JP5258024B2 - レーザ切断方法および被切断物 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、薄型液晶パネルなどに用いる薄板ガラス等の基板を切断するためのレーザ切断方法および被切断物に関するものである。

近年、液晶、有機ＥＬなどに代表されるディスプレイの薄型化の動きが急速に進んでいる。この流れに伴い薄型ディスプレイに適した加工技術の開発も盛んに行われている。ガラス基板はケミカルエッチングなどの方法で薄型化される。一方で、ガラス基板を切断する方法は、歩留まり、加工速度等の問題から、ガラス基板のエッチング前にパネルサイズに割断した後、薄型化する方法が一般的である。しかし、薄いガラスを歩留まり良く、高速で切断することができれば、プロセス上大変有利である。

これまで、ガラス基板をレーザ切断する方法としては、特開平１１−１０４８６９号に開示されているように、予め割断線にケミカルエッチングで溝を作った後、レーザを照射する方法、特開２００６−３５７１０号に開示されるように、第１のレーザ光で加工物表面を改質し、第２のレーザ光をこの改質部に照射して加工する方法、あるいは特開２００７−２３８４３８号に開示されるように、ガラス基板の切断予定線に沿って、レーザ光を照射する際、切断開始から終了までの間で切断条件を変更する方法、さらにこの報文にはガラス基板貼り合わせパネルの上下から同様に２つのレーザを照射して、パネルを切断する方法が記載されている。これらの方法は、いずれもレーザ照射によるガラス基板の温度勾配によって発生する熱応力が基板の厚さ方向に亀裂を発生させる現象を利用している。

しかしながら、ガラス基板の厚さが薄くなると、この方法では単純に厚さ方向へは亀裂の伝搬がしにくくなるため、割断後にも切り出した基板端部にクラックが残ったり、割断中に基板が割れたりし、歩留まり良く切断することができない。さらに、これらの方法は、亀裂の進展を利用しているため、複雑な形状や任意の形状に加工することはできない。

また、レーザのパルス発振によりガラスを切断する方法としては、特開平７−１６７６９号に開示される、ソーダガラスのレーザ割断に関する報文があるが、これはスクライビングして割断する際、基板の厚さ以下にスクライビング深さを調節し、最終的には応力をかけて基板をスクライビング穴に沿って割る方法であるため、薄板ガラスには適用できず、また任意の形状に加工することも困難である。
特開平１１−１０４８６９号 特開２００６−３５７１０号 特開２００７−２３８４３８号 特開平７−１６７６９号

このように、従来のレーザ切断方法では、薄板ガラス等の基板やパネルを、亀裂を発生させずに高速で任意の形状にレーザ切断することができなかった。

以上のような問題を鑑みて、この発明の課題は、クラックなどの不具合を発生させることなく、薄板ガラス、フィルム貼り合わせ基板、あるいは、これらの基板を貼り合わせたパネルを効率よく、任意の形状に切断することができるレーザ切断方法および被切断物を提案することである。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。

請求項１に記載の発明は、ガラス基板あるいは、該ガラス基板にフィルムを貼り合わせて支持した複合基板を、パルス発振させたパルスレーザを照射することにより切断する方法であって、
１回のパルスレーザの照射で前記ガラス基板を貫通する穴を開け、かつ、連続するパルスレーザにより加工される穴は、穴径以上の距離を隔てた位置に照射されて切断され、
さらに任意の加工形状を切り出すために、該加工形状の周囲を、複数回のパルスレーザを照射させながら周回して穴を開けて切断し、
ｎ周回目で加工される穴は、それまでの周回で開けた穴の間にパルスレーザを照射することにより、最終的に該加工形状の周囲の穴が全て繋がり、切断されることを特徴とするレーザ切断方法である。

請求項２に記載の発明は、前記パルスレーザが炭酸ガスレーザである請求項１に記載のレーザ切断方法である。

請求項３に記載の発明は、前記ガラス基板あるいは前記複合基板とフィルム基板、前記ガラス基板あるいは前記複合基板を組み合わせて２枚重ねて貼り合わせることでパネルが構成され、
前記パネルに対し、
前記パルスレーザを照射して前記パネルを切断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ切断方法である。

請求項４に記載の発明は、前記ガラス基板、前記複合基板、前記フィルム基板は、液晶を保持するための基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーザ切断方法である。

請求項５に記載の発明は、前記任意の位置にパルスレーザを照射するために任意の速度で、かつ任意の距離を移動できるＸＹステージを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ切断方法である。

請求項６に記載の発明は、前記ガラス基板の厚さが、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ切断方法である。

請求項７に記載の発明は、前記任意の位置にパルスレーザを照射する加工位置精度が、±１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のレーザ切断方法である。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のレーザ切断方法で切断された後の被切断物の切り口が、パルスレーザにより加工される穴の形状の連なった周期的パターン形状となることを特徴とする被切断物である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１に記載の発明では、加工される穴は、それまでの周回で開けた穴の間にパルスレーザを照射することにより、最終的に該加工形状の周囲の穴が全て繋がり、切断され、クラックなどの不具合を発生させることなく、薄板ガラス、フィルム貼り合わせ基板、あるいは、これらの基板を貼り合わせたパネルを効率よく、任意の形状に切断することができる。また、パルスレーザを用いることにより、レーザＯＮとＯＦＦ時間を制御できるので、余計な熱を基板にかけずに切断できる。また、パルスレーザでは容易に高いピーク出力が得られ、余計な熱影響を出さずに切断できる。

請求項２に記載の発明では、パルスレーザが炭酸ガスレーザであり、容易に高出力を得られ、ガラス、樹脂において高い吸収率をもつことから、熱により溶融切断が容易である。

請求項３に記載の発明では、ガラス基板あるいは複合基板とフィルム基板、ガラス基板あるいは複合基板を組み合わせて２枚重ねて貼り合わせることでパネルが構成され、パネルに対し、パルスレーザを照射してパネルを切断することができる。

請求項４に記載の発明では、ガラス基板、複合基板、フィルム基板は、液晶を保持するための基板であり、熱により溶融切断が容易である。

請求項５に記載の発明では、任意の位置にパルスレーザを照射するために任意の速度で、かつ任意の距離を移動できるＸＹステージを用いることで、高速で任意の形状に切断することができる。

請求項６に記載の発明では、ガラス基板の厚さが、２００μｍ以下であり、パルスレーザの熱により溶融切断が容易である。

請求項７に記載の発明では、任意の位置にパルスレーザを照射する加工位置精度が、±１０μｍ以下であり、高精度に切断することができる。

請求項８に記載の発明では、レーザ切断方法で切断された後の被切断物の切り口が、パルスレーザにより加工される穴の形状の連なった周期的パターン形状となり、効率よく、任意の形状に切断することができる。

以下、この発明のレーザ切断方法および被切断物の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

この発明は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス基板１あるいは、該ガラス基板１にフィルム２を貼り合わせて支持した複合基板３を、パルス発振させたパルスレーザ４を照射することにより切断する方法である。

１回のパルスレーザ４の照射で、図２に示すように、ガラス基板１を貫通する穴１ａを開け、かつ、連続するパルスレーザ４により加工される穴１ａは、穴径Ｄ以上の距離Ｌを隔てた位置に照射されて切断される。

さらに任意の加工形状を切り出すために、図３に示すように、該加工形状の周囲を、複数回のパルスレーザ４を照射させながら周回して穴１ａを開けて切断し、ｎ周回目で加工される穴１ａは、それまでの周回で開けた穴１ａの間にパルスレーザ４を照射することにより、最終的に該加工形状の周囲の穴１ａが全て繋がり、切断される。

例えば、円形や矩形などの形状を切り出す場合、１周回目の穴１ａ、２周回目の穴１ａ、・・・、ｎ周回目の穴１ａが順次形成されるが、ｎ周回目の穴１ａは、ｎ−１周回目までに既に開いている穴１ａの間に形成され、最終的に穴１ａが繋がることにより任意の形状が加工される。

パルスレーザ４を用いることにより、レーザＯＮとＯＦＦ時間を制御できるので、余計な熱を基板にかけずに切断できる。また、パルスレーザ４では容易に高いピーク出力が得られ、ピーク出力が高いことで、余計な熱影響を出さずにカットできる。

また、パルスレーザ４として、炭酸ガスレーザを用いることが好ましく、炭酸ガスレーザを用いることで、容易に高出力を得られ、材質のガラス、樹脂において高い吸収率をもつことができ、熱により溶融切断カしやすい。

また、任意の位置にパルスレーザ４を照射する加工位置精度が、±１０μｍ以下であり、高精度に切断することができる。

また、ガラス基板１の厚さが、２００μｍ以下であり、パルスレーザ４の熱により溶融切断が容易である。

このレーザ切断方法では、図１に示すように、任意の位置にパルスレーザ４を照射するために任意の速度で、かつ任意の距離を移動できるＸＹステージ１０を用いることが好ましく、ＸＹステージ１０を用いることで、高速で任意の形状に切断することができる。

このレーザ切断方法では、図１（ｃ）に示すように、パネル２０に対し、パルスレーザ４を照射してパネル２０を切断する。パネル２０は、図４に示すように、ガラス基板１あるいは複合基板３とフィルム基板２１、ガラス基板１あるいは複合基板３を組み合わせて２枚重ねて貼り合わせることで構成される。また、パネル２０は、２枚の基板間に液晶層、配向膜、電極などが形成された液晶パネルであってもよい。ガラス基板１、複合基板３、フィルム基板２１は、液晶を保持するための基板であり、パルスレーザ４を基板やパネルに照射することで、熱による溶融切断が容易である。

このように、加工される穴１ａは、それまでの周回で開けた穴１ａの間にパルスレーザ４を照射することにより、最終的に加工形状の周囲の穴１ａが全て繋がり、切断され、クラックなどの不具合を発生させることなく、薄板ガラス、フィルム貼り合わせ基板、あるいは、これらの基板を貼り合わせたパネルを効率よく、任意の形状に切断することができる。

この発明の被切断物３０は、レーザ切断方法で切断され、この切断した後の被切断物３０の切り口３０ａは、図５に示すように、パルスレーザ４により加工される穴１ａの形状の連なった周期的パターン形状となり、効率よく、任意の形状に切断することができる。

（実施例１）
以下に、この発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図６はこの発明のレーザ切断方法を適用したレーザ加工装置の全体図である。図６において、４１は炭酸ガスレーザ発振器、４２は反射鏡４２ａや集光レンズ４２ｂなどを有する外部光学ユニット、４３はアシストガス、４４は被加工物、４５はＸＹステージ、４６は数値制御（ＮＣ）装置である。

被加工物４４は、厚さ２００μｍ以下のガラス基板、該ガラス基板にフィルムを貼り合わせて支持した複合基板あるいは、これら基板を２枚重ねて貼り合わせることでできたパネルである。

ＸＹステージ４５は、数値制御（ＮＣ）装置４６によりその動作を制御することにより、加工位置精度±１０μｍが保証されている。

炭酸ガスレーザ発振器４１は、パルスレーザ４をパルス発振させて照射し、外部光学系ユニット４２を通して、被加工物４４の表面に焦点を結ぶように集光させる。このとき、数値制御（ＮＣ）装置４６で設定したプログラムに従い、ＸＹステージ４５を移動させ、被加工物４４が切断される。このとき、アシストガス４３はノズル先端から切断部に向かって吹き出される。このときＸＹステージ４５の下及びノズル周囲部から排気することで、集光レンズ４２ｂの汚染を防いでいる。

上記構成のレーザ加工装置を用い、ＯＡ１０ガラスを、３０〜３００μｍまでケミカルエッチングで薄くした基板を被切断物１として用いた。

レーザスポット径１００μｍ、出力２２５Ｗのパルス炭酸ガスレーザを６０μｓ照射し、被切断物１に貫通穴を開けた後、次に１２０μｍずらした位置に次の貫通穴を開けた。

一辺４０ｍｍの正方形の被切断物を切り出すために、４周回被切断物の周りにパルスレーザを周回しながら照射した。

この際、１周回目の穴の位置に対し、２周回目は切断進行方向に対し６０μｍずらして最初の貫通穴を開けその後１周回目と同様に１２０μｍピッチで貫通穴を開けた。３周回目は１周回目の穴の位置に対し、３０μｍずらして最初の貫通穴を開け、その後同様に１２０μｍピッチで貫通穴を開けた。４周回目は１周回目の穴の位置に対し、９０μｍずらして最初の貫通穴を開け、その後同様に１２０μｍピッチで貫通穴を開けた。この様にして被切断物１を得た。このときのＸＹステージの移動速度は、１０００ｍｍ／ｍｉｎとした。

被切断物１の切断端部を上から表面に焦点を合わせて、４５０倍の倍率で顕微鏡観察を行ったところ、図７に示すように、１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物１の切断部の形状を図８に示す。レーザスポットの形状（円形）の連なりにより、被切断物１の切断端部は円弧の連なった形状となることが認められた。

（実施例２）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例１に用いた被切断物１を１００μｍ厚のプラスチックフィルムと粘着剤を介して貼り合わせた複合基板を被切断物２とする。この被切断物２を出力２２５Ｗのパルス炭酸ガスレーザを７５μｓ照射した以外は、実施例１と同じ条件で加工した。

被切断物２を実施例１と同様に顕微鏡観察したところ、１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物２の切断部の形状は、図８と同様に周期的パターンが認められた。

（実施例３） 実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２と同様の複合基板をＸＹステージの移動速度を、２０００ｍｍ／ｍｉｎとした以外は実施例２と同様の加工条件で加工した。加工された試料を被切断物３とする。

被切断物３を実施例１と同様に顕微鏡観察したところ、１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物３の切断部の形状は、図８と同様に周期的パターンが認められた。

（実施例４）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２と同様の複合基板をＸＹステージの移動速度を、３０００ｍｍ／ｍｉｎとした以外は実施例２と同様の加工条件で加工した。加工された試料を被切断物４とする。

被切断物４を実施例１と同様に顕微鏡観察したところ、１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物４の切断部の形状は、図８と同様に周期的パターンが認められた。

（実施例５）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２と同様の複合基板および加工条件で、図９に示すように、アルファベットのＴ字型に加工したサンプルを被切断物５とする。

被切断物５を実施例１と同様に顕微鏡観察したところ、１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物５の切断部の形状は、図２と同様に周期的パターンが認められた。

（実施例６）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２と同様の複合基板および加工条件で、図１０に示すように、アルファベットのＲ字型に加工したサンプルを被切断物６とする。

被切断物６を実施例１と同様に顕微鏡観察したところ、１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物６の切断部の形状は、図２と同様に周期的パターンが認められた。

（実施例７）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２に用いた被切断物２の２枚を５μｍのスぺーサを介して、シール剤で貼り合わせ、基板内側にはＩＴＯ電極パターン、ポリイミド配向膜、液晶が注入された４０ｍｍの正方形（シール剤の外側の範囲）のセルを被切断物７とした。

この被切断物２を出力２２５Ｗのパルス炭酸ガスレーザを１００μｓ照射した以外は、実施例１と同じ条件で加工した。

被切断物７を実施例１と同様にセルの上下面端部それぞれを顕微鏡観察したところ、ガラス表面に１０μｍ以上のクラックは一つも観察されなかった。

被切断物７の切断部の形状は、図２と同様に周期的パターンが認められた。

（比較例１）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２に用いた被切断物をレーザスポット径１００μｍ、出力２２５Ｗのパルス炭酸ガスレーザを７５μｓ照射し、被切断物に貫通穴を開けた後、次に３０μｍずらした位置に次の貫通穴を開けた。一辺４０ｍｍの正方形の被切断物を切り出すために、１周回被切断物の周りにパルスレーザを周回しながら照射し被切断物８を得た。このときのＸＹステージの移動速度は、２５０ｍｍ／ｍｉｎとした。

被切断物８を実施例１と同様にセルの上下面端部それぞれを顕微鏡観察したところ、図１１に示すように、ガラス表面に１００μｍ以上のクラックが無数に観察された。

被切断物８の切断部の形状は、図８と同様に周期的パターンは認められなかった。

（比較例２）
実施例１と同様のレーザ加工装置を用い、実施例２に用いた被切断物をレーザスポット径１００μｍ、出力２２５Ｗのパルス炭酸ガスレーザを７５μｓ照射し、被切断物に貫通穴を開けた後、次に３０μｍずらした位置に次の貫通穴を開けた。一辺４０ｍｍの正方形の被切断物を切り出すために、１周回被切断物の周りにパルスレーザを周回しながら照射し被切断物９を得た。このときのＸＹステージの移動速度は、１２５ｍｍ／ｍｉｎとした。

被切断物９を実施例１と同様にセルの上下面端部それぞれを顕微鏡観察したところ、ガラス表面に１００μｍ以上のクラックが無数に観察された。

被切断物９の切断部の形状は、図８と同様に周期的パターンは認められなかった。

この発明は、薄型液晶パネルなどに用いる薄板ガラス等の基板を切断するためのレーザ切断方法および被切断物に適用可能であり、クラックなどの不具合を発生させることなく、薄板ガラス、フィルム貼り合わせ基板、あるいは、これらの基板を貼り合わせたパネルを効率よく、任意の形状に切断することができる。

この発明のレーザ切断方法を説明する図である。 パルスレーザの照射を説明する図である。 パルスレーザの照射による切断を説明する図である。 パネルの構成を説明する図である。 被切断物の切断状態を示す図である。 レーザ加工装置の全体図である。 被切断物の切断状態を示す図である。 切断端部の周期パターンを示す図である。 アルファベットのＴ字型に加工した被切断物を示す図である。 アルファベットのＲ字型に加工した被切断物を示す図である。 比較例の被切断物の切断状態を示す図である。

符号の説明

１ ガラス基板
１ａ 穴
２ フィルム
３ 複合基板
４ パルスレーザ
１０ ＸＹステージ
２０ パネル
２１ フィルム基板
３０ 被切断物
４１ 炭酸ガスレーザ発振器
４２ 外部光学ユニット
４３ アシストガス
４４ 被加工物
４５ ＸＹステージ
４６ 数値制御（ＮＣ）装置

Claims (8)

1. ガラス基板あるいは、該ガラス基板にフィルムを貼り合わせて支持した複合基板を、パルス発振させたパルスレーザを照射することにより切断する方法であって、
   １回のパルスレーザの照射で前記ガラス基板を貫通する穴を開け、かつ、連続するパルスレーザにより加工される穴は、穴径以上の距離を隔てた位置に照射されて切断され、
   さらに任意の加工形状を切り出すために、該加工形状の周囲を、複数回のパルスレーザを照射させながら周回して穴を開けて切断し、
   ｎ周回目で加工される穴は、それまでの周回で開けた穴の間にパルスレーザを照射することにより、最終的に該加工形状の周囲の穴が全て繋がり、切断されることを特徴とするレーザ切断方法。
2. 前記パルスレーザが炭酸ガスレーザである請求項１に記載のレーザ切断方法。
3. 前記ガラス基板あるいは前記複合基板とフィルム基板、前記ガラス基板あるいは前記複合基板を組み合わせて２枚重ねて貼り合わせることでパネルが構成され、
   前記パネルに対し、
   前記パルスレーザを照射して前記パネルを切断することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ切断方法。
4. 前記ガラス基板、前記複合基板、前記フィルム基板は、液晶を保持するための基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーザ切断方法。
5. 前記任意の位置にパルスレーザを照射するために任意の速度で、かつ任意の距離を移動できるＸＹステージを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザ切断方法。
6. 前記ガラス基板の厚さが、２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレーザ切断方法。
7. 前記任意の位置にパルスレーザを照射する加工位置精度が、±１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のレーザ切断方法。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のレーザ切断方法で切断された後の被切断物の切り口が、パルスレーザにより加工される穴の形状の連なった周期的パターン形状となることを特徴とする被切断物。