专利名称：以高速对玻璃板进行激光划刻并产生低的残余应力的制作方法
技术领域：
本发明涉及玻璃板的激光划刻，例如用作在显示器器件(如薄膜晶体管液晶显示 器，TFT-IXD)制造中的基板的玻璃板。
背景技术：
玻璃的切割通常使用机械工具来实现；但是，存在另一种方法，该方法使用波长为 10. 6微米的CO2激光辐射来加热玻璃，并通过温度梯度产生拉伸应力。CO2激光器用于玻璃 切割的应用在以下文献中进行了讨论Aondratenko，美国专利第5609284号，题为“分割非 金属材料的方法(Method of splitting non-metallicmaterials) ”(，284专利)；共同转让 的Allaire等人的美国专利第5776220号，题为“用于断开脆性材料的方法和设备(Method and apparatus for breakingbrittle materials) ” C 220 ^^'J ) ；Ostendarp ^A ^H 专利第5984159号，题为“用于切开由脆性材料、尤其是玻璃制造的平坦工件的方法和设 I (Method andapparatus for cutting through a flat workpiece made of brittle material, especially glass) ”(，159专利)；以及共同转让的Allaire等人的美国专利第 6327875号，题为“控制激光划刻中的中间裂纹深度(Control of median creackdepth in laser scoring)，，(’ 875专利)。共同转让的’ 220和’ 875专利的内容都通过参考全文结 合于此。如图9中所示，在激光划刻的过程中，在玻璃板112的主表面114中产生中间裂纹 115(也称为部分开口(partial vent)，或简称开口)。为了形成开口，在玻璃板上靠近其一 个边缘处形成小的起始裂缝111，然后通过以下方法将该裂缝转化成开口 传播激光121形 成激光束113穿过玻璃表面，随后穿过用冷却喷嘴119产生的冷却区域。用激光束加热玻 璃并紧接着用冷却剂将其骤冷，而产生热梯度和相应的应力场，从而使开口扩展。在以上提到的专利中利用了具有不同形状和尺寸的激光束。’284专利中描述的划 刻束具有短的椭圆形状，该束的长轴比材料厚度小10倍。根据这种途径，当玻璃板的厚度 为0. 7毫米，即显示器基板的典型厚度时，该束的长轴长度应当不超过7毫米。在’ 220专 利中，划刻束具有伸长的椭圆形状，其长轴优选大于40毫米。在’ 875专利中，该束的一端 截顶或两端都截顶，因此该束的总长度缩小20-40%。在’ 159专利中，使用通过扫描技术产 生的U形束进行划刻。在以上专利中描述了各种划刻速度，从’ 284专利的实施例中低的6毫米/秒(mm/ s)至’ 159专利中复合束结构的1000毫米/秒。值得注意的是，这些参考文献都没有提到 因为激光划刻在玻璃板中产生残余应力的问题。因此，这些参考文献完全没有提及残余应 力增大的问题，根据本发明，已经发现这个问题伴随划刻速度增大而出现。
当玻璃板将被用作显示器件中的基板的时候，残余应力成为特别显著的问题。许 多显示器器件，如TFT-IXD平板和有机发光二极管(OLED)平板，是直接在玻璃基板上制造 的。为了增大生产率和降低成本，典型的平板制造工艺能在单独一个基板或基板子片上同 时产生多个平板。在这种工艺的不同点处，沿着切割刻将该基板机械分割成各部分。这种机械切割改变了玻璃中的应力分布，具体来说，当采用真空技术使玻璃变平 坦时，出现平板内应力分布。甚至更具体来说，由于在切割边缘处不存在牵引，所以切割操 作使板内残余应力在切割刻处消除。这种应力消除效果一般来说导致玻璃子片的真空平化 形状发生改变，显示器制造者将这种现象称为“变形”。虽然由于应力消除造成的形状改变的量通常非常小，但是考虑到用于现代显示器 中的像素结构，从较大的玻璃板机械切割出独立平板产生的变形可能大到足以导致出现相 当多的缺陷(拒收)的显示器。因此，显示器制造者非常关心这种变形问题，关于允许变形 的规定可能低至等于或小于2微米。进行机械切割时产生的变形的量取决于板中的残余应力，较低的残余应力水平产 生较小的变形。如以上讨论的，涉及激光划刻的现有技术都没有提及在划刻过程中向玻璃 板中引入残余应力。因此，现有技术也没有述及随后在平板制造过程中对玻璃板进行机械 切割时因为这种残余应力导致的变形。除了变形问题以外，如以下讨论的，残余应力对于通过将经过激光划刻的玻璃板 分割成两个子片时产生的边缘的品质也很重要。根据本发明，高的残余应力水平与具有较 低强度和较差品质(如裂片和微裂纹)的边缘相关。还已经发现，玻璃边缘附近的高残余应 力可能导致边缘品质逐步变差，称为碎屑化或分层，有时候在划刻之后会表现出这种现象， 或者可能因为外部冲击而诱发这种现象。同样，现有技术对激光划刻的这些问题也保持沉 默。用于进行激光划刻的现有技术的第三个问题涉及进行划刻的玻璃的CTE。现有的 激光划刻技术已经使用具有较高CTE的玻璃，例如康宁公司(Corninglncorporated)的编 号1737LCD的玻璃，其CTE(0-300°C )大于37X10_7°C。时间更近的玻璃，例如康宁公司的 EAGLE 2000 .和EAGLE XG 玻璃，具有较低的CTE。在加热过程中，例如编号1737的玻璃 的较高的CTE产生较高的拉伸应力，在其他情况相同的时候，意味着更容易以较高的速度 对这种玻璃进行激光划刻。LCD工业使用的更为现代的玻璃的较低的CTE在采用常规激光 划刻技术时导致低得多的划刻速度。考虑到这些各种问题，在本领域中需要这样一种方法，该方法能提供对具有较低 CTE(即，CTE小于37X10_7°C (0-300°C))的玻璃的高速激光划刻，同时不会产生过大的残 余应力。发明概述根据一个方面，本发明提供一种对玻璃板(112)进行划刻的方法，该方法包括(a)在玻璃板(112)的表面(114)上以速度S平移(参见图IC中的箭头17)具有 峰值强度I 的伸长的激光束，所述激光束的特征是具有未截顶长度Ltl，其中Ltl等于在没有 任何截顶的情况下沿束长度在玻璃板(112)表面(114)上的束强度降低至I·的Ι/e2时的 位置之间的最大距离；和(b)在玻璃板(112)的表面(114)上跟随(in tandem with)激光束平移冷却剂区域(15)；其中(i) S大于500毫米/秒；(ii)L0大于或等于200毫米；和(iii)对I峰和Ltl进行选择，使得激光束在玻璃板(112)的表面(114)上以速度S 平移，在玻璃板(112)的表面(114)上产生最高温度，该最高温度小于或等于玻璃应变点， 即优选的最低可能温度。在一些优选的实施方式中，在接触玻璃板(112)的表面(114)之前，对束最接近冷 却剂区域(15)的部分(23)进行截顶(例如最多截去Ltl的20% )。优选只对最接近冷却 剂区域的那部分束进行截顶。联系这些实施方式，如果未截顶，优选将冷却剂区域(15)定 位于该束中将接触玻璃板(112)表面(114)的那部分之内。根据第二方面，本发明提供一种运行激光划刻系统的方法，其中通过跟随具有中 心点的冷却剂区域(15)在玻璃板(112)的表面(114)上平移截顶的激光束(13)，在该玻璃 板中形成开口(115)，所述方法包括对以下参数进行选择激光束的截顶量(τ)和/或冷 却剂区域(15)的中心点与截顶之前激光束最近端之间的距离(D)，从而对以下至少一个参 数进行控制(i)开口(115)的深度，和(ii)由板(112)生产的子片中的残余应力。根据第三方面，本发明提供一种运行激光划刻系统的方法，其中通过跟随具有外 边缘的冷却剂区域(15)在玻璃板(112)的表面(114)上平移截顶的激光束(13)，在该玻璃 板中形成开口(115)，所述对激光束的截顶操作产生最接近冷却剂区域(15)的截顶边缘， 所述方法包括(a)改变激光束的截顶量(τ )，以配合或实现以下一种或多种变化划刻速度的 变化，开口深度的变化，玻璃组成的变化，板厚度的变化，由该板生产的子片中的残余应力 的变化，以及由该板生产的子片的边缘性质的变化；和(b)随着激光束的截顶量(τ )的变化，使以下⑴和(ii)之间的间距(L)保持恒 定，⑴激光束的截顶边缘，( )最靠近激光束的截顶边缘的冷却剂区域(15)的那部分外 边缘。在以上本发明各方面的概述中使用的附图标记和符号只是为了方便读者，并非意 图限制本发明的范围，也不应理解为限制本发明的范围。更一般来说，应该理解，以上一般 说明和以下详细说明都只是本发明的示例，意图提供用于理解本发明性质和特征的概览或 框架。在以下详细说明中提出了本发明的其他特点和优点，对于本领域普通技术人员而 言，通过本发明的说明，这些特点和优点的一部分将是显而易见的，或者可以通过如本文所 述实施本发明而了解。包括附图以提供对本发明的进一步的理解，附图结合在说明书中并 构成说明书的一部分。应该理解，本说明书和附图中揭示的本发明的各特点可以以任何和 全部的组合方式使用。附图简要描述图IA和IB是现有技术划刻系统的示意图。图IC是本发明一种实施方式的示意 图。这些附图中的附图标记17表示划刻方向。图2是对于以双模方式运行的激光器的激光器功率和划刻速度的各种组合，在玻璃表面上在沿划刻线的各点计算的热历程(history)的图。激光束长度为230毫米。表1 列出对于该图中显示的各曲刻的激光器功率和速度。该图中的纵轴显示以。C为单位的温 度，横轴显示以秒为单位的时间。附图标记50表示最大温度极限，附图标记60表示骤冷区 域。图3是图IC的计算的瞬时热应力与参数τ和D的变化关系的图。图4是开口深度与参数τ的变化关系的图。纵轴表示以微米为单位的开口深度， 横轴表示以毫米为单位的束阻断程度(degree of beam blockage, τ)。三角形数据点是 测量值，根据这些值拟合曲线。图5是对以下束的计算的曝光时间(不进行骤冷)与划刻速度的变化关系的图， 在该图中，60毫米束为曲线20，以及对于根据本发明的长度大于200毫米的束，具体来说是 250毫米束为曲线22，300毫米束为曲线24。纵轴表示以秒为单位的曝光时间，横轴表示以 毫米/秒为单位的划刻速度。60毫米曲线中的缺口(虚线部分)表示用60毫米束可以实 现的最大划刻速度的位置，在该图中用附图标记26表示。图6是利用本发明的代表性束(正方形数据点)和参比(对比)束(圆形数据 点)产生的测量的峰值玻璃表面温度的图。纵轴表示以。C为单位的峰值玻璃表面温度，横 轴表示以％为单位的激光器功率。在该图中，较高的激光器功率对应于较高的划刻速度。图7是利用代表性的本发明束(正方形数据点)和参比(对比)束(圆形数据 点)在激光划刻过程中产生的测量的峰值残余应力的图。纵轴表示以PSi为单位的峰值残 余应力，横轴表示以％为单位的激光器功率。在该图中，较高的激光器功率对应于较高的划 刻速度。图8是对于康宁公司的EAGLE 2000 ^ (菱形数据点)和EAGLE XG (正方形数据 点)LCD玻璃，在不产生过大的残余应力条件下实现的划刻速度与激光器功率的变化关系 的图。纵轴表示以毫米/秒为单位的划刻速度，横轴表示以％为单位的激光器功率。图9是现有技术划刻系统的示意图。
发明详述及其优选实施方式A.以高速划刻玻璃板的挑战激光划刻通常使用波长为10. 6微米的二氧化碳激光器进行。在这种波长下，氧化 物玻璃的吸收可能超过IO5-IO6LzU使得CO2辐射的有效穿透深度小于1-10微米。成功地 进行划刻所要求的典型开口深度必须在玻璃厚度的10-20%范围内，对于LCD制造中使用 的典型基板(即基板厚度为0. 7毫米)而言对应于70-140微米。这意味着在激光划刻过 程中开口的形成主要依赖于玻璃表面下方加热的热导率，这是一个比较缓慢的过程。因此， 高的表面吸收和玻璃的热导率是基本确定工艺窗口和限制划刻速度的两个基础因素。为了达到要求的拉伸应力以形成开口，激光束的功率密度必须高到足以在玻璃的 表面上提供足够的温度差异(参见以下)。但是，如果功率密度太高，则在曝光过程中传递 至玻璃表面上沿划刻线的各点的能量可能导致玻璃烧蚀或蒸发。这种高功率密度还可能导 致在分开的子片边缘处以及在与其相邻的区域中产生高的残余应力水平。另一方面，如果 曝光时间比较短(当划刻速度较高时)，则传递至玻璃的能量可能不足以加热表面下方的 玻璃，也不足以形成深的开口。从理论上说，可以通过在冷却之前使用几个束预热玻璃，或者通过沿划刻线用单束进行多次扫描，解决这个问题。但是，这两种方法都要求复杂的光学和控制方案。B.伸长的束的应用根据本发明，利用一种比较简单的方案解决了以上挑战，吃惊地发现该方案能有 效地以高速对玻璃板(包括由具有低的热膨胀系数的玻璃构成的玻璃板)进行划刻，产生 低的残余应力水平。该方案涉及使用单独一个伸长的束，该束具有大于或等于200毫米的 未截顶长度Ltl(参见以下)。由于其长度较长，用于实施本发明的该束一般具有较大的长轴 与短轴之比，例如该比值大于130，优选大于200，最优选大于300。这种类型的束导致在划刻过程中延长在玻璃表面上的停留时间，使得能够在甚至 超过1000毫米/秒的划刻速度条件下形成深的开口。而且，可以对束的结构以及激光器 的功率分布模式进行选择，将功率密度保持在较低的水平，使得能够进行一致的划刻过程， 而不会使玻璃表面发生过热超过进行划刻的玻璃的应变点。这显示该方法的一项明显的优 点，因为这意味着可以利用高的划刻速度而不会产生高的残余应力水平。另外，已经发现 (参见以下)，可以通过调节冷却区和束拖尾边缘的相对位置，使划刻过程中产生的拉伸应 力最大化。这样就使得能够增大沿玻璃表面的温度差异，同时将玻璃表面的最高温度保持 在玻璃应变点以下。根据一些优选的实施方式，激光划刻使用非对称的激光束进行，例如仅在一端截 顶的束。较好地，该束具有可以变化的尺寸(长度)和功率密度，从而适合不同的玻璃类型 和/或工艺条件(如划刻速度)，但是在需要时，可以在实施本发明时使用具有固定的尺寸 和功率密度的束，例如，联系用于单独一种类型和厚度的玻璃的专门划刻站。C.用伸长的束进行激光划刻 为了以给定的速度形成并扩大激光开口，玻璃表面上各点应当经历由以下参数确 定的相同的热历程激光器功率和激光束之内功率密度的分布；加热速度；在加热过程中 达到的最大玻璃表面温度；以及骤冷效率和骤冷区位置。一般来说，本发明的划刻方法在 系统工艺参数之间取得平衡，使得一个参数的变化能通过一个或多个其他参数的变化来补 偿，从而使得玻璃表面上沿划刻线的各点基本上保持所需的相同热历程。对于任何给定类型的玻璃和划刻速度，本发明通过符合以下条件实现了高速划刻 以及低的残余应力(1)通过加热并随后冷却划刻线各点产生的瞬时热应力超过使从已有的裂缝开始 形成的开口稳定扩展的玻璃的断裂应力；(2)使玻璃表面上沿划刻线的各点经历激光曝光，足以形成较深的开口，但是另一 方面，对激光曝光的持续时间和激光束的功率密度进行选择，使玻璃表面不至于过热，从而 使得该过程在进行时不会引起显著量的残余应力；和(3)对该束拖尾边缘之内骤冷区的位置进行选择，使得对于给定的最大玻璃表面 温度，将热应力梯度最大化。通过考虑
图1能最好地理解这些原理的应用，图1示意说明以下专利的方法，图IA 说明’ 284专利的方法，图IB说明’ 220专利的方法，图IC说明本发明的一种实施方式。如图IA和IB中所示，’ 284和’ 220专利中描述的激光划刻方法包括用限定尺寸 的激光束113加热玻璃表面，然后是骤冷区或冷却区域15。在激光划刻的过程中，形成中间 裂纹(或部分开口)。如以上讨论的，要形成开口，首先在玻璃表面上形成小的起始裂缝，然后通过激光束和骤冷区将其转化成开口，并进行扩展。根据’ 284和’ 220专利，冷却区域位 于束边界外侧一定距离处(参见图IA和1B)。虽然图IA和IB的结构能实现划刻，但是它们根据玻璃类型局限在20-500毫米/ 秒的速度。使用相同结构试图增大划刻速度的尝试都导致玻璃过热，根据本发明已经发现， 因为施加的较高的功率密度导致的玻璃过热会产生高的残余应力水平。而且，残余应力效 应在较高的划刻速度条件下变得更加明显，尤其是在低热膨胀玻璃的情况中。图IC的实施方式的方法通过利用明显更长的激光束，并且依据本发明的最优选 实施方式，通过截去该束的一端，在玻璃板的表面上产生非对称的束足迹(FOOTPRINT)，从 而克服了这些问题。通过以下考虑可以理解这种方法的基础。从机械工程角度考虑，划刻过程可以用 在划刻过程中在玻璃中产生的拉伸应力σ来描述。该拉伸应力与α *Ε* Δ T成正比，其中 α是玻璃的线性热膨胀系数(CTE)，E是玻璃的弹性模量，△ T是玻璃表面上位于激光束下 方的表面部分与位于冷却喷嘴下方的部分之间的温度差。要形成开口，产生的拉伸应力必须大于玻璃的分子键。玻璃的CTE和弹性模量越 低，则产生的拉伸应力越低，因此，对于给定的条件组合，划刻速度越低。对于给定的α*Ε 乘积，可以通过将玻璃加热至较高的温度从而增大拉伸应力σ。但是，将玻璃过热至接近或 超过其应变点会导致玻璃烧蚀，并在玻璃中产生不可逆转的高的残余应力，从而使玻璃边 缘的品质变差，降低其强度，并使划刻过程的进行变得不一致。为了要解决这些问题进行了研究，其中在玻璃表面沿划刻线的各点处计算了温度 随时间的变化(热历程)的关系。在理想情况中，在划刻过程中，玻璃表面沿划刻线的各点 应当在相同的时间内经历相同的温度变化。图2显示使用长度为230毫米的束对激光器功 率和速度的不同组合计算的热历程。表1列出这些附图中显示的各曲线的功率水平和速 度。用于图2计算的玻璃性质与康宁公司的EAGLE 2000 玻璃的性质相当。该图还显示 进行冷却过程的区域(骤冷区域)。该图中的水平虚线表示用于进行这些计算的玻璃的应变点，即666°C。根据本发 明，该温度表示划刻过程中不应超过的上限，以避免在玻璃中产生过大的残余应力。一般来 说，假定玻璃表面的加热以及随后的骤冷产生足够的拉伸应力来扩大开口，则优选较低的 最大玻璃温度，而非较高的最大温度。这样可以使完成的边缘和玻璃板中的残余应力最小。图2的计算结果显示了能成功地使用而不会产生过大残余应力的划刻参数的组 合，以及使得玻璃过热(例如加热玻璃使T > 6660C )的组合(参见附图标记100和110)。 计算的结果还显示了可用于以降低的玻璃表面温度进行该过程而仍然实现足以形成开口 的瞬时拉伸应力水平的激光器功率和激光曝光时间的组合(参见附图标记70、80和90)。 如以下所示，这些计算的结果通过实验验证。通过调节激光器功率、与束的加速和减速相关的划刻速度的变化而验证的其他计 算和实验(结果未显示)可以进行配合，从而将玻璃的表面温度保持在能成功地实现划刻 同时不对开口深度和残余应力产生明显影响的工艺范围。更具体来说，在这些计算和实验 中，在加速过程中激光器功率增大，在减速过程中激光器功率减小，使得玻璃上对应于这些 划刻速度变化的点的热历程基本上类似于划刻速度恒定时的热历程。这样，因为激光器和 开口引起的玻璃温度在玻璃长度上是基本均勻的，当在开口处将玻璃板分割成两个子片时，得到的分开的边缘也是基本均勻的。如上所述，使划刻过程中的玻璃表面温度最小化有助于减小玻璃中的残余应力。 但是，划刻过程中产生的热应力必须足够高以形成开口。进行了一系列实验来解决这些矛 盾的考虑因素。这些实验显示，对于激光束下方的表面部分的给定最大温度，可以通过改变 冷却剂点相对于束的位置来增大热应力。通过计算图IC中瞬时热应力随参数τ和D的变 化，也证明了这一点。这些计算的结果示于图3中。在该图中可以看出，对于各距离D( S卩，冷却剂点中 心至未阻断束的边缘的距离；参见图1C)，τ值(S卩，束的阻断长度；参见图1C)存在一个 范围，在该范围中，瞬时热应力具有最大值。从定性方面考虑，这些计算的结果与实验观察 的结果从性质上是一致的。调节τ (和D)提供了一种有效的途径，能够实现足够的拉伸应力以形成开口，同 时不会产生过大的残余应力水平。而且，τ也会影响开口深度，对于较大的截断(较大的 τ值)，深度较小。一般来说，已经发现开口深度是τ的非线性函数，换言之，是图IC中的 长度b的非线性函数。图4中显示了这种影响，其中该图的上半部分表示合适的τ值范围， 已经发现该范围能成功地对0. 7毫米的LCD玻璃进行划刻。应该注意，图4中显示的非线 性行为不同于’ 284、，220和’ 875专利中描述的内容，这些专利中预测开口深度与b具有线 性依赖关系(参见图IA和1B)。一般来说，增大划刻速度导致开口深度减小，使得随后将玻璃板分割成两个子片 的操作变得不太可靠。现有激光划刻技术的一个主要缺点是短激光束提供有限的曝光(或 停留)时间。当划刻速度接近或超过500毫米/时，曝光时间变得更短(例如约100-120 毫秒)。图5中显示了这种影响，在图中，对于现有技术的束长度(60毫米，参见附图标记 20)以及本发明的代表性的束长度(250毫米和300毫米，分别参见附图标记22和24)，将 曝光时间对划刻速度作图。该图中还显示了利用现有技术的束长度可以实现的最大划刻速 度(参见附图标记26)。通过一系列的计算和实验，证明这些短的曝光时间不足以将玻璃表面加热至可靠 地形成开口所需要的温度，除非使用高功率密度的束。但是，这种高功率密度会产生严重的 残余应力问题。这种曝光时间同样太短，以至于不能形成足够的开口深度来保证在开口线 处成功地进行分割。如以上讨论的，根据本发明，使用未截定长度Ltl大于或等于200毫米的伸长的束 来进行划刻。在图IC的命名法中，LtlZb+τ。这种束在500毫米/秒的划刻速度条件下能 提供比常规激光划刻过程长3-5倍的曝光时间。这使得在快得多的划刻速度条件下热量能 够深入地传递到玻璃中而不会使玻璃表面过热。即使在等于或大于1000毫米/秒的速度 条件下，这种束形成的开口深度也能超过玻璃厚度的10 %，保证了可靠的分割。虽然对于本 发明实施中使用的激光束的长度没有理论限制，但是根据成本和其他实际考虑因素，Ltl通 常约等于或小于300毫米，不过需要时可使用较长的束。通常使用CO2激光器产生激光束，但是需要时可使用其他类型的激光器。要实现 等于或大于200毫米的Ltl值，通常要将该束通过射束扩展器，然后使用圆柱形光学结构使 该束伸长。对于本发明的目的，使用ISO 11146标准的1/e2的束长度定义确定未截定束的 Ltl值。即，将激光束的边界定义为束强度降低至其峰值I·的Ι/e2的位置。根据这个定义，大约有86%的总束能量传递通过定义的边界。如以上讨论的，根据本发明，在划刻过程中将玻璃表面的最大温度保持低于 或最多等于玻璃的应变点，即，玻璃粘度为1013_5Pa*s(1014_5泊)时的温度。优选 大 彡T应变_30，更优选T最大彡T应变_60，最优选T最大彡T应变-100，其中T最大和T应变的单位都是。C。 对于等于或小于500毫米/秒的较小的划刻速度，最高玻璃温度可以小于(Ts$-150)或者 甚至小于(T应变-200)。可以通过不同方式测量玻璃温度，优选方式是利用热成像(热视) 照相机。如以上讨论的，通过以这种方式控制ΤΛλ，可以减小玻璃中的残余应力的量。优选 由玻璃板形成的子片中的峰值残余应力小于或等于300psi，最优选小于或等于lOOpsi。在 一些情况中，可以容忍峰值残余应力超过300psi，例如应力最高为500psi。具体来说，如果 玻璃板不会经历明显的附加边缘应力，则这种较高的应力水平是可以接受的。同样，在大玻 璃板的情况中，板体中的变形可能较小，因为板的尺寸较大，甚至当边缘处具有高的峰值时 也是如此。优选采用双折射技术测量经过划刻和分割的板中的峰值残余应力。由以上内容很明显知道，可以使用未截顶束实施本发明，但是优选使用在一端截 顶的束，即其拖尾端最邻近(最接近)冷却剂区的束。可以使用为此目的特别构造的屏蔽 物进行截顶。或者，可以对用于施加冷却剂的一部分喷嘴组件进行定位，以截断并由此对束 的拖尾部分进行截顶。后一种途径如图IC所示，其中通过喷嘴19的外壳截断未截顶束21， 变成玻璃表面的截顶束13。应当理解，不同于’ 875专利中描述的情况，优选根据本发明的束的阻断程度不超 过总束长度的约20%。同样，也不同于’ 875专利，优选根据所需的划刻速度对束的阻断程 度进行选择。而且，使用冷却喷嘴组件进行束的阻断时，对冷却剂区在束内的所需位置的选 择导致对束的不同的截顶程度(不同的τ值)，而同时使束的后边缘与冷却区域的前边缘 的距离L保持恒定(参见图1C)，对于这种结构，L不依赖于τ。在使用屏蔽物而非喷嘴组 件进行截顶的系统中也可以采用不依赖于τ的恒定的L。并不意图以任何方式进行限制，通过以下实施例进一步说明本发明。D.实验结果使用圆形偏振的CO2激光束获得实验数据，该圆形偏振的CO2激光束通过可变的射 束扩展器，然后利用圆柱形光学结构转化成伸长的束。该光学系统允许沿划刻方向调节束 的长度，获得等于或大于200毫米的未截顶长度Ltlt5将冷却剂射流定位，以接触未截顶束的 拖尾边缘内侧的玻璃板。如图IC中所示，使用喷嘴主体对束进行截顶。图6比较了用本发明的束(正方形数据点)和用参比束(圆形数据点)产生的玻 璃峰值表面温度。具体来说，本发明的束的未截顶长度为200毫米，截顶10-15毫米，而参比 束的未截顶长度为100毫米，使用时不进行截顶。在各情况中，距离L(参见图1)等于3-6 毫米。在这些实验中使用的玻璃为康宁公司的EAGLE 2000 玻璃。使用热视照相机测量 该玻璃的表面温度。在该图中，较高的激光器功率对应于较高的划刻速度。由该图中可以看出，对于参比束，在超过30%的相对激光器功率条件下，表面温度 迅速爬升超过700°C。另一方面对于代表本发明的束，表面温度保持低于玻璃应变点，甚至 当相对激光器功率超过60%时也是如此。从划刻速度角度来看，该实验和相关实验证明，当 划刻速度仅仅超过450-500毫米/秒时，使用参比束容易造成玻璃表面过热，使玻璃温度上升超过600°C，而当使用本发明的束时，即使当划刻速度接近1000毫米/秒时，最大玻璃温 度也将保持低于600°C。因此本发明允许以较高的速度进行激光划刻而不会使玻璃过热。如以上讨论的，使玻璃过热是不利的，因为过热除了其他问题之外还会导致分开 的子片中存在过高的残余应力水平。这种影响如图7中所示，该图示出用参比束(圆形数 据点)和用上述本发明束(正方形数据点)进行划刻得到的分开的子片中测量的峰值残余 应力。该图中还显示了划刻速度。可以看出，当划刻速度超过500毫米/秒时，参比束得到 的应力水平远高于500psi水平，而对于本发明的束，即使在划刻速度等于1000毫米/秒的 条件下，得到的应力水平也远低于这个水平。图8说明本发明的激光束能够对具有低CTE的玻璃基板进行划刻。使用的激光束 与用于产生图6和7的正方形数据点的激光束相同。图8中的菱形数据点是康宁公司的 EAGLE 2000 :玻璃的数据点，正方形数据点是康宁公司的EAGLE XG 玻璃的数据点。如该 图中所示，本发明的激光束能在对应于远高于500毫米/秒(如750-1000毫米/秒)的速 度的激光器功率水平条件下，成功地对由这些低CTE玻璃组成的基板进行划刻。而且，得到 的子片具有低的残余应力水平，即，应力水平通常小于或等于lOOpsi。通过玻璃弯曲，或者 通过使用不弯曲的超声分离方法，能够完成对以这种方式划刻的玻璃板的断开。通过以上实验数据说明，使用伸长的激光束并结合对该束的拖尾边缘进行部分阻 断，能够有效地对玻璃板进行划刻。具体来说，这种组合方式使得能够对骤冷位置进行选 择，从而使开口深度最大化，并使划刻过程中产生的热应力梯度最大化，而不会增大最大玻 璃表面温度。这种技术能采用高的划刻速度，例如速度等于或大于750-1000毫米/秒，而 不增加残余应力，甚至对具有低CTE的玻璃基板也是如此。虽然已经描述和说明了本发明的具体实施方式
，但是应该理解，可以在不偏离本 发明精神和范围的条件下进行修改。例如，虽然本发明讨论和说明了使用在10. 6微米运行 的CO2激光器对厚度为0. 7毫米的LCD玻璃进行划刻，但是需要时，本发明可以应用于其他 类型的玻璃，可以使用不同波长的其他类型的激光器操作。在不偏离本发明范围和精神的许多其他修改对于了解本文揭示内容的本领域普 通技术人员而言是显而易见的。以下权利要求意在涵盖本文提出的具体实施方式
以及这些 修改、变化和等同。表 权利要求
一种对玻璃板进行划刻的方法，该方法包括(a)在玻璃板的表面上以速度S平移具有峰值强度I峰的伸长的激光束，所述束的特征是具有未截顶长度L0，其中L0等于在没有任何截顶的情况下沿束长度在玻璃板表面上的束强度降低至I峰的1/e2的位置之间的最大距离；和(b)在玻璃板表面上跟随激光束平移冷却剂区域；其中(i)S大于500毫米/秒；(ii)L0大于或等于200毫米；和(iii)对I峰和L0进行选择，使得激光束在玻璃板表面上以速度S的平移，在玻璃板表面上产生小于或等于玻璃应变点的最大温度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在接触玻璃板的表面之前，对束的一部分进 行截顶，所述部分是最接近冷却剂区域的部分。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，如果未截顶，将所述冷却剂区域定位于束中 将接触玻璃板表面的那部分之内。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述束的截顶部分的长度小于或等于 0. 2*L0。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述冷却剂区域通过喷嘴组件产生，该组件 的至少一部分截断该激光束从而对其进行截顶。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述划刻操作在玻璃板中形成开口，该开口 的深度至少为玻璃板厚度的10%。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，玻璃板表面上的最大温度满足以下关 系式τ最大< T应变_100，其中Tia是玻璃的应变点，和Tia的单位都是。C。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由该玻璃板形成的子片中的峰值残余应力 小于或等于500psi。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由该玻璃板形成的子片中的峰值残余应力 小于或等于IOOpsi。
10.一种运行激光划刻系统的方法，其中通过跟随具有中心点的冷却剂区域在玻璃板 表面上平移截顶的激光束从而在该板中形成开口，所述方法包括对激光束的截顶量和/或 冷却剂区域中心点与截顶之前激光束最近端之间的距离进行选择，从而控制至少一个以下 参数(i)开口的深度，和(ii)由该板形成的子片中的残余应力。
11.一种运行激光划刻系统的方法，其中通过跟随具有外边缘的冷却剂区域在玻璃板 表面上平移截顶的激光束从而在该板中形成开口，所述对激光束的截顶操作产生最接近冷 却剂区域的截顶边缘，所述方法包括(a)改变激光束的截顶量，以配合或产生以下一种或多种效果划刻速度的改变，开口 深度的改变，玻璃组成的改变，玻璃板厚度的改变，由该板形成的子片中的残余应力的改 变，以及由该板形成的子片的边缘性质的改变；和(b)随着激光束截顶量的改变，使以下⑴和(ii)之间的距离保持恒定(i)激光束的截顶边缘，和(ii)冷却剂区域的最靠近激光束截顶边缘的那部分外边缘。
全文摘要
提出了实验数据，这些数据显示，用现有技术对玻璃板(112)进行激光划刻时，随着划刻速度的增大，会在分开的板中产生不可接受的残余应力水平。揭示了解决这个问题的方法，这些方法利用伸长的、优选是非对称截顶的激光束(13)。所述方法允许以等于或大于1000毫米/秒的速度对玻璃板(112)进行划刻，同时产生低的残余应力水平，例如残余应力水平小于或等于500psi。在制造显示器平板(如LCD平板)的过程中，这种低的残余应力水平转化成低的变形水平，并且改进分开的边缘的性质。所述方法可用于各种类型的玻璃，包括具有低的热膨胀系数的玻璃。
文档编号C03B33/09GK101910077SQ200880125313
公开日2010年12月8日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月20日
发明者A·A·阿布拉莫夫, Y·孙, 周乃越, 徐伟 申请人:康宁股份有限公司