JP4298072B2 - Cleaving method of hard brittle plate - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガラス板に代表される硬質脆性板を所定の線に沿って割って分断する方法に関するもので、例えば液晶やプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの製造時において、表示要素を形成したガラス基板を所定寸法に切断する際などに使用する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶やプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイの製造においては、生産性を高めるために、大面積のガラス基板上に複数個分の表示要素を形成した後、複数個に切断して所要寸法のディスプレイ板を得るという方法が採用されるため、その製造時にガラス基板を所定の切断線に沿って切断するという工程が不可欠である。ガラス板のような硬質脆性材料は、ダイヤモンドソーなどによって切断することも行われているが、切断に非常に時間がかかるため、材料の脆性に基づく割れを利用して切断する方法が広く採用されている。
【0003】
現在最も一般的に用いられているガラス板などの割断方法は、ダイヤモンド工具などの超硬工具の尖った先端や鋭い周縁部をガラス表面に押し付けて移動させることにより、板の表面に切断線に沿う溝(スクライブ線)を形成した後、この溝に沿って板に曲げや引張りなどの機械的な衝撃力を加える方法で、スクライビング工程とブレイキング工程との2工程からなり、通常、それぞれの工程を行う装置が隣接して設置されて、ワークをスクライビング装置からブレイキング装置へと移送しながら割断工程を行う。
【0004】
一方、ガラス板に局部的な内部熱応力を発生させて割断しようという試みが、古くからなされている。基本的な原理は、硬質脆性板の表面に照射したレーザ光その他の加熱ビームを切断線に沿って走行させることにより、加熱ビームを照射した部分に生ずる局部的な熱応力による割れを切断線に沿って進行させて行くというものである。この局部加熱ビームによる硬質脆性板の割断方法においても、割断速度の向上や割断面の精度向上を目的として、改良された種々の方法が提唱されている。
【0005】
例えば特開昭59−97545号公報には、ガラス板のブレイキングすべき箇所に予め超硬チップなどでスクライブ線を入れ、その線上にレーザ光を照射して、サーマルショックでブレイキングする方法が提案されており、また特開平5−32428号公報には、ガラス体に対して高い吸収率を有する紫外線領域のレーザ光を被加工ガラス体の表面に照射して、その照射点を目的の切断線に沿って走査させることにより、被加工ガラス体の表面にスクライビングを施す工程と、このスクライビングを施した部位に沿って赤外線領域のレーザ光を照射して、当該部位に割断に結びつく熱歪みを与える工程とを含むガラス加工方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
レーザ光を利用した硬質脆性板の割断方法は、古くから種々の方法が提案されていながら実用化されていない最大の理由は、加工能率が低いことである。そのため、所望の切断線から外れて割れが進行する可能性が比較的高く、また機械の設置スペースが広く必要とする、機械的な衝撃力によるブレイキング方法が用いられているのである。
【0007】
しかし、フラットパネルディスプレイは、ガラス基板の表面に非常に微細な発光ないし遮光要素が配置されており、塵埃を極度に嫌うためクリーンルーム内で製造されるが、機械的なスクライビング及びブレイキングにおいては、微細な、また時によってかなり大きなガラスの破片が生じ、甚だしいときは切断部に欠けが生じて、製品の品質を低下させたり、製品の歩留まりを低下させたりする。また、機械的なブレイキングによるときは、割れが切断線から外れて進行したり、切断部に欠けが生じたりしないように、深いスクライブ溝を入れる必要があり、生産性を低下させると共に、発生する塵埃を増加させ、更にはスクライビングカッタ(尖針やローラ)の摩耗を早めて、その交換のために頻繁に機械を停止させなければならないという問題があった。
【0008】
また、割断のためにスクライビング装置とブレイキング装置との2台の装置が必要であるため、機械の設置面積が広くなり、クリーンルームの床面積も大きくしなければならないという経済的な不利益もある。
【0009】
この発明は、現在一般的に行われている機械的なスクライビングとブレイキングによる硬質脆性板の割断方法の上述した問題点を解決するため、レーザ光その他の加熱ビームによる生産性の高い硬質脆性板の割断方法を得ることを課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明の方法では、水平に支持した硬質脆性板の下面にその所望の切断線に沿って当該硬質脆性板より高い硬度の工具の鋭い先端ないし周縁を接触移動させてスクライブ線を形成し、このスクライブ線を形成した面の反対の面である上面に硬質脆性板を局部加熱するレーザ光その他の加熱ビームを照射して、その照射点を前記スクライブ線に沿って移動させることにより、硬質脆性板を割断する。
【0011】
この場合、割断対象となる硬質脆性板を前記工具を配置した溝を有する水平なテーブルで支持し、スクライブ線を当該硬質脆性板の下面に形成し、加熱ビームを当該硬質脆性板の上面に照射するのが、割断時に生ずる塵埃の処理の点で優れている。
【0012】
硬質脆性板の割断装置にこの発明の方法を適用するときは、スクライブ線を形成する工具と加熱ビームの照射装置とを切断しようとする硬質脆性板を挟んで対向させ、加熱ビームの照射点を工具の走行方向後方に所定距離を隔てて配置し、当該工具と加熱ビームの照射点とを、前記所定距離ないし距離範囲を保持した状態で硬質脆性板の切断線に沿って走行させる方法が、作業能率や装置スペースの点で有利である。
【0013】
切断線は直線に限らず、円や自由曲線に沿う割断も可能である。加熱ビームは、割断線にそって前後に往復動させながら走行させることもでき、通常はこのような往復動を加えるほうが好ましい。
【0014】
【作用】
上記のこの発明の方法は、スクライブ線の形成と加熱ビームの照射とを割断しようとする硬質脆性板の同一の面に対して行なう、前記特開昭59−97545号公報記載の従来方法に対し、スクライブ線の形成と加熱ビームの照射とを硬質脆性板の互いに反対の面に対して行うという点で相違するが、この相違により割断能率と割断面の精度並びに割断時に生じる塵埃の量及び超硬工具の摩耗の点で、以下に述べる大きな差違が生ずる。
【0015】
硬質脆性板の一方の面に加熱ビームを照射すると、その集光点の板の厚さ方向で加熱ビームが照射される側に偏った位置に、局部的な加熱領域が生ずる。従来方法においては、図3に示すように、スクライブ線4を形成した面に向けて加熱ビーム3を照射していたので、局部的な加熱領域5は硬質脆性板1の厚さ方向でスクライブ線4を設けた側に偏った部分に生じ、この加熱領域はスクライブ線4を包含している。なぜなら、減衰していない最大エネルギーの加熱ビームがスクライブ線に照射されているからである。
【0016】
加熱領域5のガラス質は、熱によって膨張し、周囲の加熱されていないガラスを押し広げようとする。当然この反作用として、加熱領域のガラスには圧縮応力が作用する。すなわち、従来方法では、加熱領域のスクライブ線の溝底に作用する熱応力は圧縮応力であるため、ガラス板の割断に有効に作用しない。
【0017】
実際には、加熱領域5は硬質脆性板1の面方向にも図5に示すように広がり、その周囲に円周方向の引張り応力を生ずる。従って従来方法でもこの円周方向の引張り応力により割断されるが、厚さ方向では圧縮側となるため、割断能率が上がらず、深いスクライブ線を設けなければならない。
【0018】
一方、図2に示すこの発明の方法では、スクライブ線4を形成した面と加熱ビーム3を照射する面とが反対の面であるため、加熱ビーム3の照射によって生ずる加熱領域5は、硬質脆性板1の厚さ方向でスクライブ線4の反対の側に偏った位置になる。加熱領域5のガラス質は、熱膨張して周囲の加熱されていないガラスを押し広げようとする。この押し広げようとする力が、加熱領域5の周囲の加熱されていない部分に接線方向の引張り力を発生させる。加熱領域5が広がると、図4に示すようにスクライブ線4の溝底部分も圧縮領域となるが、図5の平面的な加熱領域の周囲に円周方向の引張り応力が生じ、加熱領域の外周部分で図2の状態での引張り応力が生ずる。これら引張り力は、スクライブ線4を中心として硬質脆性板1を局部的に両側に引き離す方向の応力となるため、スクライブ線4の溝底に生じた局部割れは、板厚方向に直線的に進行し、直角度及び面精度の良好な切断面が得られる。
【0019】
なお平面的な加熱領域を、図6に示すような切断方向に長い楕円領域とすれば、切断が開始する加熱領域5の進行方向先端部における円周方向の引張り応力を大きくでき、切断効率を更に向上させることができる。楕円形の加熱領域は、加熱ビームの照射点を図6の矢印Dで示すように、切断線に沿う方向に往復動させながら走行させることで実現できる。なお、図5及び6の点Aは、スクライブ線4を形成する工具の接触位置であり、この位置は、加熱領域5の外側とする。
【0020】
以上の説明から理解されるように、この出願の発明によれば、スクライブ線を設けたことによる応力集中と加熱ビームの照射による局部熱応力とが硬質脆性板の割断のために最適に作用するため、割断速度が速く、割断面の精度も高くできる。また、スクライブ線の溝深さも浅くてよい(局部的な応力集中であるため、スクライブ線の溝の奥端の形状に依拠し、溝深さを浅くしても局部応力の大きさは変わらない)ので、スクライブ線を高速で形成することが可能であると共に、工具の摩耗量も少ない。
【0021】
また、スクライブ線の溝深さが浅くてよいことから、スクライブ線を形成することにより生ずる塵埃も大幅に低減する。また、切断しようとする硬質脆性板を水平面で支持してその下面にスクライブ線を形成するようにすれば、スクライブ線を形成するときに生じる塵埃は下方に落下し、または下方から吸引することによって速やかに排除される。加熱ビームによるブレイキング時には塵埃はほとんど発生しない。
【0022】
そして請求項2の方法により、スクライビングとブレイキングとを同一機械上で一工程で行うことが可能になり、フラットパネルディスプレイの製造設備において、ガラス基板の割断工程に要する機械の設置面積を半減させることができ、クリーンルームの床面積も小さくてすむ。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1はこの発明の方法を模式的に示した斜視図である。この実施例では硬質脆性板であるガラス板1を、直線の切断線に沿って割断する方法を示している。割断しようとするガラス板1は、溝を有する水平なテーブルで支持され、そのテーブルの溝にスクライビングローラ2が配置される。スクライビングローラ2は上方に向けて押圧され、ガラス板1の下面に押接されている。
【0024】
炭酸ガスレーザ発振器等から投射されたレーザ光は、集光レンズを含む適宜な光学系を経てガラス板1の上面に集光される。スクライビングローラ2の接触点Aとレーザ光3の集光点Bとは、スクライビングローラ2の外周縁の接線方向に所定距離隔てられている。
【0025】
この状態でスクライビングローラ2とレーザ光3とを図の矢印Cで示す方向、すなわちスクライビングローラ2の接線方向で、当該ローラがレーザ光より先行する方向に同期走行させるか、あるいはスクライビングローラ2の位置とレーザ光の集光点Bの位置とを固定したまま、ガラス板1を支持しているテーブルを、図の矢印Cと反対の方向に走行させることにより、ガラス板1の下面にスクライビングローラ2によってスクライブ線4が形成され、そのスクライブ線に対向するガラス板の上面に、スクライビングローラ2の接触位置より所定距離遅れて、レーザ光の集光点Bが走査される。ガラス板1は、レーザ光の集光点Bにおいて、スクライブ線4の底から成長する局部割れによって割断される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の方法の実施例を示す模式的な斜視図
【図2】この発明の方法におけるスクライブ線とレーザ光による加熱領域との関係を示す説明図
【図3】従来方法によるスクライブ線とレーザ光の加熱領域との関係を示す説明図
【図4】加熱領域が広がったときのこの発明の方法におけるスクライブ線とレーザ光による加熱領域との関係を示す説明図
【図5】加熱領域の平面的な広がりとその周囲の応力を示す説明図
【図6】加熱領域の平面的な広がりを楕円形とした例を示す説明図
【符号の説明】
1 ガラス板
2 スクライビングローラ
3 レーザ光
4 スクライブ線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of dividing a hard and brittle plate represented by a glass plate along a predetermined line and dividing it, for example, a glass on which display elements are formed at the time of manufacturing a flat panel display such as a liquid crystal or a plasma display. The present invention relates to a method used for cutting a substrate into a predetermined dimension.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of flat panel displays such as liquid crystal displays and plasma displays, display elements of the required dimensions are formed by forming multiple display elements on a large-area glass substrate and then cutting them into multiple pieces to increase productivity. Therefore, a process of cutting the glass substrate along a predetermined cutting line is indispensable at the time of manufacture. Hard brittle materials such as glass plates are also cut with diamond saws, etc., but since cutting takes a very long time, a method of cutting using cracks based on the brittleness of the material is widely adopted. ing.
[0003]
Currently, the most commonly used cutting method for glass plates, etc., is to push the sharp tip or sharp edge of a carbide tool such as a diamond tool against the glass surface and move it to the cutting surface. After forming a groove (scribe line) along the groove, a mechanical impact force such as bending or pulling is applied to the plate along this groove. This process consists of two steps, a scribing process and a breaking process. The apparatus which performs is installed adjacently, and a cleaving process is performed, transferring a workpiece | work from a scribing apparatus to a breaking apparatus.
[0004]
On the other hand, attempts have been made for a long time to cleave by generating local internal thermal stress on the glass plate. The basic principle is that the laser beam or other heating beam irradiated on the surface of the hard brittle plate is caused to travel along the cutting line, so that cracks due to local thermal stress generated in the part irradiated with the heating beam are used as the cutting line. It is something that goes along. In this method of cleaving a hard brittle plate using a local heating beam, various improved methods have been proposed for the purpose of improving the cleaving speed and the accuracy of the cleaved section.
[0005]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-97545 proposes a method in which a scribe line is put in advance on a glass plate with a cemented carbide chip or the like, a laser beam is irradiated on the line, and a thermal shock is applied. Japanese Patent Laid-Open No. 5-32428 discloses that the surface of a glass body to be processed is irradiated with laser light in an ultraviolet region having a high absorption rate with respect to the glass body, and the irradiation point is set as a target cutting line. Scanning along the surface of the glass body to be processed, and irradiating laser light in the infrared region along the scribed portion to give thermal distortion that leads to cleavage The glass processing method containing these is proposed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As for the cleaving method of a hard brittle plate using a laser beam, the greatest reason that has not been put into practical use although various methods have been proposed for a long time is low processing efficiency. For this reason, a breaking method based on mechanical impact force is used, which has a relatively high possibility of cracking deviating from a desired cutting line and requires a large installation space for the machine.
[0007]
However, flat panel displays are manufactured in a clean room because they have extremely fine light-emitting or light-shielding elements on the surface of the glass substrate, and are extremely disliked by dust. However, in the case of mechanical scribing and breaking, In addition, a considerable amount of glass fragments are sometimes generated, and when it is severe, the cut portion is chipped, thereby reducing the quality of the product or the yield of the product. In addition, when mechanical breaking occurs, it is necessary to insert deep scribe grooves so that cracks do not advance from the cutting line and chips are not generated in the cut portion, which reduces productivity and occurs. There is a problem that the dust must be increased and the scribing cutter (pointer needle or roller) is quickly worn, and the machine must be frequently stopped for the replacement.
[0008]
In addition, since two devices, a scribing device and a breaking device, are necessary for cleaving, there is an economic disadvantage that the installation area of the machine is increased and the floor area of the clean room must be increased.
[0009]
In order to solve the above-mentioned problems of the method of cleaving a hard brittle plate by mechanical scribing and breaking, which is generally performed at present, a highly brittle plate having high productivity by a laser beam or other heating beam is provided. The problem is to obtain a cleaving method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the method of the invention, by moving contact with sharp tip or peripheral high hardness of the tool from the hard and brittle plate to form a scribe line along the desired cutting line under surface of the hard and brittle plate is supported horizontally, By irradiating the upper surface, which is the surface opposite to the surface on which the scribe line is formed, with a laser beam or other heating beam that locally heats the hard brittle plate, the irradiation point is moved along the scribe line, thereby causing the hard brittleness. Cleave the board.
[0011]
In this case, a hard brittle plate to be cleaved is supported by a horizontal table having a groove in which the tool is arranged , a scribe line is formed on the lower surface of the hard brittle plate, and a heating beam is irradiated on the upper surface of the hard brittle plate. This is excellent in terms of treating dust generated during cleaving.
[0012]
When applying the method of the present invention to a hard brittle plate cleaving device, the tool for forming the scribe line and the irradiation device for the heating beam are opposed to each other with the hard brittle plate to be cut between them, and the irradiation point of the heating beam is set. A method of disposing a predetermined distance behind the traveling direction of the tool and causing the tool and the irradiation point of the heating beam to travel along the cutting line of the hard brittle plate while maintaining the predetermined distance or distance range. This is advantageous in terms of work efficiency and equipment space.
[0013]
The cutting line is not limited to a straight line, but can be cut along a circle or a free curve. The heating beam can be run while reciprocating back and forth along the breaking line, and it is usually preferable to apply such reciprocation.
[0014]
[Action]
The above-described method of the present invention is performed on the same surface of a hard brittle plate that is intended to cleave formation of a scribe line and irradiation of a heating beam, as compared to the conventional method described in Japanese Patent Laid-Open No. 59-97545. However, the difference is that the formation of the scribe line and the irradiation of the heating beam are performed on the opposite surfaces of the hard brittle plate, but this difference results in the cleaving efficiency, the accuracy of the cleaved surface, the amount of dust generated during cleaving, In terms of wear of hard tools, the following large differences occur.
[0015]
When one surface of the hard brittle plate is irradiated with a heating beam, a local heating region is generated at a position biased toward the irradiation side of the heating beam in the thickness direction of the condensing point. In the conventional method, as shown in FIG. 3, since the
[0016]
The vitreous material in the
[0017]
Actually, the
[0018]
On the other hand, in the method of the present invention shown in FIG. 2, since the surface on which the
[0019]
If the planar heating region is an elliptical region that is long in the cutting direction as shown in FIG. 6, the tensile stress in the circumferential direction at the front end in the traveling direction of the
[0020]
As understood from the above description, according to the invention of this application, the stress concentration due to the provision of the scribe line and the local thermal stress due to the irradiation of the heating beam act optimally for cleaving the hard brittle plate. Therefore, the cleaving speed is fast and the accuracy of the fractured surface can be increased. Also, the groove depth of the scribe line may be shallow (because it is localized stress concentration, depending on the shape of the deep end of the groove of the scribe line, the magnitude of the local stress does not change even if the groove depth is shallow. Therefore, the scribe line can be formed at a high speed and the wear amount of the tool is small.
[0021]
In addition, since the groove depth of the scribe line may be shallow, dust generated by forming the scribe line is greatly reduced. Also, if the hard brittle plate to be cut is supported on a horizontal plane and a scribe line is formed on the lower surface, dust generated when the scribe line is formed falls downward or is sucked from below. Immediately eliminated. When breaking with a heating beam, almost no dust is generated.
[0022]
According to the method of claim 2 , scribing and breaking can be performed in one process on the same machine, and the installation area of the machine required for the cleaving process of the glass substrate in the flat panel display manufacturing facility can be halved. The floor area of the clean room can be reduced.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the method of the present invention. In this embodiment, a method of cleaving the glass plate 1 which is a hard brittle plate along a straight cutting line is shown. A glass plate 1 to be cut is supported by a horizontal table having a groove, and a scribing roller 2 is disposed in the groove of the table. The scribing roller 2 is pressed upward and is pressed against the lower surface of the glass plate 1.
[0024]
Laser light projected from a carbon dioxide laser oscillator or the like is condensed on the upper surface of the glass plate 1 through an appropriate optical system including a condenser lens. The contact point A of the scribing roller 2 and the condensing point B of the
[0025]
In this state, the scribing roller 2 and the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the method of the present invention. FIG. 2 is an explanatory view showing the relationship between a scribe line and a heating region by a laser beam in the method of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the line and the laser beam heating region. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the scribe line and the laser beam heating region in the method of the present invention when the heating region is widened. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the planar expansion of the region and the stress around it. FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example in which the planar expansion of the heating region is an ellipse.
1 glass plate 2
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