JP2000219528A - ガラス基板の切断方法及びその装置 - Google Patents

ガラス基板の切断方法及びその装置

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JP2000219528A
JP2000219528A JP2000009536A JP2000009536A JP2000219528A JP 2000219528 A JP2000219528 A JP 2000219528A JP 2000009536 A JP2000009536 A JP 2000009536A JP 2000009536 A JP2000009536 A JP 2000009536A JP 2000219528 A JP2000219528 A JP 2000219528A
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cutting
cooling
lens
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Saikun Tei
宰 勲 鄭
Shoei Shin
尚 暎 秦
Shinkei Kin
振 圭 金
Tetsurai Ro
▲てつ▼ 来 盧
Koichi Kin
光 一 金
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    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロクラックの生成が活性化でき、生産
性の向上が図れるガラス基板の切断方法及びその装置を
提供する。 【解決手段】 各部位におけるエネルギ密度が均一であ
り、切断方向にレーザビームのスポットが縦長形をなす
レーザビームを照射してガラス基板２００の切断部を加
熱する加熱工程と、レーザビームの照射により加熱され
た切断部を急冷させてマイクロクラックを形成する冷却
工程とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非金属物質の切断
方法及びその装置に係り、具体的には、レーザビームに
よる熱衝撃によりガラス基板を切断するガラス基板の切
断方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像表示装置の基板には、非金属物質で
あるガラス又はセラミックなどが用いられる。そして、
従来より、この材質よりなる基板は、ダイアモンド鋸や
熱衝撃を用いて切断されてきた。
【０００３】前記熱衝撃により非金属物質であるガラス
基板を切断する方法が、米国特許５，６０９，２８４号
に開示されている。この方法は、ガラス基板の切断部位
を加熱した後に切断部位を急冷させることにより、切断
部位にマイクロクラックを発生させて切断する方法であ
る。
【０００４】このようなガラス基板の切断方法は、熱伝
導率が良くないガラスの特性を用いている。すなわち、
ガラス基板の切断される部位を短時間内に加熱し、加熱
された部位を急冷させることにより、これら部位におけ
る熱膨張量の違いによるマイクロクラックを形成して切
断する方法である。前述のマイクロクラックの成長は、
熱衝撃による切断部位の内部の応力によって決定され
る。
【０００５】この応力は、レーザビームによる加熱や冷
却によりガラス基板の切断部の内部に生成される熱的引
張応力、切断しようとするガラス基板の膜厚、切断され
るガラスの曲否、切断されるガラス基板の拘束状態など
に関わる複合的な外部応力の組み合わせによって決定さ
れる。
【０００６】前記熱的引張応力は、ガラス基板を切断す
る主な応力となる。この熱的引張応力は、レーザビーム
のパワー、レーザビームの焦点形状、焦点の各部位にお
けるエネルギ密度分布、切断速度、冷却条件などにより
決定される。
【０００７】これら変数の内、マイクロクラック発生の
応力を誘発するための温度勾配形成に最も影響するもの
は熱応力であり、この熱応力に鑑みて、従来よりレーザ
ビームの焦点における断面を変えることが提案されてい
る。
【０００８】しかし、変形された従来のレーザビームに
おけるエネルギ密度は、ガウシアン型であるため、光学
系を通って加工面に達するレーザビームもガウシアン型
のエネルギ密度をもつことになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このガウシアン型エネ
ルギ密度をもつレーザビームの断面においては、進行方
向に対する先端部、中央部及び後端部の内、中央部のエ
ネルギ密度が相対的に高いため、ガラス基板の切断部に
達する時、先端部から中央部に行くほど切断部の温度が
上がり、中央部から後端部に行くほど温度が下がる。
【００１０】すなわち、ガラス基板の切断部における最
高の加熱温度は、レーザビーム焦点の中央部に位置する
ことになる。加熱されたガラス基板における切断部の強
制冷却は、エネルギ密度が最高のレーザビーム中央部で
加熱された後、エネルギ密度が低い後端部に至る間に自
然冷却されることにより行われる。したがって、加熱と
冷却による温度差は大にできない。
【００１１】図１４を参照すると、前述の現象が一層明
らかになる。ここに、図１４は従来のガウシアン型エネ
ルギ密度を持つレーザビームを用いて切断される切断部
の温度分布を示す図である。
【００１２】図示されるように、レーザビーム焦点の長
軸方向の中央部は、切断部の加熱時にエネルギ流入量が
大であり、切断部の加熱温度も最高値に達することにな
る（グラフＡ）。そして長軸方向への両端部は、エネル
ギ密度が低いため、最高値の温度が相対的に極めて低い
（グラフＢ）。したがって、レーザビーム焦点の長軸方
向への温度勾配が極めて大である。
【００１３】また、前述のガウシアン型エネルギ密度を
もつレーザビームは、長軸方向中央部のエネルギ密度が
高いため、加熱時にエネルギ流入による最高値がレーザ
ビーム焦点の中央部でなされ、温度が最高となる。これ
により、エネルギ密度の低い後端部にレーザビームが移
動しつつ、最高の温度に加熱された切断部の温度が自然
冷却されて下がる。
【００１４】前記加熱された切断部の強制冷却は、レー
ザビーム焦点の後端部を通った直後になされるので、急
冷による温度下がり（図１４におけるＳ領域）を大にで
きない。
【００１５】この急冷時の応力分布は、図１５に示され
ている。ここに、図１５は従来のガウシアン型エネルギ
密度を持つレーザビームを用いて切断部を加熱した後に
急冷させた時の応力分布を示す図である。
【００１６】この図に示すように、強制冷却中に切断部
で発生する応力の上昇幅（図１５におけるＣ）が大でな
く緩やかであるため、切断部のマイクロクラックの発生
が円滑になされないという問題がある。
【００１７】そして、レーザビームがガウシアン型エネ
ルギ密度をもつ場合、レーザビームのエネルギ密度が局
部的に高いため、レーザビーム発生部からのレーザビー
ムの出力が制限される。
【００１８】以上の問題を解決するため、レーザビーム
の中央部に孔をつけてレーザビームが進行した最終点で
切断部の温度が最高値に達するようにした提案がなされ
ている。
【００１９】しかし、このレーザビームは、レーザビー
ムの中央部からエネルギが供給できないため、相対的に
切断部に照射されるレーザビームの照射時間が短くな
り、切断速度を最大にできないという問題がある。
【００２０】ガラス又はセラミック基板を切断するレー
ザとしては、ＣＯ2レーザが用いられる。ところが、一
般に、画像表示装置に用いられる基板には、製造工程か
ら、切断前にＩＴＯよりなる透明導電膜を先に形成する
ことになっている。したがって、透明導電膜が形成され
た画像表示装置の基板を切断するときに前記ＣＯ2レー
ザを用いると、透明導電膜がＣＯ2レーザのエネルギを
吸収できず反射するため、熱衝撃によるガラス基板の切
断が期待できないという問題もある。
【００２１】本発明は上記した問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、ガラス基板の切断部を加熱する
ためのレーザビームのエネルギ密度を各部位で均一にし
て加熱及び冷却による温度勾配を大きくし、切断部位に
大きな熱衝撃を加えることができるガラス基板の切断方
法及びその装置を提供することである。
【００２２】本発明の他の目的は、ガラス基板の切断時
に、ガラス基板の上面に形成された反射膜を除去した後
に切断可能なガラス基板の切断方法及びその装置を提供
することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、各部位におけるエネルギ密度が均一であ
り、切断方向にレーザビームのスポットが縦長形をなす
レーザビームを照射してガラス基板の切断部を加熱する
加熱工程と、前記レーザビームの照射により加熱された
切断部を急冷させてマイクロクラックを形成する冷却工
程とを有することを特徴とする。
【００２４】本発明において、前記切断部に照射される
縦長形のレーザビームは長方形又は楕円形であることが
好ましく、さらに、レーザビームの長軸方向の長さを短
縮方向のそれより１５〜２５倍ほど長くすることが好ま
しい。また前記加熱工程において、ガラス基板の表面に
コートされた反射膜を除去する反射膜除去工程をさらに
有していることが好ましい。さらに、前記加熱工程及び
冷却工程を少なくとも２回以上繰り返すことにより熱衝
撃を与えることが好ましい。
【００２５】前記目的を達成するためのガラス基板の切
断装置は、切断しようとするガラス基板が装着されるテ
ーブルと、当該テーブルの上部に設けられるガラス基板
の切断部位を加熱するためのレーザビームを発生させる
レーザビーム発生手段と、該レーザビーム発生手段で発
生されたレーザビームの集束及び加速のためのレンズユ
ニットと、前記テーブルと隣接して設けられて切断部位
を急冷させるための冷却手段とを有するガラス基板の切
断装置であって、前記レンズユニットが、前記レーザビ
ーム発生手段で発生されたレーザビームを平行ビームに
変える第１レンズ群と、前記第１レンズ群を通ったレー
ザビームのエネルギ密度をレーザビームの各領域で均一
にし、レーザビームの断面をガラス基板の切断方向に縦
長形化させる第２レンズ群とを有することを特徴とす
る。
【００２６】前記目的を達成するため、本発明によるガ
ラス基板の切断装置の他の特徴は、ベースフレームと、
該ベースフレームに設けられ、切断されるガラス基板を
支持するテーブルをＸ軸方向に摺動自在に支持するとと
もに、前記テーブルを所定角度にて正逆転自在な支持手
段と、前記ベースフレームに支持され、前記テーブルの
上部にテーブルの移送方向と直交する方向に設けられる
クロスアームと、前記クロスアームに設けられたヘッド
移送手段によりクロスアームに沿って移送されるヘッド
部と、前記ベースフレーム又はクロスアームの一側に設
けられ、レーザビームを発生させるレーザビーム発生部
及び、前記レーザビーム発生部で発生されたレーザビー
ムの焦点を縦長形化させ、焦点の各領域におけるエネル
ギ密度を均一にし、前記ヘッド部に装着されたレンズユ
ニットをもつ光学系を備えた加熱手段と、前記ヘッド部
に設けられて加熱手段により加熱されたガラス基板の切
断部を急冷させる冷却手段とを有することである。
【００２７】本発明において、前記加熱手段及び冷却手
段は、ガラス基板の切断部を繰り返して熱衝撃を与え得
るようにそれぞれ複数個を設けることができるが、この
とき、前記レーザとしては、ＣＯ2レーザ及びＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザを用いることが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明によるガラス基板の
切断方法の実施形態について説明する。
【００２９】本実施形態に係るガラス基板の切断方法
は、熱衝撃を用いてガラス基板の切断部に作用する引張
応力によりガラス基板を切断する方法であって、レーザ
ビーム発生部で発生されたレーザビームを光学系として
用い、各部位で均一なエネルギ密度を有し、切断部位の
切断方向に縦長形をなすようにするレーザビーム調整工
程と、当該レーザビーム調整工程で調整されたレーザビ
ームをガラス基板の切断部に照射してガラス基板を加熱
する加熱工程と、該加熱工程で加熱されたガラス基板の
切断部を急冷させてマイクロクラックを形成する冷却工
程とを有している。
【００３０】前記レーザビーム調整工程は、光学系のフ
ライアイレンズを用いてこれを通るレーザビームのエネ
ルギ密度を均一にすることができ、レーザビームの焦点
を縦長形化させることができる。
【００３１】そして、エネルギ密度が均一で縦長形化し
たレーザビームは、Ｘ軸及びＹ軸方向にレンズの倍率が
異なるレンズを用いてその形状を可変できることは勿論
である。ここで、縦長形をなすレーザビームの焦点は、
長方形であることが好ましく、焦点の長軸を短軸のそれ
より１５〜２５倍ほど長くすることが好ましい。
【００３２】前記加熱工程は、レーザビーム調整工程で
焦点が縦長形に調整されたレーザビームを切断しようと
する素材（ガラス基板）に照射して短時間内にガラス基
板の切断部位を加熱する工程である。
【００３３】ガラス基板の切断部位の加熱は、縦長形化
した複数のレーザビームを所定時間順次照射して加熱す
ることもできる。この複数のレーザビームとしては、そ
の焦点の各部位におけるレーザビームの密度をそれぞれ
異ならしめ、最終的に加熱される各加熱部位が均一なエ
ネルギに加熱できるようにすることが好ましい。
【００３４】前記加熱工程において、切断される素材で
あるガラスの表面にＩＴＯなどの反射膜が形成された場
合には、これをレーザビームにより除去する反射膜除去
工程をさらに行っても良い。反射膜は、Ｎｄ：ＹＡＧレ
ーザを反射膜に照射して除去することが好ましい。
【００３５】前記冷却工程は、加熱された切断部位を急
冷させる工程である。冷却工程により加熱部が急冷され
ると、熱衝撃、すなわち、表面及び内部の熱膨張量の違
いによりマイクロクラックが形成されてガラス基板の切
断部が切断される。この冷却工程は、加熱工程で複数の
レーザビームを用いて加熱する場合、各レーザビームに
よる加熱後に冷却させることが好ましい。
【００３６】ガラス基板を切断する方法は、切断部の加
熱がレーザビーム焦点の各部位でエネルギ密度を均一に
することにより、各部位におけるエネルギ流入時間を同
一にして切断部の加熱効率及び冷却による熱衝撃を大に
できる。
【００３７】本発明のガラス切断方法による効果は、次
の実験により一層明らかになる。
【００３８】実験例１ この実験では、レーザビームの焦点が光学系により長方
形をなすようにし、この長方形の焦点をもつレーザビー
ムによりガラス基板の切断部が加熱された後、冷却部に
より冷却されるときの温度勾配及び応力分布を測定し
た。
【００３９】図１から明らかなように、レーザビーム焦
点の両端部（焦点の短軸方向への両端部側）の加熱温度
分布（グラフＤ）が中央部に比べ多数自然冷却される。
そしてレーザビームによる切断部の加熱温度分布は、多
少偏差があるが、レーザビームの端部を除いた各部位に
おける加熱温度による温度偏差が大でないことが分かる
（グラフＥ）。またレーザビームの前端部から中央部及
び後端部への移動時に継続して加熱されることが分か
る。
【００４０】これを詳細に説明すると、レーザビームの
エネルギ密度が一定であるため、レーザビームの移動に
よる単位切断部におけるレーザビームの照射時間中にレ
ーザビームの前端部、中央部及び後端部で均一なエネル
ギが継続して流入することが分かる。また、エネルギ密
度の違いにより切断部が自然冷却されないことが分か
る。
【００４１】したがって、長方形であるレーザビームの
後端部で加熱された切断部の温度が最高値に達し、この
時点で、前記冷却部のノズルを介して供給される冷却媒
体により急冷されて温度が急激に下がる（図１における
Ｆ区間）。
【００４２】図２は、切断部の急激な冷却によりガラス
基板の切断部に加えられる応力の分布を示すものであ
る。図２から明らかなように、切断部の加熱中に、切断
部の応力が次第に上がり（図２におけるＧ領域）、冷却
媒体により冷却される時点で応力が急に上がる（図２に
おけるＨ領域）。
【００４３】以上の結果から、レーザビームの焦点が長
方形である場合、切断部に大の熱衝撃を与えることがで
き、さらには、引張応力が大にできることが明らかであ
る。
【００４４】実験例２ この実験では、光学系を用いてレーザビームの焦点形状
を楕円形に形成し、この楕円形の焦点をもつレーザビー
ムによりガラス基板の切断部が加熱された後、冷却部に
より冷却されるときの温度勾配及び応力分布を測定し
た。
【００４５】図３は、断面が縦長形の楕円形であるレー
ザビームのエネルギ密度が各部位で均一なレーザビーム
を用いて切断される切断部の温度分布を示す図である。
図３から明らかなように、温度分布は、前記第１実施形
態と大差ないが、グラフΙに示されるように、レーザビ
ームの両端部におけるレーザビームの照射時間（レーザ
ビームの移動によるエネルギ流入時間）が短く、これに
よりレーザビームの長手方向に中央部から切断部に照射
されるレーザビームの照射時間中に僅かな自然冷却がお
こった。
【００４６】しかし、前述したレーザビームの焦点が長
方形のときと同じく、レーザビーム焦点の長軸方向の端
部を除いた各部位における加熱温度による温度勾配が大
でなく（グラフＪ）、レーザビームの前端部から中央部
及び後端部への移動時に継続して加熱されることが分か
る。
【００４７】したがって、楕円形であるレーザビームの
後端部で加熱された切断部の温度が最高値に達する時点
で前記冷却部のノズルを介して供給される冷却媒体によ
り急冷されて温度が急激に下がる（図３におけるＫ区
間）。
【００４８】図４は、切断部の急激な冷却によりガラス
基板の切断部に加えられる応力の分布を示す図である。
図４から明らかなように、切断部の加熱中に切断部の応
力が次第に上がり（図４におけるＬ領域）、冷却媒体に
より冷却される時点で応力が急に上がる（図４における
Ｍ領域）。
【００４９】図５は、前記方法を実施する本発明による
ガラス基板の切断装置の一実施形態を示す斜視図であ
る。図５に示されるように、ガラス基板の切断装置１０
は、ベースフレーム１１と、当該ベースフレーム１１に
設けられ、切断される素材を支持するテーブル１２をＸ
軸方向に摺動自在に支持し、所定角度にて正逆転自在と
する支持手段２０と、前記ベースフレーム１１の上部に
テーブル１２の移送方向と直交する方向に設けられるク
ロスアーム１３と、当該クロスアーム１３に摺動自在に
設けられたヘッド部４０と、前記クロスアーム１３に設
けられ、ヘッド部４０を移送させるヘッド移送手段５０
とを有している。
【００５０】また、ガラス基板の切断装置１０は、ベー
スフレーム１１の一側に設けられるレーザビーム発生部
８１と、当該レーザビーム発生部８１で発生されたレー
ザビームの焦点を縦長形化させるとともに、焦点の各部
位でエネルギ密度を均一にするものであって、ヘッド部
４０に装着されたレンズユニット９０を有する光学系を
備えた加熱手段８０と、前記ヘッド部４０に設けられ、
テーブル１２に装着されたガラス基板の切断部を急冷さ
せる冷却手段１００（図６参照）とを有している。
【００５１】ここに、図６は図５に示されたガラス基板
の切断装置の正面図、図７は同切断装置の側面図であ
る。前記支持手段２０は、ベースフレーム１１に設けら
れたテーブル１２を正逆転させたりＸ軸方向に移送させ
るものであって、図６及び図７を参照すると、前記ベー
スフレーム１１の上部に設けられるガイドレール２１及
びリニアモータ２２により支持されるベース部材２３
と、該ベース部材２３に回転自在に設けられる板部材２
４と、前記ベース部材２３に対し板部材２４を正逆転さ
せるステッピングモータ２５とを有している。
【００５２】前記板部材２４は、ベース部材２３に設け
られたステッピングモータ２５の回転軸に直接設けるこ
ともできる。板部材２４の上部には、サポート２６によ
り所定間隔離隔されるようにテーブル１２が設けられ、
このテーブル１２には、切断されるガラス基板２００を
吸着できるように吸入圧及び吐出圧が選択的に提供され
る複数個の支持孔１２ａが形成されている。
【００５３】図８は図６に示されたテーブルのＡ−Ａ線
による断面図であるが、前記吸入圧及び吐出圧は、図８
に示されるように分割されて支持孔１２ａに作用しう
る。前記テーブル１２の上面は、膨らみをもった曲面に
形成され、ガラス基板２００の装着に際し、切断部位の
上面に引張力が加えられるようにすることが好ましい。
【００５４】そして、前記板部材２４は、テーブル１２
により支持されるガラス基板２００を昇降させる第１昇
降手段２７を具備する。第１昇降手段２７は、テーブル
１２に形成された貫通孔１２ｂから引入及び引出される
ピン部材２７ａと、該ピン部材２７ａを昇降させる第１
昇降シリンダ２７ｂとを有している。
【００５５】ここで、前記ベースフレーム１１に対する
ベース部材２３の移送は、リニアモータに限定されるも
のではなく、ボールスクリュー、油圧シリンダなどによ
り移送可能である。
【００５６】図９はヘッド部を抜悴して示す斜視図であ
る。前記ヘッド部４０は、クロスアーム１３に設けら
れ、テーブル１２の移送方向と直交するＹ軸方向にヘッ
ド移送手段５０により移送されるものであって、図９に
示されるように、本体部４１と、この本体部４１から下
方に延在される支持台４２とを有している。
【００５７】支持台４２には、第２昇降手段６０により
昇降されるレンズユニット９０が設けられ、このレンズ
ユニットは、別途の回転手段（図示せず）によりＺ軸を
中心に回転される。かかる回転は、レンズユニットに設
けられたウォームホイール及び支持台に設けられモータ
により正逆回転されるウォームにより行われうる。
【００５８】前記ヘッド移送手段５０は、クロスアーム
１３の内部に長手方向に設けられる前記本体部４１をガ
イドする１対のガイドレール５１、５２と、一側のガイ
ドレール５１と平行する方向に設けられて前記本体部４
１を移送させるリニアモータ５３とを有している。
【００５９】前記第２昇降手段６０は、図９に示される
ように、レンズユニット９０を支持台４２の長手方向で
あるＺ軸方向に昇降させるものであって、支持台４１の
長手方向に設けられる１対のガイドレール６１、６２
と、これらガイドレール６１、６２に沿って移送される
レンズユニット支持部材６３と、ガイドレール６１、６
２と平行する方向に設けられて支持部材６３の一側と螺
合され、モータ６４により正逆転されるボールスクリュ
ー６５とを有している。
【００６０】前記第２昇降手段は、前述の実施形態に限
定されるものではなく、レンズユニットを昇降できる構
造ならばどのような構造も採用可能である。
【００６１】図１０は加熱手段を概略的に示す側面図、
図１１はレンズユニットを概略的に示す斜視図である
が、加熱手段８０は、図５及び図１０に示されるよう
に、レーザビーム発生部８１と、前記ヘッド部４０に設
けられたレンズユニット９０と、前記レーザビーム発生
部８１とレンズユニット９０との間に位置づけられ、レ
ーザビーム発生部８１で発生されたレーザビームがレン
ズユニット９０に照射されるようにする複数個のミラー
８３、８４、８５、８６と、このような光経路上に設け
られたエキスペンダー部８７とを有している。前記レー
ザビーム発生部８１は、固体又は気体を用いてレーザを
発生できる装置ならばどのようなものでもよいが、特に
ＣＯ2レーザが好ましい。
【００６２】前記レンズユニット９０は、支持台４２
（図９参照）に設けられ、前記ベースフレーム１１に設
けられたレーザ発生部８１で発生されたレーザビームを
ヘッド部４０に装着されたレンズ群に流入できるように
レーザビームの経路を可変させると共に、レーザビーム
スポットを切断方向に縦長形化させ、スポットの各部位
におけるエネルギ密度を均一にするものであって、その
実施形態を図１０及び図１１に示す。
【００６３】レンズユニット９０は、鏡筒９０ａと、こ
の鏡筒９０ａに設けられる複数個のレンズとを有してい
る。前記レンズは、レーザビームの直径を可変させると
ともに、物点を可変させる第１レンズ群９１と、この第
１レンズ群９１を通ったレーザビームを平行にするため
の第２レンズ９２とを有している。
【００６４】第２レンズ９２は、フライアイレンズを用
いることが好ましい。そして、この第２レンズ９２を通
りながら平行化したレーザビームに所定のレーザビーム
焦点を持たせる第３レンズ９３を有している。
【００６５】第３レンズ９３は、Ｙ軸方向の曲率半径を
Ｘ軸方向の曲率半径より大きくしてレーザビームをガラ
ス基板の切断方向に縦長形化させることが好ましい。こ
こで、第２及び第３レンズ９２、９３は１つのレンズよ
りなるが、負のパワーを持つレンズと正のパワーをもつ
レンズとを組み合わせて構成しても良い。
【００６６】また、図示していないが、前記レンズを支
持する鏡筒を分割して相互摺動自在に結合し、この鏡筒
を相対移動させる駆動部を設けることにより、レンズ群
間の距離が可変できる。前記駆動部は、鏡筒の外周面、
又は昇降部材に受光素子及び発光素子を設けてフォーカ
シング状態を自動で調節できる。
【００６７】図１２は冷却手段の斜視図であるが、この
冷却手段１００は、ヘッド部４０の支持台４２（図９参
照）に設けられ、レーザビームにより加熱されたガラス
基板２００の切断部を急冷させるものである。
【００６８】この冷却手段１００は、図９及び図１２を
参照すると、支持台４２に固定された固定部１０１と、
該固定部１０１に設けられる第１昇降部材１０２と、こ
の第１昇降部材１０２に設けられるシリンダ１０３によ
り昇降される第２昇降部材１０４と、前記第２昇降部材
１０４に設けられるＸ、Ｙテーブル１０５と、該Ｘ、Ｙ
テーブル１０５の下部に設けられ、冷却媒体を噴射する
少なくとも１つのノズル１０６とを有している。
【００６９】このノズル１０６を介して噴射される冷却
媒体としては、ヘリウムガス、窒素、ＣＯ2ガス又は空
気に乗って噴射される水が用いられる。冷却媒体は、別
途の冷却媒体供給手段により供給されるが、これは通常
前記ノズル１０６及び供給管に連結され、冷却媒体であ
るヘリウム、窒素またはＣＯ2ガスが充填されたガスタ
ンクと、前記供給管の一側に設けられて供給管を通って
供給される冷却媒体を冷却させるための熱交換部と、前
記熱交換部とノズルとの間に設けられて冷却媒体の供給
を断続する弁とを有している。
【００７０】前記熱交換部は、供給管を冷却させてこれ
を通る冷却媒体を冷却させるものであって、供給管の冷
却のペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）を
用いたペルチェ素子を用いることが好ましい。前記熱交
換部における供給管の冷却は前記実施形態により限定さ
れるものではなく、供給管を冷却できる構成ならば、ど
のようなものでもよい。
【００７１】前述のように構成されたガラス基板の切断
装置は、切断しようとするガラス基板の上面に反射膜が
形成されている場合、これを除去するための反射膜除去
手段をさらに有することも可能であるが、図５に示され
るように、反射膜除去手段１１０は、ベースフレームに
設けられるＮｄ：ＹＡＧレーザビーム発生部１１１と、
このＮｄ：ＹＡＧレーザビーム発生部１１１で発生され
たレーザビームを前記レンズユニットにより照射される
レーザビームの前面にガイドする光ファイバ１１２とを
有している。前記光ファイバ１１２の出口側には別のレ
ンズ群をさらに有することも可能である。
【００７２】前記ヘッド部４０には、テーブルに装着さ
れて切断されるガラス基板に初期クラックを形成するた
めのクラック形成部をさらに有している。
【００７３】該クラック形成部１２０（図６及び図７参
照）は、支持台に固定されたアクチュエータ（図示せ
ず）及びこのアクチュエータにより昇降されるチップ
（図示せず）を有している。この初期クラック形成部
は、前述の実施形態に限定されるものではなく、切断さ
れるガラス基板に初期クラックを形成できる構造なら
ば、どのようなものであってもよい。
【００７４】前記のように構成された切断装置は、これ
を制御するための制御手段（図示せず）をさらに有して
いるが、この制御手段は、クロスアームの下部に設けら
れ、切断されるガラス基板を位置合わせするためのカメ
ラ１３０（図５参照）及び入力された情報に基づき前記
各駆動部を制御するデータプロセッサをさらに有してい
る。そして前記テーブル１２の前後又は側面にガラス基
板を間歇的に移送して供給するコンベヤが設置でき、切
断されたガラス基板をローディング及びアンローディン
グさせるためのマニピュレータをさらに有している。
【００７５】次に、前述のように構成されたガラス基板
の切断装置の作用について具体的に説明する。
【００７６】本実施形態によるガラス基板の切断装置を
用いてガラス基板２００を切断するには、テーブル１２
の上面に切断しようとするガラス基板２００を載置す
る。この状態で、テーブル１２の支持孔１２ａに真空圧
が加えられるようにして、ガラス基板２００を吸着す
る。
【００７７】このとき、前記テーブル１２の上面は、膨
らみをもった曲面から形成されているため、前記ガラス
基板２００は、テーブル１２の上面に沿って曲がり、こ
れにより切断部位に引張力が加えられる。
【００７８】この状態で、前記制御手段のカメラ１３０
を用いて基板の装着状態を確認し、ずれた場合には、支
持手段２０のステッピングモータ２５を駆動させてテー
ブルを正回転または逆転させることにより、ガラス基板
２００の整列状態を調整する。
【００７９】前記のように、ガラス基板２００の固定が
完了すると、カメラ１３０を用いてガラス基板２００の
装着状態を撮影した後、この映像信号に基づきテーブル
１２を移送させる支持手段２０及びヘッダ部４０を移送
させるヘッド移送手段５０と、レンズユニットを昇降さ
せる第２昇降手段５０とを用いてガラス基板２００の切
断部位がレンズユニット９０の垂直下部に位置するよう
にする。
【００８０】このようにして整列が完了すると、クラッ
ク形成部１２０のアクチュエータを下降させ、この端部
に設けられたチップにより切断部位に初期クラックを形
成する。ガラス基板の切断部に初期クラックが形成され
ると、レーザビーム発生部８１で発生されたレーザビー
ムは、前記レンズユニット９０の第１ンズ群９１を通り
ながら平行ビームに変えられる。
【００８１】このように平行ビームに変換されたレーザ
ビームは、第２レンズ群９２であるフライアイレンズを
通りながらレーザビームの各部位で均一なエネルギ密度
を有することになる。
【００８２】さらに、出射側面の曲率が非対称であるフ
ライアイレンズの単位レンズ９２を通りながら焦点が、
各部位でエネルギ密度が同一の長方形又は楕円形にされ
る。このようにして縦長形化されたレーザビームは、
Ｘ、Ｙ軸方向への曲率が異なる第３レンズ９３を通りな
がらレーザビームの長軸方向の長さが短軸方向の長さの
１５〜２５倍となるように調整される。
【００８３】切断部にレーザビームが照射されると、ヘ
ッド移送手段５０によりヘッド部４０はクロスアーム１
３に沿ってＹ方向に移送され、テーブルは支持手段のリ
ニアモータ２２によりＸ方向に移送されながら、断面の
変わったレーザビームがガラス基板に照射されて切断部
を加熱する。
【００８４】切断部の加熱は、レーザビームの焦点の各
部位におけるエネルギ密度が均一であるため、切断部の
各部位を短時間内に加熱でき、加熱部位の温度勾配が小
さくできるほか、切断部の端部の自然冷却を減らすこと
ができる。
【００８５】以上のように、ヘッド部が移送されなが
ら、レンズ群から照射されるレーザビームにより切断部
が加熱されると、ヘッド部に設けられた冷却手段１００
のノズル１０６から噴射されるヘリウム、窒素ガスまた
は空気に乗った水により切断部が急冷される。冷却手段
による切断部の急冷により切断部位に熱衝撃が加えら
れ、これによりマイクロクラックが形成される。
【００８６】一方、ガラス基板の上面に反射膜２０２が
形成されている場合には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いて
反射膜２０２を先に除去する（図１３参照）。
【００８７】このように、熱衝撃によりガラス基板の切
断部に形成されたマイクロクラックは、曲面から形成さ
れたテーブルの上面又は支持孔１２ａによる吸着力の違
いによりガラス基板の切断部に引張力が加えられ、成長
することになり、終には当該ガラス基板の切断部は、切
断されることになる。
【００８８】ガラス基板の切断が完了すると、テーブル
１２及びヘッド部４０が最初の位置に戻るとともに、テ
ーブル１２の支持孔に加えられた真空圧は解放され、シ
リンダ２７ｂによりピン部材２７ａが貫通孔１２ｂを貫
通して突き出されることにより、切断されたガラス基板
を上昇させる。この上昇されたガラス基板は、別途のマ
ニピュレータによりアンローディングされる。
【００８９】以上、本発明を、図面に示す実施の形態に
基づいて説明したが、これは単なる例示的なものに過ぎ
ず、本技術分野の通常の知識を有する者ならば、これよ
り様々な変形及び均等な他の実施例が可能なことは自明
である。よって、本発明の真の技術的な保護範囲は、添
付された請求範囲の技術的な思想により定まるべきであ
る。
【００９０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるガラス
基板の切断方法及びその装置によると、レーザビームに
よる切断部の加熱維持時間中に自然冷却を最小化して冷
却時に熱衝撃を大にすることにより、マイクロクラック
の生成が活性化でき、切断速度を速めて生産性の向上を
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるレーザビームの断面が長方形で
あり、エネルギ密度が各部位で均一なレーザビームを用
いて切断される切断部の温度分布を示す図である。
【図２】 本発明によるレーザビームの断面が長方形で
あり、エネルギ密度が各部位で均一なレーザビームを用
いて切断される切断部を加熱した後に急冷させた時の応
力分布を示す図である。
【図３】 本発明によるレーザビームの断面が縦長形の
楕円形であり、エネルギ密度が各部位で均一なレーザビ
ームを用いて切断される切断部の温度分布を示す図であ
る。
【図４】 本発明によるレーザビームの断面が楕円形で
あり、エネルギ密度が各部位で均一なレーザビームを用
いて切断される切断部を加熱した後に急冷させた時の応
力分布を示す図である。
【図５】 本発明によるガラス基板の切断装置の斜視図
である。
【図６】 図７に示されたガラス基板の切断装置の正面
図である。
【図７】 図７に示されたガラス基板の切断装置の側面
図である。
【図８】 図８に示されたテーブルのＡ−Ａ線による断
面図である。
【図９】 ヘッド部を抜悴して示す斜視図である。
【図１０】 加熱手段を概略的に示す側面図である。
【図１１】 レンズユニットを概略的に示す斜視図であ
る。
【図１２】 冷却手段の斜視図である。
【図１３】 ガラス基板を切断する状態を概略的に示す
斜視図である。
【図１４】 従来のガウシアン型エネルギ密度を持つレ
ーザビームを用いて切断される切断部の温度分布を示す
図である。
【図１５】 従来のガウシアン型エネルギ密度を持つレ
ーザビームを用いて切断部を加熱した後に急冷させた時
の応力分布を示す図である。
【符号の説明】
１０…ガラス基板切断装置、 １１…ベースフレーム、 １２…テーブル、 １２ａ…貫通孔、 １３…クロスアーム、 ２０…支持手段、 ２２…リニアモータ、 ２３…ベース部材、 ２４…板部材、 ２５…ステッピングモータ、 ２６…サポート、 ２７…昇降手段、 ２７ａ…ピン部材、 ２７ｂ…シリンダ、 ４０…ヘッド部、 ４１…本体部、 ４２…支持台、 ５０…ヘッド移送手段、 ５３…リニアモータ、 ６０…第２昇降手段、 ６１、６２…ガイドレール、 ８０…加熱手段、 ９０…レンズユニット、 ９１…第１レンズ群、 ９２…第２レンズ群、 ９３…第３レンズ、 １００…冷却手段、 １０１…固定部、 １０２…第１昇降部材、 １０３…シリンダ、 １０４…第２昇降部材、 １０５…Ｘ、Ｙテーブル、 １０６…ノズル、 １１１…レーザビーム発生部、 １１２…光ファイバ、 ２００…ガラス基板、 ２０２…反射膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９９Ｐ３３７４ (32)優先日 平成11年２月２日(1999．2．2) (33)優先権主張国 韓国（ＫＲ） (31)優先権主張番号 ９９Ｐ３３７５ (32)優先日 平成11年２月２日(1999．2．2) (33)優先権主張国 韓国（ＫＲ） (72)発明者 金 振 圭 大韓民国京畿道水原市八達区▲しん▼洞 575番地 三星エスディアイ株式会社内 (72)発明者 盧 ▲てつ▼ 来 大韓民国京畿道水原市八達区▲しん▼洞 575番地 三星エスディアイ株式会社内 (72)発明者 金 光 一 大韓民国京畿道水原市八達区▲しん▼洞 575番地 三星エスディアイ株式会社内

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各部位におけるエネルギ密度が均一であ
    り、切断方向にレーザビームのスポットが縦長形をなす
    レーザビームを照射してガラス基板の切断部を加熱する
    加熱工程と、 前記レーザビームの照射により加熱された切断部を急冷
    させてマイクロクラックを形成する冷却工程とを有する
    ことを特徴とするガラス基板の切断方法。
  2. 【請求項２】 前記切断部に照射される縦長形のレーザ
    ビームは、長方形又は楕円形であることを特徴とする請
    求項１に記載のガラス基板の切断方法。
  3. 【請求項３】 前記縦長形のレーザビームは、長軸方向
    の長さが短軸方向の長さの１５〜２５倍であることを特
    徴とする請求項１又は２に記載のガラス基板の切断方
    法。
  4. 【請求項４】 前記加熱工程は、前記ガラス基板の上面
    に形成された反射膜を除去する反射膜除去工程をさらに
    有することを特徴とする請求項１に記載のガラス基板の
    切断方法。
  5. 【請求項５】 前記反射膜除去工程は、Ｎｄ：ＹＡＧレ
    ーザを照射して反射膜を除去することを特徴とする請求
    項４に記載のガラス基板の切断方法。
  6. 【請求項６】 切断しようとするガラス基板が装着され
    るテーブルと、該テーブルの上部に設けられるガラス基
    板の切断部位を加熱するためのレーザビームを発生させ
    るレーザビーム発生手段と、当該レーザビーム発生手段
    で発生されたレーザビームを集束及び加速するレンズユ
    ニットと、前記テーブルと隣接して設けられて切断部位
    を急冷させる冷却手段とを有するガラス基板の切断装置
    であって、 前記レンズユニットは、前記レーザビーム発生手段で発
    生されたレーザビームを平行ビームに変える第１レンズ
    群と、当該第１レンズ群を通ったレーザビームのエネル
    ギ密度をレーザビームの各領域で均一にし、レーザビー
    ムの断面をガラス基板の切断方向に縦長形化させる第２
    レンズ群とを有することを特徴とするガラス基板の切断
    装置。
  7. 【請求項７】 前記第２レンズ群がフライアイレンズで
    あることを特徴とする請求項６に記載のガラス基板の切
    断装置。
  8. 【請求項８】 前記レンズユニットが、第２レンズ群を
    通ったレーザビームの焦点を可変させる第３レンズをさ
    らに具備することを特徴とする請求項６に記載のガラス
    基板の切断装置。
  9. 【請求項９】 ベースフレームと、 該ベースフレームに設けられ、切断されるガラス基板を
    支持するテーブルをＸ軸方向に摺動自在に支持するとと
    もに前記テーブルを所定角度にて正逆転自在な支持手段
    と、 前記ベースフレームに支持されるとともに前記テーブル
    の上部にテーブルの移送方向と直交する方向に設けられ
    るクロスアームと、 当該クロスアームに設けられたヘッド移送手段により該
    クロスアームに沿って移送されるヘッド部と、 前記ベースフレーム又はクロスアームの一側に設けられ
    たレーザビーム発生部、及び、当該レーザビーム発生部
    で発生されたレーザビームの焦点を縦長形化させ、焦点
    の各領域におけるエネルギ密度を均一にし、前記ヘッド
    部に装着されたレンズユニットをもつ光学系を備えた加
    熱手段と、 前記ヘッド部に設けられ、加熱手段により加熱されたガ
    ラス基板の切断部を急冷させる冷却手段と、を有するこ
    とを特徴とするガラス基板の切断装置。
  10. 【請求項１０】 前記支持手段は、ベースフレームの上
    部に設けられるガイドレール及びリニアモータにより支
    持されるベース部材と、当該ベース部材に回転自在に設
    けられる板部材と、前記ベース部材に対し板部材を正逆
    転させるステッピングモータと、前記板部材に支持され
    て前記テーブルを支持するサポートとを有することを特
    徴とする請求項９に記載のガラス基板の切断装置。
  11. 【請求項１１】 前記テーブルの上面が凸形の曲面であ
    ることを特徴とする請求項９に記載のガラス基板の切断
    装置。
  12. 【請求項１２】 前記板部材及びテーブルに支持され、
    該テーブルに支持されるガラス基板を昇降させる昇降手
    段をさらに有することを特徴とする請求項９に記載のガ
    ラス基板の切断装置。
  13. 【請求項１３】 前記昇降手段は、テーブルに形成され
    た貫通孔から引入及び引出されるピン部材と、当該ピン
    部材を昇降させるシリンダとを有することを特徴とする
    請求項１２に記載のガラス基板の切断装置。
  14. 【請求項１４】 前記ヘッド部は、クロスアームに設け
    られ、テーブルの移送方向と直交するＹ軸方向にヘッド
    移送手段により移送される本体部と、この本体部から下
    方に延在される支持台と、前記レンズ群を昇降させる第
    ２昇降手段とを有することを特徴とする請求項９に記載
    のガラス基板の切断装置。
  15. 【請求項１５】 前記ヘッド移送手段は、クロスアーム
    の内部に長手方向に設けられる前記本体部をガイドする
    １対のガイドレールと、当該一側のガイドレールに平行
    に設けられ、前記本体部を移送させるリニアモータとを
    有することを特徴とする請求項１４に記載のガラス基板
    の切断装置。
  16. 【請求項１６】 前記レンズユニットは、レーザビーム
    の直径を可変させると共に物点を可変させる少なくとも
    １対のレンズよりなる第１レンズ群と、前記第１レンズ
    群を通ったレーザビームを平行にするフライアイレンズ
    よりなる第２レンズ群と、平行化したレーザビームに所
    定のレーザビーム焦点を持たせる第３レンズとを有する
    ことを特徴とする請求項９に記載のガラス基板の切断装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記冷却手段は、支持台に固定された
    固定部と、当該固定部に設けられる第１昇降部材と、こ
    の第１昇降部材に設けられるシリンダにより昇降される
    第２昇降部材と、該第２昇降部材に設けられるＸ、Ｙテ
    ーブルと、該Ｘ、Ｙテーブルの下部に設けられて冷却水
    を噴射する少なくとも１つのノズルと、このノズルに冷
    却水を供給する冷却水供給手段とを有することを特徴と
    する請求項９に記載のガラス基板の切断装置。
  18. 【請求項１８】 前記切断されるガラス基板の上面に形
    成された反射膜を除去する反射膜除去手段をさらに有す
    ることを特徴とする請求項９に記載のガラス基板の切断
    装置
  19. 【請求項１９】 前記反射膜除去手段は、ベースフレー
    ムに設けられ、レーザビームを発生させるＮｄ：ＹＡＧ
    レーザビーム発生部と、このＮｄ：ＹＡＧレーザビーム
    発生部で発生されたレーザビームを前記レンズユニット
    により照射されるレーザビームの前面にガイドする光フ
    ァイバとを有することを特徴とする請求項１８に記載の
    ガラス基板の切断装置。
  20. 【請求項２０】 前記ヘッド部に設けられ、切断される
    ガラス基板の切断部に初期クラックを形成する初期クラ
    ック形成手段をさらに有することを特徴とする請求項９
    に記載のガラス基板の切断装置。
  21. 【請求項２１】 前記ヘッド部に設けられたレンズユニ
    ットを正逆転させる回転手段をさらに有することを特徴
    とする請求項９に記載のガラス基板の切断装置。
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