CN100482398C - 激光切割装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种激光切割装置，用于切割脆性材料，其具有第一切割方向及包括沿着第一切割方向依次排列的第二刻线工具、第一冷却系统、激光系统、第二冷却系统及第一刻线工具，当上述第一刻线工具，激光系统及第一冷却系统沿着上述第一切割方向完成一次切割后，该第二刻线工具，上述激光系统及该第二冷却系统沿着与上述第一切割方向不同的第二切割方向进行下次切割。此外，还涉及一种激光切割方法，其包括：沿第一切割方向进行第一次切割；在第一次切割完成后，沿与上述第一切割方向不同的第二切割方向进行第二次切割。这样就可以明显的节省生产工时，提高生产效率。

Description

激光切割装置与方法

【技术领域】

本发明揭示了一种激光切割装置及其切割方法，尤其指一种用于切割脆性材料如液晶显示装置(TFT-LCD)(Thin Film Transistor，简称TFT；LiquidCrystal Display，简称LCD)玻璃面板的激光切割装置及其切割方法。

【背景技术】

随着技术的不断发展，液晶显示装置(TFT-LCD)由于其自身的特性已广泛的应用于消费领域内。其被视为将用以取代传统的阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)显示装置的强劲对手。

液晶显示装置通常由两块玻璃基板、收容于两块玻璃基板内的液晶及若干电路组成。液晶可以在电场的影响下改变排列方式来进行完成显示动作。为了形成不同尺寸的液晶显示面板，通常需要对较大的液晶显示面板进行切割以满足不同的需求。

传统的切割液晶显示面板的方式都是以刀轮等物理手段作为刻线工具，刀轮对玻璃面板施以玻璃定量之应力，在玻璃表面造成稳定的垂直裂痕(Median Crack)，然后将玻璃面板的切割面翻转，利用以树脂制成的加压片对玻璃面板的切割面相对的背面施加压缩荷重以在玻璃面板上形成应力进而将玻璃面板完全分离。

然而，刀轮切割玻璃面板需要经过多道制程如切割(Scribe)、裂片(Break)、磨边(Grinding)等，比较费时；而且刀轮切割玻璃表面会对玻璃造成物理性破坏，切割线附件常常存在一些不规则的微裂痕(MicroCrack)或是毛边，这些缺陷对产品强度和生产良率产生影响。

随着消费性电子产品轻薄的发展趋势，玻璃基板也在向厚度更薄、材料密度更低、材料强度增强及热膨胀系数更低的趋势发展，在这种情况下，传统的利用刀轮等物理手段进行切割的品质与生产效率上满足不了需求。因而一种利用激光进行切割玻璃面板的方式产生了。

相比较传统的刀轮切割，激光切割不易产生微粒污染、切割面平整、可大幅缩短生产时程，而且，激光切割玻璃面板后因无传统刀轮切割所产生的微裂痕，所以玻璃面板的强度为传统的2-3倍。

如图1所示，一种现有的切割玻璃面板1的激光切割单元包括激光系统2、刻线工具3及冷却系统4。激光切割单元相对于玻璃基板的切割方向为箭头A所示。沿着切割方向A，刻线工具3先于玻璃面板1上形成一微小的刻痕，随后激光系统2发射激光光束沿着刻痕进行加热，冷却系统随之对加热区进行冷却，利用加热和冷却所产生的温度差对玻璃面板产生的应力来进行切割。

如图2所示，第一切割线5表示激光切割单元在玻璃面板1上的有效行程。当激光切割单元完成第一切割线5后，由于在整个切割过程中，刻线工具3、激光系统2及冷却系统4的位置关系是固定的，即就是说，激光切割单元只能沿一个切割方向进行切割，所以激光切割单元就需要返回到初始位置的一侧以进行第二次切割线7。这样，就产生了第一返回行程6。该第一返回行程6表示激光切割单元完成第一切割线5后返回到初始位置的一侧以进行第二次切割线7的无效行程。同理，第二返回行程8表示表示激光切割单元完成第二切割线7后返回到初始位置的一侧以进行第三次切割线9的无效行程。

此时，就可看出，当需要切割多次时，由于刻线工具3、激光系统2及冷却系统4的位置关系是相对稳定的，其只能沿一个切割方向进行切割，所以当完成前一个切割线后，激光切割单元就需要多次返回初始切割位置的一侧以便于进行下一次切割，在这个过程中就需要多次进行无效行程，所以就需要大量的返回时间，增加了工时，延缓了生产效率。这样对于高效的面板切割是不合适的。

所以需要设计一种新型的激光切割装置及方法以克服上述不利的情况发生。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种激光切割装置及方法，其可以快速的完成切割。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种激光切割装置，用于切割脆性材料，其具有第一切割方向及包括沿着第一切割方向依次排列的第二刻线工具、第一冷却系统、激光系统、第二冷却系统及第一刻线工具，当上述第一刻线工具，激光系统及第一冷却系统沿着上述第一切割方向完成一次切割后，该第二刻线工具，上述激光系统及该第二冷却系统沿着与上述第一切割方向相反的第二切割方向进行下次切割。此外，还涉及一种激光切割方法，其包括：沿一第一切割方向进行一次切割；在上次切割完成后，沿一与上述第一切割方向相反的方向进行下次切割。

与现有技术相比，本发明激光切割装置及方法采用增加一个刻线工具和一个冷却系统，在不需要增加太多设备成本的基础上，省去了大量的返回时间，这样就可以节省工时，加快切割流程，提高生产效率。

【附图说明】

图1为一种现有的激光切割单元示意图。

图2为图1中所示的现有的激光切割单元的切割行程示意图。

图3为本发明激光切割单元沿第一切割方向进行切割的示意图。

图4为本发明激光切割单元沿第二切割方向进行切割的示意图。

图5为本发明激光切割单元的切割行程示意图。

【具体实施方式】

参看图3到图5所示，本发明用于切割玻璃基板13的激光切割单元包括激光系统10，第一刻线工具11，第一冷却系统111，第二刻线工具12及第二冷却系统122。

在本发明激光切割单元中，第一刻线工具11及第二刻线工具12可以是激光光束、钻石刀、刀轮等可在玻璃基板表面产生预定裂纹之任意工具。第一冷却系统111及第二冷却系统122可以是单一液体、单一气体加单一液体的混合物或一种以上的气体与液体的混合物等，如纯水、冷却油、液态氮或液态氦等。

与现有的激光切割技术相比，本发明的激光切割单元的激光系统10，刻线工具11，12及冷却系统111，122并不涉及激光系统、刻线工具及冷却系统的自身结构、发生或形成原理。故，本发明激光切割单元对于激光系统10，刻线工具11，12及冷却系统111，122的自身结构、发生或形成原理不进行详细介绍，仅利用其示意图来说明本发明。

参看图3及图4所示，激光切割玻璃面板先以刻线工具在玻璃基板13上形成预刻线，激光系统10喷射激光光束如二氧化碳激光光对玻璃面板表面进行加热，玻璃面板本身因激光能量而被加热，玻璃的温度控制在其熔点温度之下，玻璃面板内部因材料受热膨胀而产生张应力，随后立即以冷却系统冷却玻璃面板。玻璃面板因受冷却系统冷却的影响，内部收缩而产生压应力。玻璃面板因激光急速加热与冷却系统急速冷却的影响，内部应力分布产生快速变化，进而在玻璃面板产生裂纹，裂纹在切割面成长使得玻璃面板完全分离。

造成玻璃面板劈裂的因素有：列如由于激光与冷却的作用，对玻璃内部所产生之应力，可由下列公式表示：

σ～0.5αEΔT        (1)

ΔT＝T1-T2         (2)

其中，σ为玻璃面板内部所产生的应力大小，α为玻璃面板内部的热膨胀系数，E为玻璃面板杨氏系数，T1为激光加热玻璃面板后玻璃面板的温度，T2为冷却后玻璃面板的温度。

由公式(1)和(2)所示，面板内部的应力大小与材料的热膨胀系数、杨氏系数与激光与冷却系统在玻璃面板上产生的温度差成正比。而且T1的最大值不能大于玻璃面板的气化温度。

当激光与冷却系统对玻璃面板所造成的应力大于材料的破裂强度时，玻璃表面将产生裂纹，裂纹会随着制程条件的不同，在玻璃表面呈现不同的成长，如形成一沟槽(Scribe)或是玻璃面板的完全分离(Full Body Cut，简称FBC)。

继续参看图3及图4所示，激光切割单元相对于玻璃基板的切割方向具有第一切割方向B及与第一切割方向B相反的第二切割方向C。沿着第一切割方向B，第一刻线工具11，第二冷却系统122，激光系统10，第一冷却系统111及第二刻线工具12依次排列。如图3所示，当激光单元沿着第一切割方向B对玻璃基板13进行切割时，第一刻线工具11先于玻璃基板13上形成预刻痕，激光系统10沿着预刻痕进行加热，随后第一冷却系统111对加热的部位进行冷却，这样来完成第一次切割过程。在第一次切割过程中，第二刻线工具12及第二冷却系统122处于非工作状态。

参看图4所示，当完成第一次切割过程后，激光切割单元便沿返回玻璃基板初始一侧的第二切割方向C进行切割，此时，第二刻线工具12，激光系统10及第二冷却系统122处于工作状态。而第一刻线工具11及第一冷却系统111处与非工作状态。当完成第二次切割过程后，第三次切割就类似第一次切割进行工作。第三次完成后，第四次就类似第二次切割进行工作。根据实际需要，可继续进行多次切割。

在本发明中，有效切割线用实线表示，无效行程用虚线表示。参看图5所示，激光切割单元沿第一切割方向B进行切割以形成第一有效切割线14，随后在完成第一有效切割线14后的玻璃面板的一例进行了较短的第一无效行程15，然后激光切割单元沿第二切割方向C进行第二有效切割线16，在完成第二有效切割线16后返回到玻璃面板的初始切割的一侧。然后在玻璃面板的初始的一侧进行第二无效行程17，以开始更下次的切割作业。以此类推。

从中可以看出，本发明激光切割装置与方法，在增加了一个刻线工具和一个冷却系统的条件下进行切割，在切割完上一次的作业后，不需要再返回到玻璃基板的初始切割的一侧进行下次切割，而是直接在上次切割完成后所处的玻璃基板的一侧进行下一次切割。与现有技术相比，明显的省去了无效的返回行程，节省了大量的工时。

Claims (7)

1.一种激光切割装置，用于切割脆性材料，其具有第一切割方向及包括沿着第一切割方向依次排列的第一冷却系统、激光系统及第一刻线工具，其特征在于：该激光切割装置还包括第二刻线工具及第二冷却系统，该第二刻线工具、第一冷却系统、激光系统、第二冷却系统及第一刻线工具沿着上述第一切割方向依次排列，当上述第一刻线工具、激光系统及第一冷却系统沿着上述第一切割方向完成一次切割后，该第二刻线工具、上述激光系统及该第二冷却系统沿着与上述第一切割方向不同的第二切割方向进行下次切割。

2.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：上述第二刻线工具，激光系统及第二冷却系统沿着与上述第一切割方向相反的第二切割方向进行下次切割。

3.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：上述第二刻线工具、第一冷却系统、激光系统、第二冷却系统及第一刻线工具沿上述第一切割方向排列成一行。

4.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于：沿着上述第一切割方向切割时，上述第一冷却系统、激光系统及第一刻线工具沿着第一切割方向排成一行。

5.如权利要求4所述的激光切割装置，其特征在于：沿着上述第二切割方向切割时，上述第二冷却系统、激光系统及第二刻线工具沿着第二切割方向排成一行。

6.一种如权利要求1所述的激光切割装置所使用的激光切割方法，其包括：

沿第一切割方向进行第一次切割；

在第一次切割完成后，沿一与上述第一切割方向不同的第二方向进行第二次切割。

7.如权利要求6所述的激光切割方法，其特征在于：在第一次切割完成后，沿一与上述第一切割方向相反的方向进行第二次切割。

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