CN104364208A

CN104364208A - 玻璃基板的切割方法及玻璃基板的制造方法

Info

Publication number: CN104364208A
Application number: CN201380030915.0A
Authority: CN
Inventors: 植松利之; 高桥秀幸; 增田秀树
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: WO2014002685A1; KR20150035577A; TW201404516A; JP6206406B2; TWI603801B; CN104364208B; JPWO2014002685A1

Abstract

本发明提供一种玻璃基板的切割方法，通过照射激光对玻璃基板进行切割，所述玻璃基板的切割方法的特征在于，将对所述玻璃基板的一个表面照射了所述激光的激光的照射区域加热至使从所述玻璃基板的一个表面至另一个表面的激光照射部发生气化的温度以上，使所述激光的照射区域沿着所述玻璃基板的预定切割线相对于所述玻璃基板而移动；并且提供一种玻璃基板的制造方法。

Description

玻璃基板的切割方法及玻璃基板的制造方法

技术领域

本发明涉及玻璃基板的切割方法及玻璃基板的制造方法。

背景技术

作为玻璃基板的切割方法，已对使用激光的切割方法进行了研究。

例如，专利文献1中提出了一种玻璃基板的切割方法，其中，在通过照射激光而形成预定深度的切口凹部后，立即利用压缩气体等进行强制冷却。

另外，专利文献2中提出了一种玻璃基板的切割方法，其中，使激光一边扫描一边对玻璃基板进行照射，使激光的照射部分的玻璃熔融，并利用辅助气体将熔融的玻璃吹走。

但是，若利用专利文献1中提出的玻璃基板的切割方法，则在其切割面中会包含与通过照射激光而形成的切口凹部对应的部分和之后进行强制冷却时形成于切口凹部的下部的部分，两者的表面特性是不同的。

像这样在切割面中具有由切割方法导致的表面特性不同的部分时，为了制成制品，需要对切割面进行研磨，形成表面特性均匀的切割面。因此，需要花费时间进行切割面的研磨工序。

另外，在照射激光后需要立即对玻璃基板喷吹压缩气体(辅助气体)，因此玻璃基板的位置容易发生位移，切割精度有时降低。

若利用专利文献2中提出的玻璃基板的切割方法，则存在玻璃基板的位置因辅助气体的压力而发生位移、切割时的精度有时降低的问题。另外，根据激光的能量密度，有时局部的玻璃的热变形量增大而使玻璃基板产生裂纹。此外，被辅助气体所除去的熔融的玻璃会附着、凝固在切割面或其周边，因此为了将其除去，需要花费时间进行研磨工序。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-059328号公报

专利文献2：日本特开昭60-251138号公报

发明内容

发明所要解决的问题

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供与上述对玻璃基板喷吹辅助气体的现有的玻璃基板切割方法相比，能够以良好的精度对玻璃基板进行切割加工的玻璃基板的切割方法。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明提供一种玻璃基板的切割方法，其为通过照射激光对玻璃基板进行切割的玻璃基板的切割方法，其特征在于，将对所述玻璃基板的一个表面照射了所述激光的激光的照射区域加热至使从所述玻璃基板的一个表面至另一个表面的激光照射部发生气化的温度以上，使所述激光的照射区域沿着所述玻璃基板的预定切割线相对于所述玻璃基板而移动。

发明效果

根据本发明的玻璃基板的切割方法，与现有的使用辅助气体的玻璃基板的切割方法相比，能够以良好的精度对玻璃基板进行切割加工。

附图说明

图1是本发明的实施方式的玻璃基板的切割方法的说明图。

图2是本发明的实施方式的玻璃基板的切割方法中的加热工序的说明图。

图3是本发明的实施方式的玻璃基板的切割方法中的冷却工序的说明图。

图4是本发明的实验例1的玻璃基板的输送速度及激光的能量密度与切割面的评价的关系的说明图。

图5是本发明的实验例2的玻璃基板的输送速度及激光的能量密度与切割面的评价的关系的说明图。

图6是本发明的实验例3的玻璃基板的输送速度及激光的能量密度与切割面的评价的关系的说明图。

图7是本发明的实验例4的玻璃基板的输送速度及激光的能量密度与切割面的评价的关系的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明，但本发明不限定于下述实施方式，可以在不脱离本发明的范围的情况下对下述实施方式加以各种变形及置换。

本实施方式中，对本发明的玻璃基板的切割方法进行说明。

本发明的玻璃基板的切割方法为通过照射激光对玻璃基板进行切割的玻璃基板的切割方法，其具有以下的构成。

本发明的玻璃基板的切割方法的特征在于，

将对玻璃基板的一个表面照射了激光的激光的照射区域加热至使从所述玻璃基板的一个表面至另一个表面的激光照射部发生气化的温度以上。

并且，使所述激光的照射区域沿着所述玻璃基板的预定切割线相对于所述玻璃基板而移动。

利用图1～图3来具体说明。

图1示意性地示出了从照射激光的一侧(一个表面侧)的玻璃基板上方对利用本发明的玻璃基板切割方法切割玻璃基板的情况进行观察而得到的构成。

玻璃基板11沿着图1中箭头A所示的方向输送，使得照射了由未图示的激光振荡装置所振荡的激光12的部分(激光的照射区域)能够沿着玻璃基板上的预定切割线13而移动。

图1中，在照射了激光12的部分(激光的照射区域)，玻璃基板的从一个表面至另一个表面的激光照射部被加热(加热工序)。并且，已经照射了激光的区域14通过玻璃基板11的输送从激光的照射区域离开，激光照射后的激光照射部(照射激光后玻璃发生了气化的部分)15的周边部被冷却(冷却工序)。

需要说明的是，图1中采用了通过输送玻璃基板11而使玻璃基板11上的照射了激光12的部分(激光的照射区域)发生位移的构成，但只要能够沿着预定切割线照射激光12即可，并不限定于该方式。例如，也可以通过将玻璃基板11固定并对激光振荡装置与玻璃基板之间的激光的光路上的光学***进行调整、操作而使照射了激光12的部分(激光的照射区域)的位置发生位移。还可以按照对玻璃基板11进行输送、并且使照射了激光12的部分的位置也发生位移的方式构成。

另外，为了便于说明，图中示出了玻璃基板的预定切割线13，但玻璃基板上并没有设置该线。另外，预定切割线不限定为直线，可以根据所要求的切割后的玻璃基板的形状而设定为曲线等任意的线。

可以应用本发明的玻璃基板的切割方法的玻璃基板的组成没有特别限定，可以应用于各种玻璃基板。例如，可以举出无碱硼硅玻璃、硼硅玻璃、钠钙玻璃、高硅玻璃、其他以二氧化硅为主要成分的氧化物系玻璃等。

另外，对玻璃基板的厚度也没有特别限定。

但是，对上述玻璃基板照射激光而进行加热时，在激光的照射区域中，要将从玻璃基板的一个表面侧至另一个表面的激光照射部、即在其整个板厚方向上加热至使玻璃发生气化的温度以上。因此，优选根据激光振荡装置的输出功率等来选择玻璃基板的板厚。例如，玻璃基板的板厚优选为3.0mm以下、更优选为1.0mm以下、进一步优选为0.5mm以下、特别优选为0.2mm以下。关于玻璃基板的下限值，只要为大于零(0)的值则没有特别限定。

另外，图1所示的玻璃基板的形状为矩形，但玻璃基板的形状也没有特别限定。例如，可以为利用浮法或下拉法等的玻璃基板成形装置成形的带状玻璃基板。

接着，对在激光的照射区域(玻璃基板上照射了激光的部分)中进行的加热工序进行说明。图2示意性地示出了包含图1中的激光的照射区域的、B-B’线处的截面图。

本发明的玻璃基板的切割方法中，通过如上所述对玻璃基板照射激光12，在激光的照射区域中进行加热工序。

在玻璃基板的激光的照射区域中，从玻璃基板的一个表面至玻璃基板的另一个表面的激光照射部21被加热至玻璃发生气化的温度以上。此处，玻璃基板的一个表面是指激光入射的一侧的面，另一个表面是指其相对面。因此，在激光照射部21，玻璃发生气化，以短时间沿着激光的照射方向(玻璃基板的厚度方向)形成贯通孔。

并且，在激光照射部21的周边部22，也通过来自激光照射部的传热而被加热。

这样，在加热工序中或紧随其后、即在激光照射时(玻璃气化时)或紧随激光照射后，能够在不对上述激光照射部喷吹辅助气体(不使用辅助气体)的情况下以短时间在激光照射部使玻璃气化。因此，能够在不产生玻璃基板的位置偏移等的情况下以良好的精度进行加工，能够抑制玻璃基板的裂纹产生。

作为加热工序中的激光的照射条件没有限定，只要按照能够在玻璃基板的激光照射区域中将从玻璃基板的一个表面(激光入射一侧的表面)侧至另一个表面侧的激光照射部加热至玻璃的气化温度以上的方式进行选择即可。

具体而言，例如，根据作为被切割物的玻璃基板的厚度、玻璃组成、玻璃基板的输送速度(激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度)等，按照能够如上所述对激光照射部进行加热的方式来选择激光的能量密度等即可。例如可以通过预先进行预试验来计算。

特别是在将激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度设为v(m/小时)、将上述激光的能量密度设为E(W/mm²)、将玻璃基板的板厚设为t(mm)的情况下，优选按照满足下述关系的方式来调整所照射的激光的能量密度：

E≥50×t×v。

通过在满足上述规定的状态下进行包括加热工序的玻璃基板的切割，能够在激光的照射区域中将从玻璃基板的一个表面至玻璃基板的另一个表面的激光照射部确实地加热至玻璃发生气化的温度以上。

对照射至玻璃基板上的激光的光斑直径(玻璃基板的一个表面上的激光的光束直径)也没有限定，可以根据所要求的加工精度等进行选择。

另外，对所使用的激光的种类并没有特别限定，只要通过对玻璃基板照射振荡的激光能够将该照射的部分的玻璃基板加热即可。具体而言，可以使用例如CO₂激光、准分子激光、铜蒸镀激光、YAG(YttriumAluminum Garnet，钇铝石榴石)激光等。

加热工序中，通过如上所述对玻璃基板照射激光，使激光照射部的玻璃气化。因此，在激光照射部及其周边会产生气化的玻璃成分(气体)。该成分如果析出、附着到配置于激光的光路上的激光振荡装置的透镜、镜等光学***的表面上，则会存在无法对玻璃基板照射充分能量的激光的情况、或者无法对所期望的部位照射激光的情况等，有可能给玻璃基板的加工精度等带来影响。因此，优选通过对玻璃基板照射激光而将气化的玻璃成分除去。即，优选在加热工序中将气化的上述激光照射部的玻璃成分除去。关于将气化的玻璃成分除去的手段，没有特别限定，可以使用对气化的玻璃成分进行抽吸的装置、利用气体将气化的玻璃成分吹走的装置等。关于其配置，也是根据所使用的手段进行选择即可，只要按照不阻碍加热工序并且能够在气化的玻璃成分附着到配置于激光的光路上的透镜、镜等上之前将其除去的方式进行配置即可。例如，在图2中，考虑如23所示配置在照射了激光的部分的附近。

另外，在使用利用气体将气化的玻璃成分吹走的装置的情况下，所使用的气体的种类没有特别限定，但由于在玻璃基板被激光加热的部分的周边使用，因此优选使用非可燃性气体。具体而言，可以使用例如氮气、氩气等惰性气体、空气等。另外，该情况下，为了防止玻璃基板的位置的位移，优选按照气体不接触玻璃基板的方式进行供给。

接着，对冷却工序进行说明。

冷却工序为如下工序：在照射激光后，玻璃基板和/或激光的照射区域发生移动，由此，激光照射后的激光照射部(已经照射了激光的部分)从激光的照射区域远离，激光照射部的周边部被冷却。

冷却工序中，如图2所示，激光照射部(在加热工序中照射了激光而气化的部分)21的周边部22被冷却。冷却时，该周边部22的至少一部分有时会如图3所示以近似线状的析出物31的形式析出至玻璃基板表面(玻璃基板的一个表面和/或另一个表面)上。推测这是由于玻璃的热导率低，因而在加热工序后，在冷却工序中该周边部22内产生温度梯度，因此，由于在该周边部22内产生的应力而使周边部22的至少一部分被排除且析出至玻璃基板上。需要说明的是，图中析出物31析出至玻璃基板的上表面(一个表面)，但也有时会析出至下表面(另一个表面)侧。这样，激光照射部的周边部22的至少一部分从照射激光而得到的切割面被排除，因此最终能够得到均匀的切割面。

为了在冷却工序中产生上述析出物从而得到均匀的切割面，优选以适当的冷却速度对激光照射部的周边部进行冷却。该冷却速度可以通过激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度来改变。因此，优选进行预实验等，按照在冷却工序中产生上述析出物的方式来选择激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度。

在冷却工序中产生的析出物31也有时会妨碍冷却，因此，优选将产生在激光照射部的周边部的析出物除去。作为除去该析出物的手段，没有特别限定，例如可以通过利用气体吹走、抽吸除去、利用刷子或挡板等除去等方法简单地除去。

另外，在利用气体将析出物吹走的情况下，为了不对玻璃基板施加振动等以致影响玻璃基板的切割精度，优选使用低压的气体。

冷却工序为如上所述对激光照射后的激光照射部的周边部22进行冷却的工序，对其冷却温度没有限定。例如，优选在激光照射部的加热后将激光照射部的周边部冷却至玻璃化转变温度以下。

此时，在加热工序后利用周边气氛的温度进行冷却的情况下，周边温度优选至少为玻璃化转变温度以下、优选为100℃以下、特别优选为40℃以下。需要说明的是，此处所说的周边温度至少为进行了冷却工序的部分的周边的温度，优选为包括进行了切割的玻璃基板整体的周边的温度。

以上，对本发明的玻璃基板的切割方法进行了说明，该玻璃基板的切割方法中，并没有将辅助气体喷吹至玻璃基板上，因此能够抑制玻璃基板的位置的位移，能够以良好的精度对玻璃基板进行切割加工。另外，在切割时能够抑制玻璃基板产生裂纹，能够形成表面特性均匀的切割面。

将至此为止所说明的玻璃基板的切割方法应用于玻璃基板的制造工序中，能够得到使用了该玻璃基板的切割方法的玻璃基板的制造方法。

该玻璃基板的制造方法中，能够以良好的精度对玻璃基板进行切割加工，能够在切割时抑制玻璃基板产生裂纹，能够形成均匀的切割面，因此，能够得到玻璃基板的制造成品率提高、研磨工序中的切割面的研磨时间缩短或省略研磨工序的效果。

实施例

下面，举出具体的实施例来进行说明，但本发明不限定于这些实施例。

[实验例1]

本实验例中，改变激光的能量密度、激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度来切割玻璃基板，对切割后的玻璃基板的切割面进行了评价。

在玻璃基板的切割时，通过图1所示的构成，对于包含纵100mm、横100mm、板厚0.1mm的无碱硼硅玻璃的玻璃基板(旭硝子株式会社制造、商品名：AN100)，在以预定的输送速度输送玻璃基板的同时，沿着预定切割线以光斑直径为约0.3mm且达到预定能量密度的方式照射使用CO₂激光器的激光。进行切割时，玻璃基板的周边温度(环境温度)为室温(25℃)。

对于进行切割后的玻璃基板，将无法切断的情况评价为C；将虽然能够切断、但在照射了激光的部分未观察到析出物、通过目视确认切割面的结果为不均匀，或者玻璃基板中产生了裂纹的情况评价为B。将能够切断玻璃基板且通过目视能够确认为均匀的切割面的情况评价为A。将结果示于表1和图4中。图4是将表1的结果的一部分作图而得到的图。

表1

在图4所示的图中，直线X为如下直线：在将激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(在此为玻璃基板的输送速度)设为v(m/小时)、将上述激光的能量密度设为E(W/mm²)、将玻璃基板的板厚设为t(mm)的情况下，E＝50×t×v。

并且，直线Y示出了在冷却工序中产生了析出物的、激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(在此为玻璃基板的输送速度)的最小值，该情况下为144(m/小时)。

根据图4可知，A评价分布在由直线X和直线Y包围的范围内，在能量密度比直线X小的情况下得到C评价，在输送速度比直线Y慢的情况下得到B评价。

认为其原因在于，首先，就各激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(玻璃基板的输送速度)而言，在照射能量密度为直线X以上的激光的情况下，能够将激光的照射区域中的、从玻璃基板的一个表面至另一个表面的激光照射部确实地加热至玻璃发生气化的温度以上。

此外，认为其原因还在于，通过使输送速度为直线Y以上的输送速度，能够将激光照射后的激光照射部的周边部充分冷却，能够以析出物的形式从切割面部分排除，因此，能够形成表面特性均匀的切割面。

即，认为：在得到C评价的玻璃基板中，以激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(玻璃基板的输送速度)无法赋予充分的激光能量，在激光的照射区域中，无法将直至玻璃基板的另一个表面为止的部分加热至玻璃发生气化的温度以上(无法在玻璃基板的整个板厚方向的范围内充分地升温)。因此，推测无法将玻璃基板切断。

另外，在得到B评价的玻璃基板中，以激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(玻璃基板的输送速度)能够照射充分的能量密度的激光，因此，能够进行玻璃基板的切割。

但是，推测得到B评价的原因在于，激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(玻璃基板的输送速度)不充分，激光照射后的激光照射部的周边部的冷却速度减慢，该周边部未以析出物的形式被排除而残留下来，切割面未变得均匀。或者推测：在通过输送玻璃基板使激光照射后的激光照射部的周边部的温度冷却时，未达到所期望的冷却速度，因此，在切割面及其周边产生了裂纹。

与此相对，认为：A评价的玻璃基板能够根据激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(玻璃基板的输送速度)适当地选择了激光的能量密度。因此认为，在激光的照射区域中，从玻璃基板的一个表面至另一个表面被加热至玻璃发生气化的温度以上。此外认为，由于玻璃基板的输送速度合适，因此，激光照射后的激光照射部的周边部以适当的冷却速度冷却，该激光照射后的激光照射部的周边部以析出物的形式被排除，从而得到了均匀的切割面。

[实验例2]

本实验例中，除了使进行切割的玻璃基板的板厚为0.2mm以外，与实验例1同样地改变激光的能量密度、激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度来切割玻璃基板，并对切割后的玻璃基板的切割面进行了评价。

将结果示于表2、图5中。图5是将表2的结果作图而得到的图。

表2

在图5所示的图中，直线X也为上述的E＝50×t×v(t＝0.2mm)的直线。

另外，直线Y示出了在冷却工序中产生了析出物的、激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(在此为玻璃基板的输送速度)的最小值，该情况下为144(m/小时)。

由此，可以确认A评价分布在由直线X和直线Y包围的范围内。

[实验例3]

本实验例中，除了使进行切割的玻璃基板的板厚为0.3mm以外，与实验例1同样地改变激光的能量密度、激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度来切割玻璃基板，并对切割后的玻璃基板的切割面进行了评价。

将结果示于表3、图6中。图6是将表3的结果作图而得到的图。

表3

在图6所示的图中，直线X也为上述的E＝50×t×v(t＝0.3mm)的直线。

本实验例中，不改变玻璃基板的输送速度而改变所照射的激光的能量密度来进行玻璃基板的切割。由此，在增加激光的能量密度而使能量密度大于直线X的情况下，在激光的照射区域中，能够从玻璃基板的一个表面至另一个表面将激光照射部加热至玻璃发生气化的温度以上，可以确认得到A评价。

[实验例4]

本实验例中，除了使进行切割的玻璃基板的板厚为0.6mm以外，与实验例1同样地改变激光的能量密度、激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度来切割玻璃基板，并对切割后的玻璃基板的切割面进行了评价。

将结果示于表4、图7中。图7是将表4的结果作图而得到的图。

表4

在图7所示的图中，直线X也为上述的E＝50×t×v(t＝0.6mm)的直线。

本实验例中，所照射的激光的能量密度低于直线X。因此认为，以激光的照射区域相对于玻璃基板的移动速度(玻璃基板的输送速度)无法赋予充分的激光能量，在激光的照射区域中，无法将直至玻璃基板的另一个表面为止的部分加热至玻璃基板发生气化的温度以上。因此，认为无法切断玻璃基板，从而得到C评价。

产业实用性

本发明可以用于各种玻璃基板的切割方法及各种玻璃基板的制造方法等。

本申请以2012年6月28日向日本专利局提交的日本特愿2012-145991和2013年1月15日向日本专利局提交的日本特愿2013-004667为基础，要求这些申请的优先权，并以参考的形式将这些申请的全部内容包含在本发明中。

标号说明

11 玻璃基板

12 激光

21 激光照射部

22 激光照射部的周边部

31 析出物

Claims

1.一种玻璃基板的切割方法，通过照射激光对玻璃基板进行切割，所述玻璃基板的切割方法的特征在于，

将对所述玻璃基板的一个表面照射了所述激光的激光的照射区域加热至使从所述玻璃基板的一个表面至另一个表面的激光照射部发生气化的温度以上，

使所述激光的照射区域沿着所述玻璃基板的预定切割线相对于所述玻璃基板而移动。

2.如权利要求1所述的玻璃基板的切割方法，其中，所述激光照射部的周边部在所述激光照射部的加热后被冷却至玻璃化转变温度以下。

3.如权利要求1或2所述的玻璃基板的切割方法，其中，在将所述激光照射区域相对于玻璃基板的移动速度设为v(m/小时)、将所述激光的能量密度设为E(W/mm²)、将玻璃基板的板厚设为t(mm)的情况下，满足下述关系：

E≥50×t×v。

4.如权利要求1～3中任一项所述的玻璃基板的切割方法，其中，将气化后的所述激光照射部的玻璃成分除去。

5.如权利要求1～4中任一项所述的玻璃基板的切割方法，其中，将产生在所述激光照射部的周边部的析出物除去。

6.如权利要求1～5中任一项所述的玻璃基板的切割方法，其中，所述玻璃基板的板厚为3.0mm以下。

7.一种玻璃基板的制造方法，其使用了权利要求1～6中任一项所述的玻璃基板的切割方法。