JP2008539161A - 光学アセンブリを組み込んで脆弱な材料を罫書く方法及び装置 - Google Patents

Abstract

平らなガラスシートを罫書く方法は、輻射線源からの電磁輻射線を方向づけるのに適した光学アセンブリを移動させることを含む。この方法はまた、電磁輻射線をガラスシート上に衝突させ、ガラスシート上に細長い加熱ゾーンを形成することをも含み、移動時における輻射線源からガラスシートまでの距離はほぼ一定である。装置についても説明されている。

Description

関連出願の説明

本願は、「脆弱な材料を罫書く方法及び装置」と題して２００４年７月３０日付けで同一出願人により提出された米国特許出願第１０／９０３,７０１号の一部継続出願であり、合衆国法典第３５巻第１２０条に規定する優先権を主張した出願である。

本発明は、シートその他の脆弱な材料を切断する方法に関し、特に平らなガラスシートのレーザー罫書き法に関するものである。

レーザーは、所謂ブラインド・クラック（blind crack）をガラスシートに伝播させて、このガラスシートを２枚の小さいガラスシートに分割することにより、脆弱な材料のシート、特に平らな板ガラスを切断するために使用されて来た。ガラスシートの厚さの途中まで延びるこのパーシャル・クラックは、特に罫書き線として機能する。上記ガラスシートは、次いで罫書き線に沿った機械的な割断により、２枚の小さいガラスシートに分割される。

通常は、ガラスシートの一側の表面に小さい刻み目が形成される。次に、レーザーが上記刻み目の位置に向けられ、次いでこの刻み目は、レーザーを用いてパーシャル・クラックの形で伝播せしめられる。次に、レーザーが罫書き線経路を移動するように、レーザーおよびガラスが互いに相対的に移動せしめられる。レーザーにより加熱されたガラスシートの領域が急速に冷却されるように、ガラスシートの加熱された表面上のレーザーの直下流点に流体冷媒流が向けられる。このようにして、レーザーによるガラスシートの加熱と、流体冷媒によるガラスシートの冷却とがガラスシート内に応力を発生させ、この応力が、レーザーおよび冷媒が移動した方向にクラックを伝播させる。

このようなレーザー罫書き技術の発達が、切断されたエッジの質に関して良い結果を生み、エッジ切断の質が極めて高いことが望まれる液晶その他のフラットパネルの製造においてそれらを有用にする可能性を秘めている。

レーザー罫書きにおける進歩により、多くの用途に使用するためのガラス基板の処理が容易になったが、従来の方法には欠点および解決すべきさらなる問題が存在する。例えば、多くのレーザー罫書き装置および方法は、位置を固定された光学系を備え、固定されたレーザービームを横切ってガラス基板が二次元的に移動せしめられる。しかしながら、そこから複数枚の小型のガラス基板が形成されるガラスシートは大型のものが多い。罫書きのためにガラスシートを適切に移動させるためには、製造現場の設備が容認されない程大型になる可能性がある。

さらに、レーザーからガラスまでの理想的な距離の検討は妥協でもある。このため、材料のレーザー罫書きを効果的にするのに必要なレーザースポットの形状およびサイズは、通常は変更する余地が殆どない。レーザービームの一つの現象は、光軸からのビームの角度的発散である。ビームウェストからの距離が増大するにつれてビームは発散しかつビームのスポットサイズが拡大する。レーザーからの距離が変化するとビームのスポットサイズも変化するので、もし光学系の動きにより、レーザー罫書きに関してビームの理想的なスポットサイズが固定されれば、高く評価されるであろう。このスポットサイズの変化は、レーザービームの加熱特性に、したがって、レーザー罫書き装置の罫書き能力に悪影響を与える。

一つの例示的実施の形態によれば、平らなガラスシートの罫書き方法は、輻射線源からの電磁輻射線を方向づけるのに適合した光学アセンブリを移動させる工程を含む。この方法はまた、電磁輻射線をガラスシート上に衝突させ、ガラスシート上に細長い加熱ゾーンを形成する工程を含み、この場合、移動時における輻射線源からガラスシートまでの距離がほぼ一定である。

他の例示的実施の形態によれば、ガラスシートの罫書き装置が電磁輻射線源を備えている。この装置はまた、電磁輻射線を方向づけてガラスシートに衝突させ、ガラスシート上に細長い加熱ゾーンを形成する光学アセンブリを備え、この場合、罫書き時における輻射線源からガラスシートまでの距離がほぼ一定である。

下記の詳細な説明においては、限定ではなく説明のために、特定の詳細部分を開示した例示的実施の形態が示されている。しかしながら、本明細書の恩恵を蒙る当業者にとっては、ここに開示された特定の詳細部分から離れた別の複数の実施の形態も実施可能であることが明らかであろう。このような実施の形態は添付の請求項の範囲内である。さらに、実施の形態の説明を曖昧にしないように、周知の装置および方法の説明は省略されている。このような周知の方法および装置は、実施の形態の実行に際して明確に発明者の考慮に含まれる。

例示的実施の形態は、レーザー罫書き技術を用いて、ガラスシートを所望の分割線に沿って分割する装置および方法に関するものである。レーザーは、所望の分割線に沿う局部的加熱ゾーン内でガラスシートを効果的に加熱する。このようにして発生した温度勾配が材料の表面領域内に引っ張り応力を誘発し、これらの応力が材料の引っ張り強度を超えると、材料は、圧縮状態にある領域まで下方へ浸透するブラインド・クラックを発生させる。特に、罫書き時におけるレーザーからレーザービームが入射するガラスシートまでの距離（ここではビーム長と呼ぶ）はほぼ一定に保たれる。その結果、罫書き時におけるビーム発散、またはビームの有効な衝突スポットサイズがほぼ一定に保たれる。

下記の例示的実施の形態においては、ガラスシートの加熱およびその後の罫書きを行なうのに用いられる電磁輻射線源は、レーザーからの輻射線放射である。他の輻射線源および他の放射波長を用いることも可能である。

以下、添付図面を参照して例示的実施の形態について説明する。類似の要素には同じ参照番号が付されていることに注目すべきである。

図１Ａおよび図１Ｂに示されているように、本発明のガラス切断装置においては、ガラスシート１０１が上主面１０２および下主面１０３（不図示）を有する。ガラスシート１０１は、最初にガラスシートの一つのエッジに沿って刻み目が付されあるいは罫書かれて、ガラスシート１０１の一つのエッジにクラック開始点１０４を形成する。次にクラック開始点１０４は、破線１０７によって示されているような所定の罫書き経路（所望の分割線）に沿って加熱ゾーン１０６をガラスシート１０１上で移動させることによりクラック１０５を形成するのに用いられる。実際には、ノズル１０９を通って冷媒１０８が添加されて応力分布を増大させ、これによりクラックの伝播を促進する。冷媒１０８は実際には液体またはエアロゾル（またはミスト）であるが、例えばガスでもよい。冷媒は、比較的高い熱容量を有する物質を含んでいることが有利である。このために、熱容量が高い程、熱の消滅が速やかで、罫書き速度が速やかになる。実際には冷媒が水である。あるいはノズル１０９を通じてガラスシートに施される冷媒が、ヘリウム、ネオン、キセノンおよびラドンのような所謂希ガスの一つまたはこれらの組合せであってもよい。

一つの実施の形態においては、ガラスシートの表面１０２上に衝突するレーザービーム（図１には符号１１０で総体的に示されている）によって生成された移動する加熱ゾーン１０６の背後のガラス上面１０２に、エアで加圧されたタンク（不図示）から冷媒１０８がノズル１０９を通じて供給される。実際には、ノズル１０９が中心通路を備え、例えば水のような液体冷媒が上記中心通路を通じて噴出される。この中心通路は、環状通路で囲まれており、この環状通路を通じて加圧エアが流されて液体を平行にしかつ液体流を分断して、エアロゾルを発生させる。エアロゾルはガスよりも大きい熱容量を有し、したがって、ガスよりも冷却効果を高めることができる。実際には、中心ノズルを通って噴出される液体の流量は少なくとも毎秒３ミリリットルであり、直径約４ｍｍの平行にされた噴霧を形成する。

さらに別の冷却法においては、ノズル１０９が、適当な液体冷媒およびエアの混合体が供給される超音波ノズルである。液体がガラスの表面に供給される場合には、ガラス表面１０２の汚れまたはその他の汚染を防止するために、例えば真空引きによって余分な液体を除去することが望ましい。加熱ゾーン１０６がガラスに沿って移動すると、加熱ゾーンが通った経路にクラックが発生する。

さらに別の冷却方法においては、ノズル１０９はウォータージェット分断動作に用いられるノズルと類似しているが、この場合は液体の集中ジェットがガラス表面に供給される。このようなノズルは直径が僅か０．１８ｍｍ（０．００７インチ）の小さい出力通路を有する。実際には、ノズル１０９がガラスの上面１０２から約６．３５ｍｍから１９．０ｍｍ（約０．２５インチから０．７５インチ）以内の距離にあり、約２ｍｍから４ｍｍの幅のスプレーパターンをガラス面上に発生させる。

加熱ゾーン１０６におけるガラスシート１０１の表面の温度は、表面のレーザービームに曝された時間に直接左右されるので、円形スポットの代わりに細長い（例えば楕円形または長方形）照射スポット形状を採用すると、所定の罫書き経路１０７に沿った同じ加熱ゾーン移動速度に対して、表面１０２上の各点の加熱時間が長くなる。従って、ガラスシート１０１の所望の加熱深さを所望の深さに保つために不可欠な、レーザービームに関して設定されたパワー密度をもって、かつ加熱ゾーンの後縁から冷媒スポット１１１までの距離ｌ（エル）を一定にした状態では、加熱ゾーン１０６が移動方向に延びるほど、ガラス表面を横切る加熱ゾーンの許容し得る相対速度は大になる。

図１Ｂに示されているように、本発明においては、加熱ゾーンが、長軸ｂが３０ｍｍを超える極めて細長い形状を有している。長軸ｂは約５０ｍｍを超えることが有利であり、約１００ｍｍを超えることがさらに有利である。短軸ａは約７ｍｍ未満である。加熱ゾーンの長軸ｂは、ガラスシートを横切る所定の罫書き経路の進行方向に整合されている。薄い（例えば約１ｍｍ未満）ガラスシートに関しては、加熱ゾーンの長軸の理想的な長さは、上記長軸ｂの所望の進行速度に関連し、所望の１秒間のレーザー罫書き速度の１０％を超えるのが好ましい。したがって、厚さ０．７ｍｍのガラス上の所望のレーザー罫書き速度が毎秒５００ｍｍの場合、加熱ゾーンの長軸は少なくとも５０ｍｍの長さが好ましい。

クラック１０５が罫書き線として機能するためには、クラックがガラスシート１０１の厚さの途中（深さｄ）までしか延びていないことが有利である。ガラスシートを最終的により小型のシートに分割するには、次にクラック１０５の下方に曲げモーメントを加えることによって達成される。このような曲げモーメントは、より従来から行なわれている機械的表面罫書き法において従来から採用されているガラス切断法で用いられている曲げ装置（不図示）および技法を適用することができる。機械的罫書きではなくレーザー罫書き法を用いてクラック１０５が形成されることにより、機械的折曲げ工程中のガラス屑の発生は、従来技術に比較して著しく少なくなる。

ガラス切断作業に用いられるレーザービームは、切断されるべきガラスの表面を加熱することが可能でなければならない。したがって、レーザー輻射線は、ガラスによって吸収され得る波長を有することが好ましい。このためには、輻射線は約２．０μｍを超える波長を有する赤外領域にあることが好ましい。一般的なガラスにおいては、約４μｍ未満から約５μｍまでの波長において透過性となり、この波長範囲を超えるとより不透過性になる。したがって、ガラスは例えば２．０μｍを超える赤外波長領域内でより不透光性になる。本実施の形態のガラスの罫書きに関しては、１０．６μｍ（１０,６００ｎｍ）のＣＯ_２レーザーが、ガラスの表面を加熱するので良好に働く。これは、１．０μｍから約１．１μｍまでの間の、最もよく使われる１．０６μｍの発光波長を有するＮＤ−ＹＡＧレーザーなどの他のレーザーとは大きく異なる。これらの波長はガラスの透過性領域である。本明細書から理解されるように、罫書かれる材料の透過／吸収波長により有用なレーザーが決定される。したがって、ガラスを透過する波長を輻射するレーザーは、セラミックのような脆弱な材料に対しては吸収性（すなわち不透過性材料）であり、これらの材料の罫書きに適している。したがって、レーザーは罫書かれるべき材料の吸収特性に合致するように選択される。要約すれば、キーポイントは、脆弱な材料に左右され、その材料に対して不透過性のレーザー波長を選択することである。

一つの実施の形態においては、レーザーは約９．０から１１．０μｍの輻射波長を有するＣＯ_２レーザーである。最近の実験の大多数は約２００Ｗから５００Ｗまでの範囲の出力を有するＣＯ_２レーザーを採用しているが、例えば６００Ｗを超えるようなより高い出力のものを用いることも考えられる。引用されたレーザー出力規格は単に例示に過ぎない。上述したレーザー選択の検討事項に加えて、加熱工程がビーム長、移動速度、空間プロファイルのバランスを提供するようにレーザーが選択され、これらの組合せによって、スポット領域を可能な限り隙間なく、しかしながらガラスの軟化点（Tg）を超えないように加熱することができる。さらに、所定の小さい刻み目がガラスに存在し、冷媒側はパーシャル・クラックを進行させるために、極めて局部化された急冷を必要とする。

クラック１０５は、加熱されたゾーンと冷却されたゾーンとの境界、すなわち最大温度勾配の領域に形成される。クラックの深さ、形状および方向は、下記のいくつかの要因に一義的に左右される熱可塑性応力の分布によって決定される。すなわち、
レーザービームのパワー密度、
レーザービームによって生成される加熱ゾーンの寸法および形状、
加熱ゾーンと材料との相対移動速度、
加熱ゾーンに供給される冷媒の熱物理的特性、量および状態、
罫書かれる材料の熱物理的および機械的特性、その厚さおよび表面状態。

レーザーは、両端がミラーによって画成された空洞共振器内で発生するレーザー発振により動作する。安定共振器の概念は、空洞を通る光線の経路を追跡することによって最もうまく思い描くことができる。当初はレーザーキャビティの軸線に平行な光線が二つのミラーの間でそれらの間から逸脱することなく永遠に前後に反射せしめられることが可能であれば、安定性の閾値が達せられる。

安定性の判断基準を満たさない共振器は、光線が上記軸線から拡がるので、不安定型共振器と呼ばれる。不安定型共振器には多くのバリエーションがある。一つの簡単な例は、平面ミラーに対向する凸球面ミラーである。他の例は、直径の異なる凹面ミラーであり（大径のミラーから反射された光は小径のミラーの周縁から逸脱する）、一対の凸面ミラーである。

上述の二つの形式の共振器は異なる利点および異なるモードパターンを有する。安定共振器はレーザー軸線に沿って光を集中させ、その領域から効率的にエネルギーを抽出するが、軸線から離れた外側領域からはエネルギーを抽出しない。発生したビームは中心に強度ピークを有し、軸線からの距離の増大に伴って強度がガウス分布的に減衰する。低利得および連続波レーザーは主としてこの形式である。

不安定型共振器は、レーザーキャビティの内部で光が大量に広がる傾向がある。例えば、出力ビームは、軸線の周りでリング状のピーク強度を有する環状輪郭を有する。

レーザー共振器は二つの別個のモード形式、すなわち横モードおよび縦モードを有する。横モードは、ビームの断面輪郭に、すなわちその強度パターンに明白に現れる。縦モードは、レーザーキャビティの長さに沿った種々の共振に相当し、レーザーの利得帯域幅内の種々の周波数または波長において発生する。単一縦モードで発振する単一横モードレーザーは、単一の周波数のみにおいて発振し、すなわち、二つの縦モードにおける一つの発振が二つの離れた（しかしながら通常は間隔が狭い）波長において同時に発振する。

レーザー共振器内部の電磁場の「形状」は、ミラーの曲率、間隔、放電管の内径、および波長に左右される。レーザーから表面１０２までのミラー配置距離または波長の僅かな変化がレーザービーム（それは電磁場である）の「形状」に劇的な変化を生じさせる可能性がある。ビームの「形状」または空間におけるエネルギー分布を説明するために特殊な技術用語が用いられて来ており、ビームの断面を横切って二方向に現れる横モードがゼロの数によって分類される。強度ピークが中心にある最低次の、すなわち基本的なモードはＴＥＭ_００モードとして知られている。このようなレーザーは、一般に多くの工業用途に好まれている。一つの軸に沿って一つのゼロを持ち、直角方向にはゼロを持たない横モードは、方位に従ってＴＥＭ_０１またはＴＥＭ_１０である。ＴＥＭ_０１およびＴＥＭ_１０モードのビームは、レーザーエネルギーをガラス表面に一様に供給するために従来から用いられている。

図２（ビームを横切る距離Ｘ対ビーム強度Ｉ）に示されたレーザービームは１個の環状リングから実質的になる。したがってレーザービームの中心は、レーザービームの外側領域の少なくとも一方よりも低いパワー強度を有し、完全にゼロパワーレベルまで行く可能性があり、この場合のレーザービームは１００パーセントＴＥＭ_０１＊パワー分布である。このようなレーザービームは二峰性である。すなわち、ＴＥＭ_０１＊モードとＴＥＭ_００モードとの組合せのような一つ以上のモードを組み合わせたものであり、中心領域のパワー分布は、外側領域よりも低い谷に過ぎない。ビームが二峰性の場合、５０パーセントを超えるＴＥＭ_０１＊モードと残りのＴＥＭ_００モードとの組合せである。しかしながら、上述のように、このような光学的パワー輪郭を生成させる必要があるマルチモード・レーザー装置は、低い安定性と、整合および維持の困難さに苦しむことになる。

非ガウス分布のレーザービームは、ビームを横切るエネルギー分布が優れた一様性を備えているので、ガウス分布のレーザービームと比較した場合に、レーザー罫書き動作に関しては好ましいと思われて来た。しかしながら、ガウス・パワー分布を有するビームは、適切に操作された場合に、シングルモードのガウス分布レーザーに伴う経済性、安定性および低い維持費という利点を保ちながら、必要不可欠な罫書き機能を発揮することが可能である。特に、維持費の低いレーザーはシールドされたチューブ・レーザーである。このようなレーザーは、一般にＴＥＭ_００モードを放射するのみである。例示的実施の形態によれば、概してガウス・パワー輪郭を備えて連続的にビ−ムを放射するシングルモード・レーザーが用いられる。このようなレーザーの代表的なモードパワー分布が図３に示されている。具体的には、ビームは本質的にＴＥＭ_００モードを備えている。

ここで説明されている例示的実施の形態によれば、レーザーからガラスシート１０１の表面までの距離は、罫書き工程中ほぼ一定に保たれる。このほぼ一定の距離を保つ根拠は、図４Ａから理解されるであろう。図４Ａは、光を直接投射するレーザー４０１を示す。ビーム１１０はミラー４０２によって、図示のように方向を変えられる。レーザーからのビーム１１０は、レーザーの端面からＤ_０の位置でくびれるビームを含んでいる。くびれたビームは、ビームの最も狭いまたは最も小さい断面であり、したがってビームの最も高い強度（単位面積当たりの出力）を提供する。最初にくびれ４０３において、ビームは角度θ／２で広がり始める。このように、ビームの広がりによってスポットサイズは増大し、強度は減少する。前述のように、特定の罫書き用途のために特定のレーザーのスポットサイズを決定しかつ固定することは罫書きを成功させる基本条件である。レイリー長（２）^１／２Ｄ_０においては、ガラスシート１０１を効果的に罫書くにはスポットサイズが大き過ぎる。

一つの例示的実施の形態によれば、レーザー４０１から、方向変換ミラー４０２がビーム１１０をガラスシート１０１の表面１０２に向ける位置までの距離は、加熱経路１０５の長さ全体に亘ってほぼ固定される。この距離に、ミラー４０２からガラスシート１０１の表面までのほぼ一定の距離を加算したものが、代表的なガラスシート１０１の材料特性に対してレーザー罫書きを実行するビーム１１０の理想的なスポットサイズを提供することは明らかである。選択された理想的な値にビーム長がほぼ固定されているので、ビーム形状は、ガラスシートの表面１０２における理想的なスポットサイズにほぼ固定された状態に保たれ、これによって、ガラスの加熱および罫書きを促進する。これに反して、レーザーが移動して罫書きを行なう多くの用途においては、罫書き工程中にビーム長が増減する。これはレーザービームの発散度を変え、したがって、ガラス上に衝突するビーム１１０からの輻射スポットのサイズ（スポットサイズ）を変更することによって加熱ゾーン１０６を変更することができる。すなわち、ビーム長が増大（減少）してレーザービームが発散するにつれて、スポットサイズは拡大（縮小）する。拡大（縮小）されたスポットサイズは、加熱ゾーン１０６のサイズを理想的なサイズよりも拡大（縮小）させることによって、加熱ゾーン１０６の加熱効果を不当に低下（増大）させる。

前述した親出願に記載されているように、１個または複数個のレンズ素子が方向変換ミラー４０２とガラス表面１０２との間に配置されて、ビーム１１０の効果的な楕円形または細長い断面を提供していることに注目すべきである。例えば、２個の円筒形レンズ（不図示）が用いられて、図１Ｂに示されているようなスポット形状を形成する。

上述には本発明についての種々の説明がなされているが、本発明の実施の形態に関して説明された種々の特徴は、単独に、または組み合わせて用いることができることを理解すべきである。したがって本発明は、そこに描かれている特定の好ましい実施の形態に限定されるものではない。

図４Ｂは、一つの実施の形態による罫書き装置の平面図である。この罫書き装置は、ビーム１１０を放射するレーザー４０１を備えている。ビーム１１０は反射面（ミラー）４０６および他の反射面（ミラー）４０３に入射する。ミラー４０３はビーム１１０の方向を変え、このビーム１１０は次いで第１光学ヘッド４０４に入射する。第１光学ヘッド４０４は、図示のように２枚のミラー４０７を備えており、ミラー４０７はビーム１１０を別の反射面（ミラー）４０８に向け、ミラー４０８はビーム１１０を第２光学ヘッド４０５に向ける。第２光学ヘッド４０５は、ビーム１１０をガラスシート１０１の表面１０２に向ける方向変換ミラー４０２を備えている。

第１光学ヘッド４０４は、罫書き作業時にこの光学ヘッドを４１０の方向に案内する直線スライド（またはレール）４０９上に配置されている。本実施の形態においては、第１光学ヘッド４０４およびスライド４０９がビーム折返し手段を構成している。直線スライド４０９は、公知のレールおよびサーボ制御モータまたは精密なボール・ねじ機構を含むが、これに限定されるものではない。あるいは、直線スライドがリニア・サーボモータおよび直線レール装置を備えていてもよい。これらの公知の要素は、４１０の方向と直角の二方向には移動させずに光学ヘッドの制御された直線運動を提供する効果がある。ここでの説明が続けばさらに明らかになるように、第１光学ヘッド４０４の直線スライド４０９に沿った比較的平滑な直線運動は、罫書き経路１０７に沿ったビーム１１０の精密な直線運動を促進する。

動作時には、第１光学ヘッド４０４がスライド４０９に沿って移動し、第２光学ヘッド４０５がガラスシート１０１の上方を移動する。第２光学ヘッド４０５は、当業者であれば周知のキャリッジヘッドまたは類似の手段（不図示）を介して移動する。第１光学ヘッド４０４の線速度は、第２光学ヘッド４０５の線速度の実質的に等しい。最終的に、第１光学ヘッドは破線４０４′で示されているように、直線スライド４０９の遠端まで移動し、第２光学ヘッド４０５の対応した動作によって、第２光学ヘッドは（破線４０５′で示されているように）同時にその罫書き長の終点に達する。

さらに、図４Ｂに示されているように、第２光学ヘッド４０５は、シート１０１の上面１０２の上方を距離Ｌ_１移動する。第２光学ヘッド４０５の動作中、第１光学ヘッド４０４は長さＬ_１／２だけ移動し、これは折返し長さと呼ばれる。例示的実施の形態についてより明快に説明されているように、上記折返し長さは、ビーム折返し手段内に追加の光学ヘッドおよび折返しを備えることによって短縮可能である。

理解可能なように、第１光学ヘッドと第２光学ヘッドとの相対線速度が実質的に同じために、両光学ヘッド間の間隔は等しく保たれる。第１および第２光学ヘッド間のこのほぼゼロの相対速度は、罫書き経路１０７に沿った第２光学ヘッドの位置に関係なく、レーザー４０１の端面から方向変換ミラー４０２までのビーム１１０が進むほぼ一定の距離に変換される。換言すれば、レーザー４０１から方向変換ミラー４０２までのビーム１１０の距離は、罫書き経路１０７に沿った第２光学ヘッドの位置に関係なくほぼ同一である。このことは、図４Ｂを見直せば直ちに分かる。このため、レーザー４０１から第２光学ヘッド４０５までのビーム長は、罫書き経路１０７に沿って移動した第２光学ヘッド４０５′までのビーム１１０′（破線）の長さに等しい。

図４Ｂに示された例示的実施の形態においては、レーザー４０１から第２光学ヘッド４０５までの距離は、第１光学ヘッド４０４が折返し長さを移動し、かつ第２光学ヘッド４０５が距離Ｌ_１を移動するので一定であり、第２光学ヘッド４０５からガラスシートの表面１０２までの距離は、第２光学ヘッド４０５が罫書き経路１０７上を移動する場合にほぼ一定である。したがって、レーザー４０１から表面１０２までの距離はほぼ一定であり、加熱ゾーン１０６に関して理想的なビーム形状が計算され、選択されたビーム長は、罫書き経路に沿ったほぼ一定のビーム形状および加熱領域を保証する。

折返し長さを、したがってビーム折返し手段の構成部品が移動しなければならない距離を短縮するために、折返しを追加することができる。折返し長さをＬ_１／４に短縮する例示的実施の形態について図５を参照して説明する。図５の例示的実施の形態の特徴の多くは、図４Ａおよび図４Ｂに関連して説明したものに共通する。これらの共通の特徴の多くは、本実施の形態の説明が曖昧になるのを避けるために、詳細には説明されていないことに注目すべきである。

動作時には、ビーム１１０がレーザー４０１から放射され、ミラー４０６に入射し、次いで第１光学ヘッド４０４のミラー４０７に入射する。次にビーム１１０は反射面（ミラー）５０３に入射し、次いで、図示のように一対の反射面（ミラー）５０２を備えた第３光学ヘッド５０１に入射する。ビーム１１０はミラー５０２によりミラー４０８へ、次いで第２光学ヘッド４０５へ反射される。

図４Ｂに関して説明された例示的実施の形態と同様に、本例示的実施の形態もガラスシート１０１上を移動する第２光学ヘッド４０５を備えている。しかしながら本例示的実施の形態においては、折返しループが、それぞれスライド４０９に沿って同時に移動する第１および第３光学ヘッド４０４および５０１を備えている。折返しループ構成部品も、第２光学ヘッド４０５の動きに呼応する。このため、第１および第３光学ヘッド４０４および５０１が、それらの最初の位置（実線）から、４０４′および５０１′でそれぞれ示されている最終位置（破線）までそれぞれ移動するにつれて、第２光学ヘッド４０５がその最初の位置から４０５′で示されている最終位置まで移動する。前述のように、ビーム１１０はビーム１１０′と同一距離を進み、これによってビーム長およびビーム形状を維持する。

しかしながら、図４Ｂの例示的実施の形態とは異なり、図５の例示的実施の形態は、（Ｌ_１／４）に等しい折返し長さを有する。すなわち、第３光学ヘッド５０１によって提供される追加のループのために、折返し長さが短縮される。このことは、折返しループを備えた第３光学ヘッドによって、移動すべき罫書き経路の長さＬ_１が、より狭い面積とより短い折返し長さしか必要としないことが可能になるという利点を有する。

特に、罫書き工程および第２光学ヘッドの相対移動は、図４Ｂの例示的実施の形態に関して説明したものとほぼ同じである。特に目立つのは、図４Ｂの例示的実施の形態と同様に、ビーム１１０（１１０′）のビーム長は、罫書き経路１０７に沿う何れの点においてもほぼ同一なことである。このことは、前述のように、理想的な加熱ゾーン１０６を提供するように選択された理想的なビーム長を伴った理想的な罫書き作業を促進する。最後に、第２のビーム折返し手段を用いたことは例示に過ぎない。さらなる光学ヘッドおよびレールを用いてさらなるビーム折返し手段を追加してもよいことは明らかである。このような各ビーム折返し手段は、それよりも一つ少ないビーム折返し手段の１／２だけ折返し長さをさらに短縮する筈である。

図６は、前述の例示的実施の形態について説明されたようなｙ軸と、ｘ軸との二軸に沿った罫書きに適したレーザー罫書き装置の平面図である。図６の例示的実施の形態の特徴の多くは、図４Ａ〜図５について説明されたものに共通することに注目すべきである。本例示的実施の形態の説明が曖昧になるのを避けるために、これらの特徴の説明は省略する。

ミラー６０１に入射する光は、ガイドレール６０２に沿ってｘ方向に直線的に移動するキャリッジ６０３の一部に配置された別のミラー６０４へ反射される。ｙ方向の罫書きは前述と同様である。ｙ方向への罫書きが完了する以前または以後にｘ方向の罫書きが行なわれる。

ｘ方向の罫書きは、基板１０１の表面に沿った罫書き線６０５を提供する位置を採ることによって行なわれる。ｙ方向の罫書きと同様に、ｘ方向の罫書きは、第２光学ヘッド４０５″（およびミラー４０２″）がキャリッジ６０３上のほぼ固定されたｙ方向位置に留まった状態でのキャリッジ６０３の移動によって実行される。特に、前述した例示的実施の形態と同様に、罫書き線６０５に沿った罫書き長さは、直線スライド４０９に沿った第１光学ヘッド４０４が移動する距離の約２倍に等しい。さらに、図５について説明されているのと同様に、罫書き線６０５の長さが、スライド４０９に沿った第１光学ヘッドが移動する距離の約４倍であってもよい。

罫書き線６０５のｙ方向位置は、第２光学ヘッド４０５″を他のｙ方向位置へ移動させ、かつ第２光学ヘッドの位置を固定することによって調整可能である。第１光学ヘッド４０４および第２光学ヘッド４０５″の動きは、上述にように規定された長さを有する罫書き線を提供する。

限定ではなく説明を意図した下記の具体例は、例示的実施の形態による方法を明示するものである。

約２５０ワットと５００ワットとの間のパワーを有するシングルモードＣＯ_２レーザーをコリメータに通し、実質的に視準されたビームをコリメータから出力させる。その後視準されたビームを、単一ビームを複数の離散ビームに再配分する集積レンズに通す。離散ビームをガラスシートの表面に細長いパターンで衝突させ、これにより細長い加熱ゾーンを形成し、この加熱ゾーンの外側領域に衝突する光パワーは、細長い加熱ゾーンの中心部分に衝突する光パワーよりも大である。加熱ゾーンとガラスシートとの間で相対運動が生じて、加熱ゾーンを少なくとも毎秒約３００ｍｍの速度でガラスシート上で移動させる。この移動する加熱ゾーンの背後に冷媒を噴射する。加熱ゾーンの相互運動方向と平行な方向の長さは少なくとも約３０ｍｍである。

本発明の精神および範囲から離れることなしに、本発明に対する種々の変形、変更が可能なことは、当業者には明らかであろう。例えば、ここに開示された一般的な罫書き方法はガラスシートについて説明されているが、これらの方法はガラス・セラミックなどの他の脆弱な材料にも適用可能である。したがって本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内で、本発明の種々の変形、変更をもカバーすることを意図するものである。

一実施の形態によるレーザー罫書き装置の斜視図 加熱ゾーン、冷媒スポットおよび生成されたクラックの間の関係を示す図１Ａのガラスシートの、斜視図 一つの例示的実施の形態によるマルチモード・レーザービームの強度分布を示すグラフ 一つの例示的実施の形態によるマルチモード・レーザービームの強度分布を示すグラフ 一つの例示的実施の形態による方向変換ミラーの有用な間隔測定および位置決めを示すレーザー出力の斜視図 一つの例示的実施の形態によるレーザー罫書き装置の平面図 一つの例示的実施の形態によるレーザー罫書き装置の平面図 一つの例示的実施の形態によるレーザー罫書き装置の平面図

符号の説明

１０１ ガラスシート
１０２ ガラスシートの表面
１０５ クラック
１０６ 加熱ゾーン
１０７ 罫書き経路
１０８ 冷媒
１０９ ノズル
１１０ レーザービーム
４０１ レーザー
４０２，４０３，４０７，４０８，５０２，５０３．５０４，６０１ ミラー
４０４ 第１光学ヘッド
４０５ 第２光学ヘッド
４０９ 直線スライド（レール）
５０１ 第３光学ヘッド
６０２ ガイドレール
６０３ キャリッジ

Claims (10)

1. 平らなガラスシートの罫書き方法において、
   輻射線源からの電磁輻射線を方向づけるのに適合した光学アセンブリを移動させる工程、および
   前記電磁輻射線をガラスシート上に衝突させて、該ガラスシート上に細長い加熱ゾーンを形成する工程
   を有してなり、
   前記移動時における前記輻射線源から前記ガラスシートまでの距離がほぼ一定であることを特徴とする方法。
2. 前記衝突る工程が、前記輻射線源からの前記電磁輻射線を反射させ、かつ該電磁輻射線を前記ガラスシート上に合焦させ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。
3. 前記輻射線源がほぼ固定されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記ガラスシートがほぼ固定されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記移動時に前記ガラスシート上に衝突する前記電磁輻射線が、前記ガラスシートの所定の長さに沿って移動することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記光学アセンブリの移動長内に可変ビーム折返しを設けることによって、前記ほぼ一定の距離に保たれることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. ガラスシートの罫書き装置であって、
   電磁輻射線源、および
   電磁輻射線を方向づけてガラスシート上に衝突させ、該ガラスシート上に細長い加熱ゾーンを形成するのに適合した光学アセンブリ、
   を備え、罫書き時における前記輻射線源から前記ガラスシートまでのビーム長がほぼ一定であることを特徴とする、ガラスシートの罫書き装置。
8. 前記光学アセンブリが、
   第１光学ヘッドおよび該第１光学ヘッドを案内して移動させるレールを備えたビーム折返し手段、ならびに
   前記電磁輻射線を前記ガラスシートへ向ける第２光学ヘッドをさらに備えていることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記ビーム折返し手段が、第３光学ヘッドおよび該第３光学ヘッドを案内して移動させる別のレールを備えていることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記第２光学ヘッドが、第１方向および該第１方向にほぼ直角な第２方向へ移動するのに適合していることを特徴とする請求項８記載の装置。

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