CN111386172B - 塑料膜的激光加工方法和塑料膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工方法，其能够容易地减少塑料膜表面的污染，并且能够将塑料膜切断成自由形状。本发明所涉及的激光加工方法包括通过从激光光源(1)脉冲振荡出具有红外区的波长的激光(L)并向塑料膜(F)照射该激光来切断塑料膜的工序，其中，向塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上且270J/cm2以下。

Description

塑料膜的激光加工方法和塑料膜
技术领域
本发明涉及一种使用激光来对光学膜等塑料膜进行切断加工的激光加工方法和使用该激光加工方法而得到的塑料膜。本发明尤其涉及一种能够容易地减少因在对塑料膜进行激光加工时产生的飞散物附着于塑料膜表面而引起的塑料膜表面的污染、并且能够将塑料膜切断成自由形状的激光加工方法和使用该激光加工方法得到的塑料膜。
背景技术
近年来，偏振膜等光学膜不仅用于电视或个人计算机，还被用于智能手机、智能手表、车载显示器等多种多样的显示器用途中。
因此，要求光学膜的形状复杂化、自由形状化，也需要高的尺寸精度。
作为切断加工成矩形以外的各种形状的异形加工的方法，已知立铣刀加工、冲切加工、仿形加工、激光加工等。
在这些各种的异形加工方法中，激光加工方法除了易于应对形状的复杂化、自由形状化，还具有易于得到高的尺寸精度、加工品质也优异的突出优势。
然而，在激光加工方法的情况下，存在以下问题：在切断部位，被加工物熔融化和气化而产生的飞散物附着于光学膜表面，使光学膜表面污染。这对于包括光学膜在内的塑料膜全体来说是共通的问题。
作为解决像上述那样的问题的方法，考虑通过集尘器吸引飞散物来进行回收的方法。然而，在该方法中，无法有效地吸引位于塑料膜的切断部位附近的飞散物。
另外，为了解决像上述那样的问题，提出有专利文献1记载的方法。
专利文献1记载的方法是以下方法：对塑料膜等被加工物粘贴具有特定特性的激光加工用保护片，在进行激光加工后，剥离该保护片(专利文献1的权利要求1等)。
根据专利文献1记载的方法，能够减少被加工物表面的污染，但是除了花费粘贴、剥离激光加工用保护片的劳力和时间之外，因使用保护片而使制造成本增加。
并且，为了解决像上述那样的问题，提出有专利文献2记载的方法。
专利文献2记载的方法是激光加工方法，其特征在于，在使激光的光轴相对于与塑料膜等被加工物的表面垂直的方向以规定角度向加工的行进方向倾斜的状态下，将激光照射于被加工物(专利文献2的权利要求1等)。
根据专利文献2记载的方法，能够减少被加工物表面的污染，但只能应用于仅在一个方向上使激光和被加工物相对地扫描的情况，因而无法将塑料膜切断成自由形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-192478号公报
专利文献2：日本特开2008-302376号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明为了解决如上述的现有技术的问题点而作出，作为课题，提供一种能够容易地减少因在对塑料膜进行激光加工时产生的飞散物附着于塑料膜表面而引起的塑料膜表面的污染、并且能够将塑料膜切断成自由形状的激光加工方法。
用于解决问题的方案
为了解决所述课题，本发明者认真研究，结果发现在脉冲振荡出具有红外区的波长的激光并向塑料膜照射该激光来切断塑料膜的情况下，通过将向塑料膜照射的激光的峰值能量密度设定于规定范围，能够容易地减少塑料膜表面的污染，从而完成了本发明。
即，为了解决所述课题，本发明的第一方法提供一种塑料膜的激光加工方法，其特征在于包括以下工序：脉冲振荡出具有红外区的波长的激光并向塑料膜照射该激光来切断该塑料膜，其中，向所述塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上且270J/cm2以下。
本发明的第一方法中的“峰值能量密度”意味着将向塑料膜照射的激光的脉冲能量除以向塑料膜照射的激光(激光光斑)的面积并乘以2倍得到的值。在从与塑料表面垂直的方向照射激光的情况下，激光的面积通过圆周率×(光斑直径/2)2进行计算。激光的光斑直径意味着成为激光的峰值强度的1/e2倍(约13.5％)的强度的位置之间的距离。“脉冲能量”是向塑料膜照射的激光的功率除以重复频率(相当于每单位时间振荡出的激光的脉冲数)得到的值，意味着一个脉冲的激光所具有的能量。
若向塑料膜照射的激光的峰值能量密度过低，具体地说，若小于70J/cm2，则塑料膜的伴随着红外光吸收的温度上升变得不充分。因此，在切断部位会产生包含多的熔融成分的飞散物。由于包含多的熔融成分的飞散物的动能小，因而被认为会附着于切断部位附近的塑料膜表面而成为污染源。
根据本发明的第一方法，由于向塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上，因而塑料膜的伴随着红外光吸收的温度上升活跃化。由此，塑料膜熔融化和气化而产生的飞散物的动能增大，能够减少附着于切断部位附近的塑料膜表面的飞散物。其结果，能够减少塑料膜表面的污染。此外，动能增大后的飞散物成为烟尘而飞到远处，因而能够例如通过集尘器进行吸引来有效进行回收。
另一方面，若向塑料膜照射的激光的峰值能量密度过高，具体地说，若超过270J/cm2，则尤其在塑料膜是由多个层构成的叠层膜的情况下，可能产生层间剥离，引起切断部位的塑料膜端面的品质降低。
根据本发明的第一方法，由于向塑料膜照射的激光的峰值能量密度为270J/cm2以下，因而不会引起切断部位的塑料膜端面的品质降低。
如以上所述，根据本发明的第一方法，向塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上且为270J/cm2以下，因而附着于切断部位附近的塑料膜表面的飞散物减少，能够减少塑料膜表面的污染，并且不会引起切断部位的塑料膜端面的品质降低。
根据本发明的第一方法，由于不像专利文献1记载的方法那样要花费粘贴、剥离激光加工用保护片的劳力和时间，因而能够容易地减少塑料膜表面的污染。
另外，根据本发明的第一方法，由于不像专利文献2记载的方法那样具有要使激光的光轴成为相对于与塑料膜的表面垂直的方向以规定角度向加工的行进方向倾斜的状态的制约，因而能够根据需要将塑料膜切断成自由形状。
在本发明的第一方法中，当切断塑料膜时，需要将照射的激光聚光成规定的光斑直径以下(例如，φ200μm以下)的激光光斑。在本发明的第一方法中，优选在满足向塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上且270J/cm2以下、且将照射的激光聚光成规定的光斑直径以下的激光光斑的情况下，向所述塑料膜照射的激光的脉冲能量为3.4mJ/pulse以上且8mJ/pulse以下。
另外，为了解决所述课题，本发明者认真研究，结果发现了对于至少将保护膜、粘合剂以及基材按该顺序叠层而得到的塑料膜，在从保护膜侧脉冲振荡出具有红外区的波长的激光并向塑料膜照射该激光来切断塑料膜的情况下，污染保护膜表面的飞散物由来于粘合剂。具体地说，当粘合剂为丙烯酸粘合剂的情况下，通过傅里叶变换红外分光法(FT-IR)分析附着于保护膜表面的飞散物时，发现了在与由来于丙烯酸粘合剂的羧酸对应的波长处，吸光度具有峰值。如此发现，附着于保护膜表面的飞散物由来于粘合剂，因此若减少粘合剂的厚度则能够容易地减少塑料膜表面的污染，从而完成了本发明。
即，为了解决所述课题，本发明的第二方法提供一种塑料膜的激光加工方法，其特征在于包括以下工序：对于至少将保护膜、粘合剂以及基材按该顺序叠层而得到的塑料膜，从该保护膜侧脉冲振荡出具有红外区的波长的激光并向该塑料膜照射该激光来切断该塑料膜，其中，所述粘合剂的厚度为20μm以下。
根据本发明的第二方法，由于成为附着于激光照射侧的最表面的飞散物的要因的粘合剂的厚度薄到20μm以下，因而能够减少塑料膜表面的污染。粘合剂的厚度优选为15μm以下。
此外，在本发明的第二方法中，也与第一方法同样地，优选向塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上且270J/cm2以下。另外，优选向塑料膜照射的激光的脉冲能量为3.4mJ/pulse以上且8mJ/pulse以下。
在本发明的第一方法和第二方法中，优选所述激光的波长为5μm以上且11μm以下。
作为脉冲振荡出如上述的波长的激光的激光光源，例如，能够使用CO激光光源(振荡波长：5μm)或CO2激光光源(振荡波长：9.3μm～10.6μm)。
在本发明的第一方法和第二方法中，作为所述塑料膜的切断方式，并不限于全切割，还能够设为半切割。
在本发明的第一方法和第二方法中，优选通过使所述激光与所述塑料膜相对地二维扫描，来将所述塑料膜切断成自由形状。
作为使激光与塑料膜相对地二维扫描的方式，例如，考虑将片状的塑料膜放置并固定于XY两轴台(例如，吸附固定)，驱动XY两轴台，从而变更塑料膜相对于激光的在XY二维平面上的相对的位置。另外，还考虑固定塑料膜的位置，使用检流计镜或多边镜来使从激光光源振荡出的激光偏转，从而变更向塑料膜照射的激光在XY二维平面上的位置。并且，还能够并用使用了上述的XY两轴台的塑料膜的扫描和使用了检流计镜等的激光的扫描这两者。
另外，在塑料膜为卷绕成卷状的粘合膜，通过所谓的卷对卷方式来连续地切断塑料膜的情况下，作为使激光与塑料膜相对地二维扫描的方式，例如，考虑将激光光源放置并固定于XY两轴台，驱动XY两轴台，从而变更向塑料膜照射的激光在XY二维平面上的位置。另外，还能够并用使用了XY两轴台的激光光源的扫描和使用了检流计镜等的激光的扫描这两者。
根据本发明的第一方法和第二方法，能够得到一种塑料膜，该塑料膜是至少将保护膜、粘合剂以及基材按该顺序叠层而得到的塑料膜，该塑料膜的特征在于，附着于所述保护膜表面的、由来于所述粘合剂的成分所造成的污染的宽度为0.3mm以下。
在该塑料膜中，优选所述粘合剂的厚度为20μm以下。
另外，作为所述塑料膜，能够例示偏振膜。
发明的效果
根据本发明，能够容易地减少因在对塑料膜进行激光加工时产生的飞散物附着于塑料膜表面而引起的塑料膜表面的污染，并且能够将塑料膜切断成自由形状。
附图说明
图1是示意性示出本发明的一个实施方式所涉及的激光加工方法中使用的激光加工装置的一例的图。
图2是示意性示出实施例和比较例所涉及的试验中使用的塑料膜的剖面的图。
图3是对评价塑料膜表面的污染的方法进行说明的说明图。
图4是示出实施例和比较例所涉及的激光加工方法的各种条件和评价出的污染宽度W的图。
具体实施方式
以下，适当参照附图，对本发明的一个实施方式所涉及的塑料膜的激光加工方法进行说明。
图1是示意性示出本发明的一个实施方式所涉及的激光加工方法中使用的激光加工装置的一例的图。
如图1所示，本实施方式的激光加工装置100具备激光光源1、光学元件2、反射镜3、4、检流计镜5、远心fθ透镜6、XY两轴台7以及控制装置8。
激光光源1若是脉冲振荡出具有红外区的波长的激光L的激光光源，则没有特别限定，但优选从激光光源1脉冲振荡出的激光L的波长为5μm以上且11μm以下，具体地说，使用CO激光光源(振荡波长：5μm)或CO2激光光源(振荡波长：9.3μm～10.6μm)。在使用CO激光光源的情况下，可以通过氮气等非活性气体对将激光L的光路进行吹扫。
光学元件2包括用于控制激光L的功率(强度)的声光元件(AOM)、用于将激光L聚光的扩展器、聚光透镜、光圈、用于使激光L的空间波束轮廓平坦化的均化器等各种的光学部件。
从激光光源1振荡出且通过了光学元件2的激光L在反射镜3、4分别反射并偏转，向检流计镜5入射。
入射到检流计镜5的激光L在检流计镜5反射并偏转，向远心fθ透镜6入射。检流计镜5通过摆动，能够变更反射的激光L的偏转方向。在图1示出的例子中，通过检流计镜5，激光L的偏转方向沿XY二维平面的X方向变更(在图1中，通过实线的箭头示出的激光L的偏转方向向按虚线的箭头示出的偏转方向依次变化)。即，激光L沿X方向扫描。
从检流计镜5入射并从远心fθ透镜6射出的激光L在X方向的任何的扫描位置，都从与塑料膜F表面垂直的方向向塑料膜F上照射，并且在任何的扫描位置，都能够以均匀的光斑直径进行照射。
在XY两轴台7放置并固定(吸附固定)有塑料膜F，变更塑料膜F在XY二维平面上的位置。
本实施方式的控制装置8进行控制，使检流计镜5和XY两轴台7协作。具体地说，对控制装置8预先输入所期望的塑料膜F的切断形状。控制装置8将控制信号输出到检流计镜5和XY两轴台7，该控制信号用于根据该输入的切断形状切断塑料膜F(向与所期望的切断形状对应的切断部位扫描激光L)。检流计镜5和XY两轴台7根据输入的控制信号分别进行动作，通过检流计镜5和XY两轴台7进行协作，与所期望的切断形状对应的塑料膜F的切断部位依次被激光L扫描。
另外，控制装置8向激光光源1输出控制信号，控制从激光光源1振荡出的激光L的开启/关闭的定时、重复频率以及功率的设定。
以下，说明使用了具有上述的结构的激光加工装置100的本实施方式所涉及的激光加工方法。
本实施方式所涉及的激光加工方法包括通过从激光光源1脉冲振荡出激光L并向塑料膜F照射该激光来切断塑料膜F的工序。此时，控制装置8控制检流计镜5和XY两轴台7来使激光L与塑料膜F相对地二维扫描，将塑料膜F切断成所期望的自由形状。作为塑料膜F的切断方式，不限于全切割，还能够进行半切割。
在本实施方式所涉及的激光加工方法中，作为成为切断对象的塑料膜F，能够例示通过聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等丙烯树脂、环烯烃聚合物(COP)、环烯烃类共聚物(COC)、聚碳酸脂(PC)、聚氨酯树脂、聚乙烯醇(PVA)、聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、三醋酸纤维素(TAC)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚酰胺(PA)、硅酮树脂、环氧树脂、液晶聚合物、各种树脂制发泡体等塑料材料形成的单层膜或者由多个层构成的叠层膜。
在本实施方式所涉及的激光加工方法中，作为切断对象的塑料膜F优选对于照射的激光L的波长具有15％以上的吸收率。
在塑料膜F是由多个层构成的叠层膜的情况下，在层间可以存在丙烯酸粘合剂、聚氨酯粘合剂、硅酮粘合剂等各种粘合剂、粘接剂。
另外，在表面也可以形成有氧化铟锡(ITO)、Ag、Au、Cu等导电性的无机膜。
本实施方式所涉及的激光加工方法尤其适用于在显示器中使用的偏振膜、相位差膜等各种光学膜。
塑料膜F的厚度优选为20μm～500μm。塑料膜F的方式可以如本实施方式所示那样为片状，还可以是卷绕成卷状的粘合膜(raw film)。
在本实施方式所涉及的激光加工方法中，从激光光源1振荡出并向塑料膜F照射的激光L的峰值能量密度(照射到膜F的位置处的峰值能量密度)被设定为70J/cm2以上且270J/cm2以下。另外，向塑料膜F照射的激光L的脉冲能量(照射到膜F的位置处的脉冲能量)被设定为3.4mJ/pulse以上且8mJ/pulse以下。调整构成光学元件2的AOM等光学部件，以得到上述的峰值能量密度、脉冲能量。
在本实施方式所涉及的激光加工方法中，控制装置8控制检流计镜5和XY两轴台7，以使激光L的射出间距小于激光L在塑料膜F上的光斑直径。射出间距为激光L的扫描速度(激光L与塑料膜F的相对的移动速度)除以重复频率(相当于每单位时间振荡出的激光L的脉冲数)得到的值，意味着以某一脉冲振荡照射出的激光L与以接下来的脉冲振荡照射出的激光L之间的间隔。
以下，说明使用本实施方式(实施例)和比较例所涉及的激光加工方法来切断塑料膜F的试验结果的一例。
图2是示意性示出实施例和比较例所涉及的试验中使用的塑料膜F的剖面的图。图2的(a)示出应用实施例1～13和比较例1、2所涉及的激光加工方法得到的塑料膜F的剖面。图2的(b)示出应用实施例14、15所涉及的激光加工方法得到的塑料膜F的剖面。图2的(c)示出应用实施例16、17所涉及的激光加工方法得到的塑料膜F的剖面。
如图2的(a)所示，作为实施例1～13和比较例1、2的塑料膜F，使用了按从上向下的顺序(从照射激光L侧按顺序)叠层有保护膜、基材以及剥离衬垫的叠层膜。在该叠层膜F的下表面粘贴运输用载带，进行切断除载带以外的叠层膜F的半切割加工。
作为保护膜的形成材料，使用了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，在保护膜的下表面涂布了丙烯酸粘合剂(未图示)。作为基材，使用了偏振膜。作为偏振膜，使用三醋酸纤维素(TAC)和聚乙烯醇(PVA)的叠层膜，在偏振膜的下表面涂布了丙烯酸粘合剂(未图示)。作为剥离衬垫的形成材料，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，在剥离衬垫的上表面涂布了丙烯酸粘合剂(未图示)。作为载带的形成材料，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，在载带的上表面涂布了丙烯酸粘合剂(未图示)。
如图2的(b)所示，作为实施例14、15的塑料膜F，使用仅由基材构成的单层膜，进行切断该单层膜的全切割加工。作为实施例14的塑料膜F，使用了由聚酰亚胺(PI)形成的单层膜。作为实施例15的塑料膜F，使用了由聚丙烯(PP)形成的单层膜。
如图2的(c)所示，作为实施例16、17的塑料膜F，使用了按从上向下的顺序(从照射激光L侧起按顺序)叠层有保护膜、粘合剂以及基材的叠层膜。进行切断该叠层膜F的保护膜和粘合剂的半切割加工。对于保护膜，使用了与实施例1～13和比较例1、2相同的保护膜。作为实施例16、17的基材的形成材料，使用了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。作为实施例16的粘合剂，使用了聚氨酯粘合剂来代替实施例1～13和比较例1、2的丙烯酸粘合剂。作为实施例17的粘合剂，使用了硅酮粘合剂来代替实施例1～13和比较例1、2的丙烯酸粘合剂。
对于以上说明的各塑料膜F，作为激光光源1，使用CO2激光光源(振荡波长：9.4μm)，在将向各塑料膜F照射的激光L的峰值能量密度变更成各种值的条件下，将塑料膜F切断加工成50mm×50mm的矩形形状。
并且，评价了切断后的各塑料膜F表面的污染。
图3是对评价塑料膜F表面的污染的方法进行说明的说明图。
如图3所示，使用光学显微镜来观察塑料膜F的表面(照射激光L侧的表面)，测定从切断部位的边缘开始的飞散物的附着长度(最大长度)来作为污染宽度W。
图3对图2的(a)示出的塑料膜F进行了图示，但对于图2的(b)和图2的(c)示出的塑料膜F，也通过相同的方法来测定污染宽度W。
图4是示出实施例和比较例所涉及的激光加工方法的各种条件和评价出的污染宽度W的图。此外，在图4示出的“粘合剂厚度”栏中记载的数值意味着在保护膜的下表面涂布的(在保护膜与基材之间存在的)丙烯酸粘合剂的厚度。
如图4所示，在实施例1～17中，通过将向塑料膜F照射的激光L的峰值能量密度设定为70J/cm2以上且270J/cm2以下，污染宽度W被减少到规格的上限值即0.3mm以下。另外，在实施例8～13中，在保护膜与基材之间存在的粘合剂(丙烯酸粘合剂)的厚度为20μm以下，污染宽度W被减少到0.3mm以下。并且，粘合剂的厚度越薄，则污染宽度W越小。
与此相对，在比较例1中，由于峰值能量密度小于70J/cm2，因而污染宽度W超过了0.3mm。另外，在比较例2中，由于峰值能量密度超过270J/cm2，因而成为保护膜从基材的偏振膜剥离的状态。
如以上说明所示，根据本实施方式所涉及的激光加工方法，由于向塑料膜F照射的激光L的峰值能量密度为70J/cm2以上，因而塑料膜F的伴随着红外光吸收的温度上升活跃化。由此，塑料膜F熔融化和气化而产生的飞散物的动能增大，能够减少附着于切断部位附近的塑料膜F表面的飞散物。其结果，能够减少塑料膜F表面的污染。
另外，根据本实施方式所涉及的激光加工方法，由于向塑料膜F照射的激光L的峰值能量密度为270J/cm2以下，因而不会引起切断部位的塑料膜F端面的品质降低。
附图标记说明
1：激光光源；2：光学元件；3、4：反射镜；5：检流计镜；6：远心fθ透镜；7：XY两轴台；8：控制装置；100：激光加工装置；F：塑料膜；L：激光。

Claims (8)

1.一种塑料膜的激光加工方法，其特征在于，
所述塑料膜的激光加工方法包括以下工序：脉冲振荡出具有红外区的波长的激光并向塑料膜照射该激光来切断该塑料膜，
其中，向所述塑料膜照射的激光的峰值能量密度为70J/cm2以上且270J/cm2以下。
2.根据权利要求1所述的塑料膜的激光加工方法，其特征在于，
向所述塑料膜照射的激光的脉冲能量为3.4mJ/pulse以上且8mJ/pulse以下。
3.一种塑料膜的激光加工方法，其特征在于，
所述塑料膜的激光加工方法包括以下工序：对于至少将保护膜、粘合剂以及基材按照该顺序叠层而得到的塑料膜，从该保护膜侧脉冲振荡出具有红外区的波长的激光并向该塑料膜照射该激光来切断该塑料膜，
其中，所述粘合剂的厚度为20μm以下。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的塑料膜的激光加工方法，其特征在于，
所述激光的波长为5μm以上且11μm以下。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的塑料膜的激光加工方法，其特征在于，
所述塑料膜的切断方式为全切割或者半切割。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的塑料膜的激光加工方法，其特征在于，
通过使所述激光与所述塑料膜相对地二维扫描，来将所述塑料膜切断成自由形状。
7.一种塑料膜，其为至少将保护膜、粘合剂以及基材按照该顺序叠层而得到的塑料膜，该塑料膜的特征在于，
附着于所述保护膜表面的由来于所述粘合剂的成分所造成的污染的宽度为0.3mm以下，
所述粘合剂的厚度为20μm以下。
8.根据权利要求7所述的塑料膜，其特征在于，
所述塑料膜为偏振膜。
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