WO2017104138A1 - 構造発色体およびその製造方法 - Google Patents

構造発色体およびその製造方法 Download PDF

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WO2017104138A1
WO2017104138A1 PCT/JP2016/005144 JP2016005144W WO2017104138A1 WO 2017104138 A1 WO2017104138 A1 WO 2017104138A1 JP 2016005144 W JP2016005144 W JP 2016005144W WO 2017104138 A1 WO2017104138 A1 WO 2017104138A1
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concavo
light
wavelength band
convex
structural color
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PCT/JP2016/005144
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雅史 川下
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凸版印刷株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/30—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by a layer formed with recesses or projections, e.g. hollows, grooves, protuberances, ribs
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10—Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11—Anti-reflection coatings
    • G02B1/118—Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • G02B5/28—Interference filters

Definitions

  • the present invention relates to a structural color body that develops color by a structure formed on the surface and a method for producing the same.
  • coloring phenomenon that involves electronic transitions due to light absorption such as dyes
  • the substance itself does not absorb light, but it does not cause diffraction, interference, or scattering by a periodic structure that is the same as or smaller than the wavelength of light.
  • a coloring phenomenon that develops color by reflecting or transmitting only light of a specific wavelength.
  • this coloring phenomenon is referred to as structural coloring.
  • the structural color body is composed of, for example, an inorganic dielectric material that is not deteriorated by ultraviolet rays, the structural color development does not fade even when left in an environment irradiated with ultraviolet rays as long as the structure is maintained.
  • structural color development using diffraction and interference has a feature that the wavelength of light recognized by the observation angle changes, so that high designability can be expressed.
  • Patent Document 1 a structural color body using multilayer film interference having a multilayer structure of polymer materials having different refractive indexes has been proposed.
  • the structural color body proposed in Patent Document 1 has a multilayer structure of polymer materials, the refractive index difference between the materials constituting adjacent layers is small, and in order to obtain strong reflection, the layers are stacked in layers. This increases the manufacturing cost. Furthermore, the influence of multilayer film interference becomes dominant, and the color change depending on the viewing angle becomes steep, making it difficult to express a specific color with a wide viewing angle.
  • a display device has been proposed that has a structural color body having a color development characteristic such as a morpho butterfly that inhabits nature and has a strong reflection and a gradual color change depending on an observation angle (Patent Document 2). ).
  • a SiO 2 fine particle layer in which silicon dioxide (SiO 2 ) fine particles are arranged is formed on a substrate, a chromium (Cr) layer is formed on the SiO 2 fine particle layer for light absorption, and the Cr layer is formed on the Cr layer.
  • a light reflection plate in which titanium dioxide (TiO 2 ) layers and SiO 2 layers are alternately laminated has also been reported (Non-patent Document 1).
  • the structural color body proposed in Patent Document 2 is formed of irregularities in the concavo-convex structure against interference by the laminated film by forming a non-uniform concavo-convex structure on the substrate and forming a laminated film on the concavo-convex structure. A light spreading effect is given, and a gradual color change according to the viewing angle is realized.
  • the base material and the concavo-convex structure are made of a material that transmits light in the visible wavelength band, the light that has passed through the laminated film escapes as it is from the back surface of the color body. Therefore, when the structural color body is observed from the front side in an environment where light is irradiated not only from the front side of the structural color body but also from the back side, light transmitted from the back side is also observed, so that the color contrast is It will decline.
  • the light reflector reported in Non-Patent Document 1 gives irregularity to the width and height of the concavo-convex structure by giving the particle diameter of the SiO 2 fine particles 200 to 400 nm. Yes. Furthermore, since the light transmitted through the laminated film composed of the TiO 2 layer and the SiO 2 layer formed on the Cr layer is absorbed by the Cr layer formed on the fine particles, a reflector with high color contrast can be obtained.
  • the surface roughness of the Cr layer surface is smaller than the surface roughness of the SiO 2 fine particles.
  • an aggregate of protrusion structures that imitates the eye of a moth is generally known.
  • the higher the structure height of the protrusion structure the higher the antireflection effect.
  • the surface roughness of the Cr layer surface is defined by the particle diameter of the SiO 2 fine particles, it is difficult to control the antireflection effect by the Cr layer.
  • the SiO 2 fine particles are arranged in a self-organized manner, there is a risk that the optical characteristics and the like will vary in the manufacture of the light reflecting plate, and the yield may decrease.
  • an object of the present invention is to provide a structural color body having high color contrast and a method for producing the same.
  • the structural color body according to the present invention transmits a light having the same wavelength band on a concavo-convex structure formed of a base material, a base material surface or a base material, and an assembly of a plurality of convex portions. And a laminate composed of two or more layers made of materials having different refractive indexes for light in the wavelength band, and the concavo-convex structure is made of a material that reflects or absorbs light in the wavelength band.
  • the concavo-convex structure is an antireflection structure.
  • the structural color body according to the present invention includes a base material, a concavo-convex structure formed of an aggregate of a plurality of convex portions formed on the base material surface or the base material, and light having the same wavelength band on the concavo-convex structure. And a laminate composed of two or more layers made of materials having different refractive indexes with respect to light in the wavelength band, and the concavo-convex structure has a flat portion between adjacent convex portions. It is a concavo-convex structure that exists, and has a layer composed of a material that reflects or absorbs light in the wavelength band between the concavo-convex structure and the laminate.
  • the present invention includes a base material, a concavo-convex structure formed on the base material surface or the base material, and a laminate composed of two or more layers on the concavo-convex structure, and is irradiated with a predetermined wavelength band.
  • the present invention relates to a method for producing a structural color body that selectively reflects light having a part of the wavelength of light, and an optical nano having a lattice structure in which a plurality of recesses are arranged in a lattice pattern on a substrate
  • a mold for printing in which a flat portion exists between adjacent concave portions, and the center of the concave portion is distributed with a deviation smaller than the pitch from the center position determined by the lattice structure of the lattice structure.
  • the present invention includes a base material, a concavo-convex structure formed on the surface of the base material or on the base material, and a laminate composed of two or more layers on the concavo-convex structure, and is irradiated with light of a predetermined wavelength band.
  • a mold for thermal nanoimprint is prepared in which a flat portion exists between adjacent concave portions, and the center of the concave portion is distributed with a deviation smaller than the pitch from the center position determined by the lattice structure of the lattice structure.
  • the uneven structure Forming a metal layer that reflects light in the wavelength band on the substrate on which is formed, and transmitting the light in the wavelength band on the metal layer, and having a different refractive index for the light in the wavelength band. And a step of forming a laminated body by alternately laminating the possessed materials.
  • the reflection of light transmitted through the laminated body of the structural color bodies is suppressed by the concavo-convex structure, a structural color body having high color contrast can be realized. As a result, good color development can be obtained even in an environment where no back color exists on the back surface of the structural color body.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the structural color body according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process subsequent to FIG. 1A.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the structural color body according to the second embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process subsequent to FIG. 2A.
  • FIG. 2C is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process subsequent to FIG. 2B.
  • FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a part of the manufacturing process of the structural color body according to the third embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process subsequent to FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing step that follows FIG. 3B.
  • the wavelength band in which the structural color body acts is determined by the line width and arrangement pitch of the convex portions (concave portions) constituting the concavo-convex structure, and the refractive index and film thickness of the laminate formed on the concavo-convex structure.
  • the wavelength band targeted by the structural color body is not limited.
  • the structural color body particularly targeting light in the visible region will be described with reference to the drawings.
  • the visible region refers to light having a wavelength band of 360 nm to 830 nm.
  • FIG. 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing a manufacturing process of the structural color body according to the first embodiment.
  • a protruding structure 21 as shown in FIG. 1A is formed on a base material 11.
  • a laminated film 31 is formed by laminating a plurality of layers of materials having different refractive indexes with respect to light in the wavelength band of the visible region so as to follow the uneven shape of the protruding structure 21.
  • the substrate 11 is made of a material that reflects light in the visible wavelength band or a material that absorbs light in the visible wavelength band.
  • Examples of the material that reflects light in the visible wavelength band include silicon (Si), aluminum (Al), tantalum (Ta), and Cr.
  • Examples of the material that absorbs light in the visible wavelength band include carbon (C).
  • ⁇ Protrusion structure> As an example of the shape of the protrusion structure 21, a shape having a convex surface as shown in FIG. 1A, a forward taper shape as shown in FIG. (Not shown).
  • the height of the protrusion structure 21 vertical direction in FIG. 1A
  • the dimension in the parallel direction of the protrusion structure 21 horizontal direction in FIG. 1A
  • the apparent The refractive index also changes continuously in the height direction.
  • the protruding structure 21 having the above-described shape on the base material 11, the interface between the material forming the base material 11 and the material forming the laminated film 31 stacked on the protruding structure 21.
  • the refractive index changes gradually, and reflection in the visible region at the interface on the protrusion structure surface is suppressed.
  • the shape of the protrusion structure 21 may be other structures as long as the above-described reflection suppressing effect can be obtained.
  • a known technique such as lithography or dry etching may be applied.
  • the plurality of convex portions constituting the protruding structure 21 are arranged in a lattice shape.
  • a lattice shape a hexagonal close-packed lattice shape is more preferable, but a square lattice shape may also be used.
  • the pitch of the grating structure is smaller than the wavelength band of the visible region, that is, 360 nm or less so that the light in the visible region is not first-order diffracted by the periodicity of the grating structure.
  • the center of the convex part which comprises the protrusion structure 21 may shift
  • the distribution deviation is preferably smaller than the pitch of the lattice structure, and more preferably 1/5 or less of the pitch of the lattice structure.
  • the structure height value of the plurality of convex portions constituting the protrusion structure 21 is appropriately designed depending on the reflection suppressing effect and the reflection optical characteristics of the surface of the structural color body.
  • the structural height of the convex portion may be constant, but preferably has an irregular distribution in order to impart a scattering effect. However, if the scattering effect is promoted, the monochromaticity of the light reflected from the surface of the structural color body may be impaired. Therefore, the deviation of the structural height is 1/3 or less of the average value of the structural height. It is more preferable.
  • the protruding structure 21 having a distributed structure height can be formed in a lump by, for example, designing the etching mask line width to be distributed and performing dry etching until the mask disappears completely.
  • the deviation of the mask line width distribution is preferably 1/3 or less of the average value of the mask line width.
  • the protrusion structure 21 has no flat portion on the bottom surface, but a flat portion may exist.
  • the deviation of the bottom area of the convex portion is more preferably 1/3 or less of the design value. The reason is the same as in the case of the structural height.
  • the design value can be calculated from the periodicity of the lattice structure.
  • the bottom area here is an area obtained by vertically viewing a region surrounded by an imaginary line defined by the side surface or bottom surface of another convex portion adjacent to the side surface of the convex portion from above the structural color body. It is.
  • the upper direction corresponds to a direction perpendicular to the lower part of the structural color body in FIGS. 1A and 1B. Even if the convex portion is inclined with respect to the bottom surface of the structural color body, the bottom area is calculated by a value viewed from a direction perpendicular to the bottom surface.
  • the laminated film 31 is made of a material having a different refractive index with respect to light in the wavelength band of the visible region by using a sputtering method, a vapor deposition method, or a self-organization along the uneven shape of the protruding structure 21. It is formed by applying a known technique such as crystallization.
  • a known technique such as crystallization.
  • three pairs of two types of high refractive index layers 41 and low refractive index layers 51 are sequentially formed on the surface of the protrusion structure 21. The order of lamination is appropriately designed depending on the required optical characteristics.
  • the gap between the protruding structures is gradually filled with the material forming the high refractive index layer 41 or the low refractive index layer 51. Therefore, the curvature of the high refractive index layer 41 or the low refractive index layer 51 becomes gentle as the number of layers to be stacked increases. As a result, the effect of suppressing Fresnel reflection is reduced, and reflection occurs at the interface between the high refractive index layer 41 and the low refractive index layer 51.
  • a material constituting the laminated film 31 for example, a material having a large refractive index difference such as titanium dioxide (TiO 2 ) as a high refractive index material and SiO 2 as a low refractive index material can be applied.
  • TiO 2 titanium dioxide
  • SiO 2 SiO 2
  • high reflectivity can be obtained even with a small number of layers, but even when the refractive index is slightly different, reflection at the interface occurs, so it is possible to apply a polymer material, for example, by designing the number of layers as appropriate. is there.
  • the structural color body obtained as described above is irradiated with white light from the surface side of the structural color body (lamination film 31 formation side with respect to the base material 11), the light in the wavelength band interfered by the multilayer body 31 is structurally colored. Extracted as reflected light from the body surface.
  • the laminated body 31 is formed in a curved shape due to the surface shape of the protruding structure 21, the optical path difference of light incident from the surface direction of the structural color body and reflected at each interface of the laminated body 31 is the incident position. Depending on the situation, it will be irregular. Due to the irregularity, the color change due to the change in the observation angle can be reduced. Furthermore, since the protruding structures 21 are arranged in a lattice shape, the optical path difference and its irregularity are determined by the lattice arrangement and the lattice period. Due to these effects, the structural color body can realize a gradual color change even when the observation angle is changed, and the film thickness of the laminate 31 is the same due to the lattice arrangement or the lattice period. Even so, it is possible to change the color tone.
  • FIG. 2A to 2C are schematic cross-sectional views showing manufacturing steps of the structural color body according to the second embodiment.
  • a concavo-convex structure 61 in which a flat portion exists between the convex portions adjacent to the surface of the substrate 12 is formed.
  • a material constituting the base material 12 a material that can be processed by applying a known technique such as lithography or dry etching such as Si, SiO 2 , Cr, and Ta is preferable.
  • the shape of the convex portion of the concavo-convex structure 61 is more preferably a needle shape having no flat portion on the upper surface, but as shown in FIG. 2A, the shape may have a flat portion on the upper surface, and the side wall angle may be vertical. .
  • the uneven structure 61 is preferably arranged in a lattice pattern. When arranged in a lattice shape, a hexagonal close-packed lattice shape is more preferable, but a square lattice shape may also be used.
  • the pitch of the grating structure is preferably smaller than the wavelength band of the visible region, that is, 360 nm or less so that the light in the visible region is not first-order diffracted by the periodicity of the grating structure.
  • the center of the convex portion has an irregular distribution with respect to the center of the lattice structure, and the deviation of the distribution is preferably smaller than the pitch of the lattice structure. A value of 5 or less is more preferable.
  • the structure height of the protrusions of the concavo-convex structure 61 may be constant, but may have an irregular distribution in order to impart a scattering effect. However, if the scattering effect is promoted, the monochromaticity of the light reflected from the surface of the structural color body may be impaired. Therefore, the deviation of the structural height is 1/3 or less of the average value of the structural height. Is preferred.
  • the protruding structure 21 having a distributed structure height can be formed in a lump by, for example, a design having a distributed etching mask line width and dry etching until the mask disappears completely. In this case, the deviation of the mask line width distribution is preferably 1/3 or less of the average value of the mask line width.
  • a material that reflects light in the visible wavelength band or a material that absorbs light in the visible wavelength band is formed on the base material 12 on which the uneven structure 61 is formed.
  • a known technique such as sputtering or vapor deposition is applied to form a curved layer 71 to obtain the protruding structure 22.
  • the transmittance of light in the visible wavelength band is preferably 20% or less.
  • the curved layer 71 is more preferably formed with a film thickness that eliminates the flat portion between the convex portions. However, since the reflection suppressing effect can be obtained even if the flat portion between the convex portions is present, It may be formed thinner than a film thickness that eliminates the flat portion.
  • a known technique such as sputtering, vapor deposition, or self-assembly is applied to the surface of the protrusion structure 22 with a material having a different refractive index with respect to light in the visible wavelength band.
  • the laminated film 32 is formed.
  • three pairs of two types of high refractive index layer 42 and low refractive index layer 52 are sequentially formed on the surface of the protruding structure 22, but the number of these layers, material types, the number, film thickness, The order of lamination is appropriately designed according to the required optical characteristics.
  • TiO 2 as a high refractive index material and SiO 2 as a low refractive index material can be used as a material constituting the laminated film to obtain a high reflectance even with a small number of laminated layers.
  • the refractive index is slightly different, reflection at the interface occurs, so that, for example, a polymer material can be applied by appropriately designing the number of layers.
  • the structural color body obtained as described above exhibits the same functions and effects as those of the first embodiment.
  • FIG. 3A to FIG. 3C are schematic cross-sectional views showing manufacturing steps of the structural color body according to the third embodiment.
  • the base material and the concavo-convex structure, or a part forming the concavo-convex structure are made of different materials.
  • a structure layer 81 in which a concavo-convex structure 62 in which a flat portion exists between adjacent convex portions is formed on the surface of the base material 13 is formed.
  • the flat surface between the convex portions of the concavo-convex structure 62 exists above the surface of the base material 13, but the flat surface between the convex portions of the concavo-convex structure 62 is the same surface as the surface of the base material 13 or the base It may exist below the surface of the material 13.
  • the uneven structure 62 is similar to the uneven structure 61 described in the second embodiment.
  • the material constituting the structural layer 81 is a photocurable resin when the optical nanoimprint method is applied, and a thermoplastic resin or a thermosetting resin when the thermal nanoimprint method is applied.
  • a material which comprises the base material 13 what is necessary is just a material with high adhesiveness with a photocurable resin, a thermoplastic resin, or a thermosetting resin, for example, the polyethylene terephthalate film which implemented the easily bonding process Etc. are applicable.
  • the optical nanoimprint mold or the thermal nanoimprint mold for example, a master mold obtained by processing a concavo-convex inverted structure of the concavo-convex structure 62 using a known technique such as lithography or dry etching on a SiO 2 or Si substrate, or a master mold is used. It is possible to fabricate and apply a replica mold by processing the same structure as the concavo-convex structure 62. Anodization may be applied to the production of the master mold.
  • a material that reflects light in the visible wavelength band or a material that absorbs light in the visible wavelength band is formed on the structural layer 81 by a known method such as sputtering or vapor deposition.
  • a film is formed by applying the technique, the curved layer 72 is formed, and the protruding structure 23 is obtained.
  • the transmittance of light in the visible wavelength band is preferably 20% or less.
  • the curved layer 72 is more preferably formed with a film thickness that eliminates the flat part between the convex parts. However, since the reflection suppressing effect can be obtained even if the flat part between the convex parts exists, It may be formed thinner than a film thickness that eliminates the flat portion.
  • a known technique such as sputtering, vapor deposition, or self-organization is applied to the surface of the protrusion structure 23 with a material having a different refractive index with respect to light in the visible wavelength band. Then, the laminated film 33 is formed.
  • a known technique such as sputtering, vapor deposition, or self-organization is applied to the surface of the protrusion structure 23 with a material having a different refractive index with respect to light in the visible wavelength band.
  • the laminated film 33 is formed.
  • three pairs of two types of high refractive index layer 43 and low refractive index layer 53 are sequentially formed on the surface of the protruding structure 23. The order of lamination is appropriately designed depending on the required optical characteristics.
  • TiO 2 as a high refractive index material and SiO 2 as a low refractive index material can be used as a material constituting the laminated film to obtain a high reflectance even with a small number of laminated layers.
  • the refractive index is slightly different, reflection at the interface occurs, so that, for example, a polymer material can be applied by appropriately designing the number of layers.
  • the structural color body obtained as described above exhibits the same functions and effects as those of the first embodiment.
  • a design that gives irregularity to at least one of the center position of the convex portion, the structural height, and the bottom area is used to manufacture the structural color body. Even when variations (manufacturing errors) occur between batches at the same time, variations in optical characteristics can be suppressed and yield can be improved.
  • a mold for optical nanoimprint was prepared. Specifically, since the wavelength of light irradiated in the optical nanoimprint was 365 nm, synthetic quartz that transmits light of this wavelength was used as a material for the mold. Cr was deposited on the surface of the synthetic quartz substrate by sputtering, and an electron beam resist pattern was formed on the electron beam resist applied on the Cr film by electron beam lithography. The electron beam resist used was a positive type, and the film thickness was 150 nm.
  • a pattern drawn by an electron beam has a standard deviation of 15 nm with a square value of 150 nm on a side of a square area of 3 cm in a XY coordinate system, centered on the center coordinates of a square lattice array with a period of 300 nm for both X and Y coordinates.
  • the region in which the electron beam is drawn is a square inner region.
  • Cr in the region where the surface was exposed was etched away by plasma generated by applying a high frequency to a mixed gas of chlorine and oxygen. Subsequently, quartz was etched in a region where the surface was exposed by plasma generated by applying a high frequency to ethane hexafluoride gas. The quartz depth etched by this process was 150 nm.
  • the remaining resist and Cr film were removed, and OPTOOL HD-1100 (manufactured by Daikin Industries) was applied as a release agent to obtain an optical nanoimprint mold.
  • the synthetic quartz substrate on which the photocurable resin pattern was formed was exposed to plasma generated by applying a high frequency to oxygen gas, and the residual film generated in the photo nanoimprint process was removed. Subsequently, quartz was etched in a region where the surface was exposed by plasma generated by applying a high frequency to ethane hexafluoride gas. The quartz depth etched by this process was 120 nm.
  • a 300 nm-thick Al film is formed by vapor deposition, and then 55 nm-thick TiO 2 and 76 nm-thick SiO 2 are alternately deposited by five pairs. A film was formed to obtain a structural color body.
  • the structural color body of the present disclosure can be used for a display with high design properties. In particular, it is expected to be suitably used in the field of surface decoration.

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Abstract

色コントラストの高い構造発色体を提供する。本開示に係る構造発色体は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有し、凹凸構造は波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成される反射防止構造である。

Description

構造発色体およびその製造方法
　本発明は、表面に形成された構造体により発色する構造発色体およびその製造方法に関する。
　色素のような光吸収による電子遷移を伴う発色現象とは異なり、物質自体には光吸収性はないが、光の波長と同程度、もしくは波長よりも小さい周期構造体による回折や干渉、散乱を利用して、特定波長の光のみを反射、又は透過することにより発色する発色現象が存在する。以下、本明細書においては、この発色現象を構造発色と称する。
　構造発色体が例えば紫外線により劣化しない無機誘電体材料で構成される場合、構造が保たれる限り紫外線が照射される環境下に放置しても、構造発色は色褪せすることがない。
　また、回折、干渉を利用する構造発色は、観察角度により認識される光の波長が変化する特徴があるため、意匠性の高い表現が可能となる。
　このような構造発色による発色体として、屈折率が異なる高分子材料を多層構造とした多層膜干渉を利用した構造発色体が提案されている（特許文献１）。
　但し、特許文献１で提案された構造発色体は、高分子材料の多層構造であるため、隣接する各層を構成する材料の屈折率差が小さく、強い反射を得るためには幾重にも積層する必要があり、製造コストが高くなる。さらに、多層膜干渉の影響が支配的となり、観察角度による色変化が急峻となり、特定の色を広い観察角度で表現することが困難となる。
　そこで、自然界に生息するモルフォチョウのように、強い反射を有し、且つ観察する角度による色変化が緩やかである発色特性を有する構造発色体を供えた表示装置が提案されている（特許文献２）。
　また、基材上に二酸化珪素（ＳｉＯ２）微粒子を配列させたＳｉＯ２微粒子層を形成し、ＳｉＯ２微粒子層上に光吸収のためにクロム（Ｃｒ）層を成膜し、Ｃｒ層上に二酸化チタン（ＴｉＯ２）層とＳｉＯ２層を交互に積層した光反射板も報告されている（非特許文献１）。
特開２０００－２４６８２９号公報 特開２００７－２２５９３５号公報
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ　Ａ，Ｖｏｌｕｍｅ　３０，Ｎｏ．５，Ｐａｇｅ　９６２
　特許文献２で提案された構造発色体は、基材に不均一な凹凸構造を形成し、この凹凸構造上に積層膜を形成することで、積層膜による干渉に凹凸構造の不規則性からなる光の広がり効果を付与し、観察角度による緩やかな色変化を実現している。
　但し、基材および凹凸構造が、可視領域の波長帯の光が透過する材料で構成された場合、積層膜を透過した光はそのまま発色体裏面から抜けてしまう。したがって、構造発色体の表面側だけではなく、裏面側からも光が照射される環境下で構造発色体を表面側から観察した場合、裏面側から透過した光も観察されるため、色コントラストが低下してしまう。
　色コントラストの低下を防止するため、発色体（基材）の裏面側に可視領域の波長帯の光を吸収する材料の膜を成膜しても、当該膜と基材との界面での反射が生じてしまう。また、基材あるいは凹凸構造を例えばカーボンのような光を吸収する材料に変更すると、紫外線照射による樹脂硬化を利用する光ナノインプリント法を適用する際に、基材側から紫外線を照射できなくなるため、構造発色体の製造に生産性の高い光ナノインプリント法を適用することが困難となる。
　一方で、非特許文献１で報告されている光反射板は、ＳｉＯ２微粒子の粒径に２００～４００ｎｍの幅を持たせることにより、凹凸構造の幅と高さに不規則性を付与している。さらに微粒子上に形成されたＣｒ層により、Ｃｒ層上に形成したＴｉＯ２層とＳｉＯ２層からなる積層膜を透過した光が吸収されるため、色コントラストの高い反射板が得られる。
　但し、ＳｉＯ２微粒子上にＣｒを成膜するため、Ｃｒ層表面の表面粗さはＳｉＯ２微粒子の表面粗さよりも小さくなる。入射した光の反射を防止する構造として、蛾の眼を模した突起構造の集合体が一般的に知られている。このような突起構造の集合体により反射防止効果を得る場合は、突起構造の構造高さが高いほど、反射防止効果が高いとされている。しかしながら、非特許文献１で報告されている反射板は、Ｃｒ層表面の表面粗さがＳｉＯ２微粒子の粒子径により規定されてしまうため、Ｃｒ層による反射防止効果の制御は困難である。
　さらに、ＳｉＯ２微粒子は自己組織的に配列されるため、光反射板の製造において、光学特性などにばらつきが生じ、収率が低下する恐れがある。
　それ故に、本発明は、色コントラストの高い構造発色体およびその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る構造発色体は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有し、凹凸構造は波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成され、凹凸構造は反射防止構造からなるものである。
　あるいは、本発明に係る構造発色体は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有し、凹凸構造は、隣接した凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造であり、凹凸構造と積層体との間に、波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成される層を有するものである。
　また、本発明は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された凹凸構造と、凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する構造発色体の製造方法に関するものであり、基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなる格子状構造を有する光ナノプリント用モールドであって、隣接した凹部の間に平坦部が存在し、凹部の中心が格子状構造の格子構造により決定される中心位置からピッチよりも小さい偏差を有して分布する光ナノインプリント用モールドを用意する工程と、基材に光硬化性樹脂を塗布する工程と、光インプリント法により、光硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して凹凸構造を形成する工程と、凹凸構造が形成された基材上に、波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、金属層上に、波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して積層体を成膜する工程とを具備するものである。
　本発明は、基材と、基材表面もしくは基材上に形成された凹凸構造と、凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する構造発色体の製造方法であって、基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなる格子状構造を有する光ナノプリント用モールドであって、隣接した凹部の間に平坦部が存在し、凹部の中心が格子状構造の格子構造により決定される中心位置からピッチよりも小さい偏差を有して分布する熱ナノインプリント用モールドを用意する工程と、基材に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を塗布する工程と、熱インプリント法により、熱可塑性樹脂層もしくは熱硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して凹凸構造を形成する工程と、凹凸構造が形成された基材上に、波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、金属層上に、波長帯の光を透過し、且つ、波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して積層体を成膜する工程とを具備するものである。
　本発明によれば、凹凸構造によって構造発色体の積層体を透過した光の反射が抑制されるため、色コントラストの高い構造発色体を実現できる。その結果、構造発色体の裏面に背面色が存在しない環境下であっても、良好な発色を得ることができる。
図１Ａは、第１の実施形態に係る構造発色体の製造工程の一部を示す断面概略図である。 図１Ｂは、図１Ａに続く製造工程を示す断面概略図である。 図２Ａは、第２の実施形態に係る構造発色体の製造工程の一部を示す断面概略図である。 図２Ｂは、図２Ａに続く製造工程を示す断面概略図である。 図２Ｃは、図２Ｂに続く製造工程を示す断面概略図である。 図３Ａは、第３の実施形態に係る構造発色体の製造工程の一部を示す断面概略図である。 図３Ｂは、図３Ａに続く製造工程を示す断面概略図である。 図３Ｃは、図３Ｂに続く製造工程を示す断面概略図である。
　本開示において、構造発色体が作用する波長帯は、凹凸構造を構成する凸部（凹部）の線幅及び配列ピッチと、凹凸構造上に形成する積層体の屈折率及び膜厚とにより決定される。本開示においては、構造発色体が対象とする波長帯は限定されるものではないが、以下の実施形態では、特に可視領域の光を対象とした構造発色体について図面を用いて説明する。尚、本実施形態において、可視領域は３６０ｎｍ～８３０ｎｍの波長帯の光を指すものとする。
　（第１の実施形態）
　図１Ａ及び図１Ｂは、第１の実施形態に係る構造発色体の製造工程を示す断面概略図である。構造発色体は、基材１１上に、図１Ａで示すような突起構造２１が形成されている。そして、図１Ｂに示すように、突起構造２１の凹凸形状に沿うようにして、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を複数層積層した積層膜３１が形成されている。
＜基材＞
　基材１１は、可視領域の波長帯の光を反射する材料や、可視領域の波長帯の光を吸収する材料で構成される。可視領域の波長帯の光を反射する材料としては、例えばシリコン（Ｓｉ）やアルミ（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、Ｃｒなどが挙げられる。また、可視領域の波長帯の光を吸収する材料としては、例えば炭素（Ｃ）などが挙げられる。
＜突起構造＞
　突起構造２１の形状の一例として、図１Ａに示したような凸部が曲面となっている形状や、図２Ａに示したような順テーパー形状、突起構造２１の先端が尖った錘状構造（図示せず）等が挙げられる。突起構造２１をこのような形状とすることで、突起構造２１の材質が空間中に占める割合は、高さ方向に対して連続的に変化する。突起構造２１の高さ（図１Ａにおける上下方向）または突起構造２１の並列方向の寸法（図１Ａにおける左右方向）が入射光の波長と同等か、入射光の波長より十分小さいとき、見かけ上の屈折率も高さ方向に対して連続的に変化することになる。その結果、突起構造２１と突起構造２１の上部に存在する媒質との間でのフレネル反射を抑制することができる。このフレネル反射の抑制効果は、突起構造２１の表面の湾曲が急峻なほど高い。
　本開示では上述の形状を有する突起構造２１を基材１１上に形成することにより、基材１１を構成する材料と、突起構造２１の上に積層する積層膜３１を構成する材料との界面での屈折率変化が緩やかとなり、突起構造表面における界面での可視領域の反射を抑制している。なお、突起構造２１の形状は、上述の反射抑制効果が得られるものであればその他の構造でもかまわない。
　突起構造２１の形成方法としては、リソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を適用すればよい。
　突起構造２１を構成する複数の凸部は格子状に配列されることが好ましい。格子状に配列される場合は、六方最密格子状がより好ましいが、正方格子状でも良い。格子構造の周期性により可視領域の光が一次回折されないように、格子構造のピッチ（隣接する凸部の配列ピッチ）は可視領域の波長帯よりも小さい、すなわち３６０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、突起構造２１を構成する凸部の中心が格子構造の周期構造上の中心位置（設計位置）からずれて不規則に分布していても良い。この場合、分布の偏差は格子構造のピッチよりも小さい値が好ましく、さらに格子構造のピッチの１／５以下の値であることがより好ましい。
　突起構造２１を構成する複数の凸部の構造高さの値は、反射抑制効果と、構造発色体表面の反射光学特性により適宜設計される。凸部の構造高さは一定であっても良いが、散乱効果を付与するために不規則な分布を有していることが好ましい。但し、散乱効果が促進されると、構造発色体表面から反射される光の単色性が損なわれる恐れがあるため、構造高さの偏差は、構造高さの平均値の１／３以下であることがより好ましい。尚、構造高さが分布を有する突起構造２１は、例えばエッチングマスク線幅が分布を有する設計とし、完全にマスクが消失するまでドライエッチングを実施することで一括に形成することが可能である。その場合、マスク線幅の分布の偏差は、マスク線幅の平均値の１／３以下が好ましい。また、突起構造２１には底面に平坦部が無いことがより好ましいが、平坦部が存在しても良い。凸部の底面積の偏差は、設計値の１／３以下であることがより好ましい。理由は構造高さの場合と同様である。凸部が格子状に配列されている場合、格子構造の周期性から設計値は計算が出来る。なお、ここでいう底面積とは、凸部の側面が隣接する他の凸部の側面あるいは底面で区画される仮想線で囲まれた領域を構造発色体の上方から垂直に見た面積のことである。上方とは、図１Ａ及び図１Ｂでは構造発色体の下部に垂直な方向に当たる。凸部が構造発色体の底面に対して傾いていたとしても、底面積は、この底面に垂直な方向から見た値で計算することとする。
＜積層膜＞
　積層膜３１は、図１Ｂに示すように、突起構造２１の凹凸形状に沿うようにして、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を、スパッタリング法や蒸着法、或いは自己組織化等の公知の技術を適用して積層することで形成される。図１Ｂでは、突起構造２１の表面に、高屈折率層４１と低屈折率層５１の２種類の層を順次３対形成しているが、これらの層数や材料種とその数、膜厚、積層する順序は必要とする光学特性により適宜設計されるものである。
　突起構造２１の表面に、高屈折率層４１と低屈折率層５１を順次形成する工程において、突起構造間は高屈折率層４１、或いは低屈折率層５１を形成する材料で徐々に埋められるため、積層する層の数が増えるにつれ、高屈折率層４１、或いは低屈折率層５１の湾曲が緩やかとなる。その結果、フレネル反射の抑制効果は小さくなり、高屈折率層４１と低屈折率層５１との界面における反射が発生する。
　積層膜３１を構成する材料としては、例えば、高屈折率材料として二酸化チタン（ＴｉＯ２）、低屈折率材料としてＳｉＯ２などの屈折率差が大きい材料を適用することができる。これにより、少ない積層数でも高い反射率が得られるが、屈折率がわずかに違う場合でも界面における反射は発生するため、積層数を適宜設計することにより例えば高分子材料を適用することも可能である。
　以上により得られた構造発色体に対して、構造発色体表面側（基材１１に対する積層膜３１形成側）から白色光を照射すると、積層体３１により干渉された波長帯の光は、構造発色体表面から反射光として取り出される。
　一方、それ以外の波長帯の光は積層体３１を透過する。ここで、透過光は突起構造２１により界面での反射が抑制されるため、構造発色体表面からは殆ど取り出されない。その結果、積層体３１により干渉された光のみが高いコントラストで観察される。つまり、構造発色体裏面側（基材１１に対する積層膜３１が形成されていない側）に別途黒色体による背面色や反射防止体を設置していない環境下であっても、良好な発色性を視認することができる。換言すると、他の部材を用いることなく、本構造発色体単体で波長選択性を持たせることが可能となる。
　さらに、積層体３１は突起構造２１の表面形状により湾曲して形成されているため、本構造発色体表面方向から入射し、積層体３１の各界面で反射される光の光路差は、入射位置に応じて不規則性を有することになる。該不規則性により、観察角度の変化による色変化を緩和することができる。さらに、突起構造２１を格子状に配列しているので、光路差、およびその不規則性は、格子配列、および格子周期により決定される。これらの効果により、当該構造発色体は、観察角度を変化させた場合であっても緩やかな色変化を実現することができ、さらに格子配列、または格子周期により、積層体３１の膜厚が同じであっても色調を変えることが可能となる。
　（第２の実施形態）
　以下に第２の実施形態にかかる構造発色体について説明する。第１の実施形態と同様の構造、効果については詳細を省略する。
　図２Ａ～図２Ｃは、第２の実施形態に係る構造発色体の製造工程を示す断面概略図である。まず、図２Ａで示すように、基材１２表面に隣接した凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造６１を形成する。基材１２を構成する材料については、例えばＳｉ、ＳｉＯ２、Ｃｒ、Ｔａと言ったリソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を適用することにより加工することができる材料が好ましい。
　凹凸構造６１の凸部の形状は、より好ましくは上面に平坦部が無い針形状であるが、図２Ａに示したように、上面に平坦部がある形状でも良く、また側壁角度は垂直でも良い。凹凸構造６１は格子状に配列されることが好ましい。格子状に配列される場合は、六方最密格子状がより好ましいが、正方格子状でも良い。格子構造の周期性により可視領域の光が一次回折されないように、格子構造のピッチは可視領域の波長帯よりも小さい、すなわち３６０ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、凸部の中心が格子構造の中心に対して不規則な分布を有していることが好ましく、分布の偏差は格子構造のピッチよりも小さい値が好ましく、さらに格子構造のピッチの１／５以下の値であることがより好ましい。
　凹凸構造６１の凸部の構造高さは一定であっても良いが、散乱効果を付与するために不規則な分布を有していても良い。但し、散乱効果が促進されると、構造発色体表面から反射される光の単色性が損なわれる恐れがあるため、構造高さの偏差は構造高さの平均値の１／３以下であることが好ましい。尚、構造高さが分布を有する突起構造２１は、例えばエッチングマスク線幅が分布を有する設計とし、完全にマスクが消失するまでドライエッチングを実施することで一括に形成するが可能である。その場合、マスク線幅の分布の偏差は、マスク線幅の平均値の１／３以下が好ましい。
　次に、図２Ｂに示すように、凹凸構造６１が表面に形成された基材１２上に、可視領域の波長帯の光を反射する材料、或いは可視領域の波長帯の光を吸収する材料を、スパッタリング法や蒸着法など公知の技術を適用して成膜し、湾曲層７１を形成し、突起構造２２を得る。湾曲層７１の膜厚は、平坦な表面上に成膜した場合に、可視領域の波長帯の光の透過率が２０％以下となることが好ましい。湾曲層７１は、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚で形成されることがより好ましいが、凸部間の平坦部が存在しても反射抑制効果は得られるため、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚より薄く形成されても良い。
　次に、図２Ｃに示すように突起構造２２の表面に、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を、スパッタリング法や蒸着法、或いは自己組織化等の公知の技術を適用して積層し、積層膜３２を形成する。図２Ｃでは、突起構造２２表面に、高屈折率層４２と低屈折率層５２の２種類の層を順次３対形成しているが、これらの層数や材料種とその数、膜厚、積層する順序は必要とする光学特性により適宜設計されるものである。積層膜を構成する材料としては、例えば、高屈折率材料としてＴｉＯ２、低屈折率材料としてＳｉＯ２などの屈折率差が大きい材料を適用することにより、少ない積層数でも高い反射率が得られる。しかし、屈折率がわずかに違う場合でも界面における反射は発生するため、積層数を適宜設計することにより、例えば高分子材料を適用することも可能である。
　以上により得られた構造発色体は第１の実施形態と同様の作用・効果を奏する。
　（第３の実施形態）
　以下に第３の実施形態にかかる構造発色体について説明する。第１の実施形態と同様の構造、効果については詳細を省略する。
　図３Ａ～図３Ｃは、第３の実施形態に係る構造発色体の製造工程を示す断面概略図である。第３の実施形態では、基材と凹凸構造、もしくは凹凸構造を形成する一部は異なる材料で構成される。まず、図３Ａで示すように、基材１３の表面に、隣接した凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造６２が形成された構造層８１を形成する。図３Ａでは、凹凸構造６２の凸部間の平坦面は基材１３の表面より上部に存在するが、凹凸構造６２の凸部間の平坦面が基材１３の表面と同一面、或いは、基材１３の表面よりも下部に存在しても良い。尚、凹凸構造６２は第２の実施形態に記載した凹凸構造６１に準ずるものである。
　構造層８１に凹凸構造６２を形成する手法としては、特に光ナノインプリント法、或いは熱ナノインプリント法の適用が好適である。この場合、構造層８１を構成する材料としては、光ナノインプリント法を適用する場合は光硬化性樹脂、熱ナノインプリント法を適用する場合は熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂となる。また、基材１３を構成する材料としては、光硬化性樹脂、或いは熱可塑性樹脂、もしくは熱硬化性樹脂との密着性が高い材料であれば良く、例えば易接着処理を実施したポリエチレンテレフタラートフィルムなどが適用可能である。
　光ナノインプリント用モールド、或いは熱ナノインプリント用モールドは、例えばＳｉＯ２やＳｉ基板にリソグラフィやドライエッチングなどの公知の技術を用いて凹凸構造６２の凹凸反転構造を加工したマスターモールドを適用する、もしくはマスターモールドには凹凸構造６２と同じ構造を加工してレプリカモールドを作製して適用することが可能である。また、マスターモールドの作製には、陽極酸化を適用しても良い。
　光ナノインプリント法、或いは熱ナノインプリント法を適用し、得られた凹凸構造に対して、例えば構造高さや線幅などの、形状のトリミングが必要な場合は、光ナノインプリント、或いは熱ナノインプリント実施後にプラズマ処理を行なっても良い。
　次に、図３Ｂに示すように、構造層８１上に、可視領域の波長帯の光を反射する材料、或いは視領域の波長帯の光を吸収する材料を、スパッタリング法や蒸着法など公知の技術を適用して成膜し、湾曲層７２を形成し、突起構造２３を得る。湾曲層７２の膜厚は、平坦な表面上に成膜した場合に、可視領域の波長帯の光の透過率が２０％以下となることが好ましい。湾曲層７２は、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚で形成されることがより好ましいが、凸部間の平坦部が存在しても反射抑制効果は得られるため、凸部間の平坦部が無くなる程度の膜厚より薄く形成されても良い。
　次に、図３Ｃに示すように突起構造２３の表面に、可視領域の波長帯の光に対して屈折率の異なる材料を、スパッタリング法や蒸着法、或いは自己組織化等の公知の技術を適用して積層し、積層膜３３を形成する。図３Ｃでは、突起構造２３の表面に、高屈折率層４３と低屈折率層５３の２種類の層を順次３対形成しているが、これらの層数や材料種とその数、膜厚、積層する順序は必要とする光学特性により適宜設計されるものである。積層膜を構成する材料としては、例えば、高屈折率材料としてＴｉＯ２、低屈折率材料としてＳｉＯ２などの屈折率差が大きい材料を適用することにより、少ない積層数でも高い反射率が得られるが、屈折率がわずかに違う場合でも界面における反射は発生するため、積層数を適宜設計することにより例えば高分子材料を適用することも可能である。
　以上により得られた構造発色体は第１の実施形態と同様の作用・効果を奏する。
　尚、上記の第１～第３の実施形態のように、凸部の中心位置、構造高さ、底面積の少なくとも１つに不規則性を与えた設計としておくことで、構造発色体の製造時におけるバッチ間でばらつき（製造誤差）が生じた場合でも、光学特性のばらつきを抑制することができ、歩留まりを向上させることができる。
　まず、光ナノインプリント用のモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリントにおいて照射する光の波長は、３６５ｎｍであったため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料とした。合成石英基板表面に、Ｃｒをスパッタリングにより成膜し、Ｃｒ膜上に塗布した電子線レジストに電子線リソグラフィにより電子線レジストパターンを形成した。使用した電子線レジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。電子線により描画したパターンは、ＸＹ座標系において、一辺３ｃｍの正方形領域内に、一辺１５０ｎｍの正方形を、Ｘ座標、Ｙ座標共に周期３００ｎｍの正方格子配列の中心座標を中心値とし、標準偏差１５ｎｍの正規分布から選ばれる座標に配置したパターンであり、電子線を描画した領域は正方形の内側領域である。塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生したプラズマにより、表面が露出した領域のＣｒをエッチング除去した。続いて六弗化エタンガスに高周波を印加して発生したプラズマにより表面が露出した領域の石英をエッチングした。該工程によりエッチングした石英深さは１５０ｎｍであった。残存したレジスト及びＣｒ膜を除去し、離型剤としてオプツールＨＤ－１１００（ダイキン工業製）を塗布して光ナノインプリント用モールドを得た。
　次に、合成石英ウェハ上に光硬化性樹脂を１００ｎｍ塗布し、真空中にて該合成石英ウェハに光ナノインプリント用モールドを５０ｋＮの圧力で押しつけながら、３６５ｎｍの光を１０Ｊ／ｍ２照射した。続いて、光ナノインプリント用モールドを該合成石英ウェハから離型し、光硬化性樹脂パターンが形成された合成石英基板を得た。
　次に、該光硬化性樹脂パターンが形成された合成石英基板を、酸素ガスに高周波を印加して発生したプラズマに暴露し、光ナノインプリント工程にて発生した残膜を除去した。続いて六弗化エタンガスに高周波を印加して発生したプラズマにより表面が露出した領域の石英をエッチングした。該工程によりエッチングした石英深さは１２０ｎｍであった。残存したレジストを除去した合成石英基板表面に、膜厚３００ｎｍのＡｌを蒸着法にて成膜し、続いて膜厚５５ｎｍのＴｉＯ２と膜厚７６ｎｍのＳｉＯ２を交互に５対蒸着法にて成膜し、構造発色体を得た。
　得られた構造発色体に対して、垂直方向から反射分光測定を実施したところ、構造体形成した領域では約４６０ｎｍに最大６０％程度のピーク強度を持つ分光スペクトルが得られたのに対して、構造体未形成領域では約５００ｎｍに鋭いウェルがあるものの、その他の波長領域においては８０％以上の反射率を示す分光スペクトルが得られた。尚、白色光照射下において、得られた構造発色体を±５０°領域での傾斜観察では、構造形成領域の色はほぼ変化しない。
　本開示の構造発色体は、意匠性の高い表示物に利用可能である。特に、表面加飾の分野に好適に利用が期待される。
１１、１２、１３…基材
２１、２２、２３…突起構造
３１、３２、３３…積層体
４１、４２、４３…高屈折率層
５１、５２、５３…低屈折率層
６１、６２…凹凸構造
７１、７２…湾曲層
８１…構造層

Claims (10)

  1. 　基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、前記凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有する構造発色体において、
    　前記凹凸構造は前記波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成され、
    　前記凹凸構造が反射防止構造となっていることを特徴とする、発色構造体。
  2. 　基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された、複数の凸部の集合体からなる凹凸構造と、前記凹凸構造上に同じ波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料で構成された２層以上の層からなる積層体とを有する構造発色体において、
    　前記凹凸構造は、隣接した前記凸部の間に平坦部が存在する凹凸構造であり、
    　前記凹凸構造と前記積層体との間に、前記波長帯の光を反射あるいは吸収する材料で構成される層を有することを特徴とする、構造発色体。
  3. 　前記基材表面もしくは前記基材上に形成された前記凹凸構造が、複数の前記凸部を格子状に配列した格子状構造であることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の発色構造体。
  4. 　前記凹凸構造の前記凸部の中心が、前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置から前記ピッチよりも小さい偏差を有して分布していることを特徴とする、請求項３記載の構造発色体。
  5. 　前記偏差の値が、前記格子状構造のピッチの１／５以下であることを特徴とする、請求項４記載の構造発色体。
  6. 　前記格子状構造のピッチが、前記積層体を構成する材料が透過する光の波長帯よりも小さいことを特徴とする、請求項３から請求項５のいずれか記載の構造発色体。
  7. 　前記凹凸構造において、前記凸部の構造高さが前記凸部の構造高さの平均値に対して１／３以下の偏差からなる分布を有することを特徴とする、請求項３から請求項６のいずれか記載の構造発色体。
  8. 　前記凹凸構造において、前記凸部の底面積が設計値の１／３以下の偏差からなる分布を有することを特徴とする、請求項３から請求項７のいずれか記載の構造発色体。
  9. 　基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された凹凸構造と、前記凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する構造発色体の製造方法であって、
    　基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなる格子状構造を有する光ナノプリント用モールドであって、隣接した前記凹部の間に平坦部が存在し、前記凹部の中心が前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置から前記ピッチよりも小さい偏差を有して分布する光ナノインプリント用モールドを用意する工程と、
    　前記基材に光硬化性樹脂を塗布する工程と、
    　光インプリント法により、前記光硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して前記凹凸構造を形成する工程と、
    　前記凹凸構造が形成された基材上に、前記波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、
    　前記金属層上に、前記波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して前記積層体を成膜する工程とを具備することを特徴とする、構造発色体の製造方法。
  10. 　基材と、前記基材表面もしくは前記基材上に形成された凹凸構造と、前記凹凸構造上に２層以上の層からなる積層体とを有し、照射された所定の波長帯の光のうちの一部の波長の光を選択的に反射する構造発色体の製造方法であって、
    　基板上に、複数の凹部を格子状に配列してなる格子状構造を有する熱ナノプリント用モールドであって、隣接した前記凹部の間に平坦部が存在し、前記凹部の中心が前記格子状構造の構造周期により決定される中心位置から前記ピッチよりも小さい偏差を有して分布する熱ナノインプリント用モールドを用意する工程と、
    　前記基材に熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を塗布する工程と、
    　熱インプリント法により、前記熱可塑性樹脂層もしくは前記熱硬化性樹脂層にモールドに形成された構造を転写して前記凹凸構造を形成する工程と、
    　前記凹凸構造が形成された基材上に、前記波長帯の光を反射する金属層を形成する工程と、
    　前記金属層上に、前記波長帯の光を透過し、且つ、前記波長帯の光に対して異なる屈折率を持つ材料を交互に積層して前記積層体を成膜する工程とを具備することを特徴とする、構造発色体の製造方法。
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