JP2023019615A - 発色構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜の膜厚の増大に依らずとも、少ない積層数で明瞭な発色を得ることができる発色構造体を提供する。【解決手段】発色構造体１０は、金属層２２と誘電体層２３とを備える光学機能層２４であって、干渉によって強められた反射光を射出する光学機能層２４を備える。金属層２２の可視領域における屈折率は、誘電体層２３の可視領域における屈折率と異なる。金属層２２は、５％以上の透過率を有する波長域を可視領域に有する。金属層２２の膜厚は、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、構造色を呈する発色構造体に関する。

多層膜干渉による構造色を呈する発色構造体が知られている。構造色は、光の回折や干渉や散乱といった、物体の微細な構造に起因した光学現象の作用によって視認される色である。多層膜干渉による構造色は、多層膜層における相互に隣り合う薄膜の界面で光が反射し、その反射した光が干渉することによって生じる。

多層膜層にて干渉により強められた反射光の射出角度は、入射光の角度に依存して決まるため、平面に多層膜層を積層した発色構造体では、視認される色が観察角度によって大きく変化する（例えば、特許文献１参照）。一方、微細な凹凸構造上に多層膜層を積層した発色構造体では、干渉によって強められた反射光が凹凸によって多方向に広がって射出されるため、観察角度による色の変化が緩やかになる（例えば、特許文献２参照）。こうした観察角度による色の変化の程度は、発色構造体の用途に応じて選択される。

特開２０１１－１８９５１９号公報 特開２００５－１５３１９２号公報

ところで、多層膜層の製造工程では、互いに異なる材料からなる薄膜が相互に隣り合うように、複数の薄膜を精密な膜厚で順に積層することが必要である。各薄膜の膜厚の誤差が積み重なると、所望の発色が得られ難くなるため、歩留まりの低下が懸念される。それゆえ、多層膜層を備える発色構造体の製造に要する負荷は大きい。

これに対し、光の干渉を利用しつつも少ない積層数で構造色を生じさせる構造として、単層での薄膜干渉を利用した構造が挙げられる。従来から知られている薄膜干渉を利用した発色構造体は、金属等からなる反射膜と、反射膜上に積層された単層の誘電体膜とを備えている。誘電体膜の表裏で反射した光が干渉し、かつ、反射膜によって反射光の強度が高められることによって、構造色が視認される。

しかしながら、こうした発色構造体においては、干渉を起こす反射光を射出する界面が、誘電体膜の表裏の２面に限られることに加え、干渉によって強められる波長域以外の光も反射膜によって強く反射されるため、反射光の波長選択性が低い。すなわち、視認される光の単色性が低くなり、特定の色の明瞭な発色が得られ難い。

誘電体膜の膜厚を数μｍ程度に大きくすることで、反射膜に接する面とは反対側の面での反射光の強度を高め、干渉を強めることも可能ではあるが、誘電体膜の膜厚が大きいと、干渉によって強められる波長域の制御が困難となり、所望の発色が得られ難くなる。また、誘電体膜の膜厚が大きいと、応力による発色構造体の反りや誘電体膜の剥がれが生じやすくなる。さらに、凹凸構造上に反射膜と誘電体膜とが積層される場合には、誘電体膜が凹凸構造に沿い難くなるため、反射光の散乱効果が得られ難くもなる。

したがって、薄膜の膜厚の増大に依らずとも、少ない積層数で明瞭な発色の得られる構造が望まれている。

上記課題を解決するための発色構造体は、金属層と誘電体層とを備える光学機能層であって、干渉によって強められた反射光を射出する前記光学機能層を備え、前記金属層の可視領域における屈折率は、前記誘電体層の可視領域における屈折率と異なり、前記金属層は、５％以上の透過率を有する波長域を可視領域に有する。

上記構成によれば、誘電体層を透過した光の一部が金属層を透過する。その結果、金属層における誘電体層と反対側の界面からも反射光が射出されて干渉を起こすことから、金属層が透過性を有さない場合と比較して、光学機能層における光の干渉が強められる。

さらに、金属層は反射性を有するため、金属層に代えて反射性の低い誘電体からなる層が配置されている場合と比較して、光学機能層からの反射光の強度が高められる。一方で、金属層が透過性を有さず可視領域の全体で高い反射性を有する場合と比較して、干渉により強められた特定の波長域以外の光の反射が強くなることが抑えられる。

したがって、光学機能層における薄膜の積層数が少なくとも、発色構造体の反射光における波長選択性が高められるため、上記特定の波長域に対応する色が明瞭に視認可能となる。

上記構成において、前記金属層の膜厚は、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であってもよい。
上記構成によれば、金属層における透過性が好適に得られる。

上記構成において、前記金属層は、３０％以上の反射率を有する波長域を可視領域に有してもよい。
上記構成によれば、金属層における反射性が好適に得られる。

上記構成において、可視領域に、前記金属層の屈折率と前記誘電体層の屈折率との差が０．３以上である波長域が含まれてもよい。
上記構成によれば、誘電体層と金属層との界面での反射が好適に生じるため、干渉が強められ、強度の高い反射光が得られやすい。

上記構成において、前記誘電体層の膜厚は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であってもよい。
上記構成によれば、誘電体層の膜厚が小さく抑えられているため、干渉によって強められる波長域の制御が困難となることや、応力による発色構造体の反りや誘電体膜の剥がれが生じることいった、誘電体層の膜厚の増大に起因する問題の発生が抑えられる。

上記構成において、可視領域における前記誘電体層の屈折率は、１．５より大きく３．０以下であってもよい。
上記構成によれば、誘電体層と、誘電体層に隣接する層との間の屈折率の差を大きく確保しやすいため、強度の高い反射光が得られやすい。

上記構成において、凸部または凹部である複数の凹凸要素から構成される凹凸構造を表面に有し、前記光学機能層を支持する凹凸構造層をさらに備え、前記光学機能層は、前記凹凸構造に沿った表面形状を有し、前記凹凸構造層の厚さ方向に沿った方向から前記凹凸構造を見た平面視において、前記凹凸要素の短辺方向の幅および長辺方向の幅の各々は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記厚さ方向に沿った前記凹凸要素の寸法は、前記平面視での前記凹凸要素の端部から中央部に向かって大きくなり、前記短辺方向の幅に対する、前記凹凸要素内における前記厚さ方向に沿った寸法の最大値の比は、０．１以上１．０以下であってもよい。

上記構成によれば、凹凸構造によって反射光が散乱される。そのため、干渉によって強められた特定の波長域の光が、様々な方向に射出され、当該特定の波長域に対応する色が広い観察角度で視認可能となる。また、反射光の散乱が等方的に生じるように凹凸構造を設計することが可能である。また、凸部の大きさがマイクロサイズであるため、凸部の大きさがナノサイズである場合と比較して、凹凸構造の形成が容易である。

上記構成において、凹凸構造を表面に有し、前記光学機能層を支持する凹凸構造層をさらに備え、前記光学機能層は、前記凹凸構造に沿った表面形状を有し、前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から１段以上の段差形状を有し、前記凹凸構造層の表面と対向する視点から見て、複数の前記凸部が構成するパターンは、第１方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第１方向と直交する第２方向に沿った長さが前記第１方向に沿った長さ以上である複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第２方向に沿った長さの標準偏差は、前記第１方向に沿った長さの標準偏差よりも大きくてもよい。

上記構成によれば、凹凸構造によって反射光が散乱される。そのため、干渉によって強められた特定の波長域の光が、様々な方向に射出され、当該特定の波長域に対応する色が広い観察角度で視認可能となる。また、反射光の散乱に異方性が得られる。

上記構成において、前記凹凸構造層の表面と対向する視点から前記凹凸構造を見たとき、前記複数の凸部が構成するパターンは、前記図形要素の集合からなる第１パターンと、前記第２方向に沿って延び、前記第１方向に沿って並ぶ複数の帯状領域からなる第２パターンとが重ね合わされたパターンであり、前記第２パターンにおいて、前記第１方向に沿った前記帯状領域の配列間隔は、前記複数の帯状領域において一定ではなく、前記複数の帯状領域における前記配列間隔の平均値は、前記光学機能層への入射光に含まれる波長域における最小波長の１／２以上であり、前記凸部は、前記凹凸構造層の厚さ方向への投影像が前記第１パターンを構成する要素であって所定の高さを有する凸部要素と、前記厚さ方向への投影像が前記第２パターンを構成する要素であって所定の高さを有する凸部要素とが高さ方向に重ねられた多段形状を有してもよい。

上記構成によれば、凹凸構造によって反射光の拡散効果と回折効果とが得られる。その結果、干渉によって強められた反射光が広い観察角度で観察可能であるとともに、この反射光の強度が高められる。

上記構成において、凹凸構造を表面に有し、前記光学機能層を支持する凹凸構造層をさらに備え、前記光学機能層は、前記凹凸構造に沿った表面形状を有し、前記凹凸構造層の表面と対向する視点から見て、前記凹凸構造を構成する複数の凸部が構成するパターンは、サブ波長以下の長さを有する第１方向に沿った辺と、前記第１方向と直交する第２方向に沿った辺とを有する仮想的な矩形に各々が内接する複数の図形要素の集合からなるパターンであり、前記凹凸構造層が含む複数の単位領域の各々において、前記矩形は前記第１方向に対してθの角度をなす方向に沿って並び、少なくとも１つの前記単位領域において、前記角度θは、０°より大きく９０°未満、または、９０°より大きく１８０°未満であってもよい。

上記構成によれば、凹凸構造によって反射光が散乱される。そのため、干渉によって強められた特定の波長域の光が、様々な方向に射出され、当該特定の波長域に対応する色が広い観察角度で視認可能となる。また、角度θを制御することにより、反射光の散乱の異方性を容易に制御することができる。

上記構成において、前記凹凸構造層に対して前記光学機能層と反対側に、可視領域の光の少なくとも一部を吸収する吸収層を備えてもよい。
上記構成において、前記光学機能層に対して前記凹凸構造等と反対側に、可視領域の光の少なくとも一部を吸収する吸収層を備えてもよい。

上記各構成によれば、光学機能層を透過した光の少なくとも一部が、吸収層に吸収される。したがって、光学機能層で干渉により強められる波長域とは異なる波長域の光が、発色構造体内部の各層の界面や、発色構造体とその外部との界面で反射して観察者に向けて射出されることが抑えられる。そのため、発色構造体に視認される色の鮮明さが高められる。

本発明によれば、薄膜の膜厚の増大に依らずとも、少ない積層数で明瞭な発色を得ることができる。

第１実施形態の発色構造体の断面構造を示す図。 膜厚の異なる金属層の反射率および透過率の波長分布を示す図。 膜厚の異なる金属層を備える光学機能層の透過率の波長分布を示す図。 材料の異なる金属層を備える光学機能層の透過率の波長分布を示す図。 屈折率差の大きい金属層と誘電体層とを備える光学機能層の透過率の波長分布を示す図。 屈折率差の大きい金属層と誘電体層とを備える光学機能層の透過率の波長分布を示す図。 屈折率差の小さい金属層と誘電体層とを備える光学機能層の透過率の波長分布を示す図。 金属層と誘電体層との屈折率が等しいと仮定した場合における光学機能層の透過率の波長分布を示す図。 第１実施形態の発色構造体が備える凹凸構造層の斜視構造を示す図。 第１実施形態の発色構造体が備える凹凸構造層の平面構造および断面構造を示す図。 第２実施形態の発色構造体の断面構造を示す図。 第２実施形態の発色構造体について、（ａ）は、凹凸構造の平面構造を示す図、（ｂ）は、凹凸構造の断面構造を示す図。 第３実施形態の発色構造体の断面構造を示す図。 第３実施形態の発色構造体について、（ａ）は、第２凸部要素のみからなる凹凸構造の平面構造を示す図、（ｂ）は、第２凸部要素のみからなる凹凸構造の断面構造を示す図。 第３実施形態の発色構造体について、（ａ）は、凹凸構造の平面構造を示す図、（ｂ）は、凹凸構造の断面構造を示す図。 第４実施形態の発色構造体の断面構造を示す図。 第４実施形態の発色構造体について、（ａ）は、凹凸構造の平面構造を示す図、（ｂ）は、凹凸構造の断面構造を示す図。 第４実施形態の発色構造体について、凹凸構造の平面構造の一部を拡大して示す図。 第４実施形態の発色構造体の変形例の平面構造を示す図。 第４実施形態の発色構造体の他の変形例の平面構造を示す図。 第４実施形態の発色構造体の他の変形例の平面構造を示す図。 変形例の発色構造体の断面構造を示す図。 他の変形例の発色構造体の断面構造を示す図。 他の変形例の発色構造体の断面構造を示す図。

（第１実施形態）
図１～図１０を参照して、発色構造体の第１実施形態を説明する。発色構造体が対象とする入射光および反射光は、可視領域の光である。以下の説明において、可視領域の光とは、３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の波長域の光を指す。

［発色構造体の全体構成］
図１が示すように、発色構造体１０は、基材２０と、凹凸構造層２１と、金属層２２および誘電体層２３からなる光学機能層２４と、を備えている。

基材２０は、平坦な層であり、凹凸構造層２１を支持している。基材２０は、可視領域全体の光を透過する、すなわち、可視領域の光に対して透明である。基材２０は、例えば、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等の樹脂からなるフィルムである。発色構造体１０の可撓性が高められる観点では、基材２０は樹脂フィルムであることが好ましい。基材２０の膜厚は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。

凹凸構造層２１は、基材２０上に位置する。凹凸構造層２１は、基材２０に向けられた面とは反対側の面である表面に、凹凸構造を有する。凹凸構造は、複数の凸部２１ａから構成される。凸部２１ａは、凹凸要素の一例であり、光学機能層２４に向けて突出する。

凹凸構造層２１は、可視領域全体の光を透過する、すなわち、可視領域の光に対して透明である。凹凸構造層２１の材料は、例えば、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂である。

光学機能層２４は、凹凸構造層２１の表面を覆い、凹凸構造層２１の凹凸構造に追従した表面形状を有している。光学機能層２４における金属層２２と誘電体層２３との積層順は限定されない。光学機能層２４のなかで、観察者に近い方の層、言い換えれば、発色構造体１０に対する入射光の射出空間に近い方の層が、誘電体層２３であることが好ましい。

例えば、凹凸構造層２１に対して光学機能層２４が位置する側から発色構造体１０が観察される場合には、凹凸構造層２１に金属層２２が接し、金属層２２に対して凹凸構造層２１と反対側で、金属層２２に誘電体層２３が接することが好ましい。反対に、光学機能層２４に対して凹凸構造層２１が位置する側から発色構造体１０が観察される場合には、凹凸構造層２１に誘電体層２３が接し、誘電体層２３に対して凹凸構造層２１と反対側で、誘電体層２３に金属層２２が接することが好ましい。図１は、凹凸構造層２１に近い位置から金属層２２、誘電体層２３の順でこれらの層が積層されている形態を示す。

金属層２２は、金属から形成された単層の薄膜からなる層である。金属層２２は、可視領域の光の透過性と反射性とを有している。金属層２２は、その透過性に基づき、入射光の一部を透過して金属層２２の表裏の界面から干渉に作用する反射光を射出することで、光学機能層２４における光の干渉を強める機能を有する。また、金属層２２は、その反射性に基づき、光学機能層２４の反射光の強度を高めることで、当該反射光の視認性を高める機能を有する。

誘電体層２３は、誘電体から形成された単層の薄膜からなる層である。誘電体層２３は、可視領域全体の光を透過する、すなわち、可視領域の光に対して透明である。誘電体層２３は、誘電体層２３の表裏の界面から干渉に作用する反射光を射出する。

光学機能層２４に光が入射すると、金属層２２および誘電体層２３が可視領域に透過性を有することから、光学機能層２４が有する各界面から反射光が射出される。
例えば、凹凸構造層２１、金属層２２、誘電体層２３がこの順で並び、誘電体層２３の位置する側から光が入射するとき、入射光の一部は、誘電体層２３と空気層との界面で反射する。さらに、誘電体層２３を透過した入射光の一部は、誘電体層２３と金属層２２との界面で反射する。さらに、誘電体層２３および金属層２２を透過した入射光の一部は、金属層２２と凹凸構造層２１との界面で反射する。

同様に、凹凸構造層２１、誘電体層２３、金属層２２がこの順で並び、凹凸構造層２１の位置する側から光が入射するとき、凹凸構造層２１と誘電体層２３との界面、誘電体層２３と金属層２２との界面、金属層２２と空気層との界面の各々で、入射光の一部が反射する。

光学機能層２４の各界面で反射した光が干渉を起こすことにより、強められた特定の波長域の光が、発色構造体１０から射出される。本実施形態によれば、金属層２２が光の透過性を有さない場合と比較して、金属層２２における誘電体層２３と反対側の界面からも反射光が射出されて干渉を起こすことから、光学機能層２４における光の干渉が強められる。

さらに、金属層２２が反射性を有していることにより、金属層２２に代えて反射性の低い誘電体からなる層が配置されている場合と比較して、光学機能層２４からの反射光の強度が高められる。一方で、金属層２２が光の透過性を有さず可視領域の全体で高い反射性を有する場合と比較して、干渉により強められた特定の波長域以外の光の反射が強くなることが抑えられる。

以上により、干渉が強まることで特定の波長域の光の強度が高められるとともに、当該特定の波長域以外の光の強度が抑えられるため、発色構造体１０からの反射光における波長選択性が高められる。これにより、上記特定の波長域に対応する色が明瞭に視認可能となる。

そして、凹凸構造層２１の凹凸構造に起因して、入射光に対する光学機能層２４の各界面の角度が発色構造体１０内で変化するため、様々な方向に反射光が射出される。すなわち、反射光が散乱される。結果として、干渉によって強められた特定の波長域の光が、様々な方向に射出され、上記特定の波長域に対応する色が広い観察角度で視認可能となる。

［光学機能層の詳細構成］
金属層２２および誘電体層２３の詳細な構成について説明する。
金属層２２は、５％以上の透過率を有する波長域である透過波長域を可視領域に有する。また、金属層２２は、３０％以上の反射率を有する波長域である反射波長域を可視領域に有する。透過波長域と反射波長域とは重なりを有していることが好ましい。

光学機能層２４において干渉により強められる波長域を対象波長域とするとき、対象波長域を透過波長域内に設定することで、金属層２２を透過して金属層２２と他の層との界面で反射し、干渉に作用する光の強度が高められる。したがって、発色構造体１０における反射光の波長選択性が高められる。こうした効果を高めるためには、対象波長域は、透過波長域のなかで、金属層２２の透過率が最も高くなるピーク波長の付近に設定されることが好ましい。また、反射光の波長選択性をより高めるためには、金属層２２は、透過波長域に、２０％以上の透過率を有する波長域を有し、この透過率が２０％以上である波長域のなかに、対象波長域が設定されることが好ましい。

また、対象波長域を反射波長域内に設定することで、金属層２２と誘電体層２３との界面で反射して干渉に作用する光の強度が高められる。これによっても、発色構造体１０における反射光の波長選択性が高められる。こうした効果を高めるためには、金属層２２は、反射波長域に、５０％以上の反射率を有する波長域を有し、この反射率が５０％以上である波長域のなかに、対象波長域が設定されることが好ましい。

透過波長域かつ反射波長域である波長域に対象波長域を設定すると、反射光の波長選択性がより高められる。
透過波長域および当該波長域での透過率の大きさ、反射波長域および当該波長域での反射率の大きさは、金属層２２の材料および膜厚によって制御可能である。また、対象波長域は、金属層２２および誘電体層２３の材料および膜厚によって制御可能である。例えば、誘電体層２３の膜厚が１０ｎｍ異なると、対象波長域の違いが異なる色として認識可能である。

なお、金属層２２の反射率は、特定の波長域で突出して高くなるあるいは低くなるピークを有していてもよいし、有していなくてもよい。金属層２２の反射率が突出したピークを有さない場合、反射波長域の反射率が高いことは、可視領域の全体にわたって反射率が高い傾向にあることを示す。すなわち、発色構造体１０における反射光全体の強度が高くなりやすい。発色構造体１０における発色の単色性がより重視される場合には、反射波長域の反射率が抑えられるように金属層２２が設計されればよく、発色の明るさが重視される場合には、反射光の波長選択性が十分に得られる範囲内において、反射波長域の反射率が高くなるように金属層２２が設計されればよい。

対象波長域以外の光の反射を抑えるためには、対象波長域以外の波長域において、金属層２２の反射率は、８０％以下であることが好ましい。金属層２２の反射率が突出したピークを有さない場合、対象波長域を含めた可視領域の全体において、金属層２２の反射率は８０％以下であればよい。また、上述のように発色の単色性がより重視される場合には、対象波長域を含めた可視領域の全体において、金属層２２の反射率は６０％以下であることが好ましい。

また、金属層２２は、可視領域の波長の一部に吸収性を有していてもよい。この場合、対象波長域は、吸収性を有する波長域とは異なる波長域に設定されることが好ましい。金属層２２が光の吸収性を有していると、金属層２２にて吸収される波長域の光が、光学機能層２４の反射光に含まれることが抑えられる。これによっても、発色構造体１０における反射光の波長選択性が高められる。

金属層２２の材料は、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、金、銀、クロム、チタン、タンタル、シリコン等である。金属層２２の膜厚は、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である。金属層２２の膜厚が４０ｎｍ以下であれば、光学機能層２４の入射光の一部が金属層２２を透過して、金属層２２と他の層との界面で反射し、干渉に作用する。

誘電体層２３の材料は、例えば、ＴｉＯ_２、ＺｎＳ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２等の無機材料である。誘電体層２３の膜厚は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態によれば、金属層２２が上述した光の透過性と反射性とを有することにより、誘電体層２３の膜厚を３００ｎｍ以下に抑えた場合でも、発色構造体１０の反射光における波長選択性が十分に得られる。したがって、干渉によって強められる波長域の制御が困難となることや、応力による発色構造体の反りや誘電体膜の剥がれが生じること、誘電体膜が凹凸構造に沿い難くなって反射光の散乱効果が得られ難くなることといった、誘電体層２３の膜厚の増大に起因する問題の発生が抑えられる。

図２～図６を参照して、金属層２２の具体的な材料および膜厚と反射率および透過率の関係について、一例を説明する。
図２は、基材２０に真空蒸着により形成された金属層２２における反射率および透過率の波長分布を示す。金属層２２の材料はアルミニウムである。曲線Ａ１は、金属層２２の膜厚が１０ｎｍであるときの反射率を示し、曲線Ａ２は、金属層２２の膜厚が１０ｎｍであるときの透過率を示す。曲線Ｂ１は、金属層２２の膜厚が２０ｎｍであるときの反射率を示し、曲線Ｂ２は、金属層２２の膜厚が２０ｎｍであるときの透過率を示す。

図２から、金属層２２の膜厚が小さいほど、透過率は全体的に大きくなり、反射率は全体に小さくなる傾向が示唆される。
詳細には、曲線Ａ１，Ａ２が示すように、金属層２２の膜厚が１０ｎｍである場合、３５０ｎｍ～６００ｎｍ付近の波長において、２０％以上の透過率が得られている。このとき、３５０ｎｍ～６００ｎｍ付近の波長において、反射率は４０％～６０％程度である。例えば、５００ｎｍの波長における透過率は約２５％であり、反射率は約５５％である。

一方、曲線Ｂ１，Ｂ２が示すように、金属層２２の膜厚が２０ｎｍである場合、３５０ｎｍ～６００ｎｍ付近の波長において、５％以上の透過率が得られている。このとき、３５０ｎｍ～６００ｎｍ付近の波長において、反射率は７０％～８０％程度である。例えば、５００ｎｍの波長における透過率は約５％であり、反射率は約８０％である。

図３は、誘電体層２３の材料をＴｉＯ_２、誘電体層２３の膜厚を５０ｎｍ、金属層２２の材料をアルミニウムとし、金属層２２の膜厚を変更した場合における光学機能層２４の反射光の波長分布を示す。曲線Ｃ１は、金属層２２の膜厚が１０ｎｍである場合を示し、曲線Ｃ２は、金属層２２の膜厚が２０ｎｍである場合を示し、曲線Ｃ３は、金属層２２の膜厚が５０ｎｍである場合を示し、曲線Ｃ４は、金属層２２の膜厚が１００ｎｍである場合を示す。

曲線Ｃ１，Ｃ２が示すように、金属層２２の膜厚が２０ｎｍ以下である場合、約３５０ｎｍ付近に反射率のピークが確認される。こうした光学機能層２４を有する発色構造体１０には、青色が視認される。

一方、曲線Ｃ３，Ｃ４が示すように、金属層２２の膜厚が５０ｎｍ以上であると、反射光の強度が全体に高くなり、反射率のピークが低くなる。すなわち、金属層２２の膜厚が２０ｎｍ以下である場合と比較して、反射光の波長選択性が低くなる。こうした光学機能層２４を有する発色構造体１０は、アルミニウム薄膜そのものの色に近い銀色が視認される。

先の図２にて説明したように、金属層２２の膜厚が大きいほど、金属層２２の透過率が全体に小さくなり、金属層２２の反射率が全体に大きくなることから、光学機能層２４での干渉が弱くなり、また、干渉で強められる波長域以外の反射が大きくなる。結果として、図３に示したように、金属層２２の膜厚が大きいと、光学機能層２４の反射光の波長選択性が十分に得られなくなる。

図４は、誘電体層２３の材料をＴｉＯ_２、誘電体層２３の膜厚を５０ｎｍ、金属層２２の膜厚を２０ｎｍとし、金属層２２の材料を変更した場合における光学機能層２４の反射光の波長分布を示す。曲線Ｄ１は、金属層２２の材料がアルミニウムである場合を示し、曲線Ｄ２は、金属層２２の材料が銅である場合を示し、曲線Ｄ３は、金属層２２の材料がニッケルである場合を示す。

金属層２２の材料がアルミニウムや銀である場合、金属層２２の反射率は突出したピークを有さず可視領域の全体で高い傾向がある。これに対し、金属層２２の材料が銅や金である場合、金属層２２の反射率は長波長領域で高くなり、また、金属層２２は、短波長領域から中波長領域の一部に吸収性を有する。また、金属層２２の材料がニッケルや鉄のような磁性体である場合、可視領域における吸収が大きいため、金属層２２の反射率は、可視領域の全体で低い傾向がある。

以上のことから、図４に示すように、金属層２２の材料によって、光学機能層２４の反射光の強度が大きくなる波長域や、全体的な反射光の大きさに違いが生じる。金属層２２の材料は、発色構造体１０に発色させたい色味や明るさに応じて選択されればよい。例えば、黄色から赤色を含む色を発色させたい場合には、銅や金を用いると、鮮やかな色が得られやすい。また、アルミニウムや銀を用いると、明るい発色が得られやすく、ニッケルや鉄を用いると、暗い発色が得られやすい。

次に、金属層２２と誘電体層２３との屈折率の差について説明する。
可視領域における金属層２２と誘電体層２３との屈折率は、互いに異なる。これにより、金属層２２と誘電体層２３との界面で反射が生じ、光学機能層２４の各界面での反射光による干渉が起こる。

金属層２２の屈折率と誘電体層２３の屈折率とは、いずれが大きくてもよいが、干渉を十分に強めるには、可視領域において、金属層２２と誘電体層２３との屈折率の差が０．３以上である波長域が存在することが好ましい。なお、金属層２２および誘電体層２３の各々の可視領域における屈折率は特に限定されないが、例えば、誘電体層２３の屈折率は、１．５より大きく３．０以下であると、隣接する空気層もしくは金属層２２との間の屈折率の差を大きく確保しやすいため好ましい。

図５～図８は、金属層２２と誘電体層２３との屈折率の差を変えた場合における光学機能層２４の反射光の波長分布を示す。誘電体層２３の材料はＴｉＯ_２、誘電体層２３の膜厚は５０ｎｍ、金属層２２の膜厚は２０ｎｍである。

図５は、金属層２２の屈折率が、誘電体層２３の屈折率よりも０．３以上小さい場合を示す。曲線Ｅ１は、金属層２２の材料がアルミニウムである場合を示し、曲線Ｅ２は、金属層２２の材料が銀である場合を示し、曲線Ｅ３は、金属層２２の材料が金である場合を示し、曲線Ｅ４は、金属層２２の材料が銅である場合を示す。

図６は、金属層２２の屈折率が、誘電体層２３の屈折率よりも０．３以上大きい場合を示す。曲線Ｆ１は、金属層２２の材料がシリコンである場合を示し、曲線Ｆ２は、金属層２２の材料がクロムである場合を示す。

図７は、可視領域の全体において、金属層２２と誘電体層２３との屈折率の差が０．３未満である場合を示す。曲線Ｇ１は、金属層２２の材料がニッケルである場合を示し、曲線Ｇ２は、金属層２２の材料がチタンである場合を示し、曲線Ｇ３は、金属層２２の材料がタンタルである場合を示す。

図８は、金属層２２と誘電体層２３との屈折率が一致すると仮定した場合における反射光の波長分布のシミュレーション結果を示す。この場合、金属層２２と誘電体層２３との界面での反射が生じないため、曲線Ｈ１が示すように、反射光において干渉による波長選択性が生じない。

図５～図８から、金属層２２と誘電体層２３との屈折率に差があれば、反射光において干渉による波長選択性が生じ、金属層２２と誘電体層２３との屈折率の差が０．３以上であると、干渉によって強められた反射光の強度が高く得られやすいことが示唆される。

［凹凸構造の構成］
図９および図１０を参照して、凹凸構造層２１が有する凹凸構造について詳細に説明する。図９は、凹凸構造層２１の斜視構造を示し、図１０は、凹凸構造層２１の平面構造および断面構造を示す。

図９が示すように、凹凸構造は、複数の凸部２１ａが隙間なく並ぶ構造を有している。例えば、凸部２１ａはマイクロレンズを構成しており、凹凸構造層２１はマイクロレンズアレイを構成している。

図１０が示すように、凹凸構造層２１の厚さ方向に沿った方向から凹凸構造を見た平面視、すなわち、凹凸構造層２１の表面と対向する視点から見た平面視において、凸部２１ａは四角形形状を有することが好ましく、特に、正方形形状を有することが好ましい。複数の凸部２１ａは互いに同一の正方形形状を有し、複数の凸部２１ａは、上記正方形の辺が延びる方向に沿って、正方格子状に並んでいることが好ましい。複数の凸部２１ａが、二次元格子状に並んでいること、すなわち、交差する２つの方向の各々に沿って並んでいることで、反射光の散乱が等方的になりやすい。

凸部２１ａの幅ｄ１は、正方形の一辺の長さであり、複数の凸部２１ａにおいて、幅ｄ１は一定である。幅ｄ１は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。幅ｄ１が１０μｍ以上であると、凸部２１ａの規則的な配列に起因して光の回折が生じることが抑えられる。それゆえ、回折光として虹色が視認されることが抑えられるため、光学機能層２４で干渉により強められた反射光に対応する色の視認性が高められる。また、幅ｄ１が１０μｍ以上であると、凸部２１ａが微細になりすぎないため、凹凸構造の形成が容易であり、発色構造体１０の生産効率が高められる。一方、幅ｄ１が１００μｍ以下であると、凸部２１ａが１つの構造体として人間の目に認識されることが抑えられる。これらの各効果が均衡して得られる観点では、幅ｄ１は、４０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

凸部２１ａの最大高さｈ１は、凹凸構造層２１の厚さ方向に沿った凸部２１ａの寸法の最大値である。言い換えれば、最大高さｈ１は、上記厚さ方向における、凸部２１ａの周面の基端と先端との間の長さである。複数の凸部２１ａにおいて、最大高さｈ１は一定である。最大高さｈ１は、例えば、１０μｍ以下であることが好ましい。

凸部２１ａのアスペクト比、すなわち、幅ｄ１に対する最大高さｈ１の比は、０．１以上１．０以下である。アスペクト比が０．１以上であれば、平面と比較して十分な起伏を有する凹凸構造が形成されるため、凹凸構造による散乱効果が高く得られる。

一方、アスペクト比が１．０以下であれば、凸部２１ａ内での光の反射が抑えられる。凸部２１ａ内での反射が大きいと、入射光のうち、光学機能層２４で強められる波長域とは異なる波長域の光が、凸部２１ａ内で反射されて発色構造体１０から射出されることが起こり得る。これに対し、上述のように、アスペクト比が１．０以下であれば、凸部２１ａ内での光の反射が抑えられるため、視認される反射光の色の鮮明さが低下することが抑えられる。なお、凸部２１ａは、光学機能層２４で強められる波長域とは異なる波長域の光を反射し難い形状に設計されていることが好ましい。

凸部２１ａの高さは、凹凸構造層２１の広がる方向、すなわち、上記厚さ方向と直交する方向における凸部２１ａの端部から中央部に向けて、連続的に変化し、徐々に大きくなる。そして、凸部２１ａの高さは、凹凸構造層２１の広がる方向における凸部２１ａの中央部で最大となる。言い換えれば、凸部２１ａの高さは、上記平面視での凸部２１ａの端部に対応する部分から、上記平面視での凸部２１ａの中央部に対応する部分に向けて、連続的に大きくなる。そして、上記平面視にて正方形の重心である凸部２１ａの中心Ｃが位置する部分で、凸部２１ａの高さは最大となる。

中心Ｃを通り上記厚さ方向に沿った断面において、凸部２１ａの周面である表面は、光学機能層２４に向けて突出するように湾曲する曲線を構成する。この曲線の曲率は一定であってもよいし、一定でなくてもよい。例えば、凸部２１ａの端部と中央部とで上記表面が構成する曲線の曲率は異なっていてもよい。

上記曲線の曲率が一定であると、凸部２１ａの中央部で曲率が大きくなる形態と比較して、凸部２１ａ内での光の反射を抑えやすい。一方、上記曲線の曲率が一定でないと、入射光に対する凸部２１ａの周面の角度が、周面内においてより不均一になるように凸部２１ａを構成することができるため、光学機能層２４の反射光の散乱効果を高めるように凸部２１ａの形状を設計することもできる。

凸部２１ａの配列の周期Ｐは、凸部２１ａの配列方向、すなわち、正方形を構成する辺に沿った２つの方向のいずれについても、幅ｄ１と一致する。こうした構成においては、凹凸構造層２１の表面は、平坦な部分を有さない。

なお、複数の凸部２１ａは、隣り合う凸部２１ａの間に隙間を空けて並んでいてもよい。言い換えれば、凹凸構造層２１の表面は、隣り合う凸部２１ａの間に平坦部を有していてもよい。ただし、上記平面視にて、凹凸構造層２１の表面における単位面積あたりの平坦部の割合は、１０％以下であることが好ましい。平坦部に光学機能層２４が積層されている領域では反射光の散乱が小さいが、平坦部の割合が１０％以下であれば、光学機能層２４からの反射光において散乱成分の割合が十分に確保されるため、観察角度の変化による色変化が的確に抑えられる。また、平坦部の割合が１０％以下であれば、光学機能層２４からの反射光における正反射成分の割合が小さく抑えられるため、観察者の目にかかる負担が小さくなる。なお、こうした効果を高めるためには、平坦部の割合は小さいほど好ましい。

凹凸構造の変形例について説明する。上記平面視における凸部２１ａの形状は、正方形に限らず、三角形、長方形、六角形等の多角形や、円形であってもよい。また、上記平面視における凸部２１ａの形状は、複数の凸部２１ａにおいて一定でなくてもよい。また、複数の凸部２１ａにおいて、最大高さｈ１は一定でなくてもよい。

ここで、反射光の散乱効果を高めてより多方向に反射光を射出させるためには、入射光に対する凸部２１ａの周面の角度が、周面内において不均一であるほど好ましい。例えば、上記平面視における凸部２１ａの形状が四角形である場合、四角形の頂点から四角形の中心に向けた周面の傾きの変化と、四角形の辺の中点から四角形の中心にむけた周面の傾きの変化とは異なる。したがって、凸部２１ａの周面内において部位による傾きのばらつきが大きい。それゆえ、凸部２１ａの形状が四角形であれば、凸部２１ａの形状が単純であって凸部２１ａの形成が容易でありながら、反射光の散乱効果が高められる。

なお、上記平面視において、凸部２１ａの短辺方向の幅と長辺方向の幅とが異なるとき、短辺方向の幅と長辺方向の幅との双方が、１０μｍ以上１００μｍ以下とされる。上記短辺方向の幅は、上記平面視において凸部２１ａが内接する最小の矩形を仮想的に配置した場合における当該矩形の短辺の長さである。また、上記長辺方向の幅は、上記最小の矩形における長辺の長さである。また、凸部２１ａの最大高さｈ１は、短辺方向の幅を基準に設定されればよく、すなわち、短辺方向の幅に対する最大高さｈ１の比が、０．１以上１．０以下であればよい。上記平面視において凸部２１ａが正方形形状を有する形態は、上記短辺方向の幅と上記長辺方向の幅とが一致する形態である。

また、複数の凸部２１ａは、正方格子状に限らず、六方格子等の他の二次元格子状に並んでいてもよいし、不規則に並んでいてもよい。また、複数の凸部２１ａの配列の周期は一定でなくてもよい。

複数の凸部２１ａにおける形状の不規則性や配列の不規則性が高いほど、反射光の散乱効果が高められる。例えば、上記平面視において、凸部２１ａが四角形形状を有し、隣り合う凸部２１ａにおいて、短辺方向の幅および長辺方向の幅の少なくとも一方が互いに異なる形態であれば、複数の凸部２１ａの形状が一定である形態と比較して、反射光の散乱効果が高められる。

また、凸部２１ａの高さが、上記平面視での凸部２１ａの端部から重心である中心に向けて徐々に大きくなっていれば、上記厚さ方向に沿った断面において、凸部２１ａの周面は当該周面の基端と先端とを結ぶ直線を構成していてもよい。ただし、上記断面において凸部２１ａの周面が曲線を構成していれば、入射光に対する凸部２１ａの周面の角度が、周面内において不均一になるため、反射光の散乱効果が高められる。

なお、発色構造体１０は、基材２０を備えていなくてもよい。発色構造体１０が基材２０を備えない場合、凹凸構造層２１は、合成石英のように樹脂とは異なる材料から形成されていてもよい。

［発色構造体の製造方法］
発色構造体１０の製造方法を説明する。凹凸構造層２１が有する凹凸構造の形成方法としては、熱や光を利用した転写成形、射出成形、切削等の機械加工、エッチング等が用いられる。転写成形や射出成形に用いられる凹版は、機械加工やエッチングによって形成される。

例えば、形成対象の凹凸が反転された凹凸を有する凹版に、凹凸構造層２１の材料である光硬化性樹脂からなる塗布液が塗布され、塗布液からなる層の表面に、基材２０が重ねられる。基材２０と凹版とが互いに押し付けられた状態で、紫外線等の光が照射された後、硬化した樹脂からなる層および基材２０が凹版から離型される。これによって、凹版の有する凹凸が樹脂に転写されて、表面に凹凸構造を有する凹凸構造層２１が形成され、基材２０と凹凸構造層２１とからなる積層体が形成される。

続いて、凹凸構造層２１の凹凸を有する表面に、光学機能層２４が形成される。金属層２２および誘電体層２３は、材料に応じて、スパッタリングや真空蒸着等の公知の薄膜形成技術によって形成される。これにより、発色構造体１０が形成される。

本実施形態の発色構造体１０は、干渉を生じさせる層として、金属層２２と誘電体層２３との二層からなる光学機能層２４を備えるため、干渉を生じさせる層として多層膜層を備える構造と比較して、その構成が簡易であり、必要な薄膜の形成数が少ない。また、多層膜層を備える構造と比較して、薄膜の膜厚の製造誤差が積み重なって発色構造体１０の発色に影響を与えることが起こりにくい。そのため、発色構造体１０の製造に要する負荷の軽減が可能であり、所望の発色も得られやすい。また、薄膜の積層時に基材２０や凹凸構造層２１にかかる熱負荷が低減されるため、基材２０および凹凸構造層２１の材料の選択の自由度も高められる。

なお、上記実施形態において、凹凸構造層２１の凹凸構造は、光学機能層２４に対して窪む複数の凹部から構成されていてもよい。すなわち、凹凸構造は、凸部または凹部である複数の凹凸要素から構成されていればよい。凹凸要素が凹部である場合、平面視における凹部の形状には、凸部２１ａの形状と同様の構成が適用される。すなわち、平面視における凹部の短辺方向の幅および長辺方向の幅の各々は、１０μｍ以上１００μｍ以下であればよい。また、凹部の深さに関する構成には、凸部２１ａの高さと同様の構成が適用される。すなわち、凹凸構造層２１の厚さ方向に沿った凹部の寸法である深さは、平面視での凹部の端部から中央部に向かって連続的に大きくなり、上記短辺方向の幅に対する、凹部内における深さの最大値の比は、０．１以上１．０以下であればよい。

以上、第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）金属層２２が可視領域の光の透過性を有することから、光学機能層２４の各界面から反射光が射出されて干渉が起こる。したがって、光学機能層２４における光の干渉が強められる。さらに、金属層２２は反射性を有するため、反射光の強度が高められる。一方で、金属層２２が透過性を有さず可視領域の全体で高い反射性を有する場合と比較して、干渉により強められた特定の波長域以外の光の反射が強くなることが抑えられる。

これらのことから、光学機能層２４における薄膜の積層数が少なくとも、発色構造体１０の反射光における波長選択性が高められるため、上記特定の波長域に対応する色が明瞭に視認可能となる。

（２）光の干渉を生じさせる層として多層膜層を備える場合と比較して、薄膜の積層数が少ないため、発色構造体１０の製造に要する負荷の軽減が可能であり、所望の発色も得られやすい。また、薄膜の積層時に基材２０や凹凸構造層２１にかかる熱負荷が低減されるため、基材２０および凹凸構造層２１の材料の選択の自由度も高められる。

（３）金属層２２が５％以上の透過率を有する波長域を可視領域に有するため、金属層２２における光の透過性が好適に得られる。
（４）金属層の膜厚が、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であるため、金属層２２における光の透過性が好適に得られる。

（５）金属層２２が、３０％以上の反射率を有する波長域を可視領域に有するため、金属層２２における反射性が好適に得られる。
（６）可視領域に、金属層２２の屈折率と誘電体層２３の屈折率との差が０．３以上である波長域が含まれる。これにより、誘電体層２３と金属層２２との界面での反射が好適に生じるため、干渉が強められ、強度の高い反射光が得られやすい。

（７）誘電体層２３の膜厚が、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることにより、誘電体層２３の膜厚が小さく抑えられているため、誘電体層２３の膜厚の増大に起因する問題の発生が抑えられる。

（８）可視領域における誘電体層２３の屈折率が、１．５より大きく３．０以下であることにより、誘電体層２３と誘電体層２３に隣接する層との間の屈折率の差を大きく確保しやすい。そのため、強度の高い反射光が得られやすい。

（９）凹凸構造によって反射光が散乱されるため、干渉によって強められた特定の波長域に対応する色が広い観察角度で視認可能となる。
（１０）凸部２５ａを二次元格子状に配列することができるため、反射光の散乱が等方的に生じるように凸部２５ａの配列を設計することが容易である。したがって、観察方位による明るさの変化が小さいことが望まれる用途に適した発色構造体１０が得られる。また、凸部２５ａの大きさがマイクロサイズであるため、凸部２５ａの大きさがナノサイズである場合と比較して、凹凸構造の形成が容易である。

（第２実施形態）
図１１および図１２を参照して、発色構造体の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、凹凸構造が第１実施形態と異なる。以下では、第２実施形態と第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。

図１１が示すように、第２実施形態の発色構造体１１は、第１実施形態の凹凸構造層２１に代えて、凹凸構造層２５を備えている。基材２０、および、金属層２２と誘電体層２３とからなる光学機能層２４の構成は、第１実施形態と同様である。

凹凸構造層２５は、基材２０に向けられた面とは反対側の面である表面に、凹凸構造を有する。凹凸構造は、不規則に配置された複数の凸部２５ａと、複数の凸部２５ａの間に位置する凹部２５ｂとを含む。凹凸構造層２５の材料は、第１実施形態の凹凸構造層２１と同様である。

第２実施形態においても、金属層２２が透過性と反射性とを有しているため、発色構造体１１の反射光における波長選択性が高められる。そして、光学機能層２４にて干渉によって強められた反射光が、凹凸構造層２５の凹凸構造に起因して散乱されるため、干渉によって強められた特定の波長域に対応する色が、広い観察角度で明瞭に視認可能となる。

図１２を参照して、凹凸構造層２５の凹凸構造の詳細を説明する。図１２（ａ）は、凹凸構造層２５をその表面と対向する視点から見た平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のII－II線に沿った凹凸構造層２５の断面図である。図１２（ａ）においては、凹凸構造を構成する凸部２５ａにドットを付して示している。

図１２（ａ）が示すように、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは、凹凸構造層２５の広がる方向に沿った平面に含まれる方向であり、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは直交する。上記平面は、凹凸構造層２５の厚さ方向と直交する面である。

凹凸構造層２５をその表面と対向する視点から見たとき、凸部２５ａが構成するパターンは、破線によって示す複数の矩形Ｒ１の集合からなるパターンである。矩形Ｒ１は、図形要素の一例である。矩形Ｒ１は、第２方向Ｄｙに延びる形状を有し、矩形Ｒ１において、第２方向Ｄｙの長さｄ３は、第１方向Ｄｘの長さｄ２以上の大きさを有する。複数の矩形Ｒ１は、第１方向Ｄｘおよび第２方向Ｄｙのいずれにおいても重ならないように配列されている。

複数の矩形Ｒ１において、第１方向Ｄｘの長さｄ２は一定である。第１方向Ｄｘにおける複数の矩形Ｒ１の配列間隔はｄ２であり、すなわち、複数の矩形Ｒ１は、第１方向Ｄｘにｄ２の周期で配置されている。

一方、複数の矩形Ｒ１において、第２方向Ｄｙの長さｄ３は不規則であって、各矩形Ｒ１における長さｄ３は、所定の標準偏差を有する母集団から選択された値である。この母集団は、正規分布に従うことが好ましい。複数の矩形Ｒ１からなるパターンは、例えば、所定の標準偏差で分布する長さｄ３を有する複数の矩形Ｒ１を所定の領域内に仮に敷き詰め、各矩形Ｒ１の実際の配置の有無を一定の確率に従って決定することにより、矩形Ｒ１の配置される領域と矩形Ｒ１の配置されない領域とを設定することによって形成される。反射光を効率よく散乱させるためには、長さｄ３は、平均値が４．１５μｍ以下、かつ、標準偏差が１μｍ以下の分布を有することが好ましい。

矩形Ｒ１の配置されている領域が、凸部２５ａの配置される領域であり、互いに隣接する矩形Ｒ１が接する場合には、各矩形Ｒ１の配置されている領域が結合された１つの領域に１つの凸部２５ａが配置される。こうした構成においては、凸部２５ａの第１方向Ｄｘの長さは、矩形Ｒ１の長さｄ２の整数倍である。

凹凸に起因して虹色の分光が生じることを抑えるために、矩形Ｒ１における第１方向Ｄｘの長さｄ２は可視領域の光の波長以下とされる。換言すれば、長さｄ２は、サブ波長以下、すなわち、入射光の波長域以下の長さを有する。すなわち、長さｄ２は８３０ｎｍ以下であることが好ましく、７００ｎｍ以下であることがより好ましい。さらに、長さｄ２は、光学機能層２４で強められる反射光の波長域よりも小さいことが好ましい。例えば、発色構造体１１にて青色を発色させる場合は、長さｄ２は３００ｎｍ程度であることが好ましく、発色構造体１１にて緑色を発色させる場合は、長さｄ２は４００ｎｍ程度であることが好ましく、発色構造体１１にて赤色を発色させる場合は、長さｄ２は４６０ｎｍ程度であることが好ましい。

反射光の散乱効果を高めるためには、凹凸構造の起伏が多いことが好ましく、凹凸構造層２５の表面と対向する視点から見て、単位面積あたりにおいて凸部２５ａが占める面積の比率は４０％以上６０％以下であることが好ましい。例えば、凹凸構造層２５の表面と対向する視点から見て、単位面積あたりにおける凸部２５ａの面積と凹部２５ｂとの面積の比率は、１：１であることが好ましい。

図１２（ｂ）が示すように、凸部２５ａの高さｈ２は、凸部２５ａ内において一定であり、複数の凸部２５ａにおいても一定である。凸部２５ａは、凸部２５ａの基部が位置する平面から１段の段差形状を有する。凸部２５ａの高さｈ２は、発色構造体１１にて発色させる所望の色に応じて設定されればよい。凸部２５ａ上や凹部２５ｂ上における光学機能層２４の表面粗さよりも、凸部２５ａの高さｈ２が大きければ、反射光の散乱効果は得られる。

ただし、凹凸での反射に起因した光の干渉を抑えるために、高さｈ２は可視領域の光の波長の１／２以下であることが好ましく、すなわち、４１５ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、上記光の干渉を抑えるために、高さｈ２は、光学機能層２４にて強められる反射光の波長域の１／２以下であることがより好ましい。

また、高さｈ２が過剰に大きいと、凹凸による反射光の散乱効果が高くなりすぎて、反射光の強度が低くなりやすいため、高さｈ２は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、青色を呈する発色構造体１１では、効果的な光の広がりを得るためには、高さｈ２は４０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の程度であることが好ましく、散乱効果が高くなりすぎることを抑えるためには、高さｈ２は１００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、矩形Ｒ１は、第１方向Ｄｘに沿って並ぶ２つの矩形Ｒ１の一部が重なるように配列されることにより、凸部２５ａのパターンを構成していてもよい。すなわち、複数の矩形Ｒ１は、第１方向Ｄｘに、長さｄ２よりも小さい配列間隔で配置されていてもよいし、矩形Ｒ１の配列間隔は一定でなくてもよい。矩形Ｒ１が重なり合う部分では、各矩形Ｒ１の配置されている領域が結合された１つの領域に１つの凸部２５ａが位置する。この場合、凸部２５ａの第１方向Ｄｘの長さは、矩形Ｒ１の長さｄ２の整数倍とは異なる長さとなる。また、矩形Ｒ１の長さｄ２は、一定でなくてもよく、各矩形Ｒ１において、長さｄ３が長さｄ２以上であって、複数の矩形Ｒ１における長さｄ３の標準偏差が長さｄ２の標準偏差よりも大きければよい。こうした構成によっても、反射光の散乱効果は得られる。

第２実施形態の凹凸構造によれば、複数の凸部２５ａが第２方向Ｄｙに沿って延びるため、凹凸構造による光の散乱効果は、主として、発色構造体１１の平面視での、第１方向Ｄｘに沿った方向への反射光に作用する。すなわち、反射光の散乱に異方性が生じる。

第２実施形態の発色構造体１１は、第１実施形態の発色構造体１０と同様の製造方法によって製造される。ただし、凹凸構造層２５の凹凸構造の形成方法には、光ナノインプリント法等のナノインプリント法が用いられることが好ましい。ナノインプリント法に用いられる凹版は、例えば、合成石英やシリコンから構成され、光または荷電粒子線を照射するリソグラフィやドライエッチング等の公知の微細加工技術を利用して形成される。

なお、発色構造体１１は、基材２０を備えていなくてもよい。発色構造体が基材２０を備えない場合、凹凸構造層２５は、合成石英のように樹脂とは異なる材料から形成されてもよく、この場合、凹凸構造の形成には、例えば、ドライエッチングが用いられればよい。

また、凸部２５ａのパターンを構成する図形は、矩形に限られない。当該パターンを構成する図形は、長円等であってもよく、要は、第２方向Ｄｙに沿った長さが第１方向Ｄｘに沿った長さ以上である形状を有する図形要素であればよい。そして、図形要素における第１方向Ｄｘの長さｄ２と第２方向Ｄｙの長さｄ３とが、上述した各種の条件を満たしていればよい。

第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（９）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（１０）反射光の散乱に異方性が得られるため、観察方位によって視認される色の明るさが変化することが望まれる用途に適した発色構造体１１が得られる。

（第３実施形態）
図１３～図１５を参照して、発色構造体の第３実施形態を説明する。第３実施形態では、凹凸構造が第１実施形態と異なる。以下では、第３実施形態と第１実施形態および第２実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態および第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。

図１３が示すように、第３実施形態の発色構造体１２は、第１実施形態の凹凸構造層２１に代えて、凹凸構造層２６を備えている。基材２０、および、金属層２２と誘電体層２３とからなる光学機能層２４の構成は、第１実施形態と同様である。

凹凸構造層２６は、基材２０に向けられた面とは反対側の面である表面に、凹凸構造を有する。凹凸構造は、不規則に配置された複数の凸部２６ａと、複数の凸部２６ａの間に位置する凹部２６ｂとを含む。凹凸構造層２６の材料は、第１実施形態の凹凸構造層２１と同様である。

第３実施形態においても、金属層２２が透過性と反射性とを有しているため、発色構造体１２の反射光における波長選択性が高められる。そして、光学機能層２４にて干渉によって強められた反射光が、凹凸構造層２６の凹凸構造に起因して散乱されるため、干渉によって強められた特定の波長域に対応する色が、広い観察角度で明瞭に視認可能となる。

第３実施形態の凹凸構造を構成する凸部２６ａは、第２実施形態の凸部２５ａと同様の構成を有する第１凸部要素と、帯状に延びる第２凸部要素とが、凹凸構造層２６の厚さ方向に重畳された構造を有する。

第２凸部要素は、入射光が様々な方向に強く回折されるように配列されており、第３実施形態では、第１凸部要素に基づく光の散乱効果と第２凸部要素に基づく光の回折効果とによって、第２実施形態よりもより鮮やかな色が観察可能となる。

図１４および図１５を参照して、凹凸構造層２６の凹凸構造の詳細を説明する。図１４（ａ）は、第２凸部要素のみからなる凹凸構造の平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のIV－IV線に沿った断面図である。図１４（ａ）においては、第２凸部要素にドットを付して示している。第１方向Ｄｘおよび第２方向Ｄｙは、第２実施形態と同様に定義される。

図１４（ａ）が示すように、平面視において、第２凸部要素２６Ｅｂは、第２方向Ｄｙに沿って一定の幅で延びる帯状を有し、複数の第２凸部要素２６Ｅｂは、第１方向Ｄｘに沿って、間隔をあけて並んでいる。換言すれば、第２凸部要素２６Ｅｂが構成するパターンは、第２方向Ｄｙに沿って延び、第１方向Ｄｘに沿って並ぶ複数の帯状領域からなるパターンである。第２凸部要素２６Ｅｂにおける第１方向Ｄｘの長さｄ４は、第１凸部要素のパターンを決定する矩形Ｒ１の長さｄ２と一致していてもよいし、異なっていてもよい。

第１方向Ｄｘにおける第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅ、すなわち、第１方向Ｄｘにおける帯状領域の配列間隔は、第２凸部要素２６Ｅｂが構成する凹凸構造の表面での反射光の少なくとも一部が、一次回折光として観測されるように設定される。一次回折光は、換言すれば、回折次数ｍが１または－１である回折光である。すなわち、入射光の入射角度をθ、反射光の反射角度をφ、回折する光の波長をλとした場合、配列間隔ｄｅは、ｄｅ≧λ／（ｓｉｎθ＋ｓｉｎφ）を満たす。例えば、λ＝３６０ｎｍである可視光線を対象とするとき、第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅは１８０ｎｍ以上であればよく、すなわち、配列間隔ｄｅは、入射光に含まれる波長域における最小波長の１／２以上であればよい。なお、配列間隔ｄｅは、互いに隣り合う２つの第２凸部要素２６Ｅｂの端部間の第１方向Ｄｘに沿った距離であって、第１方向Ｄｘにおいて第２凸部要素２６Ｅｂに対して同一の側に位置する端部間の距離である。

第２凸部要素２６Ｅｂが構成するパターンの周期性は、凹凸構造層２６が有する凹凸構造の周期性に反映される。複数の第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅが一定の場合、光学機能層２４の最外面での回折現象によって、光学機能層２４からは、特定の波長の反射光が特定の角度に出射される。この回折による光の反射強度は、第１凸部要素に基づく光の散乱効果によって生じる反射光の反射強度と比較して非常に強いため、金属光沢のような輝きを有する光が視認されるが、一方で、回折による分光が生じ、観察角度の変化に応じて視認される色が変化する。

したがって、例えば、青色を呈する発色構造体１２が得られるように光学機能層２４および第１凸部要素の構造を設計したとしても、第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅを４００ｎｍ～５μｍの程度の一定値とすると、観察角度によっては、回折に起因した強い緑色から赤色の光が観察される。これに対し、例えば、第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅを５０μｍ程度に大きくすると、可視領域の光が回折される角度の範囲が狭くなるため、回折に起因した色の変化が視認されにくくなるが、金属光沢のような輝きを有する光は特定の観察角度でのみしか観察されない。

そこで、配列間隔ｄｅを一定の値とせず、第２凸部要素２６Ｅｂのパターンを、周期が異なる複数の周期構造が重ね合わされたパターンとすれば、回折による反射光に複数の波長の光が混じり合うため、分光された単色性の高い光は視認されにくくなる。したがって、光沢感のある鮮やかな色が広い観察角度で観察される。この場合、配列間隔ｄｅは、例えば、３６０ｎｍ以上５μｍ以下の範囲から選択され、複数の第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅの平均値が、入射光に含まれる波長域における最小波長の１／２以上であればよい。

ただし、配列間隔ｄｅの標準偏差が大きくなるにつれ、第２凸部要素２６Ｅｂの配列が不規則となって散乱効果が支配的になり、回折による強い反射が得られにくくなる。そのため、第２凸部要素２６Ｅｂの配列間隔ｄｅは、第１凸部要素に基づく光の散乱効果によって光が広がる角度に応じて、この光が広がる範囲と同程度の範囲に回折による反射光が出射されるように決定することが好ましい。例えば、青色の反射光が、入射角度に対して±４０°の範囲に広がって出射される場合、第２凸部要素２６Ｅｂのパターンにおいて、配列間隔ｄｅを、その平均値が１μｍ以上５μｍ以下の程度であり、標準偏差が１μｍ程度であるように設定する。これにより、第１凸部要素に基づく光の散乱効果によって光が広がる角度と同程度の角度に回折による反射光が生じる。

すなわち、複数の第２凸部要素２６Ｅｂに基づく凹凸構造は、特定の波長域の光を回折させて取り出すための構造とは異なり、配列間隔ｄｅの分散により、回折を利用して所定の角度範囲に様々な波長域の光を射出させるための構造である。

さらに、より長周期の回折現象を生じさせるために、一辺が１０μｍ以上１００μｍ以下の正方形領域を単位領域とし、単位領域ごとの第２凸部要素２６Ｅｂのパターンにおいて、配列間隔ｄｅを、平均値が１μｍ以上５μｍ以下の程度、かつ、標準偏差が１μｍ程度としてもよい。なお、複数の単位領域のなかには、配列間隔ｄｅが１μｍ以上５μｍ以下の範囲に含まれる一定の値である領域が含まれてもよい。配列間隔ｄｅが一定である単位領域が存在したとしても、この単位領域と隣接する単位領域のいずれかにおいて、配列間隔ｄｅが標準偏差１μｍ程度のばらつきを有していれば、人の目の解像度においてはすべての単位領域で配列間隔ｄｅがばらつきを有している構成と同等の効果が期待できる。

なお、図１４（ａ）に示した第２凸部要素２６Ｅｂは、第１方向Ｄｘのみに、配列間隔ｄｅに起因した周期性を有している。第１凸部要素に基づく光の散乱効果は、主として、発色構造体１２の平面視での、第１方向Ｄｘに沿った方向への反射光に作用するが、第２方向Ｄｙに沿った方向への反射光にも一部影響し得る。したがって、第２凸部要素２６Ｅｂは、第２方向Ｄｙにも周期性を有してもよい。すなわち、第２凸部要素２６Ｅｂのパターンは、第２方向Ｄｙに延びる複数の帯状領域が、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとの各々に沿って並ぶパターンであってもよい。

こうした第２凸部要素２６Ｅｂのパターンにおいて、例えば、帯状領域の第１方向Ｄｘに沿った配列間隔と第２方向Ｄｙに沿った配列間隔との各々は、各々の平均値が１μｍ以上１００μｍ以下であるようにばらつきを有していればよい。また、第１凸部要素に基づく光の散乱効果の第１方向Ｄｘへの影響と第２方向Ｄｙへの影響との違いに応じて、第１方向Ｄｘに沿った配列間隔の平均値と、第２方向Ｄｙに沿った配列間隔の平均値とは互いに異なっていてもよく、第１方向Ｄｘに沿った配列間隔の標準偏差と、第２方向Ｄｙに沿った配列間隔の標準偏差とは互いに異なっていてもよい。

図１４（ｂ）が示すように、第２凸部要素２６Ｅｂの高さｈ３は、凸部２６ａ上や凹部２６ｂ上における光学機能層２４の表面粗さよりも大きければよい。ただし、高さｈ３が大きくなるほど、凹凸構造が反射光に与える効果において第２凸部要素２６Ｅｂに基づく回折効果が支配的となって、第１凸部要素に基づく光の散乱効果が得られにくくなるため、高さｈ３は第１凸部要素の高さｈ２と同程度であることが好ましく、高さｈ３は高さｈ２と一致していてもよい。例えば、第１凸部要素の高さｈ２と第２凸部要素２６Ｅｂの高さｈ３とは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲に含まれていることが好ましく、青色を呈する発色構造体１２では、第１凸部要素の高さｈ２と第２凸部要素２６Ｅｂの高さｈ３とは、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲に含まれていることが好ましい。

図１５（ａ）は、凹凸構造層２６をその表面と対向する視点から見た平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のV－V線に沿った凹凸構造層２６の断面図である。図１５（ａ）においては、第１凸部要素が構成するパターンと、第２凸部要素が構成するパターンとに異なる密度のドットを付して示している。

図１５（ａ）が示すように、凹凸構造層２６をその表面と対向する視点から見た場合、凸部２６ａが構成するパターンは、第１凸部要素２６Ｅａが構成するパターンである第１パターンと、第２凸部要素２６Ｅｂが構成するパターンである第２パターンとが重ね合わされたパターンである。すなわち、凸部２６ａが位置する領域には、第１凸部要素２６Ｅａのみから構成される領域Ｓ１と、第１凸部要素２６Ｅａと第２凸部要素２６Ｅｂとが重なっている領域Ｓ２と、第２凸部要素２６Ｅｂのみから構成される領域Ｓ３とが含まれる。なお、図１５（ａ）においては、第１凸部要素２６Ｅａと第２凸部要素２６Ｅｂとが、第１方向Ｄｘにおいてその端部が揃うように重ねられているが、こうした構成に限らず、第１凸部要素２６Ｅａの端部と第２凸部要素２６Ｅｂの端部とはずれていてもよい。

図１５（ｂ）が示すように、領域Ｓ１では、凸部２６ａの高さは、第１凸部要素２６Ｅａの高さｈ２である。また、領域Ｓ２では、凸部２６ａの高さは、第１凸部要素２６Ｅａの高さｈ２と第２凸部要素２６Ｅｂの高さｈ３との和である。また、領域Ｓ３では、凸部２６ａの高さは、第２凸部要素２６Ｅｂの高さｈ３である。このように、凸部２６ａは、凹凸構造層２６の厚さ方向への投影像が第１パターンを構成し、所定の高さｈ２を有する第１凸部要素２６Ｅａと、上記厚さ方向への投影像が第２パターンを構成し、所定の高さｈ３を有する第２凸部要素２６Ｅｂとが、高さ方向に重ねられた多段形状を有する。ちなみに、凸部２６ａは、凸部２６ａの基部から、第１凸部要素２６Ｅａに第２凸部要素２６Ｅｂが積層されていると捉えることもできるし、第２凸部要素２６Ｅｂに第１凸部要素２６Ｅａが積層されていると捉えることもできる。

なお、第１凸部要素２６Ｅａが構成するパターンと、第２凸部要素２６Ｅｂが構成するパターンとは、第１凸部要素２６Ｅａと第２凸部要素２６Ｅｂとが重ならないように配置されてもよい。こうした構造によっても、第１凸部要素２６Ｅａに基づく光の散乱効果と第２凸部要素２６Ｅｂに基づく光の回折効果とは得られる。ただし、第１凸部要素２６Ｅａと第２凸部要素２６Ｅｂとを互いに重ならないように配置しようとすれば、第２実施形態と比較して、単位面積あたりにおける第１凸部要素２６Ｅａの配置可能な面積が小さくなり、光の散乱効果が低下する。したがって、凸部要素２６Ｅａ，２６Ｅｂに基づく光の散乱効果と回折効果とを高めるためには、図１５（ａ）に示したように、第１凸部要素２６Ｅａと第２凸部要素２６Ｅｂとを重ねて凸部２６ａを多段形状とすることが好ましい。

第３実施形態の発色構造体１２は、第２実施形態の発色構造体１１と同様の製造方法によって製造可能である。また、発色構造体１２は、基材２０を備えていなくてもよい。
また、第１凸部要素２６Ｅａが構成するパターンを構成する図形は、矩形に限られない。当該パターンを構成する図形は、長円等であってもよく、要は、第２方向Ｄｙに沿った長さが第１方向Ｄｘに沿った長さ以上である形状を有する図形要素であればよい。そして、図形要素における第１方向Ｄｘの長さｄ２と第２方向Ｄｙの長さｄ３とが、第２実施形態で説明した各種の条件を満たしていればよい。

第３実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（９）の効果、第２実施形態の（１０）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（１１）凹凸構造によって反射光の拡散効果と回折効果とが得られる。その結果、干渉によって強められた反射光が広い観察角度で観察可能であるとともに、この反射光の強度が高められる。

（第４実施形態）
図１６～図２１を参照して、発色構造体の第４実施形態を説明する。第４実施形態では、凹凸構造が第１実施形態と異なる。以下では、第４実施形態と第１～第３実施形態との相違点を中心に説明し、第１～第３実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。

図１６が示すように、第４実施形態の発色構造体１３は、第１実施形態の凹凸構造層２１に代えて、凹凸構造層２７を備えている。基材２０、および、金属層２２と誘電体層２３とからなる光学機能層２４の構成は、第１実施形態と同様である。

凹凸構造層２７は、基材２０に向けられた面とは反対側の面である表面に、凹凸構造を有する。凹凸構造は、不規則に配置された複数の凸部２７ａと、複数の凸部２７ａの間に位置する凹部２７ｂとを含む。凹凸構造層２７の材料は、第１実施形態の凹凸構造層２１と同様である。

第４実施形態においても、金属層２２が透過性と反射性とを有しているため、発色構造体１３の反射光における波長選択性が高められる。そして、光学機能層２４にて干渉によって強められた反射光が、凹凸構造層２７の凹凸構造に起因して散乱されるため、干渉によって強められた特定の波長域に対応する色が、広い観察角度で明瞭に視認可能となる。

図１７および図１８を参照して、凹凸構造層２７の凹凸構造の詳細を説明する。図１７（ａ）は、凹凸構造層２７をその表面と対向する視点から見た平面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のVII－VII線に沿った凹凸構造層２７の断面図である。図１７（ａ）においては、凹凸構造を構成する凸部２７ａにドットを付して示している。

第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは、凹凸構造層２７の広がる方向に沿った平面に含まれる方向であり、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとは直交する。上記平面は、凹凸構造層２７の厚さ方向と直交する面である。

凹凸構造層２７をその表面と対向する視点から見たとき、複数の凸部２７ａが構成するパターンは、複数の矩形Ｒ２からなるパターンであって、連続して並ぶ複数の矩形Ｒ２から構成される矩形群ＲＧを複数含む。矩形Ｒ２の辺は、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとの各々に沿って延びる。１つの矩形群ＲＧが位置する領域に１つの凸部２７ａが位置する。

各矩形群ＲＧは、連なって並ぶ２以上の矩形Ｒ２を含む。各矩形群ＲＧにおいて、複数の矩形Ｒ２は、所定の方向に沿って並び、互いに隣り合う矩形Ｒ２は接している。なお、１つの矩形群ＲＧに含まれる矩形Ｒ２の数は限定されず、複数の矩形群ＲＧにおいて矩形Ｒ２の数は一定でなくてもよい。

図１８は、矩形群ＲＧを拡大して示す。複数の矩形Ｒ２は、矩形Ｒ２の左上の頂点を通る仮想的な直線Ｖ１に沿って並んでいる。複数の矩形Ｒ２の並ぶ方向、すなわち直線Ｖ１の延びる方向と、第１方向Ｄｘとのなす角の大きさが、角度θである。

凹凸構造層２７は、平面視にて所定の面積を有する複数の単位領域を含み、単位領域ごとに、角度θは一定である。複数の単位領域には、角度θが互いに異なる単位領域が含まれてもよい。

複数の矩形Ｒ２において、第１方向Ｄｘの長さｄ５は一定である。凹凸に起因して虹色の分光が生じることを抑えるために、矩形Ｒ２における第１方向Ｄｘの長さｄ５は、可視領域の光の波長以下とされる。すなわち、長さｄ５は８３０ｎｍ以下であることが好ましく、例えば、発色構造体１３にて青色を発色させる場合は、長さｄ５は３００ｎｍ程度であることが好ましい。

一方、複数の矩形Ｒ２において、第２方向Ｄｙの長さｄ６は、角度θが０°より大きく９０°未満、または、９０°より大きく１８０°未満の場合、ｔａｎθ＝ｄ６／Ｌを満たすように設定される。長さＬは、矩形群ＲＧ内で互いに隣接する２つの矩形Ｒ２における左上の頂点間の長さをαとしたとき、αｃｏｓθ＝Ｌを満たす長さである。長さＬは、製造工程において必要な精度で上記式を満たせばよく、例えば、上記式において小数点以下は切り捨ててもよい。すなわち、長さｄ５と長さＬとは一致していなくてもよい。

反射光を効率よく散乱させるためには、各矩形群ＲＧにおける複数の矩形Ｒ２の第２方向Ｄｙの長さｄ６の和の１／２が、平均値が４．１５μｍ以下、かつ、標準偏差が１μｍ以下の分布を有することが好ましい。

また、反射光の散乱効果を高めるためには、凹凸構造の起伏が多いことが好ましく、凹凸構造層２７の表面と対向する視点から見て、単位面積あたりにおいて凸部２７ａが占める面積の比率は４０％以上６０％以下であることが好ましい。

図１７（ｂ）が示すように、凸部２７ａの高さｈ４は、凸部２７ａ内において一定であり、複数の凸部２７ａにおいても一定である。凸部２７ａは、凸部２７ａの基部が位置する平面から１段の段差形状を有する。凸部２７ａの高さｈ４は、発色構造体１３にて発色させる所望の色に応じて設定されればよい。凸部２７ａ上や凹部２７ｂ上における光学機能層２４の表面粗さよりも、凸部２７ａの高さｈ４が大きければ、反射光の散乱効果は得られる。

ただし、凹凸での反射に起因した光の干渉を抑えるために、高さｈ４は可視領域の光の波長の１／２以下であることが好ましく、すなわち、４１５ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、上記光の干渉を抑えるために、高さｈ４は、光学機能層２４にて強められる反射光の波長域の１／２以下であることがより好ましい。

また、高さｈ４が過剰に大きいと、凹凸による反射光の散乱効果が高くなりすぎて、反射光の強度が低くなりやすいため、高さｈ４は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、青色を呈する発色構造体１３では、効果的な光の広がりを得るためには、高さｈ４は４０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の程度であることが好ましく、散乱効果が高くなりすぎることを抑えるためには、高さｈ４は１００ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、凸部２７ａの高さｈ４は、単位領域ごとに異なっていてもよい。複数の単位領域において凸部２７ａの高さｈ４に差がある場合、その差は５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。

図１９は、θ＝０°またはθ＝１８０°の場合の凸部２７ａの配列を示す。この場合、長さＬは長さαと等しくなる。また、図２０は、θ＝９０°の場合の凸部２７ａの配列を示す。この場合、長さＬは０となり、長さαは長さｄ６と一致する。

第４実施形態においては、凸部２７ａによる光の散乱効果は、主として、発色構造体１３の平面視での、矩形Ｒ２の並ぶ方向と直交する方向に沿った方向への反射光に作用する。したがって、角度θの制御によって、反射光の散乱される方向の制御が可能であり、すなわち、反射光の散乱における異方性の制御が可能である。また、複数の単位領域における角度θの制御によって、観察方位に応じて明るい色が視認される領域が変わるように、発色構造体１３を構成することもできる。こうした構成によれば、例えば凸部が帯状であって、単位領域ごとに凸部の延びる方向を変える場合と比較して、発色構造体１３の製造が容易である。

なお、矩形Ｒ２の長さｄ５は、一定でなくてもよい。各矩形群ＲＧにおける複数の矩形Ｒ２の第２方向Ｄｙの長さｄ６の和の１／２の標準偏差は、矩形Ｒ２の第１方向Ｄｘの長さｄ５の標準偏差より大きいことが好ましい。長さｄ５のばらつきが大きいと、反射光の散乱効果が高められる。

また、平面視における凸部２７ａの形状は、矩形Ｒ２に内接する形状であれば、円形や、五角形等の多角形であってもよい。図２１は、凸部２７ａが矩形Ｒ２に内接する円形である例を示す。

言い換えれば、平面視における凸部２７ａの形状は、第１方向Ｄｘと第２方向Ｄｙとの各々に沿った辺を有する仮想的な矩形に内接する図形であればよく、複数の凸部２７ａが構成するパターンは、こうした図形である複数の図形要素の集合からなるパターンであればよい。上記仮想的な矩形の構成は、上述した矩形Ｒ２の構成と同様であればよい。

第４実施形態の発色構造体１３は、第２実施形態の発色構造体１１と同様の製造方法によって製造可能である。平面視における凸部２７ａの形状が、上記仮想的な矩形に内接する矩形Ｒ２、すなわち、仮想的な矩形に一致する形状である場合、凸部２７ａの形成あるいは凸部２７ａの形成のための凹版の作製に際して、可変成形方式の電子線リソグラフィを用いることによりパターンを高速に描画することができる。また、発色構造体１３は、基材２０を備えていなくてもよい。

第４実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（９）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（１２）反射光の散乱に異方性が得られるため、観察方位によって視認される色の明るさが変化することが望まれる用途に適した発色構造体１３が得られる。そして、角度θを制御することにより、反射光の散乱の異方性を容易に制御することができる。

［変形例］
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
・図２２が示すように、発色構造体は、凹凸構造層に対して光学機能層２４と反対側に、可視領域の光を吸収する吸収層２８を備えていてもよい。この場合、凹凸構造層、金属層２２、誘電体層２３はこの順に並び、凹凸構造層に対して光学機能層２４の位置する側から、発色構造体が観察される。吸収層２８は、例えば、基材２０における凹凸構造層とは反対側の面に接する。

吸収層２８は、可視領域の光のうち、少なくとも、光学機能層２４を透過した光の一部を吸収する。吸収層２８は、黒色顔料等を含む黒色の層であって、可視領域全体の光を吸収してもよい。吸収層２８が設けられていることにより、光学機能層２４で干渉により強められる波長域とは異なる波長域の光が、発色構造体内部の各層の界面や、発色構造体とその外部との界面で反射して観察者に向けて射出されることが抑えられる。したがって、発色構造体に視認される色の鮮明さが高められる。

また、吸収層２８を設けることに代えて、基材２０が、可視領域の光の吸収性を有し、吸収層として機能してもよい。
なお、図２２においては、発色構造体が第１実施形態の凹凸構造層２１を備える形態を図示したが、発色構造体は、第２～第４実施形態の凹凸構造層を備えていてもよい。

・図２３が示すように、発色構造体は、光学機能層２４に対して凹凸構造層と反対側に、可視領域の光を吸収する吸収層２８を備えていてもよい。この場合、凹凸構造層、誘電体層２３、金属層２２はこの順に並び、光学機能層２４に対して凹凸構造層の位置する側から、発色構造体が観察される。吸収層２８は、金属層２２に接する。

吸収層２８は、可視領域の光のうち、少なくとも、光学機能層２４を透過した光の一部を吸収する。吸収層２８は、黒色顔料等を含む黒色の層であって、可視領域全体の光を吸収してもよい。吸収層２８が設けられていることにより、光学機能層２４で干渉により強められる波長域とは異なる波長域の光が、発色構造体内部の各層の界面や、発色構造体とその外部との界面で反射して観察者に向けて射出されることが抑えられる。したがって、発色構造体に視認される色の鮮明さが高められる。

なお、図２３においては、発色構造体が第１実施形態の凹凸構造層２１を備える形態を図示したが、発色構造体は、第２～第４実施形態の凹凸構造層を備えていてもよい。
・図２４が示すように、発色構造体１４は、凹凸構造層を備えず、平坦な層である支持層２９の上に、光学機能層２４を備えていてもよい。こうした構成によれば、特定の観察角度において、光学機能層２４での干渉で強められた特定の波長域に対応する色が明瞭に視認可能となる。

・誘電体層２３が、可視領域の光の一部の波長域に吸収性を有していてもよい。こうした構成によれば、この吸収性を有する波長域の光が、発色構造体からの反射光に含まれることが抑えられる。したがって、発色構造体に視認される色の鮮明さが高められる。こうした誘電体層２３は、例えば、金属酸化物、金属窒化物、および、金属酸窒化物のいずれかの金属化合物からなり、当該金属化合物は、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する。

［実施例］
上述した発色構造体およびその製造方法を、具体的な実施例を用いて説明する。

（実施例１）
実施例１として、第１実施形態に対応する発色構造体を形成した。
まず、光を利用した転写成形によって凹凸構造を形成するためのモールドを形成した。照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いるため、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て用いた。凹凸層への形成対象の凹凸の反転された凹凸を、電子線描画およびドライエッチング法を用いて合成石英基板に形成することにより、モールドを形成した。具体的には、平面視にて一辺が４５μｍの正方形領域を、端部から中央部にかけて弧を描くように連続的に深さを変えながら窪ませた凹部を、モールドの表面に隙間無く形成した。上記正方形領域の中央部の深さは７μｍである。モールドの表面には、離型剤としてオプツールＨＤ－１１００（ダイキン工業製）を塗布した。

次に、片面に易接着処理が施されたＰＥＴフィルム上に光硬化性樹脂を塗布し、この樹脂にモールドの凹凸が形成されている面を押し当て、３６５ｎｍの波長の光を照射して樹脂を硬化させた。その後、硬化した樹脂およびＰＥＴフィルムをモールドから剥離した。これにより、凹凸構造を有する凹凸構造層と基材であるＰＥＴフィルムとの積層体が得られた。

続いて、得られた凹凸構造層と基材との積層体の凹凸を有する面に、真空蒸着法によって、金属層として、膜厚が１０ｎｍである１層のアルミニウム膜を形成した。さらに、金属層の上面に、真空蒸着法によって、誘電体層として、膜厚が５０ｎｍである１層の酸化チタン膜を形成した。
これにより、実施例１の発色構造体が得られた。

（実施例２）
実施例２として、第２実施形態に対応する発色構造体を形成した。

まず、光インプリント法を用いて凹凸構造を形成するためのモールドを形成した。光ナノインプリント法において照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いるため、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て用いた。凹凸構造層への形成対象の凹凸の反転された凹凸を、電子線描画およびドライエッチング法を用いて合成石英基板に形成することにより、モールドを形成した。形成対象の凹凸構造は、第２実施形態の凹凸構造である。モールドの表面には、離型剤としてオプツールＨＤ－１１００（ダイキン工業製）を塗布した。

次に、片面に易接着処理が施されたＰＥＴフィルム上に光硬化性樹脂を塗布し、この樹脂にモールドの凹凸が形成されている面を押し当て、３６５ｎｍの波長の光を照射して樹脂を硬化させた。その後、硬化した樹脂およびＰＥＴフィルムをモールドから剥離した。これにより、凹凸構造を有する凹凸構造層と基材であるＰＥＴフィルムとの積層体が得られた。

続いて、得られた凹凸構造層と基材との積層体の凹凸を有する面に、真空蒸着法によって、金属層として、膜厚が１０ｎｍである１層のアルミニウム膜を形成した。さらに、金属層の上面に、真空蒸着法によって、誘電体層として、膜厚が５０ｎｍである１層の酸化チタン膜を形成した。
これにより、実施例２の発色構造体が得られた。

（観察結果）
実施例１，２の発色構造体を凹凸構造層に対して光学機能層の位置する側から観察した。基材の表面に直交する方向に対して３０°傾斜した方向から観察した結果、実施例１，２のいずれにおいても、光沢感のある青色が視認性良く確認された。

さらに、発色構造体の反射光の角度依存性を測定した。発色構造体に対して白色光を３０°の入射角で入射させた結果、実施例１，２のいずれにおいても、正反射光に対して±３０°の範囲で散乱光が確認された。

Ｄｘ…第１方向
Ｄｙ…第２方向
１０，１１，１２，１３，１４…発色構造体
２０…基材
２１，２５，２６，２７…凹凸構造層
２２…金属層
２３…誘電体層
２４…光学機能層
２１ａ，２５ａ，２６ａ，２７ａ…凸部
２５ｂ，２６ｂ，２７ｂ…凹部
２８…吸収層。

Claims (12)

1. 金属層と誘電体層とを備える光学機能層であって、干渉によって強められた反射光を射出する前記光学機能層を備え、
   前記金属層の可視領域における屈折率は、前記誘電体層の可視領域における屈折率と異なり、
   前記金属層は、５％以上の透過率を有する波長域を可視領域に有する
   発色構造体。
2. 前記金属層の膜厚は、５ｎｍ以上４０ｎｍ以下である
   請求項１に記載の発色構造体。
3. 前記金属層は、３０％以上の反射率を有する波長域を可視領域に有する
   請求項１または２に記載の発色構造体。
4. 可視領域に、前記金属層の屈折率と前記誘電体層の屈折率との差が０．３以上である波長域が含まれる
   請求項１～３のいずれか一項に記載の発色構造体。
5. 前記誘電体層の膜厚は、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である
   請求項１～４のいずれか一項に記載の発色構造体。
6. 可視領域における前記誘電体層の屈折率は、１．５より大きく３．０以下である
   請求項１～５のいずれか一項に記載の発色構造体。
7. 凸部または凹部である複数の凹凸要素から構成される凹凸構造を表面に有し、前記光学機能層を支持する凹凸構造層をさらに備え、
   前記光学機能層は、前記凹凸構造に沿った表面形状を有し、
   前記凹凸構造層の厚さ方向に沿った方向から前記凹凸構造を見た平面視において、前記凹凸要素の短辺方向の幅および長辺方向の幅の各々は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記厚さ方向に沿った前記凹凸要素の寸法は、前記平面視での前記凹凸要素の端部から中央部に向かって大きくなり、前記短辺方向の幅に対する、前記凹凸要素内における前記厚さ方向に沿った寸法の最大値の比は、０．１以上１．０以下である
   請求項１～６のいずれか一項に記載の発色構造体。
8. 凹凸構造を表面に有し、前記光学機能層を支持する凹凸構造層をさらに備え、
   前記光学機能層は、前記凹凸構造に沿った表面形状を有し、
   前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から１段以上の段差形状を有し、前記凹凸構造層の表面と対向する視点から見て、複数の前記凸部が構成するパターンは、第１方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第１方向と直交する第２方向に沿った長さが前記第１方向に沿った長さ以上である複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第２方向に沿った長さの標準偏差は、前記第１方向に沿った長さの標準偏差よりも大きい
   請求項１～６のいずれか一項に記載の発色構造体。
9. 前記凹凸構造層の表面と対向する視点から前記凹凸構造を見たとき、前記複数の凸部が構成するパターンは、前記図形要素の集合からなる第１パターンと、前記第２方向に沿って延び、前記第１方向に沿って並ぶ複数の帯状領域からなる第２パターンとが重ね合わされたパターンであり、
   前記第２パターンにおいて、前記第１方向に沿った前記帯状領域の配列間隔は、前記複数の帯状領域において一定ではなく、前記複数の帯状領域における前記配列間隔の平均値は、前記光学機能層への入射光に含まれる波長域における最小波長の１／２以上であり、
   前記凸部は、前記凹凸構造層の厚さ方向への投影像が前記第１パターンを構成する要素であって所定の高さを有する凸部要素と、前記厚さ方向への投影像が前記第２パターンを構成する要素であって所定の高さを有する凸部要素とが高さ方向に重ねられた多段形状を有する
   請求項８に記載の発色構造体。
10. 凹凸構造を表面に有し、前記光学機能層を支持する凹凸構造層をさらに備え、
    前記光学機能層は、前記凹凸構造に沿った表面形状を有し、
    前記凹凸構造層の表面と対向する視点から見て、
    前記凹凸構造を構成する複数の凸部が構成するパターンは、サブ波長以下の長さを有する第１方向に沿った辺と、前記第１方向と直交する第２方向に沿った辺とを有する仮想的な矩形に各々が内接する複数の図形要素の集合からなるパターンであり、
    前記凹凸構造層が含む複数の単位領域の各々において、前記矩形は前記第１方向に対してθの角度をなす方向に沿って並び、少なくとも１つの前記単位領域において、前記角度θは、０°より大きく９０°未満、または、９０°より大きく１８０°未満である
    請求項１～６のいずれか一項に記載の発色構造体。
11. 前記凹凸構造層に対して前記光学機能層と反対側に、可視領域の光の少なくとも一部を吸収する吸収層を備える
    請求項７～１０のいずれか一項に記載の発色構造体。
12. 前記光学機能層に対して前記凹凸構造層と反対側に、可視領域の光の少なくとも一部を吸収する吸収層を備える
    請求項７～１０のいずれか一項に記載の発色構造体。

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