專利名稱：分離強化玻璃基材的方法
分離強化玻璃基材的方法相關(guān)申請的交叉引用本申請根據(jù)35 U.S.C.§ 119，要求2010年8月31日提交的美國臨時申請系列第61/378，536號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。背景領(lǐng)域本發(fā)明一般地涉及分離強化玻璃基材的方法，更具體地涉及無需應(yīng)用機械作用力激光分離強化玻璃基材的方法。
背景技術(shù)：
薄玻璃基板在消費電子設(shè)備和其他領(lǐng)域中具有許多應(yīng)用。例如，玻璃基才可作為蓋板，用于結(jié)合在移動電話、顯示設(shè)備(如電視和計算機顯示器)及其它各種電子設(shè)備中的IXD和LED顯示器。這種設(shè)備中使用的蓋板可這樣形成:用各種激光切割技術(shù)，將大玻璃基材裁切或分離成許多較小的玻璃基材。例如，可以使用劃線-折斷技術(shù)分離玻璃基材。但是，當(dāng)采用劃線-折斷技術(shù)分離強化玻璃基材如離子交換玻璃時，會發(fā)生不受控制的整體分離而非形成劃線。相比于劃線-折斷方法，不可控分離通常導(dǎo)致較差邊緣特性。此外，隨著大強化玻璃基材板母料的尺寸增加，所述劃線-折斷方法的可靠性進一步下降，因為可能難以精確地施加所需的機械作用力，使板沿著劃線破裂。在處理和破裂過程中，大的強化玻璃基材板都可能會傾向于落粒和/或形成不受控的裂縫。因此，需要分離強化玻璃基材的替代方法。

概述在一個實施方式中，對具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材進行分離的方法包括以下步驟:使激光束沿著從強化玻璃基材的第一邊緣到強化玻璃基材第二邊緣的預(yù)期分離線在強化玻璃基材的表面上平移。所述方法還包括:使強化玻璃基材內(nèi)受控制的整體裂縫基本沿著預(yù)期分離線從第二邊緣向后擴展到第一邊緣。 在另一個實施方式中，將具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材自分離成兩個或更多個玻璃制品的方法包括以下步驟:形成通過壓縮表面層并以部分暴露內(nèi)拉伸層的起始缺陷。所述起始缺陷偏離強化玻璃基材的第一邊緣，并垂直于預(yù)期分離線。所述方法還包括:向強化玻璃基材位于第一邊緣和起始缺陷之間的屏蔽區(qū)域施加激光屏蔽，并通過在強化玻璃基材表面使激光束和冷卻射流從強化玻璃基材的第一邊緣平移到第二邊緣產(chǎn)生沿著預(yù)期分離線穿過壓縮表面層的劃線。劃線由激光裂口限定，激光屏蔽防止激光束入射到強化玻璃基材的屏蔽區(qū)域中的表面上。隨著激光束穿過強化玻璃基材的第二邊緣，整體裂縫從第二邊緣沿著劃線擴展到起始缺陷，其中所述激光束和冷卻射流的操作使得緊接第二邊緣的激光裂口的深度足以在第二邊緣處產(chǎn)生整體裂縫。在另一個實施方式中，產(chǎn)生整體裂縫使得具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材分離成兩個或更多個玻璃制品的方法包括以下步驟:形成通過壓縮表面層并以部分暴露內(nèi)拉伸層的退出缺陷。所述退出缺陷位于強化玻璃基材的第二邊緣。所述方法還包括使激光束在強化玻璃基材的表面上沿著預(yù)期分離線從強化玻璃基材的第一邊緣平移到強化玻璃基材的第二邊緣，從而在強化玻璃基材內(nèi)沿著預(yù)期分離線產(chǎn)生殘余應(yīng)力區(qū)。隨著激光束入射到退出缺陷上，整體裂縫基本沿著預(yù)期分離線從第二邊緣擴展到第一邊緣。在以下詳細(xì)描述中給出了本發(fā)明方法的其他特征和優(yōu)點，其中部分特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，根據(jù)所作描述就容易看出，或者通過實施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的本發(fā)明而被認(rèn)識。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述介紹了各種實施方式，用來提供理解要求保護的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實施方式的進一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了本文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護的主題的原理和操作。附圖簡要說明

圖1是根據(jù)本文所示和描述的至少一個實施方式，遠(yuǎn)離邊緣缺陷(off-edgedefect)、激光屏蔽、入射到強化玻璃基材上的橢圓形激光束斑和冷卻射流的冷卻斑的透視示意圖；圖2是根據(jù)本文所示和所述的至少一個實施方式的圖1中的激光束、激光屏蔽、冷卻射流和強化玻璃基材的截面示意圖；圖3是根據(jù)本文所示和所述的至少一個實施方式，橢圓形束斑和冷卻斑的相對位置不意圖；圖4是根據(jù)本文所示和所述的至少一個實施方式，劃刻裂口和裂口前端的截面示意圖； 圖5A是根據(jù)本文所示和所述的至少一個實施方式，完整的劃刻裂口的透視示意圖；圖5B是根據(jù)本文所示和所述的至少一個實施方式，通過自分離分開的強化玻璃基材的透視不意圖；圖6是根據(jù)本文所示和描述的至少一個實施方式，入射到強化玻璃基材上的橢圓形激光束斑和冷卻射流的冷卻斑以及退出邊緣缺陷的透視圖；以及圖7是根據(jù)本文所示和所述的至少一個實施方式，通過受控整體分離分開的強化玻璃基材的透視示意圖。優(yōu)選實施方式詳述下面詳細(xì)參考用來分離化學(xué)強化玻璃基板的各種實施方式，這些實施方式的例子在附圖中示出。只要有可能，在所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或類似的部分。如本文所述，分離強化玻璃基材的方法通常包括以下步驟:使強化玻璃基材沿預(yù)期分離線弱化，然后使整體裂縫沿著預(yù)期分離的弱化線向后擴展?？梢允辜す馐趶娀ＡЩ牡谋砻嫔涎刂A(yù)期分離線從第一邊緣平移到第二邊緣，以產(chǎn)生弱化區(qū)域。激光束相對于強化玻璃基材的平移會在玻璃基材內(nèi)沿著預(yù)期分離線形成起始劃線，或者產(chǎn)生應(yīng)力區(qū)域。然后當(dāng)激光束沿著最小阻力路徑穿過第二邊緣時，整體裂縫沿著預(yù)期分離線從第二邊緣向后擴展到第一邊緣。整體裂縫會沿著激光束所產(chǎn)生的起始劃線或者應(yīng)力區(qū)域擴展。本發(fā)明的實施方式可采用激光屏蔽、遠(yuǎn)離邊緣起始缺陷和/或退出邊緣缺陷以產(chǎn)生整體裂縫。本文將更詳細(xì)地描述分離強化玻璃基材的各種實施方式。
首先參考圖1-5B，示意性地示出了用于分離強化玻璃基材100的系統(tǒng)和方法的一個實施方式。通常，圖1-5B所示方法可以稱作分離強化玻璃基材的自分離方法。常通過劃線-折斷技術(shù)分離各種基材，其中首先在基材表面上形成淺劃線，然后施加機械作用力將基材折斷成一塊或多塊。參考圖1-5B所述的方法涉及自分離劃線-折斷技術(shù)，因為無需機械作用力來分離強化玻璃基材，原因在于所述強化玻璃基材在完全(或者基本完全)形成劃線之后分離(即強化玻璃基材的自分離)。強化玻璃基材100具有第一表面130、第二表面132、邊緣(例如，第一邊緣114和第二邊緣116)，厚度為h。應(yīng)理解所述強化玻璃基材可以具有其他形狀，如圓形。還應(yīng)理解，為了便于圖示，圖中強化玻璃基材100的厚度h是夸大的?？梢酝ㄟ^離子交換過程對強化玻璃基材100進行化學(xué)強化，在所述強化玻璃基材內(nèi)產(chǎn)生壓縮表面層111和內(nèi)拉伸層115。玻璃基板可用各種玻璃組合物形成，所述玻璃組合物包括但不限于硼硅酸鹽玻璃或鋁硅酸鹽玻璃。強化玻璃基材100可以是能分離成較小塊的較大板材，以制造小的強化玻璃制品，例如用于消費電子設(shè)備的玻璃保護板。在化學(xué)強化過程中，玻璃基材可以進行例如離子交換強化過程，該過程包括將玻璃基材100浸沒在KNO3熔融鹽浴中一段時間(例如，8小時)。離子交換強化過程會形成強化玻璃基材100，其在兩個深入的壓縮表面層111中的壓縮應(yīng)力增加，在內(nèi)拉伸層115中的拉伸應(yīng)力增加。圖1-5B所示的系統(tǒng)通常包含施加到強化玻璃基材100的第一邊緣114的激光屏蔽，沿著預(yù)期分離線104加熱強化玻璃基材100的激光源150，引導(dǎo)冷卻射流105的噴嘴160，所述冷卻射流105用于沿著預(yù)期分離線104對被加熱的強化玻璃基材100表面進行驟冷(圖2)。由于施加了束斑102和通過冷卻射流105產(chǎn)生的冷卻斑106導(dǎo)致強化玻璃基材的溫度發(fā)生變化，引起沿著預(yù)期分離線104以垂直于所述預(yù)期分離線104的方向建立的拉伸應(yīng)力從而形成裂口 10 9，所述裂口 109延伸部分穿過強化玻璃基材100的厚度。劃線裂口109是強化玻璃基材結(jié)構(gòu)的機械改造。完整的劃線裂口 109的位置沿著預(yù)期分離線104，強化玻璃基材100會沿著所述預(yù)期分離線104分離。如下文詳述，所述劃線裂口 109起始于偏離強化玻璃基材100的第一邊緣114的起始缺陷112，并終止于強化玻璃基材100的第二邊緣116。激光源150可用于發(fā)射光束，所述光束具有適合為強化玻璃基材100提供熱能的波長，從而激光能被沿著玻璃厚度h強烈吸收，從而加熱強化玻璃基材100的表面。例如，激光源150通常發(fā)射波長在紅外范圍的激光束101。合適的激光源包括波長范圍約為5-6 μ m的CO激光器、波長范圍約為2.6-3.0 μ m的HF激光器或者波長約為2.9 μ m的鉺YAG激光器。在本文所述實施方式中，所述激光源是脈沖CO2激光器,其產(chǎn)生波長約為9.4-10.6 μ m的紅外光束。所述CO2激光源可以是以準(zhǔn)連續(xù)波模式工作的RF激發(fā)激光源。在一個實施方式中，激光源150用來產(chǎn)生TEMcitl模式的輸出光束，使得激光源150的激光束101具有高斯強度分布?；蛘撸す庠纯捎脕懋a(chǎn)生TEMtll模式的輸出光束，使得輸出光束具有“D”或平坦模式的強度分布。激光源的輸出功率可約為20W至大于500W，取決于所需的劃線速度、被劃線的玻璃的組成以及壓縮表面層的深度。 為避免過度加熱強化玻璃基材100的表面(這會導(dǎo)致強化玻璃基材表面的玻璃燒蝕或蒸發(fā)，或者產(chǎn)生弱化切割邊緣的殘留應(yīng)力)，用各種光學(xué)元件(未示出)使激光源發(fā)射的光束101成形，使得光束101在強化玻璃基材100的表面上形成橢圓形束斑102。例如，在一個實施方式中，將一對柱面透鏡(未示出)設(shè)置在激光源150所發(fā)射的激光束101的路徑上。或者，將用來使激光束成形為橢圓形束斑的柱面透鏡和/或其它光學(xué)元件與激光源150連成一體。柱面透鏡使激光束101成形，使得入射到強化玻璃基材表面上的束斑一般為橢圓形狀，如圖1所示。雖然本文所述的束斑是橢圓形狀，但是應(yīng)理解本發(fā)明的實施方式不限于此，因為束斑可以具有其他形狀，包括圓形、正方形、矩形等。參考圖3，橢圓形束斑102 —般具有寬度為b的短軸124和長度為a的長軸125。短軸124延伸通過橢圓形束斑102的中點，如圖3所示。在一個實施方式中，短軸124的寬度b大于或等于在冷卻射流接觸強化玻璃基材表面的地方形成的冷卻斑106的直徑。例如，如果冷卻斑(即冷卻射流的橫截面，位于冷卻射流入射到強化玻璃基材表面上的地方)具有2mm的直徑,則短軸的寬度b至少為2mm。長軸125 —般具有位于橢圓形束斑的前緣120與后緣122之間的長度a，如圖3所示。橢圓形束斑102的長度a通常可以控制激光產(chǎn)生的裂口的深度。激光束斑越長，裂口就越深。如果長度a固定，劃線速度V的增加形成較淺的裂口。相反地，劃線速度V越慢，則產(chǎn)生的裂口越深。對于激光劃線的強化玻璃基材，應(yīng)該控制裂口深度，從而使得裂口生長足夠慢以完成激光劃線操作。這表示根據(jù)所需的劃線速度，激光束的長度應(yīng)該是固定的。

關(guān)于激光束101的激光功率，可用于加熱強化玻璃基材的激光功率應(yīng)該受到瞬時和平均功率密度的限制。瞬時功率密度可定義為激光功率P除以束斑面積。平均功率密度
可定義為激光功率P除以每單位時間激光束斑面積與激光束橫向面積的總和:
權(quán)利要求
1.種分離具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材的方法,所述方法包括: 使激光束沿著從強化玻璃基材的第一邊緣到強化玻璃基材第二邊緣的預(yù)期分離線在強化玻璃基材的表面上平移；以及 使強化玻璃基材內(nèi)受控制的整體裂縫基本沿著預(yù)期分離線從第二邊緣向后擴展到第一邊緣。
2.權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括: 形成穿過壓縮表面層以部分暴露內(nèi)拉伸層的起始缺陷，所述起始缺陷偏離強化玻璃基材的第一邊緣，并垂直于預(yù)期分離線； 防止激光束入射到強化玻璃基材的屏蔽區(qū)域中的強化玻璃基材表面上，該屏蔽區(qū)域位于第一邊緣和起始缺陷之間；以及 向強化玻璃基材表面上施加緊接激光束的冷卻射流，其中: 產(chǎn)生沿著預(yù)期分離線的穿過壓縮表面層的劃線，所述劃線由部分穿透進入到內(nèi)拉伸層中的激光裂口限定 ；以及 操作激光束和冷卻射流使得緊接第二邊緣的激光裂口的深度足以在第二邊緣處產(chǎn)生受控制的整體裂縫。
3.權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括在平移激光束之前形成穿過壓縮表面層以部分暴露內(nèi)拉伸層的退出缺陷，所述退出缺陷位于強化玻璃基材的第二邊緣處并平行于預(yù)期分離線，其中: 所述激光束沿著所述預(yù)期分離線在強化玻璃基材內(nèi)產(chǎn)生殘留應(yīng)力區(qū)域；以及 當(dāng)激光束入射到退出缺陷上時產(chǎn)生受控制的整體裂縫。
4.種將具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材自分離成兩個或更多個玻璃制品的方法，所述方法包括: 形成穿過壓縮表面層以部分暴露內(nèi)拉伸層的起始缺陷，所述起始缺陷偏離強化玻璃基材的第一邊緣，并垂直于預(yù)期分離線； 向位于第一邊緣和起始缺陷之間的強化玻璃基材的屏蔽區(qū)域施加激光屏蔽； 通過使激光束和冷卻射流在強化玻璃基材表面上從強化玻璃基材的第一邊緣平移到第二邊緣以沿著預(yù)期分離線產(chǎn)生穿過壓縮表面層的劃線，其中所述劃線由激光裂口限定，所述激光屏蔽防止激光束入射到屏蔽區(qū)域中的強化玻璃基材表面上；以及 隨著激光束穿過強化玻璃基材的第二邊緣，整體裂縫從第二邊緣沿著劃線擴展到起始缺陷，其中所述激光束和冷卻射流的操作使得緊接第二邊緣的激光裂口的深度足以在第二邊緣處產(chǎn)生整體裂縫。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述強化玻璃基材包括離子交換強化玻璃基材O
6.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述激光裂口部分穿透進入到內(nèi)拉伸層中。
7.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述激光束配置成產(chǎn)生具有長軸和短軸的橢圓形束斑，所述長軸與預(yù)期分離線對齊。
8.權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，向長軸后邊緣處的橢圓形束斑內(nèi)的強化玻璃基材表面施加冷卻射流。
9.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述激光束由脈沖CO2激光器產(chǎn)生。
10.權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述緊接第二邊緣的激光裂口的深度大于強化玻璃基材厚度的約15%。
11.種產(chǎn)生整體裂縫將具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材分離成兩個或更多個玻璃制品的方法，所述方法包括: 形成穿過壓縮表面層以部分暴露內(nèi)拉伸層的退出缺陷，所述退出缺陷位于強化玻璃基材的第二邊緣處； 使激光束在強化玻璃基材的表面上沿著預(yù)期分離線從強化玻璃基材的第一邊緣平移到強化玻璃基材的第二邊緣，其中所述激光束在強化玻璃基材內(nèi)沿著預(yù)期分離線產(chǎn)生殘余應(yīng)力區(qū)域；以及 當(dāng)激光束入射到所述退出缺陷上，整體裂縫基本沿著預(yù)期分離線從第二邊緣擴展到第一邊緣。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述強化玻璃基材相對于激光束平移。
13.權(quán)利要求11所述的方法，該方法還包括當(dāng)激光束穿過強化玻璃基材表面時施加緊接激光束的冷卻射流。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于: 所述激光束配置成產(chǎn)生具有長軸和短軸的橢圓形束斑，所述長軸與預(yù)期分離線對齊；以及 向長軸后邊緣處的橢圓形束斑內(nèi)的強化玻璃基材表面施加冷卻射流。
15.權(quán)利要求11所述的方法，該方法還包括向退出缺陷施加冷卻射流。
16.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述強化玻璃基材包括離子交換強化玻璃基材。
17.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述激光束配置成產(chǎn)生具有長軸和短軸的橢圓形束斑，所述長軸與預(yù)期分離線對齊。
18.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述激光束由脈沖CO2激光器產(chǎn)生。
19.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述退出缺陷平行于預(yù)期分離線。
20.權(quán)利要求11所述的 方法，其特征在于，所述退出缺陷是通過使用錐形鉆石刻劃尖端機械形成的。
全文摘要
對具有壓縮表面層和內(nèi)拉伸層的強化玻璃基材進行分離的方法包括以下步驟使激光束沿著從強化玻璃基材的第一邊緣到強化玻璃基材第二邊緣的預(yù)期分離線在強化玻璃基材的表面上平移。所述方法還包括使強化玻璃基材內(nèi)受控制的整體裂縫基本沿著預(yù)期分離線從第二邊緣向后擴展到第一邊緣。在強化玻璃基材表面上形成劃線使得強化玻璃基材沿著劃線自分離。可以在強化玻璃基材內(nèi)產(chǎn)生殘留應(yīng)力區(qū)域，使得整體裂縫沿著預(yù)期分離線從位于第二邊緣的退出缺陷向后拓展到第一邊緣，從而分離強化玻璃基材。
文檔編號C03B33/09GK103097313SQ201180041632
公開日2013年5月8日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者李興華 申請人:康寧股份有限公司