CN117440875A - 复合材的截断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在截断后的脆性材料层的端面不易产生裂纹、并且在截断后的复合材中可得到充分的弯曲强度的方法。本发明是将脆性材料层(1)与树脂层(2)层叠而成的复合材(10)截断的方法，包括以下工序：将由超短脉冲激光光源(20)振荡的激光(L1)从脆性材料层侧沿着复合材的截断预定线(DL)进行照射而形成划线槽(11)的脆性材料除去工序：将由激光光源(30)振荡的激光(L2)沿着截断预定线对树脂层进行照射而将形成树脂层的树脂除去的树脂除去工序。在脆性材料除去工序中，将激光(L1)的焦点(AF)设定于树脂层的与脆性材料层的界面附近，在激光L1的照射位置处的树脂层的厚度为5μm以上的状态下振荡激光(L1)，形成在树脂层侧开口并且不贯通脆性材料层的上述划线槽。
Description
技术领域
本发明涉及将脆性材料层与树脂层层叠而成的复合材截断的方法。特别是本发明涉及在截断后的脆性材料层的端面不易产生裂纹、并且在截断后的复合材(复合材片)中可得到充分的弯曲强度的方法。
背景技术
在电视、个人计算机中使用的图像显示装置的最表面侧，大多情况下，配置有用于保护图像显示装置的保护材。作为保护材，代表性而言，使用了玻璃板。
然而，像智能手机、智能手表、车载显示器等中使用的图像显示装置那样，伴随着图像显示装置的小型化、薄型化、轻量化，对于兼具保护功能和光学功能的薄型的保护材的期望提高。作为这样的保护材，例如可列举出发挥保护功能的玻璃等脆性材料层与发挥光学功能的偏振膜等树脂层层叠而成的复合材。该复合材必须截断成与用途相应的规定形状、规定尺寸。
以往，作为将脆性材料层与树脂层层叠而成的复合材截断的方法，提出了专利文献1中记载的方法。
专利文献1中记载的方法包含以下工序：通过将由CO2激光光源等激光光源振荡的激光沿着复合材的截断预定线对树脂层进行照射而将形成树脂层的树脂除去，从而形成沿着截断预定线的加工槽的树脂除去工序：在树脂除去工序之后，通过将由超短脉冲激光光源振荡的激光沿着截断预定线对脆性材料层进行照射而将形成脆性材料层的脆性材料除去，从而形成沿着截断预定线的加工痕的脆性材料除去工序，加工痕是贯通脆性材料层的贯通孔。
根据专利文献1中记载的方法，由于使用由超短脉冲激光光源振荡的激光将形成脆性材料层的脆性材料除去，因此可得到在截断后的脆性材料层的端面不易产生裂纹的优点。
此外，虽然通过专利文献1中记载的方法，也可在截断后的复合材中得到规定的弯曲强度。然而，期望得到更进一步充分的弯曲强度。
需要说明的是，在非专利文献1中，记载了在使用超短脉冲激光的加工技术中，利用超短脉冲激光的成丝现象、或者对超短脉冲激光光源适用多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统。
此外，在非专利文献2中，对薄玻璃基板的2点弯曲应力进行了记载。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-122966号公报
非专利文献
非专利文献1：John Lopez等、“使用了超短脉冲贝塞尔光束的玻璃切断(GLASSCUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS)”、[online]、2015年10月、International Congress on Applications of Lasers&Electro-Optics(ICALEO)、[令和2年7月17天检索]、因特网(URL：https：//www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
非专利文献2：Suresh T.Gulati等、“Two Point Bending of Thin GlassSubstrate”、2011年、SID 11DIGEST、p.652-654
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是为了解决上述那样的以往技术的问题而进行的，课题是提供在截断后的脆性材料层的端面不易产生裂纹、并且在截断后的复合材(复合材片)中可得到充分的弯曲强度的方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明者们进行了深入研究，结果发现：通过在由超短脉冲激光光源振荡的激光的照射位置处的树脂层的厚度为规定值以上(5μm以上)的状态下，将激光的焦点设定于树脂层的与脆性材料层的界面附近，从脆性材料层侧沿着截断预定线照射激光，从而将脆性材料层的仅树脂层侧的脆性材料除去，形成沿着截断预定线一体相连的划线槽。而且发现：以该划线槽作为起点将复合材截断，在截断后的脆性材料层的端面不易产生裂纹，并且在截断后的复合材中可得到充分的弯曲强度。
本发明基于上述本发明者们的见识而完成。
即，为了解决上述课题，本发明提供一种复合材的截断方法，其是将脆性材料层与树脂层层叠而成的复合材截断的方法，包括以下工序：通过将由超短脉冲激光光源振荡的激光从上述脆性材料层侧沿着上述复合材的截断预定线进行照射而将形成上述脆性材料层的脆性材料除去，形成沿着上述截断预定线而一体相连的划线槽的脆性材料除去工序：将由激光光源振荡的激光沿着上述截断预定线对上述树脂层进行照射而将形成上述树脂层的树脂除去的树脂除去工序，在上述脆性材料除去工序中，将上述由超短脉冲激光光源振荡的激光的焦点设定于上述树脂层的与上述脆性材料层的界面附近，在上述由超短脉冲激光光源振荡的激光的照射位置处的上述树脂层的厚度为5μm以上的状态下由上述超短脉冲激光光源振荡激光，形成在上述树脂层侧开口并且不贯通上述脆性材料层的上述划线槽。
根据本发明的复合材的截断方法，由于在脆性材料除去工序中，通过照射由超短脉冲激光光源振荡的激光而将形成脆性材料层的脆性材料除去，从而在脆性材料层中形成划线槽，因此以该划线槽作为起点而复合材被截断，在截断后的脆性材料层的端面(与复合材的厚度方向(脆性材料层与树脂层的层叠方向)正交的方向的端面)不易产生裂纹。
此外，根据本发明的复合材的截断方法，在脆性材料除去工序中形成的划线槽在树脂层侧开口，并且不贯通脆性材料层。换言之，在脆性材料除去工序中，将脆性材料层的仅树脂层侧的脆性材料除去而形成划线槽。因此，以该划线槽作为起点而复合材被截断，如本发明者们所见识的那样，在截断后的复合材中能够得到充分的弯曲强度。
通过本发明形成划线槽的机理不一定明确，但本发明者们推定：通过将激光的焦点设定于树脂层的与脆性材料层的界面附近，从而使激光的能量在树脂层的与脆性材料层的界面附近被集中吸收而发热，该热在脆性材料层中进行传导，从而所传导的部位的脆性材料被除去而形成划线槽。
需要说明的是，在本发明的复合材的截断方法中，“将激光从上述脆性材料层侧沿着上述复合材的截断预定线进行照射”是指从复合材的厚度方向(脆性材料层与树脂层的层叠方向)观察，从脆性材料层侧沿着截断预定线对复合材照射激光。此外，在本发明的复合材的截断方法中，“将激光沿着上述截断预定线对上述树脂层进行照射”是指从复合材的厚度方向观察，沿着截断预定线对树脂层照射激光。
此外，在本发明的复合材的截断方法中，“上述树脂层的与上述脆性材料层的界面附近”是指树脂层与脆性材料层的界面其本身、及接近界面的树脂层的部位(例如关于复合材的厚度方向，从界面起的距离为20μm以下、优选为10μm以下的部位)。“将上述由超短脉冲激光光源振荡的激光的焦点设定于上述树脂层的与上述脆性材料层的界面附近”是指将关于复合材的厚度方向的激光的焦点的位置设定于树脂层的与脆性材料层的界面附近。
进而，在本发明的复合材的截断方法中，在树脂除去工序中使用的激光光源的种类只要是通过振荡的激光能够将形成树脂层的树脂除去，则没有特别限定。但是，从能够提高激光相对于复合材的相对移动速度(加工速度)的方面考虑，优选使用振荡红外区域的波长的激光的CO2激光光源、CO激光光源。
在本发明的复合材的截断方法中，也可以先执行树脂除去工序之后，执行脆性材料除去工序。但是，在该情况下，在树脂除去工序中，无法沿着截断预定线将树脂完全除去，产生仅以5μm以上的厚度量硬要残留树脂的必要。树脂的余量可依赖于树脂除去工序中由激光光源振荡的激光的功率、激光相对于复合材的相对移动速度(加工速度)等而发生变化，因此其调整费时费力，另一方面，若过度残留树脂，则有可能对复合材的截断产生障碍。
因此，在本发明的复合材的截断方法中，优选在上述脆性材料除去工序之后，执行上述树脂除去工序。
根据上述的优选的方法，由于通过先执行的脆性材料除去工序而形成划线槽，因此在形成划线槽之后执行的树脂除去工序中，即使沿着截断预定线将树脂完全除去也没有障碍。因此，能够避免激光功率等的调整费时费力或对复合材的截断产生障碍的可能。
优选的是，本发明的复合材的截断方法进一步包括：在上述脆性材料除去工序及上述树脂除去工序之后，通过沿着上述截断预定线施加外力而将上述复合材截断的复合材截断工序。
根据上述的优选的方法，能够将复合材可靠地截断。
根据本发明者们的见识，划线槽的深度越小，则在截断后的复合材中越能够得到充分的弯曲强度，另一方面，若划线槽的深度过小，则对复合材的截断产生障碍。
因此，在本发明的复合材的截断方法中，上述划线槽的深度优选为3μm以上且50μm以下。下限更优选为5μm以上，进一步优选为10μm以上。上限更优选为30μm以下，更优选为20μm以下，更优选为18μm以下，进一步优选为16μm以下。
需要说明的是，在上述的优选的方法中，“划线槽的深度”是指划线槽的树脂层侧的端(划线槽的开口端)与划线槽的脆性材料层侧的底部(划线槽的与开口端相反侧的端)的距离。此外，在上述的优选的方法中，“上述划线槽的深度为3μm以上且50μm以下”是指沿着截断预定线的划线槽的深度的平均值为3μm以上且50μm以下。
此外，在本发明的复合材的截断方法中，上述划线槽的深度优选为上述脆性材料层的厚度的10％以上且50％以下。下限更优选为15％以上。上限更优选为35％以下。
在本发明的复合材的截断方法中，上述由超短脉冲激光光源振荡的激光的波长例如为500nm以上且2500nm以下。
在本发明的复合材的截断方法中，上述由超短脉冲激光光源振荡的激光的脉冲幅度例如为350飞秒以上且10000飞秒以下。
发明效果
根据本发明，在截断后的脆性材料层的端面不易产生裂纹，并且在截断后的复合材中能够得到充分的弯曲强度。
附图说明
图1是示意性说明本发明的一个实施方式的复合材的截断方法的步骤的说明图。
图2是示意性说明本发明的一个实施方式的复合材的截断方法的步骤的说明图。
图3是示意性说明图1中所示的由超短脉冲激光光源振荡的激光的焦点的设定方法的一个例子的说明图。
图4是示意性表示本发明的一个实施方式的截断方法的复合材截断工序中被截断后的复合材片的构成的截面图。
图5是示意性说明实施例1所涉及的试验的概要的图。
图6是表示实施例1、2及比较例1、2所涉及的试验的结果的图。
具体实施方式
以下，适宜参照所附附图对本发明的一个实施方式的复合材的截断方法(以下，适宜简称为“截断方法”)进行说明。
图1及图2是示意性说明本发明的一个实施方式的复合材的截断方法的步骤的说明图。图1(a)是表示本实施方式的截断方法的脆性材料除去工序的截面图，图1(b)是表示本实施方式的截断方法的树脂除去工序的截面图，图1(c)是表示本实施方式的截断方法的复合材截断工序的截面图。图2(a)是表示本实施方式的截断方法的脆性材料除去工序后的复合材的上俯视图(从脆性材料层侧观察的俯视图)，图2(b)是表示本实施方式的截断方法的树脂除去工序后的复合材的下俯视图(从树脂层侧观察的俯视图)。
本实施方式的截断方法是将脆性材料层1与树脂层2层叠而成的复合材10沿厚度方向(脆性材料层1与树脂层2的层叠方向、图1的上下方向、Z方向)进行截断的方法。
脆性材料层1与树脂层2通过任意适宜的方法而层叠。例如脆性材料层1与树脂层2可以通过所谓的卷对卷方式而层叠。即，通过将长条的脆性材料层1和长条的树脂层2一边沿长度方向进行搬送，一边使彼此的长度方向对齐而将彼此贴合，能够将脆性材料层1与树脂层2层叠。此外，也可以将脆性材料层1与树脂层2分别切断成规定形状后进行层叠。脆性材料层1与树脂层2代表性而言介由任意适宜的粘合剂、粘接剂而层叠。
作为形成脆性材料层1的脆性材料，可例示出玻璃、及单晶或多晶硅。
作为玻璃，根据基于组成的分类，可例示出钠钙玻璃、硼酸玻璃、铝硅酸玻璃、石英玻璃及蓝宝石玻璃。此外，根据基于碱成分的分类，可例示出无碱玻璃、低碱玻璃。玻璃的碱金属成分(例如Na2O、K2O、Li2O)的含量优选为15重量％以下，更优选为10重量％以下。
脆性材料层1的厚度优选为200μm以下，更优选为150μm以下，进一步优选为120μm以下，特别优选为100μm以下。另一方面，脆性材料层1的厚度优选为5μm以上，更优选为20μm以上，进一步优选为30μm以上。如果脆性材料层1的厚度为这样的范围，则利用卷对卷方式的与树脂层2的层叠成为可能。
在形成脆性材料层1的脆性材料为玻璃的情况下，脆性材料层1的波长550nm下的光透射率优选为85％以上。在形成脆性材料层1的脆性材料为玻璃的情况下，脆性材料层1的波长550nm下的折射率优选为1.4～1.65。在形成脆性材料层1的脆性材料为玻璃的情况下，脆性材料层1的密度优选为2.3g/cm3～3.0g/cm3，更优选为2.3g/cm3～2.7g/cm3。
在形成脆性材料层1的脆性材料为玻璃的情况下，作为脆性材料层1，可以直接使用市售的玻璃板，也可以将市售的玻璃板按照成为所期望的厚度的方式进行研磨而使用。作为市售的玻璃板，例如可列举出Corning公司制“7059”、“1737”或“EAGLE2000”、旭硝子公司制“AN100”、NH Techno Glass制“NA-35”、日本电气硝子公司制“OA-10”、SCHOTT公司制“D263”或“AF45”。
作为树脂层2，可例示出由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等丙烯酸树脂、环状烯烃聚合物(COP)、环状烯烃共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC)、氨基甲酸酯树脂、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、三乙酰纤维素(TAC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚酰胺(PA)、有机硅树脂、环氧树脂、液晶聚合物、各种树脂制发泡体等塑料材料形成的单层膜、或包含多个层的层叠膜。
在树脂层2为包含多个层的层叠膜的情况下，也可以在层间夹杂丙烯酸系粘合剂、氨基甲酸酯系粘合剂、有机硅系粘合剂等各种粘合剂、环氧系粘接剂等各种粘接剂。此外，也可以在树脂层2的表面形成由上述那样的粘合剂或粘接剂制成的粘合剂层或粘接剂层。
此外，也可以在树脂层2的表面形成氧化铟锡(ITO)、Ag、Au、Cu等导电性的无机膜。
本实施方式的截断方法特别适宜用于树脂层2为显示器中使用的偏振膜、表面保护膜、相位差膜等各种光学膜的情况。
树脂层2的厚度优选为20～500μm。
需要说明的是，在图1中所示的例子中，图示出树脂层2为由以PET等形成的基材膜21和形成于基材膜21的单面的粘合剂层22构成的表面保护膜、复合材10为介由粘合剂层22将脆性材料层1与树脂层2层叠而成的构成的例子。
本实施方式的截断方法包括脆性材料除去工序、树脂除去工序和复合材截断工序。以下，对各工序依次进行说明。
<脆性材料除去工序>
如图1(a)及图2(a)中所示的那样，在脆性材料除去工序中，通过将由超短脉冲激光光源20振荡(脉冲振荡)的激光(超短脉冲激光)L1从脆性材料层1侧沿着复合材10的截断预定线进行照射而将形成脆性材料层1的脆性材料除去，从而形成沿着截断预定线一体相连的划线槽11。
在图1及图2中所示的例子中，图示出在复合材10的面内(XY二维平面内)的正交的2个方向(X方向及Y方向)中沿Y方向延伸的直线DL为截断预定线的情况。截断预定线DL可以作为在视觉上可识别的显示实际描绘于复合材10中，也可以在控制激光L1与复合材10的XY二维平面上的相对位置关系的控制装置(未图示)中预先输入其坐标。图1及图2中所示的截断预定线DL是在控制装置中预先输入其坐标、没有实际描绘于复合材10中的假想线。需要说明的是，截断预定线DL并不限于直线，也可以为曲线。通过根据复合材10的用途来决定截断预定线DL，能够将复合材10截断成与用途相应的任意的形状。
作为将激光L1沿着复合材10的截断预定线DL进行照射的形态(扫描激光L1的形态)，例如考虑通过将单片状的复合材10载置于XY双轴平台(未图示)上并固定(例如吸附固定)，利用来自控制装置的控制信号来驱动XY双轴平台，从而变更复合材10相对于激光L1的XY二维平面上的相对位置。此外，还考虑通过将复合材10的位置固定，使用利用来自控制装置的控制信号而驱动的电镜或多角镜使由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1偏转，从而变更对复合材10照射的激光L1的XY二维平面上的位置。进而，也可以将上述的使用XY双轴平台的复合材10的扫描与使用电镜等的激光L1的扫描这两者并用。
形成脆性材料层1的脆性材料通过利用由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的成丝现象、或者对超短脉冲激光光源20适用多焦点光学系统(未图示)或贝塞尔光束光学系统(未图示)而被除去。
需要说明的是，关于利用超短脉冲激光的成丝现象、或者对超短脉冲激光光源适用多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统，记载于上述的非专利文献1中。此外，由德国的Trumpf公司，出售有关于对超短脉冲激光光源适用了多焦点光学系统的玻璃加工的制品。像这样，关于利用超短脉冲激光的成丝现象、或者对超短脉冲激光光源适用多焦点光学系统或贝塞尔光束光学系统是公知的，因此这里省略其以上的详细说明。
由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的波长优选为在形成脆性材料层1的脆性材料为玻璃的情况下显示出高的光透射率的500nm以上且2500nm以下。为了有效地引起非线形光学现象(多光子吸收)，激光L1的脉冲幅度优选为100皮秒以下，更优选为50皮秒以下。激光L1的脉冲幅度例如被设定为350飞秒以上且10000飞秒以下。激光L1的振荡形态可以是单脉冲振荡，也可以是成组方式的多脉冲振荡。
在脆性材料除去工序中，将由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的焦点设定于树脂层2的与脆性材料层1的界面附近。由此，脆性材料除去工序中形成的划线槽11在树脂层2侧开口并且变得不贯通脆性材料层1(在与树脂层2侧相反侧没有开口)。换言之，在脆性材料除去工序中，将脆性材料层1的仅树脂层2侧的脆性材料除去而形成划线槽11。
以下，对这点更具体地进行说明。
图3是示意性说明由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的焦点的设定方法的一个例子的说明图。
在图3中所示的例子中，对超短脉冲激光光源20适用多焦点光学系统。具体而言，图3中所示的多焦点光学系统由3个锥透镜21a、21b、21c构成。如图3中所示的那样，如果将由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的空间强度分布假定为高斯分布，则在强度比较高的从点A至点B为止的范围内振荡的激光L1追寻图3中以虚线表示的光路而在焦点AF汇聚。在本实施方式的脆性材料除去工序中，设定于树脂层2的与脆性材料层1的界面附近的焦点为在从点A至点B为止的强度比较高的范围内振荡的激光L1汇聚的焦点AF。从点A至点B为止的范围例如为成为激光L1的空间强度分布的最大强度的90％以上的强度的范围。
在脆性材料除去工序中，按照该激光L1的焦点AF的位置成为树脂层2的与脆性材料层1的界面附近、具体而言从界面起距离H的位置的方式，调整焦点AF与复合材10的位置关系。该距离H设定为优选0μm～20μm、更优选0μm～10μm。
焦点AF处的激光L1的点径设定为优选5μm以下、更优选3μm以下。
需要说明的是，在利用激光L1的成丝现象的情况下，在激光L1透过脆性材料层1时，通过利用克尔效应而自己汇聚，越前进，则点径变得越小。而且，在脆性材料层1中产生消融的能量阈值以下激光L1汇聚时，脆性材料层1的脆性材料被除去而形成划线槽11。如上述那样，通过将产生消融的能量阈值以下激光L1汇聚的位置(相当于上述的焦点AF)设定于树脂层2的与脆性材料层1的界面附近，能够形成在树脂层2侧开口并且不贯通脆性材料层1的划线槽11。
通过调整由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的功率，能够调整对于形成划线槽11(除去脆性材料)所使用的能量的强弱(从点A至点B为止的范围的强度的大小)。由此，能够调整划线槽11的深度。
划线槽11的深度越小，则在截断后的复合材10中越能够得到充分的弯曲强度，另一方面，若划线槽11的深度过小，则对后述的复合材截断工序中的复合材10的截断产生障碍。
因此，划线槽11的深度优选为3μm以上且50μm以下。下限更优选为5μm以上，进一步优选为10μm以上。上限更优选为30μm以下，更优选为20μm以下，更优选为18μm以下，进一步优选为16μm以下。在脆性材料层1的厚度小的情况(例如厚度为50μm以下的情况)下，划线槽11的深度优选为3μm以上且20μm以下。
此外，划线槽11的深度优选为脆性材料层1的厚度的10％以上且50％以下。下限更优选为15％以上。上限更优选为35％以下。
<树脂除去工序>
本实施方式的树脂除去工序在脆性材料除去工序之后执行。
如图1(b)及图2(b)中所示的那样，在树脂除去工序中，将由激光光源30振荡的激光L2沿着复合材10的截断预定线DL对树脂层2进行照射而将形成树脂层2的树脂除去。由此，形成沿着截断预定线DL的加工槽23。
作为将激光L2沿着截断预定线DL进行照射的形态(扫描激光L2的形态)，由于可以采用与将上述的激光L1沿着截断预定线DL进行照射的形态相同的形态，因此这里省略详细的说明。
在本实施方式中，作为激光光源30，使用振荡的激光L2的波长为红外区域的9～11μm的CO2激光光源。
但是，本发明并不限于此，作为激光光源30，也可以使用振荡的激光L2的波长为5μm的CO激光光源。
此外，作为激光光源30，也可以使用可见光及紫外线(UV)脉冲激光光源。作为可见光及UV脉冲激光光源，可例示出振荡的激光L2的波长为532nm、355nm、349nm或266nm(以Nd：YAG、Nd：YLF、或YVO4作为介质的固体激光光源的高次谐波)的激光光源、振荡的激光L2的波长为351nm、248nm、222nm、193nm或157nm的准分子激光光源、振荡的激光L2的波长为157nm的F2激光光源。
此外，作为激光光源30，也可以使用振荡的激光L2的波长为紫外区域以外、并且脉冲幅度为飞秒或皮秒级的脉冲激光光源。如果使用由该脉冲激光光源振荡的激光L2，则能够诱发基于多光子吸收过程的消融加工。
进而，作为激光光源30，也可以使用振荡的激光L2的波长为红外区域的半导体激光光源或纤维激光光源。
如上述那样，在本实施方式中，由于使用CO2激光光源作为激光光源30，因此以下将激光光源30称为“CO2激光光源30”。
CO2激光光源30的振荡形态可以为脉冲振荡，也可以为连续振荡。激光L2的空间强度分布也可以为高斯分布，为了抑制激光L2的除去对象外即脆性材料层1的损伤，也可以使用衍射光学元件(未图示)等而整形为平顶分布。对激光L2的偏光状态没有制约，可以为直线偏振光、圆偏振光及随机偏振光中的任一者。
通过沿着复合材10的截断预定线DL对树脂层2(基材膜21及粘合剂层22)照射激光L2，产生形成树脂层2的树脂中照射到激光L2的树脂(基材膜21及粘合剂层22的照射到激光L2的部分)的伴随红外光吸收的局部的温度上升而该树脂飞散，从而该树脂从复合材10被除去，在复合材10中形成加工槽23。为了抑制从复合材10除去的树脂的飞散物再附着于复合材10上，优选在截断预定线DL附近设置集尘机构。为了抑制加工槽23的槽宽变大，优选按照对树脂层2的照射位置处的点径成为300μm以下的方式将激光L2聚光，更优选按照点径成为200μm以下的方式将激光L2聚光。
需要说明的是，在以照射到激光L2的树脂的伴随红外光吸收的局部的温度上升作为原理的树脂的除去方法的情况下，不论树脂的种类、树脂层2的层结构如何，都可以通过树脂层2的厚度来大概估算对于形成加工槽23所需的投入能量。具体而言，也可以基于树脂层2的厚度，通过以下的式(2)来估算对于形成加工槽23所需的以下的式(1)所表示的投入能量。
投入能量[mJ/mm]＝激光L2的平均功率[mW]/加工速度[mm/sec](1)
投入能量[mJ/mm]＝0.5×树脂层2的厚度[μm](2)
实际设定的投入能量优选设定为通过上述的式(2)估算的投入能量的20％～180％，更优选设定为50％～150％。对像这样估算的投入能量设置余量是由于考虑根据形成树脂层2的树脂的光吸收率(激光L2的波长下的光吸收率)、树脂的熔点、分解点等热物性的不同而对于形成加工槽23所需的投入能量产生差异。具体而言，例如只要准备适用本实施方式的截断方法的复合材10的样品，以上述的优选的范围内的多个投入能量进行在该样品的树脂层2中形成加工槽23的预试验来决定适宜的投入能量即可。
在本实施方式的树脂除去工序中，从树脂层2侧对树脂层2照射由激光光源30振荡的激光L2。在图1(a)、(b)中所示的例子中，按照与树脂层2相向的方式，将CO2激光光源30相对于复合材10配置于Z方向下侧，按照与脆性材料层1相向的方式，将超短脉冲激光光源20相对于复合材10配置于Z方向上侧。而且，在脆性材料除去工序中通过由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1形成划线槽11之后，停止激光L1的振荡，在树脂除去工序中通过由CO2激光光源30振荡的激光L2形成加工槽23。
然而，本发明并不限于此，也可以采用下述方法：将超短脉冲激光光源20及CO2激光光源30相对于复合材10都配置于相同侧(Z方向上侧或下侧)，在脆性材料除去工序中使脆性材料层1与超短脉冲激光光源20相向，在树脂除去工序中按照树脂层2与CO2激光光源30相向的方式使复合材10的上下反转。
在树脂除去工序中，只要对后述的复合材截断工序中的复合材10的截断不产生障碍，则也可以在所形成的加工槽23的底部产生树脂的残渣。
但是，为了将复合材10可靠地截断，优选进一步包括通过将树脂除去工序中形成的加工槽23进行清理而将形成树脂层2的树脂的残渣除去的清理工序。
在清理工序中，可以适用各种湿式方式及干燥方式的清理方法。作为湿式方式的清理方法，可例示出药液浸渍、超声波洗涤、干冰喷射、微气泡及纳米细微气泡洗涤。作为干燥方式的清理方法，可以使用激光、等离子体、紫外线、臭氧等。
<复合材截断工序>
如图1(c)中所示的那样，在复合材截断工序中，在脆性材料除去工序及树脂除去工序之后，通过沿着截断预定线DL施加外力，将复合材10截断。在图1(c)中所示的例子中，复合材10被截断成复合材片10a、10b。
作为对复合材10附加外力的方法，可例示出机械断裂(峰折)、利用红外区域激光的切断预定线DL的附近部位的加热、利用超声波辊的振动附加、利用吸盘的吸附及提升等。在通过峰折将复合材10截断的情况下，为了以形成有划线槽11的脆性材料层1的树脂层2侧作为起点被截断，优选按照树脂层2侧变凸(脆性材料层1侧变凹)的方式施加外力。
图4是示意性表示本实施方式的截断方法的复合材截断工序中被截断后的复合材片10a、10b的构成的截面图。
如图4中所示的那样，复合材片10a、10b其脆性材料层1的一个端面(截断的端面)中的树脂层2侧的第1部位12的表面粗糙度变得比上述一个端面中的与树脂层2相反侧的第2部位13的表面粗糙度大。第1部位12相当于形成有划线槽11的部位，第2部位13相当于没有形成划线槽11的部位。因此，第1部位12的厚度(沿着脆性材料层1的厚度方向(Z方向)的第1部位12的尺寸)优选为脆性材料层1的厚度的10％以上且40％以下。下限更优选为15％以上。上限更优选为35％以下。
复合材片10a、10b的脆性材料层1的一个端面(截断的端面)与树脂层2的相同侧的端面(截断的端面)相比向上述一个端面侧(图4的纸面左侧)突出。该突出量14根据由CO2激光光源30振荡的激光L2对树脂层2的照射位置处的点径而发生变化，但例如为200μm以下、或100μm以下、或50μm以下。突出量14的下限越小越优选，但例如为1μm以上、或5μm以上。
根据以上说明的本实施方式的截断方法，由于在脆性材料除去工序中，通过照射由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1而将形成脆性材料层1的脆性材料除去，从而在脆性材料层1中形成划线槽11，因此在复合材截断工序中，以该划线槽11作为起点而复合材10被截断，在截断后的脆性材料层1的端面不易产生裂纹。
此外，根据本实施方式的截断方法，脆性材料除去工序中形成的划线槽11在树脂层2侧开口，并且不贯通脆性材料层1。换言之，在脆性材料除去工序中，将脆性材料层1的仅树脂层2侧的脆性材料除去而形成划线槽11。因此，在复合材截断工序中，以该划线槽11作为起点而复合材10被截断，在截断后的复合材片10a、10b中能够得到充分的弯曲强度。
需要说明的是，在本实施方式中，在脆性材料除去工序之后执行树脂除去工序，但本发明并不限于此，也可以在树脂除去工序之后执行脆性材料除去工序。换言之，也可以在形成加工槽23之后形成划线槽11。
但是，在该情况下，在脆性材料除去工序中，由于将由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的焦点AF设定于树脂层2的与脆性材料层1的界面附近，因此必须在执行脆性材料除去工序的时刻，在加工槽23的底部产生树脂的残渣。具体而言，必须在该树脂的残渣的厚度(即，由超短脉冲激光光源20振荡的激光L1的照射位置处的树脂层2的厚度)为5μm以上的状态下执行脆性材料除去工序。
以下，对使用本实施方式的截断方法(实施例1、2)及比较例(比较例1、2)的截断方法进行将复合材10截断的试验的结果的一个例子进行说明。
<实施例1>
图5是示意性说明实施例1所涉及的试验的概要的图。以下，适宜参照图1～图3及图5，对实施例1所涉及的试验的概要进行说明。
在实施例1中使用的复合材10中，脆性材料层1由无碱玻璃形成，厚度为30μm。此外，树脂层2为表面保护膜，总厚度为58μm。具体而言，该表面保护膜是以厚度38μm的PET膜作为基材膜21，在其单面涂布丙烯酸系粘合剂并使其干燥，形成干燥后的厚度为20μm的粘合剂层(丙烯酸系粘合剂层)22而成的。复合材10是脆性材料层1与树脂层2介由粘合剂层22层叠而成的构成。如图5(a)中所示的那样，复合材10是面内(XY二维平面内)尺寸为150mm×150mm的正方形状。图5(a)中以虚线表示的直线为截断预定线。
在实施例1中，首先，执行脆性材料除去工序，接着，执行树脂除去工序，最后执行复合材截断工序。
在脆性材料除去工序中，作为超短脉冲激光光源20，使用Coherent公司制“Monaco1035-80-60”(振荡波长1035nm、激光L1的脉冲幅度350～10000飞秒、脉冲振荡的重复频率最大50MHz、平均功率60W)，将由超短脉冲激光光源20以规定的输出功率振荡的激光L1介由多焦点光学系统从脆性材料层1侧照射至复合材10。激光L1的焦点AF(参照图3)设定为树脂层2的粘合剂层22的厚度方向中央(距离与脆性材料层1的界面为10μm的位置、即距离H＝10μm)。将激光L1相对于复合材10的相对移动速度(加工速度)设定为125mm/sec，将脉冲振荡的重复频率设定为125kHz，如图5(a)中所示的那样，按照能够将面内尺寸为110mm×60mm的复合材片10c截断的方式，沿着截断预定线扫描激光L1，结果在脆性材料层1中形成深度(平均值)为10μm、且槽宽为3μm左右的、沿着截断预定线而一体相连的划线槽11(参照图1(a)、图2(a))。
接着，在树脂除去工序中，作为CO2激光光源30，使用Coherent公司制“DIAMOND J-3-9.4”(振荡波长9.4μm、脉冲振荡的重复频率15kHz、激光L2的功率13W、高斯光束)，将由CO2激光光源30振荡的激光L2使用聚光透镜聚光成点径120μm，对复合材10的树脂层2进行照射。将激光L2相对于复合材10的相对移动速度(加工速度)设定为400mm/sec，沿着截断预定线扫描激光L2，结果在树脂层2中形成槽宽为150μm的加工槽23(参照图1(b)、图2(b))。
需要说明的是，在实施例1的树脂除去工序中，通过上述的式(2)而估算的投入能量为29mJ/mm。与此相对，实际的投入能量通过上述的式(1)为33mJ/mm，为估算的投入能量的114％。
最后，在复合材截断工序中，通过沿着截断预定线，按照树脂层2侧变凸(脆性材料层1侧变凹)的方式，人工将复合材10进行峰折，从而将复合材片10c截断。
<实施例2>
在实施例2中使用的复合材10中，脆性材料层1由无碱玻璃形成，厚度为100μm。此外，树脂层2是在偏振膜的单面涂布环氧系粘接剂并使其干燥，形成干燥后的厚度为1μm的粘接剂层(环氧系粘接剂层)而成的。作为偏振膜，使用从形成粘接剂层的一侧起依次具有TAC膜(厚度40μm)/PVA系起偏器(厚度5μm)/丙烯酸系膜(厚度40μm)/丙烯酸系粘合剂层(厚度30μm)/隔膜(PET膜、厚度38μm)的构成的偏振膜。复合材10是脆性材料层1与树脂层2介由粘接剂层层叠而成的构成。实施例2中使用的复合材10也与实施例1同样地为面内(XY二维平面内)尺寸为150mm×150mm的正方形状。
实施例2中，在脆性材料除去工序中，将激光L1的焦点AF设定于树脂层2的粘接剂层的厚度方向中央(距离与脆性材料层1的界面为0.5μm的位置、即距离H＝0.5μm)，除了这点以外，以与实施例1同样的条件形成划线槽11。树脂除去工序及复合材截断工序也以与实施例1同样的条件执行，将复合材片10c截断。
<比较例1>
在比较例1中使用的复合材10中，脆性材料层1与实施例1同样地由无碱玻璃形成，厚度为30μm。此外，树脂层2是在TAC膜(厚度40μm)的单面涂布环氧系粘接剂并使其干燥，形成干燥后的厚度为1μm的粘接剂层(环氧系粘接剂层)而成的。复合材10是脆性材料层1与树脂层2介由粘接剂层层叠而成的构成。比较例1中使用的复合材10也与实施例1、2同样地为面内(XY二维平面内)尺寸为150mm×150mm的正方形状。
比较例1中，首先执行树脂除去工序，接着，执行脆性材料除去工序，最后执行复合材截断工序。
在树脂除去工序中，作为CO2激光光源30，使用Coherent公司制“DIAMOND J-3-9.4”(振荡波长9.4μm、脉冲振荡的重复频率15kHz、激光L2的功率18W、高斯光束)，将由CO2激光光源30振荡的激光L2使用聚光透镜聚光为点径120μm，对复合材10的树脂层2进行照射。将激光L2相对于复合材10的相对移动速度(加工速度)设定为400mm/sec，沿着截断预定线扫描激光L2，结果在树脂层2中形成槽宽150μm的加工槽23。在加工槽23的底部没有产生树脂的残渣。
需要说明的是，在比较例1的树脂除去工序中，通过上述的式(2)而估算的投入能量为21mJ/mm。与此相对，实际的投入能量通过上述的式(1)为45mJ/mm，为估算的投入能量的214％。
接着，在脆性材料除去工序中，作为超短脉冲激光光源20，使用振荡波长1035nm、激光L1的脉冲幅度8500飞秒、脉冲振荡的重复频率125kHz、平均功率13W的激光光源，将由超短脉冲激光光源20以规定的输出功率振荡的激光L1介由多焦点光学系统从与加工槽23相反侧(脆性材料层1侧)对复合材10进行照射。激光L1的焦点AF设定于和脆性材料层1与树脂层2的界面在脆性材料层1侧相距25μm的位置。将激光L1相对于复合材10的相对移动速度(加工速度)设定为125mm/sec，沿着截断预定线扫描激光L1，结果在脆性材料层1中作为加工痕形成间距为1μm的针眼状的贯通孔(直径0.7～0.9μm左右)。
最后，在复合材截断工序中，与实施例1、2同样地，通过沿着截断预定线，按照树脂层2侧变凸(脆性材料层1侧变凹)的方式，人工将复合材10进行峰折，从而将复合材片10c截断。
<比较例2>
比较例2中使用的复合材10的构成与实施例2相同。
此外，比较例2中执行的树脂除去工序、脆性材料除去工序及复合材截断工序的条件与比较例1同样。
<评价内容>
对于以上说明的实施例1、2及比较例1、2中得到的复合材片10c，评价吸光度、弯曲强度及截断成品率。以下，对这些各评价项目的内容进行说明。
[吸光度]
对于实施例1，测定树脂层2(总厚度58μm)相对于超短脉冲激光光源20的振荡波长1035nm的吸光度。对于实施例2、比较例1、2，测定树脂层2相对于超短脉冲激光光源20的振荡波长1035nm的粘接剂层(厚度1μm)的吸光度。
具体而言，从复合材片10c中将上述的测定部位(关于实施例1为树脂层2，关于实施例2、比较例1、2为粘接剂层)取出，使用日立公司制分光光度计“U-4100”，照射波长1035nm的光，测定透射率(I/I0)。然后，通过以下的式(3)，算出吸光度A。
A＝-log10(I/I0) (3)
[弯曲强度]
在算出弯曲强度时，对复合材片10c进行2点弯曲试验。在2点弯曲试验中，首先如图5(b)中所示的那样，将复合材片10c载置于具备固定部40、可动部50a、50b的单轴平台的固定部40中，在可动部50a、50b之间夹入复合材片10c。此时，如下述的那样，按照通过使可动部50b移动从而复合材片10c的脆性材料层侧变凸而弯曲的方式(即，按照脆性材料层1侧成为上侧的方式)，将复合材片10c载置于固定部40中。接着，如图5(c)中所示的那样，将可动部50a的位置固定，另一方面，使可动部50b以20mm/min的速度朝向可动部50a移动，使弯曲应力作用于复合材片10c。然后，通过复合材片10c破坏时的可动部50a与可动部50b的间隔D的值，来评价复合材片10c的弯曲强度。
具体而言，将上述的间隔D代入非专利文献2中记载的式(3)(与以下的式(4)相同)中，算出最大应力σmax，将其设定为弯曲强度。
[数学式1]
在上述的式(4)中，E是指复合材片10c的杨氏模量，t是指复合材片10c的厚度，ψ是指复合材片10c的端的接线与铅直方向(Z方向)所成的角度。
作为复合材片10c的杨氏模量E，使用脆性材料层1的杨氏模量即70GPa。因为树脂层2的杨氏模量与脆性材料层1的杨氏模量相比充分小，因此作为复合材片10c的杨氏模量E，脆性材料层1的杨氏模量成为主导性。
此外，角度ψ通过在执行2点弯曲试验的过程中，从图5(c)中所示的Y方向，按照复合材片10c的一端位于视场内的方式拍摄复合材片10c，基于复合材片10c即将破坏之前的拍摄图像来算出。
对于实施例1、2及比较例1、2，分别对10个复合材片10c算出上述的弯曲强度(最大应力σmax)，算出其平均值。
[截断成品率]
用光学显微镜来观察复合材片10c的端面的品质，如果在脆性材料层1的4个端面的全部处所产生的裂纹的长度为50μm以下，则评价为“可截断”，在任一端面处产生长度大于50μm的裂纹的情况下，评价为“无法截断”。对于实施例1、2及比较例1、2，分别对10个复合材片10c进行上述的评价，通过以下的式(5)来算出截断成品率。
截断成品率＝“可截断”的复合材片10c的个数/10×100
＝“可截断”的复合材片10c的个数×10[％] (5)
<试验结果>
图6是表示实施例1、2及比较例1、2所涉及的试验的结果的图。
如图6中所示的那样，获知根据实施例1、2，将截断成品率维持为与比较例1、2同等的值(即，与比较例1、2同等地在截断后的脆性材料层1的端面不易产生裂纹)，并且截断后的复合材片10c的弯曲强度与比较例1、2相比提高。
符号的说明
1脆性材料层
2树脂层
10复合材
11划线槽
20超短脉冲激光光源
30激光光源(CO2激光光源)
23加工槽
AF焦点
DL截断预定线
L1激光
L2激光
Claims (8)
1.一种复合材的截断方法，其是将脆性材料层与树脂层层叠而成的复合材截断的方法，包括以下工序：
通过将由超短脉冲激光光源振荡的激光从所述脆性材料层侧沿着所述复合材的截断预定线进行照射而将形成所述脆性材料层的脆性材料除去，形成沿着所述截断预定线而一体相连的划线槽的脆性材料除去工序：和
将由激光光源振荡的激光沿着所述截断预定线对所述树脂层进行照射而将形成所述树脂层的树脂除去的树脂除去工序，
在所述脆性材料除去工序中，将所述由超短脉冲激光光源振荡的激光的焦点设定于所述树脂层的与所述脆性材料层的界面附近，在所述由超短脉冲激光光源振荡的激光的照射位置处的所述树脂层的厚度为5μm以上的状态下由所述超短脉冲激光光源振荡激光，形成在所述树脂层侧开口并且不贯通所述脆性材料层的所述划线槽。
2.根据权利要求1所述的复合材的截断方法，其中，在所述脆性材料除去工序之后，执行所述树脂除去工序。
3.根据权利要求1或2所述的复合材的截断方法，其进一步包括：在所述脆性材料除去工序及所述树脂除去工序之后，通过沿着所述截断预定线施加外力而将所述复合材截断的复合材截断工序。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合材的截断方法，其中，所述划线槽的深度为3μm以上且50μm以下。
5.根据权利要求4所述的复合材的截断方法，其中，所述划线槽的深度为20μm以下。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的复合材的截断方法，其中，所述划线槽的深度为所述脆性材料层的厚度的10％以上且50％以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的复合材的截断方法，其中，所述由超短脉冲激光光源振荡的激光的波长为500nm以上且2500nm以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的复合材的截断方法，其中，所述由超短脉冲激光光源振荡的激光的脉冲幅度为350飞秒以上且10000飞秒以下。
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