JP2019059653A - ガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板を製造するに際し、ガラス基板の切断にあたってラテラルクラックの発生を回避できると共に、工具を用いずとも切断の起点を形成できる技術を確立すること。【解決手段】ガラス基板１の切断予定部２に沿ってクラック３を形成するクラック形成工程と、クラック３を起点としてガラス基板１を切断する切断工程とを含んだガラス基板の製造方法において、クラック形成工程では、切断予定部２に沿ってパルスレーザー４を照射することで、ガラス基板１の表面１ａを凹状に塑性変形させてなる照射痕６を、隣り合う照射痕６同士が重なり合うように連続して形成するのに伴い、クラック３を形成するようにした。【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス基板の切断予定部に沿ってクラックを形成する工程と、クラックを起点としてガラス基板を切断する工程とを含んだガラス基板の製造方法に関する。

周知のように、ガラス基板を製造するに際し、その品質を高めるための条件の一つとしては、ガラス基板への異物の付着を防ぐことが挙げられる。この条件を満たすべく、製造工程中にガラス基板を切断するにあたり、切断後のガラス基板の端部に研削加工や研磨加工を施す必要の無い切断手法を採用する場合がある。

このような手法を採用すれば、研削加工および研磨加工が不要となることに伴い、両加工で発生するガラス粉が異物としてガラス基板に付着することを必然的に防止できる。ここで、特許文献１には、両加工を不要にできる切断手法の一例が開示されている。

同手法では、最初に、スクライブ器具の刃先をガラス基板の表面に押し付けながら摺動させることで、ガラス基板の切断予定部に沿って表面を凹状に塑性変形させたトレンチラインを形成する。その後、トレンチラインと交差させるようにしてスクライブライン（同文献では、アシストラインと呼称）を形成する。更にその後、スクライブラインを境界としてガラス基板の一部を分離させるのをきっかけに、トレンチラインに沿ってクラックを伸展させたクラックラインを形成する。最後に、クラックラインを起点としてガラス基板を切断する。これらの過程を経てガラス基板が切断予定部に沿って切断される。

同手法によれば、切断にあたってガラス基板の強度低下の要因となるラテラルクラックの発生を可及的に回避できることから、ラテラルクラックを除去するために切断後のガラス基板の端部に研削加工や研磨加工を施す必要が無くなる。

国際公開第２０１６／０８４６１４号

しかしながら、特許文献１に開示された手法には、下記のような解決すべき問題がある。

すなわち、同手法においては、スクライブ器具の刃先がガラス基板との摺動により次第に摩耗していくため、摩耗の程度が許容範囲を超えると必然的に刃先を交換する必要が生じ、ガラス基板の製造効率の悪化を招いてしまう。その上、刃先の摩耗が無い交換直後の状態と摩耗が進行した状態との間で、トレンチラインを同じように形成できない虞もある。このような事情から、ガラス基板の切断にあたってラテラルクラックの発生を回避できるだけでなく、スクライブ器具等の工具を用いずとも切断の起点を形成できる技術の確立が期待されていた。

上記の事情に鑑みなされた本発明は、ガラス基板を製造するに際し、ガラス基板の切断にあたってラテラルクラックの発生を回避できると共に、工具を用いずとも切断の起点を形成できる技術の確立を技術的な課題とする。

上記の課題を解決するための本発明は、ガラス基板の切断予定部に沿ってクラックを形成するクラック形成工程と、クラックを起点としてガラス基板を切断する切断工程とを含んだガラス基板の製造方法であって、クラック形成工程では、切断予定部に沿ってパルスレーザーを照射することで、ガラス基板の表面を凹状に塑性変形させてなる照射痕を、隣り合う照射痕同士が重なり合うように連続して形成するのに伴い、クラックを形成することに特徴付けられる。

本方法のクラック形成工程では、パルスレーザーを照射することで、その衝撃によりガラス基板の表面を凹状に塑性変形させた照射痕が形成される。この表面の塑性変形に伴い、ガラス基板における照射痕の直下に塑性変形領域が形成され、更に塑性変形領域の直下に引張応力層が形成される。そして、この引張応力層によりクラックが形成される。また、本方法のクラック形成工程では、隣り合う照射痕同士が重なり合うように照射痕を連続して形成する。これにより、各照射痕の形成に伴って形成される各クラックが相互に繋がっていき、結果として切断予定部に沿って切断の起点となるクラックが形成される。以上のとおり、本方法のクラック形成工程によれば、工具を用いずともパルスレーザーで好適に切断の起点を形成できる。加えて、上述のようにクラックを形成することにより、クラック形成工程中および切断工程中におけるラテラルクラックの発生をも好適に回避することが可能となる。なお、本方法によれば、パルスレーザーでクラックを形成できることで、下記のような副次的な効果も得られる。すなわち、工具を用いる場合とは異なり、ガラス基板の切断予定部が何ら支持されていない状態でもクラックを形成できるため、クラック形成工程を行う態様の自由度を高めることが可能である。

上記の方法では、パルスレーザーとして、強度分布が光軸を対称軸として線対称なレーザーを照射することが好ましい。

このようにすれば、連続して形成される複数の照射痕のそれぞれの中心を通過するクラックを形成でき、これに起因してガラス基板を正確に切断することが可能となる。

上記の方法では、パルスレーザーのパルス幅を１０ｐｓ以下とすることが好ましい。

このようにすれば、上記の圧縮応力層と引張応力層とを形成する上で有利となり、結果としてクラックを形成しやすくなる。

上記の方法では、パルスレーザーのパルスエネルギーを１０μＪ〜２００μＪの範囲内とすることが好ましい。

このようにすれば、クラックを確実に形成する上で、十分な大きさのエネルギーを確保することが可能となる。

上記の方法では、パルスレーザーの繰返し周波数を１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの範囲内とすることが好ましい。

このようにすれば、クラックを高速に形成できるようになり、ガラス基板の製造効率を向上させることが可能となる。

本発明によれば、ガラス基板を製造するに際し、ガラス基板の切断にあたってラテラルクラックの発生を回避できると共に、工具を用いずとも切断の起点を形成することが可能となる。

本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法におけるクラック形成工程を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法におけるクラック形成工程を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法におけるクラック形成工程を示す縦断正面図である。 本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法におけるクラック形成工程を示す縦断正面図である。 本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法における切断工程を示す縦断正面図である。

以下、本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法について、添付の図面を参照しながら説明する。

本実施形態に係るガラス基板の製造方法は、ガラス基板１の切断予定部２に沿ってクラック３を形成するクラック形成工程（図１〜図４）と、クラック３を起点としてガラス基板１を切断する切断工程（図５）とを含んでいる。

切断の対象となるガラス基板１の厚み、形状、組成等は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、厚みが０．５ｍｍの矩形の無アルカリガラス基板（日本電気硝子社製の製品名：ＯＡ−１０Ｇ）を切断の対象としている。また、本実施形態では、ガラス基板１の切断予定部２は、当該ガラス基板１の長手方向と平行に延びている。

図１に示すように、クラック形成工程では、パルスレーザー４の照射スポット５（図１にてクロスハッチングを施して示す）の位置を固定した状態でガラス基板１を移動させることで、切断予定部２に沿って走査方向Ｓにパルスレーザー４を照射していく。これにより、丸で囲ったＡ部の拡大図に示すように、パルスレーザー４を一発（一パルス）照射する毎に一つずつ形成される照射痕６を、切断予定部２に沿って連続的に複数形成していく。パルスレーザー４の照射条件は、隣り合う照射痕６同士が重なり合って形成されるように調節している。なお、本実施形態では、強度分布が光軸７を対称軸として線対称なパルスレーザー４を照射している。また、照射スポット５の形状は、走査方向Ｓに直交する方向に長尺な楕円形であり、照射スポット５の中心（光軸７）を切断予定部２上に位置させている。つまり、楕円形をなす照射スポット５は、切断予定部２を対象軸として対称に形成される。

ここで、パルスレーザー４の走査速度（照射スポット５の移動速度）は、１ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓとすることが好ましく、本実施形態では５ｍｍ／ｓとしている。また、パルス幅は、１０ｐｓ以下とすることが好ましく、本実施形態では１４０ｆｓとしている。さらに、繰返し周波数は、１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚとすることが好ましく、本実施形態では２ｋＨｚとしている。加えて、パルスエネルギーは、１０μＪ〜２００μＪとすることが好ましく、本実施形態では７５μＪとしている。さらに、照射スポット５の長径ａは、１μｍ〜５０μｍとすることが好ましく、短径ｂは、１μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。本実施形態では長径ａ、短径ｂをそれぞれ２５μｍ、５μｍとしている。

上記の各パラメータのうち、パルスレーザー４の走査速度ｖ［ｍｍ／ｓ］と、パルスレーザー４の繰返し周波数ｆ［Ｈｚ］と、照射スポット５の短径ｂ［μｍ］との三者の関係について、これら三者が関係式２ｂ＞ｖ／ｆ／１０００を満たすことが好ましい。

なお、本実施形態では、ガラス基板１の切断予定部２に沿ってパルスレーザー４を照射するにあたり、パルスレーザー４の照射スポット５の位置を固定した状態でガラス基板１を移動させているが、反対にガラス基板１の位置を固定した状態でパルスレーザー４の照射スポット５を移動させてもよい。また、本実施形態では、照射スポット５の形状が楕円形であるが、これ以外の形状としてもよく、例えば円形であってもよい。さらに、本実施形態では、強度分布が光軸７を対称軸として線対称なパルスレーザー４を照射しているが、強度分布が非対称なパルスレーザー４を照射してもよい。

上述の通り、ガラス基板１の切断予定部２に沿ってパルスレーザー４を照射すると、図２に示すように、切断予定部２に沿ってクラック３が形成される。また、クラック３は、複数の照射痕６のそれぞれの中心を通過するように形成される。

以下、図３および図４を参照することで、クラック３が形成される態様の詳細について説明する。

まず、図３に示すように、ガラス基板１の切断予定部２に沿ってパルスレーザー４を照射する。なお、上述の通り、パルスレーザー４の強度分布（同図にクロスハッチングを施して示す）は、光軸７を対称軸として線対称である。

そして、パルスレーザー４が照射されると、図４に示すように、照射の衝撃でガラス基板１の表面１ａが凹状に塑性変形した照射痕６が形成される。この照射痕６は、パルスレーザー４の照射領域に存するガラスを除去する作用ではなく、表面１ａを圧縮して窪ませる作用を主として形成される。これにより、パルスレーザー４の照射により除去されたガラスの総体積は、照射痕６の容積よりも大幅に小さくなる。また、照射により除去されたガラスの量は、ガラス基板１の品質に悪影響を及ぼさない程度に抑制される。

ガラス基板１の表面１ａにパルスレーザー４が照射されると、照射痕６の直下に塑性変形領域８が形成される。さらに、塑性変形領域８の直下に引張応力が作用した引張応力層９が形成される。そして、この引張応力層９によってクラック３ａが形成される。このクラック３ａは、塑性変形領域８を貫通してガラス基板１の表面１ａまで到達する。

上記のクラック３ａは、照射痕６一つあたりに対応して形成される。そして、上述の通り、照射痕６は、隣り合う照射痕６同士が重なり合うように形成されているので、各照射痕６に対応して形成された各クラック３ａが相互に繋がっていき、各クラック３ａの集合体としてクラック３が形成される。

なお、クラック３の形成を開始（最初のクラック３ａを形成）するタイミングは、意図的に決定してもよいし、自然に任せてもよい。意図的に決定する場合には、例えば、切断予定部２上の他の箇所と比較して、隣り合う照射痕６同士の中心間の距離を狭めた箇所を設ける。これにより、狭めた箇所を起点（最初のクラック３ａ）としてクラック３が伸展を開始するので、所望のタイミングで意図的にクラック３の形成を開始できる。

以上のようにして、クラック形成工程が完了する。クラック形成工程が完了すると、次いで切断工程を行う。

切断工程では、図５に示すように、クラック３が形成された側のガラス基板１の表面１ａが凸となるように、ガラス基板１を湾曲（同図にて二点鎖線で示す）させることで、クラック３を厚み方向Ｔに伸展させ、ガラス基板１を切断する。以上のようにして、切断工程が完了する。

なお、本実施形態では、ガラス基板１を湾曲させて切断を行っているが、この限りではない。例えば、ガラス基板１に形成されたクラック３に沿って更にレーザー（例えば、炭酸ガスレーザー等）を照射することで、これに伴って発生する熱応力によりクラック３を厚み方向Ｔに伸展させて切断を行ってもよい。

以下、本発明の実施形態に係るガラス基板の製造方法による主たる作用・効果について説明する。

上記の製造方法によれば、工具を用いずともパルスレーザー４で好適にガラス基板１の切断の起点となるクラック３を形成できる。加えて、上述のようにクラック３を形成することにより、クラック形成工程中および切断工程中におけるラテラルクラックの発生をも好適に回避することが可能である。

ここで、本発明に係るガラス基板の製造方法は、上記の実施形態で説明した態様に限定されるものではない。例えば、クラック形成工程の前後にて、クラック形成工程に用いるものと同一のパルスレーザー４を用いて、別の加工を施すようにしてもよい。このような加工の一例としては、ガラス基板に対する孔開け加工等が挙げられる。

また、上記の実施形態では、パルスレーザー４の照射に伴い照射痕６、塑性変形領域８、及び引張応力層９を形成し、これに伴ってクラック３を形成する形態について説明したが、このような形態に限定されるものではない。例えば、パルスレーザー４の照射による照射痕６の形成と同時にガラス基板１の内部に改質層（図示省略）を形成することで、クラック３と改質層とを同時に形成してもよい。この場合、ガラス基板１を曲げ応力により更に切断しやすくなる。

また、上記の実施形態では、平面視で直線状に延びる切断予定部２に沿ってパルスレーザー４を照射することで、直線状に延びたクラック３を形成しているが、これには限定されない。例えば、平面視で曲線状に延びる切断予定部２に沿ってパルスレーザー４を照射することで、当該切断予定部２に沿って連続的に複数の照射痕６を形成し、これに伴って曲線状に延びたクラック３を形成してもよい。

１ ガラス基板
１ａ 表面
２ 切断予定部
３ クラック
４ パルスレーザー
６ 照射痕
７ 光軸

Claims (5)

1. ガラス基板の切断予定部に沿ってクラックを形成するクラック形成工程と、前記クラックを起点として前記ガラス基板を切断する切断工程とを含んだガラス基板の製造方法であって、
   前記クラック形成工程では、前記切断予定部に沿ってパルスレーザーを照射することで、前記ガラス基板の表面を凹状に塑性変形させてなる照射痕を、隣り合う照射痕同士が重なり合うように連続して形成するのに伴い、前記クラックを形成することを特徴とするガラス基板の製造方法。
2. 前記パルスレーザーとして、強度分布が光軸を対称軸として線対称なレーザーを照射することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の製造方法。
3. 前記パルスレーザーのパルス幅を１０ｐｓ以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス基板の製造方法。
4. 前記パルスレーザーのパルスエネルギーを１０μＪ〜２００μＪの範囲内とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。
5. 前記パルスレーザーの繰返し周波数を１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚの範囲内とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス基板の製造方法。

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