JP6825238B2 - 表示体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に形成された構造により発色する表示体、およびその製造方法に関する。

色素色のように、可視光線の吸収・反射による発色ではなく、光の波長、あるいはそれ以下の微細な構造が光を散乱、回折、屈折、干渉することにより発色する現象を構造発色、または構造色という。

構造発色は、モルフォ蝶やタマムシの翅など、自然界の生物の発色に多く見られる発色現象である。例えば、モルフォ蝶の翅は表面の微細な構造により、鮮やかな青色を呈している。

モルフォ蝶の翅の構造発色の原理の一つは、屈折率の異なる多層積層膜の各界面での反射光が干渉して発生する多層膜干渉である。

多層膜干渉による構造発色は、各層で生じる光路差によって発色が異なる。光路差は、多層積層膜の物理的膜厚と、多層積層膜を構成する屈折率材料の屈折率に依存している。

多層膜干渉による構造発色に加え、モルフォ蝶の翅は、光の散乱・回折現象を利用することで、広い観察角度で色変化を制御している。この構造発色を人工的に再現する場合、例えば、特許文献１に記載されているような、不均一に配列された微細凹凸構造を有する基材表面に、多層積層膜を形成することにより、観察角度による色変化を緩やかにした発色体が発明されている。特許文献１に記載されているような多層積層膜は一様であり、発色する色は単色である。色調を表現するためには、多層積層膜の物理的膜厚を変更する必要がある。

したがって、色調を表現するために、例えば、多層膜干渉による構造発色を利用して、基材表面上に複数の色を表現した意匠性の高い表示体を製造しようとする場合、特許文献２および特許文献３で提案されているマスキング工程を行う必要がある。

特許第４２２８０５８号明細書 （特開２００５−１５３１９２号公報） 特許第４８５３９４５号明細書 特許第５３４４４００号明細書

しかしながら、特許文献２および特許文献３で提案されているマスキング工程によれば、同一の色調を有する領域をマスキングする工程と、多層積層膜の膜厚を調整して積層する工程とを必要回数行う必要がある。このため、工程数が増加し、その結果として、製造の歩留まりが低下する恐れがあるという問題がある。

また、一般に、微小領域に対するマスキングは困難である。したがって、マスキングを行う対象である領域が、微小な領域であれば、隣接した領域と混色する可能性も高くなり、結果として、色調の鮮明さが失われる可能性も高くなるという問題もある。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、第１の目的は、前述したような、同一の色調を有する領域をマスキングする工程と、多層積層膜の膜厚を調整して積層する工程とを繰り返すような複雑な工程を経ることなく、単一の多層積層膜で色調を表現できる表示体を、簡便な工程によって製造することが可能な製造方法を提供することにある。

また、第２の目的は、その製造方法によって製造され、単一の多層積層膜で色調を表現することが可能な表示体を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

すなわち、請求項１の発明は、基材の表面上に複数の画素領域が形成されてなる表示体であって、複数の画素領域の各々は、基材表面に配列された複数の四辺形によって形成される凸部を有する凹凸構造と、凹凸構造上に、平面と平行になるようにそれぞれ積層された、複数の層からなる積層膜とから構成され、複数の層の各々の厚み及び材料は、画素領域に依らず同一であり、同一の画素領域内では、凸部の高さは一定であり、凸部の高さが異なる画素領域が、少なくとも２つ形成される。

請求項２の発明は、画素領域のＸＹ方向と、複数の四辺形のＸＹ方向とが一致し、同一の画素領域内では、複数の四辺形のＸ方向長さは一定である請求項１の発明の表示体である。

請求項３の発明は、同一の画素領域内において、複数の四辺形のＹ方向長さは、複数の四辺形のＸ方向長さ以上、画素領域のＹ方向長さ以下である、請求項２の発明の表示体である。

請求項４の発明は、同一の画素領域内において、複数の四辺形のＹ方向長さは、正規分布に従う、請求項３の発明の表示体である。

請求項５の発明は、同一の画素領域内において、平面上における四辺形が配列された面積と配列されていない面積との比を１：１とした、請求項１乃至４のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項６の発明は、前記基材表面上に形成された層に、前記複数の画素領域を形成した、請求項１乃至５のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項７の発明は、複数の層のうち、上下に隣接する２つの層は、同じ波長領域の光を透過し、波長領域において異なる屈折率を持つ材料で構成された、請求項１乃至６のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項８の発明は、波長領域は、可視光波長領域であり、複数の四辺形のＸ方向長さは、７００ｎｍ以下である、請求項７の発明の表示体である。

請求項９の発明は、凸部の高さが５ｎｍ以上異なる画素領域の組が存在する、請求項１乃至８のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項１０の発明は、複数の画素領域のすべての辺の長さが、１０μｍ以上である、請求項１乃至９のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項１１の発明は、基材を、可視光波長領域の光を吸収する材料により形成した、請求項１乃至１０のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項１２の発明は、基材の裏面を、可視光波長領域の光を吸収する材料により形成した、請求項１乃至１１のうち何れか１項の発明の表示体である。

請求項１３の発明は、基材の表面上に複数の画素領域が形成された表示体を製造するための方法であって、モールドの表面上に配列された凹凸構造を有する複数の矩形状の領域が形成された、インプリント用のモールドを作製することと、モールドに形成された複数の領域を、インプリント法により、順次、基材に転写することと、基材に転写された複数の領域の凹凸構造上に、基材の表面と平行になるように、同一厚みを有する同一材料からなる複数の層を積層し、複数の画素領域を形成することによって、表示体を製造することとを備え、インプリント法は、光インプリント法または熱インプリント法であり、同一の画素領域内では、凹凸構造における凸部の高さは一定であり、基材の表面上に、凸部の高さが異なる画素領域が、少なくとも２つ形成される。

本発明によれば、単一の多層積層膜で色調を表現できる表示体を、複雑な工程を経ることなく、簡便な工程によって製造することが可能となる。

特に、本発明の製造方法によれば、すべての画素領域に、一様な積層膜を形成するため、マスキングや積層を所望の色の回数行う必要が無くなり、一度の積層工程で、多色を表現する表示体を製造することができる。このように、製造工程を簡素化することができることから、表示体の歩留まり低下を阻止することが可能となる。

さらに、この製造方法によって製造された本発明の表示体によれば、異なる画素領域の積層膜の物理的膜厚が一定になるため、隣接した画素領域と混色することが無くなる。従って、微細な画素領域も鮮明に表現することができ、高い意匠性を実現することが可能となる。

第１の実施形態に係る製造方法によって製造される表示体の構成例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る製造方法によって製造される表示体の画素領域の構成例を示す断面図である。 画素領域のＸＹ平面図およびＺ方向断面図である。 第２の実施形態に係る製造方法によって製造される表示体の画素領域の構成例を示す断面図である。 本発明の製造方法によって製造された表示体における波長と反射強度との関係の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための好適な態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を、図１乃至図３を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る製造方法によって製造される表示体１０の構成例を示す平面図である。

すなわち、図１に例示する表示体１０は、基材１２の表面上に、複数の画素領域１４（＃１），１４（＃２）が形成されてなる。なお、図１では、簡略のために、２つの画素領域１４（＃１），１４（＃２）しか例示されていないが、本実施形態に係る表示体１０は、３つ以上の画素領域１４を含んでいても良い。また、図１では、２つの画素領域１４（＃１），１４（＃２）は同じサイズとして例示されているが、複数の画素領域１４はそれぞれ異なるサイズであっても良い。基材１２の表面上には、それぞれ東西南北方向を示す４つのアライメントマーク１３も配置されている。画素領域１４は、これらアライメントマーク１３に従って、画素領域１４のＸＹ方向が、基材１２のＸＹ方向と一致するように配置される。アライメントマーク１３は、後述するように、最初の画素領域１４を基材１２上に形成した時に形成され、配置される。

図２は、画素領域１４の構成例を示す断面図である。

すなわち、画素領域１４（＃１）は、図２（ａ）に示すように、凹凸構造１６（＃１）と、凹凸構造１６（＃１）上に積層された複数の層１８（＃１−１）〜１８（＃１−１０）（ここでは、一例として１０層）からなる積層膜１９（＃１）とからなる。また、凹凸構造１６（＃１）の凹凸形状に応じて、凸部２０（＃１）および凹部２２（＃１）が形成される。

同様に、画素領域１４（＃２）は、図２（ｂ）に示すように、凹凸構造１６（＃２）と、凹凸構造１６（＃２）上に積層された複数の層１８（＃２−１）〜１８（＃２−１０）（ここでは、一例として１０層）からなる積層膜１９（＃２）とからなる。また同様に、凹凸構造１６（＃２）の凹凸形状に応じて、凸部２０（＃２）および凹部２２（＃２）が形成される。

このような凹凸構造１６は、例えば、光または荷電粒子線を照射するリソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を用いて形成する。

本実施形態に係る表示体１０では、基材１２の表面上に形成された複数の画素領域１４のうち、少なくとも２つの画素領域１４では、凹凸構造１６の凹凸高さ（以下、「構造高さ」と称する）が異なる。すなわち、図１および図２に示す例では、画素領域１４（＃１）と画素領域１４（＃２）とでは、凹凸構造１６の構造高さｄｚは異なる。すなわち、画素領域１４（＃１）の構造高さｄｚ（＃１）と、画素領域１４（＃２）の構造高さｄｚ（＃２）とは異なる。

このように、凹凸構造１６の構造高さｄｚの異なるｎ箇所（図１の例では、ｎ＝２）の画素領域１４（図１の例では、画素領域１４（＃１）および画素領域１４（＃２））を形成するために、本実施形態に係る製造方法では、光または荷電粒子線を照射するリソグラフィとドライエッチングの工程をｎ回繰り返し行う。

荷電粒子線を照射するリソグラフィの場合、基材１２が例えば合成石英などの絶縁体材料で構成される場合は、各リソグラフィ工程の前にクロム（Ｃｒ）などの導電膜を基材１２上に成膜すると良い。導電膜としてＣｒを成膜した場合は、合成石英をエッチングする前に該リソグラフィ工程で形成したレジストをマスクとして、Ｃｒをドライエッチングする必要がある。レジストパターンの形成には、光または熱インプリント法を用いても良い。

本実施形態に係る製造方法では、各画素領域１４（＃１），１４（＃２）の構造高さｄｚ（＃１），ｄｚ（＃２）を、例えば各ドライエッチング工程におけるエッチング時間の調整により制御する。各ドライエッチング工程におけるエッチング時間は、例えば、画素領域１４（＃２）の構造高さｄｚ（＃２）が、画素領域１４（＃１）の構造高さｄｚ（＃１）よりも高い場合には、画素領域１４（＃２）のエッチング時間を、画素領域１４（＃１）のエッチング時間より長くすると良い。

なお、画素領域１４（＃１）の形成後、画素領域１４（＃２）を形成する場合には、基材１２の表面に、画素領域１４（＃１）のレジストパターンを形成した際に、基材１２の表面に、アライメントマーク１３も形成する。そして、画素領域１４（＃２）の形成時のリソグラフィ工程において、アライメントマーク１３の座標を基準として位置を補正することにより、画素領域１４（＃２）が画素領域１４（＃１）と重なることなく、精度良く所望の位置に形成するようにしている。

層１８（１８（＃１−１）〜１８（＃１−１０），１８（＃２−１）〜１８（＃２−１０））のおのおのの厚みは、画素領域１４に依らず一定である。

また、上下に隣接する２つの層（例えば、層１８（＃１−１）と層１８（＃１−２））は、同じ波長領域の光を透過し、当該波長領域において異なる屈折率を有する材料で構成する。層１８の材料の種類や層数については、所望の条件に応じて、適宜設計して良い。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、一例として、２種類の材料からなる層が、交互に積層されることによってなる合計１０層の積膜層を示している。すなわち、層１８（＃１−１）、層１８（＃１−３）、層１８（＃１−５）、層１８（＃１−７）、層１８（＃１−９）、層１８（＃２−１）、層１８（＃２−３）、層１８（＃２−５）、層１８（＃２−７）、層１８（＃２−９）は第１の材料からなる層１８である。また、層１８（＃１−２）、層１８（＃１−４）、層１８（＃１−６）、層１８（＃１−８）、層１８（＃１−１０）、層１８（＃２−２）、層１８（＃２−４）、層１８（＃２−６）、層１８（＃２−８）、層１８（＃２−１０）は第２の材料からなる層である。また、第３の材料があっても良く、屈折率の異なる材料であれば積層膜の構成材料は２種類に限定されない。

画素領域１４の積層膜１９は、同じ成膜条件の下で、一度の積層工程で積層されるため、積層膜１９を構成する各層１８の厚みは、変形等を考慮しない理想的な条件の下では、同一となる。この厚みは、転送行列法等を用いて所望の厚さに設計すれば良い。

本実施形態に係る製造方法では、積層膜１９を構成する各層１８のうち、先ず、基材１２の表面上に、高屈折率の層１８（＃１−１）、１８（＃２−１）を形成する。次に、高屈折率の層１８（＃１−１）、１８（＃２−１）の上に、低屈折率の層１８（＃１−２）、１８（＃２−２）を形成する。以降は、高屈折率の層１８（＃１−３）、１８（＃２−３）、低屈折率の層１８（＃１−４）、１８（＃２−４）・・・という具合に、高屈折率の層と低屈折率の層とを交互に形成し、最終的には、低屈折率の層１８（＃１−１０）、１８（＃２−１０）を最上面に形成する。ただし、屈折率層の順は上記に限定されるものではない。

高屈折率の層１８（例えば、層１８（＃１−１））の材料と、低屈折率の層１８（例えば、層１８（＃１−２））の材料との屈折率差が大きいほど、積層数が少なくても、高反射率を得ることができるようになる。

例えば、無機材料であれば、高屈折率の層１８（例えば、層１８（＃１−１））に、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を、低屈折率の層１８（例えば、層１８（＃１−２））に、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）をそれぞれ適用することが好適である。ただし、上下に隣接する層１８（例えば、層１８（＃１−１）と層１８（＃１−２））を構成する材料の屈折率差によって、界面で光の反射が生じるため、上記組み合わせに限定されるものではない。また、後述するように、有機材料を適用することも可能である。

さらには、上記のような無機材料により積層膜１９（層１８）を形成する場合は、スパッタリング法や原子層堆積法、真空蒸着法などの公知の技術を適用することが可能である。なお、有機材料により積層膜１９（層１８）を形成する場合は、自己組織化などの公知の技術を適用することが可能である。

図３（ａ）は、画素領域１４を、図２中における上側から見たＸＹ平面図の例である。これは、凹凸構造１６の平面分布に対応しており、黒色で示す四辺形３０の領域が、凸部２０に対応し、白色で示すそれ以外の部分３２が、凹部２２に対応する。

図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。高い部分が、凸部２０であり、低い部分が、凹部２２である。また、図２は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図の詳細に対応している。

以上から明らかなように、図３（ａ）に例示するような凹凸の２次元分布は、凹凸構造１６の２次元分布に対応している。

このような２次元分布は、ＸＹ平面上に、複数の四辺形３０を重複しないように配列するように実現される。これら四辺形３０のＸＹ方向は、画素領域１４のＸＹ方向と一致している。また、同一の画素領域１４内では、複数の四辺形３０のＸ方向長さｄｘは一定である。

また、同一の画素領域１４内において、複数の四辺形３０のＹ方向長さｄｙは、複数の四辺形３０のＸ方向長さｄｘ以上、画素領域１４のＹ方向長さＬｙ以下である。

さらに、同一の画素領域１４内において、複数の四辺形３０のＹ方向長さｄｙは、正規分布に従う。

さらにまた、同一の画素領域１４内において、四辺形３０を配列するか否かを、一定の確率にしたがって決定する。あるいは、同一の画素領域１４内において、四辺形３０が配列される面積と、配列されない面積との比が、所定の値になるように、四辺形３０の配列を決定する。図３（ａ）では一例として、四辺形３０が配列される面積と、配列されない面積との比を１：１としている。すなわち、図３（ａ）の例では、黒色で示す四辺形３０の領域の合計面積と、白色で示すそれ以外の部分３２の合計面積とは等しい。

このような構成をしてなる表示体１０において入射光として利用する光の波長領域は、特に限定されないが、以下の説明では、一例として、入射光として、可視光波長領域を用いた場合について説明する。なお、本発明において可視光波長領域は、３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの波長帯を指すものとする。

すなわち、入射光として可視光を用いた場合、本実施形態に係る製造方法によって製造される表示体１０を構成する材料は、すべて可視光波長領域の光を透過する材料で構成する。例えば、基材１２を、合成石英のように、可視光波長領域の光を透過する材料により形成する。また、例えば、積層膜１９の高屈折率の層１８（例えば、層１８（＃１−１））に、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を、低屈折率の層１８（例えば、層１８（＃１−２））に、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）をそれぞれ適用する。なお、可視光波長領域に対して透過性の高い材料としては、他にも、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、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あるので、これらを適宜適用することも可能である。

このように、本実施形態に係る製造方法によって製造された表示体１０は、すべての可視光波長領域の光を透過する。したがって、表示体１０の反射光による発色を用いる際は、基材１２または基材１２の裏面が、可視光波長領域の光を吸収する材料により形成されることが好ましい。あるいは、基材１２の表面に光吸収剤を塗布し、裏面からの反射光による発色を用いるようにしても良い。

画素領域１４の大きさについては、表示する画像の解像度に基づいて決定すればよいが、より高精度な画像を表示するためには、画素領域１４の一辺を１０μｍ以上とすることが好適である。すなわち、図３（ａ）における画素領域１４のＸ方向長さＬｘも、Ｙ方向長さＬｙも、１０μｍ以上とすることが好適である。

画素領域１４において、より鮮明な色を発色させるためには、凹凸構造１６による光の散乱効果を大きくすることが好ましい。これを実現するために、前述したように、一例として、画素領域１４における凹凸構造１６の凹部と凸部との面積比を１：１とすることが好適である。

また、画素領域１４において、より表示体の光の広がり効果を大きくするためには、図３（ａ）における四辺形３０のＸ方向長さｄｘを所望の色ごとに調整する必要がある。例えば、入射光として可視光を用いた場合、四辺形３０のＸ方向長さｄｘを７００ｎｍ以下とすることが好適である。さらに、可視光のうちでも、特に、画素領域１４を青色の画素として利用する場合には、四辺形３０のＸ方向長さｄｘを３００ｎｍ程度することが好適である。ただし、ｄｘを各色で調整しなくても、表示体の光の広がり効果は得られる。

さらに、画素領域１４における構造高さｄｚの値は、所望する色に応じて決定される。すなわち、図２（ａ）に例示される凹凸構造１６（＃１）の構造高さｄｚ（＃１）、および、図２（ｂ）に例示される凹凸構造１６（＃２）の構造高さｄｚ（＃２）は、画素領域１４（＃１）および画素領域１４（＃２）において発色させる光の波長に基づいて、図３において図示される四辺形３０のＸ方向長さｄｘを考慮して、それぞれ最適な値を決定するものとする。

例えば、積層膜１９の反射光の波長が５００ｎｍであり、緑色を発色させたい場合は、四辺形３０のＸ方向長さｄｘを４００ｎｍ程度、構造高さｄｚ（＃１）および構造高さｄｚ（＃２）を１００ｎｍ程度とすることが好ましく、赤色を発色させたい場合は、四辺形３０のＸ方向長さｄｘを４６０ｎｍ程度、構造高さｄｚ（＃１）および構造高さｄｚ（＃２）を、ともに２００ｎｍ程度とすることが好ましい。

ところで、画素領域１４（＃１）と画素領域１４（＃２）とでは、構造高さｄｚをそれぞれ異なる値とすることによって、異なる色が発色されるようになる。すなわち、画素領域１４（＃１）の構造高さｄｚ（＃１）と、画素領域１４（＃２）の構造高さｄｚ（＃２）との差が大きいほど、色の相違が顕著になり、人間の目であっても、色の相違を認識できるようになる。そこで、ここでは一例として、画素領域１４（＃１）の構造高さｄｚ（＃１）と、画素領域１４（＃２）の構造高さｄｚ（＃２）とが、５ｎｍ以上異なるようにする。積層膜１９の反射光の波長が５００ｎｍである場合、５ｎｍは、その１％に相当する。このように、画素領域１４（＃１）の構造高さｄｚ（＃１）と、画素領域１４（＃２）の構造高さｄｚ（＃２）との差を、積層膜１９によって反射される光の波長の少なくとも１％以上とするのが好適である。

このように、画素領域１４の辺のＸ方向長さＬｘ、Ｙ方向長さＬｙ、複数の画素領域１４間の構造高さｄｚの差、画素領域１４における四辺形３０のＸ方向長さｄｘは、利用する光の波長帯に応じて決定される。

以上説明したように、本実施形態に係る製造方法によれば、単一の多層積層膜で色調を表現できる表示体１０を、複雑な製造工程を経ることなく、簡便な製造工程によって製造することが可能となる。

特に、すべての画素領域１４（例えば、画素領域１４（＃１）と画素領域１４（＃２））に、一様な複数（例えば、１０）の層１８からなる積層膜１９を形成するため、マスキングや積層を所望の色の回数行う必要が無くなり、一度の積層工程で、多色を表現する表示体１０を製造することが可能となる。

このように、製造工程を簡素化することができることから、表示体１０の歩留まり低下を阻止することも可能となる。

さらに、このような製造方法によって製造された表示体１０によれば、異なる画素領域１４（例えば、画素領域１４（＃１）と画素領域１４（＃２））の積層膜１９の物理的膜厚が一定になるため、隣接した画素領域（例えば、画素領域１４（＃１）と画素領域１４（＃２））同士が混色することは無くなる。また、画素領域１４毎の構造高さｄｚと、Ｘ方向長さｄｘとの値を調整することにより、画素領域１４毎の色を容易に制御できる。従って、微細な画素領域１４も鮮明に表現することができるようになり、高い意匠性を実現することが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を、図４を用いて説明する。

図４は、本実施形態に係る製造方法によって製造される表示体の画素領域の構成例を示す断面図である。これは、第１の実施形態における図２に対応している。

図４では、第１の実施形態で説明した部分と同一の部分については同一符号を付して示し、以下の記載では、重複説明を避け、第１の実施形態と異なる点について説明する。

すなわち、本実施形態に係る製造方法によって製造される表示体は、その断面図を図４に例示するように、積層膜１９と、基材１２との間に形成された樹脂層３１に凹凸構造が形成されている点が、第１の実施形態に係る表示体と異なっている。

この樹脂層３１は、例えば、光ナノインプリント法により凹凸構造１６を形成する場合に、基材１２の表面に塗布される光硬化性樹脂である。

本実施形態に係る製造方法では、この光硬化性樹脂３１の上に、凹凸構造１６を形成する。この場合、画素領域１４毎の構造高さｄｚを、所望の構造高さに設計した光インプリント用モールドを用意する必要がある。

画素領域１４毎に、構造高さｄｚが異なるインプリント用モールドを作製するために、第１の実施形態で説明したように、各画素領域１４の作製毎にリソグラフィ工程やドライエッチング工程を繰り返す方法を適用することも可能である。あるいは、インプリント用モールドをより簡便に作製するために、例えば荷電粒子線リソグラフィ用のレジストに対して照射する荷電粒子線の線量を画素領域１４毎に変え、各画素領域１４において所望の構造高さｄｚとなるように現像時間を調整し、形成したレジストパターン上に、例えばニッケル（Ｎｉ）等の金属を成膜し、電鋳処理を行い、レジストを溶解し、Ｎｉからなるインプリント用モールドを作製する方法を適用するようにしても良い。

このような製造方法によっても、第1の実施形態で説明したような表示体１０を製造することが可能となる。

次に、上記説明したような製造方法と、その製造方法によって製造される表示体の特性について、実施例として以下に説明する。

具体例として、合成石英ウエハ表面上にドライエッチングで微細凹凸構造を加工することによって画素領域１４を形成し、高屈折率の層１８であるＴｉＯ_２と、低屈折率の層１８であるＳｉＯ_２とからなる積層膜１９を、真空蒸着で積層して構成される表示体１０について説明する。

まず、光ナノインプリント用のモールドを用意した。光ナノインプリントにおいて照射する光の波長は、３６５ｎｍであるため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料とした。そして、合成石英の表面に、クロム（Ｃｒ）をスパッタリングにより成膜し、電子線リソグラフィにより電子線レジストパターンを形成した。

形成されたパターンは、図３（ａ）に例示するような２次元分布を有する凹凸構造の反転凹凸構造であり、単一画素の一辺が１７０ｍｍの正方形である。図３中に示すＸ方向長さｄｘは４６０ｎｍであり、Ｙ方向長さｄｙは、平均値２４００ｎｍ、標準偏差５８０ｎｍの正規分布から選択される。このようなＸ方向長さｄｘおよびＹ方向長さｄｙを有する複数の長方形を、Ｘ方向において重ならないように配列する。

そして、モールド上に、位置合わせの基準となるアライメントマークを形成した。使用した電子線レジストはポジ型であり、膜厚は２００ｎｍとした。さらに、塩素（Ｃｌ_２）と酸素（Ｏ_２）の混合ガスに高周波を印加して発生したプラズマにより、表面が露出した領域のＣｒをエッチング除去した。

続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生したプラズマにより、表面が露出した領域の石英をエッチングした。該工程によりエッチングした石英深さは７０ｎｍである。

その後、残存したレジスト、及びＣｒ膜を除去し、凹凸構造によって構成されている画素領域が形成された合成石英製の光ナノインプリント用モールドを得た。そして、この光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ＨＤ−１１００（ダイキン工業製）を塗布した。

次に、合成石英ウエハを用意した。この合成石英ウエハは、図１に例示されるような基材１２として使用されるものである。この合成石英ウエハの表面に光硬化性樹脂を塗布し、光ナノインプリント用モールドを押し当て、光ナノインプリント用モールド裏面側から、３６５ｎｍの光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、合成石英ウエハを、光ナノインプリント用モールドから剥離した。これによって、図３に例示するような２次元分布を有する凹凸構造が光硬化性樹脂に形成された合成石英ウエハを得た。

この合成石英ウエハに対して、Ｏ_２ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、凹凸構造の凹部に残存している光硬化性樹脂を除去した。さらにＯ_２ガスを４０（ｓｃｃｍ）導入し、プラズマ放電させた。なお、１（ｓｃｃｍ）は、１（ミリリットル／分）に相当する。

次に、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ_４Ｆ_８）とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを用いたプラズマによるエッチングを実施し、凹凸構造を転写した。Ｃ_４Ｆ_８を４０ｓｃｃｍ、Ａｒを６０ｓｃｃｍ導入し、プラズマチャンバー内の圧力を５ｍＴｏｒｒに設定後、ＲＩＥパワー７５Ｗ、ＩＣＰパワー４００Ｗを印加し、プラズマ放電させた。構造高さｄｚはエッチング時間を変えることにより調整した。画素領域１４の凹凸構造の構造高さｄｚは、８０ｎｍとした。なお、１（Ｔｏｒｒ）は、１（ｍｍＨｇ）に相当する。すなわち、約１３３．３２２（Ｐａ）に相当する。

次に、ＳＴ−１０５（ジメチルスルホキシド：モノエタノールアミン ＝７：３の混合液 関東化学製）を用いた有機洗浄、ＳＨ−３０３（硫酸と過酸化水素水を基本成分とする混合水溶液 関東化学製）を用いた酸洗浄を行い、構造高さｄｚの凹凸構造１６をもつ画素領域１４が形成された。

次に、合成石英ウエハの表面に再び光硬化性樹脂を塗布し、既に形成されている画素領域１４（例えば、画素領域１４（＃１））と重ならないようにずらして光ナノインプリント用モールドを押し当て、光ナノインプリント用モールド裏面側から３６５ｎｍの光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、合成石英ウエハを光ナノインプリント用モールドから剥離することによって、次の画素領域１４(例えば、画素領域１４（＃２）)の凹凸構造１６（＃２）を、光硬化性樹脂層に形成した。位置合わせは、合成石英ウエハ上に形成されたアライメントマーク１３を用いて調整し、最初に形成した画素領域１４（＃１）と重ならない位置に、画素領域１４（＃２）を形成した。

その後、合成石英ウエハに対して、Ｏ_２ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、凹凸構造の凹部に残存している光硬化性樹脂を除去した。さらに、Ｏ_２を４０ｓｃｃｍ導入し、プラズマ放電させた。

次に、Ｃ_４Ｆ_８とＡｒの混合ガスを用いたプラズマによるエッチングを実施し、凹凸構造１６を転写した。Ｃ_４Ｆ_８を４０ｓｃｃｍ、Ａｒを６０ｓｃｃｍ導入し、プラズマチャンバー内の圧力を５ｍＴｏｒｒに設定後、ＲＩＥパワー７５Ｗ、ＩＣＰパワー４００Ｗを印加し、プラズマ放電させた。構造高さｄｚは、エッチング時間を変更することにより調整し、２３０ｎｍとした。

次に、ＳＴ−１０５を用いた有機洗浄であるＳＨ−３０３を用いた酸洗浄を行い、構造高さｄｚの凹凸構造１６をもつ画素領域１４（＃１）を形成した。その後、合成石英ウエハ表面に真空蒸着法を用いて、Ｔ_ｉＯ_２の層１８を膜厚２０５ｎｍで、Ｓ_ｉＯ_２の層１８を膜厚１００ｎｍで、交互に５対１０層成膜することによって、凹凸構造１６上に積層膜１９が形成された画素領域１４（＃１、＃２）を含む表示体１０を得た。

図５は、この表示体１０の画素領域１４（＃１、＃２）に対して３０°の方向から光が入射した場合に、Ｘ方向０°において観察される波長と反射強度との関係を示す図である。

すなわち、構造高さｄｚ＝８０ｎｍの場合、曲線αに示すように、波長５６０ｎｍの緑色の光が光沢を伴って反射され、構造高さｄｚ＝２３０ｎｍの場合、曲線βに示すように、波長６００ｎｍの橙色の光が反射された。

以上説明したように、実施例によれば、表示体１０を製造するために、先ず、モールドの表面上に配列された凹凸構造を有する複数の領域が形成された、インプリント用のモールドが作成される。この凹凸構造は、図３（ａ）のような、表示体１０の画素領域１４の凹凸構造１６の反転構造となっている。

次に、モールドに形成された複数の領域が、光または熱によるインプリント法により、順次、基材１２に転写される。これによって、基材１２上には、図３（ａ）のような、所望の凹凸構造１６が転写される。

そして、基材１２に転写された凹凸構造１６上に、複数の層１８が積層されることによって積層膜１９が形成され、これによって画素領域１４が形成されることによって、表示体１０が製造される。

このように製造された表示体１０は、図５を用いて前述したように、構造高さｄｚを調節することによって、反射光の色を制御できることが示された。

以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の表示体は、意匠性の高い表示物に利用可能である。特に、表面加飾の分野においての利用が期待される。

１０・・表示体、１２・・基材、１３・・アライメントマーク、１４・・画素領域、１６・・凹凸構造、１８・・層、１９・・積層膜、２０・・凸部、２２・・凹部、３０・・四辺形、３１・・樹脂層。

Claims (13)

1. 基材の表面上に複数の画素領域が形成されてなる表示体であって、
   前記複数の画素領域の各々は、前記基材の表面と平行な平面上に配列された複数の四辺形によって形成される凸部を有する凹凸構造と、前記凹凸構造上に、前記平面と平行になるようにそれぞれ積層された、複数の層からなる積層膜とから構成され、
   前記複数の層のおのおのの厚み及び材料は、前記画素領域に依らず同一であり、
   同一の画素領域内では、前記凸部の高さは一定であり、
   前記基材の表面上に、前記凸部の高さが異なる画素領域が、少なくとも２つ形成される、
   表示体。
2. 前記画素領域のＸＹ方向と、前記複数の四辺形のＸＹ方向とが一致し、
   前記同一の画素領域内では、前記複数の四辺形のＸ方向長さは一定である、請求項１に記載の表示体。
3. 前記同一の画素領域内において、前記複数の四辺形のＹ方向長さは、前記複数の四辺形のＸ方向長さ以上、前記画素領域のＹ方向長さ以下である、請求項２に記載の表示体。
4. 前記同一の画素領域内において、前記複数の四辺形のＹ方向長さは、正規分布に従う、請求項３に記載の表示体。
5. 前記同一の画素領域内において、前記平面上における前記四辺形が配列された面積と配列されていない面積との比を１：１とした、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の表示体。
6. 前記基材表面上に形成された層に、前記複数の画素領域を形成した、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の表示体。
7. 前記複数の層のうち、上下に隣接する２つの層は、同じ波長領域の光を透過し、前記波長領域において異なる屈折率を持つ材料で構成された、請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の表示体。
8. 前記波長領域は、可視光波長領域であり、前記複数の四辺形のＸ方向長さは、７００ｎｍ以下である、請求項７に記載の表示体。
9. 前記凸部の高さが５ｎｍ以上異なる画素領域の組が存在する、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の表示体。
10. 前記複数の画素領域のすべての辺の長さが、１０μｍ以上である、請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の表示体。
11. 前記基材を、可視光波長領域の光を吸収する材料により形成した、請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の表示体。
12. 前記基材の裏面を、可視光波長領域の光を吸収する材料により形成した、請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の表示体。
13. 基材表面に複数の画素領域が形成された表示体を製造するための方法であって、
    モールドの表面上に配列された凹凸構造を有する複数の領域が形成された、インプリント用の前記モールドを作製することと、
    前記モールドに形成された複数の領域を、インプリント法により、順次、前記基材に転写することと、
    前記基材に転写された複数の領域の凹凸構造上に、前記基材の表面と平行になるように、同一厚みを有する同一材料からなる複数の層を積層し、前記複数の画素領域を形成することによって、前記表示体を製造することとを備え、
    前記インプリント法は、光インプリント法または熱インプリント法であり、
    同一の画素領域内では、前記凹凸構造における凸部の高さは一定であり、前記基材の表面上に、前記凸部の高さが異なる画素領域が、少なくとも２つ形成される、製造方法。