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TW201540405A - 邊緣去角方法 - Google Patents

邊緣去角方法 Download PDF

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Publication number
TW201540405A
TW201540405A TW104102740A TW104102740A TW201540405A TW 201540405 A TW201540405 A TW 201540405A TW 104102740 A TW104102740 A TW 104102740A TW 104102740 A TW104102740 A TW 104102740A TW 201540405 A TW201540405 A TW 201540405A
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TW
Taiwan
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laser
laser beam
glass
plane
line
Prior art date
Application number
TW104102740A
Other languages
English (en)
Inventor
Sasha Marjanovic
David Andrew Pastel
Garrett Andrew Piech
Jose Mario Quintal
Sergio Tsuda
Robert Stephen Wagner
Andrea Nichole Yeary
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US14/530,410 external-priority patent/US10442719B2/en
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of TW201540405A publication Critical patent/TW201540405A/zh

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Abstract

本文描述使用雷射將任意形狀之玻璃基板的邊緣去角及/或斜角的製程。用以在玻璃基板上產生去角之兩種一般方法為第一方法，其涉及利用超短脈衝雷射切割具有所要去角形狀之邊緣，以於該玻璃內產生穿孔；接著離子交換。

Description

邊緣去角方法 【相關申請案】
本申請案根據專利法主張2014年1月27日申請之美國臨時申請案序列號第61/931881號之優先權權益，該申請案之內容為本文之基礎且以全文引用方式併入本文中。本申請案亦主張2014年7月10日申請之美國臨時申請案第62/022,885號之權益及2014年10月31日申請之美國專利申請案第14/530410號之權益，該等申請案之整個揭示內容以引用方式併入本文。
本揭示內容總體上係關於玻璃去角方法，且更特定而言係關於利用雷射結合離子交換製程之玻璃去角方法。
並不承認本文引用的任何參考文獻構成先前技術。申請人明確地保留對質疑任何引用文件之準確性及切合性的權力。
在其中玻璃面板經切割用於建築學、汽車、消費者電子產品之應用中(列舉幾個領域)的所有狀況下，將存在很可能需要注意的邊緣。存在許多用以切割及分離玻璃之不同方法。例如，玻璃可使用電磁輻射(雷射、放電、磁旋管等等) 機械地(CNC機械加工、磨料噴水、劃線及破裂等等)切割。 較為傳統及普通之方法(劃線及破裂或CNC機械加工)產生由不同類型及大小之缺陷填充的邊緣。亦常發現邊緣並不完全地垂直於表面。為消除缺陷且給予邊緣具有改良強度之較為平整表面，通常將該等邊緣研磨。研磨製程涉及邊緣材料之磨料移除，其可給予邊緣材料所要的精整，且亦將其外形(外圓角形狀、去角形狀、筆形形狀等等)成形。為允許研磨及拋光步驟，有必要切割大於最終所要尺寸之部分。
雖然熟知且理解消除缺陷將增加邊緣強度，但就形 狀對邊緣強度之影響而言沒有一致意見。困擾的出現主要是因為熟知形狀有助於增加對邊緣之衝擊及處置的抗破壞性。 事實是：邊緣形狀實際上不決定邊緣強度，如藉由對撓曲(或彎曲)力之抵抗力所定義，但缺陷大小及分佈的確具有很大影響。然而，成形邊緣的確有助於藉由產生較小橫截面並容納缺陷來改良衝擊抗力。例如，具有垂直於玻璃之兩個主表面的筆直面之邊緣在此等直角轉角處累積應力，且將在受另一物體衝擊時碎裂並破裂。由於累積應力，缺陷之大小可為相當大的，從而將顯著地減小彼邊緣之強度。另一方面，由於圓形「外圓角」成形邊緣較為平滑的形狀，其將具有較低累積應力及較小橫截面，從而有助於減小缺陷之大小並減少缺陷於邊緣體積中之穿透。因此，在衝擊之後，成形邊緣應具有比平坦邊緣更高的「彎曲」強度。
由於以上論述的原因，常常需要使邊緣成形為與平 坦且垂直於表面相反之情況。此等機械切割及邊緣成形方法 之一個重要態樣為機器之維持程度。對切割及研磨兩者而言，舊的及磨損的切割頭或研磨輥可造成破壞，該破壞可顯著地影響邊緣之強度，即使肉眼無法看出差異亦如此。機械切割及研磨方法之其他問題在於：該等方法為極其勞動密集的且需要許多研磨及拋光步驟直至最終所要精整度，該等步驟產生大量碎屑且需要清潔步驟來避免引入對表面之破壞。
藉由雷射處理之剝蝕已用以產生成形邊緣。
一般而言，剝蝕雷射技術由於低的材料移除速率而趨向於緩慢，且該等技術亦產生大量碎屑及導致殘餘應力及微裂紋之熱影響區。由於相同原因，邊緣之熔融及再成形亦受大量變形及可剝離彼經處理區域之累積熱應力的危害。最後，對熱剝離或裂紋傳播技術而言，所遇到的主要問題之一在於剝離為不連續的
對玻璃或其他脆性材料之邊緣強度而言，藉由任何切割製程引起的表面下破壞或小微裂紋及材料改質為關注點。機械及剝蝕雷射製程就表面下破壞而言為尤其成問題的。利用此等製程切割之邊緣典型地需要大量切割後研磨及拋光來移除表面下破壞層，進而增加邊緣強度至諸如於消費者電子產品中之應用所需的效能等級。
本文所述的實施例係關於使用雷射結合離子交換浴來將任意形狀之玻璃基板之邊緣去角及/或斜切的製程。
本揭示內容之一個實施例係關於用於產生去角或斜角之方法，該方法包含： 沿射束傳播方向觀察，將脈衝雷射束聚焦成雷射束焦線；將該雷射束焦線以對材料之第一入射角導向至材料中，該雷射束焦線於該材料內產生誘導吸收，該誘導吸收於該材料內產生沿該雷射束焦線之缺陷線；將該材料及該雷射束相對於彼此平移，進而沿第一平面以第一角度於該材料內雷射鑽鑿複數個缺陷線；將雷射束焦線以對該材料之第二入射角導向至該材料中，該雷射束焦線於該材料內產生誘導吸收，該誘導吸收於該材料內產生沿該雷射束焦線之缺陷線；將該材料及該雷射束相對於彼此平移，進而沿第二平面以第二角度於該材料內雷射鑽鑿複數個缺陷線，該第二平面與該第一平面相交，以及藉由對該材料應用離子交換製程10min至120min將該材料沿該第一平面及該第二平面分離。
根據一些實施例，分離材料為具有至少一個去角表面、去角邊緣或斜角之玻璃片。
根據一些實施例，第一入射角及第二入射角之至少一者不為相對於材料之主表面的法線角(不為90°角)。例如，若材料為具有兩個主平坦表面(及遠小於片材之寬度及長度的厚度)之玻璃片，則第一角度及/或第二角度相對於玻璃片之主平坦表面之法線大於0°且小於90°。
根據一些實施例，在材料沿第一平面及第二平面之分離期間，將離子交換製程應用於材料時間t，其中15mint120min。在一些實施例中，15mint60min，且在一 些實施例中，15mint50min或甚至15mint40min。根據一些實施例，離子交換製程在400℃至500℃之溫度下應用於材料。
根據一些實施例，該方法進一步包含：使該材料經 受第二離子交換製程以強化該材料且改良材料對後續破壞之抵抗力。
本揭示內容之一個實施例係關於用於產生去角或斜角工件之方法，該方法包含：沿射束傳播方向觀察，將脈衝雷射束聚焦成雷射束焦線；將該雷射束焦線以對該工件之入射角導向至該工件中，該角度與該工件之邊緣相交，該雷射束焦線於該工件內產生誘導吸收，該誘導吸收於該工件內產生沿該雷射束焦線之缺陷線；將該工件及該雷射束相對於彼此平移，進而沿一平面以該角度於該工件內雷射鑽鑿複數個缺陷線；以及藉由對該工件應用離子交換製程將該工件沿該平面分離。
根據一些實施例，該方法進一步包含：使該材料經受第二離子交換製程以強化該材料且改良材料對後續破壞之抵抗力。
根據一些實施例，製成去角及強化玻璃物件之方法包含：(i)提供玻璃物件，該玻璃物件具有選擇輪廓及玻璃表面，以及穿孔邊緣及/或轉角； (ii)藉由使該物件經受第一離子交換製程(例如，20min至60min)移除該玻璃的鄰近於該穿孔邊緣及/或轉角之一部分，以在穿孔之間完成全身切割；(ii)清洗該玻璃物件，(iv)風乾該經清洗玻璃物件；以及隨後(v)使該玻璃物件經受第二離子交換製程以強化該玻璃物件且改良該玻璃物件對後續破壞之抵抗力。
根據一些實施例，第一離子交換製程為DIOX製程(雙階段IOX交換製程)。根據一些實施例，第二離子交換製程為DIOX製程。根據一些實施例，第一離子交換製程及第二離子交換製程均為DIOX製程。
其他特徵及優點將在以下的詳細描述中闡述，且在部分程度上，熟習此項技術者將根據該描述而容易明白該等特徵及優點，或藉由實踐本書面描述及其申請專利範圍以及隨附圖式所述的實施例來認識該等特徵及優點。
應理解，前述的一般描述及以下詳細描述僅僅為示範性的，且意欲提供用於理解申請專利範圍之性質及特徵的概述或框架。
包括隨附圖式來提供進一步理解，且將隨附圖式併入本說明書中且構成本說明書之一部分。圖式例示一或多個實施例，且連同說明書一起用以解釋各種實施例之原理及操作。
1‧‧‧平面基板/基板
1a‧‧‧表面/平面
1b‧‧‧反向表面/平面/表面
2‧‧‧脈衝雷射束/雷射束
2a‧‧‧射束入射側/雷射輻射/射束叢
2aZ‧‧‧中心射束
2aR‧‧‧邊際射線
2b‧‧‧雷射束焦線/擴延雷射束焦線/焦線/線
2c‧‧‧擴延區段/區段/部分/誘導吸收
3‧‧‧雷射
5‧‧‧分割線
6‧‧‧光學總成/雷射光學元件
7‧‧‧球面切斷雙凸透鏡/透鏡/非像差校正球形透鏡
8‧‧‧圓形孔徑/孔徑
9‧‧‧旋轉三稜鏡
10‧‧‧旋轉三稜鏡/元件
11‧‧‧平凸透鏡/透鏡/元件/聚焦元件/聚焦透鏡
12‧‧‧準直透鏡/凸透鏡/透鏡
500‧‧‧單一爆發/爆發/爆發脈衝
500A‧‧‧個別脈衝/雷射脈衝/脈衝/個別雷射脈衝
br‧‧‧寬度/圓環寬度
d‧‧‧基板厚度/基板深度
D‧‧‧平均範圍
dr‧‧‧圓環直徑
f‧‧‧焦距
f'‧‧‧焦距/距離
l‧‧‧長度
L‧‧‧長度
δ‧‧‧平均直徑
λ‧‧‧波長
z1‧‧‧距離
z2‧‧‧距離
z1a‧‧‧距離
z1b‧‧‧距離
SR‧‧‧圓形轉變/圓形輻射
Tb‧‧‧時間區隔/時間
Td‧‧‧持續時間
Tp‧‧‧持續時間/脈衝區隔/脈衝至脈衝區隔
專利或申請檔案含有以彩色實施至少一個圖式。此專利或專利申請公開案的帶有彩色圖式之複本將在提出請求並支付必要費用後由官方提供。
前述內容將自本揭示內容之示例性實施例之以下更特定描述而明顯，該等示例性實施例如隨附圖式中所例示，其中相同參考符號在整個不同視圖中指代相同部分。圖式未必按比例繪製，而重點是關注對本揭示內容之實施例的例示。
第1A至1C圖為改質玻璃之具有相等間隔缺陷線的疵點線之圖解。
第2A及2B圖為雷射束焦線之定位之圖解，亦即，由於沿焦線的誘導吸收處理對雷射波長透明之材料。
第3A圖為用於雷射鑽鑿之光學總成的圖解。
第3B1至3B4圖為藉由將雷射束焦線相對於基板進行不同定位來處理基板之各種可能性之圖解。
第4圖為用於雷射鑽鑿之第二光學總成的圖解。
第5A及5B圖為用於雷射鑽鑿之第三光學總成的圖解。
第6圖為用於雷射鑽鑿之第四光學總成的示意圖。
第7A圖為本申請案中描述來形成更穩固邊緣-產生去角及犧牲邊緣之各種方法的流程圖。
第7B圖例示產生具有缺陷線之去角邊緣的製程。
第7C圖例示使用沿預定平面產生缺陷線之聚焦及成角超短雷射對玻璃邊緣之雷射去角。相較於底部影像的僅兩個缺陷線平面而言，頂部展示使用3個缺陷線平面之實例。
第8A及8B圖描繪皮秒雷射之隨時間變化的雷射發射。每一發射係藉由可含有一或多個子脈衝之脈衝「爆發」來表徵。例示相應於以下者之時間：脈衝持續時間、脈衝之間的區隔及爆發之間的區隔。
第9圖例示使用在切割部件經釋放以充當犧牲區域之後保留的缺陷線，其阻滯藉由對該部件之邊緣的衝擊引起的裂紋之擴展。
第10A圖為置入離子交換中的具有內部缺陷線之切割部件的圖解，該離子交換增加足夠應力以移除穿孔邊緣且形成所要邊緣去角。
第10B圖為使用離子交換(IOX)以釋放去角轉角，其類似於第10A圖所示之圖解，但僅具有兩個缺陷線平面。
第10C圖為具有多個角度(多於3個缺陷線平面之去角的圖解。
第11圖例示利用IOX製程以用於沿疵點線(缺陷線)移除玻璃來產生去角之若干實施例的結果。
第12A圖例示藉由邊緣去角製程產生的去角，該邊緣去角製程使用雷射於玻璃中產生缺陷線(穿孔)，且隨後使穿孔玻璃經受15min長IOX浴以用於剝離及分離，因此產生去角邊緣。
第12B圖例示藉由邊緣去角製程產生的去角，該邊緣去角製程使用雷射於玻璃中產生缺陷線(穿孔)，且隨後使穿孔玻璃經受60min長IOX浴以用於剝離及分離，因此產生去角邊緣。第12C圖例示藉由邊緣去角製程產生的去角，該邊 緣去角製程使用雷射於玻璃中產生缺陷線(穿孔)，且隨後使穿孔玻璃經受30min長IOX浴以用於剝離及分離，因此產生去角邊緣。
示範性實施例之描述如下。
本文所述的實施例係關於使用雷射來去角及/或斜切任意形狀之玻璃基板及其他透明材料之邊緣的製程。第一實施例涉及利用超短脈衝雷射切割具有所要去角形狀之邊緣，該超短脈衝雷射可視需要後接其他製程步驟以用於完全自動化分離。在第一方法中，製程基本步驟將於相交平面上產生疵點線，該等疵點線刻劃所要邊緣形狀，且建立最小阻力路徑以用於裂紋傳播及因此該形狀與其基板基質之分離及脫離。此方法基本上產生成形邊緣，同時將該部分切割出主基板。雷射分離方法可經調諧且配置來使得成形邊緣能夠手動分離、部分分離或自我分離出原始基板。產生此等疵點線之基本原理詳細地描述於以下及描述於2013年1月15日申請之美國專利申請案第61/752,489號中。
在第一步驟中，利用超短脈衝雷射束照射待處理之物體，該超短脈衝雷射束聚集成穿透基板之厚度的高縱橫比線焦點。在此高能密度容量內，材料經由非線性效應而改質。重要的是應注意：在沒有此高光學強度的情況下，非線性吸收不受觸發。在此強度閾值以下，材料對雷射輻射透明且如第1A至1C圖所示保持其原始狀態。藉由經所要線或路徑掃描雷射，產生狹窄缺陷線(幾微米寬)，且限定待於下一步驟中 分離的周邊或形狀。所使用的特定雷射方法(以下所述)具有之優點在於：在單一道次中，該方法產生穿過材料之高度受控制全線穿孔，同時表面下破壞及碎屑產生極少(<75μm，常常<50μm，且在一些實施例中40μm)。此與斑點聚焦雷射用於剝蝕材料之典型用途形成對比，在該典型用途中，常常需要多道次來完全地穿孔玻璃厚度，自剝蝕製程形成大量碎屑，且發生更廣泛的表面下損壞(>100μm)及邊緣碎裂。
轉而參看第2A及2B圖，雷射鑽鑿材料之方法包括：沿射束傳播方向觀察，將脈衝雷射束2聚焦成雷射束焦線2b。如第3A圖所示，雷射3(未圖示)發射雷射束2，在光學總成6之射束入射側(稱為2a)處，該雷射束入射於光學總成6上。光學總成6將入射雷射束轉變成輸出側上沿射束方向(焦線之長度l)的在所限定擴張範圍內的擴延雷射束焦線2b。待處理之平面基板1係定位於射束路徑中、處於光學總成之後，從而至少部分地重疊雷射束2之雷射束焦線2b。參考符號1a指定平面基板的分別面向光學總成6或雷射之表面，參考符號1b指定基板1的通常平行間隔之反向表面。基板厚度(垂直於平面1a及1b，亦即垂直於基板平面來量測)係以d來標記。
如第2A圖所描繪，基板1垂直地對準縱向射束軸，且因此處於藉由光學總成6產生的同一焦線2b後方(基板垂直於繪圖平面)，且沿射束方向觀察，其以如下方式相對於焦線2b定位：在射束方向觀察的焦線2b在基板之表面1a之前開始，且在基板之表面1b之前停止，亦即仍處於基板內。在雷 射束焦線2b與基板1之重疊區域中，亦即在藉由焦線2b覆蓋的基板材料中，沿縱向射束方向觀察，擴延雷射束焦線2b因此產生(在沿雷射束焦線2b之適合雷射強度的狀況下，該強度由於將雷射束2聚焦於長度l之區段上，亦即聚焦於長度l之線焦點上來確保)擴延區段2c，誘導吸收係沿該縱向射束方向產生於基板材料中，從而在基板材料中沿區段2c誘導缺陷線或裂紋形成。缺陷線形成不僅為局部的，而且在誘導吸收之擴延區段2c之整個長度上。區段2c之長度(亦即，終究為雷射束焦線2b與基板1重疊之長度)係以參考符號L來標記。 誘導吸收之區段(或基板1之材料中經歷缺陷線之形成的區段)之平均直徑或平均範圍係以參考符號D來標記。此平均範圍D基本上相應於雷射束焦線2b之平均直徑δ，亦即，在約0.1μm與約5μm之間的範圍內之平均斑點直徑。
如第2A圖所示，對雷射束2之波長λ為透明的基板材料歸因於沿焦線2b之誘導吸收而受熱。第2B圖概括的是：受熱基板材料將最終膨脹，以便相應誘導的張力導致微裂紋形成，其中該張力在表面1a處為最高。
以下描述可應用來產生焦線2b之具體光學總成6，以及其中可應用此等光學總成之具體光學設置。所有總成或設置基於以上描述，以便相同參考符號用於相同組件或特徵或其功能等同的彼等組件。因此，以下僅描述差異。
因為最終導致分離之分割面為高品質或必須具有高品質(就斷裂強度、幾何精度、粗糙度及對再機械加工要求之避免而言)，所以欲沿分割線5定位於基板表面上之個別焦線 應較佳使用以下所述的光學總成來產生(在下文，光學總成亦替代地稱為雷射光學元件)。粗糙度尤其係由於焦線之斑點大小或斑點直徑而產生。為在雷射3(與基板1之材料相互作用)之給定波長λ的狀況下達成例如0.5μm至2μm之小斑點大小，通常對雷射光學元件6之數值孔徑強加某些要求。此等要求由以下所述的雷射光學元件6來滿足。
為達成所需數值孔徑，一方面，光學元件較佳應根據已知的阿貝公式(N.A.=n sin(θ)，n：待處理玻璃之折射率；θ：孔徑角之一半；且θ=arctan(D/2f)；D：孔徑，f：焦距)、針對給定焦距來安置所需開口。另一方面，雷射束應較佳地照射光學元件直至達到所需孔徑，其係典型地藉助於在雷射與聚焦光學元件之間使用增寬伸縮鏡(widening telescope)進行射束增寬而達成。
出於沿焦線均勻相互作用之目的，斑點大小不應改變過於強烈。此可例如藉由以下來確保(參見以下實施例)：僅在小的圓形區域中照射聚焦光學元件，以便射束開口及因此數值孔徑之百分比僅輕微改變。
根據第3A圖(於雷射輻射2之雷射束叢中的中心射束之位準處垂直於基板平面之截面；亦在此，雷射束2之中心實質上垂直地入射至基板平面，亦即以約0°角入射，以便焦線2b或誘導吸收之擴延區段2c平行於基板法線)，藉由雷射3發射的雷射輻射2a首先導向至圓形孔徑8上，該圓形孔徑8對所使用之雷射輻射完全不透明。孔徑8經定向垂直於縱向射束軸，且定中心於所描繪射束叢2a之中心射束上。孔 徑8之直徑以如下方式加以選擇：靠近射束叢2a之中心的射束叢或中心射束(此處以2aZ來標記)碰撞該孔徑且完全地由其吸收。僅射束叢2a之外周邊範圍中之射束(邊際射線，此處以2aR來標記)不被吸收，此歸因於相較於射束直徑而言減小的孔徑，而其側向地通過孔徑8且碰撞光學總成6之聚焦光學元件之邊際區域，在此處，該光學總成6係設計為球面切斷雙凸透鏡7。
定中心於中心射束上之透鏡7係特意設計為呈普通球面切斷透鏡形式之非校正雙凸面聚焦透鏡。換言之，特意使用此種透鏡之球形像差。作為替換物，亦可使用偏離理想校正系統之非球體或多透鏡系統(亦即，不具有單一焦點之透鏡或系統)，其不形成理想焦點但形成具有限定長度之相異、狹長焦線。透鏡之區帶因此沿焦線2b聚焦，其受離透鏡中心之距離的影響。孔徑8跨於射束方向之直徑為射束叢之直徑(藉由範圍降低至之1/e所定義的射束叢直徑)的大致90%，且為光學總成6之透鏡之直徑的大致75%。因此使用的是藉由阻斷在中心之射束叢而產生的非像差校正球形透鏡7之焦線2b。第3A圖展示在穿過中心射束之一個平面中的截面，且當所描繪射束繞焦線2b旋轉時可看見完整的三維叢。
此種焦線之一個缺點在於：條件(斑點大小、雷射強度)可沿焦線且因此沿材料中之所要深度改變，且因此所要類型的相互作用(無熔融、誘導吸收、熱塑性變形直至裂紋形成)可能僅可在焦線之一部分中選擇。此繼而意指：可能入射雷射光之僅一部分以所要方式得以吸收。以此方式，在一方面， 製程之效率(所要分離速度之所需平均雷射功率)可受損，且另一方面，雷射光亦可透射至非所要之較深位置(黏附至基板或基板固持夾具之部分或層)中，且於其中以不合需要的方式(加熱、擴散、吸收、非所需改質)相互作用。
第3B-1至3B-4圖展示(不僅對第3A圖中之光學總成而言，而且亦基本上對任何其他可應用之光學總成6而言)：雷射束焦線2b可藉由將光學總成6相對於基板1適合地定位及/或對準以及藉由適合地選擇光學總成6之參數來不同地定位：如第3B-1圖所概括，焦線2b之長度l可以如下方式調整：其超過基板厚度d(此處係超過2倍)。若基板1中心地置放於焦線2b(在縱向射束方向觀察)，則誘導吸收之擴延區段2c係於整個基板厚度上產生。
在第3B-2圖中所示的狀況下，產生具有長度l之焦線2b，其或多或少地相應於基板範圍d。因為基板1相對於線2以如下方式定位：線2b在基板之前(亦即，外部)之一點處開始，所以誘導吸收之擴延區段2c之長度L(此處其自基板表面延伸至限定基板深度，而不延伸至反向表面1b)小於焦線2b之長度l。第3B-3圖展示以下狀況，其中基板1(沿射束方向觀察)部分地定位於焦線2b之起始點之前，以便亦在此處，適用的是線2b之長度l>L(L=基板1中誘導吸收之區段2c之範圍)。因此，焦線在基板內開始且延伸超出反向表面1b至基板以外。第3B-4圖最終展示以下狀況：所產生的焦線長度l小於基板厚度d，以便-在入射方向觀察到基板相對於 焦線之中心定位的狀況下-焦線在基板內接近表面1a處開始且在基板內接近表面1b處結束(例如，l=0.75．d)。
尤其有利的是：以如下方式實現焦線定位：藉由焦線覆蓋至少一個表面1a、1b，亦即，誘導吸收之區段2c在至少一個表面上開始。以此方式，可能達成事實上理想的鑽鑿或切割，從而避免在表面處的剝蝕、羽化(feathering)及微粒化。
第4圖描繪另一可應用光學總成6。基本構造遵循第3A圖中所述之構造，因此以下僅描述差異。所描繪光學總成係基於使用具有非球形自由表面之光學元件，以便產生焦線2b，該焦線2b係以形成具有限定長度l之焦線的方式成形。為達此目的，非球體可用作光學總成6之光學元件。在第4圖中，例如使用所謂的錐形稜鏡，亦常稱為旋轉三稜鏡。 旋轉三稜鏡為一種特殊的錐形切斷透鏡，其在沿光軸之線上形成斑點源(或將雷射束轉變成環)。此種旋轉三稜鏡之佈局大體上為熟習此項技術者所知；實例中之圓錐角為10°。此處以參考符號9來標記的旋轉三稜鏡之頂點朝向入射方向導向且定中心於射束中心。因為旋轉三稜鏡9之焦線2b已在其內部內開始，所以基板1(此處垂直於主射束軸對準)可定位於射束路徑中、處於旋轉三稜鏡9之直接後方。如第4圖所示，亦可能由於旋轉三稜鏡之光學特徵而使基板1沿射束方向移位，而不離開焦線2b之範圍。基板1之材料中的誘導吸收之擴延區段2c因此在整個基板深度d上延伸。
然而，所描繪佈局遭受以下限制：因為旋轉三稜鏡9之焦線2b已在透鏡內開始，所以在透鏡與材料之間的有限距離狀況下，雷射能量之有效部分不聚焦於焦線2b的位於材料內之部分2c中。此外，就旋轉三稜鏡9之可利用折射率及圓錐角而言，焦線2b之長度l與射束直徑有關，此乃在相對薄材料(幾毫米)的狀況下總焦線可過長之原因，該總焦線過長具有的效應為：雷射能量再次不特定地(或不全部地)聚焦於材料中。
此為需要包含旋轉三稜鏡及聚焦透鏡兩者之增強光學總成6的原因。第5A圖描繪此種光學總成6，其中具有設計來形成擴延雷射束焦線2b之非球形自由表面的第一光學元件(沿射束方向觀察)係定位於雷射3之射束路徑中。在第5A圖所示的狀況下，此第一光學元件為具有5°之圓錐角的旋轉三稜鏡10，其垂直於射束方向定位且定中心於雷射束3上。 旋轉三稜鏡之頂點朝向射束方向定向。此處為平凸透鏡11之第二聚焦光學元件(其曲率朝向旋轉三稜鏡定向)係定位於射束方向上、離旋轉三稜鏡10距離z1處。在此狀況下大致為300mm之距離z1係以如下方式來選擇：藉由旋轉三稜鏡10形成的雷射輻射圓形地入射於透鏡11之邊際區域上。透鏡11將圓形輻射聚焦於距離z2(在此狀況下離透鏡11為大致20mm)處之輸出側上、具有限定長度(在此狀況下為1.5mm)之焦線2b上。此處，透鏡11之有效焦距為25mm。雷射束藉由旋轉三稜鏡10之圓形轉變係以參考符號SR來標記。
第5B圖詳細地描繪根據第5A圖的在基板1之材料中焦線2b或誘導吸收2c之形成。兩個元件10、11之光學特徵以及其定位係以如下方式選擇：焦線2b於射束方向上之範圍1與基板1之厚度d恰好相等。因此，需要基板1沿射束方向之確切定位，以便將焦線2b恰好定位於基板1之兩個表面1a與1b之間，如第5B圖所示。
因此有利的是，焦線在離雷射光學元件之某一距離處形成的情況，及雷射輻射之較大部分聚焦至焦線之所要末端的情況。如所述，此可藉由僅圓形地照射主要聚焦元件11(透鏡)之所需區帶來達成，從而一方面用以實現所需數值孔徑及因此所需斑點大小，然而另一方面，在斑點(如基本上圓形斑點)之中心的極短距離上形成所需焦線2b之後，擴散圓環之強度減小。以此方式，缺陷線形成在所需基板深度的短距離內停止。旋轉三稜鏡10及聚焦透鏡11之組合符合此項要求。 旋轉三稜鏡以兩種不同的方式來作用：歸因於旋轉三稜鏡10，將通常為圓形的雷射斑點以環之形式發送至聚焦透鏡11，且旋轉三稜鏡10之非球面性具有如下效應：形成超出透鏡之焦平面的焦線替代在焦平面中形成焦點。焦線2b之長度l可經由旋轉三稜鏡上之射束直徑來調整。另一方面，沿焦線之數值孔徑可經由距離z1旋轉三稜鏡-透鏡及經由旋轉三稜鏡之圓錐角來調整。以此方式，整個雷射能量可集中於焦線中。
若設想缺陷線形成持續至基板之出射側，則圓形照射仍具有以下優點：一方面，以如以下最可能方式來使用雷 射功率：大部分雷射光保持集中於焦線之所需長度中，另一方面，可能沿焦線達成均勻斑點大小-及因此沿焦線之均勻分離製程-此係歸因於圓形照射區帶連同藉助於其他光學功能設定的所要像差。
替代第5A圖中所描繪的平凸透鏡，亦可能使用聚焦彎月面透鏡或另一較高校正聚焦透鏡(非球體、多透鏡系統)。
為使用第5A圖所描繪的旋轉三稜鏡及透鏡之組合來產生極短焦線2b，較佳地選擇入射於旋轉三稜鏡上的極小射束直徑之雷射束。其具有以下實際缺點：射束於旋轉三稜鏡之頂點上的定中心應極為精確，且因此所得者對雷射之方向變化(射束漂移穩定性)極為敏感。此外，緊密準直雷射束極為發散，亦即，歸因於光偏轉，射束叢在短距離上變得模糊。
返回第6圖，兩種效應可藉由插入另一透鏡，即準直透鏡12來避免：此另一凸透鏡12用以極緊密地調整聚焦透鏡11的圓形照射。準直透鏡12之焦距f'係以如下方式來選擇：所要圓環直徑dr由旋轉三稜鏡至準直透鏡12之距離z1a產生，該距離z1a等於f'。環之所要寬度br可經由距離z1b(準直透鏡12至聚焦透鏡11)來調整。作為純幾何學之問題，圓形照射之小寬度導致短焦線。在距離f'處可達成最小值。
因此，第6圖中所描繪的光學總成6係基於第5A圖中所描繪的光學總成，因此以下僅描述差異。此處亦設計為平凸透鏡(其曲率朝向射束方向)之準直透鏡12另外置放於介於一側上的旋轉三稜鏡10(其頂點朝向射束方向)與另一側 上的平凸透鏡11之間的射束路徑之中心處。準直透鏡12與旋轉三稜鏡10之距離稱為z1a，聚焦透鏡11與準直透鏡12之距離稱為z1b，且所產生焦線2b與聚焦透鏡11之距離稱為z2(始終在射束方向觀察)。如第1圖所示，藉由旋轉三稜鏡10形成的圓形輻射SR沿距離z1b調整至所需圓環寬度br，以在聚焦透鏡11處達到至少大致恆定圓環直徑dr，該圓形輻射SR發散地且在圓環直徑dr下入射於準直透鏡12上。在所示的狀況下，設想產生極短焦線2b，以便在透鏡12處大致4mm之圓環寬度br由於透鏡12之聚焦性質而減小至在透鏡11處的大致0.5mm(該實例中圓環直徑dr為22mm)。
在所描繪實例中，可能使用2mm之典型雷射束直徑、具有焦距f=25mm之聚焦透鏡11及具有焦距f'=150mm之準直透鏡來達成小於0.5mm的焦線l之長度。此外，應用Z1a=Z1b=140mm且Z2=15mm。
一旦產生具有缺陷之線(本文亦稱為疵點線或穿孔)，分離即可經由以下發生：製程1)疵點線上或周圍之手動或機械應力；應力或壓力應產生張力，該張力將疵點線之兩側拉開，且使仍黏結在一起之區域破裂；或2)在離子交換製程期間、在玻璃中於疵點線處或疵點線周圍產生的且誘導部分或總自我分離之應力。在兩種狀況下，分離取決於若干製程參數，諸如雷射掃描速度、雷射功率、透鏡之參數、脈衝寬度、重複率等等。
第二方法利用現存邊緣、藉由經離子交換製程(IOX)施加應力來產生去角。在至少一些玻璃中，兩種方法之此組 合可比在其他情況下藉由單獨使用方法1所見產生對去角邊緣形狀及表面紋理之更好控制。
離子交換製程(IOX)可促進玻璃在疵點線處或周圍自去角邊緣之釋放，該等疵點線產生去角邊緣或不完全去角邊緣。另外，以下描述皮秒雷射製程於非去角邊緣或不完全去角邊緣上之使用，但非用於具有控制藉由邊緣衝擊引起的破壞之「犧牲」區域的去角邊緣。此種IOX製程類似於用於玻璃強化之IOX製程。
第7A圖給出本申請案中所述的製程之概述。
在使用短脈衝、爆發脈衝雷射形成所要形狀及邊緣之方法中，所開發製程依賴於在線性區域(region)中對雷射波長之材料透明度，或允許維持清潔及高(或原始)表面品質之低雷射強度，以及藉由圍繞雷射焦點之高強度區域產生的減小表面下破壞。此製程之重要參數之一為藉由超短脈衝雷射產生的缺陷之高縱橫比。其允許長及深疵點或缺陷線(或穿孔)之產生，該疵點或缺陷線(或穿孔)可自待切割及去角之材料之頂表面延伸至底表面。原則上，每一缺陷可藉由單一脈衝來產生，且必要時可使用其他脈衝來增加受影響區域之範圍(深度及寬度)，或可使用脈衝之單一爆發。
存在若干產生彼缺陷線之方法。形成線焦點之光學方法可採取多種形式，其使用圈餅形雷射束及球形透鏡、旋轉三稜鏡透鏡、繞射元件或形成高強度之線性區域的其他方法。亦可改變雷射之類型(皮秒、飛秒等等)及波長(IR、綠色、 UV等等)，只要達到足夠的光學強度來產生基板材料之擊穿(breakdown)即可。
在本發明實施例中，超短爆發脈衝雷射係用於以一致、可控制及可重複方式產生此高縱橫比垂直缺陷線(穿孔或孔洞)。以上描述允許此垂直缺陷線之產生的光學設置之詳情。此實施例於光學透鏡總成中利用旋轉三稜鏡透鏡元件，以使用超短(皮秒或飛秒持續時間)貝色束來產生具有高縱橫比無錐度(taper-free)微通道之區域。換言之，旋轉三稜鏡將雷射束聚集至具有圓柱形及高縱橫比(長的長度及小的直徑)之區域中。由於利用聚集雷射束產生的高強度，雷射電磁場與材料之非線性相互作用發生，且雷射能量轉移至基板。然而，重要的是實現：在其中雷射能量強度不高之區域(例如，玻璃表面、圍繞中心會聚線之玻璃體積)中，玻璃不發生變化，因為雷射強度低於非線性閾值。
如第1A至1C圖所例示，用以切割及分離玻璃基板之方法基本上係基於利用超短脈衝雷射於待處理之材料上產生疵點線。特定選擇的製程參數將取決於材料性質(吸收、CTE、應力、組成物等等)及選用於處理之雷射參數。
在一些狀況下，所產生疵點線不足以使其自動地分離，且輔助步驟可為必要的。若需要如此，則在非化學強化玻璃的狀況下，分離可在缺陷線之產生之後、藉由施加機械力或藉由使用離子交換(IOX)製程以促使各部件自我分離來達成。可藉由選擇該部件於1OX浴中之適當停留時間來達成部分或全面部件分離。
使用第1A至1C圖所例示的分離具有平坦邊緣之玻璃基板的相同原理，製造去角邊緣之製程可如第7B圖所例示來修改。為分離玻璃以形成去角邊緣，例如，在一個實施例中，吾等產生具有缺陷線之三個分離平面，該等分離平面相交且限定去角或斜角邊緣之形狀的邊界。不同形狀可如第7C圖所例示藉由使用例如僅兩個相交缺陷線平面來產生，但邊緣之平坦部分必須在無任何缺陷線的情況下破裂/分離。利用缺陷線特徵之適當組合及用IOX浴之處理在缺陷線平面處分離轉角應為可能的。例如，缺陷線可相對於玻璃基板之平坦表面的法線以□i來形成，在一些實施例中，角度0°<□i<90°。 例如，第7B圖之底部上的去角邊緣係藉由3個相交平面來製造，該等相交平面各自含有複數個缺陷線。
雷射及光學系統：
例如，出於切割玻璃或其他透明脆性材料之目的，開發一種製程，其使用(例如，1064nm，或532nm，或266nm)皮秒雷射與線焦點射束形成光學元件組合來於基板中產生破壞線(亦即，缺陷線)。具有0.7mm厚度之樣本Corning® Gorilla®玻璃2320號經定位以便其處於線焦點內。利用約1mm範圍之線焦點及在200kHz之重複率(約150μJ/脈衝)下產生約>30W之輸出功率的皮秒雷射的情況下，則線區域中之光學強度可易於為足夠高的，以便在該材料中產生非線性吸收。產生的所破壞、剝蝕、汽化或以其他方式改質材料之區域大致遵循高強度之線性區域。
注意，此皮秒雷射之典型操作產生脈衝之「爆發」(參見，例如，第8A及8B圖)。每一「爆發」可含有極短持續時間(例如，約10psec)之多個子脈衝(亦即，個別脈衝)。每一個別脈衝在時間上區隔例如大致20nsec(50MHz)，其中時間常常由雷射共振腔設計決定。對約200kHz之雷射重複率而言，每一「爆發」之間的時間將更加長，常常為約5μsec。確切時間、脈衝持續時間及重複率可取決於雷射設計而改變。然而，已證實高強度之短脈衝(<15psec)良好適於此技術。
例如，教示：各次脈衝之爆發可含有兩個脈衝(本文亦稱為子脈衝)或兩個以上脈衝(諸如，一次爆發內3個脈衝、4個脈衝、5個脈衝、10個脈衝、15個脈衝、20個脈衝或20個以上脈衝)，該等脈衝彼此區隔在約1nsec與約50nsec之間的範圍內之持續時間，例如10nsec至50nsec(例如，約20nsec或30ns)之持續時間，且爆發重複頻率(亦即，兩個連續爆發中第一脈衝之間的區隔)可在約1kHz與約200kHz之間的範圍內。脈衝雷射束可具有一波長，該波長經選擇以使得材料在此波長下為大體上透明的。在本揭示內容之情形中，當在此波長下，每mm材料深度之吸收小於約50%(例如<40%)、更佳小於10%且甚至更佳小於約1%時，材料對雷射波長為大體上透明的。此波長可例如為1064nm、532nm、355nm或266奈米。在材料處量測的平均雷射功率可為每mm厚度之材料大於40微焦耳，例如介於40微焦耳/mm與1000微焦耳/mm之間，例如100至900μJ/mm，或介於100微焦耳/mm與650微焦耳/mm之間，以200至400μJ/mm較佳。
例如，如第8A及8B圖所例示，根據本文所述的實施例，皮秒雷射產生脈衝500A之「爆發」500，其有時亦稱為「爆發脈衝」。每一「爆發」500可含有具有極短持續時間Td之多個脈衝500A，該持續時間Td至多100psec(例如，0.1psec、5psec、10psec、15psec、18ps、20ps、22ps、25ps、30ps、50ps、75ps或介於其之間)。單一爆發500內之此等個別脈衝500A亦可稱為「子脈衝」，其簡單地表示該等脈衝係出現在脈衝之單一爆發內。爆發內之每一雷射脈衝500A之能量或強度可不等於爆發內之其他脈衝之能量或強度，且爆發500內之多個脈衝之強度分佈常常遵循由雷射設計所決定的時間之指數衰變。較佳地，本文所述的示範性實施例之爆發500內之每一脈衝500A藉由1nsec與50nsec(例如10至50ns，或10至30nsec之持續時間Tp而在時間上與該爆發中之後續脈衝區隔，其中時間常常由雷射共振腔設計來決定。 對給定雷射而言，爆發500內之每一脈衝之間的時間區隔Tp(脈衝至脈衝區隔)為相對均勻的(±10%)。例如，在一些實施例中，每一脈衝在時間上與後續脈衝區隔大致20nsec(50MHz)。例如，對產生約20nsec之脈衝區隔Tp之雷射而言，爆發內之脈衝至脈衝區隔Tp維持於約±10%內或為約±2nsec。每一「爆發」之間的時間(亦即，爆發之間的時間區隔Tb)將更加長(例如，0.25微秒Tb 1000微秒，例如1至10微秒，或3至8微秒)。例如，在本文所述的雷射之一些示範性實施例中，對約200kHz之雷射重複率或頻率而言，其為約5微秒。雷射重複率亦在本文中稱為爆發重複頻率，且定義為 爆發中之第一脈衝與後一爆發中之第一脈衝之間的時間。在其他實施例中，爆發重複頻率在約1kHz與約4MHz之間的範圍內。更佳地，雷射重複率可例如在約10kHz與650kHz之間的範圍內。每一爆發中之第一脈衝與後一爆發中之第一脈衝之間的時間Tb可為0.25微秒(4MHz重複率)至1000微秒(1kHz重複率)，例如0.5微秒(2MHz重複率)至40微秒(25kHz重複率)，或2微秒(500kHz重複率)至20微秒(50kHz重複率)。確切時序、脈衝持續時間及重複率可取決於雷射設計而改變，但高強度之短脈衝(Td<20psec且較佳Td 15psec)已證實為尤其良好適用的。
改質材料之所需能量可就爆發能量-爆發內所含的能量(每一爆發500含有一系列脈衝500A)而言，或就單一雷射脈衝內所含的能量(許多個單一雷射脈衝可構成爆發)而言來描述。對於此等應用而言，每次爆發之能量可為25至750μJ，更佳50至500μJ、50至250μJ。在一些實施例中，每次爆發之能量為100至250μJ。爆發內的個別脈衝之能量可較小，且確切的個別雷射脈衝能量將取決於爆發500內的脈衝500A之數量及雷射脈衝隨時間的衰變速率(例如指數衰變速率)，如第8A及8B圖所示。例如，對恆定能量/爆發而言，若爆發脈衝含有10個別雷射脈衝500A，則每一個別雷射脈衝500A將含有比同一爆發脈衝500僅具有2個個別雷射脈衝的情況更小的能量。
使用能夠產生此等爆發脈衝之雷射有利於切割或改質例如玻璃之透明材料。與使用藉由雷射之重複率而在時間 上間隔分開的單一脈衝相對比，使用經由子脈衝(其構成爆發500)之快速序列來傳播雷射能量的爆發脈衝序列允許獲得相較於可能利用單一脈衝雷射的情況而言與材料的高強度相互作用之較大時間標度。雖然單一脈衝可在時間上延展，因為此已完成，但是脈衝內之強度必須粗略地下降為脈衝寬度上之強度。因此，若10psec單一脈衝延展為10nsec脈衝，則強度粗略地下降三個數量級。此種減小可減小其中非線性吸收不再為重要的點之光學強度，且光材料相互作用不再強烈到足以允許切割。對比而言，利用爆發脈衝雷射，每一子脈衝500A(或爆發500內之脈衝500A)之脈衝期間的強度可保持極高-例如在時間上間隔分開大致10nsec的三個10psec脈衝500A仍允許每一脈衝內之強度比在單一10psec脈衝之強度高大致三倍，而使得雷射與材料在現在為大三個數量級的時間標度上相互作用。因此，對爆發內的多個脈衝500A之此種調整允許以如下方式來操縱雷射-材料相互作用之時間標度：該方式可有助於與預存在電漿羽流(plume)的更大或更小光相互作用、與已藉由初始或先前雷射脈衝預激發的原子及分子的更大或更小光-材料相互作用，以及材料內的可促進微裂紋之受控生長的更大或更小加熱效應。爆發能量改質材料之所需量將取決於基板材料組成物及用於與基板相互作用的線焦點之長度。相互作用區域愈長，傳播出的能量愈多，且將需要的爆發能量愈高。
孔洞或破壞徑跡形成： 若基板或透明材料具有足夠應力(例如，利用離子交換後玻璃)，則部件將自發地沿藉由雷射製程描出的穿孔破壞路徑開裂且分離。然而，若基板不存在大量固有的應力(例如，如Corning Eagle XG®組成物的狀況)，則皮秒雷射將在試件中只形成破壞徑跡(亦即，缺陷線或穿孔)。此等破壞徑跡通常採取孔洞之形式，該等孔洞之內部尺寸約0.5至1.5μm，或0.2微米至2微米(例如，在一些實施例中，0.2微米至0.7微米，或0.3微米至0.6微米)。較佳地，孔洞之尺寸極小(幾微米或更小)。
孔洞或缺陷線可穿孔材料之整個厚度，且可或可不為貫通材料之深度的連續開口。第1C圖展示穿孔一塊700μm厚未強化Gorilla®玻璃基板之整個厚度的此等徑跡之實例。 穿孔或破壞徑跡經由分裂邊緣之側面來觀察。穿過材料之徑跡未必為貫通孔-玻璃常常存在堵塞孔洞之區域，但該等區域通常大小較小。
在基板係於聚焦雷射束下方平移時，此等孔洞之間的側向間隔(間距)係藉由雷射之脈衝速率來決定。形成整體孔洞僅需要單一皮秒雷射脈衝爆發，但需要時可使用多個脈衝。為以不同間距來形成孔洞，雷射可受觸發來以更長或更短間隔發射。對切割操作而言，雷射觸發通常係與射束下方之部件之台階驅動運動同步，因此雷射脈衝係以固定間隔來觸發，該固定間隔諸如，例如每1μm或每5μm。在給定基板中之應力位準的情況下，確切間隔藉由有助於穿孔孔洞至穿孔孔洞的裂紋傳播之材料性質決定。然而，與切割基板對 比，亦可能使用相同方法來僅穿孔材料。在此狀況下，孔洞例如以5μm間距分離。
雷射功率及透鏡焦距(其決定缺陷線長度及因此功率密度)為確保對玻璃之完全穿透及低微裂痕的尤其關鍵參數。
一般而言，可利用雷射功率愈高，可利用以上製程愈快地切割材料。本文揭示的製程可以0.25m/sec或更快的切割速度來切割玻璃。切割速度(cut speed)(或切割速度(cutting speed))為雷射束相對於透明材料(例如，玻璃)之表面移動同時產生多個孔洞或改質區域的速率)。為最小化製造之資金投資且最佳化設備利用率，常常需要高切割速度，諸如，例如250mm/sec、400mm/sec、500mm/sec、750mm/sec、1m/sec、1.2m/sec、1.5m/sec，或2m/sec，或甚至3.4m/sec至4m/sec。雷射功率等於爆發能量乘以雷射之爆發重複頻率(速率)。一般而言，為以高切割速度切割此種玻璃材料，破壞徑跡典型地間隔分開1至25微米，在一些實施例中，該間隔較佳為3微米或較大-例如3至12微米，或例如5至10微米。
例如，為達成300mm/sec之線性切割速度，3微米孔洞間距相應於具有至少100kHz爆發重複率之脈衝爆發雷射。為達600mm/sec切割速度，3微米間距相應於具有至少200kHz爆發重複率之爆發脈衝雷射。需要在200kHz下產生至少40μJ/爆發之脈衝爆發雷射及在600mm/s切割速度下的 切割來獲得至少8瓦特之雷射功率。因此，較高切割速度需要同等較高的雷射功率。
例如，在3μm間距及40μJ/爆發下的0.4m/sec切割速度將需要至少5瓦特雷射，在3μm間距及40μJ/爆發下的0.5m/sec切割速度將需要至少6瓦特雷射。因此，較佳地，脈衝爆發ps雷射之雷射功率為6瓦特或更高，更佳為至少8瓦特或更高，且甚至更佳為至少10W或更高。例如，為在4μm間距(缺陷線間隔或破壞徑跡之間的間隔)及100μJ/爆發下來達成0.4m/sec切割速度，將需要至少10瓦特雷射，且為在4μm間距及100μJ/爆發下達成0.5m/sec切割速度，將需要至少12瓦特雷射。例如，為在3μm間距及40μJ/爆發下達成1m/秒之切割速度，將需要至少13瓦特雷射。此外，例如，在4μm間距及400μJ/爆發下的1m/sec切割速度將需要至少100瓦特雷射。破壞徑跡之間的最佳間距及確切爆發能量為材料依懶性的，且可依據經驗決定。然而，應注意，升高雷射脈衝能量或以較近間距來製得破壞徑跡不為始終使基板材料較好分離或具有改良邊緣品質之條件。破壞徑跡之間的間距過於緻密(例如<0.1微米，或在一些示範性實施例中<1μm，或在一些實施例中<2μm)有時可抑制附近後續破壞徑跡之形成，且可常常抑制圍繞穿孔輪廓的材料之分離，且亦可導致玻璃內不需要的微裂痕之增加。間距過長(>50μm，且在一些玻璃中>25μm或甚至>20μm)可導致「不受控制的微裂痕」-亦即，其中替代孔洞至孔洞之傳播，微裂紋沿不同路徑傳播，且在不同(不合需要)方向上引起玻璃開裂。此可最終降低 分離玻璃部件之強度，因為殘餘微裂紋將充當弱化玻璃之瑕疵。用於形成每一破壞徑跡的爆發能量過高(例如，>2500μJ/爆發，且在一些實施例中>500μJ/爆發)可引起相鄰破壞徑跡之已形成微裂紋之「癒合」或再熔合，從而將抑制玻璃之分離。因此，較佳的是，爆發能量<2500μJ/爆發，例如500μJ/爆發。此外，使用過高的爆發能量可引起極大的微裂紋之形成，且產生減小部件於分離之後的邊緣強度之瑕疵。爆發能量過低(<40μJ/爆發)可導致無可觀破壞徑跡形成於玻璃內，且因此造成極高分離強度或完全不能沿穿孔輪廓分離。
藉由此製程實現的典型示範性切割速率(速度)為例如0.25m/sec及更高。在一些實施例中，切割速率為至少300mm/sec。在本文所述的一些實施例中，切割速率為至少400mm/sec，例如500mm/sec至2000mm/sec，或更高。在一些實施例中，皮秒(ps)雷射利用脈衝爆發來產生缺陷線，其中週期性在0.5微米與13微米之間，例如在0.5微米與3微米之間。在一些實施例中，脈衝雷射具有10W至100W之雷射功率，且材料及/或雷射束相對於彼此以至少0.25m/sec之速率，例如以0.25m/sec至0.35m/sec或0.4m/sec至5m/sec之速率平移。較佳地，脈衝雷射束之每一脈衝爆發具有在工件處量測的每次爆發mm工件厚度大於40微焦耳之平均雷射能量。較佳地，脈衝雷射束之每一脈衝爆發具有在工件處量測的每次爆發每mm工件厚度大於小於2500微焦耳之平均雷射能量，且較佳每次爆發每mm小於約2000微焦耳，且在一 些實施例中每次爆發每mm工件厚度小於1500微焦耳；例如每次爆發每mm工件厚度不超過500微焦耳。
已發現：相較於諸如Corning Gorilla®之玻璃而言，穿孔具有含低鹼金屬或不含鹼金屬玻璃之鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃需要更高(高5至10倍)容積體積脈衝能量密度(μj/μm3)。此可例如藉由以下方式達成：利用脈衝爆發雷射，較佳以每次爆發至少2個脈衝，且於鹼土金屬硼鋁矽酸鹽玻璃(具有低量鹼金屬或無鹼金屬)內提供約0.05μJ/μm3或更高，例如至少0.1μJ/μm3，例如0.1至0.5μJ/μm3之體積能量密度。
因此，較佳的是：雷射利用每次爆發至少2個脈衝來產生脈衝爆發。例如，在一些實施例中，脈衝雷射具有10W至150W(例如，10至100W)之雷射功率，且利用每次爆發至少2個脈衝(例如，每次爆發2至25個脈衝)來產生脈衝爆發。在一些實施例中，脈衝雷射具有25W至60W之功率，且利用每次爆發至少2至25個脈衝產生脈衝爆發，且藉由雷射爆發產生的相鄰缺陷線之間的週期性或距離為2至10微米。在一些實施例中，脈衝雷射具有10W至100W之雷射功率，利用每次爆發至少2個脈衝來產生脈衝爆發，且工件及雷射束相對於彼此以至少0.25m/sec之速率平移。在一些實施例中，工件及/或雷射束相對於彼此以至少0.4m/sec之速率平移。
例如，對切割0.7mm厚非離子交換Corning 2319號或2320號Gorilla玻璃而言，觀察到：3至7微米之間距可為良好適用，脈衝爆發能量為約150至250μJ/爆發，且爆發 脈衝數量在2至15個的範圍變化，且較佳地，間距為3至5微米，且爆發脈衝數量(每次爆發之脈衝數量)為2至5個。
在1m/sec切割速度下，厚Eagle XG®玻璃之切割典型地需要15至84瓦特之雷射功率之利用，30至45瓦特通常為足夠的。一般而言，在各種玻璃及其他透明材料之中，申請人已發現：較佳介於10W與100W之間的雷射功率用以達成0.2至1m/sec之切割速度，對許多玻璃而言，25至60瓦特之雷射功率為足夠的(且最佳)。對0.4m/sec至5m/sec之切割速度而言，雷射功率應較佳為10W至150W，爆發能量為40至750μJ/爆發，每次脈衝2至25次爆發(取決於所切割之材料)，且3至15μm或3至10μm之孔洞離距(或間距)。對此等切割速度而言，使用皮秒脈衝爆發雷射為較佳的，因為其產生高功率及每次爆發所需數量之脈衝。因此，根據一些示範性實施例，脈衝雷射產生10W至100W之功率，例如25W至60瓦特，且產生每次爆發至少2至25個脈衝之脈衝爆發，且缺陷線之間的距離為2至15微米；且雷射束及/或工件相對於彼此以至少0.25m/sec，在一些實施例中至少0.4m/sec，例如0.5m/sec至5m/sec或更快之速率來平移。
切割及分離去角邊緣： 去角方法1：
已發現使用未強化Gorilla®玻璃、尤其Corning 2320號的情況下允許去角邊緣之分離的不同條件。第一方法為僅使用皮秒雷射來產生缺陷線且形成遵循所要形狀(在此狀況下為去角邊緣)之疵點線。在此步驟之後，機械分離可伴隨使用 破裂鉗、手動地彎曲部件或產生沿疵點線起始及傳播分離之張力的任何方法。為在700μm厚未強化(離子交換前)Gorilla®玻璃中產生具有缺陷線之去角邊緣且機械地分離各部分，就以下光學元件及雷射參數而言發現最好結果：皮秒雷射(1064nm)
去往旋轉三稜鏡透鏡之輸入射束直徑約2mm
旋轉三稜鏡角度=10度
初始準直透鏡焦距=125mm
最終物鏡焦距=40mm
焦點設定在z=0.7mm(亦即，線焦點設定成就玻璃厚度而言之中心)
在100%全功率下之雷射功率(約40瓦特)
雷射之脈衝重複率=200kHz。
間距=5μm
3個脈衝/爆發
每個缺陷線單一道次
犧牲邊緣：剩餘缺陷線於玻璃內之存在可有益於在邊緣受衝擊時阻滯裂紋之擴展。在此狀況下，缺陷線平面可用於充當破壞阻滯位置，事實上產生玻璃中處於相對於缺陷線外部之區域之「犧牲」邊緣部分。實際上，犧牲邊緣之產生可為產生增加的部件可靠性而無需於部件之外部邊緣上之任何實體去角特徵、亦無需任何機械研磨及拋光來產生彼特徵之方法，該等犧牲邊緣簡單地具有到達分離邊緣內部之一額外缺陷 線，或一組相交來在真實邊緣內部形成更複雜內部斜角之缺陷線。對此類型之犧牲邊緣的一些選擇展示於第9圖中。因為以上所述的皮秒雷射製程以單一道次且以至多1m/s之速度產生每一缺陷線，所以極容易且成本有效地產生此等額外「破壞止擋」線。應注意的是，其他雷射系統亦可利用來藉由形成雷射束焦線而產生缺陷線。例如，亦可利用在532nm下操作的皮秒雷射操作。
去角方法2：
缺陷線之示範性形成：為在700μm厚未強化Gorilla®玻璃中產生具有缺陷線之去角邊緣且分離各部分，根據一個實施例，吾等利用以下光學元件及雷射參數：皮秒雷射(1064nm)
去往旋轉三稜鏡透鏡之輸入射束直徑約2mm
旋轉三稜鏡角度=10度
初始準直透鏡焦距=125mm
最終物鏡焦距=40mm
焦點設定在z=0.7mm(亦即，線焦點設定成就玻璃厚度而言之中心)
在100%全功率下之雷射功率(約40瓦特)
雷射之脈衝重複率=200kHz。
間距=5μm
3個脈衝/爆發
每個缺陷線單一道次
藉由缺陷線形成的外部玻璃邊緣塊之分離無需藉由機械力實施。因為離子交換前玻璃通常經切割，且隨後送往後續化學強化(離子交換)，吾等發現：離子交換自身可產生足夠應力來使小去角區域或轉角塊彈落部件。新離子於玻璃表面中之引入可在穿孔或缺陷線之間產生足夠應力，以引起外部轉角塊彈落，或高溫鹽浴可產生足夠熱應力以誘導此等小塊掉落。在任一狀況下，最終結果為較好遵循現存缺陷線且因此形成所要去角形狀之邊緣。在不受理論束縛的情況下，申請人相信經由玻璃表面進入玻璃之離子將在表面附近且尤其在玻璃部分之轉角附近產生高應力濃度區域。例如，將在任何部件之轉角附近產生極高位準之拉伸應力，從而建立驅動玻璃沿此等轉角中之任何預穿孔區帶(具有缺陷線之區帶)分離的條件。參見第10A至10C圖。更確切言之，第10A圖為置入離子交換中的具有內部缺陷線之切割部件的圖解，該離子交換增加足夠應力以移除穿孔邊緣且形成所要邊緣去角。第10B圖例示使用離子交換(IOX)以釋放去角轉角，其類似於第10A圖所示之圖解，但僅具有兩個缺陷線平面。第10C圖為具有多個角度(多於3個缺陷線平面)之去角的圖解。應注意的是，其他雷射系統亦可利用來藉由形成雷射束焦線而產生缺陷線。例如，亦可利用在532nm下操作的皮秒雷射操作。
皮秒材料(例如，玻璃)穿孔部分方法已與IOX交換組合來產生藉由缺陷線平面引導的受控分離。更確切言之，離子交換(IOX)製程為其中在低於玻璃轉移溫度之溫度下將矽酸鹽玻璃浸沒於熔融鹼金屬鹽(例如硝酸鉀)中之製程。在浸 沒期間，來自玻璃的足夠接近表面之鹼金屬離子與來自熔融鹽之彼等鹼金屬離子交換。此製程可應用於透明材料，例如薄玻璃(例如，<2mm)，或彎曲玻璃，且所得玻璃具有強固邊緣且具有極高品質。藉由離子交換產生的應力概況(profile)釋放穿孔邊緣-亦即，玻璃沿疵點線分離，從而產生去角。 適用於IOX浴之典型處理溫度為>300℃，例如400℃，或450℃，或500℃，或550℃，或介於其之間。根據一些實施例，用於離子交換浴產生良好品質完全去角邊緣之處理時間為>20min，例如30至60min。對部分去角而言，處理時間可為例如10至20min或30min。用於去角產生或用於轉角產生之離子交換製程類似於或等同於用於玻璃強化之離子交換製程，但當用於玻璃沿穿孔之移除(亦即，沿缺陷線移除以用於製成去角)時，穿孔玻璃部件可經受離子交換浴比用於IOX玻璃強化之時間更短的時間(例如，小於1小時，或例如10min至40min)。雖然不希望受理論束縛，但申請人相信IOX去角之機制為沿缺陷線之材料分離，該等缺陷線係藉由具有壓縮應力(CS)及/或中心張力(CT)(亦稱為拉伸應力)之區域的產生所引起，且出現於材料內。在IOX浴之前，將樣本加熱來防止可使玻璃部件裂碎之熱震，且最小化浴熱負載(亦即，冷卻)效應。預熱溫度取決於鹽浴之溫度。IOX浴產生足夠應力來引起外部轉角塊或穿孔區域沿缺陷線或在缺陷線附近彈落。
第11圖例示利用改變時間量之IOX製程以沿疵點線(缺陷線)移除玻璃來產生去角之若干實驗(實施例)的結 果。第11圖之水平軸描繪離子交換浴浸沒時間，垂直軸描繪隨離子交換浴浸沒時間變化的中心張力(CT)，以及玻璃釋放(玻璃分離)之百分比。更確切言之，此圖之右側描繪以兆帕斯卡計的壓縮應力(CS)之位準，且左側描繪由用於去角產生之IOX浴得到的壓縮應力層深度(DOL)。如第11圖指示，至少對一些實施例而言，在約15min之IOX浴暴露之後的CS為約900至1000兆帕斯卡。應注意的是，在此等示範性實施例中，當玻璃部件之中心張力(CT)為約20MPa時，即處於CS峰值處或附近時，玻璃沿疵點線之完全釋放(完全玻璃分離)發生，此發生在約15至20min之IOX浴暴露之後。同時在玻璃物件之轉角中，拉伸應力可顯著更高。例如，有限元素模型指示：此等轉角區域中之拉伸應力可高於200MPa(例如，250MPa)，其促進轉角分離。
第12A圖例示藉由使用缺陷線之邊緣去角製程且隨後15min長的IOX浴剝離所產生的去角。首先，將皮秒雷射以一角度聚焦，且於一成角平面上產生缺陷線。隨後，將穿孔玻璃樣本浸沒於IOX浴中，且沿缺陷線分離一條玻璃，從而至少形成部分去角。更確切言之，根據一些實施例，將具有如上所述藉由皮秒雷射產生的內部缺陷線(穿孔)之0.7mm厚未強化Gorilla®玻璃(143mm x 75mm)預熱至420℃，且隨後置入處於420℃之離子交換浴中15min。隨後將其移除，於去離子水(D1)中清洗、風乾且評估。吾等注意到：移除約50%之穿孔邊緣。亦即，藉由使玻璃樣本經受IOX浴15min而成功地達成部分去角。一些邊緣得以完全移除，一些得以 部分地移除(部分去角)。如上所述，藉由此製程產生的去角之一些示範性實施例展示於例如第12A圖中。
第12B圖例示藉由使用缺陷線之邊緣去角製程且隨後60min長的IOX浴剝離所產生的去角。首先，將皮秒雷射以一角度聚焦，且於一成角平面上產生缺陷線。隨後，將穿孔樣本浸沒於IOX浴中，且沿缺陷線分離至少一條玻璃，從而形成去角。更確切言之，根據一些實施例，將具有內部缺陷線之切割玻璃(0.7mm厚未強化Gorilla®玻璃，143mm x 75mm)預熱至420℃，在420℃下置入離子交換浴中60min，隨後移除，於去離子水(DI)中清洗、風乾且評估。吾等觀察到：穿孔部分之完全(100%)移除(玻璃沿缺陷線彈落)及所得去角邊緣之極佳邊緣品質。
第12C圖例示藉由使用缺陷線之邊緣去角製程且隨後30min長的IOX浴剝離所產生的去角。首先，將皮秒雷射以一角度聚焦，且於一成角平面上產生缺陷線。隨後，將穿孔樣本浸沒於IOX浴中，且沿缺陷線分離至少一條玻璃，從而形成去角。更確切言之，根據其他實施例，將具有內部缺陷線之切割玻璃(0.7mm厚未強化Gorilla®玻璃，143mm x 75mm)預熱至420℃，且隨後在420℃下置入離子交換浴中30min。分離穿孔邊緣，且隨後移除具有去角邊緣之玻璃，於去離子水(DI)中、風乾且評估。在評估期間，吾等觀察到：穿孔部分之完全移除(100%)，且去角邊緣之極佳邊緣品質。藉由此製程產生的去角之一些示範性實施例展示於例如第12C圖中。
較佳地，根據一些實施例，製成去角及強化玻璃物件之方法包含：(i)提供玻璃物件，該玻璃物件具有選擇輪廓及玻璃表面，以及穿孔(缺陷線)邊緣及/或轉角；(ii)藉由使該物件經受第一離子交換製程(例如，20min至60min)移除該玻璃的鄰近於該穿孔邊緣及/或轉角之一部分，以在穿孔之間完成該材料之全身切割；(iii)清洗該玻璃物件，(iv)風乾該經清洗玻璃物件；以及隨後(v)使玻璃物件經受第二離子交換製程(例如，至少4hrs，或4.5hrs至10hrs，且在一些實施例中4.5hrs至6hrs)，以強化玻璃物件且改良玻璃物件對後續破壞之抵抗力。
兩步離子交換製程之使用確保任何玻璃塊移除係限制於第一浴，從而防止第二浴之污染。此舉延長第二離子交換浴之使用壽命。藉由在第一浴之後洗滌及清洗各部件，此方法亦減少由黏附於切割部件之表面的小玻璃塊引起的問題，該等小玻璃塊可屏蔽玻璃表面之小區域不在離子交換製程中受強化。
IOX或DIOX製程(雙階段IOX交換製程)可在步驟(ii)中用作第一離子交換製程，以用於移除玻璃的鄰近於穿孔邊緣及/或轉角之部分，從而產生去角玻璃物件。IOX或DIOX製程亦可於此後用於第二離子交換步驟(以上步驟(v))中，以完全強化玻璃來改良玻璃物件對後續破壞之抵抗力。應注意的是，第二離子交換步驟(以上所述的強化IOX步驟(v))比步驟 (ii)的分離或釋放玻璃來產生去角或斜角之離子交換製程顯著更長。例如，在促進步驟(ii)中之玻璃釋放及斜角/去角形成之IOX步驟中用於第一離子交換浴之時間可為產生強化或回火玻璃所需的IOX步驟(v)(第二離子交換製程)中用於離子交換浴之時間的3至18倍。
DIOX製程為離子交換製程，其中將化學可強化玻璃引入第一鹽浴中，且隨後引入第二鹽浴中。第一鹽浴及第二鹽浴可包含兩種不同的鹽物質，或其可由相同鹽物質(例如，Li、Na、K、Cs、Rb)組成。例如，第一浴可為純KCl2且第二鹽浴可為KCl2，具有不同濃度之污染物，諸如自所處理玻璃交換的Na。其亦可能利用不同物質之鹽浴。此方法有助於延長鹽浴之操作壽命。
較佳地，第一離子交換製程係執行10min至120min。更佳地，為產生完全去角邊緣或轉角，第一離子交換製程係執行20min至120min，例如，20min、25min、30min、45min、60min或75min。更佳地，為產生完全去角邊緣或轉角，第一離子交換製程係執行20min至120min，例如，20min至60min，或30min至60min，且根據一些實施例，30min至50min，或30min至40min。
此外，IOX或DIOX製程(雙階段IOX交換製程)可利用來強化去角玻璃物件。例如，方法可包括：a)提供雷射處理的穿孔玻璃物件(例如，矽酸鋁玻璃)；b)經由IOX浴使玻璃沿疵點線分離，且產生去角邊緣及/或轉角，進而產生去角玻璃物件，較佳歷時時間t以使得20mint60min，去角玻 璃於外區域中具有複數個第一金屬離子；c)將玻璃中之複數個第一金屬離子之第一部分與一級鹽浴中之複數個第二金屬離子離子交換，其中一級鹽浴由第一濃度之第一金屬離子稀釋；以及d)將玻璃中之複數個第一金屬離子之第二部分與二級鹽浴中之複數個第二金屬離子離子交換，其中二級鹽浴具有第二濃度之第一金屬，該第二濃度小於該第一濃度。根據一些實施例，第一金屬為鋰、鈉、鉀及銫之一，且第二金屬為鈉、鉀、銫及銣之一。
在浸沒於IOX浴之一級鹽浴中之前，將去角玻璃樣本預熱來防止熱震且最小化浴負載(亦即，冷卻)效應。預熱溫度取決於鹽浴之溫度。隨後將樣本浸沒於一級浴中，且在第一預定溫度下進行一級離子交換階段歷時足以達成所要層深度之時間，此時，自一級鹽浴移除玻璃樣本且使其冷卻。可用水清洗玻璃樣本以移除殘餘乾燥鹽，且防止二級階段浴之污染，且隨後乾燥以移除殘餘水分。可視需要在於一級鹽浴及二級鹽浴中之各別浸沒之間(亦即，在步驟c與步驟d之間)將玻璃退火。
在於二級離子交換浴中浸沒之前，將玻璃樣本再次預熱。二級離子交換階段係於二級階段浴中進行，該二級階段浴具有新鹽(或比一級階段顯著更低的稀釋率)以增加或穩定在一級階段離子交換中產生的壓縮應力。將樣本浸沒於浴中，且在第二預定溫度下進行二級離子交換階段歷時足以達成所要壓縮應力之時間，此時，自二級鹽浴移除玻璃樣本且使其冷卻。可用水清洗玻璃樣本以移除殘餘乾燥鹽，且防止 二級階段浴之污染，且隨後乾燥以移除殘餘水分。對一級離子交換浴及二級離子交換浴而言，將該鹽(或該等鹽)熔融且加熱至預定溫度，該預定溫度典型地在約380℃至多約450℃之範圍內，且使該浴保持於彼溫度下以穩定預定時間。
以上所述的方法提供以下益處，該等益處可理解為增強的雷射處理能力及成本節省，且因此較低成本的製造。在當前實施例中，切割及去角製程提供：去角或完全切割具有去角邊緣之部件：所揭示方法能夠以清潔及受控制方式完全地分離/切割Gorilla®玻璃及其他類型之透明玻璃。完全分離及/或邊緣去角係使用兩種方法證明。利用方法1，將部件切割至適當大小，或使其與具有去角邊緣之玻璃基質分離，且原則上無進一步後處理。利用第二方法，該部件已切割成適當大小，經穿孔，且使用IOX製程來將邊緣去角。
減少的表面下缺陷：由於雷射與材料之間的超短脈衝相互作用，很少存在熱相互作用，及因此很少存在可導致不合需要應力及微裂痕之最小熱影響區。另外，將雷射束聚集至玻璃中之光學元件在部件之表面上產生直徑典型地為2微米至5微米之缺陷線。在分離之後，表面下破壞可低達<90μm，例如<75μm、<50μm或<40μm。此對部件之邊緣強度具有很大影響，且減少對進一步研磨及拋光邊緣之需要，因為此等表面下破壞在使部件經受拉伸應力時可生長及發展成微裂紋且弱化邊緣之強度。
製程清潔度：本揭示內容之示範性實施例方法能夠以清潔及受控制方式將玻璃去角。使用習知剝蝕製程極易出問題，因為該等製程產生大量碎屑。此種剝蝕產生的碎屑是有問題的，因為其可難以移除，甚至利用各種清潔及洗滌方案亦如此。任何黏附微粒可引起其中將玻璃塗佈或金屬化來產生薄膜電晶體等等之稍後製程的缺陷。所揭示方法之雷射脈衝及與材料之誘導相互作用的特徵避免此問題，因為其在極短時間標度中發生，且對雷射輻射之材料透明度最小化誘導的熱效應。因為缺陷線係產生於物體內，所以在切割步驟期間碎屑及黏附粒子之存在實際上得以消除。若存在由所產生缺陷線得到任何微粒，則該等微粒將受充分包含直至部件分離。
消除製程步驟
用以自引入玻璃面板製作玻璃板以達最終大小及形狀之製程涉及若干步驟，涵蓋切割面板、切割至適當大小、精整及邊緣成形、薄化部件降至其目標厚度、拋光，以及在一些狀況下甚至化學強化。此等步驟中任何步驟之消除將就製程時間及資金費用而言節約製造成本。本發明方法可藉由例如以下來減少步驟數量：減少的碎屑及邊緣缺陷產生-洗滌及乾燥站之可能的消除。
將樣本直接地切割成其具有成形邊緣之最終大小、形狀及厚度-減少或消除對機械精整線及與其相關聯的非增值成本之需要。
本文引用的所有專利、公開申請案及參考文獻之相關教示內容以全文引用方式併入。
雖然本文已描述示範性實施例，但熟習此項技術者將理解的是，在不脫離隨附申請專利範圍所涵蓋的本發明之範疇的情況下，可在該等實施例中做出各種形式變化及細節變化。

Claims (22)

  1. 一種將一材料去角之方法，其包含以下步驟：沿射束傳播方向觀察，將一脈衝雷射束聚焦成一雷射束焦線；將該雷射束焦線以對該材料之一第一入射角導向至該材料中，該雷射束焦線於該材料內產生一誘導吸收，該誘導吸收於該材料內產生沿該雷射束焦線之一缺陷線；將該材料及該雷射束相對於彼此平移，進而沿一第一平面以該第一角度於該材料內雷射鑽鑿複數個缺陷線；將該雷射束焦線以對該材料之一第二入射角導向至該材料中，該雷射束焦線於該材料內產生一誘導吸收，該誘導吸收於該材料內產生沿該雷射束焦線之一缺陷線；將該材料及該雷射束相對於彼此平移，進而沿一第二平面以該第二角度於該材料內雷射鑽鑿複數個缺陷線，該第二平面與該第一平面相交，以及藉由對該材料應用一離子交換製程將該材料沿該第一平面及該第二平面分離，其中在該材料沿該第一平面及該第二平面之分離期間，將離子交換製程應用於該材料時間t，其中10mint120min。
  2. 如請求項1所述之方法，其中將該雷射束焦線以對該材料之一第一入射角導向至該材料中的步驟係導向至該材料之一第一表面，且將該雷射束焦線以對該材料之一第二入射角導向至該材料中的步驟係導向至該材料之一第二表面。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該材料沿該第一平面及該第二平面分離以限定一去角邊緣。
  4. 如請求項1所述之方法，其進一步包含：將該雷射束焦線以對該材料之一第三入射角導向至該材料中，該雷射束焦線於該材料內產生一誘導吸收，該誘導吸收於該材料內產生沿該雷射束焦線之一缺陷線；以及將該材料及該雷射束相對於彼此平移，進而沿一第三平面以該第三角度於該材料內雷射鑽鑿複數個缺陷線；其中該第一平面、第二平面及第三平面之至少兩者相交。
  5. 如請求項4所述之方法，其中該材料沿該第一平面、該第二平面及該第三平面分離以限定一去角邊緣。
  6. 如請求項4所述之方法，其中該第一角度、第二角度及第三角度之一垂直於該材料之一表面。
  7. 如前述請求項中任一項所述之方法，其中該脈衝持續時間在大於約1皮秒與小於約100皮秒之間的一範圍內。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該脈衝持續時間在大於約5皮秒與小於約20皮秒之間的一範圍內。
  9. 如請求項1所述之方法，其中該重複率在約1kHz與2MHz之間的一範圍內。
  10. 如請求項7所述之方法，其中該重複率在約10kHz與650kHz之間的一範圍內。
  11. 請求項1至6所述之方法，其中該脈衝雷射束具有在該材料處量測的每mm厚度材料大於40μj之一平均雷射功率。
  12. 如請求項1至6所述之方法，其中該脈衝係以至少兩個脈衝之爆發來產生，該等脈衝係藉由在約1nsec與約50nsec之間的一範圍內之一持續時間區隔，且爆發重複頻率在約1kHz與約650kHz之間的一範圍內。
  13. 如請求項1至6所述之方法，其中該脈衝雷射束具有一波長，該波長經選擇以使得該材料或工件在此波長下為大體上透明的。
  14. 如請求項1至6所述之方法，其中(i)該雷射束焦線具有在約0.1mm與約100mm之間的一範圍內之一長度；及/或(ii)該雷射束焦線具有在約0.1μm與約5μm之間的一範圍內之一平均斑點直徑。
  15. 如請求項1至6所述之方法，其中該材料或該工件包含非強化玻璃。
  16. 如請求項1至6所述之方法，其中在該材料沿該第一平面及該第二平面之分離期間，將該離子交換製程應用於該材料時間t，其中20mint60min。
  17. 如請求項1至6所述之方法，其進一步包含以下步驟：使該材料經受一第二離子交換製程以強化該材料且改良該材料對後續破壞之抵抗力。
  18. 一種將一材料去角之方法，其包含以下步驟：沿射束傳播方向觀察，將一脈衝雷射束聚焦成一雷射束焦線；以及針對N個平面之每一者，藉由以下步驟沿該等N個平面之每一者於該材料內雷射鑽鑿複數個缺陷線：將該雷射束焦線以對該材料之一相應入射角導向至該材料中，該雷射束焦線於該材料內產生一誘導吸收，該誘導吸收於該材料內產生沿該雷射束焦線之一缺陷線；以及將該材料及該雷射束相對於彼此平移，進而沿該等N個平面之相應平面雷射鑽鑿該複數個缺陷線；以及藉由對該材料應用一離子交換製程將該材料沿該等N個平面之至少一者分離。
  19. 一種製成一去角及強化玻璃物件之方法，該方法包含以下步驟：(i)提供一玻璃物件，該玻璃物件具有一選擇輪廓及一玻璃表面，以及一穿孔邊緣及/或轉角；(ii)藉由使該物件經受一第一離子交換製程移除該玻璃的鄰近於該穿孔邊緣及/或轉角之一部分，以在穿孔之間完成一全身切割；清洗該玻璃物件，風乾該經清洗玻璃物件；以及隨後使該玻璃物件經受一第二離子交換製程以強化該玻璃物件且改良該玻璃物件對後續破壞之抵抗力。
  20. 一種藉由如請求項1、18或19所述之方法製備的玻璃物件。
  21. 如請求項20所述之玻璃物件，其中該去角邊緣具有小於約0.5μm之一Ra表面粗糙度。
  22. 如請求項20所述之玻璃物件，其中該去角邊緣具有至多達小於或等於約75μm、較佳小於或等於約30μm之一深度的表面下破壞。
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