JP6801181B2 - 発色構造体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に形成された構造体により発色する発色構造体およびその製造方法に関する。

色素のような光吸収による電子遷移を伴う発色現象とは異なり、物質自体には光吸収性はないが、光の波長と同程度、もしくは波長よりも小さい周期構造体による回折や干渉、散乱を利用して、特定波長の光のみを反射、又は透過することにより発色する発色現象が存在する。以下、本明細書においては、この発色現象を構造発色と称する。

構造発色は、例えば紫外線により劣化しない無機誘電体材料で構成される場合、構造が保たれる限り紫外線が照射される環境下に放置しても、色褪せすることがない。

また、回折、干渉を利用する構造発色は、観察角度により認識される光の波長が変化する特徴があるため、意匠性の高い表現が可能となる。

このような構造発色による発色体として、屈折率が異なる高分子材料を多層構造とした多層膜干渉を利用した発色構造体が提案されている（特許文献１）。

但し、特許文献１で提案された発色構造体は、高分子材料の多層構造であるため、隣接する各層を構成する材料の屈折率差が小さく、強い反射を得るためには幾重にも積層する必要があり、製造コストが高くなる。さらに、多層膜干渉の影響が支配的となり、観察角度による色変化が急峻となり、特定の色を広い観察角度で表現することが困難となる。

そこで、自然界に生息するモルフォチョウのように、強い反射を有し、且つ観察する角度による色変化が緩やかである発色特性を有する発色構造体を供えた表示装置が提案されている（特許文献２）。

また、基材上に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）微粒子を配列させたＳｉＯ_２微粒子層を形成し、ＳｉＯ_２微粒子層上に光吸収のためにクロム（Ｃｒ）層を成膜し、Ｃｒ層上に二酸化チタン（ＴｉＯ_２）層とＳｉＯ_２層を交互に積層した光反射板も報告されている（非特許文献１）。

特開２０００−２４６８２９号公報 特開２００７−２２５９３５号公報

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ａ，Ｖｏｌｕｍｅ ３０，Ｎｏ．５，Ｐａｇｅ ９６２

特許文献２で提案された発色構造体は、基材に不均一な凹凸構造を形成し、この凹凸構造上に積層膜を形成することで、積層膜による干渉に凹凸構造の不規則性からなる光の広がり効果を付与し、観察角度による緩やかな色変化を実現している。

但し、基材および凹凸構造が、可視領域の波長帯の光が透過する材料で構成された場合、積層膜を透過した光はそのまま発色体裏面から抜けてしまう。したがって、発色構造体の表面側だけではなく、裏面側からも光が照射される環境下で表面側から観察した場合、裏面側から透過した光も観察されるため、色コントラストが低下してしまう。

色コントラストの低下を防止するため、発色体の裏面側に可視領域の波長帯の光を吸収する材料を成膜しても、基材との界面での反射が生じてしまう。また、基材あるいは凹凸構造を例えばカーボンのような可視領域の波長帯の光を吸収する材料に変更すると、凹凸構造形成において、紫外線照射による樹脂効果を利用する光ナノインプリント法を適用する際に、基材側から紫外線を照射できなくなるため、発色構造体の製造に生産性の高い光ナノインプリント法を適用することが困難となる。

一方で、非特許文献１で報告されている光反射板は、ＳｉＯ_２微粒子の粒径を２００〜４００ｎｍと幅を持たせることにより、凹凸構造の幅と高さに不規則性を付与し、さらに微粒子上に形成されたＣｒ層により、Ｃｒ層上に形成したＴｉＯ_２層とＳｉＯ_２層からなる積層膜を透過した光が吸収されるため、色コントラストの高い反射板が得られる。

但し、ＳｉＯ_２微粒子上にＣｒを成膜するため、Ｃｒ層表面の表面粗さはＳｉＯ_２微粒子の表面粗さよりも小さくなる。入射した光の反射を防止する構造として、蛾の眼を模した突起構造の集合体が一般的に知られている。このような突起構造の集合体により反射防止効果を得る場合は、突起構造の構造高さが高いほど、反射防止効果が高いとされている。しかしながら、非特許文献１で報告されている反射板は、Ｃｒ層表面の表面粗さがＳｉＯ_２微粒子の粒子径により規定されてしまうため、Ｃｒ層による反射防止効果の制御は困難である。

さらに、ＳｉＯ_２微粒子は自己組織的に配列されるため、光反射板の製造において、光学特性などにばらつきが生じ、収率が低下する恐れがある。

それ故に、本発明は、色コントラストの高い発色構造体およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る発色構造体は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の
光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有し、凹凸構造は波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成され、凹凸構造は蛾の眼を模した突起構造の集合体からなり、凹凸構造において、凸部の構造高さの偏差が、凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、凸部の構造高さは不規則な分布を有するものである。

あるいは、本発明に係る発色構造体は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有し、凹凸構造は、隣接した凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造であり、凹凸構造と積層体との間に、波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成される層を有し、凹凸構造において、凸部の構造高さの偏差が、凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、凸部の構造高さは不規則な分布を有するものである。

また、本発明は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する発色構造体の製造方法に関するものであり、凹凸構造において、凸部の構造高さの偏差が、凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、凸部の構造高さは不規則な分布を有し、基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなり、凹凸構造を反転した格子状構造を有する光ナノインプリント用モールドであって、隣接した凹部の間に平坦部が存在し、凹部の中心が格子状構造の格子構造により決定される中心位置からずれて分布しており、凹部の中心と格子状構造の構造周期により決定される中心位置との距離が格子状構造のピッチよりも小さい光ナノインプリント用モールドを用意する工程と、基材に光硬化性樹脂を塗布する工程と、光ナノインプリント法により、光硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して凹凸構造を形成する工程と、凹凸構造が形成された基材上に、波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、金属層上に、波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して積層体を成膜する工程とを具備するものである。

本発明は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する発色構造体の製造方法であって、凹凸構造において、凸部の構造高さの偏差が、凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、凸部の構造高さは不規則な分布を有し、基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなり、凹凸構造を反転した格子状構造を有する熱ナノインプリント用モールドであって、隣接した凹部の間に平坦部が存在し、凹部の中心が格子状構造の格子構造により決定される中心位置からずれて分布しており、凹部の中心と格子状構造の構造周期により決定される中心位置との距離が格子状構造のピッチよりも小さい熱ナノインプリント用モールドを用意する工程と、基材に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を塗布する工程と、熱ナノインプリント法により、熱可塑性樹脂層もしくは熱硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して凹凸構造を形成する工程と、凹凸構造が形成された基材上に、波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、金属層上に、波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して積層体を成膜する工程とを具備するものである。

本発明によれば、凹凸構造によって発色構造体の積層体を透過した光の反射が抑制されるため、色コントラストの高い発色構造体を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る発色構造体の断面概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る発色構造体の断面概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る発色構造体の断面概略図である。

本発明において、発色構造体が作用する波長帯は、凹凸構造を構成する凸部（凹部）の線幅及び配列ピッチと、凹凸構造上に形成する積層体の屈折率及び膜厚とにより決定される。本発明においては、発色構造体が対象とする波長帯は限定されるものではないが、以下の実施形態では、特に可視領域の光を対象とした発色構造体について図面を用いて説明する。尚、本実施形態において、可視領域は３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの波長帯の光を指すものとする。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る構造発色体の断面概略図である。可視領域の波長帯の光を反射する材料、例えばシリコン（Ｓｉ）やアルミ（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、Ｃｒなど、或いは可視領域の波長帯の光を吸収する材料、例えば炭素（Ｃ）などで構成された基材１１上に、図１（ａ）で示すような、蛾の眼を模した突起構造（モスアイ構造）２１を、リソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を適用して形成する。突起構造２１により、基材１１を構成する材料と、突起構造２１の上に隣接する材料との界面での屈折率変化が緩やかとなり、突起構造表面における界面での可視領域の反射を抑制できる。

突起構造２１を構成する複数の凸部は格子状に配列されることが好ましい。格子状に配列される場合は、六方最密格子状がより好ましいが、正方格子状でも良い。格子構造の周期性により可視領域の光が一次回折されないように、格子構造のピッチ（隣接する凸部の配列ピッチ）は可視領域の波長帯よりも小さい、すなわち３６０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、突起構造２１を構成する凸部の中心が格子構造の周期構造上の中心位置（設計位置）からずれて不規則に分布していることが好ましく、分布の偏差は格子構造のピッチよりも小さい値が好ましく、さらに格子構造のピッチの１／５以下の値であることがより好ましい。

突起構造２１を構成する複数の凸部の構造高さの値は、反射抑制効果と、構造発色体表面の反射光学特性により適宜設計される。凸部の構造高さは一定であっても良いが、散乱効果を付与するために不規則な分布を有していることが好ましい。但し、散乱効果が促進されると、構造発色体表面から反射される光の単色性が損なわれる恐れがあるため、構造高さの偏差は、構造高さの平均値の１／３以下であることがより好ましい。尚、構造高さが分布を有する突起構造２１は、例えばエッチングマスク線幅が分布を有する設計とし、完全にマスクが消失するまでドライエッチングを実施することで一括に形成することが可能である。その場合、マスク線幅の分布の偏差は、マスク線幅の平均値の１／３以下が好ましい。また、突起構造２１には底面に平坦部が無いことがより好ましいが、平坦部が存在しても良い。凸部の底面積の偏差は、設計値の１／３以下であることがより好ましい。理由は構造高さの場合と同様である。凸部が格子状に配列されている場合、格子構造の周期性から設計値は計算が出来る。なお、ここでいう底面積とは、凸部の側面が隣接する他の凸部の側面あるいは底面で区画される仮想線で囲まれた領域を構造発色体の上方から垂直に見た面積のことである。上方とは、図１では構造発色体の下部に垂直な方向に当たる。凸部が構造発色体の底面に対して傾いていたとしても、底面積は、この底面に垂直な方向から見た値で計算することとする。

次に、図１（ｂ）に示すように、突起構造２１の表面に、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を、スパッタリング法や蒸着法、或いは自己組織化等の公知の技術を適用して積層し、積層膜３１を形成する。図１（ｂ）では、突起構造２１の表面に、高屈折率層４１と低屈折率層５１の２種類の層を順次３対形成しているが、これらの層数や材料種とその数、膜厚、積層する順序は必要とする光学特性により適宜設計されるものである。積層膜を構成する材料としては、例えば、高屈折率材料として二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、低屈折率材料としてＳｉＯ_２などの屈折率差が大きい材料を適用することにより、少ない積層数でも高い反射率が得られるが、屈折率がわずかに違う場合でも界面における反射は発生するため、積層数を適宜設計することにより例えば高分子材料を適用することも可能である。

以上により得られた構造発色体に対して、基材１１の表面側から白色光を照射すると、積層体３１により干渉された光は、構造発色体表面から反射光として取り出される。一方、それ以外の波長帯の光は積層体３１を透過するが、突起構造２１により界面での反射は抑制されるため、構造発色体表面からは殆ど取り出されない。その結果、積層体３１により干渉された光のみが高いコントラストで観察される。さらに、積層体３１は突起構造２１の表面に形成されている。各層の形成過程では、隣接する下層の表面形状を追従しながら成膜させる。よって積層体３１は高さ方向に不規則性を有することになり、さらに、突起構造２１を格子状に配列することにより、回折効果も付与することができる。したがって、当該構造発色体は、積層体３１による干渉に、光の広がり効果が付与されるため、観察角度による緩やかな色変化を実現することができる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る構造発色体の断面概略図である。まず、図２（ａ）で示すように、基材１２表面に隣接した凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造６１を形成する。基材１２を構成する材料については、例えばＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｃｒ、Ｔａと言ったリソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を適用することにより加工することができる材料が好ましい。

凹凸構造６１の凸部の形状は、より好ましくは上面に平坦部が無い針形状であるが、図２（ａ）に示したように、上面に平坦部がある形状でも良く、また側壁角度は垂直でも良い。凹凸構造６１は格子状に配列されることが好ましい。格子状に配列される場合は、六方最密格子状がより好ましいが、正方格子状でも良い。格子構造の周期性により可視領域の光が一次回折されないように、格子構造のピッチは可視領域の波長帯よりも小さい、すなわち３６０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、凸部の中心が格子構造の中心に対して不規則な分布を有していることが好ましく、分布の偏差は格子構造のピッチよりも小さい値が好ましく、さらに格子構造のピッチの１／５以下の値であることがより好ましい。

凹凸構造６１の凸部の構造高さは一定であっても良いが、散乱効果を付与するために不規則な分布を有していても良い。但し、散乱効果が促進されると、構造発色体表面から反射される光の単色性が損なわれる恐れがあるため、構造高さの偏差は構造高さの平均値の１／３以下であることが好ましい。尚、構造高さが分布を有する突起構造２１は、例えばエッチングマスク線幅が分布を有する設計とし、完全にマスクが消失するまでドライエッチングを実施することで一括に形成するが可能である。その場合、マスク線幅の分布の偏差は、マスク線幅の平均値の１／３以下が好ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、凹凸構造６１が表面に形成された基材１２上に、可視領域の波長帯の光を反射する材料、或いは可視領域の波長帯の光を吸収する材料を、スパッタリング法や蒸着法など公知の技術を適用して成膜し、湾曲層７１を形成し、蛾の眼を模した突起構造２２を得る。湾曲層７１の膜厚は、平坦な表面上に成膜した場合に、可視領域の波長帯の光の透過率が２０％以下となることが好ましい。湾曲層７１は、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚で形成されることがより好ましいが、凸部間の平坦部が存在しても反射抑制効果は得られるため、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚より薄く形成されても良い。

次に、図２（ｃ）に示すように表面に突起構造２２の表面に、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を、スパッタリング法や蒸着法、或いは自己組織化等の公知の技術を適用して積層し、積層膜３２を形成する。図２（ｃ）では、突起構造２２表面に、高屈折率層４２と低屈折率層５２の２種類の層を順次３対形成しているが、これらの層数や材料種とその数、膜厚、積層する順序は必要とする光学特性により適宜設計されるものである。積層膜を構成する材料としては、例えば、高屈折率材料としてＴｉＯ_２、低屈折率材料としてＳｉＯ_２などの屈折率差が大きい材料を適用することにより、少ない積層数でも高い反射率が得られるが、屈折率がわずかに違う場合でも界面における反射は発生するため、積層数を適宜設計することにより例えば高分子材料を適用することも可能である。

以上により得られた構造発色体に対して、基材１２の表面側から白色光を照射すると、積層体３２により干渉された光は、構造発色体表面から反射光として取り出される。一方、それ以外の波長帯の光は積層体３２を透過するが、突起構造２２により界面での反射は抑制されるため、構造発色体表面からは殆ど取り出されない。その結果、積層体３２により干渉された光のみが高いコントラストで観察される。さらに、積層体３２は突起構造２２の表面に形成されている。各層の形成過程では隣接する下層の表面形状を追従しながら成膜される。よって積層体３２は高さ方向に不規則性を有することになり、さらに、突起構造２２を格子状に配列することにより、回折効果も付与することができる。したがって、当該構造発色体は、積層体３２による干渉に、光の広がり効果が付与されるため、観察角度による緩やかな色変化を実現することができる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る構造発色体の断面概略図である。第３の実施形態では、基材と凹凸構造、もしくは凹凸構造を形成する一部は異なる材料で構成される。まず、図３（ａ）で示すように、基材１３の表面に、隣接した凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造６２が形成された構造層８１を形成する。図３（ａ）では、凹凸構造６２の凸部間の平坦面は基材１３の表面より上部に存在するが、凹凸構造６２の凸部間の平坦面が基材１３の表面と同一面、或いは、基材１３の表面よりも下部に存在しても良い。尚、凹凸構造６２は第２の実施形態に記載した凹凸構造６１に準ずるものである。

構造層８１に凹凸構造６２を形成する手法としては、特に光ナノインプリント法、或いは熱ナノインプリント法の適用が好適である。この場合、構造層８１を構成する材料としては、光ナノインプリント法を適用する場合は光硬化性樹脂、熱ナノインプリント法を適用する場合は熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂となる。また、基材１３を構成する材料としては、光硬化性樹脂、或いは熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂との密着性が高い材料であれば良く、例えば易接着処理を実施したポリエチレンテレフタラートフィルムなどが適用可能である。

光ナノインプリント用モールド、或いは熱ナノインプリント用モールドは、例えばＳｉＯ_２やＳｉ基板にリソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を用いて凹凸構造６２の凹凸反転構造を加工したマスターモールドを適用する、もしくはマスターモールドには凹凸構造６２と同じ構造を加工してレプリカモールドを作製して適用することが可能である。また、マスターモールドの作製には、陽極酸化を適用しても良い。

光ナノインプリント法、或いは熱ナノインプリント法を適用し、得られた凹凸構造に対して、例えば構造高さや線幅などの、形状のトリミングが必要な場合は、光ナノインプリント、或いは熱ナノインプリント実施後にプラズマ処理を行なっても良い。

次に、図２（ｂ）に示すように、構造層８１上に、可視領域の波長帯の光を反射する材料、或いは視領域の波長帯の光を吸収する材料を、スパッタリング法や蒸着法など公知の技術を適用して成膜し、湾曲層７２を形成し、蛾の眼を模した突起構造２３を得る。湾曲層７１の膜厚は、平坦な表面上に成膜した場合に、可視領域の波長帯の光の透過率が２０％以下となることが好ましい。湾曲層７２は、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚で形成されることがより好ましいが、凸部間の平坦部が存在しても反射抑制効果は得られるため、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚より薄く形成されても良い。

次に、図２（ｃ）に示すように表面に突起構造２３の表面に、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を、スパッタリング法や蒸着法、或いは自己組織化等の公知の技術を適用して積層し、積層膜３３を形成する。図２（ｃ）では、突起構造２３の表面に、高屈折率層４３と低屈折率層５３の２種類の層を順次３対形成しているが、これらの層数や材料種とその数、膜厚、積層する順序は必要とする光学特性により適宜設計されるものである。積層膜を構成する材料としては、例えば、高屈折率材料としてＴｉＯ_２、低屈折率材料としてＳｉＯ_２などの屈折率差が大きい材料を適用することにより、少ない積層数でも高い反射率が得られるが、屈折率がわずかに違う場合でも界面における反射は発生するため、積層数を適宜設計することにより例えば高分子材料を適用することも可能である。

以上により得られた構造発色体に対して、基材１３の表面側から白色光を照射すると、積層体３３により干渉された光は、構造発色体表面から反射光として取り出される。一方、それ以外の波長帯の光は積層体３３を透過するが、突起構造２３により界面での反射は抑制されるため、構造発色体表面からは殆ど取り出されない。その結果、積層体３３により干渉された光のみが高いコントラストで観察される。さらに、積層体３３は突起構造２３の表面に形成されている。各層の形成過程では隣接する下層の表面形状を追従しながら成膜される。よって積層体３３は高さ方向に不規則性を有することになり、さらに、突起構造２３を格子状に配列することにより、回折効果も付与することができる。したがって、当該構造発色体は、積層体３３による干渉に、光の広がり効果が付与されるため、観察角度による緩やかな色変化を実現することができる。

尚、上記の第１〜第３の実施形態のように、凸部の中心位置、構造高さ、底面積の少なくとも１つに不規則性を与えた設計としておくことで、発色構造体の製造時におけるバッチ間でばらつき（製造誤差）が生じた場合でも、光学特性のばらつきを抑制することができ、歩留まりを向上させることができる。

まず、光ナノインプリント用のモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリントにおいて照射する光の波長は、３６５ｎｍであったため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料とした。合成石英基板表面に、Ｃｒをスパッタリングにより成膜し、Ｃｒ膜上に塗布した電子線レジストに電子線リソグラフィにより電子線レジストパターンを形成した。使用した電子線レジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。電子線により描画したパターンは、ＸＹ座標系において、一辺３ｃｍの正方形領域内に、一辺１５０ｎｍの正方形を、Ｘ座標、Ｙ座標共に周期３００ｎｍの正方格子配列の中心座標を中心値とし、標準偏差１５ｎｍの正規分布から選ばれる座標に配置したパターンであり、電子線を描画した領域は正方形の内側領域である。塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生したプラズマにより、表面が露出した領域のＣｒをエッチング除去した。続いて六弗化エタンガスに高周波を印加して発生したプラズマにより表面が露出した領域の石英をエッチングした。該工程によりエッチングした石英深さは１５０ｎｍであった。残存したレジスト及びＣｒ膜を除去し、離型剤としてオプツールＨＤ−１１００（ダイキン工業製）を塗布して光ナノインプリント用モールドを得た。

次に、合成石英ウェハ上に光硬化性樹脂を１００ｎｍ塗布し、真空中にて該合成石英ウェハに光ナノンプリント用モールドを５０ｋＮの圧力で押しつけながら、３６５ｎｍの光を１０Ｊ／ｍ^２照射した。続いて、光ナノンプリント用モールドを該合成石英ウェハから離型し、光硬化性樹脂パターンが形成された合成石英基板を得た。

次に、該光硬化性樹脂パターンが形成された合成石英基板を、酸素ガスに高周波を印加して発生したプラズマに暴露し、光ナノインプリント工程にて発生した残膜を除去した。続いて六弗化エタンガスに高周波を印加して発生したプラズマにより表面が露出した領域の石英をエッチングした。該工程によりエッチングした石英深さは１２０ｎｍであった。残存したレジストを除去した合成石英基板表面に、膜厚３００ｎｍのＡｌを蒸着法にて成膜し、続いて膜厚５５ｎｍのＴｉＯ_２と膜厚７６ｎｍのＳｉＯ_２を交互に５対蒸着法にて成膜し、構造発色体を得た。

得られた構造発色体に対して、垂直方向から反射分光測定を実施したところ、構造体形成した領域では約４６０ｎｍに最大６０％程度のピーク強度を持つ分光スペクトルが得られたのに対して、構造体未形成領域では約５００ｎｍに鋭いウェルがあるものの、その他の波長領域においては８０％以上の反射率を示す分光スペクトルが得られた。尚、白色光照射下において、得られた構造発色体を±５０°領域での傾斜観察では、構造形成領域の色はほぼ変化しない。

本発明の発色構造体は、意匠性の高い表示物に利用可能である。特に、表面加飾の分野に好適に利用が期待される。

１１、１２、１３…基材
２１、２２、２３…突起構造
３１、３２、３３…積層体
４１、４２、４３…高屈折率層
５１、５２、５３…低屈折率層
６１、６２…凹凸構造
７１、７２…湾曲層
８１…構造層

Claims (8)

1. 基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、前記凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有する発色構造体において、
   前記凹凸構造は前記波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成され、
   前記凹凸構造は蛾の眼を模した突起構造の集合体からなり、
   前記凹凸構造において、前記凸部の構造高さの偏差が、前記凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、前記凸部の構造高さは不規則な分布を有することを特徴とする、発色構造体。
2. 基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、前記凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有する発色構造体において、
   前記凹凸構造は、隣接した前記凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造であり、
   前記凹凸構造と前記積層体との間に、前記波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成される層を有し、
   前記凹凸構造において、前記凸部の構造高さの偏差が、前記凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、前記凸部の構造高さは不規則な分布を有することを特徴とする、発色構造体。
3. 前記基材表面もしくは前記基材上に形成された凹凸構造が、複数の前記凸部を格子状に配列した格子状構造であることを特徴とする、請求項１または請求項２いずれか記載の発色構造体。
4. 前記凹凸構造の前記凸部の中心が、前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置からずれて分布しており、前記凹凸構造の前記凸部の中心と前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置との距離が前記格子状構造のピッチよりも小さいことを特徴とする、請求項３記載の発色構造体。
5. 前記凹凸構造の前記凸部の中心と前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置との距離が、前記格子状構造のピッチの１／５以下であることを特徴とする、請求項４記載の発色構造体。
6. 前記格子状構造のピッチが、前記積層体を構成する材料が透過する光の波長帯よりも小さいことを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれか記載の発色構造体。
7. 基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、前記凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する発色構造体の製造方法であって、
   前記凹凸構造において、前記凸部の構造高さの偏差が、前記凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、前記凸部の構造高さは不規則な分布を有し、
   基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなり、前記凹凸構造を反転した格子状構造を有する光ナノインプリント用モールドであって、隣接した前記凹部の間に平坦部が存在し、前記凹部の中心が前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置からずれて分布しており、前記凹部の中心と前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置との距離が前記格子状構造のピッチよりも小さい光ナノインプリント用モールドを用意する工程と、
   前記基材に光硬化性樹脂を塗布する工程と、
   光ナノインプリント法により、前記光硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して前記凹凸構造を形成する工程と、
   前記凹凸構造が形成された基材上に、前記波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、
   前記金属層上に、前記波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して前記積層体を成膜する工程とを具備することを特徴とする、発色構造体の製造方法。
8. 基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、前記凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する発色構造体の製造方法であって、
   前記凹凸構造において、前記凸部の構造高さの偏差が、前記凸部の構造高さの平均値の１／３以下で、かつ、前記凸部の構造高さは不規則な分布を有し、
   基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなり、前記凹凸構造を反転した格子状構造を有する熱ナノインプリント用モールドであって、隣接した前記凹部の間に平坦部が存在し、前記凹部の中心が前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置からずれて分布しており、前記凹部の中心と前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置との距離が前記格子状構造のピッチよりも小さい熱ナノインプリント用モールドを用意する工程と、
   前記基材に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を塗布する工程と、
   熱ナノインプリント法により、前記熱可塑性樹脂層もしくは前記熱硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して前記凹凸構造を形成する工程と、
   前記凹凸構造が形成された基材上に、前記波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、
   前記金属層上に、前記波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して前記積層体を成膜する工程とを具備することを特徴とする、発色構造体の製造方法。