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JP7315951B2 - Glass structure manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、微細溝が形成される溝形成領域と、この溝形成領域の外側に連続する周縁領域と、からなる微細溝付きガラス基板を少なくとも1つ有するガラス構造体に関し、特に、空中ディスプレイやマイクロ流路の用途に適用可能なガラス構造体に関する。 The present invention relates to a glass structure having at least one finely-grooved glass substrate comprising a groove-forming region in which fine grooves are formed and a peripheral region continuous to the outside of the groove-forming region. The present invention relates to a glass structure applicable to microchannel applications.

近年、ガラス部材と金属等の光反射膜と交互に積層させてなる空中結像用の光学ガラスパネルが使用されることがあった。空中結像用の光学ガラスパネルでは、被写体からの光を一方の主面側から入射することによって、反対の主面側の空中に被写体の立体映像を結像させることが可能になる。このような光学ガラスパネルは、金属膜が形成されたガラス基板を積層させ、ワイヤーソー等で切断することで製造されることが一般的であった。 2. Description of the Related Art In recent years, an optical glass panel for aerial imaging, in which a glass member and a light reflecting film such as a metal film are alternately laminated, has been used. In the optical glass panel for aerial image formation, it is possible to form a stereoscopic image of the subject in the air on the opposite principal surface side by allowing light from the subject to enter from one principal surface side. Such an optical glass panel was generally manufactured by laminating glass substrates on which metal films were formed and cutting the laminated glass substrates with a wire saw or the like.

ところが、上述した従来の製造方法では、積層体を切断する際にガラスにクラックが発生してしまったり、切断面が蛇行してしまったりする不具合が生じてしまうことがあった。 However, in the above-described conventional manufacturing method, when the laminate is cut, cracks may occur in the glass, or the cut surface may meander.

そこで、従来技術の中には、ワイヤーソーによって切断すべき箇所をレーザビームによって変質化させる技術を採用するものがあった(例えば、特許文献1参照。)。この技術によれば、レーザビームによって変質化した箇所にワイヤーソーを案内させるようにすることで、積層体が蛇行状に切断されたり、クラックが入ってしまったりすることを防止できる、とされていた。 Therefore, some conventional techniques employ a technique of changing the quality of a portion to be cut by a wire saw with a laser beam (see, for example, Patent Document 1). According to this technology, by guiding a wire saw to a location that has been altered by a laser beam, it is possible to prevent the laminated body from being cut in a meandering manner or cracking. rice field.

特開2013-220981号公報JP 2013-220981 A

しかしながら、上述のような従来技術においては、切断によって得られる微細ガラス片の微細化に限界がある。微細ガラス片の微細化は、例えば、空中ディスプレイの高精細化には不可欠なものであるが、従来技術においては、空中ディスプレイの高精細化に限界が生じていた。 However, in the prior art as described above, there is a limit to miniaturization of fine glass pieces obtained by cutting. Refinement of the fine glass pieces is indispensable, for example, for achieving high definition in the air display, but in the prior art, there is a limit to high definition in the air display.

また、従来技術において加工されるガラス部材は、空中ディスプレイ以外の用途に応用することが困難である。好ましくは、高精細の空中ディスプレイに適用可能で、かつ、それ以外の用途にも容易に適用可能な多用途のガラス構造体が望まれるところである。 Moreover, it is difficult to apply the glass member processed by the conventional technology to uses other than the floating display. Preferably, a versatile glass structure that can be applied to high-definition aerial displays and that can be easily applied to other uses is desired.

本発明の目的は、空中ディスプレイの高精細化に対応可能であり、かつ、空中ディスプレイ以外の用途にも適用可能なガラス構造体およびその製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a glass structure and a method of manufacturing the same, which are applicable to high-definition aerial displays and applicable to uses other than aerial displays.

この発明に係るガラス構造体は、第1の主面および第2の主面を少なくとも有する単一の板状を呈している。このガラス構造体は、第1の主面に複数の第1の微細溝が設けられる一方で、第2の主面に複数の第2の微細溝が設けられている。 A glass structure according to the present invention has a single plate shape having at least a first main surface and a second main surface. This glass structure is provided with a plurality of first fine grooves on the first main surface and a plurality of second fine grooves on the second main surface.

また、ガラス構造体は、厚み方向の中央部において、第1の微細溝および第2の微細溝のいずれもが到達していない非加工部が設けられている。 In addition, the glass structure is provided with a non-processed portion, to which neither the first fine grooves nor the second fine grooves reach, in the central portion in the thickness direction.

このような構成を採用することによって、単一の板状ガラスによって、高精細の空中ディスプレイ用の空中結像用の光学ガラスパネルを実現することが可能になる。また、このようなガラス構造体を複数組み合わせることによって、医療用のマイクロ流路形成部材、および産業用のマイクロ流路形成部材を実現することが可能になる。 By adopting such a configuration, it is possible to realize an optical glass panel for aerial imaging for a high-definition aerial display with a single sheet of glass. Further, by combining a plurality of such glass structures, it becomes possible to realize a micro-channel forming member for medical use and a micro-channel forming member for industrial use.

上述の構成において、第1の微細溝および第2の微細溝が互いの直交するように延びていることが好ましい。このような構成を採用することによって、高精細の空中ディスプレイ用の空中結像用の光学ガラスパネルに好適な構成を単一の板状ガラスによって実現することが可能である。 In the configuration described above, it is preferable that the first fine groove and the second fine groove extend perpendicular to each other. By adopting such a configuration, it is possible to realize a configuration suitable for an optical glass panel for aerial imaging of a high-definition aerial display with a single sheet glass.

また、第1の微細溝および第2の微細溝は、幅500μm以下の微細溝であって、その側面が平滑面によって構成された微細溝であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the first fine groove and the second fine groove are fine grooves having a width of 500 μm or less and having smooth side surfaces.

このような構成を採用することによって、ガラス基板が幅500μm以下の微細溝を有していることから、例えば、この溝幅の2倍程度のピッチ(1000μm以下)で複数の微細溝を配置することが可能になる。つまり、微細溝のピッチの微細化は、従来のような切断された複数の微細ガラス片の微細化に比較して、より一層容易に実現する。このため、空中ディスプレイやマイクロ流路等の精細化にも対応し易くなる。 By adopting such a configuration, since the glass substrate has fine grooves with a width of 500 μm or less, for example, a plurality of fine grooves are arranged at a pitch (1000 μm or less) about twice the groove width. becomes possible. In other words, miniaturization of the pitch of the fine grooves can be achieved more easily than miniaturization of a plurality of fine glass pieces cut as in the prior art. For this reason, it becomes easy to respond to finer details such as an aerial display and a micro flow channel.

ここで幅とは、溝の長手方向に直交する短手方向の大きさ(深さ方向において大きさが変化する場合には、それらのうちの最大値)を意味する。また、平滑面とは、スピンドルやカッタ等を用いた機械加工やレーザを用いたアブレーション加工等で発生するような傷(クラック)が存在しない面のことを意味している。より具体的には、平滑面とは、エッチング処理によって形成される面全域の表面粗さSaが1.0μm以下のケミカル処理面を意味している。ただし、平滑面について、表面粗さRaが1.0μm以下であればOKであるとする評価手法を用いても良い。 Here, the width means the size of the groove in the transverse direction perpendicular to the longitudinal direction (when the size changes in the depth direction, the maximum value among them). A smooth surface means a surface free from flaws (cracks) such as those produced by mechanical processing using a spindle, a cutter, or the like, abrasion processing using a laser, or the like. More specifically, the smooth surface means a chemically treated surface having a surface roughness Sa of 1.0 μm or less over the entire surface formed by etching. However, for a smooth surface, an evaluation method may be used in which a surface roughness Ra of 1.0 μm or less is acceptable.

この発明に係るガラス構造体製造方法は、上述のガラス構造体を製造するためのものである。このガラス構造体製造方法は、微細溝が形成されるべき位置をレーザビームによって走査することによって、この位置にエッチングされやすい性質の改質ラインを形成するレーザ加工ステップと、改質ラインをエッチング処理によって溶解して微細溝を形成するエッチング処理ステップと、を少なくとも含んでいる。 A glass structure manufacturing method according to the present invention is for manufacturing the glass structure described above. This glass structure manufacturing method includes a laser processing step of forming a modified line having a property of being easily etched at a position where a fine groove is to be formed by scanning with a laser beam, and an etching process of the modified line. and an etching process step of dissolving by to form the microgrooves.

このような製造方法を採用することにより、例えば、エッチング処理によって一度に多量の微細溝の形成が可能になる等、生産性の向上、特に量産性の向上が図られる。また、エッチング処理を採用することにより、加工時に傷等が発生しないためガラス構造体の強度が強くなり、また、超薄化にも対応し易くなる。 By adopting such a manufacturing method, for example, it becomes possible to form a large number of fine grooves at one time by etching, thereby improving productivity, particularly mass productivity. In addition, by employing the etching process, scratches or the like do not occur during processing, so that the strength of the glass structure increases, and it becomes easy to cope with ultra-thinness.

レーザのビーム径は一般的に1~2000μm程度であり、ガラス基板の板厚が薄い場合には、レーザのビーム径とほとんど同じ幅の微細溝を形成することが可能になる。ただし、処理すべきガラス基板の板厚が増すにつれて、エッチング処理時に微細溝の幅が微増する傾向がある。このため、必要な溝幅に応じて、適宜、用いるガラス基板の板厚を選択したり、サイドエッチングが発生しにくいエッチング手法を選択したりすることが好ましい。 The laser beam diameter is generally about 1 to 2000 μm, and if the thickness of the glass substrate is thin, it is possible to form fine grooves with a width almost equal to the laser beam diameter. However, as the thickness of the glass substrate to be processed increases, the width of the fine groove tends to slightly increase during the etching process. Therefore, it is preferable to appropriately select the plate thickness of the glass substrate to be used or to select an etching method that makes it difficult for side etching to occur, depending on the required groove width.

この発明によれば、空中ディスプレイの高精細化に対応可能であり、かつ、空中ディスプレイ以外の用途にも適用可能なガラス構造体が実現する。 According to the present invention, it is possible to realize a glass structure that is compatible with high-definition aerial displays and that can be applied to uses other than aerial displays.

本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの概略を示す図である。It is a figure showing the outline of the optical glass panel for imaging concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the optical glass panel for imaging which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the optical glass panel for imaging which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the optical glass panel for imaging which concerns on one Embodiment of this invention. 結像用光学ガラスパネルの製造に用いるエッチング装置の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of an etching apparatus used for manufacturing an optical glass panel for imaging; 微細溝の側面の平坦化の例を示す図である。It is a figure which shows the example of planarization of the side surface of a fine groove. 本発明の一実施形態に係る結像用光学ガラスパネルの製造方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing method of the optical glass panel for imaging which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロ流路形成部材の概略を示す図である。1 is a diagram showing an outline of a microchannel-forming member according to one embodiment of the present invention; FIG.

以下、図を用いて、本発明に係るガラス構造体の一実施形態を説明する。ガラス構造体は、医療用のマイクロ流路形成部材、産業用のマイクロ流路形成部材(インクジェット装置のマニホールド等)、および結像用光学ガラスパネル等の用途に利用可能である。ここでは、ガラス構造体を空中ディスプレイ分野の結像用光学ガラスパネル10に用いる例を説明する。 An embodiment of the glass structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The glass structure can be used for applications such as medical microchannel-forming members, industrial microchannel-forming members (such as manifolds of inkjet devices), and optical glass panels for imaging. Here, an example of using the glass structure for an imaging optical glass panel 10 in the field of aerial displays will be described.

図1(A)および図1(B)に示すように、結像用光学ガラスパネル10は、第1の微細溝12を有する第1の主面102と、第2の微細溝14を有する第2の主面104とを備えている。第1の主面102および第2の主面104は中央部に溝形成領域20が配置されており、この溝形成領域の外側に連続するように周縁領域22が配置されている。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the imaging optical glass panel 10 has a first major surface 102 having first fine grooves 12 and a second major surface 102 having second fine grooves 14 . 2 major surfaces 104 . A groove forming region 20 is arranged in the central portion of the first main surface 102 and the second main surface 104, and a peripheral region 22 is arranged so as to be continuous with the outside of this groove forming region.

第1の主面102の第1の微細溝12および第2の主面104の微細溝14は、図1(A)および図1(B)に示すように、互いに直交するように配置されている。第1の主面102の第1の微細溝12および第2の主面104の微細溝14は、2つある側面のいずれか一方側に、光反射膜(図1(B)および図4(B)における符号15を参照)が設けられている。 The first fine grooves 12 on the first main surface 102 and the fine grooves 14 on the second main surface 104 are arranged perpendicular to each other as shown in FIGS. there is The first fine grooves 12 on the first main surface 102 and the fine grooves 14 on the second main surface 104 are provided with a light reflecting film (Fig. 1(B) and Fig. 4 ( B), reference numeral 15) is provided.

光反射膜の例として、Al薄膜およびAg薄膜等の反射率の良い金属薄膜が挙げられる。ここでは、光反射膜15としてAl薄膜が採用されているが、これには限定されない。また、第1の微細溝12および第2の微細溝14の幅を極限まで小さくする場合には、光反射膜15を用いなくても、光反射効果を得ることが可能になる。 Examples of the light reflecting film include metal thin films with good reflectance such as Al thin films and Ag thin films. Here, an Al thin film is used as the light reflecting film 15, but it is not limited to this. Further, when the widths of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 are made as small as possible, the light reflecting effect can be obtained without using the light reflecting film 15 .

この実施形態においては、第1の微細溝12および微細溝14には、第1の主面102と同等の屈折率の透明樹脂剤(図示省略)が充填されている。ただし、この構成はあくまで任意のものであり、このような構成に限定されるものではない。 In this embodiment, the first fine grooves 12 and the fine grooves 14 are filled with a transparent resin material (not shown) having the same refractive index as that of the first major surface 102 . However, this configuration is an arbitrary one, and is not limited to such a configuration.

上述の結像用光学ガラスパネル10の一方の主面に対して、被写体からの光が入射すると、入射側とは反対側の主面から光が出射し、その近傍の空中に被写体の結像映像を映し出すことが可能となる。この結像映像は、第1の微細溝12の配置ピッチ、すなわち光反射膜15の配置ピッチを短くすることによって、より高精細化させることが可能である。 When light from a subject enters one main surface of the imaging optical glass panel 10 described above, the light is emitted from the main surface on the side opposite to the incident side, and an image of the subject is formed in the air in the vicinity thereof. Images can be displayed. By shortening the arrangement pitch of the first fine grooves 12, that is, the arrangement pitch of the light reflecting films 15, the imaged image can be made higher in definition.

続いて、図2~図4を用いて、結像用光学パネル10の製造方法の一例を説明する。まず、図2(A)および図2(B)に示すように、第1の主面102における第1の微細溝12の形成予定位置にレーザビームを走査させて、微細溝形成用の改質ライン122を形成する。 Next, an example of a method for manufacturing the imaging optical panel 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. First, as shown in FIGS. 2(A) and 2(B), a laser beam is scanned at the position where the first fine groove 12 is to be formed on the first main surface 102, and the modification for fine groove formation is performed. Line 122 is formed.

レーザビームは、第1の主面102における微細溝形成予定位置をエッチングされ易い性質に改質できる限り、その種類および照射条件は限られない。この実施形態では、レーザヘッドから、短パルスレーザ(例えばピコ秒レーザ、フェムト秒レーザ)から発振されるレーザビームが照射されているが、例えば、CO2レーザ等のガスレーザやその他の種類のレーザ等を用いても良い。この実施形態では、レーザビームの平均レーザエネルギが、約10μJ~1000μJ程度になるように出力制御が行われている。 The type and irradiation conditions of the laser beam are not limited as long as the position where the fine groove is to be formed on the first main surface 102 can be modified to be easily etched. In this embodiment, the laser head irradiates a laser beam oscillated from a short pulse laser (e.g. picosecond laser, femtosecond laser). may be used. In this embodiment, the output is controlled so that the average laser energy of the laser beam is about 10 μJ to 1000 μJ.

微細溝形成予定位置に形成される改質ライン122は、ピコ秒レーザまたはフェムト秒レーザ等のパルスレーザから照射されるレーザビームパルス(ビーム径は1~10μm程度)によって形成される複数のフィラメント層を配列したフィラメントアレイの形状を呈し、例えば、複数の貫通孔または改質層を有するミシン目状を呈している。改質ライン122は、第1の主面102における他の箇所よりもエッチングされ易い性質を有している。もちろん、改質ライン122の形状は、この形状には限定されるものではなく、これ以外の形状を呈するものであっても良い。 The modified lines 122 formed at the positions where fine grooves are to be formed are a plurality of filament layers formed by a laser beam pulse (with a beam diameter of about 1 to 10 μm) emitted from a pulse laser such as a picosecond laser or a femtosecond laser. are arranged, for example, a perforated pattern having a plurality of through-holes or modified layers. The modified line 122 has a property of being etched more easily than other locations on the first main surface 102 . Of course, the shape of the reforming line 122 is not limited to this shape, and may have a shape other than this.

レーザビームは、適宜、その集光領域が調整されることが好ましい。ここでは、レーザビームの集光領域が第1の主面102の第1の微細溝12の深さ方向の全域にわたるように調整することによって、第1の微細溝12が容易に形成されるようにしている。 It is preferable that the condensing area of the laser beam is appropriately adjusted. Here, the first microgroove 12 is easily formed by adjusting the laser beam condensing region to cover the entire depth direction of the first microgroove 12 on the first main surface 102. I have to.

第1の主面102に対するレーザ加工に続いて、第2の主面104に対するレーザ加工を行う。ここでは、図3(A)および図3(B)に示すように、第2の主面104における第2の微細溝14の形成予定位置にレーザビームを走査させて、微細溝形成用の改質ライン142を形成する。レーザビームに要求される仕様は、第1の主面102に対するレーザ加工と同じであるため、ここでは説明を省略する。 After the laser processing of the first principal surface 102, laser processing of the second principal surface 104 is performed. Here, as shown in FIGS. 3(A) and 3(B), a laser beam is scanned at the formation planned position of the second fine groove 14 on the second main surface 104, and the modification for fine groove formation is performed. A quality line 142 is formed. Since the specifications required for the laser beam are the same as those for the laser processing of the first main surface 102, the description is omitted here.

レーザビームは、第1の主面102に対するレーザ加工の場合と同様に、適宜、その集光領域が調整されることが好ましい。ここでは、レーザビームの集光領域が第2の主面104の第2の微細溝14の深さ方向の全域にわたるように調整することによって、第2の微細溝14が容易に形成されるようにしている。 As in the case of laser processing on the first main surface 102, it is preferable that the laser beam has its condensing area adjusted as appropriate. Here, the second microgroove 14 is easily formed by adjusting the laser beam condensing region so as to cover the entire depth direction of the second microgroove 14 on the second main surface 104. I have to.

上述のように、第1の主面102および第2の主面104に対するレーザ加工時において、それぞれ集光領域の調整を行うことによって、結像用光学ガラスパネル10の厚み方向の中央部において、第1の微細溝12および第2の微細溝14のいずれもが到達していない非加工部13が設けられることになる。 As described above, at the time of laser processing on the first main surface 102 and the second main surface 104, by adjusting the respective condensing regions, at the central portion in the thickness direction of the imaging optical glass panel 10, A non-processed portion 13 to which neither the first fine groove 12 nor the second fine groove 14 reaches is provided.

上述のレーザ加工処理によって改質ライン122,142が形成された後は、エッチング処理によって、図4(A)に示すように、改質ライン122および改質ライン142がそれぞれ第1の微細溝12および第2の微細溝14となる。その後、図4(B)に示すように、第1の微細溝12および第2の微細溝14にそれぞれ光反射膜15が形成される。 After the modified lines 122 and 142 are formed by the above-described laser processing, the modified lines 122 and 142 are formed into the first fine grooves 12 by etching as shown in FIG. and the second fine groove 14 . After that, as shown in FIG. 4B, light reflection films 15 are formed on the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14, respectively.

上述のエッチング処理においては、図5(A)に示すように、結像用光学ガラスパネル10は、エッチング装置50に導入され、フッ酸および塩酸等を含むエッチング液によるエッチング処理が施される。通常、フッ酸1~10重量%、塩酸5~20重量%程度を含むエッチング液が用いられ、必要に応じて適宜、界面活性剤等が併用される。 In the etching process described above, as shown in FIG. 5A, the imaging optical glass panel 10 is introduced into an etching apparatus 50 and subjected to an etching process using an etchant containing hydrofluoric acid, hydrochloric acid, or the like. Usually, an etchant containing about 1 to 10% by weight of hydrofluoric acid and about 5 to 20% by weight of hydrochloric acid is used, and if necessary, a surfactant or the like is used in combination.

エッチング装置50では、搬送ローラによって結像用光学ガラスパネル10を搬送しつつ、エッチングチャンバ内で結像用光学ガラスパネル10の主面にエッチング液を接触させることによって、結像用光学ガラスパネル10に対するエッチング処理が行われる。なお、エッチング装置50におけるエッチングチャンバの後段には、結像用光学ガラスパネル10に付着したエッチング液を洗い流すための洗浄チャンバが設けられているため、結像用光学ガラスパネル10はエッチング液が取り除かれた状態でエッチング装置50から排出される。 In the etching device 50, the imaging optical glass panel 10 is transported by transport rollers, and the main surface of the imaging optical glass panel 10 is brought into contact with the etchant in the etching chamber. is etched. A cleaning chamber for washing away the etchant adhering to the optical glass panel 10 for imaging is provided in the subsequent stage of the etching chamber in the etching apparatus 50, so that the etchant is not removed from the optical glass panel 10 for imaging. It is ejected from the etching apparatus 50 in a state of being detached.

結像用光学ガラスパネル10にエッチング液を接触させる手法の一例として、図5(A)に示すように、エッチング装置50の各エッチングチャンバ52において、結像用光学ガラスパネル10に対してエッチング液をスプレイするスプレイエッチングが挙げられる。また、スプレイエッチングに代えて、図5(B)に示すように、オーバーフロー型のエッチングチャンバ54において、オーバーフローしたエッチング液に接触しながら結像用光学ガラスパネル10が搬送される構成を採用することも可能である。 As an example of a method of bringing the etchant into contact with the optical glass panel 10 for imaging, as shown in FIG. and spray etching. Alternatively, instead of spray etching, as shown in FIG. 5B, a configuration may be adopted in which the optical glass panel 10 for imaging is transported while being in contact with the overflowing etching liquid in an overflow type etching chamber 54. is also possible.

さらには、図5(C)に示すように、エッチング液が収納されたエッチング槽56に、キャリアに収納された単数または複数の結像用光学ガラスパネル10を浸漬されるディップ式のエッチングを採用することも可能である。 Further, as shown in FIG. 5(C), dip etching is employed in which one or more imaging optical glass panels 10 accommodated in a carrier are immersed in an etching tank 56 containing an etchant. It is also possible to

上述のエッチング処理によって、第1の主面102の改質ライン122および第2の主面104の改質ライン142が溶解し、第1の微細溝12および第2の微細溝14が形成される。上述の手法によって幅が極限まで最小化された第1の微細溝12および第2の微細溝14を形成することが可能である。第1の微細溝12および第2の微細溝14の幅は、5μm~500μm程度の範囲で適宜調整することが可能である。 By the etching process described above, the modified line 122 of the first main surface 102 and the modified line 142 of the second main surface 104 are dissolved, and the first microgrooves 12 and the second microgrooves 14 are formed. . It is possible to form the first micro-grooves 12 and the second micro-grooves 14 whose widths are minimized by the above technique. The widths of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 can be appropriately adjusted within a range of approximately 5 μm to 500 μm.

この実施形態では、空中ディスプレイの高精細化のために第1の微細溝12および第2の微細溝14の幅が500μm以下になるようにしている。第1の微細溝12および第2の微細溝14の配置ピッチは、溝幅の2倍程度になるため、例えば、第1の微細溝12および第2の微細溝14の幅を5μm程度にまで極小化すれば、第1の微細溝12および第2の微細溝14の配置ピッチを10~20μm程度にまで極小化することが可能になる。 In this embodiment, the widths of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 are set to 500 μm or less in order to increase the definition of the floating display. The arrangement pitch of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 is about twice the groove width. By minimizing, it becomes possible to minimize the arrangement pitch of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 to about 10 to 20 μm.

原則として、第1の微細溝12および第2の微細溝14の深さが小さいほど、その溝幅を小さくし易くなる。その理由は、エッチング処理において、第1の微細溝12および第2の微細溝14の溝幅がレーザビーム径よりも微増するからである。 In principle, the smaller the depth of the first fine groove 12 and the second fine groove 14, the easier it is to reduce the groove width. The reason for this is that the groove widths of the first fine groove 12 and the second fine groove 14 become slightly larger than the diameter of the laser beam in the etching process.

この微増化に対する対策として、エッチング処理において、水酸化アンモニウム等のアルカリや酸化チタン等のフッ素錯化剤を添加することにより、エッチング処理における第1の微細溝12および第2の微細溝14の溝幅の微増化が抑制されることが出願人の実験によって明らかになっている。このため、必要に応じて、エッチング液にアルカリやフッ素錯化剤を適量添加することによって、第1の微細溝12および第2の微細溝14の溝幅の調整が可能になる。 As a countermeasure against this slight increase, an alkali such as ammonium hydroxide or a fluorine complexing agent such as titanium oxide is added in the etching process to increase the groove width of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 in the etching process. Experiments by the applicant have revealed that the slight increase in width is suppressed. Therefore, the groove widths of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 can be adjusted by adding an appropriate amount of an alkali or a fluorine complexing agent to the etching solution as necessary.

また、エッチング処理後に行われる、上述の微細溝の一側面に光反射膜15を形成するための手法として、真空蒸着、スパッタリング、および無電解めっき等が挙げられるが、その他の手法を採用することも可能である。 Methods for forming the light reflecting film 15 on one side surface of the fine groove described above after the etching process include vacuum deposition, sputtering, and electroless plating, but other methods may also be used. is also possible.

この光反射膜15の形成に先立って第1の微細溝12および第2の微細溝14の側面の表面粗さが平滑であることが好ましい。上述の手法によって、通常は、図6(A)に示すように、第1の微細溝12の側面全域の表面粗さSa(または表面粗さRa)が数十ナノメートル~数百ナノメートルになることが多い。 It is preferable that the surface roughness of the side surfaces of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 be smooth prior to the formation of the light reflecting film 15 . By the above-described method, as shown in FIG. 6A, the surface roughness Sa (or surface roughness Ra) of the entire side surface of the first fine groove 12 is usually reduced to several tens of nanometers to several hundred nanometers. often become.

第1の微細溝12の側面全域の表面粗さSa(または表面粗さRa)をさらに小さくするためには、例えば、40~42℃程度に温度管理された、硫酸35~95重量%、フッ酸1~10重量%程度の通常のエッチング処理とは異なるエッチング液を用いて追加的にエッチング処理を用いると良い。これにより、図6(B)に示すように、第1の主面102の第1の微細溝12の側面全体の表面粗さSa(または表面粗さRa)を数ナノメートル程度にまで平滑化させることが可能である。 In order to further reduce the surface roughness Sa (or surface roughness Ra) of the entire side surface of the first fine groove 12, for example, sulfuric acid 35 to 95% by weight and fluorine, temperature-controlled at about 40 to 42°C. It is preferable to use an additional etching process using an etchant different from the normal etching process with an acid of about 1 to 10% by weight. As a result, as shown in FIG. 6B, the surface roughness Sa (or surface roughness Ra) of the entire side surface of the first fine groove 12 on the first main surface 102 is smoothed to about several nanometers. It is possible to

また、上述した、結像用光学ガラスパネル10の生産効率をさらに高めるために、図7(A)および図7(B)に示すように、結像用光学ガラスパネル10を多面取りするためのガラス母材100に対してレーザ加工、エッチング、成膜等を行い、その後に分断する手法を採用することが好ましい。 In order to further improve the production efficiency of the imaging optical glass panel 10, as shown in FIGS. It is preferable to adopt a method of performing laser processing, etching, film formation, etc. on the glass base material 100 and then dividing it.

例えば、図7(A)に示すような第1の主面102を4行×4列のマトリックス状に配置したガラス母材100は、スクライブブレーク法によって、16枚の結像用光学ガラスパネル10に分断することが可能である。スクライブブレーク法以外では、エッチング処理によって分断することも可能である。エッチング処理によって分断する場合は、第1の主面および第2の主面を保護膜で被覆した後、保護膜における切断箇所に対応する箇所を除去してエッチング処理することで分断することが可能である。 For example, a glass base material 100 having first main surfaces 102 arranged in a matrix of 4 rows×4 columns as shown in FIG. It is possible to divide into Apart from the scribe-break method, it is also possible to divide by an etching process. When dividing by etching, after covering the first main surface and the second main surface with a protective film, it is possible to divide by removing a portion corresponding to the cut portion in the protective film and performing an etching process. is.

これまで、複数の微細溝付きガラス基板を有するガラス構造体を空中ディスプレイの結像用光学ガラスパネル10に使用する例を示したが、本発明に係るガラス構造体をこれ以外の用途に適用することが可能である。 So far, an example of using a glass structure having a plurality of finely grooved glass substrates in the imaging optical glass panel 10 of an aerial display has been shown, but the glass structure according to the present invention can be applied to other uses. Is possible.

図8(A)および図8(B)は、ガラス構造体の他の適用例としてのマイクロ流路形成部材の概略を示している。図8(A)は、第1の微細溝12および第2の微細溝14が互いに直交するのではなく、互いに平行するように配置されたガラス構造体11をマイクロ流路として活用する例を示している。このガラス構造体11では、第1の微細溝12および第2の微細溝14をそれぞれ閉塞するようにカバー部材を接着している。カバー部材の接着には、例えば、OCA(Optical Clear Adhesive)フィルム等の透明性の高い接着剤を使用することが好ましいが、これには限定されない。 FIGS. 8A and 8B schematically show a microchannel forming member as another application example of the glass structure. FIG. 8A shows an example in which the first fine groove 12 and the second fine groove 14 are arranged parallel to each other instead of perpendicular to each other, and the glass structure 11 is used as a microchannel. ing. In this glass structure 11, cover members are adhered so as to close the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14, respectively. Although it is preferable to use a highly transparent adhesive such as an OCA (Optical Clear Adhesive) film for bonding the cover member, the adhesive is not limited to this.

一方で、図8(B)は、複数のガラス構造体11を互いに接合し、マイクロ流路として活用する例を示している。ガラスは、流路形成用耐薬液部材として広く用いられているPEEK材等と比較しても、同等以上の耐薬品性を備えているため、さまざまな薬液を導入するための流路として活用することが可能である。また、ガラスの透明性により、マイクロ流路の視認性が著しく向上するため、マイクロ流路において不具合が発生した場合でも対処し易くなる。 On the other hand, FIG. 8(B) shows an example in which a plurality of glass structures 11 are bonded to each other and used as a microchannel. Glass has chemical resistance equal to or greater than that of PEEK, which is widely used as a chemical-resistant member for forming channels, so it can be used as a channel for introducing various chemical solutions. Is possible. In addition, since the visibility of the microchannel is significantly improved due to the transparency of the glass, even if a problem occurs in the microchannel, it can be easily dealt with.

以上のように、ワイヤーソー等による切断によってガラス微細片を作成する手法に比較して、第1の微細溝12および第2の微細溝14の溝幅の縮小化や溝配置ピッチの縮小化は容易である。このため、本発明に係るガラス構造体を用いることによって、光学パネルやマイクロ流路等の精細化等の好適な作用効果を実現することが可能になる。 As described above, compared with the method of creating fine glass pieces by cutting with a wire saw or the like, it is possible to reduce the groove width of the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 and the groove arrangement pitch. Easy. Therefore, by using the glass structure according to the present invention, it is possible to achieve favorable effects such as refinement of optical panels, micro-channels, and the like.

また、第1の微細溝12および第2の微細溝14の形成方法は、上述したものには限定されない。例えば、スクライブホイールによってスクライブラインを形成してからエッチング処理を行なったり、スクライブホイールおよびレーザビームの両方を用いてからエッチング処理を行なったりすることも可能である。 Also, the method of forming the first fine grooves 12 and the second fine grooves 14 is not limited to the one described above. For example, it is possible to perform etching after forming a scribe line with a scribe wheel, or to perform etching after using both a scribe wheel and a laser beam.

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The description of the above-described embodiments should be considered illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the claims rather than the above-described embodiments. Furthermore, the scope of the present invention is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the claims.

10-結像用光学ガラスパネル
12-第1の微細溝
14-第2の微細溝
15-光反射膜
20-溝形成領域
22-周縁領域
50-エッチング装置
100-ガラス母材
102-第1の主面
104-第2の主面
122,142-改質ライン
10-optical glass panel for imaging 12-first fine groove 14-second fine groove 15-light reflecting film 20-groove forming region 22-peripheral region 50-etching device 100-glass base material 102-first Main surface 104 - second main surface 122, 142 - reforming line

Claims (3)

第1の主面および第2の主面を少なくとも有する単一の板状を呈するガラス構造体であって、
前記第1の主面に複数の第1の微細溝が設けられる一方で、前記第2の主面に複数の第2の微細溝が設けられており、
厚み方向の中央部において、前記第1の微細溝および前記第2の微細溝のいずれもが到達していない非加工部が設けられることを特徴とするガラス構造体を製造するためのガラス構造体製造方法であって、
前記微細溝が形成されるべき位置をレーザビームによって走査することによって、この位置にエッチングされやすい性質の改質ラインを形成するレーザ加工ステップと、
前記改質ラインをエッチング処理によって溶解して微細溝を形成するエッチング処理ステップと、
を少なくとも含むガラス構造体製造方法。
A single plate-shaped glass structure having at least a first principal surface and a second principal surface,
A plurality of first fine grooves are provided on the first main surface, while a plurality of second fine grooves are provided on the second main surface,
A glass structure for manufacturing a glass structure, characterized in that a non-processed portion to which neither the first fine groove nor the second fine groove reaches is provided in the central portion in the thickness direction. A manufacturing method comprising:
A laser processing step of forming a modified line having a property of being easily etched at this position by scanning the position where the fine groove is to be formed with a laser beam;
an etching treatment step of dissolving the modified lines by an etching treatment to form fine grooves;
A glass structure manufacturing method comprising at least:
前記第1の微細溝および前記第2の微細溝が互いの直交するように延びていることを特徴とする請求項1に記載のガラス構造体製造方法2. The method of manufacturing a glass structure according to claim 1, wherein said first fine groove and said second fine groove extend perpendicular to each other. 前記第1の微細溝および前記第2の微細溝は、幅500μm以下の微細溝であって、その側面が平滑面によって構成された微細溝であることを特徴とする請求項1または2に記載のガラス構造体製造方法3. The first fine groove and the second fine groove according to claim 1 or 2, wherein the fine groove has a width of 500 μm or less and has a smooth side surface. glass structure manufacturing method .
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