專利名稱：激光切割玻璃基板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書一般涉及切割和分離玻璃基板的方法，更具體地涉及對強化玻璃基板進行激光切割和分離的方法。
背景技術(shù)：
薄強化玻璃基板，如化學強化、熱強化或?qū)訅簭娀幕?，在消費電子領(lǐng)域具有廣泛應用，因為它們具有優(yōu)異的強度和抗損傷性。例如，這種玻璃基板可作為蓋板，用于結(jié)合在移動電話、顯示設(shè)備(如電視和計算機顯示器)及其它各種電子設(shè)備中的IXD和LED顯示器以及觸摸應用。為降低制造成本，可能希望在形成這種用于消費電子設(shè)備的玻璃基板時， 在單塊大玻璃片上為多個設(shè)備進行薄膜成圖，然后利用各種切割技術(shù)將該大玻璃基板裁切或分離成多塊較小的玻璃基板。壓縮應力和積聚在中心張力區(qū)的彈性能的大小可能使化學強化玻璃基板的切割和精整變得困難。如同在傳統(tǒng)的劃線-折斷工藝中那樣，高表面壓縮和深壓縮層給玻璃基板的機械劃線造成困難。此外，若積聚在中心張力區(qū)的彈性能足夠高，則當表面壓縮層被刺穿時，玻璃可能爆裂。在其它情況下，彈性能的釋放可能導致破裂位置偏離所需的切割線， 從而損壞玻璃基板。目前，許多生產(chǎn)工藝包括在強化工藝之前將未經(jīng)化學強化的玻璃切割和精整成一定的形狀。因此，需要切割強化玻璃基板的替代方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方式中，一種從具有表面壓縮層和拉伸層(tensile layer)的強化玻璃基板切割出玻璃制品的方法包括在強化玻璃基板的第一邊緣上于表面壓縮層內(nèi)形成邊緣缺損，并且在邊緣缺損處使貫穿裂口(through vent)擴展穿過表面壓縮層和拉伸層。貫穿裂口位于沿著玻璃制品與強化玻璃基板之間的切割線的分離區(qū)之前。在另一個實施方式中，一種從具有表面壓縮層和拉伸層的強化玻璃基板切割出玻璃制品的方法包括沿著玻璃制品與強化玻璃基板之間的切割線的長度掃描激光束，使之入射到表面壓縮層上，從而使貫穿裂口沿著切割線擴展。在另一個實施方式中，一種對具有表面壓縮層和拉伸層的強化玻璃基板進行切割的方法包括沿著切割線在表面壓縮層上形成缺損。所述方法還包括沿著切割線的長度掃描激光束，從而沿著切割線分離強化玻璃基板。在以下的詳細描述中提出了本文所述的實施方式的其他特征和優(yōu)點，其中的部分特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施在本文(包括以下詳細描述、權(quán)利要求書以及附圖)中所述的實施方式而被認識。應理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述說明了各種實施方式，用來提供理解要求專利權(quán)的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實施方式的進一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來說明要求專利權(quán)的主題的原理和操作。


圖1示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中強化玻璃基板和激光系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖2示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中圖1所示意性地呈現(xiàn)的強化玻璃基板和激光系統(tǒng)的透視圖；圖3示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中沿切割線移動的橢圓形激光束斑 (laser beam spot)；圖4A示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中在位于強化玻璃基板上的邊緣缺損處引發(fā)貫穿裂口的情形；圖4B示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中已從邊緣缺損擴展到強化玻璃基板的相對邊緣的貫穿裂口；圖5A示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中強化玻璃基板、激光系統(tǒng)和射水裝置的側(cè)視圖；圖5B示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中圖5A所示意性地呈現(xiàn)的強化玻璃基板、激光系統(tǒng)和射水裝置的透視圖；圖6示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中強化玻璃基板和激光系統(tǒng)的透視圖， 其中激光系統(tǒng)在邊緣缺損周圍進行快掃描；圖7A示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中具有彎曲切割線的強化玻璃基板；圖7B示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中從圖7所示的強化玻璃基板上切割下來之后具有彎曲邊緣的玻璃制品；圖8示意性地呈現(xiàn)了一個或多個實施方式中具有多個邊緣缺損和多條掃描激光線，以便從強化玻璃基板上切割出多個制品的強化玻璃基板；以及圖9示意性地呈現(xiàn)了強化玻璃基板的壓縮層和內(nèi)拉伸區(qū)。
具體實施例方式下面詳細介紹用來切割強化玻璃基板的各種實施方式，這些實施方式的例子在附圖中示出。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標記來表示相同或類似的部分。如本文所述，從強化玻璃基板上切割出玻璃制品的方法通常包括在強化玻璃基板上形成缺損。 所述缺損位于切割線上，所述切割線限定了分離區(qū)。激光束沿著切割線的整個長度在邊緣缺損上快速掃描，在邊緣缺損處引發(fā)貫穿裂口。貫穿裂口徹底穿過玻璃基板(即從上下層之間穿過)。激光束可沿著切割線的長度連續(xù)掃描，使得貫穿裂口沿著掃描激光線快速擴展通過玻璃基板，從玻璃基板上切割出玻璃制品。下面將更詳細描述用來切割出玻璃制品的方法的各種實施方式。參考圖1和2，該圖示意性地呈現(xiàn)了利用貫穿裂口 140(參見圖4A和4B)從玻璃基板110上切割出玻璃制品150的示例性系統(tǒng)100，所述貫穿裂口 140完全延伸穿過玻璃基板110的厚度。示例性系統(tǒng)100 —般包含激光源104和激光掃描器106，所述激光掃描器106用來沿著位于支承表面120上的玻璃基板110的切割線116(即分離區(qū))加熱玻璃基板110。在本文所述的實施方式中，玻璃基板110可具有第一表面117、第二表面119、第一邊緣111和第二邊緣113。玻璃基板110可用包括但不限于硼硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃在內(nèi)的各種玻璃組合物形成。利用本文所述的方法的實施方式切割的玻璃基板可通過強化工藝強化，如離子交換化學強化工藝、熱退火，或者通過層狀玻璃結(jié)構(gòu)如CORELLE 件強化。 應當理解，雖然本文的實施方式是結(jié)合化學強化玻璃基板描述的，本文所述的方法也可切割其它類型的強化玻璃基板。圖9示意性地呈現(xiàn)了通過強化工藝例如離子交換強化工藝進行過化學強化的玻璃基板110。玻璃基板110包含兩個表面壓縮層122a、122b和內(nèi)拉伸層124。表面壓縮層 12 和122b保持在壓縮應力狀態(tài)，為玻璃基板110提供強度。內(nèi)拉伸層IM處于拉伸應力之下，補償表面壓縮層12 和122b內(nèi)的壓縮應力，使得兩種力相互平衡，玻璃基板不至于破裂?；瘜W強化玻璃基板的抗損傷性是玻璃基板110上形成的表面壓縮層12 和122b 在強化工藝過程中產(chǎn)生的結(jié)果，所述強化工藝是例如離子交換強化工藝，常稱作“化學強化”或“化學鋼化”?；瘜W強化工藝包括玻璃基板表面層內(nèi)的離子與不同尺寸的離子在一定溫度下發(fā)生交換，使得玻璃基板在使用溫度下形成表面壓縮應力。離子交換工藝所能獲得的壓縮應力的大小和表面壓縮層的深度取決于玻璃組成。例如，經(jīng)過化學強化的GORILLA 玻璃中可存在大于750MPa的表面壓縮應力和大于40 μ m的壓縮層深度。作為比較，經(jīng)過化學強化的鈉鈣玻璃基板中可存在小于750MPa (驗算值)的表面壓縮應力和小于15 μ m的壓縮層深度。在化學強化工藝的一個例子中，可對玻璃基板實施離子交換強化工藝，該工藝包括在溫度保持低于玻璃應變點的熔鹽浴中將玻璃基板沉浸一段足夠長的時間，使離子在玻璃表面中擴散至所需深度，以實現(xiàn)所需的應力分布。離子交換強化工藝使強化玻璃基板110 在玻璃表面上具有增大的壓縮應力而在玻璃內(nèi)部區(qū)域具有增大的拉伸應力。玻璃基板可具有例如大于30X 10_7°c的熱膨脹系數(shù)(CTE)。激光源104和激光掃描器106可通過系統(tǒng)控制器(未示出)控制，所述系統(tǒng)控制器可以是計算機。激光源104可包含具有合適的波長的激光器，用來將光子能轉(zhuǎn)移到玻璃基板110上。例如，激光源104可設(shè)置用來發(fā)射波長在紅外范圍內(nèi)的激光束108。激光波長應經(jīng)過選擇，使得玻璃基板內(nèi)存在吸收。在吸收較低的情況下，可采用高功率激光器或者多路吸收技術(shù)，以便將玻璃基板加熱到能進行激光分離工藝的溫度。在本文所述的實施方式中，激光源是CO2激光器，它產(chǎn)生波長約為9. 4-10. 6 μ m的紅外光束。(X)2激光源可以是以連續(xù)波模式工作的直流激光器。(X)2激光器也可以脈沖模式工作，如提供約5-200kHz范圍內(nèi)的脈沖輻射的RF激發(fā)激光源。激光源104在掃描和切割操作中的工作功率取決于玻璃基板110的厚度以及表面積。玻璃基板110的厚度和/或表面積越大，進行切割操作所需的激光器功率越大。一般地，本文所述的實施方式中的激光源104可在幾十瓦至幾百或幾千瓦范圍內(nèi)的連續(xù)波功率下工作。如下文所詳述，一些實施方式使用與激光源104相結(jié)合的水射流。在使用水射流的實施方式中，激光源104的功率可降低。激光源104可在一定功率下工作，激光束聚焦在焦距上，以免玻璃基板110的第一表面117過熱和發(fā)生激光燒蝕。系統(tǒng)100中可使用擴束器(未示出)和一個或多個聚焦透鏡(未示出)，以獲得所需的激光束尺寸和焦距。在一個實施方式中，激光束108的直徑可以是10mm，可在第一表面117上聚焦成Imm的直徑。激光掃描器106，如多邊形掃描鏡或掃描檢流計反射鏡，可位于激光源104后面的光路中。激光掃描器106可設(shè)置用來通過檢流計在箭頭107所示的方向上，沿著切割線116 的整個長度單向或雙向快速掃描激光束108?；蛘?，在另一個實施方式中，激光束108可用多邊形反射鏡單向連續(xù)掃描。在一個實施方式中，激光掃描器106用來以大約lm/s的速度掃描激光束108。在圖1和2中，快速掃描激光束108被顯示為多條激光束108a-108e，用來描繪橫跨玻璃基板110掃描的激光束108。激光束108在玻璃基板110的第一表面117上沿著切割線116產(chǎn)生圓形束斑(例如109b-109d)。束斑109a-109d沿著切割線來回移動， 如箭頭118所示。如后文所述，玻璃基板110因掃描激光束加熱而產(chǎn)生的溫度變化使拉伸應力沿著切割線116形成，從而形成貫穿裂口 140(參見圖4A和4B)，所述貫穿裂口 140完全延伸穿過玻璃基板110的厚度[S卩“全體(full body) ”切割]并以受控方式沿著切割線擴展。在一個實施方式中，束斑可以是圖3所示的橢圓形激光束斑209。橢圓形激光束斑209可沿切割線116限定更狹窄的加熱區(qū)。這樣，過熱或燒蝕可因激光功率密度降低而得以避免。橢圓形束斑209 —般可具有長度為a的短軸280和長度為b的長軸四0。短軸 280延伸穿過橢圓形激光束斑的中點，如圖3所示。長軸290 —般可以是橢圓形束斑209在橢圓形束斑209的前緣282與后緣284之間的長度b，如圖3所示。柱面透鏡和/或其它光學元件可用來使激光束108成形，從而在第一表面上產(chǎn)生橢圓形束斑209。用來使激光束成形為橢圓形束斑的柱面透鏡和/或其它光學元件可以例如與激光源104或激光掃描器106 連成一體，也可以是單獨的組件。參考圖1和2，根據(jù)一個實施方式，通過貫穿裂口的擴展從玻璃基板110切割出玻璃制品150的方法可包括首先在玻璃基板110的邊緣111處，在第一表面117上引入缺損 112，形成裂口引發(fā)點。缺損可位于邊緣(即邊緣缺損)，或者離邊緣有一些距離，或者位于玻璃基板110本體中。在后文所述的一些實施方式中，缺損在化學強化玻璃基板的邊緣上形成。邊緣缺損112可以是玻璃基板110的邊緣處或邊緣面上的小刻痕。邊緣缺損112 一般可位于玻璃基板Iio的第一表面117上，使得邊緣缺損112沿著切割線116定位，隨后可沿該切割線116將玻璃基板110分離(即分離區(qū))。邊緣缺損112可通過機械方法形成， 如利用機械劃線器、機械研磨輪，或者借助激光燒蝕或激光在玻璃基板本體內(nèi)引入的損傷。形成邊緣缺損112之后，可將來自激光源104的激光束108導向玻璃基板110的第一表面117，并用激光掃描器106在該表面上掃描，使得掃描激光束108形成入射到切割線116上的掃描激光線。激光束108可在箭頭107所示的方向上，以例如大于0. 5m/s的速度掃描。掃描激光束108的速度可取決于玻璃基板110的厚度、表面積和強度。如激光束 108a-108e所描繪的掃描激光束形成多個限定掃描激光線的束斑109b_109d?？梢岳斫?，激光束108a-108e和束斑109b_109d僅用于說明的目的，用來表示激光束108快速掃過玻璃基板110的第一表面117。如下文所詳述，入射到切割線116上的掃描激光線起引導貫穿裂口擴展的作用。為確保恰當引導貫穿裂口，操作激光掃描器106時，應使掃描激光線的長度等于或大于玻璃基板110或切割線116的長度。若掃描激光線小于玻璃基板110的長度， 則貫穿裂口可能偏離切割線，形成具有錯誤邊緣的玻璃制品。掃描激光束108可在一定的功率水平下工作，以便沿著切割線加熱玻璃基板110， 包括在邊緣缺損112處加熱。玻璃基板110對紅外激光源具有較強的吸收，所述紅外激光源可以是在例如約10. 6μπι的波長處工作的CO2激光器。CO2激光器的作用類似于表面加熱器，快速加熱玻璃材料的表面。但是，激光掃描器106快速掃描激光束108可使產(chǎn)生的熱量通過玻璃基板110的本體擴散，同時在處于壓縮應力下的第一表面117處避免過熱和應力松弛。參考圖1、2、4Α和4Β，通過掃描激光束108在邊緣缺損112上加熱，在位置142處打開貫穿裂口，位置142位于或靠近邊緣缺損112處。本文所用的詞語“貫穿裂口”是指從第一表面117(例如上表面)一直延伸到第二表面119(例如下表面)的裂口。參考圖4A， 在位置142處顯示了貫穿裂口 140。由于掃描激光束108提供熱量，貫穿裂口 140在邊緣缺損112處打開。為了說明貫穿裂口 140如何在位置142處打開，圖4A所示的貫穿裂口 140 具有夸大的尺寸/形狀。例如，貫穿裂口 140可以是自邊緣缺損112處開始的小裂紋。如圖4A所示，貫穿裂口 140開始沿著切割線116擴展穿過玻璃基板110。貫穿裂口 140位于沿著切割線116的分離區(qū)前面，該分離區(qū)將玻璃制品150與玻璃基板110分開。 圖4B呈現(xiàn)了已經(jīng)沿著筆直的切割線116，從邊緣111處的邊緣缺損112擴展穿過玻璃基板并到達第二邊緣113的貫穿裂口 140，從而將玻璃制品150與玻璃基板110分開。貫穿裂口 140在阻力最小的方向上加速形成，所述阻力最小的方向由沿著切割線116的掃描激光線提供。在一個實施方式中，貫穿裂口 140沿著切割線116，以約1. 3km/s的擴展速度快速擴展穿過玻璃基板110。掃描激光束108在玻璃基板110的本體內(nèi)產(chǎn)生垂直于掃描激光線 (即切割線116)的方向的拉伸應力場。貫穿裂口的快速擴展是垂直于掃描激光線的凈拉伸應力的結(jié)果。拉伸應力是本征應力場與瞬態(tài)應力場疊加產(chǎn)生的。對于強化玻璃基板，本征應力場是在強化或拋光(glazing)的過程中產(chǎn)生的，它沿玻璃厚度呈壓縮-拉伸-壓縮狀態(tài)。瞬態(tài)應力是通過沿著掃描激光線進行激光加熱產(chǎn)生的，它可以是拉伸-壓縮-拉伸狀態(tài)。分離區(qū)的凈拉伸應力使貫穿裂口沿著掃描激光線的方向擴展。凈拉伸應力在玻璃片本體中最高。裂紋前端開始可在玻璃本體內(nèi)部擴展，然后在表面處突破玻璃壓縮層。作為例子而非限制，用上述方法切割玻璃基板110，該玻璃基板110包含 100 X 150 X 0. 95mm厚的玻璃片，通過離子交換強化工藝進行過化學強化。在410°C的100% KNO3熔融浴中將玻璃片沉浸8小時。該離子交換強化工藝形成化學強化的玻璃片，它在深度約為51 μ m處具有壓縮應力約為769MPa的表面壓縮層，并具有計算值約為46MPa的中心張力區(qū)。中心張力(CT)利用下式計算其中CS是表面壓縮應力，DOL是壓縮層的深度，t是玻璃基板厚度。通過用碳化物筆尖刻劃玻璃片，在玻璃片上表面邊緣引入邊緣缺損。操作激光源， 使之以約80W的功率發(fā)射波長約為10. 6 μ m、光束直徑為Imm的激光束，該激光束在玻璃表面上散焦。激光掃描器在筆直的切割線上方，以約lm/s的速度快速來回掃描激光束，產(chǎn)生掃描激光線。掃描激光線約為125mm，因此比玻璃基板長。大約掃描激光束1秒之后，貫穿裂口在邊緣缺損處被弓I發(fā)并迅速擴展穿過玻璃片，從而沿切割線分離玻璃片。圖5A和5B呈現(xiàn)了通過貫穿裂口的擴展從玻璃基板110切割出玻璃制品150的方法的另一個實施方式。此實施方式的系統(tǒng)100類似于圖IA和IB所示的實施方式，不同之處是該系統(tǒng)現(xiàn)在包含射水噴嘴130，用來將水射流132導向缺損112處的被加熱的玻璃基板110。在此實施方式中，缺損112位于玻璃基板110的上表面117上偏離邊緣111的地方。例如，缺損距離邊緣111大約5mm。在利用水射流的其它實施方式中，缺損也可位于玻璃基板邊緣處。水射流132使缺損112急冷，導致玻璃基板110在缺損112處發(fā)生溫度變化。此溫度變化導致缺損112上產(chǎn)生拉伸應力，從而在缺損112處形成貫穿裂口 140(參見圖4A和4B)，該貫穿裂口 140完全延伸通過玻璃基板110的厚度。水射流一般可包含從射水噴嘴射出并被導向玻璃基板表面的加壓流體流。加壓流體可包含水。盡管水是可用來冷卻缺損的一類冷卻劑，但也可使用其它液體，如液氮、乙醇。 或者，水射流可包括壓縮氣體，例如壓縮空氣、壓縮氮氣、壓縮氦氣或類似的壓縮氣體。水射流也可包含液體和壓縮氣體的混合物。例如，在一些實施方式中，水射流是壓縮空氣與水的混合物。水射流132可從射水噴嘴130端部的孔(未示出)射出。在一個實施方式中，所述孔是提供3cm7min流速的75 μ m孔。參考圖5B，當水射流132向玻璃基板110的第一表面117行進時，水射流132的邊緣從射水噴嘴130的中心發(fā)散開，使水射流132入射到玻璃基板110的第一表面117上形成的水斑134具有直徑Dp該直徑大于射水噴嘴130中的孔的直徑。相對于掃描方向107，射水噴嘴130可位于激光源104后面。在本文所述的實施方式中，射水噴嘴130可相對于玻璃基板110的第一表面117按一定的角度取向，使得水射流 132相對于玻璃基板110的第一表面117以小于90度的角度入射到玻璃基板表面上。如上面結(jié)合圖1和2所述，激光束108在箭頭107所示的方向上，沿著切割線116 在玻璃基板110的第一表面117上來回快速掃描。掃描激光束108也可用激光束108a-108e 表示。掃描激光束108在箭頭118所示的方向上，沿著切割線116產(chǎn)生多個束斑109b-109d。 束斑109b-109d沿著切割線116形成掃描激光線。此掃描激光線沿著切割線116加熱玻璃基板110。可在掃描激光束沿著切割線加熱玻璃基板110的同時，將水射流132施加到缺損 112上?；蛘撸す鈷呙杵?06可先沿著切割線116掃描一段時間(例如1秒)的激光束 108。然后，激光源104可停止發(fā)射激光束108，此時射水噴嘴130開始使水射流132流到缺
損112上。這可使缺損112先達到最高溫度，再被所施加的水射流132冷卻，并引發(fā)貫穿裂□。在缺損112處施加水射流132可降低在缺損112處引發(fā)貫穿裂口 140所需的激光功率。例如，在一些實施方式中，當使用水射流132時，引發(fā)貫穿裂口 140所需的激光束功率大約比不用水射流132時所需的激光束功率小20%。參考上面結(jié)合圖1和2所示的實施方式提供的例子，利用功率約為65W的激光束沿筆直的切割線切割用類似方法制備的離子交換玻璃片?，F(xiàn)在參考圖1、2和6，它們呈現(xiàn)了通過貫穿裂口的擴展從玻璃基板110切割出玻璃制品150的方法的另一個實施方式。在此實施方式中，如上文所述，激光束108沿著切割線 116的整個長度，橫跨玻璃基板110的第一表面117單向或雙向快速掃描一段時間(例如半秒鐘)。掃描完整個長度后，控制激光掃描器106，在箭頭107所示的方向上，沿著短掃描線 114快速掃描激光束108。短掃描線114覆蓋邊緣缺損112并與切割線116重疊。在產(chǎn)生短掃描線114期間，激光束108的掃描速度可類似于激光束108在沿切割線116產(chǎn)生全長掃描線期間的掃描速度(即約lm/s)。激光束108f和108g描繪了掃描在短掃描線114上的掃描激光束108。掃描激光束108產(chǎn)生的束斑(例如束斑109f和109g)限定了短掃描線 114。短掃描線的長度可適合在邊緣缺損112處產(chǎn)生局部加熱，以引發(fā)貫穿裂口 140。在一個實施方式中，短掃描線114的長度可約為例如10mm。短掃描線114的局部加熱在邊緣缺損112處產(chǎn)生額外的拉伸應力，從而打開貫穿裂口 140。由于分離區(qū)事先在施加全長掃描激光線期間被加熱過，為貫穿裂口 140的擴展提供了阻力最小的路徑，所以貫穿裂口 140沿著切割線116擴展。本文所述的方法也可用來切割涂覆有薄(例如小于0. 5mm)聚合物材料的玻璃基板，或者至少有一個表面被例如化學蝕刻工藝糙化過的玻璃基板。當玻璃基板的一個表面被涂覆時，可在未涂覆表面上引入機械缺損，而用激光掃描涂覆表面，從而一步切割經(jīng)涂覆的玻璃基板。當玻璃基板具有至少一個糙化表面時，若存在未糙化表面，則可用激光掃描該未糙化表面。由于表面散射損失，通過激光掃描從經(jīng)過糙化的一側(cè)切割玻璃基板可能需要更高的激光功率。還注意到，掃描激光束108在玻璃表面的反射(菲涅爾)損失也應加以考慮和補償。當激光束在玻璃基板110的表面上掃描時，反射損失會隨著入射角的增大而增大(垂直入射的入射角為0° )。反射損失可通過相應地改變激光束掃描速度(例如設(shè)置速度曲線或者進行變速掃描)來補償。例如，參見圖1，可對激光掃描器106加以控制，使得當掃描激光束的入射角為垂直入射(光束108c)時，掃描激光束108以參比掃描速度沿著切割線掃描。由于掃描激光束的入射角隨著掃描激光束108沿切割線116掃描而增大，可控制激光掃描器106，將掃描激光束108的掃描速度相應地減慢，以補償反射損失(例如光束108a 和108e)。通過減慢掃描激光束的掃描速度，光束將提供增強的輻射加熱作用，補償由于入射角增大而引起的任何反射損失。本文所公開的實施方式還可用來從化學強化玻璃基板切割出具有彎曲邊緣的玻璃制品。圖7A和7B呈現(xiàn)了要從其中分離出具有彎曲邊緣215的玻璃制品250的玻璃基板 210。如圖7B所示，分離出的示例性玻璃制品250具有彎曲的邊緣215。為了從玻璃基板 210切割出玻璃制品250，先在第一表面217的第一邊緣211上形成邊緣缺損212。如上所述，邊緣缺損212可通過機械方法或通過激光燒蝕施加。參考圖7A，彎曲的切割線216限定了彎曲的分離區(qū)。在此例子中，彎曲的切割線 216從第一邊緣211開始，到第二邊緣218終止。切割線也可包含兩條曲線，使切割線起始和終止于單一邊緣(例如第一邊緣211)。在彎曲的切割線216上掃描激光束，如圖1和2 所示的激光束。彎曲的掃描激光線可比彎曲的切割線216長，以確保所產(chǎn)生的貫穿裂口在擴展過程中不偏離彎曲的切割線216。彎曲的掃描激光線的彎曲部分可包含多個較小的筆直部分，這些較小的筆直部分之間具有大約90°的彎度。通過這種方式，可產(chǎn)生彎曲的掃描激光線的彎曲部分。
如上所述，當激光束沿著彎曲的掃描激光線掃描時，貫穿裂口被打開(參見圖4A 和4B)。在進行彎曲切割時，也可利用上述水射流或短掃描線引發(fā)貫穿裂口 140。然后，貫穿裂口 140沿著彎曲的切割線216快速擴展，從而將具有彎曲邊緣215的玻璃制品250從玻璃基板210上分離出來。作為例子而非限制，利用上述彎曲的掃描激光線，切割如上文所述通過離子交換強化工藝進行過化學強化、包含100X 150X0. 95mm厚的玻璃片的玻璃基板。所預備的玻璃片與前面的例子中所述的玻璃片具有基本上相同的應力分布。切割線包含曲率半徑約為 IOmm的彎曲部分。通過用碳化物筆尖形成刻痕，在玻璃片的第一邊緣上形成邊緣缺損。激光功率約為90W的激光束以大約lm/s的速度在彎曲的切割線上快速掃描。掃描激光線的彎曲部分包含多個筆直的部分，這些筆直的部分之間包含大約90°的彎度。貫穿裂口在邊緣缺損處開始形成，并沿著彎曲的切割線擴展。本文所述的方法還可用來從化學強化玻璃基板切割出具有各種形狀的玻璃制品。 所述各種形狀可包含一個或多個彎曲邊緣。在一個實施方式中，激光束可如上所述沿著成形部件的周緣掃描，以實現(xiàn)仿形切割。對于周緣較長的形狀，可能需要增大激光功率，以確保在引發(fā)和擴展貫穿裂口之前恰當加熱切割線(例如激光功率大于100W)。在另一個實施方式中，可分兩個切割步驟從化學強化玻璃基板分離具有彎曲形狀或任意形狀的玻璃制品。第一步，先利用上述方法將具有彎曲邊緣或任意邊緣的玻璃制品從玻璃基板分離到較小的矩形玻璃片中。第二步，在玻璃制品的彎曲或成形部分上掃描激光束，獲得所需的形狀。此實施方式可能需要較小的激光功率，因為分離出較小的矩形體得到了可供激光功率在其中分布的較小表面積。下面描述成形切割方法的示例性實施方式。通過離子交換工藝，對兩塊包含兩塊60 X 100X0. 55mm厚的玻璃片的玻璃基板110進行化學強化。玻璃基板的CTE為 91 X 10-7/oC。一塊玻璃片經(jīng)離子交換后獲得780MPa的壓縮應力和7 μ m的層深(DOL)，計算得到的中心張力為lOMPa。另一塊玻璃片經(jīng)離子交換后獲得780MPa的壓縮應力和30 μ m 的D0L，計算得到的中心張力為48MPa。RF CO2激光源在20kHz工作，發(fā)射波長約為10. 6 μ m 的激光束。該激光束在85W下工作，具有Imm的直徑，并且在每個玻璃表面上散焦。激光掃描器在具有彎角(每個角的半徑為IOmm)的矩形圖案上方，以約1. 5m/s的速度單向快速掃描激光束。掃描的激光束與用碳化物筆尖形成的邊緣缺損重疊。重復掃描約1-2秒后，形成兩塊具有圓角的40 X 80mm矩形部件。因為貫穿裂口的擴展速度非常快(例如1. 3km/s)，本文所述的實施方式在高產(chǎn)量制造廠的應用可能具有吸引力。切割化學強化玻璃的傳統(tǒng)方法比較慢，因為玻璃制品要么先從較大的未經(jīng)化學強化的玻璃基板上分離，然后進行化學強化，要么通過又慢又麻煩的劃線-折斷工藝切割。此外，非常薄的玻璃基板(例如厚度小于Imm)在劃線-折斷工藝中容易破裂，這會產(chǎn)生大量廢料。圖8呈現(xiàn)了一塊大的化學強化玻璃基板310，可用本文所述的方法將它切割成多條矩形條帶350a-350j?？裳夭ＡЩ?10的邊緣311形成邊緣缺損31h_312i?？刹僮鲉我患す庠?，從邊緣缺損(例如邊緣缺損312a)開始，在切割線上來回依次掃描激光束，產(chǎn)生掃描激光線(例如掃描激光線316a)，該掃描激光線比玻璃基板310的長度更長?？蓲呙杓す馐?，直到矩形條帶(例如矩形條帶350a)從玻璃基板310上分離?？梢来沃貜驮摬僮?，直至切割出每條矩形條帶350a-350j。在另一個實施方式中，可用多個激光源從玻璃基板上切割出矩形條帶350a-350j。分離矩形條帶350a_350j之后，可進一步進行激光切割， 使玻璃制品獲得所需的形狀。通過這種方式，可實現(xiàn)玻璃制品從經(jīng)過化學處理的玻璃基板上的快速而有效的高產(chǎn)量切割。作為例子而非限制，用上述方法切割玻璃基板110，該玻璃基板110包含 225X300X0. 975mm厚的玻璃片，該玻璃片通過離子交換強化工藝進行過化學強化。玻璃離子交換強化工藝形成化學強化玻璃片，所述玻璃片在約46 μ m的DOL處具有壓縮應力約為720MPa的表面壓縮層，并具有計算值約為37MPa的中心張力區(qū)。玻璃基板的CTE為 91X10_7/°C。沿著矩形玻璃片的兩條300mm邊緣之一引入五個等距缺損。所述缺損位于玻璃片的上表面上，通過用碳化物筆尖刻劃玻璃片形成。操作激光源，發(fā)射波長約為10. 6 μ m、功率約為105W的激光束。激光束具有Imm的直徑，在玻璃表面上散焦。激光掃描器在筆直的切割線上方，以約2. 5m/s的速度來回快速掃描激光束，產(chǎn)生掃描激光線。掃描激光線約為 250mm，因此比玻璃基板的長度Q25mm)更長。使缺損與掃描激光束對齊之后，依次將玻璃基板切割成尺寸相同(50 X 225mm)的六片。為進一步切割六片玻璃中的每片玻璃，沿著225mm邊緣之一，在六塊矩形玻璃片的中間引入機械邊緣缺損。重復相同的過程，直至獲得12片50X 122. 5mm的玻璃片?，F(xiàn)在應當理解，本文所述的實施方式可用來切割化學強化玻璃基板?？稍诓ＡЩ迳闲纬扇睋p，然后沿著切割線的整個長度掃描激光束，引發(fā)貫穿裂口，所述貫穿裂口沿著切割線擴展，從玻璃基板分離出玻璃制品。需要注意，為了描述和限定本文所述的實施方式，本文用詞語“大約”、“約”和“基本上”表示可由任何定量比較、數(shù)值、測量或其它表示方法造成的內(nèi)在不確定性。在本文中還使用詞語“基本上”表示數(shù)量的表示值可以與所述的參比值有一定的偏離程度，但是不會導致所討論的主題的基本功能改變。需要注意，本文在描述本發(fā)明的組件可以特定的方式“設(shè)置”或“操作”，可“設(shè)置” 或“操作”用來以特定的方式實現(xiàn)特定的性質(zhì)或功能時，這種描述是結(jié)構(gòu)性描述，而不是對目標用途的描述。更具體來說，本文在描述組件的“設(shè)置”或“操作”方式時，它是指出所述組件的現(xiàn)有物理條件，因此可將其看作對該組件的結(jié)構(gòu)特征的限定性描述。需要注意，以下權(quán)利要求書中的一項或多項權(quán)利要求使用短語“其特征在于”作為過渡語。需要注意，為了對本文所述的實施方式進行限定，在權(quán)利要求書中引入該短語作為開放式過渡語，用來引出對一系列結(jié)構(gòu)特征的描述，應當以類似的方式將其解釋為更常用的開放式先行詞“包含”。本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不偏離要求專利權(quán)的主題的精神和范圍的情況下，對本文所述的實施方式進行各種修改和變動。因此，本說明書旨在涵蓋本文所述的各種實施方式的修改和變化形式，只要這些修改和變化形式落在所附權(quán)利要求書及其等同內(nèi)容的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種從具有表面壓縮層和拉伸層的強化玻璃基板切割出玻璃制品的方法，所述方法包括在所述強化玻璃基板的第一邊緣上于所述表面壓縮層內(nèi)形成邊緣缺損；以及使貫穿裂口在所述邊緣缺損處擴展穿過所述表面壓縮層和拉伸層，其中所述貫穿裂口位于沿著所述玻璃制品與所述強化玻璃基板之間的切割線的分離區(qū)之前。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述貫穿裂口在邊緣缺損處擴展還包括在所述強化玻璃基板內(nèi)產(chǎn)生垂直于所述切割線的拉伸應力場。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述強化玻璃基板內(nèi)產(chǎn)生垂直于所述切割線的拉伸應力場還包括沿著所述切割線的長度掃描激光束。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述激光束的掃描沿著所述切割線產(chǎn)生掃描激光線，所述掃描激光線的長度約等于或大于所述切割線的長度。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當所述激光束相對于所述強化玻璃基板處于垂直入射角時，所述激光束以參比掃描速度掃描；以及當所述激光束沿著所述切割線掃描時，隨著所述掃描激光束的入射角逐漸增大，所述激光束以逐漸下降的掃描速度掃描，所述逐漸下降的掃描速度自參比掃描速度開始下降。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述貫穿裂口在所述邊緣缺損處擴展還包括沿著所述切割線的整個長度掃描激光束；以及在所述邊緣缺損上沿著短掃描線掃描所述激光束。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述邊緣缺損通過激光燒蝕形成，或者通過用激光在強化玻璃基板的本體區(qū)域內(nèi)引起損傷來形成。
8.一種從具有表面壓縮層和拉伸層的強化玻璃基板切割出玻璃制品的方法，所述方法包括沿著所述玻璃制品與所述強化玻璃基板之間的切割線的長度掃描激光束，使所述激光束入射到表面壓縮層上，從而使貫穿裂口沿著所述切割線擴展。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述激光束的掃描沿著所述切割線產(chǎn)生掃描激光線，所述掃描激光線的長度約等于或大于所述切割線的長度。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，當所述激光束相對于所述強化玻璃基板處于垂直入射角時，所述激光束以參比掃描速度掃描；以及當所述激光束沿著所述切割線掃描時，隨著所述掃描激光束的入射角逐漸增大，所述激光束以逐漸下降的掃描速度掃描，所述逐漸下降的掃描速度自參比掃描速度開始下降。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，所述方法還包括在所述強化玻璃基板的第一邊緣上形成邊緣缺損，其中所述貫穿裂口在所述邊緣缺損處產(chǎn)生，并位于沿著所述玻璃制品與所述強化玻璃基板之間的切割線的分離區(qū)之前。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，所述方法還包括在所述邊緣缺損上沿著短掃描線掃描激光束。
13.一種切割具有表面壓縮層和拉伸層的強化玻璃基板的方法，所述方法包括在所述強化玻璃基板的表面壓縮層上形成邊緣缺損，所述邊緣缺損位于切割線上；以及沿著所述切割線的長度掃描激光束，從而沿著所述切割線分離強化玻璃基板。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述激光束的掃描沿著所述切割線產(chǎn)生掃描激光線，所述掃描激光線的長度約等于或大于所述切割線的長度。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述切割線從所述強化玻璃基板的第一邊緣開始，到所述強化玻璃基板的第二邊緣終止。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述切割線開始和終止于所述強化玻璃基板的單一邊緣。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，在所述邊緣缺損上沿著短掃描線掃描激光束。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述激光束通過工作頻率在0HZ-200kHZ 的范圍內(nèi)的脈沖(X)2激光器產(chǎn)生。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括對所述激光束成形，使所述激光束在所述強化玻璃基板上照射出橢圓形束斑，所述橢圓形束斑具有與所述切割線對齊的長軸。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 一段時間后關(guān)閉所述掃描激光束；以及關(guān)閉所述掃描激光束之后，將水射流施加在所述邊緣缺損上，沿著所述切割線打開貫穿裂口。
全文摘要
一種從具有表面壓縮層和拉伸層的強化玻璃基板切割出玻璃制品的方法，所述方法包括在所述強化玻璃基板的第一邊緣上于表面壓縮層內(nèi)形成邊緣缺損。所述方法還包括使貫穿裂口在邊緣缺損處擴展穿過表面壓縮層和拉伸層。貫穿裂口位于沿著玻璃制品與強化玻璃基板之間的切割線的分離區(qū)之前。
文檔編號C03C21/00GK102574246SQ201080045044
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者L·A·穆爾, 李興華 申請人:康寧股份有限公司