CN101046571A - 切割基板的方法和使用其的基板切割设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基板切割方法和基板切割设备，通过照射具有不同波长的至少两个激光束到基板顶表面和底表面来切割基板。基板切割方法包括制备具有薄膜晶体管(TFT)母基板和滤色器母基板的母基板组件；同时聚焦至少两个激光束到位于母基板表面的垂线上的彼此分开的至少两个不同位置；和通过该至少两个不同的聚焦位置切割母基板组件。

Description

切割基板的方法和使用其的基板切割设备
技术领域
本发明涉及一种基板切割方法和使用其的基板切割设备，且更具体而言涉及一种同时照射具有不同波长的两个激光束到基板的顶表面和底表面的基板切割方法，以及使用其的激光切割设备。
背景技术
液晶显示器(LCD)已经广泛使用。
液晶显示器(LCD)包括具有多条栅线和数据线的薄膜晶体管(TFT)基板、形成在栅线与数据线交点的开关装置和连接到开关装置的像素电极。该LCD还包括相对地连接到TFT基板并具有RGB滤色器和公共电极的滤色器基板。液晶层设置在TFT基板与滤色器基板之间。
这样的LCD的制造包括基板切割工艺。包括多个TFT基板的TFT母基板和包括多个滤色器基板的滤色器母基板被组装以产生母基板组件，该母基板组件被切割为液晶单元。在常规基板切割方法中，使用钻石轮或CO2激光束的切割方法已经广泛使用。然而，在使用钻石轮的切割方法中，切割工艺可能导致例如断裂的损坏。此外，可能需要额外的工艺例如打磨切割表面。此外，当母基板组件被交叉切割时，可能发生不对准。在使用CO2激光束的切割方法中，由于母基板组件的表面被加热到高温，在母基板组件表面可能发生卷翘现象，因此防止垂直裂纹的产生并使得难以正确切割母基板组件。
因此，需要切割后无需进一步工艺的系统和切割方法。
发明内容
根据本发明的实施例，基板切割方法包括制备具有薄膜晶体管(TFT)母基板和滤色器母基板的母基板组件；将至少两个激光束同时聚焦到在相对于母基板组件的垂线上彼此分开的至少两个不同位置；和通过该至少两个不同的聚焦位置切割母基板组件。
根据本发明的实施例，基板切割设备包括产生至少两个激光束的激光束产生体；聚集从激光束产生体产生的该至少两个激光束为一个聚集的激光束的聚光部分；和将聚集的激光束聚焦到母基板组件的预定区域的聚焦透镜。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明的优选实施例，本发明将变得更为明显，在附图中：
图1是示出根据本发明的实施例制造液晶显示器设备的方法的处理步骤流程图；
图2是示出在图1所示的液晶显示单元工艺中根据本发明实施例的切割基板方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的基板切割设备的示意图；
图4是图3所示的聚焦透镜的剖面图；
图5A和5B示出使用图3所示的基板切割设备切割基板的方法的处理步骤；
图6是沿图5A和5B的线VI-VI’所取的剖面图。
具体实施方式
通过参考后面对优选实施例的详细描述和附图，本发明及实现本发明的方法将被更好地理解。然而，本发明可以实施为许多不同形式且不应理解为局限于此处给出的实施例。相反，提供实施例使得本公开充分和完整，并将向本领域的普通技术人员充分传达本发明的概念。通篇相似参考标号代表相似元件。
将通过参考示出了本发明示范性实施例的附图更充分地描述本发明。
将参考图1和2描述根据本发明实施例制造液晶显示器(LCD)的方法。
图1是示出根据本发明实施例制造液晶显示器(LCD)的方法的流程图。
参考图1，制造LCD的方法包括薄膜晶体管(TFT)工艺S10、滤色器(C/F)工艺S20、液晶单元工艺S30和模块工艺S40。
TFT工艺S10包括在母基板上制造多个薄膜晶体管基板，并例如包括重复进行薄膜形成、蒸发、光刻和蚀刻。
C/F工艺S20包括在母基板上制造多个滤色器，并可以包括例如重复进行薄膜形成、蒸发、光刻和蚀刻，如TFT工艺S10中一样。TFT工艺S10和C/F工艺S20还可以包括在薄膜形成、蒸发、光刻或蚀刻工艺之前/之后进行的检验工艺和清洁工艺。
液晶单元工艺S30包括在薄膜晶体管(TFT)母基板与滤色器母基板之间注入液晶，并可以包括组装两母基板并切割所得产物。
在组装和切割中，TFT母基板和滤色器母基板在允许的对准余量内组装，且组装的所得产物被切割成液晶单元。可以使用至少两个具有不同波长的激光来进行该切割。
此后，将参考图2更详细地描述基板切割方法。
图2是示出在图1所示的液晶单元工艺中根据本发明实施例的基板切割方法的流程图。
参考图2，该基板切割方法包括多个工艺，例如包括制造母基板组件S31，将激光束聚焦到母基板组件上S32，和切割母基板组件同时移动聚焦位置S33。
优选地，这些操作依次进行。
如上所述，制备母基板组件S31包括组装其上形成有多个TFT基板的TFT母基板和其上形成有多个滤色器基板的滤色器母基板，以产生母基板组件。母基板组件包括多个液晶单元。可以在每个液晶单元上形成预定的对准边界用于母基板组件的切割。
激光束聚焦到母基板组件上S32，其中至少两个激光束同时聚焦到母基板组件的垂直分开的两个或多个不同位置。
使用的激光束可以是具有不同波长的第一和第二激光束。该第一和第二激光束分别聚焦到母基板组件的至少两个不同位置，该至少两个不同位置在母基板组件的垂线上彼此分开。
如果第一激光束具有比第二激光束短的波长，则第一激光束聚焦到母基板组件的顶表面，而第二激光束聚焦到母基板组件的底表面。母基板组件的底表面与第一激光束的聚焦位置垂直分开。激光束的折射率可以根据激光束的波长而变化，从而激光束的聚焦位置因此变化。在第一激光束具有比第二激光束短的波长的情况下，第一激光束比第二激光束具有更大的折射率，且第一激光束比第二激光束折射程度更大，从而第一激光束聚焦在母基板组件的顶表面上。
聚焦在母基板组件上的激光束的焦点移动从而切割母基板组件S33。基板切割设备在至少两个方向移动激光束的焦点从而切割母基板组件。通过移动激光束和母基板组件中一个或两个而移动焦点。
通过基板切割设备聚焦在母基板组件的两个不同位置上的激光束从焦点沿基本平行于母基板组件一侧的第一方向移动，即沿母基板组件的纵向移动。接着，激光束从焦点沿基本平行于母基板组件另一侧的第二方向移动，该另一侧基本垂直于母基板的所述一侧，例如沿横向。
如上所述，具有不同波长的第一和第二激光束可以用作激光束。第一和第二激光束同时聚焦在母基板组件的顶表面和底表面，然后用于同时切割母基板组件的顶表面和底表面。虽然该示范性实施例示出母基板组件是通过示出的方法首先在第一方向移动激光束的焦点而切割的，但本发明不限于此，且可以应用于首先在第二方向移动激光束焦点或同时在第一和第二方向移动激光束焦点的情况。母基板组件可以切割为预定单元，例如液晶单元。可以对切割为液晶单元的母基板组件进一步进行切割工艺。例如可以对母基板组件进行切割工艺使得滤色器基板的预定部分被切割从而暴露TFT基板的预定区域，这相应于为了暴露TFT基板的预定区域和附着例如栅极驱动器和数据驱动器的附属模块到液晶单元而进行的切割工艺。为此，如上所述，可以使用具有不同波长的激光束。此外，滤色器基板切割工艺可以在切割母基板组件的工艺之前进行，即在把TFT母基板与滤色器母基板彼此组装之后进行。
将参考图3到6描述使用激光束的基板切割方法和使用该基板切割方法的基板切割设备。液晶单元工艺S30中制造的液晶面板和其他模块在模块工艺S40中组装，因此完成LCD。
虽然通过示例的方法描述了LCD制造方法，但本发明不限于此，且应该知道，对于本领域技术人员来说，显然可以对这里所述的优选实施例进行许多变化和改进而不实质脱离本发明的原理。
此后，将参考图3到6更详细地描述使用上述激光束的基板切割设备和基板切割方法。
图3是根据本发明实施例的基板切割设备的示意图，图4是图3所示的聚焦透镜的剖面图。
参考图3，基板切割设备300包括激光束产生单元310和激光束聚焦单元320。
激光束产生单元310包括第一激光束产生体311和第二激光束产生体312。激光束聚焦单元320可以包括聚光部分321、反射镜323和325、聚焦透镜327和聚焦调节单元330。
第一和第二激光束产生体311和312分别产生具有不同波长的第一和第二激光束251和252。第一和第二激光束251和252可以是例如对于玻璃基板具有显示良好吸收性的短波长激光束。
第一激光束251和第二激光束252可以是例如Nd:YAG激光束。第一激光束251可以具有约260到约270nm范围内的波长，且第二激光束252可以具有在约350到约360nm范围内的波长。类似地，第一激光束251和第二激光束252可以是例如飞秒(femto-second)激光束。第一激光束251的波长在约350到约450nm范围内，且第二激光束252的波长在约750到约850nm范围内。在第一激光束251的波长短于第二激光束252时，第一激光束251具有比第二激光束252更高的折射率。因此，第一激光束251的焦距比第二激光束252短。
每个第一和第二激光束产生体311和312也可以包括用于提高第一和第二激光束251和252密度或效率的光阀(shutter)(未显示)，以及用于扩展每个第一和第二激光束251和252的宽度的扩束器(未显示)。
激光束聚焦单元320包括第一和第二反射镜323和325、聚光部分321、聚焦透镜327和聚焦调节单元330。第二反射镜325将激光束250朝聚焦透镜327引导。聚光部分321将第一和第二激光束251和252聚集成一个激光束250。聚焦透镜327将聚集的激光束250聚焦到加工单元上。聚焦调节单元330调节聚焦透镜327的焦点。
第一反射镜323改变从第二激光束产生体312接收的第二激光束252的方向，并将第二激光束252传送到聚光部分321。第一反射镜323可以具有预定材料涂覆在其表面。第一反射镜323将第二激光束252朝聚光部分321引导，从而第二激光束252被传送到聚光部分321。
聚光部分321通过第一反射镜323分别从第一激光束产生体311和第二激光束产生体312接收第一激光束251和第二激光束252，并将第一和第二激光束251和252聚集到激光束250中。
第二反射镜325改变穿过聚光部分321的激光束250的方向，从而将其向聚焦透镜327引导。第二反射镜325可以通过在其表面涂覆预定材料设计为仅传送具有期望波长的激光束。在可供选择的实施例中，第二反射镜325可以具有形成在其中的针孔。
聚焦透镜327聚焦通过第二反射镜325传送的激光束250到加工单元上。这里，聚焦透镜327聚焦具有不同波长的第一和第二激光束251和252到加工单元的同一位置。
将参考图4描述聚焦透镜327。参考图4，聚焦透镜327具有凸起部分。聚焦透镜327聚焦具有不同波长的第一和第二激光束251和252到加工单元的同一位置。相对短波长的第一激光束251具有相对大的折射率，其穿过聚焦透镜327并聚焦得相对靠近聚焦透镜327，例如在加工单元顶表面。对比而言，由于相对长波长的第二激光束252具有相对小的折射率，其穿过聚焦透镜327并聚焦得离聚焦透镜327相对远，例如在加工单元底表面。第一激光束251和第二激光束252可以聚焦在加工单元的同一位置，即在垂直于加工单元的同一位置。聚焦透镜327可以是例如平凸透镜。加工单元可以是母基板组件。
参考图3，基板切割设备300还可以包括聚焦调节单元330。该聚焦调节单元330使用预定控制信号CONT调节聚焦透镜327的位置，因此控制第一和第二激光束251和252的焦点。聚焦调节单元330可以包括传感器332和调节部分331。
传感器332接收从加工单元例如母基板组件反射的第一和第二激光束251和252，以产生预定控制信号CONT。在第一和第二激光束251和252的焦点由于母基板组件表面平整度差异而改变时，或者在基板切割工艺中切割设备或母基板组件移动时，传感器332产生控制信号CONT。控制信号CONT用于读取从母基板组件反射的第一和第二激光束251和252，并根据读取的结果调节聚焦透镜327的位置。传感器332可以是第一和第二激光束251和252的光接收单元，例如光电二极管。
调节部分331根据从传感器332提供的控制信号CONT上下调节聚焦透镜327的焦点。因此，在切割工艺中照射到母基板组件上的第一和第二激光束251和252的焦点可以关于母基板组件保持在同一位置。此后，将参考图5A和6详细描述使用基板切割设备的基板切割方法。
图5A和5B示出使用图3所示的基板切割设备切割基板的方法的工艺步骤，图6是沿图5A和5B的线VI-VI’所取的剖面图。
参考图5A，母基板组件100的基板切割方法通过聚焦由基板切割设备300产生的激光束250到母基板组件100上而进行。
从基板切割设备300提供的激光束250聚焦到母基板组件100上的位置，母基板组件100在重复移动加工束250预定距离的同时被切割。聚焦在母基板组件100上的激光束250在第一方向移动，例如在纵向移动，基本平行于母基板组件100的第一侧。因此，母基板组件沿第一方向被切割。
激光束250可以包括具有不同波长的至少两个激光束，例如第一和第二激光束。在两个激光束中，具有较短波长的激光束例如第一激光束可以聚焦在母基板组件100的顶表面，而具有较长波长的激光束例如第二激光束可以聚焦在母基板组件100的底表面上。母基板组件100的底表面与在其垂线上的顶表面分开。这是因为激光束具有的折射率可以根据激光束波长而变化，从而激光束的聚焦位置因此变化。在第一激光束具有比第二激光束短的波长的情况下，其具有比第二激光束高的折射率。因此，第一激光束聚焦在母基板组件的顶表面上。
将参考图6详细描述聚焦在母基板组件上的第一和第二激光束250。参考图6，从母基板组件100提供的激光束250是具有不同波长的激光束例如第一和第二激光束251和252的组合，它们同时聚焦在母基板组件100的顶表面和底表面上。第一激光束251具有比第二激光束252短的波长。因此，第一激光束251聚焦在母基板组件100的顶表面上，而具有比第一激光束251长的波长的第二激光束252聚焦在母基板组件100的底表面上。第一激光束251和第二激光束252可以聚焦在位于母基板组件100的垂线上的母基板组件100的同一位置上。在第一激光束251聚焦处的母基板组件100的顶表面上的点和在第二激光束252聚焦处的母基板组件100的底表面上的点在母基板组件100的垂线上彼此分开。
第一和第二激光束251和252可以例如为Nd：YAG激光束或飞秒激光束。此外，虽然通过具有两个激光束，即聚焦在母基板组件上的第一和第二激光束的示例示出本发明的示范性实施例，但本发明不限于此，且对于本领域的技术人员来说，显然多个激光可以聚焦在母基板组件的顶表面和底表面以及内部。
如上所述，母基板组件100包括具有多个TFT基板的TFT母基板(未显示)和具有多个滤色器基板的滤色器母基板(未显示)。母基板组件100可以具有将组装的母基板切割为液晶单元的对准标记。
在上述描述中，参考图5A和图6已示出母基板组件100沿第一方向被切割。在下面描述中，将参考图5B更详细描述沿第二方向切割母基板组件100的方法。
参考图5B到图6，沿母基板组件100的第二方向切割母基板组件100的方法也通过聚焦来自基板切割设备300的激光束250到母基板组件100上而进行。
在沿第一方向切割的母基板组件100对准的状态中，母基板组件100沿第二方向被切割。基板切割设备300将激光束250聚焦到将被沿第二方向切割的母基板组件100顶表面上的位置，并将激光束250沿基本平行于母基板组件100另一侧的第二方向移动，例如沿母基板组件100的横向。因此，母基板组件100被沿第二方向切割。
激光束可以是具有不同波长的至少两个激光束，例如第一和第二激光束251和252，如图6所示。
母基板组件100通过图5A和5B所示的工艺被切割为液晶单元。
如上所述，根据本发明的基板切割方法和设备至少具有下述优点。由于使用具有不同波长的至少两个激光束从上下表面同时切割基板，可以抑制碎屑或裂纹。
在使用激光切割基板时，不需要进行后续工艺，例如边缘打磨、清洁工艺等，因此减少了工艺步骤并提高了制造效率。
此外，由于不需要对基板进行物理切割，所以可以减少基板的损坏，例如发生破损的基板。
本领域的技术人员将理解，可以对优选实施例进行许多变化和改进而不实质脱离本发明的原理。因此，本发明的优选实施例是在一般和描述性的意义上使用的，而不是为了限制的目的。

Claims (18)

1、一种基板切割方法，包括：
制备母基板组件，其具有薄膜晶体管母基板和滤色器母基板；
同时聚焦至少两个激光束到彼此分开的至少两个不同的聚焦位置，所述至少两个不同的聚焦位置位于相对于所述母基板表面的垂线上；和
通过所述至少两个不同的聚焦位置切割所述母基板组件。
2、根据权利要求1所述的基板切割方法，其中所述母基板组件的切割包括：
在基本平行于所述母基板组件第一侧的第一方向上移动所述至少两个不同的聚焦位置；和
沿基本平行于所述母基板组件第二侧的第二方向上移动所述至少两个聚焦位置，所述第二侧基本垂直于所述母基板的第一侧。
3、根据权利要求2所述的基板切割方法，还包括在所述母基板组件的第一方向以预定间距重复移动所述至少两个不同的聚焦位置。
4、根据权利要求2所述的基板切割方法，还包括在所述母基板组件的第二方向以预定间距重复移动所述至少两个不同的聚焦位置。
5、根据权利要求1所述的基板切割方法，其中所述至少两个激光束的聚焦包括在所述母基板组件的顶表面聚焦第一激光束且同时在所述母基板组件的底表面聚焦第二激光束，其中所述第二激光束具有比所述第一激光束更长的波长，所述母基板组件的底表面与所述顶表面关于所述母基板组件的垂线分开。
6、根据权利要求5所述的基板切割方法，其中所述第一和第二激光束是Nd:YAG激光束，所述第一激光束具有约260到约270nm范围内的波长，所述第二激光束具有约350到约360nm范围内的波长。
7、根据权利要求5所述的基板切割方法，其中所述第一和第二激光束是飞秒激光束，所述第一激光束具有在约350到约450nm范围内的波长，且所述第二激光束具有在约750到约850nm范围内的波长。
8、根据权利要求1所述的基板切割方法，其中所述母基板组件的切割包括将所述母基板组件切割为液晶单元。
9、根据权利要求1所述的基板切割方法，还包括切割所述母基板组件的滤色器基板以暴露所述薄膜晶体管基板的预定区域。
10、一种基板切割设备，包括：
激光束产生体，产生至少两个激光束；
聚光部分，将所述激光束产生体产生的至少两个激光束聚集为一个聚集的激光束；和
聚焦透镜，将所述聚集的激光束聚焦到所述母基板组件的预定区域上。
11、根据权利要求10所述的基板切割设备，其中所述激光束产生体包括：
第一激光束产生体，产生第一激光束；和
第二激光束产生体，产生具有比所述第一激光束更长波长的第二激光束。
12、根据权利要求11所述的基板切割设备，其中所述第一和第二激光束是Nd:YAG激光束，所述第一激光束具有约260到约270nm范围内的波长，且所述第二激光束具有约350到约360nm范围内的波长。
13、根据权利要求11所述的基板切割设备，其中所述第一和第二激光束是飞秒激光束，所述第一激光束具有在约350到约450nm范围内的波长，且所述第二激光束具有在约750到约850nm范围内的波长。
14、根据权利要求10所述的基板切割设备，其中所述聚焦透镜将具有不同波长的第一和第二激光束聚焦到所述母基板组件垂线上的至少两个彼此分开的位置。
15、根据权利要求14所述的基板切割设备，其中所述第一激光束具有比所述第二激光束大的折射系数，所述第一激光束聚焦得比第二激光束更接近所述聚焦透镜，所述第二激光束在从所述第一激光束的聚焦位置分开预定距离的状态聚焦。
16、根据权利要求14所述的基板切割设备，其中所述聚焦透镜是平-凸透镜。
17、根据权利要求10所述的基板切割设备，还包括通过调节所述聚焦透镜的焦点来调节所述激光束的聚焦位置的聚焦调节单元。
18、根据权利要求17所述的基板切割设备，其中所述聚焦调节单元包括：
传感器，接收从所述母基板组件反射的激光束并产生预定控制信号；和
调节部分，通过相对所述母基板组件上下调节所述聚焦透镜而调节所述激光束的聚焦位置。
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