KR20220032522A - 복합재의 분단 방법 - Google Patents

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KR20220032522A
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토시히로 칸노
사토시 히라타
코타 나카이
나오유키 마츠오
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 취성 재료층의 끝면에 크랙을 발생시키는 일이 없고, 또한 수지층의 단부의 품위를 악화시키는 일이 없는 복합재의 분단 방법을 제공한다.
[해결수단] 본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)을 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사해서 분단 예정선을 따른 가공홈(25)을 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사해서 분단 예정선을 따른 가공흔(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정 후, 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)을 수지층과 반대측으로부터 취성 재료층에 조사함으로써 취성 재료층에 열 응력을 발생시켜 취성 재료층을 분단하는 취성 재료층 분단 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

복합재의 분단 방법
본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 취성 재료층의 끝면에 크랙을 발생시키지 않고, 또한 수지층의 단부의 품위를 악화시키지 않고 복합재를 분단가능한 방법에 관한 것이다.
최근, 액정 패널의 박형화나 고선명화가 진행되고 있는 것에 추가하여, 인터페이스에 다양성을 갖게 하기 위해서 화면 상에 터치 센서 기능을 탑재한 액정 패널이 휴대전화부터 인포메이션 디스플레이까지 폭넓은 분야에 있어서 사용되도록 되어 있다.
터치 센서 기능을 탑재한 액정 패널로서는 센서 기능을 갖는 필름 또는 유리를 편광 필름 상에 적층하고, 센서 표면의 단차를 메우기 위한 두꺼운 점착층(OCA, Optical Clear Adhesive)을 통해서 전면판이라고 불리는 강화유리를 최표면에 배치한 액정 패널이 일반적이다. 최근에는, 초박형화나 경량화의 관점에서 터치 센서를 액정 셀의 유리 기판에 설치한 인셀 타입의 액정 셀을 갖는 액정 패널이 등장하고 있다.
한편, 전면판으로서 수지로 형성된 것을 사용하고, 이 수지제의 전면판의 고경도화가 검토되고 있지만, 충분한 경도가 얻어지고 있지 않은 것이 현재의 상태이다. 또한, 수지제의 전면판은 내가습성이 떨어진다고 하는 문제도 있다.
그래서, 박유리라고 불리는 필름형상의 유리가 액정 패널의 최표면에 배치되는 전면판으로서 주목받고 있다. 박유리는 롤형상으로 권취할 수 있기 때문에, 소위 롤·투·롤 방식의 제조 프로세스에도 적응할 수 있는 이점이 있어, 편광 필름과 일체화한 유리 편광 필름이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
유리 편광 필름은 인셀 타입의 액정 셀에 접합하는 것만으로 터치 센서 기능을 탑재한 액정 패널을 얻을 수 있기 때문에 전면판으로서 강화유리를 사용한 일반적인 액정 패널과 비교해서 제조 프로세스를 훨씬 간략화할 수 있다.
그런데, 상기와 같은 유리 등으로 형성된 취성 재료층과 편광 필름 등으로 형성된 수지층이 적층된 복합재를 용도에 따른 소망의형상·치수로 분단하는 방법으로서, 수지층을 레이저 가공하고, 취성 재료층을 메커니컬 툴로 가공하는 방법이 고려된다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
그러나, 본 발명자들이 검토한 바에 의하면, 수지층을 레이저 가공한 후, 취성 재료층을 메커니컬 툴로 가공하면, 취성 재료층의 끝면에 크랙이 발생하는 경우가 있는 것을 알 수 있었다.
여기서, 상술의 레이저 가공에서 사용되는 레이저광원과는 다른 초단펄스 레이저광원으로부터 발진한 레이저광(초단펄스 레이저광)을 유리 등의 취성 재료에 조사함으로써 취성 재료를 정밀 가공하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조). 특허문헌 3에 기재된 바와 같은 초단펄스 레이저광을 사용한 가공 기술은 생산성이 우수하고, 가공 후의 끝면에 크랙을 발생시키지 않아 품질도 우수하다.
그러나, 초단펄스 레이저광을 사용한 가공 기술은 유리 등의 취성 재료 단체에는 유효하지만, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 일괄해서 분단하는데 사용하는 것은 분단 후의 끝면의 품질 저하를 초래하기 때문에 곤란하다. 예를 들면, 복합재의 취성 재료층측으로부터 초단펄스 레이저광을 조사한다고 해도, 취성 재료층을 형성하는 취성 재료의 제거에 소비되지 않고 투과한 초단펄스 레이저광에 의해 수지층의 단부가 열 열화해버린다.
또한, 비특허문헌 1에는 초단펄스 레이저광을 사용한 가공 기술에 있어서, 초단펄스 레이저광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단펄스 레이저광원에 멀티 초점 광학계 또는 베슬 빔 광학계를 적용하는 것이 기재되어 있다.
국제 공개 제2013-175767호 일본 특허 공개 2011-178636호 공보 일본 특허 제6239461호 공보
존 로페즈(John Lopez) 외, "초단펄스 베슬빔을 이용한 유리 절단(GLASS CUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS)", [online], 2015년 10월, International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics(ICALEO), [2019년 7월 8일 검색], 인터넷(URL:https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단가능한 방법으로서, 취성 재료층의 끝면에 크랙을 발생시키는 일이 없고, 또한 수지층의 단부의 품위를 악화시키는 일이 없는 복합재의 분단 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 상술의 특허문헌 2에 기재된 기술에 있어서, 취성 재료층을 메커니컬 툴로 가공하는 방법 대신에 취성 재료층을 상술의 특허문헌 3에 기재된 바와 같은 초단펄스 레이저광을 이용해서 가공하는 방법을 검토했다. 그리고, 그 후에 취성 재료층에 기계적인 외력을 가하여 분단하는 방법을 검토했다.
그러나, 특허문헌 2에 기재된 방법과 마찬가지로, 취성 재료층에 기계적인 외력을 가하여 분단할 때에 취성 재료층의 끝면에 크랙이 발생하는 경우가 있는 것을 알 수 있었다.
그래서, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 초단펄스 레이저광을 이용해서 취성 재료층을 가공한 후, 취성 재료층에 열을 제공해서 취성 재료층에 열 응력을 발생시킴으로써 취성 재료층의 끝면에 크랙을 발생시키지 않고 취성 재료층을 분단(할단)가능한 것을 발견했다. 또한, 이 때, 수지층측으로부터의 열 전도가 아니고, 취성 재료층측으로부터 취성 재료층에 열을 제공함으로써 수지층의 단부의 품위를 악화시키는 일이 없는(수지층의 열 열화에 따르는 변색이 적음) 것을 발견했다.
본 발명은 상기 본 발명자들의 지견에 의거해 완성된 것이다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 제 1 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사해서 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써 상기 분단 예정선을 따른 가공홈을 형성하는 수지 제거 공정과, 상기 수지 제거 공정 후, 초단펄스 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사해서 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 상기 분단 예정선을 따른 가공흔을 형성하는 취성 재료 제거 공정과, 상기 취성 재료 제거 공정 후, 상기 분단 예정선을 따라 상기 수지층과 반대측으로부터 상기 취성 재료층에 열을 제공해서 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킴으로써 상기 취성 재료층을 분단하는 취성 재료층 분단 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 방법에 의하면, 수지 제거 공정에 있어서 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써 분단 예정선을 따른 가공홈을 형성한 후, 취성 재료 제거 공정에 있어서 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 같은 분단 예정선을 따른 가공흔을 형성한다. 그 후, 취성 재료층 분단 공정에 있어서 같은 분단 예정선을 따라 수지층과 반대측(취성 재료층 및 수지층 중 취성 재료층측)으로부터 취성 재료층에 열을 제공해서 취성 재료층에 열 응력을 발생시킴으로써 상술의 본 발명자들의 지견과 같이 취성 재료층의 끝면에 크랙을 발생시키지 않아 취성 재료층을 분단가능함과 아울러, 수지층의 단부의 품위를 악화시키는 일도 없다.
또한, 수지 제거 공정에서 수지층을 형성하는 수지를 제거해서 형성한 가공홈의 바닥부에 수지의 잔사가 잔존해 있지 않는 경우에는 수지 제거 공정, 취성 재료 제거 공정 및 취성 재료층 분단 공정을 실행하는 것만으로 복합재를 분단가능하다.
가공홈의 바닥부에 수지의 잔사가 잔존하고 있는 경우에는 수지 제거 공정, 취성 재료 제거 공정 및 취성 재료층 분단 공정을 실행한 후, 수지의 잔사를 분단하기 때문에, 예를 들면 수지층에 기계적인 외력을 가함으로써 복합재를 분단가능하다. 수지층 나아가서는 취성 재료층에 기계적인 외력이 가해져도, 이 시점에서는 취성 재료층 분단 공정에 의해 취성 재료층이 이미 분단되어 있기 때문에 취성 재료층의 끝면에 크랙이 발생하는 일은 없다.
또한, 본 발명에 의한 방법에 있어서, 「레이저광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사」란 복합재의 두께방향(취성 재료층과 수지층의 적층방향)으로부터 보아서 분단 예정선을 따라 레이저광을 수지층에 조사하는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 의한 방법에 있어서, 「레이저광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사」란 복합재의 두께방향(취성 재료층과 수지층의 적층방향)으로부터 보아서, 분단 예정선을 따라 레이저광을 취성 재료층에 조사하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 의한 방법에 있어서, 수지 제거 공정에 있어서 사용하는 제 1 레이저광원의 종류는 발진한 레이저광으로 수지층을 형성하는 수지를 제거할 수 있는 한에 있어서, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 복합재에 대한 레이저광의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 높이는 것이 가능한 점에서, 적외역의 파장의 레이저광을 발진하는 CO2 레이저광원이나 CO 레이저광원을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 방법에 있어서, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔으로서는, 예를 들면 분단 예정선을 따른 점선형상의 관통구멍을 예시할 수 있다. 이 경우, 취성 재료층 분단 공정에서는 취성 재료층에 발생한 열 응력에 의해 점선형상의 관통구멍을 연결하도록 분단 예정선을 따라 균열이 진전되어 취성 재료층이 분단(할단)되게 된다.
단, 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔은 반드시 점선형상의 관통구멍에 한정되는 것은 아니다. 취성 재료 제거 공정에 있어서, 초단펄스 레이저광원으로부터 발진한 레이저광과 취성 재료층의 분단 예정선을 따른 상대 이동 속도를 작게 설정하거나, 초단펄스 레이저광원의 펄스 발진의 반복 주파수를 크게 설정하면, 가공흔으로서 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 관통구멍(긴 구멍)이 형성된다. 이 경우라도, 취성 재료층 분단 공정을 실행함으로써 취성 재료층을 확실하게 분단가능하다.
바람직하게는, 상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서, 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 상기 수지층과 반대측으로부터 상기 취성 재료층에 조사함으로써 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킨다.
상기 바람직한 방법에 의하면, 취성 재료층의 양면 중, 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광이 조사되는 측의 면의 온도가 상대적으로 높아지고, 레이저광이 조사되는 측과 반대측의 면의 온도가 상대적으로 낮아진다. 이것에 의해, 레이저광이 조사되는 측의 면에는 압축 응력이 발생되고, 레이저광이 조사되는 측과 반대측의 면에는 인장 응력이 발생된다. 이 응력차에 의해, 가공흔을 기점으로 해서 균열이 진전되고, 취성 재료층이 분단(할단)되게 된다.
또한, 상기 바람직한 방법에 있어서, 취성 재료층 분단 공정에 있어서 사용하는 제 2 레이저광원의 종류는 발진한 레이저광에 의해 생기는 열 응력에 의해 취성 재료층을 분단가능한 한에 있어서, 특별히 한정되는 것은 아니다. 제 2 레이저광원으로서는 제 1 레이저광원과 마찬가지로, 적외역의 파장의 레이저광을 발진하는 CO2 레이저광원이나 CO 레이저광원을 사용할 수 있다.
또한, 취성 재료층 분단 공정에 있어서 취성 재료층에 열 응력을 발생시키는 방법으로서는 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 취성 재료층에 조사하는 방법에 한하는 것은 아니고, 취성 재료층을 고온으로 하고, 그 후에 냉각하는 방법을 채용하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 드라이어의 온풍 등을 이용해서 취성 재료층을 수 백℃로 가온해 두고, 온도가 내려가기 전에 물방울이나 냉풍을 취성 재료층에 블로잉해서 냉각 시의 온도차에 의해 열 응력을 생기게 하는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서, 상기 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 취성 재료층에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름이 2㎜ 이하이다.
상기 바람직한 방법에 의하면, 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 스폿지름이 과도하게 커지고 있지 않기 때문에 수지층에의 열 전도의 영향을 작게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서, 상기 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 취성 재료층에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름이 400㎛ 이상이다.
상기 바람직한 방법에 의하면, 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 스폿지름이 과도하게 작아져 있지 않기 때문에 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 분단 예정선을 따라 조사하기 쉽다고 하는 이점이 있다.
바람직하게는, 상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서, 상기 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 취성 재료층에의 조사 위치에 있어서의 에너지 밀도가 78W/㎟ 이하이다.
상기 바람직한 방법에 의하면, 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 에너지 밀도(=레이저광의 출력/레이저광의 스폿 면적)가 과도하게 커지고 있지 않기 때문에 수지층에의 열 전도의 영향을 작게 할 수 있다.
제 1 레이저광원으로부터 발진한 레이저광은 수지 제거 공정에 있어서 분단 예정선을 따른 가공홈을 형성하기 위해서 사용되기 때문에 가공홈의 폭이 과도하게 커지지 않도록 스폿지름을 소정 정도 작게 할 필요가 있다. 이것에 대해, 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광은 취성 재료층 분단 공정에 있어서 취성 재료층에 열을 제공해서 열 응력을 발생시키기 위해서 사용하기 때문에 가공홈을 형성하는 경우, 거의 스폿지름을 작게 할 필요가 없다. 즉, 각 레이저광의 용도가 다르기 때문에 제 1 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 스폿지름의 쪽이 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 스폿지름보다 작은 쪽이 바람직하다.
구체적으로는, 상기 수지 제거 공정에 있어서 상기 제 1 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 수지층에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름이 300㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 방법을 적용하는 상기 취성 재료층의 두께로서는 30∼150㎛를 예시할 수 있고, 상기 수지층의 두께로서는 50∼300㎛를 예시할 수 있다.
바람직하게는, 상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서, 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킨 후, 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 기계적인 외력을 가한다.
또한, 바람직하게는, 상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킨 후, 상기 분단 예정선을 따라 상기 가공홈측으로부터 상기 취성 재료층에 공기를 블로잉한다.
상기 바람직한 방법에 의하면, 취성 재료층에 열 응력을 발생시키는 것에 추가하여, 취성 재료층에 기계적인 외력을 가하거나, 또는 취성 재료층에 공기를 블로잉하기 때문에 취성 재료층을 확실하게 분단가능하다.
본 발명에 의한 방법은, 예를 들면 상기 취성 재료층이 유리를 포함하고, 상기 수지층이 편광 필름을 포함하는 경우에 적합하게 사용된다.
본 발명에 의한 방법에 의하면, 상기 취성 재료층 분단 공정 후의 상기 수지층의 열 열화에 따르는 변색 영역을 분단된 상기 취성 재료층의 끝면으로부터 1000㎛ 미만의 영역으로 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 취성 재료층의 끝면에 크랙을 발생시키지 않고, 또한 수지층의 단부의 품위를 악화시키지 않고, 분단가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 실시예 1∼11 및 참고예에 의한 시험의 조건 및 평가 결과를 나타낸다.
도 5는 열 변색 폭을 설명하는 설명도이다.
이하, 첨부 도면을 적절히 참조하면서, 본 발명의 일 실시형태에 의한 복합재의 분단 방법에 대해서 설명한다.
도 1∼도 3은 본 발명의 일 실시형태에 의한 복합재의 분단 방법의 순서를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 1(a)은 본 실시형태에 의한 분단 방법의 수지 제거 공정을 나타내는 단면도이며, 도 1(b)은 본 실시형태에 의한 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2(a) 및 (b)는 본 실시형태에 의한 분단 방법의 취성 재료 분단 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3(a)은 본 실시형태에 의한 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 평면도(취성 재료층측으로부터 본 도면)이며, 도 3(b)은 본 실시형태에 의한 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 사시도이다.
또한, 도 3에 있어서 초단펄스 레이저광원(30)의 도시는 생략하고 있다.
본 실시형태에 의한 분단 방법은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 두께방향(취성 재료층(1)과 수지층(2)의 적층방향, 도 1의 상하방향, Z방향)으로 분단하는 방법이다.
취성 재료층(1)과 수지층(2)은 임의의 적절한 방법에 의해 적층된다. 예를 들면, 취성 재료층(1)과 수지층(2)은, 소위 롤·투·롤 방식에 의해 적층가능하다. 즉, 장척의 취성 재료층(1)과 장척의 수지층(2)의 본체(본 실시형태에서는 수지층(2)을 구성하는 편광 필름(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23))를 길이방향으로 반송하면서, 서로의 길이방향을 맞추도록 하고, 접착제(24)를 통해서 서로 접합함으로써 취성 재료층(1)과 수지층(2)을 적층가능하다. 또한, 취성 재료층(1)과 수지층(2)의 본체를 각각 소정형상으로 분단한 후, 적층해도 좋다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료로서는 유리 및 단결정 또는 다결정 규소를 예시할 수 있다. 적합하게는, 유리가 사용된다.
유리로서는 조성에 의한 분류에 의하면, 소다 석회 유리, 붕산 유리, 알루미노 규산 유리, 석영 유리, 및 사파이어 유리를 예시할 수 있다. 또한, 알칼리 성분에 의한 분류에 의하면, 무알칼리 유리, 저알칼리 유리를 예시할 수 있다. 유리의 알칼리 금속 성분(예를 들면, Na2O, K2O, Li2O)의 함유량은, 바람직하게는 15중량% 이하이며, 더욱 바람직하게는 10중량% 이하이다.
취성 재료층(1)의 두께는, 바람직하게는 150㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 120㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 한편, 취성 재료층(1)의 두께는, 바람직하게는 30㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 80㎛ 이상이다. 취성 재료층(1)의 두께가 이러한 범위이면, 롤·투·롤에 의한 수지층(2)과의 적층이 가능해진다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550㎚에 있어서의 광투과율은, 바람직하게는 85% 이상이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550㎚에 있어서의 굴절율은, 바람직하게는 1.4∼1.65이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 밀도는, 바람직하게는 2.3g/㎤∼3.0g/㎤이고, 더욱 바람직하게는 2.3g/㎤∼2.7g/㎤이다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)으로서 시판의 유리판을 그대로 사용해도 좋고, 시판의 유리판을 소망의 두께가 되도록 연마해서 사용해도 좋다. 시판의 유리판으로서는, 예를 들면 Corning Incorporated제 「7059」, 「1737」 또는 「EAGLE2000」, Asahi Glass Co., Ltd.제 「AN100」, NH Techno Glass Corporation제 「NA-35」, Nippon Electric Glass Co., Ltd.제 「OA-10G」, Schott AG제 「D263」또는 「AF45」가 예시된다.
수지층(2)의 본체로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 아크릴 수지, 환상 올레핀 폴리머(COP), 환상 올레핀 코폴리머(COC), 폴리카보네이트(PC), 우레탄 수지, 폴리비닐알코올(PVA), 폴리이미드(PI), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스틸렌(PS), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에틸렌-아세트산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 실리콘 수지, 에폭시 수지, 액정 폴리머, 각종 수지제 발포체 등의 플라스틱 재료로 형성된 단층 필름, 또는 복수의 층으로 이루어지는 적층 필름을 예시할 수 있다.
수지층(2)의 본체가 복수의 층으로 이루어지는 적층 필름인 경우, 층 사이에 아크릴 점착제, 우레탄 점착제, 실리콘 점착제 등의 각종 점착제나, 접착제가 개재되어도 좋다.
또한, 수지층(2)의 본체 표면에 산화인듐주석(ITO), Ag, Au, Cu 등의 도전성의 무기막이 형성되어 있어도 좋다.
본 실시형태에 의한 분단 방법은, 특히 수지층(2)의 본체가 디스플레이에 사용되는 편광 필름이나 위상차 필름 등의 각종 광학 필름인 경우에 적합하게 사용된다.
수지층(2)의 본체의 두께는, 바람직하게는 20∼500㎛이며, 보다 바람직하게는 50∼300㎛이다.
또한, 도 1에 나타내는 예에서는 수지층(2)의 본체가 편광 필름(21)과 박리 라이너(23)가 점착제(22)를 통해서 적층된 적층 필름인 예를 도시하고 있다. 수지층(2)의 본체는 접착제(24)를 통해서 취성 재료층(1)과 적층되어 있다. 본 실시형태에서는 수지층(2)의 본체(편광 필름(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23))와 접착제(24)의 조합을 수지층(2)이라고 부른다.
편광 필름(21)은 편광자와, 편광자의 적어도 일방에 배치된 보호 필름을 갖는다. 편광자의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적에 따라 적절한 두께를 채용할 수 있다. 편광자의 두께는, 대표적으로는 1∼80㎛ 정도이다. 일 형태에 있어서는, 편광자의 두께는 바람직하게는 30㎛ 이하이다. 편광자는 요오드계 편광자이다. 보다 상세하게는, 상기 편광자는 요오드를 포함하는 폴리비닐알코올계 수지 필름으로 구성할 수 있다.
상기 편광 필름(21)을 구성하는 편광자의 제조 방법으로서는, 예를 들면 이하와 같은 방법 1, 2 등이 예시된다.
(1) 방법 1: 폴리비닐알코올계 수지 필름 단체를 연신, 염색하는 방법.
(2) 방법 2: 수지 기재와 폴리비닐알코올계 수지층을 갖는 적층체(i)를 연신, 염색하는 방법.
방법 1은 당업계에서 주지 관용의 방법이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
방법 2는 바람직하게는 수지 기재와 상기 수지 기재의 편측에 형성된 폴리비닐알코올계 수지층을 갖는 적층체(i)를 연신, 염색하고, 상기 수지 기재 상에 편광자를 제작하는 공정을 포함한다. 적층체(i)는 수지 기재 상에 폴리비닐알코올계 수지를 포함하는 도포액을 도포·건조해서 형성할 수 있다. 또한, 적층체(i)는 폴리비닐알코올계 수지막을 수지 기재 상에 전사해서 형성해도 좋다. 방법 2의 상세는, 예를 들면 일본 특허 공개 2012-73580호 공보에 기재되고 있고, 이 공보는 본 명세서에 참고로서 원용된다.
상기 편광 필름(21)을 구성하는 보호 필름은 편광자의 일방면 또는 양면에 배치된다. 보호 필름으로서는 트리아세틸셀룰로오스계 필름, 아크릴계 필름, 시클로올레핀계 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한, 편광 필름(21)에는 적절히 위상차 필름을 더 구비하고 있어도 좋다. 위상차 필름은 목적에 따라 임의의 적절한 광학적 특성 및/또는 기계적 특성을 가질 수 있다.
접착제(24)로서는, 예를 들면 폴리에스테르계 접착제, 폴리우레탄계 접착제, 폴리비닐알코올계 접착제, 에폭시계 접착제를 사용할 수 있다. 특히, 양호한 밀착성이 얻어진다고 하는 점에서 에폭시계 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
접착제(24)가 열경화형 접착제인 경우, 가열해서 경화(고화)시킴으로써 박리저항력을 발휘할 수 있다. 또한, 접착제(24)가 자외선 경화형 등의 광경화형 접착제인 경우, 자외선 등의 광을 조사해서 경화시킴으로써 박리 저항력을 발휘할 수 있다. 또한, 접착제(24)가 습기 경화형 접착제인 경우, 분위기 중의 수분 등과 반응해서 경화할 수 있으므로, 방치하는 것으로도 경화되어 박리 저항력을 발휘할 수 있다.
접착제(24)로서는, 예를 들면 시판의 접착제를 사용해도 좋고, 각종 경화형 수지를 용매에 용해 또는 분산해서 접착제 용액(또는 분산액)으로서 조제해도 좋다.
접착제(24)의 두께는, 바람직하게는 10㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 1∼10㎛이고, 더욱 바람직하게는 1∼8㎛이며, 특히 바람직하게는 1∼6㎛이다.
본 실시형태에 의한 분단 방법은 수지 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정과, 취성 재료층 분단 공정을 포함하고 있다. 이하, 각 공정에 대해서 순서대로 설명한다.
<수지 제거 공정>
도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 수지 제거 공정에서는 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 수지층(2)에 조사해서 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거한다. 이것에 의해, 분단 예정선을 따른 가공홈(25)을 형성한다.
도 1∼도 3에 나타내는 예에서는 편의상 복합재(10)의 면내(XY 2차원 평면내)의 직교하는 2개방향(X방향 및 Y방향) 중, Y방향으로 연장되는 직선(DL)이 분단 예정선인 경우를 도시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 X방향으로 연장되는 복수의 직선(DL)과 Y방향으로 연장되는 복수의 직선(DL)이 격자형상으로 설정된 분단 예정선 등, 각종 분단 예정선을 설정가능하다. 이하, 이 직선(DL)을 「분단 예정선(DL)」이라고 부른다.
분단 예정선(DL)은 시각적으로 인식할 수 있는 표시로서 실제로 복합재(10)에 그리는 것도 가능하고, 레이저광(L1)과 복합재(10)의 XY 2차원 평면 상에서의 상대적인 위치 관계를 제어하는 제어 장치(도시하지 않음)에 그 좌표를 미리 입력해 두는 것도 가능하다. 도 1∼도 3에 나타내는 분단 예정선(DL)은 제어 장치에 그 좌표가 미리 입력되어 있으며, 실제로는 복합재(10)에 그려져 있지 않는 가상선이다. 또한, 분단 예정선(DL)은 직선에 한정되는 것은 아니고, 곡선이어도 좋다. 복합재(10)의 용도에 따라 분단 예정선(DL)을 결정함으로써 복합재(10)를 용도에 따른 임의의형상·치수로 분단가능하다.
본 실시형태에서는 제 1 레이저광원(20a)으로서, 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 적외역의 9∼11㎛인 CO2 레이저 광원을 사용하고 있다.
단, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 제 1 레이저광원(20a)으로서 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 5㎛인 CO 레이저광원을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 제 1 레이저광원(20a)으로서, 가시광 및 자외선(UV) 펄스 레이저광원을 사용하는 것도 가능하다. 가시광 및 UV 펄스 레이저광원으로서는 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 532㎚, 355㎚, 349㎚ 또는 266㎚(Nd: YAG, Nd: YLF, 또는 YVO4를 매질로 하는 고체 레이저 광원의 고차 고조파)인 것, 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 351㎚, 248㎚, 222㎚, 193㎚ 또는 157㎚인 엑시머 레이저광원, 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 157㎚인 F2 레이저광원을 예시할 수 있다.
또한, 제 1 레이저광원(20a)으로서, 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 자외역이외이며, 또한 펄스 폭이 펨트초 또는 피코초 오더의 펄스 레이저광원을 사용하는 것도 가능하다. 이 펄스 레이저광원으로부터 발진하는 레이저광(L1)을 사용하면, 다광자 흡수 과정에 의거한 어블레이션 가공을 유발가능하다.
또한, 제 1 레이저광원(20a)으로서, 발진하는 레이저광(L1)의 파장이 적외역인 반도체 레이저광원이나 파이버 레이저광원을 사용하는 것도 가능하다.
레이저광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 조사하는 형태(레이저광(L1)을 주사하는 형태)로서는, 예를 들면 매엽형상의 복합재(10)를 XY 2축 스테이지(도시하지 않음)에 적재해서 고정(예를 들면, 흡착 고정)하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 XY 2축 스테이지를 구동함으로써 레이저광(L1)에 대한 복합재(10)의 XY 2차원 평면 상에서의 상대적인 위치를 변경하는 것이 고려된다. 또한, 복합재(10)의 위치를 고정하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 구동하는 갈바노 미러나 폴리곤 미러를 이용해서 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)을 편향시킴으로써 복합재(10)에 조사되는 레이저광(L1)의 XY 2차원 평면 상에서의 위치를 변경하는 것도 고려된다. 또한, 상기 XY 2축 스테이지를 사용한 복합재(10)의 주사와, 갈바노 미러 등을 사용한 레이저광(L1)의 주사의 쌍방을 병용하는 것도 가능하다.
제 1 레이저광원(20a)의 발진 형태는 펄스 발진이어도 좋고 연속 발진이어도 좋다. 레이저광(L1)의 공간 강도 분포는 가우시안 분포여도 좋고, 레이저광(L1)의 제거 대상 외인 취성 재료층(1)의 열 데미지를 억제하기 위해서 회절 광학 소자(도시하지 않음) 등을 이용해서, 플랫톱 분포로 정형해도 좋다. 레이저광(L1)의 편광상태에 제약은 없고, 직선 편광, 원 편광 및 랜덤 편광 중 어느 것이라도 좋다.
레이저광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)에 조사함으로써 수지층(2)을 형성하는 수지 중, 레이저광(L1)이 조사된 수지의 적외광 흡수에 따르는 국소적인 온도 상승이 발생되어 상기 수지가 비산함으로써 상기 수지가 복합재(10)로부터 제거되고, 복합재(10)에 가공홈(25)이 형성된다. 복합재(10)로부터 제거되는 수지의 비산물이 복합재(10)에 재부착하는 것을 억제하기 위해서는 분단 예정선(DL) 근방에 집진 기구를 설치하는 것이 바람직하다. 가공홈(25)의 홈 폭이 지나치게 커지는 것을 억제하기 위해서는 수지층(2)에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름(Da)(도 1(a) 참조)이 300㎛ 이하가 되도록 레이저광(L1)을 집광하는 것이 바람직하고, 스폿지름(Da)이 200㎛ 이하가 되도록 레이저광(L1)을 집광하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명자들의 지견에 의하면, 레이저광(L1)이 조사된 수지의 적외광흡수에 따르는 국소적인 온도 상승을 원리로 하는 수지의 제거 방법의 경우, 수지의 종류나 수지층(2)의 층 구조에 상관없이 수지층(2)의 두께에 따라 가공홈(25)을 형성하는데 필요한 투입 에너지를 대략 견적하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 가공홈(25)을 형성하는데 필요한 이하의 식(1)으로 나타내어지는 투입 에너지를 수지층(2)의 두께에 의거해, 이하의 식(2)에 의해 견적하는 것이 가능하다.
투입 에너지[mJ/㎜]=레이저광(L1)의 평균 파워[mW]/가공 속도[㎜/sec]…(1)
투입 에너지[mJ/㎜]=0.5×수지층(2)의 두께[㎛]…(2)
실제로 설정하는 투입 에너지는 상기 식(2)으로 견적한 투입 에너지의 20∼180%로 설정하는 것이 바람직하고, 50∼150%로 설정하는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이 견적한 투입 에너지에 대해 마진을 형성하는 것은 수지층(2)을 형성하는 수지의 광흡수율(레이저광(L1)의 파장에 있어서의 광흡수율)이나, 수지의 융점·분해점 등의 열 물성의 차이에 의해 가공홈(25)을 형성하는데 필요한 투입 에너지에 차이가 생기는 것을 고려하고 있기 때문이다. 구체적으로는, 예를 들면 본 실시형태에 의한 분단 방법을 적용하는 복합재(10)의 샘플을 준비하고, 상기 바람직한 범위 내의 복수의 투입 에너지로 이 샘플의 수지층(2)에 가공홈(25)을 형성하는 예비 시험을 행하고, 적절한 투입 에너지를 결정하면 좋다.
또한, 본 실시형태의 수지 제거 공정에서는 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역에서 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)을 복수회 조사하지 않도록 하고 있다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이 제어 장치에는 분단 예정선(DL)의 좌표가 미리 입력되어 있기 때문에 제어 장치는 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역의 좌표를 인식가능하다. 따라서, 제어 장치는 레이저광(L1)이 분단 예정선(DL)의 교차 영역에 2회째에 주사되려고 할 때에 교차 영역을 조사하는 레이저광(L1)의 출력을 0%로 제어하는 것이 가능하다. 교차 영역에 3회 이상 레이저광(L1)이 주사되려고 하는 경우도 마찬가지이다. 이것에 의해, 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역에서는 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)이 복수회 조사되지 않게 된다.
이와 같이, 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역에서, 레이저광(L1)이 복수회 조사되지 않음으로써 취성 재료층(1)에 제공되는 열 데미지가 저감된다. 이것에 의해, 후술의 취성 재료 제거 공정에서 가공흔을 형성할 때에 취성 재료층(1)의 끝면(분단 예정선(DL)의 교차 영역 근방의 끝면)에 크랙이 발생하기 어렵다고 하는 이점이 얻어진다.
또한, 레이저광(L1)의 출력을 제어하는 방법으로서는, 예를 들면 제 1 레이저광원(20a)의 여기원을 펄스 제어하는 방법이나, 메커니컬 셔터에 의해 온/오프하는 방법을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서는 수지 제거 공정에 있어서, 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역에서 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)을 복수회 조사하지 않는 형태를 채용하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역에서 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역 이외의 영역보다 레이저광(L1)의 조사량을 저하시키는 형태를 채용하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 예를 들면 레이저광(L1)이 분단 예정선(DL)의 교차 영역에 2회째 이후에 주사될 때에는 레이저광(L1)의 출력을 교차 영역에 1회째에 주사했을 때의 출력보다 저하시키도록(분단 예정선(DL)이 교차하는 영역 이외의 영역에서는 저하시키지 않음) 제어하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시형태의 수지 제거 공정에서는 수지층(2)을 형성하는 수지를 그 일부가 가공홈(25)의 바닥부에 잔사로서 잔존하도록 제거하는 것을 특징으로 하고 있다. 잔사의 두께는, 바람직하게는 1∼30㎛이다. 도 1(a)에서는 잔사로서 접착제(24)만이 잔존하는 예를 도시하고 있지만, 접착제(24)에 추가하여 편광 필름(21)의 일부도 잔사로서 잔존하는 형태여도 좋다.
이와 같이, 가공홈(25)의 바닥부에 잔사가 잔존하도록 수지를 제거함으로써 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)을 형성하는 수지를 완전히 제거하는 경우와 비교해서 취성 재료층(1)에 제공되는 열 데미지가 잔사가 잔존하고 있는 만큼 보다 한층 저감되고, 취성 재료층(1)의 끝면에 의해 한층 크랙이 발생하기 어렵다고 하는 이점이 얻어진다.
<취성 재료 제거 공정>
도 1(b) 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 취성 재료 제거 공정에서는 수지 제거 공정 후, 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진(펄스 발진)한 레이저광(초단펄스 레이저광)(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 조사해서 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔 (11)을 형성한다.
레이저광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 형태(레이저광(L2)을 상대적으로 주사하는 형태)로서는 상술의 레이저광(L1)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 형태와 같은 형태를 채용할 수 있기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료는 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)의 필라멘테이션 현상을 이용하고, 또는 초단펄스 레이저광원(30)에 멀티 초점 광학계(도시하지 않음) 또는 베슬빔 광학계(도시하지 않음)를 적용함으로써 제거된다.
또한, 초단펄스 레이저광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단펄스 레이저광원에 멀티 초점 광학계 또는 베슬빔 광학계를 적용하는 것에 대해서는 상술한 비특허문헌 1에 기재되어 있다. 또한, 독일의 Trumpf사로부터, 초단펄스 레이저광원에 멀티 초점 광학계를 적용한 유리 가공에 관한 제품이 판매되고 있다. 이와 같이, 초단펄스 레이저광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단펄스 레이저광원에 멀티 초점 광학계 또는 베슬빔 광학계를 적용하는 것에 대해서는 공지이기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
본 실시형태의 취성 재료 제거 공정에서 형성하는 가공흔(11)은 분단 예정선(DL)을 따른 점선형상의 관통구멍이다. 관통구멍의 피치(P)는 펄스 발진의 반복 주파수와, 복합재(10)에 대한 레이저광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)에 의해 결정된다. 후술의 취성 재료층 분단 공정을 간편 또한 안정적으로 행하기 위해서, 관통구멍의 피치(P)는, 바람직하게는 10㎛ 이하로 설정된다. 보다 바람직하게는 5㎛ 이하로 설정된다. 관통구멍의 직경은 5㎛ 이하로 형성되는 경우가 많다.
초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진하는 레이저광(L2)의 파장은 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우에 높은 광투과율을 나타내는 500㎚∼2500㎚인 것이 바람직하다. 비선형 광학 현상(다광자 흡수)을 효과적으로 일으키기 위해서, 레이저광(L2)의 펄스 폭은 100피코초 이하인 것이 바람직하고, 50피코초 이하인 것이 보다 바람직하다. 레이저광(L2)의 발진 형태는 싱글 펄스 발진이어도 좋고, 버스트 모드의 멀티 펄스 발진이어도 좋다.
본 실시형태의 취성 재료 제거 공정에서는 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)을 수지 제거 공정에서 형성된 가공홈(25)과 반대측으로부터 취성 재료층(1)에 조사하고 있다. 도 1(a), (b)에 나타내는 예에서는 수지층(2)에 대향하는 바와 같이, 제 1 레이저광원(20a)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 하측에 배치하고, 취성 재료층(1)에 대향하도록 초단펄스 레이저광원(30)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 상측에 배치하고 있다. 그리고, 수지 제거 공정에 있어서 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)으로 가공홈(25)을 형성한 후, 레이저광(L1)의 발진을 정지하고, 취성 재료 제거 공정에 있어서 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)으로 가공흔(11)을 형성하고 있다.
그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 제 1 레이저광원(20a) 및 초단펄스 레이저광원(30)을 복합재(10)에 대하여 모두 같은 측(Z방향 상측 또는 하측)에 배치하고, 수지 제거 공정에서는 수지층(2)이 제 1 레이저광원(20a)에 대향하고, 취성 재료 제거 공정에서는 취성 재료층(1)이 초단펄스 레이저광원(30)에 대향하도록, 공지의 반전 기구를 이용해서 복합재(10)의 상하를 반전시키는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)을 가공홈(25)과 반대측으로부터 조사하면, 가령 가공홈(25)의 바닥부에 수지의 잔사가 잔존하고 있었다고 해도 잔사의 영향을 받지 않고 취성 재료층(1)에 적절한 가공흔(11)을 형성가능하다.
단, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 수지 제거 공정에서 형성한 가공홈(25)을 취성 재료 제거 공정 전에, 각종 웨트 방식 또는 드라이 방식의 클리닝을 적용함으로써 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함해도 좋다. 그리고, 취성 재료 제거 공정에 있어서, 가공홈(25)측으로부터 취성 재료층(1)으로 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)을 조사해서 가공흔(11)을 형성하는 것도 가능하다. 클리닝 공정에 있어서, 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하면, 취성 재료 제거 공정에 있어서 가공홈(25)측으로부터 취성 재료층(1)으로 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)을 조사해도, 레이저광(L2)이 수지의 잔사의 영향을 받지 않고, 취성 재료층(1)에 적절한 가공흔(11)을 형성가능하다.
<취성 재료층 분단 공정>
도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 취성 재료층 분단 공정에서는 취성 재료 제거 공정 후, 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)과 반대측으로부터 취성 재료층(1)에 열을 제공해서 취성 재료층(1)에 열 응력을 발생시킴으로써 취성 재료층(1)을 분단한다. 구체적으로는, 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)을 수지층(2)과 반대측으로부터 취성 재료층(1)에 조사함으로써 취성 재료층(1)에 열 응력을 발생시키고, 이것에 의해 취성 재료층(1)을 분단한다.
레이저광(L3)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 형태(레이저광(L3)을 상대적으로 주사하는 형태)로서는 상술의 레이저광(L1)이나 레이저광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하는 형태와 같은 형태를 채용할 수 있기 때문에, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
또한, 취성 재료층 분단 공정에서는 필요에 따라 취성 재료층(1)에 열 응력을 발생시킨 후, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 기계적인 외력을 가함으로써 확실하게 취성 재료층(1) 나아가서는 복합재(10)를 분단해도 좋다. 기계적인 브레이크(산 접기)에 의해 복합재(10)를 분단하는 경우에는 취성 재료층(1)에 인장 응력이 작용하도록, 취성 재료층(1)을 산측으로 해서(수지층(2)을 밸리측으로 해서) 외력을 가하는 것이 바람직하다. 또한, 취성 재료층(1)에 열 응력을 발생시킨 후, 분단 예정선(DL)을 따라 가공홈(25)측으로부터 취성 재료층(1)에 공기를 블로잉함으로써 확실하게 취성 재료층(1) 나아가서는 복합재(10)를 분단해도 좋다. 공기는 상온의 바람이어도 좋고, 온풍이어도 좋다.
이상과 같이 해서, 취성 재료층(1) 나아가서는 복합재(10)를 분단한다. 도 2(b)에 나타내는 예에서는 복합재(10)는 복합재편(10a, 10b)으로 분단된다.
본 실시형태에서는 제 2 레이저광원(20b)으로서, 발진하는 레이저광(L3)의 파장이 적외역의 9∼11㎛인 CO2 레이저광원을 사용하고 있다.
단, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 제 1 레이저광원(20a)과 마찬가지로, 제 2 레이저광원(20b)으로서 발진하는 레이저광(L3)의 파장이 5㎛인 CO 레이저광원 등, 다른 레이저광원을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 제 2 레이저광원(20b)의 발진 형태나, 발진하는 레이저광(L3)의 공간강도 분포에 대해서도 제 1 레이저광원(20a)과 마찬가지의 것으로 하는 것이 가능하다.
단, 제 2 레이저광원(20b)에 사용하는 집광 광학계를 변경하거나 조정하는 것 등에 의해 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)의 취성 재료층(1)에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름(Db)(도 2(a) 참조)은 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)의 수지층(2)에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름(Da)보다 크게 설정되어 있다. 구체적으로는, 스폿지름(Db)이 2㎜ 이하가 되도록 레이저광(L3)을 집광하고 있다. 이것에 의해, 수지층(2)에의 열 전도의 영향을 작게 할 수 있다. 수지층(2)에의 열 전도의 영향의 관점에서, 스폿지름(Db)은 1.2㎜ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1㎜ 이하로 하는 것이 보다 바람직하고, 0.9㎜ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 스폿지름(Db)이 400㎛ 이상이 되도록 레이저광(L3)을 집광하고 있다. 이것에 의해, 레이저광(L3)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하기 쉽다고 하는 이점이 있다. 레이저광(L3)을 분단 예정선(DL)을 따라 조사하기 쉽다고 하는 관점에서 스폿지름(Db)은 0.6㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저광(L3)의 취성 재료층(1)에의 조사 위치에 있어서의 에너지 밀도가 78W/㎟ 이하로 설정되어 있다. 이것에 의해, 수지층(2)에의 열 전도의 영향을 작게 할 수 있다.
본 실시형태의 취성 재료 분단 공정에서는 상술한 바와 같이, 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)을 수지층(2)과 반대측으로부터 취성 재료층(1)에 조사하고 있다. 도 2(a)에 나타내는 예에서는 초단펄스 레이저광원(30)과 같이, 취성 재료층(1)에 대향하도록 제 2 레이저광원(20b)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 상측에 배치하고 있다. 그리고, 취성 재료 제거 공정에 있어서 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)으로 가공흔(11)을 형성한 후, 레이저광(L2)의 발진을 정지하고, 취성 재료 분단 공정에 있어서 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)으로 취성 재료층(1)을 분단하고 있다.
그러나, 본 발명은 이것이 한정되는 것은 아니고, 제 2 레이저광원(20b)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 하측에 배치하고, 취성 재료층 분단 공정에서는 공지의 반전 기구를 이용해서, 취성 재료 제거 공정에서 가공흔(11)을 형성한 후의 복합재(10)(도 1(b) 참조)의 상하를 반전시키는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
이상으로 설명한 본 실시형태에 의한 분단 방법에 의하면, 수지 제거 공정에 있어서 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거함으로써 분단 예정선(DL)을 따른 가공홈(25)을 형성한 후, 취성 재료 제거 공정에 있어서 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 같은 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔(11)을 형성한다. 그 후, 취성 재료층 분단 공정에 있어서 같은 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)과 반대측으로부터 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)에 의해 취성 재료층(1)에 열을 제공해서 취성 재료층(1)에 열 응력을 발생시킨다. 이것에 의해, 취성 재료층(1)의 끝면(분단 예정선(DL)을 따른 끝면)에 크랙을 발생시키지 않고 취성 재료층(1)을 분단가능함과 아울러, 수지층의 단부(분단 예정선(DL)을 따른 단부)의 품위를 악화시키는 일도 없다.
이하, 본 실시형태에 의한 분단 방법(실시예 1∼11) 및 참고예에 의한 분단 방법을 이용해서 복합재(10)를 분단하는 시험을 행한 결과의 일례에 대해서 설명한다.
도 4는 실시예 1∼11 및 참고예에 의한 시험의 조건 및 평가 결과를 나타낸다.
<실시예 1>
실시예 1에서는, 우선 폴리비닐알코올계 필름을 요오드나 이색성 염료 등의 이색성 물질로 염색함과 아울러 1축 연신해서 편광자를 얻었다. 편광자의 두께는 28㎛였다.
이어서, 편광자의 일방의 면에 아크릴계 보호 필름(두께: 40㎛)을 접합하고, 타방의 면에 트리아세틸셀룰로오스계 보호 필름(두께: 30㎛)을 접합해서 편광 필름(21)을 얻었다. 그리고, 점착제(22)로서의 아크릴계 점착제(두께: 30㎛)를 통해 박리 라이너(23)로서의 폴리에틸렌테레프탈레이트 이형 필름(두께: 38㎛)을 편광 필름(21)과 접합하여 수지층(2)의 본체를 얻었다.
한편, 취성 재료층(1)으로서, 유리 필름(Nippon Electric Glass Co., Ltd.제, 상품명 「OA-10G」, 두께: 100㎛)을 준비했다.
또한, 접착제(24)로서, CELLOXIDE 2021P(DAICEL CHEMICAL INDUSTRIES, LTD.제)를 70중량부, EHPE3150을 5중량부, 아론옥세탄 OXT-221(TOAGOSEI CO., LTD.제) 19중량부, KBM-403(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.제)을 4중량부, CPI101A(San-Apro Ltd.제)를 2중량부 배합한 에폭시계 접착제를 준비했다.
이어서, 상기 취성 재료층(1)과, 상기 수지층(2)의 본체를 상기 접착제(24)를 통해서 접합했다. 이 때, 수지층(2)의 본체는 아크릴계 보호 필름이 취성 재료층(1)측이 되도록 해서 배치했다. 이어서, 고압 수은 램프에 의해 접착제(24)에 자외선을 조사(500mJ/㎠)해서 접착제(24)를 경화시켜서 복합재(10)를 얻었다. 경화 후의 접착제(24)의 두께는 5㎛이었다.
상기한 바와 같이 해서 얻은 복합재(10)를 매엽화한 후, 수지 제거 공정을 실행했다. 구체적으로는, 제 1 레이저광원(20a) 및 레이저광(L1)의 주사를 제어하는 광학계나 제어 장치를 구비한 레이저 가공 장치로서, TAKEI ELECTRIC INDUSTRIES CO., LTD.제의 TLSU 시리즈(발진 파장 9.4㎛, 레이저광(L1)의 파워250W)를 사용하고, 제 1 레이저광원(20a)으로부터 발진한 레이저광(L1)의 출력을 20W로 하고, 집광 렌즈를 이용해서 스폿지름 100㎛로 집광하고, 복합재(10)의 분단 예정선(격자형상으로 설정된 복수의 분단 예정선)(DL)을 따라 수지층(2)에 조사했다. 복합재(10)에 대한 레이저광(L1)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)는 500㎜/sec로 했다. 이것에 의해, 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거하고, 분단 예정선(DL)을 따른 가공홈(25)을 형성했다. 이 때, 수지층(2)을 형성하는 수지의 일부가 가공홈(25)의 바닥부에 잔사(두께: 10∼20㎛)로서 잔존하도록 수지를 제거했다. 또한, 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역에서는 레이저광(L1)이 2회째에 주사되려고 할 때에 레이저광(L1)의 출력을 0%로 제어하고, 레이저광(L1)이 분단 예정선(DL)이 교차하는 영역(IS)에 복수회 조사되지 않도록 했다.
상기 수지 제거 공정 후, 취성 재료 제거 공정을 실행했다. 구체적으로는, 초단펄스 레이저광원(30)으로서, 발진 파장 1064㎚, 레이저광(L2)의 펄스 폭 10피코초, 펄스 발진의 반복 주파수 50kHz, 평균 파워 10W의 것을 사용하고, 초단펄스 레이저광원(30)으로부터 발진한 레이저광(L2)을 멀티 초점 광학계를 통해서 수지층(2)과 반대측(취성 재료층(1)측)으로부터 복합재(10)의 취성 재료층(1)에 조사했다. 복합재(10)에 대한 레이저광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 100㎜/sec로 하고, 분단 예정선(DL)을 따라 레이저광(L2)을 주사한 결과, 가공흔(11)으로서 피치가 2㎛인 점선형상의 관통구멍(직경 1∼2㎛ 정도)이 형성되었다.
상기 취성 재료 제거 공정 후, 취성 재료 분단 공정을 실행했다. 구체적으로는, 제 2 레이저광원(20b) 및 레이저광(L3)의 주사를 제어하는 광학계나 제어 장치를 구비한 레이저 가공 장치로서, KEYENCE CORPORATION제의 MLG-9300(발진 파장 10.6㎛, 레이저광(L3)의 파워 30W)을 사용하고, 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)의 출력을 80%(즉, 출력 24W)로 하고, 집광 렌즈를 이용해서 스폿지름 0.7㎜로 집광하고(이 때의 에너지 밀도는 62W/㎡), 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)과 반대측으로부터 취성 재료층(1)에 조사했다. 이 때, 복합재(10)에 대한 레이저광(L3)의 상대적인 이동 속도를 500㎜/sec로 했다.
최후로, 복합재(10)에 기계적인 외력을 가하고, 수지 제거 공정 후에 가공홈(25)의 바닥부에 잔존한 수지의 잔사를 분단하고, 복합재(10)를 분단했다.
<실시예 2∼11>
실시예 2∼11에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 제 2 레이저광원(20b)의 출력, 레이저광(L3)의 스폿지름(Db) 및 레이저광(L3)의 상대적인 이동 속도 중, 적어도 1개의 파라미터를 실시예 1과 다른 것으로 하고, 그 이외에 대해서는 실시예 1과 같은 조건에서 복합재(10)를 분단했다.
<참고예>
참고예에서는 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)을 수지층(2)측으로부터 취성 재료층(1)에 조사한 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 복합재(10)를 분단했다.
<평가 내용 및 평가 결과>
실시예 1∼11 및 참고예에 의한 분단 방법에 의해 분단된 복합재(10)(복합재편)의 취성 재료층(1)의 끝면을 육안으로 관찰하고, 크랙의 유무를 평가했다.
도 4의 「취성 재료층의 분단 상황」의 란에 기재된 「A」 및 「B」는 각각이하의 결과이었던 것을 의미한다.
A: 취성 재료층(1)이 문제없이 분단(할단)되어 있으며, 크랙이 발생되어 있지 않았다.
B: 취성 재료층(1)이 문제없이 분단(할단)되어 있으며, 제품으로서 문제가 없는 정도의 약간의 크랙이 발생되어 있었다.
또한, 실시예 1∼11 및 참고예에 의한 분단 방법에 의해 분단된 복합재(복합재편)의 수지층(2)의 단부를 현미경(KEYENCE CORPORATION제 VHX-2000)으로 관찰하고, 수지층(2)(편광 필름(21))의 열 열화에 따르는 변색 영역(옐로우 밴드라고도 칭함)의 범위를 평가했다.
도 4의 「열 변색 폭」의 란에 기재된 「A」, 「B」 및 「C」는 각각 이하의 결과이었던 것을 의미한다. 또한, 「열 변색 폭」이란 도 5에 나타내는 바와 같이, 복합재(10)의 단면에 있어서 분단된 취성 재료층(1)의 끝면을 기준으로 해서, 수지층(2)에 있어서 변색(황색처럼 보이는 변색)이 생기고 있는 영역(도 5에 있어서 해칭을 실시한 영역)의 가장 내측의 점까지의 거리(YB)를 의미한다.
A: 변색폭(YB)이 200㎛ 미만(매우 양호)
B: 변색폭(YB)이 500㎛ 미만(양호)
C: 변색폭(YB)이 1000㎛ 미만(가능)
D: 변색폭(YB)이 1000㎛ 이상(불가)
도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼11 및 참고예에 의한 분단 방법에서는 모두 「취성 재료층의 분단 상황」이 「A」 또는 「B」이고, 취성 재료층(1)의 분단에 문제는 생기지 않았다.
또한, 실시예 5, 6에 의한 분단 방법에서 「취성 재료층의 분단 상황」이 「B」가 된 것은 스폿지름(Db)이 작고, 및/또는 레이저광(L3)의 에너지 밀도가 작기 때문이라고 생각된다. 스폿지름(Db)이 작아지면, 스폿 부분의 에너지가 높고, 스폿 부분으로부터 벗어나면 급격히 에너지가 낮아지므로 에너지 조사 위치가 분단 예정선(DL)으로부터 벗어난 경우, 분단하기 어려워진다.
실시예 7, 11에 의한 분단 방법에서 「취성 재료층의 분단 상황」이 「B」가 된 것은 레이저광(L3)의 에너지 밀도가 작기 때문이라고 생각된다.
또한, 실시예 1∼11에 의한 분단 방법에서는 모두 「열 변색 폭」이 「A」, 「B」 또는 「C」이며, 수지층(2)의 단부의 품위에 문제는 생기지 않았다. 또한, 실시예 11에 의한 분단 방법에서 「열 변색 폭」이 「C」가 된 것은 레이저광(L3)의 에너지 밀도는 작지만(0.95W/㎟), 복합재(10)에 대한 레이저광(L3)의 상대적인 이동속도도 작기(25㎜/sec) 때문에, 취성 재료층(1)측으로부터 수지층(2)측에의 열 전도의 영향이 발생한 것으로 사료된다.
한편, 참고예에 의한 분단 방법에서는 「열 변색 폭」이 「D」이며, 수지층(2)의 단부의 품위에 문제가 생겼다. 참고예에 의한 분단 방법에서는 제 2 레이저광원(20b)으로부터 발진한 레이저광(L3)이 수지층(2)에 직접 조사되기 때문에 열 열화에 따라 변색된 영역이 넓어진 것으로 생각된다.
1…취성 재료층 2…수지층
10…복합재 11…가공흔
20a… 제 1 레이저광원 20b…제 2 레이저광원
21…편광 필름 24…접착제
25…가공홈 30…초단펄스 레이저광원
DL…분단 예정선 L1, L2, L3…레이저광
YB…변색폭

Claims (12)

  1. 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서,
    제 1 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사해서 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써 상기 분단 예정선을 따른 가공홈을 형성하는 수지 제거 공정과,
    상기 수지 제거 공정 후, 초단펄스 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사해서 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써 상기 분단 예정선을 따른 가공흔을 형성하는 취성 재료 제거 공정과,
    상기 취성 재료 제거 공정 후, 상기 분단 예정선을 따라 상기 수지층과 반대측으로부터 상기 취성 재료층에 열을 제공해서 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킴으로써 상기 취성 재료층을 분단하는 취성 재료층 분단 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광을 상기 수지층과 반대측으로부터 상기 취성 재료층에 조사함으로써 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 사용하는 상기 제 2 레이저광원이 CO2 레이저광원인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 상기 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 취성 재료층에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름이 2㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 상기 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 취성 재료층에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름이 400㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 상기 제 2 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 취성 재료층에의 조사 위치에 있어서의 에너지 밀도가 78W/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수지 제거 공정에 있어서 상기 제 1 레이저광원으로부터 발진한 레이저광의 상기 수지층에의 조사 위치에 있어서의 스폿지름이 300㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층의 두께가 30∼150㎛이고, 상기 수지층의 두께가 50∼300㎛인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킨 후, 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 기계적인 외력을 가하는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정에 있어서 상기 취성 재료층에 열 응력을 발생시킨 후, 상기 분단 예정선을 따라 상기 가공홈측으로부터 상기 취성 재료층에 공기를 블로잉하는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층이 유리를 포함하고, 상기 수지층이 편광 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취성 재료층 분단 공정 후의 상기 수지층의 열 열화에 따른 변색 영역은 분단된 상기 취성 재료층의 끝면으로부터 1000㎛ 미만의 영역인 것을 특징으로 하는 복합재의 분단 방법.
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