JP2015160769A

JP2015160769A - ガラス基板の割断方法

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Publication number: JP2015160769A
Application number: JP2014036238A
Authority: JP
Inventors: 幸田　健志; Kenji Koda; 健志幸田; 貴志藤原; Takashi Fujiwara
Original assignee: LEMI Co Ltd
Current assignee: LEMI Co Ltd
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07

Abstract

【課題】小さいレーザパワーのレーザ光照射および冷却のみで、高速で直進性を損なわない超薄板ガラス基板の割断方法を提供する。【解決手段】ガラス基板１１を載置する割断プレート３０に、割断予定線１２に沿って伸びる方向に配置され割断プレート３０の表面に出入自在で割断プレート３０の表面において所定の方向に伸びるように複数のブロックを設け、ガラス基板１１の割断時に割断プレート３０のブロックを割断プレート３０の表面に所定の高さだけ突出させてブロックの伸びる方向にガラス基板１１の割断予定線１２が伸びるように載置し、ブロックの両側に負圧エリア４０、５０を設けてガラス基板１１を割断プレート３０に吸着固定してガラス基板１１の割断予定線１２の両側に割断予定線１２に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、割断予定線１２に沿ってレーザビーム１７の照射位置１９および冷却系２０による冷却位置を移動させる。【選択図】図５

Description

本発明は、ガラス基板の割断方法、特に板厚が２００μｍ以下の薄板ガラス基板を割断するガラス基板の割断方法に関する。

最近ガラス基板の割断において、過去１世紀にわたって使用されてきたダイヤモンドチップによる機械的方法に代わって、レーザビーム照射による熱応力スクライブ方法（以下レーザスクライブと略記する）が使用されるようになってきた。レーザスクライブによれば、機械的方法に固有の欠点、すなわちマイクロクラック発生によるガラス強度の低下、割断時のカレット発生による汚染、適用板厚の下限値の存在などが一掃できる。

レーザスクライブにおいては一般に、ガラスを局所的に加熱し、気化、溶融やクラックが発生しない程度のレーザ光照射を行なう。この時ガラス加熱部は熱膨張しようとするが周辺ガラスからの反作用にあい十分な膨張ができず、この加熱領域には圧縮応力が発生する。周辺の非加熱領域でも、加熱部からの膨張に押されてさらに周辺に対して歪みが発生し、その結果圧縮応力が発生する。こうした圧縮応力は加熱中心点を原点とした半径方向のもので、加熱が発生後ほとんど音速でガラス板全域に伝播する。ところで物体に圧縮応力がある場合には、その直交方向にはポアソン比に比例した引っ張り応力が発生する。

引張り応力の存在位置に亀裂がある場合にはこの亀裂先端では応力拡大が発生し、この拡大された応力が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。すなわち、亀裂先端から加熱中心に向かって亀裂が進展するという制御された割断が生じることになる。したがって、レーザ照射点を先行走査することで、亀裂を延長させていくことができる。

ガラス基板のレーザスクライブはこの原理を使用しており、引張り応力の最大点付近に冷却を行なうと、このときガラスの収縮によって増幅される引張り応力が割断強化に役立ち、加熱と冷却の併用によって割断が効率よく実現できることが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１によれば、加熱用レーザ光としてはＣＯ_２レーザ光が使用される。ＣＯ_２レーザ光のビームスポットにおけるエネルギーの９９％は、ガラス板６の深さ３．７μｍのガラス表面層において吸収され、ガラス板の全厚さにわたって透過しない。これは、ＣＯ_２レーザ波長におけるガラスの吸収係数が著しく大きいことによる。この結果、加熱はガラス板の表面層のみで発生し、この加熱領域では圧縮応力が発生する。

この加熱領域から外れた位置にある冷却点で冷却を行なうと引張り応力が発生し、この冷却点から後方に初亀裂を出発点とする表面スクライブが発生する。このスクライブの深さは、ソーダガラスなどでは通常１００μｍ程度である。しかしながら、ガラス板は脆性が強く、このスクライブ線にあわせて曲げ応力を印加し機械的に割断することが容易である。この曲げ応力の印加によって割断するプロセスをブレークと称する。この方法は機械的方法に比較すれば数多くの長所があり、近年スマートフォンやタブレット端末などに使用される板厚が５００μｍ以上のフラットパネルディスプレイ用ガラス等の切断に応用されるようになって来た。

特許第３０２７７６８号明細書

一方、近年、板厚が２００μｍ以下の超薄板ガラス基板、たとえば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ及びフレキシブルディスプレイ等に使用される薄膜電気回路が形成される厚みが２００μｍ以内の超薄板ガラス基板の利用に注目が集まっている。すなわち、ガラスの超薄板化を行うと、ガラスに可撓性を付与させることができるので、様々な電子デバイスに対して可撓性を付与させることができる。例えば、有機ＥＬディスプレイには、折りたたみや巻き取りによって持ち運びを容易にすると共に、平面だけでなく曲面にも使用することができる。また、自動車の車体表面や建築物の屋根、柱や外壁等、曲面を有する物体の表面に太陽電池を形成したり、有機ＥＬ照明を形成したりすることも可能になる。

このような板厚が２００μｍ以下の超薄板ガラス基板の割断に前記した表面スクライブを利用したレーザスクライブ方法を適用すると種々の問題がある。例えば、レーザスクライブ法においては割断速度は亀裂の進展する速度に依存しており、割断速度を大きくするためには照射するレーザパワーを数１００ワットと大きくしてスクライブ溝の深さをある程度大きくした表面スクライブを行い、その後ブレークプロセスにより割断する必要がある。しかし、超薄板ガラス基板の場合、板厚が５０〜２００μｍ以下と小さいので大きいレーザパワーによるスクライブ溝の断面品質が超薄板ガラス基板の割断面の品質に直接影響して高品質の割断面を得ることができなかったり、スクライブ溝が板厚の裏面にまで達してしまい予期せぬフルボディ割断状態になって、スクライブ溝が直進せずに湾曲してしまうなどの課題がある。

本発明はこのような課題を解決するもので、ガラス基板、特に超薄板ガラス基板の割断において、小さいレーザパワーのレーザ光照射および冷却のみで超薄板ガラス基板を高速で直進性を損なうことなく割断し、しかもブレーク加工を不要とする超薄板ガラス基板の割断方法を提供するものである。
また、大面積の超薄板ガラス基板から多数の小面積ガラス基板を高速で効率的に割断することができるクロスカット割断を可能とする超薄板ガラス基板の割断方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明の第１の構成のガラス基板の割断方法は、ガラス基板を載置する割断プレートに割断予定線に沿って伸びる方向に配置され割断プレートの表面に出入自在で割断プレートの表面において所定の方向に伸びるようにブロックを設け、ガラス基板の割断時に割断プレートのブロックを割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させてブロックの伸びる方向にガラス基板の割断予定線が伸びるようにガラス基板を載置し、ブロックの両側を負圧にしてガラス基板を割断プレートに吸着固定してガラス基板の割断予定線の両側に割断予定線に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させるものである。
本発明の第２の構成のガラス基板の割断方法は、第１の構成においてブロックを複数個配置し、複数個のブロックを選択的に出入させるものである。
本発明の第３の構成のガラス基板の割断方法は、第１または第２の構成において、ブロックの伸びる方向を互いに交差した複数の方向になるように複数個配置したものである。
本発明の第４の構成のガラス基板の割断方法は、第１乃至第３の構成において、ブロックの一部にガラス基板を吸着する吸着部を設けたものである。
本発明の第５の構成のガラス基板の割断方法は、第１乃至第４の構成において、割断プレートにブロックの伸びる方向の両側にブロックを挟むようにガラス基板を吸着する吸着部を設けたものである。
本発明の第６の構成のガラス基板の割断方法は、第１の構成において、ガラス基板の冷却を加圧された冷却水を貯留したタンクおよびタンクに連結した径が小さい小径ノズルで構成された冷却系により冷却するものである。
本発明の第７の構成のガラス基板の割断方法は、ガラス基板を載置する割断プレートに互いに直交する方向に伸びるとともに、割断プレートの表面に出入自在に配置された複数のブロック群を設け、ガラス基板の割断時に割断プレートの第１の方向に伸びるブロック群を割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させてガラス基板を載置し、第１の方向におけるブロックの両側を負圧にしてガラス基板を割断プレートに吸着固定してガラス基板の第１の方向に伸びる第１の割断予定線の両側に第１の割断予定線に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、第１の割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させて第１の方向に割断させ、第１の方向の割断終了後、割断プレートを９０度回転させて第１の方向に伸びるブロック群を割断プレートの表面の高さに一致させ、つぎに第１の方向に伸びるブロック群に直交する第２の方向に伸びるブロック群を割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させ、第２の方向に伸びるブロック群の両側を負圧にしてガラス基板を割断プレートに吸着固定してガラス基板の第１の割断予定線に直交する第２の割断予定線の両側に第２の割断予定線に直交する方向の曲げ応力を作用させた状態で、第２の割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させて第２の方向に割断させるものである。

本発明によれば、ガラス基板、特に超薄板ガラス基板の割断において、小さいレーザパワーのレーザ光照射および冷却のみで超薄板ガラス基板を高速で直進性を損なうことなく割断し、しかもブレーク加工を不要とした割断をすることができる。
また、大面積の超薄板ガラス基板から多数の小面積ガラス基板を高速で効率的に割断することができるクロスカット割断することができる。

本発明による超薄板ガラス基板の割断を実施するための割断装置の実施例に係る構成の概念的斜視図図１における割断装置の超薄板ガラス基板を載置する割断プレートの実施例を示す斜視図図１における割断装置の冷却系の実施例における概念的斜視面図図２における割断プレートの割断時における状態を示す斜視図図１における割断装置の割断時における状態を示す斜視図図４における割断装置のレーザ照射位置付近におけるＸ−Ｘ‘線の断面側面図本発明による超薄板ガラス基板の割断方法を説明するための割断プレートの概念的斜視図で、（ａ）は割断テーブルの割断制御状態を示す斜視図（ｂ）は割断テーブルの割断制御状態において載置される超薄板ガラス基板に作用する吸着エリアを説明する斜視図図７における割断時の割断方向と直交する方向に割断する場合の割断方法を説明するための割断プレートの概念的斜視図で、（ａ）は割断テーブルの割断制御状態を示す斜視図（ｂ）は割断テーブルの割断制御状態において載置される超薄板ガラス基板に作用する吸着エリアを説明する斜視図

本発明の第１の実施の形態は、ガラス基板を載置する割断プレートに割断予定線に沿って伸びる方向に配置され割断プレートの表面に出入自在で割断プレートの表面において所定の方向に伸びるようにブロックを設け、ガラス基板の割断時に割断プレートのブロックを割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させてブロックの伸びる方向にガラス基板の割断予定線が伸びるようにガラス基板を載置し、ブロックの両側を負圧にしてガラス基板を割断プレートに吸着固定してガラス基板の割断予定線の両側に割断予定線に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させてガラス基板を割断するものである。
この構成によれば、超薄板ガラス基板を割断する場合に、割断線がスクライブ線からずれることがなく、ブレークプロセスも不要で、割断面にチッピングやシャークティースが発生せずに鏡面加工を実現することができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、ブロックを複数個配置し、複数個のブロックを選択的に出入させるものである。この構成によれば、割断予定線に与える曲げ応力を簡単な方法で実施することができる。

本発明の第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態において、ブロックの伸びる方向を互いに交差した複数の方向になるように複数個配置したものである。この構成によれば、ガラス基板をクロスカット加工する場合においても各割断予定線に与える曲げ応力を簡単な方法で実施することができる。

本発明の第４の実施の形態は、第１乃至第３の実施の形態において、ブロックの一部にガラス基板を吸着する吸着部を設けたものである。この構成によれば、ガラス基板をその割断予定線に曲げ応力を与えた状態で割断プレートに確実に吸着固定することができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１乃至第４の実施の形態において、割断プレートにブロックの伸びる方向の両側にブロックを挟むようにガラス基板を吸着する吸着部を設けたものである。この構成によれば、ガラス基板をその割断予定線に曲げ応力を与えた状態で割断プレートに確実に一層強固に吸着固定することができる。

本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態において、ガラス基板の冷却を加圧された冷却水を貯留したタンクおよびタンクに連結した径が小さい小径ノズルで構成された冷却系により冷却するものである。この構成によれば、レーザ光による加熱点の冷却時にタンクからの圧縮空気がガラス基板の割断部からガラス基板の裏面に侵入して浮き上がることを防止することができる。また、ガラス基板に吹き付けられる水量を少なくしかも弱くすることができるので、超薄板ガラスの割断を確実に行うことができる。

本発明の第７の実施の形態は、ガラス基板を載置する割断プレートに互いに直交する方向に伸びるとともに、割断プレートの表面に出入自在に配置された複数のブロック群を設け、ガラス基板の割断時に割断プレートの第１の方向に伸びるブロック群を割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させてガラス基板を載置し、第１の方向におけるブロックの両側を負圧にしてガラス基板を割断プレートに吸着固定してガラス基板の第１の方向に伸びる第１の割断予定線の両側に第１の割断予定線に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、第１の割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させて第１の方向に割断させ、第１の方向の割断終了後、割断プレートを９０度回転させて第１の方向に伸びるブロック群を割断プレートの表面の高さに一致させ、つぎに第１の方向に伸びるブロック群に直交する第２の方向に伸びるブロック群を割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させ、第２の方向に伸びるブロック群の両側を負圧にしてガラス基板を割断プレートに吸着固定してガラス基板の第１の割断予定線に直交する第２の割断予定線の両側に第２の割断予定線に直交する方向の曲げ応力を作用させた状態で、第２の割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させて第２の方向に割断させるものである。
この構成によれば、ガラス基板を極めて簡単な方法でクロスカット加工することができる。しかも互に直交する角度精度を割断テーブルの回転角度の精度により設定できるので、回転機構の回転精度を高精度に設定すればクロスする割断角度を高精度に維持することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例１における超薄板ガラス基板の割断を実施するための割断装置の概念的斜視図である。ガラス基板１１は厚さが５０〜２００μｍの無アルカリガラス製の超薄板ガラス基板で、割断テーブル３０上に載置されている。割断テーブル３０は図２に示すように、割断テーブル３０を構成する板の表面にブロック３１〜３５が設けられている。ブロック３１とブロック３２は長方形のブロック、ブロック３５は略正方形のブロックで、ブロック３１およびブロック３２はその長手方向が超薄板ガラス１１の割断方向に沿って伸びる方向に配置されており、ブロック３１およびブロック３２の中間部にブロック３５が配置されている。また、ブロック３５を中心に、ブロック３１およびブロック３２の長手方向と直交する方向にブロック３３およびブロック３４が配置されている。すなわち、ブロック３１、ブロック３２およびブロック３５で形成される配列方向とブロック３３、ブロック３４およびブロック３５で形成される配列方向は互いに直交するように配置されている。

ブロック３１〜３５は割断テーブル３０の表面で上下移動可能に構成されており、薄板ガラス基板１１を割断テーブル３０上に配置して割断する際に図３に示すように割断予定線１２の直下に配置されているブロック３１、３２は割断プレートの表面に出入自在なように構成されており、割断テーブル３０の表面から所定の高さだけ上方に移動させて突出させたり、割断プレート３０の表面の高さに一致した状態に保持したりするように制御される。なお、ブロック３５は常時割断テーブル３０の表面上方に所定の高さだけ突出させておくようにしてもよい。ブロック３１〜ブロック３５を上下移動させる機構は任意である。例えば、各ブロック３１〜ブロック３５の下部にエアシリンダによる上下移動機構を設け、エアシリンダ上部ストロークエンドを前記の所定の高さに、エアシリンダ下部ストロークエンドを割断プレート３０の表面位置になるように設定し、圧縮空気を使用してエアシリンダを上下ストロークエンド間で移動させて、エアシリンダのロッドに固定されているブロック３１〜３５を選択的に上下移動させる。その他の方法としては、ステッピングモータを使用して上下移動させることもできる。すなわち、ステッピングモータの原点位置を割断プレート３０の表面位置に設定し、ステッピングモータを駆動して各ブロック３１〜ブロック３５を所定の高さまで高さ方向に移動させる。この方法を使用すると高さが簡単に変更でき、レシピ調整等が容易となる。

ブロック３１の幅や割断テーブル３０の表面からの突出高さは任意であるが、この両者の大きさと後述するガラス基板１１に与える吸着力とによりその上に載置されるガラス基板１１に曲げ応力を与えるので、必要な曲げ応力に応じて定められる。本実施例においては約幅３０ｍｍ、高さが約４００μｍのブロックを使用した。ブロック３１からブロック３５のガラス基板１１に当接するエッジ部分（図５参照）の角度は９０度が好ましく、このエッジ部分４５における直進性や加工傷の有無などの加工精度は、割断予定線１２の直進性に影響するので高い加工精度が必要である。

割断テーブル３０には、割断テーブル３０上にブロック３１〜３４を介して載置されるガラス基板１１の割断予定線１２に直交する方向に引っ張り応力を与えるために、ガラス基板１１の割断予定線１２に曲げ応力を与えるための吸着部４０、５０が形成されている。また、各ブロック３１〜ブロック３４にもこの曲げ応力を与えるための吸着部３１１、３２１、３３１、３４１が設けられている。吸着部４０、５０は割断テーブル３０に吸着孔を設けたり、吸着部４０、５０付近を多孔性物質で形成して図示しない真空系などの吸着系に連結して構成される。同様にして各ブロック３１〜ブロック３４の吸着部３１１、３２１、３３１、３４１も構成される。

ガラス基板１１の割断予定線１２の一端には割断開始用の初亀裂１３が形成されている。初亀裂１３は局所熱源による加熱やカッターなどの機械的方法で形成することができる。

ガラス基板１１の上方にはレーザユニット１６とレーザユニット１６の割断予定線１２後方に冷却系２０が設けられている。レーザユニット１６からのレーザ光１７は光学系１８を用いてビーム整形し、ガラス基板１１の表面の照射点１９に照射される。この照射点１９はレーザ光１７による局所加熱点として作用する。
レーザユニット１６の後方にはレーザ光１７による局所加熱点を冷却するための水を救急するための冷却系２０が設けられている。冷却系２０はガラス基板１１に冷却水を供給する。この冷却系２０として特許文献１などの従来技術における空気と水混合物を圧縮空気で加圧した水ジェットを噴射するものを使用すると、加圧に使用されている圧縮空気がガラス基板１１にも供給され、この圧縮空気がガラス基板１１の割断部からガラス基板１の裏面に侵入してガラス基板１１が浮き上ってしまうので、ガラス基板１１に吹き付けられる水は可能な限り弱くする必要があり、かつ量も少ない方が好ましい。そこで、本発明においては、図３に示すように冷却系２０を加圧された冷却水を貯留したタンク２１および径が小さい小径ノズル２２から構成して、ガラス基板１１に供給される水を加圧された水を直接ではなく小径ノズル２２を介して供給するようにする。

割断テーブル３０はレーザユニット１６に対して割断予定線１２の方向に相対的に移動可能であり、レーザユニット１６または割断テーブル３０を移動させることによりレーザ光１７の照射点１９はガラス基板１１の割断予定線１２上を走査させることができる。レーザ光１７の照射点１９の走査は、ガラス基板１１の一端に形成された初亀裂１３の位置から割断予定線１２に沿って矢印Ａ方向に走査させる。
割断テーブル３０はガラス基板１１を互に直交する２方向に割断するいわゆるクロスカットも可能なように、レーザユニット１６に対して互に直交する２方向に移動可能に構成され、さらに、割断テーブル３０を９０度回転させるための回転機構も備えている。

次に図１〜図６とともに動作を説明する。
図５は本発明の実施例１における超薄板ガラス基板の割断を実施するための割断装置の割断時における状態を示す斜視図、図６は図４における割断装置のレーザ照射位置付近におけるＸ−Ｘ‘線の断面側面図である。実施例１はガラス基板１１を図４のように割断テーブル３０のブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の配列方向に沿った割断予定線１２に沿って割断する実施例である。

まず図４に示すように、割断テーブル３０のブロック３１、ブロック３２およびブロック３５を割断テーブル３０の表面から所定の高さだけ突出させる。ブロック３３およびブロック３４の高さは割断テーブル３０の表面と同じ高さに維持する。ブロック３５があらかじめ割断テーブル３０の表面より一定の高さに設定されていればブロック３５の高さ調整は不要である。ブロック３１およびブロック３２の高さはブロック３５の高さと同等かそれより若干高く調整する。この状態で、あらかじめ割断予定線１２の一端に割断開始用の初亀裂１３が形成されたガラス基板１１をその割断予定線１２が図３のようにブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の配列方向に沿った方向になるように割断テーブル３０上に載置する。この結果、ガラス基板１１は図５および図６に示すように割断予定線１２部分がブロック３１、ブロック３２およびブロック３５により上方に湾曲する。

つぎに、割断テーブル３０のブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の両側に吸着部４０、５０およびブロック３３、ブロック３４の吸着部３３１、３４１に吸着力を与えると、ガラス基板１１の割断予定線１２の両側における吸着部４０、５０および吸着部３３１、３４１に作用する吸着力により、ガラス基板１１には図６に示すようにブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の両側の割断テーブル３０表面との接触部に強い吸着力４６が作用して吸着され、この吸着力とブロック３１、ブロック３２およびブロック３５による上方の湾曲作用により割断予定線１２の両側に曲げ応力１５が作用する。

この状態で割断プレート３０を割断予定線１２に沿った方向に移動させながらレーザユニット１６からレーザ光１７を照射しガラス基板１１の表面に集光させ、照射点１９を割断予定線１２上に沿って図５の矢印Ａ方向に移動させて局所的加熱する。一方、冷却系２０ではタンク２１内の冷却水を空気などの圧縮エアにより加圧し小径ノズル２２に加圧された冷却水が供給される。小径ノズル２２に供給された冷却水は小径ノズル２２により径が小さく吐出量が少量の水ミストに変換されてこの弱い水ミストが小径ノズル２２の直下においてレーザ光１７で局所的に加熱されたガラス基板１１の加熱点に吹き付けられてガラス基板１１に熱応力が発生する。このレーザ光１７と水ミストによる熱応力によりガラス基板１１には割断プレート３０の移動に連れて割断予定線１２に沿って連続的に亀裂が発生する。このとき、ガラス基板１１に曲げ応力１５を加えてスクライブしているので、連続的に発生する亀裂の位置を水ミストを供給する小径ノズル２２直下部分よりレーザ照射点方向にシフトさせることができ、これにより水ミストがガラス基板１１の裏面に侵入してガラス基板１１が浮き上ることがなく割断面の品質劣化を防止することができる。

この熱応力による亀裂は割断プレート３０の移動に連れて割断予定線１２に沿って移動してガラス基板１１の割断予定線に沿ってスクライブ溝が形成される。ガラス基板１１の割断予定線１２には前述したように割断予定線１２に直交する方向に曲げ応力１５が作用しているので、ガラス基板１１に発生した熱応力と曲げ応力１５の合成により局部的な集中応力が加わる。この結果、亀裂先端の応力拡大係数がガラス基板１１の破壊靱性値を超えるので、亀裂によるスクライブ溝は割断予定線１２の方向に進行するとともに、ガラス基板１１の厚さ方向にも進展する。

このとき、ガラス基板１１には図５および図６に示すように割断予定線１２部分がブロック３１、ブロック３２およびブロック３５により上方に湾曲するとともに、割断テーブル３０の吸着部４０、５０およびブロック３１〜ブロック３４吸着部３１１、３２１、３３１、３４１の吸着力により割断予定線１２の両側に曲げ応力１５が作用しており、しかもガラス基板１１は厚さが５０〜２００μの超薄板ガラス基板なので、ガラス基板１１に形成されたスクライブ溝はガラス基板１１の裏面にも到達してガラス基板１１は全厚さにわたってフルスクライブされる。

このように、ガラス基板１１に曲げ応力１５を作用させた状態でスクライブすると、曲げ応力１５がスクライブによる熱応力発生方向と同じベクトル方向に曲げ応力が与えられるので、亀裂の進行する速度は大きく保たれており、したがってスクライブに必要なレーザパワーを数１０ワット程度に小さくしても割断速度は小さくなることはない。例えば、ガラス基板の厚さが５０μｍ~７０μｍの場合は２０〜３０ワット、ガラス基板の厚さが１００μｍの場合は３０〜４０ワット、ガラス基板の厚さが２００μｍの場合は５０〜６０程度でスクライブすることができる。また、曲げ応力１５はスクライブ終端部にも作用しているので、スクライブ終端部にも十分な熱応力が加わっていわゆる切り残しも発生せず、かつスクライブ溝の進行方向が湾曲することもなく高い直進性を維持した高速割断が可能になる。さらに、スクライブ溝の割断断面はレーザパワーが小さいので断面品質にもすぐれ、割断面にはチッピングやシャークティースなどもない鏡面であることが確認できた。

実施例２はガラス基板を互に直交した２方向に割断するいわゆるクロスカット割断の実施例である。
図７（ａ）に示すように、まず、実施例１と同様にして割断テーブル３０のブロック３１、ブロック３２およびブロック３５を割断テーブル３０の表面から所定の高さだけ突出させ、あらかじめ割断予定線１２の一端に初亀裂１３が形成されたガラス基板１１を割断予定線１２がブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の配列方向に沿った方向になるように割断テーブル３０上に載置する。つぎに、割断テーブル３０の吸着部４０、５０およびブロック３３およびブロック３４の吸着部３３１、３４１に吸着力を与えるとガラス基板１１には図７（ｂ）に示すようにブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の両側の割断テーブル３０表面との接触部に強い吸着力４０、５０が作用して吸着され、この吸着力とブロック３１、ブロック３２およびブロック３５による上方の湾曲作用により割断予定線１２の両側に曲げ応力１５（図６参照）が作用する。この状態で実施例１と同様にして割断プレート３０を割断予定線１２に沿った方向に移動させながらレーザユニット１６からレーザ光１７をガラス基板１１の表面に集光させ、照射点１９を割断予定線１２上に沿って移動させて局所的加熱する。つぎに、冷却系２０により水ミストをガラス基板１１の局所的加熱点に吹き付けて割断予定線１２に沿って連続的に亀裂を発生させてスクライブ溝を形成してガラス基板１１を第１スクライブする。

つぎに、割断テーブル３０を９０度回転させる。このとき割断予定線の方向は図８（ａ）に示すように実施例１における割断予定線１２の方向と９０度の角度をなす新たな方向の割断予定線１４を形成する。このとき、レーザユニット１６と冷却系２０は固定したままなので、レーザ光１７と水ミストのガラス基板１１に対する相対的な移動方向は図５のＡ方向と同一であるが、それに対応する割断テーブル３０のブロックは図８（ａ）に示すブロック３３、ブロック３４およびブロック３５に変化する。したがって、レーザ光１７と水ミストのガラス基板１１に対する相対的な移動方向は新たな方向の割断予定線１４の方向に一致することは言うまでもない。なお、実施例１の割断予定線１２との関係の説明をわかりやすくするために、図８（ａ）、（ｂ）では割断テーブル３０を９０度回転させたときにあたかも割断予定線１４が９０度回転したように図示しているが、割断装置としては図２におけるブロック３１、ブロック３２およびブロック３５の配列がブロック３３、ブロック３４およびブロック３５の配列に置き換わっており、実施例１における割断予定線１２が図８（ａ）の割断予定線１４に置き換わっている。

割断テーブル３０の９０度回転時、ガラス基板１１は割断テーブル３０に吸着されて固定した状態のままなので、回転動作によってガラス基板１１が割断テーブル３０上でずれたり移動したりすることはなく、割断予定線１２と割断予定線１４との角度精度は割断テーブル３０の回転角度に依存する。したがって、割断予定線１２と割断予定線１４との角度精度は割断テーブル３０の回転角度の精度により定まり、回転機構の回転精度を高精度に設定すれば割断予定線１２と割断予定線１４の角度は高精度に維持することができる。

つぎに、ガラス基板１１が割断テーブル３０に吸着されて固定された状態のままでブロック３１、ブロック３２を割断プレート３０の表面と同一の高さに調整し、ブロック３３、ブロック３４を割断テーブル３０の表面から所定の高さだけ突出させると、ブロック３３、ブロック３４およびブロック３５が割断テーブル３０の表面から所定の高さだけ突出した状態になって、ガラス基板１１はブロック３３、ブロック３４およびブロック３５による上方の湾曲作用により実施例１と同様に新たな割断予定線１４の両側に曲げ応力が作用する。この状態で実施例１と同様に割断テーブル３０のブロック３３、ブロック３４およびブロック３５の両側に吸着部およびブロック３１、ブロック３２の吸着部３１１、３２１に吸着力を与えると、図８（ｂ）に示すようにブロック３３、ブロック３４およびブロック３５の両側に新たな吸着エリア６０、７０が形成され、ガラス基板１１には図６の場合と同様にブロック３３、ブロック３４およびブロック３５の両側の割断テーブル３０表面との接触部に強い吸着力４６が作用して吸着され、この吸着力とブロック３３、ブロック３４およびブロック３５による上方の湾曲作用により割断予定線１４の両側に曲げ応力が作用する。

この状態で実施例１と同様に割断プレート３０を割断予定線１４に沿った方向に移動させながらレーザユニット１６からレーザ光１７を照射しガラス基板１１の表面に集光させ、照射点１９を割断予定線１４上に沿って移動させて局所的加熱することにより、実施例１と同様にガラス基板１１は割断予定線１４に沿ってスクライブ溝が形成されてガラス基板１１には第１スクライブと直交する方向に第２スクライブが形成される。このときのスクライブ溝も実施例１のスクライブ溝と同様にガラス基板１１の裏面にも到達してガラス基板１１は全厚さにわたってフルスクライブされており、この結果、いわゆるクロスカット割断を行うことができる。

以上の説明において、割断プレート３０のブロック３１〜ブロック３５を互に９０度の角度をなす十字状に形成した場合について説明したが、これと異なる角度に配列すれば角度カットをすることが可能である。例えば６０度の角度方向に形成すればガラス基板１１を正３角形に切り出すことも可能である。
また、クロスカットや角度カットを行わない通常の一方向割断を行う場合には、例えばブロック３１、ブロック３２およびブロック３５を残しブロック３３、３４を除去して一方向に配列した状態にしてもよい。また、ブロック３１〜ブロック３５の高さをブロック３０の表面の高さに一致させた状態にすればブロック３０の表面は平坦になるので、曲げ応力を印加しない従来のスクライブ・ブレークによるレーザスクライブ法にも適用することが可能である。

以上のように、本発明によれば、超薄板ガラス基板の割断加工において、割断線がスクライブ線からずれることがなく、ブレークプロセスも不要で、割断面にチッピングやシャークティースが発生せずに鏡面加工が実現できるガラス基板の割断方法を提供することが出来る。また、いわゆるクロスカット加工も極めて簡単な方法により容易に行うことができる。

本発明によるガラス基板の割断方法は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ及びフレキシブルディスプレイ等に使用される薄膜電気回路が形成される厚みが５０〜２００μｍの超薄板ガラス基板を直進性が高く、割断面にチッピングやシャークティースが発生せずに鏡面加工が実現できる超薄板ガラス基板の割断に適用して好適である。

１１ガラス基板
１２，１４割断予定線
１３初亀裂
１５曲げ応力
１６レーザユニット
１７レーザ光
１８光学系
１９照射点
２０冷却系
２１タンク
２２小径ノズル
３０割断テーブル
３１〜３５ブロック
４０、５０吸着部
４５ブロックのエッジ部分
３１１、３２１、３３１、３４１吸着部

Claims

ガラス基板にレーザビームを照射した照射点付近を冷却してその位置に生じる熱応力により亀裂を発生させ、この亀裂をレーザビームの照射位置の移動により割断予定線に沿って移動させてガラス基板を割断する方法であって、ガラス基板を載置する割断プレートに割断予定線に沿って伸びる方向に配置され割断プレートの表面に出入自在で前記割断プレートの表面において所定の方向に伸びるようにブロックを設け、ガラス基板の割断時に前記割断プレートのブロックを前記割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させて前記ブロックの伸びる方向に前記ガラス基板の割断予定線が伸びるように前記ガラス基板を載置し、前記ブロックの両側を負圧にして前記ガラス基板を前記割断プレートに吸着固定して前記ガラス基板の割断予定線の両側に前記割断予定線に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、前記割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させることを特徴とするガラス基板の割断方法。
ブロックが複数個配置され、前記複数個のブロックを選択的に出入させることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の割断方法。
ブロックの伸びる方向が互いに交差した複数の方向になるように複数個配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板の割断方法。
ブロックの一部にガラス基板を吸着する吸着部が設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のガラス基板の割断方法。
割断プレートは、ブロックの伸びる方向の両側に前記ブロックを挟むようにガラス基板を吸着する吸着部が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のガラス基板の割断方法。
ガラス基板の冷却を加圧された冷却水を貯留したタンクおよび前記タンクに連結した径が小さい小径ノズルで構成された冷却系により冷却することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の割断方法。
ガラス基板にレーザビームを照射した照射点付近を冷却してその位置に生じる熱応力により亀裂を発生させ、この亀裂をレーザビームの照射位置の移動により割断予定線に沿って移動させてガラス基板を割断する方法であって、ガラス基板を載置する割断プレートに互いに直交する方向に伸びるとともに、前記割断プレートの表面に出入自在に配置された複数のブロック群を設け、ガラス基板の割断時に前記割断プレートの第１の方向に伸びるブロック群を前記割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させて前記ガラス基板を載置し、前記第１の方向におけるブロックの両側を負圧にして前記ガラス基板を前記割断プレートに吸着固定して前記ガラス基板の第１の方向に伸びる第１の割断予定線の両側に前記第１の割断予定線に直交する方向に曲げ応力を作用させた状態で、前記第１の割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させて第１の方向に割断させ、第１の方向の割断終了後、前記割断プレートを９０度回転させて前記第１の方向に伸びるブロック群を前記割断プレートの表面の高さに一致させ、つぎに前記第１の方向に伸びるブロック群に直交する第２の方向に伸びるブロック群を前記割断プレートの表面に所定の高さだけ突出させ、前記第２の方向に伸びるブロック群の両側を負圧にして前記ガラス基板を前記割断プレートに吸着固定して前記ガラス基板の第１の割断予定線に直交する第２の割断予定線の両側に前記第２の割断予定線に直交する方向の曲げ応力を作用させた状態で、前記第２の割断予定線に沿ってレーザビームの照射位置および冷却位置を移動させて第２の方向に割断させることを特徴とするガラス基板のクロスカット割断方法。