【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子、金属、セラミックなどの被加工物の表面に微細凹凸を形成し、この凹穴により微細傾斜面を得る微細傾斜面の加工方法に関するものであり、特に、微細凹凸による傾斜面のピッチ及び傾斜角を任意に変更して形成することにより、被加工物に様々な表面機能を付与する加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被加工物の表面に微細凹凸を形成することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、光学機能として、反射防止、集光、分散、光散乱方向制御など、界面機能として、摩擦低減、耐磨耗性向上、流体抵抗低減などの機能を被加工物表面に付与することができる。また、表面微細加工により、成形品の外観、質感の改良を行うこともできる。
【０００３】
表面微細加工方法として、特許文献１に示されているように、レーザー加工が１つの方法として一般的に用いられている。レーザーによる加工は、加工速度が高速であり、しかもレーザー照射とクリーニングだけのシンプルな工程で加工が可能であるという利点をもつ。レーザーの種類としては、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザーが一般的に用いられている。そして、波長、ビーム径、フルエンス、パルス幅、照射回数、デフォーカス、材料の加工性などのレーザー条件を制御することによって加工形状の制御を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１５１５８４（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザーによる加工では、熱によって被加工物表面を溶融して加工を行うため、微細傾斜面のピッチ及び傾斜角を高精度に制御することができず、ビーム径と正確に同じ径の微細傾斜面を形成することができないという問題がある。またレーザーで微細な加工を行うためにはビーム径を小さくしなければならないが、ビーム径を小さくするためには高価な高分解能のレンズが必要とされていた。さらに、高分解能のレンズを使用してもビーム径は数μｍ程度までしか絞り込むことができなかった。
【０００６】
本発明は、上記各問題点を解決するため、微細傾斜面の加工方法に関して、そのピッチ及び傾斜角を、高価な高分解能のレンズを使用せずに形成することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の微細傾斜面の加工方法は、レーザー照射手段によりパルス発振レーザーを被加工物に照射して被加工物の表面に凹穴を形成し、この凹穴により微細傾斜面を得る微細傾斜面の加工方法において、１ビームで被加工物の表面に形成される凹状の窪みを、１箇所以上重ね合わせることを特徴とする。また、前記レーザーは、１９３〜５３２ｎｍの波長又は被加工物に対する反射率が４０％以下の波長又は被加工物に対する吸収係数が２０００ｃｍ−１以上の波長をもち、５０ｎ秒以下のパルス幅をもつことが好ましい。
【０００８】
また、前記ビーム径を変更して前記微細傾斜面のピッチを変更することが好ましい。また、前記レーザーのフルエンス、又はデフォーカス、又は照射回数を変更して、前記微細傾斜面の傾斜角を変更することが好ましい。また、ミラー系走査手段、又は前記被加工物を保持して前記レーザーと交差する方向に移動する被加工物移動手段、又は音響光学偏向器を用いて、前記被加工物に対する前記レーザーの照射位置を変更することが好ましい。
【０００９】
また、前記被加工物は防眩性反射防止フィルムであることが好ましい。また、前記被加工物は防眩性反射防止フィルム用エンボス版であることも好ましい。また、前記被加工物がローラであり、前記ローラの回転と、前記レーザー照射手段の前記ローラ軸方向への移動とにより、ローラ周面に微細傾斜面を形成することも好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を実施したレーザー加工装置の概略図である。レーザー発信器１０から出力されたレーザー光は、ミラー１２によって方向が変えられ、集光レンズ１４によって集光され、被加工物１６に入射する。被加工物１６を載置したＸＹステージ１８が直交する２方向に移動することにより、レーザー光を被加工物１６上の任意の位置に照射することができる。
【００１１】
１９３〜５３２ｎｍの波長、又は被加工物に対する反射率が４０％以下の波長又は被加工物に対する吸収係数が２０００ｃｍ−１以上の波長をもち、５０ｎ秒以下のパルス幅をもつ短波長短パルスレーザーを用いると、レーザー光の光子エネルギーが高く、被加工物への光吸収もよくなるため、アブレーション（材料表面での化学結合を切断する）加工となり、１００ｎｍ単位の高精度な微細傾斜面のピッチ、傾斜角の制御が可能となる。なお、さらに好ましくは１９３〜３５５ｎｍの波長又は被加工物に対する反射率が３０％以下の波長又は被加工物に対する吸収係数が３０００ｃｍ−１以上の波長をもち、１０ｎ秒以下のパルス幅をもつレーザーを使用する。なお、被加工物に対する反射率及びパルス幅の下限値は特に限定されないが、これらの値は小さければ小さいほどよい。また、被加工物に対する吸収係数の上限値もまた特に限定されないが、この値は大きければ大きいほどよい。
【００１２】
このような特徴をもつ短波長短パルスレーザーを用いて、被加工物１６上に形成される凹状窪みの一部を重ね合わせて加工を行う。このようにすれば、ビーム径以下のサイズの微細傾斜面のピッチを形成することが可能になる。
【００１３】
図２に示す実施形態では、図１に示すＸＹステージ１８によって被加工物１６を移動させる代わりに、ガルバノミラー２０を用いて被加工物１６上の任意の位置にレーザー光を照射している。ガルバノミラー２０は、Ｘ軸反射ミラー２０ａとＹ軸反射ミラー２０ｂとからなり、この２つのミラーが互いに直交する方向で反射角を変化させることにより、レーザー光の照射位置を２方向に変化させている。したがって、固定ステージ２２を用いて被加工物１６の任意の位置に凹穴を形成することができる。
【００１４】
また、図３に示す実施形態では、回転することによってレーザー光の反射角を変化させるポリゴンミラー２４と、ポリゴンミラー２４の回転方向と直交する１方向に移動する１軸移動ステージ２６を用いることによって被加工物１６上の任意の位置にレーザー光を照射することを可能にしている。
【００１５】
さらに、図４に示す実施形態では、ポリゴンミラー２４の代わりに音響光学偏向器であるＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔｏ Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）２８を用いている。ＡＯＤ２８は波長が４００ｎｍ以上のレーザー光の出射方向を制御するものであるが、レーザー光がＡＯＤ２８を通過した後で波長変換素子３０によってレーザー光をさらに短波長にして被加工物１６上に照射させることができる。
【００１６】
図５に示す実施形態では、ロール３２周面の任意位置にレーザー加工を行うため、ロール３２を回転させるロール回転手段３４と、ロール軸方向にレーザー照射部３５を移動させるシフト機構３６とを備えている。さらにＡＯＤ２８を組み合わせることによって細かい照射位置制御を行っているが、ＡＯＤ２８に代えてガルバノミラー２０又はポリゴンミラー２４を用いてもよい。
【００１７】
また、被加工物として、高分子、金属、セラミック等を用いることができるが、本発明は防眩性反射防止フィルムや防眩性反射防止フィルム用エンボス版を製造する方法として特に有用であり、例えばポリイミドフィルムや酸化クロム板を好ましく用いることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されない。
【００１９】
［実施例１］
図１に示したレーザー加工装置において、レーザー発信器１０としてＹＡＧ−ＦＨＧ（波長２６６ｎｍ）、パルス幅１５ｎ秒、ビーム径φ２０μｍ、ビームプロファイルはガウシアン型のものを用い、フルエンス１．８μＪ／パルス、１箇所当たりに１パルスの照射を行った。１パルスで加工される凹状窪みの一部を重ね合わせて、被加工物１６であるポリイミドフィルム表面に傾斜面を作成した。
【００２０】
図６（Ａ）の平面図に示すように、φ２０μｍのビームを交互に重ね合わせて照射すると、ビームのもつエネルギーは（Ｂ）の断面図に示すようにポリイミドフィルム表面に加えられる。フィルム表面は部分ごとに与えられたエネルギーの総和の大きさにしたがって深く加工されるので、結果として（Ｃ）の断面図に示す形状に加工される。この方法により、ビーム径の半分である１０μｍピッチの傾斜面を形成することができた。
【００２１】
また、この原理を利用してポリイミドフィルム表面にφ２０μｍのビームをランダムに照射したところ、ビーム径以下のピッチをもつランダムな傾斜面を形成することができた。なお、１ｃｍ２ 当たりの窪み形成個数は約８０万個である。この傾斜面について表面粗さを表すＲｓｍ（輪郭曲線要素の平均長さ）を計測したところ、Ｒｓｍは１３〜２０μｍであった。光散乱方向制御の一例である防眩性の評価を行った結果、モアレや干渉縞のない防眩性を実現できていることが確認された。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の微細傾斜面の加工方法によれば、パルス発信レーザーを集光レンズで絞込んで被加工物に照射し、１ビームで被加工物の表面に凹状の窪みを１箇所以上重ね合わせて加工を行うことにより、高精度な微細傾斜面のピッチ及び傾斜角を、高価な高分解能のレンズを使用せずに形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したレーザー加工装置の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態におけるレーザー加工装置の概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態におけるレーザー加工装置の概略図である。
【図４】本発明の第４の実施形態におけるレーザー加工装置の概略図である。
【図５】本発明の第５の実施形態におけるレーザー加工装置の概略図である。
【図６】ビーム重ね合わせ照射の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ レーザー発信器
１４ 集光レンズ
１６ 被加工物
１８ ＸＹステージ
２０ ガルバノミラー
２４ ポリゴンミラー
２６ １軸移動ステージ
２８ ＡＯＤ
３２ ロール
３４ ロール回転部
３６ シフト機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of processing a finely inclined surface by forming fine unevenness on the surface of a workpiece such as a polymer, metal, ceramic, etc., and obtaining a finely inclined surface by this recessed hole. The present invention relates to a processing method for imparting various surface functions to a workpiece by arbitrarily changing the pitch and inclination angle of the surface.
[0002]
[Prior art]
Various functions can be provided by forming fine irregularities on the surface of the workpiece. For example, functions such as antireflection, light collection, dispersion, and light scattering direction control as optical functions, and functions such as friction reduction, wear resistance improvement, and fluid resistance reduction as interface functions can be imparted to the workpiece surface. . Further, the appearance and texture of the molded product can be improved by fine surface processing.
[0003]
As a surface fine processing method, as shown in Patent Document 1, laser processing is generally used as one method. Laser processing has the advantage that the processing speed is high, and that processing can be performed with a simple process of laser irradiation and cleaning. As the type of laser, a CO2 laser and a YAG laser are generally used. Then, the processing shape is controlled by controlling laser conditions such as wavelength, beam diameter, fluence, pulse width, number of irradiations, defocusing, and material processability.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-151584 (second page)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the processing by CO2 laser and YAG laser, the work surface is melted and processed by heat, so the pitch and inclination angle of the fine inclined surface cannot be controlled with high accuracy, and the beam diameter and the accurate There is a problem that a fine inclined surface having the same diameter cannot be formed. Further, in order to perform fine processing with a laser, the beam diameter has to be reduced, but in order to reduce the beam diameter, an expensive high-resolution lens has been required. Furthermore, even when a high resolution lens is used, the beam diameter can only be reduced to about several μm.
[0006]
In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to form a pitch and an inclination angle without using an expensive high-resolution lens, with respect to a method for processing a fine inclined surface.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method of processing a fine inclined surface according to the present invention forms a concave hole on the surface of a workpiece by irradiating the workpiece with a pulsed laser by means of laser irradiation means, A processing method of a fine inclined surface for obtaining a fine inclined surface is characterized in that one or more concave depressions formed on the surface of a workpiece are overlapped by one beam. The laser has a wavelength of 193 to 532 nm, a wavelength with a reflectance of 40% or less with respect to the workpiece, or a wavelength with an absorption coefficient of 2000 cm −1 or more with respect to the workpiece, and a pulse width of 50 nsec or less. Is preferred.
[0008]
Moreover, it is preferable to change the pitch of the fine inclined surface by changing the beam diameter. Moreover, it is preferable to change the inclination angle of the fine inclined surface by changing the fluence, defocusing, or irradiation frequency of the laser. Further, the irradiation position of the laser on the workpiece using a mirror system scanning means, a workpiece moving means that holds the workpiece and moves in a direction crossing the laser, or an acousto-optic deflector Is preferably changed.
[0009]
The workpiece is preferably an antiglare antireflection film. The workpiece is preferably an embossed plate for an antiglare antireflection film. It is also preferable that the workpiece is a roller, and a finely inclined surface is formed on the peripheral surface of the roller by the rotation of the roller and the movement of the laser irradiation means in the roller axial direction.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus embodying the present invention. The direction of the laser beam output from the laser transmitter 10 is changed by the mirror 12, is collected by the condenser lens 14, and enters the workpiece 16. The XY stage 18 on which the workpiece 16 is placed moves in two orthogonal directions, so that an arbitrary position on the workpiece 16 can be irradiated with laser light.
[0011]
A short wavelength short pulse laser having a wavelength of 193 to 532 nm, a wavelength having a reflectance of 40% or less with respect to the workpiece, or a wavelength having an absorption coefficient of 2000 cm −1 or more with respect to the workpiece and a pulse width of 50 nsec or less is used. Since the photon energy of the laser beam is high and the light absorption to the workpiece is also improved, ablation (cutting the chemical bond on the material surface) is performed, and the pitch and inclination angle of the fine inclined surface with high accuracy of 100 nm unit Can be controlled. More preferably, a laser having a wavelength of 193 to 355 nm, a wavelength with a reflectance of 30% or less with respect to the workpiece, or a wavelength with an absorption coefficient of 3000 cm −1 or more with respect to the workpiece and a pulse width of 10 nsec or less. use. In addition, although the lower limit of the reflectance with respect to a to-be-processed object and a pulse width is not specifically limited, These values are so good that it is small. Further, the upper limit value of the absorption coefficient for the workpiece is not particularly limited, but the larger the value, the better.
[0012]
Using a short-wavelength short pulse laser having such characteristics, a part of the concave depression formed on the workpiece 16 is overlapped for processing. In this way, it is possible to form a pitch of fine inclined surfaces having a size equal to or smaller than the beam diameter.
[0013]
In the embodiment shown in FIG. 2, instead of moving the workpiece 16 by the XY stage 18 shown in FIG. 1, laser light is irradiated to an arbitrary position on the workpiece 16 using the galvanometer mirror 20. The galvanometer mirror 20 includes an X-axis reflection mirror 20a and a Y-axis reflection mirror 20b. By changing the reflection angle in a direction in which the two mirrors are orthogonal to each other, the irradiation position of the laser light is changed in two directions. Yes. Therefore, a recessed hole can be formed at an arbitrary position of the workpiece 16 using the fixed stage 22.
[0014]
In the embodiment shown in FIG. 3, by using a polygon mirror 24 that changes the reflection angle of the laser light by rotating, and a uniaxial moving stage 26 that moves in one direction orthogonal to the rotation direction of the polygon mirror 24. It is possible to irradiate a laser beam to an arbitrary position on the workpiece 16.
[0015]
Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 4, an AOD (Acousto Optical Deflector) 28 that is an acousto-optic deflector is used instead of the polygon mirror 24. The AOD 28 controls the emission direction of laser light having a wavelength of 400 nm or more. After the laser light passes through the AOD 28, the wavelength conversion element 30 causes the laser light to be further shortened to irradiate the workpiece 16 with the laser light. be able to.
[0016]
In the embodiment shown in FIG. 5, in order to perform laser processing at an arbitrary position on the circumferential surface of the roll 32, a roll rotating unit 34 that rotates the roll 32 and a shift mechanism 36 that moves the laser irradiation unit 35 in the roll axis direction are provided. ing. Further, fine irradiation position control is performed by combining the AOD 28, but the galvanometer mirror 20 or the polygon mirror 24 may be used instead of the AOD 28.
[0017]
In addition, polymers, metals, ceramics, etc. can be used as the workpiece, but the present invention is particularly useful as a method for producing an anti-glare antireflection film or an anti-glare antireflection film embossed plate, For example, a polyimide film or a chromium oxide plate can be preferably used.
[0018]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited to the following Example.
[0019]
[Example 1]
In the laser processing apparatus shown in FIG. 1, a YAG-FHG (wavelength 266 nm), a pulse width of 15 ns, a beam diameter of 20 μm, a beam profile of a Gaussian type is used as the laser transmitter 10, and a fluence of 1.8 μJ / pulse, 1 One pulse was irradiated per spot. A part of the concave depression processed by one pulse was overlapped to create an inclined surface on the surface of the polyimide film as the workpiece 16.
[0020]
As shown in the plan view of FIG. 6A, when beams of φ20 μm are alternately superimposed and irradiated, the energy of the beam is applied to the polyimide film surface as shown in the sectional view of FIG. Since the film surface is deeply processed in accordance with the total energy given to each part, the film surface is processed into the shape shown in the sectional view of (C) as a result. By this method, an inclined surface having a pitch of 10 μm, which is half of the beam diameter, could be formed.
[0021]
Further, when this surface was used to randomly irradiate the polyimide film surface with a φ20 μm beam, a random inclined surface having a pitch equal to or smaller than the beam diameter could be formed. The number of depressions formed per 1 cm 2 is about 800,000. When Rsm (average length of the contour curve element) representing the surface roughness of this inclined surface was measured, Rsm was 13 to 20 μm. As a result of evaluating the antiglare property as an example of the light scattering direction control, it was confirmed that the antiglare property without moire and interference fringes was realized.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the method of processing a fine inclined surface of the present invention, a pulsed laser is focused by a condensing lens to irradiate the workpiece, and a concave depression is formed on the surface of the workpiece with one beam. By processing by superposing one or more places, it is possible to form a highly accurate pitch and inclination angle of the fine inclined surface without using an expensive high-resolution lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus embodying the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a laser processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a laser processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a laser processing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view of a laser processing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of beam superposition irradiation.
[Explanation of symbols]
10 Laser Transmitter 14 Condensing Lens 16 Workpiece 18 XY Stage 20 Galvano Mirror 24 Polygon Mirror 26 Uniaxial Moving Stage 28 AOD
32 Roll 34 Roll rotating part 36 Shift mechanism
