专利名称：包含突起部去除工序的基板制造方法和滤色器突起修正方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用激光制造具有平坦表面的基板的方法，更涉及对在通过液晶显示装置(LCD)等的滤色器显示彩色图像的显示装置的滤色 器制造中产生的突起进行修正的方法以及使用该方法制造具有平坦表面 的滤色器基板的方法。
背景技术：
图1中示出了液晶显示装置代表性部分的构成。液晶显示装置用的 液晶单元1的基本构成要素为设置在显示板背侧的背光(未示出)、TFT 基板220、滤色器基板100以及夹持在TFT基板220和滤色器基板100 中的液晶210。 TFT基板220包括透明玻璃基板5、偏光元件(未示出)、 在透明玻璃基板5上形成的图像控制用的晶体管6、栅扫描线7 - 1、存 储电容线7-2、最上层具有定向膜的透明电极。另一方面，滤色器基板 100基本的构成要素为透明基板2、在透明基板2上形成的滤色器3以及 公共电极。在滤色器基板100和TFT基板220之间，为了使整个屏幕液 晶空间的层厚变得均匀，在配置滤色器基板的黑底4-l的不透明位置配 置圓筒状的隔离器4-2。由背光照射的光通过设于TFT基板的偏光板进行直线偏振，在通过 液晶210期间偏振特性被控制(即偏振特性或变化或不变化)，由设于滤 色器玻璃基板100上的偏光板遮挡或透过。在特开2003 - 233064、特开2000 - 305086等中记载了具有这种结构 的液晶显示装置。图2示意性地示出了液晶显示装置中的滤色器基板典 型的构成要素。显示屏由分别形成有用于红(R) 3-1、蓝(B) 3-2、 绿(G) 3-3的滤色器的多个像素构成。隔离器4-2通过感光性树脂的 曝光、蚀刻过程形成于黑底4-l上。此外，隔离器4-2的高度9约为4 ia m左右，在液晶的封装位置形成相同高度以防止产生色彩不均匀。在制造滤色器基板的工序中，涂布1-3Mm厚度的色墨，而在将墨 置于滤色器的像素上的工序中，存在由于色墨的粘性和硬化速度等物理 参数而在滤色器像素部形成突起8的情况。这是一种突起状的缺陷，该 突起的高度10为10jum左右、圆柱的直径为20lam至100mm左右。如果发生这种突起状的缺陷，则滤色器基板和与其相对配置的TFT 基板之间的距离不由隔离器4-2的高度9决定而由作为缺陷的突起8的 高度10决定。因此，液晶空间的层厚因位置的不同而不同，从而产生色 彩不均匀，使液晶显示单元成为次品。在滤色器形成突起的情况下，根据公知技术，向通过检查确定的突 起状的缺陷照射脉沖激光，将构成突起的灰尘、色墨等整个地从透明基 板上去除，在周围的滤色器中形成凹陷，然后，使用分配器将修正用墨 填充到该凹穴中以修正异物突起状的缺陷(专利文献3)。用紫外线激光 去除滤色器上的异物，在脱色的位置涂布黑抗蚀剂，用紫外线使其硬化 的方法是^^知的(专利文献4 )。专利文献1 专利文献2 专利文献3 专利文献4日本专利特开2003 - 233064号7>才艮 曰本专利特开2000 - 305086号7>报 日本专利特开2003 - 279722号7>才艮 日本专利特开2003 - 57428号公报发明内容发明所要解决的课题在上述任何一种现有方法中， 一旦去除至滤色器的透明基板，随后 就要填充色墨或黑墨并使其硬化，因而存在需要去除和填充至少两个工 序的缺点。解决课题的手段本发明通过提供以下的基板的制造方法来解决上述课题，该制造方 法是一种去除从基板表面突出的突起部来制造具有平坦表面的基板的方 法，其包括以下工序将由高NA聚光透镜形成的短加工焦点深度聚光 射束照射到基板表面，对突起部施加去除该突起部所需的能量流(fluence)，同时使基板表面的位置处于所述能量流以下，以去除突起 部。通过平行于基板表面进行上述射束扫描可以提高作业效率。短焦点 深度射束优选为二次谐波、三次谐波、四次谐波等基波的高次谐波。而 且，优选地，射束腰部的位置位于基板表面或基板表面附近的位置。此 外，检测突起部的平面形状，如果该平面形状被;险测出，则仅对包含上 述平面形状的一定范围进行扫描，由此可以更加有效地实施本发明。此 时，也可以对会聚的光束或孔径成像进行扫描。而且，突起不必非得完全去除，也可以仅仅去除突起的上层的一部 分。此时使用的激光的波长优选为560-390nm左右，更优选为390nm 以下。这是因为，由于形成突起的滤色器的材料主要为树脂，在可见光 区至紫外区具有较高的吸收特性，因此易于仅仅去除被激光照射的表层 的少部分。此外，激光的脉冲宽度优选为lxlO^秒以下。而且，如果上 述基板为滤色器基板，则可以获得由墨形成的突起被适当地去除的滤色 器基板。另外，本发明还通过提供以下的滤色器突起修正方法来解决上述课 题，其特征在于，在滤色器基板的制造过程中，由高NA聚光透镜形成 的短加工焦点深度聚光射束在基板表面沿平行方向对高于隔离器的突起 部进行相对扫描，以去除突起部。此外，本发明还通过提供以下的滤色器突起修正装置来解决上述课 题，其具有激光发生装置；聚光透镜，将上述激光发生装置产生的激 光变换成会聚射束；以及相对移动装置，使上述会聚射束在作为被处理 对象物的滤色器基板的表面沿平行方向进行相对扫描，通过上述会聚射 束边进行相对扫描边照射来去除比上述滤色器基板的隔离器高的突起 物。除了使用平台作为会聚射束的相对移动装置以外，还可以使用检电 镜(galvanomirror)光学系统。根据本发明，在滤色器制作过程中形成突起之后，可以在检查工序 中对该突起的某位置进行测量，随后用短焦点深度聚光激光射束去除以 将其加工成预定的高度。为了将突起部切成预定的高度，可以将微微秒 以下的短脉冲、红外区短脉冲进行波长变换形成紫外线激光，通过高NA聚光透镜对该紫外线短脉冲进行聚光，形成光轴方向的激光功率密度分 布，以使聚光点的加工焦点深度小于突起的高度，通过使该聚光点平行 于滤色器基板面进行扫描，来去除加工焦点内的突起，由此修正要处理 的突起。通过使滤色器基板的突起状的缺陷残留至预定的高度而去除预 定高度以上的部分，由此可以使修正的工序简化。发明的效果作为本发明的效果，例如根据与滤色器有关的记载，由于只要对制 作工序中产生的突起状的缺陷照射激光束就可以简单地去除包含作为次 品原因的突起的前端部、比隔离器高的部分，因此可以实现制品产率的 提高，降低制品的成本。而且，在现有以激光法修正突起的方法中，在 进行了将突起部完全地从基板上去除的加工后，需要对去除色墨的部分 进行填充和修正的工序作为另外工序，但在本发明中，具有通过只去除 突起部就可以结束修正的优点。而且，由于以短脉冲的高功率密度进行去除，去除物通过被细微地 气化而飞散，如果在加工点的突起附近设置吸嘴，则能够容易地将去除 物作为气体进行抽吸处理。
图1是滤色器基板和TFT基板液晶封闭空间的断面配置模式图。 图2是配置了滤色器的突起和隔离器的滤色器基板的断面配置模式图。图3示出了实施本发明时，突起去除用的激光聚光光学系统与突起 加工时的设置关系。图4是激光束沿基板扫描去除滤色器突起的配置图。 图5是根据本发明实施部分地去除模拟突起的图。附图标记说明1:液晶显示装置用的液晶单元 2:滤色器用透明基板3 — 3:滤色器4-1:黑底4-2:隔离器5:透明玻璃基板6:像素控制用的晶体管7-1: 4册扫描线7-2:储存电容线8、23:突起8-1:净皮去除突起8-2:残留突起9:隔离器高度10:突起高度14、27:切除面16:射束腰部17、19:射束18:高NA聚光透镜20、21:射束方向22:射束腰部位置24:XY平台25:平台26:轨迹27:切除面28:高寸氐差29:突起顶部30:模拟突起100:滤色器基板220二 TFT基板210二 液晶具体实施方式
以下参照附图对本发明进行说明。图2所示的滤色器基板典型的构成要素为本发明的加工对象。尽管在滤色器中通常设有未示出的透明电 极，并且其上还设有定向膜等，但由于它们与本发明的加工方法无关，因此图中未示出。图2中，在构成滤色器的透明基板2上通过用铬等镀 膜形成图案来形成黑底的不透明部分4- 1,在光透过部分的开窗部分设 有红、绿、蓝的滤色器3-1, 3-2， 3-3。在光透不过的黑底4-1的部 分设有决定滤色器基板100和TFT基板220之间的空间距离的隔离器4 -2。其高度9为4/mi左右。另一方面，在适用于本发明修正方法的滤色器的制作工序中所形成 的突起8的高度10将达到lOjnm至100jum。如果以这样高度的突起原 封不动地组装液晶基板，则封装液晶210的空间厚度将因位置不同而不 同。为此在液晶显示基板中将产生色彩不均匀，不能获得实用的显示装 置。因此，必须将突起8的高度至少控制在隔离器4-2的高度9以下。由于这种必要性而在本发明中使用激光加工。通常的激光切断加工 一般沿激光束的光轴方向形成切断面，而本发明则是控制激光束的空间 轴向的功率密度，从而在垂直于激光束光轴的方向上形成加工面。一般地，考虑到加工焦点距离与光学的焦点距离相同，其范围设为 入/NA2。在此，入为光的波长，NA为透镜的孔径数。由此算式可知， 加工焦点距离与NA的二次方成反比。这样，如果使用短焦点大口径透 镜，则意味着能够将光轴方向的加工范围限定为小范围。作为透镜，使 用NA = 0.7、焦距f-2rran的聚光透镜作为加工用紫外线透镜，如果采用 以非线性光学晶体使波长780nm的短脉冲激光产生2倍频的波长为 390nm的短脉冲激光，则加工焦距变为0.9 |am。因此，如果使用此程度 的高NA聚光透镜，则可以在光轴方向上通过该加工焦点的深度程度来 控制加工范围。尽管加工面的平坦度随扫描点的重叠率而变化，但是实 用中切除滤色器的突起时50%左右足够。图3示出了上述光学系统和作为加工对象物的滤色器的突起的配置 关系。波长390nm的脉冲以如下方式获得，即，对来自包含光纤维的模 式同步毫孩M效秒激光发生器的波长1560nm的毫农i微秒激光以非线性光 学晶体进行波长对半变换，以掺钛的蓝宝石晶体等有利于放大的物质对该短脉沖进行放大，对其近红外区的波长以非线性光学晶体进行变换以获得波长390nm的紫外线短脉冲输出。在图3中将该脉沖作为射束19 从箭头20的方向入射到高NA聚光透镜18，将聚光透镜射出的会聚射束 17朝突起8照射。会聚射束17形成聚光射束腰部16。由于通过调整激光输出的脉沖能量可以使射束腰部16附近的加工焦 点深度变为l)im以下充分小的值，因此可以将该焦点附近远离透镜18 一侧的加工焦点深度设定为距图3的玻璃基板2的距离15，即滤色器突 起8应被控制的高度。射束腰部的位置22设定在比滤色器的切断去除位 置水平面14高出加工焦点深度13左右的水平面上。以这样的光学系统配置进行图4所示的射束扫描。在平台25上装载 XY平台24,在XY平台上放置突起23，在垂直于激光束光轴的面内以 Z字形轨迹26对XY平台24进行扫描。该扫描轨迹还延及突起物之外的 面积，但不会对该部分带来不良影响。通过这样的射束扫描，如果图3 所示的突起8进入激光束的加工焦点内，则加工焦点内的突起将被去除。 在图3中用虚线所示的部分8-l表示该去除的突起部。而且，如果在方 向21上推进射束扫描，则残余的突起部8-2将被去除，结果，突起从 切除面14纟皮剪短。为了进行射束扫描，除了使平台移动的方法以外，还可以采用使用 检电镜(力W^乂 $ ，一)使射束如图4所示的Z字形移动的方法。示出了加工实例。激光使用了基波为780nm的振荡的Ti : Sa (钛蓝 宝石)激光的二次谐波的390nm波长。脉沖重复率1000Hz，脉冲能量 5nJ、脉沖宽度200fs、射束质量]\12为X方向1.63、 Y方向1.62、透镜 NA采用0.7 ( $ 、7卜3生产的M Plan NIR 100xHR )、射束直径1 m m、 扫描速度10jLim/s、扫描节距lnm、能量照射密度0.6J/cm2，在此条件 下，为了切除图5照片所示的以滤色器相同材料人工制作的模拟突起30 的上半部分，从照片中的下方起左右进行射束扫描而切除了一半左右。通过切除而形成了切除面27和模拟突起顶部29的高低差28,切除 面的表面粗糙度随照射时的聚光点的重合率即重叠率而变化，50%时粗糙 度为60nm。该表面粗糙度对于滤色器用途是足够平坦的。由于可以将突 起的高度切除至低于隔离器的位置，因此可以理解获得了足够的加工精度。在本发明的方法中，由于使用脉冲宽度窄的激光，因此加工点的热 冲击少，不会产生变性等。此外，由于激光照射的部分等离子化，因而 对色料的影响几乎不会产生。另夕卜，钬蓝宝石激光的基波不必限制为780nm,可以对700至900nm 之间波长进行调整。因此，其二次谐波为350至450nm,三次谐波为233 至300nm。此外，也可以〗吏用基波为980至1120nm的Yb (镱)纤维激 光的二次谐波或三次谐波。可以使用LBO (三硼酸锂)、BBO (偏硼酸钡) 等作为得到谐波用的非线性光学结晶。而且，基波也可以使用1064nm的Nd:YAG或Nd:YV04激光的二次 谐波(532nm)、三次谐波(355nm)、四次谐波(266nm),作为材料吸收 性高的紫外区的三次谐波和特别是四次谐波能够获得显著的效果。以上对本发明的实施例进行了说明。应当理解，在不脱离权利要求 书记载的发明的技术思想的情况下可以对其实施变更。产业上的利用可能性尽管上述实施例与液晶显示装置的滤色器有关并进行了说明，但是 也适用于去除其他显示装置的突起的场合。作为彩色显示的方法，除了 液晶显示以外还可以用于有机EL的彩色显示使用的滤色器的突起状缺 陷的^f'务正工序中。在此情况下，如液晶显示单元那样应考虑的是尽管隔 离器不需要但突起是导致次品的原因。使射束腰部位于滤色器的表面附 近，通过平行于滤色器基板进行扫描，如果突起突出于滤色器面则可以 去除。另外，即使在去除机械加工时产生的毛刺的情况下也可以利用本 发明的突起去除方法。即在本体的上部通过高NA聚光透镜设定激光射 束腰部的位置、仅去除突起部而本体表面没有损伤地保持原样，通过利 用与短加工焦点深度相应的光轴方向的加工焦点深度的大小来设定功率 密度，以只切除毛刺部。
权利要求
1.基板的制造方法，所述制造方法包括去除从基板表面突出的突起部，其特征在于，包括以下工序将由高NA聚光透镜形成的短加工焦点深度聚光射束照射到突起物，对突起部施加去除该突起部所需的能量密度，同时使基板表面位置处的能量密度在所述所需的能量密度以下，以去除突起部。
2. 根据权利要求1所述的基板的制造方法，包括平行于基板表面进 行所述射束扫描的工序。
3. 根据权利要求1或2所述的基板的制造方法，其中，所述射束为 基波的高次谐波。
4. 根据权利要求1或2所述的基板的制造方法，其中，所述射束为 基波的二次谐波。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的基板的制造方法，其中，设定 短加工焦点深度聚光透镜，以在突起物的表面附近形成射束腰部。
6. 根据权利要求1至5任一项所述的基板的制造方法，其中，检测 突起部的平面形状，仅对包含所述平面形状的一定范围进行扫描。
7. 根据权利要求1至6任一项所述的基板的制造方法，其中，对聚 焦光束或孔径成像进行扫描。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的基板的制造方法，其中，仅仅 去除突起的上层的一部分。
9. 根据权利要求1至8任一项所述的基板的制造方法，其中，激光的波长为560nm以下。
10. 根据权利要求1至8任一项所述的基板的制造方法，其中，激光 的波长为390nm以下。
11. 根据权利要求1至IO任一项所述的基板的制造方法，其中，激 光的脉沖宽度为lxlO +秒以下。
12. 根据权利要求1至11任一项所述的滤色器基板的制造方法，其 中，所述基板为滤色器基板。
13. 滤色器突起的修正方法，其特征在于，在滤色器基板的制造过程 中，由高NA聚光透镜形成的短加工焦点深度聚光射束在基板表面沿平 行方向对高于隔离器的突起部进行相对扫描，以去除突起部。
14. 滤色器突起的修正装置，具有激光发生装置；聚光透镜，将所 述激光发生装置产生的激光变换成会聚射束；以及相对移动装置，使所 述会聚射束在作为被处理对象的滤色器基板的表面沿平行方向进行相对 扫描，通过所述会聚射束边进行相对扫描边照射，来去除比所述滤色器 基板的隔离器高的突起物。
15. 根据权利要求14所述的滤色器突起的修正装置，其特征在于， 所述相对扫描装置为平台或检电镜光学系统，通过所述平台的移动或所 述检电镜形成的所述短加工焦点深度聚光射束的移动来实现所述相对扫 描。
全文摘要
本发提供一种使用短脉冲激光去除和修正突起来修正滤色器的方法。在本发明提供的滤色器的修正方法中，对透明基板(2)上形成的滤色器(3-1，3-2，3-3)中产生的突起(8)照射由高NA聚光透镜(18)会聚的射束，并使射束在透明基板(2)上沿平行方向进行扫描以去除突起(8)或实施修正加工。
文档编号G02F1/1335GK101248374SQ20068002884
公开日2008年8月20日 申请日期2006年7月27日 优先权日2005年8月5日
发明者住吉哲实, 大谷佳央, 辻川晋 申请人:彩覇阳光株式会社