JP4197513B2 - レーザ割断方法及びその装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ割断方法及びその装置に関し、特に液晶パネルのように重ねて貼り合わされた2枚の基板からなる母基板の割断に好適のレーザ割断方法及びその装置に関するものである。
従来、大板ガラス2枚を貼り合わせた母基板から複数の液晶基板を単個に切り出す工程において、赤外線レーザを使用するガラスの切断装置が知られている。
特許文献1に示されるものは、対向する一対の基板からなる母基板にレーザ光を照射し、前記一対の基板を割断するレーザ割断方法であって、前記一対の基板のうち一方の基板の第1の面側から第1のレーザ光を照射する工程と、前記一対の基板のうち他方の基板の第2の面側から第2のレーザ光を照射する工程と、を少なくとも有することを特徴とする。すなわち、一対の基板の両面の切断箇所にスクライブラインをそれぞれ形成して、そして、レーザ光を両面のスクライブラインに照射して割断する。このレーザ光は、赤外線レーザである。
特開2002−172479号公報
母基板の対向する一対の基板にそれぞれ赤外線のレーザ光を照射し、一対の基板をそれぞれ割断するため、2つのレーザ発振装置が必要になるなど、光学系の構造が複雑化する、という技術的課題があった。
本発明は、脆性材料製の第1,第2の基板を重ね合わせた状態で所定間隔で複数箇所を貼り合わせて、貼り合わせ部で一体化させた母基板にレーザ光を照射し、母基板を割断するとき、切断予定線を隣接する貼り合わせ部の間に設定すると共に、2枚の基板の間に段差を形成し、切断予定線の段差部分から赤外線のレーザの照射を開始することにより、赤外線のレーザの1側のみからの照射によって第1,第2の基板を一体として割断することができることを知得したことに基づいてなされたものである。
請求項1の発明は、脆性材料製の第1,第2の基板21,22を重ね合わせた状態で所定間隔で複数箇所を貼り合わせて、貼り合わせ部で一体化させた母基板1にレーザ光を照射し、母基板1を割断するレーザ割断方法であって、第2の基板22の1辺を第1の基板21の1辺から突出させて段差2を形成した状態で、第1,第2の基板21,22の接着剤で貼り合わせて形成され互いに隣接する貼り合わせ部23a,23bの間の切断予定線3A上に位置する初期クラック3Aaを第1,第2の基板21,22の1辺に形成し、かつ、第2の基板22の初期クラック3Aaから切断予定線3Aに沿って赤外線のレーザLを照射し、第2の基板22の段差2の露出部分を割断した後に、第1の基板21の初期クラック3Aaから切断予定線3A上に赤外線のレーザLを照射し、第1,第2の基板21,22を一体として割断することを特徴とするレーザ割断方法である。
請求項2の発明は、脆性材料製の第1,第2の基板21,22を重ね合わせた状態で所定間隔で複数箇所を貼り合わせて、貼り合わせ部で一体化させた母基板1にレーザ光を照射し、母基板1を割断するレーザ割断方法であって、第1,第2の基板21,22を重ね合わせて所定間隔で複数箇所を接着剤で貼り合わせて、X軸方向に延在する貼り合わせ部23a,23b及びX軸に直交するY軸方向に延在する貼り合わせ部24a,24bによって一体化させると共に、第2の基板22の1辺を第1の基板21の1辺から突出させて段差2を形成した母基板1を準備し、第1,第2の基板21,22の接着剤で貼り合わせて形成され互いに隣接するX軸方向の貼り合わせ部23a,23bの間に1側面視でX軸方向に延在する第1の切断予定線3Aを設定すると共に、第1の切断予定線3A上に位置する初期クラック3Aaを第1,第2の基板21,22の1辺に形成し、かつ、第2の基板22の初期クラック3Aaから第1の切断予定線3A上に1側面からの赤外線のレーザLを照射し、第2の基板22の段差2の露出部分を割断した後に、第1の基板21の初期クラック3Aaから第1の切断予定線3A上に赤外線のレーザLを照射し、第1,第2の基板21,22を一体として割断して、2つのX軸方向の貼り合わせ部23a,23bを有する分離基板となし、次いで、分離基板の第1の基板21のX軸方向に延在する第2の切断予定線3Bを1つのX軸方向の貼り合わせ部23bの外側に設定すると共に、第2の切断予定線3B上の端部に位置させて形成した初期クラック3Baから第2の切断予定線3B上に赤外線のレーザLを照射し、第1の基板21を所定幅で割断し、第2の基板22の1辺と直交する他辺を第1の基板21の他辺から突出させた段差部7を形成して短冊状基板10となし、引き続き、第1,第2の基板21,22の接着剤で貼り合わせて形成され互いに隣接するY軸方向の貼り合わせ部24a,24bの間に位置してY軸方向に延在する第3の切断予定線14A〜14Fを設定すると共に、第3の切断予定線14A〜14F上の端部に位置する初期クラック18A,18Bを短冊状基板10の第1,第2の基板21,22の段差部7の端部に形成し、かつ、該第2の基板22の初期クラック18Bから第3の切断予定線14A〜14F上に1側面からの赤外線のレーザLを照射し、第2の基板22の段差部7の露出部分を割断した後、該第1の基板21の初期クラック18Aから第3の切断予定線14A〜14F上に赤外線のレーザLを照射し、第1,第2の基板21,22を一体として割断して完成品20を切り出すことを特徴とするレーザ割断方法である。
請求項3の発明は、完成品20が液晶基板であり、母基板1が、液晶基板の集合体であることを特徴とする請求項2のレーザ割断方法である。
独立請求項1,3に係る発明によれば、赤外線のレーザの1側のみからの照射によって第1,第2の基板を一体として割断するため、光学系の構造が簡素になるという著効が得られる。
独立請求項2に係る発明によれば、赤外線のレーザの1側のみからの照射によって第1,第2の基板を一体として割断するため、光学系の構造を簡素にしながら、X軸方向に割断して短冊状基板を得た後にY軸方向に割断して、液晶基板などの完成品を簡単に切り出すことができる。
図1〜図7は、本発明の方法に係るレーザ割断装置の1実施の形態を示す。図4中において符号31は赤外域のレーザ光Lを発振するレーザ発振装置、32は母基板上方にホルダー(図示せず)によって支持され、レーザ光Lを集光する集光レンズ、1は切断を実施する母基板、34は母基板1を載置するためのステージ、35はレーザ発振装置31から出射される光Lの出力を調整するためのアッテネータ、36はステージ34をX方向及び反X方向に正逆に移動させ、ステージ34上の母基板1とレーザ光Lとに相対移動を与える駆動装置、40は光路、M1〜M3はそれぞれ光路40を調整するためのミラーである。レーザ光Lは、被加工物である母基板1が吸収をもつ波長を有する。
レーザ発振装置31からの赤外線のレーザ光Lは、アッテネータ35によって出力調整し、ミラーM1〜M3によって適宜に光路40を変換して集光レンズ32に通し、ステージ34上の母基板1の表面にデフォーカスした状態で照射させる。
母基板1は、脆性材料(通常はガラス)からなる大きな上下の基板2枚を貼り合わせて作製した液晶基板の集合体であり、図1に示すように上下位置の第1,第2の基板21,22をX軸方向(一方向)に所定長さだけずらして、第2の基板22の1辺を第1の基板21の1辺から突出させて段差2を形成し、後記する貼り合わせ部において貼り合わせてある。すなわち、母基板1は、矩形状の第1,第2の基板21,22を重ね合わせた状態で所定間隔で複数箇所を接着剤(シール材)で貼り合わせて、X軸方向に延在する複数箇所の貼り合わせ部及びX軸に直交するY軸方向に延在する複数箇所の貼り合わせ部によって一体化させてある。なお、液晶基板の集合体からなる母基板1の第1,第2の基板21,22は、それぞれ比較的薄い。
この母基板1は、多数の液晶基板を含んでいるが、単個の液晶基板は段差2の形成を見込んで上下の基板21,22にパターニングされているため、切り出した後の完成品は従来の液晶基板と異ならない。段差2は、X軸方向の長さとして5mm程度で良く、母基板1の周囲の不要部分6よりも狭幅でよいため、現状と比べて1枚の母基板1から完成品の取り数が減ることはない。
母基板1は、第1の工程において、X軸に平行な第1,第2の切断予定線3A,3Bで切断され、図3に示す短冊状基板10に切り出される。第1の切断予定線3Aは、液晶基板を切り離すために第1の基板21及び第2の基板22の平面視で同一個所に設定し、第2の切断予定線3Bは、完成した液晶基板の端子部分となる1つの段差部7を形成するために第1の基板21のみに設定している。また、母基板1は、第2の工程において、Y軸に平行な第3の切断予定線14(14A〜14F)で切断され、短冊状基板10から図2に示す液晶基板である完成品20を切り出す。
なお、母基板1の端部の段差2は、赤外線レーザ光Lの照射開始側となる1辺側にのみ存在すればよく、同じ大きさの上下の基板21,22をずらすことによって必然的に形成される出口側の段差は必ずしも必要としない。従って、母基板1は、従来通りに上下の基板21,22をずらすことなく端面を合致させて作製した後に、予工程として第1の基板21の端部を切断して段差2を形成して作製することができる。
ここで、貼り合わせ部について図6を参照して説明する。貼り合わせ部23a,23b、24a,24b(便宜上、実線で示す)は、X軸方向に延在する貼り合わせ部23a,23b及びY軸方向に延在する貼り合わせ部24a,24bからなる。X軸方向に延在する貼り合わせ部23a,23bは、各第1の切断予定線3A(及び第2の切断予定線3B)を挟む両側位置として対をなすように形成され、Y軸方向の貼り合わせ部24a,24bは、各第2の切断予定線3Bを挟む両側位置として対をなすように形成されている。なお、図5,図6上で左右両側の貼り合わせ部23aは、左右の不要部分6aを切除するためのもので、また、上下両側の貼り合わせ部24aは、上下の不要部分6bを切除するためのものである。その他の貼り合わせ部23b,24bは、液晶表示部を囲むように矩形に形成され、一部に液晶注入部が開口している。
従って、X軸方向に延在して対をなす第1,第2の切断予定線3A,3Bは、隣接して対をなす貼り合わせ部23a,23bの間に形成され、図6上で左端に位置して段差部7を形成しない箇所の第1の切断予定線3Aは、隣接して対をなす貼り合わせ部23a,23bの間に単独で形成されている。また、Y軸方向の貼り合わせ部24a,24bは、Y軸に平行な第3の切断予定線14を挟む両側位置に形成され、従ってY軸方向に延在する切断予定線14は、隣接して対をなす貼り合わせ部24a,24bの間に形成されている。かくして、第1の切断予定線3A及び第3の切断予定線14に沿う切断は、段差2及び段差部7に位置する切断予定線3A,14の部分を除き、対をなす貼り合わせ部23a,23b、24a,24bによって強固に一体化された母基板1の部分においてなされることになる。
次に作用について説明する。
段差2を有する母基板1を準備し、第1の工程を行う。第1の工程では、母基板1の段差2部分の端部つまり第1,第2の基板21,22の1辺に図5,図6に示す初期クラック3Aa,3Baを形成すると共に、赤外線レーザ光Lの照射によって図3に示す短冊状基板10を切り出す。
第1の切断予定線3A上に位置する初期クラック3Aaは、第1,第2の基板21,22の両者の1辺となる一端部に形成され、上方からみた1側面視で第1,第2の基板21,22の隣接する貼り合わせ部23a,23bの間又はその延長上に位置している。
また、初期クラック3Baは、第1の切断予定線3Aで切断して分離基板となした状態で、X軸方向に1直線をなす第2の切断予定線3B上に位置するように形成するものであり、レーザ光Lを照射する前の母基板1の第1,第2の基板21,22の隣接する貼り合わせ部23a,23bの間に位置し、第1の基板21のみの一方の端部(図示の例では1辺)に形成する。初期クラック3Baは、母基板1に初期クラック3Aaと共に形成することができるが、分離基板となした後に形成することもできる。
この状態から、母基板1に上方(一側)からのレーザ光Lを第1の切断予定線3Aに照射する。レーザ光Lを照射しながら、駆動装置36を駆動し、ステージ34を図4上で反X方向に移動させれば、母基板1の表面部が第1の切断予定線3Aに沿って帯状に昇温し、その中央部が熱応力により切断される。複数箇所の各切断予定線3Aは、全てに同時にレーザ光Lを照射してもよいし、各切断予定線3Aに個別にレーザ光Lを照射してもよい。各第2の切断予定線3B等についても同様である。
先ず、第1の切断予定線3Aに沿う切断では、赤外線レーザ光Lの上方(1側面)のみからの照射を下側の第2の基板22の初期クラック3Aaから開始し、段差2としての露出部分となる第2の基板22を切断し、引き続き、上側の第1の基板21の初期クラック3Aaへのレーザ光Lの照射を行う。第1の基板21へのレーザ光Lの照射により、第1の基板21が切断予定線3Aに沿って帯状に昇温し、その中央部が熱応力により切断されると同時に、第2の基板22も切断予定線3Aに沿って切断される。
これは、母基板1が脆性材料製の基板21,22の2枚を貼り合わせて一体化して作製され、第1,第2の基板21,22の隣接する貼り合わせ部23a,23bの中間部に第1の切断予定線3Aを設定しているため、第1の基板21が熱膨張を伴つて切断されることにより、第1の基板21と重合状態で一体化している第2の基板22も一体的に変形を受けて、段差2部分の既切断箇所から容易に伸展して切断され続けることによる。レーザ光Lは、比較的薄い第1,第2の基板21,22の厚さに応じて、アッテネータ35によって出力を適正に調節する。
複数の第1の切断予定線3Aに沿う切断が全て終了すると、母基板1の周囲の不要部分6の内の図5上で左右の不要部分6aが切除されると共に、直方体をなす複数(図1上で4個)の分離基板が得られる。この分離基板は、2つのX軸方向に延在する貼り合わせ部23bを有している。
第1の切断予定線3Aに沿う切断が終了し、分離基板が得られたなら、赤外線レーザ光Lの上方(1側面)のみからの照射により、第2の切断予定線3Bに沿う切断を行う。分離基板の第1の基板21のX軸方向に延在する切断予定線3Bは、2つのX軸方向の貼り合わせ部23b,23bの内の1つのX軸方向の貼り合わせ部23bの外側(他辺側)に設定する。第2の切断予定線3Bに沿う切断では、第1の基板21の第2の切断予定線3B上の一方の端部に位置させた初期クラック3Baからレーザ光Lの照射を開始する。第2の切断予定線3Bの箇所は、切り離された一方の貼り合わせ部23a,23bによる拘束が存在しないので、第1の基板21のみが切断予定線3Bに沿って切断される。第1の基板21の初期クラック3Baから切断予定線3B上に赤外線のレーザLを照射し、第1の基板21を所定幅で割断して不要部分を切除し、図3に示すように第2の基板22の1辺と直交する他辺(X軸と平行をなす辺)を第1の基板21の他辺から突出させた段差部7を形成する短冊状基板10となす。かくして、図3に示すように段差部7を有する短冊状基板10が切り出される。
引き続き、短冊状基板10のステージ34上での位置を90°変更し、第2の工程を行い、短冊状基板10を第3の切断予定線14(14A〜14F)に沿って切断して完成品20を得る。短冊状基板10には、母基板1の段差2と同様の段差部7が形成されているため、図3に示す短冊状基板10の切断予定線14A〜14Fの第1の基板21及び第2の基板22の両者の段差部7の端部位置に初期クラック18A,18Bを形成する。この短冊状基板10の切断予定線14A〜14Fは、それぞれY軸方向に1直線をなし、1側面視で第1,第2の基板21,22の他辺の隣接する貼り合わせ部24a,24bの間又はその延長上に位置している。
Y軸方向の切断予定線14A〜14Fに沿う切断では、第2の基板22の初期クラック18Bから1側面からのレーザ光Lの照射を開始し、段差部7部分として露出する第2の基板22を切断し、引き続き、短冊状基板10の第1の基板21の初期クラック18Aへのレーザ光Lの照射を行う。第1の基板21へのレーザ光Lの照射により、第1の基板21が第3の切断予定線14Aに沿って切断されると同時に、第1 の切断予定線3Aにおける切断と同様の作用により、第2の基板22も切断予定線14Aに沿って一体として割断される。他の切断予定線14B〜14Fについても、同様にレーザ光Lを照射し、短冊状基板10から複数個の完成品20を得る。第3の切断予定線14A〜14Fへのレーザ光Lの照射は、同時でもよいし、個別でもよい。
短冊状基板10の両端の切断予定線14A,14Fの割断により、母基板1の周囲の不要部分6の内の図3,図5上で上下の不要部分6bが切除される。複数の短冊状基板10の割断により、複数(図1上で24個)の完成品20が得られる。
ところで、上記1実施の形態にあっては、母基板1の第1の基板21側となる1側からの赤外線のレーザ光Lの照射のみによって母基板1を割断したが、切断予定線3A,3B,14に予めスクライブ線を形成して割れを促すことも可能である。すなわち、図7(A)に示すように第1,第2の基板21,22の切断予定線3A,3B,14のそれぞれに紫外線のレーザU1,U2を照射し、第1,第2の基板21,22を線状に昇華させ、図7(B)に示すように凹溝をなすスクライブ線25,26を形成する。その後、切断予定線3A,3B,14に赤外線のレーザ光Lを上述したように照射すれば、スクライブ線25,26に沿うように母基板1が良好に直線的に割断される。このスクライブ線25,26は、初期クラック3Aa,3Ba,18A,18Bとしての機能を併有している。
本発明の1実施の形態に係るレーザレーザ割断装置によって割断される母基板を示す斜視図。 同じく完成品を示す斜視図。 同じく短冊状基板を示す斜視図。 同じくレーザ切断装置の概略を示す正面図。 同じく母基板の切断予定線を一部省略して示す平面図。 同じく母基板の貼り合わせ部を一部省略して示す平面図。 同じく母基板の切断予定線にスクライブ線を形成する構造例を示し、図7(A)は紫外線のレーザの照射状態を示す斜視図、図7(B)はスクライブ線の形成後を示す斜視図。
符号の説明
1:母基板
2:段差
3A:第1の切断予定線
3Aa:初期クラック
3B:第2の切断予定線
3Ba:初期クラック
7:段差部
10:短冊状基板
14,14A〜14F:(Y軸方向に延在する)第3の切断予定線
18A,18B:初期クラック
20:完成品
21:第1の基板
22:第2の基板
23a,23b:(X軸方向に延在する)貼り合わせ部
24a,24b:(Y軸方向に延在する)貼り合わせ部
L:赤外線のレーザ

Claims (3)

  1. 脆性材料製の第1,第2の基板(21,22)を重ね合わせた状態で所定間隔で複数箇所を貼り合わせて、貼り合わせ部で一体化させた母基板(1)にレーザ光を照射し、母基板(1)を割断するレーザ割断方法であって、
    第2の基板(22)の1辺を第1の基板(21)の1辺から突出させて段差(2)を形成した状態で、第1,第2の基板(21,22)の接着剤で貼り合わせて形成され互いに隣接する貼り合わせ部(23a,23b)の間の切断予定線(3A)上に位置する初期クラック(3Aa)を第1,第2の基板(21,22)の1辺に形成し、かつ、第2の基板(22)の初期クラック(3Aa)から切断予定線(3A)に沿って赤外線のレーザ(L)を照射し、第2の基板(22)の段差(2)の露出部分を割断した後に、第1の基板(21)の初期クラック(3Aa)から切断予定線(3A)上に赤外線のレーザ(L)を照射し、第1,第2の基板(21,22)を一体として割断することを特徴とするレーザ割断方法。
  2. 脆性材料製の第1,第2の基板(21,22)を重ね合わせた状態で所定間隔で複数箇所を貼り合わせて、貼り合わせ部で一体化させた母基板(1)にレーザ光を照射し、母基板(1)を割断するレーザ割断方法であって、
    第1,第2の基板(21,22)を重ね合わせて所定間隔で複数箇所を接着剤で貼り合わせて、X軸方向に延在する貼り合わせ部(23a,23b)及びX軸に直交するY軸方向に延在する貼り合わせ部(24a,24b)によって一体化させると共に、第2の基板(22)の1辺を第1の基板(21)の1辺から突出させて段差(2)を形成した母基板(1)を準備し、
    第1,第2の基板(21,22)の接着剤で貼り合せて形成され互いに隣接するX軸方向の貼り合わせ部(23a,23b)の間に1側面視でX軸方向に延在する第1の切断予定線(3A)を設定すると共に、第1の切断予定線(3A)上に位置する初期クラック(3Aa)を第1,第2の基板(21,22)の1辺に形成し、かつ、第2の基板(22)の初期クラック(3Aa)から第1の切断予定線(3A)上に1側面からの赤外線のレーザ(L)を照射し、第2の基板(22)の段差(2)の露出部分を割断した後に、第1の基板(21)の初期クラック(3Aa)から第1の切断予定線(3A)上に赤外線のレーザ(L)を照射し、第1,第2の基板(21,22)を一体として割断して、2つのX軸方向の貼り合わせ部(23a,23b)を有する分離基板となし、
    次いで、分離基板の第1の基板(21)のX軸方向に延在する第2の切断予定線(3B)を1つのX軸方向の貼り合わせ部(23b)の外側に設定すると共に、第2の切断予定線(3B)上の端部に位置させて形成した初期クラック(3Ba)から第2の切断予定線(3B)上に赤外線のレーザ(L)を照射し、第1の基板(21)を所定幅で割断し、第2の基板(22)の1辺と直交する他辺を第1の基板(21)の他辺から突出させた段差部(7)を形成して短冊状基板(10)となし、
    引き続き、第1,第2の基板(21,22)の接着剤で貼り合わせて形成され互いに隣接するY軸方向の貼り合わせ部(24a,24b)の間に位置してY軸方向に延在する第3の切断予定線(14A〜14F)を設定すると共に、第3の切断予定線(14A〜14F)上の端部に位置する初期クラック(18A,18B)を短冊状基板(10)の第1,第2の基板(21,22)の段差部(7)の端部に形成し、かつ、該第2の基板(22)の初期クラック(18B)から第3の切断予定線(14A〜14F)上に1側面からの赤外線のレーザ(L)を照射し、第2の基板(22)の段差部(7)の露出部分を割断した後、該第1の基板(21)の初期クラック(18A)から第3の切断予定線(14A〜14F)上に赤外線のレーザ(L)を照射し、第1,第2の基板(21,22)を一体として割断して完成品(20)を切り出すことを特徴とするレーザ割断方法。
  3. 完成品(20)が液晶基板であり、母基板(1)が、液晶基板の集合体であることを特徴とする請求項2のレーザ割断方法。
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