JP4175636B2 - ガラスの切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスの切断方法に関し、詳しくは、張り合わせガラスの切断方法に関するものである。

従来の一般なガラスの切断方法として、図６に示すようにダイヤモンド刃、超高刃等の刃６１により、ガラス６０の表面にスクライブ線（切り込み線）６２を入れ、その後、裏面よりブレイク力（衝撃分断力）６３を付与し、スクライブ線６２に沿つてガラス６０を切断するものが知られている。

また、レーザを使用するガラスの切断方法も知られている。
特許文献１に示されるものは、図７に示すようにガラス６０に対して比較的高い吸収性を有する赤外線レーザ７４を楕円形状に整形させて照射し、レーザ照射部の後側近傍を冷媒７５（水性冷却剤）によつて冷却する。すなわち、予め、ガラス６０の切断したい部分に初期クラックを手作業にて作製し、その部分からレーザ７４を照射すると共に、照射部の後側近傍を液体（又は気体）からなる冷媒７５によつて冷却しながら、両者をガラス６０上で走査する。これにより、ガラス６０の内部の熱歪みによつて初期クラックが切断したい方向に進展し、スクライブ線７２が形成される。スクライブ線７２の形成後、ガラス６０の裏面からブレイク力７３を作用させることにより、ガラス６０が切断される。

特許文献２に示されるものは、図７に示す赤外線レーザ７４に代えて、光子エネルギーの高い紫外線レーザを用いるもので、１つの紫外線レーザをレンズで集光し、ガラス内部の分子結合を直接分断することにより、初期クラックを作ることなく、スクライブ線を形成する方法であり、冷媒７５の介在はない。なお、ブレイクには、機械的衝撃ではなく、赤外線レーザを用いている。

特許文献３に示されるものは、各種のレーザ発振器からのレーザ光を２系統に得、基板の表裏両面から線状レーザ光を照射することを提案している。基板は、液晶表示装置、太陽電池等のガラス基板、石英基板等であり、２枚が張り合わされている。線状レーザ光は、２枚の基板に同時又は順次に罫書き線つまりスクライブ線を形成し、スクライブ線を形成した基板には幅広のレーザ光を照射して加熱し、基板に熱歪みを生じさせ、スクライブ線に沿つて分断・ブレイクさせる。なお、線状レーザ光は、シリンドリカルレンズアレイなどによつて矩形状に整形されている。
特開平９−１５０２８６号公報 特開平５−３２４２８号公報 特開２００１−１７９４７３号公報

ダイヤモンド刃、超高刃等の刃６１を用いる切断方法にあつては、スクライブやブレイク時に、切断部にマイクロクラックを生じ、ガラス強度を低下させてしまう欠点があり、また、切断時にはパーティクルが発生し飛散する欠点がある。更に、刃６１は消耗品であり、交換のたびに、切断装置が停止するという欠点もある。

これに対し、赤外線レーザを用いる切断方法にあつては、切断部のマイクロクラックの発生やパーティクルの発生は抑えられるものの、スクライブ線の開始部に初期クラックを作らなければならない。このため、作業が煩雑であるのみならず、例えば交差するスクライブ線を形成しようとする場合、１つのスクライブ線を形成した後、次に交差するスクライブ線を形成しようとすると、交差する点においてスクライブ線の進展が難しくなるため、再度、交差する点に初期クラックを作らなければならず、作業が著しく煩雑になる。また、初期クラックをスクライブ線に進展させるためのレーザ強度と冷却条件の選定が大変難しい。

他方、紫外線レーザを用いる場合、特許文献２に示されるもののように１つの紫外線レーザを用いるときには、張り合わせガラスに照射する場合、ガラスの各表面からスクライブ線を形成することになる。従つて、張り合わせガラスのスクライブステージにおいては、張り合わせガラスを反転させて紫外線レーザをガラスの表裏両面に照射するための反転工程が余儀なくされていた。

また、２系統のレーザ光を使用するものにあつては、張り合わせガラスを反転させることなく切断することができるが、張り合わせガラスの一側及び他側のそれぞれからレーザ光を照射するため、ガラスの表裏両側に光路を確保しなければならず、装置構造が複雑化し、装置が大形化するのみならず、２系統のレーザ光のガラスへの照射位置を調節する作業がガラスの表裏両側からとなり、煩雑にならざるを得ない。

本発明は、このような従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、第１のガラス部材５ａと第２のガラス部材５ｂとがスペーサ５ｃを介在して張り合わされた２枚のガラス部材５ａ、５ｂを、隣り合うスペーサ５ｃ間で切断するガラスの切断方法において、紫外線レーザからなる第１のレーザビーム２及び第２のレーザビーム３を一側となる第２のガラス部材５ｂの側から照射し、第１のレーザビーム２を第２のガラス部材５ｂを透過させて第１のガラス部材５ａに集光させて第１のスクライブ線１４を形成し、第２のレーザビーム３を第２のガラス部材５ｂに集光させて第２のスクライブ線１５を形成し、第１のガラス部材５ａ及び第２のガラス部材５ｂの各一側部及び他側部のいずれか一方に第１のスクライブ線１４及び第２のスクライブ線１５を形成した後、第１のスクライブ線１４及び第２のスクライブ線１５にブレイク力を作用させて第１のガラス部材５ａ及び第２のガラス部材５ｂを同時に切断することを特徴とするガラスの切断方法である。
請求項２の発明は、前記第１のスクライブ線１４を先に形成し、その後、第１のスクライブ線１４の上側に第２のスクライブ線１５を形成することを特徴とする請求項１のガラスの切断方法である。
請求項３の発明は、前記第１のレーザビーム２及び第２のレーザビーム３が、線状ビーム又は楕円形状ビームの内のいずれか一方であることを特徴とする請求項１、２又は３のガラスの切断方法である。

以上の説明によつて理解されるように、本発明に係るガラスの切断方法によれば、次の効果を奏することができる。
独立請求項１によれば、張り合わせガラスに対するスクライブに際し、紫外線レーザのガラスに対する透過特性を有効活用し、各レーザビームを第２のガラス部材の側から照射し、第１のレーザビームを第２のガラス部材及び光透過物質を透過させて第１のガラス部材に集光させて第１のスクライブ線を形成し、第２のレーザビームを第２のガラス部材に集光させて第２のスクライブ線を形成した後、ブレイク力を作用させて切断する。このため、スクライブ時に張り合わせガラスの反転工程が不要となる。また、張り合わせガラスの一側のみから第１，第２のレーザビームを照射するため、ガラスの片側にのみ光路を確保すればよく、装置構造が簡素化し、装置が小形化するのみならず、２系統のレーザビームのガラスへの照射位置を調節する作業がガラスの片側のみからとなり、容易に行うことが可能になる。加えて、２枚の第１，第２のガラス部材を同時に切断することで、ブレイク時間を著しく短縮させて、張り合わせガラスの切断をきわめて能率的に行うことが可能になる。

請求項２によれば、先ず、レーザビームから見て遠い側の第１のガラス部材にレーザビームを照射し、スクライブ線を形成し、次に近い側の第２のガラス部材に同様の処置を施す。これにより、第２のガラス部材に形成されるスクライブ線による光の散乱を生じさせることなく、第２のガラス部材のスクライブ線と重なり合う位置として、第１のガラス部材にスクライブ線を確実に形成することができる。

請求項３によれば、紫外線レーザのガラスへの照射形状を線状ビーム又は楕円形状ビームにすることにより、紫外線レーザのもつ本来の出力を低下させることなく、スクライブに最適なレーザエネルギー密度を有する領域をスクライブ線上に大きく確保することが可能となり、スクライブ速度を著しく増大させ、ひいてはガラスの切断を高能率化させることが可能になる。

図１〜図４は、本発明に係るガラスの切断装置の１実施の形態を示す。図１中において符号１はレーザ発振装置を示し、レーザ発振装置１から射出される紫外線レーザからなる第１のレーザビーム２及び第２のレーザビーム３により、基板５にスクライブ線１４，１５を形成し、その後に基板５を切断させる。レーザ発振装置１は、第１のレーザビーム２を射出するものと、第２のレーザビーム３を射出するものとを別個に装備してもよいが、１つのレーザ発振器から射出される１つのレーザ光をハーフミラー（図示せず）によつて分離し、一方を第１のレーザビーム２とし、他方を第２のレーザビーム３としてもよい。このレーザ発振装置１は、紫外線レーザを射出するものであるから、例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波を発生するものが使用できる。

基板５は、液晶等のフラットパネルディスプレイの基板であり、図２に示すように、２枚の第１、第２のガラス部材５ａ、５ｂがスペーサ５ｃを介在して張り合わされた２枚のガラス部材５ａ、５ｂを、隣り合うスペーサ５ｃ間で切断するように構成され、前記基板５は張り合わせガラスであると共に、符号５ｄは切断部を示している。

第１のレーザビーム２及び第２のレーザビーム３は、いずれも基板５の１側（図上で上側）に平行に導き、それぞれビーム整形素子７，８によつて線状又は楕円形状に整形した後、各ミラー１０，１１によつて９０°偏向させ、各集光レンズ１２，１３によつて集光させて、基板５に１側からほぼ垂直に照射する。ビーム整形素子７，８によつて整形したレーザビーム２，３は、図３（Ａ）に示す線状ビーム、或いは図３（Ｂ）に示す楕円形状ビームである。

一方の集光レンズ１２を透過する第１のレーザビーム２は、基板５に１側から照射され、第２のガラス部材５ｂを透過し、下側に位置する第１のガラス部材５ａの所定位置に集光させて第１のスクライブ線１４を形成する。紫外線レーザからなる第１のレーザビーム２は、良好なガラス透過性を有するため、第２のガラス部材５ｂを良好に透過し、第１のガラス部材５ａの所定位置に集光されたとき、ガラス内部の分子結合を直接分断することにより、スクライブ線１４を形成する。このスクライブ線１４は、初期クラックを作ることなく、形成される。スクライブ線１４を形成する箇所、つまり基板５の切断箇所は、スペーサ５ｃ，５ｃの間の光透過物質が収容された切断部５ｄであるから、紫外線レーザからなる第１のレーザビーム２は、上側に位置する第２のガラス部材５ｂ及び光透過物質を透過し、下側に位置する第１のガラス部材５ａに良好に到達し集光レンズ１２の焦点位置に応じて集光される。勿論、第１のレーザビーム２は、第２のガラス部材５ｂに損傷（気化・蒸発や解離・イオン化等による光化学反応）を与えることなく透過するように、十分に分散させてある。

ここで、厚さ０．７ｍｍのフラットパネルディスプレイ用ガラスに対する紫外光の透過率％は、図５に示すようであり、紫外線レーザである例えばＮｄ：ＹＡＧレーザの３倍高調波（波長：３５５ｎｍ）では、約８５％が透過する。但し、４倍高調波（波長：２６６ｎｍ）では、透過率がほぼ５％であり、第１のレーザビーム２としては不適当である。従つて、第１のレーザビーム２としては、透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上となる波長の紫外線レーザが適当である。

他方の集光レンズ１３を透過する第２のレーザビーム３は、基板５に１側から照射され、上側に位置する第２のガラス部材５ｂの所定位置に集光させて、同様に第２のスクライブ線１５を形成する。両スクライブ線１４，１５を形成するスクライブ方向Ｘは、図１上で右方であり、第１のスクライブ線１４を先に形成し、その後、第２のスクライブ線１５を形成する。通常は、第１のスクライブ線１４の上側に重なり合うように第２のスクライブ線１５を形成する。第２のガラス部材５ｂを透過させて第１のガラス部材５ａに形成する第１のスクライブ線１４を先に形成すれば、第２のスクライブ線１５が形成されない状態で、第１のレーザビーム２が第２のガラス部材５ｂを透過するから、第１のスクライブ線１４の上側に重なり合うように第２のスクライブ線１５を形成する場合において、第１のレーザビーム２が第２のガラス部材５ｂのスクライブ線１５によつて散乱を受けて、透過率が悪化することが良好に防止される。

スクライブ方向Ｘは、基板５と、第１，第２のレーザビーム２，３とに相対移動を与えて付与できる。基板５の移動は、基板５の載置台（図示せず）を移動させて行う。勿論、基板５の載置台にレーザビームの通過のためのスリットを形成する必要はない。第１，第２のレーザビーム２，３の移動は、レーザ発振装置１、ビーム整形素子７，８、ミラー１０，１１及び集光レンズ１２，１３を一体として移動させて行うことができる。

紫外線レーザからなるレーザビーム２，３は、パルス動作であり、基板５に対してスクライブ方向Ｘに相対移動させて適当に重ね合わせながら照射させる。このため、図３（Ａ）に示す線状ビーム、（Ｂ）に示す楕円形状ビームは、それぞれ図４（Ａ），（Ｂ）に示すように所定間隔で重ね合わせて所定の重ね合わせ回数となるように、スクライブ方向Ｘの相対移動速度を設定する。紫外線レーザのガラスへの照射形状を線状ビーム又は楕円形状ビームにすることにより、レーザ発振装置１から射出される紫外線レーザのもつ本来の出力を低下させることなく、スクライブに最適なレーザエネルギー密度を有する領域を、スクライブ線１４，１５上に長く確保することが可能になり、スクライブ速度を増大させることができる。

なお、紫外線レーザを用いる場合、レーザ出力を高くし過ぎると、スクライブ線に対して平行なクラックの発生や再溶着が起こつたり、また、スクライブ線の進行方向（Ｘ）に対して垂直方向への不均一なクラックの進展が起こり、ブレイクした際に、切断面が一様にならなかつたり、スクライブした側の切断部エッジにクラックの存在のため、その部分のガラス強度を２桁以上弱めるという欠点がある。このため、紫外線レーザの出力を最大ではなく、スクライブ線の深さ及び形状が最良となる適正値に抑えて使用しなければならい。

すなわち、紫外線レーザを、スクライブ線１４，１５を形成するのに最適な出力に抑えて円形状に集光してガラスに照射するのではなく、最大出力のものを適切なエネルギー密度となる大きさの線状ビーム又は楕円形状ビームに整形して、大きな面積でスクライブ線１４，１５を形成するのに最適なエネルギー密度としてガラス（基板５）に照射し、スクライブ線１４，１５を効果的に形成する。短波長の紫外線レーザは、１光子のエネルギーが大きく、光化学的分解加工が可能であり、適正なエネルギー密度で適正な照射時間を与えれば、周囲への熱影響が小さい、精密微細な加工が可能である。

しかして、パルス動作する紫外線レーザからなる第１のレーザビーム２及び第２のレーザビーム３により、線状ビーム又は楕円形状ビームの１パルス当たりの移動量を大きくとることが可能になり、ガラスの切断に必要なスクライブ線１４，１５の形成時間を短縮することが可能になる。

円形ビームと図３（Ａ）に示す線状ビームとに、スクライブに最適な大きさ及びエネルギー密度を与え、スクライブする速度を比較すると、レーザ発振器の発振繰り返し周波数が同じ場合、線状ビームのスクライブ速度は（線状ビームの長辺／円形ビームの直径）倍だけ速くなる。これにより、パルス動作の紫外線レーザを重ね合わせて適用し、スクライブ部分を均一に形成することに起因し、スクライブ速度が遅くなるというパルス動作に伴う欠点は、線状ビーム又は楕円形状ビームの長手方向をスクライブ方向Ｘに合致させる使用により、事実上解消する。

具体的には、パルスレーザのオーバーラップ回数：４０回として、厚さ０．７ｍｍのフラットパネルディスプレイ用ガラスにスクライブ線を形成する場合、スクライブ線１４，１５の形成箇所のレーザビームのエネルギー密度は約２８Ｊ／ｃｍ２が必要であり、同じエネルギー密度として、２０μｍ×２０μｍの正方形ビームよりも２０μｍ×４０μｍの線状ビーム（長方形状ビーム）の方が、２倍のスキャン速度を得ることができる。

このように、紫外線レーザのガラスに対する透過特性を利用して、張り合わせガラスにおいて、２枚のガラスに対して片側（図上で上側）から入射させる紫外線レーザのレーザビーム２，３をそれぞれの目的箇所に集光させることにより、同時かつ効率よくスクライブすることが可能になる。勿論、張り合わせガラスに対するスクライブに際し、張り合わせガラスの反転工程は不要である。

特に、２本のレーザビーム２，３に若干の時間的遅延をつけて、張り合わせガラスからなる基板５の第１のガラス部材５ａ及び第２のガラス部材５ｂの重ね合わせ位置に紫外線レーザを照射して、ほぼ同時かつ高速度にスクライブ線の形成を行うことができる。なお、レーザビーム２，３のエネルギープロファイルは、平坦なライン状ビームであることが望ましい。この種のレーザビーム２，３は、レーザビームの分割重ね合わせ、レーザビームの長方形カライドスコープによる整形、又はキノフォルム位相制御板による整形により、形成することができる。

このようにスクライブ線１４，１５の形成がなされた張り合わせガラスである基板５は、ブレイク工程により、スクライブ線１４，１５に沿つて切断する。ブレイク工程でのブレイク手段には、従来公知の手段の採用が可能であり、機械的衝撃、液体又は気体からなる冷媒による冷却、赤外線レーザ照射のいずれを用いることもできる。スクライブ線１４，１５が形成された基板５にブレイク手段によるブレイク力を表裏両面から作用させ、２枚の第１，第２のガラス部材５ａ，５ｂを同時に切断させることにより、基板５がスクライブ線１４，１５に沿つて複数に分割される。かくして、ガラスの切断に要する時間が著しく短縮される。

ところで、図１上では各レーザビーム２，３を各ガラス部材５ａ，５ｂの１側部（図上で上面部）に集光させたが、集光レンズ１２，１３による焦点位置を調節することにより、各レーザビーム２，３を各ガラス部材５ａ，５ｂの他側部（図上で下面部）に集光させてスクライブ線（１４，１５）を形成し、このスクライブ線（１４，１５）の部分にブレイク力を作用させ、基板５を切断することも可能である。

本発明の１実施の形態に係るガラスの切断方法に使用する切断装置を示す概略図。 同じく基板の要部を示す断面図。 同じく線状ビーム及び楕円形状ビームを示し、図３（Ａ）は線状ビームを示す図、図３（Ｂ）は楕円形状ビームを示す図。 同じくレーザビームの重ね合わせ状態を示す説明図であり、図４（Ａ）は線状ビームの重ね合わせ状態を示す図、図４（Ｂ）は楕円形状ビームの重ね合わせ状態を示す図。 同じく紫外光の波長−透過率特性を示す線図。 従来の切断方法を示す斜視図。 従来の切断方法を示す斜視図。

符号の説明

１：レーザ発振装置
２：第１のレーザビーム
３：第２のレーザビーム
５：基板
５ａ：第１のガラス部材
５ｂ：第２のガラス部材
５ｃ：スペーサ
７，８：ビーム整形素子
１０，１１：ミラー
１２，１３：集光レンズ
１４：第１のスクライブ線
１５：第２のスクライブ線

Claims (3)

1. 第１のガラス部材(5a)と第２のガラス部材(5b)とがスペーサ(5c)を介在して張り合わされた２枚のガラス部材(5a,5b)を、隣り合うスペーサ(5c)間で切断するガラスの切断方法において
   紫外線レーザからなる第１のレーザビーム(2)及び第２のレーザビーム(3)を一側となる第２のガラス部材(5b)の側から照射し、第１のレーザビーム(2)を第２のガラス部材(5b)を透過させて第１のガラス部材(5a)に集光させて第１のスクライブ線(14)を形成し、第２のレーザビーム(3)を第２のガラス部材(5b)に集光させて第２のスクライブ線(15)を形成し、第１のガラス部材(5a)及び第２のガラス部材(5b)の各一側部及び他側部のいずれか一方に第１のスクライブ線(14)及び第２のスクライブ線(15)を形成した後、
   第１のスクライブ線(14)及び第２のスクライブ線(15)にブレイク力を作用させて第１のガラス部材(5a)及び第２のガラス部材(5b)を同時に切断することを特徴とするガラスの切断方法。
2. 前記第１のスクライブ線(14)を先に形成し、その後、第１のスクライブ線(14)の上側に第２のスクライブ線(15)を形成することを特徴とする請求項１記載のガラスの切断方法。
3. 前記第１のレーザビーム(2)及び第２のレーザビーム(3)が、線状ビーム又は楕円形状ビームの内のいずれか一方であることを特徴とする請求項１又は２のガラスの切断方法。

Images