具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法

2023-08-05 13:30:16 4

專利名稱：具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法
技術領域：
本發明涉及用於例如家用電器的護罩和殼體上的修飾技術，更具體地，涉及使用雷射束將三維超微細表面加工形狀施加到護罩或殼體上、從而提供了具有高修飾性的護罩或殼體的技術。
背景技術：
近年來，用以區分電氣設備和電子設備的修飾技術的作用變得非常重要。例如，在可攜式電話設備的領域中，使用交叉切割技術形成以對視覺提供閃耀特性的可攜式終端設備、通過衝壓形成以對觸覺提供如皮革的觸感的可攜式終端設備、以及提供微細形狀以提供防止灰塵或水滴粘附至其的作用的可攜式終端設備被投放於市場。此外，在筆記本式PC 的領域中，各製造商列出了金屬色調的各種顏色模型的PC，並且關注如用戶定製設計的原始設計。這裡重要的是在樹脂成型物表面形成微細凹凸結構。具有微細凹凸結構的樹脂成型物表現了由其微細形狀效果帶來的光透射特性或光反射特性的變化。因此，積極地利用這個特性，樹脂成型物可以用於廣泛的工業領域。特別地，樹脂成型物在光學領域中被用作諸如擴散板或導光板的光學功能膜，而在各種修飾結構構件領域中被用作具有現光色調或條紋色調的金屬外觀的塑料構件。例如，如果使用將金屬色調外觀用於樹脂成型物的表面的方法，那麼可用的具有修飾性能的金屬材料製成的現有物替代該樹脂成型物，而不損害高級的金屬物的質感。同時，可以實現這樣的優點，如重量減小、成本降低和形狀自由度增強。因此，所述方法在工業中是有用的。可用幾種方法來提供金屬色調的外觀。特別地，作為這樣的方法，例如在日本專利第3，127，398號和第2，943，800號以及日本專利公開第2004-142439中已知並公開了稱為成型同步轉印法的第一方法。在第一方法中，將通過蒸鍍或塗裝而在表面上具有微細凹凸表面結構和在其上形成有金屬層等的可剝離片放置在成型金屬模具之間，並且將樹脂注入和填充到成型金屬模具的型腔內以獲得樹脂成型物，同時將轉印片粘附到樹脂成型物的表面，隨後剝離脫模膜 (mold releasing film)從而在樹脂成型物的表面上形成金屬層。作為另一方法，例如在日本專利第4，195，236號、第3，851，523號和第3，986，789
號中已知並公開了稱為插入方法的第二方法。在第二方法中，將由表面上具有微細凹凸結構和在其上形成有金屬層等的基片形成的插入片插入到成型金屬模具中，並且在注射成型的同時插入片與樹脂成型物的表面形成為一體。作為其他方法，在日本專利公開第2007-237457號中已知並公開了使用光硬化材料產生微細的凹部和凸部的第三方法，以及在日本專利第4，054，569號中已知並公開了將其上層壓有多個著色層的轉印材料轉印到樹脂成型物、並且通過雷射蝕刻去除任意一個或多個著色層的第四方法。

發明內容
但是，以上所述的第一到第四方法並未考慮作為微細凹凸結構的自由曲面表面形狀以提供視覺變化的想法。例如，在第一方法中，微細凹凸結構是通過物理地施加損傷痕跡的挖掘法形成的。同時，在第二方法中，使用諸如照相凹版印刷、平版印刷或絲網印刷的印刷方法。進一步，在第三方法中，使用利用光固化樹脂材料的發紋(hairline)加工。進一步，在第四方法中，使用加工著色層的多色成型，但沒有形成微細凹凸形狀。
此外，現有技術中的發紋加工技術使用噴砂法或磨砂法。因此，現有技術中的發紋加工技術提供了非均勻磨光，並僅允許控制「平均粗糙度」但是不能將形狀準確地控制為設計的形狀。本發明提出了一種技術，其可將自由曲面的表面形狀應用於視覺並且可通過應用雷射微細加工技術產生新穎的視覺效果。本發明還提出一種技術，通過積極應用雷射加工特有的加工痕跡或殼痕跡(shell mark)同時控制這些痕跡而提供尋求在反射或漫射方面的視覺感的新穎方法。根據本發明，提供了一種具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，對每一次發射(shot)使雷射照射區域相對於加工對象物的加工面連續移動，同時將雷射束重複照射到加工對象物的加工面上。該製造方法包括以下步驟設定用於對加工對象物的加工面進行預定深度的加工的雷射束的能量密度；設定發射數，通過該發射數，在將該能量密度的雷射束重複照射到加工面上時使所需的微細形狀形成在所述加工面上；計算雷射照射區域相對於加工面的移動速度，以用於將所設定的發射數的雷射照射到加工面上；以及照射所設定的能量密度的雷射束，同時使加工面相對於雷射照射區域以所計算出的移動速度移動，從而在形成有微細形狀的加工面上形成由雷射照射的加工痕跡形成的超微細凹凸結構。在具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法中，通過適當地設定要照射的雷射束的能量密度和雷射照射區域相對於加工面的移動速度，可以自由形成自由的微細形狀。進一步，利用雷射束照射的加工痕跡可以在微細形狀的表面上形成超微細形狀。利用具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，通過使用雷射微細加工技術，可以將自由曲面形狀應用於視覺感並且能產生新穎的視覺效果。進一步，通過積極應用雷射加工特有的加工痕跡或殼痕跡同時控制這些痕跡，可以實現提供至今尚未在反射和擴散方面實現的視覺效果的超微細凹凸表面結構。從下面的描述和所附的權利要求中，結合附圖，本發明的以上和其他的特徵和優點將是顯而易見的，其中，在附圖中，相似的參考標號表示相似的部件或元件。


圖1是示出了應用具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法的雷射加工設備的構造的實例的框圖；圖2是示出了 OG方法的加工實例的示意圖；圖3是示出了掩模和作為加工對象物的基板的相對位置的示意性透視圖4是示出了在具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法中使用的掩模的實例的示意圖；圖5是示出了用於形成三維形狀的多元多項式的曲線說明圖；圖6是示出了用於獲得所需的凸形狀的蝕刻截面面積的示意圖；圖7是示出了用於獲得所需的凸形狀的掩模形狀的示意圖；圖8是示出了用於獲得所需的凹形狀的蝕刻截面面積的說明圖；圖9是示出了用於獲得所需的凹形狀的掩模形狀的示意圖；圖10是示出了雷射的照射能量和蝕刻深度之間的關係的示圖；圖11是示出了平臺進給速度和蝕刻深度之間的關係的示圖；圖12A和圖12B是示出了掩模的縱橫比的示意圖。圖13是示出了掩模的實例的示意圖；圖14是示出了使用圖13所示的掩模的疊加的示意圖；圖15A和圖15B分別是示出了根據第一加工模式的具有線性直線或三角形狀的掩模的示意圖和說明圖；圖16是示出了使用圖15A所示掩模獲得的加工形狀的透視圖；圖17是示出了使用圖15所示掩模獲得的微細凹凸表面結構的透視圖；圖18是示出了使用圖17所示的具有微細凹凸表面結構的成型物的產品的實例的示意圖；圖19A和圖19B分別是示出了根據第二加工模式的具有橢圓邊緣的掩模的示意圖和說明圖；圖20是示出了使用圖19A所示掩模獲得的加工形狀的透視圖；圖21是示出了由圖20所示凸加工形狀形成的微細凹凸表面結構的向後反射效果的示意圖；圖22A和圖22B是示出了根據第三加工模式對於具有橢圓弧的掩模和具有線性直線的另一掩模的沿同一掃描方向的疊加照射的說明圖；圖23是示出了對於具有線性直線的掩模和具有橢圓弧的另一掩模的沿同一掃描方向的疊加照射的透視圖；圖M是示出了通過對於具有線性直線的掩模和具有橢圓弧的另一掩模的沿同一掃描方向的疊加照射而獲得的微細凹凸表面結構的透視圖；圖25是示出了根據第四加工模式對於具有線性直線的掩模和具有橢圓弧的另一掩模的沿垂直的掃描方向的疊加照射而獲得的微細凹凸表面結構的透視圖；圖沈是示出了圖25所示的具有微細凹凸表面結構的成型物的製造方法的流程圖；圖27A到圖27G是示出了圖25所示的具有微細凹凸表面結構的成型物的製造方法的示意性透視圖；圖觀和圖四是示出了在使用準分子雷射器的情況下加工痕跡或殼痕跡的不同實例的示意性透視圖；圖30是示出了在使用固態雷射器的情況下的加工痕跡透視圖；圖31A和圖31B是示出了利用加工痕跡形成超微細形狀的示意圖32是示出了利用固態雷射器形成加工痕跡的示意圖；圖33是示出了在強烈地獲得結構色彩效果的情況下加工痕跡的截面形狀的測量實例的說明圖；圖34是示出了在結構色彩效果弱的情況下加工痕跡的截面形狀的測量實例的說明圖；圖35A到圖35C是示出了在使用具有三角形開口的掩模情況下形成的加工痕跡的示意圖；圖36A到圖36C是示出了在使用具有包括凹曲面的開口的掩模的情況下形成的加工痕跡的示意圖；圖37A到圖37C是示出了在使用具有包括凸曲面的開口的掩模的情況下形成的加工痕跡的示意圖；圖38A到圖38C是示出了在使用具有圓形開口的掩模的情況下形成的加工痕跡的示意圖；圖39是示出了圓形加工痕跡的特定實例的示意圖；圖40是示出了線性加工痕跡的特定實例的示意圖；圖41是示出了視覺評價數據的測量方法的示意圖；圖42是示出了視覺評價的結果的示圖；圖43是示出了視覺評價的概要的示圖；圖44是示出了蝴蝶翅膀表面的微細結構的示意圖；圖45A和圖45B是示出了取決於有/無曲線形狀的視覺效果的示意圖；圖46A和圖46B是示出了取決於有/無加工痕跡的視覺效果的示意圖；圖47是示出了關於垂直的可見光線的反射強度分布的示圖；圖48是與圖47相似的、但示出了當成型物傾斜5度時關於可見光線的反射強度分布的示圖；圖49A到圖49C是示出了包括具有超微細凹凸表面結構的成型物的產品實例的示意圖；以及圖50是示出了包括具有超微細凹凸表面結構的成型物的另一產品實例的示意性分解透視圖。
具體實施例方式以下，將參考附圖描述本發明的實施方式。將按以下順序給出描述。1.雷射加工設備和OG方法2.第一加工模式(使用具有線性直線(三角形)的掩模的實例)3.第二加工模式(使用具有橢圓弧的掩模的實例)4.第三加工模式(使用將具有線性直線(三角形)的掩模和具有橢圓弧的另一掩模沿同一掃描方向重疊放置的實例)5.第四加工模式(使用將具有線性直線(三角形)的掩模和具有橢圓弧的另一掩模沿垂直的掃描方向重疊放置的實例)6.超微細凹凸結構
7.視覺效果8.產品實例(應用在表面上具有超微細凹凸結構的成型物的產品實例)應注意，下面描述的實施方式是實現本發明的優選形式。因此，各種技術上的優選限制被施加於這些實施方式。但是，除非在以下描述中具體描述了本發明受限，否則本發明的技術範圍不限於下文中所描述的實施方式。例如，以下的描述中所指定的關於使用材料和材料的使用量、處理時間、處理順序、參數數值條件等的細節僅僅是認為優選的實例，而在以下的描述中所參考的附圖中所出現的尺寸、形狀、配置關係等也是為了說明性的目的而示出。雷射加工設備的構造在根據本實施方式的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法中，利用光能而在加工對象物上形成所需的三維形狀。進一步，在形成三維形狀的同時，控制雷射加工特有的加工痕跡(即殼痕跡)，從而在加工面的表面上形成超微細凹凸形狀。本發明的實施方式中使用的雷射加工設備包括雷射源，其具有容易被樹脂吸收的紫外線波長區域內的波長；以及光學系統，其用於將從雷射源發射的預定圖案的雷射束光投射到加工對象物(即基板)的加工面上。具有紫外線波長區域內的波長的雷射束容易被諸如聚醯亞胺的樹脂材料吸收。因此，可以通過所謂的燒蝕的方法對所提及的樹脂材料進行蝕刻，該方法通過高光子能量切斷分子間的結合。在燒蝕加工中，由於產生的熱量少，所以不會產生熱鬆弛、浮渣或突起等， 並且掩模圖案可以準確地轉印至加工面。因此，燒蝕加工非常有利於微細形狀的加工。進一步，由於沿蝕刻深度方向的微細形狀的加工可由每單位時間的雷射束能量的積分值控制， 因此可以產生自由曲面。將在以下參考附圖來描述通用於本發明的幾個實施方式中的雷射加工設備的基本構造。圖1示出了用於製造具有超微細凹凸表面結構的成型部件的雷射加工設備的總體構造的實例。參考圖1，所示雷射加工設備包括雷射源1、光束成形單元3、掩模臺4、掩模 M、縮小投射透鏡5、反射鏡6和加工臺7。雷射路徑由參考標號2表示的雙點劃線來表示。雷射源1發射出根據來自控制部8的控制信號的雷射強度的光束。在下面描述的實施方式中，例如，使用準分子雷射器。多種類型的準分子雷射是可用的，並且它們可用不同的介質形成，例如，以波長的降序列出，XeF(35lnm), XeCl (308nm), KrF(248nm), ArF(193nm)和F2(157nm)。這樣的準分子雷射器照射200Hz到500Hz的脈衝。但是，雷射器並不局限於這些準分子雷射器，而可以是包括固態雷射的二到四次諧波的雷射器或類似的雷射器。固態雷射器以幾十kHz脈衝的形式照射光束，並且進行微細加工，同時像一筆畫的繪畫那樣進行掃描。光束成形單元3執行雷射源1的雷射束的成形和光束強度均勻化，並且輸出所得光束。掩模M具有預定圖案的開口，根據加工形狀對該開口設定雷射透射和非透射的位置，並且該開口透射由光束成形單元3成形的雷射束。對於該掩模M，例如，可以使用由金屬材料形成的穿孔掩模、由透明玻璃材料或金屬薄膜形成的光掩膜、由介電材料形成的介電掩模等。還可以應用可變孔來代替掩模M。掩模臺4包括接收其上放置的掩模M並且可以根據控制部8的控制信號沿垂直於雷射束光軸的平面定位的機構。縮小投射透鏡5會集透射通過掩模M的圖案的雷射束，並將會集的雷射束以預定的倍率投射到基板S的加工面上，該基板是加工臺7上的加工對象物。加工臺7是相對於縮小投射透鏡5設置，以使得從縮小投射透鏡5投射的雷射束聚焦到基板S的加工面上。加工臺7包括通過真空抽吸等保持加工對象物的基板S並且可以根據控制部8的控制信號沿著垂直於雷射束的光軸的平面(即XY平面)移動並在該平面上進行定位，從而使得雷射束可以在基板S的加工面上掃描。此外，可以根據需要沿著基板S的高度方向(Z 方向)移動加工臺7。在該雷射加工設備中，當準分子雷射束通過具有預定形狀的開口的掩模M照射到基板S的表面上時，移動加工臺7以在加工面上掃描準分子雷射束的照射區域，即，移動雷射束的照射區域，從而基於掩模M的開口形狀執行基板加工。這樣的加工是基於下面描述的加工原理。OG方法的加工原理圖2示出了 OG方法，即正交法的加工原理。特別地，根據OG方法，當雷射束通過具有所需開口的掩模M照射到加工對象物的基板S上時，掃描照射區域，從而在基板S上獲得三維形狀。在掩模M中，設置了雷射束透射通過的預定形狀的開口 ml和雷射束不透射通過的遮光部m2。此處，掩模M的開口 ml是透過光的部分，並且其可以是開孔或透光或透明窗的形式。如果雷射束通過掩模M而照射，那麼具有與掩模M的開口 ml的形狀相應的形狀的雷射束照射到基板S上。 如果與開口 ml的形狀相應的形狀的雷射束照射到基板S上，那麼由雷射束的光子能量引起稱為燒蝕的光化學反應。因此，可以加工基板S，同時抑制了熱影響。加工形狀取決於透射通過掩模M的開口 ml的雷射照射量的積分值，並且雷射的加工深度取決於該積分值。特別地，隨著掩模M的開口面積減少，照射量減少並且因此加工深度減小。這時，如果通過掩模M照射的雷射的照射區域在基板S上掃描，那麼照射量成為沿掃描方向的積分值。換言之，在關於掩模M的開口 ml的形狀，掃描方向的垂直方向是χ軸方向而掃描方向是y軸方向的情況下，加工深度取決於開口 ml沿y軸方向的長度而不同。特別地，隨著開口 ml沿y軸方向的長度減小，照射量沿掃描方向的積分值減小並且加工深度減小。另一方面，隨著開口 ml沿y軸方向的長度增加，照射量沿掃描方向的積分值增加並且加工深度增大。通過掃描照射區域，加工深度的截面形狀在掃描方向上連續， 並形成在掃描方向上延伸的三維形狀。例如，在如圖2所示，在具有三角形(其頂角沿掃描方向設置)的開口 ml的掩模M 的情況下，基板S對應於三角形頂角的部分形成為最深，並且在掃描方向，即y軸方向上連續地形成沿χ軸的三角形截面的凹形狀。在從雷射源1發射的雷射能量被固定的情況下，雷射照射的加工深度也與照射區域的掃描速度有關係。特別地，隨著掃描速度降低，每單位時間和每單位面積的照射量增加並且加工深度增大。因此，在基板S表面上形成的三維形狀可以通過設定掩模M的開口 ml 的形狀和照射區域的掃描速度來控制。
使用OG方法的加工方法圖3示出了掩模和作為加工對象物的基板的相對位置。參考圖3，在掩模M上提供預定形狀的開口 ml以使雷射通過掩模M被發送到縮小投射透鏡5上。縮小投射透鏡5將與掩模M的開口 ml形狀對應的照射區域的大小縮小為例如使得可以通過照射能量的集中而實現高能量密度的分數。在照射雷射的狀態下，基板S或掩模M或基板S和掩模M這兩者沿掃描方向的反方向相對地移動。因此，雷射的照射區域沿預定方向被掃描，並且沿著掃描方向進行連續加工。進一步，如果一個階段的掃描完成，那麼照射區域沿掃描方向的垂直方向移動一個階段的距離，然後同樣地進行照射和雷射掃描。通過重複執行操作順序，在基板的寬範圍上進行加工。如果沿一個方向的雷射的照射區域的掃描如圖3所示通過多個階段來進行， 那麼可以形成沿掃描方向連續的三維形狀。進一步，在形成沿掃描方向連續的三維形狀之後，如果雷射的掃描方向變成之前的掃描方向的垂直方向然後執行同樣的掃描，那麼以交疊關係進行沿這兩個垂直方向的加工，並可形成點陣式的三維形狀。特別地，沿一個方向掃描通過掩模M的雷射的照射區域， 並且在執行沿著掃描方向的基板S的加工之後，掃描方向變成之前的掃描方向的垂直方向，從而在基板S被加工之後在其上進行雷射照射。由此，沿上述一個方向掃描而加工的形狀進一步沿垂直方向加工，因此，可以獲得點陣式的三維形狀。例如，在形成具有沿著雷射的掃描方向延伸的半圓形截面的三維形狀的情況下， 如果該加工是沿兩個垂直方向進行的，那麼可以獲得以點陣圖案排列的多個半球形狀(諸如透鏡形狀)。以下將詳細地描述沿兩個垂直方向的加工。應注意，在沿兩個方向的雷射掃描中，在兩個掃描方向之間的角度可以設定為除直角外的某其他角度。在使兩個掃描方向之間的角度不同於直角的情況下，具有縱橫比的三維形狀可以形成為點陣圖案。進一步，掃描方向的數量並不限於兩個，而還可以是三個或四個。例如，在使用沿三個方向的掃描的情況下，連續地旋轉基板S以使掃描方向連續地改變120度。應注意，如果在上述條件下進行這樣的沿三個方向的掃描，在從上面觀察加工面的情況下通過沿三個方向的掃描形成的部分的加工形狀是六邊形。各種其他的掃描方法也是可用的，例如沿不同直徑的圓周方向的掃描、螺旋掃描、沿圓周方向的掃描和沿從圓周中心的半徑方向掃描的組合等。掩模的構造圖4示出了在根據本發明的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法中使用的掩模的實例。參考圖4，所示掩模M包括其中多個開口 ml以矩陣形式排列的開口形成區域。掩模M的橫向方向是圖4中的水平方向，而通過掩模M的雷射束的照射區域的掃描方向或移動方向是圖4中的垂直方向。在掩模M的開口形成區域中，沿著掩模M的橫向方向設置了多個開口 ml的行。進一步，在掩模M的橫向方向的垂直方向上設置了多個這樣的多個開口 ml的行。在圖4中，在掃描方向上以四個列設置開口 ml，以使每個列包括數個開口 ml。但是，適當地設計開口數量。例如，在150平方釐米(大約5英寸)的掩模上形成大約22平方毫米的開口的情況下，可以形成5 X 5 = 25個開口。開口 ml的大小最終依照所需的用於加工面的超微細凹凸形狀、縮小投射透鏡5的縮小率等確定。
掩模的基本概念為了通過OG方法利用該掩模獲得所需的加工形狀，使用數個參數，例如雷射束的照射能量、基板的進給速度、掩模的開口率等，並且可以通過適當地設定參數來設計符合各個加工形狀的掩模。圖5是示出了由函數F(X)表示的某曲線的示圖。這時，研究用來獲得反映如圖5 所示並且由函數F(X)表示的曲線的凹加工形狀的掩模。在加工面的加工形狀中，雷射束的加工深度是由根據雷射束透過的掩模的開口邊緣的形狀的積分值來確定的。因此，為了獲得圖6所示的基板S上的所需凹形狀，如圖6的斜線所表示的部分所示，從基板S表面起蝕刻的截面面積S(X)由下面的表達式來表示S (χ) = ab- / F (χ) dx.為了獲得此加工形狀，可以使用如圖7所示的包括圖5的函數F(x)的大致半圓形的開口 ml的掩模Μ。應注意，示出了用於獲得凸形狀的基板的蝕刻截面面積S' (χ)的示意圖被示出為圖8中的實例。示出了用於獲得該凸形狀的掩模形狀的示意圖在圖9中示出。現在，將描述雷射束的照射能量和平臺的進給速度與蝕刻深度的關係。圖10示出了雷射束的照射能量和蝕刻深度之間的關係，並且橫坐標軸表示雷射的照射能量，而縱坐標軸表示蝕刻深度。同時，圖11示出了基板的平臺進給速度和蝕刻深度之間的關係，並且橫坐標軸表示平臺的進給速度，而縱坐標軸表示蝕刻深度。從圖10和圖11，可以認識到隨著雷射束的照射能量增加，蝕刻深度增大，而隨著基板的平臺進給速度增加，蝕刻深度減小。圖12Α和圖12Β是分別示出了掩模和使用該掩模獲得的加工形狀的截面圖的示意圖。假定圖12Α所示的掩模M的一個開口 ml的縱橫比h/w和圖12B所示的實際獲得的加工物的縱橫比H/W增加至a倍。在該情況下它們之間的關係由以下的表達式表示a = (h/w) / (H/ff).上述給出的係數a取決於雷射束的照射能量和基板的平臺進給速度而改變。因此，從該實驗預先獲得對應於掩模的函數F(X)的係數a。雷射束的疊加現在，將描述雷射束的疊加。作為實例，將描述如圖8所示這樣的加工形狀的部件被加工成具有由F(X) = -X2 表示的函數的曲面的凸形狀的情況下的實例。在該情況下，利用圖9所示的掩模M的從基板表面起的雷射加工或蝕刻量的截面面積S' (χ)是如圖8中的斜線所表示的部分。該截面面積S' (χ)由下面的表達式表示S' (χ) = / X2dx為了獲得該加工形狀，可以使用具有對應於圖13所示函數f(x) = -1/2X2的曲面的掩模M以使用該掩模M在同一照射區域以疊加關係進行兩次照射。通過此操作，可以獲得由F(X) =_X2表示的凸加工形狀。特別地，如果使用圖13所示的由函數F(X)表示的掩模以疊加關係兩次照射雷射束，那麼其可通過以下方式表示F (x) = f(x)+f(x)，其是指F (χ) = -1/2X2-1/2X2.
這表示由函數F(X) = -X2表示的加工形狀可以通過使用f (χ) = -1/2X2的掩模以疊加關係兩次照射雷射束來實現。相似地，為了加工對應於例如F(X) = -2X2的輪廓的凸形狀，使用對應於f(x) ="1/2X2的掩模以疊加關係進行四次雷射束的照射。特別地，為了獲得對應於所需函數的加工形狀，使用具有由各個函數表示的開口的掩模，以使得通過在同一位置以疊加關係放置的掩模照射雷射。由於加工形狀取決於照射雷射的開口的積分值，因此可以獲得對應於所需的多元多項式形式的函數的加工形狀。<2.第一加工模式〉第一加工模式是其中如圖15A和圖15B所示的在開口 ml邊緣具有線性直線的掩模用來將平面微細形狀施加到基板表面上的實例。首先，如圖15A所示的在開口 ml的邊緣具有線性直線的掩模M(I)被用來設定特定的光能和加工對象物的基板S的進給速度，並且預先測量根據該條件獲得的加工形狀。圖15B示出了對通過用掩模M(I)加工實際獲得的形狀而得到的輪廓進行數學近似所獲得的示圖。這時，參照要加工的基板表面的加工部分的圖15B中的左端原點而設定 XY軸。在該情況下的特定的加工形狀從截面來看顯示出反向三角形，並且深度、即蝕刻量是 40而寬度是160。應注意，數值的單位是ym。從該示圖獲得的近似表達式Yl通過以下的表達式來表示Yl = X/4-40. · · · (6)通過沿掃描方向移動加工臺7，同時轉印以如上所述的三角形形成的掩模M的開口形狀，對與三角開口形狀相對應的二維能量分布進行時間積分以轉換為深度方向的蝕刻量。然後，根據近似表達式Yl獲得的沿著XY平面的截面的加工形狀是如圖16所示的三角形加工形狀11。該三角形加工形狀11是這樣的形狀，即高度方向與圖16中箭頭標記所表示的掃描方向相一致的三角柱，該三角柱底邊寬160 μ m且高40 μ m，並具有普通三角形狀的底面。近似表達式Yl的傾斜度對應於三角形加工形狀11的斜面10的傾斜度。圖17示出了使用圖15A的掩模成型的三維形狀。在圖17所示的成型物中，沿掃描方向的垂直方向，即沿X軸方向，並列地形成多個三角柱，其中每個均具有三角形加工形狀11作為其截面形狀。因此，成型物具有鋸齒狀的微細形狀，其具有多個包括銳角頂點的山體。同時，在圖17所示實例中，一個山體具有三角柱形狀，它可具有任意形狀，只要反射面即斜面10是平坦面即可。圖18示出了作為使用了圖17所示的具有超微細凹凸表面結構的成型物殼體的產品。參考圖18，在所示實例中，著色層12形成在基板S的加工面上，該基板具有三角形加工形狀11的超微細凹凸表面結構，並且保護物13形成在著色層12上。通過具有鋸齒狀三角形加工形狀11的微細形狀的成型物，可以觀察到視野角比沒有這樣的微細形狀的另一製品的視野角增加了大約40度。同時，由於反射面即斜面10 具有平面形狀，所以當超過臨界角時，完全不會發生反射，並且不會察覺到視覺變化。在下文中將連同其他的微細加工形狀詳細地描述視覺評價。應當注意，雖然在本實施方式中用聚碳酸酯材料形成基板S，但也可以使用諸如丙烯酸樹脂材料、聚乙烯材料和聚醯亞胺的吸收雷射波長的雷射的其他任何材料(包括金屬材料)來實現高質量的加工。進一步，替代微細形狀的直接加工，可以使用這樣的方法，其中用成型部件作為原版製造金屬模具從而轉印形狀，或者製造並粘貼膜。由於獲得了具有微細形狀的原版，所以與膜層壓或印刷相比其量產率得以提高，結果是抑制了生產成本。進一步，儘管本實例假定通過著色層12觀察所述超微細凹凸表面結構，但是可選地，可以將透明材料用於基板S以使得從著色層12的相反側通過透明基板S觀察該超微細凹凸表面結構。在該情況下，由於保護物13並不出現在產品表面，所以其可以被省去。<3.第二加工模式〉第二加工模式是其中如圖19A和圖19B所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模用來將如曲面的微細形狀施加到基板表面。首先，將如圖19A所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模M(2)用於設定特定的光能和加工對象物的基板S的進給速度，並且預先測量作為設定的結果而獲得的加工形狀。圖19B示出了對通過用掩模M(2)加工實際獲得的形狀而得到的輪廓進行數學近似所獲得的示圖。這時，參照凸加工形狀的底部的圖19B中的左端原點而設定XY軸。在該情況下的特定加工形狀中，凸部的截面高度是16，並且底部的寬度是160。應注意，該數值的單位是μ m。從該示圖，當0 < X < 80，獲得{(Χ-80)2/802}+ {(Υ2+16)7 62} =1 ... (1)作為橢圓的近似表達式。另一方面，當80 < X < 160，獲得KX-80)7802} + {(Y2+32)7322} =1 ... (2)作為橢圓的近似表達式。通過沿掃描方向移動加工臺7，同時轉印以橢圓弧形成的掩模M的開口形狀，對與包括橢圓弧的開口的形狀相對應的二維能量分布進行時間積分以轉換為深度方向的蝕刻量。然後，根據近似表達式Y2獲得的沿著XY平面的截面的加工形狀是如圖20所示的凸加工形狀21。該凸加工形狀21是這樣的形狀，即高度方向與圖20中箭頭標記所表示的掃描方向相一致的圓柱，該圓柱的底邊(直線部分)寬160 μ m且高16 μ m,並具有普通橢圓形狀的底面。近似表達式Y2的橢圓弧對應於凸加工形狀21的曲面20。在凸加工形狀21的情況下，沿掃描方向的垂直方向，即沿χ軸方向，並列地形成具有凸加工形狀21的截面形狀的多個半圓柱體，使得它們具有微細形狀，該微細形狀具有每一個均在頂部具有曲面的多個山體。簡言之，這樣的成型物是使圖17中三角形加工形狀11 的頂部成圓形就好像它們被凸加工形狀21所代替。利用具有凸加工形狀21的微細形狀的成型物，與沒有微細形狀的可選的成型物相比，可以觀察到比具有根據第一加工模式的三角形加工形狀11的微細形狀的成型物的視野角擴大(大約40度)更大的視野角擴大。在該成型物中，加工形狀不具有線性直線。 特別地，由於加工形狀的頂部不是三角形頂角而是橢圓弧，所以可認為反射方向不會成為固定的並且視野角度範圍顯著地擴大。而且，在具有根據本模式的微細形狀的成型物中，由於向後反射效果可觀察到色彩深度。圖21示出了圖20所示的凸加工形狀21形成的超微細凹凸表面結構向後的反射效果。在圖21的實例中，提供了兩個凸加工形狀21-1和21-2，並且入射到凸加工形狀21-1 和21-2的頂部的雷射束A和B沿各自的入射方向的相反方向反射。進一步，入射到傾斜部分(此處凸加工形狀21-1的曲面的切線傾斜)的雷射束C朝向另一鄰近的凸加工形狀21-2的曲面反射。然後，朝向凸加工形狀21-2的曲面反射的雷射束C被凸加工形狀21-2 的曲面傾斜部分反射，從而使其沿平行且與凸加工形狀21-2的入射方向相反的方向前進。 因此，雷射束C與被凸加工形狀21-2的頂部反射的雷射束B發生幹涉。通過這樣的雷射束幹涉，與僅通過規則反射而反射光的沒有微細形狀的成型物的情況相比，色彩深度會增加。在本加工模式中，如果加工形狀的頂部的曲面不同於三角形加工形狀11的情況下的線性直線而是表現出諸如半圓形某些其他曲線，那麼可以實現與由具有橢圓弧的凸加工形狀21獲得的效果類似的效果。在下文中將連同其他的微細加工形狀詳細地描述視覺評價。應注意，在本模式中，也與第一加工模式類似，可以使用吸收雷射波長的各種材料作為基板S的材料。進一步，替代微細形狀的直接加工，還可以使用這樣的方法，其中使用成型部件作為原版來製造金屬模具從而轉印形狀，或者製造和粘貼膜。<4.第三加工模式〉第三加工模式是其中圖15A所示的在開口 ml的邊緣具有直線的掩模和圖19A所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模的用來將如曲面的微細形狀施加到基板表面上。從上文給出的表達式(1)和O)，當0 < X < 80時，給出近似表達式Y2作為表達式(3)，而當80 <X< 160時，給出近似表達式Y2作為表達式0)。然後，實際的蝕刻量是由表達式(5)給定的。Y2 = {1/5 V (6400-(X-80)2)-16 ... (3)Y2 = {2/5 V (6400-(X-80)2)-32 . . . (4)Y = Y1+Y2 . . . (5)因此，如果使用圖15A所示的具有線性直線的掩模M(I)和圖19A所示的具有橢圓弧的掩模MQ)，並將其疊加放置(一個放置在另一個上)且雷射照射到掩模M(I)和M(2) 上，然後便獲得了圖22A和圖22B所示的合成輪廓作為加工形狀。圖22A示出了對應於表達式(6)的近似表達式Yl和對應數學近似表達式(3)和 (4)的近似表達式Y2。同時，圖22B示出了實際獲得的形狀，並且表示近似表達式Yl和Y2 以及當雷射束照射到疊加放置的掩模M(I)和MQ)上時獲得的蝕刻量Y。如果執行圖22B所示的設計，那麼形成了圖23所示的具有不對稱截面並且具有曲面30的凸加工形狀31。凸加工形狀31成型為使得三角形加工形狀11的頂點成圓形。圖M示出了基於圖22B的設計形成的三維形狀。圖M所示的成型物具有這樣的微細形狀，其中沿掃描方向的垂直方向，即沿X軸方向並列地形成多個柱狀形狀，其每一個均具有凸加工形狀31的截面形狀，並且這多個柱狀形狀具有包括弧形頂部的多個山體。關於該具有凸加工形狀31的微細形狀的成型物，已經成功證實反射角通過應用曲面30得以增加，並且反射視野角比第一模式中的具有三角形加工形狀11的微細形狀的反射視野角大20度。下文中將連同其他微細加工形狀來詳細地描述視覺評價。在該方式中，可以通過使用圖15A所示的在開口 ml的邊緣具有線性直線的掩模、 然後使用圖19A所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模，來施加在三角形加工形狀 11 (三角柱形狀)上具有曲面的凸加工形狀21或圓柱形的因素。換言之，根據本模式的雷射加工技術，可以執行加工由多個形狀組合形成的複合形狀，並且可以在基板S的加工面上形成考慮光學特性的自由的微細形狀。
應注意，在本模式中，類似於第一和第二加工模式，可以使用吸收雷射波長的各種材料作為基板S的材料。進一步，替代微細形狀的直接加工，還可以使用這樣的方法，其中使用成型物作為原版製造金屬模具從而轉印形狀，或製造和粘貼膜。通過根據上述的第一到第三加工模式的掩模構造，儘管掩模是用來獲得複雜輪廓的加工形狀，但是掩模的設定時間可以減少並且其生產成本可以降低。進一步，即使利用由少量函數(多元單項式)設置的掩模，也可以基於組合獲得對應於各種函數(多元多項式) 的輪廓的加工形狀。進一步，通過使用倍數管理掩模圖案的縱橫比和加工形狀的縱橫比，可以執行從二維掩模向三維加工形狀的轉印，而不會受掩模的數值孔徑等的影響。進一步，由於不需要通過CAD(計算機輔助設計)設計多元多項式曲線，那麼不需要用於轉換的軟體。進一步，也可以防止轉換時的錯誤。而且，通過使用雷射將三維微細形狀應用到護罩或殼體上，可以提供具有高耐用性的高質量的護罩或殼體。<5.第四加工模式〉第四加工模式是其中可以由雷射加工製造具有曲面的自由的微細形狀，並且特別是產生仿效瓦片結構的複合瓦片形狀(看上去像蝴蝶或飛蛾的翅膀)的實例。圖25示出了仿效瓦片結構的複合瓦片形狀的實例。參考圖25，作為在基板S上形成的微細結構的一個山體的加工形狀41從一個方向看，具有三角形加工形狀42的平面形狀，而沿垂直方向看，具有凸加工形狀43的曲面形狀。如果使用上文描述的OG方法，僅僅通過改變掩模和將掃描方向變成垂直方向，就可以容易地產生該曲面。例如，通過使用圖 15A所示的在開口 ml的邊緣具有線性直線的掩模和圖19A所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模以使它們的掃描方向彼此垂直，可以形成該曲面形狀。三角形加工形狀42側的寬度是160 μ m,而凸加工形狀43側的寬度是160 μ m。以下，將參考圖沈所示的流程圖描述具有圖25所示微細表面形狀的產品的製造方法。首先，在步驟Sl中，製備作為透明樹脂部件的基板S並將其放置在加工臺7上，使得其基板內側Si (圖27A)成為加工面。接著，在步驟S2中，在圖15A的開口 ml的邊緣具有線性直線的掩模用來執行雷射加工，從而在基板內側Si上形成三角形加工形狀11 (圖27B 三角柱圖案)。然後，在步驟S3中，加工臺7用來相對於掃描方向旋轉基板90度，並且圖19A所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模用來執行雷射加工，從而在基板內側Si上形成凸加工形狀21 (圖27C 半圓柱圖案)。在該處理結束之後，基板S具有形成在其上的加工形狀41(圖27D)，其沿一個方向看具有三角形加工形狀42的平面形狀，而從垂直方向看具有凸加工形狀43的平面形狀。接著，在步驟S4中，通過諸如蒸鍍的技術，在形成有大量這樣的加工形狀41的加工面上形成反射膜44(圖27E)。進一步，在步驟S5中，塗覆用於襯層(lining)的黑色色彩膜45(圖27F)以輔助反射膜44的反射作用。然後，在步驟S6中，基板S附至產品使得具有三角形加工形狀11的基板S的加工面側與產品是相對的。然後，保護膜46形成在基板S的外側，也就是，在加工面的相反側上(圖27G)，並且從外側確認了視覺效果。應注意，由於在形成有加工形狀41的加工面側上並未設置保護膜46，所以可任意確定是否應該形成保護膜46。從以這種方式形成的微細形狀(圖25)，由於向後反射效果觀察到了色彩深度。由於與由第一到第三模式的微細形狀相比，本模式的微細形狀是形狀複雜的曲面，所以它會導致複雜的幹涉並提供更為顯著的色彩深度。因此，可以提供具有迄今尚未實現的視覺效果的護罩或殼體。例如，可以產生複雜的色階從而擴大雷射的反射區域。<6.超微細凹凸結構〉具有超微細凹凸結構的加工模式實例特意使用雷射從而產生微細加工特有的加工痕跡。在這裡，加工痕跡表示掩模邊緣的間歇加工的痕跡，該掩模邊緣是當將雷射束通過掩模照射在工作面上、同時對於每一次發射微細地進給掩模或加工臺從而相對於加工面移動雷射照射區域時而形成的。進一步，由加工痕跡形成的圖案也特別地稱為殼痕跡。在下面描述的實例中，準分子雷射器和掩模特別地用來沿深度方向將數百納米級的加工痕跡施加到加工面上從而形成超微細凹凸形狀。儘管有數十納米級的深度，可以認為人能夠辨識衍射的效果，此外，由於尺寸小於衍射極限的波長級，所述衍射效果極低。在移動基板時，在掩模的開口和遮光部之間的邊界線即掩模邊緣的形狀，被轉印為加工面上大量的照射痕跡。圖觀示出了其中在圖15A所示的在開口 ml的邊緣具有線性直線的掩模用來產生加工痕跡的實例。由於使用三角形掩模圖案，特別地將多個線性加工痕跡51施加到圖28 所示的三角形加工形狀11的斜面10上。有兩種方法可用於產生這樣的加工痕跡51。第一方法在通過雷射加工形成三角形加工形狀11的同時形成加工痕跡51。第二方法在形成三角形加工形狀11之後，再次掃描同一位置從而在三角形加工形狀11上產生加工痕跡51。在此情況下，由於在形成三角形加工形狀11之後，將雷射束再次照射到同一位置，因此在加工面上形成大量的加工痕跡，這導致擴散(漫射，diffusion)效果增強。進一步，要照射到基板S上的雷射束的能量密度由控制部8調節，使其落入三角形加工形狀11的形狀不會顯著變形同時產生合適深度的加工痕跡的範圍之內。可以通過適當地設計掩模開口形狀、能量密度、加工臺進給速度、聚焦位置等，而在蝕刻深度和寬度、形狀等方面自由地控制加工痕跡51。自由控制加工痕跡的蝕刻深度和寬度、形狀等的方法將在下文中描述。應注意，在圖觀中，為了方便說明，所示加工痕跡的間距要比實際間距大。由準分子雷射形成的凸加工形狀的加工痕跡圖四示出了使用圖15A所示的在開口 ml的邊緣具有線性直線的掩模和圖19A所示的在開口 ml的邊緣具有橢圓弧的掩模並且將這些掩模疊加放置而產生加工痕跡52。在該情況下，取決於用於此後的照射的掩模的開口的加工痕跡保留。圖四示出了當圖15A的掩模和圖19A的掩模以該順序疊加放置時的實例。由圖15A所示的開口 ml形成的斜線即圖觀的加工痕跡51被除去，但是取決於圖19A所示的開口 ml的形狀保留。儘管圖19A所示的掩模M在開口 ml邊緣具有橢圓弧和線性直線，但在圖四所示掩模M的情況下，與在掩模M的相對前進方向上尾端的掩模M的形狀相對應的線性直線形狀用作加工痕跡52。如果掩模M旋轉180度並且橢圓形變為在相對前進方向上的尾端的形狀，那麼沿雷射照射方向來看，現在加工痕跡52顯示出大致半圓形弧線形狀。由固態雷射器形成的加工痕跡在以下加工模式的描述中，將描述具有小的光束直徑和不使用掩模而直接描繪的類型的固態雷射器情況下的加工痕跡。由於固態雷射器的光束直徑大約是CplO μπ 到 50 μ m，所以將與光束直徑同步的加工痕跡、即具有對應於光束直徑的形狀施加到加工面。圖30示出了在使用固態雷射器的情況下的加工痕跡。在使用固態雷射器的情況下，加工痕跡53成型使得光束直徑的圓形形狀在掃描方向上重疊。例如，在使用四次諧波 (266nm)的固態雷射器的實例中，由於光束直徑一般是CplO μ m至50 μ m，所以由光束邊緣產生的數百納米級深度的加工痕跡被施加到加工表面。在蝕刻深度為數十納米的情況下，利用這樣的加工痕跡或殼痕跡的超微細凹凸結構的修飾效果較差，這是因為其衍射尺寸小于波長級。但是，在蝕刻深度是數百納米的亞微米級的情況下，顯示出超微細凹凸結構的效果。換言之，如果加工痕跡深度是波長級，那麼通過加工痕跡提供了擴散效果，並且光澤和色彩深度的視覺效果或結構色彩效果會出現。 進一步，由加工痕跡的擴散效果產生了非相干性，並且反射視野角度擴大。已通過實驗得到，在蝕刻深度為數十納米級的情況下，未表現出超微細凹凸結構的視覺效果或者視覺效^^^ ο在下面，將更詳細地描述利用加工痕跡來形成超微細凹凸結構。圖31A和圖31B示出了利用加工痕跡形成超微細結構，特別地，圖31A是三角形加工形狀的第一加工模式的截面圖，而圖31B是示出了掩模圖案即雷射照射區域的疊加的頂視平面圖。圖32是示出了加工痕跡的連續圖案的頂視平面圖。應注意，圖32中所示的線 X-X表示截取圖31A的第一加工模式的截面所沿的方向。圖31A的截面圖所示的截面形狀60的實例是寬度為約160 μ m並且高度為約3 μ m 的三角形加工形狀(其對應第一加工模式)。為了形成3μπι高度的截面形狀60，需要在加工之前將加工面從表面蝕刻3 μ m。但是，如果作為加工對象的基板材料是相同的，那麼雷射束的每一次發射的蝕刻量或蝕刻速率取決於要照射的雷射束的能量密度。例如，利用在本模式中使用的樹脂材料，已經獲得了以下數據。能量密度(mj/cm2)蝕刻速率(nm/發射)(a) 100約 46(b) 200約 93(c) 300約 142為了獲得3μπι高的微細形狀，掩模和基板之間的移動量被控制為使得，在雷射照射區域沿前進方向連續移動Wym的同時，雷射束多次照射到加工面上(如雷射照射區域 61、62和63所示)，使得如圖31的頂視圖所示，掩模圖案或雷射照射區域可部分相互重疊。 因此，如圖32所示，連續形成Wy m兼具的加工痕跡。在用於上述大約3 μ m高度的數據的情況下，當能量密度是lOOmJ/cm2時，需要64次發射；當能量密度是200mJ/cm2時，需要32 次發射；而當能量密度是300mJ/cm2時，需要21次發射。由於當蝕刻深度在IOOnm級時，強烈地表現出由掩模的開口邊緣形成的超微細形狀所得的視覺效果，所以優選地，超微細形狀的深度是上面給出的(a)到(c)的能量密度中的(c)的約142nm。因此，如果(c)的能量密度300mJ/cm2的雷射用來進行微細加工，那麼可以產生可獲得視覺效果的超微細形狀。在可以獲得同樣微細的形狀的(a)情況下，在微細形狀形成時獲得的超微細形狀的深度非常小以至於無法獲得影響視覺感的擴散效果。應注意，在使用(b)能量密度200mJ/cm2的雷射進行微細加工的情況下，有時可獲得充分的視覺效果。這時，鄰近加工痕跡間的距離或間距是通過控制雷射照射區域在加工面上的移動速度(即掩模相對於放置在加工臺上的基板的相對進給速度)以及雷射照射的頻率來調節的。例如，為了增加間距，或是增大雷射照射區域的進給速度，或是降低雷射照射的頻率，或者同時使用這兩種控制。相反，為了縮小間距，或是減小雷射照射區域的移動速度，或是提高雷射照射的頻率，或者同時使用這兩種控制。在這種方式中，超微細加工形狀的蝕刻速率取決於加工對象物的材料、雷射束的波長和雷射束的能量密度。另一方面，掩模的開口形狀和能量密度取決於所需形狀，即，取決於要形成的微細形狀。通過從可用的能量密度中選擇關注超微細形狀的深度方向的最佳能量密度，可以獲得超微細形狀的視覺效果，即結構色彩效果。反過來說，如果在雷射加工時沒有遵循上述程序來執行關注超微細結構的綜合條件設定，則無法獲得用於修飾的視覺效果。圖33示出了在強烈地獲得超微細形狀的視覺效果(即結構色彩效果)的情況下加工痕跡的截面形狀的測量實例。同時，圖34示出了在結構色彩效果差的情況下加工痕跡的截面形狀的測量實例。圖33和圖34都示出了在第一加工模式的情況下、即在截面形狀是三角形加工形狀的情況下的測量。在圖33的情況下，三角形加工形狀具有約160 μ m的寬度和約3 μ m的高度，並且在斜面部分上的超微細形狀的加工痕跡具有約7. Ιμπ 的間距和0.2 μπ 的深度。在以此方式超微細形狀的深度是在數百納米級的情況下，可以獲得強的結構色彩效果。相反，在圖34情況下，三角形加工形狀具有約160 μ m的寬度和約0. 6 μ m的高度， 並且在斜面部分上的超微細形狀的加工痕跡具有約7. 1 μ m的間距和0. 05 μ m的深度。在以此方式超微細形狀的深度是在數十納米級的情況下，結構色彩效果較差。在加工面上形成的加工痕跡圖案應注意，上述加工痕跡取決於雷射照射區域在加工面上的移動方向而變化，因此， 當沿相同方向觀察加工面時結構色彩效果也不同。以下，將描述在加工面上形成的加工痕跡的圖案或方向。在不同的雷射照射區域之間的疊加部分，雷射束再次照射到雷射束先前照射過的區域，先前的雷射照射區域中的加工痕跡消失或變稀疏。換言之，在不同的雷射照射區域相互疊加的位置，在雷射束照射順序中靠後的雷射照射區域形成的加工痕跡佔支配地位。該事實可用來控制由雷射照射產生加工痕跡的圖案。圖35A到圖35C示出了在使用具有三角形開口的掩模的情況下形成的加工痕跡。圖35A所示的具有直角三角形開口 ml和遮光部m2的掩模M用來沿非斜邊的直角三角形一邊的垂直方向將雷射照射區域連續移動到如圖35B中所示的雷射照射區域71、72 和73所表示的位置。在該情況下，如果如圖35C的左邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域71、72和73在直角三角形的斜邊相互重疊，那麼由直角三角形的垂直於移動方向的邊形成的加工痕跡佔支配地位。另一方面，如果如圖35C的右邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域71、72和73在直角三角形的斜邊不相互重疊，那麼由直角三角形的斜邊形成的加工痕跡佔支配地位。圖36A到圖36C示出了在使用包括凹曲面的開口的掩模的情況下形成的加工痕跡。圖36A所示的具有包括凹曲面的開口 ml和遮光部m2的掩模M用來沿開口的與凹曲面相對的一邊的垂直方向將雷射照射區域連續移動到如圖36B所示的雷射照射區域81、 82和83所表示的位置。在該情況下，如果如圖36C的左邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域81、82和83在開口的凹曲面相互重疊，那麼由垂直於移動方向的開口的一邊形成的加工痕跡佔支配地位。另一方面，如果如圖36C的右邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域81、82和83在開口的凹曲面不相互重疊，那麼由凹曲面形成的加工痕跡佔支配地位。圖37A到圖37C示出了在使用包括凸曲面的開口的掩模的情況下形成的加工痕跡。圖37A所示的具有包括凸曲面的開口 ml和遮光部m2的掩模M用來沿開口的與凸曲面相對的一邊的垂直方向將雷射照射區域連續移動到如圖37B所示的雷射照射區域91、 92和93所表示的位置。在該情況下，如果如圖37C的左邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域91、92和93在開口的凸曲面相互疊加，那麼由垂直於移動方向的開口的一邊形成的加工痕跡佔支配地位。另一方面，如果如圖37C的右邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域91、92和93在開口的凸曲面不相互重疊，那麼由凸曲面形成的加工痕跡佔支配地位。圖38A到圖38C示出了在使用具有圓形開口的掩模的情況下形成的加工痕跡。圖38A中示出了具有圓形開口 ml和遮光部m2的掩模M用來沿經過圓心的線性直線的垂直方向將雷射照射區域連續移動到如圖38B所示的雷射照射區域101、102和103所表示的位置。在該情況下，如果如圖38C的左邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域101、102和103在圓的圖38B中的下側的弧上相互重疊，那麼由在移動方向上的尾端側的圓弧、即由圖38C中上側的圓弧形成的加工形狀佔支配地位。另一方面，如果如圖38C的右邊圖中的箭頭標記所示，雷射照射區域連續移動使得雷射照射區域 101、102和103在圓的圖38B中的上側的弧上相互重疊，那麼由在移動方向上的尾端側的圓弧、即由圖38C中下側的圓弧形成的加工痕跡佔支配地位。由於要形成在加工面上的加工痕跡的超微細形狀的圖案可以由掩模的開口形狀和雷射照射區域的移動方向控制，所以可對引起用戶的視覺感的效果提供變化。例如，儘管微細的形狀是相同的，但如果響應於要展示給用戶的護罩或殼體的面而改變加工痕跡的圖案，那麼可以為同一產品的各個表面提供結構色彩效果的變化。圖39和圖40示出了加工痕跡或殼痕跡的特定實例。圖39的實例示出了具有大曲面的圓形加工形狀的實例，並且為了有助於理解，沿垂直方向延伸的一個加工痕跡IllV 和沿水平方向延伸的一個加工痕跡IllH以強調狀態來表示。同時，圖40的實例示出了線狀加工痕跡的實例，並且沿垂直方向延伸的一個加工痕跡112V和沿水平方向延伸的一個加工痕跡112H以強調狀態來表示。從加工痕跡的狀態可以了解，在圖39的實例中，在加工痕跡11IH之後形成加工痕跡111V。另一方面，可以了解，在圖40的實例中，在加工痕跡112V之後形成加工痕跡112H。通過上述加工模式中的加工痕跡，已經證實了如下效果，即當具有有意形成有加工痕跡的超微細形狀的成型物的角度改變時，不僅反射角擴大，而且還可以同樣地在寬角度上獲得提高的質量和色調。<7.視覺效果〉多個微細形狀的比較現在，將描述應用微細形狀的成型物的視覺評價。圖41示出了視覺評價數據的測量方法。參考圖41，測量對象樣品122放置在桌子上的角度測量儀121的板面120上。然後，螢光燈的光IM從上方照射到樣品122上，並且加工面12 和122b由相機123攝像同時加工面12 和122b相對於桌子的角度連續地改變。然後，從視覺感方面評價加工面上形成的所述超微細的形狀。圖42示出了當改變樣品角度而由相機123對各種微細形狀進行攝像時的視覺評價結果。所攝像的樣品包括其上未加工有微細形狀的樣品、根據第一加工模式的具有 0. 5 μ m高的三角形加工形狀的另一樣品、根據第一模式的具有3. 0 μ m高的三角形加工形狀的又一樣品、根據第三模式的具有0. 5 μ m高的加工形狀的又一樣品、以及根據第三加工模式的具有3. 0 μ m高的加工形狀的又一樣品。當樣品的角度是0度時，樣品處於平放在桌子上的狀態，並且在該狀態下，沒有實例表現出反射。然後，當樣品傾斜起30度時，根據第三加工模式的0. 5 μ m高的加工形狀和根據第三加工模式的3. 0 μ m高的加工形狀開始進行反射。進一步，當樣品傾斜起50度時， 根據第一加工模式的3. Oym高的三角形加工形狀開始進行反射。同時，根據第三加工模式的0. 5 μ m高的加工形狀和根據第三加工模式的3. 0 μ m高的加工形狀表現出接近於規則反射的情況下的反射量。從上述測量來看，可以發現根據第三加工模式的加工形狀的反射視野角比根據第一加工模式的加工形狀的反射視野角寬30度。進一步，可以發現，用視野角特性來衡量時， 即使與同樣的第一加工模式的、但是具有3. Oym的蝕刻深度的樣品相比，也只有其中蝕刻深度是0. 5 μ m的第一加工模式的樣品表現出劣化，這是因為超微細形狀在數十納米級。圖43是關於反射開始角和反射狀態特別列出的圖42的視覺評價結果的表。應注意，h表示蝕刻深度。從圖43可以看出，在第一加工模式的情況下，蝕刻深度0. 5 μ m沒有反射發生，但是在第三加工模式的情況下，在蝕刻深度是0. 5μ m的情況下，在30度開始反射。同時，在第一加工模式的情況下，在蝕刻深度是3. 0μ m的情況下，在50度開始反射。相反，在第三加工模式的情況下，在蝕刻深度是0. 5 μ m和3. 0 μ m的情況下，在30度開始反射。以這種方式，在第三加工模式的情況下，反射開始角小，並且不管蝕刻深度如何都能獲得良好反射狀態的結果。蝴蝶翅膀表面的微細結構這裡，將描述顯示出與根據本發明的微細形狀和超微細形狀相似的效果的蝴蝶翅膀表面的微細結構。蝴蝶翅膀表面的微細結構在URL "http://mph. fbs. osaka-u. ac. jp/ ssc/scvollpdf/yoshioka. pdf. 」中描述。圖44是示出了大閃蝶翅膀表面的微細結構的示意圖。如果通過電子顯微鏡觀看該蝴蝶翅膀表面，那麼其如圖44所示同時具有規則結構和不規則結構。在稱為下層鱗片(scale)的部分，具有大約七段擱板131a到131f的微結構放置在一起。擱板的鄰近的上一個擱板和下一個擱板彼此間隔一定距離，以使得當光在擱板之間反覆行進時光程對應於特定色彩(例如藍色)的光的波長。因此，來自擱板的反射光如在多層膜幹涉的情況下那樣彼此增強，並且藍色被強烈反射(結構的規則性)。 所描述的在蝴蝶翅膀表面的多層幹涉是通過再現如圖44中的下層鱗片131的情況的結構、 或通過在實際產品中將一般的蒸鍍膜用於加工表面或相反面來實現的，並且其與本發明的實質無關。另一方面，下層鱗片131到133的左右鄰近的下層鱗片表現出大約一個擱板高度的高度差量。這種在高度方向上的隨機性和不規則性表示從鄰近擱板結構反射的光實質上並不進行規則幹涉。由不規則性引起不幹涉的結構對應本發明的微細形狀。進一步，來自不同的擱板結構的反射光在寬的角度範圍上衍射，並且表現為像隨機反射那樣。引起這樣的衍射的結構對應於超微細形狀或加工痕跡。由於這些原因，從任何角度觀察，大閃蝶的翅膀看上去都是藍色的。圖45A和圖45B示出了取決於有無曲線形狀的視覺評價的研究。特別地，圖45A 示出了具有根據第一加工模式的微細形狀的基板S，而圖45B示出了具有根據第三加工模式的微細形狀的另一基板S。在根據第一加工模式的微細結構中，由於加工形狀是根據線性直線的平面形狀，因此反射視野角大約是50度到90度。另一方面，在根據第三加工模式的微細結構中，由於加工形狀的圓形部分擴大了光幹涉區域，因此反射視野角大約是30度到 90度。擴散效果現在，研究利用加工痕跡的超微細形狀的擴散效果。圖46A和圖46B示出了取決於有無加工痕跡的視覺評價的研究。特別地，圖46A 示出了具有根據第一加工模式的微細形狀的基板S,並且圖46B示出了具有通過加工痕跡形成的超微細形狀的另一基板S。在根據第一加工模式的微細形狀中，入射光僅僅被平面加工形狀的線性直線部分即斜面反射。同時，在形成加工痕跡51的超微細形狀的情況下，光由原本是平面加工形狀的線性直線部分或斜面的部分上形成的加工痕跡51散射。因此，由於光被擴散，向色彩提供了深度。這對應於圖44示出的蝴蝶翅膀的衍射。現在，將描述通過樣品分析可見光線的反射強度的結果。圖47示出了關於垂直可見光線(反射角是90度)的反射強度分布。同時，圖48 示出了在成型物傾斜了 5度(反射角是85度)的情況下關於可見光線的反射強度分布。作為測量儀器，使用Siimadzu Corp.的UVMOO，並且作為樣品，使用其上無微細形狀(無Pt) 的樣品、根據第一加工模式的具有0. 5 μ m深的微細結構的另一樣品、以及根據第三模式的具有0.5μπι深的微細結構的又一樣品。在測量時，使用作為測量儀器用品之一併且具有 100%反射率的Al鏡面作為基準。如圖47所示，關於垂直光，無微細形狀的樣品表現出最高的反射率，而具有根據第一加工模式的微細形狀和根據第三加工模式的微細形狀的樣品表現出相當低的反射率。 可以認為，反射率相當低的事實表示散射光增加。另一方面，即使樣品傾斜一點點(例如圖 48中所示的大約5度)，那麼反射率關係也反轉，使得其按照具有根據第三加工模式的微細形狀的樣品、具有根據第一加工模式的微細形狀的樣品和無微細形狀的樣品的順序而下降。這表明具有根據第三加工模式的微細形狀和根據第一加工模式的微細形狀的樣品以該順序產生更大量的散射光。可以認為，這是由不規則性的不幹涉以及衍射所提供的效果。應用到電子裝置的實例 現在，將描述包括具有根據本發明一個實施方式的超微細凹凸表面結構的成型物的產品的實例。圖49A到圖49C示出了第一產品實例，其中設置了具有超微細凹凸表面結構的成型物。如圖49A所示，具有根據本發明的實施方式的超微細凹凸表面結構的成型物應用到筆記本型個人計算機等形式的電子裝置140殼體。例如，圖49C示出了沿著圖49B所示的電子裝置140的殼體頂蓋140T的線X-X截取的截面圖。在本實例中，在殼體頂蓋140T的透明護罩內側141上形成三維微細形狀。應用到耳機的實例圖50示出了第二產品實例，其中設置了具有超微細凹凸表面結構的成型物。在本實例中，具有超微細凹凸表面結構的成型物應用到耳機150的耳機單元151。透明樹脂部件152的背面153通過應用微細加工和膜形成而形成，並且背面153的加工面153和耳機單元151的蓋構件連接在一起。根據以如上文描述的實施方式中這樣的方式構造的本發明，由於雷射加工技術可以產生自由曲面形狀，可以通過加工表面引起複雜的光學特性。因此，可以擴大光的反射區域或產生複雜的色階。進一步，通過利用雷射加工特有的加工痕跡或殼痕跡的超微細形狀， 反射角可以增大，並且可以提供不是通過印刷等所得的簡單著色而是光澤和色彩深度。應注意，儘管在本發明優選的實施方式的前述說明中，使用兩種掩模進行微細加工，但是當然可使用三種以上的掩模進行微細加工。應注意，在本說明書中，基於程序執行的步驟不僅包括所述以時間序列順序執行的處理，還包括可以但並非必須以時間序列處理、但可以並行或單獨執行而不以時間序列處理的處理。進一步，步驟順序可以不同於上文所述的順序。本申請包含於2010年3月17日向日本專利局提交的日本在先專利申請JP 2010-061391的主題內容，其全部內容結合於此作為參考。本領域的技術人員應當了解，根據設計需求和其他因素，可以進行各種修改、組合、子組合和變形，只要它們在所附權利要求或其等同物的範圍之內。
權利要求
1.一種具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，對於每一次發射使雷射照射區域相對於加工對象物的加工面連續移動，同時將雷射束重複照射到所述加工對象物的加工面上，所述製造方法包括以下步驟設定用於對所述加工對象物的加工面進行預定深度的加工的雷射束的能量密度；設定發射數，通過所述發射數，在將所述能量密度的雷射束重複照射到所述加工面上時使所需的微細形狀形成在所述加工面上；計算所述雷射照射區域相對於所述加工面的移動速度，以用於將所設定的所述發射數的雷射照射到所述加工面上；以及照射所設定的所述能量密度的雷射束，同時使所述加工面相對於所述雷射照射區域以所計算的所述移動速度移動，從而在形成有所述微細形狀的加工面上形成由所述雷射照射的加工痕跡形成的超微細凹凸結構。
2.根據權利要求1所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，所述加工痕跡是基於用於確定所述雷射照射區域的、設置在掩模上的開口的邊緣形狀而形成的。
3.根據權利要求2所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，所述加工痕跡的圖案由所述雷射照射區域相對於所述加工面的移動方向來控制，所述雷射照射區域由穿過所述掩模的開口的雷射束形成。
4.根據權利要求3所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，使用具有在寬度方向上排列的多個開口且所述多個開口的間距相同但形狀彼此不同的第一掩模和第二掩模，從而通過所述第一掩模和所述第二掩模將雷射束照射到所述加工對象物上，同時使所述雷射束的雷射照射區域沿所述寬度方向的垂直方向移動，並且用所述第一掩模和所述第二掩模在相同位置對所述加工對象物進行所述雷射束的照射和所述雷射照射區域的移動。
5.根據權利要求4所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，使用所述第一掩模和所述第二掩模，從而在所述加工對象物上的兩個彼此垂直的方向上進行所述光照射區域的移動。
6.根據權利要求4所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，使用所述第一掩模和所述第二掩模，從而在所述加工對象物上的同一方向上進行所述光照射區域的移動。
7.根據權利要求4至6中的任一項所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，所述加工面上的加工痕跡的蝕刻深度為數百納米。
8.根據權利要求1所述的具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，所述加工痕跡基於與待照射的雷射束的光束直徑相對應的形狀而形成。
全文摘要
本發明提供了一種具有超微細凹凸表面結構的成型物的製造方法，其中，其中，對每一次發射使雷射照射區域相對於加工對象物的加工面連續移動，同時將雷射束重複照射到加工對象物的加工面上，該製造方法包括以下步驟設定雷射束的能量密度；設定發射數，通過該發射數來形成所需的微細形狀；計算雷射照射區域相對於加工面的移動速度；以及照射所設定的能量密度的雷射束，同時使加工面相對於雷射照射區域以所計算出的移動速度移動，從而在形成有微細形狀的加工面上形成由加工痕跡形成的超微細凹凸結構。
文檔編號B44C1/22GK102189879SQ20111005814
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月10日 優先權日2010年3月17日
發明者佐佐木良成, 村瀨英壽, 松井俊輔, 阿蘇幸成 申請人:索尼公司