TW201425244A - 切割積層強化玻璃基板之方法 - Google Patents

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Abstract

揭示切割積層強化玻璃基板之方法。揭示一種方法，該方法包括提供積層強化玻璃基板，該積層強化玻璃基板具有：玻璃核心層，該玻璃核心層具有第一表面部分及第二表面部分；及至少一個玻璃包覆層，該玻璃包覆層熔融至玻璃核心層之第一表面部分或第二表面部分。玻璃核心層具核心熱膨脹係數，該核心熱膨脹係數小於覆層熱膨脹係數。該方法進一步包括：在積層強化玻璃基板上形成邊緣缺口，加熱至少一個玻璃包覆層上的積層強化玻璃基板之第一區域及第二區域。第一區域及第二區域分別從所需分割線之第一側及第二側偏移。該方法進一步包括使在邊緣缺口處仿造之裂縫在第一區域與第二區域之間蔓延。

Description

切割積層強化玻璃基板之方法 【相關申請案之交叉引用】
本申請案根據專利法主張2012年11月21日申請之美國臨時案第61/728,918號之優先權權益，該案之內容為本申請案之依據且全部以引用之方式併入本文中。
本申請案大體上係關於分割積層強化玻璃基板之方法，且更特定而言，係關於藉由張力控制及壓縮控制分割積層強化玻璃基板之方法。
諸如蓋玻璃、玻璃背板及類似物的玻璃製品用於消費者電子裝置及商務電子裝置中，諸如LCD及LED顯示器、電腦顯示器、自動櫃員機(ATM)以及類似物。此等玻璃製品中之一些玻璃製品可包括「觸摸」功能，該「觸摸」功能使玻璃製品必須與包括使用者手指及/或尖筆裝置的各種物品接觸，因此玻璃必須足夠堅固以承受經常之接觸而不受損。此外，該等玻璃製品亦可併入攜帶型電子裝置中，諸如行動電話、個人媒體播放機以及平板電腦。併入此等裝置中之玻 璃製品在相關裝置之運輸及/或使用期間可容易損壞。因此，用於電子裝置中的玻璃製品可需要增強之強度，以便不僅能夠經受日常的實際使用中之「觸摸」接觸，亦能夠經受可能在運輸裝置時發生的偶然之接觸及衝擊。
根據一個實施例，切割積層強化玻璃基板之方法包含提供積層強化玻璃基板，該積層強化玻璃基板具有：玻璃核心層，該玻璃核心層具有第一表面部分及與第一表面部分相對之第二表面部分；以及至少一個玻璃包覆層，該玻璃包覆層熔融至玻璃核心層之第一表面部分或第二表面部分。玻璃核心層具有平均核心熱膨脹係數CTE核心，且該至少一個玻璃包覆層具有平均覆層熱膨脹係數CTE覆層，該平均覆層熱膨脹係數CTE覆層小於平均核心熱膨脹係數CTE核心。該方法可進一步包含：在積層強化玻璃基板之邊緣處形成邊緣缺口；加熱至少一個玻璃包覆層上的積層強化玻璃基板之第一區域，及加熱至少一個玻璃包覆層上的積層強化玻璃基板之第二區域。第一區域從所需分割線之第一側偏移，且第二區域從所需分割線之第二側偏移。該方法可進一步包含使在邊緣缺口處仿造之裂縫沿所需分割線在積層強化玻璃基板之第一區域與第二區域之間蔓延。
根據另一實施例，切割積層強化玻璃基板之方法包含提供積層強化玻璃基板，該積層強化玻璃基板具有：玻璃核心層，該玻璃核心層具有第一表面部分及與第一表面部分相對之第二表面部分；以及至少一個玻璃包覆層，該玻璃包 覆層熔融至玻璃核心層之第一表面部分或第二表面部分。玻璃核心層具有平均核心熱膨脹係數CTE核心，且該至少一個玻璃包覆層具有平均覆層熱膨脹係數CTE覆層，該平均覆層熱膨脹係數CTE覆層小於平均核心熱膨脹係數CTE核心。該方法可進一步包含：形成第一中心張力減小區，該第一中心張力減小區沿所需分割線延伸且從所需分割線偏移；以及形成第二中心張力減小區，該第二中心張力減小區亦沿所需分割線延伸。第一中心張力減小區從所需分割線之第一側偏移，且第二中心張力減小區從所需分割線之第二側偏移。第一中心張力減小區以及第二中心張力減小區具有減小之張力CT1，該減小之張力CT1小於沿所需分割線之中心張力CT2。該方法可進一步包含使裂縫沿所需分割線在第一中心張力減小區與第二中心張力減小區之間蔓延。
將於以下詳細描述中闡述本文所描述之切割積層強化玻璃基板之方法的額外之特徵及優勢，對熟悉此項技術者而言，該等額外之特徵及優勢將部分地根據彼描述顯而易見或藉由實踐本文(包括以下實施方式、申請專利範圍以及隨附圖式)所描述之實施例而認識到。
應瞭解，前述之一般描述及以下之詳細描述均描述各種實施例且意在提供用於理解所主張之標的物之本質及特徵的概述或框架。包括隨附圖式以提供對於各種實施例之進一步瞭解，且隨附圖式併入本說明書中並構成本說明書之一部分。圖式圖示本文所描述之各種實施例且與描述一起用於解釋所主張之標的物的原理與操作。
100‧‧‧積層強化玻璃基板
100'‧‧‧積層玻璃管
102‧‧‧玻璃核心層
102'‧‧‧玻璃核心層
103a‧‧‧第一表面部分
103b‧‧‧第二表面部分
104a‧‧‧玻璃包覆層
104a'‧‧‧外部玻璃包覆層
104b‧‧‧玻璃包覆層
104b'‧‧‧內部玻璃包覆層
105‧‧‧第一表面
107‧‧‧第二表面
108‧‧‧第一邊緣
109‧‧‧第二邊緣
110‧‧‧所需分割線
110'‧‧‧所需分割線
112‧‧‧邊緣缺口
140‧‧‧冷卻噴嘴
142‧‧‧冷卻噴流
150‧‧‧雷射源
152‧‧‧雷射光束
154a‧‧‧第一雷射光束斑點
154b‧‧‧第二雷射光束斑點
154a'‧‧‧第一雷射光束斑點
154b'‧‧‧第二雷射光束斑點
160‧‧‧溫度分佈圖
162a‧‧‧第一區域
162b‧‧‧第二區域
170‧‧‧中心張力分佈圖
172a‧‧‧第一中心張力減小區
172b‧‧‧第二中心張力減小區
180‧‧‧壓縮應力分佈圖
182a‧‧‧第一壓縮應力減小區
182b‧‧‧第二壓縮應力減小區
190‧‧‧玻璃製品
192‧‧‧玻璃製品
194‧‧‧積層玻璃管
200‧‧‧積層熔融拉伸設備
202‧‧‧上等靜壓管
204‧‧‧下等靜壓管
206‧‧‧熔融玻璃覆層組成物
208‧‧‧熔融玻璃核心組成物
210‧‧‧槽
212‧‧‧槽
216‧‧‧外部成形表面
218‧‧‧外部成形表面
220‧‧‧根部
222‧‧‧外部成形表面
224‧‧‧外部成形表面
330‧‧‧玻璃核心層組成物
332‧‧‧玻璃包覆層組成物
334‧‧‧陰影面積
A‧‧‧箭頭
CS‧‧‧壓縮應力
CT‧‧‧中心張力
T‧‧‧溫度
第1圖示意性圖示根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的積層強化玻璃基板薄板之橫截面；第2圖示意性圖示用於製造第1圖之積層強化玻璃基板薄板的熔融拉伸製程；第3圖為一曲線圖，該曲線圖繪製根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的示例性玻璃核心層組成物及示例性玻璃包覆層組成物的熱膨脹隨溫度之變化；第4A圖為一曲線圖，該曲線圖繪製根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的所需分割線周圍之積層強化玻璃基板之表面上的示例性溫度分佈圖；第4B圖為一曲線圖，該曲線圖繪製根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的積層強化玻璃基板之中心張力分佈圖，該中心張力分佈圖來源於第4A圖中所圖示之溫度分佈圖；第4C圖為一曲線圖，該曲線圖繪製根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的積層強化玻璃基板之壓縮應力分佈圖，該壓縮應力分佈圖來源於第4A圖中所圖示之溫度分佈圖；第5圖示意性圖示根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的積層強化玻璃基板之表面上之第一雷射光束及第二雷射光束；第6圖示意性圖示根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的用於切割積層強化玻璃基板之系統； 第7圖示意性圖示根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的積層強化玻璃基板之表面上之第一雷射光束及第二雷射光束連同溫度分佈圖、中心張力分佈圖以及壓縮應力分佈圖；第8圖示意性圖示根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的積層強化玻璃基板之表面上的延長之第一雷射光束及第二雷射光束連同溫度分佈圖、中心張力分佈圖以及壓縮應力分佈圖；第9A圖及第9B圖圖示根據本文所圖示及描述之一或多個實施例的從積層強化玻璃基板薄板分割出的兩個示例性積層強化玻璃製品；以及第9C圖圖示待切割之積層玻璃管，該積層玻璃管藉由第一中心張力區及第二中心張力區之應用而沿所需分割線切割。
現將詳細參照切割積層強化玻璃基板之方法的實施例，該等實施例之實例圖示於隨附圖式中。在任何可能的時候，在所有圖式中使用相同之元件符號指示相同或相似之部件。如以下更詳細之描述，實施例提供切割積層強化玻璃基板之方法，該方法藉由使用雷射或其他快速與局部加熱源以控制沿所需分割線之中心張力及壓縮應力，以提供可導引裂紋之阻力最小之路徑。由於熔融積層玻璃基板中玻璃核心層之中心張力及覆層壓縮均瞬時地與核心玻璃層與玻璃包覆層的設定點之較低者之間的溫度差成反比，因此中心張力及壓 縮應力之量級及分佈可經管理，以避免未經導引之裂縫蔓延及提供受控破裂及穩定經導引裂縫生長。本文將結合對隨附圖式之具體參照，更詳細地描述切割積層強化玻璃基板之各種方法。
玻璃製品可藉由熱回火及/或藉由離子交換處理而經強化。在該等情況下，在玻璃製品成形後，該玻璃製品可經歷額外之處理步驟，且此等額外之處理步驟可增加玻璃製品之總成本。此外，執行此等處理步驟所需之額外搬運可增加損壞玻璃製品之風險，該風險可降低製造產量及進一步增加玻璃製品之生產成本及最終成本。
雙重熔融拉伸為生產強化玻璃基板之另一方法。雙重熔融拉伸產生三層之積層強化玻璃基板，該三層之積層強化玻璃基板具有一核心層，該核心層定位於兩個包覆層之間。當核心玻璃具有大於覆層玻璃之熱膨脹係數時，壓縮應力出現在包覆層中且藉由中心張力平衡，在積層強化玻璃基板從退火點及應變點冷卻至較低溫度時，於核心層中自然產生該中心張力。經由受壓縮應力之包覆層強化提供額外之抗損傷性。具有大中心張力核心之抗損傷包覆層的存在可使得藉由傳統方法(諸如機械劃線及分割方法，以及雷射劃線及分割方法)切割積層強化玻璃基板具有挑戰性。
現參照第1圖，積層強化玻璃基板100以橫截面示意性圖示。如以下更詳細描述，積層強化玻璃基板可在拉伸製程之末尾以及拉伸製程之後切割，以將積層強化玻璃基板分割成複數個積層強化玻璃製品。積層強化玻璃基板100大 體上包含玻璃核心層102及一對玻璃包覆層104a及104b。注意，在其他實施例中，積層強化玻璃基板可包括僅一個玻璃包覆層，由此提供兩層之結構。
仍參照第1圖，具有第一表面105及第二表面107之玻璃核心層102大體上包含第一表面部分103a及與第一表面部分103a相對之第二表面部分103b。第一玻璃包覆層104a熔融至玻璃核心層102之第一表面部分103a，且第二玻璃包覆層104b熔融至玻璃核心層102之第二表面部分103b。玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b熔融至玻璃核心層102而無需安置於玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b之間的任何額外材料，諸如黏著劑、塗佈層或類似物。
在本文所描述之積層強化玻璃基板100之實施例中，玻璃核心層102由具有平均核心熱膨脹係數CTE核心之第一玻璃組成物形成，且玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b由不同的具有平均覆層熱膨脹係數CTE覆層之第二玻璃組成物形成。如本文所使用之術語「CTE」表示在約20℃至約300℃之溫度範圍內求平均的玻璃組成物之熱膨脹係數。CTE核心大於CTE覆層，因此導致玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b在不經離子交換或熱回火之情況下受到壓縮應力。
特定而言，本文所描述之積層強化玻璃基板100可藉由熔融積層製程形成，該熔融積層製程諸如美國專利第4,214,886號中所描述之製程，該專利以引用之方式併入本文中。例如參照第2圖，用於形成積層玻璃製品之積層熔融拉伸設備200包含上等靜壓管202，該上等靜壓管202定位於下 等靜壓管204上方。上等靜壓管202包含槽210，熔融玻璃覆層組成物206從熔化器(未圖示)進料至槽210中。類似地，下等靜壓管204包含槽212，熔融玻璃核心組成物208從熔化器(未圖示)進料至槽212中。在本文所描述之實施例中，熔融玻璃核心組成物208具有平均熱膨脹係數CTE核心，該平均熱膨脹係數CTE核心大於熔融玻璃覆層組成物206之平均熱膨脹係數CTE覆層。
當熔融玻璃核心組成物208充滿槽212時，熔融玻璃核心組成物208溢出槽212並沿下等靜壓管204之外部成形表面216、外部成形表面218流下。下等靜壓管204之外部成形表面216、外部成形表面218在根部220彙聚。因此，沿外部成形表面216、外部成形表面218流下的熔融玻璃核心組成物208在下等靜壓管204之根部220重新結合，由此形成積層玻璃製品之玻璃核心層102。
同時，熔融玻璃覆層組成物206溢出形成於上等靜壓管202中之槽210，並沿上等靜壓管202之外部成形表面222、外部成形表面224流下。熔融玻璃覆層組成物206藉由上等靜壓管202而向外偏斜，以使得熔融玻璃覆層組成物206在下等靜壓管204之周圍流下，並與沿下等靜壓管之外部成形表面216、外部成形表面218流下之熔融玻璃核心組成物208接觸，從而熔合至熔融玻璃核心組成物及在玻璃核心層102之周圍形成玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b。
如上文所述，熔融玻璃核心組成物208通常具有平均熱膨脹係數CTE核心，該平均熱膨脹係數CTE核心大於熔融 玻璃覆層組成物206之平均覆層熱膨脹係數CTE覆層。因此，當玻璃核心層102及玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b冷卻時，玻璃核心層102與玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b之熱膨脹係數的差異致使壓縮應力在玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b中形成。壓縮應力在無需離子交換處理或熱回火處理之情況下，使產生之積層玻璃製品的強度增大。用於玻璃核心層102以及玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b之玻璃組成物可包括但不限於以下申請案中所描述之玻璃組成物：題為「High CTE Potassium Borosilicate Core Glasses and Glass Articles Comprising the Same」的美國專利申請案第61/604,869號以及題為「Low CTE Alkali-Free BoroAluminosilcate Glass Compositions and Glass Articles Comprising the Same」的美國專利申請案第61/604,839號，該等申請案兩者讓與至Corning公司且全部以引用之方式併入本文中。
表1列出在下文之示例性方法中使用的玻璃組成物。
目前，具有玻璃組成物A、C、D、E、F、G、H及I之玻璃可分別以玻璃名稱或型號2317、0317、Eagle 2000®、2318、7761、2319、2816及2916自Corning公司獲得，且具有玻璃組成物B及J之玻璃亦已由Corning公司製造。
再次參照第1圖中所圖示之積層強化玻璃基板100，積層玻璃基板之玻璃核心層102由具有相對高之平均熱膨脹係數的玻璃組成物形成，諸如本文所述之具有大於或等於75x10-7/℃之熱膨脹係數的玻璃組成物。積層強化玻璃基板100之玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b由具有較低平均熱膨脹係數之玻璃組成物形成，以促進壓縮應力在積層玻璃製品熔融成形後之冷卻以後，產生於包覆層中。
更特定而言，對於給定之覆層與核心厚度比，玻璃包覆層104a、104b組成物與玻璃核心層102組成物之間的CTE之差異，以及隨後的玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b及玻璃核心層102從設定點左右(例如，約高於玻璃應變點5 ℃)到較低溫度(例如，室溫)之冷卻。當玻璃核心層102組成物具有高於玻璃包覆層104a、104b組成物之CTE時，壓縮應力(CS)出現在玻璃包覆層104a、玻璃包覆層104b中且藉由中心張力(CT)平衡，在積層強化玻璃基板100冷卻時於玻璃核心層102中自然產生該中心張力。玻璃包覆層104a、104b壓縮應力CS可藉由方程式(1)描述： 玻璃核心層102內之中心張力(CT)可藉由方程式(2)描述：
其中E 核心 及E 覆層 分別為核心玻璃及覆層玻璃之彈性模數；v 核心 及v 覆層 分別為核心玻璃及覆層玻璃之柏松比；T *為核心玻璃及覆層玻璃之設定點中之較低者，單位為攝氏度(設定點經界定為高於玻璃應變點5℃)；α 核心 及α 覆層 分別為核心玻璃及覆層玻璃從設定點T *到室溫的平均熱膨脹係數，其中25℃在上述公式中用作室溫；h 核心 為核心之半值厚度；且h 覆層 為覆層厚度。
方程式(1)及方程式(2)經提供以用於特徵化室溫(亦即，25℃)下給定玻璃組成物對可達到之應力位準。注意，當玻璃組成物經設定為介於室溫與T *之間的另一溫度T下時，CS及CT兩者將成比例地減小。因此，方程式(1) 及方程式(2)可經如下推斷： 由於CS及CT必須彼此平衡，方程式(5)提供： 根據方程式(3)及方程式(4)，CS及CT可隨第3圖之曲線圖中所圖示之局部溫度改變而瞬時地發生改變。第3圖繪製玻璃核心層組成物330及玻璃包覆層組成物332之熱膨脹隨溫度之變化。曲線330之資料對應於玻璃A，且曲線332之資料對應於玻璃B。應瞭解，此等玻璃組成物僅用作實例，且可使用其他玻璃組成物。
如第3圖中所圖示，當溫度升高至T *(對於說明性A-B玻璃組成物對而言為513℃)時，應力與陰影面積334成比例。因此，經由施加於線周圍之所選及受控溫度圖形，CS與CT量級及分佈可控制為沿所需分割線或在所需分割線周圍。此途徑與現有方法不同，在現有方法中，玻璃組成物對經均勻加熱或在所需分割線上直接加熱，其中最大能量正好沿切割線定位。
示例性溫度分佈圖160及對應之中心張力分佈圖170以及壓縮應力分佈圖180分別圖示於第4A圖至第4C圖 中。第4A圖圖示跨所需分割線之溫度分佈圖160，其中橫軸為距所需分割線之距離(x=0)，且縱軸為溫度。在圖示之實例中，包覆玻璃層的表面之第一區域162a及第二區域162b經加熱至最大溫度T 1 。第一區域162a及第二區域162b兩者從所需分割線偏移偏移距離R 1 。較小之R 1 將使裂縫蔓延更加穩定並保持沿切割線。在一些實施例中，R 1 小於3mm。在其他實施例中，R 1 小於1.5mm。在其他實施例中，R 1 小於0.75mm。因此，玻璃包覆層的直接位於所需分割線上之區域不加熱至最大溫度T 1 ，而是加熱至小於最大溫度T 1 的溫度T 2 。第一區域162a、第二區域162b以及所需分割線外部之區域可接近周圍溫度T 0 ，以使得T 2 <T 1 且T 1 >T 0 。
如以上關於第3圖及方程式(3)及方程式(4)所描述，局部溫度之改變瞬時地改變玻璃核心層內之CT。第4B圖根據第4A圖中所圖示且施加至積層強化玻璃基板之溫度分佈圖圖示中心張力分佈圖170。橫軸為距所需分割線(x=0)之距離，且縱軸為CT。如第4B圖所圖示，由於第一區域162a及第二區域162b處之局部加熱，對應於第一區域162a之第一中心張力減小區172a及對應於第二區域162b之第二中心張力減小區172b具有低於所需分割線處之中心張力(CT 2 )的中心張力(CT 1 )。積層強化玻璃基板之剩餘區域具有本體中心張力(CT 0 )，以使得CT 2 >CT 1 且CT 1 <CT 0 。
第4C圖根據第4B圖中所圖示之中心張力分佈圖170圖示壓縮應力分佈圖180。橫軸為距所需分割線(x=0)之距離，且縱軸為CS。如第4C圖中所圖示，由於在第一區 域162a及第二區域162b處之局部加熱，對應於第一區域162a之第一壓縮應力減小區182a以及對應於第二區域162b之第二壓縮應力減小區182b具有量級低於所需分割線處之壓縮應力(CS 2 )的壓縮應力(CS 1 )。積層強化玻璃基板之剩餘區域具有本體壓縮應力(CS 0 )，以使得CS 2 >CS 1 且CS 1 <CS 0 。
如上所述加熱積層強化玻璃基板之表面形成了第一中心張力減小區172a及第二中心張力減小區172b，該第一中心張力減小區172a及第二中心張力減小區172b使得CT 1 為沿著或靠近所需分割線蔓延之裂縫提供界限，因為積層強化玻璃基板的具有CT 2 之區域將為用於裂縫蔓延之較佳及阻力最小的路徑。換言之，第一中心張力減小區172a及第二中心張力減小區172b的較低CT 1 沿所需分割線導引蔓延裂縫。因此，CT 1 及CT 2 (類似地，第一區域及第二區域處的對應壓縮應力(CS 1 )，以及所需分割線處之壓縮應力(CS 2 ))可經最佳化以避免因使CT 2 低於某一閾值而引起的不穩定之裂縫蔓延。CT 1 可經控制以在所需分割線周圍具有顯著較低之中心張力帶，以避免在所需分割線之外的任何方向上之破裂。在一些實施例中，當局部溫度達到接近核心玻璃及覆層玻璃之設置點的較低者時，CT 1 可低至零。CT 2 可經控制以低於用於無缺口邊緣品質的某一閾值(例如25MPa)，但應足以用於裂縫自蔓延。就溫度而言，T 2 之下限可由維持初始裂縫之蔓延以形成通氣口所需的應力界定；上限可等於或小於核心玻璃及覆層玻璃之應變點之較低者。
目標偏移R 1 及目標中心張力CT 1 、CT 2 可使用經最 佳化之熱源參數達到。能夠施加上述之局部加熱的任何裝置可用以根據本文所述之實施例切割積層強化玻璃基板。儘管熱源在文中描述為雷射，但實施例並不僅限於此。舉例而言，在一些實施例中，局部加熱亦可藉由薄加熱元件提供，該等薄加熱元件應用於積層強化玻璃基板之表面。
現參照第5圖，圖示積層強化玻璃基板100之表面105，該表面105具有第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b。如上所述，積層強化玻璃基板100之表面105可藉由除雷射光束斑點154a、雷射光束斑點154b之外的熱源加熱。邊緣缺口112施加至積層強化玻璃基板100之第一邊緣108，以為裂縫提供起始位置。邊緣缺口112可機械成形，諸如使用刻痕刀、藉由雷射消熔或藉由其他方法。第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b用以分別加熱與所需分割線110相鄰之第一區域162a及第二區域162b。
現參照第6圖，第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b可藉由一或多個雷射光束152形成，該一或多個雷射光束152由一或多個雷射源150產生。在一些實施例中，雷射源150為CO2雷射源。積層強化玻璃基板100及/或一或多個雷射源150可經平移，以使得第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b橫穿積層強化玻璃基板100之表面105。在一些實施例中，單一雷射光束152使用光束分離器經分離以形成第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b。在其他實施例中，單一雷射光束152在第一區域162a及第二區域162b上連續地掃描。雷射光束152之操作參數包 括但不限於：功率位準、光束形狀、波長、脈衝頻率及掃描速度。雷射光束152之參數可經設定以達到所需溫度分佈。
在一些實施例中，離散之第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b橫跨積層強化玻璃基板100之表面105前移。第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b可藉由局部地迅速掃描雷射光束152以形成橢圓形光束斑點而形成。在其他實施例中，一或多個聚焦光學器件(未圖示)用以形成所需形狀及大小之第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b。在其他實施例中，如以下所描述及第8圖所圖示，第一雷射光束斑點154a'及第二雷射光束斑點154b'可為延長之光束斑點，該等光束斑點橫穿積層強化玻璃基板100之整個表面105。
在一些實施例中，來自冷卻噴嘴140之冷卻噴流142可施加至邊緣缺口112以促進邊緣缺口112處之通氣口形成。冷卻噴流142可為液體或氣體。在一個實施例中，冷卻噴流142為去離子水。冷卻噴流142可在加熱第一區域162a及第二區域162b期間或正好在加熱第一區域162a及第二區域162b之後施加，以形成對應的第一中心張力減小區172a及第二中心張力減小區172b。在其他實施例中，未使用冷卻噴流。
現參照第7圖，使用兩個雷射光束斑點154a、154b(或其他熱源)加熱的積層強化玻璃基板100之表面105經圖示具有對應之溫度分佈圖160、中心張力分佈圖170及壓縮應力分佈圖180疊加在上面。注意，溫度分佈圖160、中心張 力分佈圖170及壓縮應力分佈圖180之佈置並非對應於表面105上之任何特定位置，且該等分佈圖僅出於說明性目的而提供。溫度分佈圖160、中心張力分佈圖170及壓縮應力分佈圖180從積層強化玻璃基板100的第一邊緣108延伸至第二邊緣109。
虛線代表所需分割線110。第一雷射光束斑點154a及第二雷射光束斑點154b如箭頭A所指示同時或相繼橫跨表面105前移，以使靠近所需分割線之積層強化玻璃基板100的溫度增加。加熱之目標在距所需分割線110某一較小但有限之距離處，以使得溫度在兩側上對稱地距所需分割線110某一較小距離處達到最大。因此，可獲得溫度分佈圖160。亦可獲得對應之CT分佈圖170及CS分佈圖180。積層強化玻璃基板100之中心張力在實際切割線處具有局部最大值(CT 2 )、在溫度最高處減小至局部最小值(CT 1 )且隨後增加至加熱前的原始位準(CT 0 )，該原始位準與經加熱區相差較大。
由於與CT成比例，內部彈性能及應力強度因數兩者同樣在所需分割線處具有局部最大值。如上文所描述，由於所需分割線110藉由第一中心張力減小區172a及第二中心張力減小區172b劃定界限，因此所需分割線110將為用於裂縫蔓延的較佳且阻力最小之路徑。通氣口邊緣缺口112可經提供以發起從一個邊緣108至另一邊緣109的裂縫蔓延。在一些實施例中，冷卻噴流142可施加至邊緣缺口112，以進一步促進裂縫蔓延。第8圖圖示藉由一或多個經掃描之雷射光 束形成的第一延長雷射光束斑點154a及第二延長光束斑點154b。第一延長雷射光束斑點154a及第二延長光束斑點154b可藉由顯著之橢圓形雷射光束形成，或藉由具有第一掃描速度之一個接一個或者多個雷射光束形成，其中在短時間範圍(諸如秒)內執行多個掃描道次。第一延長雷射光束斑點154a及第二延長雷射光束斑點154b可界定積層強化玻璃基板100之表面105上的第一雷射線及第二雷射線。
裂縫在邊緣缺口112處發起，且隨後在第一中心張力減小區172a與第二中心張力減小區172b之間蔓延。以此方式，當裂縫在積層強化玻璃基板100內蔓延時，第一中心張力減小區172a及第二中心張力減小區172b導引裂縫。
在一些實施例中，護罩組件(未圖示)可應用於所需分割線110上方。護罩組件可防止雷射輻射(或其他能量，視熱源而定)從積層強化玻璃基板100之表面105上入射至所需分割線110上。護罩組件可設置為材料薄片，該薄片使表面105免於受熱源提供之能量影響。
本文所描述之切割方法可用以將積層強化玻璃基板薄板切割為積層強化玻璃製品，包括具有諸如彎曲邊緣之任意邊緣的製品。第9A圖及第9B圖示意性圖示積層強化玻璃製品的兩個非限制性實例，該等積層強化玻璃製品由積層強化玻璃基板薄板切割而成。例如，積層強化玻璃製品可提供為電子裝置之蓋玻璃。
本文所描述之方法不僅限於切割積層強化玻璃基板薄板。參照第9C圖，圖示設置為積層玻璃管194的積層強化 玻璃基板。積層玻璃管194包含圍繞玻璃核心層102'的外部玻璃包覆層104a'及內部玻璃包覆層104b'。積層玻璃管100'可沿外部玻璃包覆層104a'之表面周圍的所需分割線110'切割。上文描述之第一中心張力減小區及第二中心張力減小區可藉由施加熱能而施加在與所需分割線110'相鄰處。在一個實例中，當兩個雷射光束入射至外部玻璃包覆層104a'上時，積層玻璃管100'旋轉且從所需分割線110'偏移。裂紋可隨後沿所需分割線110'蔓延。
本文所描述之切割方法不僅可用於將玻璃製品分割為一定大小(例如，第9A圖及第9B圖中所圖示之玻璃製品190、玻璃製品192)，亦可用於上游積層強化玻璃基板製造，諸如拉伸積層強化玻璃基板的拉伸末尾(bottom of draw；BOD)之玻璃分割，及垂直珠粒分割(vertical bead separation；VBS)。
核心-覆層組成物實例
以下為三種核心-覆層玻璃組成物對，該等核心-覆層玻璃組成物對說明局部溫度對CT及CS之影響，以獲得如第4A圖所圖示之溫度分佈圖(以及所得之中心張力分佈圖及壓縮應力分佈圖)。
核心-覆層組成物實例1
在第一非限制性實例中，玻璃核心層為玻璃C，玻璃C具有彈性模數10.4x106psi、柏松比0.22、平均 CTE98x10-7/℃及T *=581℃。玻璃包覆層為玻璃D，該玻璃D具有彈性模數10.3x106psi、柏松比0.23、平均CTE36.1x10-7/℃及T *=671℃。玻璃核心層之厚度為0.526mm，且玻璃包覆層之厚度為0.0478mm。下表1說明對於此第一核心-覆層對而言，變化之溫度T對CS及CT的影響：
如表1所示，溫度T之增長使實例1之核心-覆層組成物對中的CS及CT減小。
核心-覆層組成物實例2
在第二非限制性實例中，玻璃核心層為玻璃E，該玻璃E具有彈性模數10.4x106psi、柏松比0.21、平均CTE83.6x10-7/℃及T *=564℃。玻璃包覆層為玻璃F，該玻璃F具有彈性模數10.0x106psi、柏松比0.23、平均CTE28.0x10-7/℃及T *=463℃。玻璃核心層之厚度為0.38mm，且玻璃包覆層之厚度為0.076mm。下表2說明對於此第二核心-覆層對實例而言，變化之溫度T對CS及CT的影響：
如表2所示，溫度T之增長使實例2之核心-覆層組成物對中的CS及CT減小。
核心-覆層組成物實例3
在第三非限制性實例中，玻璃核心層為玻璃G，該玻璃G具有彈性模數10.4x106psi、柏松比0.21、平均CTE81.4x10-7/℃及T *=604℃。玻璃包覆層為玻璃H，該玻璃H具有彈性模數10.9x106psi、柏松比0.23、平均CTE43.5x10-7/℃及T *=635℃。玻璃核心層之厚度為0.38mm，且玻璃包覆層之厚度為0.076mm。下表3說明對於此第三核心-覆層對實例而言，變化之溫度T對CS及CT的影響：
如表3所示，溫度T之增長使實例3之核心-覆層組成物對中的CS及CT減小。
積層強化玻璃基板切割實例
以下根據本文所描述之實施例提供切割積層強化玻璃基板的兩個非限制性實施例。
切割實例1
在第一非限制性切割實例中，積層強化玻璃基板薄板具有藉由再拉伸製程形成之玻璃核心層(玻璃A)及兩個玻璃包覆層(玻璃E)。玻璃A具有彈性模數10.6x106psi、柏松比0.21、平均CTE91.1x10-7/℃及T *=556℃。玻璃E具有彈性模數10.4x106psi、柏松比0.206、平均CTE80.9x10-7/℃及T *=565℃。玻璃核心層之厚度為0.38mm，且玻璃包覆層之厚度為0.076mm。下表4說明對於此實例而言，變化之溫度T對CS及CT的影響：
CO2雷射光束經聚焦直徑為約1.5mm。雷射光束連續地掃描過兩個平行線，從而形成第一雷射光束斑點及第二雷射光束斑點。該兩個雷射光束斑點藉由約1.5mm之偏移R 1 分隔，且長度為約230mm。CO2雷射以40kHz之頻率及230W之功率運行。雷射光束使用檢流計掃描器以30m/s之 速度在積層強化玻璃基板之表面上掃描。
邊緣缺口使用金剛石劃線器沿切割路徑形成於積層強化玻璃基板薄板之邊緣上。積層強化玻璃基板薄板置放在切割臺上，其中邊緣缺口定位於藉由迅速掃描之雷射光束形成的兩個平行雷射光束斑點之間。雷射入射在表面上約一秒，隨後關閉雷射。關閉雷射之後立即開啟在邊緣缺口處之冷卻水噴流，持續小於約0.5秒的時間。整體裂紋在邊緣缺口之位置處產生且可控制地沿所需分割線蔓延。
切割實例2
在第二非限制性實例中，積層強化玻璃基板薄板具有玻璃核心層(玻璃I)及兩個玻璃包覆層(玻璃J)。玻璃I具有彈性模數10.9x106psi、柏松比0.24、平均CTE42.0x10-7/℃及T *=632℃。玻璃J具有彈性模數10.0x106psi、柏松比0.206、平均CTE35.0x10-7/℃及T *=629℃。玻璃核心層之厚度為0.375mm，且玻璃包覆層之厚度為0.275mm。下表5說明對於此實例而言，變化之溫度T對CS及CT的影響：
CO2雷射光束經聚焦直徑為約1.5mm。雷射光束連 續地掃描過兩個平行線，從而形成第一雷射光束斑點及第二雷射光束斑點。該兩個雷射光束斑點藉由約1.0mm之偏移R 1 分隔，且長度為約230mm。CO2雷射以40kHz之頻率以及約230W及約260W之功率運行。雷射光束使用檢流計掃描器以30m/s之速度在積層強化玻璃基板之表面上掃描。
邊緣缺口使用金剛石劃線器沿切割路徑形成於積層強化玻璃基板薄板之邊緣上。積層強化玻璃基板薄板置放在切割臺上，其中邊緣缺口定位於藉由迅速掃描之雷射光束形成的兩個平行雷射光束斑點之間。雷射入射在表面上約1.5秒，隨後關閉雷射。關閉雷射之後立即開啟邊緣缺口處之冷卻水噴流，持續小於約0.2秒的時間。整體裂紋在邊緣缺口之位置處產生且可控制地沿所需分割線蔓延。
現應瞭解，文本所描述之方法可用以藉由將溫度分佈施加至玻璃包覆層之表面以產生與所需分割線相鄰之第一中心張力減小區及第二中心張力減小區來切割積層強化玻璃基板。第一中心張力減小區及第二中心張力減小區藉由提供阻力最小之路徑導引蔓延裂縫，該裂縫在積層強化玻璃基板之邊緣處發起。本文所描述之切割方法可用以從積層強化玻璃基板薄板可控制地切割成型玻璃製品，以及在製造(諸如拉伸末尾分割及垂直珠粒分割)期間切割積層強化玻璃基板。因此，本文所揭示的用於切割積層強化玻璃基板之方法及設備可用作習知方法及設備之替代。
對熟悉此項技術者將顯而易見，可在不脫離所主張標的物之精神及範疇的情況下對本文所描述之實施例做出各 種修改及變化。因此若對本文所描述之各種實施例的修改及變化在隨附申請專利範圍及申請專利範圍之等效物之範疇內，則本說明書意在涵蓋該等修改及變化。
100‧‧‧積層強化玻璃基板
102‧‧‧玻璃核心層
103a‧‧‧第一表面部分
103b‧‧‧第二表面部分
104a‧‧‧玻璃包覆層
104b‧‧‧玻璃包覆層
105‧‧‧第一表面
107‧‧‧第二表面

Claims (20)

  1. 一種切割一積層強化玻璃基板之方法，該方法包含以下步驟：提供一積層強化玻璃基板，該積層強化玻璃基板包含：一玻璃核心層，該玻璃核心層具有一第一表面部分及與該第一表面部分相對之一第二表面部分；至少一個玻璃包覆層，該玻璃包覆層熔融至該玻璃核心層之該第一表面部分或該第二表面部分，其中該玻璃核心層具有一平均核心熱膨脹係數CTE核心，且該至少一個玻璃包覆層具有一平均覆層熱膨脹係數CTE覆層，該平均覆層熱膨脹係數CTE覆層小於該平均核心熱膨脹係數CTE核心；在該積層強化玻璃基板之一邊緣處形成一邊緣缺口；加熱該至少一個玻璃包覆層上的該積層強化玻璃基板之一第一區域，其中該第一區域從一所需分割線的一第一側偏移；加熱該至少一個玻璃包覆層上的該積層強化玻璃基板之一第二區域，其中該第二區域從該所需分割線之一第二側偏移，且該第二區域與該第一區域同時加熱；及使一裂縫沿該所需分割線在該積層強化玻璃基板之該第一區域與該第二區域之間蔓延，其中該裂縫發起於該邊緣缺口處。
  2. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 在該邊緣缺口處施加一冷卻噴流。
  3. 如請求項1所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在加熱該積層強化玻璃基板的該第一區域及第二區域之前，沿該所需分割線應用一護罩組件，其中該護罩組件防止熱能沿該所需分割線施加至該積層強化玻璃基板之一表面。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該第一區域及該第二區域中之該積層強化玻璃基板之一溫度大於沿該所需分割線的該積層強化玻璃基板之一溫度。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該第一區域及該第二區域中之該積層強化玻璃基板之一溫度小於該玻璃核心層之一應變點且小於該至少一個玻璃包覆層之一應變點。
  6. 如請求項1所述之方法，其中：藉由使一或多個雷射光束在該至少一個玻璃包覆層之一表面上沿一第一雷射掃描線來回掃描而加熱該第一區域；以及藉由使該一或多個雷射光束在該至少一個玻璃包覆層之該表面上沿一第二雷射掃描線來回掃描而加熱該第二區域。
  7. 如請求項1所述之方法，其中： 藉由使一第一雷射光束斑點在該至少一個玻璃包覆層之一表面上前移而加熱該第一區域；以及藉由使一第二雷射光束斑點在該至少一個玻璃包覆層之該表面上前移而加熱該第二區域。
  8. 如請求項1所述之方法，其中：藉由將一第一延長之雷射光束斑點沿該積層強化玻璃基板之一整個長度施加在該至少一個玻璃包覆層的一表面上而加熱該第一區域；以及藉由將一第二延長之雷射光束斑點沿該積層強化玻璃基板之該整個長度施加在該至少一個玻璃包覆層的該表面上而加熱該第二區域。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該積層強化玻璃基板設置為一積層玻璃管。
  10. 一種切割一積層強化玻璃基板之方法，該方法包含以下步驟：提供一積層強化玻璃基板，該積層強化玻璃基板包含：一玻璃核心層，該玻璃核心層具有一第一表面部分及與該第一表面部分相對之一第二表面部分；至少一個玻璃包覆層，該玻璃包覆層熔融至該玻璃核心層之該第一表面部分或該第二表面部分，其中該玻璃核心層具有一平均核心熱膨脹係數CTE核心，且該至少一個 玻璃包覆層具有一平均覆層熱膨脹係數CTE覆層，該平均覆層熱膨脹係數CTE覆層小於該平均核心熱膨脹係數CTE核心；形成沿一所需分割線延伸的一第一中心張力減小區，其中該第一中心張力減小區從該所需分割線之一第一側偏移，且該第一中心張力減小區具有一減小之張力CT1，該減小之張力CT1小於沿該所需分割線的一中心張力CT2；形成沿該所需分割線延伸的一第二中心張力減小區，該第二中心張力減小區從該所需分割線之一第二側偏移，且該第二中心張力減小區具有該減小之中心張力CT1，該減小之中心張力CT1小於沿該所需分割線的該中心張力CT2；及使一裂縫沿該所需分割線在該第一中心張力減小區與該第二中心張力減小區之間蔓延。
  11. 如請求項10所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在形成該第一中心張力減小區及該第二中心張力減小區之前，在該積層強化玻璃基板的一邊緣處形成一邊緣缺口。
  12. 如請求項11所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在形成該第一中心張力減小區及該第二中心張力減小區之後，在該邊緣缺口處施加一冷卻噴流。
  13. 如請求項10所述之方法，該方法進一步包含以下步驟：在形成該第一中心張力減小區及該第二中心張力減小區 之前，沿該所需分割線應用一護罩組件。
  14. 如請求項13所述之方法，其中：藉由使一或多個雷射光束沿該至少一個玻璃包覆層的一表面來回掃描而形成該第一中心張力減小區及該第二中心張力減小區；以及該護罩組件防止該一或多個雷射光束沿該所需分割線入射至該至少一個玻璃包覆層之該表面上。
  15. 如請求項10所述之方法，其中該第二中心張力減小區與該第一中心張力減小區同時形成。
  16. 如請求項10所述之方法，其中該第一中心張力減小區及該第二中心張力減小區藉由加熱該至少一個玻璃包覆層之一表面而形成。
  17. 如請求項10所述之方法，其中：藉由一第一雷射掃描線將該第一中心張力減小區形成於該至少一個玻璃包覆層之一表面上；藉由一第二雷射掃描雷射線將該第二中心張力減小區形成於該至少一個玻璃包覆層之該表面上；以及藉由將一或多個雷射光束沿該積層強化玻璃基板之一整個長度來回掃描形成該第一雷射掃描線及該第二雷射掃描雷射線。
  18. 如請求項10所述之方法，其中：藉由使一第一雷射光束斑點在該至少一個玻璃包覆層之一表面上前移形成該第一中心張力減小區；以及藉由使一第二雷射光束斑點在該至少一個玻璃包覆層之該表面上前移形成該第二中心張力減小區。
  19. 如請求項10所述之方法，其中：藉由沿該第一中心張力減少區之一整個長度施加一第一延長之雷射光束斑點將該第一中心張力減小區形成於該至少一個玻璃包覆層之一表面上；以及藉由沿該第二中心張力減少區之該整個長度施加一第二延長之雷射光束斑點將該第二中心張力減小區形成於該至少一個玻璃包覆層之該表面上。
  20. 如請求項10所述之方法，其中沿該所需分割線之該中心張力CT2小於一本體中心張力CT0，該本體中心張力CT0存在於該積層強化玻璃基板內該第一中心張力減小區、該第二中心張力減小區以及該所需分割線外部。
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