CN103153526A - 激光切割装置及具有该装置的切条机 - Google Patents

Abstract

本发明揭示的激光切割装置（10）是将激光（L6）照射到偏振膜（6）上并进行切割的装置，包括：振荡激光（L1）的激光振荡器（1），将由激光振荡器（1）振荡的激光向偏振膜（6）反射的反射镜（3），以及配置于偏振膜（6）与反射镜（3）之间，并聚焦激光（L6）的聚集透镜（5），在反射镜（3）与聚集透镜（5）之间，备置透射和反射激光（L3）的分光器（4）。

Description

激光切割装置及具有该装置的切条机

技术领域

本发明涉及激光切割装置及具有该装置的切条机。

背景技术

偏振膜被广泛地用于液晶板等中。以往，在偏振膜的加工工序中，进行的是只对包含偏振膜的层压物中的偏振膜进行切割的偏振膜的半切割，或偏振膜的端部切割等。偏振膜的切割是用刀具来切割，但难以因被切割物而产生薄膜屑等的异物。因这种异物混入偏振膜中而使成品率降低。

另外，近年来利用激光来进行切割。在用激光进行切割时，与用刀具的切割相比较，难以因被切割物而产生薄膜屑等的异物。借此能抑制成品率的下降。因此，这种切割方法是有用的，并被开发出各种各样的方法（例如专利文献1、2）。

专利文献1：日本国公开专利公报“特开2008-302376号公报（2008年12月18日公开）”

专利文献2：日本国公开专利公报“特开2009-22978号公报（2009年2月5日公开）”

然而，采用上述以往的利用激光的偏振膜切割方法的话，具有在切割相对地移动的偏振膜之时产生不良情况这样的问题。即，在用激光的低输出功率侧时，存在的问题是，由于激光的输出功率不稳定，故不能进行合适的切割。

以下具体说明之。在切割被传送来的偏振膜时，切割基本上是在以一定速度传送偏振膜的同时进行的。为使生产效率提高，所述一定速度例如是50m/s左右的高速度。因而，从提高成品率的观点来看，即使是在一定速度的前后中的加速时或减速时，也可以进行偏振膜的切割。

在偏振膜的传送速度大的一定速度的阶段中，被照射激光的部分的每单位时间的能量减少。因而有必要增加切割所必要的激光的输出功率。另一方面，在偏振膜的传送速度小的阶段中，被照射激光的部分的每单位时间的能量增加。结果，有可能由于过剩的热量作用在偏振膜的切割面上而引起品质的劣化。因此，有必要抑制激光的输出功率。

在为抑制激光的输出功率而用激光的低输出功率侧时，存在激光的振荡会变得不稳定的问题。因此，调整后的输出功率可能在产生摆动，并不能照射足以切割偏振膜的能量，并且，即使在传送速度小的阶段中，也要求以稳定的输出而不带来切割面品质劣化地切割偏振膜的激光切割装置。

在专利文献2中，与这样的问题相关联地揭示了使被加工物与激光之间的相对移动速度加大，并使激光的照射次数减少的激光加工方法。根据该技术，能避免因激光振荡器的不稳定输出引起的激光的功率增大导致蚀刻深度变得过深的问题。然而，该技术中存在的问题是，有必要使被加工物与激光之间的相对移动速度加大，难以适用于相对速度小的情况中。

发明内容

本发明鉴于上述以往的问题而作，其目的在于提供激光光束的输出功率不会不稳定的、且不招致偏振膜的切割面的品质劣化的激光切割装置。

本发明的激光切割装置为解决上述课题，是将对偏振膜照射激光并进行切割的激光切割装置，其特征在于，包括：振荡激光的激光振荡器；将激光振荡器振荡的激光向偏振膜反射的反射镜；及配置于偏振膜与反射镜之间的、对所述激光聚光的聚光透镜，在所述反射镜与聚光透镜之间，设有透射和反射所述激光的分光器。

本发明的激光切割装置中，由分光器将激光分岔为透射光与反射光，并用透射光切割偏振膜。因此无论激光振荡器的输出功率多么大，也能使照射到偏振膜的激光的能量减少。其结果，即使是在激光切割装置与偏振膜之间的相对速度小时，也能以高输出功率使用激光振荡器。也就是说，能获得用激光振荡器的高输出功率侧时的优点即输出功率的稳定性。另一方面，由于由分光器减少照射到偏振膜的能量，故能抑制用激光振荡器的高输出功率侧时的问题即切割面品质的劣化。

发明的效果

如上所述，本发明的激光切割装置包括：振荡激光的激光振荡器；将由激光振荡器振荡的激光向偏振膜反射的反射镜；及配置于偏振膜与反射镜之间，并对所述激光聚光的聚光透镜，在上述反射镜与聚光透镜之间，设有透射和反射上述激光的分光器。

因此，即使在激光切割装置与偏振膜之间的相对速度小时，也能以高输出功率使用激光振荡器。也就是说，能获得用激光振荡器的高输出功率侧时的优点即输出功率的稳定性。另一方面，由于用分光器减低照射至偏振膜的能量，故收到能抑制用激光振荡器的高输出功率侧时的问题即切割面品质的劣化的效果。

附图说明

图1是示出本发明的激光切割装置的截面图。

图2是示出传送偏振膜时的时间t与输出功率w之间的关系的曲线图。

图3是示出本发明的切条机的截面图。

图4是示出用本发明的切条机切割偏振膜的过程的俯视图。

图5是示出用实施例1与比较例1切割的偏振膜的侧视图。

具体实施方式

根据图1～图4说明本发明的一实施形态如下。

[切割装置]

图1是示出本发明的激光切割装置的截面图。激光切割装置10包括：激光振荡器1、光束扩展器2、反射镜3、分光器4及聚光透镜5。

激光振荡器1是振荡激光的构件，不作特别的限定。例如，可用CO₂激光器（二氧化碳激光器）、UV激光器、半导体激光器、YAG激光器、EXIMA激光器等。尤其是高输出功率且对偏振膜的切割适合的CO₂激光器较为理想。

激光振荡器1的输出功率低时，激光的输出功率容易变得不稳定。因此，输出功率是高的为好。另一方面，当输出功率过高时，由于过剩的热膨胀等会在偏振膜的切割面产生品质的劣化。

激光振荡器1的具体输出功率，优选为根据偏振膜6的厚度、偏振膜6的传送速度及由后述的分光器4的透射激光与反射激光的比率作适当调整。从这些观点来看，激光振荡器1的输出功率是30W以上、400W以下为好。另外，在激光振荡器1的输出功率低时，输出功率便不稳定，具体地说，当不满30W时，就处于变为不稳定的倾向中。

照射的激光的频率，宜根据激光振荡器1的输出功率、偏振膜6的厚度及偏振膜的传送速度等作适当变更，但一般可取5kHz以上，100kHz以下。

作为较好的形态，激光切割装置10包括光束扩展器2。光束扩展器2是将激光扩宽成平行光束的构件，只要使用公知的光束扩展器就可。利用光束扩展器2能将激光L1的直径扩展为例如2倍～10倍左右，形成激光2。在将激光L6向偏振膜6照射之时，通过扩大激光的直径，容易对准激光L6的焦点。

反射镜3是将激光振荡器1振荡的激光向偏振膜6反射的构件。激光切割装置10中，具有一个反射镜3，但只要能将激光L2作成激光L3向偏振膜6反射就行，具有多个也没关系。

用图2说明一般的激光切割装置中的激光振荡器的输出功率。图2是示出传送偏振膜时的时间t与激光振荡器的输出功率w之间的关系的曲线图。在传送偏振膜的同时进行切割的情况下，首先，使偏振膜加速（加速区域），其后，为适宜于切割的一定速度（等速区域），使偏振膜减速（减速区域），偏振膜的切割结束。

在加速区域和减速区域中因偏振膜的速度小，如果是相同的照射条件，则对偏振膜的每单位时间的能量增加。从而，有必要降低激光振荡器的输出功率。因此，在加速区域和减速区域的一部分中，激光振荡器的输出功率低，且激光振荡器的输出变得不稳定（不稳定区域）。结果，在加速区域和减速区域中，由于激光振荡器的输出是不稳定的，故可能产生未切断的情况。有上述那样的限制，采用一般的激光切割装置的话，不能在加速区域和减速区域中提高激光振荡器的输出功率。

另一方面，本发明的激光切割装置10中，在反射镜3与聚光透镜5之间有分光器4。分光器4是透射和反射上述激光L3的构件，可使用公知的分光器。由分光器4将激光L3分岔为作为透射光的激光L4和作为反射光的激光L5。

分光器4的透射激光与反射激光的比率，没有特别的限定，但优选为根据上述激光振荡器1的输出功率、偏振膜6的厚度及偏振膜6的传送速度等作适当调整。一般，在上述激光振荡器的输出功率为30W以上、400W以下时，分光器的透射激光与反射激光的比率以3∶7～7∶3为好。如是上述的设定范围，则能在偏振膜的切割中合适地使用激光切割装置10。

激光切割装置10中，激光L3被分光器4分岔为透射光和反射光，并用透射光切割偏振膜6。因此，根据激光切割装置10，无论激光振荡器1的输出功率多么大，也能使照射至偏振膜6的激光L6的能量减低。也就是说，即使是加速区域和减速区域，也能以高输出功率使用激光振荡器1，并能获得用激光振荡器1的高输出功率侧时的优点即输出的稳定性。另一方面，因用分光器4减低被照射至偏振膜的能量，故能抑制用激光振荡器1的高输出功率侧时的问题即切割面上的品质的劣化。

激光L4通过聚光透镜5聚光于偏振膜6上。聚光透镜5不作特殊限定，只要用球面透镜、非球面透镜等就可。因由激光L6的聚光直径决定切割宽度，故在切割偏振膜时，激光L6的聚光直径是5μm以上、500μm以下为好，10μm以上、400μm以下更好。

作为激光切割装置10的切割对象的偏振膜6，只要是用公知的偏振膜就可。作为本发明中的偏振膜而言，通常使用长尺寸的偏振膜，但也可用短尺寸或板形的偏振膜。所谓长尺寸是指切割方向上的偏振膜的长度为10m以上，所谓短尺寸是指2m以上、不满10m，所谓板形是指10cm以上、不满2m。

作为偏振膜6，具体来说是如下这样的结构：在偏振元件膜的两面上贴合TAC（三醋酸纤维素）膜、COP（环烯烃聚合物）膜等作为保护膜，通过粘接剂将保护膜层压于相对于激光切割装置10为反面的TAC薄膜上。偏振膜6之中，作为位于中心的偏光元件膜，可举出将TAC等的保护膜贴合到用碘等对聚乙烯醇薄膜染色并拉伸的膜等上的薄膜。又，也可使用部分聚合物化聚乙烯醇系膜、乙烯-醋酸乙烯基共聚合物系部分皂化膜、纤维素系膜等的亲水性高分子膜等、聚乙烯醇的脱水处理物或聚氯化乙烯的脱氯化氢处理物等的多烯（ポリエン）配向膜等，来代替上述聚乙烯醇膜。

包含有偏振膜6和保护膜的总厚度，不作特别限定，但可取100μm以上、500μm以下。又，偏振膜6中的偏光元件膜的厚度，一般为10μm以上、50μm以下。另外，在偏振膜6的实用上不成问题的范围中，也可再含有上述3层以外的其他层。

作为上述保护膜，也可用聚酯膜、聚对苯二甲酸乙二酯（ポリエチレンテレフタラート）膜等。至于上述保护膜的厚度和宽度，没有特别的限定，但从用作偏振膜的保护膜的观点来看，优选使用例如5μm以上、50μm以下的厚度，200mm以上、1500mm以下的宽度的保护膜。

用激光切割装置10进行的偏振膜6的切割，是在移动激光切割装置10或偏振膜6的同时来进行的。由此能在偏振膜6上形成切割面。具体地说，能用后述的切条机在移动偏振膜的同时进行切割。固定激光切割装置10并以传送偏振膜6的状态来进行切割的情况下，能够进行稳定的切割，因此是合适的。

本发明中的对偏振膜的所谓“切割”，是指对偏振膜“至少切割一部分”，也包含对偏振膜形成规定深度的加工。例如，偏振膜的端部的切割、半切割、标识加工等也包含在“切割”的行为中。

[切条机]

其次，说明本发明的切条机20。图3是示出本发明的切条机20的截面图。切条机20包括激光切割装置10、放卷部11、传送辊12、12a、12b、12c、12d、12e、12f（以下略作“12～12f”）、长度测量计14、及卷取部13a、13b。

放卷部11是保持长尺寸形状的偏振膜6并向传送辊12放卷的构件。作为放卷部11而言，没有特别的限定，可用公知的放卷部。切条机20中，可用圆筒状的轴作为放卷部11，并保持卷绕着偏振膜6的纸管或塑料管等。在放卷部11的侧面具有未图示的使放卷部11旋转的旋转装置，通过旋转装置使放卷部11旋转，并向传送方向对偏振膜6进行放卷。对偏振膜6所施加的张力和偏振膜的传送速度可通过旋转装置来设定。另外，可适当调整放卷部11的高度和放卷部11的在水平方向上的位置。

放卷部11被设置于一处，但也可与卷取部13a、13b一样被设置于两处。这样，在一方的放卷部11的偏振膜6全被放卷之前，可与另一方的放卷部的偏振膜连接，并可减少交换偏振膜卷筒的时间。

传送辊12～12f沿偏振膜6的传送路径被配置于切条机20中。各传送辊的配置场所只要根据偏振膜6的传送路径作适当变更就行。上述传送辊不作特别限定，使用公知的构件就可。又，上述传送辊的直径和宽度也不限定。通常，传送辊的宽度为1.5m～2.5m左右。也可在切条机20中包括将偏振膜6压在传送辊上的接触辊。

在传送辊12b与传送辊12c之间，配置有激光切割装置10。这样，只要将激光切割装置10这样地配置于放卷部11与卷取部13之间就可。关于激光切割装置10的构造已如上述。

卷取部13a、13b是卷取已被切割加工的偏振膜6的构件。与放卷部11同样，在卷取部13a、13b的侧面设有未图示的使卷取部13a、13b旋转的旋转装置，通过旋转装置使卷取部13a、13b旋转，并在传送方向上卷取偏振膜6。对偏振膜6所施加的张力和偏振膜的传送速度可通过旋转装置来设定。另外，可适当调整卷取部13a、13b的高度和在水平方向上的位置。

根据切条机20，用放卷部11和卷取部13a传送偏振膜6。偏振膜的传送速度不作特别限定，作为一例，可取1m/s以上，100m/s以下。

图4是示出偏振膜6的切割过程的俯视图。如图4的（a）～（c）所示，随着偏振膜6被传送，利用激光切割装置10在偏振膜6上形成切口S。图4中，设置激光切割装置10以切割偏振膜6的端部周围。这是切割偏振膜6的端部的情况。激光切割装置10的设置位置不作特别的限定，只要能在偏振膜6上照射激光就行。例如，如果设置激光切割装置10以将激光照射到偏振膜6的中央部分，则可将偏振膜6分割为2个。

因本发明的切条机20设有激光切割装置10，故即使是在使偏振膜6加速或减速时、即在偏振膜的传送速度小时，也能以高输出功率使用激光振荡器1。结果，能获得用激光振荡器1的高输出功率侧时的优点即输出的稳定性。另一方面，由于用分光器4减低被照射到偏振膜上的能量，故能抑制用激光振荡器1的高输出功率侧时的问题即偏振膜的切割面上的品质的劣化。

另外，本发明中包含以下的形态。

本发明的激光切割装置中，上述激光振荡器的输出功率是30W以上、400W以下，上述分光器的透射激光与反射激光的比率是3∶7～7∶3为好。

上述激光振荡器的输出功率是30W以上、400W以下时，如果分光器的透射激光与反射激光的比率是在上述的范围内，那么能合适地使用于偏振膜的切割中。

又，本发明的激光切割装置中，上述激光振荡器是CO₂激光振荡器为好。

CO₂激光振荡器是高输出功率的，能适合偏振膜的切割。

又，本发明的切条机，包括对偏振膜进行放卷的放卷部、和卷取偏振膜的卷取部，在上述放卷部与卷取部之间配置有上述激光切割装置。

本发明的切条机因包括激光切割装置，故即使在偏振膜的传送速度小时也能以高输出功率使用激光振荡器。结果，能获得用激光振荡器的高输出功率侧时的优点即输出功率的稳定性。另一方面，因通过分光器减低照射到偏振膜上的能量，故能抑制用激光振荡器的高输出功率侧时的问题即偏振膜的切割面上的品质的劣化。

另外，本发明不限定上述的各实施形态，能够在权利要求项中所示的范围内进行各种变更，有关适当组合不同的实施形态中分别揭示的技术手段而得到的实施形态也包含在本发明的技术范围内。

实施例

[实施例1]

用图3所述的切条机20实施偏振膜的切割。偏振膜6的结构为，按接近于激光切割装置10的聚光透镜5的顺序，层压PET膜（38μm）、粘接层（22μm，粘接层与保护层一起剥离）、TAC膜（80μm）、聚乙烯醇膜（30μm）及COP（环烯烃聚合物）膜（70μm）作为保护膜，并在COP膜上隔着粘接层层压PET膜（38μm）作为隔离膜。

首先，利用放卷部11和卷取部13a的旋转装置，使偏振膜6从偏振膜6静止的状态开始，在5秒钟后，加速到50m/s。在使其加速至50m/s的期间，以下述的条件实施偏振膜6的切割。

激光振荡器：CO₂激光器

激光振荡器的输出功率：20W以上、280W以下

激光波长：9.4μm

激光频率:20kHz

L6的聚光直径：54μm

透射光与反射光的比率：5∶5

[比较例1]

使用从切条机20的激光切割装置10中去除了分光器4的比较用切割装置实施偏振膜6的切割。偏振膜6的结构是与实施例1相同的。与实施例1同样地使偏振膜6加速至50m/s。又，切割的条件如下。

激光振荡器：CO₂激光器

激光振荡器的输出功率：10W以上、140W以下

激光波长：9.4μm

激光频率:20kHz

L6的聚光直径：54μm

图5是示出通过实施例1与比较例1切割的偏振膜6的侧视图。图5的（a）是实施例1的偏振膜6，图5的（b）是比较例1的偏振膜6。由两者结果可见，比较例1的偏振膜6在其截面上因热膨胀而产生变形。而且还观察到在最上面的PET膜上因热膨胀生成的块状物。另一方面，实施例1的偏振膜6与比较例1不同，切割面上没有产生变形。而且，在最上面的PET膜上没有生成块状物。根据本发明的切条机（激光切割装置），即使是50m/s那样的传送速度，也能够抑制偏振膜的切割面上的品质劣化，明显地显示出本发明的优越性。

而且，对偏振膜6的切割面良好与否进行了试验。试验方法是，从所切割的偏振膜上剥离隔离膜，隔着粘接层将COP膜面贴附到玻璃板上。如果COP膜上产生变形，则气泡混入COP膜与玻璃板之间。对实施例1与比较例1的切割后的偏振膜6进行了试验，在贴附后，实施例1的偏振膜6上没有观察到气泡混入，但贴附后在比较例1的偏振膜6上观察到气泡的混入。这是因偏振膜6之中的从上面起第4层的COP膜的变形状态引起的结果。从该结果也证明本发明的优越性。

工业上的可利用性

本发明的激光切割装置是可用作合适地切割偏振膜的装置。因此，本发明可广泛地利用于使用偏振膜的领域中。

符号的说明

1激光振荡器  2光束扩展器  3反射镜  4分光器

5聚光透镜  6偏振膜  10激光切割装置  11放卷部

12、12a、12b、12c、12d、12e、12f传送辊13a、13b卷取部

14长度测量计  20切条机  L1～L6激光  S切口。

Claims (4)

1.一种激光切割装置，是对偏振膜照射激光并进行切割的激光切割装置，其特征在于，

包括：

振荡激光的激光振荡器；

将由激光振荡器振荡的激光反射向偏振膜的反射镜；及

配置于偏振膜与反射镜之间的、对所述激光进行聚光的聚光透镜，

在所述反射镜与聚光透镜之间，设有透射和反射所述激光的分光器。

2.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，

所述激光振荡器的输出功率为30W以上、400W以下，

对所述分光器的激光进行透射与反射的比率为3∶7～7∶3。

3.如权利要求1所述的激光切割装置，其特征在于，

所述激光振荡器是CO₂激光振荡器。

4.一种切条机，其特征在于，

包括对偏振膜进行放卷的放卷部和卷取偏振膜的卷取部，

在所述放卷部与卷取部之间，设有权利要求1～3中任一项所述的激光切割装置。

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