CN108581189B - 激光切割方法 - Google Patents

Abstract

激光切割方法系应用于切割偏光片。激光切割方法包含：提供非线偏振光线；将非线偏振光线通过偏振调整元件而调整为第一线偏振光线；以及藉由第一线偏振光线切割偏光片。藉此，被切割的偏光片实质上会将第一线偏振光线吸收，以避免于应用光束对偏光片进行切割时，光束会因为对焦不良而击伤位于偏光片后的基材，进而提高产品的良率。

Description

激光切割方法

技术领域

本案系关于一种藉由激光切割装置所执行的激光切割方法。

背景技术

一般而言，切割方法可包含钻头切割方法以及水刀切割方法。钻头切割方法系利用旋转切割钻头对基材进行切割。然而，切割时会造成基材的震动。因此，钻头切割方法仅能使用于厚度较厚的基材及/或弹性较低的基材，以避免切割时之震动造成基材的损坏或基材位置的偏移。此外，藉由钻头切割方法所切割出的基材除了精准度较低之外，于基材的边缘处会产生不必要的毛边。

再者，水刀切割方法系利用旋转裁切片，并注入水以进行切割。然而，切割时需要注入水进行降温。切割完成之后需要进行烘烤等后续作业，因而提高产品的生产成本以及制造时间。因此，如何解决前述问题系本领域所属技术人员所一直面对的问题。

发明内容

依据本揭露之一实施方式，激光切割方法系应用于切割偏光片。激光切割方法包含：提供非线偏振光线；将非线偏振光线通过偏振调整元件而调整为第一线偏振光线；以及藉由第一线偏振光线切割偏光片。

于本揭露的一或多个实施方式中，在藉由第一线偏振光线切割偏光片之前，激光切割方法还包含：使偏振调整元件的光轴与偏光片的光轴相对旋转，以降低第一线偏振光线通过偏光片之后之第二线偏振光线的光强度。

于本揭露的一或多个实施方式中，前述之激光切割方法，更包含当第二线偏振光线的光强度小于或实质上等于一强度低点时，停止相对旋转偏振调整元件的光轴与偏光片的光轴。

于本揭露的一或多个实施方式中，前述之激光切割方法，更包含当第二线偏振光线的光强度小于或实质上等于一强度低点时，维持第二线偏振光线的光强度。

于本揭露的一或多个实施方式中，前述之当第二线偏振光线的光强度实质上为零时，维持第二线偏振光线的光强度。

于本揭露的一或多个实施方式中，在藉由第一线偏振光线切割偏光片之前，激光切割方法还包含：使偏振调整元件的光轴与偏光片的光轴正交。

于本揭露的一或多个实施方式中，在藉由第一线偏振光线切割偏光片之前，激光切割方法还包含：对焦第一线偏振光线至偏光片。

于本揭露的一或多个实施方式中，前述之藉由第一线偏振光线切割偏光片，包含：提高非线偏振光线的光强度，以切割偏光片。

于本揭露的一或多个实施方式中，前述之将非线偏振光线通过偏振调整元件而调整为第一线偏振光线，系将非线偏振光线通过另一偏光片而调整为第一线偏振光线。

于本揭露的一或多个实施方式中，前述之将非线偏振光线通过偏振调整元件而调整为第一线偏振光线，系将非线偏振光线通过四分之一波长延迟片而调整为第一线偏振光线。

综上所述，本揭露将非线偏振光线调整为第一线偏振光线，并进一步将第一线偏振光线调整为第二线偏振光线。当侦测器侦测到第二线偏振光线的光强度处于一强度低点时，提高非线偏振光线的光强度以移除贴合材料的第二区域。藉此，被切割物的贴合材料实质上将第一线偏振光线全部吸收，以避免于应用光束对被切割物的贴合材料进行切割时，光束会因为对焦不良而击伤被切割物的被贴物，进而提高产品的良率。

附图说明

为让本揭露之上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式之说明如下：

图1绘示依据本揭露一实施方式之激光切割装置的架构示意图。

图2绘示依据本揭露一实施方式之被切割物的立体图。

图3绘示依据本揭露一实施方式之第二线偏振光线的光强度对应线偏振调整元件的光轴相对贴合材料的光轴之旋转角度的关系图。

图4、图5、图6分别绘示依据本揭露一实施方式之激光切割方法的流程图。

附图标记：

1：激光切割装置

2：被切割物

10：光源

11：光源扩束器

12：偏振调整元件

14：旋转机构

15：对焦元件

16：侦测器

17：控制器

18：承载台

20：光点

22：贴合材料

24：被贴物

120、228：光轴

220：第一区域

222：第二区域

224：交界线

226：贴合面积

240：表面

C：低点

L：光束

L1：非线偏振光线

L2：第一线偏振光线

L3：第二线偏振光线

V：高点

X、Y、Z：方向

1000：方法

1010～1084：步骤

具体实施方式

以下的说明将提供许多不同的实施方式或实施例来实施本揭露的主题。元件或排列的具体范例将在以下讨论以简化本揭露。当然，这些描述仅为部分范例且本揭露并不以此为限。例如，将第一特征形成在第二特征上或上方，此一叙述不但包含第一特征与第二特征直接接触的实施方式，也包含其他特征形成在第一特征与第二特征之间，且在此情形下第一特征与第二特征不会直接接触的实施方式。此外，本揭露可能会在不同的范例中重复标号或文字。重复的目的是为了简化及明确叙述，而非界定所讨论之不同实施方式及配置间的关系。

此外，空间相对用语如「下面」、「下方」、「低于」、「上面」、「上方」及其他类似的用语，在此是为了方便描述图中的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。空间相对用语除了涵盖图中所描绘的方位外，该用语更涵盖装置在使用或操作时的其他方位。也就是说，当该装置的方位与图式不同(旋转90度或在其他方位)时，在本文中所使用的空间相对用语同样可相应地进行解释。

请参照图1。图1绘示依据本揭露一实施方式之激光切割装置1的架构示意图。激光切割装置1系应用于切割被切割物2。于本实施方式中，被切割物2包含贴合材料22以及被贴物24。其中贴合材料22为偏光片，而被贴物24为透镜，但本案不以此为限。

如图1所示，于本实施方式中，激光切割装置1包含光源10、光源扩束器11、偏振调整元件12、旋转机构14、对焦元件15、侦测器16、控制器17以及承载台18，且光源10、光源扩束器11、偏振调整元件12、对焦元件15以及侦测器16依序沿着方向Z排列。以下将详细说明激光切割装置1所包含之各元件的结构、功能以及各元件之间的连接关系。

如图1所示，光源10系配置以射出包含非线偏振光线L1的光束L。于本实施方式中，光束L自依序通过光源扩束器11、偏振调整元件12以及被切割物2，并抵达侦测器16。于本实施方式中，光束L为雷射光。光束L中非线偏振光线L1的电场振动方向的两个正交分量相位不相同而振幅相同。于一些实施方式中，光束L中非线偏振光线L1的电场振动方向的两个正交分量相位、振幅不相同。

于一实施例中，非线偏振光线L1为圆偏振光线，但本案不以此为限。于其他实施方式中，非线偏振光线L1也可为椭圆偏振光线。于一些实施方式中，光束L的波长可依据被切割物2中贴合材料22之光学特性及所需之切割宽度而定，例如，光束L可选择自红外区域、可视区域、紫外区域。于本实施方式中，光束L为CO₂雷射，但本案不以此为限。于一些实施方式中，光束L可使用YAG雷射(例如Nd：YAG雷射)或光纤电射。

于本实施方式中，偏振调整元件12设置于光源10与被切割物2之间，具有光轴120，并用以将非线偏振光线L1调整为第一线偏振光线L2。于本实施方式中，偏振调整元件12为四分之一波长延迟片。当非线偏振光线L1通过四分之一波长延迟片时，非线偏振光线L1的能量未被四分之一波长延迟片吸收，并调整为第一线偏振光线L2。也就是说，第一线偏振光线L2的光强度实质上相同于非线偏振光线L1的光强度。于一些实施方式中，偏振调整元件12为偏光片。当非线偏振光线L1通过偏光片时，非线偏振光线L1的部分能量被偏光片吸收，而调整为第一线偏振光线L2时。也就是说，第一线偏振光线L2的光强度小于非线偏振光线L1的光强度。

请配合参照图2。图2绘示依据本揭露一实施方式之被切割物2的立体图。如图所示，被贴物24为三维异形元件，并具有面向光源10的表面240。被贴物24的表面240为非平坦的。亦即，被贴物24的表面240的轮廓不位于同一平面上，但本案不以此为限。

于本实施方式中，被切割物2的贴合材料22具有贴合面积226，为层状结构，且共形地贴合于被贴物24的表面240上。因此，被切割物2的贴合材料22具有与被贴物24的表面240实质上相同的轮廓，而不位于同一平面上。于本实施方式中，贴合材料22为偏光片，并具有光轴228(见图1)。于本实施方式中，将贴合材料22贴合至被贴物24的方法包含热形成(thermal forming)，但本案不以此为限。

如图2所示，贴合材料22的贴合面积226系大于被贴物24之表面240的面积，以确保贴合材料22可覆盖被贴物24的整个表面240。举例来说，被切割物2的贴合材料22具有第一区域220、第二区域222以及位于第一区域220与第二区域222之间的交界线224。贴合材料22的第一区域220与待贴物整个的表面240吻合。贴合材料22的第二区域222围绕被贴物24，而不接触被贴物24。贴合材料22的交界线224系邻接于被贴物24的外缘。于本实施方式中，在贴合材料22贴合于被贴物24之后，贴合材料22的第一区域220会被保留，而贴合材料22的第二区域222会被视为余料而被移除。

如图1所示，由于被切割物2的贴合材料22为偏光片，当第一线偏振光线L2抵达贴合材料22时，至少部分第一线偏振光线L2会被贴合材料22吸收，而另一部分第一线偏振光线L2通过贴合材料22，则被调整为第二线偏振光线L3。第二线偏振光线L3的偏振方向与第一线偏振光线L2的偏振方向实质上相同，而彼此平行。第二线偏振光线L3的光强度小于第一线偏振光线L2的光强度。

当利用光束L对被切割物2的贴合材料22进行切割以移除部分贴合材料22时，光束L需对焦于贴合材料22上，以于贴合材料22上形成光点20，并相对贴合材料22移动光点20而进行切割。然而，由于被切割物2的贴合材料22为非平坦的，因此欲将光束L对焦于被切割物2的贴合材料22上时，则必须随着切割轨迹而于方向Z上调整对焦的位置。

若藉由非线偏振光线L1对被切割物2的贴合材料22进行切割，则当对焦的位置不落于被切割物2的贴合材料22上，而是落于被贴物24上时，非线偏振光线L1会通过贴合材料22而破坏被贴物24。相对地，于本实施方式中，由于藉由第一线偏振光线L2对被切割物2的贴合材料22进行切割，则当对焦的位置不落于被切割物2的贴合材料22上，而落于被贴物24上时，大部分的第一线偏振光线L2会被贴合材料22吸收，而会减少对于被贴物24的损坏。

请同时参照图1至图3。图3绘示依据本揭露一实施方式之第二线偏振光线L3的光强度对应偏振调整元件12的光轴120相对贴合材料22的光轴228基于方向Z之旋转角度的关系图。其中光强度已被正规化，亦即，将不同旋转角度下光强度的数值同时除以不同旋转角度下光强度中的最大值。如图1至图3所示，于本实施方式中，随着被切割物2的贴合材料22的光轴228相对偏振调整元件12的光轴120基于方向Z旋转至不同角度，第二线偏振光线L3会对应具有不同的光强度。

如图3所示，当被切割物2的贴合材料22的光轴228相对偏振调整元件12的光轴120之旋转角度，而旋转约90度时，第二线偏振光线L3的光强度会自强度高点V转变为强度低点C。亦即，被切割物2的贴合材料22的光轴228，相对偏振调整元件12的光轴120于90度的旋转范围中，第二线偏振光线L3的光强度会逐渐降低。

于本实施方式中，强度高点V为图3所示之曲线中光强度的最大值，而强度低点C为图3所示之曲线中的光强度的最小值。于本实施方式中，第二线偏振光线L3的光强度的强度低点C实质上为零，但本案不以此为限。于一些实施方式中，于图3所示之曲线中不同大小的两数值皆可设计为强度高点V与强度低点C。

于本实施方式中，当第二线偏振光线L3的光强度处于强度高点V时，第一线偏振光线L2实质上全部通过被切割物2的贴合材料22，且实质上相同于第二线偏振光线L3。当光束L的光强度处于强度高点V与强度低点C之间时，部分第一线偏振光线L2被贴合材料22吸收，而另一部分的第一线偏振光线L2通过贴合材料22，且调整为第二线偏振光线L3。当光束L的光强度处于强度低点C时，第一线偏振光线L2实质上全部被贴合材料22吸收。

藉此，于本实施方式中，被切割物2的贴合材料22实质上将第一线偏振光线L2全部吸收，以避免于应用光束L对被切割物2的贴合材料22进行切割时，光束L会因为对焦不良而击伤被切割物2的被贴物24。

于图1中，旋转机构14衔接切割物2，并配置以使得被切割物2的贴合材料22的光轴228相对偏振调整元件12的光轴120旋转。于本实施方式中，侦测器16位于偏振调整元件12相对光源10的一侧，且配置以侦测第二线偏振光线L3的光强度。当侦测器16侦测到第二线偏振光线L3的光强度小于或实质上等于强度低点C时，侦测器16会传递讯号给控制器17。相对地，于一些实施方式中，旋转机构14也可衔接偏振调整元件12，并配置以使得偏振调整元件12的光轴120相对被切割物2的贴合材料22的光轴228旋转。

于本实施方式中，控制器17配置以接收侦测器16的讯号，以进一步停止旋转机构14的运作，使得被切割物2的贴合材料22的光轴228停止相对偏振调整元件12的光轴120旋转。此时，由于第二线偏振光线L3的光强度的强度低点C(见图3)实质上为零，因此第一线偏振光线L2实质上全部被贴合材料22吸收。藉此，于本实施方式中，被切割物2的贴合材料22实质上将第一线偏振光线L2全部吸收，以避免于应用光束L对被切割物2的贴合材料22进行切割时，光束L会因为对焦不良而击伤被切割物2的被贴物24。

于本实施方式中，对焦元件15设置于偏振调整元件12相对光源10的一侧，并用以对焦第一线偏振光线L2，而在被切割物2上形成光点20。于一些实施方式中，对焦元件15为聚光透镜，但本案不以此为限。当将光束L设定于适当的波长、功率以及切割速度下，被切割物2上与光点20重合的位置会吸收光束L的能量而被加热进而达到局部熔断，使得被切割物2被切割。

于本实施方式中，承载台18支承被切割物2，且配置以移动于相互垂直之方向X、方向Y以及方向Z。于一些实施方式中，光源10在空间上系固定的，因此藉由移动承载台18，使得被切割物2相对光源10移动，进而使得被切割物2相对第一线偏振光线L2移动。

因此，藉由控制承载台18的移动方向而可进一步控制第一线偏振光线L2于被切割物2上之光点20的移动轨迹，以切割被切割物2。藉由控制承载台18的移动速度也可进一步控制光点20的移动速度。可选地，被切割物2在空间上系固定的，光源10以及第一线偏振光线L2相对被切割物2移动。

于图1中，光源扩束器11设置于光源10与偏振调整元件12之间，而配置以扩张光源10所射出之光束L的光束直径，并使得光束L均质化(homogeneous)。自光源10所射出之光束L通常系藉由光源扩束器11而扩张为约2倍至约10倍，但本案不以此为限。

于一实施例中，光源扩束器11依光束L之行进方向依序包含第一透镜以及第二透镜，但本案不以此为限。举例而言，第一透镜可为平凹透镜。第一透镜的凹面面向光源10，使得光束L自相对第一透镜之凹面的一侧射出并远离而逐渐扩大。再者，第二透镜可为平凸透镜。第二透镜的凸面面向光源10，使得光束L自相对第二透镜之凸面的一侧射出而形成平行光束。于一些实施方式中，第一透镜包含双凹透镜、凹弯月形透镜或其他任何适合的元件。于一些实施方式中，第二透镜包含双凸透镜、凸弯月形透镜或其他任何适合的元件。于一些实施方式中，激光切割装置1可不需配置光源扩束器11。

请参照图1至图6。图4绘示依据本揭露一实施方式之激光切割方法1000的流程图。图5绘示依据本揭露一实施方式之激光切割方法1000中步骤1070的流程图。图6绘示依据本揭露一实施方式之激光切割方法1000中步骤1080的流程图。激光切割方法1000应用于被切割物2。尽管本文将所揭示之流程图绘示及描述为一系列步骤或事件，但应了解到，并不以限制性意义解读此类步骤或事件之所绘示次序。举例而言，除本文绘示及/或描述之次序外，一些步骤可以不同次序发生及/或与其他步骤或事件同时发生。另外，实施本文描述之一或多个态样或实施方式可并不需要全部绘示操作。进一步地，可在一或多个独立步骤及/或阶段中实施本文所描绘之步骤中的一或更多者。激光切割方法1000包含步骤1010～1084。图1至图3绘示对应于步骤1010～1084的一些实施方式。

于图4中，步骤1010，取像对位。于方向X与方向Y所定义出的平面上取得被切割物2的影像，并定位被切割物2与光源10之间的关系。于一实施例中，于方向X与方向Y所定义出的平面上取得被切割物2的影像，并进一步取得贴合材料22上交界线224(见图2)的影像。

藉此，于切割过程中，光源10可相对被切割物2而于方向X与方向Y所定义出的平面上基于交界线224移动。因此，于切割过程中，光源10于被切割物2上所形成的光点20可重合于交界线224，以沿着交界线224对贴合材料22进行切割。

步骤1020，于方向Z上取得被切割物2与光源10(或对焦元件15)之间的距离。由于贴合材料22为非平坦的，在切割过程中，当光源10相对被切割物2而于方向X与方向Y所定义出的平面上移动时，光源10与被切割物2于方向Z上的距离非为定值。若光源10聚焦于被贴物24上，而非聚焦于被切割物2交界线224上，则光源10会对被贴物24造成损坏。因此，依据被切割物2与光源10(或对焦元件15)之间所侦测的距离，于切割过程中，对焦元件15相对被切割物2于方向Z上移动，使得光源10维持对焦于贴合材料22的交界线224上。

步骤1030，提供光束L。光束L包含非线偏振光线L1。于本实施方式中，光束L为雷射光，而非线偏振光线L1为圆偏振光线，但本案不以此为限。于一些实施方式中，非线偏振光线L1也可为椭圆偏振光线。

步骤1040，将非线偏振光线L1通过光源扩束器11以扩非线偏振光线L1的光束直径。

步骤1050，将非线偏振光线L1通过偏振调整元件12而调整为第一线偏振光线L2。

步骤1060，藉由对焦元件15对焦线偏振光线L1至被切割物2，以于被切割物2上形成光点20。

步骤1070，将第一线偏振光线L2通过被切割物2的贴合材料22而被调整为第二线偏振光线L3。于一些实施方式中，当第一线偏振光线L2被调整完成时，侦测器16会被移除。

于图5中，步骤1070包含子步骤1072、1074及1076。于子步骤1072中，藉由旋转机构14将被切割物2的贴合材料22的光轴228相对偏振调整元件12的光轴120旋转。于本实施方式中，贴合材料22的光轴228相对偏振调整元件12的光轴120旋转的角度范围为约0度与180约度之间。此时，第一线偏振光线L2通过贴合材料22之后之第二线偏振光线L3的光强度系连续地变化。于本实施方式中，第二线偏振光线L3的光强度系被降低。

于子步骤1074中，藉由侦测器16侦测第二线偏振光线L3的光强度的变化。于子步骤1076中，当侦测器16侦测到第二线偏振光线L3的光强度小于或实质上等于如图4所示之强度低点C时，侦测器16会传递讯号给控制器17。

于本实施方式中，当侦测器16侦测到第二线偏振光线L3的光强度实质上为零(即，强度低点C实质上为零)时，侦测器16会传递讯号给控制器17。控制器17接收到侦测器16的讯号，并进一步停止旋转机构14的运作，使得被切割物2的贴合材料22的光轴228停止相对偏振调整元件12的光轴120旋转。因此，第二线偏振光线L3的光强度变化会被停止，并维持处于强度低点C。此时，于本实施方式中，贴合材料22的光轴228与偏振调整元件12的光轴120正交。

于子步骤1080中，藉由第一线偏振光线L2切割被切割物2。步骤1080包含子步骤1082、1084。

于子步骤1082中，提高非线偏振光线L1的光强度。于一些实施方式中，非线偏振光线L1的光强度会被提高至约两个数量级，但本案不以此为限。

于子步骤1084中，对焦第一线偏振光线L2至被切割物2的贴合材料22以移除贴合材料22的第二区域222。于一些实施方方式中，藉由控制承载台18的移动方向而控制第一线偏振光线L2于被切割物2上之光点20的移动轨迹，使得光点20的移动轨迹与被切割物2的贴合材料22上的交界线224重合。光点20沿着贴合材料22上的交界线224切割被切割物2，以移除贴合材料22的第二区域222。于一些实施方方式中，被切割物2在空间上系固定的，第一线偏振光线L2相对被切割物2移动，以切割被切割物2。

由以上对于本揭露之具体实施方式之详述，可以明显地看出，于本实施方式中，将非线偏振光线调整为第一线偏振光线，并进一步将第一线偏振光线调整为第二线偏振光线。当侦测器侦测到第二线偏振光线的光强度处于一强度低点时，提高非线偏振光线的光强度以移除贴合材料的第二区域。藉此，被切割物的贴合材料实质上将第一线偏振光线全部吸收，以避免于应用光束对被切割物的贴合材料进行切割时，光束会因为对焦不良而击伤被切割物的被贴物，进而提高产品的良率。

前述多个实施方式的特征可使本技术领域中具有通常知识者更佳地理解本揭露之各个态样。本技术领域中具有通常知识者应可了解，为了达到相同之目的及/或本揭露之实施方式之相同优点，其可利用本揭露为基础，进一步设计或修饰其他制程及结构。在本技术领域中具有通常知识者亦应了解，这样的均等结构并未背离本揭露之精神及范围，而在不背离本揭露之精神及范围下，本技术领域中具有通常知识者可在此进行各种改变、替换及修正。

Claims (7)

1.一种激光切割方法，应用于切割一偏光片，该激光切割方法，其特征在于，包含：

提供一非线偏振光线；

将该非线偏振光线通过一偏振调整元件而调整为一第一线偏振光线；

使该偏振调整元件的光轴与该偏光片的光轴相对旋转，以降低该第一线偏振光线通过该偏光片之后第二线偏振光线的光强度；

当该第二线偏振光线的光强度小于或实质上等于一强度低点时，维持该第二线偏振光线的光强度；以及

藉由该第一线偏振光线切割该偏光片。

2.如权利要求1所述之激光切割方法，其特征在于，当该第二线偏振光线的光强度实质上为零时，维持该第二线偏振光线的光强度。

3.如权利要求1所述之激光切割方法，其特征在于，在该藉由该第一线偏振光线切割该偏光片之前，该激光切割方法还包含：

使该偏振调整元件的光轴与该偏光片的光轴正交。

4.如权利要求1所述之激光切割方法，其特征在于，在该藉由该第一线偏振光线切割该偏光片之前，该激光切割方法还包含：

对焦该第一线偏振光线至该偏光片。

5.如权利要求1所述之激光切割方法，其特征在于，该藉由该第一线偏振光线切割该偏光片，包含：

提高该非线偏振光线的光强度，以切割该偏光片。

6.如权利要求1所述之激光切割方法，其特征在于，将该非线偏振光线通过该偏振调整元件而调整为该第一线偏振光线，系将该非线偏振光线通过另一偏光片而调整为该第一线偏振光线。

7.如权利要求1所述之激光切割方法，其特征在于，将该非线偏振光线通过该偏振调整元件而调整为该第一线偏振光线，系将该非线偏振光线通过一四分之一波长延迟片而调整为该第一线偏振光线。

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