液晶显示玻璃基板激光切割技术的实验研究

式（３）一（６）中，ｒ为从滞止点到冷却区域外边界的半径，ｄ为喷嘴出口直径，ｌ为喷嘴到冷却区域的距离，Ｒｅ为雷诺数，Ｐｒ为普朗特数。函数ｆｌ、ｆ２、ｆ３分别反映了几何参数、雷诺数及普朗特数的影响。

结果及讨论

１．光斑尺寸对激光切割液晶显示玻璃基片的影响图４给出了不同光斑尺寸对激光切割的影响曲线。可以看出，随着椭圆光斑尺寸的变大，在切割速度相同的情况下，所需要的激光输出功率提高。这是因为光斑尺寸的改变会引起激光照射面积的变化，且一定的切割速度对应于一定的功率密度阈值，

，ｊ

ｏ…ｒ一．；

Ｆｉｇ．３Ｓｋｅｔｃｈｏｆｊｃｔｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｐｉｎｈｏｌｅｎｏｚｚｌｅ

由公式：功率密度＝（激光输出功彰照射面积）可

知，为使玻璃基片达到断裂所需的功率密度阈值，当

激光照射面积变大时，激光输出功率将相应提高。

图５给出了采用不同光斑尺寸切割后，玻璃基

片样品在光学显微镜下的断面照片。从图中不难发

现，随着光斑尺寸的变大（特别是椭圆长轴变长），

断面中由激光照射产生的热影响区明显减少，断面

质量较好（如图５ａ，ｂ所示）。而原始输出呈高斯分

布的圆光斑，由于能量密度集中，引发的热影响区较

大，断面质量不理想（如图５ｃ所示）。

Ｏｕｌ¨别ｌｔｔ加ｌｍ占

Ｆｉｇ．４

Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｉｔｚｏｆｌａｓｅｒｓｐｏｔｏｎｌａｓｅｒｃｕｔｔｉｎｇ

（ａ）椭圆光斑（长轴＝１８ｍｍ，短轴＝０．７ｍｍ）（ｂ）椭圆光斑（长轴＝２３，短轴＝ｌｍｍ）（Ｃ）圆光斑Ｒ－－２ｍｍＦｉｇ．５Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｏｆｓｅｐａｒａｔｉｏｎｓｕｒｆａｃｅｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｏｔｓｉｚｅｓ

２．冷却装置对激光切割液晶显示玻璃基片的影响表２给出了不同的冷却流量对激光切割的影响。从表中可看出，在激光输出功率不变的情况下，冷却流量的增大可以对切割速度有一定的提高。

Ｔａｂｌｅ２Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｏｏｌｉｎｇｆｌｕｘｏｎｌａｓｅｒｃｕｔｔｉｎｇ

图６给出了不同的冷却点位置对激光切割影响的曲线图，该图较之文献【８Ｊ，增加了对处于光斑内的冷却点的分析曲线。从图中可知，冷却点与光斑的距离减小，激光输出功率下降（切割速度一定）或切割速度提高（激光输出功率一定）。这是因为在激光照射区，材料局部吸热膨胀，产生一个压应力区。而在激光光斑后一定距离的区域内，如受到冷却作用，则由于强制对流使得材料表面温度下降，材料开始收缩而产生一个拉应力区。当冷却点位置离光斑距离越近时，该拉应力区也越靠近激光光斑附近的压应力区。在热涨冷缩效应加剧的情况下，拉

··－——４０３．－－——

应力８，将很快达到断裂应力极限，而使裂纹迅速扩展直至断裂。这说明，冷却点与光斑距离减小，有利于激光切割玻璃基片。

３．玻璃厚度对激光切割液晶显示玻璃基片的影响图７给出了不同的玻璃厚度对激光切割的影响曲线。从图中可看出，随着玻璃厚度的增加，激光输出功率增大（切割速度一定）或切割速度降低（激光输出功率一定）。这是因为由公式：材料热阻＝材料厚度／（材料面积×导热系数）可知，在玻璃表面积不变、导热系数为常数时，随着玻璃厚度的增加，玻璃的热阻也增加，从而影响了其热传导的能力。因此，要完成切割，所需的激光输出功率增大或切割速度降低。

４．初始裂纹对激光切割液晶显示玻璃基片的影响实验中设定激光功率为３０Ｗ，用金刚石砂轮片

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Ｆｉｇ．６Ｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｓｔａｎｃｅｂｃｔｗｅｃｎｃｏｏｌｉｎｇｐｏｉｎｔａｎｄ

Ｉａｓｅｒｓｐｏｔｏｎｌａｓｅｒｃｕｔｔｉｎｇ

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Ｆｉｇ．７Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｌａｓｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｎｌａｓｅｒ

ｃｕｔｔｉｎｇ

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Ｔａｂｌｅ３ＥｆｆｅｃｔｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｒｏｃｋＯＮｌａｓｅｒｃｕｔｔｉｎｇ

在玻璃表面起始处分别预划了不同的初始裂纹，实

验数据列于表３。可以看出，预划一定深度和长度的

初始裂纹，可明显提高切割速度（最大速度差为：９．

５ｍｍ／ｓ）。图８为光学显微镜下初始裂纹的照片。

结论

本文分别从理论和实验的角度，对激光切割液

晶显示玻璃基片技术进行了一定的研究，得到以下

几点结论：

（１）选用椭圆光斑切割、增大光斑尺寸，可减少

断面上的热影响区，提高切割质量；但光斑尺寸过

大，会降低激光功率密度，增大输出功率。因此，需

要对激光输出功率、光斑尺寸和切割速度等激光参

数进行优化选择。

（２）冷却流量的增大及冷却点与激光光斑距离

的减小，均可增大拉应力值至断裂应力极限，而使玻

璃表面的裂纹迅速扩展直至断裂，从而有利于激光

切割。

（３）玻璃厚度的增加，会引起激光输出功率增

大（切割速度一定）或切割速度降低（激光输出功率

一定），从而增加激光切割的难度。

（４）在不影响切割质量的前提下，预划一定深

度和长度的初始裂纹是提高激光切割效率的方法。

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