KR100203524B1 - 레이저가공기 및 그 가공기를 사용한 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

컬러필터의 주위에 원하는 차광막을 저렴하게 형성할 수 있는 액정표시소자의 제조방법을 제공한다.

회동가능한 위상차판이나 빔스프리터 등을 레이저빔의 광로안에 설치한 가공기본체와, XY테이블을 구비한 레이저가공기를 사용하고, 미리 투명기판(50)상에 다수개의 투명전극(51)과 상기 투명전극(51)상에 적층한 컬러필터(52)를 형성하여 이루어지는 피가공물을 상기 XY테이블상에 탑재하고, 이 피가공물에 대하여 컬러필터(52)의 길이방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치간격으로 복수개의 빔스폿(S)을 조사함으로써 이들 컬러필터(52)를 레이저트리밍가공으로 부분적으로 제거하도록 하였다.

Description

레이저가공기 및 그 가공기를 사용한 액정표시소자의 제조방법

본 발명은 투명기판상의 컬러필터를 트리밍가공하여 상기 컬러필터의 주위에 차광막(블랙매트릭스)을 형성함으로써 미광(迷光)을 없애고 표시품위를 높힌 풀컬러표시의 액정표시소자의 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 예를 들어 일본국 특개평 2-282223호 공보에 기재되어 있는 바와같이 풀컬러표시의 액정표시소자의 제조공정에서 투명기판상의 각 컬러필터의 주위에 차광막(블랙매트릭스)을 형성함으로써 미광을 없애고 표시품위를 향상시킨다는 기술이 알려져 있다.

이와같은 종래기술의 개략에 관하여 설명하면, 먼저 유리등으로 이루어지는 투명기판의 한쪽면에 일정한 피치간격으로 직선상으로 뻗는 투명전극을 형성하고, 이 투명전극형성면에 포토레지스트층을 형성한 후, 이 포토레지스트층상에 다수의 슬릿을 가지는 마스크를 겹쳐 상기 마스크측에서 노광용 광을 조사하여 현상처리하고나서 미로광의 포토레지스트를 제거함으로써 다수개의 투명전극을 횡단하는 스트라이프상의 포토레지스트층을 잔존시킨다. 다음에 이 스트라이프상의 포토레지스트층이 형성되어 있지 않은 노출되어 있는 다수의 투명전극상에 전착법이나 염색법, 인쇄법 등의 수법에 의하여 R(적), G(녹), B(청)의 컬러필터를 적층하고, 소성하여 굳힌다. 그리고 스트라이프상의 포토레지스트층을 알칼리용액 등을 이용하여 박리한 후, 투명기판의 컬러필터형성면(투명전극형성면)에 흑색색소를 포함하는 포토레지스트층(소위 블랙레지스트층)을 형성하고, 배면측에서 노광용 광을 조사하여 현상처리한 후, 미로광의 블랙레지스트를 제거함으로써 상기 컬러필터 주위의 간극부분에 매트릭스상의 차광막이 형성되게 된다.

그러나 상기한 종래방법에서 컬러필터의 주위에 차광막(블랙매트릭스)을 형성하게 되면, 포토레지스트층의 노광과 형상을 2회씩 행하지 않으면 안되기 때문에 제조공정이 번잡하게 되어 비용상승을 초래한다는 결점이 있었다.

또 상기한 종래방법은 내열온도가 150℃전후의 포토레지스트를 컬러필터의 소성시에 약 250℃까지 가열하기 때문에 이 소성공정에서 버닝을 일으킨 포토레지스트가 투명전극의 표면에 달라붙어 박리하기 어렵다는 결점이 있었다. 즉 노광된 포토레지스트는 그레이로 변색하기 때문에 스트라이프상의 포토레지스트층의 일부가 남으면, 그후에 형성되는 포토레지스트(블랙레지스트)가 부분적으로 노광부족을 일으켜 컬러필터의 주위에 깨끗한 차광막이 형성되지 않아 표시품위에 악영향을 미치게 된다.

본 발명은 이와같은 종래기술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로 그 목적은 컬러필터의 주위에 소망의 차광막을 저렴하게 형성할 수 있는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 실시예에 관한 레이저가공기에 조립된 XY테이블의 정면도,

도 2는 일부를 도시생략한 상기 XY테이블의 측면도,

도 3은 상기 XY테이블을 포함하는 레이저가공기의 전체측면도,

도 4는 상기 레이저가공기를 덮는 안전커버의 도 3에 대응하는 곳의 측면도,

도 5는 상기 레이저가공기로 레이저빔의 광로에 설치되어 있는 광학계의 레이아웃을 나타내는 설명도,

도 6은 상기 레이저가공기의 레이저발진기를 나타내는 설명도,

도 7은 도 6에 나타내는 레이저발진기에 소자커버를 설치한 상태를 나타내는 평면도,

도 8은 상기 레이저가공기의 빔조사부를 나타내는 설명도,

도 9는 도 5에 나타내는 광학계에서 광화이버로부터 출사되는 레이저빔의 광축주변의 에너지분포를 나타내는 특성도,

도 10은 상기 레이저가공기를 이용하여 컬러필터의 트리밍가공을 행하는 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 공정설명도,

도 11은 도 10에 나타내는 제조과정에 있어서 컬러필터를 레이저트리밍하는 공정을 나타내는 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 가공기본체 2 : XY테이블

5 : 레이저발진기 9 : 흡착테이블

10 : X테이블 12 : X축 리니어모터

14 : Y테이블 17 : Y축 리니어모터

25, 30, 33 : 위상차판(1／4λ판) 28, 35 : 빔스프리터

36 : 애퍼처 39 : 대물렌즈

50 : 투명기판 51 : 투명전극

52 : 컬러필터 53 : 차광막(블랙매트릭스)

S : 빔스폿

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 레이저발진기로부터 공급되는 레이저빔의 직선편광을 위상차부재로 원편광으로 변환하고 나서 빔스프리터로 유도함으로써 상기 레이저빔을 복수개의 직선편광으로 분할하고, 이들 분할빔을 대물렌즈를 거쳐 피가공물에 스폿상으로 조사하는 가공기본체와, 피가공물을 탑재하여 서로 직교하는 2방향으로 이송가능한 XY 테이블을 구비한 레이저가공기를 사용하고, 미리 투명기판상에 한방향으로 뻗는 다수개의 투명전극과 상기 투명전극상에 적층한 컬러필터를 형성하여 이루어지는 피가공물을 상기 XY테이블상에 탑재하여 상기 XY테이블을 제어하면서 이 피가공물에 대하여 상기 컬러필터의 길이방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치간격으로 상기 복수개의 분할빔을 조사함으로써 상기 컬러필터를 부분적으로 제거하고, 그후 상기 투명기판상에 복수개의 이간된 컬러필터를 형성하며 이어서 상기 컬러필터의 주위에 블랙레지스트로 이루어지는 차광막을 형성하게 하였다. 또 상기 위상차부재를 상기 레이저빔의 광축 주위에 회동가동하게 설치함으로써 달성된다.

레이저빔의 파워(에너지레벨)를 조정하여 조사함으로써 투명전극상의 컬러필터만을 제거할 수 있기 때문에 X테이블이나 Y테이블을 구동제어하여 상기 투명기판을 빔스폿에 대하여 수평면내에서 소정의 궤적으로 이동시켜 주면, 이 투명기판상에 투명전극을 거쳐 스트라이프상으로 형성되어 있는 컬러필터를 그 길이방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치간격으로 간단하게 트리밍할 수 있으며, 그로 인해 컬러필터의 형상을 규정하기 위해 종래부터 행하고 있는 마스킹공정이나 포토레지스트의 노광 및 현상공정을 생략할 수 있어 제조공정의 간소화가 도모된다.

또한 복수개의 분할빔을 조사함으로써 컬러필터의 트리밍가공을 행하기 때문에 동시에 여러곳의 트리밍을 행할 수 있어 가공시간을 대폭 단축할 수 있다. 이때, 컬러필터만을 제거하기 위하여 필요한 레이저빔의 파워조정을 모든 분할빔에 대하여 행하지 않으면 안되나 레이저가공기의 광학계에 설치한 상기 위상차부재를 적절히 회동시킴으로써 각 분할빔의 파워의 불균형을 해소할 수 있다.

또 이와같이 컬러필터의 소성전에 포토레지스트층을 마련하여 둘 필요가 없어지면, 포토레지스트가 버닝을 일으켜 박리시에 남는다는 문제도 없어지기 때문에 컬러필터의 주위에 깨끗한 차광막을 형성할 수 있다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예를 도 1내지 도 11에 의거하여 설명한다.

여기에서 도 1은 본 실시예에 관한 레이저가공기에 조립한 XY테이블의 정면도, 도 2는 일부를 도시생략한 상기 XY테이블의 측면도, 도 3은 상기 XY테이블을 포함하는 레이저가공기의 전체측면도, 도 4는 상기 레이저가공기를 덮는 안전커버의 도 3에 대응하는 곳의 측면도, 도 5는 상기 레이저가공기로 레이저빔의 광로에 배치되어 있는 광학계의 레이아웃을 나타내는 설명도, 도 6은 상기 레이저가공기의 레이저발진기를 나타내는 설명도, 도 7은 도 6에 나타내는 레이저발진기에 소자커버를 설치한 상태를 나타내는 평면도, 도 8은 상기 레이저가공기의 빔조사부를 나타내는 설명도, 도 9는 도 5에 나타내는 광학계에서 광화이버로부터 출사되는 레이저빔의 광축 주위의 에너지분포를 나타내는 특성도, 도 10은 상기 레이저가공기를 이용하여 컬러필터의 트리밍가공을 행한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 공정설명도, 도 11은 도 10에 나타내는 제조과정에 있어서 컬러필터를 레이저트리밍하는 공정을 나타내는 설명도이다.

본 실시예에 관한 레이저가공기는 도 3에 나타내는 바와같이 레이저발진기(5)로부터 공급된 레이저빔(YAG레이저)을 렌즈군이나 빔스프리터등으로 이루어지는 광학계로 유도하여 피가공물에 조사시키는 가공기본체(1)와, 탑재한 피가공물을 리니어모터에 의하여 서로 직교하는 두방향으로 이송가능한 XY테이블(2)과, 이들 피가공기본체(1) 및 XY테이블(2)을 얹어놓은 정반(베이스반)(3)과 이 정반(3)을 얹어놓은 제진대(4)에 의하여 개략 구성되어 있으며, 도 3에 쇄선으로 나타내는 커버프레임(6)을 지지프레임으로 하는 안전커버(7)(도 4참조)가 이 레이저가공기나 진공펌프(8) 등을 덮고 있다. 또한 도 1 중의 부호 21은 가공기본체(1)를 얹은 광학정반을 나타내며, 이 광학정반(21)은 지주(22)를 거쳐 정반(3)에 지지되어 있다.

그리고 이 레이저가공기에 조립한 XY테이블(2)은 상면에 다수 개설한 흡착구멍을 거쳐 공기를 흡인함으로써 탑재한 피가공물을 흡착고정할 수 있는 흡착테이블(9)과, 이 흡착테이블(9)의 저면중앙부에 개설되어 있는 축구멍에 원주상의 지지축(10a)을 삽입하여 상기 흡착테이블(9)을 회동가능하게 지지하는 X테이블(10)과, 이 X테이블(10)을 슬라이딩자유롭게 지지하는 한쌍의 평행한 X축레일부(11a)를 양측연에 설치하여 이루어지는 단면형상이 오목상의 지지대(11)와, 이 지지대(11)의 내측에 설치되어 상기 X축레일부(11a)를 따라 X테이블(10)을 왕복직선이동시키는 X축 리니어모터(12)와, X테이블(10)의 위치데이터를 검출하는 X축 리니어엔코더(13)와, 지지대(11)를 얹어놓은 Y테이블(14)과, 상기 X축레일부(11a)과 직교하는 방향으로 뻗는 Y테이블(14)을 슬라이딩자유롭게 지지하는 3개의 Y축레일(15, 16)과, 이들 Y축레일군(15, 16)을 따라 Y테이블(14)을 왕복직선이동시키는 Y축 리니어모터(17)와, Y테이블(14)의 위치데이터를 검출하는 Y축 리니어엔코더(18)에 의하여 주로 구성되어 있다. 단, X테이블(10)과 각 X축 레일부(11a)간 및 Y테이블(14)과 각 Y축 레일(15, 16)간에는 각각 테이블측에 설치한 에어노즐로부터 압축공기를 분출함으로써 에어갭이 형성되고, 이들 에어갭으로 마찰력을 저감함으로써 피가공물을 X축방향 및 Y축방향으로 원활하게 이송할 수 있게 되어 있다.

또한 도 1에 있어서, 부호 3a는 Y축 레일군(15, 16)의 각 저부를 삽입하여 폭방향에 위치결정하기 위하여 정반(3)의 상면에 설치한 설치홈을 나타내며, 부호 17a, 17b, 17c는 각각 Y축 리니어모터(17)를 구성하는 코일과 자석과 요크를 나타내고, 부호 18a, 18b는 각각 Y축 리니어엔코더(18)를 구성하는 광소자 등의 검출부와 눈금부(리니어스케일)를 나타내고 있다. 또 도 2에 있어서 부호 10b는 X테이블(10)의 에어분출면을 나타내며, 부호 12a, 12b, 12c는 각각 X축 리니어모터(12)를 구성하는 코일과 자석과 요크를 나타내고, 부호 13a, 13b는 각각 X축 리니어엔코더(13)를 구성하는 광소자 등의 검출부와 눈금부(리니어스케일)를 나타내며, 부호 20은 지지축(10a)을 회동중심으로 하여 흡착테이블(9)을 회전구동하기 위한 모터를 나타내고 있다. 또한 도 2 중의 부호 P는 X축 리니어모터(12)가 발생하는 자기구동력의 작용점을 나타내고 있으며, 본 실시예의 경우, 이 작용점(P)과 X테이블(10)의 중심을 대략 합치시킴으로써 X테이블(10)이 기동시나 정지시에 덜거덕거림을 일으키지 않도록 배려하고 있다.

이와같은 XY테이블(2)을 조립한 레이저가공기는 XY테이블(2)을 구동제어함으로써 흡착테이블(9)상에 탑재한 피가공물을 수평면내에 있어서 높은 위치정밀도로 이동시킬 수 있기 때문에 가공기본체(1)의 광학계의 선단부(대물렌즈)로부터 조사되는 스폿상의 레이저빔(빔스폿)에 대하여 이 피가공물을 소정의 궤적으로 이동시킴으로써 빔조사에 의한 소망의 가공패턴을 피가공물에 그려낼 수 있다.

또한 XY테이블(2)에 조립되어 있는 리니어모터(12, 17)는 중량물을 구동하기 위해 강한 자력을 발생하기 때문에 본 실시예에서는 주변에 배치되어 있는 모니터용 CRT나 측정기에 대하여 리니어모터(12, 17)의 자력이 악영향을 미치지 않도록 하기 위하여 주로 강자성체로 이루어지는 안전커버(7)로 레이저가공기를 완전히 덮고 있다. 즉 이 안전커버(7)는 도 3, 4에 나타내는 바와같이 지지프레임인 커버프레임(6)에 철판이나 소자판 등을 설치하여 이루어지는 것으로 구체적으로는 도 4의 가부는 SUS 304의 스테인레스판을 부착한 곳이고, 나부와 다부는 SUS 304의 스테인레스판의 내측에 SUS 430의 소자판을 설치하여 소자효과를 높힌 이층구조의 곳이며, 이중 다부는 개폐가능한 양개방커버로 되어 있고, 또한 라로 표시된 부분은 착색아크릴판의 외측을 다로 표시된 부분과 같은 구성으로 한 삼층구조의 곳로 되어 있다. 이와같이 소자효과를 가지는 안전커버(7)로 레이저가공기를 덮고, 또한 리니어모터(12, 17)의 근방에서 강한 자력이 예상되는 곳은 이층구조로 하여 소자효과를 높혀 두면, 리니어모터(12, 17)의 자력이 주변기기에 악영향을 미칠 염려가 없어지며, 다부의 양 개방커버가 개방되어짐으로써 가공기본체(1)의 광학계의 조정도 용이하게 할 수 있다. 또 레이저빔이 피가공물에 바르게 조사되어 있는지의 여부를 직접 확인할 때는 라부의 양개방커버를 개방하면, 착색아크릴판을 거쳐 안전하게 육안으로 확인할 수 있다.

다음에 이 레이저가공기의 가공기본체(1)의 구성에 관하여 상세하게 설명한다.

레이저발진기(5)는 도 6에 나타내는 바와같이 아크램프(5a)내에서 발생하는 전자선(E)으로 YAG로드(5b)를 여기함으로써 이 YAG로드(5b)가 레이저광을 발진하도록 구성되어 있는 공지의 것으로 본 실시예에서는 도 5, 7에 나타내는 바와같이 두 대의 레이저발진기(5)를 병설하여 두 개의 레이저빔을 동시에 공급할 수 있게 하고 있다.

또 본 실시예에서는 도 7에 나타내는 바와같이 이들 두 대의 레이저발진기(5)의 외주부에 강자성체의 금속판으로 이루어지는 이층구조로 양 아크램프(5a)를 포위하는 소자커버(42)가 설치되어 있다. 구체적으로 설명하면, 이 소자커버(42)는 철판이나 파마로이판으로 이루어져 양 아크램프(5a)를 여유를 가지고 포위하는 하시일드판(42a)과 규소강판으로 이루어져 양 아크램프(5a)의 크기에 맞춘 폭치수를 가지는 상시일드판(42b)에 의하여 구성되어 있으며, 강자성체로 이루어지는 이들 이층의 시일드판(42a, 42b)의 소자효과에 의하여 이 소자커버(42)의 내측에서는 XY테이블(2)의 상기 리니어모터(12, 17)가 발생하는 자력이 극단으로 약해져 있다. 따라서 각 레이저발진기(5)의 아크램프(5a)의 전자선(E)이 리니어모터(12, 17)의 자력의 영향으로 구부러질 염려가 없고, 그로 인해 각 레이저발진기(5)로부터 공급되는 레이저빔의 파워나 모드가 변화하거나 아크램프(5a)의 수명이 열화할 염려는 없다.

이어서 가공기본체(1)의 광학계에 관하여 설명하면, 두 대의 레이저발진기(5)로부터 공급된 두 개의 레이저빔은 각각 도 5에 나타내는 바와같은 광로를 따라 유도된다. 또한 이들 두 대의 레이저발진기(5)로부터 공급되는 각 레이저빔의 광로중에는 동등한 구성의 광학계가 설치되어 있기 때문에 한쪽의 레이저빔용 광학계에 관해서만 부호를 달아 설명한다.

레이저발진기(5)로부터 출사된 레이저빔은 먼저 음향광학소자(AOM)(23)를 거쳐 반사미러(24)로 반사된 후, 1／4λ판이라고 불리우는 제 1위상차판(25)에 입사되어 직선편광이 원편광으로 변환된다. 여기에서 음향광학소자(23)는 일종의 스위칭소자로서 이것이 스위치온되면, 초음파를 가하여 광축을 왜곡시킴으로써 입사광(레이저빔)의 대부분을 사용불능한 광으로 할 수 있다. 즉 이 음향광학소자(23)는 레이저가공을 행하고 있는 동안은 오프상태로 유지되어 레이저빔을 그대로 통과시키나, 레이저가공을 일시 중단시키고 싶을 때에는 오프상태로의 변환을 행할 수있게 되어 있다.

또 제 1위상차판(25)에서 출사된 원편광의 레이저빔은, 확산방지렌즈(26)를 거쳐 반사미러(27)로 반사된 후, 제 1빔스프리터(28)로 입사되어 두방향을 향하는 직선편광으로 분할되고, 이로써 여러곳을 동시에 레이저가공할 수 있는 두 개의 분할빔이 얻어진다. 단, 박막정밀화공정과 같이 미세한 가공을 행하기 위해서는 제 1빔스프리터(28)에서 출사되는 각 분할빔의 파워(에너지레벨)를 동등하게 설정하여 두지 않으면 안되나, 실제로는 각 부재의 설치오차 등에 의하여 두 개의 분할빔(직선편광)의 파워에는 약간의 불균형이 생기기 쉽다. 그래서 본 실시예에서는 제 1위상차판(25)을 광로중에 회동가능하게 설치하고, 이 위상차판(25)을 적절히 회동시킴으로써 두 개의 분할빔의 파워조정을 용이하게 행할 수 있게 되어 있다.

제 1빔스프리터(28)에서 출사된 한쪽의 분할빔은 반사미러(29)를 거친후 광화이버(43)를 통과하고 나서 회동가능한 제 2위상차판(30)으로 입사되어 다시 원편광으로 변환되고, 이 원편광은 원통렌즈(31)를 거쳐 타원형으로 확대된 후, 제 2빔스프리터(35)로 입사되어 두방향을 향하는 직선편광으로 분할된다. 마찬가지로 제 1빔스프리터(28)에서 출사된 다른쪽의 분할빔은 반사미러(32)를 거친 후, 광화이버(44)를 통과하고 나서 회동가능한 제 3위상차판(33)으로 입사되어 다시 원편광으로 변환되고, 이 원편광은 원통렌즈(34)를 거쳐 타원형으로 확대된후, 제 2빔스프리터(35)로 입사되어 두방향을 향하는 직선편광으로 분할된다. 즉 레이저발진기(5)에서 출사된 한 개의 레이저빔이 소정의 광로를 거쳐 제 2빔스프리터(35)에서 출사될때에는 모두 네 개의 레이저빔으로 분할되게 되어 여기에서도 제 2 및 제 3의 위상차판(30, 33)을 적절히 회동시킴으로써 이들 네 개의 분할빔의 파워조정을 용이하게 행할 수 있게 되어 있다.

또한 제 1 및 제 2빔스프리터(28, 35)로서 본 실시예에서는 두 개의 프리즘체를 접착시킨 타입의 것을 이용하고 있으나, 유리평판의 한쪽면에 반사층을 설치한 타입의 빔스프리터를 이용하여도 된다.

또 상기한 광로중에서 제 2 및 제 3의 위상차판(30, 33)앞에 설치되어 있는 광화이버(43, 44)는 석영재료를 반사막으로 피복하여 구성되는 공지의 것으로 상기 반사막으로 반사되면서 전송되는 레이저빔은 싱글모드가 멀티모드로 변환된 상태로 출사되기 때문에 각 광화이버(43, 44)에 입사된 레이저빔의 광축 주위의 에너지분포곡선은 도 9에 부호L1으로 나타내는 멀티모드의 톱하트형으로 변환된 상태, 다시말해 광축을 중심으로 하는 고에너지영역의 면적을 확대시킨 상태에서 출사되게 된다.

이렇게 하여 제 2빔스프리터(35)로부터 네 개의 분할빔이 출사되면, 이들 분할빔은 애퍼처(36)를 통과한 후, 수속렌즈(37)나 결상렌즈(38) 등을 거친 후, 광로의 선단부에 위치하는 대물렌즈(39)에 입사되고, 이 대물렌즈(39)로부터 가공면(A)을 향하여 서로 평행한 네 개의 분할빔이 스폿상으로 조사되게 되어 있다. 단, 실제로는 또 한 대의 레이저발진기(5)로부터 출사된 레이저빔도 그 광로의 선단부에 위치하는 대물렌즈로부터 네 개의 분할빔으로 되어 가공면에 출사되기 때문에 결국, 본 실시예에서는 가공면에 배치되는 피가공물에 대하여 모두 여덟 개의 분할빔이 스폿상으로 조사되어 여러곳의 레이저가공을 동시에 행할 수있게 되어 있다.

또한 애퍼처(36)의 네 곳에는 각 분할빔을 통과시키기 위한 장방형상의 광투과구멍(36a)이 병설되어 있고, 각 분할빔이 그 광로중으로 개구하고 있는 광투과구멍(36a)을 통과하면, 빔형상은 고속가공에 적합한 장방형상으로 성형되게 된다. 그리고 이 애퍼처(36)에 입사되는 분할빔은 광화이버(43또는 44)를 통과한 멀티모드의 레이저빔이기 때문에 이 레이저빔의 광축과 그 광로중으로 개구하고 있는 광투과구멍(36a)의 중심이 극단으로 위치어긋나지 않는 한, 애퍼처(36)를 통과하여 빔형상이 성형되는 것은 상기 레이저빔의 고에너지부분만이며, 불필요한 저에너지부분이 대물렌즈(39)에 유도될 염려는 없다. 즉 도 9에 나타내는 바와같이 애퍼처(36)에 입사되는 레이저빔의 광축(횡축좌표가 0인 위치)이 그 광로중으로 개구하고 있는 폭치수(w)의 광투과구멍(36a)의 중심(일점쇄선(C)의 횡축좌표)에 대하여 약간 어긋나 있는 경우, 가령 광축주위의 에너지분포곡선이 정규분포의 가우스곡선(파선L2)으로 되어 있다고 하면, 레이저빔은 저에너지부분도 애퍼처(36)를 통과하게 되기 때문에 이 저에너지부분이 가공면(A)에 조사되어 그만큼 레이저가공을 양호하게 행할 수 없게 되어, 예를 들어 트리밍폭의 치수오차나 불균일이라는 가공불량이 초래되게 된다. 그런데 본 실시예에서는 애퍼처(36)에 입사되는 레이저빔의 광축주위의 에너지분포곡선이 톱하트형(실선L1)이기 때문에 그 광축이 광투과구멍(36a)의 중심에 대하여 약간 어긋나 있어도 레이저빔의 저에너지부분이 애퍼처(36)를 통과하는 일은 없고, 따라서 대물렌즈(39)로부터 출사되는 빔스폿(S)(도 8참조)을 광축주위의 광에너지의 분포를 대략 균일한 레이저광으로 설정할 수 있어 가공형상의 치수오차가 극히 적어지게 되어 있다.

또한 레이저발진기(5)로부터의 레이저빔은 파장 380㎚이하로 이루어지고, 예를 들어 고체 YAG레이저가 발생하는 레이저빔의 제 3고조파(355㎚)로 이루어지는 레이저빔을 주사조사하여 레이저빔을 주사조사한 부분의 컬러필터를 용융, 증발, 승화 등의 열적변형을 일으키게 하여 제거한다. 특히 레이저빔으로서 파장이 280㎚이하의 단파장의 것을 이용한 경우는 파장이 280㎚이하의 단파장의 레이저빔이 투명기판(유리기판)의 한면으로부터 투명기판(유리기판)내에 입사한 일이 없는(광투과율 0%)것에 의해 투명기판(유리기판)내에 입사한 레이저빔이 투명기판(유리기판)의 다른면에서 반사하고, 이 반사한 레이저빔이 다른 컬러필터에 조사되어 그 일부를 제거한다는 원하지 않는 사태의 발생을 피할 수 있어 보다 높은 가공품질의 컬러필터를 제조할 수 있다.

도 8은 상기한 광로의 선단부에 위치하는 대물렌즈(39)를 포함하는 빔조사부(40)를 나타내고 있으며, 여기에는 빔스폿(S)을 포위하는 누두상(漏斗狀)의 노즐(41)외에 이 노즐(41)과 대물렌즈(39)간에 압축공기를 분출하는 에어송출부(40a)와 노즐(41)의 선단근방의 공기를 강제적으로 흡입하는 에어흡인부(40b)가 설치되어 있고, 노즐(41)의 원추면상의 내벽면을 따라 위쪽에서 아래쪽으로 압축공기의 흐름(도 8중 화살표)이 형성되게 구성하고 있다. 즉 본 실시예에서는 레이저가공시에 발생하는 연기의 대부분을 에어흡인부(40b)로 흡입하여 배출경로로 유도함으로써 금속성분 등을 함유하는 그 연기가 주변의 작업자의 건강에 악영향을 미치지 않도록 배려하고 있다. 또 연기의 일부가 노즐(41)의 내부로 침입하였다고 하여도 그 연기는 압축공기의 흐름에 의하여 신속하게 노즐(41)의 하부에서 외부로 배출되어 에어흡입부(40b)에 흡입되게 되어 있기 때문에 빔스폿(S)이나 대물렌즈(39)에 연기의 악영향이 미칠가능성도 극히 적다.

또한 이와 같은 레이저가공기를 사용하여 본 실시예에서는 액정표시소자의 제조과정에 있어서의 컬러필터의 트리밍가공을 행하여 주위를 차광막으로 둘러싸인 조망하는 컬러필터를 형성하였다.

이와같은 제조기술에 관하여 설명하면, 먼저 도 10(a)에 나타내는 바와같이 유리기판 등의 투명기판(50)의 한쪽면에 ITO를 패터닝함으로써 일정한 피치간격으로 한방향으로 뻗는 다수개의 투명전극(51)을 형성한다. 이어서 도 10(b)에 나타내는 바와같이 각 투명전극(51)상에 전착법이나 인쇄법 등의 수단에 의하여 R(적색), G(녹색), B(청색)의 컬러필터(52)를 소정의 배열로 적층한다. 이와 관련하여 도 10(b)의 예에서는 R, G, B, R, G, B, R……의 순으로 컬러필터(52)가 적층되어 있다. 그리고 적층후, 약 250℃에서 소성하여 컬러필터(52)를 고형화한다.

그러나 투명기판(50)을 상기 XY테이블(2)의 흡착테이블(9)상에 탑재하고, 이 XY테이블(2)을 제어하면서 컬러필터(52)의 세로방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치간격으로 여덟 개의 분할빔을 조사함으로써 R, G, B의 컬러필터(52)를 부분적으로 제거한다는 레이저트리밍가공을 행하고, 이로써 도 10(c)에 나타내는 바와같이 차광막이 미형성이기는 하나, 소정배치로 늘어선 컬러필터(52)를 얻을 수 있다. 또한 이와같은 컬러필터(52)의 레이저트리밍가공을 모식적으로 나타내는 도 11에 있어서, 흡착테이블(9)상의 투명기판(50)은 동도의 지면직교방향으로 이송되고, 그 이동에 수반하여 대물렌즈(39)로부터 조사되는 빔스폿(S)이 컬러필터(52)의 불필요 부분을 제거하여 간다.

그리고 컬러필터(52)의 불필요 부분을 제거하였으면, 투명기판(50)의 컬러필터형성면에 블랙레지스트를 도포하여 건조시킨 후, 타면측에서 노광용 광을 조사하고, 노광후에 현상처리하여 미로광의 상기 블랙레지스트를 제거함으로써 도 10(d)에 나타내는 바와같이 컬러필터(52)의 주위의 간극부분에 차광막(53)을 형성하였다.

이와같이 하여 컬러필터(52)나 차광막(53)을 형성한다는 본 실시예의 제조기술에 있어서는 상기한 바와같이 레이저빔의 광로중으로 배치한 위상차판(25, 30, 33) 등을 적절히 회동시킴으로써 복수개의 분할빔의 파워에 불균일이 생기지 않도록 조정할 수 있기 때문에 도 11에 나타내는 바와같이 투명전극(51)상의 컬러필터(52)만을 제거하기 위하여 필요한 소정의 빔파워를 각 분할빔에 과부족없이 부여하는 것이 용이하며, 그로 인해 복수개(구체적으로는 여덟 개 )의 분할빔을 여러곳에 동시에 조사함으로써 컬러필터(52)의 레이저트리밍가공을 효율좋게 행할 수 있어 가공시간을 대폭 단축할 수 있다. 또 본 실시예에서는 상기한 바와같이 애퍼처(36)에 입사되는 레이저빔의 광축주위의 에너지분포곡선을 톱하트형으로 하여 그 저에너지부분이 상기 애퍼처(36)를 통과하지 않도록 연구하였기 때문에 대물렌즈(39)로부터 출사되는 빔스폿(S)을 광축주위의 광에너지의 분포가 대략 균일한 레이저광으로 설정할 수 있고, 따라서 컬러필터(52)의 트리밍폭에 치수오차나 불균일이 적은 고정밀도의 레이저가공을 행할 수 있도록 되어 있다. 또한 본 실시예에서는 종래기술에 있어서 컬러필터소성전에 설치하여 둘 필요가 있었던 포토레지스트층이 불필요하게 되기 때문에 포토레지스트가 버닝을 일으켜 박리시 남는다는 문제가 발생하지 않고, 따라서 컬러필터(52)의 주위에 아름다운 차광막(53)을 형성할 수 있는 이점도 있다.

또한 본 실시예와 같이 투명전극(51)을 남기고 컬러필터(52)만을 제거하면, 그후에 행하여지는 세정공정이나 랩핑(Rapping)처리공정에 있어서 정전기의 대전이 일어나기 어렵게 되기 때문에 정전기에 기인하는 액정표시소자의 표시얼룩이나 배향막의 손상 등을 회피할 수 있는 이점이 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 미리 투명기판상에 다수개의 투명전극과 상기 투명전극상에 적층한 컬러필터를 형성하여 이루어지 는 피가공물을 XY테이블상에 탑재하여 소정의 궤적으로 이동시키면서 복수개의 분할빔을 조사함으로써 상기 컬러필터를 그 길이방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치간격으로 레이저트리밍한다는 것이며 또 레이저가공기의 광학계에 설치한 위상차부재를 적절히 회동시킴으로써 각 분할빔의 파워불균일을 해소할 수 있다는 것이기 때문에 종래 행하여지고 있던 마스킹공정이나 포토레지스트의 노광 및 현상공정을 생략할 수 있어 제조공정의 간소화가 도모됨과 동시에 포토레지스트의 버닝에 기인하는 차광막의 노광부족을 회피할 수 있고, 그 결과, 컬러필터의 주위에 깨끗한 차광막을 저렴하게 형성할 수 있는 우수한 효과를 가진다.

또 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터를 공통의 레이저빔으로 부분적으로 제거할 때 단파장의 레이저빔, 구체적으로는 파장이 380㎚이하의 단파장의 레이저빔을 이용하도록 하고 있기 때문에 파장이 380㎚이하의 단파장의 레이저빔의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터에 대한 광투과율은 각각 10%전후 또는 그것이하가 되어 파장이 380㎚이하의 단파장의 레이저빔이 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터에 있어서 거의 균일하게 반사되게 되어 있다. 그리고 파장이 380㎚이하의 단파장의 레이저빔이 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터에 있어서 거의 균일하게 반사된 경우, 파장이 380㎚이하의 단파장의 레이저빔에 의한 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터에 대한 제거(커팅)폭은 같아지기 때문에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터의 사이즈를 같게 할 수 있고 컬러필터의 가공품질의 저하를 초래하는 일이 없게 되어 표시품질의 양호한 컬러필터를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 레이저발진기로부터 공급되는 레이저빔의 직선편광을 위상차부재에 의해 원편광으로 변환한후, 빔스프리터로 유도함으로써 상기 레이저빔을 복수개의 직선편광으로 분할하고, 이들 분할빔을 대물렌즈를 거쳐 피가공물에 스폿상으로 조사하는 가공기본체와, 피가공물을 탑재하여 서로 직교하는 두방향으로 이송가능한 XY테이블을 구비한 레이저가공기를 사용하고, 미리 투명기판상에 한방향으로 뻗는 다수개의 투명전극과, 상기 투명전극상에 적층한 컬러필터를 형성하여 이루어지는 피가공물을 상기 XY테이블상에 탑재하여 상기 XY테이블을 제어하면서 이 피가공물에 대하여 상기 컬러필터의 길이방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치간격으로 상기 복수개의 분할빔을 조사함으로써 상기 컬러필터를 부분적으로 제거하고 그후 상기 투명기판상에 복수개의 이간된 컬러필터를 형성하고, 이어서 상기 컬러필터의 주위에 차광막을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저빔이 380㎚이하의 파장인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 레이저빔이 280㎚이하의 파장인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 분할빔이 네 개 또는 여덟 개의 분할빔인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 위상차부재가 상기 레이저발진기로부터 출사된 레이저빔의 광축주위에 회동가능한 위상차판인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
6. 레이저빔을 발진하는 레이저발진기와,

   상기 레이저빔을 소정의 광로를 따라 유도하는 광학계를 구비하고,

   상기 광학계에 적어도 상기 레이저빔을 투공으로부터 통과시켜 빔형상을 성형하는 빔성형부재와,

   상기 빔성형부재로부터 출사된 레이저빔을 피가공물을 향하여 스폿상으로 조사하는 대물렌즈를 설치하고,

   상기 광학계에 상기 빔성형부재의 상류측에 배치되고, 입사되는 레이저빔의 광축주위의 에너지분포를 고에너지영역이 확대되는 멀티모드로 변환하여 출사하는 모드변환부재로부터 출사된 레이저빔을 상기 빔성형부재에 입사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 모드변환부재가 석영부재를 반사막으로 피복한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
8. 제 6항에 있어서,

   상기 모드변환부재로서 광화이버를 이용한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
9. 제 6항에 있어서,

   상기 빔성형부재의 투공이 상기 피가공물의 레이저트리밍가공폭과 같은 장방형상이 되는 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
10. 제 6항에 있어서,

    상기 모드변환부재와,

    상기 빔성형부재간에 원통렌즈를 설치한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
11. 레이저빔을 발진하는 레이저발진기와,

    상기 레이저빔을 소정의 광로를 따라 유도하는 광학계를 구비하고,

    상기 광학계의 선단부의 대물렌즈로부터 피가공물을 향하여 상기 레이저빔을 스폿상으로 조사하는 레이저가공기에 있어서,

    상기 광학계에 상기 레이저발진기로부터 출사되는 레이저빔의 직선편광을 원편광으로 변환하는 위상차부재와,

    상기 위상차부재로부터 출사되는 원편광을 두방향을 향하는 직선편광으로 분할하는 빔스프리터를 설치한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 광학계에 상기 빔스프리터로부터 출사되는 두 개의 직선편광을 각각 원편광으로 변환하는 한쌍의 제 2위상차부재와,

    이들 제 2위상차부재로부터 출사되는 원편광을 각각 두방향을 향하는 직선편광으로 분할하여 모두 네 개의 직선편광을 출사하는 제 2빔스프리터를 설치한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 위상차부재를 상기 레이저빔의 광축주위에 회동가능하게 설치한 것을 특징으로 하는 레이저가공기.
14. 제 11항에 있어서,

    상기 빔스프리터가 상기 레이저빔의 출사측에 반사막을 형성한 유리판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저가공기.