KR20230058403A - 복합재의 분단 방법 및 복합재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능하고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 방법 등을 제공한다.
본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공 홈(24)을 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공흔(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정을 포함한다. 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔은, 수지층 측에서 개구되고, 또한 취성 재료층을 비관통한다.
본 발명은 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 분단하는 방법으로서, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공 홈(24)을 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사하여, 분단 예정선을 따라 가공흔(11)을 형성하는 취성 재료 제거 공정을 포함한다. 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔은, 수지층 측에서 개구되고, 또한 취성 재료층을 비관통한다.
Description
본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법, 및 이에 의해 얻을 수 있는 복합재(복합재 편)에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능하고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 방법, 및 이에 의해 얻을 수 있는 복합재에 관한 것이다.
텔레비전이나 퍼스널 컴퓨터에 이용되는 화상 표시 장치의 최표면 측에는, 대부분의 경우 화상 표시 장치를 보호하기 위한 보호재가 배치되어 있다. 보호재로서, 대표적으로는 유리판이 사용되고 있다.
그러나, 스마트 폰, 스마트 워치, 차량 탑재용 디스플레이 등에 이용되는 화상 표시 장치와 같이, 화상 표시 장치의 소형화, 박형화, 경량화에 따라, 보호 기능과 광학 기능을 겸비한 박형의 보호재에 대한 요망이 높아지고 있다. 이와 같은 보호재로서는, 예컨대 보호 기능을 발휘하는 유리 등의 취성 재료층과, 광학 기능을 발휘하는 편광 필름 등의 수지층이 적층된 복합재를 들 수 있다. 이 복합재는 용도에 따른 소정 형상·소정 치수로 분단할 필요가 있다.
종래, 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 특허문헌 1에 기재된 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 방법은 CO2 레이저 광원 등의 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 복합재의 분단 예정선을 따라 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 분단 예정선에 따른 가공 홈(加工溝)을 형성하는 수지 제거 공정과, 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 분단 예정선을 따라 취성 재료층에 조사하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선에 따른 가공흔(加工痕)을 형성하는 취성 재료 제거 공정을 포함하고, 가공흔이 취성 재료층을 관통하는 관통 구멍이다.
특허문헌 1에 기재된 방법에 따르면, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능하다.
특허문헌 1에 기재된 방법으로도, 분단 후의 복합재에 소정의 굽힘 강도가 얻어지지만, 보다 한층 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 것이 소망되고 있다.
또한, 비특허문헌 1에는, 초단 펄스 레이저 광을 이용한 가공 기술에서, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것이 기재되어 있다.
또한, 비특허문헌 2에는 얇은 유리 기판의 2점 굽힘 응력에 대하여 기재되어 있다.
존 로페즈(John Lopez) 외, "초단 펄스 베셀 빔을 이용한 유리 절단(GLASS CUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS)", [online], 2015년 10월, International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics(ICALEO), [2020년 7월 17일 검색], 인터넷(URL: https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
Suresh T. Gulati 외, "Two Point Bending of Thin Glass Substrate", 2011년, SID 11 DIGEST, p.652-654
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능하고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 방법, 및 이에 의해 얻을 수 있는 복합재를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 면밀 검토한 결과, 가공흔을 취성 재료층의 수지층 측에만 형성함으로써, 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도가 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서, 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사하여 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 상기 분단 예정선에 따른 가공 홈을 형성하는 수지 제거 공정과, 상기 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 분단 예정선에 따른 가공흔을 형성하는 취성 재료 제거 공정을 포함하고, 상기 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 상기 가공흔은, 상기 수지층 측에서 개구되고, 또한, 상기 취성 재료층을 비관통하는, 복합재의 분단 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에서, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 취성 재료층에 조사하여 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거하기 때문에, 분단 후의 취성 재료층의 단면(복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층의 적층 방향)에 직교하는 방향의 단면)에 크랙이 생기지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정 전에, 수지 제거 공정에서, 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거하기 때문에, 분단 후의 수지층의 단면(복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층의 적층 방향)에 직교하는 방향의 단면)에 심각한 열 열화가 생기지 않는다. 즉, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에 의하면, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재를 분단 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔이, 수지층 측에서 개구되고, 또한, 취성 재료층을 비관통한다. 환언하면, 취성 재료 제거 공정에서, 가공흔을 취성 재료층의 수지층 측에만 형성한다. 따라서, 본 발명자들이 지견한 바와 같이, 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, '레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사'란, 복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층의 적층 방향)으로부터 보고, 분단 예정선을 따라 레이저 광을 수지층에 조사하는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, '레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사'란, 복합재의 두께 방향(취성 재료층과 수지층의 적층 방향)으로부터 보고, 분단 예정선을 따라 레이저 광을 취성 재료층에 조사하는 것을 의미한다.
또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, 수지 제거 공정에서 이용하는 레이저 광원의 종류는 발진한 레이저 광으로 수지층을 형성하는 수지를 제거할 수 있는 것인 한에서, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 복합재에 대한 레이저 광의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 높이는 것이 가능하다는 점에서, 적외선 영역의 파장의 레이저 광을 발진하는 CO2 레이저 광원이나 CO 레이저 광원을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, 취성 재료층 제거 공정으로 형성하는 가공흔은, 분단 예정선에 따른 점선 형상의 가공흔이어도 되고, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광과 취성 재료층의 분단 예정선에 따른 상대 이동 속도를 작게 설정하거나, 초단 펄스 레이저 광원의 펄스 발진의 반복 주파수를 크게 설정함으로써 형성되는, 분단 예정선을 따라 일체적으로 연결된 가공흔이어도 된다.
또한, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, 취성 재료층의 양측에 각각 수지층이 적층된 복합재인 경우, '수지층 측에서 개구'란, 양측의 수지층 중 어느 한쪽 수지층 측에서 개구되어 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 복합재의 분단 방법의 상기 취성 재료 제거 공정에서, 예컨대, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 파워, 및 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 초점과 상기 취성 재료층의 위치 관계를 조정함으로써, 상기 가공흔의 깊이를 조정하는 것이 바람직하다.
상기의 바람직한 방법에서, '레이저 광의 초점과 상기 취성 재료층의 위치 관계'란, 복합재의 두께 방향에 대한 위치 관계를 의미한다. 또한, 상기의 바람직한 방법에서, '가공흔의 깊이'는, 가공흔의 수지층 측의 끝(가공흔의 개구 끝)과 가공흔의 취성 재료층 측의 저부(가공흔의 개구 끝과 반대 측의 끝)와의 거리를 의미한다.
상기의 바람직한 방법과 같이, 레이저 광의 파워를 조정함으로써, 가공흔을 형성하는(취성 재료를 제거하는) 데에 이용되는 에너지의 강약을 조정하는 것이 가능하다. 또한, 레이저 광의 초점과, 취성 재료층의 위치 관계를 조정함으로써, 분단 예정선에 따라 가공흔을 형성하는 데에 이용되는 에너지에 복합재의 두께 방향의 분포를 부여하는 것이 가능하다. 따라서, 상기의 바람직한 방법에 따르면, 취성 재료층의 수지층 측의 취성 재료만을 제거하여 취성 재료층의 수지층 측에만 가공흔을 형성할 수 있고, 또한 가공흔의 깊이를 조정하는 것이 가능하다.
본 발명자들의 지견에 의하면, 가공흔의 깊이가 작을수록, 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, 바람직하게는, 상기 가공흔의 깊이가, 상기 취성 재료층의 두께의 90% 이하이고, 보다 바람직하게는 65% 이하이다.
또한, 가공흔의 깊이가 지나치게 작으면, 복합재를 분단할 수 없게 된다. 따라서, 바람직하게는 가공흔의 깊이는 취성 재료층의 두께의 10% 이상이다.
상기의 바람직한 방법에서, '상기 가공흔의 깊이가, 상기 취성 재료층의 두께의 90% 이하이고, 보다 바람직하게는 65% 이하이다'란, 분단 예정선에 따른 가공흔의 깊이의 평균값이 취성 재료층의 두께의 90% 이하이고, 보다 바람직하게는 65% 이하인 것을 의미한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법은, 상기 취성 재료 제거 공정 후, 상기 분단 예정선에 따라 외력을 가함으로써, 상기 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 더 포함한다.
상기의 바람직한 방법에 따르면, 복합재를 확실하게 분단하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에서, 상기 취성 재료층의 두께는, 예컨대 5㎛ 이상 200㎛ 이하이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재로서, 상기 취성 재료층의 적어도 하나의 단면에서의 상기 수지층 측의 제1 부위의 표면 조도가, 상기 취성 재료층의 상기 하나의 단면에서의 상기 수지층과 반대 측의 제2 부위의 표면 조도보다도 큰 복합재로서도 제공된다.
본 발명에 따른 복합재는, 전술한 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에 의해 얻을 수 있는 분단 후의 복합재(복합재 편)이다. 본 발명에 따른 복합재의 분단 방법에 의해 본 발명에 따른 복합재를 얻는 경우, 본 발명에 따른 복합재의 취성 재료층의 단면에서의 제1 부위가 가공흔이 형성된 부위에 상당하고, 취성 재료층의 단면에서의 제2 부위가 가공흔이 형성되지 않은 부위에 상당한다.
본 발명에 따른 복합재는, 취성 재료층의 단면 전체가 표면 조도가 큰 제1 부위가 아니라, 그 일부의 수지층 측의 부위가 제1 부위이고, 나머지 부위가 표면 조도가 작은 제2 부위이기 때문에 충분한 굽힘 강도를 갖는다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 복합재에서, 상기 제1 부위의 표면 조도가 산출 평균 높이(Sa)에서 300nm 미만이고, 상기 제2 부위의 표면 조도가 산출 평균 높이(Sa)에서 12nm 미만인 경우를 예시할 수 있다.
제1 부위의 표면 조도는 산술 평균 높이(Sa)에서 바람직하게는 120nm 미만, 보다 바람직하게는 100nm 미만, 더욱 바람직하게는 80nm 미만, 특히 바람직하게는 50nm 이다. 또한, 제1 부위의 표면 조도는 산술 평균 높이(Sa)에서 12nm 이상인 것이 바람직하다.
산술 평균 높이(Sa)는 ISO 25178에 규정되어 있고, 산술 평균 조도 Ra를 3차원으로 확장한 파라미터이다.
본 발명자들의 지견에 따르면, 표면 조도가 큰 제1 부위의 두께(취성 재료층의 두께 방향을 따른 제1 부위의 치수)가 작을수록, 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 복합재에서, 바람직하게는 상기 제1 부위의 두께가 상기 취성 재료층의 두께의 90% 이하이고, 보다 바람직하게는 65% 이하이다.
상기의 바람직한 구성에서, '상기 제1 부위의 두께가 상기 취성 재료층의 두께의 90% 이하이고, 보다 바람직하게는 65% 이하이다'란, 취성 재료층의 단면에서의 제1 부위의 두께의 평균값이 취성 재료층의 두께의 90% 이하이며, 보다 바람직하게는 65% 이하인 것을 의미한다.
본 발명에 따른 복합재에서, 상기 취성 재료층의 두께는 예컨대, 5㎛ 이상 200㎛ 이하이다.
본 발명에 따른 복합재에 의하면, 상기 취성 재료층 측이 볼록하게 되도록 굽힐 때의 상기 복합재의 굽힘 강도가 200MPa 이상인 것을 얻을 수 있다.
'복합재의 굽힘 강도가 200MPa 이상'이란, 취성 재료층의 두께에 대한 제1 부위의 두께의 비율이 동등한 복수의 복합재의 굽힘 강도의 평균값이 200MPa 이상인 것을 의미한다.
본 발명에 따르면, 분단 후의 취성 재료층의 단면의 크랙이나 분단 후의 수지층의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고 복합재를 분단 가능하고, 또한 분단 후의 복합재에 충분한 굽힘 강도를 얻는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 취성 재료 제거 공정에서의 가공흔의 형성 방법의 일례를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 복합재 분단 공정으로 분단된 후의 복합재 편의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 6은 실시예 1에 따른 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다.
도 7은 참고예에 따른 취성 재료층 편의 굽힘 강도의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예에 따른 복합재 편의 굽힘 강도의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 취성 재료 제거 공정에서의 가공흔의 형성 방법의 일례를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 복합재 분단 공정으로 분단된 후의 복합재 편의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 6은 실시예 1에 따른 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다.
도 7은 참고예에 따른 취성 재료층 편의 굽힘 강도의 평가 결과를 나타내는 도이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예에 따른 복합재 편의 굽힘 강도의 평가 결과를 나타내는 도이다.
<제1 실시형태>
이하, 첨부 도면을 적절히 참조하면서 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도이다. 도 1의 (a)는 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 수지 제거 공정을 나타내는 단면도이고, 도 1의 (b)는 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 단면도이며, 도 1의 (c)는 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 복합재 분단 공정을 나타내는 단면도이다. 도 2의 (a)는 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 평면도이고, 도 2의 (b)는 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 2에서, 초단 펄스 레이저 광원(30)의 도시는 생략하고 있다.
제1 실시형태에 따른 분단 방법은, 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 적층된 복합재(10)를 두께 방향(취성 재료층(1)과 수지층(2)의 적층 방향, 도 1의 상하 방향, Z 방향)으로 분단하는 방법이다.
취성 재료층(1)과 수지층(2)은, 임의의 적절한 방법에 의해 적층된다. 예컨대, 취성 재료층(1)과 수지층(2)은 이른바 롤투롤 방식에 의해 적층 가능하다. 즉, 장척의 취성 재료층(1)과 장척의 수지층(2)을 긴 방향으로 반송하면서, 서로의 긴 방향을 가지런하도록 하여 서로 첩합함으로써, 취성 재료층(1)과 수지층(2)을 적층 가능하다. 또한, 취성 재료층(1)과 수지층(2)을 각각 소정 형상으로 절단한 후, 적층하는 것도 가능하다. 취성 재료층(1)과 수지층(2)은 대표적으로는 임의의 적절한 점착제나 접착제(도시하지 않음)를 개재하여 적층된다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료로서는, 유리 및 단결정 또는 다결정 실리콘을 예시할 수 있다.
유리로서는 조성에 따른 분류에 의하면, 소다 석회 유리, 붕산 유리, 알루미 노 규산 유리, 석영 유리, 및 사파이어 유리를 예시할 수 있다. 또한, 알칼리 성분에 따른 분류에 의하면, 무 알칼리 유리, 저 알칼리 유리를 예시할 수 있다. 유리의 알칼리 금속 성분(예컨대, Na2O, K2O, Li2O)의 함유량은 바람직하게는 15중량% 이하이고, 더욱 바람직하게는 10중량% 이하이다.
취성 재료층(1)의 두께는, 바람직하게는 200㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 150㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 120㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 100㎛ 이하이다. 한편, 취성 재료층(1)의 두께는 바람직하게는 5㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 20㎛ 이상이며, 더욱 바람직하게는 30㎛ 이상이다. 취성 재료층(1)의 두께가 이와 같은 범위이면, 롤투롤에 의한 수지층(2)의 적층이 가능하게 된다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550nm에서의 광 투과율은, 바람직하게는 85% 이상이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 파장 550nm에서의 굴절률은 바람직하게는 1.4∼1.65이다. 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)의 밀도는 바람직하게는 2.3g/cm3∼3.0g/cm3이고, 더욱 바람직하게는 2.3g/cm3∼2.7g/cm3이다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우, 취성 재료층(1)으로서, 시판 유리판을 그대로 이용하여도 되고, 시판 유리판을 소망하는 두께가 되도록 연마하여 이용하여도 된다. 시판 유리판으로서는 예컨대, 코닝사 제조 '7059', '1737' 또는 'EAGLE2000', 아사히글라스사 제조 'AN100', NH테크노글라스사 제조 'NA-35', 니혼덴키글라스사 제조 'OA-10', 쇼트사 제조 'D263' 또는 'AF45'를 들 수 있다.
수지층(2)으로서는, 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), 폴리염화 비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 에틸렌-초산비닐(EVA), 폴리아미드(PA), 실리콘 수지, 에폭시 수지, 액정 폴리머, 각종 수지제 발포체 등의 플라스틱 재료로 형성된 단층 필름, 또는 복수의 층을 포함하는 적층 필름을 예시할 수 있다.
수지층(2)이 복수의 층을 포함하는 적층 필름인 경우, 층 간에, 아크릴 점착제, 우레탄 점착제, 실리콘 점착제 등의 각종 점착제나 접착제가 개재되어도 된다.
또한, 수지층(2)의 표면에, 산화 인듐 주석(ITO), Ag, Au, Cu 등의 도전성인 무기막이 형성되어 있어도 된다.
제1 실시형태에 따른 분단 방법은, 특히 수지층(2)이 디스플레이에 이용되는 편광 필름이나 위상차 필름 등의 각종 광학 필름인 경우에 적합하게 이용된다.
수지층(2)의 두께는 바람직하게는 20∼500㎛이다.
또한, 도 1에 나타내는 예에서는, 수지층(2)이 편광 필름(21)과 박리 라이너(23)가 점착제(22)를 개재하여 적층된 적층 필름인 예를 도시하고 있다.
제1 실시형태에 따른 분단 방법은, 수지 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정과, 복합재 분단 공정을 포함하고 있다. 이하, 각 공정에 대하여 순서대로 설명한다.
[수지 제거 공정]
도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 수지 제거 공정에서는, 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 수지층(2)에 조사하여 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거함으로써, 분단 예정선을 따라 가공 홈(24)을 형성한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 예에서는, 복합재(10)의 면내(XY 2차원 평면내)의 직교하는 2방향(X방향 및 Y방향) 중, Y방향으로 연장되는 직선(DL)이 분단 예정선인 경우를 도시하고 있다. 분단 예정선(DL)은 시각적으로 인식할 수 있는 표시로서 실제로 복합재(10)에 그리는 것도 가능하고, 레이저 광(L1)과 복합재(10)와의 XY 2차원 평면 위에서의 상대적인 위치 관계를 제어하는 제어 장치(도시하지 않음)에 그의 좌표를 미리 입력하여 두는 것도 가능하다. 도 1 및 도 2에 나타내는 분단 예정선(DL)은, 제어 장치에 그의 좌표가 미리 입력되어 있고, 실제로는 복합재(10)에 그려져 있지 않은 가상선이다. 또한, 분단 예정선(DL)은 직선으로 한정되는 것은 아니고, 곡선이어도 된다. 복합재(10)의 용도에 따라 분단 예정선(DL)을 결정함으로써, 복합재(10)를 용도에 따른 임의의 형상으로 분단 가능하다.
제1 실시형태에서는, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 적외선 영역인 9∼11㎛인 CO2 레이저 광원을 이용하고 있다.
단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 5㎛인 CO 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 레이저 광원(20)으로서, 가시광 및 자외선(UV) 펄스 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다. 가시광 및 UV 펄스 레이저 광원으로서는, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 532nm, 355nm, 349nm 또는 266nm(Nd: YAG, Nd: YLF, 또는 YVO4를 매질로 하는 고체 레이저 광원의 고차 고주파)인 것, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 351nm, 248nm, 222nm, 193nm 또는 157nm인 엑시머 레이저 광원, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 157nm인 F2 레이저 광원을 예시할 수 있다.
또한, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 자외선 영역 이외이고, 또한 펄스 폭이 펨토초 또는 피코초 오더의 펄스 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다. 이 펄스 레이저 광원으로부터 발진하는 레이저 광(L1)을 이용하면, 다광자 흡수 과정에 기초한 어블레이션(Ablation) 가공을 유발 가능하다.
또한, 레이저 광원(20)으로서, 발진하는 레이저 광(L1)의 파장이 적외선 영역인 반도체 레이저 광원이나 파이버 레이저 광원을 이용하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 제1 실시형태에서는 레이저 광원(20)으로서 CO2 레이저 광원을 이용하고 있기 때문에, 이하, 레이저 광원(20)을 'CO2 레이저 광원(20)'이라고 칭한다.
레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선을 따라 조사하는 양태(레이저 광(L1)을 주사(走査)하는 양태)로서는, 예컨대, 매엽상의 복합재(10)를 XY 2축 스테이지(도시하지 않음)에 재치(載置)하여 고정(예컨대, 흡착 고정)하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 XY 2축 스테이지를 구동함으로써, 레이저 광(L1)에 대한 복합재(10)의 XY 2차원 평면 위에서의 상대적인 위치를 변경하는 것을 고려할 수 있다. 또한, 복합재(10)의 위치를 고정하고, 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 구동하는 갈바노 미러나 폴리곤 미러를 이용하여 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 편향시킴으로써, 복합재(10)에 조사되는 레이저 광(L1)의 XY 2차원 평면 위에서의 위치를 변경하는 것도 고려할 수 있다. 나아가, 상기의 XY 2축 스테이지를 이용한 복합재(10)의 주사와, 갈바노 미러 등을 이용한 레이저 광(L1)의 주사, 양쪽을 병용하는 것도 가능하다.
CO2 레이저 광원(20)의 발진 형태는, 펄스 발진이어도 연속 발진이어도 된다. 레이저 광(L1)의 공간 강도 분포는 가우시안 분포이어도 되고, 레이저 광(L1)의 제거 대상 외인 취성 재료층(1)의 데미지를 억제하기 위하여, 회절 광학 소자(도시하지 않음) 등을 이용하여, 플랫 톱 분포로 정형하여도 된다. 레이저 광(L1)의 편광 상태에 제약은 없고, 직선 편광, 원 편광 및 랜덤 편광의 어느 것이어도 된다.
레이저 광(L1)을 복합재(10)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층(2)(편광 필름(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23)를 포함하는 적층 필름)에 조사함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지 중, 레이저 광(L1)이 조사된 수지(편광 필름(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23)의 레이저 광(L1)이 조사된 부분)의 적외광 흡수에 따른 국소적인 온도 상승이 생겨 당해 수지가 비산함으로써, 당해 수지가 복합재(10)로부터 제거되고, 복합재(10)에 가공 홈(24)이 형성된다. 복합재(10)로부터 제거되는 수지의 비산물이 복합재(10)에 재부착하는 것을 억제하기 위해서는, 분단 예정선(DL) 근방에 집진(集塵) 기구를 마련하는 것이 바람직하다. 가공 홈(24)의 홈 폭이 커지는 것을 억제하기 위해서는, 수지층(2)으로의 조사 위치에서의 스폿 직경이 300㎛ 이하가 되도록 레이저 광(L1)을 집광하는 것이 바람직하고, 스폿 직경이 200㎛ 이하가 되도록 레이저 광(L1)을 집광하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 레이저 광(L1)이 조사된 수지의 적외광 흡수에 따른 국소적인 온도 상승을 원리로 하는 수지의 제거 방법인 경우, 수지의 종류나 수지층(2)의 층 구조에 관계없이, 수지층(2)의 두께에 의해, 가공 홈(24)을 형성하는 데에 필요한 투입 에너지를 대략 추정하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 가공 홈(24)을 형성하는 데에 필요한 이하의 식(1)으로 나타내는 투입 에너지를, 수지층(2)의 두께에 기초하여, 이하의 식(2)에 의해 추정하는 것이 가능하다.
투입 에너지[mJ/mm] = 레이저 광(L1)의 평균 파워[mW]/가공 속도[mm/sec] …(1)
투입 에너지[mJ/mm] = 0.5 × 수지층(2)의 두께[㎛]…(2)
실제로 설정하는 투입 에너지는, 상기의 식(2)로 추정한 투입 에너지의 20%∼180%로 설정하는 것이 바람직하고, 50%∼150%로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이 추정한 투입 에너지에 대하여 마진을 마련하는 것은, 수지층(2)을 형성하는 수지의 광 흡수율(레이저 광(L1)의 파장에서의 광 흡수율)이나, 수지의 융점·분해점 등의 열 물성의 차이에 의해, 가공 홈(24)을 형성하는 데에 필요한 투입 에너지에 차이가 생기는 것을 고려하기 때문이다. 구체적으로는, 예컨대, 제1 실시형태에 따른 분단 방법을 적용하는 복합재(10)의 샘플을 준비하고, 상기의 바람직한 범위 내의 복수의 투입 에너지로 이 샘플의 수지층(2)에 가공 홈(24)을 형성하는 예비 시험을 행하여, 적절한 투입 에너지를 결정하면 된다.
[취성 재료 제거 공정]
도 1의 (b) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 취성 재료 제거 공정에서는 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진(펄스 발진)한 레이저 광(초단 펄스 레이저 광)(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선(DL)을 따라 가공흔(11)을 형성한다.
레이저 광(L2)을 분단 예정선(DL)에 따라 조사하는 양태(레이저 광(L2)을 주사하는 양태)로서는, 전술한 레이저 광(L1)을 분단 예정선(DL)에 따라 조사하는 양태와 동일한 양태를 채용할 수 있기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료는, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 필라멘테이션 현상을 이용하여, 혹은 초단 펄스 레이저 광원(30)에 멀티 초점 광학계(도시하지 않음) 또는 베셀 빔 광학계(도시하지 않음)를 적용함으로써 제거된다.
제1 실시형태의 취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 파워 및 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 초점과 취성 재료층(1)의 위치 관계를 조정함으로써, 가공흔(11)의 깊이를 조정하고 있다. 그리고, 이에 의해, 제1 실시형태의 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔(11)은, 수지층(2) 측(가공 홈(24) 측)에서 개구되고, 또한, 취성 재료층(1)을 비관통(수지층(2) 측과 반대 측에서는 개구되어 있지 않음)하게 되어 있다. 환언하면, 취성 재료 제거 공정에서, 가공흔(11)을 취성 재료층(1)의 수지층(2) 측에만 형성하고 있다.
이하, 이 점에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 3은, 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 취성 재료 제거 공정에서의 가공흔(11)의 형성 방법의 일례를 모식적으로 설명하는 설명도이다. 또한, 도 3에서, 가공 홈(24)(도 1, 도 2 참조)의 도시는 생략되어 있다.
도 3에 나타내는 예에서는, 초단 펄스 레이저 광원(30)에 멀티 초점 광학계를 적용하고 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 멀티 초점 광학계는 3개의 액시콘 렌즈(31a, 31b, 31c)로 구성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)의 공간 강도 분포를 가우시안 분포라고 가정하면, 비교적 강도가 높은 점 A로부터 발진한 레이저 광(L2)은 도 3에서 실선으로 나타내는 광로를 찾아 초점 AF에서 수렴한다. 한편, 비교적 강도가 낮은 점 B로부터 발진한 레이저 광(L2)은, 도 3에서 점선으로 나타내는 광로를 찾아, 초점 AF와는 상이한 초점 BF에서 수렴한다. 이와 같이, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)은 멀티 초점 광학계에 의해 복수의 초점으로 수렴하게 된다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 복합재(10)의 취성 재료층(1) 측에, 비교적 강도가 낮은 점 B로부터 발진한 레이저 광(L2)의 초점 BF가 위치하고, 복합재(10)의 수지층(2) 측에, 비교적 강도가 높은 점 A로부터 발진한 레이저 광(L2)의 초점 AF가 위치하도록, 레이저 광(L2)의 초점과 취성 재료층(1)의 위치 관계를 조정함으로써, 가공흔(11)을 형성하는 데에 이용되는 에너지에 복합재(10)의 두께 방향의 분포, 구체적으로는, 수지층(2) 측의 에너지 쪽이 취성 재료층(1) 측의 에너지보다도 큰 분포를 부여하는 것이 가능하다. 그리고, 레이저 광(L2)의 초점과 취성 재료층(1)의 위치 관계를 조정함으로써, 취성 재료층(1)에서의 이 분포를 변화시키는 것이 가능하다. 또한, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진하는 레이저 광(L2)의 파워를 조정함으로써, 가공흔(11)을 형성하는(취성 재료를 제거하는) 데에 이용되는 에너지의 강약(점 A, 점 B의 강도의 대소)을 조정하는 것이 가능하다. 이에 의해, 취성 재료층(1)의 수지층(2) 측의 취성 재료만을 제거하여 취성 재료층(1)의 수지층(2) 측에만 가공흔(11)을 형성할 수 있고, 또한, 가공흔(11)의 깊이를 조정하는 것이 가능하다.
또한, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것에 대해서는, 전술한 비특허문헌 1에 기재되어 있다. 또한, 독일의 트럼프(Trumpf)사에서 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계를 적용한 유리 가공에 관한 제품이 판매되고 있다. 이와 같이, 초단 펄스 레이저 광의 필라멘테이션 현상을 이용하는 것이나, 초단 펄스 레이저 광원에 멀티 초점 광학계 또는 베셀 빔 광학계를 적용하는 것에 대해서는 공지이기 때문에, 여기에서는 이 이상의 상세한 설명을 생략한다.
제1 실시형태의 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔(11)은 분단 예정선(DL)을 따른 점선 형상의 가공흔이다. 가공흔(11)의 피치(P)(도 2의 (a) 참조)는 펄스 발진의 반복 주파수와, 복합재(10)에 대한 레이저 광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)에 의해 결정된다. 후술하는 복합재 분단 공정을 간편하고 안정적으로 행하기 위해서, 가공흔(11)의 피치(P)는, 바람직하게는 10㎛ 이하로 설정된다. 보다 바람직하게는, 가공흔(11)의 피치(P)는 5㎛ 이하로 설정된다. 가공흔(11)의 직경은 5㎛ 이하로 형성되는 경우가 많다.
또한, 가공흔(11)의 깊이는, 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 90% 이하나 80% 이하로 설정되고, 보다 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 70% 이하나 60% 이하로 설정되며, 더욱 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 50% 이하로 설정된다. 가공흔(11)의 깊이가 지나치게 작으면, 후술하는 복합재 분단 공정에서 복합재(10)를 분단할 수 없게 된다. 이 때문에, 가공흔(11)의 깊이는, 취성 재료층(1)의 두께의 10% 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 취성 재료층(1)의 두께의 30% 이상으로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진하는 레이저 광(L2)의 파장은, 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료가 유리인 경우에 높은 광 투과율을 나타내는 500nm∼2500nm인 것이 바람직하다. 비선형 광학 현상(다광자 흡수)을 효과적으로 야기하기 위하여, 레이저 광(L2)의 펄스 폭은 100피코초 이하인 것이 바람직하고, 50피코초 이하인 것이 더욱 바람직하다. 레이저 광(L2)의 발진 형태는 싱글 펄스 발진이어도, 버스트 모드의 멀티 펄스 발진이어도 된다.
제1 실시형태의 취성 재료 제거 공정에서는, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을, 수지 제거 공정으로 형성한 가공 홈(24)과 반대 측으로부터 취성 재료층(1)에 조사하고 있다. 도 1의 (a), (b)에 나타내는 예에서는, 수지층(2)에 대향하도록, CO2 레이저 광원(20)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 하측에 배치하고, 취성 재료층(1)에 대향하도록, 초단 펄스 레이저 광원(30)을 복합재(10)에 대하여 Z방향 상측에 배치하고 있다. 그리고, 수지 제거 공정에서 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)으로 가공 홈(24)을 형성한 후, 레이저 광(L1)의 발진을 정지하고, 취성 재료 제거 공정에서 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)으로 가공흔(11)을 형성하고 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, CO2 레이저 광원(20) 및 초단 펄스 레이저 광원(30)을, 복합재(10)에 대하여 모두 동일한 측(Z방향 상측 또는 하측)에 배치하고, 수지 제거 공정에서는 수지층(2)을 CO2 레이저 광원(20)에 대향시키고, 취성 재료 제거 공정에서는 취성 재료층(1)이 초단 펄스 레이저 광원(30)에 대향하도록 복합재(10)의 상하를 반전시키는 방법을 채용하는 것도 가능하다.
초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 가공 홈(24)과 반대 측으로부터 조사하면, 가령 가공 홈(24)의 저부에 수지의 잔사가 생겨 있었다고 하더라도, 잔사의 영향을 받지 않고 취성 재료층(1)에 적절한 가공흔(11)을 형성 가능하다.
단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 수지 제거 공정으로 형성한 가공 홈(24)을 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하여도 된다. 그리고, 취성 재료 제거 공정에서, 가공 홈(24) 측으로부터 취성 재료층(1)에 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 조사하여 가공흔(11)을 형성하는 것도 가능하다.
클리닝 공정에서는, 각종 웨트 방식 및 드라이 방식의 클리닝 방법을 적용 가능하다. 웨트 방식의 클리닝 방법으로서는, 약액 침지, 초음파 세정, 드라이 아이스 블라스트, 마이크로 및 나노 파인 버블 세정을 예시할 수 있다. 드라이 방식의 클리닝 방법으로서는, 레이저, 플라즈마, 자외선, 오존 등을 이용하는 것이 가능하다.
클리닝 공정에서, 수지층(2)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하기 위하여, 취성 재료 제거 공정에서, 가공 홈(24) 측으로부터 취성 재료층(1)에 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 조사하여도, 레이저 광(L2)이 수지의 잔사의 영향을 받지 않고, 취성 재료층(1)에 적절한 가공흔(11)을 형성 가능하다.
[복합재 분단 공정]
도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 복합재 분단 공정에서는 취성 재료 제거 공정 후, 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가함으로써 복합재(10)를 분단한다. 도 1의 (c)에 나타내는 예에서는, 복합재(10)는 복합재 편(10a, 10b)으로 분단된다.
복합재(10)로의 외력 부가 방법으로서는, 기계적인 브레이크(산 형상으로 접기(mountain-folding)), 적외선 영역 레이저 광에 의한 절단 예정선(DL)의 근방 부위의 가열, 초음파 롤러에 의한 진동 부가, 흡반에 의한 흡착 및 인상 등을 예시할 수 있다. 산 형상으로 접음으로써 복합재(10)를 분단하는 경우에는, 가공흔(11)이 형성된 취성 재료층(1)의 수지층(2) 측을 기점으로 하여 분단되도록, 수지층(2) 측이 볼록하게 되도록(취성 재료층(1) 측이 오목하게 되도록) 외력을 가하는 것이 바람직하다.
도 4는, 제1 실시형태에 따른 분단 방법의 복합재 분단 공정으로 분단된 후의 복합재 편(10a, 10b)의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 4의 (a)는 복합재 편(10a, 10b)의 전체 구성을 나타내는 단면도이고, 도 4의 (b)는 도 4의 (a)의 화살표 ZZ의 방향으로부터 본 취성 재료층(1)의 단면에서의 제1 부위(12)를 나타내는 확대도이다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 복합재 편(10a, 10b)은, 그 취성 재료층(1)의 하나의 단면(분단된 단면)에서의 수지층(2) 측의 제1 부위(12)의 표면 조도가, 상기 하나의 단면에서의 수지층(2)과 반대 측의 제2 부위(13)의 표면 조도보다도 크게 되어 있다. 제1 부위(12)는 가공흔(11)이 형성된 부위에 상당하고, 제2 부위(13)는 가공흔(11)이 형성되지 않은 부위에 상당한다. 따라서, 제1 부위(12)의 두께(취성 재료층(1)의 두께 방향(Z 방향)에 따른 제1 부위(12)의 치수)는 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 90% 이하나 80% 이하이고, 보다 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 70% 이하나 60% 이하이며, 더욱 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 50% 이하이다. 또한, 제1 부위(12)의 두께는 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 10% 이상이고, 보다 바람직하게는 취성 재료층(1)의 두께의 30% 이상이다.
복합재 편(10a, 10b)의 취성 재료층(1)의 하나의 단면(분단된 단면)은, 수지층(2)의 동일한 측의 단면(분단된 단면)보다도 상기 하나의 단면 측(도 4의 (a)의 지면 좌측)으로 돌출되어 있다. 그 돌출량(14)은 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)의 수지층(2)에 대한 조사 위치에서의 스폿 직경에 따라 변화하지만, 예컨대 200㎛ 이하나, 100㎛ 이하나, 50㎛ 이하이다. 돌출량(14)의 하한은 작을수록 바람직하지만, 예컨대 1㎛ 이상이나 5㎛ 이상이다.
이상에 설명한 제1 실시형태에 따른 분단 방법에 의하면, 수지 제거 공정에서, 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거함으로써 분단 예정선(DL)을 따른 가공 홈(24)을 형성한 후, 취성 재료 제거 공정에서 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 동일한 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔(11)을 형성한다. 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔(11)은, 분단 예정선(DL)을 따른 점선 형상의 가공흔이고, 가공흔(11)의 피치(P)가 10㎛ 이하로 작기 때문에, 복합재 분단 공정에서 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가함으로써 복합재(10)를 비교적 용이하게 분단 가능하다.
또한, 제1 실시형태에 따른 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정에서 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거하기 때문에, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면에 크랙이 생기지 않는다. 또한, 제1 실시형태에 따른 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정 전에, 수지 제거 공정에서 CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 수지층(2)에 조사하여 수지층(2)을 형성하는 수지를 제거하기 때문에, 분단 후의 수지층(2)의 단면에 심각한 열 열화가 생기지 않는다. 즉, 제1 실시형태에 따른 분단 방법에 의하면, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층(2)의 단면의 심각한 열 열화를 생기게하지 않고, 복합재(10)를 분단 가능하다.
또한, 제1 실시형태에 따른 분단 방법에 의하면, 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔(11)이, 수지층(2) 측에서 개구되고, 또한, 취성 재료층(1)을 비관통한다. 환언하면, 취성 재료 제거 공정에서, 가공흔(11)을 취성 재료층(1)의 수지층(2) 측에만 형성한다. 따라서, 분단 후의 복합재 편(10a, 10b)에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있다.
<제2 실시형태>
전술한 제1 실시형태에 따른 분단 방법에서는, 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔(11)이 점선 형상의 가공흔이다.
이에 비하여, 제2 실시형태에 따른 분단 방법에서는, 취성 재료 제거 공정에서, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)과 취성 재료층(1)의 분단 예정선(DL)을 따른 상대 이동 속도를 작게 설정하거나, 초단 펄스 레이저 광원(30)의 펄스 발진의 반복 주파수를 크게 설정함으로써, 분단 예정선(DL)을 따라 일체적으로 이어진 가공흔을 형성한다. 제2 실시형태에 따른 분단 방법에서는, 일체적으로 이어진 가공흔을 형성하기 때문에, 제1 실시형태에 따른 분단 방법보다도 한층 용이하게 복합재(10)를 분단 가능하다는 이점을 갖는다.
제2 실시형태에 따른 분단 방법은, 일체적으로 이어진 가공흔을 형성하는 점을 제외하고는 제1 실시형태에 따른 분단 방법과 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시형태에 따른 분단 방법에 의하여도, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층(2)의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재(10)를 분단 가능하고, 또한 분단 후의 복합재 편에 충분한 굽힘 강도를 얻을 수 있다.
<제3 실시형태>
전술한 제1 실시형태 및 제2 실시형태에서는, 취성 재료층(1)과 수지층(2)이 한 층씩 적층된 복합재(10)를 두께 방향으로 분단하는 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 취성 재료층의 양측에 각각 수지층이 적층된 복합재를 두께 방향으로 분단하는 경우에도 적용 가능하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 복합재의 분단 방법의 절차를 모식적으로 설명하는 설명도(단면도)이다. 또한, 도 5에서, CO2 레이저 광원(20) 및 레이저 광(L1), 및 초단 펄스 레이저 광원(30) 및 레이저 광(L2)의 도시는 생략하고 있다. 또한, 도 5에서 복합재 분단 공정의 도시는 생략하고 있다.
도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 제3 실시형태에 따른 분단 방법은, 취성 재료층(1)의 양측에 각각 수지층(2a, 2b)이 적층된 복합재(10A)를 두께 방향(Z방향)으로 분단하는 방법이다. 취성 재료층(1)과 수지층(2a, 2b)의 적층 방법, 취성 재료층(1)이나 수지층(2a, 2b)의 형성 재료 등은 제1 실시형태와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
제3 실시형태에 따른 분단 방법도 제1 실시형태에 따른 분단 방법과 마찬가지로, 수지 제거 공정과, 취성 재료 제거 공정과, 복합재 분단 공정을 포함하고 있다. 이하, 각 공정에 대하여, 제1 실시형태와 상이한 점을 주로 하여 설명한다.
[수지 제거 공정]
도 5의 (b) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 수지 제거 공정에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 복합재(10A)의 분단 예정선(DL)을 따라 수지층에 조사하여 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 분단 예정선(DL)을 따른 가공 홈을 형성한다. 단, 제3 실시형태에서는 취성 재료층(1)의 양측에 각각 수지층(2a, 2b)이 적층되어 있기 때문에, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 어느 한쪽의 수지층(2a)에 가공 홈(24a)을 형성함과 함께, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 다른 쪽의 수지층(2b)에 가공 홈(24b)을 형성한다. 도 5의 (b) 및 (c)에 나타내는 예에서는, 먼저 Z방향 하측의 가공 홈(24a)을 형성한 후, Z방향 상측의 가공 홈(24b)을 형성하고 있지만, 형성 순서를 반대로 하는 것도 물론 가능하다.
예컨대, 한 쌍의 CO2 레이저 광원(20)을, 수지층(2a)에 대향하는 측과 수지층(2b)에 대향하는 측에 각각 배치하고, 수지층(2a)에 대향하는 측에 배치된 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 수지층(2a)에 가공 홈(24a)을 형성하며, 수지층(2b)에 대향하는 측에 배치된 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 수지층(2b)에 가공 홈(24b)을 형성할 수 있다. 이 경우에는 가공 홈(24a) 및 가공 홈(24b)을 순번으로 형성하는 것이 아니라, 가공 홈(24a) 및 가공 홈(24b)을 동시에 형성하는 것도 가능하다.
혹은, 수지층(2a) 및 수지층(2b) 중 어느 한 쪽에 대향하는 측에 단일의 CO2 레이저 광원(20)을 배치하고, CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 한쪽의 수지층(2a)에 가공 홈(24a)을 형성(또는 수지층(2b)에 가공 홈(24b)을 형성)한 후, 복합재(10A)의 상하를 반전시켜, 동일한 CO2 레이저 광원(20)을 이용하여 다른 쪽의 수지층(2b)에 가공 홈(24b)을 형성(또는 수지층(2a)에 가공 홈(24a)을 형성)하는 것도 가능하다.
[취성 재료 제거 공정]
도 5(d)에 나타내는 바와 같이, 취성 재료 제거 공정에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 수지 제거 공정 후 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 분단 예정선(DL)을 따라 취성 재료층(1)에 조사하여 취성 재료층(1)을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 분단 예정선(DL)을 따른 가공흔(11)을 형성한다. 제1 실시형태와 마찬가지로, 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 가공흔(11)은 분단 예정선(DL)을 따른 점선 형상의 가공흔이고, 가공흔의 피치는 바람직하게는 10㎛ 이하로 설정된다. 단, 제2 실시형태와 마찬가지로, 취성 재료 제거 공정에서, 분단 예정선(DL)을 따라 일체적으로 이어진 가공흔을 형성하는 것도 가능하다.
제3 실시형태에서는, 취성 재료층(1)의 양측에 가공 홈(24a, 24b)가 형성되기 때문에 가공 홈(24a, 24b) 중 어느 한쪽의 가공 홈 측으로부터 취성 재료층(1)에 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진한 레이저 광(L2)을 조사하여 가공흔(11)을 형성하게 된다. 따라서, 예컨대 가공 홈(24a) 측으로부터 레이저 광(L2)을 조사하는 경우에는, 가공 홈(24a)을 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 수지층(2a)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 가공 홈(24b) 측으로부터 레이저 광(L2)을 조사하는 경우도 마찬가지로, 가공 홈(24b)을 취성 재료 제거 공정 전에 클리닝함으로써, 수지층(2b)을 형성하는 수지의 잔사를 제거하는 클리닝 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 5(d)에 나타내는 예의 가공흔(11)은 수지층(2a) 측에서 개구되고, 또한 취성 재료층(1)을 비관통한다. 단, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 수지층(2b) 측에서 개구되고, 또한, 취성 재료층(1)을 비관통하는 가공흔을 형성하는 것도 가능하다.
[복합재 분단 공정]
복합재 분단 공정에서는, 제1 실시형태와 마찬가지로, 취성 재료 제거 공정 후 분단 예정선(DL)을 따라 외력을 가함으로써, 복합재(10A)를 분단한다. 산 형상으로 접음으로써 복합재(10A)를 분단하는 경우, 도 5(d)에 나타내는 예에서는, 가공흔(11)이 형성된 취성 재료층(1)의 수지층(2a) 측을 기점으로하여 분단되도록, 수지층(2a) 측이 볼록하게 되도록(취성 재료층(1) 측이 오목하게 되도록) 외력을 가하는 것이 바람직하다.
제3 실시형태에 따른 분단 방법에 의해서도, 분단 후의 취성 재료층(1)의 단면의 크랙이나, 분단 후의 수지층(2a, 2b)의 단면의 심각한 열 열화를 생기게 하지 않고, 복합재(10A)를 분단 가능하며, 또한 분단 후의 복합재 편에 충분한 굽힘 강도가 얻어진다.
이하, 제1 실시형태에 따른 분단 방법(실시예 1~3) 및 비교예에 따른 분단 방 법을 이용하여 복합재(10)를 분단하는 시험을 행한 결과의 일례에 대하여 설명한다. 또한, 참고예로서, 복합재(10)가 아닌, 취성 재료층(1)만을 이용하여, 제1 실시형태에 따른 분단 방법과 마찬가지의 취성 재료 제거 공정으로 가공흔(11)을 형성하고, 취성 재료층(1)을 분단하는 시험을 행한 결과의 일례에 대해서도 설명한다.
<실시예 1>
도 6은 실시예 1에 따른 시험의 개요를 모식적으로 설명하는 도이다. 이하, 도 1 및 도 6을 적절히 참조하면서, 실시예 1에 따른 시험의 개요 및 결과에 대하여 설명한다.
실시예 1에서 이용한 복합재(10)는, 취성 재료층(1)이 무알칼리 유리로 형성되고, 두께가 100㎛이다. 또한, 수지층(2)이 편광 필름(폴리비닐알코올로 형성)(21), 점착제(22) 및 박리 라이너(23)로 형성되고, 편광 필름(21)과 점착제(22)의 총 두께가 80㎛로, 박리 라이너(23)의 두께가 40㎛이다(수지층(2)의 총 두께는 120㎛). 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 복합재(10)는 면내(XY 2차원 평면내) 치수가 150mm×150mm인 정방형상이다. 도 6(a)에 파선으로 나타내는 직선은 분단 예정선이다.
실시예 1에서는, 수지 제거 공정에서 CO2 레이저 광원(20)으로서, 코히런트사 제조 'E-400i'(발진 파장 9.4㎛, 펄스 발진의 반복 주파수 25kHz, 레이저 광(L1)의 파워 18W, 가우시안 빔)를 이용하고, CO2 레이저 광원(20)으로부터 발진한 레이저 광(L1)을 집광 렌즈를 이용하여 스폿 직경 120㎛로 집광하며, 복합재(10)의 수지층(2)에 조사하였다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L1)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 400mm/sec로 하고, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 면내 치수가 110mm×60mm의 복합재 편(10c)을 분단할 수 있도록, 분단 예정선을 따라 레이저 광(L1)을 주사하였더니, 홈 폭 150㎛의 가공 홈(24)(도 1 참조)이 형성되었다.
또한, 실시예 1의 수지 제거 공정에서, 전술한 식 (2)에 의해 추정할 수 있는 투입 에너지는 60mJ/mm이다. 이에 대하여, 실제의 투입 에너지는 전술한 식 (1)에 의해, 45mJ/mm이고, 추정한 투입 에너지의 75%이다.
이어서, 취성 재료 제거 공정에서, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로서, 코히런트사 제조 'Monaco 1035-80-60'(발진 파장 1035nm, 레이저 광(L2)의 펄스 폭 350~10000 펨토초, 펄스 발진의 반복 주파수 최대 50MHz, 평균 파워 60W)를 이용하고, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 소정의 출력으로 발진한 레이저 광(L2)을 멀티 초점 광학계를 개재하여, 가공 홈(24)과 반대 측(취성 재료층(1) 측)으로부터 복합재(10)의 취성 재료층(1)에 조사하였다. 복합재(10)에 대한 레이저 광(L2)의 상대적인 이동 속도(가공 속도)를 1200mm/sec, 반복 주파수를 1MHz로 하고, 분단 예정선을 따라 레이저 광(L2)을 주사하였더니, 가공흔(11)으로서 피치가 1.2㎛인 점선 형상이며 깊이(평균값)가 80㎛인 가공흔(직경 1㎛ 정도)이 형성되었다.
마지막으로, 복합재 분단 공정에서, 분단 예정선을 따라 수동으로 복합재(10)를 산 형상으로 접음으로써, 복합재 편(10c)을 분단하였다.
이상에 설명한 실시예 1에 의해 얻어진 복합재 편(10c)의 단면의 품질을 광학 현미경으로 관찰·평가한 결과, 4개의 단면 모두에서, 취성 재료층(1)에 크랙은 생기지 않았다. 또한, 수지층(2)의 열 열화에 따른 변색 영역은 단면으로부터 내측으로 100㎛ 이하이고, 심각한 열 열화가 생기지 않았다.
또한, 복합재 편(10c)의 하나의 단면에서의 2개소(도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 한쪽은 X방향 일단 측의 측정 개소(P1), 다른 쪽은 X방향 타단 측의 측정 개소(P2)의 표면 조도를 측정하였더니, 가공흔(11)이 형성된 부위에 상당하는 제1 부위의 산술 평균 높이(Sa)는, 측정 개소(P1)에 대해서는 31nm이고, 측정 개소(P2)에 대해서는 34nm이었다. 또한, 가공흔(11)이 형성되어 있지 않은 부위에 상당하는 제2 부위의 산술 평균 높이(Sa)는, 측정 개소(P1) 및 (P2)의 쌍방에 대하여 0㎚이었다.
또한, 산술 평균 높이(Sa)는, ISO 25178에 규정되어 있는 '비접촉식(광 프로브)'의 평가 방법에 준하여 측정하였다. 구체적으로는, 올림푸스사 제조 3D 측정 레이저 현미경 'LEXT OLS5000'을 이용하여, 단면의 면내 분해능을 100nm로 설정하고, 단면에 수직인 높이 분해능을 12nm로 설정하여, 각 측정 개소(P1, P2)의 면내 130㎛×100㎛의 영역에 대하여 산술 평균 높이(Sa)를 측정하였다. 후술하는 실시예 2, 3에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 복합재 편(10c)에 2점 굽힘 시험을 행하였다. 2점 굽힘 시험에서는, 우선 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고정부(40), 가동부(50a, 50b)를 구비하는 1축 스테이지의 고정부(40)에 복합재 편(10c)을 재치하고, 가동부(50a, 50b)의 사이에 복합재 편(10c)을 끼워 넣었다. 이때, 후술하는 바와 같이, 가동부(50b)를 이동시킴으로써, 복합재 편(10c)의 취성 재료층 측이 볼록하게 되어 굽혀지도록(즉, 취성 재료층(1) 측이 상측이 되도록), 고정부(40)에 복합재 편(10c)을 재치하였다. 이어서, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 가동부(50a)의 위치를 고정하는 한편, 가동부(50b)를 20mm/min의 속도로 가동부(50a)를 향하여 이동시키고, 복합재 편(10c)에 굽힘 응력을 작용시켰다. 그리고, 복합재 편(10c)이 파괴된 때의 가동부(50a)와 가동부(50b)의 간격(D)의 값에 의해, 복합재 편(10c)의 굽힘 강도를 평가하였다.
구체적으로는, 비특허문헌 2에 기재되어 있는 식 (3)(이하의 식 (3)과 동일)에 상기의 간격 D를 대입하여, 최대 응력(σmax)을 산출하고, 이것을 굽힘 강도로서 평가하였다.
상기의 식 (3)에서, E는 복합재 편(10c)의 영률을, t는 복합재 편(10c)의 두께를, ψ는 복합재 편(10c)의 단의 접선과 선직 방향(Z방향)이 이루는 각도를 의미한다.
복합재 편(10c)의 영률(E)로서는, 취성 재료층(1)의 영률인 70GPa를 이용하였다. 수지층(2)의 영률은 취성 재료층(1)의 영률에 비하여 충분히 작기 때문에, 복합재 편(10c)의 영률(E)로서는 취성 재료층(1)의 영률이 지배적이 되기 때문이다.
또한, 각도 ψ는 2점 굽힘 시험을 실행 중에 도 6의 (c)에 나타내는 Y방향으로부터, 복합재 편(10c)의 일단이 시야 내에 위치되도록 복합재 편(10c)을 촬상하여, 복합재 편(10c)이 파괴되기 직전의 촬상 화상에 기초하여 산출하였다.
여기에서, 참고예로서, 취성 재료층(1)만을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지의 조건 하에서, 취성 재료 제거 공정으로 가공흔(11)을 형성하고, 취성 재료층(1)을 분단하는 시험을 행하였다. 그리고, 분단 후의 취성 재료층(1)(취성 재료층 편)에 도 6에 나타내는 것과 마찬가지의 2점 굽힘 시험을 행하고, 전술의 식 (3)을 이용하여, 그의 굽힘 강도(최대 응력(σmax))를 평가하였다. 취성 재료층(1)의 영률(E)은 70GPa로 하였다.
참고예에서는, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진하는 레이저 광(L2)의 초점과 취성 재료층(1)의 위치 관계를 조정함으로써, 가공흔(11)의 깊이를 조정하고, 가공흔(11)의 깊이(평균값)가 취성 재료층(1)의 두께의 40%, 60%, 70%, 80%인 4종류의 취성 재료층(1)을 각각 10매 제작하여, 분단 후의 취성 재료층 편의 종류마다 굽힘 강도를 평가하였다.
도 7은 참고예에 따른 취성 재료층 편의 굽힘 강도의 평가 결과를 나타내는 도이다. 도 7의 (a)는 가공흔(11)의 깊이의 비율(취성 재료층(1)의 두께에 대한 비율)과 취성 재료층 편의 굽힘 강도의 관계를 나타내는 도이다. 도 7의 (a)에서 '○'로 플롯한 데이터는, 10매의 평균값이며, '○'으로부터 상하로 연장되는 세로선은 측정값의 편차를 나타낸다. 도 7의 (b)는, 가공흔(11)의 깊이의 비율(제1 부위(12)의 두께의 비율)이 40%인 취성 재료층 편의 단면의 광학 현미경에 의한 관찰상을 모식적으로 나타낸다. 도 7의 (c)는 가공흔(11)의 깊이의 비율(제1 부위(12)의 두께의 비율)이 60%인 취성 재료층 편의 단면의 광학 현미경에 의한 관찰상을 모식적으로 나타낸다. 도 7의 (d)는, 가공흔(11)의 깊이의 비율(제1 부위(12)의 두께의 비율)이 70%인 취성 재료층 편의 단면의 광학 현미경에 의한 관찰상을 모식적으로 나타낸다. 도 7의 (e)는 가공흔(11)의 깊이의 비율(제1 부위(12)의 두께의 비율)이 80%인 취성 재료층 편의 단면의 광학 현미경에 의한 관찰상을 모식적으로 나타낸다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 가공흔(11)의 깊이의 비율이 90% 이하인 경우(도 7에 나타내는 예에서는, 가공흔(11)의 깊이의 비율이 40~80%)에는, 분단 후의 취성 재료층 편의 굽힘 강도의 평균값은 200MPa 이상이며, 큰 굽힘 강도를 얻을 수 있었다. 그리고, 가공흔(11)의 깊이의 비율이 작을수록(가공흔(11)의 깊이가 작을수록), 분단 후의 취성 재료층 편에 큰 굽힘 강도를 얻을 수 있었다. 특히, 가공흔(11)의 깊이의 비율이 65% 이하(도 7에 나타내는 예에서는, 가공흔(11)의 깊이의 비율이 60% 이하)가 되면, 분단 후의 취성 재료층 편의 굽힘 강도의 평균값은 300MPa 이상, 나아가 400MPa 이상이고, 충분히 큰 굽힘 강도를 얻을 수 있었다. 도 7에 나타내는 결과는 취성 재료층 편의 굽힘 강도이지만, 실시예 1의 복합재 편(10c)에 대해서도 마찬가지의 결과가 얻어지는 것을 기대할 수 있다.
<비교예>
취성 재료 제거 공정으로 취성 재료층(1)을 관통하는 가공흔(즉, 가공흔의 깊이의 비율이 100%)을 형성한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건에서 시험하고, 복합재 편을 분단하였다. 이 복합재 편의 단면의 품질을 광학 현미경으로 관찰·평가한 결과, 실시예 1과 마찬가지로, 4개의 단면 모두에서 취성 재료층(1)에 크랙은 생기지 않았다. 또한, 수지층(2)의 열 열화에 수반하는 변색 영역은, 단면으로부터 내측으로 100㎛ 이하이고, 심각한 열 열화가 생기지 않았다.
그러나, 비교예의 복합재 편에 2점 굽힘 시험을 행하였더니, 복합재 편의 굽힘 강도는 실시예 1의 복합재 편(10c)의 굽힘 강도보다도 작아졌다.
도 8은 실시예 1에 따른 복합재 편(10c) 및 비교예에 따른 복합재 편의 굽힘 강도의 평가 결과를 나타내는 도이다. 도 8의 (a)는 가공흔(11)의 깊이의 비율(취성 재료층(1)의 두께에 대한 비율)과 복합재 편의 굽힘 강도의 관계를 나타내는 도이다. 도 8의 (a)에서 '○'으로 플롯한 데이터는, 실시예 1에 대해서는 8매의 평균값이고, 비교예에 대해서는 10매의 평균값이다. '○'로부터 상하로 연장되는 세로선은 측정값의 편차를 나타낸다. 도 8의 (b)는, 가공흔(11)의 깊이의 비율(제1 부위(12)의 두께의 비율)이 80%인 실시예 1에 따른 복합재 편(10c)의 단면의 광학 현미경에 의한 관찰상을 모식적으로 나타낸다. 도 8의 (c)는, 가공흔(11)의 깊이의 비율(제1 부위(12)의 두께의 비율)이 100%인 비교예에 따른 복합재 편의 단면의 광학 현미경에 의한 관찰상을 모식적으로 나타낸다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 가공흔(11)이 비관통인 실시예 1의 경우, 가공흔(11)이 취성 재료층(1)을 관통하고 있는 비교예에 비하여, 분단 후의 복합재 편에 평균값으로 200MPa 이상, 나아가 250MPa 이상의 큰 굽힘 강도를 얻을 수 있었다.
<실시예 2>
취성 재료 제거 공정의 조건으로서, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진하는 레이저 광(L2)의 출력을 실시예 1보다도 높게 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건으로 시험하여, 복합재 편을 분단하였다.
실시예 2에 의해 얻어진 복합재 편의 하나의 단면에서의 2개소(실시예 1과 마찬가지의 측정 개소(P1, P2))의 표면 조도를 측정하였더니, 가공흔(11)이 형성된 부위에 상당하는 제1 부위의 산술 평균 높이(Sa)는, 2개소 중 작은 쪽이 103nm이고, 가공흔(11)이 형성되어 있지 않은 부위에 상당하는 제2 부위의 산술 평균 높이(Sa)는, 2개소 모두 0nm이었다.
<실시예 3>
취성 재료 제거 공정의 조건으로서, 초단 펄스 레이저 광원(30)으로부터 발진하는 레이저 광(L2)의 출력을 실시예 2보다도 더 높게 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조건에서 시험하고, 복합재 편을 분단하였다.
실시예 3에 의해 얻어진 복합재 편의 하나의 단면에서의 2개소(실시예 1과 마찬가지의 측정 개소(P1, P2))의 표면 조도를 측정하였더니, 가공흔(11)이 형성된 부위에 상당하는 제1 부위의 산술 평균 높이(Sa)는, 2개소 중 작은 쪽이 222nm이며, 가공흔(11)이 형성되어 있지 않은 부위에 상당하는 제2 부위의 산술 평균 높이(Sa)는, 2개소 모두 0nm이었다.
1: 취성 재료층
2: 수지층
10: 복합재
11: 가공흔
12: 제1 부위
13: 제2 부위
20: 레이저 광원(CO2 레이저 광원)
24: 가공 홈
30: 초단 펄스 레이저 광원
DL: 분단 예정선
L1: 레이저 광
L2: 레이저 광
2: 수지층
10: 복합재
11: 가공흔
12: 제1 부위
13: 제2 부위
20: 레이저 광원(CO2 레이저 광원)
24: 가공 홈
30: 초단 펄스 레이저 광원
DL: 분단 예정선
L1: 레이저 광
L2: 레이저 광
Claims (12)
- 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재를 분단하는 방법으로서,
레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 복합재의 분단 예정선을 따라 상기 수지층에 조사하여 상기 수지층을 형성하는 수지를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따른 가공 홈(加工溝)을 형성하는 수지 제거 공정과,
상기 수지 제거 공정 후, 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광을 상기 분단 예정선을 따라 상기 취성 재료층에 조사하여 상기 취성 재료층을 형성하는 취성 재료를 제거함으로써, 상기 분단 예정선을 따른 가공흔(加工痕)을 형성하는 취성 재료 제거 공정을 포함하고,
상기 취성 재료 제거 공정으로 형성하는 상기 가공흔은, 상기 수지층 측에서 개구되며, 또한, 상기 취성 재료층을 비관통하는,
복합재의 분단 방법. - 제1항에 있어서,
상기 취성 재료 제거 공정에서, 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 파워, 및 상기 초단 펄스 레이저 광원으로부터 발진한 레이저 광의 초점과 상기 취성 재료층의 위치 관계를 조정함으로써, 상기 가공흔의 깊이를 조정하는, 복합재의 분단 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가공흔의 깊이가, 상기 취성 재료층의 두께의 90% 이하인, 복합재의 분단 방법. - 제3항에 있어서,
상기 가공흔의 깊이가, 상기 취성 재료층의 두께의 65% 이하인, 복합재의 분단 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취성 재료 제거 공정 후, 상기 분단 예정선을 따라 외력을 가함으로써, 상기 복합재를 분단하는 복합재 분단 공정을 더 포함하는, 복합재의 분단 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취성 재료층의 두께가, 5㎛ 이상 200㎛ 이하인, 복합재의 분단 방법. - 취성 재료층과 수지층이 적층된 복합재로서,
상기 취성 재료층의 적어도 하나의 단면에서의 상기 수지층 측의 제1 부위의 표면 조도가, 상기 취성 재료층의 상기 하나의 단면에서의 상기 수지층과 반대 측의 제2 부위의 표면 조도보다도 큰, 복합재. - 제7항에 있어서,
상기 제1 부위의 표면 조도가 산출 평균 높이(Sa)에서 300nm 미만이고,
상기 제2 부위의 표면 조도가 산출 평균 높이(Sa)에서 12nm 미만인,
복합재. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제1 부위의 두께가 상기 취성 재료층의 두께의 90% 이하인, 복합재. - 제9항에 있어서,
상기 제1 부위의 두께가, 상기 취성 재료층의 두께의 65% 이하인, 복합재. - 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취성 재료층의 두께가 5㎛ 이상 200㎛ 이하인, 복합재. - 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 취성 재료층 측이 볼록하게 되도록 굽혔을 때의 상기 복합재의 굽힘 강도가 200MPa 이상인, 복합재.
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