CN115673555A - 表面处理方法、产品的制造方法、表面处理装置和产品 - Google Patents

Abstract

本公开涉及表面处理方法、产品的制造方法、表面处理装置和产品。产品包括精细周期性结构，该精细周期性结构在基板表面上的在第一方向上相邻的第一区域和第二区域中的每一个中具有沿第一方向彼此平行地延伸的多个突起部。形成于第一区域的内部中的精细周期性结构和形成于第二区域的内部中的精细周期性结构是基本上相同的周期性结构。形成于第一区域中的多个突起部的端部和形成于第二区域中的多个突起部的端部形成于第一区域与第二区域之间的边界部中。

Description

表面处理方法、产品的制造方法、表面处理装置和产品

技术领域

本发明涉及一种通过使用激光在产品表面上形成精细周期性结构的方法。

背景技术

例如，通过手持光盘(CD)或数字多功能盘(DVD)对着光所观察到的彩虹色源自与光的波长一样小的周期性结构所引起的干涉、衍射和折射，并被称为结构色(structuralcolor)。结构色可以实现印刷等无法实现的定向光泽，从而用于装饰或防伪的目的。

已知结构色可以通过经由激光加工在基板表面上形成精细周期性结构(衍射周期性结构)来获得。经由激光加工形成的精细周期性结构称为激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。

国际公开No.2004/035255公开了一种用接近加工阈值的单轴激光照射基板以在其照射部分重叠的同时扫描基板、并通过烧蚀沿基板表面的入射光和散射光相互干涉的部分以类似于自组织的方式形成精细周期性结构的方法。

例如，在为了装饰或防伪的目的而使用结构色的情况下，为了改善光学效果，对于向较大面积赋予结构色有很高的需求。

众所周知，在通过激光加工形成精细周期性结构(LIPSS)以赋予结构色的情况下，周期性结构的节距(pitch)根据诸如激光束照射在基板上的入射角之类的照射条件而改变。由于当节距改变或不一致时观察到的结构色如何会发生变化，因此为了赋予高度均匀的结构色，需要在设置LIPSS的区域中减小激光的入射角的变化。

同时，为了高速执行激光加工，扫描通常通过使用诸如电流镜之类的光学扫描机构偏转激光束而不是相对于加工对象机械地和相对地移动激光源来执行。如果增加执行光学偏转扫描的角度，则可以增大加工范围，从而可以高速执行加工，但是取决于加工范围内的位置的入射角的变化也增加。

因此，需要一种以相对高的生产率在产品表面上的大面积中形成呈现高质量结构色的LIPSS的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，一种用于用脉冲激光照射基板表面的表面处理方法包括：在基板表面上设置沿第一方向依次布置且彼此相邻的第一区域和第二区域；在第一区域和第二区域中的每一个中设置沿第一方向延伸且彼此平行的多条扫描路径；以及在通过沿第一方向移动脉冲激光的照射位置来依次扫描在第一区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径后，通过沿第一方向移动脉冲激光的照射位置来依次扫描在第二区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径。

根据本发明的第二方面，一种表面处理装置包括：偏转部，被配置为偏转从激光源输出的激光以执行激光的光学扫描；移动机构，被配置为机械地改变偏转部和工件之间的位置关系；以及控制器，被配置为控制偏转部和移动机构。基于在工件的表面上设置的彼此相邻且沿第一方向依次布置的第一区域和第二区域，以及在第一区域和第二区域中的每一个中设置的沿第一方向彼此平行地延伸的多条扫描路径，控制器执行控制，使得偏转部沿第一方向移动激光的照射位置，以依次扫描在第一区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径。然后，控制器执行控制，使得移动机构在第一方向上改变偏转部和工件之间的位置关系。然后，控制器执行控制，使得偏转部沿第一方向移动激光的照射位置，以依次扫描在第二区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径。

根据本发明的第三方面，一种产品包括精细周期性结构，该精细周期性结构在基板表面上的在第一方向上相邻的第一区域和第二区域中的每一个中具有沿第一方向彼此平行地延伸的多个突起部。形成于第一区域的内部中的精细周期性结构和形成于第二区域的内部中的精细周期性结构是基本上相同的周期性结构。形成于第一区域中的多个突起部的端部和形成于第二区域中的多个突起部的端部形成于第一区域与第二区域之间的边界部中。形成于第一区域中的多个突起部的各个端部处的突起部的形状与第一区域的内部中的突起部的形状不同，并且形成于第二区域中的多个突起部的各个端部处的突起部的形状与第二区域的内部中的突起部的形状不同。

本发明的其他特征将通过以下参照附图对示例性实施例的描述而变得清楚。

附图说明

图1是例示根据实施例的激光加工装置的激光头部分的示意图。

图2是例示根据实施例的激光加工装置的配置的示意图。

图3是平面图中精细周期性结构的放大照片。

图4是示意性地例示沿Y方向截取的精细周期性结构的横截面的图。

图5A是用于描述用于参考的扫描方法的示意图。

图5B是示意性地例示通过用于参考的扫描方法的激光脉冲的照射历史的平面图。

图6A是用于描述根据实施例的扫描方法的示意图。

图6B是示意性地例示通过根据实施例的扫描方法的激光脉冲的照射历史的平面图。

图7A是用于描述在第一实施例中通过设置多个补片(patch)来形成精细周期性结构的过程的示意性平面图。

图7B是示意性地例示第一实施例中激光脉冲的照射历史的平面图。

图8A是用于描述在参考实施例中通过设置多个补片来形成精细周期性结构的过程的示意性平面图。

图8B是示意性例示参考实施例中激光脉冲的照射历史的平面图。

图9是图7A中所示的小区域的放大图，其示意性地例示了照射光斑如何重叠(重叠图案)。

图10A是用于描述在第二实施例中通过设置多个补片来形成精细周期性结构的过程的示意性平面图。

图10B是示意性地例示第二实施例中激光脉冲的照射历史的平面图。

图11A是例示根据第二实施例的补片的形状的图。

图11B是例示根据第二实施例的另一补片的形状的图。

图11C是例示根据第二实施例的又一补片的形状的图。

图12是以平面图例示根据示例的模具的模制表面的示意图。

图13是根据该示例的模具的模制表面的照片。

图14A是例示了其中仅布置三角形补片的实施例的图。

图14B是例示了其中仅布置六边形补片的实施例的图。

图15是用显微镜观察的模制表面的LIPSS已转印到上面的模制树脂产品的照片。

图16是LIPSS已经转印到上面的补片的放大图。

图17是例示对由AFM获得的数据进行FFT加工的结果的图。

具体实施方式

将参照附图描述作为本发明实施例的表面处理方法、表面处理装置等。以下所示的实施例和示例仅仅是示例，并且例如，本领域技术人员可以在本发明的范围内适当地修改详细配置以进行实施。

请注意，在下述实施例和示例的描述中所参考的附图中，除非另有说明，假定由相同附图标记表示的元件具有基本相同的功能。

另外，在以下的描述中，例如，+X方向表示与例示的坐标系中由X轴箭头所指的方向相同的方向，并且-X方向表示与例示的坐标系中由X轴箭头所指的方向完全相反的方向。另外，没有+或-的仅X方向表示与X轴平行的方向，该方向与例示的X轴箭头所指的方向是否相同无关紧要。这同样适用于(±)X方向以外的方向。

激光加工装置

图1是例示包括在用于形成LIPSS的激光加工装置中的激光头部分的示意图。从激光头16中包括的激光振荡器17输出的激光被作为偏转部的电流镜18以预定方向反射，然后通过聚光透镜19以形成射束，照射作为工件的加工对象11。此时，通过移动电流镜18，可以二维地改变加工对象11上的激光的照射位置以进行扫描。在图中，用10表示可以通过使用诸如电流镜18之类的光学扫描部件对激光束进行偏转扫描而进行加工的区域或范围。该区域将被称为补片。补片10的尺寸可以被设置为与电流镜18的可移动范围的限制相匹配。然而，在这种情况下，激光束的入射角在加工对象11的中心部分和周边部分之间的差异太大，并且通过LIPSS的形成而呈现出的结构色也有可能变得不均匀到美学上不允许的程度。因此，补片10的尺寸优选设置成使得补片中的结构色的不均匀性在允许范围内的值，即使该尺寸比机械可移动限制小。

在作为工件的加工对象11上应形成LIPSS的面积太大而不能由一个补片10覆盖的情况下，通过设置多个相邻补片来覆盖整个加工对象区域。补片10的尺寸优选设置为使得激光的入射角的差异在相邻的补片之间的边界附近不会太大并且结构色的差异不会超过视觉上允许的范围。

需要注意的是，执行激光束的光学偏转扫描的机构(偏转部)不限于该示例，例如，可以使用诸如多面镜之类的高速连续地执行单向偏转的机构。

图2是例示包括上述激光头16的激光加工装置的配置的示意图。激光加工装置51包括能够辐射用于加工的激光52的激光头16和可以放置加工对象11的加工台55。另外，激光加工装置51包括X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构，使得可以改变激光头16与加工对象11之间的位置关系。激光头16、X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构由控制器100控制。

控制器100是控制激光加工装置51的各部分的操作的计算机，并且包括中央处理单元(CPU)、存储器、输入输出控制器(I/O控制器)等。控制器100还可以包括诸如键盘或鼠标之类的输入设备，以及诸如显示器之类的输出设备。控制器100中的存储器存储用于形成具有精细凹凸的周期性结构(精细周期性结构(纳米周期性结构))的控制程序，以及与补片的设置和扫描方法的设置有关的信息。该信息可以由用户经由输入设备输入，也可以经由I/O控制器通过网络从外部计算机或存储设备输入，或者通过附接诸如通用串行总线(USB)存储器之类的便携式存储器来输入。

另外，激光加工装置51包括用于调整照射作为工件的加工对象11的激光的偏振方向的未例示的1/4波片，并且该1/4波片保持为可绕聚光透镜19与加工对象11之间的光轴旋转。在本实施例中，通过调整在旋转方向上的1/4波片的角度，可以将照射加工对象11的激光的偏振方向调整为与将稍后描述的扫描线SC的方向(X方向)垂直。该调整的结果是，可以形成各槽的长度方向沿着扫描线SC的方向对准的良好形状的LIPSS结构，因此可以对加工对象11的表面赋予高质量的结构色。

从激光头16输出的激光聚焦在加工对象11上的照射位置上。注意到，可以在激光头16和加工对象11之间进一步设置用于调整射束的形状和会聚的未例示的光学元件。作为用于将激光的照射能量密度控制为接近加工对象11的加工阈值的方法，也可以调整位置关系，使得光照射在偏离焦点位置一定距离的离焦(off-focus)位置上的加工对象11。

如上所述，激光头16包括两轴电流扫描仪和fθ透镜，并且通过驱动电流镜18可以迅速移动照射位置。电流镜18的扫描能够相比于通过X轴移动机构和Y轴移动机构的载物台驱动以更高的速度执行，因此，通过使用电流镜18执行各补片中的扫描，并且通过经由移动机构移动载物台来切换补片。

作为用于激光加工的激光光源，可以优选使用反复执行短脉冲的辐射的脉冲激光器。可以使用诸如皮秒、纳秒的脉冲激光器(如CO₂激光器、YAG激光器)之类的各种激光器，例如，可以优选使用钛蓝宝石激光器。钛蓝宝石激光器是作为超短脉冲的所谓飞秒激光器，例如，其输出规格为脉冲宽度120fs、中心波长800nm、重复频率1kHz、每脉冲能量0.25μJ至400μJ。

一个补片中的激光扫描方法

图3例示了在平面图中根据本实施例的周期性结构(精细周期性结构)的放大照片，可以看出，存在这样的结构，其中在平面图中，在作为工件的加工对象11的表面上以预定节距平行于作为第一方向的X方向布置大量精细凹槽。图4是示意性地例示沿作为第二方向的Y方向截取的精细周期性结构的横截面的图。精细凹槽或精细突起部以由12表示的节距沿Y方向布置，并且精细凹槽或精细突起部具有由13表示的深度或高度。通常，LIPSS具有约1μm的节距12，以及约0.5μm至0.7μm的深度(或高度)13。

为了在补片中形成沿X方向延伸的精细凹槽，通过在用脉冲激光以预定的重复频率照射加工对象11使得脉冲的照射区域部分重叠的同时沿作为第一方向的X方向移动脉冲激光来执行扫描。照射加工对象11的激光的偏振方向被调整为与将稍后描述的扫描线SC的方向(即X方向)垂直。脉冲激光的重复频率、扫描速度、照射束直径等被调整为对于形成LIPSS而言优选的条件，即，将基板上的照射能量密度调整为接近加工阈值的值。通过以适当的能量密度执行照射，精细周期性结构通过在沿着基板表面的入射光和散射光相互干涉的部分中的烧蚀以类似于自组织的方式形成。通过沿着一条扫描线辐射激光，可以形成由沿着扫描线的多个精细凹槽或精细突起部构成的精细周期性结构。

为了在沿Y方向具有一定宽度的区域中布置沿X方向延伸的精细凹槽，需要沿X方向多次执行激光的扫描。为了沿X方向执行激光扫描，存在按时间序列沿+X方向移动照射位置的方法，以及按时间序列沿-X方向移动照射位置的方法。

图5A和图6A是用于描述激光扫描的两种方法的示意图，为了简化描述，这里假定在补片10中设置九条扫描线以形成大量精细凹槽的情况。补片10以平面图例示，作为被激光扫描的扫描路径的九条扫描线SC按照扫描次序用1至9表示，并且对于各条扫描线SC，照射位置的移动方向用箭头表示。

另外，图5B和图6B分别是示意性地例示通过图5A和图6A的扫描方法执行激光脉冲的照射的情况的照射历史的平面图。脉冲激光的照射光斑LS的形状通常被例示为圆形，但是在时间序列上较新的照射光斑重复绘制在较旧的照射光斑上。因此，在较旧脉冲和较新脉冲以重叠方式辐射到的部分中，从视图看，较旧脉冲的照射形状被较新脉冲的照射形状覆盖。

如图5A所示，如果采用所谓的光栅扫描，其中在交替地在+X方向和-X方向之间切换射束移动方向的同时沿着扫描线1到9依次执行扫描，则对于各条扫描线，电流扫描仪不必返回到X方向上的同一起点。因此，可以缩短加工所需的时间。相反，在如图6A所示通过在所有扫描线1至9中沿+X方向移动射束来执行扫描的情况下，每次切换作为扫描路径的扫描线时都需要将照射位置返回到X方向的起点，因此加工所需的时间比图5A中的长。

这里，查看脉冲照射历史，可以看出，根据图5B和图6B之间的比较而清楚的是，在前一种情况下，照射光斑LS的重叠图案在补片10中不均匀，而在后一种情况下，照射光斑LS的重叠图案在补片10中更均匀。如上所述，LIPSS是通过以接近加工阈值的强度辐射激光以在重叠照射部分的同时执行扫描，烧蚀沿基板表面的入射光和散射光相互干涉的部分，以类似于自组织的方式形成的精细周期性结构。因此，如果照射光斑LS的重叠方式不均匀，则在其外观方面具有高质量的结构色不能被基本均匀地赋予给补片10。

因此，在本实施例中，执行激光扫描，使得照射光斑移动的方向对于各个补片中的所有扫描线都是相同的，如图6A所示。

此外，在设置多个补片并在各个补片中形成精细周期性结构的情况下，扫描线的方向在多个补片之间被设置为平行，使得结构色在补片之间没有差异。此外，执行扫描，使得照射光斑移动的方向在所有补片中的所有扫描线中都相同，并且对所有补片赋予基本相同的结构色。

下面将描述用于设置多个补片并形成精细周期性结构以将结构色赋予给加工对象的外表面上的较大面积的区域的过程。

第一实施例

图7A是用于描述用于形成精细周期性结构以将结构色赋予给加工对象的外表面上的较大面积的区域的过程的示意性平面图。在本实施例中，对作为工件的加工对象11的外表面上的区域21赋予结构色。区域21具有不能被单个补片覆盖的尺寸，因此在本实施例中，设置九个正方形补片10并以3×3矩阵形状彼此相邻地布置它们。请注意，补片10的形状可以是边长不相等的矩形形状而不是正方形形状。

在任何补片10中，激光的扫描线SC(未例示)设置为平行于X方向，如参照图6A所述，并且执行激光的扫描，使得照射光斑在各条扫描线SC中沿作为第一方向的+X方向移动。

然后，在本实施例中，依次选择九个补片并用激光照射它们，以按照图7A中补片中所示的编号的次序形成LIPSS。当将矩阵布置中沿水平方向(X方向)布置的补片称为行，沿垂直方向(Y方向)布置的补片称为列时，依次加工布置在一行中的补片，然后依次加工与前一行相邻的另一行中的补片。

如图6A所示，在各个补片中选择扫描线的次序遵循Y方向。在补片的矩阵布置中选择的补片行变化的方向是Y方向，这与各个补片中选择的扫描线变化的方向相同。

例如，在最下一行中，按照图中所示的编号1、2和3的次序加工补片，然后加工转变到在+Y方向上与其相邻的行，并且按照编号4、5和6的次序加工补片。在本实施例中，如图所示，利用其中在矩阵的各行中按照作为第一方向的+X方向的次序加工相邻补片的配置。即，补片的加工次序的方向(即+X方向)与照射光斑在作为扫描路径的各个扫描线中移动的方向(即+X方向)一致。

请注意，在与权利要求的关系中，例如，图7A中扫描次序为1的补片可以称为第一区域，扫描次序为2的补片可以称为第二区域，扫描次序为4的补片可以称为第三区域。此时，在与X方向平行的第一区域的两条边中，与第三区域接触的一边可以称为第一边，在与X方向平行的第三区域的两条边中，与第一区域接触的一边可以称为第二边。

这里，为了比较，将参照图8A描述其中通过与实施例不同的方法设置补片的加工次序的参考实施例。在图8A所示的参考实施例中，九个正方形补片10与实施例类似地以3×3矩阵形状彼此相邻布置，九个补片被依次选择并按照补片中所示的编号的次序用激光照射以形成LIPSS。在本参考实施例中，如图所示，利用了其中在各行中按照-X方向的次序加工相邻补片的配置。即，补片的加工次序的方向(即-X方向)与照射光斑在各条扫描线中移动的方向(即+X方向)相反。

图7B是示意性例示根据图7A所示的实施例的扫描方法的激光脉冲的照射历史的平面图。图8B是示意性例示根据图8A所示的参考实施例的扫描方法的激光脉冲的照射历史的平面图。类似于已经描述的图5B和图6B，在时间序列上较新的照射光斑重复绘制在较旧的照射光斑上。因此，在较旧脉冲和较新脉冲以重叠方式辐射到的部分中，从视图看，较旧脉冲的照射形状被较新脉冲的照射形状覆盖。

根据图7B和图8B之间的比较而清楚的是，在补片之间的边界处，即在扫描线的端部处，照射光斑LS的重叠图案在后一种情况下比在前一种情况下更不规则。LIPSS是通过以接近加工阈值的强度辐射激光以在重叠照射部分的同时执行扫描，烧蚀沿基板表面的入射光和散射光相互干涉的部分，以类似于自组织的方式形成的精细周期性结构。因此，如果存在照射光斑LS如何重叠的规律性与其周围不同的部分，则其中的精细结构与其周围基本上不同，因此该结构色与其周围的结构色看起来不同。即，在区域21中不能均匀地形成在其外观方面具有优良质量的结构色。

具体地，在图8B所示的参考实施例的情况下，可以看出，照射光斑如何重叠的规律性在沿X方向布置的补片之间的边界和沿Y方向布置的补片之间的边界中与其周围相比有很大的不同。因此，当视觉识别形成LIPSS的区域21时，在彩虹结构色中，对应于补片之间的边界的水平线和垂直线能够以格子形状被看到。

相反，在图7B所示的实施例中，在沿作为第二方向的Y方向布置的补片之间的边界处，即在与作为第一方向的X方向平行的边界处，照射光斑如何重叠的规律性不被扰乱。另外，在沿X方向布置的补片之间的边界处，即，在与Y方向平行的边界处，虽然照射光斑如何重叠的规律性与其周围略有不同，但是规律性的扰乱比参考实施例中的小。图9是图7A中所示的小区域22的放大图，其示意性地例示了照射光斑如何重叠的图案。由LSA示意性表示的照射光斑形状被规则地布置在各个补片中的大部分区域中，同时由LSB和LSC表示的照射光斑形状被例示在沿X方向布置的补片之间的边界处，即，在补片沿X方向的端部处。请注意，补片沿X方向的端部对应于沿着扫描线的激光照射的起始点和结束点。

LSB和LSC是与LSA稍有不同的图案，但是照射光斑在补片之间的边界处如何重叠的扰乱小于图8B所示的参考实施例。即，在由LSA的重叠示意性表示的部分中形成基本上相同的周期性结构，在由LSB和LSC表示的部分中存在形状略有不同的部分，但它们之间的差异小。

由上述内容可知，在参考实施例中，在呈现结构色的区域中格子状的线是明显的，而根据本实施例，沿Y方向布置的补片之间的边界在视觉上几乎无法识别，并且沿X方向布置的补片之间的边界不突出。因此，在通过设置多个补片并形成LIPSS来对大面积的区域赋予结构色的情况下，补片间的边界当中的垂直线几乎不明显，并且可以给整个区域赋予高度均匀的结构色。

在第一实施例中，基于以下条件(1)至(5)形成LIPSS。

(1)设置并按矩阵形状布置多个正方形或矩形补片。

(2)在各个补片中，将多条扫描线设置为平行于X方向。

(3)执行激光扫描，使得在各条扫描线中照射光斑移动的方向是+X方向。将各个补片中选择用激光照射的扫描线的次序的方向设置为+Y方向。

(4)在将矩阵布置中沿水平方向(X方向)布置的补片称为行并将沿垂直方向(Y方向)布置的补片称为列时，依次加工布置在一行中的补片，然后依次加工另一行中的补片(基于行依次加工)。当激光加工从一行转变到另一行时，在+Y方向上发生从一行到与其相邻的另一行的转变。即，将各补片中用激光照射的扫描线的选择次序的方向设置为与矩阵中的补片行的加工次序的方向相同的方向(即+Y方向)。

(5)在每一行中，按照+X方向的次序加工相邻的补片。即，将在各行中加工补片的方向设置为与各扫描线中照射光斑移动的方向相同的方向(即+X方向)。

根据本实施例，能够以相对高的生产率在大面积中形成呈现高质量的结构色的精细结构(LIPSS)。即，可以提供用于制造具有优良结构色的产品的方法和制造装置。

根据本实施例的用于形成LIPSS的方法可以在对产品表面直接进行激光加工(表面处理)以给该产品赋予结构色的实施例中实现。此外，该方法也可以在不直接对产品进行激光加工，而是对用于制造产品的模具的模制表面进行激光加工的表面处理的实施例中实现。即，该方法也可以在通过激光加工在模具的模制表面上形成用于给产品赋予结构色的精细周期性结构的实施例中实现。在模制表面的精细周期性结构中，凹凸与产品上形成的精细周期性结构相反。如果通过使用经过表面处理的模具将模具的模制表面的形状转印到诸如树脂材料之类的模制材料上，则可以对诸如模制树脂产品之类的模制产品赋予高质量的结构色，其中模制表面上用于形成LIPSS的补片的边界不突出。

根据本实施例的LIPSS可以形成在诸如防伪贴纸和各种打印机的部件(例如打印机的墨盒、打印机的鼓盖和打印机的外部部件)之类的各种产品上。即，可以对这些产品的基板表面赋予高质量的结构色。

第二实施例

作为第二实施例，将描述在形成LIPSS时通过设置与第一实施例不同形状的补片来执行激光加工的方法。请注意，在第二实施例的描述中，与第一实施例的描述相同的元件将被简化或省略。

在第一实施例中，根据上述条件(1)至(5)形成LIPSS。在第二实施例中，条件(1)与第一实施例不同，并且条件(2)至(5)与第一实施例基本上相同。

图10A是用于描述第二实施例中的当将结构色赋予给加工对象的外表面上的较大面积的区域时设置多个补片并在各个补片中形成精细周期性结构的过程的示意性平面图。在本实施例中，对加工对象11的外表面上的区域21赋予结构色。在本实施例中，设置有三种形状的补片10A、10B、10C，并将它们以4×3矩阵形状彼此相邻布置以覆盖区域21。图11A至图11C分别是用于描述补片10A、10B和10C的示意性平面图。

如图11A至图11C所示，在各个补片中，激光的扫描线SC设置为平行于X方向，如条件(2)中所述。此外，在各条扫描线SC中，执行激光的扫描，使得照射光斑移动的方向为+X方向。另外，与第一实施例的图6A类似，各个补片中用激光照射的扫描线的次序遵循+Y方向。

另外，在图11A至图11C中，在作为图10A中的行方向的X方向上相邻的补片彼此接触的一边由粗线指示为边CS。在第一实施例中，在作为行方向的X方向上相邻的补片彼此接触的一边垂直于作为行方向的X方向。相对地，在本实施例中，边CS不与作为行方向的X方向垂直，而是与X方向倾斜地(以不同于90°的角度)相交。相交处的锐角，即较小角度，在图中用α表示。

图10B是图10A中所示的小区域32的放大图，其示意性地例示了照射光斑如何重叠的图案。由LSA示意性表示的照射光斑形状规则地布置在各个补片中的大部分区域中，同时由LSB和LSC表示的照射光斑形状被例示在沿X方向布置的补片之间的边界处，即，在补片沿X方向的端部处。请注意，补片沿X方向的端部对应于沿着扫描线的激光照射的起始点和结束点。

LSB和LSC是与LSA略有不同的图案，并且可以看出，在本实施例中LSB和LSC沿着边CS倾斜地布置，其布置密度低于图9所示的第一实施例的布置密度。即，由于在其中照射光斑的重叠图案被扰乱的在补片之间的边界处的部分中的布置密度低，因此当观察赋予区域21的结构色时，沿X方向布置的补片之间的边界变得比第一实施例更不明显。

当相交角α较小时，LSB和LSC更分散地沿X方向布置，因此存在沿X方向布置的补片之间的边界变得更不明显的趋势。因此，α优选地等于或小于45°。然而，在α较小的情况下，每个补片的在激光加工装置的有限光偏转范围内可以进行光学扫描的面积较小。α的大小优选地考虑到在赋予结构色的区域中使补片之间的边界不明显的效果与制造所需时间的增加之间的平衡来设置，并且优选地适当地设置在20°至70°的范围内。

根据本实施例，能够以相对高的生产率在大面积中形成呈现高质量的结构色的精细结构(LIPSS)。另外，与第一实施例类似，本实施例不仅可以在对产品的表面直接进行激光加工以给产品赋予结构色的实施例中实现，而且还可以在通过激光加工对用于制造产品的模具的模制表面进行表面处理的实施例中实现。如果通过使用经过了表面处理的模具将模具的模制表面的形状转印到诸如树脂材料之类的模制材料上，则可以对模制树脂产品赋予结构色，使得对模具的模制表面执行激光加工时使用的补片之间的边界不明显。

示例

将描述通过在模具的表面上进行激光加工形成LIPSS形状以将装饰效果赋予模制树脂产品的示例。图12是以平面图例示作为加工对象11的模具的模制表面的示意图，在本示例中，LIPSS形成在具有外缘为圆形且内缘为细长的圆形的环形状的区域21中。该图还例示了指示通过应用第二实施例的想法设置的补片的形状的线。

作为模具的材料，使用STAVAX。作为激光加工装置，使用GF Machining Solutions制造的LP400U。作为激光光源，使用AMPLITUDE SYSTEMS制造的超短脉冲激光振荡器。其波长为1030nm。使用每脉冲的脉冲能量为7.5μJ、透镜焦距约为170mm的脉冲激光，并且通过调整透镜与模型的模制表面之间的距离，将激光的照射光斑直径设置为40μm。作为激光扫描方法，使用电流镜，扫描速度设置为500mm/s，扫描节距设置为5μm，短脉冲激光的照射频率设置为101kHz。将利能够用电流镜通过光学扫描用激光照射的范围设置为40mm×40mm的正方形，并且各个补片的形状被设置成包含在正方形区域内。

通过在第二实施例中描述的扫描方法执行激光扫描，因此在环状区域21中形成LIPSS。形成的LIPSS是具有如图4示意性地所示的横截面的周期性结构，精细凹槽或精细突起部的节距12约为1μm，以及精细凹槽或精细突起部的深度或高度13在0.3μm至0.5μm的范围内。

图13是上面形成LIPSS的模具的模制表面的照片。尽管在照片中难以看到，但是环状区域21呈现出人眼所观察到的高质量的结构色，并且在区域21中，补片之间的边界几乎无法视觉识别。

使用模具通过注射模制来制造模制树脂产品。上面转印有模具的模制表面上的LIPSS的模制树脂产品呈现出高质量的结构色，对于模具的激光加工所设置的补片之间的边界对于人眼而言几乎无法视觉识别。

图15例示了如用显微镜观察到的上面转印有模具的模制表面的LIPSS的模制树脂产品的照片。虽然对于模具的激光加工而设置的补片之间的边界对于人眼而言几乎无法视觉识别，但是转印LIPSS的补片之间的边界可以在用显微镜观察时观察到黑色。

图16是转印有LIPSS的图15所示的补片的放大图，并且是A区域以及边界部的放大图，A区域包括在第一方向上相邻的第一区域和第二区域，边界部是第一区域的端部或第二区域的端部。图17示出了B区域和C区域的原子力显微镜(AFM)观察结果，B区域是作为第一区域的端部或第二区域的端部的边界部的一部分，C区域是第一区域的内部的一部分。在第一区域和第二区域两者中形成有包括多个相互平行且沿第一方向延伸的突起部的精细周期性结构。在B区域和C区域中，在以0.078125μm的节距沿第一方向布置的8行中以0.078125μm的节距在与第一方向相交的方向上的16个位置处，即总共128个位置处进行AFM测量。

图17例示了该测量数据的快速傅里叶变换(FFT)结果。将用原子力显微镜(AFM)测量的数据的FFT结果中具有最大高度的部分的值设置为突起部的高度。可以看出，在第一区域的内部和第二区域的内部中，突起部的高度为0.3μm以上，而边界部处的突起部的高度为0.25μm以下。即，发现了在边界部处，突起部的周期性结构被扰乱，因而高度降低，从而在用显微镜观察时，边界部被视觉识别为黑色。发现了当视觉识别为黑色的边界部的中心线，即连接突起部的高度为0.25μm以下的部分的第一方向上的中心的线，在垂直于第一方向的方向上延伸时，边界部被人眼视觉识别到。即，优选的是，边界部的中心线倾斜成使得边界部的中心线与第一方向之间的角度为20°至70°。作为结果，边界部对于人眼而言几乎无法视觉识别。转印有LIPSS的补片(例如，第一区域)的形状可以是三角形或四边形。可替代地，该形状可以是六边形或多边形。此外，形状不必是仅由直线构成的多边形，也可以包括曲线。

请注意，本发明不限于上述实施例和示例，并且可以在本发明的技术构思内以多种方式进行修改。

例如，为了覆盖整个待加工区域，第一实施例中设置了多个矩形补片，第二实施例中布置了三角形补片和平行四边形补片，但是补片的形状和布局不限于这些示例。例如，可以利用如图14A所示的仅布置三角形补片的配置，或者可以利用如图14B所示的使用六边形补片的配置。此外，具有与示例不同形状的多边形补片可以布置在要加工的区域中。此外，补片的形状不必是仅由直线构成的多边形形状，也可以利用包括与激光的扫描方向相交的曲线的形状。

其它实施例

虽然参考示例性实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有这种修改以及等同的结构和功能。

Claims (21)

1.一种表面处理方法，用于用脉冲激光照射基板表面，所述表面处理方法包括：

在基板表面上设置沿第一方向依次布置且彼此相邻的第一区域和第二区域；

在第一区域和第二区域中的每一个中设置沿第一方向延伸且彼此平行的多条扫描路径；以及

在通过沿第一方向移动脉冲激光的照射位置来依次扫描在第一区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径后，通过沿第一方向移动脉冲激光的照射位置来依次扫描在第二区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径。

2.根据权利要求1所述的表面处理方法，还包括：

在基板表面上设置在与第一方向相交的第二方向上与第一区域相邻的第三区域；以及

在第三区域中设置沿第一方向延伸且彼此平行的多条扫描路径，其中

在通过沿第一方向移动脉冲激光的照射位置来扫描在第一区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径的情况下，所述多条扫描路径按照其沿第二方向的布置次序被选择，并且

在第一区域中的多条扫描路径已经全部被扫描后，在第三区域中设置的多条扫描路径按照其沿第二方向的布置次序被选择，在沿第一方向移动脉冲激光的照射位置的同时对选择的各条扫描路径进行扫描，以扫描第三区域内的所有扫描路径。

3.根据权利要求1或2所述的表面处理方法，其中，第一区域和第二区域中的至少一个具有平行四边形形状、多边形形状或具有弯曲边的形状。

4.根据权利要求2所述的表面处理方法，其中

第一区域具有平行于第一方向的第一边，

第三区域具有平行于第一方向的第二边，以及

第一边与第二边相互接触。

5.根据权利要求1或2所述的表面处理方法，其中，照射基板表面的脉冲激光的偏振方向与第一方向垂直。

6.根据权利要求1或2所述的表面处理方法，所述表面处理方法被配置为对基板表面赋予结构色。

7.根据权利要求1或2所述的表面处理方法，其中，基板表面是模具的模制表面。

8.一种产品的制造方法，所述制造方法包括：通过根据权利要求7所述的表面处理方法，在模制表面上形成周期性结构，以及将模制表面的形状转印到模制材料上以给模制材料的表面赋予结构色。

9.一种表面处理装置，包括：

偏转部，被配置为偏转从激光源输出的激光以执行激光的光学扫描；

移动机构，被配置为机械地改变偏转部和工件之间的位置关系；以及

控制器，被配置为控制偏转部和移动机构，其中

基于在工件的表面上设置的彼此相邻且沿第一方向依次布置的第一区域和第二区域，以及在第一区域和第二区域中的每一个中设置的彼此平行地沿第一方向延伸的多条扫描路径，所述控制器执行控制，使得：

偏转部沿第一方向移动激光的照射位置，以依次扫描在第一区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径，

然后，移动机构在第一方向上改变偏转部和工件之间的位置关系，以及

然后，偏转部沿第一方向移动激光的照射位置，以依次扫描在第二区域中设置的多条扫描路径中的各条扫描路径。

10.根据权利要求9所述的表面处理装置，其中

基于在工件的表面上设置的且在与第一方向相交的第二方向上与第一区域相邻的第三区域，以及在第三区域中的彼此平行地沿第一方向延伸的多条扫描路径，所述控制器执行控制，使得：

在第一区域中设置的多条扫描路径按照其沿第二方向的布置次序被选择，并且偏转部在选择的各条扫描路径上沿第一方向移动激光的照射位置，以扫描第一区域中的所有扫描路径，

然后，移动机构在第二方向上改变偏转部和工件之间的位置关系，以及

然后，在第三区域中设置的多条扫描路径按照其沿第二方向的布置次序被选择，并且偏转部在选择的各条扫描路径上沿第一方向移动激光的照射位置，以扫描第三区域中的所有扫描路径。

11.根据权利要求9或10所述的表面处理装置，其中，第一区域和第二区域中的至少一个具有平行四边形形状、多边形形状或具有弯曲边的形状。

12.根据权利要求10所述的表面处理装置，其中

第一区域具有平行于第一方向的第一边，

第三区域具有平行于第一方向的第二边，以及

第一边与第二边相互接触。

13.根据权利要求9或10所述的表面处理装置，还包括被配置为调整激光的偏振方向且能够将照射工件的表面的激光的偏振方向调整为垂直于第一方向的机构。

14.根据权利要求9或10所述的表面处理装置，其中，激光被配置为在工件的表面上形成呈现结构色的结构。

15.一种产品，包括：

周期性结构，该周期性结构在基板表面上的在第一方向上相邻的第一区域和第二区域中的每一个中具有沿第一方向彼此平行地延伸的多个突起部，其中

形成于第一区域的内部中的周期性结构和形成于第二区域的内部中的周期性结构是基本上相同的周期性结构，

形成于第一区域中的多个突起部的端部和形成于第二区域中的多个突起部的端部形成于第一区域与第二区域之间的边界部中，以及

形成于第一区域中的多个突起部的各个端部处的突起部的形状与第一区域的内部中的突起部的形状不同，并且形成于第二区域中的多个突起部的各个端部处的突起部的形状与第二区域的内部中的突起部的形状不同。

16.根据权利要求15所述的产品，其中，边界部中的突起部的高度为0.25μm以下，并且形成于第一区域中的多个突起部的高度大于边界部中的突起部的高度。

17.根据权利要求15或16所述的产品，其中，边界部的中心线与第一方向之间的角度为20°至70°。

18.根据权利要求15或16所述的产品，其中，第一区域和第二区域中的至少一个具有平行四边形形状、多边形形状或具有弯曲边的形状。

19.根据权利要求15或16所述的产品，其中，基板是防伪贴纸的基板。

20.根据权利要求15或16所述的产品，其中，基板是打印机的部件的基板。

21.根据权利要求15或16所述的产品，其中，基板表面是模具的模制表面。

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