專利名稱：玻璃切割方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種玻璃的切割方法和裝置，特別是涉及這樣一種玻璃切割方法和裝置，即當利用激光和冷卻劑來切割玻璃時，使激光束的移動速度和能量可調，激光束的形狀也可變，由此可以提高玻璃的切割速度和切割之后玻璃的品質。


圖1a的利用溫度梯度的現有的玻璃切割方法是利用激光器將玻璃2加熱到溶融溫度以下之后，噴射冷卻劑3來切割玻璃的方法，根據該玻璃切割方法切割的玻璃2′如圖1b所示。
圖2a的現有的玻璃切割方法是在玻璃管2b上畫線，然后利用激光器1b，通過橢圓形的激光束加熱玻璃管之后，用浸水的棉布3b冷卻而切割上述玻璃管2b的方法，根據該玻璃切割方法切割的玻璃2b′如圖2b所示。
此外，圖3的現有的玻璃切割方法是利用發(fā)射橢圓形的激光束的激光器1c加熱玻璃2c之后，通過流體冷卻劑3c冷卻被加熱部位而切割上述玻璃2c的方法。
圖4的現有的激光玻璃切割方法是使用照射U字形或V字形激光束的激光器1d和冷卻劑3d，將玻璃2d切割為曲線形狀的方法。
上述現有的激光玻璃切割裝置向玻璃發(fā)射橢圓形、U字形或V字形激光束，加熱玻璃表面之后，向被加熱的玻璃部位噴射液體或氣體來冷卻該部位，從而將玻璃切斷。
另一方面，如圖5所示，在切割玻璃2之前，使用金剛石砂輪在待切割的玻璃2的開始部位和結束部位畫上刻線。
然后，使激光器1在形成了刻線的玻璃2上以一定的速度前進，同時照射激光束進行加熱，使冷卻劑噴射裝置以一定的速度前進，同時向被加熱的玻璃部位噴射冷卻劑3，從而將玻璃2切斷。
即，現有的激光玻璃切割裝置是使激光器以一定的速度沿著玻璃的刻線移動，同時照射一定能量的激光束進行加熱之后，向上述被加熱的玻璃部位噴射冷卻劑來冷卻玻璃，從而將玻璃切斷的。但是，在待切割的玻璃的前端區(qū)間、中央區(qū)間和末端區(qū)間上的加熱的熱應力分布是不均勻的，由于一定能量的激光束以一定速度從玻璃的前端區(qū)間向末端區(qū)間移動，同時照射玻璃進行加熱，所以會出現玻璃的切斷面不齊的問題，特別會出現在玻璃的前端區(qū)間和末端區(qū)間難以切斷玻璃的問題。
此外，當在前端區(qū)間和末端區(qū)間向玻璃照射的激光束的能量密度過大時，由于玻璃表面被急劇加熱而受到熱沖擊，使玻璃的切斷面受到損傷，相反，當激光束的能量密度過小時，會出現需要很長時間才能切斷玻璃的問題。
本發(fā)明就是為了解決上述現有技術的問題而提出的，其目的是提供一種玻璃切割方法和裝置，使照射玻璃的激光束的移動速度和能量根據待切割的玻璃的區(qū)間不同而變化，從而可以迅速且高精度地切割玻璃。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種玻璃切割方法和裝置，使向玻璃照射激光束時在玻璃表面發(fā)生的熱沖擊均勻化，從而得到良好的切斷面。
此外，其特征在于，上述前端區(qū)間、中央區(qū)間和末端區(qū)間分別再分為多個小區(qū)間，各個小區(qū)間內的激光束的移動速度和能量保持恒定。
此外，其特征在于，上述激光束的移動速度與激光束的能量密度成比例地變化。
此外，本發(fā)明的玻璃切割方法和裝置其特征在于，照射到待切割的玻璃表面上的激光束其后端的寬度比前端狹窄，激光束其后端的能量密度比前端大。
此外，其特征在于，上述激光束形成鑰匙孔的形狀。
圖1b是表示現有的玻璃切割裝置的第一個例子及其切割示例的斜視圖。
圖2a是表示現有的玻璃切割裝置的第二個例子及其切割示例的斜視圖。
圖2b是表示現有的玻璃切割裝置的第二個例子及其切割示例的斜視圖。
圖3是表示現有的玻璃切割裝置的第三個例子的斜視圖。
圖4是表示現有的玻璃切割裝置的第四個例子的斜視圖。
圖5是表示現有的玻璃切割裝置的金剛石砂輪的斜視圖。
圖6是表示本發(fā)明的玻璃切割裝置的刻線激光束發(fā)生裝置的斜視圖。
圖7是表示本發(fā)明的玻璃切割裝置的刻線激光束發(fā)生裝置的斜視圖。
圖8是表示本發(fā)明的玻璃切割裝置的斜視圖。
圖9是表示本發(fā)明的玻璃切割裝置在玻璃上所成的像的平面圖。
圖10是從本發(fā)明的玻璃切割裝置的激光束發(fā)生裝置照射到玻璃上的激光束的像的放大平面圖。
圖11是表示本發(fā)明其他實施例的玻璃切割裝置的斜視圖。
圖12是表示本發(fā)明其他實施例的玻璃切割裝置的斜視圖。
圖13是表示根據本發(fā)明的玻璃切割方法的玻璃不同區(qū)間的激光束的移動速度和能量的變化的曲線圖。
如圖6至圖9所示，本發(fā)明的玻璃切割裝置由以下裝置構成刻線激光束發(fā)生裝置12，為了在待切割的玻璃11上形成刻線而發(fā)射短波長激光束；第一切割激光束發(fā)生裝置13，為了加熱形成了上述刻線的玻璃11而照射一次激光束；冷卻劑噴射裝置14，為了切割上述加熱后的玻璃11而向上述玻璃11上噴射冷卻劑；第二切割激光束發(fā)生裝置15，將上述冷卻后的玻璃完全切斷。
由上述刻線激光束發(fā)生裝置12射出的激光束12a、由第一切割激光束發(fā)生裝置13射出的激光束13a、由冷卻劑噴射裝置14噴射出的冷卻劑14a、由第二切割激光束發(fā)生裝置15射出的激光束15a分別在玻璃11上所成的像的形狀如圖9所示。
上述刻線激光束發(fā)生裝置12利用短波長激光束12a進行非接觸式蝕刻加工，由此在待加工的玻璃11上形成刻線。上述第一切割激光束發(fā)生裝置13、冷卻劑噴射裝置14、第二切割激光束發(fā)生裝置15采用公知的技術，沿著形成了上述刻線的玻璃11的假想切割線一體地移動。
其中，從上述第一切割激光束發(fā)生裝置13照射到玻璃11上的激光束13a，如圖10所示，通過激光用透鏡的組合，形成鑰匙孔(KeyHole)形狀，對上述玻璃11進行加熱。
此外，上述鑰匙孔形狀的激光束13a沿著玻璃的切割前進方向被分為前端131和后端132，上述前端131形成圓形，上述后端132形成長方形。優(yōu)選上述前端131的長度(·)與上述后端132的長度(a)的比值(·/a)為0.2～0.5，上述前端131的寬度(·)與上述后端132的寬度(b)的比值(·/a)為2～5。此外，優(yōu)選前端131的激光束的能量密度為后端132的激光束的能量密度的40％～80％。因此，由于當激光束13a照射玻璃時，前端131的能量密度比后端132的能量密度小，所以當玻璃由激光束13a的前端131予熱后，由后端132以很高溫度加熱，由此使玻璃表面的拉伸應力增加，從而提高切割速度。
另一方面，從上述冷卻劑噴射裝置14向玻璃11噴射出的冷卻劑14a在上述鑰匙孔形狀的激光束13a通過之后的0.1～0.5秒后，以長孔形狀向上述玻璃11噴射，以增大玻璃11的冷卻效果。然后，在上述玻璃11的被噴射了冷卻劑14a的中心形成過冷區(qū)，其附近形成冷卻區(qū)。
上述第二切割激光束發(fā)生裝置15向被噴射了冷卻劑14a而實施了一次切割的玻璃11照射激光束15a，對其進行加熱，然后完全切斷玻璃11。
上述玻璃11的刻線是這樣形成的，如圖6所示，從刻線激光束發(fā)生裝置12向玻璃11照射吸收性好的短波長激光束，形成在上述玻璃11切割部位的開始部位和結束部位。特別是由于本發(fā)明采用與玻璃不接觸的非接觸式玻璃切割裝置，所以即使長時間使用，也不必擔心刻線形成的直線度，并且對切割線交叉的部位也適用，特別是有利于交叉部位的切割。
此外，上述短波長激光束是具有10nm～600nm波長的激光束，波長越短，越易被上述玻璃11所吸收，效果越好。如果波長超過60nm，則如圖7所示，在上述玻璃11的表面涂覆染料，使上述短波長激光束被很好的吸收。
此外，加熱上述玻璃11后，使用用于一次切割的冷卻劑，但也可以使用揮發(fā)性強的物質作為冷卻劑。由此，與使用現有的氣體冷卻劑相比，可以進一步提高冷卻效果，而且冷卻后冷卻劑的殘留物直接揮發(fā)到空氣中，不會殘留在玻璃表面。
作為上述揮發(fā)性強的固體冷卻劑，可以使用將液態(tài)物質向空氣中噴灑時變?yōu)楣虘B(tài)的物質，例如將液體二氧化碳向空氣中噴灑時生成的固體二氧化碳顆粒(干冰)。
如果上述冷卻劑使用不直接揮發(fā)的液體冷卻劑，則除了冷卻劑噴射裝置14之外，還可以設置冷卻劑除去裝置14′，加熱殘留在玻璃表面上的液體冷卻劑，從而蒸發(fā)在進行上述玻璃11的一次切割時殘留的液體冷卻劑。
上述冷卻劑除去裝置14′可以使用附加的激光束發(fā)生裝置、熱風機以及強力吸入裝置。
為了提高玻璃的切割質量，可以根據需要將上述玻璃11切割部位的前端區(qū)間、中央區(qū)間、末端區(qū)間再分別劃分為多個小區(qū)間后，本發(fā)明的玻璃切割裝置控制照射到各個小區(qū)間的激光束的能量、噴射的冷卻劑的量、激光束的移動速度以及焦距(Focus Length)，切斷上述玻璃11，由此可以提高上述玻璃11的開始部位和結束部位的質量，同時迅速地切割玻璃。
為了控制每個區(qū)間的上述激光束的能量以及移動速度、冷卻劑的噴射量，如圖12所示，本發(fā)明的玻璃切割裝置由以下裝置構成脈沖發(fā)生器16，使激光束的能量變化；流量調節(jié)器17，調節(jié)由上述冷卻劑噴射裝置14噴射出的冷卻劑的流量；驅動裝置18，調節(jié)上述激光束的移動速度以及激光束發(fā)生裝置13和玻璃11之間的距離；控制裝置19，為了使上述脈沖發(fā)生器16、流量調節(jié)器17以及驅動裝置18的輸出值變化，而交換信號，控制上述各裝置16、17、18。
如上所述，由于本發(fā)明根據區(qū)間不同而使激光束的移動速度以及能量發(fā)生變化，所以沿著待切割的玻璃的縱方向分為前端區(qū)間、中央區(qū)間、末端區(qū)間，并且再將上述前端區(qū)間分為2～4個小區(qū)間、將上述前端區(qū)間分為1～2個小區(qū)間、將上述末端區(qū)間分為1～3個小區(qū)間。此外，將上述前端區(qū)間的長度設定為10～80mm，將上述末端區(qū)間的長度設定為20～60mm，將中央區(qū)間設定為除了上述前端區(qū)間和末端區(qū)間之外的全部區(qū)間。
對上述不同區(qū)間的激光束的控制為，當從前端區(qū)間進行到中央區(qū)間時，增大激光束的移動速度和能量密度，當從中央區(qū)間進行到末端區(qū)間時，減小激光束的移動速度和能量密度。
另一方面，各個小區(qū)間內的激光束移動速度和能量密度是恒定的，各不同區(qū)間的激光束的能量密度與激光束的移動速度成比例地變化。
即，由于加熱時熱應力分布不均勻，向難以加熱和切割的玻璃的前端區(qū)間和末端區(qū)間照射能量較小的激光束，同時緩慢地移動，當進行到中央區(qū)間時，增加激光束的能量和移動速度，由此可以提高玻璃的切割質量，同時可以迅速地切割玻璃。
根據區(qū)間的位置，激光束的能量在10W～150W范圍內進行調節(jié)，移動速度在1mm/s～200mm/s范圍內進行調節(jié)。
圖13表示本發(fā)明的一個實施例的不同激光束的速度變化。
在如圖13所示的本發(fā)明實施例中，待切割的玻璃的整體長度為300mm，上述玻璃分為前端區(qū)間A、中央區(qū)間B和末端區(qū)間C，前端區(qū)間A分為4個20mm長的小區(qū)間，中央區(qū)間B分為60mm和120mm長的2個小區(qū)間，末端區(qū)間C分為2個20mm長的小區(qū)間。
如圖13所示，激光束的移動速度和能量從區(qū)間A1向區(qū)間B1逐漸增大，然后從區(qū)間B1向區(qū)間C2逐漸減小。
在本發(fā)明的玻璃切割方法和裝置中，由于照射到待加工的玻璃上的激光束具有低能量密度的前端和高能量密度的后端，所以加大照射激光束時在玻璃上產生的熱沖擊，而且由于將上述玻璃的區(qū)間分開，控制與各不同區(qū)間的熱應力分布相適應的激光束的移動速度和能量，所以可以提高玻璃斷面的質量，迅速地切割玻璃。
權利要求
1.一種玻璃切割方法，包括以下步驟第一步驟，使激光束沿著待切割的玻璃的假想切割線移動，同時照射并加熱玻璃；第二步驟，向加熱的玻璃部位噴射冷卻劑，從而切斷玻璃；上述玻璃切割方法其特征在于，沿著假想的切割線，上述玻璃被分為前端區(qū)間、中央區(qū)間和末端區(qū)間，上述激光束的移動速度和能量從玻璃的上述前端區(qū)間到中央區(qū)間逐漸增加，從玻璃的上述中央區(qū)間到末端區(qū)間逐漸減小。
2.根據權利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端區(qū)間、中央區(qū)間和末端區(qū)間分別再分為多個小區(qū)間，各個小區(qū)間內的激光束的移動速度和能量保持恒定。
3.根據權利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述激光束的移動速度與激光束的能量密度成比例地變化。
4.根據權利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端區(qū)間的長度為10～80mm，上述末端區(qū)間的長度為20～60mm。
5.根據權利要求1所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述照射的激光束在玻璃上所成的像具有面積較大的前端和面積較小的后端，并且與后端相比，上述前端的激光束的能量密度較小。
6.根據權利要求5所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述激光束的前端形成圓形，上述激光束的后端形成長方形，整體的形狀為鑰匙孔形狀。
7.根據權利要求5所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端的長度與上述后端的長度之比為0.2至0.5，上述前端的寬度與上述后端的寬度之比為2至5。
8.根據權利要求5所述的玻璃切割方法，其特征在于，上述前端的激光束的能量密度為后端的激光束的能量密度的40％～80％。
9.一種玻璃切割裝置，其特征在于，由以下裝置構成第一激光束發(fā)生裝置，為了在待加工的玻璃上形成刻線而照射激光束；第二激光束發(fā)生裝置，為了加熱上述玻璃，沿著在上述玻璃上形成的刻線向上述玻璃照射一次激光束；冷卻劑噴射裝置，向由上述第二激光束發(fā)生裝置加熱的玻璃上噴射冷卻劑，從而切斷玻璃。
10.根據權利要求9所述的玻璃切割裝置，其特征在于，上述第一激光束發(fā)生裝置照射波長為100nm～600nm的短波長激光束，以易于被上述玻璃吸收。
11.根據權利要求9所述的玻璃切割裝置，其特征在于，當上述短波長激光束具有大于600nm的波長時，在上述玻璃上涂覆染料，以使上述短波長激光束易于被吸收。
12.根據權利要求9所述的玻璃切割裝置，其特征在于，從上述第二激光束發(fā)生裝置照射到上述玻璃上的激光束的形狀分為前端和后端，與上述后端相比，上述前端具有較大的寬度。
13.根據權利要求12所述的玻璃切割裝置，其特征在于，從上述第二激光束發(fā)生裝置射出的激光束為鑰匙孔形狀。
14.根據權利要求9所述的玻璃切割裝置，其特征在于，上述玻璃切割裝置還包含冷卻劑除去裝置，用于蒸發(fā)除去殘留在通過上述冷卻劑噴射裝置被冷卻的玻璃表面上的冷卻劑。
15.一種玻璃切割裝置，包括激光束發(fā)生裝置，為了加熱待加工的玻璃而向上述玻璃照射激光束；冷卻劑噴射裝置，為了切割上述被加熱的玻璃而向上述玻璃噴射冷卻劑，其特征在于，上述玻璃切割裝置還包含有脈沖發(fā)生器，調節(jié)不同玻璃區(qū)間的上述激光束的能量密度；驅動裝置，調節(jié)不同玻璃區(qū)間的上述激光束發(fā)生裝置的移動速度；控制裝置，控制上述脈沖發(fā)生器和上述驅動裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種玻璃切割方法和裝置。由于照射到待加工的玻璃上的激光束具有低能量密度的前端和高能量密度的后端，所以加大了激光束照射時在玻璃上產生的熱沖擊，而且由于將上述玻璃的區(qū)間分開，控制與各不同區(qū)間的熱應力分布相適應的激光束的移動速度和能量，所以可以改善玻璃斷面的質量，迅速地切割玻璃。
文檔編號B23K26/00GK1454858SQ02118839
公開日2003年11月12日 申請日期2002年4月29日 優(yōu)先權日2000年12月1日
發(fā)明者姜炯植, 洪淳國, 吳錫昌, 宋敏奎, 白光烈 申請人:Lg電子株式會社