WO2022264623A1 - 複合材の分断方法 - Google Patents

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敏広 菅野
孝伸 矢野
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Definitions

  • the present invention relates to a method for dividing a composite material in which a brittle material layer and a resin layer are laminated.
  • the present invention relates to a method by which cracks are less likely to occur on the end face of the brittle material layer after division, and sufficient bending strength can be obtained in the composite material (composite material piece) after division.
  • a protective material for protecting the image display device is arranged on the outermost surface side of the image display device used for televisions and personal computers.
  • a glass plate is typically used as the protective material.
  • a thin protective material that has both a protective function and an optical function. rising.
  • Examples of such a protective material include a composite material in which a brittle material layer such as glass having a protective function and a resin layer such as a polarizing film having an optical function are laminated. This composite material must be cut into a predetermined shape and size according to the application.
  • Patent Document 1 removes the resin that forms the resin layer by irradiating the resin layer with a laser beam oscillated from a laser light source such as a CO 2 laser light source along the planned division line of the composite material.
  • a laser light source such as a CO 2 laser light source
  • the brittle material layer is irradiated along the planned division line with a laser beam oscillated from an ultra-short pulse laser light source to remove the brittle material layer.
  • Non-Patent Document 1 in the processing technology using ultrashort pulse laser light, the use of the filamentation phenomenon of ultrashort pulse laser light and the use of a multifocal optical system or Bessel beam optics in the ultrashort pulse laser light source Applying the system is described.
  • Non-Patent Document 2 describes two-point bending stress of a thin glass substrate.
  • An object of the present invention is to provide a method for obtaining sufficient bending strength.
  • the inventors of the present invention conducted intensive studies and found that the thickness of the resin layer at the irradiation position of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source is a predetermined value or more (5 ⁇ m or more), and the laser light
  • the thickness of the resin layer at the irradiation position of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source is a predetermined value or more (5 ⁇ m or more)
  • the laser light By setting the focal point to the vicinity of the interface between the resin layer and the brittle material layer and irradiating the laser beam from the brittle material layer side along the planned dividing line, the brittle material only on the resin layer side of the brittle material layer is removed. , it was found that scribe grooves that are integrally connected are formed along the planned dividing line.
  • the inventors found that the composite material is divided starting from the scribed grooves, cracks are less likely to occur on the end face of the brittle material layer after division, and sufficient bending strength is obtained in the composite material after division.
  • the present invention has been completed based on the findings of the present inventors.
  • the present invention provides a method for dividing a composite material in which a brittle material layer and a resin layer are laminated, wherein a laser beam emitted from an ultrashort pulse laser light source is directed to the brittle material layer side.
  • the brittle material forming the brittle material layer is removed by irradiating a laser beam oscillated from an ultrashort pulse laser light source to remove the brittle material layer.
  • the composite material is divided starting from this scribed groove, and the end surface of the brittle material layer after division (the direction orthogonal to the thickness direction of the composite material (the lamination direction of the brittle material layer and the resin layer) Cracks are less likely to occur on the end face of the Further, according to the method for dividing a composite material according to the present invention, the scribed grooves formed in the brittle material removing step are open on the resin layer side and do not penetrate the brittle material layer. In other words, in the brittle material removing step, scribe grooves are formed by removing only the brittle material on the resin layer side of the brittle material layer.
  • the composite material is divided starting from the scribed grooves, and as the inventors of the present invention have found, sufficient bending strength can be obtained in the divided composite material.
  • the mechanism by which the scribed grooves are formed by the present invention is not necessarily clear, by setting the focus of the laser beam near the interface between the resin layer and the brittle material layer, the energy of the laser beam can be transferred between the resin layer and the brittle material layer.
  • the present inventors presume that heat is generated by being absorbed intensively in the vicinity of the interface, and that heat is conducted to the brittle material layer, thereby removing the brittle material at the conducted location and forming a scribed groove. ing.
  • "irradiating a laser beam from the brittle material layer side along the planned dividing line of the composite material” refers to the thickness direction of the composite material (the brittle material layer and the resin layer It means irradiating the composite material with a laser beam along the planned dividing line from the brittle material layer side when viewed from the stacking direction of the brittle material layer.
  • "irradiating the resin layer with a laser beam along the planned dividing line” means that the laser beam is applied along the planned dividing line when viewed from the thickness direction of the composite material. is applied to the resin layer.
  • the phrase “the vicinity of the interface between the resin layer and the brittle material layer” refers to the interface itself between the resin layer and the brittle material layer, and a portion of the resin layer close to the interface. (For example, a portion at a distance of 20 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or less from the interface in the thickness direction of the composite material).
  • "Set the focal point of the laser beam emitted from the ultrashort pulse laser light source to the vicinity of the interface between the resin layer and the brittle material layer” means that the position of the focal point of the laser beam in the thickness direction of the composite material is set on the resin layer. It means setting in the vicinity of the interface with the brittle material layer.
  • the type of laser light source used in the resin removal step is not particularly limited as long as it can remove the resin forming the resin layer with the oscillated laser light. No. However, it is preferable to use a CO 2 laser light source or a CO laser light source that oscillates laser light with a wavelength in the infrared region in that it is possible to increase the relative movement speed (processing speed) of the laser light with respect to the composite material. .
  • the resin removal step it is also possible to perform the brittle material removal step after performing the resin removal step first.
  • the resin in the resin removal step, the resin cannot be completely removed along the planned dividing line, and it is necessary to deliberately leave the resin by a thickness of 5 ⁇ m or more.
  • the amount of resin remaining can vary depending on factors such as the power of the laser beam emitted from the laser light source during the resin removal process and the relative movement speed (processing speed) of the laser beam with respect to the composite material. On the other hand, leaving an excessive amount of resin may hinder the division of the composite material. Therefore, in the composite material cutting method according to the present invention, it is preferable to perform the resin removal step after the brittle material removal step.
  • the resin removing step performed after the scribed grooves are formed since the scribed grooves are formed by the brittle material removing step performed first, in the resin removing step performed after the scribed grooves are formed, the resin is completely removed along the projected dividing line. There is no problem. For this reason, it is possible to avoid the possibility that adjustment of the power of the laser beam or the like takes time and trouble occurs in dividing the composite material.
  • the method for dividing a composite material according to the present invention includes a composite material dividing step of dividing the composite material by applying an external force along the planned dividing line after the brittle material removing step and the resin removing step. further includes According to the preferred method described above, it is possible to reliably divide the composite material.
  • the depth of the scribed groove is 3 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the lower limit is more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the upper limit is more preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 18 ⁇ m or less, even more preferably 16 ⁇ m or less.
  • the "depth of the scribed groove” includes the end of the scribed groove on the resin layer side (the open end of the scribed groove) and the bottom of the scribed groove on the brittle material layer side (the open end of the scribed groove). opposite end). Further, in the preferred method described above, "the depth of the scribed groove is 3 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less” means that the average depth of the scribed groove along the planned dividing line is 3 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. means
  • the depth of the scribe groove is 10% or more and 50% or less of the thickness of the brittle material layer. More preferably, the lower limit is 15% or more. More preferably, the upper limit is 35% or less.
  • the wavelength of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source is, for example, 500 nm or more and 2500 nm or less.
  • the pulse width of the laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source is, for example, 350 femtoseconds or more and 10000 femtoseconds or less.
  • cracks are less likely to occur on the end face of the brittle material layer after division, and sufficient bending strength can be obtained for the composite material after division.
  • FIG. 4 is an explanatory view schematically explaining the procedure of a method for dividing a composite material according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an explanatory view schematically explaining the procedure of a method for dividing a composite material according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an explanatory diagram schematically illustrating an example of a method of setting a focus of laser light emitted from the ultrashort pulse laser light source shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a composite material piece after being cut in a composite material cutting step of a cutting method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a diagram schematically explaining an outline of a test according to Example 1
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing test results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2;
  • FIG. 1(a) is a cross-sectional view showing a brittle material removing step of the dividing method according to the present embodiment
  • FIG. 1(b) is a cross-sectional view showing a resin removing step of the dividing method according to the present embodiment.
  • FIG. 1(c) is a cross-sectional view showing a composite material cutting step of the cutting method according to the present embodiment.
  • FIG. 2(a) is a top plan view (plan view seen from the brittle material layer side) showing the composite material after the brittle material removing step of the dividing method according to the present embodiment
  • FIG. 2(b) is the present embodiment.
  • 2 is a bottom plan view (a plan view seen from the resin layer side) showing the composite material after the resin removal step of the dividing method according to FIG.
  • the composite material 10 in which the brittle material layer 1 and the resin layer 2 are laminated is cut in the thickness direction (the lamination direction of the brittle material layer 1 and the resin layer 2, the vertical direction in FIG. 1, the Z direction). ).
  • the brittle material layer 1 and the resin layer 2 are laminated by any appropriate method.
  • the brittle material layer 1 and the resin layer 2 can be laminated by a so-called roll-to-roll method. That is, while conveying the long brittle material layer 1 and the long resin layer 2 in the longitudinal direction, the brittle material layer 1 and the resin layer 2 are bonded together so that their longitudinal directions are aligned. Stackable.
  • the brittle material layer 1 and the resin layer 2 may be cut into predetermined shapes and then laminated.
  • the brittle material layer 1 and the resin layer 2 are typically laminated via any suitable adhesive or adhesive.
  • Examples of the brittle material forming the brittle material layer 1 include glass and monocrystalline or polycrystalline silicon.
  • glass include soda-lime glass, boric acid glass, aluminosilicate glass, quartz glass, and sapphire glass, according to classification according to composition. Further, according to the classification by alkali component, alkali-free glass and low-alkali glass can be exemplified.
  • the content of alkali metal components (eg, Na 2 O, K 2 O, Li 2 O) in the glass is preferably 15% by weight or less, more preferably 10% by weight or less.
  • the thickness of the brittle material layer 1 is preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m or less, still more preferably 120 ⁇ m or less, and particularly preferably 100 ⁇ m or less. On the other hand, the thickness of the brittle material layer 1 is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, and even more preferably 30 ⁇ m or more. If the thickness of the brittle material layer 1 is within such a range, it can be laminated with the resin layer 2 by a roll-to-roll method.
  • the light transmittance of the brittle material layer 1 at a wavelength of 550 nm is preferably 85% or more.
  • the refractive index of the brittle material layer 1 at a wavelength of 550 nm is preferably 1.4 to 1.65.
  • the density of the brittle material layer 1 is preferably 2.3 g/cm 3 to 3.0 g/cm 3 , more preferably 2.3 g/cm 3 . ⁇ 2.7 g/cm 3 .
  • the brittle material forming the brittle material layer 1 is glass
  • a commercially available glass plate may be used as it is, or a commercially available glass plate may be polished to a desired thickness and used. good.
  • commercially available glass plates include "7059", “1737” or “EAGLE2000” manufactured by Corning Corporation, "AN100” manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., “NA-35” manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd., and “OA-” manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. 10”, and “D263” or “AF45” manufactured by Schott.
  • acrylic resins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin polymer (COP), cyclic olefin copolymer (COC), polycarbonate (PC ), urethane resin, polyvinyl alcohol (PVA), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), triacetyl cellulose (TAC), polyethylene naphthalate (PEN), Ethylene-vinyl acetate (EVA), polyamide (PA), silicone resins, epoxy resins, liquid crystal polymers, single-layer films formed of plastic materials such as various resin foams, or laminated films consisting of multiple layers can be exemplified. .
  • PET polyethylene terephthalate
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • COP cyclic
  • the resin layer 2 is a laminated film composed of multiple layers, various adhesives such as acrylic adhesives, urethane adhesives, and silicone adhesives, and various adhesives such as epoxy adhesives are interposed between the layers.
  • a pressure-sensitive adhesive layer or an adhesive layer made of the pressure-sensitive adhesive or adhesive described above may be formed on the surface of the resin layer 2 .
  • a conductive inorganic film such as indium tin oxide (ITO), Ag, Au, Cu, or the like may be formed on the surface of the resin layer 2 .
  • the dividing method according to the present embodiment is suitably used particularly when the resin layer 2 is various optical films such as a polarizing film, a surface protective film, and a retardation film used in a display.
  • the thickness of the resin layer 2 is preferably 20-500 ⁇ m.
  • the resin layer 2 is a surface protective film composed of a base film 21 made of PET or the like and an adhesive layer 22 formed on one side of the base film 21.
  • the dividing method according to this embodiment includes a brittle material removing process, a resin removing process, and a composite material dividing process. Each step will be described below in order.
  • ⁇ Brittle material removal step> As shown in FIGS. 1A and 2A, in the brittle material removing step, a laser beam (ultrashort pulse laser beam) L1 oscillated (pulsed) from an ultrashort pulse laser light source 20 is applied to the brittle material layer 1 .
  • a laser beam (ultrashort pulse laser beam) L1 oscillated (pulsed) from an ultrashort pulse laser light source 20 is applied to the brittle material layer 1 .
  • the scribed grooves 11 integrally connected along the planned dividing line are formed. In the example shown in FIGS.
  • the planned division line DL can be actually drawn on the composite material 10 as a visually recognizable display, and controls the relative positional relationship between the laser beam L1 and the composite material 10 on the XY two-dimensional plane. It is also possible to pre-enter the coordinates into a control device (not shown). 1 and 2 is an imaginary line whose coordinates are input in advance to the control device and which is not actually drawn on the composite material 10 .
  • the planned division line DL is not limited to a straight line, and may be a curved line.
  • the sheet-shaped composite material 10 is placed on an XY biaxial stage (not shown). and fixed (for example, by suction), and by driving the XY two-axis stage with a control signal from the control device, it is possible to change the relative position of the composite material 10 on the XY two-dimensional plane with respect to the laser beam L1. Conceivable.
  • the composite material 10 by fixing the position of the composite material 10 and deflecting the laser light L1 emitted from the ultrashort pulse laser light source 20 using a galvanometer mirror or a polygon mirror driven by a control signal from the control device, the composite material 10 It is also conceivable to change the position of the irradiated laser light L1 on the XY two-dimensional plane. Furthermore, it is possible to use both the scanning of the composite material 10 using the XY two-axis stage and the scanning of the laser light L1 using a galvanomirror or the like.
  • the brittle material forming the brittle material layer 1 utilizes the filamentation phenomenon of the laser light L1 emitted from the ultrashort pulse laser light source 20, or the ultrashort pulse laser light source 20 has a multifocal optical system (not shown). Or eliminated by applying Bessel beam optics (not shown).
  • the use of the filamentation phenomenon of ultrashort pulse laser light and the application of a multifocal optical system or Bessel beam optical system to an ultrashort pulse laser light source are described in the above-mentioned Non-Patent Document 1. .
  • German company Trumpf sells products related to glass processing that apply a multifocal optical system to an ultrashort pulse laser light source. In this way, the use of the filamentation phenomenon of ultrashort pulsed laser light and the application of a multifocal optical system or Bessel beam optical system to an ultrashort pulsed laser light source are publicly known. Detailed description is omitted.
  • the wavelength of the laser light L1 emitted from the ultrashort pulse laser light source 20 is preferably 500 nm or more and 2500 nm or less, which exhibits high light transmittance when the brittle material forming the brittle material layer 1 is glass.
  • the pulse width of the laser light L1 is preferably 100 picoseconds or less, more preferably 50 picoseconds or less.
  • the pulse width of the laser light L1 is set to, for example, 350 femtoseconds or more and 10000 femtoseconds or less.
  • the oscillation mode of the laser light L1 may be single-pulse oscillation or burst-mode multi-pulse oscillation.
  • the focal point of the laser beam L1 emitted from the ultrashort pulse laser light source 20 is set near the interface between the resin layer 2 and the brittle material layer 1 .
  • the scribed grooves 11 formed in the brittle material removing step are open on the resin layer 2 side and do not penetrate the brittle material layer 1 (the side opposite to the resin layer 2 side is not open).
  • the scribe groove 11 is formed by removing the brittle material only on the resin layer 2 side of the brittle material layer 1 . This point will be described more specifically below.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram schematically explaining an example of a method of setting the focus of the laser light L1 emitted from the ultrashort pulse laser light source 20.
  • a multifocal optical system is applied to the ultrashort pulse laser light source 20 .
  • the multifocal optical system shown in FIG. 3 is composed of three axicon lenses 21a, 21b, and 21c.
  • the spatial intensity distribution of the laser light L1 emitted from the ultrashort pulse laser source 20 is a Gaussian distribution as shown in FIG. follows the optical path indicated by the dashed line in FIG. 3 and converges at the focal point AF.
  • the focus set near the interface between the resin layer 2 and the brittle material layer 1 converges the laser beam L1 oscillated in a relatively high intensity range from point A to point B.
  • Focus AF The range from point A to point B is, for example, a range where the intensity is 90% or more of the maximum intensity of the spatial intensity distribution of the laser beam L1.
  • the focus AF and the composite material are separated so that the position of the focus AF of the laser beam L1 is near the interface between the resin layer 2 and the brittle material layer 1, specifically, at a distance H from the interface. Adjust the positional relationship with 10.
  • This distance H is preferably set to 0 ⁇ m to 20 ⁇ m, more preferably 0 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the spot diameter of the laser beam L1 at the focus AF is preferably set to 5 ⁇ m or less, more preferably 3 ⁇ m or less.
  • the filamentation phenomenon of the laser beam L1 when the laser beam L1 is transmitted through the brittle material layer 1, it self-converges due to the Kerr effect, so that the spot diameter becomes smaller as it progresses. Then, when the laser beam L1 converges to the energy threshold at which the brittle material layer 1 is ablated, the brittle material of the brittle material layer 1 is removed and the scribe groove 11 is formed. As described above, by setting the position where the laser beam L1 converges to the energy threshold at which ablation occurs (corresponding to the focus AF described above) near the interface between the resin layer 2 and the brittle material layer 1, the resin layer 2 side A scribed groove 11 that is open and does not penetrate the brittle material layer 1 can be formed.
  • the strength of the energy used to form the scribed groove 11 (remove the brittle material) (range from point A to point B) intensity) can be adjusted.
  • the depth of the scribed groove 11 can be adjusted.
  • Sufficient bending strength can be obtained in the composite material 10 after division as the depth of the scribed grooves 11 is smaller. hindrance to the division of Therefore, the depth of the scribed groove 11 is preferably 3 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the lower limit is more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 10 ⁇ m or more.
  • the upper limit is more preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 18 ⁇ m or less, even more preferably 16 ⁇ m or less.
  • the depth of the scribed groove 11 is preferably 3 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the depth of the scribed groove 11 is preferably 10% or more and 50% or less of the thickness of the brittle material layer 1 . More preferably, the lower limit is 15% or more. More preferably, the upper limit is 35% or less.
  • ⁇ Resin removal step> The resin removal process of this embodiment is performed after the brittle material removal process.
  • the resin layer 2 is irradiated with a laser beam L2 emitted from the laser light source 30 along the projected dividing line DL of the composite material 10 to remove the resin.
  • the resin forming layer 2 is removed.
  • the machined groove 23 is formed along the projected dividing line DL.
  • the aspect of irradiating the laser beam L2 along the planned division line DL (the aspect of scanning the laser beam L2), the same aspect as the above-described aspect of irradiating the laser beam L1 along the planned division line DL can be adopted. Detailed description is omitted here.
  • the laser light source 30 a CO 2 laser light source is used in which the wavelength of the oscillated laser light L2 is 9 to 11 ⁇ m in the infrared region.
  • the present invention is not limited to this, and as the laser light source 30, it is also possible to use a CO laser light source in which the wavelength of the oscillating laser light L2 is 5 ⁇ m. Also, as the laser light source 30, it is possible to use a visible light and ultraviolet (UV) pulse laser light source.
  • UV visible light and ultraviolet
  • the wavelength of the oscillating laser light L2 is 532 nm, 355 nm, 349 nm, or 266 nm (Nd:YAG, Nd:YLF, or high-order harmonics of a solid-state laser light source using YVO4 as a medium).
  • Examples include an excimer laser light source whose oscillating laser light L2 has a wavelength of 351 nm, 248 nm, 222 nm, 193 nm, or 157 nm, and an F2 laser light source whose oscillating laser light L2 has a wavelength of 157 nm.
  • the laser light source 30 it is possible to use a pulsed laser light source in which the wavelength of the oscillating laser light L2 is outside the ultraviolet region and the pulse width is on the order of femtoseconds or picoseconds. By using the laser light L2 emitted from this pulsed laser light source, it is possible to induce ablation processing based on the multiphoton absorption process. Furthermore, as the laser light source 30, it is also possible to use a semiconductor laser light source or a fiber laser light source in which the wavelength of the oscillating laser light L2 is in the infrared region. As described above, in the present embodiment, a CO2 laser light source is used as the laser light source 30, and hence the laser light source 30 is hereinafter referred to as " CO2 laser light source 30".
  • the oscillation form of the CO 2 laser light source 30 may be either pulse oscillation or continuous oscillation.
  • the spatial intensity distribution of the laser beam L2 may be a Gaussian distribution.
  • a diffractive optical element (not shown) or the like is used to form a flat top surface. It may be shaped into a distribution.
  • the laser light L2 is irradiated among the resins forming the resin layer 2.
  • the resin (the part of the base film 21 and the adhesive layer 22 irradiated with the laser beam L2) causes a local temperature rise due to the absorption of infrared light, and the resin scatters, so that the resin is combined. It is removed from the material 10 and a machined groove 23 is formed in the composite material 10 .
  • the laser beam L2 In order to suppress the groove width of the processed groove 23 from increasing, it is preferable to focus the laser beam L2 so that the spot diameter at the irradiation position on the resin layer 2 is 300 ⁇ m or less, and the spot diameter is 200 ⁇ m or less. It is more preferable to condense the laser light L2 so that
  • the resin layer 2 It is possible to roughly estimate the input energy required to form the machined groove 23 from the thickness of . Specifically, it is possible to estimate the input energy represented by the following formula (1) necessary for forming the machined groove 23 based on the thickness of the resin layer 2 by the following formula (2).
  • the actually set input energy is preferably set to 20% to 180%, more preferably 50% to 150%, of the input energy estimated by the above formula (2).
  • a margin is provided for the input energy estimated in this way because the optical absorption rate of the resin forming the resin layer 2 (optical absorption rate at the wavelength of the laser light L2) and thermophysical properties such as the melting point and decomposition point of the resin This is because it is considered that the input energy required to form the machined groove 23 differs depending on the difference in .
  • a sample of the composite material 10 to which the dividing method according to the present embodiment is applied is prepared, and the processed grooves 23 are formed in the resin layer 2 of this sample with a plurality of input energies within the above preferable range. Preliminary tests may be performed to determine the appropriate input energy.
  • the resin layer 2 is irradiated with the laser light L2 emitted from the laser light source 30 from the resin layer 2 side.
  • the CO 2 laser light source 30 is arranged below the composite material 10 in the Z direction so as to face the resin layer 2, and faces the brittle material layer 1.
  • the ultrashort pulse laser light source 20 is arranged above the composite material 10 in the Z direction. Then, after forming the scribed groove 11 with the laser light L1 oscillated from the ultrashort pulse laser light source 20 in the brittle material removing step, the oscillation of the laser light L1 is stopped, and the laser oscillated from the CO 2 laser light source 30 in the resin removing step.
  • a machined groove 23 is formed by the light L2.
  • the present invention is not limited to this, and the ultrashort pulse laser light source 20 and the CO 2 laser light source 30 are both arranged on the same side (upper or lower side in the Z direction) with respect to the composite material 10, and brittle material removal is performed. It is also possible to employ a method in which the brittle material layer 1 faces the ultrashort pulse laser light source 20 in the process, and the composite material 10 is turned upside down so that the resin layer 2 faces the CO 2 laser light source 30 in the resin removal process. is.
  • resin residue may remain on the bottom of the formed groove 23 as long as it does not hinder the cutting of the composite material 10 in the composite material cutting step described later.
  • a cleaning step of removing residues of the resin forming the resin layer 2 by cleaning the machined grooves 23 formed in the resin removing step various wet and dry cleaning methods can be applied. Examples of wet cleaning methods include chemical solution immersion, ultrasonic cleaning, dry ice blasting, and micro- and nano-fine bubble cleaning. As a dry cleaning method, laser, plasma, ultraviolet rays, ozone, or the like can be used.
  • the composite material 10 is cut by applying an external force along the expected cutting line DL.
  • the composite material 10 is divided into composite material pieces 10a and 10b.
  • mechanical breaking mountain folding
  • heating of a portion near the planned cutting line DL by an infrared laser beam vibration addition by an ultrasonic roller, suction and lifting by a suction cup, etc. I can give an example.
  • the resin layer 2 side becomes convex (the brittle material layer 1 side is concave).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the composite material pieces 10a and 10b after being cut in the composite material cutting step of the cutting method according to the present embodiment.
  • the surface roughness of the first portion 12 on the resin layer 2 side at one end face (divided end face) of the brittle material layer 1 is It is larger than the surface roughness of the second portion 13 on the side opposite to the resin layer 2 .
  • the first portion 12 corresponds to the portion where the scribed groove 11 is formed
  • the second portion 13 corresponds to the portion where the scribed groove 11 is not formed.
  • the thickness of the first portion 12 is preferably 10% or more and 40% or less of the thickness of the brittle material layer 1 . More preferably, the lower limit is 15% or more. More preferably, the upper limit is 35% or less.
  • One end surface (divided end surface) of the brittle material layer 1 of the composite material pieces 10a and 10b is closer to the one end surface side (the left side of the paper surface of FIG. 4) than the same side end surface (divided end surface) of the resin layer 2. Protruding.
  • the protrusion amount 14 changes according to the spot diameter at the irradiation position of the resin layer 2 of the laser light L2 emitted from the CO 2 laser light source 30, and is, for example, 200 ⁇ m or less, 100 ⁇ m or less, or 50 ⁇ m or less.
  • the lower limit of the protrusion amount 14 is preferably as small as possible, but is, for example, 1 ⁇ m or more or 5 ⁇ m or more.
  • the brittle material forming the brittle material layer 1 is removed by irradiating the laser beam L1 oscillated from the ultrashort pulse laser light source 20 in the brittle material removing step. Since the scribed grooves 11 are formed in the brittle material layer 1, the composite material 10 is divided starting from the scribed grooves 11 in the composite material dividing step, and cracks are less likely to occur in the end faces of the brittle material layer 1 after division. Further, according to the dividing method according to the present embodiment, the scribed grooves 11 formed in the brittle material removing step are open on the resin layer 2 side and do not penetrate the brittle material layer 1 .
  • the scribe groove 11 is formed by removing the brittle material only on the resin layer 2 side of the brittle material layer 1 . Therefore, in the composite material cutting step, the composite material 10 is cut starting from the scribed grooves 11, and sufficient bending strength can be obtained in the composite material pieces 10a and 10b after being cut.
  • the resin removing step is performed after the brittle material removing step, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to perform the brittle material removing step after the resin removing step. . In other words, it is also possible to form the scribed grooves 11 after forming the machined grooves 23 .
  • the focus AF of the laser light L1 emitted from the ultrashort pulse laser light source 20 is set near the interface between the resin layer 2 and the brittle material layer 1, so the brittle material removing step is executed. At the time of cutting, the resin must remain on the bottom of the groove 23 .
  • the brittle material removing step is performed in a state where the thickness of the resin residue (that is, the thickness of the resin layer 2 at the irradiation position of the laser beam L1 emitted from the ultrashort pulse laser source 20) is 5 ⁇ m or more. There is a need.
  • FIG. 5 is a diagram schematically explaining the outline of the test according to Example 1.
  • the brittle material layer 1 is made of alkali-free glass and has a thickness of 30 ⁇ m.
  • the resin layer 2 is a surface protection film and has a total thickness of 58 ⁇ m.
  • this surface protection film is prepared by using a PET film with a thickness of 38 ⁇ m as the base film 21, applying an acrylic adhesive to one side of the base film 21, drying the adhesive layer (acrylic adhesive layer) with a thickness of 20 ⁇ m after drying.
  • Adhesive layer) 22 is formed.
  • the composite material 10 has a configuration in which a brittle material layer 1 and a resin layer 2 are laminated with an adhesive layer 22 interposed therebetween. As shown in FIG. 5A, the composite material 10 has a square shape with an in-plane (inside the XY two-dimensional plane) dimension of 150 mm ⁇ 150 mm. A straight line indicated by a dashed line in FIG. 5(a) is a planned dividing line.
  • Example 1 first, the brittle material removing process was performed, then the resin removing process was performed, and finally the composite material cutting process was performed.
  • the ultrashort pulse laser light source 20 "Monaco 1035-80-60” manufactured by Coherent (oscillation wavelength 1035 nm, pulse width of laser light L1 350 to 10000 femtoseconds, pulse oscillation repetition frequency maximum 50 MHz, Using an average power of 60 W)
  • the composite material 10 was irradiated from the brittle material layer 1 side with a laser beam L1 oscillated at a predetermined output from an ultrashort pulse laser light source 20 via a multi-focus optical system.
  • the focus AF see FIG.
  • the input energy estimated by the above formula (2) is 29 mJ/mm.
  • the actual applied energy is 33 mJ/mm according to the above equation (1), which is 114% of the estimated applied energy.
  • the composite material 10 is manually mountain-folded along the planned cutting line so that the resin layer 2 side becomes convex (the brittle material layer 1 side becomes concave). Piece 10c was cut.
  • the brittle material layer 1 is made of alkali-free glass and has a thickness of 100 ⁇ m.
  • the resin layer 2 is obtained by applying an epoxy adhesive to one side of a polarizing film and drying it to form an adhesive layer (epoxy adhesive layer) having a thickness of 1 ⁇ m after drying.
  • the polarizing film in order from the side where the adhesive layer is formed, TAC film (thickness 40 ⁇ m) / PVA-based polarizer (thickness 5 ⁇ m) / acrylic film (thickness 40 ⁇ m) / acrylic adhesive layer (thickness 30 ⁇ m) / A separator (PET film, thickness 38 ⁇ m) was used.
  • the composite material 10 has a configuration in which a brittle material layer 1 and a resin layer 2 are laminated via an adhesive layer. Similarly to Example 1, the composite material 10 used in Example 2 also has a square shape with an in-plane (XY two-dimensional plane) dimension of 150 mm ⁇ 150 mm.
  • a scribed groove 11 was formed under the same conditions as in Example 1, except that the thickness was set to 0.5 ⁇ m.
  • the resin removing process and the composite material cutting process were also performed under the same conditions as in Example 1 to cut the composite material piece 10c.
  • the brittle material layer 1 is made of alkali-free glass and has a thickness of 30 ⁇ m, as in Example 1.
  • the resin layer 2 is formed by applying an epoxy-based adhesive to one side of a TAC film (40 ⁇ m thick) and drying it to form an adhesive layer (epoxy-based adhesive layer) having a thickness of 1 ⁇ m after drying.
  • the composite material 10 has a configuration in which a brittle material layer 1 and a resin layer 2 are laminated via an adhesive layer.
  • the composite material 10 used in Comparative Example 1 also has a square shape with in-plane (XY two-dimensional plane) dimensions of 150 mm ⁇ 150 mm.
  • Comparative Example 1 first, the resin removal process was performed, then the brittle material removal process was performed, and finally the composite material cutting process was performed.
  • the CO 2 laser light source 30 "DIAMOND J-3-9.4" manufactured by Coherent (oscillation wavelength 9.4 ⁇ m, pulse oscillation repetition frequency 15 kHz, laser light L2 power 18 W, Gaussian beam) was used.
  • a laser beam L2 oscillated from a CO 2 laser light source 30 was condensed to a spot diameter of 120 ⁇ m using a condensing lens, and the resin layer 2 of the composite material 10 was irradiated with the laser beam L2.
  • the relative moving speed (processing speed) of the laser beam L2 with respect to the composite material 10 is set to 400 mm/sec and the laser beam L2 is scanned along the planned dividing line, a processed groove 23 having a groove width of 150 ⁇ m is formed in the resin layer 2. was done. No residue of resin was found on the bottom of the processed groove 23 .
  • the input energy estimated by the above formula (2) is 21 mJ/mm.
  • the actual applied energy is 45 mJ/mm according to the above equation (1), which is 214% of the estimated applied energy.
  • the ultrashort pulse laser light source 20 As the ultrashort pulse laser light source 20, an oscillation wavelength of 1035 nm, a pulse width of the laser light L1 of 8500 femtoseconds, a pulse oscillation repetition frequency of 125 kHz, and an average power of 13 W are used.
  • a laser beam L1 oscillated at a predetermined output from a light source 20 was applied to the composite material 10 from the side opposite to the processed groove 23 (brittle material layer 1 side) through a multi-focus optical system.
  • the focus AF of the laser beam L1 was set at a position 25 ⁇ m away from the interface between the brittle material layer 1 and the resin layer 2 toward the brittle material layer 1 side.
  • processing speed When the relative movement speed (processing speed) of the laser beam L1 with respect to the composite material 10 was set to 125 mm/sec, and the laser beam L1 was scanned along the planned dividing line, processing traces were formed on the brittle material layer 1 with a pitch of 1 ⁇ m. perforation-like through holes (about 0.7 to 0.9 ⁇ m in diameter) were formed.
  • the composite material 10 was manually cut along the intended cutting line so that the resin layer 2 side became convex (the brittle material layer 1 side became concave).
  • the composite material piece 10c was divided by mountain folding.
  • Comparative Example 2 The configuration of the composite material 10 used in Comparative Example 2 is the same as in Example 2. Moreover, the conditions of the resin removing process, the brittle material removing process, and the composite material cutting process performed in Comparative Example 2 are the same as those in Comparative Example 1.
  • Example 1 the absorbance of the resin layer 2 (total thickness: 58 ⁇ m) with respect to the oscillation wavelength of 1035 nm of the ultrashort pulse laser light source 20 was measured.
  • Example 2 and Comparative Examples 1 and 2 the absorbance of the adhesive layer (thickness 1 ⁇ m) of the resin layer 2 with respect to the oscillation wavelength of 1035 nm of the ultrashort pulse laser light source 20 was measured.
  • the above-mentioned measurement site is taken out from the composite material piece 10c, and a spectrophotometer manufactured by Hitachi, Ltd.
  • the movable portion 50b is moved toward the movable portion 50a at a speed of 20 mm/min to apply bending stress to the composite material piece 10c. let me Then, the bending strength of the composite material piece 10c was evaluated based on the value of the distance D between the movable portion 50a and the movable portion 50b when the composite material piece 10c was broken.
  • the angle ⁇ is obtained by imaging the composite material piece 10c from the Y direction shown in FIG. It was calculated based on the captured image immediately before the material piece 10c was destroyed.
  • FIG. 6 is a diagram showing test results according to Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 6 As shown in FIG. 6, according to Examples 1 and 2, while maintaining the division yield at a value equivalent to Comparative Examples 1 and 2 (that is, the brittle material layer 1 after division equivalent to Comparative Examples 1 and 2 It was found that the bending strength of the composite material piece 10c after division is higher than that of Comparative Examples 1 and 2.

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Abstract

【課題】分断後の脆性材料層の端面にクラックが生じ難く、且つ分断後の複合材に十分な曲げ強度が得られる方法を提供する 【解決手段】本発明は、脆性材料層１と樹脂層２とが積層された複合材１０を分断する方法であって、超短パルスレーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を脆性材料層側から複合材の分断予定線ＤＬに沿って照射してスクライブ溝１１を形成する脆性材料除去工程と、レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を分断予定線に沿って樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去する樹脂除去工程と、を含む。脆性材料除去工程において、レーザ光Ｌ１の焦点ＡＦを樹脂層の脆性材料層との界面近傍に設定し、レーザ光Ｌ１の照射位置における樹脂層の厚みが５μｍ以上ある状態でレーザ光Ｌ１を発振し、樹脂層側で開口し且つ脆性材料層を非貫通である前記スクライブ溝を形成する。

Description

複合材の分断方法
　本発明は、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法に関する。特に、本発明は、分断後の脆性材料層の端面にクラックが生じ難く、且つ分断後の複合材（複合材片）に十分な曲げ強度が得られる方法に関する。
　テレビやパーソナルコンピュータに用いられる画像表示装置の最表面側には、多くの場合、画像表示装置を保護するための保護材が配置されている。保護材として、代表的には、ガラス板が使用されている。
　しかしながら、スマートフォン、スマートウォッチ、車載ディスプレイ等に用いられる画像表示装置のように、画像表示装置の小型化、薄型化、軽量化に伴い、保護機能と光学機能とを兼ね備える薄型の保護材に対する要望が高まっている。このような保護材としては、例えば、保護機能を奏するガラス等の脆性材料層と、光学機能を奏する偏光フィルム等の樹脂層とが積層された複合材が挙げられる。この複合材は、用途に応じた所定形状・所定寸法に分断する必要がある。
　従来、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法として、特許文献１に記載の方法が提案されている。
　特許文献１に記載の方法は、ＣＯ２レーザ光源等のレーザ光源から発振したレーザ光を複合材の分断予定線に沿って樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去することで、分断予定線に沿った加工溝を形成する樹脂除去工程と、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を分断予定線に沿って脆性材料層に照射して脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線に沿った加工痕を形成する脆性材料除去工程と、を含み、加工痕が脆性材料層を貫通する貫通孔である。
　特許文献１に記載の方法によれば、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を用いて脆性材料層を形成する脆性材料を除去するため、分断後の脆性材料層の端面にクラックが生じ難いという利点が得られる。
　また、特許文献１に記載の方法でも、分断後の複合材に所定の曲げ強度が得られる。しかしながら、より一層十分な曲げ強度が得られることが望まれている。
　なお、非特許文献１には、超短パルスレーザ光を用いた加工技術において、超短パルスレーザ光のフィラメンテーション現象を利用することや、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系又はベッセルビーム光学系を適用することが記載されている。
　また、非特許文献２には、薄ガラス基板の２点曲げ応力について記載されている。
特開２０１９－１２２９６６号公報
ジョン　ロペス（John Lopez）他、"超短パルスベッセルビームを用いたガラス切断（GLASS CUTTING 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日検索］、インターネット（URL:https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS） Suresh T. Gulati他、"Two Point Bending of Thin Glass Substrate"、２０１１年、SID 11 DIGEST、ｐ．６５２－６５４
　本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、分断後の脆性材料層の端面にクラックが生じ難く、且つ分断後の複合材（複合材片）に十分な曲げ強度が得られる方法を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の照射位置における樹脂層の厚みが所定値以上（５μｍ以上）ある状態で、レーザ光の焦点を樹脂層の脆性材料層との界面近傍に設定し、脆性材料層側から分断予定線に沿ってレーザ光を照射することで、脆性材料層の樹脂層側のみの脆性材料が除去されて、分断予定線に沿って一体的に繋がったスクライブ溝が形成されることを見出した。そして、このスクライブ溝を起点として複合材が分断され、分断後の脆性材料層の端面にクラックが生じ難く、且つ分断後の複合材に十分な曲げ強度が得られることを見出した。
　本発明は、上記本発明者らの知見に基づき、完成したものである。
　すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法であって、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を前記脆性材料層側から前記複合材の分断予定線に沿って照射して前記脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、前記分断予定線に沿って一体的に繋がったスクライブ溝を形成する脆性材料除去工程と、レーザ光源から発振したレーザ光を前記分断予定線に沿って前記樹脂層に照射して前記樹脂層を形成する樹脂を除去する樹脂除去工程と、を含み、前記脆性材料除去工程において、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の焦点を前記樹脂層の前記脆性材料層との界面近傍に設定し、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の照射位置における前記樹脂層の厚みが５μｍ以上ある状態で前記超短パルスレーザ光源からレーザ光を発振し、前記樹脂層側で開口し且つ前記脆性材料層を非貫通である前記スクライブ溝を形成する、複合材の分断方法を提供する。
　本発明に係る複合材の分断方法によれば、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を照射して脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、脆性材料層にスクライブ溝を形成するため、このスクライブ溝を起点として複合材が分断され、分断後の脆性材料層の端面（複合材の厚み方向（脆性材料層と樹脂層との積層方向）に直交する方向の端面）にクラックが生じ難い。
　また、本発明に係る複合材の分断方法によれば、脆性材料除去工程で形成するスクライブ溝が、樹脂層側で開口し、且つ、脆性材料層を非貫通である。換言すれば、脆性材料除去工程において、脆性材料層の樹脂層側のみの脆性材料を除去してスクライブ溝を形成する。したがって、このスクライブ溝を起点として複合材が分断され、本発明者らが知見したように、分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることができる。
　本発明によってスクライブ溝が形成されるメカニズムは必ずしも明確ではないが、レーザ光の焦点を樹脂層の脆性材料層との界面近傍に設定することで、レーザ光のエネルギーが樹脂層の脆性材料層との界面近傍に集中的に吸収されて発熱し、その熱が脆性材料層に伝導することで、伝導した箇所の脆性材料が除去されてスクライブ溝が形成される、と本発明者らは推定している。
　なお、本発明に係る複合材の分断方法において、「レーザ光を前記脆性材料層側から前記複合材の分断予定線に沿って照射」とは、複合材の厚み方向（脆性材料層と樹脂層との積層方向）から見て、脆性材料層側から分断予定線に沿ってレーザ光を複合材に照射することを意味する。また、本発明に係る複合材の分断方法において、「レーザ光を前記分断予定線に沿って前記樹脂層に照射」とは、複合材の厚み方向から見て、分断予定線に沿ってレーザ光を樹脂層に照射することを意味する。
　また、本発明に係る複合材の分断方法において、「前記樹脂層の前記脆性材料層との界面近傍」とは、樹脂層と脆性材料層との界面そのもの、及び、界面に近い樹脂層の部位（例えば、複合材の厚み方向について、界面からの距離が２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下の部位）を意味する。「前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の焦点を前記樹脂層の前記脆性材料層との界面近傍に設定」とは、複合材の厚み方向についてのレーザ光の焦点の位置を樹脂層の脆性材料層との界面近傍に設定することを意味する。
　さらに、本発明に係る複合材の分断方法において、樹脂除去工程において用いるレーザ光源の種類は、発振したレーザ光で樹脂層を形成する樹脂を除去できるものである限りにおいて、特に限定されるものではない。ただし、複合材に対するレーザ光の相対的な移動速度（加工速度）を高めることが可能である点で、赤外域の波長のレーザ光を発振するＣＯ２レーザ光源やＣＯレーザ光源を用いることが好ましい。
　本発明に係る複合材の分断方法では、樹脂除去工程を先に実行した後、脆性材料除去工程を実行することも可能である。ただし、この場合、樹脂除去工程において、分断予定線に沿って樹脂を完全に除去することができず、５μｍ以上の厚み分だけ、敢えて樹脂を残す必要が生じる。樹脂の残量は、樹脂除去工程でレーザ光源から発振するレーザ光のパワーや複合材に対するレーザ光の相対的な移動速度（加工速度）等に依存して変化し得るため、その調整に手間が掛かる一方、樹脂を過度に残すと、複合材の分断に支障が生じるおそれがある。
　このため、本発明に係る複合材の分断方法において、前記脆性材料除去工程の後に、前記樹脂除去工程を実行することが好ましい。
　上記の好ましい方法によれば、先に実行する脆性材料除去工程によってスクライブ溝が形成されるため、スクライブ溝が形成された後に実行する樹脂除去工程において、分断予定線に沿って樹脂を完全に除去しても支障がない。このため、レーザ光のパワー等の調整に手間が掛かったり、複合材の分断に支障が生じるおそれを回避可能である。
　好ましくは、本発明に係る複合材の分断方法は、前記脆性材料除去工程及び前記樹脂除去工程の後に、前記分断予定線に沿って外力を加えることで、前記複合材を分断する複合材分断工程を更に含む。
　上記の好ましい方法によれば、複合材を確実に分断することが可能である。
　本発明者らの知見によれば、スクライブ溝の深さが小さいほど、分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることができる一方、スクライブ溝の深さが小さすぎると、複合材の分断に支障が生じる。
　したがって、本発明に係る複合材の分断方法において、前記スクライブ溝の深さが、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。下限は５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。上限は３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１８μｍ以下であることがより好ましく、１６μｍ以下であることがさらに好ましい。
　なお、上記の好ましい方法において、「スクライブ溝の深さ」は、スクライブ溝の樹脂層側の端（スクライブ溝の開口端）と、スクライブ溝の脆性材料層側の底部（スクライブ溝の開口端と反対側の端）との距離を意味する。また、上記の好ましい方法において、「前記スクライブ溝の深さが、３μｍ以上５０μｍ以下である」とは、分断予定線に沿ったスクライブ溝の深さの平均値が、３μｍ以上５０μｍ以下であることを意味する。
　また、本発明に係る複合材の分断方法において、前記スクライブ溝の深さが、前記脆性材料層の厚みの１０％以上５０％以下であることが好ましい。下限は１５％以上であることがより好ましい。上限は３５％以下であることがより好ましい。
　本発明に係る複合材の分断方法において、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の波長は、例えば、５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である。
　本発明に係る複合材の分断方法において、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光のパルス幅は、例えば、３５０フェムト秒以上１００００フェムト秒以下である。
　本発明によれば、分断後の脆性材料層の端面にクラックが生じ難く、且つ分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることが可能である。
本発明の一実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。 図１に示す超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の焦点の設定方法の一例を模式的に説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係る分断方法の複合材分断工程で分断された後の複合材片の構成を模式的に示す断面図である。 実施例１に係る試験の概要を模式的に説明する図である。 実施例１、２及び比較例１、２に係る試験の結果を示す図である。
　以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る複合材の分断方法（以下、適宜、単に「分断方法」という）について説明する。
　図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。図１（ａ）は本実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す断面図であり、図１（ｂ）は本実施形態に係る分断方法の樹脂除去工程を示す断面図であり、図１（ｃ）は本実施形態に係る分断方法の複合材分断工程を示す断面図である。図２（ａ）は本実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程後の複合材を示す上平面図（脆性材料層側から見た平面図）であり、図２（ｂ）は本実施形態に係る分断方法の樹脂除去工程後の複合材を示す下平面図（樹脂層側から見た平面図）である。
　本実施形態に係る分断方法は、脆性材料層１と樹脂層２とが積層された複合材１０を厚み方向（脆性材料層１と樹脂層２との積層方向、図１の上下方向、Ｚ方向）に分断する方法である。
　脆性材料層１と樹脂層２とは、任意の適切な方法によって積層される。例えば、脆性材料層１と樹脂層２とは、いわゆるロール・ツー・ロール方式によって積層可能である。すなわち、長尺の脆性材料層１と長尺の樹脂層２とを長手方向に搬送しながら、互いの長手方向を揃えるようにして互いに貼り合わせることで、脆性材料層１と樹脂層２とを積層可能である。また、脆性材料層１と樹脂層２とをそれぞれ所定形状に切断した後、積層することも可能である。脆性材料層１と樹脂層２とは、代表的には、任意の適切な粘着剤や接着剤を介して積層される。
　脆性材料層１を形成する脆性材料としては、ガラス、及び単結晶又は多結晶シリコンを例示できる。
　ガラスとしては、組成による分類によれば、ソーダ石灰ガラス、ホウ酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、石英ガラス、及びサファイアガラスを例示できる。また、アルカリ成分による分類によれば、無アルカリガラス、低アルカリガラスを例示できる。ガラスのアルカリ金属成分（例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ）の含有量は、好ましくは１５重量％以下であり、より好ましくは１０重量％以下である。
　脆性材料層１の厚みは、好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１５０μｍ以下であり、更に好ましくは１２０μｍ以下であり、特に好ましくは１００μｍ以下である。一方、脆性材料層１の厚みは、好ましくは５μｍ以上であり、より好ましくは２０μｍ以上であり、更に好ましくは３０μｍ以上である。脆性材料層１の厚みがこのような範囲であれば、ロール・ツー・ロール方式による樹脂層２との積層が可能になる。
　脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１の波長５５０ｎｍにおける光透過率は、好ましくは８５％以上である。脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１の波長５５０ｎｍにおける屈折率は、好ましくは１．４～１．６５である。脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１の密度は、好ましくは２．３ｇ／ｃｍ３～３．０ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは２．３ｇ／ｃｍ３～２．７ｇ／ｃｍ３である。
　脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１として、市販のガラス板をそのまま用いてもよく、市販のガラス板を所望の厚みになるように研磨して用いてもよい。市販のガラス板としては、例えば、コーニング社製「７０５９」、「１７３７」又は「ＥＡＧＬＥ２０００」、旭硝子社製「ＡＮ１００」、ＮＨテクノグラス社製「ＮＡ－３５」、日本電気硝子社製「ＯＡ－１０」、ショット社製「Ｄ２６３」又は「ＡＦ４５」が挙げられる。
　樹脂層２としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、液晶ポリマー、各種樹脂製発泡体などのプラスチック材料で形成された単層フィルム、又は複数の層からなる積層フィルムを例示できる。
　樹脂層２が複数の層からなる積層フィルムである場合、層間に、アクリル系粘着剤、ウレタン系粘着剤、シリコーン系粘着剤などの各種粘着剤や、エポキシ系接着剤などの各種接着剤が介在してもよい。また、樹脂層２の表面に、上記のような粘着剤や接着剤からなる粘着剤層や接着剤層が形成されていてもよい。
　また、樹脂層２の表面に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどの導電性の無機膜が形成されていてもよい。
　本実施形態に係る分断方法は、特に樹脂層２がディスプレイに用いられる偏光フィルム、表面保護フィルム、位相差フィルム等の各種光学フィルムである場合に好適に用いられる。
　樹脂層２の厚みは、好ましくは２０～５００μｍである。
　なお、図１に示す例では、樹脂層２が、ＰＥＴ等で形成された基材フィルム２１と基材フィルム２１の片面に形成された粘着剤層２２とから構成される表面保護フィルムであり、複合材１０が、粘着剤層２２を介して脆性材料層１と樹脂層２とが積層された構成である例を図示している。
　本実施形態に係る分断方法は、脆性材料除去工程と、樹脂除去工程と、複合材分断工程と、を含んでいる。以下、各工程について順に説明する。
　＜脆性材料除去工程＞
　図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源２０から発振（パルス発振）したレーザ光（超短パルスレーザ光）Ｌ１を脆性材料層１側から複合材１０の分断予定線に沿って照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線に沿って一体的に繋がったスクライブ溝１１を形成する。
　図１及び図２に示す例では、複合材１０の面内（ＸＹ２次元平面内）の直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のうち、Ｙ方向に延びる直線ＤＬが分断予定線である場合を図示している。分断予定線ＤＬは、視覚的に認識できる表示として実際に複合材１０に描くことも可能であるし、レーザ光Ｌ１と複合材１０とのＸＹ２次元平面上での相対的な位置関係を制御する制御装置（図示せず）にその座標を予め入力しておくことも可能である。図１及び図２に示す分断予定線ＤＬは、制御装置にその座標が予め入力されており、実際には複合材１０に描かれていない仮想線である。なお、分断予定線ＤＬは、直線に限るものではなく、曲線であってもよい。複合材１０の用途に応じて分断予定線ＤＬを決定することで、複合材１０を用途に応じた任意の形状に分断可能である。
　レーザ光Ｌ１を複合材１０の分断予定線ＤＬに沿って照射する態様（レーザ光Ｌ１を走査する態様）としては、例えば、枚葉状の複合材１０をＸＹ２軸ステージ（図示せず）に載置して固定（例えば、吸着固定）し、制御装置からの制御信号によってＸＹ２軸ステージを駆動することで、レーザ光Ｌ１に対する複合材１０のＸＹ２次元平面上での相対的な位置を変更することが考えられる。また、複合材１０の位置を固定し、制御装置からの制御信号によって駆動するガルバノミラーやポリゴンミラーを用いて超短パルスレーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を偏向させることで、複合材１０に照射されるレーザ光Ｌ１のＸＹ２次元平面上での位置を変更することも考えられる。更には、上記のＸＹ２軸ステージを用いた複合材１０の走査と、ガルバノミラー等を用いたレーザ光Ｌ１の走査との双方を併用することも可能である。
　脆性材料層１を形成する脆性材料は、超短パルスレーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１のフィラメンテーション現象を利用して、或いは、超短パルスレーザ光源２０にマルチ焦点光学系（図示せず）又はベッセルビーム光学系（図示せず）を適用することで、除去される。
　なお、超短パルスレーザ光のフィラメンテーション現象を利用することや、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系又はベッセルビーム光学系を適用することについては、前述の非特許文献１に記載されている。また、ドイツのTrumpf社から、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系を適用したガラス加工に関する製品が販売されている。このように、超短パルスレーザ光のフィラメンテーション現象を利用することや、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系又はベッセルビーム光学系を適用することについては公知であるため、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
　超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１の波長は、脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合に高い光透過率を示す５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下であることが好ましい。非線形光学現象（多光子吸収）を効果的に引き起こすため、レーザ光Ｌ１のパルス幅は、１００ピコ秒以下であることが好ましく、５０ピコ秒以下であることがより好ましい。レーザ光Ｌ１のパルス幅は、例えば、３５０フェムト秒以上１００００フェムト秒以下に設定される。レーザ光Ｌ１の発振形態は、シングルパルス発振でも、バーストモードのマルチパルス発振でもよい。
　脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１の焦点を樹脂層２の脆性材料層１との界面近傍に設定している。これにより、脆性材料除去工程で形成するスクライブ溝１１は、樹脂層２側で開口し且つ脆性材料層１を非貫通（樹脂層２側と反対側では開口していない）になっている。換言すれば、脆性材料除去工程において、脆性材料層１の樹脂層２側のみの脆性材料を除去してスクライブ溝１１を形成している。
　以下、この点について、より具体的に説明する。
　図３は、超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１の焦点の設定方法の一例を模式的に説明する説明図である。
　図３に示す例では、超短パルスレーザ光源２０にマルチ焦点光学系を適用している。具体的には、図３に示すマルチ焦点光学系は、３つのアキシコンレンズ２１ａ、２１ｂ、２１ｃで構成されている。図３に示すように、超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１の空間強度分布をガウシアン分布と仮定すれば、比較的強度の高い点Ａから点Ｂまでの範囲で発振したレーザ光Ｌ１は、図３において破線で示す光路を辿って、焦点ＡＦで収束する。本実施形態の脆性材料除去工程において、樹脂層２の脆性材料層１との界面近傍に設定する焦点は、点Ａから点Ｂまでの比較的強度の高い範囲で発振したレーザ光Ｌ１が収束する焦点ＡＦである。点Ａから点Ｂまでの範囲は、例えば、レーザ光Ｌ１の空間強度分布の最大強度の９０％以上の強度となる範囲である。
　脆性材料除去工程では、このレーザ光Ｌ１の焦点ＡＦの位置が樹脂層２の脆性材料層１との界面近傍、具体的には、界面から距離Ｈの位置となるように、焦点ＡＦと複合材１０との位置関係を調整する。この距離Ｈは、好ましくは０μｍ～２０μｍ、より好ましくは０μｍ～１０μｍに設定される。
　焦点ＡＦにおけるレーザ光Ｌ１のスポット径は、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下に設定される。
　なお、レーザ光Ｌ１のフィラメンテーション現象を利用する場合には、レーザ光Ｌ１が脆性材料層１を透過する際、カー効果によって自己収束することで、進行するほどスポット径が小さくなる。そして、脆性材料層１にアブレーションが生じるエネルギー閾値までレーザ光Ｌ１が収束したときに、脆性材料層１の脆性材料が除去されてスクライブ溝１１が形成されることになる。上記のように、アブレーションが生じるエネルギー閾値までレーザ光Ｌ１が収束する位置（前述の焦点ＡＦに相当）を樹脂層２の脆性材料層１との界面近傍に設定することで、樹脂層２側で開口し且つ脆性材料層１を非貫通であるスクライブ溝１１を形成可能である。
　超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１のパワーを調整することで、スクライブ溝１１を形成する（脆性材料を除去する）のに用いられるエネルギーの強弱（点Ａから点Ｂまでの範囲の強度の大小）を調整することが可能である。これにより、スクライブ溝１１の深さを調整することが可能である。
　スクライブ溝１１の深さが小さいほど、分断後の複合材１０に十分な曲げ強度を得ることができる一方、スクライブ溝１１の深さが小さすぎると、後述の複合材分断工程での複合材１０の分断に支障が生じる。
　このため、スクライブ溝１１の深さは、好ましくは３μｍ以上５０μｍ以下である。下限は５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。上限は３０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１８μｍ以下であることがより好ましく、１６μｍ以下であることがさらに好ましい。脆性材料層１の厚みが小さい場合（例えば、厚みが５０μｍ以下の場合）、スクライブ溝１１の深さは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
　また、スクライブ溝１１の深さは、好ましくは脆性材料層１の厚みの１０％以上５０％以下である。下限は１５％以上であることがより好ましい。上限は３５％以下であることがより好ましい。
　＜樹脂除去工程＞
　本実施形態の樹脂除去工程は、脆性材料除去工程の後に実行される。
　図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、樹脂除去工程では、レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を複合材１０の分断予定線ＤＬに沿って樹脂層２に照射して樹脂層２を形成する樹脂を除去する。これにより、分断予定線ＤＬに沿った加工溝２３が形成される。
　レーザ光Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って照射する態様（レーザ光Ｌ２を走査する態様）としては、前述のレーザ光Ｌ１を分断予定線ＤＬに沿って照射する態様と同じ態様を採用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　本実施形態では、レーザ光源３０として、発振するレーザ光Ｌ２の波長が赤外域の９～１１μｍであるＣＯ２レーザ光源を用いている。
　ただし、本発明はこれに限るものではなく、レーザ光源３０として、発振するレーザ光Ｌ２の波長が５μｍであるＣＯレーザ光源を用いることも可能である。
　また、レーザ光源３０として、可視光及び紫外線（ＵＶ）パルスレーザ光源を用いることも可能である。可視光及びＵＶパルスレーザ光源としては、発振するレーザ光Ｌ２の波長が５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、３４９ｎｍ又は２６６ｎｍ（Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、又はＹＶＯ４を媒質とする固体レーザ光源の高次高調波）であるもの、発振するレーザ光Ｌ２の波長が３５１ｎｍ、２４８ｎｍ、２２２ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍであるエキシマレーザ光源、発振するレーザ光Ｌ２の波長が１５７ｎｍであるＦ２レーザ光源を例示できる。
　また、レーザ光源３０として、発振するレーザ光Ｌ２の波長が紫外域以外であり、なお且つパルス幅がフェムト秒又はピコ秒オーダーのパルスレーザ光源を用いることも可能である。このパルスレーザ光源から発振するレーザ光Ｌ２を用いれば、多光子吸収過程に基づくアブレーション加工を誘発可能である。
　さらに、レーザ光源３０として、発振するレーザ光Ｌ２の波長が赤外域である半導体レーザ光源やファイバーレーザ光源を用いることも可能である。
　前述のように、本実施形態では、レーザ光源３０としてＣＯ２レーザ光源を用いているため、以下、レーザ光源３０を「ＣＯ２レーザ光源３０」と称する。
　ＣＯ２レーザ光源３０の発振形態は、パルス発振でも連続発振でもよい。レーザ光Ｌ２の空間強度分布は、ガウシアン分布でもよいし、レーザ光Ｌ２の除去対象外である脆性材料層１のダメージを抑制するため、回折光学素子（図示せず）等を用いて、フラットトップ分布に整形してもよい。レーザ光Ｌ２の偏光状態に制約はなく、直線偏光、円偏光及びランダム偏光の何れであってもよい。
　レーザ光Ｌ２を複合材１０の分断予定線ＤＬに沿って樹脂層２（基材フィルム２１及び粘着剤層２２）に照射することで、樹脂層２を形成する樹脂のうち、レーザ光Ｌ２が照射された樹脂（基材フィルム２１及び粘着剤層２２のレーザ光Ｌ２が照射された部分）の赤外光吸収に伴う局所的な温度上昇が生じて当該樹脂が飛散することで、当該樹脂が複合材１０から除去され、複合材１０に加工溝２３が形成される。複合材１０から除去される樹脂の飛散物が複合材１０に再付着することを抑制するには、分断予定線ＤＬ近傍に集塵機構を設けることが好ましい。加工溝２３の溝幅が大きくなるのを抑制するには、樹脂層２への照射位置におけるスポット径が３００μｍ以下となるようにレーザ光Ｌ２を集光することが好ましく、スポット径が２００μｍ以下となるようにレーザ光Ｌ２を集光することがより好ましい。
　なお、レーザ光Ｌ２が照射された樹脂の赤外光吸収に伴う局所的な温度上昇を原理とする樹脂の除去方法の場合、樹脂の種類や樹脂層２の層構造に関わらず、樹脂層２の厚みによって、加工溝２３を形成するのに必要な投入エネルギーを概ね見積もることが可能である。具体的には、加工溝２３を形成するのに必要な以下の式（１）で表わされる投入エネルギーを、樹脂層２の厚みに基づき、以下の式（２）によって見積もることが可能である。
　投入エネルギー［ｍＪ／ｍｍ］＝レーザ光Ｌ２の平均パワー［ｍＷ］／加工速度［ｍｍ／ｓｅｃ］　・・・（１）
　投入エネルギー［ｍＪ／ｍｍ］＝０．５×樹脂層２の厚み［μｍ］　・・・（２）
　実際に設定する投入エネルギーは、上記の式（２）で見積もった投入エネルギーの２０％～１８０％に設定することが好ましく、５０％～１５０％に設定することがより好ましい。このように見積もった投入エネルギーに対してマージンを設けるのは、樹脂層２を形成する樹脂の光吸収率（レーザ光Ｌ２の波長における光吸収率）や、樹脂の融点・分解点等の熱物性の違いによって、加工溝２３を形成するのに必要な投入エネルギーに差異が生じることを考慮しているからである。具体的には、例えば、本実施形態に係る分断方法を適用する複合材１０のサンプルを用意し、上記の好ましい範囲内の複数の投入エネルギーでこのサンプルの樹脂層２に加工溝２３を形成する予備試験を行って、適切な投入エネルギーを決定すればよい。
　本実施形態の樹脂除去工程では、レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を樹脂層２側から樹脂層２に照射している。図１（ａ）、（ｂ）に示す例では、樹脂層２に対向するように、ＣＯ２レーザ光源３０を複合材１０に対してＺ方向下側に配置し、脆性材料層１に対向するように、超短パルスレーザ光源２０を複合材１０に対してＺ方向上側に配置している。そして、脆性材料除去工程において超短パルスレーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１でスクライブ溝１１を形成した後、レーザ光Ｌ１の発振を停止し、樹脂除去工程においてＣＯ２レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２で加工溝２３を形成している。
　しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、超短パルスレーザ光源２０及びＣＯ２レーザ光源３０を複合材１０に対していずれも同じ側（Ｚ方向上側又は下側）に配置し、脆性材料除去工程では脆性材料層１を超短パルスレーザ光源２０に対向させ、樹脂除去工程では樹脂層２がＣＯ２レーザ光源３０に対向するように複合材１０の上下を反転させる方法を採用することも可能である。
　樹脂除去工程では、後述の複合材分断工程での複合材１０の分断に支障が生じない限り、形成された加工溝２３の底部に樹脂の残渣が生じてもよい。
　ただし、複合材１０を確実に分断するには、樹脂除去工程で形成した加工溝２３をクリーニングすることで、樹脂層２を形成する樹脂の残渣を除去するクリーニング工程を更に含むことが好ましい。
　クリーニング工程では、各種ウェット方式及びドライ方式のクリーニング方法を適用可能である。ウェット方式のクリーニング方法としては、薬液浸漬、超音波洗浄、ドライアイスブラスト、マイクロ及びナノファインバブル洗浄を例示できる。ドライ方式のクリーニング方法としては、レーザ、プラズマ、紫外線、オゾンなどを用いることが可能である。
　＜複合材分断工程＞
　図１（ｃ）に示すように、複合材分断工程では、脆性材料除去工程及び樹脂除去工程の後に、分断予定線ＤＬに沿って外力を加えることで、複合材１０を分断する。図１（ｃ）に示す例では、複合材１０は、複合材片１０ａ、１０ｂに分断される。
　複合材１０への外力の付加方法としては、機械的なブレイク（山折り）、赤外域レーザ光による切断予定線ＤＬの近傍部位の加熱、超音波ローラによる振動付加、吸盤による吸着及び引き上げ等を例示できる。山折りによって複合材１０を分断する場合には、スクライブ溝１１が形成された脆性材料層１の樹脂層２側を起点として分断されるように、樹脂層２側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように外力を加えることが好ましい。
　図４は、本実施形態に係る分断方法の複合材分断工程で分断された後の複合材片１０ａ、１０ｂの構成を模式的に示す断面図である。
　図４に示すように、複合材片１０ａ、１０ｂは、その脆性材料層１の一の端面（分断した端面）における樹脂層２側の第１部位１２の表面粗さが、前記一の端面における樹脂層２と反対側の第２部位１３の表面粗さよりも大きくなっている。第１部位１２は、スクライブ溝１１の形成された部位に相当し、第２部位１３は、スクライブ溝１１の形成されていない部位に相当する。したがって、第１部位１２の厚み（脆性材料層１の厚み方向（Ｚ方向）に沿った第１部位１２の寸法）は、好ましくは脆性材料層１の厚みの１０％以上４０％以下である。下限は１５％以上であることがより好ましい。上限は３５％以下であることがより好ましい。
　複合材片１０ａ、１０ｂの脆性材料層１の一の端面（分断した端面）は、樹脂層２の同じ側の端面（分断した端面）よりも前記一の端面側（図４の紙面左側）に突出している。その突出量１４は、ＣＯ２レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２の樹脂層２への照射位置におけるスポット径に応じて変化するが、例えば、２００μｍ以下や、１００μｍ以下や、５０μｍ以下である。突出量１４の下限は、小さいほど好ましいが、例えば、１μｍ以上や、５μｍ以上である。
　以上に説明した本実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、脆性材料層１にスクライブ溝１１を形成するため、複合材分断工程において、このスクライブ溝１１を起点として複合材１０が分断され、分断後の脆性材料層１の端面にクラックが生じ難い。
　また、本実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程で形成するスクライブ溝１１が、樹脂層２側で開口し、且つ、脆性材料層１を非貫通である。換言すれば、脆性材料除去工程において、脆性材料層１の樹脂層２側のみの脆性材料を除去してスクライブ溝１１を形成する。したがって、複合材分断工程において、このスクライブ溝１１を起点として複合材１０が分断され、分断後の複合材片１０ａ、１０ｂに十分な曲げ強度を得ることができる。
　なお、本実施形態では、脆性材料除去工程の後に樹脂除去工程を実行しているが、本発明はこれに限るものではなく、樹脂除去工程の後に脆性材料除去工程を実行することも可能である。換言すれば、加工溝２３を形成した後にスクライブ溝１１を形成することも可能である。
　ただし、この場合、脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１の焦点ＡＦを樹脂層２の脆性材料層１との界面近傍に設定するため、脆性材料除去工程を実行する時点で、加工溝２３の底部に樹脂の残渣が生じている必要がある。具体的には、この樹脂の残渣の厚み（すなわち、超短パルスレーザ光源２０から発振するレーザ光Ｌ１の照射位置における樹脂層２の厚み）が５μｍ以上ある状態で、脆性材料除去工程を実行する必要がある。
　以下、本実施形態に係る分断方法（実施例１、２）及び比較例（比較例１、２）に係る分断方法を用いて複合材１０を分断する試験を行った結果の一例について説明する。
　＜実施例１＞
　図５は、実施例１に係る試験の概要を模式的に説明する図である。以下、図１～図３及び図５を適宜参照しつつ、実施例１に係る試験の概要について説明する。
　実施例１で用いた複合材１０において、脆性材料層１は、無アルカリガラスから形成され、厚みが３０μｍである。また、樹脂層２は、表面保護フィルムであり、総厚みが５８μｍである。具体的には、この表面保護フィルムは、厚み３８μｍのＰＥＴフィルムを基材フィルム２１として、その片面にアクリル系粘着剤を塗布して乾燥させ、乾燥後の厚みが２０μｍの粘着剤層（アクリル系粘着剤層）２２を形成したものである。複合材１０は、粘着剤層２２を介して脆性材料層１と樹脂層２とが積層された構成である。図５（ａ）に示すように、複合材１０は、面内（ＸＹ２次元平面内）寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形状である。図５（ａ）に破線で示す直線は分断予定線である。
　実施例１では、最初に、脆性材料除去工程を実行し、次に、樹脂除去工程を実行し、最後に、複合材分断工程を実行した。
　脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源２０として、コヒレント社製「Ｍｏｎａｃｏ １０３５－８０－６０」（発振波長１０３５ｎｍ、レーザ光Ｌ１のパルス幅３５０～１００００フェムト秒、パルス発振の繰り返し周波数最大５０ＭＨｚ、平均パワー６０Ｗ）を用い、超短パルスレーザ光源２０から所定の出力で発振したレーザ光Ｌ１をマルチ焦点光学系を介して、脆性材料層１側から複合材１０に照射した。レーザ光Ｌ１の焦点ＡＦ（図３参照）は、樹脂層２の粘着剤層２２の厚み方向中央（脆性材料層１との界面から１０μｍの位置、すなわち、距離Ｈ＝１０μｍ）に設定した。複合材１０に対するレーザ光Ｌ１の相対的な移動速度（加工速度）を１２５ｍｍ／ｓｅｃ、パルス発振の繰り返し周波数を１２５ｋＨｚとし、図５（ａ）に示すように、面内寸法が１１０ｍｍ×６０ｍｍの複合材片１０ｃを分断できるように、分断予定線に沿ってレーザ光Ｌ１を走査したところ、脆性材料層１に、深さ（平均値）が１０μｍで、溝幅が３μｍ程度の、分断予定線に沿って一体的に繋がったスクライブ溝１１（図１（ａ）、図２（ａ）参照）が形成された。
　次に、樹脂除去工程では、ＣＯ２レーザ光源３０として、コヒレント社製「ＤＩＡＭＯＮＤ Ｊ－３－９．４」（発振波長９．４μｍ、パルス発振の繰り返し周波数１５ｋＨｚ、レーザ光Ｌ２のパワー１３Ｗ、ガウシアンビーム）を用い、ＣＯ２レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を集光レンズを用いてスポット径１２０μｍに集光し、複合材１０の樹脂層２に照射した。複合材１０に対するレーザ光Ｌ２の相対的な移動速度（加工速度）を４００ｍｍ／ｓｅｃとし、分断予定線に沿ってレーザ光Ｌ２を走査したところ、樹脂層２に溝幅１５０μｍの加工溝２３（図１（ｂ）、図２（ｂ）参照）が形成された。
　なお、実施例１の樹脂除去工程において、前述の式（２）によって見積もられる投入エネルギーは、２９ｍＪ／ｍｍである。これに対し、実際の投入エネルギーは、前述の式（１）より、３３ｍＪ／ｍｍであり、見積もった投入エネルギーの１１４％である。
　最後に、複合材分断工程では、分断予定線に沿って、樹脂層２側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように、人手で複合材１０を山折りすることで、複合材片１０ｃを分断した。
　＜実施例２＞
　実施例２で用いた複合材１０において、脆性材料層１は、無アルカリガラスから形成され、厚みが１００μｍである。また、樹脂層２は、偏光フィルムの片面にエポキシ系接着剤を塗布して乾燥させ、乾燥後の厚みが１μｍの接着剤層（エポキシ系接着剤層）を形成したものである。偏光フィルムとしては、接着剤層が形成される側から順に、ＴＡＣフィルム（厚み４０μｍ）／ＰＶＡ系偏光子（厚み５μｍ）／アクリル系フィルム（厚み４０μｍ）／アクリル系粘着剤層（厚み３０μｍ）／セパレータ（ＰＥＴフィルム、厚み３８μｍ）の構成を有するものを用いた。複合材１０は、接着剤層を介して脆性材料層１と樹脂層２とが積層された構成である。実施例２で用いた複合材１０も、実施例１と同様に、面内（ＸＹ２次元平面内）寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形状である。
　実施例２では、脆性材料除去工程において、レーザ光Ｌ１の焦点ＡＦを樹脂層２の接着剤層の厚み方向中央（脆性材料層１との界面から０．５μｍの位置、すなわち、距離Ｈ＝０．５μｍ）に設定した点を除き、実施例１と同様の条件で、スクライブ溝１１を形成した。樹脂除去工程及び複合材分断工程も、実施例１と同様の条件で実行し、複合材片１０ｃを分断した。
　＜比較例１＞
　比較例１で用いた複合材１０において、脆性材料層１は、実施例１と同様に、無アルカリガラスから形成され、厚みが３０μｍである。また、樹脂層２は、ＴＡＣフィルム（厚み４０μｍ）の片面にエポキシ系接着剤を塗布して乾燥させ、乾燥後の厚みが１μｍの接着剤層（エポキシ系接着剤層）を形成したものである。複合材１０は、接着剤層を介して脆性材料層１と樹脂層２とが積層された構成である。比較例１で用いた複合材１０も、実施例１、２と同様に、面内（ＸＹ２次元平面内）寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形状である。
　比較例１では、最初に、樹脂除去工程を実行し、次に、脆性材料除去工程を実行し、最後に、複合材分断工程を実行した。
　樹脂除去工程では、ＣＯ２レーザ光源３０として、コヒレント社製「ＤＩＡＭＯＮＤ Ｊ－３－９．４」（発振波長９．４μｍ、パルス発振の繰り返し周波数１５ｋＨｚ、レーザ光Ｌ２のパワー１８Ｗ、ガウシアンビーム）を用い、ＣＯ２レーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を集光レンズを用いてスポット径１２０μｍに集光し、複合材１０の樹脂層２に照射した。複合材１０に対するレーザ光Ｌ２の相対的な移動速度（加工速度）を４００ｍｍ／ｓｅｃとし、分断予定線に沿ってレーザ光Ｌ２を走査したところ、樹脂層２に溝幅１５０μｍの加工溝２３が形成された。加工溝２３の底部に樹脂の残渣は生じていなかった。
　なお、比較例１の樹脂除去工程において、前述の式（２）によって見積もられる投入エネルギーは、２１ｍＪ／ｍｍである。これに対し、実際の投入エネルギーは、前述の式（１）より、４５ｍＪ／ｍｍであり、見積もった投入エネルギーの２１４％である。　
　次に、脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源２０として、発振波長１０３５ｎｍ、レーザ光Ｌ１のパルス幅８５００フェムト秒、パルス発振の繰り返し周波数１２５ｋＨｚ、平均パワー１３Ｗのものを用い、超短パルスレーザ光源２０から所定の出力で発振したレーザ光Ｌ１をマルチ焦点光学系を介して、加工溝２３と反対側（脆性材料層１側）から複合材１０に照射した。レーザ光Ｌ１の焦点ＡＦは、脆性材料層１と樹脂層２との界面から脆性材料層１側に２５μｍ離れた位置に設定した。複合材１０に対するレーザ光Ｌ１の相対的な移動速度（加工速度）を１２５ｍｍ／ｓｅｃとし、分断予定線に沿ってレーザ光Ｌ１を走査したところ、脆性材料層１に、加工痕として、ピッチが１μｍのミシン目状の貫通孔（直径０．７～０．９μｍ程度）が形成された。
　最後に、複合材分断工程では、実施例１、２と同様に、分断予定線に沿って、樹脂層２側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように、人手で複合材１０を山折りすることで、複合材片１０ｃを分断した。
　＜比較例２＞
　比較例２で用いた複合材１０の構成は、実施例２と同じである。
　また、比較例２で実行した樹脂除去工程、脆性材料除去工程及び複合材分断工程の条件は、比較例１と同様である。
　＜評価内容＞
　以上に説明した実施例１、２及び比較例１、２で得られた複合材片１０ｃに対して、吸光度、曲げ強度及び分断歩留まりを評価した。以下、これら各評価項目の内容について説明する。
　［吸光度］
　実施例１については、超短パルスレーザ光源２０の発振波長１０３５ｎｍに対する樹脂層２（総厚み５８μｍ）の吸光度を測定した。実施例２、比較例１、２については、超短パルスレーザ光源２０の発振波長１０３５ｎｍに対する樹脂層２の接着剤層（厚み１μｍ）の吸光度を測定した。
　具体的には、複合材片１０ｃから上記の測定部位（実施例１については樹脂層２、実施例２、比較例１、２については接着剤層）を取り出し、日立社製分光光度計「Ｕ－４１００」を用いて、波長１０３５ｎｍの光を照射し、透過率（Ｉ／Ｉ０）を測定した。そして、以下の式（３）により、吸光度Ａを算出した。
　Ａ＝－ｌｏｇ１０（Ｉ／Ｉ０）　・・・（３）
　［曲げ強度］
　曲げ強度を算出する際には、複合材片１０ｃに２点曲げ試験を行った。２点曲げ試験においては、まず図５（ｂ）に示すように、固定部４０、可動部５０ａ、５０ｂを具備する一軸ステージの固定部４０に複合材片１０ｃを載置し、可動部５０ａ、５０ｂの間に複合材片１０ｃを挟み込んだ。この際、後述のように、可動部５０ｂを移動させることで、複合材片１０ｃの脆性材料層側が凸となって曲がるように（すなわち、脆性材料層１側が上側になるように）、固定部４０に複合材片１０ｃを載置した。次いで、図５（ｃ）に示すように、可動部５０ａの位置を固定する一方、可動部５０ｂを２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で可動部５０ａに向けて移動させ、複合材片１０ｃに曲げ応力を作用させた。そして、複合材片１０ｃが破壊したときの可動部５０ａと可動部５０ｂとの間隔Ｄの値によって、複合材片１０ｃの曲げ強度を評価した。
　具体的には、非特許文献２に記載されている式（３）（以下の式（４）と同一）に上記の間隔Ｄを代入して、最大応力σｍａｘを算出し、これを曲げ強度とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　上記の式（４）において、Ｅは複合材片１０ｃのヤング率を、ｔは複合材片１０ｃの厚みを、ψは複合材片１０ｃの端の接線と鉛直方向（Ｚ方向）との成す角度を意味する。
　複合材片１０ｃのヤング率Ｅとしては、脆性材料層１のヤング率である７０ＧＰａを用いた。樹脂層２のヤング率は脆性材料層１のヤング率に比べて十分に小さいため、複合材片１０ｃのヤング率Ｅとしては脆性材料層１のヤング率が支配的になるからである。
　また、角度ψは、２点曲げ試験を実行中に、図５（ｃ）に示すＹ方向から、複合材片１０ｃの一端が視野内に位置するように複合材片１０ｃを撮像して、複合材片１０ｃが破壊する直前の撮像画像に基づき算出した。
　実施例１、２及び比較例１、２について、上記の曲げ強度（最大応力σｍａｘ）をそれぞれ１０個の複合材片１０ｃについて算出し、その平均値を算出した。
　［分断歩留まり］
　複合材片１０ｃの端面の品質を光学顕微鏡で観察し、脆性材料層１の４つの端面の全てにおいて、生じているクラックの長さが５０μｍ以下であれば、「分断可能」と評価し、何れかの端面において、長さが５０μｍよりも大きなクラックが生じている場合には、「分断不可」と評価した。実施例１、２及び比較例１、２について、上記の評価をそれぞれ１０個の複合材片１０ｃについて行ない、以下の式（５）により、分断歩留まりを算出した。
　分断歩留まり＝「分断可能」な複合材片１０ｃの個数／１０×１００
　　　　　　　＝「分断可能」な複合材片１０ｃの個数×１０［％］　・・・（５）
　＜試験結果＞
　図６は、実施例１、２及び比較例１、２に係る試験の結果を示す図である。
　図６に示すように、実施例１、２によれば、分断歩留まりを比較例１、２と同等の値に維持しつつ（すなわち、比較例１、２と同等に分断後の脆性材料層１の端面にクラックが生じ難く）、分断後の複合材片１０ｃの曲げ強度が比較例１、２よりも高まることが分かった。
　１・・・脆性材料層
　２・・・樹脂層
　１０・・・複合材
　１１・・・スクライブ溝
　２０・・・超短パルスレーザ光源
　３０・・・レーザ光源（ＣＯ２レーザ光源）
　２３・・・加工溝
　ＡＦ・・・焦点
　ＤＬ・・・分断予定線
　Ｌ１・・・レーザ光
　Ｌ２・・・レーザ光

Claims (8)

  1. 　脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法であって、
    　超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を前記脆性材料層側から前記複合材の分断予定線に沿って照射して前記脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、前記分断予定線に沿って一体的に繋がったスクライブ溝を形成する脆性材料除去工程と、
    　レーザ光源から発振したレーザ光を前記分断予定線に沿って前記樹脂層に照射して前記樹脂層を形成する樹脂を除去する樹脂除去工程と、を含み、
    　前記脆性材料除去工程において、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の焦点を前記樹脂層の前記脆性材料層との界面近傍に設定し、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の照射位置における前記樹脂層の厚みが５μｍ以上ある状態で前記超短パルスレーザ光源からレーザ光を発振し、前記樹脂層側で開口し且つ前記脆性材料層を非貫通である前記スクライブ溝を形成する、
    複合材の分断方法。
  2. 　前記脆性材料除去工程の後に、前記樹脂除去工程を実行する、
    請求項１に記載の複合材の分断方法。
  3. 　前記脆性材料除去工程及び前記樹脂除去工程の後に、前記分断予定線に沿って外力を加えることで、前記複合材を分断する複合材分断工程を更に含む、
    請求項１又は２に記載の複合材の分断方法。
  4. 　前記スクライブ溝の深さが、３μｍ以上５０μｍ以下である、
    請求項１から３の何れかに記載の複合材の分断方法。
  5. 　前記スクライブ溝の深さが、２０μｍ以下である、
    請求項４に記載の複合材の分断方法。
  6. 　前記スクライブ溝の深さが、前記脆性材料層の厚みの１０％以上５０％以下である、
    請求項１から３の何れかに記載の複合材の分断方法。
  7. 　前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の波長が、５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下である、
    請求項１から６の何れかに記載の複合材の分断方法。
  8. 　前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光のパルス幅が、３５０フェムト秒以上１００００フェムト秒以下である、
    請求項１から７の何れかに記載の複合材の分断方法。
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