(57)【要約】  ガラス物品を形成する方法は、ガラス基板シートを提供する工程、第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程、および複数の部分を画成する第２の損傷領域の第２のアレイであって、１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程を有してなる。その断続区域は、約１０マイクロメートル以上の最大寸法を有することがある。この方法は、ガラス基板シートをエッチングする工程、およびそのガラス基板シートから複数の部分を単一化する工程をさらに含む。
2020523274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス部品を形成する方法において、
ガラス基板シートを提供する工程、
第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程、
複数の部分を画成する第２の損傷領域の第２のアレイであって、約１０マイクロメートル以上の最大寸法を有する１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程、
前記ガラス基板シートをエッチングする工程、および
前記ガラス基板シートから前記複数の部分を単一化する工程、
を有してなる方法。
【請求項２】
前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程が、前記第１と第２の損傷領域が少なくとも部分的に重複するように行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
レーザビームをパルス状にして、前記損傷領域の第１と第２のアレイの少なくとも一方を形成する工程をさらに含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記レーザビームのパルス化が、約１００ピコ秒以下のパルス幅を有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記複数の部分を単一化する工程が、
前記ガラス基板シートから該複数の部分を機械的に単一化する工程、
をさらに含む、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１７年６月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／５２００６９号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、損傷領域を有する物品に関し、より詳しくは、複数の損傷領域のアレイを有する物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラス系物品を大型シートに製造することができる。大型シートは、大型用途（例えば、ディスプレイ）の使用に都合よいことがあるが、多くの場合、所望の１つ１つの部品は、それらが中に製造されるシートよりもサイズが小さい。従来の対処法は、大型シートの加工を含み、実施される最後の工程の内の１つは、大型（母体）シートを取り、個々の部品の全てを取り出すことである。言い換えると、個々の部品は、並列ではなく、連続様式で製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
大抵、個々の部品の分離は、機械的ダイシングによって行われる。しかしながら、機械的ダイシングには、遅いことがある高度に連続した特質、基板の厚さの関数である速度依存性、マルチプルパス、ダイシング形状に対する制約、弱化したダイシングのエッジおよび／または低い収率を含むいくつかの欠点があるであろう。
【０００５】
さらに、ガラス部品は、エッチング工程により作られる特徴を有することがある。エッチング工程は、孔またはスロットなどの特徴を部品に作製する、部品を洗浄する、強度を増強させる、または表面性状を作製することがあるが、ダイシングに干渉するまたはダイシングによって妨げられることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの態様によれば、ガラス部品を形成する方法は、ガラス基板シートを提供する工程、第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程、および複数の部分を画成する第２の損傷領域の第２のアレイであって、１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程を有してなる。その断続区域は、約１０マイクロメートル以上の最大寸法を有することがある。この方法は、ガラス基板シートをエッチングする工程、およびそのガラス基板シートから複数の部分を単一化する工程をさらに含む。
【０００７】
本開示の別の態様によれば、ガラス部品を形成する方法は、ガラス基板シートを提供する工程、第１の損傷領域の第１のアレイを形成して、複数の第１の部分を形成する工程、第２の損傷領域の第２のアレイであって、１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイを形成して、複数の第２の部分を形成する工程、第１の部分がガラス基板シートから切断されるようにガラス基板シートをエッチングする工程、およびガラス基板シートから複数の第２の部分を単一化する工程を有してなる。
【０００８】
本開示のさらに別の態様によれば、物品は、基板シートを備える。第１の損傷領域の第１のアレイが、その基板シートを通って画成された複数の孔を画成する。第２の損傷領域の第２のアレイが、複数の第２の部分を画成する。その第２の損傷領域の第２のアレイは、約１０マイクロメートル以上の長さを含む１つ以上の断続区域を画成する。
【０００９】
本開示のこれらと他の態様、目的、および特徴は、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付図面を検討した際に、当業者により理解され、認識されるであろう。
【００１０】
以下は、添付図面における図の説明である。それらの図は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図の特定の特徴および特定の視野は、明確さと簡潔さのために、尺度と図式で誇張されて描かれることがある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】少なくとも１つの例による物品の平面図
【図２Ａ】少なくとも１つの例による、セクションＩＩＡでとられた図１の物品の拡大図
【図２Ｂ】少なくとも１つの例による、セクションＩＩＡでとられた図１の物品の拡大図
【図３Ａ】少なくとも１つの例による、図２Ａの線ＩＩＩＡに沿ってとられた断面図
【図３Ｂ】少なくとも１つの例による、図２Ａの線ＩＩＩＢに沿ってとられた断面図
【図４】少なくとも１つの例による、損傷通路および損傷領域を形成するための光学アセンブリの概略図
【図５】少なくとも１つの例による、物品にエッチング工程が行われた後の、図１の物品の拡大図
【図６】少なくとも１つの例による方法の流れ図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の追加の特徴および利点が、以下の詳細な説明に述べられており、その説明から当業者に明白となるか、または特許請求の範囲および添付図面と共に、以下の説明に記載されたように本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００１３】
ここに用いられているように、「および／または」という用語は、２つ以上の項目のリストに使用されている場合、列挙された項目のいずれか１つを単独で用いることができる、または列挙された項目の２つ以上のいずれかの組合せも用いることができることを意味する。例えば、組成物が、成分Ａ、Ｂ、および／またはＣを含有すると記載されている場合、その組成物は、Ａのみ；Ｂのみ；Ｃのみ；ＡとＢの組合せ；ＡとＣの組合せ；ＢとＣの組合せ；もしくはＡ、Ｂ、およびＣの組合せを含有し得る。
【００１４】
この書類において、第１と第２、上部と底部などの関係語は、ある実体または作用を別の実体または作用から、そのような実体または作用の間のどの実際のそのような関係性または順序も必ずしも必要とせずに、または暗示せずに、区別するためだけに使用されている。
【００１５】
本開示の目的のために、「結合された」という用語（その形態の全て：結合する、結合、結合されたなど）は、広く、互いに直接的または間接的な２つの成分（電気的または機械的）の連結を意味する。そのような連結は、事実上静止していても、事実上可動であってもよい。そのような連結は、互いに単一体として一体成形されたその２つの成分（電気的または機械的）と任意の追加の中間部材により、またはその２つの成分により、行われてもよい。特に明記のない限り、そのような連結は、事実上永久的であっても、事実上取り外し可能または解放可能であってもよい。
【００１６】
ここに用いられているように、「約」という用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、および他の数量と特徴が、正確ではなく、正確である必要ないが、許容範囲、変換係数、丸め、測定誤差など、および当業者に公知の他の要因を反映して、要望通りに、近似および／またはより大きいかより小さいことがあることを意味する。値または範囲の端点を記載する上で、「約」という用語が使用されている場合、その開示は、言及されているその特定の値または端点を含むと理解すべきである。明細書における数値または範囲の端点に「約」が付いていようとなかろうと、その数値または範囲の端点は、以下の２つの実施の形態：「約」で修飾されているもの、および「約」で修飾されていないものを含むことが意図されている。それらの範囲の各々の端点は、他方の端点に関してと、他方の端点に関係なくの両方で有意であることがさらに理解されよう。
【００１７】
ここに用いられているような、「実質的」、「実質的に」などの用語、およびその変種は、記載された特徴が、ある値または記載と等しいまたはほぼ等しいことを指摘する意図がある。例えば、「実質的に平らな」表面は、平らまたはほぼ平らである表面を意味する意図がある。さらに、「実質的に」は、２つの値が等しいまたはほぼ等しいことを意味する意図がある。いくつかの実施の形態において、「実質的に」は、互いの約５％以内、または互いの約２％以内など、互いの約１０％以内の値を意味することがある。
【００１８】
ここに用いられているように、名詞は、「少なくとも１つの」対象を指し、明確に反対であると示されていない限り、「たった１つ」の対象に限定されるべきではない。それゆえ、例えば、「成分」への言及は、文脈が明らかに別なふうに示していない限り、そのような成分を２つ以上有する実施の形態を含む。
【００１９】
ここで図１を参照すると、ガラス部品１０は、基板シート１４を含んでいる。基板シート１４は、複数の第１の部分２２を画成する第１の損傷領域１８の第１のアレイを有する。第２の損傷領域２６の第２のアレイは、複数の第２の部分３０を画成する。損傷領域１８、２６の第１と第２のアレイは、基板シート１４内に画成されている。第２の損傷領域２６の第２のアレイは、１つ以上の断続区域３４を画成する。
【００２０】
基板シート１４は、第一面１４Ａおよび第二面１４Ｂ（図３Ａ）と呼ばれる互いに反対の主面を画成することがある。基板シート１４は、そのエッジに沿って配置された１つ以上の副面をさらに画成することがあることが理解されよう。基板シート１４は、ガラス、ガラスセラミック、セラミック材料および／またはその組合せを含むことがある。基板シート１４の典型的なガラス系の例としては、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラスおよび／またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスが挙げられるであろう。本開示の目的のために、「ガラス系」という用語は、ガラス、ガラスセラミックおよび／またはセラミック材料を意味することができる。様々な例によれば、基板シート１４は、ガラス系基板であることがある。基板シート１４のガラス系の例において、シート１４は強化されているまたは強靱であることがある。例えば、基板シート１４のガラスの例は、熱強化されていることがある（例えば、強靱な基板シート１４について）、またはイオン交換領域を有することがある（例えば、強化された基板シート１４について）。さらに、基板シート１４は、サファイアおよび／または高分子材料を含むことがある。適切な高分子の例としては、制限なく、ポリスチレン（ＰＳ）（スチレン共重合体およびブレンドを含む）、ポリカーボネート（ＰＣ）（共重合体およびブレンドを含む）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレートおよびポリエチレンテレフタレート共重合体を含む、共重合体およびブレンドを含む）、ポリオレフィン（ＰＯ）と環状ポリオレフィン（環状ＰＯ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含むアクリル高分子（共重合体およびブレンドを含む）、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、およびこれらの高分子の互いとのブレンドを含む熱可塑性プラスチックが挙げられる。他の例示の高分子としては、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、およびシリコーン樹脂が挙げられる。
【００２１】
基板シート１４は、実質的に半透明、透き通る、透明および／または光散乱がないことがある。例えば、基板シート１４は、約１００ナノメートルと約１，２００ナノメートルの間の範囲、または約２５０ナノメートルから約１，１００ナノメートルの範囲の波長を有する光に対して光学的に透明であることがある。いくつかの例では、基板シート１４を通る光の透過は、光の波長に依存することがある。例えば、基板シート１４は、可視波長帯（例えば、約４００ｎｍの波長から約７００ｎｍの波長まで）に亘り光学的に不透明または半透明であることがある一方で、非可視波長では（例えば、後に記載されるようなレーザビームに対して）実質的にまたは完全に透過性であることがある。
【００２２】
様々な例によれば、基板シート１４は、約５０μｍから約５ｍｍに及ぶ厚さ（すなわち、第一面１４Ａから第二面１４Ｂまで測定されるような）を有し得る。基板シート１４の例示の厚さは、１μｍから１０００μｍ、または１００μｍから５００μｍに及ぶ。例えば、基板シート１４は、約１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、または１０００μｍの厚さを有することがある。他の例によれば、ガラス系基板シート１４は、約１ｍｍ以上、約２ｍｍ以上、約３ｍｍ以上、約４ｍｍ以上、または約５ｍｍ以上の厚さを有することがある。１つ以上の特定の例において、ガラス系基板シート１４は、２ｍｍ以下または約１ｍｍ未満の厚さを有することがある。
【００２３】
物品１０の基板シート１４は、第一面１４Ａおよび第二面１４Ｂを画成する（図３Ａ）。基板シート１４の第一面と第二面１４Ａ、１４Ｂは、基板シート１４の互いに反対の主面を画成することがある。基板シート１４が、シート１４の外周または周囲に沿って１つ以上の副面をさらに画成することがあることが理解されよう。基板シート１４は実質的に平らなシートであることがあるが、他の例では、湾曲したまたは他に成形されたまたは彫刻されたシート１４が利用されることがある。それに加え、またはそれに代えて、基板シート１４の厚さは、審美的および／または機能的理由のために、その寸法の１つ以上に沿って変動してもよい。例えば、基板シート１４のエッジは、基板シート１４のより中央の領域と比べて厚くてもよく、その逆もまた同様である。基板シート１４の長さ、幅および厚さの寸法も、物品１０の用途または使途にしたがって変動してもよい。
【００２４】
基板シート１４は、第１の損傷領域１８の第１のアレイおよび第２の損傷領域２６の第２のアレイを画成するまたは含む。本開示の目的のために、アレイは、基板シート１４の一部、大半、実質的に全て、または全てに亘り延在する一連の反復または非反復パターンであることがある。第１と第２のアレイの第１と第２の損傷領域１８、２６は、互いに接触していても、離れていても、間隔が空けられていても、その組合せであってもよい。言い換えると、第２の損傷領域２６の各々は、第２のアレイを形成するために、触れているまたはパターンにある必要はないであろう。
【００２５】
第１および／または第２の損傷領域１８、２６は、直線、曲線、自由形状、幾何学模様（例えば、三角形、正方形、六角形、モザイク式配列）、および／またはその組合せを形成することができる。第１および／または第２の損傷領域１８、２６は、各々、閉じたまたは開いた形状を形成してもよい。開いた形状は線分から構成されているが、その端点の内の１つで何かに接続されていない線分が少なくとも１つある。閉じた形状は、開口がない、複数の線分から形成することができる。以下により詳しく説明されるように、第１および／または第２の損傷領域１８、２６は、互いから隔てられた（例えば、約１０μｍ以下だけ）複数の個々の、または独立型の損傷通路３８（図４）から形成されている。それゆえ、損傷通路３８は互いから隔てられているが、第１および／または第２の損傷領域１８、２６の形状は、ここに定義されたような断続区域３４より大きい間隙または開口がその形状の端部間に存在する場合、開いていると言われることがある。第１と第２の損傷領域１８、２６の第１と第２のアレイの各々は、基板シート１４の一部、大半または実質的に全てに亘り延在する構造であることがある。様々な例によれば、第１と第２の損傷領域１８、２６の各々は、反復パターンを形成してアレイを形成することがあるが、第１および／または第２の損傷領域１８、２６のいくつかまたは全てが互いと異なってもよいことが理解されよう。例えば、第２の損傷領域２６の各々が異なることがある一方で、第１の損傷領域１８が同じである、またはその逆もまた同様である。図示された例において、第１の損傷領域１８の各々は、第２の損傷領域２６内に位置している、またはそれにより実質的に取り囲まれている。さらに他の例によれば、第１と第２の損傷領域１８、２６は、互いに部分的に重複することがある。
【００２６】
第１の損傷領域１８の各々は、第１の部分２２が第１の損傷領域１８の形状をとるように第１の部分２２の１つを画成することができる。例えば、第１の損傷領域１８は、閉じた（すなわち、完全に境界された）形状および／または開いた（すなわち、完全には境界されていない）形状を有することがある。先に説明されたように、第１と第２の損傷領域１８、２６は、第２の損傷領域２６が第１の部分２２の形状の境界または画成に役立てるように少なくとも部分的に重複することができる、またはその逆もまた同様である。言い換えると、第１の損傷領域１８は、開いた形状を形成することがあるが、第２の損傷領域２６により閉じられる。下記により詳しく説明されるように、第１および／または第２の損傷領域１８、２６が第１の部分２２を完全に境界している例において、第１の部分２２は、基板シート１４のエッチングによって、基板シート１４から取り外すことができる。
【００２７】
第２の損傷領域２６は第２の部分３０を画成する。第２の損傷領域２６は、互いに接触していても、または別々の構造であってもよい。第２の損傷領域２６は、第１の損傷領域１８を部分的におよび／または完全に取り囲むことがある。第２の損傷領域２６の第２のアレイは、基板シート１４に亘り延在する連続および／または不連続構造であることがある。第２の損傷領域２６は、第２の部分３０がそれに沿って基板シート１４から単一化される破断線または罫書き線を基板シート１４に形成するように作られている。言い換えると、ガラス基板シート１４は、第２の損傷領域２６の第２のアレイに沿って基板シート１４から第２の部分３０を単一化するように作ることができる。
【００２８】
ここで図２Ａ、２Ｂ、３Ａおよび３Ｂを参照すると、第２の損傷領域２６の第２のアレイは、１つ以上の断続区域３４を画成することがある。断続区域３４は、第２の損傷領域２６に沿って損傷のない基板シート１４の区域として定義されることがある。断続区域３４は、第２の部分３０のエッジに沿って（例えば、図２Ａ）、第２の部分３０の角で（例えば、図２Ｂ）、および／またはその組合せに、位置付ける、または画成することができる。第２の損傷領域２６の各々は、１つのまたは複数の断続区域３４を画成することができる。
【００２９】
断続区域３４は、約１０μｍ以上、約５０μｍ以上、約１００μｍ以上、約１５０μｍ以上、約２００μｍ以上、約２５０μｍ以上、約３００μｍ以上、約３５０μｍ以上、約４００μｍ以上、約４５０μｍ以上、または約５００μｍ以上の長さ、幅または最長寸法を有することがある。例えば、断続区域３４は、約５ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約０．７５ｍｍ以下、または約０．５ｍｍ以下の長さ、幅または最長寸法を有することがある。断続区域３４は、第２の損傷領域２６の周囲の約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１０％以下、約９％以下、約８％以下、約７％以下、約６％以下、約５％以下、約４％以下、約３％以下、約２％以下、約１％以下、約０．５％以下、または約０．１％以下を占めることがある。下記により詳しく説明されるように、断続区域３４を使用すると、エッチング液が基板シート１４に施された後、第２の部分３０を基板シート１４上の適所に留めることができる。
【００３０】
ここで図３Ａおよび３Ｂを参照すると、断続区域３４は、明瞭さのために、エッチング後の条件で示されている。断続区域３４は、第一面１４Ａおよび／または第二面１４Ｂと接触することがある。例えば、断続区域３４は、基板シート１４の第一面と第二面１４Ａ、１４Ｂの間に延在することがある（例えば、図３Ａ）、または部分的にまたは完全に第一面と第二面１４Ａ、１４Ｂの間に位置付けられることがある（例えば、図３Ｂ）。断続区域３４は、エッチング前に、第一面と第二面１４Ａ、１４Ｂの両方に接触するように延在することがあることが理解されよう。
【００３１】
ここで図４を参照すると、様々な例によれば、第１および／または第２の損傷領域１８、２６（図１）が複数の損傷通路３８から形成されることがある。超短パルスレーザを使用して、物品１０の基板シート１４を貫通する損傷通路３８を作ることができる。損傷通路３８の作製を可能にする光学装置の詳細が、下記と、その全ての内容が、ここに完全に述べられているかのように引用される、２０１４年１月１３日に出願された米国特許出願第１４／１５４５２５号明細書に記載されている。例えば、いくつかの実施の形態において、超短（ピコ秒またはフェムト秒の期間）ベッセルビームを使用して、高アスペクト比の損傷通路３８の領域を作るために、光学レンズアセンブリにおけるアキシコンレンズ素子と共に、短パルスレーザが利用される。言い換えると、これらの実施の形態において、そのアキシコンは、レーザビームを、形状が略円柱状であり、基板シート１４の本体内に高アスペクト比を有する高強度領域に集光させる。そのような設計は、ベッセルレーザビーム、線焦点レーザビーム、または分散焦点レーザビームとして知られているであろう。他の実施の形態において、非回折または準非回折レーザビーム焦線を作るために、他のレンズ素子が利用される。集光されたレーザビームの高強度のために、基板シート１４の材料とレーザの電磁場の非線形相互作用が生じ、レーザエネルギーが基板シート１４に伝達されて、損傷通路３８の構成要素となる欠陥を形成する。しかしながら、レーザのエネルギー強度が高くない基板シート１４の区域（例えば、第一面１４Ａ、中心収束線を取り囲む基板シート１４の体積）において、その材料がレーザに透明であり、レーザからその材料にエネルギーを伝達させる機構がないことに気がつくことが重要である。本開示の文脈の中で、吸収が、そのレーザ波長での材料深さ１ミリメートル当たり、約５０％以下、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、約１０％以下、または約１％以下である場合、材料はそのレーザ波長に実質的に透明である。その結果、基板シート１４は、レーザ強度が非線形閾値より低い領域において、依然として影響を受けないまたは実質的に影響を受けないであろう。
【００３２】
超短パルスレーザの使用により、１つ以上の高エネルギーパルスまたは高エネルギーパルスの１つ以上のバーストを使用して、光学的に透明な基板シート１４に微小損傷通路３８を作ることが可能である。損傷通路３８は、レーザにより変更された基板シート１４材料の領域である。レーザ誘起変更は、基板シート１４材料の構造を崩壊させる。構造的崩壊には、圧縮、溶融、材料の除去、再配列、および／または結合切断がある。損傷通路３８は、基板シート１４の内部まで延在し、レーザの断面形状（例えば、略円形）と一致する断面形状を有する。損傷通路３８が異なる形状を有する例では、損傷通路３８は、基板シート１４および／またはレーザを、移動させながら、または平行移動させながら、多重パルスによって形成されることがある。
【００３３】
実際には、基板シート１４の材料中に損傷通路３８または損傷領域１８、２６を形成するためにパルスレーザを使用することができる。基板シート１４上または中に損傷通路３８または損傷領域１８、２６を形成するためにそのレーザを使用する例示の方法において、この方法は、ビーム伝播方向に沿って見て、パルスレーザビーム５０をレーザビーム集線５４に集光させることによって進行することがある。レーザビーム集線５４は、いくつかの様式で、例えば、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マシュービーム（すなわち、非回折ビーム）により作り出すことができ、その電磁場プロファイルは、一般に、ガウス関数よりも遅く横断方向（すなわち、伝播方向）で減衰する特殊関数によって与えられる。レーザアセンブリは、光学アセンブリ６２のビーム入射側５８でパルスレーザビーム５０を放出し、そのパルスレーザビーム５０は光学アセンブリ６２に入射する。光学アセンブリ６２は、入射したレーザビームを、ビーム方向（焦線の長さＬ）に沿って規定された拡張範囲に亘り、出力側でレーザビーム集線５４に変換する。加工すべき基板シート１４は、光学アセンブリ６２の後のビーム経路内に位置決めされ、レーザビーム５０のレーザビーム集線５４と少なくとも部分的に重複している。
【００３４】
製造されたままの損傷通路３８の平均直径は、約０．１μｍから約５０μｍの範囲内、または約１μｍから約２０μｍの範囲内、または約２μｍから約１０μｍの範囲内、または約０．１μｍから約５μｍの範囲内、または約０．１μｍから約０．５μｍの範囲内、または約０．１μｍから約２．０μｍの範囲内、または約０．２μｍから約５μｍの範囲内、または約０．２５μｍから約５μｍの範囲内、または約０．３μｍから約５μｍの範囲内、または約０．５μｍから約５μｍの範囲内にあることがある。ここに開示された例における損傷通路３８を取り囲む材料の崩壊または変更区域（例えば、圧縮された、溶融した、または他のやり方で変わった）は、約５０マイクロメートル未満、より具体的に、約１０マイクロメートル未満、例えば、約０．２μｍから約６μｍ、または約０．３μｍから約５μｍの直径を有することがある。損傷通路３８は、約２０：１から約５０，０００：１の範囲のアスペクト比を有することがある、またはそのアスペクト比は、約１０：１から約１２，０００：１の範囲内にあることがある、または約５０：１から約５００：１の範囲内にあることがある。さらに他の例において、そのアスペクト比は、１５０，０００：１ほど高いことがある。そのアスペクト比は、損傷通路３８の直径に対する損傷通路３８の長さ（例えば、基板シート１４の厚さ）として測定される。
【００３５】
損傷通路３８の密度は、第１および／または第２の損傷領域１８、２６に亘って変動しても、または一貫していてもよい。例えば、損傷通路３８は、第２の損傷領域２６に対して第１の損傷領域１８において高い密度を有することがある、または第１および／または第２の損傷領域１８、２６に対して断続区域３４において高い密度を有することがある。そのような特徴は、後に説明するように、基板シート１４の特定の区域において優先的なエッチングを行う上で都合よいことがある。
【００３６】
個々の損傷通路３８は、数百キロヘルツ（例えば、毎秒数十万）の速度で作り出すことができる。それゆえ、レーザ源と基板シート１４との間の相対運動により、損傷通路３８を互いに隣接して、所望のどのようなパターンでも配置することができる。例えば、損傷通路３８は、第１および／または第２の損傷領域１８、２６内に高濃度を有することがあるが、断続区域３４にはほぼまたは完全にないことがある。損傷通路３８の空間的隔離およびサイズは、物品１０の透過性に基づいて少なくとも部分的に選択することができる。
【００３７】
基板シート１４は、縦ビーム軸に対して実質的に垂直に、それゆえ、光学アセンブリ６２により生成される同じ焦線５４の背後に揃えられる（その基板シートは描画面に対して垂直である）ことが好ましく、ビーム方向に沿って見ると、基板シート１４は、ビーム方向に見た焦線５４が、基板シート１４の第一面１４Ａの前で始まり、基板シート１４の第二面１４Ｂの後で終わる（すなわち、基板シート１４を通って延在する）ような様式で焦線５４に対して位置付けられている。レーザビーム集線５４の基板シート１４との重複区域において（すなわち、焦線５４で覆われた基板シート１４において）、レーザビーム集線５４は、それゆえ、縦ビーム方向に揃えられたセクション６６を生成し（レーザビーム集線５４に沿って適切なレーザ強度の場合）、それに沿って、非線形誘発吸収が基板シート１４に生成される。非線形誘発吸収は、セクション６６に沿ってその物品に損傷通路の形成を誘発させる。その欠陥線の形成は、局所的であるだけでなく、誘発吸収のセクション６６の全長に亘り延在する。焦線５４は、基板シート１４を貫通して延在するとして示されているが、基板シート１４中に部分的にしか延在せず、それによって、第一面と第二面１４Ａ、１４Ｂの間に延在しない損傷通路を形成してもよいことに留意すべきである。そのような特徴は、先に説明した断続区域３４の異なる例を形成する上で都合よいであろう。その誘発吸収のセクション（または損傷通路の形成を経ている基板シート１４の材料内のセクション）の程度または平均直径に符号Ｄが付けられている。平均延在部Ｄは、概して、レーザビーム集線５４の平均直径、すなわち、平均スポット直径に対応する。
【００３８】
いくつかの例によれば、基板シート１４の第一面と第二面１４Ａ、１４Ｂの直交軸とパルスレーザビーム５０との間に角度を作ると、レーザビーム集線５４が基板シート１４内に形成される角度が変わる。ビーム集線５４が基板シート１４と接触する角度を変えることによって、損傷通路が、基板シート１４を通るある角度で形成することもできる。レーザビーム集線５４は、約０°から約４０°の範囲、または約０．５°から約１５°の範囲、または約１°から約１０°の範囲の角度で基板シート１４に入射することがある。
【００３９】
代わりの例において、損傷通路３８は、レーザ衝撃穴開けによって基板シート１４に形成されることがある。衝撃穴開けは、適切な波長と強度を有するレーザを使用して行われ、レーザのスポットサイズにより最終的な損傷通路のサイズが決まる。使用できる波長は、約１００ナノメートルから約１０７０ナノメートルに及ぶ、または約１５０ナノメートルから約４００ナノメートルの範囲にある。いくつかの例によれば、レーザは、約３５５ナノメートルの波長を有する紫外線レーザビームを利用することがある。さらに他の例において、レーザは、約１００ｎｍ以上、約２０００ｎｍ以上、または約３０００ｎｍ以上などの大きい波長で作動することがある。衝撃穴開け中、レーザは、基板シート１４の表面（例えば、第一面または第二面１４Ａ、１４Ｂ）上のガウススポットに集光され、そのガウススポットは、約１μｍから約２０μｍの範囲内、または約３μｍから約１０μｍの範囲内の直径を有する。レーザは、基板シート１４上の同じ位置に繰り返し衝突するようにパルス状である。レーザパルス持続時間は、１ナノ秒と１００ナノ秒の間、またはより具体的に１０ナノ秒と２５ナノ秒の間にある。特定の例において、レーザビームのパルシングは、約１００ピコ秒以下のパルス幅を有することがある。レーザは、約５０，０００パルス毎秒から約１５０，０００パルス毎秒が可能であることがある。特定の例において、レーザパルス持続時間は、約１００，０００パルス毎秒であることがある。各パルスで、材料の一部が基板シート１４から除去され、損傷通路が形成し始める。損傷通路が基板シート１４内に形成されるにつれて、損傷通路は、レーザビームを限定し、基板シート１４を通る長く細い孔を作る。損傷通路が基板シート１４内の所望の深さのものとなり、レーザが停止されるまで、レーザはパルスにされる。次に、レーザビームおよび／または基板シート１４が互いに対して動かされ、その過程が繰り返されて、次の損傷通路が形成される。レーザおよび／または基板シート１４の移動中、第１の損傷領域１８の第１のアレイおよび第２の損傷領域２６の第２のアレイが、別々の通過において形成されても、実質的に同時に形成されてもよいことが理解されよう。本開示の目的のために、「実質的に同時に」という用語は、他の損傷領域の形成を開始するために、レーザおよび／または基板シート１４を開始位置に再設定する必要がないように、第１と第２の損傷領域１８、２６が、レーザの同じ通過で、または基板シート１４の平行移動で形成されることを意味することがある。
【００４０】
衝撃穴開けにより、損傷通路３８をテーパー状にすることができるであろう。例えば、衝撃穴開け用レーザが基板シート１４の第一面１４Ａに入射する例において、損傷通路３８は、約１５μｍから約２５μｍの直径の開口を第一面１４Ａに有することがあり、基板シート１４の第二面１４Ｂの開口は、約５μｍから約１０μｍの直径を有する。
【００４１】
ここで図５を参照すると、基板シート１４内に損傷通路３８を形成するためにレーザが使用された後、エッチング液が、基板シート１４に施され、それゆえ、第１および／または第２の損傷領域１８、２６を形成する。そのエッチング液の使用は、基板シート１４の残りに対して、第１および／または第２の損傷領域１８、２６から材料を優先的に溶かすまたは除去することができる。基板シート１４にエッチング液を施すと、損傷通路３８が合流して、基板シート１４に連続割れ目を形成するように、第１および／または第２の損傷領域１８、２６の損傷通路３８を広げることができる。第１と第２の損傷領域１８、２６（例えば、今ではスロット）は、損傷通路３８の幅から、約１０μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約７５μｍ以上、または約１００μｍ以上の厚さまたは幅まで広げられることがある。
【００４２】
実際には、第１および／または第２の損傷領域１８、２６を含む基板シート１４のエッチングにより、第１および／または第２の部分２２、３０を基板シート１４から除去または分離することができる。例えば、第１の損傷領域１８が断続区域３４を含まず、第２の損傷領域２６が断続区域３４を含む基板シート１４の例において、基板シート１４をエッチングすると、第１の部分２２（図２Ａ）が基板シート１４から取り外される、または除去される一方で、第２の部分３０が残る（すなわち、断続区域３４により接続されている）ように、基板シート１４から第１の部分２２の全ての接続が除去されることがある。そのような例では、第１の部分２２が占めていたのとほぼ同じサイズと形状で、穴２２Ａが第２の部分３０により画成されることがある。このように、第１の損傷領域１８の第１のアレイが、基板シート１４に亘り、そこを通る、第１のアレイの、または複数の孔２２Ａを形成することができる。下記により詳しく説明されるように、第２の部分３０を基板シート１４の残りに接続する断続区域３４は、第２の部分３０を、最小の力で、シート１４の残りに損傷を生じずに、シート１４から単一化できる、または賽の目に切れるような厚さと形状のものであることがある。さらに、エッチング液を施すと、例えば、レーザ衝撃穴開け、レーザ焦線を利用するレーザ過程、または損傷通路３８を形成する任意の他のレーザ加工法を使用することによって、基板シート１４内の損傷通路のレーザ形成中に形成される、基板シート１４内の機械的に弱い任意の微小亀裂または区域を修復することができる。
【００４３】
前記エッチング液としては、フッ化水素酸、硝酸、塩化水素酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、および／またはその組合せが挙げられるであろう。例示の実施の形態において、そのエッチング液は、約５％のフッ化水素酸および約１０％の硝酸を含むことがある。その過程は、一般に、基板シート１４をエッチング液の溶液中に沈めることによって行われるが、エッチング液は、ここに与えられた教示から逸脱せずに、噴霧または堆積の他の形態によって施されてもよいことが理解されよう。酸の濃度、溶液の温度および暴露時間を制御することによって、基板シート１４から除去される材料の総量を調節することができる。それに加え、損傷領域内部の流体交換を増加させて、エッチング時間の総量を減少させるために、エッチングは、基板シート１４を揺動させながら、または超音波の存在下で、行うことができる。
【００４４】
第２の部分３０の部品を基板シート１４に保持している断続区域３４のサイズ、形状および体積は、基板シート１４の材料の機械的性質に基づいて、調整することができる。断続区域３４の体積は、機械的ロバストネスなどの属性により、損傷されていないシート１４を有する利益を維持するのに十分であるべきである。しかしながら、断続区域３４の体積は、第２の部分３０の素早い単一化を促進するために、最小であるべきである。個々の第２の部分３０は、どの所望の形状のものであってもよく、個々の部分３０の形状は、互いに同じであっても、異なってもよい。個々の第２の部分３０は、ここに記載されたレーザおよび／またはエッチング過程により作られた、内部穴、スロット、または切り欠きを有することがある。
【００４５】
第２の部分３０は、今では、断続区域３４によって基板シート１４に保持されているが、多種多様な方法によって、単一化する、または賽の目に切ることができる。そのような単一化方法において、断続区域３４は、第２の部分３０を解放するために、切断される、または割られる。第２の部分３０は、１つずつ取り外されても、または複数の第２の部分３０が１つずつ取り外されてもよい。例えば、第２の部分３０は、第２の部分３０が、手で割る（例えば、パチッと割る）などの機械的方法、または機械的工具（例えば、ダイヤモンド製スクライバー）によってシート１４から単一化できるようなわずかな力強度で断続区域３４により保持されることがある。他の例において、個々の第２の部分３０を取り外すために、トーチ、レーザ、または断続区域３４を割る他の方法を利用してよい。
【００４６】
ここで図６を参照すると、物品１０を形成する例示の方法７０が示されている。方法７０は、基板シート１４を提供する工程７４で始めることができる。先に説明されたように、基板シート１４は、ガラス、ガラス系材料、ガラスセラミック、セラミック、高分子材料、および／またはその組合せから形成することができる。
【００４７】
次に、第１の損傷領域１８の第１のアレイを形成する工程７８が行われる。先に説明したように、第１の損傷領域１８は、レーザをパルスにすることによって生じる損傷通路３８の反復または非反復アレイで形成することができる。パルスレーザおよび／または基板シート１４は、第１の損傷領域１８を形成するために互いに対して移動または平行移動させることができる。
【００４８】
次に、複数の第２の部分３０を画成する第２の損傷領域２６の第２のアレイを形成する工程８２が行われる。第２の損傷領域２６の第２のアレイは、約１０マイクロメートル以上の長さ、または最大寸法を有することがある断続区域３４の１つ以上を画成することがある。工程８２は、第１と第２の損傷領域１８、２６が少なくとも部分的に重複し、第１と第２の損傷領域１８、２６のアレイが、レーザをパルスにすることによって行えるように行うことができる。先に説明したように、第１の損傷領域１８の第１のアレイを形成する工程、および第２の損傷領域２６の第２のアレイを形成する工程は、実質的に同時に行ってもよい。さらに、第１および／または第２の損傷領域１８、２６は、パルスレーザビームを基板シート１４上で平行移動させることによって形成することができる。先に説明したように、第２の損傷領域２６は、断続区域３４を含む、または画成することがある。いくつかの例において、第２の損傷領域２６の第２のアレイの形成は、断続区域３４に損傷通路３８がない（例えば、図３Ａ）ように行われることがある。他の例において、第２の損傷領域２６の第２のアレイの形成は、断続区域３４が損傷通路３８を含む（例えば、図３Ｂ）ように行われることがある。
【００４９】
最後に、複数の第２の部分３０をガラス基板シート１４から単一化する工程８６を行うことができる。先に説明したように、第２の部分３０の単一化は、機械的力により（すなわち、手および／または機械により）、トーチ、レーザまたは第２の部分３０を基板シート１４から解放する他の方法により行うことができる。
【００５０】
本開示の使用は、様々な利点を提示するであろう。第１に、物品１０を形成する開示された方法およびシステムを使用すると、物品１０のより速い処理能力および製造が可能になるであろう。例えば、従来の連続製造技術とは対照的に、後で単一化できる複数の第２の部分３０を並行して製造することによって、製造過程当たり、より多くの第２の部分３０を形成することができる。言い換えると、複数の第２の部分３０は、単一の「母体」シート（すなわち、物品の基板シート１４）から形成され、必要に応じて、単一化することができる。第２に、断続区域３４を使用すると、よりロバストな最終物品１０が可能になる。断続区域３４により、第２の部分３０と基板シート１４との間の割れていない接続が可能になるので、最終物品１０は、従来の設計と比べて、大きいロバストネスを有するであろう。先に説明したように、断続区域の最終寸法、およびしたがって、第２の部分３０を単一化するために使用される力は、第２の部分３０の収率を増加させられるように、調整することができる。
【００５１】
本開示の改変が、当業者および本開示を利用する者に想起されるであろう。したがって、図面に示され、先に記載された実施の形態は、説明目的のためだけであり、本開示の範囲を限定する意図はなく、均等論を含む特許法の原則にしたがって解釈されるように、その範囲は以下の特許請求の範囲によって定義されることが理解されよう。
【００５２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００５３】
実施形態１
ガラス部品を形成する方法において、
ガラス基板シートを提供する工程、
第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程、
複数の部分を画成する第２の損傷領域の第２のアレイであって、約１０マイクロメートル以上の最大寸法を有する１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程、
前記ガラス基板シートをエッチングする工程、および
前記ガラス基板シートから前記複数の部分を単一化する工程、
を有してなる方法。
【００５４】
実施形態２
前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程が、前記第１と第２の損傷領域が少なくとも部分的に重複するように行われる、実施形態１に記載の方法。
【００５５】
実施形態３
レーザビームをパルス状にして、前記第１と第２のアレイの少なくとも一方を形成する工程をさらに含む、実施形態１または２に記載の方法。
【００５６】
実施形態４
前記レーザビームのパルス化が、約１００ピコ秒以下のパルス幅を有する、実施形態３に記載の方法。
【００５７】
実施形態５
前記複数の部分を単一化する工程が、
前記ガラス基板シートから該複数の部分を機械的に単一化する工程、
をさらに含む、実施形態１から４のいずれか１つに記載の方法。
【００５８】
実施形態６
前記第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程が、
ベッセルビームまたは分散焦点レーザビームの少なくとも一方を使用して、前記第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程、
をさらに含む、実施形態１から５のいずれか１つに記載の方法。
【００５９】
実施形態７
ガラス部品を形成する方法において、
ガラス基板シートを提供する工程、
第１の損傷領域の第１のアレイを形成して、複数の第１の部分を形成する工程、
第２の損傷領域の第２のアレイであって、１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイを形成して、複数の第２の部分を形成する工程、
前記第１の部分が前記ガラス基板シートから切断されるように該ガラス基板シートをエッチングする工程、および
前記ガラス基板シートから前記複数の第２の部分を単一化する工程、
を有してなる方法。
【００６０】
実施形態８
前記ガラス基板シートをエッチングする工程が、
フッ化水素酸、硝酸および塩化水素酸の少なくとも１つを含むエッチング液で前記ガラス基板シートをエッチングする工程、
をさらに含む、実施形態１または７に記載の方法。
【００６１】
実施形態９
前記複数の第１の部分を形成する工程、および前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程の少なくとも一方が、
パルスレーザビームおよびガラス基板シートを互いに対して平行移動させる工程、
をさらに含む、実施形態１、６、７、または８に記載の方法。
【００６２】
実施形態１０
前記第１の損傷領域の第１のアレイを形成する工程、および前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程が、実質的に同時に行われる、実施形態１、６、７、または８に記載の方法。
【００６３】
実施形態１１
前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程が、
前記断続区域に損傷通路がないように、該第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程、
をさらに含む、実施形態１、６、または７に記載の方法。
【００６４】
実施形態１２
前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程が、
前記断続区域が損傷通路を含むように、該第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程、
をさらに含む、実施形態７に記載の方法。
【００６５】
実施形態１３
前記第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程が、
前記断続区域が、該第２の損傷領域の第２のアレイの周囲の約１０％以下を占めるように、該第２の損傷領域の第２のアレイを形成する工程、
をさらに含む、実施形態７から１２いずれか１つに記載の方法。
【００６６】
実施形態１４
物品において、
基板シート、
前記基板シートを通って画成された複数の孔を画成する第１の損傷領域の第１のアレイ、および
複数の第２の部分を画成する第２の損傷領域の第２のアレイであって、約１０マイクロメートル以上の長さを含む１つ以上の断続区域を画成する第２の損傷領域の第２のアレイ、
を備えた物品。
【００６７】
実施形態１５
前記基板シートが、前記第２の損傷領域の第２のアレイに沿って該基板シートから前記第２の部分を単一化するように作られている、実施形態１４に記載の物品。
【００６８】
実施形態１６
前記断続区域が、約１００マイクロメートル以上の最長長さ寸法を有する、実施形態１４に記載の物品。
【００６９】
実施形態１７
前記第２の損傷領域の第２のアレイが、前記基板シートを通るある角度で形成された損傷通路を含む、実施形態１４に記載の物品。
【００７０】
実施形態１８
前記第２の損傷領域が、前記基板シートの第一面から該基板シートの第二面まで延在する、実施形態１４に記載の物品。
【００７１】
実施形態１９
前記基板シートが、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミック材料から作られている、実施形態１４に記載の物品。
【００７２】
実施形態２０
前記第２の損傷領域の第２のアレイが、複数の断続区域を含む、実施形態１４から１９のいずれか１つに記載の物品。
【符号の説明】
【００７３】
１０    ガラス物品
１４    基板シート
１８    第１の損傷領域
２２    第１の部分
２６    第２の損傷領域
３０    第２の部分
３４    断続区域
３８    損傷通路
５０    パルスレーザビーム
５４    レーザビーム集線
５８    ビーム入射側
６２    光学アセンブリ
【図１】
2020523274.tif 000003
【図２Ａ】
2020523274.tif 000004
【図２Ｂ】
2020523274.tif 000005
【図３Ａ】
2020523274.tif 000006
【図３Ｂ】
2020523274.tif 000007
【図４】
2020523274.tif 000008
【図５】
2020523274.tif 000009
【図６】
2020523274.tif 000010
【国際調査報告】
2020523274.tif 000011
2020523274.tif 000012