TWI388523B - 一種劃線玻璃片以及操作雷射劃線系統之方法 - Google Patents

Description

一種劃線波璃片以及操作雷射劃線系統之方法

本發明係關於玻璃片之雷射劃線，該玻璃片例如使用作為製造顯示器裝置例如薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)中之基板。

玻璃的切割傳統上是使用機械工具；然而還有另一種處理方式，就是使用CO₂ 雷射，在10.6μm的波長加熱玻璃，並經由溫度梯度產生張應力。使用CO₂ 雷射作玻璃切割討論於：Kondratenko的美國第5609284號專利，發明名稱為Method of splitting non-metallic materials(’284專利)；本公司Allaire等人的美國第5776220號專利，發明名稱為Method and apparatus for breaking brittle materials(’220專利)；Ostendarp等人的美國第5984159號專利，發明名稱為Method and apparatus for cutting through a flat workpiece made of brittle material,especially glass(’159專利)；和本公司Allaire等人的美國第327875號專利，發明名稱為Control of median crack depth in laser scoring(’875專利)。本公司’220和’875專利的內容在這裡也全部併入參考。

如圖9所示，在雷射劃線期間在玻璃片112的主要表面114上產生一個中型裂隙115(即是所知部份的裂隙或僅是一個裂隙)。為了產生裂隙，在玻璃表面靠近其一個邊緣處先形成一個小的起始缺陷111，然後藉著傳播形成的雷射光121成為光束113，在玻璃表面沿著冷卻噴嘴119產生的冷卻劑區域將其轉化成裂隙。以雷光束加熱玻璃，再立即以冷卻劑淬火，產生熱梯度和對應的應力場以進行裂隙的傳播。

在以上參考的專利中使用了各種形狀和大小的雷光束。在’284專利中描述的劃線光束是小橢圓形，光束的長軸是小於材料厚度的10倍。依據這種方法，假使玻璃片的厚度是0.7mm，典型的顯示基板厚度，那光束長軸的長度就不應該超過7mm。在’220專利中描述的劃線光束是長橢圓形，長軸最好是大於40mm。在’875專利中，光束從一端或兩端被截除，因此光束的總長度減少了20-40%。在’159專利中，利用掃瞄技術產生用來劃線的U型設束。

在以上的專利中描述各種劃線速度，範圍從’284專利的範例最低6mm/s到’159專利複合光束結構的1000mm/s。很明顯地，這些參考都沒有提及由於雷射劃線所產生玻璃內殘餘應力的問題。因此，這些參考都完全沒提到增加的殘餘應力的問題，而依據本發明我們發現殘餘應力會伴隨劃線速度的增加而增加。

在使用玻璃片作為顯示裝備基板的範例，殘餘應力是很明顯的問題。很多顯示裝備，譬如TFT-LCD面板和有機發光二極體(OLED)面板，都是直接在玻璃基板上製造。為了提高生產率和降低成本，一般的面板製造處理會在一片基板或基板子片上同時產生多片面板。在這種處理的各個點，基板會沿著切割線被機械分割成多個部份。

這種機械切割會改變玻璃內的應力分佈，明確地說當玻璃是真空扁平時所看到的平面內應力分佈。更特別的是，切割會減緩玻璃在切割線上的殘餘應力，因為切割邊緣會呈現無牽引力。這種應力的減緩大致會造成玻璃子片真空扁平形狀的改變，這種現象被顯示器製造商稱之為"扭曲"。

雖然由於應力減緩造成的形狀改變數通常很小，有鑑於目前顯示器所用的畫素結構，從大片玻璃機械切割成各個面板所造成的扭曲可能大到足以產生為數不少的缺陷(不合格的)顯示器。據此，扭曲是製造商很關心的問題，而且關於可允許扭曲的規格是低於2微米或以下。

進行這種機械切割產生的扭曲量是根據玻璃內的殘餘應力而定，較低的殘餘應力產生較小的扭曲。如以上所討論的，有關雷射劃線的先前技術沒有提及在劃線處理過程中，玻璃內產生殘餘應力的問題。因此，先前技術也無視於面板製造處理過程中，玻璃片因機械切割產生殘餘應力所造成的扭曲。

除了扭曲的問題，如以下討論的，殘餘應力在當雷射劃線玻璃片被切割成兩片時，所產生的邊緣品質上也是很重要的。依據本發明，高數值的殘餘應力被認為和相當低強度的不良品值邊緣有關譬如裂片和微裂縫。我們也發現，靠近玻璃邊緣的高殘餘應力可能導致邊緣品質的逐漸退化稱為碎屑或剝層，這會在劃線後一段時間或因外界因素引起。而且，先前技術也無視於雷射劃線產生的這些問題。進行雷射劃線的先前技術，其第三個問題是有關被劃線玻璃的CTE。先前雷射劃線技術使用的玻璃具有相當高的CTE，譬如本公司編號1737 LCD玻璃的CTE(0-300℃)在37x10⁷ /℃以上。最近的玻璃，譬如本公司的EAGLE 2000和EAGLE XG玻璃具有較低的CTE。較高CTE的玻璃，譬如編號1737玻璃在加熱期間轉化成較高的張應力，當所有條件都是同樣的，這意味著比較容易以較高速度雷射劃線這種玻璃。LCD工業使用的現代基板較低的CTE，在使用傳統雷射劃線技術時會造成較低的劃線速度。

有鑑於各種的這些問題，此項技術需要可提供高速雷射劃線較低CTE(即CTE小於37x10^-7 /℃(0-300℃)的玻璃，並同時不產生過多殘餘應力的處理方式。

依據第一項，本發明提供劃線玻璃片(112)的方法，包括：(a)以速度S平移玻璃片(112)的表面(114)上具有尖峰強度I_peak 的拉伸雷光束(見圖1C的箭頭17)，此光束有未截除的長度L₀ ，這裡的L₀ 等於沿著玻璃片(112)表面(114)光束強度位置之間光束長度的最大距離，在沒有任何截除的情況下，落在I_peak 的1/e² ，其中e係為自然對數的底數；以及(b)和雷光束同步平移玻璃片(112)表面(114)上的冷卻區(15)；其中(i)S大於500公釐/秒；(ii)L₀ 大於或等於200公釐；和(iii)選擇I_peak 和L₀ 以速度S平移玻璃片(112)表面(114)上的光束，在玻璃片(112)的表面(114)產生小於或等於玻璃應變點的最高溫度，最好是最低的可能溫度。

在特定優先實施例中，在接觸玻璃片(112)表面(114)之前，靠近冷卻區(15)的一部分光束(23)被截除(譬如截掉L₀ 的20%)。最好是只有靠近冷卻區的一部分設束被截除。和這些實施範例聯合起來，如果設束沒有被截除的話，冷卻區(15)最好是位在接觸玻璃片(112)表面(114)的部分光束內。

依據第二項特性，本發明提供操作雷射劃線系統的方法，藉著和具有中心點的冷卻劑區(15)同步的方式，平移玻璃片(112)表面(114)上的截除雷光束(13)，在玻璃片(112)內產生裂隙(115)，此方法包括在截除前選擇雷光束被截除的量(τ)，或冷卻區中心點和最近端雷光束之間的距離(D)，或是在截除前雷射束被截除的量(τ)，以及冷卻區中心點和最近端雷光束之間的距離(D)以控制至少下列其一：(i)裂隙(115)的深度和(ii)玻璃片(112)所產生子片內的殘餘應力。

本發明提供操作雷射劃線系統的方法，藉著和具有外緣的冷卻區(15)同步的方式，平移玻璃片(112)表面(114)上的截除雷光束(13)，在玻璃片(112)內產生裂隙(115)，雷光束的截除在靠近冷卻區(15)處產生截除的邊緣，此方法包括：

(a)改變雷光束被截除的量(τ)，以提供或實行下列一項或多項：改變劃線速度，改變裂隙深度，改變玻璃組成份，改變玻璃厚度，改變玻璃片所產生子片內的殘餘應力；和

(b)當雷射束被截除的量(τ)改變時，固定住(i)雷光束被截除邊緣和(ii)冷卻劑區(15)最靠近雷光束被截除邊緣的外側邊緣部分之間的間隔(L)。

在本發明各項目中所使用參考數字只作為方便讀者閱讀以及並不預期以及並不視為限制本發明之範圍。人們瞭解先前一般說明及下列詳細說明只作為範例性及說明性，以及預期提供概要或架構以瞭解申請專利範圍界定出本發明原理及特性。

本發明其他優點部份揭示於下列說明，部份可由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明而明瞭。所包含附圖在於提供更進一步瞭解本發明，以及在此加入作為發明說明書之一部份。人們了解說明書以及附圖中所揭示本發明各項特性能夠以任何以及全部組合加以使用。

A.在高速度下劃線玻璃片之挑戰

雷射劃線一般是使用波長10.6μm的二氧化碳雷射運作來進行。在這種波長，氧化玻璃的吸收可能超過10⁵ -10⁶ l/m，這使得CO₂ 放射的有效滲透深度小於1-10μm。一般可成功劃線所需的裂隙深度必須在玻璃厚度的10-20%範圍，對應於一般LCD製造所用的基板是70-140μm，亦即基板的厚度是0.7公釐。這意味著雷射劃線期間裂隙的形成主要是根據玻璃表面下方的熱導性，這是相當緩慢的過程。因此，玻璃的高表面吸收和熱導性是決定處理窗口和限制劃線速度的兩個基本因素。

為了達到所需的張應力以形成裂隙，就必須有夠高的光束功率密度，在玻璃表面提供足夠的溫度差異(參閱底下)。然而，假使功率密度太高，在暴露期間沿著劃線輸送到玻璃表面每個點的能量可能會造成玻璃的消融或氣化。這種高功率密度也會在分割後的玻璃子片邊緣和其鄰近的區域內造成高數值的殘餘應力。換句話說，如果暴露的時間較短(當劃線速度較高時)，輸送到玻璃的能量可能不夠加熱表面下方的玻璃以產生深的裂隙。

理論上，這個問題可藉由在加熱之前，使用數個光束預先加熱玻璃，或者藉由單一光束沿著劃線進行多次掃瞄而解決。然而，這兩種方式都需要複雜的光學和控制機制。

B.使用拉伸光束：

依據本發明，以上提出的挑戰使用了較簡單的方式來解決，可在高速和低殘餘應力數值的情況下有效劃線玻璃包括具有低熱膨脹係數玻璃所構成的玻璃片。此解決方式牽涉到使用大於或等於200公釐未截除長度L₀ 的單一拉伸光束(請見下方)。因為其較長的長度，使用在本發明的光束通常有較大的主軸對次軸比率，譬如大於130的比率，最好是大於200，更好是大於300。

這種型態的光束在劃線期間會在玻璃表面停留較長的時間，甚至以超過1000mm/s的劃線速度產生較深的裂隙。更者，可選擇雷射模態的光束設計和功率分佈，用相當低的數值保持功率密度以進行持續性的劃線處理，而不會過度加熱玻璃表面到被劃線玻璃的應變點之上。這很清楚表示本發明的優點，因其意味著可使用高劃線速度但不會產生高數值的殘餘應力。除此之外，我們發現(請見下方)，在劃線期間產生的張應力可藉著調整冷卻區域和光束拖曳邊緣的相對位置來最大化。這可增加沿著玻璃表面的溫度差異，而固定住玻璃應變點以下的玻璃表面最大溫度。

依據本發明特定優先實施例，雷射劃線是使用非對稱雷光束來進行，譬如只在一端截除的光束。雖然在本發明可使用具有固定大小和和功率密度的光束，但如果想要的話可以使用單一種型態和玻璃厚度的專門劃線機制，光束的大小(長度)和功率密度最好不一樣以允許不同的玻璃型態和/或處理條件(譬如劃線速度)。

C.利用拉伸光束之雷射劃線：

為了以既定速度產生和傳播雷射裂隙，玻璃表面的每個點應該承受由以下參數決定的相同熱過程記錄：雷光束內雷射功率和功率密度分佈；加熱速度；加熱期間可達到的最大玻璃表面溫度；淬火效能和淬火區域位置。大致而言，本發明的劃線方法可平衡系統的處理參數，使得某個參數的變化可經由一個或多個其他參數變化的補償，在沿著劃線的玻璃表面上每個點，維持基本上所需相同的熱過程記錄。

針對任何型態的玻璃和劃線速度，本發明藉由符合下列條件，以低殘餘應力達到高速劃線：

(1)一旦起因於存在的缺陷，由加熱和接著冷卻劃線的每一點所產生的瞬時熱應力，會超過允許裂隙穩定傳播的玻璃裂開應力；

(2)讓沿著劃線的玻璃表面上每個點暴露到雷射的輻射，足以產生相當深的裂隙，換句話說，可選擇暴露時間和雷光束的功率密度不要造成玻璃表面的過度加熱，因而使處理過程不會引發殘餘應力實質的量；和

(3)選擇光束拖曳邊緣內淬火區域的位置，針對既定的最大玻璃表面溫度使熱應力梯度最大化。

這些原理的應用可以從圖1得到進一步的瞭解，圖1A顯示的是’284專利的處理過程，圖1B顯示的是’220專利的處理過程，而圖1C是本發明的實施範例。

如圖1A和1B所示，’284和’220專利中描述的劃線處理過程包括以限制大小的雷光束113加熱玻璃表面，接著在淬火區域或冷卻區域15加熱。在雷射劃線期間，產生中型的裂隙(或部分的裂隙)。如以上所討論的，為了產生裂隙先在玻璃表面形成小的起始缺陷，接著再轉化成裂隙，由雷光束和淬火區域傳播。依據’284和’220專利，冷卻區域是位在光束邊界外的一些距離處(請見圖1A和1B)。

雖然圖1A和1B的設計可以完成劃線，但是依據玻璃的型態，其被限制在20mm/s-500mm/s的速度。任何使用同樣設計想要增加劃線速度的嘗試必須過度加熱玻璃，而依據本發明，由於施加較高的功率密度會產生高殘餘應力。更者，殘餘應力的效果在高劃線速度時會更明顯，尤其是在低熱膨脹玻璃的例子。

圖1C實施範例的方法運用較長的雷光束，並且依據本項發明最佳實施範例，藉著截除光束的一端產生非對稱的射束印跡可克服這些問題。

這種方法的基礎可從下列的考量得到瞭解。從機械工程的觀點來看，劃線處理可以描述成在劃線處理期間，玻璃內產生的張應力σ。這個張應力是和α＊E＊ΔT成比例，其中α是玻璃的線性熱膨脹係數(CTE),E是玻璃的彈性模數，而ΔT是位在雷光束下方表面部分和位在冷卻噴嘴下方部分之間玻璃表面測得的溫度差異。

為了產生裂隙，產生的張應力必須高於玻璃的分子鏈結。玻璃的CTE和彈性模數越低，產生的張應力也越低，而且在既定條件下的劃線速度也因此越低。就既定的α＊E乘積而言，可將玻璃加熱到較高溫度來增加張應力σ。然而，過度加熱玻璃到接近或其應變點以上會導致玻璃消融，造成玻璃內不可逆轉的高殘餘應力，腐蝕玻璃邊緣的品質，減少其強度，並使得劃線處理的運作不一致。

為了解決這個問題，需要進行一些研究，在沿著劃線的玻璃表面上每個點，計算出溫度變化作為時間(加熱過程)的函數。理想的情況下，在劃線處理期間，劃線上的玻璃表面每個點，在一段相同的時間應該承受同樣的溫度變化。圖2顯示的是使用230mm的光束長度在不同的雷射功率和速度組合下所計算出的加熱過程記錄。表1列出這些圖中顯示每個曲線的功率數值和速度。在圖2計算中用214的玻璃特性對應於本公司EAGLE 2000玻璃的特性。這些圖也顯示冷卻處理發生的區域(淬火區域)。

這個圖中的水平虛線指出用在這些計算的666℃玻璃應變點。依據本發明，此溫度表示劃線期間不得超過的上限以避免產生玻璃內過多的殘餘應力。一般規則是，假定玻璃表面的加熱和接下來的淬火產生足夠的張應力以傳播裂隙，則較低的最大玻璃溫度比較高的最大玻璃溫度還好。以這種方式，就可以盡量減少最後邊緣和玻璃的殘餘應力。

圖2的計算結果顯示可成功使用而不會產生過多殘餘應力的劃線參數組合，以及必須承受加熱玻璃(譬如加熱玻璃以使T>666℃)的組合(請見參考編號100和110)。計算結果也顯示可使用的雷射功率和暴露時間組合以降低的玻璃表面溫度進行處理過程，而仍然可達足以產生裂隙(請見參考編號70,80和90)的瞬間張應力數值。如以下所顯示的，這些計算結果是經實驗證實的。

其他計算和實驗(未顯示結果)也證實了藉著調整雷射功率，改變劃線速度，以及光束的加速和減速，在處理窗口內維持玻璃表面溫度，可成功完成劃線，而且在裂隙深度和殘餘應力上不會有明顯的效應。更特別的是，這些計算和實驗中，在加速期間，增加雷射功率，在減速期間，則減少雷射功率，使得玻璃上對應於劃線速度變化這些點的加熱記錄，類似於劃線速度固定的加熱記錄。以這種方式，由雷射和裂隙產生的玻璃溫度在整個長度上是真正均勻的，如同當玻璃片在裂隙處被分割成兩片時產生的分割邊緣。

如以上註明的，在劃線期間盡量減少玻璃表面溫度有助於減少玻璃內的殘餘應力。然而，劃線期間產生的熱應力必須高到足以產生裂隙。進行一系列的實驗以說明這些考量。這些實驗顯示，針對雷光束下方表面部份的最大溫度，可藉由改變冷卻區域相對於光束的位置以增加熱應力。這也可計算圖1C中的瞬間熱應力作為參數τ和D的函數來加以證實。

圖3顯示的是這些計算結果，如同從圖中見到的，對每一個距離D(亦即從冷卻區域中央到未阻隔光束邊緣的距離；參閱圖1C)就有一個範圍的τ值(亦即光束阻斷的長度；參閱圖1C)，其上的瞬間熱應力有其最高值。這些計算結果和實驗觀察的結果有其量化一致性。

調整τ(和D)提供達到足夠張應力以產生裂隙的有效方式，而不會產生過多的殘餘應力數值。更者，τ也影響裂隙深度，越大型的截除(較大的τ值)越小的深度。大致而言，我們可發現裂隙深度是τ的非線性函數，換句話說，圖1C中長度b的非線性函數。效果顯示在圖4中，圖的上半表示τ值適合的範圍可在劃線0.7mm LCD玻璃中成功運作。應該要注意的是圖4顯示的非線性行為，和’284,’220和’875專利中所描述的不同，這裡預測的是裂隙深度的線性相依作為b的函數(請見圖1A和1B)。

大致而言，劃線速度增加會造成裂隙深度減少，使得接下來要將玻璃片分割成兩片不容易進行。現行的雷射劃線技術主要的缺點是由較短雷光束提供的受限暴露(或停留)時間。當劃線速度接近或超過500mm/s時，暴露時間漸進的變短(譬如~100-120ms)。圖5顯示的效果是針對先前技術光束長度(60mm；請見參考編號20)和本發明代表性光束長度(250mm和300mm；請分別見參考編號22和24)所劃出的暴露時間對劃線速度圖。以先前技術光束長度可達的最大劃線速度也顯示在這個圖中(請見參考編號26)。

透過一系列計算和實驗，證實了短暴露時間不足以加熱玻璃表面到所需的有效裂隙形成的溫度，除非使用的是高功率密度的光束。然而這種高功率密度會造成嚴重的殘餘應力問題。暴露時間也可能太短而無法產生夠深的裂隙，保證在裂隙線上進行成功的分割。

如以上所討論的，依據本發明，使用大於或等於200毫米未截除長度L₀ 的拉伸光束來進行劃線。在圖1C中，L₀ =b+τ。這種光束可提供在500mm/s的劃線速度，比傳統雷射劃線處理3-5倍長的暴露時間。這使熱傳輸可以更高的劃線速度深入玻璃，而不會過度加熱玻璃表面。這種射束產生的裂隙深度可以1000mm/s或更高的速度，超過玻璃厚度的10%以確保可靠的分割。使用在本發明的雷光束長度沒有理論上的限制，雖說如果想要的話也可使用較長的光束，但L₀ 通常是約300mm或以下。

雷光束通常是由CO₂ 雷射產生，雖說如果想要的話也可使用其他型態的雷射。為了達到200公釐或較長的L₀ 值，通常會使用圓柱型光學儀器將光束通過設束擴張器然後拉伸。為了本發明的目的，可使用ISO11146標準所定義的光束長度1/e² 以決定未截除光束的L₀ 值，其中e係為自然對數的底數。也就是說，將雷射光束的邊界定義成光束強度落在其尖峰 值I_peak 的1/e² 位置，其中e係為自然對數的底數。依據此定義，大約86%的總光束能量可透過定義的邊界傳送。

如以上所討論的，依據本發明玻璃表面的最大溫度在劃線期間保持低於或最多等於玻璃的應變點T_strain ，亦即玻璃黏性是10^13.5 Pa‧s(1014.5泊)的溫度，最好是T_max ≦T_strain -30，更好是T_max ≦T_atrain -60，再更好是T_max ≦T_strain -100，其中T_max 和T_strain 是以℃為單位。為了有500mm/s或以下較低的劃線速度，最大的玻璃溫度可以是(T_strain -150)以下或甚至(T_strain -200)。玻璃溫度可以各種方式測得，較佳的程式是透過使用熱影像(熱視覺)攝影機。

也是以上所討論的，藉著以這種方式控制T_max ，減少玻璃內殘餘應力的量。玻璃片所產生子片內的尖峰殘餘應力最好是小於或等於300psi，而更好是小於或等於100psi。在有些例子，可以容忍300psi以上的尖峰殘餘應力，譬如範圍在500psi以上的應力。明確地說，假使玻璃片不可能承受明顯的額外邊緣應力，這麼高的應力數值是可接受的。或是，在較大型玻璃片的例子，由於玻璃片的大尺寸，玻璃體內的扭曲可能較小。最好是使用雙折射技術來測量劃線和分割玻璃內的尖峰殘餘應力。

從以上說明可清楚知道，可使用未截除的光束來進行本發明，但最好使用在一端被截除的光束，亦即其拖曳尾端靠近冷卻區域。可利用為達此目的特製護罩來進行截除。或者，可以定位用來在玻璃上施加冷卻劑的噴嘴元件部份，截除因而截除光束的拖曳部份。後者的方式說明於圖1C，未截除的光束21被噴嘴19外罩截除，因而變成玻璃表面的截除的光束13。

應該要注意的是，不像專利’875中描述的例子，依據本發明，光束阻隔的程度最好不要超過總光束長度的20%。或是，也不像專利’875，最好根據所要的劃線速度，選擇光束阻隔的程度。更者，當使用冷卻噴嘴元件來進行光束阻隔時，在光束內冷卻區域選擇所要的位置會造成光束不同程度的截除除(不同的τ值)，而同時可固定住從光束後緣到冷卻區域前緣的距離L(請見圖1C)，亦即在這個設計機制中，L並沒有和τ相依。也可在使用護罩而不是使用噴嘴元件的系統中使用獨立於τ的固定L，以進行截除處理。

本發明將進一步以下列的範例來說明，而不想以任何方式來限制。

D.實驗數據

實驗資料的取得是利用圓形極化CO₂ 雷光束，通過一個變化的光束擴張器，然後使用圓柱型光學儀器轉化成拉伸光束。光學系統可允許光束的長度延著劃線的方向調整，以得到等於或大於200mm未截除的長度L₀ 。在未截除光束的拖曳邊緣內放置冷卻劑噴嘴以接觸玻璃。如圖1C所示，使用噴嘴器來截除光束。

圖6比較本發明光束產生的(方型資料點)和參考光束產生的(圓型資料點)玻璃尖峰表面溫度。尤其是，本發明光束的未截除長度是200mm，被截除10-15mm，而參考光束的未截除長度是100mm，而沒有被截除。每個例子中的距離L(請見圖1)是等於3-6mm。這些實驗所用的玻璃是本公司的EAGLE 2000玻璃。利用熱視覺攝影機來測量玻璃的表面溫度。在該圖中，較高的雷射功率對應較高的劃線速度。

如我們在這個圖中所見的，以參考光束而言，在相對雷射功率數值超過30%時，表面溫度迅速攀升到700℃以上。另一方面本發明光束則停留在玻璃應變點以下，即使相對的雷射功率數值超過60%。從劃線速度的觀點來看，這個實驗及相關實驗證實當劃線速度剛超過450-500mm/sec時，使用參考光束容易造成玻璃表面的過度加熱，而使玻璃溫度提升到600℃以上，而使用本發明光束，即使劃線速度逼近1000mm/sec時，最大的玻璃溫度也會維持在600℃以下。因而本發明允許以高速進行雷射劃線，而不會過度加熱玻璃。

如以上所討論的，過度加熱玻璃是不好的，因為會造成各子片玻璃內過度數值的殘餘應力。其效果顯示於圖7，說明了以上述參考光束(圓型資料點)和本發明光束(方型資料點)劃線產生的各子片玻璃內，所測得的尖峰殘餘應力。劃線速度也顯示於此圖中。如我們所見的，一旦劃線速度超過500mm/sec，參考光束會產生500psi以上的應力數值，而本發明光束即使以1000mm/sec的速度，也會維持在這個數值以下。

圖8顯示本發明雷光束劃線具有低CTE玻璃基板的能力。使用的是和產生圖6和圖7方型資料點同樣的雷射束。圖8的菱型資料點是本公司的EAGLE 2000玻璃玻璃，而方型資料點是本公司的EAGLE XG玻璃。

如圖所示，本發明雷光束以對應於500mm/sec以上速度，譬如750-1000mm/sec速度的雷射功率數值，成功劃線具有低CTE玻璃構成的基板。更者，產生的子片有低殘餘應力數值，通常是小於或等於100psi的數值。以這種方式可藉著玻璃彎曲或使用不必彎曲的超音波分割方法，完全分開劃線的玻璃片。

如以上實驗資料所示，拉伸雷光束和光束拖曳邊緣的部份阻隔一起使用，可有效劃分玻璃片。尤其，這種組合可選擇淬火位置以最大化裂隙深度，也可以最大化劃線期間產生的熱應力梯度，而不會增加最大玻璃表面溫度。該技術允許高劃線速度，例如速度等於或高於750-1000mm/s甚至於對於具有低CTE之玻璃基板並不會達成增加殘餘應力。

雖然本發明特定實施例已加以說明以及顯示，人們了解能夠作許多改變而並不會脫離本發明之精神及範圍。例如，雖然本發明已對厚度為0.7mm之LCD玻璃使用操作於10.6微米二氧化碳雷射之劃線作說明以及列舉，本發明能夠假如需要情況下可適用於其他型式之玻璃以及能夠使用不同波長操作下其他雷射。

熟知此技術者瞭解本發明能夠作許多變化及改變而並不會脫離本發明之精神及範圍。預期本發明含蓋本發明各種變化及改變，其屬於下列申請專利範圍以及同等物範圍內。

13．．．截除光束

15．．．冷卻區域

17．．．箭頭

19．．．噴嘴

20,22,24．．．曲線

21．．．未截除光束

23．．．部分光束

26．．．最大劃線速度位置

50．．．最大溫度限制

60．．．淬火區域

111．．．起始缺陷

112．．．玻璃片

113．．．雷射束

114．．．表面

115．．．裂隙

119．．．噴嘴

121．．．雷射光束

圖1A以及1B為先前技術劃線系統之示意圖。圖1C為本發明實施例之示意圖。在附圖中參考數字17表示劃線之方向。

圖2的曲線圖是在雙重模式雷射運作的情況，針對不同雷射功率和劃線速度的組合，沿著劃線的玻璃表面上每個點所計算出的熱過程紀錄。雷光束長度是230mm。表1顯示此圖中各種曲線的雷射功率和速度。圖中的縱軸顯示的是℃的溫度，而橫軸顯示的時間是秒。參考編號50顯示最大的溫度限制，而參考邊號60顯示淬火區域。

圖3為所計算暫時熱應力與圖1C參數τ及D之曲線圖。

圖4為裂隙深度對參數τ的曲線圖。縱軸顯示的裂隙深度是以微米為單位，而橫軸顯示的堵塞程度(τ)則是以公釐為單位。三角形資料點是測得的值，而曲線是那些值的適配圖。

圖5是針對60mm光束(曲線20)，以及依據本發明長度大於200mm的光束，尤其是在此圖中的250mm光束(曲線22)和300mm光束(曲線24)，計算的暴露時間(沒有淬火)對劃線速度的圖表。縱軸顯示的暴露時間是以秒為單位，而橫軸顯示的劃線速度則是以公釐/秒為單位。60mm曲線(虛線部份)的缺口指出60mm光束可達最大劃線速度的位置，以參考編號26來表示。

圖6是測得由本發明代表性光束(方形資料點)和參考(比較的)光束(圓形資料點)產生的尖峰玻璃表面溫度的圖表。縱軸顯示的尖峰玻璃表面溫度是以℃為單位，而橫軸顯示的雷射功率則是以%為單位。在這個圖中，較高的雷射功率對應較高的劃線速度。

圖7是測得由本發明代表性光束(方形資料點)和參考(比較的)光束(圓形資料點)在雷射劃線期間產生的尖峰殘餘應力的曲線圖。縱軸顯示的殘餘應力是以psi為單位，而橫軸顯示的雷射功率是以%為單位。在這個圖中，較高的雷射功率對應較高的劃線速度。

圖8是本公司的EAGLE 2000(菱形資料點)和EAGLE XG(方形資料點)LCD玻璃沒有產生過多殘餘應力而達到的劃線速度對雷射功率圖表。縱軸顯示的劃線速度是以公釐/秒為單位，而橫軸顯示的雷射功率則是以%為單位。

圖9為先前技術劃線系統之示意圖。

13．．．截除光束

15．．．冷卻區域

17．．．箭頭

19．．．噴嘴

21．．．未截除光束

23．．．部分光束

Claims (11)

1. 一種劃線一玻璃片的方法，該方法包括：(a)以一速度S在該玻璃片的一表面上平移具有一尖峰強度I_peak 的一拉伸雷射光束，該光束之特徵在於一未截除的長度L₀ ，其中L₀ 等於沿著在該玻璃片表面之如下條件之光束強度的位置之間該光束長度的最大距離：該光束強度在沒有任何截除的情況下落在I_peak 的1/e² ；以及(b)和該雷射光束同步在該玻璃片的表面上平移一冷卻區域；其中(i)S大於500公釐/秒；(ii)L₀ 大於或等於200公釐；以及(iii)選擇I_peak 和L₀ 使得以速度S在該玻璃片的表面上之該雷射光束的平移產生在該玻璃面的表面之一最大溫度，該最大溫度小於或等於該玻璃應變點。
2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中在接觸該玻璃片的表面之前，一部份光束被截除，該部份鄰近於該冷卻區域。
3. 依據申請專利範圍第2項之方法，其中該冷卻區域位於該部份光束內，假如光束未被截除，該部份光束接觸該玻璃片的表面。
4. 依據申請專利範圍第2項之方法，其中該光束截除部份之長度小於或等於0.2^＊ L₀ 。
5. 依據申請專利範圍第2項之方法，其中該冷卻區域由一噴嘴組件產生以 及至少該組件的一部份攔截因而截除該雷射光束。
6. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中該劃線在該玻璃片中產生一裂隙，該裂隙深度至少為該玻璃片厚度之10%。
7. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中在該玻璃片的表面之該最大溫度T_max 滿足下列關係：T_max ≦T_strain -100，其中T_strain 為該玻璃之應變點且T_max 以及T_strain 單位為℃。
8. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中由該玻璃片產生之子片中的該尖峰殘餘應力小於或等於500psi。
9. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中由該玻璃片產生之子片中的該尖峰殘餘應力小於或等於100psi。
10. 一種操作一雷射劃線系統之方法，其中藉由具有一中心點的冷卻區域同步平移在玻璃片表面上的一截除雷射光束以在該玻璃片內產生一裂隙，該方法包括在截除前選擇該雷射光束被截除的量，或介於該冷卻區域的該中心點和該雷射光束最近端之間的距離，或是在截除前該雷射光束被截除的量以及介於該冷卻區域的該中心點和該雷射光束最近端之間的該距離之二者以控制至少下列其一：(i)該裂隙的深度和(ii)由該玻璃片所產生子片內的殘餘應力。
11. 一種操作一雷射劃線系統的方法，其中藉由具有一外側邊緣的冷卻區域同步平移在玻璃片表面上的一截除雷射光束以在該玻璃片內產生一裂隙，該雷射光束的該截除產生鄰近於該冷卻區域的一已截除邊緣，該方法包括：(a)改變該雷射光束被截除的量以提供或實行下列一項或多項：改變劃線速度，改變裂隙深度，改變玻璃組成份，改變玻璃厚度，改變由該玻璃片所產生子片內的殘餘應力，及改變由該玻璃片所產生子片的邊緣性質；以及(b)當該雷射光束截除的量改變時，固定住介於(i)該雷射光束之該被截除邊緣和(ii)最靠近該雷射光束被截除邊緣的該冷卻區域之該外側邊緣部分之間的該間隔。