本申請要求于2014年7月8日提交的美國臨時申請號62/021917的權益將以上申請的全部傳授內容通過引用結合在此。

技術領域

本說明書總體上涉及材料的制造，并且更具體而言涉及材料的激光處理。

背景

近年來，減小裝置的尺寸、重量以及材料成本的顧客需求已導致用于觸控屏幕、平板、智能電話以及TV的平板顯示器的相當程度上的技術增長。工業激光器變為用于要求這些材料的高精度切割應用的重要工具。然而，激光處理可能是困難的，因為高強度激光可損壞在材料的激光處理中所用的部件。

因此，對于激光處理材料的替代性方法和設備存在需要。

概述

在此所述的實施例涉及用于激光處理材料的方法和設備。根據一個實施例，透明材料可經激光處理。該方法可包括：將透明材料定位于載體上，并且將激光束透射穿過該透明材料，其中該激光束可入射至該透明材料的與該載體相對的側面上。該透明材料可以是對該激光束基本上透明的，并且該載體可包括支撐基部和激光中斷元件。該激光中斷元件可以中斷透射穿過該透明材料的該激光束，使得該激光束可以不在該激光中斷元件下方具有足夠強度來損壞該支撐基部。

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

在又另一個實施例中，載體可在位于載體上的透明材料經激光處理時被保護。該方法可包括：將透明材料定位于載體的頂部上，將激光束透射穿過透明材料，并且將激光中斷元件定位于支撐基部與透明材料之間。該載體可包含支撐基部。該激光束可入射至該透明材料的與該載體相對的表面上，并且該激光束可包含具有足以損壞該載體的強度的聚焦區域。該激光中斷元件可以光學中斷透射穿過該透明材料的該激光束，使得該激光束可以不在該激光中斷元件下方的任一點處具有足夠強度來損壞該支撐基部。

在此所述的實施例的其他特征和優勢將在以下詳細描述中闡述，且部分地根據該描述對于本領域技術人員將是容易清楚的，或通過實踐在此(包括以下詳細描述、權利要求書以及附圖)所述的實施例來認識。

應理解，前述的一般描述和以下詳細描述二者描述各個實施例并且旨在提供用于理解所請求保護的主題的性質和特征的概述或框架。附圖包括在內以提供對各個實施例的進一步理解，且并入本說明書中并構成本說明書的一部分。附圖展示在此所述的各個實施例，并且與說明書一起用于解釋所請求保護的主題的原理和操作。

附圖的簡要說明

圖1示意性地描繪了根據在此所示和所述的一或多個實施例的經受激光處理的多層堆疊的截面圖。

詳細說明

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

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

透明材料160可使用激光束180進行激光處理，該激光束可單獨地或與其他制造步驟一起被用來切割透明材料160。如在此所使用，激光處理指的是使用激光束180切割、穿孔、剝蝕、或以其他方式改變材料的機械完整性。一般而言，激光束180必須在透明材料160的特定區域處具有一定強度來改變透明材料160的機械完整性。因而，散焦的或中斷的激光束可能不具有足夠強度以在所選區域處機械影響材料，同時聚焦的激光束可具有足夠強度來切割、穿孔或剝蝕激光處理的材料的區域。然而，激光束的聚焦區域(諸如具有聚焦的聚焦線182的激光束)可具有足夠強度來穿孔透明材料160以及損壞由聚焦線182直接接觸的支撐基部120。可通過光學組件184產生激光束180的聚焦線182，該光學組件可光學改變源激光188的路徑。此外，如在此所使用，在激光束的上下文中，“強度”可稱為“能量密度”，且這兩個術語是可互換的。激光束180具有波長，且如在此所使用，“透明”的材料對于激光的波長的電磁輻射是基本上透明的，使得由透明材料160在激光的波長處的吸收是小于約10％、小于約5％、或甚至小于約1％每mm材料深度。“電磁輻射”可在此被稱為“光”且兩個術語是可互換的并且可符合可見光譜的內部與外部二者的電磁輻射。

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

在一個實施例中，支撐基部120可在激光處理期間放置于臺上或其他工作臺上。臺或工作臺可具有真空系統，該真空系統在該臺或工作臺的表面之上產生抽吸。例如，該臺或工作臺可在其表面中具有真空孔洞，且支撐基部120和激光中斷元件140可具有對應的孔洞，真空可通過這些對應的孔洞產生抽吸并緊固位于激光中斷元件140的頂部上的材料。例如，透明材料160可通過真空抽吸緊固至中斷元件140，該真空抽吸滲透穿過中斷元件140、支撐基部120和工作臺中的孔洞。支撐基部120和激光中斷元件140可諸如利用螺釘、緊固件、插腳、或其他合適手段來機械固定至彼此。因而，透明材料160可置于激光中斷元件140之上并在激光處理的同時通過真空系統固定。

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

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

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

在原子能級下，個別原子的離子化具有離散的能量需求。常用于玻璃中的若干元素(例如，Si、Na、K)具有相對低的離子化能量，諸如約5eV。在沒有MPA的現象的情況下，在約5eV下產生線性離子化將要求約248nm的激光波長。在MPA下，能量間隔約5eV的狀態之間的離子化或激發可用比248nm長的波長來完成。例如，具有532nm的波長的光子具有約2.33eV的能量，因此，在雙光子吸收(TPA)中，兩個具有532nm的波長的光子可誘導能量間隔約4.66eV的狀態之間的躍遷。

因此，在透明材料160的其中激光束180的能量密度足夠高以便誘導激光波長的非線性TPA的區域中，原子和鍵可選擇性地受激發或離子化，該激光波長具有所需激發能量的一半。MPA可引起局部重新組態和激發原子或鍵與相鄰原子或鍵的分離。所產生的鍵合或組態的改變可引起非熱剝蝕，以及來自材料的其中發生MPA的區域的物質的移除。物質的此移除產生結構缺陷(例如，缺陷線或“穿孔”)，該結構缺陷機械弱化透明材料160且使其更易于在施加機械或熱應力之后開裂或破裂。通過控制穿孔的設置，沿其發生開裂的輪廓或路徑可以被精確限定，且可完成材料的精確微機械加工。通過一系列穿孔限定的輪廓可視為裂紋線并且相應于透明材料160中結構脆弱的區域。在一個實施例中，激光處理包括自通過激光束180處理的透明材料160分離部件，其中該部件具有精確限定的形狀或通過穿孔的閉合輪廓決定的周邊，這些穿孔通過由激光誘導的MPA效應形成。如在此所使用，術語閉合輪廓是指通過激光線形成的穿孔路徑，其中該路徑自身在一些位置處相交。內輪廓是在所得形狀完全由材料的外部部分圍繞之處所形成的路徑。

根據一些實施例，穿孔可使用超短脈沖激光與光學器件組合來完成，該光學器件產生聚焦線以完全穿孔玻璃組合物的范圍的主體。在一些實施例中，脈沖是單一脈沖(即，激光提供相等間隔的單一脈沖而不是脈沖爆發(緊密間隔的集中在一起的單一脈沖)，其中個別脈沖的脈沖持續時間是在大于約1皮秒與小于約100皮秒之間的范圍內，諸如大于約5皮秒并且小于約20皮秒，并且個別脈沖的重復率可以是在約1kHz與4MHz之間的范圍內，諸如在約10kHz與650kHz之間的范圍內。穿孔也可利用在時間上緊密間隔的高能量短持續時間脈沖的單一“爆發”來完成。此類脈沖可以以兩個脈沖或更多個(例如像，3個脈沖、4個脈沖、5個脈沖、10個脈沖、15個脈沖、20個脈沖或更多脈沖)的爆發來產生，這些脈沖通過爆發內的個別脈沖之間的持續時間來間隔，該持續時間是在約1納秒與約50納秒之間的范圍內，例如，10納秒至30納秒，諸如約20納秒，且爆發重復頻率可在約1kHz與約200kHz之間的范圍內。(爆發或產生脈沖爆發是一類激光操作，其中脈沖的發射不處于均勻且穩定的流中，而是處于緊密脈沖叢中。)該脈沖爆發激光束可具有以下波長，該波長被選擇為使得該材料在此波長下是基本上透明的。激光脈沖持續時間可以是10^-10s或更短、或10^-11s或更短、或10^-12s或更短、或10^-13s或更短。例如，激光脈沖持續時間可以是在約1皮秒與約100皮秒之間，或在另一個實施例中，在約5皮秒與約20皮秒之間。可在高重復率(例如，kHz或MHz)下重復這些“爆發”。在該材料處測量的每次爆發的平均激光功率(如果利用爆發脈沖)可以是大于40微焦耳/mm材料的厚度，例如在40微焦耳/mm與2500微焦耳/mm之間，或在500微焦耳/mm與2250微焦耳/mm之間。例如，對于當使用f 0.1mm-0.2mm厚度玻璃的一個實施例，可使用200μJ脈沖爆發來切割并分離玻璃，這給出1000-2000μJ/mm的示例性范圍。例如，對于示例性0.5-0.7mm厚度玻璃，可使用400-700μJ脈沖爆發來切割并分離玻璃，該示例性厚度玻璃對應于570μJ/mm(400μJ/0.7mm)至1400μJ/mm(700μJ/0.5mm)的示例性范圍。穿孔可通過控制激光和/或基板或堆疊的運動，通過相對于激光控制基板或堆疊的速度來間隔分開并精確定位。在一個實施例中，在單次通過中，激光可用來產生穿過材料的高度受控的實線穿孔，其中產生極小(小于約75m，或甚至小于約50m)表面下損壞和碎屑。這與斑點聚焦激光用于剝蝕材料的典型用途形成對比，在該典型用途中，常常需要多次通過來完全地穿孔玻璃厚度，自剝蝕過程形成大量碎屑，且發生更廣泛的表面下損壞(小于約100m)和邊緣碎裂。這些穿孔、缺陷區域、損壞徑跡、或缺陷線通常間隔分開從1至25微米(例如，3-12微米，或5-20微米)。根據一些實施例，該脈沖激光具有10W-150W的激光功率并且利用每脈沖爆發至少2個脈沖產生脈沖爆發。根據一些實施例，該脈沖激光具有10W-100W的激光功率并且利用每脈沖爆發至少2-25個脈沖產生脈沖爆發。根據一些實施例，該脈沖激光具有25W-60W的激光功率，并且利用每次爆發至少2-25個脈沖產生脈沖爆發，且缺陷線之間的周期性是2-20微米，或2至15微米，或2-10微米。該脈沖爆發激光束可具有以下波長，該波長被選擇為使得該材料在此波長下是基本上透明的。根據一些實施例，該脈沖具有小于10皮秒的脈沖持續時間。根據一些實施例，該脈沖激光具有在10kHz與1000kHz之間的脈沖重復頻率。

因此，有可能使用單一高能量短脈沖在透明材料160中產生微觀(即，小于約1μm，小于0.5nm(例如≤400nm，或≤300nm)或甚至直徑小于約100nm(例如，50nm-100nm))拉長“孔洞”(也稱為穿孔或缺陷線)。這些個別穿孔可以數百千赫的速率(例如每秒數十萬個穿孔)來產生。因此，利用光源與材料之間的相對運動，這些穿孔可設置成彼此鄰近(空間分離如所希望的從亞微米至幾微米變化)。此空間分離被選擇以便有助于切割。在一些實施例中，缺陷線為“通孔”，其為從透明材料160的頂部延伸至底部的孔洞或開放通道。此外，缺陷線的內徑可與例如激光束聚焦線的斑點直徑一樣大。激光束聚焦線可具有在約0.1微米與約5微米之間的范圍內(例如1.5至3.5微米)的平均斑點直徑。

為了形成聚焦線182，可使源激光188透射穿過光學組件184。合適的光學組件，可應用的光學組件詳細描述于標題為“使用超高速激光束光學器件、破壞層和其他層的堆疊的透明材料切割(“STACKED TRANSPARENT MATERIAL CUTTING WITH ULTRAFAST LASER BEAM OPTICS,DISRUPTIVE LAYERS AND OTHER LAYERS)的美國專利申請號61917092中，該申請的傳授內容以其全文通過引用結合在此。例如，位于源激光188的光束路徑中的光學組件184被配置為將源激光188轉化為聚焦線182，沿光束傳播方向觀看，激光束聚焦線182具有在0.1mm與100mm之間的范圍內(例如0.1nm至10nm)的長度。該激光束聚焦線可具有的長度在約0.1mm與約10mm之間、或在約0.5mm與約5mm之間的范圍內，諸如約1mm、約2mm、約3mm、約4mm、約5mm、約6mm、約7mm、約8mm、或約9mm，或該長度在約0.1mm與約1mm之間的范圍內，并且平均斑點直徑在約0.1微米與約5微米之間的范圍內。孔洞或缺陷線各自可具有在0.1微米與10微米之間，例如0.25至5微米(例如，0.2-0.75微米)的直徑。例如，如圖1中所示的，可利用球形或盤形光學組件184以使源激光188聚焦并形成具有限定長度的聚焦線182。

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

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

如在此處一些實施例中所述的，薄玻璃的激光“剝蝕”切割具有的優點包括：在剝蝕的區域處或附近沒有最小化或阻止開裂產生；以及執行任意形狀的自由形態切口的能力。該激光剝蝕切割有益于避免平板顯示器的玻璃基板中的邊緣開裂和剩余邊緣應力，因為平板顯示器具有自邊緣破損的顯著傾向，即使當應力施加至中心時。以在此所述的方法與定制的光束遞送組合的超快激光器的高峰值功率可避免這些問題，因為本方法是“冷”剝蝕技術，該技術在無有害熱效應的情況下切割。根據本方法通過超快激光器進行激光切割基本上不在玻璃中產生殘余應力。然而，應理解，可在此處所述的激光處理方法和設備中利用任何類型的激光器。

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

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

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

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

在一個實施例中，激光中斷元件140可在激光中斷元件140的頂部表面142處光學中斷激光束180。例如，在一個實施例中，激光中斷元件140可在其頂層142或表面改變的頂部表面142上包含膜。例如，中斷元件140可包含粗糙化的頂部表面142(最接近透明材料160的表面)，該粗糙化的頂部表面被改變為基本上粗糙的以散射入射光。另外，如果激光中斷元件140的頂部表面142用以妨礙激光束180，則激光中斷層的本體材料可以是與透明基板基本上相同的材料，因為在激光中斷元件140的頂部表面142下方不形成聚焦線182。例如，在一個實施例中，透明材料160可以是玻璃且中斷元件140可以是玻璃。此外，具有對激光波長透明的本體材料的激光中斷元件140可透射激光并基本上散開貫穿中斷元件140的本體材料結構的強度。在此種實施例中，激光中斷元件140不受透射穿過透明材料160的激光束180損壞。

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

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

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

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

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