[发明专利]不平坦材料的刻划

说明书

相关申请

本申请要求2008年5月27日提交的美国专利申请序列号第61128949号以及2008年7月30日提交的美国临时专利申请序列号第12/220948号的权益和优先权，所述文献全文参考结合入本文中并作为本文的基础。

技术领域

本发明所述的实施方式涉及不平坦材料的刻划，更具体来说涉及大型不平坦玻璃的激光刻划。

背景技术

在过去，人们采用一些不同的方法和技术来分离玻璃板。广泛采用的方法包括使用激光来刻划和/或分离玻璃板。激光束在玻璃板上移动，在玻璃板的表面上产生温度梯度，在激光束之后一段距离处跟随的冷却剂(例如气体或液体)提高了所述温度梯度。具体来说，激光对玻璃板的加热以及冷却剂对玻璃板的冷却在玻璃板中产生了应力。通过这种方式，沿着玻璃板产生了刻划线。然后可以通过沿着刻划线分离所述玻璃板，将玻璃板分成两个较小的片材。

人们进行了很多的努力，力求开发出一种用激光对玻璃板进行刻划的系统和方法，特别是用于制造平板显示器(例如LCD)的玻璃板。一般来说，用于玻璃的激光刻划工艺使用波长约为10.6微米的CO₂激光辐射对玻璃进行加热，然后快速冷却，通过热冲击形成短暂的抗张应力，但是也可以使用其它的激光器。为了进行恒定的激光刻划，激光束应当具有一定的形状，可以在玻璃表面上进行聚焦或者散焦，以便为玻璃输送恒定的激光功率，尽可能减小变化。在整个刻划工艺过程中，沿着刻划线，激光束在玻璃表面上的尺寸(长度和宽度)、形状以及相应的功率密度应当是基本上恒定的。需要对以上的特性，即通常是玻璃表面和激光形状调节透镜之间的距离加以精确地保持，或者换句话说，对于用来进行玻璃刻划目的的常规光学元件来说，玻璃板设置的范围应当尽可能短至大约1毫米。另外，当使用飞行的光学部件进行刻划的时候(当光学部件相对于玻璃移动的时候)，在整个刻划长度上，玻璃上的光束点尺寸应当基本上不变。

之前用来解决这些问题的尝试包括使得玻璃板平坦化，例如通过将其放置在平坦的水平台子上(或者使其在平坦的水平台子上移动)，将光学部件(有时包括激光器)固定在玻璃上方特定的恒定距离，或者在该玻璃上方特定的恒定距离移动。尽管此种做法提供了一种刻划玻璃的方案，但是存在其它的问题。例如：玻璃板可能具有天然的形状，可能是不平坦的；移动系统和机械设计可能无法提供足够的精密度，以保持玻璃和光学部件之间所需的距离；或者系统可能受到振动的影响，特别是如果机械结构刚性不足，或者不够重的话，并且玻璃上的光束点尺寸可能随着飞行距离而发生显著变化。对于大型的玻璃尺寸，所有这些问题都变得更为严重。另外，在刻划过程中，试图保持光束点尺寸的时候可能出现其它的困难，例如，拉制的时候，玻璃板是垂直设置的，具有弓形(例如5-20毫米)，厚度会发生变化，或者在拉制过程中，会相对于光学部件，从其垂直位置随机移动。一种可能的方案是使用带控制的适应性光学部件，其测量与玻璃之间的距离，使得光学部件相应地朝向靠近或远离玻璃的方向移动，以保持所需的距离。但是，此种方法在技术上很复杂，而且成本高。

因此，人们需要能够克服上述一部分本领域的问题的方法和系统。

发明内容

本发明描述了一些用于不平坦材料的刻划系统的实施方式，其由激光器和光学系统组成，本发明还描述了所述刻划系统的使用方法。

本发明描述了光学系统的实施方式，该系统可以用来对具有不同形状或者变化的厚度的不平坦的玻璃板进行刻划，能够容忍玻璃表面和光束形状调节透镜之间的显著的距离变化。在一个实施方式中，所述光学系统产生了具有几乎恒定的功率密度的延伸的焦深(即相对于光束腰的中心约大于+/-5毫米)的激光束，由此使得激光刻划工艺对于玻璃板相对于光学系统的位置的敏感性低得多。

另一个方面采用光束传输系统，其包括飞行光学头，在玻璃上获得延长的飞行距离，同时除了刻划不平坦玻璃的能力不会发生显著变化以外，玻璃上的光束尺寸、和相应的功率密度也不会发生显著的变化。例如，在一个方面，可以实现最高达6米的延长的飞行距离，同时不会造成光束尺寸、形状和相应的功率密度的显著变化。