JP5245819B2 - ガラス基板の面取り方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス基板およびディスプレイ用ガラス基板、特にフラットパネルディスプレイ用ガラス基板やフォトマスクとして使用されるガラス基板の面取り方法および装置に関する。
現在、ディスプレイ用ガラス基板であって、特に液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイといったフラットパネルディスプレイ用ガラス基板や、住宅、ビル等の建造物の窓ガラス、また自動車、鉄道、航空機、船舶等、輸送機関等の車両用の窓ガラス等、実に多くの分野の開口部材としてガラス基板が用いられている。このようなガラス基板は、フロート法、フュージョン法またはダウンドロー法を用いて溶融ガラスから成形される。また、一次成形されたガラス板をリドロー加工することによって得られる。
特にフラットパネルディスプレイの製造プロセスにおいて、これらのガラス基板を搬送したり、位置決めする際、衝撃や機械的な外力によりガラス基板の端面から割れたり欠けたりすることが問題となっている。例えば、ガラス基板を製造装置に乗せるときや、位置あわせ用のピンに押し付けたときの衝撃でガラス基板が割れたり欠けたりすることがある。
上記課題を解決するために、ガラス基板の端面を面取りして曲げ強度や衝撃強度の向上を図ってきた。ガラス基板の面取りは、一般的に砥石でガラス基板の端面の角を取るか、端面そのものを丸く研磨することで行われている。これらの場合、ガラス基板の端面の曲げ強度や衝撃強度をより向上させるには、鏡面に近い状態で研磨することが望まれるが、それには多大な時間を要するため、適当な番手（例えば＃５００）までで面取りを終了させている。
また、本方法では、ガラス基板を厳重に固定して砥石による面取りを行うため、面取りに非常に時間がかかるという問題がある。さらに、研磨により除去されたガラス粉末や研磨スラリーなどでガラス基板が汚染されるので、洗浄を念入りに行う必要があった。
別の面取り方法として、炭酸ガス（ＣＯ２）レーザを用いた面取り方法が提案されている（特許文献１〜５）。この方法は切断されたガラス基板のエッジを炭酸ガスレーザで溶融し丸くするので、非接触でしかも高速に面取りが可能であるが、特許文献に記載されていないガラス基板エッジ周辺に強い応力が残るという重大な問題があった。
前記応力としては、通常はガラス基板のエッジの長手方向に発生する引っ張り応力である場合が多く、ガラス基板のエッジ強度を低下させるだけでなく、面取りしたガラス基板を再切断する場合にはこの応力によってクラックの進展が乱され、切り線どおりに切断できないという問題があった。
特許第２６１２３２２号公報では、軟化温度直下まで加熱したガラス基板にレーザ光線照射で面取りを行う方法が提案されているが、本方法ではガラス基板全体を加熱保持する必要があり、現在の大型ガラス基板の面取りにおいては装置化が困難で、かつ加熱から徐冷までの時間がかかり過ぎる。また、表示パネルに加工したガラス基板の面取りにおいては、全体を加熱すると耐熱性の低い部材が破損してしまう恐れがあり好ましくない。
特開平２−４８４２３号公報には、ガラス基板のレーザ光線照射による面取り方法が開示されているが、残留応力の問題については全く記載がなく、また解決方法についても記載がない。
ＷＯ２００３／０１５９７６号公報では、ガラス基板を楕円状のレーザビームで予熱および加熱面取りを行い、さらに楕円レーザビームでアニールを行い残留応力を低減することが記載されている。しかしながら、本方法によってガラス基板の残留応力が実際に低減されたかどうかについては記載がない。
特許第３３８７６４５号公報では、液晶パネルのガラス基板端部の電極形成面側エッジに炭酸ガスレーザ光線を集光照射して短絡電極を除去するとともに、ガラス基板の角を溶融して糸面取りの処理を同時に行う方法が開示されている。しかしながら本方法では、ガラス基板のエッジ全体を曲面形状に加工する方法は記載されていない。また、残留応力の問題については全く考慮されておらず、その解決法についても開示されていない。
特許第３１２９１５３号公報では、ガラス基板を熱割断後面取りする方法が開示されている。しかしながら、本方法では基板面上方向からレーザ光線を照射し熱割断を行い直ちに面取りを行っているが、前記熱割断では、クラック先端が基板端面に達するまでガラス基板は分離しない。したがって、基板分離前に面取りのための炭酸ガスレーザビームを照射しても上面しか面取りすることができず、また、溶融温度で割断部のガラスを近接させてしまうと、割断面が再び融着されることが懸念される。そのため、本方法ではガラス基板のＲ面取りには使用できない。また、本方法においても残留応力の問題においては全く考慮されておらず、その解決法についても開示されていない。
特許第２６１２３２２号公報 特開平２−４８４２３号公報 ＷＯ２００３／０１５９７６号公報 特許第３３８７６４５号公報 特許第３１２９１５３号公報
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ガラス基板およびディスプレイ用ガラス基板、特にフラットパネルディスプレイ用ガラス基板やフォトマスクとして使用されるガラス基板の端面の曲げ強度や衝撃強度を向上させて、フラットパネルディスプレイ製造プロセスにおけるガラス基板の割れや欠けを防止し、生産性を向上させることができる新規なガラス基板の面取り方法および装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明は、レーザ光線の照射によるガラス基板の面取り方法であって、少なくとも１つのレーザ光線をガラス基板の端面に対し照射するとともに、前記ガラス基板のレーザ光線照射部に冷却気体を送風し、前記ガラス基板の端面における、レーザ光線照射部断面のエネルギー密度分布が最大の１／ｅ ２ （ｅは自然対数の底）となる部分を繋いだ曲線で囲まれる面の前記ガラス基板の端面の長手方向の幅をＷ（ｍｍ）、前記レーザ光線と前記ガラス基板との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、Ｗ≦０．１５×Ｕ＋２であり、更に０．０２≦Ｗ≦０．１５×Ｕ＋２であることを特徴とするガラス基板の面取り方法を提供する。
本発明は、前記レーザ光線の照射角度が、前記ガラス基板の端面の垂直方向に対し、前記端面の長手方向に７０°以内、かつ板厚方向に７０°以内であることが好ましい。
本発明は、、前記冷却気体の送風方向が、前記ガラスの基板の端面の垂直方向に対し、前記端面の長手方向に７０°以内、板厚方向に４５°以内であることが好ましい。
本発明は、前記冷却気体の風速が、レーザ光線照射部において、風速１ｍ／秒〜２００ｍ／秒であることが好ましい。
また本発明は、前記ガラス基板の端面における、前記レーザ光線照射部断面の総ワット数／照射面積で定義される平均パワー密度をＰ（Ｗ／ｍｍ２）、前記レーザ光線と前記ガラス基板との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、（０．５×Ｕ＋０．２）／０．７×（０．１５×Ｕ＋２）≦Ｐ≦（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ×０．７であることが好ましく、更に（４×Ｕ）／０．７／（０．１５×Ｕ＋２）≦Ｐ≦（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ×０．７であることがより好ましい。
また本発明は、前記ガラス基板の端面に前記レーザ光線を照射する前に、前記ガラス基板の端面を予熱することが好ましい。
また、前記レーザ光線を走査する速度が、ガラス基板に対し、相対的に０．１〜２００ｍｍ／秒であることが好ましい。
また、前記レーザ光線の波長が、３〜１１μｍであることが好ましい。
また、前記レーザ光線が、ガラス基板に対しガラス基板の端面の厚み方向に収束することが好ましい。
本発明は、溶融ガラスを連続的に供給してフロート法によりガラス基板を製造するライン中で、ガラス基板の面取りを連続的に行う場合に好適である。
また本発明は、レーザ光線を照射する前記記載のガラス基板の面取り方法を行うガラス基板の面取り装置であって、少なくとも１つのレーザ光線をガラスの端面に対し照射する機構と、前記ガラス基板のレーザ光線照射部に冷却気体を送風する機構と、を備えたことを特徴とするガラス基板の面取り装置を提供する。
本発明の方法および装置によれば、ガラス基板およびディスプレイ用ガラス基板、特にフラットパネルディスプレイ用ガラス基板やフォトマスクとして使用される面取りされたガラス基板を提供し、フラットパネルディスプレイ製造プロセスにおけるガラス基板の割れや欠けを防止し、生産性を向上させることができる。
本発明に関わる面取り方法を説明する概略斜視図である。 本発明に係る面取り方法を説明する概略平面図である。 本発明に係る面取り方法を説明する概略側面図である。 本発明によるガラス基板の面取り装置の例の概念図である。
符号の説明
１：ガラス基板、２：端面、３：レーザ光線、３Ｃ：レーザ光線中心線、４：照射部
５：送風ノズル、５Ｃ：送風ノズル中心線、６：冷却気体、７：レーザ光線照射装置、
１１：テスト用ガラス基板
Ａ：ガラス基板の端面の垂直方向に対する、レーザ光線中心線の前記端面の長手方向の照射角度
Ｂ：ガラス基板の端面の垂直方向に対するレーザ光線中心線の前記端面の板厚方向の照射角度
Ｃ：ガラス基板の端面の垂直方向に対する冷却気体中心線の前記端面の長手方向の送風角度
Ｄ：ガラス基板の端面の垂直方向に対する冷却気体中心線の前記端面の板厚方向の送風角度
Ｗ：ガラス基板の端面における、レーザ光線照射部断面のエネルギー密度分布が最大の１／ｅ２となる部分を繋いだ曲線で囲まれる面のガラス基板の端面の長手方向の幅
Ｕ：レーザ光線とガラス基板との相対的な走査速度
以下添付図面に従って、本発明のガラス基板の面取り方法および装置の好ましい実施の形態について詳説する。
本発明で面取りされるガラス基板は、ガラス基板およびディスプレイ用ガラス基板、特にフラットパネルディスプレイ用ガラス基板やフォトマスクとして使用される厚さ０．０５〜７ｍｍのガラス基板であることが好ましい。特に好ましくは、歪点が６１０℃〜６９０℃かつ軟化点９３０℃〜１０００℃、厚さ０．０５〜１ｍｍの液晶用ガラス基板である。本発明の方法において、レーザ光線を照射することによって表面が平滑化する温度にすることができれば、ガラス基板を構成するガラス材料は特に限定されない。したがって、本発明の方法はほとんど全てのガラス材料に適用可能である。
面取りされるガラス基板の端面は、多くの場合、ホイールやダイヤモンドのガラスカッターによりクラックを入れ、それを曲げ応力を用いて割断されたもの、または、板の一部に入れたクラックを、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザおよびバーナーなどでガラス基板を加熱する場合に発生する熱応力を利用してクラックを伸展させてガラスを割断させたものである。また、ダイヤモンドなどの砥粒を固定した円盤状のブレードによって切断したもの、前記種々の切断されたガラス端面を砥石によって研削したもの、フロート法やフュージョン法などで製造中のガラス板の端面そのもの、またプレス法によって加工したガラスの端面であってもよい。
図１は本発明に係る面取り方法を説明する概略斜視図、図２は本発明に係る面取り方法を説明する概略平面図、および図３は本発明に係る面取り方法を説明する概略側面図である。
図１〜３に示すように、レーザ光線３をガラスの基板１の端面２の垂直方向に対し所定の角度をもって照射しつつ、前記照射部に冷却気体６を冷却ノズル５から送風することでガラス基板１の端面２の面取りを行う。本方法による面取りの原理は以下の通りである。
レーザ光線３の照射により溶融に至ったガラス基板１の端面２近傍のガラスが、冷却気体６の送風により直ちに冷却され、溶融に至ったガラス基板１の端面２から外気への脱熱が大きくなり、ガラス基板１内部に伝導する熱量が相対的に大きく減少される。また、伝熱によりガラス基板１の端面２から内部に伝達される熱も、レーザ光線照射部４近傍で前記端面２以外のガラス基板１の面も風冷されるので、さらにガラス基板１自身が加熱されにくくなる。そのために、ガラス基板１の端面２近傍の溶融部の厚みは薄く抑えられ、また、残留応力も低く抑えられるので、ガラス基板１が破壊に至ることも無く、ガラス基板１を再切断する際にも悪影響を与えない。
前記レーザ光線３を照射する方向は、ガラス基板１の端面２の垂直方向に対する、レーザ光線中心線３Ｃの前記端面２の長手方向の角度Ａが±７０°以内、かつ板厚方向に対する角度Ｂが±７０°以内であることが好ましい。前記角度Ａが７０°より大きく、または−７０°より小さくなると、ガラス基板１の端面２におけるレーザ光線３の長手方向の断面の幅Ｗが広くなりすぎて、所望の幅にできなくなる恐れがある。また、前記角度Ｂが７０°より大きく、または−７０°より小さくなると、端面２を照射しない、レーザ光線３の余分な部分の影響が大きくなり、また面取りされた端面２の表面側と裏面側との曲面に大きな差が生じ得る。より好ましくは前記角度Ａが±６０°以内、かつ前記角度Ｂが±５０°以内、さらに好ましくは前記角度Ａが±５０°以内、かつ前記角度Ｂが±３０°以内である。
送風する冷却気体６の送風方向は、前記ガラス基板１の端面２の垂直方向に対する、冷却気体の中心線６Ｃの前記端面２の長手方向の角度Ｃが±７０°以内、板厚方向の角度Ｄが±４５°以内であることが好ましい。前記角度Ｃが７０°より大きく、または−７０°より小さくなると、冷却気体６がレーザ光線照射部４に送風する量が減るので、送風ノズル５をガラス基板１に近接させなければならず、装置設置の自由度が減少してしまう。また、前記角度Ｄが板厚方向に４５°より大きくまたは−４５°より小さくなると、ガラス基板１の面に大きな風圧がかかりガラス基板１の位置がずれる恐れがある。より好ましくは前記角度Ｃが±６０°以内、かつ前記角度Ｄが±３５°以内、さらに好ましくは前記角度Ｃが±５０°以内、かつ前記角度Ｄが±２０°以内である。
また、冷却気体６の風速は、レーザ光線照射部４において、風速１ｍ／秒〜２００ｍ／秒であることが好ましい。前記風速が１ｍ／秒より小さいとガラス基板１の端面２から外気への脱熱が小さく、ガラス基板１内部に熱伝導しやすくなる。したがって、ガラス基板１の溶融部や応力発生部の体積が大きくなり、ガラス強度や切断特性に影響を及ぼしてしまう。前記風速が２００ｍ／秒より大きいと送風装置が大規模で実現が困難となり、かつ風圧でガラス基板１の位置がずれる恐れがある。また、ガラス基板１の端面２からの外気への脱熱が大きくなりガラス基板１の端面２を溶融させるのに必要なレーザパワーが大きくなり、高出力のレーザ装置が必要となり現実的でない。冷却気体６の風速は、より好ましくは２〜１５０ｍ／秒であり、５〜１００ｍ／秒であることがさらに好ましい。
なお、冷却気体６は特に限定されないが、レーザ光線３によって燃焼したり分解しない気体が好ましい。例えば乾燥空気は環境および取り扱いの観点から特に好ましい。
レーザ光線３は、ガラス基板１の端面２における、レーザ光線照射部４断面のエネルギー密度分布が最大の１／ｅ２となる部分を繋いだ曲線で囲まれる面の前記ガラス基板１の端面２の長手方向の幅をＷ（ｍｍ）、前記レーザ光線３と前記ガラス基板１との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、Ｗ≦０．１５×Ｕ＋２であることが好ましい。前記幅Ｗが０．１５×Ｕ＋２より大きいと、ガラス基板１の残留応力の値が大きくなり、かつ残留応力層の厚みが厚くなり、ガラス基板１のエッジ強度を低下させる恐れがある。前記幅Ｗが０．１５×Ｕ＋２より大きい条件で面取りされたガラス基板１を、ガラスカッターなどで形成したクラックを伸展させて切断する際には、クラックが切断予定線から外れてしまい正確に切ることができない。但し、前記幅Ｗは、波動光学的な回折限界のため光の波長程度までしか小さくすることは出来ず、また作業性を鑑みると集光レンズとガラス基板との距離を十分に確保する必要があるので、実用的な観点から前記幅Ｗは２０μｍ以上に制限される。したがって、０．０２≦Ｗ≦０．１５×Ｕ＋２であることが好ましく、より好ましくは０．０２５≦Ｗ≦０．１５×Ｕ＋１．５、さらに好ましくは０．０３≦Ｗ≦０．１５×Ｕ＋１である。
また、レーザ光線３は、ガラス基板１の端面２における、前記レーザ光線照射部４の断面の総ワット数／照射面積で定義される平均パワー密度をＰ（Ｗ／ｍｍ２）としたとき、平滑な面取りをする観点およびガラス基板１の端面２の加熱による変形、特定の元素の昇華に起因したガラス品質の劣化、およびガラスの蒸発を防止する観点より、（０．５×Ｕ＋０．２）／０．７／（０．１５×Ｕ＋２）≦Ｐ≦（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ×０．７が好ましい。また、より好ましいＰは、（０．５×Ｕ＋０．２）／０．７／（０．１５×Ｕ＋１．５）以上、さらに好ましくは（０．５×Ｕ＋０．２）／０．７／（０．１５×Ｕ＋１）以上である。特に（４×Ｕ）／０．７／（０．１５×Ｕ＋２）以上であることが好ましい。また、より好ましいＰは、（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ／０．７×０．０１以下、さらに好ましくは（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ／０．７×０．００２以下である。
レーザ光線３は、ガラス基板１に対し速度０．１〜２００ｍｍ／秒で相対的に走査することが好ましい。０．１ｍｍ／秒よりも遅いと生産性が悪くなり、２００ｍｍ／秒より早いと必要なパワーを得るのに大出力のレーザ装置が必要になり現実的でなく、またガラス基板１の端面２が十分に加熱されず平滑な端面２が得られない恐れがある。前記走査速度は、より好ましくは０．５〜１８０ｍｍ／秒、さらに好ましくは１〜１５０ｍｍ／秒である。
ガラス基板１の端面２にレーザ光線３を照射する前に、前記ガラス基板１の端面２を予熱してもよい。予熱を行うと、レーザ光線３を照射する照射部４の急激な温度変化によるガラス基板１の割れが生じる恐れが少なくなり、レーザ光線３とガラス基板１との相対的な走査速度を大きくすることができる。予熱はガラス基板１全体を加熱してもよいが、生産性が低下するのであまり好ましくない。予熱方法は特に限定されないが、好ましくは抵抗発熱体や電熱線を用いたヒータ、高強度ランプ、または炭酸ガスレーザなどを用いてガラス基板１の端面２の表層部を局部的に加熱することが好ましい。なお、予熱により到達する最高温度は、ガラス基板１の温度がガラス基板の歪点を越えないものとする。
レーザ光線３は、波長３〜１１μｍのレーザ光線３を用いることが好ましい。波長が３ミクロンよりも短いと、ガラスがレーザ光線３を吸収せず、ガラス基板１の端面２を十分に加熱できない恐れがある。また、前記波長が１１μｍより長い場合、レーザ装置の入手が困難であり現実的でない。より好ましくは波長４〜１０．９μｍ、さらに好ましくは波長９〜１０．８μｍである。
レーザ光源は、発振形態を特に限定されず、連続発振光（ＣＷ光）またはパルス発振光、連続発振光の変調光（連続発振光をＯＮ／ＯＦＦで変調し周期的に強度変化を与える）のいずれであってもよい。但し、パルス発振光および連続発振光の変調光の場合、レーザ光線３の相対的な走査速度Ｕが遅いと、走査方向に面取り形状のムラを生じる恐れがある。その場合、発振および変調の周期とレーザ光線３とガラス基板１との相対的な走査速度との積がガラス基板１の厚みの半分以下であることが好ましい。
例えばＣＯ2レーザは、発振波長１０．６μｍのレーザ光線が最も一般的であり特に好ましい。この波長領域のレーザ光線３を照射した場合、ガラス基板１にレーザ光線３の大部分が吸収されて、レーザ光線３を照射した部位の温度を軟化温度以上に上昇させることができる。
また、レーザ光線３を、ガラス基板１に対しガラス基板の端面の厚み方向に収束するように照射するとよい。ガラス基板の端面の厚み方向に、レーザ光線３が発散している場合、ガラス基板１の端面２の部分が溶融により丸くなった後は、照射部４におけるガラス基板１の端面２の板厚方向端辺付近に対する光線の入射角が大きくなるので、レーザ光線３のエネルギーを吸収しにくくなり、加熱が不十分になる。その結果、前記部分の溶融が不十分になりキズが残留し、エッジ強度低下に繋がる恐れがある。
本発明の方法では、ガラス基板１の面取り部に全く応力を発生しないようにすることは原理的に困難であるが、ガラス基板１の端面２のクラックを熱により溶融し取り除いているために、従来の研削による面取りガラス基板１と同等の強度を確保でき、実用的な強度に関しては問題が無い。また、複屈折に代表される光学的な問題に関しては、通常の用途、例えばフラットパネルディスプレイに関しては、ガラス端部まで画素が来ることは無く問題はない。必要であればガラス基板１全体を徐冷すれば残留応力を容易に取り除くことができる。
本発明を利用した装置として、例えば、少なくとも１つのレーザ光線の発生装置より出射したレーザ光線を凸レンズやシリンドリカルレンズ等で所望の断面形状となるようにし、これをガラス基板の端面に対し所望の相対速度となるように照射する機構を備えるとともに、同時にレーザ光線照射部に冷却空気を送風する機構を備えることで所望の面取りされたガラス基板が得られる装置を構成することができる。
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明によるガラス基板の面取り装置の例の概念図である。図４（ａ）は、レーザ光線照射装置７は固定し、ガラス基板をＨの方向に搬送させることで両者を相対移動させる例である。図４（ａ）に示すように、本装置はガラス基板１を正確に位置決めした状態で搬送する装置（図示せず）、レーザ光線３の発生装置（図示せず）、レーザ光線３の断面形状を制御しガラス基板１の端面２に照射するレーザ光線照射装置７、レーザ光線３を発生装置からレーザ光線照射装置７まで伝送する装置（図示せず）、冷却気体の送風ノズル５、により構成される。なお、電源や送風機（コンプレッサ等）、レーザ光線３の出力や冷却気体６の風量を制御する装置などの記載は省略した。
このように、駆動部が少ないので装置は非常に簡単な構成となる。なお、面取りは１端面ずつ行ってもよいが、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１の搬送方向Ｈと平行な両端面２を同時に行うことも可能である。
図４（ｂ）は、連続成形されるガラス基板の製造装置にレーザ光線照射装置７を固定して両者を相対移動させる例である。このように、溶融ガラスを連続的に供給してフロート法やフュージョン法などの製造ライン中でガラス基板の面取りを連続的に行ってもよい。このような製造ライン中で面取りが行うことができると、従来のように連続成形するガラス基板製造ラインで一度ガラス基板を中間パレット等に積載し、次工程の面取ラインに再投入する工程を削減することができ、設備および工程の効率化が図れる。さらに、面取り前のガラス基板を取り扱う工程が減るため、端面強度が弱いことに起因する割れや欠けを低減することができる。なお、面取りは１端面ずつ行ってもよいが、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板１の移動方向Ｉと平行な両端面２を同時に行うことも可能である。
図４（ｃ）は、ガラス基板１を固定して、レーザ光線照射装置７および送風ノズル５を走査することで両者を相対移動させる例である。面取りは１端面ずつ行ってもよいが、図４（ｃ）に示すように、レーザ光線照射装置７および送風ノズル５の搬送方向Ｊと平行な両端面２を同時に行うことも可能である。また、４端面を同時に行ってもよい。
このように、本発明の装置は、レーザ光線とガラス基板との相対運動は、ガラス基板１を搬送して行ってもよく、レーザ光線照射装置７および送風ノズル５を走査して行ってもよい。また、レーザ光線照射装置７は複数あってもよく、複数のレーザ光線照射装置７で同時に面取りを行ってもよい。装置の簡略化のため、送風ノズル５とレーザ光線照射装置７は一体化させてもよい。
以下、実施例により本発明をさらに詳説する。
図１に示すように本実施例におけるガラス基板の面取りテストを実施した。テスト用ガラス基板１として、ホイールカッターにより割断した液晶ディスプレイ用ガラス基板を以下の条件で準備した。
Ａ：長さ１２ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ０．７ｍｍ
Ｂ：長さ１２ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ
Ｃ：長さ１２ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ
Ｄ：長さ１２ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ
Ｅ：長さ１２ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ
Ｆ：長さ１２ｃｍ、幅２．５ｃｍ、厚さ０．５ｍｍ
Ｇ：長さ５ｃｍ、幅０．５ｃｍ、厚さ０．３ｍｍ
ここで、ＣとＦのガラス基板は、端面をさらに＃５００の研削ホイールにより、曲率半径が約０．２５ｍｍとなるように面取りした。また、Ａ〜Ｆまでのガラス基板は液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＡＮ１００、旭硝子株式会社製）であり、ガラス基板Ｇは、液晶ディスプレイ用ガラス基板（商品名ＯＡ−１０、日本電気硝子株式会社製）である。
例１として、上記ガラス基板Ａを使用し、図１に示すように、このガラス基板１の端面に、波長１０．６ミクロンの連続発振の炭酸ガスレーザ装置（レーザ発振形態はＣＷ光）、球面レンズおよびシリンドリカルレンズ（図示せず）を用いて、前記ガラス基板１の端面２における、前記レーザ光線照射部４の断面の総ワット数Ｑが１８Ｗ、レーザ光線３のガラス基板１の端面２におけるレーザ光線照射部４の断面のエネルギー密度分布が最大の１／ｅ２となる部分を繋いだ曲線で囲まれる面の前記ガラス基板の端面の長手方向の幅Ｗを０．１ｍｍ、板厚方向の高さＨを３．５ｍｍの略楕円形状となるようにレーザ光線３を照射した。このときの総ワット数／照射面積で定義される平均パワー密度Ｐは、約５１Ｗ／ｍｍ２であった。なお、前記レーザ光線３は、ガラス基板１の端面２の垂直方向に対して前記端面２の長手方向の照射角度Ａを０°、板厚方向の照射角度Ａを０°で照射した。
また、冷却気体６として乾燥空気を送風ノズル５によって、冷却気体６は、ガラス基板１の端面２の垂直方向に対して前記端面の長手方向の送風角度Ｃを４０°、板厚方向の送風角度Ｄを０°となるように冷却ノズル５の位置と向きを調整した。冷却気体６の風速Ｓは、ガラス基板１の端面において約２５ｍ／秒とした。
ガラス基板１は、前記ガラス基板１の端面２の長手方向に、レーザ光線３を照射しながら、レーザ光線３とガラス基板１との相対的な走査速度Ｕを２ｍｍ／秒として走査させた。
また、準備したＢ〜Ｇのガラス基板を用い、以下の条件を表１に示すように変更した以外は例１と同様にして例２〜７の面取りを実施した。なお、例６では予熱は、波長１０．６ミクロンの連続発振の炭酸ガスレーザ装置（レーザ発振形態はＣＷ光）をもう一つ用意し、上記レーザ光線３の照射中心から、ガラス基板の長手方向に１３ｍｍ上流で、エッジより奥の方向に７ｍｍのガラス基板上面に、レーザ光線のガラス基板板上面における断面が、板の長手方向に３０ｍｍ、幅方向に１０ｍｍの略楕円形状となるように、１９Ｗの出力で照射してガラス基板１の端面２の予熱を行った。
テスト条件を表１に示す。
Figure 0005245819
テストの結果、例１から７のガラス基板１の端面２が溶融により平滑化し角が丸まり、面取りされたガラス基板が得られた。また、前記ガラス基板１を、ホイールカッター（三星ダイヤモンド工業株式会社製Ｍ１５９）を用いて人手でスクライブ後手折りし、スクライブ痕に沿って割断できることを確認した。
また、比較例として、例１〜７と同じ条件で送風を行わずに面取りを行った。その結果、いずれの場合もガラス基板１の端面２は溶融により平滑化し角が丸まり、面取りされたガラス基板が得られたが、本ガラス基板１を上記と同様にスクライブしたところ、スクライブ痕以外の場所にクラックが自走して正常に切断することができなかった。
本発明は、製造上多くのプロセスを経るため、ガラスの強度が問題とされるガラス基板の端面を面取りすることが必要なガラス基板に広く適用することができる。特に、多くの製造プロセスを経る、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイといったフラットパネルディスプレイ用ガラス基板に好適である。

なお、２００６年２月１５日に出願された日本特許出願２００６−３８０１８号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (13)

  1. レーザ光線の照射によるガラス基板の面取り方法であって、少なくとも１つのレーザ光線をガラス基板の端面に対し照射するとともに、前記ガラス基板のレーザ光線照射部に冷却気体を送風し、
    前記ガラス基板の端面における、レーザ光線照射部断面のエネルギー密度分布が最大の１／ｅ ２ （ｅは自然対数の底）となる部分を繋いだ曲線で囲まれる面の前記ガラス基板の端面の長手方向の幅をＷ（ｍｍ）、前記レーザ光線と前記ガラス基板との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、
    Ｗ≦０．１５×Ｕ＋２であることを特徴とするガラス基板の面取り方法。
  2. レーザ光線の照射によるガラス基板の面取り方法であって、少なくとも１つのレーザ光線をガラス基板の端面に対し照射するとともに、前記ガラス基板のレーザ光線照射部に冷却気体を送風し、
    前記ガラス基板の端面における、レーザ光線照射部断面のエネルギー密度分布が最大の１／ｅ ２ （ｅは自然対数の底）となる部分を繋いだ曲線で囲まれる面の前記ガラス基板の端面の長手方向の幅をＷ（ｍｍ）、前記レーザ光線と前記ガラス基板との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、
    ０．０２≦Ｗ≦０．１５×Ｕ＋２であることを特徴とするガラス基板の面取り方法。
  3. 前記レーザ光線の照射角度が、前記ガラス基板の端面の垂直方向に対し、前記端面の長手方向に±７０°以内、かつ板厚方向に±７０°以内であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板の面取り方法。
  4. 前記冷却気体の送風方向が、前記ガラスの基板の端面の垂直方向に対し、前記端面の長手方向に±７０°以内、板厚方向に±４５°以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  5. 前記冷却気体の風速が、レーザ光線照射部において、風速１ｍ／秒〜２００ｍ／秒であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  6. 前記ガラス基板の端面における、前記レーザ光線照射部断面の総ワット数／照射面積で定義される平均パワー密度をＰ（Ｗ／ｍｍ２）、前記レーザ光線と前記ガラス基板との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、
    （０．５×Ｕ＋０．２）／０．７／（０．１５×Ｕ＋２）≦Ｐ≦（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ×０．７
    である請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  7. 前記ガラス基板の端面における、前記レーザ光線照射部断面の総ワット数／照射面積で定義される平均パワー密度をＰ（Ｗ／ｍｍ２）、前記レーザ光線と前記ガラス基板との相対的な走査速度をＵ（ｍｍ／ｓ）としたとき、
    （４×Ｕ）／０．７／（０．１５×Ｕ＋２）≦Ｐ≦（１０×Ｕ＋１０）／０．００５×Ｕ×０．７
    であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  8. 前記ガラス基板の端面に前記レーザ光線を照射する前に、前記ガラス基板の端面を予熱することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  9. 前記レーザ光線を走査する速度が、ガラス基板に対し、相対的に０．１〜２００ｍｍ／秒であること特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  10. 前記レーザ光線の波長が、３〜１１μｍであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  11. 前記レーザ光線が、ガラス基板に対しガラス基板の端面の厚み方向に収束することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  12. 溶融ガラスを連続的に供給してフロート法によりガラス基板を製造するライン中で、ガラス基板の面取りを連続的に行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラス基板の面取り方法を行うガラス基板の面取り装置であって、少なくとも１つのレーザ光線をガラスの端面に対し照射する機構と、前記ガラス基板のレーザ光線照射部に冷却気体を送風する機構と、を備えたことを特徴とするガラス基板の面取り装置。
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