KR100254833B1

KR100254833B1 - 액정표시소자의제조방법및그의레이저가공기

Info

Publication number: KR100254833B1
Application number: KR1019970015692A
Authority: KR
Inventors: 다쓰야 모리이께
Original assignee: 가타오카 마사타카; 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2000-05-01
Also published as: KR970071058A; JPH09295175A; JP3309046B2; TW330875B

Abstract

본 발명은 간단한 조정만으로도, 레이저빔의 광축이나 발산각의 변화에 기인하는 가공 불균일이나 에너지 효율의 열화를 피할 수 있어, 항상 양호한 가공품질을 얻을 수 있는 레이저 가공기를 제공한다.

본 발명은 광학계가, 레이저빔의 빔 직경을 가변 조정하는 빔 익스팬더 (25) 와, 이 빔 익스팬더 (25) 로부터 출사된 레이저빔의 빔 형상의 종횡비를 가변 조정하는 원통 렌즈군 (27, 28) 과, 입사광측 및 출사광측의 능선을 서로 직교시킨 ㅅ자형의 굴절면을 갖는 프리즘으로 이루어지며, 상기 원통 렌즈군 (27, 28) 으로부터 출사된 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도 분포를 균일화시키는 호모지나이저 렌즈 (29) 를 구비하고, 이 호모지나이저 (29) 로부터 출사된 레이저빔을 애퍼쳐 (37) 의 투공 (37a) 으로 유도하여 빔 형상이 이루어지도록 구성하였다.

Description

액정 표시 소자의 제조방법 및 그의 레이저 가공기{manufacturing method of liquid crystal display device and the laser machining device thereof}

본 발명은 액정 표시 장치용 컬러 필터의 트리밍가공과 같은 박막 정밀 가공에 사용하기에 적합한 레이저 가공기 및 그 가공기를 사용한 액정 표시 소자의 제조방법에 관한 것이다.

근래, YAG 레이저 가공기로 박막 정밀 가공을 행하는 기술이 확립되어, 예를 들면 액정 표시 장치를 제조할 때에 필요한 컬러 필터의 트리밍 가공에서, 이러한 레이저 가공기를 사용함으로써 단시간에 양호한 정밀도로 수행될 수 있게 되었다.

이러한 종류의 레이저 가공기는, 통상, 레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔 (YAG 레이저) 을 광학계에 의해 소정의 광로를 따라 유도하여 피가공물에 조사시키는 가공기 본체와, 탑재한 피가공물을 리니어 모터 등에 의해 서로 직교하는 2 방향으로 이송하는 것이 가능한 XY 테이블과, 이들 가공기 본체 및 XY 테이블을 재치한 베이스반 (정반) 으로 개략 구성되어 있다. 그리고, 가공기 본체의 광학계에는, 각종의 렌즈군과 함께, 레이저빔을 통과시키는 소정 형상의 투공을 갖고 빔 형성부재로서 기능하는 애퍼쳐가 배설되어 있으며, 레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔이 이 애퍼쳐를 통과하여 빔 형상이 형성되므로, 소정의 빔 형상의 레이저빔이 광로의 선단부에 배설되어 있는 대물 렌즈로부터 피가공물을 향해 스폿형상으로 조사되도록 되어 있다.

그런데, 레이저 발진기로부터 공급되는 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도 분포는 일반적으로 가우스형 분포 곡선으로 표시되며, 중심부분의 에너지밀도가 가장 높고, 중심 부분으로부터 멀어짐에 따라 에너지밀도는 지수함수적으로 감소된다. 게다가, 이와 같은 레이저빔이 애퍼쳐의 투공으로 유도되는 경우, 광축이 이 투공의 중심에 대해 조금만 어긋나도, 레이저빔의 저 에너지 영역이 애퍼쳐로부터 출사되므로서, 피가공물에 대한 가공 불균일이 쉽게 발생된다. 즉, 에너지밀도 분포가 가우스형인 레이저빔은 고 에너지영역이 좁아, 레이저 발진기의 특성이나 각 부재의 부착 오차 등에 기인하는 광축 변동으로 인해, 광축이 애퍼쳐의 투공중심에 대해 어긋나서 위치되면, 이 투공의 폭이 상당히 좁지 않은 한, 레이저빔의 저 에너지영역이 애퍼쳐를 통과하여 피가공물에 조사됨으로써, 여기서는 만족스러운 레이저 가공을 수행할 수 없게 된다. 그 결과, 예를 들면 액정 표시 장치용 컬러 필터의 레이저 트리밍 가공시에는, 트리밍폭에 치수오차나 불균일을 일으켜, 표시 품질의 열화를 초래하기 쉽다. 그리고, 이와 같은 문제을 피하기 위해 애퍼쳐의 투공을 매우 좁은 폭으로 형성하여, 광축이 다소 어긋나 위치되더라도, 레이저빔의 고 에너지 영역만이 이 투공을 통과하도록 설정하는 것도 가능하지만, 이 경우에는, 애퍼쳐에서 차폐되어 유효하게 이용되지 않는 레이저빔의 비율이 현저하게 증가되므로, 바람직하지 않다.

따라서 종래, 일본국 특개소 60- 191689호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도 분포를 균일화시키는 에너지 분포 변환 부재를 광학계에 내장하여, 광축이 약간 변동해도 레이저빔의 저 에너지 영역이 피가공물에 조사되지 않도록 배려한 레이저 가공기가 제안되고 있다. 즉, 이러한 종래 기술은, 레이저빔이 입사되는 측 (입사광측) 에 4 각추형의 굴절면을 갖는 프리즘을 사용하여, 이 프리즘의 굴절면에서 복수의 방향으로 굴절시킨 레이저빔을 중첩시키고, 그 에너지밀도분포를 에너지 분포 변환 부재로서, 균일화시킨 것으로, 이렇게 하면 레이저빔의 고 에너지 영역이 확대되어, 광축 변동의 영향을 받기 어려워지며, 피가공물에 조사되는 레이저빔의 에너지밀도의 불균일에 기인하는 가공 불균일이 일어나기 어려워진다. 또한, 이 공보에는, 에너지분포 변환 부재로서, 입사광축에 ㅅ자형의 굴절면을 갖는 프리즘을 사용한 경우의 예도 기재되어 있지만, 이 프리즘보다, 4 각추형의 굴절면을 갖는 상기 프리즘을 사용한 쪽이, 레이저빔의 에너지밀도 분포를 보다 더 균일화시킬 수 있다.

그러나, 전술한 종래 기술과 같이 에너지 분포 변환 부재를 광학계에 내장하여 레이저빔의 고 에너지 영역을 확대해도, 애퍼쳐 등의 빔 형성부재에 유도되는 레이저빔의 발산각은 레이저 발진기의 특성에 따라 변화되므로, 원하는 레이저 가공을 위해 레이저 발진기의 교환하는 경우, 빔 형성부재에 의해 차단되어 버리는 레이저빔의 비율이 높아져, 에너지 효율이 악화될 우려가 있다. 또, 일반적으로 빔 형성부재에는, 빔 형상을 고속 레이저 가공에 적합한 장방형으로 형성하기 위한 장방형상의 투공이 형성되어 있으나, 전술한 종래 기술에서는 빔 형상이 거의 원형인 레이저빔을 에너지 분포 변환 부재에 입사시킴으로써, 빔 형상이 거의 정방형이고 에너지 분포 밀도가 거의 균일한 레이저빔을 이 변환 부재로부터 출사시키고 있으므로, 빔 형성 부재의 장방형 투공을 통과할 수 없는 레이저빔의 비율을 낮게 설정하여 에너지효율을 높이는 것이 곤란했었다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기의 광학계의 레이 아웃을 나타낸 설명도.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 광학계내의 호모지나이저 렌즈를 나타낸 사시도.

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기의 전체 측면도.

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기에 내장된 XY 테이블의 정면도.

도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 XY 테이블을 일부 생략 도시한 측면도.

도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기를 사용하여 컬러 필터를 트리밍가공하는 액정표시장치의 제조기술을 나타낸 공정 설명도.

도 7 은 도 6 에 나타낸 제조 과정에서 컬러 필터를 레이저 트리밍하는 공정을 나타낸 설명도.

*도면의주요부분에대한부호의설명*

1 : 가공기 본체 2 : XY 테이블

5 : 레이저 발진기 9 : 흡착 테이블

10 : X 테이블 14 : Y 테이블

25 : 빔 익스팬더

26, 32, 33 : 위상 차판 (1/4 γ 편광판)

27, 28 : 원통 렌즈

29 : 호모지나이저 렌즈 (에너지 분포 변환 부재)

29a, 29b : 굴절면 29c, 29d : 능선

31, 36 : 빔 스플리터 37 : 애퍼쳐 (빔 형성부재)

37a : 투공 50 : 투명기판

51 : 투명전극 52 : 컬러 필터

따라서, 본 발명은 레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔을, 그 에너지 밀도분포를 균일화시키는 부재에 유도하기 전에, 이 레이저빔의 빔 직경과 빔 형상의 종횡비를 가변 조정하는 것으로 한다. 이로써, 간단한 조정만으로도, 레이저빔의 광축이나 발산각의 기인하는 가공 불균일이나 에너지효율의 열화를 피할 수 있어, 항상 양호한 가공품질을 수 있다.

본 발명의 레이저 가공기에서는, 레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔을 광학계내의 빔 형성부재의 투공에 유도하여 빔 형상을 형성한 후, 피가공물을 향해 조사하는 레이저 가공기에 있어서, 상기 광학계가, 레이저빔의 빔 직경을 가변 조정하는 빔 익스팬더와, 이 빔 익스팬더로부터 출사된 레이저빔의 빔 형상의 종횡비를 가변 조정하는 원통 렌즈군과, 이 원통 렌즈군으로부터 출사된 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도분포를 균일화시키는 에너지 분포 변환 부재를 구비하고, 이 에너지 분포 변환 부재로부터 출사된 레이저빔을 상기 빔 형성부재로 유도하도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 원통 렌즈군으로서는, 광축의 수직면 내에서 레이저빔의 횡폭을 확대시키는 제 1 원통 렌즈와 종폭을 확대시키는 제 2 원통 렌즈를 사용하면 된다.

이와 같이, 광학계에 빔 익스팬더와 원통 렌즈군과 에너지 분포 변환 부재가 내장되어 있는 레이저 가공기는, 레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔의 빔 직경을 상기 빔 익스팬더로 가변조정함으로써, 발산각이 변화된 경우에도 상기 빔 형성부재에 향하는 레이저빔의 크기 (단면적) 를 거의 일정하게 유지할 수 있고, 또, 레이저빔의 빔 형상의 종횡비를 상기 원통 렌즈군으로 가변조정함으로써, 상기 빔 형성부재의 투공의 형상에 대응하여 빔 형상을 장원형으로 할수 있고, 또, 이들 빔 익스팬더 및 원통 렌즈군을 통과한 레이저빔을 상기 에너지 분포 변환 부재에 입사시킴으로써, 빔 형상이나 그 크기의 조정이 완료된 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도분포를 균일화시킬 수 있다. 따라서, 예를 들면 레이저 발진기를 교환하여 발산각이 변화된 경우에는 빔 익스팬더로 레이저빔의 크기를 조정하고, 또한 빔 형성부재를 교환하여 투공 형상이 변화한 경우에는 원통 렌즈군에서 빔 형상을 조정하기만 하면, 빔 형성부재의 투공을 포함하는 소정의 영역에, 에너지 밀도분포가 거의 균일한 레이저빔을 유도할 수 있다. 게다가, 레이저빔의 광축이나 발산각의 변화에 기인하는 가공 불균일이나 에너지 효율의 열화를 피하기 숴워, 양호한 가공품질이 저가로 안정적으로 얻어진다.

또한, 상기 에너지 분포 변환 부재로서, 입사광측과 출사광측에 각각 ㅅ자형의 굴절면을 갖고, 또한 입사광측의 굴절면의 능선과 출사광측의 굴절면의 능선을 서로 직교시켜서 이루어지는 프리즘을 사용하면, 입사광측에 4 각추형의 굴절면을 갖는 프리즘을 사용한 경우에 비해, 레이저빔의 에너지 밀도 분포를 균일화하는 기능을 손상시키지 않고, 부품 제작비를 저감할 수 있다.

실시예

실시예에 대해 도면을 참조하여 설명하면, 도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기 광학계의 레이아웃을 나타낸 설명도이며, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 광학계내의 호모지나이저 렌즈를 나타낸 사시도이고, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기의 전체측면도이며, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기에 내장한 XY 테이블의 정면도이고, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 XY 테이블을 일부 생략 도시한 측면도이며, 도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 가공기를 사용하여 컬러 필터를 트리밍가공하는 액정 표시 장치의 제조 기술을 나타낸 공정 설명도이고, 도 7 은 도 6 에 나타낸 제조 과정에서 컬러 필터를 레이저 트리밍하는 공정을 나타낸 설명도이다.

본 실시예에 따른 레이저 가공기는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 레이저 발진기 (5) 로부터 공급된 레이저빔 (YAG 레이저) 을 렌즈군이나 빔 스플리터 등으로 이루어지는 광학계에서 유도하여 피가공물에 조사시키는 가공기 본체 (1) 와, 탑재한 피가공물을 리니어 모터에 의해 서로 직교하는 2 방향으로 이송하는 것이 가능한 XY 테이블 (2) 과, 이들 가공기 본체 (1) 및 XY 테이블 (2) 을 탑재한 정반 (베이스반 ; 3) 과, 이 정반 (3) 을 재치한 제진대 (4) 로 개략 구성되어 있다. 또한, 도 4 중의 부호 (21) 는 가공기 본체 (1) 를 재치하고 있는 광학 정반을 나타내고 있으며, 이 광학 정반 (21) 은 지주 (22) 를 통해 정반 (3) 에 지지되고 있다. 또, 이 레이저 가공기는 진공 펌프 (8) 등과 함께, 강자성체로 이루어지고 소자(消磁) 효과를 갖는 안전 커버 (도시하지 않음) 로 덮여 있으며, 도 3 에 쇄선으로 나타낸 커버 프레임 (6) 이 이 안전 커버의 지지 프레임이 된다.

상기 XY 테이블 (2) 은, 상면에 다수 개설한 흡착공을 통해 공기를 흡인함으로써 탑재한 피가공물을 흡착 고정할 수 있는 흡착 테이블 (9) 과, 이 흡착 테이블 (9) 의 저면 중앙부에 개설되어 있는 축 구멍에 원주형상의 지축 (10a) 을 삽입하여 이 흡착 테이블 (9)을 회전 이동 가능하게 지지하는 X 테이블 (10) 과, 이 X 테이블 (10) 을 활주가능하게 지지하는 1 쌍의 평행한 X 축 레일부 (11a) 를 양측 에지에 설치하여 이루어지는 단면 형상이 요형인 지지대 (11) 와, 이 지지대 (11) 의 내측에 설치되어 상기 X 축 레일부 (11a) 를 따라 X 테이블 (10) 을 왕복 직선 이동시키는 X 축 리니어 모터 (12) 와, X 테이블 (10) 의 위치 데이터를 검출하는 X 축 리니어 엔코더 (13) 와, 지지대 (11) 를 재치한 Y 테이블 (14) 과, 상기 X 축 레일부 (11a) 와 직교하는 방향으로 연장하여 Y 테이블 (14) 을 활주가능하게 지지하는 3 개의 Y 축 레일 (15, 16) 과, 이들 Y 축 레일 (15, 16) 을 따라 Y 테이블 (14) 을 왕복 직선 이동시키는 Y 축 리니어 모터 (17) 와, Y 테이블 (14) 의 위치 데이터를 검출하는 Y 축 리니어 엔코더 (18) 로 주로 구성되어 있다. 단, X 테이블 (10) 과 각 X 축 레일부 (11a) 간, 및 Y 테이블 (14) 과 각 Y 축 레일 (15, 16) 간에는 각각, 테이블측에 설치한 에어 노즐로부터 압축 공기를 분출함으로써, 피가공물이 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 원활하게 이송할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 도 4 에 있어서, 부호 (3a) 는 Y 축 레일 (15, 16) 의 각 저부를 삽입하여 폭방향으로 위치 결정하기 위해 정반 (3) 의 상면에 설치한 부착홈을 나타내며, 부호 (17a, 17b, 17c) 는 각각 Y 축 리니어 모터 (17) 를 구성하는 코일과 자석과 요크를 나타내고, 부호 (18a, 18b) 는 각각 Y 축 리니어 엔코더 (18) 를 구성하는 검출부와 측정부를 나타내고 있다. 또, 도 5 에 있어서, 부호 (10b) 는 X 테이블 (10) 의 에어 분출면을 나타내며, 부호 (12a, 12b, 12c) 는 각각 X 축 리니어 모터 (12) 를 구성하는 코일과 자석과 요크를 나타내고, 부호 (13a, 13b) 는 각각 X 축 리니어 엔코더 (13) 를 구성하는 검출부와 측정부를 나타내며, 부호 (20) 은 지축 (10a) 을 회동 중심으로서 흡착 테이블 (9) 을 회전 구동하기 위한 모터를 나타내고 있다.

이와 같은 XY 테이블 (2) 을 내장한 레이저 가공기는, XY 테이블 (2)을 구동 제어함으로써, 흡착 테이블 (9) 상에 탑재한 피가공물을 수평면내에서 높은 위치 정밀도로 이동시킬 수 있으므로, 가공기 본체 (1) 의 광학계의 선단부 (대물 렌즈) 로부터 조사되는 스폿형상의 레이저빔에 대해 피가공물을 소정의 궤적으로 이동시킴으로써, 빔 조사에 의해 원하는 가공 패턴을 피가공물에 묘화할 수 있다.

다음으로, 상기 가공기 본체 (1) 의 광학계에 대해 설명하면, 레이저 발진기 (5) 로부터 공급된 레이저빔은, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 반사 미러 (23, 24) 에서 반사된 후, 빔 익스팬더 (25) 에 입사되어 빔 직경이 예를 들면 3 배로 확대되고, 이어서 1/4 γ편광판이라고도 호칭되는 제 1 위상차판 (26) 에 입사되어 직선 편광이 원편광으로 변환된다. 그리고, 제 1 위상차판 (26) 으로부터 출사된 원편광의 레이저 빔은, 먼저 제 1 원통 렌즈 (27) 에 입사되어, 광축에 수직의 면내에서 이 레이저빔의 횡폭이 확대되고, 이어서 제 2 원통 렌즈 (28) 에 입사되어, 광축의 수직면내에서 이 레이저 빔의 종폭이 확대되어, 이 원통 렌즈군 (27, 28) 을 통과시킴으로써 레이저 빔의 빔 형상은 장원형이 된다. 그리고, 본 실시예에서는, 빔 익스팬더 (25) 를 구성하는 복수개의 렌즈간의 간격이 변경 가능하므로, 이 빔 익스팬더 (25) 에 의해 레이저 빔의 빔 직경을 가변 조정할 수 있다. 또, 본 실시예에서는, 제 1 및 제 2 원통 렌즈들 (27, 28) 간의 간격이 변경 가능하므로, 이 원통 렌즈군 (27, 28) 에 의해 레이저빔의 빔 형상의 종횡비를 가변 조정할수 있다.

제 2 원통 렌즈 (28) 로부터 출사된 단면 형상이 장원형인 레이저빔은, 에너지 분포 변환 부재인 소정 형상의 호모지나이저 렌즈 (29) 에 입사되어, 거기서 4 방향으로 굴절되어 중첩됨으로써, 이 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도 분포가 균일화된다. 그리고, 본 실시예에서는 호모지나이저 렌즈 (29) 로서, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 입사광측과 출사광측에 각각 ㅅ자형의 굴절면 (29a, 29b) 을 갖고, 또한 입사광측의 굴절면 (29a) 의 능선 (29c) 과 출사광측의 굴절면 (29b) 의 능선 (29d) 을 서로 직교시켜 이루어지는 프리즘을 사용하고 있으므로, 일면에 4 각추형의 굴절면을 갖는 프리즘을 사용한 경우에 비하여, 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 균일화하는 기능을 손상하지 않고, 부품 제작비를 저감시킬 수 있다.

호모지나이저 렌즈 (29) 로부터 출사된 에너지 밀도분포가 거의 균일한 레이저빔은, 반사 미러 (30) 에서 반사된 후, 제 1 빔 스플리터 (31) 에 입사되어 2 방향으로 향하는 직선 편광으로 분할되고, 이로써 복수 개소를 동시에 레이저 가공할 수 있는 2 개의 분할 빔이 얻어진다. 그리고, 제 1 빔 스플리터 (31) 로부터 출사된 일측의 분할 빔은, 회전 이동가능한 제 2 위상차판 (32) 에 입사되어 다시 원편광으로 변환된 후, 반사 미러 (34) 를 거쳐 제 2 빔 스플리터 (36) 에 입사되고, 거기서 평행한 2 개의 직선 편광으로 분할된다. 마찬가지로, 제 1 빔 스플리터 (31) 로부터 출사된 타측의 분할 빔은, 회전 이동 가능한 제 3 위상차판 (33) 에 입사되어 원편광으로 변환된 후, 반사 미러 (35) 를 거쳐 제 2 빔 스플리터 (36) 에 입사되어, 거기서 평행한 2 개의 직선 편광으로 분할된다. 즉, 레이저 발진기 (5) 로부터 출사된 1 개의 레이저 빔이, 소정의 광로를 거친 후, 서로 평행한 총 4 개의 레이저빔으로 분할된 상태에서, 제 2 빔 스플리터 (36) 로부터 출사되도록 되어 있다. 그리고, 제 2 및 제 3 의 위상차판 (32, 33) 을 적절히 회전 이동시킴으로써, 각 분할 빔의 파워 (에너지 레벨) 의 불균일을 시정하는 파워 조정은 비교적 용이하게 행할 수 있다.

이렇게 하여 제 2 의 빔 스플리터 (36) 로부터 출사된 각 분할 빔은, 빔 형성부재인 애퍼쳐 (37) 의 투공 (37a) 을 통과한 후, 렌즈군 등을 거쳐, 광로의 선단부에 위치하는 대물 렌즈 (도 7 참조) 에 입사되어, 이 대물 렌즈로부터 상기 XY 테이블 (2) 상의 피가공물을 향해, 서로 평행의 4 개의 분할 빔이 스폿형상으로 조사되도록 되어 있다. 즉, 애퍼쳐 (37) 에는 4 개소에 장방형의 투공 (37a) 이 형성되어 있으며, 각 분할 빔이 그 광로중에 열려있는 투공 (37a) 을 통과하면, 빔 형상이 고속 레이저 가공에 적합한 장방형으로 형성되도록 되어 있다. 그리고, 본 실시예에 따른 레이저 가공기는, 액정 표시 장치용 컬러 필터의 레이저 트리밍가공을 행하기 위한 것이므로, 애퍼쳐 (37) 의 투공 (37a) 의 폭 치수가 트리밍 가공폭과 동등하게 설정되어 있다.

이와 같이, 빔 익스팬더 (25) 와 원통 렌즈군 (27, 28) 과 호모지나이저 렌즈 (29) 가 광학계에 내장되어 있는 가공기 본체 (1) 는, 레이저 발진기 (5) 로부터 공급된 레이저 빔의 빔 직경을 빔 익스팬더 (25) 로 가변 조정함으로써, 발산각이 변화한 경우에도 애퍼쳐 (37) 로 향하는 레이저 빔의 크기 (단면적) 를 거의 일정하게 유지할 수 있고, 또 레이저 빔의 빔 형상의 종횡비를 원통 렌즈군 (27, 28) 으로 가변 조정함으로써, 애퍼쳐 (37) 의 투공 (37a) 의 형상에 대응하는 장원형의 빔 형상으로 이룰 수 있고, 또, 이들 빔 익스팬더 (25) 및 원통 렌즈군 (27, 28) 을 통과한 레이저 빔을 호모지나이저 렌즈 (29) 에 입사시킴으로써, 빔 형상이나 그 크기의 조정이 완료된 레이저빔의 광축 주위의 에너지 밀도 분포를 균일화시킬 수 있다. 따라서, 예를 들면 레이저 발진기 (5) 를 교환하여 발산각이 변화된 경우에는 빔 익스팬더 (25) 로 레이저빔의 크기를 조정하고, 또 애퍼쳐 (37) 를 교환하여 투공 형상이 변화한 경우에는 제 1 및 제 2 원통 렌즈 (27, 28) 의 간격을 변경하여 빔 형상을 조정하도록 하면, 애퍼쳐 (37) 의 투공 (37a) 을 포함하는 소정의 영역에, 에너지 밀도 분포가 거의 균일한 레이저빔을 유도할 수 있다. 즉, 이 가공기 본체 (1) 는, 간단한 조정을 행하는 것만으로, 레이저빔의 광축이나 발산각의 변화에 기인하는 가공 불균일이나 에너지 효율의 열화를 피할 수 있도록 구성되어 있으며, 게다가 양호한 가공 품질이 저 비용으로 안정적으로 얻어지도록 되어 있다.

다음에, 전술한 레이저 가공기의 사용예로서, 액정 표시 장치의 제조 과정에서의 컬러 필터의 레이저 트리밍가공에 대해 설명한다.

이러한 레이저 트리밍가공을 행하기 전에, 먼저 도 6 (a) 에 나타낸 바와 같이, 유리 기판 등의 투명기판 (50) 의 일 면에, ITO 등을 패턴시킴으로써, 일정한 피치 간격으로 한 방향으로 연장하는 다수개의 투명전극 (51) 을 형성한다. 이어서 도 6 (b) 에 나타낸 바와 같이, 각 투명전극 (51) 상에, 전착법이나 인쇄법 등의 방법에 의해, R (적), G (녹), B (청) 의 컬러 필터 (52) 를 소정의 배열로 적층한다. 즉, 도 6 (b) 의 예에서는, R, G, B, R, G, B, R ……의 순으로 컬러 필터 (52) 가 적층되어 있다. 그리고, 적층 후, 약 250 ℃ 에서 소성하여 컬러 필터 (52) 를 고화한다.

그후, 투명기판 (50) 을 상기 XY 테이블 (2) 의 흡착 테이블 (9) 상에 탑재하여, 이 XY 테이블 (2) 을 제어하면서, 컬러 필터 (52) 의 길이방향과 직교하는 방향으로 일정한 피치 간격으로 복수개의 분할 빔을 조사함으로써, R, G, B 의 각 컬러 필터 (52) 를 부분적으로 제거하는 레이저 트리밍가공을 행하고, 이로써 도 6 (c) 에 나타낸 바와 같이, 차광막은 미형성이지만, 소정의 배치로 배열된 컬러 필터 (52) 가 얻어진다. 그리고, 이러한 레이저 트리밍가공을 모식적으로 나타낸 도 7 에 있어서, 흡착 테이블 (9) 상의 투명기판 (50) 은 동일 도면의 지면과 직교 방향으로 이송되어, 그 이동에 따라, 상기 가공기 본체 (1) 의 대물 렌즈 (38) 로부터 조사되는 스폿형상의 레이저빔 S 이, 컬러 필터 (52) 의 불필요한 부분을 제거해간다.

그리고, 컬러 필터 (52) 의 불필요 부분을 제거했다면, 투명 기판 (50) 의 컬러 필터 형성면에 블랙 레지스트를 도포하여 건조시킨 후, 타면측으로부터 노광용 광을 조사하고, 노광 후에 현상 처리하여 미노광의 상기 블랙 레지스트를 제거함으로써, 도 6 (d) 에 나타낸 바와 같이, 컬러 필터 (52) 의 주위의 간격 부분에 차광막 (53) 이 형성된다.

이와 같은 제조기술에 있어서, 레이저 가공기는, 복수개의 분할 빔을 투명기판 (50) 의 컬러 필터 형성면의 복수개소에 동시에 조사되므로, 컬러 필터 (52) 의 레이저 트리밍가공을 단시간에 효율적으로 행할 수 있다. 이때, 가공기 본체 (1) 의 대물 렌즈 (38) 로부터 레이저빔이 입사하여도, 에너지 밀도 분포가 거의 균일한 레이저빔이 조사되므로, 컬러 필터 (52) 의 트리밍 폭에 치수 오차나 불균일이 적은 고정밀도한 레이저 가공을 행할 수 있어, 양호한 가공품질을 기대할 수 있다.

본 발명은, 이상 설명한 바와 같은 형태로 실시되며, 다음에 기재된 바와 같은 효과를 갖는다.

빔 익스팬더와 원통 렌즈군으로 빔 형상이나 그 크기를 적절히 조정한 레이저빔을, 호모지나이저 렌즈 등의 에너지 분포 변환 부재를 통과시킨 후, 애퍼쳐 등의 빔 형성부재에 입사되므로, 이 투공을 포함하는 소정의 영역에 에너지 밀도분포가 거의 균일한 레이저빔을 유도할 수 있으며, 게다가 레이저빔의 광축이나 발산각의 변화에 기인하는 가공 불균일이나 에너지 효율의 열화를 피할 수 있게 되어, 양호한 가공 품질이 저 비용으로 안정적으로 얻어진다.

또한, 상기 에너지 분포 변환 부재로서, 입사광측과 출사광측에 각각 ㅅ자형의 굴절면을 갖고, 또한 입사광측의 굴절면의 능선과 출사광측의 굴절면의 능선을 서로 직교시켜 이루어지는 프리즘을 사용하면, 입사광측에 4 각 추형의 굴절면을 갖는 프리즘을 사용한 경우에 비해, 레이저 빔의 에너지 밀도 분포를 균일화하는 기능을 손상하지 않고, 부품 제작비를 저감할 수 있다.

Claims

(정정) 투명 기판에 설치한 복수개의 컬러 필터에 레이저빔을 조사하여 상기 컬러 필터의 일부를 제거하고, 제거된 부분에 차광막을 형성하여 컬러 필터의 주위에 차광막을 형성하는 액정 표시 소자의 제조 방법에 있어서,

레이저 발진기로부터 공급된 상기 레이저빔은, 레이저빔의 빔 직경을 가변 조정하는 빔 익스팬더와, 이 빔 익스팬더로부터 출사된 레이저빔의 빔 형상의 종횡비를 가변 조정하는 원통 렌즈군과, 이 원통 렌즈군으로부터 출사된 레이저 빔의 광축 주위의 에너지 밀도분포를 균일화시키는 에너지 분포 변환 부재와, 이 에너지 분포 변환 부재로부터 출사된 레이저빔의 빔 형상을 형성하는 빔 형성부재로 이루어지는 광학계를 통과하여, 상기 컬러 필터에 소정폭의 제거부를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
레이저 발진기로부터 공급된 레이저빔을 광학계내의 빔 형성부재의 투공에 유도하여 빔 형상을 형성한 후, 피가공물을 향해 조사하는 레이저 가공기로서, 상기 광학계가 레이저빔의 빔 직경을 가변 조정하는 빔 익스팬더와 , 이 빔 익스팬더로부터 출사된 레이저빔의 빔형상의 종횡비를 가변 조정하는 원통 렌즈군과, 이 원통 렌즈군으로부터 출사된 레이저 빔의 광축 주위의 에너지 밀도 분포를 균일화시키는 에너지 분포 변환 부재를 구비하고, 이 에너지 분포 변환 부재로부터 출사된 레이저빔을 상기 빔 형성부재로 유도하도록 구성한 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.
제 2 항에 있어서, 상기 원통 렌즈군이, 광축의 수직면내에서 레이저빔의 횡폭을 확대시키는 제 1 원통 렌즈와 종폭을 확대시키는 제 2 원통 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 에너지 분포 변환 부재는 입사광측과 출사광측에 각각 ㅅ자형의 절곡면을 갖고, 또한 입사광측의 굴절면의 능선과 출사광측의 굴절면의 능선을 서로 직교시켜 이루어지는 프리즘임을 특징으로 하는 레이저 가공기.
(정정) 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 피가공물은 액정 표시 장치의 구성 부재로 이루어지는 컬러 필터인 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.