JP2013512187A - ガラス基板のレーザスクライブおよび分離方法 - Google Patents
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Abstract
Description
応力緩和を生じさせることなく強化ガラス基板を加熱するための最大許容レーザパワー密度は、例えば熱容量、熱拡散率やそのレーザ波長での光吸収、ガラス軟化点など、ガラスの性質に依存する。IaverageをImaxに等しいものと設定すると、以下の式が得られる。
これにより、所望のベント深さを得るために、長さaが固定され得るときには、楕円ビームスポットの幅bを制御して所望の平均パワー密度を達成することができる。より具体的には、方程式(2)は、1)固定のレーザパワーおよび最大許容レーザパワー密度が与えられるとき、レーザスクライブ速度の減少に伴って楕円ビームスポットの幅bを増加させるべきである、2)層深さの増加に伴ってレーザのスクライブ速度は減少するので、これに応じてレーザビーム幅bを増加させるべきである、そして3)レーザスクライブ速度が一定速度で保たれている場合には、レーザパワーの増加はレーザビーム幅bの増加を必要とする、ということを示している。ガラス厚および層深さが増加すると、加熱を必要とするガラスの容積の量もまた増加する。パワー密度は特定値に限定されるため、レーザパワーを増加させるには、楕円ビームスポットの幅bを増加させるべきである。
ここで、αは熱膨張係数、Eはヤング率、そしてΔTはレーザビームと冷却ジェットの急冷サイクルによる温度降下である。方程式(3)を使用すると、レーザ加熱と冷却ジェットの急冷サイクル中に生成され得る最大引張応力は、いかなるガラス種類に対しても約100から約200MPaを超え得ない。この値は、イオン交換法で生成される表面圧縮応力(例えば>500MPa)よりも著しく小さい。そのため、レーザスクライブ工程では、圧縮層内に完全に包み込まれているスクライブベントを伝播させるほどの引張応力は生成されない。むしろ、強化ガラス基板上でのスクライブ工程は間接的な工程である。
上記方程式は、冷却ジェットの直径djと強化ガラス基板の層深さとの相関を示している。層深さの増加に対応して、冷却時間を増加させるべきである。
101 レーザビーム
102 楕円ビームスポット
104 所望の分離ライン
105 冷却ジェット
106 冷却スポット
109 ベント
111 圧縮表面層
112 傷
113 終端位置
114 第1エッジ
115 内部引張層
116 第2エッジ
117 第3エッジ
119 第4エッジ
140 ベント前部
150 レーザ光源
160 ノズル
170 交差位置
Claims (10)
- 圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板に、交差しているスクライブベントを形成する方法であって、
前記内部引張層を部分的に露出させるよう、前記圧縮表面層を貫通する第1傷を形成するステップであって、該第1傷が前記強化ガラス基板の第1エッジからずれて位置しているステップ、
前記内部引張層を部分的に露出させるよう、前記圧縮表面層を貫通する第2傷を形成するステップであって、該第2傷が前記強化ガラス基板の第2エッジからずれて位置しているステップ、
前記強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを第1スクライブ速度で平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第1スクライブベントを第1スクライブ方向に発生させるステップであって、該第1スクライブベントが、前記第1傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板のエッジからずれている第1終端位置で終端するステップ、および、
前記強化ガラス基板の表面上で前記レーザビームと前記冷却ジェットとを、前記第1スクライブ速度以上の第2スクライブ速度で平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第2スクライブベントを第2スクライブ方向に発生させるステップであって、該第2スクライブベントが、前記第2傷で始まり、かつ前記第1スクライブベントと交差位置で交差し、さらに前記強化ガラス基板のエッジからずれている第2終端位置で終端するステップ、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記第2スクライブ速度が、前記第2スクライブベントの前記強化ガラス基板内での深さが前記第1スクライブベントの前記交差位置以外の領域での深さよりも浅くなるような速度であることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板に、交差しているスクライブベントを形成する方法であって、
前記強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第1スクライブベントを第1スクライブ方向に発生させるステップ、
前記第1スクライブベントを交差位置で融着させるステップ、および、
前記強化ガラス基板の表面上で前記レーザビームと前記冷却ジェットとを平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通する第2スクライブベントを第2スクライブ方向に発生させるステップであって、該第2スクライブベントが前記第1スクライブベントを前記交差位置で横切るステップ、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記圧縮表面層を貫通する、第1傷および第2傷を、前記内部引張層を部分的に露出させるように形成するステップをさらに含み、ここで、
前記第1傷は、前記第1スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第1エッジからずれて位置しているものであり、さらに前記第2傷は、前記第2スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第2エッジからずれて位置しているものであり、
前記第1スクライブベントが、前記第1傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板のエッジからずれている第1終端位置で終端するものであり、さらに、
前記第2スクライブベントが、前記第2傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板のエッジからずれている第2終端位置で終端するものであることを特徴とする請求項3記載の方法。 - 前記エッジと、前記第1傷、前記第2傷、前記第1終端位置、および前記第2終端位置の夫々との間の前記強化ガラス基板の周囲部分に沿って位置する該強化ガラス基板の被遮蔽領域に、1以上のレーザシールドを適用するステップをさらに含み、このとき前記レーザビームおよび前記冷却ジェットが前記強化ガラス基板の該被遮蔽領域の表面に入射することを、該レーザシールドが防ぐことを特徴とする請求項1または4記載の方法。
- 前記レーザビームが、前記強化ガラス基板の前記表面に楕円ビームスポットを照射し、
前記冷却ジェットが、前記レーザビームおよび前記冷却ジェットを前記強化ガラス基板の前記表面上で平行移動させるときに、冷却スポットを前記楕円ビームスポット内に生成し、さらに、
前記第1スクライブベントおよび前記第2スクライブベントの発生時、前記楕円ビームスポットにより生成される熱と、前記冷却スポットにより提供される急冷とにより、前記強化ガラス基板の前記圧縮表面層内で前記表面下を伝播するベント前部が生み出されることを特徴とする請求項1または3記載の方法。 - 前記楕円ビームスポットが前記圧縮表面層上で主軸と短軸とを有し、このとき該主軸がスクライブ方向と位置合わせされ、かつ、
前記楕円ビームスポットの前記短軸の幅bが、
b=(P/Imax)・1/{(π/4)・a+ν}
で規定され、ここで、
aは前記楕円ビームスポットの前記主軸の長さ、
Pは前記レーザビームのパワー、
Imaxは最大許容レーザパワー密度、および、
νは、前記レーザビームおよび前記冷却ジェットの、前記強化ガラス基板の前記表面上でのスクライブ速度、
であることを特徴とする請求項6記載の方法。 - 前記第1傷および第2傷を形成するステップが、約90°から130°までの範囲の角度を有する円錐状のダイヤモンド製スクライブチップを、前記強化ガラス基板の前記表面に当てるステップを含むことを特徴とする請求項1または4記載の方法。
- 前記円錐状のダイヤモンド製スクライブチップを前記強化ガラス基板の前記表面に当てる際の力が5から20Nの間であり、かつ引きずる際の角度が約1°から約20°までの範囲内であることを特徴とする請求項8記載の方法。
- 圧縮表面層と内部引張層とを含む強化ガラス基板にスクライブベントを形成する方法であって、
前記内部引張層を部分的に露出させるよう、前記圧縮表面層を貫通する傷を形成するステップであって、該傷が、スクライブ方向に垂直でありかつ前記強化ガラス基板の第1エッジからずれて位置しているステップ、および、
前記強化ガラス基板の表面上でレーザビームと冷却ジェットとを平行移動させることにより、前記圧縮表面層を貫通するスクライブベントを発生させるステップであって、該スクライブベントが、前記傷で始まり、かつ前記強化ガラス基板の第2エッジからずれている終端位置で終端するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
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