專利名稱：利用平剖面光束進(jìn)行激光刻劃的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對玻璃板進(jìn)行刻劃和/或分離的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法包括具 有平剖面(flat profile)的激光束。
背景技術(shù)：
過去有幾種不同的方法和技術(shù)分離玻璃板。廣泛使用的方法包括利用激光刻劃和 /或分離玻璃板。激光束沿玻璃板移動(dòng)，在玻璃板表面產(chǎn)生溫度梯度，同時(shí)以一定距離跟在 激光束后面的冷卻劑(如氣體或液體)將所述溫度梯度擴(kuò)大。具體而言，激光對玻璃板的加 熱和冷卻劑對玻璃板的冷卻在玻璃板中產(chǎn)生應(yīng)力。這樣就沿著玻璃板產(chǎn)生刻劃線。然后， 可沿著該刻劃線分離玻璃板，從而將其分成兩塊較小的玻璃板。為開發(fā)激光刻劃玻璃板，特別是生產(chǎn)平板顯示器(如LCD)所用玻璃板的系統(tǒng)和方 法，人們付出了相當(dāng)大的努力。若要高速刻劃低膨脹系數(shù)玻璃，則要求激光具有非常高的功 率水平。然而，所需激光功率往往不是稍低于就是超過目前常用的密封管CO2激光器的功 率水平。人們采用多種方法改變激光束的剖面，以提高刻劃速度。標(biāo)準(zhǔn)的激光刻劃方法采 用TEMotl模，得到經(jīng)典的高斯光束。人們還開發(fā)出了圓環(huán)形(即“D-?！?剖面，使刻劃速度 稍有提高。盡管在這些模式下，可以較高速度來刻劃玻璃，但仍須提高工藝效率，即以更低 的激光功率獲得更高的刻劃速度。因此，本領(lǐng)域需要使用功率較低的激光器高速刻劃玻璃板的方法和系統(tǒng)，在玻璃 板中產(chǎn)生足夠的應(yīng)力，以實(shí)現(xiàn)刻劃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了刻劃和/或分離玻璃板的系統(tǒng)和方法。一方面，本發(fā)明提供了刻劃 玻璃板的方法，它包括沿玻璃板移動(dòng)激光束，產(chǎn)生刻劃線。所述激光束具有一能量密度剖 面。一方面，該激光束在其至少一部分長度上具有基本均勻的峰值能量密度；另一方面，該 激光束可以是雙模激光束，包含約60% -70%的TEMOO模和約30% -40%的TEM01*模。所 述方法還包括沿刻劃線分離該玻璃板。根據(jù)各個(gè)方面，所述激光束可由CO2激光器產(chǎn)生。本發(fā)明的其他實(shí)施方式將部分在以下詳述和后面的權(quán)利要求書中列出，部分可通 過詳述推知，或者通過實(shí)施本發(fā)明習(xí)知。應(yīng)理解，前面的概述和下面的詳述都只是舉例性和 描述性的，不對所披露和/或所要求專利權(quán)的本發(fā)明構(gòu)成限制。


圖1顯示了 TEMOO模的激光束的強(qiáng)度剖面。圖2顯示了 TEMOf模的激光束的強(qiáng)度剖面。圖3顯示了標(biāo)準(zhǔn)D-模(比例為60% /40%的TEMOf/TEMOO混合模 式)的強(qiáng)度剖面。圖4顯示了 CO2激光器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束的強(qiáng)度剖面。圖5顯示了圖4所示標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束強(qiáng)度剖面的模強(qiáng)度分布。圖6是標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束強(qiáng)度剖面的圖解模型。圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的平頂D-模激光束強(qiáng)度剖面的圖解模型。圖8是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面沿著標(biāo)準(zhǔn)D-模和平頂D模激光束的刻劃線的玻璃 表面溫度(T)的圖示。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的描述是以目前已知的最佳實(shí)施方式給出可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的詮釋。為 此，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識并理解，可對本文所述的本發(fā)明各實(shí)施方式作出許多改變， 但仍能獲得本發(fā)明的有益效果。同樣顯而易見的是，選擇本發(fā)明的一些特征而不利用其他 特征，也可獲得本發(fā)明的一些所需益處。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，對本發(fā)明作出 許多改進(jìn)和調(diào)整不僅是可能的，而且在某些情況下甚至是需要的，它們也是本發(fā)明的一部 分。因此，以下描述用于闡釋本發(fā)明的原理，而不是對其構(gòu)成限制。本文所用單數(shù)形式“一個(gè)” “一種”和“該”包括其復(fù)指形式，除非上下文另有明確 說明。因此，舉例來說，當(dāng)提到“一塊玻璃板”時(shí)，它包括有兩塊或更多塊這樣的玻璃板的實(shí) 施方式，除非上下文另有明確說明?！胺秶?一詞可在本文中表達(dá)為自“約” 一個(gè)特定值起和/或至“約”另一個(gè)特定值 止。當(dāng)表達(dá)了這樣一個(gè)范圍時(shí)，另一個(gè)實(shí)施方式包括自一個(gè)特定值起和/或至另一個(gè)特定 值止。類似地，當(dāng)用先行詞“約”將數(shù)值表達(dá)為近似值時(shí)，應(yīng)理解，該特定值構(gòu)成另一個(gè)實(shí)施 方式。還應(yīng)理解，每個(gè)范圍的端值無論是與另一個(gè)端值聯(lián)系起來還是獨(dú)立于另一個(gè)端值，都 是有意義的。如上面所概述的，本發(fā)明提供了刻劃玻璃板(如平坦玻璃板)的方法和系統(tǒng)。標(biāo) 準(zhǔn)激光模式包括TEMOO模(高斯或“S”模)、TEMOf模(包括TEMOl模和TEMlO模兩個(gè)偏 振態(tài))和標(biāo)準(zhǔn)D-模(約60% TEMO1*模和40% TEMOO模的混合)。圖1_3分別顯示了 CO2 激光器產(chǎn)生的這些模式的模強(qiáng)度剖面。圖4-5分別顯示了由激光器產(chǎn)生并通過Spiricon 激光束剖面測量儀測量的標(biāo)準(zhǔn)D-模激光的強(qiáng)度(或能量密度)剖面和強(qiáng)度分布?？梢钥?出，最多含40%的TEMOO的標(biāo)準(zhǔn)D-模產(chǎn)生了兩個(gè)不同的峰和一個(gè)中央凹陷。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了適合產(chǎn)生這樣一種激光束的激光器在其長度的 至少一部分上，其能量密度剖面具有基本上均勻的峰值能量密度。又一方面，該激光束可以 是雙模激光束，例如但不限于包含TEMOO模和TEMOf模的雙模激光束。在一個(gè)特別方面， TEMOO模與ΤΕΜ0Γ模的比例是約60 % -70 %的TEMOO模和約30 % -40 %的ΤΕΜ01*模。例 如，所述比例可以是60% /40%,65% /35%或70% /30%的ΤΕΜ00/ΤΕΜ01*，也可以是其他 比例。根據(jù)多個(gè)方面，提供了一種刻劃一塊或多塊平坦玻璃板的方法。所述方法可包括沿玻璃板移動(dòng)激光束，以產(chǎn)生刻劃線。如上所述，根據(jù)多個(gè)方面，在所述激光束的長度的至 少一部分上，其能量密度剖面具有基本上均勻的峰值能量密度。又一方面，所述激光束是雙 模激光束，包含約60% -70%的TEMOO模和30% -40%的TEMO1*模。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面，提供了分離一塊或多塊平坦玻璃板的方法。一方面，分離 平坦玻璃板包括沿玻璃板移動(dòng)激光束以產(chǎn)生刻劃線，然后沿刻劃線分離玻璃板。可以利用 在其至少一部分長度上具有基本上均勻的峰值密度的激光束，來產(chǎn)生刻劃線。此外，所述激 光束可以是雙模激光束，包含約60% -70%的TEMOO模和約30% -40%的ΤΕΜ0Γ模。玻璃 板的分離可通過在刻劃之后對玻璃板進(jìn)行機(jī)械彎折來實(shí)現(xiàn)。任選地，玻璃板的分離可以這 樣實(shí)現(xiàn)在產(chǎn)生刻劃線的第一激光束之后，沿玻璃板移動(dòng)第二激光束。又一方面，第一激光 束可以產(chǎn)生深刻劃線，該刻劃線穿透玻璃厚度，從而實(shí)現(xiàn)玻璃板的完全分離?？梢栽O(shè)想其他 分離玻璃板的方法，這些方法被視為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。一方面，激光束可通過CO2激光器產(chǎn)生。任選地，激光束可由功率在約200W與800W 之間的激光器產(chǎn)生。又一方面，激光束可由功率在約450W與550W之間的激光器產(chǎn)生。在 一個(gè)特別方面，可利用功率約為500W的CO2激光器產(chǎn)生激光束。如下面將要進(jìn)一步描述的， 使用具有基本上均勻的峰值能量密度的激光束(“平頂剖面”激光束)可在刻劃玻璃板時(shí) 得到更高的效率。因此，一方面，激光束可由任何激光器產(chǎn)生，只要它具有足夠的功率，從而 沿玻璃板表面獲得所需的刻劃速度和/或溫度梯度。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面產(chǎn)生的激光束在其至少一部分長度上具有基本上均勻的 峰值能量密度，例如，如圖7所示。所述基本上均勻的峰值能量密度可與標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束 的能量密度作比較，如圖6所示(該圖顯示了圓環(huán)形能量密度剖面，其能量密度在靠近激光 束中心的地方有一個(gè)明顯的凹陷)。再看圖7，激光束能量密度剖面的長度可大于其相應(yīng)寬 度。例如，激光束能量密度剖面可具有約l_2mm的寬度和約250-400mm的長度。在多個(gè)方面，可產(chǎn)生具有由以下方程表征的能量密度剖面的光束<formula>formula see original document page 5</formula>其中Ι是激光束能量密度，ωχ是光束寬度參數(shù)，COy是光束長度參數(shù)，A和B是決 定激光束形狀和能量密度的常數(shù)。又一方面，Α/Β等于1/2。在多個(gè)方面，激光束可以按預(yù)定的刻劃速度沿玻璃板移動(dòng)。所述刻劃速度可隨激 光功率、待刻劃玻璃的熱膨脹系數(shù)和彈性模量而變化。在一個(gè)特別方面，移動(dòng)激光束的步驟 包括以約500-1000mm/s的速度移動(dòng)激光束。例如，刻劃速度可以是750mm/s。最后，應(yīng)當(dāng)理解，雖然已經(jīng)結(jié)合某些具體的闡釋性實(shí)施方式詳細(xì)描述了本發(fā)明，但 不應(yīng)誤以為本發(fā)明受限于這些實(shí)施方式，因?yàn)樵诓槐畴x所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的廣 泛精神和范圍的前提下，可以作出許多改進(jìn)。實(shí)施例為進(jìn)一步闡述本發(fā)明的原理，給出了以下實(shí)施例，以便為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 完整地揭示和描述如何制備和評價(jià)本發(fā)明要求專利權(quán)的陶瓷制品和方法。這些實(shí)施例純粹 是作為本發(fā)明的示例，不對發(fā)明人視為其發(fā)明的內(nèi)容的范圍構(gòu)成限制。發(fā)明人已盡力保證 所引數(shù)值(例如數(shù)量、溫度等)的準(zhǔn)確性，不過，可能存在一些誤差和偏差。
做了一個(gè)刻劃平坦玻璃板的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)采用本文結(jié)合本發(fā)明多個(gè)方面所描述的 標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束以及包含60 % -70 %的TEMOO模和30 % -40 %的TEMO1*模的雙模激光束。 實(shí)驗(yàn)條件包括約750mm/s的刻劃速度、約500W的激光功率和10-14ccm的冷卻劑流量。所 產(chǎn)生的光束具有以下方程所表征的能量密度剖面
<formula>formula see original document page 6</formula>其中I是激光束能量密度，ωχ是光束寬度參數(shù)，COy是光束長度參數(shù)，A和B是決 定激光束形狀和能量密度的常數(shù)。對于標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束，Α/Β為1/18，得到基本上呈圓環(huán) 形的強(qiáng)度剖面。對于后面一種激光束(60% -70%的TEMOO模和30% -40%的ΤΕΜ01*模)， 采用的Α/Β為1/2，產(chǎn)生基本上為平頂?shù)膹?qiáng)度剖面。圖8顯示了本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，呈現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束和后面的平頂剖面模激光束所 產(chǎn)生的溫度沿刻劃線的分布情況。圖8表明，與標(biāo)準(zhǔn)D-模激光相比，平頂剖面模式對玻璃 板的加熱更均勻，并更快地加熱到更高的溫度?？梢钥隙?，若平頂剖面光束產(chǎn)生的最高溫度超過穩(wěn)定刻劃過程所要求的溫度，則 可減小激光功率，如減小約20% -25%。利用ANSYS FEA軟件所做的應(yīng)力計(jì)算表明，因?yàn)槠?頂剖面光束使玻璃表面產(chǎn)生更高的溫度，所以在激光功率與標(biāo)準(zhǔn)D-模激光束相同的情況 下，它也產(chǎn)生更高的瞬時(shí)應(yīng)力。因此，可以肯定，使用功率較低的激光器產(chǎn)生的平頂剖面光 束，可與通過功率較高的激光器所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)D-模光束產(chǎn)生相等的應(yīng)力。
權(quán)利要求
一種刻劃平坦玻璃板的方法，其包括沿玻璃板移動(dòng)激光束以產(chǎn)生刻劃線，其中激光束所具有的能量密度剖面在其至少一部分長度上具有基本上均勻的峰值能量密度。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述激光束是雙模激光束，并且包含約 60% -70% 的 TEMOO 模和約 30% -40% 的 TEMO1* 模。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述激光束包含約65%的TEMOO模和約35% 的 TEMO1* 模。
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，所述激光束是由具有輸出耦合器的激光器 所產(chǎn)生的，所述方法還包括改變所述輸出耦合器以獲得約60% -70%的TEMOO模和約 30% -40%的TEM01*模的比例。
5.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，移動(dòng)激光束的步驟包括以約500-1000mm/s的 速度移動(dòng)激光束。
6.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述激光束所具有的能量密度剖面由以下方 程表征<formula>formula see original document page 2</formula>其中/是激光束能量密度，ω χ是光束寬度參數(shù)， 是光束長度參數(shù)，A和B是決定激光束的形狀和能量密度的常數(shù)，Α/Β 等于 1/2。
7.如權(quán)利要求5所述方法，其特征在于，所述激光束的能量密度剖面是約l-2mm寬且約 250-400mm 長。
8.如權(quán)利要求1所述方法，還包括沿刻劃線分離玻璃板。
9.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述激光束是由CO2激光器產(chǎn)生的。
全文摘要
本發(fā)明提供了對玻璃板進(jìn)行刻劃的系統(tǒng)和方法?？僧a(chǎn)生這樣一種激光束，沿著其至少一部分長度，它具有基本上均勻的峰值能量密度。所述激光束沿玻璃板移動(dòng)，產(chǎn)生刻劃線。此外，玻璃板可沿刻劃線分離。在一些方面，所述激光束是雙模激光束，包含約60％-70％的TEM00模和約30％-40％的TEM01*模。
文檔編號B23K26/00GK101808773SQ200880110035
公開日2010年8月18日 申請日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者A·A·阿布拉莫, 周乃越, 徐偉, 羅偉煒, 鄔起 申請人:康寧股份有限公司