JP7463733B2 - Color-developing structure and method for producing the color-developing structure - Google Patents

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Description

本発明は、構造色を呈する発色構造体、および、発色構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a color-developing structure that exhibits structural color and a method for manufacturing the color-developing structure.

モルフォ蝶等の自然界の生物の色として多く観察される構造色は、光の回折や干渉や散乱といった、物体の微細な構造に起因した光学現象の作用によって視認される色である。例えば、多層膜干渉による構造色は、相互に隣り合う薄膜の界面で光が反射し、その反射した光が干渉することによって生じる。多層膜干渉は、モルフォ蝶の翅の発色原理の1つである。モルフォ蝶の翅では、多層膜干渉に加えて、翅の表面の微細な凹凸構造によって光の散乱や回折が生じる結果、鮮やかな青色が広い観察角度において視認される。 Structural colors, which are often observed in natural creatures such as Morpho butterflies, are colors that are visible due to optical phenomena caused by the minute structure of an object, such as light diffraction, interference, and scattering. For example, structural colors caused by multilayer interference are produced when light is reflected at the interface between adjacent thin films and the reflected light interferes. Multilayer interference is one of the principles behind the coloring of Morpho butterfly wings. In addition to multilayer interference, the minute uneven structure of the wing surface causes light scattering and diffraction, resulting in a vivid blue color that can be seen from a wide observation angle.

モルフォ蝶の翅のような構造色を人工的に再現する構造として、特許文献1に記載のように、不均一に配列された微細な凹凸を有する基材の表面に、多層膜層が積層された構造が提案されている。平面に多層膜層が積層された構造では、視認される反射光の波長が観察角度によって大きく変化するため、視認される色が観察角度によって大きく変化する。これに対し、特許文献1の構造では、干渉によって強められた反射光が不規則な凹凸によって多方向に広がるため、観察角度による色の変化が緩やかになる。その結果、モルフォ蝶の翅のように広い観察角度で特定の色を呈する構造体が実現される。 As a structure for artificially reproducing structural colors like those of the wings of a Morpho butterfly, a structure has been proposed in which a multilayer film layer is laminated on the surface of a substrate having fine irregularities arranged in an uneven manner, as described in Patent Document 1. In a structure in which a multilayer film layer is laminated on a flat surface, the wavelength of the reflected light seen changes significantly depending on the observation angle, and therefore the color seen changes significantly depending on the observation angle. In contrast, in the structure of Patent Document 1, the reflected light is intensified by interference and spreads in multiple directions due to the irregular irregularities, so the color changes gradually depending on the observation angle. As a result, a structure that exhibits a specific color at a wide observation angle, like the wings of a Morpho butterfly, is realized.

特開2005-153192号公報JP 2005-153192 A

しかしながら、多層膜層の製造工程では、互いに異なる材料から形成された薄膜が相互に隣り合うように、複数の薄膜を精密な膜厚で順に積層することが必要である。そのため、上述したような、微細な凹凸構造に多層膜層が積層された構造体の製造に要する負荷は大きい。 However, in the manufacturing process of a multilayer film, it is necessary to stack multiple thin films in order with precise film thicknesses so that thin films made of different materials are adjacent to each other. Therefore, the load required to manufacture a structure in which multiple film layers are stacked on a fine uneven structure as described above is large.

本発明は、簡易な構成で、観察角度の変化による色変化を抑えることのできる発色構造体、および、発色構造体の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a color-producing structure that has a simple configuration and can suppress color changes caused by changes in the observation angle, and a method for manufacturing the color-producing structure.

上記課題を解決する発色構造体は、凹凸構造を有する凹凸層と、前記凹凸構造に追従した表面形状を有し、干渉によって強められた反射光を射出する単層の薄膜からなる誘電体層と、を備え、前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から1段以上の段差形状を有し、前記凹凸層の表面と対向する視点から見て、前記凸部が構成するパターンは、第1方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さが前記第1方向に沿った長さ以上である複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第2方向に沿った長さの標準偏差は、前記第1方向に沿った長さの標準偏差よりも大きく、前記誘電体層の材料の可視領域での消衰係数は、前記反射光における支配色の波長域にて最も小さい値を有し、前記支配色の波長域以外にて最も大きい値を有する。 The color-developing structure that solves the above problem includes a concave-convex layer having a concave-convex structure, and a dielectric layer made of a single thin film that has a surface shape that follows the concave-convex structure and emits reflected light that is enhanced by interference, and the convex parts that make up the concave-convex structure have a step shape of one or more steps from a plane on which the base of the convex part is located, and when viewed from a viewpoint facing the surface of the concave-convex layer, the pattern that the convex parts make up includes a pattern consisting of a collection of multiple graphic elements whose length along a first direction is less than a subwavelength and whose length along a second direction perpendicular to the first direction is greater than the length along the first direction, and the standard deviation of the length along the second direction of the multiple graphic elements is greater than the standard deviation of the length along the first direction, and the extinction coefficient in the visible region of the material of the dielectric layer has the smallest value in the wavelength range of the dominant color in the reflected light and the largest value outside the wavelength range of the dominant color.

上記課題を解決する発色構造体は、凹凸構造を有する凹凸層と、前記凹凸構造に追従した表面形状を有し、干渉によって強められた反射光を射出する単層の薄膜からなる誘電体層と、を備え、前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から1段以上の段差形状を有し、前記凹凸層の表面と対向する視点から見て、前記凸部が構成するパターンは、第1方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さが前記第1方向に沿った長さ以上である複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第2方向に沿った長さの標準偏差は、前記第1方向に沿った長さの標準偏差よりも大きく、前記誘電体層は、金属酸化物、金属窒化物、および、金属酸窒化物のいずれかの金属化合物からなり、当該金属化合物は、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する。 The color-developing structure that solves the above problem includes a concave-convex layer having a concave-convex structure, and a dielectric layer made of a single thin film that has a surface shape that follows the concave-convex structure and emits reflected light that is enhanced by interference, the convex parts that make up the concave-convex structure have a step shape of one or more steps from a plane on which the base of the convex part is located, and when viewed from a viewpoint facing the surface of the concave-convex layer, the pattern made up of the convex parts includes a pattern consisting of a collection of multiple geometric elements whose length along a first direction is less than a subwavelength and whose length along a second direction perpendicular to the first direction is greater than the length along the first direction, and the standard deviation of the length along the second direction of the multiple geometric elements is greater than the standard deviation of the length along the first direction, and the dielectric layer is made of a metal compound that is any one of a metal oxide, a metal nitride, and a metal oxynitride, and the metal compound has a composition in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition.

上記構成によれば、干渉を生じさせる誘電体層が単層の薄膜であるため、多層膜層を用いる場合と比較して、発色構造体の構成が簡易となり、発色構造体の製造に要する負荷が軽減される。また、誘電体層が、可視領域の上記支配色以外の光のうちに吸収性を有するため、この吸収性を有する波長域の光が、発色構造体からの反射光に含まれることが抑えられる。したがって、発色構造体が呈する支配色の鮮明さが高められる。 According to the above configuration, since the dielectric layer that generates interference is a single thin film, the color-producing structure can be constructed more simply than when a multi-layer film is used, and the burden required for manufacturing the color-producing structure is reduced. In addition, since the dielectric layer is absorptive of light other than the dominant color in the visible range, light in the wavelength range in which it is absorptive is prevented from being included in the reflected light from the color-producing structure. Therefore, the clarity of the dominant color exhibited by the color-producing structure is enhanced.

上記構成において、前記誘電体層は、酸化チタンからなり、前記酸化チタンは、化学量論組成よりもチタンを多く含んでもよい。
上記構成によれば、可視領域の支配色以外の光のうちに吸収性を有する誘電体層が好適に実現される。
In the aforementioned configuration, the dielectric layer may be made of titanium oxide, and the titanium oxide may contain more titanium than in a stoichiometric composition.
According to the above-mentioned configuration, a dielectric layer having an absorption property for light other than the dominant color in the visible region is suitably realized.

上記構成において、前記誘電体層は前記凹凸層に接し、前記誘電体層に対して前記凹凸層と反対側に位置し、前記反射光の強度を強める機能を有する反射層を備えてもよい。
上記構成によれば、誘電体層に対して凹凸層の位置する側から観察される発色構造体において、反射光の強度が高められる。したがって、発色構造体が呈する色の視認性が高められる。
In the above-described configuration, the dielectric layer may be in contact with the uneven layer, and may further include a reflective layer located on the opposite side of the dielectric layer to the uneven layer and having a function of enhancing the intensity of the reflected light.
According to the above-mentioned configuration, the intensity of reflected light is increased in the coloring structure observed from the side where the concave-convex layer is located relative to the dielectric layer, thereby improving the visibility of the color exhibited by the coloring structure.

上記構成において、前記凹凸層と前記誘電体層との間に位置し、前記反射光の強度を強める機能を有する反射層を備えてもよい。
上記構成によれば、凹凸層に対して誘電体層の位置する側から観察される発色構造体において、反射光の強度が高められる。したがって、発色構造体が呈する色の視認性が高められる。
In the above-described configuration, a reflective layer may be provided between the concave-convex layer and the dielectric layer, the reflective layer having a function of enhancing the intensity of the reflected light.
According to the above-mentioned configuration, the intensity of reflected light is increased in the coloring structure observed from the side where the dielectric layer is located relative to the concave-convex layer, thereby improving the visibility of the color exhibited by the coloring structure.

上記構成において、前記誘電体層は、10nm以上10μm以下の厚さを有してもよい。
上記構成において、前記誘電体層の材料の屈折率は、1.5より大きく3.0以下であってもよい。
上記各構成によれば、誘電体層における光の干渉が好適に生じやすくなる。
In the aforementioned configuration, the dielectric layer may have a thickness of not less than 10 nm and not more than 10 μm.
In the aforementioned configuration, the refractive index of the material of the dielectric layer may be greater than 1.5 and less than or equal to 3.0.
According to each of the above configurations, optical interference in the dielectric layer is easily and suitably generated.

上記構成において、前記反射層における前記誘電体層を透過した光の反射率が30%以上であってもよい。
上記構成において、前記反射層は金属材料から構成されてもよい。
上記構成において、前記反射層は、50nm以上の厚さを有してもよい。
上記各構成によれば、反射光の強度がより高められる。
In the above configuration, the reflective layer may have a reflectance of 30% or more for light transmitted through the dielectric layer.
In the above configuration, the reflective layer may be made of a metal material.
In the aforementioned configuration, the reflective layer may have a thickness of 50 nm or more.
According to each of the above configurations, the intensity of the reflected light is further increased.

上記構成において、前記凹凸層を支持する基材をさらに備えてもよい。
上記構成によれば、凹凸構造の形成にインプリント法を適用することが容易である。
In the above configuration, a substrate supporting the concave-convex layer may be further provided.
According to the above configuration, it is easy to apply the imprint method to the formation of the concave-convex structure.

上記構成において、前記凹凸層の表面と対向する視点から前記凹凸構造を見たとき、前記凸部が構成するパターンは、前記図形要素の集合からなる第1パターンと、前記第2方向に沿って延び、前記第1方向に沿って並ぶ複数の帯状領域からなる第2パターンとが重ね合わされたパターンであり、前記第2パターンにおいて、前記第1方向に沿った前記帯状領域の配列間隔は、前記複数の帯状領域において一定ではなく、前記複数の帯状領域における前記配列間隔の平均値は、前記誘電体層への入射光に含まれる波長域における最小波長の1/2以上であり、前記凸部は、前記凹凸層の厚さ方向への投影像が前記第1パターンを構成する要素であって所定の高さを有する凸部要素と、前記厚さ方向への投影像が前記第2パターンを構成する要素であって所定の高さを有する凸部要素とが高さ方向に重ねられた多段形状を有してもよい。 In the above configuration, when the uneven structure is viewed from a viewpoint facing the surface of the uneven layer, the pattern formed by the convex portion is a pattern in which a first pattern consisting of a set of the graphic elements and a second pattern consisting of a plurality of strip-shaped regions extending along the second direction and aligned along the first direction are superimposed, and in the second pattern, the arrangement interval of the strip-shaped regions along the first direction is not constant in the plurality of strip-shaped regions, and the average value of the arrangement interval in the plurality of strip-shaped regions is equal to or greater than 1/2 of the minimum wavelength in the wavelength range included in the light incident on the dielectric layer, and the convex portion may have a multi-step shape in which a convex portion element having a predetermined height and an ...

上記構成によれば、凹凸構造によって反射光の拡散効果と回折効果とが得られる。その結果、干渉で強められた反射光、すなわち、支配色が広い観察角度で観察可能であるとともに、この反射光の強度が高められることにより光沢感のある鮮やかな色が視認される。 According to the above configuration, the uneven structure provides a diffusion effect and a diffraction effect for the reflected light. As a result, the reflected light enhanced by interference, i.e., the dominant color, can be observed at a wide observation angle, and the increased intensity of this reflected light allows the visual perception of a glossy, vivid color.

上記課題を解決する発色構造体の製造方法は、凹版を形成する工程と、インプリント法を用いて前記凹版の凹凸を転写することにより、基材上に凹凸構造を有する樹脂層を形成する工程と、前記凹凸構造に追従した表面形状を有し、干渉によって強められた反射光を射出する単層の薄膜からなる誘電体層を、可視領域での消衰係数が、前記反射光における支配色の波長域に最も小さい値を有し、前記支配色の波長域以外にて最も大きい値を有する材料から形成する工程と、を含み、前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から1段以上の段差形状を有し、前記樹脂層の表面と対向する視点から見て、前記凸部が構成するパターンは、第1方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さが前記第1方向に沿った長さ以上である複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第2方向に沿った長さの標準偏差は、前記第1方向に沿った長さの標準偏差よりも大きい。 A method for manufacturing a color-developing structure that solves the above problem includes the steps of forming an intaglio plate, transferring the intaglio plate's intaglio plate's intaglio plate using an imprinting method to form a resin layer having an intaglio structure on a substrate, and forming a dielectric layer made of a single-layer thin film that has a surface shape that follows the intaglio structure and emits reflected light that is enhanced by interference, from a material whose extinction coefficient in the visible range is the smallest in the wavelength range of the dominant color of the reflected light and the largest outside the wavelength range of the dominant color. The convex portions that make up the intaglio structure have a step shape with one or more steps from a plane on which the bases of the convex portions are located, and when viewed from a viewpoint facing the surface of the resin layer, the pattern made up of the convex portions includes a pattern consisting of a set of multiple graphic elements whose length along a first direction is less than a subwavelength and whose length along a second direction perpendicular to the first direction is greater than the length along the first direction, and the standard deviation of the length along the second direction in the multiple graphic elements is greater than the standard deviation of the length along the first direction.

上記課題を解決する発色構造体の製造方法は、凹版を形成する工程と、インプリント法を用いて前記凹版の凹凸を転写することにより、基材上に凹凸構造を有する樹脂層を形成する工程と、前記凹凸構造に追従した表面形状を有し、干渉によって強められた反射光を射出する単層の薄膜からなる誘電体層を、金属酸化物、金属窒化物、および、金属酸窒化物のいずれかの金属化合物であって、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する前記金属化合物から形成する工程と、を含み、前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から1段以上の段差形状を有し、前記樹脂層の表面と対向する視点から見て、前記凸部が構成するパターンは、第1方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さが前記第1方向に沿った長さ以上である複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第2方向に沿った長さの標準偏差は、前記第1方向に沿った長さの標準偏差よりも大きい。 The method for manufacturing a color-developing structure that solves the above problem includes the steps of forming an intaglio plate, forming a resin layer having an intaglio structure on a substrate by transferring the intaglio plate intaglio using an imprinting method, and forming a dielectric layer consisting of a single-layer thin film that has a surface shape that follows the intaglio structure and emits reflected light that is intensified by interference from a metal compound that is any one of metal oxides, metal nitrides, and metal oxynitrides, and has a composition in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition. The convex portions that constitute the intaglio structure have a step shape of one or more steps from a plane on which the bases of the convex portions are located, and the pattern constituted by the convex portions includes a pattern consisting of a set of multiple graphic elements whose length along a first direction is equal to or less than a subwavelength and whose length along a second direction perpendicular to the first direction is equal to or greater than the length along the first direction, and the standard deviation of the length along the second direction in the multiple graphic elements is greater than the standard deviation of the length along the first direction.

上記製法によれば、干渉を生じさせる誘電体層が単層の薄膜であるため、多層膜層を用いる場合と比較して、発色構造体の構成が簡易となり、発色構造体の製造に要する負荷が軽減される。また、インプリント法を用いて凹凸構造が形成されるため、微細な凹凸を有する凹凸層を好適に、かつ、簡便に形成することができる。 According to the above manufacturing method, the dielectric layer that causes interference is a single thin film, so compared to the case where a multi-layer film is used, the color-developing structure can be constructed more simply, and the burden required for manufacturing the color-developing structure can be reduced. In addition, since the uneven structure is formed using the imprinting method, an uneven layer having fine unevenness can be formed conveniently and easily.

本発明によれば、簡易な構成で、観察角度の変化による色変化を抑えることができる。 The present invention makes it possible to suppress color changes caused by changes in the observation angle with a simple configuration.

発色構造体の第1実施形態について、第1の構造の凹凸構造を有する発色構造体の断面構造を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of a coloring structure having a first uneven structure according to a first embodiment of the coloring structure. 第1実施形態の発色構造体について、(a)は、第1の構造の凹凸構造の平面構造を示す図、(b)は、第1の構造の凹凸構造の断面構造を示す図。1A is a plan view of a first uneven surface structure of a color-developing structure according to a first embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the first uneven surface structure of the color-developing structure according to a first embodiment. 第1実施形態の発色構造体について、第2の構造の凹凸構造を有する発色構造体の断面構造を示す図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a coloring structure having a concave-convex structure of a second structure in the coloring structure of the first embodiment. 第1実施形態の発色構造体について、(a)は、第2凸部要素のみからなる凹凸構造の平面構造を示す図、(b)は、第2凸部要素のみからなる凹凸構造の断面構造を示す図。Regarding the color-developing structure of the first embodiment, (a) is a diagram showing the planar structure of the uneven structure consisting only of second convex elements, and (b) is a diagram showing the cross-sectional structure of the uneven structure consisting only of second convex elements. 第1実施形態の発色構造体について、(a)は、第2の構造の凹凸構造の平面構造を示す図、(b)は、第2の構造の凹凸構造の断面構造を示す図。4A is a plan view of the concave-convex structure of the second structure of the color-developing structure of the first embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the concave-convex structure of the second structure. TiOの屈折率および消衰係数の波長に応じた変化を示す図。FIG. 1 shows the variation of the refractive index and extinction coefficient of TiO2 as a function of wavelength. TiOの屈折率および消衰係数の波長に応じた変化を示す図。FIG. 2 shows the variation of the refractive index and extinction coefficient of TiO x as a function of wavelength. アルミニウムの屈折率および消衰係数の波長に応じた変化を示す図。FIG. 2 is a graph showing the change in refractive index and extinction coefficient of aluminum as a function of wavelength. ポリエチレンテレフタラートの屈折率および消衰係数の波長に応じた変化を示す図。FIG. 2 is a graph showing the change in refractive index and extinction coefficient of polyethylene terephthalate as a function of wavelength. TiOおよびTiOの各々を用いた場合の反射光の波長を示す図。FIG. 13 is a diagram showing the wavelength of reflected light when TiO2 and TiOx are used. 発色構造体の第2実施形態について、発色構造体の断面構造を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure of a coloring structure according to a second embodiment of the coloring structure; 変形例の発色構造体の断面構造を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a color-producing structure according to a modified example.

(第1実施形態)
図1~図10を参照して、発色構造体、および、発色構造体の製造方法の第1実施形態を説明する。発色構造体が対象とする入射光および反射光は、可視領域の光である。以下の説明において、可視領域の光とは、360nm以上830nm以下の波長域の光を指す。
First Embodiment
A first embodiment of a color-emitting structure and a method for manufacturing the color-emitting structure will be described with reference to Figures 1 to 10. The incident light and reflected light that the color-emitting structure targets are light in the visible region. In the following description, light in the visible region refers to light in the wavelength range of 360 nm or more and 830 nm or less.

[発色構造体の構成]
図1が示すように、発色構造体10は、基材12と、凹凸層の一例である樹脂層13と、誘電体層14と、反射層15とを備えている。
[Configuration of color-developing structure]
As shown in FIG. 1, the color-developing structure 10 includes a substrate 12 , a resin layer 13 which is an example of a concave-convex layer, a dielectric layer 14 , and a reflective layer 15 .

基材12は、平坦な層であり、樹脂層13を支持している。基材12は、可視領域全体の光を透過する材料、すなわち、可視領域の光に対して透明な材料から構成される。例えば、基材12としては、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート(PET)等の樹脂からなるフィルムが用いられる。発色構造体10の可撓性が高められる観点では、基材12は樹脂フィルムであることが好ましい。基材12の膜厚は、例えば、10μm以上100μm以下である。 The substrate 12 is a flat layer and supports the resin layer 13. The substrate 12 is made of a material that transmits light in the entire visible range, that is, a material that is transparent to light in the visible range. For example, the substrate 12 may be a synthetic quartz substrate or a film made of a resin such as polyethylene terephthalate (PET). From the viewpoint of increasing the flexibility of the color-developing structure 10, the substrate 12 is preferably a resin film. The thickness of the substrate 12 is, for example, 10 μm or more and 100 μm or less.

樹脂層13は、基材12と接する面とは反対側の面である表面に、凹凸構造を有する。樹脂層13の有する凹凸構造は、不規則に配置された複数の凸部を含む。樹脂層13は、可視領域全体の光を透過する樹脂、すなわち、可視領域の光に対して透明な樹脂から構成される。樹脂層13の材料の樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂が用いられる。 The resin layer 13 has an uneven structure on the surface opposite to the surface in contact with the substrate 12. The uneven structure of the resin layer 13 includes a plurality of irregularly arranged convex portions. The resin layer 13 is made of a resin that transmits light in the entire visible range, that is, a resin that is transparent to light in the visible range. For example, a thermosetting resin or a photosetting resin is used as the resin material for the resin layer 13.

誘電体層14は、樹脂層13の表面を覆い、樹脂層13が有する凹凸構造に追従した表面形状を有している。誘電体層14は、誘電体から構成された単層の薄膜からなる層であり、干渉によって強められた反射光を射出する。誘電体層14は、金属酸化物、金属窒化物、および、金属酸窒化物のいずれかの材料から構成される。誘電体層14における光の干渉を好適に生じさせるためには、誘電体層14の材料の屈折率は、1.5より大きく3.0以下であることが好ましく、また、誘電体層14の膜厚は10nm以上10μm以下であることが好ましい。なお、誘電体層14の材料および膜厚は、発色構造体10にて発色させる所望の色に応じて、選択されればよい。 The dielectric layer 14 covers the surface of the resin layer 13 and has a surface shape that follows the uneven structure of the resin layer 13. The dielectric layer 14 is a layer consisting of a single thin film made of a dielectric, and emits reflected light that is enhanced by interference. The dielectric layer 14 is made of any of metal oxides, metal nitrides, and metal oxynitrides. In order to favorably cause optical interference in the dielectric layer 14, the refractive index of the material of the dielectric layer 14 is preferably greater than 1.5 and less than or equal to 3.0, and the film thickness of the dielectric layer 14 is preferably greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 10 μm. The material and film thickness of the dielectric layer 14 may be selected according to the desired color to be developed by the color-developing structure 10.

反射層15は、誘電体層14に対して樹脂層13とは反対側で、誘電体層14に接している。反射層15は、誘電体層14の表面の凹凸構造に追従した表面形状を有している。反射層15は、干渉によって強められて射出される反射光の強度を高める機能を有する。可視領域について透過率よりも反射率の方が大きい反射層15を実現可能であれば、その材料および膜厚は限定されないが、反射光の強度をより高めるためには、反射層15は金属材料から構成されることが好ましく、反射層15の膜厚は50nm以上であることが好ましい。 The reflective layer 15 is in contact with the dielectric layer 14 on the side opposite the resin layer 13 with respect to the dielectric layer 14. The reflective layer 15 has a surface shape that follows the uneven structure of the surface of the dielectric layer 14. The reflective layer 15 has the function of increasing the intensity of the reflected light that is enhanced by interference and emitted. As long as it is possible to realize a reflective layer 15 with a reflectance greater than the transmittance in the visible range, the material and film thickness are not limited, but in order to further increase the intensity of the reflected light, it is preferable that the reflective layer 15 is made of a metal material, and the film thickness of the reflective layer 15 is preferably 50 nm or more.

第1実施形態の発色構造体10は、樹脂層13に対して基材12の位置する側から発色構造体10に入る光を入射光として、樹脂層13に対して基材12の位置する側から観察される。言い換えれば、発色構造体10は、誘電体層14に対して樹脂層13の位置する側から観察される。 The color-forming structure 10 of the first embodiment is observed from the side where the substrate 12 is located relative to the resin layer 13, with the light that enters the color-forming structure 10 from the side where the substrate 12 is located relative to the resin layer 13 being regarded as incident light. In other words, the color-forming structure 10 is observed from the side where the resin layer 13 is located relative to the dielectric layer 14.

基材12および樹脂層13を透過した入射光が誘電体層14に入ると、誘電体層14は、薄膜干渉による反射光を射出する。すなわち、誘電体層14と樹脂層13との界面で反射した光および誘電体層14と反射層15との界面で反射した光が干渉を起こし、これによって強められた波長域の光が射出される。反射層15が、誘電体層14に対して樹脂層13と反対側に位置することにより、反射層15が設けられていない場合と比較して、観察者に向けて射出される反射光の強度が大きくなる。そして、干渉によって強められた反射光が、樹脂層13の不規則な凹凸によって散乱されて多方向に射出されるため、観察角度による色の変化が緩やかになる。 When the incident light that has passed through the substrate 12 and the resin layer 13 enters the dielectric layer 14, the dielectric layer 14 emits reflected light due to thin film interference. That is, the light reflected at the interface between the dielectric layer 14 and the resin layer 13 and the light reflected at the interface between the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 interfere with each other, and light in an enhanced wavelength range is emitted. By positioning the reflective layer 15 on the opposite side of the dielectric layer 14 from the resin layer 13, the intensity of the reflected light emitted toward the observer is greater than when the reflective layer 15 is not provided. The reflected light that has been enhanced by interference is scattered by the irregular unevenness of the resin layer 13 and emitted in multiple directions, so that the color changes depending on the observation angle are gradual.

反射光の強度を高めるためには、誘電体層14と反射層15との界面における光の反射率、すなわち、反射層15における誘電体層14を透過した光の反射率は、30%以上であることが好ましい。 To increase the intensity of the reflected light, it is preferable that the reflectance of light at the interface between the dielectric layer 14 and the reflective layer 15, i.e., the reflectance of light transmitted through the dielectric layer 14 at the reflective layer 15, is 30% or more.

上記構成において、誘電体層14の材料の屈折率をn1、樹脂層13の材料の屈折率をn2、反射層15の材料の屈折率をn3とする。n1>n2、かつ、n1>n3であるとき、干渉で強め合う可視領域の波長について下記式(1)が満たされる。下記式(1)において、dは誘電体層14の膜厚であり、mは0または任意の正の整数であり、θは入射光の入射角度であり、λは入射光の波長である。
2×n1×d×cosθ=(1/2+m)λ ・・・(1)
In the above configuration, the refractive index of the material of the dielectric layer 14 is n1, the refractive index of the material of the resin layer 13 is n2, and the refractive index of the material of the reflective layer 15 is n3. When n1>n2 and n1>n3, the following formula (1) is satisfied for wavelengths in the visible region where constructive interference occurs. In the following formula (1), d is the film thickness of the dielectric layer 14, m is 0 or any positive integer, θ is the angle of incidence of the incident light, and λ is the wavelength of the incident light.
2×n1×d×cosθ=(1/2+m)λ (1)

また、n1>n2、かつ、n1<n3であるとき、干渉で強め合う可視領域の波長について下記式(2)が満たされる。下記式(2)において、dは誘電体層14の膜厚であり、mは任意の正の整数であり、θは入射光の入射角度であり、λは入射光の波長である。
2×n1×d×cosθ=m×λ ・・・(2)
When n1>n2 and n1<n3, the following formula (2) is satisfied for wavelengths in the visible region where constructive interference occurs: In formula (2), d is the film thickness of the dielectric layer 14, m is any positive integer, θ is the angle of incidence of the incident light, and λ is the wavelength of the incident light.
2 × n1 × d × cos θ = m × λ ... (2)

上記式(1)または(2)が満たされる構成であれば、薄膜干渉によって強められた反射光が好適に得られる。 If the above formula (1) or (2) is satisfied, the reflected light is enhanced by thin film interference.

ここで、一般に、単層の薄膜干渉あるいは多層膜干渉を生じさせるための誘電体層は、反射成分を増大させるために、可視領域全体の光を透過する材料、すなわち、可視領域の全域の光に対して透明な材料から構成される。しかしながら、単層の薄膜干渉による反射光の波長域は、多層膜干渉による反射光の波長域ほど急峻なピークを有さないため、反射光の波長選択性が低くなりやすく、その結果、反射光として視認される色の鮮明さが低くなりやすい。つまり、単層の薄膜干渉を生じさせる従来の誘電体層は、特定の色を発色させるための構造体に用いるには不向きであった。 Here, generally, the dielectric layer for generating single-layer thin-film interference or multilayer interference is composed of a material that transmits light in the entire visible range, i.e., a material that is transparent to light in the entire visible range, in order to increase the reflected component. However, since the wavelength range of reflected light due to single-layer thin-film interference does not have as steep a peak as the wavelength range of reflected light due to multilayer interference, the wavelength selectivity of the reflected light tends to be low, and as a result, the vividness of the color visually recognized as reflected light tends to be low. In other words, conventional dielectric layers that generate single-layer thin-film interference were not suitable for use in structures for producing a specific color.

そこで、本実施形態では、可視領域の光のうち、誘電体層14における反射光の支配色以外の少なくとも一部の光を、誘電体層14が吸収するように、誘電体層14を構成している。反射光の支配色は、すなわち、光の干渉が生じた結果、反射光において最も強度が大きくなる波長域に対応する色である。発色構造体10には支配色が視認される。 In this embodiment, the dielectric layer 14 is configured so that it absorbs at least a portion of the light in the visible region other than the dominant color of the reflected light from the dielectric layer 14. The dominant color of the reflected light is the color that corresponds to the wavelength range in which the reflected light has the greatest intensity as a result of optical interference. The dominant color is visible in the color-producing structure 10.

詳細には、可視領域において、誘電体層14の材料の消衰係数kは、反射光の支配色の波長域にて最も小さい値を有し、かつ、支配色の波長域以外にて最も大きい値を有する。例えば、反射光の支配色の波長域において、誘電体層14の材料の消衰係数kは0であり、当該波長域から離れるほど、上記材料の消衰係数kが大きくなる。 In detail, in the visible region, the extinction coefficient k of the material of the dielectric layer 14 has the smallest value in the wavelength range of the dominant color of the reflected light, and has the largest value outside the wavelength range of the dominant color. For example, in the wavelength range of the dominant color of the reflected light, the extinction coefficient k of the material of the dielectric layer 14 is 0, and the extinction coefficient k of the material increases with distance from that wavelength range.

こうした誘電体層14は、その材料として、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物を用いることにより実現できる。これらの金属化合物は、化学量論組成を有する場合には、可視領域全体の光を透過する。そして、金属化合物の消衰係数kの最小値は、金属元素が過剰になるにつれて低波長側にシフトしやすい。なお、金属の消衰係数kは、波長が大きくなるにつれて大きくなる。 Such a dielectric layer 14 can be realized by using as its material a metal oxide, metal nitride, or metal oxynitride having a composition in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition. When these metal compounds have a stoichiometric composition, they transmit light in the entire visible range. The minimum value of the extinction coefficient k of a metal compound tends to shift toward lower wavelengths as the metal element becomes more excessive. The extinction coefficient k of a metal increases as the wavelength increases.

本実施形態の発色構造体10によれば、可視領域の光のうち、誘電体層14の反射光の支配色以外の少なくとも一部の光が、誘電体層14に吸収される。したがって、入射光のうち、反射光の支配色以外の光、すなわち、発色構造体10にて発色させたい色とは異なる色の光が、発色構造体10にて反射して観察者に視認されることが抑えられる。そのため、発色構造体10にて発色させたい特定の色がより鮮明に視認されるようになる。 According to the color-producing structure 10 of this embodiment, at least a portion of light in the visible region other than the dominant color of the reflected light from the dielectric layer 14 is absorbed by the dielectric layer 14. Therefore, light of the incident light other than the dominant color of the reflected light, i.e., light of a color different from the color desired to be produced by the color-producing structure 10, is prevented from being reflected by the color-producing structure 10 and being visually recognized by the observer. As a result, the specific color desired to be produced by the color-producing structure 10 becomes more clearly visible.

[凹凸構造の構成]
樹脂層13が有する凹凸構造の詳細について説明する。凹凸構造としては、第1の構造と第2の構造との2つの構造のいずれもが適用可能であり、これらの2つの構造の各々について説明する。図1は、第1の構造の凹凸構造を有する発色構造体10である発色構造体10Aを示している。第1の構造の凹凸構造は、複数の凸部13aと、複数の凸部13aの間の領域である凹部13bとから構成される。
[Configuration of uneven structure]
The uneven structure of the resin layer 13 will be described in detail. Either of the first structure or the second structure can be applied as the uneven structure, and each of these two structures will be described. Fig. 1 shows a coloring structure 10A, which is a coloring structure 10 having the uneven structure of the first structure. The uneven structure of the first structure is composed of a plurality of convex portions 13a and concave portions 13b, which are regions between the plurality of convex portions 13a.

<第1の構造>
図2を参照して、第1の構造の凹凸構造の詳細を説明する。図2(a)は、樹脂層13をその表面と対向する視点から見た平面図であり、図2(b)は、図2(a)のII-II線に沿った樹脂層13の断面図である。図2(a)においては、凹凸構造を構成する凸部13aにドットを付して示している。
<First Structure>
The uneven structure of the first structure will be described in detail with reference to Fig. 2. Fig. 2(a) is a plan view of the resin layer 13 as viewed from a viewpoint opposite to its surface, and Fig. 2(b) is a cross-sectional view of the resin layer 13 taken along line II-II in Fig. 2(a). In Fig. 2(a), the protrusions 13a constituting the uneven structure are indicated by dots.

図2(a)が示すように、第1方向Dxと第2方向Dyとは、樹脂層13の広がる方向に沿った平面に含まれる方向であり、第1方向Dxと第2方向Dyとは直交する。上記平面は、樹脂層13の厚さ方向と直交する面である。 As shown in FIG. 2(a), the first direction Dx and the second direction Dy are directions included in a plane along the direction in which the resin layer 13 spreads, and are perpendicular to the first direction Dx and the second direction Dy. The plane is a surface perpendicular to the thickness direction of the resin layer 13.

樹脂層13をその表面と対向する視点から見たとき、凸部13aが構成するパターンは、破線によって示す複数の矩形Rの集合からなるパターンである。矩形Rは、図形要素の一例である。矩形Rは、第2方向Dyに延びる形状を有し、矩形Rにおいて、第2方向Dyの長さd2は、第1方向Dxの長さd1以上の大きさを有する。複数の矩形Rは、第1方向Dxおよび第2方向Dyのいずれにおいても重ならないように配列されている。 When the resin layer 13 is viewed from a viewpoint opposite to its surface, the pattern formed by the convex portions 13a is a pattern consisting of a collection of multiple rectangles R indicated by dashed lines. The rectangles R are an example of a geometric element. The rectangles R have a shape that extends in the second direction Dy, and the length d2 of the rectangles R in the second direction Dy is greater than or equal to the length d1 of the first direction Dx. The multiple rectangles R are arranged so as not to overlap in either the first direction Dx or the second direction Dy.

複数の矩形Rにおいて、第1方向Dxの長さd1は一定である。第1方向Dxにおける複数の矩形Rの配列間隔はd1であり、すなわち、複数の矩形Rは、第1方向Dxにd1の周期で配置されている。 The length d1 of the multiple rectangles R in the first direction Dx is constant. The arrangement interval of the multiple rectangles R in the first direction Dx is d1, that is, the multiple rectangles R are arranged in the first direction Dx at a period of d1.

一方、複数の矩形Rにおいて、第2方向Dyの長さd2は不規則であって、各矩形Rにおける長さd2は、所定の標準偏差を有する母集団から選択された値である。この母集団は、正規分布に従うことが好ましい。複数の矩形Rからなるパターンは、例えば、所定の標準偏差で分布する長さd2を有する複数の矩形Rを所定の領域内に仮に敷き詰め、各矩形Rの実際の配置の有無を一定の確率に従って決定することにより、矩形Rの配置される領域と矩形Rの配置されない領域とを設定することによって形成される。誘電体層14からの反射光を効率よく散乱させるためには、長さd2は、平均値が4.13μm以下、かつ、標準偏差が1μm以下の分布を有することが好ましい。 On the other hand, the length d2 in the second direction Dy of the multiple rectangles R is irregular, and the length d2 of each rectangle R is a value selected from a population having a predetermined standard deviation. This population preferably follows a normal distribution. A pattern consisting of multiple rectangles R is formed, for example, by temporarily laying out multiple rectangles R having lengths d2 distributed with a predetermined standard deviation in a predetermined area, and determining whether or not each rectangle R is actually placed according to a certain probability, thereby setting areas where rectangles R are placed and areas where rectangles R are not placed. In order to efficiently scatter reflected light from the dielectric layer 14, it is preferable that the length d2 has a distribution with an average value of 4.13 μm or less and a standard deviation of 1 μm or less.

矩形Rの配置されている領域が、凸部13aの配置される領域であり、互いに隣接する矩形Rが接する場合には、各矩形Rの配置されている領域が結合された1つの領域に1つの凸部13aが配置される。こうした構成においては、凸部13aの第1方向Dxの長さは、矩形Rの長さd1の整数倍である。 The region in which the rectangles R are arranged is the region in which the convex portion 13a is arranged, and when adjacent rectangles R are in contact with each other, one convex portion 13a is arranged in one region in which the regions in which the rectangles R are arranged are joined. In this configuration, the length of the convex portion 13a in the first direction Dx is an integer multiple of the length d1 of the rectangles R.

凹凸に起因して虹色の分光が生じることを抑えるために、矩形Rにおける第1方向Dxの長さd1は可視領域の光の波長以下とされる。換言すれば、長さd1は、サブ波長以下、すなわち、入射光の波長域以下の長さを有する。すなわち、長さd1は830nm以下であることが好ましく、700nm以下であることがより好ましい。さらに、長さd1は、誘電体層14における反射光の支配色の波長域よりも小さいことが好ましい。例えば、発色構造体10にて青色を発色させる場合は、長さd1は300nm程度であることが好ましく、発色構造体10にて緑色を発色させる場合は、長さd1は400nm程度であることが好ましく、発色構造体10にて赤色を発色させる場合は、長さd1は460nm程度であることが好ましい。 In order to prevent rainbow-colored light from scattering due to unevenness, the length d1 in the first direction Dx of the rectangle R is set to be equal to or less than the wavelength of light in the visible region. In other words, the length d1 is equal to or less than the subwavelength, i.e., equal to or less than the wavelength range of the incident light. That is, the length d1 is preferably equal to or less than 830 nm, and more preferably equal to or less than 700 nm. Furthermore, the length d1 is preferably smaller than the wavelength range of the dominant color of the reflected light in the dielectric layer 14. For example, when the color-producing structure 10 is used to produce blue color, the length d1 is preferably about 300 nm, when the color-producing structure 10 is used to produce green color, the length d1 is preferably about 400 nm, and when the color-producing structure 10 is used to produce red color, the length d1 is preferably about 460 nm.

誘電体層14からの反射光の広がりを大きくするため、すなわち、反射光の散乱効果を高めるためには、凹凸構造の起伏が多いことが好ましく、樹脂層13の表面と対向する視点から見て、単位面積あたりにおいて凸部13aが占める面積の比率は40%以上60%以下であることが好ましい。例えば、樹脂層13の表面と対向する視点から見て、単位面積あたりにおける凸部13aの面積と凹部13bとの面積の比率は、1:1であることが好ましい。 To increase the spread of the reflected light from the dielectric layer 14, i.e., to increase the scattering effect of the reflected light, it is preferable that the uneven structure has many undulations, and it is preferable that the ratio of the area occupied by the convex portions 13a per unit area is 40% or more and 60% or less when viewed from a viewpoint facing the surface of the resin layer 13. For example, it is preferable that the ratio of the area of the convex portions 13a to the area of the concave portions 13b per unit area is 1:1 when viewed from a viewpoint facing the surface of the resin layer 13.

図2(b)が示すように、凸部13aの高さh1は一定であり、凸部13aは、凸部13aの基部が位置する平面から1段の段差形状を有する。凸部13aの高さh1は、発色構造体10にて発色させる所望の色、すなわち、発色構造体10から反射させることの望まれる波長域に応じて設定されればよい。凸部13a上や凹部13b上における誘電体層14の表面粗さよりも、凸部13aの高さh1が大きければ、反射光の散乱効果は得られる。 2(b), the height h1 of the convex portion 13a is constant, and the convex portion 13a has a one-step shape from the plane on which the base of the convex portion 13a is located. The height h1 of the convex portion 13a may be set according to the desired color to be produced by the color-producing structure 10, i.e., the wavelength range desired to be reflected from the color-producing structure 10. If the height h1 of the convex portion 13a is greater than the surface roughness of the dielectric layer 14 on the convex portion 13a and the concave portion 13b, the scattering effect of the reflected light can be obtained.

ただし、凹凸での反射に起因した光の干渉を抑えるために、高さh1は可視領域の光の波長の1/2以下であることが好ましく、すなわち、413nm以下であることが好ましい。さらに、上記光の干渉を抑えるために、高さh1は、誘電体層14における反射光の支配色の波長域の1/2以下であることがより好ましい。 However, in order to suppress the interference of light caused by reflection from the unevenness, it is preferable that the height h1 is equal to or less than 1/2 the wavelength of light in the visible region, i.e., 413 nm or less. Furthermore, in order to suppress the above-mentioned interference of light, it is even more preferable that the height h1 is equal to or less than 1/2 the wavelength range of the dominant color of the reflected light in the dielectric layer 14.

また、高さh1が過剰に大きいと、凹凸による反射光の散乱効果が高くなりすぎて、反射光の強度が低くなりやすいため、高さh1は10nm以上200nm以下であることが好ましい。例えば、青色を呈する発色構造体10では、効果的な光の広がりを得るためには、高さh1は40nm以上130nm以下の程度であることが好ましく、散乱効果が高くなりすぎることを抑えるためには、高さh1は100nm以下であることが好ましい。 In addition, if the height h1 is excessively large, the scattering effect of the reflected light due to the unevenness becomes too high, and the intensity of the reflected light tends to decrease, so the height h1 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less. For example, in a blue color-producing structure 10, in order to obtain effective light diffusion, the height h1 is preferably approximately 40 nm or more and 130 nm or less, and in order to prevent the scattering effect from becoming too high, the height h1 is preferably 100 nm or less.

なお、矩形Rは、第1方向Dxに沿って並ぶ2つの矩形Rの一部が重なるように配列されることにより、凸部13aのパターンを構成していてもよい。すなわち、複数の矩形Rは、第1方向Dxに、長さd1よりも小さい配列間隔で配置されていてもよいし、矩形Rの配列間隔は一定でなくてもよい。矩形Rが重なり合う部分では、各矩形Rの配置されている領域が結合された1つの領域に1つの凸部13aが位置する。この場合、凸部13aの第1方向Dxの長さは、矩形Rの長さd1の整数倍とは異なる長さとなる。また、矩形Rの長さd1は、一定でなくてもよく、各矩形Rにおいて、長さd2が長さd1以上であって、複数の矩形Rにおける長さd2の標準偏差が長さd1の標準偏差よりも大きければよい。こうした構成によっても、反射光の散乱効果は得られる。 The rectangles R may be arranged so that two rectangles R arranged along the first direction Dx overlap each other to form a pattern of the convex portion 13a. That is, the rectangles R may be arranged in the first direction Dx at intervals smaller than the length d1, and the intervals between the rectangles R may not be constant. In the overlapping portion of the rectangles R, one convex portion 13a is located in one area where the areas where the rectangles R are arranged are joined. In this case, the length of the convex portion 13a in the first direction Dx is different from an integer multiple of the length d1 of the rectangle R. The length d1 of the rectangle R may not be constant, and it is sufficient that the length d2 of each rectangle R is equal to or greater than the length d1, and the standard deviation of the length d2 of the multiple rectangles R is greater than the standard deviation of the length d1. With such a configuration, the scattering effect of the reflected light can be obtained.

<第2の構造>
図3は、第2の構造の凹凸構造を有する発色構造体10である発色構造体10Bを示している。樹脂層13が第1の構造の凹凸構造を有する形態と、第2の構造の凹凸構造を有する形態とで、発色構造体10における凹凸構造の構成以外は共通する。
第2の構造の凹凸構造を構成する凸部13cは、第1の構造の凸部13aと同様の構成を有する第1凸部要素と、帯状に延びる第2凸部要素とが、樹脂層13の厚さ方向に重畳された構造を有する。
<Second Structure>
3 shows a color-forming structure 10B which is a color-forming structure 10 having a concave-convex structure of the second structure. The configuration in which the resin layer 13 has the concave-convex structure of the first structure and the configuration in which the resin layer 13 has the concave-convex structure of the second structure are common to each other except for the configuration of the concave-convex structure in the color-forming structure 10.
The convex portion 13c constituting the uneven structure of the second structure has a structure in which a first convex portion element having a configuration similar to that of the convex portion 13a of the first structure and a second convex portion element extending in a strip shape are superimposed in the thickness direction of the resin layer 13.

第1の構造の凹凸構造を有する発色構造体10Aによれば、反射光の散乱効果によって視認される色の観察角度による変化は緩やかになるものの、散乱に起因した反射光の強度の低下によって、視認される色の鮮やかさは低下する。発色構造体10の用途等によっては、より鮮やかな色を広い観察角度で観察可能なシートが求められる場合もある。第2の構造における第2凸部要素は、入射光が特定の方向へ強く回折されるように配列されており、第1凸部要素に基づく光の散乱効果と第2凸部要素に基づく光の回折効果とによって、より鮮やかな色を広い観察角度で観察可能な発色構造体10Bが実現される。 According to the color-producing structure 10A having the uneven structure of the first structure, the change in the color observed due to the observation angle is gradual due to the scattering effect of the reflected light, but the vividness of the color observed is reduced due to the decrease in the intensity of the reflected light caused by scattering. Depending on the application of the color-producing structure 10, a sheet that allows more vivid colors to be observed at a wide observation angle may be required. The second convex elements in the second structure are arranged so that the incident light is strongly diffracted in a specific direction, and the light scattering effect based on the first convex elements and the light diffraction effect based on the second convex elements realize a color-producing structure 10B that allows more vivid colors to be observed at a wide observation angle.

図4を参照して、第2凸部要素の構成について説明する。図4(a)は、第2凸部要素のみからなる凹凸構造の平面図であり、図4(b)は、図4(a)のIV-IV線に沿った断面図である。図4(a)においては、第2凸部要素にドットを付して示している。 The configuration of the second convex element will be described with reference to Figure 4. Figure 4(a) is a plan view of a concave-convex structure consisting of only the second convex element, and Figure 4(b) is a cross-sectional view taken along line IV-IV in Figure 4(a). In Figure 4(a), the second convex element is indicated by dots.

図4(a)が示すように、平面視において、第2凸部要素13Ebは、第2方向Dyに沿って一定の幅で延びる帯状を有し、複数の第2凸部要素13Ebは、第1方向Dxに沿って、間隔をあけて並んでいる。換言すれば、第2凸部要素13Ebが構成するパターンは、第2方向Dyに沿って延び、第1方向Dxに沿って並ぶ複数の帯状領域からなるパターンである。第2凸部要素13Ebにおける第1方向Dxの長さd3は、第1凸部要素のパターンを決定する上記矩形Rの長さd1と一致していてもよいし、異なっていてもよい。 As shown in FIG. 4(a), in a plan view, the second convex element 13Eb has a strip shape extending at a constant width along the second direction Dy, and the multiple second convex elements 13Eb are arranged at intervals along the first direction Dx. In other words, the pattern formed by the second convex elements 13Eb is a pattern consisting of multiple strip-shaped regions extending along the second direction Dy and arranged along the first direction Dx. The length d3 of the second convex element 13Eb in the first direction Dx may be the same as or different from the length d1 of the rectangle R that determines the pattern of the first convex element.

第1方向Dxにおける第2凸部要素13Ebの配列間隔de、すなわち、第1方向Dxにおける帯状領域の配列間隔は、第2凸部要素13Ebが構成する凹凸構造の表面での反射光の少なくとも一部が、一次回折光として観測されるように設定される。一次回折光は、換言すれば、回折次数mが1または-1である回折光である。すなわち、入射光の入射角度をθ、反射光の反射角度をφ、回折する光の波長をλとした場合、配列間隔deは、de≧λ/(sinθ+sinφ)を満たす。例えば、λ=360nmである可視光線を対象とするとき、第2凸部要素13Ebの配列間隔deは180nm以上であればよく、すなわち、配列間隔deは、入射光に含まれる波長域における最小波長の1/2以上であればよい。なお、配列間隔deは、互いに隣り合う2つの第2凸部要素13Ebの端部間の第1方向Dxに沿った距離であって、第1方向Dxにおいて第2凸部要素13Ebに対して同一の側に位置する端部間の距離である。 The arrangement interval de of the second convex elements 13Eb in the first direction Dx, i.e., the arrangement interval of the stripe region in the first direction Dx, is set so that at least a part of the reflected light on the surface of the uneven structure constituted by the second convex elements 13Eb is observed as first-order diffracted light. In other words, the first-order diffracted light is diffracted light whose diffraction order m is 1 or -1. That is, when the incident angle of the incident light is θ, the reflection angle of the reflected light is φ, and the wavelength of the diffracted light is λ, the arrangement interval de satisfies de ≧ λ / (sinθ + sinφ). For example, when a visible ray with λ = 360 nm is targeted, the arrangement interval de of the second convex elements 13Eb may be 180 nm or more, that is, the arrangement interval de may be 1/2 or more of the minimum wavelength in the wavelength range contained in the incident light. The arrangement interval de is the distance along the first direction Dx between the ends of two adjacent second convex elements 13Eb, and is the distance between the ends located on the same side of the second convex elements 13Eb in the first direction Dx.

第2凸部要素13Ebが構成するパターンの周期性は、樹脂層13が有する凹凸構造の周期性に反映される。複数の第2凸部要素13Ebの配列間隔deが一定の場合、誘電体層14の最外面での回折現象によって、誘電体層14からは、特定の波長の反射光が特定の角度に出射される。この回折による光の反射強度は、第1凸部要素に基づく光の散乱効果によって生じる反射光の反射強度と比較して非常に強いため、金属光沢のような輝きを有する光が視認されるが、一方で、回折による分光が生じ、観察角度の変化に応じて視認される色が変化する。 The periodicity of the pattern formed by the second convex elements 13Eb is reflected in the periodicity of the uneven structure of the resin layer 13. When the arrangement interval de of the multiple second convex elements 13Eb is constant, the diffraction phenomenon on the outermost surface of the dielectric layer 14 causes reflected light of a specific wavelength to be emitted from the dielectric layer 14 at a specific angle. The reflection intensity of the light due to this diffraction is much stronger than the reflection intensity of the reflected light caused by the light scattering effect based on the first convex elements, so light with a metallic luster is visible, but at the same time, the diffraction causes dispersion, and the visible color changes depending on the change in the observation angle.

したがって、例えば、青色を呈する発色構造体10が得られるように誘電体層14および第1凸部要素の構造を設計したとしても、第2凸部要素13Ebの配列間隔deを400nm~5μmの程度の一定値とすると、観察角度によっては、回折に起因した強い緑色から赤色の光が観察される。これに対し、例えば、第2凸部要素13Ebの配列間隔deを50μm程度に大きくすると、可視領域の光が回折される角度の範囲が狭くなるため、回折に起因した色の変化が視認されにくくなるが、金属光沢のような輝きを有する光は特定の観察角度でのみしか観察されない。 Therefore, even if the structure of the dielectric layer 14 and the first convex element is designed to obtain a color-producing structure 10 that exhibits a blue color, if the arrangement interval de of the second convex elements 13Eb is set to a constant value of about 400 nm to 5 μm, strong green to red light due to diffraction will be observed depending on the observation angle. In contrast, if the arrangement interval de of the second convex elements 13Eb is increased to about 50 μm, for example, the range of angles at which light in the visible range is diffracted will be narrowed, making it difficult to visually recognize color changes due to diffraction, but light with a metallic luster-like shine will be observed only at certain observation angles.

そこで、配列間隔deを一定の値とせず、第2凸部要素13Ebのパターンを、周期が異なる複数の周期構造が重ね合わされたパターンとすれば、回折による反射光に複数の波長の光が混じり合うため、分光された単色性の高い光は視認されにくくなる。したがって、光沢感のある鮮やかな色が広い観察角度で観察される。この場合、配列間隔deは、例えば、360nm以上5μm以下の範囲から選択され、複数の第2凸部要素13Ebの配列間隔deの平均値が、入射光に含まれる波長域における最小波長の1/2以上であればよい。 Therefore, if the arrangement interval de is not set to a constant value, and the pattern of the second convex element 13Eb is a pattern in which multiple periodic structures with different periods are superimposed, multiple wavelengths of light will mix in the reflected light due to diffraction, making it difficult to see the highly monochromatic light that is dispersed. Therefore, glossy, vivid colors can be observed at a wide observation angle. In this case, the arrangement interval de is selected, for example, from the range of 360 nm or more and 5 μm or less, and the average value of the arrangement interval de of the multiple second convex elements 13Eb should be 1/2 or more of the minimum wavelength in the wavelength range contained in the incident light.

ただし、配列間隔deの標準偏差が大きくなるにつれ、第2凸部要素13Ebの配列が不規則となって散乱効果が支配的になり、回折による強い反射が得られにくくなる。そのため、第2凸部要素13Ebの配列間隔deは、第1凸部要素に基づく光の散乱効果によって光が広がる角度に応じて、この光が広がる範囲と同程度の範囲に回折による反射光が出射されるように決定することが好ましい。例えば、青色の反射光が、入射角度に対して±40°の範囲に広がって出射される場合、第2凸部要素13Ebのパターンにおいて、配列間隔deを、その平均値が1μm以上5μm以下の程度であり、標準偏差が1μm程度であるように設定する。これにより、第1凸部要素に基づく光の散乱効果によって光が広がる角度と同程度の角度に回折による反射光が生じる。 However, as the standard deviation of the arrangement interval de increases, the arrangement of the second convex elements 13Eb becomes irregular, the scattering effect becomes dominant, and it becomes difficult to obtain strong reflection due to diffraction. Therefore, it is preferable to determine the arrangement interval de of the second convex elements 13Eb so that the reflected light due to diffraction is emitted in a range similar to the range in which the light spreads, depending on the angle at which the light spreads due to the light scattering effect based on the first convex elements. For example, if the reflected blue light is emitted in a range of ±40° with respect to the incident angle, the arrangement interval de in the pattern of the second convex elements 13Eb is set so that its average value is approximately 1 μm or more and 5 μm or less, and the standard deviation is approximately 1 μm. This causes the reflected light due to diffraction to be generated at an angle similar to the angle at which the light spreads due to the light scattering effect based on the first convex elements.

すなわち、複数の第2凸部要素13Ebに基づく凹凸構造は、特定の波長域の光を回折させて取り出すための構造とは異なり、配列間隔deの分散により、回折を利用して所定の角度範囲に様々な波長域の光を射出させるための構造である。 In other words, the uneven structure based on multiple second convex elements 13Eb is different from a structure for diffracting and extracting light of a specific wavelength range, and is a structure for emitting light of various wavelength ranges in a specified angle range using diffraction due to the dispersion of the array spacing de.

さらに、より長周期の回折現象を生じさせるために、一辺が10μm以上100μm以下の正方形領域を単位領域とし、単位領域ごとの第2凸部要素13Ebのパターンにおいて、配列間隔deを、平均値が1μm以上5μm以下の程度、かつ、標準偏差が1μm程度としてもよい。なお、複数の単位領域のなかには、配列間隔deが1μm以上5μm以下の範囲に含まれる一定の値である領域が含まれてもよい。配列間隔deが一定である単位領域が存在したとしても、この単位領域と隣接する単位領域のいずれかにおいて、配列間隔deが標準偏差1μm程度のばらつきを有していれば、人の目の解像度においてはすべての単位領域で配列間隔deがばらつきを有している構成と同等の効果が期待できる。 Furthermore, in order to generate a diffraction phenomenon with a longer period, a square region with one side of 10 μm to 100 μm may be used as the unit region, and the pattern of the second convex elements 13Eb for each unit region may have an arrangement interval de with an average value of approximately 1 μm to 5 μm and a standard deviation of approximately 1 μm. Note that the multiple unit regions may include a region in which the arrangement interval de is a constant value within the range of 1 μm to 5 μm. Even if a unit region with a constant arrangement interval de exists, if the arrangement interval de varies with a standard deviation of approximately 1 μm in this unit region and any of the unit regions adjacent to it, an effect equivalent to that of a configuration in which the arrangement interval de varies in all unit regions can be expected in terms of the resolution of the human eye.

なお、図4に示した第2凸部要素13Ebは、第1方向Dxのみに、配列間隔deに起因した周期性を有している。第1凸部要素に基づく光の散乱効果は、主として、発色構造体10の平面視での、第1方向Dxに沿った方向への反射光に作用するが、第2方向Dyに沿った方向への反射光にも一部影響し得る。したがって、第2凸部要素13Ebは、第2方向Dyにも周期性を有してもよい。すなわち、第2凸部要素13Ebのパターンは、第2方向Dyに延びる複数の帯状領域が、第1方向Dxと第2方向Dyとの各々に沿って並ぶパターンであってもよい。 The second convex elements 13Eb shown in FIG. 4 have periodicity due to the arrangement interval de only in the first direction Dx. The light scattering effect based on the first convex elements acts mainly on the light reflected in the direction along the first direction Dx in a plan view of the color-developing structure 10, but may also partially affect the light reflected in the direction along the second direction Dy. Therefore, the second convex elements 13Eb may also have periodicity in the second direction Dy. In other words, the pattern of the second convex elements 13Eb may be a pattern in which multiple strip-shaped regions extending in the second direction Dy are aligned along each of the first direction Dx and the second direction Dy.

こうした第2凸部要素13Ebのパターンにおいて、例えば、帯状領域の第1方向Dxに沿った配列間隔と第2方向Dyに沿った配列間隔との各々は、各々の平均値が1μm以上100μm以下であるようにばらつきを有していればよい。また、第1凸部要素に基づく光の散乱効果の第1方向Dxへの影響と第2方向Dyへの影響との違いに応じて、第1方向Dxに沿った配列間隔の平均値と、第2方向Dyに沿った配列間隔の平均値とは互いに異なっていてもよく、第1方向Dxに沿った配列間隔の標準偏差と、第2方向Dyに沿った配列間隔の標準偏差とは互いに異なっていてもよい。 In such a pattern of the second convex elements 13Eb, for example, the arrangement intervals along the first direction Dx and the arrangement intervals along the second direction Dy of the strip region may each have a variation such that the average value of each is 1 μm or more and 100 μm or less. Furthermore, depending on the difference between the influence of the light scattering effect based on the first convex elements on the first direction Dx and the influence of the light scattering effect on the second direction Dy, the average value of the arrangement intervals along the first direction Dx and the average value of the arrangement intervals along the second direction Dy may be different from each other, and the standard deviation of the arrangement intervals along the first direction Dx and the standard deviation of the arrangement intervals along the second direction Dy may be different from each other.

図4(b)が示すように、第2凸部要素13Ebの高さh2は、凸部13c上や凹部13b上における誘電体層14の表面粗さよりも大きければよい。ただし、高さh2が大きくなるほど、凹凸構造が反射光に与える効果において第2凸部要素13Ebに基づく回折効果が支配的となって、第1凸部要素に基づく光の散乱効果が得られにくくなるため、高さh2は第1凸部要素の高さh1と同程度であることが好ましく、高さh2は高さh1と一致していてもよい。例えば、第1凸部要素の高さh1と第2凸部要素13Ebの高さh2とは、10nm以上200nm以下の範囲に含まれていることが好ましく、青色を呈する発色構造体10では、第1凸部要素の高さh1と第2凸部要素13Ebの高さh2とは、10nm以上130nm以下の範囲に含まれていることが好ましい。 As shown in FIG. 4(b), the height h2 of the second convex element 13Eb may be greater than the surface roughness of the dielectric layer 14 on the convex portion 13c and the concave portion 13b. However, as the height h2 increases, the diffraction effect based on the second convex element 13Eb becomes more dominant in the effect of the uneven structure on the reflected light, making it difficult to obtain the light scattering effect based on the first convex element. Therefore, it is preferable that the height h2 is approximately the same as the height h1 of the first convex element, and the height h2 may be equal to the height h1. For example, the height h1 of the first convex element and the height h2 of the second convex element 13Eb are preferably in the range of 10 nm to 200 nm, and in the color-developing structure 10 that exhibits blue, the height h1 of the first convex element and the height h2 of the second convex element 13Eb are preferably in the range of 10 nm to 130 nm.

図5を参照して、第2の構造の凹凸構造の詳細について説明する。図5(a)は、樹脂層13をその表面と対向する視点から見た平面図であり、図5(b)は、図5(a)のV-V線に沿った樹脂層13の断面図である。図5(a)においては、第1凸部要素が構成するパターンと、第2凸部要素が構成するパターンとに異なる密度のドットを付して示している。 The uneven structure of the second structure will be described in detail with reference to Figure 5. Figure 5(a) is a plan view of the resin layer 13 as viewed from a viewpoint opposite to its surface, and Figure 5(b) is a cross-sectional view of the resin layer 13 taken along line V-V in Figure 5(a). In Figure 5(a), the pattern formed by the first convex element and the pattern formed by the second convex element are shown with dots of different densities.

図5(a)が示すように、樹脂層13をその表面と対向する視点から見た場合、凸部13cが構成するパターンは、第1凸部要素13Eaが構成するパターンである第1パターンと、第2凸部要素13Ebが構成するパターンである第2パターンとが重ね合わされたパターンである。すなわち、凸部13cが位置する領域には、第1凸部要素13Eaのみから構成される領域S1と、第1凸部要素13Eaと第2凸部要素13Ebとが重なっている領域S2と、第2凸部要素13Ebのみから構成される領域S3とが含まれる。なお、図5においては、第1凸部要素13Eaと第2凸部要素13Ebとが、第1方向Dxにおいてその端部が揃うように重ねられているが、こうした構成に限らず、第1凸部要素13Eaの端部と第2凸部要素13Ebの端部とはずれていてもよい。 As shown in FIG. 5(a), when the resin layer 13 is viewed from a viewpoint facing its surface, the pattern formed by the convex portion 13c is a pattern in which a first pattern formed by the first convex portion element 13Ea and a second pattern formed by the second convex portion element 13Eb are superimposed. That is, the region in which the convex portion 13c is located includes a region S1 formed only by the first convex portion element 13Ea, a region S2 in which the first convex portion element 13Ea and the second convex portion element 13Eb are superimposed, and a region S3 formed only by the second convex portion element 13Eb. In FIG. 5, the first convex portion element 13Ea and the second convex portion element 13Eb are superimposed so that their ends are aligned in the first direction Dx, but this is not limited to such a configuration, and the end of the first convex portion element 13Ea and the end of the second convex portion element 13Eb may be misaligned.

図5(b)が示すように、領域S1では、凸部13cの高さは、第1凸部要素13Eaの高さh1である。また、領域S2では、凸部13cの高さは、第1凸部要素13Eaの高さh1と第2凸部要素13Ebの高さh2との和である。また、領域S3では、凸部13cの高さは、第2凸部要素13Ebの高さh2である。このように、凸部13cは、樹脂層13の厚さ方向への投影像が第1パターンを構成し、所定の高さh1を有する第1凸部要素13Eaと、上記厚さ方向への投影像が第2パターンを構成し、所定の高さh2を有する第2凸部要素13Ebとが、高さ方向に重ねられた多段形状を有する。ちなみに、凸部13cは、凸部13cの基部から、第1凸部要素13Eaに第2凸部要素13Ebが積層されていると捉えることもできるし、第2凸部要素13Ebに第1凸部要素13Eaが積層されていると捉えることもできる。 As shown in FIG. 5B, in region S1, the height of convex portion 13c is the height h1 of first convex portion element 13Ea. In region S2, the height of convex portion 13c is the sum of the height h1 of first convex portion element 13Ea and the height h2 of second convex portion element 13Eb. In region S3, the height of convex portion 13c is the height h2 of second convex portion element 13Eb. In this way, convex portion 13c has a multi-stage shape in which first convex portion element 13Ea, whose projection image in the thickness direction of resin layer 13 constitutes a first pattern and has a predetermined height h1, and second convex portion element 13Eb, whose projection image in the thickness direction constitutes a second pattern and has a predetermined height h2, are stacked in the height direction. Incidentally, the convex portion 13c can be considered as the first convex element 13Ea having the second convex element 13Eb stacked on top of it, or the first convex element 13Ea having the second convex element 13Eb stacked on top of it, starting from the base of the convex portion 13c.

なお、第1凸部要素13Eaが構成するパターンと、第2凸部要素13Ebが構成するパターンとは、第1凸部要素13Eaと第2凸部要素13Ebとが重ならないように配置されてもよい。こうした構造によっても、第1凸部要素13Eaに基づく光の散乱効果と第2凸部要素13Ebに基づく光の回折効果とは得られる。ただし、第1凸部要素13Eaと第2凸部要素13Ebとを互いに重ならないように配置しようとすれば、第1の構造と比較して、単位面積あたりにおける第1凸部要素13Eaの配置可能な面積が小さくなり、光の散乱効果が低下する。したがって、凸部要素13Ea,13Ebに基づく光の散乱効果と回折効果とを高めるためには、図5に示したように、第1凸部要素13Eaと第2凸部要素13Ebとを重ねて凸部13cを多段形状とすることが好ましい。 The pattern formed by the first convex element 13Ea and the pattern formed by the second convex element 13Eb may be arranged so that the first convex element 13Ea and the second convex element 13Eb do not overlap. Even with such a structure, the light scattering effect based on the first convex element 13Ea and the light diffraction effect based on the second convex element 13Eb can be obtained. However, if the first convex element 13Ea and the second convex element 13Eb are arranged so that they do not overlap each other, the area in which the first convex element 13Ea can be arranged per unit area becomes smaller than that of the first structure, and the light scattering effect decreases. Therefore, in order to increase the light scattering effect and diffraction effect based on the convex elements 13Ea and 13Eb, it is preferable to overlap the first convex element 13Ea and the second convex element 13Eb to form the convex 13c into a multi-step shape, as shown in FIG. 5.

[誘電体層の特性]
誘電体層14の特性について、シミュレーション結果を用いて説明する。当該シミュレーションにおいては、発色構造体10に青色を発色させる場合において、誘電体層14の材料として、化学量論組成の酸化チタン(TiO)を用いたときと、化学量論組成よりも金属元素が過剰な酸化チタン(TiO:0<x<2)を用いたときとの各々について、反射光の波長域を求めた。TiOは、言い換えれば、TiOに対して酸素が欠損している状態の酸化チタンである。また、当該シミュレーションにおいては、反射層15の材料にアルミニウムを適用した。
[Characteristics of the dielectric layer]
The characteristics of the dielectric layer 14 will be described using the results of a simulation. In the simulation, when the color-producing structure 10 is caused to produce blue color, the wavelength range of reflected light was obtained for each of the cases where titanium oxide (TiO 2 ) of stoichiometric composition was used as the material of the dielectric layer 14 and where titanium oxide (TiO x : 0<x<2) having an excess of metal elements compared to the stoichiometric composition was used. In other words, TiO x is titanium oxide in a state where oxygen is deficient in TiO 2. In addition, in the simulation, aluminum was used as the material of the reflective layer 15.

まず、図6~図8に、誘電体層14および反射層15の材料の屈折率nおよび消衰係数kを示す。図6は、TiOの屈折率nおよび消衰係数kを示し、図7は、酸素が欠損するように成膜したTiOの屈折率nおよび消衰係数kを示し、図8は、アルミニウムの屈折率nおよび消衰係数kを示す。なお、図9は、基材12として用いるポリエチレンテレフタラートの屈折率nおよび消衰係数kを示す。図6,8,9は市販品の規格値であり、図7は実測値である。 First, Fig. 6 to Fig. 8 show the refractive index n and extinction coefficient k of the materials of the dielectric layer 14 and the reflective layer 15. Fig. 6 shows the refractive index n and extinction coefficient k of TiO2 , Fig. 7 shows the refractive index n and extinction coefficient k of TiOx formed so as to have oxygen deficiency, and Fig. 8 shows the refractive index n and extinction coefficient k of aluminum. Fig. 9 shows the refractive index n and extinction coefficient k of polyethylene terephthalate used as the substrate 12. Figs. 6, 8, and 9 show standard values of commercially available products, and Fig. 7 shows actual measured values.

図6が示すように、TiOについては、可視領域の全体において消衰係数kが0であり、すなわち、TiOは可視領域の全体において光を透過する。一方、図7が示すように、TiOについては、青色光の波長域の一部である約410nm~約450nmの波長域において消衰係数kが0であり、当該波長域から離れるにつれて、消衰係数kが大きくなっている。例えば、約750nm以上の波長域での消衰係数kは、0.05付近である。このように、化学量論組成よりも金属元素が過剰な酸化チタンにおいては、消衰係数kが、青色光の波長域にて最も小さく、青色光以外の波長域で、青色光の波長域よりも大きい。当該消衰係数kは、可視領域においては、赤色光の波長域にて最大となる。なお、図6および図7が示すように、TiOとTiOとで、屈折率nには差異はない。 As shown in FIG. 6, for TiO 2 , the extinction coefficient k is 0 in the entire visible region, that is, TiO 2 transmits light in the entire visible region. On the other hand, as shown in FIG. 7, for TiO x , the extinction coefficient k is 0 in the wavelength region of about 410 nm to about 450 nm, which is a part of the wavelength region of blue light, and the extinction coefficient k increases as it moves away from the wavelength region. For example, the extinction coefficient k in the wavelength region of about 750 nm or more is around 0.05. In this way, in titanium oxide in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition, the extinction coefficient k is smallest in the wavelength region of blue light, and is larger in the wavelength region other than blue light than the wavelength region of blue light. The extinction coefficient k is maximum in the wavelength region of red light in the visible region. Note that, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, there is no difference in the refractive index n between TiO 2 and TiO x .

TiOとTiOとの各々について、入射光の入射角を30°、反射層15の膜厚を0.1μmとし、誘電体層14と反射層15との積層体からの反射光の支配色が青色となる最適な膜厚を、遺伝的アルゴリズムを用いて探索した。その結果、青色発色に適したTiOの膜厚は0.0682μmであり、青色発色に適したTiOの膜厚は0.0624μmであった。 For each of TiO2 and TiOx , the incident angle of incident light was set to 30°, the thickness of the reflective layer 15 was set to 0.1 μm, and the optimal thickness at which the dominant color of the reflected light from the laminate of the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 was blue was searched for using a genetic algorithm. As a result, the thickness of TiO2 suitable for blue coloring was 0.0682 μm, and the thickness of TiOx suitable for blue coloring was 0.0624 μm.

誘電体層14の材料としてTiOとTiOとの各々を用いた場合について、誘電体層14の膜厚を上記青色発色に適した膜厚とし、反射層15の膜厚を0.1μmとして、誘電体層14と反射層15との積層体からの反射光の波長域を求めた。図10は、その結果を示す。なお、図10には、参考値として、青色発色の多層膜層における反射光の波長域を示す。この多層膜層は、TiO薄膜とSiO薄膜との交互積層体である。 When TiO2 and TiOx were used as the material of the dielectric layer 14, the thickness of the dielectric layer 14 was set to a thickness suitable for blue coloring, and the thickness of the reflective layer 15 was set to 0.1 μm, and the wavelength range of the reflected light from the laminate of the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 was obtained. Figure 10 shows the results. Note that Figure 10 also shows the wavelength range of the reflected light in the multilayer film layer that emits blue color as a reference value. This multilayer film layer is an alternating laminate of TiO2 thin films and SiO2 thin films.

図10が示すように、単層の薄膜からなる誘電体層14を用いた場合、多層膜層を用いた場合と比べて、青色光以外の波長域、すなわち、支配色とは異なる色に対応する波長域での反射光の強度が大きいことがわかる。しかし、誘電体層14の材料としてTiOを用いた場合と、TiOを用いた場合とを比較すると、TiOを用いた場合の方が、青色光以外の波長域での反射光の強度が低くなっている。このことは、上述のように、青色光以外の波長域において、TiOの消衰係数kがTiOの消衰係数kよりも大きいことに因る。すなわち、TiOからなる誘電体層14は、青色光以外の光の吸収性を有しており、その結果、可視領域全体で吸収性を有さないTiOを用いた場合と比較して、青色光以外の波長域、言い換えれば、青色光の波長域よりも長波長領域での反射光の強度が低くなっている。 As shown in Fig. 10, when the dielectric layer 14 made of a single thin film is used, the intensity of reflected light in the wavelength range other than blue light, that is, the wavelength range corresponding to a color different from the dominant color, is greater than when the multi-layer film is used. However, when comparing the case where TiO2 is used as the material of the dielectric layer 14 with the case where TiOx is used, the intensity of reflected light in the wavelength range other than blue light is lower when TiOx is used. This is because, as described above, the extinction coefficient k of TiOx is greater than the extinction coefficient k of TiO2 in the wavelength range other than blue light. That is, the dielectric layer 14 made of TiOx has the ability to absorb light other than blue light, and as a result, the intensity of reflected light in the wavelength range other than blue light, in other words, the wavelength range longer than the wavelength range of blue light, is lower than when TiO2 , which does not have the ability to absorb light in the entire visible range, is used.

したがって、単層の薄膜からなる誘電体層14を用いる場合においては、TiOを用いた場合よりも、TiOを用いた場合の方が、反射光に含まれる青色以外の色の光が少なくなり、結果として、青色の反射光が視認されやすくなる。言い換えれば、より鮮やかな青色が観察される。 Therefore, when using a dielectric layer 14 made of a single thin film, the reflected light contains less light of colors other than blue when TiO x is used than when TiO 2 is used, and as a result, the reflected blue light is more easily recognized. In other words, a more vivid blue color is observed.

なお、TiOとTiOとをそれぞれ用いた場合について、誘電体層14の膜厚を、青色発色に適したTiOの膜厚に統一した場合、および、青色発色に適したTiOの膜厚に統一した場合のいずれにおいても、同様の結果が得られた。すなわち、TiOを用いた場合の方が、青色光以外の波長域での反射光の強度が低くなった。 In addition, when TiO2 and TiOx were used, the same results were obtained when the thickness of the dielectric layer 14 was unified to the thickness of TiO2 suitable for blue coloring, and when the thickness of the dielectric layer 14 was unified to the thickness of TiOx suitable for blue coloring. That is, when TiOx was used, the intensity of reflected light in wavelength ranges other than blue light was lower.

[発色構造体の製造方法]
上記発色構造体10の製造方法を説明する。
まず、基材12上に樹脂層13が形成される。樹脂層13の凹凸構造の形成方法としては、例えば、ナノインプリント法が用いられる。例えば、光ナノインプリント法によって樹脂層13の凹凸構造を形成する場合、まず、形成対象の凹凸の反転された凹凸を有する凹版であるモールドの凹凸が形成された面に、樹脂層13の材料を含む塗布液が塗布される。樹脂層13の材料としては、光硬化性を有する樹脂が用いられる。塗布液の塗布方法は特に限定されず、インクジェット法、スプレー法、バーコート法、ロールコート法、スリットコート法、グラビアコート法等の公知の塗布法が用いられればよい。
[Method of manufacturing color-developing structure]
A method for producing the color-forming structure 10 will now be described.
First, a resin layer 13 is formed on a substrate 12. For example, a nanoimprint method is used as a method for forming the uneven structure of the resin layer 13. For example, when forming the uneven structure of the resin layer 13 by a photo-nanoimprint method, a coating liquid containing a material for the resin layer 13 is applied to a surface on which the unevenness is formed of a mold, which is an intaglio plate having an inverted unevenness of the unevenness to be formed. A photocurable resin is used as the material for the resin layer 13. The method for applying the coating liquid is not particularly limited, and any known coating method such as an inkjet method, a spray method, a bar coating method, a roll coating method, a slit coating method, or a gravure coating method may be used.

次いで、塗布液からなる層の表面に、基材12が重ねられ、基材12とモールドとが互いに押し付けられた状態で、基材12側もしくはモールド側から光が照射される。続いて、硬化した樹脂からなる層および基材12からモールドが離型される。これによって、モールドの有する凹凸が樹脂に転写されて、表面に凹凸を有する樹脂層13が形成され、基材12と樹脂層13とからなる積層体が形成される。モールドは、例えば、合成石英やシリコンから構成され、光または荷電粒子線を照射するリソグラフィやドライエッチング等の公知の微細加工技術を利用して形成される。 Next, the substrate 12 is placed on the surface of the layer made of the coating liquid, and light is irradiated from the substrate 12 side or the mold side while the substrate 12 and the mold are pressed against each other. The mold is then released from the layer made of the cured resin and the substrate 12. As a result, the irregularities of the mold are transferred to the resin, forming a resin layer 13 with an irregular surface, and a laminate made of the substrate 12 and the resin layer 13 is formed. The mold is made of, for example, synthetic quartz or silicon, and is formed using known microfabrication techniques such as lithography and dry etching, which irradiate light or a charged particle beam.

なお、塗布液は、基材12の表面に塗布され、基材12上の塗布液からなる層にモールドが押し当てられた状態で、光の照射が行われてもよい。また、光ナノインプリント法に代えて、熱ナノインプリント法が用いられてもよい。 The coating liquid may be applied to the surface of the substrate 12, and light may be irradiated while a mold is pressed against the layer of coating liquid on the substrate 12. Also, a thermal nanoimprinting method may be used instead of the photo-nanoimprinting method.

続いて、樹脂層13の凹凸を有する表面に、誘電体層14が形成される。さらに、誘電体層14の表面に、反射層15が形成される。誘電体層14および反射層15は、材料に応じて、スパッタリングや真空蒸着等の公知の薄膜形成技術によって形成される。これにより、発色構造体10が形成される。 Then, a dielectric layer 14 is formed on the uneven surface of the resin layer 13. Furthermore, a reflective layer 15 is formed on the surface of the dielectric layer 14. The dielectric layer 14 and the reflective layer 15 are formed by known thin film formation techniques such as sputtering or vacuum deposition depending on the material. This forms the color-producing structure 10.

誘電体層14の成膜時における材料の導入量の調整によって、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する金属化合物の生成が可能である。例えば、金属酸化物からなる誘電体層14の形成時には、化学量論組成を有する薄膜の形成時よりも酸素流量を減じることで、金属元素が過剰な組成を有する誘電体層14を形成できる。 By adjusting the amount of material introduced during deposition of the dielectric layer 14, it is possible to produce a metal compound having a composition in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition. For example, when forming a dielectric layer 14 made of a metal oxide, the oxygen flow rate can be reduced compared to when forming a thin film having a stoichiometric composition, thereby forming a dielectric layer 14 having a composition in which the metal element is in excess.

本実施形態の発色構造体10は、干渉を生じさせる層として、単層の薄膜からなる誘電体層14を備えるため、干渉を生じさせる層として多層膜層を備える構造と比較して、その構成が簡易であり、必要な薄膜の形成数が少ない。また、多層膜層を備える構造と比較して、1つの薄膜の膜厚の製造誤差が発色構造体10の発色に与える影響が小さい。そのため、発色構造体10の製造に要する負荷の軽減が可能であり、所望の発色も得られやすい。 The color-producing structure 10 of this embodiment has a dielectric layer 14 made of a single thin film as a layer that generates interference, so that it has a simpler configuration and requires fewer thin films than a structure that has a multilayer film as a layer that generates interference. Also, compared to a structure that has a multilayer film, the effect that a manufacturing error in the thickness of a single thin film has on the coloring of the color-producing structure 10 is smaller. Therefore, it is possible to reduce the burden required for manufacturing the color-producing structure 10, and it is easy to obtain the desired coloring.

以上、第1実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)干渉を生じさせる誘電体層14が単層の薄膜であるため、多層膜層を用いる場合と比較して、発色構造体10の構成が簡易となる。したがって、不規則な凹凸による光の散乱効果によって観察角度の変化による色変化が抑えられた発色構造体10において、その製造に要する負荷が軽減される。
As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the dielectric layer 14 that generates interference is a single thin film, the color-producing structure 10 can be constructed more simply than when a multi-layer film is used. Therefore, the color-producing structure 10 has a reduced color change caused by the change in observation angle due to the light scattering effect of the irregular unevenness, and the burden required for its manufacture is reduced.

(2)誘電体層14が、可視領域において反射光の支配色以外の光の吸収性を有するため、この吸収性を有する波長域の光が、発色構造体10からの反射光に含まれることが抑えられる。したがって、発色構造体10が呈する支配色の鮮明さが高められる。 (2) The dielectric layer 14 absorbs light in the visible range other than the dominant color of the reflected light, so that light in this absorbent wavelength range is prevented from being included in the reflected light from the color-producing structure 10. This enhances the clarity of the dominant color exhibited by the color-producing structure 10.

具体的には、誘電体層14の材料の可視領域での消衰係数kが、誘電体層14における反射光の支配色の波長域にて最も小さい値を有し、支配色の波長域以外にて最も大きい値を有する。また、誘電体層14は、金属酸化物、金属窒化物、および、金属酸窒化物のいずれかの金属化合物からなり、当該金属化合物は、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する。これらによって、上記効果が得られる。 Specifically, the extinction coefficient k in the visible region of the material of the dielectric layer 14 has the smallest value in the wavelength range of the dominant color of the reflected light in the dielectric layer 14, and has the largest value outside the wavelength range of the dominant color. In addition, the dielectric layer 14 is made of a metal compound that is any one of a metal oxide, a metal nitride, and a metal oxynitride, and the metal compound has a composition in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition. As a result, the above-mentioned effects are obtained.

(3)発色構造体10が、誘電体層14に対して樹脂層13と反対側に位置する反射層15を備えている。これにより、誘電体層14に対して樹脂層13の位置する側から観察される発色構造体10において、反射光の強度が高められる。したがって、発色構造体10が呈する色の視認性が高められる。 (3) The color-producing structure 10 includes a reflective layer 15 located on the opposite side of the dielectric layer 14 from the resin layer 13. This increases the intensity of reflected light in the color-producing structure 10 observed from the side where the resin layer 13 is located relative to the dielectric layer 14. This increases the visibility of the color exhibited by the color-producing structure 10.

(4)誘電体層14が10nm以上10μm以下の厚さを有すること、および、誘電体層14の材料の屈折率が1.5より大きく3.0以下であることの各々によって、誘電体層14における光の干渉が好適に生じやすくなる。 (4) The dielectric layer 14 has a thickness of 10 nm or more and 10 μm or less, and the material of the dielectric layer 14 has a refractive index of more than 1.5 and not more than 3.0, which favorably facilitates optical interference in the dielectric layer 14.

(5)反射層15における誘電体層14を透過した光の反射率が30%以上であること、反射層15が金属材料から構成されること、および、反射層15が50nm以上の厚さを有することの各々によって、反射光の強度がより高められる。 (5) The reflectance of the light transmitted through the dielectric layer 14 in the reflective layer 15 is 30% or more, the reflective layer 15 is made of a metal material, and the reflective layer 15 has a thickness of 50 nm or more, which further increases the intensity of the reflected light.

(6)樹脂層13が第2の構造の凹凸構造を有する形態では、凹凸構造によって反射光の拡散効果と回折効果とが得られる。その結果、干渉で強められた反射光、すなわち、支配色が広い観察角度で観察可能であるとともに、この反射光の強度が高められることにより光沢感のある鮮やかな色が視認される。 (6) In the case where the resin layer 13 has the second uneven structure, the uneven structure provides a diffusion effect and a diffraction effect for the reflected light. As a result, the reflected light enhanced by interference, i.e., the dominant color, can be observed at a wide observation angle, and the increased intensity of this reflected light allows the visual perception of a glossy, vivid color.

(7)インプリント法を用いて樹脂層13の凹凸構造が形成されるため、微細な凹凸を有する樹脂層13を好適に、かつ、簡便に形成することができる。また、発色構造体10が樹脂層13を支持する基材12を備える構成であれば、インプリント法の適用が容易に可能である。 (7) Since the uneven structure of the resin layer 13 is formed using the imprinting method, the resin layer 13 having fine unevenness can be suitably and easily formed. Furthermore, if the color-developing structure 10 is configured to include a substrate 12 that supports the resin layer 13, the imprinting method can be easily applied.

(第2実施形態)
図11を参照して、発色構造体、および、発色構造体の製造方法の第2実施形態を説明する。第2実施形態では、誘電体層と反射層との位置関係が、第1実施形態と異なる。以下では、第2実施形態と第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment of the color-emitting structure and the method for manufacturing the color-emitting structure will be described with reference to Fig. 11. In the second embodiment, the positional relationship between the dielectric layer and the reflective layer is different from that of the first embodiment. In the following, the differences between the second embodiment and the first embodiment will be mainly described, and the same reference numerals will be used to designate the same components as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.

図11が示すように、第2実施形態の発色構造体11においては、樹脂層13に反射層15が接し、反射層15に対して樹脂層13と反対側に誘電体層14が位置している。すなわち、第2実施形態の発色構造体11では、樹脂層13に対する誘電体層14と反射層15との位置が第1実施形態とは反対になっており、樹脂層13と誘電体層14との間に反射層15が挟まれている。誘電体層14は、発色構造体11の最外層であり、空気層に接している。 As shown in FIG. 11, in the color-producing structure 11 of the second embodiment, the reflective layer 15 is in contact with the resin layer 13, and the dielectric layer 14 is located on the opposite side of the reflective layer 15 to the resin layer 13. That is, in the color-producing structure 11 of the second embodiment, the positions of the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 with respect to the resin layer 13 are opposite to those of the first embodiment, and the reflective layer 15 is sandwiched between the resin layer 13 and the dielectric layer 14. The dielectric layer 14 is the outermost layer of the color-producing structure 11 and is in contact with the air layer.

第2実施形態においても、樹脂層13が有する凹凸構造としては、第1実施形態で説明した第1の構造と第2の構造とのいずれもが適用可能である。図11では、樹脂層13が第2の構造の凹凸構造を有する形態を例示している。第2実施形態における基材12および樹脂層13の構成は、第1実施形態と同様である。 In the second embodiment, either the first structure or the second structure described in the first embodiment can be applied as the uneven structure of the resin layer 13. FIG. 11 illustrates an example in which the resin layer 13 has an uneven structure of the second structure. The configurations of the substrate 12 and the resin layer 13 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.

反射層15は、樹脂層13の表面を覆い、樹脂層13が有する凹凸構造に追従した表面形状を有している。誘電体層14は、反射層15の表面の凹凸構造に追従した表面形状を有しており、すなわち、樹脂層13が有する凹凸構造に追従した表面形状を有している。誘電体層14と反射層15との位置関係以外の構成、すなわち、誘電体層14と反射層15との材料および特性は、第1実施形態と同様である。 The reflective layer 15 covers the surface of the resin layer 13 and has a surface shape that follows the uneven structure of the resin layer 13. The dielectric layer 14 has a surface shape that follows the uneven structure of the surface of the reflective layer 15, that is, has a surface shape that follows the uneven structure of the resin layer 13. The configuration other than the positional relationship between the dielectric layer 14 and the reflective layer 15, that is, the materials and characteristics of the dielectric layer 14 and the reflective layer 15, are the same as those in the first embodiment.

また、誘電体層14と反射層15との形成の順序が反対であること以外は、発色構造体11の製造方法は、第1実施形態と同様である。
第2実施形態の発色構造体11は、樹脂層13に対して基材12と反対側から発色構造体11に入る光を入射光として、樹脂層13に対して基材12と反対側、すなわち、樹脂層13に対して誘電体層14が位置する側から観察される。
Moreover, the method for manufacturing the color-producing structure 11 is the same as that of the first embodiment, except that the order of forming the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 is reversed.
The color-forming structure 11 of the second embodiment is observed from the side opposite the substrate 12 to the resin layer 13, i.e., the side where the dielectric layer 14 is located relative to the resin layer 13, with light entering the color-forming structure 11 from the side opposite the substrate 12 to the resin layer 13 being regarded as incident light.

誘電体層14に光が入射すると、誘電体層14は、薄膜干渉による反射光を射出する。すなわち、誘電体層14と空気層との界面で反射した光および誘電体層14と反射層15との界面で反射した光が干渉を起こし、これによって強められた波長域の光が射出される。反射層15が、誘電体層14に対して樹脂層13と同じ側に位置することにより、反射層15が設けられていない場合と比較して、観察者に向けて射出される反射光の強度が大きくなる。そして、干渉によって強められた反射光が、不規則な凹凸によって散乱されて多方向に射出されるため、観察角度による色の変化が緩やかになる。 When light is incident on the dielectric layer 14, the dielectric layer 14 emits reflected light due to thin film interference. That is, light reflected at the interface between the dielectric layer 14 and the air layer and light reflected at the interface between the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 interfere with each other, resulting in the emission of light in an enhanced wavelength range. By positioning the reflective layer 15 on the same side of the dielectric layer 14 as the resin layer 13, the intensity of the reflected light emitted toward the observer is greater than when the reflective layer 15 is not provided. The reflected light enhanced by interference is then scattered by the irregular unevenness and emitted in multiple directions, resulting in a gradual change in color depending on the observation angle.

上記構成において、誘電体層14の材料の屈折率をn1、空気の屈折率をn4、反射層15の材料の屈折率をn3とする。n1>n4、かつ、n1>n3であるとき、干渉で強め合う可視領域の波長について下記式(3)が満たされる。下記式(3)において、dは誘電体層14の膜厚であり、mは0または任意の正の整数であり、θは入射光の入射角度であり、λは入射光の波長である。
2×n1×d×cosθ=(1/2+m)λ ・・・(3)
In the above configuration, the refractive index of the material of the dielectric layer 14 is n1, the refractive index of air is n4, and the refractive index of the material of the reflective layer 15 is n3. When n1>n4 and n1>n3, the following formula (3) is satisfied for wavelengths in the visible region where constructive interference occurs. In the following formula (3), d is the film thickness of the dielectric layer 14, m is 0 or any positive integer, θ is the angle of incidence of the incident light, and λ is the wavelength of the incident light.
2×n1×d×cosθ=(1/2+m)λ (3)

また、n4<n1<n3であるとき、干渉で強め合う可視領域の波長について下記式(4)が満たされる。下記式(4)において、dは誘電体層14の膜厚であり、mは任意の正の整数であり、θは入射光の入射角度であり、λは入射光の波長である。
2×n1×d×cosθ=m×λ ・・・(4)
Furthermore, when n4<n1<n3, the following formula (4) is satisfied for wavelengths in the visible region where constructive interference occurs: In formula (4), d is the film thickness of the dielectric layer 14, m is any positive integer, θ is the angle of incidence of the incident light, and λ is the wavelength of the incident light.
2 × n1 × d × cos θ = m × λ ... (4)

上記式(3)または(4)が満たされる構成であれば、薄膜干渉によって強められた反射光が好適に得られる。 If the above formula (3) or (4) is satisfied, the reflected light is preferably enhanced by thin film interference.

第2実施形態においても、誘電体層14の材料としては、化学量論組成よりも金属元素が過剰な組成を有する金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物が用いられる。そして、可視領域において、誘電体層14の材料の消衰係数kは、誘電体層14における反射光の支配色の波長域にて最も小さい値を有し、かつ、支配色の波長域以外にて最も大きい値を有する。 In the second embodiment, the material of the dielectric layer 14 is a metal oxide, metal nitride, or metal oxynitride having a composition in which the metal element is in excess of the stoichiometric composition. In the visible region, the extinction coefficient k of the material of the dielectric layer 14 has the smallest value in the wavelength range of the dominant color of the reflected light in the dielectric layer 14, and has the largest value outside the wavelength range of the dominant color.

したがって、可視領域の光のうち、誘電体層14における反射光の支配色以外の少なくとも一部の光が、誘電体層14に吸収される。それゆえ、入射光のうち、反射光の支配色以外の光、すなわち、発色構造体11にて発色させたい色とは異なる色の光が、発色構造体11にて反射して観察者に視認されることが抑えられるため、発色構造体11にて発色させたい特定の色がより鮮明に視認されるようになる。 Therefore, at least a portion of the light in the visible region other than the dominant color of the reflected light from the dielectric layer 14 is absorbed by the dielectric layer 14. As a result, light of the incident light other than the dominant color of the reflected light, i.e., light of a color different from the color desired to be produced by the color-producing structure 11, is prevented from being reflected by the color-producing structure 11 and being perceived by the observer, so that the specific color desired to be produced by the color-producing structure 11 can be more clearly perceived.

以上、第2実施形態によれば、第1実施形態の(1),(2),(4)~(7)の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
(8)発色構造体11が、誘電体層14と樹脂層13との間に位置する反射層15を備えている。これにより、樹脂層13に対して誘電体層14の位置する側から観察される発色構造体11において、反射光の強度が高められる。したがって、発色構造体11が呈する色の視認性が高められる。
As described above, according to the second embodiment, in addition to the advantages (1), (2), and (4) to (7) of the first embodiment, the following advantages can be obtained.
(8) The color-producing structure 11 includes a reflective layer 15 located between the dielectric layer 14 and the resin layer 13. This increases the intensity of reflected light in the color-producing structure 11 observed from the side of the resin layer 13 where the dielectric layer 14 is located. This increases the visibility of the color exhibited by the color-producing structure 11.

[変形例]
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
・発色構造体は、反射層15に代えて、吸収層を備えていてもよい。吸収層は、観察者から見て誘電体層14よりも奥に位置する。例えば、樹脂層13に対して誘電体層14の位置する側から発色構造体が観察される場合、図12が示すように、吸収層16は、基材12における樹脂層13と反対側の面を覆う。吸収層16は、少なくとも、可視領域の光のうち、誘電体層14における反射光の支配色以外の光の一部を吸収する。吸収層16は、黒色顔料等を含む黒色の層であって、可視領域全体の光を吸収してもよい。吸収層が設けられていることにより、誘電体層14における反射光の支配色の波長域とは異なる波長域の光が、発色構造体内部の各層の界面や、発色構造体とその外部との界面で反射して観察者に向けて射出されることが抑えられる。したがって、発色構造体に視認される支配色の鮮明さが高められる。
[Modification]
Each of the above-described embodiments can be modified and implemented as follows.
The color-developing structure may have an absorbing layer instead of the reflecting layer 15. The absorbing layer is located behind the dielectric layer 14 as viewed from the observer. For example, when the color-developing structure is observed from the side where the dielectric layer 14 is located with respect to the resin layer 13, as shown in FIG. 12, the absorbing layer 16 covers the surface of the substrate 12 opposite to the resin layer 13. The absorbing layer 16 absorbs at least a part of light in the visible region other than the dominant color of the reflected light in the dielectric layer 14. The absorbing layer 16 may be a black layer containing a black pigment or the like, and absorb light in the entire visible region. By providing the absorbing layer, light in a wavelength range different from the wavelength range of the dominant color of the reflected light in the dielectric layer 14 is prevented from being reflected at the interfaces of the layers inside the color-developing structure and the interfaces between the color-developing structure and its outside and being emitted toward the observer. Therefore, the clarity of the dominant color visually recognized in the color-developing structure is improved.

また、樹脂層13に対して誘電体層14の位置する側から発色構造体が観察される場合、樹脂層13と誘電体層14との間に代えて、図12の吸収層16の位置、すなわち、基材12における樹脂層13と反対側の面を覆う位置に反射層が設けられていてもよい。誘電体層14と樹脂層13と基材12とを透過して反射層によって反射される光に、支配色以外の光が混じっていても、誘電体層14が支配色以外の光の吸収性を有するため、支配色以外の光が観察者に向けて射出されることは抑えられる。結果として、反射層は、反射光における支配色の光の強度をさらに高めることに寄与する。 In addition, when the color-developing structure is observed from the side where the dielectric layer 14 is located relative to the resin layer 13, a reflective layer may be provided at the position of the absorbing layer 16 in FIG. 12, that is, at a position covering the surface of the substrate 12 opposite the resin layer 13, instead of between the resin layer 13 and the dielectric layer 14. Even if light other than the dominant color is mixed in the light that is transmitted through the dielectric layer 14, the resin layer 13, and the substrate 12 and reflected by the reflective layer, the dielectric layer 14 has the ability to absorb light other than the dominant color, so that light other than the dominant color is prevented from being emitted toward the observer. As a result, the reflective layer contributes to further increasing the intensity of the dominant color light in the reflected light.

・発色構造体は、基材12と反対側で発色構造体の最外部を構成する保護層や、紫外線吸収機能を有する層等、上記各実施形態および変形例で説明した層とは異なる層をさらに備えていてもよい。 The color-developing structure may further include layers different from those described in the above embodiments and modified examples, such as a protective layer that constitutes the outermost part of the color-developing structure on the side opposite the substrate 12, or a layer that has an ultraviolet absorbing function.

・基材12に凹凸構造が形成され、基材12が凹凸層として機能してもよい。すなわち、凹凸構造を有する基材12の表面に、誘電体層14や反射層15である機能層が積層されていてもよい。この場合、凹凸構造は、例えば、ドライエッチング法を用いて形成される。 - An uneven structure may be formed on the substrate 12, and the substrate 12 may function as an uneven layer. In other words, a functional layer such as a dielectric layer 14 or a reflective layer 15 may be laminated on the surface of the substrate 12 having an uneven structure. In this case, the uneven structure is formed, for example, by using a dry etching method.

・凹凸層における凹凸構造の第1の構造にて凸部13aが構成するパターン、および、第2の構造にて第1凸部要素13Eaが構成するパターンを構成する図形は、矩形に限られない。これらのパターンを構成する図形は、長円等であってもよく、要は、第2方向Dyに沿った長さが第1方向Dxに沿った長さ以上である形状を有する図形要素であればよい。そして、図形要素における第1方向Dxの長さd1と第2方向Dyの長さd2とが、第1の構造の説明にて述べた各種の条件を満たしていればよい。 The figures constituting the pattern formed by the convex portions 13a in the first structure of the concave-convex structure in the concave-convex layer, and the pattern formed by the first convex portion elements 13Ea in the second structure are not limited to rectangles. The figures constituting these patterns may be ellipses, etc., and in short, they may be graphic elements having a shape whose length along the second direction Dy is equal to or greater than the length along the first direction Dx. Furthermore, it is sufficient that the length d1 in the first direction Dx and the length d2 in the second direction Dy of the graphic elements satisfy the various conditions described in the explanation of the first structure.

・凹凸層の凹凸構造を構成する凸部は、基部から頂部に向かって第1方向Dxの幅が徐々に小さくなる構成を有していてもよい。こうした構成によれば、凸部に誘電体層14や反射層15が成膜されやすくなる。この場合、第1方向Dxの長さd1や長さd3は、凸部の底面が構成するパターンにて規定される。 The convex portions constituting the concave-convex structure of the concave-convex layer may have a configuration in which the width in the first direction Dx gradually decreases from the base to the top. With such a configuration, the dielectric layer 14 and the reflective layer 15 are easily formed on the convex portions. In this case, the length d1 and the length d3 in the first direction Dx are determined by the pattern formed by the bottom surface of the convex portions.

・発色構造体の用途は特に限定されない。発色構造体は、装飾のために物品に付されてもよいし、偽造の防止のために物品に付されてもよい。また、各用途において、発色構造体は、シール部材に適用されて物品に貼り付けられてもよいし、転写シートに適用されて物品に転写されてもよい。 - The use of the color-developing structure is not particularly limited. The color-developing structure may be attached to an article for decoration or for the purpose of preventing counterfeiting. In each use, the color-developing structure may be applied to a seal member and then attached to the article, or may be applied to a transfer sheet and then transferred to the article.

[実施例]
上述した発色構造体およびその製造方法を、具体的な実施例を用いて説明する。本実施例の発色構造体は、第1実施形態に対応する構造を有する。
[Example]
The above-mentioned color-forming structure and its manufacturing method will be described with reference to a specific example. The color-forming structure of this example has a structure corresponding to that of the first embodiment.

まず、光インプリント法を用いて凹凸構造を形成するためのモールドを形成した。光ナノインプリント法において照射する光として、365nmの波長の光を用いるため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。樹脂層への形成対象の凹凸の反転された凹凸を、電子線描画およびドライエッチング法を用いて合成石英基板に形成することにより、モールドを形成した。形成対象の凹凸構造は、第2の構造の凹凸構造である。モールドの表面には、離型剤としてオプツールHD-1100(ダイキン工業製)を塗布した。 First, a mold for forming a concave-convex structure was formed using the optical imprinting method. Since light with a wavelength of 365 nm is used as the light to be irradiated in the optical nanoimprinting method, synthetic quartz that transmits light of this wavelength was used as the mold material. The mold was formed by forming an inverted concave-convex structure of the concave-convex structure to be formed in the resin layer on a synthetic quartz substrate using electron beam lithography and dry etching methods. The concave-convex structure to be formed is the concave-convex structure of the second structure. Optool HD-1100 (manufactured by Daikin Industries) was applied to the surface of the mold as a release agent.

次に、片面に易接着処理が施されたPETフィルム上に光硬化性樹脂を塗布し、この樹脂にモールドの凹凸が形成されている面を押し当て、365nmの波長の光を照射して樹脂を硬化させた。その後、硬化した樹脂およびPETフィルムをモールドから剥離した。これにより、凹凸構造を有する樹脂層と基材であるPETフィルムとの積層体が得られた。 Next, a photocurable resin was applied to a PET film that had been treated to make one side easier to adhere, and the surface of the mold on which the irregularities were formed was pressed against the resin, and the resin was cured by irradiating it with light of a wavelength of 365 nm. The cured resin and PET film were then peeled off from the mold. This resulted in a laminate of a resin layer with an irregular structure and the PET film substrate.

続いて、得られた樹脂層と基材との積層体の凹凸を有する面に、スパッタリング法によって、誘電体層として、膜厚が60nmである1層の酸化チタン膜を形成した。この際、チャンバーに導入する酸素流量を調整することによって、化学量論組成よりも金属元素が過剰になるように、酸化チタン膜を形成した。さらに、誘電体層の上面に、スパッタリング法によって、反射層として、膜厚が100nmである1層のアルミニウム膜を形成した。 Next, a single layer of titanium oxide film with a thickness of 60 nm was formed as a dielectric layer on the uneven surface of the resulting laminate of the resin layer and the substrate by sputtering. At this time, the flow rate of oxygen introduced into the chamber was adjusted so that the titanium oxide film was formed so that the metal elements were in excess of the stoichiometric composition. Furthermore, a single layer of aluminum film with a thickness of 100 nm was formed as a reflective layer on the upper surface of the dielectric layer by sputtering.

これにより、実施例の発色構造体が得られた。実施例の発色構造体を誘電体層に対して樹脂層の位置する側から観察した。基材の面に直交する方向に対して30°傾斜した方向から観察した結果、光沢感のある青色が視認性良く確認された。 This resulted in the color-developing structure of the example. The color-developing structure of the example was observed from the side where the resin layer was located relative to the dielectric layer. When observed from a direction inclined at 30 degrees to the direction perpendicular to the surface of the substrate, a glossy blue color was clearly visible.

さらに、誘電体層に対して樹脂層の位置する側に射出される反射光の角度依存性を測定した。発色構造体に対して白色光を30°の入射角で入射させた結果、正反射光に対して±30°の範囲で散乱光が確認された。 In addition, the angle dependency of the reflected light emitted on the side of the dielectric layer where the resin layer is located was measured. When white light was incident on the color-producing structure at an incident angle of 30°, scattered light was observed in the range of ±30° from the specularly reflected light.

Dx…第1方向、Dy…第2方向、10,11…発色構造体、12…基材、13…樹脂層、13a,13c…凸部、13b…凹部、13Ea…第1凸部要素、13Eb…第2凸部要素、14…誘電体層、15…反射層。 Dx...first direction, Dy...second direction, 10, 11...color-developing structure, 12...substrate, 13...resin layer, 13a, 13c...protrusions, 13b...recesses, 13Ea...first protrusion element, 13Eb...second protrusion element, 14...dielectric layer, 15...reflective layer.

Claims (10)

凹凸構造を有する凹凸層と、
前記凹凸構造に追従した表面形状を有し、干渉によって強められた反射光を射出する単層の薄膜からなる誘電体層と、を備え、
前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から1段以上の段差形状を有し、前記凹凸層の表面と対向する視点から見て、前記凸部が構成するパターンは、第1方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さが前記第1方向に沿った長さ以上である矩形状を有する複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第2方向に沿った長さの標準偏差は、前記第1方向に沿った長さの標準偏差よりも大きく、
前記誘電体層は、酸化チタンからなり、前記酸化チタンは、化学量論組成よりもチタンを多く含む
発色構造体。
A concave-convex layer having a concave-convex structure;
a dielectric layer made of a single thin film having a surface shape conforming to the uneven structure and emitting reflected light enhanced by interference;
the convex portions constituting the uneven structure have a step shape with one or more steps from a plane on which the bases of the convex portions are located, and when viewed from a viewpoint facing the surface of the uneven layer, the pattern constituted by the convex portions includes a pattern consisting of a set of a plurality of rectangular geometric elements, each having a length along a first direction that is equal to or less than a sub-wavelength and a length along a second direction perpendicular to the first direction that is equal to or greater than the length along the first direction, and the standard deviation of the lengths along the second direction in the plurality of geometric elements is greater than the standard deviation of the lengths along the first direction,
The dielectric layer is made of titanium oxide, and the titanium oxide contains more titanium than in a stoichiometric composition.
Chromogenic structure.
前記誘電体層は前記凹凸層に接し、
前記誘電体層に対して前記凹凸層と反対側に位置し、前記反射光の強度を強める機能を有する反射層を備える
請求項に記載の発色構造体。
the dielectric layer is in contact with the uneven layer,
The color-producing structure according to claim 1 , further comprising a reflective layer located on the opposite side of the dielectric layer from the concave-convex layer and having a function of enhancing an intensity of the reflected light.
前記凹凸層と前記誘電体層との間に位置し、前記反射光の強度を強める機能を有する反射層を備える
請求項に記載の発色構造体。
The color-producing structure according to claim 1 , further comprising a reflective layer located between the concave-convex layer and the dielectric layer, the reflective layer having a function of enhancing an intensity of the reflected light.
前記誘電体層は、10nm以上10μm以下の厚さを有する
請求項1~のいずれか一項に記載の発色構造体。
The color-developing structure according to claim 1 , wherein the dielectric layer has a thickness of 10 nm or more and 10 μm or less.
前記誘電体層の材料の屈折率は、1.5より大きく3.0以下である
請求項1~のいずれか一項に記載の発色構造体。
5. The color-forming structure according to claim 1 , wherein the refractive index of the material of the dielectric layer is greater than 1.5 and less than or equal to 3.0.
前記反射層における前記誘電体層を透過した光の反射率が30%以上である
請求項またはに記載の発色構造体。
4. The color-developing structure according to claim 2 , wherein the reflectance of the reflective layer for light transmitted through the dielectric layer is 30% or more.
前記反射層は金属材料から構成される
請求項2,3,6のいずれか一項に記載の発色構造体。
The color-developing structure according to claim 2 , wherein the reflective layer is made of a metal material.
前記反射層は、50nm以上の厚さを有する
請求項2,3,6,7のいずれか一項に記載の発色構造体。
The color-forming structure according to claim 2 , 3 , 6 or 7 , wherein the reflective layer has a thickness of 50 nm or more.
前記凹凸層を支持する基材をさらに備える
請求項1~のいずれか一項に記載の発色構造体。
The color-developing structure according to claim 1 , further comprising a substrate supporting the uneven layer.
凹版を形成する工程と、
インプリント法を用いて前記凹版の凹凸を転写することにより、基材上に凹凸構造を有する樹脂層を形成する工程と、
前記凹凸構造に追従した表面形状を有し、干渉によって強められた反射光を射出する単層の薄膜からなる誘電体層を、化学量論組成よりもチタンを多く含む酸化チタンから形成する工程と、を含み
前記凹凸構造を構成する凸部は、前記凸部の基部が位置する平面から1段以上の段差形状を有し、前記樹脂層の表面と対向する視点から見て、前記凸部が構成するパターンは、第1方向に沿った長さがサブ波長以下であって、前記第1方向と直交する第2方向に沿った長さが前記第1方向に沿った長さ以上である矩形状を有する複数の図形要素の集合からなるパターンを含み、前記複数の図形要素において、前記第2方向に沿った長さの標準偏差は、前記第1方向に沿った長さの標準偏差よりも大きい
発色構造体の製造方法。
forming an intaglio;
forming a resin layer having a relief structure on a substrate by transferring the relief patterns of the intaglio plate using an imprinting method;
forming a dielectric layer consisting of a single thin film having a surface shape following the unevenness structure and emitting reflected light enhanced by interference, from titanium oxide containing more titanium than in a stoichiometric composition , wherein the convex portions constituting the unevenness structure have a step shape with one or more steps from a plane on which the bases of the convex portions are located, and when viewed from a viewpoint facing the surface of the resin layer, a pattern constituted by the convex portions includes a pattern consisting of a collection of a plurality of rectangular geometric elements whose length along a first direction is equal to or less than a sub-wavelength and whose length along a second direction perpendicular to the first direction is equal to or greater than the length along the first direction, and wherein a standard deviation of the length along the second direction for the plurality of geometric elements is greater than the standard deviation of the length along the first direction.
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