JP2007290304A - 脆性シート材分断方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透明な薄肉脆性シート板を実質的に機械的ストレスを加えず円滑に少ない工数で分離線に沿って正確に損傷することなく分断できる脆性シート材分断方法とその装置を提供する。
【解決手段】マザーガラス基板接合体４を、横分離線５０１ａ〜５０１ｄと縦分離線５０２ａ〜５０２f及び斜め分離線５０３ａ〜５０３ｆに沿って、波長が紫外線領域以下の短波長レーザ光を照射することにより分断する。マザーガラス基板接合体４が吸着テーブル上の所定位置に載置された際の位置データは、そのアライメントマーク４０２をＣＣＤカメラにより撮像して得られ、この位置データに基づき、レーザ照射ヘッドの駆動データを設定された上記分離線５０１ａ〜５０１ｄ、５０２ａ〜５０２f、５０３ａ〜５０３ｆに沿ってレーザ光が正確に照射されるように補正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光によりガラス板等の脆性シート材を分断する方法とそれを実施する装置に関する。

通常、液晶表示パネルの製造工程においては、大面積の一対のマザーガラス基板の接合体に作り込まれた複数の液晶セルを個々のセルに分離するためにマザーガラス基板を液晶セル間に設定された分離線に沿って分断する。

上記マザーガラス基板の分断方法としては、従来、カッターやカッターホイール等を用いて一方のマザーガラス基板に分離線をスクライブした後、他方のマザーガラス基板側（裏側）を叩いて個々の液晶セルにブレイクする機械的方法（特許文献１参照）が、よく用いられている。
特開平６−４８７５５号公報

然るに、上述した機械的なマザーガラス基板の分断方法による場合、被加工物（ワーク）のマザーガラス基板に大きいストレスが加わり、加工中にガラス基板が破損したり液晶セルの強度低下を招くという問題がある。また、個々の基板毎にスクライブとブレイクを繰り返すから、その分製造工数が増加する。

本発明の目的は、脆性シート材を実質的に機械的ストレスを加えずに少ない工数で分離線に沿って正確に損傷することなく円滑に分断できる脆性シート材分断方法とその装置を提供することである。

本発明の脆性シート材分断方法は、実質的に透明な脆性シート材を予め設定されている分離線に沿って分断する方法であって、波長が紫外線領域以下のレーザ光を前記脆性シート板の表面上に前記分離線に沿って照射することを特徴とするものである。

また、本発明の脆性シート材分断装置は、実質的に透明な脆性シート材を予め設定されている分離線に沿って分断する装置であって、波長が紫外線領域以下のレーザ光を射出するレーザ発光素子と、前記レーザ発光素子と前記脆性シート材とを前記脆性シート材の表面に平行な平面内において直交するＸ、Ｙ方向へ互いに相対移動させるＸ−Ｙ移動機構と、前記レーザ光の照射方向を前記平面内における任意の方向に自在に走査させるレーザ光走査機構とを有することを特徴とするものである。

本発明の脆性シート材分断方法によれば、波長が紫外線領域以下のレーザ光をワークの脆性シート材に照射するから、ワークが透明な脆性シート材であるにも拘わらずレーザ光のエネルギーが効率良く吸収されて所定の分離線に沿って損傷することなく正確且つ円滑に切断することができる。

また、本発明の脆性シート材分断装置によれば、波長が紫外線領域以下のレーザ光を射出するレーザ発光素子と脆性シート材とを脆性シート材の表面に平行な平面内において直交するＸ、Ｙ方向へ互いに相対移動させるＸ−Ｙ移動機構と、レーザ光の照射方向を前記平面内における任意の方向に自在に走査させるレーザ光走査機構とを有しているから、透明な薄肉脆性シート材であっても所望の分離線に沿って自在に短時間で効率良く切断することができる。

本発明の脆性シート材分断方法においては、レーザ光の照射位置と脆性シート材とが脆性シート材の表面に平行な平面内において直交する２方向へ互いに相対移動され、且つ、レーザ光の照射方向が前記平面内における任意の方向に自在に走査されることが好ましく、これにより、脆性シート材を矩形以外の所望の形状に円滑に切断することができる。

また、本発明の脆性シート材分断方法は、複数の液晶セルを形成するために接合された一対のマザーガラス基板のうちの一方を分断する場合に有効に適用され、その結果、欠けや割れの無い正確な外形を備える液晶セルを少ない工数で効率良く製造することができる。

図１は本発明の一実施形態としてのガラス基板分断装置により個々の液晶セルに分断される前のマザーガラス基板接合体を示す平面図、図２、図３は本発明の一実施形態としてのガラス基板分断装置を示す立面図及び平面図である。

図１において、マザーガラス基板１、２が枠状シール材３を介して接合されている。このマザーガラス基板接合体４からは６個の同一液晶セルが採取され、したがって、２行×３列の６等分に区画設定されたセル採取エリア４０１ａ〜４０１ｆ（一点鎖線で示す）毎に、矩形をなす枠状シール材３が配置されている。また、各マザーガラス基板１、２の一対の対角コーナ部には、アライメントマーク４０２がそれぞれ設けられている。これらアライメントマーク４０２、４０２は、個々のマザーガラス基板１、２及び接合後のマザーガラス基板接合体４の位置を示す基準となる。

そして、上記マザーガラス接合体４に対しては、略矩形をなす液晶セルの外形を規定する分離線が設定されている。分離線は、二点鎖線で示されるように、各液晶セルの外形の短手辺を規定する４本の横分離線５０１ａ〜５０１ｄと、これらに直交する各液晶セルの外形の長手辺を規定する６本の縦分離線５０２ａ〜５０２f、及び各液晶セルの１コーナ部を除去する斜め分離線５０３ａ〜５０３ｆからなる。

次に、本実施形態のガラス基板分断装置について、図２〜図４に基づき説明する。
図２及び図３において、基台６には、リニアサーボモータによるＸ軸（紙面垂直方向）移動機構７が設置されている。このＸ軸移動機構７は、基台６の表面をＸ軸方向に自在に摺動するスライダ７０１と、基台６内部に設置されているステータ部７０２からなる。ステータ部７０２には、複数の永久磁石(不図示)が個々のＮ極とＳ極を交互に隣接させＸ軸方向に沿って並設されている。なお、このＸ軸移動機構７の駆動手段としては、リニアサーボモータ方式に限らず、パルスモータによるボールネジ駆動方式やタイミングベルト駆動方式等も好適に用いられる。

Ｘ軸移動機構７のスライダ７０１上には、吸着ステージ８が設置されている。吸着ステージ８は、ワークを真空吸引により吸着保持する。本実施形態においては、ワークとして、図１に示した複数の液晶セルが作り込まれているマザーガラス基板接合体４が、吸着ステージ８の所定位置に正確に位置決めして吸着保持される。

基台６表面のＸ軸方向に延在するスライダ７０１の移動経路を挟んでその両サイドには、支持ブロック９ａ、９ｂがそれぞれ設置されている。これら支持ブロック９ａ、９ｂの各上面には、それぞれ、ガイドレール１１ａ、１１ｂがＸ軸方向に延在させて設置されている。各ガイドレール１１ａ、１１ｂには、キャリッジ１２ａ、１２ｂが摺動自在に設置されている。

上述した一対のキャリッジ１２ａ、１２ｂ間には、レーザ照射ヘッド１３を駆動するためのヘッド主駆動部１４が跨設されている。ヘッド主駆動部１４は、サーボモータ１４１とボールネジ１４２を備え、ボールネジ１４２にはレーザ照射ヘッド１３がナット（不図示）を介して設置されている。したがって、レーザ照射ヘッド１３は、サーボモータ１４１とボールネジ１４２及びナットからなるサーボ機構によって、ボールネジ１４２の延在方向つまり前記Ｘ軸方向に対し直角方向のＹ軸方向へ自在に往復移動される。

また、一方の支持ブロック９ａには、ヘッド副駆動部１５が設置されている。ヘッド副駆動部１５も、サーボモータ１５１とボールネジ１５２を備え、ボールネジ１５２にはキャリッジ１２ａがナット（不図示）を介して設置されている。これにより、サーボモータ１５１とボールネジ１５２及びナットからなるサーボ機構によって、前記ヘッド主駆動部１３、レーザ照射ヘッド１３、及び一対のキャリッジ１２ａ、１２ｂが一体に、ボールネジ１５２が延在するＸ軸方向へ自在に往復移動される。

図４に示されるように、本実施形態のレーザ照射ヘッド１３は、大略、レーザ発振器１３１、自在スキャンミラー１３２、及びｆθレンズ１３３とで構成されている。レーザ発振器１３１は、波長が紫外線領域以下のレーザ光を射出するレーザ発光素子からなる。本実施形態では波長が１２６〜３５１ｎｍのエキシマレーザ発光素子を用いている。自在スキャンミラー１３２は、レーザ発振器１３１から射出されたレーザ光の走査方向をワーク表面つまりマザーガラス基板接合体４表面におけるＸ、Ｙ両軸方向だけでなく、それら以外の３６０度方位にわたり自在に変更できるスキャンミラーである。ｆθレンズ１３３は、自在スキャンミラー１３２により反射されたレーザ光をマザーガラス基板接合体４表面に対し焦点を結んだ状態で垂直に入射させるために設けられている。

図２に戻って、基台６の上方には画像認識用ＣＣＤカメラ１６が設置され、このＣＣＤカメラ１６は画像処理部１７に接続されている。ＣＣＤカメラ１６は、図３に示されているように、吸着テーブル８に吸着保持されたマザーガラス基板接合体４のアライメントマーク４０２（図１参照）を撮像し、そのデータを画像処理部１７に送る。なお、画像認識用ＣＣＤカメラ１６は、マザーガラス基板接合体４のセット位置をより正確に検出するために、マザーガラス基板接合体４の対角コーナ部に設けられている一対のアライメントマーク４０２、４０２に対応させて１台づつ、全体で計２台を設置してもよい。

そして、上述した吸着テーブル８のＸ軸移動機構７、レーザ照射ヘッド１３をＸ、Ｙ軸方向に移動させる駆動源のサーボモータ１４１、１５１、レーザ照射ヘッド１３本体、及びＣＣＤカメラ１６に接続された画像処理部１７は、本ガラス基板分断装置全体の制御を司るコントローラ１８に、それぞれ接続されている。

次に、上述のように構成された本実施形態のガラス基板分断装置によるマザーガラス基板接合体４の分断手順とそれに伴う動作について説明する。

まず、図３に示されるように、吸着テーブル８上の所定位置に、マザーガラス基板接合体４をセットする。マザーガラス基板接合体４のセットが完了したら、ＣＣＤカメラ１６により、アライメントマーク４０２を撮像し、この撮像データを画像処理部１７に送る。画像処理部１７は、その撮像データに基づき、マザーガラス基板接合体４の正確な位置データを算出し、コントローラ１８に出力する。

コントローラ１８は、画像処理部１７から送られてきた位置データに基づき、マザーガラス基板接合体４の位置を高精度に認識し、予め設定されている基準位置データに対するＸ、Ｙ軸方向におけるずれ量Δｘ、Δｙとそれら軸方向に対する傾き量Δθを算出する。そして、予め設定されているＸ、Ｙ軸方向駆動データを算出された前記ずれ量Δｘ、Δｙに基づき補正し、この補正されたＸ、Ｙ軸方向駆動データに基づきスライダ７とレーザ照射ヘッド１３の何れか一方もしくは両方を移動させ、レーザ照射ヘッド１３を適正なレーザ照射開始位置に待機させる。

本実施形態においては、図１に示した各液晶セル採取エリア４０１ａ〜４０１ｆを長手方向に２等分した部分セル区画４０１１ａ、４０１２ａ〜４０１１ｆ、４０１２ｆ毎に、レーザ光を照射する。これら各部分セル区画４０１１ａ、４０１２ａ〜４０１１ｆ、４０１２ｆは、レーザ照射ヘッド１３の走査範囲内に収まる区画である。

したがって、最初に例えば部分セル区画４０１１ａをレーザ照射するとすれば、レーザ照射ヘッド１３を前記部分セル区画４０１１ａの上方の前述した照射開始位置に待機させる。次いで、レーザ照射ヘッド１３に駆動信号を送り、レーザ発振器１３１をオンしてレーザ光を射出させるとともに、自在スキャンミラー１３２を駆動してレーザ光を走査させる。このレーザ光の走査は、予め設定されているスキャンデータを、既に算出されているマザーガラス基板接合体４の位置ずれデータΔｘ、ΔｙおよびΔθを加味して補正し、この補正されたスキャンデータに基づき実施される。これにより、レーザ照射ヘッド１３から射出されたレーザ光は、あらかじめ設定されている分離線５０２ａ、５０１ｂ、５０２ｂに沿って正確に照射される。

ここで、マザーガラス基板接合体４の表に向けたマザーガラス基板１に照射されるレーザ光は、波長が紫外線領域以下の１２６〜３５１ｎｍであるエキシマレーザであるから、マザーガラス基板１が実質的に透明であっても、照射されたレーザ光の大部分が透過することなくそのエネルギーが効率良く吸収されて発熱し、照射部分が溶融されるとともに蒸発する。その結果、部分セル区画４０１１ａ内のマザーガラス基板１に、分離線５０２ａ、５０１ｂ、５０２ｂに沿って正確にスリットが穿設される。

なお、本実施形態においては、波長が紫外線領域以下のエキシマレーザを用いるから、透明板を切断する際に従来用いられていた効率良くレーザ光エネルギーを吸収させるための光吸収剤を分離線に沿って塗布する必要はないが、光吸収剤を併用することにより、レーザ光の照射時間を短縮でき、液晶表示パネルの製造工数を低下させることができる。

部分セル区画４０１１ａ内に対するレーザ光の照射が終了したら、同様にスライダ７とレーザ照射ヘッド１３の何れか一方もしくは両方をＸ、Ｙ軸方向に移動させ、次順のレーザ光照射対象区画である部分セル区画４０１２ａに対するレーザ照射開始位置にレーザ照射ヘッド１３を待機させる。そして、部分セル区画４０１１ａに対する場合と同様に、レーザ光の照射を開始するとともに、そのレーザ光を補正されたスキャンデータに基づいて走査させる。これにより、射出レーザ光が分離線５０２ｂ、５０３ａ、５０１ａ、５０２ａに沿って正確に照射される。この部分セル区画４０１２ａ内には、斜め分離線５０３ａが存在するが、自在スキャンミラー１４２によりレーザ光を前記斜め分離線５０３ａに沿っても正確に走査させることができる。

隣接する部分セル区画４０１１ａ、４０１２ａからなる１個のセル採取エリア４０１ａに対するレーザ光の照射が終了したら、隣接する例えばセル採取エリア４０１ｂに対して、上述したセル採取エリア４０１ａに実施した動作と同じレーザ光の照射動作を繰り返し実施する。そして、順次、隣接するセル採取エリア４０１ｃ、４０１ｄ、４０１ｅ、４０１ｆに対し同じレーザ光照射動作を実施することにより、表側に位置させたマザーガラス基板１に対するレーザ光の照射プロセスが終了する。この段階では、一方のマザーガラス基板１に、横分離線５０１ａ〜５０１ｄ、縦分離線５０２ａ〜５０２f、及び斜め分離線５０３ａ〜５０３ｆに沿ってスリットが穿設されているが、他方のマザーガラス基板２は分断されていないから、個々の液晶セルには切離されていない。

次に、マザーガラス基板接合体４を裏返し、表に向いたマザーガラス基板２に対して、上記マザーガラス基板１に対して実施したプロセスと同じレーザ光照射プロセスを実施する。このもう一方のマザーガラス基板２に対するレーザ光照射プロセスが終了した段階で、マザーガラス基板接合体４が６個の液晶セルに分断される。

以上のように、本実施形態のガラス基板分断方法とそれを実施する装置によれば、波長が紫外線領域以下のレーザ光をワークのガラス基板に照射するから、ワークが液晶表示パネル用の透明な薄肉ガラス基板であっても、レーザ光のエネルギーが効率良く吸収されて所定の分離線に沿って損傷することなく正確且つ円滑に切断することができる。

また、ワークとしてのマザーガラス基板接合体４がセットされたスライダ７とレーザ照射ヘッド１３の何れか一方もしくは両方をＸ、Ｙ軸方向に移動させつつ、レーザ照射ヘッド１３を自在スキャンミラー１３２により３６０度の全方位にわたり走査させて、レーザ光を照射することができるから、マザーガラス基板接合体４を分断して得られる液晶セルの外形の自由度が大幅に増加すると共に、分断装置自体の機構が簡略化されて保守耐久性が向上する。

さらに、ＣＣＤカメラ１６によりワークとしてのマザーガラス基板接合体４のセット位置を正確に認識し、コントローラがその位置認識データに基づき予め設定されているＸ、Ｙ軸方向駆動データ及びヘッド走査データを補正してレーザ光の照射を実施するから、マザーガラス基板の分断作業が高精度化されるともにその作業時間が短縮される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えばワークとしての薄肉脆性シート板は、液晶表示パネル用のマザーガラス基板に限らず、液晶表示パネル以外に用いる薄肉ガラス板、或いはガラス板以外のセラミック板等である場合にも、本発明は有効に適用される。

また、ワークが載置される吸着テーブルをターンテーブルとしてもよく、その場合は、レーザ照射ヘッドの走査ミラーとして、互いに直交する方向に回動可能な２枚のミラーを組み合わせてなる２軸スキャンミラーを用いることができる。

本発明の一実施形態としてガラス板分断装置により加工されるマザーガラス基板接合体を示す平面図である。 上記ガラス板分断装置を示した立面図である。 上記ガラス板分断装置を示した平面図である。 上記ガラス板分断装置におけるレーザ照射ヘッドの構成を示した説明図である。

符号の説明

１、２ マザーガラス基板
３ 枠状シール材
４ マザーガラス基板接合体
４０１ａ〜４０１ｆ セル採取エリア
４０１１ａ、４０１２ａ
〜４０１１ｆ、４０１２ｆ 部分セル区画
５ 分離線
５０１ａ〜５０１ｄ 横分離線
５０２ａ〜５０２ｆ 縦分離線
６ 基台
７ スライダ
８ 吸着ステージ
９ａ、９ｂ 支持ブロック
１１ａ、１１ｂ ガイドレール
１２ａ、１２ｂ キャリッジ
１３ レーザ照射ヘッド
１３１ レーザ発振器
１３２ 自在スキャンミラー
１３３ ｆθレンズ
１４ ヘッド主駆動部
１５ ヘッド副駆動部
１６ ＣＣＤカメラ
１７ 画像処理部
１８ コントローラ

Claims (4)

1. 実質的に透明な脆性シート材を予め設定されている分離線に沿って分断する方法であって、
   波長が紫外線領域以下のレーザ光を前記脆性シート板の表面上に前記分離線に沿って照射することを特徴とする脆性シート材分断方法
2. 前記レーザ光の照射位置と前記脆性シート材とが前記脆性シート材の表面に平行な平面内において直交する２方向へ互いに相対移動され、且つ、前記レーザ光の照射方向が前記平面内における任意の方向に自在に走査されることを特徴とする請求項１に記載の脆性シート材分断方法。
3. 前記脆性シート材は、複数の液晶セルを形成するために接合された一対のマザーガラス基板のうちの一方であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラス板分断方法。
4. 実質的に透明な脆性シート材を予め設定されている分離線に沿って分断する装置であって、
   波長が紫外線領域以下のレーザ光を射出するレーザ発光素子と、
   前記レーザ発光素子と前記脆性シート材とを前記脆性シート材の表面に平行な平面内において直交するＸ、Ｙ方向へ互いに相対移動させるＸ−Ｙ移動機構と、
   前記レーザ光の照射方向を前記平面内における任意の方向に自在に走査させるレーザ光走査機構とを有することを特徴とする脆性シート材分断装置。

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