KR20190082831A - 제 1 투명 가공물에서 윤곽 라인을 형성하고 그 후에 상기 제 1 투명 가공물로부터 수지 층을 분리시키는 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법 - Google Patents

제 1 투명 가공물에서 윤곽 라인을 형성하고 그 후에 상기 제 1 투명 가공물로부터 수지 층을 분리시키는 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법 Download PDF

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알버트 로스 니버
크리스토퍼 앨런 윌랜드
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

적층체 가공물 스택 (110)을 레이저 가공하는 방법은 제 1 투명 가공물 (112a)과 제 2 투명 가공물 (112b) 사이에 배치된 수지 층 (120)을 가진 적층체 가공물 스택 (110)의 제 1 투명 가공물 (112a)에서 윤곽 라인을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는 제 1 투명 가공물 (112a) 내에 유도 흡수를 발생시키기 위해, 펄스 레이저 빔 (152)을, 상기 제 1 투명 가공물 (112a)로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 및 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 복수의 결함을 가진 윤곽 라인을 레이저 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 펄스 레이저 빔 (152)을 수지 층 (120)으로 지향된 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정함으로써 상기 수지 층 (120)을 수지 분리 라인을 따라 분리시키는 단계 및 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 수지 층 (120)을 레이저 절제하는 단계를 포함한다.

Description

제 1 투명 가공물에서 윤곽 라인을 형성하고 그 후에 상기 제 1 투명 가공물로부터 수지 층을 분리시키는 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법
본 출원은 35 U.S.C.§ 119 하에 2016년 11월 1일자로 출원된 미국 가출원 제62/415,794호 및 2017년 1월 11일자로 출원된 미국 가출원 제62/444,926호의 우선권 주장 출원이고 미국 가출원 각각은 그 전체가 참고로 여기에 병합된다.
본 명세서는 일반적으로 투명 가공물을 레이저 가공하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다수의 투명 가공물을 포함한 적층체 가공물 스택을 분리시키는 레이저에 관한 것이다.
재료의 레이저 가공 구역은 상이한 유형의 재료의 절단, 드릴링, 밀링 (milling), 용접, 용융 등을 포함하는 광범위한 적용을 포괄한다. 이들 공정 중에서 유리 기판 및 차량 창용 수지, 그 예로 차량 전면 유리를 포함하는 적층 스택을 절단 또는 분리하는 것이 특히나 중요하다.
공정 개발, 비용 관점 및 생산 품질로부터, 유리 기판 및 수지 및 유리 기판의 적층 스택을 절단 및 분리하는 것에 많은 개선 기회가 있다. 시장에서 현재 시행되고 있는 것보다 수지 및 유리 기판의 적층 스택을 분리하는데 보다 빠르고, 보다 깨끗하고, 보다 저렴하고, 보다 반복 가능하고, 보다 정확하며, 보다 신뢰할 수있는 방법을 가지는 것이 큰 관심사이다.
이에 따라서, 수지 및 유리 기판의 적층 스택을 분리시키는 대안적인 개선 방법이 필요하다.
일 실시예에 따르면, 적층체 가공물 스택 (laminate workpiece stack)을 레이저 가공하는 방법은 제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 배치된 수지 층을 가진 적층체 가공물 스택의 제 1 투명 가공물에서 윤곽 라인 (contour line)을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는 빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을, 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시킴, 및 상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 가진 윤곽 라인을 레이저 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 수지 층을 수지 분리 라인을 따라 분리시키는 단계를 포함한다. 상기 수지 층을 분리시키는 단계는 상기 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로를 따라 배향되고 상기 수지 층으로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 및 상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 레이저 절제하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 방법은 적층체 가공물 스택을 형성하기 위해 제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 수지 층을 적층하는 단계 - 상기 제 1 투명 가공물은 강화 유리 기판임, 상기 제 1 투명 가공물이 빔 경로를 따라 상기 제 2 투명 가공물의 하류에 위치하도록 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계, 및 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물에 윤곽 라인을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는 빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시키고, 상기 유도 흡수는 상기 제 1 투명 가공물 내에서 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함을 생성함, 및 상기 적층체 가공물 스택과 상기 빔 경로를 서로에 대해 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 가진 윤곽 라인을 레이저 형성하고, 상기 윤곽 라인을 따라 균열 전파를 유도하여 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 분리시키는 단계를 포함한다. 상기 수지 층을 분리시키는 단계는 상기 빔 경로를 따라 배향된 펄스 레이저 빔 초점 라인을 상기 적층체 가공물 스택의 수지 층으로 초점 조정하는 단계 및 상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 절제하는 단계를 포함한다.
여전히 또 다른 실시예에서, 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 방법은 적층체 가공물 스택을 형성하기 위해 제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 수지 층을 적층하는 단계 - 상기 제 1 투명 가공물 및 상기 제 2 투명 가공물 각각은 아치형임, 및 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물에 윤곽 라인을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는 피봇 가능한 레이저 출력 헤드로부터 전파되는 펄스 레이저 빔을, 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시킴; 및 상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 가진 윤곽 라인을 레이저 형성하는 단계를 포함한다. 추가로, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드는, 상기 적층체 가공물 스택이 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인에 대해 병진 이동됨에 따라, 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 피봇하여, 상기 펄스 레이저 빔이 상기 제 1 투명 가공물의 외향 표면의 충돌 위치와의 직교성을 유지하도록 한다. 상기 방법은 또한 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 분리시키는 단계를 포함한다. 상기 수지 층을 분리시키는 단계는 상기 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로를 따라 배향되고 상기 수지 층으로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 및 상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 레이저 절제하는 단계를 포함한다.
여기에 기술된 공정 및 시스템의 부가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 통상의 기술자에게 쉽게 명백할 것이거나, 다음의 상세한 설명, 청구항 및 첨부된 도면을 포함하여, 여기에 기술된 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다.
이해되어야 하는 바와 같이, 상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 다는 다양한 실시예를 기술하고, 청구된 주제의 특성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 개관을 제공하는 것으로 의도된다. 첨부 도면은 다양한 실시예의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 여기에 기술된 다양한 실시예를 도시하며, 설명과 함께 청구된 주제의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도면에 설명된 실시예는 본질적으로 도시적이고 예시적인 것이며 청구 범위에 의해 정의된 주제를 제한하지 않는 것으로 의도된다. 예시적인 실시예에 대한 다음의 상세한 설명은 유사한 구조가 유사한 참조 숫자로 표시되어있는 다음의 도면과 함께 읽혀질 때 이해될 수 있으며, 상기 도면에서:
도 1a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 2 개의 투명 가공물들 사이에 위치된 수지 층을 포함하고 평면 형상을 가진 적층체 가공물 스택의 측면도를 도시하고;
도 1b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 아치형 형상을 가지고 2 개의 투명 가공물들 사이에 위치된 수지 층을 포함한 적층체 가공물 스택의 측면도를 도시하고;
도 1c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 적층체 가공물 스택의 상부도를 도시하고;
도 2는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 투명 가공물에서 라인 결함의 윤곽 라인의 형성을 개략적으로 도시하고;
도 3은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 투명 가공물의 가공 동안에 펄스 레이저 빔 초점 라인의 위치를 개략적으로 도시하고;
도 4a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 펄스 빔 레이저 가공을 위한 광학 어셈블리를 개략적으로 도시하고;
도 4b-1은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 투명 가공물에 대한 관계를 가진 펄스 빔 레이저 초점 라인의 제 1 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 4b-2는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 투명 가공물에 대한 관계를 가진 펄스 빔 레이저 초점 라인의 제 2 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 4b-3은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 투명 가공물에 대한 관계를 가진 펄스 빔 레이저 초점 라인의 제 3 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 4b-4는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 투명 가공물에 대한 관계를 가진 펄스 빔 레이저 초점 라인의 제 4 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 5는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 레이저 가공을 위한 광학 어셈블리의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 6은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 레이저 가공을 위한 광학 어셈블리의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 7a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 가공물 제조 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 7b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 가공물 제조 시스템의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시하고;
도 8a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 레이저 가공을 거치는 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 8b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 8a의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 8c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 8b의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 8d는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 8c의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 8e는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 8d의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 9a는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 레이저 가공을 거치는 또 다른 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 9b는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 9a의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 9c는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 9b의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 9d는 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 부가적인 레이저 가공을 거치는 도 9c의 적층체 가공물 스택을 개략적으로 도시하고;
도 10은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 적층체 가공물 스택을 형성하는 방법의 순서도를 도시하고; 그리고
도 11은 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따른, 2 개의 투명 가공물들 사이에 수지 층을 적층하는 방법의 순서도를 도시한다.
이제, 투명 가공물 및 수지 층과 같은 복수의 재료 층을 포함하는 적층체 가공물 스택을 형성 및 레이저 가공하는 공정의 실시예에 대해 상세히 설명할 것이며, 그 예제는 첨부된 도면에 도시된다. 가능할 때마다, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 부분을 나타내기 위해 도면 전체에 걸쳐 사용될 것이다. 여기에 기술된 하나 이상의 실시예에 따르면, 적층체 가공물 스택의 복수의 재료 층은 제 1 투명 가공물, 제 2 투명 가공물 및 수지 층의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수지 층은 제 1 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 위치되어 제 1 및 제 2 투명 가공물에 접합될 수 있다. 다른 실시예에서, 적층체 가공물 스택은 수지 층을 사용하지 않고 제 2 투명 가공물 상에 스택된 제 1 투명 가공물을 포함할 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 수지 층은 단일 투명 가공물에 접합될 수 있다. 자동차 상황에서, 예시적인 적층체 가공물 스택은 차량 전면 유리 (vehicle windshields), 차량 측면 창, 차량 후면 창, 차량 선 루프 등을 포함한다.
적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 단계는 적층체 가공물 스택을 2 개 이상의 부분으로 분리하기 위해 적층체 가공물 스택의 하나 이상의 층으로 레이저 빔 (예를 들어, 펄스 레이저 빔)을 지향 (예를 들어, 포커싱)하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적층체 가공물 스택이 차량 전면 유리를 포함할 때, 여기에 기술된 레이저 가공 방법은 차량 제조의 엄격한 허용 오차 요건을 충족시키기 위해 차량 전면 유리의 원하는 둘레를 트림 (trim)하는데 사용될 수 있다. 추가로, 몇몇 실시예에서, 적층체 가공물 스택은 적어도 하나의 아치형 표면을 포함할 수 있다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 적층체 가공물 스택의 하나 이상의 층은 상이한 재료 속성을 포함하여, 각각의 층이 단일 레이저 동작에 상이하게 응답할 수 있으므로, 하나 이상의 층을 동시에 레이저 가공하는 것이 유리하지 않을 수 있다. 이에 따라서, 여기에 기술된 실시예는, 몇몇 실시예에서, 제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 배치된 수지 층을 포함하고 몇몇 실시예에서는 적어도 하나의 아치형 표면을 포함하는 적층체 가공물 스택을 형성 및 레이저 가공하는 방법 및 시스템을 제공한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, "레이저 가공"은 적층체 가공물 스택의 복수의 층 중 하나 이상 내로 및/또는 상으로 레이저 빔을 지향시키고, 원하는 분리 라인을 따라 적층체 가공물 스택에 대하여 레이저 빔을 병진 이동시키는 것을 포함한다. 레이저 가공의 예제는 적층체 가공물 스택의 투명 가공물에 일련의 결함을 포함하는 윤곽 라인을 형성하기 위해 펄스 레이저 빔을 사용하고, 적층체 가공물 스택의 수지 층의 부분을 레이저로 절제하기 위해 펄스 레이저 빔을 사용하며, 그리고 적층체 가공물 스택의 투명 가공물을 가열하기 위해 적외선 레이저 빔을 사용하는 것을 포함한다. 레이저 가공은 하나 이상의 원하는 분리 라인을 따라 투명 가공물 및/또는 수지 층을 분리할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 부가적인 비-레이저 단계는 하나 이상의 원하는 분리 라인을 따라 적층체 가공물의 투명 가공물 및/또는 수지 층을 분리하는데 이용될 수 있다.
문구 "투명 가공물"은 여기에서 사용되는 바와 같이, 투명한 유리 또는 유리-세라믹으로 형성된 가공물을 의미하며, 이 경우에 용어 "투명 (한)" 여기서 사용되는 바와 같이, 재료가 재료 깊이 mm 당 약 20% 미만, 그 예로 특정 펄스 레이저 파장에 대해 재료 깊이 mm 당 약 10% 미만, 또는 그 예로 특정 펄스 레이저 파장에 대해 재료 깊이 mm 당 약 1% 미만의 광학 흡수를 가지는 것을 의미한다. 투명 가공물은 약 50 미크론 (㎛) 내지 약 10 mm (그 예로, 약 100 ㎛ 내지 약 5 mm, 또는 약 0.5 mm 내지 약 3 mm)의 깊이 (예를 들어, 두께)를 가질 수 있다. 투명 가공물은 유리 조성물, 그 예로 보로실리케이트 유리, 소다-석회 유리, 알루미노실리케이트 유리, 알칼리 알루미노실리케이트, 알칼리토류 알루미노실리케이트 유리, 알칼리토류 보로-알루미노실리케이트 유리, 용융 실리카, 또는 결정질 재료 그 예로 사파이어, 실리콘, 갈륨 비소, 또는 이들의 조합으로 형성된 유리 가공물을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 투명 가공물은 투명 가공물을 레이저 가공 전 또는 후에 열적 템퍼링을 통해 강화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유리는, 투명 가공물을 레이저 가공 전 또는 후에 유리 조성물이 유리를 강화하는 이온-교환을 거칠 수 있도록, 이온 교환될 수 있다. 예를 들어, 투명 가공물은 NY, Corning의 Corning Incorporated로부터 구입 가능한 Corning Gorilla®유리 (예를 들어, 코드 2318, 코드 2319, 및 코드 2320)와 같은 이온 교환된 및 이온 교환 가능한 유리를 포함할 수 있다. 추가로, 이들 이온 교환된 유리는 약 6 ppm/C°내지 약 10 ppm/C°의 열 팽창 계수 (CTE)를 가질 수 있다. 다른 예제의 투명 가공물은 NY, Corning의 Corning Incorporated로부터 구입 가능한 EAGLE XG®, CONTEGO, 및 CORNING LOTUSTM을 포함할 수 있다. 게다가, 투명 가공물은 레이저의 파장에 대해 투명한 다른 구성 요소, 예를 들어 사파이어 또는 아연 셀레나이드와 같은 결정을 포함할 수 있다.
이온 교환 공정에서, 투명 가공물의 표면 층에서의 이온은 예를 들어 이온 교환 욕에서 투명 가공물을 부분적으로 또는 완전히 침지시킴으로써 동일한 원자가 또는 산화 상태를 가진 보다 큰 이온으로 대체된다. 보다 작은 이온을 보다 큰 이온으로 대체하면, 압축 응력의 층이 투명 가공물의 하나 이상의 표면으로부터 투명 가공물 내의 소정의 깊이 (층 깊이라 칭함)까지 연장된다. 압축 응력은 유리 시트에서의 순 응력이 제로가 되도록 인장 응력 (중앙 인장이라 칭함)의 층에 의해 밸런싱된다. 유리 시트의 표면에 압축 응력이 형성되면, 유리는 강해지고 기계적인 손상에 저항하며 이로 인해 층 깊이를 통해 연장되지 않는 결함에 대해 유리 시트의 재해적 고장 (catastrophic failure)을 완화시킨다. 몇몇 실시예에서, 투명 가공물의 표면 층에서 보다 작은 소듐 이온은 보다 큰 포타슘 이온으로 교환된다. 몇몇 실시예에서, 표면 층에서의 이온 및 보다 큰 이온은 Li+ (유리에 존재할 때), Na+, K+, Rb+ 및 Cs+와 같은 1가 알칼리 금속 양이온이다. 대안적으로, 표면 층에서의 1가 양이온은 Ag+, Tl+, Cu+ 등과 같은 알칼리 금속 양이온과는 다른 1가 양이온으로 대체될 수 있다.
문구 "윤곽 라인"은, 여기에서 사용되는 바와 같이, 투명 가공물의 표면 상에 원하는 분리 라인을 따라 또는 그 근처에서 형성된 라인 (예를 들어, 라인, 곡선 등)을 나타내며, 상기 분리 라인을 따라 투명 가공물은 적당한 가공 조건에 노출될 시에 다수의 부분으로 분리될 것이다. 윤곽 라인은 일반적으로 다양한 기술을 사용하여 투명 가공물에 도입된 일련의 결함으로 구성된다. 이들 결함은 여기 다양한 실시예에서 가공물에서의 라인 결함, 천공 또는 나노-천공으로 지칭될 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "결함"은 (벌크 재료에 대해) 변형된 재료 구역, 보이드 공간, 크랙, 스크래치, 결함, 홀 또는 투명 가공물 내의 다른 변형을 포함할 수 있다. 추가로, 투명 가공물은 윤곽 라인을 따라 분리될 수 있는데, 예를 들어 윤곽 라인에 인접한 투명 가공물의 구역을 가열하거나 투명 가공물을 굽히거나, 스크라이브하거나, 또는 이와 달리 기계적으로 응력을 가하도록 구성된 적외선 레이저 또는 다른 레이저를 사용하여 분리될 수 있다. 다른 실시예에서, 투명 가공물은 기계적으로 응력을 받아서 분리를 일으키거나 분리가 자연스럽게 발생할 수 있다. 이론에 의해 제한되지는 않지만, 윤곽 라인에서 투명 가공물에 응력을 가하면 크랙이 윤곽 라인을 따라 전파될 수 있다.
문구 "수지 층"은, 여기에서 사용되는 바와 같이, 적층체 가공물 스택의 하나 이상의 투명 가공물에 접합될 수 있는 연성 (ductile) 재료 층을 나타낸다. 예를 들어, 수지 층은 적층체 가공물 스택, 예를 들어 차량 유리 적층체, 그 예로 차량 전면 유리, 차량 측면 창, 차량 후면 창, 차량 선 루프 등을 형성하기 위해 투명 가공물들 사이에 위치되어 상기 투명 가공물들에 접합될 수 있다. 투명 가공물들 사이에 위치되어 상기 투명 가공물들에 접합되는 경우, 적층체 가공물 스택이 의도하지 않은 크랙 또는 파괴 이벤트를 겪을 때 수지 층은 투명 가공물의 파편을 함께 보유할 수 있다. 예시적인 수지 층 재료는 폴리비닐 부티랄, 에틸렌-비닐 아세테이트, 이들의 조합 등을 포함한다.
수지 층이 연성이기 때문에, 수지 층은 취성 투명 가공물과는 다른 상이한 레이저 가공 방법을 사용하여 분리될 수 있다. 예를 들어, 수지 층 내에 일련의 결함을 포함하는 윤곽 라인을 형성하는 단계는 유리와 같은 취성 재료의 경우와 같이 윤곽 라인을 따라 결함들 사이에서 연속적인 크랙 전파를 발생시키지 않을 것이다. 이로써, 원하는 분리 라인을 따라 수지 층을 분리하기 위해, 예를 들어, 펄스 레이저 빔을 사용하여 레이저 절제가 수행될 수 있다. 추가로, 수지 층이 투명 가공물 사이에 위치될 때, 수지 층의 절제된 재료가 적층체 가공물 스택을 빠져나가는 경로를 가지도록 수지 층을 분리하기 전에 또는 분리와 동시에 원하는 분리 라인을 따라 투명 가공물 중 적어도 하나를 분리하는 것이 유리할 수 있다. 수지 층의 절제된 재료가 적층체 가공물 스택을 빠져나갈 수 없는 경우, 예를 들어 적어도 하나의 투명 가공물이 분리되기 전에 수지 층이 절제된 경우; 수지 층의 절제된 재료가 적층체 가공물 스택의 투명 가공물을 손상시킬 수 있다.
이제 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 복수의 재료 층, 예를 들어, 복수의 투명 가공물 (112) 및 수지 층 (120)을 포함하는 적층체 가공물 스택 (110)이 도시된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 적층체 가공물 스택 (110)은 제 1 투명 가공물 (112a), 제 2 투명 가공물 (112b) 및 수지 층 (120)을 포함한다. 수지 층 (120)은 제 1 투명 가공물 (112a)와 제 2 투명 가공물 (112b) 사이에 배치 및 접합된다. 추가로, 제 1 투명 가공물 (112a) 및 제 2 투명 가공물 (112b) 각각은 내향 표면 (116a, 116b)에 대향하는 외향 표면 (114a, 114b)을 포함한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 외향 표면 (114a, 114b) 각각은 수지 층 (120)으로부터 외부를 향해 대면하고 내향 표면 (116a, 116b) 각각은 수지 층 (120)을 향해 대면 및 접촉한다. 도시되지는 않았지만, 몇몇 실시예에서, 적층체 가공물 스택 (110)은 부가적인 층, 예를 들어, 투명 가공물 (112) 및 수지 층 (120)의 부가 재료 층을 포함할 수 있다.
추가로, 적층체 가공물 스택 (110)은 평면형 또는 아치형일 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 복수의 투명 가공물 (112) 및 수지 층 (120)은 평면형이고, 도 1b에 도시된 복수의 투명 가공물 (112) 및 수지 층 (120)은 아치형이다. 아치형 실시예에서, 적층체 가공물 스택 (110)은 약 5°내지 약 20° 예를 들어 8°, 10°, 12°, 15°, 18° 등의 적층체 가공물 스택 (110)의 적어도 하나의 표면 (예를 들어, 제 1 및 제 2 투명 가공물 (112a, 112b)의 외향 표면 (114a, 114b))을 따른 경사를 포함할 수 있다. 차량 유리 적층체, 그 예로 차량 전면 유리, 차량 측면 창, 차량 후면 창, 차량 선루프 등은 아치형인 적층체 가공물 스택 (110)의 예시적인 실시예이다.
이제 도 1c를 참조하면, 적층체 가공물 스택 (110)의 상부도가 도시된다. 특히, 도 1c는 제 1 투명 가공물 (112a)의 외향 표면 (114a) 및 적층체 가공물 스택 (110)의 원하는 둘레 (119)를 도시한다. 원하는 둘레 (119)는 예를 들어, 적층체 가공물 스택 (110)이 차량 전면 유리로 가공되는 실시예에서, 적층체 가공물 스택 (110)의 원하는 분리 라인을 나타낸다. 예를 들어, 적층체 가공물 스택 (110)은 여기에 기술된 방법을 사용하여 원하는 둘레 (119)를 따라 레이저 가공 및 분리될 수 있다.
이제 도 2-6을 참조하면, 적층체 가공물 스택 (110)의 예시적인 투명 가공물 (112)은 여기에 기술된 방법에 따른 레이저 가공을 거쳐 개략적으로 도시된다. 특히, 도 2-7a는 적층체 가공물 스택의 투명 가공물 (112)을 분리하는데 사용될 수 있는 복수의 결함 (105)을 포함하는 윤곽 라인 (102)의 형성을 개략적으로 도시한다. 도 2-7a의 방법은 투명 가공물 (112)을 레이저 가공하는데 사용될 수 있고, 부가적인 레이저 가공 단계 (예를 들어, 레이저 절제)가 수지 층 (120)을 분리하는데 사용될 수 있다. 이에 따라서, 후술하는 부가적인 레이저 절제 단계와 조합된 도 2-7a의 방법은 적층체 가공물 스택 (110)을 분리하여, 예를 들어, 차량 전면 유리의 둘레를 트림하기 위해 사용될 수 있다. 레이저 가공을 사용하여 차량 전면 유리 또는 다른 적층체 가공물 스택의 둘레를 트림하는 것은 유리할 수 있는데, 이는 레이저 가공이 원하는 둘레 외부에 위치된 과도의 가공물 재료에 어떠한 분리 도구도 결합시킴 없이 수행되어, 사전-레이저 가공된 적층체 가공물 스택이 원하는 둘레의 외부에 위치된 최소한의 과도의 가공물 재료를 가지는 것을 허용할 수 있기 때문이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 결함 (105)을 포함하는 윤곽 라인 (102)은 병진 이동 방향 (101)으로 이동하는 초-단 펄스 레이저 빔 (152)으로 투명 가공물 (112)를 가공함으로써 형성될 수 있다. 결함 (105)은 예를 들어, 투명 가공물 (112)의 깊이를 통해 연장될 수 있으며, 그리고 투명 가공물 (112)의 이미징 표면과 직교할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 투명 가공물 (112)의 "이미징 표면"은 펄스 레이저 빔 (152)이 예를 들어 충돌 위치 (115)에서 투명 가공물 (112)과 초기에 접촉하는 투명 가공물 (112)의 표면이다.
추가로, 도 2에 도시된 투명 가공물 (112)은 평면형이고, 도 1b에 도시된 바와 같이, 투명 가공물 (112)이 아치형인 실시예에서, 펄스 레이저 빔 (152)은 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)로부터 전파될 수 있다. 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 펄스 레이저 빔 (152)의 전파 방향을 변경하여 빔 경로 (151)를 변경하도록 구성되고, 그 결과 펄스 레이저 빔 (152)은 충돌 위치 (115)에서 투명 가공물 (112)의 외향 표면 (114)과 실질적으로 직교하는 투명 가공물 (112)과 접촉할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)를 가공물 제조 시스템 (180)의 제 1 병진 이동 암 (182)과 피봇 가능하게 연결하는 피봇 조인트 (142)를 포함할 수 있다 (도 7a). 몇몇 실시예에서, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 레이저 가공하기 위해 사용된 광학 어셈블리 (130)를 대안적으로 또는 부가적으로 하우징할 수 있고, 적층체 가공물 스택 (110)은 빔 스티어링 미러, 예를 들어 F-세타(theta) 갈바노미터와 같은 하나 이상의 피봇 가능한 광학 구성요소 (131)를 포함할 수 있다 (도 7b).
도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 결함 (105)은 윤곽 라인 (102)을 정의할 수 있고, 윤곽 라인 (102)은 의도된 분리 라인을 그리고 상기 분리 라인 주위에서 투명 가공물 (112)은 2 개 이상의 부분으로 분리될 수 있다 (예를 들어, 윤곽 라인 (102)은 적층체 가공물 스택 (110)의 원하는 둘레 (119)를 따라 적층체 가공물 스택 (110)의 제 1 투명 가공물 (112a) 및 제 2 투명 가공물 (112b) 각각으로 형성될 수 있다). 복수의 결함 (105)은 투명 가공물 (112)의 표면으로 연장되고 투명 가공물 (112)을 윤곽 라인 (102)을 따라 별개의 부분으로 분리하기 위한 크랙 전파용 경로를 확립한다. 윤곽 라인 (102)을 형성하는 것은 윤곽 라인 (102)의 복수의 결함 (105)을 형성하기 위해 (예를 들어, 병진 이동 방향 (101)으로) 투명 가공물 (112)에 대해 펄스 레이저 빔 (152)을 병진 이동시키는 것을 포함한다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 펄스 레이저 빔 (152)은 투명 가공물 (112)의 운동, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 운동 (예를 들어, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)의 운동), 또는 투명 가공물 (112) 및 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) 둘 다의 운동에 의해 투명 가공물 (112)에 걸쳐 병진 이동될 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 투명 가공물 (112)에 대해 병진 이동시킴으로써, 복수의 결함 (105)은 투명 가공물 (112)에 형성될 수 있다. 게다가, 도 2에 도시된 윤곽 라인 (102)이 선형이지만, 윤곽 라인 (102)은 또한 비선형일 수 있다 (즉, 곡률을 가짐). 곡선형 윤곽 라인은, 예를 들어, 일 차원 대신에 이 차원으로 투명 가공물 (112) 또는 펄스 레이저 빔 (152)을 다른 것에 대해 병진 이동시킴으로써 만들어질 수 있다. 예제로서, 도 2에 도시된 원하는 둘레 (119)를 따라 형성된 윤곽 라인 (102)은 비-선형 윤곽 라인 (102)이 될 것이다.
몇몇 실시예에서, 투명 가공물 (112)은 후속 분리 단계에서 추가로 작용하여 윤곽 라인 (102)을 따라 투명 가공물 (112)의 분리를 유도할 수 있다. 후속 분리 단계는 기계적 힘 또는 열적 응력 유도된 힘을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 적외선 레이저 빔 (예를 들어, 도 8b 및 9c에 도시된 적외선 빔 소스 (160)에 의해 출력된 적외선 레이저 빔 (162))과 같은 열적 소스는 열적 응력을 생성하여 윤곽 라인 (102)에서 투명 가공물 (112)을 분리하기 위해 사용될 수 있다. 실시예에서, 적외선 레이저는 자발적 분리를 개시하기 위해 사용될 수 있고 그 후에 분리는 기계적으로 마무리될 수 있다. 유리에 열적 응력을 생성시키는 적합한 적외선 레이저는 통상적으로 1.2 ㎛ 내지 13 ㎛, 예를 들어, 4 ㎛ 내지 12 ㎛의 범위의 파장을 가진 유리에 의해 쉽게 흡수되는 파장을 가질 것이다. 추가로, 적외선 레이저 빔의 출력은 약 10 W 내지 약 1000 W, 예를 들어 100 W, 250 W, 500 W, 750 W 등일 수 있다. 게다가, 적외선 레이저 빔의 1/e2 빔 직경은 약 20 mm 이하, 예를 들어, 15 mm, 12 mm, 10 mm, 8 mm, 5 mm, 2 mm 이하일 수 있다. 동작에서, 적외선 레이저 빔의 보다 큰 1/e2 빔 직경은 보다 빠른 그리고 보다 출력 있는 레이저 가공을 용이하게 할 수 있는 반면, 적외선 레이저 빔의 보다 작은 1/e2 빔 직경은 윤곽 라인 (102) 근처의 투명 가공물 (112)의 부분에 손상을 제한함으로써 고 정밀 분리를 용이하게 할 수 있다.
적외선 빔 소스 (160) (도 8b 및 9c), 예를 들어, 이산화탄소 레이저 ("CO2 레이저"), 일산화탄소 레이저 ("CO 레이저"), 고체 상태 레이저, 레이저 다이오드, 또는 이들의 조합에 의해 만들어진 레이저 빔과 같은 적외선 레이저 빔은 윤곽 라인 (102)에서 또는 그 근처에서 투명 가공물 (112)의 온도를 급속히 증가시키는 제어된 가열 소스이다. 이러한 급속한 가열은 윤곽 라인 (102) 상에 또는 그에 인접하여 투명 가공물 (112)에 압축 응력을 조성할 수 있다. 가열된 유리 표면의 면적이 투명 가공물 (112)의 전체 표면적에 비해 상대적으로 작기 때문에, 가열된 면적은 상대적으로 급속히 냉각된다. 결과적인 온도 구배는 윤곽 라인 (102)을 따라 그리고 투명 가공물 (112)의 깊이를 통해 크랙을 전파시키기에 충분한 인장 응력을 투명 가공물 (112)에 유도하여, 윤곽 라인 (102)을 따라 투명 가공물 (112)의 완전한 분리를 초래한다. 이론에 구애됨 없이, 인장 응력이 보다 높은 국부 온도를 갖는 가공물의 부분에서 유리의 팽창 (즉, 변화된 밀도)에 의해 유발될 수 있다고 여겨진다.
다른 실시예에서, 응력 유도 소스는 윤곽 라인 (102)을 따른 또는 그 근처의 위치에서 제 1 투명 가공물 (112a)로 지향된 후속 펄스 레이저 빔 초점 라인을 포함할 수 있고, 적층체 가공물 스택 (110) 및 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인을 윤곽 라인 (102)을 따라 또는 그 근처에서 서로에 대해 병진 이동시키고, 상기 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인은 윤곽 라인 (102)의 복수의 결함 (105)을 형성하기 위해 사용된 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) (예를 들어, 제 1 펄스 레이저 빔 초점 라인)보다 큰 펄스 에너지를 포함한다. 여전히 다른 실시예에서, 유형, 깊이, 및 재료 속성 (예를 들어, 흡수, CTE, 응력, 조성물 등)에 의존하여, 투명 가공물에 존재하는 응력은 추가적인 가열 또는 기계적인 분리 단계 없이 윤곽 라인 (102)을 따라 자발적 분리를 야기시킬 수 있다. 예를 들어, 투명 가공물 (112)이 강화된 유리 기판 (예를 들어, 이온-교환된 또는 열적 템퍼링된 유리 기판)을 포함할 때, 윤곽 라인 (102)의 형상은 투명 가공물 (112)을 분리하기 위해 윤곽 라인 (102)을 따라 크랙 전파를 유도할 수 있다.
몇몇 투명 가공물 (112)의 경우, 윤곽 라인 (102)의 방향을 따른 인접한 결함들 (105) 사이의 거리 또는 주기성은 적어도 약 0.1 ㎛ 또는 1 ㎛ 일 수 있고, 약 20 ㎛ 또는 심지어 30 ㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 투명 가공물 (112)에서, 인접한 결함들 (105) 사이의 주기성은 약 0.5 내지 약 15 ㎛, 또는 약 3 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 또는 약 0.5 ㎛ 내지 약 3.0 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 투명 가공물에서, 인접한 결함들 (105) 사이의 주기성은 투명 가공물 (112)의 이미징 표면에서 약 0.5 ㎛ 내지 약 1.0 ㎛일 수 있거나, 또는 적어도 약 1 ㎛, 그 예로 적어도 약 5 ㎛, 또는 약 1 ㎛ 내지 약 15 ㎛일 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112)의 충돌 위치 (115)와 직교하는 투명 가공물 (112)과 충돌하는 실시예에서, 2 개의 인접한 결함 (105) 사이의 간격 거리는 투명 가공물 (112)의 깊이 d를 통해 균일하다. 추가로, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112)의 충돌 위치 (115)에 대해 비-직각으로 투명 가공물 (112)과 충돌하는 실시예에서, 투명 가공물 (112)의 이미징 표면에서 2 개의 인접한 결함 (105) 사이의 간격 거리는 이미징 표면과 대향하는 표면에서 2 개의 인접한 결함 (105) 사이의 간격과는 상이할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기의 거리는 투명 가공물 (112)의 깊이 d를 통한 인접한 결함들 (105) 사이의 평균 거리일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 펄스 레이저 빔 (152)의 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)으로 가공됨으로써 윤곽 라인 (102)을 생성하는 여러 방법이 있다. 펄스 레이저 빔 (152)은 빔 소스 (150)에 의해 출력될 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 형성하는 광학 방법은, 구면 렌즈, 액시콘 렌즈, 회절 요소, 분할 초점 요소, 또는 고 세기의 선형 영역을 형성하는 다른 방법을 포함하여, 다수의 형태를 취할 수 있는 광학 어셈블리 (130)의 사용을 포함한다. 추가로, 광학 어셈블리 (130)는 펄스 레이저 빔 (152) 및 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 빔 전파 방향을 제어하기 위해 피봇 가능한 광학 구성요소 (131)를 포함할 수 있다 (도 7b). 게다가, 빔 소스 (150)의 유형 (피코초 레이저, 펨토초 레이저 등), 빔 소스 (150)에 의해 출력된 펄스 레이저 빔 (152)의 파장 (적외선, 녹색, UV 등), 및 펄스 레이저 빔 (152)에 의해 출력된 펄스 에너지는 또한, 투명 가공물 재료의 파손을 생성하기에 충분한 광학 세기가 도달하고 비선형 광학 효과를 통해 투명 가공물 (112) 상의 초점 영역에서 수지 층 재료를 절제하는 한, 변화될 수 있다. 하나 이상의 실시예에 따르면, 빔 소스 (150)는 주어진 버스트 내의 펄스 수를 조정함으로써 시간에 따른 에너지 증착의 제어를 허용하는 펄스 버스트 레이저일 수 있다.
예를 들어, 초-단 펄스 레이저를 포함하는 빔 소스 (150)의 실시예는 고 종횡비 수직 결함 (105)을 일관되고, 제어 가능하고, 반복 가능한 방식으로 생성하는데 사용될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 광학 기술은 투명 가공물 (112) 내에 고 세기 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 생성하는데 사용된다. 일 실시예에서, 액시콘 렌즈 요소는 초-단 (피코초 또는 펨토초 지속시간) 베셀 빔 (Bessel beams)을 사용하여 고 종횡비의 테이퍼-없는 (taper-free) 라인 결함의 영역을 생성하기 위해 광학 렌즈 어셈블리에 사용된다. 다시 말하면, 액시콘은 레이저 빔을 원통형 형상 및 고 종횡비 (장 길이 및 소 직경)의 고 세기 영역으로 집중시킨다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)으로 생성된 고 세기로 인해, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 전자기장과 투명 가공물 (112)의 재료의 비선형 상호 작용이 발생될 수 있고, 레이저 에너지는 윤곽 라인 (102)의 구성이 되는 결함 (105)의 형성에 영향을 주기 위해 투명 가공물 (112)로 전달될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 윤곽 라인 (102)을 형성하는 방법은 빔 경로 (151)를 따라 배향된 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)으로 펄스 레이저 빔 (152)을 초점 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 빔 소스 (150)는, 광학 어셈블리 (130)로 입사되는 일 부분 (152a)을 가진 펄스 레이저 빔 (152)을 방출한다. 광학 어셈블리 (130)는 입사된 레이저 빔 부분 (152a)을, 빔 방향을 따라 정의된 확장 범위 (펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l)에 걸쳐 출력 측면 상의 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)으로 전환시킨다. 투명 가공물 (112)은 펄스 레이저 빔 (152)의 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 적어도 부분적으로 중첩시키는 빔 경로 (151)에 위치된다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 이로써 깊이 d를 가진 투명 가공물 (112)로 지향된다.
이제 도 2 및 도 3을 참조하면, 투명 가공물 (112)의 충돌 위치 (115)는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) 및 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)와 직교하여 정렬되고, 상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 광학 어셈블리 (130)의 일 부분 또는 모두를 하우징할 수 있고, 투명 가공물 (112)과 직교하는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 유지하기 위해 윤곽 라인 (102)의 형성 동안에 피봇할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 투명 가공물 (112)은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 위치될 수 있어, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 투명 가공물 (112)의 외향 표면 (114)에서 또는 그 앞에서 시작하여 투명 가공물 (112)의 내향 표면 (116) 앞에서 정지된다 (즉, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 투명 가공물 (112) 내에 종결되고 내향 표면 (116)을 너머 연장되지 않는다). 이로써, 투명 가공물 (112)이 적층체 가공물 스택 (110) 내에 위치될 때, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 수지 층 (120)에 도달하기 전에 정지될 수 있다.
게다가, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112)의 충돌 위치 (115)에서 투명 가공물 (112)의 이미징 평면 (예를 들어, 외향 표면 (114))과 직교하는 투명 가공물 (112)로 연장되도록, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 투명 가공물 (112)에 대해 위치시키는 것이 바람직하다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112)과 직교하지 않는 경우, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 투명 가공물 (112)의 깊이를 따라 이동 및 퍼져서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112)의 보다 큰 볼륨에 걸쳐 에너지를 분배시키도록 하고, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 선명도 및 초점을 낮추고 저품질이 일어나고, 투명 가공물 (112) 내의 결함 (105)도 덜 균일해진다.
여전히 도 2 및 3을 참조하면, 투명 가공물 (112)과의 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 중첩 구역에서 (즉, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 의해 커버된 투명 가공물 재료에서), 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 (길이 방향의 빔 방향을 따라 정렬된) 섹션 (153a)을 발생시키고 (길이 l의 섹션, 즉 길이 l의 라인 초점 상에 펄스 레이저 빔 (152)의 초점 조정에 의해 세기가 보장되는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 따른 적합한 레이저 세기를 가정함), 상기 섹션을 따라 유도 흡수가 투명 가공물 (112)의 재료에서 발생된다. 유도 흡수는 섹션 (153a)을 따라 투명 가공물 재료에서 결함 형성을 만들어 낸다. 결함 (105)은 다수의 레이저 펄스의 단일 고 에너지 버스트를 사용함으로써, 발생될 수 있는 투명 가공물 (112)에서 미세한 (예를 들어, 약 100 nm 내지 약 0.5 ㎛의 내부 직경을 가짐) 가늘고 긴 결함이다. 일련의 결함 (105)은 윤곽 라인 (102)을 따라 투명 가공물 (112)에 천공 패턴을 생성한다. 예를 들어, 개별 결함 (105)은 수백 킬로헤르츠 (즉, 초당 수십만 개의 결함)의 속도로 생성될 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)과 투명 가공물 (112) 사이의 상대 운동으로, 이들 결함 (105)은 서로 인접하게 위치될 수 있다 (원하는 대로 서브-미크론으로부터 많은 미크론으로 변하는 공간 분리). 이러한 공간 분리 (피치)는 투명 가공물 (112)의 분리를 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 결함 (105)은 외향 표면 (114)으로부터 내향 표면 (116)으로 연장되는 결함인 "관통 결함"이다. 결함 형성은 국부적인 것뿐만 아니라 유도 흡수의 섹션 (153a)의 전체 길이에 걸쳐 있다. 섹션 (153a)의 길이 (펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)과 투명 가공물 (112)의 중첩의 길이에 해당함)는 참조 부호 L로 표기된다. 유도 흡수의 섹션 (153a)에서의 결함 구역 (즉, 결함 (105))의 내부 직경은 참조 부호 D로 표기된다. 이러한 내부 직경 (D)은 기본적으로 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 평균 직경, 즉, 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 범위의 평균 스폿 직경에 대응한다.
펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 발생시키도록 적용될 수 있는 대표적인 광학 어셈블리 (130), 이뿐 아니라, 이들 광학 어셈블리 (130)가 적용될 수 있는 대표적인 광학 장비가 아래에서 기술된다. 추가로, 대표적인 광학 어셈블리 (130) 각각은 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 내에 완전히 또는 부분적으로 하우징될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 빔 소스 (150) 및 광학 어셈블리 (130) 둘 다는 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 내에 하우징될 수 있고 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 피봇 조인트 (142) 주위에서 피봇 가능할 수 있고, 그 결과 빔 소스 (150) 및 광학 어셈블리 (130)의 각 구성요소는 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)의 이동 동안 서로에 대해 정렬된 채로 유지된다. 다른 실시예에서, 광학 어셈블리 (130)는, 빔 경로 (151)의 방향을 제어하여 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 방향을 제어할 수 있는 빔 스티어링 미러 (도 7b)와 같은 피봇 가능한 광학 구성요소 (131)를 포함할 수 있다. 추가로, 여기에서 사용되는 바와 같이 "상류" 및 "하류"는 빔 소스 (150)에 대한 빔 경로 (151)를 따른 2 개의 위치 또는 구성요소의 상대적인 위치를 지칭한다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔 (152)이 제 2 구성요소를 횡단하기 전에 제 1 구성요소를 횡단하는 경우, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소의 상류에 있다. 추가로, 펄스 레이저 빔 (152)이 제 1 구성요소를 횡단하기 전에 제 2 구성요소를 횡단하는 경우, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소의 하류에 있다.
이제 도 4a를 참조하면, 광학 어셈블리 (130)는 렌즈 (132) 및 조리개 (134) (예를 들어, 원형 조리개) 둘 다를 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 광학 어셈블리 (130)에 입사하는 빔 소스 (150)에 의해 방출된 펄스 레이저 빔 (152)의 부분 (152a)은, 사용된 레이저 복사의 파장에 불투명한 조리개 (134) 상으로 먼저 지향된다. 조리개 (134)는 길이 방향 빔 축과 수직으로 배향되고, 도시된 빔 부분 (152a)의 중앙 부분 상 중심에 있게 된다. 조리개 (134)의 직경은, 빔 부분 (152a)의 중심 근처의 레이저 복사 (즉, 중심 빔 부분, 여기서 152aZ로 표기)가 조리개 (134)를 강타하고 그에 의해 완전히 흡수되는 방식으로 선택된다. 빔 부분 (152a)의 외부 둘레 범위의 빔 (즉, 주변 광선, 여기서 152aR로 표기)만이 빔 직경과 비교하여 감소된 조리개 크기로 인해 원형 조리개 (134)에 의해 흡수되지 않고, 조리개 (134) 측 방향으로 통과하고 광학 어셈블리 (130)의 초점 렌즈 (132)의 주변 구역을 강타하며, 상기 초점 렌즈는 이 실시예에서 구형으로 절단된 양면-볼록 렌즈로 설계된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 펄스 레이저 빔 (152)에 대한 단일 초점 일뿐만 아니라, 펄스 레이저 빔 (152)에서의 상이한 광선에 대한 일련의 초점일 수 있다. 일련의 초점은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l로서 도 4a에 도시된, 정의된 길이의 가늘고 긴 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 형성한다. 렌즈 (132)는 중앙 빔 상에 중심에 있게 될 수 있고, 공통의 구형으로 절단된 렌즈의 형태로 비-교정된, 양면-볼록 초점 조정 렌즈로서 설계될 수 있다. 대안으로서, 이상적인 초점을 형성하지는 않지만 정의된 길이의 별개의 가늘고 긴 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 형성하는, 이상적으로 교정된 시스템으로부터 벗어나는 비구면 또는 다중-렌즈 시스템 또한 사용될 수 있다 (즉, 단일 초점을 가지지 않는 렌즈 또는 시스템). 이로써, 렌즈 (132) 존은 렌즈 중앙으로부터의 거리에 영향을 받는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 따라 초점 조정된다. 빔 방향에 걸친 조리개 (134)의 직경은 (피크 세기의 1/e2로 감소시키는 빔의 세기에 요구되는 거리에 의해 정의되는) 펄스 레이저 빔 (152)의 직경의 대략 90%일 수 있으며, 광학 어셈블리 (130)의 렌즈 (132)의 직경의 대략 75%일 수 있다. 이로써, 따라서, 중앙에서 빔 번들을 차단함으로써 발생된 비-수차-교정 구면 렌즈 (132)의 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 사용된다. 도 4a는 중앙 빔을 통한 하나의 평면에서의 섹션을 도시하고, 묘사된 빔이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) 주위에서 회전될 때 완전한 3-차원 번들이 보일 수 있다.
도 4b-1 내지 도 4b-4는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 위치가 투명 가공물 (112)에 대해 광학 어셈블리 (130)를 적합하게 위치 설정하고 및/또는 정렬하여, 이뿐만 아니라 광학 어셈블리 (130)의 파라미터를 적합하게 선택하여 제어될 수 있음을 (도 4a에서의 광학 어셈블리뿐만 아니라 임의의 다른 적용 가능한 광학 어셈블리 (130)에 대해서도) 도시한다. 도 4b-1에서 도시된 바와 같이, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l은 투명 가공물 (112)의 깊이 d (여기서 팩터 2 만큼)를 초과하는 방식으로 조정될 수 있다. 투명 가공물 (112)이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) 중앙에 위치되는 경우 (길이 방향의 빔 방향으로 관측됨), 유도 흡수의 넓은 범위에 걸친 섹션 (예를 들어, 섹션 153a)은 전체 가공물 깊이 d에 걸쳐 발생될 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 약 0.01 mm 내지 약 100 mm의 범위 또는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm의 범위의 길이 l를 가질 수 있다. 다양한 실시예는 약 0.1 mm, 약 0.2 mm, 약 0.3 mm, 약 0.4 mm, 약 0.5 mm, 약 0.7 mm, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 4 mm, 또는 약 5 mm, 예를 들어, 약 0.5 mm 내지 약 5 mm의 길이 l을 갖는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 가지도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l은 투명 가공물 (112)의 깊이 d와 부합되도록 광학 어셈블리 (130)를 사용하여 조정될 수 있고, 예를 들어, 레이저 빔 초점 라인 (153)은 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l이 투명 가공물 (112)의 깊이 d보다 약 1.1 내지 약 1.8 배, 예를 들어 1.25, 1.5 등이 크도록, 광학 어셈블리 (130)를 사용하여 조정될 수 있다. 일 예제로서, 투명 가공물 (112)이 약 0.7 mm의 깊이를 포함하는 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 약 0.9 mm의 길이를 포함할 수 있다. 추가로, 다른 실시예에서, 레이저 빔 초점 라인 (153)은 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l이 투명 가공물 (112)의 깊이 d와 실질적으로 동일하도록 광학 어셈블리 (130)를 사용하여 조정될 수 있다.
도 4b-2에 도시된 경우에서, 가공물 깊이 d에 일반적으로 대응되는 길이 l의 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 발생된다. 투명 가공물 (112)이, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112) 외부 지점에서 시작하는 방식으로 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 위치되기 때문에, (외향 표면 (114)으로부터 정의된 가공물 깊이까지 연장되지만, 내향 표면 (116) 까지는 연장되지 않는) 유도 흡수 (153a)의 넓은 범위 섹션의 길이 l은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l보다 작다. 도 4b-3은, 투명 가공물 (112) (빔 방향과 수직한 방향을 따라 관측됨)이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 시작 점 앞에 위치되어 도 4b-2에서와 같이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l이 투명 가공물 (112)에서 유도 흡수 (153a)의 섹션의 길이 l보다 커지는 경우를 도시한다. 이로써, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 투명 가공물 (112) 내에서 시작되고, 내향 표면 (116)을 넘어 연장된다. 도 4b-4는 초점 라인 길이 l이 가공물 깊이 d보다 작아, 입사 방향으로 관측된 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 투명 가공물 (112)의 중심 위치의 경우에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112) 내의 외향 표면 (114) 근처에 시작되고 투명 가공물 (112) 내의 내향 표면 (116) 근처에서 끝나는 (예를 들어, l = 0.75 d) 경우를 도시한다.
여기에서 기술된 실시예에서, 외향 표면 (114)이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 의해 커버되는 방식으로 (예를 들어 도 4b-1 또는 도 4b-2의 셋업), 유도 흡수의 섹션 (153a)이 투명 가공물 (112)의 외향 표면 (114)에서 시작되도록, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 위치시키는 것이 유리할 수 있다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 내향 표면 (116)에서 또는 상기 내향 표면에 도달하기 전에 종결되도록 (도 4b-2 및 도 4b-4), 수지 층 (120)이 투명 가공물 (112)의 내향 표면 (116)에 접합되어 (도 1a 및 1b), 제 1 투명 가공물 (112a) 또는 제 2 투명 가공물 (112b) 중 하나 이상에서 윤곽 라인 (102)을 형성할 때 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 수지 층 (120)의 재료를 변경하지 않는 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 수지 층 (120)과 충돌하지 않도록, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) 을 위치시키는 것이 유리할 수 있다.
도 5는 광학 어셈블리 (130)의 또 다른 실시예를 도시한다. 기본 구성은 도 4a에 기재된 것을 따르고, 차이점들만이 하기에 기술된다. 도 5에 도시된 광학 어셈블리 (130)는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 발생시키기 위해 비-구형 자유 표면 (예를 들어, 비구면)을 갖는 광학기기를 이용한다. 도 5에서, 예를 들어, 소위 원뿔형 프리즘, 액시콘 (axicon)으로 지칭되기도 하는 원뿔형 프리즘 (예를 들어, 액시콘 (136)이 사용된다. 다른 실시예에서, 왁스콘 (waxicon) 또는 다른 비-구형 (non-spherical) 광학기기가 사용될 수 있다. 액시콘은, 광학 축을 따라 라인 상에 스폿 소스를 형성하는 (또는 레이저 빔을 링으로 변환시키는) 원뿔형으로 절단된 렌즈이다. 액시콘 (136)의 원추 각 (cone angle)은 약 5° 내지 약 25°, 예를 들어, 10°, 15°, 20° 등일 수 있다. 액시콘 (136)의 정점 (136a)은 예를 들어 투명 가공물 (112)을 향한 빔 전파 방향으로 지향되고, 펄스 레이저 빔 (152)의 빔 중앙 상의 중심에 있게 된다. 액시콘 (136)에 의해 만들어진 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 액시콘 (136)의 내부에서 시작되기 때문에, 투명 가공물 (112) (여기에서 주 빔 축과 수직으로 정렬됨)은 액시콘 (136) 바로 뒤에 있는 빔 경로 (151)에 위치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 범위 내에 남아있는 동안 액시콘 (136)의 광학 특성으로 인해 투명 가공물 (112)을 빔 경로 (151)를 따라 이동시키는 것이 가능하기도 하다. 그러므로, 투명 가공물 (112)의 재료 내의 유도 흡수의 섹션 (153a)은 가공물 깊이 d 전체에 걸쳐 연장된다. 그러나, 도시된 레이아웃은 다음과 같은 제약을 받을 수 있다: 액시콘 (136)에 의해 형성된 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 영역이 액시콘 (136) 내에서 시작되기 때문에, 레이저 에너지의 상당한 부분은, 액시콘 (136)과 투명 가공물 (112) 사이의 분리가 있는 상황에서, 투명 가공물 (112)의 재료 내에 위치된 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 섹션 (예를 들어, 부분 (153a))으로 초점 조정되지 않는다. 더욱이, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이 l는 액시콘 (136)의 굴절률 및 원추 각을 통한 빔 직경과 관련된다. 이는, 상대적으로 얇은 재료 (예를 들어, 수 밀리미터)의 경우, 전체 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 투명 가공물 (112)의 깊이보다 훨씬 길어서, 레이저 에너지의 대부분이 재료의 깊이에 초점 조정되지 않는 효과를 가지는 이유이다.
이러한 이유로, 액시콘 및 초점 조정 렌즈를 둘 다 포함하는 광학 어셈블리 (130)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 6은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 형성하도록 설계된 비-구형 자유 표면을 갖는 제 1 광학 요소가 빔 소스 (150)로부터 빔 경로에 위치되는 그러한 광학 어셈블리 (130)를 도시한다. 도 6에 도시된 경우에서, 이러한 제 1 광학 요소는 빔 방향과 수직으로 위치되고 빔 소스 (150)로부터 빔 상의 중심에 있는 액시콘 (137)이다. 액시콘 (137)의 정점은 빔 방향을 향해 배향된다. 제 2 초점 조정 광학 요소, 여기서는 평면-볼록 렌즈 (135) (액시콘을 향해 배향된 곡률)가 빔 방향으로 위치된다. 또 다른 실시예에서, 도 6에 도시된 평면-볼록 렌즈 대신에, 초점 조정 메니스커스 렌즈 (focusing meniscus) 또는 또 다른 고차 교정 초점 조정 렌즈 (예를 들어, 비구면, 다중-렌즈 시스템)를 사용하는 것도 가능하다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 광학 어셈블리 (130)는 초점 조정 렌즈 (135)의 원형 조명을 엄격하게 조정하는 역할을 할 수 있는 시준 렌즈를 더 포함할 수 있다.
다시 도 2-6을 참조하면, 빔 소스 (150)는 펄스 레이저 빔 (152)을 출력하도록 구성된 임의의 공지되거나 개발될 빔 소스 (150)를 포함할 수 있다. 게다가, 빔 소스 (150)는 펄스 레이저 빔이 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)와 투명 가공물 (112) 사이의 빔 경로 (151)를 따라 전파하도록 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 내에 하우징되거나 또는 상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드에 광학적으로 결합될 수 있다. 동작 시, 윤곽 라인 (102)의 결함 (105)은 빔 소스 (150)에 의해 출력된 펄스 레이저 빔 (152)과의 투명 가공물 (112)의 상호 작용에 의해 만들어진다. 몇몇 실시예에서, 빔 소스 (150)는 예를 들어, 1064 nm, 1030 nm, 532 nm, 530 nm, 355 nm, 343 nm, 또는 266 nm, 또는 215 nm의 파장을 포함하는 펄스 레이저 빔 (152)을 출력할 수 있다. 추가로, 투명 가공물 (112)에 결함 (105)을 형성하는데 사용되는 펄스 레이저 빔 (152)은 선택된 펄스 레이저 파장에 대해 투명한 재료에 매우 적합할 수 있다.
결함 (105)을 형성하는 적합한 레이저 파장은 투명 가공물 (112)에 의한 흡수 및 산란의 결합된 손실이 충분히 낮은 파장이다. 실시예에서, 파장에서 투명 가공물 (112)에 의한 흡수 및 산란으로 인한 결합 손실은 20%/mm 미만, 또는 15%/mm 미만, 또는 10%/mm 미만, 또는 5%/mm 미만, 또는 1%/mm 미만이고, 여기서 치수 "/mm"는 펄스 레이저 빔 (152)의 전파 방향 (예를 들어, Z 방향)으로 투명 가공물 (112) 내의 거리 밀리미터 당 (per millimeter of distance)을 의미한다. 많은 유리 가공물에 대한 대표적인 파장은 Nd3 +의 기본 및 고조파 파장 (예를 들어, 1064 nm 근처에서 기본 파장을 가지고 532 nm, 355 nm, 및 266 nm 근처에서 고차 고조파 파장을 가진 Nd3 +:YAG 또는 Nd3 +:YVO4)을 포함한다. 주어진 기판 재료에 대한 결합된 흡수 및 산란 손실 요건을 충족시키는 스펙트럼의 자외선, 가시 광선 및 적외선 부분에서의 다른 파장도 사용될 수 있다.
추가로, 빔 소스 (150)는 약 25 μJ 내지 약 1500 μJ, 예를 들어 100 μJ, 200 μJ, 250 μJ, 300 μJ, 400 μJ, 500 μJ, 600 μJ, 700 μJ, 750 μJ, 800 μJ, 900 μJ, 1000 μJ, 1100 μJ, 1200 μJ, 1250 μJ, 1300 μJ, 1400 μJ 등의 펄스 에너지를 가진 펄스 레이저 빔 (152)을 출력할 수 있다. 빔 소스 (150)는 또한, 빔 소스 (150)가 다양한 펄스 에너지를 포함한 펄스 레이저 빔 (152)을 출력할 수 있도록 조정될 수 있다. 동작 시, 펄스 레이저 빔 (152)이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)으로 초점 조정될 때, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 또한 약 25 uJ 내지 약 1500 uJ의 펄스 에너지를 포함할 수 있다.
동작 시, 빔 소스 (150)에 의해 출력된 펄스 레이저 빔 (152)은 투명 가공물 (112)에서 다중-광자 흡수 (multi-photon absorption, MPA)를 생성할 수 있다. MPA는 하나의 상태 (보통 기저 상태)로부터 보다 높은 에너지 전자 상태 (즉, 이온화)로 분자를 여기시키는, 동일하거나 상이한 주파수의 두 개 이상의 광자를 동시에 흡수하는 것이다. 수반된 분자의 하부 상태와 상부 상태 사이의 에너지 차이는 수반된 광자의 에너지의 합과 같을 수 있다. 유도 흡수라고도 불리는 MPA는, 예를 들어 선형 흡수보다 10의 몇 승배 (several orders of magnitude)가 약한, 2-차 (order) 또는 3-차 공정 (또는 보다 높은 차수) 공정일 수 있다. 이는 예를 들어, 2-차 유도 흡수의 강도가 광 세기의 제곱에 비례할 수 있다는 점에서 선형 흡수와는 상이하며, 이로써 비선형 광학 공정이다.
몇몇 실시예에서, 펄스 레이저 빔 (152)의 갤별 펄스의 펄스 지속시간은 약 1 피코초 내지 약 100 피코초, 그 예로 약 5 피코초 내지 약 20 피코초의 범위에 있고, 개별 펄스의 반복률은 약 1 kHz 내지 4 MHz의 범위에, 그 예로 약 10 kHz 내지 약 3 MHz의 범위에, 또는 약 10 kHz 내지 약 650 kHz의 범위에 있을 수 있다. 전술한 개별 펄스 반복률에서 단일 펄스 동작에 부가하여, 펄스는 2 펄스 이상의 버스트 (그 예로, 예를 들어, 펄스 버스트 당 3 펄스, 4 펄스, 5 펄스, 10 펄스, 15 펄스, 20 펄스, 또는 그 초과, 그 예로 펄스 버스트 당 1 내지 30 펄스, 또는 펄스 버스트 당 5 내지 20 펄스)에서 만들어질 수 있다. 버스트 내의 펄스는 약 1 nsec 내지 약 50 nsec, 예를 들어, 약 10 nsec 내지 약 30 nsec, 그 예로 약 20 nsec의 범위에 있는 지속 시간만큼 분리될 수 있다. 다른 실시예에서, 버스트 내의 펄스는 최대 100 psec (예를 들어, 0.1 psec, 5 psec, 10 psec, 15 psec, 18 psec, 20 psec, 22 psec, 25 psec, 30 psec, 50 psec, 75 psec, 또는 그들 간의 임의의 범위)의 지속시간만큼 분리될 수 있다. 주어진 레이저에 대해, 버스트 (500) 내에 인접한 펄스들 사이에 시간 분리 (time separation) (Tp)는 비교적 균일할 수 있다 (서로 약 10% 이내). 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 버스트 내에 각 펄스는, 후속 펄스로부터 대략 20 nsec (50 MHz)만큼 시간 분리된다. 예를 들어, 각 버스트의 펄스들 사이의 시간은 약 0.25 마이크로초 내지 약 1000 마이크로초, 예를 들어, 약 1 마이크로초 내지 약 10 마이크로초, 또는 약 3 마이크로초 내지 약 8 마이크로초일 수 있다.
여기에 기술된 빔 소스 (150)의 예시적인 실시예 중 몇몇에서, 시간 분리 (Tb)는 약 200 kHz의 버스트 반복률을 포함한 펄스 레이저 빔 (152)을 출력하는 빔 소스 (150)에 대해 약 5 마이크로초이다. 레이저 버스트 반복률은 버스트 내의 첫 번째 펄스와 후속 버스트 내의 첫 번째 펄스 사이에 시간 (Tb)과 관련된다 (레이저 버스트 반복률 = 1/Tb). 몇몇 실시예에서, 레이저 버스트 반복률은 약 1 kHz 내지 약 4 MHz의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 레이저 버스트 반복률은 예를 들어, 약 10 kHz 내지 650 kHz의 범위에 있을 수 있다. 각 버스트 내의 첫 번째 펄스와 후속 버스트 내의 첫 번째 펄스 사이의 시간 (Tb)은 약 0.25 마이크로초 (4 MHz 버스트 반복률) 내지 약 1000 마이크로초 (1 kHz 버스트 반복률), 예를 들어 약 0.5 마이크로초 (2 MHz 버스트 반복률) 내지 약 40 마이크로초 (25 kHz 버스트 반복률), 또는 약 2 마이크로초 (500 kHz 버스트 반복률) 내지 약 20 마이크로초 (50 kHz 버스트 반복률)일 수 있다. 정확한 타이밍, 펄스 지속시간, 및 버스트 반복률은, 레이저 설계에 의존하여 변할 수 있지만, 고 세기의 짧은 펄스 (Td <20 psec, 및 몇몇 실시예에서, Td≤15 psec)는 특히 잘 작동하는 것으로 나타났다.
버스트 반복 주파수는 약 1 kHz 내지 약 2 MHz, 그 예로 약 1 kHz 내지 약 200 kHz의 범위에 있을 수 있다. 펄스 버스트의 버스팅 또는 생성은 펄스의 방출이 균일하고 일정한 스트림이 아닌 펄스의 밀집된 클러스터에서 이루어지는 레이저 동작 유형이다. 펄스 버스트 레이저 빔은 작동되는 투명 가공물 (112)의 재료에 기초하여 선택된 파장을 가질 수 있어, 투명 가공물 (112)의 재료는 상기 파장에서 실질적으로 투명하다. 재료에서 측정된 버스트 당 평균 레이저 출력은 적어도 재료의 깊이 mm 당 약 40μJ일 수 있습니다. 예를 들어, 실시예에서, 버스트 당 평균 레이저 출력은 약 40 μJ/mm 내지 약 2500 μJ/mm, 또는 약 500 μJ/mm 내지 약 2250 μJ/mm일 수 있다. 특정 예제에서, 0.5 mm 내지 0.7 mm의 두께의 Corning EAGLE XG® 투명 가공물의 경우, 약 300 μJ 내지 약 600 μJ의 펄스 버스트는 약 428 μJ/mm 내지 약 1200 μJ/mm의 예시적인 범위에 대응하는 가공물을 절단 및/또는 분리할 수 있다 (즉, 0.7 mm EAGLE XG® 유리의 경우 300 μJ/0.7mm 및 0.5 mm EAGLE XG® 유리의 경우 600 μJ/0.5mm).
투명 가공물 (112)을 변형시키는데 필요한 에너지는 버스트 에너지 (즉, 각각의 버스트가 일련의 펄스를 포함하는 버스트 내에 포함된 에너지)의 관점에서, 또는 단일 레이저 펄스 (이의 다수는 버스트를 포함할 수 있음) 내에 포함된 에너지의 관점에서 기재될 수 있다. 버스트 당 에너지는 약 25 μJ 내지 약 1500 μJ, 예를 들어, 약 50μJ 내지 약 500μJ, 또는 약 50 μJ 내지 약 250 μJ일 수있다. 몇몇 유리 조성물의 경우에, 버스트 당 에너지는 약 100 μJ 내지 약 250 μJ일 수 있다. 그러나, 디스플레이 또는 TFT 유리 조성물의 경우, 버스트 당 에너지는 보다 높을 수 있다 (예를 들어, 투명 가공물 (112)의 특정 유리 조성물에 의존하여, 약 300 μJ 내지 약 500 μJ, 또는 약 400 μJ 내지 약 600 μJ). 그러한 버스트를 발생시킬 수 있는 펄스 레이저 빔 (152)의 사용은, 투명 재료, 예를 들어, 유리를 절단 또는 변형시키는데 유리하다. 단일-펄스 레이저의 반복률에 의해 시간에서 이격된 단일 펄스의 사용과는 달리, 버스트 내에 빠른 시퀀스의 펄스에 걸쳐 레이저 에너지를 확산시키는 버스트 시퀀스의 사용은, 단일-펄스 레이저로 가능한 것보다 재료와의 고 세기 상호작용의 보다 큰 시간척도 (timescales)에 접근을 허용한다.
이제 도 7a 및 7b를 참조하면, 가공물 제조 시스템 (180)은 개략적으로 도시된다. 가공물 제조 시스템 (180)은 적층체 가공물 스택 (110)과 펄스 레이저 빔 (152) 사이에 4 개 이상의 상대 운동 축을 제공하여, 적층체 가공물 스택 (110)은 원하는 둘레 (119)와 같은 원하는 분리 라인을 따라 레이저 가공 및 분리될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가공물 제조 시스템 (180)은, +/- X 방향, +/- Y 방향, +/- Z 방향, 및 적어도 하나의 각도 방향, 예를 들어 +/- θ 방향 각각으로 펄스 레이저 빔 (152)과 적층체 가공물 스택 (110) 사이의 상대 운동 범위를 제공하는 4-6 축 CNC 기계이다.
가공물 제조 시스템 (180)은 제 1 병진 이동 암 (182), 제 2 병진 이동 암 (184), 및 병진 이동 테이블 (186)을 포함한다. 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이, 병진 이동 테이블 (186)은 여기에 기술된 레이저 가공 동작 동안 위치될 적층체 가공물 스택 (110)을 위한 위치를 제공한다. 아치형 실시예에서, 적층체 가공물 스택 (110)은 위로 볼록한 병진 이동 테이블 (186) 상에 위치될 수 있다. 추가로, 병진 이동 테이블 (186)은 적층체 가공물 스택 (110)의 아치형 형상을 해결하기 위해 곡선형 형상을 포함할 수 있다. 병진 이동 테이블 (186)은 제 1 병진 이동 암 (182) 및 제 2 병진 이동 암 (184) 둘 다 아래에 (예를 들어, -Z 방향) 위치될 수 있다. 추가로, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 제 1 병진 이동 암 (182), 예를 들어, 제 1 병진 이동 암 (182)의 말단 (183)에 결합될 수 있어, 펄스 레이저 빔 (152)은 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)로부터 빔 경로 (151)를 따라 적층체 가공물 스택 (110)을 향해 전파될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제 1 병진 이동 암 (182)은 제 2 병진 이동 암 (184)에 이동 가능하게 결합된다. 동작 시, 제 1 병진 이동 암 (182)은 제 2 병진 이동 암 (184)을 따라 X-방향으로 측 방향으로 이동되어 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 및 펄스 레이저 빔 (152)을 적층체 가공물 스택 (110)에 대해 병진 이동될 수 있다. 추가로, 제 1 병진 이동 암 (182)은 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)의 수직 위치를 변화시키도록 제 2 병진 이동 암 (184)을 따라 Z-방향을 향해 수직으로 이동될 수 있어서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 수직 위치는 변경될 수 있다. 병진 이동 테이블 (186) 및 제 2 병진 이동 암 (184)은 또한 병진 이동이 가능하다. 몇몇 실시예에서, 제 2 병진 이동 암 (184)은 +/- Z 방향 (예를 들어, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 위아래)로 병진 이동될 수 있고 +/- Y 방향 (예를 들어, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 페이지 내외)로 병진 이동될 수 있다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 병진 이동 테이블 (186)은 X-방향 (예를 들어, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 좌우), +/- Z 방향 (예를 들어, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 위아래) 및 +/- Y 방향 (예를 들어, 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 페이지 내외) 중 어느 것으로 병진 이동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 가공물 제조 시스템 (180)을 사용하여 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 및 적층체 가공물 스택 (110)의 상대 병진 이동 속도는 약 5 m/s, 예를 들어, 4 m/s, 3 m/s, 2 m/s, 1 m/s, 0.5 m/s, 0.1 m/s 등 미만일 수 있다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 피봇 조인트 (142)를 사용하여 제 1 병진 이동 암 (182)에 피봇 가능하게 결합될 수 있어서, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 +/- θ 방향으로 적층체 가공물 스택 (110)에 대해 각을 이루어 이동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 내에 위치된 광학 어셈블리 (130)는 빔 스티어링 미러와 같은 피봇 가능한 광학 구성요소 (131)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)는 피봇 조인트 (142)를 사용함 없이 제 1 병진 이동 암 (182)에 결합될 수 있고, 피봇 가능한 광학 구성요소 (131)는 빔 경로 (151) 및 펄스 레이저 빔 (152)의 각도 방향을 제어할 수 있다. 다른 실시예에서, 병진 이동 테이블 (186)은 +/- θ 방향으로 각을 이루어 이동되도록 구성될 수 있다.
이제 도 8a-8e를 참조하면, 적층체 가공물 스택 (110)을 분리하기 위해 적층체 가공물 스택 (110)을 레이저 가공하는 한 방법이 개략적으로 도시된다. 도 8a-8e에 도시된 적층체 가공물 스택 (110)이 평면형이지만, 다음 방법 단계는 아치형 적층체 가공물 스택 (110)을 분리하는데 사용될 수 있다. 우선, 도 8a에 도시된 바와 같이, 방법은 제 1 투명 가공물 (112a)이 빔 경로 (151)를 따라 제 2 투명 가공물 (112b)의 상류에 위치되도록 (예를 들어, 충돌 위치 (115)가 제 1 투명 가공물 (112a)의 외향 표면 (114a) 상에 위치되도록) 적층체 가공물 스택 (110)을 위치시키는 단계를 포함한다. 추가로, 방법은 빔 경로 (151)를 충돌 위치 (115)에서 제 1 투명 가공물 (112a)의 외향 표면 (114a)과 직교하도록 위치시키는 단계를 포함한다.
다음으로, 방법은 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리시키는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 적층체 가공물 스택 (110)이 차량 전면 유리를 포함할 때, 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)은 적층체 가공물 스택 (110)의 원하는 둘레 (119)와 부합될 수 있다. 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리하는 단계는 유도 흡수가 제 1 투명 가공물 (112a) 내에 결함 (105)을 만들어 내도록 제 1 투명 가공물 (112a) 내에 유도 흡수를 발생시키기 위해서 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 제 1 투명 가공물 (112a)로 초점 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 충돌 위치 (115)에서 외향 표면 (114a)과 직교하는 제 1 투명 가공물 (112a)로 초점 조정될 수 있다. 추가로, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 수지 층 (120)으로 연장됨 없이 제 1 투명 가공물 (112a)의 깊이의 적어도 일 부분 내에서 연장되도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 외향 표면 (114a)으로부터 내향 표면 (116a)으로 제 1 투명 가공물 (112a) 내에서 연장될 수 있다. 동작 시, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 위치는 투명 가공물 (112)에 대해 펄스 레이저 빔 (152)을 적합하게 위치 및/또는 정렬시킴으로써, 이뿐 아니라, 광학 어셈블리 (130) 및 가공물 제조 시스템 (180)의 파라미터를 적합하게 선택함으로써 제어될 수 있다.
이제 도 8a 및 8b를 참조하면, 방법은 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 복수의 결함 (105)을 포함하는 윤곽 라인 (102)을 형성하기 위해, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 적층체 가공물 스택 (110)을 병진 이동시키는 단계 (또는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 적층체 가공물 스택 (110)에 대해 병진 이동될 수 있음)를 더 포함한다. 적층체 가공물 스택 (110)이 아치형인 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 또한, 예를 들어, 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140) 및/또는 피봇 가능한 광학 구성요소 (131)를 사용하여 외향 표면 (114a)과의 직교성을 유지하도록 외향 표면 (114)에 대해 각을 이루어 병진 이동될 수 있다. 추가로, 이들 아치형 실시예에서, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 또한 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 수지 층 (120)을 조사함 없이 제 1 투명 가공물 (112a) 내에 유지되도록 적층체 가공물 스택 (110)에 대해 수직으로 (예를 들어, ± Z 방향으로) 병진 이동될 수 있다. 게다가, 이들 아치형 실시예에서, 빔 소스 (150)에 의해 출력된 펄스 레이저 빔 (152)의 펄스 주파수, 적층체 가공물 스택 (110)에 대한 펄스 레이저 빔 (152)의 상대 병진 이동 속도, 또는 이들 둘 다는 적층체 가공물 스택 (110)이 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 병진 이동함에 따라 가변적일 수 있어서, 제 1 투명 가공물 (112a)에 형성된 최종적인 결함 (105)은 윤곽 라인 (102)을 따라 균일하게 이격된다.
여전히 도 8a 및 8b를 참조하면, 제 1 투명 가공물 (112a)은 자발적으로, 자기-전파에 의해, 또는 후속적으로 가해지는 응력 요인 (stressor)에 응답하여, 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 분리될 수 있다. 제 1 투명 가공물 (112a)이 이온-교환 유리 기판 또는 열적 템퍼링 유리 기판과 같은 강화 유리 기판을 포함하는 실시예에서, 윤곽 라인 (102)의 복수의 결함들 (105) 사이의 균열은 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리시키기 위해 자발적으로 자기-전파될 수 있다. 추가로, 제 1 투명 가공물 (112a)이 비-강화 소다 석회 유리와 같은 비-강화 유리 기판을 포함하는 실시예에서, 제 1 투명 가공물 (112a)은 기계적 또는 열적 소스와 같은 응력 유도 소스를 사용하여 차후에 응력을 받을 수 있다.
예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 적외선 빔 소스 (160)는 적외선 레이저 빔 (162)을 윤곽 라인 (102)을 따라 또는 상기 윤곽 라인에 인접하여 지향시켜 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 제 1 투명 가공물 (112a)의 분리를 유도할 수 있다. 추가로, 몇몇 실시예에서, 윤곽 라인 (102)에 가해진 후속 응력 요인은 윤곽 라인 (102)을 따른 또는 상기 윤곽 라인 근처의 위치에서 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인을 제 1 투명 가공물 (112a)로 지향시키고 윤곽 라인 (102)을 따라 또는 상기 윤곽 라인 근처에서 적층체 가공물 스택 (110) 및 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 병진 이동시키고, 이로 인해 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리시키는 단계를 포함할 수 있다. 추가로, 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153) (예를 들어, 제 1 펄스 레이저 빔 초점 라인)보다 큰 펄스 에너지를 포함한다. 동작 시, 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인은 윤곽 라인 (102)을 형성하는데 사용된 펄스 레이저 빔 (152)보다 높은 펄스 에너지를 가진 펄스 레이저 빔 (152)을 출력함으로써 발생될 수 있다. 이러한 보다 높은 펄스 에너지는 빔 소스 (150)를 조정하여 (예를 들어, 빔 소스 (150)의 전력 출력을 증가시킴으로써) 달성될 수 있다.
이제 도 8c를 참조하여, 방법은 제 1 투명 가공물 (112a)이 빔 경로 (151)를 따라 제 2 투명 가공물 (112b)의 하류에 위치되도록 (예를 들어, 충돌 위치 (115)가 제 2 투명 가공물 (112b)의 외향 표면 (114b) 상에 위치되도록) 적층체 가공물 스택 (110)을 위치시키는 단계 (예를 들어, 재위치시키는 단계)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 재위치 단계는 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)가 제 2 투명 가공물 (112b)을 대면하도록 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)의 배향을 변화시키는 단계 또는 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 (140)가 제 2 투명 가공물 (112b)을 대면하도록 적층체 가공물 스택 (110)의 배향을 변화시키는 단계 (예를 들어, 적층체 가공물 스택 (110)을 뒤집는 단계)를 포함할 수 있다. 추가로, 방법은 충돌 위치 (115)에서 빔 경로 (151)를 제 2 투명 가공물 (112b)의 외향 표면 (114b)과 직교하도록 위치시키는 단계를 포함한다.
다음으로, 도 8c를 여전하게 참조하면, 수지 층 (120)은 레이저 절제에 의해 수지 분리 라인 (122)을 따라 분리될 수 있다. 예를 들어, 수지 층 (120)은, 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120)의 수지 재료를 절제하고 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120)을 분리시키기 위해, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 수지 층 (120)으로 초점 조정시키고 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 적층체 가공물 스택 (110)을 병진 이동시킴으로써 분리될 수 있다. 수지 층 (120)을 절제하기 위해, 광학 어셈블리 (130) 및 빔 소스 (150)는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 수지 층 (120)으로 초점 조정시키도록 구성될 수 있다. 수지 층 (120)은 제 1 및 제 2 투명 가공물 (112a, 112b) 각각보다 얇을 수 있고, 이로써, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 길이는 짧아질 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 제 1 투명 가공물 (112a)의 내향 표면 (116a)으로부터 제 2 투명 가공물 (112b)의 내향 표면 (116b)으로 수지 층 (120)을 통해 연장되도록 적층체 가공물 스택 (110) 내에 위치될 수 있다.
추가로, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 펄스 에너지 (예를 들어, 펄스 레이저 빔 (152)이 버스트에서 출력되는 실시예에서의 버스트 에너지)는 제 1 및 제 2 투명 가공물 (112a, 112b)에 복수의 결함 (105)을 형성하는 동안보다 수지 층 (120)을 절제하는 동안에 상이할 수 있다. 예를 들어, 수지 층 (120)의 레이저 절제 동안 펄스 에너지는 약 100 μJ 내지 약 1500 μJ, 예를 들어, 250 μJ, 500 μJ, 750 μJ, 800 μJ, 1000 μJ, 1250 μJ 등일 수 있는 버스트 당 에너지를 포함할 수 있다. 일 예제로서, 수지 층 (120)의 레이저 절제 동안, 빔 소스 (150)는 약 200 kHz의 버스트 반복 속도 및 약 800 μJ의 펄스 에너지에서 532 nm 파장을 포함하는 펄스 레이저 빔 (152)을 출력할 수 있다. 동작 시, 수지 층 (120)을 레이저 절제할 때 펄스 레이저 빔 (152)에 의해 출력된 펄스 에너지는 투명 가공물 (112)에 결함 (105)을 형성할 때 펄스 레이저 빔 (152)에 의해 출력되는 펄스 에너지보다 클 수 있다.
다음으로, 적층체 가공물 스택 (110)은 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120) 재료를 절제하기 위해, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 병진 이동될 수 있다 (또는 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 적층체 가공물 스택 (110)에 대해 병진 이동될 수 있음). 적층체 가공물 스택 (110) 및 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 상대 병진 이동 속도, 이뿐 아니라 펄스 레이저 빔 (152)의 반복률은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 각각의 펄스가 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)의 직경 이하의 거리만큼 수지 분리 라인 (122)을 따라 분리되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 수지 분리 라인 (122)을 따라 펄스 레이저 빔 초점 라인의 펄스들 사이에는 거의 또는 전혀 분리가 없어, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120)의 재료의 연속 라인을 절제하는 것을 허용하게 한다. 이로써, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)이 수지 분리 라인 (122)을 따라 이동함에 따라, 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)은 수지 층 (120)의 반복 부분, 예를 들어 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120)의 제 2 부분에 인접한 수지 층 (120)의 제 1 부분을 조사 및 절제할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 수지 층 (120)의 제 1 부분은 수지 층 (120)의 인접한 제 2 부분과 중첩될 수 있다. 다른 실시예에서, 수지 층 (120)의 제 1 부분은 수지 층 (120)의 제 2 부분으로부터 약 2 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1.5 ㎛, 1 ㎛, 0.5 ㎛, 0.25 ㎛, 0.1 ㎛ 만큼 이격될 수 있다.
이론에 의해 제한되고자 하는 것은 아니지만, 수지 층 (120)을 분리하기 전에 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리하는 것은 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따른 균열이 수지 층 (120)의 절제된 수지 재료에 대한 배출 경로를 제공하는 것을 허용하여, 절제된 수지 재료가 제 1 투명 가공물 (112a) 또는 제 2 투명 가공물 (112b)을 손상시키는 것을 방지한다. 게다가, 상술된 바와 같이, 적층체 가공물 스택 (110)을 재위치시키는 것은 펄스 레이저 빔 (152)이 수지 층 (120)에 도달하기 전에 균열이 발생되지 않은 투명 가공물 (예를 들어, 제 2 투명 가공물 (112b))을 통해 횡단하는 것을 허용한다. 이는, 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따르는 균열의 재료-공기 계면이 펄스 레이저 빔 (152) 및 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 불균일하게 또는 이와 달리 제어되지 어려운 방식으로 변경되어 수지 층 (120)을 효과적으로 절제하는 능력을 방해할 수 있기 때문에, 펄스 레이저 빔 (152)이 보다 손쉽게 제어되는 것을 허용한다.
이제 도 8d 및 8e를 참조하면, 제 2 투명 가공물 (112b)은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 제 2 투명 가공물 (112b)로 초점 조정함으로써, 그리고 예를 들어, 제 1 투명 가공물 (112a)에 대해 상술되고 도 7a에 도시된 바와 같이, 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 복수의 결함 (105)을 포함하는 제 2 윤곽 라인 (102')을 형성하기 위해 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 적층체 가공물 스택 (110)을 병진 이동시킴으로써 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 분리될 수 있다. 제 2 투명 가공물 (112b)이 비-강화 유리 기판, 예를 들어, 비-강화 소다 석회 유리를 포함하는 실시예에서, 제 1 투명 가공물 (112a)은 기계적 또는 열적 소스와 같은 응력 유도 소스를 사용하여 차후에 응력을 받을 수 있다. 예를 들어, 도 8e에 도시된 바와 같이, 적외선 빔 소스 (160)는 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 제 2 투명 가공물 (112b)의 분리를 유도하기 위해 제 2 윤곽 라인 (102')을 따라 또는 상기 제 2 윤곽 라인 근처에서 적외선 레이저 빔 (162)을 지향시킬 수 있다. 추가로, 몇몇 실시예에서, 윤곽 라인 (102)에 가해진 후속 응력 요인은 제 2 윤곽 라인 (102')을 따른 또는 상기 제 2 윤곽 라인 근처의 위치에서 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 제 1 투명 가공물 (112a)으로 지향시키는 것을 포함할 수 있다. 게다가, 제 2 투명 가공물 (112b)이 이온-교환 유리 기판 또는 열적 템퍼링 유리 기판과 같은 강화 유리 기판을 포함하는 실시예에서, 윤곽 라인 (102)의 복수의 결함들 (105) 사이의 균열은 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 제 2 투명 가공물 (112b)을 분리시키기 때문에 자기-전파될 수 있다.
게다가, 도 8a-8e에 도시된 바와 같이, 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a), 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b), 및 수지 분리 라인 (122)은 충돌 위치 (115)에서 제 1 및 제 2 투명 가공물 (112a 및 112b)의 외향 표면 (114a, 114b)과 직교하는 방향으로 실질적으로 정렬된다. 예를 들어, 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a), 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b), 및 수지 분리 라인 (122) 각각은 원하는 둘레 (119)와 부합할 수 있다 (도 1c).
이제 도 9a-9d를 참조하면, 적층체 가공물 스택 (110)을 가공하는 또 다른 방법이 도시된다. 이러한 실시예에서, 제 1 투명 가공물 (112a)은 강화 유리 기판, 예를 들어 열적 템퍼링 유리 기판 또는 이온-교환 유리 기판을 포함한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 방법은 우선 제 1 투명 가공물 (112a)이 제 2 투명 가공물 (112b)의 하류에 위치되도록 (예를 들어, 충돌 위치 (115)가 제 2 투명 가공물 (112b)의 외향 표면 (114b) 상에 위치되도록) 적층체 가공물 스택 (110)을 빔 경로에 대해 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 추가로, 방법은 충돌 위치 (115)에서 빔 경로 (151)를 제 1 투명 가공물 (112a)의 외향 표면 (114a)과 직교하도록 위치시키는 단계를 포함한다.
여전히 도 9a를 참조하면, 방법은 예를 들어, 도 9a-9e에 대해 상술된 바와 같이 유도 흡수가 제 1 투명 가공물 (112a) 내에 결함 (105)을 만들어 내도록 제 1 투명 가공물 (112a) 내에 유도 흡수를 발생시키기 위해서 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 제 1 투명 가공물 (112a)로 초점 조정함으로써, 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리시키는 단계를 포함한다. 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리시키는 단계는 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 복수의 결함 (105)을 포함하는 윤곽 라인 (102)을 형성하기 위해 적층체 가공물 스택 (110)을 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 병진 이동시키는 단계를 더 포함한다. 제 1 투명 가공물 (112a)이 강화 유리 기판을 포함하고 있기 때문에, 윤곽 라인 (102)의 복수의 결함들 (105) 사이의 균열은 제 1 투명 가공물 분리 라인 (118a)을 따라 제 1 투명 가공물 (112a)을 자기-전파 및 분리시킬 수 있다.
이제 도 9b를 참조하면, 다음으로 수지 층 (120)은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 수지 층 (120)으로 초점 조정함으로써, 그리고 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120)의 수지 재료를 절제시켜 도 9b에 대해 상술된 방법을 사용하여 수지 분리 라인 (122)을 따라 수지 층 (120)을 분리시키기 위해 적층체 가공물 스택 (110)을 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 병진 이동시킴으로써, 수지 분리 라인 (122)을 따라 분리될 수 있다. 수지 층 (120)을 분리시키기 전에 제 1 투명 가공물 (112a)을 분리시킴으로써, 제 1 투명 가공물 (112a)에서의 균열은, 절제된 수지 재료가 제 1 투명 가공물 (112a) 또는 제 2 투명 가공물 (112b)을 손상시키는 것을 방지하는, 수지 층 (120)의 절제된 수지 재료에 대한 배출 경로를 제공한다. 게다가, 제 1 투명 가공물 (112a)이 강화 유리 기판을 포함하기 때문에, 적층체 가공물 스택 (110)은 빔 경로에 대해 재위치될 필요가 없고, 이는 적외선 레이저 빔 (162)을 윤곽 라인 (102)을 따라 지향시키는 단계와 같은 후속 가공 단계 없이 제 1 투명 가공물 (112a)에 균열이 형성될 수 있기 때문이다. 도 10a 및 10b에 도시된 배향에서, 적외선 레이저 빔 (162)은 제 2 투명 가공물 (112b)에 의해 흡수될 것이다. 이로써, 이러한 셋업에서 제 1 투명 가공물 (112a)이 비-강화 유리 기판이었던 경우, 적외선 레이저 빔 (162) 은 제 1 투명 가공물 (112a)에 도달할 수 없을 것이다.
이제 도 9c 및 9d를 참조하면, 방법은 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)을 제 2 투명 가공물 (112b)으로 초점 조정함으로써, 그리고 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 복수의 결함 (105)을 포함하는 제 2 윤곽 라인 (102')을 형성하기 위해 적층체 가공물 스택 (110)을 펄스 레이저 빔 초점 라인 (153)에 대해 병진 이동시킴으로써, 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 제 2 투명 가공물 (112b)을 분리시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 제 2 투명 가공물 (112b)이 비-강화 유리 기판을 포함하는 실시예에서, 제 2 투명 가공물 (112b)은 기계적 또는 열적 소스와 같은 응력 유도 소스를 사용하여 차후에 응력을 받을 수 있다. 예를 들어, 도 9d에 도시된 바와 같이, 적외선 빔 소스 (160)는 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 제 2 투명 가공물 (112b)의 분리를 유도하기 위해 제 2 윤곽 라인 (102')을 따라 또는 상기 제 2 윤곽 라인에 인접하여 적외선 레이저 빔 (162)을 지향시킬 수 있다. 추가로, 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인은 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 제 2 투명 가공물 (112b)의 분리를 유도하는데 사용될 수 있다. 게다가, 제 2 투명 가공물 (112b)이 이온-교환 유리 기판, 또는 열적 템퍼링 유리 기판과 같은 강화 유리 기판을 포함하는 실시예에서, 제 2 윤곽 라인 (102')의 복수의 결함들 (105) 사이의 균열은 제 2 투명 가공물 분리 라인 (118b)을 따라 제 2 투명 가공물 (112b)을 분리시키기 위해 제 2 투명 가공물 (112b)의 강화 유리에 존재하는 응력으로 인해 자기-전파될 수 있다.
이제 도 10을 참조하면, 순서도 (200)는 적층체 가공물 스택 (110)을 형성하는 방법을 도시한다. 도 10에 도시된 방법은 적층체 가공물 스택 (110)이 차량 전면 유리를 포함하는 실시예에 대해 사용될 수 있다. 순서도 (200)는 단계 (202-210)에 의해 도시된 다수의 방법 단계를 도시한다. 방법이 특정 순서로 기술되었지만, 다른 순서가 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 먼저, 단계 (202)에서, 제 1 투명 가공물 (112a) 및 제 2 투명 가공물 (112b)은, 예를 들어, 상술된 레이저 가공 방법을 사용하여 모 (mother) 유리의 시트로부터 분리될 수 있다. 다음으로, 단계 (204)에서, 제 1 투명 가공물 (112a) 및 제 2 투명 가공물 (112b) 각각은 아치형 표면으로 형상화될 수 있다. 이해를 돕기 위해, 형상화 공정은 제 1 투명 가공물 (112a)에 대해 기술되었지만, 제 1 투명 가공물 (112a) 및 제 2 투명 가공물 (112b) 각각이 다음과 같은 방식으로 각각 형상화될 수 있음을 이해해야 한다.
제 1 투명 가공물 (112a)은 제 1 투명 가공물 (112a)의 외부 둘레만이 링 몰드와 접촉하도록 링 몰드 상에 위치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 링 몰드는 제 1 투명 가공물 (112a)이 보다 쉽게 이송될 수 있도록 성형 웨곤 (shaping wagon) (예를 들어, 새그 웨곤 (sag wagon))의 구성요소일 수 있다. 다음으로, 링 몰드 상에 위치된 제 1 투명 가공물 (112a)은 레어 오븐 (lehr oven)에 놓여 가열 공정을 거친다. 레어 오븐은 전기 가열 요소를 포함할 수 있다. 제 1 투명 가공물 (112a)이 가열됨에 따라, 제 1 투명 가공물의 유리 재료가 연화된다. 제 1 투명 가공물 (112a)의 유리 재료가 약 1E+8 포이즈에 도달할 때, 제 1 투명 가공물 (112a)은 완화되기 시작하고, 링 몰드의 전체 둘레와 접촉될 수 있다. 레어 오븐은 제 1 투명 가공물 (112a)이 약 1E+12 포이즈에 도달하고 제 1 투명 가공물 (112a)의 중심이 새그되어 오목 형상을 생성하도록 제 1 투명 가공물 (112a)을 계속 가열할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제 1 투명 가공물 (112a)의 중심은 약 3 mm 내지 약 50 mm의, 새그가 일어나는 방향으로 측정된, 제 1 투명 가공물 (112a)의 중심과 둘레 사이의 오프셋 거리에 대해 새그될 것이다. 추가로, 몇몇 실시예에서, 제 1 투명 가공물 (112a)의 원하는 형상을 가진 몰드는 추가적인 형상화를 유도하기 위해 제 1 투명 가공물 (112a)과 접촉할 수 있다.
추가로, 단계 (206)에서, 제 1 투명 가공물 (112a) 및/또는 제 2 투명 가공물 (112b)은 열적 템퍼링 공정 또는 이온-교환 강화 공정을 사용하여 옵션으로 강화될 수 있다. 다음으로, 단계 (208)에서, 수지 층 (120)은 제 1 투명 가공물 (112a)과 제 2 투명 가공물 (112b) 사이에 적층 (예를 들어, 접합)되어 적층체 가공물 스택 (110)을 형성할 수 있다. 단계 (208)의 적층 공정의 단계는 도 11에 도시되고 이하에서 기술된 순서도 (300)에서 보다 상세하게 기술된다. 추가로, 단계 (210)에서, 적층체 가공물 스택 (110)은 도 8a-9d에 대해 상술된 적층체 가공물 스택 (110)을 분리하는 방법을 사용하여 적층체 가공물 스택 (110)의 원하는 둘레 (119)를 따라 분리될 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 순서도 (300)는 제 1 투명 가공물 (112a)과 제 2 투명 가공물 (112b) 사이에서 수지 층 (120)을 적층하는 방법을 도시한다. 특히, 순서도 (300)는 도 10의 순서도 (200)의 단계 (208)의 보다 상세한 설명을 제공한다. 순서도 (300)는 단계 (302-308)에 의해 예시된 다수의 방법 단계를 도시한다. 방법이 특정 순서로 기술되었지만, 다른 순서가 고려될 수 있음을 이해해야 한다. 먼저, 단계 (302)에서, 수지 층 (120)은 적층체 가공물 스택 (110)을 형성하기 위해 제 1 투명 가공물 (112a) 및 제 2 투명 가공물 (112b)의 내향 표면들 (116a, 116b) 사이에서 배치된다. 다음으로, 단계 304에서, 적층체 가공물 스택 (110)은 진공 링을 적층체 가공물 스택 (110)의 둘레 주위에 결합시키고 및/또는 적층체 가공물 스택 (110)을 진공 백에 위치시킴으로써 진공 가공을 위해 준비된다.
단계 (306)에서, 적층체 가공물 스택은 진공 가공된다. 단계 (306)의 진공 가공은 대기압 이하의 압력, 예를 들어, 약 0.5 bar 내지 약 0.9 bar, 예를 들어, 0.6 bar, 0.7, bar, 0.8 bar 등의 압력을 포함하는 적층체 가공물 스택 (110)에 대한 대기 환경을 약 15-20 분 기간 동안 대략 실온으로 설정하고, 차후에 이전에 설정된 압력을 유지하면서, 약 35 ℃ 내지 약 100 ℃의 온도로 적층체 가공물 스택 (110)을 가열하는 단계를 포함한다. 진공 가공 후에, 적층체 가공물 스택 (110)은 진공 백으로부터 제거될 수 있고 진공 링은 적층체 가공물 스택 (110)으로부터 제거 될 수 있다. 다음으로, 단계 (308)에서, 적층체 가공물 스택 (110)은 오토클레이브 압력 용기 내에 위치되고 오토클레이브 압력 용기 내에서 고압으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 적층체 가공물 스택 (110)은 약 125 ℃ 내지 약 140 ℃의 온도로, 그리고 약 150 psi 내지 약 200 psi, 예를 들어, 약 160 psi, 170 psi, 180 psi, 190 psi 등의 압력으로 약 35 내지 40 분 동안 오토클레이브 압력 용기 내의 압력 하에 (예를 들어, 압력 대기압에서) 가열될 수 있다. 적층 후에, 적층체 가공물 스택 (110)은 현재 및 미래 차량 제조 공정의 엄격한 치수 공차를 충족하는, 차량 전면 유리와 같은 차량 유리 적층체를 형성하기 위해 여기 실시예에 기술된 적층체 가공물 스택 (110)을 분리하는 방법을 사용하여 적층체 가공물 스택 (110)의 원하는 둘레 (119)를 따라 분리될 수 있다.
여기에 기술된 방법이 주로 차량 전면 유리 및 차량 제조를 위한 적층체 가공물 스택 (110)의 형성을 언급하지만, 여기에 기술된 방법이 투명 가공물들 사이에 위치된 수지 층을 포함한 임의의 적층체 가공물 스택의 분리를 포함하는 임의의 제조 공정에 적용 가능할 수 있음을 이해해야 한다. 전술한 설명을 고려하여, 차량 전면 유리와 같은 적층체 가공물 스택의 분리는 고 레벨의 품질 및 정확성으로 적층체 가공물의 각 층이 분리될 수 있도록 펄스 레이저 빔 및 레이저 가공을 이용함으로써 향상될 수 있음을 이해해야 한다.
범위는 여기에서 "약" 하나의 특정 값으로부터 및/또는 "약" 또 다른 특정 값까지 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 또 다른 실시예는 하나의 특정 값으로부터 및/또는 다른 특정 값까지를 포함한다. 유사하게, 값이 근사값으로 표현될 때, 선행하는 "약"의 사용에 의해, 특정 값이 또 다른 실시예를 형성함을 이해할 것이다. 범위 각각의 종점이 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과는 독립적으로 중요함이 더 이해될 것이다.
여기에서 사용된 방향 용어 - 예를 들어 위로, 아래로, 상, 하, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 하부 -는 그려진 도면을 참조할 때만 만들어지며 절대적인 배향을 의미하지는 않는다.
달리 명시하지 않는 한, 여기에 기재된 임의의 방법이 그 단계가 특정 순서로 수행될 것을 요구하는 것으로서 해석되지 않거나, 임의의 장치 특정 배향이 요구되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 이에 따라서, 방법 청구항이 실제로 그 단계가 따르는 순서를 인용하지 않거나, 임의의 장치 청구항이 개별 구성요소에 대한 순서 또는 배향을 실제로 인용하지 않는 경우, 또는 단계가 특정 순서로 제한되거나, 장치의 구성요소에 대한 특정 순서 또는 배향이 인용되지 않는 청구항 또는 발명의 상세한 설명에서 구체적으로 명시하지 않는 경우, 어떤 식으로든 순서 또는 배향을 유추하지 않아야 한다. 이는 다음을 포함하는 해석을 위한 임의의 가능한 비-표현 기반에 대해 유지된다: 단계의 배열, 동작 흐름, 구성요소의 순서, 또는 구성요소의 배향에 관한 논리 문제; 문법적 구성이나 구두점에서 파생된 평범한 의미; 및 명세서에서 설명된 실시 예들의 수 또는 유형.
여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 "하나", "한" 및 "그"는 문맥이 달리 명확하게 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 이로써, 예를 들어, "하나" 구성요소에 대한 언급은 문맥이 다른 것을 분명하게 나타내지 않는 한, 2 개 이상의 그러한 구성요소를 가진 양태를 포함한다.
통상의 기술자는 청구된 주제의 기술 사상 및 권리 범위를 벗어나지 않으면서 여기에서 기술된 실시예에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 이로써, 본 명세서는 첨부된 청구항 및 그 등가물의 권리 범위 내에 있는 그러한 수정 및 변형이 여기에 기술된 다양한 실시예의 수정 및 변형을 커버하는 것으로 의도된다.

Claims (38)

  1. 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 방법에 있어서,
    제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 배치된 수지 층을 포함한 적층체 가공물 스택의 제 1 투명 가공물에서 윤곽 라인을 형성하는 단계, 여기서 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는:
    빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을, 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시킴; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 포함한 윤곽 라인을 레이저 형성하는 단계;를 포함함; 및
    상기 수지 층을 수지 분리 라인을 따라 분리시키는 단계, 여기서 상기 수지 층을 분리시키는 단계는:
    상기 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로를 따라 배향되고 상기 수지 층으로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 레이저 절제하는 단계;를 포함함;
    를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수지 층은 폴리비닐 부티랄 (polyvinyl butyral), 에틸렌-비닐 아세테이트 또는 이들의 조합 물을 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 적층체 가공물 스택 및 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은, 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인이 상기 수지 층의 제 2 부분을 절제하기 앞서 상기 수지 층의 제 1 부분을 절제하도록 상기 수지 분리 라인을 따라 서로에 대해 병진 이동되고; 그리고
    상기 수지 층의 제 1 부분은 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층의 제 2 부분에 인접해 있는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 수지 층의 제 1 부분은 상기 수지 층의 제 2 부분과 중첩되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 수지 층의 제 1 부분은 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층의 제 2 부분으로부터 2 ㎛ 이하만큼 이격되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물에 상기 윤곽 라인을 형성할 때, 상기 펄스 레이저 빔은 제 1 펄스 에너지를 포함하고; 그리고
    상기 수지 층을 절제할 때, 상기 펄스 레이저 빔은 상기 제 1 펄스 에너지보다 큰 제 2 펄스 에너지를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계를 더욱 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 제 1 펄스 레이저 빔 초점 라인을 포함하고, 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계는:
    상기 빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을, 상기 윤곽 라인을 따르거나 상기 윤곽 라인 근처의 위치에서, 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 윤곽 라인을 따라 또는 상기 윤곽 라인 근처에서 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 펄스 레이저 빔 초점 라인보다 큰 펄스 에너지를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계는:
    상기 제 1 투명 가공물이 상기 빔 경로를 따라 상기 제 2 투명 가공물의 상류에 위치하도록 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계;
    상기 윤곽 라인을 따라 또는 상기 윤곽 라인 근처에서, 적외선 레이저 빔을 상기 제 1 투명 가공물 상으로 지향시키는 단계; 및
    상기 제 1 투명 가공물과 상기 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 상기 윤곽 라인을 따라 또는 상기 윤곽 라인 근처에서 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물이 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 분리된 이후에, 그리고 상기 수지 층을 상기 수지 분리 라인을 따라 분리시키기에 앞서, 상기 제 1 투명 가공물이 상기 빔 경로를 따라 상기 제 2 투명 가공물의 하류에 위치하도록, 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계를 더욱 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물은, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 윤곽 라인을 형성하는 레이저가 상기 윤곽 라인을 따라 균열 전파를 유도하여 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키도록 강화 유리 기판을 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물을 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 분리시키기에 앞서, 그리고 상기 수지 층을 상기 수지 분리 라인을 따라 분리시키기에 앞서, 상기 제 1 투명 가공물이 상기 빔 경로를 따라 상기 제 2 투명 가공물의 하류에 위치하도록, 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계를 더욱 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  14. 청구항 7 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은: 제 2 가공물 분리 라인을 따라 상기 적층체 가공물 스택의 제 2 투명 가공물에 제 2 윤곽 라인을 형성하는 단계, 여기서 상기 제 2 윤곽 라인을 형성하는 단계는:
    상기 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 2 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 2 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시킴; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 포함한 제 2 윤곽 라인을 형성하는 단계;를 포함함;
    를 더욱 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 2 투명 가공물을 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따라 분리시키는 단계를 더욱 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 제 1 펄스 레이저 빔 초점 라인을 포함하고, 상기 제 2 투명 가공물을 분리시키는 단계는:
    상기 빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을, 상기 제 2 투명 가공물의 제 2 윤곽 라인을 따르거나 상기 제 2 윤곽 라인 근처의 위치에서, 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 2 투명 가공물로 지향되는 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계; 및
    상기 제 2 투명 가공물과 상기 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 제 2 윤곽 라인을 따라 또는 상기 제 2 윤곽 라인 근처에서 병진 이동시켜, 상기 제 2 윤곽 라인을 따라 상기 제 2 투명 가공물을 분리시키는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 2 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 펄스 레이저 빔 초점 라인보다 큰 펄스 에너지를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 제 2 투명 가공물을 분리시키는 단계는:
    상기 제 2 투명 가공물이 상기 빔 경로를 따라 상기 제 1 투명 가공물의 상류에 위치하도록 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계;
    상기 제 2 투명 가공물의 제 2 윤곽 라인을 따라 또는 상기 제 2 윤곽 라인 근처에서, 적외선 레이저 빔을 상기 제 2 투명 가공물 상으로 지향시키는 단계; 및
    상기 제 2 투명 가공물과 상기 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 상기 제 2 투명 가공물의 제 2 윤곽 라인을 따라 또는 상기 제 2 윤곽 라인 근처에서 병진 이동시켜, 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 2 투명 가공물을 분리시키는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    상기 제 2 투명 가공물은, 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 2 윤곽 라인을 형성하는 레이저가 상기 제 2 투명 가공물의 제 2 윤곽 라인을 따라 균열 전파를 유도하여 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 2 투명 가공물을 분리시키도록 강화 유리 기판을 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  20. 청구항 1 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 소스는 펄스 버스트 당 약 1 펄스 내지 펄스 버스트 당 약 30 펄스의 버스트 반복률 및 펄스 버스트당 약 25 μJ 내지 약 1000 μJ의 펄스 버스트 에너지를 갖는 펄스 버스트를 만들어내는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  21. 청구항 1 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물에 형성된 인접한 결함들 사이의 간격은 약 1 ㎛ 내지 약 30 ㎛인, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물의 외향 표면은 아치형이고;
    상기 펄스 레이저 빔은 피봇 가능한 레이저 출력 헤드로부터 전파되며; 그리고
    상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드는, 상기 적층체 가공물 스택이 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인에 대해 병진 이동됨에 따라, 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 피봇하여, 상기 펄스 레이저 빔이 상기 제 1 투명 가공물의 외향 표면의 충돌 위치와의 직교성을 유지하도록 하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  23. 청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔은 가공물 제조 어셈블리의 병진 이동 암에 결합된 피봇 가능한 레이저 출력 헤드로부터 전파되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드는 피봇 조인트에 의해 상기 가공물 제조 어셈블리의 병진 이동 암에 피봇 가능하게 결합되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 내에 피봇 가능한 광학 구성요소가 하우징되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  26. 청구항 1 내지 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스 레이저 빔은, 상기 빔 소스와 상기 적층체 가공물 스택 사이의 빔 경로 내에 각각 위치된 초점 조정 렌즈 및 액시콘을 포함한 광학 어셈블리를 사용하여 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  27. 청구항 1 내지 26 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체 가공물 스택은 차량 유리 적층체를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  28. 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 방법에 있어서,
    적층체 가공물 스택을 형성하기 위해 제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 수지 층을 적층하는 단계, 여기서 상기 제 1 투명 가공물은 강화 유리 기판을 포함함;
    상기 제 1 투명 가공물이 빔 경로를 따라 상기 제 2 투명 가공물의 하류에 위치하도록 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계;
    제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물에 윤곽 라인을 형성하는 단계, 여기서 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는:
    빔 소스에 의해 출력된 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시키고, 상기 유도 흡수는 상기 제 1 투명 가공물 내에서 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 따라 결함을 생성함; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 빔 경로를 서로에 대해 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 포함한 윤곽 라인을 레이저 형성하고, 상기 윤곽 라인을 따라 균열 전파를 유도하여 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계;를 포함함;
    수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 분리시키는 단계, 여기서 상기 수지 층을 분리시키는 단계는:
    상기 빔 경로를 따라 배향된 펄스 레이저 빔 초점 라인을 상기 적층체 가공물 스택의 수지 층으로 초점 조정하는 단계; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 절제하는 단계;를 포함함;
    를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 방법은:
    제 2 가공물 분리 라인을 따라 상기 적층체 가공물 스택의 제 2 투명 가공물에 제 2 윤곽 라인을 형성하는 단계, 여기서 상기 제 2 윤곽 라인을 형성하는 단계는:
    상기 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 2 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 2 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시킴; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 제 2 윤곽 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 2 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 포함한 제 2 윤곽 라인을 형성하는 단계;를 포함함;
    를 더욱 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  30. 청구항 28 또는 29에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물과 상기 제 2 투명 가공물 사이에 상기 수지 층을 적층하는 단계는:
    상기 제 1 투명 가공물과 상기 제 2 투명 가공물 사이에 상기 수지 층을 배치하는 단계;
    상기 수지 층, 상기 제 1 투명 가공물, 및 상기 제 2 투명 가공물을 대기압 이하의 압력으로 진공 가공하는 단계; 및
    상기 수지 층, 상기 제 1 투명 가공물, 및 상기 제 2 투명 가공물을 대기압 이상의 압력으로 가열하는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  31. 청구항 28 내지 30 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체 가공물 스택은 차량 유리 적층체를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  32. 적층체 가공물 스택을 레이저 가공하는 방법에 있어서,
    적층체 가공물 스택을 형성하기 위해 제 1 투명 가공물과 제 2 투명 가공물 사이에 수지 층을 적층하는 단계, 여기서 상기 제 1 투명 가공물 및 상기 제 2 투명 가공물 각각은 아치형임;
    제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물에 윤곽 라인을 형성하는 단계, 여기서 상기 윤곽 라인을 형성하는 단계는:
    피봇 가능한 레이저 출력 헤드로부터 전파되는 펄스 레이저 빔을, 빔 경로에 따라 배향되고 상기 제 1 투명 가공물로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계 - 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인은 상기 제 1 투명 가공물 내에서 유도 흡수를 발생시킴; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따른 복수의 결함을 포함한 윤곽 라인을 레이저 형성하는 단계;를 포함하며,
    여기서 상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드는, 상기 적층체 가공물 스택이 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인에 대해 병진 이동됨에 따라, 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 피봇하여, 상기 펄스 레이저 빔이 상기 제 1 투명 가공물의 외향 표면의 충돌 위치와의 직교성을 유지하도록 함; 및
    수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 분리시키는 단계, 여기서 상기 수지 층을 분리시키는 단계는:
    상기 펄스 레이저 빔을, 상기 빔 경로를 따라 배향되고 상기 수지 층으로 지향되는 펄스 레이저 빔 초점 라인으로 초점 조정하는 단계; 및
    상기 적층체 가공물 스택과 상기 펄스 레이저 빔 초점 라인을 서로에 대해 상기 수지 분리 라인을 따라 병진 이동시켜, 상기 수지 분리 라인을 따라 상기 수지 층을 레이저 절제하는 단계;를 포함함;
    를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 수지 층은 폴리비닐 부티랄, 에틸렌-비닐 아세테이트 또는 이들의 조합 물을 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  34. 청구항 32 또는 33에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물과 상기 제 2 투명 가공물 사이에 상기 수지 층을 적층하는 단계는:
    상기 제 1 투명 가공물과 상기 제 2 투명 가공물 사이에 상기 수지 층을 배치하는 단계;
    상기 수지 층, 상기 제 1 투명 가공물, 및 상기 제 2 투명 가공물을 대기압 이하의 압력으로 진공 가공하는 단계; 및
    상기 수지 층, 상기 제 1 투명 가공물, 및 상기 제 2 투명 가공물을 대기압 이상의 압력으로 가열하는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  35. 청구항 32 내지 34 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드는 피봇 조인트에 의해 가공물 제조 어셈블리의 병진 이동 암에 피봇 가능하게 결합되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  36. 청구항 32 내지 35 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피봇 가능한 레이저 출력 헤드 내에 피봇 가능한 광학 구성요소가 하우징되는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  37. 청구항 32 내지 36 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계를 더욱 포함하고,
    상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계는:
    상기 제 1 투명 가공물이 상기 빔 경로를 따라 상기 제 2 투명 가공물의 상류에 위치하도록 상기 적층체 가공물 스택을 위치시키는 단계;
    상기 윤곽 라인을 따라 또는 상기 윤곽 라인 근처에서, 적외선 레이저 빔을 상기 제 1 투명 가공물 상으로 지향시키는 단계; 및
    상기 제 1 투명 가공물과 상기 적외선 레이저 빔을 서로에 대해 상기 윤곽 라인을 따라 또는 상기 윤곽 라인 근처에서 병진 이동시켜, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키는 단계;를 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
  38. 청구항 32 내지 37 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 가공물은, 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 윤곽 라인을 형성하는 레이저가 상기 윤곽 라인을 따라 균열 전파를 유도하여 상기 제 1 가공물 분리 라인을 따라 상기 제 1 투명 가공물을 분리시키도록 강화 유리 기판을 포함하는, 적층체 가공물 스택 레이저 가공 방법.
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