用于电变色装置制造的热激光划线切割方法和设备及相应的切割玻璃面板的制作方法
【专利说明】用于电变色装置制造的热激光划线切割方法和设备及相应的切割玻璃面板
[0001]【对相关文献的引用】
[0002]本申请要求申请号为61/620，713且申请日为2012年4月5日的美国临时专利申请的优先权，该临时申请的全部内容通过引用结合于此。
【发明领域】
[0003]本发明对切割工艺比如激光切割工艺进行了最大程度的利用，以便通过允许让切割的子面板包含裂源而将大型EC面板上的子面板分离。
[0004]【发明背景】
[0005]层压片形式的电变色装置为业界所知悉。仅仅举例而言，可以借助激光切割工艺从将被层压到热增强或钢化的外层片上的母板在2.2mm的浮法退火玻璃上制备得到电变色(EC)面板。制备电变色层压片的工艺描述于PCT专利申请PCT/US2011/027148中，其内容通过引用结合于此。
[0006]据认为:使用浮法退火玻璃进行电变色时，电变色面板边缘的制备需要小心对待，以便提供足够坚固的边缘，进而能够经得起通过对面板中心进行太阳能加热形成的进行中的热应力。相对于传统的制备方法，对产生的应力进行的分析及借助激光切割实现的增强保护描述于共存的美国专利申请13/178，065及13/040，787中，该等文献的内容整体上通过引用结合于此。
[0007]从传统上讲，为了制备具有足够坚固边缘以便经得起进行中的热应力的电变色面板，电变色面板的激光切割必须在面板成品之外开始。这是因为面板上开始激光切割的部位将可能具有较弱的应力抵抗强度。图1展示了从母板10上切割具有客户定制尺寸的电变色面板的示例性布局。在图1中，所制备的母板10将被切分为子面板12、14、16及18。为了将面板14与16切开，必须沿着线15进行激光切割。为了进行这种激光切割，激光切割不应当从为任何一个面板12、14、16或18保留的区域内开始。因此，必须保留位于母板10边缘和中心的废弃区域作为激光切割的起点。
[0008]在图1的例子中，线15的裂源或起割点为从沿着面板14、16及废弃区域19的交汇处开始的大约15mm处，及从面板12与废弃区域19之间的边界开始的大约15mm处。因此，废弃区域19为处于母板10中心处的“无用”区，其宽度大约为20-25mm。这将导致母板上可用区域的损失，限制子面板放置的定制化程度，并且进一步降低了模版产量。
[0009]【发明概述】
[0010]本发明提供一种激光划线切割电变色面板的方法，从而相对于上述现有方法，减小了制备工艺中废弃区域或无用区的数量。
【【附图说明】】
[0011]图1为传统的借助激光划线切割从母板上制备电变色面板的布局。
[0012]图2为根据本发明一方面的借助激光划线切割从母板上制备电变色面板的布局。
[0013]图3为根据本发明一方面的借助激光划线切割从母板上制备电变色面板的另一个布局。
[0014]图4为根据本发明一方面的电变色面板的实验数据的光弹性图像。
[0015]图5为根据本发明一方面的电变色面板的有限元模拟模型。
[0016]图6为根据本发明一方面的电变色面板的有限元实验数据。
[0017]图7为根据本发明一方面的电变色面板的弯曲测试实验数据。
[0018]【发明详述】
[0019]本发明的切割工艺包括:(a)借助划线轮形成裂源，(b)进行激光加热，及(C)随后，随着激光束和冷却射流沿着需要的切割线移动，借助气体或气雾射流冷却。该工艺可用于窗玻璃、层压片或其它衬底。
[0020]在一些实施例中，切割工艺可以包括电热切割，从而代替激光加热/划线切割。类似地，虽然文中描述了示例性的切割工艺包括用于进行激光切割的激光束，在这些实施例中，激光束也可以由电热切割器具代替，所述电热切割器具将热量聚集在衬底的选定区域上(即，为了切割衬底)。然后，在电热切割之后，可以进行气体或气雾射流冷却，正如在激光切割方法中所做的那样，并且以下述相同方式进行。
[0021]通过形成裂源而开始切割工艺。可以借助任何器具形成裂源，这种器具能够至少局部切割玻璃从而使得玻璃可以被热应力或对玻璃的热梯度所切割。比如，可以借助划线轮形成裂源。如果使用划线轮，则划线轮可以为典型的玻璃刀轮，其通常用于机械分割玻璃面板。又比如，也可以使用其他类型的玻璃划线工具，例如锋利的金刚石或碳化物笔。依据将要进行的切割的特性(比如相对平直的切割、弯曲切割等)，所述划线轮或其他工具可以旋转或被固定。
[0022]借助划线轮将一定程度的外力施加到玻璃上，并且该外力导致玻璃在裂源位置裂开。所选择的外力足够强大以至于将玻璃裂开，但又不会过于强大以至于玻璃上未与划线轮接触的部位也被切割。划线轮可以以10牛或以下的外力，优选地8牛或以下的外力作用于衬底。该外力通常形成大约5-6mm宽且大约300-1200微米深的裂源。优选地，裂源深度应当保持最大为大约500微米。
[0023]虽然形成裂源在文中描述的激光切割技术中至关重要，其对其它玻璃切割技术也是至关重要的，包括激光“贯穿切割”技术例如多激光束吸收(multiple laser beamabsorpt1n(MLBA))和电弧放电技术。因此，文中描述的技术类似地对于文中讨论的激光切割技术以外的其他裂源应用也有利。
[0024]在形成裂源后，借助激光加热工艺(或上文提及的电热切割工艺)对玻璃进行划线。从裂源位置开始划线，并且以实线的形式连续划线，一直进行到玻璃边缘或所需要的激光切割端点。连续切割线可以相对平直或可以弯曲。
[0025]可以借助连续波(CW) C02激光进行激光加热。连续波可在典型的大约10600纳米波长处运行，并且被硅酸盐玻璃强烈吸收，并且为其优选的激光类型。也可以使用其他靠近C02的波长。当然也可以使用其他波长，只要形成的波长被玻璃强烈吸收且同时对切割有效。据认为:特殊玻璃成分可以适应特定的相邻波长，以便获得所需要的高吸收率。在一些例子中，可使用脉冲激光，只要具有足够的脉冲重叠以便提供有效连续或“准连续波”波束。在许多这些例子中，据认为激光发出的光强烈或极大程度地被玻璃吸收。
[0026]波束功率等级应当与波束在玻璃上的区域匹配。例如，相对较长的波束的波束功率等级(其允许较快的直线动作)应当相对较高。在一些例子中，大约I到2W/mm2的功率密度是足够的，但也可以为更高或更低的密度，只有遵循文中描述的极限情况即可。为了进一步解释以上情形，业纳(Jenoptik)系统利用了长度大约为110mm、宽度大约为2mm的椭圆波束，并且该波束在10600nm波长处的激光功率大约为300W。
[0027]聚集于玻璃上的激光波束的强度限制为足够高的数值，以便对其上聚集该波束的玻璃区域进行加热(也就是引起热应力破裂)，同时足够低以便不会熔化材料。类似地，激光加热的温度应当足够高，以便引起热应力破裂，而又不会太高以至于引起玻璃表面软化或邻近表面处软化。
[0028]激光波束(或上述电热刀具)导致裂纹传播的速度进一步由激光波束加热玻璃的速度所限制。激光波束可以以大约每秒50mm至大约每秒100mm的速度传播。优选地，激光波束以每秒200_的速度传播。为了增加裂纹传播速度，激光波束聚集的区域可以沿着运动方向延伸，从而允许激光波束在玻璃上的每个位置聚焦更长时间，进而以更高的运动速度对每个相应位置加热更多时间。应当适当选择这种运动使得其不会超过表面熔化破坏极限。
[0029]在那些裂纹沿着弯曲路径前进(甚至在三维环境下，比如沿着内凹或外凸表面前进)的例子中，狭长波束的长轴必须设置成大致与所需要的切割路径正切。路径半径与波束长度之间具有一定关系，半径越短则需要的波束长度越短。因此，弯曲路径需要较低的运动速度以获得相同程度的加热。
[0030]在加热工艺之后，可以将气体或气雾冷却射流聚集在玻璃上激光加热后的部位处。所选择的冷却射流材料成分使得冷却速度最大，且同时不会对表面造成污染。在一些实施例中，冷却射流可以由气体、蒸汽或二者的组合组成。例如，可以使用纯净气体比如氮气或氢气，且包含或不含蒸汽比如水或各种醇。使用气雾冷却射流可以减小液滴尺寸，进而降低冷却剂的流率且改善冷却流程的热交换效率。
[0031]虽然据说蒸汽可以加强射流的加热和冷却性能，蒸汽也可能给加热和冷却流程带来其他麻烦。冷去射流材料成分可以包括但不是必然包括蒸汽。例如，乳沟靠近切割处的表面湿敏或吸收水蒸气，则水并不是理想的。
[0032]以将冷却射流设置成以固定的时间量尾随激光波束。在一些例子中，可以将冷却射流设置成滞后激光波束大约250毫秒至大约500毫秒。激光与冷却射流之间的距离可以为固定距离，该距离基于激光和/或冷却射流的运动速度及让玻璃保持受热状态所需要和/或所允许的时间来确定。固定距离可以为大约50mm至大约100mm。狭长波束尾端与冷却射流之间具有优化的间隔范围，据认为这将形成一致的裂纹。
[0033]大体思路是让玻璃内产生的应力最大化，所述应力由移动激光波束尾部下方的区域与尾随的气体或气雾射流所冷却的区域之间的温差所引起。冷却射流的位置应当让温度梯度最大化。
[0034]同样，在那些裂纹沿着弯曲(比如二维弯曲或三维弯曲)路径前进的例子中，类似于激光波束，冷却射流也必须能够移动，以便其沿着与激光波束一样的弯曲路径前进。在一些例子中，冷却射流也必须能够沿着该路径以理想间隔移动。
[0035]附图展示了根据上述激光切割工艺的母板的一些实施例。本领域中的普通技术人员应该可以应用、改动或以其他方式修改文中描述的技术方案，而不脱离其精神和范围。因此，所展示的内容仅仅为示例性，而不应当认为对本发明范围进行了限制。
[0036]从传统上讲，从裂源展开的激光切割是从母板边缘大约1mm至大约50mm处开始的。典型的距离为大约20mm。引起裂源的区域被视为“废弃”区域，因为该区域无法用于制造电变色面板。
[0037]图2展示了母板20的一个例子，该母板20将被切割为3个稍小的面板。可以将3个稍小面板的每一个用作电变色装置。仅仅为了展示目的而出现在图2中并且并非必须出现在面板上的标记21-26指出了将形成每个裂源的位置，以便切割形成面板27-29。面板的激光切割将沿着虚线进行。每个裂源为靠近相应裂源的虚线的激光切割起始点。
[0038]在本发明的一些