TW201410625A - 使用雷射切割玻璃的方法 - Google Patents

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Abstract

一種切割玻璃製品的方法包括相對於玻璃製品的第一表面移動雷射光束。該雷射光束包含光束腰部，且該光束腰部具有一中心。該雷射光束腰部的中心位於在該玻璃製品的第二表面處或位於該玻璃製品的第二表面下。該雷射光束沿著刻劃線在該玻璃製品中造成複數個缺陷，以使該複數個缺陷延伸進入該玻璃製品內達一段距離，及該複數個缺陷中的至少一部分個別缺陷與該玻璃製品的第一表面並非正交，且該至少一部分個別缺陷朝該雷射光束的移動方向偏斜。本發明亦揭示具有邊緣缺陷的玻璃製品。

Description

使用雷射切割玻璃的方法 【相關申請案之交插引用】
此申請案依據專利法主張享有2013年3月15號申請且發明名稱為「使用雷射切割玻璃的方法(Methods of Cutting Glass Using a Laser)」之美國專利申請案第13/836,717號的優先權，且該美國專利申請案第13/836,717號請求主張享有2012年6月5號申請且發明名稱為「使用奈秒雷射切割玻璃的方法(Methods of Cutting Glass Using a Nanosecond Laser)」之美國專利臨時申請案第61/655,690號的優先權，在此將該兩案全部內容以引用方式全文併入本案，如同以下充分闡述者。
本發明說明書大體上有關使用雷射切割玻璃的方法，更明確言之，是關於使用雷射切割玻璃以引入從玻璃製品表面延伸而出之缺陷的方法。
玻璃製品可用於各式各樣的工業，包括使用玻璃覆蓋顯示器的電子工業。此等應用的實例包括液晶顯示器和發光二極體顯示器，例如，電腦螢幕、電視及手持式裝置。傳 統上，是將玻璃製成大塊片狀，並使用機械式刻劃輪刀或雷射刻劃玻璃。於刻劃之後，對玻璃板施加外力，使玻璃沿著刻劃線斷裂。藉著將玻璃分割成較小尺寸，該等玻璃分割片可進行進一步處理，包括例如可進行邊緣拋光及/或化學強化製程。
已證實根據習知方法來處理玻璃是繁重累贅的。首先，當藉由施力使玻璃沿著刻劃線斷裂時，施力動作易於損傷玻璃部分，而可能提高報廢率。再者，對於化學強化玻璃而言，在切割製程之後，引導較小的已分割玻璃製品進行化學強化製程會降低產率，這是因為相較於處理較大的玻璃母板，較小的玻璃製品需要操作者更多介入製程。因此，習知方法不允許在進行化學強化之後(尤其是玻璃板內部處在高的中心張力下時)刻劃和切割玻璃板，因為可能在完成刻劃動作之前發生玻璃自發性破裂或提早分離現象。
因此，需要使用雷射切割玻璃的方法。
根據各種實施例，一種刻劃玻璃製品的方法包括相對於該玻璃製品的第一表面移動雷射光束，該雷射光束具有光束腰部，且該光束腰部具有一中心。該雷射光束之光束腰部的中心是位在該玻璃製品的第二表面處或位在該第二表面下，以使該雷射光束穿透該玻璃製品的厚度。該雷射光束沿著刻劃線在該玻璃製品中造成複數個缺陷，以使該複數個缺陷從該第二表面延伸進入該玻璃製品內達一距離，且該複數個缺陷中之至少一部份的個別缺陷與該玻璃製品的第一表面 及第二表面非正交，且該至少一部分的個別缺陷朝該雷射光束的移動方向偏斜。在該複數個缺陷中並非所有的個別缺陷都與玻璃製品的第一表面和第二表面呈非正交的情況下，該複數個缺陷中的某些個別缺陷將與該玻璃製品的第一表面和第二表面呈現正交。在某些實施例中，該複數個缺陷中的個別缺陷大多數與該第二表面非正交。在某些實施例中，該玻璃製品可為離子交換玻璃製品，且該離子交換玻璃製品具有：第一強化表面層和第二強化表面層，該第一強化表面層和該第二強化表面層處於壓縮應力下且從該離子交換玻璃製品的表面延伸至一膜層深度；及一中心區域，該中心區域介在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間並處於拉伸應力下。該複數個缺陷可能延伸一段距離且該距離大於該膜層深度。在某些實施例中，該中心區域具有介於約20至約30百萬巴斯卡(MPa)之間的拉伸應力，且該複數個缺陷延伸穿過該離子交換玻璃製品約一半的厚度。在其他實施例中，該中心區域具有大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力，及該複數個缺陷的長度大部份落在該第一強化層或該第二強化層之內。
在某些實施例中，可採用大於每秒約20毫米的速度S相對於玻璃製品移動該雷射光束。例如，可用介於約10千赫(kHz)至約200千赫間的頻率f及介於350奈米至619奈米間的波長脈衝發射該雷射光束。在某些實施例中，該雷射光束亦可具有介於約1奈秒至約50奈米的脈衝持續時間(pulse duration)。可將該雷射光束定向成與該玻璃製品的第一表面呈正交。該雷射光束的波長可穿透該玻璃製品。
該雷射光束可在一段刻劃時間內刻劃該玻璃製品，其中在該刻劃時間內，該玻璃製品保持整體連接狀態。在某些實施例中，該複數個缺陷造成裂縫，且該裂縫在該玻璃製品內擴大而使該玻璃製品沿著刻劃線而分離開來。該一或多個已分離之玻璃製品的一或多個邊緣可經過加工，使得該一或多個邊緣具有預定的表面粗糙度。在一實施例中，該等邊緣的均方根表面粗糙度約為100微米。
根據進一步之實施例，分離離子交換玻璃製品的方法包括相對於離子交換玻璃製品的第一表面移動雷射光束，該雷射光束包含光束腰部，且該光束具有一中心。該離子交換玻璃製品具有第一強化表面層和第二強化表面層，該第一強化表面層和第二強化表面層處於壓縮應力下且從該離子交換玻璃製品的表面延伸置一膜層深度，以及該離子交換玻璃製品具有中心區域，該中心區域介於第一強化表面層與第二強化表面層之間且處於拉伸應力下。雷射光束與該離子交換玻璃製品的第一表面呈正交。雷射光束之光束腰部的中心位在該離子交換玻璃製品的第二表面處或位於該第二表面下，使得該雷射光束穿透該玻璃製品的厚度。雷射光束可燒蝕該離子交換玻璃製品的第二表面，藉以在該離子交換玻璃製品的第二表面上造成從燒蝕區域延伸出的複數個缺陷。該複數個缺陷順著該離子交換玻璃製品界定出一或多個刻劃線；且該複數個缺陷中的至少一部分缺陷延伸達一段距離，且該距離大於該離子交換玻璃製品的該膜層深度(depth of layer)。
該複數個缺陷造成裂縫，該裂縫在離子交換玻璃製 品中擴大而使該離子交換玻璃製品沿著該等刻劃線分離。在某些實施例中，於該雷射光束的移動方向上，該複數個缺陷所造成的裂縫不會擴大到超過該雷射光束。在某些實施例中，在分離該離子交換玻璃製品之前，該複數個缺陷的個別缺陷彼此之間是不連續的。該複數個缺陷與該離子交換玻璃製品的該第一表面可能非正交，且該複數個缺陷朝該雷射光束的移動方向偏斜。在某些實施例中，該離子交換玻璃製品的中心拉伸區域在該複數個缺陷四周施加自行分離力(self-separating force)，造成該複數個缺陷的個別缺陷擴大而貫穿該離子交換玻璃製品的厚度。該中心區域具有介於約20至約30百萬巴斯卡(MPa)的拉伸應力，且該複數個缺陷可延伸穿過該離子交換玻璃製品約一半的厚度。在其他實施例中，該中心區域具有大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力，及該複數個缺陷的長度大部份落在該第一強化層或該第二強化層之內。
例如，該雷射光束可採用大於每秒約20毫米的速度S相對於玻璃製品而移動。取決於應用用途，也可使用其它的移動速度。在某些實施例中，該雷射光束的操作波長可介於350奈米至619奈米間。此外，該雷射光束可具有介於約1奈秒至約50奈米的脈衝持續時間。在某些實施例中，該雷射光束可具有至少2電子伏特(eV)的光子能。該雷射光束可定向成與該離子交換玻璃製品的第一表面呈正交。
根據又進一步實施例，玻璃製品包括第一表面和第二表面，且該第一表面與該第二表面相隔一厚度；及具有複 數個缺陷，該複數個缺陷從該第一表面或該第二表面其中一者延伸穿過該玻璃製品的一部分厚度。該複數個缺陷形成至少一條刻劃線。該複數個缺陷中的至少一部分缺陷延伸一段距離且該距離小於玻璃製品的厚度，該複數個缺陷與該第一表面和該第二表面非正交，且該複數個缺陷沿著至少一條刻劃線而偏向單一方向。在某些實施例中，該玻璃製品包括離子交換玻璃製品，該離子交換玻璃製品具有第一強化表面層和第二強化表面層，且該第一強化表面層和該第二強化表面層處於壓縮應力下並從該離子交換玻璃製品的表面延伸至一膜層深度，且該離子交換玻璃製品具有中心區域，該中心區域介在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間並處於拉伸應力下。該複數個缺陷延伸至玻璃製品內的距離可大於該膜層深度。
該中心區域可具有介於約20至約30百萬巴斯卡之間的拉伸應力，且該複數個缺陷可延伸穿過該離子交換玻璃製品約一半的厚度。在其他實施例中，該中心區域可具有大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力。在某些實施例中，當該中心區域具有大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力時，該複數個缺陷的長度大部份在該第一強化層或該第二強化層內。
根據又進一步實施例中，玻璃製品包括：第一表面和第二表面，且該第一表面與該第二表面相隔厚度t；連接該第一表面與該第二表面的邊緣；及位於該邊緣處的複數個缺陷，該複數個缺陷從該玻璃製品的第一表面或第二表面延伸通過該玻璃製品之厚度t的一部分。該複數個缺陷延伸至該玻 璃製品的厚度t內，及該複數個缺陷的至少一部分缺陷與該第一表面或該第二表面非正交，且該至少一部分缺陷沿著該邊緣而偏向單一方向。該複數個缺陷可延伸進入該玻璃製品的厚度t的大部分內。在某些實施例中，是藉由雷射燒蝕法形成該複數個缺陷中之至少一部份的個別缺陷。
該玻璃製品可包括離子交換玻璃製品，該離子交換玻璃製品具有第一強化表面層和第二強化表面層，該第一強化表面層和該第二強化表面層處於壓縮應力下且從該離子交換玻璃製品之表面延伸至一膜層深度；且該離子交換玻璃製品具有中心區域，該中心區域介在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間並處於拉伸應力下。該複數個缺陷延伸至該強化玻璃製品內的距離可大於該膜層深度。在某些實施例中，該中心區域具有介於約20至約30百萬巴斯卡之間的拉伸應力，且該複數個缺陷延伸進入該離子交換玻璃製品的厚度內深達約一半的厚度。在其他實施例中，其中該中心區域具有大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力，且該複數個缺陷的長度大部份落在該第一強化層或該第二強化層內。
根據又進一步實施例，離子交換玻璃製品包括：第一表面和第二表面，該第一表面與該第二表面相隔厚度t；及第一強化表面層和第二強化表面層處，該第一強化表面層和第二強化表面層處處於壓縮應力下且分別從該離子交換玻璃製品的第一表面及該第二表面延伸至一膜層深度；及中心區域，該中心區域介於該第一強化表面層與該第二強化表面層之間且處在大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力下。該離子交換 玻璃製品進一步包含連接該第一表面與該第二表面的邊緣，及位於該邊緣處的複數個缺陷，該複數個缺陷從該離子交換玻璃製品的第一表面或第二表面延伸通過該離子交換玻璃製品之厚度t的一部分。利用雷射燒蝕法形成該複數個缺陷中的至少一部分個別缺陷。該複數個缺陷的長度大部份落在該第一強化層或該第二強化層內。
在以下詳細說明中將舉出本發明所述實施例的附加特徵和優點，且所屬技術領域中熟悉該項技藝者將可從說明內容或藉由實施本發明所述實施例(包括以下實施方式、申請專利範圍和附圖)而輕易地明白或認知到部份的特徵和優點。
應瞭解，以上整體概述及以下實施方式兩者中描述了各種實施例，且意欲提供概觀架構以供瞭解所請標的之本質與特性。本案包含數個附圖以供進一步瞭解各種實施例，且該等附圖應併入本案說明書中且構成本案說明書的一部分。該等圖式中圖示本發明所述的各種實施例，且該等圖式配合本案說明內容一起解說所請標的之原理和運作方式。
80‧‧‧移動臺
82‧‧‧第一方向
84‧‧‧第二方向
90‧‧‧玻璃製品
91‧‧‧厚度
92‧‧‧刻劃線
94‧‧‧缺陷
95‧‧‧缺陷距離
96‧‧‧第二表面
98‧‧‧第一表面
100‧‧‧雷射
101‧‧‧聚焦鏡片
102‧‧‧雷射光束
104‧‧‧聚焦區域
190‧‧‧強化玻璃製品
191‧‧‧厚度
192‧‧‧刻劃線
194‧‧‧缺陷
195‧‧‧缺陷距離
196‧‧‧第二表面
197‧‧‧裂縫擴大前線
197’‧‧‧裂縫擴大前端
198‧‧‧第一表面
199‧‧‧箭頭
200‧‧‧玻璃製品
211‧‧‧壓縮表面層
215‧‧‧內部拉伸層
390‧‧‧非強化玻璃製品
394‧‧‧缺陷
396‧‧‧第二表面
398‧‧‧第一表面
411‧‧‧壓縮表面層
415‧‧‧中心拉伸區域
490‧‧‧強化玻璃製品
494‧‧‧缺陷
495‧‧‧深度
496‧‧‧第二表面
497‧‧‧坑洞
498‧‧‧第一表面
511‧‧‧壓縮表面層
515‧‧‧中心拉伸區域
590‧‧‧強化玻璃製品
594‧‧‧缺陷
595‧‧‧深度
596‧‧‧第二表面
597‧‧‧坑洞
598‧‧‧第一表面
611‧‧‧壓縮表面層
615‧‧‧中心拉伸區域
690‧‧‧強化玻璃板
693‧‧‧淺槽道
694‧‧‧缺陷
695‧‧‧深度
696‧‧‧第二表面
698‧‧‧第一表面
611’‧‧‧壓縮表面層
615’‧‧‧中心拉伸區域
690’‧‧‧強化玻璃板
694’‧‧‧缺陷
695’‧‧‧深度
696’‧‧‧第二表面
698’‧‧‧第一表面
611”‧‧‧壓縮表面層
615”‧‧‧中心拉伸區域
690”‧‧‧強化玻璃板
694”‧‧‧缺陷
695”‧‧‧深度
696”‧‧‧第二表面
698”‧‧‧第一表面
BW‧‧‧光束腰部
LB‧‧‧箭頭
c‧‧‧中心
d‧‧‧直徑
D‧‧‧直徑
t‧‧‧厚度
θ‧‧‧偏移角度
第1A圖概要圖示根據本發明所述或所示的一或多個實施例使用雷射在第一方向及第二方向上刻劃玻璃製品的透視圖；第1B圖概要圖示根據本發明所述或所示之一或多個實施例的雷射光束；第2圖概要圖示根據本發明所述或所示一或多個實施例在第一方向上刻劃玻璃製品之雷射的俯視圖； 第3圖係沿第2圖之線段A-A概要圖示根據本發明所述或所示一或多個實施例在第一方向上刻劃玻璃製品之雷射的右視剖面圖；第4圖係沿第2圖之線段B-B概要圖示根據本發明所述或所示一或多個實施例在第一方向上刻劃玻璃製品之雷射的右視剖面圖；第5圖概要圖示根據本發明所述或所示一或多個實施例於刻劃期間內刻劃化學強化玻璃製品之雷射的右視剖面圖；第6圖概要圖示根據本發明所述或所示一或多個實施例於刻劃時間用雷射以一時間間隔來刻劃化學強化玻璃製品的右視剖面圖；第7圖概要圖示根據本發明所述或所示一或多個實施例在該刻劃時間之後用雷射刻劃化學強化玻璃製品的右視剖面圖；第8圖概要圖示根據本文中所述或所示切割玻璃的方法從玻璃製品上分離出之複數個玻璃製品的俯視圖；第9圖是根據文中所述或所示切割玻璃的方法從玻璃製品上所分割出的示範性非強化玻璃製品之邊緣影像；第10圖是根據文中所述或所示切割玻璃的方法從玻璃製品上所分割出的示範性強化玻璃製品之邊緣影像；第11圖是根據文中所述或所示切割玻璃的方法從玻璃製品上所分割出的示範性強化玻璃製品之邊緣影像；及第12A、12B及12C圖是根據文中所述或所示切割 玻璃的方法分別以875mm/s、950mm/s及1000mm/s的速度相對於玻璃製品移動雷射光束而從該玻璃製品上所分割出來的示範性已分割強化玻璃製品之邊緣影像。
現將詳細說明使用雷射將一玻璃製品分割成複數個分離之個別玻璃製品的方法實施例，且附圖中圖示該等方法實施例中的數個示範實例。在該等圖式中，盡可能地使用相同元件符號代表相同或相似的部位。第1A圖中圖示使用雷射分割玻璃製品之方法的一實施例。使該雷射所製造的雷射光束在第一方向及在交叉第一方向的第二方向上相對於玻璃製品而移動。該雷射光束在玻璃製品的第二表面上造成複數個缺陷，且該等缺陷界定出數條刻劃線。該等缺陷允許該玻璃製品在雷射刻劃該玻璃製品的期間內保持完整。然而，該等缺陷在刻劃時間(score time)內持續擴大。該等缺陷以一速率擴大，而使該等缺陷擴大到穿透該玻璃製品的厚度，使得在過了刻劃時間之後，該玻璃製品沿著該等刻劃線而自行分離。文中將具體參照附圖進一步詳細描述切割玻璃的方法。
參閱第1A圖，將玻璃製品90定位在移動臺80上。玻璃製品90可與移動臺80實質接觸。然而，由於玻璃製品90的各種變化，導致玻璃製品90的多個部位可能與移動臺90隔開。雷射100定位在移動臺80的上方，且雷射100引導雷射光束102射向玻璃製品90。雷射光束102與玻璃製品190的第一表面98垂直(transverse)，且雷射光束102相對於玻璃製品90在第一方向82上移動而在該第一方向82上形成複數 個刻劃線92。儘管圖中顯示該雷射光束102與玻璃製品90的第一表面96呈正交(orthogonal)，但實施例並不僅限於此；在某些實施例中，雷射光束102與玻璃製品90的第一表面96非正交(non-orthogonal)。藉著使雷射光束102單次掃過該玻璃製品90可產生每條刻劃線92。亦在第二方向84上相對於玻璃製品90移動雷射光束102。在某些實施例中，雷射100可耦接於高架(gantry，圖中未示出)上，該高架可在第一方向82和第二方向84上移動該雷射100。在其他實施例中，雷射100可為靜態，且支撐玻璃製品90的移動臺80在第一方向82和第二方向84上移動。
可使用機械式或真空式夾具使玻璃製品90牢固地在移動臺80上保持就定位。可利用真空盤上以一定距離間隔開的一系列真空孔來實現真空夾具。然而，該等孔所產生的應力梯度(stress gradient)可能使應力場(stress field)扭曲到足以影響玻璃製品90的雷射劃線製程。由於間隔緊密的孔或多孔板兩者可降低使玻璃製品固定在移動臺80上所需要的真空量，因此使用間隔緊密的孔或多孔板可使來自真空吸引作用的應力梯度減至最小。
可操作雷射100以發射出具有適當波長的雷射光束102，該波長適用於為玻璃製品90的表面提供熱能。雷射100的適當來源包括二極體激發式q-開關固態Nd：YAG雷射或Nd：YVO4雷射，且該等雷射具有介於約6瓦(Watt)至約35瓦的平均功率及至少2千瓦的脈衝峰值功率。由於雷射光束102的波長可實質透射過該玻璃製品90，故可以將光束腰部BW 定位在玻璃製品90的第二表面處或定位在第二表面的下(第二表面以外之處)，而不會在玻璃製品90的主體內或第一表面98上造成損傷。
雷射100的脈衝持續時間可介於約1奈秒至約50奈秒的範圍間，例如可介於約15奈秒至約22奈秒。在非限制性實例中，光束腰部BW可具有約8μm的直徑。脈衝重複率的範圍可介於約10千赫(kilohertz)至約200千赫，例如約40千赫(kilohertz)至約100千赫。如以上討論般，適合使用本發明所討論之分割方法的雷射100可產生可見光範圍內的雷射光束102，即波長介於約380奈米至約619奈米間的雷射(380奈米對應於約3.26eV的光子能；2.00eV相當於約619奈米的波長)。此雷射100可產生波長約380奈米至約570奈米的雷射光束102，例如產生波長約532奈米的雷射光束102。以此波長產生光束102的雷射100能高效率地將能量傳遞給玻璃製品90。這可能是歸因於雷射光束102與玻璃製品90之間的交互作用及具有532奈米波長之雷射光束102攜帶高光子能兩者結合的效果。可根據本發明揭示方法所使用的雷射100可能具有至少2eV的光子能。應注意，波長為532奈米，光子能為2.32eV；且較長的波長具有較低光子能，較短的波長具有較高光子能。
若雷射光束波長可透射材料，可預期該材料僅有少許變化或無變化，但若雷射強度夠高，該雷射可能引發吸收性的非線性光學效應，諸如多光子吸收作用、突崩游離現象(avalanche ionization)及諸如此類者。當雷射強度高過臨界值 (threshold)時，在光束腰部處或附近發生所謂多光子吸收作用的非線性作用可能會改變該玻璃製品90的材料。多光子吸收作用仰賴玻璃材料對脈衝雷射光束102(游離出電子並造成光擊穿作用和形成電漿)所產生之高強度電磁場的回應。使光束腰部BW在第二表面96或在第二表面96下移動或掃過，可藉由雷射燒蝕作用燒除一部份的第二表面96而造成缺陷，將於以下內容中對缺陷做詳細說明。當「燒蝕(ablation)」及「雷射燒蝕」用於本文中時，其意指藉由雷射光束導入能量造成蒸發而從玻璃製品上移除玻璃材料。
第1B圖更詳細地概要圖示雷射光束102。在一實施例中，使用如上述之雷射100產生雷射光束102，且隨後利用聚焦鏡(例如聚焦鏡片101)使雷射光束102聚焦。應瞭解，聚焦鏡可包括多個附加鏡片或其他光學構件以用於聚焦並調整雷射光束102。雷射光束102聚焦，而使該雷射光束102具有一聚焦區域104，且根據該已聚焦之雷射光束102的焦點深度來決定該聚焦區域104。可配置聚焦鏡片101以聚焦該脈衝雷射光束102而形成小的光束腰部BW，光束腰部BW是該雷射光束102中具有縮小直徑d的部分。光束腰部直徑d小於未聚焦部分的直徑D。光束腰部BW具有中心C，該中心C是雷射光束102具有最小直徑d的區域。如下述，雷射光束102可聚焦，使得光束腰部BW的中心C位在玻璃製品90的第二表面96處或位在該第二表面96下，且光束腰部BW的中心C並未落在玻璃製品90的主體內。應注意，在某些實施例中，光束腰部BW可位在靠近第二表面96的玻璃製品90主體內。 做為示範但並非限制之用，光束腰部BW可位在玻璃製品90內部且距離第二表面96約100μm之處。
由於多光子吸收作用是一種非線性過程，其作用強度會隨著所施加之雷射脈衝的光強度而快速變化。該光強度會藉由光脈衝通過光束腰部BW的中心C而產生瞬間能量通量。
可利用包括雷射光束102本身品質在內的各種因子進一步控制雷射光束102的焦點深度，雷射光束102的品質可用雷射光束102的「M2」值來表示。光束參數積(beam parameter product)是雷射光束之發散角度與該光束在最窄點處(即，光束腰部BW的中心C處)之半徑的乘積，而雷射光束102的M2值是以相同波長操作下該實際雷射光束102之光束參數積與高斯光束之光束參數積的比較值。該雷射光束102的M2值越低，該雷射光束102能聚焦成越小的光束腰部BW。文中所述方法中使用的示例性雷射100可具有小於約1.2的M2值，例如具有小於約1.05的M2值。具有此等M2值的雷射光束102可經聚焦而具有高精確度。此雷射光束102可具有約50微米至約1000微米的有效焦點深度。在某些實施例中，配置在雷射100與玻璃製品90之間的附加光學鏡片可用來聚焦雷射光束102。
文中所述方法可用於分割非強化玻璃及化學強化玻璃兩者，以下將對此做進一步詳細討論。該玻璃的組成與後度可改變。以上所述之雷射100實施例可用於刻劃(score)並分割例如厚度約0.1毫米至約2.0毫米的玻璃。
儘管第1A圖圖示玻璃製品90被分割成複數個矩形的玻璃製品，但應瞭解，可基於所需的末端使用者應用需求，根據文中所述方法製造出由玻璃製品90所分割而成之任何形態/形狀的玻璃製品。例如，玻璃製品90可分割成多個具有任意形狀(例如，曲形邊緣)的個別玻璃製品。此外，該些已分割的玻璃製品可經過進一步處理，以將該等已分割的玻璃製品加工成所需要的最終造形，該些加工包括，但不限於，進一步切割、邊緣拋光及其他邊緣處理製程。在某些實施例中，該等已分割之玻璃製品的邊緣可經加工成預定的表面粗糙度。舉例言之但並非作為限制之用，該等已分割之玻璃製品的邊緣可拋光而達到低於約100μm的均方根(RMS)表面粗糙度。應瞭解，在其他實施例中，該等邊緣的表面粗糙度可大於約100μm RMS。
現參閱第2圖，圖中繪示用於分割玻璃製品90之方法的中間步驟俯視圖。如以上所討論般，可定位雷射100，以使該雷射光束與玻璃製品90的第一表面98呈正交。在第一方向82上相對於玻璃製品90移動該雷射100而沿著第一方向82造成複數個刻劃線92。現參閱第3圖，圖中示出一條刻劃線92的細節。刻劃線92是由複數個從玻璃製品90之第二表面96延伸而出之缺陷94所形成。該等缺陷94是當雷射光束102相對於玻璃製品90移動時在第二表面上進行雷射燒蝕而在玻璃製品90上或內部所形成的孔洞和裂縫。在圖示實施例中，雷射光束102可加以聚焦和定位，以使該光束腰部BW的中心C落在玻璃製品90的第二表面96或落在第二表面96 下。光束腰部BW的位置容許該玻璃製品90隨移動臺80而變的位置能有些許變異且雷射光束102仍繼續在玻璃製品90的第二表面96上劃線。如第3圖所示，該等個別缺陷94中的至少一些缺陷可能與第二表面96非正交並且在雷射光束102的方向上與垂直於第二表面96的垂直線偏離了一偏移角度θ。當用於本文中時，「非正交(non-orthogonal)」一詞對於該複數個缺陷94而言意指該複數個缺陷中的至少一部分個別缺陷在雷射光束移動的方向上相對於玻璃製品表面偏斜除90度以外的任何角度。因此，至少一部分缺陷的最終位置與最初位置的距離在雷射移動方向上偏移了一段距離。在某些實施例中，該等個別缺陷94中大部份的缺陷與第二表面96非正交。在其他實施例中，實質上全部的該等個別缺陷皆與第二表面96非正交。
藉由聚焦雷射光束102，以使該雷射光束102之光束腰部BW的中心C位在玻璃製品90的第二表面96或位在第二表面96下，使該雷射光束102引發產生缺陷94，該缺陷94始於玻璃製品90的第二表面96上。該雷射光束102藉著將熱引至玻璃製品90，造成該玻璃製品90的材料沿第二表面96被燒蝕並裂開而引發缺陷94。此種缺陷引發作用可在第二表面96上形成坑洞(例如第10圖中的坑洞497)。再者，由於玻璃製品90靠近第二表面96的部份也位在雷射光束102的聚焦區域104內，因此雷射光束102亦將一部分的熱能引導至玻璃製品90靠近第二表面96的部份中。只要雷射光束的強度能支持非線性交互作用，此種藉由雷射光束102位在光 束腰部BW以外的光束部份將熱能連續引入玻璃製品90中的做法能造成缺陷94從第二表面96開始擴大而進入玻璃製品90的厚度91中。缺陷94在玻璃製品90內延伸一段缺陷距離95，且該缺陷距離95小於玻璃製品90的厚度91。當雷射光束的強度能支持非線性交互作用/吸收作用時，缺陷距離95可能與雷射光束102延伸進入玻璃製品90之厚度91中的聚焦區域104大致相對應。再者，無需改變該雷射光束102之光束腰部BW或聚焦區域104的垂直位置，雷射光束102便可造成該等缺陷94延伸進入玻璃製品90的厚度91中。雷射100相對於玻璃製品90的移動速度、玻璃製品90的組成和厚度、雷射性質及其他因子亦可能影響該等缺陷94延伸進入玻璃製品90之厚度91中的距離。
再者，雷射光束102相對於玻璃製品90的移動速度可能影響該等缺陷94的偏移角度θ。通常，移動速度越快，偏移角度θ越大。例如，就非強化玻璃基板而言，雷射100可以大於約每秒20毫米的速度沿著玻璃製品90移動而造成相對於第一表面或第二表面而言非正交的缺陷。不同於當移動速度高(例如每秒1000毫米)時會造成具有偏斜角度之缺陷的情況，例如當雷射光束以小於約每秒20毫米的慢速移動時，該等缺陷幾乎與玻璃表面呈直角。
雷射光束102造成進一步雷射燒蝕、玻璃製品90中的誘發應力導致裂縫擴大、雷射光束所導致的材料強度弱化、強化玻璃內部的拉伸應力或上述因子之組合可能造成該等缺陷94(例如，坑洞497、坑洞597)從位在玻璃製品90之 第二表面196上的燒蝕區域開始擴大。該等缺陷94可為不規則形狀和鋸齒狀；然而該等缺陷94通常與強化玻璃製品190的第二表面96和第一表面98非正交，且該等缺陷通常朝雷射100的行進方向偏斜。在第3、4圖所示的實施例中，當以雷射移動方向進行評估時，該等缺陷94在第一方向82上偏斜了偏斜角度θ且通常與第二表面96呈垂直。第4圖係沿B-B線段圖示第1A圖所示的玻璃板和刻劃線。
在某些實施例中，例如當玻璃製品90是非強化玻璃基板時，該等缺陷94會在玻璃製品90的厚度91內終止。因此該等缺陷界定出刻劃線92，且該等刻劃線92在宏觀上代表著玻璃製品90的脆弱區域。此種玻璃製品90在刻劃線92四周的位置中可保有一些機械強度而能夠搬動該等已劃線的玻璃製品90，不至於使該玻璃製品90分裂成多個較小的玻璃部分或製品。進一步，在完成使用雷射100劃線之後的後續作業中以機械性方式(或熱方式)分割該玻璃製品90。例如，藉著對玻璃製品90施加彎曲力距、隨後加熱該玻璃製品90(例如，將該玻璃製品浸入已加熱的浴液中)、隨後加熱並冷卻該玻璃製品、將該玻璃製品浸入室溫下的水浴中及諸如此類方法可沿著一或多條刻劃線92分割該玻璃製品90。
現參閱第5圖，上述方法可用於在強化玻璃製品190上劃線。強化玻璃製品190可包含任意玻璃或由任意玻璃所組成，且該等玻璃採用目前已知方法或未來將開發的方法加以熱強化或化學強化。在一實施例中，強化玻璃製品190例如是鈉鈣玻璃(soda lime glass)。在另一實施例中，強化玻璃 製品190是鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃(alkali aluminosilicate glass)。可使用離子交換製程化學強化該強化玻璃製品190而在該強化玻璃基板內產生壓縮表面層211(即，第一強化層和第二強化層)及內部拉伸層215。
在一實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含：約64莫耳%至約68莫耳%的SiO2；約12莫耳%至約16莫耳%的Na2O；約8莫耳%至約12莫耳%的Al2O3；0莫耳%至約3莫耳%的B2O3；約2莫耳%至約5莫耳%的K2O；約4莫耳%至約6莫耳%的MgO；及0莫耳%至約5莫耳%的CaO；其中66莫耳%SiO2+B2O3+CaO69莫耳%；Na2O+K2O+B2O3+MgO+CaO+SrO>10莫耳%；5莫耳%MgO+CaO+SrO8莫耳%；(Na2O+B2O3)-Al2O3 2莫耳%；2莫耳%Na2O-Al2O3 6莫耳%；及4莫耳%(Na2O+K2O)-Al2O3 10莫耳%。
在另一實施例中，鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含：約60莫耳%至約70莫耳%的SiO2；約6莫耳%至約14莫耳%的Al2O3；0莫耳%至約15莫耳%的B2O3；0莫耳%至約15莫耳%的Li2O；0莫耳%至約20莫耳%的Na2O；0莫耳%至約10莫耳%的K2O；0莫耳%至約8莫耳%的MgO；及0莫耳%至約10莫耳%的CaO；0莫耳%至約5莫耳%的ZrO2；0莫耳%至約1莫耳%的SnO2；0莫耳%至約1莫耳%的CeO2；少於約50ppm的As2O3；及少於約50ppm的Sb2O3；其中12莫耳%Li2O+Na2O+K2O20莫耳%；且0莫耳%MgO+CaO10莫耳%。
在另一實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含SiO2及Na2O，其中該玻璃具有：溫度T35kp，該玻璃在溫度T35kp下具有35千泊(kpoise)的黏度，其中鋯石(zircon)崩解成ZrO2和SiO2的溫度為Tbreakdown，且Tbreakdown大於T35kp。在某些實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含：約61莫耳%至約75莫耳%的SiO2；約7莫耳%至約15莫耳%的Al2O3；0莫耳%至約12莫耳%的B2O3；約9莫耳%至約21莫耳%的Na2O；0莫耳%至約4莫耳%的K2O；0莫耳%至約7莫耳%的MgO；及0莫耳%至約3莫耳%的CaO。
在另一實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含至少50莫耳%的SiO2及至少一種改質劑(modifier)，該至少一種改質劑係選自由鹼金屬氧化物與鹼土金屬氧化物所構成之群組中，其中[(Al2O3(莫耳%)+B2O3(莫耳%))/(Σ鹼金屬改質劑(莫耳%))]>1。在某些實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含：約50莫耳%至約72莫耳%的SiO2；約9莫耳%至約17莫耳%的Al2O3；約2莫耳%至約12莫耳%的B2O3；約8莫耳%至約16莫耳%的Na2O；及0莫耳%至約4莫耳%的K2O。
在另一實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含SiO2、Al2O3、P2O5及至少一種鹼金屬氧化物(R2O)，其中0.75[(P2O5(莫耳%)+R2O(莫耳%))/M2O3(莫耳%)]1.2，其中M2O3=Al2O3+B2O3。在某些實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含：約40莫耳%至約70莫耳%的SiO2；0莫耳%至約28莫耳%的B2O3；0莫耳%至約28莫耳%的Al2O3；約1莫耳%至約14莫耳%的P2O5；及約12莫耳%至約16莫耳%的R2O； 及在某些實施例中包含約40莫耳%至約64莫耳%的SiO2；0莫耳%至約8莫耳%的B2O3；約16莫耳%至約28莫耳%的Al2O3；約2莫耳%至約12莫耳%的P2O5；及約12莫耳%至約16莫耳%的R2O。
在又一些其他實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含至少約4莫耳%的P2O5，其中(M2O5(莫耳%)/RxO(莫耳%))1，其中M2O3=Al2O3+B2O3，及其中RxO是存在於該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃中之單價陽離子氧化物與二價陽離子氧化物的總和。在某些實施例中，該單價陽離子氧化物及該二價陽離子氧化物係選自以下群組中：Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、MgO、CaO、SrO、BaO及ZnO。在某些實施例中，該玻璃包含0莫耳%的B2O3。
在又另一實施例中，該鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃包含至少約50莫耳%的SiO2及至少約11莫耳%的Na2O，且該壓縮應力至少約900MPa。在某些實施例中，該玻璃進一步包含Al2O3與B2O3、K2O、MgO及ZnO中之至少一者，其中-340+27.1．Al2O3-28.7．B2O3+15.6．Na2O-61.4．K2O+8.1．(MgO+ZnO)0莫耳%。在特定實施例中，該玻璃包含：約7莫耳%至約26莫耳%的Al2O3；0莫耳%至約9莫耳%的B2O3；約11莫耳%至約25莫耳%的Na2O；0莫耳%至約2.5莫耳%的K2O；0莫耳%至約8.5莫耳%的MgO；及0莫耳%至約1.5莫耳%的CaO。
在某些實施例中，上述鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃實質不含(即，含有0莫耳%之)下述至少一者：鋰、硼、鋇、鍶、鉍、 銻及砷。
在某些實施例中，上述鹼金屬鋁矽酸鹽玻璃係利用所屬技術領域中已知的製程(例如，流孔拉引法、融合拉引法、再拉延法(re-drawing)及諸如此類方法)向下拉引製成且具有至少130千泊的液相黏度。
如本文先前所述般，在一實施例中，利用離子交換製程以具有相同價數或氧化態的較大離子取代該玻璃表面層中的離子，而以化學方式強化該強化玻璃製品190。在一特定實施例中，該表面層中的離子與該等較大離子是單價的鹼金屬陽離子，例如Li+(若存在於玻璃中)、Na+、K+、Rb+及Cs+。或者，可使用鹼金屬陽離子以外的單價陽離子(例如，Ag+、Tl+、Cu+或諸如此類者)取代該表面層中的單價陽離子。
該離子交換製程在玻璃板的表面處產生壓縮應力。此等壓縮應力延伸至玻璃板的表面下達某個深度，此深度稱為膜層深度。藉由一層拉伸張力(稱為中心張力)與該等壓縮應力達成平衡，以使該玻璃板中的淨應力為零。在玻璃板的表面處形成壓縮應力使該玻璃強韌並能抵抗機械性損傷，且例如可減少因未延伸穿透膜層深度之裂紋造成玻璃板毀滅性的崩壞。
在一實施例中，當將玻璃製品90置於離子交換浴中，藉由離子交換作用使較大的鉀離子與靠近玻璃表面的較小鈉離子進行交換而以化學方式強化該強化玻璃製品190。使用較大鉀離子取代較小鈉離子造成在該強化玻璃製品190的表面內建立一層壓縮應力。如第5圖所示，該壓縮應力延伸 至該強化玻璃製品190的表面下達到一特定膜層深度(壓縮表面層)211。壓縮表面層從第一表面198(即，第一壓縮表面層)及第二表面層196(即，第二壓縮表面層)延伸至該膜層深度。藉著在該強化玻璃製品190的中心處建立內部拉伸層與該壓縮表面層211達成平衡。
在本文所述實施例中，利用強化法在該強化玻璃製品190內建立的壓縮應力與膜層深度足以增進該強化玻璃製品的損壞容忍度，同時亦有助於進行進一步處理(例如機械加工或雷射處理)而沒有在玻璃製品中引入裂紋的風險。在一實施例中，該壓縮應力可約200Mpa至約1000MPa。在另一實施例中，該壓縮應力可約500Mpa至約800MPa。在又另一實施例中，該壓縮應力可約650Mpa至約900MPa。在一實施例中，該膜層深度可約10微米至約80微米。在另一實施例中，該膜層深度可約30微米至約60微米。在又另一實施例中，該膜層深度可約40微米至約60微米。
如第5圖所示，類似於以上所討論示範性的非強化玻璃製品90般，雷射光束102在強化玻璃製品190中引發複數個缺陷194。該光束腰部BW的中心C位在強化玻璃製品190的第二表面196處或位在該第二表面196之下。雷射光束102燒蝕該強化玻璃製品190的第二表面196，而產生複數個燒蝕區域(例如，分別如第10圖和第11圖中的坑洞497和坑洞597)。當雷射光束102在第一方向82上相對於該強化玻璃製品190移動時，該等缺陷194從該等燒蝕區域延伸而出並且在該強化玻璃製品190的厚度191內延伸了一部分距離。 在第5圖所示實施例中，該等缺陷194延伸的缺陷距離195小於該強化玻璃製品190的厚度191。該等缺陷194中的至少一部分缺陷延伸一段缺陷距離195，且該缺陷距離195大於該壓縮表面層211的深度。再次聲明，該等缺陷194中的至少一部分缺陷延伸穿過該壓縮表面層211而進入該強化玻璃製品190的內部拉伸層215中。通常，該壓縮表面層211的壓縮應力越大，則該強化玻璃製品190中的缺陷194越短。
現參閱第6圖，第6圖顯示當該雷射100移動而離開第5圖和第6圖中所示強化玻璃製品190的區域之後，該強化玻璃製品190之其中一個區段的情形。該等缺陷194繼續擴大而進入該強化玻璃製品190的厚度191中並如箭頭199所示般地朝向彼此缺陷擴大。由於該等缺陷194擴大而進入該強化離製品190內，因此該等缺陷192的擴大產生具有裂縫擴大前端(crack propagation front)197之裂縫。在某些實例中，藉由數個個別裂縫擴大前端可界定出該裂縫擴大前端197，該等個別裂縫擴大前端朝向彼此擴大而形成可分割該玻璃製品190的單條裂縫。在該裂縫擴大前端197遠離該強化玻璃製品190的第二表面196之後，該等缺陷194可仍維持可見。由於該壓縮表面層211與內部拉伸層215的緣故，因此該裂縫擴大前端197繼續朝向第一表面198發展。此外，穿過該強化玻璃製品190之厚度191的應力場可能促進該裂縫擴大前端197的發展而穿過該強化玻璃製品190的厚度191。
依據強化玻璃製品190及劃線製程的各種不同處理 參數，該等缺陷194可如第6圖中所示般地終止，在該圖中，裂縫擴大前端197位在該內部拉伸層215中。然而，在某些實施例中，該裂縫擴大前端197繼續發展以通過該強化玻璃製品190的厚度191。現參閱第7圖，該圖顯示，在經過第6圖中所示的時間之後，該強化玻璃製品190之其中一區段的情形。該裂縫擴大前端197繼續發展以通過該強化玻璃製品190的厚度191。該等缺陷194在靠近強化玻璃製品190的第二表面196附近仍持續可見。該裂縫擴大前端197持續發展，使得從該等缺陷194延伸出的任何獨立的個別裂縫擴大前端197朝向彼此擴大，而形成第7圖中大致連續的裂縫擴大前端197’。該裂縫擴大前端197’繼續前進而穿過該強化玻璃製品190的整個厚度191，造成該強化玻璃製品190沿著該等刻劃線192分割成複數個分割開的個別玻璃製品200，如第8圖中所示。該等已分割的個別玻璃製品200可具有一或多個邊緣，該一或多個邊緣包含該些非正交的缺陷194。
如以上所討論般，當雷射100在第一方向82與第二方向84上移動時，雷射100在強化玻璃製品190中造成複數個缺陷194。當雷射100離開該等新形成的缺陷194之後，該等缺陷194繼續延伸而深入該強化玻璃製品190的厚度191中而形成一或多個裂縫擴大前端197(該等一或多個裂縫擴大前端197朝向彼此擴大)並穿越該強化玻璃製品190的厚度191。因此，該強化玻璃製品190通常不需要額外施力，便可沿著該等刻劃線192分割該強化玻璃製品190。因而，該強化玻璃製品190是「可自行分割(self-separating)」。在某些實 施例中，可藉由施加彎曲力矩、將該玻璃製品190進入浴液中及類似的分割技術來刺激該玻璃製品190的分割。
雷射100在強化玻璃製品190中引發缺陷194且從而形成刻劃線192所需的時間係界定為「刻劃時間(score time)」。介在利用雷射100引發缺陷194與該強化玻璃製品190沿著刻劃線192自行分割之間的時間界定為「自行分割時間(self-separating time)」。可藉由各種因子控制該強化玻璃製品190的自行分割時間，該些因子包括但不限於壓縮表面層211的深度、內部拉伸層215的厚度、該內部拉伸層中的拉伸張力大小、強化玻璃製品190的厚度、初始缺陷194的初始深度195及該等缺陷194之間的間距。
根據以上描述之方法處理該強化玻璃製品190，使該雷射100在第一方向82上刻劃該強化玻璃製品190複數次，並在第二方向84上刻劃該強化玻璃製品190複數次，以對應於末端使用者應用所需該強化玻璃製品190之複數個已分割玻璃製品200的期望尺寸而形成多個刻劃線192。雷射100可在刻劃時間內完成複數個刻劃線192，且刻劃時間比該自行分割時間要短。換言之，當相對於強化玻璃製品190移動該雷射光束102時，該裂縫擴大前端不會擴大到超過該雷射光束102。因此，強化玻璃製品190可在雷射完成該等刻劃線192的期間內維持一部分的機械性結構。待雷射100完成所有的刻劃線192之後，該強化玻璃製品190可沿著該等刻劃線192自行分割。藉著延遲該強化玻璃製品190自行分割的時序，可在形成該等刻劃線192時，同時使該強化玻璃製 品190完整相連，從而增進該強化玻璃製品190之該等分割玻璃製品200的尺寸精確度。
實施例 實施例1
參閱第9圖，根據以上所述方法處理非強化玻璃製品390。將非強化玻璃製品(不具有中心拉伸張力)390定位且固定在雷射下方，該非強化玻璃製品390具有0.63毫米的厚度，且該雷射可產生脈衝頻率為30千赫且波長為532奈米的光束。該雷射光束之光束腰部BW的中心定位在玻璃製品390的第二表面396下及玻璃製品390以外之處。相對於玻璃板以300毫米/秒的劃線速度(即，雷射移動速度)移動該雷射。該雷射形成複數個缺陷394，且該等缺陷394從該玻璃製品390的第二表面396延伸而出，且該等缺陷394配置成與玻璃製品390的第一表面398和第二表面396非正交。該等缺陷394如箭頭LB所示般地朝向該移動雷射光束的方向偏斜。通常，該等缺陷394延伸穿透該玻璃板的厚度。然而，由於該等缺陷彼此之間以不連續的方式間隔配置，因此該玻璃製品390保持機械結構完整性以容許進行搬運。藉由施加彎曲力矩而分割該非強化玻璃製品390。
實施例2
第10圖圖示根據文中所述方法進行處理的強化玻璃製品490。將具有0.7毫米之厚度及45百萬巴斯卡之中心拉伸張力的強化玻璃製品490固定在雷射下方，該雷射產生脈衝頻率為80千赫且波長為532奈米的光束。該強化玻璃製 品490在第一表面498和第二表面496處具有壓縮表面層411。該雷射光束之光束腰部BW的中心定位在該強化玻璃製品490的第二表面496下及強化玻璃製品490以外之處。相對於該強化玻璃製品490以950毫米/秒的劃線速度移動該雷射。該雷射形成複數個缺陷494，該等缺陷494從該強化玻璃製品490的第二表面496延伸而出，且該等缺陷494配置成與玻璃製品490的第一表面498和第二表面496非正交。該等缺陷494如箭頭LB所示般地朝向該移動雷射光束的方向偏斜。該等缺陷494延伸穿透該強化玻璃製品490的第二壓縮表面層。該等缺陷494終止在該強化玻璃製品490之中心拉伸區域415內的一深度495處。觀察到自行分割現象(self-separation)。若在相對長時間內未發生自行分割現象，則在後續非彎曲的分割製程中，在無需彎曲的情況下，藉著在與該刻劃線垂直的玻璃平面中從該刻劃線的兩側對該些已劃線的部份施加拉力而分割該強化玻璃板。
實施例3
第11圖圖示根據文中所述方法進行處理的強化玻璃製品590。將具有1.1毫米之厚度及29百萬巴斯卡之中心拉伸張力的強化玻璃製品590固定在雷射下方，該雷射產生脈衝頻率為80千赫且波長為532奈米的光束。該強化玻璃製品590在第一表面598和第二表面596處具有壓縮表面層511。該雷射光束之光束腰部BW的中心定位在該強化玻璃製品590的第二表面596下及強化玻璃製品590以外之處。相對於該強化玻璃製品590以800毫米/秒的劃線速度移動該雷 射。該雷射形成複數個缺陷594，該等缺陷594從該強化玻璃製品590的第二表面596延伸而出，且該等缺陷594配置成與強化玻璃製品590的第一表面598和第二表面596非正交。該等缺陷594如箭頭LB所示般地朝向該移動雷射光束的方向偏斜。該等缺陷594延伸穿透該強化玻璃製品590的第二壓縮表面層。該等缺陷594終止在該強化玻璃製品590之中心拉伸區域515內的一深度595處。由於該強化玻璃製品590中的中心拉伸張力小於實施例2中的中心拉伸張力，且由於劃線速度小於實施例2中的劃線速度(每秒800毫米：每秒950毫米)，使得該等缺陷更深地延伸進入該中心拉伸區域515內。未觀察到自行分割現象。在後續非彎曲的分割製程中分割該強化玻璃板。
實施例4
現參閱第12A~12C圖，根據文中所述方法處理強化玻璃板690、690’及690”。該等強化玻璃板690、690’及690”具有0.55毫米的厚度，深度約40微米的壓縮表面層611及中心拉伸張力約55百萬巴斯卡至約60百萬巴斯卡的中心拉伸區域615。將該等強化玻璃板690、690’及690”固定在雷射下方，且該雷射產生功率為6瓦、脈衝頻率為60千赫且波長為532奈米的光束。該雷射光束之光束腰部BW的中心定位在第二表面696、696’及696”下及該等強化玻璃製品690、690’及690”以外之處。
特別參閱第12A圖，相對於該強化玻璃製品690以875毫米/秒的劃線速度移動該雷射。該雷射形成複數個缺陷 694，該等缺陷694從該強化玻璃製品690的第二表面696延伸而出，且該等缺陷694配置成與強化玻璃製品690的第一表面698和第二表面696非正交。該等缺陷694如箭頭LB所示般地朝向該移動雷射光束的方向偏斜。在每秒875毫米的劃線速度下，該複數個缺陷694延伸穿入該強化玻璃製品690的第二壓縮表面層611達到大約位在該強化玻璃製品690之中心內的深度695。
現參閱第12B圖，相對於該強化玻璃製品690’以950毫米/秒的劃線速度移動該雷射。該雷射形成複數個缺陷694’，該等缺陷694’從該強化玻璃製品690’的第二表面696’延伸而出，且該等缺陷694定向成與強化玻璃製品690’的第一表面698’和第二表面696’非正交。該等缺陷694’如箭頭LB所示般地朝向該移動雷射光束的方向偏斜。如圖所見，該複數個缺陷694’中的某些缺陷定向成與該強化玻璃製品690’的第一表面698’和第二表面696’呈正交。在每秒950毫米的劃線速度下，該等缺陷694’延伸穿入該強化玻璃製品690’的第二壓縮表面層611’達一深度695’，且該深度695’未及(less than)該強化玻璃製品690’之中心。應注意，以950毫米/秒之劃線速度所造成該複數個缺陷694’的深度695’小於以875毫米/秒之劃線速度所造成該複數個缺陷694的深度695。
現參閱第12C圖，相對於該強化玻璃製品690”以1000毫米/秒的劃線速度移動該雷射。該雷射形成淺槽道(shallow vent)693，該淺槽道693包含複數個正交及非正交的缺陷，該等缺陷比該第二壓縮表面層611”要稍微深一些。該 淺槽道693是由缺陷694”所界定而成，且該等缺陷694”如箭頭LB所示般地朝該移動雷射光束的方向偏斜。在每區1000毫米的劃線速度下，該等缺陷694”不會明顯延伸超過第二壓縮表面層611”而進入該中心拉伸區域615”中。該第二壓縮表面層611”中的淺槽道可避免發生提前自行分割且可改善邊緣品質。可使該等製程參數最佳化以具有最小的槽道深度，從而使邊緣缺陷的尺寸減至最小，但同時又能夠在劃線之後於合理的時間內做到一致的自行分割或利用非彎曲的方法由外部誘發進行自行分割作用。在此實例中，由於該玻璃內部的中心拉伸張力較大，故可觀察到自我分割現象。若在相對長時間內未發生自行分割，則在後續非彎曲的分割製程中分割該玻璃製品。應注意，在某些實施例中，藉著將已劃線的強化玻璃製品置於水中或用水噴灑在該已劃線的強化玻璃製品可加速該強化玻璃製品的分離。
現應瞭解，具有高光束品質的奈秒雷射是用於形成從玻璃製品之第二表面延伸而出的複數個缺陷。該雷射光束之光束腰部的中心可定位在該玻璃製品的第二表面處或第二表面下。相對於該玻璃製品移動該雷射光束可造成缺陷擴大，使得該等缺陷與該玻璃製品的第一表面和第二表面呈現非正交，並使該等缺陷朝該雷射的移動方向偏斜。在某些實施例中，該劃線製程可允許該已劃線的玻璃製品保持機械強度以於後續操作步驟中可進行搬運(handling)和分割。該劃線製程可允許該已劃線的玻璃製品在該刻劃時間之後進行自行分割而成為複數個玻璃部分。上述製程中所使用的雷射可提 供可見光譜範圍內的光束，且可見光譜範圍內的光束具有至少2eV的光子能。
應注意，本文中可使用「實質上(substantially)」與「約(about)」之用語，以表示可能任何定量比較、數值、測量或其他表示法固有的不確定性程度。本文中亦可使用此等用語，藉以表示一種定量表示法依據所述參考值所能做出的變化程度，又不會改變本發明所請標的之基本功能。
儘管文中已描述和解說多個具體實施例，但應明白，可在不偏離所請標的之精神與範圍的情況下，做出各種其他的變化和修改。此外，儘管文中已描述所請標的的各種態樣，但無需將此等態樣組合在一起使用。因此，後附申請專利範圍涵蓋所有的這類變化和修改，且該等變化和修改態樣落入所請標的之範圍內。
80‧‧‧移動臺
82‧‧‧第一方向
84‧‧‧第二方向
90‧‧‧玻璃製品
91‧‧‧厚度
92‧‧‧刻劃線
98‧‧‧第一表面
100‧‧‧雷射
102‧‧‧雷射光束

Claims (10)

  1. 一種刻劃一玻璃製品的方法，包括以下步驟：相對於該玻璃製品的一第一表面移動一雷射光束，該雷射光束包含一光束腰部，且該光束腰部具有一中心，其中：該雷射光束之該光束腰部的該中心是位在該玻璃製品之一第二表面處或位在該玻璃製品之該第二表面下，以使該雷射光束穿透該玻璃製品之一厚度；該雷射光束沿著一刻劃線在該玻璃製品中造成複數個缺陷，以使該複數個缺陷從該第二表面延伸進入該玻璃製品內達一距離；及該複數個缺陷中之至少一部份的個別缺陷與該玻璃製品的該第一表面非正交，且該至少一部分的個別缺陷朝該雷射光束的一移動方向偏斜。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該玻璃製品是一離子交換玻璃製品，該離子交換玻璃製品具有：一第一強化表面層和一第二強化表面層，該第一強化表面層和該第二強化表面層處於一壓縮應力下且從該離子交換玻璃製品之一表面延伸至一膜層深度；及一中心區域，該中心區域介在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間並處於一拉伸應力下，及該複數個缺陷所延伸的距離大於該膜層深度。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該雷射光束係以介於350奈米至619奈米間的一波長運作。
  4. 如請求項2或請求項3所述之方法，其中該中心區域具有一介於約20至約30百萬巴斯卡(megapascal)之間的拉伸應力，且該複數個缺陷延伸穿過該離子交換玻璃製品約一半的厚度；或其中，該中心區域具有一大於約40百萬巴斯卡的拉伸應力，及該複數個缺陷的長度大部份落在該第一強化層或該第二強化層之內。
  5. 一種分割一離子交換玻璃製品的方法，包括以下步驟：相對於該離子交換玻璃製品的一第一表面移動一雷射光束，該雷射光束包含一光束腰部，且該光束腰部具有一中心，其中：該離子交換玻璃製品包含：一第一強化表面層和一第二強化表面層，該第一強化表面層和該第二強化表面層處於一壓縮應力下且從該離子交換玻璃製品之一表面延伸至一膜層深度；及一中心區域，該中心區域介在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間並處於拉伸應力下；該雷射光束之該光束腰部的該中心是位在該離子交換玻璃製品之一第二表面處或位在該第二表面下，以使該雷射光束穿透該離子交換玻璃製品之一厚度；該雷射光束燒蝕該離子交換玻璃製品的該第二表面，藉以在該離子交換玻璃製品的該第二表面上造成從燒蝕區域延伸出的複數個缺陷；該複數個缺陷順著該離子交換玻璃製品界定出一或多個 刻劃線；該複數個缺陷中的至少一部分缺陷延伸達一距離，且該距離大於該離子交換玻璃製品的該膜層深度；及該複數個缺陷造成一裂縫，該裂縫在該離子交換玻璃製品中擴大而使該離子交換玻璃製品沿著該一或多個刻劃線分離。
  6. 如請求項5所述之方法，其中在該雷射光束的一移動方向上，該裂縫不會擴大到超過該雷射光束。
  7. 如請求項5或請求項6所述之方法，其中在分離該離子交換玻璃製品之前，該複數個缺陷的個別缺陷彼此之間是不連續的。
  8. 如請求項5或請求項6所述之方法，其中該複數個缺陷中之至少一部份的個別缺陷與該離子交換玻璃製品的該第一表面非正交，且該至少一部分的個別缺陷朝該雷射光束的一移動方向偏斜。
  9. 一種玻璃製品，包括：一第一表面和一第二表面，且該第一表面與該第二表面相隔一厚度t；連接該第一表面與該第二表面的一邊緣；及位於該邊緣處的複數個缺陷，該複數個缺陷從該玻璃製 品的該第一表面或該第二表面延伸通過該玻璃製品之該厚度t的一部分，其中：該複數個缺陷延伸至該玻璃製品的該厚度t內；該複數個缺陷的個別缺陷與該第一表面或該第二表面非正交；及該複數個缺陷中的該等個別缺陷朝沿著該邊緣的一方向偏斜。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該玻璃製品包括一離子交換玻璃製品，該離子交換玻璃製品具有：一第一強化表面層和一第二強化表面層，且該第一強化表面層和該第二強化表面層處於一壓縮應力下並從該離子交換玻璃製品的一表面延伸至一膜層深度；及一中心區域，該中心區域介在該第一強化表面層與該第二強化表面層之間並處於拉伸應力下。
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