(57)【要約】  熱強化基板をレーザー切断するためのシステム及び方法が開示される。一実施形態では、熱強化基板の分離方法は、レーザービーム焦線の少なくとも一部が熱強化基板のバルク中に存在するようにレーザービーム焦線を誘導するステップを含む。集束パルスレーザービームがパルス化されて、１つ以上のサブパルスを含むパルスバーストの配列が形成される。レーザービーム焦線によって、レーザービーム焦線に沿って強化基板のバルク中に損傷トラックが形成される。パルスレーザービームによって、強化基板中に損傷トラックの配列が形成されるように、集束パルスレーザービームと強化基板との間に相対運動を生じさせる。損傷トラックの配列の個別の損傷トラックは、ある横方向の間隔で分離され、１つ以上のマイクロクラックが、損傷トラックの配列の隣接する損傷トラックに接続される。マルチフォトン吸収方法を用いた熱強化基板のレーザー切断。
2018507154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱強化基板の分離方法において、
レーザービーム焦線の少なくとも一部が前記熱強化基板のバルク中に存在するように、前記レーザービーム焦線を前記熱強化基板中に誘導するステップであって、前記レーザービーム焦線がパルスレーザービームによって形成され、前記レーザービーム焦線がビーム伝播方向に沿って配置されるステップと、
前記パルスレーザービームをパルス化して、１つ以上のサブパルスを含むパルスバーストの配列を形成するステップであって、前記レーザービーム焦線によって、前記レーザービーム焦線に沿って前記熱強化基板の前記バルク中に損傷トラックを形成する誘導マルチフォトン吸収を前記熱強化基板中に生じさせるステップと、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板中に損傷トラックの第１の配列が形成されるように、第１のレーザービームパス中に前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動を生じさせるステップであって、損傷トラックの前記第１の配列の個別の損傷トラックが、ある横方向の間隔で分離され、１つ以上のマイクロクラックが、損傷トラックの前記第１の配列の隣接する損傷トラックと接続されるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱強化基板が、熱強化ガラス基板の表面で２４ＭＰａを超える圧縮応力を有する熱強化ガラス基板であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（ｉ）損傷トラックの前記第１の配列が前記熱強化ガラス基板の厚さの少なくとも５０％を通過して配置されるように、前記レーザービーム焦線が前記熱強化ガラス基板中に配置される；および／または（ｉｉ）損傷トラックの前記第１の配列のそれぞれの前記損傷トラックが約０．５μｍ〜約１．５μｍの間の直径を有する；および／または（ｉｉｉ）前記パルスレーザービームが、前記熱強化基板に供給される約１５０μＪ〜約７５０μＪの間のレーザーバーストエネルギーを有し、それぞれの個別のパルスバーストが、１〜２０個の間のサブパルスを有する；および／または（ｉｖ）個別のパルスバーストの間の時間が、個別のパルスバーストが前記熱強化基板に到達する場所の間の前記横方向の間隔が２μｍ以上かつ２０μｍ以下となるような時間である；および／または（ｖ）前記パルスレーザービームが約２５Ｗ〜約６０Ｗの間のレーザー出力を有し；パルスバーストの前記配列の各パルスバーストが２〜２５個の間のサブパルスを有し；損傷トラックの間の前記横方向の間隔が約２μｍ〜約１０μｍの間であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
（Ｉ）各パルスバーストが１つのサブパルスを含む、または
（ＩＩ）各パルスバーストが複数のサブパルスを含み、
（ｉ）個別のパルスバーストの個別のサブパルスの間の時間が約１０〜約５０ナノ秒の間である；および／または
（ｉｉ）個別のサブパルスの持続時間が約１ピコ秒〜約１００ピコ秒の間である；および／または
（ｉｉｉ）前記レーザービーム焦線が約１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の長さを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のレーザービームパスの後に、前記レーザービーム焦線の中点が、前記第１のレーザービームパス中の前記熱強化基板の前記バルク中の前記レーザービーム焦線の中点の深さとは異なる、前記熱強化基板の前記バルク中のある深さに存在するように、前記レーザービーム焦線の位置を調節するステップと、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板の前記バルク中に損傷トラックの第２の配列が形成されるように、第２のレーザービームパス中に前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動を生じさせるステップであって、損傷トラックの前記第１の配列および損傷トラックの前記第２の配列の個別の損傷トラックが長さ１ｍｍを超える長さを有するステップと、好ましくは、
ａ）前記第２のレーザービームパスの後に、前記レーザービーム焦線の中点が、前記第１のレーザービームパス中および前記第２のレーザービームパス中の前記熱強化基板の前記バルク中の前記レーザービーム焦線の中点の深さとは異なる、前記熱強化基板の前記バルク中のある深さに配置されるように、前記レーザービーム焦線の位置を調節するステップと、
ｂ）前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板の前記バルク中に損傷トラックの第３の配列が形成されるように、第３のレーザービームパス中に前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動を生じさせるステップであって、前記熱強化基板の厚さの５０％以上が、損傷トラックの前記第１、第２、および第３の配列の損傷トラックに対して露出するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記熱強化基板が熱強化ガラス基板であり、前記レーザービーム焦線を前記熱強化ガラス基板に誘導する前記ステップの前に、少なくとも１つのエレクトロクロミック層が前記熱強化ガラス基板に取り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記熱強化基板がソーダ石灰ガラスであり、前記熱強化基板がこれらの損傷トラックに沿って２つ以上の断片に分離されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
熱強化基板を加工するためのシステムにおいて、
パルスレーザービームを放出するように操作可能なレーザー光源と、
前記熱強化基板を収容し、少なくとも１つの軸に沿って並進するように操作可能な並進テーブルと、
前記パルスレーザービームの光路中に配置され、前記パルスレーザービームをレーザービーム焦線に変換する光学組立体であって、前記レーザービーム焦線によって前記熱強化基板中で誘導マルチフォトン吸収が生じて、前記レーザービーム焦線に沿って前記熱強化基板中で材料の変化が生じるように、前記レーザービーム焦線の少なくとも一部が前記熱強化基板のバルク中に配置されるように操作可能である光学組立体と、
１つ以上の制御装置であって、
前記パルスレーザービームをパルス化して、１つ以上のサブパルス、好ましくは２〜２５個の間のサブパルスを含むパルスバーストの配列を形成し、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板中に損傷トラックの配列が形成されるように、第１のレーザービームパス中に前記少なくとも１つの軸に沿って前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動が生じ、損傷トラックの前記配列の個別の損傷トラックが、ある横方向の間隔（好ましくは損傷トラックの間の横方向の間隔は約２μｍ〜約１０μｍの間である）で分離し、１つ以上のマイクロクラックが、損傷トラックの前記配列の隣接する損傷トラックの間に延在するように前記並進テーブルを制御するようにプログラムされた１つ以上の制御装置と
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項９】
第１の表面および第２の表面であって、前記第１の表面および前記第２の表面が２４ＭＰａ以上の圧縮応力を有し、前記第１および第２の表面の間の前記熱強化ガラス基板の本体の中の応力プロファイルが放物線状である第１の表面および第２の表面と、
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する端部と、
前記端部に配置された複数の損傷トラックであって、
前記複数の損傷トラックのそれぞれの個別の損傷トラックが、５μｍ以下の直径および２５０μｍ以上の長さを有し、
前記複数の損傷トラックの隣接する損傷トラックが、約２μｍ〜約２０μｍの間の横方向の間隔で分離され、
前記複数の損傷トラックが前記端部の長さの５０％以上まで延在する、
損傷トラックと
を含むことを特徴とする熱強化ガラス基板。
【請求項１０】
（ｉ）前記複数の損傷トラックのそれぞれの個別の損傷トラックが１ｍｍ以上の長さを有し；前記複数の損傷トラックが前記端部の長さの７５％以上まで延在する；または（ｉｉ）前記熱強化基板が、少なくとも１つのエレクトロクロミック層が上に配置された熱強化ガラス基板である；または（ｉｉｉ）前記熱強化基板がソーダ石灰ガラスであることを特徴とする請求項９に記載の熱強化ガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１５年１月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／１０２２５７号（その内容に本明細書が依拠し、その全体が参照により本明細書に援用される）の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
熱強化ガラスなどの熱強化基板は、強度および耐擦傷性を付与する残留内部応力プロファイルを有する。このような基板は、たとえば建築用ガラス用途、および電子デバイスのスクリーンなどの多くの用途が見出されている。
【背景技術】
【０００３】
近年、最先端の装置のサイズ、重量、および材料費を減少させるための顧客の要求に適合させるための精密な微細機械加工およびそのプロセス開発の改善が、先端技術産業の急速な成長につながっている。超高速工業用レーザーは、高精度の微細機械加工を必要とする用途のための重要なツールになりつつある。
【０００４】
しかし、熱強化ガラス中に多量の応力が含まれるため、切断などの加工は非常に困難である。従来方法を用いた熱強化ガラスを切断する試みでは、この残留内部応力を開放され、板全体の断片化が生じる。このため、熱強化ガラスは、熱強化プロセスの前にある形状に切断される。したがって、熱強化ガラス板は、限定された数の標準サイズでのみ利用可能である。これによって、汎用性が低下することがあり、特別に適合させた板のコストに影響することがあり、強化ガラスの使用がさらに限定されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、熱強化基板を切断するための別のシステムおよび方法が望まれる場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態では、熱強化基板の分離方法は、レーザービーム焦線の少なくとも一部が熱強化基板のバルク中に入るように、レーザービーム焦線を熱強化基板中に向けるステップを含む。レーザービーム焦線は集束パルスレーザービームによって形成され、レーザービーム焦線はビーム伝播方向に沿って配置される。この方法は、集束パルスレーザービームをパルス化して、１つ以上のサブパルスを含むパルスバーストの第１の配列を形成するステップをさらに含む。レーザービーム焦線によって、熱強化基板中に誘導マルチフォトン吸収が生じ、それによってレーザービーム焦線に沿って熱強化基板のバルク中に損傷トラックが形成される。この方法は、第１のレーザービームパス中に、集束パルスレーザービームと熱強化基板との間に相対運動を生じさせ、それによってパルスレーザービームが、熱強化基板中に損傷トラックの第１の配列を形成するステップをさらに含む。損傷トラック中の第１の配列の個別の損傷トラックは、ある横方向の間隔によって分離され、１つ以上のマイクロクラックによって、損傷トラックの第１の配列の隣接する損傷トラックが接続される。
【０００７】
別の一実施形態では、熱強化基板を加工するシステムは、パルスレーザービームを放出するように操作可能なレーザー光源と、少なくとも１つの軸に沿って並進するように操作可能であり、熱強化基板を受け取るように操作可能な並進テーブルと、パルスレーザービームの光路内に配置される光学組立体とを含む。光学組立体は、パルスレーザービームをレーザービーム焦線に変化させ、レーザービーム焦線の少なくとも一部は、熱強化基板のバルク中に位置するように操作可能であり、それによってレーザービーム焦線により熱強化基板中に誘導マルチフォトン吸収が生じて、レーザービーム焦線に沿って熱強化基板中で材料の変化が生じる。このシステムは、１つ以上の制御装置において、１つ以上のサブパルスを含むパルスバーストの配列を形成するようにパルスレーザービームをパルス化し、第１のレーザービームパス中にパルスレーザービームと熱強化基板との間に少なくとも１つの軸に沿った相対運動が生じるように並進テーブルを制御して、パルスレーザービームによって、熱強化基板中に損傷トラックの配列が形成されるようにプログラムされた１つ以上の制御装置をさらに含む。損傷トラックの配列の個別のトラックは、ある横方向の間隔によって分離され、１つ以上のマイクロクラックが、損傷トラックの配列の隣接する損傷トラックの間に延在する。
【０００８】
さらに別の一実施形態では、熱強化ガラス基板は、第１の表面および第２の表面を含み、第１の表面および第２の表面は２４ＭＰａ以上の圧縮応力を有し、第１および第２の表面の間の熱強化ガラス基板の本体中の応力プロファイルは放物線状である。熱強化ガラス基板は、第１の表面から第２の表面まで延在する端部と、端部に位置する複数の損傷トラックとをさらに含む。複数の損傷トラックのそれぞれの個別の損傷トラックは、５μｍ以下の直径を有し、２５０μｍ以上の長さを有する。複数の損傷トラックの隣接する損傷トラックは約２μｍ〜約２０μｍの間の横方向の間隔で分離しており、複数の損傷トラックの端部の長さの５０％以上に延在する。
【０００９】
以上のことは、異なる図の全体にわたって同様の参照文字が同じ部分を意味する添付の図面を参照する、以下の具体的な実施形態のより詳細な説明から明らかとなるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、むしろ代表的な実施形態の説明において強調が行われている
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、焦線に沿って誘導された吸収によって損傷トラックを形成するために熱強化基板中にレーザービーム焦線を配置するステップの概略図である。
【図１Ｂ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、焦線に沿って誘導された吸収によって損傷トラックを形成するために熱強化基板中にレーザービーム焦線を配置するステップの概略図である。
【図２Ａ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるレーザー加工のための光学組立体の概略図である。
【図２Ｂ−１】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、基板に対する透明材料中のある位置にレーザービーム焦線を形成することによって基板を加工する種々の可能性の概略図である。
【図２Ｂ−２】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、基板に対する透明材料中の異なる位置にレーザービーム焦線を形成することによって基板を加工する種々の可能性の概略図である。
【図２Ｂ−３】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、基板に対する透明材料中の異なる位置にレーザービーム焦線を形成することによって基板を加工する種々の可能性の概略図である。
【図２Ｂ−４】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、基板に対する透明材料中の異なる位置にレーザービーム焦線を形成することによって基板を加工する種々の可能性の概略図である。
【図３】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるレーザー加工のための第２の光学組立体の概略図である。
【図４Ａ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるレーザー加工のための第３の光学組立体の概略図である。
【図４Ｂ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるレーザー加工のための第３の光学組立体の概略図である。
【図５】レーザー加工のための第４の光学組立体の概略図である。
【図６Ａ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による２つの圧縮領域を有する熱強化基板の概略図である。
【図６Ｂ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による１つの内部張力領域を有する熱強化基板の概略図である。
【図７Ａ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるピコ秒レーザーの時間の関数としてのレーザー発光の例のグラフである。
【図７Ｂ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるピコ秒レーザーの時間の関数としてのレーザー発光の例のグラフである。
【図７Ｃ】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態によるピコ秒レーザーの時間の関数としてのレーザー発光の例のグラフである。
【図８】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による、熱強化基板中に損傷トラックの配列を形成するためのレーザープロセスを概略的に示している。
【図９】本明細書に記載され例示される１つ以上の実施形態による３つのレーザーパスの場合の熱強化基板中のレーザーの線焦点位置を概略的に示している。
【図１０Ａ】レーザー入射面における熱強化ガラス基板のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す熱強化ガラス基板のレーザー射出面におけるレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１１Ａ】熱強化ガラス基板のレーザー切断端部の上側の顕微鏡画像である。
【図１２Ａ】厚さ３．２ｍｍの熱強化ガラス基板のある断片のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１２Ｂ】厚さ３．２ｍｍの熱強化ガラス基板の別の断片のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１２Ｃ】厚さ３．２ｍｍの熱強化ガラス基板のさらに別の断片のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１３Ａ】厚さ５．５ｍｍの熱強化ガラス基板のある断片のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１３Ｂ】厚さ５．５ｍｍの熱強化ガラス基板の別の断片のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【図１３Ｃ】厚さ５．５ｍｍの熱強化ガラス基板のさらに別の断片のレーザー切断端部の側面（断面）の顕微鏡画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に記載の実施形態は、熱強化ガラス材料などの熱強化基板を光学的に切断するための方法およびシステムに関する。一般に、材料中の損傷トラックによって形成される１つ以上の損傷線を形成するために、レーザービームは、熱強化ガラスなどの熱強化基板のバルク中に配置されるレーザービーム焦点線に変換される。熱強化基板は、これらの損傷線に沿って、たとえば２つ以上の断片に分離される。
【００１２】
一般に、一連の損傷トラックは、１ｍ／ｓを超えうる並進速度の非常に速い速度で形成されうる。熱強化ガラスの場合のように強い応力を受けたガラスでは、複数のマイクロクラック（または１つのマイクロクラック）が形成され、損傷が形成されると非常に速く伝播する。このため、多くのレーザー方法がクラック先端を案内するのに適切な損傷を形成できるよりも速く、マイクロクラックが形成され伝播されうるので、高い中央張力のガラスの切断において大きな課題が生じる。これによってクラックが制御不能になる。しかし、本明細書に開示される方法は、１つのレーザーパルスまたはバーストパルスを用いて完全な損傷トラックを形成することができ、したがってマイクロクラックが伝播する速度を超える速度で損傷トラック位置を容易に形成することができ、レーザー損傷が「進行方向を外れて（ｏｕｔ  ａｈｅａｄ）」進むのではなく、マイクロクラックが損傷トラック間で確実に誘導される。したがって、熱強化基板（たとえば、熱強化ソーダ石灰ガラス）は、これらの損傷線に沿って複数の部分に分離することができ、たとえば熱強化ガラスの２つ以上の断片に分離することができる。
【００１３】
熱強化ガラスは、ガラスの強度を増加させるために制御された熱処理を用いて形成することができる。ガラスは、高温オーブン（約６００℃）中で加熱され、次に、たとえばガラスを低温気流に曝露することによって、その温度を急速に低下させる。これによって、ガラスの外側の層が内側の層よりも急速に収縮し、それによってガラスの外側の層に高レベルの圧縮応力が維持され、一方、ガラスの内側の層には、材料の内側の力のバランスを維持するための張力が生じる。完全強化ガラスは、１０，０００ｐｓｉ（６９ＭＰａ）を超える表面圧縮応力を有するガラスとして一般に定義され、熱強化ガラスは、３，５００ｐｓｉ（２４ＭＰａ）を超える表面圧縮応力を有するガラスとして一般に定義される。
【００１４】
熱強化の深さ関数としての応力プロファイルは、一般に放物線状であり、深さとともにゆっくりと変化するが、一方、化学強化ガラス（たとえば、イオン交換化学強化ガラス）では、応力プロファイルは、深さとともにより指数関数的となり、ガラス表面近くの領域に限定される。したがって熱強化ガラスの圧縮応力層は、多くの場合より深くなり、熱強化では多くの場合＞＞１００μｍとなるが、化学強化の場合は一般に＜１００μｍとなる。さらに、熱強化は厚さが＞２ｍｍ、主として＞３ｍｍのガラス片に一般に限定され、一方、化学強化は多くの場合はより薄いガラス片に限定される。
【００１５】
このような応力分布および深い圧縮応力層によって、表面衝撃による破壊に対する抵抗性が非常に高い熱強化ガラスが得られる。ガラスが破壊される場合は、鋭くない破片に一般に破壊される。
【００１６】
現在、熱強化ガラスの任意の切断は、最初に効果的にガラスを脱強化する（ｄｅ−ｔｅｍｐｅｒ）ためのガラスの特殊な処理を含む。方法の１つでは、より大きな熱強化された板から分離される所望の形状の局所的に周囲の材料を加熱することによって非強化ガラスの帯を形成する。次に、ガラスは、板の実際に強化された部分が非強化の（アニールされた）ガラスで取り囲まれるように非強化の帯に沿って切断され、次にその仕上げが行われる。
【００１７】
熱強化ガラスは、ガラスの強度が要求される場合に需要が高い。これは、ほとんどの現代建築用ガラスの前面、乗用車の窓、シャワーのドア、および多種多様の消費者用途に使用される。さらに、エレクトロクロミック的に制御された窓を製造するために、熱強化ソーダ石灰ガラスをアルカリホウアルミノケイ酸塩ガラス（たとえば、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｅａｇｌｅ  ＸＧ（商標）ガラス）などのより高品質のディスプレイガラスと併用することができる。窓ガラスのある部分により高品質のディスプレイガラス（より平坦、より組成的に均一、低アルカリ含有量）を使用すると、エレクトロクロミックエレクトロニクス層が取り付けられる場合に、より良好な電気的性能およびより高い歩留まりを得る（ｓｔａｃｋ  ｌｅａｄ）ことができる。両方の材料を複雑な形状に切断する能力は、それによってより高い材料（板）の利用率が可能となるので、高い関心が持たれている。エレクトロクロミック層は、取り付けられて、ガラス上でパターン化されるが、強化に伴う高温のために、あらゆる熱強化の後に取り付ける必要がある。熱強化ガラスがエレクトロクロミック層のパターン化の後に切断される場合には、コーテイングおよび強化の一般的な設備を使用し、次に下流で部品をある形状に単純に切断することによって、より高いプロセスの汎用性が実現されうる。
【００１８】
前述のように、本開示の実施形態は、脱強化を必要とせずに熱強化ガラスをレーザー切断するためのシステムおよび方法を対象としている。実施形態では、正確な穿孔（すなわち、損傷トラック）を熱強化ガラス中に形成するために、超短パルスレーザーおよび特殊な光送達システムが利用される。これらの穿孔または損傷トラックによって、あらゆるクラックの伝播を正確に制御でき、切断プロセス中のガラス板の粉砕を防止することができる。したがって、ある実施形態によると、熱強化基板は熱強化ガラス基板であり、レーザービーム焦線を熱強化ガラス基板に向けるステップの前に少なくとも１つのエレクトロクロミック層が熱強化ガラス基板上に取り付けられる。すなわち、ある実施形態では超短パルスレーザービームは、１つ以上エレクトロクロミック層が上に配置された熱強化ガラス（たとえば、ソーダ石灰ガラス）を切断する。
【００１９】
以下に記載の方法によると、熱強化された（すなわち強化された）材料を通過する非常に制御された実線（ｆｕｌｌ  ｌｉｎｅ）の穿孔を、非常にわずかな（＜７５μｍ、多くの場合＜５０μｍ）表面下損傷および無視できる破片形成で形成するために、レーザーを使用することができる。したがって、単一高エネルギーパルスまたはバーストパルスを用いて、透明熱強化材料中に、顕微鏡的な（すなわち、＜０．５μｍおよび＞１００ｎｍの直径）細長い「孔」または空隙（本明細書では穿孔、欠陥線、または損傷トラックとも記載される）を形成することができる。これらの個別の損傷トラック（または「穿孔」）は、数百キロヘルツ（たとえば１秒当たり数十万個の穿孔）の速度で形成することができる。したがって、光源と材料との間の相対運動によってこれらの穿孔は互いに隣接して（希望するなら１マイクロメートル未満から数十マイクロメートルで変動する空間的分離で）配置することができる。この空間的分離は、切断を促進するために選択される。ある実施形態では、損傷トラックは、透明材料の最上部から底部まで延在する孔または開放チャネルである「貫通孔」である。ある実施形態では、損傷トラックは、連続チャネルではない場合があり、固体材料（たとえば、ガラス）の部分または区画で閉鎖または部分的に閉鎖されてもよい。本明細書において規定される場合、損傷トラックの内径は、材料中の開放チャネルまたは空気孔または空隙の内径である。たとえば、本明細書に記載の実施形態では、損傷トラックの内径は＜５００ｎｍ、たとえば≦４００ｎｍ、または≦３００ｎｍである。
【００２０】
以下により詳細に記載されるように、それぞれのレーザーパルス（またはサブパルスのバースト）によって形成された損傷トラックは、圧縮層を通過して熱強化基板の張力領域中まで延在する。他のレーザー方法とは異なり、この方法は、材料を完全に通過する孔をあけるための長い滞留時間のマルチパルスおよび衝撃穿孔方法を必要としない。
【００２１】
熱強化ガラスは高レベルの内部応力を有するので、これらの損傷した位置からマイクロクラックが出現する。しかし、損傷トラック部位が、狭い間隔で配置され、マイクロクラック伝播速度よりも速く形成される限りは、マイクロクラックは、ある損傷トラックから別の損傷トラックまで優先的に誘導される。以下に詳細に記載するように、次にこれらのマイクロクラックの伝播によって、所望の穿孔した輪郭にそってガラスが分離される。
【００２２】
レーザー加工される（レーザーによって、穴あけ、切断、アブレーション、損傷、またはその他の容易に判断できる変更が行われる）材料がレーザー波長に対して透明となるように、レーザーの波長が選択される。一実施形態では、材料の厚さ１ｍｍ当たりレーザー波長の強度の１０％未満を吸収する場合に、レーザーによって加工される材料がレーザー波長に対して透明である。別の一実施形態では、材料の厚さ１ｍｍ当たりレーザー波長の強度の５％未満を吸収する場合に、レーザーによって加工される材料がレーザー波長に対して透明である。さらに別のものでは、材料の厚さ１ｍｍ当たりレーザー波長の強度の２％未満を吸収する場合に、レーザーによって加工される材料がレーザー波長に対して透明である。さらに別の一実施形態では、材料の厚さ１ｍｍ当たりレーザー波長の強度の１％未満を吸収する場合に、レーザーによって加工される材料がレーザー波長に対して透明である。
【００２３】
レーザー光源の選択は、さらに、透明材料中にマルチフォトン吸収（ＭＰＡ）を誘導する能力に基づいて行われる。ＭＰＡは、材料をより低いエネルギー状態（通常は基底状態）からより高いエネルギー状態（励起状態）まで励起するために、同一または異なる周波数の複数のフォトン（たとえば２、３、４、またはそれを超える）を同時に吸収することである。励起状態は、励起電子状態またはイオン化状態であってよい。材料のより高いエネルギー状態とより低いエネルギー状態との間のエネルギー差は、２つ以上のフォトンのエネルギーの合計に等しい。ＭＰＡは、線形吸収よりも大きさが数桁小さい非線形過程である。２フォトン吸収の場合、これは吸収強度が光強度の２乗に依存するという線形吸収とは異なり、そのため非線形光学過程となる。通常の光強度では、ＭＰＡは無視できる。レーザー光源（特にパルスレーザー光源）の焦点領域中など光強度（エネルギー密度）が非常に高い場合、ＭＰＡは十分大きくなり、光源のエネルギー密度が十分高い領域内での材料中の影響は測定可能となる。焦点領域中では、エネルギー密度はイオン化が生じるのに十分な高さとなることができ、分子結合が破壊され、材料の気化が起こりうる。
【００２４】
原子レベルにおいて、個別の原子のイオン化は、離散的なエネルギー要求条件を有する。ガラス中に一般に使用されるいくつかの元素（たとえば、Ｓｉ、Ｎａ、Ｋ）は、比較的低いイオン化エネルギー（約５ｅＶ）を有する。ＭＰＡ現象がなければ、約５ｅＶで線形イオン化を生じさせるために約２４８ｎｍの波長が必要となる。ＭＰＡが起こる場合、約５ｅＶだけエネルギーが離れた状態の間のイオン化または励起は、２４８ｎｍよりも長い波長を用いて実現することができる。たとえば、５３２ｎｍの波長を有するフォトンは約２．３３ｅＶのエネルギーを有し、そのため、たとえば、波長５３２ｎｍを有する２つのフォトンは、２フォトン吸収（ＴＰＡ）において約４．６６ｅＶだけエネルギーが離れた状態の間の遷移を誘導することができる。
【００２５】
したがって、たとえば、レーザービームのエネルギー密度が、必要な励起エネルギーの半分を有するレーザー波長の非線形ＴＰＡを誘導するのに十分高い材料の領域中で、原子および結合の選択的な励起またはイオン化が起こりうる。ＭＰＡによって、局所的な再構成と、隣接する原子または結合から励起した原子または結合の分離とが起こりうる。結果として生じる結合または構成の変化によって、ＭＰＡが起こる材料の領域からの物質の非熱的なアブレーションおよび除去が起こりうる。この物質の除去によって、材料を機械的に脆弱にし、クラックまたは破壊をより起こりやすくする構造欠陥（すなわち、穿孔、欠陥線または損傷トラック）が形成される。損傷トラックの位置を制御することによって、それに沿ってクラックが生じる輪郭または経路を正確に画定して、隣接する損傷トラック間の応力誘導マイクロトラックを誘導することができる。一連の損傷トラックによって画定される輪郭は、欠陥線と見なすことができ、材料中の構造的脆弱性の領域に対応する。
【００２６】
損傷トラックは、高エネルギーの単一「バースト」、時間内で互いに狭い間隔の短持続時間サブパルスを用いて実現することができる。レーザーパルスの持続時間は、１０−１０ｓ以下、または１０−１１ｓ以下、または１０−１２ｓ以下、または１０−１３ｓ以下であってよい。これらの「バースト」は、速い繰り返し速度（たとえばｋＨｚまたはＭＨｚ）で繰り返すことができる。レーザーおよび／または基板の動きを制御することで、基板または基板スタックのレーザーに対する速度を制御することによって、損傷トラックを間隔を開けて正確に配置することができる。一例として、１００ｋＨｚの一連のパルスに曝露されて２００ｍｍ／秒の速度で移動する熱強化基板では、個別のパルスは２マイクロメートル離れて配置されて、２マイクロメートルだけ分離した一連の損傷トラックが形成される。ある実施形態では、熱強化基板は、少なくとも１つの軸に沿って並進可能な並進テーブル（図示せず）上に配置される。あらゆる並進テーブル、またはガラス基材もしくは光送達ヘッドのいずれかを並進させることができるその他の装置を使用することができる。
【００２７】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、熱強化基板のレーザー穿孔方法は、ビーム伝播方向に沿って見て、パルスレーザービーム２をレーザービーム焦線２ｂに集束させるステップを含む。レーザービーム焦線２ｂは、高エネルギー密度の領域である。図２に示されるように、レーザー３（図示せず）は、光学組立体６に入射する部分２ａを有するレーザービーム２を放出する。光学組立体６によって、入射レーザービームは、ビーム方向に沿って画定された拡張範囲（焦線の長さｌ）にわたって出力側に広範囲にわたるレーザービーム焦線２ｂに変化する。
【００２８】
本開示の実施形態では、レーザービーム焦線２ｂの形成に非回折ビーム（「ＮＤＢ」）が利用される。典型的には、レーザー加工には、ガウシアンレーザービームが使用されている。ガウス分布の強度プロファイルを有するレーザービームの狭い焦点は、
【００２９】
【数１】
2018507154.tif 000003
【００３０】
で表されるレイリー範囲ＺＲを有する。
【００３１】
レイリー範囲は、波長η０において屈折率ｎ０の材料中でビームのスポットサイズｗ０が√２だけ増加する距離を表す。この制限は回折によって生じる。式（１）に示されるように、レイリー範囲はスポットサイズと直接関連し、そのため狭い焦点（すなわち小さなスポットサイズ）を有するビームは、は長いレイリー範囲を有することができないという結論が得られる。このようなビームは、非常に短い距離の場合でのみこの小さなスポットサイズを維持する。これは、このようなビームが、焦点領域の深さを変化させることで材料を通過する孔を形成するために使用される場合、焦点のいずれかの側でのスポットの急激な拡大には、ビームの焦点特性を制限しうる光学的ひずみのない大きな領域が必要となることを意味する。このような短いレイリー範囲では、厚い試料を通過して切断するために複数のパルスも必要となる。
【００３２】
しかし、本開示の実施形態では、前述の光学ガウシアンビームの代わりにＮＤＢが利用される。非回折ビームは、回折効果によってビームの焦点が不可避的に制限される前に、かなりの距離を伝播することができる。無限のＮＤＢであれば拡散効果が起こらないが、物理的に実現可能なＮＤＢは制限された物理的範囲を有する。ビームの中央ローブは半径が非常に小さくなることができ、したがって高強度ビームを得ることができる。限定するものではないが、場のプロファイルがガウス関数よりも横方向でよりゆっくり減衰する特殊関数によって通常は表されるベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、およびＭａｔｈｉｅｕビームなどのいくつかの種類のＮＤＢが存在する。
【００３３】
記載のＮＤＢはベッセルビームの場合で本明細書に記載されるが、実施形態がそれに限定されるものではないことを理解すべきである。ベッセルビームの中央スポットサイズは、
【００３４】
【数２】
2018507154.tif 000004
【００３５】
で表され、式中、ＮＡは、光軸と角度βをなす平面波の円錐によって得られる開口数である。ベッセルビームとガウシアンビームとの間の重要な違いの１つは、ベッセルビームのレイリー範囲が、
【００３６】
【数３】
2018507154.tif 000005
【００３７】
で与えられ、式中のＤは、ある開口または光学素子によって得られるビームの有限の広がりである。したがって、開口サイズＤを使用して、中央スポットのサイズによって生じる限度を超えてレイリー範囲を増加可能なことが示された。ベッセルビームを発生させる実際的な方法の１つは、ガウシアンビームをアキシコンまたは半径方向に直線位相の勾配を有する光学素子に通すことである。
【００３８】
一般に、線焦点（すなわちレーザービーム焦線）を形成する光学的方法は、限定するものではないが、ドーナツ型レーザービームおよび球面レンズ、アキシコンレンズ、回折素子の使用、または高強度の線形領域を形成するための別の方法などの複数の形態を取ることができる。線焦点を形成し調節する種々の光学的方法が米国特許出願第６２／０２４１２２号明細書に記載されており、その全体が参照により本明細書に援用される。基板材料を破壊するのに十分な光強度に到達する限りは、レーザーの種類（ピコ秒、フェムト秒など）および波長（ＩＲ、可視、ＵＶなど）を変更することもできる。
【００３９】
レーザー出力およびレンズ焦点距離（これによって線焦点距離、したがって出力密度が決定される）は、切断のための基板の完全貫通を保証するパラメータである。したがって、基板中に形成される線焦点の寸法を制御すべきである。
【００４０】
もう一度図１Ａおよび１Ｂを参照すると、レーザー加工およびマルチフォトン吸収によって内部の変化が生じる熱強化基板１（たとえば、熱強化ガラス）が概略的に示されている。熱強化基板１は基板または担体上に配置することができる。ある実施形態では、同時に加工するために複数の熱強化基板１が積み重ねて配置される。熱強化基板１は、少なくとも１つの軸に沿って移動するように構成された並進テーブル（図示せず）上に配置することができる。並進テーブルは、たとえば１つ以上の制御装置（図示せず）によって制御することができる。熱強化基板１は、ビーム光路中でレーザービーム２のレーザービーム焦線２ｂに少なくとも重なり合うように配置される。レーザービーム２は、たとえば１つ以上の制御装置（図示せず）によって制御可能なレーザー光源（図示せず）によって発生させることができる。参照番号１ａは、それぞれ光学組立体６またはレーザーに面する（最も近い、または隣接する）熱強化基板１の表面を示し、参照番号１ｂは、（表面から離れ、またはさらには光学組立体６またはレーザーから離れた）熱強化基板１の裏面を示す。熱強化基板１の厚さ（面１ａおよび１ｂに対して、すなわち基板面に対して垂直に測定される）はｄで示される。
【００４１】
図１Ａが示すように、熱強化基板１は、長手方向のビーム軸に対して垂直に配列され、したがって光学組立体６によって形成される同じ焦線２ｂの後ろに配置される（基板は図の面に対して垂直である）。ビーム方向に沿って見ると、熱強化基板１は、焦線２ｂ（ビームの方向で見て）が熱強化基板１の表面１ａよりも前で始まり、熱強化基板１の表面１ｂより前で停止するように、焦線２ｂに対して配置され、すなわち焦線２ｂは熱強化基板１の内部で終了し、表面１ｂを超えて延在することはない。熱強化基板１中のレーザービーム焦線２ｂの重なり合う領域中、すなわち焦線２ｂが重なる熱強化基板１の部分中、広範なレーザービーム焦線２ｂによって熱強化基板１中で非線形吸収が生じる（レーザービーム焦線２ｂに沿って適切なレーザー強度が仮定され、この強度は、長さｌの区画（すなわち長さｌの線焦点）上にレーザービーム２を適切に集中させることによって保証され、それによって（長手方向ビーム方向に沿って配置される）広範な区画２ｃが画定され、それに沿って誘導非線形吸収が熱強化基板１中で生じる）。誘導非線形吸収によって、熱強化基板１中に区画２ｃに沿って損傷トラックまたはクラックが形成される。損傷トラックまたはクラックの形成は、局所的に限定されるのではなく、むしろ、誘導吸収の広範な区画２ｃの長さ全体にわたって延在しうる。区画２ｃの長さ（レーザービーム焦線２ｂが熱強化基板１と重なる部分の長さに対応する）は参照文字Ｌで示されている。誘導吸収２ｃの区画（または欠陥線またはクラックの形成が生じる熱強化基板１の材料中の区画）の平均直径または範囲は参照文字Ｄで示されている。この平均範囲Ｄは、レーザービーム焦線２ｂの平均直径δ、すなわち約０．１μｍ〜約５μｍの間の範囲内の平均スポット直径に対応しうる。
【００４２】
図１Ａが示すように、熱強化基板１（レーザービーム２の波長λに対して透明である）は、焦線２ｂに沿った誘導吸収のために局所的に加熱される。誘導吸収は、焦線２ｂ中の高い強度（エネルギー密度）のレーザービームと関連する非線形効果によって生じる。図１Ｂは、加熱された熱強化基板１が最終的に膨張し、そのため、対応する誘導張力によってマイクロクラックが形成され、その張力は表面１ａで最大となることを示している。
【００４３】
焦線２ｂの形成に使用できる代表的な光学組立体６、およびこれらの光学組立体を使用できる代表的な光学設定を以下に記載する。すべての組立体または設定は前述の記載に基づいており、そのため同一の参照文字は、同一の構成要素もしくは特徴、またはそれらの機能が同一であるものに使用される。したがって、それらの違いのみを以下に記載する。
【００４４】
一連の損傷トラックによって画定された輪郭に沿ってクラックが形成された後の分離面の高品質（破壊強度、幾何学的精度、粗さ、および再機械加工の要求の回避に関する）を保守するために、クラックの輪郭を画定する損傷トラックの形成に使用される個別の焦線は、後述の光学組立体（本明細書では以降、光学組立体の代わりにレーザー光学系と記載される場合もある）を用いて形成すべきである。分離面の粗さは、主として焦線のスポットサイズまたはスポット直径によって決定される。表面の粗さは、たとえば、表面粗さ統計値のＲａ（抽出した表面の高さの絶対値の算術平均粗さ）によって特徴付けることができる。レーザー３の特定の波長λの場合に、たとえば０．５μｍ〜２μｍの小さなスポットサイズを実現するためには（熱強化基板１の材料との相互作用）、レーザー組立体６の開口数に対して、通常はある種の要求を課す必要がある。
【００４５】
本明細書に記載のレーザー切断方法では、一般に約０．１〜１．０μｍＲａのガラス部品の露出切断面（端部）の表面粗さが得られ、ここでＲａは、焦線のスポット直径から得られるバンプの高さを含む抽出した表面高さの絶対値の算術平均の統計的粗さである。より一般的には、切断端部のＲａ値は、本明細書に記載のレーザープロセスの場合で約０．２５〜０．７５μｍである。
【００４６】
必要な開口数を実現するために、一方では、光学系は、周知のアッベの式（開口数（Ｎ．Ａ．）＝ｎ  ｓｉｎθ、ｎ：加工される材料の屈折率、θ：開口角の半分；およびθ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／２ｆ）；Ｄ：開口、ｆ：焦点距離）にしたがって、所与の焦点距離に対して必要な開口を配置する必要がある。他方、レーザービームは、光学系を必要な開口まで照明すべきであり、これは、レーザーと集光光学系との間に拡大望遠鏡を使用するビーム拡大手段によって通常は実現される。
【００４７】
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、あまり大きく変動すべきではない。これは、たとえば（以下の実施形態を参照されたい）、集光光学系を小さな円形領域でのみ照明することで保証することができ、それによって、ビーム開口、したがって開口数のパーセント値の変動がごくわずかとなる。
【００４８】
図２Ａは、線焦点を形成する一例の方法を示している。前述のように、本明細書に記載の線焦点を形成する多数の別の方法が存在し、実施形態が図２Ａに示される例に限定されるものではない。図２Ａ（レーザー放射線２のレーザービーム束中の中央ビームの位置で基板面に対して垂直の区画；この場合も、レーザービーム２は熱強化基板１に対して垂直に入射し、すなわち入射角は０°であり、そのため、焦線２ｂまたは誘導吸収２ｃの広範な区画は基板法線に対して平行である）によると、レーザー３によって放出されたレーザー放射線２ａは、最初に、使用されるレーザー放射線に対して完全に不透明である円形開口８上に向かう。開口８は、長手方向ビーム軸に対して垂直に向いており、図示されるビーム束２ａの中央ビームが中心となる。開口８の直径は、ビーム束２ａの中央付近のビーム束または中央ビーム（この場合２ａＺで示される）が開口に到達し、開口によって完全に遮断されるように選択される。ビーム直径よりも開口サイズが小さいため、ビーム束２ａの外周のビーム（周辺光線、ここでは２ａＲで示される）のみは遮断されず、開口８を横から通過し、この実施形態では球面にカットされた両凸レンズ７で示される光学組立体６の集光光学素子の周辺領域に到達する。
【００４９】
レンズ７は、中央ビームが中心に来るように配置され、一般的な球面にカットされたレンズの形態の非補正両凸集束レンズとして設計されている。このようなレンズの球面収差は有利となる場合がある。代案の１つとして、理想的に補正されたシステムから逸脱し、理想的な焦点は形成しないが、画定された長さの別個の細長い焦線を形成する非球面レンズシステムまたはマルチレンズシステムを使用することもできる（すなわち、１つの焦点を有さないレンズまたはシステム）。このように焦線２ｂに沿って集束するレンズの領域は、レンズの中心から離れた位置にある。ビーム方向を横断する開口８の直径は、ビーム束の直径（ビーム強度がピーク強度の１／ｅ２まで減少するのに必要な距離によって定義される）の約９０％であるであり、光学組立体６のレンズの直径の約７５％である。したがって、中央のビーム束を遮断することで得られる非収差補正球面レンズ７の焦線２ｂが使用される。図２Ａは、中央ビームが通過する１つの面内の区画を示しており、図示されるビームを焦線２ｂの周囲で回転させると、完全な３次元の束を見ることができる。
【００５０】
この種類の焦線の潜在的な欠点の１つは、条件（スポットサイズ、レーザー強度）が焦線に沿って（したがって材料中の所望の深さに沿って）変化することがあり、したがって所望の種類の相互作用（溶融なし、誘導吸収、熱可塑性変形からクラック形成まで）が場合により焦線の選択された部分でのみ生じうることである。次にこれは、場合により入射レーザー光の一部のみが、所望の方法で加工される材料によって吸収されることを意味する。このように、プロセス（所望の分離速度のために必要な平均レーザー出力）の効率が低下することがあり、レーザー光が、望ましくない領域（基板に付着する部分もしくは層、または基板保持固定具）の中に透過して、それらと望ましくない方法（たとえば加熱、拡散、吸収、望ましくない変化）で相互作用することもある。
【００５１】
図２Ｂ−１〜４は、（図２Ａ中の光学組立体だけでなく、あらゆる別の適用可能な光学組立体６の場合に）、熱強化基板１に対して光学組立体６を適切に配置および／または位置合わせすることによって、および光学組立体６のパラメータを適切に選択することによって、レーザービーム焦線２ｂの位置を制御できることを示している。図２Ｂ−１に示されるように、焦線２ｂの長さｌは、層厚さｄを超えるように（この場合は２倍）調節することができる。熱強化基板１が（長手方向のビーム方向から見て）焦線２ｂに対して中央に配置される場合、誘導吸収の広範な区画２ｃが基板の厚さ全体にわたって形成される。
【００５２】
図２Ｂ−２に示す場合では、基板厚さｄにある程度対応する長さｌの焦線２ｂが形成される。加工される材料の外側の場所で線２ｂが始まるように、熱強化基板１が線２ｂに対して配置されるので、広範な誘導吸収の区画２ｃの長さＬ（この場合は基板表面から画定された基板深さまで延在するが、裏面１ｂまでは延在しない）は焦線２ｂの長さｌよりも短くなる。図２Ｂ−３は、熱強化基板１が（ビーム方向に沿って見て）焦線２ｂの出発点よりも上に配置される場合を示しており、そのため図２Ｂ−２のように、線２ｂの長さｌは熱強化基板１中の誘導吸収区画２ｃの長さＬよりも長い。したがって焦線は、熱強化基板１中から始まり、裏面１ｂを超えて延在する。図２Ｂ−４は、焦線長さｌが基板厚さｄよりも短い場合を示しており、そのため、入射方向から見た場合に焦線に対して基板が中央に配置される場合、焦線は、熱強化基板１中の表面１ａ付近で始まり、熱強化基板１中の表面１ｂ付近で終わる（たとえばｌ＝０．７５×ｄ）。レーザービーム焦線２ｂは、たとえば約０．１ｍｍ〜約１００ｍｍの間の範囲内、または約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の範囲内の長さｌを有することができる。種々の実施形態は、たとえば約０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、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。
【００５３】
表面１ａ、１ｂの少なくとも１つが焦線で覆われるように焦線２ｂを配置すると特に有利であり、それによって、誘導非線形吸収の区画２ｃが、加工される材料の少なくとも１つの表面上で始まる。このように、実質的に理想的な切断を実現しながら、アブレーション、フェザリング、および表面における粒子形成を回避することができる。
【００５４】
図３は、別の適用可能な光学組立体６を示している。基本的な構成は図２Ａに記載のものに従うので、違いのみを以下に記載する。図示される光学組立体は、焦線２ｂを形成するために、画定された長さｌの焦線が形成されるように成形される非球状自由表面を有する光学系の使用に基づいている。このために、光学組立体６の光学素子として非球面を使用できる。図３中、たとえば、多くの場合にアキシコンとも呼ばれるいわゆる円錐形プリズムが使用される。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（またはレーザービームをリングに変換する）円錐形にカットされたレンズである。このようなアキシコンの設計は当業者には周知であり、この例の円錐角は１０°である。ここで参照番号９で示されるアキシコンの頂点は、入射方向に向かい、中心はビームの中心に合わせられる。アキシコン９によって形成される焦線２ｂはその内部で始まるので、熱強化基板１（この場合は主ビーム軸に対して垂直に位置合わせされる）は、ビーム光路中、アキシコン９のすぐ後ろに配置することができる。図３が示すように、アキシコンの光学特性のため、焦線２ｂの範囲内に維持しながら、ビーム方向に沿って熱強化基板１を移動させることも可能である。したがって、熱強化基板１の材料中の広範な誘導吸収の区画２ｃは深さｄ全体にわたって延在する。
【００５５】
しかし、図示される配置には以下の制限が存在する。アキシコン９によって形成される焦線２ｂの領域はアキシコン９内で始まるので、アキシコン９と加工される材料との間に距離が存在する状況では、レーザーエネルギーのかなりの部分は、材料中に位置する焦線２ｂの誘導吸収の区画２ｃ中には集中しない。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を介したビーム直径と関連する。これが、比較的薄い材料（数ミリメートル）の場合、焦線全体が加工される材料の厚さよりもはるかに長くなり、レーザーエネルギーの大部分が材料中に集中しない効果が生じる理由である。
【００５６】
このため、アキシコンと集束レンズとの両方を含む光学組立体６を使用することが望ましい場合がある。図４Ａは、光学組立体６を示しており、この場合、広範なレーザービーム焦線２ｂを形成するよう設計された非球面自由表面を有する第１の光学素子（ビーム方向に沿って見て）がレーザー３のビーム光路中に配置されている。図４Ａに示される場合では、この第１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配置され、レーザービームが中心に来るように合わせられる。アキシコンの頂点はビーム方向に向いている。第２の集光光学素子は、この場合は平凸レンズ１１（その湾曲部はアキシコンに向かっている）であり、アキシコン１０から距離ｚ１でビーム方向に配置される。距離ｚ１（この場合は約３００ｍｍ）は、アキシコン１０によって形成されるレーザー放射線がレンズ１１の半径方向外側部分に環状で入射するように選択される。レンズ１１によって、出力側で距離ｚ２（この場合、レンズ１１から約２０ｍｍ）において画定された長さ（この場合１．５ｍｍ）の焦線２ｂ上に環状放射線が集束する。この実施形態ではレンズ１１の有効焦点距離は２５ｍｍである。このレーザービームのアキシコン１０による環状の変換は参照文字ＳＲで示されている。
【００５７】
図４Ｂは、図４Ａよる熱強化基板１の材料中の焦線２ｂまたは誘導吸収２ｃの形成を詳細に示している。両方の素子１０、１１の光学特性、およびそれらの配置は、ビーム方向での焦線２ｂの長さｌが熱強化基板１の厚さｄと厳密に同じになるように選択される。したがって、ビーム方向に沿った熱強化基板１の厳密な配置は、図４Ｂに示されるように熱強化基板１の２つの表面１ａおよび１ｂの間に正確に焦線２ｂが配置されるようにすべきである。
【００５８】
したがって、焦線がレーザー光学素子からある距離で形成され、レーザー放射線のより大きな部分が焦線の所望の端部に集中する場合に有利となる。記載のように、このことは、一方で必要な開口数、したがって必要なスポットサイズを実現する機能を果たし、しかし他方で、基本的に円形のスポットが形成される場合に、拡散の円が、焦線２ｂの後でスポットの中心において非常に短い距離にわたって強度が減少する特定の半径方向外部領域にわたって、主要集光素子１１（レンズ）のみが円形（環状）に照射されることによって実現可能である。この方法では、必要な基板深さで短い距離の範囲内で、クラックの形成が停止する。アキシコン１０と集束レンズ１１との組合せは、この要求に適合する。アキシコンは２つの異なる方法で機能し、アキシコン１０のために、通常は円形のレーザースポットがリングの形態で集束レンズ１１に送られ、アキシコン１０の非球面性は、焦点面内の焦点の代わりにレンズの焦点面を超えて焦線が形成される効果を有する。焦線２ｂの長さｌは、アキシコン上のビーム直径を介して調節することができる。他方、焦線に沿った開口数は、アキシコンとレンズとの距離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。このようにして、全体のレーザーエネルギーを焦線内に集中させることができる。
【００５９】
加工される層または材料の裏側までクラック形成が続くことが意図される場合、円形（環状）の照明は、（１）レーザー光の大部分が依然として必要な長さの焦線内に集中するという意味でレーザー出力が最適に使用され、（２）円形照明ゾーンと、別の光学的機能による所望の収差の組との併用によって、焦線に沿って均一なスポットサイズの実現が可能となり、したがって焦線によって形成される損傷トラックに沿った均一な分離プロセスの実現が可能となる、という利点を依然として有する。
【００６０】
図４Ａに示される平凸レンズの代わりに、集光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、マルチレンズシステム）を使用することも可能である。
【００６１】
図４Ａに示されるアキシコンおよびレンズの組合せを用いて非常に短い焦線２ｂを形成するために、アキシコン上に入射するレーザービームの非常に小さいビーム直径が必要となりうる。これは、アキシコンの頂点上へのビームの中心の位置合わせが非常に精密となる必要があり、その結果はレーザー方向のばらつき（ビームドリフト安定性）に対して非常に敏感となるという実際的な欠点を有する。さらに、厳密にコリメートされたレーザービーム非常に拡散性であり、すなわち光偏向のためビーム束は短距離にわたってぼやけてくる。
【００６２】
図５に示されるように、両方の効果は、光学組立体６中に別のレンズである、コリメーティングレンズ１２を組み込むことで回避できる。追加のコリメーティングレンズ１２は、集束レンズ１１の円形照明を非常に厳密に調節する機能を果たす。コリメーティングレンズ１２の焦点距離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（これはｆ’に等しい）から得られるように選択される。リングの所望の幅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。純粋な形状の問題として、円形照明の小さな幅によって短い焦線が得られる。最小値は距離ｆ’において実現できる。
【００６３】
このように図５に示される光学組立体６は、図４Ａに示されるものに基づいているので、以下にはその違いのみを記載する。平凸レンズ（その湾曲部はビーム方向に向いている）としても設計されているコリメーティングレンズ１２は、さらに、一方のアキシコン１０（その頂点はビーム方向に向いている）と、他方の平凸レンズ１１との間のビーム光路中に中心が配置されている。アキシコン１０からコリメーティングレンズ１２の距離はｚ１ａで示され、コリメーティングレンズ１２から集束レンズ１１の距離はｚ１ｂで示され、集束レンズ１１から焦線２ｂの距離はｚ２で示される（常にビーム方向で見る場合）。図５に示されるように、アキシコン１０によって形成され、発散してコリメーティングレンズ１２上に円の直径ｄｒで入射する円形放射線ＳＲは、集束レンズ１１において少なくともほぼ一定の円の直径ｄｒのために、距離ｚ１ｂに沿って必要な円の幅ｂｒに調節される。図示される場合、非常に短い焦線２ｂの形成が意図され、そのため、コリメーティングレンズ１２において約４ｍｍの円の幅ｂｒが、コリメーティングレンズ１２の集光特性のためにレンズ１１において約０．５ｍｍに減少するように、（この例では円の直径ｄｒは２２ｍｍである）。
【００６４】
図示される例では、２ｍｍの典型的なレーザービーム直径、焦点距離ｆ＝２５ｍｍの集束レンズ１１、焦点距離ｆ’＝１５０ｍｍのコリメーティングレンズを使用し、距離Ｚ１ａ＝Ｚ１ｂ＝１４０ｍｍおよびＺ２＝１５ｍｍを選択することで、０．５ｍｍ未満の焦線の長さｌを実現できる。
【００６５】
熱強化基板を切断するためのレーザー加工方法をこれより記載する。図６Ａを参照すると、熱強化ガラス基板などの熱強化基板１が概略的に示されている。熱強化基板１は第１の表面１ａおよび第２の表面１ｂを含む。第１および第２の表面１ａ、１ｂから熱強化基板１の内部に向けて延在する、圧縮応力下の圧縮領域１ｃが存在する。張力下の内部張力領域１ｄが圧縮領域１ｃの間に配置され、圧縮領域１ｃの圧縮応力と釣り合っている。圧縮領域の深さ（すなわち、層深さ（「ＤＯＬ」）は強化プロセスによって決定される。限定ではない一例として、熱強化ガラスの場合、ＤＯＬは１００μｍを超える場合がある。図６Ｂは熱強化ガラス基板の典型的な応力プロファイルを示している。内部応力の正確なレベルおよび具体的な関数依存性は、厳密な熱強化条件およびガラス基板の厚さに依存するが、一般に応力の関数依存性は放物線形状をとり、ガラス表面付近で圧縮応力の大きさが最大となり、引張応力はガラス基板の中央付近で大きさが最大となる。それぞれのガラス表面からある深さで、応力は圧縮応力から引張応力となり、これらの交差点が図６Ａに示される圧縮領域と引張領域との境界を画定する。
【００６６】
別のレーザープロセスは、典型的には、ガラス表面付近またはガラス中の特定の深さの位置のいずれかに局所的な損傷を導入することによって基板を切断することに留意されたい。機械的切断プロセスは、ガラスの最上面に通気穴またはクラックを導入することによって切断を行う。このような場合、熱強化ガラス中に存在しうる（約１００μｍを超える）厚い圧縮応力層を完全に通過する損傷ゾーンの形成は問題となり得る。これは、機械的方法または従来周知のレーザー方法のいずれかを用いて、熱強化ガラス中に制御された方法でクラックを開始することが困難となりうることを意味する。対照的に、本明細書に記載のレーザー方法は、ガラス表面に対して垂直の寸法（数ミリメートル）でさらに延在でき、さらにはガラス厚さを通過するまで延在することもできる損傷トラックを迅速に形成することができる。これによって、他のレーザー方法で可能なよりも、破砕面の配向を十分に制御することができる。
【００６７】
熱強化ガラスを切断するために、パルスレーザービームの波長は材料に対して透明となるべきである。限定ではない一例として、波長は１０６４ｎｍのレーザーであってよい。パルスの持続時間および強度は、前述のマルチフォトン吸収効果を実現するのに十分な短さとなるべきである。ピコ秒またはフェムト秒レーザー光源などの超短パルスレーザーを使用することができる。ある実施形態では、約１０ピコ秒のパルスレーザーを使用することができる。限定ではない一例として、約１ｍｍ〜約３ｍｍの間の範囲の線焦点、および２００ｋＨｚの繰り返し数で約５０Ｗ（２５０μＪ／パルス）を超える出力が得られる約１０ピコ秒のパルスレーザーを用いると、線領域中の光強度は、熱強化ガラス基板中で非線形吸収を生じさせるのに容易に十分強くなりうる。
【００６８】
本明細書に記載のこのようなピコ秒レーザーの操作によって、「パルスバースト」５にサブパルス５ａが形成されることに留意されたい。図７Ａは、２つの連続するパルスバースト５を示しており、それぞれが３つのサブパルス５ａ、５ａ’、および５ａ’’（一括して「５ａ」）を含む。パルスバーストの形成は、パルスの発生が均一で安定な流れではなくサブパルスが密集したクラスターとなるある種のレーザー操作である。各パルスバーストは、非常に短い持続時間の複数の個別のサブパルス５ａ（少なくとも２個のサブパルス、少なくとも３個のサブパルス、少なくとも４個のサブパルス、少なくとも５個のサブパルス、少なくとも１０個のサブパルス、少なくとも１５個のサブパルス、少なくとも２０個のサブパルス、またはそれらを超える数など）を含む。すなわち、パルスバースト５はサブパルス５ａの「ポケット」であり、パルスバースト５は、各バースト中の個別の隣接パルスの分離よりも長い持続時間によって互いに分離される。図７Ａのサブパルス５ａの時間に対するレーザー発光をプロットしている図７Ｂを参照すると、サブパルスは、最長１００ピコ秒（たとえば、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）のパルス持続時間Ｔｄを有することができる。１つのパルスバースト５中のこれらの個別のサブパルス（たとえば、サブパルス５ａ、５ａ’、および５ａ’’）は、それらが１つのパルスバースト中で生じることを意味するために、本明細書ではサブパルスと記載される。パルスバースト５中のそれぞれの個別のサブパルス５ａ、５ａ’、５ａ’’のエネルギーまたは強度は、そのパルスバースト中の別のサブパルスと同じではない場合があり、パルスバースト中の複数のサブパルスの強度分布は、レーザー設計により決定される経時による指数関数的減衰に従うことが多い。
【００６９】
図７Ｃを参照すると、好ましくは、本明細書に記載の代表的な実施形態のパルスバースト５中の各サブパルス（たとえば、サブパルス５ａ、５ａ’、５ａ’’）は、そのバースト中の引き続くサブパルスと１ナノ秒〜５０ナノ秒（たとえば１０〜５０ナノ秒、または１０〜３０ナノ秒、この時間はレーザー空洞設計によって支配されることが多い）の持続時間によってＴｐによって時間的に分離される。ある特定のレーザーの場合、パルスバースト５中の各サブパルスの間の時間的分離Ｔｐ（サブパルス間分離）は比較的均一である（±１０％）。たとえば、ある実施形態では、１つのパルスバースト中の各サブパルスは、引き続くサブパルスから約２０ナノ秒（５０ＭＨｚ）だけ時間的に分離されうる。たとえば、約２０ナノ秒のサブパルス分離Ｔｐが得られるレーザーの場合、１つのパルスバースト中のサブパルス間分離Ｔｐは約±１０％以内に維持され、または約±２ナノ秒となる。サブパルス５ａの各パルスバースト５の間の時間（すなわち、パルスバースト間の時間的分離Ｔｂ）ははるかに長くなる（たとえば、０．２５マイクロ秒≦Ｔｂ≦１０００マイクロ秒、たとえば１〜１０マイクロ秒、または３〜８マイクロ秒）。本明細書に記載のレーザーの代表的な実施形態の一部では、時間的分離Ｔｂは、バースト繰り返し数または周波数が約２００ｋＨｚのレーザーの場合で約５マイクロ秒である。レーザーバースト繰り返し数（本明細書ではバースト繰り返し周波数とも記載される）は、パルスバースト５中の第１のサブパルス５ａと引き続くパルスバースト５中の第１のサブパルス５ａとの間の時間として定義される。ある実施形態では、バースト繰り返し周波数は約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚの間の範囲内となりうる。より好ましくは、レーザーバースト繰り返し数は、たとえば約１０ｋＨｚ〜６５０ｋＨｚの間の範囲内となりうる。各パルスバースト中の第１のサブパルスと引き続くパルスバースト中の第１のパルスとの間の時間Ｔｂは、０．２５マイクロ秒（４ＭＨｚのバースト繰り返し数）〜１０００マイクロ秒（１ｋＨｚのバースト繰り返し数）、たとえば０．５マイクロ秒（２ＭＨｚのバースト繰り返し数）〜４０マイクロ秒（２５ｋＨｚのバースト繰り返し数）、または２マイクロ秒（５００ｋＨｚのバースト繰り返し数）〜２０マイクロ秒（５０ｋＨｚのバースト繰り返し数）であってよい。厳密なタイミング、パルス持続時間、およびバースト繰り返し数は、レーザー設計に依存して変動しうるが、高強度の短いサブパルス（Ｔｄ＜２０ピコ秒および好ましくはＴｄ≦１５ピコ秒）であれば、特に適切に機能することが示されている。
【００７０】
このようなパルスバーストを発生可能なレーザーの使用は、透明材料、たとえばガラスの切断または修正に有利となる。単一パルスレーザーの繰り返し数だけ時間的に離れた単一パルスの使用とは対照的に、バースト５中のサブパルスの高速配列にわたってレーザーエネルギーが分布するパルスバースト配列の使用によって、単一パルスレーザーを用いて可能なよりも、材料との高強度の相互作用がより長いタイムスケールで可能となる。単一パルスの時間を拡張することができるが、これが行われる場合、パルス中の強度をパルス幅にわたって約１だけ低下させる必要がある。したがって、１０ピコ秒の単一パルスが１０ナノ秒のパルスまで拡張される場合、約３桁の大きさで強度が低下する。このような低下によって、非線形吸収がもはや顕著ではなく、光材料相互作用が切断が可能となるほど強くなくなる程度まで光強度が低下しうる。
【００７１】
対照的に、パルスバーストレーザーを用いると、パルスバースト５中の各サブパルス５ａ中の強度を非常に高く維持することができ、たとえば約１０ナノ秒の時間だけ離れた３つの１０ピコ秒サブパルス５ａの場合、各サブパルスの強度は、単一の１０ピコ秒パルスの強度のわずか約３分の１に依然としてなることができ、一方、レーザーはこの場合３桁大きいタイムスケールにわたって材料と相互作用可能である。したがって１つのパルスバースト中の複数のサブパルス５ａのこの調整によって、既存のプラズマプルームとのより強いまたはより弱い光の相互作用、初期または以前のレーザーパルスによってあらかじめ励起された原子および分子とのより強いまたはより弱い光−材料相互作用、ならびにマイクロクラックの制御された成長を促進できる材料中でのより強いまたはより弱い加熱効果を促進できるように、レーザー−材料相互作用のタイムスケールを操作することが可能となる。材料を変化させるためのバーストエネルギーの必要量は、基板材料の組成、および基板との相互作用に使用される線焦点の長さによって決まる。相互作用領域が大きいほど、より多くのエネルギーが広がり、より大きいバーストエネルギーが必要となる。厳密なタイミング、サブパルス持続時間、およびバースト繰り返し数は、レーザー設計によって変動しうるが、高強度の短いサブパルス（＜１５ピコ秒、または≦１０ピコ秒）であれば、この技術を用いて適切に機能することが示されている。
【００７２】
サブパルス５ａの１つのパルスバースト５がガラス基板の実質的に同じ位置に到達すると、欠陥線または孔が材料中に形成される。すなわち、１つのパルスバースト５中の複数のサブパルス５ａが、ガラス中の１つの欠陥線または１つの孔の位置に対応する。ガラス基板は並進するので（たとえば絶えず移動するステージによって、またはビームがガラスに対して移動する）、パルスバースト５中の個別のサブパルス５ａは、ガラス基板上の厳密に同じ空間的位置にあることはできない。しかし、これらは互いに十分１μｍの範囲内となり、これらはガラス基板の実質的に同じ位置に到達する。たとえば、サブパルス５ａは、互いに０＜ｓｐ≦１０００ｎｍとなる間隔ｓｐでガラス基板に到達することができる。たとえば、ガラス基板の位置に２０個のサブパルスのパルスバースト５が到達する場合、パルスバースト５中の個別のサブパルス５ａは互いに２５０ｎｍの範囲内でガラスに到達する。したがって、ある実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜２５０ｎｍである。ある実施形態では、１ｎｍ＜ｓｐ＜１００ｎｍである。
【００７３】
前述のように、熱強化基板を通過して延在する画定された線に沿ってエネルギーを急速に供給し、熱強化基板のバルクを通過して典型的には約１ｍｍ〜３ｍｍ延在する損傷トラックを形成するために、パルスレーザーによって得られるパルスバーストが使用される。損傷トラックの長さは、使用される光学系の焦点距離に依存する。
【００７４】
これより図８を参照すると、レーザープロセスによって形成された損傷トラック１３の配列を有する熱強化基板１が概略的に示されている。損傷トラック１３は、一般に、約０．１μｍ〜約１．５μｍの開放された内部寸法（すなわち幅ｗ）を有する孔の形態をとる。これらの孔は、損傷トラックの長さ全体にわたって開放して連続する場合も、そうではない場合もあるが、その理由はそれらが領域中で遮断されたり閉鎖されたりすることがあるからである。さらに、各損傷トラック１３の周囲の変化が生じたガラスまたはクラックが生じた領域は、はるかに大きく、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲となる場合があり、その程度は、線焦点の正確な寸法、各損傷トラック１３の形成に使用されたバーストエネルギーの量、およびパルスバースト１つ当たりのサブパルスの数などの厳密なレーザー条件によって決定されうる。したがって、単一の高エネルギーパルスバーストを用いて透明材料中に微小な（すなわち、ある実施形態では＜２μｍおよび＞１００ｎｍの、直径、およびある実施形態では＜０．５μｍおよび＞１００ｎｍ）細長い「孔」（本明細書では穿孔または欠陥線とも記載される）を形成することができる。これらの個別の穿孔は、数百キロヘルツ（たとえば１秒当たり数十万個の穿孔）の速度で形成することができる。したがって、光源と材料との間の相対運動によって、これらの穿孔または損傷トラック１３は、基板中のあらゆる所望の位置に形成することができる。ある実施形態では、損傷トラック１３は、透明材料の最上部から底部まで延在する孔または開放チャネルである「貫通孔」である。ある実施形態では、損傷トラック１３は、連続チャネルではない場合があり、固体材料（たとえば、ガラス）の部分または区画によって遮断または部分的に遮断される場合がある。本明細書において規定されるように、損傷トラック１３の内径は、開放チャネルまたは空気孔（または空隙）の内径である。たとえば、本明細書に記載の実施形態では、損傷トラック１３の内径は、＜５００ｎｍ、たとえば≦４００ｎｍ、または≦３００ｎｍである。本明細書に開示される実施形態における孔の周囲の材料の破壊された領域または変化した領域（たとえば、圧密化、溶融、またはその他の変化）は、好ましくは＜５０μｍ（たとえば、＜１０μｍ）の直径を有する。
【００７５】
図示される例では、パルスレーザービーム２によって形成されたーザービーム焦線２ｂは、第１の表面１ａから延在する熱強化基板１中に配置される。損傷トラック１３は、熱強化基板１のバルク中で長さＬを有する。各損傷トラック１３の少なくとも一部は、熱強化基板１の内部張力領域１ｄの中にある。前述したように、各損傷トラック１３は、サブパルスのバーストによって形成することができるし、または単一パルスによって完全に形成することができる。追加のパルスによって、材料中により深く延在する損傷トラック１３は形成されないが、それによって、損傷トラック１３の厳密な寸法、またはその周囲で変化した材料の程度を変化させることができる。
【００７６】
各損傷トラックの間の横方向の間隔（すなわち、ピッチｐ）は、熱強化基板１が集束レーザービームの下を並進するとき（またはこれとは別に、集束レーザービームが熱強化基板に対して並進するとき）のレーザーのパルス繰り返し数によって決定される。損傷トラック１３を種々のピッチで形成するために、より長い間隔またはより短い間隔で光放射が行われるようにレーザーを作動させることができる。損傷トラック１３の間のピッチの選択は、熱強化基板１の硬度（すなわち、そのマイクロクラックを形成する傾向）、およびマイクロクラックの伝播を促進する熱強化基板１中の応力レベルによって左右されうる。一般に、より高レベルの応力を有する熱強化基板は、より広い損傷トラック間の間隔で切断され、より低レベルの応力を有する熱強化基板は、より狭い間隔の損傷トラックで切断される。非限定的な一例として、横方向の間隔は２μｍおよび２０μｍの間であってよい。
【００７７】
熱強化基板１のバルク中に各損傷トラック１３が形成されると、少なくとも一部は熱強化基板１の内部応力が原因で、損傷トラック１３から延在する１つ以上のマイクロクラック１４が形成される。マイクロクラック１４は図８中に概略的に示されており、図８に示されるもの以外の形状および／または寸法を取り得ることを理解すべきである。さらに、ある場合では、ただ１つのクラックまたはマイクロクラックが損傷トラック１３から延在することがある。
【００７８】
図８に示されるように、マイクロクラックは隣接する損傷トラック１３の間に延在する。理論によって束縛しようとするものではないが、損傷トラック１３の長い深さ寸法Ｌを有する小さな横方向の範囲の損傷（すなわち、第１または第２の表面１ａ、１ｂとほぼ平行な方向で損傷トラック１３から延在するマイクロクラック１４）によって、このレーザー方法による熱強化ガラス基板の切断が可能になると考えられる。横方向の損傷を少なく維持することによって、クラックまたはマイクロクラック１４は、あまり速く成長せず、次の損傷トラックが形成される前に大きくなりすぎない。さらに、損傷トラックを比較的長く（すなわち、マイクロクラック１４よりも長く）形成することによって、この方法で、熱強化ガラスの場合には第１および第２の表面１ａ、１ｂから非常に離れて埋設される熱強化ガラス基板１の内部張力領域１ｄに到達可能なことが確実となる。損傷が内部張力領域１ｄまで延在しない場合は、クラックは成長せず、またはより重要なことにはクラックは制御された方法では経時により成長しない。
【００７９】
図８は、本明細書に開示される方法によって部分的にのみレーザー加工された熱強化基板１を概略的に示している。いくつかの損傷トラック１３が形成されており、それらからマイクロクラック１４が延在している。図示される焦線２ｂによって、熱強化基板１のバルク中への別の損傷トラック１３’が形成される。損傷トラック１３’が形成されると、（および／または形成された直後に）、それよりマイクロクラック１４’から伝播し始める。熱強化基板１に対するレーザービーム２の相対速度は、レーザービーム焦線２ｂが矢印３０で示される方向で熱強化基板１に対して進み、それによってマイクロクラック１４’が、一連の損傷トラック中の次のまだ形成されていない損傷トラックまで誘導されるような相対速度である。このようにして、マイクロクラックは、損傷トラック１３によって形成された損傷線１５に沿って誘導され、この損傷線１５に沿って熱強化基板１が首尾よく切断される。
【００８０】
理論によって束縛しようとするものではないが、本明細書に記載の方法は、マイクロクラックの伝播の原因となる十分大きな内部損傷事象が起こる前に、熱強化基板の本体の厚さの大部分またはすべてにわたって大きな損傷面または輪郭を迅速かつ明確に画定する能力のため、熱強化基板の切断が可能となりうる。この新しく画定された損傷面または輪郭によって、次にあらゆる引き続くクラックが誘導され、制御できない方法でクラックが移動してガラス板が多数の断片になるのではなく、先に画定された輪郭に沿って材料を分離することができる。別の方法（別のレーザー方法および機械的スコアリング方法）では、切断プロセスによって生じる損傷によって、このような熱強化基板中の高い内部応力が放出される前に、この損傷面または輪郭を十分に確立することができず、これは、後の亀裂が制御できないことを意味する。
【００８１】
内部損傷を形成するための線焦点を使用することで、はるかに短い領域にわたってのみ損傷が形成される従来のレーザー方法とは対照的に、１回のパス中で熱強化基板の厚さにわたって非常に長い領域（たとえば、約１ｍｍ以上）を画定することができる。さらに、線焦点の使用によって、特定の位置ではなく直線領域に沿ってレーザーエネルギーが広がり、その直線領域は、他の場合よりもはるかに高い（たとえば＞２〜３倍）エネルギー密度を有する。
【００８２】
対照的に、基板の内部の集束ガウシアンビームでは、小さな損傷領域が形成され、多くの場合でわずか数十マイクロメートル、または場合により百マイクロメートルの大きさである。したがって、この場合、多くのパス（数十パス）が行われるのでなければ、数ミリメートルの厚さの熱強化基板中に十分な損傷の「壁」が画定されない。さらに、まさしくその性質から、ガウシアンビームの焦点は、その焦点から離れたわずかなレイリー範囲よりも、ビーム伝播の光軸（焦点）に沿って小さい局所領域ではるかに強くなる。したがって、ガウシアンビームが、数十マイクロメートル以上にわたって損傷トラックを画定するのに十分な強さとなる場合、焦点スポット自体において、板の制御できないクラックが開始するのに十分強い損傷が非常に容易に形成される。これによって、損傷面を画定できるあらゆるプロセスウィンドウで、制御できないクラックを非常に狭く開始させる（または存在させない）ことができない。
【００８３】
化学強化ガラスの場合、同様の一連の概念が適用される。マイクロクラックが伝播する前に、ガラス基板中に（理想的にはガラス基板全体の深さを通過して）損傷面または輪郭を十分画定する線焦点などの方法の使用が好ましい。しかし、このような化学強化ガラスは、熱強化ガラスと同じレベルの内力を内部に有さないことが多く、そのため化学強化ガラスは、より寛容となり得る。損傷面が十分に形成されない場合、後のクラックは、所望の輪郭の周囲の部分を得るのに依然として十分制御することができ、さらに、張力層への損傷が開始すると、このような化学強化された板は、熱強化された板ほど迅速にクラックを形成せず、急速なクラック伝播も起こらない。中央張力がより低いガラス（たとえばＣＴ＜２０ＭＰａ）の場合、プロセスウィンドウは、十分に形成された損傷面または輪郭を有さないことに最も広く最も寛容となり、一方、より高い中央張力の板（たとえばＣＴ＞２０ＭＰａ、特にＣＴ＞５０ＭＰａ）の場合、プロセスウィンドウは、より狭くなり、先に画定された損傷面および輪郭のより迅速で完全な形成が必要となる。最後に、化学強化ガラス板の厚さは、典型的には熱強化ガラス板の厚さ（典型的には＞３ｍｍ）よりもはるかに薄い（一般に＜２．５ｍｍ）。これは、ガラス板の厚さの実質的な部分にわたって損傷面または輪郭を画定することは、熱強化された板の場合により困難であることを意味し、別のレーザー方法を使用する場合と比較して特に有利に、＞１ｍｍの線焦点が使用される。
【００８４】
レーザー出力およびレンズ焦点距離（これによって線焦点長さ、したがって出力密度が決定される）は、ガラスの十分な通過および少ないマイクロクラックが保証されるように選択すべきである。レーザー出力はたとえば約２５Ｗ〜約６０Ｗの間であってよい。短すぎる焦点距離のレンズ（たとえば３０ｍｍまたは４０ｍｍ）（これによって線焦点中で非常に高いエネルギー密度が得られる）を使用することによって誘導できるより高い出力密度、高すぎるバーストエネルギー、または損傷トラック間の密集しすぎたピッチを用いてガラスを切断しようとする試みは、熱強化ガラス基板の断片化が生じうる。非限定的な一例として、熱強化ガラス基板の場合、約１〜３ｍｍの線焦点長さ、１５０〜７５０μＪ／バーストのレーザーバーストエネルギー、２〜１５μｍの損傷トラック横方向間隔、およびバースト１つ当たり２〜１５個のサブパルス数が許容できる範囲であることが分かった。より好ましくは、５〜１０μｍの損傷トラック横方向間隔に沿って、１５０〜２５０μＪのバーストパルスエネルギーを使用でき、および３〜６個のサブパルス／バーストを使用できる。
【００８５】
線焦点が基板のバルクを完全に通過するより薄い熱強化基板（たとえば２．５ｍｍ未満）の場合、わずか１パスのパルスレーザービームが必要となりうる。しかし、より厚い熱強化基板の場合、Ｎパス後に、熱強化基板を完全に切断できるように、それぞれの引き続くパスにおける焦点を上昇させる複数パス方法を使用することができる。先に形成された損傷トラックの組よりもより低い焦点設定（すなわち集光光学系からさらに離れて）で損傷トラックを形成することができるが、最低焦点のパスを最初に行い、次に引き続くパスで焦点を上昇させることが一般に好ましい。このことは、先に形成された損傷トラックと、レーザービームの伝播との干渉の防止に役立つ場合がある。
【００８６】
図９は、レーザーパスラインＡ、Ｂ、およびＣによって示される３つのパスを有する熱強化基板を概略的に示している。レーザーパスラインＡの場合、レーザービーム焦線２ｂの中点ＭＡが第１の圧縮領域１ｃ内にある。レーザーパスラインＢの場合、レーザービーム焦線２ｂの中点ＭＢが内部張力領域１ｄ内にある。レーザーパスラインＣの場合、レーザービーム焦線２ｂの中点ＭＣが第２の圧縮応力領域１ｃ’内にある。
【００８７】
図１０Ａおよび１０Ｂは、本明細書に記載のレーザープロセスを使用した熱強化ソーダ石灰ガラス板２０のレーザー切断端部２７の顕微鏡画像である。２回のレーザーパスを使用して、厚さ３．２ｍｍの熱強化ガラス板を切断した。図１０Ａは、熱強化ガラス板２０の第１の表面２１ａ（すなわちレーザー入射面）を示している。顕微鏡画像中に見ることは困難であるが、個別の損傷トラック２３の入口を熱強化ガラス板の第１の表面２１ａに沿って見ることができる。損傷トラック２３は、熱強化ガラス板２０のバルクから、圧縮領域２１ｃを通過して、内部張力領域２１ｄ中まで延在する。約５９２μｍの深さにおいて、レーザー切断端部２７の中に構造変化２５が見られ、これは熱強化ガラスのこの断片の層のおおよその深さ（内部張力領域２１ｄの深さ）と関連していると思われる。
【００８８】
図１０Ｂは、第２の表面２１ｂ（すなわちレーザー射出面）を示している。顕微鏡画像中に見ることは困難であるが、レーザーによって誘導された損傷トラック２３が、熱強化ガラスのレーザー切断端部２７に沿って存在する。図１０Ａと同様に、約５４６μｍの深さで切断端部中に構造変化２５’が存在し、これは熱強化ガラスのこの断片の層の深さと関連していると思われる。
【００８９】
図１１Ａは、熱強化ガラス３０の断片の切断端部３７の上面図（切断端部側からの図とは反対側のガラス断片の上側からの図）を示している。端部に沿った周期的なスキャロッピングを見ることができ、おおよその周期は６マイクロメートルである。これらの特徴は、端部３７を画定するレーザー穿孔または入口孔によって生じ、この端部３７に沿って熱強化ガラス３０が分離している。スキャロッピングの大きさ（切断面に対して垂直の深さ）は、約１マイクロメートル（たとえば＜３マイクロメートル、または＜２マイクロメートル、より頻繁には＜１マイクロメートル）である。
【００９０】
図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、３枚の厚さ約３．２ｍｍの熱強化ガラス板４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの露出したレーザー切断端部４７Ａ、４７Ｂ、４７Ｃの側面図（断面図）を示しており、これらのガラス板は突発的な破砕（断片化）を引き起こすことなく切断された。これら３つの場合の間では、厳密な焦点条件は異なっており、各断片の側面で異なる穿孔（損傷トラック）構造事象が得られた。図１２Ａ中、ガラス片の上部８０％で損傷トラックが見られるが、底部２０％は弱いレーザーのみを示している。図１２Ｂ中、損傷トラックがガラス片の上部９０％に存在するが、破壊面がレーザー損傷トラックによって正確には誘導されなかったことを示す約５００マイクロメートルの深さであるガラス片の上部から約１／３の距離の領域が存在する。にもかかわらず、ガラス片の深さの大部分が制御された破壊面を有したので、ガラス片は制御された方法で分離した。図１２Ｃ中、ガラス端部の中央約６０％（引張応力によってより支配される領域である）でのみレーザー損傷トラックが明らかであるが、圧縮応力によってより支配される領域である端部の上部および下部約２０％には存在しない。しかし、以上のすべての場合で（図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）、破壊面が十分に制御されて、ガラスの深さの十分な部分がレーザー穿孔され（すべての場合で＞５０％）、ガラス片はレーザーによって画定された輪郭に沿って分離し、制御できないクラックの伝播およびガラス板の突発的な断片化が生じることとは対照的である。
【００９１】
図１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃは、３枚の厚さ約５．５ｍｍの熱強化ガラス板５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの露出したレーザー切断端部５７Ａ、５７Ｂ、５７Ｃの側面図（断面図）を示しており、これらのガラス板は突発的な破砕（断片化）を引き起こすことなく切断された。図１３Ａは、ガラス板の深さの下部８０％（約４．５ｍｍ）が、３回のレーザーパスによって形成されたレーザー損傷トラックで覆われていることを示している。図１３Ｂは、３回のレーザーパスの損傷トラックで覆われたガラス板の深さの上部８０％を有し、図１３Ｃは、損傷トラックで覆われたガラス板の中間部分を有し、上部５％があまり強く穿孔されず、下部１５％があまり強く穿孔されていない。画像全体に水平方向に延在する薄いガラス領域は、レーザー損傷トラックがそれらの範囲の末端に到達するおおよその領域を示しており、各パスが約１．５ｍｍの深さの穿孔の損傷となることを示している。すべての場合で、ガラス板の深さの＞７５％が完全に穿孔され、ガラス板の深さの大部分を通過するガラス破壊面が画定されることに留意されたい。これによって、突発的な断片化を引き起こすことなく、すべての５．５ｍｍの熱強化された板を首尾良く切断し分離することができる。
【実施例】
【００９２】
本明細書に記載のレーザー加工方法を用いて、ガラス表面で６９ＭＰａ（１０，０００ｐｓｉ）を超える圧縮応力を有する種々の厚さの完全熱強化ソーダ石灰ガラスを切断した。以下の条件が、断片化させずに材料を切断するのに有効であることが分かった：
・約３０Ｗを超える出力を有する１０６４ｎｍピコ秒レーザー
・線焦点約２ｍｍの長さが得られる光学系パラメータ：
アキシコンレンズへの入射ビーム直径  約３ｍｍ  １／ｅ２直径；
アキシコン角度＝１０度；
初期コリメーティングレンズ焦点距離＝１２５ｍｍ；および
最終対物レンズ焦点距離＝５０ｍｍ；
・パルスバースト１つ当たり５つのサブパルス（ガラスに供給されるレーザーバーストエネルギーは約１６０μＪであった）；および
・約７μｍの隣接する損傷トラック間のピッチ、および約１メートル／秒のレーザーと基板との間の相対運動速度（７μｍのピッチおよび１ｍ／秒の速度は、新しい損傷トラックが１４２ｋＨｚの速度、または７マイクロ秒ごとに１つ形成されたことを意味する）。
【００９３】
上記パラメータは単に例示を目的としており、実施形態がこれらに限定されるものではないことを理解すべきである。別のパラメータも可能であり、特に熱強化基板の場合、別の完全熱強化ソーダ石灰ガラスも可能である。
【００９４】
実施例１
この実施例では、損傷トラックの２つの損傷線を形成する、ガラス板中の異なる焦点高さの２回のレーザーパスを用いて、厚さ３．２ｍｍの完全熱強化ソーダ石灰ガラス板を切断した。レーザーおよび光学パラメータは前述の通りであった。
【００９５】
第１のパスの焦点は、ガラス板のほぼ中央に線焦点の中心が来るように設定した。第２のパスの焦点は、光学系を物理的に１．１ｍｍ低く設定したが、これにおって、ガラスの屈折率を考慮すると、ガラス底部に中心が非常に近い線焦点が得られる。ガラスは、第２の（より低い）レーザーパスが終了するまで分離しなかった。最良の結果が得られた焦点設定灰化の通りである：
・第１のレーザーパス：ｚ＝２．３ｍｍで焦点を設定；および
・第２のレーザーパス：ｚ＝１．１８ｍｍで焦点を設定。
【００９６】
完全熱強化ガラス板は、そのバルク中に十分な応力（中央張力）を有し、そのため上記レーザー条件への曝露後、ガラス基板は、損傷線によって形成された経路に沿って迅速に分離した。前述したように、損傷トラックから生じるマイクロトラックが損傷トラックを「越えて進む」ことがないような十分な速さに切断速度が維持されることが重要である。この速度の設定が低すぎると、マイクロクラックを制御できなくなることがあり、損傷トラックに従わなくなり、それによってガラスは最終的に破砕される。
【００９７】
実施例２
次の実施例では、厚さ５．５ｍｍの熱強化ソーダ石灰ガラス板を切断するために３回のレーザーパスを使用した。レーザー条件は、以下を除けば実施例１に記載のものと同じであった：
・第１のレーザーパス：ｚ＝２．８ｍｍで焦点を設定；
・第２のレーザーパス：ｚ＝３．７ｍｍで焦点を設定；
・第３のパス：ｚ＝５．０ｍｍで焦点を設定；
・レーザーパルスエネルギー：約１９０μＪ。
【００９８】
レーザープロセスによって、ガラス板中の次第に高くなる位置で損傷線が形成された。第１のパスでは、ガラス板の下部３分の１に損傷線が形成され、第２のパスでは、約０．９ｍｍ光学系を物理的に高くし（または、屈折率を考慮し、ガラス板中で約１．４ｍｍ高く）、最後のパスは、光学系をさらに約１．３ｍｍ高くした（ガラス板中で約１．９５ｍｍ高くした）。ガラス板は、第３のパスの終了後に切断された。
【００９９】
本明細書に記載のレーザー加工方法は、直線に沿って熱強化基板を切断するだけでなく、曲線に沿って熱強化基板シートから任意の形状の物品に切断するために使用することができる。
【０１００】
これより本明細書に記載の実施形態によって、所望の切断線の周囲で局所的な脱強化を行う必要のない熱強化基板のレーザー切断が提供されることを理解すべきである。実施形態では、超短パルスレーザーおよび特殊な光送達システムを使用して、熱強化基板中に精密な損傷トラックを生成している。これらの損傷トラックは、熱強化基板中の内部応力によって生じるマイクロクラックの伝播を誘導し、それによってクラックの伝播を精密に制御することができ、それによって切断プロセス中の熱強化基板の破砕を防止することができる。本明細書に記載の方法によって、強化プロセス後にガラスを所望の形状に切断することができる。さらに、本明細書に記載の実施形態では、熱強化基板が高速（たとえば、ある実施形態では約１ｍ／秒）で切断され、長方形、面取り、丸みのあるコーナー、および円などの複雑な形状を形成することができる。さらに、本明細書に記載の方法は、種々の基板厚さおよび強化レベルで使用することができる。
【０１０１】
代表的な実施形態を本明細書に記載してきたが、添付の請求項に含まれる範囲から逸脱することなく、それらの形態および詳細の種々の変更を行うことができることを当業者は理解されよう。
【０１０２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０３】
実施形態１．
熱強化基板の分離方法において、
レーザービーム焦線の少なくとも一部が前記熱強化基板のバルク中に存在するように、前記レーザービーム焦線を前記熱強化基板中に誘導するステップであって、前記レーザービーム焦線がパルスレーザービームによって形成され、前記レーザービーム焦線がビーム伝播方向に沿って配置されるステップと、
前記パルスレーザービームをパルス化して、１つ以上のサブパルスを含むパルスバーストの配列を形成するステップであって、前記レーザービーム焦線によって、前記レーザービーム焦線に沿って前記熱強化基板の前記バルク中に損傷トラックを形成する誘導マルチフォトン吸収を前記熱強化基板中に生じさせるステップと、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板中に損傷トラックの第１の配列が形成されるように、第１のレーザービームパス中に前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動を生じさせるステップであって、損傷トラックの前記第１の配列の個別の損傷トラックが、ある横方向の間隔で分離され、１つ以上のマイクロクラックが、損傷トラックの前記第１の配列の隣接する損傷トラックと接続されるステップと
を含むことを特徴とする方法。
【０１０４】
実施形態２．
前記熱強化基板が、熱強化ガラス基板の表面で２４ＭＰａを超える圧縮応力を有する熱強化ガラス基板であることを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【０１０５】
実施形態３．
損傷トラックの前記第１の配列が前記熱強化ガラス基板の厚さの少なくとも５０％を通過するように配置されるように、前記レーザービーム焦線が前記熱強化ガラス基板中に配置されることを特徴とする実施形態２に記載の方法。
【０１０６】
実施形態４．
損傷トラックの前記第１の配列のそれぞれの前記損傷トラックが約０．５μｍ〜約１．５μｍの間の直径を有することを特徴とする実施形態１、２、または３に記載の方法。
【０１０７】
実施形態５．
前記パルスレーザービームが、前記熱強化基板に供給される約１５０μＪ〜約７５０μＪの間のレーザーバーストエネルギーを有し、それぞれの個別のパルスバーストが、１〜２０個の間のサブパルスを有することを特徴とする実施形態１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【０１０８】
実施形態６．
個別のパルスバースト間の時間が、個別のパルスバーストが前記熱強化基板に到達する場所の間の前記横方向の間隔が２μｍ以上かつ２０μｍ以下となるような時間であることを特徴とする実施形態１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【０１０９】
実施形態７．
前記パルスレーザービームが約２５Ｗ〜約６０Ｗの間のレーザー出力を有し、
パルスバーストの前記配列の各パルスバーストが２〜２５個の間のサブパルスを有し、
損傷トラックの間の前記横方向の間隔が約２μｍ〜約１０μｍの間であることを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【０１１０】
実施形態８．
各パルスバーストが１つのサブパルスを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【０１１１】
実施形態９．
各パルスバーストが複数のサブパルスを含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【０１１２】
実施形態１０．
個別のパルスバーストの個別のサブパルスの間の時間が約１０〜約５０ナノ秒の間であることを特徴とする実施形態９に記載の方法。
【０１１３】
実施形態１１．
個別のサブパルスの持続時間が約１ピコ秒〜約１００ピコ秒の間であることを特徴とする実施形態９または１０に記載の方法。
【０１１４】
実施形態１２．
個別のサブパルスの持続時間が約５ピコ秒〜約２０ピコ秒の間であることを特徴とする実施形態１０に記載の方法。
【０１１５】
実施形態１３．
前記レーザービーム焦線が約１ｍｍ〜約１０ｍｍの間の長さを有することを特徴とする実施形態１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【０１１６】
実施形態１４．
前記レーザービーム焦線が約１ｍｍ〜約５ｍｍの間の長さを有することを特徴とする実施形態１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【０１１７】
実施形態１５．
前記第１のレーザービームパスの後に、前記レーザービーム焦線の中点が、前記第１のレーザービームパス中の前記熱強化基板の前記バルク中の前記レーザービーム焦線の中点の深さとは異なる、前記熱強化基板の前記バルク中のある深さに存在するように、前記レーザービーム焦線の位置を調節するステップと、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板の前記バルク中に損傷トラックの第２の配列が形成されるように、第２のレーザービームパス中に前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動を生じさせるステップであって、損傷トラックの前記第１の配列および損傷トラックの前記第２の配列の個別の損傷トラックが長さ１ｍｍを超える長さを有するステップと
をさらに含むことを特徴とする実施形態１に記載の方法。
【０１１８】
実施形態１６．
前記第２のレーザービームパスの後に、前記レーザービーム焦線の中点が、前記第１のレーザービームパス中および前記第２のレーザービームパス中の前記熱強化基板の前記バルク中の前記レーザービーム焦線の前記中点の深さとは異なる、前記熱強化基板の前記バルク中のある深さに配置されるように、前記レーザービーム焦線の位置を調節するステップと、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板の前記バルク中に損傷トラックの第３の配列が形成されるように、第３のレーザービームパス中に前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動を生じさせるステップであって、前記熱強化基板の厚さの５０％以上が、損傷トラックの前記第１、第２、および第３の配列の損傷トラックに対して露出するステップと
をさらに含むことを特徴とする実施形態１５に記載の方法。
【０１１９】
実施形態１７．
前記熱強化基板が熱強化ガラス基板であり、前記レーザービーム焦線を前記熱強化ガラス基板に誘導する前記ステップの前に、少なくとも１つのエレクトロクロミック層が前記熱強化ガラス基板に取り付けられることを特徴とする実施形態１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【０１２０】
実施形態１８．
前記熱強化基板がソーダ石灰ガラスであることを特徴とする実施形態１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【０１２１】
実施形態１９．
前記熱強化基板がこれらの損傷トラックに沿って２つ以上の断片に分離されることを特徴とする実施形態１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【０１２２】
実施形態２０．
熱強化基板を加工するためのシステムにおいて、
パルスレーザービームを放出するように操作可能なレーザー光源と、
前記熱強化基板を収容し、少なくとも１つの軸に沿って並進するように操作可能な並進テーブルと、
前記パルスレーザービームの光路中に配置され、前記パルスレーザービームをレーザービーム焦線に変換する光学組立体であって、前記レーザービーム焦線によって前記熱強化基板中で誘導マルチフォトン吸収が生じて、前記レーザービーム焦線に沿って前記熱強化基板中で材料の変化が生じるように、前記レーザービーム焦線の少なくとも一部が前記熱強化基板のバルク中に配置されるように操作可能である光学組立体と、
１つ以上制御装置であって、
前記パルスレーザービームをパルス化して、１つ以上のサブパルスを含むパルスバーストの配列を形成し、
前記パルスレーザービームによって、前記熱強化基板中に損傷トラックの配列が形成されるように、第１のレーザービームパス中に前記少なくとも１つの軸に沿って前記パルスレーザービームと前記熱強化基板との間に相対運動が生じ、損傷トラックの前記配列の個別の損傷トラックが、ある横方向の間隔で分離し、１つ以上のマイクロクラックが、損傷トラックの前記配列の隣接する損傷トラックの間に延在するように前記並進テーブルを制御するようにプログラムされた
１つ以上の制御装置と
を含むことを特徴とするシステム。
【０１２３】
実施形態２１．
前記パルスレーザービームが約２５Ｗ〜約６０Ｗの間のレーザー出力を有し、
パルスバーストの前記配列の各パルスバーストが２〜２５個の間のサブパルスを有し、
損傷トラックの間の前記横方向の間隔が約２μｍ〜約１０μｍの間であることを特徴とする実施形態２０に記載のシステム。
【０１２４】
実施形態２２．
第１の表面および第２の表面であって、前記第１の表面および前記第２の表面が２４ＭＰａ以上の圧縮応力を有し、前記第１および第２の表面の間の前記熱強化ガラス基板の本体の中の応力プロファイルが放物線状である第１の表面および第２の表面と、
前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する端部と、
前記端部に配置された複数の損傷トラックであって、
前記複数の損傷トラックのそれぞれの個別の損傷トラックが、５μｍ以下の直径および２５０μｍ以上の長さを有し、
前記複数の損傷トラックの隣接する損傷トラックが、約２μｍ〜約２０μｍの間の横方向の間隔で分離され、
前記複数の損傷トラックが前記端部の長さの５０％以上まで延在する、
損傷トラックと
を含むことを特徴とする熱強化ガラス基板。
【０１２５】
実施形態２３．
前記複数の損傷トラックのそれぞれの個別の損傷トラックが１ｍｍ以上の長さを有し、
前記複数の損傷トラックが前記端部の長さの７５％以上まで延在することを特徴とする実施形態２２に記載の熱強化ガラス基板。
【０１２６】
実施形態２４．
前記熱強化基板が、少なくとも１つのエレクトロクロミック層が上に配置された熱強化ガラス基板であることを特徴とする実施形態２２または２３に記載の熱強化ガラス基板。
【０１２７】
実施形態２５．
前記熱強化基板がソーダ石灰ガラスであることを特徴とする実施形態２２、２３、または２４に記載の熱強化ガラス基板。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ−１】
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【図２Ｂ−２】
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【図２Ｂ−３】
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【図２Ｂ−４】
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【図３】
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【図４Ａ】
2018507154.tif 000014
【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2018507154.tif 000028
【図１２Ｃ】
2018507154.tif 000029
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【国際調査報告】
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