阅读说明：本技术 一种双层玻璃基板的激光切割装置和方法 (Laser cutting device and method for double-layer glass substrate ) 是由 苏展民 庄昌辉 冯玙璠 朱建 张耀 张小军 邱越渭 尹建刚 高云峰 于 2020-05-13 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种双层玻璃基板的激光切割装置和方法。所述激光切割装置包括外壳、分光元件、第一聚焦元件、第二聚焦元件和载台。所述分光元件设置在外壳内,用于将激光束等分成两束相同的激光束；所述第一聚焦元件用于接收所述分光元件分成的两束激光中的其中一束,并通过激光束切割待切割的双层玻璃基板；所述第二聚焦元件与所述第一聚焦元件相对设置,用于接收所述分光元件分成的两束激光束中的另一束,并通过激光束切割待切割的双层玻璃基板；所述载台用于放置待切割的双层玻璃基板,使得待切割的双层玻璃基板位于所述第一聚焦元件和第二聚焦元件之间。本申请的激光切割装置加工效率高,结构简单,生产成本低。(The application discloses a laser cutting device and method for a double-layer glass substrate. The laser cutting device comprises a shell, a light splitting element, a first focusing element, a second focusing element and a carrying platform. The light splitting element is arranged in the shell and is used for equally dividing the laser beam into two same laser beams; the first focusing element is used for receiving one of the two laser beams split by the light splitting element and cutting the double-layer glass substrate to be cut through the laser beam; the second focusing element is arranged opposite to the first focusing element and is used for receiving the other of the two laser beams split by the light splitting element and cutting the double-layer glass substrate to be cut through the laser beams; the carrying platform is used for placing a double-layer glass substrate to be cut, so that the double-layer glass substrate to be cut is positioned between the first focusing element and the second focusing element. The laser cutting device is high in machining efficiency, simple in structure and low in production cost.)

一种双层玻璃基板的激光切割装置和方法

技术领域

本申请涉及激光加工领域，尤其涉及一种双层玻璃基板的激光切割装置和方法。

背景技术

液晶显示屏是一种借助于薄膜晶体管(TFT)驱动的有源矩阵液晶显示器，它主要是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。液晶面板包括双层玻璃基板(上下层玻璃基板)、黑色矩阵、彩色滤光片、普通电极、液晶层、显示电极等。

随着液晶显示屏的应用越来越广泛，其市场需求也大大增加。在液晶显示屏的制造过程中，为了满足用户对窄边框全面屏的要求，需要将液晶显示屏的边框或外形进行加工。由于激光加工具有精度高，加工质量好，基本不产生粉尘碎屑等优点，激光加工逐步应用于液晶显示屏等双层玻璃基板的外形切割中。

目前，用于双层玻璃基板的外形切割的装置和方法存在着加工效率低，设备结构复杂的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种双层玻璃基板的激光切割装置和方法，加工效率高，设备结构简单。

本申请公开了一种双层玻璃基板的激光切割装置，所述激光切割装置包括外壳、分光元件、第一聚焦元件、第二聚焦元件和载台。所述分光元件设置在外壳内，用于将激光束等分成两束相同的激光束；所述第一聚焦元件用于接收所述分光元件分成的两束激光中的其中一束，并通过激光束切割待切割的双层玻璃基板；所述第二聚焦元件与所述第一聚焦元件相对设置，用于接收所述分光元件分成的两束激光束中的另一束，并通过激光束切割待切割的双层玻璃基板；所述载台用于放置待切割的双层玻璃基板，使得待切割的双层玻璃基板位于所述第一聚焦元件和第二聚焦元件之间。

可选的，所述激光切割装置包括用于增大激光束焦深的第一光束整形元件和第二光束整形元件；所述第一光束整形元件设置在外壳内，且位于激光束从所述分光元件至所述第一聚焦元件的光路上；所述第二光束整形元件设置在外壳内，且位于激光束从所述分光元件至所述第二聚焦元件的光路上。

可选的，所述激光切割装置包括设置在外壳内第一反射镜和第二反射镜；所述第一反射镜用于将穿过所述第一光束整形元件的激光束反射到所述第一聚焦元件接收；所述第二反射镜用于将穿过所述第二光束整形元件的激光束反射到所述第二聚焦元件接收。

可选的，所述激光切割装置包括第一Z轴调节平台，所述第一Z轴调节平台与所述外壳连接；所述第一Z轴调节平台用于带动所述激光切割装置整体沿Z轴方向移动，以改变所述第一聚焦元件到待切割的双层玻璃基板的距离。

可选的，所述激光切割装置包括与所述外壳连接的第二Z轴调节平台，所述第二聚焦元件安装在所述第二Z轴调节平台上，所述第二Z轴调节平台用于带动所述第二聚焦元件沿着Z轴方向移动，以改变所述第二聚焦元件到待切割的双层玻璃基板的距离。

可选的，所述激光切割装置包括安装在所述外壳上的XY二维微调平台；所述第一聚焦元件安装在所述XY二维微调平台上；所述XY二维微调平台用于带动所述第一聚焦元件沿着X轴方向或Y轴方向移动。

可选的，所述激光切割装置包括安装在所述外壳上的CCD成像检测元件，所述CCD成像检测元件与所述第二聚焦元件相对设置，且位于所述第二聚焦元件的上方。

本申请还公开了一种双层玻璃基板的激光切割方法，基于上述的激光切割装置，所述方法包括步骤：

将待切割的双层玻璃基板放置于载台上；

分光元件将激光束等分成两束相同的激光束；

第一聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的其中一束，第二聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的另一束；

第一聚焦元件通过激光束切割待切割的双层玻璃基板其中一层玻璃基板；同时第二聚焦元件通过激光束切割所述待切割的双层玻璃基板另一层玻璃基板。

可选的，所述分光元件将激光束等分成两束相同的激光束之后包括步骤：

第一光束整形元件和第二光束整形元件增大激光束焦深；

第一反射镜将穿过所述第一光束整形元件的激光束反射到第一聚焦元件接收；同时，第二反射镜将穿过第二光束整形元件的激光束反射到所述第二聚焦元件接收。

可选的，所述第一聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的其中一束，第二聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的另一束的步骤之前还包括步骤：

第一Z轴调节平台带动所述激光切割装置整体沿Z轴方向移动，使得第一聚焦元件的激光束聚焦于待切割的双层玻璃基板其中一层玻璃切割位置处；

第二Z轴调节平台带动所述第二聚焦元件沿着Z轴方向移动，使得第二聚焦元件的激光束聚焦于待切割的双层玻璃基板另一层玻璃切割位置处；

XY二维微调平台带动所述第一聚焦元件沿着X轴方向或Y轴方向移动，使得所述第一聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置与所述第二聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置重合；

CCD成像检测元件检测所述第一聚焦元件和第二聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置是否重合。

本申请的激光切割装置通过分光元件和第一聚焦元件、第二聚焦元件的配合，不需要先切割好一层玻璃基板后，再将玻璃基板翻转切割另一层，加工效率高。同时，应为本方案不需要翻转液晶显示屏，可以减少用于翻转的设备，而且只是利用了分光元件和第一聚焦元件、第二聚焦元件的配合，结构简单，生产成本低。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请的一实施例双层玻璃基板的示意图；

图2是本申请的一实施例激光装置的示意图；

图3是本申请的一实施例激光装置的另一示意图；

图4是本申请的实施例CCD成像检测元件的示意图；

图5是本申请的实施例激光束不重合的示意图；

图6是本申请的实施例激光束重合的示意图；

图7是本申请的实施例激光切割方法的流程图。

其中，1、CF玻璃基板；2、ITO层；3、黑矩阵层；4、TFT玻璃基板；10、激光束；20、双层玻璃基板；100、外壳；200、分光元件；300、第一聚焦元件；400、第二聚焦元件；500、载台；600、第一光束整形元件；700、第二光束整形元件；800、第一反射镜；900、第二反射镜；1000、第一Z轴调节平台；2000、第二Z轴调节平台；3000、XY二维微调平台；4000、CCD成像检测元件。

具体实施方式

需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本申请的简化描述，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考附图和可选的实施例对本申请作详细说明。

随着液晶显示屏的应用越来越广泛，其市场需求也大大增加。在液晶显示屏的制造过程中，为了满足用户对窄边框全面屏的要求，需要将液晶显示屏的边框或外形进行加工。由于激光加工具有精度高，加工质量好，基本不产生粉尘碎屑等优点，激光加工逐步应用于液晶显示屏等双层玻璃基板的外形切割中。

如图1所示，液晶显示屏的双层玻璃基板为CF玻璃基板1和TFT玻璃基板4，申请人发现，由于双层玻璃基板中间存在ITO层2，黑矩阵层3等，导致激光无法贯穿上下两层玻璃基板同时对双层玻璃进行切割。因此，申请人主要的做法是：通过CCD定位，先用激光束10切割上层玻璃基板，之后将液晶显示屏翻面，再用CCD定位后，激光束10切割下层玻璃基板。但申请人发现这种方法存在着加工效率低，对应设备结构复杂的问题。并且由于CCD的两次重复定位，存在定位误差，则会导致两次切割位置不重合，双层玻璃基板存在错层现象。

申请人为解决上述问题，如图2至图6所示所示，作为本申请的一实施例，公开了一种双层玻璃基板的激光切割装置。具体如图2和图3所示，所述激光切割装置包括外壳100、分光元件200、第一聚焦元件300、第二聚焦元件400和载台500。所述分光元件200设置在外壳100内，用于将激光束10等分成两束相同的激光束10；所述第一聚焦元件300用于接收所述分光元件200分成的两束激光束10中的其中一束，并通过激光束10切割待切割的双层玻璃基板20；所述第二聚焦元件400与所述第一聚焦元件300相对设置，用于接收所述分光元件200分成的两束激光束10中的另一束，并通过激光束10切割所述待切割的双层玻璃基板20；所述载台500用于放置待切割的双层玻璃基板20，使得待切割的双层玻璃基板20位于所述第一聚焦元件300和第二聚焦元件400之间。

本申请的激光切割装置通过分光元件200和第一聚焦元件300、第二聚焦元件400的配合，第一聚焦元件300、第二聚焦元件400可以对激光束10进行聚焦，使其在加工时具有较高的能量密度，第一聚焦元件300和第二聚焦元件400可以同时对双层玻璃基板20进行切割，不需要先切割好一层玻璃基板后，再将玻璃基板翻转切割另一层，加工效率高。同时，应为本方案不需要翻转液晶显示屏，可以减少用于翻转的设备，而且只是利用了分光元件200和第一聚焦元件300、第二聚焦元件400的配合，结构简单，生产成本低。

优选的，所述分光元件200为分光镜；所述第一聚焦元件300和第二聚焦元件400为聚焦物镜，所述第一聚焦元件300和第二聚焦元件400聚焦的中心光斑尺寸为0.1um-10um。

所述激光切割装置包括用于增大激光束10焦深的第一光束整形元件600和第二光束整形元件700；所述第一光束整形元件600设置在外壳100内，且位于激光束10从所述分光元件200至所述第一聚焦元件300的光路上；所述第二光束整形元件700设置在外壳100内，且位于激光束10从所述分光元件200至所述第二聚焦元件400的光路上。通过第一光束整形元件600和第二光束整形元件700，可以根据需要增大激光束10的焦深，使得第一聚焦元件300、第二聚焦元件400的激光束10更容易聚焦到玻璃基板上进行切割。本方案中所述的光路指的是激光束10传播是的路径。

具体的，第一光束整形元件600和第二光束整形元件700可以是环形激光光斑与透镜组合、非球透镜组合、轴棱镜或衍射光学元器件等。优选的，通过第一光束整形元件600和第二光束整形元件700后，激光束10的焦深/中心光斑＞10。

所述激光切割装置包括设置在外壳100内第一反射镜800和第二反射镜900；所述第一反射镜800用于将穿过所述第一光束整形元件600的激光束10反射到所述第一聚焦元件300接收；所述第二反射镜900用于将穿过所述第二光束整形元件700的激光束10反射到所述第二聚焦元件400接收。第一反射镜800和第二反射镜900的反射可以将激光束10反射相对设置的第一聚焦元件300和第二聚焦元件400中。

具体的，如图3所示，所述第一反射镜800有两个，其中一个第一反射镜800设置在所述第一光束整形元件600的下方，另一个第一反射镜800设置在所述第一聚焦元件300的下方，两个第一反射镜800之间位于同一水平线上设置。第二反射镜900设置在第二聚焦元件400上方，位于第二光束整形元件700的右侧。

所述激光切割装置包括第一Z轴调节平台1000，所述第一Z轴调节平台1000与所述外壳100连接；所述第一Z轴调节平台1000用于带动所述激光切割装置整体沿Z轴方向移动，以改变所述第一聚焦元件300到待切割的双层玻璃基板20的距离。通过第一Z轴调节平台1000，可以调节第一聚焦元到待切割的双层玻璃基板20的距离，使得激光束10的更好的聚焦到待切割的双层玻璃基板20上，使得激光切割效果更好。第一Z轴调节平台1000可以通过电机电动调节等方式带动第一Z轴调节平台1000。本身申请所述的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向如图2中左下角空间直角坐标系所示。

进一步的，所述激光切割装置还包括与所述外壳100连接的第二Z轴调节平台2000，所述第二聚焦元件400安装在所述第二Z轴调节平台2000上，所述第二Z轴调节平台2000用于带动所述第二聚焦元件400沿着Z轴方向移动，以改变所述第二聚焦元件400到待切割的双层玻璃基板20的距离。在通过第一Z轴调节平台1000调节第一聚焦元件300的基础上，进一步调节第二聚焦元到待切割的双层玻璃基板20的距离，使得激光束10的更好的聚焦到待切割的双层玻璃基板20上，使得激光切割效果更好。第二Z轴调节平台2000可以通过电机电动调节等方式带动第一Z轴调节平台1000。

所述激光切割装置包括安装在所述外壳100上的XY二维微调平台3000；所述第一聚焦元件300安装在所述XY二维微调平台3000上；所述XY二维微调平台3000用于带动所述第一聚焦元件300沿着X轴方向或Y轴方向移动，使得所述第一聚焦元件300的激光束10在待切割的双层玻璃基板20的位置与所述第二聚焦元件400的激光束10在待切割的双层玻璃基板20的位置重合。之前切割完一层玻璃基板后要翻转才能切割第二基板的方案，先切割一层玻璃基板再切割一层玻璃基板，切割容易错位。本方案中，XY二维微调平台3000通过调整第一聚焦元件300在X轴方向或Y轴方向，让第一聚焦元件300的激光束10在待切割的双层玻璃基板20的位置与所述第二聚焦元件400的激光束10在待切割的双层玻璃基板20的位置重合，可以保证上层玻璃基板和下层玻璃基板的切割不错位。

如图4所示，所述激光切割装置还包括安装在所述外壳100上的CCD成像检测元件4000，所述CCD成像检测元件4000与所述第二聚焦元件400相对设置，且位于所述第二聚焦元件400的上方；所述CCD成像检测元件4000用于检测所述第一聚焦元件300和第二聚焦元件400的激光束10在待切割的双层玻璃基板20是否重合。如图5所示第一聚焦元件300和第二聚焦元件400的激光束10灭有重合的情况下，可以通过CCD成像检测元件4000检测出来，再进行调整成如图6所示的重合状态，进一步确保上层玻璃基板和下层玻璃基板的切割不错位。

本申请申请的激光切割装置将激光束10分成两束激光束10，并调整第一聚焦元件300和第二聚焦元件400激光束10聚焦位置，对的双层玻璃基板的上下两层同时进行加工切割，省去了先前技术的双层玻璃基板切割需要先定位、切割、产品翻面、再定位、再切割的步骤，化简了设备结构，并大大提高加工效率；并且，两个激光束10的光斑重合度高，避免了重复定位导致上下两层玻璃切割后错位的风险，也进一步的提高了加工质量。

作为本申请的另一实施例，如图7所示，本申请还公开了一种双层玻璃基板的激光切割方法，所述激光切割方法基于如上述的激光切割装置，所述方法包括步骤：

S100：将待切割的双层玻璃基板放置于载台上；

S200：分光元件将激光束等分成两束相同的激光束；

S300：第一聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的其中一束，第二聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的另一束；

S400：第一聚焦元件通过激光束切割待切割的双层玻璃基板其中一层玻璃基板；同时第二聚焦元件通过激光束切割待切割的双层玻璃基板另一层玻璃基板。

本申请的激光切割方法可以同时对双层玻璃基板进行切割，不需要先切割好一层玻璃基板后，再将玻璃基板翻转切割另一层，加工效率高。同时，应为本方案不需要翻转液晶显示屏，可以减少用于翻转的设备，而且只是利用了分光元件和第一聚焦元件、第二聚焦元件的配合，结构简单，生产成本低。

具体的，所述S200分光元件将激光束等分成两束相同的激光束之后包括步骤：

第一光束整形元件和第二光束整形元件增大激光束焦深；

第一反射镜将穿过所述第一光束整形元件的激光束反射到第一聚焦元件接收；同时，第二反射镜将穿过第二光束整形元件的激光束反射到所述第二聚焦元件接收。

增大激光束的焦深，使得第一聚焦元件、第二聚焦元件的激光束更容易聚焦到玻璃基板上进行切割。

具体的，所述S300第一聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的其中一束，第二聚焦元件接收所述分光元件分成的两束激光束中的另一束的步骤之前还包括步骤：

第一Z轴调节平台带动所述激光切割装置整体沿Z轴方向移动，使得第一聚焦元件的激光束聚焦于待切割的双层玻璃基板其中一层玻璃切割位置处；

第二Z轴调节平台带动所述第二聚焦元件沿着Z轴方向移动，使得第二聚焦元件的激光束聚焦于待切割的双层玻璃基板另一层玻璃切割位置处；

XY二维微调平台带动所述第一聚焦元件沿着X轴方向或Y轴方向移动，使得所述第一聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置与所述第二聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置重合；

CCD成像检测元件检测所述第一聚焦元件和第二聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置是否重合。

通过第一Z轴调节平台，可以调节第一聚焦元到待切割的双层玻璃基板的距离，使得激光束的更好的聚焦到待切割的双层玻璃基板上，使得激光切割效果更好。进一步调节第二聚焦元到待切割的双层玻璃基板的距离，使得激光束的更好的聚焦到待切割的双层玻璃基板上，使得激光切割效果更好。XY二维微调平台通过调整第一聚焦元件在X轴方向或Y轴方向，让第一聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置与所述第二聚焦元件的激光束在待切割的双层玻璃基板的位置重合，可以保证上层玻璃基板和下层玻璃基板的切割不错位。通过CCD成像检测元件检测第一聚焦元件和第二聚焦元件的激光束是否重合，进一步确保上层玻璃基板和下层玻璃基板的切割不错位。

本申请申请的激光切割方法将激光束分成两束激光束，并调整第一聚焦元件和第二聚焦元件激光束聚焦位置，对的双层玻璃基板的上下两层同时进行加工切割，省去了先前技术的双层玻璃基板切割需要先定位、切割、产品翻面、再定位、再切割的步骤，化简了设备结构，并大大提高加工效率；并且，两个激光束的光斑重合度高，避免了重复定位导致上下两层玻璃切割后错位的风险，也进一步的提高了加工质量。

需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本申请的保护范围。

以上内容是结合具体的可选实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本申请的保护范围。