JP2000128556A - ガラス基板の穴開方法及びガラス穴抜き装置 - Google Patents

ガラス基板の穴開方法及びガラス穴抜き装置

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JP2000128556A
JP2000128556A JP10310536A JP31053698A JP2000128556A JP 2000128556 A JP2000128556 A JP 2000128556A JP 10310536 A JP10310536 A JP 10310536A JP 31053698 A JP31053698 A JP 31053698A JP 2000128556 A JP2000128556 A JP 2000128556A
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glass substrate
hole
hole plate
plate portion
glass
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JP10310536A
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Hideyuki Shimizu
秀行 清水
Yoshio Makita
吉生 蒔田
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Futaba Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00Severing cooled glass
    • C03B33/09Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam

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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】工具による加工が不要でパーティクルが発生し
にくく、さらに加工時間が短くて済むガラス基板の穴形
成方法を提供する。 【解決手段】穴形状1に沿ってレーザービームをガラス
基板2に照射して軟化点に近い温度に加熱し、加熱した
直後にガラス基板を冷却して内部に穴形状に沿ったクラ
ック面3を形成する。ガラス基板2の下面を加熱手段1
0で加熱し、穴板部4を上面から冷却しながら吸引保持
する。穴板部4は収縮し、ガラス基板2の穴板部4以外
の部分は膨張する。クラック面3が破断して穴板部4が
穴から取り出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーを用いて
ガラス板に穴を形成する方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】様々な発光素子がガラス基板をベースに
製造されている。例えば、蛍光表示装置は、発光部を含
む各種電極類等が収納される略箱型の外囲器がガラス基
板で形成されている。電界放出形陰極(Field Emission
Cathode, 略してFEC)を電子源とした電界放出形表示素
子(Field Emission Display,略してFED)は、FECが形
成される陰極基板と、これに対面する陽極が形成される
陽極基板がガラス基板で構成される。さらに、有機EL
素子は、ガラス基板の上に発光層を含む各種有機層が積
層される。
【0003】上述したようなガラス基板を構造上のベー
スとした発光素子の製造においては、表示サイズや形状
等に応じてガラス基板を分割する工程が必須となる。ガ
ラス基板の最も一般的な分割方法としては、スクライブ
&ブレークとよばれる方法がある。これは、ダイヤモン
ド工具を使用し、ガラス基板の表面に傷を付けて折り取
る方法である。
【0004】また、上記発光素子の製造においては、ガ
ラス基板を所定寸法等に分割するだけでなく、ガラス基
板に穴を形成する必要が生じる場合がある。例えば、前
記蛍光表示管や前記FEDにおいては、外囲器の内部を
高真空に排気するために排気管を外囲器に取り付ける場
合があり、そのために排気管を設ける貫通穴を外囲器を
構成するガラス基板に形成する場合がある。
【0005】ガラス基板に貫通した穴を形成する場合に
は、ドリルやキリ等のダイヤモンド工具を用いてガラス
基板の表面を削り取って粉にしていく方法がとられてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド工具でガ
ラス基板を削り取って穴を形成する方法では、多くのマ
イクロクラックが発生し、またガラス基板の表面に平行
なラテラルクラックも発生する。従って、形成された穴
の内面は汚く荒れた状態であり、研磨を必要とする場合
もある。さらに、このように多数のクラックが生じてい
る状態では、工程終了後、例えば発光素子の組み立て後
にクラックが成長してリークの原因になったり、外囲器
内にガラスのパーティクルが発生する場合があり、いず
れも表示素子としての性能低下の原因になる。
【0007】本発明は、工具による加工が不要でパーテ
ィクルが発生しにくく、さらに加工時間が短くて済むガ
ラス基板の穴開方法とガラス穴抜き装置を提供すること
を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載されたガ
ラス基板の穴開方法は、所望の穴形状(1)に沿ってガ
ラス基板(2)を加熱するとともに、加熱した直後に前
記ガラス基板を冷却して前記ガラス基板に前記穴形状に
沿ってクラック(クラック面3)を形成する穴加工工程
と、前記ガラス基板の穴形状の内側である穴板部(4)
と、前記穴板部以外の部分とに所定の温度差を生じさせ
て前記穴板部を前記基板から分離させる穴板部分離工程
を有することを特徴としている。
【0009】請求項2に記載されたガラス基板の穴開方
法は、請求項1記載のガラス基板の穴開方法において、
前記ガラス基板(2)の加熱がレーザービーム手段であ
ることを特徴としている。
【0010】請求項3に記載されたガラス基板の穴開方
法は、請求項1記載のガラス基板の穴開方法において、
前記穴板部分離工程において、前記ガラス基板(2)を
一方の面から加熱するとともに前記穴板部(4)を前記
ガラス基板の他方の面から冷却することにより前記クラ
ック(クラック面3)を破断させることを特徴としてい
る。
【0011】請求項4に記載されたガラス基板の穴開方
法は、請求項1記載のガラス基板の穴開方法において、
前記穴板部分離工程において、前記穴板部(4)を保持
して前記ガラス基板(2)から分離する方向に移動させ
ることにより前記ガラス基板と前記穴板部を分離するこ
とを特徴としている。
【0012】請求項5に記載されたガラス穴抜き装置
は、所望の穴形状(1)に沿ってガラス基板(2)を加
熱・冷却する手段と、前記ガラス基板を一方の面から加
熱する手段(加熱手段10)と、前記穴板部(4)を前
記ガラス基板の他方の面から冷却する手段(冷却吸引手
段11、ペルチエ素子12)と、前記穴板部を保持して
前記ガラス基板から分離する手段(冷却吸引手段11)
を有することを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
本例によるガラス基板の穴開方法は、所望の穴形状に沿
ってガラス基板を加熱し、その直後にガラス基板を冷却
して穴形状に沿ってクラックを形成する方法を利用して
いる。この方法の具体的な一例として、本例は、ガラス
基板をレーザー照射直後に冷却して微細なクラックを形
成する加工方法を利用している。このようなレーザーを
利用したガラス基板の加工方法としては、例えば特表平
8−509947号に開示されたガラス基板の分割方法
等が知られている。
【0014】まず、本例におけるガラス基板のレーザー
による加工方法の一例である特表平8−509947号
に開示された方法を簡単に説明する。この方法は、レー
ザービームと、このレーザービームが照射された材料と
を相対的に移動させて加熱帯の局所的加熱を行い、レー
ザービームで切断線を加熱して生じた熱弾性応力の作用
の下でガラス基板を切断する方法である。この方法で
は、ガラスの軟化点に近い温度まで加熱が行われ、レー
ザービームおよびガラス基板の相対的な移動速度を適当
に設定し、さらに加熱帯を局所的に冷却する条件を適宜
に定めることにより、ガラス基板に盲分割亀裂を形成す
る方法である。
【0015】この方法によれば、熱弾性応力の作用の下
でガラス基板の切断は次のように行われる。ガラス基板
の表面がレーザービームで加熱されるとき、かなりの圧
縮応力がガラス基板の表面層に発生するが、これらは亀
裂または割り(分割)を引き起こさない。ガラス基板を
切断するためには、以下の条件が満たされねばならな
い。先ず第1に、レーザービームはガラス基板の表面を
加熱できねばならず、すなわちその放射はガラス基板に
対して実際に不透明である波長とされねばならない。し
たがって、放射は10.6μmの波長を有するCO2
ーザー、約5.5μmの波長を有するCOレーザー、ま
たは2.9μmの波長を有するHFレーザーのビームの
ように、2μmを超える波長を有する赤外線の範囲とさ
れねばならない。第2に、ガラス基板の表面が加熱され
るとき、その最大温度は材料の軟化点を超えてはならな
い。そうでないと、材料の塑性限界を超えてしまい、切
断された線の両側のガラス材料が冷却した後に熱応力が
残留してしまい、ガラス材料の亀裂形成を制御不能にし
てしまう。
【0016】そして、この方法では、適当な冷媒の流
れ、すなわちジェットが前進するレーザービームのスポ
ットの後方でガラス基板に向けられ、切断線に沿って表
面層がはっきりと局所的に冷却されるようにする。この
ような温度勾配はガラス基板の表面層に引張り応力を誘
起し、またこれらの応力がガラス基板の引張り強度を超
えると、圧縮状態にある材料部分にまで盲亀裂が進行す
る。
【0017】このように、この方法によれば、ガラス基
板をレーザーで照射し、その直後に冷却してガラス基板
内に微細なクラックを形成する。ここで、ガラス基板は
溶けている訳ではなく、熱せられた状態で急冷されたた
めに多数のクラックが生じただけであり、まだ分割され
た状態にはない。従って、この方法でガラス基板に穴を
形成しても、直ちに穴板部が基板から抜け落ちて貫通し
た穴が得られる訳ではない。
【0018】従って、この方法で穴加工してもギャップ
がないために分離できない。大きく穴加工した場合には
穴板部に放射状のクラックをさらに加工して破壊して取
り去ることも可能であるが、前述したような発光素子の
排気管等の用途ではせいぜい直径が3〜4mm程度の小
さな穴なので、そのような方法はとれない。
【0019】そこで、本発明は、前述したようなレーザ
ーによるガラス基板の穴加工工程において穴を加工し、
その後に、次に述べる穴板部分離工程によって穴板部を
基板から除去して基板に貫通穴を形成することを特徴と
している。
【0020】まず穴加工工程を説明する。図1に示すよ
うな所望の穴形状1に沿って、レーザービームをガラス
基板2に照射して軟化点に近い温度に加熱する。加熱し
た直後に、ガラス基板2を冷却してガラス基板2の内部
に穴形状1に沿って微細なクラック面3を形成する。図
1においては、クラック面3で分割された穴板部4と、
穴板部4以外のガラス基板2とを、便宜上異なるハッチ
ングで示したが、両者の材質は同一であり、また別体と
なっているものでもない。
【0021】次に穴板部分離工程を説明する。図2に示
すように、ガラス基板2を下面からホットプレート等の
加熱手段10で加熱する。また、穴板部4をガラス基板
2の上面から冷却する。冷却にはペルチエ素子12を備
えた冷却吸引手段11を用いる。吸引手段11で穴板部
4を吸引固定しながら冷却する。これによって穴板部4
は収縮し、ガラス基板2の穴板部4以外の部分は膨張す
る。即ち、穴板部4と、ガラス基板2の穴板部4以外の
部分とに温度差が生じ、これによってクラックが破断し
て穴板部4はガラス基板2から分離する。例えば、前述
したような発光素子に用いられるガラス基板の熱膨張係
数は47×10-7/℃程度である。前述したような直径
3〜4mm程度の穴を厚さ0.7〜2mm程度のガラス
基板に形成するのであれば、両者の温度差を250℃程
度にすればよい。
【0022】そして、分離した穴板部4を冷却吸引手段
11でガラス基板2の上面側に引き上げれば、穴板部4
をガラス基板2の穴から取り除くことができる。加熱手
段10の穴に対応する部分に開口を設けておき、穴板部
4を下方に押して穴から除去してもよい。その場合には
吸引機能は必要ない。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、レーザー照射と急冷に
よってガラス基板に穴状のパターンでクラックを形成
し、穴板部と穴板部以外の部分とに所定の温度差を生じ
させることによってクラックを破断させて穴板部を穴か
ら分離した。この方法によれば、次のような効果が得ら
れる。
【0024】ガラス基板に小さな穴加工ができる。 ドリル等の工具による加工が不要になり、ガラスのパ
ーティクルの発生が軽減する。 加工時間が大幅に短縮される。 この穴加工が応用される発光素子の製造においては、
穴加工の困難性が減少することから排気管等を設ける位
置が自由に選択できるようになり、素子全体としての形
状設計の自由度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例におけるガラス基板
の平面図と断面図である。
【図2】本発明の実施の形態の一例における穴板部分離
工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 穴形状 2 ガラス基板 3 クラック面 4 穴板部 10 加熱手段 11 冷却吸引手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C060 AA08 BB06 CA10 CF08 CF11 CF16 4E068 AA04 AF01 CE01 DB13 4G015 FA09 FB02 FC10

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所望の穴形状に沿ってガラス基板を加熱
    するとともに、加熱した直後に前記ガラス基板を冷却し
    て前記ガラス基板に前記穴形状に沿ってクラックを形成
    する穴加工工程と、 前記ガラス基板の穴形状の内側である穴板部と、前記穴
    板部以外の部分とに所定の温度差を生じさせて前記穴板
    部を前記基板から分離させる穴板部分離工程を有するこ
    とを特徴とするガラス基板の穴開方法。
  2. 【請求項2】 前記ガラス基板の加熱がレーザービーム
    手段である請求項1記載のガラス基板の穴開方法。
  3. 【請求項3】 前記穴板部分離工程において、前記ガラ
    ス基板を一方の面から加熱するとともに前記穴板部を前
    記ガラス基板の他方の面から冷却することにより前記ク
    ラックを破断させる請求項1記載のガラス基板の穴開方
    法。
  4. 【請求項4】 前記穴板部分離工程において、前記穴板
    部を保持して前記ガラス基板から分離する方向に移動さ
    せることにより前記ガラス基板と前記穴板部を分離する
    請求項1記載のガラス基板の穴開方法。
  5. 【請求項5】 所望の穴形状に沿ってガラス基板を加熱
    ・冷却する手段と、前記ガラス基板を一方の面から加熱
    する手段と、前記穴板部を前記ガラス基板の他方の面か
    ら冷却する手段と、前記穴板部を保持して前記ガラス基
    板から分離する手段を有することを特徴とするガラス穴
    抜き装置。
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