本申请要求于2014年7月8日提交的美国临时申请号62/021917的权益将以上申请的全部传授内容通过引用结合在此。
技术领域
本说明书总体上涉及材料的制造，并且更具体而言涉及材料的激光处理。
背景
近年来，减小装置的尺寸、重量以及材料成本的顾客需求已导致用于触控屏幕、平板、智能电话以及TV的平板显示器的相当程度上的技术增长。工业激光器变为用于要求这些材料的高精度切割应用的重要工具。然而，激光处理可能是困难的，因为高强度激光可损坏在材料的激光处理中所用的部件。
因此，对于激光处理材料的替代性方法和设备存在需要。
概述
在此所述的实施例涉及用于激光处理材料的方法和设备。根据一个实施例，透明材料可经激光处理。该方法可包括：将透明材料定位于载体上，并且将激光束透射穿过该透明材料，其中该激光束可入射至该透明材料的与该载体相对的侧面上。该透明材料可以是对该激光束基本上透明的，并且该载体可包括支撑基部和激光中断元件。该激光中断元件可以中断透射穿过该透明材料的该激光束，使得该激光束可以不在该激光中断元件下方具有足够强度来损坏该支撑基部。
在另一个实施例中，用于激光处理的多层堆叠可包含：载体，其包含支撑基部和激光中断元件；以及位于该载体上的透明材料。该激光中断元件可位于该支撑基部的顶部上。该透明材料可包含基本上平坦的顶部表面和基本上平坦的底部表面，其中该透明材料可以对入射至该透明材料的与该载体相对的表面上的激光束是基本上透明的。该激光中断元件可以光学中断透射穿过该透明材料的该激光束，使得该激光束可以不在该激光中断元件下方具有足够强度来损坏该支撑基部。
在又另一个实施例中，载体可在位于载体上的透明材料经激光处理时被保护。该方法可包括：将透明材料定位于载体的顶部上，将激光束透射穿过透明材料，并且将激光中断元件定位于支撑基部与透明材料之间。该载体可包含支撑基部。该激光束可入射至该透明材料的与该载体相对的表面上，并且该激光束可包含具有足以损坏该载体的强度的聚焦区域。该激光中断元件可以光学中断透射穿过该透明材料的该激光束，使得该激光束可以不在该激光中断元件下方的任一点处具有足够强度来损坏该支撑基部。
在此所述的实施例的其他特征和优势将在以下详细描述中阐述，且部分地根据该描述对于本领域技术人员将是容易清楚的，或通过实践在此(包括以下详细描述、权利要求书以及附图)所述的实施例来认识。
应理解，前述的一般描述和以下详细描述二者描述各个实施例并且旨在提供用于理解所请求保护的主题的性质和特征的概述或框架。附图包括在内以提供对各个实施例的进一步理解，且并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示在此所述的各个实施例，并且与说明书一起用于解释所请求保护的主题的原理和操作。
附图的简要说明
图1示意性地描绘了根据在此所示和所述的一或多个实施例的经受激光处理的多层堆叠的截面图。
详细说明
现将详细参考用于激光处理材料的设备和方法的实施例，这些实施例的实例在附图中说明。在任何可能的情况下，整个附图将使用相同的参考号指代相同或相似的零件。图1中示意性地描绘了用于激光处理的多层堆叠的一个实施例。一般而言，激光处理可穿孔对激光透明的材料，在此有时称为“透明材料”，且穿孔可导致或有助于在该穿孔处切割该透明材料。多层堆叠一般包括透明材料，该透明材料可通过入射至透明材料的顶部表面上的激光束穿孔或以其他方式机械变形。该透明材料位于载体上，其中该载体的至少一部分对该激光束是不透明的。该载体总体上包括支撑基部和位于该支撑基部与该透明材料之间的激光中断元件。该支撑基部支撑该透明材料并可利用来传输待激光处理的透明材料。在一个实施例中，该支撑基部材料可对激光束是不透明的，且如果受具有足够大强度以损坏载体的激光束的一部分(诸如激光束的聚焦区域)的接触，则可受损。然而，位于该透明材料与该支撑基部之间的激光中断元件在激光束可接触支撑基部之前可中断并扩散离开该透明材料的该激光束，使得在通过激光中断元件光学中断激光束之后，该激光束不在激光中断元件下方具有足够强度来损坏支撑基部。因而，激光中断元件可充当遮挡物来保护支撑基部免受与接触激光束的具有足够强度以损坏支撑基部的部分相关联的损坏。将特别参考所附权利要求书在此描述用于激光处理透明材料的方法和设备的各个实施例。
参考图1，示意性地描绘了多层堆叠100。一般而言，多层堆叠100包含透明材料160和载体110，该载体包含激光中断元件140和支撑基部120。在此处所述的实施例中，透明材料160位于激光中断元件140的顶部上，该激光中断元件位于支撑基部120的顶部上。如在此所使用，提及另一位置的上方或顶部上的位置假定顶部或最高位置是多层堆叠100的表面，激光束180首先在该表面之上入射。例如，在图1中，透明材料160的最靠近源激光188的表面是顶部表面162，且将激光中断元件140设置于透明材料160下方意味着激光束180在与激光中断元件140相互作用之前在透明材料160上横移。如图1所示，源激光188透射穿过光学元件184，该光学元件形成激光束180的聚焦区域诸如聚焦线182，其入射至透明材料160上。
透明材料160可使用激光束180进行激光处理，该激光束可单独地或与其他制造步骤一起被用来切割透明材料160。如在此所使用，激光处理指的是使用激光束180切割、穿孔、剥蚀、或以其他方式改变材料的机械完整性。一般而言，激光束180必须在透明材料160的特定区域处具有一定强度来改变透明材料160的机械完整性。因而，散焦的或中断的激光束可能不具有足够强度以在所选区域处机械影响材料，同时聚焦的激光束可具有足够强度来切割、穿孔或剥蚀激光处理的材料的区域。然而，激光束的聚焦区域(诸如具有聚焦的聚焦线182的激光束)可具有足够强度来穿孔透明材料160以及损坏由聚焦线182直接接触的支撑基部120。可通过光学组件184产生激光束180的聚焦线182，该光学组件可光学改变源激光188的路径。此外，如在此所使用，在激光束的上下文中，“强度”可称为“能量密度”，且这两个术语是可互换的。激光束180具有波长，且如在此所使用，“透明”的材料对于激光的波长的电磁辐射是基本上透明的，使得由透明材料160在激光的波长处的吸收是小于约10％、小于约5％、或甚至小于约1％每mm材料深度。“电磁辐射”可在此被称为“光”且两个术语是可互换的并且可符合可见光谱的内部与外部二者的电磁辐射。
支撑基部120总体上是能够支撑将由激光束180激光处理的透明材料160的任何结构。支撑基部120可充当用于透明材料160的承载托盘并可具有基本上平坦的顶部表面122，用于与平坦的透明材料160相互作用；以及基本上平坦的底部表面124，用于与基本上平坦的工作台相互作用，支撑基部120可位于该工作台之上。支撑基部120可位于台上或其他工作空间上用于在激光处理期间的稳定性。在一个实施例中，支撑基部120可包含铝。例如，支撑基部120可包含大于约50％、大于约70％、大于约90％、大于约95％或甚至大于约99％的铝。在一个实施例中，支撑基部120可包含蜂窝状铝结构，诸如从思瑞安复合材料国际公司(3A Composites International AG)可商购的在另一个实施例中，支撑基部120可包含聚甲醛。如果不透明材料(诸如支撑基部120的材料)被聚焦线182接触，则支撑基部120可受损，这可引起激光处理的透明材料160的污染。如在此所使用，对支撑基部120的损坏包括但不限于刮擦、剥蚀、切割、割裂、磨损、刻痕或支撑基部120的顶部表面122的机械完整性的其他中断。
在一个实施例中，支撑基部120可在激光处理期间放置于台上或其他工作台上。台或工作台可具有真空系统，该真空系统在该台或工作台的表面之上产生抽吸。例如，该台或工作台可在其表面中具有真空孔洞，且支撑基部120和激光中断元件140可具有对应的孔洞，真空可通过这些对应的孔洞产生抽吸并紧固位于激光中断元件140的顶部上的材料。例如，透明材料160可通过真空抽吸紧固至中断元件140，该真空抽吸渗透穿过中断元件140、支撑基部120和工作台中的孔洞。支撑基部120和激光中断元件140可诸如利用螺钉、紧固件、插脚、或其他合适手段来机械固定至彼此。因而，透明材料160可置于激光中断元件140之上并在激光处理的同时通过真空系统固定。
透明材料160可以是对激光束180的电磁辐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、蓝宝石、硅、碳化硅、石英、氧化铝(AbO3)、氮化铝(AlN)、氧化锆(ZrO2)、氮化镓、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、锑化镓(GaSh)、砷化铟(InAs)、磷化铟(InP)、锑化铟(InSb)、硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、碲化锌(ZnTe)、锗(Ge)、铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、或其组合。透明材料160可具有基本上平坦的顶部表面162和基本上平坦的底部表面164，诸如将适合用于电子装置的盖玻璃。顶部表面162和/或底部表面164可以是抛光的。在另一个实施例中，透明材料160可以是用于半导体制造的晶圆材料。如果将玻璃用作透明材料160，则该玻璃可一般为适合于形成为片材的任何玻璃。在一些实施例中，该玻璃可以是可离子交换的铝硅酸盐玻璃。此种可离子交换的铝硅酸盐玻璃的实例包括但不限于Gorilla玻璃和Gorilla玻璃(从康宁公司(Corning,Inc.)可商购)。此种玻璃尤其在激光处理之后可很好地适合于许多用途，例如像，作为用于手持式消费者电子装置的盖玻璃。
激光束180可以是可操作的以在透明材料160中产生小的(微米及更小)“孔洞”为了钻孔、切割、分离、穿孔，或以其他方式在聚焦线182处处理透明材料160的目的。更具体而言，具有波长诸如1064nm、532nm、355nm或266nm的超短(即，从10-10秒至10-15秒)脉冲激光束180作为聚焦线182聚焦至在透明材料160的表面或内部聚焦的区域中产生缺陷所需的阈值以上的能量密度。激光束180可具有以下重复率，该重复率在约1kHz与2MHz之间的范围内，或在另一个实施例中，在约10kHz与约650kHz之间的范围内。通过重复该过程，可在透明材料160中产生沿预定路径对准的一系列激光诱导缺陷。通过使激光诱导特征间隔充分紧密间隔，可产生透明材料160内的受控机械脆弱性区域，并且透明材料160可沿由该系列激光诱导缺陷(在图1中展示为透明材料160的最接近聚焦线182的区域)所限定的路径精确破裂或(机械地或热地)分离。一个或多个超短激光脉冲可以任选地紧接着二氧化碳(CO2)激光或其他热应力源以实行透明材料160的完全自动化分离。可应用于激光处理透明基板的代表性激光束180特征详细描述于标题为“用于片状基材的基于激光的加工的方法和装置(METHOD AND DEVICE FOR THE LASER-BASED MACHINING OF SHEET-LIKE SUBSTRATES)的美国专利申请61917092中，该申请的传授内容以其全文通过引用结合在此。
激光束180的波长可以选择为使得待激光处理(通过激光钻孔、切割、剥蚀、损坏或以其他方式略微改变)的材料对激光的波长是透明的。激光源的选择还可取决于将多光子吸收(MPA)诱导至透明材料160中的能力。MPA是多个具有相同或不同频率的光子的同时吸收，以便将材料从较低能量状态(通常为基态)激发至较高能量状态(激发态)。激发态可以是激发电子态或电离态。材料的较高能量状态与较低能量状态之间的能量差等于两个光子的能量的总和。MPA是三阶非线性过程，其比线性吸收弱若干个数量级。MPA不同于线性吸收在于：吸收的强度取决于光强度的平方，因此使得MPA为非线性光学过程。在普通光强度下，MPA可忽略不计。如果光强度(能量密度)极高，诸如在激光束180的聚焦线182的区域中(尤其为脉冲激光源)，则MPA变得可观且导致材料中的其中激光束180的能量密度足够高的区域(即，聚焦线182)内的可量测效应。在聚焦线182的区域内，能量密度足够分高以引起离子化。
在原子能级下，个别原子的离子化具有离散的能量需求。常用于玻璃中的若干元素(例如，Si、Na、K)具有相对低的离子化能量，诸如约5eV。在没有MPA的现象的情况下，在约5eV下产生线性离子化将要求约248nm的激光波长。在MPA下，能量间隔约5eV的状态之间的离子化或激发可用比248nm长的波长来完成。例如，具有532nm的波长的光子具有约2.33eV的能量，因此，在双光子吸收(TPA)中，两个具有532nm的波长的光子可诱导能量间隔约4.66eV的状态之间的跃迁。
因此，在透明材料160的其中激光束180的能量密度足够高以便诱导激光波长的非线性TPA的区域中，原子和键可选择性地受激发或离子化，该激光波长具有所需激发能量的一半。MPA可引起局部重新组态和激发原子或键与相邻原子或键的分离。所产生的键合或组态的改变可引起非热剥蚀，以及来自材料的其中发生MPA的区域的物质的移除。物质的此移除产生结构缺陷(例如，缺陷线或“穿孔”)，该结构缺陷机械弱化透明材料160且使其更易于在施加机械或热应力之后开裂或破裂。通过控制穿孔的设置，沿其发生开裂的轮廓或路径可以被精确限定，且可完成材料的精确微机械加工。通过一系列穿孔限定的轮廓可视为裂纹线并且相应于透明材料160中结构脆弱的区域。在一个实施例中，激光处理包括自通过激光束180处理的透明材料160分离部件，其中该部件具有精确限定的形状或通过穿孔的闭合轮廓决定的周边，这些穿孔通过由激光诱导的MPA效应形成。如在此所使用，术语闭合轮廓是指通过激光线形成的穿孔路径，其中该路径自身在一些位置处相交。内轮廓是在所得形状完全由材料的外部部分围绕之处所形成的路径。
根据一些实施例，穿孔可使用超短脉冲激光与光学器件组合来完成，该光学器件产生聚焦线以完全穿孔玻璃组合物的范围的主体。在一些实施例中，脉冲是单一脉冲(即，激光提供相等间隔的单一脉冲而不是脉冲爆发(紧密间隔的集中在一起的单一脉冲)，其中个别脉冲的脉冲持续时间是在大于约1皮秒与小于约100皮秒之间的范围内，诸如大于约5皮秒并且小于约20皮秒，并且个别脉冲的重复率可以是在约1kHz与4MHz之间的范围内，诸如在约10kHz与650kHz之间的范围内。穿孔也可利用在时间上紧密间隔的高能量短持续时间脉冲的单一“爆发”来完成。此类脉冲可以以两个脉冲或更多个(例如像，3个脉冲、4个脉冲、5个脉冲、10个脉冲、15个脉冲、20个脉冲或更多脉冲)的爆发来产生，这些脉冲通过爆发内的个别脉冲之间的持续时间来间隔，该持续时间是在约1纳秒与约50纳秒之间的范围内，例如，10纳秒至30纳秒，诸如约20纳秒，且爆发重复频率可在约1kHz与约200kHz之间的范围内。(爆发或产生脉冲爆发是一类激光操作，其中脉冲的发射不处于均匀且稳定的流中，而是处于紧密脉冲丛中。)该脉冲爆发激光束可具有以下波长，该波长被选择为使得该材料在此波长下是基本上透明的。激光脉冲持续时间可以是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，激光脉冲持续时间可以是在约1皮秒与约100皮秒之间，或在另一个实施例中，在约5皮秒与约20皮秒之间。可在高重复率(例如，kHz或MHz)下重复这些“爆发”。在该材料处测量的每次爆发的平均激光功率(如果利用爆发脉冲)可以是大于40微焦耳/mm材料的厚度，例如在40微焦耳/mm与2500微焦耳/mm之间，或在500微焦耳/mm与2250微焦耳/mm之间。例如，对于当使用f 0.1mm-0.2mm厚度玻璃的一个实施例，可使用200μJ脉冲爆发来切割并分离玻璃，这给出1000-2000μJ/mm的示例性范围。例如，对于示例性0.5-0.7mm厚度玻璃，可使用400-700μJ脉冲爆发来切割并分离玻璃，该示例性厚度玻璃对应于570μJ/mm(400μJ/0.7mm)至1400μJ/mm(700μJ/0.5mm)的示例性范围。穿孔可通过控制激光和/或基板或堆叠的运动，通过相对于激光控制基板或堆叠的速度来间隔分开并精确定位。在一个实施例中，在单次通过中，激光可用来产生穿过材料的高度受控的实线穿孔，其中产生极小(小于约75m，或甚至小于约50m)表面下损坏和碎屑。这与斑点聚焦激光用于剥蚀材料的典型用途形成对比，在该典型用途中，常常需要多次通过来完全地穿孔玻璃厚度，自剥蚀过程形成大量碎屑，且发生更广泛的表面下损坏(小于约100m)和边缘碎裂。这些穿孔、缺陷区域、损坏径迹、或缺陷线通常间隔分开从1至25微米(例如，3-12微米，或5-20微米)。根据一些实施例，该脉冲激光具有10W-150W的激光功率并且利用每脉冲爆发至少2个脉冲产生脉冲爆发。根据一些实施例，该脉冲激光具有10W-100W的激光功率并且利用每脉冲爆发至少2-25个脉冲产生脉冲爆发。根据一些实施例，该脉冲激光具有25W-60W的激光功率，并且利用每次爆发至少2-25个脉冲产生脉冲爆发，且缺陷线之间的周期性是2-20微米，或2至15微米，或2-10微米。该脉冲爆发激光束可具有以下波长，该波长被选择为使得该材料在此波长下是基本上透明的。根据一些实施例，该脉冲具有小于10皮秒的脉冲持续时间。根据一些实施例，该脉冲激光具有在10kHz与1000kHz之间的脉冲重复频率。
因此，有可能使用单一高能量短脉冲在透明材料160中产生微观(即，小于约1μm，小于0.5nm(例如≤400nm，或≤300nm)或甚至直径小于约100nm(例如，50nm-100nm))拉长“孔洞”(也称为穿孔或缺陷线)。这些个别穿孔可以数百千赫的速率(例如每秒数十万个穿孔)来产生。因此，利用光源与材料之间的相对运动，这些穿孔可设置成彼此邻近(空间分离如所希望的从亚微米至几微米变化)。此空间分离被选择以便有助于切割。在一些实施例中，缺陷线为“通孔”，其为从透明材料160的顶部延伸至底部的孔洞或开放通道。此外，缺陷线的内径可与例如激光束聚焦线的斑点直径一样大。激光束聚焦线可具有在约0.1微米与约5微米之间的范围内(例如1.5至3.5微米)的平均斑点直径。
为了形成聚焦线182，可使源激光188透射穿过光学组件184。合适的光学组件，可应用的光学组件详细描述于标题为“使用超高速激光束光学器件、破坏层和其他层的堆叠的透明材料切割(“STACKED TRANSPARENT MATERIAL CUTTING WITH ULTRAFAST LASER BEAM OPTICS,DISRUPTIVE LAYERS AND OTHER LAYERS)的美国专利申请号61917092中，该申请的传授内容以其全文通过引用结合在此。例如，位于源激光188的光束路径中的光学组件184被配置为将源激光188转化为聚焦线182，沿光束传播方向观看，激光束聚焦线182具有在0.1mm与100mm之间的范围内(例如0.1nm至10nm)的长度。该激光束聚焦线可具有的长度在约0.1mm与约10mm之间、或在约0.5mm与约5mm之间的范围内，诸如约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、或约9mm，或该长度在约0.1mm与约1mm之间的范围内，并且平均斑点直径在约0.1微米与约5微米之间的范围内。孔洞或缺陷线各自可具有在0.1微米与10微米之间，例如0.25至5微米(例如，0.2-0.75微米)的直径。例如，如图1中所示的，可利用球形或盘形光学组件184以使源激光188聚焦并形成具有限定长度的聚焦线182。
注意，此种在此所述的皮秒激光的典型操作产生脉冲500A的“爆发”500。每个“爆发”(在此也称为“脉冲爆发”500)含有多个极短持续时间的脉冲500A(诸如至少2个脉冲、至少3个脉冲、至少4个脉冲、至少5个脉冲、至少10个脉冲、至少15个脉冲、至少20个脉冲或更多个脉冲)。即，脉冲爆发是脉冲的“包袋”，且爆发通过比每次爆发内个别相邻脉冲的间隔更长的持续时间来彼此间隔。脉冲500A具有最高达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微微秒或在其间)的脉冲持续时间Td。爆发内的每一个别脉冲500A的能量或强度可以不等于爆发内的其他脉冲的能量或强度，且爆发500内的多个脉冲的强度分布经常遵循由激光设计所决定的时间的指数衰减。优选地，在此所述的示例性实施例的爆发500内的每个脉冲500A通过从1纳秒至50纳秒(例如10-50纳秒，或10-30纳秒，其中时间经常由激光腔设计所决定)的持续时间Tp而在时间上与该爆发中的后续脉冲间隔。对给定激光而言，爆发500内的相邻脉冲之间的时间间隔Tp(脉冲至脉冲间隔)是相对均匀的(±10％)。例如，在一些实施例中，爆发内的每个脉冲在时间上与后续脉冲间隔大约20纳秒(50MHz)。例如，对产生约20纳秒的脉冲间隔Tp的激光而言，爆发内的脉冲至脉冲间隔Tp维持在约±10％内或约±2纳秒。脉冲的每个“爆发”之间的时间(即，爆发之间的时间间隔Tb)将更加长(例如，0.25≤Tb≤1000微秒，例如1-10微秒，或3-8微秒)。在此处所述的激光的一些示例性实施例中，对具有约200kHz的爆发重复率或频率的激光而言，时间间隔Tb是约5微秒。激光爆发重复率与爆发中的第一脉冲至后续爆发中的第一脉冲之间的时间Tb(激光爆发重复率＝1/Tb)有关。在一些实施例中，激光爆发重复频率可以是在约1kHz与约4MHz之间的范围内。更优选地，激光爆发重复率可以例如在约10kHz与650kHz之间的范围内。每次爆发中的第一脉冲至后续爆发中的第一脉冲之间的时间Tb可以是0.25微秒(4MHz爆发重复率)至1000微秒(1kHz爆发重复率)，例如0.5微秒(2MHz爆发重复率)至40微秒(25kHz爆发重复率)，或2微秒(500kHz爆发重复率)至20微秒(50kHz爆发重复率)。确切时序、脉冲持续时间以及爆发重复率可取决于激光设计而改变，但高强度的短脉冲(Td<20微微秒并且优选地Td≤15微微秒)已表明尤其良好地工作。
改变或穿孔材料(例如，玻璃)所需的能量可就爆发能量-爆发内所含的能量(每次爆发500含有一系列脉冲500A)而言，或就单一激光脉冲内所含的能量(其中许多个可包含爆发)而言来描述。对于这些应用而言，每次爆发的能量可以是从25-750μJ，更优选地50-500μJ，或50-250μJ。在一些实施例中，每次爆发的能量是100-250μJ。脉冲爆发内的个别脉冲的能量将较小，且确切的个别激光脉冲能量将取决于脉冲爆发500内的脉冲500A的数量及激光的衰减速率(例如指数衰减速率)。例如，对恒定能量/爆发而言，如果脉冲爆发含有10个个别激光脉冲500A，则每一个别激光脉冲500A将含有相比如果同一脉冲爆发500仅具有2个个别激光脉冲更小的能量。
如在此处一些实施例中所述的，薄玻璃的激光“剥蚀”切割具有的优点包括：在剥蚀的区域处或附近没有最小化或阻止开裂产生；以及执行任意形状的自由形态切口的能力。该激光剥蚀切割有益于避免平板显示器的玻璃基板中的边缘开裂和剩余边缘应力，因为平板显示器具有自边缘破损的显著倾向，即使当应力施加至中心时。以在此所述的方法与定制的光束递送组合的超快激光器的高峰值功率可避免这些问题，因为本方法是“冷”剥蚀技术，该技术在无有害热效应的情况下切割。根据本方法通过超快激光器进行激光切割基本上不在玻璃中产生残余应力。然而，应理解，可在此处所述的激光处理方法和设备中利用任何类型的激光器。
仍然参考图1，激光中断元件140位于支撑基部120的顶部上并位于支撑基部120与透明材料160之间。在一个实施例中，激光中断元件140可以是基本上平坦的片材，其具有基本上平坦的顶部表面142和底部表面144，该顶部表面和底部表面分别符合支撑基部120的顶部表面122与透明材料160的底部表面164的平坦表面。一般而言，激光中断元件140光学中断透射穿过透明材料160的激光束180，使得激光束180不在激光中断元件140下方(即，在聚焦线182处)具有足够强度来损坏支撑基部120。例如，光学中断可包括反射、吸收、散射、散焦或以其他方式妨碍激光束180。中断元件140可反射、吸收、散射、散焦或以其他方式妨碍入射激光束180以禁止或阻止激光束180损坏或以其他方式改变多层堆叠100中的下层，诸如支撑基部120。
在一个实施例中，激光中断元件140位于经激光处理的透明材料160的正下方。此种组态展示在图1中，其中射束中断元件140为位于透明材料160的正下方的基本上平坦的片材，其中在此所述的激光处理将发生在该透明材料中。在一些实施例中，可将激光中断元件140定位为与支撑基部120直接接触，但在其他实施例中，可将另一层材料安置于支撑基部120与激光中断元件140之间。在一个实施例中，激光中断元件140可具有如从其顶部表面142至其底部表面144所测量的厚度，该厚度为从约0.5mm至约3mm。激光中断元件140的边缘可具有带有倾斜拐角的圆形形状，该形状基本上不含有尖锐拐角。
激光中断元件140具有与待由激光处理切割的透明材料160不同的光学性质。例如，射束中断元件140可包含散焦元件、散射元件、半透明元件、或反射元件。散焦元件是接口或层，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线182。散焦元件可包含具有散射或中断激光束180的波前的折射率多相性的材料或接口。在激光中断元件是半透明元件的实施例中，该半透明元件是材料的接口或层，该接口或层允许光穿过，但仅在散射或减弱激光束180之后以降低能量密度至足以阻止在多层堆叠100的半透明元件的侧面上的与激光束180相对的部分中形成激光束聚焦线182。
如图1中所示的，激光束180可进入并穿过透明材料160并接触激光中断元件140的顶部表面142。激光中断元件140可中断激光束180，使得激光束180的强度在它达到支撑基部120之前减小。更具体而言，可利用中断元件140的反射率、吸收率、散焦、衰减和/或散射来对激光辐射产生屏障或障碍。没有必要完成通过中断元件140对激光束180吸收、反射散射、衰减、散焦等。中断元件140对激光束180的效应可足以将聚焦线182的能量密度或强度降低至支撑基部120的切割、剥蚀、穿孔等所需阈值之下的水平。在一个实施例中，中断元件140将聚焦线182的能量密度或强度降低至损坏支撑基部120所需阈值之下的水平。激光中断元件140可以是层或接口并可被配置为吸收、反射或散射激光束180，其中吸收、反射或散射足以将透射至支撑基部120(或其他下层)的激光束180的能量密度或强度降低至引起损害支撑基部120或其他下层所需水平之下的水平。
在一个实施例中，激光中断元件140可在激光中断元件140的顶部表面142处光学中断激光束180。例如，在一个实施例中，激光中断元件140可在其顶层142或表面改变的顶部表面142上包含膜。例如，中断元件140可包含粗糙化的顶部表面142(最接近透明材料160的表面)，该粗糙化的顶部表面被改变为基本上粗糙的以散射入射光。另外，如果激光中断元件140的顶部表面142用以妨碍激光束180，则激光中断层的本体材料可以是与透明基板基本上相同的材料，因为在激光中断元件140的顶部表面142下方不形成聚焦线182。例如，在一个实施例中，透明材料160可以是玻璃且中断元件140可以是玻璃。此外，具有对激光波长透明的本体材料的激光中断元件140可透射激光并基本上散开贯穿中断元件140的本体材料结构的强度。在此种实施例中，激光中断元件140不受透射穿过透明材料160的激光束180损坏。
在一个实施例中，激光中断元件140可包含磨砂玻璃，例如像，磨砂玻璃的片材。磨砂玻璃，有时称为冰花状玻璃(iced glass)，可以是基本上半透明的。相对粗糙的顶部表面142可充当半透明元件，该半透明元件散射入射激光束180。磨砂玻璃可经化学蚀刻、喷砂、或以其他方式进行制造以具有操作以中断入射光的半透明外观。然而，在一个实施例中，磨砂玻璃可以是基本上光滑的以便不损坏在激光处理期间置于其顶部表面142上的透明材料160。例如，喷砂磨砂玻璃可足够粗糙以在透明材料160被设置于激光中断元件140上时通过刮擦损坏经激光处理的透明材料160。然而，化学蚀刻的玻璃可提供合适的光学特性，同时仍然足够光滑以不损坏透明材料160。如在此所使用，对透明材料160的损坏意为人眼可检测的损坏，诸如刮擦、切口或其他磨损。
在一个实施例中，顶部表面142的平均粗糙度(Ra)可大于或等于约0.5微米、大于或等于约0.8微米、大于或等于约1.0微米、大于或等于约1.5微米、或甚至大于或等于约2.0微米，如在此所使用，Ra被定义为局部表面高度与平均表面高度之间的差值的算术平均值并可通过以下方程描述：
其中Yi是相对于平均表面高度的局部表面高度。在其他实施例中，Ra可以是从约0.5微米至约2.0微米、从约0.5微米至约1.5微米、或从约0.5微米至约1.0微米。例如，在一个实施例中，磨砂玻璃可以是从西弗吉尼亚州克拉克斯堡(Clarksburg,WV)的EuropTec USA可商购的酸蚀刻玻璃。
在另一个实施例中，激光中断元件140可包含表面膜层，该表面膜层用以中断激光束180并基本上保护下层诸如支撑基部120。光学中断膜层可通过热蒸发、物理气相沉积和/或溅射来沉积，其中该厚度可随所利用的激光的波长而变化。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、环烯烃聚合物、环烯烃共聚物以及其组合。
对本领域技术人员而言将清楚的是可以在不脱离所要求的主题的精神和范围的情况下对在此所述的实施例做出各种修改和变化。因此，本说明书旨在涵盖在此所述的各个实施例的修改和变化，只要此类修改和变化在所附权利要求书及其等效物的范围内。