(57)【要約】  ガラス板に切り目をつけるためのシステムおよび方法が開示されている。長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピークエネルギー密度を有するレーザビームを生成することができる。このレーザビームは、切り目線を形成するためにガラス板を横切って動かされる。さらに、ガラス板は、この切り目線に沿って分割できる。ある態様において、レーザビームは二峰性であり、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％のＴＥＭ０１*モードからなる。
2010540388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平らなガラス板に切れ目を付ける方法であって、
前記ガラス板を横切るようにレーザビームを動かして切れ目線を形成する工程、
を有してなり、前記レーザビームが、その長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピークエネルギー密度を有するエネルギー密度プロファイルを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記レーザビームが、二峰性であり、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％のＴＥＭ０１*モードからなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記レーザビームが、約６５％のＴＥＭ００モードおよび約３５％のＴＥＭ０１*モードからなることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記レーザビームが、出力カプラを有するレーザによって生成され、前記方法が、該出力カプラを変調して、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％のＴＥＭ０１*モードの比を達成する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記レーザビームを動かす工程が、前記レーザビームを約５００および１０００ｍｍ／秒の間の速度で動かす工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記レーザビームが、式：
【数１】
2010540388.tif 000005
により特徴付けられるエネルギー密度プロファイルを有し、
ここで、Ｉはレーザビームのエネルギー密度であり、
ωxはビーム幅のパラメータであり、
ωyはビーム長さのパラメータであり、
ＡおよびＢは、前記ビームの形状およびエネルギー密度を決定するための定数であり、
Ａ／Ｂは１／２である、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記レーザビームのエネルギー密度プロファイルが、約１から２ｍｍの幅および約２５０から４００ｍｍの長さであることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項８】
前記ガラス板を前記切れ目線に沿って分割する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記レーザビームがＣＯ2レーザによって生成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、その全てがここに引用される、２００７年９月２８日に出願された米国特許出願第１１／９０４６９７号の恩恵と優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、平らなプロファイルを有するレーザビームにより、ガラス板に切り目を入れる(scoring)および／またはガラス板を分割する(separating)ためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
これまで、ガラス板を分割するために、いくつかの異なる方法および技法が用いられてきた。広く用いられている方法は、レーザを使用してガラス板に切り目を入れるおよび／またはガラス板を分割する工程を含む。レーザビームがガラス板を横切るように動かされ、ガラス板の表面に温度勾配を生じさせる。この勾配は、ある距離でレーザビームに続く冷却剤（気体または液体などの）によって増大させられる。具体的に、レーザによるガラス板の加熱と、冷却剤によるガラス板の冷却によって、このガラス板に応力が生じる。このようにして、切れ目線がガラス板に沿って形成される。次いで、ガラス板を切れ目線に沿って分割することによって、ガラス板を２つのより小さな板に分割できる。
【０００４】
ガラス板、特に、フラットパネルディスプレイ（ＬＣＤなどの）の製造に用いられるガラス板にレーザで切れ目を付けるためのシステムおよび方法の開発に、多大な労力が捧げられてきた。低膨張係数を有するガラスに高速で切れ目を付けるために、非常に高い出力レベルを有するレーザが必要である。しかしながら、必要とされるレーザ出力は、今日、一般に用いられるシールド管ＣＯ2レーザの出力レベルに近づくかまたはそれを超えることが多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
切れ目付け速度を増加させるために、レーザビームのプロファイルを変える手法が採用されてきた。標準的なレーザ切れ目付けではＴＥＭ００モードが使用され、これにより、伝統的なガウス・ビームが生じる。ドーナツ形または「Ｄモード」プロファイルも開発され、これにより、切れ目付け速度がいくぶん上昇した。これらのモードにより比較的高速でガラスに切れ目を付けることができるが、そのプロセスの効率のさらなる改善、すなわち、低いレーザ出力での速い切れ目付け速度がまだ望まれている。
【０００６】
それゆえ、より低い出力のレーザを使用して切れ目を付けるためにガラス板に十分な応力を生じながら、速い切れ目付け速度でガラス板に切れ目を付けるための方法およびシステムが、当該技術分野において必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ガラス板に切れ目を付けるおよび／またはガラス板を分割するためのシステムおよび方法を提供する。ある態様において、ガラス板を横切るようにレーザビームを動かして、切れ目線を形成する工程を有してなる、ガラス板に切れ目を付ける方法が提供される。このレーザビームは、エネルギー密度プロファイルを有し、ある態様において、その長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピークエネルギー密度を有する。さらに別の態様において、レーザビームは、二峰性であり、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％のＴＥＭ０１*モードからなり得る。この方法はさらに、ガラス板を切れ目線に沿って分割する工程をさらに含み得る。レーザビームは、様々な態様によれば、ＣＯ2レーザによって生成することができる。
【０００８】
本発明の追加の実施の形態は、一部は、発明を実施するための形態と以下の特許請求の範囲に述べられており、一部は、発明を実施するための形態から導かれるか、または本発明の実施により分かる。先の一般的な説明および以下の発明を実施するための形態の両方は、単に、例示であり説明のためであり、開示されたおよび／または特許請求の範囲に記載された本発明を制限するものではないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＴＥＭ００モードのレーザビームの強度プロファイルを示す図
【図２】ＴＥＭ０１*モードのレーザビームの強度プロファイルを示す図
【図３】標準的なＤモードのレーザビームの強度プロファイルを示す図（ＴＥＭ０１*／ＴＥＭ００６０％／４０％のブレンド）
【図４】ＣＯ2レーザにより生成された標準的なＤモードのレーザビームの強度プロファイルを示す図
【図５】図４の標準的なＤモードのレーザビームのモード強度分布を示すグラフ
【図６】標準的なＤモードのレーザビームの強度プロファイルのグラフィカルモデルを示す図
【図７】本発明のある態様による、上部が平らなＤモードのレーザビームの強度プロファイルのグラフィカルモデルを示す図
【図８】本発明の別の態様による、標準的なＤモードおよび上部が平らなＤモードのレーザビームに関する、切れ目線に沿ったガラス表面の温度（Ｔ）を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の以下の説明は、最良の現在公知の実施の形態における本発明の実現教示として与えられている。この目的のために、本発明の有益な結果を得ながら、ここに記載された本発明の様々な実施の形態に多くの変更を行えることが、当業者に認識および理解されよう。本発明の所望の利点のいくつかは、他の特徴を用いずに、本発明の特徴のいくつかを選択することによって得られることが明らかである。したがって、本発明への多くの改変および適用が、可能であり、ある環境においては望ましくさえあり得、本発明の一部であることが当業者には理解されよう。それゆえ、以下の説明は、本発明の原理の例証として与えられ、その制限ではない。
【００１１】
ここに用いたように、単数形は、文脈が明らかそうではないと示していない限り、複数形を含む。それゆえ、例えば、ガラス板への言及は、文脈が明らかそうではないと示していない限り、そのようなガラス板を２枚以上有する実施の形態も含む。
【００１２】
範囲は、ここで、「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして表すことができる。そのような範囲が表された場合、別の実施の形態は、そのある特定の値から、および／またはその他の特定の値までを含む。同様に、値が、「約」という先行詞を用いて、近似として表されている場合、特定の値は別の実施の形態を形成することが理解されよう。さらに、範囲の各々の端点は、他の端点に関してと、他の端点には関係なくの両方において有意であることが理解されよう。
【００１３】
先に手短に要約されているように、本発明は、平らなガラス板などのガラス板に切れ目を付けるための方法およびシステムを提供する。標準的なレーザモードは、ＴＥＭ００モード（ガウスまたは「Ｓ」モード）、ＴＥＭ０１*モード（２つの偏光のＴＥＭ０１およびＴＥＭ１０モードの）、および標準的なＤモード（約６０％のＴＥＭ０１*モードおよび約４０％のＴＥＭ００モードのブレンド）を含む。ＣＯ2レーザにより生成された、これらのモードのモード強度プロファイルが、それぞれ、図１〜３に示されている。Ｓｐｉｒｉｃｏｎレーザビームプロファイルメータにより測定された、このレーザにより生成された標準的なＤモードのレーザの強度（またはエネルギー密度）プロファイルおよび強度分布が、それぞれ、図４〜５に示されている。最大４０％の含有量のＴＥＭ００を有する標準的なＤモードにより、２つの別個のピークおよび中央部の窪みが形成されるのが分かる。
【００１４】
本発明のある態様によれば、その長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピークエネルギー密度を有するエネルギー密度プロファイルを有するレーザビームを生成するように構成されたレーザが提供される。さらに別の態様において、レーザビームは、以下に制限されないが、ＴＥＭ００モードおよびＴＥＭ０１*モードからなる二峰性レーザビームなどの二峰性であって差し支えない。特別な態様において、ＴＥＭ００モードおよびＴＥＭ０１*モードの比は、約６０から７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０から４０％のＴＥＭ０１*モードである。例えば、この比は、それぞれ、６０％／４０％、６５％／３５％、または７０％／３０％のＴＥＭ００対ＴＥＭ０１*、並びに他の比であって差し支えない。
【００１５】
様々な態様によれば、１枚以上の平らなガラス板に切れ目を付ける方法が提供される。この方法は、ガラス板を横切ってレーザビームを動かして、切れ目線を形成する工程を含み得る。上述したように、様々な態様におけるレーザビームは、その長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピークエネルギー密度を有するエネルギー密度プロファイルを有する。さらに別の態様において、レーザビームは、二峰性であり、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％ＴＥＭ０１*モードからなっていて差し支えない。
【００１６】
本発明の様々な態様によれば、１枚以上の平らなガラス板を分割する方法が提供される。平らなガラス板の分割は、ある態様において、ガラス板を横切ってレーザビームを動かして切れ目線を形成し、この切れ目線に沿ってガラス板を分割する各工程を含む。切れ目線を形成するために、その長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピーク密度を有するレーザビームを使用できる。さらに、そのレーザビームは、二峰性であり、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％のＴＥＭ０１*モードからなっていて差し支えない。ガラス板の分割は、切れ目を付けた後のガラス板の機械的曲げによって行うことができる。必要に応じて、分割は、切れ目線を形成する第１のレーザビームに続いて、ガラス板に沿って第２のレーザビームを動かすことによって行っても差し支えない。さらに別の態様において、第１のレーザビームが、ガラスの厚さを伝搬する深い切れ目線を形成することによって、ガラス板の完全な分割を行っても差し支えない。ガラス板を分割する他の方法も考えられ、本発明の範囲内であると考えられる。
【００１７】
ある態様において、レーザビームはＣＯ2レーザによって生成できる。必要に応じて、レーザビームは、約２００Ｗおよび８００Ｗの間の出力を有するレーザによって生成しても差し支えない。さらに別の態様において、約４５０Ｗおよび５５０Ｗの間の出力を有するレーザによって生成しても差し支えない。特別な態様において、約５００Ｗの出力を有するＣＯ2レーザを用いてレーザビームを生成しても差し支えない。さらに以下に記載するように、実質的に均一なピークエネルギー密度を有するレーザビーム（「上部の平らなプロファイル」のレーザビーム）を使用することにより、ガラス板に切れ目を付ける効率を増加させることができる。それゆえ、ある態様におけるレーザビームは、ガラス板の表面に沿って所望の切れ目付け速度および／または温度勾配を達成するのに十分な出力のどのようなレーザによって生成しても差し支えない。
【００１８】
本発明の様々な態様により生成されたレーザビームは、例えば、図７に示されるような、その長さの少なくとも一部分に沿って実質的に均一なピークエネルギー密度を有する。この実質的に均一なピークエネルギー密度は、図６（レーザビームの中心に近接したエネルギー密度が実質的に窪んでいる、ドーナツ形のエネルギー密度プロファイルを示す）に示されるような、標準的なＤモードのレーザビームのエネルギー密度に匹敵し得る。さらに図７に関して、レーザビームのエネルギー密度プロファイルは、その対応する幅よりも長い長さを有し得る。例えば、レーザビームのエネルギー密度プロファイルは、約１から２ｍｍの幅および約２５０が４００ｍｍの長さであり得る。
【００１９】
様々な態様において、式：
【数１】
2010540388.tif 000003
【００２０】
により特徴付けられるエネルギー密度プロファイルを有するビームを生成でき、ここで、Ｉはレーザビームのエネルギー密度であり、ωxはビーム幅のパラメータであり、ωyはビーム長さのパラメータであり、ＡおよびＢは、レーザビームの形状およびエネルギー密度を決定するための定数である。さらに別の態様において、Ａ／Ｂは１／２と等しい。
【００２１】
様々な態様において、レーザビームは、所定の切れ目付け速度でガラス板を横切って動かすことができる。切れ目付け速度は、レーザの出力、切れ目が付けられるガラスの熱膨張係数および弾性率に応じて変動して差し支えない。特別な態様において、レーザビームを動かす工程は、レーザビームを約５００および１０００ｍｍ／秒の間の速度で動かす工程を含む。切れ目付け速度は、例えば、７５０ｍｍ／秒であって差し支えない。
【００２２】
最後に、本発明をある例示の実施の形態と特別な実施の形態に関して詳しく記載してきたが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の広い精神および範囲から逸脱せずに、様々な改変が可能であるので、本発明はそれらの実施の形態に制限されると考えるべきではないのが理解されよう。
【実施例】
【００２３】
本発明の原理をさらに説明するために、当業者に、特許請求の範囲に記載されたシステムおよび方法がどのように製造され、評価されたかの完全な開示と記載を提供するように、以下の実施例を述べる。これらの実施例は、本発明の純粋な例示であることが意図され、本出願の発明者等が本発明とみなすものの範囲を制限することは意図されていない。数字（例えば、量、温度など）に関する精度を確実にするために努力してきたが、ある程度の誤差や偏差が生じたであろう。
【００２４】
本発明の様々な態様に関してここに記載したように、標準的なＤモードのレーザビームと、約６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび約３０〜４０％のＴＥＭ０１*モードを有する二峰性レーザビームとを用いて、平らなガラス板に切れ目を付けるために実験を行った。この実験条件は、約７５０ｍｍ／秒の切れ目付け速度、約５００Ｗのレーザ出力、および１０〜１４ｃｃｍの冷却剤流量を含んだ。生成されたビームは、式：
【数２】
2010540388.tif 000004
【００２５】
により特徴付けられるエネルギー密度プロファイルを有し、ここで、Ｉはレーザビームのエネルギー密度であり、ωxはビーム幅のパラメータであり、ωyはビーム長さのパラメータであり、ＡおよびＢは、レーザビームの形状およびエネルギー密度を決定するための定数である。標準的なＤモードのレーザビームについては、Ａ／Ｂは１／１８であり、実質的にドーナツ形のエネルギー密度プロファイルが得られた。後者のレーザビーム（６０〜７０％のＴＥＭ００モードおよび３０〜４０％のＴＥＭ０１*モード）については、１／２のＡ／Ｂ比を用いて、実質的に上部が平らな強度プロファイルを生成した。
【００２６】
図８は、この実験結果を示しており、標準的なＤモードのレーザビームによって得られた、切れ目線に沿った温度分布および後者の場合の上部が平らなプロファイルモードの温度分布を示している。図８は、上部の平らなプロファイルモードのほうが、標準的なＤモードのレーザと比較して、ガラス板をより均一な加熱し、より高温により速く加熱することを示している。
【００２７】
上部の平らなプロファイルのビームにより達成される最高温度が、安定な切れ目付けプロセスに必要な温度を超えている限り、レーザ出力は、例えば、約２０〜２５％だけ減少させることができると判断された。上部の平らなプロファイルのビームによりガラス表面の温度が高くなるので、このビームにより標準的なＤモードのレーザビームと同じレーザ出力でより大きい過渡応力も生じることが、ＡＮＳＹＳ  ＦＥＡソフトウェアを用いて行った応力計算によって示された。それゆえ、上部の平らなプロファイルのビームを生成するためにより低出力のレーザを使用することで、より高出力のレーザによって生成される標準的なＤモードのビームと同等の応力が生じるであろうと判断された。
【図１】
2010540388.tif 000006
【図２】
2010540388.tif 000007
【図３】
2010540388.tif 000008
【図４】
2010540388.tif 000009
【図５】
2010540388.tif 000010
【図６】
2010540388.tif 000011
【図７】
2010540388.tif 000012
【図８】
2010540388.tif 000013
【国際調査報告】
2010540388.tif 000014