(57)【要約】【課題】ガラス板等の透明板状物にクラックを発生させることなくレーザー加工溝を形成することができる透明板状物のレーザー加工方法を提供する。【解決手段】透明板状物に所定の破断予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、レーザー加工溝を形成する透明板状物のレーザー加工方法であって、板状物に照射するパルスレーザー光線は、透明板成物に対して吸収性を有する波長で、繰り返し周波数が２００kHz以上であり、１パルス当たりのエネルギー密度が３．８J／cm2以上に設定されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明板状物に所定の破断予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、レーザー加工溝を形成する透明板状物のレーザー加工方法であって、
透明板状物に照射するパルスレーザー光線は、透明板成物に対して吸収性を有する波長で、繰り返し周波数が２００kHz以上であり、１パルス当たりのエネルギー密度が３．８J／cm2以上に設定されている、
ことを特徴とする透明板状物のレーザー加工方法。
【請求項２】
パルスレーザー光線は、繰り返し周波数が４００kHz以上であり、１パルス当たりのエネルギー密度が８J／cm2以上に設定されている、請求項１記載の透明板状物のレーザー加工方法。
【請求項３】
パルスレーザー光線は、パルス幅が１０ns以下に設定されている、請求項１又は２記載の透明板状物のレーザー加工方法。
【請求項４】
パルスレーザー光線の集光スポットの重なり率は、５０％以上に設定されている、請求項１から３のいずれかに記載の透明板状物のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶デバイスを構成するガラス基板等の透明板状物に所定の破断予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する透明板状物のレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶デバイスは、シリコン基板とガラス基板が積層して形成されており、分割面に液晶の注入口が形成され、この注入口からシリコン基板とガラス基板との間に形成された液晶室に液晶が注入されている。このような液晶デバイスは、シリコン基板の内面即ち液晶室側の面に電極が形成されており、該電極が形成されている領域の上側に位置するガラス基板を所定の破断予定ラインに沿って破断することによって電極を露出せしめる。
【０００３】
上述した液晶デバイスを構成するガラス基板の破断は、ポイントスクライバーを用いてガラス基板の外面に破断予定ラインに沿ってスクライブラインを形成し、該スクライブラインに沿って外力を付与することによりガラス基板を破断予定ラインに沿って破断している。（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）
【特許文献１】特開平６−３６３３号公報
【特許文献２】特開平９−３０９７３６号公報
【０００４】
しかるに、ガラス基板の外面に破断予定ラインに沿ってスクライブラインを形成し、このスクライブラインに沿って外力を付与することによりガラス板を破断する方法においては、ガラス基板が破断予定ラインに沿って確実に破断されない場合があり歩留まりが悪く、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者等は、ガラス基板を破断予定ラインに沿って破断する方法として、ガラス基板の表面に破断予定ラインに沿ってガラス基板に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ガラス基板の表面に切断予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成した後、このレーザー加工溝に沿って外力を付与することによりガラス基板を破断予定ラインに沿って破断する方法を試みた。
しかるに、本発明者等の実験によると、ガラス基板を透過したパルスレーザー光線がシリコン基板の表面に形成された電極を損傷するという問題が発生した。また、本発明者等の実験によると、ガラス板に照射するパルスレーザー光線の繰り返し周波数が低いとパルスの照射周期が長く冷却の時間が長くなるため冷却による引張応力が生じてガラス板にクラックが発生することが判った。
【０００６】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ガラス板等の透明板状物にクラックを発生させることなくレーザー加工溝を形成することができる透明板状物のレーザー加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、透明板状物に所定の破断予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、レーザー加工溝を形成する透明板状物のレーザー加工方法であって、
透明板状物に照射するパルスレーザー光線は、透明板状物に対して吸収性を有する波長で、繰り返し周波数が２００kHz以上であり、１パルス当たりのエネルギー密度が３．８J／cm2以上に設定されている、
ことを特徴とする透明板状物のレーザー加工方法が提供される。
【０００８】
上記パルスレーザー光線は、繰り返し周波数が４００kHz以上であり、１パルス当たりのエネルギー密度が８J／cm2以上に設定されていることが望ましい。
また、上記パルスレーザー光線は、パルス幅が１０ns以下に設定されていることが望ましい。
更に、上記パルスレーザー光線の集光スポットの重なり率は、５０％以上に設定されていることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、透明板状物に照射するパルスレーザー光線は、透明板成物に対して吸収性を有する波長で、繰り返し周波数が２００kHz以上であり、１パルス当たりのエネルギー密度が３．８J／cm2に設定されているので、ガラス板等の透明板状物にクラックを発生させることなくレーザー加工溝を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による透明板状物のレーザー加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１には本発明による透明板状物のレーザー加工方法によって加工される液晶デバイスの斜視図が示されており、図2には図１に示す液晶デバイスの側面図が示されている。図１および図２に示す液晶デバイス２は、シリコン基板２１とガラス基板２２とからなり、シリコン基板２１とガラス基板２２との間にシール材２３によって区画された液晶室２４を備えている。そしてシール材２３は、液晶室２４と連通し液晶デバイス２の一つの端面に開口する液晶注入口２５を備えている。なお、ガラス基板２２の内面即ち液晶室２４側の面には酸化インジュム・スズ等からなる透明導電膜２６が蒸着によって形成されている。また、液晶デバイス２を構成するシリコン基板２１の内面即ち液晶室２４側の面には、液晶室２４を区画するシール材２３と隣接して複数の駆動電極２７が形成されている。なお、ガラス基板２２の外面には、図１に示すように駆動電極２７と対応する部分を破断するための破断予定ライン２８が形成されている。
【００１２】
上述した液晶デバイス２を構成するガラス基板２２を破断予定ライン２８に沿って破断するためには、図３に示すように環状のフレーム３に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保持テープ４の表面にシリコン基板２１を貼着する。従って、液晶デバイス２は、ガラス基板２２が上側となる。
【００１３】
次に、液晶デバイス２を構成するガラス基板２２の外面に破断予定ライン２８に沿ってレーザー光線を照射し、ガラス基板２２の外面にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法について説明する。
ここで、液晶デバイス２を構成するガラス基板２２に破断予定ライン２８に沿ってレーザー光線を照射するレーザー加工装置について、図４を参照して説明する。図４に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り機構によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り機構によって図４において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１４】
上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図５に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と出力調整手段５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。パルスレーザー光線発振器５２２ａは、図示の実施形態においては上記ガラス基板２２に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザー光線を発振する。繰り返し周波数設定手段５２２ｂは、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定するようになっている。上記出力調整手段５２３は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を所望の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３は、図示しない制御手段によって制御される。上記ケーシング５２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。この集光器５２４は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線を所定の集光スポット径に集光して、上記チャックテーブル５１に保持される被加工物に照射する。
【００１５】
図示のレーザー加工装置５は、図４に示すように上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５４を備えている。この撮像手段５４は、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する。撮像手段５４は、光学系および撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１６】
上述したレーザー加工装置５を用いて上記液晶デバイス２を構成するガラス基板２２の外面に破断予定ライン２８に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法について説明する。
先ず、上述した図４に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に上記図３に示すように環状のフレーム３に保持テープ４を介して支持された液晶デバイス２を載置し、該チャックテーブル５１上に液晶デバイス２を吸着保持する。このとき、液晶デバイス２は、ガラス基板２２を上側にして保持される。なお、図４においては、保持テープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。
【００１７】
上述したように液晶デバイス２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段５４の直下に移動される。チャックテーブル５１が撮像手段５４の直下に位置付けられると、撮像手段５４および図示しない制御手段によって液晶デバイス２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段５４および図示しない制御手段は、液晶デバイス２のガラス基板２２に形成されている破断予定ライン２８と、破断予定ライン２８に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４との位置合わせを行うレーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。
【００１８】
以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持された液晶デバイス２のガラス基板２２に形成されている破断予定ライン２８を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図６の（ａ）で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、破断予定ライン２８を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６の（ａ）で示すように液晶デバイス２は、ガラス基板２２に形成された破断予定ライン２８の一端(図６の（ａ）において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４からガラス基板２２に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図６の（ｂ）で示すように破断予定ライン２８の他端（図６において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１の移動を停止する。このレーザー光線照射工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐをガラス基板２２の外面（上面）付近に合わせる。この結果、液晶デバイス２を構成するガラス基板２２の外面（上面）には、図６の（ｂ）および（c）に示すように破断予定ライン２８に沿ってレーザー加工溝２２１が形成される。
【００１９】
ここで、上記レーザー光線照射工程における加工条件について説明する。
本発明者等の実験によると、ガラス板にパルスレーザー光線を照射したところ、パルスレーザー光線の繰り返し周波数が２００kHzより低い例えば１００kHzの場合にはクラックが発生し、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を２００kHz以上にするとクラックが発生しなかった。これは、パルスレーザー光線の繰り返し周波数が低くパルスの照射周期が長いと冷却の時間が長くなり冷却による引張応力が生じてクラックが発生し、パルスレーザー光線の繰り返し周波数が高くパルスの照射周期が短かくなると前に照射されたパルスによる熱が次に照射されるパルスまで残留し、冷却による引張応力が生じないためクラックが発生しなくなると考えられる。従って、パルスレーザー光線の繰り返し周波数は、２００kHz以上にする必要がある。また、本発明者らの実験によると、パルスレーザー光線のパルス幅は１０nsより長いとクラックが生じ易く、従ってパルスレーザー光線のパルス幅は１０ns以下に設定することが望ましい。
【００２０】
次に、ガラス板にレーザー加工溝を形成するために必要なパルスレーザー光線のエネルギーについて説明する。
図７は、厚さが１mmのガラス板にパルスレーザー光線を照射して形成されたレーザー加工溝の深さを計測した実験データであり、繰り返し周波数を２００kHz、４００kHz、６００kHz、８００kHz、１０００kHzに設定し実施した。なお、パルス幅はいずれも２nsに設定して実施した。また、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の集光スポット径は１０μｍで、集光スポットの重なり率は９８％で実施した。
図７において横軸はパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度（J／cm2）を示し、縦軸がガラス板に形成されたレーザー加工溝の深さ（μｍ）を示している。
【００２１】
図７から判るように、各繰り返し周波数において１パルス当たりのエネルギー密度が３．８J／cm2より低いと加工されず、繰り返し周波数が高くなる程また１パルス当たりのエネルギー密度が高くなる程、ガラス板に形成されたレーザー加工溝の深さが深い。また、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を４００kHz以上で１パルス当たりのエネルギー密度が８J／cm2以上になると繰り返し周波数が２００kHzの場合と比較して急激にレーザー加工溝の深さが深くなる。従って、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度は、３．８J／cm2以上に設定する必要があり、更にパルスレーザー光線の繰り返し周波数を４００kHz以上で１パルス当たりのエネルギー密度が８J／cm2以上に設定することが望ましい。
また、レーザー加工溝の側壁を直線状に連続して形成するためには、パルスレーザー光線の集光スポットの重なり率が５０％以上にすることが望ましい。
なお、本発明者らの実験によると、石英、サファイヤ、リチウムタンタレートからなる透明板状物に上述したレーザー加工を実施しての同様の結果が得られた。
【００２２】
上述したように液晶デバイス２のガラス基板２２に形成されている破断予定ライン２８に沿って照射するパルスレーザー光線の加工条件を設定することにより、ガラス基板２２に照射されたパルスレーザー光線は加工に費やされるため、ガラス基板２２を透過してシリコン基板２１の内面即ち液晶室２４側の面に形成された駆動電極２７を損傷することはない。
【００２３】
以上のようにして、液晶デバイス２のガラス基板１２に破断予定ライン２８に沿ってレーザー加工溝２２１を形成したならば、チャックテーブル５１に保持された液晶デバイス１０を搬出して、液晶デバイス２を次工程である分割工程に搬送する。分割工程においては、図８に示すように液晶デバイス２のガラス基板２２に形成されたレーザー加工溝２２１に沿って外力を付与することにより、図９に示すように液晶デバイス２のガラス基板２２は破断予定ライン２８に沿って破断され、駆動電極２７の上側の部分１２aが除去される（破断工程）。この結果、図９に示すように液晶デバイス２は、駆動電極２７が露出された状態となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による透明板状物のレーザー加工方法によって加工される液晶デバイスの斜視図。
【図２】図1に示す液晶デバイスの側面図。
【図３】図1に示す液晶デバイスを環状のフレームに装着された保持テープに貼着した状態を示す斜視図。
【図４】本発明による透明板状物のレーザー加工方法を実施するためのレーザー加工装置の要部を示す斜視図。
【図５】図４に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図６】図1に示す液晶デバイスを構成するガラス基板に本発明によるレーザー加工方法におけるレーザー光線照射工程を実施している状態を示す説明図。
【図７】ガラス板に繰り返し周波数が異なるパルスレーザー光線を照射して形成されたレーザー加工溝の深さを計測した実験データを示すグラフ。
【図８】図６に示すレーザー加工方法におけるレーザー光線照射工程が実施された液晶デバイスを構成するガラス基板に外力を付与する破断工程を示す説明図。
【図９】図８に示す破断工程が実施され液晶デバイスを構成するガラス基板を破断予定ラインに沿って破断した状態を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
２：液晶デバイス
２１：シリコン基板
２２：ガラス基板
２４：液晶室
２７：駆動電極
３：環状のフレーム
４：保持テープ
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２４：集光器
５４：撮像手段
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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