TWI389858B - 分割片狀材料的雷射劃線處理過程以及雷射劃線後去除流體之裝置 - Google Patents

Description

分割片狀材料的雷射劃線處理過程以及雷射劃線後去除流體之裝置

本發明一般係關於玻璃基板之雷射劃線，以及特別是關於在雷射劃線後去除冷卻流體之裝置以及方法。

在LCD玻璃的製造中，切割玻璃基板變成是必要的。在傳統用來分割玻璃的機械劃線和斷裂方法中，沿著邊緣的地方會形成微觀裂縫，如果沒有對邊緣作進一步的處理，這些微觀裂縫可能會發展成可視裂縫。使用雷射來劃線基板的表面可以幫助避免微觀裂縫而顯著地增進雷射劃線邊緣的品質。人們計算過雷射-切割之脆性材料的邊緣強度比傳統方法所獲得的還好30%。此外，雷射-切割之材料的彎曲強度可以增進到100%。

在操作上，熱誘發雷射分割是一種無接觸的方法不會產生顆粒，而且由於雷射相對於玻璃的定位彈性，因此可以用來產生差不多任何一種切割輪廓。通常，使用在紅外頻譜範圍作用的CO2雷射來加熱玻璃表面的一塊區域。雷射光束相對於玻璃移動，隨即將曝露到雷射的玻璃表面從理想的距離冷卻。在一方面，會施加冷卻劑，使沿著"加熱"切割線的局部表面瞬間冷卻。

在冷卻處理期間所產生的張應力會在玻璃表面上傳播初始流動而形成部分裂口。雖然有很多種冷卻劑可以使用，但是在劃線膨脹係數非常低之玻璃例如LCD基板的情況下，通常所使用的冷卻劑是水或水氣霧。在該項中，在處理期間有很多水被雷射光束所產生的熱蒸發。然而，在一些應用中有一些冷卻劑會保留在劃線線周圍區域的基板上，這些冷卻劑必須移除以保持表面的乾燥和清潔。

我們所需要的是一種無接觸的裝置，且通常不會干擾冷卻劑噴射流動，或引起玻璃的撓曲或振動。此外，我們需要一種裝置可以在玻璃表面的高速相對運動下非常有效地包含並移除冷卻劑。

本發明是關於用雷射劃線片狀材料的裝置和方法。在本發明的特定處理實施例中，包含從表面移除驟冷液體的步驟。在一項實施例中，狹窄冷卻液體噴射流跟隨著雷射光束在雷射劃線處理期間產生並傳播部分裂口。一般來說，劃線精準度和整體的處理穩定度決定於雷射光束和液體噴射流動的對齊準確度。從玻璃表面移除流體，不應該影響到冷卻液體噴射流動的位置和穩定度。

根據本發明第一項，提供的是分割片狀材料的雷射劃線處理包括：讓雷射光束沿著一條線通過傳到片狀材料的表面上；沿著跟雷射光束基本上相同的路徑，在雷射光束之後將驟冷液體流動遞送到表面上；以及藉由將弧形氣簾引導到表面上，從表面移除驟冷液體，其中弧形氣簾部分圍住液體流動。

根據本發明的第二項，此裝置包含至少含有內部槽室之導管，其跟至少一個噴嘴開孔作流體連通。此導管經過配置跟加壓氣源連通，將加壓氣體引進內部槽室中。在一項中，此導管含有第一末端部分和第二末端部分，連接到位於第一和第二末端部分之間中央部分的各別端。在另一項中，此導管可以加以成形，使得各別的第一末端部分，第二末端部分，和中央部分彼此不共軸。

本發明藉由下列詳細說明，附圖，範例以及申請專利範圍，以及先前以及下列說明能夠立即地瞭解。不過，在目前組成份，物體，裝置，以及方法被揭示出以及加以說明之前，人們瞭解本發明並不受限於所揭示特定組成份，物體，裝置以及方法，除非另有說明，當然這些能夠加以變化。人們亦瞭解在此所使用名詞只作為說明特定項目以及並不預期作為限制。

提供本發明下列詳細說明作為以能夠以目前已知實施例揭示出本發明。關於此方面，熟知此技術者瞭解以及明瞭本發明在此所說明各項能夠作各種變化，同時仍然能夠得到本發明優點。人們本發明部份所需要優點能夠藉由選擇部份本發明特性而並不使用其他特性而達成。因而，業界熟知此技術者瞭解本發明可作許多變化及改變以及在特定情況中為需要的以及為本發明部份。因而，提供下列說明作為說明本發明原理以及並不作為限制用。

必需說明說明書及申請專利範圍中，單數形式之冠詞"a","an"以及"the"亦包含複數之含意，除非另有清楚地表示。例如"組成份"包含該兩種或多種該組成份等。

"選擇性"或"選擇性地"係指所說明事件或情況會發生或不會發生，以及事件或情況會發生或不會發生之實例。例如，所謂"選擇性替代成份"係指成份可或不可加以替代以及說明包含本發明未替代及替代情況。

範圍能夠以"大約"為一個特定數值及/或至"大約"另一特定值表示。當以該範圍表示時，另一項包含由一個特定數值及/或至另一特定數值。同樣地，當數值藉由前面加上"大約"表示為近似值，人們瞭解該特定值形成另外一項。人們更進一步瞭解每一範圍之每一端點值表示與另一端點關係以及不受另一端點支配兩種意義。

本發明是關於在雷射劃線期間，烘乾基板50表面的裝置和方法。在雷射劃線處理期間，狹窄冷卻液體噴射流動100跟隨著雷射光束200產生並傳播部分裂口。劃線的精準度和整體的處理穩定度決定於光束和液體流動的對齊準確度。因此，從表面移除流體不應該影響到冷卻液體噴射流動100的位置和穩定度。雖然，在一優先實施例中，雷射光束200和烘乾裝置大致上沿著劃線路徑210轉移，而基板50保持固定，但是也可以考慮讓基板轉移，而雷射保持固定。此外在一項中，從冷卻液體噴射流動噴射的流體是水。然而，其他冷卻流體也可以考慮，例如但不局限於，液態氮，氣-水混合，乙醇混合去離子水，或二氧化碳。當雷射光束被基板材料吸收時，會將沿著行進路徑的區域加熱到高溫。冷卻液體流動作為驟冷媒介跟隨著雷射光束的行進路徑來產生裂縫並沿著路徑傳播。

根據本發明的方法，將弧形氣簾導向欲劃線的基板表面。在特定實施例中，此氣簾最好至少部分圍住驟冷液體。在特定實施例中，此氣簾實質上以跟驟冷液體流動相同的方向行進。在特定其他實施例中，此氣簾基本上相對於基板維持固定。在特定其他實施例中，氣簾大體上從基板表面完全移除驟冷液體。在特定其他實施例中，氣簾包含空氣。

在一項中，此裝置包含一導管300，含有至少一個內部槽室310。跟槽室310連通的是至少一個噴嘴開孔320，它是導管300外表面302的一部分。此導管經過配置，跟加壓氣源連通，將加壓氣體引進槽室中。在一項中，此導管有第一末端部分330，第二末端部分340，和大體上位於第一和第二末端部分之間的中央部分350。在另一項中，此導管經過成形，使得第一末端部分330，第二末端部分340，和中央部分350不共線。因此，在一個例子中，導管300大體上成u-形。在又另一個例子中，導管大體上成c-形。在另一項實施例中，導管大體上成v-形。然而，其他導管形狀也可以考慮。

我們瞭解可以有一個噴嘴開孔320，或多個噴嘴開孔，用來將內部槽槽室所接收到的加壓氣體層流推向基板表面形成大體上符合導管300形狀的氣簾110。"簾"意指此氣體形成層狀分佈。此氣簾110可以有連續，以及間歇區段，或者可以是絕大部分連續，或絕大部分間歇。

在一項中，有多個內部槽室。以非限定範例來說，可以有三個內部槽室310，其中至少有一個內部槽室界定在導管的中央部分，至少有一個內部槽室界定在第一末端部分，而至少有一個內部槽室界定在第二末端部分。每個槽室310可以配置成跟加壓氣源連通，或者它們可以彼此連通，而讓其中一個槽室跟加壓氣源連通。在另一項中，當每個槽室都配置成跟加壓氣源連通時，加壓氣體流動到這些槽室的量可以作各別的控制。在一個例子中，此加壓氣體包含空氣，然而其他氣體也可以考慮。

在另一項中，此裝置包含至少三個噴嘴開孔。其中一個噴嘴開孔界定在中央部分的外表面302，跟界定在導管中央部分的內部槽室310連通。另一個噴嘴開孔界定在導管第一末端部分的外表面跟界定在導管第一末端部分的內部槽室連通。第三噴嘴開孔320界定在導管300第二末端部分的外表面，跟界定在導管第二末端部分的內部槽室連通。如圖中所顯示的，在一項中界定第一，第二，和第三噴嘴開孔的各別外表面大體上共面。

在另一項中，每個噴嘴開孔都形成狹長縫隙界定在導管上大致共面的表面部分。如上面所提的，每個噴嘴開孔都配置來將加壓氣體層流導向基板表面。在一個例子中，噴嘴開孔以大約30度到大約90度的出口角將加壓氣體層流動導向基板50表面。在另一項中，噴嘴開孔以大約30度到大約45度的出口角將加壓氣體層流導向基板表面。在又另一項中，噴嘴開孔以大約75度到大約90度的出口角將加壓氣體層流導向基板50表面。在一項中，從噴嘴噴射的出口角α跟相對於基板表面的入射角互補。

除了出口角之外，槽室和噴嘴開孔的特定幾何，以及外表面的形狀對於流體移除裝置的效能也有相當大的影響。我們已經對本發明的至少兩個實施例完成原型試驗。在一方面，如圖1所示噴嘴開孔包含一狹長縫隙。以大約30度到大約90度的幾個出口角對開孔作測試。結果，從大約75度到大約90度的出口角對冷卻流體噴射流動的效應最小，而出口角越小清洗效應越好，但是對冷卻流體噴射流動的干擾越大。如我們所預期的，圖9-11顯示當裝置離基板越遠，基板上的靜壓力會降低。在這些圖中，明亮部分代表靜壓力較高的區域。圖9顯示當裝置在4公釐時的靜壓力輪廓；圖10顯示在10公釐；而圖11顯示在20公釐。如圖中可以看出的，當裝置放得離基板越遠，基板上的靜壓力輪廓界限越不清楚。

在另一項中，對圖8顯示的流體移除裝置執行測試，其中噴嘴開孔所包含的狹長縫隙比圖2和3的裝置還短。這種幾何可以降低由槽室的內壁所誘發之氣體流動的擾動，因而在距離流體移除裝置較遠的地方產生較少氣體擾流動。這種現象顯示在圖2中，圖中顯示當圖8的裝置位在大約25公釐處時基板上的靜壓力輪廓。從圖中可以看出，此裝置在較遠的地方(也就是25公釐)似乎比圖2和3的裝置更有效，由圖12跟圖11的比較可以證明。圖中也顯示，在較接近基板的地方(也就是10公釐)包含較長狹長縫隙的裝置比較短狹長縫隙的裝置更有效率。

現在參考圖7，冷卻液體源大體上跟隨著雷射光束200的劃線路徑210。在一項中，導管至少大體上包住位在空腔360中的冷卻液體源，此空腔是由導管各別的第一和第二末端部分和中央部分350形成。從這方面來看，我們可以瞭解氣簾110部分圍繞著冷卻液體源，當冷卻液體源移動時，氣簾會大體上清洗掉基板的冷卻液體，避免它進一步弄濕基板。在一項中，使用時此裝置距離基板大約0.5公釐到大約50公釐。在另一項中，使用時裝置距離基板大約1公釐到大約12公釐。

在一項中，導管可以包含多個夠堅硬且耐用的材料。以非限定舉例來說，導管可以包含鋼，鋁，黃銅，鎳，或其他金屬合金，以及聚合物等。在又另一個例子中，外表面稍微成圓形，如圖1顯示，這對產生康達效應(Coanda effect)，將一些外部空氣流動導向氣簾的方向具有有利的影響。有一些導管的表面特性證實是有利的包含低表面粗糙度(大約32或更低的AA粗糙標度)，對雷射劃線處理之典型作業環境溫度的耐受能力以及抗腐蝕性。對這方面具有一般技術的人都瞭解哪些材料可能或可能不適合導管。

用來分割片狀材料的雷射劃線處理包括：讓雷射光束沿著一條線通過傳到片狀材料的表面上；沿著跟雷射光束基本上相同的路徑，在雷射光束之後將驟冷液體流動遞送到表面上；以及藉由將弧形氣簾引導到表面上，從表面移除驟冷液體，其中弧形氣簾部分圍住液體流動。

在其中提供了一裝置，用來在雷射劃線期間烘乾基板表面。在雷射劃線處理期間，狹窄冷卻液體噴射流跟隨著雷射光束產生並傳播部分裂口。劃線精準度和整體的處理穩定度決定於光束和液體流動的對齊準確度。在一項中，此裝置有一導管，含有至少一個內部槽室，跟至少一個噴嘴開孔連通。此導管配置成跟加壓氣源連通，將加壓氣體引進槽室中。此加壓氣體形成氣簾，用來從基板表面清洗掉冷卻流體。

雖然本發明實施例已揭示於先前詳細說明中，熟知此技術者瞭解本發明能夠作許多變化及改變，其屬於本發明以及受益於揭示於先前說明以及附圖。人們了解本發明並不受限於所揭示特定實施例，以及許多變化以及其他實施例預期包含於下列申請專利範圍之內。除此，雖然使用於在此說明以及下列申請專利範圍之特定名詞，其只使用於一般性以及說明性用途，以及並不作為限制在此說明以及申請專利範圍之用途。

50．．．基板

100．．．冷卻液體噴射流

110．．．氣簾

200．．．雷射光束

210．．．劃線路徑

300．．．導管

302．．．導管外表面

310．．．內部槽室

320．．．噴嘴開孔

330．．．第一末端部分

340．．．第二末端部分

350．．．中央部分

360．．．空腔

本發明這些以及其他特性及優點揭示於下列說明，以及部份可由說明清楚瞭解，或藉由實施下列說明以及申請專利範圍以及附圖而明瞭。

圖1為依據本發明乾燥基板表面之裝置一項實施例的部份透視圖。

圖2為圖1乾燥裝置前視剖面圖，其顯示出多個內部槽室，多個噴嘴開孔，以及出口角度。

圖3為圖1乾燥裝置前視剖面圖，其顯示出出口角度約為90度。

圖4為圖1乾燥裝置前視剖面圖，其顯示出裝置中間部份珠內部槽室。

圖5為圖1乾燥裝置頂視圖。

圖6為圖1乾燥裝置一項實施例之透視圖，其顯示出氣簾由裝置發射出朝向基板。

圖7為圖1裝置放置相對於雷射光束以及液體流束之頂視圖。

圖8為圖1乾燥裝置前視剖面圖，其顯示出縮短拉伸噴嘴開孔。

圖9為在所顯示離基板4mm距離處圖3裝置基板上等靜壓力線輪廓圖。

圖10為在所顯示離基板10mm距離處圖3裝置基板上等靜壓力線輪廓圖。

圖11為在所顯示離基板20mm距離處圖3裝置基板上等靜壓力線輪廓圖。

圖12為在所顯示離基板20mm距離處圖8裝置基板上等靜壓力線輪廓圖。

300．．．導管

302．．．導管外表面

310．．．內槽室

320．．．噴嘴開孔

330．．．第一末端部分

340．．．第二末端部分

350．．．中央部分

360．．．空腔

Claims (10)

1. 一種分割片狀材料的雷射劃線處理過程，其包括：讓一雷射光束沿著一條線通過傳到片狀材料的一表面上；在該雷射光束之後，沿著跟該雷射光束基本上相同的路徑將一驟冷液體流遞送到該表面上；以及藉由將一弧形氣簾引導到該表面上，從該表面移除該驟冷液體，其中該弧形氣簾部分圍住該液體流。
2. 依據申請專利範圍第1項之雷射劃線處理過程，其中該弧形氣簾實質上並不會改變在該表面上之液體流的預期路徑。
3. 依據申請專利範圍第1或2項之雷射劃線處理過程，其中片狀材料包含玻璃，以及驟冷液體流動包含水。
4. 依據申請專利範圍第1或2項之雷射劃線處理過程，其中該氣簾實質上乾燥該表面。
5. 依據申請專利範圍第1或2項之雷射劃線處理過程，其中該氣簾藉由一裝置遞送到該表面上，該裝置包含：一導管，其具有一外側表面並界定出至少一個內部槽室以及至少一個噴嘴開孔在該外側表面一部份中，其中該至少一個噴嘴開孔與該至少一個內部槽室連通，以及其中該導管具有一第一末端部分、一第二末端部分、以及實質位於該第一末端部分與該第二末端部分間之一中間部份，其中該導管可以加以成形，使得各別的該第一末端部分、該第二末端部分以及該中間部分彼此不共線；其中該至少一個噴嘴開孔配置成推動由該至少一個內部槽室所接收的加壓氣體的層流朝向基板之該表面的方式而形成實質順應 導管形狀之氣簾。
6. 一種在雷射劃線後去除流體之裝置，其包含：一導管，其具有一外側表面並界定出至少一個內部槽室以及至少一個噴嘴開孔在該外側表面一部份中，其中該至少一個噴嘴開孔與該至少一個內部槽室作流體連通，以及其中該導管具有一第一末端部分、一第二末端部分、以及實質位於該第一末端部分與該第二末端部分間之一中間部分，其中該導管加以成形，使得該第一末端部分、該第二末端部分以及該中間部分並不共線；其中該至少一個噴嘴開孔配置成推動由該至少一個內部槽室所接收的加壓氣體的層流朝向基板之該表面的方式而形成實質順應導管形狀之氣簾。
7. 依據申請專利範圍第6項之裝置，其中該導管通常為U-形狀，V-形狀或C-形狀。
8. 依據申請專利範圍第6或7項之裝置，其中該至少一個內部槽室包含多個內部槽室。
9. 依據申請專利範圍第6或7項之裝置，其中該至少一個內部槽室包含至少三個內部槽室，以及其中至少一個內部槽室界定於該導管之該中間部份，至少一個內部槽室界定於該導管之該第一末端部分，以及至少一個內部槽室界定於該導管之該第二末端部分。
10. 依據申請專利範圍第6或7項之裝置，其中該至少一個噴嘴開孔包含至少三個噴嘴開孔，以及其中多個噴嘴開孔之一第一噴嘴開孔界定於該中間部份之一外側表面且與界定於該導管的該中間部份中的至少一個內部槽室連通，多個噴嘴開孔之一第二噴嘴開孔界定於該導管的該第一末端部分之一外側表面且與界定於該導 管的該第一末端部分中的至少一個內部槽室連通，以及多個噴嘴開孔之一第三噴嘴開孔界定於該導管的該第二末端部分之一外側表面且與界定於該導管之該第二末端部分中的至少一個內部槽室連通。