显示器玻璃组合物的激光切割和加工制造技术

本发明专利技术涉及用于对透明材料的薄基材进行切割和分离的激光切割技术，例如，对主要用于生产薄膜晶体管(TFT)器件的显示器玻璃组合物进行切割。所描述的激光加工可以用来制造笔直切割，例如以大于>0.25m/s的速度来切割锋利半径外角(<1mm)，以及产生任意曲线形状，包括形成内孔和缝。对碱土硼铝硅酸盐玻璃复合工件进行激光加工的方法包括：将脉冲激光束聚焦成焦线。脉冲激光产生5‑20个脉冲每个脉冲群的脉冲群，以及脉冲群能量为300‑600微焦耳/脉冲群。焦线被导入玻璃复合工件中，在材料中产生感应吸收。工件和激光束相对于彼此位移，沿着轮廓形成多条缺陷线，相邻缺陷线的间距为5‑15微米。

Laser cutting and processing of glass composition of display

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】显示器玻璃组合物的激光切割和加工相关申请本申请根据35U.S.C.§119，要求2015年3月24日提交的美国临时申请第62/137443号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。技术背景材料的激光加工领域包括宽范围的各种应用，涉及切割、钻孔、研磨、焊接、熔化等，以及不同类型的材料。在这些应用中，特别感兴趣的一种是对不同类型的基材进行切割或分离，例如，对薄膜晶体管(TFT)或显示器玻璃组合物进行分离的工艺。从工艺发展和成本观点来看，对于玻璃基材的切割和分离存在许多改善机会。相比于如今市场中实际使用更为快速、干净、廉价、可重复性更好且更为可靠的方法是非常令人感兴趣的。
技术实现思路
本申请描述了用于对透明材料的薄基材进行切割和分离的激光切割技术，更具体地，对主要用于生产薄膜晶体管(TFT)器件的显示器玻璃组合物进行切割。所描述的激光加工可以用来制造笔直切割，以最高至大于&gt;1m/s来切割锋利半径外角(&lt;1mm)，以及产生任意曲线形状，包括形成内孔和缝。例如，示例性实施方式可用于形成具有其中可以插入心轴的内孔的圆形玻璃存储碟片。本申请还描述了切割玻璃的方法，然后用各种方法来对部件进行后续加工，从而将切割玻璃部件的边缘强度和边缘冲击强度都提升到远高于单独切割工艺所能实现的水平。本文所述的方法还可在单次通过中对这些玻璃的堆叠进行切割，改善加工时间和机器利用率。在一个实施方式中，对碱土硼铝硅酸盐玻璃复合工件进行激光加工的方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向沿着束传播方向。激光束焦线还被导向进入玻璃复合工件中，激光束焦线在材料内产生感应吸收，感应吸收沿着工件内的激光束焦线产生缺陷线或者损坏轨迹。该方法还包括使得工件和激光束相互沿着轮廓位移，以及激光沿着轮廓在工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的间距(周期性)是5-15微米。脉冲激光产生5-20个脉冲每个脉冲群的脉冲群，以及脉冲群能量为300-600微焦耳/脉冲。在工件内沿着轮廓形成所述多条缺陷线的激光可有助于工件沿着由轮廓限定的表面分离，从而形成分离的表面。感应吸收可以产生小于或等于约0.5微米的经切割和分离边缘的Ra表面粗糙度。感应吸收还可在经分离的表面上产生平均直径小于3微米的颗粒。根据一些实施方式，玻璃制品包括碱土硼铝硅酸盐玻璃复合物，其包括具有多条延伸至少250微米的缺陷线的至少一个边缘，缺陷线分别具有小于或等于约1微米的直径，间隔为5微米和15微米。根据一些实施方式，所述至少一个边缘具有最高至小于或等于约100微米深度的表面下损坏和/或小于或等于约0.5微米的Ra表面粗糙度。在一些实施方式中，该玻璃制品的厚度为0.5-7mm。所开发的激光方法可以进行调节用于通过对所需轮廓进行热加压使得部件从面板发生手动或机械分离或者完全激光分离。该方法涉及使用超短脉冲激光，然后可以接上CO2激光以产生热应力，有时连接高压空气流用于完全自动化分离。附图说明通过示例性实施方式更为具体的描述使得前述内容是更为清楚的，在所示附图中，对于所有不同视图，相似附图标记表示相同部件。附图不一定是成比例的，相反地，进行了突出强调来显示示例性实施方式。图1A-1C显示具有等间距缺陷线或损坏轨迹的改性玻璃的断层线(穿孔线)。图2A和2B显示激光束焦线的定位，即对激光波长透明的材料由于沿着焦线的感应吸收的加工。图3A所示是根据一个实施方式的用于激光加工的光学组件。图3B-1至3B-4所示是通过将激光束焦线相对于基材的不同定位来对基材进行加工的各种方式。图4所示是用于激光加工的光学组件的第二个实施方式。图5A和5B所示是用于激光加工的光学组件的第三个实施方式。图6是用于激光加工的光学组件的第四个实施方式的示意图。图7A-7C显示对于材料激光加工的不同激光强度状态。图7A显示未聚焦激光束，图7B显示具有球形透镜的浓缩激光束，以及图7C显示具有锥棱镜或衍射菲涅尔透镜的浓缩激光束。图8A示意性显示了示例性脉冲群内的激光脉冲的相对强度与时间的关系，每个示例性脉冲群具有7个脉冲。图8B示意性显示了示例性脉冲群内的激光脉冲的相对强度与时间的关系，每个示例性脉冲群含有9个脉冲。图8C显示0.024mm和0.134mm厚度的薄膜晶体管(TFT)玻璃的笔直切割带的切割边缘图像。图9A是0.6mm厚的Eagle玻璃的笔直切割带的边缘图像。图9B和9C显示低碱性碱土硼铝硅酸盐玻璃或者不含碱性碱土硼铝硅酸盐玻璃中产生的损坏轨迹。更具体来说，图9B显示0.5mm厚的Eagle玻璃片中的损坏轨迹(俯视图)，以及图9C显示相同玻璃中的损坏轨迹(底视图)。图9D是图9B和9C所示的0.5mm厚的Eagle玻璃的切割带的边缘图像。图9E显示对于不同能量水平/脉冲群，显示器玻璃的破裂强度与群能量的关系。图9F显示一个实施方式的显示器玻璃的破裂强度与穿孔节距的关系。图9G显示根据本文所述一个实施方式，速度增加与CO2束直径的关系。图10显示原子电离能。图11显示采用机械或CO2激光划线的用于连续熔合玻璃制造工艺的现有玻璃切割方法。图12A显示在玻璃拉制线上对玻璃进行基于激光的切割的方法，其中，采用水平激光切割从拉制线分离玻璃板或玻璃片。图12B显示在玻璃拉制线上对玻璃进行基于激光的切割的方法，其中，使用激光切割贯穿玻璃片的面积，并从拉制线去除玻璃的质量区段。图13显示在拉制线上对玻璃进行基于激光的切割，其在拉制线的高处切割珠以及在拉制线的较下方水平切割片材。图14显示在拉制线上对玻璃进行基于激光的切割，其通过水平切割从拉制线去除玻璃，之后分开的纵向切割以去除玻璃边缘珠。图15显示使用基于激光的切割从拉制线切割玻璃，从片材去除废弃或废料玻璃。图16显示采用多阶段炉将玻璃片保持在接近其退火点的温度，在拉制线上进行基于激光的切割工艺。图17显示多阶段炉，其构造成向在拉制线上进行切割的玻璃片赋予规定的温度冷却分布。具体实施方式以下描述了示例性实施方式。本申请提供了对玻璃组合物(例如，碱土硼铝硅酸盐玻璃组合物，例如，显示器和/或TFT(薄膜晶体管)玻璃组合物，其会构成玻璃基材的最终部分)进行精确切割和分离的工艺。此类玻璃或玻璃组合物的一些例子是购自纽约州康宁市康宁有限公司(CorningIncorporated,CorningNY)的EagleContego、CorningLotusTM和CorningLotusNXTTM。碱土硼铝硅酸盐玻璃组合物可以配制成适合作为电子器件应用(例如薄膜晶体管)的基材。这意味着TFT玻璃组合物通常具有类似于硅的热膨胀系数(CTE)(优选不超过5ppm/℃，优选小于4ppm/℃，例如，约为3ppm/℃或者2.5-3.5ppm/℃)，并且在玻璃内具有低碱性水平。对用于TFT应用的玻璃，低的碱性水平是优选的(即，0-2％的痕量，优选&lt;1重量％，例如，&lt;0.5重量％)，因为在某些情况下，碱性掺杂剂会从玻璃滤出并污染硅工艺，这是不合乎希望的。激光切割工艺以可控方式分离玻璃部件，具有可忽略不计的碎片且对于边缘具有最小化的缺陷和低表面损坏，保留了部件强度。所开发的激光方法非常适用于对于选定激光波长是透明的材料。该波长可以是例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向沿着束传播方向并且被导向到玻璃工件中，所述激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收在工件中产生沿着激光束焦线的缺陷线；以及使得玻璃工件与激光束相对于彼此沿着第一轮廓位移，从而激光沿着第一轮廓在工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的间距是5‑15微米；以及其中，脉冲激光产生的脉冲群具有5‑20个脉冲/脉冲群，脉冲群能量为300‑600微焦耳/脉冲群。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.24 US 62/137,4431.一种对玻璃工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向沿着束传播方向并且被导向到玻璃工件中，所述激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收在工件中产生沿着激光束焦线的缺陷线；以及使得玻璃工件与激光束相对于彼此沿着第一轮廓位移，从而激光沿着第一轮廓在工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的间距是5-15微米；以及其中，脉冲激光产生的脉冲群具有5-20个脉冲/脉冲群，脉冲群能量为300-600微焦耳/脉冲群。2.一种对碱土硼铝硅酸盐玻璃复合工件进行激光加工的方法，所述方法包括：将脉冲激光束聚焦成激光束焦线，其取向沿着束传播方向并且被导向到碱土硼铝硅酸盐玻璃复合工件中，激光束焦线在材料中产生感应吸收，以及感应吸收在工件中产生沿着激光束焦线的缺陷线；以及使得碱土硼铝硅酸盐玻璃复合工件与激光束相对于彼此沿着第一轮廓位移，从而激光沿着第一轮廓在工件内形成多条缺陷线，其中，相邻缺陷线之间的间距是5-15微米；以及其中，脉冲激光产生的脉冲群具有5-20个脉冲/脉冲群，脉冲群能量为300-600微焦耳/脉冲群。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，脉冲激光产生的脉冲群具有9-20个脉冲/群，以及脉冲群能量是300-500微焦耳/脉冲群。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，相邻缺陷线之间的间距是7-12微米，其中，脉冲激光产生脉冲群，其具有5-15个脉冲/脉冲群以及脉冲群能量是400-600微焦耳/脉冲群。5.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，脉冲激光的激光功率是10-150W，优选为10-100W，例如25-60W。6.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，脉冲激光的激光功率为10-100W，以及工件和激光束相对于彼此以至少0.25m/s的速率位移。7.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，(i)脉冲激光的激光功率为10-100W；以及(ii)工件和激光束相对于彼此以至少0.4m/s、优选至少1m/s的速率位移。8.如权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括沿着轮廓分离工件。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，沿着轮廓分离工件包括：(i)施加机械作用力；(ii)沿着或者靠近所述第一轮廓将二氧化碳(CO2)激光束导入工件中；和/或(iii)沿着第二轮廓将二氧化碳(CO2)激光束导入工件中，所述第二轮廓位于所述第一轮廓内部。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，沿着第一或第二轮廓分离工件包括：(i)将椭圆形二氧化碳(CO2)激光束沿着或者靠近所述第一或第二轮廓导入工件中，其中，CO2激光功率是100-400W；或者(ii)将均匀强度束分布(顶帽分布)的二氧化碳(CO2)激光束沿着或者靠近所述第一或第二轮廓导入工件中，以促进工件沿着相应轮廓的热应力诱发的分离，其中，CO2激光功率是100-400W。11.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，工件包括多块显示器玻璃复合基材的堆叠。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述多块显示器玻璃复合基材中的至少两块被空气间隙间隔开。13.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，脉冲的持续时间大于约1皮秒且小于约100皮秒，优选1-50纳秒，更优选大于约5皮秒且小于约20皮秒。14.如权利要求1、2或13所述的方法，其特征在于，脉冲群的重复频率约为10-650kHz。15.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·哈克特，李兴华，S·马加诺维克，M·恩格姆，D·A·帕斯泰尔，G·A·皮切，D·施尼茨勒，R·S·瓦格纳，J·J·沃特金斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US