利用平剖面光束進行雷射刻劃的製作方法

2023-07-18 18:21:16

專利名稱：利用平剖面光束進行雷射刻劃的製作方法
技術領域：
本發明涉及對玻璃板進行刻劃和/或分離的系統和方法，所述系統和方法包括具 有平剖面(flat profile)的雷射束。
背景技術：
過去有幾種不同的方法和技術分離玻璃板。廣泛使用的方法包括利用雷射刻劃和 /或分離玻璃板。雷射束沿玻璃板移動，在玻璃板表面產生溫度梯度，同時以一定距離跟在 雷射束後面的冷卻劑(如氣體或液體)將所述溫度梯度擴大。具體而言，雷射對玻璃板的加 熱和冷卻劑對玻璃板的冷卻在玻璃板中產生應力。這樣就沿著玻璃板產生刻劃線。然後， 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。為開發雷射刻劃玻璃板，特別是生產平板顯示器(如LCD)所用玻璃板的系統和方 法，人們付出了相當大的努力。若要高速刻劃低膨脹係數玻璃，則要求雷射具有非常高的功 率水平。然而，所需雷射功率往往不是稍低於就是超過目前常用的密封管CO2雷射器的功 率水平。人們採用多種方法改變雷射束的剖面，以提高刻劃速度。標準的雷射刻劃方法採 用TEMotl模，得到經典的高斯光束。人們還開發出了圓環形(即「D-模」)剖面，使刻劃速度 稍有提高。儘管在這些模式下，可以較高速度來刻劃玻璃，但仍須提高工藝效率，即以更低 的雷射功率獲得更高的刻劃速度。因此，本領域需要使用功率較低的雷射器高速刻劃玻璃板的方法和系統，在玻璃 板中產生足夠的應力，以實現刻劃。

發明內容
本發明提供了刻劃和/或分離玻璃板的系統和方法。一方面，本發明提供了刻劃 玻璃板的方法，它包括沿玻璃板移動雷射束，產生刻劃線。所述雷射束具有一能量密度剖 面。一方面，該雷射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 雷射束可以是雙模雷射束，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。根據各個方面，所述雷射束可由CO2雷射器產生。本發明的其他實施方式將部分在以下詳述和後面的權利要求書中列出，部分可通 過詳述推知，或者通過實施本發明習知。應理解，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/或所要求專利權的本發明構成限制。


圖1顯示了 TEMOO模的雷射束的強度剖面。圖2顯示了 TEMOf模的雷射束的強度剖面。圖3顯示了標準D-模(比例為60% /40%的TEMOf/TEMOO混合模 式)的強度剖面。圖4顯示了 CO2雷射器產生的標準D-模雷射束的強度剖面。圖5顯示了圖4所示標準D-模雷射束強度剖面的模強度分布。圖6是標準D-模雷射束強度剖面的圖解模型。圖7是根據本發明一個方面的平頂D-模雷射束強度剖面的圖解模型。圖8是根據本發明另一個方面沿著標準D-模和平頂D模雷射束的刻劃線的玻璃 表面溫度(T)的圖示。
具體實施例方式下面對本發明的描述是以目前已知的最佳實施方式給出可實現本發明的詮釋。為 此，相關領域的技術人員將認識並理解，可對本文所述的本發明各實施方式作出許多改變， 但仍能獲得本發明的有益效果。同樣顯而易見的是，選擇本發明的一些特徵而不利用其他 特徵，也可獲得本發明的一些所需益處。因此，本領域的技術人員將認識到，對本發明作出 許多改進和調整不僅是可能的，而且在某些情況下甚至是需要的，它們也是本發明的一部 分。因此，以下描述用於闡釋本發明的原理，而不是對其構成限制。本文所用單數形式「一個」 「一種」和「該」包括其復指形式，除非上下文另有明確 說明。因此，舉例來說，當提到「一塊玻璃板」時，它包括有兩塊或更多塊這樣的玻璃板的實 施方式，除非上下文另有明確說明。「範圍」 一詞可在本文中表達為自「約」 一個特定值起和/或至「約」另一個特定值 止。當表達了這樣一個範圍時，另一個實施方式包括自一個特定值起和/或至另一個特定 值止。類似地，當用先行詞「約」將數值表達為近似值時，應理解，該特定值構成另一個實施 方式。還應理解，每個範圍的端值無論是與另一個端值聯繫起來還是獨立於另一個端值，都 是有意義的。如上面所概述的，本發明提供了刻劃玻璃板(如平坦玻璃板)的方法和系統。標 準雷射模式包括TEMOO模(高斯或「S」模)、TEMOf模(包括TEMOl模和TEMlO模兩個偏 振態)和標準D-模(約60% TEMO1*模和40% TEMOO模的混合)。圖1_3分別顯示了 CO2 雷射器產生的這些模式的模強度剖面。圖4-5分別顯示了由雷射器產生並通過Spiricon 雷射束剖面測量儀測量的標準D-模雷射的強度(或能量密度)剖面和強度分布。可以看 出，最多含40%的TEMOO的標準D-模產生了兩個不同的峰和一個中央凹陷。根據本發明的一個方面，提供了適合產生這樣一種雷射束的雷射器在其長度的 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，該雷射束可以 是雙模雷射束，例如但不限於包含TEMOO模和TEMOf模的雙模雷射束。在一個特別方面， 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。根據多個方面，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雷射束，以產生刻劃線。如上所述，根據多個方面，在所述雷射束的長度的至 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，所述雷射束是雙 模雷射束，包含約60% -70%的TEMOO模和30% -40%的TEMO1*模。根據本發明的多個方面，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雷射束以產生刻劃線，然後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雷射束，來產生刻劃線。此外，所述激 光束可以是雙模雷射束，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後對玻璃板進行機械彎折來實現。任選地，玻璃板的分離可以這 樣實現在產生刻劃線的第一雷射束之後，沿玻璃板移動第二雷射束。又一方面，第一雷射 束可以產生深刻劃線，該刻劃線穿透玻璃厚度，從而實現玻璃板的完全分離。可以設想其他 分離玻璃板的方法，這些方法被視為落在本發明的範圍內。一方面，雷射束可通過CO2雷射器產生。任選地，雷射束可由功率在約200W與800W 之間的雷射器產生。又一方面，雷射束可由功率在約450W與550W之間的雷射器產生。在 一個特別方面，可利用功率約為500W的CO2雷射器產生雷射束。如下面將要進一步描述的， 使用具有基本上均勻的峰值能量密度的雷射束(「平頂剖面」雷射束)可在刻劃玻璃板時 得到更高的效率。因此，一方面，雷射束可由任何雷射器產生，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。根據本發明的多個方面產生的雷射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準D-模雷射束 的能量密度作比較，如圖6所示(該圖顯示了圓環形能量密度剖面，其能量密度在靠近雷射 束中心的地方有一個明顯的凹陷)。再看圖7，雷射束能量密度剖面的長度可大於其相應寬 度。例如，雷射束能量密度剖面可具有約l_2mm的寬度和約250-400mm的長度。在多個方面，可產生具有由以下方程表徵的能量密度剖面的光束formula see original document page 5其中Ι是雷射束能量密度，ωχ是光束寬度參數，COy是光束長度參數，A和B是決 定雷射束形狀和能量密度的常數。又一方面，Α/Β等於1/2。在多個方面，雷射束可以按預定的刻劃速度沿玻璃板移動。所述刻劃速度可隨激 光功率、待刻劃玻璃的熱膨脹係數和彈性模量而變化。在一個特別方面，移動雷射束的步驟 包括以約500-1000mm/s的速度移動雷射束。例如，刻劃速度可以是750mm/s。最後，應當理解，雖然已經結合某些具體的闡釋性實施方式詳細描述了本發明，但 不應誤以為本發明受限於這些實施方式，因為在不背離所附權利要求書限定的本發明的廣 泛精神和範圍的前提下，可以作出許多改進。實施例為進一步闡述本發明的原理，給出了以下實施例，以便為本領域的普通技術人員 完整地揭示和描述如何製備和評價本發明要求專利權的陶瓷製品和方法。這些實施例純粹 是作為本發明的示例，不對發明人視為其發明的內容的範圍構成限制。發明人已盡力保證 所引數值(例如數量、溫度等)的準確性，不過，可能存在一些誤差和偏差。
做了一個刻劃平坦玻璃板的實驗，該實驗採用本文結合本發明多個方面所描述的 標準D-模雷射束以及包含60 % -70 %的TEMOO模和30 % -40 %的TEMO1*模的雙模雷射束。 實驗條件包括約750mm/s的刻劃速度、約500W的雷射功率和10-14ccm的冷卻劑流量。所 產生的光束具有以下方程所表徵的能量密度剖面
formula see original document page 6其中I是雷射束能量密度，ωχ是光束寬度參數，COy是光束長度參數，A和B是決 定雷射束形狀和能量密度的常數。對於標準D-模雷射束，Α/Β為1/18，得到基本上呈圓環 形的強度剖面。對於後面一種雷射束(60% -70%的TEMOO模和30% -40%的ΤΕΜ01*模)， 採用的Α/Β為1/2，產生基本上為平頂的強度剖面。圖8顯示了本實驗的結果，呈現了標準D-模雷射束和後面的平頂剖面模雷射束所 產生的溫度沿刻劃線的分布情況。圖8表明，與標準D-模雷射相比，平頂剖面模式對玻璃 板的加熱更均勻，並更快地加熱到更高的溫度。可以肯定，若平頂剖面光束產生的最高溫度超過穩定刻划過程所要求的溫度，則 可減小雷射功率，如減小約20% -25%。利用ANSYS FEA軟體所做的應力計算表明，因為平 頂剖面光束使玻璃表面產生更高的溫度，所以在雷射功率與標準D-模雷射束相同的情況 下，它也產生更高的瞬時應力。因此，可以肯定，使用功率較低的雷射器產生的平頂剖面光 束，可與通過功率較高的雷射器所產生的標準D-模光束產生相等的應力。
權利要求
一種刻劃平坦玻璃板的方法，其包括沿玻璃板移動雷射束以產生刻劃線，其中雷射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.如權利要求1所述方法，其特徵在於，所述雷射束是雙模雷射束，並且包含約 60% -70% 的 TEMOO 模和約 30% -40% 的 TEMO1* 模。
3.如權利要求2所述方法，其特徵在於，所述雷射束包含約65%的TEMOO模和約35% 的 TEMO1* 模。
4.如權利要求2所述方法，其特徵在於，所述雷射束是由具有輸出耦合器的雷射器 所產生的，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.如權利要求1所述方法，其特徵在於，移動雷射束的步驟包括以約500-1000mm/s的 速度移動雷射束。
6.如權利要求1所述方法，其特徵在於，所述雷射束所具有的能量密度剖面由以下方 程表徵formula see original document page 2其中/是雷射束能量密度，ω χ是光束寬度參數， 是光束長度參數，A和B是決定雷射束的形狀和能量密度的常數，Α/Β 等於 1/2。
7.如權利要求5所述方法，其特徵在於，所述雷射束的能量密度剖面是約l-2mm寬且約 250-400mm 長。
8.如權利要求1所述方法，還包括沿刻劃線分離玻璃板。
9.如權利要求1所述方法，其特徵在於，所述雷射束是由CO2雷射器產生的。
全文摘要
本發明提供了對玻璃板進行刻劃的系統和方法。可產生這樣一種雷射束，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。所述雷射束沿玻璃板移動，產生刻劃線。此外，玻璃板可沿刻劃線分離。在一些方面，所述雷射束是雙模雷射束，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 優先權日2007年9月28日
發明者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