KR20140033452A - 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치 - Google Patents

Abstract

임의의 각도에서 구조체를 보았을 때에 어느 하나의 영역의 구조 색 발색을 확인 가능하게 하고, 그 구조 색 발색에 의한 가식의 효과를 향상시킨다.
펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 가공부 (14)를 가진 구조체 (10)이며, 해당 구조체 (10)에서의 한 영역 (11)에 복수의 가공부 (14)가 격자 교차점형상으로 늘어선 미세 주기 구조가 형성되어 있고 구조체 (10)에, 영역 (11)이 다수 배치되어 있고, 영역 (11)이 배치된 면을 복수의 범위로 구분했을 때의 각 범위를 영역 형성 범위 (16)로 하나의 영역 형성 범위 (16)에 영역 (11)이
하나 또는 복수 배치되어 있으며, 많은 영역 (11)의 각각 형성된 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 형성 범위 (16)마다 다르다.

Description

구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치 {structure, structure-forming method, and structure-forming device}

본 발명은 회절, 간섭 등의 광학 현상을 사용한 빛 제어 기능을 가진 구조체, 이 구조체의 형성 방법 및 이 형성 방법을 실행하는 구조체 형성 장치에 관한 것이며, 특히 미세하고 다수의 오목(凹)부가 주기적으로 배열된 구조에 의해서 구조 색을 발현하는 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치에 관한 것이다.

발색에는 안료 물질을 사용하는 화학적 발색과 미세 구조의 형성에 의해서 빛의 회절·간섭 등의 현상을 발생해서 발색하는 구조 색 발색이 있다.

또한 후자의 구조 색 발색의 원인으로서는, 박막 간섭, 다층 막 간섭, 빛의 산란 현상, 회절 격자, 광결정 등을 들 수 있다.

단, 이러한 구조 색을 인공적으로 발현하는 것은 곤란하며, 공업적으로 실용화된 예는 아직 적다.

그러한 가운데, 본원의 발명자는 예의 연구한 결과 광조사에 의해서 미세 주기 구조를 형성하고 구조 색을 발현하는 구조체의 형성 방법을 발견하여, 특허 출원을 하였다(예를 들면, 특허 문헌 1참조.).

그 구조체의 형성 방법은 구체적으로는 적층 구조의 구조체에 레이저 빔을 조사하여, 그 구조체의 표면 또는 표면에 요철 형상의 미세 주기 구조를 형성하는 것이다.

그 미세 주기 구조는 미세하고 다수의 가운데가 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부가 종횡으로 주기적으로 배열된 구조이다. 이 미세 주기 구조가 구조 색을 발현한다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개공보 특개 2010-030279호 공보

그러나, 상술한 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는 다음과 같은 상황이 생겼다.

예를 들면, 이 문헌에 기재된 기술은 구조체의 표면 또는 계면에 요철 형상의 미세 주기 구조를 형성하는 것이지만, 그 미세 주기 구조는 도 20에 도시하는 바와 같이 미세하고 다수의 오목(凹)부 (110)가 종횡 방향으로 주기적으로 배열된 구조로 되어 있다. 또한, 구조체 (100)에는 미세 주기 구조가 형성된 영역(120)이 복수 배치되어 있지만, 도 20, 도 21A와 같이 복수의 영역(120) 모두 오목(凹)부 (110)의 배열 방향이 모두 동일한 종횡 방향이었다. 또한 도 21A에서는 각 영역(120)내에 나타낸 격자 모양의 선이, 복수의 오목(凹)부 (110)배열 방향을 나타낸다.

그래서, 예를 들면, 그것들 오목(凹)부 (110)가 주기적으로 배열된 세로 방향 또는 가로 방향(도 21B에 나타내는 S방향)에서 그 구조체 (100)의 표면을 보았을 때는 구조 색의 발현을 확인할 수 있다. 그러나 그 이외의 방향, 예를 들면 도 21C에 나타내는 T방향에서 그 구조체 (100)의 표면을 보았을 때는 구조 색의 발색을 확인하지 못 하였다.

이는 미세 주기 구조가 구조 색을 발현하기 위한 조건으로서 복수의 오목(凹)부 (110)가 가시 광 파장(약 400nm~700nm)에 가까운 간격으로 주기적으로 배열되어 있을 필요가 있고, 그 배열 방향으로 구조 색이 발현하기 때문이다. 이 때문에, 예를 들면 도 21B에 나타내는 S방향에서 그 구조체(100)의 표면을 보면, 복수의 오목(凹)부 (110)가 가시 광 파장에 가까운 간격으로 배열하고 있어서 구조 색의 발색을 확인할 수 있다. 이에 대해 도 21C에 나타내는 T방향에서 그 구조체 (100)의 표면을 보면, 복수의 오목(凹)부 (110)가 가시 광 파장에 가까운 간격으로 배열하지 않았기 때문에 구조 색의 발색을 확인할 수 없다.

즉, 종래의 구조체 (100)는 구조 색의 발색을 확인할 수 있는 각도가 한정되어 있어서 다른 각도에서는 확인할 수 없었다. 그러면 모처럼 구조체(100)에 미세 주기 구조를 형성하여 가식(加飾) 처리를 해도 그 가식의 효과가 저감되는 상황이 생겼다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 구조체를 어느 각도에서 보아도 하나의 영역의 구조 색 발색을 확인할 수 있도록 하여 그 구조 색 발색에 의한 가식의 효과를 높일 수 있는 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치의 제공을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 구조체는 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 가공부를 가지는 구조체이며, 해당 구조체에서의 한 영역에 복수의 가공부가 격자 교점형상으로 늘어선 미세 주기 구조가 형성되어 있고, 구조체에, 영역이 다수 배치되어 있고, 영역이 배치된 면을 복수의 범위로 구분했을 때의 각 범위를 영역 형성 범위로 하고, 하나의 영역 형성 범위에 영역이 하나 또는 복수 배치되어 있으며, 많은 영역의 각각에 형성된 여러 가공부의 배열 방향이 영역 형성 범위마다 다른 구성으로 되어있다.

또한 본 발명의 구조체 형성 방법은, 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 가공부가 격자 교점형상으로 나란히 있는 미세 주기 구조를 구조체로 형성하는 구조체 형성 방법이며, 레이저 발진기가 레이저 빔을 출력하여 빔 스플리터가 레이저 빔을 복수의 광속(光束)으로 분기하고 렌즈가 복수의 광속을 간섭시켜서 구조체에 조사하여 미세 주기 구조를 형성하고 구조체의 여러 영역에 미세 주기 구조를 형성할 때 영역마다 또는 인접하는 복수의 영역마다에 빔 스플리터의 각도를 바꾸고 복수의 광속이 간섭하는 방향을 변화시켜서 미세 주기 구조를 형성하는 방법으로 하고 있다.

또한 본 발명의 구조체 형성 방법은, 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 가공부가 격자 교점형상으로 나란히 있는 미세 주기 구조를 구조체로 형성하는 구조체 형성 방법이며, 레이저 발진기가 레이저 빔을 출력하여 레이저 스캐너가 레이저 빔을 반사하여, 분기 각도가 다른 복수의 회절 광학 소자를 가진 빔 스플리터를 향해서 레이저 빔을 전달시키고 빔 스플리터가 가진 복수의 회절 광학 소자 중 레이저 빔을 수광한 회절 광학 소자가 레이저 빔을 복수의 광속으로 분기하고 렌즈가 복수의 광속을 간섭시켜서 구조체에 조사하여 미세 주기 구조를 형성하고 구조체에서의 다수의 영역에 미세 주기 구조를 형성할 때에 다수의 영역 중 인접하는 복수의 영역에 미세 주기 구조를 형성할 때와, 다른 복수의 영역에 미세주기 구조를 형성할 때로 레이저 빔을 수광 하는 회절 광학 소자가 전환되도록 레이저 스캐너가 레이저 빔의 반사 각도를 변화시키는 방법으로 되어 있다.

또한 본 발명의 구조체 형성 장치는 광분해 발생으로 형성되는 가공부가 격자 교점형상으로 늘어선 미세 주기 구조를 구조체로 형성하기 위해서 구조체에 펄스 레이저 빔을 조사하는 구조체 형성 장치이며, 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기와 레이저 빔을 복수의 광속에 분기하는 동시에 레이저 빔의 진행 방향을 중심으로 회전 또는 회동하는 빔 스플리터와 복수의 광속을 간섭시켜서 구조체에 조사해서 미세 주기 구조를 형성하는 렌즈와 구조체의 여러 영역에 미세 주기 구조를 형성할 때 하나의 영역에 미세 주기 구조가 형성될 때마다 빔 스플리터의 각도를 변화시키는 각도 조정 수단을 갖춘 구성으로 되어있다.

또한 본 발명의 구조체 형성 장치는 광분해의 발생으로 형성되는 가공부가 격자 교점형상으로 늘어선 미세 주기 구조를 구조체로 형성하기 위해서 구조체에 펄스 레이저 빔을 조사하는 구조체 형성 장치이며, 레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기와 레이저 빔을 반사하는 레이저 스캐너와 이 레이저 스캐너로 반사된 레이저 빔을 수광하여 복수의 광속으로 분기하는 빔 스플리터와 복수의 광속을 간섭시켜서 구조체에 조사하여 미세 주기 구조를 형성하는 렌즈를 구비하고 빔 스플리터는 분기 각도가 다른 복수의 회절 광학 소자를 가지며 레이저 스캐너는 구조체에서의 다수의 영역 중 인접하는 복수의 영역에 미세 주기 구조가 형성될 때와 다른 복수의 영역에 미세 주기 구조가 형성될 때에, 레이저 빔을 수광 하는 회절 광학 소자가 전환되도록 레이저 빔의 반사 각도를 변화시키는 구성으로 되어있다.

본 발명의 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치에 의하면, 미세 주기 구조를 구성하는 복수의 가공부의 배열 방향(격자 교점형상으로 늘어선 가공부의 격자의 방향)이 하나 또는 복수의 영역이 배치된 영역 형성 범위마다 다르기 때문에 구조체를 어느 방향에서 봐도 어느 하나의 영역에서의 구조 색 발색을 확인 할 수 있다.

또한 구조체를 보는 방향을 변화시키면 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역이 변하므로 반짝이는 가식 표현을 얻을 수 있고 가식의 효과를 향상 시킬 수 있다.

[도 1]본 발명의 재1 실시 형태에서의 구조체 및 가공부(미세 주기 구조)의 구성을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 2A]본 발명의 제1실시 형태에서의 구조체의 구성을 나타내는 정면도이다.
[도 2B]도 2A에 나타내는 구조체를 S방향에서 보았을 때의 각 영역에서의 구조 색 발색의 상태를 나타내는 정면도이다.
[도 2C]도 2A에 나타내는 구조체를 T방향에서 보았을 때의 각 영역에서의 구조 색 발색의 상태를 나타내는 정면도이다.
[도 3]본 발명의 제2실시 형태의 구조체 및 가공부(미세 주기 구조)의 구성을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 4A]본 발명의 제2실시 형태에서의 구조체의 구성을 나타내는 정면도이다.
[도 4B]도 4A에 나타내는 구조체를 S방향에서 보았을 때의 각 영역에서의 구조 색 발색의 상태를 나타내는 정면도이다.
[도 4C]도 4A에 나타내는 구조체를 T방향에서 보았을 때의 각 영역에서의 구조 색 발색의 상태를 나타내는 정면도이다.
[도 5A]크기가 큰 영역에 미세 주기 구조가 형성된 구조체를 나타내는 도이며, (i)는 그 구조체에서의 영역의 배열과 그 영역에 형성된 가공부의 배열 방향을 나타내는 모식도, (ii)는 그 구조체의 외관을 나타내는 사시 화상이다.
[도 5B]크기가 작은 영역에 미세 주기 구조가 형성된 구조체를 나타내는 도이며, (i)는 그 구조체의 영역의 배열과 그 영역에 형성된 가공부의 배열 방향을 나타내는 모식도, (ii)는 그 구조체의 외관을 나타내는 사시 화상이다.
[도 6]인접하는 복수의 영역을 하나의 영역 군으로 하고, 이 하나의 영역 군을 구성하는 복수의 영역이 배치된 범위(영역 형성 범위)의 형상이 정방형이며, 영역 군마다 가공부의 배열 방향이 다르게 미세 주기 구조가 형성된 구조체를 나타내는 도면이며, (i)는 그 구조체에서의 영역의 배열 및 영역 형성 범위의 형상을 나타내는 모식도, (ii)는 그 구조체의 외관을 나타내는 사시 화상이다.
[도 7]영역 형성 범위의 형상이 원형의 구조체를 나타내는 도면이며 (i)는 그 구조체에서의 영역의 배열 및 영역 형성 범위의 형상을 나타내는 모식도, (ii)는 그 구조체의 외관을 나타내는 사시 화상이다.
[도 8]영역 형성 범위의 형상이 별 모양의 구조체를 나타내는 도면이며, (i)은 그 구조체에서의 영역의 배열 및 영역 형성 범위의 형상을 나타내는 모식도 (ii)는 그 구조체의 외관을 나타내는 사시 화상이다.
[도 9A]오목(凹)부의 구성을 나타내는 구조체의 두께 방향 단면도이다.
[도 9B]공동부의 구성을 나타내는 구조체의 두께 방향 단면도이다.
[도 9C]공동부의 다른 구성을 나타내는 구조체의 두께 방향 단면도이다.
[도 9D]공동부의 또 다른 구성을 나타내는 구조체의 두께 방향 단면도이다.
[도 10]본 발명의 실시 형태에서의 구조체 형성 장치의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
[도 11]빔 스플리터의 격자 패턴을 나타내는 모식도와 이 빔 스플리터의 격자 패턴에 따라 분기 광속이 렌즈를 통과하는 위치를 나타내는 모식도와 그 빔 스플리터의 격자 패턴에 따라 형성되는 가공부의 격자 패턴을 나타내는 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 12]빔 스플리터의 회전 기구의 구성을 나타내는 상면도이다.
[도 13]본 발명의 실시 형태에서의 구조체 형성 장치의 다른 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
[도 14]빔 스플리터의 구성을 나타내는 정면도이다.
[도 15A]빔 스플리터의 경사 각도를 수직 방향으로 했을 때의 구조체 형성 장치의 구성과 광속의 궤적과 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 15B]빔 스플리터의 경사 각도를 경사 45°로 했을 때의 구조체 형성 장치의 구성과 광속의 궤적과 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 15C]빔 스플리터의 경사 각도를 90°로 했을 때의 구조체 형성 장치의 구성과 광속의 궤적과 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 16]복수의 광속 간섭 영역을 나타내는 도면이다.
[도 17A]빔 스플리터의 제1 회절 광학 소자에 레이저 빔을 조사했을 때의 구조체 형성 장치에서의 광속의 궤적과 구조체에 형성되는 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 17B]빔 스플리터의 제2회절 광학 소자에 레이저 빔을 조사했을 때의 구조체 형성 장치의 광속의 궤적과 구조체에 형성되는 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 17C]빔 스플리터의 제3회절 광학 소자에 레이저 빔을 조사했을 때의 구조체 형성 장치의 광속의 궤적과 구조체에 형성되는 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 17D]빔 스플리터의 제4회절 광학 소자에 레이저 빔을 조사했을 때의 구조체 형성 장치의 광속의 궤적과 구조체에 형성되는 가공부의 배열 방향을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 18A]본 발명의 제1실시예에서의 구조체를 s방향에서 보았을 때의 사시 화상(i)과 본 발명의 제1 실시 예에서의 구조체를 t방향에서 보았을 때 의 사시 화상(ii)와 구조체를 본 방향을 나타내는 모식도(iii)이다.
[도 18B] 제1비교 예에서의 구조체를 s방향에서 보았을 때의 사시 화상(i)과 제1비교 예에서의 구조체를 t방향에서 보았을 때의 사시 화상(ii)이다.
[도 19]본 발명의 제2실시예의 구조체를 나타내는 도면이며 (i)은 영역의 배열을 나타내는 모식도, (ii)는 그 구조체의 외관을 나타내는 사시 화상이다.
[도 20]종래의 구조체 및 가공부(미세 주기 구조)의 구성을 나타내는 외관 사시도 및 SEM관찰상(요부 확대도)이다.
[도 21A]종래의 구조체의 구성을 나타내는 정면도이다.
[도 21B]도 21A에 나타내는 구조체를 S방향에서 보았을 때의 각 영역에서의 구조 색 발색의 상태를 나타내는 정면도이다.
[도 21C]도 21A에 나타내는 구조체를 T방향에서 보았을 때의 각 영역에서의 구조 색 발색의 상태를 나타내는 정면도이다.

이하, 본 발명에 관한 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

또한 본 실시 형태에서는 다음 항목에 대해서 설명한다.

(1)구조체

(2)구조체 형성 장치

(3)구조체 형성 방법

(4)실시예

(1)구조체

(1-1)구조체의 제1 실시 형태

구조체의 제1 실시 형태에 대해서 도 1을 참조해서 설명한다.

이 도면은 본 실시 형태의 구조체의 구조를 나타내는 외관 사시도 및 구조체에 형성된 미세 주기 구조의 SEM관찰상(요부 확대도)이다.

이 도면에 도시한 바와 같이, 구조체 (10a)는 미세 주기 구조를 가진 영역(주기 구조 형성 영역(11)을, 기본자재 (12)의 표면에 형성된 피막 (13)에 복수 배치한 것이다.

미세 주기 구조란 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 가공부 (14)가 격자 교점형상으로 나란히 있는 구조를 말한다.

여러 가공부 (14)의 각각의 간격은 가시 광 파장(약 400nm~700nm)에 가까운 것이며, 이러한 가공부 (14)가 주기적으로 다수 배열됨으로써 빛의 회절이 생겨서 하나의 가공부 (14)와 인접한 가공부 (14)사이의 부분(볼록(凸)부)사이에서 광로 차이로 인한 빛의 간섭이 생기고 이에 따라 구조 색이 발현한다.

또한 가공부 (14)에는 오목(凹)부 14-1과 공동부 14-2가 있지만 이들의 상세한 것은 후술 한다.

또한 미세 주기 구조는 레이저 빔 조사 장치(구조체 형성 장치 (20), 후술)를 사용해서, 피막 (13)의 표면 (17) 또는 내부에서의 일정한 범위 내에 형성된다. 그 피막 (13)을 레이저 빔의 조사 방향에서 보았을 때 1펄스의 레이저 빔을 조사해서 미세 주기 구조가 형성된 범위를 영역 (11)이라고 한다.

이 영역 (11)은 정확하게는 복수의 광속을 한점에서 교차시켜서 간섭시킨 공간 영역(간섭 영역)에서의 고강도 영역의 분포에 의해서 피막 (13)에 형성된 미세 주기 구조의 형성 범위를 말한다(도 16참조). 즉, 복수의 광속이 교차하여 간섭한 공간 영역이 여러개 있을 때에는 그들 공간 영역마다에 각각 일정한 범위에서 미세 주기 구조가 형성된다. 그리고 복수의 공간 영역의 각각에서 형성된 미세 주기 구조의 형성 범위의 하나하나가 영역 (11)이 된다.

영역 (11)은 구조체 (10a)에 복수 배치되어 있다. 예를 들면 도 1에 나타내는 구조체 (10a)에는, 영역 (11)이 16군데에 배치되어 있다.

각 영역 (11)에는 가공부 (14)가 격자 교점형상으로 나란히 형성되어 있으나 그 격자의 방향(복수의 가공부 (14)배열 방향)은 영역 (11)마다 다르다.

예를 들면, 이 도면에 도시한바와 같이 하나의 영역 (11-1)에 형성된 가공부 (14)는 복수 또한 평행인 수평의 횡선(격자선)과 이 횡선에 대해서 거의 직교한 복수 또한 평행인 종선(격자 선)으로 구성되는 격자의 각 교차점에 대응한 위치에 형성되어 있다. 그리고 여러 가공부 (14)는 그들 복수의 횡선과 복수의 종선을 따라 영역 (11) 전체에, 격자 교점형상으로 형성되어 있다.

또한 다른 영역 (11-2)에 형성된 가공부 (14)는 복수이고 평행인 우측하향사선(격자선)과 이 우측하향의 사선과 직교한 복수이고 평행인 왼쪽 하향 사선(격자 선)으로 구성되는 격자의 각 교차점에 대응한 위치에 형성되어 있다. 그리고 여러 가공부 (14)는 그들 복수의 우측하향의 사선과 복수의 왼쪽하향 사선에 따라 영역 (11)전체에, 격자 교점형상으로 형성되어 있다.

이와 같이 격자 교점형상으로 나란히 형성된 가공부 (14)배열 방향(격자의 방향)이 영역 (11)마다 다르므로 구조체 (10a)를 어느 방향에서 보아도 하나의 영역 (11)에 있어서의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

예를 들면 도 2A에 나타내는 구조체 (10a)에는 81개의 영역 (11)(11-11~11-99)이 배치되어 있으며, 이들 영역 (11)의 각각에, 복수의 가공부 (14)가 격자 교점형상으로 늘어선 미세 주기 구조가 형성되어 있다. 그리고 그들 복수의 가공부 (14)의 배열 방향은 영역 (11)마다 다르다. 또한 이 도면에서 각 영역 (11)안에 나타난 격자 모양의 선이 격자의 방향, 즉 복수의 가공부 (14)의 배열 방향을 나타낸다.

또한 가공부 (14)배열 방향은 후술 하는 바와 같이 임의의 방향(임의의 기울기)으로 할 수 있지만 설명을 용이하게 하기 위해서 도 2A에서는 가공부 (14)의 배열 방향을 가로 세로 방향( 기울기 0°)과 기울기 45°의 경사 방향의 2종류로 한다. 구체적으로는 영역 11-11,11-13,11-15,11-17,11-19,11-22,11-24,...11-99에서 가공부 (14)배열 방향을 종횡 방향으로 한다. 또한 영역 11-12,11-14,11-16,11-18,11-21,11-23,···, 11-98에서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 45°의 경사 방향으로 한다. 또한 여기에서 예시한 부호 중 일부의 부호에 대해서는 도 2A가 불명료해지는 것을 피하기 위해서 이 도면에 도시하지 않았다.

여기서 도 2A에 나타내는 구조체 (10a)를 도 2B에 나타내는 S방향(영역 (11-11)등에서의 가공부 (14)배열 방향인 가로 세로 방향( 기울기 0°)의 연장 선상에서 보았을 때는 영역 11-11,11-13,11-15,11-17,11-19,11-22,11-24,...11-99에서의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

또한 도 2A에 나타내는 구조체 (10a)를 도 2C에 나타내는 T방향(영역 (11-12 등에서의 가공부 (14)의 배열 방향인 기울기 45°의 경사 방향의 연장 선상)에서 보았을 때는 영역 11-12,11-14,11-16,11-18,11-21,11-23,···, 11-98에서의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

이와 같이 도 2A에 나타내는 구조체 (10a)는 S쪽에서 본 경우와 T방향에서 본 경우 모두 하나의 영역 (11)의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

또한 도 2A~도 2C에서는 설명을 용이하게 하기위해서 가공부 (14)의 배열 방향을 두 종류의 방향(기울기 0°의 종횡 방향과 기울기 45°의 경사 방향)으로 하였으나, 이들 두 종류의 방향에 한정되는 것은 아니고, 3종류의 방향으로 할 수 있다. 예를 들면, 그 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 0°의 종횡 방향과 기울기 30°의 경사 방향과 기울기 60°의 경사 방향의 3종류의 방향 등으로 할 수 있다. 이와 같이, 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기(각도)를 늘려 감으로써 구조 색 발색을 확인할 수 있는 각도를 늘릴 수 있다.

또한 구조체 (10a)를 보는 방향을 바꿈으로써 구조 색이 발색하여 보이는 영역 (11)도 변해 간다. 예를 들면 도 2B와 같이 S쪽에서 보았을 때에 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 (11)과 도 2C와 같이 T방향에서 보았을 때에 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 (11)과는 다른 것이다. 이것을 이용해서, 예를 들면 하나의 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 0°의 종횡 방향으로 하고, 인접한 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 15°의 경사 방향으로 하고, 또한 인접한 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 30°의 경사 방향으로 하듯이 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기를 영역 (11)마다 조금씩 변화시키므로써 구조체 (10a)를 보는 방향을 조금씩 바꾸어 본 경우에, 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 (11)이 점차 변해 버리므로, 흐르는 듯한 가식 표현을 얻을 수 있다. 또한, 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기를 영역 (11)마다 조금씩 변화하게 한 부위를 구조체 (10a)상에 몇군데나 형성하므로서 반짝이는 것 같은 가식 표현을 얻을 수 있다.

또한 도 2A에서는 가공부 (14)배열 방향의 기울기가 0°인 영역 (11)과 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기가 45°의 영역 (11)이 번갈아 배치되어 있지만, 번갈아 배치하는 것에 한정되는 것은 아니고, 임의로 배치할 수 있다. 특히, 가공부 (14)의 배열 방향을 여러 종류로 하고, 이들을 임의로 배치한 경우에는 그 구조체 (10a)를 보았을때, 불특정 영역 (11)에 있어서의 구조 색 발색을 확인할 수 있게 된다. 또한, 그 구조체 (10a)를 보는 방향을 조금씩 바꾸어 본 경우에는 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 (11)이 점차로 변화하여 다수의 영역 (11)의 각각이 차례로 앞다투듯 구조 색을 발색하고 있는 듯이 보이므로 반짝이는 것 같은 가식 표현을 얻을 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 (11)마다 다르다는 것에 대해서 설명하였으나, 구조체 (10a)에서 이들 영역 (11)이 배치된 면을 복수의 범위로 구분했을 때의 각 범위를 영역 형성 범위 (16)로하고 이들 영역 형성 범위 (16)의 하나하나에 영역 (11)이 하나씩 배치되어 있다고 하면 해당 구조체 (10a)에 있어서의 다수의 영역 (11)의 각각에 형성된 여러 가공부 (14)의 배열 방향은 그들 영역 형성 범위 (16)마다 다르게 된다(도 1, 도 2A참조).

또한 도 1에 나타낸 SEM관찰상에는 격자 선을 표시하였으나, 이는 가공부 (14)가 격자 교점형상으로 형성되는 것을 설명하기 위해서 표시한 것이다. 그 가공부 (14)의 형성에 따라 격자 선도 형성된다는 것은 아니다. 이 것은 도 3, 도 11, 도 15A~도 15C, 도 17A~도 17D, 도 20에 있어서도 마찬가지이다.

(1-2)구조체의 제2실시 형태

다음에, 구조체의 제2실시 형태에 대해서 도 3을 참조해서 설명한다.

"(1-1)구조체의 제1 실시 형태"에서 설명한 구조체 (10a)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 영역 (11)마다 가공부 (14)의 배열 방향이 다르다는 것을 특징으로 하고 있었다. 즉 하나의 영역 (11)에 형성된 가공부 (14)와 인접한 영역 (11)에 형성된 가공부 (14)를 비교했을 때 그들 가공부 (14)의 배열 방향이 달랐다.

이에 대해서 본 실시 형태의 구조체 (10b)는 복수의 영역 (11)마다에 가공부 (14)의 배열 방향이 다르다는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 실시 형태의 구조체 (10b)는 인접한 복수의 영역 (11)을 하나의 영역 군 (15)으로 하고 이 하나의 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)의 각각에 형성된 가공부 (14)와 인접한 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)의 각각에 형성된 가공부 (14)를 비교했을 때 그들 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 군 (15)마다 다르다는 것을 특징으로 하는 것이다.

예를 들면 도 3, 도 4A와 같이 한 영역 군 (15-1)을 구성하는 여러 영역 (11-11~11-19)의 각각에 형성된 가공부 (14)는 복수이며, 평행인 수평의 횡선(격자선)과 이 횡선에 대해서 직교한 복수이며 평행한 종선(격자 선)으로 구성된 격자의 각 교차점에 대응한 위치에 형성되어 있다. 그리고 여러 가공부 (14)는 그들 복수의 횡선과 복수의 종선을 따라, 각각의 영역 (11-11~11-19)의 전체에 격자 교점형상으로 형성되어 있다.

또한 다른 영역 군 (15-2)을 구성하는 복수의 영역 (11-21~11-29)의 각각에 형성된 가공부 (14)는 복수이며 평행인 우측하향의 사선(격자선)과 이 우측하향의 사선에 직교한 복수이고 평행인 좌측 하향 사선(격자 선)으로 구성된 격자의 각 교차점에 대응한 위치에 형성되어 있다. 그리고 여러 가공부 (14)는 이들 복수의 우측하향의 사선과 복수의 촤측하향 사선에 따라 각각의 영역 (11-21~11-29)의 전체에 격자 교차점형상으로 형성되어 있다.

즉, 하나의 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)에서는 형성된 가공부 (14)의 배열 방향이 모두 마찬가지이다. 그리고 한 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)에 형성된 가공부 (14)와 인접한 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)에 형성된 가공부 (14)를 비교하면 이들 가공부 (14)의 배열 방향(격자의 방향)이 각각 다르다.

이와 같이 가공부 (14)의 배열 방향(격자의 방향)이 영역 군 (15)마다 다르므로 구조체 (10b)를 어느 방향에서 보아도 하나의 영역 군 (15)의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

예를 들면 도 4A에 나타내는 구조체 (10b)에는 81개소에 영역 (11)(11-11~11-19,11-21~11-29,...11-91~11-99)이 배치되어 있으며, 이들 영역 (11)의 각각에, 복수의 가공부 (14)가 격자 교차점형상으로 늘어선 미세 주기 구조가 형성되어 있다. 그리고 그들 복수의 가공부 (14)의 배열 방향은 영역 군 (15)마다 다르다. 또한 이 도면에서 각 영역 (11)안에 표시된 격자 모양의 선이 격자의 방향, 즉 가공부 (14)의 배열 방향을 나타낸다.

또한 가공부 (14)의 배열 방향은 후술 하는 바와 같이 임의의 각도로 할 수 있으나 설명을 용이하게 하기위해서도 4A에서는 가공부 (14)의 배열 방향을 가로 세로 방향(기울기 0°)과 기울기 45°의 경사 방향의 2종류로 한다. 구체적으로는 영역 군 (15-1,15-3,15-5,15-7,15-9)을 구성하는 영역 (11-11~11-19,11-31~11-39,11-51~11-59,11-71~11-79,11-91~11-99)에서의 가공부 (14)의 배열 방향을 종횡 방향으로 한다. 또한 영역 군 (15-2,15-4,15-6,15-8)을 구성하는 영역 (11-21~11-29,11-41~11-49,11-61~11-69,11-81~11-89)에서의 가공부 (14)의 배열 방향을 경사 방향(기울기 45°)으로 한다. 또한 여기에서 예시한 부호 중 일부의 부호에 대해서는 도 4A가 불명료해 지는 것을 피하기 위해서 이 도에 도시하지 않았다.

여기서 도 4A에 나타내는 구조체 (10b)를 도 4B에 나타내는 S방향(영역 (11-11)등의 가공부 (14)의 배열 방향인 가로 세로 방향(기울기 0°)의 연장 선상에서 보았을 때는 영역 군 (15-1,15-3,15-5,15-7,15-9)을 구성하는 각 영역 (11)에 있어서의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

또한 도 4A에 나타내는 구조체 (10b)를 도 4C에 나타내는 T방향(영역 (11-21)등에서의 가공부 (14)의 배열 방향인 기울기 45°의 경사 방향의 연장 선상에서 보았을 때는 영역 군 (15-2,15-4,15-6,15-8)을 구성하는 각 영역 (11)에 있어서의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

이와 같이 도 4A에 나타내는 구조체 (10b)는 S방향에서 본 경우와 T방향에서 본 경우 모두 하나의 영역 군 (15)에서 영역 (11)이 발현하는 구조 색을 확인할 수 있다.

또한 도 4A~도 4C에서는 설명을 용이하게 하기 위해서 가공부 (14)의 배열 방향을 두 종류의 방향(기울기 0°의 종횡 방향과 기울기 45°의 경사 방향)으로 하였으나 이들 두 종류의 방향에 한정되는 것은 아니고, 3종류 이상의 방향으로 할 수 있다. 예를 들면, 그 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 0°의 종횡 방향과 기울기 30°의 경사 방향과 기울기 60°의 경사 방향의 3종류의 방향 등으로 할 수 있다. 이와같이 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기(각도)을 늘려 감으로써 구조 색 발색을 확인 가능한 각도를 늘릴 수 있다.

또한 구조체 (10b)를 보는 방향을 바꿈으로써 구조 색이 발색하여 보이는 영역 군 (15)도 변해 간다. 예를 들면 도 4B와 같이 S방향에서 보았을 때에 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 군 (15)과 도 4C와 같이 T방향에서 보았을 때에 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 군 (15)과는 다른 것이다. 이것을 이용해서, 예를 들면 하나의 영역 군 (15)을 구성하는 각 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 0°의 종횡 방향으로 하고, 인접한 영역 군 (15)을 구성하는 각 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 15°의 경사 방향으로 하고, 또한 인접한 영역 군 (15)을 구성하는 각 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향을 기울기 30°의 경사 방향으로 하듯이 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기를 영역 군 (15)마다 조금씩 변화시키도록 함으로써 구조체 (10b)를 보는 방향을 조금씩 바꾸어 본 경우에, 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 군 (15)이 점차 변해 가므로, 흐르는 듯한 가식 표현을 얻을 수 있다. 또한 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기를 영역 군 (15)마다 조금씩 변화하게 한 위치를 구조체 (10b) 상에 여러곳 형성하므로서 반짝이는 것 같은 가식 표현을 얻을 수 있다.

또한 도 4A에서는 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기가 0°영역 군 (15)과 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기가 45°영역 군 (15)이 번갈아 배치되어 있으나, 번갈아 배치하는 것에 한정하는 것은 아니고, 임의로 배치할 수 있다. 특히, 가공부 (14)의 배열 방향을 여러 종류로 하고, 이들을 임의로 배치한 경우에는 그 구조체 (10b)를 보았을 때, 불특정의 영역 군 15에서의 구조 색 발색을 확인할 수 있게 된다. 또한, 그 구조체 (10b)를 보는 방향을 조금씩 바꾸어 본 경우에는 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역 군 (15)이 계속 변화하여 다수의 영역 군 (15)의 각각이 차례로 겨루 듯 구조 색을 발색하고 있는 듯이 보이므로 반짝이는 것 같은 가식 표현을 얻을 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 복수의 영역 (11)마다 다르다는 것에 대해서 설명하였으나, 구조체 (10b)에서 그들 영역 (11)이 배치된 면을 복수의 범위로 구분했을 때의 각 범위를 영역 형성 범위 (16)로 하고 이들 영역 형성 범위 (16)의 하나하나에 영역 (11)이 복수씩 배치되어 있다고 한다면 해당 구조체 (10b)에 있어서의 다수의 영역 (11)에 형성된 여러 가공부 (14)의 배열 방향은 그들 영역 형성 범위 (16)마다 다르게 되어 있게 된다(도 3 도 4A참조).

(1-3)영역의 크기와 가식 표현

다음에, 영역의 크기와 가식 표현과의 관계에 대해서 도 5A(i)(ii) 도 5B(i)(ii)를 참조해서 설명한다.

전술한 바와같이, 영역 (11)이란 1펄스의 레이저 빔을 조사했을 때 피막 (13)에 미세 주기 구조가 형성되는 범위를 일컫는데, 이 영역 (11)의 크기(즉, 영역 (11)의 직경)는 레이저 빔 에너지에 따라 달라진다. 예를 들면, 레이저 빔의 에너지가 작을 경우에는 영역 (11)의 크기는 작아진다. 한편 레이저 빔의 에너지가 큰 경우는 영역 (11)의 크기는 커진다.

이와 같이 레이저 빔의 에너지를 변화시킴으로써 영역 (11)의 크기를 바꿀 수 있다. 그리고 이 영역 (11)의 크기의 차이에 따라 다음과 같은 장점과 단점이 존재한다.

예를 들면, 레이저 발진기 (21)(후술)에서 출력되는 레이저 빔의 반복 주파수는 크기가 큰 영역 (11)을 형성하는 경우보다도 크기가 작은 영역 (11)을 형성하는 경우가 높을 수 있다. 이는 크기가 작은 영역 (11)을 형성하는 경우의 레이저 빔의 에너지가 크기가 큰 영역 (11)을 형성하는 경우의 레이저 빔의 에너지보다 작기 때문이다. 그리고 레이저 빔의 반복 주파수를 높힘으로써 미세 주기 구조를 다수의 영역 (15)으로 고속으로 형성할 수 있다. 예를 들면 도 5A(i)(ii)도 5B(i)(ii)에 도시하는 바와 같이 피막 (13)의 표면 전체에 매트릭스 형상으로 다수의 영역 (11)을 배치하도록 미세 주기 구조를 형성하고 제1실시 형태의 구조체 (10a)를 얻는 경우에 있어서 영역 (11)의 크기가 큰 때(도 5A(i)(ii)와 영역 11의 크기가 작을 때(도 5B(i)(ii)를 비교하면 후자가 가공 속도를 빠르게 수 있다.

또한 가식 효과에서도 차이가 있다. 예를 들면 도 5A(i)(ii)에 나타내는 구조체 (10a)(영역 (11)의 크기가 큰 구조체 (10a))는 영역 (11)하나하나의 발색이 강조되어 보이므로, 반짝이는 느낌이 크고 가식 효과가 높다. 이에 대해 도 5B(i)(ii)에 나타내는 구조체 (10a)(영역 (11)의 크기가 작은 구조체 (10a))는 각 영역 (11)의 발색이 약해 보이므로 반짝임의 느낌이 작고 가식 효과가 낮다. 따라서 가식 효과의 관점에서 말하면 영역 (11)의 크기를 크게 하는 편이 좋다.

이상을 정리하면 크기가 작은 영역 (11)을 형성하는 경우는 가공 속도를 빠르게 할 수 있으나 형성된 구조체 (10a)는 가식 효과가 낮은 것이었다. 이에 대해 크기가 큰 영역 (11)을 형성하는 경우는 가공 속도가 느리지만 형성된 구조체 (10a)는 가식 효과가 높은 것이었다.

즉 제1실시 형태의 구조체 (10a)에서는 가공 속도를 높이기 위해서 영역 (11)의 크기를 작게하면 가식 효과가 낮아지고, 한편 가식 효과를 높이기 위해서 영역 (11)의 크기를 크게 하면 가공 속도가 느려진다는 상황이었다. 그리고 어느 한쪽의 방법에 맞춘 레이저 발진기 (21)를 사용한 경우에는 이들 가공 속도와 가식 효과를 양립시킬 수 없다는 과제가 생겼다.

그래서 발명자는 예의 연구한 결과, 도 6(i)(ii)에 도시한바와 같이 하나하나의 영역 (11)의 크기를 작게하는 동시에 인접하는 복수의 영역 (11)을 하나의 영역 군 (15)으로 하고 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)에서는 가공부 (14)의 배열 방향이 같은 방향이 되도록 하고, 또한 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 군 (15)마다 다르게 그들 가공부 (14)를 형성한 구조체 (10b)를 창작하기에 이르렀다.

즉, 이 도(i)(ii)에 나타낸 구조체 (10b)는 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 군 (15)마다 다른 것인데, 이 구조체 (10b)에서 그들 영역 (11)이 배치된 면을 복수의 범위로 구분했을 때의 각 범위를 영역 형성 범위 (16)로 하고 이들 영역 형성 범위 (16)의 하나하나에 영역 (11)이 복수씩 배치되어 있다고 하면 해당 구조체 (10b)에 있어서의 다수의 영역 (11)에 형성된 여러 가공부 (14)의 배열 방향은 그들 영역 형성 범위 (16)마다 다르다는 것이다.

이 구조체 (10b)에 의하면, 하나하나의 영역 (11)의 크기가 작아서 미세 주기 구조의 가공 속도를 빠르게 할 수 있다, 또한 하나의 영역 군 (15)을 구성하는 복수의 영역 (11)에서는 가공부 (14)의 배열 방향이 모두 같으므로 이들 복수의 영역 (11)에 있어서의 구조 색 발색의 전부를 한 방향에서 한꺼번에 눈으로 볼 수 있다. 이 때문에, 크기가 큰 영역 (11)의 하나에 형성된 미세 주기 구조의 구조 색 발색과 같은(또는 그 이상의)가식 효과를 얻을 수 있다. 또한 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 군 (15)마다 다르므로 그 구조체 (10b)를 어느 방향에서 보아도 하나의 영역 군 (15)에서 구조 색 발색을 확인할 수 있다. 그래서, 보는 방향을 바꾸어 가므로서 반짝이는 것 같은 구조 색 발색을 확인할 수 있고 높은 가식 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 영역 (11)의 크기가 작아지는 사양의 레이저 발진기 (21)를 한대 준비하여, 도 6(i)(ii)에 도시한바와 구조체 (10b)를 형성함으로써 동작 속도의 고속화와 가식 효과의 향상을 양립시킬 수 있다.

또한 도 6(i)(ii)에 나타낸 구조체 (10b)와 도 3에 나타낸 제2실시 형태의 구조체 (10b)를 비교한 경우, 전자는 영역 (11)의 크기가 작다는 한정적 사항이 있는 반면, 후자는 그와 같은 한정적 사항이 없는(영역 (11)의 크기는 임의이다)점에서 상위하다. 다만, 다른 구성은 모두 같으므로 본 실시 형태에서는 동일한 부호를 붙여서 설명하였다.

또한 도 6(i)(ii)에 나타낸 구조체 (10b)에서는 하나의 영역 군 15을 구성하는 복수의 영역 (11)이 정방형의 범위 내에 형성되어 있지만, 그 범위(영역 형성 범위 16)의 형상은 정방형으로 한정되는 것이 아니고 임의의 형상으로 할 수 있다.

예를 들면 도 7(i)(ii)에 도시한바와 같이, 영역 형성 범위 (16)의 형상을 원형으로 할 수 있다. 또한 도 8(i)(ii)에 도시한바와 같이 영역 형성 범위 (16)의 형상을 별모양(사각형의 각변을 곡선으로 한 형상)으로 할 수 있다. 이들 이외에도 영역 형성 범위 (16)의 형상을, 예를 들면, 사각형 타원형, 삼각형, 다각형 등 여러가지 형상으로 형성할 수 있다. 이와 같이 영역 형성 범위 (16)를 임의의 형상으로 한 경우에도 도 7(i)(ii)도 8(i)(ii)에 도시하는바와 같이 높은 가식 효과를 얻을 수 있고 또한, 고속으로 해당 구조체 (10)에 미세 주기 구조를 형성할 수 있다.

(1-4)가공부, 피막, 기본 자재

다음으로 가공부 (14)에 대해서 설명한다.

가공부 (14)는 전술한 바와 같이, 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 미세 구조이다. 이 가공부 (14)에는 오목(凹)부 (14-1)와 공동부 (14-2)가 있다.

오목(凹)부 (14-1)는 도 9A와 같이 피막 (13)의 표면 (17)에서 오목하게 패인 부분이다. 이 오목(凹)부 (14-1)는 그 피막 (13)의 표면 (17)에 개구가 형성된 바닥이 있는 통형을 이루고 있다.

공동부 (14-2)는 도 9B도 9C에 나타낸 바와 같이 피막 (13)의 내부에 형성된 거의 공 모양의 중공 부분이다. 이 공동부 (14-2)에는 피막 (13)의 표면 (17)에 접한 것과(도 9B), 접하지 않은 것이 있다(도 9C). 전자의 공동부 (14-2)는 그 피막 (13)의 표면 (17)에 따라 막형상부가 형성되어 있고, 공동부 (14-2)자체가 닫힌 상태(개구가 없는 상태)로 되어있다. 또한 후자의 공동부 (14-2)는 피막 (13)의 내부이며, 또한 그 피막 (13)의 표면 (17)에서 떨어진 위치에 형성되어 있으며 도 9B에 나타낸 공동부 14-2와 같이 닫힌 상태이다.

이들 오목(凹)부 (14-1 )및 공동부 (14-2)는 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된다. 즉, 그들 가공부 (14)는 피막 (13)중 펄스 레이저 빔이 조사된 부분이 그 레이저 빔을 흡수하여 발열하고 열 분해하여 휘산함으로써 형성된다.

여기서, 펄스 레이저 빔의 조사에 의해서 오목(凹)부 (14-1) 또는 공동부 (14-2) 중 어느 쪽이 형성될지는 피막 (13) 또는 첨가물의 물성에 따른다.

예를 들면, 레이저 빔에 대해서 흡수성을 나타내는 재료를 피막 (13)에 사용한 경우는 피막 (13)의 표면 (17)에서 내부로 향해서 레이저 박리가 진행되고 그 결과, 피막 (13)의 표면 (17)에 개구를 가지는 다수의 오목(凹)부 (14-1)가 형성된다.

또한 피막 (13)에 유기계 또는 무기계의 자외선 흡수제 입자를 첨가하면, 그 유기계 또는 무기계의 자외선 흡수제 입자가 기점이 되어, 피막 (13)의 내부에서 레이저 박리가 진행한다. 그리고 그 레이저 박리의 진행이 과대하게 생겼을 때는 그 진행이 피막 (13)의 표면 (17)에 이르고 개구를 가지는 오목(凹)부(14-1)가 형성된다. 한편, 그 진행이 피막 (13)의 표면 (17)에 달하지 않았을 때는 피막 (13)의 내부에 닫힌 상태의 공동부 (14-2)가 형성된다.

또한 피막 13은 종래 공지의 임의의 적합한 재료로 형성할 수 있다. 다만, 빔의 조사에 의해서 미세 주기 구조가 형성되는 것을 요한다.

이 피막 (13)을 형성하는 적합한 재료로서는 폴리스티렌, 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리카보네이트, 나일론 수지("나일론"은 등록 상표), 아크릴 수지, 염화 비닐 수지, 페놀 수지 등의 고분자 화합물 등을 들수 있다. 또한 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(PET)나 폴리 에틸렌 나프타 레이트(PEN), 폴리 부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리 트리 메틸렌 테레프탈레이트(PTT)등의 폴리에스테르 화합물 등을, 피막 (13)의 재료로서 사용할 수도 있다. 또한 여러 종류를 믹싱한 고분자 화합물이나 공 중합시킨 고분자 화합물, 적절한 첨가제를 첨가한 고분자 화합물을 피막 (13)의 재료로서 사용할 수도 있다.

또한 유기계 또는 무기계의 자외선 흡수제 입자가 첨가되는 피막 (13)에는 성막(成膜) 가능한 재료, 예를 들면, 도료의 수지 성분(피막 (13)의 막 형성 물질(매트릭스))로서 사용되고 있는 열 가소성 수지 및 열 경화성 수지를 사용할 수 있다.

구체적으로는, 예를 들면, 열 가소성 수지의 예로는 저밀도 폴리 에틸렌, 고밀도 폴리 에틸렌, 폴리 프로필렌, 폴리 1-부텐, 폴리 4-메틸-1-펜텐 또는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐 등의 α-올레핀 끼리의 랜덤 또는 블록 공중합체, 환상 올레핀 공중합체 등의 올레핀계 수지; 에틸렌 초산 비닐 공중합체, 에틸렌 비닐 알코올 공중합체, 에틸렌, 염화 비닐 공중합체 등의 에틸렌 비닐계 공중합체; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴·스틸렌 공중합체, ABS, α-메틸 스티렌·스틸렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리 염화 비닐, 폴리 염화 비닐 리덴, 염화 비닐·염화 비닐 리덴 공중합체, 폴리 아클릴산 메틸, 폴리 메타 크릴산 메틸 등의 비닐계 수지; 나일론 6("나일론"은 등록 상표. 이하 동일), 나일론 6-6, 나일론 6-10, 나일론 11, 나일론 12등의 폴리아미드 수지; 폴리 에틸렌 테레프탈레이트, 폴리 부틸렌 테레프탈레이트, 폴리 에틸렌 나프타 레이트 및 이들의 공중합 폴리에스테르 등의 폴리에스테르 수지; 폴리 카보네이트 수지; 폴리페닐렌옥시드 수지;폴리 젖산 등 생분해성 수지 등을 들 수 있다.

또한 열 경화성 수지의 예로는 페놀 수지, 케톤 포름 알데히드 수지, 노보락 수지, 자일렌 수지, 방향족계 아크릴 수지, 비스페놀형 에폭시 수지, 벤조 그아나민 수지, 페녹시 수지, 페놀 변성 알키드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 아미노 수지 등을 들 수 있고 이러한 열 경화성 수지와 열 가소성 수지를 포함한 수지 조성물, 예를 들면 염화 비닐-초산 비닐 공중합체, 염화 비닐-말레산 공중합체, 염화 비닐-말레산-초산 비닐 공중합체, 아크릴 중합체, 포화 폴리에스테르 수지 등과 상기 열 경화성 수지와의 수지 조성물을 사용할 수도 있다.

첨가되는 자외선 흡수제는 예를 들면, 유기계의 자외선 흡수제로서는, 벤조 페논계 벤조트리아졸계, 살리실산 에스테르 계, 시아노아크릴레이트계, 히드록시 벤조 에이트 계, 벤조옥사지논계, 트리아진계 등에 속하는 화합물이나, 아조계 염료, 안트라퀴논계 염료, 인디고계 염료, 프탈로시아닌계 염료, 피라졸론 염료, 스틸 벤계 염료, 티아졸계 염료, 퀴놀린 염료, 디페닐 메탄 염료, 트리페닐 메탄 염료, 아크리딘 염료, 아진 염료, 티아진 염료, 옥사진 염료, 폴리메틴 염료, 인도페놀 염료, 나프탈이미도 염료, 페릴렌 염료 등이 알려져 있으며, 이들 중, 소정의 레이저 빔의 파장 영역에 극대 흡수를 가진 것이 사용된다.

또한 무기계의 자외선 흡수제로는 예를들면 산화 아연, 산화 세륨, 산화 지르코늄, 산화철, 산화 티타늄 등의 금속 산화물 및 이들 금속 산화물을 포함한 복합 금속 산화물 등의 콜로이드 입자를 들 수 있으며, 이들 중, 소정의 레이저 빔의 파장 영역에 극대 흡수를 가진 것이 사용된다.

또한 도 9A~도 9C에서는 오목(凹)부 (14-1) 또는 공동부 (14-2)가 피막 (13)의 표면 (17) 또는 그 근방에 형성되어 있으나 그들 오목(凹)부 (14-1)등이 형성되는 부위는 피막 (13)의 표면 (17) 또는 그 근방에 한정되는 것은 아니고, 도 9D에 도시한 바와 같이 피막 (13)의 표면 (17)에 보호 층 (18)을 형성하고 이들 피막 (13)과 보호 층 (18)과의 계면 (19) 또는 그 근방에 오목(凹)부 (14-1) 또는 공동부 (14-2)가 형성된 구조로 할 수도 있다. 예를 들면, 피막 (13)의 표면 (17)에, 레이저 빔에 대해서 투과성을 가진 재료로 이루어진 보호 층 (18)을 도포 또는 적층 하는, 그 보호 층 (18)의 윗쪽에서 레이저 빔을 조사함으로써 피막 (13)과 보호 층 (18)과의 계면 (19)의 피막 (13)쪽 또는 피막 (13)의 내부에 오목(凹)부 (14-1) 또는 공동부 (14-2)를 형성해서 도 9D에 도시한바와 같은 구조체 (10)를 얻을 수 있다. 또한 피막 (13)에 오목(凹)부 (14-1) 또는 공동부 (14-2)를 형성해 두고 그 윗면에 도료를 도포하여(또는 투명한 층을 적층하며)도 9D에 도시한 바와 같은 구조체 (10)를 얻을 수도 있다.

기본자재 (12)는, 예를 들면, 금속, 플라스틱, 종이, 유리제 등 임의의 재료로 형성한 것을 사용할 수 있다. 특히, 기본자재 (12)는 금속 캡이나 금속 캔, 플라스틱 캡이나 플라스틱 병 등 포장 용기 기본 자재가 바람직하다. 또한, 금속기본자재는 예를 들면, 틴 필리 스틸, 주석 도금 강판, 양철 등의 각종 표면 처리 강판, 알루미늄 등의 경금속판 등 종래 금속 캔과 금속제 캡에 사용되고 있는 금속판이나 금속박이라도 된다. 또한 그 표면이 폴리에스테르 등의 수지 피막이 형성되어 있는 수지 피막 금속판을 사용할 수도 있다. 플라스틱 본 재료는 전술한 열 가소성 수지 및 열 경화성 수지, 종래 플라스틱 캡이나 플라스틱 병에 사용되고 있는 고분자 수지라도 된다. 금속제나 플라스틱 기본 자재의 형태가, 캡이나 캔, 병의 경우에는 그 상판부의 외면측 또는 몸체의 외면 쪽에 피막 (13)을 형성하여, 구조체 (10)을 얻을 수가 있다.

또한 도 1에 나타내는 구조체 (10)는 피막 (13)에 영역 (11)만이 형성된 구성으로 되어 있으나 이 구성에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 피막 (13)에 영역 (11)이 형성되어 있어서 영역 (11)이외의 피막 (13)의 표면 또는 적층 구조를 가진 구조체 (10)의 계면 또는 표면의 일부 또는 전체면이 잉크 등으로 은폐되어 있는 구성이라도 된다.

구체적으로는, 예를 들면, 금속 캔 옆면에 형성된 구조체 (10)이며, 이 구조체 (10)에 따라 상품명 등의 도안이 묘사되어 있어서 그 구조체 (10)에 의한 도안 이외의 부분에는 인쇄처리가 되어 있어서 금속 면이 은폐되어 있는 것 등을 들 수 있다.

(2)구조체 형성 장치

다음에, 구조체 형성 장치 구성에 대해서 도 10을 참조해서 설명한다.

이 도면은 구조체 형성 장치의 구성을 나타내는 모식적 사시 도이다.

구조체 형성 장치는 주기적 강도 분포를 가진 레이저 빔을 발생하기 위한 레이저 빔 조사 장치이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 구조체 형성 장치 (20)는 레이저 발진기 (21)와 빔 스플리터(투과형 회절 광학 소자)(22a)와 제1렌즈 (23)와 제2렌즈 (24)를 갖추고 있다.

레이저 발진기(레이저 광원)(21)는, 펄스 레이저 빔을 출력하는 장치이며, 예를 들면, YAG레이저, YVO₄레이저, YLF레이저 등의 나노 초 레이저 또는 피코초 레이저를 사용할 수 있다. 이들 펄스 레이저는 수 Hz~수십 MHz의 반복 주파수를 갖지만, 이 반복 주기 동안 축적된 에너지를 수 ps~수십 ns라는 지극히 짧은 시간 폭으로 방출한다. 그래서 적은 입력 에너지에서 높은 피크 파워를 효율적으로 얻을 수 있다.

이 레이저 발진기 (21)는 조사 펄스 수를 조정하는 기능을 가지고 있다. 또한, 레이저 발진기 (21)는 레이저의 출력을 조정하므로써 에너지 밀도(플루언스: 1펄스 조사 면적당 에너지)를 조종할 수도 있다.

또한 에너지 밀도의 컨트롤은 레이저 발진기 (21)에서의 레이저 출력 조정 외에, 예를 들면, 레이저 출력이 같고 조사 빔 지름을 변화시킴으로써도 실현할 수 있다.

빔 스플리터 (22a)는 표면에 미세한 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부가 주기적으로 새겨져 있기 때문에 회절을 일으키는 투과형의 광학 소자이며, 레이저 빔을 복수의 광속으로 분기한다. 또한 분기 후의 광속의 수나 분기 후의 광속이 진행하는 방향은 미세한 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 형상이나 주기 등에 의해서 결정된다. 단 빔 스플리터 (22a)는 레이저 빔을 세 방향 이상으로 분기할 수 있다.

이 빔 스플리터 (22a)는 입사한 레이저 빔의 진행 방향을 중심으로 회전 또는 회동할 수 있다. 이 빔 스플리터 (22a)의 회전 또는 회동은 수동으로 할수도 있고, 또는 자동으로 하게 할 수도 있다. 자동일 경우는 빔 스플리터 (22a)에 모터 (31)(후술)등을 장착하여 회전 또는 회동시킨다. 그리고 빔 스플리터 (22a)를 회전 또는 회동시키면서, 또는 빔 스플리터 (22a)가 소정의 각도에 이르고 회전 또는 회동을 정지했을 때 레이저 발진기 (21)에서 레이저 빔을 1펄스 분 출력시켜서 구조체 (10)(10a, 10b)에 미세 주기 구조를 형성한다.

또한 빔 스플리터 (22a)를 자동으로 회전 또는 회동시키기 위한 기구에 대해서는 후술 한다.

또한 빔 스플리터 (22a)에서의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴과 피막 (13)에 형성되는 가공부 (14)의 격자 패턴에는 일정한 관계가 있다. 이 관계에 대해서는 후술 한다.

제1렌즈 (23)는 빔 스플리터 (22a)에서 분기된 복수의 광속을 평행으로 하는 콜리 미터 소자이다. 이 제1렌즈 (23)는, 예를 들면, 초점 거리가 200mm의 합성 석영 평면 볼록 렌즈를 사용할 수 있다. 제1렌즈 (23)는 예를 들면 빔 스플리터 (22a)에서 200mm의 위치에 둘 수 있다.

제2렌즈 (24)는 제1렌즈 (23)에 의해서 평행으로된 복수의 광속을 집광하여 광속을 교차시켜서 간섭시키는 집광 소자이다. 이 간섭한 영역은 고강도 영역의 분포로 되어, 이 영역에서 구조체 (10)에 조사한다. 이 때 간섭 영역에서의 고강도 영역의 간격(주기)(d)은 광속의 교차 각도(θ)에 따라 다르다. 고강도 영역의 주기 (d)는 레이저 파장 (λ), 광속의 교차 각도 (θ)를 사용해서 다음 식에서 구할 수 있다.

d=λ/{2sin(θ/2)}

이 제2렌즈 (24)는 예를 들면 초점 거리가 (100)mm의 합성 석영 평면 볼록 렌즈를 사용할 수 있다.

또한 제1렌즈 (23)및 제2렌즈 (24)는 볼록 렌즈 외에, 프레넬 렌즈나 GRIN(Graded-Index)렌즈 등의 광학 소자를 사용할 수 있다.

또한 제1 렌즈 (23)와 제2렌즈 (24)사이에는 광속 선택 소자(도시하지 않음)를 장착할 수 있다. 광속 선택 소자는 제1렌즈 (23)를 통과한 광속이 초점을 맺은 위치에 놓이고 복수의 광속 중 간섭에 불필요한 광속을 막고 필요한 광속만을 통과시키는 마스크로서 사용된다.

또한 제1렌즈 (23)와 제2렌즈 (24)사이에는 하나에서 여러개의 렌즈(도시하지 않음)를 장착할 수 있다. 이들 렌즈의 모양과 위치를 조정함으로써 복수의 광속을 교차시켜서 간섭시키는 공간 영역을 원하는 곳에 맞출 수 있다.

또한 빔 스플리터 (22a)에서의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴과 구조체 (10)의 피막 (13)에 형성되는 가공부 (14)의 격자 패턴에는 일정한 관계가 있다. 이 관계에 대해서 도 11을 참조하여 설명한다.

빔 스플리터 (22a)의 표면에 새겨져 있는 미세한 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴에는 다양한 것이 있다. 예를 들면, 이 도(1-1)에 나타내는 바와 같이 빔 스플리터 (22a)에서의 오목(凹)부(또는 볼록(凸)부)하나하나가 원형 모양이며, 그들 복수의 오목(凹)부(또는 볼록(凸)부)의 배열 방향이 비스듬한 방향의 격자 패턴으로 된 것이 있다. 또한 이 도(1-2)에 나타내는 바와 같이, 빔 스플리터 (22a)에서의 오목(凹)부(또는 볼록(凸)부)하나하나가 마름모이며, 그들 복수의 오목(凹)부(또는 볼록(凸)부)의 배열 방향이 비스듬한 방향의 격자 패턴으로 된 것이 있다. 또한 이 도(1-3)에 나타내는 바와 같이, 빔 스플리터 (22a)에서의 오목(凹)부(또는 볼록(凸)부)하나하나가 육각형이며, 그들 복수의 오목(凹)부(또는 볼록(凸)부)의 배열 방향이 세로 방향과 경사 방향의 격자 패턴으로 된 것이 있다.

그리고 그 빔 스플리터 (22a)의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴에 따라 피막 (13)에 형성되는 가공부 (14)의 격자 패턴이 결정된다. 즉, 빔 스플리터 (22a)가 펄스 레이저 빔을 분기하는 분기 수에 따라 가공부 (14)의 격자 패턴에 있어서의 그 격자의 형상이 결정된다.

예를 들면 빔 스플리터 (22a)의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴이 이 도(1-1)의 격자 패턴인 때는, 이 빔 스플리터 (22a)에 입사한 레이저 빔은 4방향으로 분기된다. 이 분기된 광속은 제1렌즈 (23)를 통과할 때에는 이 제1렌즈 (23)에 들어가는 정사각형의 각 모서리부에 대응하는 위치를 통과한다(이 도면(2-1). 그리고, 피막 (13)에서는 모서리가 둥근 사각형 모양의 복수의 가공부 (14)이 종횡 방향으로 규칙적으로 배열된 패턴으로 형성된다(이 도면(3-1). 즉, 세로 방향의 격자 선과 가로 방향의 격자 선으로 구성되는 격자의 교차점형상으로 나란히 가공부 (14)가 형성된다. 또한 이 때의 격자 형태는 사각형이다.

또한 빔 스플리터 (22a)의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴이 이 도면(1-2)에 도시한 격자 패턴인 때는, 이 빔 스플리터 (22a)에 입사한 레이저 빔은 4방향으로 분기된다. 이 분기된 광속은 제1렌즈 (23)를 통과할 때에는 이 제1렌즈 (23)에 들어가는 세로로 긴 직사각형의 각 모서리부에 대응하는 위치를 통과한다(이 도면(2-2)). 그리고, 피막 (13)에서는 가로가 긴 사각형 모양의 복수의 가공부 (14)가 종횡 방향으로 규칙적으로 배열된 패턴으로 형성된다(이 도(3-2)). 즉, 세로 방향의 격자 선과 가로 방향의 격자 선으로 구성되는 격자의 교차점형상으로 나란히 가공부 (14)가 형성된다. 또한 이 때의 격자 형상은 사각형이다.

또한 빔 스플리터 (22a)의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴이 이 도(1-3)에 도시하는 격자 패턴일때는 빔 스플리터 (22a)에 입사한 레이저 빔은 6방향으로 분기된다. 이 분기된 광속은 제1렌즈 (23)를 통과할 때에는 제1렌즈 (23)에 들어가는 육각의 각 모서리부에 대응하는 위치를 통과한다(이 도(2-3)). 그리고, 피막 (13)에서는 원형에 가까운 형상의 복수의 가공부 (14)가 세로 방향과 경사 2방향으로 규칙적으로 배열된 패턴으로 형성된다(이 도(3-3)). 즉, 세로 방향의 격자 선과 우측하향 방향의 격자선과 좌측하향 방향의 격자 선으로 구성되는 격자의 교차점형상으로 나란히 가공부 (14)가 형성된다. 또한 이 때의 격자 형상은 삼각형이다.

이와 같이 빔 스플리터 (22a)에서의 오목(凹)부 또는 볼록(凸)부의 격자 패턴에 따라 피막 (13)에 형성되는 가공부 (14)의 격자 패턴이 결정된다. 즉, 빔 스플리터 (22a)가 펄스 레이저 빔을 분기하는 분기 수에 따라 가공부 (14)의 격자 패턴에 있어서의 그 격자의 형상이 결정된다. 따라서 빔 스플리터 (22a)가 펄스 레이저 빔을 세 방향 이상으로 분기하고 이 분기 수에 따라 형상이 다른 다각형(삼각형이나 사각형 등)의 격자의 교차점형상으로 나란히 가공부 (14)가 형성된다.

또한 이 도(3-1)~(3-3)에 도시한 바와 같이 가공부 (14)의 격자 패턴이 각각 다른 경우라도, 도 1에 나타낸 구조체 (10)와 마찬가지로 복수의 가공부 (14)의 각각의 간격이 가시 광 파장에 가까워서 구조적 색을 발현한다.

그리고, 후술 하는 구조체 형성 방법에 의해서 이 도(3-1)~(3-3)에 나타내는 가공부 (14)배열 방향을 영역 (11)마다 바꿀 수 있다. 이에 따라 구조체 (10)를 보는 방향을 바꾸어도 하나의 영역 (11)에 있어서의 구조 색 발색을 볼 수 있다.

또한, "격자"라는 말은, 예를 들면, 바둑판의 눈처럼 복수의 세로 방향의 선과 복수의 가로 방향의 선이 직교한 것으로 해석되는 경우가 있으나, 본 실시 형태에서는 이들 복수의 가로 세로의 선이 "직교" 한 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 복수의 평행한 선과, 다른 복수의 평행한 선이 임의의 각도를 가지고 교차한 것도 "격자"에 포함된다. 또한 도 11(3-3)에 나타내는 가공부 (14)의 격자 패턴과 같이 복수의 평행한 선과, 다른 복수의 평행한 선과, 또 다른 복수의 평행한 선이 임의의 각도를 가지고 서로 교차한 것에 대해서도 "격자"에 포함된다.

다음에 빔 스플리터 (22a)를 회전 또는 회동시키기 위한 기구(각도 조정 수단)에 대해서 도 12를 참조해서 설명한다.

이 도에 도시한 바와 같이 빔 스플리터 (22a)는 모터 (31)를 사용해서 회전 또는 회동시킬 수 있다. 구체적으로는 빔 스플리터 (22a)는 홀더(32)에 겹납되어 있으며, 이 홀더 32에는 연결부(33)를 통해서 제1풀리 (34)가 연결되어 있다. 연결부(33)는 지지부 (35)에 의해서 회전 가능하게 축지지되어 있다. 한편, 모터 (31)의 회전축 (36)에는 제2풀리 (37)가 장착되어 있다. 그리고 제1풀리 (34)와 제2풀리 (37)가 벨트 (38)로 연결되어 있다. 이러한 구성에 있어서 모터 (31)의 회전축 (36)이 회전하면 그 회전력이 제2풀리 (37)및 벨트 (38)를 통해서 제1풀리 (34)에 전달되고, 이 제1풀리 (34)에 연결된 홀더(32) 및 빔 스플리터 (22a)가 회전한다.

또한 연결부(33)는 원통 형상으로 형성되어 있으며, 제1 풀리 (34)는 원환형(도너츠 모양)으로 형성되어 있다. 그래서, 레이저 발진기 (21)에서 출력된 레이저 빔은 제1풀리 (34)에서의 원환형의 중앙 개구부와 연결부(33)에서의 원통 형상의 중공부를 지나 빔 스플리터 (22a)에 도달할 수 있다.

또한 벨트 (38)는 제1풀리 (34)와의 사이 또는 제2풀리 (37)와의 사이에서 미끄럼이 생기지 않도록 타이밍 벨트를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1풀리 (34) 및 제2풀리 (37)은 타이밍 벨트의 볼록(凸)부가 맞물리는 흠부가 주위면에 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 빔 스플리터 (22a)의 회전 속도는 모터 (31)에 접속된 속도 제어기 (39)에 의해 조절할 수 있다. 속도 제어기 (39)는 회전 속도를 설정하는 설정부(도시하지 않음)와 설정된 회전 속도에 맞는 전류를 모터 (31)에 흘리는 전류 제어부(도시하지 않음)을 가지고 있다. 이에 따라 속도 제어기 (39)는 설정된 회전 속도로 모터 (31)를 회전 구동시킬 수 있다.

또한 구조체 (10)의 영역 (11)에 있어서의 가공부 (14)의 배열 방향의 기울기는 빔 스플리터 (22a)의 회전 속도와 레이저 빔의 펄스 반복 주파수를 사용해서 산출할 수 있다.

여기서 빔 스플리터 (22a)를 회전시키면서 사용할 경우, 빔 스플리터 (22a)의 회전 속도를 V[rpm], 레이저 발진기 (21)에서 출력되는 레이저 빔의 펄스 반복 주파수를 f[Hz]이라고 하면 가공부 (14)의 배열 방향의 경사 각도 D[°]는 다음 식으로 산출할 수 있다.

D=(V/60)×(1/f)×360...(식 1)

이 식 1을 사용해서 구체적인 수치를 시산해 본다.

예를 들면 빔 스플리터 (22a)의 회전 속도를 15[rpm](매분 15회전), 레이저 발진기 (21)에서 출력되는 레이저 빔의 펄스 반복 주파수를 10[Hz](=10shot/sec)로 하면, 가공부 (14)의 배열 방향의 경사 각도 (D1)는 다음 식으로 산출된다.

D1=(15/60)×(1/10)×360=9...(식 2)

이 경우 펄스 레이저 빔은 1초에 10발 출사되므로 출사 간격은 0.1초이다. 그리고 빔 스플리터 (22a)의 회전 수는 0.1초에 0.025회전이다. 즉, 빔 스플리터 (22a)는 0.1초에 9°(=360°×0.025회전)회전 한다. 따라서 가공부 (14)의 배열 방향의 경사 각도 (D1)는 9°가 된다.

또한 구조체 형성 장치 (20)에는, 도 (13)에서 나타낸 바와 같이 레이저 발진기 (21)와 빔 스플리터 (22a)사이에 레이저 스캐너 (25)를 갖출수 있다.

레이저 스캐너 (25)는 레이저 발진기 (21)에서 출력된 레이저 빔을 내부에 설치된 미러 (251)로 반사시켜서 빔 스플리터 (22a)를 향해서 전달시키기 위한 광학 장치이다.

미러 (251)는 하나의 레이저 스캐너 (25)에서 하나 또는 두개 이상 갖출 수 있다. 하나의 레이저 스캐너 (25)에 미러 (251)가 2개 갖춰져 있는 경우, 첫번째 미라 (251)(제1 미라 (251a))는 레이저 발진기 (21)에서 출력된 레이저 빔을 반사하고 두번째 미라 (251)(제2미러 (251b))는 제1미러 (251a)에서 반사된 레이저 빔을 반사하고 빔 스플리터 (22a)에 전파시킨다.

또한 레이저 스캐너(25)에는 제1미러 (251a) 또는 제2미러 (251b)에서의 레이저 빔의 반사 면을 소정의 속도로 자동적으로(또는 수동으로)회전 또는 회동시키기 위한 미러 각도 제어 장치가 장착되어 있다.

미러 각도 제어 장치에는 예를들면 가르바노 스캐너 또는 가르바노 미터 스캐너로 불리는 장치를 사용할 수가 있다.

가르바노 스캐너는 가르바노 모터 (252)와 드라이버(도시하지 않음)를 갖추고 있다. 도 (13)에서는 미러 각도 제어 장치의 구성 요소 중 미러 (251)가 장착된 가르바노 모터 (252)(후술)만을 도시하고 있다.

가르바노 모터 (252)의 회전축의 선단에는 미러 (251)가 장착되어 있다. 드라이버는 가르바노 모터 (252)를 구동 제어하기 위한 전자 회로이며, 가르바노 모터 (252)에 일정 범위 내의 전압을 인가하거나, 일정 범위 내의 전류를 흐르게 함으로써, 미러 (251)를 한 방향 또는 양방향(양방향의 경우는 X축 방향과 Y축 방향의 2축을 조합한 방향)으로 회전 또는 회동(回動)시킬 수 있다.

가르바노 스캐너에는 아날로그 타입과 디지털 타입이 있다.

아날로그 타입은 가르바노 모터 (252)에 대해서 드라이버가 소정치의 아날로그 전압을 인가함으로써 그 가르바노 모터 (252)에 장착된 미러 (251)를 회동시키는 것이다. 예를 들면, 아날로그 전압의 제어 범위가 ±10V의 경우,+5V의 전압을 인가하면 가르바노 모터 (252)의 회전축이 +10°회동하고 이에 따라 미러 (251)의 반사 면도+10°회동한다. 또한-3V의 전압을 인가하면 가르바노 모터 (252)의 회전축이-6°회동하고 이에 따라 미러 (251)의 반사 면도 6°회동한다.

디지털 타입은, 드라이버를 컨트롤하기 위한 컨트롤러를 그 드라이버에 접속하여 소정의 제어용 소프트웨어 또는 API(Application Program Interface)를 사용해서 퍼스널 컴퓨터에서 컨트롤러에 명령을 송신하여 제어한다. 컨트롤러는 퍼스널 컴퓨터로부터의 명령에 따라서 제어 펄스를 출력하여 드라이버를 통해서 가르바노 모터 (252)를 제어한다.

이 디지털 타입에서는 가르바노 모터 (252)에 엔코더(도시하지 않음)가 부설되어 있으며, 컨트롤러와 가르바노 모터 (252)사이에서는 클로즈 루프로 항상 미러 (251)의 각도를 감시한다. 이 때문에, 정밀도가 높은 회동 제어가 가능하다.

또한, 컨트롤러와 그 제어용 소프트웨어가 한세트로 시스템화되어 있으므로 가르바노 모터 (252)의 각도 제어와 레이저 출력의 반복 주기와 동기를 쉽게 취할 수 있다.

또한 구조체 형성 장치 (20)에 레이저 스캐너(25)를 설치하는 경우, 아날로그 타입 또는 디지털 타입의 어느 가르바노 스캐너를 채용할지는 임의로 선택할 수 있다.

이 미러 각도 제어 장치에서 가르바노 모터 (252)를 구동 제어해서 미러 (251)에서의 반사 면의 각도를 변경 하므로써 레이저 스캐너(25)에서 빔 스플리터 (22a)에 전달하는 레이저 빔의 전달 방향을 조정할 수 있다. 예를 들면 제1미러 (251a)의 반사 면의 각도를 변화시키면 그 레이저 빔의 전달 방향은 수평으로 이동한다. 또한 제2미러 (251b)의 반사 면의 각도를 변화시키면 그 레이저 빔의 전달 방향은 수직 방향으로 이동한다. 따라서 그들 제1 미라 (251a)와 제2미러 (251b)의 각각의 반사 면의 각도를 일정 속도로(또는 주기적으로)변화시키게 하면 빔 스플리터 (22a)에 대한 레이저 빔의 조사 위치를 수평방향 또는 수직 방향으로 주사시킬 수 있고 이에 따라 구조체 (10)부근에서 복수의 광속이 간섭하는 영역도 이동시킬 수 있다. 그리고 레이저 발진기 (21)에서 출력되는 레이저 빔의 반복 주파수에 따라 구조체 (10)의 피막 (12)에서의 다수의 영역 (11)에 연속적으로 미세 주기 구조를 형성할 수 있다.

또한 구조체 형성 장치 (20)에서는 도 10에 나타낸 빔 스플리터 (22a)로 바꾸어 예를 들면 도 14에 나타내는 구성의 빔 스플리터 (22b)를 설치할 수 있다.

빔 스플리터 (22b)는 분기 후의 광속의 진행 방향이 다른 복수의 회절 광학 소자 (221)를 갖춘 구조이다. 예를 들면, 이 도면에서는 4개의 회절 광학 소자 (221-1~221-4)가 동일면상 배치되어 있으며 왼쪽위에 배치된 회절 광학 소자 (221-1)에서 분기하는 광속이 진행하는 방향을 0°(기준 각도)로 했을 때에, 다른 회절 광학 소자 (221-2~221-4)에 있어서의 그 진행하는 방향은 각각 다른 각도(예를 들면 18°45°75°)이다.

이 빔 스플리터 (22b)가 설치된 구조체 형성 장치 (20)를 사용하여 구조체 (10)를 형성하는 방법에 대해서는, 후기의 "(3-2)구조체 형성방법의 제2실시 형태"에서 상세히 기술한다.

또한 4개의 회절 광학 소자 (221-1~221-4)의 각각에서 분기하는 광속이 진행하는 방향은 0° 18, °45, °75°에 한정되는 것은 아니고 임의의 적합한 각도를 채용할 수 있다.

또한 구조체 형성 장치 (20)에 설치하는 빔 스플리터를 도 10에 나타낸 빔 스플리터 (22a) 또는 도 14에 나타낸 빔 스플리터 (22b)의 어느 쪽으로 하는가에 대해서는 레이저 스캐너(25)의 유무나 형성되는 구조체 (10)의 종류 등에 따라 정할 수 있다. 또한 다음의 설명에서 빔 스플리터 (22a) 또는 빔 스플리터 (22b)의 어느 쪽을 사용해도 좋은 경우는 그것들을 총칭하여 "빔 스플리터 22"로서 설명한다.

(3)구조체 형성 방법

다음에, 본 실시 형태의 구조체의 형성 방법에 대해서 도 15A~도 15C, 도 16, 도 17A~도 17D를 참조해서 설명한다.

또한 여기서는 도 10에 나타낸 구조체 형성 장치 (20)를 사용해서 제1실시 형태의 구조체 (10a)를 형성하는 방법을 "(3-1)구조체 형성 방법의 제1 실시 형태"로 설명하고 도 (13)에 나타낸 구조체 형성 장치 (20) 및 도 14에 나타낸 빔 스플리터 (22b)를 사용해서 제2실시 형태의 구조체 (10b)를 형성하는 방법을 "(3-2)구조체 형성 법의 제2실시 형태"로서 설명한다.

(3-1)구조체 형성 방법의 제1 실시 형태

본 실시 형태에서는 도 10에 나타낸 구조체 형성 장치 (20)를 사용하여 도 1에 나타낸 구조체 (10a)를 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

또한 구조체 형성 장치 (20)의 빔 스플리터 (22a)는, 소정의 속도로 도 15B에 나타내는 방향으로 자동으로 회전하는 기구(도 12에 나타낸 기구)를 가지고 있는 것으로 한다.

우선 구조체 (10a)를 레이저 빔 조사 장치 (20)의 제2렌즈 (24)로부터 소정의 거리의 위치에 배치한다. 이 위치는 제2렌즈 (24)에 의해서 복수의 광속이 교차하는 간섭 영역을 포함한 위치이다(도 16참조).

빔 스플리터 (22a)가 소정의 경사 각도(도 15A에서는 빔 스플리터 (22a)의 경사 각도를 나타내는 경사축이 수직 방향을 나타내는 기준 축과 일치했을 때의 각도(0°))에 이르면 레이저 발진기 (21)가 1펄스 분의 레이저 빔을 출력하여 빔 스플리터 (22a)가 그 레이저 빔을 분기해서 복수(도 15A에서는 5개)의 분기 광속을 형성하고 제1렌즈 (23)가 그 복수의 분기 광속을 평행으로 하고, 제2렌즈 (24)가 그들 복수의 분기 광속을 교차시켜서 간섭 영역을 형성하여 구조체 (10a)의 피막 (13)에 조사한다.

이에 따라 피막 (13)에는 그 간섭 영역에서의 고강도 영역의 분포에 의해 서 미세 주기 구조가 영역 (11-1)에 형성된다. 이 미세 주기 구조는 세로 방향의 격자 선과 가로 방향의 격자 선에 의해서 구성되는 격자의 교차점형상으로 가공부 (14)가 늘어선 구조가 된다(도 15A참조).

다음에 도 15B와 같이 그 구조체 (10a)를 해당 구조체 (10a)의 표면 (17)의 면 방향에 따라 조금 비킨 위치에 배치한다. 단, 이 위치도 레이저 빔 조사 장치 (20)의 제2렌즈 (24)로부터 소정의 거리의 위치이며, 제2렌즈 (24)에 의해 복수의 광속이 교차하는 간섭 영역을 포함한 위치이다.

빔 스플리터 (22a)가 소정의 경사 각도(도 15B에서는 빔 스플리터 (22a)의 경사축이 기준 축(수직 방향)에 대해서 45°)에 이르면 레이저 발진기 (21)가 1펄스 분의 레이저 빔을 출력하고 빔 스플리터 (22a)가 그 레이저 빔을 분기해서 복수의 분기 광속을 형성하며 제1렌즈 (23)가 그들 복수의 분기 광속을 평행으로 하고, 제2렌즈 (24)가 그들 복수의 분기 광속을 교차시켜서 간섭 영역을 형성하여 구조체 (10a)의 피막 (13)에 조사한다. 이 때, 빔 스플리터 (22a)의 경사 각도가 45°이므로 이 빔 스플리터 (22a)가 레이저 빔을 분기하는 방향도 도 15A에 나타낸 경우에 비해서 45도 기울어져 있다. 그리고 그들 분기 광속이 교차하는 간섭 영역에서는 복수의 광속이 간섭하는 방향이 도 15A에 나타내는 경우에 비해서 45도 기운다.

이에 따라 피막 (13)에는 미세 주기 구조가 영역 (11-2)에 형성된다. 이 미세 주기 구조는 우측하향의 사선인 격자선과 죄측하향 사선인 격자 선에 의해서 구성되는 격자의 교차점 형상의 가공부 (14)가 늘어선 구조가 된다(도 15B참조).

또한 도 15C에 도시한 바와 같이 그 구조체 (10a)를 해당 구조체 (10a)의 표면 (17)의 면 방향에 따라서 약간 비킨 곳에 배치한다. 단, 이 위치도 레이저 빔 조사 장치 (20)의 제2렌즈 (24)로부터 소정의 거리의 위치이며, 제2렌즈 (24)에 의해 복수의 광속이 교차하는 간섭 영역을 포함한 위치이다.

빔 스플리터 (22a)가 소정의 경사 각도(도 15C에서는 빔 스플리터 (22a)의 경사축이 기준 축(수직 방향)에 대해서 90°)에 이르면 레이저 발진기 (21)가 1펄스 분의 레이저 빔을 출력하여 빔 스플리터 (22a)가 그 레이저 빔을 분기해서 복수의 분기 광속을 형성하며 제1렌즈 (23)가 그들 복수의 분기 광속을 평행으로 하고, 제2렌즈 (24)가 그들 복수의 분기 광속을 교차시켜서 간섭 영역을 형성하고 구조체 (10a)의 피막 (13)에 조사한다. 이 때, 빔 스플리터 (22a)의 경사 각도가 90°이므로 이 빔 스플리터 (22a)가 레이저 빔을 분기하는 방향도 도 15A에 나타낸 경우에 비해서 90° 기울어져 있다. 그리고 그들 분기 광속이 교차하는 간섭 영역에서는 복수의 광속이 간섭하는 방향이 도 15A에 나타낸 경우에 비해서 90° 기울어진다.

이에 따라 피막 (13)에는 미세 주기 구조가 영역 (11-3)에 형성된다. 이 미세 주기 구조는 세로 방향의 격자 선과 가로 방향의 격자 선에 의해서 구성되는 격자(도 15A에 도시하는 가공부 (14)의 격자 패턴과 비교해서 90° 경사진 각도의 격자)의 교자점형상으로 가공부 (14)가 늘어선 구조가 된다(도 15C참조).

이와 같이 회전하는 빔 스플리터 (22a)가 소정의 각도에 달할 때마다 레이저 발진기 (21)가 1펄스 분의 레이저 빔을 출력함으로써 그들 소정의 각도마다 빔 스플리터 (22a)에 의한 레이저 빔의 분기 방향을 바꾸면서 간섭 영역에서 복수의 광속이 간섭하는 방향을 변화시켜서 영역 (11)마다 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 다르도록, 미세 주기 구조를 형성할 수 있다.

또한 구조체 형성 장치 (20)에서는 빔 스플리터 (22a)이후부터 레이저 빔 조사부(도 16에 나타낸 간섭 영역)까지 레이저 빔을 중계하는 광학 소자에 렌즈 (23, 24)를 사용하기로 하였으므로, 도 1에 나타낸 구조체 (10a)를 형성하는 경우에는 빔 스플리터 (22a)만 회전 또는 회동시키면 되고 빔 스플리터 (22a) 이외의 광학 소자에 대해서는 조작이 불필요해 지므로 미세 주기 구조의 형성 과정을 간단한 것으로 할 수 있다.

또한 본 실시 형태의 구조체 형성 방법은 도 1에 나타내는 구조체 (10a)를 형성하는 방법으로 설명하였으나, 동일한 방법으로 도 3에 나타내는 구조체 (10b)을 형성할 수도 있다.

예를 들면 하나의 영역 군 15에 포함되는 각 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성하는 경우는 빔 스플리터 (22a)의 회전을 정지하고 구조체 (10)를 면 방향으로 이동하면서 제2렌즈 (24)에 의해 수습한 광속이 교차하는 위치를 피막 (13)상에서 이동시켜서 그들 각 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성한다.

이어서 다음의 영역 군 (15)에 포함되는 각 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성하는 경우는 빔 스플리터 (22a)를 회동시켜서, 소정의 각도에 달한 곳에서 그 회동을 정지하고 이 상태에서 구조체 (10)를 이동시키면서 제2렌즈 (24)에 의해서 수습한 광속이 교차하는 위치를 피막 (13)상에서 이동시켜서 그들 각 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성한다.

이와 같이 한 영역 군 (15)에 포함되는 각 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성할 때는 빔 스플리터 (22a)의 각도를 일정하게 하고, 다음의 영역 군 (15)에 포함되는 각 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성할 때에 빔 스플리터 (22a)의 각도를 변화시키도록 함으로써 영역 군 (15)마다 가공부 (14)배열 방향이 다르게 미세 주기 구조를 형성할 수 있다. 따라서 도 10에 나타낸 구성의 구조체 형성 장치 (20)를 사용하여 도 3에 나타내는 구조체 (10b)를 형성할 수 있다.

(3-2)구조체 형성 방법 제2실시 형태

본 실시 형태에서는 도 (13)에 나타낸 구조체 형성 장치 (20) 및 도 14에 나타낸 빔 스플리터 (22b)를 사용하여 도 3에 나타낸 구조체 (10b)를 형성하는 방법에 대해서 설명한다.

또한 레이저 스캐너(25)는 제1미러 (251a)및 제2미러 (251b)를 소정의 속도로 자동적으로 회전 또는 회동 또는 정지하는 기구를 가지고 있는 것으로 한다.

또한 도 14에 나타낸 4개의 회절 광학 소자 (221-1~221-4)의 각각에서 분기하는 광속의 진행하는 방향을 0° 18°, 45°, 75°로 한다.

우선 구조체 (10b)를 레이저 빔 조사 장치 (20)의 제2렌즈 (24)로부터 소정의 거리의 위치에 배치한다. 이 위치는 제2렌즈 (24)에 의해서 복수의 광속이 교차하는 간섭 영역을 포함하는 위치이다(도 16참조).

레이저 스캐너(25)의 제1미러 (251a)및 제2미러 (251b)가 각각 소정의 각도(도 17A에서는 레이저 스캐너(25)에서 빔 스플리터 (22b)에 대한 레이저 빔의 전파 방향이 해당 빔 스플리터 (22b)의 제1 회절 광학 소자 (221-1)에 향하는 방향이 되는 각도)에 이르면 레이저 발진기 (21)가 1펄스 분의 레이저 빔을 출력하여 빔 스플리터 (22b)의 제1 회절 광학 소자 221-1가 그 레이저 빔을 분기해서 복수(도 17A에서는 5개)의 분기 광속을 형성하고 제1렌즈 (23)가 그들 복수의 분기 광속을 평행으로 하고, 제2렌즈 (24)가 그들의 복수의 분기 광속을 교차시켜서 간섭 영역을 형성하여 구조체 (10b)의 피막 (13)에 조사한다.

이에 따라 피막 (13)에는 그 간섭 영역에서의 고강도 영역의 분포에 의해 서 미세 주기 구조가 영역 군 (15-1)에서의 영역 (11)으로 형성된다. 이 미세 주기 구조는 세로 방향의 격자 선과 가로 방향의 격자 선에 의해서 구성되는 격자의 교차점형상으로 가공부 (14)가 늘어선 구조로 된다(도 17A참조).

하나의 영역 군 (15-1)을 구성하는 여러 영역 (11)의 각각에 대해서는 레이저 발진기 (21)에서 출력되는 레이저 빔의 반복 주파수에 따라 제1 미라 (251a)및 제2미러 (251b)를 각각 소정의 각도로 변화시키면서, 미세 주기 구조를 형성한다. 이 때, 레이저 스캐너(25)로 부터의 레이저 빔은 반드시 빔 스플리터 (22b)의 제1 회절 광학 소자 (221-1)를 투과한다. 이로써 하나의 영역 군 (15-1)을 구성하는 여러 영역 (11)의 각각에는 가공부 (14)의 배열 방향이 동일한 미세 주기 구조가 형성된다.

다음에, 레이저 스캐너(25)의 제1미러 (251a)및 제2미러 (251b)가 각각 소정의 경사 각도(도 17B에서는 레이저 스캐너(25)에서 빔 스플리터 (22b)에 대한 레이저 빔의 전달 방향이 해당 빔 스플리터 (22b)의 제2회절 광학 소자 (221-2)로 향하는 방향이 되는 각도)에 이르면 레이저 발진기 (21)가 1펄스 분의 레이저 빔을 출력하여 빔 스플리터 (22b)의 제2회절 광학 소자 (221-2)가 그 레이저 빔을 분기해서 복수의 분기 광속을 형성하고 제1렌즈 (23)가 그 복수의 분기 광속을 평행으로 하고, 제2렌즈 (24)가 그들 복수의 분기 광속을 교차시켜서 간섭 영역을 형성하고 구조체 (10b)의 피막 (13)에 조사한다. 이 때 제2회절 광학 소자 (221-2)의 분기 각도가 18도이므로 분기 광속이 교차하는 간섭 영역에서는 복수의 광속이 간섭하는 방향이 도 17A에 나타낸 경우에 비해서 18°기운다.

이에 따라 피막 (13)에는, 영역 군 (15-2)에서의 영역 (11)에 미세 주기 구조가 형성된다. 이 미세 주기 구조는 기준 각도에서 18° 경사진 우측하향 사선인 격자 선과 이에 직교하는 격자 선에 의해서 구성되는 격자의 교차점형상으로 가공부 (14)가 늘어선 구조가 된다(도 17B참조).

하나의 영역 군 (15-2)을 구성하는 복수의 영역 (11)의 각각에 대해서 미세 주기 구조를 형성할 경우 레이저 스캐너(25)로 부터의 레이저 빔은 반드시 빔 스플리터 (22b)의 제2회절 광학 소자 (221-2)를 투과한다. 이로써 하나의 영역 군 (15-2)을 구성하는 복수의 영역 (11)에는 가공부 (14)의 배열 방향이 동일한 미세 주기 구조가 형성된다.

또한 영역 군 (15-3)을 구성하는 여러 영역 (11)이나 영역 군 (15-4)을 구성하는 복수의 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성하는 방법은 본 실시 형태에서 전술한 방법(영역 군 (15-1,15-2)을 구성하는 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성하는 방법)과 같다. 다만, 영역 군 (15-3)을 구성하는 복수의 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성할 경우는 도 17C와 같이, 레이저 스캐너(25)로 부터의 레이저 빔을 빔 스플리터 (22b)의 제3회절 광학 소자 (221-3)에 투과시킨다. 또한 영역 군 (15-4)을 구성하는 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성하는 경우는 도 17D와 같이, 레이저 스캐너(25)로 부터의 레이저 빔을 빔 스플리터 (22b)의 제4회절 광학 소자 221-4에 투과시킨다. 이에 따라 영역 군 (15-3)을 구성하는 여러 영역 (11)에는 가공부 (14)배열 방향이 기준 각도에서 45° 경사진 각도가 되는 미세 주기 구조가 형성된다. 또한 영역 군 (15-4)을 구성하는 복수의 영역 (11)에는 가공부 (14)배열 방향이 기준 각도에서 75° 경사진 각도가 되는 미세 주기 구조가 형성된다.

이와 같이 레이저 빔을 투과시키는 회절 광학 소자 (221-1~221-4)를 영역 군 (15)마다 바꿈으로써 그들 영역 군 (15)마다(즉 영역 형성 범위 (16)마다)로 가공부 (14)의 배열 방향이 다른 미세 주기 구조를 형성할 수 있다.

또한 4개의 회절 광학 소자 (221-1~221-4)가 분기하는 광속이 진행하는 방향은 0° 18°, 45°, 75°에 한정되는 것은 아니고 임의로 적합한 각도를 채용할 수 있다.

(4)실시예

(4-1) 제1실시예

다음에, 본 발명의 재1 실시예 및 이와 대비하는 제1 비교예에 대해서 설명한다.

여기에서는 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 (11)마다 다른 구조체 (10)를 제1실시예로 하고, 가공부 (14)의 배열 방향이 모든 영역 (11)에서 같은 구조체 (10)를 제1비교예로하고 이들의 비교를 실시하였다.

<제1실시예>

에폭시 도료에 평균 입자지름이 25nm의 산화 아연 미립자(테이카(주)제품, MZ-500)를 이 도료의 수지 성분 100중량부에 대해서 40중량부의 양을 첨가하여 도료를 조제하였다.

이 도료를 알루미늄제 판(두께 200μm)의 한쪽 면 측에 도포하여 시료를 조제하였다. 이 때, 피막의 두께는 약 2μm이었다.

또한 그 조제한 시료의 피막 측에 폴리에스테르 아미노 도료를 도포하여, 보호층을 조제하였다. 이때 보호 층의 두께는 약 6μm이었다.

조사하는 레이저 빔에는 Q스위치 펄스 YAG레이저 제3고조파(파장 355nm)을 사용하였다. 펄스 YAG레이저의 펄스 폭은 5ns, 펄스 반복 주파수는 10Hz였다.

그 시료에 대해서 피막이 형성된 측에서 구조체 형성 장치 (20)를 사용해서 레이저 빔을 조사함으로써 미세 주기 구조를 형성하였다. 이 미세 주기 구조의 형성 방법은 상기 "(3-1)구조체 형성 방법의 제1 실시 형태"에서 설명한 방법과 같다. 즉, 구조체 형성 장치 (20)의 빔 스플리터 (22a)를 일정한 속도(15rpm)로 회전시키는 동시에, 그 빔 스플리터 (22a)의 경사 각도가 9°씩(0°, 9°, 18°, 27°,···351°, 360°)경사질 때마다 1펄스의 레이저 빔을 시료에 조사하여 미세 주기 구조를 형성하였다.

그 결과 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 (11)마다 다르게, 각 영역 (11)에 미세 주기 구조가 형성되었다.

또한 그 시료 표면을 촬영한 바, 도 18A(i)(ii)에 도시하는바와 같이 s방향에서 본 경우에도, 또한 t방향에서 본 경우에도 하나의 영역 (11)의 구조 색 발색을 확인할 수 있었다.

또한 s방향과는 도 18A(iii)에 도시하는 바와 같이 사각형의 시료에 있어서의 하나의 모서리부 측에서 그 시료의 표면을 본 방향이다. 또한, t방향은 이 도면에 나타내듯이, s방향과는 마주 보는 쪽의 모서리부에서 조금 벗어난 위치에서 그 시료 표면을 본 방향이다.

< 제1비교예>

폴리에스테르 도료에 자외선 흡수제(ADEKA제품, 아데카스타브 LA-31)를 이 도료의 수지 성분 100중량부에 대해서 1중량부의 양을 첨가하여 도료를 조제하였다.

이 도료를 알루미늄제 판(두께 350μm)의 한쪽 면 측에 도포하여 시료를 조제하였다. 이 때, 피막의 두께는 약 6μm이었다.

구조체 형성 장치 (20)에 대해서는 제1실시예에서 사용한 구조체 형성 장치 (20)와 같은 것을 사용하였다.

그 시료에 대해서 피막이 형성된 측에서 구조체 형성 장치 (20)를 사용하여 레이저 빔을 조사함으로써 미세 주기 구조를 형성하였다. 이 때, 구조체 형성 장치 (20)의 빔 스플리터 (22a)는 회전 및 회동하지 않고 고정으로 하였다.

그 결과 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 어느 영역 (11)에서도 서로 같아지도록 각 영역 (11)에 미세 주기 구조가 형성되었다(도 18B(i)(ii)의 굵은 파란 선 내).

또한 그 시료 표면을 촬영한 바, 도 18B(i)(ii)에 도시하는 바와 같이 s방향에서 본 경우에는 모든 영역 (11)의 구조 색 발색을 확인할 수 있었다. 그런데 t방향에서 보았을 때는 어느 영역 (11)의 구조 색 발색도 확인하지 못 하였다.

이들< 제1실시예>과 <제1비교예>를 비교해서 밝혀진 바와 같이 복수의 영역 (11)의 모두에서 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 같은 경우에는 구조 색 발색을 확인할 수 있는 각도가 제한되는 반면, 영역 (11)마다 여러 가공부 (14)의 배열 방향이 다른 경우에는 구조체 (10)를 임의의 방향에서 보아도 하나의 영역 (11)의 구조 색 발색을 확인할 수 있었다.

(4-2) 제2실시예

다음에, 본 발명의 제2실시예 및 이와 대비하는 제2비교예에 대해서 설명한다.

여기에서는 영역 (11)의 지름이 100μm이며, 영역 군 15마다(즉 영역 형성 범위 16마다) 가공부 (14)의 배열 방향이 다른 구조체 (10)를 제2실시예로 하고, 영역 (11)의 지름이 0.7mm이며, 영역 (11)마다 가공부 (14)의 배열 방향이 다른 구조체 (10)를 제2비교예로서 이들의 비교를 하였다.

< 제2실시예>

에폭시 도료에 평균 입자지름이 25nm의 산화 아연 미립자(테이카(주)제품, MZ-500)를 이 도료의 수지 성분 100중량부에 대해서 20중량부의 양을 첨가하여 도료를 조제하였다.

이 도료를 알루미늄제 판(두께 250μm)의 한쪽 면 측에 도포하여 시료를 조제하였다. 이 때, 피막의 두께는 약 2μm이었다.

또한 그 조제한 시료의 피막 측에 폴리에스테르 아미노 도료를 도포하여 보호층을 조제하였다. 이때 보호 층의 두께는 약 6μm이었다.

구조체 형성 장치는 도 13에 나타내는 구성의 구조체 형성 장치 (20)를 사용하였다. 단 빔 스플리터 (22)는 도 14에 나타내는 구성의 빔 스플리터 (22b)를 사용하였다.

조사하는 레이저 빔에는 Q스위치 펄스 YAG레이저 제3고조파(파장 355nm)를 사용하였다. 펄스 YAG레이저의 펄스 폭은 5ns였다.

그 시료에 대해서 피막 (13)이 형성된 측에서 구조체 형성 장치 (20)를 사용해서 레이저 빔을 조사함으로써 미세 주기 구조를 형성하였다. 이 미세 주기 구조의 형성 방법은 전술한 "구조체 형성 법 제2실시 형태"에서 설명한 방법과 같다. 즉, 구조체 형성 장치 (20)의 빔 스플리터 (22b)를 구성하는 회절 광학 소자 (221-1~221-4)중 레이저 빔을 투과시키는 회절 광학 소자 (221-1~221-4)를 영역 군 (15)마다 바꾸어 가며 레이저 빔을 시료에 조사하여 다수의 영역 (11)에 미세 주기 구조를 형성하였다.

그 결과 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 군 (15)마다(즉 영역 형성 범위 (16)마다) 다르게, 각 영역 (11)에 미세 주기 구조가 형성되었다(도 19(i)참조). 또한 다수의 영역 군 (15)을 시료의 상면 전체에 배치하였다. 또한 영역 (11)의 직경은 모두 100μm이었다.

그 시료 표면을 촬영한 바, 도 19(ii)에 도시하는 바와 같이 많은 영역 군 (15)에서의 영역 (11)의 구조 색 발색을 확인할 수 있고 반짝이는 것 같은 가식 효과를 얻었다.

< 제2비교예>

폴리에스테르 도료를 알루미늄제 판(두께 250μm)의 윗면에 도포하고, 또한 그 폴리에스테르 도료의 윗면에 비닐 아크릴 도료를 바르고, 시료를 조제하였다. 이 때, 폴리에스테르 피막(하층)의 두께는 약 4μm, 비닐 아크릴 피막(상층)의 두께는 약 4μm이었다.

구조체 형성 장치는 도 10에 나타내는 구성의 구조체 형성 장치 (20)를 사용하였다. 즉, 레이저 스캐너(25)를 설치하지 않고, 빔 스플리터 (22a)를 장착한 구성의 구조체 형성 장치 (20)를 사용하였다.

조사하는 레이저 빔에는 Q스위치 펄스 YAG레이저 제4고조파(파장 266nm)를 사용하였다. 펄스 YAG레이저의 펄스 폭은 5ns였다.

그 시료에 대해서 피막 (13)이 형성된 측에서 구조체 형성 장치 (20)를 사용해서 레이저 빔을 조사함으로써 미세 주기 구조를 형성하였다. 이 때, 구조체 형성 장치 (20)의 빔 스플리터 (140)를 일정 속도로 회전시키는 동시에, 빔 스플리터 (140)의 경사 각도가 9°씩(0°, 9°, 18°, 27°,···351°, 360°)경사질 때마다 1펄스의 레이저 빔을 시료에 조사해서 미세 주기 구조를 형성하였다.

그 결과 복수의 가공부 (14)의 배열 방향이 영역 (11)마다 다르게, 각 영역 (11)에 미세 주기 구조가 형성되었다(도 5B(i)참조). 또한 다수의 영역 (11)을 시료의 표면 전체에 배치하였다. 또한 영역 (11)의 직경은 모두 0.7mm였다.

그 시료 표면을 촬영한 바, 도 5B(ii)에 도시하는 바와 같이 하나의 영역 (11)의 구조 색 발색을 확인할 수 있었다. 다만, 확인할 수 있는 구조 색 발색은 영역 (11)마다이며, 영역 군 (15)마다는 아니었다.

이들<제2실시예>와<제2비교예>를 비교해서 밝힌 바와 같이 전자 쪽이 반짝임의 느낌이 현저하게 발현하고 있고 뛰어난 가식 효과를 얻을 수 있음을 알았다. 즉, 영역 (11)마다 가공부 (14)의 배열 방향이 다르게 미세 주기 구조를 형성한 경우보다도, 영역 (11)의 크기를 줄이고, 또한 영역 군 (15)마다(즉 영역 형성 범위 (16)마다) 가공부 (14)의 배열 방향이 다르게 하는 것이 높은 가식 효과를 얻을 수 있음을 알았다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치에 의하면, 미세 주기 구조를 구성하는 복수의 가공부의 배열 방향이 영역마다 또는 복수의 영역마다 다르기 때문에 구조체를 임의의 방향에서 봐도 어느 하나의 영역에서의 구조 색 발색을 확인할 수 있다.

또한 구조체를 보는 방향을 변화시키면 구조 색 발색을 확인할 수 있는 영역이 변해 가므로 반짝이는 것 같은 가식 표현을 얻을 수 있다.

이상 본 발명의 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치의 바람직한 실시 형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명에 관한 구조체, 구조체 형성 방법 및 구조체 형성 장치는 상술한 실시 형태에만 한정되는 것이 아니고 본 발명의 위에서 다양한 변경 실시가 가능함은 물론이다.

예를 들면 도 1등에 나타낸 구조체는 평면의 판형상이지만, 구조체는 평면의 판형상에 한정하는 것이 아니고 곡면형상이나 입체 형상이라도 된다.

또한 도 1등에서는 복수의 영역이 종횡으로 규칙적으로 배치되어 있는데, 이러한 배치에 한정되는 것은 아니고 임의의 배열 방식으로 배치할 수 있다. 예를 들면, 복수의 영역에 의해서 문자를 그리거나 캐릭터의 윤곽을 그릴 수 있다.

본 발명은 미세 주기 구조를 가진 구조체에 관한 발명이므로, 그 미세 주기 구조를 형성 가능한 재료나, 그 미세 주기 구조를 형성하는 장치에 이용할 수 있다.

10 구조체
11 영역
12 기본 자재
13 피막
14 가공부
14-1 오목(凹)부
14-2 공동부
15 영역군
16 영역 형성 범위
17 표면
18 보호층
19 계면
20 구조체 형성 장치
21 레이저 발진기
22(22a, 22b) 빔 스플리터
23 제1렌즈
24 제2렌즈
25 레이저 스캐너

Claims (11)

1. 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해 발생으로 형성된 가공부를 가지는 구조체이며,
   해당 구조체에 있어서 하나의 영역에 복수의 상기 가공부가 격자 교차점형상으로 늘어선 미세 주기 구조가 형성되어 있으며,
   상기 구조체에, 상기 영역이 다수 배치되어 있고,
   상기 영역이 배치된 면을 복수의 범위로 구분했을 때의 각 범위를 영역 형성 범위로 하고,
   하나의 상기 영역 형성 범위에 상기 영역이 하나 또는 복수 배치되어 있으며,
   상기 다수의 영역의 각각에 형성된 상기 복수의 가공부의 배열 방향이 상기 영역 형성 범위마다 다른 것을 특징으로 하는 구조체.
   
2. 제1항에 있어서, 하나의 영역 형성 범위에 복수의 상기 영역이 배치되어 있으며, 이들 복수의 영역의 각각에, 배열 방향이 동일한 상기 가공부가 형성되어 있고,
   상기 복수의 영역을 영역 군으로 하였을 때, 하나의 영역 군을 구성하는 복수의 영역의 각각에 형성된 상기 가공부의 배열 방향과 다른 하나의 영역 군을 구성하는 복수의 영역의 각각에 형성된 상기 가공부의 배열 방향이 다른 것을 특징으로 하는 구조체.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수의 영역이 배치된 상기 영역 형성 범위의 형상이 사각형, 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 구조체.
   
4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 가공부는
   상기 구조체의 표면, 또는 복수층의 상기 구조체의 계면에 형성된 오목(凹)부,
   또는
   상기 구조체의 내부, 복수층 상기 구조체의 계면 복수층의 상기 구조체를 구성하는 층의 내부, 중의 어느 하나에 형성된 공동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조체.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미세 주기 구조가 형성된 구조체가 금속제 또는 플라스틱제의 기본 자재의 표면에 형성된 피막을 포함한 것을 특징으로 하는 구조체.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 기본 재료는 금속 캡, 금속 캔, 플라스틱 캡, 플라스틱 병 중 하나이며,
   상기 금속 캡 또는 상기 플라스틱 캡 천정부의 외면(外面)측 또는 상기 금속 캔 또는 상기 플라스틱 병의 몸체 외면 쪽에, 상기 피막이 형성된 것을 특징으로 구조체.
   
7. 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 형성된 가공부가 격자 교차점형상으로 늘어서 있는 미세 주기 구조를 구조체에 형성하는 구조체 형성 방법이며,
   레이저 발진기가 레이저 빔을 출력하고
   빔 스플리터가 상기 레이저 빔을 복수의 광속으로 분기하고
   렌즈가, 상기 복수의 광속을 간섭시켜서 구조체에 조사하여 상기 미세 주기 구조를 형성하고
   상기 구조체에서의 복수의 영역에 상기 미세 주기 구조를 형성할 때, 상기 영역마다 또는 인접하는 복수의 상기 영역마다 상기 빔 스플리터의 각도를 바꾸어 상기 복수의 광속이 간섭하는 방향을 변화시켜서 상기 미세 주기 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조체 형성 방법.
   
8. 펄스 레이저 빔의 조사에 의한 광분해의 발생으로 인해서 형성된 가공부가 격자 교차점형상으로 늘어서 있는 미세 주기 구조를 구조체로 형성하는 구조체 형성 방법이며,
   레이저 발진기가 레이저 빔을 출력하고
   레이저 스캐너가 상기 레이저 빔을 반사하여, 분기 각도가 다른 복수의 회절 광학 소자를 가진 빔 스플리터를 향해서 상기 레이저 빔을 전파(搬)시키고
   상기 빔 스플리터가 가지는 상기 복수의 회절 광학 소자 중 상기 레이저 빔을 수광한 회절 광학 소자가 상기 레이저 빔을 복수의 광속으로 분기하여
   렌즈가, 상기 복수의 광속을 간섭시켜서 상기 구조체에 조사하여 상기 미세 주기 구조를 형성하고
   상기 구조체에 있어서의 다수의 영역에 상기 미세 주기 구조를 형성할 때, 상기 다수의 영역 중 인접하는 복수의 영역에 상기 미세 주기 구조를 형성할 때와, 다른 복수의 영역에 상기 미세 주기 구조를 형성할 때에, 상기 레이저 빔을 수광 하는 회절 광학 소자가 전환하도록 상기 레이저 스캐너가 상기 레이저 빔의 반사 각도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구조체 형성 방법.
   
9. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 빔 스플리터가 상기 레이저 빔을 3 방향 이상으로 분기하고 이 분기 수에 따라 형상이 다른 다각형의 격자 교차점형상으로 상기 가공부가 늘어선 미세 주기 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 구조체 형성 방법.
   
10. 광분해의 발생으로 형성되는 가공부가 격자 교차점형상으로 늘어선 미세 주기 구조를 구조체로 형성하기 위해서, 상기 구조체에 펄스 레이저 빔을 조사하는 구조체 형성 장치이며,
    레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기와,
    상기 레이저 빔을 복수의 광속으로 분기하는 동시에 상기 레이저 빔의 진행 방향을 중심으로 회전 또는 회동하는 빔 스플리터와
    상기 복수의 광속을 간섭시켜서 구조체에 조사하여 상기 미세 주기 구조를 형성하는 렌즈와,
    상기 구조체에서의 복수의 영역에 상기 미세 주기 구조를 형성할 때에 어느 하나의 상기 영역에 상기 미세 주기 구조가 형성될 때마다 상기 빔 스플리터의 각도를 변화시키는 각도 조정 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 구조체 형성 장치.
    
11. 광분해의 발생으로 형성되는 가공부가 격자 교차점형상으로 늘어선 미세 주기 구조를 구조체로 형성하기 위해서, 상기 구조체에 펄스 레이저 빔을 조사하는 구조체 형성 장치이며,
    레이저 빔을 출력하는 레이저 발진기와,
    상기 레이저 빔을 반사하는 레이저 스캐너와
    이 레이저 스캐너로 반사한 상기 레이저 빔을 수광 하여 복수의 광속으로 분기하는 빔 스플리터와
    상기 복수의 광속을 간섭시켜서 상기 구조체에 조사하여 상기 미세 주기 구조를 형성하는 렌즈를 갖추고
    상기 빔 스플리터는 분기 각도가 다른 복수의 회절 광학 소자를 가지고
    상기 레이저 스캐너는, 상기 구조체에 있어서의 다수의 영역 중 인접하는 복수의 영역에 상기 미세 주기 구조가 형성될 때와 다른 복수의 영역에 상기 미세 주기 구조가 형성될 때에, 상기 레이저 빔을 수광 하는 회절 광학 소자가 전환되도록 상기 레이저 빔의 반사 각도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 구조체 형성 장치.
    

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