TWI415811B - 分割脆性材料板之方法 - Google Patents

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Description

分割脆性材料板之方法
本發明關於分割脆性材料板的方法，且特定言之，通體切割脆性材料薄板。
習知的雷射切割玻璃可具有高中間強度，通常高於400MPa。相較之下，機械切割邊緣的中間強度大致為100MPa或更低。然而，雷射切割樣品的魏普模數(Weibull modulus,m)或「形狀因數」是低的。藉由習知雷射劃線(隨後藉由刻劃及彎曲方法以分割板)製備之樣品的典型形狀因數約為3，具有約100MPa的最小邊緣強度。低形狀因數表示邊緣強度的分佈是相當地廣。這樣的表現在最小邊緣強度對可靠性原因係重要的應用上會造成問題。
在一實施例中，揭示一種分割脆性材料薄板的方法，該方法包含以下步驟：在一脆性材料板中形成一通體裂縫，該脆性材料板包含一第一表面、一相對第二表面及一介於該第一表面及該第二表面間之等於或小於約1mm的厚度，該通體裂縫與該第一表面及該第二表面相交；使用一雷射束照射該通體裂縫；在該第一表面上沿著一預定路徑橫移該雷射束以沿著該預定路徑擴張該通體裂縫，並將該脆性材料板分割成至少兩個脆性材料子板；及其中該通體裂縫是在未強制流體冷卻該脆性材料板的情況下擴張。該雷射束較佳包含介於約9μm至11μm的波長，且可(例如)為一具有10.6μm之標稱波長的CO2 雷射。在一些實施例中，接觸該脆性材料板之一環境大氣的導熱度是大於約0.024 W/m/K。例如，該環境大氣可包含大量濃度之高導熱度氣體。
射束足跡的長度(其中射束與第一表面相交並平行該預定路徑)較佳大於在脆性材料之第一表面上橫移射束之速率乘上(ρcp d2 )/4κ，其中ρ為該玻璃平板的密度，cp 為該玻璃平板的比熱，κ為該玻璃平板的導熱度，以及d為該玻璃平板的厚度。
在一些實施例中，可在橫移雷射束期間垂直該預定路徑施加一外部張力。例如，該脆性材料(例如薄玻璃板)可捲繞在數個捲軸上，及增加該等滾輪間的距離而不增加該等滾輪間之脆性材料的長度(或該等滾輪間之脆性材料之長度的增加小於該等滾輪間之距離的增加)以施加一張力。然而，可能不需要使用兩個滾輪，且此僅為例示性。
在一些實施例中，橫移該雷射束的步驟包含僅有一單一行程沿著該預定路徑通過該射束足跡。在其他實施例中，在該脆性材料板的表面上橫移該雷射束的步驟包含在該預定路徑上的複數重複行程。在此等例子中，將脆性材料板分割成多個子板的通體裂縫僅在實行複數行程後沿著該預定路徑擴張。使用複數行程在分割封閉圖形是有效的，例如一大致為矩形的形狀(例如，具有圓角的矩形)。
一旦脆性材料板被分割成多個子板，可藉由在該至少兩個子板中之至少一者上沉積一介電質或一半導體材料而進一步處理該等子板中的至少一者。例如，該等子板中之一者可具有藉由已知沉積技術(例如蒸發、濺射等)沉積在其上的一或多個薄膜電晶體。
在另一實施例中，描述一種分割一玻璃板的方法，包含以下步驟：在一玻璃板的一表面中形成一初始瑕疵，該玻璃板具有等於或小於約1mm的厚度；使用包含介於9mm至11mm之波長的一雷射束照射該初始瑕疵；在該玻璃板的該表面上於複數個循環中沿著一預定路徑橫移該雷射束以加熱該預定路徑但不使用強制流體冷卻，其中該預定路徑是位於一起始點與一停止點之間；及其中一通體裂縫僅在該等複數個循環之後才沿著該預定路徑擴張，且該玻璃板被分割成至少兩個子板。在一些情況中，該雷射束在多個循環之間熄滅。較佳地，雷射束在玻璃板的表面散焦。該預定路徑可包含一曲線，且在一些實施例中，該預定路徑為一封閉路徑。一旦將該玻璃板分割成多個子板，可在該等至少兩個子板之至少一者上沉積一介電質或一半導體材料。
在後文的解釋性描述過程中並參照所附圖式，本發明將變得更易於了解且本發明之其他目標、特性、細節及優點將變得更顯而易見，然本文之描述並未以任何暗示來限制本發明。意欲將所有包括在本描述中之此等其他系統、方法、特徵結構及優點皆涵蓋在本發明的範疇中，並由隨附申請專利範圍所保護。
在下文的詳細描述當中，為了解釋目的而非限制地闡述範例實施例的詳細細節以提供本發明的通盤瞭解。然而，鑑於本發明的習知技藝者將可輕易瞭解到，在不背離本文所揭示之詳細細節的情況下可以其他實施例實施本發明。再者，將省略傳統裝置、方法及材料的描述以免不必要的混淆本發明的描述。最後，盡可能以相似元件符號代表相似元件。
在本文所使用的術語「通體(full body)切割」代表在脆性材料板(例如，薄玻璃板)中延伸穿過材料厚度並橫越材料尺寸而形成一裂縫，使得材料被切分成個別的片段。
在本文所使用的術語「強制流體冷卻」表示藉由通過噴嘴引導一受限流體(例如空氣或水)至基材上來冷卻基材來冷卻脆性材料。例如，可在雷射束下方將施壓的水或空氣噴注引導到玻璃板片的預定區域以淬火經加熱的玻璃。強制流體冷卻與環境冷卻不同，或與經由接觸環境大氣的一般冷卻不同。
儘管本文所述的方法可施加至多種薄脆性材料，例如玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷或其他類似材料(例如半導體晶圓)，切割使用在顯示器應用中的玻璃基材是一種傑出的使用方式。此類別包括(但不限於)電視顯示器、電腦顯示器、行動電話顯示器等。隨後，在下文將呈現玻璃薄板的內容，且需瞭解該等方法可應用至其他材料。
在一習知的玻璃板雷射切割製程中，首先在玻璃板中沿著預定切割路徑形成一劃線，以在玻璃中產生實質橫跨板延伸但不穿透板厚度的初始瑕疵。可使用機械裝置產生劃線，例如深刻或刻劃輪。隨後對玻璃施加彎曲力矩以沿著劃線引入伸張應力而產生穿過板厚度擴張的裂縫(「孔道裂縫」或「孔道」)。在一替代方法中，可藉由雷射束產生劃線。再者，可施加彎曲力矩以分割板。在又一方法中，在初始瑕疵(例如板邊緣的刻痕)上橫移雷射束以在瑕疵處引出一裂縫，且隨後在玻璃板的表面上沿著切割路徑橫移雷射束以使裂縫穿過玻璃主體並橫跨板之尺寸擴張。緊接在橫移雷射束之後是冷卻流體(通常是水)的稀薄噴注，以淬火經加熱玻璃並增加應力，從而驅動裂縫穿過玻璃主體並將板分割成數個個別板片。
使用雷射切割之玻璃基材的邊緣強度可廣泛地變動，在魏普模數(m)具有對應的變異，有時稱為「形狀因數」。在根據傳統方法分割之低強度玻璃基材樣品的切割邊緣中，破壞分析顯示扭梳紋佔有主要的地位。當在裂縫穿過材料擴張期間對材料施加扭轉應力(扭曲)時出現扭梳紋。在雷射分割玻璃期間，當出現不平均的雷射加熱玻璃時，可在切割邊緣的表面產生扭梳紋。可藉由平衡貫穿玻璃基材的溫度來消除扭梳紋，其可導致切割板中間強度以及最小邊緣強度與形狀因數的增加。
適於使用在顯示器應用的二氧化矽基底之玻璃基材可在約9μm至約11μm的波長範圍下劇烈地吸收光，且通常限制此光在玻璃基材中的穿透深度不超過幾個波長的大小(例如20-30微米或更小)。然而應注意，不同的玻璃可能在不同的波長下劇烈地吸收光，且強吸收所需的波長範圍可能改變至此範圍外。CO2 雷射以10.6μm的波長發出光，最好在9-11μm的範圍內。因此，藉由CO2 發出的射束可被二氧化矽基底的玻璃劇烈地吸收，並可視為表面加熱器。以強吸收雷射束(例如CO2 雷射)照射之整塊玻璃基材內的加熱只能從表面的熱傳導來獲得。在一維熱傳導模型中，可使用下列等式來評估均等化整個板厚度之溫度所需的時間(τdepth )：
其中ρ為玻璃密度，c p 為玻璃的比熱，κ是玻璃的導熱度，及d為玻璃厚度。
從上述等式1)可清楚的瞭解，τdepth 隨著玻璃厚度的平方增加。例如，對於具有0.63mm之厚度的玻璃基材，τdepth 約為0.2秒。對0.2mm厚度之相同玻璃，τdepth 減少至0.02秒，大致減少為十分之一的時間。因此，隨著玻璃板變得愈薄，可在短時間內在板中達成高應力，且無須依靠淬火流體的應用。在一給定表面積之板主體中，小體積的玻璃從薄板散失的熱比厚板來得多。
現在，液晶顯示器(LCD)TV基材、行動電話顯示器基材及其他手持裝置的典型玻璃厚度小於約1mm，且通常約0.7mm。然而，工業趨勢朝向0.5mm或更低厚度的薄玻璃基材。隨著玻璃基材厚度d減少，平衡(均等化)整個玻璃厚度之溫度所需的時間也顯著地降低。
由於來自劇烈吸收之雷射束的大多數能量在大部分矽玻璃的表面被吸收，若射束的功率過高或射束在表面上的滯留時間過長，可輕易地將表面層加熱至玻璃材料的應變或軟化點。因為玻璃的分割是取決於玻璃中產生的高應力，高於軟化點加熱玻璃基材會隨後因減緩玻璃中的應力而減少切割速率。為了防止過度加熱，可以平衡穿過材料厚度之熱傳導的方式來塑形雷射束。例如，可使用柱狀透鏡(結合光軸截面為正負(凸凹)或正正柱狀透鏡)將雷射束塑形成長形，或使用光學掃描器掃描技術，或旋轉鏡子以有效地照射基材的延伸長度而不需調變其他圓形射束的形狀。
第1圖為使用長雷射束12雷射切割玻璃板10的示意圖，長雷射束12是藉由雷射14產生而未使用強制流體冷卻。射束在玻璃板上照射一「足跡」16，玻璃板具有沿著切割方向18定向的長軸及垂直長軸的短軸，其中界定足跡的邊界，其中射束的強度被減少至峰值強度的1/e2 。足跡16之長軸及短軸的長度以分別符號b及a表示。射束在玻璃板上之足跡的長度b大於射束的橫移速率v(「足跡」16的速率，或射束撞擊的面積)乘上τdepth 。射束切割路徑以虛線20圖示，且圖示的射束朝向左方移動。
第2A-2C圖沿著雷射切割路徑例示玻璃之小條帶的應力輪廓，小條帶的寬度大約為長(例如，橢圓形)射束短軸之長度a的兩倍。隨著雷射通過玻璃在不同時間圖示穿越玻璃厚度的應力輪廓。第2A圖繪示當雷射束12開始加熱經照射之表面並橫移表面時的瞬間，存在玻璃中的應力場。該圖圖示壓縮應力(由朝內指向的箭頭標示)在靠近經照射之玻璃表面的發展，以及伸張應力遠在表面的下方發展(由朝外指向的箭頭標示-箭頭連線的長度標示應力的相對大小)。可容易地瞭解，當考量局部加熱的玻璃，玻璃會膨脹，但其受到較冷的玻璃圍繞而受限。因此，在經加熱部份發展壓縮應力。雷射沿著玻璃表面之切割線的橫移時間由b/ν來判定，其中如前所述，ν為雷射束相對玻璃基材的橫移速率。
在下一個片刻，如第2B圖所示，來自照射表面的熱被傳導穿過玻璃的厚度，且應力輪廓在玻璃的外表面為壓縮的(照射表面與相對表面皆是)且在玻璃板的中央部份是伸張的。
最後，第2C圖繪示玻璃在雷射束自玻璃條帶移開後不久的相同區域。由於熱在玻璃表面散失，應力輪廓在玻璃的外表面變成伸張狀態，且在玻璃的中央區域內為壓縮的。第2C圖的應力輪廓，在加熱區域與玻璃板的其餘部份給予足夠的溫差，且造成裂縫擴張及板的分割。
回到第1A圖，隨著雷射束沿著預定路徑20橫移，通體裂縫17橫跨板10擴張直到板10被分割成子板10a及10b。如第1B圖所示，板10可選擇性包含一薄膜層11，例如一金屬氧化層(例如，氧化銦錫-ITO)，其中分割脆性材料板的通體裂縫也分割薄膜層。此膜層11可包含多個層。一或多個薄膜層可(例如)包含諸如薄膜電晶體的薄膜裝置。或者，薄膜層可為阻障層或鈍化層。
自上述內容可輕易地瞭解到切割玻璃薄板(意即，厚度大於1mm)需要快速冷卻(淬火)玻璃以在玻璃中產生足夠應力而將其切分。然而，當玻璃厚度d足夠薄時(意即，等於或小於約1mm)，可在不需要如上述沿著雷射束橫移板的路徑進行強制冷卻的情況下達成通體切分(切分穿過板的整個厚度)。
可根據本文所述的方法來切割捲入柱狀滾筒的薄玻璃板。在第4圖的示意圖中，玻璃自第一滾筒或捲軸22捲繞至第二捲軸24。在分割製程期間，輕微的張力(箭頭26)從外部垂直切割線(預定路徑)20施加至薄玻璃板。換言之，此張力不同於加熱及(或)冷卻玻璃所形成的張力。例如，可藉由將捲軸22、24移動分開來施加張力。所施加的張力不同於熱發展的應力(意即，雷射加熱所致)。可藉由非接觸雷射刻劃形成一初始瑕疵，接著藉由CO2 雷射切割而不使用強制冷卻以橫過玻璃板擴張通體裂縫，來實現期望長度的雷射切割。所施加的張力有兩個用途。首先，所施加的張力有利於增加雷射切割速率。由於裂縫擴張總是垂直施加伸張應力的方向，所施加的張力也可用來在期望方向維持通體裂縫擴張。
在上述實例中，為了有效雷射加熱同時保持玻璃溫度低於應變點，使用靜態光學元件(static optic)產生的長雷射束。也可能進一步使用一或多個光學掃描器並旋轉光學鏡以達成加熱同時保持玻璃基材的溫度低於應變點。此舉涉及快速沿著切割路徑的長度上掃描射束。如下文所述，基於光學掃描器的加熱技術使沿著期望形狀或曲線的切割為可能。
如上文所述，從玻璃基材邊緣進行雷射切割而無須強制冷卻。也可能不從邊緣開始使用此技術來切割玻璃基材。據信，由於水是非常有效的冷卻媒介，未強制冷卻之雷射切割產生的應力是小於具強制冷卻之雷射切割可獲得的應力。不從邊緣的切割可能涉及在切割的一開始便使用水噴注。一旦裂縫擴張，關掉水噴注並進一步僅使用CO2 雷射產生的應力來達成切割。
可藉由沿著切割路徑預熱玻璃基材至較高溫度，而達成切割速率的另一改良。預熱玻璃基材減少藉由切割雷射所供應及同時擴張通體裂縫所需的加熱量。例如，可沿著預定切割路徑藉由火焰或雷射(切割雷射或另一雷射)來局部預熱玻璃板。
應注意，雖然前述是關於沿著實質平直的切割線來分割玻璃板，本發明實施例也可應用至沿著曲線及(或)封閉路徑分割薄玻璃板。
第5A-5C圖示出使用振鏡(galvometer)掃描器切割玻璃基材的雷射形狀。根據本發明實施例，沿著預定路徑20(遵循塑形部份的周長)快速掃描散焦雷射束(以箭頭指示)。第5A-5C圖繪示三個非線性方式自粗切之母玻璃基材10切割成大致為矩形的部份(例如，具有圓角)。也可能是其他形狀或曲線路徑。第5A圖中，以機械性或在其他實施例中以聚焦雷射束剝蝕(例如聚焦CO2 雷射束)產生玻璃基材10之邊緣上的初始缺陷。起初，射束通常距玻璃基材一小段距離定位在起始點28，隨後在邊緣缺陷上並沿著預定射束路徑20快速掃描。在環繞四個角落之後(終點位置30)，關掉(熄滅)雷射且掃描器重新定位至起始位置28，再度打開射束並重複相同路徑循環。當反覆的進行掃描，且在複數次掃描之後，在基材邊緣的初始瑕疵處產生通體裂縫。推進的裂縫前端沿著雷射束路徑快速地擴張，直到其遭遇通體裂縫的已形成部份，隨後裂縫前端停止下來。因此得到塑形切割，將母板10分割成兩個子板10a及10b。
第5B圖為掃描方法的另一實施例，其中掃描從矩形部份的一側開始，而非從第5A圖中所示角落位置。如先前所預期，製程將如第5A圖所述進行。
第5C圖為包含封閉迴路掃描以加熱玻璃基材的又另一實施例。起始位置與停止位置是共同位在掃描路徑上。封閉迴路掃描方法的優點在於掃描是連續的：只要掃描進行中便保持著雷射，且初始機械缺陷是位在掃描射束的路徑中。因為缺陷不是位在邊緣，需要更大的張力來產生初始通體裂縫。可藉由在缺陷位址處強制冷卻以引入在缺陷位址產生初始通體裂縫所必需的張力，其中，隨後圍繞預定路徑完成掃描製程及裂縫擴張而不需要強制冷卻。
根據本文所揭示實施例，雷射通體切割技術之潛在應用之一為移除在向下牽引製程中所形成的玻璃邊緣珠泡。在一向下牽引製程中，藉由將熔融玻璃餽送至成形主體以形成玻璃帶，並且其中熔融玻璃自成形主體下降。熔融玻璃的下降可能是由於重力、或重力與個別施加之拉力的結合所致。向下牽引製程包括習知的流孔牽引製程(其中熔融玻璃自形成在中空成形主體之底部的流孔下降)，以及熔化成形製程(其中熔融玻璃流過成形主體的側面、自成形主體的底部熔化及下降)。
在一典型用於形成玻璃板的熔化牽引製程中(繪示於第6圖)，熔融玻璃32流入一導管或成形主體34中，成形主體在主體的頂部具有一凹槽36。凹槽是開放的使得熔融玻璃可以個別的液流溢出凹槽的側壁並流經成形主體的外側。成形主體包括覆有個別液流流動的外成形表面38、40。成形表面38、40在成形主體的底部或根部42會合，並再接合(熔化)以形成連續的玻璃薄帶44。表面張力以及其他力致使帶向內拉引，同時帶在根部稍微下方處呈多種狀態，因而減少或減弱帶的寬度，並且使邊緣46厚化而形成泡狀(參見第7圖，圖示玻璃帶的橫截面視圖)。隨著玻璃下降，其轉變成黏彈性狀態，且最終變成彈性狀態。因為增厚的邊緣或珠泡將對自帶切割的玻璃加工板產生厚度變異，故自該等板將珠泡移除。若在牽引期間(藉由拉引滾輪48從根部拉引帶)自帶移除珠泡，可達成製程效率。如第6圖中所示，藉由雷射14發射之雷射束12經引導至帶44上位於泡狀邊緣內側的位置(其已被冷卻至彈性狀態)，使得可根據前述實施例而自帶的剩餘部份分割邊緣部份。然而，帶的溫度較室溫高出許多(數百℃)。為了從帶獲得足夠的熱散失，可藉由增加環境大氣50之導熱度來改良環境大氣的熱傳導。例如，可增加環境大氣中之氦的百分比。氦具有0.142 W/m/K的導熱度而較空氣高出許多(空氣的導熱度約為0.024 W/m/K)。因此，在一些實施例中，接觸玻璃之環境大氣的導熱度大於約0.024 W/m/K，並較佳大於約0.1 W/m/K。實際上，可使大氣增加至包含高達100%的氦(例如)或一或多個其他高導熱度氣體中的一者或其組合，以自帶表面移除熱並產生切割玻璃所需張力。
實例1
在一實例中，使用12瓦(W)的CO2 雷射來分割190μm厚的矽玻璃基材，而不使用強制冷卻。使用切割雷射在玻璃的邊緣處首先初始一小瑕疵，以2吋焦距之平凸球形透鏡來調變射束。一旦產生初始瑕疵，將平凸凹面柱狀透鏡***射束路徑以形成長雷射束，並將所得之長射束足跡與基材間的相對運動增加至45mm/s的終端切割速率。切割後之基材中剩餘的殘餘應力可在該切割速率下被忽略。
實例2
使用CO2 雷射來分割0.63mm厚之Corning Eagle XGTM 玻璃板，而不使用強制冷卻。使用在6.5瓦及2吋焦距之平凸球形透鏡操作下的CO2 雷射而在板的邊緣處產生初始瑕疵。一旦形成初始瑕疵，使用平凸凹面柱狀透鏡並使用相同雷射來形成長雷射束。射束被延長至9mm的足跡長度(長軸)及0.6mm的足跡寬度(短軸)。達成9mm/s的終端切割速率且成功的以單一行程長射束足跡切分基材。
實例3
為了比較習知機械切割玻璃(劃線及彎曲技術)與使用本發明實施例之玻璃切割的邊緣強度，從具有0.63mm厚度之母板製備三批5mm x 70mm的玻璃條帶。母板的熱膨脹(CTE)係數約32x10-7 /℃。樣品的其中一批是藉由習知機械劃線及彎曲來製備，一批使用強制冷卻製備(在切割雷射束之長足跡後使用水噴注)，且最後一批是藉由雷射切割而無強制冷卻來製備。為了不使用強制冷卻來產生樣品，使用在6.5瓦及2吋焦距之平凸球形透鏡操作下的CO2 雷射在母玻璃中產生一初始瑕疵。一旦形成初始瑕疵，使用平凸凹面柱狀透鏡以延長射束。隨後，長射束沿著預定切割路徑橫移過初始瑕疵及母玻璃板的表面。為了非強制冷卻樣品而重複此舉。各樣品經受四點彎曲試驗來測試三個樣品組中之各者的邊緣強度。所得結果繪示為損壞機率分佈(Weibull)相對施加應力的圖表並圖示於第3圖中。
第3圖示出使用冷卻水噴注切割的樣品(第2批－以三角形標示，中間)及未使用冷卻水噴注切割的樣品(第1批－以圓形標示，靠右)，上述兩者的強度皆勝過機械切割樣品(第3批－以正方形標示，靠左)。然而，未使用強制冷卻的雷射切割樣品展現了約380MPa的平均強度，而使用強制冷卻的雷射切割樣品展現了約240MPa的平均強度。
實例4
使用CO2 雷射來分割1吋x0.5吋並具有0.7mm厚度的鹼石灰玻璃基材，而不使用強制冷卻。鹼石灰玻璃具有約80x10-7 /℃的熱膨脹(CTE)係數。
藉由在6.5瓦及2吋焦距之平凸凹面透鏡運行下的CO2 雷射產生初始瑕疵。在形成初始瑕疵之後，使用平凸柱狀透鏡來延長雷射束並沿著預定切割路徑在初始瑕疵及玻璃基材表面上橫移射束以沿著切割路徑擴張通體裂縫。達成25mm/s的終端速率並成功的分割樣品。
實例5
在此實例中，在塑形切割製程中使用如第5A圖之實施例所示的掃描方法。使用75μm的Corning code 0211玻璃作為母基材。母玻璃基材大約為120 x 150mm。雷射束是從CO2 雷射發射並具有約2mm的截面直徑。雷射功率約為80瓦，且掃描速率約1500mm/s。
切割後之形狀的尺寸約為100 x 120mm，並具有5mm的角半徑。在以雷射束開始掃描後，在小於1秒的時間內觀察到裂縫擴張。一旦觀察到裂縫擴張便停止掃描製程。
一旦通體裂縫沿著預定路徑擴張，板10被分割成子板10a及10b。例如，一子板可為上述的形狀且示於第8圖中。可根據習知沉積製程(例如，蒸發、共蒸發、濺射等)隨後在子板中之一者上沉積材料52(例如介電質或半導體材料)的一或多個層。材料層可包含(例如)如ITO之薄膜或薄膜電晶體，且子板可使用在電子裝置(例如顯示器裝置)中。
或者，可在將玻璃板分割成兩個子板之前在玻璃板上沉積薄膜(或薄膜裝置)，且其中分割步驟分割包含來自母板剩餘部份之子板的薄膜(或薄膜裝置)。
雖然前文是描述玻璃板的分割，也可應用本發明實施例分割其他脆性材料，例如陶瓷、玻璃陶瓷或甚至是半導體材料。
須強調的是，本發明的上述實施例，特別是「較佳」實施例，僅為多個實施例的可能實例，且僅為了更易於了解本發明的原則而闡明。可在實質上不背離本發明之精神與原則的情況下對本發明實施例做出許多變化及修改。所有此等修改及變化將被包括在本揭示及本發明的範疇中並由隨附申請專利範圍所保護。
a．．．短軸
b．．．長軸
d．．．厚度
10．．．板
10a,10b．．．子板
11．．．薄膜層
12．．．雷射束
14．．．雷射
16．．．足跡
17．．．裂縫
18．．．切割方向
20．．．切割線
22,24．．．捲軸
26．．．箭頭
28．．．起始點
30．．．終點位置
32．．．熔融玻璃
34．．．成形主體
36．．．凹槽
38,40．．．外成形表面
42．．．根部
44．．．玻璃
46．．．邊緣
48．．．拉引滾輪
50．．．環境大氣
52．．．材料
第1A圖為根據本發明實施例分割之脆性材料板的透視圖。
第1B圖為包含薄膜層之玻璃板的邊緣視圖，其可如第1A圖繪示分割。
第2A-2C圖為經受雷射分割之玻璃板的截面視圖並指出板中的應力發展，其為使用雷射加熱程序的結果。
第3圖為三組樣品之損壞強度之Weibull分佈的圖表，三組樣品包括經機械式分割的樣品、在雷射加熱路徑使用強制流體冷卻之雷射分割的樣品、及在雷射加熱路徑未使用強制流體冷卻之雷射分割的樣品。
第4圖為非常薄玻璃板之捲軸對捲軸傳輸系統的透視圖，其中根據本發明實施例分割在該等捲軸間傳送之玻璃板。
第5A-5C圖為玻璃板的上至下俯視圖，其中該等形狀是沿著預定路徑自初始(母)板藉由快速掃描雷射束切割直到通體裂縫出現並沿著該路徑擴張，分割出該形狀。
第6圖為範例向下牽引玻璃板形成製程的部分截面透視圖，其中藉由製程所產生之薄玻璃帶的邊緣部份是根據本發明實施例來移除。
第7圖為第6圖之帶的截面示意圖，示出藉由雷射分割移除的泡狀邊緣部份。
第8圖為自脆性材料母板(例如玻璃)切割出之子板的俯視圖，且其中子板包含沉積於其上之薄膜材料的一或多層。
a．．．長軸
b．．．短軸
d．．．厚度
10．．．板
10a,10b．．．子板
11．．．薄膜層
12．．．雷射束
14．．．雷射
16．．．足跡
17．．．裂縫
18．．．切割方向
20．．．切割線

Claims (20)

  1. 一種分割一脆性材料薄板的方法，包含以下步驟：在一脆性材料板中形成一通體裂縫，該脆性材料板包含一第一表面、一相對第二表面及一介於該第一表面及該第二表面間之等於或小於約1mm的厚度，該通體裂縫與該第一表面及該第二表面相交；使用一雷射束照射該通體裂縫；在該第一表面上沿著一預定路徑橫移該雷射束以沿著該預定路徑擴張該通體裂縫，並將該脆性材料板分割成至少兩個脆性材料子板；及其中該通體裂縫是在未強制流體冷卻該脆性材料板的情況下擴張。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射束包含介於約9μm至11μm的波長。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中接觸該脆性材料板之一環境大氣的導熱度是大於約0.024 W/m/K。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該射束在該第一表面上形成一長射束足跡，平行該預定路徑之該射束足跡的長度是大於一橫移速率乘上(ρ cp d2 )/4 κ，其中ρ為該玻璃平板的密度，cp 為該玻璃平板的比熱，κ 為該玻璃平板的導熱度，以及d為該玻璃平板的厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步驟：在橫移期間垂直該預定路徑施加一外部張力。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該脆性材料板為一玻璃板。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該橫移步驟包含沿著該預定路徑的一單一行程。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該橫移步驟包含在該預定路徑上的複數行程。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該脆性材料板的至少一部分是設置在一捲軸上。
  10. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該通體裂縫僅在該等複數行程之後沿著該預定路徑擴張。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該脆性材料板包含一沉積於其上的薄膜。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該薄膜包含 ITO。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含以下步驟：在該等至少兩個脆性材料子板的至少一者上沉積一介電質或一半導體材料。
  14. 一種分割一玻璃板的方法，包含以下步驟：在一玻璃板的一表面中形成一初始瑕疵，該玻璃板具有等於或小於約1mm的厚度；使用包含介於9μm至11μm之波長的一雷射束照射該初始瑕疵；在該玻璃板的該表面上於複數個循環中沿著一預定路徑橫移該雷射束以加熱該預定路徑但不使用強制流體冷卻，其中該預定路徑是位於一起始點與一停止點之間；及其中一通體裂縫僅在該等複數個循環之後沿著該預定路徑擴張，且該玻璃板被分割成至少兩個子板。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該雷射束在多個循環之間熄滅。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該雷射束是在該玻璃板的該表面散焦。
  17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該預定路徑包含一曲線。
  18. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該預定路徑為一封閉路徑。
  19. 如申請專利範圍第14項之方法，更包含在該等至少兩個子板之至少一者上沉積一介電質或一半導體材料。
  20. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該玻璃板包含在將該玻璃板分割成兩子板之前沉積於其上的一薄膜層。
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