專利名稱：具有非恒定速度的移動玻璃帶的激光刻劃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于激光刻劃移動玻璃帶的方法和設(shè)備，且具體來說，涉及用于刻劃帶的速度隨時間變化的移動玻璃帶的方法和設(shè)備。下面的討論涉及沿垂直方向移動的玻璃帶，這是在此披露的方法和設(shè)備的一種典型應(yīng)用。但是，采用這種定向僅僅是為了便于表述，而不應(yīng)理解成以任何方式對本發(fā)明進行限制。類似地，雖然在此公開的方法和設(shè)備的一個應(yīng)用是由于例如用于生產(chǎn)玻璃的工藝的變化而致使玻璃帶速度的非計劃的(非預(yù)期的)變化，但應(yīng)理解，本公開的方法和設(shè)備可等同地應(yīng)用于計劃的(預(yù)期的)速度變化，諸如與玻璃成分、生產(chǎn)率、板尺寸等的變化關(guān)聯(lián)的那些。
定義如在此和權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語“孔隙”意思是形成在玻璃表面的切口，不論該切口是完全穿過玻璃的厚度還是僅部分穿過玻璃的厚度。因此，該術(shù)語包括完全孔隙、部分孔隙、完全中間裂紋、或部分中間裂紋，這里完全孔隙和完全中間裂紋完全穿過玻璃的厚度，而部分孔隙和部分中間裂紋部分地穿過玻璃的厚度。如在此和權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“激光發(fā)射裝置”意思是發(fā)出光的任何裝置并包括產(chǎn)生光的主動裝置(例如激光器)和接收和發(fā)射由另一裝置產(chǎn)生的光的被動裝置(例如，從激光器接收光束并成形和/或聚焦光束)。
背景技術(shù)：
玻璃的刻劃通常是用機械工具實現(xiàn)的。然而，還存在一種替代方案，其使用激光輻射，例如波長為10. 6μπι的CO2激光輻射，從而通過溫度梯度來加熱玻璃并產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。
StJ^i 1^ "Method and apparatus for breaking brittle materials"^^;H專利第 5，776，220 號和名稱為 “Control of median crack depth in laser scoring，，的美國專利第6，327，875號中討論了使用激光器對玻璃進行刻劃。如圖1所示，在激光刻劃過程中，沿著刻劃線115在玻璃112的主表面114中產(chǎn)生孔隙。為了產(chǎn)生孔隙，在玻璃表面上靠近其一個邊緣處形成小的初始裂縫111，然后通過使具有覆蓋區(qū)113的激光束121橫跨玻璃表面進行擴展、并接著用冷卻噴嘴119產(chǎn)生冷卻區(qū)域來轉(zhuǎn)變成孔隙。用激光束加熱玻璃并在其后立即用冷卻劑使玻璃急冷，可產(chǎn)生溫度梯度和對應(yīng)的應(yīng)力場，其用來擴展初始裂縫以形成孔隙。共同轉(zhuǎn)讓的美國專利公開第2008/(^64994號(‘994公開)描述了一種用于對移動的玻璃帶進行激光刻劃的系統(tǒng)，其中，行進滑架沿著直線軌道移動，該直線軌道相對于橫向于玻璃帶運動方向的線以角度α傾斜。
本申請的圖2和3示意地示出了' 994公開的系統(tǒng)。在這些附圖中，玻璃帶用附圖標(biāo)記13來標(biāo)示，行進滑架用附圖標(biāo)記14來標(biāo)示，直線軌道用附圖標(biāo)記15來標(biāo)示，軌道的支承結(jié)構(gòu)(支承框架)用附圖標(biāo)記11來標(biāo)示，產(chǎn)生玻璃帶的設(shè)備、例如熔融拉制機用附圖標(biāo)記9來標(biāo)示。如同在'994申請中所討論的那樣，如固定參考系(例如圖2中的xyz參考系)所示，玻璃帶沿著矢量16的方向以速度3胃移動，而滑架沿著矢量17的方向以速度S滑架移動，其中S帶、S滑架禾口角度α滿足以下關(guān)系
s =s /sina·^fM (1)這樣，滑架與玻璃帶保持同步，或者更確切地說，滑架速度的平行于玻璃帶運動方向的分量大小等于S’因此，當(dāng)從玻璃帶觀察時，滑架簡單地沿矢量18的方向以速度Swa移動，即沿著垂直于玻璃帶移動方向的線7橫跨玻璃帶移動，該速度Swa由下式給出
S刻劃=S 滑架 cos a ·^fM (2)如'994公開所述，提供激光束的激光發(fā)射裝置和提供冷卻流體(例如水)流的噴嘴聯(lián)接至滑架，隨著滑架沿直線軌道移動而一起形成橫跨玻璃帶寬度的孔隙。在某些實施例中，機械刻劃頭(例如刻劃輪)還聯(lián)接至滑架，用于在玻璃帶中形成初始裂縫?；蛘撸跏剂芽p可通過與滑架分開的設(shè)備形成。圖4示意地示出'994公開的這些方面，其中附圖標(biāo)記21、22和23表示在刻劃過程開始時(1)冷卻流體覆蓋區(qū)的位置、(2)激光束覆蓋區(qū)的位置、以及C3)初始裂縫的位置，而附圖標(biāo)記31和32表示在已經(jīng)完成初始化之后的稍后時間點處，冷卻流體覆蓋區(qū)的位置和激光束覆蓋區(qū)的位置。如'994公開所討論的，控制系統(tǒng)可用于控制滑架的運動，從而滿足方程(1)。作為輸入，控制系統(tǒng)可從引導(dǎo)玻璃帶的輥子或監(jiān)控玻璃帶速度的單獨傳感器獲得關(guān)于3胃的信息?！?94公開還描述了通過控制直線軌道15的傾斜角α來滿足方程(1)。但是，該公開沒有討論與變化的α相對的變化Sira的準(zhǔn)則，或與在和/或α變化時保持有效孔隙形成關(guān)聯(lián)的問題。本公開解決這些問題并提供在面對變化時，保持有效激光刻劃的方法和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，公開了一種用于制造玻璃板的方法，該方法包括
(I)形成移動玻璃帶(13)，該玻璃帶具有隨時間變化的速度
(II)通過一方法沿橫向于玻璃帶的運動方向的線(7)在玻璃帶(1 的表面上形成孔隙，該方法包括
(a)以速度Sira沿直線軌道(1 平移滑架(14)，該滑架承載光發(fā)射裝置(1 和噴嘴(119)，該直線軌道相對于線(7)以角度α傾斜，從而所述滑架的運動包括(i)平行于所述線⑵的第一分量(18)和(ii)平行于所述玻璃帶(13)的運動(16)的方向的第二分量，所述光發(fā)射裝置(51)發(fā)射由激光器Gl)產(chǎn)生的光束，且所述噴嘴(119)發(fā)射冷卻流體；
(b)動態(tài)地調(diào)整Sffig、角度α、或同時調(diào)整Sira和角度α，從而所述滑架(14)的運動的第二分量與所述玻璃帶(1 同步；以及
(c)通過改變產(chǎn)生由所述光發(fā)射裝置(51)發(fā)射的光束的所述激光器Gl)的功率Pfct#來補償步驟(II) (b)的動態(tài)調(diào)整；以及(III)沿步驟(II)中形成的所述孔隙從所述玻璃帶(1 分離玻璃板。根據(jù)第二方面，提供方面1的方法，其中
呈形式S 帶=S0+ Δ S0,
其中，&和別是所述玻璃帶速度的額定恒定分量和隨時間變化分量；以及
(ii)當(dāng)I AScJ > 0.03 時，步驟(II) (b)包括改變 α。根據(jù)第三方面，提供方面1的方法，其中⑴步驟(II) (b)包括改變α ；
( )在所述玻璃帶處，由所述光發(fā)射裝置發(fā)射的光束具有長度L和寬度W ；
(iii)所述光發(fā)射裝置包括決定L的第一透鏡單元和決定W的第二透鏡單元；
(iv)所述第一透鏡單元包括至少一個透鏡元件；以及
(ν)步驟(II)還包括調(diào)整所述至少一個透鏡元件的角度定向來補償光束定向由于α的變化而相對于所述線的變化。根據(jù)第四方面，提供方面3的方法，其中所述第二透鏡單元包括至少一個透鏡元件，且α變化時，該構(gòu)件的角度定向相對于所述滑架保持恒定。根據(jù)第五方面，提供方面3或方面4的方法，其中所述第一和第二透鏡單元每個僅包含一個透鏡元件。根據(jù)第六方面，提供方面1的方法，其中
呈形式S 帶=S0+ Δ S0,
其中，&和別是所述玻璃帶速度的額定恒定分量和隨時間變化分量；以及( )當(dāng)IasqI彡O. 03 時，步驟(Il) (b)中α保持恒定。根據(jù)第七方面，提供方面6的方法，其中步驟(II) (C)中Pifc^的變化滿足關(guān)系
dp激光器/ds帶=k · Ctn(a),
其中k是常數(shù)。根據(jù)第八方面，提供方面7的方法，其中=Pifc^以最大激光功率的百分比表達且k< 1. O。根據(jù)第九方面，提供方面1的方法，其中步驟(II)包括沿一路徑將激光從激光器傳遞到光發(fā)射裝置，所述路徑包括柔性激光束遞送系統(tǒng)，所述柔性激光束遞送系統(tǒng)將激光包住在機架中，所述機架具有第一端和第二端，所述第一端附連到激光器或激光器的支承結(jié)構(gòu)，所述第二端附連到所述直線軌道或直線軌道的支承結(jié)構(gòu)，所述機架包括至少一個接頭和至少一個延伸管，其允許第一端和第二端相對于彼此沿三維轉(zhuǎn)動和平動。根據(jù)第十方面，提供方面1-9中任一方面的方法，其中所述玻璃帶通過下拉工藝形成。根據(jù)第十一方面，提供方面1-10中任一方面的方法，其中所述玻璃板是用于顯示裝置的基板。根據(jù)第十二方面，公開了一種用于制造玻璃板的方法，該方法包括(I)形成移動的玻璃帶(13)；(II)通過一方法沿橫向于所述玻璃帶的運動方向的線(7)在所述玻璃帶(1 的表面中形成孔隙，所述方法包括沿直線軌道(1 平移滑架(14)，所述滑架承載光發(fā)射裝置(51)和噴嘴(119)，所述直線軌道相對于所述線(7)以角度α傾斜，從而所述滑架的運動包括⑴平行于所述線(17)的第一分量(18)和(ii)平行于所述玻璃帶(13)的運動方向的第二分量，所述光發(fā)射裝置(51)發(fā)射由激光器Gl)產(chǎn)生的光束，且所述噴嘴(119)發(fā)射冷卻流體；以及
(III)使用步驟(II)中形成的所述孔隙從所述玻璃帶(1 分離玻璃板；其中
(i)在所述玻璃帶(1 處，由所述光發(fā)射裝置發(fā)射的光束具有長度L和寬度W;( )所述光發(fā)射裝置(51)包括決定L的第一透鏡單元(5 和決定W的第二透鏡單元(55)；
(iii)所述第一透鏡單元(5 包括至少一個透鏡元件(81)；
(iv)改變α，從而改變所述滑架(14)的運動的第一和第二分量(18，16)的相對大小；
以及
(ν)調(diào)整所述至少一個透鏡元件(81)的角度定向來補償光束定向由于α的變化而相對于所述線(7)的變化。根據(jù)第十三方面，提供方面12的方法，其中所述第二透鏡單元包括至少一個透鏡元件，且α變化時，該構(gòu)件的角度定向相對于所述滑架保持恒定。根據(jù)第十四方面，提供方面12的方法，其中所述第一和第二透鏡單元每個僅包含一個透鏡元件。根據(jù)第十五方面，提供方面12-14中任一方面的方法，其中所述玻璃帶通過下拉工藝形成。根據(jù)第十六方面，提供方面12-15中任一方面的方法，其中所述玻璃板是用于顯示裝置的基板。根據(jù)第十七方面，公開了一種用于制造玻璃板的方法，該方法包括
(I)形成移動的玻璃帶(13)；
(II)通過一方法沿橫向于玻璃帶的運動方向的線(7)在玻璃帶(1 的表面上形成孔隙，該方法包括
(a)沿直線軌道(1 平移滑架(14)，所述滑架承載光發(fā)射裝置(51)和噴嘴(119)，所述直線軌道相對于所述線(7)以角度α傾斜，從而所述滑架的運動包括(i)平行于所述線(7)的分量(18)和(ii)平行于所述玻璃帶(1 的運動(16)的方向的分量，所述光發(fā)射裝置(51)發(fā)射激光束，且所述噴嘴(119)發(fā)射冷卻流體；以及
(b)沿一路徑將激光從激光器Gl)傳遞到光發(fā)射裝置(51)，所述路徑包括柔性激光束遞送系統(tǒng)(61)，所述柔性激光束遞送系統(tǒng)將激光包住在機架中，所述機架具有第一端(6 和第二端(67)，所述第一端附連到激光器或激光器的支承結(jié)構(gòu)，所述第二端附連到直線軌道(15)或直線軌道的支承結(jié)構(gòu)(11)，所述機架包括至少一個接頭(62)和至少一個延伸管(64)，其允許第一端(6 和第二端(67)相對于彼此沿三維轉(zhuǎn)動和平動；以及
(III)使用步驟(II)中形成的所述孔隙從所述玻璃帶(1 分離玻璃板。
根據(jù)第十八方面，提供方面17的方法，其中所述柔性激光束遞送系統(tǒng)包括光束擴散器。根據(jù)第十九方面，提供方面17或方面18的方法，其中所述玻璃帶通過下拉工藝形成。根據(jù)第二十方面，提供方面17-19中任一方面的方法，其中所述玻璃板是用于顯示裝置的基板。還公開了用于實施上述方法的設(shè)備。在對本公開的各個方面上述概括中使用的附圖標(biāo)記僅為了讀者方便，而并不想要也不應(yīng)當(dāng)理解成限制本發(fā)明的范圍。更一般地說，可以理解的是，以上的總體描述和以下的詳細描述都只是本發(fā)明的示例，是為了提供對本發(fā)明的本質(zhì)和特征的總體或構(gòu)架的理解。本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點在下面的詳細說明中予以闡述，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，一部分可從說明中變得明白或通過實施在此所述的本發(fā)明得以認(rèn)知。包括附圖以提供本發(fā)明的進一步理解，附圖包含在該說明書中并構(gòu)成該說明書的一部分。應(yīng)理解，說明書中和附圖中揭示的本發(fā)明的各種特征可單獨使用和組合使用。


圖1是示出激光刻劃工藝的示意圖。圖2是示出根據(jù)'994公開的激光刻劃系統(tǒng)的示意圖。圖3是更詳細地示出圖2的滑架運動的示意圖。圖4是示出在刻劃過程開始時和隨后時間點處，冷卻流體、激光束和初始裂縫的位置的示意圖。圖5是曲線，其繪制⑴與(水平軸線)相對的S刻劃(左邊垂直軸線)(曲線57)；和(2)與^^ (水平軸線)相對的百分比最大激光功率(右側(cè)垂直軸線)(曲線59)。S
的單位是毫米/秒；對于曲線中，α =3.8°。圖6是示出用于將激光供應(yīng)到浮動光學(xué)頭的系統(tǒng)的示意圖。圖7是采用柔性激光束遞送系統(tǒng)來將激光供應(yīng)到浮動光學(xué)頭的實施例的立體圖。圖8是圖7的系統(tǒng)的側(cè)視圖。圖9是圖7的系統(tǒng)的俯視圖。圖10是圖7的浮動光學(xué)頭的立體圖，其外殼的一部分移除以示出第一和第二透鏡單元以及用于本實施例中的轉(zhuǎn)鏡的位置。圖11是圖7的浮動光學(xué)頭的第一透鏡單元的立體圖。圖12是示出光束穿過圖7的浮動光學(xué)頭時，光束的形狀和定向的示意圖。
具體實施例方式通常，玻璃帶的速度可描述為由額定分量&和從額定值的偏移構(gòu)成S 帶=S0+Δ方程(3)&和八&都可以是時間的函數(shù)。例如，&可以由于例如生產(chǎn)率中預(yù)期的變化而變化，而△&可以由于過程條件中非預(yù)期的變化而變化。通常，3胃由于&的變化而變化的頻率小于由于的變化而變化的頻率，雖然例如在可能需要測試一系列額定玻璃帶速度中的新過程的調(diào)試過程中，可能相反。為了以下討論，假設(shè)&在整個感興趣的時間范圍內(nèi)是恒定的，且表示玻璃帶速度關(guān)于&的波動并同時包括預(yù)期的和非預(yù)期的波動。為了使得在變化時滑架與玻璃帶保持同步，S卩，為了使滑架的運動從玻璃帶看時是直線，需要改變Siw^n α中的一個或同時改變兩者。通常，改變比改變α來得簡單。但是，根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)揭示了僅可以在受限范圍內(nèi)變化而不犧牲從玻璃帶分離的玻璃板的邊緣的質(zhì)量。具體來說，已經(jīng)揭示了隨著Si^變化，需要控制激光功率以將激光刻劃工藝保持在可接受的工藝窗中。具體來說，激光功率需要隨著Sira的增加而增加，并隨著的減少而減少。但是，對激光功率可進行的變化程度同時使系統(tǒng)保持在其工藝窗中變得非常受限。圖5中示出該結(jié)果，沿水平軸線以毫米/秒繪制S^沿左側(cè)垂直軸線以毫米/秒繪制刻劃速度，并沿右側(cè)垂直軸線以最大功率百分比繪制激光功率。該圖中示出的曲線是基于從3. 8°的α值獲得的測量數(shù)據(jù)的。產(chǎn)生圖5數(shù)據(jù)的試驗顯示從玻璃帶分離的玻璃板的邊緣特性在玻璃帶的額定速度(該情況中，50毫米/秒)士3%的窄范圍內(nèi)是重復(fù)地可接受的。即，根據(jù)上面的方程(3)，當(dāng)I AScJ彡0. 03 · S0時，滑架速度和激光功率調(diào)整的組合可用于適配玻璃帶速度的變化，而當(dāng)> 0.03* 時，還需要改變α以提供可靠的邊緣質(zhì)量。圖5還顯示補償3胃的變化所需的激光功率的變化可以是的線性函數(shù)。該線性依賴可便于激光刻劃工藝的控制。對應(yīng)該實施例， dF>激光器/ds帶可以寫成dF>激光器/ds帶=k Ctn(a)，其中，k是常數(shù)。即，當(dāng)Sm增加以適配^的增加時，刻劃速度增加的速率是ctn(a)(gp,dSMJ/dS^=ctn(a)；見上面方程⑴和(2))，為維持可靠的邊緣形成，激光功率需要增加的速率可以小于、大于、或等于ctn( a )，取決于k的值。在圖5的數(shù)據(jù)的情形中，激光功率表達為最大功率的百分比，k小于1.0。如將變得明顯的，對于任何具體應(yīng)用和對于激光功率的任何具體單位(例如，最大功率的百分比、瓦特等)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過本發(fā)明可容易地確定k的具體值。圖6-9示出可用于改變角度α以適應(yīng)的3帛變化，例如大于0. 03 · S0的變化的設(shè)備。具體來說，圖6示意性示出可用于該目的的設(shè)備的總體示例性布置，而圖7-9示出具體的示例性實施例。圖6中，單個玻璃板從其分離的玻璃帶用附圖標(biāo)記13標(biāo)示，用于可移動滑架的直線軌道用附圖標(biāo)記15標(biāo)示，而生產(chǎn)玻璃帶的設(shè)備、例如熔融拉制機用附圖標(biāo)記9標(biāo)示。為了簡化表示，在圖6-9中，滑架由浮動光學(xué)頭51代表，應(yīng)理解，滑架可包括其他裝置，包括用于冷卻流體的噴嘴。浮動光學(xué)頭51接收由激光器41產(chǎn)生的激光束43并將激光束朝向玻璃帶13引導(dǎo)。如上面結(jié)合圖1-4所討論的，激光束與冷卻流體組合延伸了形成在玻璃中的初始裂縫以產(chǎn)生跨越玻璃帶寬度的孔隙，單個玻璃板在該孔隙處與玻璃帶分離。圖6中，激光束被示出為通過鏡子45和47引導(dǎo)到浮動光學(xué)頭，鏡子45和47位于機架49內(nèi)，用于接收來自激光器的光并將光傳遞到浮動光學(xué)頭，機架49具有合適的孔或聯(lián)接件(未圖示)。鏡子45和47的位置和角度定向可以主動控制，從而在角度α變化時，將激光束保持瞄準(zhǔn)浮動頭。雖然僅示出兩個鏡子，如果需要，可使用另外的鏡子。除了用于適應(yīng)α的變化，鏡子的位置和角度定向還可用于補償激光器41和軌道45之間由于溫度變化(例如從室溫變化到與玻璃帶的制造關(guān)聯(lián)的升高的運行溫度)、機械振動等引起的相對移動。由于所要求的功率水平，激光器通常非常大且因此在生產(chǎn)線中，經(jīng)常被安裝在與用于軌道15的支承結(jié)構(gòu)分開的支承結(jié)構(gòu)上。由此，激光器41和軌道15可經(jīng)歷相對于彼此的相對運動，因此需要持續(xù)將激光束瞄準(zhǔn)浮動光學(xué)頭。這種持續(xù)瞄準(zhǔn)可通過使用計算機控制系統(tǒng)主動地變化鏡子45和47的定向和/或位置來實現(xiàn)，該計算機控制系統(tǒng)從合適的傳感器獲取關(guān)于激光器(和/或其支承系統(tǒng))和直線軌道(和/或其支承系統(tǒng))的位置的輸入數(shù)據(jù)。圖7-9示出可被動地適應(yīng)的α變化以及激光器41和軌道15的相對位置由于溫度變化、機械振動等的變化的實施例。該實施例包括柔性激光束遞送系統(tǒng)61，其將激光包住在機架中，機架具有第一端65和第二端67，第一端附連到激光器41或激光器的支承結(jié)構(gòu)，第二端附連到直線軌道15或直線軌道的支承結(jié)構(gòu)，例如圖7-9中的支承結(jié)構(gòu)。將第二端67附連到直線軌道15具有優(yōu)點，S卩，隨著角度α變化，激光束瞄準(zhǔn)浮動光學(xué)頭51，因為軌道、第二端、以及光學(xué)頭作為一個單元隨著α變化而移動。如圖7-9所示，遞送系統(tǒng)的機架包括至少一個接頭62和至少一個延伸管64，其允許第一端65和第二端67相對于彼此沿三維轉(zhuǎn)動和平動。由此，遞送系統(tǒng)的第一和第二端可相對于彼此移動，而基本上不降級從激光器到系統(tǒng)的光輸入或到浮動光學(xué)頭的光輸出。這是重要的優(yōu)點，因為其提供了可安裝的并然后能夠長時期作用而無操作者介入的耐用系統(tǒng)。至少一個接頭和至少一個延伸管的組合還便于刻劃系統(tǒng)的安裝、對準(zhǔn)和維護。在這點上，應(yīng)注意，光束指向精確度要求是非常嚴(yán)格的；例如，在距離遞送系統(tǒng)的最后的鏡子3米遠或更遠處，光束的中心從浮動光學(xué)頭的中心線的偏離的合適規(guī)格可以是士 100 μ m或更少。還如圖7-9所示，柔性激光束遞送系統(tǒng)61可包括光束擴散器63以便于激光傳遞到浮動光學(xué)頭并然后傳遞到玻璃帶上。參見共同待審的、一同轉(zhuǎn)讓的題為“Coring ofNon-Flat Materials”的美國專利申請No. 12/220，948 (下文稱為'948申請)。遞送系統(tǒng)還可包括圓形偏光器(圖7-9中未圖示)。該系統(tǒng)可使用商業(yè)上可獲得的設(shè)備來構(gòu)造，諸如由美國密歇根州威克瑟姆的美國激光企業(yè)(American Laser Enterprises)公司生產(chǎn)的設(shè)備。轉(zhuǎn)到浮動光學(xué)頭51，如圖10所示，浮動頭可包括控制激光束在玻璃帶13上的長度的第一透鏡單元53，控制激光束的寬度的第二透鏡單元55，以及將光束朝向玻璃帶引導(dǎo)的轉(zhuǎn)鏡69。第一透鏡單元可例如包括單個圓柱形負透鏡元件，該單個圓柱形負透鏡元件沿圖2的Z軸方向(即，沿垂直于圖2的紙的平面的方向)擴散光束，而第二透鏡單元可例如包括單個圓柱形正透鏡元件，該單個圓柱形正透鏡元件在穿過軌道的中心線的平面并平行于圖2中χ-y平面中沿正交于軌道15的方向聚集光束。當(dāng)然，在第一和第二透鏡單元任一個中或兩者中可使用更多的透鏡元件。圖12示出第一和第二透鏡單元在傳播光束中的作用。如該圖所示，光束進入具有圓形橫截面83的浮動光學(xué)頭并沿箭頭91的方向傳播。光束進入第一透鏡單元53，第一透鏡單元擴散光束，使得離開該單元時，光束具有用附圖標(biāo)記85標(biāo)示的構(gòu)型。此后，光束穿過第二透鏡單元并通過鏡子69反射到玻璃帶上。圖12中，第二透鏡單元和鏡子的組合作用用附圖標(biāo)記93標(biāo)示。如果軌道15是水平的，在玻璃帶處所獲得的光束將具有用圖12中的附圖標(biāo)記89標(biāo)示的構(gòu)型和定向。但是，當(dāng)軌道15以角度α在水平下傾斜時，在玻璃帶處，光束具有由圖12中用附圖標(biāo)記87標(biāo)示的定向。即，光束以角度α向上轉(zhuǎn)動。
應(yīng)注意，如果Si^和α選擇成滿足方程(1)，傾斜的光束仍將沿直線(例如直線7)平移跨越玻璃帶，但光束的主軸不再沿該線位于線上。實踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，光束的路徑與光束的主軸線之間的這種不匹配可致使不可靠的刻劃和/或差的邊緣質(zhì)量，因為光束的主軸線不再完全與被冷卻液和初始裂縫橫過的路徑對準(zhǔn)。為解決該問題，第一透鏡單元可以如圖11所示構(gòu)造，從而允許透鏡元件81的圓柱軸線(或多個透鏡元件的圓柱軸線，如果使用的話)轉(zhuǎn)動，從而將光束的主軸線的定向帶到與光束的跨越玻璃帶表面的運動方向?qū)?zhǔn)。如圖11所示，透鏡單元53可包括機架73，步進馬達75安裝到機架73上，步進馬達驅(qū)動齒輪77，齒輪77又驅(qū)動更大齒輪79，透鏡元件81附連到該更大齒輪79。步進馬達由控制器(未圖示)致動，控制器協(xié)調(diào)透鏡元件81的定向與軌道15的角度。具體來說，如圖12所示，控制器致使透鏡元件(或多個透鏡元件)的圓柱軸線圍繞平行于軌道15的軸線轉(zhuǎn)動α，轉(zhuǎn)動的方向致使光束87轉(zhuǎn)到與光束定向89對準(zhǔn)。如圖10所示，第二透鏡單元55也可裝備有步進馬達和齒輪傳動系以改變該單元的圓柱軸線的定向。但是，實踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)第二透鏡單元的圓柱軸線與玻璃帶上刻劃線的法線之間的不對準(zhǔn)比第一透鏡單元的圓柱軸線與刻劃線之間的不對準(zhǔn)麻煩小得多。因此，很多應(yīng)用中，第二透鏡單元可具有相對于滑架的固定定向，由此降低光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。如將理解的，圖10和11所示的設(shè)備僅僅是說明性的，且多個其他機構(gòu)可用于改變第一和第二透鏡單元的透鏡元件的圓柱軸線的定向。此外，名稱“第一透鏡單元”和“第二透鏡單元”不應(yīng)被解讀為意味著各單元操作激光束的順序。雖然在圖中，第一透鏡單元在第二透鏡單元之前，如果需要，各單元可具有相反的布置。第一和第二透鏡單元可具有多種形式，取決于具體的刻劃系統(tǒng)。‘948申請中包括了用于第一和第二透鏡單元的功率、間距等的代表性例子，其可結(jié)合本發(fā)明使用。該申請的規(guī)則可使用商業(yè)上可獲得的ΖΕΜΑΧ(美國華盛頓州貝爾維尤的澤麥科斯發(fā)展公司(ZEMAX Development Corporation))光學(xué)設(shè)計軟件來獲得。類似地，本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的規(guī)則可使用ZEMAX或其他商業(yè)上可獲得或定制光學(xué)設(shè)計程序來獲得。實踐中，上面討論的本發(fā)明的各方面可組合使用以形成自動地補償玻璃帶速度變化的系統(tǒng)。例如，使用關(guān)于3胃的輸入數(shù)據(jù)，控制器可同時調(diào)整(I)Si^，(2)Pra, (3)軌道15的角度α，以及(4)激光束的主軸線(或主軸線和輔軸線)的定向，從而在所需的工藝窗中實現(xiàn)激光刻劃和邊緣質(zhì)量。通過使用柔性激光束遞送系統(tǒng)，可實時進行這種調(diào)整而不需要人工介入。如從前文可看到的，本發(fā)明提供有利于激光刻劃的方法和相關(guān)設(shè)備，這又提供了以下益處干凈和堅固的邊緣，對于玻璃成分和厚度的不敏感性，以及最小的帶運動擾動。此外，通過增大軌道角度α，可以降低的刻劃速度進行激光刻劃，這允許深刻劃或整體切割。不脫離本發(fā)明的范圍和精神的各種改型對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見的。例如，除了僅沿一個方向?qū)嵤┛虅澣缓髲?fù)位以進行下一次刻劃之外，系統(tǒng)還可構(gòu)造成沿兩個移動方向?qū)嵤┛虅潱缭趫D2中從左到右，然后從右到左，等等。下述權(quán)利要求想要覆蓋這些和其他在此所闡述的實施例的改型、變型和等同結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種制造玻璃板的方法，包括(I)形成移動玻璃帶，所述玻璃帶具有隨時間變化的速度SΦ；(II)通過一方法沿橫向于所述玻璃帶的運動方向的線在所述玻璃帶的表面上形成孔隙，所述方法包括(a)以速度沿直線軌道平移滑架，所述滑架承載光發(fā)射裝置和噴嘴，所述直線軌道相對于所述線以角度α傾斜，從而所述滑架的運動包括(i)平行于所述線的第一分量和( )平行于所述玻璃帶的運動方向的第二分量，所述光發(fā)射裝置發(fā)射由激光器產(chǎn)生的光束，且所述噴嘴發(fā)射冷卻流體；(b)動態(tài)地調(diào)整、角度α、或同時調(diào)整Sira和角度α，從而所述滑架的運動的第二分量與所述玻璃帶同步；以及(c)通過改變產(chǎn)生由所述光發(fā)射裝置發(fā)射的光束的所述激光器的功率Pifc^來補償步驟(II) (b)的動態(tài)調(diào)整；以及(III)沿步驟(II)中形成的所述孔隙從所述玻璃帶分離玻璃板。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于呈形式S 帶=S0+ Δ S0,其中，&和別是所述玻璃帶速度的額定恒定分量和隨時間變化分量；以及(ii)當(dāng)I AScJ > 0.03 時，步驟(II) (b)包括改變 α。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于⑴步驟(II) (b)包括改變α ；( )在所述玻璃帶處，由所述光發(fā)射裝置發(fā)射的光束具有長度L和寬度W ；(iii)所述光發(fā)射裝置包括決定L的第一透鏡單元和決定W的第二透鏡單元；(iv)所述第一透鏡單元包括至少一個透鏡元件；以及(ν)步驟(II)還包括調(diào)整所述至少一個透鏡元件的角度定向來補償光束定向由于α的變化而相對于所述線的變化。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述第二透鏡單元包括至少一個透鏡元件，且α變化時，該構(gòu)件的角度定向相對于所述滑架保持恒定。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所述第一和第二透鏡單元每個僅包含一個透鏡元件。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于呈形式S 帶=S0+ Δ S0,其中，&和別是所述玻璃帶速度的額定恒定分量和隨時間變化分量；以及( )當(dāng)IasqI彡O. 03 時，步驟(Il) (b)中α保持恒定。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于步驟(II)(C)中？《#的變化滿足關(guān)系dp激光器/ds帶=k · ctn(a),其中k是常數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于=Pifc^以最大激光功率的百分比表達且k< 1. 0。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(II)包括沿一路徑將激光從激光器傳遞到光發(fā)射裝置，所述路徑包括柔性激光束遞送系統(tǒng)，所述柔性激光束遞送系統(tǒng)將激光包住在機架中，所述機架具有第一端和第二端，所述第一端附連到激光器或激光器的支承結(jié)構(gòu)，所述第二端附連到所述直線軌道或直線軌道的支承結(jié)構(gòu)，所述機架包括至少一個接頭和至少一個延伸管，其允許第一端和第二端相對于彼此沿三維轉(zhuǎn)動和平動。
10.如權(quán)利要求1-9中的任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃帶通過下拉工藝形成。
11.如權(quán)利要求1-10中的任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃板是用于顯示裝置的基板。
12.一種制造玻璃板的方法，包括(I)形成移動的玻璃帶；(II)通過一方法沿橫向于所述玻璃帶的運動方向的線在所述玻璃帶的表面中形成孔隙，所述方法包括沿直線軌道平移滑架，所述滑架承載光發(fā)射裝置和噴嘴，所述直線軌道相對于所述線以角度α傾斜，從而所述滑架的運動包括(i)平行于所述線的第一分量和(ii)平行于所述玻璃帶的運動方向的第二分量，所述光發(fā)射裝置發(fā)射由激光器產(chǎn)生的光束，且所述噴嘴發(fā)射冷卻流體；以及(III)使用步驟(II)中形成的所述孔隙從所述玻璃帶分離玻璃板；其中(i)在所述玻璃帶處，由所述光發(fā)射裝置發(fā)射的光束具有長度L和寬度W ；( )所述光發(fā)射裝置包括決定L的第一透鏡單元和決定W的第二透鏡單元；(iii)所述第一透鏡單元包括至少一個透鏡元件；(iv)改變α，從而改變所述滑架的運動的第一和第二分量的相對大??；以及(ν)調(diào)整所述至少一個透鏡元件的角度定向來補償光束定向由于α的變化而相對于所述線的變化。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述第二透鏡單元包括至少一個透鏡元件，且α變化時，該構(gòu)件的角度定向相對于所述滑架保持恒定。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述第一和第二透鏡單元每個僅包含一個透鏡元件。
15.如權(quán)利要求12-14中的任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃帶通過下拉工藝形成。
16.如權(quán)利要求12-15中的任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃板是用于顯示裝置的基板。
17.—種制造玻璃板的方法，包括(I)形成移動的玻璃帶；(II)通過一方法沿橫向于所述玻璃帶的運動方向的線在所述玻璃帶的表面上形成孔隙，所述方法包括(a)沿直線軌道平移滑架，所述滑架承載光發(fā)射裝置和噴嘴，所述直線軌道相對于所述線以角度α傾斜，從而所述滑架的運動包括(i)平行于所述線的分量和(ii)平行于所述玻璃帶的運動方向的分量，所述光發(fā)射裝置發(fā)射激光束，且所述噴嘴發(fā)射冷卻流體；以及(b)沿一路徑將激光從激光器傳遞到光發(fā)射裝置，所述路徑包括柔性激光束遞送系統(tǒng)，所述柔性激光束遞送系統(tǒng)將激光包住在機架中，所述機架具有第一端和第二端，所述第一端附連到激光器或激光器的支承結(jié)構(gòu)，所述第二端附連到所述直線軌道或直線軌道的支承結(jié)構(gòu)，所述機架包括至少一個接頭和至少一個延伸管，其允許第一端和第二端相對于彼此沿三維轉(zhuǎn)動和平動；以及(III)使用步驟(II)中形成的所述孔隙從所述玻璃帶分離玻璃板。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于所述柔性激光束遞送系統(tǒng)包括光束擴散ο
19.如權(quán)利要求17或18所述的方法，其特征在于所述玻璃帶通過下拉工藝形成。
20.如權(quán)利要求17-19中的任一項所述的方法，其特征在于，所述玻璃板是用于顯示裝置的基板。
全文摘要
使用傾斜軌道(15)和沿軌道行進的滑架(14)進行以非恒定速度移動的玻璃帶(13)的激光刻劃。滑架可包括浮動光學(xué)頭(51)，浮動光學(xué)頭從聯(lián)接到激光器(41)的柔性激光束遞送系統(tǒng)(61)接收激光。玻璃帶的小于或等于玻璃帶額定速度±3％的速度變化可通過改變滑架的速度和調(diào)整激光器(41)的輸出功率來適應(yīng)。更大的速度變化可另外地涉及調(diào)整軌道的傾斜角α?？蛇M行浮動光學(xué)頭(51)內(nèi)的第一透鏡單元(53)的定向的調(diào)整以在傾斜角變化時，保持激光束的主軸線沿刻劃線。
文檔編號C03B33/09GK102596831SQ201080049662
公開日2012年7月18日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者A·A·阿布拉莫夫, J·W·布朗, 周乃越 申請人:康寧股份有限公司