TWI376357B - Method and system for seperating a glass sheet with curved trajectory - Google Patents

Description

1376357 / 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 , 本發明係關於沿著彎曲軌跡劃線以及分割玻璃片之系 統以及方法。更特別地，提供系統以及方法使用雷射以及 光學元件以產生彎曲雷射光束分佈以及將其投射至玻璃片 - 上，其在玻璃片上產生彎曲刻痕線，沿著該刻痕線線玻璃片 . 能夠被劃線以及分割。 【先前技術】 ® 在過去，我們使用數種方法和技術來切割玻璃片。最 常使用的方法是利用硬質材料製成的滚輪機械劃線，並沿 t 著劃線分割玻璃。機械劃線和分割處理會產生污痕，集中 在玻璃表面，因而需要徹底清潔。因此，需要高品質玻璃的 . 玻璃技術領域譬如LCD工業，無法依賴使用機械劃線技術來 形成玻璃片。 其他廣為使用的方法包括使用雷射來劃線和/或分割 籲玻璃。在-項技術中，使用雷射束來劃線玻璃丨然後以機械 分割技術來分割玻璃。當光束跨過玻璃片時，會在玻璃片 • 表面產生溫度梯度’沿著光束的某距離以冷卻劑（譬如氣體 或液體)加強。明確地說，以雷射加熱玻璃片，再以冷卻劑 •快速冷卻玻璃片會在玻璃片内產生伸拉應力。伸拉應力在 玻璃表面產生祕(或劃線裂口）。以這種方式，沿著玻璃 片產生劃線。接著藉由沿著劃線分割玻璃片，將玻璃片分 割成較小#。又有另—種技術使用第束賴線玻璃。 使用不同配置的第二光束來完成雷射分割。 1376357 傳統的技術通常是使職長的綠來提供提升的劃線 速度。由於需要延長的光絲達聰高_線速度，這些 技術限制在線性的劃線軌跡。 因此，此獵術需要沿著彎曲軌跡蝴破璃片的系統 和方法。 > 【發明内容】 本發明提供沿著f喊跡分财璃片的祕和方法 更明確地說，提供分割玻璃片的方法包括提供一個聚焦透 鏡’在和玻璃片真正平行的平面上放置聚焦透鏡。此方法 可更進-步包括提供-個圓錐形透鏡，在聚焦透鏡和玻璃 片之間放置圓錐形透鏡。雷射可以產生光束，並導引穿過 聚焦透鏡和圓錐形透鏡在玻璃片上產生彎曲的光束輪廊， 在玻璃片上產生彎曲的劃線。依據更進—步的特性，此方 法可包括沿著彎曲的劃線分割玻璃片。 本發明也提供沿著一條至少部份彎曲的線分割玻璃片 的系統。在-項中，範⑽統可包括設制來產生雷射束 的，射，聚焦透鏡，和圓錐形透鏡。聚焦透鏡可放置在雷射 =正平行於破璃片平面性_片之間。_形透鏡可以 有平面性主縣面和定義―_點_對_形表面，可 =聚Γ:透鏡和玻璃片之間。在一項中，圓錐形透鏡的 頂點二焦透鏡的平面樹面和相對於玻璃片的 鱗曲㈣&可㈣綠穿過聚焦透鏡和® _透鏡以產生 I剌4麵。f曲的光束輪射以投射到玻璃片，在 玻璃片上產生彎曲的劃線。 4 1376357 • 依據另一項目，提供的範例系統包括設計用來產生光 束的雷射，聚焦透鏡，和反射圓錐形鏡子。聚焦透鏡可以放 ^ 置在雷射和反射圓錐形鏡子之間。雷射可以設計成導引光 束通過聚焦透鏡朝向反射圓錐形鏡子使得光束從圓錐形 鏡子反射朝向玻璃片，在玻璃片上產生彎曲的劃線。 ' 本發明其他特性及優點揭示於下列說明，以及部份可 由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明以及申請專利範圍 以及關_瞭。人們瞭解先前—般說明及下列詳細說明 只作為範例性及說明性，以及預期提供概要或架構以瞭解 申請專利範圍界定出本發明原理及特性。 【實施方式】 - η提供本發明下列詳細說明作為以能夠以目前已知實施 • 例取佳地揭示出本發明。關於此方面，熟知此技術者瞭解 乂及月瞭本發明在此所4明各項能夠作各種變化同時仍 然能夠得到本發明優點。人們本發明部份所需要優點能夠 ，藉由選擇部份本發明特性而並不使用其他特性而達成。因 而，業界熟知此技術者瞭解本發明可作許多變化及改變以 -及在特定情況巾為需要的以及為本發明部份。因而，提供 下列說明作為說明本發明原理以及並不作植制用。” . …必需說明說明書及申請專利範圍中，單數形式之冠詞 ” a V’ an”以及” the"亦包含複數之含意，除非另有清楚地表 示。例如"成份"包含該兩種或多種該成份等。 、 範圍能夠以”大約"為一個特定數值及/或至"大約"另 一特定值表示。當以該範圍表示時，另一項包含由一個特 疋數值及/¾至另-特定數值。同樣地當數值藉由前面加 上大約表示為近似值，人們瞭解該特定值形成另外一項 。人們更進一步瞭解每一範圍之每一端點值表示與另一端 點關係以及不受另一端點支配兩種意義。 如以上的簡短摘要，本發明提供沿著彎曲軌跡劃線和 分割玻璃#的純和方法。在—項特性方面，祕⑽包括 雷射110’聚焦透鏡120,和圓錐形透鏡13〇。設計雷射來產 生-個或多個的光束112。在一項特性方面，雷射是叽雷 射。或者，可使用纖維雷射，Nd:YAG雷射，或其他雷射。因 此’我們認為可以使財種雷射來齡和分割玻璃片本發 明的特性方面不是想要限齡何特定的雷射或任何特定的 雷射波長。同樣地，雷射產生的光束可以是各種模態的輪 廓包括Gaussian模態，D模態，平頂模態等。 如圖1所示’聚焦透鏡120可放置在雷射11〇和真正平行 平面上的玻璃片140之間。在一項特性方面，聚焦透 ^驗聚焦透鏡。如同圖1所見，依據各種特性方面，圓 =透鏡13〇有平面性主要表面132和有一個中央頂點136 表面134。圓錐形透鏡可以放置在聚焦透鏡和玻 =片^，相對於聚焦透鏡12〇的平面主要表面132和相對 請關錐形表物。依據各種特性方面圓錐 2射以和玻制以選擇_定距離丨間關，以產生具 ，既定曲度半_料光束麵⑽町將進— 面’圓錐形透鏡130是旋轉三棱鏡。典型的圓 鏡3〇有折射率(V)和圓錐形表面134的幾何角度， 1376357 光束輪廓的圓錐角 圖1中以α表示。玻璃片上產生的環形 度冷可以下列的式子來決定： nsin(a)=sin(a+p) 產生的環形絲輪_直徑d可藉_錐形透鏡 140之間的距離1來決定。在一項特性方面直徑可 的式子來決定:d=2/tan(b)。

β雷射110可以配置成導引光束112，通過聚焦透鏡⑽和 圓錐形透鏡130,產生彎曲的光束輪廓15〇。彎曲的雷射束 輪靡150投射到玻璃片⑽在玻璃片上產生彎曲的^線出 如圖2所示。可藉由改變輸入光束112的直徑，聚焦透鏡的 焦距長度，和聚焦透鏡和圓錐形透鏡之間運作距離X的其中 之一，或藉由改變其組合來選擇彎曲劃線的寬度⑺。〃、 在項特性方面，彎曲劃線的寬度可以下列的式子來 決疋:w= Af/TrW’其中;1是光束的波長，{是聚焦透鏡的焦 距長度，而W是輸入光束的半徑。 在一項特性方面，雷射110,聚焦透鏡12〇，和圓錐形透 鏡130沿著共同軸a共轴對齊。如圖1所示，雷射可以配置成 沿著共同軸導引光束112產生真正環形的f曲光束輪廊150 如圖2所示，真正環形的彎曲光束輪廓在玻璃片14〇上產 生真正環形的劃線116。 或者，如圖3所示雷射11〇可以配置成沿著平行並和聚 …、透鏡和圓錐形透鏡共同軸a分隔的軸b，導引光束112以產 真正拱形的彎曲光束輪廓。或者，圓錐形透鏡也可以和 聚焦透鏡輛偏移，並且可使光束沿著聚焦透鏡的軸投射以 7 1376357 曲光束輪廓。如圖4所示，真正拱形的光 ==:上產生真正换形的劃線117。可藉由改 .=束112和共同轴吻的量，或光束和圓錐形透鏡軸(未 •扣)之間的偏移（△)來選擇拱形劃線的長度。拱形# .紐的式= …k等於曲度半彼的兩倍。拱形劃線的長度^可 .二下T式子來決定:7?= W(2r)/A，，其"是輸入光束的 籲 +徑’而r疋計算的拱形劃線的曲度半捏。 彳雜方面，_形透射_對於綠透鏡（未 頁不)傾斜，使得_形透鏡平主要表面132是以一個 .目$於聚焦透鏡12G平面性角度。產生的彎曲光束輪摩是 :J正橢圓形的，在玻璃片上產生真正橢圓形的劃線。在更 彦每方面，如果光束和聚焦透鏡和圓錐形透鏡偏移， 產生的相光束輪廓將是__片斷或—部分 透鏡也可以放置在真正平行於聚焦透鏡平面性平面 ♦ 要表面132。玻璃片可以傾斜到選定的位置，使1平躺的 千面是以-個歧相對於聚焦透鏡的平面。以這種方式 ^璃片上產生的f曲光束輪靡是真正橢圓橢 圓形的劃線。 王具正橢 又依據另-特性方面，提供的系統2〇〇包括雷射⑽聚 …'透鏡120,和反射_形鏡子⑽，如圖 、面154。圓錐形表面的至少—部份是反射性的。放 錐形鏡子，使瓶職_至少—部份是相對於聚焦透鏡 1376357 。如圖5所示，聚焦透鏡12〇是放在雷射11〇和圓錐形鏡子 150之間。雷射可以配置成產生一個或多個的光束ιΐ2，導 -引光束通過聚焦透鏡，朝向圓錐形鏡子，使得光束可以從反 ‘射的圓錐形鏡子反射，朝向玻璃片，在玻璃片14〇上產生彎 曲的劃線118,如圖6所示。 又依據另一特性方面，提供的系統3〇〇包括雷射11〇，聚 -焦透鏡120’反射圓錐形鏡子150,和具有通孔166的環形平 • ®鏡子160’如圖7所示。可以使用這種範例系統在玻璃片 上產生環形的劃線。譬如，雷射，聚焦透鏡，和圓錐形鏡子 可以是共軸對齊的。平面鏡子⑽可以放在聚焦透鏡和圓 錐形鏡子之間，反射表面164相對於圓錐形鏡子的圓錐形表 • 面154。平面鏡子⑽可以是真正平面性，而且可以相對於 •圓錐形鏡子的平面主要表面152的-個角度放置。如圖7所 不’雷射可以配置成產生一個或多個的光束112，導引光束 通過聚焦透鏡12G，通過平面鏡子⑽的通孔166朝向圓_ • 鏡子150。射束從反射的圓錐形鏡子的反射圓錐形表面反7 射朝向平面鏡子的反射表面164。然後反射射束朝向玻璃 . 片140,在玻璃片上產生環形的劃線（未顯示）。如圖7所示， 平面鏡子的通孔有-既定的直徑，大到足以使光束反射到’ ，圓錐形鏡子，但小到足以使所有從圓錐形鏡子反射的光束 碰到平面鏡子的反射表面，然後從那裡反射向玻璃片。在 更進一步特性方面，通孔是定義為真正針對平面鏡子的中 央。然而，我們認為通孔的位置和大小可以依照需要改變 並不是要用來限制。 2各種雜方面，範例纽可更進—步包括圓錐形 ^或_職何以絲賴械裝置。顧裝置可以配 =平移圓錐形透鏡或圓錐形鏡子到相對於光束或離開带 束路技的不同位置。因此，可達到彈性的劃線軌跡。田 在使用時，本發明使用這裡描述的範例系統，提供㈣ 和分割破璃片的祕和方法。在—項特性方面提供聚焦 透放置在和玻璃片真正平行的平面上，譬如圖！和3所汗

。提供的®錐猶财平面性主要表面和姆_錐形表 面。圓錐形ϋ紐置絲;和玻則之間平面性基 底表面相對於聚焦透鏡，而圓錐形表面相對於玻璃片。可 以產生雷射束，並料穿過聚紐鏡和_形透鏡在玻璃 片上產生彎曲的光束輪廓。彎曲的光束輪靡在玻璃片上產 生彎曲的劃線。

在一項特性方面，聚焦透鏡和圓錐形透鏡可以沿著共 ，軸共軸放置。光束可以沿著共同轴導引產生真正環形的 彎曲光束輪廓。在一項特性方面可以沿著平行於或從共 同軸徑向分開的軸導引多個光束，產生環形的彎曲光束輪 廓。或者’可以沿著共同軸導引單一個具有既定直徑真正 圓形的光束以產生環形的光束輪廓。又在另一特性方面， 可以沿著平行於或從共同轴分開的軸（或多個軸）導引雷射 束以產生真正梹形的彎曲光束輪廓。 依據各種特性方面，圓錐形透鏡可放在離玻璃片既定 的距離；可以選擇既定的距離以產生具有既定區度半徑的 彎曲光束輪廓。例如，如圖1和2所示，圓錐形透鏡可以和聚 1376357 焦透鏡和光束共軸對齊，在玻璃片上產生具有既定直徑的 環形劃線。假使圓錐形透鏡移的太靠近玻璃片環形劃線 的直徑就會減小；同樣地，假使圓錐形透鏡移的離破璃片太 遠，環形劃線的直徑就會增加。圖3和4顯示的是系統達到 的類似結果，配置以產生具有既定區度半徑的拱形劃線。 - 又在另一特性方面，圓錐形透鏡可以相對於聚焦透鏡 - 傾斜放置，使得圓錐形透鏡的平面主要表面是以一個相對 鲁 於聚焦透鏡平面性角度置放。可以導引光束穿過聚焦透鏡 和圓錐形透鏡產生的真正橢圓形的彎曲光束輪廓。在更= 一步特性方面，雷射可以和傾斜的圓錐形透鏡的軸偏移以 • 產生拱形的光束輪廓，將形成橢圓形的片斷部分。可藉著 ’ 調整圓轉透鏡相對於聚焦透鏡的傾斜角度改變擴圓形（ • 或橢圓形片斷)的曲度。 乂 又依據另一特性方面，如以上描述的圓錐形鏡子可以 取代圓錐形透鏡，如圖5所示。雷射和聚焦透鏡可以互相轴 拳偏移’而且可以-個相對於聚焦透鏡平面性角度置放圓錐 形鏡子。可以配置雷射來產生光束，並導引穿過聚焦透鏡 •到圓錐形鏡子。射束可以從鏡子的反射圓錐形表面反射朝 向玻璃片產生拱形的光束輪廓。因而在玻璃片上產生棋形 的光束輪廓。 ，或者’也可以放置圓錐形鏡子使其平面主要表面真正 .平行於聚焦透鏡平面，圓錐形鏡子的反射表面相對於聚焦 •透鏡，如® 7咐。定射央通孔醉面鏡何以放置絲 焦透鏡和圓錐形鏡子之間，平面鏡子的圓錐形表面相對於 圓錐形鏡子。伟鏡子也可以—個相對於_形鏡子的平 面主要表_肖度狀，使得從_形鏡子反射的射束可 以反射離平面鏡子，從_形鮮_。依觀特別特性 方面，玻制可置放在真正垂舰聚紐鏡的平面。在一 員特性方面，我們認為平面鏡子可以相對於聚焦透鏡的平 面約45°的角度置放，以導引光束朝向玻璃片。然而我們 認為玻璃奸平面鏡何啸此駐的各種肖度來放置， 在這裡描述的各種雜並不是絲_以上描述的角度。 田射可以配置來產生雷射束，並導引光束穿過聚焦透鏡，穿 過平面鏡子的通孔朝向圓錐形鏡子的反射圓錐形表面。接 著光束從圓錐形鏡子朝平面鏡子的反射表面反射，並反射 向玻离片以產生環形的雷射束輪廓。因而在玻璃片上產生 環形的劃線。 依據各種彳推方面，沿著光束產生的彎賴線分割玻 璃片因此’如® 2所示在產生環糊線之後可沿著劃線分 割玻璃片以產生環形的玻璃片。我們認為在產生環形劃線 之後，可機械式分割_片。可使时織射二次或 以上，光相玻璃上，沿著彎曲_線完全分割玻璃片。 —取後，要瞭解岐雜在這裡細參考特定說明和特 定實施例以詳細描述目前的發明，但是不應該被視為受限 於此’因為可以有很多修改，卻不雌申請專利範圍所界定 出本發明的廣大精神和範圍。 【圖式簡單說明】 所包含賴將更進—步提供了解本發明以及在此加入 1376357 以及構成說明書之一部份，以及隨同說明作為說明本發明 之原理。 • 目1顯示出使用圓錐形透鏡沿著彎曲執跡劃線以及分 割玻璃片之範例性系統。 圖2顯不出藉由圖1系統在玻璃片上所產生之範例性環 • 狀光束劃線。 • ® 3顯7F罐由制圓錐透鏡沿著彎峰跡劃線以及 0 分割玻璃片之另一範例性系統。 圖4顯不出藉由圖3系統在玻璃片上所產生之範例性弧 形劃線。 ， 目5顯示_由使關錐鏡子沿著彎曲輪劃線以及 分割玻璃片之另一範例性系統。 _ 圖6顯不域由® 5系統在玻璃片上所產生之範例性弧 形劃線。 圖7顯示出藉由使用圓錐鏡子沿著彎曲軌跡劃線以及 擎 分割玻璃片之另一範例性系統。 【主要元件符號說明】 系統1GG;雷射UG;光束ι12;嶋116117118.聚 焦透鏡120;圓錐形透鏡130;平面性主要表面132;圓錐 形表面134;中央頂點136;玻璃片14〇;彎曲的光束輪廓 ⑽;反射圓錐形鏡子150;平面基底部份耻圓錐形表面 • 154;巾央雜现平面好16〇;反面ι64;通孔 166;系統200;系統300。

Claims (1)

1. 第 9 8 1 1 4 30 7號寺利案101. 7. 23修正 七、申請專利範圍： 〜P7 種分割玻璃片的方法’該方法包括： 長：供一聚焦透鏡以及放置該聚焦透鏡在一平面中該平面實 質上與該玻璃片平行； 提供一圓錐形透鏡，其具有一平面性主要表面以及界定出一 中央頂點的一相對圓錐形表面； 放置該圓錐形透鏡在該聚焦透鏡以及該玻璃片之間，該平面 性主要表®械於該糕透鏡以及該繼相麟該玻璃 產生一雷射光束； 導引該雷射光束經由該聚焦透鏡和該圓錐形透鏡在該玻璃片 上產生-合力？_雷射光束輪廓’其中該彎觸雷射光束輪廓在該 玻璃片上產生-線；以及沿著該料的舰分霞玻璃片。 2.依據申請專利範圍第1項之方法，其中放置該圓錐形透鏡包 含沿著-共__地放置該聚f、透鏡以及細錐職鏡，以及其中 導引該雷就東包含將該雷射光m該共_，其t該合力彎曲 的雷射光束輪廓實質上為環狀的。 3·依據申請專利範圍第1項之方法，其中放置該圓錐形透鏡包 含沿著-共靡同軸地放置該聚f，透鏡以及該圓錐形透鏡，以及其中 導引該雷射光束包含導引該雷射光束沿著一軸，該軸與該共同軸平行 1376357 、…、讀’其中該合力彎曲的雷射光束輪廓實質上祕形的。 據申叫專利細第i項之方法，其中放置關錐形透鏡包 3才對於該聚焦透鏡傾斜該圓錐形透鏡，使得該圓錐形透鏡之平面的 主要表面相對於該聚焦透鏡之該平面成—角度其中該合力彎曲的雷 射光束輪廓實質上為橢圓形的。 5, 依據飧專利範圍第1項之方法，其中放置鶴錐形透鏡包 含放置該圓_觀離該賴#為―預先妓之雜，其巾該預先決 定距離經選私X產生該合力„的雷射光束輪廓具有—預先決定之 曲率半徑。 6. —種分割玻翻的系統，其係沿著—條至少部濟曲的線分 割，該系統包含： 一雷射，其配置來產生一雷射光束； t焦透鏡，其放置在該雷射和該玻璃片之間，其中該聚焦 透鏡放置在與該玻璃片實質平行之一平面中； 一圓錐形透鏡，其具有一平面性主要表面以及一相對的圓錐 形表面，其界定出一中央頂點，其中該圓錐形透鏡放置在該聚焦透鏡 和該玻璃片之間’該平面性主要表面相對於該聚焦透鏡以及該頂點相 對於該玻璃片； 其中該雷射配置成導引該雷射光束經由該聚焦透鏡以及該圓 15 1376357 錐形透鏡以產生一合力彎曲的雷射光束輪廓，以及將該彎曲的雷射光 束輪廓投射到該玻璃片以在玻璃片上產生一彎曲的劃線。 7· 依據申請專利範圍第6項之系統，其中該聚焦透鏡以及該圓 錐形透鏡沿著一共同轴共軸地對準以及該雷射係配置以導引該雷射 光束沿著該共同轴’及其中該合力彎曲的雷射光束輪廓實質上為環狀 的。 8. 依據申請專利範圍第6項之系統’其中該聚焦透鏡以及該圓 錐形透鏡沿著一共同轴共轴地對準以及該雷射係配置以導引該雷射 光束著一軸’該軸與該共同軸平行以及與其分離，以及其中該合力 弯曲的雷射光束輪廓實質上為拱形的。 9. 依射請專利細第6項之系統，其中該®錐形透鏡相對於 該聚焦透鏡為鱗的’使得該m錐形透鏡之該平面性主要表面相對於 該聚焦透鏡_平面成-肖度，叹其找合力f曲的雷射光束輪廊 實質上為橢圓形的。 10. 依據申請專利範圍第6項之系統，其中該圓錐形透鏡放置以 離該玻璃片為-聽蚊之_，其巾該威決定輯經選擇以產生 該合力f曲的㈣光束輪有—預先蚊之曲率半徑。 11. 依據⑽專利範圍第6項之系統，其中該聚焦透鏡為一 ZnSe 透鏡。 1376357 12.依據申晴專利範圍第6項之系統’其中雷該射為一 c〇2雷射。 13· -種分割玻璃片的系統，其係沿著一條至少部份彎曲的線分 割，該系統包括： 一雷射，其配置來產生一雷射光束； 一聚焦透鏡； 一反射圓錐形鏡子； 其中該聚焦透鏡放置在該雷射與該反射圓錐形鏡子之間；以 及其中該雷祕配置辑倾魏光束經由該聚焦透鏡朝向該反射 圓錐形鏡子，使職錄縣域反__鏡子反軸向該玻璃片 以在玻璃片上產生一彎曲的劃線。 η.依據申請專利範圍第η項之系統，其中該聚焦透鏡位於實質 上垂直於該玻璃片之一平面中。 15·依射請細_ 13項之祕，其中該雜透鏡為_ZnSe 透鏡。 16*依射請專利範圍第13項之系統，其中該雷射為-c〇2雷射。 17