JP6085895B2 - 微細構造の溝を持つスクライビングホイール - Google Patents

Description

本発明はスクライビングホイールに係り、より詳しくはスクライビングホイールの外周端に沿って形成される溝の構造を改善し、ガラスの薄肉のモバイルパネルの切断作業に適するように形成された微細構造の溝を持つスクライビングホイールに関するものである。

ＬＣＤ、タッチパネル（ｔｏｕｃｈ ｐａｎｅｌ）などのＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）器機に使われるガラスなどの平面基板を得るためには、生産性を考慮して大型の平面形原資材基板を目的に合うサイズの平面基板に切断する過程が必須である。このような平面基板の切断はスクライビング（ｓｃｒｉｂｉｎｇ）工程によって果たされる。

スクライビング工程は平面基板を用いる各種ディスプレイパネルまたは半導体ウエハーなどの製造工程に含まれることができる工程であり、スクライビング対象物である平面形原資材基板に製造すべき平面基板に対応するスクライビング線を形成し、このスクライビング線を中心に両側に力を加えることでスクライビング線に沿って切断させる工程である。

一般に、ディスプレイパネルとウエハーなどに使われる平面基板はガラスなどの脆性材料を用いる。この脆性材料は、外力が加わったとき、クラックの伝播が非常に速くなされる性質を持っているので、脆性材料の切断においてスクライビング工程は非常に有用に使われる。

このようなスクライビング工程に使われるスクライビングホイールは外周端に沿って形成される多数の微細溝とカッターブレードによってカッター部が形成される構造のもので、スクライビングホイールの全体的な形状が円形鋸のような形状を持つものが一般的であった。

このようなスクライビングホイールはその外周端に形成されるカッター部の溝及びカッターブレードの構造によってスクライビング工程の質が左右されるから、カッター部をなす溝とカッターブレードの構造に対する研究開発が持続的に行われている。

図１ａ及び図１ｂは従来のスクライビングホイールの一例を示す図である。この図面に示したように、従来のスクライビングホイール１０１は円形に形成されたホイール本体１１０の外周端の領域に沿ってカッター部１２０として多数の溝１２１及びカッターブレード１２７が形成されている構造を持っている。このうち、溝１２１の構造が図１ａに示したようにＶ字形の溝に形成されるとか、図１ｂに示したようにＵ字形の溝に形成されることが一般的であった。

ところが、このような従来のスクライビングホイールは、溝の構造上カッター部がスクライビング対象物１３０であるガラスなどの平面形原資材基板を食い込む過程で、図２に概略的な拡大図で示したように、溝とホイール本体の外周端領域の両側面の間に形成される角部領域（ｃ）がスクライビング対象物に接触することによって応力が集中する接触面積がＸ、Ｙの両方向に大きく増加して亀裂（ｋ）がＸ、Ｙの両方向間の領域で発生するしかない。

これにより、スクライビング工程で得られる平面基板の有効面内側で亀裂が形成され、平面基板の強度、特に曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が格段に低下する問題点が発生する。

また、前述したように、従来のスクライビングホイールの溝構造によってスクライビング対象物に応力が集中する接触面積がＸ、Ｙの両方向に大きく形成されるため、スクライビング工程で得られる平面基板の側面には大きな亀裂が残ることになる問題点が発生する。

これにより、スクライビング工程で得られた平面基板は側面研磨工程によって側面に残っている亀裂を除去することになる。この側面研磨工程を考慮し、スクライビング工程では平面基板の外周の側面部に余裕面積を確保した後、スクライビング工程が進まなければならない。これはスクライビング対象物の資材消耗及び側面研磨工程の追加などによる生産性低下をもたらす問題点として台頭した。

すなわち、前述したスクライビングホイールは溝及びカッターブレードからなるカッター部が刃先部に沿って形成されるが、前記カッター部をなす溝の形状が前述したように刃先部からだけ陥没してなったＶ字形またはＵ字形の溝の場合、頂点の周りで大きな亀裂が発生するからである。

一方、このような問題点を解決するために、図３ａ及び図３ｂのように、スクライビングホイールの円周面の両側傾斜面に放射状に形成された切欠部が刃先部で合わさってなる溝を持つカッター部構造を持つスクライビングホイールが開発されたことがある。ところで、このような構造を持つことになれば、両側傾斜面に形成された切欠部によってガラスチップの排出が容易になり、カッターブレードによってパネルに形成される歯形の変更によってカッティング品質または切断パネルの縁部品質が向上するが、製造工程上、溝の幅が２０〜４０μｍであり、深みは６〜１２μｍ水準なので、薄肉のモバイルパネルの切断に使うのにはとても大きな問題点があった。

さらに、近年には比較的大画面のモバイル端末機とタブレットＰＣが脚光を浴びるにつれて製品の安全性をイシューとして該当の器機のディスプレイパネルに対する優れた曲げ強度が要求されているが、前述した従来のスクライビングホイールを用いてモバイル端末機とタブレットＰＣのディスプレイパネルに用いられる平面基板を製造すれば、前述した問題点のような理由で要求される曲げ強度に対応することができない。

特に、モバイル器機のディスプレイパネルに用いられる平面基板の製造は、生産性の問題のため、スクライビング工程で得られる平面基板の側面研磨を省略する実情なので、所要の曲げ強度に対応することができない問題点があった。

したがって、本発明の目的は、スクライビング工程で得られる平面基板の曲げ強度の低下を最小化することができ、切断パネルが優れた曲げ強度を持つようにすることができる構造のスクライビングホイールを提供することである。

本発明の他の目的は、スクライビング工程で得られる平面基板の周りに亀裂が残ることを最小化することができる構造のスクライビングホイールを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、スクライビング工程で得られる平面基板の側面加工を省略して生産性を向上させることができる構造のスクライビングホイールを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、低い作業荷重でも別途のＢｒｅａｋｉｎｇ工程が不要で、精密な切込調節が可能であり、切断パネルの曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）に優れるので、モバイル端末機とタブレットＰＣなどの携帯用ディスプレイ器機で要求される薄肉のモバイルパネルの切断作業に適した微細溝の構造を持つスクライビングホイールを提供することである。

本発明のさらに他の目的は、複数のホイール本体に高速レーザーを照射して正確で容易にカッター部の微細溝の形成が可能なので、生産性が飛躍的に向上した構造を持つスクライビングホイールを提供することである。

本発明の目的は以上に言及した目的に限定されず、言及しなかったさらに他の目的は下記の記載から当業者に明らかに理解可能であろう。

前記目的を達成するために、本発明は、スクライビングホイールにおいて、一定厚さを持つディスク形状のスクライビングホイールであって、少なくとも外周端領域において前記ホイールの一定厚さが半径方向外側に行くほど次第に減少することで、前記外周端領域をなす第１及び第２側面が収斂して形成された先端部を含むホイール本体；及び前記外周端領域に沿って交互に形成される複数の溝及びカッターブレードから形成されたカッター部を含み、前記溝は前記先端部に収斂する前記第１及び第２側面にそれぞれ陥没して形成された第１側面陥没領域及び第２側面陥没領域と前記先端部から陥没して形成された端部側陥没領域とが一つに連結された構造であることを特徴とするスクライビングホイールを提供する。

好適な実施例において、前記第１及び第２側面陥没領域は、一定幅（Ｗ）を持つように離隔して前記陥没領域をなす両側壁が相互傾斜角を持ち、下部に行くほど中心側に収斂して下部が線形構造に形成される。

好適な実施例において、前記第１及び第２側面陥没領域は、一定幅（Ｗ）を持つように離隔して前記陥没領域をなす両側壁が相互傾斜角を持ち、下部に行くほど中心側に収斂する形状に構成され、前記両側壁の離隔間隔である一定幅（Ｗ）は前記先端部から遠くなるほど細くなる。

好適な実施例において、前記端部側陥没領域は、前記第１及び第２側面陥没領域の両側壁及び前記両側壁が収斂して形成された下部が前記先端部に収斂して形成された角部を陥没させて形成された両側面及び前記両側面を連結する下面からなり、前記溝が鞍の構造をなす。

好適な実施例において、前記第１及び第２側面陥没領域の下部は、前記端部側陥没領域の下面に近接するほど前記下面に緩く連結される傾斜面をなし、遠くなるほど線形構造である。

好適な実施例において、前記第１及び第２側面陥没領域の深みは、前記端部側陥没領域から遠くなるほど浅くなる構造である。

好適な実施例において、前記第１及び第２側面陥没領域の一定幅（Ｗ）は前記先端部で１μｍ〜１０μｍである。

好適な実施例において、前記溝の深み（Ｈ）は、端部側陥没領域の深みと同一であり、０．５μｍ〜６μｍである。

好適な実施例において、前記溝の長さ（Ｌ）は前記側面陥没領域の長さと同一であり、１μｍ〜２０μｍである。

好適な実施例において、前記ホイール本体の外周端領域をなす第１及び第２側面は相互傾斜角（２θ）を持つ。

好適な実施例において、前記ホイール本体の外周端領域の両側面の相互傾斜角（２θ）は８０°〜１２０°である。

好適な実施例において、前記溝をなす第１及び第２側面陥没領域と前記端部側陥没領域に形成された角部はラウンド処理される。

好適な実施例において、前記溝をなす第１及び第２側面陥没領域と端部側陥没領域は超高速レーザーを照射して同時に形成される。

好適な実施例において、前記超高速レーザーはフェムト秒またはピコ秒パルス幅を持つ。

本発明のスクライビングホイールによれば、スクライビング工程で得られる平面基板の曲げ強度の低下を最小化することができる。

また、本発明のスクライビングホイールによれば、スクライビング工程で得られる平面基板の周りに亀裂が残ることを最小化することができる。

また、本発明のスクライビングホイールによれば、スクライビング工程で得られる平面基板の側面加工を省略して生産性を向上させることができる。

また、本発明のスクライビングホイールによれば、低い作業荷重でも別途のＢｒｅａｋｉｎｇ工程が不要で精密な切込調節が可能であり、切断パネルの曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）に優れるので、モバイル端末機とタブレットＰＣなどの携帯用ディスプレイ器機で要求される薄肉のモバイルパネルの切断作業に適する。

また、本発明のスクライビングホイールによれば、複数のホイール本体に高速レーザーを照射して正確で容易にカッター部の微細溝を形成することが可能なので、生産性が飛躍的に向上したカッター部の構造を持つ。

本発明の技術的効果は以上に言及したものなどに限定されず、言及しなかったさらに他の技術的効果は下の記載から当業者に明らかに理解可能であろう。

公知のスクライビングホイールの側面図である。 公知のスクライビングホイールの側面図である。 図１ａ及び図１ｂのスクライビングホイールを用いたスクライビング工程の問題点を説明するための図である。 公知の他の例のスクライビングホイールのカッター部構造の拡大図である。 公知の他の例のスクライビングホイールのカッター部構造の拡大図である。 本発明の一実施例によるスクライビングホイールの側面図である。 図４ａの拡大領域の他の例を示した図である。 図４ａのＶ−Ｖ線についての溝の断面例を示した図である。 図４ａのＶ−Ｖ線についての溝の断面例を示した図である。 図４ａのＶＩＩ−ＶＩＩ線についてのカッター部領域の断面形状を示した図である。 本発明の他の実施例によるスクライビングホイールの側面図及びカッター部の一部拡大図である。 図８ａに示したスクライビングホイールに形成された溝の平面図である、 図８ａに示したスクライビングホイールに形成された溝を側面陥没領域から見た正面図である。 本発明によるスクライビングホイールを用いたスクライビング工程を説明するための図である。 本発明によるスクライビングホイールによって形成されるスクライビングラインの比較撮影イメージである。 従来のスクライビングホイールによって形成されるスクライビングラインの比較撮影イメージである。 本発明によるスクライビングホイールと従来のスクライビングホイールによって得られた平面基板の曲げ強度実験を説明するための図である。 本発明によるスクライビングホイールと従来のスクライビングホイールによって得られた平面基板の曲げ強度の実験結果グラフである。 本発明のスクライビングホイール製造装置の模式図である。 図１３に示した本発明のスクライビングホイール製造装置のカートリッジの模式図である。

本発明で使う用語はできるだけ現在広く使われる一般的な用語を選択したが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もある。この場合には単純な用語の名称ではない発明の詳細な説明部に記載されるとか使用された意味を考慮してその意味を把握しなければならないであろう。

以下、添付図面及び好適な実施例に基づいて本発明の技術的構成を詳細に説明する。

しかし、本発明はここで説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化することもできる。明細書全般にわたって本発明を説明するために使われる同一参照番号は同一構成要素を指す。

本発明は、ＴＶ、モニター用パネルの切断に使われるスクライビングホイールのカッター部構造によってはタブレットＰＣ、携帯電話を含む薄肉のモバイルパネルを切断することができないので、このような問題点を解決することができるスクライビングホイールの新たなカッター部構造を提供することにその技術的特徴がある。

すなわち、本発明のカッター部構造は、図１ａ及び図１ｂに示したように刃先部からだけ陥没してなるとか図３ａ及び図３ｂに示したようにスクライビングホイールの円周面の両側傾斜面に放射状に陥没して形成された切欠部が刃先部で合わさってなる形態に構成されるものではなく、刃先部から陥没した端部側の陥没領域と両側傾斜面に放射状に陥没して形成された側面陥没領域が一つに連結された構造を持つからである。その結果、本発明のスクライビングホイールは、図１ａ及び図１ｂが持つ曲げ強度が著しく低下する溝の形状の問題点を解決するだけでなく、図３ａ及び図３ｂとは異なり、カッター部に形成された溝の幅及び深みが１０μｍ以下の微細溝の構造を持つので、低い作業荷重でも別途のＢｒｅａｋｉｎｇ工程が不要で精密な切込調節が可能であり、切断ガラスのエッジ（Ｅｄｇｅ）での亀裂発生を抑制して切断パネルの曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）に優れる。

図４ａ〜図７は本発明の一実施例によるスクライビングホイールを示す図、図８ａ〜図８ｃは本発明の他の実施例によるスクライビングホイールを示す図である。

本発明のスクライビングホイール１の構造の実施例を示した図を参照して本発明のスクライビングホイール１の構造についてより具体的に説明する。

まず、本発明の第１実施例によるスクライビングホイール１は、図４ａに示したように、ホイール本体１０と、ホイール本体１０の外周端領域に形成され、スクライビング対象物３０に対してスクライビングを行うカッター部２０とを持っている。

ここで、ホイール本体１０は外周端領域をなす第１側面１２及び第２側面１３が収斂して形成された先端部１４を含むディスク型ボディーであることができる。

このように、ホイール本体１０は円形のホイール形状を持ち、その中央には図示しない駆動機の回転軸と連結される軸結合孔１１が形成された構造になっている。軸結合孔１１は、スクライビングホイール１で脆性材料の表面にきず（すなわち、スクライビング線）を形成しようとするとき、工程軸を挿入して使う目的で形成することができる。

このホイール本体１０の材質は高強度の超硬合金や多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ、ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｉａｍｏｎｄ）であることが好ましい。もちろん、ホイール本体１０の材質はスクライビング対象物３０の材質や厚さなどのような条件によって後述するレーザービーム加工またはイオンビーム加工の可能なその外の高強度材質に変更することができる。

そして、このホイール本体１０の外周端領域はカッター部２０を形成するための構造で、半径方向外側に行くほど厚さが減少する形状を持つ。好ましくは、ホイール本体１０の外周端領域の断面構造は、図７に示したように、三角形の断面構造に形成することができる。この際、ホイール本体１０の外周端領域１４の両側面は互いに対して傾斜角（２θ）を持つ。この傾斜角（２θ）はスクライビング対象物３０の条件などの多様なスクライビング工程上の条件によってスクライビングホイール１の製作過程で決定することができるもので、本発明の実施例では８０°〜１２０°の範囲内で形成することが好ましい。

カッター部２０は、図４ａ及び図４ｂに示したように、ホイール本体１０の外周端領域に沿って交互に形成される複数の溝２１とカッターブレード２７とからなる。

これら溝２１とカッターブレード２７のピッチ（Ｐ）はスクライビング対象物３０の条件などの多様なスクライビング工程上の条件によってスクライビングホイール１の製作過程で適切に決定することができる。

一方、溝２１は、図４ａ及び図４ｂに拡大して示したように、ホイール本体１０の外周端領域の先端部１４に収斂する第１側面１２及び第２側面１３にそれぞれ陥没して形成された第１側面陥没領域及び第２側面陥没領域から構成された側面陥没領域２３とホイール本体１０の外周端領域の先端部１４から陥没される形態の端部側陥没領域２５とが単一溝２１に連結されてなる構造を持っている。

具体的に説明すれば、側面陥没領域２３は第１及び第２側面陥没領域の両側壁及び両側壁が収斂してなる下部が先端部１４に収斂することで形成される。したがって、先端部１４で前記側面陥没領域２３を調べると、第１側面陥没領域と第２側面陥没領域の両側壁が収斂して側面側に形成された二つの角部が互いに集まって形成されたＶ字形の角部であることができる。このような状態で、端部側陥没領域２５は先端部１４に形成されたＶ字形の鋭いエッジ、つまり角部を陥没させて側面を形成することで形成される。

このように、側面陥没領域２３と端部側陥没領域２５が形成された溝２１の構造は、スクライビング工程においてカッター部２０がスクライビング対象物３０に接触する過程で接触面積をＸ、Ｙの両方向ではなくて一方向にだけ形成することで、スクライビングラインで発生し得る亀裂を最小化するとともに、後述するようにスクライビング工程で得られる平面基板の曲げ強度の低下を最小化する。

この際、溝２１は所定の幅（Ｗ）を持ち、その断面形状が図５のような三角形断面などの多角形断面または図６のような円弧形断面であることができ、好ましくは一定幅（Ｗ）を持つように離隔して側面陥没領域２３をなす両側壁が相互傾斜角を持ち、下部に行くほど中心側に収斂して下部が線形構造に形成されるものである。また、両側面陥没領域２３の下部は図示しなかったが、ホイール本体１０の外周端領域の両側面に対して平行であるとか平行ではない構造であることができる。

特に、図５及び図６のように、溝２１とホイール本体１０の外周端領域の両側面との間に形成される角部領域が所定半径（Ｒ）でラウンド処理されることが好ましい。この際、ラウンドの半径（Ｒ）は０．１μｍ〜５μｍであることができる。このラウンド構造（Ｒ）によってスクライビング工程において溝２１とホイール本体１０の外周端領域の両側面１２、１３との間に形成される角部領域がスクライビング対象物３０に接触する領域で応力が分散される効果を得ることができるからである。このような構造により、スクライビングラインで発生し得る亀裂がもっと減少し、スクライビング工程で得られる平面基板の曲げ強度の低下がさらに減少する。

一方、溝２１の幅（Ｗ）はスクライビング対象物３０の条件などの多様なスクライビング工程上の条件によって１０μｍ以下の大きさを持つ範囲内でスクライビングホイール１の製作過程で決定することができるものであるが、本発明のスクライビングホイールは微細構造の溝を具現することができるので、１μｍ〜６μｍであることが好ましい。

この際、溝２１の幅（Ｗ）は、図４ａのように、端部側の陥没領域２５から側面陥没領域２３の末端部まで同一幅に形成されることもできる。場合によっては側面陥没領域２３をなす両側壁が相互傾斜角を持ち、下部に行くほど中心側に収斂する形状に構成される場合、両側壁の離隔間隔である一定幅（Ｗ）は前記先端部から遠くなるほど細くなる構造であることができる。

また、溝２１の長さは側面陥没領域２３の長さと同一であり、２０μｍ以下の長さに形成されることができる。好ましくは、溝２１の長さ、つまり側面陥没領域２３の長さはスクライビング作用に影響を与えないから、スクライビングホイールの耐久性を向上させるために端部側陥没領域２５を保障することができる長さであるなら、できるだけ短く形成することが好ましく、１μｍ〜１０μｍであることができる。

また、溝２１の深み（Ｈ）は端部側陥没領域の深みと同一であり、１０μｍ以下の深みに形成されることができる。好ましくは、溝２１の深み、つまり端部側陥没領域２５の深みは０．５μｍ〜６μｍであることが好ましい。

ついで、本発明の第２実施例によるスクライビングホイール１は、図８ａに示したように、第１実施例によるスクライビングホイール１と全体的な構成は同様であり、カッター部２０の構成のうち溝２１の構成が異なるので、溝２１を中心に説明する。

カッター部２０をなす溝２１は、前述したように、ホイール本体１０の外周端領域の先端部１４に収斂する第１側面１２及び第２側面１３にそれぞれ陥没して形成された第１側面陥没領域及び第２側面陥没領域から構成された側面陥没領域２３とホイール本体１０の外周端領域の先端部１４から陥没される形態の端部側陥没領域２５とが一つの溝２１に連結されて形成される構造を持っている。

特に、図８ａに拡大して示したように、端部側陥没領域２５が、側面陥没領域２３を先端部１４からさらに陥没させることで、側面だけで構成されるものではなく前記側面２５ａを連結する下面２５ｂをさらに形成してなるという点で第１実施例とは異なる。

具体的に、端部側陥没領域２５の構造について詳細に説明すれば次のようである。前述したように、側面陥没領域２３は第１及び第２側面陥没領域２３ａ、２３ｂの両側壁及び両側壁が収斂して形成された下部が先端部１４で収斂してなる。よって、先端部１４で前記側面陥没領域２３を調べると、第１側面陥没領域と第２側面陥没領域の両側壁が収斂して側面側に形成された二つの角部が互いに集まって形成されたＶ字形角部であることができる。このような状態で、端部側陥没領域２５が先端部１４に形成されたＶ字形の鋭いエッジ、つまり角部を陥没させて両側面２５ａを形成するだけでなく、両側面２５ａを連結する下面２５ｂをさらに形成することによって溝２１が全体として鞍の構造をなすからである。

この際、下面２５ｂは、図８ｂに示したように、溝２１の中央部に形成された盆地状の緩い平坦部で、側面２５ａに対して緩い鈍角を形成することが好ましい。また、第１及び第２側面陥没領域２３ａ、２３ｂの下部は端部側陥没領域２５の下面２５ｂに近付くほど下面２５ｂに緩く連結される傾斜面をなし、遠くなるほど線形となる構造であることができる。また、刃先部がスクライビング対象物３０に切り込む部分で発生する亀裂の形成が抑制されるように端部側陥没領域２５及び側面陥没領域２３をなすすべての角部はラウンド加工されることが好ましい。

このように、鞍の構造を持つ溝２１の形状によって本発明のスクライビングホイールは低い作業荷重でも別途のＢｒｅａｋｉｎｇ工程が不要で精密な切込調節が可能であり、切断ガラスのエッジ（Ｅｄｇｅ）の亀裂発生が抑制され、切断パネルの曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が非常に優れる。

すなわち、公知のスクライビングホイールの溝形状がホイールの円周面の刃先部に沿って相互に形成されたカッター部と溝が連続した鋭い刃先を持つものとは異なり、本発明のスクライビングホイールは鞍の構造の溝を持つので、次のような優れた効果を持つからである。

まず、溝２１の側面陥没領域２３によって浸透力が増加し、同一作業荷重でも突出部がガラス内に深く食い込むので、小さな荷重でもガラスの分断が可能である。また、溝２１の端部側陥没領域２５の側面２５ａによって加工角部が鋭くなくて丸いので、刃先部がガラス内に食い込むとき、頂点部で発生する亀裂の形成が抑制され、切断されたモバイルパネルの曲げ強度に優れる。また、溝２１の端部側陥没領域２５の下面２５ｂにより、パネルの切断作業時にたびたび発生する加圧力の増減にもかかわらず一定した切込が可能なので、精密な切断が可能となる。

一方、亀裂及び曲げ強度の低下を最小化するための第１実施例及び第２実施例において形成された溝２１の両側面陥没領域２３の長さ（Ｌ）及び深み（Ｄ）は、端部側陥没領域の深み（Ｈ）に対して図７に示したような幾何学的な関係を持つ。

すなわち、溝２１の端部側陥没領域２５はホイール本体１０の外周端からホイール本体１０の中央側に向かって一部の深み（Ｈ）だけ形成され、両側面陥没領域２３はホイール本体１０の外周端から外周端領域の四面に沿って一部の長さ（Ｌ：μｍ）区間だけ形成されることができる。

この際、溝２１の両側面陥没領域２３の長さ（Ｌ）は端部側陥没領域の深み（Ｈ）に対して次の数学式１の条件を満たすもので、

溝２１の端部側陥没領域２５の深み（Ｈ）は０．５μｍ〜６μｍ、両側面陥没領域２３の長さ（Ｌ）は１μｍ〜２０μｍの範囲内でスクライビング対象物３０の条件などの多様なスクライビング工程上の条件によってスクライビングホイール１の製作過程で決定することができる。

また、溝２１の両側面陥没領域２３はホイール本体１０の外周端領域の両側面から一部の深み（Ｄ：μｍ）だけ形成されることができる。

この際、溝２１の両側面陥没領域２３の深み（Ｄ）は端部側陥没領域の深み（Ｈ）に対して次数学式２の条件を満たすもので、

溝２１の側面陥没領域２３の深み（Ｄ）は０．３μｍ〜６μｍの範囲内でスクライビング対象物３０の条件などの多様なスクライビング工程上の条件によってスクライビングホイール１の製作過程で決定することができる。

このような構成と構造及び構造的条件を持つ本発明によるスクライビングホイール１を用いて所望の平面基板（図１１の４０）を得るためにスクライビング工程を行う過程を説明する。

スクライビングホイール１が、図９のように、スクライビング対象物３０である平面形原資材基板に所定の圧力で接触すれば、カッター部２０が平面形原資材基板を食い込む過程で溝２１の両側面陥没領域の構造のため、溝２１とホイール本体１０の外周端領域の両側面との間に形成される角部領域がスクライビング対象物３０に接触することによって応力が集中する接触面積がＸ側またはＹ側の一方向にだけ作用することになる。亀裂（ｋ）の方向が一方向に最小化するとかスクライビングホイール１の進行方向に亀裂（ｋ）が形成されることにより、スクライビング工程で得られる平面基板４０の側面に亀裂がほぼ形成されない。

特に、溝２１とホイール本体１０の外周端領域の両側面との間に形成される角部領域のラウンド構造（Ｒ）がスクライビング対象物３０の接触領域で応力を分散させることにより、亀裂の発生を最小化する。

これにより、スクライビング工程で得られる平面基板（図１１の４０）の強度、特に曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が低下することを最小化することができる。

また、前述したように、スクライビング工程で得られる平面基板の側面での亀裂が最小化するので、スクライビング工程で平面基板の周縁側面部に余裕面積を確保することを最小化することができ、平面基板の側面加工などの追加の加工工程を省略することができる。これにより、生産性を格段に向上させることができる。

これにより、本発明によるスクライビングホイール１を用いたスクライビング工程で得られる平面基板は大型ディスプレイパネルの製造だけでなく、モバイル端末機とタブレットＰＣなどに用いられるディスプレイパネル及び半導体ウエハーの製造に要求される平面基板の強度及び曲げ強度に充分に対応することができる。

図４ａに示した構造を持つスクライビングホイール１を製造した。すなわち、ホイール本体を準備した後、ホイール本体の先端部に超高速レーザーを照射して溝を形成するレーザーの照射段階、ホイールが所定角度だけ回転するホイール回転段階、及び前記レーザーの照射段階及び前記ホイール回転段階を順次に繰り返し行う段階を含んでスクライビングホイール１を製造した。この際、レーザー反復率、ＰＲＲ（ｐｕｌｓｅ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ、Ｈｚ）及びビームサイズｗｏをそれぞれ１００ｋＨｚ及び３μｍにし、ステージの移動速度（ｓｔａｇｅ ｓｐｅｅｄ）ｖを０．３ｍ／ｓｅｃにしてレーザーの平均照射パルス数を１にした。一方、パルス当たりアブレーション深みが７５ｎｍであるレーザーフルエンスで総４０回の工程繰り返しを行うことで、深み２μｍのノッチをホイールの先端部に形成することができた。

製造されたスクライビングホイール１のピッチは１６．２μｍ、ノッチ深みの平均値は２．１７μｍでノッチ長は５．２μｍで刃先長は１１．０μｍであった。

図８ａに示した構造を持つスクライビングホイール２を実施例１で使用した方法と同様であるが下記のように製造条件を異にして製造した。

すなわち、レーザー反復率、ＰＲＲ（ｐｕｌｓｅ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ、Ｈｚ）及びビームサイズｗｏをそれぞれ５０ｋＨｚ及び３μｍにし、ステージの移動速度（ｓｔａｇｅ ｓｐｅｅｄ）ｖを０．１５ｍ／ｓｅｃにしてレーザーの平均の照射パルス数を１にした。一方、パルス当たりアブレーション深みが５０ｎｍであるレーザーフルエンスで総６０回の工程繰り返しを行うことで、深み２μｍのノッチをホイールの先端部に形成することができた。

製造されたスクライビングホイール２のピッチは１６．２μｍ、ノッチ深みの平均値は２．２５μｍ、ノッチ長は５．０μｍ、刃先長は１１．２μｍであった。

比較例

図１ａのような構造を持つ比較例のスクライビングホイールを準備した。この際、比較例のスクライビングホイールのピッチは１６．５μｍ、ノッチ深みの平均値は２．８μｍ、ノッチ長は９．５μｍ、刃先長は７．０μｍであった。

実験例１

実施例１で得られた本発明のスクライビングホイール１を用いたスクライビング工程でスクライビング対象物３０に形成されたスクライビングライン（Ａ）と従来のスクライビングホイールである比較例のスクライビングホイールを用いたスクライビング工程でスクライビング対象物３０に形成されたスクライビングライン（Ｂ）とを燎微鏡で観察し、その燎微鏡撮影イメージをそれぞれ図１０ａ及び図１０ｂに示した。

実験結果、イメージを示す図１０ａから確認可能なように、本発明によるスクライビングホイール１によるスクライビングラインは図１０ｂのような比較例のスクライビングホイールによるスクライビングラインに比べ、亀裂の発生が格段に減少することを確認することができる。

実験例２

実施例１及び実施例２で製造されたスクライビングホイール１、スクライビングホイール２、及び比較例のスクライビングホイールを用いて２５０μｍ厚さのガラス基板にスクライビング工程を遂行し、作業荷重による分断深みを測定し、その測定結果を表１に示した。

表１から、比較例のスクライビングホイールに比べ、本発明のスクライビングホイール１及び２が小さな荷重でも分断深みがもっと優れたことが分かり、その結果、８〜８．５Ｎの小さな作業荷重でもガラス分断が可能であった。

実験例３

本発明のスクライビングホイール１及び２によって得られた５００μｍ厚さの平面基板４０の曲げ強度及び比較例のスクライビングホイールを用いて得られた平面基板１４０の曲げ強度を図１１のように実験し、その結果を表２に示した。

この際、曲げ強度の実験条件は次のようである。

Ａ）テスト方法：３点曲げ試験（３−Ｐｏｉｎｔ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｔｅｓｔ）
Ｂ）ローディングスピード：１２．５ｍｍ／ｍｉｎ
Ｃ）試料サイズ：長さ３０×幅１０×厚さ０．５（ｍｍ^３）
Ｄ）テスト試料数：１００個
Ｅ）曲げ強度計算式：σ_ｆ＝３ＰＬ／２Ｗｔ^２
（ここで、σ_ｆ：曲げ強度（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、Ｐ：試料破断時の最大荷重、Ｌ：試片支持点間隔、Ｗ：試片幅（１０ｍｍ）、ｔ：試片厚さ（０．５ｍｍ））

表２から、本発明のスクライビングホイール１及び２が比較例のスクライビングホイールに比べて著しく優れた曲げ強度を持つことが分かる。

特に、本発明のスクライビングホイール１及び２を比較すると、スクライビングホイール２のように端部側陥没領域２５が側面と下面からなり、溝が全体として鞍（Ｓａｄｄｌｅ）の構造を持つことになれば、端部側陥没領域２５が単に側面を持つ構造であるスクライビングホイール１と比較して、スクライビング工程で得られたガラスの曲げ強度がもっと優れることが分かる。このような曲げ強度の向上効果は、スクライビングホイール２のような微細溝の構造を持つことになれば、スクライビング作業時にたびたび発生する加圧力の増減にもかかわらず一定した切込で精密な切断が可能になるので、曲げ強度の散布が大きく減少するからである。

本発明のスクライビングホイール１及び２によって得られた５００μｍ厚さの平面基板４０の曲げ強度及び比較例のスクライビングホイールを用いて得られた平面基板１４０の曲げ強度を図１１のように実験し、その結果を表２に示した。

実験例４

実施例１及び実施例２で製造されたスクライビングホイール１、スクライビングホイール２及び比較例のスクライビングホイールの寿命を比較するために、０．５ｍｍ厚さのガラス基板を１．８ｋｍまでスクライビング切断し、それぞれ０．６ｋｍ、１．２ｋｍ、１．８ｋｍの切断後に得られたガラス基板の曲げ強度を測定し、その結果を図１２に示した。

図１２から、本発明のスクライビングホイール１及び２によっては切断距離による曲げ強度の急減は現れなかったが、比較例のスクライビングホイールとの差が切断距離に無関係にほぼ一様に維持され、比較例のスクライビングホイールに比べて本発明のスクライビングホイール１及び２の寿命が向上することが分かる。

前記のような実験結果は本発明によるスクライビングホイールの構造的特徴によって得られる効果を証明する実験結果であり、本発明によるスクライビングホイールはスクライビング工程で得られる平面基板の曲げ強度の低下を最小化することができることを証明する。

また、スクライビング工程で得られる平面基板の周縁部に亀裂が残ることが最小化することを証明する。

これにより、本発明によるスクライビングホイールによって得られた平面基板は側面加工を省略して生産性を向上させることができる。

また、モバイル端末機とタブレットＰＣなどの携帯用ディスプレイ器機で要求する曲げ強度に対応する平面基板を製造することができる。

最後に、前述した構造及び効果を持つ本発明のスクライビングホイール１の製造装置及び製造方法を具体的に説明する。

本発明のスクライビングホイール製造装置１０００は、基本的にレーザー照射部１００及びホイール移動部２００の２構成部を含んでなる。レーザー照射部１００からは超高速レーザーを照射し、ホイール移動部２００は、レーザー照射部１００から照射されるレーザービームの光経路上にホイール本体１０の先端部１４が配置されるようにホイール本体１０を水平移動、垂直移動または回転移動させるように形成され、レーザー照射部１００によって照射されるレーザービームによってホイール本体１０の先端部１４に微細ノッチ、つまり溝２１が形成されるようにするものである。

レーザー照射部１００は、図１３に示したように、レーザー光源１１０、対物レンズ１２０、二色性鏡１３０（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）、及び撮影部１４０を含んでなることができる。

レーザー光源１１０は、非接触式及び非熱的工程を実現するために、熱的変形を最小化する超高速レーザーであることが好ましい。特に、本発明のスクライビングホイール１が持つ微細構造の溝を製作するためには、レーザー照射部１００がフェムト秒またはピコ秒パルス幅を持つレーザー光を照射することが好ましい。

対物レンズ１２０は前記レーザー光源１１０から照射されるレーザービームをホイール本体１０の先端部１４に集束させる役目をする。

二色性鏡１３０（ｄｉｃｈｒｏｉｃ ｍｉｒｒｏｒ）は、前記レーザー光源１１０及び対物レンズ１２０の間の光経路上に配置され、前記レーザー光源１１０から照射されるレーザービームの波長範囲の光を全反射し、その外の波長範囲の光を透過させる役目をする。すなわち、前記二色性鏡１３０の役目をする装置として、（正確に二色性鏡ではないとしても）前述したような機能を果たすことができれば他のどんな光学部品を使っても構わない。

撮影部１４０は二色性鏡１３０によって透過された光を用いてホイール本体１０の先端部１４を撮影する役目をする。具体的に、このような機能をする部品として、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどが広く使われ、撮影部１４０はＣＣＤカメラなどからなることができる。

ホイール移動部２００は、ステージ２１０、回転軸２２０、ステップモーター２３０、及びトランスレイター２４０（ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ）を含んでなることができる。ステージ２１０は文字とおり作業台で、前記ホイール本体１０が載置され、ノッチ形成工程が行われるようにする空間をなす。ステージ２１０は水平方向に移動可能に形成されることができる。

回転軸２２０はホイール本体１０の軸結合孔１１に挿着され、その両端にステップモーター２３０及びトランスレイター２４０が結合される。回転軸２２０にホイール本体１０が嵌合されたままで回転軸２２０を水平、垂直、及び回転移動させることによってレーザーが照射される部位を調節することができ、これにより、レーザー加工によってホイール本体１０の先端部１４上の所望部位に所望大きさのノッチ、つまり溝２１を形成することができるようになるものである。

ステップモーター２３０はホイール本体１０の回転移動を担当する。すなわち、ステップモーター２３０は、ステージ２１０上に配置され、回転軸２２０の一側端に備えられ、回転軸２２０を回転させてホイール本体１０を回転移動させる機能をする。この際、前記ホイール移動部２００には、ステップモーター２３０の軸の歳差運動を含むノイズ動きの伝達を除去するように、ステップモーター２３０及び回転軸２２０の連結部に備えられるカプラー２５０をさらに含んでなることが好ましい。

トランスレイター２４０（ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ）はホイール本体１０の水平または垂直移動を担当する。すなわち、トランスレイター２４０は、ステージ２１０と結合され、回転軸２２０の他側端に備えられ、ホイール本体１０を水平または垂直移動させる機能をする。トランスレイター２４０はもちろん工程開始前にホイール本体１０を所望の位置に整列するときに使われ、工程過程中にも位置を調整するために使われることができる。特に、レーザー照射時に形成される溝２１の深みを調節するためにホイール本体１０の垂直方向への高さを調節するためにも使われることができる。このような精密操作のためには、ホイール移動部２００は、撮影部１４０で撮影されたイメージを用いるとかあるいは別途備えられた高さ測定センサー２７０によって測定された高さ値を用いてホイール本体１０を垂直移動させることができるように形成されることが好ましい。

本発明においては、特にホイール本体１０の個々に対してノッチ、つまり溝２１の製作工程を行うものではなく、複数のホイール本体１０に対していっぺんに溝２１を製作することが大きな特徴である。すなわち、微細構造の溝を持つスクライビングホイール１製造装置１０００は、複数のホイール本体１０が同軸上に積層配列されてなる積層体に溝２１を形成するようになるものである。複数のホイール本体１０を安定的に固定するために、本発明においてはホイールカートリッジ３００の構造を導入する。より詳細に説明すれば次のようである。

図１４は本発明のホイールカートリッジの典型的な模式図を示している。ホイールカートリッジ３００は、複数のホイール本体１０が同軸上に積層配列されてなる積層体、積層体の両端に備えられる一対の支持板３１０、及びホイール本体１０の間に満たされる充填材３２０を含んでなることができる。ホイールカートリッジ３００にはホイール本体１０を一つだけ入れても良く、数十個ないし数百個を入れても構わない。このように、複数のホイール本体１０が積層された状態でレーザー照射部１００でいっぺんに溝２１を形成することで、それぞれのホイールに溝２１を形成することに比べて生産性を飛躍的に向上させることができる。

支持板３１０はホイール本体１０間の間隔が広がらないで積層体の形態をうまく維持することができるものであればどのように形成されても構わなく、材質もガラスなどのどのものでも構わない。ホイール本体１０とホイール本体１０の間には充填材３２０が満たされる。充填材３２０はホイール本体１０に物理的及び化学的損傷を与えない溶媒（水などでも構わない）に溶解可能な材料（高分子材料などでも構わない）であることができる。充填材３２０はホイール本体１０とホイール本体１０の間、及びホイール本体１０と支持板３１０の間の接着能力を向上させ、超高速レーザーによる溝の製作時にレーザー誘発プラム（ｐｌｕｍ）などによって発生することもできる必要工程面以外のホイール表面の損傷を防止する役目をする。この際、ホイール本体１０の先端部１４上には高分子材料などからなった充填材３２０の厚さが数十ナノメートル以下になるようにすることで、超高速レーザーによる溝の製作時に充填材３２０厚さによって工程精度に影響を与えないようにする。

このように、ホイール本体１０の先端と先端の間を高分子のような充填材３２０でコーティングあるいは充填することにより、レーザー工程時に発生し得るホイール本体１０の先端部１４以外の部分の部分的なアブレーションを防止することができる。またはコーティングの程度を変化させてアブレーション程度を制御することにより、製作された溝２１の３次元的な構造を人為的に制御することもできる。

このような構造を持つ本発明のスクライビングホイール製造装置１００を用いてスクライビングホイール１を製造する方法について説明すれば次のようである。

まず、ホイール本体１０が水平面（すなわち、ＸＹ面）上に対して垂直になるようにするとともにホイール本体１０の面方向が工程動作の駆動軸方向に対して垂直に配置されるようにする。この際、ホイール本体１０の軸方向がＸ軸またはＹ軸のいずれか一軸に平行に配置されるようにすることが好ましい（ホイールカートリッジ３００を使う場合にも同様である）。

このような整列配置作業は手動で遂行することもでき、あるいは撮影部２４０によって取得したイメージを用いて自動で遂行することもできる。

ホイール本体１０（またはホイールカートリッジ３００）を作業台、つまりステージ２１０上に整列配置した後には、対物レンズ１２０の高さを調節するとかあるいはトランスレイター２４０によってホイール本体１０の高さを調節することにより、レーザー照射部１００から照射されるレーザービームの焦点がホイール本体１０の先端部１４に結ばれるようにする。

このような焦点整列作業も撮影部２４０によって取得したイメージを用いて遂行することもでき、あるいはこのような焦点整列作業はホイール移動部２００に別途備えられた前記高さ測定センサー２７０によって測定された高さ値を用いて遂行することもできる。

このように、３次元（ＸＹＺ）空間でホイール本体１０（または前記ホイールカートリッジ３００）の整列配置作業が完了すれば、レーザー照射部１００によって照射される超高速レーザーがホイール本体１０の先端部１４に集束して照射することによって溝２１を製作する。この際、溝２１をなす第１及び第２側面陥没領域２３ａ、２３ｂと端部側陥没領域２５はフェムト秒またはピコ秒パルス幅を持つ超高速レーザーを照射することによって同時に形成される。特に、溝２１の広さ、深み、鞍の構造、ホイール本体１０によってレーザーのエネルギー、レーザーのパルス反復率、レーザーの相手移動速度、照射反復回数を決定することができる。

以上の過程によってホイール本体１０の先端部１４に一つの溝２１を製作することができる。このように溝２１が製作されれば、ホイール本体１０を所定角度だけ回転させた後、さらに以上の過程を繰り返す。このような過程によって最終にホイール本体１０上に放射状に配置された複数の溝２１を形成することができるようになる。

本発明においては、前述したようにホイールカートリッジ３００の構造を導入することで、ホイール本体１０の個々に対して溝２１を製作するのではなく、数百個までのホイール本体１０にいっぺんに溝２１を製作することができるようになり、生産性向上の効果を極大化することができるようになる。

Claims (13)

1. 一定厚さを持つディスク形状のスクライビングホイールであって、
   少なくとも外周端領域において前記ホイールの一定厚さが半径方向外側に行くほど次第に減少することで、前記外周端領域をなす第１及び第２側面が収斂して形成された先端部を含むホイール本体；及び前記外周端領域に沿って交互に形成される複数の溝及びカッターブレードから形成されたカッター部を含み、
   前記溝は前記先端部に収斂する前記第１及び第２側面にそれぞれ陷沒して形成された第１側面陷沒領域及び第２側面陷沒領域と前記先端部から陷沒して形成された端部側陷沒領域とが一つに連結された構造であり、前記端部側陷沒領域は、前記第１及び第２側面陷沒領域の両側壁及び前記両側壁が収斂して形成された下部が前記先端部に収斂して形成された角部を陷沒させて形成された両側面及び前記両側面を連結する下面からなり、前記溝が鞍の構造をなすことを特徴とする、スクライビングホイール。
2. 前記第１及び第２側面陷沒領域は、一定幅（Ｗ）を持つように離隔して前記陷沒領域をなす両側壁が相互傾斜角を持ち、下部に行くほど中心側に収斂して下部が線形構造に形成されることを特徴とする、請求項１に記載のスクライビングホイール。
3. 前記第１及び第２側面陷沒領域は、一定幅（Ｗ）を持つように離隔して前記陷沒領域をなす両側壁が相互傾斜角を持ち、下部に行くほど中心側に収斂する形状に構成され、前記両側壁の離隔間隔である一定幅（Ｗ）は前記先端部から遠くなるほど細くなることを特徴とする、請求項１に記載のスクライビングホイール。
4. 前記第１及び第２側面陷沒領域の下部は、前記端部側陷沒領域の下面に近接するほど前記下面に緩く連結される傾斜面をなし、遠くなるほど線形構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
5. 前記第１及び第２側面陷沒領域の深みは、前記端部側陷沒領域から遠くなるほど浅くなる構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
6. 前記第１及び第２側面陷沒領域の一定幅（Ｗ）は前記先端部で１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
7. 前記溝の深み（Ｈ）は、端部側陷沒領域の深みと同一であり、０．５μｍ〜６μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
8. 前記溝の長さ（Ｌ）は前記側面陷沒領域の長さと同一であり、１μｍ〜２０μｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
9. 前記ホイール本体の外周端領域をなす第１及び第２側面は相互傾斜角（２θ）を持つことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
10. 前記ホイール本体の外周端領域の両側面の相互傾斜角（２θ）は８０°〜１２０°であることを特徴とする、請求項９に記載のスクライビングホイール。
11. 前記溝をなす第１及び第２側面陷沒領域と前記端部側陷沒領域に形成された角部はラウンド処理されたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
12. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクライビングホイールの製造方法であって、
    前記スクライビングホイールの溝を構成する第１及び第２側面陷沒領域と端部側陷沒領域が同時に形成されるように超高速レーザーを照射するステップを含むことを特徴とするスクライビングホイールの製造方法。
13. 前記超高速レーザーはフェムト秒またはピコ秒パルス幅を持つことを特徴とする、請求項１２に記載のスクライビングホイールの製造方法。

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