(57)【要約】【課題】簡便かつ高精度な配向膜パターンの形成方法を提供する。【解決手段】ガラス基板２上に金属膜３と透明電極膜４とが形成されたパネル基板３０の全体を覆うようにポリイミド膜５形成したのち、頂部が平坦化されたエネルギー強度分布を示し、かつ１４０ｍＪ／ｃｍ2以上４００ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーを有するＡｒＦエキシマレーザを照射することによりポリイミド膜の選択的な除去を行う。ポリイミド膜５がアブレーション反応を起こすことにより昇華し、金属膜３や透明電極膜４に損傷を与えることなく、かつ短時間で所定形状の配向膜パターン５Ａを簡便に形成することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜の上に透明電極膜が形成された基板上に、ポリイミドからなる配向膜を全面に亘って形成する工程と、
エネルギー範囲が２００ｍＪ／ｃｍ2以上３５０ｍＪ／ｃｍ2以下の範囲を含み、かつ、波長が１８０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるレーザビームを照射することにより、前記配向膜の選択的な除去を行う工程と
を含むことを特徴とする配向膜のパターニング方法。
【請求項２】
前記レーザビームは、頂部が平坦なエネルギー強度分布を示すものである
ことを特徴とする請求項１に記載の配向膜のパターニング方法。
【請求項３】
前記レーザビームは、１４０ｍＪ／ｃｍ2以上４００ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーを有するフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザである
ことを特徴とする請求項１に記載の配向膜のパターニング方法。
【請求項４】
前記レーザビームは、２００ｍＪ／ｃｍ2以上３５０ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーを有するフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザである
ことを特徴とする請求項１に記載の配向膜のパターニング方法。
【請求項５】
前記レーザビームは、２００ｍＪ／ｃｍ2以上４００ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーを有するイットリウムオルソバナデート（ＹＶＯ4）結晶から発振される第４高調波である
ことを特徴とする請求項１に記載の配向膜のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶表示装置に搭載される駆動素子上に形成され、液晶分子の向きを制御するように作用する配向膜のパターニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置はフラットパネルディスプレイの一種であり、これまでにデジタルスチルカメラ用の小型モニタから大型のフラットテレビに至るまで幅広く使用されている。液晶表示装置は、２枚のガラス基板の間に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin File Transistor）構造、配向膜、液晶分子、およびカラーフィルター基板などが順に積層形成されたものである。表示素子としての液晶分子は自ら発光するものではないので、液晶表示装置はさらに光源を搭載している。液晶表示装置の駆動素子であるＴＦＴ基板とカラーフィルター基板の間に挟まれた液晶分子が自らの向きを変えることにより、光源からの光を通過または遮断するようになっている。この液晶分子の向きを制御しているのが配向膜であり、その構成材料は有機化合物と無機化合物に分類される。但し配向膜の構成材料自体は配向能を持っていない。このため有機化合物を配向膜として機能させるには、塗布などによって成膜したのち、その表面を例えばナイロンローラーなどを用いて一方向に複数の溝を形成する（ラビング法）。こうすることにより配向能を有する配向膜が形成され、その表面上の液晶分子が配向膜の複数の溝に沿って一方向に配列（配向）することとなる。一方、無機化合物を用いる場合には、例えば斜方蒸着により配向膜自体を斜めに形成させることで配向能を持たせることができる。
【０００３】
特に低温ポリシリコンを液晶分子として用いた液晶表示装置においては、配向膜材料としてポリイミドが多く使用されている。ポリイミドは、例えば図１０に示したような配向膜印刷装置でＴＦＴ基板およびカラーフィルター基板の両表面にロール印刷される（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６０−１３５９２０号公報
【０００４】
図１０の配向膜印刷装置は、表面にＴＦＴ基板が設けられたパネル基板１０６を載置し、その面に平行な一軸方向に移動可能なステージ１０７と、ＴＦＴ基板上に配向膜材料１０３を印刷する配向膜印刷ロール１０５を備えている。この配向膜印刷装置は、さらに、配向膜材料１０３の供給源としてのニードル１０１と、ニードル１０１から供給された配向膜材料１０３を配向膜印刷ロール１０５に塗布するアニックスロール１０４と、余分な配向膜材料を掻き落とすドクターロール１０２とを備えている。この配向膜印刷装置では、固定されたニードル１０１から回転するアニックスロール１０４へ配向膜材料１０３が流し込まれると同時に、ドクターロール１０２が回転することにより余分な配向膜材料１０３が除去され適量化される。そののち、規定量の配向膜材料１０３が、アニックスロール１０４によって配向膜印刷ロール１０５に塗布される。配向膜印刷ロール１０５の回転量とステージ１０７の移動量とが同期することにより、ＴＦＴ基板上に配向膜が印刷される。
【０００５】
なお、液晶表示装置の分野では、ＴＦＴ基板の電極膜等をレーザビームの照射により加工する技術が本出願人によって開示されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献２】特開２００３−３３４６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＴＦＴ基板における画像表示部以外の部分であるパッド部やコモン部については、外部との電気的な接続を行うため、配向膜や液晶分子によって覆われずに露出した状態を確保しておく必要がある。したがって、配向膜については選択的な形成を行うこととなる。しかしながら、上記のような印刷ロールを用いた配向膜の成膜方法では、所定の形状となるようにパターニングを行うと形成された配向膜パターンの周縁部が盛り上がってしまうことが多く、膜厚の均一性が劣化する傾向にある。特に、配向膜パターンが微細化するほどこの傾向は顕著になる。こうした傾向は、液晶表示装置としての寸法精度の劣化に繋がるおそれがあるので好ましくない。また、ＴＦＴ基板（におけるパッド部やコモン部）と印刷ロールとの高精度な位置合わせを要するので、生産性や歩留まりの向上を図る際の障害ともなる。さらに、配向膜パターンの形状（デザイン）に応じて複数の印刷ロールを作製する必要があるので、コストの面で不利となる。その上、同一の印刷ロールを繰り返し使用する場合にはその都度、有機溶剤等によってクリーニングを行う必要があり、コスト面だけでなく環境負荷についても増大しがちである。さらに、印刷ロールは使用頻度や保管環境に応じて寸法が僅かながらも変化するので、位置ずれを起こす原因となる。
【０００７】
そこで、例えばコモン部に対応する領域にも配向膜材料を塗布したのち、微小凸部を有するローラなどを使用してミクロパールと呼ばれる金属めっき樹脂を押し付けることにより配向膜を物理的に貫通させ、電気的なコンタクトを確保する方法も考えられる。しかしながら、この場合には、配向膜材料の微粉を発生させたり配向膜の下層としてのＴＦＴ基板の金属膜を損傷したりする可能性が高い。そのうえ、導通されているかどうかが一見しただけでは判断しにくい。一方、特許文献２のように、レーザビームの照射によるエッチングを利用して配向膜のパターニングを行う方法も考えられるが、特許文献２には、その実施条件に関する記載がない。さらに最近では、インクジェット方式による成膜方法も実施されているが、材料の粘度調整が難しくノズル目詰りによるトラブルが頻発するなど、多くの課題を抱えている。これらの問題を解決するため、新たな配向膜のパターンニング方法が期待されている。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便かつ高精度な配向膜パターンの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の配向膜のパターニング方法は、金属膜の上に透明電極膜が形成された基板上に、ポリイミドからなる配向膜を全面に亘って形成する工程と、エネルギー範囲が２００ｍＪ／ｃｍ2以上３５０ｍＪ／ｃｍ2以下の範囲を含み、かつ、波長が１８０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であるレーザビームを照射することにより配向膜の選択的な除去を行う工程とを含むようにしたものである。
【００１０】
本発明の配向膜のパターニング方法では、金属膜の上に透明電極膜が形成された基板上にポリイミドからなる配向膜を形成し、所定のエネルギー強度および波長を有するレーザビームを照射するようにしたので、配向膜がアブレーション反応を起こすことにより昇華し、金属膜や透明電極膜に損傷を与えることなく、かつ短時間で所定形状の配向膜パターンが形成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の配向膜のパターニング方法によれば、金属膜上に透明電極膜と、ポリイミドからなる配向膜とを順に形成したのち、波長が１８０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下であると共に少なくとも２００ｍＪ／ｃｍ2以上３５０ｍＪ／ｃｍ2以下の範囲を含むエネルギー範囲のレーザビームを照射するようにしたので、所定形状をなすと共により均一な厚みを有する配向膜パターンを、高精度かつ簡便に形成することができる。この際、下地となる金属膜や透明電極膜に損傷を与えることがない。したがって、液晶表示装置の製造に適用すれば、高い寸法精度を有すると共に良好な画像表示機能を備えた液晶表示装置を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１を参照して、本発明の一実施の形態としての配向膜のパターニング方法を説明する。図１は、本実施の形態における配向膜のパターニング方法を実施する際に使用するレーザ加工装置の概略構成を表している。
【００１４】
このレーザ加工装置は、被照射物１にレーザビームを照射し、アブレーション反応を利用することにより被照射物１の選択的除去、すなわちパターニングを行うものである。このレーザ加工装置は、半導体レーザ光源としてのレーザ発振器１１と、このレーザ発振器１１からのレーザビームを被照射物１の被照射面１Ｓへ向けて照射する縮小投影レンズ（以下、単に投影レンズという。）１２と、投影レンズ１２からのレーザビームを被照射面１Ｓ上において走査させる走査機構としてのステージ１３とを備えている。レーザ発信器１１と投影レンズ１２との間には、さらに、レーザ発信器１１の側から順にミラー１４と、平坦化光学系１５と、ミラー１６と、可変アパーチャ１７とが配設されている。
【００１５】
レーザ発信器１１は、レーザ電源（図示せず）により駆動されるエミッタ１１Ａを有しており、例えば１９３ｎｍの発振波長を有するフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザや、２４８ｎｍの発振波長を有するフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ、あるいは２６６ｎｍの発振波長を有するイットリウムオルソバナデート（ＹＶＯ4）結晶による第４高調波などを出力するように構成されている。
【００１６】
平坦化光学系１５は、光軸に直交する面内において正規分布をなすレーザビームの強度分布を、矩形状に変換する作用を有するものである。平坦化光学系１５は、光軸と直交する面内における第１の方向においてレーザビームの強度分布を整形する第１のホモジナイザー対１５１と、光軸と直交する面内の、第１の方向と直交する第２の方向においてレーザビームの強度分布を整形する第２のホモジナイザー対１５２とを有している。第１のホモジナイザー対１５１は２つのホモジナイザー１５１Ａ，１５１Ｂによって構成されており、それらの相互間隔を光軸に沿って変化させることにより透過するレーザビームのビーム径を調節するようになっている。同様に、第２のホモジナイザー対１５２は２つのホモジナイザー１５２Ａ，１５２Ｂによって構成されており、それらの相互間隔を光軸に沿って変化させることにより透過するレーザビームのビーム径を調節するようになっている。
【００１７】
可変アパーチャ１７は、光軸と直交する２軸方向においてそれぞれ独立して開閉可能な開閉部材を有し、平坦化光学系１５によって平坦化されたのちミラー１６を経由したレーザビームＬ２のビーム径を、その開閉部材の開閉動作によって調節するように機能するものである。
【００１８】
投影レンズ１２は、可変アパーチャ１７からのレーザビームＬ２を集光し、被照射面１Ｓ上に焦点を合わせるように機能するものである。
【００１９】
ステージ１３は、被照射物１を載置すると共に照射されるレーザビームと直交する面内において移動可能に構成されている。なお、ステージ１３は、駆動モータ等の駆動機構（図示せず）によって駆動される。ステージ１３は、被照射面１Ｓの全領域に亘ってレーザビームＬ３を照射できる程度の範囲において移動可能となっている。
【００２０】
被照射物１は、図２に示したように、例えばガラス基板２上にアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする金属膜３と、透明電極膜（例えばインジウムスズ酸化物：ＩＴＯ）４とポリイミド膜５とが順に積層された薄膜構造を有している。金属膜３は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であってもよい。ポリイミド膜５は、例えば液晶表示装置に用いられる配向膜として機能するものである。
【００２１】
上記のように構成されたレーザ加工装置では、レーザ発振器１１からレーザビームＬ１が出力され、このレーザビームＬ１が平坦化光学系１５によって平坦化されたのち、投影レンズ１２によって被照射面１Ｓへ照射される。具体的には、レーザ発振器１１のエミッタ１１Ａから出力されたレーザビームＬ１が、ミラー１４によって反射されたのち平坦化光学系１５に入射する。ここでは第１および第２のホモジナイザー対１５１，１５２を通過することにより、頂部が平坦化された矩形状のエネルギー強度分布を示すレーザビームＬ２に変換され、ミラー１６へ向けて射出される。レーザビームＬ２はミラー１６によって反射され、さらに可変アパーチャ１７を経たのち投影レンズ１２に入射する。レーザビームＬ２は投影レンズ１２によって集光され、レーザビームＬ３として被照射面１Ｓ上において合焦するように射出される。
【００２２】
上記のレーザ加工装置を用いて被照射物１のポリイミド膜５のパターニングを行う場合には、ステージ１３を移動させることにより、レーザビームＬ３のビームスポットＢＳを被照射面１Ｓ上において走査するようにすればよい。以下、図３〜図５を参照して具体的に説明する。
【００２３】
図３は、液晶表示パネルの製造過程における一工程での状態を表すものであり、具体的には１枚のガラス基板２上に複数の液晶表示パネルとなる複数のパネル領域２０が形成されたパネル基板３０を表している。各パネル領域２０には、金属膜３としてのＴＦＴ構造と、透明電極膜４とが順に積層されている。各パネル領域２０には、面内方向において表示部２１と、パッド部２２と、コモン部２３とがそれぞれ設けられている。このようなパネル基板３０の表示部２１上に、ポリイミドからなる所定形状の配向膜パターンを形成するにあたっては、まず、図４に示したように、パネル基板３０の全面に亘ってポリイミド膜５を塗布する。ここでは、ロール印刷方式のほか、インクジェット方式、スピンコート方式、あるいはスリットスピンコート方式などを採用することができる。ポリイミド膜５を塗布したのち、図１に示したレーザ加工装置を用いてレーザビームＬ３のビームスポットＢＳを走査し、パッド部２２、コモン部２３およびパネル領域２０同士の間隙部分を順次エッチングすることにより、図５に示したような配向膜パターン５Ａを形成することができる。
【００２４】
ポリイミド膜５は、レーザビームＬ３の照射を受けることによりアブレーション反応を生じ、瞬間的に（例えば数ナノ秒の間に）数百℃から数千℃という高温に達する。このため、固相状態から瞬時に気相状態へ変化し、昇華してしまうので、周辺部分、特に下地となる透明電極膜４や金属膜３（ＴＦＴ構造）に熱的な負荷を与えることがない。ポリイミド膜５は波長選択性を有しており、例えば１９３ｎｍ、２４８ｎｍおよび２６６ｎｍの波長のレーザビームを吸収しやすい傾向を示す。特に、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を用いる場合には、１４０ｍＪ／ｃｍ2以上４００ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーとするとよい。また、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用いる場合には、２００ｍＪ／ｃｍ2以上３５０ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーとし、ＹＶＯ4第４高調波（２６６ｎｍ）を用いる場合には２００ｍＪ／ｃｍ2以上４００ｍＪ／ｃｍ2以下のエネルギーとするとよい。各々のレーザビームを上記のエネルギー範囲とすることにより、効率よく、かつ、下地膜としての透明電極膜４や金属膜３（ＴＦＴ構造）に熱的な負荷をほとんど与えることなく配向膜パターン５０を形成することができる。
【００２５】
さらに本実施の形態では、平坦化光学系１５によって、例えば図６に示したような矩形波状に変換されたエネルギー強度分布Ｐ１を有するレーザビームＬ３をポリイミド膜５に照射して加工するようにしたので、例えば図７（Ａ），７（Ｂ）に示したような、より寸法精度に優れた配向膜パターン５Ａを得ることができる。図７（Ａ），７（Ｂ）は、配向膜パターン５Ａの輪郭５Ｋ近傍を拡大した拡大図であり、図７（Ａ）が平面構成を表し、図７（Ｂ）が断面構成を表している。なお、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のVIIＢ−VIIＢ切断線に沿った矢視方向の断面を表している。輪郭５ＫはレーザビームＬ３の照射領域Ｒ１と非照射領域Ｒ２との境界であり、図７（Ａ）に示したように、平面方向においてほぼ直線状にパターニングされている。輪郭５Ｋは断面方向においても、透明電極膜４の表面４Ｓに対してほぼ垂直に加工されている。
【００２６】
これに対し、例えば図８に示したような、正規分布をなすエネルギー強度分布Ｐ１０１を示すレーザビームをポリイミド膜５に照射して加工するようにした場合には、図９（Ａ）に示したように蛇行した境界１０５Ｋとなり、断面方向においても図９（Ｂ）に示したように、なだらかな傾斜をなす境界１０５Ｋとなりがちである。さらに、境界１０５Ｋの近傍にはポリイミドの塊がデブリと呼ばれる黒点１０５Ｄとして現れ、配向膜パターン１０５Ａの厚みの均一性がやや劣る傾向にある。
【００２７】
このように、本実施の形態によれば、表示部２１以外の除去すべき領域（パッド部２２およびコモン部２３）を覆うポリイミド膜５に所定のエネルギー強度および波長を有するレーザビームＬ３を照射し、アブレーション反応を利用して瞬時に不要なポリイミド膜５を除去するようにしたので、金属膜や透明電極膜に損傷を与えることなく、かつ短時間で所定の寸法および均一な厚みを有する配向膜パターン５Ａを形成することができる。さらに、レーザビームＬ３のエネルギー強度分布Ｐ１が矩形波状をなすようにしたので、より明確な境界５Ｋを形成することができ、配向膜パターン５Ａの寸法精度を向上させることができる。したがって、本実施の形態における配向膜のパターニング方法を液晶表示装置の製造に適用すれば、高い寸法精度を有すると共に良好な画像表示機能を備えた液晶表示装置を容易に得ることができる。
【００２８】
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、配向膜に照射するレーザビームとして、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザおよびＹＶＯ４第４高調波を例に挙げて説明するようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、ＹＡＧ第４高調波、ＸｅＣｌエキシマレーザ、ＸｅＦエキシマレーザ等の紫外領域のレーザビームも用いることができる。また、平坦化光学系としてホモジナイザーを用いるようにしたが、回折レンズやフライアイレンズを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明における一実施の形態としての配向膜のパターニング方法を行うためのレーザ加工装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示したレーザ加工装置によってパターニングされる被照射物の構成を表す断面図である。
【図３】図１に示したレーザ加工装置を用いて行う配向膜のパターニング方法における一工程を表す平面図である。
【図４】図３に続く一工程を表す平面図である。
【図５】図４に続く一工程を表す平面図である。
【図６】図１に示したレーザ加工装置によって被照射物に照射される矩形波状のエネルギー強度分布を表す特性図である。
【図７】図１に示したレーザ加工装置によって形成された配向膜パターンの周縁部近傍を拡大した拡大平面図および拡大断面図である。
【図８】比較例としてのエネルギー強度分布を表す特性図である。
【図９】比較例としての配向膜パターンの周縁部近傍を拡大した拡大平面図および拡大断面図である。
【図１０】従来の印刷ロールを用いた配向膜印刷装置の概略構成を表す構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…被照射物、１Ｓ…被照射面、２…ガラス基板、３…金属膜、４…透明電極膜、５…ポリイミド膜、５Ａ…配向膜パターン、１１…レーザ発信器、１２…投影レンズ、１３…ステージ、１５…平坦化光学系、２０…パネル領域、２１…表示部、２２…パッド部、２３…コモン部、３０…パネル基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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