專利名稱：非金屬基板切割設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬基板切割設(shè)備及其方法，特別是適用于在切割各種非金屬基板(例如用于制造諸如薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等平面顯示器的玻璃基板)時(shí)，利用通過調(diào)整短波激光束的聚焦位置來控制切割深度的方式，同時(shí)切割上基板和下基板，或者選擇性切割上基板或下基板。
背景技術(shù)：
一般而言，在制造諸如薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等平面顯示裝置上，必須在單元制程的預(yù)處理完成后，將玻璃基板切割成與每一模塊的尺寸大小相符。并且，也需要只在黏合基板上選擇性地切割上板的玻璃。
根據(jù)相關(guān)技術(shù)的玻璃切割方法是通過使用例如金剛石砂輪的機(jī)械器具進(jìn)行切割。因此，玻璃的切割深度是由初始裂紋(crack)和第二裂紋而決定，該初始裂紋由砂輪正面碰撞而產(chǎn)生的，而第二裂紋由對初始裂紋的再處理產(chǎn)生的。由于產(chǎn)生的初始裂紋和第二裂紋的尺寸互不相同，因此切割深度不均勻，因此，基板的切割面不精確。
根據(jù)相關(guān)技術(shù)的另一切割方法，其是二氧化碳(CO2)激光(laser)切割方法，其包括有下列步驟利用砂輪作為機(jī)械器具，在切割線(scribe line)起始點(diǎn)形成初始微裂紋；其次，使用CO2激光的加熱光束加熱玻璃；然后，使用冷卻器(quencher)快速冷卻玻璃的加熱部分，以引起因?yàn)樗查g熱量的變化而在玻璃上產(chǎn)生第二裂紋。
在上述切割方法中，由于其不能精確控制玻璃的切割深度，因此玻璃的切割面不精確。
在上述兩種切割方法中，用于根據(jù)相關(guān)技術(shù)使用CO2激光的激光切割方法的裝置說明如下。
首先，根據(jù)相關(guān)技術(shù)的激光切割機(jī)包括支撐臺或工作臺，用以支撐所要切割的玻璃基板；輔助裂化器(cracker)，用以形成與基板切割方向一致的輔助裂紋；光學(xué)加熱系統(tǒng)，通過沿切割線施加加熱光束到基板上來加熱基板；以及冷卻器，通過冷卻由光學(xué)加熱系統(tǒng)加熱的部分而產(chǎn)生裂紋。
利用相關(guān)技術(shù)的激光切割機(jī)的玻璃切割，包括利用砂輪形成輔助裂紋的步驟；根據(jù)輔助裂紋進(jìn)行加熱的步驟；利用冷卻器在相同方向移動(dòng)并噴灑諸如氦氣等的冷卻劑，通過快速冷卻而形成切割裂紋的步驟；劃線激光束(scribe laser beam)的重復(fù)照射的步驟；以及再冷卻的步驟。
韓國專利公開號第2002-88258號中描述了相關(guān)技術(shù)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和操作。
然而，允許切割單一板的上述相關(guān)切割方法需要在基板的上下側(cè)提供切割裝置，以同時(shí)切割粘合板的上板和下板。
也就是說，在使用例如金剛石砂輪等機(jī)械裝置的相關(guān)技術(shù)的切割方法中，一個(gè)砂輪僅能切割一個(gè)基板。因此，為了同時(shí)切割粘合板的上板和下板，需分別提供專用砂輪給上板和下板。并且，也需提供用以支撐專用砂輪的支撐輥以分別支撐粘合板的上、下表面。此外，還需分離裝置來分離切割面。因此，切割機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被復(fù)雜化，以使相關(guān)技術(shù)方法和系統(tǒng)不易使用。
特別是，在粘合板上、下部分提供有砂輪的相關(guān)技術(shù)的機(jī)械切割裝置中，應(yīng)精確對準(zhǔn)上、下專用砂輪，以進(jìn)行切割工作。因此，應(yīng)該一同提供有校正步驟，以使上、下專用砂輪間的定位重合。如果發(fā)生校正失誤，切割面會不重合，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量。
在使用CO2激光束的切割方法中，CO2激光、輔助裂化器、冷卻器等設(shè)備應(yīng)被設(shè)置在粘合板上方和下方，因此，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被復(fù)雜化，從而降低了生產(chǎn)率。
并且，在使用CO2激光束的切割方法中，由于設(shè)置在粘合板上方和下方的CO2激光束需要分別精確對準(zhǔn)，以執(zhí)行切割工作，因此需進(jìn)行上、下專用砂輪的對準(zhǔn)校正。一旦發(fā)生校正失誤，會造成切割面不重合，從而降低產(chǎn)品質(zhì)量。
特別是，上述切割方法不能夠準(zhǔn)確控制玻璃基板的切割深度，因此大大降低了切割面的精確度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問題，本發(fā)明致力于一種非金屬基板切割設(shè)備及其方法，基本上解決了由于相關(guān)技術(shù)的限制和缺點(diǎn)引起的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種非金屬基板切割設(shè)備及其方法，在切割各種非金屬基板，例如用于制造諸如薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等平面顯示器的玻璃基板時(shí)，利用通過調(diào)整短波激光的聚焦位置來控制切割深度的方式，可同時(shí)切割上基板和下基板，或者選擇性切割上基板或下基板。
本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中說明，通過描述一部分可以顯而易見，或可從發(fā)明的實(shí)施中得知。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)通過在所描述的、其權(quán)利要求以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。
因此，為達(dá)上述這些和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，如所體現(xiàn)和廣泛描述的，根據(jù)本發(fā)明的用于切割非金屬基板的設(shè)備包括激光束產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生紫外線(UV)短波長激光束；激光頭(torch)，用以將短波長激光束發(fā)射至非金屬基板上的特定位置處，以進(jìn)行切割；焦點(diǎn)移動(dòng)裝置，用以沿著基板的深度方向改變激光束的聚焦位置；以及相對物體移動(dòng)裝置，用以允許基板與激光束產(chǎn)生相對移動(dòng)，以切割基板。
為更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這些和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，用于切割非金屬基板的設(shè)備包括激光束產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生紫外線(UV)短波長激光束；激光頭，用以將短波長的激光束射出至非金屬基板的特定位置處，以進(jìn)行切割；激光位移傳感器，用以測量激光頭和基板之間的距離以及基板和激光束之間的相對距離；焦點(diǎn)移動(dòng)裝置，用以沿基板的深度方向改變激光束的聚焦位置，以及用以改變基板到激光頭的高度以與所測量的相對距離相對應(yīng)，進(jìn)而維持于切割過程中切割深度的一致；以及相對物體移動(dòng)裝置，用以允許基板與激光束產(chǎn)生相對移動(dòng)，以切割基板。
為更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這些和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，用于切割非金屬基板的方法包括下列步驟提供紫外線(UV)短波長激光束；設(shè)定激光束于基板的深度方向上的聚焦位置；測量激光頭和主要基板表面面之間的距離；以及根據(jù)激光頭到主要基板面的距離和設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，移動(dòng)激光束的聚焦位置。
為更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這些和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，用于切割非金屬基板的方法包括下列步驟提供紫外線(UV)短波長激光束；提供變焦透鏡，以改變激光束的焦距；設(shè)定激光束于基板的深度方向上的聚焦位置；測量激光頭和主要基板面之間的距離；以及根據(jù)激光頭到主要基板面的距離和設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，移動(dòng)激光束的聚焦位置至設(shè)定的聚焦位置。
為更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這些和其他優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的目的，用于切割非金屬基板的方法包括下列步驟安裝非金屬基板至工作臺上，并固定于其上；提供紫外線(UV)短波長激光束；將激光束沿基板的深度方向上的聚焦位置設(shè)定為特定值；測量激光頭和主要基板面之間的距離；根據(jù)激光頭到主要基板面的距離和設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，通過移動(dòng)激光束的實(shí)際聚焦位置以與預(yù)設(shè)的聚焦位置一致，來校正基板和激光束之間的相對位置；通過激光頭將紫外線(UV)短波長激光束施加至基板上的預(yù)定位置；以及相對移動(dòng)基板和激光束，以將基板切割成特定形狀。
因此，在切割各種非金屬基板，例如用以制造諸如薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等平面顯示器的玻璃基板時(shí)，本發(fā)明可通過調(diào)整短波長的激光束的聚焦位置，而精確地控制特定的切割深度。特別地，本發(fā)明在顯示器模塊制造過程中，可同時(shí)切割粘合板(P)的上、下基板，或者選擇性切割上基板或者下基板。
可以理解的是，不管是上述的一般性的描述還是下面詳細(xì)的描述都是示例性的、說明性的，其目的在于為所要求的發(fā)明提供更進(jìn)一步的解釋。


附圖包含在本發(fā)明中并提供了對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，其被結(jié)合構(gòu)成了本說明書的一部分。附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的非金屬基板切割設(shè)備的透視圖；圖2A和圖2B分別為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的非金屬基板切割設(shè)備中的激光束焦點(diǎn)控制器的示意圖及其方法流程圖；圖3A和圖3B分別為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的非金屬基板切割設(shè)備中的激光束焦點(diǎn)控制器的示意圖及其方法流程圖；圖4A和圖4B分別為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的非金屬基板切割設(shè)備中的激光束焦點(diǎn)控制器的示意圖及其方法流程圖；以及圖5A和圖5B是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的非金屬基板切割設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用的示意圖，其中，圖5A示出同時(shí)切割粘合板的上、下基板的例子，圖5B示出切割粘合板的上基板或者下基板的不同步切割。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的實(shí)例在附圖中示出。在整個(gè)說明書附圖中，相同的附圖標(biāo)號表示相同的元件。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于制造平面顯示器的非金屬基板切割設(shè)備的透視圖。
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于制造平面顯示器的非金屬基板切割設(shè)備包括工作臺2，其設(shè)置在基座1的中心部分，以支撐玻璃基板(附圖中未顯示)；前后導(dǎo)向柱4分別設(shè)置于工作臺2的兩側(cè)；以及線性電機(jī)和推進(jìn)器5設(shè)置于每一前后導(dǎo)向柱4上。
在每個(gè)推進(jìn)器5上設(shè)置有左右導(dǎo)向柱3，用以引導(dǎo)一激光頭6沿左右方向移動(dòng)。并且，此左右導(dǎo)向柱3上設(shè)置有線性電機(jī)和推進(jìn)器，其不同于前述設(shè)置在前后導(dǎo)向柱4上的線性電機(jī)和推進(jìn)器5。
在左右導(dǎo)向柱3的推進(jìn)器上安裝有激光頭固定塊7，因此，可將激光頭6安裝在推進(jìn)器上。并且，將激光頭6安裝在激光頭固定塊7上，其中激光頭6可聚集紫外線短波長的激光束并照射到玻璃基板的指定區(qū)域。
并且，根據(jù)本發(fā)明的基板切割設(shè)備，其包括光學(xué)系統(tǒng)11，其引導(dǎo)激光束射向激光頭6；以及激光束產(chǎn)生器10，以產(chǎn)生紫外線短波激光束。
此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基板切割設(shè)備包括測量裝置9，以測量基板與激光束焦點(diǎn)之間的相對距離，以及測量激光頭6和諸如基板的上表面等主要基板面之間的距離。
測量裝置9包括非接觸式位移傳感器，特別是，激光位移傳感器(圖中未顯示)，其設(shè)置于切割激光束的前端，以發(fā)射出激光束。
并且，發(fā)光二極管(LED)傳感器(例如光傳感器)、超聲波傳感器或者其它類型的傳感器等均可用以作為此非接觸式位移傳感器。
在切割前的用以定位基板切割深度的焦點(diǎn)調(diào)整過程中，根據(jù)本發(fā)明的非金屬基板切割設(shè)備設(shè)有焦點(diǎn)移動(dòng)裝置8，用以沿著基板深度方向通過改變激光束的聚焦位置，進(jìn)而使得聚焦位置與切割深度重合。
于此，在基板切割過程中，為了保持切割深度的一致性，焦點(diǎn)移動(dòng)裝置8也可用以改變基板到激光頭6的高度，使其與在激光束焦點(diǎn)與主要基板面之間測量的相對距離相對應(yīng)。
并且，激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置8可包括有步進(jìn)電機(jī)(圖中未顯示)，作為驅(qū)動(dòng)源；滾珠絲杠(圖中未顯示)，裝配于步進(jìn)電機(jī)上；以及滾珠絲杠部件(圖中未顯示)，連接至滾珠絲杠，以將激光頭6連接至其上。
可替換的是，激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置8可包括線性電機(jī)和推進(jìn)器，此推進(jìn)器裝配于線性電機(jī)上，用以上下移動(dòng)，以將激光頭6連接至其上。
可替換的是，激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置8包括壓電元件，其裝配于激光頭6上。當(dāng)施加預(yù)定電壓至此壓電元件上時(shí)，此壓電元件可產(chǎn)生機(jī)械變化，以移動(dòng)激光頭6的位置。
同時(shí)，可以光學(xué)調(diào)整來取代機(jī)械位置調(diào)整而實(shí)現(xiàn)對激光束焦點(diǎn)的移動(dòng)。因此，在激光頭6中設(shè)置有一變焦透鏡8a，其用途如同于激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置。
因此，其不同于在不改變焦距的情況下通過改變激光頭和基板之間的距離來控制聚焦位置。在不改變激光頭6和基板之間距離的情況下，可通過構(gòu)成變焦透鏡8a的透鏡間的距離調(diào)整來改變焦距，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對切割深度的控制。
同時(shí)，較佳提供至少兩個(gè)激光頭6，以提高切割速度。因此，存在一種使用兩個(gè)激光振蕩裝置(oscillating device)的方法，來使得激光束分別入射到激光頭上。并且，另一種方法是使用兩個(gè)具有路徑轉(zhuǎn)向裝置(鏡子)的激光頭。此時(shí)，路徑轉(zhuǎn)向裝置允許來自一激光振蕩裝置的激光束選擇性地入射到每個(gè)激光頭上。
可選擇的是，另一種切割方法也是可適用的，該方法中來自一激光振蕩裝置的激光被分光鏡分離，施加到兩個(gè)激光頭的每個(gè)上。該情況下，可減少分離后的激光的能量。然而，若可保證獲得的能量足以切割，此方法仍是可適用的。
在上述結(jié)構(gòu)中，透過激光頭6的相對移動(dòng)以及紫外線(UV)短波激光束的施加，對置于工作臺2上的基板進(jìn)行切割，其中激光頭6的相對移動(dòng)是由包括電機(jī)、滾珠絲杠等的驅(qū)動(dòng)裝置以及導(dǎo)向裝置完成的。然而，用以通過允許基板和激光束產(chǎn)生相對移動(dòng)而切割基板的相對物體移動(dòng)裝置的構(gòu)造并不限于上述范例。
可替換的是，不同于上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)引導(dǎo)工作臺2沿前后和左右方向移動(dòng)時(shí)，通過激光頭施加紫外線(UV)短波激光束，以執(zhí)行玻璃基板的切割工作。可選擇的是，使得基板和激光頭6均發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而可同樣完成切割工作。
同時(shí)，激光束產(chǎn)生器10包括Nd-YAG介質(zhì)的激光振蕩器；激光二極管，用以提供激發(fā)光源給激光振蕩器；以及波長轉(zhuǎn)換器，用以將激光振蕩器產(chǎn)生的激光束的波長轉(zhuǎn)換為短波長的。
通過波長轉(zhuǎn)換所用的晶體將Nd-YAG介質(zhì)發(fā)出的長波長激光束轉(zhuǎn)換成波長為200～400nm的紫外線(UV)短波。
同時(shí)，激光束的頻率在1～100KHz之間。
特別地，激光束的頻率至少為10KHz，并且最好介于10～30KHz。當(dāng)然，根據(jù)不同的情況，激光束的頻率可為至少30KHz，或者更高。
用于參考，YAG相當(dāng)于釔(Yttrium)、鋁(Aluminum)和石榴石(Garnet)的合成，其用于制造產(chǎn)生激光束的振蕩器。釹(Nd原子序數(shù)60，原子量144.2)可摻加到Y(jié)AG中以形成Nd-YAG。
以下說明在使用根據(jù)本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)的基板切割設(shè)備的平面顯示器中的玻璃基板的切割過程。
首先，制造平面顯示器中，例如薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等，是在基板結(jié)合后，再進(jìn)行粘合基板(此后稱作粘合板)的切割處理。
此基板包括位于圓盤形玻璃基板上的多個(gè)基板單元，并且需要將此基板切割成多個(gè)基板單元。
并且，為了控制基板的顯示信息，將卷帶自動(dòng)結(jié)合線路板(TapeAutomatic Bonding；TAB)貼附到基板的特定表面上。此時(shí)，僅需要對包括結(jié)合在一起的一對基板的粘合板(P)中的一個(gè)基板進(jìn)行切割。
為此，可通過一運(yùn)載控制裝置(carrier robot)等將玻璃基板從外部裝載到固定工作臺2上。
通過設(shè)置在工作臺2內(nèi)的支承銷(附圖中未示出)或者多個(gè)形成在工作臺2上的真空孔，將放置在工作臺2上的基板水平地固定在工作臺上，以將其穩(wěn)固地支撐在工作臺上。
隨后，校正基板與施加于其上的激光束間的相對位置，以使可將固定在工作臺2上的基板割成特定的形狀。
在校正相對位置的過程中，圖像識別器(例如可視照相機(jī))用以識別形成于基板之上的校正標(biāo)記并確認(rèn)其位置，并且照射出激光束的激光頭6對著工作臺2做相對地移動(dòng)，以校正此相對位置。
在激光束的位置確認(rèn)過程中，施加測試激光束到虛擬玻璃上，以在虛擬玻璃上形成激光束軌跡，并且隨后利用圖像識別器，例如可視照相機(jī)，抓取此激光束軌跡，或者利用設(shè)置在此激光頭6下方的圖像識別器識別出發(fā)射出激光束的激光頭6的位置。
同時(shí)，在基板與激光束間的相對位置校正完成后，基板和激光束將進(jìn)行相對地移動(dòng)，以將基板切割成特定的形狀。
即，從使用Nd-YAG作為介質(zhì)的激光振蕩器中所產(chǎn)生的激光束，經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)11而提供給作為激光束的聚光部件的激光頭6，以使得此激光束照射到基板上的預(yù)定位置處。進(jìn)而，其上具有基板的工作臺2是固定不能移動(dòng)的，而激光頭6是可移動(dòng)的。因此，可通過激光束的移動(dòng)對基板進(jìn)行切割。
如此情況下，激光振蕩器產(chǎn)生的激光束使用激光二極管作為光源。產(chǎn)生的激光束可通過光學(xué)系統(tǒng)11改變其光線路徑，其中，此光學(xué)系統(tǒng)包括多個(gè)鏡子以及類似的裝置，其用以提供給激光頭6作為激光束聚光部件。由于激光頭6和向激光頭6發(fā)送激光束的光學(xué)系統(tǒng)11的鏡子同時(shí)進(jìn)行水平移動(dòng)，因此，無論激光頭6的位置是否改變，均可將UV短波激光束施加到基板上。因此，可將基板切割成設(shè)計(jì)的形狀。
在這種情況下，將作為光源的二極管中所產(chǎn)生的光波長提供給Nd-YAG介質(zhì)，以通過增益介質(zhì)(gain medium)而激發(fā)，因此，可震蕩波長為1000nm的激光。振蕩后的激光通過波長轉(zhuǎn)換晶體(wavelength conversion crystal)被振蕩成為波長在200～400nm之間的短波。
因此，激光被轉(zhuǎn)換成短波后使用。當(dāng)施加激光束到諸如玻璃基板等非金屬物質(zhì)上進(jìn)行切割時(shí)，通過使用UV短波激光束，可使得因長波光束產(chǎn)生的熱量變化所造成的產(chǎn)品破損量減少到最小。
此外，為了提高激光束的能量，利用光諧振器光學(xué)執(zhí)行Q轉(zhuǎn)換(Q-switching)，以產(chǎn)生1～100ns(毫微秒)的超短脈沖。
為了提高切割速度，產(chǎn)生超過數(shù)千赫茲(KHz)的頻率以施加到激光束中。如此一來，即使激光頭6或工作臺2以高速度移動(dòng)，仍可實(shí)現(xiàn)精確的切割。
同時(shí)，在切割玻璃基板的過程中，其基本上沿前后方向?qū)⒒迩懈畛苫鍐卧?dāng)左右導(dǎo)向柱3在線性電機(jī)的帶動(dòng)下通過前后導(dǎo)向柱4的引導(dǎo)沿前后方向移動(dòng)時(shí)，可通過激光頭6施加激光束，以可沿前后方向?qū)暹M(jìn)行切割。
并且，在切割玻璃基板的過程中，還會沿左右方向?qū)⒒宄浞值厍懈畛苫鍐卧?dāng)激光頭固定塊7和安裝在此固定塊上的激光頭6在線性電機(jī)的帶動(dòng)下通過左右導(dǎo)向柱3的引導(dǎo)沿左右方向移動(dòng)時(shí)，可通過激光頭6施加激光束，以可沿左右方向?qū)暹M(jìn)行切割。
因此，由于紫外線短波激光束可交替地重復(fù)前后和左右方向移動(dòng)，進(jìn)而使得玻璃基板上的各個(gè)基板單元彼此之間能夠單獨(dú)且完全地相互分離開(以個(gè)體形式)。
同時(shí)，在使用紫外線(UV)短波激光束切割玻璃基板的過程中，可在實(shí)際切割工作之前準(zhǔn)確設(shè)定基板的切割深度。
為此，控制激光束的聚焦位置，以與所要切割基板的切割深度重合，詳細(xì)說明如下。
首先，參考圖2B和圖3B，將在基板深度方向上的激光束的聚焦位置設(shè)定為一特定值。接著，測量發(fā)出激光束的激光頭6與主要基板面之間的距離。
因此，根據(jù)主要基板面的距離和設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，移動(dòng)激光束的實(shí)際聚焦位置以使其與設(shè)定的聚焦位置重合。
進(jìn)而，通過提升或降下激光頭6，以執(zhí)行對激光束的聚焦位置的控制，如圖2A和圖2B所示?；蛘?，如圖3A和圖3B所示，透過提升或降下基板，而執(zhí)行對激光束聚焦位置的控制。
即，通過激光束的聚焦位置的控制而確定切割深度，因此，當(dāng)激光束激光頭6和主要基板面之間的距離隨著焦距(B1，B2，B3，其中B1＝B2＝B3)的改變而改變時(shí)，也使得切割深度(D1，D2，D3，其中D1＜D2＜D3)變化。
參考圖4A和圖4B，通過改變焦距，可在不需調(diào)整激光頭6和基板間的距離的情況下，控制切割深度。
在這種情況下，沿著基板的深度方向設(shè)定激光束的聚焦位置，然后測量激光束激光頭6和主要基板面間的距離。
隨后，根據(jù)主要基板面的距離和設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，將激光束的聚焦位置移動(dòng)至設(shè)定位置。如此一來，通過調(diào)整激光頭6內(nèi)的變焦透鏡8a，可改變激光束的焦距(如于圖4A中的B1，B2，B3，其中B1＜B2＜B3)。
即，通過延長或者縮短激光束的焦距，可在不改變激光頭6和基板間的距離的情況下，實(shí)現(xiàn)對聚焦位置的控制。
此時(shí)，利用距離測量激光束的照射的非接觸式方法，可實(shí)現(xiàn)對激光束的激光頭6和主要基板面間的距離的測量，其中上述距離測量激光束與用于切割的紫外線短波激光束或者超聲波不同。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的非金屬基板切割設(shè)備可以執(zhí)行精確的非金屬基板切割，因此，選擇性地使粘合板(P)，例如平面顯示器，的不同步切割(僅切割上基板或下基板)，或者選擇性同時(shí)切割粘合板(P)的上下基板。
即，為了通過同時(shí)切割粘合板(P)的上、下基板而將粘合板(P)分成基板單元，如圖5A所示，可先使激光束焦點(diǎn)與粘合板(P)的下基板底部重合，以對應(yīng)粘合板(P)的總厚度，然后再執(zhí)行基板的切割。
在切割粘合板(P)的上基板或下基板(例如上基板)的不同步切割中，先使激光束焦點(diǎn)與粘合板(P)的上基板底部重合，以對應(yīng)上基板的厚度，然后再執(zhí)行基板的切割，如圖5B所示。
以下說明被光學(xué)執(zhí)行以提高激光束能量Q轉(zhuǎn)換，以及應(yīng)用于Q轉(zhuǎn)換的光諧振器。
首先，在標(biāo)準(zhǔn)振蕩模式下，激光介質(zhì)的增益(gain)對應(yīng)于少許超出損耗的一數(shù)值，其中該損耗包括輸出排放分量。這樣，通過增加反向分布量以超出限值(threshold)，以獲得一更高能量的激光束。
特別是，可提高光諧振器的損耗來增加反向分布數(shù)值以超過振蕩限值。也就是，降低Q值。
因此，在人為降低Q值后，若當(dāng)反向分布數(shù)值具有一預(yù)定高值時(shí)會Q值被提高，而增益系數(shù)將變得更加地高于振蕩限值，以產(chǎn)生出高能激光束的振蕩。上述技術(shù)即稱為Q轉(zhuǎn)換。
同時(shí)，在光諧振器中，由于無法通過感應(yīng)放電產(chǎn)生具有增強(qiáng)光束的高效激光束，因而使用能夠激活光束諧振的平行鏡子。
如果在反向分布繼續(xù)時(shí)會發(fā)生感應(yīng)放電，并且如果通過反射鏡使光束反饋到激光介質(zhì)部分，那么光束被增強(qiáng)。若光束在一對鏡子間來回反射的時(shí)間為一整數(shù)的倍數(shù)，便會產(chǎn)生一駐波，以突然地增加感應(yīng)放電。并且，此光諧振器具有可產(chǎn)生激光束的結(jié)構(gòu)。
于工業(yè)應(yīng)用上，在制造如薄膜晶體管-液晶顯示器(TFT-LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等顯示設(shè)備模塊時(shí)，在玻璃切割制程中，本發(fā)明通過控制短波激光束的聚焦位置的方式，來精確調(diào)整切割深度。
并且，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類型的非金屬基板以及平面顯示器的玻璃基板。因此本發(fā)明具有高的工業(yè)實(shí)用性。
雖然本發(fā)明以前述的較佳實(shí)施例說明如上，由于在不脫離本發(fā)明精神或其實(shí)質(zhì)特征的前提下，本發(fā)明可以以不同形式來實(shí)施，所以應(yīng)該可以理解，上述實(shí)施例不被前述的任一細(xì)節(jié)所限定，除非另有明確說明，而是應(yīng)該在所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行廣泛構(gòu)造，因此，在權(quán)利要求的界限和范圍內(nèi)所作的改變和修正或該界限和范圍內(nèi)的等同替換，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
主要組件符號說明1 基座2 工作臺3 左右導(dǎo)向柱 4 前后導(dǎo)向柱5 線性電機(jī)和推進(jìn)器6 激光頭7 激光頭固定塊8 焦點(diǎn)移動(dòng)裝置8a 變焦透鏡9 測量裝置10 激光束產(chǎn)生器11 光學(xué)系統(tǒng)P 粘合板B1、B2、B3 激光束焦距D1、D2、D3 切割深度
權(quán)利要求
1.一種非金屬基板切割設(shè)備，包括有激光束產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生紫外線(UV)短波激光束；激光頭，用以施加短波激光束到要被切割的非金屬基板上的特定位置處；焦點(diǎn)移動(dòng)裝置，用以沿著基板的深度方向改變激光束的聚焦位置；以及相對物體移動(dòng)裝置，用以允許基板與激光束產(chǎn)生相對移動(dòng)，以切割基板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中所述激光束產(chǎn)生器包括激光振蕩器，具有Nd-YAG介質(zhì)；激光二極管，提供激發(fā)光源給所述激光振蕩器；以及波長轉(zhuǎn)換器，用以將所述激光振蕩器產(chǎn)生的激光束的波長轉(zhuǎn)換成短波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述波長轉(zhuǎn)換器為晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，經(jīng)由所述激光頭施加的激光束的波長介于200～400nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述激光束的頻率介于1～100KHz之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，還包括光諧振器，以通過在所述激光束上執(zhí)行Q轉(zhuǎn)換而將所述激光束轉(zhuǎn)變?yōu)槌滩}沖，以使所述激光束具有高的能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)，作為驅(qū)動(dòng)源；滾珠絲杠，連接到所述步進(jìn)電機(jī)上；以及滾珠絲杠部件，連接到所述滾珠絲杠上，以將所述激光頭連接至所述滾珠絲杠上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置包括線性電機(jī)；以及推進(jìn)器，連接到線性電機(jī)上，以上升，其中所述激光頭連接到所述推進(jìn)器上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置包括壓電組件，所述壓電組件連接到所述激光頭上，以根據(jù)預(yù)定電壓的壓縮，而通過機(jī)械轉(zhuǎn)換所述壓電組件進(jìn)而移動(dòng)所述激光頭的位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述激光束焦點(diǎn)移動(dòng)裝置包括變焦透鏡，位于所述激光頭內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非金屬基板切割設(shè)備，還包括測量裝置，用以測量所述激光頭與所述基板之間的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，測量裝置包括激光位移傳感器，設(shè)置于所述激光束激光頭的前部，用以發(fā)射距離測量激光束。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的非金屬基板切割設(shè)備，其中，所述激光頭包括所述激光束焦距彼此不同的至少兩個(gè)激光頭。
14.一種非金屬基板切割設(shè)備，包括激光束產(chǎn)生器，用以產(chǎn)生紫外線(UV)短波激光束；激光頭，以施加短波激光束到要被切割的非金屬基板上的特定位置處；激光位移傳感器，用以測量激光頭與基板之間的距離，以及基板與激光束之間的相對距離；焦點(diǎn)移動(dòng)裝置，用以改變在基板深度方向上的激光束的聚焦位置，以及用以改變基板到激光頭的高度以與測量的相對距離相對應(yīng)，以保持切割過程中切割深度的均勻；以及相對物體移動(dòng)裝置，用以允許基板與激光束產(chǎn)生相對移動(dòng)，以切割基板。
15.一種非金屬基板切割方法，包括下列步驟提供紫外線(UV)短波激光束；設(shè)定在基板深度方向上的激光束的聚焦位置；測量激光束激光頭與主要基板面之間的距離；以及根據(jù)激光束到主要基板面的距離以及設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，移動(dòng)激光束的聚焦位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的非金屬基板切割方法，其中，通過移動(dòng)所述激光頭而控制所述激光束的所述聚焦位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的非金屬基板切割方法，其中，通過移動(dòng)所述基板而控制所述激光束的所述聚焦位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的非金屬基板切割方法，其中，測量所述激光束激光頭與所述主要基板面之間的距離是通過非接觸式測量執(zhí)行。
19.一種非金屬基板切割方法，包括下列步驟提供紫外線(UV)短波激光束；提供變焦透鏡，以改變激光束的焦距；設(shè)定在基板的深度方向上的激光束的聚焦位置；測量激光束激光頭與主要基板面之間的距離；以及根據(jù)激光束到主要基板面的距離以及設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，移動(dòng)激光束的聚焦位置至設(shè)定的聚焦位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的非金屬基板切割方法，其中，測量所述激光束激光頭與所述主要基板面之間的距離是通過非接觸式測量執(zhí)行。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的非金屬基板切割方法，其中，測量激光束激光頭與主要基板面之間的距離是通過照射距離測量激光束而執(zhí)行的。
22.一種非金屬基板切割方法，包括下列步驟在工作臺上安裝非金屬基板，并固定于所述工作臺上；提供紫外線(UV)短波長激光束；將沿基板深度方向上的激光束的聚焦位置設(shè)定為特定值；測量激光束激光頭與主要基板面之間的距離；根據(jù)激光束到主要基板面的距離以及設(shè)定的聚焦位置數(shù)據(jù)，通過將激光束的實(shí)際聚焦位置移動(dòng)至與設(shè)定的聚焦位置重合，來校正基板和激光束的相對位置；經(jīng)由激光頭施加紫外線(UV)短波激光束到基板上的預(yù)定位置；以及相對移動(dòng)基板與激光束，以將基板切割成特定形狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的非金屬基板切割方法，其中，通過激光頭和/或基板的提升或降落而執(zhí)行對激光束的聚焦位置的控制。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的非金屬基板切割方法，還包括在整個(gè)基板的切割過程中，保持激光束的聚焦位置的控制。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的非金屬基板切割方法，其中，激光束是由利用ND-YAG作為介質(zhì)的激光振蕩器產(chǎn)生的，以經(jīng)由光學(xué)系統(tǒng)提供給作為激光束的聚光部件的激光頭。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的非金屬基板切割方法，其中，通過如下方式檢查激光束施加位置，所述方式為施加測試激光束到虛擬玻璃上以及通過利用圖像識別器識別虛擬玻璃上的激光束軌跡而獲取所述位置。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的非金屬基板切割方法，其中，通過如下方式檢查激光束施加位置，所述方式為施加測試激光束到一虛擬玻璃上以及使用設(shè)置在激光頭下方的圖像識別器識別具有施加于虛擬玻璃上的激光束的激光頭的位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的非金屬基板切割方法，其中，非金屬基板為粘合板，所述粘合板包括上板和下板。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的非金屬基板切割方法，其中，控制非金屬基板的切割深度，以執(zhí)行切割粘合板的上板或下板的一層切割。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的非金屬基板切割方法，其中，控制非金屬基板的切割深度，以執(zhí)行同時(shí)切割粘合板的上板和下板的兩層切割。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非金屬基板切割設(shè)備及其方法，本發(fā)明適用于在切割各種非金屬基板(例如用于制造諸如薄膜晶體管－液晶顯示器(TFT－LCD)、等離子顯示器(PDP)、有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)等平面顯示器的玻璃基板)時(shí)，利用通過調(diào)整短波激光的聚焦位置控制切割深度的方式，來同時(shí)切割上基板和下基板，或者選擇性切割上基板或下基板。本發(fā)明包括激光束產(chǎn)生器(10)，用以產(chǎn)生紫外線(UV)短波激光束；激光頭(6)，施加短波激光束至要被切割的非金屬基板上的特定位置處；焦點(diǎn)移動(dòng)裝置(8)，用以沿著基板的深度方向改變激光束的聚焦位置；以及相對物體移動(dòng)裝置(3，4)，用以允許基板與激光束產(chǎn)生相對移動(dòng)，以切割基板。
文檔編號C03B33/037GK101031383SQ200580015314
公開日2007年9月5日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者方圭龍, 李昌馥, 金鐘郁, 金永敏 申請人:塔工程有限公司