具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法

专利名称：具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法
技术领域：
本发明涉及用于例如家用电器的护罩和壳体上的修饰技术，更具体地，涉及使用激光束将三维超微细表面加工形状施加到护罩或壳体上、从而提供了具有高修饰性的护罩或壳体的技术。
背景技术：
近年来，用以区分电气设备和电子设备的修饰技术的作用变得非常重要。例如，在便携式电话设备的领域中，使用交叉切割技术形成以对视觉提供闪耀特性的便携式终端设备、通过冲压形成以对触觉提供如皮革的触感的便携式终端设备、以及提供微细形状以提供防止灰尘或水滴粘附至其的作用的便携式终端设备被投放于市场。此外，在笔记本式PC 的领域中，各制造商列出了金属色调的各种颜色模型的PC，并且关注如用户定制设计的原始设计。这里重要的是在树脂成型物表面形成微细凹凸结构。具有微细凹凸结构的树脂成型物表现了由其微细形状效果带来的光透射特性或光反射特性的变化。因此，积极地利用这个特性，树脂成型物可以用于广泛的工业领域。特别地，树脂成型物在光学领域中被用作诸如扩散板或导光板的光学功能膜，而在各种修饰结构构件领域中被用作具有现光色调或条纹色调的金属外观的塑料构件。例如，如果使用将金属色调外观用于树脂成型物的表面的方法，那么可用的具有修饰性能的金属材料制成的现有物替代该树脂成型物，而不损害高级的金属物的质感。同时，可以实现这样的优点，如重量减小、成本降低和形状自由度增强。因此，所述方法在工业中是有用的。可用几种方法来提供金属色调的外观。特别地，作为这样的方法，例如在日本专利第3，127，398号和第2，943，800号以及日本专利公开第2004-142439中已知并公开了称为成型同步转印法的第一方法。在第一方法中，将通过蒸镀或涂装而在表面上具有微细凹凸表面结构和在其上形成有金属层等的可剥离片放置在成型金属模具之间，并且将树脂注入和填充到成型金属模具的型腔内以获得树脂成型物，同时将转印片粘附到树脂成型物的表面，随后剥离脱模膜 (mold releasing film)从而在树脂成型物的表面上形成金属层。作为另一方法，例如在日本专利第4，195，236号、第3，851，523号和第3，986，789
号中已知并公开了称为插入方法的第二方法。在第二方法中，将由表面上具有微细凹凸结构和在其上形成有金属层等的基片形成的插入片插入到成型金属模具中，并且在注射成型的同时插入片与树脂成型物的表面形成为一体。作为其他方法，在日本专利公开第2007-237457号中已知并公开了使用光硬化材料产生微细的凹部和凸部的第三方法，以及在日本专利第4，054，569号中已知并公开了将其上层压有多个着色层的转印材料转印到树脂成型物、并且通过激光蚀刻去除任意一个或多个着色层的第四方法。

发明内容
但是，以上所述的第一到第四方法并未考虑作为微细凹凸结构的自由曲面表面形状以提供视觉变化的想法。例如，在第一方法中，微细凹凸结构是通过物理地施加损伤痕迹的挖掘法形成的。同时，在第二方法中，使用诸如照相凹版印刷、平版印刷或丝网印刷的印刷方法。进一步，在第三方法中，使用利用光固化树脂材料的发纹(hairline)加工。进一步，在第四方法中，使用加工着色层的多色成型，但没有形成微细凹凸形状。
此外，现有技术中的发纹加工技术使用喷砂法或磨砂法。因此，现有技术中的发纹加工技术提供了非均勻磨光，并仅允许控制“平均粗糙度”但是不能将形状准确地控制为设计的形状。本发明提出了一种技术，其可将自由曲面的表面形状应用于视觉并且可通过应用激光微细加工技术产生新颖的视觉效果。本发明还提出一种技术，通过积极应用激光加工特有的加工痕迹或壳痕迹(shell mark)同时控制这些痕迹而提供寻求在反射或漫射方面的视觉感的新颖方法。根据本发明，提供了一种具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，对每一次发射(shot)使激光照射区域相对于加工对象物的加工面连续移动，同时将激光束重复照射到加工对象物的加工面上。该制造方法包括以下步骤设定用于对加工对象物的加工面进行预定深度的加工的激光束的能量密度；设定发射数，通过该发射数，在将该能量密度的激光束重复照射到加工面上时使所需的微细形状形成在所述加工面上；计算激光照射区域相对于加工面的移动速度，以用于将所设定的发射数的激光照射到加工面上；以及照射所设定的能量密度的激光束，同时使加工面相对于激光照射区域以所计算出的移动速度移动，从而在形成有微细形状的加工面上形成由激光照射的加工痕迹形成的超微细凹凸结构。在具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法中，通过适当地设定要照射的激光束的能量密度和激光照射区域相对于加工面的移动速度，可以自由形成自由的微细形状。进一步，利用激光束照射的加工痕迹可以在微细形状的表面上形成超微细形状。利用具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，通过使用激光微细加工技术，可以将自由曲面形状应用于视觉感并且能产生新颖的视觉效果。进一步，通过积极应用激光加工特有的加工痕迹或壳痕迹同时控制这些痕迹，可以实现提供至今尚未在反射和扩散方面实现的视觉效果的超微细凹凸表面结构。从下面的描述和所附的权利要求中，结合附图，本发明的以上和其他的特征和优点将是显而易见的，其中，在附图中，相似的参考标号表示相似的部件或元件。


图1是示出了应用具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法的激光加工设备的构造的实例的框图；图2是示出了 OG方法的加工实例的示意图；图3是示出了掩模和作为加工对象物的基板的相对位置的示意性透视图4是示出了在具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法中使用的掩模的实例的示意图；图5是示出了用于形成三维形状的多元多项式的曲线说明图；图6是示出了用于获得所需的凸形状的蚀刻截面面积的示意图；图7是示出了用于获得所需的凸形状的掩模形状的示意图；图8是示出了用于获得所需的凹形状的蚀刻截面面积的说明图；图9是示出了用于获得所需的凹形状的掩模形状的示意图；图10是示出了激光的照射能量和蚀刻深度之间的关系的示图；图11是示出了平台进给速度和蚀刻深度之间的关系的示图；图12A和图12B是示出了掩模的纵横比的示意图。图13是示出了掩模的实例的示意图；图14是示出了使用图13所示的掩模的叠加的示意图；图15A和图15B分别是示出了根据第一加工模式的具有线性直线或三角形状的掩模的示意图和说明图；图16是示出了使用图15A所示掩模获得的加工形状的透视图；图17是示出了使用图15所示掩模获得的微细凹凸表面结构的透视图；图18是示出了使用图17所示的具有微细凹凸表面结构的成型物的产品的实例的示意图；图19A和图19B分别是示出了根据第二加工模式的具有椭圆边缘的掩模的示意图和说明图；图20是示出了使用图19A所示掩模获得的加工形状的透视图；图21是示出了由图20所示凸加工形状形成的微细凹凸表面结构的向后反射效果的示意图；图22A和图22B是示出了根据第三加工模式对于具有椭圆弧的掩模和具有线性直线的另一掩模的沿同一扫描方向的叠加照射的说明图；图23是示出了对于具有线性直线的掩模和具有椭圆弧的另一掩模的沿同一扫描方向的叠加照射的透视图；图M是示出了通过对于具有线性直线的掩模和具有椭圆弧的另一掩模的沿同一扫描方向的叠加照射而获得的微细凹凸表面结构的透视图；图25是示出了根据第四加工模式对于具有线性直线的掩模和具有椭圆弧的另一掩模的沿垂直的扫描方向的叠加照射而获得的微细凹凸表面结构的透视图；图沈是示出了图25所示的具有微细凹凸表面结构的成型物的制造方法的流程图；图27A到图27G是示出了图25所示的具有微细凹凸表面结构的成型物的制造方法的示意性透视图；图观和图四是示出了在使用准分子激光器的情况下加工痕迹或壳痕迹的不同实例的示意性透视图；图30是示出了在使用固态激光器的情况下的加工痕迹透视图；图31A和图31B是示出了利用加工痕迹形成超微细形状的示意图32是示出了利用固态激光器形成加工痕迹的示意图；图33是示出了在强烈地获得结构色彩效果的情况下加工痕迹的截面形状的测量实例的说明图；图34是示出了在结构色彩效果弱的情况下加工痕迹的截面形状的测量实例的说明图；图35A到图35C是示出了在使用具有三角形开口的掩模情况下形成的加工痕迹的示意图；图36A到图36C是示出了在使用具有包括凹曲面的开口的掩模的情况下形成的加工痕迹的示意图；图37A到图37C是示出了在使用具有包括凸曲面的开口的掩模的情况下形成的加工痕迹的示意图；图38A到图38C是示出了在使用具有圆形开口的掩模的情况下形成的加工痕迹的示意图；图39是示出了圆形加工痕迹的特定实例的示意图；图40是示出了线性加工痕迹的特定实例的示意图；图41是示出了视觉评价数据的测量方法的示意图；图42是示出了视觉评价的结果的示图；图43是示出了视觉评价的概要的示图；图44是示出了蝴蝶翅膀表面的微细结构的示意图；图45A和图45B是示出了取决于有/无曲线形状的视觉效果的示意图；图46A和图46B是示出了取决于有/无加工痕迹的视觉效果的示意图；图47是示出了关于垂直的可见光线的反射强度分布的示图；图48是与图47相似的、但示出了当成型物倾斜5度时关于可见光线的反射强度分布的示图；图49A到图49C是示出了包括具有超微细凹凸表面结构的成型物的产品实例的示意图；以及图50是示出了包括具有超微细凹凸表面结构的成型物的另一产品实例的示意性分解透视图。
具体实施例方式以下，将参考附图描述本发明的实施方式。将按以下顺序给出描述。1.激光加工设备和OG方法2.第一加工模式(使用具有线性直线(三角形)的掩模的实例)3.第二加工模式(使用具有椭圆弧的掩模的实例)4.第三加工模式(使用将具有线性直线(三角形)的掩模和具有椭圆弧的另一掩模沿同一扫描方向重叠放置的实例)5.第四加工模式(使用将具有线性直线(三角形)的掩模和具有椭圆弧的另一掩模沿垂直的扫描方向重叠放置的实例)6.超微细凹凸结构
7.视觉效果8.产品实例(应用在表面上具有超微细凹凸结构的成型物的产品实例)应注意，下面描述的实施方式是实现本发明的优选形式。因此，各种技术上的优选限制被施加于这些实施方式。但是，除非在以下描述中具体描述了本发明受限，否则本发明的技术范围不限于下文中所描述的实施方式。例如，以下的描述中所指定的关于使用材料和材料的使用量、处理时间、处理顺序、参数数值条件等的细节仅仅是认为优选的实例，而在以下的描述中所参考的附图中所出现的尺寸、形状、配置关系等也是为了说明性的目的而示出。<1.激光加工设备和OG方法>激光加工设备的构造在根据本实施方式的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法中，利用光能而在加工对象物上形成所需的三维形状。进一步，在形成三维形状的同时，控制激光加工特有的加工痕迹(即壳痕迹)，从而在加工面的表面上形成超微细凹凸形状。本发明的实施方式中使用的激光加工设备包括激光源，其具有容易被树脂吸收的紫外线波长区域内的波长；以及光学系统，其用于将从激光源发射的预定图案的激光束光投射到加工对象物(即基板)的加工面上。具有紫外线波长区域内的波长的激光束容易被诸如聚酰亚胺的树脂材料吸收。因此，可以通过所谓的烧蚀的方法对所提及的树脂材料进行蚀刻，该方法通过高光子能量切断分子间的结合。在烧蚀加工中，由于产生的热量少，所以不会产生热松弛、浮渣或突起等， 并且掩模图案可以准确地转印至加工面。因此，烧蚀加工非常有利于微细形状的加工。进一步，由于沿蚀刻深度方向的微细形状的加工可由每单位时间的激光束能量的积分值控制， 因此可以产生自由曲面。将在以下参考附图来描述通用于本发明的几个实施方式中的激光加工设备的基本构造。图1示出了用于制造具有超微细凹凸表面结构的成型部件的激光加工设备的总体构造的实例。参考图1，所示激光加工设备包括激光源1、光束成形单元3、掩模台4、掩模 M、缩小投射透镜5、反射镜6和加工台7。激光路径由参考标号2表示的双点划线来表示。激光源1发射出根据来自控制部8的控制信号的激光强度的光束。在下面描述的实施方式中，例如，使用准分子激光器。多种类型的准分子激光是可用的，并且它们可用不同的介质形成，例如，以波长的降序列出，XeF(35lnm), XeCl (308nm), KrF(248nm), ArF(193nm)和F2(157nm)。这样的准分子激光器照射200Hz到500Hz的脉冲。但是，激光器并不局限于这些准分子激光器，而可以是包括固态激光的二到四次谐波的激光器或类似的激光器。固态激光器以几十kHz脉冲的形式照射光束，并且进行微细加工，同时像一笔画的绘画那样进行扫描。光束成形单元3执行激光源1的激光束的成形和光束强度均勻化，并且输出所得光束。掩模M具有预定图案的开口，根据加工形状对该开口设定激光透射和非透射的位置，并且该开口透射由光束成形单元3成形的激光束。对于该掩模M，例如，可以使用由金属材料形成的穿孔掩模、由透明玻璃材料或金属薄膜形成的光掩膜、由介电材料形成的介电掩模等。还可以应用可变孔来代替掩模M。掩模台4包括接收其上放置的掩模M并且可以根据控制部8的控制信号沿垂直于激光束光轴的平面定位的机构。缩小投射透镜5会集透射通过掩模M的图案的激光束，并将会集的激光束以预定的倍率投射到基板S的加工面上，该基板是加工台7上的加工对象物。加工台7是相对于缩小投射透镜5设置，以使得从缩小投射透镜5投射的激光束聚焦到基板S的加工面上。加工台7包括通过真空抽吸等保持加工对象物的基板S并且可以根据控制部8的控制信号沿着垂直于激光束的光轴的平面(即XY平面)移动并在该平面上进行定位，从而使得激光束可以在基板S的加工面上扫描。此外，可以根据需要沿着基板S的高度方向(Z 方向)移动加工台7。在该激光加工设备中，当准分子激光束通过具有预定形状的开口的掩模M照射到基板S的表面上时，移动加工台7以在加工面上扫描准分子激光束的照射区域，即，移动激光束的照射区域，从而基于掩模M的开口形状执行基板加工。这样的加工是基于下面描述的加工原理。OG方法的加工原理图2示出了 OG方法，即正交法的加工原理。特别地，根据OG方法，当激光束通过具有所需开口的掩模M照射到加工对象物的基板S上时，扫描照射区域，从而在基板S上获得三维形状。在掩模M中，设置了激光束透射通过的预定形状的开口 ml和激光束不透射通过的遮光部m2。此处，掩模M的开口 ml是透过光的部分，并且其可以是开孔或透光或透明窗的形式。如果激光束通过掩模M而照射，那么具有与掩模M的开口 ml的形状相应的形状的激光束照射到基板S上。 如果与开口 ml的形状相应的形状的激光束照射到基板S上，那么由激光束的光子能量引起称为烧蚀的光化学反应。因此，可以加工基板S，同时抑制了热影响。加工形状取决于透射通过掩模M的开口 ml的激光照射量的积分值，并且激光的加工深度取决于该积分值。特别地，随着掩模M的开口面积减少，照射量减少并且因此加工深度减小。这时，如果通过掩模M照射的激光的照射区域在基板S上扫描，那么照射量成为沿扫描方向的积分值。换言之，在关于掩模M的开口 ml的形状，扫描方向的垂直方向是χ轴方向而扫描方向是y轴方向的情况下，加工深度取决于开口 ml沿y轴方向的长度而不同。特别地，随着开口 ml沿y轴方向的长度减小，照射量沿扫描方向的积分值减小并且加工深度减小。另一方面，随着开口 ml沿y轴方向的长度增加，照射量沿扫描方向的积分值增加并且加工深度增大。通过扫描照射区域，加工深度的截面形状在扫描方向上连续， 并形成在扫描方向上延伸的三维形状。例如，在如图2所示，在具有三角形(其顶角沿扫描方向设置)的开口 ml的掩模M 的情况下，基板S对应于三角形顶角的部分形成为最深，并且在扫描方向，即y轴方向上连续地形成沿χ轴的三角形截面的凹形状。在从激光源1发射的激光能量被固定的情况下，激光照射的加工深度也与照射区域的扫描速度有关系。特别地，随着扫描速度降低，每单位时间和每单位面积的照射量增加并且加工深度增大。因此，在基板S表面上形成的三维形状可以通过设定掩模M的开口 ml 的形状和照射区域的扫描速度来控制。
使用OG方法的加工方法图3示出了掩模和作为加工对象物的基板的相对位置。参考图3，在掩模M上提供预定形状的开口 ml以使激光通过掩模M被发送到缩小投射透镜5上。缩小投射透镜5将与掩模M的开口 ml形状对应的照射区域的大小缩小为例如使得可以通过照射能量的集中而实现高能量密度的分数。在照射激光的状态下，基板S或掩模M或基板S和掩模M这两者沿扫描方向的反方向相对地移动。因此，激光的照射区域沿预定方向被扫描，并且沿着扫描方向进行连续加工。进一步，如果一个阶段的扫描完成，那么照射区域沿扫描方向的垂直方向移动一个阶段的距离，然后同样地进行照射和激光扫描。通过重复执行操作顺序，在基板的宽范围上进行加工。如果沿一个方向的激光的照射区域的扫描如图3所示通过多个阶段来进行， 那么可以形成沿扫描方向连续的三维形状。进一步，在形成沿扫描方向连续的三维形状之后，如果激光的扫描方向变成之前的扫描方向的垂直方向然后执行同样的扫描，那么以交叠关系进行沿这两个垂直方向的加工，并可形成点阵式的三维形状。特别地，沿一个方向扫描通过掩模M的激光的照射区域， 并且在执行沿着扫描方向的基板S的加工之后，扫描方向变成之前的扫描方向的垂直方向，从而在基板S被加工之后在其上进行激光照射。由此，沿上述一个方向扫描而加工的形状进一步沿垂直方向加工，因此，可以获得点阵式的三维形状。例如，在形成具有沿着激光的扫描方向延伸的半圆形截面的三维形状的情况下， 如果该加工是沿两个垂直方向进行的，那么可以获得以点阵图案排列的多个半球形状(诸如透镜形状)。以下将详细地描述沿两个垂直方向的加工。应注意，在沿两个方向的激光扫描中，在两个扫描方向之间的角度可以设定为除直角外的某其他角度。在使两个扫描方向之间的角度不同于直角的情况下，具有纵横比的三维形状可以形成为点阵图案。进一步，扫描方向的数量并不限于两个，而还可以是三个或四个。例如，在使用沿三个方向的扫描的情况下，连续地旋转基板S以使扫描方向连续地改变120度。应注意，如果在上述条件下进行这样的沿三个方向的扫描，在从上面观察加工面的情况下通过沿三个方向的扫描形成的部分的加工形状是六边形。各种其他的扫描方法也是可用的，例如沿不同直径的圆周方向的扫描、螺旋扫描、沿圆周方向的扫描和沿从圆周中心的半径方向扫描的组合等。掩模的构造图4示出了在根据本发明的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法中使用的掩模的实例。参考图4，所示掩模M包括其中多个开口 ml以矩阵形式排列的开口形成区域。掩模M的横向方向是图4中的水平方向，而通过掩模M的激光束的照射区域的扫描方向或移动方向是图4中的垂直方向。在掩模M的开口形成区域中，沿着掩模M的横向方向设置了多个开口 ml的行。进一步，在掩模M的横向方向的垂直方向上设置了多个这样的多个开口 ml的行。在图4中，在扫描方向上以四个列设置开口 ml，以使每个列包括数个开口 ml。但是，适当地设计开口数量。例如，在150平方厘米(大约5英寸)的掩模上形成大约22平方毫米的开口的情况下，可以形成5 X 5 = 25个开口。开口 ml的大小最终依照所需的用于加工面的超微细凹凸形状、缩小投射透镜5的缩小率等确定。
掩模的基本概念为了通过OG方法利用该掩模获得所需的加工形状，使用数个参数，例如激光束的照射能量、基板的进给速度、掩模的开口率等，并且可以通过适当地设定参数来设计符合各个加工形状的掩模。图5是示出了由函数F(X)表示的某曲线的示图。这时，研究用来获得反映如图5 所示并且由函数F(X)表示的曲线的凹加工形状的掩模。在加工面的加工形状中，激光束的加工深度是由根据激光束透过的掩模的开口边缘的形状的积分值来确定的。因此，为了获得图6所示的基板S上的所需凹形状，如图6的斜线所表示的部分所示，从基板S表面起蚀刻的截面面积S(X)由下面的表达式来表示S (χ) = ab- / F (χ) dx.为了获得此加工形状，可以使用如图7所示的包括图5的函数F(x)的大致半圆形的开口 ml的掩模Μ。应注意，示出了用于获得凸形状的基板的蚀刻截面面积S' (χ)的示意图被示出为图8中的实例。示出了用于获得该凸形状的掩模形状的示意图在图9中示出。现在，将描述激光束的照射能量和平台的进给速度与蚀刻深度的关系。图10示出了激光束的照射能量和蚀刻深度之间的关系，并且横坐标轴表示激光的照射能量，而纵坐标轴表示蚀刻深度。同时，图11示出了基板的平台进给速度和蚀刻深度之间的关系，并且横坐标轴表示平台的进给速度，而纵坐标轴表示蚀刻深度。从图10和图11，可以认识到随着激光束的照射能量增加，蚀刻深度增大，而随着基板的平台进给速度增加，蚀刻深度减小。图12Α和图12Β是分别示出了掩模和使用该掩模获得的加工形状的截面图的示意图。假定图12Α所示的掩模M的一个开口 ml的纵横比h/w和图12B所示的实际获得的加工物的纵横比H/W增加至a倍。在该情况下它们之间的关系由以下的表达式表示a = (h/w) / (H/ff).上述给出的系数a取决于激光束的照射能量和基板的平台进给速度而改变。因此，从该实验预先获得对应于掩模的函数F(X)的系数a。激光束的叠加现在，将描述激光束的叠加。作为实例，将描述如图8所示这样的加工形状的部件被加工成具有由F(X) = -X2 表示的函数的曲面的凸形状的情况下的实例。在该情况下，利用图9所示的掩模M的从基板表面起的激光加工或蚀刻量的截面面积S' (χ)是如图8中的斜线所表示的部分。该截面面积S' (χ)由下面的表达式表示S' (χ) = / X2dx为了获得该加工形状，可以使用具有对应于图13所示函数f(x) = -1/2X2的曲面的掩模M以使用该掩模M在同一照射区域以叠加关系进行两次照射。通过此操作，可以获得由F(X) =_X2表示的凸加工形状。特别地，如果使用图13所示的由函数F(X)表示的掩模以叠加关系两次照射激光束，那么其可通过以下方式表示F (x) = f(x)+f(x)，其是指F (χ) = -1/2X2-1/2X2.
这表示由函数F(X) = -X2表示的加工形状可以通过使用f (χ) = -1/2X2的掩模以叠加关系两次照射激光束来实现。相似地，为了加工对应于例如F(X) = -2X2的轮廓的凸形状，使用对应于f(x) ="1/2X2的掩模以叠加关系进行四次激光束的照射。特别地，为了获得对应于所需函数的加工形状，使用具有由各个函数表示的开口的掩模，以使得通过在同一位置以叠加关系放置的掩模照射激光。由于加工形状取决于照射激光的开口的积分值，因此可以获得对应于所需的多元多项式形式的函数的加工形状。<2.第一加工模式〉第一加工模式是其中如图15A和图15B所示的在开口 ml边缘具有线性直线的掩模用来将平面微细形状施加到基板表面上的实例。首先，如图15A所示的在开口 ml的边缘具有线性直线的掩模M(I)被用来设定特定的光能和加工对象物的基板S的进给速度，并且预先测量根据该条件获得的加工形状。图15B示出了对通过用掩模M(I)加工实际获得的形状而得到的轮廓进行数学近似所获得的示图。这时，参照要加工的基板表面的加工部分的图15B中的左端原点而设定 XY轴。在该情况下的特定的加工形状从截面来看显示出反向三角形，并且深度、即蚀刻量是 40而宽度是160。应注意，数值的单位是ym。从该示图获得的近似表达式Yl通过以下的表达式来表示Yl = X/4-40. · · · (6)通过沿扫描方向移动加工台7，同时转印以如上所述的三角形形成的掩模M的开口形状，对与三角开口形状相对应的二维能量分布进行时间积分以转换为深度方向的蚀刻量。然后，根据近似表达式Yl获得的沿着XY平面的截面的加工形状是如图16所示的三角形加工形状11。该三角形加工形状11是这样的形状，即高度方向与图16中箭头标记所表示的扫描方向相一致的三角柱，该三角柱底边宽160 μ m且高40 μ m，并具有普通三角形状的底面。近似表达式Yl的倾斜度对应于三角形加工形状11的斜面10的倾斜度。图17示出了使用图15A的掩模成型的三维形状。在图17所示的成型物中，沿扫描方向的垂直方向，即沿X轴方向，并列地形成多个三角柱，其中每个均具有三角形加工形状11作为其截面形状。因此，成型物具有锯齿状的微细形状，其具有多个包括锐角顶点的山体。同时，在图17所示实例中，一个山体具有三角柱形状，它可具有任意形状，只要反射面即斜面10是平坦面即可。图18示出了作为使用了图17所示的具有超微细凹凸表面结构的成型物壳体的产品。参考图18，在所示实例中，着色层12形成在基板S的加工面上，该基板具有三角形加工形状11的超微细凹凸表面结构，并且保护物13形成在着色层12上。通过具有锯齿状三角形加工形状11的微细形状的成型物，可以观察到视野角比没有这样的微细形状的另一制品的视野角增加了大约40度。同时，由于反射面即斜面10 具有平面形状，所以当超过临界角时，完全不会发生反射，并且不会察觉到视觉变化。在下文中将连同其他的微细加工形状详细地描述视觉评价。应当注意，虽然在本实施方式中用聚碳酸酯材料形成基板S，但也可以使用诸如丙烯酸树脂材料、聚乙烯材料和聚酰亚胺的吸收激光波长的激光的其他任何材料(包括金属材料)来实现高质量的加工。进一步，替代微细形状的直接加工，可以使用这样的方法，其中用成型部件作为原版制造金属模具从而转印形状，或者制造并粘贴膜。由于获得了具有微细形状的原版，所以与膜层压或印刷相比其量产率得以提高，结果是抑制了生产成本。进一步，尽管本实例假定通过着色层12观察所述超微细凹凸表面结构，但是可选地，可以将透明材料用于基板S以使得从着色层12的相反侧通过透明基板S观察该超微细凹凸表面结构。在该情况下，由于保护物13并不出现在产品表面，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图19A和图19B所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模用来将如曲面的微细形状施加到基板表面。首先，将如图19A所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模M(2)用于设定特定的光能和加工对象物的基板S的进给速度，并且预先测量作为设定的结果而获得的加工形状。图19B示出了对通过用掩模M(2)加工实际获得的形状而得到的轮廓进行数学近似所获得的示图。这时，参照凸加工形状的底部的图19B中的左端原点而设定XY轴。在该情况下的特定加工形状中，凸部的截面高度是16，并且底部的宽度是160。应注意，该数值的单位是μ m。从该示图，当0 < X < 80，获得{(Χ-80)2/802}+ {(Υ2+16)7 62} =1 ... (1)作为椭圆的近似表达式。另一方面，当80 < X < 160，获得KX-80)7802} + {(Y2+32)7322} =1 ... (2)作为椭圆的近似表达式。通过沿扫描方向移动加工台7，同时转印以椭圆弧形成的掩模M的开口形状，对与包括椭圆弧的开口的形状相对应的二维能量分布进行时间积分以转换为深度方向的蚀刻量。然后，根据近似表达式Y2获得的沿着XY平面的截面的加工形状是如图20所示的凸加工形状21。该凸加工形状21是这样的形状，即高度方向与图20中箭头标记所表示的扫描方向相一致的圆柱，该圆柱的底边(直线部分)宽160 μ m且高16 μ m,并具有普通椭圆形状的底面。近似表达式Y2的椭圆弧对应于凸加工形状21的曲面20。在凸加工形状21的情况下，沿扫描方向的垂直方向，即沿χ轴方向，并列地形成具有凸加工形状21的截面形状的多个半圆柱体，使得它们具有微细形状，该微细形状具有每一个均在顶部具有曲面的多个山体。简言之，这样的成型物是使图17中三角形加工形状11 的顶部成圆形就好像它们被凸加工形状21所代替。利用具有凸加工形状21的微细形状的成型物，与没有微细形状的可选的成型物相比，可以观察到比具有根据第一加工模式的三角形加工形状11的微细形状的成型物的视野角扩大(大约40度)更大的视野角扩大。在该成型物中，加工形状不具有线性直线。 特别地，由于加工形状的顶部不是三角形顶角而是椭圆弧，所以可认为反射方向不会成为固定的并且视野角度范围显著地扩大。而且，在具有根据本模式的微细形状的成型物中，由于向后反射效果可观察到色彩深度。图21示出了图20所示的凸加工形状21形成的超微细凹凸表面结构向后的反射效果。在图21的实例中，提供了两个凸加工形状21-1和21-2，并且入射到凸加工形状21-1 和21-2的顶部的激光束A和B沿各自的入射方向的相反方向反射。进一步，入射到倾斜部分(此处凸加工形状21-1的曲面的切线倾斜)的激光束C朝向另一邻近的凸加工形状21-2的曲面反射。然后，朝向凸加工形状21-2的曲面反射的激光束C被凸加工形状21-2 的曲面倾斜部分反射，从而使其沿平行且与凸加工形状21-2的入射方向相反的方向前进。 因此，激光束C与被凸加工形状21-2的顶部反射的激光束B发生干涉。通过这样的激光束干涉，与仅通过规则反射而反射光的没有微细形状的成型物的情况相比，色彩深度会增加。在本加工模式中，如果加工形状的顶部的曲面不同于三角形加工形状11的情况下的线性直线而是表现出诸如半圆形某些其他曲线，那么可以实现与由具有椭圆弧的凸加工形状21获得的效果类似的效果。在下文中将连同其他的微细加工形状详细地描述视觉评价。应注意，在本模式中，也与第一加工模式类似，可以使用吸收激光波长的各种材料作为基板S的材料。进一步，替代微细形状的直接加工，还可以使用这样的方法，其中使用成型部件作为原版来制造金属模具从而转印形状，或者制造和粘贴膜。<4.第三加工模式〉第三加工模式是其中图15A所示的在开口 ml的边缘具有直线的掩模和图19A所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模的用来将如曲面的微细形状施加到基板表面上。从上文给出的表达式(1)和O)，当0 < X < 80时，给出近似表达式Y2作为表达式(3)，而当80 <X< 160时，给出近似表达式Y2作为表达式0)。然后，实际的蚀刻量是由表达式(5)给定的。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，如果使用图15A所示的具有线性直线的掩模M(I)和图19A所示的具有椭圆弧的掩模MQ)，并将其叠加放置(一个放置在另一个上)且激光照射到掩模M(I)和M(2) 上，然后便获得了图22A和图22B所示的合成轮廓作为加工形状。图22A示出了对应于表达式(6)的近似表达式Yl和对应数学近似表达式(3)和 (4)的近似表达式Y2。同时，图22B示出了实际获得的形状，并且表示近似表达式Yl和Y2 以及当激光束照射到叠加放置的掩模M(I)和MQ)上时获得的蚀刻量Y。如果执行图22B所示的设计，那么形成了图23所示的具有不对称截面并且具有曲面30的凸加工形状31。凸加工形状31成型为使得三角形加工形状11的顶点成圆形。图M示出了基于图22B的设计形成的三维形状。图M所示的成型物具有这样的微细形状，其中沿扫描方向的垂直方向，即沿X轴方向并列地形成多个柱状形状，其每一个均具有凸加工形状31的截面形状，并且这多个柱状形状具有包括弧形顶部的多个山体。关于该具有凸加工形状31的微细形状的成型物，已经成功证实反射角通过应用曲面30得以增加，并且反射视野角比第一模式中的具有三角形加工形状11的微细形状的反射视野角大20度。下文中将连同其他微细加工形状来详细地描述视觉评价。在该方式中，可以通过使用图15A所示的在开口 ml的边缘具有线性直线的掩模、 然后使用图19A所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模，来施加在三角形加工形状 11 (三角柱形状)上具有曲面的凸加工形状21或圆柱形的因素。换言之，根据本模式的激光加工技术，可以执行加工由多个形状组合形成的复合形状，并且可以在基板S的加工面上形成考虑光学特性的自由的微细形状。
应注意，在本模式中，类似于第一和第二加工模式，可以使用吸收激光波长的各种材料作为基板S的材料。进一步，替代微细形状的直接加工，还可以使用这样的方法，其中使用成型物作为原版制造金属模具从而转印形状，或制造和粘贴膜。通过根据上述的第一到第三加工模式的掩模构造，尽管掩模是用来获得复杂轮廓的加工形状，但是掩模的设定时间可以减少并且其生产成本可以降低。进一步，即使利用由少量函数(多元单项式)设置的掩模，也可以基于组合获得对应于各种函数(多元多项式) 的轮廓的加工形状。进一步，通过使用倍数管理掩模图案的纵横比和加工形状的纵横比，可以执行从二维掩模向三维加工形状的转印，而不会受掩模的数值孔径等的影响。进一步，由于不需要通过CAD(计算机辅助设计)设计多元多项式曲线，那么不需要用于转换的软件。进一步，也可以防止转换时的错误。而且，通过使用激光将三维微细形状应用到护罩或壳体上，可以提供具有高耐用性的高质量的护罩或壳体。<5.第四加工模式〉第四加工模式是其中可以由激光加工制造具有曲面的自由的微细形状，并且特别是产生仿效瓦片结构的复合瓦片形状(看上去像蝴蝶或飞蛾的翅膀)的实例。图25示出了仿效瓦片结构的复合瓦片形状的实例。参考图25，作为在基板S上形成的微细结构的一个山体的加工形状41从一个方向看，具有三角形加工形状42的平面形状，而沿垂直方向看，具有凸加工形状43的曲面形状。如果使用上文描述的OG方法，仅仅通过改变掩模和将扫描方向变成垂直方向，就可以容易地产生该曲面。例如，通过使用图 15A所示的在开口 ml的边缘具有线性直线的掩模和图19A所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模以使它们的扫描方向彼此垂直，可以形成该曲面形状。三角形加工形状42侧的宽度是160 μ m,而凸加工形状43侧的宽度是160 μ m。以下，将参考图沈所示的流程图描述具有图25所示微细表面形状的产品的制造方法。首先，在步骤Sl中，制备作为透明树脂部件的基板S并将其放置在加工台7上，使得其基板内侧Si (图27A)成为加工面。接着，在步骤S2中，在图15A的开口 ml的边缘具有线性直线的掩模用来执行激光加工，从而在基板内侧Si上形成三角形加工形状11 (图27B 三角柱图案)。然后，在步骤S3中，加工台7用来相对于扫描方向旋转基板90度，并且图19A所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模用来执行激光加工，从而在基板内侧Si上形成凸加工形状21 (图27C 半圆柱图案)。在该处理结束之后，基板S具有形成在其上的加工形状41(图27D)，其沿一个方向看具有三角形加工形状42的平面形状，而从垂直方向看具有凸加工形状43的平面形状。接着，在步骤S4中，通过诸如蒸镀的技术，在形成有大量这样的加工形状41的加工面上形成反射膜44(图27E)。进一步，在步骤S5中，涂覆用于衬层(lining)的黑色色彩膜45(图27F)以辅助反射膜44的反射作用。然后，在步骤S6中，基板S附至产品使得具有三角形加工形状11的基板S的加工面侧与产品是相对的。然后，保护膜46形成在基板S的外侧，也就是，在加工面的相反侧上(图27G)，并且从外侧确认了视觉效果。应注意，由于在形成有加工形状41的加工面侧上并未设置保护膜46，所以可任意确定是否应该形成保护膜46。从以这种方式形成的微细形状(图25)，由于向后反射效果观察到了色彩深度。由于与由第一到第三模式的微细形状相比，本模式的微细形状是形状复杂的曲面，所以它会导致复杂的干涉并提供更为显著的色彩深度。因此，可以提供具有迄今尚未实现的视觉效果的护罩或壳体。例如，可以产生复杂的色阶从而扩大激光的反射区域。<6.超微细凹凸结构〉具有超微细凹凸结构的加工模式实例特意使用激光从而产生微细加工特有的加工痕迹。在这里，加工痕迹表示掩模边缘的间歇加工的痕迹，该掩模边缘是当将激光束通过掩模照射在工作面上、同时对于每一次发射微细地进给掩模或加工台从而相对于加工面移动激光照射区域时而形成的。进一步，由加工痕迹形成的图案也特别地称为壳痕迹。在下面描述的实例中，准分子激光器和掩模特别地用来沿深度方向将数百纳米级的加工痕迹施加到加工面上从而形成超微细凹凸形状。尽管有数十纳米级的深度，可以认为人能够辨识衍射的效果，此外，由于尺寸小于衍射极限的波长级，所述衍射效果极低。在移动基板时，在掩模的开口和遮光部之间的边界线即掩模边缘的形状，被转印为加工面上大量的照射痕迹。图观示出了其中在图15A所示的在开口 ml的边缘具有线性直线的掩模用来产生加工痕迹的实例。由于使用三角形掩模图案，特别地将多个线性加工痕迹51施加到图28 所示的三角形加工形状11的斜面10上。有两种方法可用于产生这样的加工痕迹51。第一方法在通过激光加工形成三角形加工形状11的同时形成加工痕迹51。第二方法在形成三角形加工形状11之后，再次扫描同一位置从而在三角形加工形状11上产生加工痕迹51。在此情况下，由于在形成三角形加工形状11之后，将激光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迹，这导致扩散(漫射，diffusion)效果增强。进一步，要照射到基板S上的激光束的能量密度由控制部8调节，使其落入三角形加工形状11的形状不会显著变形同时产生合适深度的加工痕迹的范围之内。可以通过适当地设计掩模开口形状、能量密度、加工台进给速度、聚焦位置等，而在蚀刻深度和宽度、形状等方面自由地控制加工痕迹51。自由控制加工痕迹的蚀刻深度和宽度、形状等的方法将在下文中描述。应注意，在图观中，为了方便说明，所示加工痕迹的间距要比实际间距大。由准分子激光形成的凸加工形状的加工痕迹图四示出了使用图15A所示的在开口 ml的边缘具有线性直线的掩模和图19A所示的在开口 ml的边缘具有椭圆弧的掩模并且将这些掩模叠加放置而产生加工痕迹52。在该情况下，取决于用于此后的照射的掩模的开口的加工痕迹保留。图四示出了当图15A的掩模和图19A的掩模以该顺序叠加放置时的实例。由图15A所示的开口 ml形成的斜线即图观的加工痕迹51被除去，但是取决于图19A所示的开口 ml的形状保留。尽管图19A所示的掩模M在开口 ml边缘具有椭圆弧和线性直线，但在图四所示掩模M的情况下，与在掩模M的相对前进方向上尾端的掩模M的形状相对应的线性直线形状用作加工痕迹52。如果掩模M旋转180度并且椭圆形变为在相对前进方向上的尾端的形状，那么沿激光照射方向来看，现在加工痕迹52显示出大致半圆形弧线形状。由固态激光器形成的加工痕迹在以下加工模式的描述中，将描述具有小的光束直径和不使用掩模而直接描绘的类型的固态激光器情况下的加工痕迹。由于固态激光器的光束直径大约是CplO μπ 到 50 μ m，所以将与光束直径同步的加工痕迹、即具有对应于光束直径的形状施加到加工面。图30示出了在使用固态激光器的情况下的加工痕迹。在使用固态激光器的情况下，加工痕迹53成型使得光束直径的圆形形状在扫描方向上重叠。例如，在使用四次谐波 (266nm)的固态激光器的实例中，由于光束直径一般是CplO μ m至50 μ m，所以由光束边缘产生的数百纳米级深度的加工痕迹被施加到加工表面。在蚀刻深度为数十纳米的情况下，利用这样的加工痕迹或壳痕迹的超微细凹凸结构的修饰效果较差，这是因为其衍射尺寸小于波长级。但是，在蚀刻深度是数百纳米的亚微米级的情况下，显示出超微细凹凸结构的效果。换言之，如果加工痕迹深度是波长级，那么通过加工痕迹提供了扩散效果，并且光泽和色彩深度的视觉效果或结构色彩效果会出现。 进一步，由加工痕迹的扩散效果产生了非相干性，并且反射视野角度扩大。已通过实验得到，在蚀刻深度为数十纳米级的情况下，未表现出超微细凹凸结构的视觉效果或者视觉效^^^ ο在下面，将更详细地描述利用加工痕迹来形成超微细凹凸结构。图31A和图31B示出了利用加工痕迹形成超微细结构，特别地，图31A是三角形加工形状的第一加工模式的截面图，而图31B是示出了掩模图案即激光照射区域的叠加的顶视平面图。图32是示出了加工痕迹的连续图案的顶视平面图。应注意，图32中所示的线 X-X表示截取图31A的第一加工模式的截面所沿的方向。图31A的截面图所示的截面形状60的实例是宽度为约160 μ m并且高度为约3 μ m 的三角形加工形状(其对应第一加工模式)。为了形成3μπι高度的截面形状60，需要在加工之前将加工面从表面蚀刻3 μ m。但是，如果作为加工对象的基板材料是相同的，那么激光束的每一次发射的蚀刻量或蚀刻速率取决于要照射的激光束的能量密度。例如，利用在本模式中使用的树脂材料，已经获得了以下数据。能量密度(mj/cm2)蚀刻速率(nm/发射)(a) 100约 46(b) 200约 93(c) 300约 142为了获得3μπι高的微细形状，掩模和基板之间的移动量被控制为使得，在激光照射区域沿前进方向连续移动Wym的同时，激光束多次照射到加工面上(如激光照射区域 61、62和63所示)，使得如图31的顶视图所示，掩模图案或激光照射区域可部分相互重叠。 因此，如图32所示，连续形成Wy m兼具的加工痕迹。在用于上述大约3 μ m高度的数据的情况下，当能量密度是lOOmJ/cm2时，需要64次发射；当能量密度是200mJ/cm2时，需要32 次发射；而当能量密度是300mJ/cm2时，需要21次发射。由于当蚀刻深度在IOOnm级时，强烈地表现出由掩模的开口边缘形成的超微细形状所得的视觉效果，所以优选地，超微细形状的深度是上面给出的(a)到(c)的能量密度中的(c)的约142nm。因此，如果(c)的能量密度300mJ/cm2的激光用来进行微细加工，那么可以产生可获得视觉效果的超微细形状。在可以获得同样微细的形状的(a)情况下，在微细形状形成时获得的超微细形状的深度非常小以至于无法获得影响视觉感的扩散效果。应注意，在使用(b)能量密度200mJ/cm2的激光进行微细加工的情况下，有时可获得充分的视觉效果。这时，邻近加工痕迹间的距离或间距是通过控制激光照射区域在加工面上的移动速度(即掩模相对于放置在加工台上的基板的相对进给速度)以及激光照射的频率来调节的。例如，为了增加间距，或是增大激光照射区域的进给速度，或是降低激光照射的频率，或者同时使用这两种控制。相反，为了缩小间距，或是减小激光照射区域的移动速度，或是提高激光照射的频率，或者同时使用这两种控制。在这种方式中，超微细加工形状的蚀刻速率取决于加工对象物的材料、激光束的波长和激光束的能量密度。另一方面，掩模的开口形状和能量密度取决于所需形状，即，取决于要形成的微细形状。通过从可用的能量密度中选择关注超微细形状的深度方向的最佳能量密度，可以获得超微细形状的视觉效果，即结构色彩效果。反过来说，如果在激光加工时没有遵循上述程序来执行关注超微细结构的综合条件设定，则无法获得用于修饰的视觉效果。图33示出了在强烈地获得超微细形状的视觉效果(即结构色彩效果)的情况下加工痕迹的截面形状的测量实例。同时，图34示出了在结构色彩效果差的情况下加工痕迹的截面形状的测量实例。图33和图34都示出了在第一加工模式的情况下、即在截面形状是三角形加工形状的情况下的测量。在图33的情况下，三角形加工形状具有约160 μ m的宽度和约3 μ m的高度，并且在斜面部分上的超微细形状的加工痕迹具有约7. Ιμπ 的间距和0.2 μπ 的深度。在以此方式超微细形状的深度是在数百纳米级的情况下，可以获得强的结构色彩效果。相反，在图34情况下，三角形加工形状具有约160 μ m的宽度和约0. 6 μ m的高度， 并且在斜面部分上的超微细形状的加工痕迹具有约7. 1 μ m的间距和0. 05 μ m的深度。在以此方式超微细形状的深度是在数十纳米级的情况下，结构色彩效果较差。在加工面上形成的加工痕迹图案应注意，上述加工痕迹取决于激光照射区域在加工面上的移动方向而变化，因此， 当沿相同方向观察加工面时结构色彩效果也不同。以下，将描述在加工面上形成的加工痕迹的图案或方向。在不同的激光照射区域之间的叠加部分，激光束再次照射到激光束先前照射过的区域，先前的激光照射区域中的加工痕迹消失或变稀疏。换言之，在不同的激光照射区域相互叠加的位置，在激光束照射顺序中靠后的激光照射区域形成的加工痕迹占支配地位。该事实可用来控制由激光照射产生加工痕迹的图案。图35A到图35C示出了在使用具有三角形开口的掩模的情况下形成的加工痕迹。图35A所示的具有直角三角形开口 ml和遮光部m2的掩模M用来沿非斜边的直角三角形一边的垂直方向将激光照射区域连续移动到如图35B中所示的激光照射区域71、72 和73所表示的位置。在该情况下，如果如图35C的左边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域71、72和73在直角三角形的斜边相互重叠，那么由直角三角形的垂直于移动方向的边形成的加工痕迹占支配地位。另一方面，如果如图35C的右边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域71、72和73在直角三角形的斜边不相互重叠，那么由直角三角形的斜边形成的加工痕迹占支配地位。图36A到图36C示出了在使用包括凹曲面的开口的掩模的情况下形成的加工痕迹。图36A所示的具有包括凹曲面的开口 ml和遮光部m2的掩模M用来沿开口的与凹曲面相对的一边的垂直方向将激光照射区域连续移动到如图36B所示的激光照射区域81、 82和83所表示的位置。在该情况下，如果如图36C的左边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域81、82和83在开口的凹曲面相互重叠，那么由垂直于移动方向的开口的一边形成的加工痕迹占支配地位。另一方面，如果如图36C的右边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域81、82和83在开口的凹曲面不相互重叠，那么由凹曲面形成的加工痕迹占支配地位。图37A到图37C示出了在使用包括凸曲面的开口的掩模的情况下形成的加工痕迹。图37A所示的具有包括凸曲面的开口 ml和遮光部m2的掩模M用来沿开口的与凸曲面相对的一边的垂直方向将激光照射区域连续移动到如图37B所示的激光照射区域91、 92和93所表示的位置。在该情况下，如果如图37C的左边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域91、92和93在开口的凸曲面相互叠加，那么由垂直于移动方向的开口的一边形成的加工痕迹占支配地位。另一方面，如果如图37C的右边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域91、92和93在开口的凸曲面不相互重叠，那么由凸曲面形成的加工痕迹占支配地位。图38A到图38C示出了在使用具有圆形开口的掩模的情况下形成的加工痕迹。图38A中示出了具有圆形开口 ml和遮光部m2的掩模M用来沿经过圆心的线性直线的垂直方向将激光照射区域连续移动到如图38B所示的激光照射区域101、102和103所表示的位置。在该情况下，如果如图38C的左边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域101、102和103在圆的图38B中的下侧的弧上相互重叠，那么由在移动方向上的尾端侧的圆弧、即由图38C中上侧的圆弧形成的加工形状占支配地位。另一方面，如果如图38C的右边图中的箭头标记所示，激光照射区域连续移动使得激光照射区域 101、102和103在圆的图38B中的上侧的弧上相互重叠，那么由在移动方向上的尾端侧的圆弧、即由图38C中下侧的圆弧形成的加工痕迹占支配地位。由于要形成在加工面上的加工痕迹的超微细形状的图案可以由掩模的开口形状和激光照射区域的移动方向控制，所以可对引起用户的视觉感的效果提供变化。例如，尽管微细的形状是相同的，但如果响应于要展示给用户的护罩或壳体的面而改变加工痕迹的图案，那么可以为同一产品的各个表面提供结构色彩效果的变化。图39和图40示出了加工痕迹或壳痕迹的特定实例。图39的实例示出了具有大曲面的圆形加工形状的实例，并且为了有助于理解，沿垂直方向延伸的一个加工痕迹IllV 和沿水平方向延伸的一个加工痕迹IllH以强调状态来表示。同时，图40的实例示出了线状加工痕迹的实例，并且沿垂直方向延伸的一个加工痕迹112V和沿水平方向延伸的一个加工痕迹112H以强调状态来表示。从加工痕迹的状态可以了解，在图39的实例中，在加工痕迹11IH之后形成加工痕迹111V。另一方面，可以了解，在图40的实例中，在加工痕迹112V之后形成加工痕迹112H。通过上述加工模式中的加工痕迹，已经证实了如下效果，即当具有有意形成有加工痕迹的超微细形状的成型物的角度改变时，不仅反射角扩大，而且还可以同样地在宽角度上获得提高的质量和色调。<7.视觉效果〉多个微细形状的比较现在，将描述应用微细形状的成型物的视觉评价。图41示出了视觉评价数据的测量方法。参考图41，测量对象样品122放置在桌子上的角度测量仪121的板面120上。然后，荧光灯的光IM从上方照射到样品122上，并且加工面12 和122b由相机123摄像同时加工面12 和122b相对于桌子的角度连续地改变。然后，从视觉感方面评价加工面上形成的所述超微细的形状。图42示出了当改变样品角度而由相机123对各种微细形状进行摄像时的视觉评价结果。所摄像的样品包括其上未加工有微细形状的样品、根据第一加工模式的具有 0. 5 μ m高的三角形加工形状的另一样品、根据第一模式的具有3. 0 μ m高的三角形加工形状的又一样品、根据第三模式的具有0. 5 μ m高的加工形状的又一样品、以及根据第三加工模式的具有3. 0 μ m高的加工形状的又一样品。当样品的角度是0度时，样品处于平放在桌子上的状态，并且在该状态下，没有实例表现出反射。然后，当样品倾斜起30度时，根据第三加工模式的0. 5 μ m高的加工形状和根据第三加工模式的3. 0 μ m高的加工形状开始进行反射。进一步，当样品倾斜起50度时， 根据第一加工模式的3. Oym高的三角形加工形状开始进行反射。同时，根据第三加工模式的0. 5 μ m高的加工形状和根据第三加工模式的3. 0 μ m高的加工形状表现出接近于规则反射的情况下的反射量。从上述测量来看，可以发现根据第三加工模式的加工形状的反射视野角比根据第一加工模式的加工形状的反射视野角宽30度。进一步，可以发现，用视野角特性来衡量时， 即使与同样的第一加工模式的、但是具有3. Oym的蚀刻深度的样品相比，也只有其中蚀刻深度是0. 5 μ m的第一加工模式的样品表现出劣化，这是因为超微细形状在数十纳米级。图43是关于反射开始角和反射状态特别列出的图42的视觉评价结果的表。应注意，h表示蚀刻深度。从图43可以看出，在第一加工模式的情况下，蚀刻深度0. 5 μ m没有反射发生，但是在第三加工模式的情况下，在蚀刻深度是0. 5μ m的情况下，在30度开始反射。同时，在第一加工模式的情况下，在蚀刻深度是3. 0μ m的情况下，在50度开始反射。相反，在第三加工模式的情况下，在蚀刻深度是0. 5 μ m和3. 0 μ m的情况下，在30度开始反射。以这种方式，在第三加工模式的情况下，反射开始角小，并且不管蚀刻深度如何都能获得良好反射状态的结果。蝴蝶翅膀表面的微细结构这里，将描述显示出与根据本发明的微细形状和超微细形状相似的效果的蝴蝶翅膀表面的微细结构。蝴蝶翅膀表面的微细结构在URL "http://mph. fbs. osaka-u. ac. jp/ ssc/scvollpdf/yoshioka. pdf. ”中描述。图44是示出了大闪蝶翅膀表面的微细结构的示意图。如果通过电子显微镜观看该蝴蝶翅膀表面，那么其如图44所示同时具有规则结构和不规则结构。在称为下层鳞片(scale)的部分，具有大约七段搁板131a到131f的微结构放置在一起。搁板的邻近的上一个搁板和下一个搁板彼此间隔一定距离，以使得当光在搁板之间反复行进时光程对应于特定色彩(例如蓝色)的光的波长。因此，来自搁板的反射光如在多层膜干涉的情况下那样彼此增强，并且蓝色被强烈反射(结构的规则性)。 所描述的在蝴蝶翅膀表面的多层干涉是通过再现如图44中的下层鳞片131的情况的结构、 或通过在实际产品中将一般的蒸镀膜用于加工表面或相反面来实现的，并且其与本发明的实质无关。另一方面，下层鳞片131到133的左右邻近的下层鳞片表现出大约一个搁板高度的高度差量。这种在高度方向上的随机性和不规则性表示从邻近搁板结构反射的光实质上并不进行规则干涉。由不规则性引起不干涉的结构对应本发明的微细形状。进一步，来自不同的搁板结构的反射光在宽的角度范围上衍射，并且表现为像随机反射那样。引起这样的衍射的结构对应于超微细形状或加工痕迹。由于这些原因，从任何角度观察，大闪蝶的翅膀看上去都是蓝色的。图45A和图45B示出了取决于有无曲线形状的视觉评价的研究。特别地，图45A 示出了具有根据第一加工模式的微细形状的基板S，而图45B示出了具有根据第三加工模式的微细形状的另一基板S。在根据第一加工模式的微细结构中，由于加工形状是根据线性直线的平面形状，因此反射视野角大约是50度到90度。另一方面，在根据第三加工模式的微细结构中，由于加工形状的圆形部分扩大了光干涉区域，因此反射视野角大约是30度到 90度。扩散效果现在，研究利用加工痕迹的超微细形状的扩散效果。图46A和图46B示出了取决于有无加工痕迹的视觉评价的研究。特别地，图46A 示出了具有根据第一加工模式的微细形状的基板S,并且图46B示出了具有通过加工痕迹形成的超微细形状的另一基板S。在根据第一加工模式的微细形状中，入射光仅仅被平面加工形状的线性直线部分即斜面反射。同时，在形成加工痕迹51的超微细形状的情况下，光由原本是平面加工形状的线性直线部分或斜面的部分上形成的加工痕迹51散射。因此，由于光被扩散，向色彩提供了深度。这对应于图44示出的蝴蝶翅膀的衍射。现在，将描述通过样品分析可见光线的反射强度的结果。图47示出了关于垂直可见光线(反射角是90度)的反射强度分布。同时，图48 示出了在成型物倾斜了 5度(反射角是85度)的情况下关于可见光线的反射强度分布。作为测量仪器，使用Siimadzu Corp.的UVMOO，并且作为样品，使用其上无微细形状(无Pt) 的样品、根据第一加工模式的具有0. 5 μ m深的微细结构的另一样品、以及根据第三模式的具有0.5μπι深的微细结构的又一样品。在测量时，使用作为测量仪器用品之一并且具有 100%反射率的Al镜面作为基准。如图47所示，关于垂直光，无微细形状的样品表现出最高的反射率，而具有根据第一加工模式的微细形状和根据第三加工模式的微细形状的样品表现出相当低的反射率。 可以认为，反射率相当低的事实表示散射光增加。另一方面，即使样品倾斜一点点(例如图 48中所示的大约5度)，那么反射率关系也反转，使得其按照具有根据第三加工模式的微细形状的样品、具有根据第一加工模式的微细形状的样品和无微细形状的样品的顺序而下降。这表明具有根据第三加工模式的微细形状和根据第一加工模式的微细形状的样品以该顺序产生更大量的散射光。可以认为，这是由不规则性的不干涉以及衍射所提供的效果。<8.产品实例>应用到电子装置的实例 现在，将描述包括具有根据本发明一个实施方式的超微细凹凸表面结构的成型物的产品的实例。图49A到图49C示出了第一产品实例，其中设置了具有超微细凹凸表面结构的成型物。如图49A所示，具有根据本发明的实施方式的超微细凹凸表面结构的成型物应用到笔记本型个人计算机等形式的电子装置140壳体。例如，图49C示出了沿着图49B所示的电子装置140的壳体顶盖140T的线X-X截取的截面图。在本实例中，在壳体顶盖140T的透明护罩内侧141上形成三维微细形状。应用到耳机的实例图50示出了第二产品实例，其中设置了具有超微细凹凸表面结构的成型物。在本实例中，具有超微细凹凸表面结构的成型物应用到耳机150的耳机单元151。透明树脂部件152的背面153通过应用微细加工和膜形成而形成，并且背面153的加工面153和耳机单元151的盖构件连接在一起。根据以如上文描述的实施方式中这样的方式构造的本发明，由于激光加工技术可以产生自由曲面形状，可以通过加工表面引起复杂的光学特性。因此，可以扩大光的反射区域或产生复杂的色阶。进一步，通过利用激光加工特有的加工痕迹或壳痕迹的超微细形状， 反射角可以增大，并且可以提供不是通过印刷等所得的简单着色而是光泽和色彩深度。应注意，尽管在本发明优选的实施方式的前述说明中，使用两种掩模进行微细加工，但是当然可使用三种以上的掩模进行微细加工。应注意，在本说明书中，基于程序执行的步骤不仅包括所述以时间序列顺序执行的处理，还包括可以但并非必须以时间序列处理、但可以并行或单独执行而不以时间序列处理的处理。进一步，步骤顺序可以不同于上文所述的顺序。本申请包含于2010年3月17日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-061391的主题内容，其全部内容结合于此作为参考。本领域的技术人员应当了解，根据设计需求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。
权利要求
1.一种具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，对于每一次发射使激光照射区域相对于加工对象物的加工面连续移动，同时将激光束重复照射到所述加工对象物的加工面上，所述制造方法包括以下步骤设定用于对所述加工对象物的加工面进行预定深度的加工的激光束的能量密度；设定发射数，通过所述发射数，在将所述能量密度的激光束重复照射到所述加工面上时使所需的微细形状形成在所述加工面上；计算所述激光照射区域相对于所述加工面的移动速度，以用于将所设定的所述发射数的激光照射到所述加工面上；以及照射所设定的所述能量密度的激光束，同时使所述加工面相对于所述激光照射区域以所计算的所述移动速度移动，从而在形成有所述微细形状的加工面上形成由所述激光照射的加工痕迹形成的超微细凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，所述加工痕迹是基于用于确定所述激光照射区域的、设置在掩模上的开口的边缘形状而形成的。
3.根据权利要求2所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，所述加工痕迹的图案由所述激光照射区域相对于所述加工面的移动方向来控制，所述激光照射区域由穿过所述掩模的开口的激光束形成。
4.根据权利要求3所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，使用具有在宽度方向上排列的多个开口且所述多个开口的间距相同但形状彼此不同的第一掩模和第二掩模，从而通过所述第一掩模和所述第二掩模将激光束照射到所述加工对象物上，同时使所述激光束的激光照射区域沿所述宽度方向的垂直方向移动，并且用所述第一掩模和所述第二掩模在相同位置对所述加工对象物进行所述激光束的照射和所述激光照射区域的移动。
5.根据权利要求4所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，使用所述第一掩模和所述第二掩模，从而在所述加工对象物上的两个彼此垂直的方向上进行所述光照射区域的移动。
6.根据权利要求4所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，使用所述第一掩模和所述第二掩模，从而在所述加工对象物上的同一方向上进行所述光照射区域的移动。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，所述加工面上的加工痕迹的蚀刻深度为数百纳米。
8.根据权利要求1所述的具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，所述加工痕迹基于与待照射的激光束的光束直径相对应的形状而形成。
全文摘要
本发明提供了一种具有超微细凹凸表面结构的成型物的制造方法，其中，其中，对每一次发射使激光照射区域相对于加工对象物的加工面连续移动，同时将激光束重复照射到加工对象物的加工面上，该制造方法包括以下步骤设定激光束的能量密度；设定发射数，通过该发射数来形成所需的微细形状；计算激光照射区域相对于加工面的移动速度；以及照射所设定的能量密度的激光束，同时使加工面相对于激光照射区域以所计算出的移动速度移动，从而在形成有微细形状的加工面上形成由加工痕迹形成的超微细凹凸结构。
文档编号B44C1/22GK102189879SQ20111005814
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月17日
发明者佐佐木良成, 村濑英寿, 松井俊辅, 阿苏幸成 申请人:索尼公司