玻璃板的激光分割制造技术

提出一种利用激光分割玻璃板的方法，该方法使用拉长的、优选是不对称截短的激光束。该方法能够以最高约２００毫米／秒的速度、以低水平残余应力（如小于或等于１００ｐｓｉ，优选小于５０ｐｓｉ的残余应力）对适合用于现代显示领域的玻璃板进行分割。能以更快的速度对高热膨胀系数（如，大于约３５ｘ１０－７／℃）的玻璃进行分割。这样低水平的残余应力在制造显示板（如ＬＣＤ板）期间转化为低水平变形以及改善的分割边缘性能（几何结构，强度，无缺陷等）。该方法可以用于各种类型的玻璃，包括高热膨胀系数的玻璃和不同厚度的玻璃板。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及玻璃板的激光分割，例如在制造显示器件例如薄膜晶体管液晶显示器 (TFT-LCD)中用作基板的玻璃板，更具体地，涉及在单一步骤中总体分割玻璃板(即，不需 要进行预分割刻划)。
技术介绍
玻璃的切割通常采用机械工具进行。通常，首先对玻璃进行刻划，例如使用刻划工 具(如，锋利的碳化物轮)，在玻璃中产生刻痕或中等(median)裂缝，同时也在玻璃的切 割边缘存在明显损伤。但是，现有的备选方法是使用波长为10. 6微米的C02激光辐照来加 热玻璃，通过温度梯度产生拉伸应力来形成刻痕，这种方法的损伤较小。在激光刻划期间， 在玻璃靠近其中一条边缘的表面上形成初始小裂痕，然后形成中等裂缝(也称作局部裂 口 ，或简称为裂口 )。然后，所述裂口通过横移玻璃表面的成束激光、然后通过冷却喷嘴产生 的冷却区而扩展。通过用激光束加热玻璃、然后立刻用冷却剂使玻璃骤冷的方式，产生热梯 度和相应的应力场，应力场是造成裂口扩展的原因。当形成刻痕后，在玻璃上施加弯曲应力 或剪切应力，使裂口在玻璃板的厚度上完全扩展。但是，在另一种情况中，分割玻璃板的方 法是两步骤法，包括产生刻痕，然后在玻璃上施加应力(如，弯曲应力)，使裂口扩展并且分 割玻璃板，这种方法有时称作刻划和突然折断。在某些方法中，可使用第二激光束在玻璃 上施加热应力，来完成分割过程。 使用激光分割玻璃板的常规技术中存在的问题涉及玻璃在最初刻划时的热膨 胀系数(CTE)。常规激光刻划技术已经用于相对高CTE的玻璃，如康宁公司(Corning Incorporated)的Code 1737 LCD玻璃，其CTE(0-300°C )大于37X10—7°C。近期的玻璃， 如康宁的EAGLE加,和EAGLE XG 玻璃，具有较低CTE。较高CTE的玻璃例如Code 1737玻 璃在加热期间转换成较高拉伸应力，在其他各事项都相等的情况下，这意味着更容易以较 高速度对这类玻璃进行激光刻划。由LCD工业采用的更现代的较低CTE的玻璃基板，在采 用常规激光刻划技术时产生低得多的刻划速度，进一步延长了这种两步骤法。最后，两步骤 法要实现良好的边缘质量可能会遇到一些困难。 提供分割玻璃板的单步骤法，以较快的周期时间、最小的残余应力得到清洁边缘 (对玻璃损伤最小)将是有益的。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方式，揭示一种分割玻璃板的方法，该方法包括a)以速 度S在玻璃板表面上平移具有峰值强度I ,的拉长的单激光束，所述光束的特征是未截短长3度L。，其中L。等于沿光束长度在没有任何截短条件下玻璃板表面上的光束强度下降至 的1/e2的位点之间的最大距离；(b)在玻璃板表面上在激光束的一前一后平移冷却剂区， 因而将玻璃板分割成子片；其中(i) S小于约200毫米/秒；(ii) L。大于或等于100毫米； 和(iii)选择1^和L。，使激光束以速度S在玻璃板表面上平移，在玻璃板表面产生最高温 度，该温度至少比玻璃的应变点低约150°C ;其中玻璃板在激光束单次横移后被分割。 在上述对本专利技术各方面的概要描述中使用的标号和符号仅为方便于读者，不应理 解为对本专利技术范围的限制。 一般而言，应理解前面的一般性描述和以下的详细描述都只是 对本专利技术的示例，用来提供理解本专利技术的性质和特性的总体评述或框架。 在以下的详细描述中提出了本专利技术的附加特征和优点，对于本领域的技术人员而 言，由所述内容或通过按照本文所述实施本专利技术而了解，其中的部分特性和优点将是显而 易见的。包括的附图提供了对本专利技术的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说 明书的一部分。应理解，在本说明书和附图中揭示的本专利技术的各种特征可以以任意和所有 的组合使用。附图说明 图1是根据本专利技术的实施方式，激光分割玻璃板的系统的透视图。 图2是裂口深度随不同的激光横移速度变化的图，显示在指定的一组条件下，裂口深度在小于一特定阈值速度时的显著增加。 图3显示按照本专利技术的实施方式，应力相对于分开的玻璃板分割边缘的距离绘制 的图。具体实施例方式激光刻划和分割通常采用在10. 6微米波长下操作的二氧化碳激光进行。在此波 长，氧化物玻璃的吸收超过105-106m—、这使得C02辐射的有效穿透深度小于1-10微米。因 此，在使用C02激光的单步骤激光分割过程中形成完全裂口 (延伸通过玻璃板的整个厚度 的裂缝)主要依赖于对玻璃表面下热量的导热性，这是一个相对较慢的过程。因此，玻璃的 高表面吸收和导热性是决定过程窗口 (process window)和限制分割速度的两个基本因素。 为达到要求的拉伸应力以形成裂口，激光束的能量密度应高到足以在玻璃表面提 供所需的温差。但是，如果能量密度太高，则曝光期间递送至玻璃表面沿分割线的各点上的 能量可能引起玻璃烧蚀或蒸发。这样高的能量密度还可能在分开的子片边缘以及与边缘相 邻的玻璃区域内产生高水平的残余应力。另一方面，如果曝光时间短(在分割速度高时)， 递送至玻璃的能量可能不足以加热表面下的玻璃和产生延伸通过玻璃板整个厚度的裂口 (完全分离)。 根据本专利技术的实施方式，采用以较高速度、低残余应力、包括以低热膨胀系数的玻 璃构成的玻璃板从而完全分割玻璃板(完全分离)的方案解决了上述挑战。该解决方案包 括使用未截短长度L。大于或等于200毫米的拉长的单光束。在实施本专利技术中使用的光束 因为其长度较长，所以其长轴与短轴的比值一般较大，如大于130，优选大于200，最优选大 于300。 这种类型的光束导致在分割玻璃期间在玻璃表面上的停留时间延长，对显示器型的0. 7毫米厚度的玻璃板，能够形成以最高约200毫米/秒的刻划速度完全延伸通过玻璃 板厚度的裂口。此外，可以选择激光束的构形和能量分布模型，以保持能量密度在相对较低 水平，能够进行一致的分割过程，而不会在玻璃表面产生高于进行分割的玻璃的应变点的 过热。具体地，对显示器型玻璃(例如，热膨胀系数约为30X10—7°C_35X10—7t:的玻璃)， 玻璃的温度不能达到该玻璃应变点以下超过约150-20(TC的温度。这是该方法的一个明确 的优点，原因是可以采用相对较高的分割速度而不会产生高水平的残余应力，并且不再需 要第二处理步骤，而仅在玻璃上产生刻痕时会需要第二步骤。此外，发现在分割期间产生的 拉伸应力可以通过调节冷却区的相对位置以及光束的拖尾边缘而达到最大。这能够使沿玻 璃表面的温差增大同时保持玻璃表面的最高温度能够充分低于玻璃的应变点。应当注意， 厚度小于0. 7毫米的玻璃板可以更快地分割，如以大于约200毫米/秒、甚至大于约500毫 米/秒的速度分割。 根据一些实施方式，完全激光分割采用不对称激光束进行，例如，只在一端截短的 光束。较好地，光束的尺寸(长度)和能量密度可以改变以适应不同的玻璃类型和/或处 理条件(如，激光束的横移速度)，但是需要时在实施本专利技术中可以使用固定尺寸和能量密 度的光束，例如可与用于单一类型和厚度的玻璃的专业玻璃板分割装置结合。为了能以指 定速度产生激光裂口并扩展，玻璃表面上各点应经历由以下参数决定的同样的热历程激 光能量以及激光束中的能量密度分布；加热速度；加热期间达到的玻璃表面最高温度；以 及骤冷效率和骤冷区位置。概括地，本专利技术的分割方法平衡了系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分割玻璃板的方法，该方法包括：　　（ａ）以速度Ｓ在玻璃板表面上平移具有峰值强度Ｉ↓［峰］的拉长的单激光束，所述光束的特征是未截短长度Ｌ↓［０］，其中Ｌ↓［０］等于沿光束长度在没有任何截短条件下玻璃板表面上的光束强度下降至Ｉ↓［峰］的１／ｅ↑［２］的位点之间的最大距离；和　　（ｂ）在玻璃板表面上在激光束的一前一后平移冷却剂区，因而将玻璃板分割成子片；　　其中：　　（ｉ）Ｓ小于约２００毫米／秒；　　（ｉｉ）Ｌ０大于或等于１００毫米；和　　（ｉｉｉ）选择Ｉ↓［峰］和Ｌ↓［０］，使激光束以速度Ｓ在玻璃板表面上平移，在玻璃板表面产生最高温度，该温度至少比玻璃的应变点低约１５０℃；和　　其中玻璃板在激光束单次横移后被分割。

【技术特征摘要】
US 2008-9-29 12/240,356一种分割玻璃板的方法，该方法包括(a)以速度S在玻璃板表面上平移具有峰值强度I峰的拉长的单激光束，所述光束的特征是未截短长度L0，其中L0等于沿光束长度在没有任何截短条件下玻璃板表面上的光束强度下降至I峰的1/e2的位点之间的最大距离；和(b)在玻璃板表面上在激光束的一前一后平移冷却剂区，因而将玻璃板分割成子片；其中(i)S小于约200毫米/秒；(ii)L0大于或等于100毫米；和(iii)选择I峰和L0，使激光束以速...

【专利技术属性】
技术研发人员：AA阿布拉莫夫，MW凯默尔，Y孙，N周，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]