TW201936309A - 複合材之斷開方法 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種可在不產生斷開後的脆性材料層的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開之方法。
[解決手段]本發明是將積層有脆性材料層及樹脂層的複合材斷開之方法，並包含以下步驟：樹脂去除步驟，沿著複合材的斷開預定線對樹脂層照射從CO2 雷射光源所振盪產生的雷射光，來形成沿著斷開預定線的加工溝；脆性材料去除步驟，在樹脂去除步驟之後，沿著斷開預定線對脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來形成沿著斷開預定線的加工痕跡；及複合材斷開步驟，藉由在脆性材料去除步驟之後，沿著斷開預定線施加外力，而將複合材斷開。其特徵在於：在脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡，是沿著斷開預定線之縫線狀的貫通孔，且該貫通孔的間距為10μm以下。

Description

複合材之斷開方法
發明領域
本發明是有關於一種將積層有脆性材料層及樹脂層的複合材斷開之方法。本發明特別是有關於一種可在不產生斷開後的脆性材料層的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開之方法。
發明背景
在大多數的情況下，使用於電視或個人電腦的圖像顯示裝置的最正面側都會配置有用於保護圖像顯示裝置的保護材。作為保護材，代表性的是使用玻璃板。
然而，伴隨著圖像顯示裝置的小型化、薄型化、輕量化，對於如在智慧型手機、智慧型手錶、車用顯示器等所使用之圖像顯示裝置一般，兼具保護功能及光學功能之薄型的保護材的需求不斷提高。作為這樣的保護材，可列舉例如積層有脆性材料層及樹脂層的複合材，前述脆性材料層是發揮保護功能的玻璃等，前述樹脂層是發揮光學功能的偏光薄膜等。此複合材必須因應於用途之規定形狀、規定尺寸而斷開。
一直以來，作為將玻璃等的脆性材料斷開的方法，已知有水刀(water jet)加工、雷射加工、端銑刀加工、模切加工等。為了改善斷開後的脆性材料的端面的品質，這些斷開方法必須進行端面的研磨處理、洗淨處理及乾燥處理(這些處理稱為後處理)，分步成本(process cost)較高。又，在將這些斷開方法適用在積層有脆性材料層及樹脂層的複合材的情況下，會因在研磨處理中樹脂層剝落、或者在洗淨處理中將樹脂層浸在洗淨液而有導致品質降低之虞。
另一方面，已知有藉由對玻璃等的脆性材料照射從與前述之一般的雷射加工所使用的雷射光源相異之超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光(超短脈衝雷射光)，來對脆性材料進行精密加工的技術(參照例如專利文獻1)。使用了如記載於專利文獻1之超短脈衝雷射光的加工技術，因為具有生產性優異，且加工後的端面在沒有產生裂隙之情形下品質也很優異，所以為可能依據品質要求等級而變得毋須進行端面的研磨處理等的後處理之劃時代的技術。
使用了超短脈衝雷射光的加工技術對玻璃等的脆性材料單體是有效的。然而，因為使用在將積層有脆性材料層及樹脂層的複合材一併斷開，會導致斷開後的端面的品質降低，因而是困難的。例如，即使從複合材的脆性材料層側照射超短脈衝雷射光，仍會因在形成脆性材料層之脆性材料的去除上未被消耗而穿透的超短脈衝雷射光而導致樹脂層的端面熱劣化。
再者，於非專利文獻1記載有：在使用超短脈衝雷射光的加工技術中，利用超短脈衝雷射光的絲化(filamentation)現象之作法、或者將多焦點光學系統或貝索(Bessel)光束光學系統適用於超短脈衝雷射光源之作法。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1 ：日本專利特許第6239461號公報
非專利文獻
非專利文獻1：John Lopez等，“GLASS CUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS(使用了超短脈衝貝索光束之玻璃裁切)”，[線上(online)]，2015年10月，雷射與光電應用國際研討會(International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics， ICALEO)，[平成29年(西元2017年)12月20日檢索]、網址(URL:https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS)
發明概要
發明欲解決之課題
本發明是為了解決如上述之以往技術的問題點而作成的發明，其課題在於提供一種可在不產生斷開後的脆性材料層的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開之方法。
用以解決課題之手段
為了解決前述課題，本發明之發明人專心致志探討的結果，發現到下述情形而完成了本發明：若對樹脂層照射從在一般的雷射加工中使用的雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成樹脂層的樹脂去除之後，對脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成脆性材料層的脆性材料去除的話，可在不產生斷開後的脆性材料層的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開。
也就是，為了解決前述課題，本發明提供一種複合材之斷開方法來作為第1方法，其為將積層有脆性材料層與樹脂層的複合材斷開之方法，前述複合材之斷開方法的特徵在於：
包含以下步驟：
樹脂去除步驟，藉由沿著前述複合材的斷開預定線對前述樹脂層照射從雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述樹脂層的樹脂去除，以形成沿著前述斷開預定線的加工溝；
脆性材料去除步驟，藉由在前述樹脂去除步驟之後，沿著前述斷開預定線對前述脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述脆性材料層的脆性材料去除，以形成沿著前述斷開預定線的加工痕跡；及
複合材斷開步驟，藉由在前述脆性材料去除步驟之後，沿著前述斷開預定線施加外力，而將前述複合材斷開，
在前述脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡，是沿著前述斷開預定線之縫線狀的貫通孔，且該貫通孔的間距為10μm以下。
根據本發明之第1方法，藉由在樹脂去除步驟中將形成樹脂層的樹脂去除，而形成沿著斷開預定線的加工溝後，藉由在脆性材料去除步驟中，將形成脆性材料層的脆性材料去除，而形成沿著相同的斷開預定線的加工痕跡。因為在脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡是沿著斷開預定線之縫線狀的貫通孔，且該貫通孔的間距小至10μm以下，所以可藉由在複合材斷開步驟中，沿著斷開預定線施加外力，而比較容易地將複合材斷開。
根據本發明之第1方法，因為在脆性材料去除步驟中，對脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成脆性材料層的脆性材料去除，所以不會在斷開後的脆性材料層的端面產生裂隙。又，根據本發明之第1方法，因為是在脆性材料去除步驟之前，於樹脂去除步驟中， 對樹脂層照射從雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成樹脂層的樹脂去除，所以不會在斷開後的樹脂層的端面產生嚴重的熱劣化。也就是，根據本發明之第1方法，可在不產生斷開後的脆性材料層的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開。
再者，在本發明之第1方法中，｢沿著前述複合材的斷開預定線對前述樹脂層照射雷射光｣意指：從複合材的厚度方向(脆性材料層與樹脂層的積層方向)來觀看，沿著斷開預定線對樹脂層照射雷射光。又，在本發明之第1方法中，｢沿著前述斷開預定線對前述脆性材料層照射雷射光｣意指：從複合材的厚度方向(脆性材料層與樹脂層的積層方向)來觀看，沿著斷開預定線對脆性材料層照射雷射光。關於後述之本發明的第2方法，也是同樣。
又，在本發明之第1方法中，在樹脂去除步驟中所使用之雷射光源的種類，只要是可以用所振盪產生的雷射光將形成樹脂層的樹脂去除的種類即可，並非特別限定之種類。但是，在可將雷射光相對於複合材的相對移動速度(加工速度)提高之點上來看，宜使用振盪產生紅外區的波長的雷射光的CO2 雷射光源或CO雷射光源。關於後述之本發明的第2方法，也是同樣。
在本發明的第1方法中，因為在脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡是縫線狀的貫通孔，所以要將複合材斷開，必須在脆性材料去除步驟之後，進行沿著斷開預定線施加外力的複合材斷開步驟。
然而，在脆性材料去除步驟中，若將從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光對脆性材料層之沿著斷開預定線的相對的移動速度設定得較小、或者將超短脈衝雷射光源的脈衝振盪的重複頻率設定得較大，即可形成沿著斷開預定線一體相連的貫通孔(長孔)來作為加工痕跡。因此，變得在去除脆性材料之後即使不施加沿著斷開預定線的外力，也可將複合材斷開。
也就是，為了解決前述課題，本發明也提供一種複合材之斷開方法來作為第2方法，其為將積層有脆性材料層與樹脂層的複合材斷開之方法，前述複合材之斷開方法的特徵在於包含以下步驟：
樹脂去除步驟，藉由沿著前述複合材的斷開預定線對前述樹脂層照射從雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述樹脂層的樹脂去除，以形成沿著前述斷開預定線的加工溝；及
脆性材料去除步驟，藉由在前述樹脂去除步驟之後，沿著前述斷開預定線對前述脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述脆性材料層的脆性材料去除，而將前述複合材斷開。
即使是藉由本發明之第2方法，也可在不產生斷開後的脆性材料層的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開。
在本發明之第1及第2方法中，有下述情況：在樹脂去除步驟中將形成樹脂層的樹脂去除而形成之加工溝的底部會產生樹脂的殘渣。在此情況下，於脆性材料去除步驟中，當從加工溝側對脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光時，會有下述疑慮：雷射光會受到樹脂的殘渣的影響，而無法在脆性材料層形成用來斷開之適當的加工痕跡。另一方面，在過度提高從雷射光源所振盪產生的雷射光的功率，而欲確實地將樹脂去除來形成加工溝的情況下，要避免脆性材料層的損壞並不容易。對於受到損壞而變形的脆性材料層，即使從加工溝側照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，恐怕還是有無法形成適當的加工痕跡之疑慮。
如上述，要避免無法在脆性材料層形成適當的加工痕跡之疑慮，宜在本發明之第1及第2方法的前述脆性材料層去除步驟中，從與前述樹脂層去除步驟中所形成的前述加工溝相反的相反側，對前述脆性材料層照射從前述超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光。
根據上述之較佳的方法，因為是從與加工溝相反的相反側照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，所以即使在加工溝的底部產生有樹脂的殘渣，也可在不受到殘渣的影響的情形下，在脆性材料層形成適當的加工痕跡。
或者，要避免無法在脆性材料層形成適當的加工痕跡之疑慮，宜在本發明之第1及第2方法中，更包含清洗步驟，前述清洗步驟是藉由在前述脆性材料去除步驟之前對在前述樹脂去除步驟所形成的前述加工溝進行清洗，而將形成前述樹脂層之樹脂的殘渣去除，且在前述脆性材料去除步驟中，從前述加工溝側對前述脆性材料層照射從前述超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光。
根據上述之較佳的方法，因為是在清洗步驟中，將形成樹脂層之樹脂的殘渣去除，所以在脆性材料去除步驟中，即使從加工側對脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，雷射光也不會受到樹脂的殘渣的影響，而可在脆性材料層形成適當的加工痕跡。
較佳的是，在本發明之第1及第2方法中，是在前述脆性材料去除步驟中，藉由利用從前述超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光的絲化現象、或將多焦點光學系統或貝索光束光學系統適用於前述超短脈衝雷射光源，而將形成前述脆性材料層的脆性材料去除。
根據上述之較佳的方法，可在脆性材料層形成尺寸精度良好的加工痕跡。
在本發明之第1及第2方法中，可以例示偏光薄膜等的光學薄膜來作為前述樹脂層。
發明效果
根據本發明，可在不產生斷開後的脆性材料層的端面的裂隙、或斷開後的樹脂層的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材斷開。
用以實施發明之形態
＜第1實施形態＞
以下，適當參照附加圖式，並且說明本發明之第1實施形態的複合材之斷開方法。
圖1及圖2是示意地說明本發明之第1實施形態的複合材之斷開方法的順序的說明圖。圖1(a)是顯示第1實施形態之斷開方法的樹脂去除步驟的截面圖，圖1(b)是顯示第1實施形態之斷開方法的脆性材料去除步驟的截面圖，圖1(c)是顯示第1實施形態之斷開方法的複合材斷開步驟的截面圖。圖2(a)是顯示第1實施形態之斷開方法的脆性材料去除步驟的平面圖，圖2(b)是顯示第1實施形態之斷開方法的脆性材料去除步驟的立體圖。再者，在圖2中，是省略超短脈衝雷射光源30的圖示。
第1實施形態的斷開方法是將積層有脆性材料層1及樹脂層2的複合材10朝厚度方向(脆性材料層1及樹脂層2的積層方向、圖1的上下方向、Z方向)斷開之方法。
脆性材料層1及樹脂層2是藉由任意之適當的方法所積層。脆性材料層1及樹脂層2是可由例如所謂的捲對捲(roll to roll)方式來積層。也就是，可藉由一邊將長條的脆性材料層1及長條的樹脂層2朝長邊方向搬送，一邊將彼此的長邊方向設成對齊來互相貼合，而積層脆性材料層1與樹脂層2。又，亦可將脆性材料層1及樹脂層2於分別裁切成規定形狀後進行積層。代表性的是，將脆性材料層1及樹脂層2隔著任意之適當的黏著劑或接著劑(圖未示)來積層。
作為形成脆性材料層1的脆性材料，可以例示玻璃、以及單晶或多晶矽。
作為玻璃，根據由組成所進行的分類，可以例示鈉鈣玻璃、硼玻璃、鋁矽酸鹽玻璃、石英玻璃以及藍寶石玻璃。又，根據由鹼性成分所進行的分類，可以例示無鹼玻璃、低鹼玻璃。玻璃的鹼金屬成分(例如Na2 O、K2 O、Li2 O)的含有量宜為15重量%以下，較佳為10重量%以下。
脆性材料層1的厚度宜為200μm以下，較佳的是150μm以下，更佳的是120μm以下，特佳的是100μm以下。另一方面，脆性材料層1的厚度宜為5μm以上，較佳為20μm以上。只要脆性材料層1的厚度在這樣的範圍，即變得可進行由捲對捲所進行之與樹脂層2的積層。
在形成脆性材料層1的脆性材料為玻璃的情況下，脆性材料層1之波長550nm中的光穿透率宜為85%以上。在形成脆性材料層1的脆性材料為玻璃的情況下，脆性材料層1之波長550nm中的折射率宜為1.4~1.65。在形成脆性材料層1的脆性材料為玻璃的情況下，脆性材料層1的密度宜為2.3g/cm3 ~3.0g/cm3 ，更佳為2.3g/cm3 ~2.7g/cm3 。
在形成脆性材料層1的脆性材料為玻璃的情況下，可直接使用市售的玻璃板作為脆性材料層1，亦可將市售的玻璃板研磨成所期望的厚度來使用。作為市售的玻璃板，可列舉例如康寧公司(Corning Incorporated )製｢7059｣、｢1737｣或｢EAGLE2000｣、旭硝子公司製｢AN100｣、NH TECHNO GLASS公司製｢NA-35｣、日本電氣硝子公司製｢OA-10｣、SCHOTT公司製｢D263｣或｢AF45｣。
作為樹脂層2，可以例示以下述的塑膠材料所形成的單層薄膜、或者由複數層所構成的積層薄膜：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的丙烯酸樹脂、環狀烯烴聚合物(COP) 、環狀烯烴共聚物(COC)、聚碳酸酯(PC) 、胺甲酸乙酯樹脂、聚乙烯醇(PVA)、聚醯亞胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、三醋酸纖維素(TAC)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚醯胺(PA) 、聚矽氧樹脂、環氧樹脂、液晶聚合物、各種樹脂製發泡體等。
在樹脂層2為由複數層所構成的積層薄膜的情況下，亦可讓丙烯酸黏著劑、胺甲酸乙酯黏著劑、聚矽氧黏著劑等的各種黏著劑或接著劑介在於層間。
又，亦可在樹脂層2的表面形成有氧化銦錫(ITO)、銀、金、銅等之導電性的無機膜。
第1實施形態的斷開方法在樹脂層2為使用在顯示器的偏光薄膜或相位差薄膜等的各種光學薄膜的情況下特別適合被使用。
樹脂層2的厚度宜為20~500μm。
再者，在圖1所示之例子中，所圖示的是樹脂層2為隔著黏著劑22而積層有偏光薄膜21及剝離襯材23的積層薄膜的例子。
第1實施形態的斷開方法包含有樹脂去除步驟、脆性材料去除步驟以及複合材斷開步驟。以下，將針對各步驟依序地進行說明。
[樹脂去除步驟]
如圖1(a)所示，在樹脂去除步驟中，是藉由沿著複合材10的斷開預定線對樹脂層2照射從雷射光源20所振盪產生的雷射光L1，來將形成樹脂層2的樹脂去除，以形成沿著斷開預定線的加工溝24。
在圖1及圖2所示之例子中，所圖示的是複合材10的面內(XY二維平面內)之正交的兩方向(X方向及Y方向)之中，朝Y方向延伸的直線DL為斷開預定線的情況。斷開預定線DL亦可為作為可以在視覺上辨識之顯示而實際地描繪在複合材10上，且亦可在控制雷射光L1與複合材10之XY二維平面上的相對位置關係的控制裝置(圖未示)上預先輸入其座標。圖1及圖2所示的斷開預定線DL是預先將其座標輸入控制裝置，而實際上並未描繪在複合材10的假想線。再者，斷開預定線DL並非限定於直線的構成，亦可是曲線。藉由因應於複合材10的用途而決定斷開預定線DL，可將複合材10斷開成因應於用途的任意的形狀。
在第1實施形態中，作為雷射光源20，是使用振盪產生的雷射光L1的波長為紅外區的9~11μm的CO2 雷射光源。
然而，本發明並非限於此構成的發明，也可使用振盪產生的雷射光L1的波長為5μm的CO雷射光源來作為雷射光源20。
又，也可使用振盪產生可見光及/或紫外線(UV)的脈衝雷射光源來作為雷射光源20。作為振盪產生可見光及/或UV的脈衝雷射光源，可以例示：振盪產生的雷射光L1的波長為532nm、355nm、349nm或266nm(以Nd：YAG、Nd：YLF或YVO4作為介質的固體雷射光源的高次諧波)的雷射光源、振盪產生的雷射光L1的波長為351nm、248nm、222nm、193nm或157nm的準分子雷射光源、振盪產生的雷射光L1的波長為157nm的F2雷射光源。
又，也可使用振盪產生的雷射光L1的波長為紫外區以外，而且脈衝寬度為飛秒或皮秒等級(order)的脈衝雷射光源來作為雷射光源20。只要使用從此脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光L1，即可誘發基於多分子吸收過程的燒蝕加工。
此外，也可使用振盪產生的雷射光L1的波長為紅外區的半導體雷射光源或者光纖雷射光源來作為雷射光源20。
如前述，在本實施形態中，因為是使用CO2 雷射光源來作為雷射光源20，所以以下將雷射光源20稱為「CO2 雷射光源20」。
作為沿著複合材10的斷開預定線照射雷射光L1的態樣(掃描雷射光L1的態樣)，可考慮例如：藉由將單片狀的複合材10載置並固定(例如吸附固定)於XY二軸載台(圖未示)，且藉由來自控制裝置的控制訊號來驅動XY二軸載台，而變更複合材10相對於雷射光L1之在XY二維平面上的相對的位置。又，也可考慮：藉由固定複合材10的位置，並使用藉由來自控制裝置的控制訊號所驅動的檢流計鏡(galvanometer mirror)或者多面鏡，來使從CO2 雷射光源20振盪產生的雷射光L1偏向，而變更照射在複合材10的雷射光L1之在XY二維平面上的位置。更進一步，也可併用使用了上述之XY二軸載台的複合材10的掃描、與使用了檢流計鏡等之雷射光L1的掃描之雙方。
CO2 雷射光源20的振盪形態可為脈衝振盪、亦可為連續振盪。雷射光L1的空間強度分布可為高斯分布，亦可為了抑制脆性材料層1中的雷射光L1的去除對象外之部分的損壞，而使用繞射光學元件(圖未示)等並整形成平頂(flat-top)分布。對雷射光L1的偏光狀態並無限制，可以是直線偏光、圓偏光及隨機偏光之任一種。
藉由沿著複合材10的斷開預定線DL對樹脂層2(由偏光薄膜21、黏著劑22及剝離襯材23所構成的積層薄膜)照射雷射光L1，使得形成樹脂層2的樹脂之中，照射雷射光L1之樹脂(偏光薄膜21、黏著劑22及剝離襯材23之照射雷射光L1的部分)伴隨於紅外光吸收而產生局部的溫度上升，且該樹脂飛散，藉此，可將該樹脂從複合材10去除，而在複合材10形成加工溝24。要抑制從複合材10去除之樹脂的飛散物再度附著在複合材10，宜在斷開預定線DL的附近設置集塵機構。要抑制加工溝24的溝寬變大，宜將雷射光L1聚光成對樹脂層2的照射位置中的光點直徑成為300μm以下，更佳是將雷射光L1聚光成光點直徑成為200μm以下。
再者，根據本發明之發明人的知識見解，在將伴隨於照射雷射光L1之樹脂的紅外光吸收之局部的溫度上升作為原理之樹脂的去除方法的情況下，無論樹脂的種類或樹脂層2的層構造如何，均可大致估計對於形成加工溝24所必要的投入能量。具體而言，可依據樹脂層2的厚度並且藉由以下的式(2)來估計對於形成加工溝24所必要之利用以下的式(1)表示的投入能量。
投入能量[mJ/mm]=雷射光L1的平均功率[mW]/加工速度[mm/秒]　…(1)
投入能量[mJ/mm]＝0.5×樹脂層2的厚度[μm]　…(2)
實際上所設定的投入能量宜設定為以上述之式(2)所估計出的投入能量的20%~180%，更佳的是設定為50%~150%。像這樣對所估計出的投入能量設置界限(margin)的作法，是由於考量下述情形：依據形成樹脂層2之樹脂的光吸收率(雷射光L1的波長中的光吸收率)或樹脂的熔點、分解點等的熱物理性質的差異，會對形成加工溝24所必要之投入能量產生差異。具體而言，只要例如準備適用於第1實施形態之斷開方法的複合材10的樣本，並且以上述之較佳的範圍內的複數個投入能量來進行在此樣本的樹脂層2形成加工溝24的預備試驗，並決定適當的投入能量即可。
[脆性材料去除步驟]
如圖1(b)及圖2所示，在脆性材料去除步驟中，是藉由在樹脂去除步驟之後，沿著斷開預定線DL對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生(脈衝振盪)的雷射光(超短脈衝雷射光)L2，來將形成脆性材料層1的脆性材料去除，以形成沿著斷開預定線DL的加工痕跡11。
作為沿著斷開預定線DL照射雷射光L2的態樣(掃描雷射光L2的態樣)，因為可以採用與沿著斷開預定線DL照射前述之雷射光L1的態樣相同的態樣，所以在此省略詳細的說明。
形成脆性材料層1的脆性材料可藉由下述作法來去除：利用從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2的絲化現象、或者將多焦點光學系統(圖未示)或貝索光束光學系統(圖未示)適用於超短脈衝雷射光源30。
再者，關於利用超短脈衝雷射光的絲化現象、或者將多焦點光學系統或者貝索光束光學系統適用於超短脈衝雷射光源之作法已記載於前述之非專利文獻1。又，將多焦點光學系統適用於超短脈衝雷射光源之與玻璃加工相關的製品已由德國的創浦(Trumpf)公司在販售。像這樣，因為關於利用超短脈衝雷射光的絲化現象、或者將多焦點光學系統或貝索光束光學系統適用於超短脈衝雷射光源之作法已為眾所周知，所以在此省略詳細的說明。
在第1實施形態的脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡11是沿著斷開預定線DL之縫線狀的貫通孔。貫通孔的間距P是藉由脈衝振盪的重複頻率以及雷射光L2對複合材10的相對的移動速度(加工速度)而決定。為了簡便且安定地進行後述的複合材斷開步驟，可將貫通孔的間距P設定在10μm以下。較佳的是，將貫通孔的間距P設定在5μm以下。大多數情況為將貫通孔的直徑以5μm以下來形成。
較佳的是，從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2的波長是在形成脆性材料層1的脆性材料為玻璃的情況下可顯示較高的透光率的500nm~2500nm。為了有效地引發非線形光學現象(多分子吸收)，雷射光L2的脈衝寬度宜為100皮秒以下，更佳為50皮秒以下。雷射光L2的振盪形態可為單脈衝振盪，亦可為叢發模式(burst‐mode)的多脈衝振盪。
在第1實施形態的脆性材料去除步驟中，是從與樹脂去除步驟中所形成的加工溝24相反的相反側對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2。在圖1(a)、(b)所示的例子中，是將CO2 雷射光源20相對於複合材10配置在Z方向下側，以相向於樹脂層2，並將超短脈衝雷射光源30相對於複合材10配置在Z方向上側，以相向於脆性材料層1。並且，在樹脂去除步驟中，以從CO2 雷射光源20所振盪產生的雷射光L1形成加工溝24後，停止雷射光L1的振盪，並在脆性材料去除步驟中以從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2來形成加工痕跡11。
然而，本發明是並非限於此構成的發明，亦可採用下述方法：將CO2 雷射光源20及超短脈衝雷射光源30皆相對於複合材10配置在相同側(Z方向上側或者下側)，並使複合材10上下翻轉成在樹脂去除步驟中是使樹脂層2相向於CO2 雷射光源20，且在脆性材料去除步驟中是脆性材料層1相向於超短脈衝雷射光源30。
只要從與加工溝24相反的相反側來照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2，即使在加工溝24的底部產生有樹脂的殘渣，也不會受到殘渣的影響，而可在脆性材料層1形成適當的加工痕跡11。
但是，本發明並非限於此構成的發明，亦可更包含清洗步驟，前述清洗步驟是藉由在脆性材料去除步驟之前對在樹脂去除步驟中所形成的加工溝24進行清洗，而將形成樹脂層2之樹脂的殘渣去除。並且，也可在脆性材料去除步驟中，從加工溝24側對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2，來形成加工痕跡11。
在清洗步驟中，可適用各種濕式方式及乾式方式的清洗方法。作為濕式方式的清洗方法，可以例示藥液浸漬、超音波洗淨、乾冰噴射清洗、微米及奈米微細氣泡洗淨。作為乾式方式的清洗方法，可使用雷射、電漿、紫外線、臭氧等。
在清洗步驟中，因為將形成樹脂層2之樹脂的殘渣去除，所以在脆性材料去除步驟中，即使從加工溝24側對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2，雷射光L2不會受到樹脂的殘渣的影響，而可在脆性材料層1形成適當的加工痕跡11。
[複合材斷開步驟]
如圖1(c)所示，在複合材斷開步驟中，是藉由在脆性材料去除步驟之後沿著斷開預定線DL施加外力，而將複合材10斷開。在圖1(c)所示的例子中，複合材10是斷開成複合材片10a、10b。
作為對複合材10之外力的附加方法，可以例示：機械性的斷裂(凸折)、由紅外區雷射光所造成的斷開預定線DL的附近部位的加熱、由超音波滾輪所造成的振動附加、由吸盤所造成的吸附以及拉起。在藉由凸折將複合材10斷開的情況下，宜將脆性材料層1設為凸側(將樹脂層2設為凹側)來施加外力，以讓拉伸應力作用在脆性材料層1。
根據以上所說明之第1實施形態的斷開方法，可藉由在樹脂去除步驟中，將形成樹脂層2的樹脂去除，而形成沿著斷開預定線DL的加工溝24後，藉由在脆性材料去除步驟中，將形成脆性材料層1的脆性材料去除，而形成沿著相同的斷開預定線DL的加工痕跡11。因為在脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡11是沿著斷開預定線DL之縫線狀的貫通孔，且該貫通孔的間距小至10μm以下，所以可藉由在複合材斷開步驟中，沿著斷開預定線DL施加外力，而比較容易地將複合材10斷開。
又，根據第1實施形態的斷開方法，因為在脆性材料去除步驟中，是對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2來將形成脆性材料層1的脆性材料去除，所以不會在斷開後的脆性材料層1的端面產生裂隙。又，根據第1實施形態的斷開方法，因為是在脆性材料去除步驟之前，於樹脂去除步驟中，對樹脂層2照射從CO2 雷射光源20所振盪產生的雷射光L1來將形成樹脂層2的樹脂去除，所以不會在斷開後的樹脂層2的端面產生嚴重的熱劣化。也就是，根據第1實施形態的斷開方法，可以在不產生斷開後的脆性材料層1的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層2的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材10斷開。
＜第2實施形態＞
在前述之第1實施形態的斷開方法中，因為在脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡11是縫線狀的貫通孔，所以要將複合材10斷開，必須在脆性材料去除步驟之後，進行沿著斷開預定線DL施加外力的複合材斷開步驟。
然而，因為在脆性材料去除步驟中，若將從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2對脆性材料層1之沿著斷開預定線DL的相對的移動速度設定得較小、或者將超短脈衝雷射光源30的脈衝振盪的重複頻率設定得較大，即可形成沿著斷開預定線DL一體相連的貫通孔(長孔)來作為加工痕跡，所以變得在去除脆性材料之後即使不施加沿著斷開預定線DL的外力，也可將複合材10斷開。
第2實施形態的斷開方法是不需要沿著斷開預定線DL的外力的附加之方法。
也就是，第2實施形態的斷開方法包含有：樹脂去除步驟，藉由沿著複合材10的斷開預定線DL對樹脂層2照射從CO2 雷射光源20所振盪產生的雷射光L1，來將形成樹脂層2的樹脂去除，而形成沿著斷開預定線DL的加工溝24；以及脆性材料去除步驟，藉由在樹脂去除步驟之後，沿著斷開預定線DL對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2來將形成脆性材料層1的脆性材料去除，而將複合材10斷開。
因為第2實施形態的斷開方法僅有藉由在脆性材料去除步驟中於將脆性材料去除的同時將複合材10斷開，而使第1實施形態之斷開方法的複合材斷開步驟變得不需要之點與第1實施形態的斷開方法相異，關於其他的順序則是相同，所以省略詳細的說明。
即使是藉由第2實施形態的斷開方法，也可在不產生斷開後的脆性材料層1的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層2的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材10斷開。
＜第3實施形態＞
在前述之第1實施形態及第2實施形態中，是針對將脆性材料層1與樹脂層2一層一層所積層而成的複合材10朝厚度方向斷開之方法而進行了說明，但本發明並非限於此構成的發明，也可適用在將於脆性材料層的兩側分別積層有樹脂層的複合材朝厚度方向斷開的情況。
圖3是示意地說明本發明之第3實施形態的複合材之斷開方法的順序的說明圖。再者，在圖3中，是省略CO2 雷射光源20及雷射光L1、以及超短脈衝雷射光源30及雷射光L2的圖示。又，在圖3中，是省略複合材斷開步驟的圖示。
如圖3(a)所示，第3實施形態的斷開方法是將在脆性材料層1的兩側分別積層有樹脂層2a、2b的複合材10A朝厚度方法(Z方向)斷開之方法。因為脆性材料層1與樹脂層2a、2b的積層方法，脆性材料層1或樹脂層2a、2b的形成材料等與第1實施形態是同樣的，所以省略詳細的說明。
第3實施形態的斷開方法也與第1實施形態的斷開方法同樣，包含有樹脂去除步驟、脆性材料去除步驟及複合材斷開步驟。以下，針對各步驟以與第1實施形態相異之點為主來進行說明。
[樹脂去除步驟]
如圖3(b)及(c)所示，在樹脂去除步驟中，是與第1實施形態同樣地，藉由沿著複合材10A的斷開預定線DL對樹脂層照射從 CO2 雷射光源20所振盪產生的雷射光L1，來將形成樹脂層的樹脂去除，而形成沿著斷開預定線DL的加工溝。但是，因為在第3實施形態中，是在脆性材料層1的兩側分別積層有樹脂層2a、2b，所以是如圖3(b)所示，在任意一個樹脂層2a形成加工溝24a，並且如圖3(c)所示，在另一個樹脂層2b形成加工溝24b。在圖3(b)及(c)所示的例子中，雖然是先形成Z方向下側的加工溝24a之後，再形成Z方向上側的加工溝24b，但當然也可將形成順序設成相反。
也可以例如：將一對的CO2 雷射光源20在相向於樹脂層2a之側、及相向於樹脂層2b之側分別配置，並且使用配置在相向於樹脂層2a之側的CO2 雷射光源20在樹脂層2a形成加工溝24a，且使用配置在相向於樹脂層2b之側的CO2 雷射光源20在樹脂層2b形成加工溝24b。在此情況下，亦可不將加工溝24a及加工溝24b按順序地形成，而是同時形成加工溝24a及加工溝24b。
或者，亦可將單一的CO2 雷射光源20配置在相向於樹脂層2a及樹脂層2b之中任一個之側，並且使用此單一的CO2 雷射光源20在其中一個樹脂層2a形成加工溝24a(或者在樹脂層2b形成加工溝24b)之後，使複合材10A的上下翻轉，並使用相同的CO2 雷射光源20在另一個樹脂層2b形成加工溝24b(或者在樹脂層2a形成加工溝24a)。
[脆性材料去除步驟]
如圖3(d)所示，在脆性材料去除步驟中，是與第1實施形態同樣，藉由在樹脂去除步驟之後，沿著斷開預定線DL對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2，來將形成脆性材料層1的脆性材料去除，而形成沿著斷開預定線DL的加工痕跡11。與第1實施形態同樣地，在脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡11是沿著斷開預定線DL之縫線狀的貫通孔，且貫通孔的間距是設定在10μm以下。
因為在第3實施形態中，是在脆性材料層1的兩側形成加工溝24a、24b，所以成為可從加工溝24a、24b之中任意一個加工溝側對脆性材料層1照射從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2，來形成加工痕跡11。因此，宜更包含清洗步驟，前述清洗步驟是在例如從加工溝24a側照射雷射光L2的情況下，藉由在脆性材料去除步驟之前對加工溝24a進行清洗，而將形成樹脂層2a之樹脂的殘渣去除。從加工溝24b側照射雷射光L2的情況也是同樣，宜更包含清洗步驟，前述清洗步驟是藉由在脆性材料去除步驟之前對加工溝24b進行清洗，而將形成樹脂層2b之樹脂的殘渣去除。
[複合材斷開步驟]
在複合材斷開步驟中，是與第1實施形態同樣，藉由在脆性材料去除步驟之後，沿著斷開預定線DL施加外力，而將複合材10A斷開。
但是，與第2實施形態同樣，若在脆性材料去除步驟中形成沿著斷開預定線DL一體相連的貫通孔(長孔)，則變得即使在去除脆性材料之後不施加沿著斷開預定線DL的外力，也可將複合材10A斷開。也就是，因為在脆性材料去除步驟中在將脆性材料去除的同時斷開複合材10A，所以便不需要沿著斷開預定線DL施加外力的複合材斷開步驟。
即使是藉由第3實施形態的斷開方法，也可在不產生斷開後的脆性材料層1的端面之裂隙、或斷開後的樹脂層2a、2b的端面之嚴重的熱劣化的情況下，將複合材10A斷開。
以下，將針對使用第1實施形態的斷開方法(實施例)及比較例的斷開方法進行將複合材10斷開之試驗的結果之一例進行說明。
＜實施例1＞
圖4是示意地說明實施例1之試驗的概要的圖。以下，將一邊適當參照圖1及圖4，一邊針對實施例1之試驗的概要及結果進行說明。
在實施例1所使用的複合材10是脆性材料層1由無鹼玻璃所形成，且厚度為0.1mm。又，樹脂層2為以偏光薄膜(以聚乙烯醇所形成)21、黏著劑22及剝離襯材23所形成，且偏光薄膜21與黏著劑22的總厚度為0.08mm，剝離襯材23的厚度是0.04mm(樹脂層2的總厚度為0.12mm)。如圖4所示，複合材10是面內(XY二維平面內)尺寸為150mm×150mm的正方形形狀。在圖4以虛線表示的直線是斷開預定線。
在實施例1中，於樹脂去除步驟中，作為CO2 雷射光源20，是使用科希倫(COHERENT)公司製的｢E-400i｣(振盪波長9.4μm、脈衝振盪的重複頻率25kHz、雷射光L1的功率18W、高斯光束)，且使用聚光透鏡將從CO2 雷射光源20所振盪產生的雷射光L1聚光為光點直徑120μm，並對複合材10的樹脂層2照射。將雷射光L1相對於複合材10的相對移動速度(加工速度)設為400mm/秒，如圖4所示，以可以將面內尺寸為110mm×60mm的複合材片10c斷開的方式沿著斷開預定線掃描雷射光L1時，形成有溝寬150μm的加工溝24(參照圖1)。
再者，在實施例1的樹脂去除步驟中，藉由前述之式(2)所估計的投入能量為60mJ/mm。相對於此，藉由前述之式(1)，實際的投入能量是45mJ/mm，為所估計的投入能量的75%。
接著，在脆性材料去除步驟中，作為超短脈衝雷射光源30，而使用振盪波長1064nm、雷射光L2的脈衝寬度10皮秒、脈衝振盪的重複頻率50kHz、平均功率10W的光源，並且將從超短脈衝雷射光源30所振盪產生的雷射光L2透過多焦點光學系統，從與加工溝24相反的相反側(脆性材料層1側)來照射於複合材10的脆性材料層1。將雷射光L2對複合材10的相對移動速度(加工速度)設為100mm/秒，且沿著斷開預定線來掃描雷射光L2時，作為加工痕跡11而形成有間距為2μm之縫線狀的貫通孔(直徑1~2μm左右)。
最後，藉由在複合材斷開步驟中，以手動方式沿著斷開預定線對複合材10進行凸折，而將複合材片10c斷開。
以光學顯微鏡對藉由以上所說明之實施例1而獲得的複合材片10c的端面之品質進行觀察、評價的結果，在全部4個端面中，於脆性材料層1均未產生有裂隙。又，伴隨於樹脂層2之熱劣化的變色區域是從端面朝內側100μm以下，未產生嚴重的熱劣化。
此外，對複合材片10c進行2點彎曲試驗。在2點彎曲試驗中，首先是如圖4(b)所示，將複合材片10c載置於具備固定部40、可動部50a、50b之單軸載台的固定部40，並且將複合材片10c夾入可動部50a、50b之間。接著，如圖4(c)所示，一方面將可動部50a的位置固定，另一方面使可動部50b以20mm/分鐘的速度朝向可動部50a移動，以使彎曲應力作用在複合材片10c。然後，藉由破壞複合材片10c時之可動部50a與可動部50b的間隔L之值，來評價複合材片10c的彎曲強度。
藉由針對複合材片10c之上述2點彎曲試驗所得到的彎曲強度(間隔L)為75mm。因為較佳的是彎曲強度(間隔L)是85mm以下，所以複合材片10c可說具有充分的彎曲強度。
＜實施例2＞
在脆性材料去除步驟中，除了將加工速度變更為150mm/秒(藉此，作為加工痕跡11，形成有間距為3μm之縫線狀的貫通孔(直徑1~2μm左右))以外，以與實施例1相同的條件來進行試驗時，可以獲得與實施例1同等的複合材片10c的端面品質及彎曲強度。
＜實施例3＞
在脆性材料去除步驟中，除了將脈衝振盪的重複頻率變更為30kHz，並且將加工速度變更為250mm/秒(藉此，作為加工痕跡11，形成有間距為8.3 μm之縫線狀的貫通孔(直徑1~2 μm左右))以外，以與實施例1相同的條件來進行試驗時，可獲得與實施例1同等的複合材片10c的端面品質及彎曲強度。
＜比較例1＞
除了未實行樹脂去除步驟以外，以與實施例1相同的條件進行試驗時，因為在樹脂層2未形成有加工溝24，所以即使在複合材斷開步驟中進行凸折也無法將複合材片10c斷開。因此，強制拉扯樹脂層2來將複合材片10c斷開時，會使複合材片10c的端面的品質劣化。
＜比較例2＞
除了替換樹脂去除步驟與脆性材料去除步驟的順序以外，以與實施例1相同的條件來進行試驗時，首先在所實行的脆性材料去除步驟中導致樹脂層2的端面熱劣化。所獲得的複合材片10c的彎曲強度雖然與實施例1同等，但伴隨於樹脂層2之熱劣化的變色區域是從端面朝內側200 μm，已變得比實施例1更大。又，在脆性材料層1與樹脂層2的界面可確認到局部的剝離。
＜比較例3＞
在樹脂去除步驟中，除了將從CO2 雷射光源20所振盪產生的雷射光L1的功率變更為40W，並且未實行脆性材料去除步驟以外，是以與實施例1相同的條件進行試驗。在上述之樹脂去除步驟中，在樹脂層2形成有加工溝24，並且在脆性材料層1也形成有輕微的條痕。因此，雖然在複合材斷開步驟中，以手動方式沿著此條痕對複合材10進行凸折，但卻無法按照斷開預定線斷開，而使複合材片10c的尺寸精度變差。
＜比較例4＞
在脆性材料去除步驟中，將加工速度變更為600mm/秒(藉此，作為加工痕跡11，形成有間距為12μm之縫線狀的貫通孔(直徑1~2μm左右))以外，以與實施例1相同的條件進行試驗時，可在複合材斷開步驟中進行複合材片10c的斷開。然而，卻在幾處看到有偏離斷開預定線的地方，而導致複合材片10c的尺寸精度的下降。
1‧‧‧脆性材料層
2、2a、2b‧‧‧樹脂層
10、10A‧‧‧複合材
10a、10b、10c‧‧‧複合材片
11‧‧‧加工痕跡
20‧‧‧CO2雷射光源(雷射光源)
21‧‧‧偏光薄膜
22‧‧‧黏著劑
23‧‧‧剝離襯材
24、24a、24b‧‧‧加工溝
30‧‧‧超短脈衝雷射光源
40‧‧‧固定部
50a、50b‧‧‧可動部
DL‧‧‧斷開預定線
L‧‧‧間隔
L1、L2‧‧‧雷射光
P‧‧‧間距
圖1是示意地說明本發明之第1實施形態的複合材之斷開方法的順序的說明圖。
圖2是示意地說明本發明之第1實施形態的複合材之斷開方法的順序的說明圖。
圖3是示意地說明本發明之第3實施形態的複合材之斷開方法的順序的說明圖。
圖4是示意地說明實施例1之試驗的概要的圖。

Claims (7)

  1. 一種複合材之斷開方法，是將積層有脆性材料層與樹脂層的複合材斷開之方法，前述複合材之斷開方法的特徵在於： 包含以下步驟： 樹脂去除步驟，藉由沿著前述複合材的斷開預定線對前述樹脂層照射從雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述樹脂層的樹脂去除，以形成沿著前述斷開預定線的加工溝； 脆性材料去除步驟，藉由在前述樹脂去除步驟之後，沿著前述斷開預定線對前述脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述脆性材料層的脆性材料去除，以形成沿著前述斷開預定線的加工痕跡；及 複合材斷開步驟，藉由在前述脆性材料去除步驟之後，沿著前述斷開預定線施加外力，而將前述複合材斷開， 在前述脆性材料去除步驟中所形成的加工痕跡，是沿著前述斷開預定線之縫線狀的貫通孔，且該貫通孔的間距為10μm以下。
  2. 一種複合材之斷開方法，是將積層有脆性材料層與樹脂層的複合材斷開之方法，前述複合材之斷開方法的特徵在於包含以下步驟： 樹脂去除步驟，藉由沿著前述複合材的斷開預定線對前述樹脂層照射從雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述樹脂層的樹脂去除，以形成沿著前述斷開預定線的加工溝；及 脆性材料去除步驟，藉由在前述樹脂去除步驟之後，沿著前述斷開預定線對前述脆性材料層照射從超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光，來將形成前述脆性材料層的脆性材料去除，而將前述複合材斷開。
  3. 如請求項1或2之複合材之斷開方法，其中在前述脆性材料去除步驟中，從與前述樹脂去除步驟中所形成的前述加工溝相反的相反側，對前述脆性材料層照射從前述超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光。
  4. 如請求項1或2之複合材之斷開方法，其更包含清洗步驟，前述清洗步驟是藉由在前述脆性材料去除步驟之前對在前述樹脂去除步驟所形成的前述加工溝進行清洗，而將形成前述樹脂層之樹脂的殘渣去除， 且在前述脆性材料去除步驟中，從前述加工溝側對前述脆性材料層照射從前述超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光。
  5. 如請求項1至4中任一項之複合材之斷開方法，其中在前述脆性材料去除步驟中，藉由利用從前述超短脈衝雷射光源所振盪產生的雷射光的絲化現象、或者將多焦點光學系統或貝索光束光學系統適用於前述超短脈衝雷射光源，而將形成前述脆性材料層的脆性材料去除。
  6. 如請求項1至5中任一項之複合材之斷開方法，其在前述樹脂去除步驟中所使用的前述雷射光源為CO2 雷射光源。
  7. 如請求項1至6中任一項之複合材之斷開方法，其中前述樹脂層為光學薄膜。
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