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WO2019103137A1 - プラスチックフィルムのレーザ加工方法及びプラスチックフィルム - Google Patents

プラスチックフィルムのレーザ加工方法及びプラスチックフィルム Download PDF

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WO2019103137A1
WO2019103137A1 PCT/JP2018/043354 JP2018043354W WO2019103137A1 WO 2019103137 A1 WO2019103137 A1 WO 2019103137A1 JP 2018043354 W JP2018043354 W JP 2018043354W WO 2019103137 A1 WO2019103137 A1 WO 2019103137A1
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WO
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plastic film
film
processing method
laser
laser processing
Prior art date
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PCT/JP2018/043354
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French (fr)
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直之 松尾
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Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
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    • B29C2791/004Shaping under special conditions
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00Shaping techniques involving a cutting or machining operation

Definitions

  • the present invention relates to a laser processing method for cutting and processing a plastic film such as an optical film using a laser beam, and a plastic film obtained using this laser processing method.
  • the present invention is a laser that can easily reduce the contamination of the plastic film surface due to the spatters produced during laser processing of the plastic film adhering to the plastic film surface, and can cut the plastic film into a free shape.
  • the present invention relates to a processing method and a plastic film obtained by using this laser processing method.
  • optical films such as polarizing films are used not only for televisions and personal computers, but also for various display applications such as smartphones, smart watches, and in-vehicle displays. For this reason, the shape required for the optical film is complicated and free-formed, and a high dimensional accuracy is also required.
  • End mill processing, punching processing, copying processing, laser processing and the like are known as methods of profile processing for cutting into various shapes other than rectangular.
  • the laser processing method has an excellent advantage that it is easy to cope with complicated shape and free shape, high dimensional accuracy is easily obtained, and processing quality is excellent.
  • Patent Document 1 is a method in which a protective sheet for laser processing having specific properties is attached to a workpiece such as a plastic film and the like, and then the protective sheet is peeled off (Patent Document 1 Claim 1 of 1). According to the method described in Patent Document 1, although it is possible to reduce the contamination of the surface of the workpiece, it takes time and labor to attach and peel off the protective sheet for laser processing, and the use of the protective sheet increases the manufacturing cost. .
  • Patent Document 2 a method described in Patent Document 2 is proposed.
  • the laser beam is processed while the optical axis of the laser beam is inclined at a predetermined angle with respect to the direction perpendicular to the surface of the workpiece such as a plastic film.
  • It is a laser processing method characterized by irradiating to a thing (claim 1 of patent documents 2 grade).
  • the method described in Patent Document 2 although it is possible to reduce the contamination on the surface of the workpiece, it can be applied only when scanning the laser light and the workpiece relatively in only one direction, so the plastic film Can not be cut into free shapes.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and the plastic film surface is caused by adhesion of shrapnel produced during laser processing of the plastic film on the plastic film surface.
  • An object of the present invention is to provide a laser processing method capable of easily reducing contamination and capable of cutting a plastic film into a free shape.
  • the first means of the present invention includes the step of cutting the plastic film by pulsating the laser light having a wavelength in the infrared region and irradiating the plastic film.
  • peak energy density of the laser beam irradiated to is 70 J / cm 2 or more 270 J / cm 2 or less, to provide a laser processing method for a plastic film, characterized in that.
  • Pulse energy density in the first means of the present invention means a value obtained by dividing pulse energy of laser beam irradiated to the plastic film by area of laser beam (laser spot) irradiated to the plastic film and doubling it. Do. The area of the laser beam is calculated by the following equation: ⁇ ⁇ (spot diameter / 2) 2 when the laser beam is irradiated from the direction perpendicular to the plastic surface.
  • the spot diameter of the laser beam means the distance between positions where the intensity is 1 / e 2 times (about 13.5%) the peak intensity of the laser beam.
  • Pulse energy is a value obtained by dividing the power of laser light emitted to a plastic film by the repetition frequency (corresponding to the number of pulses of the laser light oscillated per unit time), and the energy of one pulse of laser light Means
  • the peak energy density of the laser beam irradiated to the plastic film is too low, specifically, less than 70 J / cm 2 , the temperature rise due to the infrared light absorption of the plastic film is not sufficient. For this reason, at the cutting point, scattered matter containing a large amount of molten components is generated. Since kinetic energy of the scattering material containing a large amount of the melting component is small, it is considered that it adheres to the plastic film surface in the vicinity of the cut portion and becomes a contamination source. According to the first means of the present invention, since the peak energy density of the laser beam irradiated to the plastic film is 70 J / cm 2 or more, the temperature rise accompanying the infrared light absorption of the plastic film is activated.
  • the peak energy density of the laser beam irradiated to the plastic film is too high, specifically, exceeds 270 J / cm 2 , delamination occurs particularly when the plastic film is a laminated film comprising a plurality of layers.
  • the quality of the end face of the plastic film at the cut portion may be degraded.
  • the peak energy density of the laser beam irradiated to the plastic film is 270 J / cm 2 or less, there is no possibility of causing the quality deterioration of the plastic film end face at the cut portion.
  • the plastic film surface of the cut portion near Not only is it possible to reduce spatters adhering to the surface of the plastic film, but also to reduce the contamination of the plastic film surface, and there is no risk of causing deterioration of the plastic film end face at the cutting point.
  • the first means of the present invention as in the method described in Patent Document 1, it is not necessary to attach and peel off the protective sheet for laser processing, so that the contamination of the plastic film surface can be easily reduced.
  • the optical axis of the laser light is inclined in the processing advancing direction at a predetermined angle with respect to the direction perpendicular to the surface of the plastic film.
  • the plastic film can be cut into a free shape as needed, since there is no restriction for putting it in a stationary state.
  • the first means of the present invention in order to cut the plastic film, it is necessary to condense the laser beam to be irradiated onto a laser spot having a predetermined spot diameter or less (for example, ⁇ 200 ⁇ m or less).
  • a predetermined spot diameter or less for example, ⁇ 200 ⁇ m or less.
  • the pulse energy of the laser beam irradiated to the plastic film is 3.4 mJ / pulse or more and 8 mJ / pulse or less.
  • the laser which has a wavelength of an infrared region from the protective film side with respect to the plastic film in which at least a protective film, an adhesive, and a base material were laminated in this order.
  • the pressure-sensitive adhesive is an acrylic pressure-sensitive adhesive
  • the scattered matter attached to the surface of the protective film is analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and the carboxylic acid derived from the acrylic pressure-sensitive adhesive It was found that the absorbance had a peak at the wavelength corresponding to.
  • FT-IR Fourier transform infrared spectroscopy
  • the second means of the present invention is a laser having a wavelength of infrared region from the protective film side to a plastic film in which at least a protective film, an adhesive and a substrate are laminated in this order.
  • the present invention provides a laser processing method of a plastic film including the step of cutting the plastic film by pulsating light and irradiating the plastic film, wherein the thickness of the adhesive is 20 ⁇ m or less.
  • the thickness of the pressure-sensitive adhesive which is a factor of scattered matter attached to the outermost surface on the laser beam irradiation side, is as thin as 20 ⁇ m or less, it is possible to reduce the contamination of the plastic film surface.
  • the thickness of the adhesive is 15 ⁇ m or less.
  • peak energy density of the laser beam irradiated to the plastic film is 70 J / cm 2 or more 270 J / cm 2 or less.
  • the pulse energy of the laser beam irradiated to a plastic film is 3.4 mJ / pulse or more and 8 mJ / pulse or less.
  • the wavelength of the laser beam is preferably 5 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less.
  • a CO laser light source (oscillation wavelength: 5 ⁇ m) or a CO 2 laser light source (oscillation wavelength: 9.3 to 10.6 ⁇ m) may be used as a laser light source for pulse oscillation of the laser light of the above wavelength. It is possible.
  • the cutting mode of the plastic film is not limited to the full cut, and it is also possible to use a half cut.
  • the plastic film into a free shape by relatively scanning the laser beam and the plastic film two-dimensionally.
  • a mode of relatively scanning a laser beam and a plastic film relatively two-dimensionally, for example, a sheet-like plastic film is mounted on an XY biaxial stage and fixed (for example, suction fixed), and the XY biaxial stage is driven. It is conceivable to change the relative position of the plastic film on the XY two-dimensional plane with respect to the laser light.
  • the position of the plastic film is fixed, and the laser light emitted from the laser light source is deflected using a galvano mirror or a polygon mirror to change the position on the XY two-dimensional plane of the laser light irradiated to the plastic film. It is also conceivable. Furthermore, it is also possible to use both the scanning of a plastic film using the above-mentioned XY 2-axis stage and the scanning of a laser beam using a galvano mirror or the like. In addition, a plastic film is a raw film wound in a roll, and when cutting the plastic film continuously by a so-called roll-to-roll method, two-dimensional scanning of the laser beam and the plastic film is performed.
  • the laser light source is mounted on and fixed to an XY 2-axis stage, and the position of the laser light irradiated to the plastic film on the XY 2-dimensional plane is changed by driving the XY 2-axis stage. Conceivable. It is also possible to use both the scanning of the laser light source using the XY biaxial stage and the scanning of the laser light using a galvano mirror or the like.
  • the first means and the second means of the present invention is a plastic film in which at least a protective film, an adhesive and a substrate are laminated in this order, and a component derived from the adhesive attached to the surface of the protective film It is possible to obtain a plastic film characterized in that the width of contamination by.
  • the thickness of the pressure-sensitive adhesive is preferably 20 ⁇ m or less.
  • a polarizing film can be illustrated as said plastic film.
  • the present invention it is possible to easily reduce the contamination of the plastic film surface due to the spatters produced during laser processing of the plastic film adhering to the plastic film surface and to cut the plastic film into a free shape. .
  • FIG. 1 is a figure which shows typically an example of the laser processing apparatus used for the laser processing method which concerns on one Embodiment of this invention.
  • the laser processing apparatus 100 includes a laser light source 1, an optical element 2, reflection mirrors 3 and 4, a galvano mirror 5, a telecentric f ⁇ lens 6, and an XY 2-axis stage 7. , And a control device 8.
  • the laser light source 1 is not particularly limited as long as it is a laser light source that pulse-oscillates a laser light L having a wavelength in the infrared region, but preferably the wavelength of the laser light L pulsed from the laser light source 1 is 5 ⁇ m to 11 ⁇ m.
  • a CO laser light source (oscillation wavelength: 5 ⁇ m) or a CO 2 laser light source (oscillation wavelength: 9.3 to 10.6 ⁇ m) is used.
  • the optical path of the laser light L may be purged with an inert gas such as nitrogen.
  • the optical element 2 includes an acousto-optical element (AOM) for controlling the power (intensity) of the laser light L, an expander or condensing lens or aperture for condensing the laser light L, and a spatial beam profile of the laser light L Are made up of various optical components such as a homogenizer for flattening the surface.
  • AOM acousto-optical element
  • the laser beam L oscillated from the laser light source 1 and passed through the optical element 2 is reflected by the reflection mirrors 3 and 4 to be deflected, and enters the galvano mirror 5.
  • the laser beam L incident on the galvano mirror 5 is reflected and deflected by the galvano mirror 5 and is incident on the telecentric f ⁇ lens 6.
  • the Galvano mirror 5 can change the deflection direction of the reflected laser beam L by swinging. In the example shown in FIG. 1, the deflection direction of the laser beam L is changed to the X direction of the XY two-dimensional plane by the galvano mirror 5 (the deflection direction of the laser beam L indicated by the solid arrow in FIG. Change in the direction of deflection shown by That is, the laser beam L is scanned in the X direction.
  • the laser light L incident from the galvano mirror 5 and emitted from the telecentric f ⁇ lens 6 is irradiated onto the plastic film F from the direction perpendicular to the surface of the plastic film F at any scanning position in the X direction. Even at the scanning position, irradiation is performed with a uniform spot diameter.
  • a plastic film F is placed and fixed (suction fixed) on the XY two-axis stage 7, and the position of the plastic film F on the XY two-dimensional plane is changed.
  • the control device 8 of the present embodiment coordinates and controls the galvano mirror 5 and the XY 2-axis stage 7. Specifically, the cut shape of the desired plastic film F is input to the control device 8 in advance.
  • the control device 8 cuts the plastic film F in accordance with the inputted cut shape (scans the laser light L to the cut portion corresponding to the desired cut shape), the galvano mirror 5 and the XY 2-axis stage Output to 7
  • the Galvano mirror 5 and the XY 2-axis stage 7 operate in response to the input control signal, and the Galvano mirror 5 and the XY 2-axis stage 7 cooperate with each other to cut the plastic film F according to the desired cutting shape.
  • the laser beam L is sequentially scanned.
  • the control device 8 also outputs a control signal to the laser light source 1 to control the on / off timing, repetition frequency, and power setting of the laser light L oscillated from the laser light source 1.
  • the laser processing method according to the present embodiment includes the step of cutting the plastic film F by pulse oscillation of the laser light L from the laser light source 1 and irradiation of the plastic film F.
  • the control device 8 controls the galvano mirror 5 and the XY biaxial stage 7 so that the laser beam L and the plastic film F are relatively two-dimensionally scanned, and the plastic film F is cut into a desired free shape.
  • the form of cutting of the plastic film F is not limited to the full cut, but may be half cut.
  • plastic film F to be cut by the laser processing method examples include acrylic resins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin polymers ( COP), cyclic olefin copolymer (COC), polycarbonate (PC), urethane resin, polyvinyl alcohol (PVA), polyimide (PI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), tri Plastics such as acetyl cellulose (TAC), polyethylene naphthalate (PEN), ethylene-vinyl acetate (EVA), polyamide (PA), silicone resin, epoxy resin, liquid crystal polymer, various resin foams, etc.
  • acrylic resins such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polymethyl methacrylate (PMMA), cyclic olefin polymers (COP),
  • Monolayer film formed of a material, or a laminate film comprising a plurality of layers can be exemplified.
  • the plastic film F to be cut by the laser processing method according to the present embodiment preferably has an absorptivity of 15% or more with respect to the wavelength of the laser light L to be irradiated.
  • the plastic film F is a laminated film including a plurality of layers
  • various adhesives such as an acrylic adhesive, a urethane adhesive, and a silicone adhesive, or an adhesive may be interposed between the layers.
  • a conductive inorganic film such as indium tin oxide (ITO), Ag, Au, or Cu may be formed on the surface.
  • ITO indium tin oxide
  • the laser processing method which concerns on this embodiment is used suitably for various optical films, such as a polarizing film especially used for a display, and retardation film.
  • the thickness of the plastic film F is preferably 20 to 500 ⁇ m.
  • the form of the plastic film F may be sheet-like as in the present embodiment, or may be an original film wound in a roll.
  • the peak energy density (peak energy density at the position irradiated to the film F) of the laser light L oscillated from the laser light source 1 and irradiated to the plastic film F is 70 J / cm 2
  • the above is set to 270 J / cm 2 or less.
  • the pulse energy (pulse energy in the position irradiated to the film F) of the laser beam L irradiated to the plastic film F is set to 3.4 mJ / pulse or more and 8 mJ / pulse or less.
  • An optical component such as AOM constituting the optical element 2 is adjusted so as to obtain the above-described peak energy density and pulse energy.
  • the controller 8 controls the galvano mirror 5 and the XY biaxial stage 7 so that the shot pitch of the laser light L is smaller than the spot diameter of the laser light L on the plastic film F.
  • the shot pitch is a value obtained by dividing the scanning speed of laser light L (the relative moving speed between laser light L and plastic film F) by the repetition frequency (corresponding to the number of pulses of laser light L oscillated per unit time) It means the interval between the laser beam L irradiated by a certain pulse oscillation and the laser beam L irradiated by the next pulse oscillation.
  • FIG. 2 is a figure which shows typically the cross section of the plastic film F used for the test which concerns on an Example and a comparative example.
  • FIG. 2A shows a cross section of a plastic film F to which the laser processing method according to Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 and 2 is applied.
  • FIG. 2B shows a cross section of a plastic film F to which the laser processing method according to Examples 14 and 15 is applied.
  • FIG.2 (c) shows the cross section of the plastic film F to which the laser processing method which concerns on Example 16 and 17 is applied.
  • the protective film, the substrate and the plastic film F in order from the top As shown in FIG. 2 (a), as the plastic films F of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 and 2, the protective film, the substrate and the plastic film F in order from the top (from the side irradiated with the laser light L) A laminated film in which a release liner was laminated was used. The carrier tape for conveyance was stuck on the lower surface of this laminated film F, and the half cut process which cut
  • PET polyethylene terephthalate
  • polarizing film a laminated film of triacetyl cellulose (TAC) and polyvinyl alcohol (PVA) was used, and an acrylic adhesive (not shown) was applied to the lower surface of the polarizing film.
  • TAC triacetyl cellulose
  • PVA polyvinyl alcohol
  • acrylic adhesive not shown
  • the release liner polyethylene terephthalate (PET) was used, and an acrylic adhesive (not shown) was applied to the upper surface of the release liner.
  • carrier tape polyethylene terephthalate (PET) was used, and an acrylic adhesive (not shown) was applied to the upper surface of the carrier tape.
  • disconnects this single layer film was performed using the single layer film which consists only of a base material.
  • a single layer film formed of polyimide (PI) was used.
  • a single layer film formed of polypropylene (PP) was used.
  • each plastic film F described above using a CO 2 laser light source (oscillation wavelength: 9.4 ⁇ m) as the laser light source 1, the peak energy density of the laser light L irradiated to each plastic film F is various values
  • the plastic film F was cut into a rectangular shape of 50 mm ⁇ 50 mm under the changed conditions. And the contamination of each plastic film F surface after cutting was evaluated.
  • FIG. 3 is an explanatory view illustrating a method of evaluating the contamination of the surface of the plastic film F.
  • the surface of the plastic film F (the surface on the side irradiated with the laser light L) is observed using an optical microscope, and the adhesion length (maximum length) of the scattered matter from the edge of the cut portion The contamination width W was measured.
  • FIG. 3 illustrates the plastic film F shown in FIG. 2 (a)
  • the contamination width W was measured in the same manner for the plastic film F shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c).
  • FIG. 4 is a view showing various conditions of the laser processing method according to the example and the comparative example, and the evaluated contamination width W.
  • the numerical value as described in the column of "adhesive thickness" shown in FIG. 4 means the thickness of the acrylic adhesive (it intervenes between a protective film and a base material) apply
  • contamination width W of the standard is reduced to 0.3 mm or less.
  • the thickness of the pressure-sensitive adhesive (acrylic pressure-sensitive adhesive) interposed between the protective film and the substrate is 20 ⁇ m or less, whereby the contamination width W is reduced to 0.3 mm or less. .
  • the contamination width W decreases.
  • the peak energy density was less than 70 J / cm 2 , so the contamination width W exceeded 0.3 mm.
  • Comparative Example 2 since the peak energy density exceeded 270 J / cm 2 , the protective film was in a state of peeling from the polarizing film of the substrate.
  • the peak energy density of the laser light L irradiated to the plastic film F is 70 J / cm 2 or more, the infrared light absorption of the plastic film F The temperature rise accompanying with is activated. Thereby, the kinetic energy of the scattering material generated by melting and gasifying the plastic film F is increased, and the scattering material adhering to the surface of the plastic film F in the vicinity of the cutting point can be reduced. As a result, the contamination of the plastic film F surface can be reduced.
  • the peak energy density of the laser beam L irradiated to the plastic film F is 270 J / cm 2 or less, there is a possibility that the quality deterioration of the plastic film F end face at the cut portion is caused. There is no

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Abstract

【課題】プラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能で且つプラスチックフィルムを自由形状に切断可能なレーザ加工方法を提供する。 【解決手段】本発明に係るレーザ加工方法は、赤外域の波長を有するレーザ光Lをレーザ光源1からパルス発振してプラスチックフィルムFに照射することでプラスチックフィルムを切断する工程を含み、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上270J/cm以下である、ことを特徴とする。

Description

プラスチックフィルムのレーザ加工方法及びプラスチックフィルム
 本発明は、光学フィルム等のプラスチックフィルムをレーザ光を用いて切断加工するレーザ加工方法、及びこのレーザ加工方法を用いて得られるプラスチックフィルムに関する。特に、本発明は、プラスチックフィルムをレーザ加工する際に生じる飛散物がプラスチックフィルム表面に付着することに起因したプラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能で且つプラスチックフィルムを自由形状に切断可能なレーザ加工方法、及びこのレーザ加工方法を用いて得られるプラスチックフィルムに関する。
 近年、偏光フィルム等の光学フィルムは、テレビやパーソナルコンピュータに用いられるのみならず、スマートフォン、スマートウォッチ、車載ディスプレイなど、多種多様のディスプレイ用途に用いられている。
 このため、光学フィルムに要求される形状は、複雑化、自由形状化しており、高い寸法精度も必要とされている。
 矩形以外の各種形状に切断加工する異形加工の方法として、エンドミル加工、打ち抜き加工、倣い加工、レーザ加工等が知られている。
 これら各種の異形加工方法のうち、レーザ加工方法は、形状の複雑化・自由形状化に対応し易い上、高い寸法精度を得やすく、加工品質にも優れるという優れた利点を有する。
 しかしながら、レーザ加工方法の場合、切断箇所において被加工物が溶融化及びガス化して生じる飛散物が、光学フィルム表面に付着し、光学フィルム表面を汚染させるという問題がある。これは、光学フィルムを含むプラスチックフィルム全般に共通する問題である。
 上記のような問題を解決する方法として、集塵機によって飛散物を吸引して回収する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、プラスチックフィルムの切断箇所近傍に位置する飛散物を効果的に吸引することができない。
 また、上記のような問題を解決するため、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、プラスチックフィルム等の被加工物に特定の特性を有するレーザ加工用保護シートを貼付してレーザ加工を行った後に、この保護シートを剥離する方法である(特許文献1の請求項1等)。
 特許文献1に記載の方法によれば、被加工物表面の汚染を低減可能であるものの、レーザ加工用保護シートを貼付・剥離する手間が掛かる他、保護シートを用いることにより製造コストが増加する。
 さらに、上記のような問題を解決するため、特許文献2に記載の方法が提案されている。
 特許文献2に記載の方法は、レーザ光の光軸を、プラスチックフィルム等の被加工物の表面に垂直な方向に対し所定角度で加工の進行方向に傾斜させた状態で、レーザ光を被加工物に照射することを特徴とするレーザ加工方法である(特許文献2の請求項1等)。
 特許文献2に記載の方法によれば、被加工物表面の汚染を低減可能であるものの、レーザ光と被加工物とを相対的に一方向にのみ走査する場合にしか適用できないため、プラスチックフィルムを自由形状に切断できない。
特開2006-192478号公報 特開2008-302376号公報
 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、プラスチックフィルムをレーザ加工する際に生じる飛散物がプラスチックフィルム表面に付着することに起因したプラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能で且つプラスチックフィルムを自由形状に切断可能なレーザ加工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、本発明者は鋭意検討した結果、赤外域の波長を有するレーザ光をパルス発振してプラスチックフィルムに照射することでプラスチックフィルムを切断する場合に、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度を所定範囲に設定することで、プラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能であることを見出し、本発明を完成した。
 すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第1手段は、赤外域の波長を有するレーザ光をパルス発振してプラスチックフィルムに照射することで該プラスチックフィルムを切断する工程を含み、前記プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上270J/cm以下である、ことを特徴とするプラスチックフィルムのレーザ加工方法を提供する。
 本発明の第1手段における「ピークエネルギー密度」は、プラスチックフィルムに照射されるレーザ光のパルスエネルギーをプラスチックフィルムに照射されるレーザ光(レーザスポット)の面積で除算して2倍した値を意味する。レーザ光の面積は、レーザ光をプラスチック表面に垂直な方向から照射する場合、円周率×(スポット径/2)で算出される。レーザ光のスポット径は、レーザ光のピーク強度の1/e倍(約13.5%)の強度になる位置間の距離を意味する。「パルスエネルギー」は、プラスチックフィルムに照射されるレーザ光のパワーを繰り返し周波数(単位時間当たりに発振されるレーザ光のパルス数に相当)で除算した値であり、1パルスのレーザ光が有するエネルギーを意味する。
 プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が低すぎる、具体的には、70J/cm未満であると、プラスチックフィルムの赤外光吸収に伴う温度上昇が十分でなくなる。このために、切断箇所において、溶融成分が多く含まれる飛散物が生じる。溶融成分が多く含まれる飛散物の運動エネルギーは小さいため、切断箇所近傍のプラスチックフィルム表面に付着して汚染源になってしまうと考えられる。
 本発明の第1手段によれば、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上であるため、プラスチックフィルムの赤外光吸収に伴う温度上昇が活発化する。これにより、プラスチックフィルムが溶融化及びガス化して生じる飛散物の運動エネルギーが増大し、切断箇所近傍のプラスチックフィルム表面に付着する飛散物を低減可能である。この結果、プラスチックフィルム表面の汚染を低減可能である。なお、運動エネルギーが増大した飛散物は、ヒュームになって遠くまで飛ばされるため、例えば集塵機によって吸引することで効果的に回収可能である。
 一方、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が高すぎる、具体的には、270J/cmを超えると、特にプラスチックフィルムが複数の層からなる積層フィルムである場合には層間剥離が生じ、切断箇所におけるプラスチックフィルム端面の品質低下を招くおそれがある。
 本発明の第1手段によれば、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が270J/cm以下であるため、切断箇所におけるプラスチックフィルム端面の品質低下を招くおそれがない。
 以上のように、本発明の第1手段によれば、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上であり270J/cm以下であるため、切断箇所近傍のプラスチックフィルム表面に付着する飛散物が低減し、プラスチックフィルム表面の汚染を低減可能であると共に、切断箇所におけるプラスチックフィルム端面の品質低下を招くおそれもない。
 本発明の第1手段によれば、特許文献1に記載の方法のように、レーザ加工用保護シートを貼付・剥離する手間が掛からないため、プラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能である。
 また、本発明の第1手段によれば、特許文献2に記載の方法のように、レーザ光の光軸を、プラスチックフィルムの表面に垂直な方向に対し所定角度で加工の進行方向に傾斜させた状態にする制約がないため、必要に応じてプラスチックフィルムを自由形状に切断可能である。
 本発明の第1手段において、プラスチックフィルムを切断するには、照射するレーザ光を所定のスポット径以下(例えば、φ200μm以下)のレーザスポットに集光する必要がある。本発明の第1手段において、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上270J/cm以下であることを満足し、なお且つ、照射するレーザ光を所定のスポット径以下のレーザスポットに集光する場合、前記プラスチックフィルムに照射するレーザ光のパルスエネルギーが3.4mJ/pulse以上8mJ/pulse以下であることが好ましい。
 また、前記課題を解決するため、本発明者は鋭意検討した結果、少なくとも保護フィルムと粘着剤と基材とがこの順に積層されたプラスチックフィルムに対し、保護フィルム側から赤外域の波長を有するレーザ光をパルス発振してプラスチックフィルムに照射することでプラスチックフィルムを切断する場合、保護フィルム表面を汚染する飛散物が粘着剤に由来することを知見した。具体的には、粘着剤がアクリル粘着剤である場合に、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)によって、保護フィルム表面に付着した飛散物を分析したところ、アクリル粘着剤に由来するカルボン酸に対応する波長で吸光度がピークを有することを知見した。このように、保護フィルム表面に付着した飛散物が粘着剤に由来することから、粘着剤の厚みを薄くすれば、プラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能であることを見出し、本発明を完成した。
 すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第2手段は、少なくとも保護フィルムと粘着剤と基材とがこの順に積層されたプラスチックフィルムに対し、該保護フィルム側から赤外域の波長を有するレーザ光をパルス発振して該プラスチックフィルムに照射することで該プラスチックフィルムを切断する工程を含み、前記粘着剤の厚みが20μm以下である、ことを特徴とするプラスチックフィルムのレーザ加工方法を提供する。
 本発明の第2手段によれば、レーザ光照射側の最表面に付着した飛散物の要因となる粘着剤の厚みが20μm以下と薄いため、プラスチックフィルム表面の汚染を低減可能である。好ましくは、粘着剤の厚みは、15μm以下とされる。
 なお、本発明の第2手段においても、第1手段と同様に、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上270J/cm以下であることが好ましい。また、プラスチックフィルムに照射するレーザ光のパルスエネルギーが3.4mJ/pulse以上8mJ/pulse以下であることが好ましい。
 本発明の第1手段及び第2手段において、前記レーザ光の波長が5μm以上11μm以下であることが好ましい。
 上記のような波長のレーザ光をパルス発振するレーザ光源としては、例えば、COレーザ光源(発振波長:5μm)や、COレーザ光源(発振波長:9.3~10.6μm)を用いることが可能である。
 本発明の第1手段及び第2手段において、前記プラスチックフィルムの切断形態としては、フルカットに限るものではなく、ハーフカットにすることも可能である。
 本発明の第1手段及び第2手段において、前記レーザ光と前記プラスチックフィルムとを相対的に2次元走査することで、前記プラスチックフィルムを自由形状に切断することが好ましい。
 レーザ光とプラスチックフィルムとを相対的に2次元走査する態様としては、例えば、枚葉状のプラスチックフィルムをXY2軸ステージに載置して固定(例えば、吸着固定)し、XY2軸ステージを駆動することで、レーザ光に対するプラスチックフィルムの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、プラスチックフィルムの位置を固定し、ガルバノミラーやポリゴンミラーを用いてレーザ光源から発振したレーザ光を偏向させることで、プラスチックフィルムに照射されるレーザ光のXY2次元平面上での位置を変更することも考えられる。さらには、上記のXY2軸ステージを用いたプラスチックフィルムの走査と、ガルバノミラー等を用いたレーザ光の走査との双方を併用することも可能である。
 また、プラスチックフィルムがロール状に巻回された原反フィルムであり、いわゆるロール・トゥー・ロール方式によって連続的にプラスチックフィルムを切断する場合、レーザ光とプラスチックフィルムとを相対的に2次元走査する態様としては、例えば、レーザ光源をXY2軸ステージに載置して固定し、XY2軸ステージを駆動することで、プラスチックフィルムに照射されるレーザ光のXY2次元平面上での位置を変更することが考えられる。また、XY2軸ステージを用いたレーザ光源の走査と、ガルバノミラー等を用いたレーザ光の走査との双方を併用することも可能である。
 本発明の第1手段及び第2手段によれば、少なくとも保護フィルムと粘着剤と基材とがこの順に積層されたプラスチックフィルムであって、前記保護フィルム表面に付着した前記粘着剤に由来する成分による汚染幅が0.3mm以下である、ことを特徴とするプラスチックフィルムを得ることが可能である。
 このプラスチックフィルムにおいて、前記粘着剤の厚みが20μm以下であることが好ましい。
 また、前記プラスチックフィルムとして、偏光フィルムを例示できる。
 本発明によれば、プラスチックフィルムをレーザ加工する際に生じる飛散物がプラスチックフィルム表面に付着することに起因したプラスチックフィルム表面の汚染を容易に低減可能で且つプラスチックフィルムを自由形状に切断可能である。
本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の一例を模式的に示す図である。 実施例及び比較例に係る試験に用いたプラスチックフィルムの断面を模式的に示す図である。 プラスチックフィルム表面の汚染を評価する方法を説明する説明図である。 実施例及び比較例に係るレーザ加工方法の各種条件と、評価した汚染幅Wとを示す図である。
 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プラスチックフィルムのレーザ加工方法について説明する。
 図1は、本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法に用いるレーザ加工装置の一例を模式的に示す図である。
 図1に示すように、本実施形態のレーザ加工装置100は、レーザ光源1と、光学素子2と、反射ミラー3、4と、ガルバノミラー5と、テレセントリックfθレンズ6と、XY2軸ステージ7と、制御装置8とを備えている。
 レーザ光源1は、赤外域の波長を有するレーザ光Lをパルス発振するレーザ光源であれば特に限定されないが、好ましくは、レーザ光源1からパルス発振するレーザ光Lの波長が5μm以上11μm以下であり、具体的には、COレーザ光源(発振波長:5μm)や、COレーザ光源(発振波長:9.3~10.6μm)が用いられる。COレーザ光源を用いる場合には、レーザ光Lの光路を窒素等の不活性ガスでパージしてもよい。
 光学素子2は、レーザ光Lのパワー(強度)を制御するための音響光学素子(AOM)、レーザ光Lを集光するためのエキスパンダや集光レンズやアパーチャ、レーザ光Lの空間ビームプロファイルを平坦化するためのホモジナイザ等、種々の光学部品から構成されている。
 レーザ光源1から発振され、光学素子2を通ったレーザ光Lは、反射ミラー3、4でそれぞれ反射して偏向し、ガルバノミラー5に入射する。
 ガルバノミラー5に入射したレーザ光Lは、ガルバノミラー5で反射して偏向し、テレセントリックfθレンズ6に入射する。ガルバノミラー5は、揺動することで、反射するレーザ光Lの偏向方向を変更することが可能である。図1に示す例では、ガルバノミラー5によって、レーザ光Lの偏向方向はXY2次元平面のX方向に変更される(図1に実線の矢符で示すレーザ光Lの偏向方向が、点線の矢符で示す偏向方向に順次変化する)。すなわち、レーザ光LはX方向に走査される。
 ガルバノミラー5から入射し、テレセントリックfθレンズ6から出射したレーザ光Lは、X方向の何れの走査位置においても、プラスチックフィルムF表面に垂直な方向からプラスチックフィルムF上に照射されると共に、何れの走査位置においても、均一なスポット径で照射されることになる。
 XY2軸ステージ7には、プラスチックフィルムFが載置されて固定(吸着固定)され、プラスチックフィルムFのXY2次元平面上での位置を変更する。
 本実施形態の制御装置8は、ガルバノミラー5及びXY2軸ステージ7を協調させて制御する。具体的には、制御装置8には、所望するプラスチックフィルムFの切断形状が予め入力される。制御装置8は、この入力された切断形状に応じてプラスチックフィルムFを切断する(所望する切断形状に応じた切断箇所にレーザ光Lを走査する)ための制御信号をガルバノミラー5及びXY2軸ステージ7に出力する。ガルバノミラー5及びXY2軸ステージ7は、入力された制御信号に応じてそれぞれ動作し、ガルバノミラー5及びXY2軸ステージ7が協働することで、所望する切断形状に応じたプラスチックフィルムFの切断箇所に、順次レーザ光Lが走査されることになる。
 また、制御装置8は、レーザ光源1に対して制御信号を出力し、レーザ光源1から発振されるレーザ光Lのオン/オフのタイミング、繰り返し周波数、及びパワーの設定を制御する。
 以下、上記の構成を有するレーザ加工装置100を用いた本実施形態に係るレーザ加工方法について説明する。
 本実施形態に係るレーザ加工方法は、レーザ光源1からレーザ光Lをパルス発振してプラスチックフィルムFに照射することでプラスチックフィルムFを切断する工程を含んでいる。この際、制御装置8がガルバノミラー5及びXY2軸ステージ7を制御することで、レーザ光LとプラスチックフィルムFとが相対的に2次元走査され、プラスチックフィルムFを所望する自由形状に切断する。プラスチックフィルムFの切断形態としては、フルカットに限るものではなく、ハーフカットにすることも可能である。
 本実施形態に係るレーザ加工方法で切断対象となるプラスチックフィルムF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。
 本実施形態に係るレーザ加工方法で切断対象とするプラスチックフィルムFは、照射されるレーザ光Lの波長に対して15%以上の吸収率を有することが好ましい。
 プラスチックフィルムFが複数の層からなる積層フィルムである場合、層間に、アクリル粘着剤、ウレタン粘着剤、シリコーン粘着剤などの各種粘着剤や、接着剤が介在してもよい。
 また、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。
 本実施形態に係るレーザ加工方法は、特にディスプレイに用いられる偏光フィルムや位相差フィルム等の各種光学フィルムに好適に用いられる。
 プラスチックフィルムFの厚みは、好ましくは、20~500μmとされる。プラスチックフィルムFの形態は、本実施形態のように枚葉状であってもよいし、ロール状に巻回された原反フィルムであってもよい。
 本実施形態に係るレーザ加工方法において、レーザ光源1から発振され、プラスチックフィルムFに照射するレーザ光Lのピークエネルギー密度(フィルムFに照射される位置でのピークエネルギー密度)は、70J/cm以上270J/cm以下に設定されている。また、プラスチックフィルムFに照射するレーザ光Lのパルスエネルギー(フィルムFに照射される位置でのパルスエネルギー)は、3.4mJ/pulse以上8mJ/pulse以下に設定されている。上記のピークエネルギー密度やパルスエネルギーが得られるように、光学素子2を構成するAOM等の光学部品が調整されている。
 本実施形態に係るレーザ加工方法において、制御装置8は、レーザ光LのプラスチックフィルムF上でのスポット径よりもレーザ光Lのショットピッチが小さくなるように、ガルバノミラー5及びXY2軸ステージ7を制御する。ショットピッチは、レーザ光Lの走査速度(レーザ光LとプラスチックフィルムFとの相対的な移動速度)を繰り返し周波数(単位時間当たりに発振されるレーザ光Lのパルス数に相当)で除算した値であり、あるパルス発振で照射されたレーザ光Lと次のパルス発振で照射されたレーザ光Lとの間隔を意味する。
 以下、本実施形態(実施例)及び比較例に係るレーザ加工方法を用いてプラスチックフィルムFを切断する試験結果の一例について説明する。
 図2は、実施例及び比較例に係る試験に用いたプラスチックフィルムFの断面を模式的に示す図である。図2(a)は、実施例1~13及び比較例1、2に係るレーザ加工方法を適用したプラスチックフィルムFの断面を示す。図2(b)は、実施例14、15に係るレーザ加工方法を適用したプラスチックフィルムFの断面を示す。図2(c)は、実施例16、17に係るレーザ加工方法を適用したプラスチックフィルムFの断面を示す。
 図2(a)に示すように、実施例1~13及び比較例1、2のプラスチックフィルムFとしては、上から順に(レーザ光Lが照射される側から順に)、保護フィルム、基材及び剥離ライナーが積層された積層フィルムを用いた。この積層フィルムFの下面に搬送用のキャリアテープを貼付し、キャリアテープ以外の積層フィルムFを切断するハーフカット加工を行った。
 保護フィルムの形成材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用い、保護フィルムの下面にアクリル粘着剤(図示せず)を塗布した。基材としては、偏光フィルムを用いた。偏光フィルムとしては、トリアセチルセルロース(TAC)及びポリビニルアルコール(PVA)の積層フィルムを用い、偏光フィルムの下面にアクリル粘着剤(図示せず)を塗布した。剥離ライナーの形成材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用い、剥離ライナーの上面にアクリル粘着剤(図示せず)を塗布した。キャリアテープの形成材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用い、キャリアテープの上面にアクリル粘着剤(図示せず)を塗布した。
 図2(b)に示すように、実施例14、15のプラスチックフィルムFとしては、基材のみからなる単層フィルムを用い、この単層フィルムを切断するフルカット加工を行った。実施例14のプラスチックフィルムFとしては、ポリイミド(PI)から形成された単層フィルムを用いた。実施例15のプラスチックフィルムFとしては、ポリプロピレン(PP)から形成された単層フィルムを用いた。
 図2(c)に示すように、実施例16、17のプラスチックフィルムFとしては、上から順に(レーザ光Lが照射される側から順に)、保護フィルム、粘着剤及び基材が積層された積層フィルムを用いた。この積層フィルムFの保護フィルム及び粘着剤を切断するハーフカット加工を行った。保護フィルムについては、実施例1~13及び比較例1、2と同じものを用いた。実施例16、17の基材の形成材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)を用いた。実施例16の粘着剤としては、実施例1~13及び比較例1、2のアクリル粘着剤に代えて、ウレタン粘着剤を用いた。実施例17の粘着剤としては、実施例1~13及び比較例1、2のアクリル粘着剤に代えて、シリコーン粘着剤を用いた。
 以上に説明した各プラスチックフィルムFに対して、レーザ光源1としてCOレーザ光源(発振波長:9.4μm)を用い、各プラスチックフィルムFに照射するレーザ光Lのピークエネルギー密度を種々の値に変更した条件で、プラスチックフィルムFを50mm×50mmの矩形状に切断加工した。
 そして、切断後の各プラスチックフィルムF表面の汚染を評価した。
 図3は、プラスチックフィルムF表面の汚染を評価する方法を説明する説明図である。
 図3に示すように、プラスチックフィルムFの表面(レーザ光Lが照射される側の表面)を光学顕微鏡を用いて観察し、切断箇所のエッジからの飛散物の付着長さ(最大長さ)を測定して汚染幅Wとした。
 図3は、図2(a)に示すプラスチックフィルムFを図示しているが、図2(b)及び図2(c)に示すプラスチックフィルムFについても同じ方法で汚染幅Wを測定した。
 図4は、実施例及び比較例に係るレーザ加工方法の各種条件と、評価した汚染幅Wとを示す図である。なお、図4に示す「粘着剤厚み」の欄に記載の数値は、保護フィルムの下面に塗布した(保護フィルムと基材との間に介在する)アクリル粘着剤の厚みを意味する。
 図4に示すように、実施例1~17では、プラスチックフィルムFに照射するレーザ光Lのピークエネルギー密度を70J/cm以上270J/cm以下に設定することで、汚染幅Wが規格の上限値である0.3mm以下に低減されている。また、実施例8~13では、保護フィルムと基材との間に介在する粘着剤(アクリル粘着剤)の厚みが20μm以下であることで、汚染幅Wが0.3mm以下に低減されている。そして、粘着剤の厚みを薄くするほど、汚染幅Wが小さくなっている。
 これに対し、比較例1では、ピークエネルギー密度が70J/cm未満であるため、汚染幅Wが0.3mmを超えた。また、比較例2では、ピークエネルギー密度が270J/cmを超えているため、保護フィルムが基材の偏光フィルムから剥離する状態になった。
 以上に説明したように、本実施形態に係るレーザ加工方法によれば、プラスチックフィルムFに照射するレーザ光Lのピークエネルギー密度が70J/cm以上であるため、プラスチックフィルムFの赤外光吸収に伴う温度上昇が活発化する。これにより、プラスチックフィルムFが溶融化及びガス化して生じる飛散物の運動エネルギーが増大し、切断箇所近傍のプラスチックフィルムF表面に付着する飛散物を低減可能である。この結果、プラスチックフィルムF表面の汚染を低減可能である。
 また、本実施形態に係るレーザ加工方法によれば、プラスチックフィルムFに照射するレーザ光Lのピークエネルギー密度が270J/cm以下であるため、切断箇所におけるプラスチックフィルムF端面の品質低下を招くおそれがない。
 1・・・レーザ光源
 2・・・光学素子
 3、4・・・反射ミラー
 5・・・ガルバノミラー
 6・・・テレセントリックfθレンズ
 7・・・XY2軸ステージ
 8・・・制御装置
 100・・・レーザ加工装置
 F・・・プラスチックフィルム
 L・・・レーザ光

Claims (9)

  1.  赤外域の波長を有するレーザ光をパルス発振してプラスチックフィルムに照射することで該プラスチックフィルムを切断する工程を含み、
     前記プラスチックフィルムに照射するレーザ光のピークエネルギー密度が70J/cm以上270J/cm以下である、
    ことを特徴とするプラスチックフィルムのレーザ加工方法。
  2.  前記プラスチックフィルムに照射するレーザ光のパルスエネルギーが3.4mJ/pulse以上8mJ/pulse以下である、
    ことを特徴とする請求項1に記載のプラスチックフィルムのレーザ加工方法。
  3.  少なくとも保護フィルムと粘着剤と基材とがこの順に積層されたプラスチックフィルムに対し、該保護フィルム側から赤外域の波長を有するレーザ光をパルス発振して該プラスチックフィルムに照射することで該プラスチックフィルムを切断する工程を含み、
     前記粘着剤の厚みが20μm以下である、
    ことを特徴とするプラスチックフィルムのレーザ加工方法。
  4.  前記レーザ光の波長が5μm以上11μm以下である、
    ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のプラスチックフィルムのレーザ加工方法。
  5.  前記プラスチックフィルムの切断形態がフルカット又はハーフカットである、
    ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のプラスチックフィルムのレーザ加工方法。
  6.  前記レーザ光と前記プラスチックフィルムとを相対的に2次元走査することで、前記プラスチックフィルムを自由形状に切断する、
    ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のプラスチックフィルムのレーザ加工方法。
  7.  少なくとも保護フィルムと粘着剤と基材とがこの順に積層されたプラスチックフィルムであって、
     前記保護フィルム表面に付着した前記粘着剤に由来する成分による汚染幅が0.3mm以下である、
    ことを特徴とするプラスチックフィルム。
  8.  前記粘着剤の厚みが20μm以下である、
    ことを特徴とする請求項7に記載のプラスチックフィルム。
  9.  前記プラスチックフィルムが偏光フィルムである、
    ことを特徴とする請求項7又は8に記載のプラスチックフィルム。
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