が１つ例示されているが、レーザー発振部１００および対象体１４０の位置に応じて前記方向転換ミラー４０１の個数および位置は様々に変更可能である。前記方向転換ミラー４０１は、レーザー発振部１００から発振される全ての波長のレーザービームを反射しなければならないので、広い領域の波長で使用し得るように設計されなければならない。図６に示したミラーコーティング仕様が同様に適用できる。

また、前記光学部は、複数のフィルムのうち、黒化処理を希望するフィルムにレーザーの焦点を自動的に合わせるためのフォーカスセンサー４１５およびフォーカスレンズ４１９、レーザービームの大きさを調節するためのスリット４１３、スリットの大きさおよび位置を確認するためのスリット照明４１２、前記スリット照明４１２を反射するスリットハフミラー４１１、輝度不良画素を確認するための２つのハフミラー４１４、４１７、ＣＣＤカメラ４１６、並びに光源４１８を含む。

輝度不良画素の位置が確認されると、フォーカスセンサーとフォーカスレンズを用いて、複数のフィルムのうち特定のフィルムを黒化するためのレーザーの焦点を合わせる。フォーカスセンサー４１５は、光源４１８から特定のフィルムに照射された後、さらに反射されてスプリッタ４１４を介して入ってきた光を感知する。画像の焦点が合わない場合、フォーカスセンサー４１５は、フォーカスレンズ４１９を上下に制御し、このフォーカスレンズを介して得た鮮明な画像を実時間でＣＣＤカメラ４１６へ伝送する。ＣＣＤカメラ４１６を介して輝度不良画素の位置および黒化させるフィルムが決定されると、種類に応じて、黒化に適したレーザー発振器１０１、１０２、１０３を作動させる。出力されたレーザーは、ビーム調節装置１０４、１０５、１０６によって、黒処理処に適した状態に調節される。適切な状態に調節されたレーザーは、ビーム形成手段１０７、１０８、１０９を通過した後、スリット４１３を経てビームの大きさが調節され、フォーカスレンズ４１９を経て液晶パネル１４０に照射される。液晶パネル１４０を構成するフィルムが黒化される過程は、ＣＣＤカメラ４１６を介して実時間で確認することができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明の目的で開示したが、当業者であれば、添付した請求の範囲に開示された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変形、追加または置換を加え得ることを理解するであろう。

本発明は、レーザービームの波長を選択的に使用することにより、レーザーの出力損失を減らし、全般的な加工効率を高めることができるという効果がある。

また、本発明によれば、ＸＹ軸移動スキャナーを用いて黒化処理速度を高速化することができ、Ｚ軸移動スキャナーを介して焦点距離を調節して様々な厚さのフィルムの黒化処理を行うことができるという効果がある。

また、本発明によれば、ビーム形成手段を用いて、照射されるビームのプロファイルを変換し、ビームの大きさを調節してスキャン方式で照射しあるいはブロックショット方式で照射することが可能なので、処理速度を改善することができる。

１００：レーザー発振部
１０１：赤色波長のレーザー
１０２：近赤外線波長のレーザー
１０２−１：青色波長のレーザー
１０３：緑色波長のレーザー
１０４、１０５、１０６：ビーム調整装置
１０７、１０８、１０９：ビーム形成手段
１１０：第１ハフミラー
１１１：第２ハフミラー
１２０：ビーム伝達部
１２１、１２２：方向転換ミラー
１３０：スキャン部
１３１：Ｚ軸移動スキャナー
１３２：カメラ連結装置
１３３：ＣＣＤカメラ
１３２−１：画像ハフミラー
１３４：ＸＹ軸移動スキャナー
１３４−１：Ｘ軸ガルバノミラー
１３４−２：Ｙ軸ガルバノミラー
１３５：スキャンレンズ
１３６：照明光源
１４０：加工対象物
１５０：駆動制御部

Claims (26)

1. レーザー発振器、前記レーザー発振器から発振されたビームの出力強さを調節するビーム調整手段、前記レーザービームのプロファイルを変換するビーム形成手段、および前記レーザービームを選択的に透過または反射させる特性を有するハフミラーを含むレーザー発振部と、
   前記レーザー発振部から照射されたレーザービームの方向を転換するビーム伝達部と、
   前記ビーム伝達部で転換されたレーザービームが液晶パネルの黒化しようとするカラーフィルター領域に照射されるようにビームの方向を調節するスキャン部とを含んでなり、
   前記スキャン部は、前記レーザービームの焦点距離を調節するＺ軸移動スキャナー、および前記レーザービームの方向を上下または左右に調節するＸＹ軸移動スキャナーを含むことを特徴とする、液晶パネルの黒化装置。
2. 前記レーザー発振部は、赤色波長のレーザービーム、緑色波長のレーザービーム、および近赤外線波長のレーザービームを発振するレーザー発振器を含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
3. 前記レーザー発振部は、近赤外線波長のレーザービームの代わりに青色波長のレーザービームを含むことを特徴とする、請求項２に記載の液晶パネルの黒化装置。
4. 前記レーザー発振部は、紫外線（ＵＶ）波長または近紫外線（ＮＵＶ）波長のレーザービームを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
5. 前記レーザー発振部は、黒化しようとするカラーフィルターの吸収スペクトルが高い波長帯域のレーザービームを選択的に発振することを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
6. 前記レーザー発振部は、液晶パネルのカラーフィルターの青色（Ｂ）領域を黒化しようとする場合には黄色波長以上または近紫外線波長以下のレーザーを発振し、赤色（Ｒ）領域を黒化しようとする場合には緑色波長以下または近赤外線波長以上のレーザーを発振し、緑色（Ｇ）領域を黒化しようとする場合には青色波長以下または黄色波長以上のレーザーを発振することを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
7. 前記レーザー発振部は、液晶パネルのカラーフィルターに偏光フィルムが貼着されている場合には近赤外線波長以上のレーザーを発振することを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
8. 前記レーザー発振器は、レーザーダイオード、およびＤＰＳＳレーザーのいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
9. 前記ビーム調整手段は、ビームの強さと共に、ビームの角度および偏光状態を調節することを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
10. 前記ビーム形成手段は、ガウス分布のレーザービームを四角フラットトップまたは円形フラットトップ形態に変換するビームシェーパー、およびビームの大きさを調節するビームスリットを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
11. 前記ハフミラーは、赤色波長を透過させ且つ近赤外線波長を反射する第１ハフミラー、および赤色波長を透過させ且つ緑色波長を反射する第２ハフミラーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
12. 前記ビーム伝達部は、前記レーザー発振部から発振される３５０ｎｍ〜１，１００ｎｍ領域の波長を反射する反射ミラーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
13. 前記反射ミラーは、前記レーザー発振部から照射される波長帯域のみを反射するように設計されたことを特徴とする、請求項１２に記載の液晶パネルの黒化装置。
14. 前記スキャン部は、前記レーザービームが液晶パネルの所望の位置に照射されるか否かを観察するためのＣＣＤカメラと、前記Ｚ軸移動スキャナーとＸＹ軸移動スキャナーとの間に位置し、前記ＣＣＤカメラにイメージを伝達させるカメラ連結装置と、前記スキャナーを通過したレーザービームを液晶パネルに照射するためにレーザービームを集束させ、液晶パネルに照射されるイメージを形成するスキャンレンズとをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
15. 前記ＸＹ軸移動スキャナーは、ビームの方向を変換させるＸ軸ガルバノミラーとＹ軸ガルバノミラーを含み、前記ガルバノミラーは、前記レーザー発振器から照射される３５０ｎｍ〜１，１００ｎｍの波長を反射することを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
16. 前記ＣＣＤカメラは、加工対象物の位置を判別するとともに、加工画像を実時間で実現することを特徴とする、請求項１４に記載の液晶パネルの黒化装置。
17. 前記カメラ連結装置は、可視光線領域における透過率と反射率の比が５０：５０の画像ハフミラーを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の液晶パネルの黒化装置。
18. 前記液晶パネルをロードまたはアンロードし、ｘ、ｙおよびｚ軸に沿って移動または回転させることが可能なパネルステージと、
    前記液晶パネルの不良画素にレーザービームを照射し得るように、レーザービームをｘ、ｙおよびｚ軸に沿って移動させることが可能なガントリーステージと、
    前記ガントリーステージおよび前記パネルステージの動作を制御するための制御器とをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶パネルの黒化装置。
19. 液晶パネルの黒化方法において、
    液晶パネルの黒化しようとするカラーフィルター領域の吸収スペクトルが高い波長に該当するレーザービームを発振する段階と、
    前記レーザービームの強さを調整する段階と、
    前記レーザービームのプロファイルを変換する段階と、
    ｚ軸移動スキャナーを用いて前記レーザービームの焦点距離を調節し、ｘｙ軸移動スキャナーを用いてレーザービームの方向を上下または左右に調節する段階と、
    液晶パネルの黒化しようとするカラーフィルター領域に前記レーザービームを照射して黒化処理する段階とを含んでなることを特徴とする、液晶パネルの黒化方法。
20. 前記レーザービームを発振する段階は、赤色波長のレーザービーム、青色波長のレーザービーム、近赤外線波長のレーザービーム、紫外線波長のレーザービーム、および近紫外線波長のレーザービームのいずれか一つを発振することを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。
21. 前記レーザービームを発振する段階は、液晶パネルのカラーフィルターの青色（Ｂ）領域を黒化しようとする場合には赤色波長のレーザーを発振し、赤色（Ｒ）領域を黒化しようとする場合には緑色波長のレーザーを発振し、緑色（Ｇ）領域を黒化しようとする場合には近赤外線波長のレーザーを発振することを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。
22. 前記レーザービームの強さを調整する段階は、ビームの強さと共に、ビームの角度および偏光状態を調節することを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。
23. 前記レーザービームのプロファイルを変換する段階は、レーザービームのプロファイルをフラットトップ形態に変換し、レーザービームの大きさを調節することを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。
24. 前記レーザービームの強さを調整する段階、および焦点距離を調節する段階は、フィルム厚さの２０％〜９０％を黒化処理することができるようにレーザービームの強さと焦点距離を調節することを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。
25. 前記レーザービームを照射する段階は、レーザーの焦点距離を調節しながら順次照射することを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。
26. 前記レーザービームを照射する段階は、スキャン方式、ブロックスキャン方式、およびブロックショット方式のいずれか一つで行われることを特徴とする、請求項１９に記載の液晶パネルの黒化方法。

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