JP6364754B2 - Display body and manufacturing method of display body - Google Patents
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Description
本発明は、構造発色を利用した観察角度の変化により色調が変化する表示体、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a display body whose color tone changes with a change in observation angle using structural color development, and a manufacturing method thereof.
近年、動植物の表皮などに見られる高い機能性を人工的に再現する生物模倣技術が注目されている。例えば、モルフォ蝶の鱗粉や玉虫の表皮に代表される構造発色は、色素や顔料などの分子の電子状態のエネルギー遷移に伴う発色ではなく、光の回折や干渉、散乱といった光学現象の作用による発色現象である。 In recent years, biomimetic technology that artificially reproduces high functionality found in the epidermis of animals and plants has attracted attention. For example, the structural coloration typified by Morpho butterfly scales and iridescent epidermis is not the coloration associated with the energy transition of the electronic state of molecules such as dyes and pigments, but the coloration caused by the action of optical phenomena such as light diffraction, interference, and scattering. It is a phenomenon.
構造発色の多くは、屈折率の異なる多層積層体の各界面での反射光が干渉して発生する多層膜干渉を基本としている。多層膜干渉は、積層体の各界面で発生する反射光が干渉することにより発生するため、各層によって生じる光路差が重要なファクターとなる。 Most of the structural coloration is based on multilayer film interference generated by interference of reflected light at each interface of a multilayer laminate having different refractive indexes. Multilayer film interference occurs when reflected light generated at each interface of the laminate interferes with each other, and an optical path difference caused by each layer is an important factor.
この光路差は、各層の物理膜厚に加え、構成する材料の屈折率に依存し、また入射角によっても変化する。したがって、多層膜干渉による構造発色は、光の入射角度により、反射光の色調が変化するという特徴がある。 This optical path difference depends on the refractive index of the constituent material in addition to the physical film thickness of each layer, and also changes depending on the incident angle. Therefore, the structural color development due to multilayer film interference is characterized in that the color tone of the reflected light changes depending on the incident angle of light.
この色調の入射角依存を利用して、例えば特許文献1に記載されているような、黒色層の上に多層膜干渉による構造発色を有する多層積層体を設け、見る角度により反射色が変化する複写防止印刷素材が発明されている。
By utilizing the dependency of the color tone on the incident angle, for example, as described in
また、例えば特許文献2に記載されているような、多層膜干渉による構造発色を有する多層積層体を形成する基材表面に不均一な微細凹凸構造を形成することで、色調の入射角依存を制御した発色体が発明されている。
Further, for example, by forming a non-uniform fine concavo-convex structure on the surface of a base material that forms a multilayer laminate having structural color development due to multilayer film interference, as described in
これらの発明により、観察角度の変化により色調が変化する独特の色表現が可能となり意匠性の高い表示体が製造可能となった。 According to these inventions, a unique color expression in which the color tone is changed by changing the observation angle is made possible, and a display body with high designability can be manufactured.
しかしながら、前記のような多層積層体による反射光の色調は、基本的には積層体の各層を構成する材料と物理膜厚によって決定されてしまい、観察角度の変化による色調の変化としては単調となってしまう。 However, the color tone of the reflected light by the multilayer laminate as described above is basically determined by the material constituting each layer of the laminate and the physical film thickness, and the tone change due to the change in the observation angle is monotonous. turn into.
多層積層体を形成する基材に不均一な微細凹凸構造を形成することで、色調変化や反射率に変調を付与することは可能であるものの、観察角度の変化による反射光の色調変化を緩やかにすることや、特定の角度における反射率を上げる効果が主であり、多層積層体の構造が同一である場合、多彩な色調の変化を表現することは困難である。 Although it is possible to modulate the color tone and reflectivity by forming a non-uniform fine concavo-convex structure on the base material that forms the multilayer laminate, the color tone change of reflected light due to the change in observation angle is moderated. The main effect is to increase the reflectance at a specific angle, and when the structure of the multi-layer laminate is the same, it is difficult to express various color tone changes.
したがって、例えば、多層膜干渉による構造発色を利用して、観察角度の変化による反射光の色調の変化が画素領域によって異なるような意匠性の高い表示体を製造しようとする場合、画素領域ごとに構成材料や物理膜厚を変えた多層積層体を形成する必要が生じる。 Therefore, for example, in the case where an attempt is made to manufacture a display body with high design characteristics in which the change in the color tone of reflected light due to a change in the observation angle varies depending on the pixel region by utilizing structural coloration due to multilayer film interference, for each pixel region It is necessary to form a multilayer laminate with different constituent materials and physical film thickness.
その場合、同一の色調変化を有する領域以外をマスキングする工程と、多層積層体を形成する工程を必要回数繰り返さなくてはならなくなり、工程が複雑化してしまう。 In that case, the process of masking areas other than the areas having the same color change and the process of forming the multilayer laminate must be repeated as many times as necessary, which complicates the process.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造により、観察角度の変化による反射光の色調の変化が画素領域によって異なるような高い意匠性を有する表示体と、その製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and has a simple design and a display body having a high design property such that a change in color tone of reflected light due to a change in observation angle varies depending on a pixel region. An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof.
本発明の一局面は、基材と、基材表面に形成された多層積層体と、多層積層体表面に形成された微細凹凸層とを含む表示体において、多層積層体は2層以上の積層体であり、所定の波長領域の光に対して、少なくとも、多層積層体および微細凹凸層は透過性を有し、多層積層体を構成する各層は、隣接する層とは所定の波長領域内の波長の光に対して屈折率が異なる材料で構成されており、多層積層体を構成する各層および微細凹凸層を構成する材料は、それぞれの屈折率と物理膜厚との積で表される光学膜厚が、所定の波長領域における最短波長の7/4倍未満であり、微細凹凸層表面には、微細凹凸層の物理膜厚を部分的に減ずることで、物理膜厚以下の高低差を有する凸部及び凹部を含む凹凸構造体が形成され、凹凸構造体は、一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体である、表示体である。 One aspect of the present invention is a display body including a base material, a multilayer laminate formed on the surface of the base material, and a fine uneven layer formed on the surface of the multilayer laminate, wherein the multilayer laminate is a laminate of two or more layers. And at least the multilayer laminate and the fine concavo-convex layer are transparent to light of a predetermined wavelength region, and each layer constituting the multilayer laminate is adjacent to the adjacent layer within the predetermined wavelength region. It is composed of materials that have different refractive indices with respect to light of the wavelength, and each layer that constitutes the multilayer laminate and the material that constitutes the fine concavo-convex layer is an optical represented by the product of the respective refractive index and physical film thickness. The film thickness is less than 7/4 times the shortest wavelength in a predetermined wavelength region. On the surface of the fine concavo-convex layer, the physical film thickness of the fine concavo-convex layer is partially reduced, so that the height difference below the physical film thickness is reduced. uneven structure including the convex portion and concave portion is formed having an uneven structure, a constant circumferential One-dimensional diffractive structure consisting of a linear relief structure, or a two-dimensional diffraction structure consisting lattice-shaped uneven structure having a constant period is a display body.
また、微細凹凸層を構成する材料の波長領域内の波長の光に対する屈折率が、多層積層体の最上層を構成する材料の波長の光に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the refractive index with respect to the light of the wavelength in the wavelength range of the material which comprises a fine uneven | corrugated layer is larger than the refractive index with respect to the light of the wavelength of the material which comprises the uppermost layer of a multilayer laminated body.
また、多層積層体の最上層と微細凹凸層の間に、微細凹凸層を構成する材料よりも波長領域内の波長の光に対する屈折率が大きい材料で構成され、物理膜厚と屈折率との積である光学膜厚が波長領域における最短波長の7/4倍未満である導波層を有し、微細凹凸層の凹凸構造体の凸部及び凹部の高低差は、微細凹凸層の物理膜厚と等しくしてもよい。 In addition, between the uppermost layer of the multilayer laminate and the fine concavo-convex layer, it is made of a material having a refractive index larger than that of the material constituting the fine concavo-convex layer, and having a physical film thickness and a refractive index. The optical film thickness, which is the product, has a waveguide layer that is less than 7/4 times the shortest wavelength in the wavelength region, and the height difference between the convex part and the concave part of the concave-convex structure of the fine concave-convex layer is the physical film of the fine concave-convex layer It may be equal to the thickness.
また、波長領域が可視光波長領域であり、微細凹凸層表面に、少なくとも一辺が10μm以上のマトリックス上に配置された画素領域が複数形成され、各画素領域には、構造周期が200nm以上、且つ800nm以下の線状凹凸構造体からなり、第1の方向に線状凹凸構造が配列される第1の一次元回折構造体と、構造周期が200nm以上、且つ800nm以下の線状凹凸構造体からなり、第1の方向とは異なる第2の方向に線状凹凸構造が配列される第2の一次元回折構造体と、構造周期が200nm以上、且つ800nm以下の格子状凹凸構造からなり、第1の方向及び第2の方向に格子状凹凸構造が配列され二次元回折構造体の少なくとも1つが形成されてもよい。 In addition, the wavelength region is a visible light wavelength region, and a plurality of pixel regions arranged on a matrix having at least one side of 10 μm or more are formed on the surface of the fine concavo-convex layer, and each pixel region has a structural period of 200 nm or more and A first one-dimensional diffractive structure having a linear concavo-convex structure of 800 nm or less, in which the linear concavo-convex structure is arranged in a first direction, and a linear concavo-convex structure having a structure period of 200 nm or more and 800 nm or less. And a second one-dimensional diffractive structure in which linear concavo-convex structures are arranged in a second direction different from the first direction, and a lattice-like concavo-convex structure having a structural period of 200 nm or more and 800 nm or less, At least one of the two-dimensional diffractive structures may be formed by arranging the lattice-shaped concavo-convex structure in the first direction and the second direction.
また、基材と、多層積層体各層と、微細凹凸層とが、可視光波長領域の光に対して消衰係数が0.1以下である材料で構成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a base material, each layer of a multilayer laminated body, and a fine uneven | corrugated layer are comprised with the material whose extinction coefficient is 0.1 or less with respect to the light of visible wavelength region.
また、基材と、多層積層体各層と、微細凹凸層と、導波層とが、可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が1.3以上、且つ2.6以下である材料で構成され、隣接する各層の屈折率差が少なくとも0.05以上であることが好ましい。 In addition, the base material, each layer of the multilayer laminate, the fine uneven layer, and the waveguide layer are made of a material having a refractive index with respect to light having a wavelength in the visible light wavelength region of 1.3 or more and 2.6 or less. The refractive index difference between adjacent layers is preferably at least 0.05.
本発明の他の局面は、基材表面に可視光波長領域の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体表面に光硬化性樹脂を塗布する工程と、光ナノインプリント法により、光硬化性樹脂に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程とを含む、表示体の製造方法である。 Another aspect of the present invention is a step of forming a multilayer laminate having transparency to visible light wavelength region light on the substrate surface and different refractive indexes in adjacent layers by sequentially laminating each layer. And a step of applying a photocurable resin to the surface of the multilayer laminate, and a one-dimensional diffraction structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period on the photocurable resin , or a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period by the optical nanoimprint method. Forming a two-dimensional diffractive structure comprising: a display body manufacturing method.
また、光硬化性樹脂の可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が、多層積層体表面を構成する材料の可視光波長領域に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the refractive index with respect to the light of the wavelength of the visible light wavelength region of a photocurable resin is larger than the refractive index with respect to the visible light wavelength region of the material which comprises the multilayer laminated body surface.
また、表示体の製造方法は、基材を用意する工程と、基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体表面に導波層を形成する工程と、導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光領域内の波長の光に対する屈折率が小さい光硬化性樹脂を塗布する工程と、光ナノインプリント法により光硬化性樹脂に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程とプラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含んでもよい。 In addition, the manufacturing method of the display body includes a step of preparing a base material, and a multi-layer laminate having transparency for light having a wavelength in the visible light region on the surface of the base material and having different refractive indexes in adjacent layers. Are formed by sequentially laminating each layer, a step of forming a waveguide layer on the surface of the multilayer laminate, and a light having a wavelength in the visible light region than the material constituting the waveguide layer on the surface of the waveguide layer. A step of applying a photocurable resin having a low refractive index with respect to the photocurable resin, a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period, or a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period on the photocurable resin by an optical nanoimprint method. You may include the process of forming a three- dimensional diffraction structure, and the process of removing a residual film by plasma exposure.
また、表示体の製造方法は、基材を用意する工程と、基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体最上層表面に熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、熱ナノインプリント法により熱可塑性樹脂層に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程とを含んでもよい。 In addition, the manufacturing method of the display body includes a step of preparing a base material, and a multi-layer laminate having transparency for light having a wavelength in the visible light region on the surface of the base material and having different refractive indexes in adjacent layers. Are formed by laminating each layer sequentially, applying a thermoplastic resin layer to the surface of the uppermost layer of the multilayer laminate, and a one-dimensional structure having a linear concavo-convex structure with a constant period on the thermoplastic resin layer by a thermal nanoimprint method. A step of forming a diffractive structure or a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure having a constant period may be included.
また、熱可塑性樹脂層の可視光領域内の波長の光に対する屈折率が、多層積層体最表面を構成する材料の波長の光に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the refractive index with respect to the light of the wavelength in the visible light region of the thermoplastic resin layer is larger than the refractive index with respect to the light of the wavelength of the material constituting the outermost surface of the multilayer laminate.
また、表示体の製造方法は、基材を用意する工程と、基材表面に可視光波長領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体表面に導波層を形成する工程と、導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光波長領域内の波長の光に対する屈折率が小さい熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、熱ナノインプリント法により熱可塑性樹脂層に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程と、プラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含んでもよい。 In addition, the manufacturing method of the display body includes a step of preparing a base material, and a multi-layered laminate having transparency for light having a wavelength in the visible light wavelength region on the surface of the base material and having different refractive indexes in adjacent layers. A layer is formed by sequentially laminating each layer, a step of forming a waveguiding layer on the surface of the multilayer laminate, and a wavelength within the visible wavelength region than the material constituting the waveguiding layer on the surface of the waveguiding layer. Applying a thermoplastic resin layer with a small refractive index to light and a one-dimensional diffractive structure consisting of a linear rugged structure with a fixed period on a thermoplastic resin layer by a thermal nanoimprint method , or a grid-like concavo-convex structure with a fixed period A step of forming the two-dimensional diffractive structure, and a step of removing the remaining film by plasma exposure.
本発明では、多層膜干渉により構造発色する多層積層体表面に、一次元、または二次元回折構造体を形成した領域を有する微細凹凸層を設けて、微細凹凸層がさらに多層膜干渉に関わることができる膜厚に設計した。これにより、多層膜干渉と回折現象を利用して、観察角度の変化により反射光が独特の色調変化を示す表示体とすることができるため、表示体により表示される図柄の意匠性を高めるという効果が得られる。 In the present invention, a fine concavo-convex layer having a region in which a one-dimensional or two-dimensional diffractive structure is formed is provided on the surface of a multilayer laminate that is structurally colored by multilayer film interference, and the fine concavo-convex layer further relates to multilayer film interference. The film thickness was designed to be As a result, it is possible to obtain a display body in which reflected light exhibits a unique color tone change due to a change in observation angle using multilayer film interference and diffraction phenomenon, thereby improving the design of the design displayed by the display body. An effect is obtained.
また、表示体の構造を最適に設計することで効果に加え、導波モード共鳴による効果を付与することができる。このため、さらに表示物の意匠性をさらに高めるという効果を奏することが可能となる。 In addition to the effect, the effect of guided mode resonance can be imparted by designing the structure of the display body optimally. For this reason, it becomes possible to produce the effect of further improving the design of the display object.
以下、本発明の第1から第3の実施形態について図面を用いながら説明する。また、本発明において光の波長領域は特に限定されるものではないが、例えば人が視覚的に観察可能な表示体とする場合は可視光波長領域に、また、紫外線カメラや赤外線カメラなどによって観察される場合は、対応する紫外線領域や赤外線領域の波長領域に限定することもできる。以下、第1、第2、第3の実施形態では人が視覚的に観察可能な表示体について説明する。 Hereinafter, first to third embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the wavelength region of light is not particularly limited. For example, in the case of a display body that can be visually observed by a person, the light wavelength region is observed in the visible light wavelength region, or by an ultraviolet camera or an infrared camera. In such a case, the wavelength region can be limited to the corresponding ultraviolet region or infrared region. Hereinafter, in the first, second, and third embodiments, a display body that can be visually observed by a person will be described.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面を用いながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1の実施形態における表示体1の断面の概略図であり、基材11の上には、多層積層体21が形成されており、多層積層体21の上には、微細凹凸層31が形成されている。
FIG. 1 is a schematic view of a cross-section of a
本発明において、基材11の材質は特に限定されるものではない。但し、多層膜干渉による構造発色のみにより色表現を行うためには可視光波長領域に対して透過性の高い材料が好ましい。例えば合成石英ガラスやポリエチレンテレフタラートなどが挙げられる。第1の実施形態において基材11は合成石英ガラス基板とする。
In the present invention, the material of the
多層積層体21は屈折率が異なる材料を積層することにより形成される。各層を形成する材料としては表示体1が図柄を表示する波長領域の光に対して透過性を有することが必要である。
The
例えば、可視光波長領域に対して透過性の高い材料としては、例えばTiO2、Nb2O5、Ta2O5、Al2O3、SiO2、Fe2O3、HfO2、MgO、ZrO、SnO2、Sb2O3、CeO3、WO3、PbO、In2O3、CdO、BaTiO3、ITO、LiF、BaF2、CaF2、MgF2、AlF3、CeF3、ZnS、PbCl2などの無機誘電体材料や、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの有機樹脂材料を適用することができる。また、多層積層体21の各層を構成する材料に関しては、隣接する層で屈折率の差が大きいほど界面での反射強度が大きくなるため、少ない層数でも十分な反射強度を得ることができる。本発明の第1の実施形態では、多層積層体21はTiO2とSiO2の積層体とする。
For example, as a material having high transparency with respect to the visible light wavelength region, for example, TiO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Al 2 O 3 , SiO 2 , Fe 2 O 3 , HfO 2 , MgO, ZrO , SnO 2, Sb 2 O 3 ,
多層積層体21の形成方法の一例を説明する。初めに合成石英ガラスからなる基材11の表面に、TiO2を成膜する。成膜方法としては例えば真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法など既知の方法を利用することができる。続いて成膜したTiO2膜の表面にSiO2を成膜する。成膜方法としては例えば真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法など既知の方法を利用することができる。TiO2とSiO2の成膜を交互に行い、基材11の表面にTiO2とSiO2が交互に積層された多層積層体21を形成する。積層する層の数や、各層の物理膜厚は、所望の反射光スペクトルが得られるように設計される必要がある。尚、積層する材料が有機化合物材料である場合は、スピンコート法などの既知の塗布方法を用いても良い。
An example of a method for forming the
特に、物理膜厚に関しては、多層膜干渉を効果的に用いた表示体とするためには、膜厚値を適切な範囲内で設計する必要がある。例えば、各層を単層に置き換えた場合の垂直入射の薄膜干渉について考えると、層を構成する材料の屈折率n、物理膜厚d、mを0以上の整数として、2×d=(m+1/2)×λ/nを満たす波長λの光が強められることになる。薄膜の物理膜厚が厚くなると、式を満足するmとλの組み合わせが多数となり、可視光波長領域内の複数の波長が強められるため、色認識が不明瞭となる恐れがある。同様の現象が多層膜干渉でも生じるため、多層積層体21を構成する各層の膜厚は好適なものを選択する必要がある。そのため、第1の実施形態を含む本発明においては、多層膜干渉により構造発色する積層体各層の屈折率nと物理膜厚dとの積により表される光学膜厚が、対象とする波長領域内の最短波長の7/4倍未満となるように設計されることが好ましい。さらに色彩を明確に認識するためには、5/4倍未満であることがより好ましい。人が視覚的に観察可能な表示体を対象とした第1の実施形態においては、可視光波長領域を対象とするため、多層積層体21を形成する各層の光学膜厚の上限値は可視光波長領域内の最短波長の7/4倍未満とすることが好ましい。一方、光学膜厚の下限値については、薄膜干渉の強めあいの式を満足させるためには、m=0としてn×d=λ/4を満たす値とすることができるが、積層体の構成に依ってはn×d<λ/4でも多層膜干渉による構造発色が可能であるため、本発明においては限定しないものとする。
In particular, regarding the physical film thickness, it is necessary to design the film thickness within an appropriate range in order to obtain a display body that effectively uses multilayer film interference. For example, when considering thin-film interference at normal incidence when each layer is replaced with a single layer, the refractive index n of the material constituting the layer, the physical film thickness d, and m are integers of 0 or more, and 2 × d = (m + 1 / 2) Light having a wavelength λ satisfying × λ / n is strengthened. When the physical film thickness of the thin film is increased, there are many combinations of m and λ that satisfy the equation, and a plurality of wavelengths in the visible light wavelength region are strengthened, so that color recognition may become unclear. Since the same phenomenon occurs in multilayer film interference, it is necessary to select a suitable film thickness for each layer constituting the
第1の実施形態では、TiO2の膜厚を160nm、SiO2の膜厚を275nmとする。また、積層する層の数としてはTiO2を5層、SiO2を4層とする。よって多層積層体21の最上層はTiO2である。なお、本明細書で単に膜厚という場合、物理膜厚を意味する。
In the first embodiment, the film thickness of TiO 2 is 160 nm, and the film thickness of SiO 2 is 275 nm. Further, the number of layers to be laminated is 5 layers of TiO 2 and 4 layers of SiO 2 . Therefore, the uppermost layer of the
微細凹凸層31の形成方法の一例を説明する。多層積層体21の形成後に、多層積層体21の上に微細凹凸層31を形成する。微細凹凸層31も多層積層体21と同様に対象とする波長領域に対して透過性のある材料で構成される必要がある。微細凹凸層31の屈折率と物理膜厚との積である光学膜厚について、多層積層体21の各層と同様に可視光波長領域内の最短波長の7/4倍未満とすることにより、微細凹凸層31を含んだ多層膜干渉による構造発色が実現でき、意匠性の高い表示体とすることができる。また、微細凹凸層31を構成する材料の屈折率を多層積層体21の最上層を構成する材料の屈折率よりも大きくしてもよい。多層積層体21および微細凹凸層31は、可視光に対して、例えば、消衰係数が0.1以下の材料を用いることが好ましい。
An example of a method for forming the fine
さらに、微細凹凸層31に形成する凹凸構造体は、微細凹凸層31の物理膜厚を部分的に減じて、凹凸を形成することで形成され、入射する光が回折するように寸法設計される。例えば、一定周期の線状凹凸構造体からなる一次元回折構造体や、一定周期の格子状凹凸構造体からなる二次元回折構造体が適している。この構造体を形成することにより、微細凹凸層31にて生じる回折効果を利用して、さらに意匠性の高い表示体1とすることができる。本実施形態では、凹凸構造体は、微細凹凸層31にのみ形成されるため、凹凸構造体の凹部表面から凸部表面までの高さ(図1のH1)は、微細凹凸層31の物理膜厚(H2)以下である。
Furthermore, the concavo-convex structure formed on the fine concavo-
回折構造体の構造周期については、対象とする波長領域の光を回折する構造周期であれば良い。例えば、人が視覚的に確認できる表示体の場合、可視光波長領域の最短波長よりも構造周期が大きければ表示体を正面から観察した場合にも回折効果による色調変化が観測される。但し、構造周期が可視光波長領域の最短波長よりも小さい場合でも、表示体を斜めから観察することで可視光波長に対する回折現象が発生する。したがって、構造周期は例えば200nm以上かつ800nm以下であれば良い。尚、構造周期により回折効果が異なるため、微細凹凸層31表面に複数の画素領域を配置し、各画素で構造周期を変化させることで、多彩な色調変化による画像表示が可能となる。また、画素領域が細かいほど高解像な画像を表示することが可能となるが、本発明では、人が視覚的に確認できる表示体とするため例えば一辺が10μm以上のマトリックス上に配置された画素領域とする。
The structural period of the diffractive structure may be a structural period that diffracts light in the target wavelength region. For example, in the case of a display body that can be visually confirmed by a person, if the structure period is larger than the shortest wavelength in the visible light wavelength region, a change in color tone due to the diffraction effect is observed even when the display body is observed from the front. However, even when the structural period is smaller than the shortest wavelength in the visible light wavelength region, a diffraction phenomenon with respect to the visible light wavelength occurs by observing the display body from an oblique direction. Therefore, the structural period may be, for example, 200 nm or more and 800 nm or less. Since the diffraction effect varies depending on the structural period, a plurality of pixel regions are arranged on the surface of the fine concavo-
第1の実施形態では、微細凹凸層31の構成材料をSiO2とし、凹凸構造体の高さを含む微細凹凸層31の膜厚を300nmとする。形成する構造体は、構造周期700nmの格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体と構造周期350nmの線状凹凸構造からなる一次元回折構造体であり、微細構造体未形成領域の領域を挟み各々の個別の領域に形成する。また、凹凸パターン高さは200nmとする。
In the first embodiment, the constituent material of the fine concavo-
微細凹凸層31の形成方法としては、微細凹凸層31を構成する材料がSiO2などの無機誘電体材料であれば、例えば、真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法などの既知の方法を利用した成膜工程と、荷電粒子線露光法やナノインプリント法などの既知の方法を利用したエッチングマスク作製工程と、プラズマエッチングなどの既知の方法を利用したパターン形成工程と、プラズマアッシング法や薬剤を用いた洗浄など既知の方法を利用したマスク除去工程を設ければよい。また、微細凹凸層31を構成する材料が、例えば光硬化性樹脂または熱可塑性樹脂であれば、樹脂の塗布工程と光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法による微細構造体形成工程のみでも良く、その場合微細凹凸層31の形成工程を簡素化することができる。また、微細凹凸層31を構成する光硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の、可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が、多層積層体21の表面を構成する材料の可視光波長領域に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。
The method of forming a fine
第1の実施形態の表示体を人が視覚的に観測すると、微細構造体未形成領域では垂直方向からの観測で緑色〜黄色の多層膜干渉による構造発色が、観察角度を水平方向に動かすことで徐々にブルーシフトすることが確認される。一方、構造周期700nmの格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成した領域を垂直方向から観測した場合、回折効果により微細構造体未形成領域とは異なる構造発色が観測される。さらに表示体を傾けて観察することにより回折効果が強調され、観察角度による固有の色調変化が観測される。また、構造周期350nmの線状凹凸構造からなる一次元回折構造体を形成した領域を垂直方向から観察した場合は、可視光波長領域の回折効果は得られないため、微細構造体未形成領域と類似した構造発色が観測されるが、表示体を線状凹凸構造の配列方向に傾けて観察することで可視光波長領域に対して回折効果が得られ、固有の色調変化が観測される。この一次元回折構造体を形成することによる色調変化は、当然ながら表示体を傾ける方向により変化するため、例えば、配列方向が90°異なる一次元回折構造体を別の領域に形成した場合、傾ける方向により表示される図柄が変化するチェンジングの効果を付加することも可能となる。また、さらに、配列方向がこれらの一次元回折構造体に合致する格子状の凹凸構造体である二次元回折構造体が形成されてもよい。このように配列方向が異なる複数の一次元回折構造体や、例えばこれらのうち2つの配列方向に配列される二次元回折構造体を適宜形成することで多様なパターンを構成できる。以上により、基材1上に多層膜干渉により構造発色を発現する多層積層体21を形成し、さらに微細凹凸層31を形成することで、微細凹凸層31に形成した回折構造体に応じた回折現象を付与した、固有の色調変化を有する表示体1を得ることができる。
When a person visually observes the display body according to the first embodiment, in a fine structure non-formation region, structural coloring due to multilayer interference of green to yellow is observed in the vertical direction, and the observation angle is moved in the horizontal direction. It is confirmed that the blue shift gradually. On the other hand, when a region where a two-dimensional diffractive structure having a lattice-like concavo-convex structure with a structure period of 700 nm is formed is observed from the vertical direction, structural color development different from that of a region without a fine structure is observed due to the diffraction effect. Further, the diffraction effect is emphasized by observing the display body by tilting, and a unique color tone change depending on the observation angle is observed. In addition, when a region in which a one-dimensional diffraction structure composed of a linear concavo-convex structure having a structural period of 350 nm is formed is observed from the vertical direction, a diffraction effect in the visible light wavelength region cannot be obtained. Similar structural color development is observed, but when the display body is tilted in the arrangement direction of the linear concavo-convex structure, a diffraction effect is obtained in the visible light wavelength region, and an inherent color tone change is observed. The change in color tone due to the formation of the one-dimensional diffractive structure naturally changes depending on the direction in which the display body is tilted. For example, when the one-dimensional diffractive structure having a different arrangement direction of 90 ° is formed in another region, the color is changed. It is also possible to add a changing effect in which the symbol displayed changes depending on the direction. Furthermore, a two-dimensional diffractive structure that is a lattice-shaped concavo-convex structure whose arrangement direction matches these one-dimensional diffractive structures may be formed. Various patterns can be configured by appropriately forming a plurality of one-dimensional diffractive structures having different arrangement directions as described above, or two-dimensional diffractive structures arranged in two arrangement directions among them. As described above, the multilayer
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を用いながら説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は本発明の第2の実施形態における表示体2の断面の概略図であり、基材12の上には、多層積層体22が形成されており、多層積層体22の上には、導波層42が形成され、導波層42の上には微細凹凸層32が形成されている。
FIG. 2 is a schematic view of a cross section of the
第2の実施形態の表示体2では、導波層42を設けることで、導波層42と微細凹凸層32に形成する一次元回折構造体による導波モード共鳴を利用している。導波モード共鳴は、一次元回折構造体により回折された光が導波層42を伝搬するための位相整合条件を満足する場合に発生し、この導波モード共鳴条件を満たした波長のみが入射側に反射する光学現象である。但し、この導波モード共鳴は垂直に光が入射する場合が最も効率的であり、導波モード共鳴が得られる視野角は非常に狭い。
In the
導波モード共鳴条件を満足するために、導波層42に用いる材料は隣接する多層積層体22の最表面、および微細凹凸層32の屈折率よりも高い材料から選択されることが好ましい。また、導波層42、および微細凹凸層32の膜厚は第1の実施形態より制約され、導波モード共鳴条件を満たす最適膜厚値に設計されることが好ましい。すなわち、導波層42の屈折率と物理膜厚との積である光学膜厚を可視光波長領域内の最短波長の7/4倍未満にすることが好ましい。また、第2の実施形態の表示体2においては、微細凹凸層32の膜厚と微細凹凸層32に形成される凹凸構造体の高さが一致する必要がある。すなわち、凹部において、導波層42が露出していることが好ましい。
In order to satisfy the waveguide mode resonance condition, the material used for the
基材12、多層積層体22、および微細凹凸層32を構成する材料に関する制約は第1の実施形態と同様である。また、多層積層体22を構成する各層の膜厚に関する制約についても1の実施形態と同様である。
Restrictions relating to the materials constituting the
基材12上への多層積層体22の形成方法は第1の実施形態と同じとして良い。また、導波層42に関しても、構成する材料が無機誘電体材料であれば、例えば真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法など既知の方法を利用することができ、有機化合物材料であればスピンコート法などの既知の塗布方法が利用できる。
The method for forming the
微細凹凸層32の形成方法としては、第1の実施形態における微細凹凸層31の形成方法を応用することができる。但し、第2の実施形態における微細凹凸層32の膜厚は、微細凹凸層32に形成される凹凸構造体の高さと等しいことが好ましいため、例えばプラズマエッチングによって構造体を形成する場合、凹部では隣接する導波層42表面が露出するまでエッチングすることが好ましい。この場合、微細凹凸層32をエッチングするプラズマに対して導波層42を構成する材料が耐性を有していることが好ましい。
As a method of forming the fine
また、微細凹凸層32の形成方法としてさらに好ましくは、光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法を用いることができる。この場合は、プラズマによる残膜除去処理を施すことで凹部において導波層42の表面を露出させることができる。但し、残膜除去を行うプラズマに対して導波層42を構成する材料が耐性を有していることが好ましい。
Further, as a method for forming the fine
また、微細凹凸層32に形成する構造体としては、一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体が好ましい。構造体の構造周期により、導波モード共鳴による反射光の波長が決定される。
Moreover, as a structure formed in the fine uneven |
例えば、多層積層体22の最上層を構成する材料の屈折率を1.45程度、導波層42を構成する材料の屈折率を2.0程度、微細凹凸層32を形成する材料の屈折率を1.7程度として、導波層42の膜厚を100nm程度、微細凹凸層32の膜厚を150nm程度として、微細凹凸層32に構造周期が265nm程度、330nm程度、370nm程度であり、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が0.45である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体を微細構造体未形成領域の領域を挟み各々の個別の領域に形成した表示体2を作成し正面から観察した。この場合、構造周期が265nm程度の領域では青色が、構造周期が330nm程度の領域では緑色が、構造周期が370nm程度の領域では赤色が導波モード共鳴により反射されるため、微細構造体未形成領域とはそれぞれ異なる構造発色が観測される。さらに、表示体を線状凹凸構造の配列方向に一定角度ずつ傾けて観察した場合、ある角度よりも傾けると導波モード共鳴による反射光は観測できなくなる。但し、微細凹凸層32に形成した構造体の周期構造が、いずれも可視光波長領域以下であることから、多層積層体22、導波層42、微細凹凸層32による構造発色が観測されることになるが、傾きを大きくするにつれ、一次元回折構造体による回折現象が作用し、構造体形成領域では、構造体未形成領域とは異なる固有の色調変化が観測される。以上により、多層膜干渉に、導波モード共鳴と回折効果の作用を付与した独特な色調変化を有する表示体2を得ることができる。多層積層体22の各層と、微細凹凸層32と、導波層42とが、可視光波長領域の光に対する屈折率が1.3以上、且つ2.6以下である材料で構成され、隣接する各層の屈折率差が少なくとも0.05以上であることが好ましい。
For example, the refractive index of the material constituting the uppermost layer of the
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態について図面を用いながら説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図3は本発明の第3の実施形態における表示体3の概略断面図であり、基材13の上には、多層積層体23が形成されており、多層積層体23の上には、微細凹凸層33が形成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the
第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様に導波モード共鳴を利用する。但し、第3の実施形態においては、第2の実施形態で設けた導波層42は設けず、微細凹凸層33に形成する構造体の高さに対して、微細凹凸層33の膜厚を厚く設計することで、残膜が第2の実施形態で設けた導波層42の役割を果たし、導波モード共鳴が利用できる表示体3とすることが可能となる。
Also in the third embodiment, guided mode resonance is used as in the second embodiment. However, in the third embodiment, the
導波モード共鳴を利用するためには、微細凹凸層33を構成する材料は、多層積層体23最上層を構成する材料よりも屈折率が高い材料から選択される必要がある。また、微細凹凸層33膜厚は第1の実施形態における微細凹凸層31の膜厚の制約よりもさらに制約され、導波モード共鳴条件を満たす微細凹凸層33の膜厚および構造体高さに設計されることが好ましい。
In order to utilize guided mode resonance, the material constituting the fine
微細凹凸層33の形成方法としては、第1の実施形態における微細凹凸層31の形成方法を適用することができる。
As a method for forming the fine
また、微細凹凸層33の形成方法としてさらに好ましくは、光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法を用いることができる。この場合、光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法により形成される残膜が第2の実施形態で設けた導波層42の役割を果たすことが可能となる。
Further, as a method for forming the fine
例えば、多層積層体23の最上層を構成する材料の屈折率を1.4程度、微細凹凸層33を形成する材料の屈折率を1.7程度とすると、微細凹凸層33に形成する構造体の高さを200nm程度、微細凹凸層33の膜厚を300nm程度として、微細凹凸層33に構造周期が300nm程度、350nm程度、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が0.5である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体を微細構造体未形成領域の領域を挟み各々の個別の領域に形成した表示体3を作成し正面から観察した。この場合、構造周期が300nm程度の領域では青色が、構造周期が350nm程度の領域では緑色が導波モード共鳴により反射されるため、微細構造体未形成領域とはそれぞれ異なる構造発色が観測される。さらに、表示体を線状凹凸構造の配列方向に一定角度ずつ傾けて観察した場合、ある角度よりも傾けると導波モード共鳴による反射光は観測できなくなる。但し、微細凹凸層33に形成した構造体の周期構造が、いずれも可視光波長領域以下であることから、多層積層体23、微細凹凸層33による構造発色が観測されることになるが、傾きを大きくするにつれ、一次元回折構造体による回折現象が作用し、構造体形成領域では、構造体未形成領域とは異なる固有の色調変化が観測される。以上により、多層膜干渉に、導波モード共鳴と回折効果の作用を付与した独特な色調変化を示す表示体3を得ることができる。
For example, when the refractive index of the material constituting the uppermost layer of the
(実施例1)
実施例1では、TiO2とSiO2からなる多層積層体表面に、SiO2からなる微細凹凸層をスパッタリングによる成膜と荷電粒子線露光法とドライエッチングにより形成した表示体について説明する。
Example 1
In Example 1, a display body will be described in which a fine concavo-convex layer made of SiO 2 is formed on the surface of a multilayer laminate made of TiO 2 and SiO 2 by sputtering, charged particle beam exposure, and dry etching.
合成石英ガラス基板を用意し、合成石英ガラス基板上に膜厚45nmのTiO2と膜厚95nmのSiO2をスパッタリングにより交互に4層ずつ積層し、最後に膜厚45nmのTiO2をもう1層成膜して多層積層体を形成した。さらに多層積層体の表面に膜厚300nmのSiO2を成膜し、SiO2層表面にスパッタリングにより膜厚50nmクロム(Cr)層を成膜した。TiO2層とSiO2層は共に金属ターゲットを用いた反応性スパッタリングにより成膜した。成膜に使用したガスはアルゴン(Ar)と酸素(O2)で、いずれも酸化物モードでのスパッタリングとした。Cr層は金属ターゲットを用いてArのみでスパッタリングした。 Providing a synthetic quartz glass substrate, the SiO 2 of the TiO 2 and the thickness 95nm of thickness 45nm synthetic quartz glass substrate are laminated by four layers alternately by sputtering, another layer of TiO 2 of the last film thickness 45nm A multilayer laminate was formed by film formation. Further SiO 2 having a thickness of 300nm was formed on the surface of the multilayer stack was deposited film thickness 50nm chrome (Cr) layer by sputtering SiO 2 layer surface. Both the TiO 2 layer and the SiO 2 layer were formed by reactive sputtering using a metal target. The gases used for the film formation were argon (Ar) and oxygen (O 2 ), both of which were sputtering in an oxide mode. The Cr layer was sputtered with only Ar using a metal target.
Cr層表面に荷電粒子線露光用レジストであるFEP171(富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製)を200nm塗布し、可変成型ビーム方式の電子線によりレジスト上にパターンを描画した。描画したパターンは構造周期350nm、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が0.5である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体と、構造周期700nm、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が0.5である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体であり、描画領域は各々一辺が1cmの正方形領域とし、各々のパターン領域は重なることなく配列した。電子線照射のドーズ量は10μC/cm2とし、ポストエクスポージャーベークは100℃に加熱したホットプレートで10分間実施した。現像液にTMAH水溶液、リンス液には純水を用いた。 FEP171 (made by Fuji Film Electronics Materials Co., Ltd.), which is a charged particle beam exposure resist, was applied to the Cr layer surface by 200 nm, and a pattern was drawn on the resist by a variable shaped beam type electron beam. The drawn pattern is a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure having a structure period of 350 nm and a convex dimension divided by the structural period, a structure period of 700 nm, and a convex dimension of the structure period. A one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a divided value of 0.5, and each drawing region was a square region having a side of 1 cm, and each pattern region was arranged without overlapping. The dose of electron beam irradiation was 10 μC / cm 2, and post-exposure baking was performed for 10 minutes on a hot plate heated to 100 ° C. A TMAH aqueous solution was used as a developing solution, and pure water was used as a rinsing solution.
レジストに線状凹凸構造からなる一次元回折構造体パターンを形成後、塩素と酸素の混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、レジストパターンをCr膜に転写した。エッチング処理にはICPドライエッチング装置を適用した。塩素を50sccm、酸素を10sccm導入し、プラズマチャンバ内の圧力を1Paに設定後、ICPパワー500W、RIEパワー50Wを印加し、プラズマ放電させた。 After forming a one-dimensional diffractive structure pattern composed of a linear concavo-convex structure on the resist, an etching process using plasma using a mixed gas of chlorine and oxygen was performed, and the resist pattern was transferred to the Cr film. An ICP dry etching apparatus was applied to the etching process. After introducing 50 sccm of chlorine and 10 sccm of oxygen and setting the pressure in the plasma chamber to 1 Pa, ICP power 500 W and RIE power 50 W were applied to cause plasma discharge.
さらに、六フッ化エタンとヘリウムの混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、Cr膜に形成されたパターンをSiO2層に転写した。エッチング処理にはICPドライエッチング装置を適用した。六フッ化エタンとヘリウムを50sccmずつ導入し、プラズマチャンバ内の圧力を1Paに設定後、ICPパワー500W、RIEパワー200Wを印加し、プラズマ放電させた。SiO2のエッチング深さは200nmとした。 Further, an etching process using plasma using a mixed gas of hexafluoroethane and helium was performed, and the pattern formed on the Cr film was transferred to the SiO 2 layer. An ICP dry etching apparatus was applied to the etching process. Ethane hexafluoride and helium were introduced at 50 sccm at a time, the pressure in the plasma chamber was set to 1 Pa, and then ICP power 500 W and RIE power 200 W were applied to cause plasma discharge. The etching depth of SiO 2 was 200 nm.
次に、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)、MEA(モノエタノールアミン)などを用いた有機洗浄、硝酸2アンモニウムセリウムと硝酸の混合水溶液による残存Cr膜の除去、さらにアンモニア水と過酸化水素水の混液などを用いたアルカリ洗浄を行ない、構造体の高さが200nm、膜厚が300nmのSiO2からなる微細凹凸層が形成された表示体を得た。 Next, organic cleaning using NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), MEA (monoethanolamine), etc., removal of the residual Cr film with a mixed aqueous solution of diammonium cerium nitrate and nitric acid, ammonia water and hydrogen peroxide Alkali cleaning using a mixed solution of water or the like was performed to obtain a display body on which a fine uneven layer made of SiO 2 having a structure height of 200 nm and a film thickness of 300 nm was formed.
表示体を正面から観察したところ、パターン未形成領域では緑〜黄色の構造発色が確認され、表示体を傾けることで構造発色がブルーシフトすることが確認された。一方、構造周期700nmの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成流域と比較して青色が強い構造発色が確認された。さらに、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、燈色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。また、構造周期350nmの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成領域とほぼ同じ構造発色であったが、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、燈色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。 When the display was observed from the front, green to yellow structural color was confirmed in the pattern-unformed region, and it was confirmed that the structural color was blue-shifted by tilting the display. On the other hand, when the region where the one-dimensional diffractive structure having a structure period of 700 nm was formed was observed from the front, structural color development with a strong blue color was confirmed as compared with the unformed pattern basin. Furthermore, when the display body was observed while tilting in the arrangement direction of the linear concavo-convex structure, an amber colored structure was observed, and an inherent color tone change due to the one-dimensional diffractive structure was confirmed. Further, when the region where the one-dimensional diffractive structure having a structure period of 350 nm was formed was observed from the front, the color formation was almost the same as that of the pattern-unformed region, but the display was tilted in the arrangement direction of the linear concavo-convex structure. As a result of observation, an amber colored structure was observed, and a unique color tone change due to the one-dimensional diffraction structure was confirmed.
(実施例2)
実施例2では、TiO2とSiO2からなる多層積層体の最上層をSiO2とし、光硬化性樹脂からなる微細凹凸層を紫外線ナノインプリント法により形成した表示体について説明する。
(Example 2)
In Example 2, a display body in which the uppermost layer of a multilayer laminate made of TiO 2 and SiO 2 is made of SiO 2 and a fine uneven layer made of a photocurable resin is formed by an ultraviolet nanoimprint method will be described.
まず、合成石英ガラス基板上に、構造周期350nm、構造体の高さが200nm、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が0.5である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体と、構造周期400nm、構造体の高さが200nm、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が0.5である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体からなるパターンが、各々一辺が1cmの正方形領域に形成され、各々のパターン領域は重なることなく配列されている紫外線ナノインプリント用モールドを用意した。 First, on a synthetic quartz glass substrate, a one-dimensional diffractive structure consisting of a linear concavo-convex structure having a structure period of 350 nm, a structure height of 200 nm, and a value obtained by dividing the convex dimension by the structure period is 0.5. A pattern composed of a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure having a structure period of 400 nm, a structure height of 200 nm, and a value obtained by dividing the convex dimension by the structure period is 0.5. An ultraviolet nanoimprint mold was prepared in which each pattern region was arranged without overlapping.
紫外線ナノインプリント用モールド表面に、離型剤としてオプツール(登録商標)HD−1100Z(ダイキン工業株式会社製)を塗布した。 Optool (registered trademark) HD-1100Z (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) was applied as a mold release agent to the mold surface for ultraviolet nanoimprint.
次に、4インチの合成石英ガラスウェハを用意し、合成石英ガラスウェハ上に膜厚40nmのTiO2と膜厚60nmのSiO2をスパッタリングにより交互に5層ずつ積層し多層積層体を形成した。 Next, a 4-inch synthetic quartz glass wafer was prepared, and five layers of TiO 2 having a thickness of 40 nm and SiO 2 having a thickness of 60 nm were alternately laminated on the synthetic quartz glass wafer by sputtering to form a multilayer laminate.
続いて、多層積層体が形成された合成石英ガラスウェハ上に、膜厚200nmの光硬化性樹脂MUR−6(丸善石油化学株式会社製)を塗布し、離型剤が塗布された紫外線ナノインプリント用モールド表面を接触させ、2MPaの圧力をかけ、紫外線ナノインプリント用モールドの裏面より波長365nmの紫外光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させた。処理は室温で行い、紫外光の露光量は100mJ/cm2とした。 Subsequently, on a synthetic quartz glass wafer on which a multilayer laminate is formed, a photocurable resin MUR-6 (manufactured by Maruzen Petrochemical Co., Ltd.) having a film thickness of 200 nm is applied and a release agent is applied. The mold surface was brought into contact, a pressure of 2 MPa was applied, and ultraviolet light having a wavelength of 365 nm was irradiated from the back surface of the ultraviolet nanoimprint mold to cure the photocurable resin. The treatment was performed at room temperature, and the exposure amount of ultraviolet light was 100 mJ / cm 2 .
次に、合成石英ガラスウェハを紫外線ナノインプリント用モールドから剥離し、光硬化性樹脂からなる微細凹凸層が形成された表示体を得た。 Next, the synthetic quartz glass wafer was peeled from the mold for ultraviolet nanoimprinting to obtain a display body on which a fine uneven layer made of a photocurable resin was formed.
表示体を正面から観察したところ、パターン未形成領域では青〜青緑色の構造発色が確認され、表示体を傾けることで構造発色がブルーシフトすることが確認された。一方、構造周期350nmの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成流域と比較して緑色が強い構造発色が確認された。さらに、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、黄色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。構造周期400nmの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成流域と比較して黄色が強い構造発色が確認された。さらに、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、黄色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。以上により、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認された。 When the display was observed from the front, blue to blue-green structural color was confirmed in the pattern-unformed region, and it was confirmed that the structural color was blue-shifted by tilting the display. On the other hand, when a region where a one-dimensional diffractive structure having a structure period of 350 nm was formed was observed from the front, a structural color development with a stronger green color was confirmed as compared with a pattern-unformed basin. Furthermore, when the display body was observed while being tilted in the arrangement direction of the linear concavo-convex structure, yellow structural coloration was observed, and a unique color tone change due to the one-dimensional diffractive structure could be confirmed. When the region where the one-dimensional diffractive structure having a structure period of 400 nm was formed was observed from the front, a structural color development with a strong yellow color was confirmed as compared with the unpatterned basin. Furthermore, when the display body was observed while being tilted in the arrangement direction of the linear concavo-convex structure, yellow structural coloration was observed, and a unique color tone change due to the one-dimensional diffractive structure could be confirmed. As described above, the inherent color change due to the one-dimensional diffractive structure was confirmed.
本発明の表示体は、意匠性の高い表示物に利用できる。特に、偽造防止技術分野等に好適に利用が期待される。 The display body of this invention can be utilized for the display thing with high design property. In particular, it is expected to be suitably used in the forgery prevention technical field.
1、2、3 表示体
11、12、13 基材
21、22、23 多層積層体
31、32、33 微細凹凸層
42 導波層
1, 2, 3
Claims (12)
前記多層積層体は2層以上の積層体であり、
所定の波長領域の光に対して、少なくとも、前記多層積層体および前記微細凹凸層は透過性を有し、
前記多層積層体を構成する各層は、隣接する層とは前記所定の波長領域内の波長の光に対して屈折率が異なる材料で構成されており、
前記多層積層体を構成する各層および前記微細凹凸層を構成する材料は、それぞれの屈折率と物理膜厚との積で表される光学膜厚が、前記所定の波長領域における最短波長の7/4倍未満であり、
前記微細凹凸層表面には、前記微細凹凸層の物理膜厚を部分的に減ずることで、前記物理膜厚以下の高低差を有する凸部及び凹部を含む凹凸構造体が形成され、
前記凹凸構造体は、一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体である、表示体。 In a display including a substrate, a multilayer laminate formed on the surface of the substrate, and a fine uneven layer formed on the surface of the multilayer laminate,
The multilayer laminate is a laminate of two or more layers,
For light of a predetermined wavelength region, at least the multilayer laminate and the fine uneven layer have transparency,
Each layer constituting the multilayer laminate is made of a material having a refractive index different from that of an adjacent layer with respect to light having a wavelength in the predetermined wavelength region,
Each layer constituting the multilayer laminate and the material constituting the fine concavo-convex layer has an optical film thickness represented by the product of the refractive index and the physical film thickness, which is 7 / of the shortest wavelength in the predetermined wavelength region. Less than 4 times,
On the surface of the fine concavo-convex layer, by partially reducing the physical film thickness of the fine concavo-convex layer, a concavo-convex structure including a convex part and a concave part having a height difference equal to or less than the physical film thickness is formed ,
The concavo-convex structure is a display body , which is a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period or a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period .
前記微細凹凸層の凹凸構造体の凸部及び凹部の高低差は、前記微細凹凸層の物理膜厚と等しい、請求項1に記載の表示体。 Between the uppermost layer of the multilayer laminate and the fine concavo-convex layer, a material having a refractive index larger than that of the material constituting the fine concavo-convex layer, with respect to light having a wavelength in the wavelength region, and having a physical film thickness and a refractive index. An optical film thickness that is a product of and a waveguide layer that is less than 7/4 times the shortest wavelength in the wavelength region,
The display body according to claim 1, wherein the height difference between the convex and concave portions of the concavo-convex structure of the fine concavo-convex layer is equal to the physical film thickness of the fine concavo-convex layer.
前記微細凹凸層表面に、少なくとも一辺が10μm以上のマトリックス上に配置された画素領域が複数形成され、
各画素領域には、
構造周期が200nm以上、且つ800nm以下の線状凹凸構造体からなり、第1の方向に線状凹凸構造が配列される第1の一次元回折構造体と、
構造周期が200nm以上、且つ800nm以下の線状凹凸構造体からなり、前記第1の方向とは異なる第2の方向に線状凹凸構造が配列される第2の一次元回折構造体と、
構造周期が200nm以上、且つ800nm以下の格子状凹凸構造からなり、前記第1の方向及び前記第2の方向に格子状凹凸構造が配列され二次元回折構造体の少なくとも1つが形成されている、請求項1乃至3のいずれかに記載の表示体。 The wavelength region is a visible light wavelength region;
A plurality of pixel regions arranged on a matrix having at least one side of 10 μm or more are formed on the surface of the fine uneven layer,
Each pixel area
A first one-dimensional diffractive structure comprising a linear concavo-convex structure having a structure period of 200 nm or more and 800 nm or less, wherein the linear concavo-convex structure is arranged in a first direction;
A second one-dimensional diffractive structure comprising a linear concavo-convex structure having a structure period of 200 nm or more and 800 nm or less, wherein the linear concavo-convex structure is arranged in a second direction different from the first direction;
It is composed of a lattice-shaped uneven structure having a structure period of 200 nm or more and 800 nm or less, and the lattice-shaped uneven structure is arranged in the first direction and the second direction to form at least one of a two-dimensional diffraction structure. display body according to any one of claims 1 to 3.
前記多層積層体表面に光硬化性樹脂を塗布する工程と、
光ナノインプリント法により、前記光硬化性樹脂に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程とを含む、表示体の製造方法。 A step of forming a multilayer laminate having transparency to light in a visible light wavelength region on the surface of the base material and having a different refractive index in each adjacent layer by sequentially laminating the layers;
Applying a photocurable resin to the surface of the multilayer laminate;
Forming a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period or a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period on the photocurable resin by an optical nanoimprint method. Body manufacturing method.
前記基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体表面に導波層を形成する工程と、
前記導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光領域内の波長の光に対する屈折率が小さい光硬化性樹脂を塗布する工程と、
光ナノインプリント法により前記光硬化性樹脂に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程と
プラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含む、表示体の製造方法。 Preparing a substrate;
A step of forming a multilayer laminate having transparency to light having a wavelength in a visible light region on the surface of the base material and having a different refractive index in each adjacent layer by sequentially laminating the layers;
Forming a waveguide layer on the surface of the multilayer laminate;
A step of applying a photocurable resin having a refractive index smaller than that of a material constituting the waveguide layer on the surface of the waveguide layer with respect to light having a wavelength in the visible light region;
Forming a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period or a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period on the photocurable resin by an optical nanoimprint method, and a residual film by plasma exposure And a process for removing the display.
基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体最上層表面に熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、
熱ナノインプリント法により前記熱可塑性樹脂層に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程と、を含む、表示体の製造方法。 Preparing a substrate;
A step of forming a multilayer laminate having transparency to light having a wavelength in the visible light region on the substrate surface and having a different refractive index in each adjacent layer by sequentially laminating the layers;
Applying a thermoplastic resin layer to the top surface of the multilayer laminate;
Forming a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period or a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period on the thermoplastic resin layer by a thermal nanoimprint method. Body manufacturing method.
前記基材表面に可視光波長領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体表面に導波層を形成する工程と、
前記導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光波長領域内の波長の光に対する屈折率が小さい熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、
熱ナノインプリント法により前記熱可塑性樹脂層に一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成する工程と、
プラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含む、表示体の製造方法。 Preparing a substrate;
A step of forming a multilayer laminate having transparency to light having a wavelength in a visible light wavelength region on the surface of the base material and having a different refractive index in each adjacent layer by sequentially laminating the layers;
Forming a waveguide layer on the surface of the multilayer laminate;
Applying a thermoplastic resin layer having a smaller refractive index to light having a wavelength in the visible wavelength region than the material constituting the waveguide layer on the surface of the waveguide layer;
Forming a one-dimensional diffractive structure composed of a linear concavo-convex structure with a constant period or a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure with a constant period on the thermoplastic resin layer by a thermal nanoimprint method;
And a step of removing the remaining film by plasma exposure.
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