CN102596830A - 利用激光从化学强化玻璃基板切割出制品的方法 - Google Patents

Abstract

一种从化学强化玻璃基板(110)切割出制品(172)的方法，所述方法包括从激光源(106)产生脉冲激光束(108)。所述脉冲激光束(108)的脉冲持续时间可短于约1000飞秒，其输出波长使化学强化玻璃基板(110)对脉冲激光束(108)基本上是透明的。脉冲激光束(108)可聚焦成束腰(109)，所述束腰(109)与化学强化玻璃基板(110)的内拉伸区处于相同的水平面内。束腰(109)可沿切割线平移第一遍，其中束腰(109)横穿化学强化玻璃基板边缘(111)。然后，束腰(113)可沿着切割线(116)平移第二遍，使得在第二遍期间，裂纹(119)在平移束腰(109)前头从边缘(113)沿着切割线(116)扩展。

Description

利用激光从化学强化玻璃基板切割出制品的方法

相关申请交叉参考

本申请根据35U.S.C.§119(E)要求2009年8月28日提交的美国临时专利申请系列第61/237726号的优先权。

技术领域

本说明书一般涉及从玻璃基板切割出制品的方法，更具体地涉及利用激光从化学强化玻璃基板切割出制品的方法。

背景技术

由于具有优异的强度和抗损伤性，薄化学强化玻璃基板在消费电子产品中具有广泛应用。例如，这种玻璃基板可作为盖板，用于结合在移动电话、显示设备(如电视和计算机显示器)及其它各种电子设备中的LCD和LED显示器。消费电子设备中所用的这种玻璃基板可通过用各种切割技术将大玻璃基板截断或分离成多块较小的玻璃基板而形成。

化学强化玻璃具有处于压力下的表面和处于张力下的内部区域。与中心张力的平方成正比的弹性能储存在此中心拉伸区内。例如，化学强化玻璃中可存在大于750MPa的表面压力和大于40μm的压缩层深度。

高表面压力和深表面压缩层对抗刮擦和抗损伤是有益的，但给如传统划线-折断工艺中那样对玻璃进行机械划线造成困难。不仅如此，若储存的弹性能足够高，则当表面压缩层被刺穿时，玻璃可能爆裂。在其它情况下，弹性能的释放可能导致破裂位置偏离所需的切割线，从而损坏玻璃基板。

此外，通过激光烧蚀切割或分离玻璃的工艺相对较慢，因为玻璃的去除率非常低。此技术的另一个问题是边缘精整(finish)质量差，几乎总是留下弱化缺陷。此类工艺倾向于产生大量碎屑。激光烧蚀工艺还需要在激光划线或产生缺损之后额外进行机械折断步骤。

对于沿直线分离非化学强化玻璃，划线-折断工艺和激光烧蚀工艺的表现相当出色，但在涉及切割更复杂的形状的操作中就有局限性。不仅如此，切割化学强化玻璃面临的挑战比切割其它普通玻璃片大得多。

因此，需要切割化学强化玻璃基板的替代方法。

发明内容

在一个实施方式中，从化学强化玻璃基板切割出制品的方法包括从激光源发出脉冲激光束。所述脉冲激光束的脉冲持续时间可短于约1000飞秒，其输出波长使化学强化玻璃基板对脉冲激光束基本上是透明的。脉冲激光束可聚焦成束腰(beam waist)，所述束腰与化学强化玻璃基板的内拉伸区处于相同的水平面内。束腰可沿切割线平移第一遍，其中束腰横穿化学强化玻璃基板边缘。然后，束腰可沿切割线平移第二遍，使其横穿化学强化玻璃基板边缘，并且在第二遍期间，裂纹在平移的束腰前头从化学强化玻璃基板边缘沿着切割线扩展。

在另一个实施方式中，从具有位于第一和第二表面压缩层之间的内拉伸区的基板分离出制品的方法可包括：从基板边缘开始，在基板的内拉伸区内部沿着切割线形成内部压缩区。内部压缩区的形成产生第一和第二内部拉伸层，它们分别位于内部压缩区的上方和下方。所述方法还可包括加热所产生的内部压缩区，使得第一和第二内部拉伸层的拉伸应力增大，并且从基板边缘引发裂纹，使裂纹沿着内部拉伸区扩展。

在又一个实施方式中，从化学强化玻璃基板切割出制品的方法包括从激光源发出脉冲激光束，所述激光源的输出波长使化学强化玻璃基板对脉冲激光束基本上是透明的。脉冲激光束可聚焦成束腰，所述束腰与化学强化玻璃基板的内拉伸区处于相同的水平面内。束腰可沿包含曲线的切割线平移第一遍。束腰横穿化学强化玻璃基板边缘，束腰平移第一遍的速度约在0.1-5mm/s的范围内。然后，束腰可沿切割线平移第二遍，使束腰横穿化学强化玻璃基板边缘，束腰平移第二遍的速度约在0.1-5mm/s的范围内。裂纹跟在第二遍平移的束腰后面，从化学强化玻璃基板边缘沿着切割线扩展。

附图说明

图1是根据一个或多个实施方式的示例性激光切割系统的示意图；

图2是根据一个或多个实施方式在化学强化玻璃基板的内拉伸区中形成缺损线的聚焦脉冲激光束的示意图；

图3是根据一个或多个实施方式通过聚焦透镜聚焦的脉冲激光束的示意图；

图4是化学强化玻璃基板的压缩层和内拉伸区的示意图；

图5是化学强化玻璃基板内的压缩应力和拉伸应力的图示；

图6A-6C是根据一个或多个实施方式沿切割线第一遍平移通过化学强化玻璃基板的脉冲激光束束腰的示意图；

图7A-7C是根据一个或多个实施方式沿切割线第二遍平移通过化学强化玻璃基板的脉冲激光束束腰的示意图；

图8A-8C是根据一个或多个实施方式在激光束平移第一遍和第二遍期间及之后的玻璃基板的侧视图；

图9是根据一个或多个实施方式具有弯曲切割线的化学强化玻璃基板的示意图；

图10是根据一个或多个实施方式被切成块的化学强化玻璃基板的示意图。

具体实施方式

下面详细参考用来切割化学强化玻璃基板的各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部件。

如本文所述，从化学强化玻璃基板切割出制品的方法一般可包括将脉冲激光束的束腰聚焦到玻璃基板的内拉伸区中。玻璃基板可通过例如离子交换工艺或者其它任何能在玻璃基板内产生表面压缩层的工艺强化。束腰可沿切割线平移第一遍，在第一遍中横穿玻璃基板边缘，然后再次沿切割线平移第二遍，使束腰横穿玻璃基板边缘。裂纹在平移的束腰前头从玻璃基板边缘扩展，从玻璃基板分离出制品。这样，本文所述的实施方式能够以清洁、受控的方式从经过化学强化的玻璃基板完全分离出具有直线、曲线和/或任意形状的边缘的制品。下面将更详细地描述用来切割出制品的方法的各种实施方式。

参考图1和2，它们呈现了一个示例性系统，该系统通过将脉冲激光束108聚焦到玻璃基板110本体内，从化学强化玻璃基板110切割出制品(例如矩形制品170和172)。系统100一般可包含可用来发射脉冲激光束108的激光源106、将脉冲激光束108导向和聚焦到玻璃基板110中的反射镜154和聚焦透镜104以及使玻璃基板110沿x、y和z轴平移的三轴运动组件156，其中所述脉冲激光束108具有集中在紫外到近红外光谱的波长附近的宽光谱。激光源106可用来产生超短脉冲激光束108。作为例子而非限制，激光源106可发射1kHz的半最大全宽(FWHM)持续时间约为50飞秒、功率约为1W且激光束直径约为6mm的脉冲激光束。

透镜和光衰减器150可结合到系统100中，用来接收脉冲激光束108，并调节光束的准直度和光功率。射束光闸152也可任选用来阻挡脉冲激光束108，防止对玻璃基板110的不必要曝照和激光损伤。脉冲激光束108通过射束光闸152之后，将其导向聚焦透镜104。聚焦透镜104可设置用来将脉冲激光束108聚焦成位于玻璃基板110的表面下方的小束腰或光斑(例如，在图2中，束腰109位于第一表面115下方)。在一个实施方式中，聚焦透镜104可以是大孔(例如0.26＜数值孔径＜0.42)近红外物镜(例如10倍、20倍或50倍，具体取决于切割工艺参数)。

如图1所示，玻璃基板110由三轴运动组件156支承，所述运动组件设置用来沿x、y和z轴平移玻璃基板110。应当理解，在其它的实施方式中，玻璃基板110可保持静止而平移脉冲激光束。例如，可将反射镜154和聚焦透镜104设置成相对于玻璃基板110平移，使得脉冲激光束108沿x、y和z轴平移。三轴运动组件156可利用计算机控制器158通过控制信号157进行控制，使玻璃基板110发生三维移动。

玻璃基板110的切割可通过与监视器160相连的摄像机162监视。摄像机162和监视器160也可用来使物镜的物方焦点(即图2中的束腰109)位于玻璃基板110的表面处。束腰109可位于玻璃基板边缘附近(例如图2中的第一边缘111)。一旦找到物镜焦点的相对位置，可使玻璃基板110沿z轴平移，使束腰109位于玻璃基板的内拉伸区中(见图2)。

现在参考图2，本文所述的实施方式可用来从具有第一表面115(例如顶表面)、第二表面(例如底表面)、第一边缘111和第二边缘113的化学强化玻璃基板110切割出制品(例如矩形制品170或172)。实施方式可用来切割具有各种厚度的化学强化玻璃基板，如厚度约在0.50-2.00mm的范围内。玻璃基板110可用各种玻璃组合物形成，所述玻璃组合物包括但不限于化学强化硼硅酸盐玻璃或铝硅酸盐玻璃。本文所述的方法可用来切割具有较高热膨胀系数的玻璃基板。还应考虑其它玻璃基板特性，如弹性模量、热导率和玻璃厚度。一般地，对于具有高热膨胀系数和低弹性模量的玻璃基板，用本文所述的方法更容易使裂纹扩展。

图4示意性地呈现了通过离子交换工艺进行过化学强化的玻璃基板110。玻璃基板110包含两个表面压缩层122a和122b以及内拉伸区124。表面压缩层122a和122b保持在压缩应力状态，为玻璃基板110提供强度。内拉伸区124处于拉伸应力下，补偿表面压缩层122a和122b内的压缩应力，使得这两种力相互平衡，玻璃基板不至于破裂。图5是说明示例性玻璃基板110的应力分布的图示。如上文所指出，玻璃基板110包含两个表面压缩层122a和122b，它们具有如深度128所示的离子交换层深(DOL)。图线125a、125b和125c说明了玻璃基板不同区域的应力分布。直线126代表零应力。如图5所示，示例性玻璃基板110的表面压缩层122a和122b中的应力分布处于明显的压缩应力下(例如接近玻璃基板110的表面处约为750MPa)。作为对压缩表面应力增大的回应，内拉伸区的中心张力增大(例如约为50MPa)。一般地，中心拉伸应力的大小影响玻璃的碎裂，而表面压缩应力的大小和DOL决定了玻璃的强度。

本文所述的实施方式可先在玻璃基板110的本体内形成缺损线(例如产生缺损线117)，从而自化学强化玻璃基板110切割出制品，这将在下文更详细地描述。再次参考图2，缺损线117可通过用脉冲激光束108辐射玻璃基板110来形成，所述脉冲激光束108聚焦成一点或束腰109，该光点或束腰位于玻璃基板110内，处在第一表面115和第二表面112之间。因为玻璃基板110在脉冲激光束108的波长处是透明的，所以有可能使激光焦点位于玻璃基板110的表面下方而不损坏它。

在材料对激光束波长是透明的情况下，可预期材料改变很小或没有改变，但是，若激光强度足够高，则它可能诱发非线性光吸收效应。当激光强度高于阈值时，可在束腰处通过称作多光子电离的非线性效应对玻璃基板的材料进行改性。多光子电离依赖于玻璃材料对脉冲激光束产生的高强度电磁场的响应，所述电磁场使电子电离，并导致光学击穿和等离子体的形成。通过在切割线上平移或扫描束腰，可因光学击穿和等离子体的形成而形成狭窄的缺损线，该狭窄的缺损线限定了要从玻璃基板切割出来的制品的周缘或形状。

因为多光子吸收是非线性过程，其效应的大小随着所加激光脉冲的光强度而迅速变化。所述强度提供了由光脉冲传来并通过聚焦透镜所提供的束腰的瞬时能流。脉冲宽度越短，聚焦的激光束的面积越小，则强度越高。

参考图1-3，激光源106、聚焦透镜104和玻璃基板110的参数应当匹配，以便将缺损线117约束在尽可能小的面积上。玻璃基板110内的能量密度越高，则脉冲激光束108产生的电磁场强度越高。能量密度可通过聚焦透镜104控制。例如，提供小束腰109的紧聚焦可产生高能量密度，因此可产生高强度。激光脉冲强度I_脉冲可表达为：

方程式(1)

其中P_平均是平均激光功率，T是激光脉冲之间的时间，t_脉冲是FWHM脉冲持续时间，面积是在聚焦的激光束的束腰109处测得的面积(图3)。半径r可表达为：

$r\≈1.27\×\frac{\mathrm{\λ}\·f}{2\·D},$ 方程式(2)

其中λ是波长，f是焦距，D是脉冲激光束109的自然直径。

激光源106和聚焦透镜104可相互匹配，以获得切割操作的理想强度。若激光强度不足以产生非线性效应(例如束腰太大，形成低能量密度)，则可能不会产生缺损线。反之，若激光强度太高，则可能损坏玻璃基板。例如，长焦深和高能量密度会在玻璃基板表面造成破坏，尽管束腰位于玻璃基板本体内。

本文所述的实施方式提供了在玻璃基板内引发多光子吸收所需的高强度场，以便用可产生超短脉冲激光束的激光源成功切割化学强化玻璃基板。由于化学强化玻璃基板的机械性质，高功率连续波激光器(例如等于和大于10W)或在更长的脉冲宽度(如皮秒至微秒的脉冲宽度)下工作的激光器可产生热影响区(由于材料在线性状态的吸收或由于诱导非线性光学效应)，所述热影响区在玻璃内引发微裂纹，因为化学强化玻璃基板内存在压缩应力和拉伸应力，所述微裂纹可使玻璃破碎成小玻璃片。热影响区定义为基板本体内因材料与激光辐射之间相互作用导致生热而发生改变或受冲击的区域。

作为例子而非限制，可操作激光源，产生脉冲宽度为50飞秒、输出功率为0.7W的脉冲激光束。可用50倍物镜产生2.64x10¹⁴cm²的辐射面积。在这些参数下工作的激光源可产生约5.3x10¹⁷W/cm²的计算强度。作为例子，使熔融石英发生本征击穿的每个脉冲的强度约为1.67x10¹³W/cm²。因此，在上述参数下工作的激光源能够施加诱导非线性光学效应和产生缺损线的强度。类似地，在0.85W下工作而其余参数与上面实施例相同的激光源可产生约6.43x10¹⁷W/cm²的强度。此外，利用上述功率水平和脉冲宽度并结合10倍、20倍和50倍物镜，可产生大于2.12x10¹⁷W/cm²的强度水平。

增加脉冲激光束的脉冲宽度会降低提供给玻璃基板的强度水平。例如，用50倍物镜在0.7W下工作的50皮秒激光器可能仅产生5.30x10¹²W/cm²的强度，这不足以在化学强化玻璃中诱导非线性光学效应。为了产生合适的缺损线，以便能够用在皮秒范围或更大的脉冲宽度工作的激光源完全分离玻璃基板，可能需要小得多的束腰或束斑尺寸(即放大倍数更高的物镜)和更高的功率。

过度加热化学强化玻璃基板中的热影响区可能导致玻璃破碎或产生偏离所需切割线的裂纹。类似于被玻璃基板材料高度吸收的连续波激光，若激光器发射脉冲激光束比材料释放从激光吸收的能量所用的时间(从几十皮秒至微秒)更长，则玻璃基板内可能产生热影响区。由于脉冲的累积效应，输送高重复脉冲(甚至短至50飞秒的脉冲)也能引发热影响区的形成。

本发明的实施方式通过利用具有约短于1000飞秒的超短脉冲持续时间的脉冲激光束，防止或最大程度减小了热影响区的形成以及表面压缩层的开裂(和对玻璃基板的损伤)。由于这种超短脉冲持续时间，激光源的工作功率可相对较低。例如，从玻璃基板分离出制品可用在小于1W的功率下工作的飞秒激光器实现。

超短脉冲与材料相互作用，而材料不产生微裂纹和碎裂，因为本文所述的实施方式提供的激光辐射脉冲发生在非常短的时间尺度上，而材料对激光辐射的透明性最大程度减小了诱导热效应。超短脉冲持续时间通过对玻璃基板迅速输送能量来控制激光辐射的施加，使得热不在玻璃基板内传播，不产生会导致玻璃基板破裂的微裂纹。为了防止或最大程度减小热影响区，可以合适的频率施加激光辐射脉冲，使得玻璃基板被加热的区域在接收激光辐射脉冲后有时间发生弛豫。例如，在约50飞秒和约1kHz下工作的飞秒激光器提供低工作比，其中热影响区可在接收另一个激光辐射脉冲前发生弛豫。

激光源可以是任何超短脉冲激光器，只要它能提供飞秒范围内的UV、可见光、红外或近红外激光辐射脉冲，能够激发非线性多光子效应。示例性激光源可包括但不限于Ti:蓝宝石、光纤和Nd:YVO₄激光器。激光源发射的激光束的输出波长可以是使玻璃基板对激光辐射的光吸收可忽略不计的波长，如400-1500nm范围内的波长。

现在详细描述利用上文所述的脉冲激光束从化学强化玻璃基板切割出制品的方法。为了沿着切割线116切割玻璃基板110(见图2)，使束腰109沿着切割线116平移第一遍，通过玻璃基板的内拉伸区，如图6A-6C所示。然后，使束腰109沿着切割线116平移第二遍，通过玻璃基板，如图7A-7C所示。参考图6A，可用聚焦透镜104将脉冲持续时间在约30飞秒与1000飞秒之间的脉冲激光束108聚焦成束腰109。如上所述，可利用三轴运动组件156(图1)将束腰109设置在与玻璃基板110的内拉伸区(即中心区)相同的水平面内。通过使束腰109与玻璃基板110的中心对准，激光强度将足以激发多光子效应，在玻璃基板110的内拉伸区产生损伤。

在图示实施方式中，玻璃基板110沿着箭头118所示的方向平移。在其它的实施方式中，可使脉冲激光束108而不是玻璃基板110平移(例如，平移反射镜154和/或聚焦透镜104，如图1所示)。由于化学强化玻璃基板110内的高应力以及高热膨胀系数，玻璃基板110的平移速度可高达60mm/s或更高。也可利用较低的平移速度。

随着玻璃基板110平移，束腰109进入玻璃基板110的内拉伸区。参考图6B，并总体参考图1和2，脉冲激光束108的束腰109在第一表面115和第二表面112之间辐射玻璃基板110。通过用三轴运动组件156平移玻璃基板110，可沿切割线116产生狭窄的缺损线117。可对计算机控制器158编程，用来控制三轴运动组件156，使玻璃基板110沿着切割线116平移。玻璃基板110可继续平移，直到束腰109离开玻璃基板的第二边缘113，如图6C所示。现在，玻璃基板110的内拉伸区中存在循着切割线116的缺损线117。在第一遍中，两个表面115和112均保持完好，除了在中心产生缺损线117外，玻璃基板110内基本上不存在变化。

现在参考图7A-7C，产生缺损线117之后，可沿着与箭头118所示相反的方向平移玻璃基板，使束腰109按照与图6A-6C所示的第一遍平移相同的路径折回(即沿着切割线116和缺损线117行进)。在第二遍中，脉冲激光束108的工作参数(例如脉冲持续时间、功率、频率等)可与第一遍相同。如图7A所示，束腰109横穿玻璃基板110的第二边缘113。图7B和7C显示了裂纹119，它随着玻璃基板110的平移而在束腰前头扩展。为沿着缺损线117/切割线116引发裂纹扩展，在第一遍和第二遍平移期间，束腰109应当至少从玻璃基板110的边缘穿过一次。若束腰平移但不穿过边缘，会在玻璃基板内部产生缺损线而不出现裂纹，玻璃基板不会裂开。

如上所述，缺损线117的尺寸应尽可能小，以防裂纹不受控制地扩展，使玻璃基板破碎。若缺损线的位置和尺寸使其延伸到压缩层中，则可能导致裂纹不受控制地偏离切割线。反过来，若缺损线117较小，不延伸到压缩层(例如压缩层122a或122b)，而是被限制在内拉伸区124中，则它以受控的方式引导裂纹119循着切割线扩展(见图8C)。如上面所详细描述，缺损线的尺寸可根据激光强度和用来将脉冲激光束聚焦到玻璃基板内拉伸区中的物镜的放大倍数确定。玻璃基板的厚度可决定该用多大的缺损线来分离玻璃基板。例如，当使用10倍或20倍物镜时，0.95mm厚的玻璃基板会在第一遍或第二遍平移期间破碎或开裂，但用50倍物镜可有效分离玻璃基板。但是，10倍或20倍物镜(以及不同的激光强度)可用来有效分离更厚的玻璃基板。

因为第一和第二压缩层处于压缩应力下，而内拉伸区处于拉伸应力下，所以裂纹119沿着缺损线117在束腰109前头扩展，其终端速度取决于强化玻璃基板110沿着缺损线117的阻力。如图7C所示，在束腰109穿过第一边缘111之前，裂纹119可完全扩展并使玻璃基板110裂开，而无需进一步的折断步骤。在第一遍平移期间产生的弱化缺损线117起裂纹119扩展的引导线的作用。因为缺损线117在玻璃基板110内产生，所以显著减少了第二遍切割步骤中存在的碎屑。缺损线117可以是熔融区，因而从玻璃基板110分离出制品时，防止了碎屑的产生。小束腰109提供的小缺损线117限制了损伤面积，从而保留了制品的切割边缘的强度。通过本文所述的方法切割的玻璃基板具有经过加工的边缘强度，所述边缘强度可大于或等于经过常规划线/折断、修整边缘和斜切的部件的边缘强度，可有也可没有额外的研磨、抛光和机械精整步骤。

现在参考图8A-8C，裂纹扩展可与玻璃基板应力历程和脉冲激光束热应力以及多光子吸收效应产生的等离子体施加在缺损线上的压力的组合联系起来。应力历程由离子交换过程限定，所述离子交换过程导致表面层处于压缩状态而玻璃基板中心处于拉伸状态。压缩应力和拉伸应力在室温下相互平衡。但是，当脉冲激光束聚焦在内拉伸区中的玻璃厚度中心处时，在束腰位置周围可形成等离子体球(plasma ball)130，它提高了局部温度和压力，如图8A所示。在激光脉冲期间，这在玻璃基板的内拉伸区124中产生内部压缩区133(图8B)以及临时压力131。在第一遍平移之后，此内部压缩区133上下的层作出反应，产生拉伸应力，其形式是第一和第二内部拉伸层132和134，如图8B所示。在第一遍平移期间，束腰的局部等离子体温度足够高，使玻璃熔化并产生空穴，但可平衡张力和压力，从而不形成裂纹。但是，在第二遍平移期间，随着束腰穿过玻璃基板边缘并循着缺损线行进，脉冲激光束施加的热量打破该平衡。一旦力的平衡被打破，储存在压缩应力层中的能量释放出来，转化为速度加快的裂纹扩展。裂纹在束腰前头基本上以终端速度(例如快于60mm/s)快速扩展。图8C显示了第二遍平移之后的玻璃基板110的侧视图，其中裂纹119已沿缺损线117扩展。

作为例子而非限制，通过离子交换工艺对热膨胀系数约为90x10^-7/℃、厚度为0.95mm的熔合拉制碱金属铝硅酸盐玻璃片[康宁(Corning)商品代号2317]进行化学强化，所述离子交换工艺包括将玻璃片沉浸在410℃的KNO₃熔盐浴中约7小时。离子交换工艺得到化学强化玻璃片，其DOL约为51μm，内拉伸区里的中心张力约为46MPa，表面压缩层里的压缩应力约为769MPa。为从玻璃片切割出制品，操作放大的Ti:蓝宝石激光源(其光谱集中在800nm附近)，发射持续时间为50飞秒、频率为1kHz、功率约为850mW的脉冲激光束。脉冲激光束具有6mm的直径，用50倍聚焦物镜聚焦成束腰。为了沿着笔直的切割线切割，在第一遍和第二遍平移期间，玻璃均以大约60mm/s的速度平移。在第二遍平移期间，裂纹在束腰前头以大于玻璃平移速度的速度扩展。本文所述的方法用来将玻璃片切割成大至109x54mm²的小玻璃片和小至5x5mm²的小玻璃片。

现在参考图9，本文所述的实施方式也可用来沿着弯曲的切割线216切割，从化学强化玻璃基板210分离出具有弯曲边缘的制品。弯曲切割线216可始于和终于单条边缘211，如图9所示。另外，可通过本文所述的实施方式切割包含许多曲线的切割线，形成具有复杂的任意形状的制品。裂纹扩展可循着弯曲切割线上形成的缺损线进行而裂纹不发生偏离，所述弯曲切割线具有半径小至7mm的转角。沿着弯曲切割线切割可能要求平移速度比切割直线时慢。例如，为了切割10mm的转角，束腰的平移速度(通过平移激光源或玻璃基板)可在0.1-5mm/s的范围内，使得裂纹扩展跟在束腰后面而不是处在束腰前面。

本文所述的实施方式也可用来对化学强化玻璃基板切块，切成多块更小的玻璃片。参考图10，沿着垂直裂纹319a-319e和水平裂纹319f-319h将玻璃基板310切成几个更小的制品(例如制品370)。在切块应用中，即使在正交路径的交叉点(例如交叉点380)，裂纹也沿着切割线扩展。在快速、高效生产大量制品的高产量制造应用中，切块应用可能是有利的。由于裂纹扩展快，并且能对化学强化玻璃基板切块，所以本文所述的实施方式为大规模生产化学强化玻璃部件提供了有吸引力的解决方案。另外，多个显示设备如触摸板的薄膜加工可在单块玻璃基板上进行，而不需要采用逐件加工的工艺。

本文所述的系统和方法可用来从其内部具有增大的压力和张力的化学强化玻璃基板，如化学强化铝硅酸盐玻璃切割出制品。本文所述系统和方法的超短脉冲持续时间使玻璃基板内受辐射的区域能在接收另外的激光辐射脉冲之前发生弛豫，从而防止化学强化玻璃基板在切割过程中破碎。本文所述的实施方式还能使工艺形成流水线，从经过化学强化的玻璃基板切割出所需尺寸的制品。另外，可直接将制品切割成最终尺寸和形状，而不需要多个切割步骤和过程。

本文所述的系统和方法所产生的经过加工的边缘保持了优异的边缘强度，并且由于聚焦的脉冲激光束产生非常小的缺损线，所述边缘保持了清洁的表面质量。在第二遍切割期间几乎没有碎屑产生。可沿缺损线切割包含曲线和任意形状的切割线而裂纹不发生偏离，并且可对玻璃基板切块，形成多块更小的玻璃片，以提高生产大量化学强化玻璃部件的效率。

为了描述和限定本文所述的实施方式，需要注意，本文用词语“大约”、“约”和“基本上”表示可由任何定量比较、数值、测量或其它表示方法造成的内在不确定性。在本文中还使用词语“基本上”表示数量的表示值可以与所述的参比值有一定的偏离程度，但是不会导致所讨论的主题的基本功能改变。

需要注意，本文在描述本发明的组件可以特定的方式“设置”或“操作”，可“设置”或“操作”用来体现特定的性质或者以特定的方式实现功能时，这种描述是结构性描述，而不是对目标用途的描述。更具体来说，本文在描述组件的“设置”或“操作”方式时，它是指出所述组件的现有物理条件，因此可将其看作对该组件的结构特征的限定性描述。

需要注意，以下权利要求书中的一项或多项权利要求使用短语“其特征在于”作为过渡语。需要注意，为了对本文所述的实施方式进行限定，在权利要求书中引入该短语作为开放式过渡语，用来引出对一系列结构特征的描述，对它的解释方式应当与更常用的开放式先遣词“包含”类似。

本领域的技术人员显而易见的是，可以在不偏离要求专利权的主题的精神和范围的情况下，对本文所述的实施方式进行各种修改和变动。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各种实施方式的修改和变化形式，只要这些修改和变化形式落在所附权利要求书及其等同内容的范围之内。

Claims (20)

1.一种从化学强化玻璃基板切割出制品的方法，所述方法包括：

从激光源产生脉冲激光束，所述脉冲激光束的脉冲持续时间约短于1000飞秒，其输出波长使所述化学强化玻璃基板对所述脉冲激光束基本上是透明的；

聚焦所述脉冲激光束，形成束腰；

设置所述脉冲激光束的束腰，使得所述束腰与所述化学强化玻璃基板的内拉伸区处于相同的水平面内；

使所述束腰沿着切割线平移第一遍，其中所述束腰横穿所述化学强化玻璃基板的边缘；以及

使所述束腰沿着所述切割线平移第二遍，其中所述束腰横穿所述化学强化玻璃基板的边缘，并且在第二遍期间，裂纹在平移的束腰前头从所述化学强化玻璃基板边缘沿着所述切割线扩展。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

在第一遍期间，所述平移的聚焦束腰在所述化学强化玻璃基板的内拉伸区中产生缺损线；以及

所述缺损线的尺寸使得所述裂纹在第二遍期间沿着所述缺损线可控地扩展。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输出波长在约400-2500nm的范围内。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述束腰平移第一遍和第二遍包括平移所述激光源。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述束腰平移第一遍和第二遍包括平移所述化学强化玻璃基板。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割线包含曲线。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述切割线开始和终止于所述化学强化玻璃基板的单条边缘。

8.一种从具有位于第一和第二表面压缩层之间的内拉伸区的基板分离出制品的方法，所述方法包括：

在所述基板的内拉伸区中沿着切割线形成内部压缩区，其中所述切割线始于所述基板的边缘，内部压缩区的形成产生分别位于所述内部压缩区上方和下方的第一和第二内部拉伸层；

加热所产生的内部压缩区，使得第一和第二内部拉伸层的拉伸应力增大，并且从所述基板边缘引发裂纹，使裂纹沿着内拉伸区扩展。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述基板的内拉伸区中形成所述内部压缩区还包括：

从激光源产生脉冲激光束；

聚焦所述脉冲激光束，形成束腰；

设置所述脉冲激光束的束腰，使得所述束腰与所述基板的内拉伸区处于相同的水平面内；

使所述束腰沿着切割线平移第一遍，其中所述束腰横穿所述基板的边缘。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，加热所产生的内部压缩区还包括使所述束腰沿着切割线平移第二遍，其中所述束腰横穿所述基板的边缘，并且在第二遍期间，裂纹在平移的束腰前头从基板边缘沿着切割线扩展。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光束的脉冲持续时间约短于1000飞秒，其输出波长使得所述基板对所述脉冲激光束基本上是透明的。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光束的工作频率约为1kHz。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光束的输出波长在约400-2500nm的范围内。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述束腰平移第一遍和第二遍包括平移所述激光源。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使所述束腰平移第一遍和第二遍包括平移所述基板。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，

所述切割线包含曲线；以及

所述束腰平移第一遍和第二遍的速度在约0.1-5mm/s的范围内。

17.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述切割线开始和终止于所述基板的单条边缘。

18.一种从化学强化玻璃基板切割出制品的方法，所述方法包括：

从激光源产生脉冲激光束，所述脉冲激光束的输出波长使所述化学强化玻璃基板对所述脉冲激光束基本上是透明的；

聚焦所述脉冲激光束，形成束腰；

设置所述脉冲激光束的束腰，使得所述束腰与所述化学强化玻璃基板的内拉伸区处于相同的水平面内；

使所述束腰沿着包含曲线的切割线平移第一遍，其中所述束腰横穿所述化学强化玻璃基板的边缘，束腰平移第一遍的速度在约0.1-5mm/s的范围内；以及

使所述束腰沿着所述切割线平移第二遍，其中所述束腰横穿所述化学强化玻璃基板的边缘，并且所述束腰平移第二遍的速度在约0.1-5mm/s的范围内，使得在第二遍期间，裂纹跟在平移的束腰后面从所述化学强化玻璃基板边缘沿着所述切割线扩展。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光束的脉冲持续时间约短于1000飞秒。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述脉冲激光束的工作频率约为1kHz。

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