CN101172321A - 激光加工装置、激光加工头及激光加工方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种激光加工装置。所述激光加工装置包括辐射激光束的激光束源，以及激光加工头。所述激光加工头包括：透射窗口，激光束通过所述透射窗口照射材料；在所述激光头的底部中形成的窗孔部，使得所述激光束可经由所述透射窗口而通过；将气体导入到所述激光加工头中的导入孔；将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的排气孔。所述激光加工头进一步包括：将气体导入到材料的激光照射区域周围的空气孔；允许排出所述材料的激光照射区域的环境气体的空气孔；以及遮蔽部，具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口以及与所述导入孔和排气孔连通的通风部。
Description
技术领域
本发明涉及一种在多层薄膜如FPD(平板显示器)上构图树脂膜或金属薄膜的技术。具体地，本发明涉及一种激光加工装置、一种激光加工头以及一种激光加工方法，用于在用激光照射材料表面时，清洁和收集在其烧蚀(ablation)、热熔或两者交互中由激光加工产生的材料散片或碎屑。
本申请要求于2006年11月11日申请的日本专利申请JP2007-299526的优先权，其全部内容在此引用作为参考。
背景技术
近来在开发和改进低成本的高精度平板显示器(FPD)上的竞争加速了更高质量和高生产率的FPD的制造。
FDP显示面板通常通过光刻法制造。但是，用光刻法需要注意许多方面。例如，装置尺寸增加，以及采用显影溶剂或化学溶剂时要准备环境保护。另外，由于相对其它类型的构图采用不同类型的抗蚀剂或显影溶剂，光刻法在构图中需要两个步骤。因此，现在通过激光束直接加工膜被广泛用于取代光刻法。
用于上述直接加工的激光的例子包括短波激光，例如准分子激光。典型的准分子激光或受激调光激光器具有能破坏化学键的高光子能量。准分子激光可通过用短波长的短脉冲激光照射材料导致材料的烧蚀，其中包括光化学分解或光热分解，并能在控制热效应的同时去除或微刻材料。这种包括烧蚀的激光加工技术引起极大的关注。各种材料，例如塑料(聚合材料)、金属、及陶瓷可通过用具有受控能量密度的准分子激光束照射材料而以烧蚀方式加工。
在采用激光的烧蚀加工中，被加工材料通常存在从被激光束照射的被加工材料表面产生的到已加工区域周围的散片。这些材料散片通常被称作碎屑。如果碎屑生成并附着到加工区域的外周，则所需质量和所需加工精度就都无法获得。因此，已努力研究和开发减少碎屑的方法。
例如，日本未审查专利公报H10-99978公开了一种用于消除碎屑的装置，具有将流体如空气喷到材料的已加工区域附近表面的流体输送装置，以及位于与流体喷出口相对位置，从材料的已加工区域吸取碎屑的吸管(以下称之为“第一技术”)。
另外，本领域公知，如果在用激光束照射材料的同时在激光照射表面附近喷送辅助气体，则可减少附着到材料的碎屑量。例如，日本未审查专利公报H09-192870公开了一种用于清除碎屑的装置，具有激光加工头，其包括：喷出辅助气体到已加工区域的内部喷嘴，以及设置在内部喷嘴外周上的用于抽吸带有碎屑的已喷出气体的外部喷嘴(以下称之为“第二技术”)。本领域还公知可通过采用预定气体分解碎屑而防止碎屑的产生。本领域还公知可通过在真空度大约10[Pa](10-2Torr)的减小压力下用激光束照射材料，可显著减小累积在材料上的碎屑量。
日本未审查专利申请公报2004-230458公开了一种控制碎屑累积的装置，具有位于叠在基板108a上的加工膜108上的加工材料107正上方的开口120，以及为形成有遮光框或可变窗孔部104和开口120的封闭空间减压的排出装置，其中激光束102照射材料107产生的碎屑121被清除，排出的碎屑121聚集在开口120中。因此，加工材料107上碎屑的累积得到控制(以下称之为“第三技术”)。
发明内容
根据本发明的实施例，如日本未审查专利申请公布第H10-99978所示的散布在加工区域周围的多数碎屑可被清除和收集。
根据本发明的实施例，如日本未审查专利申请公布第H09-192870所示的重新附着在加工区域周围的多数碎屑可被清除和收集。
根据本发明的实施例，如日本未审查专利申请公布第2004-230458所示的积累在加工区域中心的重新附着到材料表面的多数碎屑可被清除和收集。
在加工金属薄膜时，合适的工作条件主要取决于激光束的波长、能量密度、脉冲宽度、辐射脉冲数，以及材料的物理性质、膜厚度，以及膜的组成。通过由激光束辐射造成的热烧蚀和热反应作用，材料可被去除和微构图。另外，如果用具有较短脉冲宽度的激光束辐射，可减少由于热而产生的不良影响。尽管如日本未审查专利申请公布第H09-192870中的技术2所示，碎屑可通过喷出辅助气体以分散碎屑而得到清除，但是如果被加工材料是用于电极的薄膜，激光加工产品的质量可能存在问题，例如由于加工区域附近产生的熔渣或碎屑重新附着而造成短路。
在多层膜上的薄金属膜的被照射区域上，激光束被吸收而生成热，然后薄金属膜被熔化并蒸发以进行刻蚀。薄金属膜的熔化温度高于树脂。因此，如果树脂膜位于所述薄金属膜下方，树脂膜可能因为树脂膜上的热效应而熔化并蒸发，从而干扰薄金属膜的刻蚀。例如薄金属膜下方的树脂膜可能隆起或突出透过所述薄金属膜。因此，如果试图只在不影响下方的薄金属膜的情况下刻蚀薄金属膜，优选地开发一种通过在热熔和蒸发膜时降低温度来收集碎屑的机构。
另外，通过包括光化学分解和光热分解的烧蚀，可在没有热损伤的情况下加工树脂膜(聚合材料)。在烧蚀中，通过改变激光束的辐射能量的密度和脉冲数来控制刻蚀深度，并获得再现性。因此，烧蚀技术可应用到3-D加工技术等。但是，由于在前述烧蚀中产生的碎屑的累积不能实现所需的微构图，因而可能影响加工产品的质量。
根据本发明的实施例，激光加工中附着到所加工材料的碎屑可被有效清除和收集。
根据本发明的一个实施例，采用激光束构图在材料中形成的多层膜上的树脂膜或薄金属膜的激光加工装置包括激光束源和激光加工头。所述激光加工头包括：透射窗口，激光束通过所述透射窗口照射材料；在所述激光头的底部中形成的窗孔部，使得所述激光束可经由所述透射窗口而通过窗孔部；将气体导入到所述激光加工头中的导入孔，以及将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的排气孔。所述激光加工头进一步包括：将气体导入到材料的激光照射区域周围的第一空气孔；面对所述第一空气孔并允许排出所述材料的激光照射区域的环境气体的第二空气孔；以及遮蔽部(masking shield)，具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口，以及与所述导入孔和排气孔连通的通风部。在本实施例的激光加工装置中，在采用激光束对材料中形成的多层膜上树脂膜或薄金属膜构图时，材料的激光照射区域附近产生的碎屑经由与在所述激光加工头的底部上形成的窗孔部连通的第二空气孔而排出，并附着到所述遮蔽部的周围。
根据该实施例，激光照射区域可具有减小的压力，碎屑可被所述遮蔽部捕获。因此，激光加工所产生的碎屑可被有效清除和收集。
根据本发明的一个实施例，一种采用激光束在材料中形成的多层膜上的树脂膜和薄金属膜构图的激光加工头包括：透射窗口，激光束通过所述透射窗口照射材料；在所述激光头的底部中形成的窗孔部，使得所述激光束可经由所述透射窗口而通过所述窗孔部；将气体导入到所述激光加工头中的导入孔，以及将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的排气孔。所述激光加工头进一步包括：将气体导入到材料的激光照射区域周围的第一空气孔；面对所述第一空气孔并允许排出所述材料的激光照射区域的环境气体的第二空气孔；以及遮蔽部，具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口，以及与所述导入孔和排气孔连通的通风部。在本实施例的激光加工装置中，在采用激光束对材料中形成的多层膜上的树脂膜或薄金属膜构图时，材料的激光照射区域附近产生的碎屑经由与在所述激光加工头的底部上形成的窗孔部连通的第二空气孔而排出，并附着到所述遮蔽部的周围。
根据该实施例，激光照射区域可具有减小的压力，碎屑可被所述遮蔽部捕获。因此，激光加工所产生的碎屑可被有效清除和收集。
根据本发明的实施例，提供一种采用激光加工头激光加工材料中形成的多层膜上的树脂膜或薄金属膜的方法。所述激光加工头包括：透射窗口，激光束通过所述透射窗口照射材料；在所述激光头的底部中形成的窗孔部，使得所述激光束可经由所述透射窗口而通过窗孔部；将气体导入到所述激光加工头中的第一和第二导入孔；将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的第一和第二排气孔。所述激光加工头进一步包括：将气体导入到材料的激光照射区域周围的第一空气孔；面对所述第一空气孔并允许排出所述材料的激光照射区域的环境气体的第二空气孔；以及遮蔽部，具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口，以及与所述第一导入孔和第一排气孔连通的通风部。所述采用激光加工头的方法包括以下步骤：将气体从设置在所述激光加工头预设位置上的第二导入孔引导到所述材料的激光照射区域周围；将所述气体经由所述第一导入孔导入到所述遮蔽部的通风部内；用所述第一激光束照射材料；在与所导入空气流相反的方向上将用于安装所述材料的工作台移动预设距离。所述方法进一步包括：将材料的激光照射区域的环境气体从设置在所述激光加工头的预设位置上的第二导入孔排出；将所述激光加工头内部的环境气体从所述遮蔽部开口导入，并将气体经由所述通风部从所述第一排气孔排出；以及用第二激光束两次照射材料的第一照射区域的一部分，同时经由所述第一和第二排气孔排出所述气体。
根据本实施例，通过在用激光束照射材料时使激光照射区域的空气流在一个方向上移动，碎屑可被收集在所需区域中。进一步地，根据本实施例，可通过用激光束照射部分表面两次，使得第一照射区域和第二照射区域部分重叠来清除和收集材料表面残留的碎屑。
根据本发明的激光加工装置、激光加工头和激光加工方法的实施例，可有效清除和收集激光加工所产生的碎屑。
附图说明
图1是根据现有技术的激光加工装置的开口周围的剖视图。
图2是根据本发明的第一实施例的激光加工装置的概略构造图。
图3是根据本发明的第一实施例的减压室的概略剖视图。
图4是根据本发明的第一实施例的减压室的第一底视图。
图5A、5B分别是示出根据本发明的第一实施例的分散的碎屑的例子的顶视图和侧视图。
图6是根据本发明的第一实施例的激光加工方法的说明图示。
图7是示出根据本发明的第一实施例的材料的激光加工路线的一个例子的图。
图8是根据本发明的第一实施例的减压室的第二底视图。
图9是根据本发明的第二实施例的减压室的概略剖视图。
图10A、10B分别是示出根据本发明的第二实施例沿第一遮蔽部的X-X线的顶视图和剖视图。
图11A、11B分别是示出根据本发明的第二实施例沿第二遮蔽部的Y-Y线的顶视图和剖视图。
图12A、12B、12C分别是示出根据本发明的第二实施例沿第三遮蔽部的Y-Y线的顶视图和剖视图，以及该第三遮蔽部的侧视图。
具体实施方式
将参照图2到图8说明本发明的第一实施例。根据本发明的第一实施例，用于烧蚀的激光装置包括激光光源和光学系统，该光学系统将从该激光光源辐射的激光束以预定的图案光学投射到材料表面。
图2是示出根据本发明的第一实施例的激光加工装置的概略构造的一个例子的图。图2所示激光加工装置15包括激光光源1、光束成形器3、掩模或可变窗孔部4、投影透镜5、工作台6、减压室11(或激光加工头)、排气装置12(如轴环泵(ruffing pump))以及气体导入装置13，并烧蚀材料7的表面。
激光光源的例子包括准分子激光器。准分子激光器具有根据不同激光介质的各种类型，例子包括XeF(351nm)、XeCl(308nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)以及F2(157nm)。
在准分子激光器与采用热能加工材料的其它激光器(例如YAG激光器(基波波长1.06微米)和CO2激光器(基波波长10.6微米))之间的显著不同是准分子激光的振荡波长通常落在紫外波长范围内。准分子激光本质上是振荡脉冲，并且具有几到几十纳秒或更短的短脉冲。另外，准分子激光可通过用短波长的短脉冲激光照射材料以引起光化学分解或光热分解而进行烧蚀(这是热不损伤加工)，使得被加工表面具有明显锐利的边缘。相反，通过照射YAG激光和CO2激光加工的表面的周围由于巨大的热效应而不能形成锐边，从而不能作为端面。
准分子激光器从激光束光源1辐射所直接获得的光束的截面尺寸是10×10mm。根据加工目的，激光束的截面尺寸可在光束形成器3上沿纵向和/或横向减小或增加。大面积的材料可通过增加激光束的截面尺寸而同时加工。因而准分子激光可适于同时加工大面积的材料。另外，通过减小激光束的截面尺寸可以高精度微加工材料。相对大面积的材料也可通过步骤重复(step-and-repeat)技术构图。
光束成形器3可修改从激光光源1辐射的激光束的尺寸或使光束密度均匀，以输出修改后的激光束。
掩模或可变窗孔部4包括在光束成形器3上修改的激光束3可通过或透射的预设图案。掩模或可变窗孔部4的例子包括金属性材料制成的具有窗孔部的掩模，透明玻璃材料或金属性薄膜制成的光掩模，以及电介质材料制成的电介质掩模。
投影透镜5以预设的放大率将通过掩模或可变窗孔部4图案的激光束投影到工作台6上的材料7的加工表面。
工作台6的位置使得从投影透镜5投射的激光束聚焦在材料7的加工表面上。工作台6包括X-Y台或三轴台，能沿垂直于光路2或激光束光轴的平面可移动地放置材料7，使得激光束可横跨材料7表面扫描。
包括这一结构的激光加工装置15可采用准分子激光器作为激光光源1并可通过以预设构图照射激光束来烧蚀材料7表面。材料7的已加工表面通常存在由烧蚀作用而从材料7产生的散片或碎屑。材料7的已加工表面存在碎屑时，材料的质量和精度会受到不利的影响。本发明的第一实施例可防止碎屑附着到材料7的表面。
例如，在工作台6上的材料7上方提供用于KrF激光器的石英或用于ArF激光器的氟化钙制成的减压室11(激光加工头)。减压室11大致柱形，包括透射准分子激光的上透射窗口9，并由铝或不锈钢制成。减压室11在底部10包括局部排气功能使得减压室11内的气体可排出到外部，并且环境气体通过气体导入装置13导入到减压室11内。
在根据本发明第一实施例的激光装置中，减压室11的底部10位于很接近材料7的位置，所述材料7具有淀积在其上的如树脂膜或金属薄膜等加工膜，。加工膜的激光照射区域的环境气体被通过排气孔排出。这可用简单的结构减小加工膜的激光照射区域附近的大气压，并提高用激光束照射加工膜以从位于金属薄膜下的树脂膜移除加工膜时加工膜的升华压力。因此，可减少加工所用的辐射能量，并且可通过排气孔移除和收集从树脂层由激光照射产生的碎屑，由此，可从材料中清洁并经由排气孔收集因激光照射从树脂层脱离的碎屑。从树脂层产生的碎屑可通过从位于材料加工区域附近表面上的流体输送装置或气体引导装置喷射例如空气这样的流体而去除。
图3是减压室11的概略剖视图，图4是底视图。减压室11为包括在其中心形成的透射孔14的近似柱形，并且与材料7的表面相隔预设距离，所述材料7具有多层膜，包括淀积在基板8a上的加工膜8b，如树脂膜或金属薄膜。包括多层膜的加工膜8b可淀积在树脂层上(未示出)。但是，淀积加工膜8b不限于树脂膜。
减压室11包括上部和下部。减压室11的上部包括与透射孔14连通并通过管道16a连接到排气装置12的排气孔16。减压室11的下部包括互相面对的空气孔17、18，两个空气孔都与透射孔14连通。减压室11的底部10包括在其近似中心位置的窗孔部20，以及设置在与减压室11同心的外周中的喷气槽19(见图4)，来自上透射窗口9的激光束通过窗孔部20。空气孔17通过管道17a与排气装置12连接，空气孔18通过管道18a与气体导入装置13连接。空气孔17、18与底部10成角度地与窗孔部20附近的空间连通，使得在空气孔17、18内部流动的空气可被引导到材料7的激光照射区域周围，并且照射区域的环境气体可被排除。在本发明的第一实施例中，具有空气孔17、18和窗孔部20的减压室11的下部被称为气体导入-排出单元11a。
减压室11被设置在减压室11外部的排气装置12抽空(本实施例中最大真空度为大约10-2Torr)，材料7表面的环境气体经由排气孔16和空气孔17排出。窗孔部20的直径大约等于或略大于加工光束尺寸的最大值。在这里，窗孔部20的直径是最大加工光束尺寸多1mm或更少。
通过从环形喷气槽19喷出气体，减压室11的底部与材料7的照射表面或加工膜表面之间的距离维持在100微米或更小。喷出的气体由浮气引导装置(未示出)引导。由于传导性随着环境气体通过排气孔16、17排出而下降，因此减压室11的底部与材料7之间的空间的真空度低于1大气压。与在一个大气压下用激光束照射膜的情况相比，在所述降低的压力下，被激光照射移除的加工膜8b具有更高的使加工膜与其下方的树脂膜分离的升华压力。另外，所去除的加工膜8b通过排气孔16和空气孔17排出而收集起来。
在排气装置12与排气孔16上设置过滤器(未示出)以收集碎屑。另外，还可经由排气孔16和空气孔17代替排气装置12中的管道排出碎屑。另外，还可经由分别设置在两个排气装置2中的排气孔16和空气孔17排出碎屑。
如此，可用具有局部排气功能的简单构造减小加工膜的激光照射区域附近的气压。通过在减小的压力下用激光束照射材料可降低加工能量，可在不影响产率的情况下去除和收集碎屑。
图5A、5B是根据本发明的第一实施例的激光加工过程中的散布碎屑的例子；图5A是加工区域周围的顶视图，而图5B是加工区域周围的侧视图。
根据本发明的第一实施例，气体经由管道18a从空气孔18导入减压室11(激光加工头)内，同时经由管道16a和17a从排气孔16和空气孔17排出，如图4所示。因此，在材料7的激光照射区域附近产生空气流，如图4所示。在这种情况下，如果材料7的某个加工区域用激光束照射，未被从排气孔16和空气孔17排出的碎屑26被空气流携带而不均匀地积累在照射表面22的一侧附近(图6中是左侧)(见图5A)。
这样，减压室11的窗孔部20的直径以及减压室11的底部10与材料7的照射表面之间的距离L可被适当调整或设置。这种调整可减小加工区域附近积累散片或碎屑的区域。如果碎屑26被洒在材料7的加工区域附近，通过允许碎屑累积在斜坡11b上，这种调整可控制所累积的碎屑的量。
因此，通过控制窗孔部20处由激光束烧蚀产生的碎屑的区域并允许碎屑26积累在窗孔部20附近，可防止碎屑26再次附着到材料7的表面上。
接下来，将参照图6描述用于上述激光加工装置的激光加工方法。图6示出未从用第一激光束照射的材料7去除的散片或碎屑通过在构图方向上照射第二激光束的同时将气体引导到材料7的表面上而去除的方法。
首先，调整经由排气孔16和空气孔17的气体排出流以及通过空气孔18的气体导入流，将减压室11的内压力控制到预设减小的压力。通过从喷气槽19喷出浮气(floating gas)，减压室11的底部10与材料7的加工表面之间距离维持在一定距离。
将气体引导到激光加工区域周围以使图6中空气流从右流到左，然后加工区域被第一激光照射照射。在照射的同时气体被排出。碎屑27积累在由激光束照射的材料7的第一照射区域23的左侧。接下来，其上安装材料7的工作台6在构图方向上，即在第一实施例中与所引导的空气流相反的方向上移动。材料7的照射区域被照射使得由第一激光束照射的第一照射区域与由第二激光束照射的第二照射区域部分地，具体地近似50％重叠，同时将气体引导到材料7的激光照射区域周围并排出上述气体。
因此，由第一激光束照射产生并重新附着到材料7的碎屑27经由排气孔16和空气孔17排出，并通过实行重叠照射被收集起来。此时，在空气流方向上或在第二照射区域24的左侧上产生另外的碎屑28。
类似地，其上安装材料7的工作台6在与空气流方向相反的构图方向上位移，重复用激光束照射材料7的步骤。碎屑29积累在第n照射区域的背风侧的加工区域中，被第一到第n-1激光照射而重新附着到第一到第n-1照射区域的碎屑29可被清洁和收集。
在该实施例中，大约50％的激光加工区域被激光束照射两次；但是，被照射两次的区域不限于此。该例中，从气体引导装置输送的气体的例子包括氧气(O2)，氦气(He)和氩气(Ar)等。
接下来，将描述激光加工装置的第一实施例的一个变形。
实践中，阵列基板或多层膜基板如平板显示器用作被加工的材料7。在这种基板中，材料7上的构图方向或激光构图路线可改变多次，如图7所示。在该变形实施例中，空气孔17提供有排出环境气体的功能，还提供有将气体引导到材料7的激光照射区域的功能。另外，空气孔18提供有导入气体的功能，还提供有将材料7的激光照射区域的环境气体排出的功能。设置空气孔17和18可允许切换空气孔17和18之间连通的气体的方向，以符合材料7的构图方向。空气孔17和18分别与排气装置12和气体导入装置13连通。在空气孔与排气装置12和气体导入装置13之间插入开关装置如电磁阀，该开关装置通过打开和关闭装置而切换导入或排出气体。
具体地，当在从右到左方向上激光加工材料7时，如图7所示，空气流在从右到左或管道18a到管道17a的方向上流动，如图4所示。相反，当在从左到右或管道18a到管道17a的方向上激光加工材料7时，空气流在从左到右或管道17a到管道18a方向上流动，如图4所示。
流体流过气体导入-排出单元11a内形成的空气孔17和18的方向可根据构图方向切换。
接下来，将描述激光加工装置的第一实施例的另一个变形。
在该实施例中，在具有设置在减压室11(激光加工头)下部的空气孔17和18的气体导入-排出单元11a中提供具有与激光束光路大致平行的旋转轴的转动机构。从材料7周围导入或向其排出的空气流通过空气孔17和18的方向可通过根据材料7构图方向转动气体导入-排出单元11a而切换。如此，导入或排出空气流的方向可依据材料7的构图方向而适当改变(见图7)。根据本实施例，空气流的方向可简单地、自动地改变。
参照图4，当构图方向转动180度时，减压室11转动180度以将空气流方向逆转为从左到右。当材料在图4的从下到上方向上构图时，减压室向右转动90度以将空气流变为图4中从上到下的方向。
在上述说明中，减压室11包括转动机构，气体导入-排出单元11a可通过该转动机构转动。换句话说，减压室11包括可转动仅仅部分减压室11的机构。还可包括可转动整个减压室的机构。
进一步地，将描述激光加工装置的第一实施例的另一个变形。图8是根据本发明的第一实施例的减压室11的底视图。图8示出进一步包括图4中的抽取(气体导入)和排气功能的实施例，其位于气体导入-排出单元中每转动90度的径向方向上。这可减少构图材料2时气体导入-排出单元在X和Y两个方向上切换的时间。
在图8中，减压室11或激光加工头包括第三和第四空气孔(或管道31a和32a)，其位于气体导入-排出单元中相对于互相面对的管道17a(空气孔17)和管道18a(空气孔18)每转动90度的径向方向上，环境气体通过管道31a和32a或空气孔导入激光照射区域周围或从其排出。用这种结构，空气孔17和18这对孔或第三和第四孔(管道31a、32a)这对孔，两对空气孔种可选中一对并根据材料7的构图方向切换。
根据本发明的实施例，空气孔设置在气体导入-排出单元中每转动90度的径向方向上。这使得不需转动气体导入-排出单元，因此可减少切换时间。在该实施例中，由于构图中几乎没有旋转位移，与图4中的实施例相比，几乎不会有测量机构精度上的误差。如此，可在材料构图中获得出色的精度。
如上所述，根据本发明的第一实施例，在基于烧蚀或热熔的激光加工中，通过减少由于热而产生的不利影响，附着到被加工材料的碎屑可得到有效清除和收集。
因此，高精度激光加工中，在控制碎屑附着到材料的同时，可获得优异效果。这使得激光加工可应用于更广泛的领域，并可以低成本地在材料上形成更高精度的微构图。
接下来，将参照图9到12解释本发明的第二实施例。
通过用激光束照射材料表面进行多层膜上的薄金属膜的激光烧蚀，被照射表面因为热熔而蒸发。通过在减小压力下降低照射能量以及通过严格设置合适的能量条件和照射数，可控制烧蚀区域周围由于热而产生的不利影响。但是，通过用激光束照射材料而产生的碎屑形成被称为“卷流(plume)”的气球形质量块。该卷流按照cosρ的分布而扩散，同时以几十米每秒的初始速度递增。这样，对于完全清除和收集来自材料的被加工表面的碎屑而言，仅仅导入或排出进入或来自减压室11的流体是不够的。碎屑易于附着到图8中减压室11的上透射窗口9，因此激光加工材料不能获得所需的质量。可能难以收集在热熔和蒸发中以初始速度递增的碎屑。在这种情况中，附着到上透射窗口9的碎屑通过使用遮蔽部捕获碎屑而得到抑制。
图9是根据本发明的第二实施例的减压室的概略剖视图。在图9中，相同的标记和符号表示与图3相应的部分，并省略其详细描述。图9中的减压室与图3中的相比有两处不同。第一处不同是图9中的减压室包括位于上透射窗口9与减压室11的窗孔部20之间的遮蔽部，每个遮蔽部在其中心都有一开口。图9所示实施例采用遮蔽部42和43组合。第二处不同是排气孔16与空气导入孔41形成在减压室11中，使得激光束的光轴位于空气导入孔41与排气孔16之间减压室11的柱形表面的中心处。空气导入孔41用于将空气导入遮蔽部42的通气部44。
图10A、10B示出根据本发明的第二实施例的遮蔽部42的大致视图，分别是沿遮蔽部的X-X线的顶视图和剖视图。图11A、11B示出根据本发明的第二实施例的遮蔽部43的大致视图，分别是沿遮蔽部的Y-Y线的顶视图和剖视图。如图10A、10B所示，遮蔽部42可为在其一部分底部具有开口的空心矮圆柱，或者在其两个底都有开口的矮圆柱。遮蔽部42在一个底部上有全打开的开口，在另一底部上则有打开预设尺寸的开口。遮蔽部42是近似锥形，其具有位于开口端相对侧的圆形底，并且具有延伸到开口42a截止的光滑曲线侧部。
在遮蔽部42底部形成的开口42a的直径优选地近似等于或略大于经过遮蔽部42的激光束的直径(对角线尺寸)。在本实施例中，开口42a的尺寸可为比激光束大0.5mm到1.0mm。碎屑21在材料7的激光照射区域附近产生并向上漂浮到上透射窗口9。这里，可通过遮蔽部42中具有上述尺寸的开口42a而使经过遮蔽部42、43的开口42a、43a的碎屑21的量最小化。
如图11A、11B所示，遮蔽部43具有开口43a，具有翻转的与遮蔽部42相同的形式。
如图9所示，遮蔽部42、43包括在其底部形成的开口42a、43a。遮蔽部42、43布置成使得遮蔽部的底部有一预设距离地互相面对。遮蔽部42和43布置成使得遮蔽部42和43互相面对并在其间夹着通气部44所需的空间。
具有遮蔽部42和43的遮蔽部布置成使得所述遮蔽部具有与减压室11内部排气装置12和空气导入孔41相同的高度。因此，具有遮蔽部42和43的通气部44可与空气导入孔41和排气孔16连通。根据导入气体的时间控制，气体经由气体导入-排出单元11a的空气孔17或18从空气导入孔41导入到遮蔽部的通气部44。
通过排气孔16排出减压室11内的气体同时，从材料7的激光照射区域产生的碎屑21经由与减压室底部上的窗孔部20连通的空气孔17排出。未经由空气孔17排出的碎屑21由遮蔽部42的底部捕获并附着到开口42a周围。
未被遮蔽部42捕获的碎屑21通过各自遮蔽部42和43的开口42和43导入到通气部44内。气体可使所导入的碎屑经由空气导入孔41在向排气孔16的方向上在通气部44内流动，如图10A所示。如此，通气部44内的碎屑被经由排气孔16排出。
如上所述，除第一实施例所获得的效果外，第二实施例进一步提供这样的效果，即通过在多层薄膜(树脂膜或薄金属膜)上构图加工膜的同时用遮蔽部捕获碎屑来防止碎屑附着到激光束的透射窗口。
因此，在高精度激光加工中，在控制碎屑附着到金属的同时，可获得更好效果。这使得激光加工可应用到更广泛的领域，并可以低成本在材料上形成更高精度的微构图。进一步地，根据本实施例的激光加工方法可减少在构图边缘上因热或碎屑而造成的不利影响，并减少去除构图残留物的能耗。因此，可高质量地制造显示面板。
接下来将参照图12A到12C描述激光加工装置的第二实施例的一个变形。
图12A、12B、12C分别是根据本发明的第二实施例的另一个变形的遮蔽部43的顶视图、沿Z-Z线的剖视图和侧视图。根据该变形的遮蔽部43包括图10和图11所示的遮蔽部42和43，遮蔽部42和43互相面对且底部之间相隔预设距离。通风部46形成在遮蔽部43的内部，使得通风部46直线地通过开口45a。因此，通风部46可与减压室11内部形成的遮蔽部43中的空气导入孔41和排气孔16直线连通。如此，可使得从遮蔽部45的开口45a导入的碎屑经由通风部46直线流动到排气孔16，该实施例与图10所示实施例相比提高了清除和收集碎屑的效率。
应注意尽管给出了各种技术限定，如材料的种类和数值，除非对所提供实施例限定于此的效果做特别说明，本发明的范围不局限于这些例子。本领域技术人员应理解根据设计需要和其它因素可出现各种修改、组合、次组合和替换，只要它们落在所附权利要求或其等效物的范围内。
Claims (12)
1.一种激光加工装置，包括：
辐射激光束的激光束源；以及
激光加工头，所述激光加工头包括：
透射窗口，激光束通过所述透射窗口照射材料；
在所述激光头的底部中形成的窗孔部，激光束经由所述透射窗口通过所述窗孔部；
将气体导入到所述激光加工头中的导入孔；
将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的排气孔；
将气体导入到材料的激光照射区域周围的第一空气孔；
面对所述第一空气孔并用于排出材料的激光照射区域的环境气体的第二空气孔；以及
遮蔽部，所述遮蔽部具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口以及与所述导入孔和排气孔连通的通风部，
其中，当采用激光束对材料中形成的多层膜上的树脂膜或薄金属膜构图时，材料的激光照射区域附近产生的碎屑经由与在所述激光加工头的底部上形成的窗孔部连通的第二空气孔而排出，并附着到所述遮蔽部的周围。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中：
设置在所述遮蔽部中的开口的直径近似等于通过所述开口的激光束的直径。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中：
从材料的激光照射区域产生的碎屑经由所述遮蔽部的开口导入，并且在经由所述第二空气孔排出气体时经由所述通风部从所述排气孔排出。
4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中进一步包括：
在堆叠在所述多层膜上的所述薄金属膜的下层上形成的树脂膜。
5.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中：
设置在所述遮蔽部中的通风部以大致直线方式与所述导入孔和排气孔连通。
6.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中：
通过调整所述激光加工头的窗孔部的直径以及材料的多层膜表面与所述激光加工头的底部之间的距离，控制积累在材料上的碎屑的量。
7.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中：
材料被第一激光束照射，然后用于安装所述材料的工作台在与从所述第一空气孔到所述第二空气孔流动的空气流相反的方向上位移预设的距离，被所述第一激光束照射的材料的第一照射区域的一部分随后被第二激光束照射两次。
8.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中进一步包括：
在所述第一空气孔中，将气体从材料的激光照射区域周围排出的功能件，和将气体导入材料的激光照射区域周围的功能件，以及
在所述第二空气孔中，将气体导入材料的激光照射区域周围的功能件，和将气体从材料的激光照射区域周围排出的功能件，其中
根据材料的构图方向切换在所述第一空气孔和第二空气孔之间导入和排出气体的方向。
9.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中进一步包括：
位于激光加工头中彼此面对并且相对于所述第一空气孔和第二空气孔在径向方向上成90度的第三空气孔和第四空气孔，使得气体经由所述第三空气孔和第四空气孔导入到材料的激光照射区域周围或从其排出，其中
选择或切换所述第一和第二空气孔这对空气孔与所述第三和第四空气孔这对空气孔中的一对。
10.根据权利要求2所述的激光加工装置，其中进一步包括：
转动机构，所述转动机构具有所述第一和第二空气孔以及与所述激光加工头部分中的激光束光路大致平行的可转动轴，其中
使所述转动机构在材料的构图方向上转动并切换在所述第一空气孔与第二空气孔之间导入和排出气体的方向。
11.一种激光加工头，包括：
透射窗口，所述激光束通过所述透射窗口照射材料；
在所述激光头的底部中形成的窗孔部，所述激光束经由所述透射窗口通过所述窗孔部；
将气体导入到所述激光加工头中的导入孔；
将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的排气孔；
将气体导入到材料的激光照射区域周围的第一空气孔；
面对所述第一空气孔并允许排出材料的激光照射区域的环境气体的第二空气孔；以及
遮蔽部，所述遮蔽部具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口以及与所述导入孔和排气孔连通的通风部，
其中
当采用激光束对材料中形成的多层膜上的树脂膜或薄金属膜构图时，材料的激光照射区域附近产生的碎屑经由与在所述激光加工头的底部上形成的窗孔部连通的第二空气孔排出，并附着到所述遮蔽部的周围。
12.一种用激光加工头激光加工材料中形成的多层膜上的树脂膜或薄金属膜的方法，所述激光加工头具有：透射窗口，所述激光束通过所述透射窗口；窗孔部，所述激光束经由所述透射窗口通过所述窗孔部；将气体导入到所述激光加工头中的第一和第二导入孔；将所述激光加工头内的环境气体排出到外部的第一和第二排气孔；将气体导入到材料的激光照射区域周围的第一空气孔；面对所述第一空气孔并允许排出材料的激光照射区域的环境气体的第二空气孔；以及遮蔽部，所述遮蔽部具有位于所述透射窗口与所述窗孔部之间的开口以及与所述第一导入孔和第一排气孔连通的通风部，所述方法包括以下步骤：
将气体从设置在所述激光加工头预设位置上的第二导入孔引导到材料的激光照射区域周围；
经由所述第一导入孔将所述气体导入到所述遮蔽部的通风部内；
用所述第一激光束照射材料；
在与所导入空气流相反的方向上将用于安装材料的工作台移动预设距离；
将材料的激光照射区域的环境气体从设置在所述激光加工头的预设位置上的第二空气孔排出；
将所述激光加工头内部的环境气体从所述遮蔽部开口导入，并将气体经由所述通风部从所述第一排气孔排出；以及
用第二激光束两次照射材料的第一照射区域的一部分，同时经由所述第一和第二排气孔排出所述气体。
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