TWI392554B - 基板切割設備及使用其切割基板的方法 - Google Patents

Description

基板切割設備及使用其切割基板的方法

所述的科技大致上乃關於基板切割設備及使用其切割基板的方法。

基板切割設備為用來切割基於玻璃的平面顯示器基板至所需的產品尺寸。平面顯示器包括有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)顯示器、液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)和類似者。平面顯示器由於輪廓薄而是有利的，致使其需求逐漸增加。近年來，對於包括厚度在0.3毫米或更薄之玻璃基板的平面顯示器，其需求愈來愈大。

一般說來，為了切割透明的玻璃基板，基板切割設備會配備有CO₂雷射和冷卻裝置。換言之，基板切割設備利用CO₂雷射，沿著切割線迅速加熱玻璃基板，因此產生壓縮應力。然後該設備利用冷卻裝置，迅速冷卻受熱部分，因此產生張應力。如果將此種熱應力施加於玻璃基板，便會產生微裂紋，因而使得玻璃基板被切割。

然而玻璃基板愈薄，就愈難順利地產生該種微裂紋。其原理也就是為什麼較薄的玻璃容器比較厚的玻璃容器更不容易因為熱水的關係而破裂。因此傳統的基板切割設備的問題在於無法輕易切割相對較薄的平面顯示器玻璃基板。

本段先前技術所揭露的上述資訊只是用來增加對於所述技術背景的瞭解，因此可能包含並未構成習知技術的資 訊。

本教示的其他方面和/或優點將在下文中進行某種程度上的描述，並且在某種程度上可以從此描述中瞭解、或是由本發明的實作中明白。

所述科技已致力提供一種基板切割設備，該設備能夠有效且穩定地切割薄的玻璃基板。

本教示進一步提供一種使用該基板切割設備的基板切割方法。

根據本發明範例性具體態樣的基板切割設備，其包括：用來支撐基板的平台；發出雷射光束的雷射產生器，以沿著切割線加熱基板；設置在該雷射光束的光束路徑上的光束振盪器，以沿著該切割線振盪該雷射光束；以及用來冷卻受熱基板的冷卻單元。

根據多種具體態樣，光束振盪器可以在切割線的預定照射段內振盪雷射光束。照射段的長度可以小於切割線的長度。

根據多種具體態樣，照射段可以具有100毫米或以下的長度。

根據多種具體態樣，光束振盪器可以在該照射段之內、以從每秒大約0.1公尺至每秒大約10公尺來振盪該雷射光束。

根據多種具體態樣，基板的熱分布曲線在照射段內可以 具有兩個或更多個明確區分的脊部。

根據多種具體態樣，基板切割設備可以進一步包括輸送單元，以使光束振盪器和平台其中一者相對於另一者輸送，以使照射段沿著切割線移動。

根據多種具體態樣，照射段的後(尾)緣可加以冷卻，並且就在冷卻之前，受熱基板的上表面區域和下表面區域之間的溫度差可以是超過大約50℃。

根據多種具體態樣，光束振盪器可以包括用來反射雷射光束的反射器、與用來驅動該反射器的驅動器。

根據多種具體態樣，驅動器可以選擇性地控制反射器的運動，使得雷射光束受振盪的速度為非均勻的變化。

根據多種具體態樣，雷射產生器可以為CO₂雷射。

根據多種具體態樣，基板可以具有小於大約0.3毫米的厚度，並且可以是由基於玻璃的材料所做成。

另一範例性具體態樣則提供基板切割方法，其包括：在平台上架設基板；沿著該基板的切割線來振盪雷射光束，以加熱該基板的一部份；以及冷卻該基板的受熱部分，以沿著該切割線來切割該基板。

根據多種具體態樣，雷射光束可以在切割線的照射段之內被振盪，而該照射段的長度為小於該切割線的長度。

根據多種具體態樣，照射段可以具有小於大約100毫米的長度。

根據多種具體態樣，雷射光束可以從每秒大約0.1公尺至每秒大約10公尺而在該切割線上振盪。

根據多種具體態樣，照射段的熱分布曲線可以具有兩個或更多個明確區分的脊部，並且該等脊部可以具有不同的形態。

根據多種具體態樣，振盪與冷卻可以進一步包括使光束振盪器和平台其中一者相對於另一者產生移動，而使得照射段沿著切割線移動。

根據多種具體態樣，可以冷卻光束照射段的後緣，而就在冷卻之前，基板上表面區域和下表面區域之間的溫度差可以超過大約50℃。

根據多種具體態樣，雷射光束可以由CO₂雷射所形生。

根據多種具體態樣，基板可以具有小於大約0.3毫米的厚度。

本教示的這些和/或其他方面和優點從下面所述的範例性具體態樣並配合所附圖式會變得明顯而更易體會。

現在將詳細參考本教示的範例性具體態樣，其範例示範於附圖中，其中相同的元件編號在全篇中是指相同的元件。以下藉由參考圖式來描述範例性具體態樣以便解釋本教示的多個方面。如熟於此技藝者將瞭解，可以多種不同的方式來修改所描述的具體態樣，但都不會背離本發明的精神或範圍。再者，為了更好瞭解和便於描述，圖式顯示的每個元件之尺寸與厚度為隨意地表現，並且 本發明不必限制於此。

此處當提及第一元件被形成或設置在第二元件「上」時，該第一元件可以直接設置在第二元件上，或者是在兩者之間還設置有一或多個其他元件。當提及第一元件被「直接」形成或設置在第二元件「上」時，在兩者之間就沒有設置其他的元件。

下文根據本教示的範例性具體態樣，參考圖1來描述基板切割設備100。如圖1所示，基板切割設備100包括平台20、雷射產生器30、光束振盪器50、冷卻單元60、輸送單元80。

平台20支撐著將被切割的基板10。基板10可以由基於玻璃的材料來製作。但是基板10的材料並不限定於玻璃，而可以採用像是透明、非金屬材料的基板。基板10架設在平台20上，並且沿著切割線CL被切割。在圖1中，切割線CL的虛線部分是指切割線CL的未切割部分，而切割線CL的實線部分是指切割線CL的已切割部分。

雷射產生器30發出雷射光束LB以沿著切割線CL來加熱基板10。雷射產生器30可以為基於紅外線的雷射，像是CO₂雷射。CO₂雷射可以發出具有大約10,600奈米波長的雷射光束。由於水分子或羥基善於吸收此種雷射光束，因此在玻璃內可以被大量吸收。然而雷射產生器30並不限於此種雷射，它可以是任何能發出具有大約780奈米或更長波長之雷射光束的雷射。

光束振盪器50設置在雷射光束LB的光束路徑上。由於光 束振盪器50沿著切割線CL來振盪雷射光束LB，因此在基板10上形成受振盪的雷射光束OLB。光束振盪器50藉由精密地改變LB相對於基板10的傾斜角來振盪雷射光束LB。換句話說，受振盪的雷射光束OLB被光束振盪器50在預定的照射段IS(部分的切割線CL)之內振盪著。照射段IS沿著部分的切割線CL延伸。此處的傾斜角是指受振盪的雷射光束OLB入射在基板10表面上的角度。也就是說，受振盪的雷射光束OLB相對於基板10之傾斜角的振盪是指雷射光束LB入射至基板10之角度上的改變。所以受振盪的雷射光束OLB入射至基板10表面之角度是在預定的範圍內改變。此外，受振盪的雷射光束OLB在照射段IS之內、沿著切割線CL的長度而振盪。

受振盪的雷射光束OLB在照射段IS之內、沿著切割線CL來加熱基板10。換言之，受振盪的雷射光束OLB在基板10上形成了光束點，該光束點在照射段(IS)之內以直線進行往復運動。

如圖2所示，光束振盪器50包括用來反射從雷射產生器30所發出之雷射光束LB的反射器51，以及包括驅動反射器51的驅動器52。驅動器52可以進一步包括像是馬達與控制器的元件，但是該等元件並未顯示在圖2中。驅動器52振盪著反射器51以形成受振盪的雷射光束OLB。此處驅動器52可以選擇性地控制反射器51的運動，使得受振盪的雷射光束OLB並不會以均勻速度沿著切割線CL移動。換句話說，驅動器52可以採非均勻的方式來改變反射器51的速度。

光束振盪器50可以進一步包括外殼55以容納反射器51與驅動器52。外殼55包括光束流入口551與光束照射口555，其中從雷射產生器30發出的雷射光束LB通過光束流入口551進入外殼55，受振盪的雷射光束OLB則藉由反射器51和驅動器52、通過光束照射口555而投射向基板10(參照圖1)。藉由控制光束照射口555的大小，便可以控制受振盪的雷射光束OLB的擺動寬度。

儘管圖未顯示，光束振盪器50可以進一步包括設置在光束照射口555內的透鏡，其將受振盪的雷射光束OLB聚焦在照射段IS之內。但是光束振盪器50並不限於圖2顯示的結構。換言之，可以採用任何適當種類的光束振盪器。

參照圖1，輸送單元80將平台20往方向SD傳送，該方向SD平行於切割線CL。換句話說，照射段IS可以藉由輸送單元80而沿著切割線CL移動。然而根據一些具體態樣，輸送單元80可以移動光束振盪器50與雷射產生器30，而非移動平台20。

冷卻單元60為冷卻基板10已被受振盪的雷射光束OLB所加熱的部分。詳言之，冷卻單元60為基於照射段IS的移動方向(即X軸方向)來冷卻照射段(IS)的後(尾)緣CP。

根據本教示的範例性具體態樣，基板切割設備100的運作描述如下。首先，受振盪的雷射光束OLB沿著切割線CL而在照射段IS之內加熱基板10。此刻在照射段IS中發生由加熱所造成的壓縮應力。輸送單元80則沿著切割線CL來 移動照射段IS。

冷卻單元60迅速地冷卻照射段IS的後緣CP。因此，熱應力發生在被冷卻的後緣CP處，藉此切割切割線CL。

如上所述，由急速溫度改變所產生的熱應力施加至基板10，導致基板10內形成微裂紋。微裂紋造成基板10沿著切割線CL而被切割。然而當基板10的厚度減少，在基板10上表面區域和下表面區域之間溫度上的驟然改變卻很難產生，這是因為熱會迅速被薄的基板10散發掉。因此，微裂紋可能不會形成在所要的方向上，或是可能無法穩定地產生。

但是在範例性具體態樣中，由於受振盪的雷射光束(OLB)是在照射段IS中加熱基板10，就算基板10具有0.3毫米或更小之相對較薄的厚度，基板10仍然可以被有效且穩定地切割。然而本發明並不限於此種厚度，因為基板切割設備100也可以用來切割較厚的基板。

這是因為在照射段IS中，基板10的熱分布曲線具有兩個脊部，如圖3所示。此處兩個脊部的熱分布曲線不同。從圖3顯示的熱分布曲線可以看出，照射段IS的熱分布不但非常複雜，而且還不均勻。在加熱和冷卻的過程中，基板10內產生較大的熱應力(壓縮與膨脹應力)。因此，具有0.3毫米或更小厚度之基於玻璃的基板能夠沿著切割線CL被有效且穩定地切割。

但是本發明並不限於圖3所示範的熱分布曲線。例如在照射段IS中，熱分布曲線可以具有包括三個或更多個脊部 的多脊部形態。增加熱分布曲線的脊部數量會增加基板10的熱應力，此可促使更有效地切割。此外，藉由控制反射器51的運動，光束振盪器50的驅動器52可以增加熱分布曲線的脊部數量。

根據一些方面，照射段IS可以具有小於大約100毫米的長度。如果照射段IS的長度超過大約100毫米，則可能難以形成適當的熱分布曲線，這是因為使用受振盪的雷射光束OLB來增加照射段IS的平均溫度和最大溫度會更加困難。

再者，光束振盪器50為以從每秒大約0.1公尺至每秒10公尺的速度來振盪受振盪的雷射。光束OLB換句話說，受振盪的雷射光束OLB在照射段IS之內形成以直線狀往復運動的光束點，其速度從每秒大約0.1公尺至每秒10公尺。超出此範圍的話可能會難以得到上述的熱分布曲線。

此外，就在由冷卻單元60進行冷卻之前，受熱基板10的上表面區域和下表面區域之間的溫度差最好是大約50℃或更大。也就是說，基板10大致上是在其上表面區域和下表面區域之間的溫度差至少在大約50℃時被冷卻的。這是因為當基板10的上表面區域和下表面區域之間的溫度差增加時，由冷卻所產生的熱應力也會增加。基板切割設備100能有效且穩定地切割基板10。

從下文起參考圖1、圖3至圖6，描述根據本教示之範例性具體態樣的實驗例與對照例。在實驗例中，由於照射段IS是由受振盪的雷射光束OLB所加熱，故照射段IS的熱分 布曲線具有雙脊部的形態，如圖3所示。此外，當基板10被冷卻時，受熱的照射段(IS)的上部和下部之間的溫度差異會增加，如圖4所示。

如果照射段IS的後緣CP被驟然冷卻，而當達到上述的熱分布曲線時，基板10會受到更大的熱應力。因此，基板10能有效且穩定地沿著切割線CL被切割。

另一方面，在對照例中，由於基板10為直接被未受振盪的一般雷射光束LB所加熱，所以做比較的照射段IS的熱分布曲線只有一個脊部形態，如圖5所示。再者，當基板10被冷卻時，做比較的照射段IS的上部和下部之間的溫度差非常小，如圖6所示。

如果驟然冷卻做比較的照射段(IS)的後緣(CP)而達到上述熱分布曲線的狀態，則施加在基板10的熱應力會比實驗例來得少。

由以上描述可以看出，對照例穩定切割基板10的能力比實驗例差。尤其可以預期的是具有0.3毫米或更小之相對較薄厚度的對照例基板將無法輕易切割。比較實驗例和對照例可以知道，根據範例性具體態樣的基板切割設備100能有效且穩定地切割基板10。

以下描述利用圖1的基板切割設備100來切割基板10的方法。首先，在平台20上架設玻璃基板10。

接下來，部份的基板10由受振盪的雷射光束OLB所加熱，該受振盪的雷射光束OLB藉由精密地改變其相對於基板10的傾斜角而沿著切割線CL被振盪。此處受振盪的雷射光 束OLB為由CO₂雷射產生。再者，在照射段IS之內，受振盪的雷射光束OLB沿著切割線CL而在照射段IS之內以直線進行往復運動。

此外，照射段IS具有大約100毫米或以下的長度，而雷射光束OLB在基板10上振盪的速度在每秒大約0.1公尺至每秒10公尺。再者，受熱的照射段IS的熱分布曲線具有多脊部的形態。

然後沿著切割線CL移動照射段IS。相對於移動方向之照射段IS的後緣CP則由冷卻單元60來冷卻。就在進行冷卻之前，此刻基板10的上部和下部之間的溫度差大約為50℃或更大。

如上所述，如果基板10被受振盪的雷射光束OLB加熱之後再迅速冷卻，熱應力會在基板10內產生微裂紋，因此基板10可以沿著切割線CL被穩定地切割。藉由此種基板切割方法，基板10可以更有效且更穩定地被切割。

雖然已經顯示並描述了本發明的一些範例性具體態樣，但是熟於此技藝者應可以體會這些範例性具體態樣能夠加以修改而不會背離本發明的原理和精神，其範圍是由申請專利範圍和其均等事物所界定。

10‧‧‧基板

20‧‧‧平台

30‧‧‧雷射產生器

50‧‧‧光束振盪器

51‧‧‧反射器

52‧‧‧驅動器

55‧‧‧外殼

60‧‧‧冷卻單元

80‧‧‧輸送單元

100‧‧‧基板切割設備

551‧‧‧光束流入口

555‧‧‧光束照射口

CL‧‧‧切割線

CP‧‧‧後緣

IS‧‧‧照射段

LB‧‧‧雷射光束

OLB‧‧‧受振盪的雷射光束

SD‧‧‧平台移動方向

t‧‧‧厚度

圖1是根據本教示的範例性具體態樣之基板切割設備的立體圖；圖2是圖1之光束振盪器的示意圖；以及圖3至6是根據本教示的範例性具體態樣與對照例而顯示 照射段的熱分布曲線圖和基板的熱分布圖。

10‧‧‧基板

20‧‧‧平台

30‧‧‧雷射產生器

50‧‧‧光束振盪器

60‧‧‧冷卻單元

80‧‧‧輸送單元

100‧‧‧基板切割設備

CL‧‧‧切割線

CP‧‧‧後緣

IS‧‧‧照射段

LB‧‧‧雷射光束

OLB‧‧‧受振盪的雷射光束

SD‧‧‧平台移動方向

t‧‧‧厚度

Claims (20)

1. 一種基板切割設備，其包括：平台，其支撐基板；雷射產生器，其發出雷射光束；光束振盪器，其設置在該雷射光束的光束路徑上，以沿著該基板的切割線來振盪該雷射光束，如此以加熱該基板的一部份；以及冷卻單元，其冷卻該基板的受熱部分；其中，該光束振盪器為在該切割線的照射段之內來振盪該雷射光束，受振盪的該雷射光束在該基板上形成了單一個光束點，該光束點在該照射段之內以直線進行往復運動，該照射段的熱分布曲線沿著該切割線的方向具有兩個或更多個之明確區分脊部。
2. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該照射段具有的長度為小於該切割線的長度。
3. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其中該照射段的長度小於大約100毫米。
4. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其中該光束振盪器為在該照射段之內、以每秒大約0.1公尺至每秒大約10公尺來振盪該雷射光束。
5. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其進一步包括輸送單元，以使該光束振盪器和該平台當中一者相對於另一者產生移動，使得該照射段沿著該切割線而移動。
6. 如申請專利範圍第5項的基板切割設備，其中：該冷卻單元為冷卻該照射段的後緣；以及就在冷卻之前，在該後緣 的上表面區域和下表面區域之間的溫度差為至少大約50℃。
7. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其中該光束振盪器包括：反射器，其反射從該雷射產生器所發出的該雷射光束；以及驅動器，其驅動該反射器。
8. 如申請專利範圍第7項的基板切割設備，其中該驅動器為選擇性地控制該反射器的運動，使得該雷射光束受振盪的速度為非均勻地變化。
9. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該雷射產生器包括CO₂雷射。
10. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該基板具有小於大約0.3毫米的厚度，並且是由基於玻璃的材料所形成。
11. 一種基板切割方法，其包括：在平台上架設基板；沿著該基板的切割線來振盪雷射光束，以加熱該基板的一部份；以及冷卻該基板的受熱部分，以沿著該切割線來切割該基板；其中，該雷射光束為在該切割線的照射段之內被振盪，受振盪的該雷射光束在該基板上形成了單一個光束點，該光束點在該照射段之內以直線進行往復運動，該照射段的熱分布曲線沿著該切割線的方向具有兩個或更多個之明確區分脊部。
12. 如申請專利範圍第11項的基板切割方法，其中該照射段所具有的長度為小於該切割線的長度。
13. 如申請專利範圍第12項的基板切割方法，其中該照射段的 長度為小於大約100毫米。
14. 如申請專利範圍第12項的基板切割方法，其中該雷射光束為以從每秒大約0.1公尺至每秒大約10公尺在該照射段中被振盪。
15. 如申請專利範圍第12項的基板切割方法，其中該振盪與冷卻進一步包括：使光束振盪器和該平台當中一者相對於另一者產生移動，而使得該照射段沿著該切割線移動。
16. 如申請專利範圍第15項的基板切割方法，其中：該冷卻包括冷卻該照射段的後緣；以及就在冷卻之前，在該後緣的上表面區域和下表面區域之間的溫度差為至少大約50℃。
17. 如申請專利範圍第11項的基板切割方法，其中該雷射光束為由CO₂雷射產生器所產生。
18. 如申請專利範圍第11項的基板切割方法，其中該基板具有的厚度為小於大約0.3毫米，並且是由基於玻璃的材料所形成。
19. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該光束振盪器為藉由改變該雷射光束相對於該基板的傾斜角來振盪該雷射光束。
20. 如申請專利範圍第11項的基板切割方法，其中該雷射光束的振盪包括：改變該雷射光束相對於該基板的傾斜角。