JP4853945B2 - Manufacturing method of display device - Google Patents
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Description
本発明は、表示装置の製造方法に関し、さらに詳細には、構造色を用いた表示装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a display device, and more particularly, to a method for manufacturing a display device using structural colors.
なお、「構造色」とは、それ自体には色がないものであるが、光の波長あるいはそれ以下の微細構造をもつことにより、光の反射、干渉、屈折、回折、散乱などの作用が関係して当該構造が呈する発色を意味する。 “Structural colors” are those that have no color in themselves, but have a fine structure of the wavelength of light or less, and thus have effects such as light reflection, interference, refraction, diffraction, and scattering. In relation to this, it means the color developed by the structure.
本明細書においては、こうした構造色を発色する構造を備えた発色体を「構造色発色体」と適宜に称することとする。 In the present specification, a color body having such a structure that develops a structural color is appropriately referred to as a “structural color color body”.
なお、構造色発色体としては、例えば、特許文献１として提示する本願発明者等の発明に係る特開２００３−５３８７５号公報に開示されたものや、特許文献２として提示する本願発明者等の発明に係る特開２００５−１５３１９２号公報に開示されたものがある。 In addition, as the structural color developing body, for example, those disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-53875 related to the invention of the present inventors presented as Patent Document 1, or the present inventors presented as Patent Document 2, etc. There exists what was disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-153192 which concerns on invention.
また、本発明における表示装置は、例えば、電子情報通信におけるディスプレイたる画像表示装置として用いたり、あるいは、所謂、電子ペーパー（電子ペーパーは、１０分の数ミリ程度の厚さしかなく、電気的な手段でデータの表示・消去が可能なディスプレイである。）やポスターのような紙媒体などに代えて用いることができるものである。 The display device according to the present invention is used as, for example, an image display device as a display in electronic information communication, or a so-called electronic paper (electronic paper has a thickness of about several tenths of a millimeter and is electrically It can be used in place of a paper medium such as a poster.
一般に、電子情報通信における主要なディスプレイは、ブラウン管（以下、「ＣＲＴ」（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）と称する。）を用いたディスプレイ（以下、「ＣＲＴディスプレイ」と称する。）と液晶を用いたディスプレイ（以下、「液晶ディスプレイ」と称する。）とに大別される。 In general, main displays in electronic information communication are displays using a cathode ray tube (hereinafter referred to as “CRT”) (hereinafter referred to as “CRT”) and liquid crystal displays. (Hereinafter, referred to as “liquid crystal display”).
しかしながら、ＣＲＴディスプレイは、ブラウン管を用いるという構造から原理的に薄くすることができないため、小型化・省スペース化には不利があるという問題点があった。 However, since the CRT display cannot be made thin in principle because of the structure using a cathode ray tube, there is a problem in that it is disadvantageous for miniaturization and space saving.
一方、液晶ディスプレイに関しては、液晶はそれ自体では発光せずにシャッターの役割を果たすだけであるため、その構造上バックライトが必要であり、製造コストの上昇を招来するという問題点があった。 On the other hand, with respect to the liquid crystal display, since the liquid crystal itself does not emit light but only serves as a shutter, a backlight is necessary due to its structure, which causes an increase in manufacturing cost.
また、液晶ディスプレイをカラー化する場合には、カラーフィルタを用いるので光利用効率が著しく低下するという問題点があった（カラーフィルタを用いる場合には、光がカラーフィルタを透過する際に、その２／３程度が吸収されてしまうものであった。）。 In addition, when colorizing a liquid crystal display, a color filter is used, so that there is a problem that the light use efficiency is remarkably reduced (when a color filter is used, when light passes through the color filter, the color filter is used. About 2/3 was absorbed.)
さらに、発光源については、ＣＲＴディスプレイにおいては電子ビーム源であり、液晶ディスプレイにおいてバックライトであるが、これら電子ビーム源あるいはバックライトはともに消費電力の抑制には限界があるという問題点があった。 Furthermore, the light emission source is an electron beam source in a CRT display and a backlight in a liquid crystal display. However, both the electron beam source and the backlight have a problem that there is a limit in suppressing power consumption. .
なお、消費電力を鑑みると、近年脚光を浴びているプラズマディスプレイではその抑制はより一層困難であり、消費電力の増大を避けることができないという問題点があった。
本発明は、従来の技術の有する上記したような種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化・省スペース化を図ることが可能な表示装置の製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above-described various problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a display device that can be reduced in size and space. Is to provide.
また、本発明の目的とするところは、製造コストの上昇を抑制することが可能な表示装置の製造方法を提供しようとするものである。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a display device capable of suppressing an increase in manufacturing cost.
さらに、本発明の目的とするところは、光利用効率に優れた表示装置の製造方法を提供しようとするものである。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a display device excellent in light utilization efficiency.
さらにまた、本発明の目的とするところは、消費電力を抑制することが可能な表示装置の製造方法を提供しようとするものである。 Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a display device capable of suppressing power consumption.
上記目的を達成するために、本発明による表示装置の製造方法は、発色体として構造色発色体を用いるようにしたものである。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a display device according to the present invention uses a structural color developing body as a color forming body.
即ち、本発明による表示装置は、従来の表示装置とは異なり、発色体として蛍光体やカラーフィルタを用いることなしに、外部からの入射光の干渉などにより構造色を発色する構造色発色体を用いるようにしたものであり、その構造色発色体としては、特許文献２に開示された構成を備えた構造色発色体を用いるようにしたものである。 That is, the display device according to the present invention differs from the conventional display device in that a structural color coloring body that colors a structural color due to interference of incident light from the outside without using a phosphor or a color filter as the color developing body. As the structural color developing body, a structural color developing body having the configuration disclosed in Patent Document 2 is used.
このため、本発明による表示装置は、従来のＣＲＴディスプレイとは異なり電子ビーム源も蛍光体も必要としないので構成要素が少なく簡便である。 Therefore, unlike the conventional CRT display, the display device according to the present invention does not require an electron beam source or a phosphor, and thus is simple with few components.
また、本発明による表示装置は、液晶ディスプレイとは異なりカラーフィルタによる光の吸収がないので光利用効率が高く、消費電力を抑制することができるようになる。即ち、本発明による表示装置のように、発色体として構造色発光体を用いる場合には、構造色発光体の発光の源は外部光の反射であり、液晶ディスプレイにおけるようなカラーフィルタによる光の吸収が介在しないため、バックライトを著しく省略することができる（例えば、暗い場所を除き、通常の室内照明がある場所ならばバックライトは不要である。）。 Further, unlike the liquid crystal display, the display device according to the present invention does not absorb light by the color filter, so that the light use efficiency is high and the power consumption can be suppressed. That is, when a structural color light emitter is used as a color former as in the display device according to the present invention, the light emission source of the structural color light emitter is reflection of external light, and the light of the color filter as in a liquid crystal display is reflected. Since there is no absorption, the backlight can be omitted significantly (for example, the backlight is unnecessary if there is normal room lighting except in a dark place).
さらに、本発明による表示装置は、構造色発色体として特許文献２に開示された構成を備えた構造色発色体を用いるものであるため、上記したようにカラーフィルタによる吸収がないばかりではなく、高反射率を有する点においても光利用効率を向上することができ、このため消費電力も一層抑制することができるようになる。 Furthermore, since the display device according to the present invention uses the structural color developing body having the structure disclosed in Patent Document 2 as the structural color developing body, not only does the absorption by the color filter as described above, Light utilization efficiency can also be improved in terms of having high reflectivity, and thus power consumption can be further suppressed.
さらにまた、構造色発色体を用いた本発明による表示装置においては、干渉色でありながら混色を生じずに単色が保証されるようになり、かつ、広い角度で単一の色を発色することができる。 Furthermore, in the display device according to the present invention using the structural color developing body, a single color can be ensured without causing color mixture while being an interference color, and a single color can be developed at a wide angle. Can do.
また、構造色発色体を用いた本発明による表示装置においては、構造色発色体自体は蝶の鱗粉同様に軽く薄くコンパクトであることから、全体構成を極めて小型化することができ、従来の表示装置と比較すると大幅な省スペース化を図ることができる。即ち、構造発色体自体の厚さは、例えば、１μｍ程度まで薄くすることが可能であり、きわめてコンパクトにすることができる。 Further, in the display device according to the present invention using a structural color developing body, the structural color developing body itself is as light and thin as a butterfly scale, so that the overall configuration can be extremely miniaturized, and the conventional display Compared with the device, a significant space saving can be achieved. That is, the thickness of the structural color body itself can be reduced to, for example, about 1 μm and can be extremely compact.
さらに、本発明による表示装置は、発色体として構造色発色体を用いているため、化学変化による経時劣化がないという優れた特性も備えている。 Furthermore, since the display device according to the present invention uses a structural color developing body as the color forming body, it has an excellent characteristic that there is no deterioration over time due to a chemical change.
なお、特許文献１や特許文献２に開示された構造色発色体を除く従来の構造色発色体（以下、単に「従来の構造色発色体」と適宜に称する。）においては、構造色発色体を見る人間（以下、「観者」と適宜に称する。）が当該構造色発色体を見る際の角度によって色が変わる、即ち、視野角依存性があるということが指摘されていた。
In addition, in the conventional structural color developing body (hereinafter simply referred to as “conventional structural color developing body” as appropriate) excluding the structural color developing body disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, the structural color developing body is referred to. It has been pointed out that the color changes depending on the angle at which a person viewing the image (hereinafter referred to as “viewer” as appropriate) views the structural color developing body, that is, has a viewing angle dependency.
なぜならば、色素を用いずに発色する構造色発色体においては、その発色が光の干渉や散乱などによるため、シャボン玉と同様に原理的に虹色干渉を生じることになるからである。 This is because, in a structural color developing body that develops color without using a dye, the color development is caused by interference or scattering of light, so that in principle, rainbow interference occurs as in the case of soap bubbles.
こうした理由から、従来の構造色発色体はディスプレイには全く適さないものと認識されてきた。つまり、従来の構造色発色体を表示装置に応用するに際しては、上記した通り干渉による不具合（視野角依存性および異なる色の混ざり合い）が障碍となるものであった。 For these reasons, it has been recognized that conventional structural color formers are not suitable for displays. That is, when the conventional structural color developing body is applied to a display device, as described above, problems due to interference (viewing angle dependency and mixing of different colors) become obstacles.
ところが、自然に存在する構造色発色体の一例であるモルフォ蝶の鱗粉については、青色の発色が高い反射率を持ちつつ、しかも干渉の原理に矛盾して視野角依存性がなく、観者がどこから見ても青く視認できるという特性を備えている。 However, for Morpho butterfly scales, which is an example of a naturally occurring structural color chromophore, the blue color has high reflectivity, and is inconsistent with the principle of interference and has no viewing angle dependency. It has the characteristic that it can be seen in blue from anywhere.
このモルフォ蝶の鱗粉における構造色の発色の原理は、図１に示すように、本願発明者等によって科学的に解明されるとともに実験的に証明され（「Ａ．Ｓａｉｔｏ，Ｓ．Ｙｏｓｈｉｏｋａ，Ｓ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．５５２６Ｂ， （２００４） １８８−１９４．」（以下、「論文１」と適宜に称する。）、特許文献１ならびに特許文献２として特許出願されている。なお、図１（Ａ）における「ＳＥＭ Ｓｉｄｅ Ｖｉｅｗ」は、実際のモルフォ蝶の翅の一部領域の横断面の走査型電子顕微鏡写真を示し、図１（Ａ）における「ＳＥＭ Ｔｏｐ Ｖｉｅｗ」は、実際のモルフォ蝶の翅の一部領域の平面視における走査型電子顕微鏡写真を示している。また、図１（Ｃ）は、図１（Ｅ）におけるガラス（Ｇｌａｓｓ）基板のへいめん視における走査型電子顕微鏡写真を示している。また、図１（Ｅ）の左側に位置する図は、図１（Ｅ）に示す構造色発色体による青色発色を示す説明図である。 As shown in FIG. 1, the principle of the structural color in the morpho butterfly scale is scientifically elucidated and experimentally proved by the inventors of the present invention (see “A. Saito, S. Yoshioka, S. et al.”). Kinoshita, Proc. SPIE Vol. 5526B, (2004) 188-194. ”(Hereinafter referred to as“ Paper 1 ”as appropriate), Patent Literature 1 and Patent Literature 2. Patent applications are shown in FIG. “SEM Side View” in A) shows a scanning electron micrograph of a cross section of a partial region of an actual morpho butterfly wing, and “SEM Top View” in FIG. Fig. 1C shows a scanning electron micrograph of a partial region of the eyelid in plan view, and Fig. 1C shows the glass (Gla in Fig. 1E). s) A scanning electron micrograph of the substrate when viewed from the top, and a diagram located on the left side of Fig. 1 (E) is an explanation showing blue coloration by the structural color developing body shown in Fig. 1 (E). FIG.
即ち、本願発明者等の研究は、モルフォ蝶の鱗粉の青色発色が多層膜干渉によるものであることを明らかにするとともに、モルフォ蝶の鱗粉が、
（１）高い反射率
（２）広い視野角での色不変性
（３）干渉防止
の全てを満たす理由は、モルフォ蝶の鱗粉が
（１）微細構造による回折広がり（広い視野角）
（２）微細構造の高い密度と１次元異方性による高反射率
（３）乱雑さによる虹色干渉防止
という特性を備えていることに由来するものであることを明らかにした（図１（Ａ）（Ｂ）参照）。
That is, the study by the inventors of the present application reveals that the blue coloration of morpho butterfly scale is due to multilayer interference, and the morpho butterfly scale is
(1) High reflectance (2) Color invariance over a wide viewing angle (3) The reason for satisfying all of the interference prevention is that morpho butterfly scales are (1) diffraction spread due to fine structure (wide viewing angle)
(2) High reflectivity due to high density of fine structure and one-dimensional anisotropy (3) It has been clarified that it originates from the property of preventing iridescent interference due to randomness (Fig. 1 ( A) (see B)).
こうしたモルフォ蝶の鱗粉の特性を利用した構造色発色体の作製の原理および手法が論文１、特許文献１ならびに特許文献２に示されている。 The principle and method for producing a structural color developing body utilizing the characteristics of such morpho butterfly scales are shown in Paper 1, Patent Document 1 and Patent Document 2.
上記した特許文献２に開示されたモルフォ蝶の鱗粉の特性を利用した構造色発色体の作製の手法は、モルフォ蝶の鱗粉を模擬するものであり、電子ビームリソグラフィとエッチングとにより基板表面に微細な凹凸を高密度かつ乱雑に形成し（図１（Ｃ））、当該凹凸を形成された基板表面に高い屈折率を有する高屈折率層と低い屈折率を有する低屈折率層と交互に積層することにより（図１（Ｄ））、構造色発色体を形成するものである（図１（Ｅ））。 The method for producing a structural color developing body utilizing the characteristics of the morpho butterfly scale disclosed in Patent Document 2 described above simulates the morpho butterfly scale and is finely applied to the substrate surface by electron beam lithography and etching. High irregularities are formed densely and randomly (FIG. 1C), and a high refractive index layer having a high refractive index and a low refractive index layer having a low refractive index are alternately laminated on the surface of the substrate on which the irregularities are formed. By doing so (FIG. 1 (D)), a structural color developing body is formed (FIG. 1 (E)).
こうした論文１、特許文献１ならびに特許文献２に示された構造色発色体の作製の要諦は、基板上に高い屈折率を有する高屈折率層と低い屈折率を有する低屈折率層とを交互に積層して多層膜成膜を行う際に、「広い視野角の回折を生じる微細構造」を「高密度」かつ「乱雑」に配列することにある。これにより、モルフォ蝶の鱗粉と同様な特性を備えた所望の色の発色を実現することができる。 The key to the production of the structural color developing body shown in the paper 1, patent document 1 and patent document 2 is that a high refractive index layer having a high refractive index and a low refractive index layer having a low refractive index are alternately formed on a substrate. In order to form a multilayer film by laminating the layers, “fine structures that generate diffraction with a wide viewing angle” are arranged in “high density” and “messy”. Thereby, the color development of the desired color provided with the characteristic similar to the scale powder of a morpho butterfly is realizable.
つまり、論文１、特許文献１ならびに特許文献２に示された構造色発色体の作製の手法を用いることにより、
（１）高い反射率
（２）広い視野角での色不変性
（３）干渉防止
の全てを満たす構造色発色体を実現することができた。
That is, by using the method of producing the structural color developing body shown in the paper 1, patent document 1 and patent document 2,
(1) High reflectance (2) Color invariance in a wide viewing angle (3) A structural color developing body satisfying all of interference prevention could be realized.
従って、論文１、特許文献１あるいは特許文献２に開示された構造色発色体を用いることにより、従来の色素や単純な多層膜干渉では得られなかったモルフォ蝶の色合いと同様な発色が実現されるようになった。 Therefore, by using the structural color developing material disclosed in Paper 1, Patent Document 1 or Patent Document 2, the same color development as that of a morpho butterfly which has not been obtained by conventional dyes or simple multilayer interference is realized. It became so.
また、本発明のうち請求項１に記載の発明は、発色体として構造色発色体を備えた表示装置の製造方法において、基板の表面に赤色を発色する第１の構造色発色体と緑色を発色する第２の構造色発色体と青色を発色する第３の構造色発色体とをそれぞれ作製するための凸部および凹部であって、Ｘ方向の幅が７８０ｎｍ以下でＹ方向に比べて均一、Ｙ方向の長さが不定、Ｚ方向の高さまたは深さが１０ｎｍ以上の多数の平面視方形の凸部または凹部を、ＸＹ方向に配列して形成する第１のステップと、上記第１のステップで上記表面に凸部および凹部を形成された基板を用いて、ナノインプリント技術により該凸部および凹部を複数の樹脂板にインプリントして複製し、上記複製した複数枚の樹脂板を貼り合わせて基板パターンを作製する第２のステップと、上記第１の構造色発色体と上記第２の構造色発色体と上記第３の構造色発色体とにそれぞれ対応する高い屈折率を有する高屈折率層と低い屈折率を有する低屈折率層とをＺ方向に交互に積層して形成した多層膜構造を備えた積層体を形成するためのマスクを用いて、多層膜蒸着により上記基板パターンにおける上記第１の構造色発色体と上記第２の構造色発色体と上記第３の構造色発色体とをそれぞれ構成する上記凸部または凹部に倣うように上記積層体を形成し、上記第１の構造色発色体と上記第２の構造色発色体と上記第３の構造色発色体とをそれぞれ形成する第３のステップとを有するようにしたものである。 The invention of claim 1 of the present invention is a method of manufacturing a display device having a structure color color body as chromogen, the first structural color color body and green to color red on a surface of the substrate Convex portions and concave portions for producing a second structural color developing body that develops a color and a third structural color developing body that develops a blue color, each having a width in the X direction of 780 nm or less and uniform compared to the Y direction A first step of forming a plurality of square-shaped projections or depressions having an indefinite length in the Y direction and a height or depth in the Z direction of 10 nm or more arranged in the XY direction; Using the substrate having the projections and depressions formed on the surface in the step, the imprints and depressions are imprinted on a plurality of resin plates by nanoimprint technology, and the plurality of resin plates are pasted. The first to produce a substrate pattern together A high refractive index layer having a high refractive index and a low refractive index respectively corresponding to the first structural color developing body, the second structural color developing body, and the third structural color developing body. The first structural color developing body in the substrate pattern by multilayer film deposition using a mask for forming a multilayer body having a multilayer film structure formed by alternately laminating low refractive index layers in the Z direction And the second structural color color body and the third structural color color body are formed so as to follow the convex portions or the concave portions constituting the first structural color color body, and the first structural color color body and the first structural color color body. And a third step of forming the third structural color developing body and the third structural color developing body, respectively.
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、さらに、上記第３のステップにより形成された上記第１の構造色発色体と上記第２の構造色発色体と上記第３の構造色発色体とに対して選択的に外部照明を照射させる液晶パネルを配置する第４のステップを有するようにしたものである。 The invention of claim 2 is the invention according to claim 1 of the present invention, furthermore, the third described above formed by the steps of first structural color color body and the first And a fourth step of disposing a liquid crystal panel for selectively irradiating external illumination to the structural color color body 2 and the third structural color color body.
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記凸部または凹部は、Ｘ方向に互いに同一の幅を有するとともに、Ｙ方向に該幅よりも長くかつ該幅の２倍以下の偏差をもつ統計分布をなす長さを有するようにしたものである。 The invention of claim 3 is the invention according to any one of claims 1 or 2 of the present invention, the projection or recess, the mutually same width in the X direction And has a length that forms a statistical distribution that is longer than the width and has a deviation of twice or less the width in the Y direction.
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項１、２または３のいずれか１項に記載の発明において、上記高屈折率層の厚さは３０〜１２０ｎｍであり、上記低屈折率層の厚さは６０〜３００ｎｍであるようにしたものである。 The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 , 2 or 3 , wherein the high refractive index layer has a thickness of 30 to 120 nm. The thickness of the low refractive index layer is 60 to 300 nm.
本発明によれば、小型化・省スペース化を図ることが可能となり、また、製造コストの上昇を抑制することが可能となり、また、光利用効率を向上することができ、また、消費電力を抑制することが可能となるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, it is possible to achieve downsizing and space saving, to suppress an increase in manufacturing cost, to improve light utilization efficiency, and to reduce power consumption. An excellent effect of being able to be suppressed is exhibited.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による表示装置の製造方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a display device manufacturing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
ここで、表示装置においては、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）を発色することが必要であるが、赤色と緑色と青色とをそれぞれ発色する構造色発色体は、特許文献２に開示された構造色発色体の作製方法により作製する。なお、所望の発色を得るには、基板上に形成される高い屈折率を有する高屈折率層と低い屈折率を有する低屈折率層とを、所望の発色に合わせて適宜に設計すればよい。以下、本発明による表示装置に用いる構造色発色体の作製の手法について説明する。
Here, in the display device, it is necessary to develop red (R), green (G), and blue (B). However, structural color developing bodies that respectively generate red, green, and blue are disclosed in Patent Documents. It is produced by the method for producing a structural color developing body disclosed in 2. In order to obtain a desired color development, a high refractive index layer having a high refractive index and a low refractive index layer having a low refractive index formed on the substrate may be appropriately designed in accordance with the desired color development. . Hereinafter, a method for producing a structural color developing body used in the display device according to the present invention will be described.
本発明による表示装置に用いる構造色発色体を製作する工程は、以下の２工程で構成される。 The process of manufacturing the structural color developing body used in the display device according to the present invention includes the following two processes.
第１工程：表面に微細凹凸パターンを備えた基板の加工（図１（Ｃ）参照）
第２工程：第１工程で基板表面に作製した微細凹凸パターン上への高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した多層膜の成膜（図１（Ｄ）参照）。
First step: processing of a substrate having a fine concavo-convex pattern on the surface (see FIG. 1C)
Second step: Formation of a multilayer film in which high-refractive index layers and low-refractive index layers are alternately stacked on the fine concavo-convex pattern formed on the substrate surface in the first step (see FIG. 1D).
ここで、上記した第１工程による微細凹凸パターンは、図１（Ｂ）に示されているように、「高い光利用効率」と「干渉による混色の防止」と「広い有効角」との全てに影響する。また、上記した第２工程による多層膜の成膜は、発色の波長を決める部分であり、従来の構造色発色体における多層膜と同様に形成すればよい。 Here, as shown in FIG. 1B, the fine concavo-convex pattern obtained by the first step described above includes all of “high light utilization efficiency”, “prevention of color mixture due to interference”, and “wide effective angle”. Affects. Further, the formation of the multilayer film in the second step is a part that determines the wavelength of color development, and may be formed in the same manner as the multilayer film in the conventional structural color developing body.
ここで、上記した第１工程および第２工程よりなる本発明による表示装置に用いる構造色発色体を製作する手法について、図２（ａ）（ｂ）（図２（ａ）は第１工程および第２工程の説明図であり、また、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＢ矢視（平面視）方向における基板表面の走査型電子顕微鏡写真である。）を参照しながら説明する。
2 (a) and 2 (b) (FIG. 2 (a) shows the first step and the method for manufacturing the structural color developing body used in the display device according to the present invention comprising the first step and the second step. It is explanatory drawing of a 2nd process, Moreover, FIG.2 (b) is demonstrated, referring the scanning electron micrograph of the substrate surface in the B arrow (planar view) direction in Fig.2 (a). .
まず、第１工程においては、基板１０の表面に、Ｘ方向の幅ｄが７８０ｎｍ以下でＹ方向に比べて均一であり、Ｙ方向の長さが不定であり、Ｚ方向の高さまたは深さが１０ｎｍ以上の平面視方形の凸部または凹部を、ＸＹ方向に多数配列して形成する。即ち、第１工程においては、多数の長方形がＸＹ２次元面内に乱数配置された擬１次元的パターンが形成されることになる。 First, in the first step, on the surface of the substrate 10, the width d in the X direction is 780 nm or less, which is uniform compared to the Y direction, the length in the Y direction is indefinite, and the height or depth in the Z direction. Is formed by arranging a large number of convex portions or concave portions having a square shape of 10 nm or more in the XY direction. That is, in the first step, a quasi-one-dimensional pattern in which a large number of rectangles are arranged in random numbers in the XY two-dimensional plane is formed.
なお、基板１０としては、積層体１２（後述する。）を所定の配列で固定できるものであればよく、特に限定されものではない。例えば、積層体１２が無機質誘電体薄膜（後述する。）からなる場合には、基板１０をガラス基板とすることにより構造色発色体２０（後述する。）を完全に固体無機材料で構成することができるようになる。 The substrate 10 is not particularly limited as long as it can fix the laminate 12 (described later) in a predetermined arrangement. For example, when the laminate 12 is made of an inorganic dielectric thin film (described later), the structural color developing body 20 (described later) is completely composed of a solid inorganic material by using the substrate 10 as a glass substrate. Will be able to.
こうした基板１０は、具体的には、所定の厚さ（例えば、厚さ１．１ｍｍ）の石英ガラス基板やＳｉ基板を用いることができる。 Specifically, such a substrate 10 may be a quartz glass substrate or Si substrate having a predetermined thickness (for example, a thickness of 1.1 mm).
こうした第１工程における処理は、例えば、基板１０の表面を電子ビームフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて凹凸に加工することにより行えばよい。この凹凸は、Ｘ方向に一様な幅ｄを備えるとともに、Ｙ方向はｄを下限とするばらつきを有するように形成する。従って、平面視ではＸ方向の長さがｄで種々のアスペクト比を有する縦長の四辺形がＹ方向を向いて多数配列していることになる。図２（ａ）において、幅が２ｄをなす凹凸が存在するのは、この断面において隣接する凸部同士あるいは凹部同士が連なっていることを示している。この凸部同士あるいは凹部同士の連なりは３個以上でもよいことは勿論であり、その際には、基板１０には幅が３ｄ以上をなす凹凸が存在することになる。 The treatment in the first step may be performed, for example, by processing the surface of the substrate 10 into irregularities using an electron beam photolithography technique and an etching technique. The unevenness has a uniform width d in the X direction, and the Y direction has a variation with d as a lower limit. Accordingly, in plan view, a large number of vertically long quadrilaterals having a length in the X direction d and various aspect ratios are arranged in the Y direction. In FIG. 2A, the presence of unevenness having a width of 2d indicates that adjacent convex portions or concave portions are connected in this cross section. Of course, the number of the convex portions or the concave portions may be three or more. In this case, the substrate 10 has irregularities having a width of 3d or more.
なお、凸部ならびに凹部のＹ方向長さおよび配列は電子ビーム描画にて制御することができ、凸部ならびに凹部の高さ（深さ）はエッチング時間等のエッチング条件にて制御することができる。第１工程で用いるエッチングは、ドライエッチングが好ましい。 Note that the length and arrangement of the convex portions and concave portions in the Y direction can be controlled by electron beam drawing, and the height (depth) of the convex portions and concave portions can be controlled by etching conditions such as etching time. . The etching used in the first step is preferably dry etching.
次に、第２工程においては、凸部ならびに凹部が形成された基板１０の表面に倣うように、厚さｔ１の高い屈折率を有する高屈折率層１２ａと厚さｔ２の低い屈折率を有する低屈折率層１２ｂとをＺ方向に交互に成膜して、高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとがＺ方向に交互に積層された積層体１２を形成する。 Next, in the second step, the high refractive index layer 12a having a high refractive index t1 and a low refractive index having a low thickness t2 are formed so as to follow the surface of the substrate 10 on which convex portions and concave portions are formed. The low refractive index layers 12b are alternately formed in the Z direction to form a laminate 12 in which the high refractive index layers 12a and the low refractive index layers 12b are alternately stacked in the Z direction.
こうした第２工程における処理は、例えば、高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとを交互に電子ビーム蒸着し、最上層を高屈折率層１２ａとすればよい。 For example, the high refractive index layer 12a and the low refractive index layer 12b may be alternately deposited by electron beam evaporation, and the uppermost layer may be the high refractive index layer 12a.
ここで、高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとが基板１０の表面に倣うように積層されるとは、積層体１２のうち基板１０の凸部（または凹部）上に設けられた部分は、その最上面も凸部（または凹部）になることを意味する。
Here, the high refractive index layer 12 a and the low refractive index layer 12 b are laminated so as to follow the surface of the substrate 10. The portion of the laminated body 12 provided on the convex portion (or concave portion) of the substrate 10. Means that the uppermost surface also becomes a convex portion (or a concave portion).
こうして形成された構造色発色体２０は、高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとが交互に積層された積層体１２を有するので、入射光が積層体１２の各層の高屈折率層１２ａで反射し、その反射光のうち高屈折率層１２ａおよび低屈折率層１２ｂの各屈折率および厚さによって定まる特定波長の光が、干渉によって強められたり打ち消し合ったりする。即ち、高屈折率層１２ａの屈折率をｎ１、厚さをｔ１、低屈折率層１２ｂの屈折率をｎ２、厚さをｔ２とするとき
波長λ＝２（ｎ１×ｔ１＋ｎ２×ｔ２） ・・・ 式１
で定まる波長λの光が選択的に強められる。
The structural color body 20 formed in this way has the laminate 12 in which the high refractive index layers 12 a and the low refractive index layers 12 b are alternately laminated, so that the incident light is the high refractive index layer 12 a of each layer of the laminate 12. The light of a specific wavelength determined by each refractive index and thickness of the high refractive index layer 12a and the low refractive index layer 12b among the reflected light is intensified or canceled by interference. That is, when the refractive index of the high refractive index layer 12a is n1, the thickness is t1, the refractive index of the low refractive index layer 12b is n2, and the thickness is t2, the wavelength λ = 2 (n1 × t1 + n2 × t2). Formula 1
The light of the wavelength λ determined by is selectively enhanced.
従って、高屈折率層１２ａの屈折率ｎ１および厚さｔ１ならびに低屈折率層１２ｂの屈折率をｎ２および厚さをｔ２を、赤色、緑色または青色の波長をそれぞれ選択的に強めるように設定すれば、構造色発色体２０として、赤色を発色する構造色発色体、緑色を発色する構造色発色体または青色を発色する構造色発色体をそれぞれ作製することができる。 Accordingly, the refractive index n1 and the thickness t1 of the high refractive index layer 12a and the refractive index n2 and the thickness t2 of the low refractive index layer 12b are set so as to selectively strengthen the red, green, or blue wavelengths, respectively. For example, as the structural color developing body 20, a structural color developing body that develops red, a structural color developing body that develops green, or a structural color developing body that develops blue can be produced.
しかも、積層体１２の最上面のＸ方向の凹凸の間隔が７８０ｎｍ以下（例えば、３００ｎｍである。）、即ち、大部分の可視光の波長より小さく、かつ、Ｙ方向に比べて均一に形成されているので、強められた反射光が回折効果によって空間的に広がるとともに、光波動場の膜内への侵入を制限する効果により高い反射率が得られることになる。 In addition, the interval between the irregularities in the X direction on the top surface of the laminate 12 is 780 nm or less (for example, 300 nm), that is, it is smaller than the wavelength of most visible light and is more uniform than the Y direction. Therefore, the enhanced reflected light spreads spatially by the diffraction effect, and a high reflectance is obtained by the effect of limiting the penetration of the light wave field into the film.
また、２次元全方位の乱反射による反射率低下を防止するために、構造色発色体２０の上記した多数の凸部ならびに凹部は、Ｘ方向に互いに同一の幅ｄとし、Ｙ方向長さがＸ方向の幅ｄより大きくかつＸ方向幅ｄの２倍以下の偏差をもつ統計分布をなすように設計することにより、配列に一次元の規則性をもたせるのが好ましい。具体的には、Ｙ方向の長さは、例えば、２．０μｍを中心とする標準偏差０．５μｍの正規分布をなすように乱数で決定すればよい
こうした一次元異方性により、反射光が２次元全方位の乱反射により散乱することを防ぎ、反射率低下を防止するとともに反射光を空間的に集中して反射強度を高くすることができるようになる。
In order to prevent the reflectance from being lowered due to two-dimensional omnidirectional irregular reflection, the above-described many convex portions and concave portions of the structural color developing body 20 have the same width d in the X direction and the Y direction length is X. It is preferable to give the array a one-dimensional regularity by designing it so as to form a statistical distribution having a deviation larger than the width d in the direction and not more than twice the width d in the X direction. Specifically, the length in the Y direction may be determined by a random number so as to form a normal distribution with a standard deviation of 0.5 μm centered on 2.0 μm, for example. Scattering due to two-dimensional omnidirectional irregular reflection can be prevented, the reflectance can be prevented from being lowered, and the reflected light can be concentrated spatially to increase the reflection intensity.
また、構造色発色体２０の上記した多数の凸部または凹部の高さまたは深さが１０ｎｍよりも小さいと、積層体１２の最上面のレベルが近似的に同じになって回折効果による光の広がりが得られないので、構造色発色体２０の凸部または凹部のＺ方向の寸法（高さまたは深さ）を１０ｎｍ以上、例えば、３４０ｎｍとする。なお、構造色発色体２０の凸部または凹部のＺ方向の寸法（高さまたは深さ）の上限は限定されないが、例えば、１μｍ以下とすることが好ましい。 Further, when the height or depth of the above-described many convex portions or concave portions of the structural color developing body 20 is smaller than 10 nm, the level of the uppermost surface of the laminate 12 becomes approximately the same, and the light due to the diffraction effect is emitted. Since no spread is obtained, the dimension (height or depth) of the convex portion or concave portion of the structural color developing body 20 in the Z direction is set to 10 nm or more, for example, 340 nm. In addition, although the upper limit of the dimension (height or depth) of the Z direction of the convex part or recessed part of the structural color developing body 20 is not limited, For example, it is preferable to set it as 1 micrometer or less.
次に、屈折率と波長との関係を示す式１で定まる波長が可視光の範囲となるように、積層体１２を構成する高屈折率層１２ａの厚さｔ１を、例えば、３０〜１２０ｎｍ（例えば、５０ｎｍである。）に設定し、積層体１２を構成する低屈折率層１２ｂの厚さｔ２を、例えば、６０〜３００ｎｍ（例えば、８０ｎｍである。）に設定するのが好ましい。 Next, the thickness t1 of the high refractive index layer 12a constituting the stacked body 12 is set to 30 to 120 nm (for example, 30 to 120 nm) so that the wavelength determined by Equation 1 indicating the relationship between the refractive index and the wavelength is in the visible light range. For example, the thickness t2 of the low refractive index layer 12b constituting the stacked body 12 is preferably set to 60 to 300 nm (for example, 80 nm).
また、積層体１２を構成する高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとの各層の光学距離を同等にするために、高屈折率層１２ａの厚さｔ１よりも低屈折率層１２ｂの厚さｔ２を厚くするように設定することが好ましい。 Further, in order to make the optical distances of the high refractive index layer 12a and the low refractive index layer 12b constituting the laminate 12 equal, the thickness of the low refractive index layer 12b is larger than the thickness t1 of the high refractive index layer 12a. It is preferable to set the thickness t2 to be thick.
ここで、高屈折率層１２ａならびに低屈折率層１２ｂを構成する材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＣｌ２、ＰｂＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＴｉＯ、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、ＣｅＦ３、ＺｎＳ、ＭｇＯ、ＮａＦ、ＭｇＦ２などの無機質誘電体薄膜のうちから選択した１種以上からなるものを用いることができ、このように積層体１２を無機質で構成することにより耐熱性および耐光性を向上することができ、また、屈折率の範囲も広げることができる。 Here, as a material constituting the high refractive index layer 12a and the low refractive index layer 12b, for example, Al 2 O 3 , SiO 2 , SiO, SnO 2 , Sb 2 O 3 , PbCl 2 , PbO, Ta 2 O 5 are used. , TiO 2 , TiO, HfO 2 , ZrO 2 , CeO 2 , CeF 3 , ZnS, MgO, NaF, MgF 2, etc. can be used. Thus, by comprising the laminated body 12 with an inorganic substance, heat resistance and light resistance can be improved, and the range of refractive index can also be expanded.
上記した各材料のなかで屈折率比を大きくして反射率を高めるためには、高屈折率層１２ａとして、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、ＺｎＳ、ＣｅＯ２、ＰｂＯ、Ｓｂ２Ｏ３などを用い、一方、低屈折率層１２ｂとして、例えば、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２などを用いるような組み合わせが好ましい。 In order to increase the refractive index ratio and increase the reflectivity among the above-described materials, the high refractive index layer 12a may be, for example, TiO 2 , Ta 2 O 5 , HfO 2 , ZnS, CeO 2 , PbO, Sb. A combination using 2 O 3 or the like and using, for example, SiO 2 or MgF 2 as the low refractive index layer 12b is preferable.
また、高屈折率層１２ａならびに低屈折率層１２ｂを構成する材料としては、例えば、ＰＭＭＡ、ＣＲ−３９、ＭＭＡ、ポリアリルメタクリレート、ポリジアリルフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルナフタレンなどの合成樹脂のうちから選ばれる１種以上であってもよい。 Examples of the material constituting the high refractive index layer 12a and the low refractive index layer 12b include synthetic resins such as PMMA, CR-39, MMA, polyallyl methacrylate, polydiallyl phthalate, polycarbonate, polystyrene, and polyvinyl naphthalene. 1 or more types selected from may be sufficient.
さらに、基板１０と積層体１２との間に光吸収体を形成してもよく、このようにすると、特定波長の光のみを吸収することができるので、色合いを変化させることができる。 Furthermore, a light absorber may be formed between the substrate 10 and the laminate 12, and in this way, only light of a specific wavelength can be absorbed, so that the hue can be changed.
さらにまた、その光吸収体をアルミニウム、金、銅、クロムなどからなる金属薄膜により構成すると、反射光に光沢を加えることができるようになる。 Furthermore, when the light absorber is made of a metal thin film made of aluminum, gold, copper, chromium, etc., it becomes possible to add gloss to the reflected light.
次に、上記した構成を備えた構造色発色体２０を青色を発色する構造色発色体として構成する際に、構造色発色体２０の凸部または凹部に関しては、例えば、Ｘ方向の幅ｄを青色の波長よりも小さい３００ｎｍとして、Ｙ方向長さがＸ方向の幅ｄより大きくかつＸ方向の幅ｄの２倍以下の偏差をもつ統計分布のもとに、短辺３００ｎｍの異方性を持った長方形を乱雑に配置するようにし、凸部または凹部のＺ方向の寸法（高さまたは深さ）は青色の光が垂直入反射を妨げられて広い角度で散るような深さである１１０ｎｍとする。
Next, when the structural color color body 20 having the above-described configuration is configured as a structural color color body that develops blue, with respect to the convex portion or the concave portion of the structural color color body 20, for example, a width d in the X direction is set. The anisotropy of the short side of 300 nm is assumed to be 300 nm, which is smaller than the blue wavelength, based on a statistical distribution in which the length in the Y direction is greater than the width d in the X direction and less than twice the width d in the X direction. The rectangular shape is randomly arranged, and the dimension (height or depth) of the convex part or concave part is such that blue light is scattered at a wide angle by preventing vertical incident reflection. And
図３は本願発明者等による反射率の角度分布測定の結果を示すグラフであり、垂直入射光に対する各波長の反射率の角度依存性を示している。なお、図３において、左図は従来より周知の従来の連続多層膜に関する測定結果を示し、中央図はモルフォ蝶の翅に関する測定結果を示し、右図は上記した本発明による青色を発色する構造色発色体２０に関する測定結果を示している。また、図３における縦軸は、左図、中央図および右図において共通である。 FIG. 3 is a graph showing the results of measurement of the angular distribution of the reflectance by the inventors of the present application, and shows the angular dependence of the reflectance of each wavelength with respect to normal incident light. In FIG. 3, the left figure shows the measurement results for the conventional continuous multilayer film, which is well known, the middle figure shows the measurement results for the morpho butterfly wing, and the right figure shows the structure for blue color development according to the present invention described above. The measurement result regarding the color developing body 20 is shown. Further, the vertical axis in FIG. 3 is common to the left diagram, the center diagram, and the right diagram.
従来より周知の従来の連続多層膜（図３の左図）との比較すると、モルフォ蝶の翅（図３の中央図）ならびに本発明による青色を発色する構造色発色体２０（図３の右図）においては、垂直方向に対して±３０〜４０°程度青色が変わらないという特徴が示されている。 Compared with a conventional continuous multilayer film (the left figure in FIG. 3) which has been known in the past, the morpho butterfly wing (the middle figure in FIG. 3) and the structural color developing body 20 for coloring blue according to the present invention (the right figure in FIG. 3). The figure shows a characteristic that the blue color does not change by about ± 30 to 40 ° with respect to the vertical direction.
即ち、本発明による青色を発色する構造色発色体は、モルフォ蝶の翅と同様な特性、即ち、広い角度範囲で青く輝き、高い反射率をもち、１次元異方性をもち、色が混ざらないという特性を備えている。 That is, the structural color-developing material that develops blue color according to the present invention has characteristics similar to those of a morpho butterfly wing, that is, shines blue in a wide angle range, has a high reflectivity, has a one-dimensional anisotropy, and has a mixed color. It has the characteristic of not.
次に、図４（ａ）（ｂ）を参照しながら、基板１０の表面に形成する凸部と凹部とのパターンについて検討するために行った実験結果について説明する。
Next, with reference to FIGS. 4A and 4B, the results of experiments conducted to examine the pattern of the convex portions and the concave portions formed on the surface of the substrate 10 will be described.
図４（ａ）の左図は、基板表面に完全に１次元（縞状）で幅のランダムな凹凸（以下、「１次元型」と適宜に称する。）を形成した場合の走査型顕微鏡写真を示し、図４（ａ）の右図は、基板表面に２次元（ピクセル状）でランダムな凹凸（以下、「２次元型」と適宜に称する。）を形成した場合の走査型顕微鏡写真を示し、図４（ａ）の中央図は、基板表面に上記した構造色発色体２０において採用した１軸方向に長い方形で配列のランダムな凹凸（以下、「モルフォ型」と適宜に称する。）を形成した場合の走査型顕微鏡写真を示しており、これら３種類の凹凸を形成するようにして多層膜を成膜した構造色発色体を作製し、フラッシュなしとフラッシュありとで撮影した。図４（ｂ）上図はフラッシュなしの撮影結果を示し、図４（ｂ）下図はフラッシュありの撮影結果を示している。 The left figure of FIG. 4 (a) is a scanning photomicrograph in the case where random irregularities (hereinafter, appropriately referred to as “one-dimensional type”) having a one-dimensional (striped) width are formed on the substrate surface. 4A is a scanning micrograph in the case where random irregularities (hereinafter referred to as “two-dimensional type” as appropriate) are formed on the substrate surface in two dimensions (pixels). 4A, the center figure of the structure color developing body 20 employed in the above-described structural color developing body 20 has a rectangular concavo-convex shape and random irregularities (hereinafter appropriately referred to as “morpho type”). FIG. 2 shows a scanning photomicrograph in the case of forming a structural color developing body having a multilayer film formed so as to form these three types of irregularities, and was photographed with and without a flash. The upper diagram in FIG. 4B shows the photographing result without the flash, and the lower diagram in FIG. 4B shows the photographing result with the flash.
図４（ａ）（ｂ）に示されているように、２次元型では全体に光が散って強度が極端に弱く、また、１次元型では干渉の虹色が残ってしまう上に光の角度依存性が急峻すぎ、少し角度がずれると反射率が急減する。この傾向は、フラッシュのような強い光を照射すると顕著に観察される。一方、モルフォ型では、青色の広い角度依存性と高い反射率が再現できた。 As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the two-dimensional type, light is scattered and the intensity is extremely weak. In the one-dimensional type, the rainbow color of interference remains, and the light If the angle dependency is too steep and the angle is slightly deviated, the reflectance decreases rapidly. This tendency is remarkably observed when intense light such as a flash is irradiated. On the other hand, the morpho type was able to reproduce a wide angle dependency of blue and a high reflectance.
また詳細な説明は省略するが、広い角度で高反射率の青色を生じる条件は、パターン間隔、深さともに１００ｎｍレベルで影響していた。なお、論文１に示すように、本願発明者等は光ファイバによる反射率プロファイルの角度依存性の測定を行っており、その結果も上記の結果に対応している（論文１参照）。 Further, although detailed description is omitted, the conditions for producing a blue color having a high reflectance at a wide angle have an influence on the pattern interval and depth at the 100 nm level. As shown in the paper 1, the inventors of the present application have measured the angle dependence of the reflectance profile by the optical fiber, and the result corresponds to the above result (see the paper 1).
なお、上記においては、構造色発色体２０として青色を発色する構造色発色体を中心に説明したが、構造色発色体２０として赤色を発色する構造色発色体および緑色を発色する構造色発色体をそれぞれ作製するに際しては、上記において説明した青色を発色する構造色発色体を規定するパラメータを長波長（赤色、緑色）に変換して設計すればよい。
In the above description, the structural color color body 20 that develops blue is mainly described as the structural color color body 20, but the structural color color body that colors red and the structural color color body that colors green as the structural color color body 20. When each is manufactured, the parameters that define the structural color developing body that develops the blue color described above may be converted into a long wavelength (red, green).
こうした設計を行うことにより、青色を発色する構造色発色体３０（図５の右図参照）に加えて、赤色を発色する構造色発色体４０（図５の左図参照）および緑色を発色する構造色発色体５０（図５の中央図参照）を作製することができる。 By performing such a design, in addition to the structural color developing body 30 that develops blue (see the right figure in FIG. 5), the structural color developing body 40 that produces red (see the left figure in FIG. 5) and green are developed. A structural color developing body 50 (see the central view of FIG. 5) can be produced.
具体的には、青色を発色する構造色発色体３０は、例えば、高屈折率層がＴｉＯ２（約５０ｎｍ厚）、低屈折率層がＳｉＯ２（約７５ｎｍ厚）であり、これら高屈折率層と低屈折率層とを各６層程度積層して積層体を構成すればよい。また、基板の表面に形成する凸部と凹部とについては、例えば、Ｚ方向の高低差約１１０ｎｍ、平面視における長方形は幅ｄが３００ｎｍであり３００ｎｍ×２μｍ（なお、長辺は乱雑さを含み、標準偏差０．５μｍ程度である。）の大きさを持つようにすればよい。 Specifically, the structural color developing body 30 that develops blue color has, for example, a high refractive index layer of TiO 2 (about 50 nm thick) and a low refractive index layer of SiO 2 (about 75 nm thick). What is necessary is just to laminate | stack about 6 layers each of a layer and a low refractive index layer, and to comprise a laminated body. In addition, with regard to the protrusions and recesses formed on the surface of the substrate, for example, the height difference in the Z direction is about 110 nm, and the rectangle in plan view has a width d of 300 nm and 300 nm × 2 μm (note that the long side includes randomness) The standard deviation is about 0.5 μm).
また、赤色を発色する構造色発色体４０は、例えば、高屈折率層がＴｉＯ２（約８０ｎｍ厚）、低屈折率層がＳｉＯ２（約１１０ｎｍ厚）であり、これら高屈折率層と低屈折率層とを各６層程度積層して積層体を構成すればよい。また、基板の表面に形成する凸部と凹部とについては、例えば、Ｚ方向の高低差約１６０ｎｍ、平面視における長方形は幅ｄが４５０ｎｍであり４５０ｎｍ×３μｍ（なお、長辺は乱雑さを含み、標準偏差０．７μｍ程度である。）の大きさを持つようにすればよい。 In addition, the structural color developing body 40 that develops red color, for example, has a high refractive index layer of TiO 2 (about 80 nm thick) and a low refractive index layer of SiO 2 (about 110 nm thick). What is necessary is just to laminate | stack about 6 layers of refractive index layers, and to comprise a laminated body. In addition, with regard to the protrusions and recesses formed on the surface of the substrate, for example, the height difference in the Z direction is about 160 nm, and the rectangle in plan view has a width d of 450 nm and 450 nm × 3 μm (note that the long side includes randomness) The standard deviation is about 0.7 μm).
また、緑色を発色する構造色発色体５００は、例えば、高屈折率層がＴａ２Ｏ５（約６５ｎｍ厚）、低屈折率層がＳｉＯ２（約９０ｎｍ厚）であり、これら高屈折率層と低屈折率層とを各８層程度積層して積層体を構成すればよい。また、基板の表面に形成する凸部と凹部とについては、例えば、Ｚ方向の高低差約１３０ｎｍ、平面視における長方形は幅ｄが３８０ｎｍであり３８０ｎｍ×２．５μｍ（なお、長辺は乱雑さを含み、標準偏差０．６μｍ程度である。）の大きさを持つようにすればよい。 The structural color body 500 that develops green color has, for example, a high refractive index layer of Ta 2 O 5 (about 65 nm thick) and a low refractive index layer of SiO 2 (about 90 nm thick). And about 8 layers of low refractive index layers may be laminated to form a laminate. In addition, with respect to the protrusions and recesses formed on the surface of the substrate, for example, the height difference in the Z direction is about 130 nm, and the rectangle in plan view has a width d of 380 nm and 380 nm × 2.5 μm (note that the long side is messy) And a standard deviation of about 0.6 μm).
そして、本発明による表示装置は、上記した青色を発色する構造色発色体（以下、「青色発色構造色発色体」と適宜に称する。）３０と赤色を発色する構造色発色体（以下、「赤色発色構造色発色体」と適宜に称する。）４０と緑色を発色する構造色発色体（以下、「緑色発色構造色発色体」と適宜に称する。）５０とをそれぞれ小さな画素にして配列することにより作製する。
The display device according to the present invention includes the above-described structural color color former (hereinafter referred to as “blue color development structural color former”) 30 and the structural color color former (hereinafter referred to as “blue color development color development body”). The “red-colored structural color-coloring body” is appropriately referred to as “40” and the structural color-coloring body 50 (hereinafter referred to as “green-coloring structural color-coloring body”) 50 is formed as a small pixel. To make.
即ち、図６に示すように、青色発色構造色発色体３０により青色画素３２を構成し、赤色発色構造色発色体４０により赤色画素４２を構成し、緑色発色構造色発色体５０により緑色画素５２を構成し、それぞれ構成された青色画素３２、赤色画素４２および緑色画素５２を適宜に配列することにより表示装置６０が作製される。 That is, as shown in FIG. 6, a blue pixel 32 is constituted by the blue color structure color color body 30, a red pixel 42 is constituted by the red color structure color color body 40, and a green pixel 52 is constituted by the green color structure color color body 50. The display device 60 is manufactured by appropriately arranging the blue pixel 32, the red pixel 42, and the green pixel 52 that are respectively configured.
なお、青色画素３２、赤色画素４２および緑色画素５２の配列については、画像が変化しないポスターのような表示装置の場合には、当該画像を描画するように青色画素３２、赤色画素４２および緑色画素５２を配列すればよい。 As for the arrangement of the blue pixel 32, the red pixel 42, and the green pixel 52, in the case of a display device such as a poster in which the image does not change, the blue pixel 32, the red pixel 42, and the green pixel are drawn so as to draw the image. 52 may be arranged.
一方、電子情報通信におけるディスプレイのように静止画や動画を表示する表示装置の場合には、従来より公知の液晶ディスプレイのカラーフィルタと同様に青色画素３２、赤色画素４２および緑色画素５２を配列し、従来より公知の液晶ディスプレイと同様に液晶パネルをオンオフ動作させればよい。 On the other hand, in the case of a display device that displays a still image or a moving image, such as a display in electronic information communication, a blue pixel 32, a red pixel 42, and a green pixel 52 are arranged in the same manner as a color filter of a conventionally known liquid crystal display. The liquid crystal panel may be turned on and off in the same manner as a conventionally known liquid crystal display.
次に、表示装置６０を作製するには、青色画素３２、赤色画素４２および緑色画素５２を広い面積で並べる必要があるが、図７および図８を参照しながらこの手法について説明する。
Next, in order to manufacture the display device 60, it is necessary to arrange the blue pixel 32, the red pixel 42, and the green pixel 52 in a wide area. This method will be described with reference to FIGS.
即ち、本発明による表示装置の製造方法においては、石英ガラスまたはＳｉなどより構成される基板１０の所定の大きさ（例えば、１〜２００ｍｍである。）を備えた表面１０ａに、青色発色構造色発色体３０と赤色発色構造色発色体４０と緑色発色構造色発色体５０とをそれぞれ作製するための凸部および凹部をそれぞれ形成する（図７のステップ１）。この際に、青色発色構造色発色体３０と赤色発色構造色発色体４０と緑色発色構造色発色体５０とによりそれぞれ構成されることになる青色画素３２と赤色画素４２と緑色画素５２とが、表示装置により静止画や動画を表示させる場合には液晶ディスプレイの各画素の配列と同様となるように配列し、また、表示装置により変化しないある特定の画像のみを表示させる場合には当該画像を形成するように配列する。 That is, in the method for manufacturing a display device according to the present invention, a blue color structure color is formed on the surface 10a having a predetermined size (for example, 1 to 200 mm) of the substrate 10 made of quartz glass or Si. Convex portions and concave portions for forming the color forming body 30, the red color forming structural color color forming body 40, and the green color forming structural color color forming body 50, respectively, are formed (step 1 in FIG. 7). At this time, the blue pixel 32, the red pixel 42, and the green pixel 52, which are constituted by the blue color structure color color body 30, the red color structure color color body 40, and the green color structure color color body 50, respectively, When displaying a still image or a moving image on the display device, arrange it to be the same as the arrangement of each pixel of the liquid crystal display, and when displaying only a specific image that does not change with the display device, Arrange to form.
なお、青色画素３２、赤色画素４２ならびに緑色画素５２の各ドットサイズは、光学特性が保てる程度に大きく、かつ、解像度が良いためには小さい方が望ましい。具体的には、直径１０μｍ以上であることが好ましく、屋外の大画面用の表示装置の場合には１ｍｍ程度でもよく、最大１０ｍｍ程度がよい。 Note that the dot sizes of the blue pixel 32, the red pixel 42, and the green pixel 52 are preferably large enough to maintain the optical characteristics and small in order to have good resolution. Specifically, the diameter is preferably 10 μm or more, and in the case of an outdoor display device for a large screen, it may be about 1 mm, or about 10 mm at the maximum.
次に、ステップ１で表面１０ａに凸部および凹部を形成された基板１０を用いて、ナノインプリント技術により当該凸部および凹部を複数の樹脂板７２にインプリントして複製し（図８参照）、これら複数枚（例えば、１０〜３００枚である。）の樹脂板７２をＸＹ平面において貼り合わせて基板パターン７０を作製する（図７のステップ２）。なお、基板パターン７０は、作製する表示装置の大きさに合わせて形成すればよく、例えば、腕時計ほどの大きさである１５ｍｍ×２０ｍｍから大型ディスプレイの３ｍ×４ｍなどのように適宜の大きさに設定する。 Next, using the substrate 10 in which the convex portions and the concave portions are formed on the surface 10a in Step 1, the convex portions and the concave portions are imprinted on the plurality of resin plates 72 by the nanoimprint technique and replicated (see FIG. 8). A plurality of (for example, 10 to 300) resin plates 72 are bonded together in the XY plane to produce a substrate pattern 70 (step 2 in FIG. 7). The substrate pattern 70 may be formed in accordance with the size of the display device to be manufactured. For example, the substrate pattern 70 may have an appropriate size such as 15 mm × 20 mm, which is about the size of a wristwatch, or 3 m × 4 m of a large display. Set.
また、上記したナノインプリントにおいては、樹脂板７２の材料として、例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリ乳酸、光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂などを用いる。また、樹脂板７２の厚さは、基板１０の表面１０ａに形成された凸部および凹部を複製できる程度に厚ければよく、例えば、１μｍ以上あればよい。なお、樹脂の均一性や硬化の効率、ナノインプリント後における積層体１２を構成する高屈折率層１２ａと低屈折率層１２ｂとの成膜の利便性を考慮すると、厚さは１ｍｍ以内であることが好ましい。 In the nanoimprint described above, as the material of the resin plate 72, for example, PMMA, polycarbonate, polylactic acid, a photocurable resin, a thermosetting resin, or the like is used. Moreover, the thickness of the resin plate 72 should just be so thick that the convex part and recessed part which were formed in the surface 10a of the board | substrate 10 can be replicated, for example, should just be 1 micrometer or more. In consideration of the uniformity of the resin, the efficiency of curing, and the convenience of film formation of the high refractive index layer 12a and the low refractive index layer 12b constituting the laminate 12 after nanoimprinting, the thickness is within 1 mm. Is preferred.
次に、青色発色構造色発色体３０と赤色発色構造色発色体４０と緑色発色構造色発色体５０とにそれぞれ対応する積層体１２を形成するための各マスク８０を用いて、多層膜蒸着により基板パターンにおける青色発色構造色発色体３０と赤色発色構造色発色体４０と緑色発色構造色発色体５０とをそれぞれ構成する基板１０の表面１０ａ上に積層体１２を形成し（図７のステップ３）、表示装置の表示部９０を形成する（図７のステップ４）。 Next, by using the respective masks 80 for forming the laminates 12 corresponding to the blue color developing structural color developing body 30, the red color developing structural color developing body 40, and the green color developing structural color developing body 50, multilayer film deposition is performed. The laminate 12 is formed on the surface 10a of the substrate 10 constituting the blue color structure color color body 30, the red color structure color color body 40, and the green color structure color color body 50 in the substrate pattern (step 3 in FIG. 7). ), The display unit 90 of the display device is formed (step 4 in FIG. 7).
ここで、マスク８０は、青色発色構造色発色体３０を作製する際に用いるものと、赤色発色構造色発色体４０を作製する際に用いるものと、緑色発色構造色発色体５０を作製する際に用いるものとの３種類を準備しておく。そして、これらの各マスク８０には、青色発色構造色発色体３０と赤色発色構造色発色体４０と緑色発色構造色発色体５０とのそれぞれの積層体１２のみをそれぞれ形成するための蒸着物質が通過可能な貫通孔のみがそれぞれ形成されており、対応するマスク８０を用いて貫通孔から蒸着物質を貫通させて、基板パターンの表面１０ａに成膜して積層体１２を形成する。 Here, the mask 80 is used when the blue color structural color color body 30 is manufactured, the mask 80 is used when the red color structure color color body 40 is manufactured, and when the green color structure color color body 50 is manufactured. Prepare three types, one for use in In each of these masks 80, vapor deposition materials for forming only the respective laminates 12 of the blue color structural color color body 30, the red color structure color color body 40, and the green color structure color color body 50 are formed. Only through-holes that can pass are formed, and the vapor deposition material is passed through the through-holes using the corresponding mask 80, and the laminate 12 is formed by forming a film on the surface 10a of the substrate pattern.
従って、このステップ３は、基板パターンに青色発色構造色発色体３０と赤色発色構造色発色体４０と緑色発色構造色発色体５０とを形成するために、マスク８０を代えながら３回多層膜蒸着処理を行うことになる。 Therefore, this step 3 is performed by depositing the multilayer film three times while changing the mask 80 in order to form the blue color structure color color body 30, the red color structure color color body 40 and the green color structure color color body 50 on the substrate pattern. Processing will be performed.
画像が変化しないポスターのような表示装置は、上記したステップ１〜ステップ４の処理により製造することができる。 A display device such as a poster in which an image does not change can be manufactured by the processing in steps 1 to 4 described above.
一方、静止画や動画を表示させる表示装置は、表示部９０の青色発色構造色発色体３０、赤色発色構造色発色体４０ならびに緑色発色構造色発色体５０によりそれぞれ形成される青色画素３２、赤色画素４２ならびに緑色画素５２の配列に対応する配列を備え、オンオフ制御によりこれら青色画素３２、赤色画素４２ならびに緑色画素５２の配列に対して外部照明を選択的に照射させる液晶パネル１００と、液晶パネル１００のオンオフを制御するパーソナルコンピューターなどの制御手段（図示せず。）を配置し、液晶パネル１００のオンオフを制御して外部照明の青色画素３２、赤色画素４２ならびに緑色画素５２への照射を適宜に遮断することにより、静止画または動画を得ることができる（図７のステップ５）。即ち、表示部９０により静止画や動画を表示する場合には、表示部９０の青色画素３２、赤色画素４２ならびに緑色画素５２の配列に対応した配列を備えた液晶パネルのオンオフを制御することで、カラーテレビジョンと同じ原理で画像を形成することができる。 On the other hand, a display device that displays a still image or a moving image includes a blue pixel 32, a red color formed by the blue color structure color color body 30, the red color structure color color body 40, and the green color structure color color body 50 of the display unit 90, respectively. A liquid crystal panel 100 having an arrangement corresponding to the arrangement of the pixels 42 and the green pixels 52, and selectively irradiating external illumination to the arrangement of the blue pixels 32, the red pixels 42, and the green pixels 52 by on / off control; Control means (not shown) such as a personal computer for controlling on / off of 100 is arranged, and on / off of the liquid crystal panel 100 is controlled to appropriately irradiate the blue pixel 32, red pixel 42 and green pixel 52 of external illumination. By blocking the screen, a still image or a moving image can be obtained (step 5 in FIG. 7). That is, when a still image or a moving image is displayed on the display unit 90, the liquid crystal panel having an arrangement corresponding to the arrangement of the blue pixels 32, the red pixels 42, and the green pixels 52 of the display unit 90 is controlled. Images can be formed on the same principle as color television.
なお、図７の最下図は、表示部９０と液晶パネル１００とにより得られる動画の一例を示している。 The bottom diagram in FIG. 7 shows an example of a moving image obtained by the display unit 90 and the liquid crystal panel 100.
以上において説明した本発明による表示装置は、以下の（１）〜（３）に示すような特長を備えるものである。
The display device according to the present invention described above has the following features (1) to (3).
（１）高反射率（６０％以上）であるため、カラーであっても光利用効率が高い。 (1) Since the reflectance is high (60% or more), the light utilization efficiency is high even for a color.
（２）干渉に基づきながら広い角度で色が変わらず（即ち、視野角依存性がなく）、有効角が広い。 (2) The color does not change at a wide angle while being based on interference (that is, there is no viewing angle dependency), and the effective angle is wide.
（３）干渉に基づきながら異なる色の虹色干渉がなく、鮮明な赤色、緑色および青色を得られる。 (3) There is no iridescent interference of different colors based on interference, and clear red, green and blue colors can be obtained.
また、本発明による表示装置は、外部光の反射による発色を利用するため、消費電力が低いという特長も備えている。即ち、およそ日中に限らず室内でも明るいところであるならば「定常バックライト光源」を低減でき、消費電力を節約することができるからである。現行のカラー液晶ディスプレイにおいては、光フィルタを使用するため吸収が大きく、光利用効率が低い問題は深刻である。本発明による表示装置は、光吸収の根源であるカラーフィルタを用いなくてよい。 In addition, the display device according to the present invention also has a feature of low power consumption because it uses color generation by reflection of external light. In other words, it is possible to reduce the “steady backlight light source” and save power consumption if it is bright in the room as well as in the daytime. In the current color liquid crystal display, since the optical filter is used, the problem is that the absorption is large and the light utilization efficiency is low. The display device according to the present invention does not need to use a color filter that is a source of light absorption.
さらに、本発明による表示装置が用いる構造色発色体は、薄くかつ軽量であり、厚さは１μｍのオーダーまで薄くすることができ、装置全体のコンパクト化を図ることができる。 Furthermore, the structural color developing body used by the display device according to the present invention is thin and lightweight, and the thickness can be reduced to the order of 1 μm, so that the entire device can be made compact.
さらにまた、本発明による表示装置が用いる構造色発色体は、色あせ（経時劣化）がない。即ち、構造色発色体は、化学変化が主因の色あせとは無縁であり、およそ構造さえ保持されていれば発色は保たれる。このため長時間直射日光にさらされるポスターなどに本発明による表示装置を用いると、極めて効果的である。 Furthermore, the structural color developing body used by the display device according to the present invention does not fade (deteriorates with time). That is, the structural color developing body is free from fading caused by a chemical change, and the color development is maintained as long as the structure is maintained. For this reason, when the display device according to the present invention is used for a poster or the like that is exposed to direct sunlight for a long time, it is extremely effective.
また、本発明による表示装置が用いる構造色発色体は色素を用いないため、省素材化を図ることができるとともにエコロジカルであり、環境対策にとって有利である。 In addition, since the structural color developing body used by the display device according to the present invention does not use a dye, it can save materials and is ecological, which is advantageous for environmental measures.
さらに、本発明による表示装置の製造方法によれば、高いスループットで表示装置を製造することができるようになる。 Furthermore, according to the display device manufacturing method of the present invention, the display device can be manufactured with high throughput.
なお、上記した実施の形態においては示した各種の数値は例示に過ぎないものであり、設計に応じて適宜に変更してもよいことは勿論である。
In the above-described embodiment, the various numerical values shown are merely examples, and it is needless to say that the numerical values may be appropriately changed according to the design.
本発明は、電子情報通信におけるディスプレイたる画像表示装置として用いたり、あるいは、電子ペーパーまたはポスターのような紙媒体などに代えて用いることができるものである。 The present invention can be used as an image display device as a display in electronic information communication, or can be used in place of a paper medium such as electronic paper or a poster.
１０ 基板
１０ａ 表面
１２ 積層体
１２ａ 高屈折率層
１２ｂ 低屈折率層
２０ 構造色発色体
３０ 青色発色構造色発色体
３２ 青色画素
４０ 赤色発色構造色発色体
４２ 赤色画素
５０ 緑色発色構造色発色体
５２ 緑色画素
６０ 表示装置
７０ 基板パターン
７２ 樹脂板
８０ マスク
９０ 表示部
１００ 液晶パネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 10a Surface 12 Laminated body 12a High refractive index layer 12b Low refractive index layer 20 Structural color color body 30 Blue color structure color color body 32 Blue pixel 40 Red color structure color color body 42 Red pixel 50 Green color structure color color body 52 Green pixel 60 Display device 70 Substrate pattern 72 Resin plate 80 Mask 90 Display unit 100 Liquid crystal panel
Claims (4)
基板の表面に赤色を発色する第１の構造色発色体と緑色を発色する第２の構造色発色体と青色を発色する第３の構造色発色体とをそれぞれ作製するための凸部および凹部であって、Ｘ方向の幅が７８０ｎｍ以下でＹ方向に比べて均一、Ｙ方向の長さが不定、Ｚ方向の高さまたは深さが１０ｎｍ以上の多数の平面視方形の凸部または凹部を、ＸＹ方向に配列して形成する第１のステップと、
前記第１のステップで前記表面に凸部および凹部を形成された基板を用いて、ナノインプリント技術により該凸部および凹部を複数の樹脂板にインプリントして複製し、前記複製した複数枚の樹脂板を貼り合わせて基板パターンを作製する第２のステップと、
前記第１の構造色発色体と前記第２の構造色発色体と前記第３の構造色発色体とにそれぞれ対応する高い屈折率を有する高屈折率層と低い屈折率を有する低屈折率層とをＺ方向に交互に積層して形成した多層膜構造を備えた積層体を形成するためのマスクを用いて、多層膜蒸着により前記基板パターンにおける前記第１の構造色発色体と前記第２の構造色発色体と前記第３の構造色発色体とをそれぞれ構成する前記凸部または凹部に倣うように前記積層体を形成し、前記第１の構造色発色体と前記第２の構造色発色体と前記第３の構造色発色体とをそれぞれ形成する第３のステップと
を有することを特徴とする表示装置の製造方法。 In a manufacturing method of a display device provided with a structural color developing body as a color forming body,
Convex and concave portions for producing a first structural color developing body that develops red on the surface of the substrate, a second structural color developing body that develops green, and a third structural color developing body that develops blue, respectively. A plurality of square-shaped convex portions or concave portions having a width in the X direction of 780 nm or less, uniform compared to the Y direction, an indefinite length in the Y direction, and a height or depth in the Z direction of 10 nm or more. , A first step formed by arranging in the XY direction;
Using the substrate in which convex portions and concave portions are formed on the surface in the first step, the convex portions and the concave portions are imprinted on a plurality of resin plates by a nanoimprint technique, and are duplicated. A second step of laminating the plates to produce a substrate pattern;
A high refractive index layer having a high refractive index and a low refractive index layer having a low refractive index respectively corresponding to the first structural color developing body, the second structural color developing body, and the third structural color developing body. And the second structural color developing body in the substrate pattern and the second by the multilayer film vapor deposition using a mask for forming a multilayer body having a multilayer film structure formed by alternately laminating and in the Z direction. Forming the laminated body so as to follow the convex portion or the concave portion constituting the structural color color body and the third structural color color body, respectively, and forming the first structural color color body and the second structural color. And a third step of forming the color-developing body and the third structural color-developing body, respectively.
前記第３のステップにより形成された前記第１の構造色発色体と前記第２の構造色発色体と前記第３の構造色発色体とに対して選択的に外部照明を照射させる液晶パネルを配置する第４のステップ
を有することを特徴とする表示装置の製造方法。 The method for manufacturing a display device according to claim 1 , further comprising:
A liquid crystal panel that selectively irradiates external light to the first structural color developing body, the second structural color developing body, and the third structural color developing body formed in the third step; A method for manufacturing a display device, comprising: a fourth step of arranging.
前記凸部または凹部は、Ｘ方向に互いに同一の幅を有するとともに、Ｙ方向に該幅よりも長くかつ該幅の２倍以下の偏差をもつ統計分布をなす長さを有する
ことを特徴とする表示装置の製造方法。 In the manufacturing method of the display device according to claim 1 or 2 ,
The convex portions or the concave portions have the same width in the X direction and a length that forms a statistical distribution having a deviation that is longer than the width and less than or equal to twice the width in the Y direction. Manufacturing method of display device.
前記高屈折率層の厚さは３０〜１２０ｎｍであり、
前記低屈折率層の厚さは６０〜３００ｎｍである
ことを特徴とする表示装置の製造方法。 In the manufacturing method of the display apparatus of any one of Claim 1 , 2, or 3 ,
The high refractive index layer has a thickness of 30 to 120 nm,
The method for manufacturing a display device, wherein the low refractive index layer has a thickness of 60 to 300 nm.
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