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    • 专利摘要:
    本發明提供一種玻璃基板之雷射加工裝置，其利用設置成環狀的圓柱透鏡，使雷射光源所射出之雷射光對應並集中於玻璃基板的切斷預定線。對圓柱透鏡的雷射光的照射位置，藉由驅動裝置在第1方向上移動。雷射光，在與其光軸正交的面上，與第1方向垂直的第2方向的寬度W5比圓柱透鏡的寬度W7更大。然後，在藉由驅動裝置使雷射光的照射位置在第1方向上移動的過程中，從雷射光源射出複數次雷射光，藉此形成對應切斷預定線的加工痕。如是，便可較易在玻璃基板上形成無端點的封閉形狀的加工痕，並縮短玻璃基板的分割處理時間。
    公开号:TW201315555A
    申请号:TW101136548
    申请日:2012-10-03
    公开日:2013-04-16
    发明作者:Michinobu Mizumura
    申请人:V Technology Co Ltd；
    IPC主号:B23K26-00
    专利说明:
    玻璃基板之雷射加工裝置
    本發明係關於一種切割表面強化玻璃基板的玻璃基板的雷射加工裝置，特別是關於一種適合用來在玻璃基板上形成環狀加工痕的玻璃基板的雷射加工裝置。
    在製造液晶顯示面板時，會在玻璃基板上反覆進行曝光以及顯影，形成由既定畫素以及電路所構成的圖案。此時，會在1片玻璃基板上，同時形成複數片面板的圖案，之後，將玻璃基板分割，藉此製造出各片面板。以往，該玻璃基板的分割，係利用以旋轉刃線狀研削切斷預定線的機械式切割加工來進行的(專利文獻1)。
    然而，在該機械式切割加工中，必須使切割刀以低速度沿著切斷預定線移動，每1片玻璃基板的處理時間都很長，故會有製造效率較差這樣的問題點存在。另外，也會有在切割步驟的途中玻璃基板容易破裂而良品率較低，且在利用旋轉刃進行切削時會產生切削屑等的問題點存在。尤其，當為表面強化玻璃時，上述問題點更為顯著。
    因此，吾人提出一種例如以雷射加工在玻璃上形成加工痕的技術。亦即，在玻璃的表面或深度方向的內部以點狀或線狀集中雷射光，藉此對玻璃照射能量密度較高的雷射光，以沿玻璃的切斷預定線形成加工痕，然後沿著加工痕施加機械力，如是便可沿著切斷預定線輕易切斷玻璃。利用雷射光對玻璃基板的加工，比起機械式切割加工而言，除了能夠縮短製造時間之外，玻璃基板在加工途中也不易破裂，而且也不易產生切削屑，故特別適合用於表面強化玻璃的加工。
    例如，專利文獻2揭示一種在以YAG雷射振盪裝置對玻璃基板照射雷射光之後，用輪式切割器劃過玻璃基板表面之雷射光所照射的位置，藉此在例如夾層玻璃等產品的表面上形成裂縫的技術。
    在專利文獻3中，則係使對玻璃照射之光束點的形狀具有30mm以上之最大尺寸的細長形狀，並使其在玻璃上以線狀掃描，藉此在玻璃的部分位置上產生裂縫。
    專利文獻4揭示一種在雷射加工裝置中，為了使對玻璃等的切斷對象物的加工速度提高，以朝切斷對象物的厚度方向以及與厚度方向正交之方向延伸的方式形成1對線狀焦點，進而使玻璃等的切斷對象物的內部改質的技術。 習知技術文獻 專利文獻
    專利文獻1：日本特開2007-229831號公報
    專利文獻2：日本特開2005-104819號公報
    專利文獻3：日本特開2008-273837號公報
    專利文獻4：日本特開2008-36641號公報
    然而，專利文獻2至4的技術，均係在玻璃上沿著連續的線狀加工痕或線狀切斷預定線形成複數個點狀加工痕的技術。因此，當欲在玻璃基板形成無端點之封閉形狀的加工痕時，必須使雷射光沿著玻璃基板的切斷預定線連續掃描，或者使雷射光的照射位置沿著切斷預定線移動並以雷射光照射複數次，故會有製造時間變長這樣的問題存在。
    有鑑於上述問題點，本發明之目的在於提供一種玻璃基板的雷射加工裝置，其可輕易在玻璃基板上形成無端點之封閉形狀的加工痕，且可縮短玻璃基板的分割處理時間。
    本發明之玻璃基板的雷射加工裝置，係在玻璃基板的無端點的封閉形狀的切斷預定線上集中雷射光，以在該玻璃基板上形成加工痕，其特徵為包含：雷射光源，其射出雷射光；環狀的圓柱透鏡，其使該雷射光源的雷射光對應並集中於該玻璃基板的該切斷預定線上；驅動裝置，其使該雷射光源的雷射光的照射區域，相對於該圓柱透鏡朝第1方向移動；以及控制裝置，其控制該雷射光源以及驅動裝置；從該雷射光源所射出之雷射光的照射區域，在與其光軸正交的面上，與該第1方向正交的第2方向上的寬度比該圓柱透鏡的該第2方向的寬度更大；該控制裝置，在利用該驅動裝置使該雷射光的照射區域相對於該圓柱透鏡朝該第1方向移動的過程中，使該雷射光源射出複數次雷射光。
    在上述的玻璃基板的雷射加工裝置中，例如該控制裝置，以該複數次雷射光所照射之該玻璃基板上的照射區域在該切斷預定線上一部分重疊的方式，控制該照射區域。此時，該控制裝置，以例如該複數次雷射光之照射在該切斷預定線上所投入之能量為固定的方式，控制該照射區域的重疊。
    該圓柱透鏡，使該雷射光的焦點位置在該玻璃基板的厚度方向的內部，同時使焦點深度比該玻璃基板的厚度更短，其宜設定在該玻璃基板的厚度的1/100以下。藉此，便可在玻璃基板的內部形成雷射光照射的加工痕。因此，便可確實防止因為雷射光束的照射而在表面上產生裂痕的情況。
    另外，本發明之玻璃基板的雷射加工裝置，若應用於表面強化玻璃基板，將有所助益。表面強化玻璃基板，由於表面特性較硬，在使用切割刃的機械式切割中就不用說了，即使用雷射切割，當其焦點位置在玻璃基板的表面時，也會發生在加工中破裂的情況。在本發明中，由於雷射光的波長為250至400nm，且將圓柱透鏡所致之雷射光的焦點位置，設定在該表面強化玻璃基板的厚度方向的內部，亦即比該表面強化玻璃基板的表面強化層更深的位置，故即使是表面強化玻璃基板，亦可防止其在加工中破裂。
    本發明之玻璃基板的雷射加工裝置，具備可使雷射光源的雷射光對應並集中於玻璃基板的切斷預定線的環狀圓柱透鏡，並利用移動裝置，使對圓柱透鏡的雷射光的照射區域在第1方向上移動。雷射光源所射出之雷射光的照射區域，在與其光軸正交的面上，與第1方向正交的第2方向上的寬度比圓柱透鏡的第2方向的寬度更大，控制裝置，在利用驅動裝置使雷射光的照射區域相對於圓柱透鏡在第1方向上移動的過程中，使雷射光源的雷射光射出複數次。藉此，隨著對圓柱透鏡的雷射光的照射區域的移動，便可對應玻璃基板的無端點的封閉形狀的切斷預定線在玻璃基板上逐漸形成線狀的加工痕，並藉由複數次的雷射光的照射，將該線狀的加工痕連接，形成無端點的封閉形狀。因此，根據本發明，比起以雷射光沿著玻璃基板的環狀的切斷預定線照射的情況，更可縮短加工痕的形成時間，進而縮短玻璃基板的分割處理時間。
    另外，在本發明中，由於控制裝置在利用驅動裝置使雷射光的照射區域相對於圓柱透鏡在第1方向上移動的過程中，使雷射光源射出雷射光複數次，故不需要可對圓柱透鏡的整體照射雷射光的大型雷射光源，而且，在為了使圓柱透鏡對應玻璃基板的切斷預定線的形狀而更換其他圓柱透鏡的情況下，也不需要更換雷射光源。
    以下，參照所附圖式具體說明本發明的實施態樣。圖1(a)係表示在本發明實施態樣之雷射加工裝置中的雷射光照射區域與玻璃基板上所形成之加工痕的俯視圖，圖1(b)係表示同上之立體圖，亦即圓柱透鏡的剖面形狀圖，圖2係表示在本發明實施態樣之雷射加工裝置中的圓柱透鏡的立體圖，圖3係表示本發明實施態樣之玻璃基板的雷射加工裝置的立體圖。如圖3所示的，在平台1上，載置著作為被加工物的曝光顯影處理後的表面強化玻璃基板等的玻璃基板2。相對於該平台1，橫跨該平台1的寬度方向的全部區域的門型的移動構件3，以可在箭號a方向上往復移動的方式受到支持。然後，在該移動構件3上，以可在平台1的寬度方向(箭號b方向)上往復移動的方式，設置了支持部4，該支持部4支持著脈衝雷射振盪器6。在玻璃基板2的上方，配置了以環狀方式設置的圓柱透鏡7，將脈衝雷射振盪器6的脈衝雷射光5，以對準玻璃基板2的切斷預定線的方式集中。
    在該雷射加工裝置中，於平台1上載置表面強化玻璃基板等的玻璃基板2，移動構件3在箭號a方向上移動，同時從脈衝雷射振盪器6間歇性射出脈衝雷射光5，被圓柱透鏡7集中的脈衝雷射光5照射到玻璃基板2上。如圖1(a)所示的，該脈衝雷射光5的照射區域，在與該光軸正交的平面上的形狀為例如矩形，且在方向b上的寬度W5被調整成比在同一方向b上的圓柱透鏡7的寬度W7更大。然後，雷射光5的照射區域，以在方向b上涵蓋圓柱透鏡7的方式進行調整。藉此，便可對玻璃基板2在切斷預定線上以線狀照射雷射光5。此時，可在移動構件3移動的期間，從脈衝雷射振盪器6射出雷射光5，亦可在移動構件3移動之後而暫時停止的狀態下，從脈衝雷射振盪器6射出雷射光5。玻璃基板2的上方所配置的圓柱透鏡7，可更換成不同之焦點距離者。藉此，便可因應加工對象的玻璃基板2的表面特性等選擇焦點深度最適當的圓柱透鏡7來進行雷射加工。
    又，圓柱透鏡7亦可更換成對應切斷預定線之形狀者。如圖1以及圖2所示的，在玻璃基板2的上方所配置的圓柱透鏡7，係具有朝上方平均凸出之剖面形狀的環狀透鏡，無論在哪一個剖面當中，其下方的焦點距離均為固定。因此，就圓柱透鏡7而言，連接其焦點的線，會形成與環狀圓柱透鏡7相似的環狀。在本發明中，係選用切斷預定線的形狀與圓柱透鏡7的環狀焦點形狀相同的圓柱透鏡7。在本實施態樣中，對應圓形的切斷預定線，圓柱透鏡7使用其焦點形狀為圓形者，並以其中心軸與脈衝雷射光5的光軸平行的方式配置。該圓柱透鏡7將脈衝雷射振盪器6所射出之脈衝雷射光5集中於玻璃基板2上。該脈衝雷射光5，例如波長為250~400nm，藉由圓柱透鏡7，其焦點位置在玻璃基板2的厚度方向的內部，焦點深度設定成比該玻璃基板的厚度更短，宜設定在玻璃基板2的厚度的1/100以下的範圍內。
    雷射光5，如圖1(a)中的矩形細線所示的，以在方向b上涵蓋圓柱透鏡7的方式照射。脈衝雷射振盪器(雷射光源)6的雷射光5的照射時序以及移動構件3的移動距離以及移動的時序，由控制裝置(圖中未顯示)所控制。
    脈衝雷射光5的波長，例如為250~400nm。圖5，横軸為波長，縱軸為雷射光的透光率，顯示出表面強化玻璃的透光特性。當使用波長為532nm的雷射光時，對玻璃基板的透光率較高，亦即，玻璃基板的能量吸收率較差，不易在玻璃基板上形成加工痕。相對於此，在水銀燈的i線(波長365nm)附近，能量的吸收開始，進入可形成加工痕的狀態。另外，藉由使用波長為266nm的雷射光，便可獲得極高的能量吸收率。因此，在本發明中，係於250~400nm的波長範圍內，在玻璃基板上形成加工痕。
    在本實施態樣中，控制裝置，以複數次的雷射光5的照射在玻璃基板2上的照射區域於切斷預定線上一部分重疊的方式，控制雷射光5的照射區域。例如，控制裝置，以對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域與之前的雷射光5的照射區域的一部分重疊的方式，從雷射光源6射出雷射光。因此，雷射光5，對應在圓柱透鏡7上的照射區域於玻璃基板2的圓形的切斷預定線上集中，而逐漸在玻璃基板2上形成加工痕20(20a、20b)，藉由複數次的雷射光5的照射，將該線狀的加工痕20連接並形成圓形。
    在本實施態樣中，由於射出在與光軸正交之面上的形狀為矩形的雷射光5，如圖1(a)所示的，對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域，在與圓柱透鏡7的中心軸正交的面上，於從中心軸往半徑方向觀察時，產生在圓柱透鏡7中的全部受到照射的區域5a與在圓柱透鏡7中的一部分受到照射的區域5b。因此，對玻璃基板2所投入之雷射光的能量，在區域5a比在區域5b更大，因此，對應區域5a而在玻璃基板2上所形成之加工痕20a與對應區域5b而在玻璃基板2上所形成之加工痕20b，在玻璃基板2的變質程度上產生差異。控制裝置，以例如複數次的雷射光5的照射在切斷預定線上所投入之能量為固定的方式，控制在玻璃基板2上的照射區域的重疊。藉此，便可消除該玻璃基板2的變質程度的差異。另外，所謂該雷射光5的照射所投入之能量，意指在玻璃基板2上所投入之熱量。
    接著，就本實施態樣的動作，與控制裝置的控制態樣一併進行說明。控制裝置，首先，如圖3所示的，對在玻璃基板2的切斷預定線上所配置之圓柱透鏡7，藉由移動構件3，使脈衝雷射振盪器6移動並配置於圓柱透鏡7的在方向a上的一端側的上方，並使脈衝雷射振盪器6以矩形光束形狀射出之雷射光5照射到玻璃基板2上。藉此，如圖4(a)所示的，利用該雷射光5的照射，在玻璃基板2上，形成線狀的加工痕20(20a、20b)。此時，對應雷射光照射區域5b而在玻璃基板2上所投入之能量，比對應區域5a而在玻璃基板2上所投入之能量更小。因此，對應區域5b而在玻璃基板2上所形成之加工痕20b，比起對應區域5a所形成之加工痕20a而言，其玻璃基板2的變質程度較小。
    之後，控制裝置，使脈衝雷射振盪器6在箭號a方向上相對於玻璃基板2以及圓柱透鏡7移動，如圖4(b)所示的，以對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域與第1次的雷射光5的照射區域的一部分重疊的方式，進行第2次的雷射光5的照射。此時，控制裝置，以對在例如第1次的雷射光5的照射並未投入最大能量的圖4(a)中的區域5b投入最大能量的方式，控制對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域的重疊。藉此，在玻璃基板2上的已形成加工痕20b的部分也形成與圖4(a)相同的加工痕20a。然後，藉由第2次的雷射光5的照射，對第1次照射的加工痕20a連續地形成線狀的加工痕20(20a、20b)。如是，藉由控制對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域的重疊，便可使切斷預定線上的投入能量固定，並形成變質程度均等的加工痕20a。
    之後，控制裝置，同樣地，使脈衝雷射振盪器6在箭號a方向上相對玻璃基板2以及圓柱透鏡7移動，以對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域與第2次的雷射光5的照射區域的一部分重疊的方式，進行第3次的雷射光5的照射[圖4(c)]。藉此，對第1次照射以及第2次照射的加工痕20a連續地形成線狀的加工痕20(20a、20b)，藉由第4次的雷射光5的照射，如圖4(d)所示的，將線狀的加工痕20(20a、20b)連接，形成無端點的封閉形狀的圓形加工痕20a。
    在雷射光5的1次照射中，對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域，在與圓柱透鏡7的中心軸正交的面上，當從中心軸往半徑方向觀察時，產生在圓柱透鏡7中的全部受到照射的區域5a與在圓柱透鏡7中的一部分受到照射的區域5b，由於在玻璃基板2上集中的雷射光5的能量密度的差異，加工痕20a與加工痕20b也會在玻璃基板2的變質程度上產生差異。然而，藉由控制裝置，以對圓柱透鏡7的雷射光5的照射區域與之前的雷射光5的照射區域的一部分重疊的方式，從脈衝雷射振盪器(雷射光源)6射出雷射光，藉此便可將該玻璃基板2的變質程度的差異消除。此時，控制裝置宜以複數次的雷射光5的照射在切斷預定線上所投入的能量為固定的方式，控制在玻璃基板2上的照射區域的重疊，使玻璃基板2上所形成之加工痕20的整體的變質程度均等。加工痕20形成之後，例如，可用手施加彎曲應力，將玻璃基板2沿著圓形的切斷預定線折斷。
    在本實施態樣中，像這樣，藉由複數次的雷射光5的照射，便可形成與切斷預定線的無端點的封閉形狀相同的加工痕20，比起使雷射光5沿著玻璃基板2的環狀的切斷預定線照射的習知雷射加工方法，環狀的加工痕20的形成時間較短，故可縮短玻璃基板2的分割處理時間。
    另外，由於將雷射光5分成複數次照射玻璃基板，故不需要可對圓柱透鏡7的整體照射雷射光5的大型脈衝雷射振盪器(雷射光源)6。
    例如，當使用波長為532nm的雷射光5，將脈衝寬度設為約7nsec，並將照射能量密度設為25J/cm2，而對表面強化玻璃基板2的內部照射雷射光5時，玻璃基板2上會產生裂縫，玻璃基板整體會被分割得亂七八糟。相對於此，當使用波長為355nm的雷射光5，將脈衝寬度設為約7nsec，並將照射能量密度設為10J/cm2，而對表面強化玻璃基板5的內部照射雷射光5時，便可在玻璃基板2的內部形成加工痕20，此時若對玻璃基板2用手施加彎曲應力，便可根據該加工痕20漂亮地沿著圓形的切斷線折斷。
    另外，雷射光5的焦點位置雖亦可在玻璃基板的表面，然而若使該雷射光5的焦點位置在玻璃基板2的內部，便可確實防止玻璃基板2產生裂痕。亦即，將雷射光5的焦點位置，設定在玻璃基板2的厚度方向的內部，並將焦點深度設定成比玻璃基板2的厚度更短，宜設定在玻璃基板2的厚度的1/100以下，藉此，即使是表面強化玻璃基板，也能避開其表面的改質部，而將雷射光5的能量集中於其內部。當玻璃基板2為表面強化玻璃基板時，若雷射光5的焦點位置不在玻璃基板2的內部，而係於表面強化玻璃基板的表面的改質部集中雷射能量，則容易在玻璃基板2上產生雜亂的裂縫，使分割情況變得亂七八糟。另外，當該雷射光5的焦點深度在玻璃基板2的厚度以上時，雷射光5會到達玻璃基板2的背面，玻璃基板2會破裂。因此，雷射光5的焦點深度應比玻璃基板2的厚度更短，宜在玻璃基板2的厚度的1/100以下的範圍內。
    另外，雷射光5的光束形狀，不限於上述實施態樣的矩形，亦可使用例如圓形以及橢圓形等各種形狀。
    另外，在本實施態樣中，係就對應圓形的切斷預定線而圓柱透鏡7使用焦點形狀為圓形者之態樣進行說明，惟圓柱透鏡7只要是環狀亦可使用其他形狀者。例如亦可使用平面形狀為橢圓形或矩形的圓柱透鏡。
    再者，在本實施態樣中，係針對藉由雷射光5的4次照射形成無端點的封閉形狀的加工痕20a的態樣進行說明，惟雷射光5的照射數，亦可為例如2次或3次，亦可為5次以上。 [產業上的可利用性]
    本發明，較易在玻璃基板上形成無端點的封閉形狀的加工痕，可縮短玻璃基板的分割處理時間，故在液晶顯示面板的製造步驟等中，對玻璃基板的分割技術具有偌大之貢獻。
    1‧‧‧平台
    2‧‧‧玻璃基板
    20、20a、20b‧‧‧加工痕
    3‧‧‧移動構件
    4‧‧‧支持構件
    5‧‧‧(脈衝)雷射光
    5a、5b‧‧‧區域
    6‧‧‧脈衝雷射振盪器(雷射光源)
    7‧‧‧圓柱透鏡
    W5、W7‧‧‧寬度
    a、b‧‧‧方向
    [圖1](a)係表示在本發明實施態樣之玻璃基板的雷射加工裝置中，雷射光的照射區域與在玻璃基板上所形成之加工痕的俯視圖，(b)係同上之立體圖，其顯示出圓柱透鏡的剖面形狀。
    [圖2]係表示在本發明實施態樣之玻璃基板的雷射加工裝置中的圓柱透鏡的立體圖。
    [圖3]係表示本發明實施態樣之玻璃基板的雷射加工裝置的立體圖。
    [圖4](a)至(d)係表示在本發明實施態樣之玻璃基板的雷射加工裝置中，隨著雷射光的照射區域的移動而在玻璃基板上逐漸形成加工痕的時序圖。
    [圖5]係表示表面強化玻璃基板的透光特性圖。
    2‧‧‧玻璃基板
    20a、20b‧‧‧加工痕
    5‧‧‧(脈衝)雷射光
    5a、5b‧‧‧區域
    6‧‧‧脈衝雷射振盪器(雷射光源)
    7‧‧‧圓柱透鏡
    W5、W7‧‧‧寬度
    a、b‧‧‧方向
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] 一種玻璃基板的雷射加工裝置，其在玻璃基板的無端點的封閉形狀的切斷預定線上集中雷射光，以在該玻璃基板上形成加工痕，其特徵為包含：雷射光源，其射出雷射光；環狀的圓柱透鏡，其使該雷射光源的雷射光對應並集中於該玻璃基板的該切斷預定線上；驅動裝置，其使該雷射光源的雷射光的照射區域相對於該圓柱透鏡在第1方向上移動；以及控制裝置，其控制該雷射光源以及驅動裝置；該雷射光源所射出之雷射光的照射區域，在與其光軸正交的面上，與該第1方向正交的第2方向的寬度比該圓柱透鏡的該第2方向的寬度更大；該控制裝置，在利用該驅動裝置使該雷射光的照射區域相對於該圓柱透鏡在該第1方向上移動的過程中，使該雷射光源射出複數次雷射光。
    [2] 如申請專利範圍第1項之玻璃基板的雷射加工裝置，其中，該控制裝置，以該複數次雷射光照射在該玻璃基板上的照射區域於該切斷預定線上一部分重疊的方式，控制該照射區域。
    [3] 如申請專利範圍第2項之玻璃基板的雷射加工裝置，其中，該控制裝置，以該複數次雷射光照射在該切斷預定線上的投入能量為一定的方式，控制該照射區域的重疊。
    [4] 如申請專利範圍第1至3項中任一項之玻璃基板的雷射加工裝置，其中，該圓柱透鏡，使該雷射光的焦點位置在該玻璃基板的厚度方向的內部，同時將焦點深度設定成比該玻璃基板的厚度更短。
    [5] 如申請專利範圍第4項之玻璃基板的雷射加工裝置，其中，該玻璃基板，係表面強化玻璃基板，該圓柱透鏡，使該雷射光的焦點位置設定在該表面強化玻璃基板的厚度方向的內部，且比該表面強化玻璃基板的表面強化層更深的位置。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
    2022-01-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011223442A|JP5923765B2|2011-10-07|2011-10-07|ガラス基板のレーザ加工装置|
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