專利名稱：無堿玻璃矩形板激光切割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉一種無堿玻璃矩形基板激光切割方法，適用于LCD (液 晶顯示器)新制作工藝要求，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的切割玻璃基板方法是釆用金剛石砂輪片或硬質(zhì)合金 輪劃線切割的機(jī)械切割方式。該方法是先用刀輪片在玻璃表面劃線， 再由機(jī)械應(yīng)力的方式將玻璃分?jǐn)?。該方法切割，不可避免的?huì)在玻璃 表面產(chǎn)生碎屑，需要增加清洗、打磨等流程，同時(shí)由于是機(jī)械式接觸 在切割斷面和棱邊上會(huì)產(chǎn)生不規(guī)整的斷口，斷面質(zhì)量差。另外，在基 片表面清洗工序中，微小碎粒屑還可能造成對(duì)坡璃表面表觀質(zhì)量的損 傷，釆用該方法切割，無堿玻璃基板的成品率僅四、五成。
此后，為了替代機(jī)械方式，在歐洲專利No. 82301675. 3中，激 光溶斷方式被提了出來。該方法是指當(dāng)加工表面溫度超過材料的退火 溫度時(shí)，材料表面開始溶融。而利用激光熔斷能力較好的特點(diǎn)將材 料直接切斷。這種熱熔斷方法雖然是非接觸切割，但會(huì)在切割斷面上 殘留有波紋樣物質(zhì)，斷面質(zhì)量不好，還會(huì)在切斷面的內(nèi)側(cè)殘留溶融物 質(zhì)并會(huì)產(chǎn)生殘佘應(yīng)力，切割后仍需清洗、打磨等流程，切割效果不佳。 為了解決以上加工方式存在的問題，美國專利(US5209284)提出基 于熱應(yīng)力原理的控制斷裂激光切割方式。這種方法是利用激光良好的可聚焦性、良好的功率可控性以及可以很方便的光東整形，從而進(jìn)行 局部加熱產(chǎn)生熱應(yīng)力并與外部冷卻結(jié)合，誘發(fā)冷熱應(yīng)力效應(yīng)超過玻璃 材料的破裂強(qiáng)度。目前該方法已被證明是有效的并已得到實(shí)施。
但該方法不可避免的會(huì)在無堿玻璃表面產(chǎn)生冷熱應(yīng)力效應(yīng)，使玻 璃切割斷面產(chǎn)生類似"淬火"效應(yīng)，切割斷面的強(qiáng)度會(huì)大大增加。這 樣在切割矩形板時(shí)，在矩形板的四個(gè)頂點(diǎn)(即切割交叉點(diǎn))上會(huì)產(chǎn)生 毛刺和裂紋甚至崩口，從而降低了矩形板的成品率。
為解決這種問題，日本專利JP215760提出一種翻面切割方法， 即在矩形板的某方向釆用激光切割后將玻璃基板翻面，在玻璃基板的 背面進(jìn)行另一方向的切割，這種方法損失了切割效率，并且增加了無 堿玻璃基板的破損率。
無堿玻璃的應(yīng)用對(duì)象LCD (液晶顯示器)新制作工藝也對(duì)激光切 割提出了更高要求。傳統(tǒng)LCD的液晶注入方式，是在上下玻璃對(duì)組之 后以毛細(xì)原理將液晶慢慢吸入，這種灌液晶方法的缺點(diǎn)是非常耗時(shí)且 浪費(fèi)液晶。而新的滴下式液晶注入法則是先將液晶直接滴在玻璃上， 然后再進(jìn)行上下玻璃的對(duì)組。液晶注入制程的改變，也使得面板制程 跟著變動(dòng)，其中玻璃基板的切割程序，從原本先切割未注入液晶的空 基板，變成液晶填充完后再切割，這樣基板翻轉(zhuǎn)會(huì)造成液晶間隙的亮 度與色度不均勻現(xiàn)象，以及提高基板破損的機(jī)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了能在不翻轉(zhuǎn)無堿玻璃基板的前提下將液晶填 充完畢的雙層玻璃基板盒切割成按預(yù)先設(shè)定尺寸的矩形板。本發(fā)明的技術(shù)方案是， 一種無堿玻璃矩形板激光切割方法，其特
點(diǎn)是，它主要將切割過程分為兩次激光切割
第一次切割是借助機(jī)械誘發(fā)的起始裂紋，在無堿玻璃板表面利用 給定功率密度的激光東和跟隨的強(qiáng)制冷卻點(diǎn)沿著預(yù)先路徑運(yùn)動(dòng)形成 不切斷玻璃基板的預(yù)切割，在玻璃基板表面形成為玻璃基板厚度1/7 到1/10深度的引導(dǎo)裂紋，這種預(yù)切割并不切斷玻璃基板，是在玻璃 基板表面形成一定深度的引導(dǎo)裂紋，這種切割形成的引導(dǎo)裂紋深度是 由激光光斑產(chǎn)生的熱壓力和強(qiáng)制冷卻點(diǎn)產(chǎn)生的拉力共同作用。這樣產(chǎn) 生的裂紋是玻璃體內(nèi)的應(yīng)力斷裂，不會(huì)產(chǎn)生碎屑和缺口。
第二次切割是在第一次預(yù)切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋線上利用匹配的 冷熱效應(yīng)改變?cè)? %或更多的功率密度的激光東和跟隨冷卻點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，
最終形成玻璃基板的直接切斷，第二次切割是第一次切割的在玻璃基 板厚度方向上拓展，是玻璃體的應(yīng)力斷裂，不會(huì)產(chǎn)生碎屑和缺口，斷 面質(zhì)量好。
所述的借助機(jī)械誘發(fā)的起始裂紋是采用一種硬金屬切割小輪在 預(yù)定位置的玻璃基板表面或棱邊上接觸刻劃產(chǎn)生< lmm的裂紋，本質(zhì) 上激光切割即是可控的引導(dǎo)這條起始裂紋產(chǎn)生可控?cái)嗔选?br> 所述的給定功率密度的激光東是指在光東整形產(chǎn)生的激光光斑 尺寸和激光器提供功率，激光光斑為細(xì)橢圓形，激光器采用C02激光 器。
所述的強(qiáng)制冷卻點(diǎn)是指釆用一定壓力下的混合氣體如空氣或氮?dú)?通過吹管噴射在激光光斑后部的玻璃基板表面上的冷卻點(diǎn)。所述的預(yù)先路徑是指為了將大幅面無堿玻璃板切割成小的矩形 板的預(yù)定切割線。
本發(fā)明提供的這種切割方法，在第一次切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋會(huì)在
XY雙方向上產(chǎn)生預(yù)切割效果，尤其在矩形板的四個(gè)頂點(diǎn)(即切割交 叉點(diǎn))上產(chǎn)生預(yù)先路徑和引導(dǎo)裂紋。這種方法產(chǎn)生的裂紋是玻璃體的 自然斷裂，是無縫裂紋，故不會(huì)形成一般激光方法切割交叉點(diǎn)時(shí)出現(xiàn) 的斷面彎曲傾斜和尺寸精度下降。
一般激光方法在水平激光路徑和縱向激光路徑的交叉點(diǎn)上，由于 "淬火"效應(yīng)導(dǎo)致的斷面強(qiáng)度變化，會(huì)出現(xiàn)毛刺和缺口。而釆用本發(fā) 明方法，可以防止在水平切割和縱向切割交叉點(diǎn)上產(chǎn)生裂紋和毛刺， 從而完成預(yù)定尺寸切割。這里的"淬火"效應(yīng)是指物體在加熱后快速 冷卻導(dǎo)致的強(qiáng)度增加。玻璃體在受熱但未達(dá)到熔點(diǎn)后快速冷卻會(huì)導(dǎo)致 硬度和強(qiáng)度大幅增加。
本發(fā)明的有益效果是第 一次切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋基本只作用于 玻璃基板上表面，在玻璃基板厚度方向沒有應(yīng)力影響。第二次切割產(chǎn) 生的玻璃直接切斷主要發(fā)生在玻璃基板厚度方向，雖然在斷面上仍會(huì) 產(chǎn)生"淬火"效應(yīng)，但由于第一次切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋的存在會(huì)一定 程度上破壞這種"淬火"效應(yīng)，從而能夠以良好的成品率按照著預(yù)定 尺寸切割矩形板。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以滿足LCD生產(chǎn)對(duì)激光切割 的新要求，并能在 一定程度上改善玻璃基板激光切割交叉點(diǎn)的品質(zhì)。


圖1為將一塊大幅面無堿玻璃基板切割成多塊矩形板的示意圖；圖2為激光光斑與強(qiáng)制冷卻點(diǎn)示意圖； 圖3為第一次切割產(chǎn)生引導(dǎo)裂紋的示意圖； 圖4為引導(dǎo)裂紋斷面示意圖； 圖5為橫向縱向切割交叉點(diǎn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為將一塊大幅面無堿玻璃基板切割成多塊矩形板的示意圖， 大幅面無堿玻璃基板是借助圖2所示的激光光斑和強(qiáng)制冷卻點(diǎn)來完 成兩次切割。圖1中X1、 X2等為水平方向，Yl、 Y2等為縱向方向； 圖2中Q為激光光斑，H為強(qiáng)制冷卻點(diǎn)，BC為引導(dǎo)裂紋，b為激光橢 圓光斑長軸，a為激光橢圓光斑短軸，x為切割方向。
圖3是第一次切割產(chǎn)生引導(dǎo)裂紋的示意圖，其中1A是指無堿玻 璃基板上表面，1B為下表面，3A，3B分別指矩形板的橫向和縱向切割 斷面。2A,2B是指產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋，dl,d2是指第一次切割產(chǎn)生的引 導(dǎo)裂紋深度。圖4是引導(dǎo)裂紋斷面示意圖，通常第一次切割產(chǎn)生的引 導(dǎo)裂紋深度為玻璃基板厚度的1/7到1/10。
圖5是橫向縱向切割交叉點(diǎn)的示意圖。a為交叉點(diǎn)。11、 12所表 示的為一般激光切割方法會(huì)出現(xiàn)的毛刺和斷面不整。13、 14所表示 的為釆用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的交叉點(diǎn)效果圖
下面描述切割無堿玻璃基板的激光切割方法 首先，按照?qǐng)D1中X、 Y虛線方向，以圖2中所示的激光光斑和強(qiáng) 制冷卻點(diǎn)進(jìn)行激光照射和強(qiáng)制冷卻切割無堿玻璃大板10，產(chǎn)生如圖 3、圖2所示深度為dl, d2的引導(dǎo)裂紋BC,從而完成本發(fā)明的第一次切割，在大板表面形成如圖4所示2的微裂紋。
接著，按照?qǐng)D1的XY路徑方向進(jìn)行第二次切割。本次切割路徑 與第一次切割重合，在第一次切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋BC的影響下在玻 璃基板厚度，即形成圖3中3A3B的切割斷面。由本發(fā)明方法形成的 橫縱向交叉點(diǎn)處斷面如圖5中13、 14所示。
權(quán)利要求
1.一種無堿玻璃矩形板激光切割方法，其特征在于，它主要將切割過程分為兩次激光切割第一次切割是借助機(jī)械誘發(fā)的起始裂紋，在無堿玻璃板表面利用給定功率密度的激光束和跟隨的強(qiáng)制冷卻點(diǎn)沿著預(yù)先路徑運(yùn)動(dòng)形成不切斷玻璃基板的預(yù)切割，在玻璃基板表面形成為玻璃基板厚度1/7到1/10深度的引導(dǎo)裂紋；第二次切割是在第一次預(yù)切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋線上利用匹配的冷熱效應(yīng)改變?cè)?％或更多的功率密度的激光束和跟隨冷卻點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，是第一次切割的在玻璃基板厚度方向上拓展，最終形成玻璃基板的直接切斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無堿玻璃矩形板激光切割方法，其特 征在于，所述的借助機(jī)械誘發(fā)的起始裂紋是釆用一種硬金屬切割小輪 在預(yù)定位置的玻璃基板表面或棱邊上接觸刻劃產(chǎn)生〈lmm的裂紋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無堿玻璃矩形板激光切割方法，其特 征在于，所述的給定功率密度的激光束是指在光東整形產(chǎn)生的激光光 斑尺寸和激光器提供功率，激光光斑為細(xì)橢圓形，激光器釆用C02激 光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的無堿玻璃矩形板激光切割方法，其特征 在于，所述的強(qiáng)制冷卻點(diǎn)是指采用一定壓力下的混合氣體如空氣或氮 氣通過吹管噴射在激光光斑后部的玻璃基板表面上的冷卻點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無堿玻璃矩形板激光切割方法，其特 征在于，所述的預(yù)先路徑是指為了將大幅面無堿玻璃板切割成小的矩 形板的預(yù)定切割線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無堿玻璃矩形板激光切割方法，特點(diǎn)是，首先借助機(jī)械誘發(fā)的起始裂紋，在無堿玻璃板表面利用給定功率密度的激光束和跟隨的強(qiáng)制冷卻點(diǎn)沿著預(yù)先路徑運(yùn)動(dòng)形成第一次預(yù)切割，然后在預(yù)切割線上采用新功率密度的激光束和跟隨冷卻點(diǎn)運(yùn)動(dòng)形成玻璃基板的直接切斷。本發(fā)明的有益效果是第一次切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋只作用于玻璃基板上表面，厚度方向沒有應(yīng)力影響。第二次切割產(chǎn)生的玻璃直接切斷主要發(fā)生在玻璃基板厚度方向，雖然在斷面上仍會(huì)產(chǎn)生“淬火”效應(yīng)，但由于第一次切割產(chǎn)生的引導(dǎo)裂紋的存在會(huì)一定程度上破壞這種“淬火”效應(yīng)，從而能夠以良好的成品率按照著預(yù)定尺寸切割矩形板?？梢詽M足LCD生產(chǎn)對(duì)激光切割的新要求。
文檔編號(hào)C03B33/09GK101597135SQ200810038420
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月2日
發(fā)明者鑫 黃 申請(qǐng)人:上海市激光技術(shù)研究所