TWI490179B - 雷射切割玻璃基板之方法 - Google Patents

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Description

雷射切割玻璃基板之方法
本專利文件概略關於切割並分離玻璃基板的方法，而且尤其是有關用以雷射切割並分離強化玻璃基板的方法。
薄型強化玻璃基板，像是經化學、熱性或疊層之強化基板，由於其優質強度和抗損傷性，因而既已廣泛地應用在消費性電子裝置上。例如，此等玻璃基板可用來作為併入在行動電話內之LCD和LED顯示器以及觸控應用、像是電視及電腦監視器之顯示裝置，以及各種其他電子裝置的覆蓋片。為降低製造成本，會希望此等運用於消費性電子裝置內的玻璃基板是藉由對位於單一大型玻璃片上的多個裝置進行薄膜樣式化處理，然後再利用各種切割技術以將該大型玻璃基板分割或分離成複數個較小玻璃基板所構成。
然儲存在該中心張力範圍內之壓應力和彈性能量的規模確可能導致難以對經化學強化的玻璃基板進行切割及完成加工。高表面壓縮及深度壓力層造成難以如傳統割劃及彎折製程般地以機械方式割劃該玻璃基板。此外，若在該中心張力範圍內的所存彈性能量足夠地高，則當該表面壓力層被穿透時該玻璃可能就會以***方式破裂。在其他實例中，彈 性能量的釋放可能導致該破裂處偏離於所欲切割線，從而對該玻璃基板造成損傷。許多現有的生產製程會牽涉到在強化製程之前先切割及加工完成該非經化學強化玻璃以進行塑形處理。
故而確需一種用以切割強化玻璃基板的替代性方法。
在一具體實施例裡，一種用以切割來自於具有表面壓力層及張力層之強化玻璃基板的玻璃物品之方法，其中包含在強化玻璃基板的第一邊緣處於該表面壓力層內構成邊緣缺損，以及在該邊緣缺損處令穿透孔口傳播通過該等表面壓縮及張力層。該穿透孔口係於沿著該玻璃物品與該強化玻璃基板間之切割線的分離區域前方。在另一具體實施例裡，一種用以切割來自於具有表面壓力層及張力層之強化玻璃基板的玻璃物品之方法，其中包含掃瞄入射於該表面壓力層上並且於該玻璃物品與該強化玻璃基板間沿切割線之長度的雷射光束，使得穿透孔口能夠沿該切割線傳播。
在又另一具體實施例裡，一種用以切割具有表面壓力層及張力層之強化玻璃基板的方法，其中包含在該玻璃基板之表面壓力層上沿切割線構成缺損。該方法進一步包含沿該切割線的長度掃瞄雷射光束，藉以沿該切割線分離該強化玻璃基板。
後文詳細說明中敘述本揭具體實施例的多項額外特性與優點，同時熟諳本項技藝之人士將自該說明而隨即部份 地顯見，或是藉由實作本文所述之本發明，包含後文詳細說明、申請專利範圍和隨附圖式，而得以認知。
應瞭解前揭概論與後文詳細說明兩者皆呈現各種具體實施例，並且供以瞭解所主張之主題項目的本質與特徵之概要或框架。隨附圖式係經納入以供進一步暸解各種具體實施例，並獲併入於本專利文件中且組成其一部份。該等圖式說明本揭各種具體實施例，並連同本文說明以利解釋所主張之主題項目的原理與操作方式。
100‧‧‧系統
104‧‧‧雷射光源
106‧‧‧雷射掃瞄器
107‧‧‧箭頭
108、108a-108g‧‧‧雷射光束
109b-109g‧‧‧光束點
110‧‧‧玻璃基板
111‧‧‧第一邊緣
112‧‧‧邊緣缺損
112a、112b‧‧‧表面壓力層
113‧‧‧第二邊緣
114‧‧‧掃瞄線
116‧‧‧切割線
117‧‧‧第一表面
118‧‧‧箭頭
119‧‧‧第二表面
120‧‧‧支撐表面
122a、122b‧‧‧表面壓力層
124‧‧‧張力層
130‧‧‧噴嘴
132‧‧‧水束
134‧‧‧水點
140‧‧‧穿透孔口
142‧‧‧位置
150‧‧‧玻璃物品
209‧‧‧雷射光束點
210‧‧‧玻璃基板
211‧‧‧第一邊緣
212‧‧‧邊緣缺損
215‧‧‧曲形邊緣
216‧‧‧曲形切割線
217‧‧‧第一表面
218‧‧‧第二邊緣
250‧‧‧玻璃物品
280‧‧‧短軸
282‧‧‧前領邊緣
284‧‧‧尾隨邊緣
290‧‧‧長軸
310‧‧‧玻璃基板
311、313‧‧‧邊緣
312a-312i‧‧‧邊緣缺損
316a-316i‧‧‧掃瞄雷射線
350a-350j‧‧‧長方形條帶
圖1略圖描繪根據一或更多具體實施例強化玻璃基板及雷射系統的側視圖。
圖2略圖描繪根據一或更多具體實施例如圖1所略圖顯示之強化玻璃基板及雷射系統的外觀視圖。
圖3略圖描繪根據一或更多具體實施例沿切割線運行的橢圓形雷射光束點。
圖4A略圖描繪根據一或更多具體實施例位於經設置在強化玻璃基板上之邊緣缺損處的穿透孔口之起始。
圖4B略圖描繪根據一或更多具體實施例穿透孔口從該邊緣缺損傳播至強化玻璃基板的相對邊緣處。
圖5A略圖描繪根據一或更多具體實施例強化玻璃基板、雷射系統及水束設備的側視圖。
圖5B略圖描繪根據一或更多具體實施例如圖5A所略圖顯示之強化玻璃基板、雷射系統及水束設備的外觀視圖。
圖6略圖描繪根據一或更多具體實施例強化玻璃基 板及雷射系統的外觀視圖，而其中該雷射系統在邊緣缺損附近執行微短掃瞄。
圖7A略圖描繪根據一或更多具體實施例具有曲形切割線的強化玻璃基板。
圖7B略圖描繪根據一或更多具體實施例在自如圖7A所示之強化玻璃基板割離後具有曲形邊緣的玻璃物品。
圖8略圖描繪根據一或更多具體實施例具有複數個邊緣缺損和複數條掃瞄雷射線以供自強化玻璃基板割離複數個物品的強化玻璃基板。
圖9略圖描繪強化玻璃基板的壓力層及內部張拉範圍。
現將詳細參照於各種用以切割強化玻璃基板的具體實施例，其範例可如各隨附圖式中所示。將在全篇各圖式中盡可能地使用相同的參考編號，藉以指稱相同或類似的部分。即如本揭所述，用以自強化玻璃基板割離玻璃物品的方法概略包含在該強化玻璃基板上構成缺損。該缺損位於定義一分離區域的切割線上。雷射光束沿該切割線的整個長度快速地掃瞄，並且越過該邊緣缺損藉以在該邊緣缺損處致生穿透孔口。該穿透孔口完全地運行通過該玻璃基板(亦即在頂部與底部層之間)。該雷射光束可沿該切割線的長度連續地掃瞄，使得該穿透孔口能夠沿該掃瞄雷射線快速地傳播通過該玻璃基板以將該玻璃物品割離於該玻璃基板。後文中將進一步詳細說明該等用以切割玻璃物品之方法的各式具體實施 例。
現參照圖1及2，其中略圖繪示一示範性系統100，此系統係用以藉由完全穿過玻璃基板110之厚度所延伸的穿透孔口140(參見圖4A及4B)，將玻璃物品150割離於該玻璃基板110。該示範性系統100概略含有雷射光源104，以及用於沿該玻璃基板110之切割線116(亦即分離區域)加熱經設置在支撐表面120上的玻璃基板110之雷射掃瞄器106。
在本揭具體實施例裡，該玻璃基板110可具有第一表面117、第二表面119、第一邊緣111和第二邊緣113。該玻璃基板110可為由各種玻璃成份所構成，包含矽酸硼玻璃或矽酸鋁玻璃，然不限於此。而由本揭所述方法之具體實施例所切割的玻璃基板可為藉由多種強化製程所強化，像是離子交換化學強化製程、熱性回火處理，或者是即如CORELLE器具的疊層玻璃結構。應瞭解本揭具體實施例雖為針對於化學強化玻璃基板的情境所敘述，然其他類型的強化玻璃基板亦可藉由本揭所述之方法進行切割。
圖9略圖說明一種藉由強化製程，例如像是離子交換強化製程，所化學強化的玻璃基板110。該玻璃基板110含有兩個表面壓力層112a和112b，以及內部張力層124。該等表面壓力層112a和112b是被保持為壓縮張力狀態下，俾對該玻璃基板110提供其強度。該內部張力層124係承受於張應力，藉以補償該等表面壓力層112a和112b內的壓縮性應力，使得力度能夠彼此平衡並且該玻璃基板不會斷裂。
化學強化玻璃基板的抗損傷性是獲自於在強化製程 的過程中，像是離子交換強化製程，通常稱為"化學強化"或"化學回火"，經構成於該玻璃基板110之上的表面壓力層122a及122b。該化學強化製程牽涉到在一溫度處將該玻璃基板之表面層內的離子交換於不同大小的離子，使得該玻璃基板在該使用溫度處能夠發展出表面壓應力。能夠藉由離子交換製程達到之壓應力的規模以及表面壓力層的深度是根據玻璃成份而定。即如一範例，在化學強化GORILLA玻璃裡可出現高於750MPa的表面壓力以及大於40μm的壓力層深度。相較而言，在化學強化鈉鈣玻璃基板裡則可出現低於750MPa(檢查)的表面壓縮以及小於15μm的壓力層深度。
在一化學強化製程範例裡，可令玻璃基板承受於一離子交換強化製程，其中包含將玻璃基板浸沒於保持在低於該玻璃之應變點的溫度處之熔化鹽浴裡一段時間而足以將離子擴散至該玻璃之表面內的所欲深度處，藉此獲致所欲應力廓形。該離子交換強化製程可獲得經強化的玻璃基板110，此者在玻璃表面上具有增高的壓應力，並且在該玻璃的內部範圍裡具有增高的張應力。該等玻璃基板可擁有大於例如30×0-7 /℃的熱膨脹係數(CTE)。
該雷射光源104及該雷射掃瞄器106可由像是電腦的系統控制器(未予圖示)加以控制。該雷射光源104可包含具有適當波長以供將光子能量傳遞至該玻璃基板110上的雷射。例如，該雷射光源104可經組態設定以發射具有位於紅外線範圍內之波長的雷射光束108。雷射波長應予選定故而使得該玻璃基板內出現吸收結果。在低度吸收的情況下，可運 用高功率雷射或多重路徑吸收技術，使得能夠將玻璃基板加熱至可供進行雷射分離製程的溫度。在本揭所述之具體實施例裡，該雷射光源為CO2 雷射並可產生具有自約9.4μm至約10.6μm之波長的紅外光束。此CO2 雷射並可為按連續波模式運作的DC電流雷射光源。然該CO2 雷射亦可在脈衝化模式下運作，這種經RF激發之雷射光源可提供約5kHz至約200kHz之範圍內的脈衝化輻射。於掃瞄及切割操作過程中該雷射光源104運作所在之功率是按照該玻璃基板110的厚度和表面積而定。較大的玻璃基板110厚度及/或表面積可能會需要較高的雷射功率以利進行切割作業。一般說來，本揭所述之具體實施例的雷射光源104可在數十瓦特至數百或數千瓦特範圍內的連續波功率處運作。即如後文中進一步詳述，有些具體實施例能夠併同於該雷射光源104而運用水束。在運用水束的具體實施例裡，該雷射光源104的功率可為降低。
該雷射光源104可運作於一功率並且雷射光束聚焦於一焦距處，故而得以避免該玻璃基板110之第一表面117上的過熱及雷射燒熔。在該系統100內可運用光束擴展器(未予圖示)和一或更多聚焦透鏡(未予圖示)，俾獲致所欲之雷射光束大小及焦距。在一具體實施例裡，該雷射光束108的直徑可為10mm，並且在該第一表面117上其直徑可被聚縮至1mm。
該雷射掃瞄器106，像是多邊形掃瞄反射鏡或掃瞄電流計反射鏡，可經設置在後隨於該雷射光源104的光學路徑內。該雷射掃瞄器106可經組態設定以，藉由電流計在如 箭頭107所示方向上沿該切割線116的整個長度單向地或雙向地快速掃瞄該雷射光束108。或者在其他具體實施例裡，該雷射光束108可為藉由多邊形反射鏡予以單向連續掃瞄。在一具體實施例裡，該雷射掃瞄器106可運作以按約1m/s的速度掃瞄該雷射光束108。經快速掃瞄的雷射光束108在圖1及2里係經顯示為複數個雷射光束108a-108e，藉此描繪出該雷射光束108在跨於該玻璃基板110上被加以掃瞄。該雷射光束108可在該玻璃基板110的第一表面117上沿該切割線116產生圓形光束點(即如之109b-109d)。該等光束點109b-109d沿該切割線往復運行，即如箭頭118所示。即如後文中所述，該玻璃基板110的溫度上因雷射光束掃瞄所提供之加熱而導致的變化造成張應力沿該切割線116發展，從而形成穿透孔口140(參見圖4A及4B)，此者延伸完全穿過該玻璃基板110的厚度(亦即"全體性"切割)，並且以受控方式沿該切割線116傳播。
在一具體實施例裡，該光束點可為橢圓形雷射光束點209，即如圖3所示者。該橢圓形光束點209可沿該切割線116更加狹窄地侷限加熱的範圍。故而能夠由於降低雷射功率密度來避免過熱或燒熔問題。該橢圓形光束點209可概略地具有長度a的短軸280以及長度b的長軸290。該短軸280延伸越過該橢圓形雷射光束點的中點，即如圖3所示。該長軸290可概為該橢圓形光束點209在該橢圓形光束點209之前領邊緣282與尾隨邊緣284間的長度b，即如圖3所示。可利用圓柱形透鏡及/或其他的光學構件來塑形該雷射光束108，使 得能夠在該第一表面上產生該橢圓形光束點209。該等用以塑形該雷射光束俾構成橢圓形光束點209的圓柱形透鏡及/或其他光學構件可經整合於該雷射光源104或該雷射掃瞄器106，或者可例如為個別元件。
現參照圖1及2，一種根據一具體實施例藉由傳播穿透孔口以自玻璃基板110割離玻璃物品150的方法可包含首先在第一表面117上於該玻璃基板110的邊緣111處引入缺損112以構成穿透起始點。該缺損可位於邊緣(亦即邊緣缺損)上，或是距於該邊緣一段距離，或者在該玻璃基板110的主體內。在本揭後文中所述的一些具體實施例裡，該缺損係經構成於該化學強化玻璃基板的邊緣上。
該邊緣缺損112可為位於該玻璃基板110之邊緣處，或是該邊緣面部之上的微小刻劃。該邊緣缺損112可為概略地設置於該玻璃基板110的第一表面117上，使得該邊緣缺損112是沿切割線116上所定位，且該玻璃基板110可後續地沿其而分離(亦即分離區域)。該邊緣缺損112可為按機械方式形成，像是藉由機械刻劃、機械研磨轉輪，或者是該玻璃基板的主體內藉由雷射燒熔或雷射引起缺損。
在形成該邊緣缺損112之後，來自該雷射光源104的雷射光束108可藉由該雷射掃瞄器106導引並掃瞄於該玻璃基板110的第一表面117上，使得所掃瞄之雷射光束108構成入射於該切割線116上的掃瞄雷射線。該雷射光束108可在由箭頭107所示之方向上按例如大於0.5m/s的速度所掃瞄。所掃瞄雷射光束108的速度可為依據該玻璃基板110的 厚度、表面積和強度而定。依該等雷射光束108a-108e所示之經掃瞄雷射光束108構成定義該掃瞄雷射線的複數個光束點109b-109d。將能瞭解該等雷射光束108a-108e及光束點109b-109d僅為示範性質之目的，並且是用以表示該雷射光束108在跨於該玻璃基板110的第一表面117上被快速地掃瞄。即如後文中進一步詳述，在該切割線116上的掃瞄雷射線是作以用於傳播穿透孔口的導引。為確保該穿透孔口能夠被適當地導引，該雷射掃瞄器106應運作而使得該掃瞄雷射線的長度等於或大於該玻璃基板110或該切割線116的長度。若該掃瞄雷射線短於該玻璃基板110的長度，則該穿透孔口可能會偏離於該切割線，並且產生具有錯誤邊緣的玻璃物品。
該掃瞄雷射光束108可於功率位準處運作以沿該切割線加熱該玻璃基板110，包含在該邊緣缺損112處進行加熱。該玻璃基板110在紅外線雷射光源處，例如按約10.6μm波長的CO2 雷射，具有相當強的吸收性。CO2 雷射可運作如表面加熱器，藉以快速地加熱該玻璃材料的表面。然而，由該雷射掃瞄器106快速地掃瞄該雷射光束108能夠讓所產生的熱能擴散通過該玻璃基板110的主體，而同時避免在壓應力下的第一表面117處造成過熱及應力釋展。
現參照圖1、2、4A及4B，由該掃瞄雷射光束108在該邊緣缺損112上加熱可在位於或靠近該邊緣缺損112的位置142處開啟穿透孔口140。在此所使用之詞彙"穿透孔口"是指從第一表面117(即如頂部表面)延伸穿過至第二表面119(即如底部表面)的孔口。現參照圖4A，在位置142處顯示有 一穿透孔口140。該穿透孔口140在該邊緣缺損112處由於該掃瞄雷射光束108所提供的熱能而開啟。該穿透孔口140在圖4A裡係按如誇炫尺寸/形狀所繪示，藉以說明該穿透孔口140如何在該位置142處開啟。例如，該穿透孔口140可為在該邊緣缺損112處起始的微小裂痕。
即如圖4A所示，該穿透孔口140開始沿該切割線116傳播通過該玻璃基板110。該穿透孔口140沿該切割線116前行於分離區域，此範圍可將該玻璃物品150分離於該玻璃基板110。圖4B描繪該穿透孔口140既已開始從位在邊緣111處的邊緣缺損112穿過該玻璃基板而沿直形切割線116傳播至第二邊緣113，藉以將該玻璃物品150分離於該玻璃基板110。該穿透孔口140在由該掃瞄雷射線沿該切割線116所提供的最小阻力方向上加速行進。在一具體實施例裡，該穿透孔口140按約1.3km/s的速度沿該切割線116快速地傳播通過該玻璃基板110。該掃瞄雷射光束108可在該玻璃基板110的主體內產生張應力場域，此者係與該掃瞄雷射線(亦即該切割線116)的方向相垂直。該穿透孔口的快速傳播為垂直於該掃瞄雷射線之淨張張應力的結果。該張應力是由內隱性及暫態性應力場域的疊加所產生。在該強化玻璃基板裡，該內隱性應力場域在跨於該玻璃厚度上為壓縮-張拉-壓縮，並且是在強化或上釉製程的過程中產生。而該暫態性應力場域可為張拉-壓縮-張拉，並且是由該雷射加熱沿該掃瞄雷射線所產生。在該分離區域內之淨張應力讓該穿透孔口能夠在該掃瞄雷射線的方向上傳播。該淨張應力在該玻璃片的主體內為最高。 裂痕前端最初可在該玻璃的主體內部傳播，隨後在表面處穿破該玻璃壓力層。
即如範例，然非限制，可藉由前文所述方法以對於含有100×150×0.95mm厚度玻璃片並經離子交換強化製程所化學強化的玻璃基板110進行切割。該玻璃片係經浸沒於按410℃之100% KNO3 的熔化浴場八小時。該離子交換強化製程可產獲具有表面壓力層的化學強化玻璃片，該等壓力層在約51μm深度處擁有約769MPa的壓應力以及約46MPa的所算得中心張力範圍。該中心張力(CT)係利用下列公式所算得：CT=(CS x DOL)/(t-2*DOL) (1)其中CS為表面壓應力，DOL為該壓力層的深度並且t為玻璃基板厚度。
可藉由利用硬質合金刀頭來刻劃該玻璃片，俾於該玻璃片之頂部表面的邊緣處引生邊緣缺損。雷射光源可經操作以按約80W功率和1mm光束直徑發射具有約10.6μm波長的雷射光束，並經去焦於該玻璃表面上。雷射掃瞄器在直形切割線上按約1m/s的速度往復地快速掃瞄雷射光束，藉以產生所掃瞄的雷射線。該掃瞄雷射線約為125mm，且因而較該玻璃基板為長。在約一秒的雷射光束掃瞄之後，即可在該邊緣缺損處起始穿透孔口並且快速地傳播穿過該玻璃片，藉以沿該切割線分離該玻璃片。
該藉由傳播穿透孔口以將玻璃物品150割離於玻璃基板110之方法的另一具體實施例可如圖5A及5B所示。本具體實施例的系統100類似於圖1A及1B之具體實施例所示 者，除該系統現含有水束噴嘴130以將水束132朝向該經加熱玻璃基板110導引至缺損112處之外。在本具體實施例裡，該缺損112係經設置為離於該玻璃基板110之第一表面117上的邊緣111。例如，該缺損可離於該邊緣111約5mm。然在其他運用水束的具體實施例裡，該缺損亦可經設置在該玻璃基板的邊緣處。該水束132冷浸該缺損112，導致該玻璃基板110在該缺損112處出現溫度上的變化。此項溫度上的變化造成在該缺損112上發展出張應力，藉以在該缺損112處構成穿透孔口140(參見圖4A及4B)而完全地延伸穿過該玻璃基板110的厚度。
該水束可概略含有受壓液流，此液流係自該水束噴嘴所發射並經導引至該玻璃基板的表面上。該受壓液體可包含水。然水僅為一種能夠用於冷卻該缺損的冷卻劑，其他像是液態氮、乙醇的液體亦可加以運用。或另者，該水束可包含受壓氣體，例如像是受壓空氣、受壓氮氣、受壓氦氣或者類似的受壓氣體。該水束亦可包含液體及受壓氣體的混合物。例如，在一些具體實施例裡，該水束為受壓空氣及水的混合物。
該水束132可為自該水束噴嘴130之末端處的噴孔(未予圖示)發射。在一具體實施例裡，該噴口為75μm噴口而提供3ccm的流率。現參照圖5B，當該水束132朝向該玻璃基板110之第一表面117運行時，該水束132的邊緣從該水束噴嘴130的中心散開，使得該水束132入射於該玻璃基板110之第一表面117上的水點134擁有大於該水束噴嘴130 內之噴口的直徑Dj。該水束噴嘴130可為相對於該掃瞄方向107而設置在該雷射光源104的後方處。在本揭所述之具體實施例裡，該水束噴嘴130可為相對於該玻璃基板110的第一表面117按一角度所指向，使得該水束132是相對於該玻璃基板110的第一表面117按小於90度之角度入射於該玻璃基板的表面上。
即如前文中參照於圖1及2所述，雷射光束108是按箭頭107所標示之方向在該玻璃基板110的第一表面117上沿切割線116被快速地往復掃瞄。該掃瞄雷射光束108亦由雷射光束108a-108e所表示。該掃瞄雷射光束108在由箭頭118所標示的方向上沿該切割線116產生複數個光束點109b-109d。該等光束點109b-109d可沿該切割線116構成掃瞄雷射線。此掃瞄雷射線沿該切割線116對該玻璃基板110進行加熱。
而當該掃瞄雷射光束沿該切割線加熱該玻璃基板110時，該水束132可經施加於該缺損112。或另者，該雷射掃瞄器106可首先沿該切割線116掃瞄該雷射光束108一段時間(即如一秒)。然後該雷射光源104可停止發射該雷射光束108，此時該水束噴嘴130向該缺損112發出該水束132。如此可讓該缺損112在藉施加該水束132而冷卻之前先觸抵最大溫度，接著起始該穿透孔口。
在該缺損112處施加該水束132可供降低為於該缺損112處起始該穿透孔口140所需要的雷射功率。例如，在一些具體實施例裡，相較於未使用水束132時所需要的雷射 光束功率，當使用水束132時起始該穿透孔口140所需要的雷射光束功率可降低約20%。現參照關於如前圖1及2所述之具體實施例的範例，具有約65W功率的雷射光束係經利用以依直形切割線來切割按類似方式所備製的離子交換玻璃片。
現參照圖1、2及6以說明藉由傳播穿透孔口以自玻璃基板110割離玻璃物品150之方法的另一具體實施例。在本具體實施例裡，雷射光束108係跨於該玻璃基板110之第一表面117上沿該切割線116的整個長度快速地單向或雙向掃瞄一段時間(即如半秒)，即如前文所述。在完整長度掃瞄之後，該雷射掃瞄器106係經控制以在如箭頭107所標示的方向上沿縮短的掃瞄線114快速地掃瞄該雷射光束108。該縮短掃瞄線114涵蓋該邊緣缺損112並且重疊於該切割線116。該雷射光束108在該縮短掃瞄線114產生過程中的掃瞄速度可為類似於該雷射光束108在跨於該切割線116之完整掃瞄線產生過程中的掃瞄速度(即如約1m/s)。雷射光束108f和108g描繪在該縮短掃瞄線114上所掃瞄的掃瞄雷射光束108。由該掃瞄雷射光束108所產生的光束點(即如光束點109f及109g)定義該縮短掃瞄線114。該縮短掃瞄線可具有一長度藉以在該邊緣缺損112處產生局部化加熱來開始產生該穿透孔口140。在一具體實施例裡，該縮短掃瞄線114的長度可例如約為10mm。
該縮短掃瞄線114的局部化加熱可在該邊緣缺損112處產生額外的張應力，藉以開啟該穿透孔口140。由於該 分離區域先前既已在施加該完整掃瞄雷射線的過程中被加熱，因此該穿透孔口140可沿該切割線116傳播，如此對於傳播該穿透孔口140提供最小阻力的路徑。
本揭方法亦可用以切割經鍍置以微薄(即如小於0.5mm)聚合物材料的玻璃基板，或者是擁有至少一經例如化學蝕刻製程所粗糙化之表面的玻璃基板。在該玻璃基板係於一表面上鍍置的情況下，可在該未經鍍置表面上引入機械性缺損而同時該雷射則在該經鍍置表面上掃瞄，藉以在單一步驟中切割該經鍍置玻璃基板。而當該玻璃基板具有至少一粗糙化表面時，可在未經粗糙化表面上掃瞄該雷射，倘若此表面確為可用。以雷射掃瞄從該粗糙化側切割該等玻璃基板可能需要較高的雷射功率，原因是該表面所導致的散射損失。
注意到亦可將該掃瞄雷射光束108在該玻璃基板之表面處的反射(Fresnel)損失納入考量並且加以補償。當在該玻璃基板110的表面上掃瞄該雷射光束時，該反射損失可能會隨著入射角度增加而提高(按法向入射的入射角度為0度)。可藉由雷射光束掃瞄速度上的相對應變化(即如速度基本資料調控或是可變速度掃瞄)來補償該反射損失。例如，並且參照圖1，可控制該雷射掃瞄器106以使得，當該掃瞄雷射光束的入射角度為法向入射時(光束108c)，該掃瞄雷射光束108係按一參考掃瞄速度沿該切割線所掃瞄。而當該掃瞄雷射光束的入射角度隨著該掃瞄雷射光束108沿該切割線116掃瞄而增加時，可控制該雷射掃瞄器106以相對應地減緩該掃瞄雷射光束108的掃瞄速度來補償反射損失(即如光束108a及 108e)。藉由減緩該掃瞄雷射光束的掃瞄速度，該光束將能提供另增的輻射熱性加熱，藉以補償因入射角度增加所致生的任何反射損失。
本揭具體實施例亦可運用在將具有曲形邊緣的玻璃物品割離於化學強化玻璃基板。圖7A及7B說明其中待予分離出具有曲形邊緣215之玻璃物品250的玻璃基板210。該示範性分離玻璃物品250具有如圖7B所示的曲形邊緣215。為自該玻璃基板210割離該玻璃物品250，首先會在第一表面217的第一邊緣211上構成邊緣缺損212。即如前述，該邊緣缺損212可為藉由機械方式或雷射燒熔所施加。
現參照圖7A，曲形切割線216定義曲形的分離區域。在本範例裡，該曲形切割線216開始於第一邊緣211並且結束於第二邊緣218。然一條切割線亦可包含兩條曲線，使得該切割線開始且結束於單一邊緣處(即如第一邊緣211)。雷射光束，像是如圖1及2所示之雷射光束，會在該曲形切割線216上被掃瞄。該曲形掃瞄雷射線比起該曲形切割線216可為較長，如此確保所產生的穿透孔口不會在傳播過程中偏離於該曲形切割線216。該曲形掃瞄雷射線的曲形局部可包含複數個微小直形局部，而其等之間具有約90度的迴轉。按此方式即可產生該曲形掃瞄雷射線的曲形局部。
當該雷射光束被沿該曲形掃瞄雷射線所掃瞄時，可如前述般開啟穿透孔口(參見圖4A及4B)。當執行曲形切割時，亦可運用如前所述的水束或縮短掃瞄線以起始產生該穿透孔口140。然後該穿透孔口140沿該曲形切割線216快速地 傳播，藉此將具有曲形邊緣215的玻璃物品250分離於該玻璃基板210。
即如範例，然非限制，一含有100×150×0.95mm厚度玻璃片而經前述之離子交換強化製程所化學強化的玻璃基板係由如前所述之曲形掃瞄雷射線加以切割。所備製的玻璃片擁有與如前文範例中所述之玻璃片大致相同的應力廓形。該切割線包含具有約10mm之曲率半徑的曲形局部。可藉硬質合金刀頭以形成刻劃俾於該玻璃片的第一邊緣上產生邊緣缺損。具有約90W雷射功率之雷射光束在該曲形切割線上被按約1m/s的速度快速地掃瞄。該掃瞄雷射線的曲形局部包含複數個微小直形局部，並且其等之間具有約90度的迴轉。穿透孔口開始於該邊緣缺損處，並且沿該曲形切割線傳播。
本揭所述方法亦可運用在將具有各種形狀的玻璃物品割離於化學強化玻璃基板。該等各式形狀可含有一或更多曲形邊緣。在一具體實施例裡，雷射光束可如前述般沿該具形部分的週邊所掃瞄，藉以達到形狀切割。對於具有相當長週邊的形狀而言，雷射的功率可能需要增加(即如大於100W的雷射功率)以確保在該穿透孔口起始及傳播之前該切割線會先被適當地加熱。在另一具體實施例裡，可在兩項切割步驟裡將具有曲形或任意形狀的玻璃物品割離於該化學強化玻璃基板。在第一步驟裡，首先是利用前述方法按較小長方形薄片將具有曲形或任意邊緣的玻璃物品分離於該玻璃基板。在第二步驟中，在該玻璃物品的曲形或具形局部上掃瞄雷射光束以獲得所欲形狀。此具體實施例可能需要較低的雷射功 率，因為分離該較小長方形狀可產生較小表面積，而雷射功率能夠分散於其中。
後文說明一種具形切割方法的示範性具體實施例。兩片含有兩個60×100×0.55mm厚度之玻璃片的玻璃基板110係經由離子交換製程所化學強化。該等玻璃基板具有91×10-7/℃的CTE。該等玻璃基板其一者係經離子交換以達到780MPa的壓應力和7μm的薄層深度(DOL)，而所算得中心張力為10MPa。另一玻璃片則經離子交換以達到780MPa的壓應力和30μm的DOL，所算得中心張力為48MPa。RF CO2 雷射光源係按20kHz運作，藉以發射具有約10.6μm波長的雷射光束。該雷射光束係依85W運作具有1mm的直徑，並且在各玻璃表面上去焦。雷射掃瞄器按約1.5m/s的速度在具有曲形頂角(各頂角具有10mm的半徑)之長方形樣式上以單向或雙向方式快速地掃瞄雷射光束。所掃瞄的雷射光束重疊於以硬質合金刀頭所產生的邊緣缺損。在約1至2秒的重複掃瞄之後，可產生出兩個具有圓角的40×80mm長方形部分。
由於穿透孔口傳播得極為快速(即如1.3km/s)，因此本揭所述之具體實施例在應用於大量製造設施方面具有吸引力。用以切割化學強化玻璃的傳統方法相當緩慢，原因在於玻璃物品首先是從較大的未經化學強化玻璃基板分離，然後再進行化學強化，或者是藉由緩慢且冗雜的刻劃及斷裂製程來進行切割。此外，極薄玻璃基板(即如厚度小於1mm)在刻劃及斷裂製程的過程中或許易於破碎，如此可能會產生大量的廢料。
圖8說明大型化學強化玻璃基板310，該者可藉由利用本揭所述方法切割成複數個長方形條帶350a-350j。沿該玻璃基板310的邊緣311可形成多個邊緣缺損312a-312i。單一雷射光源可運作以在開始於該邊緣缺損處(即如邊緣缺損312a)的切割線上循序地往復掃瞄雷射光束，藉以產生較該玻璃基板310之長度為長的掃瞄雷射線(即如掃瞄雷射線316a)。可對該雷射光束進行掃瞄，直到自該玻璃基板310分離出一條長方形條帶(即如長方形條帶350a)為止。該作業可循序地重複進行，直到割離各條長方形條帶350a-350j為止。在另一具體實施例裡，可利用多個雷射光源以從該玻璃基板割離該等長方形條帶350a-350j。在既已分離出該等長方形條帶350a-350j後可執行進一步雷射切割處理，藉以獲得該玻璃基板的所欲形狀。按此方式，即能實現自化學強化玻璃基板快速地且有效率地大量切割玻璃物品。
即如範例，然非限制，可藉由前文所述方法以對於含有225×300×0.975mm厚度玻璃片並經離子交換強化製程化學強化的玻璃基板110進行切割。該玻璃離子交換強化製程可產獲具有表面壓力層的化學強化玻璃片，該等壓力層在約46μm之DOL處擁有約720MPa的壓應力以及約37MPa的所算得中心張力範圍。該玻璃基板具有91×10-7/℃的CTE。
沿該長方形玻璃片之兩個300mm邊緣的其中一者上引入五個等距缺損。該等缺損係藉由刻劃該玻璃片而位於該玻璃片的頂部表面上。雷射光源係經操作以發射具有約10.6μm波長以及約105W功率的雷射光束。該雷射光束具有 1mm的直徑並於該玻璃表面上去焦。雷射掃瞄器在直形切割線上按約2.5m/s的速度往復地快速掃瞄雷射光束，藉以產生所掃瞄的雷射線。該掃瞄雷射線約為250mm，且因而較該玻璃基板的長度(225mm)為長。在以該掃瞄雷射光束校準該等缺損後，該玻璃基板被循序地切割成六個具有相同大小的物件(50×225mm)。
為進一步切割該等六個物件各者，可沿其中一個225mm邊緣將機械性邊緣缺損引入至該等六個長方形物件的中間。可重複進行相同程式，直到獲得12個50×122.5mm的物件為止。
現應瞭解可運用本揭所述之具體實施例以切割化學強化玻璃基板。缺損可形成於該玻璃基板上，並且可沿切割線的整個長度掃瞄雷射光束以起始穿透孔口，此孔口係沿該切割線傳播藉以將玻璃物品分離於該玻璃基板。
應該要注意的是，"實質上"一詞在其中用來表示來自於任何量化比較、值、測量或其他表示法的不確定性。"實質上"一詞在其中也用來代表量化表示法的程度可以從陳述的參考改變，而不會造成討論主題基本功能的變化。
應該要注意的是，其中本發明以特定方式"配置"或"可操作"元件，"配置"或"可操作"來具體化特定性質或特定方式功能都是結構性的列舉，而不是預期使用的列舉。更明確地說，其中元件被"配置"或"可操作"的參考方式是指元件目前的物理情況，可拿來作為此元件結構化特性明確的列舉。
必需瞭解下列申請專利範圍使用"其中"為過渡用 語。為了作為界定出本發明目的，必需瞭解該用語加入申請專利範圍中作為開放式過渡術語，其使用來加入說明一系列結構之特性以及以相同方式解釋為一般較常使用之開放式前置術語"包含"。
本發明已詳細地及參考特定實施例對本發明內容作說明，人們瞭解能夠作許多變化以及改變而並不會脫離下列申請專利範圍界定出本發明精神及原理。特別地，雖然本發明一些項目表示為優先的或特別有益的，已加以考慮本發明並不必需受限於這些項目。
100‧‧‧系統
104‧‧‧雷射光源
106‧‧‧雷射掃瞄器
107‧‧‧箭頭
108、108a-108g‧‧‧雷射光束
110‧‧‧玻璃基板
111‧‧‧第一邊緣
112‧‧‧邊緣缺損
113‧‧‧第二邊緣
117‧‧‧第一表面
119‧‧‧第二表面
120‧‧‧支撐表面

Claims (19)

  1. 一種自一強化玻璃基板切割一玻璃物品之方法，該強化玻璃基板包括一表面壓力層及一張力層，該方法包含：在該強化玻璃基板的一第一邊緣上形成一邊緣缺損於該表面壓力層中；以及藉由在該強化玻璃基板中產生一張應力場而在該邊緣缺損處傳播一穿透孔口通過該表面壓縮層與該張力層，該張應力場沿著一切割線的整個長度存在於該強化玻璃基板的該第一邊緣至一第二邊緣，其中該張應力場係藉由在該表面壓力層上沿著該切割線的整個長度來回掃描一雷射光束而加以形成，該張應力場垂直於該切割線，且該穿透孔口在一沿著該玻璃物品與該強化玻璃基板之間的該切割線的分離區域前方。
  2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該雷射光束之掃瞄沿著該切割線產生一掃瞄雷射線，該掃瞄雷射線等於或大於該切割線之該長度。
  3. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中：當該雷射光束相對於該強化玻璃基板處於一法向入射角度時，該雷射光束以一參考掃瞄速度掃瞄；以及依據當該雷射光束沿著該切割線掃瞄時該掃瞄雷射光束的一增加入射角度，該雷射光束以一自該參考掃瞄速度減緩的減緩掃瞄速度來掃瞄。
  4. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中在該邊緣缺損處傳播該穿透孔口的步驟進一步包含：沿著該切割線的該整個長度掃瞄該雷射光束；以及在沿著該切割線的該整個長度來回掃描該雷射光束達一段時間後，沿著該邊緣缺損上之一縮短的掃瞄線掃瞄該雷射光束。
  5. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該邊緣缺損係藉由在該強化玻璃基板的一主體區域中雷射燒熔或雷射引起缺損而加以形成。
  6. 一種自一強化玻璃基板切割一玻璃物品之方法，該強化玻璃基板包含一表面壓力層及一張力層，該方法包含：掃瞄一入射在該表面壓力層上之雷射光束，並沿著該玻璃物品與該強化玻璃基板之間的一切割線的長度來回，以產生一沿著該切割線的一整個長度存在的張應力場，使得一穿透孔口沿著該切割線傳播，其中該雷射光束的掃描沿著該切割線的該整個長度產生一掃瞄雷射線於該表面壓力層上。
  7. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中該雷射光束的掃瞄沿著該切割線產生一掃瞄雷射線，該掃瞄雷射線等於或大於該切割線之該長度。
  8. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中：當該雷射光束相對於該強化玻璃基板處於一法向入射角度時，該雷射光束以一參考掃瞄速度掃瞄；以及依據當該雷射光束沿著該切割線掃瞄時該掃瞄雷射光束的一增加入射角度，該雷射光束以一自該參考掃瞄速度減緩的減緩掃瞄速度來掃瞄。
  9. 依據申請專利範圍第6項之方法，進一步包含形成一邊緣缺損於該強化玻璃基板的一第一邊緣上，其中該穿透孔口起始於該邊緣缺損處並在一沿著該玻璃物品與該強化玻璃基板之間的該切割線的分離區域前方。
  10. 依據申請專利範圍第9項之方法，進一步包含沿著該邊緣缺損上的一縮短的掃瞄線掃瞄該雷射光束。
  11. 一種切割一強化玻璃基板之方法，該強化玻璃基板包含一表面壓力層及一張力層，該方法包含：形成一邊緣缺損於該強化玻璃基板之該表面壓力層上，該邊緣缺損位於一切割線上，該切割線自該強化玻璃基板的一第一邊緣延伸至該強化玻璃基板的一第二邊緣；以及來回掃瞄一雷射光束以產生一沿著該切割線的一整個長度延伸之掃瞄雷射線，以沿著該切割線分離該強化玻璃基板。
  12. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該雷射光束之掃瞄沿著該切割線產生一掃瞄雷射線，該掃瞄雷射線等於或大於該切割線之長度。
  13. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該切割線起始於該強化玻璃基板的一第一邊緣並終止於該強化玻璃基板的一第二邊緣。
  14. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該切割線起始並終止於該強化玻璃基板的一單一邊緣。
  15. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該方法進一步包含沿著該邊緣缺損上的一縮短的掃瞄線掃瞄該雷射光束。
  16. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該雷射光束由操作於0Hz至200kHz範圍內的一頻率下之一脈衝二氧化碳雷射所產生。
  17. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該方法進一步包含成形該雷射光束，使得該雷射光束照射一橢圓形光束點於該強化玻璃基板上，該橢圓形光束點具有對準於該切割線之一長軸。
  18. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中該方法進一步包 含：在一段時間後關閉該掃瞄雷射光束；以及在關閉該掃瞄雷射光束後，施加一水束於該邊緣缺損以沿著該切割線開啟一穿透孔口。
  19. 依據申請專利範圍第1、6與11項中任何一項之方法，其中該雷射光束沿著該切割線的該整個長度以一等於或大於0.5m/s的掃瞄速度來回掃瞄。
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