JP2007090760A - 基板の割断方法、電気光学装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脆性材料からなる基板の端部近傍等における割断を割断予定線に沿って精度よく行うことを可能とする技術を提供すること。
【解決手段】脆性材料からなる基板を割断する方法であって、一方向に延伸したビーム断面を有する第１及び第２のレーザービーム(A,B)を、上記ビーム断面の延伸方向と上記基板の割断予定線(K)の延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して配置されて上記割断予定線上に照射されるように光路設定を行う第１過程と、上記割断予定線を挟んで上記基板の端部又は上記基板に接して設けられるシール部材に近い側に照射される上記第１のレーザービームの強度を上記第２のレーザービームの強度よりも相対的に低く設定して、上記第１及び第２のレーザービームを上記割断予定線に沿って進行させながら照射する第２過程と、を含む、基板の割断方法である。
【選択図】図２

Description

本発明は、脆性材料からなる基板（例えばガラス基板など）の所望位置を割断する技術に関し、特に基板端部などにおける割断位置の精度を向上させるための技術改良に関する。

一般に、レーザービームを用いて脆性材料からなる基板（例えばガラス基板など）の割断を行う場合には、熱源となるレーザービームと当該レーザービームによる加熱点の後に続く冷却機構により基板に亀裂を発生させ、レーザービーム又は基板を移動させることにより基板を割断している（例えば、特許文献１参照）。このとき、基板には、レーザービームによって加熱されているポイントの中心付近においては圧縮応力が発生し、中心から少し離れた周囲では左右均等に引っ張り応力が発生する。

ところで、上記技術を用いる場合に、割断予定線が基板の端部から十分に離間している場合には予定通りに割断を行うことができるが、割断予定線が基板の端部に近接している場合には、実際の割断線（カットライン）が割断予定線からずれてしまうという不都合がある。この原因は、基板の端部近傍では外側部分の剛性が小さく、レーザービームの照射により基板が局所的に膨張した場合に、外側に向かう引っ張り応力が大きくなるからと考えられる。また、同様な不都合は、シール部材を挟んで貼り合わされた基板を切断する際にも生じ得る。すなわち、上記シール部材の接する位置に近接して割断予定線が設定された場合には、シール部材の硬化収縮現象に起因して基板表面に生じる引っ張り応力により、元々は均等であったレーザービームの引っ張り応力が不均一となる。このため、割断予定線よりもシール部材に近い側にカットラインが引き寄せられてしまう。かかる不都合を回避するために、現状では、シール部材の位置から十分に離間した位置に割断予定線を設定する必要がある。このため、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの電気光学装置の製造時に、シール部材が配置されるパネル額縁部の割断に上記技術を用いた場合には、パネルの狭額縁化を図りにくいという不都合がある。したがって、基板の端部近傍等における割断を割断予定線に沿って精度よく行うことを可能とする技術が望まれていた。

米国特許第５６０９２８４号明細書

そこで、本発明は、脆性材料からなる基板の端部近傍等における割断を割断予定線に沿って精度よく行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。

第１の本発明は、レーザービームを用いて脆性材料からなる基板を割断する方法であって、一方向に延伸したビーム断面を有する第１及び第２のレーザービームを、上記ビーム断面の延伸方向と上記基板の割断予定線の延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して配置されて上記割断予定線上に照射されるように光路設定を行う第１過程と、上記割断予定線を挟んで上記基板の端部又は上記基板に接して設けられるシール部材に近い側に照射される上記第１のレーザービームの強度を上記第２のレーザービームの強度よりも相対的に低く設定して、上記第１及び第２のレーザービームを上記割断予定線に沿って進行させながら照射する第２過程と、を含む基板の割断方法である。

かかる方法によれば、基板の端部等に近い側の第１のレーザービームの強度を低下させることにより、第１のレーザービームによって生じる引っ張り応力を弱め、割断予定線の付近における各応力のバランスをとることができる。これにより、ガラス基板等の脆性材料からなる基板の端部近傍等における割断を割断予定線に沿って精度よく行うことが可能となる。

第２の本発明は、レーザービームを用いて脆性材料からなる基板を割断する方法であって、一方向に延伸したビーム断面を有する第１及び第２のレーザービームを、上記ビーム断面の延伸方向と上記基板の割断予定線の延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して上記割断予定線上に照射されるように光路設定を行う第１過程と、上記基板の端部又は上記基板に接して設けられるシール部材の位置と上記割断予定線の位置とが近接している場合に、上記端部又は上記シール部材に近い側に照射される上記第１のレーザービームの強度を上記第２のレーザービームの強度よりも相対的に低く設定し、上記第１及び第２のレーザービームを上記割断予定線に沿って進行させながら照射する第２過程と、上記基板の端部又は上記基板に接して設けられるシール部材の位置と上記割断予定線の位置とが離間している場合に、上記第１のレーザービームの強度と上記第２のレーザービームの強度を略同一に設定し、上記第１及び第２のレーザービームを上記割断予定線に沿って進行させながら照射する第３過程と、を含む基板の割断方法である。

かかる方法によっても、上記と同様の理由により、ガラス基板等の脆性材料からなる基板の端部近傍等における割断を割断予定線に沿って精度よく行うことが可能となる。また、割断予定線が基板の端部等に近接しているか離間しているかの状況に応じて第１のレーザービームの強度を可変するだけで、いずれの状況においても精度のよい割断を行うことが可能となる。

上記第１及び第２の発明における更なる好適な条件について以下に説明する。

上記第１及び第２のレーザービームの各々は、円状の上記ビーム断面を有する複数のレーザービームを上記一方向に並べて構成されることが好ましい。また、上記第１及び第２のレーザービームの各々は、楕円状の上記ビーム断面を有する１つのレーザービームからなることも好ましい。

これらによれば、好適な第１及び第２のレーザービームを容易に得ることができる。

第３の本発明は、電気光学パネルを形成する工程と、上記の基板の割断方法を用いて上記電気光学パネルの割断を行う工程と、を含む、電気光学装置の製造方法である。ここで「電気光学装置」としては、例えば電気光学パネルとしての液晶パネルを含んで構成される液晶表示装置、電気光学パネルとしてのエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネルを含んで構成される無機ＥＬ表示装置又は有機ＥＬ表示装置、電気光学パネルとしての電気泳動パネルを含んで構成される電気泳動表示装置などが該当し得る。

本発明によれば、上記した電気光学装置の製造時におけるパネルの割断を高精度に行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態の基板の割断方法を実施するための装置構成例を説明する図である。より詳細には、図１（Ａ）は装置構成を説明するブロック図であり、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）は各光路上におけるレーザービームの配置及びビーム断面を模式的に説明する図である。図１（Ａ）に示す割断装置は、レーザービームを用いて脆性材料からなる基板を割断するためのものであり、レーザー光源１０、ビームスプリッタ１２、１４、反射ミラー１６、アッテネータ１８、回折光学素子２０、２２、２４、集光光学系２６、ステージ２８、を含んで構成されている。

レーザー光源１０は、レーザービームを発生する。このレーザー光源１０は、割断対象となる被加工体１００の条件等によって適宜選択すればよく、例えば本実施形態では最大出力５０Ｗ程度のＣＯ₂レーザーが用いられる。

ビームスプリッタ１２は、レーザー光源１０から出射されるレーザービームの一部の成分を反射し、他の成分を通過させる。

ビームスプリッタ１４は、ビームスプリッタ１２を通過したレーザービームの一部の成分を反射し、他の成分を通過させる。

反射ミラー１６は、ビームスプリッタ１４を通過したレーザービームを反射する。

アッテネータ１８は、ビームスプリッタ１２によって分離されたレーザービームが入射すると、当該レーザービームの強度を低下させる。

回折光学素子２０は、アッテネータ１８を通過したレーザービームを複数のレーザービームに分岐する。本実施形態の回折光学素子２０は、図１が描かれた紙面と直交する方向に沿って配列した３本のレーザービームを発生させる（図１（Ｂ）参照）。

回折光学素子２２は、ビームスプリッタ１４によって反射されたレーザービームを複数のレーザービームに分岐する。本実施形態の回折光学素子２２は、図１が描かれた紙面と直交する方向に沿って配列した２本のレーザービームを発生させる（図１（Ｂ）参照）。

回折光学素子２４は、反射ミラー１６によって反射されたレーザービームを複数のレーザービームに分岐する。本実施形態の回折光学素子２４は、上記した回折光学素子２０と同様に、図１が描かれた紙面と直交する方向に配列した３本のレーザービームを発生させる（図１（Ｂ）参照）。

集光光学系２６は、集光レンズ等を含んで構成されており、回折光学素子２０、２２、２４のそれぞれが発生させた各レーザービームを被加工体１００の表面に集光する（図１（Ｃ）参照）。

ステージ２８は、被加工体１００が載置され、当該被加工体１００をＸ、Ｙ、Ｚの各方向に自在に移動させる。このステージ２８により、被加工体１００と集光光学系２６によって集光されるレーザービームとを相対的に移動させることができる。なお、ステージ２８を固定にし、レーザービームの照射位置を移動させるように構成してもよい。

図２は、被加工体１００に照射されるレーザービームの状態について説明する図である。図２に示すように、被加工体１００に照射されるレーザービームは、各々が円状のビーム断面を有する複数（本例では３つ）のレーザービームを一方向に並べて構成されるビーム群Ａ及びビーム群Ｂと、各ビーム群Ａ、Ｂの両側に配された円状のビーム断面を有する２つのビームと、を含んで構成されている。ビーム群Ａは回折光学素子２０が発生させた３本のレーザービームからなり、ビーム群Ｂは回折光学素子２４が発生させた３本のレーザービームからなる。その他の２本のビームは、回折光学素子２２が発生させたレーザービームからなる。本実施形態では、ビーム群Ａが「一方向に延伸したビーム断面を有する第１のレーザービーム」に相当し、ビーム群Ｂが「一方向に延伸したビーム断面を有する第２のレーザービーム」に相当する。図示のようにこれらのビーム群は、ビーム断面の延伸方向と被加工体１００の割断予定線Ｋの延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して配置され、割断予定線Ｋ上に照射されるように光路設定が行われる。そして、このビーム群Ａ、Ｂを含む８本のレーザービームからなる合成ビームを割断予定線Ｋによって進行させながら照射する（すなわち走査する）ことにより、被加工体１００の割断が行われる。

図３及び図４は、割断方法を説明するために、被加工体１００の断面を模式的に示した図である。ここで本実施形態では、被加工体１００として、シール部材１０３を挟んで２枚のガラス基板１０１、１０２を貼り合わせたパネルを想定する。このような構造のパネルは、例えば液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの電気光学装置において表示部を構成するために用いられる。これらの電気光学装置の製造工程において、図３又は図４に示すようなパネルを形成した後に、以下に示す方法によりパネルの所望位置を割断することができる。

図３は、被加工体１００の基板１０２に接して設けられるシール部材の位置と割断予定線の位置とが近接している場合の様子を概略的に示している。この場合における合成ビームＧは、割断予定線Ｋを挟んでシール部材１０３に近い側に照射されるビーム群Ａ（第１のレーザービーム）と、シール部材１０３から遠い側に照射されるビーム群Ｂ（第２のレーザービーム）と、を含んでいる（図２参照）。そして、ビーム群Ａの強度をビーム群Ｂの強度よりも相対的に低く設定し、これらのビーム群Ａ、Ｂを含む合成ビームＧを割断予定線Ｋに沿って進行させながら照射することにより、基板１０２の割断がなされる。合成ビームＧの進行速度は、例えば７ｍｍ／秒程度に設定される。また、ビーム群Ａとビーム群Ｂのそれぞれのエネルギー密度は、例えば３２〜９０ｋＪ／ｍｍ²程度の範囲内において適宜設定される。より詳細には、シール部材１０３による引っ張り応力Ｓ１とビーム群Ａによる引っ張り応力Ｓ２との和（Ｓ１＋Ｓ２）が、ビーム群Ｂによる引っ張り応力Ｓ３とほぼ等しくなるようにビーム群Ａの強度の調整される。この強度調整は上述したアッテネータ１８によってなされる。なお、応力Ｓ４、Ｓ５は合成ビームＧによって生じる圧縮応力を示し、応力Ｓ６は図中左側に配置されたシール部材１０３によって生じる引っ張り応力を示す。

なお、図３における右側のシール部材１０３が存在せず、当該位置が基板１０２の端部であった場合においても、上記と同様にして割断を行うことができる。

図４は、被加工体１００の基板１０２に接して設けられるシール部材の位置と割断予定線の位置とが離間している場合の様子を概略的に示している。各応力Ｓ１〜Ｓ６の内容は上記と同様である。この場合においては、ビーム群Ａ（第１のレーザービーム）の強度とビーム群Ｂ（第２のレーザービーム）の強度を略同一に設定し、これらのビーム群Ａ、Ｂを含む合成ビームＧを割断予定線Ｋに沿って進行させながら照射することにより、基板１０２の割断がなされる。合成ビームＧの進行速度は、例えば７ｍｍ／秒程度に設定される。また、ビーム群Ａとビーム群Ｂのそれぞれのエネルギー密度は、例えば３２〜９０ｋＪ／ｍｍ²程度の範囲内において適宜設定される。ビーム群Ａの強度の調整は、例えばアッテネータ１８を光路上から外すことによって行われる（図１（Ａ）参照）。これにより、容易にビーム群Ａとビーム群Ｂとの強度を略同一にすることができる。

次に、他の実施態様について説明する。

図５は、第２の実施形態の基板の割断方法を実施するための装置構成例を説明する図である。より詳細には、図５（Ａ）は装置構成を説明するブロック図であり、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は各光路上におけるレーザービームの配置及びビーム断面を模式的に説明する図である。図５（Ａ）に示す割断装置は、レーザービームを用いて脆性材料からなる基板を割断するためのものであり、レーザー光源１０、ビームスプリッタ１２、反射ミラー１６、アッテネータ１８、集光光学系２６、ステージ２８、シリンドリカルレンズ３０、３２、を含んで構成されている。なお、上述した図１に示した割断装置と共通する要素については同符号を付し、詳細な説明を省略する。

シリンドリカルレンズ３０は、アッテネータ１８を通過したレーザービームのビーム断面を楕円状に変換する（図５（Ｂ）参照）。同様に、シリンドリカルレンズ３２は、反射ミラー１６によって反射されたレーザービームのビーム断面を楕円状に変換する（図５（Ｂ）参照）。各シリンドリカルレンズ３０、３２を通過したレーザービームは集光光学系２６によって被加工体１００の表面に集光される（図５（Ｃ）参照）。

図６は、被加工体１００に照射されるレーザービームの状態について説明する図である。図６に示すように、被加工体１００に照射されるレーザービームは、各々が楕円状のビーム断面を有するビームＡ及びビームＢを含んで構成されている。ビームＡはシリンドリカルレンズ３０が発生させたレーザービームからなり、ビームＢはシリンドリカルレンズ３２が発生させたレーザービームからなる。本実施形態では、ビームＡが「一方向に延伸したビーム断面を有する第１のレーザービーム」に相当し、ビームＢが「一方向に延伸したビーム断面を有する第２のレーザービーム」に相当する。図示のように各ビームＡ、Ｂは、ビーム断面の延伸方向と被加工体１００の割断予定線Ｋの延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して配置され、割断予定線Ｋ上に照射されるように光路設定が行われる。そして、このビームＡ、Ｂを含む合成ビームを割断予定線Ｋによって進行させながら照射する（すなわち走査する）ことにより、被加工体１００の割断が行われる。割断の具体例については上述した第１の実施形態の場合と同様である（図３及び図４参照）。

図７は、上述した割断方法を適用して製造される電気光学装置を表示部として備える電子機器の具体例を示す斜視図である。図７（Ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話１０００は上述した電気光学装置を用いて構成される表示部１００１を備えている。図７（Ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該携帯電話１１００は上述した電気光学装置を用いて構成される表示部１１０１を備えている。図７（Ｃ）はテレビジョンへの適用例であり、当該テレビジョン１２００は上述した電気光学装置を用いて構成される表示部１２０１備えている。なお、パーソナルコンピュータ等に用いられるモニタ装置に対しても同様に本発明に係る電気光学装置を適用し得る。

以上のように各実施形態によれば、基板の端部等に近い側の第１のレーザービームの強度を低下させることにより、第１のレーザービームによって生じる引っ張り応力を弱め、割断予定線の付近における各応力のバランスをとることができる。これにより、ガラス基板等の脆性材料からなる基板の端部近傍等における割断を割断予定線に沿って精度よく行うことが可能となる。また、割断予定線が基板の端部等に近接しているか離間しているかの状況に応じて第１のレーザービームの強度を可変するだけで、いずれの状況においても精度のよい割断を行うことが可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態ではガラス基板を割断する場合を例示していたが、本発明の適用対象となる基板（脆性材料からなる基板）はこれに限定されず、セラミックス、半導体基板、アモルファス炭素基板など種々の基板が該当し得る。

第１の実施形態の基板の割断方法を実施するための装置構成を説明する図である。 被加工体に照射されるレーザービームの状態について説明する図である。 割断方法を説明するために、被加工体の断面を模式的に示した図である。 割断方法を説明するために、被加工体の断面を模式的に示した図である。 第２の実施形態の基板の割断方法を実施するための装置構成を説明する図である。 被加工体に照射されるレーザービームの状態について説明する図である。 電子機器の具体例を示す斜視図である。

符号の説明

１０…レーザー光源、１２、１４…ビームスプリッタ、１６…反射ミラー、１８…アッテネータ、２０、２２、２４…回折光学素子、２６…集光光学系、２８…ステージ、１００…被加工体、１０１、１０２…ガラス基板、１０３…シール部材

Claims (5)

1. レーザービームを用いて脆性材料からなる基板を割断する方法であって、
   一方向に延伸したビーム断面を有する第１及び第２のレーザービームを、前記ビーム断面の延伸方向と前記基板の割断予定線の延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して配置されて前記割断予定線上に照射されるように光路設定を行う第１過程と、
   前記割断予定線を挟んで前記基板の端部又は前記基板に接して設けられるシール部材に近い側に照射される前記第１のレーザービームの強度を前記第２のレーザービームの強度よりも相対的に低く設定して、前記第１及び第２のレーザービームを前記割断予定線に沿って進行させながら照射する第２過程と、
   を含む、基板の割断方法。
2. レーザービームを用いて脆性材料からなる基板を割断する方法であって、
   一方向に延伸したビーム断面を有する第１及び第２のレーザービームを、前記ビーム断面の延伸方向と前記基板の割断予定線の延伸方向とが平行となり、かつ当該延伸方向と直交する方向に隣接して前記割断予定線上に照射されるように光路設定を行う第１過程と、
   前記基板の端部又は前記基板に接して設けられるシール部材の位置と前記割断予定線の位置とが近接している場合に、前記端部又は前記シール部材に近い側に照射される前記第１のレーザービームの強度を前記第２のレーザービームの強度よりも相対的に低く設定し、前記第１及び第２のレーザービームを前記割断予定線に沿って進行させながら照射する第２過程と、
   前記基板の端部又は前記基板に接して設けられるシール部材の位置と前記割断予定線の位置とが離間している場合に、前記第１のレーザービームの強度と前記第２のレーザービームの強度を略同一に設定し、前記第１及び第２のレーザービームを前記割断予定線に沿って進行させながら照射する第３過程と、
   を含む、基板の割断方法。
3. 前記第１及び第２のレーザービームの各々は、円状の前記ビーム断面を有する複数のレーザービームを前記一方向に並べて構成される、請求項１又は２に記載の基板の割断方法。
4. 前記第１及び第２のレーザービームの各々は、楕円状の前記ビーム断面を有する１つのレーザービームからなる、請求項１又は２に記載の基板の割断方法。
5. 電気光学パネルを形成する工程と、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の基板の割断方法を用いて前記電気光学パネルの割断を行う工程と、
   を含む、電気光学装置の製造方法。
   
   

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