TW201527805A - 顯示體及顯示體之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明課題係提供一種利用了結構發色的高設計性顯示體。
本發明解決手段係在包含基材、形成在基材表面之多層積層體以及形成在多層積層體表面之微細凹凸層的顯示體中，多層積層體係2層以上的積層體；至少多層積層體及微細凹凸層係對於規定之波長區域的光具有透光性；構成多層積層體之各層係以對於規定之波長區域內之波長的光而言折射率與鄰接之層不同的材料所構成；構成多層積層體之各層及構成微細凹凸層之材料，以各自之折射率與物理膜厚之積所表示之光學膜厚係低於規定之波長區域中最短波長的7/4倍；透過部分地減少微細凹凸層的物理膜厚，而在微細凹凸層形成有包含具有物理膜厚以下之高低差之凸部及凹部的凹凸結構體。
Description
本發明係關於藉由利用了結構發色之使色調依觀察角度的變化而變化的顯示體及顯示體之製造方法。
近年，將可見於動植物表皮等的高功能性予以人工地再現之仿生技術受到關注。例如，以閃蝶的鱗粉及吉丁蟲的表皮為代表的結構發色，並非係伴隨色素或顏料等分子之電子狀態能量轉移的發色，而係因光的繞射或干渉、散射等等光學現象的作用所致之發色現象。
結構發色多係以多層膜干渉為基本，該多層膜干渉係在折射率不同之多層積層體之各界面的反射光進行干渉而發生者。多層膜干渉由於係藉由在積層體之各界面產生的反射光進行干渉而產生的緣故，因各層產生的光路差成為重要的因素。
該光路差除依存於各層的物理膜厚外，加之依存於構成之材料的折射率，又，亦因入射角而變化。因此，因多層膜干渉所致之結構發色係具有反射光的色
調會依光的入射角度而變化這樣的特徵。
有人利用該色調的入射角依存，而發明了例如於專利文獻1所記載的防拷貝印刷素材，該防拷貝印刷素材係在黒色層之上設置具有因多層膜干渉所致之結構發色的多層積層體，而使反射顏色依所見角度而變化。
又，發明了例如於專利文獻2所記載之發色體，該發色體係透過在要形成具有因多層膜干渉所致的結構發色之多層積層體的基材表面，形成不均勻的微細凹凸結構，而控制色調的入射角依存。
由該等發明，使依觀察角度的變化而變化色調的獨特顏色表現成為可能，變得能夠製造設計性高的顯示體。
[專利文獻1]日本特開2013-122567號公報
[專利文獻2]日本專利第4228058號說明書
惟，因前述般之多層積層體所致之反射光的色調，基本上係依構成積層體之各層的材料與物理膜厚所決定，就因觀察角度的變化所致之色調的變化而言會變得單調。
透過在要形成多層積層體之基材上形成不均勻的微細凹凸結構，雖能夠對色調變化及反射率賦予調
變，但主要係使因觀察角度的變化所致之反射光的色調變化緩慢，或係使在特定角度的反射率提升的效果，當多層積層體的結構係相同的狀況時，難以表現多彩的色調的變化。
因此，例如，欲利用因多層膜干渉所致之結構發色，來製造因觀察角度的變化所致之反射光色調的變化會依像素區域而不同之高設計性顯示體的狀況時，需要在各像素區域形成改變了構成材料或物理膜厚的多層積層體。
該狀況時，變得不得不將遮蔽具有相同色調變化之區域以外的步驟、與形成多層積層體的步驟予以重複所需次數，而使步驟變得複雜化。
本發明係為了解決這樣的課題所作成者，目的在於提供一種顯示體與其之製造方法，該顯示體係藉由簡單的結構，而具有如因觀察角度的變化所致之反射光色調的變化會依像素區域而不同的高設計性者。
本發明之一個方面係一種顯示體，其係包含基材、形成在基材表面之多層積層體、及形成在多層積層體表面之微細凹凸層的顯示體，其中多層積層體係2層以上的積層體；至少多層積層體及微細凹凸層係對於規定之波長區域的光具有透光性；構成多層積層體之各層係以對於規定之波長區域內之波長的光而言折射率與鄰接之層不同的材料所構成；構成多層積層體之各層及構成微細凹凸層之材料，以各自之折射率與物理膜厚之
積所表示之光學膜厚係低於規定之波長區域中最短波長的7/4倍；透過部分地減少微細凹凸層的物理膜厚，而在微細凹凸層形成有包含具有物理膜厚以下之高低差之凸部及凹部的凹凸結構體。
又，亦可在微細凹凸層表面形成有：由固定週期之線狀凹凸結構構成的一維繞射結構體、或者由固定週期之格子狀凹凸結構構成的二維繞射結構體。
又，對於構成微細凹凸層之材料的波長區域內之波長的光的折射率，較佳係大於對於構成多層積層體最上層之材料的波長的光的折射率。
又，亦可在多層積層體的最上層與微細凹凸層之間係具有導波層，該導波層係以對於波長區域內之波長的光的折射率大於構成微細凹凸層之材料的材料所構成，且物理膜厚與折射率之積的光學膜厚係低於在波長區域中最短波長之7/4倍；微細凹凸層之凹凸結構體凸部及凹部的高低差係與微細凹凸層的物理膜厚相等。
又，亦可為波長區域係可見光波長區域；在微細凹凸層表面形成多個被配置在至少一邊為10μm以上之矩陣上的像素區域；在各像素區域係形成有至少1個下述結構體：由結構週期係200nm以上800nm以下之線狀凹凸結構體構成，且線狀凹凸結構係排列在第1方向上的第1一維繞射結構體；由結構週期係200nm以上800nm以下之線狀凹凸結構體構成，且線狀凹凸結構係排列在與第1方向不同的第2方向上的第2一維繞射結構體；以及由結構週期係200nm以上800nm以下之格子狀凹凸結構
構成，且格子狀凹凸結構係排列在第1方向及第2方向上的二維繞射結構體。
又，基材、多層積層體各層與微細凹凸層較佳係以對於可見光波長區域之光而言消光係數為0.1以下的材料所構成。
又，基材、多層積層體各層、微細凹凸層與導波層較佳係以對於可見光波長區域之波長的光的折射率為1.3以上2.6以下的材料所構成，且鄰接之各層的折射率差係至少0.05以上。
本發明之其他方面係一種顯示體之製造方法，包含下述步驟：在基材表面依序積層各層而形成多層積層體的步驟，該多層積層體係對於可見光波長區域之光具有透光性，且鄰接之各層折射率係不同；在多層積層體表面塗布光硬化性樹脂的步驟；以及藉由光奈米壓印法在光硬化性樹脂形成所期望之凹凸形狀的步驟。
又，對於光硬化性樹脂的可見光波長區域之波長的光的折射率，較佳係大於對於構成多層積層體表面之材料的可見光波長區域的折射率。
又，顯示體之製造方法亦可包含下述步驟：準備基材的步驟；在基材表面依序積層各層而形成積層體的步驟，該積層體係對可見光區域內之波長的光具有透光性，且鄰接之各層折射率係不同；在多層積層體表面形成導波層的步驟；在導波層表面塗布光硬化性樹脂的步驟，該光硬化性樹脂係對於可見光區域內之波長的光的折射率小於構成該導波層之材料；藉由光奈米壓印
法在光硬化性樹脂形成所期望之凹凸形狀的步驟；以及藉由電漿暴露除去殘膜的步驟。
又，顯示體之製造方法亦可包含下述步驟：準備基材的步驟；在基材表面上依序積層各層而形成積層體的步驟，該積層體係對可見光區域內之波長的光具有透光性，且鄰接之各層折射率係不同；在多層積層體最上層表面塗布熱塑性樹脂層的步驟；以及藉由熱奈米壓印法在熱塑性樹脂層形成所期望之凹凸形狀的步驟。
又，對於熱塑性樹脂層的可見光區域內之波長的光的折射率，較佳係大於對於構成多層積層體最表面之材料的波長的光的折射率。
又，顯示體之製造方法亦可包含下述步驟：準備基材的步驟；在基材表面依序積層各層而形成積層體的步驟，該積層體係對於可見光波長區域內之波長的光具有透光性，且鄰接之各層的折射率係不同；在多層積層體表面形成導波層的步驟；在導波層表面塗布熱塑性樹脂層的步驟，該熱塑性樹脂層係對於可見光波長區域內之波長的光的折射率小於構成該導波層之材料；藉由熱奈米壓印法在熱塑性樹脂層形成所期望之凹凸形狀的步驟；以及藉由電漿暴露除去殘膜的步驟。
本發明中，係在因多層膜干渉所致結構發色之多層積層體表面，設置具有形成了一維或者二維繞射結構體之區域的微細凹凸層，並將微細凹凸層設計為能夠進一步與多層膜干渉關連的膜厚。藉此，能夠利用多
層膜干渉與繞射現象，而作成依觀察角度的變化使反射光會顯示獨特色調變化之顯示體，故能夠獲得提高藉由顯示體所顯示之圖形的設計性這樣的效果。
又，除能夠賦予藉由最適地設計顯示體的結構之效果外，加之能夠賦予因導波模態共振(Guide-Mode Resonance)所致之效果。因此，變得更能夠達成進一步提高顯示物之設計性這樣的效果。
1、2、3‧‧‧顯示體
11、12、13‧‧‧基材
21、22、23‧‧‧多層積層體
31、32、33‧‧‧微細凹凸層
42‧‧‧導波層
圖1係本發明第1實施形態渉及之顯示體截面的示意圖。
圖2係本發明第2實施形態渉及之顯示體截面的示意圖。
圖3係本發明第3實施形態渉及之顯示體截面的示意圖。
以下，一邊使用圖式一邊針對本發明第1至第3實施形態進行說明。又，在本發明中雖然光的波長區域並非係被特別限定者，但，例如，當作成人能在視覺上觀察之顯示體的狀況時係能夠限定在可見光波長區域，又，當透過紫外線相機或紅外線相機等所觀察的狀況時，亦能夠限定在對應的紫外線區域及紅外線區域的波長區域。以下，就第1、第2、第3實施形態而言係針對人能在視覺上觀察之顯示體進行說明。
(第1實施形態)以下，一邊使用圖式一邊針對本發明第1實施形態進行說明。
圖1係在本發明第1實施形態中顯示體1之截面的示意圖，在基材11之上形成好多層積層體21，在多層積層體21之上形成有微細凹凸層31。
在本發明中，基材11的材質非係被特別限定者。但是，為了僅依因多層膜干渉所致之結構發色而進行顏色表現，較佳係對於可見光波長區域透光性高的材料。例如可舉：合成石英玻璃及聚對苯二甲酸乙二酯等。在第1實施形態中，基材11係令為合成石英玻璃基板。
多層積層體21係藉由積層折射率不同的材料所形成。就形成各層之材料而言，顯示體1對於顯示圖形之波長區域的光需要具有透光性。
例如，就對可見光波長區域透光性高的材料而言，例如可應用：TiO2、Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、SiO2、Fe2O3、HfO2、MgO、ZrO、SnO2、Sb2O3、CeO3、WO3、PbO、In2O3、CdO、BaTiO3、ITO、LiF、BaF2、CaF2、MgF2、AlF3、CeF3、ZnS、PbCl2等無機介電體材料，或丙烯酸樹脂、酚樹脂、環氧樹脂等有機樹脂材料。又，關於構成多層積層體21各層的材料而言，由於鄰接之層折射率的差越大則在界面的反射強度會變得越大的緣故，即便係少層數亦能夠獲得充分的反射強度。在本發明第1實施形態而言，多層積層體21係令為TiO2與SiO2的積層體。
說明多層積層體21之形成方法的一例。最初
，在由合成石英玻璃構成之基材11的表面上成膜TiO2。就成膜方法而言，能夠利用例如：真空蒸鍍法及濺鍍、原子層沈積法等已知的方法。接著在已成膜之TiO2膜的表面上成膜SiO2。就成膜方法而言，能夠利用例如：真空蒸鍍法及濺鍍、原子層沈積法等已知的方法。交替進行TiO2與SiO2的成膜，在基材11的表面形成TiO2與SiO2交替積層而成的多層積層體21。進行積層之層的數量，及各層的物理膜厚，係需要設計為能夠獲得所期望之反射光光譜。再者，當進行積層的材料係有機化合物材料的狀況時，亦可使用旋塗法等已知的塗布方法。
特別係，關於物理膜厚而言，為了作成有效地使用有多層膜干渉的顯示體，需要在適當的範圍內設計膜厚值。例如，當考慮將各層替換為單層之狀況時垂直入射的薄膜干渉，則令構成層之材料的折射率n、物理膜厚d、m為0以上的整數，滿足2×d=(m+1/2)×λ/n之波長λ的光會被增強。要是薄膜的物理膜厚變厚，則滿足式之m與λ的組合數量變多，可見光波長區域內多個波長被增強的緣故，有顏色辨識變不明確之虞。由於同樣的現象亦發生在多層膜干渉的緣故，構成多層積層體21之各層的膜厚需要選擇適宜者。因此，在包含第1實施形態之本發明中，由因多層膜干渉所致結構發色之積層體各層之折射率n與物理膜厚d的積所表示之光學膜厚，較佳係被設計為使得低於作為對象之波長區域內最短波長的7/4倍。進一步為了明確地辨識色彩，較佳係低於5/4倍。在以人能在視覺上觀察之顯示體為對象之在第1實施形
態而言，由於係以可見光波長區域為對象的緣故，形成多層積層體21之各層光學膜厚的上限值，較佳係令為低於可見光波長區域內最短波長的7/4倍。另一方面，就光學膜厚的下限值而言，為了滿足薄膜干渉之建設性干渉的式，雖能夠作成以m=0並滿足n×d=λ/4之值，但依積層體的構成，即便係n×d<λ/4，由於因多層膜干渉所致之結構發色係可能的緣故，在本發明而言係不限定。
就第1實施形態而言係令TiO2的膜厚為160nm，令SiO2的膜厚為275nm。又，就進行積層之層的數量而言，令TiO2為5層，令SiO2為4層。因而多層積層體21的最上層係TiO2。再者，於本說明書當僅稱為膜厚的狀況時，係意味物理膜厚。
說明微細凹凸層31之形成方法的一例。在多層積層體21的形成後，在多層積層體21之上形成微細凹凸層31。微細凹凸層31亦與多層積層體21同樣地需要以對於作為對象之波長區域有透光性的材料所構成。針對微細凹凸層31之折射率與物理膜厚之積的光學膜厚，藉由與多層積層體21之各層同樣地作成低於可見光波長區域內最短波長的7/4倍，能夠實現因包含了微細凹凸層31之多層膜干渉所致之結構發色，而能夠作成設計性高的顯示體。又，亦可使構成微細凹凸層31之材料的折射率大於構成多層積層體21最上層之材料的折射率。多層積層體21及微細凹凸層31，較佳係使用對於可見光，例如，消光係數為0.1以下的材料。
進一步，在微細凹凸層31形成的凹凸結構體
係藉由部分地減少微細凹凸層31的物理膜厚來形成凹凸所形成，尺寸設計成入射的光會繞射。例如，由固定週期之線狀凹凸結構體構成的一維繞射結構體，或由固定週期之格子狀凹凸結構體構成的二維繞射結構體係適合的。藉由形成該結構體，利用在微細凹凸層31發生的繞射效應，進一步能夠作成設計性高的顯示體1。就本實施形態而言，由於凹凸結構體係僅被形成在微細凹凸層31的緣故，從凹凸結構體的凹部表面至凸部表面的高度(圖1的H1)係微細凹凸層31的物理膜厚(H2)以下。
針對繞射結構體之結構週期而言，係會繞射作為對象之波長區域之光的結構週期即可。例如，當人在視覺上能夠確認之顯示體的狀況時，結構週期係較可見光波長區域的最短波長大的話，從正面觀察顯示體的狀況時亦會觀測到因繞射效應所致之色調變化。但是，當結構週期係小於可見光波長區域之最短波長的狀況時，透過從斜向觀察顯示體會發生對於可見光波長的繞射現象。因此，結構週期，例如係200nm以上800nm以下的話即可。再者，依結構週期而繞射效應會不同的緣故，在微細凹凸層31表面配置多個像素區域，透過在各像素使結構週期變化，因多彩的色調變化所致之圖像顯示成為可能。又，像素區域越細則變得越能夠顯示高解析的圖像，但在本發明，為了作成人在視覺上能夠確認之顯示體，例如作成已配置在一邊係10μm以上的矩陣上的像素區域。
就第1實施形態而言，令微細凹凸層31的構成
材料為SiO2，令含凹凸結構體之高度的微細凹凸層31的膜厚為300nm。形成之結構體係由結構週期700nm之格子狀凹凸結構構成的二維繞射結構體與由結構週期350nm之線狀凹凸結構構成的一維繞射結構體，夾著未形成微細結構體區域之區域而將其形成於各個個別區域。又，凹凸圖案高度係令為200nm。
就微細凹凸層31的形成方法而言，構成微細凹凸層31之材料係SiO2等無機介電體材料的話，例如，設下述步驟即可：利用了真空蒸鍍法或濺鍍、原子層沈積法等已知方法的成膜步驟；利用了帶電粒子束曝光法或奈米壓印法等已知方法的蝕刻遮罩製造步驟；利用了電漿蝕刻等已知方法的圖案形成步驟；利用了使用有電漿灰化法或藥劑的洗淨等已知方法之遮罩除去步驟。又，構成微細凹凸層31之材料，例如係光硬化性樹脂或熱塑性樹脂的話，僅樹脂之塗布步驟與藉由光奈米壓印法或者熱奈米壓印法所致之微細結構體形成步驟亦可，該狀況時能夠簡化微細凹凸層31的形成步驟。又，構成微細凹凸層31之光硬化性樹脂或熱塑性樹脂對於可見光波長區域之波長的光的折射率，較佳係大於構成多層積層體21之表面的材料對於可見光波長區域的折射率。
要是人在視覺上觀測第1實施形態的顯示體，則在未形成微細結構體區域來說在從垂直方向的觀測下，綠色~黃色之由多層膜干渉所致之結構發色，確認到透過水平方向地移動觀察角度而緩慢地藍移。另一方面，當從垂直方向觀測了已形成由結構週期700nm的格子
狀凹凸結構構成的二維繞射結構體之區域的狀況時，因繞射效應會觀察到與未形成微細結構體區域不同的結構發色。進一步藉由傾斜顯示體來觀察而繞射效應被強調，觀測到因觀察角度所致之固有的色調變化。又，從垂直方向觀察了已形成由結構週期350nm之線狀凹凸結構構成之一維繞射結構體的區域的狀況時，由於無法獲得可見光波長區域的繞射效應的緣故，雖觀測到與未形成微細結構體區域類似的結構發色，透過將顯示體在線狀凹凸結構的排列方向傾斜來觀察，對於可見光波長區域可獲得繞射效應，且觀測到固有的色調變化。因形成該一維繞射結構體所致之色調變化，理所當然地係依傾斜顯示體的方向而變化的緣故，例如，將排列方向係90°不同的一維繞射結構體形成在其他區域的狀況時，亦變得能夠附加依傾斜的方向使所顯示之圖形變化的變換(changing)效果。又，進一步，亦可形成排列方向係與該等一維繞射結構體符合之格子狀凹凸結構體的二維繞射結構體。如此能夠透過適宜形成排列方向不同之多個一維繞射結構體，或者被排列在例如該等之中2個排列方向上的二維繞射結構體來構成多種多樣的圖案。根據以上，透過在基材1上形成因多層膜干渉而顯現結構發色的多層積層體21，進一步形成微細凹凸層31，而能夠獲得賦予了對應於已形成在微細凹凸層31之繞射結構體的繞射現象之，具有固有的色調變化的顯示體1。
(第2實施形態)以下，一邊使用圖式一邊針對本發明第2實施形態進行說明。
圖2係在本發明第2實施形態中顯示體2之截面的示意圖，在基材12之上形成好多層積層體22，在多層積層體22之上形成導波層42，而在導波層42之上形成有微細凹凸層32。
就第2實施形態的顯示體2而言，透過設導波層42，而利用由導波層42與形成在微細凹凸層32的一維繞射結構體所致之導波模態共振。導波模態共振，在當因一維繞射結構體所繞射的光滿足用以傳輸導波層42的相位整合條件(phase matching condition)的狀況時發生，係僅將滿足了該導波模態共振條件的波長反射至入射側的光學現象。但是，該導波模態共振在光垂直地入射的狀況時係最有效率的，可獲得導波模態共振的視角非常窄。
為了滿足導波模態共振條件，在導波層42使用之材料較佳係選擇自較鄰接之多層積層體22的最表面以及微細凹凸層32的折射率更高的材料。又，導波層42以及微細凹凸層32的膜厚係受第1實施形態限制，較佳係設計為會滿足導波模態共振條件的最適膜厚值。即，較佳係令導波層42之折射率與物理膜厚之積的光學膜厚低於可見光波長區域內最短波長的7/4倍。又，就第2實施形態之顯示體2而言，微細凹凸層32的膜厚與在微細凹凸層32所形成之凹凸結構體的高度需要係一致的。即，在凹部中，較佳係導波層42露出。
關於構成基材12、多層積層體22及微細凹凸層32之材料的限制係與第1實施形態同樣。又，就關於構
成多層積層體22之各層膜厚的限制亦係與1的實施形態同樣。
在基材12上之多層積層體22的形成方法係可令為與第1實施形態相同。又，關於導波層42，進行構成的材料係無機介電體材料的話，例如亦能夠利用真空蒸鍍法或濺鍍、原子層沈積法等已知的方法，係有機化合物材料的話能夠利用旋塗法等已知的塗布方法。
就微細凹凸層32的形成方法而言，能夠應用在第1實施形態中微細凹凸層31的形成方法。但是，在第2實施形態中微細凹凸層32的膜厚較佳係與在微細凹凸層32所形成之凹凸結構體的高度相等的緣故，例如，當藉由電漿蝕刻來形成結構體的狀況時，在凹部而言，較佳係蝕刻至鄰接之導波層42表面露出。該狀況時，構成導波層42之材料較佳係具有對於蝕刻微細凹凸層32之電漿的抗性。
又，作為微細凹凸層32的形成方法，更佳係能夠使用光奈米壓印法或熱奈米壓印法。該狀況時，透過施行由電漿所致之殘膜除去處理，在凹部能夠使導波層42的表面露出。但是，構成導波層42之材料較佳係具有對於進行殘膜除去之電漿的抗性。
又，就在微細凹凸層32形成的結構體而言，較佳係由固定週期之線狀凹凸結構構成的一維繞射結構體。因導波模態共振所致之反射光的波長係依結構體的結構週期所決定。
例如，令構成多層積層體22最上層之材料的
折射率為1.45左右、構成導波層42之材料的折射率為2.0左右、形成微細凹凸層32之材料的折射率為1.7左右，並令導波層42的膜厚為100nm左右、微細凹凸層32之膜厚為150nm左右，製作顯示體2並從正面觀察，該顯示體2係在微細凹凸層32夾著未形成微細結構體區域之區域將一維繞射結構體形成於各個個別區域，該一維繞射結構體係由結構週期為265nm左右、330nm左右、370nm左右並且將凸部尺寸除以結構週期之值為0.45的線狀凹凸結構構成者。該狀況時，由於在結構週期為265nm左右的區域係藍色、結構週期為330nm左右的區域係綠色、而結構週期為370nm左右的領域則係紅色，會因導波模態共振而被反射的緣故，會觀測到與未形成微細結構體區域各自不同的結構發色。進一步，將顯示體在線狀凹凸結構的排列方向各傾斜一定角度來觀察的狀況時，要是較某個角度更傾斜，則變得無法觀測因導波模態共振所致之反射光。但是，已形成在微細凹凸層32之結構體的週期結構，由於任一者皆係可見光波長區域以下，雖變得能夠觀測到多層積層體22、導波層42、微細凹凸層32所致之結構發色，但隨著增大傾角，因一維繞射結構體所致之繞射現象進行作用，在形成結構體區域而言，觀測到與未形成結構體區域係不同之固有的色調變化。根據以上，能夠獲得對多層膜干渉賦予了導波模態共振與繞射效應之作用之具有獨特色調變化的顯示體2。多層積層體22的各層、微細凹凸層32與導波層42較佳係以對於可見光波長區域之光的折射率1.3以上2.6以下之材料所
構成，且鄰接之各層的折射率差至少係0.05以上。
(第3實施形態)以下，一邊使用圖式一邊針對本發明第3實施形態進行說明。
圖3係在本發明第3實施形態中顯示體3的示意截面圖，在基材13之上形成好多層積層體23，而在多層積層體23之上形成有微細凹凸層33。
在第3實施形態中，亦與第2實施形態同樣地利用導波模態共振。但是，在第3實施形態而言，未設在第2實施形態設有的導波層42，透過相對於在微細凹凸層33形成之結構體的高度，將微細凹凸層33的膜厚設計得厚，殘膜會達成在第2實施形態設有的導波層42的功能，變得能夠作成可利用導波模態共振的顯示體3。
為了利用導波模態共振，構成微細凹凸層33的材料需要選擇自較構成多層積層體23最上層之材料折射率更高的材料。又，微細凹凸層33膜厚係較在第1實施形態中微細凹凸層31之膜厚的限制更受到限制，較佳係設計為滿足導波模態共振條件之微細凹凸層33的膜厚及結構體高度。
就微細凹凸層33的形成方法而言，能夠應用在第1實施形態中微細凹凸層31的形成方法。
又，就微細凹凸層33的形成方法，更佳係能夠使用光奈米壓印法或者熱奈米壓印法。該狀況時，藉由光奈米壓印法或者熱奈米壓印法所形成之殘膜係變得能夠達成在第2實施形態設有的導波層42的功能。
例如，要是令構成多層積層體23最上層之材
料的折射率為1.4左右、形成微細凹凸層33之材料的折射率為1.7左右，則製作顯示體3並從正面觀察，該顯示體3係令形成為微細凹凸層33之結構體的高度為200nm左右、微細凹凸層33的膜厚為300nm左右，而在微細凹凸層33夾著未形成微細結構體區域之區域將一維繞射結構體形成於各個個別區域，該一維繞射結構體係由結構週期為300nm左右、350nm左右並且將凸部尺寸除以結構週期之值係0.5的線狀凹凸結構構成者。該狀況時，由於在結構週期係300nm左右的區域而言係藍色、在結構週期為350nm左右之區域而言係綠色會因導波模態共振而被反射的緣故，觀測到與未形成微細結構體區域係各自不同的結構發色。進一步，當將顯示體在線狀凹凸結構的排列方向各傾斜一定角度來觀察的狀況時，要是較某個角度更傾斜則變得無法觀測因導波模態共振所致之反射光。但是，因為已形成在微細凹凸層33之結構體的週期結構，任一者皆係可見光波長區域以下，因此變得會觀測到因多層積層體23、微細凹凸層33所致之結構發色，但隨著增大傾角，因一維繞射結構體所致之繞射現象進行作用，在形成結構體區域而言，觀測到與未形成結構體區域係不同的固有的色調變化。根據以上，能夠獲得在多層膜干渉賦予了導波模態共振與繞射效應之作用之會顯示獨特色調變化的顯示體3。
(實施例1)
在實施例1係針對在由TiO2與SiO2構成之多層積層
體表面，將由SiO2構成的微細凹凸層透過濺鍍所致之成膜並藉由帶電粒子束曝光法與乾式蝕刻所形成的顯示體進行說明。
準備合成石英玻璃基板，在合成石英玻璃基板上透過濺鍍來交互地各積層4層膜厚45nm的TiO2與膜厚95nm的SiO2，最後成膜另1層膜厚45nm的TiO2來形成了多層積層體。進一步在多層積層體的表面成膜膜厚300nm的SiO2，在SiO2層表面透過濺鍍成膜了膜厚50nm鉻(Cr)層。TiO2層與SiO2層皆係藉由使用了金屬靶材的反應性濺鍍而成膜。於成膜使用之氣體係以氬(Ar)與氧(O2)，任一者皆係令為氧化物模式中的濺鍍。Cr層係使用金屬靶材來僅以Ar來進行了濺鍍。
在Cr層表面塗布200nm為帶電粒子束曝光用光阻之FEP171(富士電子材料(Fujifilm Electronic Materials)股份有限公司製造)，藉由可變式成型束方式的電子線在光阻上描繪圖案。描繪出之圖案，係由結構週期為350nm且將凸部尺寸除以結構週期之值為0.5的線狀凹凸結構構成之一維繞射結構體，以及，由結構週期700nm且將凸部尺寸除以結構週期之值為0.5的線狀凹凸結構構成之一維繞射結構體，描繪區域係令為各個邊為1cm的正方形區域，且各個圖案區域不重疊地排列。電子線照射的劑量係令為10μC/cm2，曝光後烘烤係以已加熱至100℃的熱板來實施了10分鐘。現像液係使用了TMAH水溶液，而淋洗液則係使用了純水。
於光阻上形成由線狀凹凸結構構成之一維繞
射結構體圖案後，實施藉由使用了氯氣與氧氣的混合氣體之電漿所致之蝕刻處理，將光阻圖案轉印至Cr膜。在蝕刻處理係應用了ICP乾式蝕刻裝置。導入氯50sccm、氧10sccm，將電漿腔室內的壓力設定為1Pa後，施加ICP功率為500W、RIE功率為50W，使電漿放電。
進一步，實施由使用了六氟化乙烷與氦之混合氣體的電漿所致之蝕刻處理，將已形成在Cr膜的圖案轉印至SiO2層。蝕刻處理係應用ICP乾式蝕刻裝置。將六氟化乙烷與氦分別導入50sccm，將電漿腔室內的壓力設定為1Pa後，施加ICP功率為500W、RIE功率為200W，使電漿放電。SiO2之蝕刻深度係令為200nm。
其次，進行使用了NMP(N-甲基-2-吡咯啶酮)、MEA(乙醇胺)等的有機洗淨、由硝酸2鈰銨與硝酸的混合水溶液所致之殘存Cr膜的除去，進一步進行使用了氨水與過氧化氫水溶液之混合溶液等的鹼性洗淨，獲得了形成了結構體之高度為200nm，膜厚為300nm之由SiO2構成的微細凹凸層的顯示體。
從正面觀察顯示體時，在未形成圖案區域係確認到綠~黃色的結構發色，而透過傾斜顯示體係確認到結構發色會藍移。另一方面，從正面觀察已形成結構週期700nm之一維繞射結構體之區域時，與未形成圖案流域(未形成圖案區域)比較係確認到藍色強的結構發色。進一步，一邊在線狀凹凸結構的排列方向傾斜一邊觀察顯示體時，觀測到橙色的結構發色，而可確認到因一維繞射結構體所致之固有的色調變化。又，從正面觀察已
形成結構週期350nm之一維繞射結構體的區域時，與未形成圖案區域係大致相同的結構發色，而一邊在線狀凹凸結構的排列方向傾斜一邊觀察顯示體時，觀測到橙色的結構發色，並可確認到因一維繞射結構體所致之固有的色調變化。
(實施例2)
在實施例2而言，針對令由TiO2與SiO2構成之多層積層體的最上層為SiO2，且藉由紫外線奈米壓印法形成了由光硬化性樹脂構成之微細凹凸層的顯示體進行說明。
首先，準備了紫外線奈米壓印用模具，該紫外線奈米壓印用模具係在合成石英玻璃基板上，在各個邊為1cm的正方形區域形成由結構週期350nm、結構體的高度係200nm且將凸部尺寸除以結構週期之值為0.5之線狀凹凸結構構成之一維繞射結構體，與由結構週期400nm、結構體的高度係200nm且將凸部尺寸除以結構週期之值係0.5的線狀凹凸結構構成之一維繞射結構體構成的圖案，且各個圖案領域係不重疊地排列著的。
在紫外線奈米壓印用模具表面，塗布了OPTOOL(登錄商標)HD-1100Z(大金工業股份有限公司製)作為離型劑。
其次，準備4吋的合成石英玻璃晶圓，在合成石英玻璃晶圓上藉由濺鍍交互地積層各5層膜厚40nm的TiO2與膜厚60nm的SiO2而形成了多層積層體。
接著，在已形成多層積層體之合成石英玻璃晶圓上，塗布膜厚200nm的光硬化性樹脂MUR-6(丸善石
油化學股份有限公司製)，使接觸已塗布離型劑之紫外線奈米壓印用模具表面，加2Mpa的壓力，自紫外線奈米壓印用模具的背面照射波長365nm的紫外光，使光硬化性樹脂硬化。處理係在室溫下進行，紫外光的曝光量係令為100mJ/cm2。
其次，將合成石英玻璃晶圓自紫外線奈米壓印用模具剝離，獲得了已形成由光硬化性樹脂構成之微細凹凸層的顯示體。
從正面觀察顯示體時，在未形成圖案區域來說確認到藍~藍綠色的結構發色，而藉由傾斜顯示體則確認到結構發色藍移。另一方面，從正面觀察已形成結構週期350nm之一維繞射結構體的區域時，與未形成圖案流域(未形成圖案區域)比較確認到綠色係強的結構發色。進一步，一邊在線狀凹凸結構的排列方向傾斜一邊觀察顯示體時，觀測到黃色的結構發色，確認到因一維繞射結構體所致之固有的色調變化。從正面觀察已形成結構週期400nm之一維繞射結構體的區域時，與未形成圖案流域(未形成圖案區域)比較確認到黃色係強的結構發色。進一步，一邊在線狀凹凸結構的排列方向傾斜一邊觀察顯示體時，觀測到黃色的結構發色，確認到因一維繞射結構體所致之固有的色調變化。根據以上，確認到因一維繞射結構體所致之固有的色調變化。
本發明的顯示體係能夠利用於設計性高的顯示物。特別係，期待適宜地利用在防偽技術領域等。
1‧‧‧顯示體
11‧‧‧基材
21‧‧‧多層積層體
31‧‧‧微細凹凸層
Claims (13)
- 一種顯示體，其係包含基材、形成在前述基材表面之多層積層體、及形成在前述多層積層體表面之微細凹凸層的顯示體，其中前述多層積層體係2層以上的積層體；至少前述多層積層體及前述微細凹凸層係對於規定之波長區域的光具有透光性；構成前述多層積層體之各層係以對於前述規定之波長區域內之波長的光而言折射率與鄰接之層不同的材料所構成；構成前述多層積層體之各層及構成前述微細凹凸層之材料，以各自之折射率與物理膜厚之積所表示之光學膜厚係低於前述規定之波長區域中最短波長的7/4倍；透過部分地減少前述微細凹凸層的物理膜厚，而在前述微細凹凸層形成有包含具有前述物理膜厚以下之高低差的凸部及凹部的凹凸結構體。
- 如請求項1之顯示體，其中在前述微細凹凸層表面係形成有：由固定週期之線狀凹凸結構構成的一維繞射結構體、或者由固定週期之格子狀凹凸結構構成的二維繞射結構體。
- 如請求項1或2之顯示體，其中對於構成前述微細凹凸層之材料的前述波長區域內之波長的光的折射率，係大於對於構成前述多層積層體最上層之材料的前述波長的光的折射率。
- 如請求項1或2之顯示體，其中在前述多層積層體的最上層與前述微細凹凸層之間係具有導波層，該導波層係以對於前述波長區域內之波長的光的折射率大於構成前述微細凹凸層之材料的材料所構成，且物理膜厚與折射率之積的光學膜厚係低於在前述波長區域中最短波長的7/4倍；前述微細凹凸層之凹凸結構體的凸部及凹部的高低差係與前述微細凹凸層的物理膜厚相等。
- 如請求項1至4中任一項之顯示體，其中前述波長區域係可見光波長區域；在前述微細凹凸層表面形成多個被配置在至少一邊係10μm以上之矩陣上的像素區域；在各像素區域係形成有至少1個下述結構體：由結構週期係200nm以上800nm以下之線狀凹凸結構體構成，且線狀凹凸結構係排列在第1方向上的第1一維繞射結構體；由結構週期係200nm以上800nm以下之線狀凹凸結構體構成，且線狀凹凸結構係排列在與前述第1方向不同的第2方向上的第2一維繞射結構體；以及由結構週期係200nm以上800nm以下之格子狀凹凸結構構成，且格子狀凹凸結構係排列在前述第1方向及前述第2方向上的二維繞射結構體。
- 如請求項5之顯示體，其中前述基材、前述多層積層體各層以及前述微細凹凸層係以對於可見光波長區域之光而言消光係數為0.1以下的材料所構成。
- 如請求項4之顯示體，其中前述基材、前述多層積層體各層、前述微細凹凸層以及前述導波層係以對於可見光波長區域之波長的光的折射率係為1.3以上2.6以下的材料所構成，且鄰接之各層的折射率差係至少0.05以上。
- 一種顯示體之製造方法，其包含下述步驟：在基材表面依序積層各層而形成多層積層體的步驟，該多層積層體係對於可見光波長區域之光具有透光性，且鄰接之各層折射率係不同；在前述多層積層體表面塗布光硬化性樹脂的步驟；以及藉由光奈米壓印法，在前述光硬化性樹脂形成所期望之凹凸形狀的步驟。
- 如請求項8之顯示體之製造方法，其中對於前述光硬化性樹脂的對於可見光波長區域之波長的光的折射率，係大於對於構成前述多層積層體表面之材料的可見光波長區域的折射率。
- 一種顯示體之製造方法，包含下述步驟：準備基材的步驟；在前述基材表面依序積層各層而形成積層體的步驟，該積層體係對可見光區域內之波長的光具有透光性，且鄰接之前述各層折射率係不同；在前述多層積層體表面形成導波層的步驟；在前述導波層表面塗布光硬化性樹脂的步驟，該光硬化性樹脂係對於可見光區域內之波長的光的折射 率小於構成該導波層之材料；藉由光奈米壓印法在前述光硬化性樹脂形成所期望之凹凸形狀的步驟；以及藉由電漿暴露除去殘膜的步驟。
- 一種顯示體之製造方法，其包含下述步驟：準備基材的步驟；在基材表面依序積層各層而形成積層體的步驟，該積層體係對於可見光區域內之波長的光具有透光性，且鄰接之前述各層折射率係不同；在前述多層積層體最上層表面塗布熱塑性樹脂層的步驟；以及藉由熱奈米壓印法在前述熱塑性樹脂層形成所期望之凹凸形狀的步驟。
- 如請求項11之顯示體的製造方法，其中對於前述熱塑性樹脂層的可見光區域內之波長的光的折射率，係大於對於構成前述多層積層體最表面之材料的前述波長的光的折射率。
- 一種顯示體之製造方法，包含下述步驟：準備基材的步驟；在前述基材表面依序積層各層而形成積層體之步驟，該積層體係對於可見光波長區域內之波長的光具有透光性，且鄰接之前述各層折射率係不同；在前述多層積層體表面形成導波層的步驟；在前述導波層表面塗布熱塑性樹脂層的步驟，該熱塑性樹脂層係對於可見光波長區域內之波長的光的 折射率小於構成該導波層之材料；以及藉由熱奈米壓印法在前述熱塑性樹脂層形成所期望之凹凸形狀的步驟；以及，藉由電漿暴露除去殘膜的步驟。
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