JP2015171953A - 機能性基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充分に高い生産性を実現した、機能性基板の製造方法を提供する。【解決手段】機能性基板の製造方法は、ガラス板の表面及び裏面を強化し、強化ガラス板１０を作製する強化工程と、強化ガラス板１０の少なくとも一方の面にガラス板に付加的な機能を与える機能層１８を形成する機能層形成工程と、強化ガラス板１０に局所的にレーザ光２０を照射し、強化ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置を移動させ、強化ガラス板１０を板厚方向に貫通するクラック３０を伸展させ、強化ガラス板１０から機能性基板を切り出す切断工程とを有する。切断工程は、レーザ光２０によって徐冷点以下の温度で中間層１７を局所的に加熱し、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力を中間層１７に局所的に発生させ、内部残留引張応力によるクラック３０の伸展速度を制御する。【選択図】図９

Description

本発明は、機能性基板の製造方法に関する。

ガラスを強化する強化法として、例えば風冷強化法等の物理強化法、イオン交換法等の化学強化法がある。強化ガラス板は、ガラス板の表面や裏面に残留圧縮応力を、内部に残留引張応力を生じさせた、ガラス板の表面や裏面を強化したものである。

タッチパネル、液晶装置、有機エレクトロルミネッサンス装置及び太陽電池等は、導電層や電極層からなる機能層が強化ガラス板に形成される。従来、内部に残留引張応力が生じているため強化ガラス板の切断は困難であり、強化ガラス板に機能層を形成させる場合は、ガラス板を製品サイズに切断し、強化した後、機能層を形成させていた。しかし、製品サイズに切断されたガラス板は小型であるため、生産性が著しく低いという問題がある。そこで、大型のガラス板を強化し、大型の強化ガラス板に機能層を形成させた後に、製品サイズに切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１５９０９４号公報

特許文献１の方法は、大型のガラス板の化学強化処理を行う際に、切断予定線をマスクすることにより、低強度領域を形成させ、低強度領域を切断することにより、強化ガラス板の残留引張応力による破損を防止するものである。しかしながら、このように低強度領域を形成させることは、マスクを形成する工程と除去する工程が必要となり、生産性が充分に高いとは言えないものであった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、充分に高い生産性を実現した、機能性基板の製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の態様による機能性基板の製造方法は、
ガラス板の表面及び裏面を強化し、残留圧縮応力を有する強化層としての表面層及び裏面層、並びに該表面層と裏面層の間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層を含む強化ガラス板を作製する強化工程と、
前記強化ガラス板の少なくとも一方の面にガラス板に付加的な機能を与える機能層を形成する機能層形成工程と、
前記強化ガラス板に局所的にレーザ光を照射し、前記強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置を切断予定線に沿って移動させ、前記強化ガラス板を板厚方向に貫通するクラックを伸展させ、前記強化ガラス板から機能性基板を切り出す切断工程とを有し、
該切断工程は、前記レーザ光によって徐冷点以下の温度で前記中間層を局所的に加熱し、前記内部残留引張応力よりも小さい引張応力、又は圧縮応力を前記中間層に局所的に発生させ、前記内部残留引張応力によるクラックの伸展速度を制御する。

本発明によれば、充分に高い生産性を実現した、機能性基板の製造方法が提供される。

強化ガラス板上に形成する機能層を説明する図である。 強化ガラス板の一例を示す断面図である。 風冷強化ガラス板の残留応力分布の一例を示す模式図である。 化学強化ガラス板の残留応力分布の一例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による切断工程の説明図である。 機能層を有する強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置と、クラックの先端位置との関係の一例を示す図である。 図５のＡ−Ａ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。 大型の強化ガラス板から機能性基板を切り出す工程についての一例を示す図である。 本発明の第１実施形態による保護工程を示す図である。 本発明の第２実施形態による切断工程の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
機能性基板は、強化ガラス板と、強化ガラス板で支持される機能層とを有する。機能層は、強化ガラス板の片面に配設されるが、両面に配設されてもよく、両面に配設される２つの機能層は互いに異なる機能を有してもよい。

機能性基板の製造方法は、強化工程と、機能層形成工程と、切断工程とをこの順で有する。以下、各工程について説明する。

強化工程は、ガラス板の表面や裏面に残留引張応力を生じさせ、ガラス板の表面や裏面を強化し、強化ガラス板を作製する。強化方法は、イオン交換法等の化学強化法、風冷強化法等の物理強化法のいずれでもよい。

イオン交換法は、ガラス板の表面や裏面をイオン交換し、ガラスに含まれる小さなイオン半径のイオン（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン）を大きなイオン半径のイオン（例えば、Ｋイオン）に置換する。これにより、ガラス板の表面や裏面に残留圧縮応力を生じさせ、ガラス板の表面や裏面を強化する。イオン交換法では、ガラス板を高温の処理液に浸漬してイオン交換を行う。

風冷強化法は、軟化点付近の温度のガラス板を両側から急冷し、ガラス板の表面や裏面と、ガラス板の内部との間に温度差をつけることで、ガラス板の表面や裏面に残留圧縮応力を生じさせ、ガラス板の表面や裏面を強化する。風冷強化法等の物理強化法は、強化処理に要する時間が数秒から数十秒であるため、イオン交換法等による化学強化法よりも生産性が非常に優れていて好ましい。

機能層形成工程は、ガラス板上の少なくとも一方の面に、タッチパネル、液晶装置、有機エレクトロルミネッサンス装置及び太陽電池等用途の配線層や電極層からなる機能層を形成する。ガラス板のガラスの種類は、特に限定されないが、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。ガラス板の厚さは、ガラス板の用途に応じて適宜設定され、例えば０．１〜２５ｍｍである。物理強化による強化ガラス板の場合、１．５ｍｍ以上であると強化工程においてガラス板の表面や裏面と内部との間に温度差を付けやすくなるため好ましい。

以下に、タッチパネルの場合の強化ガラス板上に形成する機能層について説明する。

図１（ａ）は、抵抗膜方式のタッチパネルの断面図であり、図１（ｂ）は、静電容量方式のタッチパネルの断面図であり、図１（ｃ）は、投影型静電容量方式のタッチパネルの電極パターンの平面図である。

図１（ａ）に示す抵抗膜方式のタッチパネルの構造は、強化ガラス板１０上に第１の透明電極膜１を形成し、透明フィルム３の表面に第２の透明電極膜２を形成し、第１の透明電極膜１と第２の透明電極膜２とが対向するように配置される。第１の透明電極膜１と第２の透明電極膜２の間には絶縁体からなる複数のスペーサー４が配設され、空隙５が形成されている。このような機能層１８を設けることにより、指やタッチペンなどで押したタッチパネルの位置を電圧変化の測定によって検知することが可能となる。

図１（ｂ）に示す静電容量方式のタッチパネルの構造は、強化ガラス板１０上に導電層６を形成させ、導電層６の表面に保護層７を形成させている。静電容量方式のタッチパネルには、表面型静電容量方式と投影型静電容量方式とがある。

表面型静電容量方式の場合、強化ガラス板１０の四隅にある電極に電圧をかけることによりタッチパネル全体に均一な低圧の電界を発生させている。表面型静電容量方式のタッチパネルのような機能層１８を設けることにより、指やタッチペンなどが表面に接触した際の静電容量の変化を強化ガラス板１０の四隅の電極で検知し、接触位置の座標を検知することが可能となる。

投影型静電容量方式のタッチパネルの場合、導電層６が図１（ｃ）に示すような電極パターンを構成する。断面構造は図１（ｂ）と同様に、強化ガラス板１０上に、複数の任意のパターン６０からなる透明電極層（導電層）６を形成し、表面に絶縁体からなる保護層７が形成される。複数の任意のパターン６０は、Ｘ軸の位置を検知するＸ軸電極パターン６１と、Ｙ軸の位置を検知するＹ軸電極パターン６２とからなる。Ｘ軸電極パターン６１及びＹ軸電極パターン６２にはそれぞれＸ軸信号配線６３、Ｙ軸信号配線６４が設けられている。投影型静電容量方式のタッチパネルのような機能層１８を設けることにより、表面に指やタッチペンを近づけるとＸ軸、Ｙ軸それぞれの複数の透明電極間の静電容量が同時に変化し、この変化による電流量の比率を測定することで、接触位置を検知することが可能となる。

第１実施形態において、第１の透明電極膜１、第２の透明電極膜２又は導電層６は、例えば、多結晶のＩＴＯ膜や銅などその他金属の膜で形成される。透明フィルム３や保護層７は、例えば、樹脂膜やシリコン酸化膜等の透明絶縁膜で構成される。

機能層形成工程では、成膜工程や必要に応じてパターニング工程などを繰り返し行なって、大型の強化ガラス板１０の表面に機能層１８を形成させる。成膜工程は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザアブレーション法、イオンプレーティング法、スプレー法、ディップ法、ＣＶＤ法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、メッキ塗装法などが使用でき、特に限定されない。

なお、機能層１８は、大型の強化ガラス板１０に形成されるが、製品サイズに切断するための切断予定線を除いた領域に形成されると好ましい。切断予定線上に機能層１８がない場合、機能層１８を切断する必要がなくなるため、切断工程での条件設定が容易に決定できる。

また、機能層１８はタッチパネル構造に限定されず、強化ガラス板に付加的な機能を追加する膜であってよく、例えば、低反射膜（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）であってよい。

低反射膜は、微細な凹凸構造を有する。低反射膜は例えばシリカ微粒子を含み、シリカ微粒子がガラス板の表面を覆うように配列される。複数のシリカ微粒子からなる層が複数積層されてもよい。シリカ微粒子同士はバインダーで結合され、バインダーはシリカ微粒子をガラス板上に固定する。バインダーは金属酸化物を含み、例えばケイ素酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、及びタンタル酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属酸化物を含む。

膜の形成方法は、湿式法、乾式法（真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等を含む）のいずれでもよく、膜の種類に応じて適宜選択される。低反射膜の形成方法としては、ガラス板上にコーティング液を塗布し、熱処理する方法がある。熱処理の最高温度は、例えば２００℃〜５００℃である。なお、物理強化された強化ガラス板の場合、粘性流動が生じるような徐冷点を超えて加熱されると、残留応力が緩和して強化が弱まる可能性があるため、熱処理温度は徐冷点よりも低いことが好ましい。化学強化された強化ガラス板の場合も同様に強化が弱まるような温度を超えない温度での熱処理が好ましい。

低反射膜のためのコーティング液は、例えば、シリカ微粒子、加水分解可能な金属化合物、加水分解のための触媒、水及び溶媒を混合し、金属化合物を加水分解させて調製される。金属化合物は、熱処理によってバインダーとなるものであって、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＴａ等の少なくもとも１種の金属元素を含む金属アルコキシドを含む。このコーティング液をガラス板に塗布し、加熱すると、金属化合物の加水分解物の脱水縮合反応が行われ、また、揮発性成分の気化が行われ、低反射膜が形成される。

なお、低反射膜のためのコーティング液は、シリカ微粒子を含まないものであってもよく、例えば、アルコキシシラン類、アルコキシシラン類の加水分解物、及びアルコキシシラン類の部分縮合物からなる群より選ばれる少なくとも１つと、水と、溶媒とを混合して調製されてもよい。

コーティング液の塗布方法としては、特に限定されないが、例えばスピンコート法、ロールコート法、スプレーコート法、ディップコート法、フローコート法、スクリーン印刷法等が用いられる。

なお、上記膜は、低反射膜であるが、膜の種類は多種多様であってよく、例えば金属膜（赤外線反射膜）と、誘電体膜とを積層してなる低放射膜（Ｌｏｗ Ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ Ｌａｙｅｒ）であってよい。金属膜としては、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ｔｉ等を主成分とする膜が用いられる。誘電体膜としては、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２等の酸化物膜、ＳｉＮｘ等の窒化物膜、酸窒化ケイ素アルニウム（ＳｉＡｌＯＮ）等の金属酸窒化物膜が用いられる。低放射膜は、例えばスパッタ法で形成される。また、膜の種類は、防汚膜（ＡＦＰ膜。Ａｎｔｉ Ｆｉｎｇｅｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）、金属膜、ＢＭ膜（Ｂｌａｃｋ Ｍａｔｒｉｘ）、反射金属膜（銀、スズ、アルミ）などであってよい。

図２は、本発明の第１実施形態による切断工程に供される機能層を有する大型の強化ガラス板の断面の一例を示す図である。図２において、矢印の方向は強化ガラス板における残留応力の作用方向を示し、矢印の大きさは強化ガラス板における応力の大きさを示す。

強化ガラス板１０は、残留圧縮応力を有する強化層としての表面層１３及び裏面層１５、並びに表面層１３と裏面層１５との間に形成され、残留引張応力を有する中間層１７を含む。強化ガラス板１０の表面１２又は裏面１４で、機能層（図２では不図示）が支持される。

強化ガラス板１０の端面は、表面層１３の端部及び裏面層１５の端部から延びる強化層で覆われていてよい。また、強化ガラス板１０の端面は強化層で覆われておらず、強化ガラス板１０の端面に中間層１７の端面が露出していてもよい。

図３は、風冷強化ガラス板の残留応力分布の一例を示す模式図である。図４は、化学強化ガラス板の残留応力分布の一例を示す模式図である。

図３及び図４に示すように、強化ガラス板１０の板厚方向両端から内部に向かうほど残留圧縮応力が小さくなり、強化ガラス板１０の内部には残留引張応力が生じている。

図３及び図４において、ＣＳは強化層１３、１５の最大残留圧縮応力（表面圧縮応力）（＞０）、ＣＴは中間層１７における内部残留引張応力（＞０）、ＤＯＬは強化層１３、１５の厚さをそれぞれ示す。ＣＳやＣＴ、ＤＯＬは、強化処理条件（風冷強化法の場合にはガラス板の加熱温度や冷却速度等、イオン交換法の場合には処理液の濃度や温度、処理液へのガラス板の浸漬時間等）で調節可能である。

強化層１３、１５の表面圧縮応力（ＣＳ）及び強化層１３、１５の厚さ（ＤＯＬ）は、例えば、表面応力計ＦＳＭ−６０００（折原製作所製）により測定される。

化学強化ガラス板の場合、中間層１７の内部残留引張応力（ＣＴ）は、下記の数式（１）で算出される。
ＣＴ＝（ＣＳ×ＤＯＬ）／（ｔ−２×ＤＯＬ）・・・（１）
なお、表面層１３及び裏面層１５が異なる厚さ、異なる最大圧縮応力を有している場合、内部残留引張応力（ＣＴ）は、下記の数式（２）で算出される。
ＣＴ＝（Ｃ１×Ｄ１／２＋Ｃ２×Ｄ２／２）／（ｔ−Ｄ１−Ｄ２）・・・（２）
上記式（２）中、Ｃ１は表面層１３の最大残留圧縮応力、Ｄ１は表面層１３の厚さ、Ｃ２は裏面層１５の最大残留圧縮応力、Ｄ２は裏面層１５の厚さを示す。

物理強化ガラス板の場合、中間層１７の内部残留引張応力（ＣＴ）は、下記の数式（３）で算出される。
ＣＴ＝ＣＳ／ａ・・・（３）
数式（３）において、ａはガラス板の冷却開始時の温度、ガラスの冷却速度、ガラス板の厚さなどで決まる定数であって、通常は２．０〜２．５の範囲内である。

図５は、本発明の第１実施形態による切断工程の説明図である。図６は、機能層を有する大型の強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置と、クラックの先端位置との関係の一例を示す図である。

切断工程では、強化ガラス板１０に局所的にレーザ光２０を照射し、機能層１８を有する大型の強化ガラス板１０から機能性基板１０１（図９参照）を切り出す。切り出される機能性基板１０１は、大型の強化ガラス板１０の一部と機能層１８の一部とを含む。

切断工程では、機能層１８を有する大型の強化ガラス板１０におけるレーザ２０の照射位置を移動させ、強化ガラス板１０を板厚方向に貫通するクラック３０を伸展させる。強化ガラス板１０におけるレーザ２０の照射位置の軌跡に沿って、クラック３０が伸展する。強化ガラス板１０におけるレーザ２０の照射位置の移動のため、強化ガラス板１０が移動してもよいし、レーザ光２０の光源が移動してもよく、両者が移動してもよい。強化ガラス板１０の移動の代わりに、強化ガラス板１０の回転を行ってもよい。また、強化ガラス板１０におけるレーザ２０の照射位置の移動のため、光源からのレーザ光を強化ガラス板１０に向けて反射するガルバノミラーを回転してもよい。

クラック３０は強化ガラス板１０を板厚方向に貫通しており、本実施形態の切断は所謂フルカット切断である。

強化ガラス板１０の切断位置には、レーザ照射前に、スクライブ線（溝線）が形成されなくてよい。スクライブ線が形成されてもよいが、スクライブ線の形成に手間がかかる。また、スクライブ線の形成時に、強化ガラス板１０が欠けることがある。

強化ガラス板１０の切断開始位置には、初期クラックが形成されてよい。初期クラックは、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成される。強化ガラス板１０の端面が砥石等で研削されたものである場合、研削によって形成されるマイクロクラックを初期クラックとして利用できる。

強化ガラス板１０の切断開始位置や切断終了位置は、強化ガラス板１０の外周、強化ガラス板１０の内部のいずれでもよい。また、強化ガラス板１０の切断線の形状は、多種多様であってよい。

レーザ光２０は、光源から出射された後、集光レンズ等の光学系で集光され、強化ガラス板１０の表面１２に入射し、強化ガラス板１０の裏面１４から出射する。強化ガラス板１０におけるレーザ光２０が出射する面（裏面１４）で機能層１８が支持されてよい。切断予定線上に機能層を有する場合には、機能層１８によるレーザ光２０の吸収を抑えることができる。

強化ガラス板１０の表面１２におけるレーザ光２０の強度をＩ_０とし、強化ガラス板１０中を距離Ｌ（ｃｍ）だけ移動したときのレーザ光２０の強度をＩとすると、Ｉ＝Ｉ_０×ｅｘｐ（−α×Ｌ）の式が成立する。この式は、ランベルト・ベールの法則と呼ばれるものである。αはレーザ光２０に対する強化ガラス板１０の吸収係数（ｃｍ^−１）を表し、レーザ光２０の波長や強化ガラス板１０の化学組成等で決まる。αは紫外可視近赤外分光光度計等により測定される。

レーザ光２０が強化ガラス板１０を通過する間に、強化ガラス板１０がレーザ光２０の照射エネルギーの一部を熱として吸収し、強化ガラス板１０に熱応力が生じる。この熱応力を利用して、強化ガラス板１０の切断を制御する。このとき、切断予定線上に機能層が形成されている場合は、機能層１８も同時に切断される。機能層１８は、レーザ光２０の照射エネルギーの一部を熱として吸収し、その熱応力で切断してもよいし、強化ガラス板１０に生じる熱応力で切断してもよい。

ところで、本実施形態の強化ガラスの切断と、非強化ガラスの切断とは、切断のメカニズムが根本的に異なり、クラックの伸展の仕方が全く異なる。

非強化ガラス板の切断では、ガラス板をレーザ光で局所的に加熱すると共に、ガラス板におけるレーザ光の照射位置を移動させ、移動方向に沿って温度勾配を形成する。レーザ光の照射位置の後方近傍に引張応力が生じ、この引張応力でクラックが伸展する。クラックの先端位置は、レーザ光の照射位置の移動に伴い、レーザ光の照射位置に追従する。このように、クラックの伸展は、レーザ光の照射エネルギーのみで行われる。従って、切断の途中でレーザ照射を中断すると、クラックの伸展が止まる。

これに対し、本実施形態の強化ガラスの切断では、元々ガラス板内部に存在する残留引張応力を利用するために、非強化ガラスの切断の場合のように、レーザ光で引張応力を発生させなくてもよい。また、強化ガラス板に何らかの力を作用させてクラックを発生させると、残留引張応力のためにクラックは自ら伸展する。また、ガラス板内部の残留引張応力はガラス板全体に存在しているのでクラックは任意の方向に伸展しうる。さらにクラックの伸展速度がある速度まで達するとクラックが分岐する。

本発明者の知見によると、中間層１７の内部残留引張応力（ＣＴ）が３０ＭＰａ以上になると、中間層１７の残留引張応力のみで、強化ガラス板１０に形成されたクラックが自然に伸展する（自走する）。

そこで、本実施形態では、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０を伸展させることで強化ガラス板１０を切断しつつ、レーザ光２０によって徐冷点以下の温度で中間層１７を局所的に加熱し、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力を中間層１７に局所的に発生させ、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０の伸展を抑制する。すなわち、レーザ光２０の照射位置の移動速度を制御することで、クラック３０の伸展速度を制御することができる。クラック３０の伸展速度を制御することにより、クラック３０の伸展する方向を定めることができ、また、クラック３０の分岐を防止できる。つまり、クラックの伸展速度を制御することにより、クラック３０の伸展の軌跡を高い精度で制御できる。なお、中間層１７を徐冷点以下の温度で加熱するのは、徐冷点を超えて加熱すると、ガラス板の粘性流動により熱応力が緩和されるからである。

図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。図８は、図６のＢ−Ｂ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。図８の断面は、図７の断面よりも後方の断面である。ここで、「後方」とは、強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置の移動方向後方（即ち、強化ガラス板におけるクラックの伸展方向後方）を意味する。図７及び図８において、矢印の方向は強化ガラス板における応力の作用方向を示し、矢印の長さは強化ガラス板における応力の大きさを示す。

図７に示すように、中間層１７のレーザ照射部分は加熱され、中間層１７の他の部分よりも高温になる。そのため、中間層１７のレーザ照射部分では、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力が生じ、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０の伸展が抑制される。図７に示すように圧縮応力が生じていると、クラック３０の伸展を確実に防止できる。一方、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力が生じていると、クラック３０の先端位置と、レーザ光２０の照射位置とが近くなり、クラック３０の先端位置を精度良く制御できる。

これに対し、図８に示すように、中間層１７のレーザ照射部分の後方近傍は、中間層１７のレーザ照射部分よりも低温になる。そのため、中間層１７のレーザ照射部分の後方近傍に、内部残留引張応力ＣＴよりも大きい引張応力が生じる。クラック３０は引張応力が所定値を超える部分に形成され、引張応力の大きい部分に集中する。そのため、クラック３０の先端位置は、レーザ光２０の照射位置の軌跡から外れることはない。

クラック３０の先端位置は、レーザ光２０の照射位置の移動に伴い、レーザ光２０の照射位置に追従し、レーザ光２０の照射位置を追い越さない。クラック３０の先端位置は、レーザ光２０の照射位置を追い越さない限り、レーザ光２０の照射位置と一部重なっていてもよい。

このように、本実施形態によれば、レーザ光２０によって中間層１７を局所的に加熱し、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力を中間層１７に局所的に発生させ、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０の伸展を抑制する。従って、クラック３０の先端位置を精度良く制御することができ、切断精度を向上することができる。

なお、図７に示すように、強化層１３、１５のレーザ照射部分は、加熱され、強化層１３、１５の他の部分よりも高温になる。そのため、強化層１３、１５のレーザ照射部分では、図２〜図４に示す残留圧縮応力よりも大きい圧縮応力が生じ、クラック３０の伸展が抑制される。

本実施形態では、強化層１３、１５だけでなく、中間層１７をレーザ光２０で加熱するため、内部透過率の高いレーザ光２０を使用する。強化ガラス板１０に入射してから出射するまでのレーザ光２０の移動距離をＭとすると、α×Ｍが３．０以下である（即ち、レーザ光の内部透過率が５％以上である）ことが好ましい。

α×Ｍが３．０を超えると、レーザ光２０の照射エネルギーの大部分が強化ガラス板１０の表面１２近傍で熱として吸収され、板厚方向に急激な温度勾配が生じる。表面層１３のレーザ照射部分が中間層１７のレーザ照射部分よりも著しく高温になり、中間層１７のレーザ照射部分に内部残留引張応力ＣＴよりも大きな引張応力が生じる。よって、クラック３０の先端位置がレーザ光２０の照射位置を追い越してしまう。

α×Ｍは、より好ましくは０．３以下（レーザ光の内部透過率７４％以上）、さらに好ましくは０．１０５以下（レーザ光の内部透過率９０％以上）、特に好ましくは０．０２以下（レーザ光の内部透過率９８％以上）である。

レーザ光２０が強化ガラス板１０の表面１２に垂直に入射する場合、レーザ光２０の移動距離Ｍは、強化ガラス板１０の板厚ｔと同じ値（Ｍ＝ｔ）となる。一方、レーザ光２０は強化ガラス板１０の表面１２に斜めに入射する場合、スネルの法則に従って屈折する。屈折角をγとすると、レーザ光２０の移動距離Ｍは、Ｍ＝ｔ／ｃｏｓγの式で近似的に求められる。

クラック３０の伸展は主に中間層１７の残留引張応力で行われるように、内部残留引張応力ＣＴは１５ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、引張応力が所定値に達する位置（即ち、クラック３０の先端位置）と、レーザ光２０の照射位置とが十分に近くなり、切断精度が向上する。内部残留引張応力ＣＴは、より好ましくは３０ＭＰａ以上、さらに好ましくは４０ＭＰａである。内部残留引張応力ＣＴが３０ＭＰａ以上であると、中間層１７の残留引張応力のみでクラック３０が伸展し、クラック３０の先端位置と、レーザ光２０の照射位置とがさらに近くなるので、切断精度がさらに向上する。

レーザ光２０の光源としては、例えば波長が８００〜１１００ｎｍの近赤外線（以下、単に「近赤外線」という）のレーザが用いられる。近赤外線レーザとしては、例えば、Ｙｂファイバーレーザ（波長：１０００〜１１００ｎｍ）、Ｙｂディスクレーザ（波長：１０００〜１１００ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）、高出力半導体レーザ（波長：８０８〜９８０ｎｍ）が挙げられる。これらの近赤外線レーザは、高出力で安価であり、また、α×Ｍを所望の範囲に調整するのが容易である。

なお、本実施形態では、レーザ光２０の光源として高出力で安価な近赤外線レーザが用いられるが、波長が２５０〜５０００ｎｍの光源であればよい。例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ（波長：２０８０ｎｍ）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（２９４０ｎｍ）、中赤外光パラメトリック発振器を使用したレーザ（波長：２６００〜３４５０ｎｍ）等が挙げられる。また、レーザ光２０の発振方式に制限はなく、レーザ光を連続発振するＣＷレーザ、レーザ光を断続発振するパルスレーザのいずれも使用可能である。また、レーザ光２０の強度分布に制限はなく、ガウシアン型であっても、トップハット型であってもよい。

１０００ｎｍ付近（８００〜１１００ｎｍ）の近赤外線レーザの場合、強化ガラス板１０中の鉄（Ｆｅ）の含有量、コバルト（Ｃｏ）の含有量、銅（Ｃｕ）の含有量が多くなるほど、吸収係数αが大きくなる。また、この場合、強化ガラス板１０中の希土類元素（例えばＹｂ）の含有量が多くなるほど、希土類原子の吸収波長付近で吸収係数αが大きくなる。吸収係数αの調節にはガラスの透明性、及びコストの観点から鉄が用いられ、コバルト、銅、及び希土類元素は強化ガラス板１０中に実質的に含まれていなくてよい。

レーザ光２０の強度は、ランベルト・ベールの法則に従って減衰する。そこで、強化ガラス板１０の表面１２と裏面１４とで、レーザパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）が同じか略同じになるように、つまり、温度が同じか略同じになるように、裏面１４におけるレーザ光２０の面積は、表面１２におけるレーザ光２０の面積よりも小さくてよい。強化ガラス板１０を基準として光源と反対側にレーザ光２０の集光位置があると、裏面１４におけるレーザ光２０の面積が、表面１２におけるレーザ光２０の面積よりも小さくなる。強化ガラス板１０の表面１２と裏面１４とで温度が同程度であると、強化ガラス板１０の表面１２と裏面１４とでクラック３０が同程度に伸展する。

なお、レーザ光２０の集光位置は、強化ガラス板１０の内部でもよく、また、図７に示すように強化ガラス板１０を基準として光源側であってもよい。

強化ガラス板１０の表面１２において、レーザ光２０は強化ガラス板１０の板厚ｔよりも小さい直径φの円形に形成されてよい。直径φが板厚ｔ以上になると、ガラス板１０の加熱部分が大きすぎ、切断面の一部（特に切断開始部分や切断終了部分）が僅かに湾曲することがある。直径φは例えば１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下である。

なお、強化ガラス板１０の表面１２におけるレーザ光２０の形状は、多種多様であってよく、例えば矩形、楕円形等でもよい。

切断工程で強化ガラス板１０から切り出される機能性基板の用途としては、例えば、タッチパネル、液晶装置、有機エレクトロルミネッサンス装置及び太陽電池等の基板やカバーガラスが挙げられる。

図９は、大型の強化ガラス板１０から機能性基板１０１を切り出す工程についての一例を示す図である。図９の（ａ）は、大型の強化ガラス板１０である。まずは、強化工程において、大型のガラス板に前述の物理強化又は化学強化の強化処理を施すことにより大型の強化ガラス板１０を得る。次に機能層形成工程において、強化処理の施された大型の強化ガラス板１０に機能層１８を形成させる。図９の（ｂ）の例では、切断予定線３１（図９の（ｃ）に記載）の近傍を除いて９か所に機能層１８を形成させている。次に切断工程において、図９の（ｃ）に示すように前述の方法によりレーザ光２０を切断予定線３１に沿って照射させる。以上の工程を経ることにより、図９の（ｄ）に示すように機能性基板１０１を得ることができる。なお、図９の例では、機能性基板１０１は矩形であるが、本実施形態によれば、例えば、六角形、円形など任意の形状に切り出すことが可能である。

また、切断工程では、大型の強化ガラス板１０から、複数の機能性基板１０１を切り出すので、機能性基板１０１を効率良く大量に生産できる。風冷強化法の場合、小型のガラス板を搬送ロールで搬送するのは困難であるので、大型のガラス板を搬送ロールで搬送し、風冷強化後に切断することが有効である。

図１０は、本発明の第１実施形態による保護工程を示す図である。

機能性基板の製造方法は、機能性基板１０１の切断面を樹脂１９で保護する工程をさらに有してよい。機能性基板１０１の切断面の面取りの代わりになり、機能性基板１０１が割れにくくなる。樹脂１９としては、例えば熱可塑性エラストマー（例えばポリ塩化ビニル）が用いられる。

樹脂１９は、図１０（ａ）に示すように機能性基板１０１の切断面のみに形成されてもよいし、図１０（ｂ）に示すように機能性基板１０１の切断面からはみ出して形成されてもよい。

［第２実施形態］
図１１は、本発明の第２実施形態による切断工程の説明図である。図１１において、図５と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の切断工程は、大型の機能層１８付きの強化ガラス板１０に局所的にガス４０を吹き付ける工程を含み、強化ガラス板１０におけるガス４０の吹き付け位置を、レーザ光２０の照射位置と連動して移動させることで、強化ガラス板１０を切断する。図１１に示すように、ガス４０の吹き付け位置の内側に、レーザ光２０の照射位置が存在してよい。なお、ガス４０の吹き付け位置は、レーザ光２０の照射位置よりも前方又は後方でもよい。ガス４０は、強化ガラス板１０の付着物（例えばホコリ）を吹き飛ばして、付着物によるレーザ光２０の吸収を防止し、強化ガラス板１０の表面１２の過熱を防止する。

ガス４０は、強化ガラス板１０を局所的に冷却する冷却ガス（例えば、室温の圧縮空気）であってもよい。レーザ光２０の照射位置の移動方向に沿って急激な温度勾配が生じるので、引張応力が所定値に達する位置（即ち、クラック３０の先端位置）と、レーザ光２０の位置との間の距離が短くなる。よって、クラック３０の位置制御性が高まるため、切断精度をさらに向上できる。

ノズル５０は、例えば図１１に示すように筒状に形成され、ノズル５０の内部をレーザ光２０が通過してよい。ノズル５０の中心軸５１と、レーザ光２０の光軸２１とは同軸的に配置されてよい。ガス４０の吹き付け位置と、レーザ光２０の照射位置との位置関係が安定化する。

強化ガラス板１０におけるガス４０の吹き付け位置の移動のため、強化ガラス板１０が移動してもよいし、ノズル５０が移動してもよく、両者が移動してもよい。

以上、機能層を有する大型の強化ガラス板から機能性基板を切り出す切断方法の第１〜第２実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で、種々の変形及び置換が可能である。

１０ 強化ガラス板
１２ 表面
１３ 表面層
１４ 裏面
１５ 裏面層
１７ 中間層
１８ 機能層
２０ レーザ光
３０ クラック
４０ ガス
１０１ 機能性基板

Claims (10)

1. ガラス板の表面及び裏面を強化し、残留圧縮応力を有する強化層としての表面層及び裏面層、並びに該表面層と裏面層の間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層を含む強化ガラス板を作製する強化工程と、
   前記強化ガラス板の少なくとも一方の面にガラス板に付加的な機能を与える機能層を形成する機能層形成工程と、
   前記強化ガラス板に局所的にレーザ光を照射し、前記強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置を切断予定線に沿って移動させ、前記強化ガラス板を板厚方向に貫通するクラックを伸展させ、前記強化ガラス板から機能性基板を切り出す切断工程とを有し、
   該切断工程は、前記レーザ光によって徐冷点以下の温度で前記中間層を局所的に加熱し、前記内部残留引張応力よりも小さい引張応力、又は圧縮応力を前記中間層に局所的に発生させ、前記内部残留引張応力によるクラックの伸展速度を制御する
   ことを特徴とする機能性基板の製造方法。
2. 前記切断工程は、前記強化ガラス板から、複数の機能性基板を切り出す、請求項１に記載の機能性基板の製造方法。
3. 前記機能性基板の切断面を樹脂で保護する保護工程をさらに有する、請求項１又は２に記載の機能性基板の製造方法。
4. 前記機能層は、前記切断予定線を除いた領域に形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の機能性基板の製造方法。
5. 前記強化ガラス板は、物理強化されたガラス板である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の機能性基板の製造方法。
6. 前記レーザ光の波長が２５０〜５０００ｎｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の機能性基板の製造方法。
7. 前記中間層の内部残留引張応力が１５ＭＰａ以上である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の機能性基板の製造方法。
8. 前記中間層の内部残留引張応力が３０ＭＰａ以上である、請求項７に記載の機能性基板の製造方法。
9. 前記切断工程は、前記強化ガラス板に局所的にガスを吹き付ける工程を含み、前記強化ガラス板におけるガスの吹き付け位置を、前記レーザ光の照射位置と連動して移動させる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の機能性基板の製造方法。
10. 前記ガスは、前記レーザ光で加熱される前記強化ガラス板を冷却する冷却ガスである、請求項９に記載の機能性基板の製造方法。

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