JP2013060331A - ガラス基板のスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強化ガラスに対して、自然分断を生じさせることなく、安定してスクライブ溝を形成する。
【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に、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成する方法であって、第１工程と第２工程とを含む。第１工程は、スクライブ予定ラインのスクライブ開始端部に、スクライブ予定ラインに沿う複数の初期亀裂をスクライブ予定ラインと交差する方向に並べて形成する。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３

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。

ガラス基板を分断するためにスクライブ溝を形成する方法として、レーザ光を用いてスクライブ溝を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された疵痕は基板端面強度が低下する原因になる。

そこで、スクライブ溝を形成する他の方法として、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

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、内部には引張応力が存在している。このような化学強化ガラスは、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のなかで、最近開発された、特に表面が高強度の強化ガラスにスクライブ溝を形成する場合、初期亀裂は、強化層を越えて、内部の引張応力層まで達する深さにする必要があると言われている。

しかしながら、このような深い初期亀裂をカッターホイール等によって形成し、レーザスクライブ方法によってスクライブ溝を形成すると、自然分断を生じる場合がある。なお、自然分断とは、スクライブ溝の形成中、あるいは形成後に、ガラス基板がスクライブ溝に沿って自然に分断されることを言う。また、自然分断が生じないとしても、亀裂がスクライブ予定ラインに沿って形成されず、レーザスクライブが不安定になる。

一方で、初期亀裂を、内部の引張応力層にまで達しない程度の浅い深さにすると、レーザスクライブ工程において亀裂が進展せず、スクライブ溝を安定して形成することができない場合がある。

本発明の課題は、強化ガラスに対して、自然分断を生じさせることなく、安定してスクライブ溝を形成することにある。

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に、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成する方法であって、第１工程と第２工程とを含む。第１工程は、スクライブ予定ラインのスクライブ開始端部に、スクライブ予定ラインに沿う複数の初期亀裂をスクライブ予定ラインと交差する方向に並べて形成する。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、カッターホイール等を用いて強化層の一部が除去され、スクライブ予定ラインのスクライブ開始端部に、複数の初期亀裂が形成される。このとき、複数の初期亀裂のそれぞれは、スクライブ予定ラインに沿って形成され、かつ複数の初期亀裂はスクライブ予定ラインと交差する方向に並べて形成される。そして、このような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し、スクライブ溝が形成される。

ここでは、複数の初期亀裂が形成されるので、各初期亀裂が比較的浅く形成されている場合でも、所望のスクライブ溝を安定して形成することができる。また、自然分断を抑えることができる。

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、強化層の一部を除去して初期亀裂を形成する。

ここでは、比較的浅い複数の初期亀裂が形成されるので、第１発明同様に、所望のスクライブ溝を安定して形成することができる。また、自然分断を抑えることができる。

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工程では、第１初期亀裂によって強化層の剥離された領域と、第１初期亀裂に隣接する第２初期亀裂によって強化層の剥離された領域とは、少なくとも一部が互いに重なっている。

ここでは、複数の初期亀裂が形成される際に、各初期亀裂によって強化層の一部が剥離される。そして、この強化層の剥離された領域は、隣接する初期亀裂において少なくとも一部が重なっている。このため、比較的浅い初期亀裂であっても、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４発明に係るガラス基板のスクライブ方法は、第１から第３発明のいずれか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５７％以上７２％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５７％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しにくく、安定して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７２％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自然分断してしまう。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、初期亀裂の深さを、強化ガラスの強化層の厚みの５７％以上７２％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。

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、自然分断を生じさせることなく、安定して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。 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。 実験例１における基板表面の顕微鏡写真。 実験例１における初期亀裂の溝深さを示す図。 実験例２における基板表面の顕微鏡写真。 実験例２における初期亀裂の溝深さを示す図。 実験例３における基板表面の顕微鏡写真。 実験例３における初期亀裂の溝深さを示す図。 実験例４における基板表面の顕微鏡写真。 実験例４における初期亀裂の溝深さを示す図。

［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２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。

なお、ここでは図示していないが、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を形成するための初期亀裂形成手段が設けられている。初期亀裂形成手段としては、スクライビングホイール等の機械的ツールが用いられるが、レーザビームの照射によって初期亀裂を形成することも可能である。

［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、スクライビングホイール等の初期亀裂形成手段を用いてガラス基板Gにスクライブの起点となる複数の初期亀裂TRを形成する。この複数の初期亀裂TRは、スクライブ予定ラインSLのスクライブ開始端部に、それぞれスクライブ予定ラインSLに沿って形成されている。また、複数の初期亀裂TRは、スクライブ予定ラインSLと交差する方向に並べて形成されている。

次に、第２工程では、ガラス基板Gに対して、照射部２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２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

［参考実験例］
図２に、初期亀裂形成手段として、スクライビングホイールの回転を禁止したツールを用いて１本の初期亀裂を形成し、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。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２（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。

この参考実験例から、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６１．７％（１４．２／２３＝０．６１７）以上で、７５．７％（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。この実験では、スクライビングホイールの回転を禁止することにより、ガラス基板の表面が削り取られる。そしてガラス基板表面の圧縮応力層が除去されたため、初期亀裂近傍の圧縮応力および引張り応力が緩和され、所望のラインに沿って安定したスクライブ溝の形成が可能になると考えられる。他方、初期亀裂形成手段としてスクライビングホイールを回転可能に保持したツールを用いて１本の初期亀裂を形成した場合、ガラス基板の表面はほとんど除去されず、安定してスクライブ溝を形成することができなかった。

［実験例１］
図３及び図４に、実験例１の実験結果を示す。ここでは、評価基板として、t=１．１mmの化学強化ガラスを用いた。この基板のDOL（強化層）は２９μmである。第１工程では、３本の初期亀裂を形成した。３本の初期亀裂のピッチはカッターホイールを用いてピッチ５０μmで形成した。また、カッターホイールの基板への押付加重は１０Nである。

この場合の基板表面の顕微鏡写真を図３に示し、初期亀裂と直交する方向の断面を図４に示している。

この実験例１では、溝深さ（初期亀裂の深さ）は、４．７μm（DOLの１６％）であり、この初期亀裂を形成した場合の第２工程でのスクライブ成功率は０％であった。ここで、「スクライブ成功率」とは、自然分断することなく、あるいはスクライブ予定ラインに沿って所望のスクライブ溝を形成できた割合を示している。

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。

［実験例２］
図５及び図６に、実験例２の実験結果を示す。ここでは、評価基板として、t=１．１mm、DOLが２９μmの化学強化ガラスを用いた。第１工程では、スクライビングホイールを回転可能に保持したツールを用いて３本の初期亀裂を形成した実験例１と同様に、ピッチが５０μmの３本の初期亀裂を形成した。なお、スクライビングホイールの基板への押付加重は１４Nである。

この場合の基板表面の顕微鏡写真を図５に示し、初期亀裂と直交する方向の断面を図６に示している。

この実験例２では、溝深さ（初期亀裂の深さ）は、２１μm（DOLの７２％）であり、この初期亀裂を形成した場合の第２工程でのスクライブ成功率は６０％であった。第２工程におけるスクライブ条件は、実験例１と同様に、レーザ出力は２００Ｗで、走査速度は１７５mm/sである。

［実験例３］
図７及び図８に、実験例３の実験結果を示す。ここでは、評価基板として、t=０．７mm、DOLが２１μmの化学強化ガラスを用いた。第１工程では、実験例１と同様に、ピッチが５０μmの３本の初期亀裂を形成した。カッターホイールの基板への押付加重は８Nである。

この場合の基板表面の顕微鏡写真を図７に示し、初期亀裂と直交する方向の断面を図８に示している。

この実験例３では、溝深さ（初期亀裂の深さ）は、１２μm（DOLの５７％）であり、この初期亀裂を形成した場合の第２工程でのスクライブ成功率は１００％であった。第２工程におけるスクライブ条件は、実験例１と同様に、レーザ出力は２００Ｗで、走査速度は１７５mm/sである。

［実験例４］
図９及び図１０に、実験例４の実験結果を示す。ここでは、評価基板として、t=１．１mm、DOLが２９μmの化学強化ガラスを用いた。第１工程では、実験例１と同様に、ピッチが５０μmの３本の初期亀裂を形成した。なお、カッターホイールの基板への押付加重は１８Nである。

この場合の基板表面の顕微鏡写真を図９に示し、初期亀裂と直交する方向の断面を図１０に示している。

この実験例４では、溝深さ（初期亀裂の深さ）は、１８μm（DOLの６２％）であり、この初期亀裂を形成した場合の第２工程でのスクライブ成功率は６０％であった。第２工程におけるスクライブ条件は、実験例１と同様に、レーザ出力は２００Ｗで、走査速度は１７５mm/sである。

［まとめ］
以上の各実験例から、複数の初期亀裂を形成することが有効であることがわかる。さらに、各実験例の顕微鏡写真を見てわかるように、隣り合う初期亀裂間で、強化層の一部の剥離された領域が互いに重なっていると、安定したスクライブ溝を形成することができることも確認できる。また、複数の初期亀裂を形成する場合の溝深さは、ガラス基板の強化層の厚みの５７〜７２％にすることが適切であると考えられる。

［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。

初期亀裂の本数、ピッチについては、種々の変形が可能であり、前記実施形態に限定されるものではない。

１ スクライブ装置
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
TR 初期亀裂

Claims (4)

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に、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成するガラス基板のスクライブ方法であって、
   スクライブ予定ラインのスクライブ開始端部に、スクライブ予定ラインに沿う複数の初期亀裂をスクライブ予定ラインと交差する方向に並べて形成する第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、強化層の一部を除去して初期亀裂を形成する、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工程では、第１初期亀裂によって強化層の剥離された領域と、前記第１初期亀裂に隣接する第２初期亀裂によって強化層の剥離された領域とは、少なくとも一部が互いに重なっている、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工程では、初期亀裂の深さは強化ガラスの強化層の厚みの５７％以上７２％以下である、請求項１から３のいずれかに記載のガラス基板のスクライブ方法。