(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換可能なガラス被工作物をレーザ処理する方法であって、
パルスレーザから出力されたパルスレーザビームを、該ビームの伝播方向に沿って方向付けされかつ該イオン交換可能なガラス被工作物中に向けられたレーザビーム焦線へと、焦点を合わせるステップであって、該パルスレーザビームが、パルスバースト毎に少なくとも２つのパルスを含むパルスバーストを生成し、該レーザビーム焦線が、該被工作物内に誘起吸収を発生させ、該誘起吸収が、該被工作物内において該レーザビーム焦線に沿って欠陥線を生じさせる、ステップと；
該被工作物および該レーザビームを輪郭に沿ってお互いに対して移動させ、それによりレーザが該被工作物内において該輪郭に沿って複数の欠陥線を形成するステップであって、隣接する欠陥線の間の空間的周期性が、０．５マイクロメートルと２０マイクロメートルの間である、ステップと
を含む方法。
【請求項２】
２０ＭＰａ未満の中央張力（ＣＴ）を有する、イオン交換前の、層状化されていないイオン交換可能なガラスを含み、一方の主要面から他方の主要面まで延在する複数の細い欠陥線を伴う少なくとも１つのエッジを有するガラス物品であって、該欠陥線が、２０マイクロメートル未満の間隔を有し、ならびに該表面が、１００ｎｍと１０００ｎｍの間のＲａ表面粗さを有する、ガラス物品。
【請求項３】
さらに、前記輪郭に沿って前記被工作物を分離するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
さらに、酸溶液中で前記被工作物をエッチングすることによって、分離された被工作物から材料を除去するステップを含む、請求項１または３に記載の方法。
【請求項５】
前記パルスレーザビームが、材料の厚さ１ｍｍあたり４０マイクロジュールを超える、該材料において測定された平均レーザエネルギーを有する、請求項１、３、及び４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
前記レーザビーム焦線が、約０．１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間の範囲の平均スポット直径を有する、請求項１、及び３〜５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記誘起吸収が、約０．５マイクロメートル以下のＲａ表面粗さを生じる、請求項１、及び３〜６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
イオン交換可能なガラスを含むガラス物品であって、２０ＭＰａ未満の中央張力（ＣＴ）および少なくとも２５０マイクロメートルにわたって延在する複数の欠陥線を有する少なくとも１つのエッジを有し、該欠陥線それぞれが、約５マイクロメートル以下の直径を有する、ガラス物品。
【請求項９】
前記エッジが、約０．５マイクロメートル未満のＲａ表面粗さを有する、請求項８記載のガラス物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願との相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１２０条の下、２０１３年１２月１７日に出願された米国特許仮出願第６１／９１７，１２８号明細書および２０１４年７月１１日に出願された米国特許仮出願６２／０２３２５１号明細書の恩典を主張する米国特許出願第１４／５２９６９７号明細書に対する優先権の恩典を主張するものである。なお、これらの出願の教示全体は、参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
イオン交換ガラスまたは化学強化ガラスは、引っかき傷および表面衝撃による損傷に耐えるそれらの能力について知られている。これらのガラス組成物は、タブレットＰＣ、スマートフォン、および様々な対話型のタッチ操作可能なエレクトロニクスの形態の携帯式電子デバイスが流行していることから、近年、非常に注目されている。Ｃｏｒｎｉｎｇの場合、このガラスのファミリーは、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）  Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスの商標名において流通している。
【０００３】
しかしながら、イオン交換可能なガラス組成物の切断は、いくつかの理由から困難であり得る。第一に、イオン交換（ＩＯＸ）後に切断する場合、当該ガラスは、高い張力下にあり得、切断プロセスの切断によって誘発される亀裂発生の伝播が十分に制御されない場合、または切断エッジを越えて多すぎる二次的損傷が誘発される場合、切断により、当該ガラスは容易に粉々に破壊される。第二に、イオン交換プロセス自体が可変性であり得るため、製造されるパーツは、ロット間においてその内部応力中央張力（ＣＴ）が変わる。このことは、特定のレベルの中央張力において亀裂発生またはガラス分離の制御を達成するように切断プロセスを調整しても、あるバッチのイオン交換部品の切断には成功するが、別のバッチのイオン交換部品の切断には失敗する場合もあるということを意味する。
【０００４】
第三に、いくつかの用途にとっては、イオン交換する前にガラスを切断することが望ましくあり得る。この場合、イオン交換前のガラスは、切断前に非常に小さい内部応力しか有しておらず、切断および分離プロセスは、この材料による作業に適していなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このレーザ切断プロセスは、様々なイオン交換可能なガラス組成物の本体を完全に穿孔するために、焦線を発生させるオプティクスとの組み合わせにおける短いパルスレーザを使用する。当該ガラスは、任意の所望の部品の形状を描く穿孔された線を形成するようにレーザビームに対して動かされる。当該ガラスは、イオン交換前に切断してもよいし、またはイオン交換後に切断してもよい。当該レーザは、当該ガラスの深さ全体を穿孔する、およそ１マイクロメートルの直径の孔状の欠陥ゾーンを作製する。これらの穿孔または欠陥領域、損傷トラックは、概して、１から２０マイクロメートル（例えば、１から１５マイクロメートル）離間されている。
【０００６】
当該プロセスは、ガラスの単一のシートだけでなく、ガラスのスタックを切断するためにも使用することができ、単一のレーザパスにより全高数ｍｍまでのガラススタックを完全に穿孔することができる。ガラススタックを構成するシートは、さらに、様々な位置において空気のギャップによって離間されていてもよく；当該レーザプロセスは依然として、シングルパスにおいて、そのようなスタックの上側および下側のガラス層の両方を完全に穿孔するであろう。
【０００７】
ガラスが穿孔されると、当該ガラスが十分な内部応力を有する場合（例えば、多くのイオン交換強化ガラスの場合のように）、亀裂は、穿孔線に沿って伝播し、ガラスシートは所望のパーツへと分離されるであろう。ガラスが低応力の場合、当該パーツを分離するために、機械的応力が適用され得るか、あるいは、その後に、予めプログラムされた同じ穿孔線に沿ってガラスを分離するであろう熱的応力を作り出すために、当該穿孔線に沿ってまたはその近くへのＣＯ２レーザのパスが使用される。
【０００８】
結果は、高品質のエッジ（切断エッジの全幅にわたる均一な表面テクスチャ、＜０．５マイクロメートルの表面粗さ、および１００マイクロメートル未満の表面下損傷、例えば、７５マイクロメートル未満、５０マイクロメートル未満、３０マイクロメートル未満、または２０マイクロメートル以下も）を有するイオン交換可能な切断ガラス片である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
当該ガラスパーツは、概して、前述のプロセスによって切断された場合、＞１００メガパスカル（ＭＰａ）のエッジ強度を有するであろう。しかし、所望の場合、当該ガラスパーツは、次いで、エッジ強度または信頼性をさらに高めるために以下のプロセスを施すことができる。
【００１０】
欠陥エッジおよび低レベルの表面下損傷を平滑末端化または除去するため、ならびにエッジ強度を上げるための、フッ化水素酸（ＨＦ）中での酸エッチング。比較的少量の表面下損傷を除去するため、ならびにエッジ強度を上げるためおよび／または斜角を付けたエッジもしくは面取りしたエッジを形成するための、研磨および仕上げ研磨。ＩＯＸ前のパーツの場合、当該パーツは、圧縮応力を加えるためにイオン交換を施しても良く、それによりエッジ強度が強くなる。このレーザプロセスは、ＩＯＸ前または後のイオン交換可能なガラスを切断することができる。
【００１１】
後のＣＯ２レーザ分離ステップを必要としない場合、用いることができるプロセスは、例えば２４から１０４メガパスカル（ＭＰａ）などの範囲の中央張力（ＣＴ）レベルを有するＩＯＸ後（イオン交換後の）ガラスを切断することができる。
【００１２】
当該プロセスは、エッジを切断したままの状態で、非常にタイトなまたは良く制御された強度分布を達成することができ、これは、より高い製造歩留まりならびに取り扱い時および出荷時のより高い信頼性につながる。
【００１３】
このレーザプロセスは、ガラスの上側／下側においてほぼ対称な強度も達成する（これは、他の切断方法では非常に難しい）。これは、切断後のガラスシートの上面／底面を追跡する必要性を取り除く。
【００１４】
当該プロセスによって生じる、イオン交換可能なガラスの切断エッジにおける表面下損傷は、例えば２５マイクロメートル程度に低く、これにより、後の研磨および仕上げ研磨に必要な時間およびステップ数が大幅に減少する。
【００１５】
当該レーザプロセスは、有利には、最終的なパーツの信頼性のために必要な著しく高いエッジ強度（＞５００ＭＰａ）を達成するために、切断後処理と組み合わせることができる。
【００１６】
当該レーザプロセスは、かなりの飛高変動を有するガラスでさえ切断することができる（当該システムは、オプティクスからガラスまでの距離を正確に制御する必要が無い）。これにより、大きなガラスシートにしばしば存在する反りに対し、そのようなシートの反りの大きさをマッピング（これは、当該反りの測定を実施するためのさらなるコストの高い設備とより長い処理時間を伴う）する必要なく、適応することが可能となる。
【００１７】
当該レーザプロセスは、他の方法では高い歩留まりにおいて信頼性高く切断することができない、非常に高い中央張力の材料（例えば、約１００ＭＰａを超える中央張力を有するガラスなど）を切断することができる。
【００１８】
当該レーザプロセスは、一般的な一連のレーザパラメータで広いＣＴ範囲を切断することができ、ＩＯＸプロセスの変動性に適応し、切断プロセスに供給されるシートに対する、コストの高い非常に時間のかかる応力測定の必要性を除去する。
【００１９】
スタックを切断することにより、当該レーザプロセスは、機械のスループットを増加させることができ、したがってコストを下げることができる。
【００２０】
本明細書において説明するレーザプロセスは、空気のギャップを通して切断することができる（当該レーザプロセスは、当該ギャップにおけるビームの拡大および焦点のぼやけに患わされない）。
【００２１】
一実施形態において、イオン交換可能なガラスの被工作物をレーザ処理する方法は、パルスレーザビームの焦点を、パルスレーザビームのビーム伝播方向に沿って方向付けられたレーザビーム焦線に合わせるステップを含む。当該レーザビーム焦線は、イオン交換可能なガラスの被工作物に向けられており、当該レーザビーム焦線は、当該材料内に誘起吸収を発生させ、当該誘起吸収は、当該被工作物内においてレーザビーム焦線に沿った欠陥線または損傷トラックを生じさせる。当該方法はさらに、当該被工作物およびレーザビームを輪郭に沿ってお互いに対して移動させ、それによりレーザが被工作物内において輪郭に沿って複数の欠陥線を形成するステップを含み、この場合、隣接する欠陥線の間の周期性は、０．５マイクロメートルと２０マイクロメートルの間である。
【００２２】
別の実施形態において、上記において説明される方法により、ガラス物品が製造される。
【００２３】
さらなる別の実施形態において、ガラス物品はイオン交換可能なガラスを含み、当該ガラス物品は、少なくとも２５０マイクロメートル延在する複数の欠陥線を有する少なくとも１つのエッジを有し、当該欠陥線のそれぞれは、約５マイクロメートル以下の直径を有する。当該複数の欠陥線における隣接する欠陥線の間隔（または、欠陥線の間の距離または周期性）は、０．１マイクロメートルと２０マイクロメートルの間であり得る。当該距離は、さらに、約７マイクロメートル以下であり得る。
【００２４】
上述は、異なる構図を通じて類似の参照符号が同じ部品を参照する添付の図面に示されるように、以下の実例実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。当該図面は、必ずしも原寸に比例しているわけではなく、むしろ、当該実例実施形態を説明することに重点を置いている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ガラス片に損傷トラックまたは孔を作製するためにレーザビームの線焦点を使用する穿孔方法の概略図。
【図２Ａ】レーザビーム焦線の位置決め、すなわち、焦線に沿った誘起吸収によるレーザ波長に対して透明な材料の処理の図。
【図２Ｂ】レーザビーム焦線の位置決め、すなわち、焦線に沿った誘起吸収によるレーザ波長に対して透明な材料の処理の図。
【図３Ａ】一実施形態によるレーザ処理のための光学アセンブリの図。
【図３Ｂ】基材に対してレーザビーム焦線を様々に位置決めすることよって当該基材を処理する様々な方法の略図。
【図４】レーザ処理のための光学アセンブリの第二実施形態の略図。
【図５Ａ】レーザ処理のための光学アセンブリの第三実施形態の略図。
【図５Ｂ】レーザ処理のための光学アセンブリの第三実施形態の略図。
【図６】レーザ処理のための光学アセンブリの第四実施形態の略図。
【図７Ａ】例示的ピコ秒レーザにおける時間に対するレーザ照射（例示的パルスバースト内のレーザパルスの強度）を図式的に示す。
【図７Ｂ】例示的ピコ秒レーザにおける時間に対するレーザ照射（例示的パルスバースト内のレーザパルスの強度）を図式的に示す。
【図７Ｃ】例示的ピコ秒レーザにおける時間に対するレーザ照射（例示的パルスバースト内のレーザパルスの強度）を図式的に示す。
【図８】この開示において説明されるレーザプロセスによって形成される構造的特徴の走査電子顕微鏡写真を示す。ピッチは、これらの構造的特徴の間の分離距離である。
【図９】Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから入手可能なＩＯＸ前のコード２３２０の（イオン交換前の）ガラスの切断エッジの電子顕微鏡写真を示す。
【図１０】「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスのイオン交換前およびイオン交換後の試料の間の内部応力レベルおよび応力プロファイルの実例比較を示す。
【図１１】中央張力（ＣＴ）が１０１ＭＰａの４００マイクロメートル厚のコード２３２０ガラスの場合のシングル−パスのレーザ切断エッジの画像。
【図１２】本開示において説明されるプロセスによって切断された０．７ｍｍ厚の２３２０パーツの切断エッジの表面下損傷（ＳＳＤ）計測を示す表。値は、共焦点顕微鏡を使用して測定した。
【図１３】本開示において説明されるプロセスによって切断された０．７ｍｍ厚の２３２０パーツの切断エッジの表面粗さを示す表。
【図１４】化学強化された０．４ｍｍ厚の２３２０（ＣＴは約１００ＭＰａ）における４点曲げエッジ強度のＷｅｉｂｕｌｌプロットを示す。
【図１５】化学強化された０．７ｍｍ厚の２３２０（ＣＴは約５０ＭＰａ）における４点曲げエッジ強度のＷｅｉｂｕｌｌプロットを示す。
【図１６】４点曲げエッジ強度に対する飛高変動の影響を示すグラフ。
【図１７】様々なイオン交換条件で作製した一連のガラスシートを切断するために実施した試験のまとめの表。
【図１８】本発明によるプロセスによって切断された０．７ｍｍ厚のコード２３２０ガラス（４５ＭＰａの中央張力（ＣＴ））を酸エッチングした結果、エッジ強度が向上したことを示すグラフ。
【図１９】本開示において説明されるレーザプロセスによって切断された０．７ｍｍ厚の２３２０ガラスのエッジ強度のグラフ。
【図２０】シングルレーザパスによる、０．５５ｍｍ厚のコード２３２０ガラスの４層積層したシートの切断のエッジ画像。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
実例実施形態の説明を以下に示す。本明細書において、イオン交換可能なガラス組成物の切断に対するレーザ切断技術の適用について説明する。本明細書において言及される場合、「イオン交換可能なガラス組成物で作製された被工作物」または「イオン交換可能なガラス」は、イオン交換可能だがまだイオン交換されていないガラス、または元々イオン交換可能であってイオン交換されたガラスで作製された被工作物またはガラスである（すなわち、ＩＯＸガラス、およびＩＯＸ前の（イオン交換前）のガラス）。当該ガラスは、例えば、イオン交換（ＩＯＸ）プロセスによって化学強化されているかまたは化学強化することができるアルミノケイ酸ガラスである。そのようなガラスは、典型的には、強化前または強化後に約１０ｍｏｌ％以上の総アルカリ酸化物（例えば、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、およびＫ２Ｏ）含有量を含む。
【００２７】
このレーザプロセスは、非常に広範なレベルの中央張力（ＣＴ）にわたるイオン交換可能なガラス（例えば、ＩＯＸ前（非常に低い張力、例えば、＜２０ＭＰａ、さらには≦５ＭＰａも）ガラス、および市販されている中で最も高い中央張力（＞１００メガパスカル（ＭＰａ）を有するガラスなど）の切断を可能にする。イオン交換プロセスは、＜２０ＭＰａのＣＴを有する組成上均一なイオン交換可能なガラスがイオン交換プロセスによって強化されて、表面付近に位置される層が圧縮応力下にあるような「層状化」構造体を形成するように、ガラスを変化させることに留意されたい。イオン交換プロセスは、ガラスの曝露面付近において、例えば、元々ガラス中にあったより小さいナトリウム（Ｎａ）イオンを塩浴由来のより大きなカリウム（Ｋ）イオンで置き換えるなどによって、当該ガラスを化学的に改質するため、圧縮応力のこの層が成長する。これらの外側の圧縮領域もしくは層は次に、イオン交換後のガラスの内側もしくは中央層に対し、引張応力下に存することを強いる。対照的に、イオン交換前のガラスは、異なる応力または化学組成のそのような層を含まない。これらのガラスの全てにおいて、説明したレーザプロセスは、例えば１ｍ／秒以上の速度において直線状に切断するために、および鋭い半径の外側輪郭（＜１ｍｍ）を切断するために、および内部孔およびスロットの形成を含む任意に湾曲した形状を作製するために、使用することができる。イオン交換可能なガラス組成物は、好ましくは、選択されたレーザ波長に対して実質的に透明（すなわち、材料深さ１ｍｍあたり約１０％未満、好ましくは約１％未満の吸光率）であるべきである。この波長は、例えば、１０６４、５３２、３５５、または２６６ナノメートルであり得る。当該プロセスは、この広範囲のガラス内部応力に適応する適応能力を有すること以上に、ガラスの中央張力レベルにおける供給変動にほとんど影響されず、そのためレーザ処理条件を変える必要が全くない。さらに、本出願は、ガラスを切断し、それに続いて、当該切断されたガラスパーツのエッジ強度を、切断プロセス単独では達成することができないようなはるかに高いレベルへと高めるために様々な方法で当該パーツを処理する方法について説明する。本明細書において説明する方法は、シングルパスにおいてこれらのガラスのスタックも切断することができ、これはプロセス時間および機械稼働率を向上させる。
【００２８】
レーザおよび光学システム
透明な基材、とりわけガラス、を切断する目的のために、基材に損傷の線を作製するために線−焦点ビーム形成オプティクスとの組み合わせにおいて、ピコ秒レーザ（例えば、１０６４ｎｍピコ秒パルスバーストレーザなど）を使用する方法が開発された。これについては下記において詳述し、同様の光学システムが、２０１３年１月１５日に出願された米国特許出願第６１／７５２，４８９号明細書に記載されており、なお、当該特許出願は、参照により本明細書に組み入れられる。線焦点は、超短パルスレーザ（例えば、１００ピコ秒未満のパルス幅において複数のパルスのバーストを生じる）によって作製された、媒体における高アスペクト比の欠陥線の作製を可能にする。それは、切断される材料の上面から底面まで延在し得る断層線（本明細書では欠陥線とも呼ばれる）の作製を可能にする。いくつかの実施形態において、個々のパルスのパルス持続時間は、約１ピコ秒を超えかつ約１００ピコ秒未満の範囲（例えば、約５ピコ秒を超えかつ約２０ピコ秒未満など）であり、ならびに個々のパルスの繰返し率は、約１ｋＨｚと４ＭＨｚの間の範囲（例えば、約１０ｋＨｚと６５０ｋＨｚの間の範囲など）であり得る。
【００２９】
前述の繰返し率でのシングルパルス作動に加え、当該パルスは、約１ナノ秒と約５０ナノ秒の間（例えば、１０から３０ナノ秒の間（例えば、約２０ナノ秒））の範囲であるバースト内の個々のパルスの間の持続時間によって分離される２パルス以上（例えば、３パルス、４パルス、５パルス、１０パルス、１５パルス、２０パルス、またはそれ以上）のバーストにおいて生成することができ、ならびに当該バーストの繰り返し周波数は、約１ｋＨｚと約２００ｋＨｚの間の範囲であり得る。
【００３０】
パルスバーストのバーストまたは生成は、パルスの放出が、均一で一定の流れにおいて実行されるのではなく、むしろパルスのタイトなクラスターにおいて実行されるようなタイプのレーザ作動である。各パルスバーストは、近接して離間された少なくとも２つのパルスを含む。当該欠陥線もしくは孔は、パルスのシングルバーストが、実質的にガラスの同じ位置に当たる場合に、当該材料において形成される。すなわち、シングルバースト内の複数のレーザパルスは、ガラスにおける単一の欠陥線もしくは孔の位置に対応する。当然のことながら、当該ガラスは（例えば、一定速度で移動する台などによって）平行移動されるか、またはビームがガラスに対して移動されるので、バースト内の個々のパルスは、ガラス上の正確に同じ空間的位置にはあり得ない。しかしながら、それらは、お互いの１μｍ以内であり、すなわち、それらは、実質的に同じ位置においてガラスに当たる。例えば、それらは、お互いから０＜ｓｐ≦５００ｎｍである離間ｓｐにおいてガラスに当たり得る。例えば、ガラスのある位置が、２０パルスのバーストで打たれる場合、当該バースト内の個々のパルスは、お互いの２５０ｎｍ以内においてガラスに当たる。したがって、いくつかの実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜２５０ｎｍである。いくつかの実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜１００ｎｍである。
【００３１】
パルスバーストレーザビームは、材料がその波長において実質的に透明であるように選択された波長を有し得る。当該材料において測定された平均レーザパワーは、材料の厚さ１ｍｍあたり４０マイクロジュールを超え得、例えば、４０マイクロジュール／ｍｍと２０００マイクロジュール／ｍｍの間、または１７５マイクロジュール／ｍｍと１５００マイクロジュール／ｍｍの間、または、例えば、４０マイクロジュール／ｍｍと１０００マイクロジュール／ｍｍの間、または２００マイクロジュール／ｍｍと９００マイクロジュール／ｍｍの間であり得る。例えば、０．４ｍｍ〜０．７ｍｍ厚のＣｏｒｎｉｎｇ  コード２３２０ガラスの場合、ガラスを切断し分離するために２００μＪのパルスバーストが使用され得、これは、２８０〜５００μＪ／ｍｍの例示的範囲を与える。任意の所望のパーツの形状を描く穿孔線もしくは輪郭を作製するために、当該ガラスは、レーザビームに対して移動される（またはレーザビームが、ガラスに対して平行移動される）。
【００３２】
本明細書において定義される場合、欠陥線の直径または内径は、当該ガラスまたは被工作物における開口チャネルまたは通気孔の内径である。例えば、本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、欠陥線の内径は、＜５００ｎｍ、例えば、≦４００ｎｍ、または≦３００ｎｍである。さらに、欠陥線の内径は、例えば、レーザビーム焦線のスポット直径と同じくらい大きくあり得る。したがって、孔もしくは欠陥線（本明細書では損傷トラックとも呼ばれる）はそれぞれ、０．１マイクロメートルと１００マイクロメートルの間、例えば、１．５から３．５マイクロメートル、または０．２５から５マイクロメートル、または（例えば、０．２〜０．７５マイクロメートル）の直径を有し得る。当該レーザビーム焦線は、約０．１ｍｍと約１０ｍｍの間、または約０．５ｍｍと約５ｍｍの間の範囲の長さ、例えば、約１ｍｍ、約２ｍｍ、約３ｍｍ、約４ｍｍ、約５ｍｍ、約６ｍｍ、約７ｍｍ、約８ｍｍ、または約９ｍｍの長さ、または約０．１ｍｍと約１ｍｍの間の範囲の長さ、ならびに約０．１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間の範囲の平均スポット直径を有し得る。これらの穿孔、欠陥領域、損傷トラック、または欠陥線は、概して、１から１５マイクロメートルにおいて離間されている（例えば、３〜１２マイクロメートル、より好ましくは５〜１０マイクロメートル）。例えば、非イオン交換（ＮＩＸ）ガラスの場合、３〜５マイクロメートルであり、あるいはＩＯＸガラスの場合、５〜８マイクロメートルである。
【００３３】
線焦点の発生は、ガウスレーザビームをアキシコンレンズ中に送り込むことによって実行され得、この場合、ガウス−ベッセルビームとして知られるビームプロファイルが作り出される。そのようなビームは、ガウスビームよりはるかに遅く回折する（例えば、数十マイクロメートル以下に対して、数百マイクロメートルもしくは数百ミリメートルの範囲にシングルマイクロメートルのスポットサイズを維持し得る）。したがって、焦点の深さまたは材料との非常に強い相互作用の長さは、ガウスビームのみを使用する場合よりはるかに大きくあり得る。他の形態またはゆっくり回折するビームまたは回折しないビーム（例えば、エアリービームなど）も使用することができる。欠陥線は、例えばガラスシートの厚さを通って延在し、ガラスシートの主要（平坦な）面に対して実質的に直交する（１度以内）。
【００３４】
図１は、当該システムの光軸に対して平行な、直線形状を有するパターンに光線の焦点を合わせるために、アキシコン光学素子および他のレンズが使用されている概念の一実施形態を図式的に示している。当該基材は、線−焦点内に存するように位置決めされる。この例示的に実施形態において、約１ｍｍ程度（長さ）の線−焦点、ならびに約１００ｋＨｚの繰返し率において約２０Ｗ以上の出力パワーを生じるピコ秒のレーザ（当該材料において測定した場合に約２００マイクロジュール／パルスである）において、線領域における光強度は容易に、当該材料において非線形吸収を生じさせるのに十分に高い。当該パルスバーストレーザビームは、当該材料において測定した場合に、材料の厚さ１ｍｍあたり４０マイクロジュールを超える、パルスバースト当たりの平均レーザエネルギーを有し得る。イオン交換可能なガラスの切断に対して、使用される平均レーザパルスバーストエネルギーは、材料の厚さ１ｍｍあたり２０００μＪと高くあり得、例えば、４０〜１００μＪ／ｍｍ、好ましくは１７５〜１５００μＪ／ｍｍ、より好ましくは２００〜９００μＪ／ｍｍ、さらにより好ましくは２５０〜６００μＪ／ｍｍであり得る。この「平均レーザエネルギー」は、パルスバーストあたりの平均として、線形エネルギー密度、または材料の厚さ１ｍｍあたりレーザパルスバーストあたりの平均エネルギーとも呼ぶことができる。高強度の直線領域におよそ従う、損傷した、除去された、蒸発した、または他の方法において変質された材料の領域が作製される。当該基材は、次いで、光学ビームに対して移動させられ、一連の損傷トラックもしくは線が当該材料に作製され、実際に、所望の経路もしくは輪郭に沿って当該材料に穿孔する。
【００３５】
図２Ａおよび２Ｂを参照すると、イオン交換可能なガラスの被工作物などの材料をレーザ処理する方法は、パルスレーザビーム２の焦点を、ビームの伝播方向に沿って方向付けされたレーザビーム焦線２ｂに合わせるステップを含む。図３Ａに示されているように、レーザ３（図示されず）は、レーザビーム２を放出し、これは、光学アセンブリ６に入射する部分２ａを有する。当該光学アセンブリ６は、入射レーザビームを、アウトプット側において、ビーム方向に沿った定義された拡張範囲（焦線の長さｌ）にわたる広範のレーザビーム焦線２ｂへと変える。平坦な基材１は、レーザビーム２のレーザビーム焦線２ｂに少なくとも部分的に重なるように、ビーム経路に位置される。したがって、当該レーザビーム焦線は、当該材料中へと向けられる。符号１ａは、それぞれ光学アセンブリ６またはレーザに面している当該平坦な基材の表面を指定しており、符号１ｂは、基材１の反対側の表面を指定している。当該基材もしくは被工作物の厚さ（この実施形態では、平面１ａおよび１ｂに対して、すなわち、基材の平面に対して垂直に測定された）は、ｄで標識されている。
【００３６】
図２Ａに表されているように、基材１（またはガラス複合材の被工作物）は、長手方向のビーム軸に対して垂直に、したがって、光学アセンブリ６によって生成された同じ焦線２ｂの後方に配置される（当該基材は、図面の平面に対して垂直である）。焦線がビーム方向に沿って方向付けまたは配置されている場合、当該基材は、焦線２ｂが基材の表面１ａの前方から始まって基材の表面１ｂの前方で終わるように焦線２ｂに対して位置決めされており、すなわち、依然として焦線２ｂは、基材内において終端し、表面１ｂを超えて延在してはいない。レーザビーム焦線２ｂが基材１と重なる領域において、すなわち、焦線２ｂの適応範囲の基材材料において、広範なレーザビーム焦線２ｂが、（長手方向のビーム方法に沿って配置された）広範な部分２ｃを生じさせ（レーザビーム焦線２ｂに沿った好適なレーザ強度を仮定する場合、レーザビーム２の焦点を長さｌの部分（すなわち、長さｌの線焦点）に合わせることによって強度が確保される）、そこに沿って、基材材料において誘起吸収が生じる。誘起吸収は、部分２ｃに沿って、基材材料において欠陥線の形成を生じる。当該欠陥線は、複数のレーザパルスの単一の高エネルギーパルスバーストを使用することによって生成された、実質的に透明な材料、基材、または被工作物における、微視的（例えば、＞１００ｎｍかつ＜０．５マイクロメートルの直径）な細長い「孔」（穿孔または欠陥線とも呼ばれる）である。個々の穿孔は、例えば、数百キロヘルツの率（１秒あたり数十万の穿孔）において作製することができる。光源と材料の間の相対運動により、これらの穿孔は、お互いに隣接して位置され得る（所望の場合、空間分離は、サブマイクロメートルオーダーからマイクロメートルオーダーまで変わる）。この空間分離（ピッチ）は、材料または被工作物の分離を容易にするように選択することができる。いくつかの実施形態において、当該欠陥線は、「貫通孔」であり、これは、実質的に透明な材料の上部から底部まで延在する孔または開口チャネルである。当該欠陥線の形成は、局所のみではなく、誘起吸収の広範な部分２ｃの長さ全体にわたる。部分２ｃの長さ（レーザビーム焦線２ｂと基材１とが重なる部分の長さに対応する）は、符号Ｌで標識されている。誘起吸収２ｃの当該部分の平均直径または範囲（または、欠陥線の形成を受ける基材１の材料における当該部分）は、符号Ｄで標識される。この平均範囲Ｄは、基本的に、レーザビーム焦線２ｂの平均直径８に対応し、すなわち、平均スポット直径は、約０．１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間の範囲である。ベッセルビームのスポット直径Ｄは、Ｄ＝（２．４０４８λ）／（２πＢ）として表すことができ、この場合、λはレーザビーム波長であり、Ｂは、アキシコン角度の関数である。
【００３７】
図２Ａに示されているように、基材材料（レーザビーム２の波長λに対して透明な）は、焦線２ｂ内でのレーザビームの高強度に関連する非線形効果から生じる、焦線２ｂに沿った誘起吸収によって加熱される。図２Ｂは、加熱された基材材料が最終的には広がって、対応する誘起張力が微小亀裂の形成を引き起こすであろうことを示しており、この場合、張力は表面１ａにおいて最も高い。
【００３８】
焦線２ｂを生じさせるために適用することができる代表的な光学アセンブリ６、ならびにこれらの光学アセンブリを適用することができる代表的な光学セットアップについて、以下において説明する。全てのアセンブリまたはセットアップは、上記の説明に基づいており、個々の符号は、同一の構成要素または構造的特徴または機能的に等しいものに対して使用される。したがって、相違点のみを以下において説明する。
【００３９】
分離は分離されたパーツの表面に沿って生じ、その分離されたパーツの表面の高品質（破壊強度、幾何学的精度、粗さ、および再機械加工要件の回避に関する）を確保するため、分離線に沿って基材表面上に位置決めされた個々の焦線は、以下において説明する光学アセンブリを使用して発生されるべきである（以下において、当該光学アセンブリは、択一的にレーザオプティクスとも呼ばれる）。分離された表面（または切断エッジ）の粗さは、特に、焦線のスポットサイズまたはスポット直径により生じる。表面の粗さは、例えば、Ｒａ表面粗さ統計量（サンプリングされた表面の高さの絶対値の粗さの算術平均であり、焦線のスポット直径に起因して生じた隆起の高さを含む）によって特徴付けることができる。レーザ３における所定の波長λの場合に（基材１の材料との相互作用）、例えば、０．５マイクロメートルから２マイクロメートルなどの小さいスポットサイズを達成するため、通常は、レーザオプティクス６の開口数に対してある特定の要件が課せられる。これらの要件は、下記において説明されるレーザオプティクス６によって満たされる。
【００４０】
一方において、必要な開口数を達成するために、当該オプティクスは、既知のＡｂｂｅ式（Ｎ．Ａ．＝ｎ  ｓｉｎ（θ）、式中、ｎ：加工されるガラスもしくは複合材被工作物の屈折率、θ：開口角の半分であり；ならびにθ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／２ｆ）であり、この場合、Ｄ：口径、ｆ：焦点長、である）に従って、所定の焦点長に対して必要とされる開口部を配置しなければならない。その一方で、当該レーザビームは、必要な口径までオプティクスに照射しなければならず、それは、典型的には、レーザと集束オプティクスの間の拡幅式テレスコープを使用したビーム拡幅によって達成される。
【００４１】
スポットサイズは、焦線に沿った均一な相互作用のためにあまり激しく変わるべきではない。これは、例えば、ビーム開口部、したがって開口数のパーセンテージの変化がわずかになるように、集束オプティクスにおける小さい円形の領域のみに照射することによって確保することができる（以下の実施形態を参照されたい）。
【００４２】
図３Ａによれば（レーザ放射２のレーザビーム束における中央ビームのレベルにおいて基材平面に垂直な部分；ここでも、レーザビーム２は、焦線が好ましくは約０度、すなわち、焦線２ｂまたは誘起吸収２ｃの広範な部分が基材垂線に対して平行であるような入射角において基材平面に入射する）、レーザ３によって放たれたレーザ放射２ａは、最初に、使用されるレーザ放射に対して完全に不透明である円形アパーチャ８に向けられている。アパーチャ８は、長手方向のビーム軸に対して垂直に配置されており、描かれているビーム束２ａの中央ビームに対して中央に位置されている。アパーチャ８の直径は、ビーム束２ａの中央近くのビーム束または中央ビーム（ここでは、２ａＺで標識されている）が当該アパーチャに当たりそれによって完全に吸収されるように、選択される。ビーム半径と比較してアパーチャサイズが小さいために、ビーム束２ａの外周範囲におけるビーム（周辺光線、ここでは２ａＲで標識されている）のみは、吸収はされないが、アパーチャ８の側方を通過して光学アセンブリ６の集束光学素子（この実施形態では、球面状に切断された両凸レンズ７として設計されている）の周辺領域に当たる。
【００４３】
レンズ７は、中央ビームの中央に位置されており、球面状にカットされた一般的なレンズの形態の非補正の集束両凸レンズとして設計される。そのようなレンズの球面収差は、有利であり得る。代替として、理想的に補正されたシステムから逸脱する非球面またはマルチレンズシステム（理想的な焦点を形成しないが、定義された長さの明瞭で細長い焦線を形成する）も使用することができる（すなわち、単一の焦点を有さないレンズまたはシステム）。したがって、当該レンズのゾーンは、レンズの中央からの距離に従って、焦線２ｂに沿って焦点を合わせる。ビーム方向と交差するアパーチャ８の直径は、ビーム束の直径のおよそ９０％であり（ピーク強度の１／ｅ２に減じるためにビーム強度に対して必要とされる距離によって定義される）、ならびに光学アセンブリ６のレンズの直径のおよそ７５％である。したがって、中央においてビーム束を遮断することによって生じる非収差補正非球面レンズ７の焦線２ｂが使用される。図３Ａは、中央ビームを通る一平面での部分を示しており、描かれたビームを焦線２ｂの周りに回転させた場合に完全な三次元の束を見ることができる。このタイプの焦線の潜在的欠点の１つは、条件（スポットサイズ、レーザ強度）が焦線に沿って（したがって、材料における所望の深さに沿って）変わり得るため、所望のタイプの相互作用（溶融せず、誘起吸収、亀裂形成までの熱塑性変形）は、おそらく焦線における選択された部分のみにおいて生じ得るという点である。このことは、おそらく入射レーザ光の一部のみが所望の方法において基材材料によって吸収されるということを意味する。このように、当該プロセスの効率（所望の分離速度のために必要な平均レーザパワー）が損なわれ得、ならびにレーザ光は、所望でない領域（基材または基材を保持する固定具に隣接する部分または層）にも送られ得、望ましくない方法（例えば、加熱、拡散、吸収、望ましくない変更）においてそれらと相互作用し得る。
【００４４】
図３Ｂ−１〜４は、（図３Ａの光学アセンブリに対してだけでなく、基本的に、任意の他の適用可能な光学アセンブリ６に対しても）レーザビームの焦線２ｂの位置は、基材１に対して光学アセンブリ６を好適に位置決めすることによって、および／または揃えることによって、ならびに光学アセンブリ６のパラメータを好適に選択することによって、制御することができるということを示している。図３Ｂ−１に示されているように、焦線２ｂの長さｌは、基材またはガラスの被工作物の厚さｄを超えるような方法において調節することができる（ここでは２倍まで）。基材１が焦線２ｂの中央に位置されている場合（長手方向のビーム方向から見て）、誘起吸収２ｃの広範な部分は、基材の厚さ全体にわたって生じている。レーザビーム焦線２ｂは、例えば、約０．０１ｍｍと約１００ｍｍの間の範囲の長さｌを有し得る。レーザビーム焦線２ｂは、例えば、約０．１ｍｍと約１００ｍｍの間の範囲または約０．１ｍｍと約１０ｍｍの間の範囲の長さｌを有し得る。様々な実施形態は、例えば、約０．１ｍｍ、０．５ｍｍから５ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、または５ｍｍの長さｌを有するように構成することができる。
【００４５】
図３Ｂ−２に示されている事例では、長さｌの焦線２ｂは、基材厚さｄにおおよそ一致するように生じている。基材１は、線２ｂが基材の外側の点から始まるように線２ｂに対して位置決めされるので、誘起吸収２ｃの拡張部分の長さＬ（ここでは、基材表面から、定義された基材深さまで延びているが、反対側の表面１ｂまでは達していない）は、焦線２ｂの長さｌより小さい。図３Ｂ−３は、基材１は（ビーム方向に対して垂直な方向に沿って見て）、焦線２ｂの開始点より上に位置決めされている事例を示しており、図３Ｂ−２のように、線２ｂの長さｌは、基材１における誘起吸収２ｃの部分の長さＬより長い。したがって、焦線は、基材内から始まり、反対側の表面１ｂを越えて延びている。図３Ｂ−４は、焦線長さｌが基材の厚さｄより短い事例を示しており、そのため、入射の方向から見て基材が焦線に対して中央に位置決めされている事例において、焦線は、基材内の表面１ａ付近から始まって基材内の表面１ｂ付近で終わっている（例えば、ｌ＝０．７５・ｄ）。
【００４６】
表面１ａ、１ｂの少なくとも一方が焦線の適用範囲に含まれ、それにより、誘起吸収２ｃの一部が少なくとも基材の一方の表面上から始まるように焦線２ｂを位置決めすることは特に有利である。このように、表面におけるアブレーション、フェザリング、および微粒子化を避けつつ、実質的に理想的な切断を達成することは可能である。
【００４７】
図４は、別の適用可能な光学アセンブリ６を表している。基本構造は、図３Ａにおいて説明したものに従っており、そのため、相違点のみを以下において説明する。表されている光学アセンブリは、焦線２ｂを生じさせるための、非球状自由表面を有するオプティクスの使用に基づいており、当該オプティクスは、定義された長さｌの焦線が形成されるような形状をしている。この目的のために、光学アセンブリ６の光学素子として非球面を使用することができる。図４では、例えば、いわゆる円錐型プリズム（しばしば、アキシコンとも呼ばれる）が使用されている。アキシコンは、光軸に沿った線上にスポット源を形成する（またはレーザビームを環状に変える）、特別な円錐形にカットされたレンズである。そのようなアキシコンのレイアウトは、一般的に、当業者に既知であり；実施例において、円錐角は１０°である。他の範囲のアキシコンの円錐角も用いることができる。ここで符号９で標識されているアキシコンの頂点は、入射方向に向けられており、ビーム中央の中心に位置されている。アキシコン９によって発生した焦線２ｂは、その内部において始まるため、基材１（ここでは、主要なビーム軸に対して垂直に配置されている）は、アキシコン９のすぐ後方におけるビーム経路に位置決めすることができる。図４に示されているように、アキシコンの光学特性により、基材１を、焦線２ｂの範囲内に維持しつつ、ビーム方向に沿って移動させることも可能である。したがって、基材１の材料における誘起吸収２ｃの部分は、基材の深さｄ全体を適用範囲に収めて延在する。
【００４８】
しかしながら、描かれているレイアウトは、以下の制限を受ける。アキシコン９によって形成された焦線２ｂの領域は、アキシコン９内において始まるため、アキシコン９と基材もしくはガラス複合材の被工作物材料が離れている状況では、レーザエネルギーの大部分は、材料内に位置される、焦線２ｂにおける誘起吸収２ｃの部分に焦点を合わせられていない。さらに、焦線２ｂの長さｌは、アキシコン９の屈折率および円錐角によりビーム直径に関連している。これは、比較的薄い材料（数ミリメートル）の場合、総焦線は、基材またはガラス複合材の被工作物の厚さよりはるかに長く、レーザエネルギーの多くを材料内に焦点を合わせることができないという影響を有する理由である。
【００４９】
この理由から、アキシコンと集束レンズの両方を備える光学アセンブリ６を使用することが望ましくあり得る。図５Ａには、広い範囲に及ぶレーザビーム焦線２ｂを形成するように設計された非球状自由表面を有する第一の光学素子がレーザ３のビーム経路に位置決めされている、そのような光学アセンブリ６が描かれている。図５Ａに示されている事例において、この第一の光学素子は、５°の円錐角を有するアキシコン１０であり、これは、ビーム方向に対して垂直に位置決めされており、レーザビーム３に対して中央に位置されている。アキシコンの頂点は、ビーム方向を向いている。第二の集束光学素子（ここでは、平凸レンズ１１（その湾曲は、アキシコンの方を向いている））は、アキシコン１０から距離ｚ１においてビーム方向に位置決めされている。距離ｚ１（この場合はおよそ３００ｍｍ）は、アキシコン１０によって形成されるレーザ放射がレンズ１１の外側放射状部分上に環状に入射するように選択される。レンズ１１は、距離ｚ２（この場合、レンズ１１からおよそ２０ｍｍ）において、アウトプット側における環状放射の焦点を、定義された長さ（この場合は１．５ｍｍ）の焦線２ｂに合わせる。レンズ１１の有効焦点距離は、この実施形態では２５ｍｍである。アキシコン１０によるレーザビームの環状変換は、符号ＳＲによって標識されている。
【００５０】
図５Ｂには、図５Ａによるガラス被工作物または基材１の材料における焦線２ｂまたは誘起吸収２ｃの形成が詳細に描かれている。要素１０、１１の両方の光学特性ならびにそれらの位置決めは、ビーム方向における焦線２ｂの長さｌが基材１の厚さｄと正確に同一であるように選択される。その結果、図５Ｂに示されているように、焦線２ｂを基材１の２つの表面１ａおよび１ｂの間に正確に位置決めするために、ビーム方向に沿った基材１の正確な位置決めが必要とされる。
【００５１】
したがって、焦線がレーザオプティクスからある特定の距離において形成される場合、ならびにレーザ放射の大部分が、焦線の所望の終端までに焦点を合わされる場合に、有利である。説明されるように、これは、特定の外側放射状領域を円状（環状）にのみ覆うように主に集束要素１１（レンズ）に照射することによって達成することができ、これは、一方において、必要な開口数、したがって必要なスポットサイズを実現するために役に立つが、しかしながら、他方において、拡散の円は、基本的に円形のスポットが形成されるため、スポットの中心での非常に短い距離における必要な焦線２ｂの後方で強度を低下させる。このように、欠陥線の形成は、必要な基材深さにおいて短い距離内で止まる。アキシコン１０と集束レンズ１１との組み合わせは、この要件を満たす。当該アキシコンは、２つの異なる方法：アキシコン１０により、通常は丸いレーザスポットが、環状において集束レンズ１１に送られること、ならびにアキシコン１０の非球面は、焦線が焦平面の焦点の代わりにレンズの焦平面を越えて形成されるという効果を有すること、において機能する。焦線２ｂの長さｌは、アキシコン上のビーム直径により調節することができる。他方で、焦線に沿った開口数は、アキシコン−レンズの距離ｚ１およびアキシコンの円錐角によって調節することができる。このように、レーザエネルギー全体を、焦線において濃縮することができる。
【００５２】
欠陥線の形成が、基材の裏側まで続くように意図される場合、円形（環状）照射は、依然として、（１）レーザパワーが、レーザ光のほとんどが焦線における必要な長さにおいて濃縮されたままであるという意味において最適に使用される、および（２）他の光学機能によって設定された所望の収差と共に円形に照射されたゾーンにより、焦線に沿って均一なスポットサイズ（したがって、焦線に沿って基材からのパーツの均一な分離）を達成することが可能である、という利点を有する。
【００５３】
図５Ａに示された平凸レンズの代わりに、焦束メニスカスレンズまたは別のより高度に補正された集束レンズ（非球面のマルチレンズシステム）を使用することも可能である。
【００５４】
図５Ａに示されたアキシコンとレンズの組み合わせを使用して非常に短い焦線２ｂを発生させるためには、アキシコンに入射するレーザビームの非常に小さいビーム直径を選択することが必要であろう。これは、アキシコンの頂点上へのビームの中央揃えが非常に正確でなければならず、ならびに結果は、レーザの方向の変動（ビームドリフトの安定性）に非常に影響を受けやすいという実用上の欠点を有する。その上、タイトに視準を合わせたレーザビームは非常に発散性であり、すなわち、光偏向により、ビーム束は短い距離においてぼやける。
【００５５】
図６に示されているように、光学アセンブリ６に、別のレンズとしてコリメーティングレンズ１２を含ませることによって、両方の影響を避けることができる。追加の収斂レンズ１２は、集束レンズ１１の円形照射を非常にタイトに調節するために役立つ。コリメーティングレンズ１２の焦点長ｆは、所望の円の直径ｄｒが、アキシコンからコリメーティングレンズ１２までの距離ｚ１ａから得られるように選択され、これはｆに等しい。環の所望の幅ｂｒは、距離ｚ１ｂ（コリメーティングレンズ１２から集束レンズ１１まで）によって調節することができる。純粋な幾何学的な問題として、円形照射の小さい幅は、短い焦線へとつながる。最小値は、距離ｆにおいて達成することができる。
【００５６】
したがって、図６に示された光学アセンブリ６は、図５Ａに示されたものに基づいており、そのため、相違点のみを以下において説明する。追加として、コリメーティングレンズ１２（ここでは、（その頂点がビーム方向を向いている）平凸レンズとして設計されている）が、一方のアキシコン（その湾曲がビーム方向を向いている）と他方の平凸レンズの間のビーム経路の中央に位置される。アキシコン１０からコリメーティングレンズ１２までの距離はｚ１ａと称し、コリメーティングレンズ１２から集束レンズ１１までの距離はｚ１ｂと称し、ならびに集束レンズ１１から焦線２ｂまでの距離はｚ２と称する（常に、ビーム方向から見て）。図６に示されているように、アキシコン１０によって形成された円形放射ＳＲ（拡散的に、コリメーティングレンズ１２上に円形直径ｄｒにおいて入射する）は、集束レンズ１１における少なくともおよそ一定の円形直径ｄｒに対し、距離ｚ１ｂに沿って、必要な円形幅ｂｒに調節される。図示されている事例において、非常に短い焦線２ｂは、レンズ１２においておよそ４ｍｍの円形幅ｂｒがレンズ１２の集束特性によりレンズ１１においておよそ０．５ｍｍまで減じられる（当該実施例において、円形直径ｄｒは２２ｍｍである）ように発生させることが意図される。
【００５７】
示されている実施例において、２ｍｍの典型的なレーザビーム直径、焦点長ｆ＝２５ｍｍの集束レンズ１１、焦点長ｆ＝１５０ｍｍのコリメーティングレンズ、ならびに選択距離Ｚ１ａ＝Ｚ１ｂ＝１４０およびＺ２＝１５ｍｍを使用することにより、０．５ｍｍ未満の焦線１の長さを達成することが可能である。
【００５８】
例えば、Ｇｏｒｉｌｌａガラス組成物を切断する目的のために、当該ガラス組成物において損傷の線（欠陥線）を作製するために、線−焦点ビーム形成オプティクスと組み合わせてピコ秒のパルスレーザ（例えば、複数のパルスのバーストを生じる１０６４ｎｍのピコ秒パルスレーザ）を使用するプロセスを開発した。０．７ｍｍ厚までのガラス組成物を、オプティクスによって生成される焦線の領域内に位置決めした。約１ｍｍ長の焦線、ならびに当該ガラス組成物において測定した場合に２００ｋＨｚのレーザ繰返し率において約２４Ｗ以上（約１２０マイクロジュール／バースト）の出力パワーを生じるピコ秒レーザにより、焦線領域における光学強度は、容易に、当該ガラス組成物において非線形吸収を生じさせるのに十分高くあり得る。当該パルスレーザビームは、当該材料において測定した場合に材料１ｍｍ厚あたり４０マイクロジュールを超える平均レーザバーストエネルギーを有し得る。使用される平均レーザパルスバーストエネルギーは、当該エネルギー密度が、穿孔線または切断エッジに直交する微小亀裂生成の程度を最小限に抑えつつ、ガラスを通して完全な損傷トラックを作製するのに十分に高いため、材料の厚さ１ｍｍあたり２０００μＪと高くあり得、例えば、４０〜１５００μＪ／ｍｍであり、１７５〜１５００μＪ／ｍｍが好ましく、２００から９００μＪ／ｍｍがさらにより好ましい。いくつかの例示的実施形態において、当該レーザバーストエネルギーは、２５０〜６００μＪ／ｍｍである。この１ｍｍあたりの「平均パルスバーストレーザエネルギー」は、バーストあたりの平均、線形エネルギー密度、または材料の厚さ１ｍｍあたりレーザパルスあたりの平均エネルギーとも呼ぶことができる。レーザビーム焦線によって作製された高光学強度の直線領域におおよそ続いて、ガラス組成物内に、損傷した、除去された、蒸発した、または他の方法において変質された材料の領域が生成された。
【００５９】
そのようなピコ秒レーザの典型的な作動は、パルスバーストまたはパルスの「バースト」を生成することに留意されたい。これは、図７Ａ〜７Ｃに示されている。各「バースト」は、非常に短い持続時間（約１０秒）の複数のパルス（例えば、少なくとも２パルス、少なくとも３パルス、少なくとも４パルス、少なくとも５パルス、またはそれ以上）を含み得る。より詳細には、図７Ｂおよび７Ｃに示されているように、本明細書において説明される実施形態により、当該ピコ秒レーザは、パルス７２０の「バースト」７１０（本明細書において「パルスバースト」とも呼ばれる）を生じる。各「バースト」７１０は、１００ピコ秒までの非常に短い持続時間Ｔｄ（例えば、０．１ピコ秒、５ピコ秒、１０ピコ秒、１５ピコ秒、１８ピコ秒、２０ピコ秒、２２ピコ秒、２５ピコ秒、３０ピコ秒、５０ピコ秒、７５ピコ秒、またはそれらの間）の複数のパルス７２０（例えば、２パルス、３パルス、４パルス、５パルス、１０パルス、１５パルス、２０パルス、またはそれ以上）を含む。単一のバースト７１０内のこれらの個々のパルス７２０は、「サブパルス」とも呼ぶことができ、これは、単純に、それらがパルスの単一のバースト内において生じるという事実を指している。パルスバースト内の各レーザパルス７２０のエネルギーまたは強度は、パルスバースト内の他のパルスに等しくはあり得ず、パルスバースト７１０内の複数のパルスの強度分布は、しばしば、レーザ設計によって規定される時間での指数関数的減衰に従う。好ましくは、本明細書において説明される例示的実施形態のパルスバースト７１０内の各パルス７２０は、１ナノ秒から５０ナノ秒の持続時間Ｔｐ（例えば、１０〜５０ナノ秒、または１０〜５０ナノ秒、または１０〜３０ナノ秒であり、当該時間は、しばしばレーザキャビティ設計によって規定される）によってバースト内の後続のパルスから時間的に分離される。所定のレーザの場合、パルスバースト７１０内の各パルス間の時間的間隔Ｔｐ（パルス・ツー・パルス間隔）は比較的一定である（±１０％）。例えば、いくつかの実施形態において、個々の各パルスは、およそ２０ナノ秒（５０ＭＨｚ）によって後続のパルスから時間的に分離される。例えば、約２０ナノ秒のパルス間隔Ｔｐを生じるレーザの場合、バースト内でのパルス・ツー・パルス間隔Ｔｐは、約±１０％以内に維持され、あるいは約±２ナノ秒である。各「バースト」間の時間（すなわち、バースト間の時間的間隔Ｔｂ）は、はるかに長いであろう（例えば、０．２５≦Ｔｂ≦１０００マイクロ秒、例えば、１〜１０マイクロ秒、または３〜８マイクロ秒）。例えば、本明細書において説明されるレーザの例示的実施形態のいくつかでは、それは、約２００ｋＨｚのレーザ繰返し率または周波数の場合、約５マイクロ秒である。レーザ繰返し率は、本明細書においてバースト繰返し周波数とも呼ばれ、あるバースト内の最初のパルスと後続のバースト内の最初のパルスの間の時間として定義される。他の実施形態において、当該バースト繰返し周波数は、約１ｋＨｚと約４ＭＨｚの間の範囲である。より好ましくは、当該レーザ繰返し率は、例えば、約１０ｋＨｚと６５０ｋＨｚの間の範囲であり得る。各バースト内の最初のパルスと後続のバースト内の最初のパルスの間の時間Ｔｂは、０．２５マイクロ秒（４ＭＨｚの繰返し率）から１０００マイクロ秒（１ｋＨｚのバースト繰返し率）、例えば、０．５マイクロ秒（２ＭＨｚのバースト繰返し率）から４０マイクロ秒（２５ｋＨｚのバースト繰返し率）、または２マイクロ秒（５００ｋＨｚのバースト繰返し率）から２０マイクロ秒（５０ｋＨｚのバースト繰返し率）であり得る。正確なタイミング、パルス持続時間、および繰返し率は、レーザ設計に応じて変わり得るが、高強度の短いパルス（Ｔｄ＜２０ピコ秒、好ましくはＴｄ≦１５ピコ秒）は、特に良好に機能することが示されている。
【００６０】
材料に変更を加えるために必要なエネルギーは、バーストエネルギー（バースト内に含まれるエネルギー（各パルスバースト７１０は、一連のパルス７２０を含む））の観点から、または単一のレーザパルス内（その多くは、バーストを含み得る）に含まれるエネルギーの観点から、説明することができる。これらの適用のために、パルスバーストあたりのエネルギーは、２５〜７５０μＪ、より好ましくは５０〜５００μＪ、または５０〜２５０μＪであり得る。いくつかの実施形態において、パルスバーストあたりのエネルギーは、１００〜２５０μＪである。バースト内の個々のパルスのエネルギーは少なく、正確な個々のレーザパルスのエネルギーは、バースト７１０内のパルス７２０の数ならびに図７Ｂまたは７Ｃに示されるような時間によるレーザパルスの減衰率（例えば、指数関数的減衰率）によって変わるであろう。例えば、一定エネルギー／バーストの場合、あるパルスバーストが１０の個々のレーザパルス７２０を含む場合、個々のレーザパルス７２０のそれぞれは、同じパルスバースト７１０が２つだけの個々のレーザパルスを有する場合より少ないエネルギーを含むであろう。
【００６１】
そのようなパルスバーストを発生させることができるレーザの使用は、例えばガラスなどの透明材料の切断または変更にとって有利である。レーザの繰返し率によって時間で離間された単一パルスの使用とは対照的に、レーザエネルギーがバースト７１０内のパルスの迅速なシークエンスにわたって広がるようなパルスバーストシークエンスの使用は、シングルパルスのレーザと比べて、材料との高強度の相互作用のより大きな時間スケールへのアクセスを可能にする。シングルパルスは、時間内に広がり得るが、その場合、パルス内の強度は、パルス幅にわたっておよそ同じ程度に低下しなければならない。したがって、１０ピコ秒のシングルパルスが１０ナノ秒のパルスに広げられる場合、強度は、およそ３桁低下する。そのような低下は、非線形吸収がもはや重要でない程度まで光学強度を減少させ、ならびに光−材料相互作用は、もはや、切断を可能にするほど強くはない。対照的に、パルスバーストレーザでは、各サブパルス７２０（またはバースト７１０内のパルス７２０）の強度は非常に高いままであり得、例えば、およそ１０ナノ秒の時間において離間される３つの１０ピコ秒のパルス７２０は、依然として、各パルス内の強度を、１０ピコ秒のシングルパルスよりおよそ３倍高くすることを可能にするが、その一方で、当該レーザは、この場合は３桁大きい時間スケールにわたって、材料と相互作用することが可能である。したがって、バースト内の複数のパルス７２０のこの調節は、既存のプラズマプルームとのより大きなもしくはより少ない光相互作用、初期のまたは以前のレーザパルスによって予め励起されていた原子および分子とのより大きなもしくはより少ない光−材料相互作用、ならびに微小亀裂の制御された成長を促進することができる材料内でのより大きなもしくはより少ない加熱効果、を促進することができるような方法において、レーザ−材料相互作用の時間スケールの操作を可能にする。材料を変更するために必要なバーストエネルギーの量は、基材材料の組成および基材と相互作用するために使用した線焦点の長さによって変わるであろう。相互作用領域が長いほど、広げられるエネルギーも多く、必要とされるバーストエネルギーもより高い。
【００６２】
線焦点を形成する光学的方法は、ドーナツ形状のレーザビームおよび球面レンズ、アキシコンレンズ、回折素子、または高強度の線形領域を形成するための他の方法を使用した複数の形態を取ることができる（符号１を参照されたい）。非線形光学効果により基材またはガラス材料の被工作物の破壊を作り出すために十分な光学強度が達成される限り、レーザのタイプ（ピコ秒、フェムト秒など）および波長（ＩＲ、緑色、ＵＶなど）も変えることができる。必須要素は、この長い線焦点が作り出されることであり、これは、シングルレーザバーストにより材料における非常に長い損傷トラックもしくは孔の作製を可能にし、したがって、非常に急速に発散し、非常に短い損傷トラックしか生成させることができず、そのため、基材に十分に穿孔するために、異なる焦点位置での多重スキャンを行わなければならない従来のガウス状レーザビームとは対照的である。
【００６３】
孔または損傷トラックの形成
これらの孔または損傷トラックは、概して、約０．１から２マイクロメートル、例えば、約０．５〜１．５マイクロメートルの内部寸法を有する孔の形態を取る。好ましくは、当該孔は、非常に小さい寸法である（シングルマイクロメートル以下）。例えば、いくつかの実施形態において、当該孔は、約０．２から０．７マイクロメートル、または０．３から０．６マイクロメートルの内部寸法を有する。
【００６４】
そのような構造的特徴の走査電子顕微鏡画像が図８に示されている。当該孔は、材料の厚さ全体を穿孔することができるが、材料の深さを貫通する連続した開口部であってもまたはそうでなくてもよい。図９は、７００マイクロメートル厚のＣｏｒｎｉｎｇコード２３２０ガラス片の厚さ全体を穿孔するそのようなトラックの例を示している。切断は、２００ｍｍ／秒で基材を横断するレーザビームのシングルパスによって行った。当該画像は、当該穿孔がガラスの全厚さを横断していることを示している。穿孔または損傷トラックは、割断されたエッジの側面により観察される。材料を通るトラックは、必ずしも貫通孔ではないが（しばしば、当該孔を塞ぐガラスの領域が存在する）、それらは、概して、サイズが小さく、マイクロメートルオーダーである。
【００６５】
重ねられたガラスシートを穿孔することも可能である。この場合、焦線の長さは、スタックの高さより長い必要がある。
【００６６】
孔または欠陥線（または損傷トラック、または穿孔）の間の側方間隔（ピッチあるいは周期性）は、レーザのパルスレートによって、ならびに基材を、集束したレーザビームの下方で平行移動させるときの基材の平進速度によって決定される。孔全体を形成するためには、通常、単一のピコ秒レーザパルスバーストのみが必要であるが、所望の場合には、複数のパルスを使用してもよい。異なるピッチにおいて孔を形成するために、当該レーザは、より長いもしくはより短い間隔で、トリガすることもできる。隣接する欠陥線の間の周期性は、０．１マイクロメートルおよび２０マイクロメートルであり得る。例えば、０．５マイクロメートルと２０マイクロメートルの間である。例えば、当該周期性は、０．５マイクロメートルと１５マイクロメートルの間、または３マイクロメートルと１０マイクロメートルの間、または５マイクロメートルと８マイクロメートルの間、または０．５マイクロメートルと３．０マイクロメートルの間である。さらにより好ましくは、隣接する欠陥線の間の周期性（またはピッチ、または側方間隔）は、例えば、約３マイクロメートルと約１２マイクロメートルの間であり得る。例えば、非強化（ＩＯＸ前）のイオン交換可能なガラスの切断を伴ういくつかの実施形態において、隣接する欠陥線の間の距離（ピッチ距離）は３マイクロメートルと５マイクロメートルの間であることが好ましい。対照的に、いくつかの実施形態において、これらの同じガラスが、４０ＭＰａを超える中央張力（ＣＴ）レベルへとイオン交換される場合、隣接する欠陥線の間の好ましい距離は、５マイクロメートルと８マイクロメートルの間である。このことは、ＩＯＸ後の材料において応力がより大きく、ならびに損傷トラックの穿孔が、ＩＯＸ前の材料の場合よりも、より大きいピッチにおいて作製された欠陥線の間で伝播することができるようなより大きい亀裂を生じるであろうことから、理解することができる。その一方で、（結果として得られるパーツのエッジ強度を低下させ得る）切断エッジにおける多すぎる表面下損傷を防ぐために、依然として材料の容易な分離を可能にしつつ、可能な限り大きな欠陥線の間のピッチを作製することが、概して望ましい。したがって、より大きいピッチは、材料の面積あたりに蓄積されるエネルギーがより少なく、結果として最終的な部品エッジに対する損傷が少なくなることを意味するため、材料が依然として分離する限り、より大きいピッチが望ましい。
【００６７】
しかしながら、ＩＯＸ前のガラスの場合、欠陥線のピッチは、しばしば、穿孔の間でのクラックの結合を可能にするため、より小さくなければならず、それは、可能な限り少ない外部応力の適用によってパーツを分離する機会を提供する。これは、二次分離ステップ（例えば、ＣＯ２レーザの使用など）が使用される場合、特に重要である。欠陥線の間において亀裂ネットワークをより徹底的に作製するほど、分離を誘起するために必要なＣＯ２エネルギーは少なくなる。これは、穿孔された輪郭にわたってのＣＯ２レーザのより速い移動速度を可能にし、したがって、より速い製造プロセスを可能にする。
【００６８】
切断作業のために、レーザトリガは、概して、ビームの下方の被工作物のステージ駆動運動と同期され、そのため、レーザパルスは、固定された間隔（例えば、１マイクロメートル毎、または５マイクロメートル毎）においてトリガされる。欠損線の方向に沿った、隣接する欠陥線の間の距離、または周期性は、例えば、いくつかの実施形態において、０．１マイクロメートルを超えかつ約２０マイクロメートル以下であり得る。より好ましくは、いくつかの実施形態において、当該間隔は、１マイクロメートルと１５．０マイクロメートルの間である。さらにより好ましくは、当該間隔は、３マイクロメートルと８マイクロメートルの間であり得る。正確な間隔は、穿孔された孔から穿孔された孔への亀裂の伝播を促進する材料特性、基材における所定の応力レベル、によって決定される。しかしながら、基材の切断とは対照的に、材料に穿孔するだけのために同じ方法を使用することも可能である。本明細書において説明される方法において、当該孔または欠陥線は、より大きな間隔によって離間することができる（例えば、７マイクロメートルピッチ以上）。
【００６９】
レーザパワーおよびレンズ焦点長さ（焦線長さを決定し、したがってパワー密度を決定する）は、ガラスの完全な貫通および低い微小亀裂を確保するために特に重要なパラメータである。
【００７０】
概して、利用可能なレーザパワーが高いほど、上記のプロセスによって材料をより速く切断することができる。切断速度（または切断速度）は、レーザビームが、複数の孔または変更された領域を作製しつつ、透明材料（例えば、ガラス）の表面に対して移動する速度である。速い切断速度（例えば、少なくとも２５０ｍｍ／秒、少なくとも３００ｍｍ／秒、少なくとも３５０ｍｍ／秒、４００ｍｍ／秒、５００ｍｍ／秒、１ｍ／秒、１．２ｍ／秒、１．５ｍ／秒、または２ｍ／秒、または３．４ｍ／秒から４ｍ／秒さえ）は、多くの場合、製造のための設備投資を最小限に抑えるために望ましい。レーザパワーは、バーストエネルギーにレーザのバースト繰返し周波数（率）を乗じたものに等しい。概して、そのようなガラス材料を速い切断速度において切断するためには、損傷トラックは、１〜２５マイクロメートル、好ましくは３マイクロメートル以上において離間され、例えば、いくつかの実施形態において、当該間隔は、３〜１２マイクロメートル、例えば、５〜１０マイクロメートルである。
【００７１】
例えば、３００ｍｍ／秒の直線的切断速度を達成するためには、３マイクロメートルの孔ピッチは、少なくとも１００ｋＨｚの繰返し率によるバーストパルスレーザに対応する。６００ｍｍ／秒の切断速度の場合、３マイクロメートルのピッチは、少なくとも２００ｋＨｚのバースト繰返し率によるバーストパルスレーザに対応する。２００ｋＨｚにおいて少なくとも４０μＪ／バーストを生じるパルスバーストレーザの場合、これは、８ワットのレーザパワーに等しい。したがって、より速い切断速度は、さらにより高いレーザパワーを必要とする。
【００７２】
例えば、３μｍピッチおよび４０μＪ／バーストでの０．４ｍ／秒の切断速度は、少なくとも５ワットのレーザを必要とし、３μｍピッチおよび４０μＪ／バーストでの０．５ｍ／秒の切断速度は、少なくとも６ワットのレーザを必要とするであろう。したがって、好ましくは、パルスバーストピコ秒レーザのレーザパワーは、６ワット以上であり、より好ましくは少なくとも８ワット以上、さらにより好ましくは少なくとも１０Ｗ以上である。例えば、４μｍピッチおよび１００μＪ／バーストでの０．４ｍ／秒の切断速度は、少なくとも１０ワットのレーザを必要とし、４μｍピッチおよび１００μＪ／バーストでの０．５ｍ／秒の切断速度は、少なくとも１２ワットのレーザを必要とするであろう。例えば、３μｍピッチおよび４０μＪ／バーストでの１ｍ／秒の切断速度は、少なくとも１３ワットのレーザを必要とするであろう。さらに、例えば、４μｍピッチおよび４００μＪ／バーストでの１ｍ／秒の切断速度は、少なくとも１００ワットのレーザを必要とするであろう。しかしながら、レーザパルスエネルギーを上げること、またはより近いピッチにおいて損傷トラックを作製することは、基材材料の分離を常により良好にまたは向上したエッジ品質において行う条件ではない、ということに留意されたい。実際に、損傷トラックの間の密すぎるピッチ（例えば、＜３μｍまたは＜２μｍ）は、近くに後続の損傷トラックを形成することを阻害し得、多くの場合、穿孔した輪郭の周りでの材料の分離を阻害し得、ならびに、結果として、ガラス内での望ましくない微小亀裂の増加を引き起こし得る。長すぎるピッチ（＞２０μｍ）は、結果として、「制御されていない微小亀裂生成」を引き起こし得、すなわち、微小亀裂が、孔から孔への伝播ではなく、違った経路に沿って伝播し、ガラスが異なる（望ましくない）方向に亀裂するのを引き起こす。このことは、残留する微小亀裂が、ガラスを脆弱化するキズとして作用し、結局のところ、分離されたガラス部品の強度を低下させるであろう。高すぎるバーストエネルギー（例えば、＞２５００μＪ／バースト）は、隣接する損傷トラックにおける既に形成された微小亀裂の「修復」または再溶融を引き起こし得、これは、ガラスの分離を阻害するであろう。さらに、高すぎるバーストエネルギーの使用は、非常に大きくかつ分離後の部品のエッジ強度を低下させるキズを生じる微小亀裂の形成の原因となり得る。低すぎるバーストエネルギー（＜４０μＪ／バースト）は、ガラス内に感知できるほどの損傷トラックの形成を生じ得ず、したがって、分離強度が非常に高くなる、または穿孔された輪郭に沿った分離が完全に不可能になることが生じ得る。したがって、損傷トラックの間の最適なピッチおよび正確なバーストエネルギーは、材料依存性である。
【００７３】
このプロセスによって可能となる典型的な例示的切断率（速度）は、例えば、３００ｍｍ／秒以上である。本明細書において説明されるいくつかの実施形態において、切断率は、少なくとも４００ｍｍ／秒以上、例えば、５００ｍｍ／秒から２０００ｍｍ／秒またはそれ以上である。いくつかの実施形態において、（バーストパルス）ピコ秒レーザは、０．５マイクロメートルと１３マイクロメートルの間、例えば、０．５マイクロメートルと１０マイクロメートルの間、いくつかの実施形態では３マイクロメートルから７マイクロメートル、の周期性を有する欠陥線を生じる。いくつかの実施形態において、パルスレーザは、１０Ｗ〜１００Ｗのレーザパワーを有し、ならびに材料および／またはレーザビームは、少なくとも０．２５ｍ／秒から０．３５ｍ／秒、または０．４ｍ／秒から５ｍ／秒の速度においてお互いに対して平行移動させられる。好ましくは、当該パルスレーザビームの各パルスバーストは、被工作物の厚さ１ｍｍあたりバーストあたり４０マイクロジュールを超える、当該被工作物において測定された平均レーザエネルギーを有する。好ましくは、パルスレーザビームの各パルスバーストは、被工作物の厚さ１ｍｍあたりバーストあたり２０００マイクロジュール未満、好ましくは１ｍｍあたりバーストあたり１０００マイクロジュール未満、いくつかの実施形態では被工作物の厚さ１ｍｍあたりバーストあたり７５００マイクロジュール未満の、当該被工作物において測定された平均レーザエネルギーを有する。
【００７４】
例えば、０．７ｍｍ厚の非イオン交換のＣｏｒｎｉｎｇコード２３１９もしくはコード２３２０のＧｏｒｉｌｌａガラスを切断する場合、３〜７マイクロメートルのピッチは、約１５０〜２５０μＪ／バーストのパルスバーストエネルギー、ならびに２〜１５の範囲のパルスバーストあたりのパルスの数、より好ましくは２〜１０の範囲のバーストあたりのパルスの数において良好に機能し得、ＩＯＸ前のガラスの場合は、３〜５マイクロメートルのピッチが好ましく、ＩＯＸ後のガラスの場合は、５〜８マイクロメートルのピッチが好ましいことが観察される。
【００７５】
１ｍ／秒の切断速度において、そのようなコード２３１９または２３２０の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスの切断は、典型的には、１５〜８４ワットのレーザパワーを必要とし、多くの場合、２０〜４５ワットで十分である。概して、様々なガラスおよび他の透明材料において、出願人らは、０．２〜１ｍ／秒の切断速度を達成するためには１０Ｗと１００Ｗの間のレーザパワーが必要とされ、多くのガラスにとって、２５〜６０ワットのレーザパワーが十分である（および最適である）ことを発見した。０．４ｍ／秒から５ｍ／秒の切断速度の場合、レーザパワーは、４０〜７５０μＪ／バーストのバーストエネルギー、パルスあたり２〜２５バースト（切断される材料に応じて変わる）、ならびに３から１５μｍ、または３〜１０μｍの孔分離（またはピッチ）において、好ましくは１０Ｗ〜１５０Ｗであるべきである。ピコ秒パルスバーストレーザの使用は、高いパワーおよびバーストあたりのパルスの必要数を発生させるので、当該使用は、上記の切断速度にとって好ましいであろう。したがって、いくつかの例示的実施形態により、パルスレーザは、１０〜１００Ｗ（例えば、２５Ｗから６０ワット）のパワーを発生させ、ならびに、バーストあたり少なくとも２〜２５パルスのパルスバーストを発生させ、欠陥線の間の距離は、２〜１０マイクロメートルであり；ならびに、レーザビームおよび被工作物は、相対的に少なくとも０．４ｍ／秒、例えば、０．５ｍ／秒から５ｍ／秒またはそれ以上の速度において、お互いに対して平行移動される。
【００７６】
穿孔された欠陥線の孔の周りの微小亀裂は、次の最も近い孔に向かっている場合、切断の方向におけるある孔から次の最も近い孔への亀裂の伝播が切断の線に沿った微小亀裂によってさらに高められるという意味においてガラス切断の役に立つ。そのような場合、孔または欠陥線の間のより大きいピッチ（例えば、３から５０マイクロメートル、例えば、３マイクロメートルから２０マイクロメートルなど）が、完全なガラス分離にとって好ましい。あるいは、微小亀裂が形成されない場合、または隣接する欠陥線の方に向かっていない場合、孔（または欠陥線）の間のより小さいピッチ（例えば、０．１マイクロメートルから３マイクロメートル）は、完全なガラス分離にとって好ましい。
【００７７】
分離
基材が十分な応力を有する場合（例えば、イオン交換されたガラスなど）、パーツは、レーザプロセスによって描かれた穿孔された損傷の経路に沿って、自然に割れて分離するであろう。図９は、そのようなガラスの非イオン交換試料とイオン交換試料における応力プロファイルの違いを示している。そのようなガラスシートの内部応力のレベルは、以下：
【００７８】
【数１】
0006585054.tif 000002
【００７９】
によって近似することができる。
【００８０】
式中、ＣＴは、メガパスカル（ＭＰａ）単位の中央張力であり、ＤＯＬは、イオン交換領域における圧縮応力層深さであり、ＣＳは、イオン交換層における圧縮応力（ＭＰａ単位）であり、ならびに使用した厚さは、ガラスシートの厚さである。これは、２０ＭＰａから１１０ＭＰａの範囲の中央張力レベルへとイオン交換された強化ガラス材料（例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇコード２３１８、２３１９、２３２０など）を説明している。概して、ガラスの中央張力が高いほど、ピコ秒レーザプロセスの後の分離はより容易であろう。
【００８１】
しかしながら、基材内に十分な応力が存在しない場合、ピコ秒レーザは、単に当該ガラス片に損傷トラックを形成するだけであり、基材は元の状態のままであろう。この場合、機械的曲げ力を適用することにより、穿孔された線に沿ってガラス片を分離することができる。あるいは、しばしば、より好ましくは、ＣＯ２レーザのような熱源の使用によって、熱応力を適用することができる。当該ＣＯ２レーザビーム（ピコ秒レーザによって形成された穿孔線沿いあるいは近くに、ＣＯ２レーザによる後続のパスで提供される）は、ガラスによって吸収され、穿孔された線をなぞった場合、当該レーザビームは、局在化された熱応力を生じさせ、それは、ガラスを穿孔に沿って分離させるであろう。
【００８２】
ＣＯ２レーザ分離は、例えば、１０．６マイクロメートルにおける焦点のぼやけた連続波（ｃｗ）レーザ放射およびデューティサイクルを制御することによって調節されたパワーによって達成される。焦点変化（すなわち、焦点のぼやけの程度、ならびに焦点を合わせたスポットサイズを含む）を使用して、スポットサイズを変えることによって、誘起された熱応力を変える。焦点のぼやけたレーザビームは、レーザ波長のサイズのオーダーでの最小の回折限界のスポットサイズより大きいスポットサイズを生じるレーザビームを含む。例えば１０．６μｍのＣＯ２レーザによるＣＯ２レーザのために、例えば、１ｍｍから２０ｍｍ、例えば、１ｍｍから１２ｍｍ、３ｍｍから８ｍｍ、あるいは約７ｍｍ、２ｍｍ、および２０ｍｍ、のスポットサイズを使用することができる。発光波長がガラスによっても吸収される他のレーザ、例えば、９〜１１マイクロメートルの範囲において放射される波長のレーザなど、も使用することができる。そのような場合、１００ワットと４００ワットの間のパワーレベルのＣＯ２レーザを使用することができ、当該ビームは、欠陥線に沿って、または隣接して、５０〜１０００ｍｍ／秒のスピードにおいてスキャンすることができ、これは、分離を誘発するのに十分な熱応力を生じさせる。指定された範囲内で選択された正確なパワーレベル、スポットサイズ、スキャン速度は、使用される材料、その厚さ、熱膨張率（ＣＴＥ）、弾性率に応じて変わり得るが、それは、これらの因子の全てが、所定の空間位置におけるエネルギー蓄積の特定の率によって付与される熱応力の量に影響を及ぼすためである。スポットサイズが小さすぎる場合（すなわち、＜１ｍｍ）、またはレーザパワーが高すぎる場合（＞４００Ｗ）、またはスキャン速度が遅すぎる場合（１ｍｍ／秒未満）、当該ガラスは、過剰加熱され得、当該ガラスにおいて、溶発、溶融、または熱的に生じた亀裂を生じさせるが、これは、分離された部品のエッジ強度を下げるであろうために、望ましくない。好ましくは、効率的で信頼できるパーツ分離を誘起するためのＣＯ２レーザビームスキャン速度は＞５０ｍｍ／秒である。しかしながら、スポットサイズが大きすぎる場合（＞２０ｍｍ）、またはレーザパワーが低すぎる場合（＜１００Ｗ、いくつかの場合においては＜３０Ｗ）、またはスキャン速度が速すぎる場合（＞１０００ｍｍ／秒）、不十分な加熱が生じ、これは、結果として、熱応力が低すぎるために、信頼できるパーツ分離を誘起できない。例えば、いくつかの実施形態において、上記において言及したピコ秒レーザで穿孔されているＩＯＸ前の０．７ｍｍ厚のＣｏｒｎｉｎｇコード２３１８ガラスに対しパーツ分離を誘起するために、およそ２ｍｍのガラス表面でのスポット直径および２３３ｍｍ／秒のスキャン速度において８０ワットのＣＯ２レーザパワーを使用することができる。正確なパワーレベル、スポットサイズ、スキャン速度は、使用される材料、その厚さ、熱膨張率（ＣＴＥ）、弾性率に応じて変わり得るが、それは、これらの因子の全てが、所定の空間位置におけるエネルギー蓄積の特定の率によって付与される熱応力の量に影響を及ぼすためである。例えば、より厚いＣｏｒｎｉｎｇ  ２３１８ガ��ス基材は、より薄いＣｏｒｎｉｎｇ  ２３１８基材と比べて、分離のためにより大きな単位時間あたりのＣＯ２レーザ熱エネルギーを必要とし得、またはより低いＣＴＥを有するガラスは、より低いＣＴＥを有するガラスと比べて、分離のためにより大きいＣＯ２レーザ熱エネルギーを必要とし得る。穿孔線に沿った分離は、ＣＯ２スポットが、例えば、１００ミリ秒以内、５０ミリ秒以内、または２５ミリ秒以内において、所定の場所を通過した後に、非常に迅速（１秒未満）に生じるであろう
約２．１ｍｍのフィラメント長を作り出す光学送達システムと、約１０ピコ秒のパルス幅１０６４ｎｍレーザとを使用することにより、以下の例示的ピコ秒レーザ条件は、イオン交換後にこれらのガラスに穿孔するために容易に使用することができる。
【００８３】
【表１】
0006585054.tif 000003
【００８４】
上記の条件は、そのようなガラスを分離するであろうが、使用することができる全ての可能なプロセス条件の全範囲を表すことを意図しているわけではない。好ましくは、レーザは、所定のバースト内のパルスの数を調節することによって経時のエネルギー蓄積の制御を可能にするパルスバーストレーザである。
【００８５】
以下の例示的ＣＯ２レーザ条件は、上記に一覧したピコ秒プロセスによって穿孔された後に、強化されていない（イオン交換前）ガラスを分離するための熱応力を生じさせるために、容易に使用することができる。
【００８６】
【表２】
0006585054.tif 000004
【００８７】
上記の条件は、当該ガラスにおいて約２５ワット／ｍｍ２のレーザパワー密度を生じさせ、穿孔に沿って完全に分離するための十分な熱応力を生じさせるために、１４ｍ／分（２３３ｍｍ／秒）において穿孔線に沿って平行移動される。
【００８８】
図１０は、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスのイオン交換前およびイオン交換後の試料の間の内部応力レベルおよび応力プロファイルの実例比較を示している。図１０は、イオン交換、組成、またはガラスの厚さの全てのレベルに対して、全ての可能な張力レベルを表しているわけではなく、一例に過ぎない。
【００８９】
エッジ品質
図１２は、一連の０．７ｍｍ厚のＣｏｒｎｉｎｇガラスコード２３２０部品（イオン交換の前後両方）に対して行われた表面下損傷（ＳＳＤ）測定の結果を示している。ＳＳＤ値は、そのテクスチャ表面の下に隠れている、当該レーザ法によって生じた欠陥および微小亀裂に対応する。ある特定のエッジエリアの共焦点顕微鏡法は、表面下欠陥が、表面下のガラスの体積中にどの程度まで深く浸透しているかを知るために使用される方法である。ＳＳＤは、共焦点顕微鏡によって、ガラスにおける露出した（切断した）エッジを通して見ることによって測定され、亀裂またはキズの入ったガラスからの光の散乱が消えるまでに、顕微鏡の焦点をガラスパーツ中にどれほど遠くに調節しなければならないかを記録する。ＳＳＤの程度がおよそ６０±１５マイクロメートルであることが分かる。Ｃｏｒｎｉｎｇガラスコード２３２０試料の測定値は比較的低く、ならびに本明細書で説明されたこの技術によって切断されたガラスのほとんど全てに対して一貫している。多くの場合、何千もの微小亀裂が存在し、そのため、典型的には、最も大きい微小亀裂のみが測定される。このプロセスは、典型的には、切断エッジの約５箇所において繰り返される。微小亀裂は、切断面に対してほぼ垂直であるが、切断面に対して完全に垂直な亀裂は、この方法では検出できない。
【００９０】
これは、機械的刻み目および割断法（ｓｃｏｒｅ  ａｎｄ  ｂｒｅａｋ  ｍｅｔｈｏｄ）（非常に変化しやすく非制御な方法、２００マイクロメートルまでのＳＳＤ）、ＣＯ２レーザ法（非常に変化しやすく非制御な方法、２００マイクロメートルまで）、多ナノ秒パルスレーザプロセス（約１５０マイクロメートル）などによって達成することができるＳＳＤよりかなり良好である。そのような低レベルのＳＳＤ（切断したままにおいて５８マイクロメートルの平均値）、ならびに重要なことに、そのような一貫した信頼できる低レベルのＳＳＤ（全ての値が＜７５マイクロメートル）は、その後の研磨および鏡面研磨に費やす時間量を最小化することができ、実際に、完全なプロセス工程（例えば、粗研磨など）の必要性を除去することができるということを意味する。そのようなＳＳＤ値は、他のレーザ法などの他の切断技術によって作製されるものより低く、このことは、最小限の欠陥による強いエッジを得るために、および製造コストを下げるために、切断後の後処理を最小限に抑えることの可能性を示している。
【００９１】
図１３は、同じ一連の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスコード２３２０の試料に対して測定された表面粗さのデータを示している。当該データは、光学干渉計を使用して測定した。前に言及したように，図９および図１１に示されるエッジは、非常に均質で平滑に見えるテクスチャを有している。これは、以下の式：
【００９２】
【数２】
0006585054.tif 000005
【００９３】
によって定義される、平均からの表面高さの偏差の平均であるＲａ統計量によって定量化され、
式中、ｙｉは、表面内の異なる場所で測定した高さの測定値を表す。約４００ｎｍの平均値、および常に＜５０ｎｍである標準偏差は、分離が一貫していなかったり異常だったりする場合に存在するガラス片の付着のない、一貫して低い粗さの表面が生成されていることを示している。
【００９４】
エッジ強度
上記の条件が用いられている場合、切断エッジは、図９および図１１に示されるように見える。当該エッジは、上から下まで一貫したテクスチャであり、これは、損傷トラックの作製時におけるレーザプロセスの一貫性を反映している。当該エッジのこの目視評価は、いくつかの測定可能なパラメータ（例えば、表面下損傷、表面粗さ、破壊係数（ＭＯＲ）、耐衝撃性など）によって変換または定量化することができる。図１１の場合、この高いＣＴ（ＣＴ＞１００ＭＰａ）の材料は、他の方法による切断が非常に難しいことに留意されたい。他の方法は、このガラスのシートからいくつかのパーツを切り出すことを可能にし得るが、概して、低収率であり、放射状の輪郭に従った切断を得ることは著しく困難である。しかし、この線−焦点ピコ秒レーザ技術によって作り出される完全な本体穿孔は、このガラスにおける亀裂の伝播を頑健に誘導することを可能にし、それにより、穿孔された輪郭は、亀裂によってなぞられる。タイトな放射状の輪郭は、容易に達成され（ｒ＜１ｍｍ）、パーツは、高歩留まりであり、当該パーツの望ましくない部分への亀裂の伝播はない。
【００９５】
エッジ強度を定量化するために産業において用いられる試験の１つは、４点曲げ強度試験である。この試験は、所定の負荷応力に対するエッジの破壊の累積確率を測定する。それは、Ｂ１０（破壊確率が１０％より低い負荷）、傾斜（サイズおよび深さにおけるキズの母分布の指標である）などのパラメータを提供するワイブルプロットに示され、傾斜が異なる場合、それは、破壊が、異なる源もしくはタイプの欠陥の構成であることも示し得る。例えば、分離されたガラス試料が、１つの表面において上向きまたは下向きに支持バー下において負荷されている場合、それらに対して異なる強度曲線を見出すことは珍しくない。機械的にスクライブされ割断されたガラスにおいて、スクライブされた表面は、結果として、反対側の表面の下部エッジより多くのそしてより大きい欠陥を有するエッジを生じる。これは、かなり異なり分離されている２つの曲線によりワイブルプロットにおいて顕著であり、一方のエッジが他方より強いことを示している。同様に、レーザで分離されたガラス試料では、レーザの入射側が概して反対側より弱いという、同じ挙動が観察されることも一般的である。
【００９６】
図１４および１５は、「切断したまま」の化学強化されたそれぞれ０．４ｍｍおよび０．７ｍｍ厚の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスコード２３２０において測定されたエッジ強度を示している。図１４のワイブルプロットは、ＣＴが約１００ＭＰａのガラスのエッジ強度を示しており、その一方で、図１５は、ＣＴが約５０ＭＰａのガラスのエッジ強度を示している。張力でのレーザ（ｌａｓｅｒ  ｉｎ  ｔｅｎｓｉｏｎ）、すなわちＬＩＴで標識された曲線は、レーザ入射表面から作製されたエッジが張力において試験されている事例を意味する。そのエッジにおける任意の欠陥は、破壊するまで次第に引き離されていくであろう。圧縮でのレーザ（ｌａｓｅｒ  ｉｎ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）、すなわちＬＩＣで標識された他の曲線は、レーザに晒されたエッジが圧縮応力下にあるような反対の事例を意味する。上部エッジおよび下部エッジの強度は、両プロットにおいてほぼ同一であり、それは、レーザ分離プロセスが、ＣＴレベルまたは厚さに関係なく、両側において実質的に同一のエッジ品質を生じることを示しているということに留意されたい。この特徴は、開示されるレーザ分離法に非常に特有であり、他のレーザプロセスでは一般的に達成できない（常に、より弱いＬＩＴエッジを有する）。プロットされた曲線における他の主な情報は、それらの同様のＢ１０値およびそれらの比較的急で一定の傾きであり、これは、キズのサイズが比較的小さく、その集団分布は非常に狭い（作製された欠陥のほとんど全ては同じサイズである）ことを示しており、分布の大部分は、平均の±３０ＭＰａ以内に収まる。
【００９７】
飛高偏差に対するプロセスの頑健性
図１６は、線焦点法を用いた、０．７ｍｍ厚の強化「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスコード２３２０（ＣＳ：７９３／ＤＯＬ：４２）（ＣＴ＝５４ＭＰａ）のレーザ切断試料のエッジ強度に対するワイブルプロット曲線を示している。これらの曲線は、線焦点延長に沿って試料の上面における異なる相対位置において切断された、同じガラスコードおよび厚さのパーツにおける異なるセットを使用することによって得られた。次いで、これらの切断試料に対し、このプロットにおいて各「高さ」に対して示されている４点曲げ強度測定を行った。非常に印象的な知見は、「焦点」が１．１ｍｍの範囲で変化しているのに対し、エッジ強度（Ｂ１０では１２５〜１５５ＭＰａ）がほぼ同一であるということである。この値を別の方法で表現するなら、それは、例えば、ガラスの平坦度、厚さ、反り、歪み、または振動などにおける変化に対して切断プロセスが有し得る忍容性を示している。拡張された飛高処理窓は、焦点またはガラス位置の変動に影響を受けやすい他のレーザ切断技術では必要とされる能動的な焦点補正の必要性なしに、当該プロセスを機能させることを可能にする。
【００９８】
イオン交換プロセスの変動に対する頑健性
化学強化プロセスは多様性を有し得、そのガラスシートは、名目上、圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）がある特定の範囲内の値に収まり得る所定の「窓」内に対してのみイオン交換される。その一方で、このことは、層によって生じた圧縮応力（ＣＳ）が変化し、ならびに中央張力（ＣＴ）全体が変化するであろうことを意味する。したがって、シートは、ＣＴが単になんらかの公称範囲内にあると特徴付けられる切断プロセスに供給され得る。理想的には、広いプロセス窓を有する切断プロセスが望ましく、したがって、それは、供給される各ガラスロットに対して調節されることを必要とせず、それにより、測定および特性評価の時間、設定時間が節約され、最終的にコスト削減につながる。
【００９９】
図１７は、ピコ秒レーザプロセスの条件を一定に維持し（１３５マイクロジュール、２パルス／バースト、８マイクロメートルピッチ、約２ｍｍ長の焦線）、ならびにパーツを、イオン交換後の０．４ｍｍ厚の２３２０ガラスから切り出した場合において実施された実験を詳述している。この実験では、ガラスパーツの厚さ全体を貫通する穿孔を作製した。これは、高い中央張力のガラスであり、自動的に分離するので、ＣＯ２プロセスは必要ない。５つの異なるイオン交換条件（Ａ〜Ｅ）を試験し、これは、ＤＯＬおよびＣＳの両方を変え、その組み合わせにおいて、シートの中央張力をおよそ７８．５ＭＰａから１０３．１ＭＰａへと変える。
【０１００】
一連の４４×６０ｍｍパーツを、２００×３００ｍｍシートから切り出した。これにより、各シートから約１８のパーツを作製し、６シートだけを使用した最後の条件（Ｅ）を除き、１０のシートを各イオン交換条件に対して切断した。パーツのエッジの分離の成功、ならびにガラスシートの破壊の無いことの両方によって測定した場合、その歩留まりは、５つ全ての条件において非常に高く、エッジの分離は９６％から１００％の範囲であり、破壊されたパーツは、１つのイオン交換条件の１つのシートにおいてのみ生じた。このことは、レーザ切断プロセスが、供給されるガラスのイオン交換条件にあまり影響されず、かつ、この非常に高いＣＴのガラス（ＣＴ＞８０ＭＰａ）に対してさえ、高い歩留まりが達成されることを示しており、これは、他の切断方法では非常に困難である。
【０１０１】
より高いエッジ強度−切断後プロセスによる
測定された低ＳＳＤおよびＲａ値によっておよびワイブルプロットによっても確証される、本明細書において説明するレーザ切断プロセスの長所にもかかわらず、消費者エレクトロニクスデバイスおよびＬＣＤ  ＴＶ、ＯＬＥＤ  ＴＶなどのディスプレイなどの用途に一般的に採用される必要なエッジ強度性能は、一般的に、はるかに高い（典型的には、４点曲げ強度の場合、＞５００ＭＰａ）。要求性能を満たすためにエッジ強度を増加させることができる方法および結果を以下に提示する。
【０１０２】
例えば、被工作物を分離するために、酸エッチングを使用することができる。一実施形態において、例えば、使用される当該酸は、体積ベースにおいて１０％ＨＦ／１５％ＨＮＯ３であり得る。あるいは、必要なエッチングを提供するために、１．５Ｍフッ化水素酸／０．９Ｍ硫酸を用いることができる。これは、超音波撹拌の使用の有無において、室温または高温のどちらかにおいて為すことができる。図１８は、結果として得られるパーツの強度に対する酸エッチングの影響を示している。当該酸は、ガラスの外側から材料を除去し、構造的特徴のエッジを平滑末端化する。エッチングなし、２．５マイクロメートルのエッチング除去、５マイクロメートルのエッチング除去、および１０マイクロメートルのエッチング除去の４つの結果が示されている。酸がエッジ強度を向上させこと、ならびに５マイクロメートルを超えるエッチングでは、有意なさらなる強度は得られないことが分かる。おそらく、これは、穿孔プロセスによって作製された約１〜３マイクロメートルの構造的特徴のサイズがおそらくエッジの構造的特徴を制限する強度であり、それらは、５マイクロメートルのエッチングによって完全に除去されるためである。しかしながら、いくつかの非常に高い強度のパーツ（約１０００ＭＰａ）が、これらのエッジをエッチングすることによって作製されるが、その一方で、いくつかのパーツは、エッジ強度においてほとんど向上しないままである（約２００ＭＰａ）。
【０１０３】
図１９は、未処理の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスコード２３２０における切断したままのパーツのイオン交換が、エッジ強度をおよそ４倍増加させることを示している（Ｂ１０＝わずかに６００ＭＰａ未満）。当該プロットは、非イオン交換（ＮＩＸ）ガラス（すなわち、イオン交換前ガラス）の切断したままのパーツ、切断前にイオン交換した（ＩＯＸ）ガラスの切断したままのパーツ、および切断し次いで切断後にイオン交換したパーツ、のワイブルプロットを示している。特に重要なのは、イオン交換との組み合わせにおいて、このエッジが、非常に狭い強度分布（高い傾斜）と共に、高強度の一連のデータを生じているということである。イオン交換は、一般的に、すべての切断エッジの強度を高めることが知られているが、その一方で、レーザ切断されたパーツにイオン交換を施すことおよびそのような狭い強度分布を達成することは簡単ではない。切断エッジが任意の重大な微小亀裂を有する場合、イオン交換浴からのストレスは、当該パーツを破壊するであろうし、結果として著しい歩留まり損失を生じる。この場合では、イオン交換プロセスを受けたパーツのすべて（１００％）が生き残っており、これは、レーザ切断プロセスに起因する大きなキズが存在しなかったことを示している。当該エッジが、不均一な特徴サイズを有する場合には、そのような狭い強度分布は達成されないであろう。これは、レーザ切断エッジが一貫的であり、材料全体を通して、付着したガラスまたは他の欠陥を有する領域が残っていないという事実の特徴である。それは、ピコ秒線−焦点切断パーツが、イオン交換との組み合わせにおいて、最終的に、結果として、他の可能な方法と比べてより高い信頼性を有する製造品を生じる（より多くのパーツが所定の強度閾値を超える）ということを示している。
【０１０４】
したがって、いくつかの実施形態により、本明細書において説明される切断プロセスは、一方の主要面から他方の主要面まで延在する複数の細い欠陥線を有する少なくとも１つのエッジを有する、＜２０ＭＰａのＣＴを有するイオン交換前の非層状ガラスを含むガラス物品を提供することができる。欠陥線を有する当該エッジは、少なくとも２０マイクロメートルの欠陥間隔、および１００ｎｍと１０００ｎｍＲＡの間の表面粗さを有する。例えば、いくつかの実施形態において、ＣＴは＜５ＭＰａであり、ならびに当該表面粗さは、３００から７００ｎｍＲａである。当該欠陥線は、１マイクロメートル未満のスカラップの内部（ボイド）幅を有するスカラップ（開口もしくは部分的に開口した環状構造体）を含む。例えば、いくつかの実施形態により、複数の欠陥線が、少なくとも２５０マイクロメートル、例えば、２５０マイクロメートルから２ｍｍ、または３００マイクロメートルから１ｍｍにわたって延在する。そのようなガラス物品または被工作物片は、次いで、当該物品または被工作物片のエッジ強度を向上させるためにイオン交換することができ、それにより、それらをＩＯＸ（イオン交換）ガラス物品へと転化させる。
【０１０５】
「Ｇｏｒｉｌｌａ」のスタック切断
最後に、図２０は、４枚の０．５５ｍｍ厚の２３２０ＩＯＸ（イオン交換）ガラス片のスタックの同時（シングルパス）切断の結果を示している。本体全体の切断は、４枚全てのパーツを一度に穿孔し、４枚全てのガラス片において低表面粗さおよび高品質エッジを生じる。このことは、単一のガラスシートの切断と比較して切断スループットを何倍にも増加させるこのレーザ切断プロセスの能力を示している。エッジの強度、ならびにガラスのエッジを非常に高い強度レベルに変えるためにＩＯＸまたは他の方法でガラスエッジを後処理する能力は、これらの材料のスタックを切断する場合でさえ維持される。さらに、このプロセスは、重ねられた透明基材だけでなく、巨視的な空気ギャップ（例えば、＞１０マイクロメートルまたは＞１００マイクロメートルのギャップ）によって分離されたガラスシートなどの基材（例えば、組み立てられた液晶ディスプレイに存在し得るようなものなど）も切断することができる。焦点を合わせたガウスビームとは対照的に、ガラス−空気−ガラス複合構造体に入射するベッセルビームは、焦点がぼやけないであろう。焦点を合わせたガウスビームは、第一ガラス層に入る際に発散し、深い深さまでは穿孔しないであろうし、あるいは、ガラスが穿孔されるときに自己集束が生じる場合、当該ビームは、第一ガラス層から出現するときに回折し、第二ガラス層には穿孔しないであろう。材料の内部においてより長い相互作用長さを達成するためにカー効果に基づく自己集束（場合によって、「フィラメント化」とも呼ばれる）を使用するレーザプロセスの場合でさえ、レーザビームを上側ガラス片から出させて空気に入らせることは問題が多く、というのも、空気内では、カー効果に基づく自己集束を誘起するためには、ガラス内においてカー効果の自己集束を維持するために必要なパワーより、あと約２０倍のパワーを必要とするためである。対照的に、ベッセルビームもしくは線焦点形成ビームは、線焦点の範囲全てにわたってガラス層全てを穿孔するであろう。このことは、材料ならびに基材間のギャップが入射レーザビームに対して実質的に透明である限り、基材間のギャップにもかかわらず、線焦点を使用して基材の大きなスタックを切断することを可能にする。
【０１０６】
本明細書において引用された全ての特許、公開された出願、参考文献の関連技術は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０１０７】
本明細書において例示的実施形態について説明してきたが、それらに対して、添付のクレームによって包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および細部において様々な変更を為すことができることは、当業者には理解されるであろう。
【０１０８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０９】
（実施形態１）
イオン交換可能なガラス被工作物をレーザ処理する方法であって、
パルスレーザビームを、ビームの伝播方向に沿って方向付けされかつ当該イオン交換可能なガラス被工作物中に向けられたレーザビーム焦線へと焦点を合わせるステップであって、当該レーザビーム焦線が、当該被工作物内に誘起吸収を発生させ、当該誘起吸収が、当該被工作物内において当該レーザビーム焦線に沿って欠陥線を生じさせる、ステップと；
当該被工作物および当該レーザビームを輪郭に沿ってお互いに対して移動させ、それによりレーザが当該被工作物内において当該輪郭に沿って複数の欠陥線を形成するステップであって、隣接する欠陥線の間の空間的周期性が、０．５マイクロメートルと２０マイクロメートルの間である、ステップと
を含む方法。
【０１１０】
（実施形態２）
実施形態１記載の方法によって製造されたガラス物品。
【０１１１】
（実施形態３）
＜２０ＭＰａのＣＴを有する、イオン交換前の、層状化されていないイオン交換可能なガラスを含み、一方の主要面から他方の主要面まで延在する複数の細い欠陥線を伴う少なくとも１つのエッジを有するガラス物品であって、当該欠陥線が、２０マイクロメートル未満の間隔を有し、ならびに当該表面が、１００ｎｍと１０００ｎｍＲａの表面粗さを有する、ガラス物品。
【０１１２】
（実施形態４）
さらに、輪郭に沿って被工作物を分離するステップを含む、実施形態１記載の方法、または実施形態２または３記載の物品。
【０１１３】
（実施形態５）
さらに、酸溶液中で被工作物をエッチングすることによって、分離された被工作物から材料を除去するステップを含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１１４】
（実施形態６）
上記被工作物がイオン交換前のガラスを含み、上記方法がさらに、分離された被工作物にイオン交換プロセスを適用するステップを含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１１５】
（実施形態７）
上記被工作物が、複数のイオン交換可能なガラス基材のスタックを含む、実施形態１から６のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１１６】
（実施形態８）
上記イオン交換可能なガラスの被工作物が、イオン交換前のガラスを含む、実施形態１から７のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１１７】
（実施形態９）
上記イオン交換可能なガラスの被工作物が、イオン交換後のガラスを含む、実施形態１〜２、４〜５、または７のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１１８】
（実施形態１０）
上記パルスレーザビームのパルス持続時間が、約１ピコ秒を超えかつ約１００ピコ秒未満の範囲である、実施形態１から９のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１１９】
（実施形態１１）
上記パルスレーザビームの繰返し率が、約１ｋＨｚと４ＭＨｚの間の範囲である、実施形態１から１０のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１２０】
（実施形態１２）
上記パルスレーザビームが、材料の厚さ１ｍｍあたり４０マイクロジュールを超える、材料において測定された平均レーザエネルギーを有する、実施形態１から１１のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１２１】
（実施形態１３）
上記レーザビーム焦線が、約０．１ｍｍと約１０ｍｍの間の範囲の長さを有する、実施形態１から１２のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１２２】
（実施形態１４）
上記レーザビーム焦線が、約０．１マイクロメートルと約５マイクロメートルの間の範囲の平均スポット直径を有する、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１２３】
（実施形態１５）
上記誘起吸収が、上記被工作物内において、約７５マイクロメートル以下の深さまでにおいて表面下損傷を生じる、実施形態１から１４のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１２４】
（実施形態１６）
上記誘起吸収が、約０．５マイクロメートル以下のＲａ表面粗さを生じる、実施形態１から１５のいずれか１つに記載の方法または物品。
【０１２５】
（実施形態１７）
イオン交換可能なガラスを含むガラス物品であって、少なくとも２５０マイクロメートルにわたって延在する複数の欠陥線を有する少なくとも１つのエッジを有し、当該欠陥線それぞれが、約５マイクロメートル以下の直径を有する、ガラス物品。
【０１２６】
（実施形態１８）
隣接する欠陥線の間隔が、０．１マイクロメートルと２０マイクロメートルの間である、実施形態１７記載のガラス物品。
【０１２７】
（実施形態１９）
上記ガラスが、６００メガパスカル（ＭＰａ）を超える４点曲げエッジ強度を有する、実施形態１７または１８記載のガラス物品。
【０１２８】
（実施形態２０）
上記エッジが、約０．５マイクロメートル未満のＲａ表面粗さを有する、実施形態１７、１８、または１９記載のガラス物品。
【符号の説明】
【０１２９】
１  基材
１ａ、１ｂ  表面
２  レーザビーム
２ａ  ビーム束
２ａＲ  周辺光線
２ａＺ  中央ビーム
２ｂ  焦線
２ｃ  誘起吸収
３  レーザ
６  光学アセンブリ
７  レンズ
８  アパーチャ
９、１０  アキシコン
１１  平凸レンズ
１２  コリメーティングレンズ
７１０  バースト
７２０  パルス
【図１】
0006585054.tif 000006
【図２Ａ】
0006585054.tif 000007
【図２Ｂ】
0006585054.tif 000008
【図３Ａ】
0006585054.tif 000009
【図３Ｂ−１】
0006585054.tif 000010
【図３Ｂ−２】
0006585054.tif 000011
【図３Ｂ−３】
0006585054.tif 000012
【図３Ｂ−４】
0006585054.tif 000013
【図４】
0006585054.tif 000014
【図５Ａ】
0006585054.tif 000015
【図５Ｂ】
0006585054.tif 000016
【図６】
0006585054.tif 000017
【図７Ａ】
0006585054.tif 000018
【図７Ｂ】
0006585054.tif 000019
【図７Ｃ】
0006585054.tif 000020
【図８】
0006585054.tif 000021
【図９】
0006585054.tif 000022
【図１０】
0006585054.tif 000023
【図１１】
0006585054.tif 000024
【図１２】
0006585054.tif 000025
【図１３】
0006585054.tif 000026
【図１４】
0006585054.tif 000027
【図１５】
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【図１６】
0006585054.tif 000029
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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