JP2007015915A - 表示目的のための薄板ガラス及び板ガラスを切断して表示パネルを得る方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｄ：ＹＡＧレーザ及びＭＬＢＡ法で従来方法よりも急速に加熱可能、従って切断可能な、表示目的用の薄板ガラスを提供する。
【解決手段】表示目的のための薄板ガラスであって、
板ガラスのガラス組成が、波長１．０６４μｍの放射を有効に吸収してレーザ切断ビームによるその切断性を向上させる添加ガラス成分を含んで成ることを特徴とする薄板ガラス。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ切断ビーム、特にＮｄ：ＹＡＧレーザの切断ビームによる切断性を改善する目的のための薄板ガラスに関する。

本発明はまた、板ガラスを切断して表示パネルを得る方法に関する。

種々の大きさと形状の薄板ガラスパネルが、多くの技術的用途に必要とされている。特に重要な最新の用途は表示目的のため、特に携帯電話、ＴＶ及びコンピュータフラットスクリーン及びディジタルカメラやカムコーダー用の表示セルのための薄ガラスパネルで代表されている。この種の表示パネルの厚みはｍｍの大きさ程度であるが、０．２ｍｍまでのより薄いものに向かう傾向がある。

薄ガラスを切断する従来の方法は、金属刃のあるダイアモンド又は切断ホイールで先ず切り目を付け、次いで斯く作られた弱点に沿って機械的外力を加えてガラスを割ること（所謂切り目割り法）に基づく。この方法のデメリットは、切り目により粒子（破片）が面から引き離され、ガラスに付着してしまい、そこにスクラッチを引き起こすことがある。また、所謂チップ（欠け）が切り口に発生し、平らでないガラスエッジが結果として生じることがある。更に、切り目付け中に生じる切り口の微細クラックが機械的部品強度又は耐疲労性を低減、即ちガラスのカットオフ部分の破損危険の増大を招く。従って、これ等の破損エッジは次に研削及び研磨されなければならず、このことはガラス基体の掃除を必然として要する。

この時間を食う機械的方法に今、ガラス切断に伴う研削及び研磨工程、従って後続する掃除工程を回避するレーザ切断技術が対決している。レーザ切断技術では一般に、後続冷却点に関連して集束レーザビームがスキャナにより切断線に沿って案内され、集束レーザビームによる加熱が外側からの冷却と組み合わされることにより、材料の破断強さを超える熱機械的応力が誘発される。それにより、レーザビームを用いて先ずガラスに切れ目を付け、次いで乱切又は初期クラックとも呼ばれる、機械的に加えられる開始切れ目との組み合わせでガラスを機械的に破断することも、レーザビームで完全にガラスを破断、即ち切断することもできる。このレーザビーム切断技術は数多くの文献から、例えば開示に関してここに明示的に言及するＥＰ０８７２３０３Ａ２，ＵＳ５６０９２５４Ａ及びＥＰ００６２４８４Ａ１を通して知られている。従って、ここでレーザビーム切断技術に付いて更に詳細な記載は要しない。

ＣＯ_２レーザでは、ガラスパネルは、レーザビームが所望の輪郭を発生させ、レーザエネルギーが切れ目に沿ってガラスの局部加熱を生じ、ガラス部品を部分的に蒸発させるレーザ誘起応力破損により切断される。即時冷却がガラス内に熱応力を惹起し、結果として所望箇所でパネルの割れを生ずる。従来の切り目割り技術と同様に、ＣＯ_２レーザが用いられるとき切り目付けと割りの両工程が必要である。だが、エッジ品質はずっと良いので、従来の機械的切断に要した研削及び研磨は要しない。

もう一つの種類のレーザ切断は固体レーザ、特に「複数レーザビーム吸収（ＭＬＢＡ）」を用いるＮｄ：ＹＡＧレーザで働く。この技術は例えば、ＥＰ１３４１７３０Ｂ１に記載されている。ＣＯ_２レーザ（１０．６μｍで、遠ＩＲスペクトル）のビームとは違って、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（１．０６４μｍで、近ＩＲスペクトル）の放出する放射はガラスにより僅かに吸収されるに過ぎず、熱エネルギーに変換される。だが、吸収される放射エネルギーはビームを、ガラスを通して数回反射する光学系により増大可能であり、局部加熱と膨張が引き起こされる。この工程で誘起する熱応力は、ガラスの臨界応力限界に達するまで増大する。それにより発生する応力破壊はレーザの制御下で誘導可能である。従って、ＭＬＢＡ法ではガラス材料が一加工工程で完全に分割されるので、後続の割り工程が省かれる。得られる切断エッジ品質は微細クラック及びガラス破片が完全に回避されるので、研削及び研磨ガラス縁のものと同等である。このことは研削及び研磨工程後にガラス製品を掃除する必要のないことを意味するので、工程時間のみならず、必要となる装置、機械設備、掃除添加剤等が節約される。微細クラックが無く、破片が無いため、材料強度が従来のガラス切断の場合より高くなる。ソーダ石灰及び硼珪酸塩ガラスのみならず、被覆され、化学エッチされ又は化学プレストレス済みガラスをも、厚み０．３〜１２ｍｍで良好な結果に切断可能である。従って、波長１０．６μｍのＣＯ_２レーザからの放射は第１の表面層内のあらゆるガラス種により吸収されるものの後続割り工程が必要とされるが、ガラス内ではＮｄ：ＹＡＧレーザからの放射の極めて僅かな吸収が起こるに過ぎない。波長１．０６４μｍの光に対する通常のガラスによる吸収がこのように少ないため、従来技術のＭＬＢＡ法ではビームを、同一箇所を通して数回通過させることにより十分なエネルギー入力が行われる。これに要するレンズはガラスパネル下に取り付けられたミラーと共に働き、レーザ光を、ガラスを通して戻り反射させる。 公知の式：

によれば、特定波長における吸収‐Ｉｎτ_ｉ（τ_ｉはガラスの内部吸収）はガラスサンプルの厚みｄ、ガラス基体の吸収率ε_ｏ及び濃度ｃ_ｉの一つ（又は複数）の吸収ガラス製品ｉの吸収率ε_ｉの関数である。従って、ＭＬＢＡ法では、形式的にはパラメタｄ_ｉの増大に対応する光路の選択的拡張を通して十分に高い吸収が達成される。従って、ガラスの厚みが極めて小さい、例えば０．７ｍｍの場合、表示用途のパネルに対して極めて多くのパス（レーザビームの反射）がガラスを切断するため十分な吸収を補償するために必要である。だが、多数の放射パスが必要なため、切断エッジを加熱するのに長時間を要し、切断のための工程時間、従って製造の収益性を制限する不利がある。

本発明の目的は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ及びＭＬＢＡ法で従来方法より急速に加熱可能、従って切断可能な、記載のような表示目的用の薄板ガラスを開発することにある。

上記目的解決のための薄板ガラスにおける手段は、波長１．０６４μｍの放射を有効に吸収してレーザ切断によるその切断性を改善する添加ガラス成分の少なくとも１種を板ガラスのガラス組成が含むようにした本発明により達成される。

試験の示すところでは、ＭＬＢＡ法による多数反射のため、これ等ガラス成分をガラスに僅かに添加しただけでも、特にＮｄ：ＹＡＧレーザのガラスへのレーザエネルギーのエネルギー伝達を向上させ、切断エッジのより急速な加熱、究極的にはより急速な切断作用をもたらす。このことは、硼珪酸塩ガラスから成るＴＦＴ（ＴＦＴ＝薄膜トランジスタ）表示ガラスに対して特に望ましい。この場合、ガラス厚みが典型的に０．７ｍｍと薄く、熱膨張が３ｐｐｍ/Ｋと低いため、切断を行うのに必要な熱応力の発生が、厚みが比較的厚く（数ミリメートル）、膨張性の高い（９ｐｐｍ/Ｋ程度）ソーダ石灰ガラスの場合よりかなり困難であるからである。

これに関連して、１．０６４μｍの放射の有効吸収とは、ガラス添加成分による吸収が≧０．００１であることを意味するものとする。

本発明の一改良によれば、ガラス添加物成分は酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）から成る。即ち、この改良は板ガラスにサマリウムを、Ｎｄ：ＹＡＧレーザにより切断性を向上させる補助物として用いることに係わる。切断性を有意に向上させるためには、０．００１〜５重量％の酸化サマリウムの添加で十分である。

サマリウムは元素の周期率表における、記号Ｓｍ及び原子番号６２とする化学的元素として知られている。この銀白色の光沢のある元素はランタニド族に属し、希土類金属に属する。酸素と反応して、三二酸化物Ｓｍ_２Ｏ_３（酸化サマリウム）として知られているものを生成する。

サマリウムはエンジニアリング工業で広く用いられている。自由百科事典であるワイキペディア(Wikipedia)によれば、酸化サマリウムはフィルタ効果を得るため、赤外光の吸収に、就中光学ガラスに用いられている。酸化サマリウムを付加的に含有する板ガラスの、Ｎｄ：ＹＡＧレーザでの、加熱の選択的増大による切断性の改善に付いての言及は当然ながら無い。

サマリウムはまた、画像コントラストを良くするため或る種のガラスに添加されている。例えば、米国特許４７６９３４７には画像コントラストを良くするためＳｍ_２Ｏ_３を上限３重量％まで含有する陰極線カラーチューブのスクリーン用の着色ガラスが記載されている。これは、このように補われ、またＥｒ_２Ｏ_３をドープしたガラスの吸収強度が低いことを利用している。ＪＰ６１０８３６４５Ａにはコントラストの増大する着色ＴＶガラスのためにサマリウムを含有するガラス組成が記載されているが、ここではサマリウムは着色成分として特定的に用いられている。

米国特許３２１６３０８には、サマリウムを２〜２５重量％の範囲で添加して中性子吸収能力を改善する中性子吸収ガラスが記載されている。

サマリウムを含有するガラスはまた、ＹＡＧロッドを横切るように放出される波長１．０６４μｍのレーザ光を低減する、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ用の所謂、流管の製造に用いられている。ここでも、サマリウムはフィルタ効果に関係し、ガラスにおける如何なる選択的加熱に係わっていない。

最後に、研究においては、サマリウムを含有するガラスは光学回路の小型化に関連してガラスブロックにおける光導波管の直接書き込みに用いられている。というのは、ガラス内のサマリウムイオンの原子価は微小ガラス体におけるレーザ照射により可逆的に修正可能であるからである。室温でのサマリウム含有ガラスにおけるスペクトルホールバーニングはそれにより安定になり、ホログラフィックメモリに使用できる。

本発明手段は、アルカリ非含有ガラスから成る板ガラスの切断に特に有利な効果がある。

本発明の更なる実施例によれば、板ガラスは以下の組成を（重量％で）含有するアルカリ非含有硼珪酸塩ガラスから成る：
ＳｉＯ_２ ４０〜７０％
Ａｌ_２Ｏ_３ ６〜２５％
Ｂ_２Ｏ_３ ５〜２０％
ＭｇＯ ０〜５％
ＣａＯ ０〜１５％
ＳｒＯ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜３０％
ＺｎＯ ０〜１０％
ＴｉＯ_２ ０〜３％
ＣｅＯ_２ ０〜２％
ＭｏＯ_３ ０〜１％
Ｙｂ_２Ｏ_３ ０〜２％
Ｓｍ_２Ｏ_３ ０．００１〜５％

切断しようとするガラスに、波長１．０６４μｍで吸収性のある添加物、この場合Ｓｍ_２Ｏ_３であるが、の特定量の添加の後の、吸収増大の程度を判定するため、組成を異にする硼珪酸アルミニウムガラスの８例が表１及び２に従って溶融され、分光測定法により測定された。これ等の例を図１及び２の２つの図表に関して以下、説明する。図１は２つの波長に対する、最大切断速度のＳｍ_２Ｏ_３添加分に対する依存性を示す。図２は達成可能な最大切断速度に対する内部透過率の影響を示す。

通常の不可避の不純物を除き、通常の主としてアルカリ非含有原料から成る、上記表中の硼珪酸塩ガラスを、１６２０℃にてガス加熱石英るつぼ内で１２０分、溶融した。溶融体はこの温度で９０分、精澄され、次いで１５８０℃にて誘導加熱プラチナるつぼ内で再溶融された。均質化のため、溶融体は更に４５分、１５２０℃で攪拌された。鋳造ガラスブロックを、７３０℃から速度２０℃/分で冷却した。

以下のパラメタを、室温で測定された厚みｄのガラスブロックの透過スペクトルから得、表に加えた。
・ガラスの色の色位置が最も良く特定されるＣＩＥＬＡＢ系の直行座標による三刺激値Ｌ^＊（輝度＝明るさ）、ａ^＊（緑/赤軸）及びｂ^＊（青/黄軸）；これは、標準イルミナントＤ６５と１０°標準観測者とそれから得られるクロマ値Ｃ^＊（色飽和度、ふ入り）とＣＩＥＬＡＢ系の付随極座標に対応する色相角（クロミナンス）に対するものである。
・丁度５０％の透過値が直接観測される波長ＷＬ^５０％０．７ｍｍ。
・１０６４ｎｍにおける透過度Ｔ^{１０６４ｎｍ}０．７ｍｍ。

例２から、酸化サマリウムの添加のみが１０６４ｎｍにおける透過度の有意の低減をもたらし、従って式（１）によれば、吸収の増大を引き起こすことが分かる。酸化サマリウムのドーピングのみが１０６４ｎｍにおける吸収帯をもたらし、他の類似の希土類酸化物はこの範囲で吸収しない。これ等実施例において、酸化サマリウムの比率は重量％で表すと、１−０−２−１である。限定要因は色のひずみ（黄色ガラス）及び混合物コストである。ａ^＊とｂ^＊とＣ^＊の表値が示しているように、これ等は無色ガラスでは、互いに類似している。

表１による組成のガラスサンプルを、ＭＬＢＡ法によりＮｄ：ＹＡＧレーザを用いてサンプルベース上で分離した。切断縁の極めて急速な加熱、即ちガラスサンプルの切断性の増大を観測した。低膨張アルカリ非含有ガラスの厚みが薄いにも拘わらず、切断縁は微細クラック、欠けた箇所又はガラス破片が見られず、極めて良好な品質のものであった。

更なる一連の試験では、記述のように、表２による組成をもつ４つの更なるサンプルガラス（例５〜例８）を製造した。例９のガラスは（未ドープ）ＴＦＴガラスであり、比較目的のために含まれた。

１３０ｍｍｘ６５ｍｍｘ０．７ｍｍのパネルをインゴットから製造した。以下のパラメタが、室温で測定された透過スペクトルから得られ、表２に加えられた。ここで、Ｔ_ｉは「内部透過率」を表し、これは次式により反射損失の修正の後、測定された透過値Ｔから計算されたものである。

Ｔｉ＝Ｔ／Ｐ、ここでＰ＝２ｎ／ｎ^２＋１、ｎは破断値を示す。

パネルは次いで、ＭＬＢＡ法によりレーザで切断された。達成される最大切断速度は、波長１０６４ｎｍ（Ｖ_ｍａｘ ^{１０６４ｎｍ}）及び波長１０３０ｎｍ（Ｖｍａｘ１０３０ｎｍ）を用いてｍｍ/ｍｉｎで記録した（Ｖ_ｍａｘ ^{１０３０ｎｍ}）。未ドープの比較ガラス（例９）は、レーザ出力を７５０ワットに増大した後でも、選択された設定を用いて切断できなかった（Ｖ_ｍａｘ＝０）。だが、Ｓｍ_２Ｏ_３をドープしたガラス（例５〜８）はレーザ出力５００ワットで高い切断速度にて切断できた。これは、Ｓｍ_２Ｏ_３を僅か０．１重量％と低度のドーピングでうまくいった（例５）。Ｓｍ_２Ｏ_３添加分の最大切断速度に対する依存性は図１に示されている。上の曲線は波長１０６４ｎｍのものである。達成可能な最大切断速度に対する内部透過率Ｔ_ｉの影響は図２から分かる。通常未ドープガラス（１０３０又は１０６４ｎｍ）に付いて定義される内部透過率約０．９９５は、レーザ放射をガラス内に連結するには不十分である。レーザ放射のガラス内への連結、即ちパネルの切断は０．９８５下の内部透過率から生じる。

本発明の更なる側面はＵＶ放射をブロックするため、ガラスへのチタン及び酸化セリウムの付加的導入にある。値ＷＬ^５０％０．７ｍｍにより特徴付けられるＵＶ吸収端はより長い波長に変位する、即ち有害なＵＶ放射はこのガラスを通過できない。これは、材料の良好な時間安定性が重要な或る種の用途では利点がある。特に、ＵＶ放射の長時間効果によって有機化合物が分解し得る。

ガラスにＳｍ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２又はＣｅＯ_２をドープすると、程度の差はあれ際立った黄色着色をもたらし、結果として色ひずみを生ずることがある。だが、ドーピングの量が比較的少なく、ガラス厚みが薄いため、この着色効果は、実施例のガラスのクロマ値が小さいことから分かるように、少なくできる。

本薄板ガラスの厚みはｍｍオーダーの範囲、好ましくは１２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲にある。ＭＬＢＡとの組み合わせにおいて、本発明は特定ドープの硼珪酸塩ガラス用の切断技術を創成し、この技術によりサンドウィッチガラスパネル、例えば携帯電話の表示セルに用いられる間隔付きガラスパネル又はそれに応じた厚みの板ガラスが割り及び処理工程の後続を伴わずに、単一加工工程で切断されるようになる。

２つの波長に対する、最大切断速度のＳｍ_２Ｏ_３添加分に対する依存性を示す。 達成可能な最大切断速度に対する内部透過率の影響を示す。

Claims (11)

1. 表示目的のための薄板ガラスであって、
   板ガラスのガラス組成が、波長１．０６４μｍの放射を有効に吸収してレーザ切断ビームによる切断性を向上させる添加ガラス成分を含んで成ることを特徴とする薄板ガラス。
2. 添加ガラス成分が酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）により形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載の板ガラス。
3. 酸化サマリウムが０．００１〜５重量％添加されて成ることを特徴とする請求項２に記載の板ガラス。
4. アルカリ非含有ガラスであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の板ガラス。
5. 次の組成：
   ＳｉＯ_２ ４０〜７０％
   Ａｌ_２Ｏ_３ ６〜２５％
   Ｂ_２Ｏ_３ ５〜２０％
   ＭｇＯ ０〜５％
   ＣａＯ ０〜１５％
   ＳｒＯ ０〜１０％
   ＢａＯ ０〜３０％
   ＺｎＯ ０〜１０％
   ＴｉＯ_２ ０〜３％
   ＣｅＯ_２ ０〜２％
   ＭｏＯ_３ ０〜１％
   Ｙｂ_２Ｏ_３ ０〜２％
   Ｓｍ_２Ｏ_３ ０．００１〜５％
   を（重量％で）含んで成るアルカリ非含有ガラスであることを特徴とする請求項３又は４に記載の板ガラス。
6. チタン及び／又は酸化セリウムを更に添加して成ることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の板ガラス。
7. チタン酸化物を１〜２重量％及び酸化セリウムを０．５〜１重量％の含有量含んで成ることを特徴とする請求項６に記載の板ガラス。
8. 板ガラスの厚みがｍｍオーダーであることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の板ガラス。
9. 板ガラスの厚みが１２ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項８に記載の板ガラス。
10. そのガラス組成が、波長１．０６４μｍの放射を有効に吸収してレーザ切断ビームによる切断性を向上させる添加ガラス成分を含む板ガラスを、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの集束ビームを用いて、表示パネルに切断する方法。
11. 「複数レーザビーム吸収（ＭＬＢＡ）」技術を用いて実施される請求項１０に記載の方法。
    
    

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