JP2013001638A - ガラス基板のスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が強化された強化ガラスに対して、比較的容易に、かつ安定して所望のスクライブ溝を形成できるようにする。
【解決手段】このスクライブ方法は、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスをスクライブする方法であり、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程は、強化ガラスの表面に、回転可能な刃先を静止させたカッターホイールによって強化層の一部を除去して初期亀裂を形成する。第２工程は、初期亀裂にレーザ光を照射して加熱するとともに、加熱された領域を冷却し、スクライブ予定ラインに沿って亀裂を進展させる。
【選択図】図８

Description

本発明は、ガラス基板のスクライブ方法、特に、表面に強化層が形成された強化ガラスをスクライブするガラス基板のスクライブ方法に関する。

分断のためのスクライブ溝をガラス基板に形成する方法として、レーザ光を用いて形成する方法がある。この場合は、スクライブ予定ラインに沿ってレーザ光が照射され、基板の一部が溶解、蒸発させられてスクライブ溝が形成される。ただ、この方法では、溶解、蒸発された基板の一部が基板表面に付着し、品質の劣化を伴う場合がある。また、溶解、蒸発された部分で形成した疵痕は基板端面強度が低下する原因になる。

そこで、他のスクライブ溝形成方法として、特許文献１又は２に示されたような方法がある。ここでは、ガラス基板のスクライブ溝の起点となる場所に初期亀裂が形成され、この初期亀裂にレーザ光が照射される。これにより、レーザ照射部分に熱応力が生じ、亀裂が進展してスクライブ溝が形成される。

特開平３−４８９号公報 特開平９−１３７０号公報

後者のスクライブ溝形成方法では、初期亀裂は、ダイヤモンドカッタ等の硬質工具を用いて、あるいはレーザ光を照射して形成される。

ところで、最近のFPD（フラットパネルディスプレイ）業界では、基板端面の強度が重要視されるために、ガラス基板として、表面に強化層が形成された化学強化ガラスが主に用いられている。この化学強化ガラスは、イオン交換処理によって表面に圧縮応力を持たせた層（強化層）を有しており、最近では、特に端面強度が要求されるタッチパネル等のカバーガラスに用いられている。

このような強化ガラスは、耐久性が高く傷がつきにくい。したがって、強化ガラスの端面に安定的に初期亀裂を形成し、スクライブ溝を形成することは非常に困難である。例えば、初期亀裂の深さが浅い場合は、スクライブ溝が形成されない。また逆に初期亀裂が深すぎると、スクライブ予定ラインに沿って初期亀裂を進展させることができず、所望のスクライブ溝を形成することができない。

本発明の課題は、表面が強化された強化ガラスに対して、比較的容易に、かつ安定して所望のスクライブ溝を形成できるようにすることにある。

第１発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスをスクライブする方法であり、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程は、強化ガラスの表面に、回転可能な刃先を静止させたカッターホイールによって強化層の一部を除去して初期亀裂を形成する。第２工程は、初期亀裂にレーザ光を照射して加熱するとともに、加熱された領域を冷却し、スクライブ予定ラインに沿って亀裂を進展させる。

ここでは、ホイールが固定された静止型カッターホイールを用いて強化層の一部が除去され、初期亀裂が形成される。その後、初期亀裂にレーザ光が照射されて加熱され、さらに加熱された領域が冷却される。これにより初期亀裂がスクライブ予定ラインに沿って進展する。

ここでは、静止型のカッターホイールを用いて強化層の一部が除去されて初期亀裂が形成され、比較的容易に、所望のスクライブ溝を安定して形成することができる。

第２発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、第１発明のスクライブ方法において、第１工程では、初期亀裂の深さは強化ガラスの強化層の厚みの６０％以上８０％以下である。

ここで、初期亀裂の深さが強化ガラスの強化層の厚みの６０％に満たない場合は、後工程でのレーザ光照射による加熱処理及び冷却処理を行っても亀裂は進展せず、スクライブ溝を形成することは困難である。一方で、初期亀裂の深さが強化層の厚みの８０％を超える場合は、後工程を実行する前に、強化ガラスがスクライブ予定ラインに沿って割れてしまう。また、後工程前に割れないとしても、後工程での加熱及び冷却によって、亀裂が意図せずに、またスクライブラインが形成された方向とは異なる方向に進展し、所望のスクライブ溝を安定して形成することが困難になる。

そこで、この発明では、静止型カッターホイールを用いて、初期亀裂の深さを、強化ガラスの強化層の厚みの６０％以上８０％以下としている。このため、安定して所望のスクライブ溝を形成することができる。

第３発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、第１又は第２発明のスクライブ方法において、第１工程で使用されるカッターホイールは、刃先角度が１２０°であって、直径は２mm以上３mm以下である。この場合は、後工程において、安定したスクライブ溝を形成することができる。

第４発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、第３発明のスクライブ方法において、第１工程において、カッターホイールによる脆性材料基板への押付荷重は８N以上１８N以下である。この場合は、第４発明同様に、後工程において、安定したスクライブ溝を形成することができる。

第５発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、第１又は第２発明のスクライブ方法において、第１工程で使用されるカッターホイールは、直径が２mmであって、刃先角度が１００°以上１３０°以下である。この場合は、後工程において、安定したスクライブ溝を形成することができる。

第６発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、第５発明のスクライブ方法において、第１工程において、カッターホイールによる脆性材料基板への押付荷重は６N以上１８N以下である。この場合は、第５発明同様に、後工程において、安定したスクライブ溝を形成することができる。

第７発明に係るカッターホイール装置は、脆性材料基板に初期亀裂を形成するための装置であって、ホルダと、円板状のスクライビングホイールと、回転規制部材と、を備えている。スクライビングホイールは、外周部に刃先を有するとともに、ホルダに回転可能に支持され、刃先の一部がホルダから基板側に突出する。回転規制部材はスクライビングホイールがホルダに対して相対回転するのを禁止する。

このカッターホイール装置では、スクライビングホイールの刃先を脆性材料基板に押し当てることにより、脆性材料基板に初期亀裂を形成することができる。そして、後工程でレーザ照射による加熱処理及び冷却ノズルによる冷却処理を行うことにより、初期亀裂をトリガとして亀裂を進展させ、スクライブ溝を形成することができる。

繰り返し使用によってスクライビングホイールの刃先が摩耗した場合は、スクライビングホイールを回転させ、使用していない刃先をホルダから突出させる。これにより、長期の使用が可能になる。

第８発明に係るカッターホイール装置は、第８発明の装置において、ホルダは、一端側に開放するとともにスクライビングホイールが挿入された溝を有している。また、この装置は、溝に挿入されたスクライビングホイールを回転自在に支持するピンをさらに備えている。そして、回転規制部材は、溝の幅を小さくすることによってスクライビングホイールの回転を禁止する。

ここでは、簡単な構成によって、スクライビングホイールの回転を許容したり、規制したりすることができる。

以上のように、本発明では、表面が強化された強化ガラスに対して、比較的容易に、安定して所望のスクライブ溝を形成することができる。

本発明の一実施形態によるスクライブ方法を実施するためのスクライブ装置の概略構成図。 図1に示されたスクライブ装置に装着されたカッターホイール装置の断面構成図。 カッターホイール装置の正面図。 初期亀裂の溝深さと押付荷重との関係及びスクライブ結果を示す図。 刃先角度を変えた場合の押付荷重とスクライブ結果との関係を示す図。 ホイール径を変えた場合の押付荷重とスクライブ結果との関係を示す図。 刃先角度を変えた場合の押付荷重と初期亀裂の溝深さとの関係を示す図。 ホイール径を変えた場合の押付荷重と初期亀裂の溝深さとの関係を示す図。

［装置構成］
図１は、本発明の一実施形態による方法を実施するためのスクライブ装置の概略構成を示す図である。スクライブ装置１は、例えば、マザーガラス基板を、FPD（フラットパネルディスプレイ）に使用される複数のガラス基板に分断するための装置である。ここでのガラス基板は、表面に強化層が形成された化学強化ガラスが主に用いられている。前述のように、この化学強化ガラスは、イオン交換処理によって表面に圧縮応力を持たせた強化層を有している。

＜スクライブ装置＞
スクライブ装置１は、レーザビームをガラス基板Gに向けて照射する照射部２と、冷却部３と、図示しない移動部と、を備えている。冷却部3は、図示しない冷媒源から供給される冷媒を、ノズル４を介して噴射して冷却スポットCPを形成する。移動部は、照射部２及び冷却部３のノズル４を、ガラス基板Gに設定されたスクライブ予定ラインSLに沿って、ガラス基板Gとの間で相対移動させる。

照射部１は、レーザビームLBを照射するレーザ発振器（例えば、CO_２レーザ）を有し、このレーザビームLBを、光学系を介してガラス基板G上にビームスポットLSとして照射する。

＜カッターホイール装置＞
スクライブ装置１には、ガラス基板Gの端部にスクライブの起点となる初期亀裂を形成するためのカッターホイール装置１０（図２参照）が設けられている。カッターホイール装置１０は主に、ブロック状のホルダ１１と、スクライビングホイール１２と、回転規制用のボルト１３と、を有している。

ホルダ１１は、図２及び図３から明らかなように、所定の厚み及び幅を有するブロック状の部材である。なお、図２はホルダ１１を正面から視た図３のII-II線断面図である。ホルダ１１の下端部は、正面視（図３参照）で、下方に行くにしたがって幅が狭くなるように形成されている。ホルダ１１には、溝１１ａと、厚み方向に貫通する固定用貫通孔１１ｂ及び支持用貫通孔１１ｃと、第１〜第３ネジ孔１１ｄ，１１ｅ，１１ｆと、が形成されている。

溝１１ａは、ホルダ１１の概略下半分において、正面視（図３）の全幅にわたって形成されている。また、溝１１ａは下方側が開放され、溝１１ａの幅はスクライビングホイール１２の幅（厚み）より若干大きく形成されている。この溝１１ａによって、ホルダ１１の略下半分は、第１部分１１１と第２部分１１２とに別れている。

固定用貫通孔１１ｂは、ホルダ１１の上部で、かつ幅方向（図３の左右方向）の中央部に形成されている。この固定用貫通孔１１ｂを貫通するボルト（図示せず）によって、ホルダ１１はスクライブ装置１に固定される。また、支持用貫通孔１１ｃは、ホルダ１１の下端部で、かつ幅方向の中央部に形成されている。

第１ネジ孔１１ｄは、ホルダ１１の第１部分１１１において、支持用貫通孔１１ｃの上方で、幅方向の中央部に形成されている。また、この第１部分１１１の第１ネジ孔１１ｄが形成された部分に対向する第２部分１１２には、第１ネジ孔１１ｄの外径よりも大径の貫通孔１１ｇと、貫通孔１１ｇと同軸で形成され貫通孔１１ｇよりも大径の円形凹部１１ｈが形成されている。

第２ネジ孔１１ｅ及び第３ネジ孔１１ｆは、それぞれホルダ１１の第１部分１１１及び第２部分１１２に形成されている。第２ネジ孔１１ｅは支持用貫通孔１１ｃの上方かつ第１ネジ孔１１ｄの下方で、これらの孔１１ｃ，１１ｄよりも正面視左側にオフセットされて形成されている。また、第３ネジ孔１１ｆは支持用貫通孔１１ｃの上方かつ第１ネジ孔１１ｄの下方で、これらの孔１１ｃ，１１ｄよりも正面視右側にオフセットされて形成されている。

スクライビングホイール１２は、ダイヤモンド等の硬質材料によって形成されている。このスクライビングホイール１２は、外周部に刃先を有しており、図２に拡大して示すように、刃先角度αは例えば１２０°である。スクライビングホイール１２は溝１１ａ内に挿入され、支持用貫通孔１１ｃに装着されたピン１５によって、溝１１ｂ内で回転可能に支持されている。

なお、ピン１５が装着された支持用貫通孔１１ｃの両端開口は、ホルダ１１の両面に固定されたカバー１６，１７によって塞がれている。カバー１６，１７のそれぞれは、支持用貫通孔１１ｃを覆う部分から第２，第３ネジ孔１１ｅ，１１ｆが形成された部分まで延びる雨滴形状である。そして、各カバー１６，１７の大径部分には貫通孔１６ａ，１７ａが形成されている。各貫通孔１６ａ，１７ａには、第２，第３ネジ孔１１ｅ，１１ｆに螺合する固定用ネジ部材１８，１９が装着され、これによりカバー１６，１７はホルダ１１に固定されている。

回転規制用のボルト１３は、頭部１３ａとネジ部１３ｂとを有している。頭部１３ａはホルダ１１の第１部分１１２に形成された円形凹部１１ｈに挿入されている。ネジ部１３ｂは、貫通孔１１ｇを貫通し、ホルダ１１の第１部分１１１の第１ネジ孔１１ｄに螺合している。

このような構成では、回転規制用ボルト１３が緩められた状態では、スクライビングホイール１２は溝１１ａ内で自由に回転する。一方、回転規制用ボルト１３が堅く締め付けられると、溝１１ａの幅が狭くなり、スクライビングホイール１２は溝１１ａの両側面と圧接する。これにより、スクライビングホイール１２の回転が禁止される。

［スクライブ方法］
まず、図１に示すように、第１工程において、カッターホイール装置１０を用いてガラス基板Gの端部にスクライブの起点となる初期亀裂TRを形成する。このとき、初期亀裂の深さは、強化ガラスの表面に形成された圧縮応力を有する強化層の厚みの６０％以上８０％以下の深さにする。

次に、第２工程では、ガラス基板Gに対して、照射部１からレーザビームＬＢが照射される。このレーザビームLBはビームスポットLSとしてガラス基板G上に照射される。そして、照射部１から出射されるレーザビームLBが、スクライブ予定ラインSLに沿ってガラス基板Gと相対的に移動させられる。ガラス基板GはビームスポットLSによってガラス基板Gの軟化点よりも低い温度に加熱される。また、冷却スポットCPをビームスポットLSの移動方向後方において追従させる。

以上のようにして、レーザビームLBの照射によって加熱されたビームスポットLSの近傍には圧縮応力が生じるが、その直後に冷媒の噴射によって冷却スポットCPが形成されるので、垂直クラックの形成に有効な引張応力が生じる。この引張応力により、ガラス基板Gの端部に形成された初期亀裂TRを起点としてスクライブ予定ラインSLに沿った垂直クラックが形成され、所望のスクライブ溝が形成される。

実験例

［実験例１］
図４に、静止型ホイール、すなわちスクライビングホイール１２の回転を禁止したカッターホイール装置１０を用いて初期亀裂を形成し、実験を行った結果を示す。

ここでは、評価基板として、t=０．７mmの化学強化ガラスを用いた。この基板のDOL（強化層）は２３μmである。また、スクライビングホイールは、直径２mm、刃先角度１２０°である。なお、第２工程におけるスクライブ条件は、レーザ出力は２００Ｗで、走査速度は１７５mm/sである。

図４（ａ）において、「×」は、第２工程において、スクライブ溝がスクライブ予定ラインの途中で止まってしまい、亀裂進展が進まずにスクライブ溝が形成されなかったことを示している。また、「○」はスクライブ予定ラインに沿ってスクライブ溝が形成されたことを示している。「横にそれる」は、第２工程において、亀裂がスクライブ予定ラインに沿って進展しなかったことを示している。

この実験例１から、初期亀裂の深さは強化層を越える深さではないが、強化層の６０％（１４．２／２３＝０．６１７）以上で、８０％（１７．４／２３＝０．７５７）以下の深さの初期亀裂を形成することによって、スクライブ予定ラインに沿って所望のスクライブ溝が形成されることがわかる。

［実験例２］
図５に、静止型ホイールの刃先角度を１００°、１２０°、１３０°、１５０°に変えて実験した例を示している。なお、この場合のホイール径は２mmである。

図５から、刃先角度が１００°の場合は、ホイールの基板に対する押付荷重を６〜１０Nにして初期亀裂を形成することによって、第２工程で安定したスクライブ溝の形成が可能であることがわかる。また、刃先角度が１２０°の場合は押付荷重を８〜１８Nにし、刃先角度が１３０°の場合は押付荷重を１０〜１８Nにすることによって、安定したスクライブ溝を形成することができる。一方、刃先角度が１５０°のカッターホイールを用いて初期亀裂を形成した場合は、安定したスクライブ溝を形成することはできない。

［実験例３］
図６に、静止型ホイールの直径を２mm、３mm、５mmに変えて実験した例を示している。なお、この場合の刃先角度は１２０°である。

図６から、ホイール径が２mmの場合は、ホイールの基板に対する押付荷重を８〜１０Nにして初期亀裂を形成することによって、第２工程で安定したスクライブ溝の形成が可能であることがわかる。また、ホイール径が３mmの場合は押付荷重を１２〜１８Nにすることによって、安定したスクライブ溝を形成することができる。一方、ホイール径が５mmのカッターホイールを用いて初期亀裂を形成した場合は、安定したスクライブ溝を形成することはできない。

［まとめ］
以上の各実験例を、刃先角度についてまとめたものを図７に示し、ホイール径についてまとめたものを図８に示している。図７及び図８において、初期亀裂の溝深さが強化層の厚み（２３μm）の６０％に相当する深さ（１３．８μm）と８０％に相当する深さ（１８．４μm）に一点鎖線を引いている。

図７からは、ホイール径２mmで刃先角度１００〜１５０°のカッターホイールを用いて初期亀裂の溝深さをガラス基板の強化層の厚みの６０〜８０％にした場合、押付荷重を６〜１８Nにすれば、第２工程で所望のスクライブ溝を形成できることがわかる。

また、図８からは、刃先角度が１２０°でホイール直径２〜５mmのカッターホイールを用いて初期亀裂の溝深さをガラス基板の強化層の厚みの６０〜８０％にした場合、押付荷重を８〜１８Nにすれば、第２工程で所望のスクライブ溝を形成できることがわかる。

さらに、図７及び図８から、初期亀裂を形成する際にもっとも適しているカッターホイールの仕様は、ホイール径が２mmで、刃先角度１２０°であることがわかる。そして、この仕様のカッターホイールを用いて押付荷重８〜１８Nで初期亀裂を形成すれば、第２工程で安定したスクライブ溝を形成することができることになる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

前記実施形態では、第２工程（レーザ照射及び冷却処理）において、スクライブ溝を形成する場合について説明したが、第２工程によってガラスを分断するような場合にも、本発明を同様に適用することができる。

１ スクライブ装置
１０ カッターホイール装置
１１ ホルダ
１２ スクライビングホイール
１３ 回転規制用のボルト
G ガラス基板
LB レーザビーム
LS ビームスポット
SL スクライブ予定ライン
CP 冷却スポット

Claims (8)

1. 圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスをスクライブするガラス基板のスクライブ方法であって、
   前記強化ガラスの表面に、回転可能な刃先を静止させたカッターホイールによって強化層の一部を除去して初期亀裂を形成する第１工程と、
   前記初期亀裂にレーザ光を照射して加熱するとともに、加熱された領域を冷却し、スクライブ予定ラインに沿って亀裂を進展させる第２工程と、
   を含むガラス基板のスクライブ方法。
2. 前記第１工程では、初期亀裂の深さは強化ガラスの強化層の厚みの６０％以上８０％以下である、請求項１に記載のガラス基板のスクライブ方法。
3. 前記第１工程で使用されるカッターホイールは、刃先角度が１２０°であって、直径は２mm以上３mm以下である、請求項１又は２に記載のガラス基板のスクライブ方法。
4. 前記第１工程において、カッターホイールによる脆性材料基板への押付荷重は８N以上１８N以下である、請求項３に記載のガラス基板のスクライブ方法。
5. 前記第１工程で使用されるカッターホイールは、直径が２mmであって、刃先角度が１００°以上１３０°以下である、請求項１又は２に記載のガラス基板のスクライブ方法。
6. 前記第１工程において、カッターホイールによる脆性材料基板への押付荷重は６N以上１８N以下である、請求項５に記載のガラス基板のスクライブ方法。
7. 脆性材料基板に初期亀裂を形成するためのカッターホイール装置であって、
   ホルダと、
   外周部に刃先を有するとともに、前記ホルダに回転可能に支持され、前記刃先の一部が前記ホルダから基板側に突出する円板状のスクライビングホイールと、
   前記スクライビングホイールが前記ホルダに対して相対回転するのを禁止する回転規制部材と、
   を備えたカッターホイール装置。
8. 前記ホルダは、一端側に開放するとともに前記スクライビングホイールが挿入された溝を有し、
   前記溝に挿入されたスクライビングホイールを回転自在に支持するピンをさらに備え、
   前記回転規制部材は、前記溝の幅を小さくすることによって前記スクライビングホイールの回転を禁止する、
   請求項７に記載のカッターホイール装置。