TW201620844A - 分斷方法及分斷裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠抑制因雷射照射對基板造成之熱影響，且能夠將貼合基板以整齊之端面切斷之分斷方法及分斷裝置。 本發明係貼合2片玻璃基板1、2而成之貼合基板M之分斷方法及裝置，上述分斷方法包含：機械刻劃步驟，其係藉由一面將刀輪16壓抵於玻璃基板1之表面一面相對移動，而形成有限深度之龜裂S；及雷射分斷步驟，其係根據藉由沿著龜裂S掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於機械刻劃步驟中加工而得之龜裂S進一步滲透，而將玻璃基板1完全切割；且於機械刻劃步驟中，在玻璃基板1之表面形成板厚之30~80%之龜裂，於雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之雷射。

Description

分斷方法及分斷裝置

本發明係關於一種將2片玻璃基板之貼合基板切斷之分斷方法及分斷裝置。本發明尤其係關於一種適於將如液晶顯示面板用貼合基板等於基板內部介置有不耐熱物質之貼合基板切斷之分斷方法及分斷裝置。

再者，於液晶顯示面板用貼合基板中，在2片玻璃基板之間形成有薄膜電晶體(TFT)或彩色濾光片(CF)等薄膜層，並且介置有將彩色濾光片隔開之如黑色基質(BM)般之對熱敏感之材料。

先前以來，已知有如下技術：使用雷射刻劃法，對玻璃基板加工沿著分斷預定線之切斷用龜裂(裂痕)(例如參照專利文獻1)，或將板厚較薄之玻璃基板完全切斷(完全切割加工)(例如參照專利文獻2)，上述雷射刻劃法係一面照射雷射束，一面進行掃描，於基板上產生熱應力分佈而進行刻劃。

於迄今為止之雷射刻劃法中，主要使用玻璃基板之吸收係數較大之CO₂雷射等對基板表面附近進行掃描加熱，並且追隨上述操作而自冷卻機構之噴嘴對加熱區域噴射冷媒。藉此，根據因優先進行之加熱而產生之壓縮應力及因接下來之急冷而產生之拉伸應力之應力分佈，使玻璃基板之表面產生切斷用龜裂，或使龜裂滲透基板之整個厚度而進行完全切割加工。

於對相對較厚之基板(例如板厚為1mm以上)進行雷射刻劃加工 中，因沿深度方向進行熱傳導之緩和時間之影響而引起上下方向之溫度差，由此基板表面側成為拉伸應力且基板內部(深部)側成為壓縮應力之應力分佈成為主要影響，根據該上下方向之應力分佈，而加工龜裂(裂痕)。另一方面，當為較薄之基板(例如板厚為0.2~0.3mm左右)時，幾乎不產生深度方向之溫度差，因此亦幾乎不會產生上下方向之應力分佈之影響，但取而代之，沿著掃描路徑之前後方向之應力分佈會造成影響，若因該前後方向之應力分佈而形成較強之應力分佈，則能夠進行完全切割加工。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]國際公開WO03/008352號公報

[專利文獻2]日本專利特開2001-170786號公報

上述利用CO₂雷射等之先前之完全切割加工(雷射分斷加工)有如下優點：即便為較薄在玻璃基板，亦可一面保持端面強度，一面進行切斷，並且於如下方面較佳：於後續步驟中可不進行機械分斷處理而直接將基板切斷(分斷)，因此可簡化步驟。

然而，於上述完全切割加工中，由於僅利用沿著雷射束之掃描路徑之前後方向之應力分佈將基板切斷，因此必須於前後方向產生較大之應力差，且需要足夠大小之每單位面積之熱輸入量。為此，必須使照射之雷射之輸出功率變大，或使掃描速度變慢，但無論哪種情形，就利用基板表面上之吸收係數較大之CO₂雷射等之雷射照射而言，對基板表面附近造成之損害均較大且表面會產生細微之損傷。

針對上述情形，於專利文獻2(0055欄)中亦記載有代替波長為10.6μm之CO₂雷射，而使用CO雷射、YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔- 鋁-石榴石)雷射、準分子雷射進行雷射刻劃。但是，該文獻中無使用CO雷射時之具體說明。

通常而言，認為只要使用對玻璃基板之吸收係數較小之雷射，則原理上能夠抑制於基板表面附近之吸收，因此能夠實現抑制表面損壞之加工，但於利用吸收係數較小之雷射進行刻劃之情形時，產生如以下所說明之其他問題。

即，於例如液晶顯示面板用貼合基板中，在2片基板之貼合部分(2片基板之間隙)設有使用不耐熱材料(例如黑色矩陣(BM))之層，因此，若欲利用吸收係數較小之雷射進行完全切割加工，則基板表面之損壞得到抑制，但另一方面，會產生因透過表面側之基板之雷射之影響，而使設置於貼合部分之構件之損壞(性能或外觀劣化)成為問題之虞。

因此，於將貼合基板作為對象進行加工之情形時，於藉由掃描雷射束並進行加熱之完全切割加工、即雷射分斷加工中，有對基板表面或貼合部分造成之熱損壞成為問題之虞。

因此，雖然本來能夠進行切斷面之端面品質優異之利用雷射之分斷處理，但難以利用於內部存在不耐熱之部分之貼合基板。

另一方面，作為完全未產生熱影響之完全切割加工，亦有於藉由一面將刀輪(亦稱作劃線輪)壓抵於玻璃基板，一面使刀輪滾動，而形成伴有龜裂之劃線，之後沿著劃線按壓而進行切斷之機械方法，但於使龜裂沿著整個厚度方向滲透而進行切斷時，有經切斷之端面彼此接觸而損傷、或龜裂並非沿厚度方向筆直地進展而產生偏離，從而導致良率變差之問題。

因此，本發明之目的在於提供一種可抑制因雷射照射時之加熱對貼合基板造成之熱影響，且能夠將貼合基板以整齊之端面切斷之分斷方法及分斷裝置。

為了達成上述目的，於本發明中提出有如下技術手段。即，本發明之分斷方法之特徵在於：其係將貼合2片玻璃基板而成之貼合基板之至少一片玻璃基板切斷者，且包含：機械刻劃步驟，其係藉由一面將刀輪壓抵於切斷對象之玻璃基板之表面，一面相對移動，而沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂；及雷射分斷步驟，其係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透而將上述玻璃基板完全切割；且於上述機械刻劃步驟中，在上述玻璃基板之表面形成板厚之30~80%之龜裂，於上述雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之雷射進行分斷。

此處，所謂5μm波段之雷射具體而言例如相當於CO雷射。

又，本發明之切斷裝置之特徵在於：其係將貼合2片玻璃基板而成之貼合基板之至少一片玻璃基板切斷者，且包含：刀輪，其用於進行機械刻劃步驟，上述機械刻劃步驟係於切斷對象之玻璃基板之表面沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂；加工控制部，其以利用上述刀輪所形成之龜裂之深度成為上述玻璃基板之板厚之30~80%之方式，控制上述刀輪之按壓荷重；及雷射照射部，其用於進行雷射分斷步驟，上述雷射分斷步驟係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透，而將上述玻璃基板完全切割；且自上述雷射照射部照射之雷射之振盪波長為5μm波段之雷射。

於上述發明中，在上述機械刻劃步驟中所使用之刀輪可使用直徑為1~3mm且沿著成為刀尖之脊線形成有槽之帶槽刀輪。

又，上述貼合基板之各玻璃基板係應用厚度為0.1~0.4mm之玻璃基板。

根據本發明，於優先進行之機械刻劃步驟中，可使用刀輪容易地加工深度為玻璃基板之厚度之30~80%之龜裂。再者，關於刀輪，較佳為使用不易滑動之刀尖帶槽之刀輪進行刻劃。又，藉由使用帶槽刀輪，即便為低荷重，也可使龜裂之滲透深度成為上述範圍。而且，該龜裂可藉由後續之使用5μm波段雷射(CO雷射)之雷射分斷步驟，而沿著基板厚度方向滲透，由此進行分斷加工。此時，被分斷之部分即龜裂之殘留部分較薄，因此即便抑制雷射照射之熱輸入量使基板所產生之應力分佈變小，亦可充分地成為完全切割狀態。因此，能夠實現利用抑制了熱輸入量之雷射照射之加工，且能夠實現基板表面及基板內部之損壞較小之雷射分斷。

並且，於雷射分斷步驟中，使用為對玻璃之吸收係數相對較小之波段之5μm波段雷射(CO雷射)，因此能夠抑制雷射束之能量僅於基板表面集中之吸收，而於玻璃基板內部亦能被吸收。由此，能夠有效率且瞬間地將基板內部加熱。根據本發明，與先前以來被廣泛使用之CO₂雷射相比，能夠不經由熱傳導而直接加熱，因此就該方面而言，亦能以較少之熱輸入量而有效率地加熱所需部分。又，當使用吸收係數較5μm波段更小之雷射(例如波長為1064nm之Nd：YAG雷射)時，透過基板之能量增加，因此有反而對基板內部造成熱損壞之虞，但若為具有5μm波段之波長之雷射，則即便為如用於液晶顯示器用之較薄之玻璃基板，亦幾乎不會產生對基板內部之貼合面造成之熱影響。

由此，能夠避免因雷射束之熱而對玻璃基板之表面及貼合面造成之損壞，且能夠抑制於玻璃基板之切斷面產生損傷等，能夠以端面強度較高且整齊之切斷面進行分斷。

進而，就先前之CO₂雷射而言，為了確保熱輸入量而將雷射束之光束點之剖面形狀設為橢圓並沿著直線方向進行掃描，但於本發明 中，由於能夠抑制分斷所需之熱輸入量，因此能夠將光束點之剖面形狀設為較小之圓形，由此，即便於沿著彎曲之線進行掃描之異形切斷時，亦有能夠精度良好地進行切斷之效果。

1‧‧‧玻璃基板

2‧‧‧玻璃基板

3‧‧‧薄膜層

4‧‧‧平台

5‧‧‧水平軌道

6‧‧‧螺桿

7‧‧‧旋轉驅動部

8‧‧‧支持柱

9‧‧‧橫樑

10‧‧‧架橋部

11‧‧‧導軌

12‧‧‧刀輪用刻劃頭

13‧‧‧雷射照射部用刻劃頭

14‧‧‧馬達

15‧‧‧保持器

16‧‧‧刀輪

16a‧‧‧槽

16b‧‧‧刀尖部

16c‧‧‧圓盤體

17‧‧‧雷射照射部

18‧‧‧升降機構

20‧‧‧控制器

21‧‧‧輸入操作部

22‧‧‧顯示部

23‧‧‧加工控制部

A‧‧‧分斷裝置

L‧‧‧深度

M‧‧‧貼合基板

P1‧‧‧加熱區域

S‧‧‧龜裂

圖1係表示用於實施本發明之分斷方法之分斷裝置之一實施形態之概略前視圖。

圖2係表示本發明中所使用之刀輪之圖。

圖3係說明本發明之分斷方法之雷射分斷步驟之立體圖。

圖4係說明本發明中之玻璃基板之分斷狀態之立體圖。

圖5係表示控制本發明之分斷裝置之控制器之方塊圖。

以下，基於圖1~圖5所示之一實施形態對本發明之詳細情況進行說明。於本實施例中，對如下構造之基板進行處理，該基板係將各自之厚度為0.1~0.4mm之由薄板構成之2片玻璃基板1、2貼合，且於該等2片玻璃基板之間介置TFT或彩色濾光片等薄膜層3而成之貼合基板M，且該薄膜層3亦包含如黑色基質(BM)般之不耐熱之層。再者，玻璃基板使用無鹼玻璃。

而且，於以下之說明中，以如下情形為例進行說明：以將上側之基板1之一部分分斷之方式進行形成端子區域之加工。再者，被分斷之玻璃基板1之切斷部分被作為邊角材料而去除。

圖1係表示用於本發明之分斷裝置A之圖，具備載置貼合基板M之平台4。平台4具備將貼合基板M保持於平台4上之固定位置之保持器件。於本實施例中，作為該保持器件，經由於平台4之表面形成開口之多個小空氣吸附孔(未圖示)而吸附保持貼合基板M。又，平台4能夠沿著水平軌道5於Y方向(圖1之前後方向)上移動，且被藉由馬達(未圖示)而旋轉之螺桿6驅動。進而，平台4能夠藉由內置馬達之旋轉驅 動部7而於水平面內旋動。

架橋部10具備隔著平台4而設置之兩側之支持柱8、8、及沿X方向水平地延伸之橫樑(橫桿)9，且上述架橋部10係以橫跨平台4上之方式設置。

於橫樑9上設置有沿X方向水平地延伸之導軌11，將刀輪用刻劃頭12及雷射照射部用刻劃頭13以能夠藉由以馬達14作為驅動源之移動機構(未圖示)而沿著導軌11於X方向上移動之方式安裝於該導軌11。於刀輪用刻劃頭12上，經由藉由氣缸等升降機構18升降之保持器15而安裝有刀輪16，於雷射照射部用刻劃頭13上，設置有以將雷射束聚集於基板表面之方式照射之雷射照射部17。

再者，於本實施例中，表示將雷射照射部17與刀輪16安裝於個別之刻劃頭12、13之例，但亦可安裝於相同之刻劃頭上。

關於刀輪16，使用於壓抵於貼合基板M之表面並滾動時，能夠加工基板厚度之30~80%之高滲透龜裂S者。於本實施例中，如圖2所示，使用沿著圓周脊線形成有槽(切口)16a且殘留之脊線成為刀尖部16b之由超硬合金製圓盤體16c所形成之帶槽刀輪。

再者，此種高滲透之加工用帶槽刀輪16中，有三星DIAMOND股份有限公司製造之Penett(Penett；註冊商標)刀輪、及APIO(APIO；註冊商標)刀輪。前者能夠形成更深之龜裂S，後者能夠形成較前者淺之龜裂S，因此能夠根據加工對象基板而適當選擇。

自本發明之雷射照射部17照射之雷射係使用振盪波長為5μm波段之CO雷射。雷射之輸出功率及掃描速度根據成為加工對象之貼合基板M之玻璃基板之厚度或材質、所加工之龜裂S之深度而有所不同，選擇於能夠切斷之輸出功率及掃描速度之條件範圍中損壞儘可能小之條件。即，較理想為選擇於能夠切斷之範圍中儘可能使輸出功率變小並且掃描速度不會變得過慢之條件。

進而，如圖5之方塊圖所示，本發明之分斷裝置A具備控制器20、輸入操作部21、及顯示部22。控制器20具備加工控制部23作為藉由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)等電腦硬體而實現之功能性構成要素。加工控制部23進行如下等對貼合基板M之加工處理動作整體之控制：利用吸附保持器件吸附保持貼合基板M、利用螺桿6或旋轉驅動部7使平台4移動、利用馬達14使刻劃頭12、13移動、利用升降機構18使刀輪16進行升降動作或對貼合基板M進行按壓動作、及來自雷射照射部17之雷射之輸出功率等。輸入操作部21係操作員用於對分斷裝置A輸入各種操作指示或資料之介面，顯示部22用於顯示處理選單或動作狀況。

繼而，對使用上述裝置之本發明之分斷方法進行說明。

首先，如圖1及圖3所示，將貼合基板M載置於平台4，一面將刀輪16壓抵於上側之玻璃基板1之表面，一面使刀輪16滾動，由此，沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂S(機械刻劃步驟)。

於該機械刻劃步驟中，藉由使用帶槽刀輪16，能夠以低按壓荷重容易地加工深度為玻璃基板1之厚度之30~80%左右之龜裂S。再者，由於帶槽刀輪不易於基板上滑動(容易卡住)，因此使刀輪碰撞玻璃端而形成成為觸發之切口，從而不自基板端進行刻劃(外切)，而自較基板端略微更靠內側開始(內切)刻劃。而且，於本實施例中，使龜裂S之深度L相對於玻璃基板1之厚度0.2mm成為約70%左右。該龜裂S之深度能夠藉由利用控制器20之加工控制部23控制刀輪16之按壓荷重而進行。

繼而，沿著龜裂S自雷射照射部17一面照射CO雷射束一面掃描並加熱。根據此時產生之熱應力分佈，使於優先進行之機械刻劃步驟中加工而得之龜裂S進一步沿著厚度方向滲透，而將玻璃基板1完全切割 (雷射分斷步驟)。

再者，於圖4中，P1表示利用雷射束之加熱區域。

於雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之CO雷射，且並非僅於玻璃基板之表面附近被吸收，一部分於基板內部被吸收，因此能夠將基板內部直接加熱。再者，由於基板之厚度薄為0.2mm，因此利用雷射照射自加熱區域P1之正面遍及背面瞬間被加熱，且幾乎不產生深度方向上之溫度差。由此，於加熱區域P1，在深度方向產生同樣之壓縮應力。

另一方面，加熱區域P1之周圍未被加熱，於與加熱區域P1之周圍形成應力分佈。即，於加熱區域P1產生壓縮應力且於加熱區域P1之周圍產生拉伸應力，由此，如圖4中箭頭所示，以將玻璃基板1撕裂之方式作用之力發揮作用，而能夠確實地將玻璃基板1完全切割(分斷)。

尤其，本發明中所使用之CO雷射係如上所述振盪波長為5μm波段之雷射，且並非僅於玻璃基板之表面附近被吸收，一部分於基板內部被吸收，因此能夠將基板內部直接加熱，且能夠有效率且瞬間地將切斷面附近加熱。因此，若與先前以來被廣泛使用之CO₂雷射相比，則因來自表面之熱分散而引起之熱量移動時之損耗變小，而能夠實現利用較CO₂雷射小之熱輸入量進行雷射分斷(完全切割)，因此於該方面亦能夠避免對薄膜層3之損壞。

若進一步補充，則藉由使用5μm波段之CO雷射，能夠充分地抑制透過至玻璃基板1之背面(基板內部側)之能量。即，於使用Nd：YAG雷射等1μm波段之雷射之情形時，90%以上之能量未被玻璃基板吸收而透過，產生被薄膜層3吸收而造成損壞之虞，但若為5μm波段之CO雷射，則大部分於玻璃基板內被吸收，僅20~30%之能量未被吸收而透過。除此以外，藉由與機械刻劃步驟之組合而抑制完全切割 所需之能量，因此能夠有效地抑制對薄膜層3之熱影響，並且能夠抑制於基板表面產生損傷，並能夠以端面強度較高且整齊之切斷面進行分斷。

(實施例)

發明者等人係於利用刀輪16在厚度為0.2mm之玻璃基板加工出深度為板厚之70%之龜裂之後，使用CO₂雷射及CO雷射進行上述雷射分斷步驟之比較實驗。

其結果，於為CO雷射之情形時，能夠於基板表面之雷射之照射位置即雷射點之溫度為337℃時進行完全切割(分斷)。再者，於以相同之條件使用CO₂雷射之情形時，基板表面之雷射點之溫度為444℃。根據上述內容，可知CO雷射能夠以低約100℃之表面溫度進行分斷。

如以上所說明般，於本發明中，於優先進行之機械刻劃步驟中使用刀輪16加工玻璃基板之厚度之30~80%之龜裂S，繼而，藉由後續之使用CO雷射之雷射分斷步驟，而使龜裂S沿著基板厚度方向滲透，從而進行完全切割(分斷)。由此，利用雷射分斷所加工之部分之厚度即龜裂S之殘留部分較薄，因此根據藉由CO雷射以不會造成損壞之能量進行加熱而產生之熱應力分佈，能夠確實地將玻璃基板1完全切割(分斷)。

進而，於本發明之雷射分斷步驟中，照射CO雷射時之能量於利用圓形之光束點進行掃描時亦可給基板之內部帶來充分之熱量。

藉由將光束點設為圓形，而容易以曲線形狀而非直線狀進行加工。即，於使用CO₂雷射之先前之雷射刻劃中，為了不對基板表面造成損壞並且確保熱輸入量，而將照射至玻璃基板上之雷射之光束點之形狀設為橢圓，以使該橢圓光束點之掃描方向與橢圓光束點之長軸之方向一致之方式進行加工。此時，由於光束點之形狀為橢圓，因此難 以進行曲線形狀之加工，但於本發明之雷射分斷中並非橢圓形狀之光束點，能夠形成圓形之光束點，因此無需使掃描方向與光束點之方向一致，亦容易進行曲線形狀之加工。

以上，對本發明之代表性之實施例進行了說明，但本發明未必特定為上述實施形態，能夠於達成本發明之目的且不脫離申請專利範圍之範圍內適當地進行修正、變更。

[產業上之可利用性]

本發明利用於分斷貼合2片玻璃基板而成之貼合基板。

4‧‧‧平台

5‧‧‧水平軌道

6‧‧‧螺桿

7‧‧‧旋轉驅動部

8‧‧‧支持柱

9‧‧‧橫樑

10‧‧‧架橋部

11‧‧‧導軌

12‧‧‧刀輪用刻劃頭

13‧‧‧雷射照射部用刻劃頭

14‧‧‧馬達

15‧‧‧保持器

16‧‧‧刀輪

17‧‧‧雷射照射部

18‧‧‧升降機構

A‧‧‧分斷裝置

M‧‧‧貼合基板

Claims (5)

1. 一種分斷方法，其特徵在於：其係將貼合2片玻璃基板而成之貼合基板之至少一片玻璃基板切斷者，且包含：機械刻劃步驟，其係藉由一面將刀輪壓抵於切斷對象之玻璃基板之表面，一面相對移動，而沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂；及雷射分斷步驟，其係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透，從而將上述玻璃基板完全切割；且於上述機械刻劃步驟中，在上述玻璃基板之表面形成板厚之30~80%之龜裂，於上述雷射分斷步驟中，使用振盪波長為5μm波段之雷射進行分斷。
2. 如請求項1之分斷方法，其中上述刀輪係直徑為1~3mm且沿著成為刀尖之脊線形成有槽之帶槽刀輪。
3. 如請求項1或2之分斷方法，其中上述貼合基板之各玻璃基板之厚度為0.1~0.4mm。
4. 一種分斷裝置，其特徵在於：其係將貼合2片玻璃基板而成之貼合基板之至少一片玻璃基板切斷者，且包含：刀輪，其用於進行機械刻劃步驟，上述機械刻劃步驟係於切斷對象之玻璃基板之表面沿著分斷預定線形成有限深度之龜裂；加工控制部，其以利用上述刀輪形成之龜裂之深度成為上述玻璃基板之板厚之30~80%之方式，控制上述刀輪之按壓荷重；及雷射照射部，其用於進行雷射分斷步驟，上述雷射分斷步驟 係根據藉由沿著上述龜裂掃描雷射束而產生之熱應力分佈，使於上述機械刻劃步驟中加工而得之龜裂進一步滲透，而將上述玻璃基板完全切割；且自上述雷射照射部照射之雷射係振盪波長為5μm波段之雷射。
5. 如請求項4之分斷裝置，其中上述刀輪係直徑為1~3mm且沿著成為刀尖之脊線形成有槽之帶槽刀輪。