JP6778080B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法 - Google Patents

Description

この発明は、フレキシブルディスプレイ装置などの製造技術に係り、さらに詳細には、薄膜トランジスタなどを備えたフイルム上のディスプレイの取り扱いが容易なフレキシブルディスプレイ装置などの製造技術に適用が可能なレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関する。

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を備えた液晶ディスプレイ装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）及び有機発光ディスプレイ装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）は、現在、デジタルカメラやビデオカメラまたは携帯情報端末機（ＰＤＡ）や携帯電話などのモバイル機器用のディスプレイとしてその市場を拡大している。このようなモバイル機器用としては、軽薄で、容易には割れない特性が要求される。

ディスプレイを軽薄に製作するために、製造時に薄いガラス材基板を使用する方法以外に、フイルム既存のガラス材基板を使用して製作した後、このガラス材基板を機械的または化学的方法で薄くする方法が導入されている。しかし、このような工程は複雑でかつ割れやすくて、実用化には問題点がある。また、このようなモバイル機器は、携帯しやすく、多様な形状のディスプレイ装置に適用されるために、曲面具現が可能なフレキシブルな特性が要求される。しかし、既存のガラス材基板は、フレキシブル特性を具現し難い問題点がある。

このような問題点を解決するために、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタをプラスチック基板上に形成しようとする試みがある。プラスチックは、０．２ｍｍ程度の厚さで形成しても割れにくく、また比重がガラスより小さくて、既存のガラス基板と比較したとき、質量を１／５以下に軽減させることができ、曲面具現が可能であるという長所がある。しかし、このようなプラスチック基板上に薄膜トランジスタとディスプレイ素子とを形成する過程で、プラスチック基板を薄く製作する場合、プラスチック基板上に薄膜トランジスタとディスプレイ素子とを順次に形成する過程で、プラスチック基板のフレキシブルな特性のために、プラスチック基板が、基板上に形成された荷重を支え難く、ハンドリングしにくいという問題点がある。これを解決するために、ガラス基板上にプラスチック基板を薄く形成して、その上に薄膜トランジスタとディスプレイ素子とを含むディスプレイ構造部を形成し、その後、ガラス基板をプラスチック基板から分離させる方法が提案されている。（特許文献１）

プラスチック基板からガラス基板を分離する方法では、支持プレート上にガラス基板が最上面となるように設置し、レーザをガラス基板上方側から照射してプラスチックをレーザによりアブレーションさせてガラス基板から分離する。なお、ガラス基板を上面にして、プラスチック基板を下面にして搬送することが容易でないために、一般的には大面積のガラス基板上に複数のディスプレイ部を形成した後、これをパネル単位で切断してから分離する方法が用いられている。

上記分離方法に用いるレーザ加工装置の概略を図３に基づいて説明する。
アニーラチャンバ１００内には、ＸＹ方向に移動可能なステージ１１０を有しており、アニーラチャンバ１００外部には、レーザ発振器１２０が設置されている。レーザ発振器１２０の出力側には、ラインビーム整形光学系１２１が配置されており、レーザ光１２５の出射側にはミラー１２２が配置されて、ミラー１２２で反射されたレーザ光１２５がアニーラチャンバ１００内に照射される。
レーザ加工に際しては、ガラス基板３０上に複数のプラスチック基板３１が固着され、各プラスチック基板３１の上層に電極等３２Ａを含むディスプレイ構造部３２が設けられた合わせ材が用意される。ガラス基板３０は分断されて、ガラス基板３０を上方側、ディスプレイ構造部３２が下方側になるようにして搬送プレート１３０上に設置されて抑え金具１３０Ａで保護される。前記したレーザ光１２５は、ステージ１１０で移動するガラス基板３０上から照射されてガラス基板３０を透過しプラスチック基板３１にアブレーションを生じさせてガラス基板３０の剥離を可能にする。

特開２００７−５１２５６８号公報

しかし、上記分離方法では、ガラス基板とプラスチック基板との二枚の基板を切断しなければならないため、基板の切断が容易ではないという問題点が存在する。また、ガラスを切断するため、ガラスが使い捨てになる問題点がある。

さらに精度の問題で、電極等をあらかじめディスプレイにつける必要があり、この電極はガラス基板を飛び出すため、保護用の抑え金が必要となる。この問題に対して、ガラスを切断する前に、プラスチック基板をガラス基板から剥離してしまうことも考えられるが、そうすると、プラスチックフィルムの伸縮の問題から、電極関係の実装が困難になる問題点がある。加えて従来の剥離装置は、一般的なレーザアニール装置の延長線上にあり、構成物質を下にして、ガラス基板を上に向ける形で照射をしているため、ディスプレイの凹凸などが、剥離を困難にしている問題点もある。
以上のように従来のフレキシブルディスプレイ製造方法においては、ガラス基板の切断の問題、ガラスの再利用が不可能な問題などがある。

以上のことを鑑みて、本発明は、フレキシブルディスプレイ装置の製造装置に係り、さらに詳細には、薄膜トランジスタなどを備えたフレキシブル基板の取り扱いが容易なレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することを目的の一つとする。

すなわち、本発明のレーザ加工装置のうち第1の本発明は、レーザ光が透過する剛性基板上に、素子構造部が上層に設けられたフレキシブル基板が固着されたパネル合わせ材を、前記剛性基板を下側にして支持する支持部と、
前記支持部の下方から前記支持部で支持された前記剛性基板に向けてラインビーム形状のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記ラインビーム形状のレーザ光を前記パネル合わせ材に対し、少なくとも前記ラインブーム形状の長軸方向と交差する方向に相対的に移動させる移動装置と、を有し、前記レーザ光は、前記剛性基板と前記フレキシブル基板とを剥離させるために、前記剛性基板と前記フレキシブル基板との界面近傍に照射されることを特徴とする。

第２の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、前記剛性基板がガラス基板であり、前記フレキシブル基板がプラスチック基板であることを特徴とする。

第３の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、前記支持部が、前記レーザ光の波長に対し透明な物質であることを特徴とする。

第４の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、前記支持部に前記レーザ光が通過する空洞部を有することを特徴とする。

第５の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、前記移動装置が、前記レーザ光照射部の照射位置を移動させるものであることを特徴とする。

第６の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、前記移動装置が、前記パネル合わせ材を移動させるものである。

第７の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、前記支持部が、前記パネル合わせ材の下方からガスを吹き出すことで前記パネル合わせ材を浮上させて支持するものであり、前記移動装置が、前記支持部で浮上した前記パネル合わせ材を浮上したままで移動させるものであることを特徴とする。

第８の本発明のレーザ加工装置は、前記本発明において、レーザ発振器を有し、該レーザ発振器から出力されたレーザ光を前記レーザ光照射部に伝送するレーザ光伝送部を有することを特徴とする。

第９の本発明のレーザ加工方法は、レーザ光が透過する剛性基板上に、素子構造部が上層に設けられたフレキシブル基板が固着されたパネル合わせ材を、前記剛性基板を下側にして支持し、
支持された前記剛性基板の下方から前記剛性基板に向けてラインブーム形状のレーザ光を照射し、
前記ラインビーム形状のレーザ光の照射に際し、前記ラインビーム形状のレーザ光を前記パネル合わせ材に対し、少なくとも前記ラインブーム形状の長軸方向と交差する方向に相対的に移動させて、前記剛性基板と前記フレキシブル基板とを剥離可能にすることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光が透過する剛性基板と、素子構造部が設けられたフレキシブル基板とが固着されたパネル合わせ材の取り扱いを容易にして、フレキシブル基板と剛性基板との間にレーザ光を照射して分離等を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態のレーザ加工装置を示す概略図である。 同じく、他の実施形態のレーザ加工装置を示す概略図である。 従来のレーザ加工装置を示す概略図である。

（実施形態１）
以下、この発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
レーザ加工装置１は、縦壁となる中空土台３Ａ、３Ｂによって囲まれたアニーラチャンバ２を有している。中空土台３Ａ、３Ｂは、中空土台３Ａを下段、中空土台３Ｂを上段にして上下に積み重ねられており、中空土台３Ａの内壁が中空土台３Ｂの内壁よりも内側に位置するようにして段差３Ｃを有している。この段差３Ｃに載置されるように所定の高さで支持台４が設置されている。支持台４は、石英で構成されており、本発明の支持部に相当する。支持台４の設置方法は上記に限定されるものではなく、アニーラチャンバ２内で支持台４が安定して保持されているものであればよい。

アニーラチャンバ２の下部スペースには、レーザ発振器５が設置されており、レーザ発振器５の出力側には、レーザ光を伝送する光ファイバ６が設けられてアニーラチャンバ２内に配設されている。光ファイバ６は、レーザ光伝送部に相当する。レーザ光伝送部は、レーザ光を伝送できるものであればよく、光ファイバに限定されない。

光ファイバ６は、ガントリー型のステージ８上に設置されたレーザ光照射部７に接続されており、レーザ光照射部７から上方に向けたレーザ光照射が可能になっている。レーザ光照射部７は、レーザ光の伝送や整形、偏向、集光などを行う光学部材を備え、支持台４上に設置されたパネル合わせ材に対しレーザ光９を照射することができる。レーザ光の整形では、ラインビームを得るものとするのが望ましい。なお、本発明としては、レーザ光照射部の構成が特に限定されるものではない。

ステージ８は、Ｘ方向（図示左右方向）およびＹ方向（図示奥行き手前方向）ならびにＺ方向（図示上下方向）に移動可能であり、レーザ光照射部７からレーザ光９を照射しつつステージ８をＸ方向、Ｙ方向に移動させることで、後述するパネル合わせ材に対するレーザ光９の全面照射が可能になっている。前記した光ファイバ６は、ステージ８の移動に追随する長さを有しており、ステージ８がＸ方向またはＹ方向に移動する際に、レーザ発振器５から出力されたレーザ光をレーザ光照射部７に伝送する。

次にレーザ加工装置１における動作について以下に説明する。
準備工程として、ガラス基板２１にプラスチック基板２２を固着する。固着方法は、ガラス基板２１にプラスチック基板２２を接着などによって固着してもよく、ガラス基板２１上にプラスチック基板２２を形成するようにして固着をするものであってもよい。本発明としては、ガラス基板とプラスチック基板との固着の方法は特に限定されない。ガラス基板２１は、レーザ光が透過する剛性基板に相当する。プラスチック基板２２は、フレキシブル基板に相当する。剛性基板は、フレキシブル基板に対し、高い剛性を有するものであり、レーザ光が透過する性質を有している。代表的にはガラス基板が挙げられる。

ガラス基板２１で剛性が与えられたプラスチック基板２２上には、ディスプレイ構造部２３が形成されてパネル合わせ材２０を構成する。ディスプレイ構造部２３は、素子構造部に相当する。この実施形態では、素子構造部として有機ＥＬやトランジスタ、電極等２３Ａを有している。但し、本発明としては素子構造部がこれら構成に限定されるものではなく、フレキシブル基板上に形成される素子構成であれば、本発明の範囲内である。

パネル合わせ材２０は、ガラス基板２１を下にして、支持台４上に設置し支持台４により支持する。なお、支持台４の少なくとも一部を多孔質にして多孔質部分を通してパネル合わせ材２０を吸着固定するようにしてもよい。吸着部分はレーザ光９の走査に干渉しない位置が望ましい。

レーザ発振器５から出力されたレーザ光は、光ファイバ６内を伝送され、レーザ光照射部７からレーザ光９が照射される。レーザ光９は、支持台４を通してガラス基板２１に到達する。支持台４は石英からなり、レーザ光９が透過することができる。支持台４は、レーザ光の波長に従って透過できるものであればよく、その材質は石英に限定されるものではない。例えば、透明酸化物やサファイアガラスなどが挙げられる。
レーザ光９は、支持台４を透過し、さらにガラス基板２１を透過してプラスチック基板２２に照射される。ガラス基板２１は、レーザ光が透過することが必要であり、レーザ光の波長に従ってレーザ光が透過するものであってもよい。

レーザ光９は、ガラス基板２１とプラスチック基板２２との界面近傍でプラスチック基板２２に集光するように照射され、プラスチック基板２２にアブレーションを生じさせて、直ちに、またはその後に、ガラス基板２１をプラスチック基板２２から剥離することができる。レーザ光９の集光地点は、分離を予定する位置に合わせて行うことができ、ステージ８をＺ方向に移動させて調整するようにしてもよい。
ステージ８は、レーザ光９の照射中にＸ方向およびＹ方向に移動させることで、ガラス基板２１とプラスチック基板２２の固着面全体にレーザ光９を照射することができ、両者の分離作業が確実かつ容易になされる。パネル合わせ材２０は、アニーラチャンバ２から取り出され、ガラス基板２１を剥離したパネル材を用いてディスプレイ装置を製造することができる。

（実施形態２）
上記実施形態では、パネル合わせ材に対し、レーザ光側を移動させるものとしたが、レーザ光に対し、パネル合わせ材側を移動させるものとしてもよい。この実施形態を図２に基づいて説明する。
なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。なお、本発明としては、レーザ光とパネル合わせ材の両方を移動させるものであってもよい。

この実施形態のレーザ加工装置１Ａは、アニーラチャンバ１０を有しており、上方側に頂板１１Ａを有する、支柱１１を有しており、頂板１１Ａには、レーザ光が透過する空洞部１１Ｂを有している。
また、アニーラチャンバ１０の外側には、レーザ発振器５が設置されており、レーザ発振器５のレーザ光の出力方向には、前記頂板１１Ａの下方側位置において、ラインビーム整形光学系１２が配置されており、ラインビーム整形光学系１２の出射方向にミラー１３が配置されている。ミラー１３の反射方向に前記空洞部１１Ｂが位置している。アニーラチャンバ１０内でレーザ光が移動する光路は、レーザ光伝送部に相当する。

頂板１１Ａの上面には、上方にガスを噴射して後述するパネル合わせ材を浮上支持する流体膜形成部１６を有している。流体膜形成部１６は、パネル合わせ材が移動する範囲において、パネル合わせ材を支持できるように配置がなされている。この実施形態では、流体膜形成部１６は、本発明の支持部に相当する。流体膜形成部１６から噴射されるガスの種別としては特に限定されるものではなく、空気や窒素などの不活性ガスなどを用いることができる。

流体膜形成部１６では、ガスの吹き出し方向を傾けてパネル合わせ材を移動させることも可能であり、その場合、流体膜形成部１６が移動部を兼用する。ただし、流体膜形成部１６で安定して浮上支持されたパネル合わせ材にＸ方向の移動力を与える移動部１７を設けて移動させるのが望ましい。移動部１７は、パネル合わせ材を押しながらＸ方向に移動させたり、引き出して移動させたり、把持してＸ方向に移動したりするものが例示されるが、本発明としては、移動部の構成がこれらに限定されるものではない。
なお、パネル合わせ材の移動は、１軸（Ｘ軸）方向の駆動のみで済むようにするのが望ましく、このため、後述するように、レーザ光の形状はガラス基板ほどの長さを持ったラインビーム形状が好ましい。

次にレーザ加工装置１Ａにおける動作について以下に説明する。
準備工程として、実施形態１と同様にパネル合わせ材２０を用意する。
パネル合わせ材２０は、ガラス基板２２を下にして、流体膜形成部１６によって噴出されるガスによって浮上支持する。

一方、レーザ発振器５から出力されたレーザ光は、ラインビーム整形光学系１２によって、パネル合わせ材２０の幅に応じたラインビームに整形される。ラインビーム整形光学系１２から出射されたラインビーム形状のレーザ光１５は、ミラー１３で上方に反射されて空洞部１１Ｂを通ってガラス基板２１に到達する。したがって、この実施形態では、ミラー１３がレーザ光照射部に相当する。

レーザ光１５は、ガラス基板２１を透過してプラスチック基板２２に照射される。レーザ光１５は、ガラス基板２１とプラスチック基板２２との界面近傍でプラスチック基板２２に集光するように照射され、プラスチック基板２２にアブレーションを生じさせて、直ちに、またはその後に、ガラス基板２１を剥離することを可能にする。

移動部１７は、レーザ光１５の照射処理中に、流体膜形成部１６で浮上支持されているパネル合わせ材２０をＸ方向に移動させることで、ガラス基板２１とプラスチック基板２２とを固着面全体にレーザ光１５を照射して加工することができる。その結果、ガラス基板２１とプラスチック基板２２の分離作業が確実かつ容易になされる。パネル合わせ材２０は、アニーラチャンバ２から取り出され、ガラス基板２１を剥離したパネル材を用いてディスプレイ装置を製造することができる。

本発明の装置および方法を用いることで、ガラス基板を切断することなく、ガラス基板とプラスチック基板とを分離することが可能となり、以下の課題、すなわち、
（１）ガラス基板とプラスチック基板との二枚の基板をカットさせなければならないために、基板のカットが容易ではないという問題点、（２）ガラスを切断するため、ガラスが使い捨てになる問題点、（３）精度の問題で、電極等をあらかじめディスプレイにつける必要があり、この電極はガラス基板を飛び出すため、保護用の抑え金が必要となる問題点、（４）ディスプレイの凹凸に伴う剥離の困難さ、を解決することができる。
加えて、（５）剥離後のガラス基板を、剥離後もキャリアとして用いることができ、特殊な搬送装置を必要としないという効果がある。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。

１ レーザ加工装置
１Ａ レーザ加工装置
２ アニーラチャンバ
３Ａ 中空土台
３Ｂ 中空土台
４ 支持台
５ レーザ発振器
６ 光ファイバ
７ レーザ光照射部
８ ステージ
９ レーザ光
１０ アニーラチャンバ
１１ 支柱
１１Ａ 頂板
１１Ｂ 空洞部
１６ 流体膜形成部
１７ 移動部
２０ パネル合わせ材
２１ ガラス基板
２２ プラスチック基板
２３ ディスプレイ構造部
２３Ａ 電極等

Claims (9)

1. レーザ光が透過する剛性基板上に、素子構造部が上層に設けられたフレキシブル基板が固着されたパネル合わせ材を、前記剛性基板を下側にして支持する支持部と、
   前記支持部の下方から前記支持部で支持された前記剛性基板に向けてラインビーム形状のレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
   前記ラインビーム形状のレーザ光を前記パネル合わせ材に対し、少なくとも前記ラインビーム形状の長軸方向と交差する方向に相対的に移動させる移動装置と、を有し、前記レーザ光は、前記剛性基板と前記フレキシブル基板とを剥離させるために、前記剛性基板と前記フレキシブル基板との界面近傍に照射されることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記剛性基板がガラス基板であり、前記フレキシブル基板がプラスチック基板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。
3. 前記支持部が、前記レーザ光の波長に対し透明な物質であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記支持部に前記レーザ光が通過する空洞部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
5. 前記移動装置が、前記レーザ光照射部の照射位置を移動させるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
6. 前記移動装置が、前記パネル合わせ材を移動させるものである請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
7. 前記支持部が、前記パネル合わせ材の下方からガスを吹き出すことで前記パネル合わせ材を浮上させて支持するものであり、前記移動装置が、前記支持部で浮上した前記パネル合わせ材を浮上したままで移動させるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
8. レーザ発振器を有し、該レーザ発振器から出力されたレーザ光を前記レーザ光照射部に伝送するレーザ光伝送部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。
9. レーザ光が透過する剛性基板上に、素子構造部が上層に設けられたフレキシブル基板が固着されたパネル合わせ材を、前記剛性基板を下側にして支持し、
   支持された前記剛性基板の下方から前記剛性基板に向けてラインビーム形状のレーザ光を照射し、
   前記ラインビーム形状のレーザ光の照射に際し、前記ラインビーム形状のレーザ光を前記パネル合わせ材に対し、少なくとも前記ラインビーム形状の長軸方向と交差する方向に相対的に移動させて、前記剛性基板と前記フレキシブル基板とを剥離可能にすることを特徴とするレーザ加工方法。

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