WO2007018038A1 - 突起部除去工程を含む基板の製造方法並びにカラーフィルタ突起修正方法及び装置 - Google Patents

突起部除去工程を含む基板の製造方法並びにカラーフィルタ突起修正方法及び装置 Download PDF

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Definitions

  • Substrate manufacturing method including protrusion removal step, and color filter protrusion correction method and apparatus
  • the present invention relates to a method of manufacturing a substrate having a flat surface using laser light, and further to manufacturing a color filter for a display device that displays a color image through a color filter such as a liquid crystal display (LCD).
  • the present invention relates to a method of correcting generated protrusions and a method of manufacturing a color filter substrate having a flat surface using the method.
  • FIG. 1 shows a configuration of a typical part of a liquid crystal display device.
  • the liquid crystal cell 1 for a liquid crystal display device is basically composed of a backlight (not shown) provided on the back side of the display panel, a TFT substrate 220, a color filter substrate 100, and a liquid crystal 2 10 sandwiched between the TFT substrate 220 and the color filter substrate 100.
  • the TFT substrate 220 includes a transparent glass substrate 5, a polarizing element (not shown), a pixel control transistor 6 formed on the transparent glass substrate 5, a gate scanning line 7-1, a storage capacitor line 7-2, and an alignment film.
  • a transparent electrode having an uppermost layer is provided.
  • the color filter substrate 100 includes a transparent substrate 2, a color filter 3 formed on the transparent substrate 2, and a common electrode as basic components. Between the color filter substrate 100 and the TFT substrate 220, in order to make the layer thickness of the liquid crystal space uniform over the entire screen, a cylindrical spacer is placed in an opaque place where the black matrix 4-1 of the color filter substrate is placed. S 4—2 is arranged.
  • the light emitted from the knocklight is linearly polarized by a polarizing plate (not shown) provided on the TFT substrate, and the polarization characteristics are controlled while passing through the liquid crystal 210 (that is, the polarization characteristics change or change). Not) or is blocked or transmitted by the polarizing plate provided on the color filter substrate 100.
  • FIG. 1 schematically shows typical components of the color filter substrate in the liquid crystal display.
  • the display screen is color filter red (R) 3_ l, It is composed of a plurality of pixels in which blue (B) 3 — 2 and green (G) 3 — 3 are formed.
  • the spacers 41 and 2 are formed on the black matrix 4-1 by the process of exposing and etching the photosensitive resin.
  • the height 9 of the spacer 4_2 is approximately the same, and the spacers 4_2 are formed at the same height so that no color unevenness occurs at the place where the liquid crystal is sealed.
  • a color / funk is applied at a thickness of 1 to 3 xm.
  • the viscosity and curing speed of the color ink may be formed on the filter pixel portion. This is a protrusion-like defect, and the height 10 of this protrusion is about 10 / im and the diameter of the cylinder is about 20 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the distance between the TFT substrate that is oppositely disposed in a pair with the color filter substrate is not determined by the height 9 of the spacer 42, but is a defect. It is determined by the height 10 of a certain protrusion 8. Therefore, the layer thickness of the liquid crystal space varies depending on the position, color unevenness occurs, and the liquid crystal display cell becomes defective.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 2003-233064
  • Patent Document 2 Japanese Patent JP 2000-305086
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 2003-279722
  • Patent Document 4 Japanese Patent Publication No. 2003-57428
  • the transparent substrate of the color filter is once removed, and then the color or black ink is filled and cured, so that at least two steps of removal and filling are required. There is a disadvantage that it becomes important.
  • the present invention is a method of manufacturing a substrate having a flat surface by removing protrusions protruding from the surface of the substrate.
  • Providing a substrate manufacturing method including a step of irradiating the surface to give a fluence necessary for removing the protrusion, and removing the protrusion below the fluence at a position on the substrate surface.
  • the working efficiency can be improved by scanning the beam parallel to the substrate surface.
  • the short focal depth focused beam is preferably a fundamental harmonic such as the second harmonic, the third harmonic, or the fourth harmonic.
  • the position of the beam waist should be at or near the substrate surface.
  • the present invention can be efficiently implemented by striking only a certain range including the planar shape. At that time, the focused light beam or the image of the aperture may be scanned.
  • the wavelength of the laser used is preferably about 560 to 390 nm, and more preferably 390 nm or less. This is because the material of the color filter that becomes the protrusion is mainly resin, so it has a relatively high absorption characteristic from the visible to the ultraviolet region, and therefore only a small part of the surface layer irradiated with the laser is present. This is because it is easily removed. Further, it is preferable that the pulse width of the laser is less than 1 X 10- 12 seconds. Further, if the substrate force S color filter substrate is used, a color filter substrate from which protrusions formed by ink are appropriately removed can be obtained.
  • the projection higher than the spacer is relatively scanned with the short processing depth of focus focused beam by the high NA condenser lens in the direction parallel to the substrate surface.
  • the present invention also provides a laser light generating means, a condensing lens that converts the laser light generated by the laser light generating means into a convergent beam, and a color filter that is the object to be processed. Protrusion higher than the spacer of the color filter by irradiating the convergence beam while moving relative to the surface of the filter substrate.
  • the present invention solves the above problems by providing a color filter protrusion correcting device for removing an object. In addition to using a stage as the relative moving means of the convergent beam, it is possible to use a galvanometer mirror optical system.
  • the position of the protrusion is measured in the inspection step, and is removed by the short focus depth condensing laser beam in the next step. It becomes possible to process to the height of.
  • the short pulse of picoseconds or less and the short pulse in the infrared region are converted into an ultraviolet laser, and the ultraviolet short pulse is condensed by a high NA condenser lens.
  • the projection within the processing focus is corrected by removing. It is possible to simplify the correction process by removing the portion above the predetermined height while leaving the protrusions on the color filter substrate to the predetermined height.
  • a space including a tip of a protrusion that causes a defective product can be obtained simply by irradiating a laser beam onto a protrusion-like defect generated in the manufacturing process. Since the part higher than the bottom can be easily removed, the product yield can be improved and the product cost can be reduced. Further, in the conventional method of correcting the protrusions by the laser method, after the protrusions have been completely removed to the substrate, a process of correcting the color ink by filling the removed portions as a separate process is required. Then, there is an advantage that the correction can be completed by removing only the protrusion.
  • the removal is performed at a high power density of a short pulse, the removed matter can be scattered by being finely vaporized, and if the suction nozzle is placed close to the protrusion of the processing point, it can be easily made into a gaseous body. Suction processing is possible.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional arrangement view of a color filter substrate, a TFT substrate, and a liquid crystal sealing space.
  • FIG. 2 is a schematic view of a cross-sectional arrangement of a color filter substrate on which color filter protrusions and spacers are arranged.
  • FIG. 3 is a diagram showing a laser focusing optical system for cutting a protrusion and an installation relationship at the time of processing the protrusion for carrying out the present invention.
  • FIG. 4 is a layout view in which the color filter protrusion is cut off by scanning the laser beam along the substrate.
  • FIG. 5 is a diagram in which a simulated projection is partially excised by the present invention.
  • Beam waist position 24 XY stage
  • a typical component of the color filter substrate shown in FIG. 2 is a processing target according to the present invention.
  • the color filter is provided with a transparent electrode (not shown) and an alignment film on the transparent electrode, but it is not shown here because it is not related to the processing method of the invention.
  • the opaque part 4-1 of the black matrix is formed by patterning a deposited film such as chromium on the transparent substrate 2 constituting the color filter, and red, green, Blue color filters 3-1, 3, 2 and 3-3 are provided.
  • a spacer 4-2 that determines a spatial distance between the color filter substrate 100 and the TFT substrate 220 is provided in a portion of the black matrix 4-1 that does not transmit light. This height 9 is about 4 zm.
  • the protrusion 8 formed in the color filter manufacturing process for applying the correction method of the present invention may have a height 10 ranging from about 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. . If the protrusion with such a height is assembled as it is as a liquid crystal substrate cell, the thickness of the space for enclosing the liquid crystal 210 varies depending on the location. For this reason, color unevenness occurs in the liquid crystal display substrate, and a practical display device cannot be obtained. Therefore, the height of the protrusion 8 needs to be suppressed to at least the height 9 of the spacer 42.
  • the present invention uses laser force, but in general laser cutting caloe, a cut surface is generally formed along the optical axis direction of the laser beam.
  • This departure Akira controls the power density in the spatial axial direction of the laser beam to form a machined surface perpendicular to the optical axis of the laser beam.
  • machining focal length is considered equivalent to the optical focal length, the range is given by ⁇ / ⁇ ⁇ 2.
  • ⁇ is the wavelength of light and ⁇ is the numerical aperture of the lens.
  • the Caloe focal length is inversely proportional to the square of ⁇ . This means that if a short-focus large-aperture lens is used, the processing range in the optical axis direction can be limited to a small range.
  • the processing focal length is 0.9 ⁇ m. Therefore, when such a high NA condensing lens is used, the processing range can be controlled in the optical axis direction with this processing depth of focus.
  • the flatness of the machined surface is a force that varies depending on the overlap ratio of the scanning spot.
  • FIG. 3 shows an arrangement relationship between the above-described optical system and projections of a color filter that is a processing object.
  • a pulse of 390 nm wavelength is obtained by converting the wavelength of a 1560 nm femtosecond laser from a mode-locked femtosecond laser generator using an optical fiber to half the wavelength using a nonlinear optical crystal, and amplifying this short pulse with a titanium-added sapphire crystal Amplified with a gain substance, converted to the near-infrared wavelength with a nonlinear optical crystal, yields a short UV output of 390 nm. In FIG. 3, this no-les is made into a beam 19 in FIG. The convergent beam 17 forms a focused beam waist 16.
  • the processing focal depth in the vicinity of the beam waist 16 can be reduced to a sufficiently small value of 1 ⁇ m or less.
  • the beam waist position 22 is set to a level that is approximately 13 deeper than the processing focal depth 13 above the cut-off position level 14 of the color filter.
  • the beam stagger shown in FIG. 4 is performed.
  • An XY stage 24 is mounted on a stage base 25, and a projection 23 is disposed thereon.
  • the XY stage 24 is scanned in a plane perpendicular to the laser beam optical axis by a zigzag locus 26. This scanning trajectory runs to the area outside the protrusion. Even if you hesitate, this part will not have an adverse effect.
  • the projection 8 shown in FIG. 3 comes into the processing focal point of the laser beam due to such a beam strike, the projection in the processing focal point is removed.
  • the removed protrusion is indicated by a broken line 8_1.
  • the remaining protrusion 8_2 is removed, and as a result, the protrusion is cut off from the cut surface 14.
  • a method of moving the beam in a zigzag shape as shown in FIG. 4 using a galvanometer mirror may be used.
  • the laser beam used was a wavelength of 390 nm, which is the second harmonic of a Ti: Sa (titanium sapphire) laser that oscillates at 780 nm as the fundamental wave.
  • Pulse repetition rate 1000 Hz
  • pulse energy 5 nJ
  • beam quality M 2 1.63 in the X direction, 1.62 in the Y direction
  • the lens uses NA of 0.7 (Mitutoyo M Plan MR 100 X HR), beam diameter: 1 mu m, scanning speed: 10 ⁇ m / s, scanning pitch: 1 mu m
  • the energy irradiation fluence 0.6 J N m artificially in two conditions of the same material as the color filter shown in the photograph of FIG. 5
  • the beam was scanned from the lower side of the photo to the left and right, and about half were cut off.
  • the step 28 between the excision surface 27 and the top 29 of the simulated projection is formed by excision, and the surface roughness of the excision surface varies depending on the overlapping rate of the focused spots at the time of irradiation, that is, the overlap rate. In the case of 50%, the roughness was 60 nm. This surface roughness is sufficiently flat for use as a color filter. It can be seen that sufficient processing accuracy can be obtained because the height of the protrusions should be cut to a level lower than the spacer.
  • a laser beam having a narrow pulse width is used, so that there is no denaturation or the like with less thermal shock at the processing point.
  • the portion irradiated with the laser light is turned into plasma, there is almost no effect on the colorant.
  • the fundamental wave of the titanium sapphire laser is not necessarily 780 nm, and the wavelength can be adjusted between about 700 and 900 ⁇ m. Therefore, the second harmonic is about 350 to 450 nm, and the third harmonic is about 233 to 300 nm. It is also possible to use the second or third harmonic of a Yb (ytterbium) fiber laser whose fundamental wave is about 980 to 1120 nm.
  • Nonlinear optical crystals for obtaining harmonics include LBO (lithium triborate), BBO (barium baud rate) is used.
  • the second harmonic (532nm), third harmonic (355nm), and fourth harmonic (266nm) of Nd: YAG or Nd: YVO laser with fundamental wave power Sl064nm can also be used.
  • the third harmonic, especially the fourth harmonic, which is an ultraviolet region with high absorption, has a remarkable effect.
  • the above-described embodiment can also be applied to the case where the force described for the color filter of the liquid crystal display device and other protrusions of the display device are removed.
  • the color display method can also be used in the process of correcting protrusion defects in color filters used for organic EL color display.
  • a spacer is not necessary, but it is conceivable that the protrusion may cause a defect.
  • the method for removing protrusions of the present invention can also be used to remove burrs generated during machining.
  • the position of the laser beam waist is set on the upper part of the main body with a high NA condensing lens, only the protrusion is cut off, and the power density is adjusted to the optical axis by the short focus depth so that the main body surface remains intact.
  • the processing focal point in the direction is set by using the shallow depth of depth, and only the burr part is cut off.

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Abstract

　カラーフィルタの修正に短パルスレーザを用いて突起除去修正を行う方法を提供する。 　透明基板２上に形成されたカラーフィルタ３－１，３－２，３－３に生じた突起８に対し、高NA集光レンズ１８で集光したビームを照射しながら透明基板２に平行方向にビームを走査し、突起８を除去または修正加工を施すカラーフィルタの修正方法を提供する。

Description

明 細 書
突起部除去工程を含む基板の製造方法並びにカラーフィルタ突起修正 方法及び装置
技術分野
[0001] 本発明は、レーザ光を用いて平坦な表面を有する基板を製造する方法に関し、さら に、液晶表示装置 (LCD)などのカラーフィルタを通してカラー画像表示する表示装 置のカラーフィルタ製造で発生する突起を修正する方法および当該方法を用いて平 坦な表面を有するカラーフィルタ基板を製造する方法に関する。
背景技術
[0002] 図 1に液晶表示装置の代表的な一部の構成を示す。液晶表示装置用液晶セル 1 は、表示パネルの裏側に設けられたバックライト（図示なし）、 TFT基板 220、カラー フィルタ基板 100および TFT基板 220とカラーフィルタ基板 100に挟持された液晶 2 10が基本的構成要素である。 TFT基板 220は、透明ガラス基板 5、偏光素子（図示 しない）、透明ガラス基板上 5に形成された画素制御用のトランジスタ 6、ゲート走査 線 7— 1、蓄積容量線 7-2、配向膜を最上層に有する透明電極を備える。一方、カラ 一フィルタ基板 100は、透明基板 2、透明基板 2上に形成されたカラーフィルタ 3およ び共通電極が基本的構成要素である。カラーフィルタ基板 100と TFT基板 220の間 には、液晶空間の層厚を画面全体にわたって均一にするために、カラーフィルタ基 板のブラックマトリックス 4—1を配置した不透明の場所に円筒状のスぺーサ 4— 2が 配置されている。
[0003] ノ ックライトから照射された光は、 TFT基板に設けられた偏光板 (図示なし)によって 直線偏光し、液晶 210を通過する間に偏光特性が制御され (つまり偏光特性が変化 しあるいは変化せず）、カラーフィルタ基板 100に設けられた偏光板によって遮断あ るいは透過される。
[0004] このような構成を有する液晶表示装置については、特開 2003-233064、特開 20 00-305086などに記述されている。図 2に液晶表示装置におけるカラーフィルタ基 板の代表的構成要素を模式的に示した。表示画面は、カラーフィルタ赤（R) 3_ l、 青（B) 3 _ 2、緑 (G) 3 _ 3がそれぞれ形成された複数の画素で構成される。スぺーサ 4一 2は、光感光性樹脂の露光、エッチングのプロセスによりブラックマトリックス 4—1 上に形成される。また、スぺーサ 4_ 2の高さ 9は約 程度であり、液晶の封入す る場所において色むらが発生しないように同じ高さで形成される。
[0005] カラーフィルタ基板を製造する工程において、カラ一/ fンクを 1—3 x mの厚さで塗 布するが、カラーフィルタの画素にインクを置く工程で、カラーインクの粘性や硬化速 度などの物理的パラメータによっては、フィルタ画素部に突起 8が形成されることがあ る。これは突起状の欠陥であり、この突起の高さ 10は 10 /i m程度で円筒の直径は 20 μ mから 100 μ m程度である。
[0006] このような突起状の欠陥が発生すると、カラーフィルタ基板と対になって対向配置さ れる TFT基板との間の距離はスぺーサ 4 2の高さ 9では決定されずに欠陥である突 起 8の高さ 10によって決定されることになる。したがって液晶空間の層厚が位置によ つて異なり、色むらが発生し液晶表示セルは欠陥品となる。
[0007] カラーフィルタに突起が形成された場合、公知技術によれば、検査によって特定さ れた突起状の欠陥に向けてパルスレーザを照射し、突起を構成するごみ、カラーイン クなどの突起全体を透明基板まで除去し、周囲のカラーフィルタに凹みを形成し、そ の後、デイスペンサを用いてその穴に修正用インクを充填して、異物突起状の欠陥を 修正していた（特許文献 3)。紫外線レーザでカラーフィルタ上の異物を除去し、色抜 けされた位置に黒レジストを塗布し、紫外線で硬化させる方法も知られている（特許 文献 4)。
特許文献 1 :日本特許 特開 2003— 233064号公報
特許文献 2 :日本特許 特開 2000— 305086号公報
特許文献 3 :日本特許 特開 2003— 279722号公報
特許文献 4 :日本特許 特開 2003— 57428号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 上述の従来方法は何れも、一旦カラーフィルタの透明基板まで除去し、次に、カラ 一または黒インクを充填して硬化させるので、除去と充填の工程が少なくとも 2工程必 要になるという欠点がある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、基板表面から突出する突起部を除去して平坦な表面を有する基板を製 造する方法であって、高 NA集光レンズによる短カ卩ェ焦点深度集光ビームを基板表 面に照射して突起部に対しては該突起部の除去に必要なフルエンスを与えると同時 に基板表面の位置では前記フルエンス以下として突起部を除去する工程を含む基 板の製造方法を提供することによって上記の課題を解決するものである。
[0010] 前記ビームを基板表面に平行に走査することによって作業効率を向上させることが できる。短焦点深度集光ビームは第 2高調波、第 3高調波、第 4高調波など基本波の 高調波であることが好ましい。さらに、ビームウェストの位置は、基板表面または基板 表面の近傍の位置にくるのが良い。また、突起部の平面形状を検出し、当該平面形 状が検出されたら、前記平面形状を含む一定の範囲だけを走查することによって本 発明を効率よく実施することができる。その際、絞り込んだ光束あるいは開口の結像 を走査してもよい。
[0011] さらに、突起は必ずしも全てを除去することは必須ではなぐ突起の上層の一部の みを除去するものであってもよレ、。その際使用するレーザの波長は、 560〜390nm程 度、さらには 390nm以下であることが好ましい。これは、突起となるカラーフィルタの材 料が主に樹脂であるので、可視から紫外域に掛けて比較的高い吸収特性を有し、こ のためレーザが照射された表層の僅かな部分のみが除去されやすくなるからである。 また、レーザのパルス幅は 1 X 10— 12秒以下であることが好ましい。 さらに、前記基板 力 Sカラーフィルタ基板であれば、インクによって形成された突起が適切に除去された カラーフィルタ基板を得ることができる。
[0012] 本発明は、さらに、カラーフィルタ基板の製造過程において、スぺーサより高い突起 部を高 NA集レンズによる短加工焦点深度集光ビームを基板表面に平行な方向に相 対的走査し、突起部を除去することを特徴としたカラーフィルタ突起修正方法を提供 することによって前記の課題を解決するものである。
[0013] また本発明は、レーザ光発生手段、レーザ光発生手段により発生したレーザ光を 収束ビームに変換する集光レンズ、及び収束ビームを被処理物体であるカラーフィ ルタ基板の表面に平行な方向に相対的走查をする相対的移動手段を有し、収束ビ ームを相対的走查をしながら照射することにより前記カラーフィルタのスぺーサより高 い突起物を除去するカラーフィルタ突起修正装置を提供することによって前記の課 題を解決するものである。収束ビームの相対的移動手段としてステージを用いるほか ガルバノミラー光学系によるものが可能である。
[0014] 本発明によれば、カラーフィルタの製作過程において突起が形成された後に検查 工程でその突起のある位置を計測し、次レ、で短焦点深度集光レーザビームで除去し 、所定の高さに加工を施すことが可能になる。突起部を所定の高さで切除するため に、ピコ秒以下の短パルス、赤外域の短パルスを波長変換して紫外線レーザにし、こ の紫外線短パルスを高 NA集光レンズで集光し、集光スポットによる加工焦点深度を 突起の高さより短くなるように光軸方向のレーザパワー密度分布を形成し、その集光 スポットをカラーフィルタ基板面に平行に走査することで、加工焦点内の突起を除去 することで所望の突起を修正する。カラーフィルタ基板の突起状の欠陥を所定の高さ まで残したまま、所定の高さ以上の部分を除去することで修正の工程を簡略にするこ とが可能になる。
発明の効果
[0015] 本発明の効果として、例えばカラーフィルタに関して記載すれば、製作工程で発 生した突起状の欠陥にレーザビームを照射するだけで、不良品の原因となる突起の 先端部を含むスぺーサより高い部分を簡単に除去できるので製品の歩留まり向上が 図れ、製品のコストが低減される。さらに従来レーザ法で突起を修正する方法では完 全に突起部を基板まで除去加工を行った後に、別工程としてカラーインクを除去部 分に補填して修正する工程を必要としたが、この発明では突起部だけを除去すること で修正が完了できる利点がある。
[0016] さらに短パルスの高パワー密度で除去するため、除去物は微細に気化されること で飛散でき、吸引ノズルを加工点の突起に接近して設置すれば、容易にガス状体と して吸引処理が可能である。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]カラーフィルタ基板と TFT基板と液晶封止空間の断面配置模式図である。 [図 2]カラーフィルタの突起とスぺーサを配置したカラーフィルタ基板の断面配置の模 式図である。
[図 3]この発明を実施するための突起切除のためのレーザ集光光学系と突起の加工 時の設置関係を示す図である。
[図 4]カラーフィルタ突起をレーザビームを基板に沿って走査して切除する配置図で ある。
[図 5]模擬的な突起をこの発明によって部分的に切除を実施した図である。
符号の説明
1:液晶表示装置用液晶セル
2：カラーフィルタ用透明基板
3:3-1, 3-2, 3-3 カラーフィノレタ
4— 1:ブラックマトリックス
4_2：スぺーサ
5:透明ガラス基板
6：画素制御用のトランジスタ
7_1：ゲート走査線
7_ 2:蓄積容量線
8、 23:突起
8— 1:被除去突起
8— 2:残存突起
9:スぺーサ高さ
10:突起高さ
14、 27:切除面
16:ビームウェスト
17、 19:ビーム
18:高 NA集光レンズ
20、 21:ビーム方向
22:ビームウェスト位置 24 : XYステージ
25 :ステージ台
26 :軌跡
27 :切除面
28 :段差
29 :突起頂上
30 :模擬突起
100 :カラーフィルタ基板
220 : TFT基板
210 :液晶
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下に本発明を図により説明する。図 2に示したカラーフィルタ基板の代表的構成 要素は、本発明による加工対象である。カラーフィルタには図示していない透明電極 、さらにその上に配向膜などが設けられるがここでは発明の加工方法とは関連しない ので図示していない。図 2においてカラーフィルタを構成する透明基板 2の上にクロム などの蒸着膜をパターン形成によってブラックマトリックスの不透明部 4—1を形成し、 光透過部分の窓の開かれた部分に赤、緑、青のカラーフィルタ 3— 1， 3-2, 3— 3が 設けられる。光の透過しないブラックマトリックス 4—1の部分にはカラーフィルタ基板 100と TFT基板 220の間の空間距離を定めるスぺーサ 4— 2が設けられる。この高さ 9 は 4 z m程度である。
[0020] —方この発明の修正方法を適用するためのカラーフィルタの製作工程の中で形成 される突起 8は高さ 10が 10 μ m程度から 100 μ mの高さに及ぶものも発生する。もし このような高さの突起がそのまま液晶基板セルとして組み立てられると、液晶 210を 封入する空間の厚さは場所によって異なる。このため液晶表示基板には色むらが発 生することになり、実用的な表示装置が得られない。したがって突起 8の高さは少なく ともスぺーサ 4 2の高さ 9以下に抑えることが必要である。
[0021] このような必要性からこの発明ではレーザ力卩ェを用いるが通常のレーザ切断カロェ はレーザビームの光軸方向に沿って切断面が形成されるのが一般的である。この発 明はレーザビームの空間的な軸方向のパワー密度を制御して加工面をレーザビーム の光軸に直角方向に形成する。
[0022] 一般に、加工焦点距離は光学的な焦点距離と同等と考えられ、その範囲は、 λ /Ν Α2で与えられる。ここで λは光の波長、 ΝΑはレンズの開口数である。この式より、カロ ェ焦点距離は ΝΑの 2乗に反比例する。このことは短焦点大口径レンズを用いれば光 軸方向の加工範囲を小さな範囲に限定できることを意味している。レンズとして NA=0. 7、焦点距離 f= 2mmの集光レンズを加工用紫外線レンズとして用レ、、波長 780nmの 短パルスレーザから 2倍波を非線形光学結晶で発生させた波長 390nmの短パルスレ 一ザを用いると加工焦点距離は 0.9 μ mとなる。したがつてこの程度の高 NA集光レン ズを用いると光軸方向にこの加工焦点深度程度で加工範囲を制御可能となる。加工 面の平坦度は走査スポットのオーバラップ率によって変化する力 実用的にはカラー フィルタの突起切除の場合は 50%程度で十分である。
[0023] 図 3に上記の光学系と加工対象物であるカラーフィルタの突起の配置関係を示す。
波長 390nmのパルスは光ファイバによるモード同期フェムト秒レーザ発生器からの波 長 1560nmのフェムト秒レーザを非線形光学結晶で波長を半分に変換し、この短パル スをチタン添カ卩のサフアイャ結晶の増幅利得物質で増幅し、その近赤外域の波長に 非線形光学結晶で変換し波長 390nmの紫外線短パルス出力を得る。このノ^レスを図 3においてビーム 19として矢印 20の方向力 高 NA集光レンズ 18に入射させ、集光レ ンズを出た収束ビーム 17を突起 8に向けて照射する。収束ビーム 17は集光ビームゥ ェスト 16を形成する。
[0024] レーザ出力のパルスエネルギーを調整することでビームウェスト 16近傍の加工焦点 深度を 1 μ m以下の十分小さな値にできるから、この焦点近傍のレンズ 18から遠方側 の加工焦点深度をカラーフィルタ突起 8の制御したい高さである図 3のガラス基板 2か ら距離 15のところに設定する。ビームウェストの位置 22はカラーフィルタの切断除去 位置レベル 14より上の加工焦点深度 13程度だけ上のレベルに設定する。
[0025] このような光学系配置で図 4に示すビーム走查を行う。ステージ台 25上に XYステー ジ 24を搭載し、その上に突起 23を配置し、 XYステージ 24をジグザク軌跡 26でレーザ ビーム光軸と直角面内で走査する。この走査の軌跡は突起物から外れた面積まで走 查してもこの部分には悪影響を与えなレ、。このようなビーム走查によって図 3に示す 突起 8は、レーザビームの加工焦点内に来ると加工焦点内の突起は除去される。図 3 ではその除去された突起部を破線で示した部分 8 _ 1で示す。さらにビーム走查を方 向 21に進めてレ、くと、残存している突起部分 8_ 2は除去され、結果的には切除面 1 4から突起が切り詰められる。
ビームを走査するには、ステージを移動させる方法以外に、ガルバノミラーを用いて ビームを図 4に示されたようなジグザグ状に動かす方法を用いてもよい。
[0026] 加工実例を示す。レーザ光は、基本波として 780nmを発振する Ti:Sa (チタンサファ ィァ）レーザの第 2高調波である 390nmの波長を使用した。パルス繰り返し率： 1000Hz ,パルスエネルギー： 5nJ、パルス幅 200fs、ビーム品質 M2=X方向 1.63、 Y方向 1.62、レ ンズは NAが 0. 7 (ミツトヨ製 M Plan MR 100 X HR)を採用、ビーム径： 1 μ m、走査速 度： 10 μ m/s、走査ピッチ： 1 μ m、エネルギー照射フルエンス： 0.6Jん m2の条件で図 5 の写真に示すカラーフィルタと同じ材料で人工的に作製した模擬突起 30の上半分を 切除するために、写真の下手の方から左右にビームを走査して半分程度を切除した
[0027] 切除面 27と模擬突起の頂上 29の段差 28は切除によって形成され、切除面の表 面粗さは照射時の集光スポットの重ね合わせられる率、すなわちオーバラップ率によ り変化し、 50%の場合で粗さは 60nmであった。この表面粗さはカラーフィルタとして用 レ、る上では十分な平坦さである。突起の高さをスぺーサより低いところまで切除すれ ばよいので、十分な加工精度が得られることがわかる。本発明の方法では、パルス幅 の狭いレーザ光を用いるので、加工点での熱衝撃が少なぐ変性などが生じなレ、。ま た、レーザ光が照射された部分はプラズマ化するため、色料に対する影響もほとんど 生じない。
[0028] なお、チタンサファイアレーザの基本波は必ずしも 780nmとは限らず、 700から 900η m程度の間で波長を調整することができる。したがって、その第 2高調波は 350から 450 nm程度、第 3高調波は 233から 300nm程度になる。また、基本波が 980から 1120nm程 度の Yb (イッテルビウム)ファイバーレーザーの第 2高調波または第 3高調波を使うこと もできる。高調波を得るための非線形光学結晶としては、 LBO (リチウムトリボレート）、 BBO (バリウムボーレート）などが用いられる。
[0029] さらに、基本波力 Sl064nmの Nd:YAGまたは Nd:YVOレーザの第 2高調波（532nm)、 第 3高調波（355nm)、第 4高調波 (266nm)も使用可能であり、材料への吸収が高い紫 外領域である第 3高調波と特に第 4高調波は著しい効果が得られる。
[0030] 以上本発明の実施例を説明した。特許請求の範囲に記載された発明の技術的思 想から逸脱することなぐこれらに変更を施すことができることは明らかである。
産業上の利用可能性
[0031] 上記の実施例は、液晶表示装置のカラーフィルタに関して説明した力 その他の表 示装置の突起を除去する場合にも適用できる。カラー表示の方法として液晶表示以 外に有機 ELのカラー表示に用いるカラーフィルタの突起状の欠陥の修正工程にも使 用できる。この場合は液晶表示セルのようにスぺーサは不要であるが突起が不良原 因になることは考えられる。カラーフィルタの表面近傍にビームウェストを位置させ、 カラーフィルタの基板に平行に走查することで、もし突起がカラーフィルタの面から突 出していれば、切除することが可能となる。その他、機械加工時に発生するバリを除 去する場合にもこの発明の突起除去方法が利用できる。即ち本体の上部に高 NA集 光レンズでレーザビームウェストの位置を設定し、突起部だけを切除し、本体表面は 無傷のままになるように、パワー密度を短カ卩ェ焦点深度による光軸方向の加工焦点 深度の浅いことを利用して設定して、バリ部だけを切除する。

Claims

請求の範囲
[I] 基板表面から突出する突起部を除去することを含む基板の製造方法であって、高 NA集光レンズによる短加工焦点深度集光ビームを突起物に照射して突起部に対し ては該突起部の除去に必要なフルエンスを与えると同時に基板表面の位置では前 記フルエンス以下として突起部を除去する工程を含む基板の製造方法。
[2] 前記ビームを基板表面に平行に走査する工程を含む請求項 1に記載の基板の製 造方法。
[3] 前記ビームは基本波の高調波である請求項 1または 2のいずれかに記載の基板の 製造方法。
[4] 前記ビームは基本波の第 2高調波である請求項 1または 2のいずれかに記載の基板 の製造方法。
[5] 突起物の表面近傍にビームウェストがくるように短カ卩ェ焦点深度集光ビームを設定 する請求項 1なレ、し 4のレ、ずれかに記載の基板の製造方法。
[6] 突起部の平面形状を検出し、前記平面形状を含む一定の範囲だけを走査する請 求項 1なレ、し 5のレ、ずれかに記載の基板の製造方法。
[7] 絞り込んだ光束あるいは開口の結像を走查する、請求項 1ないし 6のいずれかに記 載の基板の製造方法。
[8] 突起の上層の一部のみを除去する請求項 1ないし 7のいずれかに記載の基板の製 造方法。
[9] レーザの波長が 560nm以下である請求項 1ないし 8のいずれかに記載の基板の製造 方法。
[10] レーザの波長が 390nm以下である請求項 1ないし 8のいずれかに記載の基板の製 造方法。
[I I] レーザのパルス幅が 1 X 10— 12秒以下である請求項 1ないし 10のいずれかに記載の 基板の製造方法。
[12] 前記基板はカラーフィルタ基板である請求項 1ないし 11のいずれかに記載のカラ 一フィルタ基板の製造方法。
[13] カラーフィルタ基板の製造過程において、スぺーサより高い突起部を高 NA集光レ ンズによる短カ卩ェ焦点深度集光ビームを基板表面に平行な方向に相対的走査し、 突起部を除去することを特徴としたカラーフィルタ突起修正方法。
[14] レーザ光発生手段、前記レーザ光発生手段により発生したレーザ光を収束ビームに 変換する集光レンズ、及び前記収束ビームを被処理物体であるカラーフィルタ基板 の表面に平行な方向に相対的走查をする相対的移動手段を有し、前記収束ビーム を相対的走查をしながら照射することにより前記カラーフィルタ基板のスぺーサより高 レ、突起物を除去するカラーフィルタ突起修正装置
[15] 前記相対的走査手段が、ステージまたはガルバノミラー光学系であり、前記ステージ の移動または前記ガルバノミラー光学系による前記短カ卩ェ焦点深度光ビームの移動 によって前記相対的走査がなされることを特徴とする請求項 14記載のカラーフィルタ 突起修正装置。
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