(57)【要約】【課題】特定の波長域の反射光を良好に視認することの可能な発色構造体を提供する。【解決手段】可視領域の光を透過し第一の凹凸構造を有する凹凸層２０と、凹凸層２０上に配置され第一の凹凸構造に追従した表面形状を有し、入射光のうちの特定の波長域での光の反射率が他の波長域での光の反射率よりも高い一層以上の干渉層４０と、凹凸層２０の干渉層４０とは反対側の面に配置され干渉層４０を透過する光の少なくとも一部を吸収する反射防止層３０と、を有し、平面視で、第一の凹凸構造を構成する凸部２０ａの領域は、予め設定した帯状パターンＰｏを複数組み合わせて構成され、帯状パターンＰｏは、平面視で第１方向に沿った幅と第１方向と直交する第２方向に沿った長さとを有し、幅は入射光の波長よりも短く、凸部２０ａの領域を構成する複数の帯状パターンＰｏは、長さの標準偏差が前記幅の標準偏差よりも大きい。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視領域の光を透過し第一の凹凸構造を有する凹凸層と、
前記凹凸層上に配置され前記第一の凹凸構造に追従した表面形状を有し、入射光のうちの特定の波長域での光の反射率が他の波長域での光の反射率よりも高い、一層以上の干渉層と、
前記凹凸層の前記干渉層とは反対側の面に配置され前記干渉層を透過する光の少なくとも一部を吸収する反射防止層と、を有し、
平面視で、前記第一の凹凸構造を構成する凸部の領域は、予め設定した帯状パターンを複数組み合わせて構成され、
前記帯状パターンは、平面視で第１方向に沿った幅と前記第１方向と直交する第２方向に沿った長さとを有し、
前記幅は前記入射光の波長よりも短く、前記凸部の領域を構成する複数の前記帯状パターンは、前記長さの標準偏差が前記幅の標準偏差よりも大きいことを特徴とする発色構造体。
【請求項２】
複数の前記帯状パターンは、前記第１方向に互いに平行に並ぶように配置されるか又は前記第２方向に同一直線上に並ぶように配置されることを特徴とする請求項１に記載の発色構造体。
【請求項３】
前記反射防止層は、前記凹凸層とは反対側の面に第二の凹凸構造を有し、
前記第二の凹凸構造の膜厚方向の高さが１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、
前記第二の凹凸構造を構成する凸部が秩序性のない配列と正方配列と六方配列とのうちのいずれか一つ又は複数を組み合わせた島状配列に配置され、
前記第二の凹凸構造の構造周期は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、
前記第二の凹凸構造を構成する凹部の幅に対する前記第二の凹凸構造の構造周期の幅の比が、０．２５以上０．７５以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発色構造体。
【請求項４】
前記反射防止層は前記凹凸層とは反対側の面に第二の凹凸構造を有し、
前記第二の凹凸構造の膜厚方向の高さが１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、
前記第二の凹凸構造を構成する凸部が秩序性のない配列と正方配列と六方配列とのうちのいずれか一つ又は複数を組み合わせた島状配列に配置され、
さらに前記反射防止層は前記第二の凹凸構造に追従した表面形状を有する金属層を備え、
前記第二の凹凸構造及び前記金属層の構造周期は、可視領域の波長以下であるサブ波長周期であり、
前記第二の凹凸構造の凹部の幅に対する前記第二の凹凸構造の構造周期の幅の比、及び前記金属層の凹凸構造の凹部の幅に対する前記金属層の凹凸構造の凸部の幅の比が、０．２５以上０．７５以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発色構造体。
【請求項５】
前記金属層は、可視光領域における屈折率が０．２以上６．０以下である金属、金属合金及び金属複合材料と、可視光領域における消衰係数が２．０以上６．０以下である金属、金属合金及び金属複合材料とのうちの一つ以上を含むことを特徴とする請求項４に記載の発色構造体。
【請求項６】
前記反射防止層は黒色顔料を含む請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発色構造体。
【請求項７】
前記凹凸層の前記第一の凹凸構造を構成する凸部は、前記第一の凹凸構造を構成する凸部と、複数の帯状の凸部とが少なくとも一部で重なる多段形状を有し、
前記帯状の凸部は、前記第１方向に沿った幅と前記第２方向に沿った長さとを有し、前記複数の帯状の凸部は、前記第２方向と平行に前記第１方向に不等間隔に配置され、前記複数の帯状の凸部の配置間隔は平均値が前記入射光の波長域における最小波長の１／２であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発色構造体。
【請求項８】
前記干渉層は、屈折率が１．３以上４．０以下である無機物又は無機複合材料からなる化合物のうちの一つ以上を含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の発色構造体。
【請求項９】
前記干渉層は高屈折率化合物と低屈折率化合物とが交互に積層された多層膜構成であり、前記高屈折率化合物と前記低屈折率化合物の屈折率差が０．６以上２．２以下であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の発色構造体。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の発色構造体を含む表示要素を備えたことを特徴とする表示体。
【請求項１１】
平面内に前記表示要素を複数有し、
前記複数の表示要素のうちの一の表示要素を構成する発色構造体及び前記複数の表示要素のうちの他の一つの表示要素を構成する発色構造体において、前記凹凸層は、前記第一の凹凸構造を形成する凸部の高さが異なることを特徴とする請求項１０に記載の表示体。
【請求項１２】
請求項４に記載の発色構造体を含む表示要素を有する表示体であって、
平面内に前記表示要素を複数有し、
前記複数の表示要素のうちの一の表示要素を構成する発色構造体及び前記複数の表示要素のうちの他の一つの表示要素を構成する発色構造体において、前記凹凸層の前記第一の凹凸構造を形成する凸部の高さが異なるか、又は、前記反射防止層の前記第二の凹凸構造の形状が異なることを特徴とする表示体。
【請求項１３】
請求項３から請求項５のいずれか一項に記載された発色構造体の製造方法であって、
前記第一の凹凸構造又は前記第二の凹凸構造に対応する転写用の凹凸構造が形成された凹版を用いて、ナノインプリント法により前記転写用の凹凸構造を樹脂に転写して、前記第一の凹凸構造又は前記第二の凹凸構造を形成する工程を備えることを特徴としている発色構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造色を呈する発色構造体、発色構造体を備える表示体、及び発色構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細構造により発色する構造色は、金属光沢や色素が呈する色のように電子遷移に起因して視認される色とは異なり、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屈折率が互いに異なる多層膜層において、多層膜の各界面で反射した光が干渉することによって生じる構造色である。多層膜干渉は、自然界の生物である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、多層膜干渉によって鮮やかな青色が視認される。
このような構造発色を人工的に再現する構造として、例えば特許文献１ではモルフォ蝶の翅の発色構造を再現するために、基材の表面に多層膜層を積層した構造が提案されている。
また、特許文献２では基材の表面に屈折率及び膜厚の異なる複数の薄膜を順次成膜することで、入射光の一部から赤色、緑色、青色のそれぞれに対応する狭帯域反射ピークを有する干渉光を反射させ、玉虫色の装飾効果を得る構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５３１９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０１６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１や特許文献２の技術では、平面上に積層した多層膜層の膜厚や層数等を設定することにより入射波長のうちの特定の波長域を反射させている。しかし多層膜層による特定波長の反射光だけでなく、裏面側から透過してきた光や、基材等の多層膜層以外から反射した光も合わせて視認することとなるため、観察者は特定の波長域以外の光をも視認してしまう。すなわち、特定の波長域の視認性が低下するといった問題があった。
本発明の課題は、干渉層で設定した特定の波長域の反射光を良好に視認することの可能な発色構造体、表示体及び構造体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る発色構造体は、可視領域の光を透過し第一の凹凸構造を有する凹凸層と、前記凹凸層上に配置され前記第一の凹凸構造に追従した表面形状を有し、入射光のうちの特定の波長域での光の反射率が他の波長域での光の反射率よりも高い、一層以上の干渉層と、前記凹凸層の前記干渉層とは反対側の面に配置され前記干渉層を透過する光の少なくとも一部を吸収する反射防止層と、を有し、平面視で、前記第一の凹凸構造を構成する凸部の領域は、予め設定した帯状パターンを複数組み合わせて構成され、前記帯状パターンは、平面視で第１方向に沿った幅と前記第１方向と直交する第２方向に沿った長さとを有し、前記幅は前記入射光の波長よりも短く、前記凸部の領域を構成する複数の前記帯状パターンは、前記長さの標準偏差が前記幅の標準偏差よりも大きいことを特徴としている。
【０００６】
また、本発明の他の態様に係る表示体は、上記態様の発色構造体を含む表示要素を備えたことを特徴としている。
さらに、本発明の他の態様に係る表示体は、上記態様の発色構造体を含む表示要素を有する表示体であって、平面内に前記表示要素を複数有し、前記複数の表示要素のうちの一の表示要素を構成する発色構造体及び前記複数の表示要素のうちの他の一つの表示要素を構成する発色構造体において、前記凹凸層の前記第一の凹凸構造を形成する凸部の高さが異なるか、又は、前記反射防止層の凹凸構造の形状が異なることを特徴としている。
さらにまた、本発明の他の態様に係る発色構造体の製造方法は、上記態様の発色構造体の製造方法であって、前記第一の凹凸構造又は前記第二の凹凸構造に対応する転写用の凹凸構造が形成された凹版を用いて、ナノインプリント法により前記転写用の凹凸構造を樹脂に転写して、前記第一の凹凸構造又は前記第二の凹凸構造を形成する工程を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、任意の波長域の反射光を良好に視認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る発色構造体の一例を示す断面図である。
【図２】凹凸層の一例を示す概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図３】第二の帯状形状を説明するための説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ)は断面図である。
【図４】多段の凹凸層の一例を示す概略構成図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】干渉層の一例を示す概略構成図である。
【図６】反射防止層の第一の形態を示す概略構成図である。
【図７】図６に示す反射防止層の凹凸構造の一例を示す概略構成図であって、（ａ）は裏面図、（ｂ）は断面図である。
【図８】発色構造体の変形例を説明するための説明図である。
【図９】反射防止層の第二の形態を示す概略構成図である。
【図１０】図９に示す反射防止層の凹凸構造の一例を示す概略構成図であって、（ａ）は裏面図、（ｂ）は断面図である。
【図１１】図１０に示す凹凸構造の説明に要する説明図である。
【図１２】発色構造体の変形例を説明するための説明図である。
【図１３】発色構造体の他の例を示す断面図である。
【図１４】発色構造体の他の例を示す断面図である。
【図１５】表示体の一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかである。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、実施形態で説明されている特徴的な構成の組み合わせの全てを含むものである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。
【００１０】
［発色構造体］
発色構造体１は図１に示すように、基材１０と、基材１０の一方の面に設けられ、複数の凹凸構造を有し可視領域の光を透過する凹凸層２０と、反射防止層３０と、干渉を発現する干渉層４０とを有し、反射防止層３０は、基材１０の、凹凸層２０が設けられた面とは反対側の面に設けられ、干渉層４０を透過する光のうちの少なくとも一部を吸収する。干渉層４０は、凹凸層２０の凹凸構造に追従した表面形状を有する。つまり、断面視で、凹凸層２０の凹部の上面及び凸部の上面に干渉層４０が形成される。
凹凸層２０が有する凹凸構造（第一の凹凸構造）としては、後述する第一の形態及び第二の形態の何れも適用することができる。なお、凹凸層２０が有する凹凸構造の形状はこれに限るものではない。また反射防止層３０としても、後述する第一の形態と第二の形態のいずれもが適用可能である。これらを具体的な図を示して説明する。
【００１１】
なお、発色構造体１に対する入射光及び反射光の波長域は特に限定されないが、以下の説明においては、一例として、可視領域の光を対象とした発色構造体１について説明する。本実施形態においては、３６０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の波長域の光を可視領域の光とする。
ここで、発色構造体１の幅方向を第１方向とし、奥行き方向を第２方向とし、厚さ方向を第３方向とする。第１方向と第２方向は第３方向に投影される仮想的な面であり、第１方向と第２方向、第１方向と第３方向はそれぞれ直交する。なお、下記では発色構造体１の干渉層４０側を表面側、反対に反射防止層３０側を裏面側と表現することもある。
【００１２】
＜凹凸層の凹凸構造の第一の形態＞
次に、凹凸層２０の凹凸構造の詳細を説明する。凹凸層は凹凸が形成される樹脂であれば、熱可塑性樹脂、熱硬化樹脂、光硬化樹脂の何れかもしくは組み合わせでもよい。好ましくは、光硬化樹脂を使用すると、凹凸層２０から反射防止層３０までをひとつの材料で作製できる。凹凸層２０の屈折率は１．３以上１．５以下が好ましい。
まず、凹凸層２０の一例として、凹凸構造を形成する凸部２０ａの平面視における形状、つまりパターンが、第一の帯状形状２０１である場合について説明する。
図２は、凸部２０ａのパターンが第一の帯状形状２０１である凹凸層２０の一例を示す概略図である。なお、図２において、反射防止層３０及び干渉層４０は簡単のため図示を省略している。
【００１３】
図２（ａ）は、図１に示す発色構造体１を干渉層４０側から見た平面図であり、図２（ｂ）は、図２（a）に示す凹凸層２０の、α−α′断面における断面構造を示す断面図である。図２（ａ）に示すように、凹凸層２０の凹凸構造は、複数の凸部２０ａが第２方向に対して不規則な長さを有して帯状に延びる形状で構成されている。図２（ｂ）に示すように、凹凸層２０の凹凸構造は、複数の凸部２０ａと、凸部２０ａが形成されていない領域である複数の凹部２０ｂとから構成される。凸部２０ａは、凹部２０ｂよりも一段高くなっている。
【００１４】
平面視における凸部２０ａのパターンである第一の帯状形状２０１は、第２方向に延びる形状を有し、第２方向の長さｄ２は、第１方向の長さｄ１以上の大きさを有する。複数の第一の帯状形状２０１は、第１方向及び第２方向のいずれにおいても互いに重ならないように配列されている。
図２（ａ）に示す平面図において、第一の帯状形状２０１は、予め設定された帯状パターンＰｏが複数組み合わされて構成される。
ここで、帯状パターンＰｏにおいて、第１方向の長さ（つまり帯状パターンの幅）ｄ１は一定であり、帯状パターンＰｏは第１方向に、長さｄ１の配列間隔、すなわち、長さｄ１の周期で配置されている。
【００１５】
一方、帯状パターンＰｏにおいて、第２方向の長さ（つまり帯状パターンの長さ）ｄ２は不規則であって、凹凸層２０を構成する凸部２０ａの第一の帯状形状２０１を構成する帯状パターンＰｏそれぞれの長さ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。凹凸層２０を構成する全ての凸部２０ａの第一の帯状形状２０１を構成する帯状パターンＰｏの配置パターンは、例えば、所定の標準偏差で分布する長さｄ２を有する複数の帯状パターンＰｏを所定の領域内に仮に敷き詰め、各帯状パターンＰｏの実際の配置の有無を一定の確率に従って決定し、帯状パターンＰｏの配置される領域と帯状パターンＰｏの配置されない領域とを設定することによって決定される。発色構造体１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４．１５μｍ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。
【００１６】
帯状パターンＰｏの配置されている領域が、第一の帯状形状２０１となる領域、つまり凸部２０ａが配置される領域であり、互いに隣り合う帯状パターンＰｏが接する場合には、互いに隣接する帯状パターンＰｏが配置されている領域どうしが結合された１つの領域が１つの第一の帯状形状２０１となり凸部２０ａが配置される。こうした構成においては、第一の帯状形状２０１の第１方向の長さは、帯状パターンＰｏの長さｄ１の整数倍である。
【００１７】
凹凸層２０の凹凸構造の形状によって虹色の分光が生じることを抑えるために、帯状パターンＰｏの第１方向の長さｄ１は可視領域の光の波長以下とされる。換言すれば、帯状パターンＰｏの長さ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、反射される「特定の波長域」の光が有するピーク波長よりも小さいことが好ましい。例えば、発色構造体１におい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１におい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１におい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。なお、ここでいう「特定の波長域」とは、観察者に視認させたい光の波長域として、予め設定した波長域のことをいう。
【００１８】
発色構造体１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、平面視で、単位面積あたりにおいて第一の帯状形状２０１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、平面視で、単位面積あたりにおける第一の帯状形状２０１の面積つまり凸部２０ａの面積と第一の帯状形状２０１とならない領域２０２の面積つまり凹部２０ｂの面積との比率は、１：１であることが好ましい。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、凸部２０ａの高さｈ１は一定であり、高さｈ１は、発色構造体１において発色させる所望の色、すなわち、発色構造体１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２０ａの上面の表面粗さや凹部２０ｂの上面における表面粗さよりも、凸部２０ａの高さｈ１が大きければ、反射光の散乱効果を得ることができる。凹凸層２０において複数の凸部２０ａ間で高さｈ１が異なると、より高い散乱光が生まれるものの、反射光は小さくなり、視認される色のコントラストは低くなるため凸部２０ａの高さｈ１は一定であることが好ましい。
【００２０】
ただし、凸部２０ａの表面の、凹凸構造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、４１５ｎｍ以下であることが好ましい。さらに、上記凹凸構造での反射に起因した光の干渉を抑えるために、高さｈ１は、干渉層４０から反射される「特定の波長域」の光が有するピーク波長の１／２以下であることがより好ましい。
【００２１】
また、高さｈ１が過剰に大きいと、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、反射光が可視領域の光である場合、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１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１５０ｎｍ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。
【００２２】
なお、第一の帯状形状２０１は、第１方向に沿って並ぶ２つの帯状パターンＰｏの一部が重なるように配列されて構成されてもよい。すなわち、複数の帯状パターンＰｏは、第１方向に、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、帯状パターンＰｏの、第１方向の配列間隔は一定でなくてもよい。帯状パターンＰｏが重なり合う場合には、重なり合う帯状パターンＰｏそれぞれからなる領域が結合された１つの領域が、１つの第一の帯状形状２０１となる。この場合、第一の帯状形状２０１の第１方向の長さは、帯状パターンＰｏの長さｄ１の整数倍とは異なる長さとなる。また、帯状パターンＰｏの長さｄ１は、一定でなくてもよく、各帯状パターンＰｏにおいて、第２方向の長さｄ２が第１方向の長さｄ１以上であって、複数の帯状パターンＰｏ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、反射光の散乱効果を得ることができる。帯状パターンＰｏの断面は矩形である必要はなく、角部が丸まった楕円や円形状でもよい。
【００２３】
＜凹凸層の凹凸構造の第二の形態＞
次に、凹凸層として、凹凸層２０に代えて、複数の第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とを含むパターンを構成する、多段の凹凸構造を有する凸部２１ａを備えた凹凸層２１について説明する。
図３に示す、平面視が第二の帯状形状２１１となる凸部２１ｂを有する凹凸構造体２１ｃにおいて、凸部２１ｂの配置位置及びその高さは維持したまま、図２に示す、平面視が第一の帯状形状２０１となる凸部２０ａに重ねると、図４に示す多段の凹凸構造を有する凸部２１ａからなるパターンが形成される。図４に示すように、凸部２０ａ及び凸部２１ｂで構成される凹凸構造体２１ｃにより構成されるパターンは、凹凸層２０が構成する第一の帯状形状２０１とは異なる。すなわち、凹凸層２０と凹凸層２１とは凹凸構造体の構成が異なる。
【００２４】
以下では、凹凸層２１について、上述の凹凸層２０との相違点を中心に説明し、凹凸層２０と同一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。
凹凸層２０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１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構造体が求められる場合もある。凹凸層２１では、第二の帯状形状２１１を構成する凸部２１ｂが、反射強度の高い回折光を生じさせるように配列されており、平面視が第一の帯状形状２０１となる凸部２０ａによる光の散乱効果と、平面視が第二の帯状形状２１１となる凸部２１ｂによる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となる発色が実現される。
【００２５】
図３を参照して、第二の帯状形状２１１の構成について説明する。図３（ａ）は、第二の帯状形状２１１を構成する凸部２１ｂを有する凹凸構造体２１ｃの平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のβ−β′断面における断面構造を示す断面図である。
図３（ａ）の平面図に示すように、第二の帯状形状２１１は、第２方向に沿って一定の幅で延びる帯状を有し、複数の第二の帯状形状２１１は、第１方向に沿って、間隔をあけて並んでいる。換言すれば、平面視で、複数の第二の帯状形状２１１が構成するパターンは、第２方向に沿って延び、第１方向に沿って並ぶ複数の帯状領域からなる。第二の帯状形状２１１における第１方向の長さｄ３は、第一の帯状形状２０１の第１方向の長さｄ１と一致していてもよいし、異なっていてもよい。
【００２６】
第１方向における第二の帯状形状２１１の配列間隔ｄｅ、すなわち、第１方向における第二の帯状形状２１１の配列間隔は、平面視が第二の帯状形状２１１となる凸部２１ｂを有する凹凸構造体２１ｃ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又は−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、第二の帯状形状２１１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つの第二の帯状形状２１１の端部間の第１方向に沿った距離であって、第１方向において第二の帯状形状２１１に対して同一の側に位置する端部間の距離、つまり、例えば図３（ａ）において、隣り合う２つの第二の帯状形状２１１それぞれの長手方向右側の辺どうしの間の距離をいう。
【００２７】
凹凸構造体２１ｃに含まれる凸部２１ｂにより構成される第二の帯状形状２１１の配置パターンの周期性は、基材１０が有する凹凸構造の周期性、すなわち、反射防止層３０の表面における後述の凹凸構造の周期性に反映される。複数の第二の帯状形状２１１の配列間隔ｄｅが一定の場合、反射防止層３０が後述の金属層５０を備えている場合には、この金属層５０の表面での回折現象によって、金属層５０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、上述の第一の帯状形状２０１の説明において述べた第一の帯状形状２０１による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。
【００２８】
したがって、例えば、青色を呈する発色構造体１が得られるように第一の帯状形状２０１の構造を設計したとしても、第二の帯状形状２１１の配列間隔ｄｅを４００ｎｍ以上５μｍ以下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表面反射による光が観察される。これに対し、例えば、第二の帯状形状２１１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。
【００２９】
そこで、配列間隔ｄｅを一定の値とせず、複数の第二の帯状形状２１１の配置パターンを、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、複数の第二の帯状形状２１１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。
【００３０】
ただし、配列間隔ｄｅの標準偏差が大きくなるにつれ、第二の帯状形状２１１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、第二の帯状形状２１１の配列間隔ｄｅは、第一の帯状形状２０１による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、第二の帯状形状２１１の配置パターンにおいて、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、第一の帯状形状２０１の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。
【００３１】
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、この領域に配置される第二の帯状形状２１１について、その配列間隔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。
【００３２】
なお、図３に示した第二の帯状形状２１１は、第１方向のみに、配列間隔ｄｅに起因した周期性を有している。第一の帯状形状２０１による光の散乱効果は、主として、第１方向に沿った方向への反射光に作用するが、第２方向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、第二の帯状形状２１１は、第２方向にも周期性を有してもよい。すなわち、第二の帯状形状２１１の配置パターンは、第２方向に延びる複数の帯状領域が、第１方向と第２方向との各々に沿って並ぶパターンであってもよい。
【００３３】
こうした第二の帯状形状２１１の配置パターンにおいて、例えば、第二の帯状形状２１１の第１方向に沿った配列間隔と第二方向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、第一の帯状形状２０１による光の散乱効果の第１方向への影響と第２方向への影響との違いに応じて、第１方向に沿った配列間隔の平均値と、第２方向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方向に沿った配列間隔の標準偏差と、第２方向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。
【００３４】
複数の第二の帯状形状２１１が、第１方向と第２方向との各々に沿って並び、第二の帯状形状２１１の配列間隔の平均値及び標準偏差の少なくとも一方が、第１方向に沿った配列間隔と第２方向に沿った配列間隔とで異なる構成にすることで、第一の帯状形状２０１が、第１方向のみに周期的に配置されている場合の、光の散乱効果の第１方向への影響と第２方向への影響との違いに応じて、第二の帯状形状２１１による光の回折効果を調整することができるため、好ましい。
【００３５】
図３（ｂ）に示すように、平面視が第二の帯状形状２１１となる凸部２１ｂの高さｈ２は、凸部２１ｂの上及び凸部２１ｂが形成されていない領域の上に形成された干渉層４０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平面視が第二の帯状形状２１１となる凸部２１ｂによる回折効果が支配的となって、平面視が第一の帯状形状２０１となる凸部２０ａによる光の散乱効果が得られにくくなるため、凸部２１ｂの高さｈ２は凸部２０ａ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、凸部２０ａの高さｈ１と凸部２１ｂ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では、凸部２０ａの高さｈ１と凸部２１ｂの高さｈ２とは、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲に含まれていることが好ましい。
【００３６】
図４を参照して、凹凸層２１の詳細について説明する。図４（ａ）は、凹凸層２１を干渉層４０側から見た平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のγ−γ′断面における断面構造を示す断面図である。
図４（ａ）に示す平面図において、凹凸層２１を構成する第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とにより形成されるパターンは、図２に示す第一の帯状形状２０１と、図３に示す第二の帯状形状２１１とが重ね合わされたパターンとなる。すなわち、凹凸層２１において凸部２１ａが位置する領域は、第一の帯状形状２０１のみから構成される領域２１３と、第二の帯状形状２１１のみから構成される領域２１４と、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とが重なっている領域２１５とからなる。それ以外の領域２１６は、凸部２１ａが形成されていない領域である。
なお、図４においては、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とが、第１方向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、第一の帯状形状２０１の端部と第二の帯状形状２１１の端部とは第１方向にずれていてもよい。
【００３７】
図４（ｂ）に示すように、凸部２１ａが形成されていない領域２１６を基準としたとき、凸部２１ａのうち領域２１３に対応する部分の高さは、第一の帯状形状２０１に対応する凸部２０ａの高さｈ１である。また、凸部２１ａのうち領域２１４に対応する部分の高さは、第二の帯状形状２１１に対応する凸部２１ｂの高さｈ２である。同様に、領域２１５に対応する部分の高さは、第一の帯状形状２０１に対応する凸部２０ａの高さｈ１と第二の帯状形状２１１に対応する凸部２１ｂの高さｈ２との和（＝ｈ３）である。つまり、凹凸層２１は、所定の高さｈ１を有する第一の帯状形状２０１の凸部２０ａと、所定の高さｈ２を有する第二の帯状形状２１１の凸部２１ｂとが、高さ方向に重ねられた多段形状を有する。
【００３８】
以上のように、凹凸層２１を有する発色構造体１によれば、第一の帯状形状２０１を有する凸部２０ａに起因した光の拡散現象と、第二の帯状形状２１１を有する凸部２１ｂに起因した光の回折現象との相乗によって、「特定の波長域」の反射光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。換言すれば、凹凸層２１においては、その凹凸構造が１つの構造体でありながら、多段であるために、光の拡散機能と光の回折機能との２つの機能を担っている。
【００３９】
なお、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とは平面視で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、第一の帯状形状２０１による光の拡散効果と第二の帯状形状２１１とによる光の回折効果とを得ることができる。ただし、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とを互いに重ならないように配置しようとすれば、単位面積あたりにおける第一の帯状形状２０１の配置可能な面積が小さくなり、光の拡散効果が低下する。したがって、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とによる光の拡散効果と回折効果とを高めるためには、図４に示すように、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とが重なるように、凸部２１ａを多段形状とすることが好ましい。なお、第二の帯状形状２１１の上に第一の帯状形状２０１を配置する構成であっても同様の効果を得られる。
【００４０】
＜干渉層＞
次に、図５を参照して、干渉層４０を説明する。ここでは、図５に示すように、凹凸層として、図４に示す平面視が第一の帯状形状２０１及び第二の帯状形状２１１を含むパターンとなる多段の凹凸層２１を備える場合について説明するが、凹凸層２１に代えて、図２に示す平面視が第一の帯状形状２０１となる凸部２０ａのみを有する凹凸層２０を備える場合も同様である。
干渉層４０は、凹凸層２１の凹凸構造に追従した表面形状を有する。つまり、断面視で、凹凸層２１の凹部の上面及び凸部の上面に干渉層４０が形成される。干渉層４０が一層であるとき、薄膜干渉が起こり、以下の条件で位相が反転する。そのため、屈折率ｎ、光路差ｌのとき、２ｎｌ＝（ｍ＋１／２）の条件で、明るくなる。また、干渉層４０が２層以上から構成されるとき、多層膜干渉が起こる。
【００４１】
干渉層４０が二層以上の多層構成からなる場合、干渉層４０は、高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂとが交互に積層された構造を有する。高屈折率層４０aの屈折率は、低屈折率層４０ｂの屈折率よりも大きい。少ない層で干渉光を大きくするためには、高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂの屈折率差が０．６以上２．２以下程度あると、少ない層数で「特定の波長領域」の反射が大きくなるため、好ましい。図５における干渉層４０は、凹凸層２１上に、凹凸層２１の凹凸構造に沿って積層され、凹凸層２１の凹凸構造に沿って凹凸を繰り返す凹凸構造を有するように、高屈折率層４０aと、低屈折率層４０ｂとが交互に積層された、合計１０層とした構成であるが、特にこれに限定されるものではない。
【００４２】
このように構成された干渉層４０に、光が入射すると、干渉層４０における高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂとの各界面で反射した光が干渉を起こし、干渉層４０の表面における不規則な凹凸に起因して進行方向を変えた結果、「特定の波長域」の光が広い角度に出射される。この反射光として強く出射される「特定の波長域」は、高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂを構成する材料の屈折率及び消衰係数、膜厚、凸部の幅、高さ及び配列によって決まる。
【００４３】
干渉層４０を構成する材料は特に次の材料に限定されるものではないが、フッ素系化合物、ケイ素系化合物、チタン系化合物、ニオブ系化合物、の何れか１つ以上の化合物を含むと、発色構造体１を保護する保護層としての機能も果たすので、耐スクラッチ性が向上する。なお、干渉層４０が多層膜構成である場合、基材１０とは反対側の多層膜上、つまり、発色構造体１の表面側に保護層があってもよい。
干渉層４０の膜厚が５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であると、膜厚が薄いため安価に生産することができる。５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であると、干渉効果がより高いため、好ましい。
【００４４】
＜反射防止層の第一の形態＞
次に、図６と図７とを参照して、反射防止層３０の第一の形態を説明する。ここでは、図６に示すように、凹凸層として、図２に示す平面視が第一の帯状形状２０１となる凸部２０ａのみを有する凹凸層２０を備える場合について説明するが、凹凸層２０に代えて、平面視が第一の帯状形状２０１及び第二の帯状形状２１１を含むパターンとなる多段の凹凸層２１を備える場合も同様である。
図６は、発色構造体１の反射防止層３０として、第一の形態における反射防止層３０ａを用いた場合の断面図である。図７（ａ）は、図６に示す発色構造体１を裏面側から見た図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のβ−β′断面における断面構造を示す断面図である。なお、簡単のため図６では、干渉層４０の図示を省略し、図７では、凹凸層２０及び干渉層４０の図示を省略している。
【００４５】
反射防止層３０ａは、基材１０とは反対側に複数の凸部が配列された凹凸構造（第二の凹凸構造）３１を有する。この凹凸構造３１の凸部の縦断面形状は、釣鐘状、円錐状、逆漏斗状でもよいし、矩形、三角柱、多角柱、円柱、その他の形状であってもよい。このような形状とすることで、第３方向に対する屈折率を段階的に変化させることができる。その結果、干渉層４０で反射せず透過した光や、発色構造体１の裏面側から入射した光が再度表面側に射出されることを低減することができる。すなわち、不要な光が発色構造体１の表面側で視認されにくくなるので、干渉層４０で反射した「特定の波長域」の反射光を良好に視認することができる。
【００４６】
凹凸構造３１は、図７（ｂ）に示すように、膜厚方向の高さｊ１が１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。また、構造周期、つまり、凸部の配置周期は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の周期であることが好ましい。構造周期は可視領域の波長以下であるサブ波長周期であるとさらに好ましい。なお、複数の異なる周期を組み合わせて凹凸構造３１が形成されていてもよく、この場合には可視領域の波長以上でもよい。各値がこの範囲にあることで界面での反射を効果的に抑制できる。
【００４７】
凹凸構造３１の構造周期は、凹凸構造３１の凸部間の幅つまり凹部の幅に対する、凸部の周期の幅との比、つまり凹凸構造３１の凹部と凸部との幅の比が、０．２５以上０．７５以下であると、断面方向で屈折率を傾斜させやすく、好ましい。
凹凸構造３１の複数の凸部の配置パターンは秩序性のない配列であってもよく、正方配列や、六方配列であってもよい。また、これらの配列を組み合わせた島状配列に並んでいてもよい。凹凸構造３１の凸部を、その大きさや高さを変化させたり、非周期的に配列したりするといったように、不規則に設計することが好ましい。これにより、様々な波長域を含む入射光の反射を効果的に抑制することができる。
【００４８】
凹凸構造３１の材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかが主成分であることが好ましい。凹凸構造３１の凸部が複数配列されていることで反射防止層３０ａとして機能する。凹凸構造３１を含む反射防止層３０ａは、図６に示すように基材１０を介して凹凸層２０と別層構成となっていてもよく、反射防止層３０ａと凹凸層２０とが一体化していてもよい。換言すると、反射防止層３０ａは、凹凸層２０と同じ樹脂材料を使用して形成してもよく、異なる樹脂を使用してもよい。反射防止層３０ａの材料の屈折率は、１．１以上２．０以下が好ましく、１．４以上１．６以下がより好ましい。
【００４９】
また、凹凸層２０を形成した後に反射防止層３０ａを形成してもよく、反射防止層３０ａを形成した後に凹凸層２０を形成してもよい。凹凸層２０と反射防止層３０ａとを同時に形成できると、製造原価を削減することができ、生産能力も向上するため、好ましい。さらに換言すれば基材１０はあってもよくなくてもよい。つまり、図８に示すように、一方の面に、平面視が第一の帯状形状２０１となる凸部２０ａを有する凹凸構造を有し、他方の面に凹凸構造３１を有する部材を基材１１とし、凸部２０ａを有する凹凸構造の上に、干渉層４０を形成するようにしてもよい。
【００５０】
＜反射防止層の第二の形態＞
次に、図９から図１２を参照して、反射防止層３０の第二の形態を説明する。ここでは、図９に示すように、凹凸層として、図２に示す第一の帯状形状２０１を有する凹凸層２０を備える場合について説明するが、凹凸層２０に代えて、第一の帯状形状２０１及び第二の帯状形状２１１とを含むパターンとなる多段の凹凸層２１を備える場合も同様である。
図９は、発色構造体１の反射防止層３０として、第二の形態における反射防止層３０ｂを用いた場合の発色構造体１の断面図である。
反射防止層３０ｂは、図９に示すように、基材１０とは反対側に複数の凹凸構造からなる凹凸構造３２を有する。さらに凹凸構造３２の凹凸に追従した表面形状を有する金属層５０を有する。金属層５０は、断面視で、凹凸構造３２の凹部の上面及び凸部の上面に形成される。
【００５１】
図１０（ａ）は、図９に示す発色構造体１を反射防止層３０側から見た図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のβ−β′断面における断面構造を示す断面図である。なお、簡単のため図９では、干渉層４０の図示を省略している。また、図１０では、凹凸層２０、干渉層４０及び金属層５０の図示を省略している。つまり、図１０は、図１１に示すように、発色構造体１（図９）において金属層５０が形成されていない状態における凹凸構造３２を示す。
凹凸構造３２の凸部の構造周期Ｐ１は、可視領域の波長以下であるサブ波長周期であることが好ましい。凹凸構造３１の凸部の高さｊ２は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚さが好ましい。各値がこの範囲にあることでプラズモン共鳴が発現しやすい。
【００５２】
凹凸構造３２は秩序性のない配列であってもよく、正方配列や、六方配列であってもよい。また、これらの配列を組み合わせた島状配列に並んでいてもよい。秩序性のない配列の方が、干渉縞を低減しやすく、好ましい。
また、この場合も、凹凸層２０と反射防止層３０とが一体化されていてもよい。凹凸層２０を形成した後に反射防止層３０を形成してもよく、逆に反射防止層３０を形成した後に凹凸層２０を形成してもよい。凹凸層２０と反射防止層３０とを同時に形成することができれば、製造原価を削減することができ、生産能力も向上するため、好ましい。つまり、基材１０と凹凸層２０及び反射防止層３０は同一材料による連続した構成でもよく、異なる材料から構成されていてもよい。さらに換言すれば基材１０はあってもなくてもよい。
【００５３】
また、図１２に示すように、一方の面に、平面視が第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とを含むパターンとなる凸部２１ａを有する凹凸構造を有し、他方の面に凹凸構造３２を有する部材を基材１１とし、凸部２１ａを有する凹凸構造の上に、干渉層４０を形成し、凹凸構造３２の上に金属層５０を形成することで、発色構造体１を構成してもよい。なお、図１２では、簡単のため、干渉層４０及び金属層５０の図示を省略している。
複数の凹凸構造３２の凹部及び凸部の形状は矩形に限定されず、丸みを帯びていてもよく、三角柱、円柱などでもよい。
凹凸構造３２の構造周期は凹凸構造３２の幅の比が、０．２５以上０．７５以下であると、効率よくプラズモン共鳴を起こすことができ、明度が大きい色を呈することができる。
【００５４】
＜金属層＞
金属層５０は、図９に示すように、凹凸構造３２の上面に金属が配置された構造となっている。発色構造体１の表面側から光が照射されると、凹凸層２０、基材１０、反射防止層３０ｂの凹凸構造３２、金属層５０の順に光が通過する。凹凸構造を具備していない反射防止層に金属層が設けられている場合、光の波長と金属の自由電子の振動方向が異なるので、金属層と反射防止層との境界面で強い反射光が出射され、干渉層４０が形成されていても白色光となってしまう。凹凸構造３２の凸部の上面及び凹部の上面に金属層５０を具備すると、凹凸構造３２と金属層５０の界面でプラズモン吸収が起こり、特定波長領域を反射し、正反射だけではなく、異方性の散乱をもつ光が反射される。
【００５５】
凹凸構造３２と金属層５０とを通過した光はプラズモン異常透過現象を引き起こし、出射されるため、干渉層４０から反射させる光と、金属層５０から反射させる光と、透過光との３つの光は異なる。そのため、たとえば偽造しにくくセキュリティ性の高い表示体に好ましく用いられる。
また、発色構造体１を他の表示体に貼り付けたり接着させたりするときに、凹凸構造３２及び金属層５０により、比表面積が増え、良好な密着性を示す。
金属層５０は屈折率が０．２以上６．０以下からなる金属または金属合金を１種類以上具備すると、入射された光が金属層５０で反射される光の強度が大きくなるため、好ましい。
また、可視光領域の金属層５０の消衰係数が２．０以上６．０以下とすると、吸収される光が小さくなり、効率よく反射光として出射されるので好ましい。
【００５６】
＜反射防止層の第三の形態＞
次に、反射防止層３０の第三の形態を説明する。なお、第三の形態における反射防止層３０は、第一の形態における反射防止層３０ａ及び第二の形態における反射防止層３０ｂと併用して用いてもよい。
第三の形態における反射防止層３０は樹脂に黒色顔料を含有した構成である。本構成により反射防止層３０が可視領域において広い波長域の光を吸収可能であるため、入射光が可視領域の光である構成において、干渉層４０の構成に応じた透過光の波長域の差異に関わらず、透過光を好適に吸収することができる。
黒色顔料を含んだ樹脂層を基材１０と別に設けても良いし、基材１０に黒色顔料を含有して反射防止層３０としてもよい。また、凹凸構造３１又は３２に黒色顔料を含有し、これらの効果を併用してもよい。
【００５７】
黒色顔料と樹脂とを含む構成において、樹脂として熱可塑性樹脂が用いられればよい。熱可塑性樹脂としては、例えば、後述の凹凸層２０や基材１０の材料として例示した熱可塑性樹脂が挙げられる。
また、黒色顔料は、カーボンブラック、チタンブラック、黒色酸化鉄、黒色複合酸化物等の黒色の無機顔料が挙げられる。さらには可視領域の光を吸収する材料からなるその他の光吸収剤を含んでもよい。
なお、反射防止層３０として第一から第三の形態の反射防止層を備える発色構造体１において、凹凸層として、多段の凹凸層２１を用いた場合には、図１３（反射防止層３０ａを備える場合）、図１４（反射防止層３０ｂを備える場合）に示すように、干渉層４０を、高屈折率層４０aと、低屈折率層４０ｂとが交互に積層された、多層構造としてもよく、また、単層構造としてもよい。
【００５８】
［発色構造体の製造方法］
次に、発色構造体１を構成する各層の材料、及び、発色構造体１の製造方法を説明する。
凹凸構造を有する凹凸層２０は可視領域の光に対して光透過性を有する材料、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。特にこれらに限定されるものではないが、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが用いられることが好ましい。用いることができる熱可塑性樹脂は、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、セルロース系樹脂、及びビニル系樹脂を含むが、それらに限定されるものではない。用いることができる熱硬化性樹脂は、反応性水酸基を有するアクリルポリオールまたはポリエステルポリオールとポリイソシアネートとの反応により得られるウレタン樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール系樹脂を含むが、それらに限定されるものではない。
【００５９】
基材１０は、可視領域の光に対して光透過性を有する材料が好ましい。例えば、基材１０としては、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロオレフィンコポリマー等の樹脂からなるフィルムが用いられる。また、ガラスや石英・クォーツ、シリコンウェハーなどの無機物、金属でも基材として使用可能である。
合成石英やシリコンウェハーなどの比較的硬度のある基板表面の凹凸構造は、例えば、光または荷電粒子線を照射するリソグラフィやドライエッチング等の公知の微細加工技術を利用して形成される。
【００６０】
凹凸層２０を基材１０上に形成すると、引っ張り強度などの機械強度や、成形性などの機能を持たせることができるため、屈曲性があり、利用度が高い。例えばロール・トゥ・ロール法のような大量生産に好適な製造方法の適用が可能となる。
凹凸層２０、２１及び、反射防止層３０の凹凸構造３１、３２の形成方法としては、ナノインプリント法などが用いられる。例えば、光ナノインプリント法によって凹凸層２１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が必要となる。
【００６１】
凹凸層２０、２１及び反射防止層３０の凹凸構造３１、３２の形成方法としては、光硬化性樹脂からなる塗布層の表面に、基材１０が重ねられ、塗布層とモールドとが互いに押し付けられた状態で、基材１０側もしくはモールド側から光が照射される。続いて、硬化した光硬化性樹脂及び基材１０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光硬化性樹脂に転写されて、表面に凹凸を有する凹凸層２０、２１が形成される。次いで、基材１０の、凹凸層２０、２１が形成された面とは逆側の面についても、光硬化性樹脂からなる塗布層の表面に、基材１０が重ねられ、塗布層とモールドとが互いに押し付けられた状態で、基材１０側もしくはモールド側から光が照射される。続いて、硬化した光硬化性樹脂及び基材１０からモールドが離型される。これによって、基材１０の一方の面には凹凸層２０、２１、他方の面には凹凸構造３１、３２を備えた反射防止層３０が形成される。なお、光硬化性樹脂は、基材１０の表面に塗布され、基材１０上の塗布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。
【００６２】
凹凸層２０、２１と凹凸構造３１、３２を備えた反射防止層３０の形成の順番は上記に限定されることなく、入れ替えてもよい。また、凹凸層２０、２１と凹凸構造３１、３２を備えた反射防止層３０が同時に形成されてもよい。光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂からなる層の一方の面に凹凸層２０、２１、他方の面に凹凸構造３１、３２を備えた反射防止層３０を同時に形成することができると、材料面や設備面でコストを抑えることができ、安価な表示体を提供することが可能となる。
【００６３】
硬化性樹脂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。
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。
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や常温ナノインプリント法が用いられてもよく、この場合、凹凸層２０、２１及び凹凸構造３１、３２を含む反射防止層３０に用いられる樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等の、製造方法に応じた樹脂が用いられる。
【００６４】
なお、この凹凸層２０、２１及び反射防止層３０を形成する工程を第一工程としたとき、この第一工程の後に、凹凸層２０、２１の上に干渉層４０を形成する第二工程と、凹凸構造３２に金属層５０を形成する第３工程を行う。干渉層４０は、干渉層４０における反射光のうち「特定の波長域」で干渉するように形成される。金属層５０は、入射する入射光のうちの「特定の波長域」でプラズモン共鳴が誘発されるように形成される。
【００６５】
干渉層４０に使用される化合物としては、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ３、ＷＯ３、ＰｂＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｄＯ、ＢａＴｉＯ３、ＩＴＯ、ＬｉＦ、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＣｅＦ３、ＺｎＳ、ＰｂＣｌ２などの無機誘電体材料や、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの有機樹脂材料に無機材料を分散させた無機有機ハイブリッド材料でもよい。
より好ましくは高屈折率層としてＴｉＯ２を具備し、低屈折率層としてＳｉＯ２を具備する構成が好ましい。
【００６６】
干渉層４０が多層膜である場合、高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂを交互に積層することで、多層膜干渉とする。これらの順番を入れ替えてもよく、所望の発色を得られれば、積層数を減らすことも可能である。高屈折率層４０ａ及び低屈折率層４０ｂの何れも可視領域の光に対して光透過性を有する材料、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。
高屈折率層４０aの屈折率が、低屈折率層４０ｂの屈折率よりも高い構成であれば、これらの層の材料は限定されないが、高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂとの屈折率の差が０．６以上２．２以下であるほど、少ない積層数で高い強度の反射光が得られる。
【００６７】
こうした無機材料からなる高屈折率層４０a及び低屈折率層４０ｂの各層は、スパッタリング、真空蒸着、あるいは、原子層堆積法等の公知の薄膜形成技術を用いて形成される。また、高屈折率層４０a及び低屈折率層４０ｂの各々は有機材料から構成されてもよく、この場合、高屈折率層４０a及び低屈折率層４０ｂの形成には、自己組織化等の公知の技術が用いられればよい。
高屈折率層４０a及び低屈折率層４０ｂの各々の膜厚は、発色構造体１で発色させる所望の色に応じて、転送行列法等を用いて設計されればよい。高屈折率層及び低屈折率層の膜厚は３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下程度であることが好ましい。
なお、図５の干渉層４０が有する層数や積層の順序はこれに限られない。干渉層４０は、相互に隣接する層の屈折率が互いに異なり、干渉層４０に入射する入射光のうち特定の波長域での光の反射率が他の波長域での反射率よりも高いように構成されていればよい。
【００６８】
金属層５０を構成する材料は、入射された光を反射する化合物であれば、特に限定されるものではないが、好ましくは金属もしくは金属合金である。必要に応じて、金属層５０を構成する金属もしくは金属合金、複合物を重ねてもよい。凹凸構造３２に光が入射されても、強い正反射光と散乱光が得られるため、屈折率０．２以上６．０以下の金属もしくは金属合金が好ましい。光の吸収を少なくできるため、消衰係数２．０以上６．０以下が好ましい。具体的には、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｇａ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｎ、Ｓｎの何れか金属、もしくはこれらの合金、複合物を１種類以上具備すると、凹凸構造３２に入射された光に対して、プラズモン共鳴が起こるため、好ましい。より好ましくは、Ａｇ、Ａｌである。
【００６９】
金属層５０は、スパッタリング、真空蒸着、あるいは、原子層堆積法等の公知の薄膜形成技術を用いて形成される。また、金属層５０には有機材料を含んだ構成でもよく、自己組織化等の公知の技術が用いられてもよい。
金属層５０においてプラズモン共鳴を起こすためには、金属層５０の膜厚は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下程度であることが好ましい。また、膜厚は５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であると任意の反射率を保ちつつ透過性も保持できるのでより好ましい。
【００７０】
［発色構造体の適用例］
上述した発色構造体１の具体的な適用例について説明する。以下で説明する適用例には、第一の帯状形状２０１を構成する凹凸層２０を有する発色構造体１、第一の帯状形状２０１及び第二の帯状形状２１１を含むパターンを構成する凹凸層２１を有する発色構造体１、凹凸層２０又は２１の上に干渉層４０が形成され、また、反射防止層３０ａ又は３０ｂが形成された発色構造体１、反射防止層３０ｂの凹凸構造３２の上に金属層５０が形成された発色構造体１のいずれもが適用可能である。
【００７１】
＜表示体＞
発色構造体１の適用例は、発色構造体１を表示体に用いる形態である。表示体は、物品の偽造の困難性を高める目的で用いられてもよいし、物品の意匠性を高める目的で用いられてもよいし、これらの目的を兼ねて用いられてもよい。
物品の偽造の困難性を高める目的としては、表示体は、例えば、パスポートや免許証等の認証書類、商品券や小切手等の有価証券類、クレジットカードやキャッシュカード等のカード類、紙幣等に貼り付けられる。また、物品の意匠性を高める目的としては、表示体は、例えば時計など身に着けられる装飾品や、携帯やモバイルなどの使用者に携帯される物品、家具や家電等のように据え置かれる物品、壁や扉、看板、自動車の内装や外装等の構造物等に取り付けられる。
【００７２】
複数の表示要素を備え、一態様の発色構造体１から構成されている表示体をクレジットカードやキャッシュカード、紙幣などのセキュリティ性の高い用途として用いると、表面反射率と裏面反射、透過に加えた３色の多彩表現でき、偽造防止されにくい表示体を提供できる。
複数の表示要素を備え、一態様の発色構造体１から構成されている表示体を時計用の表示板として用いると、パール、白蝶貝、あるいは、あわびなどからなる天然物を用いたものよりも、反射率や透過率に加えて柄や膜厚をロット毎に一定、且つ面内で均一にできるため、高級感のある模様や色調が多彩表現でき、意匠性が高い表示板を提供できる。
【００７３】
また、一態様の発色構造体１を用いた表示体の反射率が高く保ちつつ、透過性もあるので暗闇時にＬＥＤなどのランプなど明るく表示することも可能となるため、好ましい。
より好ましくは、太陽電池などの自己発電機能が備わった時計用の表示板であり、絶縁帯の十字線を隠蔽した上で、太陽放射光に対して任意の透過性を確保できるため、充電することが可能となる。一態様の発色構造体を用いた表示体は吸収層を必要としないが、黒色・濃青色の太陽電池セルが吸収層として機能することで、散乱光が大きくなり、高級な表示板を提供できる。
【００７４】
複数の表示要素を備え、一態様の発色構造体１から構成されている表示体を、耐候性を必要とされる屋外・内設置物、移動物、乗り物などの部品に使用すると、塗料やインキより太陽光による退色がほとんどないため、好ましい。より好ましくは、指紋などの汚れが目立ちにくいといった観点から自動車用部品の内装、降雨時に対する自浄作用が働くといった観点では自動車用部品の外装など自動車用部品全般に好適に用いられる。
【００７５】
図１５に示すように、表示体７０は、表面７０Ｆと、表面７０Ｆとは反対側の面である裏面７０Ｒとを有する。表示体７０は、第一表示領域７１と第二表示領域７２とを含み、表面７０Ｆ及び裏面７０Ｒの両面でその表示内容を視認できるようになっている。第一表示領域７１は、複数の第一画素７１Ａが配置されている領域であり、第二表示領域７２は、複数の第二画素７２Ｂが配置されている領域である。換言すれば、第一表示領域７１は、複数の第一画素７１Ａの集合から構成されており、第二表示領域７２は、複数の第二画素７２Ｂの集合から構成されている。
【００７６】
第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとの各々には、発色構造体１の構成が適用されており、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとは、互いに異なる色相の色を呈する。すなわち、表示体７０の表面７０Ｆと対向する方向から見て、第一表示領域７１と第二表示領域７２とには、互いに異なる色相の色が視認される。また、裏面７０Ｒと対向する方向からみて、第一表示領域７１と第二表示領域７２も異なる色相の色が視認される。さらに、光が第一表示領域７１、第二表示領域７２のそれぞれを透過することによっても異なる色相の色が視認される。
【００７７】
第一表示領域７１と第二表示領域７２との各々は、これらの領域単独、もしくは、これらの領域の２以上の組み合わせによって、文字、記号、図形、模様、絵柄、これらの背景等を表現する。
なお、表示体７０は、第一及び第二表示領域７１、７２の周囲等に、発色構造体１の構成とは異なる構成を有する領域、例えば、表面が平坦な基材に干渉層が積層された構造を有する領域や、基材に金属層が積層された構造を有する領域等を有していてもよい。
【００７８】
第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとでは、発色構造体１の凹凸層２０又は２１に含まれる第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１が互いに異なっている。一方、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとにおいて、干渉層４０の構成は共通しており、すなわち、例えば高屈折率層４０ａの材料や膜厚、低屈折率層４０ｂの材料や膜厚、及び、これらの層の層数は、共通している。第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとで、第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１が異なることによって、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとは互いに異なる色相の色を呈する。第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂにおける第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１は、各画素７１Ａ、７２Ｂの所望の色相に応じて設定されればよい。
【００７９】
ここで、第一画素７１Ａの第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１と、第二画素７２Ｂの第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１との差が大きいほど、第一画素７１Ａの呈する色相と第二画素７２Ｂの呈する色相との差が大きくなり、その色相の差が人の目によって認識されやすくなる。
例えば、干渉層４０が平坦面に積層されている場合における干渉層４０からの反射光のピーク波長が５００ｎｍであり、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂによって緑色を発色させたい場合は、第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１を１００ｎｍ程度とすることが好ましく、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂによって赤色を発色させたい場合は、第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１を２００ｎｍ程度とすることが好ましい。
また、図４に示すように、多段の凹凸層２１を有する発色構造体１においても、第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１を調整することによって、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂの呈する色相の調整が可能である。
【００８０】
第一の帯状形状２０１のパターン、つまり、第一の帯状形状２０１の第１方向及び第２方向の長さは、例えば、第一画素７１Ａごと、及び第二画素７２Ｂごとに設定される。すなわち、第一の帯状形状２０１を構成する帯状パターンＰｏの第１方向及び第２方向の長さｄ１やｄ２の平均値や標準偏差は、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂごとに設定される。第一の帯状形状２０１のパターンは第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂごとに異なっていてもよいし、一致していてもよい。第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂの大きさは、第一及び第二表示領域７１、７２に表示される像についての所望の解像度に応じて設定されればよい。より高精度な像を表示するためには、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂの一辺は１０μｍ以上であることが好ましい。
【００８１】
図１４における発色構造体１を使用した表示体においては、干渉層４０側から観察した場合と、金属層５０側から観察した場合とで視認される色が異なるため、表示体７０において多彩な表現ができる。
表示体７０において、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとの間で、基材１０は連続しており、すなわち、これらの第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂは、共通した１つの基材１０を有している。
基材１０における凹凸構造は、例えば、第一画素７１Ａの位置する第一表示領域７１に対応する部分と、第二画素７２Ｂの位置する第二表示領域７２に対応する部分との各々に対して、リソグラフィやドライエッチングを行うことによって形成される。第一の帯状形状２０１の高さｈ１を変えるためには、エッチング時間を変更すればよい。
【００８２】
第一表示領域７１と第二表示領域７２とが接している場合、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとの間で、干渉層４０、及び金属層５０は各々連続して形成される。つまり、干渉層４０は、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとに対して同一工程で作製され、同様に金属層５０も同一工程で作製される。
なお、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとの呈する色相を異ならせることは、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとで、干渉層４０を構成する層の材料や膜厚等の構成を異ならせることによっても可能ではある。しかしながら、表示領域７１、７２ごとに干渉層４０の構成が異なると、表示領域７１、７２ごとに、領域のマスキングや高屈折率層４０aと低屈折率層４０ｂとの成膜を繰り返すことが必要であり、製造工程が複雑になる。結果として、製造コストの増加や歩留まりの低下が引き起こされる。また、微小な領域にマスキングを行うことは困難であるため、精細な像の形成には限界がある。
【００８３】
これに対し、上記表示体７０の構成であれば、第一表示領域７１に対応する部分と第二表示領域７２に対応する部分とに対し、干渉層４０を同時に形成することが可能であるため、表示体７０の製造に要する負荷が軽減される。また、微小な領域へのマスキングと比較して、微小な領域ごとに第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａの高さｈ１を異ならせることは容易であるため、表示領域７１、７２を小さくしてより精細な像を形成することもできる。
【００８４】
色相を異ならせる他の手法として、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとで、金属層５０の構成を同一として、凹凸層２１の配置を変えることによって色相を異ならせることができる。すなわち、第一画素７１Ａにおける発色構造体１の凹凸層、例えば凹凸層２１の凸部２１ａが延びる方向と、第二画素７２Ｂにおける発色構造体１の凹凸層、例えば凹凸層２１の凸部２１ａが延びる方向とが異なる方向となるように、第一画素７１Ａ及び第二画素７１Ｂを配置する。例えば図１５に示すように、表示領域７１では各第一画素７１Ａにおける発色構造体１において凸部２１ａが第２方向に沿って延びるように配置し、表示領域７２では、各第二画素７２Ｂにおける発色構造体１において凸部２１ａが第１方向に沿って延びるように配置する。
【００８５】
これにより、散乱される光方向が異なるため、隣り合う画素と明度が異なってみえることになり、結果的に異なる色相としてみえる。
なお、凸部２１ａの延びる方向は第１方向又は第２方向に限るものではなく、任意の方向に延びるように配置することができる。例えば、図１５において、第一画素７１Ａにおける発色構造体１の凸部２１ａの延びる方向と第２方向とがなす角度が、例えば４５°となるように凸部２１ａが配置されていてもよい。このように、凸部、例えば凸部２１ａが延びる方向と第１方向又は第２方向とがなす角度が０°〜９０°となるように凸部２１ａを配置することによって、凸部２１ａの延びる方向が第１方向又は第２方向となる場合とは異なる表現を行うことができるため、より多彩な表現を行うことができる。
【００８６】
また、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとで、金属層５０の構成を同一として、反射防止層３０の凹凸構造３１又は３２の凸部の高さｊ１又はｊ２を異ならせることによって、反射に加えて、透過の色相を異ならせることが可能である。また、反射防止層３０の凹凸構造３１又は３２において、凹部の幅に対する凸部の周期の幅の比、及び凹部に対する金属層の幅の比を異ならせることによっても、反射及び透過の色相を異ならせることが可能である。
【００８７】
また、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂの構成に、基材１０に積層された凹凸層２０を有した発色構造体１が適用される場合、凹凸層２０の凹凸構造は、例えば、以下のように形成される。すなわち、ナノインプリント法を利用して、第一表示領域７１に対応する部分と第二表示領域７２に対応する部分とで凹凸の高さを変えたモールドが用いられ、第一画素７１Ａ、第二画素７２Ｂの凹凸層２０の凹凸構造が同時に形成される。
【００８８】
こうしたモールドは、第一表示領域７１、第二表示領域７２に対応する部分ごとに、リソグラフィやドライエッチングを行うことにより形成されてもよい。また例えば、以下の方法によれば、より簡便にモールドの形成が可能である。すなわち、荷電粒子線リソグラフィに用いられるレジストに対して照射する荷電粒子線の線量を第一表示領域７１、第二表示領域７２ごとに変え、各表示領域７１、７２について所望の高さの凹凸が形成されるように現像時間を調整してレジストパターンを形成する。レジストパターンの表面に例えばニッケル等の金属層を電鋳によって形成した後、レジストを溶解することによって、ニッケル製のモールドが得られる。
【００８９】
なお、表示体７０が含む表示領域の数、すなわち、発色構造体１から構成される画素が配置されて、互いに異なる色相の色を呈する表示領域の数は特に限定されず、表示領域の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。さらに、表示領域には、発色構造体１から構成された表示要素が含まれればよく、表示要素は、ラスタ画像を形成するための繰返しの最小単位である画素に限らず、ベクタ画像を形成するためのアンカを結んだ領域であってもよい。
【００９０】
複数の表示要素を備え、発色構造体１から構成されている表示体７０を時計の文字盤に用いると、意匠性が高い上に、ＬＥＤなどのランプや太陽放射光に対して、任意の透過性を確保できるため、暗闇で明るく表示したり、放射された光を太陽電池で蓄電することも可能となるため、好ましい。
複数の表示要素を備え、発色構造体１から構成されている表示体７０を自動車用部品に用いると、意匠性が高い上、耐候性や防汚性の高い外装、内装用部品として用いることができるため、より好ましい。
【００９１】
発色構造体１が凹凸層２０を備える場合には、第一の帯状形状２０１を構成する凸部２０ａによって反射光の拡散効果が得られ、干渉層４０からの反射光として特定の波長域の光が広い角度で観察される。
発色構造体１が多段の凹凸層２１を備える場合には、凹凸層２１の凸部２１ａによって反射光の拡散効果と回折効果とが得られ、干渉層４０からの反射光として特定の波長域の光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。
【００９２】
発色構造体１が多段の凹凸層２１を備える場合には、複数の第二の帯状形状２１１が、第２方向に延びるように配置され且つ第１方向と第２方向との各々に沿って並び、第二の帯状形状２１１の配列間隔の平均値及び標準偏差の少なくとも一方が、第１方向に沿った配列間隔と第２方向に沿った配列間隔とで異なる構成とすることにより、第一の帯状形状２０１に対応する凸部２０ａの高さｈ１による反射光の散乱効果の第１方向への影響と第２方向への影響との違いに応じて、第二の帯状形状２１１に対応する凸部２１ｂの高さｈ２により反射光の回折効果を調整することができる。また、第二の帯状形状２１１における第１方向の配列間隔の平均値と第二方向の配列間隔の平均値との各々が１μｍ以上１００μｍ以下である構成では、反射光の回折効果が好適に発現される範囲で上記反射光の回折効果の調整を行うことができる。
【００９３】
発色構造体１から構成され、発色構造体１が金属層５０を備える反射防止層３０ｂを有する画素を備える表示体７０において、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとにおいて、金属層５０を構成する材料及び膜厚は一致し、凹凸層２０、２１における凸部の高さが異なる構成では、第一画素７１Ａの位置する領域と第二画素７２Ｂの位置する領域とに互いに異なる色相の色が視認される。そして、第一画素７１Ａと第二画素７２Ｂとにおいては金属層５０の構成が一致しているため、各画素７１Ａ、７２Ｂの位置する領域ごとに金属層５０を形成する工程を実行する必要がなく、互いに異なる色相を呈する画素７１Ａ、７２Ｂを有する表示体７０を簡便な製造工程によって形成することができる。
【００９４】
ナノインプリント法を用いて凹凸層２０、２１の凹凸構造が形成される製造方法によれば、微細な凹凸構造を好適に、かつ、簡便に形成することができる。そして、ナノインプリント法として、光ナノインプリント法もしくは熱ナノインプリント法が用いられる製造方法であれば、ナノインプリント法による凹凸構造の形成が、好適、かつ、簡便に実現される。
【００９５】
表示体７０が含む画素には、平面視で凹凸層２０、２１における凹凸構造の延びる方向、つまり第一の帯状形状２０１、第二の帯状形状２１１の延びる方向が互いに異なる画素が含まれてもよい。具体的には、任意の画素での第一の帯状形状２０１、第二の帯状形状２１１の延びる方向である第２方向と、この画素とは異なる画素での第一の帯状形状２０１、第二の帯状形状２１１の延びる方向である第２方向とが、異なる方向であり、例えばこれらの方向が直交する構成であってもよい。こうした構成によれば、画素によって、干渉層４０からの反射光が拡散される方向を変えることが可能であり、より多彩な像の表現が可能である。
【００９６】
なお、干渉層４０は、凹凸層２０、２１における凸部の側面にも多少成膜されるため、干渉層４０における凹凸構造の凸部の幅は、凹凸層２０、２１における凸部の幅よりもやや広がる。凹凸構造の延びる方向が互いに異なる画素が相互に隣接する部分において、延びる方向の異なる凸部どうしの間で干渉層４０における上述のように広がった部分が連なり、干渉層４０における凹凸構造に崩れが生じると、各画素から所望の発色が所望の方向に得られ難くなる。そのため、凹凸構造の延びる方向が互いに異なる画素どうしの間には、凹凸層２０、２１に凹凸が形成されていない領域が設けられていることが好ましい。つまり、第一の帯状形状２０１どうしの間、また、第一の帯状形状２０１とこれに重ねられた第二の帯状形状２１１とからなる凸部どうしの間に、第一の帯状形状２０１及び第二の帯状形状２１１のいずれも形成されていない領域が設けられていることが好ましく、凹凸層２０、２１に干渉層４０が形成されたときに、干渉層４０どうしの間に隙間が形成され、干渉層４０に、凹凸層２０、２１の凹凸構造と相似な凹凸構造を形成することのできる程度の領域が設けられていることが好ましい。
【００９７】
また、凹凸構造の延びる方向が同一の凹凸構造を有する画素間においても、凹凸層２０、２１に凹凸が形成されていない領域が設けられていてもよく、こうした構成によれば、金属層５０の広がりに起因した凹凸構造の崩れが画素の端部で抑えられ、各画素の全体から所望の発色が得られやすくなる。画素間に設けられる凹凸が形成されていない領域の幅は、例えば、干渉層４０の膜厚の１／２以上であることが好ましい。
【００９８】
凹凸層２０、２１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、凸部に干渉層４０が成膜されやすくなる。この場合、第一の帯状形状２０１の第１方向の長さｄ１や第二の帯状形状２１１の長さｄ３は、第一の帯状形状２０１又は、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とが重なって形成される凸部の底面が構成するパターンにより規定される。
【００９９】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る発色構造体１は、可視領域の光を透過し凹凸構造を有する凹凸層２０の上に、凹凸層２０の凹凸構造に追従した表面形状を有する干渉層４０を設け、さらに、凹凸層２０の、干渉層４０とは逆側に干渉層４０を透過する光の少なくとも一部を吸収する反射防止層３０を設けている。さらに、凹凸層２０には凸部をなす第一の帯状形状２０１を複数設け、この第一の帯状形状２０１の形状を、１又は複数の帯状パターンＰｏを組み合わせた形状としている。そして、帯状パターンＰｏの第１方向に沿った幅を、入射光の波長より小さい値とし、第１方向と直交する方向に沿った長さの標準偏差を、帯状パターンＰｏの幅の標準偏差よりも大きくなるようにしている。
【０１００】
そのため、干渉層４０により薄膜干渉もしくは多層膜干渉が起こり、出射される光の位相が反転するという効果が発現する。そして凹凸層２０の凹凸構造に追従した表面形状を有する干渉層４０で反射した特定波長の光は、正反射光だけでなく異方性の散乱光が生じる。その結果、広角度で同じ波長域の光、つまり同色として認識させることが可能となる。従来技術のような平坦面に多層膜層を構成する場合では正反射光の強度が非常に大きく、観察する角度によって色が変化してしまうが、本発明の一実施形態に係る発色構造体１によれば、視野角を広げることができる。
また、反射防止層３０を持たない場合には、干渉層４０で反射せず透過した光や、干渉層４０と反対側（裏面側）から入射した光により、干渉層４０による特定の波長域の反射光による色の視認性が低くなるが、本発明の一実施形態に係る発色構造体１では、反射防止層３０を設けているため、不要な光を吸収することができ、その結果特定の波長域の反射光を良好に視認することができる。
【０１０１】
このとき、反射防止層３０を、基材１０を挟んで凹凸層２０とは反対側に設け、反射防止層３０に含まれる凹凸構造３１又は３２の膜厚方向の高さを１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とし、凹凸構造３１又は３２を秩序性のない配列、もしくは正方配列、六方配列とのいずれか一方もしくはこれらを組み合わせた島状配列にし、さらに、凹凸構造３１又は３２の構造周期を、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の周期とし、凹凸構造３１又は３２の凹部に対する凹凸の周期の幅の比を、０．２５以上０．７５以下としてもよい。
【０１０２】
このように反射防止層３０を１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の高さからなる複数の凸部を有する凹凸構造で形成することによって、いわゆるモスアイ構造により低反射効果を得られる。その結果、不要な光を抑制でき、干渉層４０で反射された特定の波長域の反射光を良好に視認することができる。また、発色構造体１の反射防止層３０側を他の表示体と貼り合せるもしくは接着する場合に、複数の凹凸構造３１又は３２を備えることから、接触する表面積が増大し、密着性が向上する。
【０１０３】
また、凹凸層２０又は２１と反対側の面に凹凸構造３１又は３２を有し、凹凸構造３１又は３２の膜厚方向の高さを、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とし、凹凸構造３１、３２を秩序性のない配列、もしくは正方配列、六方配列とのいずれか一方もしくはこれらを組み合わせた島状配列にし、さらに、凹凸構造３１、３２の凹部及び凸部の上面に金属層５０を設け、凹凸構造３１、３２及び金属層５０の構造周期を、可視領域の波長以下であるサブ波長周期とし、凹凸構造３１、３２の凹部に対する凹凸の周期の幅の比、及び金属層５０の凹部に対する金属層の幅の比を、０．２５以上０．７５以下としてもよい。
【０１０４】
このような構成とすることによって、プラズモン共鳴現象が発生し、すなわち、干渉層４０を透過した光がプラズモン共鳴現象により反射防止層３０を透過するので、不要な光が干渉層４０側へ反射することを低減できる。その結果、干渉層４０で反射された特定の波長域の反射光を良好に視認することができる。さらに、裏面側である反射防止層３０側から発色構造体１を観察した場合、プラズモン共鳴現象により、表面側である干渉層４０側とは異なる波長域を観察することができる。そのため、表面反射光、裏面反射光、透過光において、３色の色を呈する発色構造体１を実現することができる。
また、発色構造体１の反射防止層３０側を他の表示体７０と貼り合せるかもしくは接着する場合に、複数の凸部を有する凹凸構造を備えることから、接触する表面積が増大し、密着性が向上する。
【０１０５】
また、発色構造体１において、金属層５０を構成する材料は、可視光領域における屈折率が０．２以上６．０以下である金属、金属合金、および金属複合材料と、可視光領域における消衰係数が２．０以上６．０以下である金属、金属合金、および金属複合材料の中から選択された一つ以上であってもよい。
このようにすることによって、裏面側から観察した際に入射された光の吸収率が小さくなり、効率的に反射することができる。
また、発色構造体１において、反射防止層３０は黒色顔料を含んでもよい。
このようにすることによって、不要な光が干渉層４０側へ反射することを低減できる。その結果、干渉層４０で反射された特定の波長域の反射光を良好に視認することができる。
【０１０６】
また、発色構造体１において、凹凸層２１は、第一の帯状形状２０１の上に、複数の凸部で構成された第二の帯状形状２１１が積層された多段形状を有し、第二の帯状形状２１１は、平面視で複数設けられ、第二の帯状形状２１１は、第１方向に沿った幅と、第２方向に沿った長さと、を有し、第二の帯状形状２１１の第１方向での配置間隔は一定でなく、配置間隔の平均値が入射光の波長域における最小波長の１／２以上となるようにしている。
そのため、第一の帯状形状２０１と第二の帯状形状２１１とからなる凹凸構造の凸部によって反射光の拡散効果と回折効果とが得られ、発色構造体１からの広い波長域の反射光が射出されるとともに、広い角度範囲で散乱光が射出されるため、光沢感のある鮮やかな色が視認することができる。また、観察角度を変えても同じ色として認識され、視野角を広げることができる。
【０１０７】
また、発色構造体１において、干渉層４０を構成する材料の１つに、屈折率が１．３以上４．０以下である無機物もしくは、無機複合材料からなる化合物の中から選択された一つ以上を含んでもよい。
このように干渉層４０が、空気との界面側の層として屈折率１．３以上４．０以下の化合物からなる層を有すると、空気から干渉層４０に入射される光の位相が反転し、干渉層４０から出射される光との干渉効果が高まるため、好ましい。
【０１０８】
また、発色構造体１においては、干渉層４０が高屈折率化合物と低屈折率化合物からなる多層膜構成であり、前記高屈折率化合物と前記低屈折率化合物の屈折率差が０．６以上２．２以下としている。
このように、高屈折率化合物と低屈折率化合物との屈折率差が０．６以上２．２以下とすることによって、特定の波長域での光の反射率が他の波長域での反射率はより高くなり、特定の波長域の光の視認性を向上させることができる。
【０１０９】
また、発色構造体１で構成された表示要素を有する表示体７０を形成することによって、特定の波長域の光の視認性のよい表示体を構成することができる。
このとき、表示体７０として、平面内に表示要素を複数有し、複数の表示要素に含まれる第一表示要素および第二表示要素を構成する二つの発色構造体を、同じ材料および膜厚の層構成を有するが、反射防止層３０の凹凸構造の凸部の高さが異なるように構成してもよい。
【０１１０】
このような構成とすることによって、第一表示要素と第二表示要素とは互いに異なる色相の色を呈し、第一表示要素が位置する第一表示領域と第二表示要素が位置する第二表示領域とに、互いに異なる色相の色が視認される。そして、第一表示要素と第二表示要素とにおいて発色構造体の構成が一致しているため、表示領域ごとに発色構造層を形成することを要さず、互いに異なる色相を呈する表示領域を有する表示体を簡便な製造工程によって形成することができる。
【０１１１】
このとき、発色構造体のうち、プラズモン共鳴現象を用いた発色構造体で構成された表示要素を有する表示体であり、この表示体は平面内に前記表示要素を複数有し、複数の前記表示要素に含まれる第一表示要素および第二表示要素を構成する二つの発色構造体は、同じ材料および膜厚の層構成を有するが、凹凸層２０、２１の凸部の高さもしくは凹凸構造３１、３２の凹凸部が異なる構造を配置した表示体の形態をとってもよい。
【０１１２】
このような構成とすることによって、干渉層側（表面側）において、第一表示要素と第二表示要素とは互いに異なる色相の色を呈し、第一表示要素が位置する第一表示領域と第二表示要素が位置する第二表示領域とに、互いに異なる色相の色が視認される。また、裏面側においても、凹凸構造３１、３２の凹凸部が異なる構造のためプラズモン共鳴現象による吸収波長域を変えることができる。結果、表裏面の表示領域ごとでそれぞれ異なる色相の色を視認することができる。
発色構造体１の製造方法として、凹版が有する凹凸をナノインプリント法により樹脂に転写することで凹凸構造３１、３２を形成する工程を有する方法が挙げられる。この方法を採用することによって、ナノインプリント法で任意の面積内に凹凸構造体が一括に形成されるため、微細凹凸構造の形成を好適に、かつ、簡便に作製することができる。
【実施例】
【０１１３】
上述した発色構造体１及び発色構造体を含む表示体７０の製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
＜実施例１＞
実施例１は、発色構造体１を備えた表示体７０である。実施例１における表示体７０は、基材１０の一方の面上に多段の凹凸構造を備えた凹凸層２１と、凹凸層２１の上に配置され凹凸層２１の凹凸構造に沿って凹凸を繰り返す凹凸構造を有する干渉層４０とを備え、基材１０の他方の面上に反射防止層３０として凹凸構造３１を有する反射防止層３０ａが形成された発色構造体１を備える。
【０１１４】
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、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て用いた。
モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、クロム（Ｃｒ）からなる膜をスパッタリングによって成膜し、電子線リソグラフィによって電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。形成したパターンは、図２に示した複数の第一の帯状形状２０１の集合からなるパターンである。第１方向における第一の帯状形状２０１の長さｄ１は３００ｎｍであり、第２方向における第一の帯状形状２０１の長さｄ２は、平均値が２０００ｎｍ、標準偏差が５００ｎｍの正規分布から選択される長さである。上記パターンにおいて、複数の第一の帯状形状２０１は第１方向に重ならないように配列されている。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は２００ｎｍとした。
【０１１５】
続いて、塩素（Ｃｌ２）と酸素（Ｏ２）との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のＣｒ膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジスト及びＣｒ膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは７０ｎｍであった。残存したレジスト及びＣｒ膜を除去することにより、第一の帯状形状２０１の配置パターンに対応する凹凸構造が形成された合成石英基板を得た。
【０１１６】
次に、上記凹凸構造が形成された合成石英基板の表面に、Ｃｒからなる膜をスパッタリングによって成膜し、電子線リソグラフィによって電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。形成したパターンは、図４に示した複数の帯状領域からなるパターンである。第１方向における上記帯状領域の長さは２００ｎｍであり、第１方向における上記帯状領域の配列間隔は、平均値が２０００ｎｍ、標準偏差が５００ｎｍである。使用した電子線レジストはポジ型であり、膜厚は２００ｎｍとした。
【０１１７】
続いて、塩素（Ｃｌ２）と酸素（Ｏ２）との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のＣｒ膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジスト及びＣｒ膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは６５ｎｍであった。残存したレジスト及びＣｒ膜を除去した後、合成石英基板の表面に、離型剤としてオプツールＨＤ−１１００（登録商標  ダイキン工業製）を塗布した。これにより、多段の凹凸層２１の凹凸構造に対応する凹凸構造が形成されたモールドを得た。同様の作製方法により、凹凸構造３１に対応する凹凸構造が形成された、反射防止層３０を形成するためのモールドを得た。
【０１１８】
次に、両面に易接着処理が施されたポリエステルフィルム（コスモシャインＡ４１００（登録商標）、東洋紡製）の易接着処理が施された面に、光硬化性樹脂（ＰＡＫ−０２、東洋合成製）を塗布し、この樹脂にモールドの、凹凸構造が形成されている面を押し当てて、モールドの裏面側から３６５ｎｍの光を照射した。この光の照射によって光硬化性樹脂を硬化した後、ポリエステルフィルム及び凹凸層２０をモールドから剥離した。これにより、第一の帯状形状２０１及び第二の帯状形状２１１からなる凹凸層２１が積層された基材１０であるポリエステルフィルムが得られた。
【０１１９】
次に、凹凸層２１と同様の手法で、断面形状が釣鐘状、周期が４００ｎｍ、高さは２００ｎｍ、アスペクト比は２．０となる凹凸構造３１を作製するためのモールドを作成した。そして基材１０の凹凸層２１が形成された面とは反対側の面に光硬化性樹脂（ＰＡＫ−０２、東洋合成製）を塗布し、この樹脂にモールドの凹凸構造が形成されている面を押し当てて、モールドの裏面側から３６５ｎｍの光を照射した。この光の照射によって光硬化性樹脂を硬化した後、ポリエステルフィルム及び凹凸構造３１をモールドから剥離した。これにより、凹凸構造３１を有する反射防止層３０が形成された基材１０であるポリエステルフィルムが得られた。
次に、凹凸層２１を有する面に、真空蒸着によって、膜厚が８０ｎｍである高屈折率層としてのＴｉＯ２膜と膜厚が７０ｎｍである低屈折率層であるＳｉＯ２と膜厚が１５０ｎｍである高屈折率層としてのＴｉＯ２膜とを順に成膜し、凹凸層２１の上に干渉層４０を形成し、発色構造体１を得た。これにより、発色構造体１を備えた表示体７０を得た。
【０１２０】
＜実施例２＞
実施例２は、基材１０の一方の面に凹凸構造を備えた凹凸層２０と、凹凸層２０の上に形成され、凹凸層２０の凹凸構造に沿って凹凸を繰り返す凹凸構造を有する干渉層４０とが形成され、基材１０の他方の面には反射防止層３０として凹凸構造３２を有する反射防止層３０ｂが形成された発色構造体１である。
具体的には実施例１の凹凸構造３１と同様の手順で、断面形状が矩形、膜厚は１５０ｎｍ、短辺の長さを１８０ｎｍ、長辺の長さを３ｃｍとした長方形を、短辺方向に周期３９６ｎｍで配置したパターンとなる、凹凸構造３２を形成するためのモールドを作成した。そして基材１０の凹凸層２０が形成された面とは反対側の面に光硬化性樹脂（ＰＡＫ−０２、東洋合成製）を塗布し、この樹脂にモールドの凹凸構造が形成されている面を押し当てて、モールドの裏面側から３６５ｎｍの光を照射した。この光の照射によって光硬化性樹脂を硬化した後、ポリエステルフィルム及び凹凸構造をモールドから剥離した。これにより、凹凸構造３２を含む反射防止層３０ｂが積層された基材１０であるポリエステルフィルムが得られた。
次に凹凸構造３２を有する面に、真空蒸着によって、膜厚が５０ｎｍである金属層としてのＡｌ膜を成膜し、凹凸構造３２の凸部の上面及び凹部の上面に金属層５０を形成し、発色構造体１を得た。これにより、発色構造体１を備えた表示体７０を得た。
【０１２１】
＜比較例＞
実施例１において、反射防止層３０を形成しない他は実施例１と同様にして比較例の表示体を得た。すなわち比較例は、基材１０上に凹凸構造を備えた凹凸層２０、凹凸層２０の上に配置され、凹凸層２０の凹凸構造に沿って凹凸を繰り返す凹凸構造を有する干渉層４０が形成された発色構造体である。
【０１２２】
＜表示体の評価＞
実施例１及び実施例２の表示体７０を観察したところ、光沢感のある青色が視認性よく確認された。また、実施例２において裏面側の反射分光測定を実施したところ６２０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。一方比較例では実施例の結果より青色の視認性が低下していることが確認された。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  発色構造体
１０  基材
２０、２１  凹凸層
３０  反射防止層
３１、３２  凹凸構造
４０  干渉層
４１ａ  高屈折率層
４１ｂ  低屈折率層
５０  金属層
７０  表示体
７１  第一表示領域
７２  第二表示領域
７１Ａ  第一画素
７２Ｂ  第二画素
【図１】
2019109414.tif 000003
【図２】
2019109414.tif 000004
【図３】
2019109414.tif 000005
【図４】
2019109414.tif 000006
【図５】
2019109414.tif 000007
【図６】
2019109414.tif 000008
【図７】
2019109414.tif 000009
【図８】
2019109414.tif 000010
【図９】
2019109414.tif 000011
【図１０】
2019109414.tif 000012
【図１１】
2019109414.tif 000013
【図１２】
2019109414.tif 000014
【図１３】
2019109414.tif 000015
【図１４】
2019109414.tif 000016
【図１５】
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