JP6324719B2 - ガラス基板の面取り方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板の面取り方法、特に、ガラス基板にレーザ光を照射して基板端面の面取りを行う面取り方法及びそれを実現するためのレーザ加工装置に関する。

ＩＴ機器用の装置においては、液晶表示装置が多用されており、この液晶表示装置にはガラス基板が用いられている。ガラス基板は、レーザ光やスクライブローラ等によって所定の形状に切断される。

このようなガラス基板を搬送したり、あるいは加工時に位置決めしたりする際に、衝撃や外力によってガラス基板の端面に割れや欠けが発生する場合がある。

そこで、ガラス基板の端面強度を向上する目的で、ガラス基板の端面を面取りすることが行われている。この面取り加工は、研磨によって行うのが最も一般的であるが、特許文献１に示されるように、レーザ光によって行う場合もある。

特許文献１に示された方法は、ガラス基板の表面及び裏面の両方又は片方からレーザ光を照射するとともに、ガラス基板の端面に対して直交する方向からレーザ光を照射し、ガラス基板端面を溶融させて面取りを行うものである。

特開２００９−３５４３３号公報

特許文献１の方法では、レーザ光として、波長が１０．６μｍのＣＯ２レーザが好ましいとされている。そして、このレーザ光を、ガラス基板の表面及び／又は裏面に照射するとともに端面に対しても照射し、端面を加熱溶融して面取りを行っている。

しかし、この特許文献１の方法では、少なくとも２方向からレーザ光を照射しなければならない。また、ガラス基板の端面に対してほぼ直交する方向からレーザ光を照射しなければならない。このため、この方法を実施するための装置構成が複雑になる。さらに、特許文献１の方法では、開口又は孔が形成されたガラス基板の切断面（開口や孔の内周面）に面取りを行うことができない。

本発明の課題は、簡単な方法で、かつ開口等を有するガラス基板の開口等の内周面に対しても面取りを行うことができるようにすることにある。

本発明の第１側面に係るガラス基板の面取り方法は、ガラス基板にレーザ光を照射して基板端面の面取りを行う方法であって、第１工程と第２工程とを備えている。第１工程は、ガラス基板の端部の第１主面側のみから、ガラス基板の第１主面及び内部で吸収される中赤外光のレーザ光を照射する。第２工程は、レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板の第１主面側及び第１主面と逆の第２主面側のエッジを溶融面取りする。

ここでは、中赤外光のレーザ光がガラス基板の端部の第１主面側から照射される。中赤外光のレーザ光は、ガラス基板の第１主面にのみ吸収されるのではなく、基板内部や照射される側とは逆の第２主面側にも到達し、基板全体が加熱される。これにより基板端面が溶融されて面取りされる。

このため、ガラス基板をテーブルに載置した状態で、ガラス基板の第１主面側からレーザ光を照射するだけで面取り加工を行うことができる。また、開口や孔を有するガラス基板の開口内周面や孔内周面にも面取り加工を行うことができる。

本発明の第２側面に係るガラス基板の面取り方法では、レーザ光の波長は２．７μｍ以上５．５μｍ以下である。

この方法では、波長が２．７μｍ以上５．５μｍ以下の中赤外光のレーザ光がガラス基板に対して照射される。このような波長のレーザ光は、ガラス基板の内部まで浸透しながら吸収されるために、ガラス基板の第１主面から内部及び第２主面にわたって、熱分布の偏りが少なくなる。このため、ガラス基板の端面が全体にわたって熱され、レーザ光を表面側から照射するだけで、表面側及び裏面側のエッジを面取りすることができる。

本発明の第３側面に係るガラス基板の面取り方法では、第１及び第２工程において、レーザ光はガラス基板の端面から内側に所定距離離れた位置に集光するように照射される。

ここで、ガラス基板の端（エッジ部分）にレーザ光を集光し照射すると、ガラス基板の端部に割れが発生する場合がある。

そこでこの方法では、レーザ光はガラス基板の端面から内側に所定距離離れた位置に集光させて照射している。このため、ガラス基板の端部に割れを発生させることなく面取りを行うことができる。

本発明の第４側面に係るガラス基板の面取り方法では、第１及び第２工程において、レーザ光はガラス基板の端面から内側に１０μｍ以上１５０μｍ以下離れた位置に集光するように照射される。

ここで、レーザ光の集光位置がガラス基板の端面から内側に１０μｍ未満であると、前述のようにガラス基板の端部に割れが発生する確率が高くなる。また、集光位置が１５０μｍを越えて端面から離れると、レーザ光を吸収した熱が端部まで伝わらず、端部を十分に加熱することができない。

そこで、この方法では、レーザ光をガラス基板の端面から内側に向かって１０μｍ以上１５０μｍ以下離れた位置に集光させて照射するようにしている。

本発明の第５側面に係るガラス基板の面取り方法では、第１及び第２工程では、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたいずれかのレーザ光をガラス基板に対して照射する。

本発明の第６側面に係るガラス基板の面取り方法では、ガラス基板はレーザ光の内部吸収率が５％以上９０％以下である。

本発明の第７側面に係るレーザ加工装置は、ガラス基板にレーザ光を照射して基板端面の面取りを行う装置であって、ワークテーブルと、レーザ発振器と、レーザ光照射機構と、を備えている。ワークテーブルはガラス基板が載置される。レーザ発振器はガラス基板の第１主面及び内部で吸収される中赤外光のレーザ光を発振する。レーザ光照射機構は、ワークテーブルに載置されたガラス基板の第１主面側のみからレーザ発振器からのレーザ光を照射するとともに、レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板の第１主面側及び第１主面と逆の第２主面側のエッジを溶融面取りする。

本発明の第８側面に係るレーザ加工装置では、レーザ発振器は波長が２．７μｍ以上５．５μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する。

以上のような本発明では、簡単な方法で、かつ開口等を有するガラス基板の開口内周面に対しても面取りを行うことができる。

本発明の一実施形態による方法を実施するためのレーザ加工装置の概略構成図。 無アルカリガラスに対するレーザ光の波長と反射率等との関係を示す図。 面取り加工前のガラス基板の端面の断面と、面取り加工後のガラス基板の端面の断面と、を示す顕微鏡写真。

［レーザ加工装置］
本発明の一実施形態による面取り方法を実施するためのレーザ加工装置を図１に示す。このレーザ加工装置は、ガラス基板Ｇが載置されるワークテーブル１と、レーザ発振器２と、光学系３と、走査機構としてのテーブル移動機構４と、を備えている。光学系３及びテーブル移動機構４によって、レーザ光照射機構が構成されている。

レーザ発振器２は、波長が２．７μｍ以上５．５μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する。ここで、レーザ発振器２としては、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、ＦｅＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたレーザ光で、前述のように、波長が２．７〜５．５μｍのものを出射するものであればよい。また、ここでは、連続発振のレーザ光を出射する。

光学系３は、複数の反射ミラー６ａ，６ｂ，６ｃ及び集光レンズ７を含んでいる。集光レンズ７は、ガラス基板Ｇの表面近傍にレーザ光を集光させるように設定されている。

テーブル移動機構４は、互いに直交するＸ及びＹ方向にワークテーブル１を移動させるための機構である。このテーブル移動機構４によって、集光点を加工予定ラインに沿って走査することができる。

［ガラス基板の加工方法］
以上のレーザ加工装置を用いて、ガラス基板Ｇの端面を面取りする場合は、以下の工程によって行われる。

まず、加工対象であるガラス基板Ｇをワークテーブル１上の所定位置にセットする。次に、ワークテーブル１上のガラス基板Ｇに対して、前述のような中赤外光のレーザ光を、ガラス基板Ｇの表面近傍に集光させて照射し、さらに基板端面に沿って走査する。このとき、レーザ光の集光点が、ガラス基板Ｇの端面から基板内側（中央）に向かって１０μｍ以上１５０μｍ以下離れた位置にくるようにセットする。

以上のようなレーザ光の照射及び走査によって、ガラス基板の端面部分が加熱される。特に、前述のような波長の中赤外光のレーザ光を照射することによって、レーザ光はガラス基板の内部まで透過しながら吸収される。したがって、ガラス基板の端面は、レーザ光の照射面である表面（第１主面）側のみではなく、基板内部及び裏面（第２主面）側の全体にわたって均一に加熱される。このため、ガラス基板の端面は基板厚みの中央部が外側に膨らむように溶融し、結果的に表面側及び裏面側のエッジが面取りされることになる。

［反射率等と波長］
図２に、板厚が０．２ｍｍの無アルカリガラス（例えばＯＡ１０（製品名：日本電気硝子社製））のガラス基板に対するレーザ光の波長と反射率、透過率、吸収率との関係を示している。

図２から明らかなように、板厚０．２ｍｍの無アルカリガラスに対しては、例えば波長が２．８μｍのレーザ光では、透過率が約８０％（吸収率が約２０％）であり、基板の内部までレーザ光が透過しながら吸収される。このため、基板端面の表面側から裏面側にわたってほぼ均一に加熱され、基板端面を溶融させて面取りを行うことができる。

以上のことから、波長が２．７μｍ以上５．５μｍ以下のレーザ光を用いることによって、多くのガラス基板に対して、端面の面取りを行うことができると推察される。

［実験例］
ガラス基板に前述のような中赤外光のレーザ光を照射した場合に、ガラス基板の端面が面取りされる様子を図３（ａ）及び（ｂ）に示している。図３（ａ）はレーザ光を照射する前の基板断面の顕微鏡写真であり、図３（ｂ）はレーザ光を照射した加工後の断面図である。この実験におけるガラス基板及びレーザ照射条件は以下の通りである。

基板：無アルカリガラス（ＯＡ１０＝製品名：日本電気硝子社製）、厚み＝０．２ｍｍ
レーザ光：Ｅｒファイバレーザ、波長２．８μｍ、出力４Ｗ、走査速度３ｍｍ／ｓ、
連続発振
集光点：基板端面から基板内側に向かって３０μｍの位置で、基板表面付近に集光
この実験では、レーザ光を図３の紙面垂直方向に走査した。この結果、図３（ｂ）に示すように、基板端面は溶融され、厚み方向の中央部分から表面側及び裏面側に丸みを帯びた面取り部が形成された。

［特徴］
（１）中赤外光のレーザ光をガラス基板の端部表面に照射するだけで、端面の表面側及び裏面側の面取りを行うことができる。

（２）レーザ光の集光点を、端面から内側に所定距離だけ離すことによって、端部の割れや欠けを防止して面取りを行うことができる。

（３）開口や孔を有するガラス基板に対しても、開口内周面や孔内周面の面取りを容易に行うことができる。

［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。

前記実施形態では、連続発振のレーザ光を用いたが、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上の擬似連続発振のレーザ光や１０ｋＨｚ以上のパルスレーザ光を照射するようにしてもよい。

また、レーザ光の集光位置は、前記実験例の位置に限定されるものではなく、ガラス基板の端面から内側に向かて１０μｍ以上１５０μｍ以下だけ離れた位置に集光するようにすればよい。

１ ワークテーブル
２ レーザ発振器
３ 光学系
４ テーブル移動機構
Ｇ ガラス基板

Claims (8)

1. ガラス基板にレーザ光を照射して基板端面の面取りを行う方法であって、
   ガラス基板の端部における第１主面側のみから、ガラス基板の前記第１主面及び内部で吸収される中赤外光のレーザ光を照射する第１工程と、
   前記レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板の前記第１主面側及び前記第１主面と逆の第２主面側のエッジを溶融面取りする第２工程と、
   を備えたガラス基板の面取り方法。
2. 前記レーザ光の波長は２．７μｍ以上５．５μｍ以下である、請求項１に記載のガラス基板の面取り方法。
3. 前記第１及び第２工程において、前記レーザ光はガラス基板の端面から内側に所定距離離れた位置に集光するように照射される、請求項１又は２に記載のガラス基板の面取り方法。
4. 前記第１及び第２工程において、前記レーザ光はガラス基板の端面から１０μｍ以上１５０μｍ以下離れた位置に集光するように照射される、請求項３に記載のガラス基板の面取り方法。
5. 前記第１及び第２工程では、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳ、半導体レーザの中赤外のレーザ光群の中から選択されたいずれかのレーザ光をガラス基板に対して照射する、請求項１から４のいずれかに記載のガラス基板の面取り方法。
6. 前記ガラス基板はレーザ光の内部吸収率が５％以上９０％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面取り方法。
7. ガラス基板にレーザ光を照射して基板端面の面取りを行うレーザ加工装置であって、
   ガラス基板が載置されるワークテーブルと、
   ガラス基板の第１主面及び内部で吸収される中赤外光のレーザ光を発振するレーザ発振器と、
   前記ワークテーブルに載置されたガラス基板の前記第１主面側のみから前記レーザ発振器からのレーザ光を照射するとともに、前記レーザ光をガラス基板の端部に沿って走査し、ガラス基板の前記第１主面側及び前記第１主面と逆の第２主面側のエッジを溶融面取りするレーザ光照射機構と、
   を備えたレーザ加工装置。
8. 前記レーザ発振器は波長が２．７μｍ以上５．５μｍ以下の中赤外光のレーザ光を発振する、請求項７に記載のレーザ加工装置。