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CN104692640A - 切割基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种切割基板的方法。该方法包括贝塞尔束形成步骤、发射步骤和移动步骤。在贝塞尔束形成步骤中，将具有高斯能量分布的激光束形成为贝塞尔束，其具有比待切割基板的厚度长的长度，并且具有等于或小于10μm的光斑大小。在发射步骤中，将贝塞尔束发射到基板从而基板能够被放置在贝塞尔束的长度内。在移动步骤中，沿着基板的切割引导线在水平方向上移动基板或贝塞尔束。

Description

切割基板的方法
技术领域
本发明涉及一种切割基板的方法，并且更具体地，涉及一种切割基板的方法，其中，沿着基板的切割引导线发射激光束并且水平地移动该激光束以切割基板。
背景技术
一般来说，用于触摸屏、便携式终端(诸如移动电话)等等的钢化玻璃单元对应于平板显示器的外层，并且用于防止液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)等等的平板显示器被刮花，或者针对外部冲击保护平板显示器。这样的钢化玻璃单元根据触摸屏和便携式终端的形状而具有各种外观。为此，切割和类似的加工处理对于玻璃基板来说是必要的。
图1是解释切割基板的一般方法的示例的视图，并且图2是示出切割基板的传统方法的基本原理以及利用传统方法切割的玻璃基板的切割表面的视图。
参考图1和图2，首先，待由切割基板的方法处理的玻璃基板10可以是：在玻璃基板上附有加强层和触摸层的钢化玻璃基板；或者仅附有加强层的钢化玻璃基板。而且，玻璃基板10可以是没有加强层或触摸层的通过化学处理或热处理而得到增强的钢化玻璃基板。
钢化玻璃单元12从玻璃基板10切割而得，并且被成形为类似便携式终端。此外，在钢化玻璃单元12和钢化玻璃单元12之间形成切割引导线11。当通过沿着切割引导线11移动激光束L来切割玻璃基板10时，提取许多钢化玻璃单元12。
然而，如图2中所示，传统的切割基板的方法，激光束的焦点f形成在玻璃基板10内的某一位置处。如果在该状态下切割玻璃基板10，则从玻璃基板10的截面的形成有激光束的焦点f的部分开始切割，并且裂纹(crack)传播到玻璃基板10的截面的其它部分，从而切割玻璃基板10的整个截面。
由于在裂纹传播到玻璃基板10的截面的未形成有焦点f的部分的同时执行切割，因此，玻璃基板10的切割表面的质量不均匀。此外，切割表面甚至会由于能量过度地集中在形成有激光束的焦点f的部分上而受到损坏。
因此，由切割基板的传统方法切割的玻璃基板的切割表面不具有均匀的质量，并且因此需要在以后进行抛光(polishing)切割表面的处理，从而显著地降低了钢化玻璃单元的产率。
为了解决前述问题，可以通过延长形成在玻璃基板10内的激光束L的焦深(DOF)来切割玻璃基板10。然而，如果延长DOF，则焦点f的光斑大小变得较大，并且不能够进行玻璃基板10的微加工，从而降低加工效率。
发明内容
因此，构思本发明来解决前述问题，并且本发明的方面是提供一种切割基板的方法，其中，在基板的整个厚度方向上提供均匀的能量的同时对基板进行切割，从而改进基板的切割表面的质量，并且显著地提高用于保护便携式终端的触摸屏或显示面板的钢化玻璃单元的产率。
根据本发明的实施方式，切割基板的方法包括：将具有高斯能量分布的激光束形成为贝塞尔束B，该贝塞尔束B具有等于或大于待切割基板的厚度的长度，并且具有等于或小于10μm的光斑大小；将贝塞尔束发射到基板从而基板能够被放置在贝塞尔束的长度内；以及沿着基板的切割引导线在水平方向上移动基板或贝塞尔束，其中，形成贝塞尔束的步骤包括凹轴锥透镜以及会聚透镜，凹轴锥透镜具有收缩的锥形形状的出射表面，会聚透镜插入在凹轴锥透镜与基板之间并且对穿过凹轴锥透镜的激光束进行会聚，并且进入凹轴锥透镜的入射表面的激光束从凹轴锥透镜的出射表面出射，并且因为被会聚透镜会聚而在远离会聚透镜的位置处形成为贝塞尔束。
激光束的脉宽可以等于或长于1飞秒或等于或短于100皮秒。
激光束的每脉冲能量可以等于或高于1μJ或者等于或低于10mJ。
基板可以包括由脆性材料制成的基板。
附图说明
结合附图，根据示例性实施方式的下述描述，本发明的上述和/或其它方面将变得明显并且更容易理解，在附图中：
图1是解释切割基板的一般方法的示例的视图；
图2是示出切割基板的传统方法的基本原理以及利用传统方法切割的玻璃基板的切割表面的视图；
图3是示意性地示出根据本发明的切割基板的方法的基本原理的视图；
图4是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的切割基板的方法的视图；
图5是示出利用图4的方法切割的玻璃基板的切割表面的视图；以及
图6是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的切割基板的方法的视图。
具体实施方式
下面，将参考附图来描述本发明的切割基板的方法的实施方式。
图3是示意性地示出根据本发明的切割基板的方法的基本原理的视图，图4是示意性地示出根据本发明的第一实施方式的切割基板的方法的视图，并且图5是示出利用图4的方法切割的玻璃基板的切割表面的视图。
参考图3至图5，根据实施方式的切割基板的方法是，通过沿着基板的切割引导线发射激光束并且水平地移动该激光束来切割基板，该方法包括贝塞尔(Bessel)束形成步骤、发射步骤和移动步骤。
首先，本实施方式中待利用贝塞尔束切割的基板是玻璃基板10。根据本发明的基板不限于玻璃基板，而可以是由脆性材料制成的基板，例如，硅基板、陶瓷基板等等。
如图3中所示，切割基板的方法的基本原理是：能够保持足以用于切割玻璃基板10的均匀能量强度的激光束L的切割区域CF扩展达到玻璃基板10的厚度，并且然后对玻璃基板10进行切割。在激光束L的切割区域CF内，能量强度基本上是均匀的。因此，如果激光束L的切割区域CF扩展达到玻璃基板10的厚度，则能够在玻璃基板10的整个厚度方向上提供均匀能量的同时切割玻璃基板10。
在贝塞尔束形成步骤中，具有高斯能量分布的激光束L被提供为贝塞尔束B，其具有等于或大于待切割的玻璃基板10的厚度，并且具有等于或小于10μm的光斑大小。
参考图4，该实施方式中的凸轴锥透镜110用于形成贝塞尔束B。凸轴锥透镜110通常成形为类似柱形，并且包括：形成为平坦表面的入射表面111；以及在入射表面111的相反侧处突出为锥形形状的出射表面112。
具有高斯能量分布并且进入凸轴锥透镜110的入射表面111的激光束L沿着光轴C行进，并且其行进方向在凸轴锥透镜110的出射表面112上朝向突出的锥形形状的顶点产生折射(refract)。由于激光束L的行进方向朝向锥形形状的顶点产生折射，因此贝塞尔束B可以形成在出射表面112的附近。
能够通过改变具有出射表面112的凸轴锥透镜110的锥形形状的角度来改变贝塞尔束B的长度。因此，如果待切割的玻璃基板10的厚度不同，则具有出射表面112的凸轴锥透镜110被替换为具有对应的不同的锥形形状的角度，从而形成具有比玻璃基板10的不同厚度长的长度的贝塞尔束B。
在该实施方式中，用于切割玻璃基板10的贝塞尔束B可以具有等于或大于10μm的光斑大小。即，贝塞尔束B能够在比玻璃基板10的厚度长的长度内保持等于或小于10μm的光斑大小。
如果贝塞尔束B的光斑大小大于10μm，则由于用于切割玻璃基板10的能量强度没有足够地提供给玻璃基板10而不能够进行切割处理本身，并且由于大的光斑尺寸也难以进行微加工。
形成为贝塞尔束B的激光束L可以具有飞秒或皮秒的短脉宽。一般来说，如果具有比形成玻璃基板10的材料的热扩散时间短的脉宽的激光束L被发射到玻璃基板10，并且通过主要基于用于断开分子的光化学反应的机理来切割玻璃基板10，则能够在控制切割路径的形状和长度的同时有效地执行玻璃基板10的切割处理。优选地，根据该实施方式的激光束L可以具有等于或长于1飞秒或者等于或短于100皮秒的脉宽。
而且，激光束L可以具有等于或高于1μJ或者等于或低于10mJ的每脉冲能量。优选地，激光束可以具有紫外波长。
在发射步骤中，贝塞尔束B被发射到玻璃基板10，从而玻璃基板10能够被放置在贝塞尔束B的长度内。贝塞尔束B被在调整贝塞尔束B与玻璃基板10之间的相对位置之后发射到玻璃基板10，从而玻璃基板10的整个厚度能够被容纳在贝塞尔束B的区域内，该贝塞尔束B具有等于或大于玻璃基板10的厚度的长度。
在移动步骤中，沿着玻璃基板10的切割引导线水平地移动玻璃基板10或贝塞尔束B。
在根据实施方式的移动步骤中，优选地在水平方向上移动贝塞尔束B。为了在水平方向上移动贝塞尔束，可以例如使用线性平移单元(未示出)来沿着X轴或Y轴移动凸轴锥透镜110以形成贝塞尔束B。可以通过线性马达等来实现线性平移单元。同时，线性平移单元可以安装在用于支撑玻璃基板10的基板支撑物中，从而水平地移动玻璃基板10。
在移动步骤中，可以在保持玻璃基板10进入贝塞尔束B的区域的同时在水平方向上移动玻璃基板10或贝塞尔束B，直到完成切割处理。
图6是示意性地示出根据本发明的第二实施方式的切割基板的方法的视图。在该实施方式中，贝塞尔束形成步骤采用凹轴锥透镜120来形成贝塞尔束B。
参考图6，凹轴锥透镜120通常成形为类似柱形，并且包括：形成为平坦表面的入射表面121；和突出为朝向入射表面121收缩的锥形形状的出射表面122。而且，会聚透镜126被放置在凹轴锥透镜120和玻璃基板10之间，并且在光轴C上对穿过凹轴锥透镜120的激光束L进行会聚。
具有高斯能量分布并且进入凹轴锥透镜120的入射表面121的激光束L沿着光学轴C行进，并且其行进方向在离开收缩的锥形形状的顶点的方向上在凹轴锥透镜120的出射表面122上产生折射。折射的激光束L在离开锥形形状的顶点的方向上行进，并且由会聚透镜在光轴C上会聚，从而在远离会聚透镜126的位置处形成贝塞尔束B。
类似地，能够通过改变具有出射表面122的凹轴锥透镜120的锥形形状的角度来改变贝塞尔束B的长度。因此，如果待切割的玻璃基板10的厚度不同，则具有出射表面122的凹轴锥透镜120被替换为具有对应的不同的锥形形状的角度，从而形成具有比玻璃基板10的不同厚度长的长度的贝塞尔束B。
如上所述，根据本发明的实施方式的切割基板的方法将激光束形成为比基板的厚度长的贝塞尔束，并且使用该贝塞尔束来切割基板，从而在基板的整个切割表面上提供均匀的能量的同时对基板进行切割。因此，如图5中所示，在玻璃基板的整个切割表面上提供均匀的能量的同时切割的钢化玻璃单元具有相对光滑的横向表面，并且因此，切割的钢化玻璃单元的质量得到有效的改进。
而且，如上所述，根据本发明的实施方式的切割基板的方法由于切割表面是光滑的而不需要额外的抛光处理，从而具有显著提高钢化玻璃单元的产率的效果。
根据本发明的实施方式，切割基板的方法能够由于均匀的能量被提供到基板的整个切割表面而改进基板的切割表面的质量。
而且，根据本发明的实施方式，切割基板的方法能够由于不需要额外的抛光处理而显著地提高钢化玻璃单元的产率。
虽然已经示出并描述了本发明的若干示例性实施方式，但是本领域技术人员将了解的是，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，能够在这些实施方式中进行改变，本发明的范围在所附权利要求及其等同物中限定。

Claims (4)

1.一种切割基板的方法，所述方法包括如下步骤：
将具有高斯能量分布的激光束形成为贝塞尔束，所述贝塞尔束具有等于或大于待切割基板的厚度的长度，并且具有等于或小于10μm的光斑大小；
将所述贝塞尔束发射到所述基板从而所述基板能够被放置在所述贝塞尔束的长度内；以及
沿着所述基板的切割引导线在水平方向上移动所述基板或所述贝塞尔束，
其中，形成所述贝塞尔束的步骤包括凹轴锥透镜以及会聚透镜，所述凹轴锥透镜具有收缩的锥形形状的出射表面，所述会聚透镜插入在所述凹轴锥透镜与所述基板之间并且对穿过所述凹轴锥透镜的所述激光束进行会聚，并且
进入所述凹轴锥透镜的入射表面的所述激光束从所述凹轴锥透镜的出射表面出射，并且因为被所述会聚透镜会聚而在远离所述会聚透镜的位置处形成为所述贝塞尔束。
2.根据权利要求1所述的切割基板的方法，其中，所述激光束的脉宽等于或长于1飞秒或者等于或短于100皮秒。
3.根据权利要求2所述的切割基板的方法，其中，所述激光束的每脉冲能量等于或高于1μJ或者等于或低于10mJ。
4.根据权利要求1所述的切割基板的方法，其中，所述基板包括由脆性材料制成的基板。
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