特許 6588911 ガラスの３Ｄ形成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6588911

(24)【登録日】2019年9月20日

(45)【発行日】2019年10月9日

(54)【発明の名称】ガラスの３Ｄ形成

(51)【国際特許分類】

   C03B 23/025 20060101AFI20191001BHJP

   B23K 26/382 20140101ALI20191001BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20191001BHJP

   C03B 33/08 20060101ALI20191001BHJP

   C03B 23/035 20060101ALI20191001BHJP

   C03B 23/03 20060101ALI20191001BHJP

【ＦＩ】

   C03B23/025

   B23K26/382

   B23K26/53

   C03B33/08

   C03B23/035

   C03B23/03

【請求項の数】11

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2016-541161(P2016-541161)

(86)(22)【出願日】2014年12月17日

(65)【公表番号】特表2017-504553(P2017-504553A)

(43)【公表日】2017年2月9日

(86)【国際出願番号】US2014070724

(87)【国際公開番号】WO2015095264

(87)【国際公開日】20150625

【審査請求日】2017年12月11日

(31)【優先権主張番号】61/917,127

(32)【優先日】2013年12月17日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/154,525

(32)【優先日】2014年1月14日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/024,581

(32)【優先日】2014年7月15日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/024,724

(32)【優先日】2014年7月15日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】ニーバー，アルバート ロス

(72)【発明者】

【氏名】ツダ，セルジオ

【審査官】 若土 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３６０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０１２１８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２７６５０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１４３７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１０８３１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１５１７６０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１２９１６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１７１４２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ １５／００−３５／２６

Ｃ０３Ｂ ４０／００−４０／０４

Ｂ２３Ｋ ２６／００−２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法であって、
前記方法は：
（ｉ）レーザを用いて、輪郭に沿ってガラス素地を穿通し、前記ガラス素地に複数の穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉ）ガラスが湾曲するように、前記穿通孔を含む少なくとも１つの領域に沿って前記ガラス素地を屈曲させて、前記非平坦部分を有するガラス物品を形成するステップ
を有してなる、非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【請求項2】

非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法であって、前記方法は：
（ｉ）レーザを用いて、輪郭に沿ってガラス素地を穿通し、前記ガラス素地の少なくとも１つの領域に複数の穿通孔を形成するステップであって、前記穿通孔は直径が５μｍ未満であり、長さが前記直径の少なくとも２０倍長い、ステップ；
（ｉｉ）前記穿通孔を含む前記少なくとも１つの領域に沿って前記ガラス素地を屈曲させることにより、前記非平坦部分を形成するステップ
を有してなる、非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【請求項3】

前記穿通孔は：
（ｉ）直径２μｍ未満であり、長さが前記直径より少なくとも５０倍長く；及び／又は
（ｉｉ）直径２μｍ未満であり、長さが少なくとも２００μｍである、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

（ｉ）前記穿通孔を含む少なくとも１つの領域は、１ｍｍ^２あたり少なくとも１０個の穿通孔を含み；及び／又は
（ｉｉ）前記穿通ステップは、レーザ線状焦点を用いて実施される、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記屈曲ステップは：
（ｉ）前記穿通孔を有する前記ガラス素地を加熱するステップを含み；及び／又は
（ｉｉ）前記素地の少なくとも穿通された領域に真空を印加するステップを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記ガラス素地の厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍである、請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記屈曲ステップは、前記ガラス素地を、曲率半径１ｍｍ〜１０ｍｍの屈曲部を有するように屈曲させるステップを含む、請求項２に記載の方法。

【請求項8】

前記レーザはパルスレーザであり、
前記レーザは、レーザ出力が１０Ｗ〜１００Ｗであり、１バーストあたり少なくとも２パルスのバーストパルスを生成する、請求項２に記載の方法。

【請求項9】

前記パルスレーザは、前記レーザ出力が２５Ｗ〜６０Ｗであり、１バーストあたり少なくとも２〜２５パルスのバーストパルスを生成し、
前記欠陥線間の距離は７〜１００マイクロメートルである、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記穿通ステップは、レーザ線状焦点をレーザ形成して前記穿通孔を形成するステップを含み、
各前記穿通孔は、前記ガラスの構造を改質するために十分な強度の前記レーザビームによって形成され、
少なくとも１つの領域は、１ｍｍ^２あたり少なくとも１０個の前記穿通孔を有し、
前記方法は：
（Ａ）前記レーザ線状焦点を用いて、前記ガラス素地に対応する複数の領域を有するガラスシートを穿通して、少なくとも１つの前記ガラス素地を生成するための少なくとも１つの穿通された分離輪郭を生成するステップ；
（Ｂ）前記穿通された分離輪郭に沿って、少なくとも１つの前記ガラス素地を前記ガラスシートから分離することにより、少なくとも１つの個片化された前記ガラス素地を生成するステップ
を更に含む、請求項２の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【請求項11】

前記ガラス物品を屈曲させるステップは：
（Ａ）前記穿通孔を含む前記少なくとも１つの領域が、高さ、厚さ又は傾斜の変化を有する鋳型の領域上に配置されるように、前記個片化された素地を鋳型上に配置するステップ；
（Ｂ）前記鋳型上の、前記穿通孔を含む前記少なくとも１つの領域に沿って、前記ガラス素地を屈曲させることによって、前記ガラス素地を、前記少なくとも１つの非平坦部分を有するガラス物品へと形成するステップ
を含む、請求項１０に記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願】

【0001】

本出願は、以下の出願の利益を主張する：２０１４年１月１４日出願の米国特許出願第１４／１５４５２５号、２０１４年７月１５日出願の米国仮特許出願第６２／０２４７２４号、２０１４年７月１５日出願の米国仮特許出願第６２／０２４５８１号、及び「ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ３Ｄ ＳＨＡＰＥＤ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＢＲＩＴＴＬＥ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ」という名称の、２０１３年１２月１７日出願の米国特許出願第６１／９１７１２７号。これらの出願の全教示は、参照により本明細書に援用される。

【技術分野】

【0002】

本開示は一般に、ガラスシートの３Ｄ（３次元）形成に関し、より詳細にはレーザ誘起型穿通孔を用いたガラスシートの形成又は屈曲に関する。３Ｄ形状は、ガラス形状の表面上の少なくとも１つの領域が平面でなく、例えば屈曲形状又は波形状等である、非平坦形状である。

【背景技術】

【0003】

何らかの形態の３次元（３Ｄ）ガラスパーツが組み込まれた新規の製品が定期的に発表及び発売されている。いくつかの例としては、可撓性であるか又は屈曲形状を有する湾曲ＬＣＤ ＴＶスクリーン、湾曲スマートフォン及びウェアラブルガジェット（例えば腕時計型携帯電話、腕時計）が挙げられる。これらのタイプのデバイスの設計の他の要素は、従来の平坦なガラスカバープレートから、異なるスタイルの３次元湾曲表面となった、裏蓋である。これらの革新により、常に掻き傷及び衝撃に対する耐性を有する必要がある、ガラス製のこれらの３Ｄパーツの製造プロセスに、新たな課題がもたらされる。

【0004】

１０ｍｍ超の曲率半径を有する３Ｄ（即ち非平坦）ガラスシート又は物品を製造できるが、使用されるプロセスは比較的遅い。例えば約２ｍｍといった小さい曲率半径を有するパーツを有する３Ｄ皿状ガラスシート又は物品を形成するのは、遥かに困難である。これを現在実施するためには、ガラスを極めて高温に加熱した後屈曲させるが、例えば２ｍｍのコーナ半径といった良好な小さい屈曲半径を達成するためには、上記温度は高過ぎ、表面欠陥をもたらす。上記表面欠陥は、ガラス内での割れの伝播に寄与し得、割れの伝播は表面欠陥部位において始まる。例えば従来の熱形成を用いて成形されたガラスパーツは、ガラス材料中に歪みを有する場合がある。このようなパーツは、多くの移動体デバイスの用途には不適当である。またこれにより、多くの成形ガラスパーツが使用不可能となるため、成形プロセスの収率が低下する。

【0005】

本明細書において引用されるいずれの参考文献が従来技術を構成することは承認されていない。出願人は、いずれの引用文献の正確さ及び関連性に異議を唱える権利を明示的に保有する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の少なくとも１つの実施形態は、非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法に関し、上記方法は：
（ｉ）レーザを用いて、輪郭に沿ってガラス素地を穿通し、ガラス素地に複数の穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉ）穿通孔を含む領域に沿ってガラス素地を屈曲させることにより、ガラスが湾曲するような３次元形状を形成するステップ
を有してなる。

【0007】

本開示の一実施形態は、非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法に関し、上記方法は：
（ｉ）レーザを用いて、輪郭に沿ってガラス素地を穿通し、ガラス素地に複数の穿通孔を形成するステップであって、上記穿通孔は直径が５μｍ未満であり、長さが上記直径の少なくとも２０倍長い、ステップ；
（ｉｉ）穿通孔を含む領域に沿ってガラス素地を屈曲させることにより、ガラスが湾曲するような３次元形状を形成するステップ
を有してなる。

【0008】

いくつかの例示的実施形態によると、上記屈曲ステップは、上記穿通孔を有するガラス素地を加熱するステップ、及び／又は上記素地の少なくとも穿通領域に真空を印加するステップを含む。

【0009】

いくつかの例示的実施形態によると、穿通孔は直径２μｍ未満、及びいくつかの実施形態では直径が１．５μｍ未満であり、長さが上記直径より少なくとも５０倍長い。例えば穿通孔の長さは、少なくとも２００μｍ（例えば２００μｍ〜１．２ｍｍ）であってよい。

【0010】

いくつかの例示的実施形態によると、穿通領域は、１ｍｍ^２あたり少なくとも１０個の穿通孔、例えば１ｍｍ^２あたり少なくとも２０個、例えば少なくとも３０個、例えば少なくとも４０個、例えば少なくとも５０個又は例えば少なくとも１００個の穿通孔を含む。

【0011】

いくつかの例示的実施形態による、穿通ステップは、レーザ線状焦点を用いて実施され、ガラスの厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍである。

【0012】

いくつかの例示的実施形態によると、上記屈曲ステップは、５ｍｍ以下（例えば２ｍｍ以下）の曲率半径までガラス素地を屈曲させるステップを含む。

【0013】

ガラスシートを作製する１つの例示的方法は：
（ｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを穿通して、少なくとも１つのガラス素地を生成するための少なくとも１つの穿通された分離輪郭を生成するステップ；
（ｉｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを別の輪郭に沿って穿通して、屈曲領域穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉｉ）穿通された分離輪郭に沿って、少なくとも１つのガラス素地をガラスシートから分離することにより、少なくとも１つの個片化された素地を生成するステップ；
（ｉｖ）屈曲領域穿通孔を含む領域に沿ってガラス素地を屈曲させるステップ
を有してなる。

【0014】

本開示の一実施形態は、非平坦部分を有する少なくとも１つのガラス物品を作製する方法に関し、上記方法は：
（ｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを穿通して、少なくとも１つのガラス素地を生成するための少なくとも１つの穿通された分離輪郭を生成するステップ；
（ｉｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを別の輪郭に沿って穿通して、屈曲領域穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉｉ）穿通された分離輪郭に沿って、少なくとも１つのガラス素地をガラスシートから分離することにより、少なくとも１つの個片化された素地を生成するステップ；
（ｉｖ）屈曲領域穿通孔を含む領域に沿ってガラス素地を屈曲させるステップ
を有してなる。

【0015】

本開示の一実施形態は、非平坦部分を有する複数のガラス物品を作製する方法に関し、上記方法は：
（ｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを穿通して、複数のガラス素地を生成するための複数の穿通された分離輪郭を生成するステップ；
（ｉｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを他の輪郭に沿って穿通して、複数の屈曲領域穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉｉ）穿通された分離輪郭に沿って上記複数のガラス素地をガラスシートから及び互いから分離することにより、それぞれが屈曲領域穿通孔を含む複数の個片化された素地を生成するステップ；
（ｉｖ）個片化された素地を配置し、屈曲領域穿通孔を含む領域に沿って、ガラスが湾曲するようにガラス素地を屈曲させるステップ
を有してなる。

【0016】

いくつかの実施形態によると、湾曲表面又は少なくとも１つの非平坦表面を備えるガラス物品は、上記湾曲表面又は上記少なくとも１つの非平坦表面内に少なくとも２００マイクロメートル延在する複数の欠陥線又は穿通孔を有し、上記欠陥線又は穿通孔はそれぞれ、約５マイクロメートル以下の直径を有する。いくつかの実施形態によると、隣接する欠陥線又は穿通孔間の距離は７マイクロメートル〜５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態によると、ガラス物品は、約１００マイクロメートル以下の深さまでの表面下損傷を有する。いくつかの実施形態によると、ガラス物品の厚さは約１０マイクロメートル〜約５ｍｍ（例えば２００マイクロメートル〜２ｍｍ）である。

【0017】

更なる特徴及び利点は以下の詳細な説明に記載され、その一部は当業者にはこの説明から容易に明らかとなり、又は文章による説明及び添付の図面において例示されるような様々な実施形態を実施することによって把握されるだろう。

【0018】

上述の概説及び以下の詳細な説明の両方は単なる例示であり、請求項の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。

【0019】

添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれているものであり、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。図面は１つ又は複数の実施形態を示し、これは説明と併せて、様々な実施形態の原理及び動作を説明する役割を果たす。

【0020】

以上は、同様の参照符号は異なる複数の図を通して同一のパーツを示す添付の図面において図示されている例示的実施形態に関する、以下のより詳細な説明から、明らかになるであろう。これらの図は必ずしも正確な縮尺ではなく、図示されている実施形態には強調が施されている。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】それぞれが一実施形態による単一のガラス物品に対応する複数の事前切断又は事前加工済み領域２０００を含む、大型ガラスシート１０００

【図2】屈曲領域穿通孔を含む個片化されたガラス素地の、ある実施形態

【図3A】型上に配置された、上記穿通された／個片化されたガラス素地の実施形態の図

【図3B】型上に配置された、上記穿通された／個片化されたガラス素地の実施形態の図

【図4A】個片化された、及び穿通された／個片化されたガラス素地から形成されたガラス物品の図

【図4B】個片化された、及び穿通された／個片化されたガラス素地から形成されたガラス物品の図

【図5A】改質したガラスの、等間隔の複数の欠陥線を有する断層線の図。図５Ａは、試料を通る断層線の、レーザによる生成を示す。

【図5B】改質したガラスの、等間隔の複数の欠陥線を有する断層線の図。図５Ｂは、分離後の、欠陥線を有する縁部を示す。

【図5C】改質したガラスの、等間隔の複数の欠陥線を有する断層線の図。図５Ｃは、分離された縁部の写真である。

【図6A】レーザビーム焦線の位置決め、即ち焦線に沿って誘起吸収によりレーザ波長に対して透過性の材料の加工の図

【図6B】レーザビーム焦線の位置決め、即ち焦線に沿って誘起吸収によりレーザ波長に対して透過性の材料の加工の図

【図7A】一実施形態によるレーザ加工のための光学組立体を示す図

【図7B-1】基板に対してレーザビーム焦線を様々に位置決めすることによって基板を加工するある選択肢を示す図

【図7B-2】基板に対してレーザビーム焦線を様々に位置決めすることによって基板を加工する別の選択肢を示す図

【図7B-3】基板に対してレーザビーム焦線を様々に位置決めすることによって基板を加工するさらに別の選択肢を示す図

【図7B-4】基板に対してレーザビーム焦線を様々に位置決めすることによって基板を加工するさらなる選択肢を示す図

【図8】レーザ加工のための光学組立体の第２の実施形態を示す図

【図9A】レーザ加工のための光学組立体の第３の実施形態を示す図

【図9B】レーザ加工のための光学組立体の第３の実施形態を示す図

【図10】レーザ加工のための光学組立体の第４の実施形態を示す図

【図11A】材料のレーザ加工のためのレーザ強度に関する異なる複数の方式を示す図。図１１Ａは集束されていないレーザビームを示す。

【図11B】材料のレーザ加工のためのレーザ強度に関する異なる複数の方式を示す図。図１１Ｂは球面レンズを用いて集光されたレーザビームを示す。

【図11C】材料のレーザ加工のためのレーザ強度に関する異なる複数の方式を示す図。図１１Ｃはアキシコン又は回折フレネルレンズを用いて集光されたレーザビームを示す。

【図12A】ピコ秒レーザに関するレーザ放出を時間の関数として示す図。各放出は、１つ又は複数のサブパルスを含み得るパルス「バースト」を特徴とする。パルス持続時間、パルス間の間隔、及びバースト間の間隔に対応する時間が図示されている。

【図12B】ピコ秒レーザに関するレーザ放出を時間の関数として示す図。各放出は、１つ又は複数のサブパルスを含み得るパルス「バースト」を特徴とする。パルス持続時間、パルス間の間隔、及びバースト間の間隔に対応する時間が図示されている。

【発明を実施するための形態】

【0022】

これより、例示的実施形態について説明する。

【0023】

例えば携帯電話等のハンドヘルド製品のために、３Ｄ表面を有するカバーガラスが開発されている。しかしながら、例えば薄型ＬＣＤガラスから３Ｄパーツを形成するのは、曲率半径が小さい場合ほど困難になる。例えば１０ｍｍの曲率半径は、薄型ＬＣＤガラスによって容易に達成される。しかしながら、例えば５ｍｍ又は１若しくは２ｍｍ等、１０ｍｍ未満の比較的小さい屈曲半径を有する３Ｄ皿状パーツは、既存の方法での製造がより困難である。というのは、既存の方法ではガラスは典型的には高温になり、これにより、良好な小さい（例えば２ｍｍ）のコーナ半径を達成するにあたって表面欠陥が発生するためである。更に、ガラスを鋳型の厳密な特徴部分に押し付けるために、真空及び圧力が必要となり得る。更に、製造サイズ及び容積をスケールアップするためには、典型的にはコスト効率のために大型に形成された薄型ガラスのシートが使用され、複数のパーツのアレイ上に厳密なコーナ半径を生成するのは、更に困難になり得る。本明細書で開示される実施形態は、図１〜４Ｂと併せて更に説明されるように、曲率半径が小さい３Ｄ表面を有するガラスパーツの製造を促進できる。

【0024】

本出願は、強化ガラス又は非強化ガラスにおいて特に関心の的となっている、任意の形状の成形された３Ｄ薄型透明脆性基板の正確な形成のためのプロセスを提供する。一実施形態では、上記ガラスはＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス（全コード、Ｃｏｒｎｉｎｇ，Ｉｎｃ．から入手可能）である。実施形態による方法はまた、後加工仕上げステップを必要とすることなく、１つ又は複数の３Ｄパーツ、即ち３Ｄ表面を有するパーツをその最終的なサイズに切断して抜き出すことができる。本方法は、強化された（例えば化学的にイオン交換された）又は強化されていない（原料ガラス）３Ｄパーツに適用できる。

【0025】

加工物、パーツ又は物品としては例えば、湾曲表面を有する電話用のガラスカバー、又は自動車用ガラスが挙げられる。本出願において開発されたレーザ法は、選択されたレーザ波長に対して略透過性（即ち材料の深さ１ｍｍあたり約５０％未満、及び１０％未満、例えば約１％未満の吸収率）の材料に好適である。

【0026】

主要な原理は、例えばあるプロセスによって、及び「ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ３Ｄ ＳＨＡＰＥＤ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＢＲＩＴＴＬＥ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ」という名称の２０１３年１２月１７日出願の同時係属出願である米国仮特許出願第６１／９１７１２７号明細書に記載されているシステムを用いて、レーザ焦線を用いてガラスに孔を穿通して欠陥を生成することであり、上記特許出願は参照により本出願に援用される。レーザは、薄型ガラスシートに孔又は細長い損傷領域（欠陥線）を生成することによって穿通領域を形成するために、焦線を生成する。これらの穿通領域においてガラスは弱化され、これにより有利なことに、複雑な形状、及び／又は熱形成条件下での湾曲領域の形成が可能となる。通常の形成プロセスは、既存のガラス厚さを所与の動作パラメータとして使用するため、本明細書に記載のガラスシートの穿通孔は、より容易な成形又は形成のために好適な３Ｄ表面を生成する。穿通領域の使用による形成は、厳密な屈曲半径及び他の必要な特徴部分の細部といった、熱形成製品の細部の改善をもたらす。またこのアプローチにより、薄型ガラスの大型アレイシートを形成して、真空形成技術を用いて極めて微細な形成細部を達成できる。穿通孔領域を有するガラスシート又は素地の形成は同様に、他の方法によって達成することもできる。例えば約５００℃〜約６５０℃の温度では、ガラスの粘性により塑性相が生成され、これにより所要の形状への垂れ下がりによる屈曲が可能となる。具体的な温度はガラスの組成による。穿通されたガラスは上記塑性相へと加熱され、加熱された鋳型表面へと自重によって垂れ下がって所望の形状となり、その後（例えば約１５０℃又は２００℃まで）徐冷され、この時点においてガラスを加熱領域から取り外すことができ、室温まで冷却できる。

【0027】

いくつかの実施形態によると、大型の予備形成された切断ガラスシート１０００を、ステップ１０００Ａにおいて穿通して、穿通孔１２００Ａ又は１４００Ａを生成する。より具体的には、ガラスをレーザビーム下に配置し、所望の線又は輪郭に沿ってレーザをトレースする（レーザ焦線を移動させる）ことにより、本明細書に記載の欠陥線をガラス上に生成する。次に、例えば加熱成形又は真空形成によって、穿通されたガラスシート１０００を、穿通孔領域又は線（例えば穿通孔１４００Ａを有する領域）に沿って所望の形状へと屈曲させて、３Ｄ形状を形成する。屈曲半径は比較的大きくすることができ、又は小さくすることができ、例えば１ｍｍ〜２０ｍｍ、及びいくつかの実施形態では１ｍｍ〜１０ｍｍ、又は５ｍｍ以下、例えば１ｍｍ〜５ｍｍ又は２ｍｍ以下である。いくつかの実施形態によると、ガラスの厚さは３ｍｍ未満、例えば２ｍｍ（例えば１ｍｍ以下）である。いくつかの実施形態によると、屈曲させたガラスは、ガラスシート自体の厚さよりも大きい湾曲部（本明細書では弓状部又は屈曲部とも呼ぶ）をその中に備える。いくつかの実施形態によると、屈曲させたガラスの厚さは３ｍｍ未満、例えば２ｍｍ未満又は１ｍｍ未満である。いくつかの実施形態では、屈曲することになる（又は屈曲する）領域に配置される穿通孔間の例示的なピッチ（間隔）は、５〜５０μｍ、又は７〜５０μｍである（即ち、分離を防止しつつ、単に有意な表面欠陥を形成することなく屈曲できるようにするための弱化点として作用するよう、切断ピッチより若干幅広い）。本明細書に記載の例示的実施形態によると、これらの穿通孔は直径が２μｍ以下であり、長さが上記直径より少なくとも２０倍長く、ガラスの少なくともある程度の領域では１ｍｍ^２あたり少なくとも１０個の穿通孔を有する。

【0028】

いくつかの実施形態によると、穿通孔は直径が２μｍ未満（例えば直径が１．５μｍ未満）であり、長さが上記直径より少なくとも５０倍長い。例えば穿通孔１４００Ａの長さは少なくとも２００μｍである。いくつかの実施形態によると、穿通された領域の少なくともいくつかは、１ｍｍ^２あたり少なくとも２５個の穿通孔を含む。いくつかの実施形態によると、穿通された領域の少なくともいくつかは、１ｍｍ^２あたり少なくとも５０個の穿通孔を含む。いくつかの実施形態によると、穿通孔は、レーザ線状焦点を形成するレーザビームを用いて形成される。いくつかの実施形態によると、穿通孔はベッセルビームによって形成される。いくつかの実施形態によると、レーザは、レーザ出力が１０Ｗ〜１００Ｗ（例えば２５Ｗ〜６０Ｗ）のパルスレーザであり、このレーザは１バーストあたり少なくとも２〜２５パルスのバーストパルスを生成し、穿通孔（欠陥線）間の距離は７〜１００マイクロメートル（例えば１０〜５０マイクロメートル又は１５〜５０マイクロメートル）である。

【0029】

いくつかの実施形態によると、３Ｄガラス物品を形成する方法は：
（ｉ）ガラスシート１０００を形成するステップ；
（ｉｉ）レーザ焦線を用いて、線又は穿通された輪郭１２００に沿ってガラスシート１０００を穿通して、ガラス素地２０００Ａの生成のための穿通孔１２００Ａを生成するステップ（図１Ｂ参照）；
（ｉｉｉ）レーザ線状焦点を用いて、輪郭１４００に沿ってガラスシート１０００を穿通して（図２参照）、穿通孔１４００Ａを形成するステップ。穿通孔１４００Ａは、屈曲点となる箇所に配置され、ガラス内の様々な深さに配置してよい。高密度穿通孔領域をコーナ若しくはコーナ付近に配置してよく、又は急峻な曲率半径が必要な、若しくは１つ若しくは複数の輪郭若しくは高さの変更が必要な他の領域に配置してよい；
（ｉｖ）ガラスパーツを個片化（又は分離）するステップ‐即ちガラス素地２０００Ａを互いから及び／又はガラスシート１０００の１つ若しくは複数の他の領域から分離するステップ。これは、穿通された分離輪郭１２００に沿って応力を印加することにより実施できる。この応力は例えば熱応力又は機械的応力であってよい（また例えば、圧力、又は真空による牽引によって生成してよい）。熱応力は例えば、ＣＯ_２レーザからの光を用いて、穿通された分離輪郭１２００に沿ってガラスシート１０を加熱することによって生成してよい；
（ｖ）穿通孔１４００Ａが、ガラス素地２０００Ａを屈曲又は湾曲させることになる領域上に配置されるように（例えば図３を参照）、１つ又は複数の個片化された素地２０００Ａを鋳型１３００上に配置するステップ；
（ｖｉ）１つ若しくは複数のガラス素地２０００Ａに３Ｄ（湾曲した）輪郭を形成するステップ、又は例えばガラスを加熱することによって及び／若しくは従来の真空形成技術によって、元々平坦なガラス素地２０００Ａを３Ｄ形状に形成するステップ。ガラスの穿通孔１４００Ａにより、有意な表面欠陥を生成することのない、比較的容易かつ正確な３Ｄ形成が可能となり、これは有利なことに、屈曲領域における割れ形成に対して、従来の方法で作製された３Ｄガラス物品よりも良好な耐性を有する形状をもたらす
を有してなる。

【0030】

図１は、曲率半径が小さいガラスパーツの成形を促進するために、本発明に従ってレーザ穿通された、予備形成シートの図である。より具体的には、図１は、それぞれが単一のガラス素地２０００Ａに対応する複数の事前切断又は事前加工済み領域（パーツ）２０００に対応する複数のパーツを含む、予備形成シート、この場合は大型ガラスシート１０００の上面図である。このシート１０００は、実施形態による方法に従ってレーザ穿通され（欠陥線が生成され）、これにより、曲率半径が小さいガラスパーツの成形が促進される。特に、これまでに開示した方法に従って切り離し線１２がレーザ穿通され、これにより個々のパーツ予備形成物２０００の、個々のパーツ２０００Ａへの個片化が促進される。図１の例示的実施形態では、ガラスシート１０００は、穿通孔１２００Ａで取り囲まれた１２個の領域２０００を含む。パーツの外形１２００Ｂもまたレーザ穿通され、これによりその後の、３Ｄ湾曲表面を有するようにガラスパーツ２０００を成形する前又は後の、個片化された予備形成物からのパーツの取り外しが促進される。いくつかの実施形態では、成形は予備形成シート１０００全体をそのままに保った状態で実施されることに留意されたい。

【0031】

図２は、図１に示すシートから分離された１つの個片化された予備形成物の図である。より具体的には、図２は、屈曲領域穿通孔１４００Ａを含む個片化されたガラス素地２０００Ａを示す。また図２には、パーツのコーナ１４００Ｂも示されており、これは複数回レーザ穿通され、これによって、図３Ａ〜図４Ｂのコーナ断面図に関連して更に後述されるように、湾曲半径が小さいコーナの成形が促進される。図４Ａ及び４Ｂの側面断面図に関連して更に後述されるように、ガラスパーツ２０００Ａの表面上における更なる３Ｄ湾曲部の成形を促進する他のレーザ穿通孔は、図２には示されていない。

【0032】

図３Ａ〜３Ｂは、レーザ穿通孔によって可能となった半径を有する３Ｄ表面の形成のそれぞれ前及び後における、図２の個片化された予備形成物の側面断面図である。図３Ａは、個片化された予備形成物（パーツ２０００Ａ）の一部の表面に適用されることになる３Ｄ湾曲部を画定する３Ｄ湾曲表面を有する鋳型１３００を示す。予備形成物２０００Ａは、表面欠陥を僅かしか又は全く誘起せずに予備形成物２０００Ａの屈曲を促進する、レーザ穿通孔１４００Ａを含む。図３Ｂは、成形後の同一の鋳型１３００及び予備形成物２０００Ａを示し、穿通孔１４００Ａがガラス中の屈曲応力を緩和することを確認できる。このようなレーザ穿通孔は、成形を完了するために予備形成物に対して真空又は圧力を印加する必要を削減又は排除できる。

【0033】

図３Ａ〜３Ｂは、レーザ穿通孔（欠陥線）によって可能となった半径を有する３Ｄ表面の形成のそれぞれ前及び後における、図２の個片化された予備形成物の側面断面図である。より具体的には、図３Ａ及び３Ｂは、型１３００上に配置された、上記穿通された／個片化されたガラス素地２０００Ａの２つの図を示す。穿通孔１４００Ａは、ガラス素地２０００Ａが屈曲することになる領域上に配置される。高密度の穿通孔１４００Ａを含むガラス領域は、鋳型の、高さ及び傾斜が変化する領域の付近に配置される。これら高密度で穿通された領域は例えば、物品のコーナに対応してよいが、最終的なガラス物品の他の特徴部分に対応してよい。

【0034】

図４Ａ及び４Ｂは、複数のレーザ穿通孔（欠陥線）によって可能となった小さなコーナ半径を有する表面の形成の前及び後における、図２の個片化された予備形成物のコーナ断面図である。より具体的には、図４Ａ及び４Ｂは、型１３００上に配置された、上記個片化された、及び穿通された／個片化されたガラス素地２０００Ａから形成された屈曲ガラス物品の２つの図を示す。穿通された／個片化されたガラス素地２０００Ａは鋳型１３００上で屈曲し、ここで高い密度で穿通された領域は穿通孔１４００Ａを含み、鋳型の、高さ及び／又は傾斜がこれに対応して変化する領域上に直接配置される。より具体的には、図４Ａ〜４Ｂは、複数のレーザ穿通孔１４００Ａによって可能となった小さなコーナ半径を有する表面の形成の前及び後における、図２の個片化された予備形成物のコーナ断面図である。図４Ａ〜４Ｂに示すように、複数の穿通孔によって、例えば５ｍｍ又は２ｍｍ以下といった特に小さい表面曲率半径を可能とすることができる。複数の又は高密度の穿通孔により、成形中の応力が緩和され、成形中に真空又は圧力を印加する必要が削減され、表面欠陥が減少する。

【0035】

少なくともいくつかの実施形態によると、本明細書に記載の１つ又は複数の方法によって形成されたガラス物品は、湾曲表面又は少なくとも１つの非平坦表面を備え、この物品は、上記湾曲表面又は上記少なくとも１つの非平坦表面内に少なくとも２００マイクロメートル（例えば２５０マイクロメートル以上）延在する複数の欠陥線又は穿通孔を有し、各欠陥線の直径は約５マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態によると、隣接する欠陥線の間隔は７マイクロメートル〜５０マイクロメートルである。いくつかの実施形態によると、上記欠陥線の周辺のガラスは、約１００マイクロメートル以下の深さまでの表面下損傷を有する。いくつかの実施形態によると、ガラス物品の厚さは約１０マイクロメートル〜約５ｍｍである。

【0036】

以下に記載のいくつかの実施形態によると、レーザを使用して、極めて僅かな（＜７５μｍ、場合によっては＜５０μｍの）表面下損傷及び破片生成しか伴わずに、高度に制御された、材料を通した完全な又は部分的な穿通孔を（例えばシングルパスで）生成できる。表面下損傷は、深さ１００μｍ以下又は深さ７５μｍ以下又は深さ６０μｍ以下又は深さ５０μｍ以下に制限でき、切断は僅かな破片しか生成しないものとすることができる。この方法は、材料の穿通（例えばガラスの穿通）のために使用でき、これは、ガラスの厚さを完全に穿通するために複数回のパスが必要となる場合が多く、融除プロセスから多量の破片が形成され、より広範囲の表面下損傷（＞１００μｍ）及び縁部欠けが発生する、典型的なスポット集束レーザの使用による材料の融除とは対照的である。

【0037】

従って、本明細書に記載の方法を用いて、１つ若しくは複数の高エネルギパルス又は１つ若しくは複数の高エネルギパルスのバーストを用いて、透明材料に、微小な（即ち直径＜２μｍ及び＞１００ｎｍ、並びにいくつかの実施形態では直径＜０．５μｍ及び＞１００ｎｍの）細長い欠陥線（本明細書では穿通孔、孔又は損傷トラックとも呼ばれる）を生成できる。欠陥線又は穿通孔又は断層線は、レーザによって改質された基板材料の領域を表す。レーザが誘起する改質は、基盤材料の構造を崩壊させ、機械的に弱い部位を構成する。構造的崩壊は、圧縮、溶融、材料の脱落、再構成及び結合切断を含む。穿通孔は基板材料内へと延在し、レーザの断面形状（通常は円形）と一致する断面形状を有する。穿通孔の平均直径は、０．１μｍ〜５０μｍ、又は１μｍ〜２０μｍ、又は２μｍ〜１０μｍ、又は０．１μｍ〜５μｍであってよい。いくつかの実施形態では、穿通孔は「貫通孔」であり、これは基板材料の上部から底部まで延在する孔又は開放チャネルである。いくつかの実施形態では、穿通孔は連続した開放チャネルでなくてよく、レーザによって材料から脱落した固体材料のセクションを含んでよい。脱落した材料は、穿通孔が画定する空間を塞ぐか、又は部分的に塞ぐ。脱落した材料のセクション間に、１つ又は複数の開放チャネル（非閉塞領域）が散乱していてよい。開放チャネルの直径は＜１０００ｎｍ、又は＜５００ｎｍ、又は＜４００ｎｍ、又は＜４００ｎｍ、又は１０ｎｍ〜７５０ｎｍ、又は１００ｎｍ〜５００ｎｍであってよい。上記孔を取り囲む、材料の崩壊した又は改質された（例えば圧縮された、溶融された又はその他の方法で変化した）領域は、好ましくは＜５０μｍ（例えば＜１０μｍ）の直径を有する。

【0038】

個々の穿通孔は、数百キロヘルツ（例えば１秒あたり数十万個の穿通孔）の速さで生成できる。従って、レーザ源と材料との間の相対運動により、これらの穿通孔を互いに隣接して配置でき、所望に応じて空間的間隔を１マイクロメートル未満から数マイクロメートル、又は数十マイクロメートルにまで変更できる。断層線の方向に沿った隣接する欠陥線の間の距離は、例えば０．２５μｍ〜５０μｍ、又は０．５０μｍ〜２０μｍ、又は０．５０μｍ〜１５μｍ、又は０．５０μｍ〜１０μｍ、又は０．５０μｍ〜３．０μｍ、又は３．０μｍ〜１０μｍとすることができる。上記空間的間隔は、穿通された輪郭に沿ったガラスの弱化又は切断を促進できるように選択される。

【0039】

線形強度方式における基板材料の透過性に加えて、レーザ源の選択は更に、透明材料における多光子吸収（ＭＰＡ）を誘起できる能力に基づく。ＭＰＡは、材料を比較的低いエネルギ状態（通常グランド状態）からより高いエネルギ状態（励起状態）へと励起するための、同一の又は異なる周波数の多数の光子の同時吸収である。励起状態は、励起された電子的状態又はイオン化状態であってよい。材料の高エネルギ状態と低エネルギ状態との間のエネルギ差は、上記２つ以上の光子のエネルギの合計に等しい。ＭＰＡは、一般には線形吸収よりも数段弱い大きさの非線形プロセスである。これは、ＭＰＡの強度が光の強度の二乗以上の力に依存し、これによってＭＰＡが非線形光学プロセスとなる点で、線形吸収とは異なる。通常の光強度では、ＭＰＡは無視できる。レーザ源（特にパルスレーザ源）の集束領域等における光強度（エネルギ密度）が極めて高い場合、ＭＰＡは目に見えるものとなり、光源のエネルギ密度が十分に高い領域内の材料において測定可能な効果をもたらす。集束領域内においても、エネルギ密度は、イオン化が得られる程度に十分に高いものとなり得る。

【0040】

原子レベルにおいて、個々の原子のイオン化は、別個のエネルギ要件を有する。ガラス中に一般に使用される複数の元素（例えばＳｉ、Ｎａ、Ｋ）は、イオン化エネルギが比較的低い（〜５ｅＶ）。ＭＰＡという現象を用いない場合、〜５ｅＶにおける線形イオン化を生成するには約２４８ｎｍの波長が必要となる。ＭＰＡを用いる場合、エネルギに関して〜５ｅＶだけ分離した状態間のイオン化又は励起は、２４８ｎｍより長い波長を用いて達成できる。例えば、波長５３２ｎｍの光子は〜２．３３ｅＶのエネルギを有するため、波長５３２ｎｍの２つの光子は、例えば２光子吸収（ＴＰＡ）において、エネルギに関して〜４．６６ｅＶだけ分離した状態間の遷移を誘起できる。従って、レーザビームのエネルギ密度が、必要な励起エネルギの半分のエネルギを有するレーザ波長の非線形ＴＰＡを誘起するできる程度に十分に高い、材料の領域において、原子及び結合を選択的に励起又はイオン化できる。

【0041】

ＭＰＡにより、励起された原子又は結合の、隣接する原子又は結合からの局所的再構成及び分離をもたらすことができる。結合又は構成において得られるこのような改質により、ＭＰＡが起こる材料の領域からの、物質の非熱的融除及び除去をもたらすことができる。この物質の除去は構造的欠陥（以上では欠陥線、損傷線又は「穿通孔」と呼ばれている）を生成し、これは材料を機械的に弱化し、機械的又は熱的応力の印加時に割れ又は破砕を発生し易くする。穿通孔の配置を制御することによって、割れが発生する輪郭又は経路を正確に画定でき、材料の正確な微小機械加工を達成できる。一連の穿通孔によって画定された輪郭は、断層線と考えることができ、これは材料中の構造的に弱い領域に対応する。断層線は、屈曲のための、又は材料からのパーツの分離のための好ましい輪郭を画定し、分離されたパーツの形状を制御する。一実施形態では、微小機械加工は、レーザで加工された材料からのパーツの分離を含み、ここで上記パーツは、レーザが誘起したＭＰＡ効果によって形成された複数の穿通孔の閉じた輪郭を画定する断層線によって決定された、正確に画定された形状又は周縁を有する。一実施形態では、レーザによって加工されたガラス穿通済みパーツを、厳密な半径（例えば１ｍｍ〜５ｍｍ）へと屈曲させ、ここで上記パーツは、レーザが誘起したＭＰＡ効果によって形成された複数の穿通孔の閉じた輪郭によって決定された、正確に画定された形状又は周縁を有する。本明細書において使用される場合、用語「閉じた輪郭（ｃｌｏｓｅｄ ｃｏｎｔｏｕｒ）」は、レーザの線で形成された穿通孔経路を指し、ここでこの経路はいくつかの場所でそれ自体と交差する。内部輪郭は、得られる形状が材料の外側部分によって完全に取り囲まれている場所に形成される経路である。

【0042】

好ましいレーザは、超短パルスレーザ（パルス持続時間が１００ピコ秒以下のレベル）であり、パルスモード又はバーストモードで動作できる。パルスモードでは、公称では同一の一連の複数の単一パルスがレーザから放出されて加工物に向けられる。パルスモードでは、レーザの繰り返し数は、パルス間の時間的間隔によって決定される。バーストモードでは、パルスのバーストがレーザから放出され、ここで各バーストは（同一の又は異なる振幅の）２つ以上のパルスを含む。バーストモードでは、１つのバースト内のパルスは（バーストに関するパルス繰り返し数を画定する）第１の時間間隔によって分離され、バーストは（バースト繰り返し数を画定する）第２の時間間隔によって分離され、第２の時間間隔は典型的には第１の時間間隔よりも遥かに長い。（パルスモードの文脈であるかバーストモードの文脈であるかにかかわらず）本明細書において使用される場合、時間間隔は、パルス又はバーストの対応する部分間（例えば前縁部‐前縁部間、ピーク‐ピーク間、又は後縁部‐後縁部間）の時間差を指す。パルス及びバースト繰り返し数はレーザの設計によって制御され、典型的には、例えばレーザの動作条件を調整することにより、限度内で調整できる。典型的なパルス及びバースト繰り返し数は、ｋＨｚ〜ＭＨｚ範囲内である。

【0043】

（パルスモードにおける、又はバーストモードのバースト内のパルスに関する）レーザパルス持続時間は、１０^‐１０秒以下、又は１０^‐１１秒以下、又は１０^‐１２秒以下、又は１０^‐１３秒以下であってよい。本明細書に記載の例示的実施形態では、レーザパルス持続時間は１０^‐１５秒超である。

【0044】

実施形態のプロセスの１つの特徴は、超短パルスレーザによって生成された欠陥線の高いアスペクト比である。この高いアスペクト比により、基板材料の上面から底面へと延在する欠陥線を生成できる。本方法はまた、基板材料内の制御された深さまで延在する欠陥線を形成できる。欠陥線は単一のパルス、又は複数のパルスの単一のバーストによって生成でき、必要に応じて、影響を受ける領域の範囲（例えば深さ及び幅）を増大させるために、追加のパルス又はバーストを使用できる。

【0045】

ガウシアンレーザビームをアキシコンレンズに送ることによって、線状焦点の生成を実施でき、この場合、ガウス‐ベッセルビームとして知られているビームプロファイルが生成される。このようなビームは、ガウシアンビームよりも遥かにゆっくりと回折する（例えば数十マイクロメートル以下ではなく、数百マイクロメートル又はミリメートルの範囲の単一マイクロメートル（ｓｉｎｇｌｅ ｍｉｃｒｏｎ）スポットサイズを維持できる）。従って、焦点の深さ又は材料との強い相互作用の長さは、ガウシアンビームのみを使用した場合より遥かに大きくなり得る。エアリービーム等、他の形態又はゆっくりと回折する若しくは回折しないビームも使用してよい。

【0046】

図５Ａ〜５Ｃに示すように、１つ又は複数のガラスシートを穿通するための方法の例示的実施形態は、超短パルスレーザビーム１４０を用いて、基板材料１３０中に（例えば穿通孔１２００Ａに対応する）複数の垂直な欠陥線１２０で形成された断層線又は例示的な輪郭１１０（例えば１２００）を生成することに基づくものである。

【0047】

図５Ｂは、複数の垂直な欠陥線１２０によって画定される輪郭又は断層線１１０に沿って加工物を分離した後の、加工物の縁部を示す。欠陥線を生成する誘起吸収は、分離された縁部又は表面上に、平均粒径が１マイクロメートル未満（例えば０．１マイクロメートル以下）の粒子を生成でき、これにより極めて清浄なプロセスが得られる。図５Ｃは、図５Ａに図示された、これ以降で更に説明されるレーザプロセスを用いて、より大きなガラスシートから分離された、例示的なパーツ（例えば個片化されたガラス素地２０００Ａ）の縁部を示す写真である。

【0048】

ガラスシートに生成される複数の断層線は互いから異なっていてよく、例えば欠陥線１２０（又は孔）を、それに沿ってガラスを分離させることが望まれている輪郭においては比較的近接し、ガラスが屈曲することになる領域であるものの自発的な分離は回避したい領域においては更に離間して配置してよい。欠陥線又は穿通孔間の正確なピッチ又は間隔は、ガラス組成によって決定されるが、典型的には本明細書に記載の範囲内、例えば約１μｍ〜約２５μｍとなる。

【0049】

いくつかの例示的実施形態によると、屈曲又は湾曲することになる領域は、１ｍｍ^２あたり１０個以上の孔（穿通孔）又は欠陥線、例えば１ｍｍ^２あたり１０〜１００個の孔、欠陥線又は穿通孔１４００Ａを有する。いくつかの例示的実施形態によると、屈曲することになる領域は、湾曲又は屈曲することになる１つ又は複数の領域に、領域１つあたり少なくとも１０個、好ましくは２０個以上の孔、例えば２５個以上の孔、欠陥線又は穿通孔１４００Ａ（例えば２５〜５００個の孔、断層線若しくは穿通孔、又は５０〜１００個若しくは５０〜２００個の孔、断層線若しくは穿通孔）を有する。多数の孔により、屈曲が促進される。例えば屈曲させる必要があるガラス片の小さなコーナは、２０〜５０個以上の孔又は穿通孔を含んでよい。孔又は穿通孔の数は、屈曲又は湾曲することになるガラス領域のサイズに左右される。いくつかの例示的実施形態では、穿通孔又は孔は、７〜１００マイクロメートルだけ離間しており（即ちピッチが７〜１００マイクロメートル、例えば１５〜１００マイクロメートル、２５〜１００マイクロメートル又は２５〜５０マイクロメートルとなり得）、孔、断層線又は穿通孔１４００Ａの直径は５マイクロメートル未満、またいくつかの実施形態では直径３マイクロメートル以下、いくつかの例示的実施形態では直径２マイクロメートル以下（例えば０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、１μｍ、１．２μｍ、１．５μｍ又はこれらの間）である。いくつかの例示的実施形態では、これらの領域の穿通孔の数は例えば、領域１ｍｍ^２あたり１０〜５０又は１０〜３０個であってよい。好ましくは、断層線又は穿通孔は、パルスバーストレーザによって生成されたレーザビームによって形成され、ここでレーザ出力は１０Ｗ〜１００Ｗ（例えば２５Ｗ〜６０Ｗ）であり、バーストは少なくとも２つのパルス（例えば２〜２５個のパルス）を含む。

【0050】

場合によっては、生成された断層線は、基板材料からパーツを自発的に分離させるには不十分であり、ガラスの分離のために（即ち大型シートからのパーツの個片化のために）副次的なステップが必要となる場合がある。例えば必要に応じて、第２のレーザを用いて熱応力を生成し、ガラスパーツを互いから分離できる。例えば、ニューヨーク州コーニングのＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄが製造している厚さ０．５５ｍｍの「Ｇｏｒｉｌｌａ」２３１９ガラスの場合、ガラスの分離は、例えば機械的力の印加によって、又は熱源（例えば赤外レーザ、例えばＣＯ_２レーザ）を用いて熱応力を生成し、断層線に沿った基板材料からのパーツの分離を推し進めることによって、欠陥線を生成した後に達成できる。別の選択肢は、赤外レーザを用いて分離を開始させ、ガラスパーツの分離を手動で完了することである。任意の赤外レーザによる分離は、デューティサイクルを制御することによって出力が調整された、１０．６マイクロメートルで放出を行う集束連続波（ｃｗ）レーザを用いて達成できる。焦点変更（即ち集束スポットサイズまで、かつ集束スポットサイズを含む程度のデフォーカス）を用いて、スポットサイズを変更することによって、誘起される熱応力を変化させる。デフォーカスレーザビームは、レーザの波長のサイズと同等の最小の回折限界スポットサイズよりも大きいスポットサイズを生成するレーザビームを含む。例えばＣＯ_２レーザに関して、２ｍｍ〜２０ｍｍ、又は２ｍｍ〜１２ｍｍ、又は約７ｍｍ、又は約２ｍｍ及び／又は約２０ｍｍのデフォーカススポットサイズ（１／ｅ^２直径）を使用でき、上記ＣＯ_２レーザの回折限界スポットサイズは、放出波長が１０．６マイクロメートルの場合、遥かに小さくなる。

【0051】

欠陥線を生成するための方法は複数存在する。焦線又は線状焦点を形成するための光学的方法はドーナツ状レーザビーム及び球面レンズ、アキシコンレンズ、回折素子を使用する複数の形態、又は高強度の線形領域を形成するための他の方法を取ることができる。基板又は加工物材料の集束領域における破壊を生成することにより、非線形光学的効果（例えば非線形吸収、多光子吸収）によって基板材料の破壊を生成するために十分な光学的強度に到達しさえすれば、レーザのタイプ（ピコ秒、フェムト秒等）及び波長のタイプ（ＩＲ、緑色、ＵＶ等）も変更できる。

【0052】

本出願では、高アスペクト比の垂直な欠陥線を、一貫した、制御可能かつ反復可能な方法で生成するために、超短パルスレーザを使用する。この垂直な欠陥線の生成を可能とする光学的設定の詳細については以下に記載され、また２０１４年１月１４日出願の米国特許出願第１４／１５４５２５号明細書に記載されている。上記特許出願の内容全体は、それが出願において完全に記載されているかのように、参照により本出願に援用される。このコンセプトの本質は、超短（ピコ秒又はフェムト秒の持続時間の）ベッセルビームを使用して高アスペクト比かつ傾斜のない微小チャネルを生成するために、光学レンズ組立体中にアキシコンレンズ素子を使用することである。換言すると、上記アキシコンは、レーザビームを、基板材料中の円筒形かつ高アスペクト比（長さが長く直径が小さい）の高強度領域に集光させる。集光されたレーザビームによって生成された高強度により、レーザ及び基板材料の電磁場の非線形相互作用が発生し、レーザエネルギが基板に伝達されて複数の欠陥の形成が発生し、これらが断層線の構成要素となる。しかしながら、レーザエネルギ強度が高くない基板の領域（例えば基板表面、中央収束線を取り囲む基板のガラス容積）において、基板はレーザに対して透過性であり、レーザから基板へとエネルギを伝達する機序が存在しないことを理解することが重要である。結果として、レーザ強度が非線形閾値未満であれば、基板には何も起こらない。

【0053】

図６Ａ及び６Ｂに移ると、材料をレーザ加工する方法は、ビーム伝播方向に沿って見て、パルスレーザビーム２をレーザビーム焦線２ｂに集束させるステップを含む。レーザビーム焦線２ｂは、例えばベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム及びマチュービーム（即ち非回折ビーム）といった複数の方法で生成でき、これらのビームの場のプロファイルは典型的には、ガウス関数よりも横断方向（即ち伝播の方向）においてよりゆっくりと減衰する特別な関数によって与えられる。図７Ａに示すように、レーザ３（図示せず）はレーザビーム２を放出し、このレーザビーム２は、光学組立体６に入射する部分２ａを有する。光学組立体６は入射したレーザビームの方向を、ビーム方向（焦線の長さｌ）に沿った所定の広がり範囲に亘って、出力側のレーザビーム焦線２ｂへと変化させる。平面状の基板１（加工されることになる材料）は、レーザビーム２のレーザビーム焦線２ｂと少なくとも部分的に重なるように、ビーム経路内に位置決めされる。参照符号１ａは、平面状の基板の、光学組立体６又はレーザそれぞれに対面する表面を指し、参照符号１ｂは、基板１の反対側の（遠方の）表面を指す。基板の厚さ（平面１ａ及び１ｂに対して、即ち基板平面に対して垂直に測定される）は、ｄで標識する。

【0054】

図６Ａに示すように、基板１（例えばガラスシート１０００）は、長手方向ビーム軸に対して略垂直に、及びこれに伴って、光学組立体６が生成した同一の焦線２ｂの後側に整列される（基板は図の平面に対して垂直である）。ビーム方向に沿って見ると、基板は焦線２ｂに対して、焦線２ｂが基板の表面１ａの前で始まり、基板の表面１ｂの前で止まる、即ち焦線２ｂが基板内で終端し、表面１ｂを超えないように、位置決めされる。レーザビーム焦線２ｂと基板１の重複領域において、即ち焦線２ｂで被覆された基板材料において、レーザビーム焦線２ｂは、（レーザビーム焦線２ｂに沿った好適なレーザ強度（この強度は、長さｌのセクション（即ち長さｌの線状焦点）上にレーザビーム２が集束することを保証する）を想定した場合に）（長手方向のビーム方向に沿って整列された）セクション２ｃを画定し、上記セクション２ｃに沿って、非線形誘起吸収が基板材料中で生成される。誘起吸収は、セクション２ｃに沿った基板材料中での欠陥線の形成を誘起する。欠陥線の形成は局所的なものだけではなく、誘起吸収のセクション２ｃの全長に亘って延在する。セクション２ｃの長さ（これはレーザビーム焦線２ｂと基板１との重複の長さに対応する）は、参照符号Ｌで標識される。誘起吸収セクション２ｃ（又は欠陥線の形成が実行される基板１の材料のセクション）の平均直径又は平均直径（範囲（例えば長さ若しくは他の関連する直線寸法））は、参照符号Ｄで標識される。この平均距離Ｄは基本的には、レーザビーム焦線２ｂの平均直径δ、即ち約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルの平均スポット直径に対応する。

【0055】

図６Ａに示すように、（レーザビーム２の波長λに対して透過性の）基板材料は、焦線２ｂに沿った誘起吸収により、局所的に加熱される。この波長は例えば１０６４、５３２、３５５又は２６６ナノメートルであってよい。誘起吸収は、焦線２ｂ内のレーザビームの高い強度に関連する非線形効果（例えば２光子吸収、多光子吸収）に起因する。図６Ｂは、加熱された基板材料が最終的に膨張することにより、これに対応して誘起張力が欠陥線の形成を引き起こし、上記張力は表面１ａにおいて最高となり、また必要な場合には微小割れが分離に必要な所望の量となることを図示している。

【0056】

焦線２ｂを生成するために適用できる代表的な光学組立体６、及びこれらの光学組立体を適用できる代表的な光学的設定について、以下に記載する。全ての組立体又は設定はこれまでの記載に基づくものであり、従って、同一の構成部品若しくは特徴部分又は機能が同一の構成部品若しくは特徴部分に関しては同一の参照符号を用いる。従って差異のみを以下に記載する。

【0057】

分離されたパーツ（穿通孔又は分離はこれに沿って発生する）の表面の（破断強度、幾何学的精度、粗度及び再機械加工の必要の回避に関する）高い品質を保証するために、基板表面上に穿通孔、分離、又は取り外しの線（断層線）に沿って位置決めされた個々の断層線を、以下に記載の光学組立体（以下、この光学組立体は代替的にレーザ光学部品とも呼ばれる）を用いて生成する必要がある。分離の場合、分離された表面（又は切断縁部）の粗度は主に、断層線のスポットサイズ又はスポット直径から決定される。切断された（分離された）表面の粗度は例えば、ＡＳＭＥ Ｂ４６．１規格によって定義されたＲａ表面粗度パラメータによって特徴決定できる。ＡＳＭＥ Ｂ４６．１に記載されているように、Ｒａは、評価長さ内で記録された、中心線からの表面プロファイルの高さ偏差の絶対値の算術平均である。別の言い方をすると、Ｒａは、中心に対する表面の個々の特徴部分（山及び谷）の絶対高さ偏差の組の平均である。

【0058】

例えば０．５マイクロメートル〜２マイクロメートルという小さいスポットサイズ、又は基板１の材料と相互作用するレーザ３の所定の波長λを達成するために、通常、レーザ光学部品６の開口数に対して特定の要件を課す必要がある。これらの要件は、以下に記載のレーザ光学部品６によって満たされる。必要な開口数を達成するために、上記光学部品は、公知のアッベの式（開口数＝ｎｓｉｎθ、ｎ：加工される材料又は加工物の屈折率、θ：開口角度の１／２；及びθ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ_Ｌ／２ｆ）；Ｄ_Ｌ：開口の直径、ｆ：焦点距離）に従って、所定の焦点距離に関して必要な開口を配置しなければならない。その一方でレーザビームは上記光学部品を、上記必要な開口まで照明しなければならず、これは典型的には、レーザと集束用光学部品との間の拡大用望遠鏡を用いたビームの拡大によって達成される。

【0059】

焦線に沿った均一な相互作用のために、スポットサイズは、あまり強く変化させ過ぎてはならない。これは例えば、ビーム開口、及びそれに伴って開口数のパーセンテージが僅かしか変化しないように、集束用光学部品を小さな円形領域においてのみ照明することによって保証できる。

【0060】

図７Ａ（レーザ照射２のレーザビーム束の中央のビームの高さの、基板平面に対して垂直なセクション；ここではまた、レーザビーム２は（光学組立体６に入る前に）基板平面に垂直に入射し、即ち入射角θは０°であり、これにより焦線２ｂ又は誘起吸収のセクション２ｃが基板の法線に対して平行となる）によると、レーザ３によって放出されたレーザ照射２ａはまず、使用されるレーザ照射に対して完全に不透過性の円形開口８に向けられる。開口８は長手方向ビーム軸に対して垂直に配向され、図示されているビーム束２ａの中央ビームに対してセンタリングされる。開口８の直径は、ビーム束２ａの中央付近のビーム束又は中央ビーム（ここでは２ａＺで標識される）が開口に当たり、開口によって完全に吸収されるように選択される。開口サイズがビーム直径に比べて削減されているため、ビーム束２ａの外側周縁範囲のビーム（辺縁光線、ここでは２ａＲで標識される）のみが吸収されず、開口８を横断方向に通過し、光学組立体６の集束用光学素子の辺縁領域に当たり、上記光学素子は、この実施形態では球面に切削された両凸面レンズ７として設計される。

【0061】

図７Ａに示すように、レーザビーム焦線２ｂは、レーザビームのための単一の焦点であるだけでなく、レーザビーム中の異なる複数の光線のための一連の焦点である。上記一連の焦点は、レーザビーム焦線２ｂの長さｌとして図７Ａに示す所定の長さの伸長した焦線を形成する。レンズ７は中央ビームに対してセンタリングされ、一般的な球面に切削されたレンズの形状の、非補正両凸面レンズとして設計される。このようなレンズの球面収差は有利となり得る。代替例として、理想的な焦点を形成しないものの、所定の長さの明確な伸長した焦線を形成する、理想的に補正された系から逸脱した非球面レンズ又は多レンズ系（即ち単一の焦点を有しないレンズ又は系）も使用できる。このように焦線２ｂに沿って集束するレンズの領域は、レンズの中央から離間している。ビーム方向に広がる開口８の直径は、（ビームの強度をピーク強度の１／ｅ^２に低減させるために必要な距離によって定義される）ビーム束の直径のおよそ９０％及び光学組立体６のレンズ７の直径のおよそ７５％である。ビーム束を中央においてブロックする非収差補正球面レンズ７の焦線２ｂは、このように使用される。図７Ａは、中央ビームを通る１つの平面内のセクションを示し、図示されているビームが焦線２ｂの周りで回転する際、完全な３次元の束を確認できる。

【0062】

レンズ７及び図７Ａに示す系によって形成されるタイプの焦線の、１つの潜在的な欠点は、条件（スポットサイズ、レーザ強度）が焦線に沿って（及びこれに伴って材料の所望の深さに沿って）変化し得、従って所望のタイプの相互作用（非溶融、誘起吸収、割れ形成までの熱可塑性変形）が、焦線の選択された部分にしか発生できない場合がある点である。これは即ち、基板材料（例えばガラスシート１０００）は入射レーザ光の一部しか所望の様式で吸収しない場合があることを意味する。このようにして、プロセスの効率（所望の分離速度に対して必要な平均レーザ出力）が損なわれる場合があり、レーザ光は望ましくない領域（例えば基板又は基板保持構造に付着したパーツ又は層）にも伝達され得、上記領域と望ましくない様式で相互作用し得る（例えば加熱、拡散、吸収、不必要な改質）。

【0063】

図７Ｂ‐１〜４は、（図７Ａの光学組立体に関してのみならず、他のいずれの応用可能な光学組立体６に関して）光学組立体６を基板１に対して好適に位置決めする及び／又は整列させることによって、並びに光学組立体６のパラメータを好適に選択することによって、レーザビーム焦線２ｂの位置を制御できることを示す。図７Ｂ‐１に示すように、焦線２ｂの長さｌは、これが基板厚さｄを超える（ここでは２倍となる）ように調整できる。（長手方向ビーム方向に見て）基板１（例えばガラスシート１０００）が焦線２ｂに対して中央に配置されると、誘起吸収のセクション２ｃが基板の厚さ全体に亘って生成される。レーザビーム焦線２ｂは、例えば約０．０１ｍｍ〜約１００ｍｍ、約０．１ｍｍ〜約１０ｍｍ、又は約０．１ｍｍ〜１ｍｍの長さｌを有することができる。様々な実施形態は、例えば約０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ又は５ｍｍの長さｌを有するように構成できる。

【0064】

図７Ｂ‐２に示されている場合においては、基板厚さｄにある程度対応する長さｌの焦線２ｂが生成される。基板１は線２ｂに対して、線２ｂが基板の外側の点において始まり、また誘起吸収の領域２ｃの（ここでは基板表面から所定の基板深さまで延在するものの、反対側の（遠方の）表面１ｂまでは延在しない）長さＬが、焦線２ｂの長さｌより小さくなるように位置決めされる。図７Ｂ‐３は、（ビーム方向に対して垂直な方向に沿って見て）基板１が焦線２ｂの始点の上側に位置決めされ、これにより、線２ｂの長さｌが基板１の誘起吸収のセクション２ｃの長さＬより大きくなるような場合を示している。従って焦線は基板内で始まり、反対側の表面１ｂを超えて延在する。図７Ｂ‐４は、焦線の長さｌが基板厚さｄより小さくなり、これによって、入射方向に見て焦線に対して基板が中央に位置決めされている場合、焦線が基板内の表面１ａの近傍で始まって基板内の表面１ｂの近傍で終わる（例えばｌ＝０．７５・ｄ）ような場合を示している。

【0065】

表面１ａ、１ｂのうちの少なくとも一方が焦線によって被覆され、誘起吸収のセクション２ｃが基板の少なくとも１つの表面上で始まるように、焦線２ｂを位置決めすると、特に有利である。このようにして、表面における融除、フェザリング及び微粒化を回避しながら殆ど理想的な切断を達成できる。

【0066】

図８は、適用可能な別の光学組立体６を示す。基本的な構成は図７Ａにおいて記載したものと同様であるため、差異のみを以下に記載する。図示されている光学組立体は、焦線２ｂを生成するための、所定の長さｌの焦線が形成されるように成形された非球面自由表面を有する光学部品の使用に基づくものである。この目的のために、光学組立体６の光学素子として非球面を使用できる。図８では、例えば、アキシコンと呼ばれることも多い、所謂円錐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（又はレーザビームをリングに変形させる）、円錐形に切削された特別なレンズである。このようなアキシコンの設計は当業者には一般的に知られており、本例での円錐角は１０°である。ここでは参照符号９で標識されたアキシコンの頂点は、入射方向へと向けられており、ビームの中央に対してセンタリングされる。アキシコン９によって生成された焦線２ｂはアキシコン９の内部で始まるため、基板１（ここではビーム主軸に対して垂直に整列されている）を、アキシコン９のすぐ後側のビーム経路内に位置決めできる。図８に示すように、アキシコンの光学特性によって、基板１を、焦線２ｂの範囲内にあるまま、ビーム方向に沿って変移させることもできる。従って、基板１の材料内の誘起吸収のセクション２ｃは、基板深さｄ全体に亘って延在する。

【0067】

しかしながら、図示した設計は以下の制約を受ける：アキシコン９が形成する焦線２ｂの領域はアキシコン９内で始まるため、アキシコン９と基板材料又は加工物との間が離間している状況では、レーザエネルギのかなりの部分が、材料内に位置する焦線２ｂの誘起吸収のセクション２ｃへと集束しない。更に、焦線２ｂの長さｌは、アキシコン９の屈折率及び円錐角により、ビーム直径に関連する。これが、比較的薄い材料（数ミリメートル）の場合に焦線全体が基板の厚さより遥かに長くなる原因であり、これによりレーザエネルギの大半が材料に集束しない。

【0068】

このため、アキシコン及び集束用レンズの両方を含む光学組立体６を用いることが望ましい場合がある。図９Ａはこのような光学組立体６を示し、これは、レーザビーム焦線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の光学素子がレーザ３のビーム経路内に位置決めされる。図９Ａに示されている場合では、この第１の素子は、円錐角５°のアキシコン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、レーザビーム３に対してセンタリングされる。アキシコンの頂点はビーム方向に向かって配向される。ここでは平凸レンズ１１（その湾曲面はアキシコンに向かって配向される）である第２の集束用光学素子は、ビーム方向においてアキシコン１０から距離Ｚ１に位置決めされる。距離Ｚ１はこの場合はおよそ３００ｍｍであり、これは、アキシコン１０が形成するレーザ照射がレンズ１１の外径部分に円形に入射するように選択される。レーザは出力側に、この場合は１．５ｍｍの所定の長さの焦線２ｂ上において、この場合はレンズ１１からおよそ２０ｍｍである距離Ｚ２に円形照射を集束させる。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円形変形は、参照符号ＳＲで標識される。

【0069】

図９Ｂは、図９Ａによる基板１の材料中の焦線２ｂ又は誘起吸収のセクション２ｃの形成を詳細に示す。両素子１０、１１の光学特性及びこれらの位置決めは、ビーム方向の焦線２ｂの長さｌが基板１の厚さｄと完全に一致するように選択される。その結果、図９Ｂに示すように、焦線２ｂが基板１の２つの表面１ａと１ｂとの間に正確に位置決めされるような、ビーム方向に沿った基板１の正確な位置決めが必要となる。

【0070】

従って、焦線がレーザ光学部品からある一定の距離に形成され、またレーザ照射の大半が焦線の所望の端部に集束すれば有利である。上述のように、これは、一次集束用素子１１（レンズ）を、特定の外径領域全体に亘って円形（環状）にのみ照明することによって達成でき、これは必要な開口数、及びこれに伴って必要なスポットサイズを実現する役割を果たすが、その一方で、スポットの中央の極めて短い距離に亘る必要な焦線２ｂが、基本的に円形のスポットとして形成された後で、拡散の円の強度が減少する。このようにして、欠陥線の形成は、必要な基板深さの短い距離内で停止される。アキシコン１０と集束用レンズ１１との組合せがこの要件を満たす。アキシコンは２つの異なる様式で作用する。即ちアキシコン１０により、通常は丸みを帯びたレーザスポットがリングの形状で集束用レンズ１１に送られ、またアキシコン１０の非球面性は、焦面内の焦点の代わりにレンズの焦面を超えて焦線を形成する効果を有する。焦線２ｂの長さｌは、アキシコン上のビーム直径によって調整できる。一方、焦線に沿った開口数は、距離Ｚ１（アキシコン‐レンズ間の分離）によって、及びアキシコンの円錐角によって調整できる。このようにして、レーザエネルギ全体を焦線に集中させることができる。

【0071】

欠陥線の形成が基板の裏側まで続くよう構成する場合、円形（環状）照明は、（１）レーザ光の大半が焦線の必要な長さに集中したままとなるという意味でレーザ出力が最適に使用されるという点、並びに（２）円形に照明された領域と、他の光学機能を用いた所望の収差設定とを併せることで、焦線に沿った均一なスポットサイズ、及びこれに伴って焦線に沿った基板からのパーツの均一な分離を達成できるという点で、依然として有利である。

【0072】

図９Ａに示す平凸レンズの代わりに、集束用メニスカスレンズ又は別のより高度に補正された集束用レンズ（非球面、多レンズ系）も使用できる。

【0073】

図９Ａに示すアキシコン及びレンズの組合せを用いて、極めて短い焦線２ｂを生成するために、アキシコンに入射するレーザビームの極めて小さいビーム直径を選択する必要がある。これは、アキシコンの頂点に対するビームのセンタリングを極めて正確なものとする必要がある点、及び結果がレーザの方向の変動に対して極めて敏感である点（ビームドリフト安定性）という、実用上の欠点を有する。更に精密にコリメートされたレーザビームは発散性が高く、即ち光の偏向によってビーム束が短い距離に亘ってぼやけてしまう。

【0074】

図１０に示すように、これら両方の効果は、光学組立体６に別のレンズ、即ちコリメートレンズ１２を含めることによって回避できる。追加の正レンズ１２は、集束用レンズ１１の円形照明を極めて精密に調整する役割を果たす。コリメートレンズ１２の焦点距離ｆ’は、アキシコンからコリメートレンズ１２までの距離Ｚ１ａ（これはｆ’に等しい）から所望の円の直径ｄｒが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（コリメートレンズ１２から集束用レンズ１１まで）によって調整できる。完全に幾何学的な問題として、円形照明の幅が小さいと、焦線が短くなる。距離ｆ’において最小値を達成できる。

【0075】

従って図１０に示す光学組立体６は、図９Ａに示す光学組立体６に基づき、従って差異についてのみ以下に記載する。ここでも（湾曲面がビーム方向に向けられた）平凸レンズとして設計されたコリメートレンズ１２は更に、（頂点がビーム方向に向けられた）アキシコン１０と平凸レンズ１１との間のビーム経路内の中央に配置される。アキシコン１０からのコリメートレンズ１２の距離はＺ１ａで表され、（常にビーム方向に見た）コリメートレンズ１２からの集束用レンズ１１の距離はＺ２で表される。図１０に示すように、アキシコン１０で形成される円形照射ＳＲは、コリメートレンズ１２に円の直径ｄｒに発散して入射し、これは、集束用レンズ１１において少なくともおよそ一定の円の直径ｄｒのために、距離Ｚ１ｂに沿った必要な円の幅ｂｒに調整される。図示されている場合では、レンズ１２におけるおよそ４ｍｍの円の幅ｂｒが、レンズ１２の集束特性によって、レンズ１１においておよそ０．５ｍｍへと削減されるように、極めて短い焦線２ｂを生成することが意図されている（この例では円の直径ｄｒが２２ｍｍである）。

【0076】

図示されている例では、典型的なレーザビーム直径２ｍｍ、焦点距離ｆ＝２５ｍｍを有する集束用レンズ１１、焦点距離ｆ’＝１５０ｍｍを有するコリメートレンズを用い、距離Ｚ１ａ＝Ｚ１ｂ＝１４０ｍｍ及びＺ２＝１５ｍｍを選択して、０．５ｍｍ未満の焦線の長さｌを達成できる。

【0077】

図１１Ａ〜１１Ｃは、異なる複数のレーザ強度方式におけるレーザ‐物質間の相互作用を示す。図１１Ａに示す第１の場合では、集束していないレーザビーム７１０は、透明基板７２０にいずれの改質も導入することなく、透明基板７２０を通過する。この特定の場合では、レーザエネルギ密度（又はビームが照明する単位面積あたりのレーザエネルギ）が非線形効果を誘起するために必要な閾値未満であるため、非線形効果が存在しない。エネルギ密度が高くなるほど、電磁場の強度が高くなる。従って図１１Ｂに示すように、レーザビームが球面レンズ７３０によってより小さなスポットサイズに集束されるとき、照明されている面積が削減され、エネルギ密度が上昇して、このような条件を満たす容積内においてのみ焦線の形成を可能とするように材料を改質する非線形効果がトリガされる。このようにして、集束したレーザのビームウエストが基板の表面に位置決めされた場合に、表面の改質が発生することになる。対照的に、集束したレーザのビームウエストが基板の表面の下側に位置決めされた場合には、エネルギ密度が非線形光学効果の閾値未満であれば表面には何も起こらない。しかしながら、基板７２０の体積内に位置決めされた焦点７４０において、レーザ強度は、多光子非線形効果をトリガすることによって材料に損傷を誘起できる程度に十分に高い。

【0078】

最終的には、図１１Ｃに示すように、アキシコンの場合、アキシコンレンズ７５０あるいはフレネルアキシコンの回折パターンは、ベッセル型強度分布（高強度の円筒７６０）を生成する干渉を生成し、また非線形吸収及び材料への改質を生成するために十分に高い強度が、上記容積内にのみ存在する。ベッセル型強度分布が、非線形吸収及び材料への改質を生成するために十分に高くなっている、円筒７６０の直径は、本明細書において記載されているように、レーザビーム焦線のスポット直径でもある。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、ここでλはレーザビームの波長であり、Ｂはアキシコン角度の関数である。計算又は測定されたスポット直径を平均でき、本明細書に記載の実施形態における平均スポット直径は、例えば約０．１マイクロメートル〜約５マイクロメートルとすることができる。

【0079】

レーザ及び光学系
ある代表的な実例において、３Ｄ成形された「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスパーツ又は他の３Ｄ加工物からパーツを切断して抜き出すために、一実施形態は、１０６４ｎｍピコ秒パルスレーザを、線状焦点ビーム形成光学部品と併用して、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス基板に損傷の線（本明細書では欠陥線、損傷トラック又は断層線とも呼ばれる）を生成する。

【0080】

図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、本明細書に記載されている選択された実施形態によると、ピコ秒レーザはパルス５００Ａの「バースト」５００を生成し、これは場合によっては「バーストパルス」とも呼ばれる。バースト生成は、パルスの生成が均一で安定したストリームでなく、パルスの密集であるような、レーザ動作のタイプである。各「バースト」５００は、最高１００ｐｓｅｃ（例えば０．１ｐｓｅｃ、５ｐｓｅｃ、１０ｐｓｅｃ、１５ｐｓｅｃ、１８ｐｓｅｃ、２０ｐｓｅｃ、２２ｐｓｅｃ、２５ｐｓｅｃ、３０ｐｓｅｃ、５０ｐｓｅｃ、７５ｐｓｅｃ又はこれらの数値の間）という極めて短い持続時間Ｔ_ｄの複数のパルス５００Ａ（例えば２パルス、３パルス、４パルス、５パルス、１０、１５、２０又はそれ以上）を含有してよい。パルス持続時間は一般に、約１ｐｓｅｃ〜約１０００ｐｓｅｃ、又は約１ｐｓｅｃ〜約１００ｐｓｅｃ、又は約２ｐｓｅｃ〜約５０ｐｓｅｃ、又は約５ｐｓｅｃ〜約２０ｐｓｅｃである。単一のバースト５００内のこれら個々のパルス５００Ａは、「サブパルス」とも呼ぶことができ、これは単に、これらがパルスの単一のバースト内で発生するという事実を示す。上記バースト内の各レーザパルス５００Ａのエネルギ又は強度は、バースト内の他のパルスのエネルギ又は強度と等しくなくてよく、バースト５００内の複数のパルスの強度分布は、レーザの設計によって支配されている、時間による急激な減衰に追随できる。好ましくは、本明細書に記載の例示的実施形態のバースト５００内の各パルス５００Ａは、バースト内の後続のパルスから、１ｎｓｅｃ〜５０ｎｓｅｃ（例えば１０〜５０ｎｓｅｃ、又は１０〜４０ｎｓｅｃ、又は１０〜３０ｎｓｅｃ）の期間Ｔ_ｐだけ時間的に離れており、上記時間はレーザキャビティの設計によって支配されることが多い。ある所定のレーザに関して、バースト５００内の各パルス間の時間間隔Ｔ_ｐ（パルス‐パルス間間隔）Ｔ_ｐは比較的均一である（±１０％）。例えばいくつかの実施形態では、各パルスは後続のパルスから、およそ２０ｎｓｅｃ（５０ＭＨｚパルス繰り返し周波数）だけ時間的に離れている。例えば、約２０ｎｓｅｃのパルス‐パルス間間隔Ｔ_ｐを生成するレーザに関して、あるバースト内のパルス‐パルス間間隔Ｔ_ｐは約±１０％内に維持され、又は約±２ｎｓｅｃである。各「バースト」間の時間（即ちバースト間の時間間隔Ｔ_ｂ）は遥かに長くなる（例えば０．２５≦Ｔ_ｂ≦１０００マイクロ秒、例えば１〜１０マイクロ秒又は３〜８マイクロ秒）。例えば、本明細書に記載のレーザの例示的実施形態のうちのいくつかでは、これは約２００ｋＨｚのレーザ繰り返し数又は周波数に関して約５マイクロ秒となる。レーザ繰り返し数はまた、本明細書ではバースト繰り返し周波数又はバースト繰り返し数とも呼ばれ、これはあるバーストの第１のパルスと、後続のバーストの第１のパルスとの間の時間として定義される。他の実施形態では、バースト繰り返し周波数は、約１ｋＨｚ〜約４ＭＨｚ、又は約１ｋＨｚ〜約２ＭＨｚ、又は約１ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚ、又は約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚである。各バーストの第１のパルスと後続のバーストの第１のパルスとの間の時間Ｔ_ｂ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）、例えば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）、又は２マイクロ秒（５００ｋＨｚのバースト繰り返し数）〜２０マイクロ秒（５０ｋＨｚバーストの繰り返し数）であってよい。正確なタイミング、パルス持続時間及び繰り返し数は、レーザの設計及びユーザが制御可能な動作パラメータに応じて変化できる。高強度の短いパルス（Ｔ_ｄ＜２０ｐｓｅｃ及び好ましくはＴ_ｄ≦１５ｐｓｅｃ）は、動作が良好であることが示されている。

【0081】

材料を改質するために必要なエネルギについて、バーストエネルギ、即ちあるバースト内に含まれるエネルギ（各バースト５００は一連の複数のパルス５００Ａを含む）に関して、又は単一のレーザパルス内に含まれるエネルギ（その多くはあるバーストを構成する）に関して説明できる。これらの応用に関して、（切断される材料１ミリメートルあたりの）バーストあたりのエネルギは、１０〜２５００μＪ、又は２０〜１５００μＪ、又は２５〜７５０μＪ、又は４０〜２５００μＪ、又は１００〜１５００μＪ、又は２００〜１２５０μＪ、又は２５０〜１５００μＪ、又は２５０〜７５０μＪとすることができる。バースト内の個々のパルスのエネルギはより小さくなり、正確な個々のレーザパルスエネルギは、バースト５００内のパルス５００Ａの数、並びに図１２Ａ及び図１２Ｂに示すような時間によるレーザパルスの減衰率（例えば急激な減衰率）に左右されることになる。例えば一定のエネルギ／バーストのために、あるパルスバーストが１０個の個々のレーザパルス５００Ａを含む場合、個々のレーザパルス５００Ａはそれぞれ、同一のバーストパルス５００が２つの個々のレーザパルスしか有しない場合よりも小さいエネルギを含むことになる。

【0082】

このようなパルスバーストを生成できるレーザの使用は、透明材料、例えばガラス（例えばガラスシート１０００）を切断、穿通又は改質するために有利である。単一パルスレーザの繰り返し数によって時間的に離れている複数の単一パルスの使用とは対照的に、レーザエネルギをバースト５００内のパルスの迅速なシーケンス全体に亘って広げるバーストパルスシーケンスの使用により、単一パルスレーザを用いて可能な材料との高強度相互作用のタイムスケールを長くすることができる。単一パルスを時間的に拡大できる一方で、これが実施されると、エネルギの保存のために、パルス内強度をパルス幅に亘っておおよそ１だけ落とすことが要求される。従って、１０ｐｓｅｃの単一パルスが１０ｎｓｅｃパルスに拡大される場合、強度はおおよそ３桁下がる。このような低減により、非線形吸収がもはや重要でなくなり、かつ光‐材料間相互作用が切断を可能とすることができるほどには強くなくなる点まで、光の強度を低下させることができる。対照的に、バーストパルスレーザを用いると、バースト５００内の各パルス又はサブパルス５００Ａ中の強度は極めて高いままとすることができ、例えば、およそ１０ｎｓｅｃの間隔Ｔ_ｐだけ時間的に離れている、パルス持続時間Ｔ_ｄが１０ｐｓｅｃの３つのパルス５００Ａは、各パルス内の強度を依然として単一の１０ｐｓｅｃパルスの強度のおおよそ３倍とすることができ、その一方でレーザを、３桁大きいタイムスケールに亘って材料と相互作用させることができる。従って、あるバースト内の複数のパルス５００Ａをこのように調整することにより、既存のプラズマプルームとの光のより強い又は弱い相互作用、初期又は過去のレーザパルスによって事前に励起された原子及び分子とのより強い又は弱い光‐材料間相互作用、及び欠陥線（穿通孔）の制御された成長を促進できる材料内のより強い又は弱い加熱効果を促進できるような方法で、レーザ‐材料間相互作用のタイムスケールを操作できる。材料を改質するために必要なバーストエネルギの量は、基板材料の組成、及び基板との相互作用に使用される線状焦点に左右されることになる。相互作用範囲が長いほど、エネルギはより広がり、また必要となるバーストエネルギが高くなる。

【0083】

複数のパルスの単一のバーストがガラス上の略同一の位置に当たる場合、欠陥線、穿通孔又は孔が材料内に形成される。即ち単一のバースト内の複数のレーザパルスは、ガラス内に、単一の欠陥線、穿通孔又は孔位置を生成できる。当然のことながら、ガラスが（例えば連続移動ステージによって）並進移動するか、又はビームがガラスに対して移動する場合、バースト内の個々のパルスは、ガラス上の正確に同一の空間的位置にあることはできない。しかしながら、これらは互いに１μｍの範囲内にあり、即ちこれらは基本的に同一の位置でガラスに当たる。例えばこれらは、互いから間隔ｓｐ（ここで０＜ｓｐ≦５００ｎｍ）でガラスに当たることができる。例えば２０個のパルスのバーストがあるガラス位置に当たる場合、このバースト内の個々のパルスは、互いに２５０ｎｍの範囲内でガラスに当たる。従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。

【0084】

一実施形態では、厚さ０．５５ｍｍの、Ｃｏｒｎｉｎｇガラスコード２３１９の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス基板１０００を、光学系が生成する焦線の領域内となるように位置決めした。長さ約１ｍｍの焦線、及びバースト繰り返し数又は周波数２００ｋＨｚ（材料において測定した場合に約２００マイクロジュール／バースト）において約４０Ｗ以上の出力を生成するピコ秒レーザを用いると、焦線領域における光強度（エネルギ密度）を、基板材料において非線形吸収を生成できる程度に高くすることは容易である。基板内の損傷、融除、気化又はその他の改質を受けた材料の領域は、高強度の線形領域に概ね続いて生成された。

【0085】

孔又は損傷トラックの形成：
これらの損傷トラックは概ね、約０．２マイクロメートル〜２マイクロメートル、例えば０．５〜１．５マイクロメートルの内側寸法（例えば直径）を有する孔又は穿通孔の形態を取る。好ましくは、孔又は欠陥線は寸法が極めて小さい（１マイクロメートル以下）。欠陥線、孔又は穿通孔は、材料の厚さ全体を穿通してもしなくてもよく、また材料の深さ全体に亘る連続した開口部であってもなくてもよい。図５Ｃは、７００マイクロメートル厚の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス基板（又はガラスシート１０００）の加工物の厚さ全体を穿通する、このようなトラック又は欠陥線の例を示す。穿通孔又は損傷トラックは、へき開縁部の側部を通して観察される。材料を通るトラックは、貫通孔である必要はない。孔を塞ぐガラスの領域が存在してよいが、上記領域は一般にサイズが小さく、例えば数マイクロメートルである。

【0086】

集束したレーザビームの下で基板が並進移動するため、欠陥線の間の横断方向間隔（ピッチ）は、レーザのパルス数によって決定される。完全な孔を形成するためには通常、単一のピコ秒レーザパルス又はバーストしか必要でないが、必要に応じて複数のパルス又はバーストを使用してよい。異なるピッチの複数の孔若しくは穿通孔又は欠陥線の間隔を形成するために、レーザを、より長い又は短い間隔で点灯するようにトリガできる。

【0087】

切断動作に関して、レーザのトリガは一般に、ビームの下での、ステージによって駆動される基板の運動と同期されるため、レーザパルスは例えば１マイクロメートル毎、３マイクロメートル毎又は５マイクロメートル毎といった固定間隔でトリガされる。切断又は分離に関して、隣接する欠陥線の間の正確な間隔は、基板内の応力レベルを考慮して、穿通孔から穿通孔への割れの伝播を促進する、材料の特性によって決定される。

【0088】

しかしながら、基板の切断とは対照的に、（例えば湾曲又は屈曲させる必要があるガラスの領域に関して）材料を穿通するためだけに同一の方法を用いることもできる。この場合、孔（又は損傷トラック又は穿通孔）を、より大きな間隔（例えば７マイクロメートルのピッチ、８マイクロメートルのピッチ、１０マイクロメートルのピッチ、２５マイクロメートルのピッチ、３０マイクロメートルのピッチ、５０マイクロメートルのピッチ又はそれ以上）で離すことができる。使用されるガラス（例えば非強化ガラス）に応じて、穿通孔に関するピッチは７マイクロメートル未満、又は更に５マイクロメートル未満としてよい。

【0089】

レーザ出力及びレンズ焦点距離（これは焦線の長さ、及びこれに伴って出力密度を決定する）は、ガラスを完全に貫通することと、表面及び表面下損傷が小さいこととを保証するために、特に重要なパラメータである。

【0090】

一般に、利用可能なレーザ出力が高いほど、上述のプロセスを用いて材料をより迅速に穿通又は切断できる。本明細書で開示される１つ又は複数のプロセスは、穿通又は切断速度０．２５ｍ／ｓｅｃ以上でガラスを切断する。穿通速度又は切断速度は、複数の欠陥線の孔を生成しながら基板材料（例えばガラス）の表面に対してレーザビームが移動する速さである。製造のための資本投資を最小化するため、及び設備利用率を最適化するために、例えば３５０ｍｍ／ｓｅｃ、４００ｍｍ／ｓｅｃ、５００ｍｍ／ｓｅｃ、７５０ｍｍ／ｓｅｃ、１ｍ／ｓｅｃ、１．２ｍ／ｓｅｃ、１．５ｍ／ｓｅｃ若しくは２ｍ／ｓｅｃ、又は更に３．４ｍ／ｓｅｃ〜４ｍ／ｓｅｃといった高い速度が望ましいことが多い。レーザ出力は、レーザのバーストエネルギとバースト繰り返し周波数（数）との積に等しい。一般に、高い速度でガラス材料を穿通又は切断するために、欠陥線は典型的には１〜２５μｍだけ離間し、いくつかの実施形態ではこの間隔は好ましくは３μｍ以上、例えば３〜１２μｍ、又は例えば５〜１０μｍである。

【0091】

例えば、３００ｍｍ／ｓｅｃの直線穿通又は切断速度を達成するために、３μｍの孔ピッチは、少なくとも１００ｋＨｚのバースト繰り返し数を有するパルスバーストレーザに対応する。６００ｍｍ／ｓｅｃの穿通又は切断速度に関して、３μｍのピッチは、少なくとも２００ｋＨｚのバースト繰り返し数を有す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／バーストを生成し、切断速度６００ｍｍ／ｓで穿通及び／又は切断を行うパルスバーストレーザは、少なくとも８ワットのレーザ出力を有する必要がある。穿通速度又は切断速度が高くなると、これに伴って高いレーザ出力が必要となる。

【0092】

例えば３μｍピッチ及び４０μＪ／バーストにおいて０．４ｍ／ｓｅｃの穿通又は切断速度には、少なくとも５Ｗのレーザが必要となる。同様に、３μｍピッチ及び４０μＪ／バーストにおいて０．５ｍ／ｓｅｃの穿通又は切断速度には、少なくとも６Ｗのレーザが必要となる。従って好ましくは、パルスバーストピコ秒レーザのレーザ出力は６Ｗ以上、より好ましくは少なくとも８Ｗ以上、及び更に好ましくは少なくとも１０Ｗ以上である。例えば、４μｍピッチ（欠陥線の間隔、又は損傷トラックの間隔）及び１００μＪ／バーストにおいて０．４ｍ／ｓｅｃの穿通又は切断速度を達成するためには、少なくとも１０Ｗのレーザが必要であり、４μｍピッチ及び１００μＪ／バーストにおいて０．５ｍ／ｓｅｃの穿通／切断速度を達成するためには、少なくとも１２Ｗのレーザが必要である。例えば、３μｍピッチ及び４０μＪ／バーストにおいて１ｍ／ｓｅｃの穿通／切断速度を達成するためには、少なくとも１３Ｗのレーザが必要である。また例えば、４μｍピッチ及び４００μＪ／バーストにおいて１ｍ／ｓｅｃの穿通／切断速度は、少なくとも１００Ｗのレーザが必要となる。

【0093】

欠陥線（損傷トラック）間の最適なピッチ及び正確なバーストエネルギは材料に左右され、経験的に決定できる。しかしながら、切断又はガラス分離の場合、レーザパルスエネルギが上昇する、又は損傷トラックをより小さいピッチで作製するのは、常に基板材料の分離をより良好なものとする、又は縁部品質を改善する条件ではないことに留意されたい。欠陥線（損傷トラック）間の小さ過ぎる（例えば＜０．１マイクロメートル、又はいくつかの例示的実施形態では＜１μｍ、又は他の実施形態では＜２μｍの）ピッチは、場合により、近隣の後続の欠陥線（損傷トラック）の形成を阻害し得、また穿通された輪郭を巡る材料の分離を阻害し得る。ピッチが小さ過ぎる場合、ガラス内の望ましくない微小割れの増大も引き起こされ得る。長過ぎる（例えば＞５０μｍ、及びいくつかのガラスでは＞２５μｍ又は＞２０μｍでさえある）ピッチは、「非制御下の微小割れ」を引き起こし得る。即ちこの場合、意図した輪郭に沿った欠陥線から欠陥線への伝播の代わりに、微小割れが異なる経路に沿って伝播し、意図した輪郭とは離れた異なる（望ましくない）方向のガラスの割れを引き起こす。これは最終的には、分離されたパーツの強度を低下させ得る。というのは残留する微小割れは、ガラスを弱化させるきずを構成するためである。欠陥線を形成するための高過ぎる（例えば＞２５００μＪ／バースト、及びいくつかの実施形態では＞５００μＪ／バーストの）バーストエネルギは、既に形成された欠陥線の「治癒（ｈｅａｌｉｎｇ）」又は再溶融を引き起こし得、これはガラスの分離を阻害し得る。従って、バーストエネルギが＜２５００μＪ／バースト、例えば≦５００μＪ／バーストであることが好ましい。また、高過ぎるバーストエネルギの使用は微小割れの形成を引き起こし得、これは極めて大きく、分離後のパーツの縁部強度を低減し得る構造的不完全性を生成する。低過ぎる（例えば＜４０μＪ／バーストの）バーストエネルギは、ガラス内に目に見える欠陥線を形成できず、従って特に高い分離力が必要となり得、又は穿通された輪郭に沿った分離を完全に不可能としてしまい得る。

【0094】

このプロセスが可能な典型的な穿通速度又は切断速度の例は、例えば０．２５ｍ／ｓｅｃ以上である。いくつかの実施形態では、穿通速度又は切断速度は少なくとも３００ｍｍ／ｓｅｃである。いくつかの実施形態では、切断速度は少なくとも４００ｍ／ｓｅｃ、例えば５００ｍｍ／ｓｅｃ〜２０００ｍｍ／ｓｅｃ以上である。いくつかの実施形態では、ピコ秒（ｐｓ）レーザはパルスバーストを利用して、０．５μｍ〜１３μｍ、例えば０．５〜３μｍの周期で欠陥線を生成する。いくつかの実施形態では、パルスレーザは１０Ｗ〜１００Ｗのレーザ出力を有し、材料（例えばガラスシート１０００）及び／又はレーザビームは互いに対して、少なくとも０．２５ｍ／ｓｅｃ；例えば０．２５／ｍｓｅｃ〜０．３５ｍ／ｓｅｃ、又は０．４ｍ／ｓｅｃ〜５ｍ／ｓｅｃの速度で並進移動する。好ましくは、パルスレーザビームの各パルスバーストは、加工物（例えばガラスシート１０００等）において測定した場合に、加工物の厚さ１ｍｍあたり４０μＪ／バースト超の平均レーザエネルギを有する。好ましくは、パルスレーザビームの各パルスバーストは、加工物において測定した場合に、加工物の厚さ１ｍｍあたり２５００μＪ／バースト未満、及び好ましくは加工物の厚さ１ｍｍあたり約２０００μＪ／バースト未満、及びいくつかの実施形態では加工物の厚さ１ｍｍあたり１５００μＪ／バースト未満、例えば加工物の厚さ１ｍｍあたり５００μＪ／バースト以下の平均レーザエネルギを有する。

【0095】

本発明者らは、アルカリ含有量が低いか又はゼロのアルカリ土類ボロアルミノシリケートガラスを穿通するためには、遥かに高い（５〜１０倍高い）容積パルスエネルギ密度（μＪ／μｍ^３）が必要となることを発見した。これは例えば、好ましくは少なくとも１バーストあたり２パルスを有するパルスバーストレーザを利用し、約０．０５μＪ／μｍ^３以上、例えば少なくとも０．１μＪ／μｍ^３、例えば０．１〜０．５μＪ／μｍ^３の、上記アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス中の容積エネルギ密度を提供することによって、達成できる。

【0096】

従って、レーザが、１バーストあたり少なくとも２パルスを有するパルスバーストを生成することが好ましい。例えばいくつかの実施形態では、パルスレーザは１０Ｗ〜１５０Ｗ（例えば１０Ｗ〜１００Ｗ）の出力を有し、１バーストあたり少なくとも２パルス（例えば１バーストあたり２〜２５パルス）を有するパルスバーストを生成する。いくつかの実施形態では、パルスレーザは２５Ｗ〜６０Ｗの出力を有し、１バーストあたり少なくとも２〜２５パルスを有するパルスバーストを生成し、このレーザバーストが生成する隣接する欠陥線間の周期又は距離は２〜１０μｍである。いくつかの実施形態では、パルスレーザは１０Ｗ〜１００Ｗの出力を有し、１バーストあたり少なくとも２パルスを有するパルスバーストを生成し、加工物及びレーザビームは互いに対して、少なくとも０．２５ｍ／ｓｅｃの速度で並進移動する。いくつかの実施形態では、加工物及び／又はレーザビームは互いに対して、少なくとも０．４ｍ／ｓｅｃの速度で並進移動する。

【0097】

例えば、厚さ０．７ｍｍの非イオン交換Ｃｏｒｎｉｎｇコード２３１９又はコード２３２０「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスを切断するために、約１５０〜２５０μＪ／バーストのパルスバーストエネルギ及び２〜１５のバーストパルス数を伴う３〜７μｍのピッチ、また好ましくは３〜５μｍのピッチ及び２〜５のバーストパルス数（１バーストあたりのパルスの数）が、良好に作用できることが観察されている。

【0098】

１ｍ／ｓｅｃの穿通速度（又は切断速度）において、ＥａｇｌｅＸＧ（登録商標）ガラス又は２３２０「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスの穿通及び／又は切断は典型的には、１５〜８４Ｗのレーザ出力の利用が必要となり、３０〜４５Ｗで十分である場合が多い。一般に、広範なガラス及び他の透明材料に亘って、出願人らは、０．２〜１ｍ／ｓｅｃの穿通及び／又は切断速度を達成するために１０Ｗ〜１００Ｗのレーザ出力が好ましく、多くのガラスに関しては２５〜６０Ｗのレーザ出力で十分である（又はこれが最適である）ことを発見した。０．４ｍ／ｓｅｃ〜５ｍ／ｓｅｃの穿通及び／又は切断速度に関して、レーザ出力は好ましくは、４０〜７５０μＪ／バーストのバーストエネルギ、（切断される材料に応じて）１バーストあたり２〜２５パルス、及び３〜１５μｍ又は３〜１０μｍの欠陥線間隔（ピッチ）を伴う１０Ｗ〜１５０Ｗとするべきである。これらの切断速度のためには、ピコ秒パルスバーストレーザの使用が好ましい。というのは、上記ピコ秒パルスバーストレーザは高い出力と、必要な１バーストあたりのパルス数とを生成するためである。従っていくつかの例示的実施形態によると、パルスレーザは１０Ｗ〜１００Ｗ、例えば２５Ｗ〜６０Ｗの出力を生成し、また１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生成し、欠陥線間の間隔は２〜１５μｍとなる。そしてレーザビーム及び／又は加工物は互いに対して、少なくとも０．２５ｍ／ｓｅｃ、いくつかの実施形態では少なくとも０．４ｍ／ｓｅｃ、例えば０．５ ｍ／ｓｅｃ〜５ｍ／ｓｅｃ以上の速度で並進移動する。

【0099】

本明細書に記載のいくつかの実施形態によるレーザ穿通孔又は欠陥（孔）形成は、強化ガラス及び非強化ガラスの両方に対して実施された。

【0100】

上述の実証のために使用されたレーザ条件及び材料穿通速度を、参考のために以下にまとめる。例えばいくつかの実施形態では、個片化されたパーツをガラスマトリクスから分離するために、切り離し線に力を手動で印加した。この力は、穿通線（欠陥線）における破断と、断層線に沿った割れの伝播とを引き起こし、これにより最終的にガラスマトリクスから上記形状が分離された。
アキシコンレンズへの入力ビーム直径〜２ｍｍ
アキシコン角度＝１０°
初期コリメートレンズ焦点距離＝１２５ｍｍ
最終対物レンズ焦点距離＝４０ｍｍ
入射ビーム方位角＝１２．７５°
焦点は０〜１０ｍｍに設定され、各トレースにおいて２００マイクロメートル刻みで変化
レーザ出力は全出力の７５％（〜３０ワット）
レーザのパルス繰り返し数＝２００ｋＨｚ
３パルス／バースト
ピッチ＝６マイクロメートル
同一トレースの複数のパス
可動ステージ速度＝１２ｍ／ｍｉｎ＝２００ｍｍ／ｓ

【0101】

上述のプロセスの代替例として、デフォーカスＣＯ_２レーザを利用して（パーツ分離／個片化のために）パーツの切り離しを補助する別の実施形態が実証されている。デフォーカスＣＯ_２レーザは、ピコ秒レーザが所望の輪郭（断層線）をトレースして、周りを取り囲む基板マトリクスからのパーツの分離を実施するに従って、ピコ秒レーザに追従する。デフォーカスＣＯ_２レーザが誘起した熱応力は、割れを開始及び伝播させるために十分であり、これは、断層線によって画定された上記所望の輪郭に沿ったパーツの分離を引き起こし、これによって基板パネルから成形されたパーツが切り離される。このために、以下の光学部品及びレーザパラメータに関して最良の結果が見られた：

ピコ秒レーザ
アキシコンレンズへの入力ビーム直径〜２ｍｍ
アキシコン角度＝１０°
初期コリメートレンズ焦点距離＝１２５ｍｍ
最終対物レンズ焦点距離＝４０ｍｍ
入射ビーム方位角＝１２．７５°
焦点は０〜１０ｍｍに設定され、各トレースにおいて２００マイクロメートル刻みで変化
レーザ出力は全出力の７５％（〜３０ワット）
レーザのパルス繰り返し数＝２００ｋＨｚ
３パルス／バースト
ピッチ＝６マイクロメートル
同一トレースの複数のレーザ焦線パス
可動ステージ速度＝１２ｍ／ｍｉｎ＝２００ｍｍ／ｓ

ＣＯ_２レーザ
レーザ並進移動速度：１３０ｍｍ／ｓ
レーザ出力＝１００％
パルス持続時間１３マイクロ秒（９５％デューティサイクル）
レーザ変調周波数２０ｋＨｚ
レーザビームのデフォーカスは２１ｍｍである
シングルパス

【0102】

そうでないことが明記されていない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、そのステップをある具体的な順序で実施する必要があるものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又は上記ステップがある具体的な順序に制限されていることに、他の方法で具体的に言及されていない場合、いずれの特定の順序を推断することは全く意図されていない。

【0103】

本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を実施できることは、当業者には明らかであろう。当業者は、本発明の精神及び実態が組み込まれた本開示の実施形態の修正、組合せ、部分的組合せ及び変形を想起し得るため、本発明は、添付の請求項及びその均等物の範囲内の全てを含むものとして解釈されるものとする。

【0104】

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

【0105】

実施形態１
非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法であって、上記方法は：
（ｉ）レーザを用いて、輪郭に沿ってガラス素地を穿通し、ガラス素地に複数の穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉ）ガラスが湾曲するように、穿通孔を含む少なくとも１つの領域に沿ってガラス素地を屈曲させて、非平坦部分を有するガラス物品を形成するステップ
を有してなる、非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0106】

実施形態２
非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法であって、上記方法は：
（ｉ）レーザを用いて、輪郭に沿ってガラス素地を穿通し、ガラス素地の少なくとも１つの領域に複数の穿通孔を形成するステップであって、上記穿通孔は直径が５μｍ未満であり、長さが上記直径の少なくとも２０倍長い、ステップ；
（ｉｉ）穿通孔を含む上記少なくとも１つの領域に沿ってガラス素地を屈曲させることにより、非平坦部分を形成するステップ
を有してなる、非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0107】

実施形態３
上記穿通孔は直径２μｍ未満であり、長さが上記直径より少なくとも５０倍長い、実施形態１又は２に記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0108】

実施形態４
上記穿通孔は直径２μｍ未満であり、長さが少なくとも２００μｍである、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0109】

実施形態５
上記穿通孔を含む少なくとも１つの領域は、１ｍｍ^２あたり少なくとも１０個の穿通孔を含む、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0110】

実施形態６
上記穿通孔を含む少なくとも１つの領域は、１ｍｍ^２あたり少なくとも５０個の穿通孔を含む、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0111】

実施形態７
上記穿通ステップは、レーザ線状焦点を用いて実施される、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0112】

実施形態８
上記屈曲ステップは、上記穿通孔を有する上記ガラス素地を加熱するステップを含む、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0113】

実施形態９
上記屈曲ステップは、上記素地の少なくとも穿通された領域に真空を印加するステップを含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0114】

実施形態１０
上記ガラス素地の厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍである、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0115】

実施形態１１
上記屈曲ステップは、上記ガラス素地を１ｍｍ〜１０ｍｍの曲率半径まで屈曲させるステップを含む、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0116】

実施形態１２
上記屈曲ステップは、上記ガラス素地を５ｍｍ以下の曲率半径まで屈曲させるステップを含む、実施形態１〜１１のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0117】

実施形態１３
上記屈曲ステップは、上記ガラス素地を２ｍｍ以下の曲率半径まで屈曲させるステップを含む、実施形態１〜１２のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0118】

実施形態１４
上記レーザはパルスレーザであり、
上記レーザは、レーザ出力が１０Ｗ〜１００Ｗであり、１バーストあたり少なくとも２パルスのバーストパルスを生成する、実施形態１〜１３のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0119】

実施形態１５
上記バーストパルスは、１バーストあたり２〜２５パルスを含む、実施形態１〜１４のいずれか１つに記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0120】

実施形態１６
上記パルスレーザは、レーザ出力が２５Ｗ〜６０Ｗであり、１バーストあたり少なくとも２〜２５パルスのバーストパルスを生成し、
欠陥線間の距離は７〜１００マイクロメートルである、実施形態１５に記載の方法。

【0121】

実施形態１７
上記穿通ステップは、レーザ線状焦点をレーザ形成して穿通孔を形成するステップを含み、
各穿通孔は、ガラスの構造を改質するために十分な強度のレーザビームによって形成され、
少なくとも１つの領域は、１ｍｍ^２あたり少なくとも１０個の穿通孔を有し、
上記方法は：
（Ａ）レーザ線状焦点を用いて、ガラス素地に対応する複数の領域を有するガラスシートを穿通して、少なくとも１つのガラス素地を生成するための少なくとも１つの穿通された分離輪郭を生成するステップ；
（Ｂ）穿通された分離輪郭に沿って、少なくとも１つのガラス素地をガラスシートから分離することにより、少なくとも１つの個片化されたガラス素地を生成するステップ
を更に含む、実施形態２の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0122】

実施形態１８
上記ガラス物品を屈曲させるステップは：
（Ａ）上記穿通孔を含む上記少なくとも１つの領域が、高さ、厚さ又は傾斜の変化を有する鋳型の領域上に配置されるように、上記個片化された素地を鋳型上に配置するステップ；
（Ｂ）上記鋳型上の、上記穿通孔を含む上記少なくとも１つの領域に沿って、ガラス素地を屈曲させることによって、上記ガラス素地を、少なくとも１つの非平坦部分を有するガラス物品へと形成するステップ
を含む、実施形態１８に記載の非平坦部分を有するガラス物品を作製する方法。

【0123】

実施形態１９
非平坦部分を有する複数のガラス物品を作製する方法であって、上記方法は：
（ｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを穿通して、複数のガラス素地を生成するための複数の穿通された分離輪郭を生成するステップ；
（ｉｉ）レーザ線状焦点を用いてガラスシートを他の輪郭に沿って穿通して、複数の屈曲領域穿通孔を形成するステップ；
（ｉｉｉ）穿通された分離輪郭に沿って上記複数のガラス素地をガラスシートから及び互いから分離することにより、それぞれが屈曲領域穿通孔を含む複数の個片化されたガラス素地を生成するステップ；
（ｉｖ）個片化された素地を鋳型上に配置し、屈曲領域穿通孔を含む領域に沿って、ガラスが湾曲するように上記個片化されたガラス素地を屈曲させるステップ
を有してなる、非平坦部分を有する複数のガラス物品を作製する方法。

【0124】

実施形態２０
上記パルスレーザは、レーザ出力が１０Ｗ〜１００Ｗであり、
加工物及びレーザビームは互いに対して少なくとも０．４ｍ／ｓｅｃの速さで並進移動する、実施形態１９の方法。

【0125】

実施形態２１
実施形態１又は２に記載の方法によって調製されたガラス物品。

【0126】

実施形態２２
湾曲表面又は少なくとも１つの非平坦表面を備えるガラス物品であって、
上記物品は、上記湾曲表面又は上記少なくとも１つの非平坦表面内に少なくとも２００マイクロメートル延在する複数の欠陥線を有し、
上記欠陥線はそれぞれ、約５マイクロメートル以下の直径を有する、ガラス物品。

【0127】

実施形態２３
隣接する欠陥線間の間隔は７マイクロメートル〜５０マイクロメートルである、実施形態２２に記載のガラス物品。

【0128】

実施形態２４
上記縁部は、約１００マイクロメートル以下の深さまでの表面下損傷を有する、実施形態２１、２２又は２３に記載のガラス物品。

【0129】

実施形態２５
上記ガラス物品の厚さは約１０マイクロメートル〜約５ｍｍである、実施形態２１、２２、２３又は２４に記載のガラス物品。

【符号の説明】

【0130】

１ 基板
１ａ 基板の表面
１ｂ 基板の反対側の表面
２ レーザ照射
２ａ レーザ照射、ビーム束
２ａＲ 辺縁光線
２ａＺ 中央ビーム
２ｂ レーザビーム焦線
２ｃ 誘起吸収のセクション
３ レーザ
６ 光学組立体
７ 両凸面レンズ
８ 円形開口
９ アキシコン
１０ アキシコン
１１ 平凸レンズ
１２ コリメートレンズ
１１０ 輪郭、断層線
１２０ 欠陥線、孔
１３０ 基板材料
１４０ 超短パルスレーザビーム
５００ バースト
５００Ａ パルス
７１０ 集束していないレーザビーム
７２０ 透明基板
７３０ 球面レンズ
７４０ 焦点
７５０ アキシコンレンズ
７６０ 円筒
１０００ ガラスシート
１０００Ａ ステップ
１２００ 輪郭
１２００Ａ 穿通孔
１２００Ｂ パーツの外形
１３００ 鋳型
１４００ 輪郭
１４００Ａ 穿通孔、欠陥線
１４００Ｂ パーツのコーナ
２０００ 事前加工済み領域
２０００Ａ ガラス素地、パーツ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B-1】

【図7B-2】

【図7B-3】

【図7B-4】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12A】

【図12B】