(57)【要約】【課題】  可変構造色形成部材が外装材に組み込まれることにより、外装材の色を深みがあってメタリックな光沢のまま可変とされた電気機器を提供する。【解決手段】本発明の電気機器は、基板と、基板上に積層され構造色を形成する構造色形成層と、該構造色形成層の外表面を封止する透明な保護膜と、を備えた可変構造色形成部材1が表面に組み込まれた筐体を有し、可変構造色形成部材1の構造色若しくは反射特性を電気的に可変制御する構造色形成層駆動手段と、入力手段と、入力手段により入力された情報に基づいて、可変構造色形成部材1の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報を決定する表示色設定手段と、表示色設定手段により決定された表示色設定情報に基づいて構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力する制御手段と、を備えるものである。【選択図】      図１
2010085686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板上に積層され構造色を形成する構造色形成層と、該構造色形成層の外表面を封止する透明な保護膜と、を備えた可変構造色形成部材が表面に組み込まれた筐体を有し、
前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性を電気的に可変制御する構造色形成層駆動手段と、
入力手段と、
前記入力手段により入力された情報に基づいて、前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報を決定する表示色設定手段と、
前記表示色設定手段により決定された表示色設定情報に基づいて前記構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力する制御手段と、を備えることを特徴とする電気機器。
【請求項２】
前記構造色形成層は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されることによって形成された多層膜構造であり、該高屈折率層及び低屈折率層は、可視光の波長の１／４波長程度の厚み、若しくは、可視光の波長の１／２波長程度の周期間隔に形成され、前記高屈折率層間の光学的距離を電気的に制御して変化させることにより前記可変構造色形成部材の構造色を可変制御することを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
【請求項３】
前記構造色形成層は、前記高屈折率層と低屈折率層とが多段に積層された棚構造体が前記基板上に規則的に配列されて形成され、
該棚構造体は、前記高屈折率層の行間に高屈折率層の面積よりも小さな面積とされた支持部材が配置されて前記棚構造体の柱を形成し、前記高屈折率層の行間であって該支持部材の周縁に前記低屈折率層が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電気機器。
【請求項４】
前記支持部材は、アクチュエータとされ、該アクチュエータと前記高屈折率層との間には透明電極が配置され、前記高屈折率層及び前記透明電極は、異なる棚構造体の同列層と連結部で連結されており、前記構造色形成層の最表面は、各棚構造体間の間隙と前記連結部とにより形成された方形状の開口を有し、該開口が回折格子とされ、前記アクチュエータは、一つの前記棚構造体の同一層内で複数に分断されていると共に他の前記棚構造体の同一層に位置する支持部材とも分断されて配置され、前記アクチュエータを電気的に制御することにより、前記低屈折率層の厚みを変化させ、構造色を連続的に可変制御することを特徴とする請求項３に記載の電気機器。
【請求項５】
前記高屈折率層は、高屈折率の誘電体によって形成され、前記低屈折率層は、空気層とされていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電気機器。
【請求項６】
前記基板及び前記保護膜と前記構造色形成層との間には夫々透明電極が配置され、各々の透明電極と前記構造色形成層の間には配向膜が配置され、前記各棚構造体間及び前記高屈折率層の行間には液晶が注入され、該液晶は前記構造色形成層の周縁に配置された封止材によって封止され、
前記液晶を電気的に制御することにより前記液晶の屈折率を変化させ、前記高屈折率層間の光学的距離を変化させることにより構造色を可変制御することを特徴とする請求項３に記載の電気機器。
【請求項７】
前記高屈折率層は、高屈折率の誘電体によって形成され、前記支持部材は、低屈折率の誘電体によって形成されていることを特徴とする請求項６に記載の電気機器。
【請求項８】
前記構造色形成層は、半透過ミラーとされる対の高屈折率層と、該対の高屈折率層間に形成される低屈折率層とを備えた多重反射構造体であり、該低屈折率層は、可視光の波長の１／２波長の整数倍の厚みに形成され、前記対の高屈折率層間には、該高屈折率層の面積よりも小さな面積とされた支持部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
【請求項９】
前記支持部材は、アクチュエータとされ、該アクチュエータと前記対の高屈折率層との間には透明電極層が配置され、前記アクチュエータを電気的に制御することにより、前記低屈折率層の厚みを変化させ、構造色を連続的に可変制御することを特徴とする請求項８に記載の電気機器。
【請求項１０】
前記アクチュエータは、圧電素子によって形成された圧電アクチュエータとされ、該圧電アクチュエータの伸縮を電気的に制御することにより前記低屈折率層の厚みを連続的に制御することを特徴とする請求項４又は請求項５又は請求項９に記載の電気機器。
【請求項１１】
前記基板及び前記保護膜と前記構造色形成層との間に透明電極が配置され、前記対の高屈折率層と前記低屈折率層との間には配向膜が配置され、前記対の高屈折率層間には液晶が注入され、該液晶は前記低屈折率層の周縁に配置された封止材によって封止され、
前記液晶を電気的に制御することにより前記液晶の屈折率を変化させ、前記対の高屈折率層間の光学的距離を変化させることにより構造色を可変制御することを特徴とする請求項８に記載の電気機器。
【請求項１２】
前記高屈折率層は、高屈折率の誘電体による多膜層又は金属膜によって形成される半透過ミラーとされていることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の電気機器。
【請求項１３】
前記表示色設定手段は、前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報を複数の記憶する記憶手段を有し、前記入力手段からの表示指示によって前記記憶手段に記憶されている複数の表示色設定情報を表示手段に表示し、前記入力手段からの選択指示によって前記表示手段に表示されている表示色設定情報の中から所望の表示色設定情報を選択し、
前記制御手段は、前記表示色設定手段によって選択された表示色設定情報に基づいて前記構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の電気機器。
【請求項１４】
前記表示色設定手段は、前記表示手段に表示色のカスタム設定用の情報を出力し、
前記表示手段は、該カスタム設定用の画面を表示し、
該カスタム設定用の画面において入力手段によりカスタムの表示色設定情報が設定されると、前記表示色設定手段は、前記入力手段により決定されたカスタムの表示色設定情報に対応する色、又は、ＲＧＢ値、又は、ＨＳＶ値、又は、色度座標のいずれかを前記記憶手段に追加して記憶、或いは、予め記憶されていた情報に上書きして登録することを特徴とする請求項１３に記載の電気機器。
【請求項１５】
前記制御手段は、前記入力手段により入力された情報に基づいて、機器の有する機能を実行する機能手段の動作を制御し、
前記表示色設定手段は、前記機能手段が実行した機能の状態に基づいて表示色設定情報を決定し、
前記制御手段は、前記表示色設定手段が決定した表示色設定情報に基づいて前記構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力することにより、機器のいずれかの機能が実行されると前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性が変化することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の電気機器。
【請求項１６】
前記記憶手段には主電源ＯＦＦ状態時における前記筐体の基本となる表示色設定情報が記憶され、前記制御手段は、主電源がＯＦＦ状態の時には、この記憶手段に記憶された基本となる表示色設定情報に基づいて待機電力により対応する駆動信号を前記構造色形成層駆動手段に出力することを特徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の電気機器。
【請求項１７】
前記制御手段は、主電源ＯＦＦ状態時には、前記構造色形成層駆動手段に供給する一切の電力を停止し、前記可変構造色形成部材のデフォルトの構造色に復帰させることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の電気機器。
【請求項１８】
前記構造色形成層の最下端に或いは前記基板表面にカラー塗膜を備え、該カラー塗膜の色を基本に前記可変構造色形成部材の構造色及び光学特性を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の電気機器。
【請求項１９】
前記構造色形成層の最下端に或いは前記基板表面に発光素子が配置され、該発光素子の近傍に発光素子からの射出光を拡散反射させる拡散反射層が形成され、該拡散反射層からの拡散反射光と前記可変構造色形成部材による構造色とが混合されて前記筐体の外装色が形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の電気機器。
【請求項２０】
基板表面の所定の選択領域に高屈折率層を形成し、該高屈折率層上の高屈折率層の面積よりも小さい選択領域に支持部材を形成し、前記高屈折率層及び前記支持部材を交互に順次積層して構造色形成層を形成し、
前記構造色形成層の形成において、非選択領域には順次有機物を埋め込み平坦化して、平坦面上に随時前記高屈折率層及び支持部材を形成していき、
その後、前記構造色形成層における非選択領域の有機物を、有機物を融解する酸又は加熱処理により除去し、前記高屈折率層の上下層の一部に低屈折率層となる空気層が形成される間隙を形成し、
柱となる前記支持部材と高屈折率層とが多段に積層されて、基板上に複数の棚構造体が配列された構造色形成層を形成することを特徴とする可変構造色形成部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変構造色形成部材を用いた電気機器及び可変構造色形成部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やデジタルカメラ等の様々な電気機器においては、ユーザーの多様なニーズに応えるため装飾性の高い外観が要求されている。そこで、塗装技術を駆使した外装材や、表示素子等を組み込んだ外装材、外表面に微細構造を形成した構造色による外装材等様々な外装材の開発がなされている。
【０００３】
携帯電話機等のような小型の電気機器の外装材に塗装を施す場合には、除塵・除電処理した後、静電スピンドル塗装技術等で塗装を行い、遠赤外線乾燥し、その上にＵＶハードコートや仕上げ塗装を行い、更に、文字等をスクリーン印刷やパッド印刷した後、焼き付けを行うという方法が一般的である。一方、自動車の外板のように大型のものに塗装を施す場合、防錆鋼板に電着塗装等下塗りを行い、焼き付けた後に中塗りやベースコートを塗り、焼き付け又はプレヒートを行った後にクリア塗装を行い焼き付けるといった方法が一般的である。
【０００４】
このような塗装技術は、ソリッド塗装とメタリック系塗装とに大別される。そして、ソリッド塗装によるソリッド塗膜は、上塗り層がエナメルに顔料粒子を分散させたものが多く、ソリッド塗膜による反射光は、塗膜表面での正反射光である鏡面反射光と、層内拡散反射光、及び、表皮拡散反射光からなり、拡散反射光は、半球方向に一様に反射される光で、強度は鏡面反射光の１０−３倍程度と弱い。
【０００５】
一方、メタリック系塗装によるメタリック塗膜の上塗り層は、クリア層とベース層から形成されるものであり、ベース層に顔料の他に鱗片状のアルミフレークやマイカフレーク等の光輝材を含み、ソリッド塗膜による反射の場合と比較して、光輝材の配向状態により方向性を持つ反射光が加わり、メタリック系塗膜の層内拡散反射光分布は異方性を示し、入射光の角度や受光角が異なると色が違って見えるものである。尚、メタリック感は、塗膜中のフレークが光って見えることによる感覚からくるものであり、塗装面の色の見えかたから「色」を感じ、光輝材の遠近の見えかたから「奥行き感」を感じ、「色」と「奥行き感」が複合されて「深み感」を感じるとされているものである。
【０００６】
しかし、最近では環境保護の観点から、揮発性有機化合物の排出の規制が強まり、溶剤型の塗料に代わって、水性や粉体塗料等の低揮発性有機化合物の塗料や、環境負荷の少ない塗装方法が要請されている。
【０００７】
又、奥行きや深みのある鮮やかなカラー塗装を実現するには、多数の工程を必要としコストも高くなるが、携帯電話機等では、ユーザーのニーズに応えるために同じ機種内で異なるカラーバリエーションのモデルを揃える必要があり、数色程度のカラーバリエーションを用意しただけでは全ユーザーのニーズには応えることはできないため、コストとユーザーのニーズの両面を調和させることが困難であるという問題点があった。
【０００８】
更に、ユーザーがどのような色を選択したとしても使っている内に飽きが来てしまうことがあり、場所や状況によって異なる色のものが欲しいという要望もあった。製造者にとって、このようなユーザーの様々なニーズに合わせて様々な色を用意することは、色別の需要予測が難しいため、生産や販売管理の効率が悪くなるという問題点もあった。
【０００９】
このような問題点を解決するため、時計や携帯電話機等においては、外装の一部やパネルを着脱可能に形成した外装の一部やパネルを着せ替え可能なモデルが販売されている。このような外装の一部やパネルを着せ替え可能な電気機器の場合、外装や部品の一部を交換するだけですむため低コストで外観を変更できるというメリットがあるが、着脱式にするためにデザインや構造が制約されるという問題点があり、又、着せ替えによる外観の変化にも限りがあり、更に、着せ替え部品を交換装着するのが面倒であるといった問題点があった。
【００１０】
又、携帯電話機等においては、外装の一部や内面に、多色発光のＬＥＤ等の発光素子を組み込み、着信の種別を報知したり、照明色を切り替えたりする機種もある。又、特表２００５−５１９４６２号公報（特許文献１）では、携帯電話のハウジング自体を酸化還元反応により色が変わるエレクトロ・クロミック材料で構成して、ハウジングの色を電気的に変化させる方法が提案されている。
【００１１】
しかし、このような表示素子や電飾、イルミネーションによる方法では、機能性は高いが外装を着せ替えたような効果は少なく、異なる質感や素材感、奥行きや深みのある光沢等も表現し難いという問題点があった。又、電源や照明がＯＮのときには鮮やかな発色が可能であっても、電源が入っていない場合には、偏光板の暗黒色や淡色等に限られ、外観の美しさに欠けていた。又、フィルムや偏光板等で表面が構成されているため、外装材としては堅牢性や耐久性が低く、外側を透明なガラスやアクリルカバー等で覆う必要があった。
【００１２】
一方自然界においては、玉虫やモルフォ蝶、真珠、オパール等のようにメタリックな光沢や鮮やかな発色をしている構造色と呼ばれるものがあり、この構造色は、光の波長程度の規則正しい微細構造や回折格子構造による干渉色や遊色現象、薄膜干渉や多層膜干渉による発色等、特別の色素によらず物理的構造に基づく光学現象による発色や光沢のことをいうものである。
【００１３】
最近では、このようなモルフォ蝶の鱗粉を模倣した構造により発色する光触媒構造体や、光通信分野で誘電率の異なる物質を交互に積層したフォトニック結晶や、ナノ構造体の研究が盛んであり、構造色を利用した発明として、特開平６−１７３４９号公報（特許文献２）では、モルフォ蝶の鱗粉を構成する高屈折率層と低屈折率層（空気層）が交互に複数段積層され、高屈折率層の行間に柱が形成された棚構造体の干渉作用を利用した提案がなされており、安定した光の干渉作用を提供するための高屈折率層の幅と柱の幅の関係や、高屈折率層と低屈折率層の厚みの条件が述べられている。又、特許文献２に記載の発明では、高屈折率層の幅を変化させることにより棚構造体をツリー形状に形成して、回折格子としての効果が得られる提案もなされている。
【００１４】
又、特開平０７−３４３２４号公報（特許文献３）では、屈折率の異なるポリエステルとナイロンの二つのポリマーを、交互に６１層も積み重ねた積層部と、それを覆うポリエステル保護層の二重構造により、美しい色の繊維を実現している。
【００１５】
しかし、これらの構造色を利用することは、構造や製法が複雑であり、コストが高く機器の外装といった広い面積に利用し難いという問題点があった。又、高屈折率層と低屈折率層を固定しているため、ユーザーのニーズに合わせて色を変化させることはできなかった。
【００１６】
そこで、特開２００５−１９５８２５号公報（特許文献４）では、棚構造体（ラメラ状構造体）を圧電材料で形成し、伸縮方向の両端に電極を形成してこの電極に電圧を印加することにより、高屈折率層と低屈折率層の厚みを変化させて光学的距離を変化させ、構造色の色を可変制御する提案がなされており、更に、この構造体をマトリックス状に複数個並設することによって外光を利用した反射型の情報表示装置を提供する提案もなされている。
【特許文献１】特表２００５−５１９４６２号公報
【特許文献２】特開平６−１７３４９号公報
【特許文献３】特開平０７−３４３２４号公報
【特許文献４】特開２００５−１９５８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述したように、構造色を利用した構造体に関して様々な提案がなされているが、構造色を可変制御する提案は殆どされていなかった。又、構造色を可変制御可能な構造体である可変構造色形成部材の提案においては、情報表示装置の１画素としてこの可変構造色形成部材を利用するといったような、狭面積で利用する提案がなされているのみであり、電気機器の外装として用いる場合のように、広面積で可変構造色形成部材を利用する提案はなされていなかった。
【００１８】
本発明は、可変構造色形成部材が外装材に組み込まれることにより、外装材の色を可変とされた電気機器と、このような電気機器の外装材に組み込まれる広面積な可変構造色形成部材の製造方法とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、電気機器において、基板と、基板上に積層され構造色を形成する構造色形成層と、該構造色形成層の外表面を封止する透明な保護膜と、を備えた可変構造色形成部材が表面に組み込まれた筐体を有し、前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性を電気的に可変制御する構造色形成層駆動手段と、入力手段と、前記入力手段により入力された情報に基づいて、前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報を決定する表示色設定手段と、前記表示色設定手段により決定された表示色設定情報に基づいて前記構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気機器において、前記構造色形成層は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層されることによって形成された多層膜構造であり、該高屈折率層及び低屈折率層は、可視光の波長の１／４波長程度の厚み、若しくは、可視光の波長の１／２波長程度の周期間隔に形成され、前記高屈折率層間の光学的距離を電気的に制御して変化させることにより前記可変構造色形成部材の構造色を可変制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電気機器において、前記構造色形成層は、前記高屈折率層と低屈折率層とが多段に積層された棚構造体が前記基板上に規則的に配列されて形成され、該棚構造体は、前記高屈折率層の行間に高屈折率層の面積よりも小さな面積とされた支持部材が配置されて前記棚構造体の柱を形成し、前記高屈折率層の行間であって該支持部材の周縁に前記低屈折率層が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電気機器において、前記支持部材は、アクチュエータとされ、該アクチュエータと前記高屈折率層との間には透明電極が配置され、前記高屈折率層及び前記透明電極は、異なる棚構造体の同列層と連結部で連結されており、前記構造色形成層の最表面は、各棚構造体間の間隙と前記連結部とにより形成された方形状の開口を有し、該開口が回折格子とされ、前記アクチュエータは、一つの前記棚構造体の同一層内で複数に分断されていると共に他の前記棚構造体の同一層に位置する支持部材とも分断されて配置され、前記アクチュエータを電気的に制御することにより、前記低屈折率層の厚みを変化させ、構造色を連続的に可変制御することを特徴とする。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の電気機器において、前記高屈折率層は、高屈折率の誘電体によって形成され、前記低屈折率層は、空気層とされていることを特徴とする。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の電気機器において、前記基板及び前記保護膜と前記構造色形成層との間には夫々透明電極が配置され、各々の透明電極と前記構造色形成層の間には配向膜が配置され、前記各棚構造体間及び前記高屈折率層の行間には液晶が注入され、該液晶は前記構造色形成層の周縁に配置された封止材によって封止され、前記液晶を電気的に制御することにより前記液晶の屈折率を変化させ、前記高屈折率層間の光学的距離を変化させることにより構造色を可変制御することを特徴とする。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電気機器において、前記高屈折率層は、高屈折率の誘電体によって形成され、前記支持部材は、低屈折率の誘電体によって形成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の電気機器において、前記構造色形成層は、半透過ミラーとされる対の高屈折率層と、該対の高屈折率層間に形成される低屈折率層とを備えた多重反射構造体であり、該低屈折率層は、可視光の波長の１／２波長の整数倍の厚みに形成され、前記対の高屈折率層間には、該高屈折率層の面積よりも小さな面積とされた支持部材が配置されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の電気機器において、前記支持部材は、アクチュエータとされ、該アクチュエータと前記対の高屈折率層との間には透明電極層が配置され、前記アクチュエータを電気的に制御することにより、前記低屈折率層の厚みを変化させ、構造色を連続的に可変制御することを特徴とする。
【００２８】
請求項１０に記載の発明は、請求項４又は請求項５又は請求項９に記載の電気機器において、前記アクチュエータは、圧電素子によって形成された圧電アクチュエータとされ、該圧電アクチュエータの伸縮を電気的に制御することにより前記低屈折率層の厚みを連続的に制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に記載の発明は、請求項８に記載の電気機器において、前記基板及び前記保護膜と前記構造色形成層との間に透明電極が配置され、前記対の高屈折率層と前記低屈折率層との間には配向膜が配置され、前記対の高屈折率層間には液晶が注入され、該液晶は前記低屈折率層の周縁に配置された封止材によって封止され、前記液晶を電気的に制御することにより前記液晶の屈折率を変化させ、前記対の高屈折率層間の光学的距離を変化させることにより構造色を可変制御することを特徴とする。
【００３０】
請求項１２に記載の発明は、請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の電気機器において、前記高屈折率層は、高屈折率の誘電体による多膜層又は金属膜によって形成される半透過ミラーとされていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の電気機器において、前記表示色設定手段は、前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報を複数の記憶する記憶手段を有し、前記入力手段からの表示指示によって前記記憶手段に記憶されている複数の表示色設定情報を表示手段に表示し、前記入力手段からの選択指示によって前記表示手段に表示されている表示色設定情報の中から所望の表示色設定情報を選択し、前記制御手段は、前記表示色設定手段によって選択された表示色設定情報に基づいて前記構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力することを特徴とする。
【００３２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の電気機器において、前記表示色設定手段は、前記表示手段に表示色のカスタム設定用の情報を出力し、前記表示手段は、該カスタム設定用の画面を表示し、該カスタム設定用の画面において入力手段によりカスタムの表示色設定情報が設定されると、前記表示色設定手段は、前記入力手段により決定されたカスタムの表示色設定情報に対応する色、又は、ＲＧＢ値、又は、ＨＳＶ値、又は、色度座標のいずれかを前記記憶手段に追加して記憶、或いは、予め記憶されていた情報に上書きして登録することを特徴とする。
【００３３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の電気機器において、前記制御手段は、前記入力手段により入力された情報に基づいて、機器の有する機能を実行する機能手段の動作を制御し、前記表示色設定手段は、前記機能手段が実行した機能の状態に基づいて表示色設定情報を決定し、前記制御手段は、前記表示色設定手段が決定した表示色設定情報に基づいて前記構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力することにより、機器のいずれかの機能が実行されると前記可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性が変化することを特徴とする。
【００３４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の電気機器において、前記記憶手段には主電源ＯＦＦ状態時における前記筐体の基本となる表示色設定情報が記憶され、前記制御手段は、主電源がＯＦＦ状態の時には、この記憶手段に記憶された基本となる表示色設定情報に基づいて待機電力により対応する駆動信号を前記構造色形成層駆動手段に出力することを特徴とする。
【００３５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の電気機器において、前記制御手段は、主電源ＯＦＦ状態時には、前記構造色形成層駆動手段に供給する一切の電力を停止し、前記可変構造色形成部材のデフォルトの構造色に復帰させることを特徴とする。
【００３６】
請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の電気機器において、前記構造色形成層の最下端に或いは前記基板表面にカラー塗膜を備え、該カラー塗膜の色を基本に前記可変構造色形成部材の構造色及び光学特性を変化させることを特徴とする。
【００３７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の電気機器において、前記構造色形成層の最下端に或いは前記基板表面に発光素子が配置され、該発光素子の近傍に発光素子からの射出光を拡散反射させる拡散反射層が形成され、該拡散反射層からの拡散反射光と前記可変構造色形成部材による構造色とが混合されて前記筐体の外装色が形成されることを特徴とする。
【００３８】
そして、請求項２０に記載の発明は、可変構造色形成部材の製造方法であって、基板表面の所定の選択領域に高屈折率層を形成し、該高屈折率層上の高屈折率層の面積よりも小さい選択領域に支持部材を形成し、前記高屈折率層及び前記支持部材を交互に順次積層して構造色形成層を形成し、前記構造色形成層の形成において、非選択領域には順次有機物を埋め込み平坦化して、平坦面上に随時前記高屈折率層及び支持部材を形成していき、その後、前記構造色形成層における非選択領域の有機物を、有機物を融解する酸又は加熱処理により除去し、前記高屈折率層の上下層の一部に低屈折率層となる空気層が形成される間隙を形成し、柱となる前記支持部材と高屈折率層とが多段に積層されて、基板上に複数の棚構造体が配列された構造色形成層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、可変構造色形成部材が外装材に組み込まれることにより、外装材の色を可変とされた電気機器と、このような電気機器の外装材に組み込まれる広面積な可変構造色形成部材の製造方法とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明を実施するための最良の形態の電気機器は、基板11と、基板11上に積層され構造色を形成する構造色形成層12と、該構造色形成層12の外表面を封止する透明な保護膜13と、を備えた可変構造色形成部材1が表面に組み込まれた筐体を有し、可変構造色形成部材1の構造色若しくは反射特性を電気的に可変制御する構造色形成層駆動手段と、入力手段と、入力手段により入力された情報に基づいて可変構造色形成部材1の構造色若しくは反射特性の情報である表示色設定情報（構造色設定情報）を決定する表示色設定手段と、表示色設定手段により決定された表示色設定情報に基づいて構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力する制御手段と、を備えるものである。
【００４１】
この可変構造色形成部材1の構造色形成層12は、高屈折率層23と低屈折率層24とが交互に積層されることによって形成された多層膜構造であり、該高屈折率層23及び低屈折率層24は、可視光の波長の１／４波長程度の厚み、若しくは、１／２波長程度の周期間隔20に形成され、低屈折率層24を電気的に制御して高屈折率層23間の光学的距離を変化させることにより構造色を可変制御するものである。
【００４２】
又、構造色形成層12は、高屈折率層23と低屈折率層24とが多段に積層された棚構造体25が基板11上に規則的に配列されて形成され、棚構造体25は、高屈折率層23の行間に高屈折率層23の面積よりも小さな面積とされた支持部材21が配置されて柱を形成し、高屈折率層23の行間であって支持部材21の周縁が低屈折率層24とされるものである。
【００４３】
更に、支持部材21は、アクチュエータとされ、このアクチュエータと高屈折率層23との間には透明電極22が配置され、高屈折率層23及び透明電極22は、異なる棚構造体25の同列層と一部で連結されており、構造色形成層12の最表面は、各棚構造体25間の間隙と連結部と、により形成された方形状の開口を有し、構造色形成層12の最表面は、各棚構造体25間の間隙と高屈折率層23の各棚構造体25の同列層を連結する連結部とにより回折格子とされ、アクチュエータは、各高屈折率層23の行間内で断続的に配置されていると共に、各棚構造体25間の間隙で断続的に配置され、アクチュエータを電気的に制御することにより、低屈折率層24の厚みを変化させ、構造色を連続的に可変制御するものである。
【００４４】
又、高屈折率層23は、高屈折率の誘電体によって形成され、低屈折率層は、空気層とされているものであり、アクチュエータは圧電素子によって形成された圧電アクチュエータとされ、圧電アクチュエータの伸縮を電気的に制御することにより前記低屈折率層の厚みを連続的に制御するものである。
【００４５】
そして、表示色設定手段は、可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報を複数の記憶する記憶手段を有し、入力手段からの表示指示によって記憶手段に記憶されている複数の表示色設定情報を表示手段に表示し、入力手段からの選択指示によって表示手段に表示されている表示色設定情報の中から所望の表示色設定情報を選択し、制御手段は、表示色設定手段によって選択された表示色設定情報に基づいて構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力するものである。
【００４６】
又、表示色設定手段は、表示手段に表示色のカスタム設定用の情報を出力し、表示手段は、該カスタム設定用の画面を表示し、該カスタム設定用の画面において入力手段によりカスタムの表示色設定情報が設定されると、表示色設定手段は、入力手段により決定されたカスタムの表示色設定情報に対応する色、又は、ＲＧＢ値、又は、ＨＳＶ値、又は、色度座標のいずれかを記憶手段に追加して記憶、或いは、予め記憶されていた情報に上書きして登録するものである。
【００４７】
更に、表示色設定手段は、機器の有する機能を実行する機能手段が実行した機能の状態に基づいて表示色設定情報を決定し、制御手段は、表示色設定手段が決定した表示色設定情報に基づいて構造色形成層駆動手段に対応する駆動信号を出力することにより、機器のいずれかの機能が実行されると可変構造色形成部材の構造色若しくは反射特性が変化するものである。
【００４８】
又、記憶手段には主電源ＯＦＦ状態時における筐体の基本となる表示色設定情報が記憶され、制御手段は、主電源がＯＦＦ状態の時には、この記憶手段に記憶された基本となる表示色設定情報に基づいて待機電力により対応する駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力するものである。
【００４９】
そして、可変構造色形成部材1の製造方法は、基板11表面の所定の選択領域に高屈折率層23を形成し、高屈折率層23上の高屈折率層23の面積よりも小さい選択領域に支持部材21を形成し、高屈折率層23及び支持部材21を交互に順次積層して構造色形成層12を形成し、構造色形成層12の形成において、非選択領域には順次有機物を埋め込み平坦化して、平坦面上に随時高屈折率層23及び支持部材21を形成していき、その後、構造色形成層12における非選択領域の有機物を、有機物を融解する酸又は加熱処理により除去し、高屈折率層23の上下層の一部に低屈折率層24となる空気層が形成される間隙を形成し、柱となる支持部材21と高屈折率層23とが多段に積層されて、基板11上に複数の棚構造体25が配列された構造色形成層12を形成するものである。
【実施例１】
【００５０】
以下、本発明の実施例を図に基づいて詳説する。本実施例における電気機器の筐体等に組み込まれる構造色が可変な可変構造色形成部材1は、図１に示すように、基板11と、基板11上に積層され構造色を形成する構造色形成層12と、構造色形成層12上に積層される保護膜13及び上塗り層14とから形成されるものであり、構造色形成層12によって構造色が形成されるものである。
【００５１】
この基板11は、金属板やガラス板等によって形成されるものであり、デジタルカメラや携帯電話機等の電気機器における筐体を形成する或いは内蔵される光学系の表面を形成する部材である。
【００５２】
又、構造色形成層12は、高屈折率層23と低屈折率層24とが多段に積層された棚構造体25が基板11上に規則的に配列されて形成されるものであり、この棚構造体25は、高屈折率層23の行間に配置され柱を形成する支持部材21と、高屈折率層23の行間に位置し支持部材21の周縁に形成される低屈折率層24と、支持部材21と高屈折率層23との間に配置された透明電極22とから構成されるものであり、支持部材21は、高屈折率層23の面積より小面積に形成され、伸縮可能なアクチュエータによって形成されるものであり、このアクチュエータとされた支持部材21が伸張することにより高屈折率層23の行間の厚みが変化し、光学的距離も変化するため構造色が可変となるものである。
【００５３】
更に、この棚構造体25は、可視光線の波長をλ０（約３８０〜７６０ｎｍ）とすると、二枚の透明電極22と高屈折率層23の合計の厚さ、及び、支持部材21の厚さは、夫々約λ０／４（約９５〜１９０ｎｍ）の厚さ、若しくは、一つの高屈折率層23及び一つの支持部材21並びにこの支持部材21の両面に位置する二枚の電極からなる周期間隔20が約λ０／２とされるものである。
【００５４】
更に、基板11上に配列された棚構造体25の各列間には空隙26が形成され、所定の一列の棚構造体25の幅と空隙26の幅の合計は、約５００ｎｍ〜１μｍとされ、図２に示すように、アクチュエータとされる支持部材21は、一つの棚構造体25の同一層内で複数に分断されていると共に他の列の同一層に位置する支持部材21とも分断されているが、透明電極22及び高屈折率層23は、一つの棚構造体25の同一層内では一枚の層として形成されていると共に他の列の同一層とも連結部によって連結されているものである。よって、構造色形成層12の表面は、各棚構造体25間の空隙26と連結部とからなる方形状の開口が規則的に形成され、回折格子を形成しているものである。
【００５５】
そして、棚構造体25を構成する高屈折率層23は、前後方向に細長い長方形状の薄膜であって、棚構造体25の他の列における同一層の高屈折率層23と連結部により連結されているものであり、高屈折率の誘電体によって形成され、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等の酸化物或いはフッ化物等によって形成され、屈折率の異なる高屈折率層23と低屈折率層24が交互に複数段積層されることにより多段構成とされ、多層膜干渉による構造色を形成するものである。又、高屈折率層23の行間に形成されている低屈折率層24は、屈折率ｎ＝１．０の空気によって形成される空気層である。
【００５６】
又、透明電極22は、前後方向に細長い長方形状の薄板であって、支持部材21と高屈折率層23との間に配置され、支持部材21の上下二面に接続されているものであり、アクチュエータとされる支持部材21に電圧を印加することによりアクチュエータの伸縮距離を連続的に制御するものである。尚、透明電極22を形成する物質としては、銀（Ａｇ）、銀パラジウム（ＡｇＰｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）等を用いることができる。
【００５７】
更に、支持部材21は、前後方向に細長い長方形状の薄膜であって、幅は透明電極22及び高屈折率層23の幅よりも狭く形成されると共に前後方向の長さも透明電極22及び高屈折率層23の長さよりも短く形成されているものである。よって、この支持部材21は、高屈折率層23（透明電極22も含む）の行間の横方向略中央部分に配置されているが、高屈折率層23の幅よりも幅狭に形成されているため、高屈折率層23（透明電極22も含む）の行間であって支持部材21の周縁に低屈折率層24とする空気層を形成しているものであり、棚構造体25の柱として機能するものである。又、支持部材21は、透明電極22及び高屈折率層23の前後方向の長さよりも短く形成されていることにより、同一の棚構造体25の同一層内に複数の支持部材21が分断された状態で規則的に配置されているものである。
【００５８】
又、アクチュエータとされる支持部材21は、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（ＰＬＺＴ）等の圧電材料によって形成された圧電アクチュエータとされるものであり、上下に接続された透明電極22から電圧が印加されることによって数十〜数百ｎｍの範囲で伸縮可能とされるものである。
【００５９】
そして、この圧電アクチュエータの電圧による変位特性は、分極方向の長さをＬ、印加する電圧（電界）をＥ、分極方向の変位量をΔＬ、積層数をＮ、電圧をＶ、圧電定数をｄ３３とすると、ΔＬは（１）式で計算でき、（２）式が導き出される。尚、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）ではｄ３３＝３００〜４５０ｐｍ／Ｖであり、ＢａＴｉＯ３ではｄ３３＝約１９０ｐｍ／Ｖ、ＰＮＮ−ＰＺＴ系圧電材料ではｄ３３＝約１２００ｐｍ／Ｖである。
【数１】
2010085686.tif 000003
そして、圧電素子の変位特性をグラフに表すと図３（ａ）示すようなグラフとなり、０〜最大変位量までの間を略電圧と比例して伸張するものである。尚、電圧を下げた場合の収縮量の方が電圧を上げた場合の伸張量よりも僅かに大きな変位量となる。このように圧電素子の変位特性は、電圧と略比例するため数値化することが可能であり、圧電アクチュエータとされる支持部材21の厚みを連続的に制御することができるため、低屈折率層24の厚みをアクチュエータによって連続的に制御することが可能となるものである。
【００６０】
尚、支持部材21として形状記憶型の圧電アクチュエータを用いることもできる。この形状記憶型の圧電アクチュエータとは、ＰＺＴ等の圧電材料を１５０℃程度の高温下で、７００Ｖ程度の高電圧を印加することにより素子表面に電荷を蓄積させ、常温・常圧において二種の安定な歪みストレスを取り得るという特徴を有したものであり、図３（ｂ）のグラフに示すように、圧電変位と同時に、歪みストレスによって誘電率や屈折率にメモリ機能を付与でき、このような形状記憶型の圧電アクチュエータを用いることにより、常時電圧を印加しなくとも一度与えた電圧による歪みや変位を長時間保持することができ、構造色を長時間保持できると共に低消費電力化も可能となるものである。
【００６１】
更に、構造色形成層12の表面を覆う保護膜13は、透明なガラス板又は透明な樹脂フィルム等によって形成されるものであり、構造色形成層12を保護するためのものである。又、上塗り層14は、ハードコート塗装等によって形成される膜であり、可変構造色形成部材1の最外層とされ、保護膜13等に水分が直接付着することや細かい傷がつくことによる可変構造色形成部材1の劣化を防止するものである。尚、この上塗り層14は、保護フィルムを貼り付けることでも同様の効果を得ることができ、保護膜13と一体とすることもできる。
【００６２】
次に、構造色について述べる。自然界では、顔料や光輝材、発光素子等が無くともメタリックな光沢や鮮やかな発色が見られる。このような光沢や発色は、光の波長程度の規則正しい微細構造や回折格子構造による干渉色や遊色現象、薄膜干渉や多層膜干渉等、物理的構造に基づいて発生するものである。
【００６３】
この多層膜干渉とは、図４に示すような、高屈折率（ＮＨ）薄膜Ｈと低屈折率（ＮＬ）薄膜Ｌを交互に積層した多層膜に光を入射させた場合に各膜間の屈折率の違いにより各膜間で発生する、多段に渡る反射光のことである。つまり、多層膜に照射された光は、多層膜の表面で反射される反射光と、透過する透過光とに分光され、この現象が各段において繰り返されることにより、各段で反射された反射光の波長が同期して美しい発色となる現象である。
【００６４】
例えば、南米アマゾン川流域に生息するモルフォ蝶は、蝶の宝石と言われる程に美しい青色をしているが、モルフォ蝶にはブルー色素が無く、鱗粉の微細形状によって美しい青色を形成しているものである。このモルフォ蝶の鱗粉は、長さ０．２ｍｍ×幅０．１ｍｍ×厚さ３μｍの薄い膜状であり、鱗粉上にはリッジ（ｒｉｄｇｅ）といわれる回折格子のような筋が約０．７μｍ〜１μｍ間隔で規則正しく形成されている。又、この筋は中心に柱を有し、柱の両側に棚が数段、約０．２μｍの間隔で突き出した棚構造とされているものであり、筋は回折格子ではなく半回折格子として多層膜干渉を発生するものである。そして、この棚（屈折率１．５）と空気層（屈折率１．０）をあわせて一層と考え、多層膜干渉の公式λ＝２・ｎ・ｄ（λ：波長、ｎ：屈折率、ｄ：棚の間隔）を用いると、（３）式に示すように、波長λは約０．４８μｍとなり、
【数２】
2010085686.tif 000004
青色光の波長が選択されて反射され、青色の構造色が生み出されることがわかる。
【００６５】
又、高屈折率の薄膜Ｈ及び低屈折率の薄膜Ｌの夫々の厚みをλ０／４として交互にｍ組み積層した多層膜の反射特性は、図５のグラフに示すように、波長λがλ０、λ０／３、λ０／５、・・・の時に反射率がピークを持つ反射特性を示し、その最大反射率Ｒｍは、基板の屈折率をＮＳとすると、（４）式となり、その波長域は、（５）式となる。
【数３】
2010085686.tif 000005
よって、積層数ｍを多くするほど、又、高屈折率ＮＨと低屈折率ＮＬの屈折率の比が大きい材料の組み合わせほど反射率が高くなることがわかる。
【００６６】
そして、本実施例の可変構造色形成部材1は、このモルフォ蝶の鱗粉の構造色を形成する構造と略同様の構造をしているものであり、棚の間隔は図４に示した図と同様にλ０／４とされているため、支持部材21の周縁の空気層と高屈折率層23との屈折率の違いにより多層膜干渉が得られ、図５のグラフに示したものと同様の反射特性を示すものである。又、構造色形成層12の表面は回折格子が形成されているため、コンパクトディスク（ＣＤ）の表面のようなメタリックな光沢と色彩の構造色を得ることができるものである。
【００６７】
次に、可変構造色形成部材1における構造色の可変制御に関して述べる。本発明の可変構造色形成部材1は、構造色形成層12の圧電アクチュエータとされる支持部材21に直流電圧又は交流電圧又はパルス電流を印加して圧電材の厚さを伸縮させ、支持部材21の周縁に形成された低屈折率層24の厚みを増減させることにより、高屈折率層23と低屈折率層による多層膜の反射光の波長特性を可変制御できるものである。
【００６８】
そして、低屈折率層24の厚さ変化による構造色の変化は、図６のグラフに示すように、空気層の厚さが１００ｎｍの場合にはピーク波長が青色領域（４３５〜４８０ｎｍ）に位置し、１２０ｎｍでは緑色領域（５００〜５６０ｎｍ）、１４０ｎｍでは黄色領域（５８０〜５９５ｎｍ）、１７０ｎｍでは赤色領域（６１０〜７５０ｎｍ）といったように連続的に変化するため、構造色を連続的に可変制御することができるものである。尚、図６のグラフは、高屈折率層23として屈折率ｎ＝１．４６、厚さ１００ｎｍの二酸化ケイ素を用い、低屈折率層24とする空気層の厚さを１００ｎｍとし、交互に計８層積層した構造色形成層12で圧電アクチュエータとする支持部材21を伸張させた場合における反射特性の変化をシミュレーションしたものである。
【００６９】
又、この可変構造色形成部材1の構造色を設定する設定データの構成について図７の表に示す。この表は、圧電アクチュエータに印加する電圧値Ｖ、或いは、反射特性における位相差δやｎｄ又はΔｎｄ等の光学特性等に対応する構造色の色コード、ＲＧＢ値、色度座標等を示す表である。尚、多層膜による干渉色では位相差δ＝２π（ｎｄ／λ）やｎｄを変化させるとき、出現する干渉色の順番がおよそ決まっている。これは、偏光顕微鏡観察で用いるレターデーション（Ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ、光路差）と偏光色の関係と同様であり、干渉色図表等のカラーチャートや色の順序と、位相差δやｎｄ等の光学特性とを対応させるように構成することもできるものである。本実施の形態では、これらの情報を後述する制御回路130に内蔵のＲＯＭに記憶している。
【００７０】
次に、本実施例における可変構造色形成部材1の製造方法について図８のフローチャート及び図９を用いて述べる。最初に樹脂又は金属板を可変構造色形成部材1の基板11として成形する基板成形処理を行い（ステップＳ１０１）、基板成形処理（ステップＳ１０１）において成形された基板を洗浄及び平坦化並びに塵を除去する基板洗浄処理を行うことにより基板11を製造する（ステップＳ１０３）。そして、この基板11上にインプリントや蒸着、スパッタリング等の薄膜形成技術により所定の選択領域に透明電極22を形成する透明電極形成処理を行い（ステップＳ１０５）、透明電極22上の狭い領域にインプリント技術等によって圧電材料の層を形成する支持部材形成処理を行い（ステップＳ１０７）、透明電極22や支持部材21が位置する箇所以外の空間領域に有機物等を流し込み、図９（ａ）に示すように支持部材21の先端と有機物の表面とを同一の高さにすることにより平坦化する平坦化処理を行う（ステップＳ１０９）。
【００７１】
次に、平坦化処理（ステップＳ１０９）によって形成した平坦面上の所定の選択領域にスパッタリング等により透明電極22を形成する透明電極形成処理（ステップＳ１１１）を行い、更に、透明電極22上にスパッタリング等により高屈折率の誘電体等による層である高屈折率層23を形成する誘電体層形成処理を行い（ステップＳ１１３）、透明電極22や高屈折率層23以外の空間領域に有機物等を流し込み図９（ｂ）に示すように高屈折率層23の表面と有機物の表面を同一の高さにすることにより平坦化する平坦化処理を行う（ステップＳ１１５）。そして、所要の層数を形成したか判断する層数判断処理を行い（ステップＳ１１７）、所要の層数に足らない場合には、所定の選択領域に透明電極22を形成する透明電極形成処理（ステップＳ１０５）から高屈折率層23の表面と有機物の表面を同一の高さにすることにより平坦化する平坦化処理（ステップＳ１１５）までを図９（ｃ）に示すように所要の層数に達するまで繰り返す。
【００７２】
層数判断処理（ステップＳ１１７）において所要の層数を満たしていた場合には、図９（ｄ）に示すように、有機物等の部分を酸によって融解、加熱による溶解等によって除去する有機物除去処理を行い（ステップＳ１１９）、図９（ｅ）に示すように、最表面に保護膜13及び上塗り層14を形成する仕上げ処理（ステップＳ１２１）を行い、最後に検査等を行って可変構造色形成部材1の製造が終了するものである。
【００７３】
そして、可変構造色形成部材1をこのように製造することにより、ナノミリ単位での正確な製造が可能となり、又、製造コストを抑えることができ、更に、広面積な可変構造色形成部材1を製造できるものである。
【００７４】
次に、可変構造色形成部材1の製法における薄膜形成技術に関して述べる。ＥＢ（電子線）蒸着等の蒸着法は、膜厚の制御性が高く、成膜速度も速いため、ＭｇＦ２等のフッ化物等、低屈折率材料の成膜も可能である。
【００７５】
又、ＲＦスパッタ法や、ＩＡＤ（イオンアシスト蒸着）法等のイオンプレーティングは、従来のＥＢ蒸着が粗な膜になりやすく、水分吸着や光学特性の不良も目立つため、ＥＢ蒸着にプラズマを併用したものである。このＲＦスパッタ法は、基板ドームに高周波を印加することによって発生した自己バイアス現象によってイオンが基板ドームに向かって加速し、スパッタライクで緻密な膜を得ることができる製法であり、ＩＡＤ法は、イオン銃から加速イオンを基板ドームに打ち付けることで蒸着膜を緻密にできる製法である。そして、これらのイオンプレーティングは、低温でも緻密な膜が生成でき、膜厚の制御性に優れ、成膜速度が速いという特徴があり、スパッタリングと同様、金属材料からの反応を利用した酸化物等の成膜も行えるものである。
【００７６】
更に、スパッタリングは、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２等のイオンをターゲット材料に照射し、ターゲット材料の構成原子がターゲット表面から放出される現象を利用して成膜する製法であり、電源にはＤＣ電源若しくはＲＦ電源を利用する。このスパッタリングは、最大２１０×３００ｍｍ（Ａ４サイズ）程度、標準でも一辺１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度の大面積な均一成膜が可能であり、低温でも緻密で耐久性の高い膜が成膜できるものであり、高融点材料も含め、略全ての無機材料を成膜できるという特徴がある。
【００７７】
又、近年の薄膜製法の技術としては、マイクロコンタクト・プリントやナノ・インプリント等がある。このマイクロコンタクト・プリントは、型を元にスタンプを作成し、活性分子等のインクを押しつけて印刷し、マスクを作製する技術であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、まずフォトリソグラフィー技術等で精密なフォトレジストパターン（原版）401を作り、ＰＤＭＳ（シリコンゴム）等のスタンプ材402をフォトレジストパターン401に押しつけて、図１０（ｃ）に示すようなフォトレジストパターン401の型を取ったスタンプ403を作製する。次に、スタンプ403を活性分子溶液のインクにつけた後、図１０（ｄ）に示すように、金（Ａｕ）等が蒸着された基板405の表面に押しつけて、活性分子406を基板405の表面に転写する。すると、活性分子406は、金等の表面に化学吸着されて、図１０（ｅ）に示すように、基板405の表面に安定した自己組織化膜（ＳＡＭ）407が形成される。その後、このように形成された自己組織化膜407をマスクとして、図１０（ｆ）に示すように、微細なエッチング加工等を行なうことができるものである。
【００７８】
更に、ナノ・インプリント技術は、原版をレジストに型押し（インプリント）し、紫外線（ＵＶ）を照射して重合させ、熟成やマスクを作製する技術であり、図１１（ａ）に示すように、まず透明な石英等の原版411を用意し、基板412上の平坦化した表面にインプリント用のレジスト413を塗る。そして、図１１（ｂ）に示すように、このレジスト413の流体に原版411を押し付け、図１１（ｃ）に示すように、透明な原版411の裏から紫外線UVをレジスト413の流体に照射して重合させ、レジスト413の流体が固まった後に、図１１（ｄ）に示すように、原版411を基板412から取り外すと、原版411パターンの複製ができ上がるものである。又、図１１（ｅ）に示すように、原版411の複製をマスクとして、更に微細なエッチング加工等を行なうこともある。
【００７９】
尚、上述した圧電材料の薄膜アクチュエータを形成する場合には、図１２（ａ）に示すようなＳＴＯ（チタン酸ストロンチウム）等の基板421上に、図１２（ｂ）に示すように、電子ビーム等で所望のレジスト422を作製し、図１２（ｃ）及び図１２（ｄ）に示すように、このレジスト422にＰＬＺＴやチタン酸亜鉛系の圧電材料423のゲルを充填して乾燥させ、図１２（ｅ）に示すように、レジスト422部分を除去して乾燥ゲルを焼成し、図１２（ｆ）に示すような所望の形状のＰＬＺＴ結晶を形成する方法を用いることもできる。
【００８０】
以上のような方法により製造された可変構造色形成部材1によれば、構造色形成層12をλ０／４程の膜厚とされた高屈折率層23及び低屈折率層24を交互に積層して形成する、若しくは、λ０／２程の周期間隔20で高屈折率層23及び低屈折率層24を交互に積層することにより、メタリックな光沢を備えた構造色を得ることができ、深みのある構造色を得られる可変構造色形成部材1を提供できるものである。
【００８１】
又、支持部材21をアクチュエータとし、このアクチュエータによって高屈折率層23の行間の光学的距離を変化させることにより、構造色独特の多様な色調及び光沢を可変制御できる可変構造色形成部材1を提供できるものである。
【００８２】
更に、構造色形成層12を高屈折率層23と低屈折率層24とが多段に積層された棚構造体25が基板11上に規則的に配列された構造とすることにより、多層膜干渉による構造色を得ることができ、よってモルフォ蝶のような深みのある鮮やかな構造色を得られる可変構造色形成部材1を提供できる。
【００８３】
又、各構造色形成層12の表面に回折格子を形成することにより、回折格子によるメタリックな深みのある構造色を得ることができると共に、棚構造体25は半回折格子として働くため多層膜干渉による深みのある鮮やかな構造色を得られる。更に、透明電極22は、各棚構造体25の同一層と連結されているため、個別の配線無しに全てのアクチュエータを制御でき消費電力も抑えることができるものである。
【００８４】
そして、高屈折率層23として高屈折率の誘電体を用い、低屈折率層24を空気層とすることにより、屈折率の差を大きくすることができ、より鮮やかな色彩の構造色を得られる可変構造色形成部材1を提供できる。
【００８５】
又、アクチュエータとして圧電素子を用いた圧電アクチュエータとすることにより、印加電圧を変えるだけで容易に連続的に高屈折率層23の行間の厚みを変化させることができ、よって、連続的に構造色を変化させることができる可変構造色形成部材1を提供できる。
【００８６】
更に、本実施例の可変構造色形成部材1によれば、構造色形成層12の層数を多くし、屈折率比を大きくするほど、鮮やかな構造発色を得られることができ、メタリックな色彩を表現可能となり、顔料や染料、フレーク材等を用いずに、鮮やかで光沢感のある発色が得られ、環境に優しい表面加工ができるものである。
【００８７】
又、半導体リソグラフィー技術等を用いずとも、通常のスパッタリングや真空蒸着、マイクロコンタクトプリント、インプリント等の技術は、型を成形すれば大面積でも安価に製造できるため、大面積の電気機器の可変構造色形成部材1としても利用できる。
【００８８】
更に、従来の表示素子や電飾と異なり、電源が入っていない状態であっても鮮やかな構造色や光沢が得られ、電源が入っているときには、機器の状態やユーザーの設定色に応じて、多様な色調や配色、光沢に変化させることができ、よって、新しい装飾性を付加でき、ユーザーの嗜好や状況に合わせて、外観の色柄を自由にカスタマイズすることができ、商品寿命を長くすることができる。
【００８９】
尚、本実施例の可変構造色形成部材1では、構造色形成層12を透明電極22及びアクチュエータとする支持部材21並びに高屈折率層23を積層して形成しているが、図１３及び図１４に示すように、高屈折率層23として誘電体の代わりに金属膜や導電性の薄膜を用いて導電性薄膜28とし、圧電アクチュエータとされた支持部材21と導電性薄膜28とを約λ０／４ずつ交互に積層する構成とすることもある。この場合には、導電性薄膜28による高屈折率層23に直接電圧を印加することで圧電アクチュエータを伸縮させることができ、製造工程が減るため製造が容易となる。又、このように導電性薄膜28と圧電アクチュエータを積層して構成した場合でも、上述したような透明電極22と誘電体による高屈折率層23とを別々に積層して形成したものと同様の効果を得ることができる。
【００９０】
更に、支持部材21を圧電アクチュエータとしていたが、導電性高分子を用いたアクチュエータを用いることや、電磁ボイスコイル等をアクチュエータとして用いることも可能であり、ナノメートル単位で制御でき、且つ、応答速度が速いアクチュエータであれば圧電アクチュエータに限るものではない。
【００９１】
次に、上述した可変構造色形成部材1を利用した電気機器として、筐体に可変構造色形成部材1が組み込まれたデジタルカメラ100について述べる。本実施例におけるデジタルカメラ100は、図１５に示すように、カメラ筐体101の前方を形成する前ケース102の正面にはフラッシュ111や赤外線センサ112、撮像光学系113等が配置され、更に、撮像光学系113を覆う可動なレンズカバー115が取り付けられ、カメラ筐体101の上面にはシャッターボタン116や電源スイッチ117が配置されているものである。又、図１６に示すように、カメラ筐体101の後方を形成する後ケース103の背面には、表示装置121やズームボタン122、方向キー123、メニューボタン124等が配置されているものであり、更に、前ケース102及び後ケース103の表面には、上述した可変構造色形成部材1が組み込まれ、カメラ筐体101の色や光沢を可変制御されるものである。
【００９２】
そして、デジタルカメラ100は、図１７のブロック図に示すように、制御手段や表示色設定手段としての制御系、デジタルカメラ100の機能を実行する機能手段としての撮影系や撮影補助系、入力手段とする操作系、表示手段としての表示系、構造色形成層駆動手段としての外装色系、電源系、画像ファイル記憶系、音声出力系等に分類することができるものであり、撮影モード、再生モード、設定モード等の異なるモードで使用可能なものである。
【００９３】
この制御系のブロックとしては、制御回路130や画像音声ＣＯＤＥＣ131等があり、この制御回路130は、ＣＰＵ、各機能を実行するプログラムや表示色設定情報（構造色設定情報）等の各種設定データを記憶するＲＯＭ、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ等で構成され、各系を制御してデジタルカメラ100の動作を集中的にコントロールし、画像表示制御手段や画像データ保存制御手段、画像調整手段や画像生成手段、データ配列手段等として機能すると共に、外装の色を決定する表示色設定手段として機能するものである。
【００９４】
又、画像音声ＣＯＤＥＣ131は、画像データや音声データのファイルを圧縮し、小容量のデータに変換するものである。更に、電源系としては、電力となるバッテリー等の電池133と、電池133からの電力を制御回路130等に供給する電源回路132とを備えるものである。
【００９５】
又、撮影系としては、撮影レンズ群135と、この撮影レンズ群135を通過した被写体像を二次元の画像信号に変換するＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の撮像素子138と、この撮像素子138からの画像信号に対して所要の画像処理を施す信号処理部139と、画像処理後の画像信号を一時的に記憶する画像メモリ141と、撮影レンズ群135のレンズを駆動させることによりフォーカスやズームを実現させるレンズ駆動部142と、撮像素子138を駆動させる撮像素子駆動部143とを備えるものである。
【００９６】
更に、撮影系として、入射光の光軸方向を撮影レンズ群135の光軸方向に変換する変換ミラー145を備え、この変換ミラー145の反射面には上述した可変構造色形成部材1が取り付けられ、変換ミラー145に、可変構造色形成部材1の構造色形成層12を駆動する構造色形成層駆動手段を備えるミラー駆動部146が接続されているものである。構造色形成層12においてアクチュエータとされる支持部材21は、構造色形成層駆動手段から供給される駆動電圧により伸縮し、構造色形成層12の構造色や反射特性が変化する。このように変換ミラー145の表面に可変構造色形成部材1を組み込むことにより反射特性が可変となるため、ミラー駆動部146で可変構造色形成部材1を制御することにより、入射光の波長特性を変えたり、明るさを減光したりすることができるものである。
【００９７】
更に、撮影補助系としては、上述したフラッシュ111と、フラッシュ111が有する照明用ＬＥＤライトを駆動させるＬＥＤ駆動回路151と、撮影フラッシュとしての高輝度ライトを駆動させるフラッシュ駆動回路152と、反射面に上述の可変構造色形成部材1が取り付けられ、照明用ＬＥＤライトや高輝度ライトの光を集光するリフレクタ153と、リフレクタ153の反射面に組み込まれた可変構造色形成部材1の構造色形成層12を駆動する構造色形成層駆動手段を備えた反射鏡駆動部154と、シャッターボタン116にしたがって駆動するシャッター駆動部155とを備えるものである。そして、反射鏡駆動部154内の構造色形成層駆動手段によって、リフレクタ153の反射波長特性（分光反射率）や反射率を変化させ、照明光全体の分光反射率特性や指向方向、ホワイトバランス等を調整することができるものである。
【００９８】
又、操作系としては、カメラ筐体101の各部に設けられた様々な操作ボタン類、すなわち、シャッターボタン116、ズームボタン122、方向キー123、メニューボタン124等の操作入力部158と、この操作入力部158からの操作信号をＣＰＵに入力するための入力回路159と、無線通信によって撮影及び再生を操作するリモコン等の通信装置165と、通信装置165からの信号を受信する受信装置166とを備えるものである。
【００９９】
更に、画像ファイル記憶系としては、メモリインターフェース161と、このメモリインターフェース161に着脱可能に接続されるメモリカード等の外部メモリ162とを備えるものである。又、表示系としては、液晶表示装置等の表示装置121と、ＣＰＵから適宜に出力される表示データに従って表示装置121を制御する表示駆動部163とを備えるものである。
【０１００】
又、外装色系としては、前ケース102及び後ケース103の表面に取り付けられた可変構造色形成部材1と、可変構造色形成部材1に電圧を印加することにより外装色を変化させる外装色駆動部171を備えるものであり、この外装色駆動部171は、可変構造色形成部材1の構造色若しくは反射特性を電気的に可変制御する構造色形成層駆動手段を備えるものである。そして、構造色形成層駆動手段は、構造色形成層12においてアクチュエータとされる支持部材21に駆動電圧を供給して支持部材21を伸張或は収縮させ、構造色形成層12の構造色や反射特性が変化させる。尚、可変構造色形成部材1の構造色若しくは反射特性の設定情報である表示色設定情報は、制御回路130で決定され、構造色形成層駆動手段は、制御回路130から供給される決定された表示色設定情報に対応する駆動信号に基づいて、構造色形成層12を上記のように駆動する。つまり、本実施の形態においては、制御回路130が表示色設定手段としての機能を備えるものである。尚、表示色設定情報を決定するとは、デジタルカメラ100の外装色を何色に変化させるか決定したり光沢を決定したりするものであり、可変構造色形成部材1の変化させる構造色や反射特性を決定することをいう。
【０１０１】
そして、本実施例のデジタルカメラ100は、起動時のモードに応じて外装色を変化させる機能と、入力手段とする操作入力部158を操作した場合に、操作に応じて外装色を変化させる機能と、ユーザーが選択した色に外装色を変化させる機能と、撮影系等の機能手段が実行した機能に基づいて外装色を変化させる機能と、電源がＯＦＦ状態の時に対応する外装色に変化させる機能とを備えているものである。
【０１０２】
この起動時のモードに応じて外装色を変化させる場合には、電源がＯＮ状態となると、制御回路130（より正確には、制御回路130内のＣＰＵ）が現在のモードが撮影モード、再生モード、設定モードのいずれのモードであるかを判定し、判定されたモードと対応する表示色設定情報を内蔵の記憶手段（ＲＯＭ）から読み込み、この表示色設定情報に対応した駆動信号を外装色駆動部171の構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段が駆動信号に基づいて可変構造色形成部材1のアクチュエータを稼動させることにより外装色を変化させるものである。尚、制御回路130が設定情報に対応した駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力する場合、図７の表に基づいて、表示色設定情報（構造色設定情報）と対応する電圧値等を決定し、この電圧値等の情報を駆動信号として構造色形成層駆動手段に出力するものである。このように起動時のモードに応じて外装色を変化させることにより、ユーザーは現在のモードを瞬時に知ることができるため、確認操作等の面倒な操作をする必要が無くなる。
【０１０３】
又、入力手段とする操作入力部158を操作した場合に、操作に応じて外装色を変化させる場合には、制御回路130が入力された操作と対応する表示色設定情報を内蔵の記憶手段（ＲＯＭ）から読み込み、この表示色設定情報に対応する駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段が表示色設定情報に基づいて可変構造色形成部材1のアクチュエータを稼動させることにより外装色を変化させるものである。このように操作入力に応じて外装色を変化させることにより、ユーザーはどのような操作をしたかを判断できると共に、操作入力の度に変化する外装色を楽しむことができる。
【０１０４】
更に、ユーザーが選択した色に外装色を変化させる場合には、操作入力部158の操作にによって制御回路130に内蔵の記憶手段（ＲＯＭ）に予め記憶された複数の表示色設定情報に基づく構造色選択画面が表示手段よって表示され、この構造色選択画面に表示された情報の中からユーザーが操作入力部158を操作して所定の構造色を選択すると、制御回路130はこの選択された表示色設定情報と対応する駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段がこの駆動信号に基づいて可変構造色形成部材1のアクチュエータを稼動させることにより外装色を変化させるものである。このようにユーザーが自身で外装色を設定できるようにすることで、気分に応じて外装色を自由に変更でき、又、変更した色も深みのあるメタリックな色及び光沢であるため、飽きの来ないデジタルカメラ100とすることができる。
【０１０５】
又、撮影系等の機能手段が実行した機能に基づいて外装色を変化させる場合には、機能手段が実行した状態に基づいて制御回路130が記憶手段に予め記憶された対応する表示色設定情報を選択し、この表示色設定情報と対応する駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段がこの駆動信号に基づいて可変構造色形成部材1のアクチュエータを稼動させることにより外装色を変化させるものである。このように、機能に応じて外装色を変化させることにより、実行中の機能がわかりやすく、又、外装色の変化を楽しむことができる。
【０１０６】
更に、電源がＯＦＦ状態の時に対応する外装色に変化させる場合には、制御回路130が、表示色設定情報の一つとして記憶手段に記憶されている主電源ＯＦＦ状態時の筐体の基本色情報を読み出し、この読み出した基本色情報に基づいて待機電力により対応する駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段がこの駆動信号に基づいて外装色を変化させることにより、電源がＯＦＦ状態時の基本色に変化させることができるものである。このように、電源がＯＦＦ状態時でも、基本色を楽しむことができるため、使用しているときに限らず、非使用時においても深みのあるメタリックな色及び光沢を観賞して楽しむことができる。
【０１０７】
尚、主電源ＯＦＦ状態時には、構造色形成層駆動手段に供給する一切の電力を停止し、可変構造色形成部材1のデフォルトの構造色に復帰させる構造とすることもできる。このように一切の電力を停止することにより、無駄な電力消費を抑えることができて電池の寿命を延ばすことができると共に、可変構造色形成部材1は、物理的な構造によって構造色を形成しているため、深みのあるメタリックな色及び光沢を観賞して楽しむことができる。
【０１０８】
そして、本実施例におけるデジタルカメラ100によれば、上述した構造色の色彩や反射特性が可変とされる可変構造色形成部材1を前ケース102及び後ケース103の表面に取付け、外装色駆動部171によって外装色を変化させることにより、構造色による深みのあるメタリックな外観を備えたデジタルカメラ100を提供できると共に、カメラ筐体101の色を変化させることができ、よって、飽きの来ない電気機器としてのデジタルカメラ100を提供できる。
【０１０９】
又、変換ミラー145の反射面に可変構造色形成部材1を取り付け、この可変構造色形成部材1にミラー駆動部146を接続して変換ミラー145の反射特性を可変とすることにより、入射光の波長特性を変えたり、明るさを減光したりすることができ、画像データ上での画像処理等をすることなく物理的に画像の輝度や明度等を変更することができる。
【０１１０】
更に、リフレクタ153の反射面に可変構造色形成部材1を取り付け、この可変構造色形成部材1と反射鏡駆動部154とを接続し、反射鏡駆動部154によってリフレクタ153の反射面に取り付けられた可変構造色形成部材1を制御することにより、リフレクタ153の反射波長特性（分光反射率）や反射率を変化させることができ、よって、照明光全体の分光反射率特性や指向方向、ホワイトバランス等を調整することができるものである。
【０１１１】
次に、本実施例の可変構造色形成部材1を備えた携帯電話機に関して述べる。携帯電話機200は、通話装置や撮影装置、表示装置と、これらの各種装置を制御する制御手段や記憶手段を内蔵し、上述したデジタルカメラ100と同様に可変構造色形成部材1を可変制御するための構造色形成層駆動手段、表示色設定手段等を有した折り畳み式の携帯電話機である。
【０１１２】
そして、図１８（ａ）に示すように、内面下方に操作部201が配置され、内面上方には第一表示装置202が組み込まれ、操作部201の周縁には操作部パネル205が配置され、更に、操作部パネル205の周縁は可変構造色形成部材1が表面に組み込まれた下ケース207によって覆われているものであり、第一表示装置202の周縁は可変構造色形成部材1が表面に組み込まれた上ケース209によって覆われているものである。
【０１１３】
又、携帯電話機200は、図１８（ｂ）に示すように、外面の中央やや上方位置に第二表示装置212が組み込まれ、中央やや下方にはカメラレンズ213が取り付けられ、カメラレンズ213の下方は下ケース207によって覆われており、第二表示装置212の周縁には表面に可変構造色形成部材1が取り付けられた外パネル215が配置され、この外パネル215の周縁は、上ケース209によって覆われているものである。
【０１１４】
更に、下ケース207、上ケース209、外パネル215は各々異なる構造色に設定可能とされているものであり、これらのケースの表面に取り付けられた可変構造色形成部材1は、図１９（ａ）に示すように、小面積の可変構造色形成部材1が複数個並設されることによってケースの表面を形成しているものであり、白色と着色された可変構造色形成部材1の密度を変更することで、外装ケースの濃度の調整を行ったり、図１９（ｂ）に示すように外装ケースに複数色を混色させたり、図１９（ｃ）に示すように、外装ケースに模様を生成したりすることができる。又、図１９（ｄ）に示すように、ＲＥＣ（録音）といったような実行されている機能と対応したメッセージを外装ケースに表示したりすることもできる。
【０１１５】
次に、このように携帯電話機200の外装色や模様を変更する場合における第一表示装置202の表示画面及び操作について述べる。図２０（ａ）に示すように、メニューの設定画面上には「外装の配色」及び「色のカスタム設定」というタグが形成され、「外装の配色」というタグを選択すると、図２０（ｂ）に示すように、例えば「カジュアル」「シック」といった予め設定された配色パターンのタグと、「カスタム設定」といったユーザーが自ら構造色を生成するタグとが表示される。
【０１１６】
そして、ユーザーが「カジュアル」や「シック」といった予め配色パターンが設定されたタグを選択した場合には、表示色設定手段が記憶手段に予め記憶された表示色設定情報の中から対応する表示色設定情報を選択し、この表示色設定情報に対応した駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段がこの駆動信号に基づいて可変構造色形成部材1のアクチュエータを稼動させることにより外装色を変化させるものである。
【０１１７】
又、ユーザーが「カスタム設定」というタグを選択した場合には、図２０（ｃ）に示すように、上ケース209の構造色及び模様、下ケース207の構造色及び模様、外パネル215の構造色及び模様を個々に設定できる画面が表示され、ユーザーが自由に配色パターンを設定できるものである。そして、表示色設定手段は、ユーザーが設定した配色パターンに対応する表示色設定情報に対応する駆動信号を構造色形成層駆動手段に出力し、構造色形成層駆動手段がこの駆動信号に基づいて上ケース209、下ケース207、外パネル215に組み込まれた可変構造色形成部材1のアクチュエータを稼動させることにより外装色を変化させるものである。
【０１１８】
又、メニューの設定画面において、ユーザーが「色のカスタム設定」というタグを選択した場合には、図２０（ｄ）に示すように、ＲＧＢの濃度をユーザーが任意に選択する画面が表示され、予め設定された色だけでなく、ユーザー自らが任意の色を作成できるものである。この色のカスタム設定の場合は、操作部201等の入力手段によりカスタムの表示色設定情報が設定されると、表示色設定手段が入力手段により決定されたカスタムの表示色設定情報に対応する色、又は、ＲＧＢ値、又は、ＨＳＶ値、又は、色度座標のいずれかを記憶手段に追加して記憶、或いは、予め記憶されていた情報に上書きして登録することにより、ユーザーが一度設定したカスタムの表示色設定情報を何度も繰り返し設定できることとなり、図２０（ｂ）に示した「外装の配色」というタグの中の「カスタム００１」「カスタム００２」というタグを選択することで、二度目には簡単にカスタムの表示色設定情報を設定できるものである。よって、ユーザーにとって自由に色を作れるという喜びがあると共に、同設定であれば他の機会に利用することもでき、同じカスタム設定を何度も繰り返す必要が無く、使い勝手の良い機能とすることができる。
【０１１９】
このような本実施例の可変構造色形成部材1を用いた携帯電話機200によれば、外装ケースの色や模様を自由に変化させることができ、且つ、変化した色や模様も深みのあるメタリックな外観となり、高級感があり、且つ、遊び心もある携帯電話機200を提供することができ、よって、ユーザーの心をとらえることができる。又、可変構造色形成部材1を用いることによって色を連続的に形成できるため、自由なカスタム色を設定できるものである。
【０１２０】
尚、携帯電話機200は、ユーザーの設定によって外装色や模様を可変としているが、タッチセンサを組み込むことによって、機器が手で触れられる毎に外装色や模様が変化する構造とすることや、環境センサを組み込むことによって、周囲の明るさや温度変化等によって外装色や模様が変化する構造とすることもでき、いずれかのセンサが検出した情報に応じて可変にすることにより、新たな嗜好をユーザーに提供できる。
【０１２１】
次に、本実施例における可変構造色形成部材1の変形例について述べる。本変形例の可変構造色形成部材1は、図２１に示すように、基板11上に透明電極22が積層され、この透明電極22上に配向膜55が積層され、この配向膜55上には高屈折率層23と低屈折率層24とが交互に積層して形成された複数の棚構造体25が規則的に配列されて構造色形成層12を形成しており、この構造色形成層12の周縁を囲むように封止材56が配置され、封止材56によって囲まれた空間に液晶53が注入され、棚構造体25の上方にはスペーサ57を介して配向膜55が配置され、この配向膜55上に棚構造体25と同数の透明電極22が夫々の棚構造体25の上方位置に積層され、この透明電極22の上方にガラス等の透明な保護膜13が積層されたものである。尚、棚構造体25を形成する複数の高屈折率層23の行間には低屈折率の薄膜とされた支持部材21が配置されているものである。
【０１２２】
又、棚構造体25は、高屈折率層23と低屈折率の薄膜とされた支持部材21とが、所定の可視光波長をλ０（約３８０〜７６０ｎｍ）とすると、λ０／４の厚さずつ、若しくは、約λ０／２の周期間隔で交互に積層されて形成されているものである。又、支持部材21は、高屈折率層23よりも幅が狭く形成され、高屈折率層23の行間であって支持部材21の周縁に液晶53が封入可能とされているものである。そして、可変構造色形成部材1は、屈折率異方性や複屈折性を有した液晶53が媒質として機能して構造色が形成されるものであり、上下の透明電極22に電圧を印加することによってこの液晶53を制御し、媒質の屈折率を変化させることにより多層膜干渉により強められる反射光の波長を変えて、外装表面の構造色や反射特性を可変制御するものである。
【０１２３】
又、高屈折率層23は、隣接する棚構造体25の同一層と一部で連結しており、構造色形成層12の表面には空隙26と連結部とにより方形状の開口が規則的に形成されて回折格子とされているものである。よって、棚構造体25の多層膜干渉による構造色と、回折格子構造の干渉による構造色とが形成されるものである。
【０１２４】
更に、低屈折率の薄膜とされた支持部材21は、低屈折率の誘電体としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２、ｎ＝１．４６）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、ｎ＝１．４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、ｎ＝１．６）等の酸化物やフッ化物、硫化物等を用いられるものである。又、配向膜55は、所定方向にＬＣＤ分子を配向させるために配置されるものであり、ポリイミド等が用いられる。更に、スペーサ57は、球状粒子等であって液晶層の厚さが均一になるように配置されているものである。
【０１２５】
又、液晶53としては、ＭＢＢＡ、ＡＰＡＰＡ、５ＣＢ、ＢＬ−８００等のネマチック液晶や、コレスチック液晶等を用いることができ、液晶以外の屈折率異方性の媒質や、電圧により屈折率が変化する液体やゲル状の媒質を封入することも可能である。
【０１２６】
そして、ＢＬ−００８等のネマチック液晶における液晶層の電圧−屈折率特性は、図２２に示すように、屈折率の異方性（複屈折性）があり、常光の屈折率はｎ０＝１．５３、異常光の屈折率はｎｅ＝１．８０と、偏光方向により屈折率が異なる。つまり、液晶分子の光軸に垂直な偏光方向の常光の屈折率は一定だが、平行な偏光方向の異常光の屈折率は、両端電圧を０Ｖ〜６Ｖ程度に変化させると、液晶分子の配向方向が変化して液晶の屈折率はｎ＝１．８０〜１．５３の間で変化する。又、コレスチック液晶では、電圧を印加すると、螺旋状に回転した向きに配向されていた液晶層の螺旋のピッチが変化するものである。よって、高屈折率層23の行間の物理的な厚みは変化しないが、屈折率の変化によって光学的距離が変化するものである。
【０１２７】
更に、液晶両端に印加する電圧を可変し、液晶層の屈折率ｎを可変させた場合の、多層膜における反射特性（分光反射率）は、図２３に示すように、電圧を上げていくにつれ、ｎ＝１．８（Ｖ＝０）からｎ＝１．７（Ｖ＝１．３Ｖ）、ｎ＝１．６（Ｖ＝２．２Ｖ）、ｎ＝１．５５（Ｖ＝５Ｖ）、・・・と液晶層の屈折率が順次下がり、反射率のピーク波長や構造色を短波長側（紫側）にシフトして、印加電圧により反射光の波長特性や構造色を可変できるものである。
【０１２８】
本変形例によれば、高屈折率層23と低屈折率の薄膜とされた支持部材21とを交互に複数層積層すると共に、支持部材21は高屈折率層23よりも小面積とし、高屈折率層23の一部の上下には支持部材21が積層されない空隙領域を設け、液晶53を浸透させる構成とすることにより、液晶53の屈折率を変化させることで多層膜干渉により、強く反射される波長特性を変化させ構造色を可変できるものである。尚、層数が多い程、或いは、屈折率の比が大きい程、濃く、鮮やかな発色が得られる。又、通常の液晶表示素子（ＬＣＤ）のように透過光をスイッチングするための偏光板等を設けず、所定の波長帯を殆ど反射するように形成した場合には金属光沢を得ることもできる。
【０１２９】
又、上述した実施例における可変構造色形成部材1と同様に、回折格子構造と多層膜干渉による構造色が得られるため、回折格子の開口に垂直な方向に強くキラキラ拡散させる効果を与えることができるものである。
【０１３０】
更に、高屈折率の誘電体で高屈折率層23を形成し、低屈折率の誘電体によって支持部材21を形成することにより、高屈折率層23と支持部材21との間においても多層膜干渉による構造色が得られるため、不要光となる光を減少させることができるものである。
【０１３１】
次に、本実施例の他の変形例について述べる。本変形例における可変構造色形成部材1は、図２４に示すように、基板11上に構造色形成層12が積層され、構造色形成層12上に透明なカバー部材45が積層されて形成されるものであり、この構造色形成層12は、半透過ミラーとされる対の高屈折率層23と、対の高屈折率層23間に形成される媒質層（空気層）44とを備えた多重反射構造体であり、対の高屈折率層23間には、高屈折率層23の面積よりも小さな面積とされアクチュエータとされる支持部材21が配置され、この支持部材21と対の高屈折率層23との間に透明電極22が積層されているものである。そして、対の高屈折率層23は、誘電体膜や金属薄膜等が積層されて形成されているものであり、透明電極22を通してアクチュエータに電圧が印加されることにより媒質層44の厚みが変化し、多重反射干渉による構造色が可変となるものである。更に、高屈折率層23間の厚みは、所定の可視光線波長をλ０とするとλ０に形成されているものである。
【０１３２】
又、半透過ミラーとされる高屈折率層23を形成する材料としては、金属膜で形成する場合には、可視光領域なので、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ロジウム（Ｒｈ）等を蒸着した薄膜を用いればよい。又、誘電体多層膜や、高屈折率の誘電体と低屈折率の誘電体との交互多層膜とする場合には、高屈折率の誘電体として、上述した実施例の可変構造色形成部材1における高屈折率層23で用いた、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率ｎ＝２．８）や、硫化亜鉛（ＺｎＳ、ｎ＝２．３５）、酸化セレン（ＣｅＯ２、ｎ＝２．３）、酸化ジルコン（ＺｒＯ２、ｎ＝２．２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、ｎ＝２．０１）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２、ｎ＝１．９５）等を用いることができる。
【０１３３】
そして、多重反射干渉とは、図２５に示すように、対向させて配置された二つの半透過ミラー層A,Bと、半透過ミラー層A,B間の媒質層C（空気層）とにより形成された多層膜において、半透過ミラー層Aにθの角度で照射された光線束は、半透過ミラー層Aの反射率に応じて反射光と透過光とに分光され、半透過ミラー層Aを透過し媒質層Cに入射した光線束は半透過ミラーBに照射され、半透過ミラーBの反射率に応じて反射光と透過光に分光され、半透過ミラーBで反射された反射光は、媒質層Cの厚みに応じて位相が変えられて半透過ミラーAに照射され、半透過ミラーAを透過した光線束の内で媒質層Cの厚みによって逆位相となった所定の波長の光線束は、最初に半透過ミラーAで反射された所定の波長の光線束と打ち消しあい、以上の現象を繰り返すことにより、媒質層Cの厚みによって逆位相となった所定の波長の可視光が見えなくなるため、所定の構造色が得られる現象である。
【０１３４】
又、この半透過ミラー層Aを透過して媒質層Cに入射され、二枚の半透過ミラー層A,Bの間を多重反射した透過光の波面は、偶数回の反射を受けた後に透過する各成分波面の重畳となるので、入射光をＩin、各半透過ミラーの反射率をＲ、透過光Ｉｔは（６）式となり、反射光Ｉｒは（７）式となる。
【数４】
2010085686.tif 000006
ただし、位相差δは、入射光Ｉinの入射角度をθ、波長をλ、媒質の屈折率をｎ、媒質の厚みをｄとすると、（８）式である。よって、ｎｄがλ０／２（所定の可視光波長）の整数倍になるように形成することにより、λ０の波長を打ち消すことができる。
【数５】
2010085686.tif 000007
【０１３５】
又、透過特性又は反射特性は、図２６（ａ）に示すように、各成分波面間に位相差が０、２π、４π、・・・のとき、つまり、（９）式に示す条件のときに透過光が最大となり、逆に反射光が最小となる。
【数６】
2010085686.tif 000008
このとき、他の波長では、各透過成分波面間で打ち消しあいの干渉が起こり、透過光が０近くまで減少する。よって、（１０）式となる。
【数７】
2010085686.tif 000009
よって、媒質として空気層を用いた場合には、ｎ＝１．０を代入して変形すると（１１）式となるため、
【数８】
2010085686.tif 000010
本変形例においては、θ＝０の場合を基本としてｄ又はｎｄをλ０／２の整数倍とするものである。
【０１３６】
尚、半透過ミラーの反射率は、高屈折率層と低屈折率層を、λ０／４厚ずつ交互に１３層以上重ねた誘電体多層膜等により９９％を越えるものも得られるが、反射率が高すぎると、反射波長帯域が狭帯域になり過ぎ、波長選択フィルタ等には好適でも、可視光域で可変構造色形成部材の構造色に用いるには不適となる。
【０１３７】
逆に、半透過ミラーの反射率が低すぎても、透過率が高くなり透明に近づくが、どの帯域の反射率も極端に落ちるので、金属光沢のような発色が得られなくなる。よって、メタリックで鮮やかな発色を得るには、反射率Ｒ＝０．３〜０．９程度の中から、基板の屈折率や所望の発色特性に合わせて、適当な半透過ミラーの反射率に設計すればよい。
【０１３８】
そして、半透過ミラーの反射率Ｒ＝０．５（５０％）とし、媒質を空気としたとき、半透過ミラー間の間隔ｄを変化させた場合の反射特性は、図２６（ｂ）に示すように、電圧が０Ｖ、ｄ＝４５０ｎｍの状態から電圧をアクチュエータに印加してｄ＝５５０ｎｍ、ｄ＝６５０ｎｍ、・・・と間隔を広げていくにつれて、反射波長のピークや透過波長のピークが長波長側に順次ずれていくことがわかる。よって、ｄ＝４５０ｎｍのときには、青色の帯域が打ち消されるため、略「黄色〜橙色」の構造色となり、ｄ＝５５０ｎｍのときには、緑色の帯域が打ち消されるため略「紫色」となり、ｄ＝６５０ｎｍでは、青色及び赤色の帯域が打ち消されるため略「緑色」となり、反射率Ｒをある程度高くすると、所定の帯域の光が殆ど反射され、金属光沢の構造色が得られるものである。
【０１３９】
本変形例の可変構造色形成部材１によれば、半透過ミラーの対を形成し、この半透過ミラー間の光学的距離を変化させることにより、逆位相によって打ち消す所定波長を可変制御することができ、よって、多重反射干渉による反射光の帯域を連続的に変えることができ、構造色や反射特性を連続的に変化させることができるため、可変構造色形成部材1の色彩制御ができ、又、金属光沢を得ることができるものである。そして、構造として、対の半透過ミラーを形成すればよいため、容易に製造できる。
【０１４０】
又、半透過ミラー間の光学的距離を変化させるために支持部材21としてアクチュエータを用い、このアクチュエータを可変制御することにより半透過ミラー間の物理的距離を変化させる構造とすることにより、半透過ミラー間の光学的距離を容易に変化させることができると共に、連続的な可変制御が可能となるものである。
【０１４１】
更に、高屈折率層23を高屈折率の誘電体による多膜層又は金属膜によって形成される半透過ミラーとすることにより、反射率や透過率の劣化が少なく、安定した構造色を形成可能な可変構造色形成部材1を提供できるものである。
【０１４２】
又、この変形例において空気層を媒体とし、空気層の厚みを変化させることにより、可変な構造色を形成していたが、図２７に示すように、媒質層44として空気層の代わりに液晶53を注入し、液晶53を媒質とすることもできる。この場合には、上方に位置する高屈折率層23の最上面及び下方に位置する高屈折率層23の最下面に透明電極22を積層し、対の高屈折率層23の内面側に配向膜55を積層し、更に、対の高屈折率層23の間に液晶53を注入して、液晶層の周縁をスペーサやシール等の封止材71で封止するものである。又、媒質層44の厚みである対の高屈折率層23間の光学的距離（ｎｄ）は、所定の可視光線波長をλ０とするとλ０とされているものである。
【０１４３】
この媒質に液晶53を利用して多重反射干渉を行う場合において、各半透過ミラーの反射率Ｒ＝５０％、間隔ｄ＝４００ｎｍとした場合における液晶の屈折率ｎを変えた時の反射特性の変化は、図２８に示すように、液晶両端の電圧を上げていき、液晶53の屈折率が下がるにつれて、多重反射による干渉で強められる反射帯域が順次短波長側にシフトするのが分かる。逆に、電圧を下げて、屈折率を上げていくと、順次長波長側にシフトするのが分かる。尚、各半透過ミラーの反射率Ｒは０．３〜０．９程度とするのがよい。
【０１４４】
このように媒質に液晶53を利用して多重反射干渉を行う可変構造色形成部材1によれば、電圧を可変するだけで、反射率が高くなる波長帯域を任意に選択でき、外装表面における構造色や反射特性を変化させることができる。又、所定の帯域で殆どの光を反射させることで金属光沢を得ることもできる。尚、媒質層44の厚みである対の高屈折率層23間の光学的距離をλ０としているが、λ０／２の整数倍であればよい。
【０１４５】
そして、上述した実施例及び変形例では、電気機器の筐体における外装色を可変構造色形成部材1のみによって形成しているが、可変構造色形成部材1における構造色形成層12の最下端に或いは基板11表面にカラー塗膜を形成し、このカラー塗膜の色を基本に可変構造色形成部材1の構造色及び光学特性を変化させることにより、外装色や光沢等を可変制御できるように構成することもできる。このように基本色を予め備えた状態とすることにより、電源ＯＦＦ時の外装色が可変構造色形成部材1による構造色と基本色とが混合された深みのある色となり、高級感のある電気機器を提供できる。
【０１４６】
又、可変構造色形成部材1における構造色形成層12の最下端に或いは基板11表面に発光ダイオード等の発光素子を配置し、この発光素子の近傍に発光素子からの射出光を拡散反射させる拡散反射層を設けて発光素子からの射出光を拡散反射させ、拡散反射層からの拡散反射光による照明と可変構造色形成部材1による構造色とを混合させて混合効果を加えて発色させることも可能である。このように、発光素子を設けることにより、暗い場所でも色を変化させることができ、新たな嗜好を備えた電気機器を提供することができる。
【０１４７】
更に、上述した実施例及び変形例において電気機器としてデジタルカメラ及び携帯電話機について述べているが、これらの電気機器に限られるわけでなく、全ての電気機器において利用することができる。又、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の実施例に係る可変構造形成部材の断面図。
【図２】本発明の実施例に係る可変構造形成部材の斜視図。
【図３】本発明の実施例に係る圧電素子の変位特性及び圧電変位と電圧並びに歪みストレスと電圧の関係を示すグラフ。
【図４】多層膜干渉について説明する概念図。
【図５】多層膜の反射特性を表すグラフ。
【図６】低屈折率層の厚さ変化による構造色の変化を表すグラフ。
【図７】可変構造色形成部材の構造色を設定する設定データの構成について示す表。
【図８】本実施例における可変構造色形成部材の製造方法についてのフローチャート。
【図９】本実施例における可変構造色形成部材の製造方法について示す断面図。
【図１０】マイクロコンタクト・プリントについての説明図。
【図１１】ナノ・インプリント技術についての説明図。
【図１２】圧電材料の薄膜アクチュエータを形成する製法の説明図。
【図１３】本発明の変形例に係る可変構造色形成部材の断面図。
【図１４】本発明の変形例に係る可変構造色形成部材の斜視図。
【図１５】本発明の実施例に係るデジタルカメラの正面斜視図。
【図１６】本発明の実施例に係るデジタルカメラの背面斜視図。
【図１７】本発明の実施例に係るデジタルカメラの機能ブロック図。
【図１８】本発明の実施例に係る携帯電話機の正面図及び背面図。
【図１９】本発明の実施例に係る携帯電話機の筐体における模様を示す図。
【図２０】本発明の実施例に係る携帯電話機の外装色設定画面を示す図。
【図２１】本発明の変形例に係る可変構造色形成部材の断面図。
【図２２】ネマチック液晶における液晶層の電圧−屈折率特性を表すグラフ。
【図２３】液晶層の屈折率を可変させた場合の多層膜における反射特性を表すグラフ。
【図２４】本発明の変形例に係る可変構造色形成部材の断面図。
【図２５】多重反射干渉についての説明図。
【図２６】多重反射干渉における透過特性又は反射特性を示すグラフ及び半透過ミラー間の間隔を変化させた場合の反射特性を表すグラフ。
【図２７】本発明の変形例に係る可変構造色形成部材の断面図。
【図２８】液晶の屈折率を変えた時の反射特性の変化を表すグラフ。
【符号の説明】
【０１４９】
1  可変構造色形成部材
11  基板                                    12  構造色形成層
13  保護膜                                  14  上塗り層
20  周期間隔                                21  支持部材
22  透明電極                                23  高屈折率層
24  低屈折率層                              25  棚構造体
26  空隙                                    28  導電性薄膜
44  媒質層
45  カバー部材                              53  液晶
55  配向膜                                  56  封止材
57  スペーサ                                71  封止材
100  デジタルカメラ                         101  カメラ筐体
102  前ケース                               103  後ケース
111  フラッシュ                             112  赤外線センサ
113  撮像光学系                             115  レンズカバー
116  シャッターボタン                       117  電源スイッチ
121  表示装置                               122  ズームボタン
123  方向キー                               124  メニューボタン
130  制御回路                               131  画像音声ＣＯＤＥＣ
132  電源回路                               133  電池
135  撮影レンズ群                           138  撮像素子
139  信号処理部                             141  画像メモリ
142  レンズ駆動部                           143  撮像素子駆動部
145  変換ミラー                             146  ミラー駆動部
151  ＬＥＤ駆動回路                         152  フラッシュ駆動回路
153  リフレクタ                             154  反射鏡駆動部
155  シャッター駆動部                       158  操作入力部
159  入力回路                               161  メモリインターフェース
162  外部メモリ                             163  表示駆動部
165  通信装置                               166  受信装置
171  外装色駆動部                           200  携帯電話機
201  操作部                                 202  第一表示装置
205  操作部パネル                           207  下ケース
209  上ケース                               212  第二表示装置
213  カメラレンズ                           215  外パネル
401  フォトレジストパターン                 402  スタンプ材
403  スタンプ                               405  基板
406  活性分子                               407  自己組織化膜
411  原版                                   412  基板
413  レジスト                               421  基板
422  レジスト                               423  圧電材料
【図１】
2010085686.tif 000011
【図２】
2010085686.tif 000012
【図３】
2010085686.tif 000013
【図４】
2010085686.tif 000014
【図５】
2010085686.tif 000015
【図６】
2010085686.tif 000016
【図７】
2010085686.tif 000017
【図８】
2010085686.tif 000018
【図９】
2010085686.tif 000019
【図１０】
2010085686.tif 000020
【図１１】
2010085686.tif 000021
【図１２】
2010085686.tif 000022
【図１３】
2010085686.tif 000023
【図１４】
2010085686.tif 000024
【図１５】
2010085686.tif 000025
【図１６】
2010085686.tif 000026
【図１７】
2010085686.tif 000027
【図１８】
2010085686.tif 000028
【図１９】
2010085686.tif 000029
【図２０】
2010085686.tif 000030
【図２１】
2010085686.tif 000031
【図２２】
2010085686.tif 000032
【図２３】
2010085686.tif 000033
【図２４】
2010085686.tif 000034
【図２５】
2010085686.tif 000035
【図２６】
2010085686.tif 000036
【図２７】
2010085686.tif 000037
【図２８】
2010085686.tif 000038