专利名称：利用平剖面光束进行激光刻划的制作方法
技术领域：
本发明涉及对玻璃板进行刻划和/或分离的系统和方法，所述系统和方法包括具 有平剖面(flat profile)的激光束。
背景技术：
过去有几种不同的方法和技术分离玻璃板。广泛使用的方法包括利用激光刻划和 /或分离玻璃板。激光束沿玻璃板移动，在玻璃板表面产生温度梯度，同时以一定距离跟在 激光束后面的冷却剂(如气体或液体)将所述温度梯度扩大。具体而言，激光对玻璃板的加 热和冷却剂对玻璃板的冷却在玻璃板中产生应力。这样就沿着玻璃板产生刻划线。然后， 可沿着该刻划线分离玻璃板，从而将其分成两块较小的玻璃板。为开发激光刻划玻璃板，特别是生产平板显示器(如LCD)所用玻璃板的系统和方 法，人们付出了相当大的努力。若要高速刻划低膨胀系数玻璃，则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过目前常用的密封管CO2激光器的功 率水平。人们采用多种方法改变激光束的剖面，以提高刻划速度。标准的激光刻划方法采 用TEMotl模，得到经典的高斯光束。人们还开发出了圆环形(即“D-模”)剖面，使刻划速度 稍有提高。尽管在这些模式下，可以较高速度来刻划玻璃，但仍须提高工艺效率，即以更低 的激光功率获得更高的刻划速度。因此，本领域需要使用功率较低的激光器高速刻划玻璃板的方法和系统，在玻璃 板中产生足够的应力，以实现刻划。
发明内容
本发明提供了刻划和/或分离玻璃板的系统和方法。一方面，本发明提供了刻划 玻璃板的方法，它包括沿玻璃板移动激光束，产生刻划线。所述激光束具有一能量密度剖 面。一方面，该激光束在其至少一部分长度上具有基本均勻的峰值能量密度；另一方面，该 激光束可以是双模激光束，包含约60% -70%的TEMOO模和约30% -40%的TEM01*模。所 述方法还包括沿刻划线分离该玻璃板。根据各个方面，所述激光束可由CO2激光器产生。本发明的其他实施方式将部分在以下详述和后面的权利要求书中列出，部分可通 过详述推知，或者通过实施本发明习知。应理解，前面的概述和下面的详述都只是举例性和 描述性的，不对所披露和/或所要求专利权的本发明构成限制。
图1显示了 TEMOO模的激光束的强度剖面。图2显示了 TEMOf模的激光束的强度剖面。图3显示了标准D-模(比例为60% /40%的TEMOf/TEMOO混合模 式)的强度剖面。图4显示了 CO2激光器产生的标准D-模激光束的强度剖面。图5显示了图4所示标准D-模激光束强度剖面的模强度分布。图6是标准D-模激光束强度剖面的图解模型。图7是根据本发明一个方面的平顶D-模激光束强度剖面的图解模型。图8是根据本发明另一个方面沿着标准D-模和平顶D模激光束的刻划线的玻璃 表面温度(T)的图示。
具体实施例方式下面对本发明的描述是以目前已知的最佳实施方式给出可实现本发明的诠释。为 此，相关领域的技术人员将认识并理解，可对本文所述的本发明各实施方式作出许多改变， 但仍能获得本发明的有益效果。同样显而易见的是，选择本发明的一些特征而不利用其他 特征，也可获得本发明的一些所需益处。因此，本领域的技术人员将认识到，对本发明作出 许多改进和调整不仅是可能的，而且在某些情况下甚至是需要的，它们也是本发明的一部 分。因此，以下描述用于阐释本发明的原理，而不是对其构成限制。本文所用单数形式“一个” “一种”和“该”包括其复指形式，除非上下文另有明确 说明。因此，举例来说，当提到“一块玻璃板”时，它包括有两块或更多块这样的玻璃板的实 施方式，除非上下文另有明确说明。“范围” 一词可在本文中表达为自“约” 一个特定值起和/或至“约”另一个特定值 止。当表达了这样一个范围时，另一个实施方式包括自一个特定值起和/或至另一个特定 值止。类似地，当用先行词“约”将数值表达为近似值时，应理解，该特定值构成另一个实施 方式。还应理解，每个范围的端值无论是与另一个端值联系起来还是独立于另一个端值，都 是有意义的。如上面所概述的，本发明提供了刻划玻璃板(如平坦玻璃板)的方法和系统。标 准激光模式包括TEMOO模(高斯或“S”模)、TEMOf模(包括TEMOl模和TEMlO模两个偏 振态)和标准D-模(约60% TEMO1*模和40% TEMOO模的混合)。图1_3分别显示了 CO2 激光器产生的这些模式的模强度剖面。图4-5分别显示了由激光器产生并通过Spiricon 激光束剖面测量仪测量的标准D-模激光的强度(或能量密度)剖面和强度分布。可以看 出，最多含40%的TEMOO的标准D-模产生了两个不同的峰和一个中央凹陷。根据本发明的一个方面，提供了适合产生这样一种激光束的激光器在其长度的 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，该激光束可以 是双模激光束，例如但不限于包含TEMOO模和TEMOf模的双模激光束。在一个特别方面， TEMOO模与ΤΕΜ0Γ模的比例是约60 % -70 %的TEMOO模和约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。根据多个方面，提供了一种刻划一块或多块平坦玻璃板的方法。所述方法可包括沿玻璃板移动激光束，以产生刻划线。如上所述，根据多个方面，在所述激光束的长度的至 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，所述激光束是双 模激光束，包含约60% -70%的TEMOO模和30% -40%的TEMO1*模。根据本发明的多个方面，提供了分离一块或多块平坦玻璃板的方法。一方面，分离 平坦玻璃板包括沿玻璃板移动激光束以产生刻划线，然后沿刻划线分离玻璃板。可以利用 在其至少一部分长度上具有基本上均勻的峰值密度的激光束，来产生刻划线。此外，所述激 光束可以是双模激光束，包含约60% -70%的TEMOO模和约30% -40%的ΤΕΜ0Γ模。玻璃 板的分离可通过在刻划之后对玻璃板进行机械弯折来实现。任选地，玻璃板的分离可以这 样实现在产生刻划线的第一激光束之后，沿玻璃板移动第二激光束。又一方面，第一激光 束可以产生深刻划线，该刻划线穿透玻璃厚度，从而实现玻璃板的完全分离。可以设想其他 分离玻璃板的方法，这些方法被视为落在本发明的范围内。一方面，激光束可通过CO2激光器产生。任选地，激光束可由功率在约200W与800W 之间的激光器产生。又一方面，激光束可由功率在约450W与550W之间的激光器产生。在 一个特别方面，可利用功率约为500W的CO2激光器产生激光束。如下面将要进一步描述的， 使用具有基本上均勻的峰值能量密度的激光束(“平顶剖面”激光束)可在刻划玻璃板时 得到更高的效率。因此，一方面，激光束可由任何激光器产生，只要它具有足够的功率，从而 沿玻璃板表面获得所需的刻划速度和/或温度梯度。根据本发明的多个方面产生的激光束在其至少一部分长度上具有基本上均勻的 峰值能量密度，例如，如图7所示。所述基本上均勻的峰值能量密度可与标准D-模激光束 的能量密度作比较，如图6所示(该图显示了圆环形能量密度剖面，其能量密度在靠近激光 束中心的地方有一个明显的凹陷)。再看图7，激光束能量密度剖面的长度可大于其相应宽 度。例如，激光束能量密度剖面可具有约l_2mm的宽度和约250-400mm的长度。在多个方面，可产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是光束宽度参数，COy是光束长度参数，A和B是决 定激光束形状和能量密度的常数。又一方面，Α/Β等于1/2。在多个方面，激光束可以按预定的刻划速度沿玻璃板移动。所述刻划速度可随激 光功率、待刻划玻璃的热膨胀系数和弹性模量而变化。在一个特别方面，移动激光束的步骤 包括以约500-1000mm/s的速度移动激光束。例如，刻划速度可以是750mm/s。最后，应当理解，虽然已经结合某些具体的阐释性实施方式详细描述了本发明，但 不应误以为本发明受限于这些实施方式，因为在不背离所附权利要求书限定的本发明的广 泛精神和范围的前提下，可以作出许多改进。实施例为进一步阐述本发明的原理，给出了以下实施例，以便为本领域的普通技术人员 完整地揭示和描述如何制备和评价本发明要求专利权的陶瓷制品和方法。这些实施例纯粹 是作为本发明的示例，不对发明人视为其发明的内容的范围构成限制。发明人已尽力保证 所引数值(例如数量、温度等)的准确性，不过，可能存在一些误差和偏差。
做了一个刻划平坦玻璃板的实验，该实验采用本文结合本发明多个方面所描述的 标准D-模激光束以及包含60 % -70 %的TEMOO模和30 % -40 %的TEMO1*模的双模激光束。 实验条件包括约750mm/s的刻划速度、约500W的激光功率和10-14ccm的冷却剂流量。所 产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是光束宽度参数，COy是光束长度参数，A和B是决 定激光束形状和能量密度的常数。对于标准D-模激光束，Α/Β为1/18，得到基本上呈圆环 形的强度剖面。对于后面一种激光束(60% -70%的TEMOO模和30% -40%的ΤΕΜ01*模)， 采用的Α/Β为1/2，产生基本上为平顶的强度剖面。图8显示了本实验的结果，呈现了标准D-模激光束和后面的平顶剖面模激光束所 产生的温度沿刻划线的分布情况。图8表明，与标准D-模激光相比，平顶剖面模式对玻璃 板的加热更均勻，并更快地加热到更高的温度。可以肯定，若平顶剖面光束产生的最高温度超过稳定刻划过程所要求的温度，则 可减小激光功率，如减小约20% -25%。利用ANSYS FEA软件所做的应力计算表明，因为平 顶剖面光束使玻璃表面产生更高的温度，所以在激光功率与标准D-模激光束相同的情况 下，它也产生更高的瞬时应力。因此，可以肯定，使用功率较低的激光器产生的平顶剖面光 束，可与通过功率较高的激光器所产生的标准D-模光束产生相等的应力。
权利要求
一种刻划平坦玻璃板的方法，其包括沿玻璃板移动激光束以产生刻划线，其中激光束所具有的能量密度剖面在其至少一部分长度上具有基本上均匀的峰值能量密度。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光束是双模激光束，并且包含约 60% -70% 的 TEMOO 模和约 30% -40% 的 TEMO1* 模。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述激光束包含约65%的TEMOO模和约35% 的 TEMO1* 模。
4.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述激光束是由具有输出耦合器的激光器 所产生的，所述方法还包括改变所述输出耦合器以获得约60% -70%的TEMOO模和约 30% -40%的TEM01*模的比例。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，移动激光束的步骤包括以约500-1000mm/s的 速度移动激光束。
6.如权利要求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是光束宽度参数， 是光束长度参数，A和B是决定激光束的形状和能量密度的常数，Α/Β 等于 1/2。
7.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述激光束的能量密度剖面是约l-2mm宽且约 250-400mm 长。
8.如权利要求1所述方法，还包括沿刻划线分离玻璃板。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述激光束是由CO2激光器产生的。
全文摘要
本发明提供了对玻璃板进行刻划的系统和方法。可产生这样一种激光束，沿着其至少一部分长度，它具有基本上均匀的峰值能量密度。所述激光束沿玻璃板移动，产生刻划线。此外，玻璃板可沿刻划线分离。在一些方面，所述激光束是双模激光束，包含约60％-70％的TEM00模和约30％-40％的TEM01*模。
文档编号B23K26/00GK101808773SQ200880110035
公开日2010年8月18日 申请日期2008年9月25日 优先权日2007年9月28日
发明者A·A·阿布拉莫, 周乃越, 徐伟, 罗伟炜, 邬起 申请人:康宁股份有限公司