專利名稱：劃線形成設(shè)備和劃線形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成線性劃線的劃線形成設(shè)備和劃線形成方法，所述線性劃線用于分割脆性襯底如被包含于液晶顯示器件等中的玻璃襯底。
背景技術(shù)：
液晶顯示器可適用于小尺寸信息終端器件和投影器件，并且由于個人計算機市場伴隨著信息處理技術(shù)的快速發(fā)展而膨脹，液晶顯示器在寬范圍領(lǐng)域中有需求。液晶顯示器件的未來發(fā)展已經(jīng)引起人們的注意。
特別是，對于用于個人計算機和電視機的液晶顯示器，使顯示屏更大、清晰度更高以及重量更輕的需求日益增加。人們還進行了研制使其具有更大和更薄的玻璃襯底，以便滿足這些增加的需求。隨著玻璃襯底的尺寸變得更大和更薄，需要一種高水平襯底分割技術(shù)以高精度將玻璃襯底分割成所希望的尺寸。
通過執(zhí)行在玻璃襯底的表面上形成在所希望的分割方向上延伸的線性劃線的劃線步驟以及執(zhí)行通過沿著形成在玻璃襯底表面上的劃線施加彎曲力矩而沿著劃線分割玻璃襯底的折斷步驟，可以將脆性襯底如玻璃襯底分割成多個部分。
在玻璃襯底上形成劃線的劃線步驟中，如果作為具有垂直裂紋的線的劃線可以很深地形成到玻璃襯底中并垂直于玻璃襯底的表面，那么當(dāng)在后來將要執(zhí)行的折斷步驟中將襯底沿著劃線分割成多個部分時，可以提高精度等級；因此，使垂直裂紋很深是非常重要的。
例如，使用在日本未審實用新型申請公報No.59-88429中公開的手動切割器，通過利用壓力在玻璃襯底的表面上滾動固定在切割器的尖端上的齒輪尖端，可以在脆性材料襯底的表面上形成劃線。此外，還可以使用在日本未審專利申請公報No.55-116635中公開的設(shè)備，該設(shè)備用于在多個脆性材料襯底的表面上連續(xù)地和自動地形成大量劃線。
通過用金剛石尖切割玻璃襯底的表面而形成劃線的方法不適用于在用在液晶顯示器件中的玻璃襯底上形成劃線，因為在用金剛石尖切割玻璃襯底的工藝中也產(chǎn)生了碎玻璃(玻璃屑)。
此外，根據(jù)其中可旋轉(zhuǎn)固定的齒輪尖端利用壓力在玻璃襯底的表面上滾動的方法，通過使用升降機構(gòu)如氣缸相對于襯底的表面對齒輪尖端加壓而產(chǎn)生垂直裂紋。
然而，通過使用升降機構(gòu)的這種加壓方法不可能很容易地在玻璃襯底表面中形成具有足夠深度的垂直裂紋，除非由升降機構(gòu)施加的壓力很大。另一方面，在施加的壓力很大的情況下，當(dāng)使齒輪尖端運行到玻璃襯底的邊緣上時，存在可能損壞玻璃襯底的邊緣的可能性；例如，可能碎裂。除此之外，在施加的壓力很大的情況下，存在其他問題的可能性；例如，在將玻璃襯底分割成多個部分時，可能在玻璃襯底的平面部分中在不希望的方向上產(chǎn)生裂紋(水平裂紋)，并且這種裂紋可能引起分割面或包括分割面的玻璃襯底的邊緣部分的碎裂。此外，利用這種方法，還可能在劃線工藝中產(chǎn)生玻璃屑。
另外，在玻璃襯底具有“翹曲”的情況下，另一問題是齒輪尖端不能跟隨在襯底表面上由該“翹曲”產(chǎn)生的粗糙度，因此不可能在玻璃襯底的表面中獲得合適的垂直裂紋。
為了解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種劃線形成設(shè)備和劃線形成方法，通過本發(fā)明，可以在玻璃襯底中產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂紋，而不會引起如玻璃襯底的邊緣碎裂等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種劃線形成設(shè)備，包括垂直裂紋形成部件，在其尖端具有刀刃，并通過利用壓力將刀刃擠壓在脆性襯底的表面上而用于形成作為劃線的起點的垂直裂紋；撞擊力施加裝置，用于給垂直裂紋形成部件施加突然的撞擊力，以便在脆性襯底中在所希望的位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋；加熱裝置，用于形成具有比脆性襯底的軟化點低的溫度的區(qū)域；用于冷卻脆性襯底的冷卻裝置；設(shè)置移動裝置，用于設(shè)置加熱裝置、垂直裂紋形成部件、撞擊力施加裝置和冷卻裝置，使它們定位成相對于脆性襯底以預(yù)定間隔沿著預(yù)先設(shè)置在脆性襯底表面上的設(shè)計劃線移動；和控制撞擊力施加裝置的驅(qū)動的控制單元。
優(yōu)選具有如下設(shè)置其中控制單元控制垂直裂紋形成部件和設(shè)置移動裝置的驅(qū)動，使刀刃移動，同時通過負(fù)載保持與脆性襯底的表面接觸，所述負(fù)載不會使刀刃損傷脆性襯底的表面，并且當(dāng)?shù)度形挥诖嘈砸r底的邊緣附近和刀刃經(jīng)過先前形成的劃線的通過點附近時，控制單元控制撞擊力施加裝置的驅(qū)動，以便在脆性襯底中產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋。
還優(yōu)選具有如下設(shè)置其中加熱裝置包括伺服機構(gòu)，該伺服機構(gòu)從在脆性襯底上移動的垂直裂紋形成部件的上下移動中檢測脆性襯底的表面的高度的變化，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)節(jié)從激光束振蕩器照射的激光束的焦點。
優(yōu)選具有以下設(shè)置其中冷卻裝置由設(shè)置移動裝置來設(shè)置，以便與在脆性襯底上移動的垂直裂紋形成部件的上下移動時一起上下移動。
優(yōu)選具有以下設(shè)置其中設(shè)置移動裝置從設(shè)計劃線的前側(cè)按照垂直裂紋形成部件、加熱裝置和冷卻裝置的位置順序設(shè)置該三個裝置，或者從設(shè)計劃線的前側(cè)按照加熱裝置、垂直裂紋形成部件和冷卻裝置的位置順序設(shè)置該三個裝置。
優(yōu)選具有如下設(shè)置其中設(shè)置移動裝置設(shè)置垂直裂紋形成部件、加熱裝置和冷卻裝置，使它們能改變彼此相對的位置。
冷卻裝置可以是用于釋放冷卻媒體的冷卻噴嘴。
冷卻裝置可包括調(diào)節(jié)冷卻裝置設(shè)置的高度的伺服機構(gòu)。
垂直裂紋形成部件可以是玻璃切割器，它包括用做刀刃的齒輪尖端并可旋轉(zhuǎn)地支撐齒輪尖端。
加熱裝置可以是照射預(yù)定激光束的激光束振蕩器。
撞擊力施加裝置可以是通過接通或切斷施加于螺線管的電力而產(chǎn)生運動慣量的電樞，所述運動慣量用于將刀刃擠壓于脆性襯底的表面上。
劃線形成設(shè)備還可包括用于檢測脆性襯底表面的高度變化的激光器位移計和接觸位移計之一。
脆性襯底可以是用于液晶顯示器件的玻璃襯底、用于等離子體顯示面板的玻璃襯底、和用于有機EL顯示面板的玻璃襯底中的一種。
本發(fā)明的另一方案提供一種劃線形成方法，包括以下步驟使在其尖端具有刀刃的垂直裂紋形成部件在脆性襯底上移動的同時，利用向刀刃施加突然撞擊力的撞擊力施加裝置，在脆性襯底上的所希望位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋；通過利用垂直裂紋沿著設(shè)置在脆性襯底上的設(shè)計劃線形成具有比脆性襯底的軟化點低的溫度的照射區(qū)域，并且在照射區(qū)域的后部形成冷卻區(qū)域。
優(yōu)選具有以下設(shè)置其中通過撞擊力施加裝置在脆性襯底上的所希望位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋的產(chǎn)生步驟是在刀刃位于脆性襯底邊緣附近和刀刃與先前形成的劃線相交的相交位置附近時進行的。
附圖簡述

圖1是示意性地表示根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備的側(cè)視圖；圖2是示意性地表示根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備的正視圖；圖3(a)-3(e)是用于按次序介紹使用根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備來形成劃線的方法的透視圖；圖4是示意性地表示根據(jù)第二實施例的劃線形成設(shè)備的側(cè)視圖；圖5是示意性地表示根據(jù)第二實施例的劃線形成設(shè)備的正視圖；圖6(a)-6(e)是用于按次序介紹使用根據(jù)第二實施例的劃線形成設(shè)備來形成劃線的方法的透視圖；和圖7是示意性地表示根據(jù)第三實施例的劃線形成設(shè)備的正視圖。
實施本發(fā)明的最佳方式下面參照附圖詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明的劃線形成設(shè)備和劃線形成方法。
第一實施例圖1是示意性地表示根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備1的側(cè)視圖。圖2是從圖1中的I-I橫截面線看到的劃線形成設(shè)備1的正視圖。
如圖1和2所示，劃線形成設(shè)備1包括用于水平地固定其上將要形成劃線的脆性材料襯底S的工作臺101。這里，更具體地說，在本說明書中所述的脆性材料襯底S是具有大尺寸的襯底，即所謂的母體襯底。為了各種用途，將可以由玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體晶片等構(gòu)成的襯底依次分割成預(yù)定更小尺寸的部分。在用于固定脆性材料襯底S的工作臺101的一側(cè)上的側(cè)壁102上，提供水平地延伸(即在垂直于附圖紙面的平面的方向上延伸)的導(dǎo)軌103。內(nèi)部具有驅(qū)動電機的驅(qū)動裝置11的一端連接到導(dǎo)軌103。被驅(qū)動電機驅(qū)動時，根據(jù)導(dǎo)軌103延伸的方向驅(qū)動裝置11可操作地在預(yù)定方向上滑動。
在驅(qū)動裝置11的另一端提供伺服電機2。在與驅(qū)動裝置11一側(cè)相反的一側(cè)上，伺服電機2具有水平地突出預(yù)定距離的旋轉(zhuǎn)軸3。旋轉(zhuǎn)軸3被伺服電機2旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動。在旋轉(zhuǎn)軸3的末端提供與旋轉(zhuǎn)軸3一體地旋轉(zhuǎn)的支撐框架4。
如圖1所示，固定到伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3上的支撐框架4具有作為平板的框體4a和從框體4a的一端向上突出預(yù)定高度的突部4b，從而支撐框架4的側(cè)視圖基本上是L形的。支撐框架4設(shè)置的方式是具有突部4b的一端設(shè)置在相對于沿著導(dǎo)軌103的移動方向的前部(即圖的左側(cè))，并且突部4b的上端固定到伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3。
玻璃切割器5固定到支撐框架4的框體4a的后端附近的下表面上。玻璃切割器5包括由具有超硬度的材料如超硬金屬合金、燒結(jié)金剛石等構(gòu)成的齒輪尖端5a以及可旋轉(zhuǎn)地支持齒輪尖端5a的保持器5b。
由于保持器5b的上端固定到支撐框架4的框體4a的下表面上，因此在支撐框架4移動時，玻璃切割器5與支撐框架4一體地移動。齒輪尖端5a具有盤狀并且中心部分在厚度方向突出，從而具有最大直徑。齒輪尖端5a的軸部分可旋轉(zhuǎn)地被在底部具有開口的保持器5b支持。即使在齒輪尖端5a不位于在脆性材料襯底S上形成垂直裂紋的位置上，齒輪尖端5a也與脆性材料襯底S的表面一直接觸。當(dāng)通過施加大于預(yù)定值的撞擊力將齒輪尖端5a擠壓在脆性材料襯底S上時，齒輪尖端5a在脆性材料襯底S中產(chǎn)生垂直裂紋。
在支撐框架4的框體4a的上表面上，在玻璃切割器5附近，提供作為撞擊力施加裝置的電樞6。具有向下激勵力的彈簧(圖中未示出)固定在電樞6的周圍，以便電樞6被恒定地向下激勵。在電樞6的內(nèi)部提供螺線管6a，當(dāng)給其施加預(yù)定電壓時，螺線管6a產(chǎn)生上升電磁能。當(dāng)施加電壓時，螺線管6a的向上電磁能與彈簧的向下激勵力平衡，從而電樞6處于非運動狀態(tài)。當(dāng)施加于螺線管6a的電壓(即供給的電流)停止時，螺線管6a的向上電磁能消失，并且通過彈簧的向下激勵力向框體4a的上表面施加撞擊力，施加撞擊力的程度使得玻璃切割器5的齒輪尖端5a在脆性材料襯底5的表面中產(chǎn)生垂直裂紋。接下來，當(dāng)再次施加預(yù)定電壓時，向上的電磁能作用并且電樞6再次返回到非運動狀態(tài)。
應(yīng)該注意的是，在第一實施例中，解釋了機械構(gòu)造的例子，其中當(dāng)停止施加電壓時，通過彈簧的向下激勵力將撞擊力施加于支撐框架4的框體4a；然而，具有以下機械構(gòu)造是可以接受的相反，通過彈簧的向上激勵力將電樞6通常支持在非運動狀態(tài)，而在施加電壓時(即，當(dāng)供給電流時)，向下電磁能作用，從而給框體4a施加撞擊力。這后一種機械構(gòu)造具有較低的電力消耗，因為電流施加時間較短。
在支撐框架4的框體4a的后端上，用于釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻噴嘴7一體地固定在框體4a上。當(dāng)支撐框架4的框體4a由于脆性材料襯底S等的粗糙度而上下移動時，冷卻噴嘴7能與支撐框架4的框體4a的上下運動一起運動。此外，冷卻噴嘴7連接到冷卻媒質(zhì)源(圖中未示出)上，其中在冷藏狀態(tài)下儲存預(yù)定冷卻媒質(zhì)。將要從冷卻噴嘴7釋放的冷卻媒質(zhì)的例子包括低溫液體，如冷卻水或冷卻乙醇，低溫氣體，如分別通過液氮和干冰的汽化獲得的氮氣或二氧化碳，以及惰性氣體，如氦或氬，或只有空氣。
在伺服電機2的后側(cè)上，提供激光束振蕩器8，通過提供在支撐框架4的主框架4a的預(yù)定位置上的孔單元4c將預(yù)定激光束照射到脆性材料襯底S的表面上，并且加熱用激光束照射的部分。應(yīng)該指出的是，在第一實施例中，通過激光束振蕩器8振蕩的激光束在脆性材料襯底S的表面上形成加熱點；然而，使用產(chǎn)生除了激光束以外的紅外線或紫外線的其它加熱源也是可以接受的，只要以點的形式加熱脆性材料襯底S即可。
上述激光束振蕩器8、玻璃切割器5和冷卻噴嘴7沿著導(dǎo)軌103在移動方向上依次排列。從激光束振蕩器8照射激光束的照射區(qū)域、其中玻璃切割器5的齒輪尖端5a接觸脆性材料襯底S的接觸區(qū)域以及通過從冷卻噴嘴7釋放的冷卻媒質(zhì)冷卻的冷卻區(qū)域彼此相鄰地和按此順序設(shè)置在脆性材料襯底S上。
在伺服電機2的上側(cè)，提供控制上述構(gòu)件如驅(qū)動裝置11、激光束振蕩器8、冷卻噴嘴7等的驅(qū)動的控制裝置9。控制裝置9包括編碼器，該編碼器檢測沿著導(dǎo)軌103的驅(qū)動裝置11、激光束振蕩器8和冷卻噴嘴7的運動中的位移量(即框架4的運動中的位移量)，這些位移量是由于驅(qū)動裝置11引起的，并且通過檢測伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的位移還檢測玻璃切割器的齒輪尖端5a的上下運動中的位移量，其中玻璃切割器5與脆性材料襯底S的表面接觸。
更具體地說，即使在齒輪尖端5a不位于在脆性材料襯底S上產(chǎn)生垂直裂紋的位置上，為了產(chǎn)生作為劃線起點的垂直裂紋而提供的玻璃切割器5的齒輪尖端5a也與脆性材料襯底S恒定地接觸。當(dāng)與脆性材料襯底S的表面接觸的齒輪尖端5a由于脆性材料襯底S的粗糙度等原因而上下移動時，固定住保持器5b的支撐框架4的框體4b也隨著齒輪尖端5a的上下移動而上下移動。支撐框架4的框體4b的上下移動產(chǎn)生伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)運動。被包含于控制裝置9中的編碼器通過檢測伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)運動而檢測齒輪尖端5a的上下移動。
利用編碼器，控制裝置9從齒輪尖端5a的位移量中檢測脆性材料襯底S的表面中的粗糙度。在檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)從激光束振蕩器8照射的激光束的焦點形成位置。自動地控制跟隨脆性材料襯底S的表面中的粗糙度的激光束，從而在襯底上產(chǎn)生相對運動，以使焦點位于被照物體的表面上或其表面附近、或者位于其內(nèi)部的預(yù)定深度處，這取決于激光束的束形狀、長度和脈寬。
應(yīng)該指出的是，在第一實施例中，冷卻噴嘴7一體地固定到支撐框架4的框體4a的后端，以便跟著與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的上下移動而移動，從而在距離脆性材料襯底S的表面為恒定高度處釋放冷卻媒質(zhì)；然而，具有以下設(shè)置也是可以接受的其中，像在激光束振蕩器8的情況下，根據(jù)編碼器的檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)設(shè)置冷卻噴嘴7的高度。
下面參照圖3(a)-3(c)介紹根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備的操作。
如圖3(a)所示，其上要形成劃線的脆性材料襯底S固定在工作臺101上的預(yù)定位置上，而齒輪尖端5a設(shè)置在工作臺101的后側(cè)。
接著，驅(qū)動驅(qū)動裝置11和控制裝置9，從而使齒輪尖端5a、激光束振蕩器8和冷卻噴嘴7固定其上的支撐框架4朝向脆性材料襯底S的表面上的前部(朝向圖1的左側(cè))運動。在此狀態(tài)下，玻璃切割器5的齒輪尖端5a設(shè)置在比設(shè)置在工作臺101上的脆性材料襯底S稍低的高度上。此外，控制裝置9控制由其上固定了玻璃切割器5的支撐框架4上的伺服電機2施加的力矩，從而不向下向脆性材料襯底S的表面上施加過多的壓力。
當(dāng)由驅(qū)動裝置11驅(qū)動的玻璃切割器5的齒輪尖端5a向前移動并到達脆性材料襯底S的邊緣時，進行控制，從而使用于在脆性材料襯底S的表面中產(chǎn)生垂直裂紋的壓力不施加于玻璃切割器5上；因此，在位于稍低于脆性材料襯底S的表面的高度上的齒輪尖端5a與脆性材料襯底S的邊緣接觸之后，齒輪尖端5a繼續(xù)向上運行到脆性材料襯底S的表面上，而不使脆性材料襯底S的邊緣破碎。在齒輪尖端5a已經(jīng)運行到脆性材料襯底S的表面上時，玻璃切割器5進行上下移動，并且這些上下移動傳輸?shù)剿欧姍C2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)。因而，被包含于控制裝置9中的編碼器檢測玻璃切割器5的齒輪尖端5a是否已經(jīng)到達脆性材料襯底S的表面上。
當(dāng)編碼器已經(jīng)檢測到玻璃切割器5的齒輪尖端5a已經(jīng)運行到脆性材料襯底S的表面上時，控制裝置9切斷施加于電樞6中的螺線管6a的電壓。結(jié)果是，電樞6由于彈簧的激勵力而向下運動并將撞擊力施加于框體4a的上表面。由于施加了這個撞擊力，與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的齒輪尖端5a將急劇的撞擊力施加于脆性材料襯底S的表面上的邊緣。因而，如圖3(b)所示，在脆性材料襯底S的表面中形成具有預(yù)定深度的垂直裂紋T。接著，再次將電壓施加于螺線管6a，產(chǎn)生向上推動電樞6的電磁能。彈簧的向下激勵力與向上的電磁能推動力相平衡，從而電樞6處于非運動狀態(tài)，位于預(yù)定高度上。
在利用玻璃切割器5的齒輪尖端5a在脆性材料襯底S的邊緣形成將成為劃線起點的垂直裂紋T之后時，控制裝置9控制伺服電機2，從而不施加足夠大以便在脆性材料襯底S的表面上形成劃線的壓力，并且施加小負(fù)載，該小負(fù)載允許齒輪尖端5a保持與脆性材料襯底S的表面接觸。
由于玻璃切割器5包括齒輪尖端5a，該齒輪尖端5a滾動和運動同時與脆性材料襯底S的表面接觸，所以當(dāng)脆性材料襯底S的表面具有粗糙度、彎曲等時，與脆性材料襯底S接觸的齒輪尖端5a上下運動。固定保持器5b的支撐框架4也與齒輪尖端5a的上下運動一起上下運動。由于支撐框架4的上下運動，伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3進行旋轉(zhuǎn)運動。被包含于控制裝置9中的編碼器通過檢測伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的這種旋轉(zhuǎn)運動而檢測脆性材料襯底S的粗糙度、彎曲等?？刂蒲b置9在已經(jīng)被編碼器檢測到的脆性材料襯底S的粗糙度、彎曲等基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)激光束振蕩器8的焦點位置。結(jié)果是，即使脆性材料襯底S具有粗糙度等，照射激光束使其焦點位于脆性材料襯底S的表面上、或其內(nèi)部的預(yù)定深度上。由于用于輸送冷卻媒質(zhì)的冷卻噴嘴7一體地固定到支撐框架4的框體4b的后端，因此冷卻噴嘴7隨著齒輪尖端5a的上下運動而上下運動，其中齒輪尖端5a的上下運動是由于脆性材料襯底S的表面中的粗糙度引起的。冷卻噴嘴7設(shè)置成使得冷卻噴嘴7的端部和脆性材料襯底S之間的距離保持恒定。因此，即使脆性材料襯底S具有粗糙度等，冷卻噴嘴7設(shè)置成總是能適當(dāng)?shù)毓┙o冷卻媒質(zhì)。
接著，如圖3(c)所示，被驅(qū)動裝置11和控制裝置9驅(qū)動之后，激光束振蕩器8、齒輪尖端5a和冷卻噴嘴7各在脆性材料襯底S的表面上在預(yù)定方向上移動，在這個狀態(tài)下，在掃描方向的前側(cè)上，脆性材料襯底S的表面被激光束振蕩器8照射的激光束加熱到不使該表面熔化的溫度，換言之，加熱到低于玻璃軟化點的溫度。結(jié)果是，在照射激光束的照射區(qū)域L中，加熱脆性材料襯底S的表面而不使其熔化。
此外，在脆性材料襯底S的表面上的激光束的照射區(qū)域L附近的后側(cè)上，從冷卻噴嘴7釋放冷卻媒質(zhì)，從而提供冷卻區(qū)域C。在脆性材料襯底S的表面上被激光束的照射加熱的激光束照射區(qū)域L上，由于激光束的加熱而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。在向其上釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻區(qū)域C中，由于通過冷卻媒質(zhì)使玻璃表面冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力。由于與在激光束照射區(qū)域L中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力相鄰地產(chǎn)生拉應(yīng)力，因此由于每個區(qū)域中的應(yīng)力而在這些區(qū)域之間產(chǎn)生應(yīng)力梯度。這樣，垂直裂紋保持沿著設(shè)計的劃線在脆性材料襯底S中延伸，并開始于作為形成在脆性材料襯底S的邊緣的垂直裂紋T的起點和保持垂直裂紋T的深度。通過這種方式，作為激光束振蕩器8和冷卻噴嘴7在預(yù)定方向依次掃描的結(jié)果，形成沿著掃描方向延伸的劃線。
如圖3(d)所示，在與掃描方向相交的方向延伸的劃線SLC已經(jīng)形成在激光束照射區(qū)域L和冷卻區(qū)域C之間的情況下，由于應(yīng)力梯度在設(shè)置相交劃線SLC的位置上被切斷，當(dāng)形成從作為由玻璃切割器5的齒輪尖端5a在脆性材料襯底S的邊緣形成的垂直裂紋T的起點開始的劃線時，使用在照射激光束的激光束照射區(qū)域L和向其上釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻區(qū)域C之間產(chǎn)生的應(yīng)力梯度，存在不能形成與另一已有相交劃線SLC交叉的劃線的可能性。為了解決這個問題，根據(jù)本實施例的劃線形成設(shè)備1，被包含于控制裝置9中的編碼器檢測被沿著導(dǎo)軌103被驅(qū)動裝置11驅(qū)動的支撐框架4的運動距離。由于控制裝置9在存儲器中儲存形成相交劃線SLC的位置，恰好在玻璃切割器5的齒輪尖端5a到達越過相交劃線SLC的位置上之前，停止施加于電樞6中的螺線管6a的電壓(電流供給)。不是在與齒輪尖端5a到達相交劃線SLC的同時而是早于該到達時間，切斷電壓，并且早于該到達時間的提前量等于由于螺線管6a的電感分量產(chǎn)生的電瞬時延遲的期間與由于使齒輪尖端5a運動從而升高到相交位置Z的正上方的預(yù)定高度的機械慣性產(chǎn)生的延遲時間之和?？梢詮木€圈的電性能值、要施加的電流值(所需力矩值)和齒輪尖端5a相對于襯底的運動速度來計算這些時間的和。利用這種方式計算延遲時間值并且將其預(yù)儲存在控制裝置9中，從而在每次設(shè)置新的劃線條件和改變劃線條件時，可以從儲存區(qū)域讀取相應(yīng)的延遲時間值并使用。當(dāng)輸送給螺線管6a的電能在對應(yīng)于延遲時間的時間量之前被停止時，電樞6由于彈簧的激勵力而向下運動并將撞擊力施加于支撐框架4的上表面。由于施加這個撞擊力，急劇的撞擊力施加于脆性材料襯底S的表面的邊緣和施加于相交位置Z的附近，如圖3(e)所示；由此在設(shè)置在越過脆性材料襯底S的表面上的相交劃線SLC的位置上形成將成為劃線形成的起點的具有預(yù)定深度的垂直裂紋T。
利用這種設(shè)置，即使形成劃線SLC以便在與掃描方向相交的方向延伸并處于要形成另一劃線SL的路徑中，也可以在沒有故障的情況下形成與垂直裂紋T連續(xù)的劃線SL。
如前所述，第一實施例的劃線形成設(shè)備1利用來自設(shè)置在玻璃切割器5上方的電樞的撞擊力在脆性材料襯底S的表面中產(chǎn)生垂直裂紋T。由于急劇撞擊力只施加于脆性材料襯底S的表面上的預(yù)定位置上，因此可以以高精度產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂紋，從而將襯底分割成多個部分。
與由常規(guī)升降裝置提供的壓力相比，來自電樞6的撞擊力可以限制為極小的強度。因此，可以制成簡單的和尺寸緊湊的劃線形成設(shè)備。
當(dāng)不從電樞6施加撞擊力時，玻璃切割器5在與脆性材料襯底S的表面接觸的同時以所需的最小劃線壓力進行劃線操作；因此，在玻璃切割器5的齒輪尖端5a運行到脆性材料襯底S上時，可以防止在脆性材料襯底S的邊緣產(chǎn)生碎屑等。
此外，與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的齒輪尖端5a根據(jù)脆性材料襯底S的粗糙度等上下移動，并且編碼器從伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)中檢測齒輪尖端5a的上下移動。由于根據(jù)編碼器的檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)激光束振蕩器8的焦點位置，即使脆性材料襯底S具有粗糙度等，也能在脆性材料襯底S的表面上的位置上、或在其內(nèi)部的預(yù)定深度上適當(dāng)?shù)卣丈浼す馐?，從而可以利用高精度在襯底的表面中或在其內(nèi)部形成劃線。
此外，在脆性材料襯底S上在用激光束的加熱和用冷卻媒質(zhì)的冷卻之間產(chǎn)生的溫度梯度基礎(chǔ)上，通過脆性材料襯底S的熱應(yīng)變，通過玻璃切割器5的齒輪尖端5a形成成為劃線起點的垂直裂紋T，并且促進垂直裂紋T沿著設(shè)計的劃線延伸。這樣，在起點附近只產(chǎn)生很少量的碎玻璃，并且產(chǎn)生的碎玻璃的量遠(yuǎn)小于在采用使用刀片的常規(guī)方法的情況所產(chǎn)生的碎玻璃量。
控制裝置9控制驅(qū)動裝置11的驅(qū)動，從而通過不會使齒輪尖端5a損傷該表面的負(fù)載而使齒輪尖端5a移動同時保持與脆性材料襯底S的表面接觸。當(dāng)齒輪尖端5a設(shè)置在脆性材料襯底S的邊緣附近或預(yù)先形成的劃線SLC的相交位置Z附近時，控制裝置9控制電樞6的驅(qū)動，從而在脆性襯底中產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋T；因此，可以以高精度形成劃線SL。
第二實施例圖4是示意性地表示根據(jù)第二實施例的劃線形成設(shè)備1’的側(cè)視圖。圖5是從圖4中的橫截面線IV-IV看到的劃線形成設(shè)備1’的正視圖。
在根據(jù)第二實施例的劃線形成設(shè)備1’中，如圖4所示，提供激光束振蕩器8，使其從控制裝置9朝向后側(cè)(圖中的右側(cè))延伸，從而使激光束照射在玻璃切割器5的齒輪尖端5a與脆性材料襯底S的表面接觸的位置的后側(cè)上。
由于其它結(jié)構(gòu)與根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備1的結(jié)構(gòu)相同，因此省略了其詳細(xì)說明。
在劃線形成設(shè)備1’中，齒輪尖端5a、激光束振蕩器8和冷卻噴嘴7跟隨導(dǎo)軌103沿著移動方向依此順序設(shè)置。相應(yīng)地，玻璃切割器5的齒輪尖端5a與脆性材料襯底S接觸的接觸區(qū)域、從激光束振蕩器8照射激光束的照射區(qū)域以及通過從冷卻噴嘴7釋放的冷卻媒質(zhì)冷卻的冷卻區(qū)域彼此相鄰地設(shè)置在脆性材料襯底S上。
在第二實施例的劃線形成設(shè)備1’中，在伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，被包含于控制裝置9中的編碼器檢測在與脆性材料襯底S的表面接觸的同時而運動的玻璃切割器5的齒輪尖端5a的上下運動。根據(jù)檢測結(jié)果來調(diào)節(jié)設(shè)置在玻璃切割器5的后側(cè)上的激光束振蕩器8的激光照射位置。
根據(jù)第二實施例的劃線形成設(shè)備1’的操作基本上與上述的根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備1的操作相同。由于圖6(a)-6(e)提供參考，表示第二實施例的劃線形成設(shè)備1’的操作，因此將省略其詳細(xì)說明。
第二實施例的劃線形成設(shè)備1’利用來自在玻璃切割器5上方提供的電樞6的撞擊力在脆性材料襯底S的表面上產(chǎn)生垂直裂紋T。由于急劇撞擊力只施加于脆性材料襯底S的表面上的預(yù)定位置上，因此可以以高精度產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂紋T，從而將襯底分割成多個部分。當(dāng)不從電樞6施加撞擊力時，玻璃切割器5的齒輪尖端5a只接收允許齒輪尖端5a保持與脆性材料襯底S的表面接觸和產(chǎn)生預(yù)定劃線的輕負(fù)載；因此，在玻璃切割器5的齒輪尖端5a運行到脆性材料襯底S上時，可以防止在脆性材料襯底S的邊緣產(chǎn)生碎屑等。
此外，與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的齒輪尖端5a根據(jù)脆性材料襯底S的表面的粗糙度等而上下移動，并且編碼器從伺服電機2的旋轉(zhuǎn)軸3的旋轉(zhuǎn)軸檢測齒輪尖端5a的上下移動。在編碼器的檢測結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)脆性材料襯底S的粗糙度，調(diào)節(jié)激光束振蕩器8的焦點位置；因此，即使脆性材料襯底S具有粗糙度等，也能在脆性材料襯底S的表面上的位置上、或在其內(nèi)部的預(yù)定深度處適當(dāng)?shù)卣丈浼す馐?，從而可以以高精度形成劃線。
第三實施例圖7是示意性地表示根據(jù)第三實施例的劃線形成設(shè)備1”的側(cè)視圖。
在第三實施例中，在支撐框架4的框體4a的下表面上，在玻璃切割器5的前部的位置上，提供激光器位移計10，它通過照射激光束來檢測脆性材料襯底S中的變化，如粗糙度、彎曲等。由于其它結(jié)構(gòu)與根據(jù)第一實施例的劃線形成設(shè)備1的結(jié)構(gòu)相同，因此省略其詳細(xì)說明。
而且，第三實施例的劃線形成設(shè)備1”的操作基本上與上述第一實施例的劃線形成設(shè)備1的操作相同，除了利用激光器位移計10來檢測脆性材料襯底S中的粗糙度之外；因此，將省略其詳細(xì)說明。
第三實施例的劃線形成設(shè)備1”利用來自在玻璃切割器5上方提供的電樞6的撞擊力在脆性材料襯底S的表面中產(chǎn)生垂直裂紋T。由于急劇撞擊力只施加于脆性材料襯底S的表面上的預(yù)定位置上，因此可以以高精度產(chǎn)生具有足夠深度的垂直裂紋T，從而將襯底分割成多個部分。當(dāng)不從電樞6施加撞擊力時，玻璃切割器5的齒輪尖端5a只接收允許齒輪尖端5a保持與脆性材料襯底S的表面接觸和產(chǎn)生預(yù)定劃線的輕負(fù)載；因此，在玻璃切割器5的齒輪尖端5a運行到脆性材料襯底S上時，可以防止在脆性材料襯底S的邊緣產(chǎn)生碎屑等。
此外，設(shè)置在與脆性材料襯底S的表面接觸的玻璃切割器5的前部的激光器位移計10檢測脆性材料襯底S的表面的粗糙度等。在激光器位移計10的檢測結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)脆性材料襯底S的粗糙度，調(diào)節(jié)激光束振蕩器8的焦點位置；因此，即使脆性材料襯底S具有粗糙度等，也能在脆性材料襯底S的表面上的位置上、或在其內(nèi)部的預(yù)定深度處適當(dāng)?shù)卣丈浼す馐?，從而可以以高精度形成劃線。
應(yīng)該指出的是，可以利用接觸位移計代替上述激光器位移計10來檢測脆性材料襯底S的粗糙度等。
在第一到第三實施例中所述的各個劃線形成設(shè)備中，玻璃切割器5、冷卻噴嘴7和激光束振蕩器8固定在預(yù)定位置上；然而，具有以下結(jié)構(gòu)也是可以接受的其中使用公眾公知的技術(shù)，將這些部件設(shè)置在支撐框架4上，從而可以根據(jù)劃線形成條件來改變它們彼此相對的位置。可以適當(dāng)?shù)匦纬蓾M足劃線形成條件的劃線。建議對于劃線形成中的各種條件和這些條件與部件彼此相對的位置之間的關(guān)系，可以參考日本專利No.3027768的公報。
根據(jù)第一到第三實施例的各個劃線形成設(shè)備，玻璃切割器5的齒輪尖端5a在脆性材料襯底S上產(chǎn)生作為劃線起點的垂直裂紋T，并且檢測脆性材料襯底S的表面中的粗糙度和彎曲；因此，可以構(gòu)成便宜的和尺寸緊湊的設(shè)備構(gòu)造。
本發(fā)明的特性之一是能夠在襯底S的邊緣或相交位置Z預(yù)先被激光束加熱之后產(chǎn)生成為劃線起點的垂直裂紋T；因此，可以防止在襯底S的邊緣或在相交位置Z上產(chǎn)生不可控制的裂紋。
通過驅(qū)動控制裝置9，從而在垂直裂紋T形成的進行方向(內(nèi)部切割開始點)相對于襯底的邊緣而在稍微內(nèi)部的位置上形成垂直裂紋T，或者稍微在劃線到達進行方向的端部的邊緣之前(內(nèi)部切割完成)終止劃線的形成，可以防止產(chǎn)生這種不可控制的裂紋。
工業(yè)實用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過以不會使齒輪尖端損傷襯底表面的負(fù)載，使玻璃切割器5的齒輪尖端在保持與脆性襯底接觸的同時而運動。利用撞擊力施加裝置在脆性襯底中的預(yù)定位置上產(chǎn)生垂直裂紋，所述撞擊力施加裝置向在脆性襯底上移動的玻璃切割器施加撞擊力，用于產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋。關(guān)于產(chǎn)生的垂直裂紋，沿著設(shè)計的劃線設(shè)置激光束振蕩器和冷卻噴嘴，激光束振蕩器用于照射激光束，從而形成具有低于脆性襯底的軟化點的溫度的照射區(qū)域，并且冷卻噴嘴用于釋放冷卻媒質(zhì)，從而冷卻脆性襯底。由于在從激光束振蕩器照射激光束的脆性襯底上的照射區(qū)域中產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力和在向其上釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻區(qū)域中產(chǎn)生的拉應(yīng)力之間產(chǎn)生的應(yīng)力梯度，促使通過玻璃切割器5產(chǎn)生的垂直裂紋沿著設(shè)計的劃線延伸，從而形成劃線。
根據(jù)具有這種設(shè)置的本發(fā)明，由于當(dāng)設(shè)置在將要在脆性襯底的表面中產(chǎn)生垂直裂紋的預(yù)定位置以外的任何位置時，齒輪尖端接收只允許齒輪尖端保持與脆性襯底接觸的負(fù)載，因此沒有額外的壓力施加于脆性襯底；因此，例如，當(dāng)齒輪尖端運行到脆性襯底上時，可以防止玻璃切割器的齒輪尖端損傷脆性襯底，例如，使襯底破碎。
此外，即使脆性襯底的表面具有粗糙度或脆性襯底彎曲，也可以采用符合脆性襯底的表面高度的適當(dāng)劃線條件；因此，總是可以形成穩(wěn)定的劃線。
此外，使用刀片來形成將要成為劃線起點的垂直裂紋；然而，除此之外，也可利用在脆性襯底中產(chǎn)生的熱應(yīng)變使垂直裂紋沿著設(shè)計的劃線延伸，從而形成劃線；因此，在起點附近只產(chǎn)生極少量的碎玻璃，并且產(chǎn)生的碎玻璃的量遠(yuǎn)小于采用使用刀片的常規(guī)方法的情況產(chǎn)生的碎玻璃量。
權(quán)利要求
1.一種劃線形成設(shè)備，包括垂直裂紋形成部件，在其尖端具有刀刃，通過利用壓力將刀刃擠壓在脆性襯底的表面上，形成作為劃線的起點的垂直裂紋；撞擊力施加裝置，用于給垂直裂紋形成部件施加突然的撞擊力，以便在脆性襯底中的所希望位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋；加熱裝置，用于形成具有比脆性襯底的軟化點低的溫度的區(qū)域；冷卻裝置，用于冷卻脆性襯底；設(shè)置移動裝置，用于設(shè)置加熱裝置、垂直裂紋形成部件、撞擊力施加裝置和冷卻裝置，使它們定位成相對于脆性襯底以預(yù)定間隔沿著預(yù)先設(shè)置在脆性襯底表面上的設(shè)計劃線移動；和控制單元，控制撞擊力施加裝置的驅(qū)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中，控制單元控制垂直裂紋形成部件和設(shè)置移動裝置的驅(qū)動，從而通過負(fù)載使刀刃移動同時保持與脆性襯底的表面接觸，所述負(fù)載不會使刀刃損傷脆性襯底的表面，和當(dāng)?shù)度形挥诖嘈砸r底的邊緣附近和位于刀刃經(jīng)過先前形成的劃線的通過點附近時，控制單元控制撞擊力施加裝置的驅(qū)動，以便在脆性襯底中產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中加熱裝置包括伺服機構(gòu)，該伺服機構(gòu)從在脆性襯底上移動的垂直裂紋形成部件的上下移動中檢測脆性襯底的表面的高度的變化，并根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)節(jié)從激光束振蕩器照射的激光束的焦點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中冷卻裝置由設(shè)置移動裝置來設(shè)置，以便與在脆性襯底上移動的垂直裂紋形成部件的上下移動一起上下移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中設(shè)置移動裝置從設(shè)計劃線的前側(cè)按照垂直裂紋形成部件、加熱裝置和冷卻裝置的位置順序設(shè)置該三個裝置，或者從設(shè)計劃線的前側(cè)按照加熱裝置、垂直裂紋形成部件和冷卻裝置的位置順序設(shè)置該三個裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中設(shè)置移動裝置設(shè)置垂直裂紋形成部件、加熱裝置和冷卻裝置，使它們能改變彼此相對的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中冷卻裝置包括調(diào)節(jié)冷卻裝置設(shè)置的高度的伺服機構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中垂直裂紋形成部件是玻璃切割器，它包括用做刀刃的齒輪尖端并可旋轉(zhuǎn)地支撐齒輪尖端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中加熱裝置是照射預(yù)定激光束的激光束振蕩器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中冷卻裝置是釋放冷卻媒質(zhì)的冷卻噴嘴。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的劃線形成設(shè)備，其中撞擊力施加裝置是通過接通或切斷施加于螺線管的電力而產(chǎn)生運動慣量的電樞，所述運動慣量用于將刀刃擠壓在脆性襯底的表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項的劃線形成設(shè)備，還包括用于檢測脆性襯底表面的高度變化的激光器位移計和接觸位移計之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的劃線形成設(shè)備，其中脆性襯底是用于液晶顯示器件的玻璃襯底、用于等離子體顯示面板的玻璃襯底和用于有機EL顯示面板的玻璃襯底中的一種。
14.一種劃線形成方法，包括以下步驟使在其尖端具有刀刃的垂直裂紋形成部件在脆性襯底上移動的同時，利用向刀刃施加突然撞擊力的撞擊力施加裝置，在脆性襯底上的所希望位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋；通過利用垂直裂紋沿著設(shè)置在脆性襯底上的設(shè)計劃線形成具有比脆性襯底的軟化點低的溫度的照射區(qū)域，并且在照射區(qū)域的后部形成冷卻區(qū)域，形成劃線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的劃線形成方法，其中通過撞擊力施加裝置在脆性襯底上的所希望位置上產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋的產(chǎn)生步驟是在刀刃位于脆性襯底邊緣附近和刀刃與先前形成的劃線相交的相交位置附近時進行的。
全文摘要
使用電樞向在襯底上移動的玻璃切割器(5)施加用于產(chǎn)生具有預(yù)定深度的垂直裂紋的突然撞擊力，通過不會使齒輪尖端(5a)損傷表面的負(fù)載，使玻璃切割器(5)的齒輪尖端(5a)在與襯底表面接觸的同時移動而在脆性襯底(S)上的所希望位置上產(chǎn)生垂直裂紋。由于在垂直裂紋上施加并在從激光束振蕩器(8)照射激光束的襯底上的照射區(qū)域中的壓縮應(yīng)力和在由從冷卻噴嘴(7)釋放的冷卻媒質(zhì)形成的冷卻區(qū)域中的拉應(yīng)力之間產(chǎn)生的應(yīng)力梯度，在促使垂直裂紋沿著設(shè)計劃線延伸時，形成劃線。
文檔編號C03B33/03GK1735490SQ20038010832
公開日2006年2月15日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者若山治雄 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司