TW201113230A - Substrate cutting apparatus and method of cutting substrate using the same - Google Patents

Description

201113230 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 所述的科技大致上乃關於基板切割設備及使用其切割 基板的方法。 【先前技術】 基板切割設備為用來切割基於玻璃的平面顯示器基板 至所需的產品尺寸。平面顯示器包括有機發光二極體 (organic light emitting diode ’ OLED)顯示器、液晶顯示 器（liquid crystal display ’ LCD )和類似者。平面顯示器由 於輪廊薄而是有利的’致使其需求逐漸增加。近年來，對 於包括厚度在0.3毫米或更薄之玻璃基板的平面顯示器其 需求愈來愈大。 一般說來，為了切割透明的玻璃基板，基板切割設備 會配備有C〇2雷射和冷卻裝置。換言之，基板切割設備利 用C〇2雷射，沿著切割線迅速加熱玻璃基板，因此產生壓 縮應力。然後該設備利用冷卻裝置，迅速冷卻受熱部分， 因此產生張應力。如果將此種熱應力施加於玻璃基板，便 會產生微裂紋’因而使得玻璃基板被切割。 然而玻璃基板愈薄，就愈難順利地產生該種微裂紋。 其原理也就是為什麼較薄的玻璃容器比較厚的玻璃容器更 不容易因為熱水的關係而破裂。因此傳統的基板切割設備 的問題在於無法輕易切割相對較薄的平面顯示器玻璃基 板。 本段先則技術所揭露的上述資訊只是用來增 加對於所 201113230 述技術者景#瞭解，因此可能包含並未構成習知技術的資 訊。 【發明内容】 本教不的其他方面和/或優點將在下文中進行某種程 度上的描述，並且在某種程度上可以從此描述中瞭解、或 是由本發明的實作中明白。 所述科技已致力提供一種基板切割設備，該設備能夠 有效且穩定地切割薄的玻璃基板。 本教示進一步提供一種使用該基板切割設備的基板切 割方法。 根據本發明範例性具體態樣的基板切割設備’其包 括.用來支撐基板的平台；發出雷射光束的雷射產生器， 以沿著切割線加熱基板；設置在該雷射光束的光束路徑上 的光束振盈器’以沿著該切割線振盪該雷射光束；以及用 來冷卻受熱基板的冷卻單元。 根據多種具體態樣’光束振盈器可以在切割線的預定 照射段内振盪雷射光束。照射段的長度可以小於切割線的 長度。 根據多種具體態樣，照射段可以具有丨〇〇毫米或以下 的長度。 根據多種具體態樣’光束振盪器可以在該照射段之 内、以從每秒大約〇 · 1公尺至每秒大約1 〇公尺來振盪該雷 射光束。 根據多種具體態樣，基板的熱分布曲線在照射段内可 4 201113230 以具有兩個或更多個明確區分的脊部。 根據多種具體態樣，基板切割設備可以進一步包括輸 送早7G，以使光束振盪器和平台其中一者相對於另一者輸 送’以使照射段沿著切割線移動。 根據多種具體態樣，照射段的後（尾）緣可加以冷卻， 並且就在冷卻之前，受熱基板的上表面區域和下表面區域 之間的溫度差可以是超過大約50°c。 根據多種具體態樣’光束振盪器可以包括用來反射雷 射光束的反射器、與用來驅動該反射器的驅動器。 根據多種具體態樣’驅動器可以選擇性地控制反射器 的運動，使得雷射光束受振盪的速度為非均勻的變化。 根據多種具體態樣，雷射產生器可以為c〇2雷射。 根據多種具體態樣’基板可以具有小於大約〇 . 3毫米的 厚度’並且可以是由基於玻璃的材料所做成。 另一範例性具體態樣則提供基板切割方法，其包括： 在平台上架設基板；沿著該基板的切割線來振盈雷射光 束’以加熱該基板的一部份；以及冷卻該基板的受熱部分， 以沿著該切割線來切割該基板。 根據多種具體態樣’雷射光束可以在切割線的照射段 之内被振盪，而該照射段的長度為小於該切割線的長度》 根據多種具體態樣，照射段可以具有小於大約100毫 米的長度。 根據多種具體態樣’雷射光束可以從每秒大約〇.1公尺 至每秒大約1 〇公尺而在該切割線上振盪。 201113230 根據多種具體態樣，照射段的熱分布曲線可以具有兩 個或更多個明確區分的脊部，並且該等脊部可以具有不同 的形態。 根據多種具體態樣，振盈與冷卻可以進一步包括使光 束振盪器和平台其中—者相對於另_者產生㈣，而使得 照射段沿著切割線移動。 根據多種具體態樣，可以冷卻光束照射段的後緣，而 就在冷卻之前，基板上表面區域和下表面區域之間的溫度 差可以超過大約50。(：。 根據多種具體態樣，雷射光束可以由C02雷射所形生。 根據多種具體態樣’基板可以具有小於大約〇3毫求的 厚度。 【實施方式】 本教示的這些和/或其他方面和優點從下面所述的範 例性具體態樣並配合所附圖式會變得明顯而更易體會。 現在將詳細參考本教示的範例性具體態樣，其範例示 fe於附圖中，#中相同的元件編號在全篇中是指相同的元 件。以下藉考㈣來描述範例性具體態樣以便解釋本 教示的多個方面。如熟於此技藝者將瞭解，可以多種不同 的方式來修改所描述的具體態樣，但都不會背離本發明的 精神或範圍。再者，為了更好瞭解和便於描述，圖式顯示 的每個70件之尺寸與厚度為隨意地表現，並且本發明不必 限制於此。 此處當提及第一元件被形成或設置在第二元件「上」 6 201113230 時，該第一元件可以直接設置在第二元件上，或者是在兩 者之間還設置有一或多個其他元件。當提及第一元件被「直 接」形成或設置在第二元件「上」時，在兩者之間就沒有 设置其他的兀件。 下文根據本教示的範例性具體態樣，參考圖丨來描述 基板切割設備100。如圖i所示，基板切割設備1〇〇包括平 台20、雷射產生器30、光束振盈器5〇、冷卻單元的輸 送單元80 » 平台20支撐著將被切割的基板10。基板10可以由基 於玻璃的材料來製作。但是基板10的材料並不限定於玻 璃，而可以採用像是透明、非金屬材料的基板。基板10架 設在平台20上，並且沿著切割線CL被切割。在圖i中， 切割線CL的虛線部分是指切割、線CL #未切割部分，而切 割線CL的實線部分是指切割線CL的已切割部分。 雷射產生器30發出雷射光束LB以沿著切割線CL來加 ”’、土板10雷射產生器30可以為基於紅外線的雷射，像是 c〇2雷射。c〇2雷射可以發出具有大約1〇6〇〇奈米波長的 雷射光束。由於水分子或羥基善於吸收此種雷射光束，因 此在玻璃内可以被大量吸收。然而雷射產生器30並不限於 此種雷射，它可以是任何能發出具有大約78〇奈米或更長 波長之雷射光束的雷射。 光束振盪器50設置在雷射光束lb的光束路徑上。由 於光束振盪器50沿著切割線CL來振盪雷射光束ίΒ，因此 在基板10上形成受振盪的雷射光束OLB。光束振盪器50 201113230 藉由精密地改變LB相對於基板Η)的傾斜角來振盈雷射光 束LB。換句話說’受振堡的雷射光束被光束振堡器 π在預定的照射段IS(部分的切割線CL)之内振盪著。照 射段is沿著部分的切割線CL延伸。此處的傾斜角是指受 振盈的雷射光束OLB入射在基板1〇表面上的角度。也就是 又振盪的雷射光束〇LB相對於基板丨〇之傾斜角的振盪 是指雷射光束LB入射至基板10之角度上的改變。所以受 ，的雷射光束OLB入射至基板1〇表面之角度是在預定的 範圍内改變。此外，受振盪的雷射光束〇LB在照射段B之 内 '沿著切割線CL的長度而振盪。 受振盪的雷射光束OLB在照射段IS之内、沿著切割線 CL來加熱基板1〇β換言之，受振盪的雷射光束〇lb在基 板ίο上形成了光束點，該光束點在照射段（IS)之内以直 線進行往復運動。 如圖2所示，光束振盪器50包括用來反射從雷射產生 器30所發出之雷射光束LB的反射器51，以及包括驅動反 射器51的驅動器52。驅動器52可以進一步包括像是馬達 與控制器的元件，但是該等元件並未顯示在圖2中。驅動 器52振盪著反射器51以形成受振盪的雷射光束〇LB。此 處驅動器52可以選擇性地控制反射器51的運動，使得受 振盪的雷射光束OLB並不會以均勻速度沿著切割線CL移 動。換句話說，驅動器52可以採非均勻的方式來改變反射 器5 1的速度。 光束振盪器50可以進一步包括外殼55以容納反射器 8 201113230 51與驅動器52。外殼55包括光束流入口 551與光束照射 口 555’其中從雷射產生器30發出的雷射光束lB通過光束 流入口 55 1進入外殼55，受振盪的雷射光束〇LB則藉由反 射器51和驅動器52、通過光束照射口 555而投射向基板 1〇 (參照圖1 )。藉由控制光束照射口 555的大小，便可以 控制受振盪的雷射光束OLB的擺動寬度。 儘管圖未顯示，光束振盪器50可以進一步包括設置在 光束照射口 555内的透鏡，其將受振盪的雷射光束〇LB聚 焦在照射段IS之内。但是光束振盪器5〇並不限於圖2顯示 的結構。換言之，可以採用任何適當種類的光束振盪器。 參照圖1，輸送單元80將平台20往方向SD傳送，該 方向SD平行於切割線CL。換句話說，照射段is可以藉由 輸送單元80而沿著切割線CL移動。然而根據一些具體態 樣，輸送單元80可以移動光束振盪器5〇與雷射產生器3〇, 而非移動平台20。 冷部單το 60為冷卻基板10已被受振盪的雷射光束 所加熱的部分。詳言之，冷卻單元6〇為基於照射段is 的移動方向（即X轴方向）來冷卻照射段（IS )的後（尾） 緣CP 〇 根據本教示的範例性具體態樣’基板切割設備100的 c田述如下。首先，受振盪的雷射光束OLB沿著切割線 在，、、、射奴IS之内加熱基板1〇。此刻在照射段IS中發 由加熱所造成的壓縮應力。輸送單元⑽則沿著切割線CL 來移動照射段IS。 201113230 冷卻單元60迅速地冷卻照射段is的後緣cp。因此， 熱應力發生在被冷卻的後緣CP處，藉此切割切割線CL。 如上所述，由急速溫度改變所產生的熱應力施加至基 板10 ’導致基板10内形成微裂紋。微裂紋造成基板丨〇沿 著切割線CL而被切割。然而當基板1〇的厚度減少，在基 板10上表面區域和下表面區域之間溫度上的驟然改變卻很 難產生’這是因為熱會迅速被薄的基板散發掉。因此， 微裂紋可能不會形成在所要的方向上，或是可能無法穩定 地產生。 但是在範例性具體態樣中，由於受振盪的雷射光束 (OLB )是在照射段is中加熱基板1 〇，就算基板丨〇具有 0·3毫米或更小之相對較薄的厚度，基板1 〇仍然可以被有 效且穩定地切割。然而本發明並不限於此種厚度，因為基 板切割設備100也可以用來切割較厚的基板β 這是因為在照射段IS中，基板1 〇的熱分布曲線具有兩 個脊部’如圖3所示。此處兩個脊部的熱分布曲線不同。 從圖3顯示的熱分布曲線可以看出，照射段岱的熱分布不 但非常複雜，而且還不均勻。在加熱和冷卻的過程中，基 板10内產生較大的熱應力（壓縮與膨脹應力）^因此，具 有0.3毫来或更小厚度之基於玻璃的基板能夠沿著切割線 CL被有效且穩定地切割。 但是本發明並不限於圖3所示範的熱分布曲線。例如 在照射段IS中’熱分布曲線可以具有包括三個或更多個脊 4的多脊部形態。増加熱分布曲線的脊部數量會增加基板 201113230 ίο的熱應力，此可促使更有效地切割。此外，藉由控制反 射器51的運動，光束振盪器5〇的驅動器52可以增加熱分 布曲線的脊部數量。 根據一些方面，照射段IS可以具有小於大約1〇〇毫米 的長度。如果照射段is的長度超過大約100毫米，則可能 難以形成適當的熱分布曲線，這是因為使用受振盪的雷射 光束OLB來增加照射段IS的平均溫度和最大溫度會更加困 難。 再者光束振盈器50為以從每秒大約〇1公尺至每秒 10公尺的速度來振盪受振盪的雷射。光束〇LB換句話說， 受振盪的雷射光束OLB在照射段IS之内形成以直線狀往復 運動的光束點，其速度從每秒大約0.1公尺至每秒10公尺。 超出此範圍的話可能會難以得到上述的熱分布曲線。 此外，就在由冷卻單元60進行冷卻之前，受熱基板1〇 的上表面區域和下表面區域之間的溫度差最好是大約50°C 或更大。也就疋說，基板1〇大致上是在其上表面區域和下 表面區域之間的溫度差至少在大約5〇(>c時被冷卻的。這是 為S 土板10的上表面區域和下表面區域之間的溫度差增 時由冷卻所產生的熱應力也會增加。基板切割設備i 〇〇 能有效且穩定地切割基板10。 從下文起參考圖i、圖3至圖6，描述根據本教示之範 :H±具體態樣的實驗例與對照例。在實驗例中，由於照射 疋由又振盈的雷射光束OL.B所加熱，故照射段IS的 熱分布曲線具有雙脊部的形態，如圖3所示。此外，當基 201113230 板1 〇被冷卻時，受熱的照射段（IS)的上部和下部之間的 溫度差異會增加，如圖4所示。 如果照射段IS的後緣CP被驟然冷卻，而當達到上述 的熱分布曲線時，基板1〇會受到更大的熱應力。因此基 板1 〇能有效且穩定地沿著切割線CL被切割。 另一方面，在對照例中，由於基板10為直接被未受振 盪的一般雷射光束LB所加熱，所以做比較的照射段IS的 熱分布曲線只有一個脊部形態，如圖5所示。再者當基 板1 〇被冷卻時，做比較的照射段IS的上部和下部之間的溫 度差非常小，如圖6所示。 如果驟然冷卻做比較的照射段（IS )的後緣（cp )而 達到上述熱分布曲線的狀態，則施加在基板丨〇的熱應力會 比實驗例來得少β 由以上描述可以看出，對照例穩定切割基板1〇的能力 比實驗例差。尤其可以預期的是具有G 3毫米或更小之相對 較薄厚度的對照例基板將無法輕易切割。比較實驗例和對 照例可以知道，根據範例性具體態樣的基板切割設備ι〇〇 能有效且穩定地切割基板1 〇。 以下描述利用圖1的基板切割設備1〇〇來切割基板1〇 的方法。首先，在平台20上架設玻璃基板1〇。 接下來，部份的基S 10由受振盈的雷射光束0LB所加 熱’該受振盪的雷射光束0LB藉由精密地改變其相對於基 板1〇的傾斜角而沿著切割線CL被振盈。此處受振盡的雷 射光束OLB為由C〇2雷射產生。再者，在照射段U之内， 12 201113230 受振盈的雷射光I 0LB沿著切割、線CL而在照射段is之内 以直線進行往復運動。 此外，照射段IS具有大約100毫米或以下的長度，而 雷射光束OLB在基板10上振盪的速度在每秒大約〇丨公尺 至每秒10公尺。再者，受熱的照射段IS的熱分布曲線具有 多脊部的形態》 然後沿著切割線CL移動照射段is。相對於移動方向之 照射段IS的後緣CP則由冷卻單元60來冷卻。就在進行冷 卻之前，此刻基板10的上部和下部之間的溫度差大約為5〇 °c或更大 如上所述，如果基板10被受振盪的雷射光束〇LB加熱 之後再迅速冷卻，熱應力會在基板10内產生微裂紋，因此 基板10可以沿著切割線CL被穩定地切割。藉由此種基板 切割方法’基板10可以更有效且更穩定地被切割。 雖然已經顯示並描述了本發明的一些範例性具體態 樣，但是熟於此技藝者應可以體會這些範例性具體態樣能 夠加以修改而不會背離本發明的原理和精神，其範圍是由 申請專利範圍和其均等事物所界定。 【圖式簡單描述】 圖1是根據本教示的範例性具體態樣之基板切割設備 的立體圖； 圖2是圖1之光束振盪器的示意圖；以及 圖3至6是根據本教示的範例性具體態樣與對照例而 顯示照射段的熱分布曲線圖和基板的熱分布圖。 13 201113230 【主要元件符號描述】 ίο 基板 20 平台 30 雷射產生器 50 光束振盪器 51 反射器 52 驅動器 55 外殼 60 冷卻單元 80 輸送單元 1.00 基板切割設備 551 光束流入口 555 光束照射口 CL 切割線 CP 後緣 IS 照射段 LB 雷射光束 OLB 受振盪的雷射光束 SD 平台移動方向 t 厚度 14

Claims (1)

1. 201113230 七、申請專利範圍： 1. 一種基板切割設備，其包括： 平台’其支撐基板； 雷射產生器，其發出雷射光束； 光束振盤器’其設置在雷射光束的光束路徑上，以沿 著基板的切割線來振盪雷射光束，如此以加熱基板的一部 份；以及 冷卻單元’其冷卻基板的受熱部分。 2. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該光束 振盪器為在切割線的照射段之内來振盪雷射光束，該照射 段具有的長度為小於該切割線的長度。 3. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其中該照射 段的長度小於大約1 〇〇毫米。 項的基板切割設備，其中該光束 以每秒大約〇.丨公尺至每秒大約 4.如申請專利範圍第2 振盪器為在該照射段之内、 1〇公尺來振盪雷射光束。 5. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其中該照射 段的熱分布曲線具有兩個或更多個的明確區分脊部。 6. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其進，勺 括輸送單元，以使光束振盪器和平台當φ 土1 ^ 田中一者相對於另一 者產生移動，使得照射段沿著切割線而移動。 7 ·如申請專利範圍第6項的基板切割設備其 該冷卻單元為冷卻照射段的後緣；以及 就在冷卻之前，在該後緣的上表面展# 也埤和下表面區域 15 201113230 之間的溫度差為至少大約5 〇 °C。 8. 如申請專利範圍第2項的基板切割設備，其中該光束 振盪器包括： 反射器’其反射從該雷射產生器所發出的雷射光束； 以及 驅動器，其驅動該反射器。 9. 如申請專利範圍第8項的基板切割設備，其中該驅動 器為選擇性地控制該反射器的運動，使得該雷射光束受振 盪的速度為非均勻地變化。 10. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該雷 射產生器包括C02雷射。 11. 如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該基 板具有小於大約0.3毫米的厚度’並且是由基於玻璃的材料 所形成。 12 · —種基板切割方法，其包括： 在平台上架設基板； 沿著基板的切割線來振盪雷射光束，以加熱基板的一 部份；以及 冷卻基板的受熱部分，以沿著切割線來切割基板。 13·如申請專利範圍第12項的基板切割方法，其中該雷 射光束為在切割線的照射段之内被振盪，該照射段所具有 的長度為小於該切割線的長度。 14_如申請專利範圍第13項的基板切割方法，其中該照 射段的長度為小於大約1 〇〇毫米。 201113230 15.如申請專利範圍第13項的基板切割方法，其中該雷 射光束為以從每秒大肖〇」公尺至每秒大約1〇 射段中被振盪。 、 /6,如申請專利範圍第13項的基板切割方法其中該照 射段的熱分布曲線具有兩個或更多個的明確區分脊部。 17. 如申請專利範圍第13項的基板切割方法，其中該振 盪與冷卻進一步包括：使光束振盪器和平台當中一者相對 於另一者產生移動，而使得該照射段沿著該切割線移動。 18. 如申請專利範圍第I?項的基板切割方法，其中： 該冷卻包括冷卻該照射段的後緣；以及 就在冷卻之前，在該後緣的上表面區域和下表面區域 之間的溫度差為至少大約5〇。〇。 19·如申請專利範圍第12項的基板切割方法其中該雷 射光束為由C〇2雷射產生器所產生。 20.如申請專利範圍第12項的基板切割方法其中該基 板具有的厚度為小於大約0.3毫米，並且是由基於玻璃的材 料所形成。 21·如申請專利範圍第1項的基板切割設備，其中該光 束振盪器為藉由改變雷射光束相對於基板的傾斜角來振盪 該雷射光束。 22.如申請專利範圍第12項的基板切割方法其中該雷 射光束的振盪包括：改變雷射光束相對於基板的傾斜角。 17