JP2010162545A - 周期構造の作成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被加工物2に対して、予め、レーザ走査経路の境界領域(レーザ走査境界部3)における結晶粒径を局所的に微細化し、この被加工物2に対して、レーザ走査境界部3が境界となるようにフェムト秒レーザ1を加工閾値近傍のフルエンスで走査させながら加工する。これにより、レーザ走査境界部3での周期および高さが前記境界部以外の領域に対して小さくなる一定範囲内に分布した周期構造5(5A、5B)を作成する。
【選択図】図1
Description
A.E. Siegman, P.M. Fauchet: Stimulated Wood's anomalies on laser-illuminated surfaces, IEEE J.Quantum Electron., QE-20、8(1986)P.1384 南志昌,豊田浩一:レーザー誘起表面電磁波による金属・半導体のリップル形成入射角依存性,レーザー研究,28,12(2000) P.824.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る周期構造の作成方法は、レーザを照射するレーザ照射部を、被加工物の表面に、レーザ走査境界部で重ね合わせながら走査させることにより前記被加工物の表面を広範囲に加工して周期構造を作成する周期構造の作成方法であって、予め、レーザ走査境界部の結晶粒径を、レーザ走査境界部以外の箇所の結晶粒径よりも微細化し、前記レーザ走査境界部の微細化を行った被加工物に対して、前記レーザ走査境界部の一部がレーザ走査経路の境界部となるようにフェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させる第1のレーザ加工を行い、この第1のレーザ加工後、前記レーザ走査境界部の未加工部分を含む被加工物に、前記レーザ走査境界部で重なり合うように、フェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させる第2のレーザ加工を行って、前記レーザ走査境界部に形成される周期構造の周期および高さが、前記レーザ走査境界部以外に形成される周期構造の周期および高さよりも、小さくなった状態で分布した周期構造を形成することを特徴とする。つまり、予め、被加工物におけるレーザ走査境界部における結晶粒径を局所的に微細化し、このレーザ走査境界部が境界となるようにフェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させながら加工することを特徴とするものである。
図1に示すように、楕円形状に成形された直線偏光のフェムト秒レーザ照射部1を被加工物2の表面上を走査させると、入射光のp偏光成分と表面散乱光のp偏光成分との干渉が起こり、レーザの波長間隔の周期構造5が形成される。本発明の実施の形態では、レーザ照射を行う前に、予め、後述するレーザ走査境界部3の結晶粒径を、レーザ走査境界部以外の箇所の結晶粒径よりも微細化している。被加工物2の材料が単結晶あるいはアモルファス、または結晶粒の大きさが波長に対して十分大きい場合には、形成される周期構造5Aは一定間隔の周期および高さで形成されるが、被加工物2の表面に結晶粒を微細化した結晶粒微細化領域4が存在する場合、結晶粒界における段差のために入射光と散乱光との干渉が起こる間隔が変化して、結晶粒毎に周期構造5Bが形成される起点が異なることとなる。このため、前記結晶粒微細化領域4においては起点の異なる周期構造5Bが多数形成され、この結晶粒微細化領域4においては、マクロ的には周期構造5Bの周期および高さは、所定値(結晶粒微細化領域4ではない箇所の周期構造5Aの周期および高さ以下となる所定値)を中心とした一定の範囲に分布することになる。レーザ照射部1を被加工物2の表面上で予め決められた走査経路により重ね合わせながら走査させることにより被加工物上2を広範囲に加工する場合に、レーザ走査境界部3の周辺に結晶粒微細化領域4を形成することにより、レーザ走査境界部3において明確な周期構造のずれのない周期構造5を形成することができる。本周期構造5を発色および装飾等への外観が重視される用途への適用を考えると、走査経路のレーザ走査境界部3における周期構造のずれは目視上問題となるが、本実施の形態のようにレーザ走査境界部3周辺の周期構造5Bの周期および高さを一定の範囲で分布させることにより、境界部が目視上認識できなくなるため外観上の問題を解消することができる。
本発明の実施の形態2に係る周期構造の作成方法は、レーザを照射するレーザ照射部を、被加工物の表面に対して走査させることにより前記被加工物の表面を加工して周期構造を作成する周期構造の作成方法であって、被加工物の表面に、レーザ照射領域内部に結晶粒径の平均値が大きい粗大結晶粒領域と、結晶粒径の平均値が小さい微細結晶粒領域とを設け、これらの粗大結晶粒領域と微細結晶粒領域とを設けた被加工物の表面に対して、フェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させながら加工することで、前記微細結晶粒領域に形成される周期構造の周期および高さが、前記粗大結晶粒領域に形成される周期構造の周期および高さよりも、小さくなった状態で分布した周期構造を形成することを特徴とする。
本発明の実施の形態3に係る周期構造の作成方法は、レーザを照射するレーザ照射部を、被加工物の表面に対して走査させることにより前記被加工物の表面を加工して周期構造を作成する周期構造の作成方法であって、所定の範囲内の結晶粒径を有する材料の被加工物に対してフェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させながら加工することにより、形成される周期構造の周期および高さが、単結晶材料に対して形成される周期および高さよりも小さい周期構造を作成することを特徴とする。
このように、本発明の周期構造の作成方法によれば、レーザ照射部を走査させて広範囲に周期構造を作成してもレーザ走査境界部が目立つことのない周期構造および淡い色で発色する周期構造を作成することが可能となる。
2 被加工物
3 レーザ走査境界部
4 結晶粒微細化領域
5、5A〜5D 周期構造
6 フェムト秒レーザ発生装置
7 ミラー
8 集光レンズ
9 XYステージ(加工ステージ)
10 粗大結晶粒領域
11 微細結晶粒領域
p 形成される周期構造のピッチ
h 形成される周期構造の高さ
Claims (7)
- レーザを照射するレーザ照射部を、被加工物の表面に、レーザ走査境界部で重ね合わせながら走査させることにより、前記被加工物の表面を加工して周期構造を作成する周期構造の作成方法であって、
レーザ走査境界部の結晶粒径を、レーザ走査境界部以外の箇所の結晶粒径よりも微細化し、
前記レーザ走査境界部の微細化を行った被加工物に対して、前記レーザ走査境界部がレーザ走査経路の境界となるようにフェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させる第1のレーザ加工を行い、
この第1のレーザ加工後、前記被加工物に、前記レーザ走査境界部で重なり合うように、フェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させる第2のレーザ加工を行って、前記レーザ走査境界部に形成される周期構造の周期および高さが、前記レーザ走査境界部以外に形成される周期構造の周期および高さよりも、小さくなった状態で分布した周期構造を形成する
ことを特徴とする周期構造の作成方法。 - レーザ走査境界部に対して、予めレーザを照射することでレーザ走査境界部の結晶粒径を微細化させることを特徴とする請求項1に記載の周期構造の作成方法。
- レーザを照射するレーザ照射部を、被加工物の表面に対して走査させることにより前記被加工物の表面を加工して周期構造を作成する周期構造の作成方法であって、
被加工物の表面に、レーザ照射領域内部に結晶粒径の平均値が大きい粗大結晶粒領域と、結晶粒径の平均値が小さい微細結晶粒領域とを設け、
これらの粗大結晶粒領域と微細結晶粒領域とを設けた被加工物の表面に対して、フェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させながら加工することで、前記微細結晶粒領域に形成される周期構造の周期および高さが、前記粗大結晶粒領域に形成される周期構造の周期および高さよりも、小さくなった状態で分布した周期構造を形成する
ことを特徴とする周期構造の作成方法。 - 被加工物の表面の所定の位置に対して、局所的にレーザを照射することによりレーザ照射部の結晶粒径を変化させることを特徴とする請求項3に記載の周期構造の作成方法。
- レーザを照射するレーザ照射部を、被加工物の表面に対して走査させることにより前記被加工物の表面を加工して周期構造を作成する周期構造の作成方法であって、
所定の範囲内の結晶粒径を有する材料の被加工物に対してフェムト秒レーザを加工閾値近傍のフルエンスで走査させながら加工することにより、形成される周期構造の周期および高さが、単結晶材料に対して形成される周期および高さよりも小さい周期構造を作成することを特徴とする周期構造の作成方法。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載の周期構造の作成方法にて作成した外装部品であって、所定値を中心値として分布した周期および深さを有した周期構造を有することにより、所定値の波長を中心として一定の範囲内の波長の光を回折するように構成したことを特徴とする外装部品。
- 請求項6に記載の外装部品で表面を構成したことを特徴とする電子機器。
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