本申請(qǐng)要求于2014年7月8日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/021917的權(quán)益將以上申請(qǐng)的全部傳授內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本說(shuō)明書總體上涉及材料的制造，并且更具體而言涉及材料的激光處理。

背景

近年來(lái)，減小裝置的尺寸、重量以及材料成本的顧客需求已導(dǎo)致用于觸控屏幕、平板、智能電話以及TV的平板顯示器的相當(dāng)程度上的技術(shù)增長(zhǎng)。工業(yè)激光器變?yōu)橛糜谝筮@些材料的高精度切割應(yīng)用的重要工具。然而，激光處理可能是困難的，因?yàn)楦邚?qiáng)度激光可損壞在材料的激光處理中所用的部件。

因此，對(duì)于激光處理材料的替代性方法和設(shè)備存在需要。

概述

在此所述的實(shí)施例涉及用于激光處理材料的方法和設(shè)備。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，透明材料可經(jīng)激光處理。該方法可包括：將透明材料定位于載體上，并且將激光束透射穿過(guò)該透明材料，其中該激光束可入射至該透明材料的與該載體相對(duì)的側(cè)面上。該透明材料可以是對(duì)該激光束基本上透明的，并且該載體可包括支撐基部和激光中斷元件。該激光中斷元件可以中斷透射穿過(guò)該透明材料的該激光束，使得該激光束可以不在該激光中斷元件下方具有足夠強(qiáng)度來(lái)?yè)p壞該支撐基部。

在另一個(gè)實(shí)施例中，用于激光處理的多層堆疊可包含：載體，其包含支撐基部和激光中斷元件；以及位于該載體上的透明材料。該激光中斷元件可位于該支撐基部的頂部上。該透明材料可包含基本上平坦的頂部表面和基本上平坦的底部表面，其中該透明材料可以對(duì)入射至該透明材料的與該載體相對(duì)的表面上的激光束是基本上透明的。該激光中斷元件可以光學(xué)中斷透射穿過(guò)該透明材料的該激光束，使得該激光束可以不在該激光中斷元件下方具有足夠強(qiáng)度來(lái)?yè)p壞該支撐基部。

在又另一個(gè)實(shí)施例中，載體可在位于載體上的透明材料經(jīng)激光處理時(shí)被保護(hù)。該方法可包括：將透明材料定位于載體的頂部上，將激光束透射穿過(guò)透明材料，并且將激光中斷元件定位于支撐基部與透明材料之間。該載體可包含支撐基部。該激光束可入射至該透明材料的與該載體相對(duì)的表面上，并且該激光束可包含具有足以損壞該載體的強(qiáng)度的聚焦區(qū)域。該激光中斷元件可以光學(xué)中斷透射穿過(guò)該透明材料的該激光束，使得該激光束可以不在該激光中斷元件下方的任一點(diǎn)處具有足夠強(qiáng)度來(lái)?yè)p壞該支撐基部。

在此所述的實(shí)施例的其他特征和優(yōu)勢(shì)將在以下詳細(xì)描述中闡述，且部分地根據(jù)該描述對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是容易清楚的，或通過(guò)實(shí)踐在此(包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖)所述的實(shí)施例來(lái)認(rèn)識(shí)。

應(yīng)理解，前述的一般描述和以下詳細(xì)描述二者描述各個(gè)實(shí)施例并且旨在提供用于理解所請(qǐng)求保護(hù)的主題的性質(zhì)和特征的概述或框架。附圖包括在內(nèi)以提供對(duì)各個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步理解，且并入本說(shuō)明書中并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。附圖展示在此所述的各個(gè)實(shí)施例，并且與說(shuō)明書一起用于解釋所請(qǐng)求保護(hù)的主題的原理和操作。

附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1示意性地描繪了根據(jù)在此所示和所述的一或多個(gè)實(shí)施例的經(jīng)受激光處理的多層堆疊的截面圖。

詳細(xì)說(shuō)明

現(xiàn)將詳細(xì)參考用于激光處理材料的設(shè)備和方法的實(shí)施例，這些實(shí)施例的實(shí)例在附圖中說(shuō)明。在任何可能的情況下，整個(gè)附圖將使用相同的參考號(hào)指代相同或相似的零件。圖1中示意性地描繪了用于激光處理的多層堆疊的一個(gè)實(shí)施例。一般而言，激光處理可穿孔對(duì)激光透明的材料，在此有時(shí)稱為“透明材料”，且穿孔可導(dǎo)致或有助于在該穿孔處切割該透明材料。多層堆疊一般包括透明材料，該透明材料可通過(guò)入射至透明材料的頂部表面上的激光束穿孔或以其他方式機(jī)械變形。該透明材料位于載體上，其中該載體的至少一部分對(duì)該激光束是不透明的。該載體總體上包括支撐基部和位于該支撐基部與該透明材料之間的激光中斷元件。該支撐基部支撐該透明材料并可利用來(lái)傳輸待激光處理的透明材料。在一個(gè)實(shí)施例中，該支撐基部材料可對(duì)激光束是不透明的，且如果受具有足夠大強(qiáng)度以損壞載體的激光束的一部分(諸如激光束的聚焦區(qū)域)的接觸，則可受損。然而，位于該透明材料與該支撐基部之間的激光中斷元件在激光束可接觸支撐基部之前可中斷并擴(kuò)散離開(kāi)該透明材料的該激光束，使得在通過(guò)激光中斷元件光學(xué)中斷激光束之后，該激光束不在激光中斷元件下方具有足夠強(qiáng)度來(lái)?yè)p壞支撐基部。因而，激光中斷元件可充當(dāng)遮擋物來(lái)保護(hù)支撐基部免受與接觸激光束的具有足夠強(qiáng)度以損壞支撐基部的部分相關(guān)聯(lián)的損壞。將特別參考所附權(quán)利要求書在此描述用于激光處理透明材料的方法和設(shè)備的各個(gè)實(shí)施例。

參考圖1，示意性地描繪了多層堆疊100。一般而言，多層堆疊100包含透明材料160和載體110，該載體包含激光中斷元件140和支撐基部120。在此處所述的實(shí)施例中，透明材料160位于激光中斷元件140的頂部上，該激光中斷元件位于支撐基部120的頂部上。如在此所使用，提及另一位置的上方或頂部上的位置假定頂部或最高位置是多層堆疊100的表面，激光束180首先在該表面之上入射。例如，在圖1中，透明材料160的最靠近源激光188的表面是頂部表面162，且將激光中斷元件140設(shè)置于透明材料160下方意味著激光束180在與激光中斷元件140相互作用之前在透明材料160上橫移。如圖1所示，源激光188透射穿過(guò)光學(xué)元件184，該光學(xué)元件形成激光束180的聚焦區(qū)域諸如聚焦線182，其入射至透明材料160上。

透明材料160可使用激光束180進(jìn)行激光處理，該激光束可單獨(dú)地或與其他制造步驟一起被用來(lái)切割透明材料160。如在此所使用，激光處理指的是使用激光束180切割、穿孔、剝蝕、或以其他方式改變材料的機(jī)械完整性。一般而言，激光束180必須在透明材料160的特定區(qū)域處具有一定強(qiáng)度來(lái)改變透明材料160的機(jī)械完整性。因而，散焦的或中斷的激光束可能不具有足夠強(qiáng)度以在所選區(qū)域處機(jī)械影響材料，同時(shí)聚焦的激光束可具有足夠強(qiáng)度來(lái)切割、穿孔或剝蝕激光處理的材料的區(qū)域。然而，激光束的聚焦區(qū)域(諸如具有聚焦的聚焦線182的激光束)可具有足夠強(qiáng)度來(lái)穿孔透明材料160以及損壞由聚焦線182直接接觸的支撐基部120?？赏ㄟ^(guò)光學(xué)組件184產(chǎn)生激光束180的聚焦線182，該光學(xué)組件可光學(xué)改變?cè)醇す?88的路徑。此外，如在此所使用，在激光束的上下文中，“強(qiáng)度”可稱為“能量密度”，且這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是可互換的。激光束180具有波長(zhǎng)，且如在此所使用，“透明”的材料對(duì)于激光的波長(zhǎng)的電磁輻射是基本上透明的，使得由透明材料160在激光的波長(zhǎng)處的吸收是小于約10％、小于約5％、或甚至小于約1％每mm材料深度。“電磁輻射”可在此被稱為“光”且兩個(gè)術(shù)語(yǔ)是可互換的并且可符合可見(jiàn)光譜的內(nèi)部與外部二者的電磁輻射。

支撐基部120總體上是能夠支撐將由激光束180激光處理的透明材料160的任何結(jié)構(gòu)。支撐基部120可充當(dāng)用于透明材料160的承載托盤并可具有基本上平坦的頂部表面122，用于與平坦的透明材料160相互作用；以及基本上平坦的底部表面124，用于與基本上平坦的工作臺(tái)相互作用，支撐基部120可位于該工作臺(tái)之上。支撐基部120可位于臺(tái)上或其他工作空間上用于在激光處理期間的穩(wěn)定性。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐基部120可包含鋁。例如，支撐基部120可包含大于約50％、大于約70％、大于約90％、大于約95％或甚至大于約99％的鋁。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐基部120可包含蜂窩狀鋁結(jié)構(gòu)，諸如從思瑞安復(fù)合材料國(guó)際公司(3A Composites International AG)可商購(gòu)的在另一個(gè)實(shí)施例中，支撐基部120可包含聚甲醛。如果不透明材料(諸如支撐基部120的材料)被聚焦線182接觸，則支撐基部120可受損，這可引起激光處理的透明材料160的污染。如在此所使用，對(duì)支撐基部120的損壞包括但不限于刮擦、剝蝕、切割、割裂、磨損、刻痕或支撐基部120的頂部表面122的機(jī)械完整性的其他中斷。

在一個(gè)實(shí)施例中，支撐基部120可在激光處理期間放置于臺(tái)上或其他工作臺(tái)上。臺(tái)或工作臺(tái)可具有真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)在該臺(tái)或工作臺(tái)的表面之上產(chǎn)生抽吸。例如，該臺(tái)或工作臺(tái)可在其表面中具有真空孔洞，且支撐基部120和激光中斷元件140可具有對(duì)應(yīng)的孔洞，真空可通過(guò)這些對(duì)應(yīng)的孔洞產(chǎn)生抽吸并緊固位于激光中斷元件140的頂部上的材料。例如，透明材料160可通過(guò)真空抽吸緊固至中斷元件140，該真空抽吸滲透穿過(guò)中斷元件140、支撐基部120和工作臺(tái)中的孔洞。支撐基部120和激光中斷元件140可諸如利用螺釘、緊固件、插腳、或其他合適手段來(lái)機(jī)械固定至彼此。因而，透明材料160可置于激光中斷元件140之上并在激光處理的同時(shí)通過(guò)真空系統(tǒng)固定。

透明材料160可以是對(duì)激光束180的電磁輻射基本上透明的任何材料。例如，透明材料160可以是但不限于玻璃、藍(lán)寶石、硅、碳化硅、石英、氧化鋁(AbO₃)、氮化鋁(AlN)、氧化鋯(ZrO₂)、氮化鎵、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、銻化鎵(GaSh)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)、銻化銦(InSb)、硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)、碲化鎘(CdTe)、硫化鋅(ZnS)、硒化鋅(ZnSe)、碲化鋅(ZnTe)、鍺(Ge)、鈮酸鋰(LiNbO₃)、鉭酸鋰(LiTaO₃)、或其組合。透明材料160可具有基本上平坦的頂部表面162和基本上平坦的底部表面164，諸如將適合用于電子裝置的蓋玻璃。頂部表面162和/或底部表面164可以是拋光的。在另一個(gè)實(shí)施例中，透明材料160可以是用于半導(dǎo)體制造的晶圓材料。如果將玻璃用作透明材料160，則該玻璃可一般為適合于形成為片材的任何玻璃。在一些實(shí)施例中，該玻璃可以是可離子交換的鋁硅酸鹽玻璃。此種可離子交換的鋁硅酸鹽玻璃的實(shí)例包括但不限于Gorilla玻璃和Gorilla玻璃(從康寧公司(Corning,Inc.)可商購(gòu))。此種玻璃尤其在激光處理之后可很好地適合于許多用途，例如像，作為用于手持式消費(fèi)者電子裝置的蓋玻璃。

激光束180可以是可操作的以在透明材料160中產(chǎn)生小的(微米及更小)“孔洞”為了鉆孔、切割、分離、穿孔，或以其他方式在聚焦線182處處理透明材料160的目的。更具體而言，具有波長(zhǎng)諸如1064nm、532nm、355nm或266nm的超短(即，從10-¹⁰秒至10-¹⁵秒)脈沖激光束180作為聚焦線182聚焦至在透明材料160的表面或內(nèi)部聚焦的區(qū)域中產(chǎn)生缺陷所需的閾值以上的能量密度。激光束180可具有以下重復(fù)率，該重復(fù)率在約1kHz與2MHz之間的范圍內(nèi)，或在另一個(gè)實(shí)施例中，在約10kHz與約650kHz之間的范圍內(nèi)。通過(guò)重復(fù)該過(guò)程，可在透明材料160中產(chǎn)生沿預(yù)定路徑對(duì)準(zhǔn)的一系列激光誘導(dǎo)缺陷。通過(guò)使激光誘導(dǎo)特征間隔充分緊密間隔，可產(chǎn)生透明材料160內(nèi)的受控機(jī)械脆弱性區(qū)域，并且透明材料160可沿由該系列激光誘導(dǎo)缺陷(在圖1中展示為透明材料160的最接近聚焦線182的區(qū)域)所限定的路徑精確破裂或(機(jī)械地或熱地)分離。一個(gè)或多個(gè)超短激光脈沖可以任選地緊接著二氧化碳(CO₂)激光或其他熱應(yīng)力源以實(shí)行透明材料160的完全自動(dòng)化分離?？蓱?yīng)用于激光處理透明基板的代表性激光束180特征詳細(xì)描述于標(biāo)題為“用于片狀基材的基于激光的加工的方法和裝置(METHOD AND DEVICE FOR THE LASER-BASED MACHINING OF SHEET-LIKE SUBSTRATES)的美國(guó)專利申請(qǐng)61917092中，該申請(qǐng)的傳授內(nèi)容以其全文通過(guò)引用結(jié)合在此。

激光束180的波長(zhǎng)可以選擇為使得待激光處理(通過(guò)激光鉆孔、切割、剝蝕、損壞或以其他方式略微改變)的材料對(duì)激光的波長(zhǎng)是透明的。激光源的選擇還可取決于將多光子吸收(MPA)誘導(dǎo)至透明材料160中的能力。MPA是多個(gè)具有相同或不同頻率的光子的同時(shí)吸收，以便將材料從較低能量狀態(tài)(通常為基態(tài))激發(fā)至較高能量狀態(tài)(激發(fā)態(tài))。激發(fā)態(tài)可以是激發(fā)電子態(tài)或電離態(tài)。材料的較高能量狀態(tài)與較低能量狀態(tài)之間的能量差等于兩個(gè)光子的能量的總和。MPA是三階非線性過(guò)程，其比線性吸收弱若干個(gè)數(shù)量級(jí)。MPA不同于線性吸收在于：吸收的強(qiáng)度取決于光強(qiáng)度的平方，因此使得MPA為非線性光學(xué)過(guò)程。在普通光強(qiáng)度下，MPA可忽略不計(jì)。如果光強(qiáng)度(能量密度)極高，諸如在激光束180的聚焦線182的區(qū)域中(尤其為脈沖激光源)，則MPA變得可觀且導(dǎo)致材料中的其中激光束180的能量密度足夠高的區(qū)域(即，聚焦線182)內(nèi)的可量測(cè)效應(yīng)。在聚焦線182的區(qū)域內(nèi)，能量密度足夠分高以引起離子化。

在原子能級(jí)下，個(gè)別原子的離子化具有離散的能量需求。常用于玻璃中的若干元素(例如，Si、Na、K)具有相對(duì)低的離子化能量，諸如約5eV。在沒(méi)有MPA的現(xiàn)象的情況下，在約5eV下產(chǎn)生線性離子化將要求約248nm的激光波長(zhǎng)。在MPA下，能量間隔約5eV的狀態(tài)之間的離子化或激發(fā)可用比248nm長(zhǎng)的波長(zhǎng)來(lái)完成。例如，具有532nm的波長(zhǎng)的光子具有約2.33eV的能量，因此，在雙光子吸收(TPA)中，兩個(gè)具有532nm的波長(zhǎng)的光子可誘導(dǎo)能量間隔約4.66eV的狀態(tài)之間的躍遷。

因此，在透明材料160的其中激光束180的能量密度足夠高以便誘導(dǎo)激光波長(zhǎng)的非線性TPA的區(qū)域中，原子和鍵可選擇性地受激發(fā)或離子化，該激光波長(zhǎng)具有所需激發(fā)能量的一半。MPA可引起局部重新組態(tài)和激發(fā)原子或鍵與相鄰原子或鍵的分離。所產(chǎn)生的鍵合或組態(tài)的改變可引起非熱剝蝕，以及來(lái)自材料的其中發(fā)生MPA的區(qū)域的物質(zhì)的移除。物質(zhì)的此移除產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷(例如，缺陷線或“穿孔”)，該結(jié)構(gòu)缺陷機(jī)械弱化透明材料160且使其更易于在施加機(jī)械或熱應(yīng)力之后開(kāi)裂或破裂。通過(guò)控制穿孔的設(shè)置，沿其發(fā)生開(kāi)裂的輪廓或路徑可以被精確限定，且可完成材料的精確微機(jī)械加工。通過(guò)一系列穿孔限定的輪廓可視為裂紋線并且相應(yīng)于透明材料160中結(jié)構(gòu)脆弱的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，激光處理包括自通過(guò)激光束180處理的透明材料160分離部件，其中該部件具有精確限定的形狀或通過(guò)穿孔的閉合輪廓決定的周邊，這些穿孔通過(guò)由激光誘導(dǎo)的MPA效應(yīng)形成。如在此所使用，術(shù)語(yǔ)閉合輪廓是指通過(guò)激光線形成的穿孔路徑，其中該路徑自身在一些位置處相交。內(nèi)輪廓是在所得形狀完全由材料的外部部分圍繞之處所形成的路徑。

根據(jù)一些實(shí)施例，穿孔可使用超短脈沖激光與光學(xué)器件組合來(lái)完成，該光學(xué)器件產(chǎn)生聚焦線以完全穿孔玻璃組合物的范圍的主體。在一些實(shí)施例中，脈沖是單一脈沖(即，激光提供相等間隔的單一脈沖而不是脈沖爆發(fā)(緊密間隔的集中在一起的單一脈沖)，其中個(gè)別脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間是在大于約1皮秒與小于約100皮秒之間的范圍內(nèi)，諸如大于約5皮秒并且小于約20皮秒，并且個(gè)別脈沖的重復(fù)率可以是在約1kHz與4MHz之間的范圍內(nèi)，諸如在約10kHz與650kHz之間的范圍內(nèi)。穿孔也可利用在時(shí)間上緊密間隔的高能量短持續(xù)時(shí)間脈沖的單一“爆發(fā)”來(lái)完成。此類脈沖可以以兩個(gè)脈沖或更多個(gè)(例如像，3個(gè)脈沖、4個(gè)脈沖、5個(gè)脈沖、10個(gè)脈沖、15個(gè)脈沖、20個(gè)脈沖或更多脈沖)的爆發(fā)來(lái)產(chǎn)生，這些脈沖通過(guò)爆發(fā)內(nèi)的個(gè)別脈沖之間的持續(xù)時(shí)間來(lái)間隔，該持續(xù)時(shí)間是在約1納秒與約50納秒之間的范圍內(nèi)，例如，10納秒至30納秒，諸如約20納秒，且爆發(fā)重復(fù)頻率可在約1kHz與約200kHz之間的范圍內(nèi)。(爆發(fā)或產(chǎn)生脈沖爆發(fā)是一類激光操作，其中脈沖的發(fā)射不處于均勻且穩(wěn)定的流中，而是處于緊密脈沖叢中。)該脈沖爆發(fā)激光束可具有以下波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)被選擇為使得該材料在此波長(zhǎng)下是基本上透明的。激光脈沖持續(xù)時(shí)間可以是10^-10s或更短、或10^-11s或更短、或10^-12s或更短、或10^-13s或更短。例如，激光脈沖持續(xù)時(shí)間可以是在約1皮秒與約100皮秒之間，或在另一個(gè)實(shí)施例中，在約5皮秒與約20皮秒之間。可在高重復(fù)率(例如，kHz或MHz)下重復(fù)這些“爆發(fā)”。在該材料處測(cè)量的每次爆發(fā)的平均激光功率(如果利用爆發(fā)脈沖)可以是大于40微焦耳/mm材料的厚度，例如在40微焦耳/mm與2500微焦耳/mm之間，或在500微焦耳/mm與2250微焦耳/mm之間。例如，對(duì)于當(dāng)使用f 0.1mm-0.2mm厚度玻璃的一個(gè)實(shí)施例，可使用200μJ脈沖爆發(fā)來(lái)切割并分離玻璃，這給出1000-2000μJ/mm的示例性范圍。例如，對(duì)于示例性0.5-0.7mm厚度玻璃，可使用400-700μJ脈沖爆發(fā)來(lái)切割并分離玻璃，該示例性厚度玻璃對(duì)應(yīng)于570μJ/mm(400μJ/0.7mm)至1400μJ/mm(700μJ/0.5mm)的示例性范圍。穿孔可通過(guò)控制激光和/或基板或堆疊的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)相對(duì)于激光控制基板或堆疊的速度來(lái)間隔分開(kāi)并精確定位。在一個(gè)實(shí)施例中，在單次通過(guò)中，激光可用來(lái)產(chǎn)生穿過(guò)材料的高度受控的實(shí)線穿孔，其中產(chǎn)生極小(小于約75m，或甚至小于約50m)表面下?lián)p壞和碎屑。這與斑點(diǎn)聚焦激光用于剝蝕材料的典型用途形成對(duì)比，在該典型用途中，常常需要多次通過(guò)來(lái)完全地穿孔玻璃厚度，自剝蝕過(guò)程形成大量碎屑，且發(fā)生更廣泛的表面下?lián)p壞(小于約100m)和邊緣碎裂。這些穿孔、缺陷區(qū)域、損壞徑跡、或缺陷線通常間隔分開(kāi)從1至25微米(例如，3-12微米，或5-20微米)。根據(jù)一些實(shí)施例，該脈沖激光具有10W-150W的激光功率并且利用每脈沖爆發(fā)至少2個(gè)脈沖產(chǎn)生脈沖爆發(fā)。根據(jù)一些實(shí)施例，該脈沖激光具有10W-100W的激光功率并且利用每脈沖爆發(fā)至少2-25個(gè)脈沖產(chǎn)生脈沖爆發(fā)。根據(jù)一些實(shí)施例，該脈沖激光具有25W-60W的激光功率，并且利用每次爆發(fā)至少2-25個(gè)脈沖產(chǎn)生脈沖爆發(fā)，且缺陷線之間的周期性是2-20微米，或2至15微米，或2-10微米。該脈沖爆發(fā)激光束可具有以下波長(zhǎng)，該波長(zhǎng)被選擇為使得該材料在此波長(zhǎng)下是基本上透明的。根據(jù)一些實(shí)施例，該脈沖具有小于10皮秒的脈沖持續(xù)時(shí)間。根據(jù)一些實(shí)施例，該脈沖激光具有在10kHz與1000kHz之間的脈沖重復(fù)頻率。

因此，有可能使用單一高能量短脈沖在透明材料160中產(chǎn)生微觀(即，小于約1μm，小于0.5nm(例如≤400nm，或≤300nm)或甚至直徑小于約100nm(例如，50nm-100nm))拉長(zhǎng)“孔洞”(也稱為穿孔或缺陷線)。這些個(gè)別穿孔可以數(shù)百千赫的速率(例如每秒數(shù)十萬(wàn)個(gè)穿孔)來(lái)產(chǎn)生。因此，利用光源與材料之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這些穿孔可設(shè)置成彼此鄰近(空間分離如所希望的從亞微米至幾微米變化)。此空間分離被選擇以便有助于切割。在一些實(shí)施例中，缺陷線為“通孔”，其為從透明材料160的頂部延伸至底部的孔洞或開(kāi)放通道。此外，缺陷線的內(nèi)徑可與例如激光束聚焦線的斑點(diǎn)直徑一樣大。激光束聚焦線可具有在約0.1微米與約5微米之間的范圍內(nèi)(例如1.5至3.5微米)的平均斑點(diǎn)直徑。

為了形成聚焦線182，可使源激光188透射穿過(guò)光學(xué)組件184。合適的光學(xué)組件，可應(yīng)用的光學(xué)組件詳細(xì)描述于標(biāo)題為“使用超高速激光束光學(xué)器件、破壞層和其他層的堆疊的透明材料切割(“STACKED TRANSPARENT MATERIAL CUTTING WITH ULTRAFAST LASER BEAM OPTICS,DISRUPTIVE LAYERS AND OTHER LAYERS)的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?1917092中，該申請(qǐng)的傳授內(nèi)容以其全文通過(guò)引用結(jié)合在此。例如，位于源激光188的光束路徑中的光學(xué)組件184被配置為將源激光188轉(zhuǎn)化為聚焦線182，沿光束傳播方向觀看，激光束聚焦線182具有在0.1mm與100mm之間的范圍內(nèi)(例如0.1nm至10nm)的長(zhǎng)度。該激光束聚焦線可具有的長(zhǎng)度在約0.1mm與約10mm之間、或在約0.5mm與約5mm之間的范圍內(nèi)，諸如約1mm、約2mm、約3mm、約4mm、約5mm、約6mm、約7mm、約8mm、或約9mm，或該長(zhǎng)度在約0.1mm與約1mm之間的范圍內(nèi)，并且平均斑點(diǎn)直徑在約0.1微米與約5微米之間的范圍內(nèi)?？锥椿蛉毕菥€各自可具有在0.1微米與10微米之間，例如0.25至5微米(例如，0.2-0.75微米)的直徑。例如，如圖1中所示的，可利用球形或盤形光學(xué)組件184以使源激光188聚焦并形成具有限定長(zhǎng)度的聚焦線182。

注意，此種在此所述的皮秒激光的典型操作產(chǎn)生脈沖500A的“爆發(fā)”500。每個(gè)“爆發(fā)”(在此也稱為“脈沖爆發(fā)”500)含有多個(gè)極短持續(xù)時(shí)間的脈沖500A(諸如至少2個(gè)脈沖、至少3個(gè)脈沖、至少4個(gè)脈沖、至少5個(gè)脈沖、至少10個(gè)脈沖、至少15個(gè)脈沖、至少20個(gè)脈沖或更多個(gè)脈沖)。即，脈沖爆發(fā)是脈沖的“包袋”，且爆發(fā)通過(guò)比每次爆發(fā)內(nèi)個(gè)別相鄰脈沖的間隔更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間來(lái)彼此間隔。脈沖500A具有最高達(dá)100微微秒(例如，0.1微微秒、5微微秒、10微微秒、15微微秒、18微微秒、20微微秒、22微微秒、25微微秒、30微微秒、50微微秒、75微微秒或在其間)的脈沖持續(xù)時(shí)間T_d。爆發(fā)內(nèi)的每一個(gè)別脈沖500A的能量或強(qiáng)度可以不等于爆發(fā)內(nèi)的其他脈沖的能量或強(qiáng)度，且爆發(fā)500內(nèi)的多個(gè)脈沖的強(qiáng)度分布經(jīng)常遵循由激光設(shè)計(jì)所決定的時(shí)間的指數(shù)衰減。優(yōu)選地，在此所述的示例性實(shí)施例的爆發(fā)500內(nèi)的每個(gè)脈沖500A通過(guò)從1納秒至50納秒(例如10-50納秒，或10-30納秒，其中時(shí)間經(jīng)常由激光腔設(shè)計(jì)所決定)的持續(xù)時(shí)間T_p而在時(shí)間上與該爆發(fā)中的后續(xù)脈沖間隔。對(duì)給定激光而言，爆發(fā)500內(nèi)的相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔T_p(脈沖至脈沖間隔)是相對(duì)均勻的(±10％)。例如，在一些實(shí)施例中，爆發(fā)內(nèi)的每個(gè)脈沖在時(shí)間上與后續(xù)脈沖間隔大約20納秒(50MHz)。例如，對(duì)產(chǎn)生約20納秒的脈沖間隔T_p的激光而言，爆發(fā)內(nèi)的脈沖至脈沖間隔T_p維持在約±10％內(nèi)或約±2納秒。脈沖的每個(gè)“爆發(fā)”之間的時(shí)間(即，爆發(fā)之間的時(shí)間間隔T_b)將更加長(zhǎng)(例如，0.25≤T_b≤1000微秒，例如1-10微秒，或3-8微秒)。在此處所述的激光的一些示例性實(shí)施例中，對(duì)具有約200kHz的爆發(fā)重復(fù)率或頻率的激光而言，時(shí)間間隔T_b是約5微秒。激光爆發(fā)重復(fù)率與爆發(fā)中的第一脈沖至后續(xù)爆發(fā)中的第一脈沖之間的時(shí)間T_b(激光爆發(fā)重復(fù)率＝1/T_b)有關(guān)。在一些實(shí)施例中，激光爆發(fā)重復(fù)頻率可以是在約1kHz與約4MHz之間的范圍內(nèi)。更優(yōu)選地，激光爆發(fā)重復(fù)率可以例如在約10kHz與650kHz之間的范圍內(nèi)。每次爆發(fā)中的第一脈沖至后續(xù)爆發(fā)中的第一脈沖之間的時(shí)間T_b可以是0.25微秒(4MHz爆發(fā)重復(fù)率)至1000微秒(1kHz爆發(fā)重復(fù)率)，例如0.5微秒(2MHz爆發(fā)重復(fù)率)至40微秒(25kHz爆發(fā)重復(fù)率)，或2微秒(500kHz爆發(fā)重復(fù)率)至20微秒(50kHz爆發(fā)重復(fù)率)。確切時(shí)序、脈沖持續(xù)時(shí)間以及爆發(fā)重復(fù)率可取決于激光設(shè)計(jì)而改變，但高強(qiáng)度的短脈沖(T_d<20微微秒并且優(yōu)選地T_d≤15微微秒)已表明尤其良好地工作。

改變或穿孔材料(例如，玻璃)所需的能量可就爆發(fā)能量-爆發(fā)內(nèi)所含的能量(每次爆發(fā)500含有一系列脈沖500A)而言，或就單一激光脈沖內(nèi)所含的能量(其中許多個(gè)可包含爆發(fā))而言來(lái)描述。對(duì)于這些應(yīng)用而言，每次爆發(fā)的能量可以是從25-750μJ，更優(yōu)選地50-500μJ，或50-250μJ。在一些實(shí)施例中，每次爆發(fā)的能量是100-250μJ。脈沖爆發(fā)內(nèi)的個(gè)別脈沖的能量將較小，且確切的個(gè)別激光脈沖能量將取決于脈沖爆發(fā)500內(nèi)的脈沖500A的數(shù)量及激光的衰減速率(例如指數(shù)衰減速率)。例如，對(duì)恒定能量/爆發(fā)而言，如果脈沖爆發(fā)含有10個(gè)個(gè)別激光脈沖500A，則每一個(gè)別激光脈沖500A將含有相比如果同一脈沖爆發(fā)500僅具有2個(gè)個(gè)別激光脈沖更小的能量。

如在此處一些實(shí)施例中所述的，薄玻璃的激光“剝蝕”切割具有的優(yōu)點(diǎn)包括：在剝蝕的區(qū)域處或附近沒(méi)有最小化或阻止開(kāi)裂產(chǎn)生；以及執(zhí)行任意形狀的自由形態(tài)切口的能力。該激光剝蝕切割有益于避免平板顯示器的玻璃基板中的邊緣開(kāi)裂和剩余邊緣應(yīng)力，因?yàn)槠桨屣@示器具有自邊緣破損的顯著傾向，即使當(dāng)應(yīng)力施加至中心時(shí)。以在此所述的方法與定制的光束遞送組合的超快激光器的高峰值功率可避免這些問(wèn)題，因?yàn)楸痉椒ㄊ恰袄洹眲兾g技術(shù)，該技術(shù)在無(wú)有害熱效應(yīng)的情況下切割。根據(jù)本方法通過(guò)超快激光器進(jìn)行激光切割基本上不在玻璃中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。然而，應(yīng)理解，可在此處所述的激光處理方法和設(shè)備中利用任何類型的激光器。

仍然參考圖1，激光中斷元件140位于支撐基部120的頂部上并位于支撐基部120與透明材料160之間。在一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140可以是基本上平坦的片材，其具有基本上平坦的頂部表面142和底部表面144，該頂部表面和底部表面分別符合支撐基部120的頂部表面122與透明材料160的底部表面164的平坦表面。一般而言，激光中斷元件140光學(xué)中斷透射穿過(guò)透明材料160的激光束180，使得激光束180不在激光中斷元件140下方(即，在聚焦線182處)具有足夠強(qiáng)度來(lái)?yè)p壞支撐基部120。例如，光學(xué)中斷可包括反射、吸收、散射、散焦或以其他方式妨礙激光束180。中斷元件140可反射、吸收、散射、散焦或以其他方式妨礙入射激光束180以禁止或阻止激光束180損壞或以其他方式改變多層堆疊100中的下層，諸如支撐基部120。

在一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140位于經(jīng)激光處理的透明材料160的正下方。此種組態(tài)展示在圖1中，其中射束中斷元件140為位于透明材料160的正下方的基本上平坦的片材，其中在此所述的激光處理將發(fā)生在該透明材料中。在一些實(shí)施例中，可將激光中斷元件140定位為與支撐基部120直接接觸，但在其他實(shí)施例中，可將另一層材料安置于支撐基部120與激光中斷元件140之間。在一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140可具有如從其頂部表面142至其底部表面144所測(cè)量的厚度，該厚度為從約0.5mm至約3mm。激光中斷元件140的邊緣可具有帶有傾斜拐角的圓形形狀，該形狀基本上不含有尖銳拐角。

激光中斷元件140具有與待由激光處理切割的透明材料160不同的光學(xué)性質(zhì)。例如，射束中斷元件140可包含散焦元件、散射元件、半透明元件、或反射元件。散焦元件是接口或?qū)?，其包含的材料阻止激光束?80在散焦元件上或下方形成激光束聚焦線182。散焦元件可包含具有散射或中斷激光束180的波前的折射率多相性的材料或接口。在激光中斷元件是半透明元件的實(shí)施例中，該半透明元件是材料的接口或?qū)?，該接口或?qū)釉试S光穿過(guò)，但僅在散射或減弱激光束180之后以降低能量密度至足以阻止在多層堆疊100的半透明元件的側(cè)面上的與激光束180相對(duì)的部分中形成激光束聚焦線182。

如圖1中所示的，激光束180可進(jìn)入并穿過(guò)透明材料160并接觸激光中斷元件140的頂部表面142。激光中斷元件140可中斷激光束180，使得激光束180的強(qiáng)度在它達(dá)到支撐基部120之前減小。更具體而言，可利用中斷元件140的反射率、吸收率、散焦、衰減和/或散射來(lái)對(duì)激光輻射產(chǎn)生屏障或障礙。沒(méi)有必要完成通過(guò)中斷元件140對(duì)激光束180吸收、反射散射、衰減、散焦等。中斷元件140對(duì)激光束180的效應(yīng)可足以將聚焦線182的能量密度或強(qiáng)度降低至支撐基部120的切割、剝蝕、穿孔等所需閾值之下的水平。在一個(gè)實(shí)施例中，中斷元件140將聚焦線182的能量密度或強(qiáng)度降低至損壞支撐基部120所需閾值之下的水平。激光中斷元件140可以是層或接口并可被配置為吸收、反射或散射激光束180，其中吸收、反射或散射足以將透射至支撐基部120(或其他下層)的激光束180的能量密度或強(qiáng)度降低至引起損害支撐基部120或其他下層所需水平之下的水平。

在一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140可在激光中斷元件140的頂部表面142處光學(xué)中斷激光束180。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140可在其頂層142或表面改變的頂部表面142上包含膜。例如，中斷元件140可包含粗糙化的頂部表面142(最接近透明材料160的表面)，該粗糙化的頂部表面被改變?yōu)榛旧洗植诘囊陨⑸淙肷涔?。另外，如果激光中斷元?40的頂部表面142用以妨礙激光束180，則激光中斷層的本體材料可以是與透明基板基本上相同的材料，因?yàn)樵诩す庵袛嘣?40的頂部表面142下方不形成聚焦線182。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，透明材料160可以是玻璃且中斷元件140可以是玻璃。此外，具有對(duì)激光波長(zhǎng)透明的本體材料的激光中斷元件140可透射激光并基本上散開(kāi)貫穿中斷元件140的本體材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。在此種實(shí)施例中，激光中斷元件140不受透射穿過(guò)透明材料160的激光束180損壞。

在一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140可包含磨砂玻璃，例如像，磨砂玻璃的片材。磨砂玻璃，有時(shí)稱為冰花狀玻璃(iced glass)，可以是基本上半透明的。相對(duì)粗糙的頂部表面142可充當(dāng)半透明元件，該半透明元件散射入射激光束180。磨砂玻璃可經(jīng)化學(xué)蝕刻、噴砂、或以其他方式進(jìn)行制造以具有操作以中斷入射光的半透明外觀。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，磨砂玻璃可以是基本上光滑的以便不損壞在激光處理期間置于其頂部表面142上的透明材料160。例如，噴砂磨砂玻璃可足夠粗糙以在透明材料160被設(shè)置于激光中斷元件140上時(shí)通過(guò)刮擦損壞經(jīng)激光處理的透明材料160。然而，化學(xué)蝕刻的玻璃可提供合適的光學(xué)特性，同時(shí)仍然足夠光滑以不損壞透明材料160。如在此所使用，對(duì)透明材料160的損壞意為人眼可檢測(cè)的損壞，諸如刮擦、切口或其他磨損。

在一個(gè)實(shí)施例中，頂部表面142的平均粗糙度(Ra)可大于或等于約0.5微米、大于或等于約0.8微米、大于或等于約1.0微米、大于或等于約1.5微米、或甚至大于或等于約2.0微米，如在此所使用，Ra被定義為局部表面高度與平均表面高度之間的差值的算術(shù)平均值并可通過(guò)以下方程描述：

其中Yi是相對(duì)于平均表面高度的局部表面高度。在其他實(shí)施例中，Ra可以是從約0.5微米至約2.0微米、從約0.5微米至約1.5微米、或從約0.5微米至約1.0微米。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，磨砂玻璃可以是從西弗吉尼亞州克拉克斯堡(Clarksburg,WV)的EuropTec USA可商購(gòu)的酸蝕刻玻璃。

在另一個(gè)實(shí)施例中，激光中斷元件140可包含表面膜層，該表面膜層用以中斷激光束180并基本上保護(hù)下層諸如支撐基部120。光學(xué)中斷膜層可通過(guò)熱蒸發(fā)、物理氣相沉積和/或?yàn)R射來(lái)沉積，其中該厚度可隨所利用的激光的波長(zhǎng)而變化。薄膜可包含但不限于MgF₂、CaF₂、聚(甲基丙烯酸甲酯)、PMMI、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚苯乙烯、環(huán)烯烴聚合物、環(huán)烯烴共聚物以及其組合。

對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將清楚的是可以在不脫離所要求的主題的精神和范圍的情況下對(duì)在此所述的實(shí)施例做出各種修改和變化。因此，本說(shuō)明書旨在涵蓋在此所述的各個(gè)實(shí)施例的修改和變化，只要此類修改和變化在所附權(quán)利要求書及其等效物的范圍內(nèi)。