(57)【要約】【課題】レーザ加工装置および積層体の加工装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、線状ビームを構成するためのレーザ発振器および光学系、ならびにｘ−ｙ−θまたはｘ−θステージを有する。ｘ−ｙ−θまたはｘ−θステージを用いることにより、当該被加工物を水平方向に移動および回転させることができる。この動作により、当該被加工物の所望の領域にレーザ光を効率良く照射することができ、ｘ−ｙ−θまたはｘ−θステージが設けられるチャンバーの占有面積を小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、被加工物が載置されるステージとを有し、
前記ステージは、第１の移動機構と、前記第１の移動機構上の第２の移動機構と、前記第２の移動機構上の回転機構と、を有し、
前記第１の移動機構は、第１の水平方向に往復直線運動が可能であり、
前記第２の移動機構は、前記第１の水平方向と交差する第２の水平方向に往復直線運動が可能であり、
前記回転機構は、垂直方向に回転の中心軸として回転可能であり、
前記ステージは、前記第１の水平方向と前記第２の水平方向への移動が可能であり、且つ、前記回転機構の回転方向に移動可能であるレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、レーザ加工装置、積層体の加工装置およびレーザ加工方法に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、それらを製造する装置、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
【０００３】
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、および電子機器は半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
可撓性基板を支持体とした表示素子を有する表示装置が情報端末などに使用されている。例えば、有機ＥＬ素子が適用された可撓性を有する発光装置が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、可撓性を有する発光装置等の作製に用いることができる加工装置が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１９７５２２号公報
【特許文献２】特開２０１５−１７３０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フレキシブルディスプレイに代表されるフレキシブルデバイスは、可撓性を有する基板（フィルム）上に、トランジスタなどの半導体素子や表示素子を形成することにより実現できる。しかしながら、可撓性を有する基板はガラス基板などに比べて耐熱性が乏しいため、可撓性を有する基板上に直接トランジスタ等を形成する方法では、トランジスタの電気特性および信頼性を高められない場合がある。
【０００８】
そこで特許文献１に記載されているように、剥離層を形成したガラス基板上に形成した半導体素子や発光素子などを剥離し、フレキシブル基板に転置する方法が検討されている。この方法では、半導体素子の形成温度を高めることが可能で、信頼性の高いフレキシブルデバイスを作製することが可能である。
【０００９】
また、剥離層に樹脂を用いた場合は、レーザ光などを照射して基板と当該樹脂との間の密着性を低下させる工程が用いられる。上記レーザ光は、生産性の観点からビーム形状を線状とすることが好ましい。
【００１０】
しかしながら、Ｇ１０（２８８０×３１３０ｍｍ）などの大型ガラス基板の一辺の長さに対応する線状ビームを形成するには、非常に高価な大型の光学部品が必要になる。また、線状ビームを長尺にするほど必要なエネルギー密度を確保することが難しくなるため、より高出力のレーザ発振器も必要となる。したがって、ガラス基板の一辺の長さよりも短い線状ビームを用い、数回に分けて所望の領域にレーザ照射することが好ましい。
【００１１】
ただし、ビーム長がガラス基板の一辺の長さより短い場合は、線状ビームまたはガラス基板をＸ−Ｙ方向に動かす機構が必要となるため、装置が大型化する問題がある。
【００１２】
また、フレキシブルデバイスの製造工程では、搬送、成膜工程およびリソグラフィ工程などが行いやすいように上記ガラス基板などの支持基板が用いられる。また、上記レーザ照射は、当該支持基板側から行われる。
【００１３】
上記レーザ照射を行うレーザ加工装置は、レーザ発振器と被加工物を固定する移動ステージを有する。レーザ照射は、移動ステージの上方から被加工物に対して行われる。移動ステージには直線移動機構などが用いられ、レーザ光を照射しながら被加工物を移動させることで、被加工物の所望の領域にレーザ光を照射することができる。
【００１４】
しかしながら、１枚の支持基板上に目的の構造物が作製可能な場合は、被加工物の上方からレーザ照射を行うレーザ加工装置は不適当となる。この場合は、当該構造物を下面として移動ステージに設置する必要がある。そのため、当該構造物上に別の支持基板を設ける、または当該構造物上に堅牢な層などを形成し、当該構造物を保護する構成としなければならない。また、別の支持基板や堅牢な層を除去する工程が必要になる場合もある。
【００１５】
したがって、本発明の一態様は、占有面積の小さいレーザ加工装置を提供することを目的の一つとする。または、本発明の一態様は、占有面積が小さく、大型ガラス基板を処理することが可能なレーザ加工装置を提供することを目的の一つとする。
【００１６】
または、被加工物に対して下方からレーザ照射が行えるレーザ加工装置を提供することを目的の一つとする。または、メンテナンスの容易なレーザ加工装置を提供することを目的の一つとする。または、安価なレーザ加工装置を提供することを目的の一つとする。
【００１７】
または、上記レーザ加工装置およびアッシングユニットを有する積層体の加工装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な積層体の加工装置を提供することを目的の一つとする。または、上記レーザ加工装置または積層体の加工装置を用いたレーザ加工方法を提供することを目的の一つとする。
【００１８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様は、レーザ加工装置または積層体の加工装置に関する。
【００２０】
本発明の一態様は、第１の移動機構と、第２の移動機構と、回転機構と、被加工物の固定機構と、レーザ照射機構と、を有し、第１の移動機構は、水平方向に往復直線運動が可能な第１の可動部を有し、第２の移動機構は、水平方向に往復直線運動が可能な第２の可動部を有し、回転機構は、垂直方向に回転の中心軸を有する第３の可動部を有し、固定機構は、被加工物を固定する平面を有するステージを有し、ステージは、上面が矩形で互いに直交する第１の辺および第２の辺を有し、レーザ照射機構は、ステージ上に線状ビームを照射する機能を有し、第１の可動部には第２の移動機構が固定され、第２の可動部には回転機構が固定され、第３の可動部には固定機構が固定され、第１の可動部の運動方向と第２の可動部の運動方向は直交し、第３の可動部の中心軸と、ステージの平面の中心とは重なる領域を有し、線状ビームの長さは、第２の辺の長さの略１／Ｘ（Ｘは１以上の整数）であり、第１の可動部の移動範囲は、第１の辺の長さの略１／２であり、第２の可動部の移動範囲は、第２の辺の長さより略１／Ｘ短い長さであるレーザ加工装置である。
【００２１】
また、本発明の他の一態様は、第１の移動機構と、第２の移動機構と、回転機構と、被加工物の固定機構と、レーザ照射機構と、を有し、第１の移動機構は、水平方向に往復直線運動が可能な第１の可動部を有し、第２の移動機構は、水平方向に往復直線運動が可能な第２の可動部を有し、回転機構は、垂直方向に回転の中心軸を有する第３の可動部を有し、固定機構は、被加工物を固定する平面を有するステージを有し、ステージは、上面が矩形で互いに直交する第１の辺および第２の辺を有し、レーザ照射機構は、ステージ上に線状ビームを照射する機能を有し、第１の可動部には第２の移動機構が固定され、第２の可動部には回転機構が固定され、第３の可動部の中心には固定機構が固定され、第１の可動部の運動方向と第２の可動部の運動方向は直交し、第３の可動部の中心軸と、ステージの平面の中心とは重なる領域を有し、線状ビームの長さは、第１の辺の長さの略１／２Ｘ（Ｘは２以上の整数）または第２の辺の長さの略１／２Ｘであり、第１の可動部の移動範囲は、ステージの第１の辺の長さの略１／２であり、第２の可動部の移動範囲は、第１の辺の長さより略（Ｘ＋１）／２Ｘ短い長さであるレーザ加工装置である。
【００２２】
また、本発明の他の一態様は、移動機構と、回転機構と、被加工物の固定機構と、レーザ照射機構と、を有し、移動機構は、水平方向に往復直線運動が可能な第１の可動部を有し、回転機構は、垂直方向に回転の中心軸を有する第２の可動部を有し、固定機構は、被加工物を固定する平面を有するステージを有し、ステージは、上面が矩形で互いに直交する第１の辺および第２の辺を有し、レーザ照射機構は、ステージ上に線状ビームを照射する機能を有し、第１の可動部には回転機構が固定され、第２の可動部には固定機構が固定され、第２の可動部の中心軸と、ステージの平面の中心とは重なる領域を有し、線状ビームの長さは、第１の辺の長さの略１／２または第２の辺の長さの略１／２であり、第１の可動部の移動範囲は、第１の辺の長さの略１／２であるレーザ加工装置である。
【００２３】
レーザ照射機構はレーザ発振器を有し、レーザ発振器は紫外光を発することが好ましい。
【００２４】
また、本発明の他の一態様は、平面に設けられた、長さＡの第１の辺と長さＢの第２の辺を有する矩形上の被加工物に線状ビームを照射するレーザ加工方法であって、線状ビーム長をＢ／Ｘ（Ｘは１以上の整数）とする第１のステップと、被加工物の第１の頂点近傍を加工開始点とし、線状ビームの照射を開始する第２のステップと、被加工物を線状ビームの短軸方向にＡ／２移動した後に線状ビームの照射を終了する第３のステップと、被加工物を線状ビームの長軸方向にＢ／Ｘ移動した後に線状ビームの照射を開始する第４のステップと、被加工物を第３のステップとは逆の方向にＡ／２移動した後に線状ビームの照射を終了する第５のステップと、を有するレーザ加工方法である。
【００２５】
また、上記第１乃至第５のステップを含み、被加工物の面積の１／４の加工が終了した後、被加工物を９０°回転させる第６のステップと、線状ビーム長をＡ／Ｘとする第７のステップと、被加工物の第２の頂点近傍を加工開始点とし、線状ビームの照射を開始する第８のステップと、被加工物を線状ビームの短軸方向にＢ／２移動した後に線状ビームの照射を終了する第９のステップと、被加工物を線状ビームの長軸方向にＡ／Ｘ移動した後に線状ビームの照射を開始する第１０のステップと、被加工物を第９のステップとは逆の方向にＢ／２移動した後に線状ビームの照射を終了する第１１のステップと、を行ってもよい。
【００２６】
また、本発明の他の一態様は、平面に設けられた、長さＡの第１の辺と長さＢの第２の辺を有する矩形上の被加工物に線状ビームを照射するレーザ加工方法であって、線状ビーム長をＢ／２とする第１のステップと、被加工物の第１の頂点近傍を加工開始点とし、線状ビームの照射を開始する第２のステップと、被加工物を線状ビームの短軸方向にＡ／２移動した後に線状ビームの照射を終了する第３のステップと、被加工物を９０°回転する第４のステップと、線状ビーム長をＡ／２とする第５のステップと、被加工物の第２の頂点近傍を加工開始点とし、線状ビームの照射を開始する第６のステップと、被加工物を線状ビームの短軸方向にＢ／２移動した後に線状ビームの照射を終了する第７のステップと、を有するレーザ加工方法である。
【００２７】
また、本発明の他の一態様は、第１のローラユニットと、第２のローラユニットと、レーザ照射機構と、を有し、第１のローラユニットと、第２のローラユニットは重なる領域を有し、レーザ照射機構は、第１のローラユニット上に設置する被加工物に下方からレーザ光を照射する機能を有し、第１のローラユニットは、第１の架台と、第１の軸と、第１のローラと、第１の回転機構と、を有し、第２のローラユニットは、第２の架台と、第２の軸と、第２のローラと、第２の回転機構と、第３の軸と、第３のローラと、第３の回転機構と、昇降機構と、を有し、第１乃至第３のローラは円柱状であり、第１の架台には第１の回転機構が設けられ、第１の回転機構には第１の軸が接続され、第１の軸および第１のローラは、それぞれの中心軸が重なる領域を有し、第２の架台には第２の回転機構が設けられ、第２の回転機構には第２の軸が接続され、第２の軸および第２のローラは、それぞれの中心軸が重なる領域を有し、第２の架台には第３の回転機構が設けられ、第３の回転機構には第３の軸が接続され、第３の軸および第３のローラは、それぞれの中心軸が重なる領域を有し、第２の架台には昇降機構が設けられ、第１の軸の向きは、第２の軸および第３の軸の向きと水平方向に直交し、第２のローラと、第３のローラとの間に、レーザ光の光路を設けたレーザ加工装置である。
【００２８】
レーザ照射機構は、レーザ発振器と、第１のミラーと、第２のミラーと、第３のミラーと、光学系ユニットと、集光レンズと、を有し、第１のミラーは、レーザ発振器から射出されたレーザ光を下方に反射させる機能を有し、第２のミラーは、第１のミラーで反射したレーザ光を反射させて光学系ユニットに導入する機能を有し、光学系ユニットは、導入されたレーザ光を伸張して射出する機能を有し、第３のミラーは、光学系ユニットから射出されたレーザ光を上方に反射させる機能を有し、集光レンズは、第３のミラーで反射したレーザ光を集光して、線状ビームを形成する機能を有することができる。
【００２９】
第１のローラユニット、第２のローラユニット、第２のミラー、第３のミラー、光学系ユニット、および集光レンズはチャンバー内に設けることができる。このとき、第１のミラーで反射したレーザ光は、チャンバーに設けられた石英窓を介して導入することができる。
【００３０】
第２のローラおよび第３のローラは、その上部が第１のローラの上部よりも高い位置まで上昇させることができる。
【００３１】
また、本発明の他の一態様は、被加工物の搬送機構と、被加工物をＸ方向（水平方向）に移動可能な第１のローラを有する第１のローラユニットと、第１のローラユニットと重なる領域を有し、被加工物をＹ方向（水平方向）およびＺ方向（垂直方向）に移動可能な第２のローラを有する第２のローラユニットと、を有し、被加工物に線状ビームを照射するレーザ加工方法であって、被加工物を搬送機構に載せて第１および第２のローラユニットの上の規定のＸ、Ｙ位置に搬送し、第２のローラを上昇させて搬送機構から被加工物を持ち上げ、搬送機構を第１および第２のローラユニットの外側に移動し、第２のローラを回転させて被加工物を所望のＹ位置まで移動し、第２のローラを下降させて被加工物を第１のローラ上に載せ、第１のローラを回転させて被加工物を所望のＸ位置まで移動し、線状ビームの照射を開始し、第１のローラを回転して被加工物を第１のＸ方向に移動させながら線状ビームを被加工物に照射し、線状ビームの照射を終了し、第２のローラを上昇させて第１のローラから被加工物を持ち上げ、第２のローラを回転させて被加工物を所望のＹ位置まで移動し、第２のローラを下降させて被加工物を第１のローラ上に載せ、線状ビームの照射を開始し、第１のローラを回転して被加工物を第１のＸ方向とは逆の第２のＸ方向に移動させながら線状ビームを被加工物に照射し、線状ビームの照射を終了し、第１および第２のローラを用いて被加工物を規定のＸ、Ｙ位置まで移動し、第２のローラを上昇させて第１のローラから被加工物を持ち上げ、搬送機構を第１のローラと被加工物の間に挿入し、第２のローラを下降させて被加工物を搬送機構上に載せ、搬送機構を第１および第２のローラユニットの外側に移動して、被加工物を搬出するレーザ加工方法である。
【００３２】
上記被加工物は樹脂および透光性の基板を有し、樹脂への線状ビームの照射は透光性の基板を介して行うことができる。
【００３３】
また、本発明の他の一態様は、上記レーザ加工装置と、アッシング装置と、搬送装置と、を有する積層体の加工装置である。
【００３４】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の一態様を用いることにより、占有面積の小さいレーザ加工装置を提供することができる。または、本発明の一態様は、占有面積が小さく、大型ガラス基板を処理することが可能なレーザ加工装置を提供することができる。
【００３６】
または、被加工物に対して下方からレーザ照射が行えるレーザ加工装置を提供することができる。または、メンテナンスの容易なレーザ加工装置を提供することができる。または、安価なレーザ加工装置を提供することができる。
【００３７】
または、上記レーザ加工装置およびアッシングユニットを有する積層体の加工装置を提供することができる。または、新規な積層体の加工装置を提供することができる。または、上記レーザ加工装置または積層体の加工装置を用いたレーザ加工方法を提供することができる。
【００３８】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】レーザ加工装置を説明する図。
【図２】レーザ加工方法の従来例を説明する図。
【図３】レーザ加工方法を説明する図。
【図４】レーザ加工装置を説明する図。
【図５】レーザ加工方法を説明する図。
【図６】レーザ加工装置を説明する図。
【図７】レーザ加工方法を説明する図。
【図８】レーザ加工装置を説明する図。
【図９】レーザ加工方法を説明する図。
【図１０】被加工物の構成を説明する図。
【図１１】補助治具を説明する図。
【図１２】レーザ照射の形態を説明する図。
【図１３】積層体の加工装置を説明する図。
【図１４】搬送機構を説明する図。
【図１５】レーザ加工装置を説明する図。
【図１６】ローラユニットを説明する図。
【図１７】ローラユニットを説明する図。
【図１８】ローラユニットを説明する図。
【図１９】レーザ加工方法を説明する図。
【図２０】レーザ加工方法を説明する図。
【図２１】被加工物の構成を説明する図。
【図２２】レーザ照射の形態を説明する図。
【図２３】レーザ加工装置を説明する図。
【図２４】被加工物の搬送方法を説明する図。
【図２５】レーザ加工装置を説明する図。
【図２６】ローラユニットを説明する図。
【図２７】フレキシブルデバイスの作製方法の一例を示す図。
【図２８】フレキシブルデバイスの作製方法の一例を示す図。
【図２９】画素ユニットを説明する図。
【図３０】画素ユニットを説明する図。
【図３１】表示装置の回路を説明する図および画素の上面図。
【図３２】表示装置の回路を説明する図。
【図３３】表示装置の回路を説明する図および画素の上面図。
【図３４】表示装置の構成を説明する図。
【図３５】表示装置の構成を説明する図。
【図３６】表示装置の構成を説明する図。
【図３７】表示装置の作製方法を説明する図。
【図３８】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。
【００４１】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様のレーザ加工装置について説明する。なお、当該レーザ加工装置の用途は限定されないが、特に半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、または発電装置等の製造工程に用いることが有用である。
【００４２】
本発明の一態様は、平板状の被加工物に対して線状ビームに成形したレーザ光の照射を行うレーザ加工装置である。当該レーザ加工装置は、例えば、基板上に設けられた半導体層にレーザ光を照射し、改質させる用途などに用いることができる。または、二つの基板で挟持された樹脂を含む構造物に対して、一方の基板を透過させたレーザ光を樹脂に照射して加工し、一方の基板を剥離する用途などに用いることができる。
【００４３】
当該レーザ加工装置は、線状ビームを構成するためのレーザ発振器および光学系、ならびにｘ−ｙ−θまたはｘ−θステージを有する。ｘ−ｙ−θまたはｘ−θステージを用いることにより、当該被加工物を水平方向に移動および回転させることができる。この動作により、当該被加工物の所望の領域にレーザ光を効率良く照射することができ、ｘ−ｙ−θまたはｘ−θステージが設けられるチャンバーの占有面積を小さくすることができる。
【００４４】
図１（Ａ）は、本発明の一態様のレーザ加工装置を説明する斜視図である。レーザ加工装置１０ａは、チャンバー１１内にｘ−ｙ−θステージを構成するための移動機構１２、移動機構１３、回転機構１４および固定機構１５を有する。また、線状ビームを成形するためのレーザ発振器２０、光学系ユニット２１、ミラー２２、レンズ２３を有する。
【００４５】
図１（Ｂ）はｘ−ｙ−θステージを横方向から見た図であり、移動機構１２は第１の可動部１２ｂを有し、移動機構１３は第２の可動部１３ｂを有する。第１の可動部１２ｂおよび第２の可動部１３ｂは、水平方向に往復直線運動をすることができる。第１の可動部１２ｂおよび第２の可動部１３ｂに動力を与える機構としては、例えば、モータで駆動するボールネジ機構１６などを用いることができる。
【００４６】
第１の可動部１２ｂには移動機構１３が固定される。したがって、移動機構１３は水平方向の第１の方向（ｘ方向）に往復直線運動することができる。ここで、第１の可動部１２ｂの移動方向と第２の可動部１３ｂの移動方向は水平方向において直交するように設置する。したがって、第２の可動部１３ｂに回転機構１４を固定することで、回転機構１４は、第１の方向と第１の方向と直交する第２の方向（ｙ方向）の運動が可能となる。
【００４７】
回転機構１４は、垂直方向に回転の中心軸を有する第３の可動部１４ｂを有する。第３の可動部１４ｂには固定機構１５が固定される。したがって、固定機構１５は、前述した第１の方向（ｘ方向）および第２の方向（ｙ方向）に加え、回転方向（θ方向）の運動が可能となる。
【００４８】
固定機構１５は、被加工物３０の固定する平面を有するステージ１５ｂを有する。なお、被加工物３０は固定機構１５に設けられた真空吸着機構などでステージ１５ｂ上に固定することができる。また、固定機構１５は、必要に応じて加熱機構を有していてもよい。ここで、第３の可動部１４ｂの中心軸と、ステージ１５ｂの平面の中心とは重なるように固定する。
【００４９】
ステージ１５ｂは、上面が矩形で互いに直交する第１の辺および第２の辺を有する。例えば、第１の辺を長辺、第２の辺を短辺とする。
【００５０】
なお、図示はしていないが、固定機構１５はプッシャーピンおよびその上下機構を有し、被加工物３０をチャンバー１１に搬出入する際は、被加工物３０を上下に移動させることができる。
【００５１】
レーザ発振器２０は、加工の目的に適した波長および強度の光が出力できればよく、パルスレーザが好ましいがＣＷレーザであってもよい。代表的には、波長３５１−３５３ｎｍ（ＸｅＦ）、３０８ｎｍ（ＸｅＣｌ）などの紫外光を照射できるエキシマレーザを用いることができる。または、固体レーザ（ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザなど）の二倍波（５１５ｎｍ、５３２ｎｍなど）または三倍波（３４３ｎｍ、３５５ｎｍなど）を用いてもよい。また、レーザ発振器２０は複数であってもよい。
【００５２】
光学系ユニット２１は、例えばミラー、ビームエクスパンダ、ビームホモジナイザ等を有し、レーザ発振器２０から出力されるレーザ光２５のエネルギーの面内分布を均一化させつつ伸張させる。本発明の一態様では、被加工物の加工面でのビーム形状を線状とするため、光学系ユニット２１から出力されるレーザ光２６は矩形に成形されていることが好ましい。
【００５３】
ミラー２２には、例えば、誘電体多層膜ミラーを用いることができ、レーザ光の入射角が略４５°となるように設置する。レンズ２３には、例えばシリンドリカルレンズを用いることができる。また、チャンバー１１の上部には石英窓２４が設けられる。
【００５４】
なお、レーザ発振器２０以外の要素全体をチャンバー１１内に設けてもよい。このような構成とし、チャンバー１１内の雰囲気制御などを行うことでミラーやレンズなどの光学部品の劣化を防止することができる。この場合、石英窓２４は、レーザ光２５がチャンバーに入射する領域に設ければよい。
【００５５】
なお、石英窓２４は、線状ビーム２７に必要なエネルギー密度が得られる前提において、ガラス窓に置き換えることもできる。また、チャンバー１１を設けない構成とする場合は、石英窓２４は不要である。
【００５６】
ここで、固定機構１５が有するステージ１５ｂ上に設置した被加工物３０に対するレーザ照射について説明する。
【００５７】
まず、レーザ発振器２０から出力されたレーザ光２５は、光学系ユニット２１に入射する。光学系ユニット２１で矩形に伸張されたレーザ光２６は、ミラー２２に入射する。このとき、レーザ光２６は複数に分割されていてもよい。また、図１等では光学系ユニット２１から射出するレーザ光２６は、平行光として図示しているが、射出方向に広がりを有する光であってもよい。
【００５８】
ミラー２２で反射されたレーザ光２６は、レンズ２３に入射し、石英窓２４を介して集光し、被加工物３０における所望の位置で線状ビーム２７を形成する。このように線状ビーム２７が被加工物３０に照射される状態でステージ１５ｂを水平方向に移動させることで、被加工物３０の所望の領域をレーザ加工することができる。
【００５９】
ここで、線状ビーム２７の長さは、被加工物３０の一辺の長さ以上であることが理想的である。この場合は、水平方向の一方向に線状ビーム２７または被加工物３０を移動させるだけで、被加工物３０の全体をレーザ加工することができる。しかしながら、Ｇ１０などの大型ガラス基板の一辺の長さに対応する線状ビームを形成するには、非常に高価な大型の光学部品が必要になる。
【００６０】
また、線状ビームを長尺にするほど必要なエネルギー密度を確保することが難しくなるため、より高出力のレーザ発振器も必要となる。したがって、被加工物３０の一辺の長さよりも短い線状ビームを用い、数回に分けて所望の領域にレーザ照射することが現実的である。例えば、図１に示すように、線状ビーム２７の長さを被加工物３０の１辺の長さの１／４程度とすることができる。
【００６１】
ただし、ビーム長が被加工物３０の一辺の長さより短い場合は、線状ビームまたは被加工物３０をｘ−ｙ方向に動かす機構が必要となるため、装置が大型化する問題がある。
【００６２】
図２（Ａ１）乃至（Ａ４）、（Ｂ１）乃至（Ｂ４）は従来例であり、被加工物３０に線状ビーム２７を照射し、全面（有効領域）に加工領域３１を形成する方法を説明する図である。線状ビーム２７は照射される位置を示しており、チャンバー１１の中央付近に固定される。また、被加工物３０は、ｘ−ｙ方向の移動機構により移動できるものとする。
【００６３】
なお、以下においては、被加工物３０の面内を複数回に亘って線状ビームを照射する方法を説明する。線状ビーム２７は、目的にあわせて被加工物３０の所望の領域のみに照射することができる。または、被加工物３０の全面に照射することもできる。すなわち、加工領域３１は間隔を設けて形成してもよいし、加工領域３１の一部とオーバーラップするように線状ビーム２７を照射してもよい。
【００６４】
また、便宜的に被加工物３０が固定されるステージ１５ｂのサイズと、被加工物３０のサイズは同じとして説明する。なお、被加工物３０のサイズは、ステージ１５ｂより小さくてもよい。
【００６５】
図２（Ａ１）乃至（Ａ４）は、線状ビーム２７がステージ１５ｂ（被加工物３０）の一辺の長さの約１／４である場合の例である。
【００６６】
まず、ステージ１５ｂの第１の頂点Ｖ１近傍を加工開始点とし、線状ビーム２７を照射しながらステージ１５ｂを＋ｘ方向に移動させる（図２（Ａ１）参照）。
【００６７】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａまで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図２（Ａ２）参照）。
【００６８】
ステージ１５ｂを第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／４だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図２（Ａ３）参照）。
【００６９】
次に、ステージ１５ｂを距離Ａまで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する（図２（Ａ４）参照）。以降、上記同様の動作を行い、被加工物３０の全面に線状ビーム２７を照射する。
【００７０】
図２（Ｂ１）乃至（Ｂ４）は、線状ビーム２７がステージ１５ｂの一辺の長さの約１／２である場合の例である。基本的な動作は、図２（Ａ１）乃至（Ａ４）の説明と同じであるが、線状ビーム２７の長さがステージ１５ｂの一辺の長さの約１／２であるため、−ｙ方向の移動は１回で済み、その距離は距離Ｂの１／２となる（図２（Ｂ３））参照。
【００７１】
上記従来例では、線状ビーム長にかかわらず、第１の可動部１２ｂの移動範囲はステージ１５ｂの第１の辺の長さである。
【００７２】
以上の説明のように、従来例では、ｘ−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させて被加工物３０の全面に線状ビーム２７を照射するため、チャンバー１１の占有面積を比較的大きくする必要がある。図２（Ａ１）乃至（Ａ４）に示す例では、チャンバー１１の床の内寸は、短辺が第２の辺の約７／４倍、長辺が第１の辺の約２倍となり、チャンバー１１の床の面積はステージ１５ｂの面積の約３．８倍となる。また、図２（Ｂ１）乃至（Ｂ４）に示す例では、チャンバー１１の床の内寸は、短辺が第２の辺の約３／２倍、長辺が第１の辺の約２倍となり、チャンバー１１の床の面積はステージ１５ｂの面積の約３．２倍となる。
【００７３】
本発明の一態様では、ステージ１５ｂの移動方向を従来のｘ−ｙ方向だけでなく、回転方向（θ方向）も可能とし、１度の加工距離をステージ１５ｂの一辺の約１／２とすることでチャンバー１１の占有面積を小さくする。
【００７４】
図３（Ａ）乃至（Ｋ）は、図１に示す本発明の一態様のレーザ加工装置１０ａの動作を説明する図である。図３（Ａ）乃至（Ｋ）は、線状ビーム２７がステージ１５ｂの一辺の長さの約１／４である場合の例である。
【００７５】
図３（Ａ）乃至（Ｋ）は、被加工物３０の一方の半面にレーザ照射し、被加工物３０を１８０°回転させて、被加工物３０の他方の半面にレーザ照射する方法である。
【００７６】
まず、ステージ１５ｂの第１の頂点Ｖ１近傍を加工開始点とし、線状ビーム２７を照射しながらステージ１５ｂを＋ｘ方向に移動させる（図３（Ａ）参照）。
【００７７】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｂ）参照）。
【００７８】
ステージ１５ｂを第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／４だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｃ）参照）。
【００７９】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｄ）参照）。
【００８０】
次に、ステージ１５ｂを第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／４だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、＋ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｅ）参照）。
【００８１】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｆ）参照）。
【００８２】
次に、ステージ１５ｂを第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／４だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｇ）参照）。
【００８３】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、チャンバー１１の中心にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｈ）参照）。
【００８４】
そして、ステージ１５ｂを１８０°回転させ、図３（Ａ）と同じ位置にステージ１５ｂを移動させる（図３（Ｈ）、（Ｉ）参照）。以降、ステージ１５ｂの第３の頂点Ｖ３近傍を加工開始点とし、図３（Ａ）乃至（Ｈ）と同様の動作を繰り返して、被加工物３０の全面に線状ビーム２７を照射する（図３（Ｊ）、（Ｋ）参照）。
【００８５】
したがって、線状ビーム長がステージ１５ｂの第２の辺の１／４のとき、第１の可動部１２ｂの移動範囲は第１の辺の長さの１／２とし、第２の可動部１３ｂの移動範囲は第２の辺の長さよりも１／４だけ短い長さとすることで被加工物３０の全面をレーザ加工することができる。すなわち、線状ビーム長がステージ１５ｂの第２の辺の１／Ｘのとき、第２の可動部１３ｂの移動範囲は第２の辺の長さよりも１／Ｘだけ短い長さとすればよい。
【００８６】
なお、上記の第１の可動部１２ｂの移動範囲および第２の可動部１３ｂの移動範囲は、最小値であり、機械的な負荷の低減やメンテナンス性を考慮して、上記よりも２％以上２０％以下の範囲、好ましくは５％以上１０％以下の範囲で移動範囲を拡大してもよい。
【００８７】
以上のように動作を行う前提において、チャンバー１１の床の内寸は、少なくとも短辺を第１の辺の約３／２倍、長辺を第２の辺の約７／４倍とすることができる。このとき、チャンバー１１内の床面積は、ステージ１５ｂの面積の約２．８倍となる。従来例は約３．８倍であり、大幅に占有面積を小さくすることができる。
【００８８】
また、本発明の一態様のレーザ加工装置は、図４（Ａ）に示す構成であってもよい。図４（Ａ）に示すレーザ加工装置１０ｂは、レーザ加工装置１０ａと同じ構成要素を有する。ただし、レーザ加工装置１０ａとは異なる動作方法を前提とするため、移動機構１３が有する第２の可動部１３ｂの移動範囲をレーザ加工装置１０ａよりも小さくすることができる。それに伴い、チャンバー１１の床の内寸をさらに小さくすることができる。
【００８９】
また、図４（Ｂ１）、（Ｂ２）に示すように、レーザ光２６の光路にビーム長を制御する可変式の遮光機構１７を設ける。遮光機構１７によってビーム長を可変できるようにすることで、被加工物３０の第１の辺と平行の位置で線状ビーム２７を照射する場合と、被加工物３０の第２の辺と平行の位置で線状ビーム２７を照射する場合とに対応することができる。
【００９０】
遮光機構１７は、遮蔽板１８を左右に１枚ずつ有し、モータ１９を動力にスライドさせることで中央の開口部の長さを調節することができる。図４（Ｂ１）は、ビーム長を広げる方向に遮蔽板をスライドさせた様子を示す図であり、ビーム長はａとなる。図４（Ｂ１）は、ビーム長を狭める方向に遮蔽版をスライドさせた様子を示す図であり、ビーム長はｂ（ａ＞ｂ）となる。
【００９１】
なお、図４（Ｂ１）、（Ｂ２）では、遮光機構１７が光学系ユニット２１とミラー２２（図示せず）との間に設けられる例を示したが、これに限られない。遮光機構１７は、ミラー２２と固定機構１５との間のいずれかの領域に設けられていてもよい。
【００９２】
なお、加工領域３１に対してオーバーラップしてレーザ照射をしても問題ない場合や、線状ビーム２７の一部が被加工物３０の外側に照射されても問題ない場合は、遮光機構１７を用いなくてもよい。
【００９３】
図５（Ａ）乃至（Ｌ）は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の一態様のレーザ加工装置１０ｂの動作を説明する図である。図５（Ａ）乃至（Ｌ）は、線状ビーム２７がステージ１５ｂの一辺の長さの約１／４である場合の例である。
【００９４】
図５（Ａ）乃至（Ｌ）は、被加工物３０の１／４の第１の領域にレーザ照射し、被加工物３０を９０°回転させて、被加工物３０の１／４の第２の領域にレーザ照射する方法である。当該方法では、回転とレーザ照射を繰り返すことで、被加工物３０の全面にレーザ照射を行うことができる。
【００９５】
まず、ステージ１５ｂの第１の頂点Ｖ１近傍を加工開始点とし、線状ビーム２７を照射しながらステージ１５ｂを＋ｘ方向に移動させる（図５（Ａ）参照）。また、このとき、線状ビーム２７の長さが第２の辺の長さＢの約１／４となるように、遮光機構１７を動作させておく（図４（Ｂ２）参照）。
【００９６】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｂ）参照）。
【００９７】
次に、ステージ１５ｂを第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／４だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｃ）参照）。
【００９８】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、チャンバー１１の中心にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｄ）参照）。
【００９９】
そして、ステージ１５ｂを９０°回転させ、ステージ１５ｂの第２の頂点Ｖ２近傍が加工開始点となるように−ｘ＋ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｅ）、（Ｆ）参照）。また、このとき、線状ビーム２７の長さが第１の辺の長さＡの約１／４となるように、遮光機構１７を動作させる（図４（Ｂ１）参照）。
【０１００】
次に、ステージ１５ｂを第２の辺の長さに対応する距離Ｂの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｇ）参照）。
【０１０１】
次に、ステージ１５ｂを第１辺の長さに対応する距離Ａの１／４だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｈ）参照）。
【０１０２】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ｂの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、チャンバー１１の中心にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｉ）参照）。
【０１０３】
そして、ステージ１５ｂを９０°回転させ、ステージ１５ｂの第３の頂点近傍が加工開始点となるように−ｘ＋ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図５（Ｊ）、（Ｋ）参照）。また、このとき、線状ビーム２７の長さが第２の辺の長さＢの約１／４となるように、遮光機構１７を動作させる（図４（Ｂ２）参照）。
【０１０４】
以降、ステージ１５ｂの第３の頂点Ｖ３近傍を加工開始点とし、図５（Ａ）乃至（Ｉ）と同じ動作を繰り返して、被加工物３０の全面に線状ビーム２７を照射する（図５（Ｌ）参照）。
【０１０５】
したがって、線状ビーム長がステージ１５ｂの第１の辺の１／４のとき、第１の可動部１２ｂの移動範囲は第１の辺の長さの１／２とし、第２の可動部１３ｂの移動範囲は第１の辺の長さの１／４とすることで被加工物３０の全面をレーザ加工することができる。すなわち、線状ビーム長がステージ１５ｂの第１の辺の１／２Ｘ（Ｘは２以上の整数）のとき、第２の可動部１３ｂの移動範囲は第１の辺の長さよりも（Ｘ＋１）／２Ｘだけ短い長さとすればよい。
【０１０６】
なお、上記の第１の可動部１２ｂの移動範囲および第２の可動部１３ｂの移動範囲は、最小値であり、機械的な負荷の低減やメンテナンス性を考慮して、上記よりも２％以上２０％以下の範囲、好ましくは５％以上１０％以下の範囲で移動範囲を拡大してもよい。
【０１０７】
以上のように動作を行う前提において、チャンバー１１の床の内寸は、少なくとも短軸をほぼステージ１５ｂの対角線の長さ、長辺を第１の辺の約３／２倍とすることができる。このとき、チャンバー１１内の床面積は、ステージ１５ｂの面積の約２．３倍となる。従来例は約３．８倍であり、大幅に占有面積を小さくすることができる。
【０１０８】
また、本発明の一態様のレーザ加工装置は、図６に示す構成であってもよい。図６に示すレーザ加工装置１０ｃは、レーザ加工装置１０ａをベースとして、ビーム長をステージ１５ｂの約１／２とした場合の構成である。レーザ加工装置１０ａとは異なる動作方法を前提とするため、移動機構１３が有する第２の可動部の移動範囲をレーザ加工装置１０ａよりも小さくすることができる。それに伴い、チャンバー１１の床の内寸をさらに小さくすることができる。
【０１０９】
図７（Ａ）乃至（Ｊ）は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の一態様のレーザ加工装置１０ｃの動作を説明する図である。図７（Ａ）乃至（Ｊ）は、線状ビーム２７がステージ１５ｂの一辺の長さの約１／２である場合の例である。
【０１１０】
図７（Ａ）乃至（Ｊ）は、被加工物３０の１／４の第１の領域にレーザ照射し、被加工物３０を９０°回転させて、被加工物３０の１／４の第２の領域にレーザ照射する方法である。当該方法では、回転とレーザ照射を繰り返すことで、被加工物３０の全面にレーザ照射を行うことができる。
【０１１１】
まず、ステージ１５ｂの第１の頂点Ｖ１近傍を加工開始点とし、線状ビーム２７を照射しながらステージ１５ｂを＋ｘ方向に移動させる（図７（Ａ）参照）。
【０１１２】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、−ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（図７（Ｂ）参照）。
【０１１３】
次に、ステージ１５ｂを第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／２だけ移動させたのち、線状ビーム２７の照射を開始する。そして、−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図７（Ｃ）参照）。
【０１１４】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、チャンバー１１の中心にステージ１５ｂを移動させる（図７（Ｄ）参照）。
【０１１５】
そして、ステージ１５ｂを１８０°回転させ、ステージ１５ｂの第３の頂点Ｖ３近傍が加工開始点となるように−ｘ＋ｙ方向にステージ１５ｂを移動させる（（図７（Ｅ）、（Ｆ）参照）。
【０１１６】
以降、図７（Ａ）乃至（Ｄ）と同じ動作を繰り返して、被加工物３０の全面に線状ビーム２７を照射する（図７（Ｇ）乃至（Ｊ）参照）。
【０１１７】
したがって、線状ビーム長がステージ１５ｂの第２の辺の１／２のとき、第１の可動部１２ｂの移動範囲は第１の辺の長さの１／２とし、第２の可動部１３ｂの移動範囲は第２の辺の長さよりも１／２だけ短い長さとすることで被加工物３０の全面をレーザ加工することができる。すなわち、線状ビーム長がステージ１５ｂの第２の辺の１／Ｘのとき、第２の可動部１３ｂの移動範囲は第２の辺の長さよりも１／Ｘだけ短い長さとすればよい。
【０１１８】
なお、上記の第１の可動部１２ｂの移動範囲および第２の可動部１３ｂの移動範囲は、最小値であり、機械的な負荷の低減やメンテナンス性を考慮して、上記よりも２％以上２０％以下の範囲、好ましくは５％以上１０％以下の範囲で移動範囲を拡大してもよい。
【０１１９】
以上のように動作を行う前提において、チャンバー１１の床の内寸は、少なくとも短辺を第２の辺の約３／２倍、長辺を第１の辺の約３／２倍とすることができる。このとき、チャンバー１１内の床面積は、ステージ１５ｂの面積の約２．４倍となる。線状ビーム長がステージ１５ｂの第２の辺の１／２のときの従来例（回転なし）では約３．２倍であり、大幅に占有面積を小さくすることができる。
【０１２０】
また、本発明の一態様のレーザ加工装置は、図８（Ａ）に示す構成であってもよい。図８（Ａ）に示すレーザ加工装置１０ｄは、レーザ加工装置１０ｂをベースとして、ビーム長をステージ１５ｂの約１／２とした場合の構成である。レーザ加工装置１０ｂとは異なる動作方法を前提とするため、移動機構１３を省いた構成とすることができる。それに伴い、チャンバー１１の床の内寸をさらに小さくすることができる。なお、図８（Ｂ）に示すように、第１の可動部１２ｂに回転機構１４が固定される。
【０１２１】
また、レーザ加工装置１０ｂと同様に図４（Ｂ１）、（Ｂ２）に示した遮光機構１７がレーザ光２６の光路に設けられる。
【０１２２】
図９（Ａ）乃至（Ｋ）は、図８（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の一態様のレーザ加工装置１０ｄの動作を説明する図である。図９（Ａ）乃至（Ｋ）は、線状ビーム２７がステージ１５ｂの一辺の長さの約１／２である場合の例である。
【０１２３】
図９（Ａ）乃至（Ｋ）は、被加工物３０の１／４の第１の領域にレーザ照射し、被加工物３０を９０°回転させて、被加工物３０の１／４の第２の領域にレーザ照射する方法である。当該方法では、回転とレーザ照射を繰り返すことで、被加工物３０の全面にレーザ照射を行うことができる。
【０１２４】
まず、ステージ１５ｂの第１の頂点Ｖ１近傍を加工開始点とし、線状ビーム２７を照射しながらステージ１５ｂを＋ｘ方向に移動させる（図９（Ａ）参照）。また、このとき、線状ビーム２７の長さが第２の辺の長さＢの約１／２となるように、遮光機構１７を動作させておく。
【０１２５】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ａの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、チャンバー１１の中心にステージ１５ｂを移動させる（図９（Ｂ）参照）。
【０１２６】
そして、ステージ１５ｂを９０°回転させ、ステージ１５ｂの第２の頂点Ｖ２近傍が加工開始点となるように−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図９（Ｃ）、（Ｄ）参照）。また、このとき、線状ビーム２７の長さが第１の辺の長さＡの約１／２となるように、遮光機構１７を動作させる。
【０１２７】
次に、ステージ１５ｂを第１の辺の長さに対応する距離Ｂの約１／２まで移動させたのち、線状ビーム２７の照射を終了する。そして、チャンバー１１の中心にステージ１５ｂを移動させる（図９（Ｅ）参照）。
【０１２８】
そして、ステージ１５ｂを９０°回転させ、ステージ１５ｂの第３の頂点Ｖ３近傍が加工開始点となるように−ｘ方向にステージ１５ｂを移動させる（図９（Ｆ）、（Ｇ）参照）。また、このとき、線状ビーム２７の長さが第２の辺の長さＢの約１／２となるように、遮光機構１７を動作させる。
【０１２９】
以降、ステージ１５ｂの第３の頂点Ｖ３近傍および第４の頂点Ｖ４近傍が加工開始点となるように、図９（Ａ）乃至（Ｅ）と同じ動作を繰り返して、被加工物３０の全面に線状ビーム２７を照射する（図９（Ｈ）乃至（Ｋ）参照）。
【０１３０】
したがって、線状ビーム長がステージ１５ｂの第１の辺の１／２のとき、第１の可動部１２ｂの移動範囲を第１の辺の長さの１／２とすることでステージ１５ｂの全面をレーザ加工することができる。
【０１３１】
なお、上記の第１の可動部１２ｂの移動範囲は最小値であり、機械的な負荷の低減やメンテナンス性を考慮して、上記よりも２％以上２０％以下の範囲、好ましくは５％以上１０％以下の範囲で移動範囲を拡大してもよい。
【０１３２】
以上のように動作を行う前提において、チャンバー１１の床の内寸は、少なくとも短軸をほぼステージ１５ｂの対角線の長さ、長辺を第１の辺の約３／２倍とすることができる。このとき、チャンバー１１内の床面積は、ステージ１５ｂの面積の約２．１倍となる。線状ビーム長がステージ１５ｂの第２の辺の１／２のときの従来例（回転なし）では約３．２倍であり、大幅に占有面積を小さくすることができる。
【０１３３】
ここで、被加工物３０について説明する。被加工物３０は、図１０（Ａ）に示すように、平板状の基板３５と、基板３５上に設けられた構造体３６とすることができる。構造体３６には、線状ビーム２７を直接照射することができる。構造体３６は、例えば、薄膜または当該薄膜を含む積層体とすることができる。当該薄膜としては、具体的にはトランジスタの半導体層となる半導体膜などが挙げられる。
【０１３４】
また、図１０（Ｂ）に示すように、基板３５、基板３７および当該二つの基板で挟持された層３８を有する構成とする。少なくともレーザ光が入射する基板３７はガラス基板などであって、必要なエネルギー密度の線状ビーム２７が層３８に照射できる材料とする。また、層３８は、例えばポリイミドなどの樹脂層を含み、一定強度以上の線状ビーム２７が照射されることによって樹脂層の加工が可能である層とする。
【０１３５】
樹脂層は、基板３７の全面と接するように設けられる。または、基板３７と部分的に接するように設けられていてもよい。樹脂層がレーザ加工されることにより、樹脂層と基板３７との密着性が低下し、基板３５に支持された層３８と基板３７とを分離させることができる。
【０１３６】
また、図１０（Ｃ）に示すように、被加工物３０は、図１０（Ｂ）の構成から基板３５を除いた構成とすることもできる。この場合、被加工物３０の加工後に層３８は支持される基板を失うため、図１１（Ａ）に示すような補助治具４０を用いることが好ましい。
【０１３７】
補助治具４０は、枠４１および吸着部４２を有する。枠４１には被加工物３０を搭載するための切欠き部が設けられる。枠４１は、例えば金属、または金属とセラミクスの複合材料で形成することができ、吸着部４２は通気性のある多孔質セラミクスなどで形成することができる。なお、図１１（Ａ）では、切欠き部において４つの吸着部４２を配置した例を示しているが、吸着部４２の数は限られない。
【０１３８】
図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示すＸ１−Ｘ２の断面図である。補助治具４０の切欠き部において、枠４１と吸着部４２は、表裏のいずれも段差が生じないような構成とする。
【０１３９】
図１１（Ｃ）は、被加工物３０を搭載した補助治具４０を固定機構１５に固定した様子を示す図である。また、図１１（Ｄ）は、図１１（Ｃ）に示すＸ３−Ｘ４の断面図である。
【０１４０】
固定機構１５にはステージ１５ｂの表面に通じる開口部４３が設けられ、開口部４３に真空ポンプ等を接続することにより、ステージ１５ｂ表面に接するものを真空吸着することができる。ここで、補助治具４０は、開口部４３と、吸着部４２および枠４１とが接するようにステージ１５ｂ上に設置する。このように補助治具４０を設置することで、補助治具とともに、吸着部４２を介して被加工物３０を真空吸着することができる。
【０１４１】
このような補助治具４０を用いることで、被加工物３０が図１０（Ｃ）に示すような形態であっても層３８を脱落させることなく、レーザ加工することができる。
【０１４２】
また、図１等では、図１２（Ａ）に示すようにレーザ光２６の入射角が略４５°となるようにミラー２２を設置した例を示したが、図１２（Ｂ）に示すようにレーザ光２６のミラー２２に対する入射角が４５°よりも小さい角度としてもよい。例えば、２０°以上４５°未満、好ましくは２５°以上４０以下、より好ましくは３０°以上４０以下とする。
【０１４３】
また、図１２（Ｃ）に示すようにレーザ光２６のミラー２２に対する入射角が４５°よりも大きい角度としてもよい。例えば、４５°よりも大きく７０°以下、好ましくは５０°以上６５°以下、より好ましくは５０°以上６０°以下とする。
【０１４４】
図１２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、レーザ光２６のミラー２２に対する入射角を変えることで、被加工物３０に対して、斜めに線状ビーム２７を照射することができる。そのため、例えば被加工物３０が図１０（Ｂ）に示すような構成であり、基板３７を介して層３８に線状ビームを照射したいとき、基板３７上の異物に起因した加工不良を抑制することができる。また、上記角度で処理を行うことがより効果的である。
【０１４５】
この場合のレーザ照射方法としては、図１２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すいずれか二つの形態で線状ビームを被加工物３０に照射すればよい。例えば、図１２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すいずれか一つの形態を選択して被加工物３０に対して第１回目のレーザ照射を行い、当該照射済みの領域に対して、第１回目に選択した形態以外の形態を選択して第２回目のレーザ照射を行えばよい。
【０１４６】
なお、レーザ光２６のミラー２２に対する入射角の変更は、ミラー２２の角度を変えることで容易に行うことができる。例えば、図１２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、ミラー２２に設けた治具２８をモータ２９で回転させればよい。このとき、線状ビーム２７の焦点が所望の領域に形成されるように被加工物３０を上下する機構を用いてもよい。
【０１４７】
被加工物３０が、図１０（Ｂ）または図１０（Ｃ）に示すような形態であって、樹脂をレーザ加工するような場合は、その後の工程において、当該樹脂を取り除く工程を有する場合が多い。このような場合は、本発明の一態様のレーザ加工装置と、樹脂を取り除くためのプラズマ処理装置（例えば、アッシング装置）を組み合わせた積層体の加工装置を利用することが好ましい。
【０１４８】
図１３は、上記積層体の加工装置の一例を示す図である。積層体の加工装置１０ｅは、レーザ加工装置一式と、トランスファー室５１と、ロード／アンロード室５２と、アンロード室５３と、プラズマ処理室５４を有する。なお、図１３では、ゲートバルブ等は省いて各室を簡易的に図示している。
【０１４９】
レーザ加工装置一式として、図１３では図１に示す構成を例示したが、図４、図６、図８の構成であってもよい。なお、積層体の加工装置１０ｅとして、図１３に示す構成からプラズマ処理室５４を除いた構成とすることもできる。また、積層体の加工装置１０ｅからアンロード室５３を除いた構成とすることもできる。
【０１５０】
トランスファー室５１は、搬送機構６０を有し、各室に加工前後の部材の搬出入を行うことができる。
【０１５１】
図１４（Ａ）に示すように、搬送機構６０はアーム型ロボットであり、昇降機構６１、関節機構６２、アーム６３、６４、反転機構６５、およびフォーク６６などを有する。関節機構６２などを軸にしたアーム６３、６４の伸縮動作、昇降機構６１の昇降動作などによって、被加工物３０などの搬送を行うことができる。
【０１５２】
反転機構６５は、支持部６５ａと回転部６５ｂを有する。図１４（Ｂ）に示すように、回転部６５ｂが回転することでフォーク６６を回転することができる。
【０１５３】
また、被加工物３０などは、吸着機構６７によってフォーク６６に支持される。したがって、図１４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、フォーク６６を傾けた状態および反転した状態でも被加工物３０などを支持することができる。なお、吸着機構６７には例えば真空吸着機構を用いることができる。また、吸着機構６７は吸盤を有していてもよい。
【０１５４】
ロード／アンロード室５２はカセット４５ａを有し、被加工物３０を格納することができる。また、カセット４５ａには、プラズマ処理室５４から搬出された加工後の部材３０ｃを格納することができる。
【０１５５】
アンロード室５３はカセット４５ｂを有し、レーザ加工装置のチャンバー１１から搬出された加工後の部材３０ａを格納することができる。なお、カセット４５ａに部材３０ａを格納し、カセット４５ｂに部材３０ｃを格納してもよい。
【０１５６】
プラズマ処理室５４には、プラズマ発生機構４７、シャワー板４８およびステージ４９を有するダウンフロー型のアッシングユニットなどが設けられる。プラズマ発生機構４７には、酸素および希ガスなどを供給するためのガスライン、高周波電源などが接続され、酸素ラジカルを発生させることができる。例えば、樹脂が表面に露出した被加工物３０をステージ４９上に設置し、酸素ラジカルと樹脂を構成する炭素と反応させることにより、樹脂を気化させ取り除くことができる。
【０１５７】
シャワー板４８は、例えば接地電位とすることでプラズマの広がりを抑えることができる。シャワー板４８を用いることで、有用な酸素ラジカルの供給を滞らせることなく被加工物３０に対するプラズマダメージを抑えることができる。ステージ４９には、上記反応を促進させるためのヒータを設けてもよい。
【０１５８】
ここで、積層体の加工装置１０ｅを用いた工程の一例を簡単に説明する。なお、被加工物３０は、図１０（Ｂ）に示す形態とし、基板３５および基板３７に挟持された樹脂のレーザ加工およびアッシングによる除去を目的とする。
【０１５９】
まず、ロード／アンロード室５２に被加工物３０を格納したカセット４５ａを設置し、搬送機構６０で被加工物３０をレーザ加工装置のチャンバー１１に搬入する。
【０１６０】
レーザ加工の終了後、被加工物３０から分離した部材３０ａ（例えば図１０（Ｂ）に示す基板３７等）を搬送機構６０でチャンバー１１から搬出し、アンロード室５３のカセット４５ｂに格納する。なお、部材３０ａは、搬送機構６０のフォーク６６を反転させ、吸着機構６７で部材３０ａの表面を吸着し、昇降機構６１で上方に持ち上げることで被加工物３０から分離することができる。
【０１６１】
次に、搬送機構６０でチャンバー１１から被加工物３０から部材３０ａを分離した部材３０ｂを搬出し、プラズマ処理室５４に搬入する。そして、アッシング処理を開始する。アッシング処理中に新たな被加工物３０のレーザ加工処理を行うマルチタスク動作を行ってもよい。
【０１６２】
アッシング処理終了後、搬送機構６０でプラズマ処理室５４から処理後の部材３０ｃを搬出し、ロード／アンロード室５２のカセット４５ａに格納する。
【０１６３】
以上のように、被加工物３０のレーザ加工とアッシング処理を連続処理することができる。また、マルチタスク動作を行うことで、処理時間を短縮することができる。
【０１６４】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１とは異なるレーザ加工装置について説明する。なお、当該レーザ加工装置の用途は限定されないが、特に半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、または発電装置等の製造工程に用いることが有用である。
【０１６５】
本発明の一態様は、平板状の被加工物に対して線状ビームに成形したレーザ光の照射を行うレーザ加工装置である。当該レーザ加工装置は、例えば、支持基板上に設けられた半導体層にレーザ光を照射し、改質させる用途などに用いることができる。または、支持基板上に形成された樹脂を含む構造物に対して、支持基板を透過させたレーザ光を樹脂に照射して加工し、支持基板を剥離する用途などに用いることができる。
【０１６６】
当該レーザ加工装置は、線状ビームを構成するためのレーザ発振器および光学系、ならびに第１のローラユニットおよび第２のローラユニットを有する。
【０１６７】
第１のローラユニットは被加工物を第１の水平方向（Ｘ方向）に移動させる機能を有し、第２のローラユニットは被加工物を第２の水平方向（Ｙ方向）および垂直方向（Ｚ方向）に移動させる機能を有する。また、レーザ照射機構は、第１のローラユニット上に設置する被加工物に対して下方からレーザ光を照射する機能を有する。
【０１６８】
したがって、本発明の一態様のレーザ加工装置では、支持基板上に形成した構造物に対して、支持基板側からのレーザ照射を容易に行うことができる。被加工物の上方からレーザを照射する従来のレーザ加工装置では、当該構造物上に別の支持基板等を設ける必要がある。また、その別の支持基板等を取り除く工程も必要となる。
【０１６９】
図１５（Ａ）は、本発明の一態様のレーザ加工装置を説明する斜視図である。レーザ加工装置５１０ａは、線状ビームを成形するためのレーザ照射機構を有する。また、チャンバー５１１内に第１のローラユニット５４０および第２のローラユニット５５０を有し、両者は重なる領域を有するように配置される。被加工物５３０は、第１のローラユニット５４０上に設置される。
【０１７０】
図１５（Ｂ）は、レーザ照射機構を説明する図である。レーザ照射機構は、レーザ発振器５２０と、ミラー５２３ａと、ミラー５２３ｂと、ミラー５２３ｃと、光学系ユニット５２１と、レンズ５２２と、を有する。
【０１７１】
レーザ発振器５２０は、加工の目的に適した波長および強度の光が出力できればよく、パルスレーザが好ましいがＣＷレーザであってもよい。代表的には、波長３５１−３５３ｎｍ（ＸｅＦ）、３０８ｎｍ（ＸｅＣｌ）などの紫外光を照射できるエキシマレーザを用いることができる。または、固体レーザ（ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザなど）の二倍波（５１５ｎｍ、５３２ｎｍなど）または三倍波（３４３ｎｍ、３５５ｎｍなど）を用いてもよい。また、レーザ発振器５２０は複数であってもよい。
【０１７２】
ミラー５２３ａ、ミラー５２３ｂ、ミラー５２３ｃには、例えば、誘電体多層膜ミラーを用いることができ、それぞれに入射するレーザ光の入射角が略４５°となるように設置する。
【０１７３】
光学系ユニット５２１は、例えばミラー、ビームエクスパンダ、ビームホモジナイザ等を有し、レーザ発振器５２０から出力されるレーザ光５２５のエネルギーの面内分布を均一化させつつ伸張させる。本発明の一態様では、被加工物の加工面でのビーム形状を線状とするため、光学系ユニット５２１から出力されるレーザ光５２６は矩形に成形されていることが好ましい。
【０１７４】
レンズ５２２は集光レンズであり、例えばシリンドリカルレンズを用いることができる。
【０１７５】
図１５（Ａ）に示すように、レーザ発振器５２０およびミラー５２３ａ以外の要素全体をチャンバー５１１内に設けることが好ましい。このような構成とし、チャンバー５１１内の雰囲気制御などを行うことでミラーやレンズなどの光学部品の劣化を防止することができ、メンテナンスが容易となる。この場合、レーザ光５２５がチャンバー５１１に入射する領域に石英窓５２４を設ける。
【０１７６】
なお、石英窓５２４は、線状ビーム５２７に必要なエネルギー密度が得られる前提において、ガラス窓に置き換えることもできる。また、チャンバー５１１を設けない構成とする場合は、石英窓５２４は不要である。
【０１７７】
ここで、第１のローラユニット５４０上に設置した被加工物５３０に対するレーザ照射について説明する。
【０１７８】
まず、レーザ発振器５２０から水平方向に出力されたレーザ光５２５は、ミラー５２３ａに入射して下方に反射される。そして、レーザ光５２５はミラー５２３ｂで反射され、光学系ユニット５２１に入射する。
【０１７９】
光学系ユニット５２１で矩形に伸張されたレーザ光５２６は、ミラー５２３ｃに入射する。このとき、レーザ光５２６は複数に分割されていてもよい。また、図１５（Ｂ）では光学系ユニット５２１から射出するレーザ光５２６は、平行光として図示しているが、射出方向に広がりを有する光であってもよい。
【０１８０】
ミラー５２３ｃで反射されたレーザ光５２６は、レンズ５２２に入射し、被加工物５３０における所望の位置で線状ビーム５２７を形成する。このように形成された線状ビーム５２７を照射しながら被加工物５３０を水平方向に移動させることで、被加工物５３０の所望の領域をレーザ加工することができる。
【０１８１】
図１６（Ａ）は、第１のローラユニット５４０を説明する斜視図である。また、図１６（Ｂ）は、第１のローラユニット５４０の上面図、当該上面図に示すＸ１−Ｘ２の断面図およびＹ１−Ｙ２の断面図である。第１のローラユニット５４０は、架台５４１、ローラ５４２、回転軸５４３、および回転機構５４４をそれぞれ複数有する。レーザ加工装置５１０ａにおいて、被加工物５３０は、ローラ５４２上に設置される。
【０１８２】
架台５４１には回転機構５４４が設けられる。回転機構５４４には回転軸５４３の一方の端部が接続され、架台５４１には回転軸５４３の他方の端部が接続される。または、架台５４１に回転軸５４３の両方の端部が接続される。なお、架台５４１と回転軸５４３の間には、軸受５４６が設けられる。
【０１８３】
回転軸５４３には、円柱状のローラ５４２が固定される。ローラ５４２の中心軸は、回転軸５４３の中心軸と重なる領域を有することが好ましい。
【０１８４】
回転機構５４４と回転軸５４３を接続することで、ローラ５４２を回転させることができ、ローラ５４２上の被加工物５３０を第１の水平方向（Ｘ方向）に移動させることができる。
【０１８５】
なお、図１６（Ａ）、（Ｂ）では、一つの回転軸５４３に３つのローラ５４２が固定される形態と示しているが、これに限定されない。例えば、図１７（Ａ）に示すように、一つの長尺のローラ５４２を回転軸５４３に固定してもよい。または、図１７（Ｂ）に示すように、図１６（Ａ）、（Ｂ）よりもローラ数を多くして回転軸５４３に固定してもよい。
【０１８６】
これらは、ローラ５４２の空転を抑える目的で、被加工物５３０の重量によって使い分ければよい。被加工物５３０の重量が重い場合は、ローラ５４２の数を少なくして被加工物５３０との接触面積を大きくし、ローラ５４２にかかる単位面積当たりの荷重を小さくすることが好ましい。また、被加工物５３０の重量が軽い場合は、ローラ５４２の数を多くして被加工物５３０との接触面積を小さくし、ローラ５４２にかかる単位面積当たりの荷重を大きくすることが好ましい。
【０１８７】
また、図１７（Ｃ）に示すように、ローラ５４２よりも直径の小さいローラ５４２ｂおよび回転軸５４３よりも直径の小さい回転軸５４３ｂを有していてもよい。これらは回転機構５４４と接続されず、架台５４１に接続される。このようにローラおよび回転軸を小さくすることで重量を減らすことができ、回転の抵抗を削減することができる。したがって、回転機構５４４の負荷を小さくすることができる。
【０１８８】
また、図１６（Ａ）、（Ｂ）では、回転機構５４４と接続されない回転軸５４３およびローラ５４２のセットがある例を図示したが、図１７（Ｄ）に示すように、全ての回転軸５４３およびローラ５４２のセットに回転機構５４４が接続されていてもよい。
【０１８９】
また、図１７（Ｅ）は、第１のローラユニット５４０の上面図の一部、ならびに回転機構５４４に接続されないローラ５４２および回転軸５４３のセットの断面図（Ｙ３−Ｙ４位置）である。このように、回転機構５４４に接続されないローラ５４２および回転軸５４３のセットにおいては、回転の抵抗を減らすためにローラ５４２と回転軸５４３との間に軸受５４６を設けてもよい。
【０１９０】
レーザ加工では、照射面でのレーザ光のエネルギー密度のばらつきが生じないように被加工物の高さ方向の位置が変化しないように制御しなければならない。
【０１９１】
Ｘ−Ｙステージを用いる構成では、ステージの位置とレーザ照射位置が常に変化するため、ステージの水平度およびステージ面の平坦性が重要となる。特に大型基板を対象とした場合は、平坦性の高い大型ステージが必要となるため、製造コストが高くなる。また、移動機構を備える大型ステージの水平度を維持するためのセンサや頻繁なメンテナンスが必要である。
【０１９２】
一方で、本発明の一態様であるローラ上に被加工物を載せる構成は、ローラの位置とレーザ照射位置が変化しない構成である。大型ステージを移動させるための機構も不要であるため振動も少なく、経時変化によるローラの傾きも発生しにくい。したがって、メンテナンス性のよい装置ということができる。また、大型の部品も少なく、動力も小型のモータ等が利用できるため、製造コストを安く抑えることができる。
【０１９３】
図１８（Ａ）は、第２のローラユニット５５０を説明する斜視図である。また、図１８（Ｂ）は、第２のローラユニット５５０の上面図、当該上面図に示すＸ１−Ｘ２の断面図およびＹ１−Ｙ２の断面図である。第２のローラユニット５５０は、架台５５１、ローラ５５２、回転軸５５３、回転機構５５４、軸受部５５５、昇降機構５５６をそれぞれ複数有する。
【０１９４】
架台５５１には回転機構５５４が設けられる。回転機構５５４には回転軸５５３の一方の端部が接続され、架台５５１には回転軸５５３の他方の端部が接続される。なお、架台５５１と回転軸５５３の間には軸受５５９が設けられる。また、架台５５１には回転軸５５３を支持する複数の軸受部５５５が設けられる。
【０１９５】
回転軸５５３には、円柱状のローラ５５２が固定される。ローラ５５２の中心軸は、回転軸５５３の中心軸と重なる領域を有することが好ましい。
【０１９６】
回転機構５５４と回転軸５５３を接続することで、ローラ５５２を回転させることができ、ローラ５５２上に被加工物５３０を載せて第２の水平方向（Ｙ方向）に移動させることができる。
【０１９７】
昇降機構５５６は、シリンダ部５５７およびロッド部５５８を有し、動力を制御することによりロッド部５５８を昇降させることができる。
【０１９８】
ロッド部５５８には架台５５１が接続される。したがって、昇降機構５５６を動作させることにより、架台５５１およびローラ５５２等を昇降させることができる。なお、図１８（Ａ）、（Ｂ）では、ロッド部５５８と軸受部５５５とを接続する形態を図示しているが、ロッド部５５８は、架台５５１のいずれかの一部と接続していればよい。
【０１９９】
なお、第２のローラユニット５５０の中央部はレーザ光の光路となるため、ローラ５５２および回転軸５５３を配置しない。そのため、図１８（Ｂ）における中央の行では、ローラ５５２、回転軸５５３および回転機構５５４のセットが左右に一つずつ設けられる。
【０２００】
図１８（Ａ）、（Ｂ）では、ローラ５５２、回転軸５５３および回転機構５５４のセットの配置が３行に配置される例を示しているが、被加工物５３０を移動するには、少なくとも当該セットが２行以上であればよい。
【０２０１】
また、第１のローラユニット５４０と第２のローラユニット５５０を重ねて配置したとき、ローラ５５２は、第１のローラユニット５４０におけるローラ５４２が設けられない領域にて昇降を行う。したがって、ローラ５５２の幅Ｗ５５２（円柱の高さに相当）は、隣接するローラ５４２の間の距離Ｗ５４２（図１６（Ｂ）参照）よりも小さくすることで昇降が可能となる。
【０２０２】
また、ローラ５５２に被加工物５３０を載せて移動させるためには、その頂部をローラ５４２の頂部よりも高い位置まで上昇させる必要がある。したがって、ローラ５４２の半径をＲ４２、ローラ５４２直下における回転軸５５３の半径をＲ５５３としたとき、ローラ５５２の半径Ｒ５５３を２Ｒ５４２＋Ｒ５５３より大きくすることでローラ５５２を所望の高さまで上昇させることができる。なお、ローラ５５２の半径Ｒ５５３が２Ｒ５４２＋Ｒ５５３以下の場合は、ローラ５５２の上昇時に回転軸５５３とローラ５４２が衝突することがある。
【０２０３】
ローラ５４２およびローラ５５２には、例えば金属や樹脂などの円柱、ゴムなどの弾性体の円柱、金属や樹脂の円柱の表面にゴムなどの弾性体を設けたものなどを用いることができる。なお、被加工物５３０に含まれるデバイスの帯電による劣化を防止するため、上記樹脂や弾性体は、導電性を有することが好ましい。
【０２０４】
回転機構５４４および回転機構５５４には、例えばモータを用いることができる。被加工物５３０の所望の位置をレーザ加工するためには、ステッピングモータなどの位置精度が高いモータが好ましい。また、バックラッシュの影響などによる位置ずれを防止するために、被加工物５３０の位置を検出するセンサを設けてもよい。
【０２０５】
昇降機構５５６としては、ボールネジ等を利用した電動シリンダ、油圧シリンダまたはエアシリンダなどを用いることができる。
【０２０６】
なお、第１のローラユニット５４０および第２のローラユニット５５０において、その構成要素の数は限定されず、被加工物５３０のサイズや重量にあわせて適切な数を選択すればよい。
【０２０７】
ここで、第１のローラユニット５４０上に設置した被加工物５３０に対するレーザ照射について説明する。
【０２０８】
図１９（Ａ）、（Ｂ）および図２０（Ａ）、（Ｂ）は、被加工物５３０に線状ビーム５２７を照射し、全面（有効領域）に加工領域５３１を形成する方法を説明する上面図、正面図および側面図である。なお、図の明瞭化のため、第１のローラユニット５４０の架台５４１および回転機構５４４、第２のローラユニット５５０の架台５５１および回転機構５５４は省いて図示している。また、線状ビーム５２７は照射される位置を示しており、チャンバー５１１の中央付近に固定される。
【０２０９】
線状ビーム５２７の長さは、被加工物５３０の一辺の長さ以上であることが理想的である。この場合は、水平方向の一方向に線状ビーム５２７または被加工物５３０を移動させるだけで、被加工物５３０の全体をレーザ加工することができる。しかしながら、表示装置の製造に用いるＧ１０（２８８０×３１３０ｍｍ）などの大型ガラス基板の一辺の長さに対応する線状ビームを形成するには、非常に高価な大型の光学部品が必要になる。
【０２１０】
また、線状ビームを長尺にするほど必要なエネルギー密度を確保することが難しくなるため、より高出力のレーザ発振器も必要となる。したがって、被加工物５３０の一辺の長さよりも短い線状ビームを用い、数回に分けて所望の領域にレーザ照射することが現実的である。
【０２１１】
以下においては、被加工物５３０の１辺の長さの１／２程度の長さの線状ビーム５２７を用い、被加工物５３０の面内を複数回に亘って線状ビームを照射する方法を説明する。線状ビーム５２７は、目的にあわせて被加工物５３０の所望の領域のみに照射することができる。または、被加工物５３０の全面に照射することもできる。すなわち、加工領域５３１は間隔を設けて形成してもよいし、加工領域５３１の一部とオーバーラップするように線状ビーム５２７を照射してもよい。
【０２１２】
まず、被加工物５３０はローラ５４２上の所定の位置に設置する。このとき、第２のローラユニット５５０の昇降機構５５６は下降させた状態とし、少なくともローラ５５２の頂部はローラ５４２の頂部よりも低い位置とする。そして、被加工物５３０の第１の頂点Ｖ１近傍を加工開始点とし、線状ビーム５２７を照射しながらローラ５４２を回転させ、被加工物５３０を＋Ｘ方向に移動させる（図１９（Ａ）参照）。
【０２１３】
次に、被加工物５３０を第１の辺の長さに対応する距離Ａまで移動させたのち、線状ビーム５２７の照射を終了する。そして、昇降機構５５６を用いて、少なくともローラ５５２の頂部がローラ５４２の頂部よりも高い位置となるように設定し、被加工物５３０を持ち上げる。そして、ローラ５５２を回転させ、−Ｙ方向に被加工物５３０を移動させる（図１９（Ｂ）参照）。
【０２１４】
被加工物５３０の第２辺の長さに対応する距離Ｂの１／２だけ移動させたのち、昇降機構５５６を用いて、少なくともローラ５５２の頂部がローラ５４２の頂部よりも低い位置となるように設定し、ローラ５４２上に被加工物５３０を載せる。そして線状ビーム５２７の照射を開始し、ローラ５４２を回転させて−Ｘ方向に被加工物５３０を移動させる（図２０（Ａ）参照）。
【０２１５】
次に、被加工物５３０を距離Ａまで移動させたのち、線状ビーム５２７の照射を終了する（図２０（Ｂ）参照）。以上の動作により、被加工物５３０の全面に線状ビーム５２７を照射することができる。
【０２１６】
なお、上記では線状ビーム５２７の長さが被加工物５３０の一辺の長さの約１／２である場合の説明であるが、線状ビーム５２７の長さがさらに短い場合であっても基本的な動作は同じである。ただし、線状ビーム５２７の長さが被加工物５３０の一辺の長さの約１／３である場合、−Ｙ方向の移動回数は２回、レーザ照射の回数は３回となる。また、線状ビーム５２７の長さが被加工物５３０の一辺の長さの約１／４である場合、−Ｙ方向の移動回数は３回、レーザ照射の回数は４回となる。また、線状ビーム長が短いほどＹ方向の移動距離が大きくなるため、チャンバー５１１のサイズを大きくする必要がある。
【０２１７】
次に、被加工物５３０について説明する。被加工物５３０は、図２１（Ａ）に示すように、平板状の基板５３５と、基板５３５上に設けられた層５３８とすることができる。層５３８には、線状ビーム５２７を基板５３５を介して照射することができる。基板５３５はレーザ光の透過率が比較的高いガラス基板などであって、必要なエネルギー密度の線状ビーム５２７が層５３８に照射できる材料とする。層５３８は、例えばポリイミドなどの樹脂層を含み、一定強度以上の線状ビーム５２７が照射されることによって樹脂層の加工が可能である層とする。
【０２１８】
樹脂層は、基板５３５の全面と接するように設けられる。または、基板５３５と部分的に接するように設けられていてもよい。樹脂層がレーザ加工されることにより、樹脂層と基板５３５との密着性が低下し、層５３８と基板５３５とを分離させることができる。
【０２１９】
また、図２１（Ｂ）に示すように、被加工物５３０は基板５３５、基板５３７および当該二つの基板で挟持された層５３８を有する構成とすることもできる。
【０２２０】
また、図１５（Ａ）、（Ｂ）では、図２２（Ａ）に示すようにレーザ光５２６の入射角が略４５°となるようにミラー５２３ｃを設置した例を示したが、図２２（Ｂ）に示すようにレーザ光５２６のミラー５２３ｃに対する入射角が４５°よりも小さい角度としてもよい。例えば、２０°以上４５°未満、好ましくは２５°以上４０以下、より好ましくは３０°以上４０以下とする。
【０２２１】
また、図２２（Ｃ）に示すようにレーザ光５２６のミラー５２３ｃに対する入射角が４５°よりも大きい角度としてもよい。例えば、４５°よりも大きく７０°以下、好ましくは５０°以上６５°以下、より好ましくは５０°以上６０°以下とする。
【０２２２】
図２２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、レーザ光５２６のミラー５２３ｃに対する入射角を変えることで、被加工物５３０に対して、斜めに線状ビーム５２７を照射することができる。そのため、例えば被加工物５３０が図２０（Ａ）、（Ｂ）に示すような構成であり、基板５３５を介して層５３８に線状ビームを照射したいとき、基板５３５に付着した異物による影に起因した加工不良を抑制することができる。また、上記角度で処理を行うことがより効果的である。
【０２２３】
この場合のレーザ照射方法としては、図２２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すいずれか二つの形態で線状ビームを被加工物５３０に照射すればよい。例えば、図２２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すいずれか一つの形態を選択して被加工物５３０に対して第１回目のレーザ照射を行い、当該照射済みの領域に対して、第１回目に選択した形態以外の形態を選択して第２回目のレーザ照射を行えばよい。
【０２２４】
なお、レーザ光５２６のミラー５２３ｃに対する入射角の変更は、ミラー５２３ｃの角度を変えることで容易に行うことができる。例えば、図２２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、ミラー５２３ｃに設けた治具５２８をモータ５２９で回転させればよい。このとき、線状ビーム５２７の焦点が所望の領域に形成されるようにレーザ照射機構のミラー５２３ｃ乃至レンズ５２２を上下する機構を用いてもよい。
【０２２５】
図２３は、上述したレーザ加工装置に被加工物５３０の搬出入装置を加えた構成の一例である。
【０２２６】
図２３に示す加工装置５１０ｂは、レーザ加工装置一式と、トランスファー室５６１と、ロード室５６２、５６３と、アンロード室５６４、５６５を有する。なお、図２３では、ゲートバルブ等は省いて各室を簡易的に図示している。なお、図２３では、ロード室およびアンロード室をそれぞれ二つずつ備える構成を示しているが、それぞれを一つずつ備える構成であってもよい。または、一つの室でロード室とアンロード室を兼ねる構成であってもよい。
【０２２７】
トランスファー室５６１は、搬送機構５６０を有し、各室に加工前後の部材の搬出入を行うことができる。
【０２２８】
搬送機構５６０はアーム型ロボットであり、昇降機構、関節機構、アームおよびフォークなどを有する。関節機構などを軸にしたアームの伸縮動作、昇降機構の昇降動作などによって、被加工物５３０などの搬送を行うことができる。
【０２２９】
また、被加工物５３０は、吸着機構によってフォークに支持される。吸着機構には例えば真空吸着機構を用いることができる。また、吸着機構は吸盤を有していてもよい。
【０２３０】
ロード室５６２、５６３はカセット５６６ａ、５６６ｂを有し、未加工の被加工物５３０を格納することができる。
【０２３１】
アンロード室５６４、５６５はカセット５６６ｃ、５６６ｄを有し、レーザ加工装置のチャンバー５１１から搬出された加工後の部材５３０ａを格納することができる。
【０２３２】
次に、加工装置５１０ｂを用いた工程の一例を簡単に説明する。なお、被加工物５３０は、図２１（Ａ）に示す形態とし、基板５３５上に設けられた樹脂のレーザ加工を目的とする。
【０２３３】
まず、ロード室５６２に被加工物５３０を格納したカセット５６６ａを設置し、搬送機構５６０で被加工物５３０をレーザ加工装置のチャンバー５１１に搬入する。
【０２３４】
ここで、チャンバー５１１への搬入方法を図２４（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて説明する。まず、ロード室５６２に搬送機構５６０のフォークを挿入し、カセット５６６ａから被加工物５３０を取り出す。このとき、第２のローラユニット５５０のローラ５５２は下降した状態とする（図２４（Ａ）参照）。
【０２３５】
次に、搬送機構５６０のフォーク上の被加工物５３０をチャンバー５１１内の第１のローラユニット５４０および第２のローラユニット５５０の上の規定のＸ、Ｙ位置に搬送する。そして、ローラ５５２を昇降機構５５６で上昇させて搬送機構５６０のフォークから被加工物５３０を持ち上げる（図２４（Ｂ）参照）。
【０２３６】
次に、搬送機構５６０のフォークをチャンバー５１１の外側に移動する（図２４（Ｃ）参照）。
【０２３７】
そして、ローラ５５２を昇降機構５５６で下降させて、ローラ５４２上に被加工物５３０を設置する。または、ローラ５５２を回転させて、被加工物５３０を所望のＹ位置まで移動させたのちにローラ５５２を下降させてもよい。以上により、被加工物５３０をチャンバー５１１内に搬送することができる（図２４（Ｄ）参照）。
【０２３８】
次に、ローラ５４２上に設置した被加工物５３０は、ローラ５４２またはローラ５５２を用いて、レーザ加工を開始する所望のＸ、Ｙ位置まで移動する。
【０２３９】
次に、図１９、図２０で説明した方法で被加工物５３０のレーザ加工を行い、加工後の部材５３０ａを形成する。そして、ローラ５４２またはローラ５５２を用いて、部材５３０ａを規定のＸ、Ｙ位置まで移動する。
【０２４０】
次に、ローラ５５２を上昇させてローラ５４２から部材５３０ａを持ち上げ、搬送機構５６０のフォークをローラ５４２と部材５３０ａの間に挿入する。そして、ローラ５５２を下降させてフォーク上に部材５３０ａを載せる。
【０２４１】
次に、搬送機構５６０のフォークに載った部材５３０ａをチャンバー５１１の外側に移動し、アンロード室５６４に設置したカセット５６６ｃに部材５３０ａを格納する。
【０２４２】
このように、本発明の一態様のレーザ加工装置では、被加工物５３０等を移動させるためのローラを用いて被加工物５３０の搬入および部材５３０ａの搬出を行うことができる。当該搬出入方法はリフトピンなどを用いないため、装置を安価に製造することができる。
【０２４３】
なお、第１のローラユニット５４０および第２のローラユニット５５０は、図２５に示すように、被加工物５３０の上側からレーザ光を照射する構成に適用することもできる。
【０２４４】
図２５に示すレーザ加工装置５１０ｃは、レーザ照射機構の一部の構成と第２のローラユニット５５０の一部の構成を除き、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すレーザ加工装置５１０ａと同様の構成である。
【０２４５】
レーザ加工装置５１０ｃでは、光学系ユニット５２１乃至レンズ５２２を第１のローラユニット５４０および第２のローラユニット５５０の上方に配置できるため、図１５（Ｂ）に示すミラー５２３ａおよびミラー５２３ｂを不要とすることができる。
【０２４６】
また、図２６に示すように、第２のローラユニット５５０内にレーザ光の光路を設ける必要がないため、第２のローラユニット５５０中央部のローラ５５２を設置することができる。したがって、中央行の全てのローラ５５２を一つの回転軸５５３に固定することができるため、図２６（Ｂ）における中央の行では、ローラ５５２、回転軸５５３および回転機構５５４のセットが一つとなる。
【０２４７】
本実施の形態では、本発明の一態様としてレーザ加工装置の構成を説明した。ただし、当該レーザ加工装置に含まれる第１のローラユニット５４０および第２のローラユニット５５０を組み合わせた構成は、レーザ加工に限らず、他の用途にも利用することができる。
【０２４８】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２４９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様のレーザ加工装置、または積層体の加工装置を用いて作製することができる表示装置の作製方法について説明する。
【０２５０】
本発明の一態様は、基板上に樹脂層を形成し、樹脂層上に、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを形成し、線状ビームに成形したレーザ光を樹脂層に照射し、トランジスタと基板とを分離する、剥離方法である。
【０２５１】
トランジスタのチャネル形成領域には、金属酸化物を用いる。金属酸化物を用いることで、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ））を用いる場合よりも、プロセスの最高温度を低くすることができる。
【０２５２】
トランジスタのチャネル形成領域にＬＴＰＳを用いる場合、プロセスの最高温度が５００℃から５５０℃程度に達するため、樹脂層に耐熱性が求められる。また、レーザ結晶化の工程での周辺の絶縁層等へのダメージを緩和するため、樹脂層の厚膜化が必要となる。また、樹脂層にレーザ光を照射する際に、完成したトランジスタのチャネル形成領域にレーザ光が照射されることによる特性劣化を抑制するためにも、樹脂層の厚膜化が必要である。
【０２５３】
一方、金属酸化物を用いたトランジスタは、高温での熱処理は必要とせず、３５０℃以下、さらには３００℃以下で形成することができる。そのため、樹脂層に高い耐熱性は求められない。したがって、樹脂層に比較的安価な耐熱温度の低い樹脂を用いることができる。また、金属酸化物を用いたトランジスタは、レーザ結晶化の工程が不要である。さらに、金属酸化物のバンドギャップは２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下と広く、特定の波長のレーザ光の吸収がシリコンに比べて少ないため、樹脂層の厚さを薄くしても問題がない。樹脂層に高耐熱性が要求されず、薄膜化できることで、デバイス作製の大幅なコストダウンが期待できる。また、ＬＴＰＳを用いる場合に比べて、工程が簡略化でき好ましい。
【０２５４】
本発明の一態様では、樹脂層の耐熱温度以下の温度でトランジスタ等を形成する。ここで、樹脂層の耐熱性は、例えば、加熱による重量減少率、具体的には５％重量減少温度等で評価できる。樹脂層の５％重量減少温度は、４５０℃以下が好ましく、４００℃以下がより好ましく、３５０℃未満がさらに好ましい。例えば、トランジスタは、３５０℃以下、さらには３００℃以下の温度で作製する。
【０２５５】
本発明の一態様では、感光性の材料を用いて樹脂層を作製してもよい。感光性の材料を用いることで、所望の形状の樹脂層を容易に形成することができる。例えば、開口を有する樹脂層、またはそれぞれ厚さの異なる２以上の領域を有する樹脂層を、容易に形成することができる。これにより、樹脂層が、バックゲート、外部接続端子、貫通電極等の作製の妨げになることを防止できる。
【０２５６】
本発明の一態様の構造物の剥離方法を用いて、フレキシブル表示装置を作製することができる。図２７および図２８を用いて、フレキシブル表示装置の作製方法の一例を示す。
【０２５７】
まず、図２７（Ａ）に示すように、積層体１１０と積層体１２０を接着層１３２で貼り合わせた積層体１３０とする。
【０２５８】
積層体１１０は、例えば、基板１１１、剥離層１７１、樹脂層１１２、絶縁層１１３、第１の素子層１１４、および第２の素子層１３１を有する。
【０２５９】
積層体１２０は、例えば、基板１２１、剥離層１７２、樹脂層１２２、絶縁層１２３、および機能層１２４を有する。ここで、積層体１３０は、実施の形態１の図１０（Ｂ）で説明した被加工物３０に相当する。また、基板１１１は、基板３５に相当し、基板１２１は、基板３７に相当する。また、剥離層１７１、樹脂層１１２、絶縁層１１３、第１の素子層１１４、第２の素子層１３１、機能層１２４、絶縁層１２３、樹脂層１２２および剥離層１７２は、層３８に相当する。
【０２６０】
基板１１１、１２１には硬質基板を用いることができ、例えばガラス基板などを用いることができる。後の工程でレーザ光を基板１１１、１２１を介して樹脂層１１２、１２２に照射することから、基板１１１、１２１は当該レーザ光の透過率が高いことが好ましい。
【０２６１】
剥離層１７１、１７２としては金属または金属酸化物を用いることができる。例えば、金属としては、チタン、モリブデン、アルミニウム、タングステン、タンタルなどの各種金属、または合金を用いることができる。
【０２６２】
また、金属酸化物としては、各種金属の酸化物を用いることができる。例えば、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化アルミニウム、酸化タングステン、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物等が挙げられる。
【０２６３】
樹脂層１１２、１２２には、例えば感光性および熱硬化性を有する材料を用いることができる。具体的には、ポリイミドなどの樹脂を用いることが好ましい。剥離層１７１、１７２と、樹脂層１１２、１２２との密着性を変化させることで剥離可能な構成とすることができる。
【０２６４】
絶縁層１１３、１２３には、例えば無機絶縁層を用いることができる。
【０２６５】
第１の素子層１１４は、例えばチャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタを有することができる。
【０２６６】
第２の素子層１３１は、例えばＥＬ素子を有することができる。
【０２６７】
機能層１２４は、例えば、カラーフィルタ等の着色層、ブラックマトリクス等の遮光層、およびタッチセンサ等の検知素子のうち、少なくとも一つを有することができる。
【０２６８】
次に、図２７（Ｂ）に示すように、基板１２１側から加工領域（剥離層１７２および樹脂層１２２を含む領域）にレーザ光１６０の照射を行う。レーザ光１６０の照射により、剥離層１７２、樹脂層１２２、およびその界面が加熱されることによる構造変化により、両者の密着性を低下させることができる。レーザ光１６０の照射は線状ビームで行うことが好ましく、本発明の一態様のレーザ加工装置を用いることができる。
【０２６９】
なお、レーザ光は基板１２１を介して加工領域に照射するため、基板１２１の表面に異物などがあると加工領域に照射されるレーザ光が遮られ、後工程の剥離不良が局部的に発生することがある。しかしながら、剥離層１７２として用いる金属または金属酸化物のレーザ光の吸収によって、レーザ光が照射された領域よりも広い範囲で剥離層１７２と樹脂層１２２との密着性が低下することができる。したがって、基板１２１の表面上に異物などによってレーザ光が遮られた場合であっても、後工程における剥離不良を抑制することができる。
【０２７０】
次に、図２７（Ｃ）に示すように、積層体１３０から基板１２１および剥離層１７２の積層を物理的な手段により剥離する。例えば、基板１１１を吸着ステージ等で固定し、基板１２１側を上方に移動させるような物理的な力を加えることで当該剥離を行うことができる。
【０２７１】
次に、図２７（Ｄ）に示すように、露出した樹脂層１２２と基板１５１を貼り合わせる。基板１５１は、可撓性を有することが好ましい。例えば、樹脂層１２２と基板１５１は、接着剤を用いて貼り合わせることができる。
【０２７２】
次に、図２８（Ａ）に示すように、基板１１１側から加工領域（剥離層１７１および樹脂層１１２を含む領域）にレーザ光１６０の照射を行う。
【０２７３】
次に、図２８（Ｂ）に示すように、図２８（Ａ）に示す積層体から基板１１１および剥離層１７１の積層を物理的な手段により剥離する。
【０２７４】
次に、図２８（Ｃ）に示すように、露出した樹脂層１１２と基板１４１を貼り合わせる。基板１４１は、可撓性を有することが好ましい。
【０２７５】
なお、上記工程においては、樹脂層１１２、１２２を残す構成を説明したが、樹脂層１１２、１２２が透明でなく、着色している場合はアッシング処理によって取り除くことが好ましい。
【０２７６】
以上の工程により、図２８（Ｄ）に示すフレキシブル表示装置１００を作製することができる。
【０２７７】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２７８】
（実施の形態４）
実施の形態２で説明した剥離工程を用いることにより、ハイブリッド表示を行うことができるハイブリッドディスプレイの作製が比較的容易に可能となる。本実施の形態では、ハイブリッドディスプレイについて説明する。
【０２７９】
ハイブリッド表示とは、１つのパネルにおいて、反射光と、自発光とを併用して、色調または光強度を互いに補完して、文字または画像を表示する方法である。または、ハイブリッド表示とは、同一画素または同一副画素において複数の表示素子から、それぞれの光を用いて、文字および／または画像を表示する方法である。ただし、ハイブリッド表示を行っているハイブリッドディスプレイを局所的にみると、複数の表示素子のいずれか一を用いて表示される画素または副画素と、複数の表示素子の二以上を用いて表示される画素または副画素と、を有する場合がある。
【０２８０】
なお、本明細書等において、上記構成のいずれか１つまたは複数の表現を満たすものを、ハイブリッド表示という。
【０２８１】
また、ハイブリッドディスプレイは、同一画素または同一副画素に複数の表示素子を有する。なお、複数の表示素子としては、例えば、光を反射する反射型素子と、光を射出する自発光素子とが挙げられる。なお、反射型素子と、自発光素子とは、それぞれ独立に制御することができる。ハイブリッドディスプレイは、表示部において、反射光、及び自発光のいずれか一方または双方を用いて、文字および／または画像を表示する機能を有する。
【０２８２】
本発明の一態様の表示装置は、可視光を反射する第１の表示素子が設けられた画素を有することができる。または、可視光を発する第２の表示素子が設けられた画素を有することができる。または、第１の表示素子および第２の表示素子が設けられた画素を有することができる。
【０２８３】
本実施の形態では、可視光を反射する第１の表示素子と、可視光を発する第２の表示素子とを有する表示装置について説明する。
【０２８４】
表示装置は、第１の表示素子が反射する第１の光と、第２の表示素子が発する第２の光のうち、いずれか一方、または両方により、画像を表示する機能を有する。または、表示装置は、第１の表示素子が反射する第１の光の光量と、第２の表示素子が発する第２の光の光量と、をそれぞれ制御することにより、階調を表現する機能を有する。
【０２８５】
また、表示装置は、第１の表示素子の反射光の光量を制御することにより階調を表現する第１の画素と、第２の表示素子からの発光の光量を制御することにより階調を表現する第２の画素を有する構成とすることが好ましい。第１の画素および第２の画素は、例えばそれぞれマトリクス状に複数配置され、表示部を構成する。
【０２８６】
また、第１の画素と第２の画素は、同数且つ同ピッチで、表示領域内に配置されていることが好ましい。このとき、隣接する第１の画素と第２の画素を合わせて、画素ユニットと呼ぶことができる。これにより、後述するように複数の第１の画素のみで表示された画像と、複数の第２の画素のみで表示された画像、ならびに複数の第１の画素および複数の第２の画素の両方で表示された画像のそれぞれは、同じ表示領域に表示することができる。
【０２８７】
第１の画素が有する第１の表示素子には、外光を反射して表示する素子を用いることができる。このような素子は、光源を持たないため、表示の際の消費電力を極めて小さくすることが可能となる。
【０２８８】
第１の表示素子には、代表的には反射型の液晶素子を用いることができる。または、第１の表示素子として、シャッター方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子、光干渉方式のＭＥＭＳ素子の他、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体（登録商標）方式等を適用した素子などを用いることができる。
【０２８９】
第２の画素が有する第２の表示素子は光源を有し、その光源からの光を利用して表示する素子を用いることができる。特に、電界を印加することにより発光性の物質から発光を取り出すことのできる、電界発光素子を用いることが好ましい。このような画素が射出する光は、その輝度や色度が外光に左右されることがないため、色再現性が高く（色域が広く）、且つコントラストの高い、つまり鮮やかな表示を行うことができる。
【０２９０】
第２の表示素子には、例えばＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザなどの自発光性の発光素子を用いることができる。または、第２の画素が有する表示素子として、光源であるバックライトと、バックライトからの光の透過光の光量を制御する透過型の液晶素子とを組み合わせたものを用いてもよい。
【０２９１】
第１の画素は、例えば白色（Ｗ）を呈する副画素、または例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の光をそれぞれ呈する副画素を有する構成とすることができる。また、第２の画素も同様に、例えば白色（Ｗ）を呈する副画素、または例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の光をそれぞれ呈する副画素を有する構成とすることができる。なお、第１の画素および第２の画素がそれぞれ有する副画素は、４色以上であってもよい。副画素の種類が多いほど、消費電力を低減することが可能で、また色再現性を高めることができる。
【０２９２】
本発明の一態様は、第１の画素で画像を表示する第１のモード、第２の画素で画像を表示する第２のモード、および第１の画素および第２の画素で画像を表示する第３のモードを切り替えることができる。また、実施の形態１で示したように、第１の画素および第２の画素のそれぞれに異なる画像信号を入力し、合成画像を表示することもできる。
【０２９３】
第１のモードは、第１の表示素子による反射光を用いて画像を表示するモードである。第１のモードは光源が不要であるため、極めて低消費電力な駆動モードである。例えば、外光の照度が十分高く、且つ外光が白色光またはその近傍の光である場合に有効である。第１のモードは、例えば本や書類などの文字情報を表示することに適した表示モードである。また、反射光を用いるため、目に優しい表示を行うことができ、目が疲れにくいという効果を奏する。
【０２９４】
第２のモードでは、第２の表示素子による発光を利用して画像を表示するモードである。そのため、外光の照度や色度によらず、極めて鮮やかな（コントラストが高く、且つ色再現性の高い）表示を行うことができる。例えば、夜間や暗い室内など、外光の照度が極めて小さい場合などに有効である。また外光が暗い場合、明るい表示を行うと使用者が眩しく感じてしまう場合がある。これを防ぐために、第２のモードでは輝度を抑えた表示を行うことが好ましい。またこれにより、眩しさを抑えることに加え、消費電力も低減することができる。第２のモードは、鮮やかな画像や滑らかな動画などを表示することに適したモードである。
【０２９５】
第３のモードでは、第１の表示素子による反射光と、第２の表示素子による発光の両方を利用して表示を行うモードである。具体的には、第１の画素が呈する光と、第１の画素と隣接する第２の画素が呈する光を混色させることにより、１つの色を表現するように駆動する。第１のモードよりも鮮やかな表示をしつつ、第２のモードよりも消費電力を抑えることができる。例えば、室内照明下や、朝方や夕方の時間帯など、外光の照度が比較的低い場合や、外光の色度が白色ではない場合などに有効である。
【０２９６】
以下では、本発明の一態様のより具体的な例について、図面を参照して説明する。
【０２９７】
［表示装置の構成例］
【０２９８】
図２９は、本発明の一態様の表示装置が有する画素アレイ７０を説明する図である。画素アレイ７０は、マトリクス状に配置された複数の画素ユニット７５を有する。画素ユニット７５は、画素７６と、画素７７を有する。
【０２９９】
図２９では、画素７６および画素７７が、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色に対応する表示素子を有する場合の例を示している。
【０３００】
画素７６は、赤色（Ｒ）に対応する表示素子７６Ｒ、緑色（Ｇ）に対応する表示素子７６Ｇ、青色（Ｂ）に対応する表示素子７６Ｂを有する。表示素子７６Ｒ、７６Ｇ、７６Ｂはそれぞれ、光源の光を利用した第２の表示素子である。
【０３０１】
画素７７は、赤色（Ｒ）に対応する表示素子７７Ｒ、緑色（Ｇ）に対応する表示素子７７Ｇ、青色（Ｂ）に対応する表示素子７７Ｂを有する。表示素子７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂはそれぞれ、外光の反射を利用した第１の表示素子である。
【０３０２】
以上が表示装置の構成例についての説明である。
【０３０３】
［画素ユニットの構成例］
続いて、図３０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いて画素ユニット７５について説明する。図３０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、画素ユニット７５の構成例を示す模式図である。
【０３０４】
画素７６は、表示素子７６Ｒ、表示素子７６Ｇ、表示素子７６Ｂを有する。表示素子７６Ｒは、光源を有し、画素７６に入力される第２の階調値に含まれる赤色に対応する階調値に応じた輝度の赤色の光Ｒ２を、表示面側に射出する。表示素子７６Ｇ、表示素子７６Ｂも同様に、それぞれ緑色の光Ｇ２または青色の光Ｂ２を、表示面側に射出する。
【０３０５】
画素７７は、表示素子７７Ｒ、表示素子７７Ｇ、表示素子７７Ｂを有する。表示素子７７Ｒは、外光を反射し、画素７７に入力される第１の階調値に含まれる赤色に対応する階調値に応じた輝度の赤色の光Ｒ１を、表示面側に射出する。表示素子７７Ｇ、表示素子７７Ｂも同様に、それぞれ緑色の光Ｇ１または青色の光Ｂ１を、表示面側に射出する。
【０３０６】
〔第１のモード〕
図３０（Ａ）は、外光を反射する表示素子７７Ｒ、表示素子７７Ｇ、表示素子７７Ｂを駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図３０（Ａ）に示すように、画素ユニット７５は、例えば外光の照度が十分に高い場合などでは、画素７６を駆動させずに、画素７７からの光（光Ｒ１、光Ｇ１、および光Ｂ１）のみを混色させることにより、所定の色の光７９を表示面側に射出することもできる。これにより、極めて低消費電力な駆動を行うことができる。
【０３０７】
〔第２のモード〕
図３０（Ｂ）は、表示素子７６Ｒ、表示素子７６Ｇ、表示素子７６Ｂを駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図３０（Ｂ）に示すように、画素ユニット７５は、例えば外光の照度が極めて小さい場合などでは、画素７７を駆動させずに、画素７６からの光（光Ｒ２、光Ｇ２、および光Ｂ２）のみを混色させることにより、所定の色の光７９を表示面側に射出することもできる。これにより鮮やかな表示を行うことができる。また外光の照度が小さい場合に輝度を低くすることで、使用者が感じる眩しさを抑えると共に消費電力を低減できる。
【０３０８】
〔第３のモード〕
図３０（Ｃ）は、外光を反射する表示素子７７Ｒ、表示素子７７Ｇ、表示素子７７Ｂと、光を発する表示素子７６Ｒ、表示素子７６Ｇ、表示素子７６Ｂの両方を駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図３０（Ｃ）に示すように、画素ユニット７５は、光Ｒ１、光Ｇ１、光Ｂ１、光Ｒ２、光Ｇ２、および光Ｂ２の６つの光を混色させることにより、所定の色の光７９を表示面側に射出することができる。
【０３０９】
以上が画素ユニット７５の構成例についての説明である。
【０３１０】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０３１１】
（実施の形態５）
以下では、実施の形態４で説明したハイブリッドディスプレイの構成の具体例について説明する。以下で例示する表示パネルは、反射型の液晶素子と、発光素子の両方を有し、透過モードと反射モードの両方の表示を行うことのできる、表示パネルである。
【０３１２】
［構成例］
図３１（Ａ）は、表示装置４００の構成の一例を示すブロック図である。表示装置４００は、表示部３６２にマトリクス状に配列した複数の画素４１０を有する。また表示装置４００は、回路ＧＤと、回路ＳＤを有する。また、方向Ｒに配列した複数の画素４１０、回路ＧＤと電気的に接続する複数の配線Ｇ１、複数の配線Ｇ２、複数の配線ＡＮＯ、および複数の配線ＣＳＣＯＭを有する。また、方向Ｃに配列した複数の画素４１０、回路ＳＤと電気的に接続する複数の配線Ｓ１、および複数の配線Ｓ２を有する。
【０３１３】
なお、ここでは簡単のために回路ＧＤと回路ＳＤを１つずつ有する構成を示したが、液晶素子を駆動する回路ＧＤおよび回路ＳＤと、発光素子を駆動する回路ＧＤおよび回路ＳＤとを、別々に設けてもよい。
【０３１４】
画素４１０は、反射型の液晶素子と、発光素子を有する。画素４１０において、液晶素子と発光素子とは、互いに重なる部分を有する。
【０３１５】
図３１（Ｂ１）は、画素４１０が有する導電層３１１ｂの構成例を示す。導電層３１１ｂは、画素４１０における液晶素子の反射電極として機能する。また導電層３１１ｂには、開口４５１が設けられている。
【０３１６】
図３１（Ｂ１）には、導電層３１１ｂと重なる領域に位置する発光素子３６０を破線で示している。発光素子３６０は、導電層３１１ｂが有する開口４５１と重ねて配置されている。これにより、発光素子３６０が発する光は、開口４５１を介して表示面側に射出される。
【０３１７】
図３１（Ｂ１）では、方向Ｒに隣接する画素４１０が異なる色に対応する画素である。このとき、図３１（Ｂ１）に示すように、方向Ｒに隣接する２つの画素において、開口４５１が一列に配列されないように、導電層３１１ｂの異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、２つの発光素子３６０を離すことが可能で、発光素子３６０が発する光が隣接する画素４１０が有する着色層に入射してしまう現象（クロストークともいう）を抑制することができる。また、隣接する２つの発光素子３６０を離して配置することができるため、発光素子３６０のＥＬ層をシャドウマスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置を実現できる。
【０３１８】
また、図３１（Ｂ２）に示すような配列としてもよい。
【０３１９】
非開口部の総面積に対する開口４５１の総面積の比の値が大きすぎると、液晶素子を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口４５１の総面積の比の値が小さすぎると、発光素子３６０を用いた表示が暗くなってしまう。
【０３２０】
また、反射電極として機能する導電層３１１ｂに設ける開口４５１の面積が小さすぎると、発光素子３６０が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。
【０３２１】
開口４５１の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口４５１を隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口４５１を同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。
【０３２２】
［回路構成例］
図３２は、画素４１０の構成例を示す回路図である。図３２では、隣接する２つの画素４１０を示している。
【０３２３】
画素４１０は、スイッチＳＷ１、容量素子Ｃ１、液晶素子３４０、スイッチＳＷ２、トランジスタＭ、容量素子Ｃ２、および発光素子３６０等を有する。また、画素４１０には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線ＡＮＯ、配線ＣＳＣＯＭ、配線Ｓ１、および配線Ｓ２が電気的に接続されている。また、図３２では、液晶素子３４０と電気的に接続する配線ＶＣＯＭ１、および発光素子３６０と電気的に接続する配線ＶＣＯＭ２を示している。
【０３２４】
図３２では、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２に、トランジスタを用いた場合の例を示している。
【０３２５】
スイッチＳＷ１は、ゲートが配線Ｇ１と接続され、ソースまたはドレインの一方が配線Ｓ１と接続され、ソースまたはドレインの他方が容量素子Ｃ１の一方の電極、および液晶素子３４０の一方の電極と接続されている。容量素子Ｃ１は、他方の電極が配線ＣＳＣＯＭと接続されている。液晶素子３４０は、他方の電極が配線ＶＣＯＭ１と接続されている。
【０３２６】
また、スイッチＳＷ２は、ゲートが配線Ｇ２と接続され、ソースまたはドレインの一方が配線Ｓ２と接続され、ソースまたはドレインの他方が、容量素子Ｃ２の一方の電極、トランジスタＭのゲートと接続されている。容量素子Ｃ２は、他方の電極がトランジスタＭのソースまたはドレインの一方、および配線ＡＮＯと接続されている。トランジスタＭは、ソースまたはドレインの他方が発光素子３６０の一方の電極と接続されている。発光素子３６０は、他方の電極が配線ＶＣＯＭ２と接続されている。
【０３２７】
図３２では、トランジスタＭが半導体を挟む２つのゲートを有し、これらが接続されている例を示している。これにより、トランジスタＭが流すことのできる電流を増大させることができる。
【０３２８】
配線Ｇ１には、スイッチＳＷ１を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線ＶＣＯＭ１には、所定の電位を与えることができる。配線Ｓ１には、液晶素子３４０が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。配線ＣＳＣＯＭには、所定の電位を与えることができる。
【０３２９】
配線Ｇ２には、スイッチＳＷ２を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線ＶＣＯＭ２および配線ＡＮＯには、発光素子３６０が発光する電位差が生じる電位をそれぞれ与えることができる。配線Ｓ２には、トランジスタＭの導通状態を制御する信号を与えることができる。
【０３３０】
図３２に示す画素４１０は、例えば、反射モードの表示を行う場合には、配線Ｇ１および配線Ｓ１に与える信号により駆動し、液晶素子３４０による光学変調を利用して表示することができる。また、透過モードで表示を行う場合には、配線Ｇ２および配線Ｓ２に与える信号により駆動し、発光素子３６０を発光させて表示することができる。また、両方のモードで駆動する場合には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線Ｓ１および配線Ｓ２のそれぞれに与える信号により駆動することができる。
【０３３１】
なお、図３２では一つの画素４１０に、一つの液晶素子３４０と一つの発光素子３６０とを有する例を示したが、これに限られない。図３３（Ａ）は、一つの画素４１０に一つの液晶素子３４０と４つの発光素子３６０（発光素子３６０ｒ、３６０ｇ、３６０ｂ、３６０ｗ）を有する例を示している。
【０３３２】
図３３（Ａ）では図３２の例に加えて、画素４１０に配線Ｇ３および配線Ｓ３が接続されている。
【０３３３】
図３３（Ａ）に示す例では、例えば４つの発光素子３６０を、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、および白色（Ｗ）を呈する発光素子を用いることができる。また液晶素子３４０として、白色を呈する反射型の液晶素子を用いることができる。これにより、反射モードの表示を行う場合には、反射率の高い白色の表示を行うことができる。また透過モードで表示を行う場合には、演色性の高い表示を低い電力で行うことができる。
【０３３４】
また、図３３（Ｂ）には、画素４１０の構成例を示している。画素４１０は、電極３１１が有する開口部と重なる発光素子３６０ｗと、電極３１１の周囲に配置された発光素子３６０ｒ、発光素子３６０ｇ、および発光素子３６０ｂとを有する。発光素子３６０ｒ、発光素子３６０ｇ、および発光素子３６０ｂは、発光面積がほぼ同等であることが好ましい。
【０３３５】
［表示パネルの構成例］
図３４は、本発明の一態様の表示パネル３００の斜視概略図である。表示パネル３００は、基板３５１と基板３６１とが貼り合わされた構成を有する。図３４では、基板３６１を破線で明示している。
【０３３６】
表示パネル３００は、表示部３６２、回路３６４、配線３６５等を有する。基板３５１には、例えば回路３６４、配線３６５、および画素電極として機能する導電層３１１ｂ等が設けられる。また図３４では基板３５１上にＩＣ３７３とＦＰＣ３７２が実装されている例を示している。そのため、図３４に示す構成は、表示パネル３００とＦＰＣ３７２およびＩＣ３７３を有する表示モジュールと言うこともできる。
【０３３７】
回路３６４は、例えば走査線駆動回路として機能する回路を用いることができる。
【０３３８】
配線３６５は、表示部や回路３６４に信号や電力を供給する機能を有する。当該信号や電力は、ＦＰＣ３７２を介して外部、またはＩＣ３７３から配線３６５に入力される。
【０３３９】
また、図３４では、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式等により、基板３５１にＩＣ３７３が設けられている例を示している。ＩＣ３７３は、例えば走査線駆動回路、または信号線駆動回路などとしての機能を有するＩＣを適用できる。なお表示パネル３００が走査線駆動回路および信号線駆動回路として機能する回路を備える場合や、走査線駆動回路や信号線駆動回路として機能する回路を外部に設け、ＦＰＣ３７２を介して表示パネル３００を駆動するための信号を入力する場合などでは、ＩＣ３７３を設けない構成としてもよい。また、ＩＣ３７３を、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）方式等により、ＦＰＣ３７２に実装してもよい。
【０３４０】
図３４には、表示部３６２の一部の拡大図を示している。表示部３６２には、複数の表示素子が有する導電層３１１ｂがマトリクス状に配置されている。導電層３１１ｂは、可視光を反射する機能を有し、後述する液晶素子３４０の反射電極として機能する。
【０３４１】
また、図３４に示すように、導電層３１１ｂは開口を有する。さらに導電層３１１ｂよりも基板３５１側に、発光素子３６０を有する。発光素子３６０からの光は、導電層３１１ｂの開口を介して基板３６１側に射出される。
【０３４２】
また、基板３６１上には入力装置３６６を設けることができる。例えば、シート状の静電容量方式のタッチセンサを表示部３６２に重ねて設ける構成とすればよい。または、基板３６１と基板３５１との間にタッチセンサを設けてもよい。基板３６１と基板３５１との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
【０３４３】
［断面構成例１］
図３５に、図３４で例示した表示パネルの、ＦＰＣ３７２を含む領域の一部、回路３６４を含む領域の一部および表示部３６２を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
【０３４４】
表示パネルは、基板３５１と基板３６１の間に、絶縁層２２０を有する。また基板３５１と絶縁層２２０の間に、発光素子３６０、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、トランジスタ２０６、着色層１３４等を有する。また絶縁層２２０と基板３６１の間に、液晶素子３４０、着色層１３５等を有する。また基板３６１と絶縁層２２０は接着層１４３を介して接着され、基板３５１と絶縁層２２０は接着層１４２を介して接着されている。
【０３４５】
トランジスタ２０６は、液晶素子３４０と電気的に接続し、トランジスタ２０５は、発光素子３６０と電気的に接続する。トランジスタ２０５とトランジスタ２０６は、いずれも絶縁層２２０の基板３５１側の面上に形成されているため、これらを同一の工程を用いて作製することができる。
【０３４６】
基板３６１には、着色層１３５、遮光層１３６、絶縁層１２５、および液晶素子３４０の共通電極として機能する導電層３１３、配向膜１３３ｂ、絶縁層１１７等が設けられている。絶縁層１１７は、液晶素子３４０のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。
【０３４７】
絶縁層２２０の基板３５１側には、絶縁層２１１、絶縁層２１２、絶縁層２１３、絶縁層２１４、絶縁層２１５等の絶縁層が設けられている。絶縁層２１１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１２、絶縁層２１３、および絶縁層２１４は、各トランジスタを覆って設けられている。また絶縁層２１４を覆って絶縁層２１５が設けられている。絶縁層２１４および絶縁層２１５は、平坦化層としての機能を有する。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁層として、絶縁層２１２、絶縁層２１３、絶縁層２１４の３層を有する場合について示しているが、これに限られず４層以上であってもよいし、単層、または２層であってもよい。また平坦化層として機能する絶縁層２１４は、不要であれば設けなくてもよい。
【０３４８】
また、トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、およびトランジスタ２０６は、一部がゲートとして機能する導電層２２１、一部がソースまたはドレインとして機能する導電層２２２、半導体層２３１を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。
【０３４９】
液晶素子３４０は反射型の液晶素子である。液晶素子３４０は、導電層３１１ａ、液晶３１２、導電層３１３が積層された積層構造を有する。また、導電層３１１ａの基板３５１側に接して、可視光を反射する導電層３１１ｂが設けられている。導電層３１１ｂは開口２５１を有する。また、導電層３１１ａおよび導電層３１３は可視光を透過する材料を含む。また、液晶３１２と導電層３１１ａの間に配向膜１３３ａが設けられ、液晶３１２と導電層３１３の間に配向膜１３３ｂが設けられている。
【０３５０】
基板３６１の外側の面には、光拡散板１２９および偏光板１４０を配置する。偏光板１４０としては直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。また、外光反射を抑制するために光拡散板１２９が設けられる。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子３４０に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすればよい。
【０３５１】
液晶素子３４０において、導電層３１１ｂは可視光を反射する機能を有し、導電層３１３は可視光を透過する機能を有する。基板３６１側から入射した光は、偏光板１４０により偏光され、導電層３１３、液晶３１２を透過し、導電層３１１ｂで反射する。そして、液晶３１２および導電層３１３を再度透過して、偏光板１４０に達する。このとき、導電層３１１ｂと導電層３１３の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板１４０を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層１３５によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
【０３５２】
発光素子３６０は、ボトムエミッション型の発光素子である。発光素子３６０は、絶縁層２２０側から導電層１９１、ＥＬ層１９２、および導電層１９３ｂの順に積層された積層構造を有する。また導電層１９３ｂを覆って導電層１９３ａが設けられている。導電層１９３ｂは可視光を反射する材料を含み、導電層１９１および導電層１９３ａは可視光を透過する材料を含む。発光素子３６０が発する光は、着色層１３４、絶縁層２２０、開口２５１、導電層３１３等を介して、基板３６１側に射出される。
【０３５３】
ここで、図３５に示すように、開口２５１には可視光を透過する導電層３１１ａが設けられていることが好ましい。これにより、開口２５１と重なる領域においてもそれ以外の領域と同様に液晶３１２が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図しない光が漏れてしまうことを抑制できる。
【０３５４】
導電層１９１の端部を覆う絶縁層２１６上には、絶縁層２１７が設けられている。絶縁層２１７は、絶縁層２２０と基板３５１が必要以上に接近することを抑制するスペーサとしての機能を有する。またＥＬ層１９２や導電層１９３ａを遮蔽マスク（メタルマスク）を用いて形成する場合には、当該遮蔽マスクが被形成面に接触することを抑制するための機能を有していてもよい。なお、絶縁層２１７は不要であれば設けなくてもよい。
【０３５５】
トランジスタ２０５のソースまたはドレインの一方は、導電層２２４を介して発光素子３６０の導電層１９１と電気的に接続されている。
【０３５６】
トランジスタ２０６のソースまたはドレインの一方は、接続部２０７を介して導電層３１１ｂと電気的に接続されている。導電層３１１ｂと導電層３１１ａは接して設けられ、これらは電気的に接続されている。ここで、接続部２０７は、絶縁層２２０に設けられた開口を介して、絶縁層２２０の両面に設けられる導電層同士を接続する部分である。
【０３５７】
基板３５１と基板３６１が重ならない領域には、接続部２０４が設けられている。接続部２０４は、接続層２４２を介してＦＰＣ３７２と電気的に接続されている。接続部２０４は接続部２０７と同様の構成を有している。接続部２０４の上面は、導電層３１１ａと同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部２０４とＦＰＣ３７２とを接続層２４２を介して電気的に接続することができる。
【０３５８】
接着層１４３が設けられる一部の領域には、接続部２５２が設けられている。接続部２５２において、導電層３１１ａと同一の導電膜を加工して得られた導電層と、導電層３１３の一部が、接続体２４３により電気的に接続されている。したがって、基板３６１側に形成された導電層３１３に、基板３５１側に接続されたＦＰＣ３７２から入力される信号または電位を、接続部２５２を介して供給することができる。
【０３５９】
接続体２４３としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。またニッケルをさらに金で被覆するなど、２種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また接続体２４３として、弾性変形、または塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体２４３は、図３５に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体２４３と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。
【０３６０】
接続体２４３は、接着層１４３に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着層１４３に接続体２４３を分散させておけばよい。
【０３６１】
図３５では、回路３６４の例としてトランジスタ２０１が設けられている例を示している。
【０３６２】
図３５では、トランジスタ２０１およびトランジスタ２０５の例として、チャネルが形成される半導体層２３１を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。一方のゲートは導電層２２１により、他方のゲートは絶縁層２１２を介して半導体層２３１と重なる導電層２２３により構成されている。このような構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。このとき、２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示パネルを大型化、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
【０３６３】
なお、回路３６４が有するトランジスタと、表示部３６２が有するトランジスタは、同じ構造であってもよい。また回路３６４が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示部３６２が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。
【０３６４】
各トランジスタを覆う絶縁層２１２、絶縁層２１３のうち少なくとも一方は、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁層２１２または絶縁層２１３はバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
【０３６５】
基板３６１側において、着色層１３５、遮光層１３６を覆って絶縁層１２５が設けられている。絶縁層１２５は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層１２５により、導電層３１３の表面を概略平坦にできるため、液晶３１２の配向状態を均一にできる。
【０３６６】
〔断面構成例２〕
図３６に示す表示パネルは、図３５に示す構成において各トランジスタにトップゲート型のトランジスタを適用した場合の例である。このように、トップゲート型のトランジスタを適用することにより、寄生容量が低減できるため、表示のフレーム周波数を高めることができる。
【０３６７】
本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層と、を有する。
【０３６８】
なお、トランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
【０３６９】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【０３７０】
また、トランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などを用いることができる。
【０３７１】
シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい酸化物半導体を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。
【０３７２】
半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。
【０３７３】
半導体層を構成する酸化物半導体がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【０３７４】
また、上記材料等で形成した金属酸化物は、不純物や酸素欠損などを制御することで透光性を有する導電体として作用させることができる。したがって、上述した半導体層に加え、トランジスタの他の構成要素であるソース電極、ドレイン電極およびゲート電極などを透光性を有する導電体で形成することで、透光性を有するトランジスタを構成することができる。当該透光性を有するトランジスタを表示装置の画素に用いることで、表示素子を透過または発するが当該トランジスタを透過することができるため、開口率を向上させることができる。
【０３７５】
または、トランジスタのチャネルが形成される半導体にシリコンを用いてもよい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
【０３７６】
上述した表示パネル３００は、大きく分けて発光素子およびトランジスタ等を有する領域６０１と、液晶素子等を有する領域６０２を有する（図３５および図３６参照）。以下に図３７（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて表示パネル３００の作製方法を簡単に説明する。
【０３７７】
表示パネル３００は、実施の形態２で説明した剥離工程を用いることで、比較的容易に作製することができる。まず、基板３５２上に剥離層１７３および樹脂層１７５を設け、樹脂層１７５上に領域６０１を完成させる（図３７（Ａ）参照）。
【０３７８】
次に、レーザ光１６０を加工領域（剥離層１７３および樹脂層１７５を含む領域）に照射し（図３７（Ｂ）参照）、基板３５２および剥離層１７３を取り除く。
【０３７９】
次に、アッシング処理により樹脂層１７５を取り除き、導電層３１１ａ等を露出させる。そして、表示部となる領域に配向膜１３３ａを形成し、液晶３１２を挟むように別途形成した領域６０２の残りの構成要素を接着層１４３を用いて貼り合わせる（図３７（Ｃ）参照）。以上の工程で図３５に示す表示パネル３００を完成させることができる。
【０３８０】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０３８１】
（実施の形態６）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図３８に示す。
【０３８２】
図３８（Ａ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー９７４、スピーカ９７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３は、本発明の一態様のレーザ加工装置または積層体の加工装置を用いて形成することができる。
【０３８３】
図３８（Ｂ）は情報処理端末であり、筐体９０１、表示部９０２、表示部９０３、センサ９０４等を有する。表示部９０２および表示部９０３は一つの表示パネルから成り、可撓性を有する。また、筐体９０１も可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができるほか、タブレット端末のように平板状にして使用することもできる。センサ９０４は筐体９０１の形状を感知することができ、例えば、筐体が曲げられたときに表示部９０２および表示部９０３の表示を切り替えることができる。表示部９０２および表示部９０３は、本発明の一態様のレーザ加工装置または積層体の加工装置を用いて形成することができる。
【０３８４】
図３８（Ｃ）はデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９６９等を有する。表示部９６５は、本発明の一態様のレーザ加工装置または積層体の加工装置を用いて形成することができる。
【０３８５】
図３８（Ｄ）は腕時計型の情報端末であり、筐体９３１、表示部９３２、リストバンド９３３、操作用のボタン９３５、竜頭９３６、カメラ９３９等を有する。表示部９３２はタッチパネルとなっていてもよい。表示部９３２は、本発明の一態様のレーザ加工装置または積層体の加工装置を用いて形成することができる。
【０３８６】
図３８（Ｅ）携帯電話機の一例であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うことができる。表示部９５２は、本発明の一態様のレーザ加工装置または積層体の加工装置を用いて形成することができる。
【０３８７】
図３８（Ｆ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部９３２は、本発明の一態様のレーザ加工装置または積層体の加工装置を用いて形成することができる。
【０３８８】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０３８９】
１０ａ    レーザ加工装置
１０ｂ    レーザ加工装置
１０ｃ    レーザ加工装置
１０ｄ    レーザ加工装置
１０ｅ    加工装置
１１    チャンバー
１２    移動機構
１２ｂ    可動部
１３    移動機構
１３ｂ    可動部
１４    回転機構
１４ｂ    可動部
１５    固定機構
１５ｂ    ステージ
１６    ボールネジ機構
１７    遮光機構
１８    遮蔽版
１９    モータ
２０    レーザ発振器
２１    光学系ユニット
２２    ミラー
２３    レンズ
２４    石英窓
２５    レーザ光
２６    レーザ光
２７    線状ビーム
２８    治具
２９    モータ
３０    被加工物
３０ａ    部材
３０ｂ    部材
３０ｃ    部材
３１    加工領域
３５    基板
３６    構造体
３７    基板
３８    層
４０    補助治具
４１    枠
４２    吸着部
４３    開口部
４５    略
４５ａ    カセット
４５ｂ    カセット
４６    軸受
４７    プラズマ発生機構
４８    シャワー板
４９    ステージ
５１    トランスファー室
５２    ロード／アンロード室
５３    アンロード室
５４    プラズマ処理室
６０    搬送機構
６１    昇降機構
６２    関節機構
６３    アーム
６４    アーム
６５    反転機構
６５ａ    支持部
６５ｂ    回転部
６６    フォーク
６７    吸着機構
７０    画素アレイ
７５    画素ユニット
７６    画素
７６Ｂ    表示素子
７６Ｇ    表示素子
７６Ｒ    表示素子
７７    画素
７７Ｂ    表示素子
７７Ｇ    表示素子
７７Ｒ    表示素子
７９    光
１００    フレキシブル表示装置
１１０    積層体
１１１    基板
１１２    樹脂層
１１３    絶縁層
１１４    素子層
１１７    絶縁層
１２０    積層体
１２１    基板
１２２    樹脂層
１２３    絶縁層
１２４    機能層
１２５    絶縁層
１２９    光拡散板
１３０    積層体
１３１    素子層
１３２    接着層
１３３ａ    配向膜
１３３ｂ    配向膜
１３４    着色層
１３５    着色層
１３６    遮光層
１４０    偏光板
１４１    基板
１４２    接着層
１４３    接着層
１５１    基板
１６０    レーザ光
１７１    剥離層
１７２    剥離層
１７３    剥離層
１７５    樹脂層
１９１    導電層
１９２    ＥＬ層
１９３ａ    導電層
１９３ｂ    導電層
２０１    トランジスタ
２０４    接続部
２０５    トランジスタ
２０６    トランジスタ
２０７    接続部
２１１    絶縁層
２１２    絶縁層
２１３    絶縁層
２１４    絶縁層
２１５    絶縁層
２１６    絶縁層
２１７    絶縁層
２２０    絶縁層
２２１    導電層
２２２    導電層
２２３    導電層
２２４    導電層
２３１    半導体層
２４２    接続層
２４３    接続体
２５１    開口
２５２    接続部
３００    表示パネル
３１１    電極
３１１ａ    導電層
３１１ｂ    導電層
３１２    液晶
３１３    導電層
３４０    液晶素子
３５１    基板
３５２    基板
３６０    発光素子
３６０ｂ    発光素子
３６０ｇ    発光素子
３６０ｒ    発光素子
３６０ｗ    発光素子
３６１    基板
３６２    表示部
３６４    回路
３６５    配線
３６６    入力装置
３７２    ＦＰＣ
３７３    ＩＣ
４００    表示装置
４１０    画素
４５１    開口
５１０ａ    レーザ加工装置
５１０ｂ    加工装置
５１０ｃ    レーザ加工装置
５１１    チャンバー
５２０    レーザ発振器
５２１    光学系ユニット
５２２    レンズ
５２３ａ    ミラー
５２３ｂ    ミラー
５２３ｃ    ミラー
５２４    石英窓
５２５    レーザ光
５２６    レーザ光
５２７    線状ビーム
５２８    治具
５２９    モータ
５３０    被加工物
５３０ａ    部材
５３１    加工領域
５３５    基板
５３７    基板
５３８    層
５４０    ローラユニット
５４１    架台
５４２    ローラ
５４２ｂ    ローラ
５４３    回転軸
５４３ｂ    回転軸
５４４    回転機構
５５０    ローラユニット
５５１    架台
５５２    ローラ
５５３    回転軸
５５４    回転機構
５５５    軸受部
５５６    昇降機構
５５７    シリンダ部
５５８    ロッド部
５５９    軸受
５６０    搬送機構
５６１    トランスファー室
５６２    ロード室
５６３    ロード室
５６４    アンロード室
５６５    アンロード室
５６６ａ    カセット
５６６ｂ    カセット
５６６ｃ    カセット
５６６ｄ    カセット
６０１    領域
６０２    領域
９０１    筐体
９０２    表示部
９０３    表示部
９０４    センサ
９１１    筐体
９１２    表示部
９１９    カメラ
９３１    筐体
９３２    表示部
９３３    リストバンド
９３５    ボタン
９３６    竜頭
９３９    カメラ
９５１    筐体
９５２    表示部
９５３    操作ボタン
９５４    外部接続ポート
９５５    スピーカ
９５６    マイク
９５７    カメラ
９６１    筐体
９６２    シャッターボタン
９６３    マイク
９６５    表示部
９６６    操作キー
９６７    スピーカ
９６８    ズームレバー
９６９    レンズ
９７１    筐体
９７３    表示部
９７４    操作キー
９７５    スピーカ
９７６    通信用接続端子
９７７    光センサ
【図１】
2019123019.tif 000003
【図２】
2019123019.tif 000004
【図３】
2019123019.tif 000005
【図４】
2019123019.tif 000006
【図５】
2019123019.tif 000007
【図６】
2019123019.tif 000008
【図７】
2019123019.tif 000009
【図８】
2019123019.tif 000010
【図９】
2019123019.tif 000011
【図１０】
2019123019.tif 000012
【図１１】
2019123019.tif 000013
【図１２】
2019123019.tif 000014
【図１３】
2019123019.tif 000015
【図１４】
2019123019.tif 000016
【図１５】
2019123019.tif 000017
【図１６】
2019123019.tif 000018
【図１７】
2019123019.tif 000019
【図１８】
2019123019.tif 000020
【図１９】
2019123019.tif 000021
【図２０】
2019123019.tif 000022
【図２１】
2019123019.tif 000023
【図２２】
2019123019.tif 000024
【図２３】
2019123019.tif 000025
【図２４】
2019123019.tif 000026
【図２５】
2019123019.tif 000027
【図２６】
2019123019.tif 000028
【図２７】
2019123019.tif 000029
【図２８】
2019123019.tif 000030
【図２９】
2019123019.tif 000031
【図３０】
2019123019.tif 000032
【図３１】
2019123019.tif 000033
【図３２】
2019123019.tif 000034
【図３３】
2019123019.tif 000035
【図３４】
2019123019.tif 000036
【図３５】
2019123019.tif 000037
【図３６】
2019123019.tif 000038
【図３７】
2019123019.tif 000039
【図３８】
2019123019.tif 000040