(57)【要約】      （修正有）【課題】薄板ガラスの張りあわせによって構成されるフラットパネルディスプレィ製造に、安定した条件下で適用できるレーザスクライブ技術を提供する。【解決手段】スクライブ線の下側の上下2枚ガラス間の空房１８，１８１，１８２に熱伝導率が高い気体や液体を充填し、ガラス表面で発生する吸収熱をこの充填剤を通して下部のガラスに熱伝導させる。この場合、熱伝導により冷却効果が増すので、厚板ガラスの場合と同様の熱特性が得られ、厚板の場合と大差ないレシピでスクライブが実現できる。同スクライブとブレークを併用するとき、割断面はレーザスクライブの優れた特性とあいまって、後工程を不要とする高品質化が実現できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行移動するレーザ光照射とそれに続く冷媒による冷却手段の併用によって、フラットパネルディスプレィを構成するガラス表面層に熱応力に起因する亀裂（レーザスクライブ）を発生させ、同亀裂（スクライブ）面に沿って機械的手段あるいは熱的手段によって材料の全厚み方向にわたるブレークを行う割断方法において、ガラス表面におけるレーザ吸収熱を積極的に被加工体の下方構造への熱伝導で冷却させることを特徴としたもの。
【請求項２】
請求項１において、レーザスクライブ予定線の下部のフラットパネルディスプレィを構成する2枚ガラスと接着剤層で囲まれる空房に熱伝導率が高い液体を充填させ、同液体を経由する熱伝導を発生させるもの。
【請求項３】
請求項１において、レーザスクライブ予定線の下部のフラットパネルディスプレィを構成する2枚ガラスと接着剤層で囲まれる空房に熱伝導率が高い気体を充填させ、同気体を経由する熱伝導を発生させるもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄板脆性材料、なかんずくフラットパネルディスプレィに用いられている薄板ガラス板の割断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
脆性材料は、従来はダイアモンドチップなどの超硬バイトを使用した機械的方法で切断してきた。ガラスに対するこの方法の適用は、過去１世紀以上の長期間にわたって使用されてきた方法でもある。
【０００３】
ところがこうした機械的方法には、次に述べるような欠点が存在する。第一は、切断時にカレットと呼ばれる小破片が発生し、ワーク表面を汚すことである。第二は、切断面付近にマイクロクラックが発生し、それを起点としてワークが割れる危険があることである。第三は、最小でも数百ミクロン程度の切り代が存在し、ワークサイズが際限なく微小化していく現在、この切り代の存在が無視できなくなることである。この他にも、加工速度の限界、消耗品である工具コストなど、産業上無視できない欠点がある。
【０００４】
窓ガラスの切断などは従来技術で問題ないが、液晶やプラズマフラットパネルディスプレィなどに使用するファイン・ガラス切断の場合、マイクロクラック対策のために切断面を研磨し、その後洗浄を行うなどの後工程が必要である。
【０００５】
それに対して、最近登場してきたレーザ割断には次に述べるような特徴がある。第一に、質量損失がゼロ（カレット発生なし）で、洗浄などの後工程が不要である。第二に、割断面付近にマイクロクラックなどの破壊欠陥が発生せず高強度断面が得られるので、研磨などの後工程が不要である。第三に、面粗さが１μ以下の鏡面が得られる。第四に、製品外形精度が±２５μ以下である。第五に、ガラス板厚０．２ｍｍまでの薄さに使用でき、今後のフラットパネルディスプレィ用に使用できる。この方法は現在斯界の市場で試用されつつあり、安定性が実証されれば実際の生産に導入されるであろう。
【０００６】
ガラスに高エネルギー密度のＣＯ２レーザビームを照射すると、一般的には照射スポットにおいてレーザビームの吸収が起こり、急激な加熱の結果放射状にクラックが発生してしまい、進行方向のみに切断を進行させることは出来ない。しかしながら、レーザビームのエネルギー密度をこうしたクラックを発生させるものより十分低いものに設定すると、ガラスは加熱されるだけで、溶融もクラック発生も起こらない。この時ガラスは熱膨張しようとするが、局所加熱なので膨張が抑制され、照射点を中心として半径方向に圧縮応力が発生する。また、応力の接線方向成分も存在し照射点から近距離域では圧縮応力であるが、ある距離離れたところからはポアソン比が関係して引張り応力に変化する。その位置に合わせて冷却液を噴霧すると、この引っ張り応力が拡大される。特に亀裂先端では応力拡大が発生し、同力が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。照射点と冷却点を走査することで、亀裂を延長していくことができる。
【０００７】
この様子を図１に示す。同図に示すようにレーザビームの断面形状１を適当なものに形成すると、照射位置では主として光の移動方向と直交する方向に圧縮応力２が、また冷却位置では同引っ張り応力４が発生する。同図において、１は照射レーザビーム、３は冷媒噴霧である。この引っ張り応力の作用で割断亀裂５が生じる。ガラス板６において、始点に初亀裂８をつけておくと、割断亀裂５はこの初亀裂から出発し、レーザビームの移動方向７に沿って進行させることができる。こうした現象が理想的に発生するためには、照射レーザビームのエネルギー分布が、こうした張力を生じるために最適である必要がある。種々のガラスの割断において、こうした最適分布が研究されている。図１に示す加熱レーザビーム１は、この最適化がなされたものである。
【０００８】
ＣＯ２レーザビーム照射によるガラスの熱応力割断においては、図２に示すようにＣＯ２レーザビームの９９％は深さ３．７μｍのガラス表面層で吸収され、ガラスの全厚さにわたって透過しない。レーザによる割断（レーザスクライブと称する）深さは、熱伝導に助けられ通常１００μｍ程度である。同図において、９がレーザスクライブ面である。図３に示す機械的スクライブ面も、通常は同程度の深さである。さてガラスは脆性が強いので、このスクライブ線にあわせて機械応力を印加することによって割断することが容易である。このプロセスをブレークと称する。
【０００９】
従来は、機械スクライブとブレークの組み合わせでガラス割断を行っている。機械スクライブの場合、図３に示すようにスクライブ面付近にはマイクロクラックが多量存在するので、ブレークは比較的容易である。ただし、同図１２に示すように機械スクライブ後のブレーク面は必ずしもガラス表面に直交する一平面を構成しない。マイクロクラック層を除去し、かつブレーク面精度を改善するために、機械スクライブの場合には、ブレーク後に割断面を研磨洗浄する。
【００１０】
一方、レーザスクライブの場合、スクライブ面付近にマイクロクラックが存在しないので、ブレーク面は図２の１０に示す理想的なものになる。その場合、研磨洗浄を省略することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このようなレーザスクライブは、ガラス板厚が液晶ＴＶ用の０．７ｍｍや、プラズマＴＶ用の２．８ｍｍの場合には技術が進歩し、技術評価の段階を通過し、実用レベルに達している。問題は液晶モバイル用フラットパネルディスプレィの場合である。この場合、使用されるガラス板厚は軽量化のために徐々に薄くなってきており、現在の商品では０．２ｍｍであり、今後は０．１５５ｍｍに接近して行くと言われている。このような板厚の場合、それ以上の板厚（０．３ｍｍが境界値）で使用できる条件（以下レシピと称する）で安定したレーザスクライブが実現できない。さらに、モバイル用ガラス板は単板でなく、フラットパネルディスプレィに実装された後にレーザスクライブする必要があるので、熱伝導は単板中のプロセスではなくガラス表面以下のセルの構造に依存し、割断困難に拍車をかけている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記困難の原因が、厚板と薄板間の熱伝導メカニズムの違いと、単板と張り合わせガラス間の同現象の違いに根ざしていることを考慮し、後者でもレーザスクライブの安定化がはかれる熱伝導現象を実現することにした。
【００１３】
これを図４で説明する。同図（１）は厚板ガラスの場合を示す。１は照射レーザビームで、その全部がガラス板表面の深さ３．７μｍの領域１３で吸収される。同吸収熱の一部は冷媒３によって冷却されるが、その他のものはガラス内部への熱伝導１４，１４１，１４２，１４３，１４４などによって冷却される。この加熱と冷却のバランスによって、レーザスクライブが発生する。同バランスを実現する条件がレシピである。
【００１４】
同図（２）に示す薄板ガラスの場合でも、レーザ照射による領域１３における加熱と冷媒による冷却は表面現象であるので前記の場合に等しい。異なるのはガラス内部における熱伝導による冷却である。同図（１）の場合に比較して同図（２）の場合の熱容量は小さいので、熱伝導１５，１５１，１５２，１５３，１５４などの効果も小さい。この場合、領域１３は以前より高温になってしまい、最適レシピは以前とは異なってしまう。
【００１５】
これを防止する手段として領域１３の温度特性が同一になるように、レーザ照射条件と冷媒による冷却条件を最適化することが考えられる。この場合変化できる条件として、レーザ強度（薄板に対してはより低出力）、照射形状（同拡大）、走査速度（同高速）、冷媒容量（同増大）、冷媒位置などがある。しかしながら、この場合ガラス側の条件が変わるたびにレシピを変更させねばならない。ガラス側条件としては、ガラス種類、同厚さ、ガラス表面以下の構造、ガラス熱履歴などがある。これらはセルの各設計に対して変化するので、そのたびごとに新らしいレシピが必要となる。しかもこうしたレシピは安定幅が狭く、プロセスの信頼性を低下させる。同じ設計の場合でも、１枚の大版ガラスから多数個のセルを分断する場合には、通常１０組程度のレシピを使用せざるを得ず、これも問題である。
【００１６】
これに対して、フラットパネルディスプレィ構造において、ガラスのスクライブ位置構造をガラス内部における熱伝導が厚板単板の場合と同一効果になるものにすれば、厚板単板レシピの適用のみで安定したレーザスクライブが実現できて便利である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、薄板から構成されるフラットパネルディスプレィにおいても共通レシピを用いて安定したレーザスクライブを実施することができる。レーザによるガラス割断には、従来の機械的割断方法に比較して下記にあげる技術上の利点がある。
１）割断位置精度が高い。
２）割断面が鏡面で、面粗さが良好である。
３）割断面傾きが高精度である。
４）割断面にカレットの付着がなく、清浄である。
５）スクライブ、ブレークともに自動化ができる。
６）スクライブ、ブレークともに高速度で行える。
７）研磨、洗浄などの後工程が省略できる。
【００１８】
このようにガラスのレーザ割断が、ダイアモンドカッター使用のような従来の機械的方法に比較して、著しく進歩することになる。レーザによるガラス割断が普及すれば、加工速度、加工品質、経済性、難易度の克服などにおいて、その効果にははかり知れないものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
フラットパネルディスプレィに実装されたガラスはその板厚が０．２ｍｍのように薄いものでもスクライブ位置において熱伝導が下部全体に及ぶようにすれば厚板と同一の熱容量が期待でき、厚板用のレシピが適用できる。  
【実施例】
【００２０】
図５に、本発明の実施例を示す。ここでは単板でなく製造途中のフラットパネルディスプレィを示すので、ガラス板は上面の６と下面の６１の２枚のものがある。これらは、現在では厚さ０．２ｍｍの無アルカリガラスである。両者は接着剤１７，１７１，１７２、１７３などで接着されている。ガラスの内側面にはカラーフィルター（ＣＦ）かトランジスター（ＴＦＴ）膜が生成されているが、同図では省略している。ガラス間の接着剤層間は空房１８，１８１，１８２などである。
【００２１】
本発明では、空房を充填して熱伝導を発生させ、領域１３で発生した発熱をガラス板６内部だけでなく、この空房を経由して下側のガラス板６１まで熱伝導で伝達させるのである。このとき熱伝導は、2枚のガラスならびに空房層の全厚さである約０．５ｍｍの厚さにわたって発生し、薄板ガラス割断の困難性がなくなる。
【００２２】
空房への充填剤として、できれば熱容量の大きいものが望ましい。一つには液晶そのものがある。しかしながら、液晶のあるところに切断線を設けることはできないだろう。
【００２３】
液体であれば、加工後に除去することができる。汚染の可能性が小さいものとして、水を使用することができる。水の熱伝導率は０．５６Ｗ／ｍ・Ｋであって、ソーダガラスの同値０．６Ｗ／ｍ・Ｋと大差ない。空房を水で満たせば全体厚さ０．５ｍｍにわたって熱伝導が発生し、厚板の加工と同じになって理想的である。
【００２４】
加工後の乾燥を考慮すると、アルコールが選択できる。アルコールの熱伝導率は０．１９Ｗ／ｍ・Ｋであって、水より伝導率が低いがその効果は存在する。
【００２５】
気体を充填するのであれば、汚染の可能性は極めて低い。Ｈｅガスは熱伝導率が０．１４２Ｗ／ｍ・Ｋであって、気体の中ではかなり高い。固体、液体よりは低いが、空気の０．０２４Ｗ／ｍ・Ｋに比較すれば効果は著しい。また、Ｈ２ガスも０．１６８Ｗ／ｍ・Ｋという高い熱伝導率を有し、有望である。これらの気体を使用する場合には、加工体を気密チャンバー内に入れ、同チャンバーに使用ガスを封入すればよい。また、気体の熱伝導率は圧力に依存しないので、封入圧は１気圧でよい。
【００２６】
このようにレーザスクライブを実行したワークに対しては、機械的あるいは熱的手段など周知技術によるブレークを実施すればよい。
【００２７】
以上説明したように、本発明によればフラットパネルディスプレィを構成する薄板ガラスのレーザ割断を厚板単板なみの容易さと安定性で行うことができ、その場合従来の機械方法に対するレーザ割断の長所を実現することができる。
【００２８】
以上説明したのは本発明の機能を実現する若干の機構例であって、本発明の精神はその他の多くの方法で実現可能であることは言を俟たない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
モバイルやカーナビに用いられる液晶ディスプレィ、プラズマディスプレィなどのフラットパネルデスプレィ用の薄板ガラスの割断は、現在はダイアモンドカッターで行われており、切断後の洗浄工程の必要性や、マイクロクラックの存在などの問題を呈している。本発明のレーザ割断で、こうした問題を解決することができる。
【００３０】
このように、ガラス割断を改善するレーザ技術の出現は、現代社会に要求されている種々の課題への解決である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】レーザによる熱応力スクライブの説明図。
【図２】ガラスのレーザスクライブ。
【図３】ガラスの機械スクライブ。
【図４】厚板および薄板ガラスの熱伝導メカニズムの相違。
【図５】本発明の説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１    照射レーザビーム    
２    ガラス内部の圧縮応力
３    冷媒噴霧
４    ガラス内部の引っ張り応力
５    ガラスに生じるスクライブ面
６    ガラス板
６１  同
７    レーザビームおよび冷媒の移動方向
８    初亀裂
９    レーザスクライブ面
１０    レーザスクライブ後のブレーク面    
１１    機械スクライブ面
１２    機械スクライブ後のブレーク面
１３    レーザビーム吸収による加熱領域
１４    熱伝導
１４１  同
１４２  同
１４３  同
１４４  同
１５    同
１５１  同
１５２  同
１５３  同
１５４  同
１６    同
１６１  同
１６２  同
１６３  同
１６４  同
１７    接着剤
１７１  同
１７２  同
１７３  同
１８    空房
１８１  同
１８２  同
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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