[发明专利]脆性材料的热应力割断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用热应力高速地割断平板显示器用玻璃等脆性材料的脆性材料热应力割断方法。下面，作为脆性材料，以玻璃为例进行说明，但本发明除了玻璃外，也可一般地适用于石英、陶瓷、半导体等脆性材料。

背景技术

用于液晶显示器、等离子显示器等平板显示器的玻璃的割断，现在是以金刚石刀具进行，存在着需要进行割断后的清洗工序、产生微裂纹等问题。

另外，因为机动车用的玻璃部件多为曲线加工，所以，现在是机械性地进行直线切断，然后实施研磨。因此，对仅是玻璃割断即可的激光加工的期待很大。

玻璃以往一直是以使用金刚石刀片等超硬刀头的机械性的方法割断。此方法对于玻璃的适用，也是在过去长达一个世纪以上的期间内使用的方法。

然而，这样的机械性的方法存在以下所述的那样的缺点。第一，在割断时产生被称为碎玻璃的小碎片，使工件表面变脏。第二，在割断面附近产生微裂纹，存在工件以其为起点产生破裂的危险。第三，即便最小也存在数百μm左右的割断余量，在工件尺寸无止境微小化的现在，此割断余量的存在已是不可忽视的。除此以外，还存在加工速度的局限、作为消耗品的工具成本等产业上不可忽视的缺点。

窗玻璃的割断等在使用现有技术时没有问题，但在用于液晶显示器、等离子显示器等的精密玻璃割断的情况下，为了应对微裂纹，需要研磨割断面，然后进行清洗等后序工序。

另一方面，最近被认为有前途的激光割断法具有以下所述那样的优点，有除去金刚石刀片法的缺点的可能性。第一，质量损失为零(不产生碎玻璃)，不需要清洗等后序工序。第二，由于在割断面附近不产生微裂纹等破坏缺陷，能够获得高强度断面，所以，不需要研磨等后序工序。第三，能够获得面粗糙度1μm以下的镜面。第四，产品外形尺寸精度为±25μm以上。第五，能够处理的玻璃板厚没有下限值，能够在今后玻璃板厚单调地变薄的液晶电视用玻璃中使用。

下面，说明激光割断法的原理。如果对玻璃照射高能量密度的CO₂激光光束，则一般在照射光点产生激光光束的吸收，急剧加热的结果是呈放射状地产生裂纹，不能仅在行进方向进行割断。根据此激光割断方法，不需要在机械割断的情况下作为后序工序所需要的研磨、清洗就能够获得面粗糙度1μm以下的镜面，产品外形尺寸精度在±25μm以上。进而，对玻璃板厚薄到0.05mm也能够使用，能够使用于今后的液晶显示器用玻璃、等离子显示器用玻璃、手机等便携式显示器用玻璃等。

激光割断方法的原理如下。在玻璃中仅发生局部地加热，进行不发生气化、熔融、裂纹的程度的激光光线照射。此时玻璃加热部虽然要产生热膨胀，但受到来自周边玻璃的反作用，不能产生充分的膨胀，在此加热区域中产生压缩应力。即使在周边的非加热区域中，也被来自加热部的膨胀推压，进而相对于周边产生变形，其结果，产生压缩应力。这样的压缩应力是以加热中心点为原点的径向的压缩应力，在加热发生后大体上按音速传播到玻璃板整个区域。但是，在物体存在压缩应力的情况下，在其正交方向产生与泊松比成比例的拉伸应力。在这里，其方向为切线方向。将此状态表示在图1中。

图1表示存在将中心设置在原点的高斯分布的温度上升的情况的、径向应力成分σ_x和切线方向应力成分σ_y的变化。径向应力成分σ_x始终都为压缩应力(在图1中为负值)，而切线方向应力成分σ_y虽然在加热中心(距离r＝0)为压缩应力，但如果离开加热中心，则向拉伸应力(在图1中为正值)变化。

在这些应力中，与割断相关的应力为拉伸应力。当拉伸应力超过作为材料固有值的破坏韧性值时，破坏随处发生，不能控制。在激光割断方法的情况下，由于将拉伸应力预先选定在此破坏韧性值以下，所以不发生这样的破坏。

但是，在存在拉伸应力的位置具有龟裂的情况下，在此龟裂前端会产生应力扩大，如果此扩大了的应力超过材料的破坏韧性值，则龟裂扩大。即，将产生龟裂从龟裂前端向加热中心发展这样的被控制的割断。因此，通过使激光照射点先行扫描，能够使龟裂延长下去。在此激光割断方法中，由于割断面类似于晶体的劈开面，所以，既不产生微裂纹也不产生碎玻璃，能够除去上述机械方法的缺点，产生作为玻璃的加工方法优良的特性。

作为此玻璃的激光割断方法，例如美国USP5609384已被公知。在此专利中公开了如下的情况：不是仅由产生在加热区域周边的拉伸应力实现割断，而是还对拉伸应力的最大点附近进行冷却，此时因玻璃的收缩而被增大的拉伸应力起到强化割断的作用。