CN102574246B - 激光切割玻璃基板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从具有表面压缩层和拉伸层的强化玻璃基板切割出玻璃制品的方法，所述方法包括在所述强化玻璃基板的第一边缘上于表面压缩层内形成边缘缺损。所述方法还包括使贯穿裂口在边缘缺损处扩展穿过表面压缩层和拉伸层。贯穿裂口位于沿着玻璃制品与强化玻璃基板之间的切割线的分离区之前。

Description

激光切割玻璃基板的方法
相关申请的交叉参考
本申请根据35U.S.C.§119(E)要求2009年8月28日提交的美国临时专利申请第61/237728号的优先权。
技术领域
本说明书一般涉及切割和分离玻璃基板的方法，更具体地涉及对强化玻璃基板进行激光切割和分离的方法。
背景技术
薄强化玻璃基板，如化学强化、热强化或层压强化的基板，在消费电子领域具有广泛应用，因为它们具有优异的强度和抗损伤性。例如，这种玻璃基板可作为盖板，用于结合在移动电话、显示设备(如电视和计算机显示器)及其它各种电子设备中的LCD和LED显示器以及触摸应用。为降低制造成本，可能希望在形成这种用于消费电子设备的玻璃基板时，在单块大玻璃片上为多个设备进行薄膜成图，然后利用各种切割技术将该大玻璃基板裁切或分离成多块较小的玻璃基板。
压缩应力和积聚在中心张力区的弹性能的大小可能使化学强化玻璃基板的切割和精整变得困难。如同在传统的划线-折断工艺中那样，高表面压缩和深压缩层给玻璃基板的机械划线造成困难。此外，若积聚在中心张力区的弹性能足够高，则当表面压缩层被刺穿时，玻璃可能爆裂。在其它情况下，弹性能的释放可能导致破裂位置偏离所需的切割线，从而损坏玻璃基板。目前，许多生产工艺包括在强化工艺之前将未经化学强化的玻璃切割和精整成一定的形状。
因此，需要切割强化玻璃基板的替代方法。
发明内容
在一个实施方式中，一种从具有表面压缩层和拉伸层(tensile layer)的强化玻璃基板切割出玻璃制品的方法包括在强化玻璃基板的第一边缘上于表面压缩层内形成边缘缺损，并且在边缘缺损处使贯穿裂口(through vent)扩展穿过表面压缩层和拉伸层。贯穿裂口位于沿着玻璃制品与强化玻璃基板之间的切割线的分离区之前。
在另一个实施方式中，一种从具有表面压缩层和拉伸层的强化玻璃基板切割出玻璃制品的方法包括沿着玻璃制品与强化玻璃基板之间的切割线的长度扫描激光束，使之入射到表面压缩层上，从而使贯穿裂口沿着切割线扩展。
在另一个实施方式中，一种对具有表面压缩层和拉伸层的强化玻璃基板进行切割的方法包括沿着切割线在表面压缩层上形成缺损。所述方法还包括沿着切割线的长度扫描激光束，从而沿着切割线分离强化玻璃基板。
在以下的详细描述中提出了本文所述的实施方式的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施在本文(包括以下详细描述、权利要求书以及附图)中所述的实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述说明了各种实施方式，用来提供理解要求专利权的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各种实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来说明要求专利权的主题的原理和操作。 
附图说明
图1示意性地呈现了一个或多个实施方式中强化玻璃基板和激光系统的侧视图；
图2示意性地呈现了一个或多个实施方式中图1所示意性地呈现的强化玻璃基板和激光系统的透视图；
图3示意性地呈现了一个或多个实施方式中沿切割线移动的椭圆形激 光束斑(laser beam spot)；
图4A示意性地呈现了一个或多个实施方式中在位于强化玻璃基板上的边缘缺损处引发贯穿裂口的情形；
图4B示意性地呈现了一个或多个实施方式中已从边缘缺损扩展到强化玻璃基板的相对边缘的贯穿裂口；
图5A示意性地呈现了一个或多个实施方式中强化玻璃基板、激光系统和射水装置的侧视图；
图5B示意性地呈现了一个或多个实施方式中图5A所示意性地呈现的强化玻璃基板、激光系统和射水装置的透视图；
图6示意性地呈现了一个或多个实施方式中强化玻璃基板和激光系统的透视图，其中激光系统在边缘缺损周围进行快扫描；
图7A示意性地呈现了一个或多个实施方式中具有弯曲切割线的强化玻璃基板；
图7B示意性地呈现了一个或多个实施方式中从图7所示的强化玻璃基板上切割下来之后具有弯曲边缘的玻璃制品；
图8示意性地呈现了一个或多个实施方式中具有多个边缘缺损和多条扫描激光线，以便从强化玻璃基板上切割出多个制品的强化玻璃基板；以及
图9示意性地呈现了强化玻璃基板的压缩层和内拉伸区。
具体实施方式
下面详细介绍用来切割强化玻璃基板的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。如本文所述，从强化玻璃基板上切割出玻璃制品的方法通常包括在强化玻璃基板上形成缺损。所述缺损位于切割线上，所述切割线限定了分离区。激光束沿着切割线的整个长度在边缘缺损上快速扫描，在边缘缺损处引发贯穿裂口。贯穿裂口彻底穿过玻璃基板(即从上下层之间穿过)。激光束可沿着切割线的长度连续扫描，使得贯穿裂口沿着扫描激光线快速扩展通过玻璃基板，从玻璃基板上切割出玻璃制品。下 面将更详细描述用来切割出玻璃制品的方法的各种实施方式。
参考图1和2，该图示意性地呈现了利用贯穿裂口140(参见图4A和4B)从玻璃基板110上切割出玻璃制品150的示例性系统100，所述贯穿裂口140完全延伸穿过玻璃基板110的厚度。示例性系统100一般包含激光源104和激光扫描器106，所述激光扫描器106用来沿着位于支承表面120上的玻璃基板110的切割线116(即分离区)加热玻璃基板110。
在本文所述的实施方式中，玻璃基板110可具有第一表面117、第二表面119、第一边缘111和第二边缘113。玻璃基板110可用包括但不限于硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃在内的各种玻璃组合物形成。利用本文所述的方法的实施方式切割的玻璃基板可通过强化工艺强化，如离子交换化学强化工艺、热退火，或者通过层状玻璃结构如CORELLE件强化。应当理解，虽然本文的实施方式是结合化学强化玻璃基板描述的，本文所述的方法也可切割其它类型的强化玻璃基板。
图9示意性地呈现了通过强化工艺例如离子交换强化工艺进行过化学强化的玻璃基板110。玻璃基板110包含两个表面压缩层122a、122b和内拉伸层124。表面压缩层122a和122b保持在压缩应力状态，为玻璃基板110提供强度。内拉伸层124处于拉伸应力之下，补偿表面压缩层122a和122b内的压缩应力，使得两种力相互平衡，玻璃基板不至于破裂。
化学强化玻璃基板的抗损伤性是玻璃基板110上形成的表面压缩层122a和122b在强化工艺过程中产生的结果，所述强化工艺是例如离子交换强化工艺，常称作“化学强化”或“化学钢化”。化学强化工艺包括玻璃基板表面层内的离子与不同尺寸的离子在一定温度下发生交换，使得玻璃基板在使用温度下形成表面压缩应力。离子交换工艺所能获得的压缩应力的大小和表面压缩层的深度取决于玻璃组成。例如，经过化学强化的GORILLA玻璃中可存在大于750MPa的表面压缩应力和大于40μm的压缩层深度。作为比较，经过化学强化的钠钙玻璃基板中可存在小于750MPa(验算值)的表面压缩应力和小于15μm的压缩层深度。
在化学强化工艺的一个例子中，可对玻璃基板实施离子交换强化工艺，该工艺包括在温度保持低于玻璃应变点的熔盐浴中将玻璃基板沉浸一段足 够长的时间，使离子在玻璃表面中扩散至所需深度，以实现所需的应力分布。离子交换强化工艺使强化玻璃基板110在玻璃表面上具有增大的压缩应力而在玻璃内部区域具有增大的拉伸应力。玻璃基板可具有例如大于30×10-7/℃的热膨胀系数(CTE)。
激光源104和激光扫描器106可通过系统控制器(未示出)控制，所述系统控制器可以是计算机。激光源104可包含具有合适的波长的激光器，用来将光子能转移到玻璃基板110上。例如，激光源104可设置用来发射波长在红外范围内的激光束108。激光波长应经过选择，使得玻璃基板内存在吸收。在吸收较低的情况下，可采用高功率激光器或者多路吸收技术，以便将玻璃基板加热到能进行激光分离工艺的温度。在本文所述的实施方式中，激光源是CO2激光器，它产生波长约为9.4-10.6μm的红外光束。CO2激光源可以是以连续波模式工作的直流激光器。CO2激光器也可以脉冲模式工作，如提供约5-200kHz范围内的脉冲辐射的RF激发激光源。激光源104在扫描和切割操作中的工作功率取决于玻璃基板110的厚度以及表面积。玻璃基板110的厚度和/或表面积越大，进行切割操作所需的激光器功率越大。一般地，本文所述的实施方式中的激光源104可在几十瓦至几百或几千瓦范围内的连续波功率下工作。如下文所详述，一些实施方式使用与激光源104相结合的水射流。在使用水射流的实施方式中，激光源104的功率可降低。
激光源104可在一定功率下工作，激光束聚焦在焦距上，以免玻璃基板110的第一表面117过热和发生激光烧蚀。系统100中可使用扩束器(未示出)和一个或多个聚焦透镜(未示出)，以获得所需的激光束尺寸和焦距。在一个实施方式中，激光束108的直径可以是10mm，可在第一表面117上聚焦成1mm的直径。
激光扫描器106，如多边形扫描镜或扫描检流计反射镜，可位于激光源104后面的光路中。激光扫描器106可设置用来通过检流计在箭头107所示的方向上，沿着切割线116的整个长度单向或双向快速扫描激光束108。或者，在另一个实施方式中，激光束108可用多边形反射镜单向连续扫描。在一个实施方式中，激光扫描器106用来以大约1m/s的速度扫描激光束 108。在图1和2中，快速扫描激光束108被显示为多条激光束108a-108e，用来描绘横跨玻璃基板110扫描的激光束108。激光束108在玻璃基板110的第一表面117上沿着切割线116产生圆形束斑(例如109b-109d)。束斑109a-109d沿着切割线来回移动，如箭头118所示。如后文所述，玻璃基板110因扫描激光束加热而产生的温度变化使拉伸应力沿着切割线116形成，从而形成贯穿裂口140(参见图4A和4B)，所述贯穿裂口140完全延伸穿过玻璃基板110的厚度[即“全体(full body)”切割]并以受控方式沿着切割线扩展。
在一个实施方式中，束斑可以是图3所示的椭圆形激光束斑209。椭圆形激光束斑209可沿切割线116限定更狭窄的加热区。这样，过热或烧蚀可因激光功率密度降低而得以避免。椭圆形束斑209一般可具有长度为a的短轴280和长度为b的长轴290。短轴280延伸穿过椭圆形激光束斑的中点，如图3所示。长轴290一般可以是椭圆形束斑209在椭圆形束斑209的前缘282与后缘284之间的长度b，如图3所示。柱面透镜和/或其它光学元件可用来使激光束108成形，从而在第一表面上产生椭圆形束斑209。用来使激光束成形为椭圆形束斑的柱面透镜和/或其它光学元件可以例如与激光源104或激光扫描器106连成一体，也可以是单独的组件。
参考图1和2，根据一个实施方式，通过贯穿裂口的扩展从玻璃基板110切割出玻璃制品150的方法可包括首先在玻璃基板110的边缘111处，在第一表面117上引入缺损112，形成裂口引发点。缺损可位于边缘(即边缘缺损)，或者离边缘有一些距离，或者位于玻璃基板110本体中。在后文所述的一些实施方式中，缺损在化学强化玻璃基板的边缘上形成。
边缘缺损112可以是玻璃基板110的边缘处或边缘面上的小刻痕。边缘缺损112一般可位于玻璃基板110的第一表面117上，使得边缘缺损112沿着切割线116定位，随后可沿该切割线116将玻璃基板110分离(即分离区)。边缘缺损112可通过机械方法形成，如利用机械划线器、机械研磨轮，或者借助激光烧蚀或激光在玻璃基板本体内引入的损伤。
形成边缘缺损112之后，可将来自激光源104的激光束108导向玻璃基板110的第一表面117，并用激光扫描器106在该表面上扫描，使得扫描 激光束108形成入射到切割线116上的扫描激光线。激光束108可在箭头107所示的方向上，以例如大于0.5m/s的速度扫描。扫描激光束108的速度可取决于玻璃基板110的厚度、表面积和强度。如激光束108a-108e所描绘的扫描激光束形成多个限定扫描激光线的束斑109b-109d。可以理解，激光束108a-108e和束斑109b-109d仅用于说明的目的，用来表示激光束108快速扫过玻璃基板110的第一表面117。如下文所详述，入射到切割线116上的扫描激光线起引导贯穿裂口扩展的作用。为确保恰当引导贯穿裂口，操作激光扫描器106时，应使扫描激光线的长度等于或大于玻璃基板110或切割线116的长度。若扫描激光线小于玻璃基板110的长度，则贯穿裂口可能偏离切割线，形成具有错误边缘的玻璃制品。
扫描激光束108可在一定的功率水平下工作，以便沿着切割线加热玻璃基板110，包括在边缘缺损112处加热。玻璃基板110对红外激光源具有较强的吸收，所述红外激光源可以是在例如约10.6μm的波长处工作的CO2激光器。CO2激光器的作用类似于表面加热器，快速加热玻璃材料的表面。但是，激光扫描器106快速扫描激光束108可使产生的热量通过玻璃基板110的本体扩散，同时在处于压缩应力下的第一表面117处避免过热和应力松弛。
参考图1、2、4A和4B，通过扫描激光束108在边缘缺损112上加热，在位置142处打开贯穿裂口，位置142位于或靠近边缘缺损112处。本文所用的词语“贯穿裂口”是指从第一表面117(例如上表面)一直延伸到第二表面119(例如下表面)的裂口。参考图4A，在位置142处显示了贯穿裂口140。由于扫描激光束108提供热量，贯穿裂口140在边缘缺损112处打开。为了说明贯穿裂口140如何在位置142处打开，图4A所示的贯穿裂口140具有夸大的尺寸/形状。例如，贯穿裂口140可以是自边缘缺损112处开始的小裂纹。
如图4A所示，贯穿裂口140开始沿着切割线116扩展穿过玻璃基板110。贯穿裂口140位于沿着切割线116的分离区前面，该分离区将玻璃制品150与玻璃基板110分开。图4B呈现了已经沿着笔直的切割线116，从边缘111处的边缘缺损112扩展穿过玻璃基板并到达第二边缘113的贯穿 裂口140，从而将玻璃制品150与玻璃基板110分开。贯穿裂口140在阻力最小的方向上加速形成，所述阻力最小的方向由沿着切割线116的扫描激光线提供。在一个实施方式中，贯穿裂口140沿着切割线116，以约1.3km/s的扩展速度快速扩展穿过玻璃基板110。扫描激光束108在玻璃基板110的本体内产生垂直于扫描激光线(即切割线116)的方向的拉伸应力场。贯穿裂口的快速扩展是垂直于扫描激光线的净拉伸应力的结果。拉伸应力是本征应力场与瞬态应力场叠加产生的。对于强化玻璃基板，本征应力场是在强化或抛光(glazing)的过程中产生的，它沿玻璃厚度呈压缩-拉伸-压缩状态。瞬态应力是通过沿着扫描激光线进行激光加热产生的，它可以是拉伸-压缩-拉伸状态。分离区的净拉伸应力使贯穿裂口沿着扫描激光线的方向扩展。净拉伸应力在玻璃片本体中最高。裂纹前端开始可在玻璃本体内部扩展，然后在表面处突破玻璃压缩层。
作为例子而非限制，用上述方法切割玻璃基板110，该玻璃基板110包含100×150×0.95mm厚的玻璃片，通过离子交换强化工艺进行过化学强化。在410℃的100％KNO3熔融浴中将玻璃片沉浸8小时。该离子交换强化工艺形成化学强化的玻璃片，它在深度约为51μm处具有压缩应力约为769MPa的表面压缩层，并具有计算值约为46MPa的中心张力区。中心张力(CT)利用下式计算：
CT = CS × DOL t - 2 * DOL , - - - ( 1 ) ;
其中CS是表面压缩应力，DOL是压缩层的深度，t是玻璃基板厚度。
通过用碳化物笔尖刻划玻璃片，在玻璃片上表面边缘引入边缘缺损。操作激光源，使之以约80W的功率发射波长约为10.6μm、光束直径为1mm的激光束，该激光束在玻璃表面上散焦。激光扫描器在笔直的切割线上方，以约1m/s的速度快速来回扫描激光束，产生扫描激光线。扫描激光线约为125mm，因此比玻璃基板长。大约扫描激光束1秒之后，贯穿裂口在边缘缺损处被引发并迅速扩展穿过玻璃片，从而沿切割线分离玻璃片。
图5A和5B呈现了通过贯穿裂口的扩展从玻璃基板110切割出玻璃制品150的方法的另一个实施方式。此实施方式的系统100类似于图4A和4B所示的实施方式，不同之处是该系统现在包含射水喷嘴130，用来将水 射流132导向缺损112处的被加热的玻璃基板110。在此实施方式中，缺损112位于玻璃基板110的上表面117上偏离边缘111的地方。例如，缺损距离边缘111大约5mm。在利用水射流的其它实施方式中，缺损也可位于玻璃基板边缘处。水射流132使缺损112急冷，导致玻璃基板110在缺损112处发生温度变化。此温度变化导致缺损112上产生拉伸应力，从而在缺损112处形成贯穿裂口140(参见图4A和4B)，该贯穿裂口140完全延伸通过玻璃基板110的厚度。
水射流一般可包含从射水喷嘴射出并被导向玻璃基板表面的加压流体流。加压流体可包含水。尽管水是可用来冷却缺损的一类冷却剂，但也可使用其它液体，如液氮、乙醇。或者，水射流可包括压缩气体，例如压缩空气、压缩氮气、压缩氦气或类似的压缩气体。水射流也可包含液体和压缩气体的混合物。例如，在一些实施方式中，水射流是压缩空气与水的混合物。
水射流132可从射水喷嘴130端部的孔(未示出)射出。在一个实施方式中，所述孔是提供3cm3/min流速的75μm孔。参考图5B，当水射流132向玻璃基板110的第一表面117行进时，水射流132的边缘从射水喷嘴130的中心发散开，使水射流132入射到玻璃基板110的第一表面117上形成的水斑134具有直径Dj，该直径大于射水喷嘴130中的孔的直径。相对于扫描方向107，射水喷嘴130可位于激光源104后面。在本文所述的实施方式中，射水喷嘴130可相对于玻璃基板110的第一表面117按一定的角度取向，使得水射流132相对于玻璃基板110的第一表面117以小于90度的角度入射到玻璃基板表面上。
如上面结合图1和2所述，激光束108在箭头107所示的方向上，沿着切割线116在玻璃基板110的第一表面117上来回快速扫描。扫描激光束108也可用激光束108a-108e表示。扫描激光束108在箭头118所示的方向上，沿着切割线116产生多个束斑109b-109d。束斑109b-109d沿着切割线116形成扫描激光线。此扫描激光线沿着切割线116加热玻璃基板110。
可在扫描激光束沿着切割线加热玻璃基板110的同时，将水射流132施加到缺损112上。或者，激光扫描器106可先沿着切割线116扫描一段 时间(例如1秒)的激光束108。然后，激光源104可停止发射激光束108，此时射水喷嘴130开始使水射流132流到缺损112上。这可使缺损112先达到最高温度，再被所施加的水射流132冷却，并引发贯穿裂口。
在缺损112处施加水射流132可降低在缺损112处引发贯穿裂口140所需的激光功率。例如，在一些实施方式中，当使用水射流132时，引发贯穿裂口140所需的激光束功率大约比不用水射流132时所需的激光束功率小20％。参考上面结合图1和2所示的实施方式提供的例子，利用功率约为65W的激光束沿笔直的切割线切割用类似方法制备的离子交换玻璃片。
现在参考图1、2和6，它们呈现了通过贯穿裂口的扩展从玻璃基板110切割出玻璃制品150的方法的另一个实施方式。在此实施方式中，如上文所述，激光束108沿着切割线116的整个长度，横跨玻璃基板110的第一表面117单向或双向快速扫描一段时间(例如半秒钟)。扫描完整个长度后，控制激光扫描器106，在箭头107所示的方向上，沿着短扫描线114快速扫描激光束108。短扫描线114覆盖边缘缺损112并与切割线116重叠。在产生短扫描线114期间，激光束108的扫描速度可类似于激光束108在沿切割线116产生全长扫描线期间的扫描速度(即约1m/s)。激光束108f和108g描绘了扫描在短扫描线114上的扫描激光束108。扫描激光束108产生的束斑(例如束斑109f和109g)限定了短扫描线114。短扫描线的长度可适合在边缘缺损112处产生局部加热，以引发贯穿裂口140。在一个实施方式中，短扫描线114的长度可约为例如10mm。
短扫描线114的局部加热在边缘缺损112处产生额外的拉伸应力，从而打开贯穿裂口140。由于分离区事先在施加全长扫描激光线期间被加热过，为贯穿裂口140的扩展提供了阻力最小的路径，所以贯穿裂口140沿着切割线116扩展。
本文所述的方法也可用来切割涂覆有薄(例如小于0.5mm)聚合物材料的玻璃基板，或者至少有一个表面被例如化学蚀刻工艺糙化过的玻璃基板。当玻璃基板的一个表面被涂覆时，可在未涂覆表面上引入机械缺损，而用激光扫描涂覆表面，从而一步切割经涂覆的玻璃基板。当玻璃基板具 有至少一个糙化表面时，若存在未糙化表面，则可用激光扫描该未糙化表面。由于表面散射损失，通过激光扫描从经过糙化的一侧切割玻璃基板可能需要更高的激光功率。
还注意到，扫描激光束108在玻璃表面的反射(菲涅尔)损失也应加以考虑和补偿。当激光束在玻璃基板110的表面上扫描时，反射损失会随着入射角的增大而增大(垂直入射的入射角为0°)。反射损失可通过相应地改变激光束扫描速度(例如设置速度曲线或者进行变速扫描)来补偿。例如，参见图1，可对激光扫描器106加以控制，使得当扫描激光束的入射角为垂直入射(光束108c)时，扫描激光束108以参比扫描速度沿着切割线扫描。由于扫描激光束的入射角随着扫描激光束108沿切割线116扫描而增大，可控制激光扫描器106，将扫描激光束108的扫描速度相应地减慢，以补偿反射损失(例如光束108a和108e)。通过减慢扫描激光束的扫描速度，光束将提供增强的辐射加热作用，补偿由于入射角增大而引起的任何反射损失。
本文所公开的实施方式还可用来从化学强化玻璃基板切割出具有弯曲边缘的玻璃制品。图7A和7B呈现了要从其中分离出具有弯曲边缘215的玻璃制品250的玻璃基板210。如图7B所示，分离出的示例性玻璃制品250具有弯曲的边缘215。为了从玻璃基板210切割出玻璃制品250，先在第一表面217的第一边缘211上形成边缘缺损212。如上所述，边缘缺损212可通过机械方法或通过激光烧蚀施加。
参考图7A，弯曲的切割线216限定了弯曲的分离区。在此例子中，弯曲的切割线216从第一边缘211开始，到第二边缘218终止。切割线也可包含两条曲线，使切割线起始和终止于单一边缘(例如第一边缘211)。在弯曲的切割线216上扫描激光束，如图1和2所示的激光束。弯曲的扫描激光线可比弯曲的切割线216长，以确保所产生的贯穿裂口在扩展过程中不偏离弯曲的切割线216。弯曲的扫描激光线的弯曲部分可包含多个较小的笔直部分，这些较小的笔直部分之间具有大约90°的弯度。通过这种方式，可产生弯曲的扫描激光线的弯曲部分。
如上所述，当激光束沿着弯曲的扫描激光线扫描时，贯穿裂口被打开 (参见图4A和4B)。在进行弯曲切割时，也可利用上述水射流或短扫描线引发贯穿裂口140。然后，贯穿裂口140沿着弯曲的切割线216快速扩展，从而将具有弯曲边缘215的玻璃制品250从玻璃基板210上分离出来。
作为例子而非限制，利用上述弯曲的扫描激光线，切割如上文所述通过离子交换强化工艺进行过化学强化、包含100×150×0.95mm厚的玻璃片的玻璃基板。所预备的玻璃片与前面的例子中所述的玻璃片具有基本上相同的应力分布。切割线包含曲率半径约为10mm的弯曲部分。通过用碳化物笔尖形成刻痕，在玻璃片的第一边缘上形成边缘缺损。激光功率约为90W的激光束以大约1m/s的速度在弯曲的切割线上快速扫描。扫描激光线的弯曲部分包含多个笔直的部分，这些笔直的部分之间包含大约90°的弯度。贯穿裂口在边缘缺损处开始形成，并沿着弯曲的切割线扩展。
本文所述的方法还可用来从化学强化玻璃基板切割出具有各种形状的玻璃制品。所述各种形状可包含一个或多个弯曲边缘。在一个实施方式中，激光束可如上所述沿着成形部件的周缘扫描，以实现仿形切割。对于周缘较长的形状，可能需要增大激光功率，以确保在引发和扩展贯穿裂口之前恰当加热切割线(例如激光功率大于100W)。在另一个实施方式中，可分两个切割步骤从化学强化玻璃基板分离具有弯曲形状或任意形状的玻璃制品。第一步，先利用上述方法将具有弯曲边缘或任意边缘的玻璃制品从玻璃基板分离到较小的矩形玻璃片中。第二步，在玻璃制品的弯曲或成形部分上扫描激光束，获得所需的形状。此实施方式可能需要较小的激光功率，因为分离出较小的矩形体得到了可供激光功率在其中分布的较小表面积。
下面描述成形切割方法的示例性实施方式。通过离子交换工艺，对两块包含两块60×100×0.55mm厚的玻璃片的玻璃基板110进行化学强化。玻璃基板的CTE为91×10-7/℃。一块玻璃片经离子交换后获得780MPa的压缩应力和7μm的层深(DOL)，计算得到的中心张力为10MPa。另一块玻璃片经离子交换后获得780MPa的压缩应力和30μm的DOL，计算得到的中心张力为48MPa。RF CO2激光源在20kHz工作，发射波长约为10.6μm的激光束。该激光束在85W下工作，具有1mm的直径，并且在每个玻璃表面上散焦。激光扫描器在具有弯角(每个角的半径为10mm)的矩形图案 上方，以约1.5m/s的速度单向快速扫描激光束。扫描的激光束与用碳化物笔尖形成的边缘缺损重叠。重复扫描约1-2秒后，形成两块具有圆角的40×80mm矩形部件。
因为贯穿裂口的扩展速度非常快(例如1.3km/s)，本文所述的实施方式在高产量制造厂的应用可能具有吸引力。切割化学强化玻璃的传统方法比较慢，因为玻璃制品要么先从较大的未经化学强化的玻璃基板上分离，然后进行化学强化，要么通过又慢又麻烦的划线-折断工艺切割。此外，非常薄的玻璃基板(例如厚度小于1mm)在划线-折断工艺中容易破裂，这会产生大量废料。
图8呈现了一块大的化学强化玻璃基板310，可用本文所述的方法将它切割成多条矩形条带350a-350j。可沿玻璃基板310的边缘311形成边缘缺损312a-312i。可操作单一激光源，从边缘缺损(例如边缘缺损312a)开始，在切割线上来回依次扫描激光束，产生扫描激光线(例如扫描激光线316a)，该扫描激光线比玻璃基板310的长度更长。可扫描激光束，直到矩形条带(例如矩形条带350a)从玻璃基板310上分离。可依次重复该操作，直至切割出每条矩形条带350a-350j。在另一个实施方式中，可用多个激光源从玻璃基板上切割出矩形条带350a-350j。分离矩形条带350a-350j之后，可进一步进行激光切割，使玻璃制品获得所需的形状。通过这种方式，可实现玻璃制品从经过化学处理的玻璃基板上的快速而有效的高产量切割。
作为例子而非限制，用上述方法切割玻璃基板110，该玻璃基板110包含225×300×0.975mm厚的玻璃片，该玻璃片通过离子交换强化工艺进行过化学强化。玻璃离子交换强化工艺形成化学强化玻璃片，所述玻璃片在约46μm的DOL处具有压缩应力约为720MPa的表面压缩层，并具有计算值约为37MPa的中心张力区。玻璃基板的CTE为91×10-7/℃。
沿着矩形玻璃片的两条300mm边缘之一引入五个等距缺损。所述缺损位于玻璃片的上表面上，通过用碳化物笔尖刻划玻璃片形成。操作激光源，发射波长约为10.6μm、功率约为105W的激光束。激光束具有1mm的直径，在玻璃表面上散焦。激光扫描器在笔直的切割线上方，以约2.5m/s的速度 来回快速扫描激光束，产生扫描激光线。扫描激光线约为250mm，因此比玻璃基板的长度(225mm)更长。使缺损与扫描激光束对齐之后，依次将玻璃基板切割成尺寸相同(50×225mm)的六片。
为进一步切割六片玻璃中的每片玻璃，沿着225mm边缘之一，在六块矩形玻璃片的中间引入机械边缘缺损。重复相同的过程，直至获得12片50×122.5mm的玻璃片。
现在应当理解，本文所述的实施方式可用来切割化学强化玻璃基板。可在玻璃基板上形成缺损，然后沿着切割线的整个长度扫描激光束，引发贯穿裂口，所述贯穿裂口沿着切割线扩展，从玻璃基板分离出玻璃制品。
需要注意，为了描述和限定本文所述的实施方式，本文用词语“大约”、“约”和“基本上”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用词语“基本上”表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致所讨论的主题的基本功能改变。
需要注意，本文在描述本发明的组件可以特定的方式“设置”或“操作”，可“设置”或“操作”用来以特定的方式实现特定的性质或功能时，这种描述是结构性描述，而不是对目标用途的描述。更具体来说，本文在描述组件的“设置”或“操作”方式时，它是指出所述组件的现有物理条件，因此可将其看作对该组件的结构特征的限定性描述。
需要注意，以下权利要求书中的一项或多项权利要求使用短语“其特征在于”作为过渡语。需要注意，为了对本文所述的实施方式进行限定，在权利要求书中引入该短语作为开放式过渡语，用来引出对一系列结构特征的描述，应当以类似的方式将其解释为更常用的开放式先行词“包含”。
本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求书及其等同内容的范围之内。

Claims (18)

1.一种从具有表面压缩层和拉伸层的强化玻璃基板切割出玻璃制品的方法，所述方法包括：
在所述强化玻璃基板的第一边缘上于所述表面压缩层内形成边缘缺损；以及
通过在强化玻璃基板内产生从强化玻璃基板第一边缘到第二边缘沿着切割线的整个长度存在的拉伸应力场来使贯穿裂口在所述边缘缺损处扩展穿过所述表面压缩层和拉伸层，其中拉伸应力场通过在表面压缩层上沿着切割线的整个长度来回扫描激光束形成，所述拉伸应力场垂直于所述切割线，所述贯穿裂口位于沿着所述玻璃制品与所述强化玻璃基板之间的切割线的分离区之前。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束的扫描产生扫描激光线，所述扫描激光线的长度等于或大于所述切割线的长度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
当所述激光束相对于所述强化玻璃基板处于垂直入射角时，所述激光束以参比扫描速度扫描；以及
当所述激光束沿着所述切割线扫描时，随着所述扫描激光束的入射角逐渐增大，所述激光束以逐渐下降的扫描速度扫描，所述逐渐下降的扫描速度自参比扫描速度开始下降。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述贯穿裂口在所述边缘缺损处扩展还包括：
沿着所述切割线的整个长度来回扫描激光束；以及
沿着所述切割线的整个长度来回扫描激光束一段时间后，在所述边缘缺损上沿着短扫描线来回扫描所述激光束。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述边缘缺损通过激光烧蚀形成，或者通过用激光在强化玻璃基板的本体区域内引起损伤来形成。
6.一种从具有表面压缩层和拉伸层的强化玻璃基板切割出玻璃制品的方法，所述方法包括沿着所述玻璃制品与所述强化玻璃基板之间的切割线的整个长度来回扫描激光束，使所述激光束入射到表面压缩层上，产生沿着切割线的整个长度存在的拉伸应力场，从而使贯穿裂口沿着所述切割线扩展，其中激光束的扫描在表面压缩层上产生沿着切割线的整个长度存在的扫描激光线。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扫描激光线的长度等于或大于所述切割线的长度。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
当所述激光束相对于所述强化玻璃基板处于垂直入射角时，所述激光束以参比扫描速度扫描；以及
当所述激光束沿着所述切割线扫描时，随着所述扫描激光束的入射角逐渐增大，所述激光束以逐渐下降的扫描速度扫描，所述逐渐下降的扫描速度自参比扫描速度开始下降。
9.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括在所述强化玻璃基板的第一边缘上形成边缘缺损，其中所述贯穿裂口在所述边缘缺损处产生，并位于沿着所述玻璃制品与所述强化玻璃基板之间的切割线的分离区之前。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法还包括在沿着所述切割线的整个长度来回扫描激光束一段时间后，在所述边缘缺损上沿着短扫描线来回扫描激光束。
11.一种切割具有表面压缩层和拉伸层的强化玻璃基板的方法，所述方法包括：
在所述强化玻璃基板的表面压缩层上形成边缘缺损，所述边缘缺损位于切割线上，从强化玻璃基板的第一边缘延伸到强化玻璃基板的第二边缘；以及
来回扫描激光束，产生沿着所述切割线的整个长度延伸的扫描激光线，从而沿着所述切割线分离强化玻璃基板。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述扫描激光线的长度等于或大于所述切割线的长度。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述切割线从所述强化玻璃基板的第一边缘开始，到所述强化玻璃基板的第二边缘终止。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述切割线开始和终止于所述强化玻璃基板的单一边缘。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在沿着所述切割线的整个长度来回扫描激光束之后，在所述边缘缺损上沿着短扫描线来回扫描激光束。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述激光束通过工作频率在0Hz-200kHz的范围内的脉冲CO2激光器产生。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对所述激光束成形，使所述激光束在所述强化玻璃基板上照射出椭圆形束斑，所述椭圆形束斑具有与所述切割线对齐的长轴。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
一段时间后关闭所述扫描激光束；以及
关闭所述扫描激光束之后，将水射流施加在所述边缘缺损上，沿着所述切割线打开贯穿裂口。
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