JP6049847B2 - ガラス基板の分断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板の分断方法、特に、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有する強化ガラスを分断するためのガラス基板の分断方法に関する。

ガラス基板をレーザにより分断する技術として、CO₂レーザをガラス基板に照射して熱応力を生じさせ、分断する方法がある。表面が強化された強化ガラスを分断する場合も、このような従来技術を用いることによって分断することが可能である。

しかし、ガラス基板の表面の強化度が増すと、以上のような従来の技術では分断できなくなる。そこで、高強度ガラスを分断する方法として、特許文献１に示されるような分断方法が提供されている。

この特許文献１に示された方法では、まず、ガラス基板において強化層が形成されていない内部領域に、改質層としての第１ダメージラインが形成される。そして、同様に、強化層が形成されていない内部領域において、第１ダメージラインより浅い領域に第２ダメージラインが形成される。これらのダメージラインを形成することによって、分断予定ラインに沿って亀裂が進展し、ガラス基板は分断される。なお、この分断の際に、カッタによって溝を形成するメカニカルスクライブや、手動又は機械的な操作でダメージラインの両側を押して曲げ力を作用させることが記載されている。

ＷＯ２０１０／０９６３５９Ａ１（段落００２４，００２６，００２７，００３１，００３２等）

特許文献１に記載された分断方法では、ダメージラインが基板表面から比較的浅い領域に形成される。このため、ダメージラインを形成した時点で自然に分断される場合がある一方で、ダメージラインの形成後に、後工程としての分断工程が必要になる場合がある。すなわち、特許文献１に示された方法では、ダメージラインを形成した時点で、フルカットになるのか、あるいはハーフカットになるのか予測ができず、分断処理に関して不安定になる。

また、ダメージラインを形成した後に分断工程が必要な場合は、前述のように、メカニカルスクライブや、ダメージラインの両側に曲げ力を作用させる処理等が必要になる。この場合は、基板表面に欠け等の損傷が生じ、強度の低下を招くという問題がある。

本発明の課題は、強化ガラスに対して、容易にかつ安定して、しかも強度の低下を抑えて分断を行えるようにすることにある。

第１発明に係るガラス基板の分断方法は、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有する強化ガラスを分断するための方法であって、加工痕形成工程と、分断工程と、を含んでいる。加工痕形成工程は、基板内部の引張応力を有する領域内の第１深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザを走査することによって、分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成する。分断工程は、加工痕形成工程のレーザ走査に連続して、走査終了部において第１深さ位置よりも基板の表面側又は裏面側の第２深さ位置にレーザ集光位置を移動させてレーザを走査することにより基板の表面又は裏面に到達する亀裂を形成し、基板を分断する。

ここでは、基板内部の第１深さ位置にレーザを集光して走査することにより、基板内部に加工痕が形成される。この処理に連続して、走査終了部においてレーザの集光位置が基板の表面側又は裏面側の第２深さ位置に移動されて走査される。レーザの集光位置が第２深さ位置に移動されることによって、走査終了部で形成された亀裂が基板の表面又は裏面にまで到達する。この亀裂が分断予定ラインに沿って進展して基板が分断される。

ここでは、１回のレーザ走査によって基板が分断されるので、短時間で安定した分断処理を実行できる。また、分断に際してメカニカルスクライブ等が不要になるので、処理が簡単になり、また基板表面の損傷を抑えることができるので、基板の強度低下を抑えることができる。

第２発明に係るガラス基板の分断方法は、第１発明の分断方法において、分断工程において、第２深さ位置にレーザを集光する領域は、基板の走査終了側の端部から０mm以上１０mm以下の領域である。

ここで、レーザの集光位置を基板表面に近い位置に設定すると、基板表面が損傷されやすくなる。一方、一般的に、基板端部は最終製品として使用されずに廃棄される場合が多い。

そこで、この第２発明では、レーザの集光位置を浅くする部分を、走査終了側の基板端部とすることにより、良好な品質の最終製品を得ることができる。

第３発明に係るガラス基板の分断方法は、第１又は第２発明の分断方法において、分断工程における第２深さ位置は、基板のレーザ照射面から１４０μm以上３６５μm以下の範囲内である。

ここでは、第２深さ位置を以上の範囲に設定することによって、先に形成されている加工痕と基板のレーザ照射面との間に亀裂を形成でき、かつその亀裂を分断予定ラインに沿って進展させることができる。

第４発明に係るガラス基板の分断方法は、第１から第３発明のいずれかの分断方法において、分断工程における第２深さ位置は第１深さ位置からレーザ照射面側に２２５μm以上４７２μm以下の範囲内である。

第２深さ位置を第１深さ位置から離し過ぎると、分断工程で形成される亀裂が先に形成されている加工痕まで進展しない。また、逆に、第２深さ位置を第１深さ位置に近づけすぎると、すなわち第２深さ位置を基板のレーザ照射面から離し過ぎると、分断工程で形成される亀裂が基板のレーザ照射面に到達しない。

そこで第４発明では、第２深さ位置を第１深さ位置からレーザ照射面側に２２５μm以上４７２μm以下の範囲内にしている。これにより、分断工程で形成される亀裂が加工痕形成工程で形成された加工痕及び基板のレーザ照射面にまで到達し、安定して基板を分断することができる。

第５発明に係るガラス基板の分断方法は、第１から第４発明のいずれかの分断方法において、加工痕形成工程における第１深さ位置は、基板の厚み方向中央位置からレーザ照射面側に１８５μm以下で、逆側に１３５μm以下の範囲内である。

加工痕形成工程において、基板の表面あるいは裏面に偏った領域に加工痕を形成すると、加工痕形成工程の途中に基板が分断される場合があり、安定した分断を行うことができない。

そこで、第５発明では、加工痕形成工程における第１深さ位置を、基板の厚み方向の中央部分とし、当該領域に加工痕を形成するようにしている。このため、安定した分断処理を行うことができる。

第６発明に係るガラス基板の分断方法は、第１から第５発明のいずれかの分断方法において、加工痕形成工程及び分断工程において、レーザ出力は４Ｗ以上８Ｗ以下であり、走査速度は１５０mm/s以上５００mm/s以下である。

以上のように、本発明では、圧縮応力を持たせた強化層を表面に有する強化ガラスに対して、容易にかつ安定して、しかもガラス基板の強度を低下させることなく分断を行うことができる。

本発明の一実施形態による分断方法が適用される強化ガラスの模式的断面図。 本発明の一実施形態による分断方法の一例を模式的に示す図。 本発明の一実施形態による分断方法により分断された基板の分断面の様子を示す顕微鏡写真。

［ガラス基板］
図１に分断対象としてのガラス基板の断面構成の一例を示している。このガラス基板は、表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有する強化ガラスである。具体的には、表面及び裏面の近傍において、表面及び裏面に近づくほど大きな圧縮応力（ＣＳ）を有している。そして、表面及び裏面から所定の深さに達する基板内部では、逆に引張応力（ＣＴ）を有している。図１において、「ＤＯＬ」は基板表面の圧縮応力を有する強化層深さを示している。

［分断方法］
以上のような強化ガラス（以下、単に「基板」と記す場合もある）を分断する場合は、以下のような工程を実行する。

＜加工痕形成工程＞
基板内部の引張応力を有する領域にレーザを集光し、分断予定ラインに沿って基板表面からレーザを走査する。これにより、分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕が形成される。ここで加工痕は、レーザによって基板が一旦軟化または溶融し、再度固化した状態の領域である。

＜分断工程＞
加工痕形成工程の後半時において基板の走査終了側の端部をレーザ照射する際に、レーザの集光位置を、加工痕形成工程で形成された加工痕と基板表面との間に移動し、分断予定ラインに沿ってレーザを走査する。このときの、レーザの強度は、加工痕及び基板表面に亀裂が進展可能であって、かつ形成された亀裂が分断予定ラインの全体に沿って進展可能な強度にする。

実験例

以下に、本発明の一実施形態による分断方法を用いてガラス基板を分断した実験結果を示す。分断対象は厚みが１．１mmの高強化ガラス（断面構成は図１参照）である。また、レーザの照射条件は、以下の通りである。

・レーザ出力：４［W］
・波長：１０６４［nm］
・パルス幅：２０［ps］
・走査速度：３００［mm/s］
・集光径：φ３．１［μm］（計算値）
以上の条件で、図２に示すように、レーザの切入部（走査開始端）から切抜部（走査終了端）の手前１０mmまで、ほぼ基板の厚み方向の中央位置にレーザを集光して基板内部に加工痕を形成した。

以上の処理に連続して、切抜部の一部領域においては、レーザの集光位置を表面側（レーザ照射面側）に移動し、レーザ走査を続けた。この処理により、先に形成されていた加工痕及び基板表面に亀裂が到達し、さらに亀裂は分断予定ラインに沿って進展し、基板は分断された。

分断された基板の分断面の写真を図３に示している。この写真に示された加工痕が加工痕であり、ここでは１００μm程度の厚みであった。

以上のような実験から、特にレーザの集光位置について、以下のことが判明した。以下の数値は、図３に示すように、基板厚みの中央を「０μm」とした場合、すなわち基板表面を「＋５５０μm」、基板裏面を「−５５０μm」とした場合の値である。

切入部からレーザ集光位置を移動させる前の間（加工痕形成工程）におけるレーザ集光位置は、１８０〜−１３５μmの範囲内が好ましい。これは、加工痕形成工程において、基板の表面あるいは裏面に偏った領域に加工痕を形成すると、加工痕形成工程の途中に基板が分断される場合があり、安定した分断を行うことができないからである。

また、切抜部付近（分断工程）のレーザ集光位置は４１０μm〜１８５μmの範囲内が好ましい。すなわち、分断工程においては、加工痕形成工程におけるレーザ集光位置から、レーザ照射面側に２５５μm以上４７２μm以下の範囲内が好ましい。これは、分断工程におけるレーザ集光位置を加工痕形成工程の深さ位置から離し過ぎると、分断工程で形成される亀裂が先に形成されている加工痕まで進展しないからである。また、逆に、分断工程におけるレーザ集光位置を加工痕形成工程の深さ位置に近づけすぎると、すなわち分断工程におけるレーザ集光位置を基板の表面から離し過ぎると、分断工程で形成される亀裂が基板表面に到達しないからである。

さらに、加工痕形成工程及び分断工程において、レーザ出力は４Ｗ以上８Ｗ以下が好ましく、走査速度は１５０mm/s以上５００mm/s以下が好ましい。

［特徴］
（１）１回の走査によって基板を分断することができる。したがって、加工時間が短縮できる。

（２）分断に際してメカニカルスクライブ等が不要になるので、処理が簡単になり、基板の強度低下を抑えることができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

分断工程において、レーザ集光位置（第２深さ位置）を第１深さ位置よりも裏面（レーザ照射面とは反対の面）側に移動させて、基板の裏面に到達する亀裂を形成するようにしてもよい。

レーザの集光位置を移動させる範囲は、前記実施形態に限定されない。例えば、基板の走査終了端から０〜１０mmの範囲であればよい。

Claims (6)

1. 表面に圧縮応力を有するとともに内部に引張応力を有する強化ガラスを分断するためのガラス基板の分断方法であって、
   基板内部の引張応力を有する領域内の第１深さ位置にレーザを集光し分断予定ラインに沿ってレーザをレーザの切抜部の手前まで走査することによって、前記分断予定ラインに沿って基板内部に加工痕を形成する加工痕形成工程と、
   前記加工痕形成工程のレーザ走査に連続して、レーザ切抜部の一部領域である走査終了部において前記第１深さ位置よりも基板の表面側又は裏面側の第２深さ位置にレーザ集光位置を移動させてレーザを走査することにより基板の表面又は裏面に到達する亀裂を形成し、基板を分断する分断工程と、
   を含むガラス基板の分断方法。
2. 前記分断工程において、前記第２深さ位置にレーザを集光する領域は、基板の走査終了側の端部から０mm以上１０mm以下の領域である、請求項１に記載のガラス基板の分断方法。
3. 前記分断工程における第２深さ位置は、基板のレーザ照射面から１４０μm以上３６５μm以下の範囲内である、請求項１又は２に記載のガラス基板の分断方法。
4. 前記分断工程における第２深さ位置は前記第１深さ位置から２５５μm以上４７２μm以下の範囲内である、請求項１から３のいずれかに記載のガラス基板の分断方法。
5. 前記加工痕形成工程における第１深さ位置は、基板の厚み方向中央位置からレーザ照射面側に１８５μm以下で、逆側に１３５μm以下の範囲内である、請求項１から４のいずれかに記載のガラス基板の分断方法。
6. 前記加工痕形成工程及び前記分断工程において、レーザ出力は４Ｗ以上８Ｗ以下であり、走査速度は１５０mm/s以上５００mm/s以下である、請求項１から５のいずれかに記載のガラス基板の分断方法。