[发明专利]利用单束辐射划刻和分离易碎材料的方法和装置

说明书

相关申请的交叉引用

此申请与2007年5月15日提交的题为“利用单束辐射划刻和分离易碎 材料的方法和装置(Method and Apparatus for Scoring and Separating a Brittle Material with a Single Beam of Radiation)”的美国专利申请No.11/803428 关联，该申请的内容结合于此。

背景技术

技术领域

本发明涉及用于分离易碎材料的方法和装置，更具体地涉及仅使用单 束辐射划刻和分离玻璃基板的方法。

技术背景

通常通过机械装置切割或分离玻璃板，通过机械装置沿预定路径划刻 玻璃，然后对板的一个或两个部分施加机械弯曲力以分离该板。在该划刻 步骤期间，形成了中间裂纹(裂口)，该裂纹仅穿过板厚度的一部分。

在另一常规方法中，在板中放置初始瑕疵。然后将激光引导至该瑕疵 处，从而加热该玻璃并使该瑕疵沿预定路径延伸。Kondratenko的美国专利 No.5,692,284描述了一种工艺，其中光斑具有短椭圆形状，其中该光斑的 最长的轴小于20mm。所报告的划刻速度低，且根据玻璃类型在约10-120 mm/秒之间的范围中变化。Allaire等人的美国专利5,776,220示教了显著更 长的椭圆光斑，其最长的轴大于40mm。Hoekstra等人的美国专利6,211,488 公开了在划刻光束之前使用多束激光束来提高划刻速度。美国专利 6,800,831中示教了基于使用若干光束来提高划刻速度的类似手段。

分离步骤涉及通过如上所述施加给裂口裂纹的弯曲矩、或通过使用激 光加热划刻线以产生张应力来加深裂口裂纹。例如，美国专利6,541,730描 述了使用在划刻束之后传播的圆形或椭圆形的第二激光束。

现有技术一般涉及若干步骤和或若干激光束来完成划刻和分离功能。 这样的多个步骤、多光束方法增加了成本，而且使划刻和分离工艺的光学 实现变得复杂。需要的是在不需要增加来自多个辐射源的复杂化的情况下 的多光束划刻和分离易碎材料(例如玻璃基板)的单步骤的非接触式方法。

发明内容

本发明使利用单程的辐射光束且仅使用单个辐射源实现易碎材料薄板 的划刻和分离成为可能。

根据本发明的实施例，公开了一种分离易碎材料的薄板的方法，该方 法包括：提供易碎材料的薄板；在该薄板上形成狭长辐射区；在该薄板上 形成与辐射区相交的冷却区，以形成辐射区的划刻部分和分离部分；以及 在该薄板与相交的辐射区和冷却区之间产生相对运动以划刻和分离该薄 板。有利地，辐射区和冷却区在易碎材料的表面上单次通过的过程中，易 碎材料的薄板被划刻和分离，辐射区和冷却区在划刻和分离期间优选具有 恒定的空间关系。优选该易碎材料是玻璃薄板或基板。

在另一实施例中，描述了一种分离易碎材料的方法，该方法包括：提 供易碎材料的薄板；利用狭长的激光束照射该薄板的表面以在该薄板上形 成狭长的辐射区；在该薄板上形成与辐射区交迭的冷却区；以及在易碎材 料薄板与交迭的辐射和冷却区之间产生相对运动以划刻和分离该薄板。

在另一实施例中，描述了一种用于划刻和分离易碎材料的装置，该装 置包括：激光源；至少一个光学系统，该光学系统用于将激光源发射的激 光束变形成狭长光束，并将该狭长光束引导至易碎材料表面上，以在该材 料上形成单个辐射区；喷嘴，该喷嘴用于引导冷却剂流体使其冲击到易碎 材料的表面上，冲击的冷却剂与辐射区相交，以产生相对于辐射区行进方 向的辐射区的前部和后部；以及传输设备，该传输设备用于在易碎材料与 相交的辐射区和冲击的冷却剂之间产生相对运动，从而在辐射区和冲击的 冷却剂的单程期间划刻和分离该易碎材料。

实施本发明能降低分离诸如玻璃板之类的易碎材料所需的复杂程度、 通过将划刻功能与分离功能组合在划刻/分离光束的单程中减少了分离易碎 材料所需的时间、通过提供划刻功能与分离功能的精确对齐(即光束的划 刻部分与光束的分离部分之间的对齐)改善了划刻与分离工艺的效率、以 及通过排除对机械划刻材料的需要和随之出现的碎片改善了分离后的材料 的边缘质量。