(57)【要約】【課題】構造発色を利用した意匠性の高い表示体を提供する。【解決手段】基材と、基材表面に形成された多層積層体と、多層積層体表面に形成された微細凹凸層とを含む表示体において、多層積層体は２層以上の積層体であり、所定の波長領域の光に対して、少なくとも、多層積層体および微細凹凸層は透過性を有し、多層積層体を構成する各層は、隣接する層とは所定の波長領域内の波長の光に対して屈折率が異なる材料で構成されており、多層積層体を構成する各層および微細凹凸層を構成する材料は、それぞれの屈折率と物理膜厚との積で表される光学膜厚が、所定の波長領域における最短波長の７／４倍未満であり、微細凹凸層には、微細凹凸層の物理膜厚を部分的に減ずることで、物理膜厚以下の高低差を有する凸部及び凹部を含む凹凸構造体が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材表面に形成された多層積層体と、前記多層積層体表面に形成された微細凹凸層とを含む表示体において、
前記多層積層体は２層以上の積層体であり、
所定の波長領域の光に対して、少なくとも、前記多層積層体および前記微細凹凸層は透過性を有し、
前記多層積層体を構成する各層は、隣接する層とは前記所定の波長領域内の波長の光に対して屈折率が異なる材料で構成されており、
前記多層積層体を構成する各層および前記微細凹凸層を構成する材料は、それぞれの屈折率と物理膜厚との積で表される光学膜厚が、前記所定の波長領域における最短波長の７／４倍未満であり、
前記微細凹凸層には、前記微細凹凸層の物理膜厚を部分的に減ずることで、前記物理膜厚以下の高低差を有する凸部及び凹部を含む凹凸構造体が形成されている、表示体。
【請求項２】
前記微細凹凸層表面には一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体が形成されている、請求項１に記載の表示体。
【請求項３】
前記微細凹凸層を構成する材料の前記波長領域内の波長の光に対する屈折率が、前記多層積層体の最上層を構成する材料の前記波長の光に対する屈折率よりも大きい請求項１または２に記載の表示体。
【請求項４】
前記多層積層体の最上層と前記微細凹凸層の間に、前記微細凹凸層を構成する材料よりも前記波長領域内の波長の光に対する屈折率が大きい材料で構成され、物理膜厚と屈折率との積である光学膜厚が前記波長領域における最短波長の７／４倍未満である導波層を有し、
前記微細凹凸層の凹凸構造体の凸部及び凹部の高低差は、前記微細凹凸層の物理膜厚と等しい、請求項１または２に記載の表示体。
【請求項５】
前記波長領域が可視光波長領域であり、
前記微細凹凸層表面に、少なくとも一辺が１０μｍ以上のマトリックス上に配置された画素領域が複数形成され、
各画素領域には、
構造周期が２００ｎｍ以上、且つ８００ｎｍ以下の線状凹凸構造体からなり、第１の方向に線状凹凸構造が配列される第１の一次元回折構造体と、
構造周期が２００ｎｍ以上、且つ８００ｎｍ以下の線状凹凸構造体からなり、前記第１の方向とは異なる第２の方向に線状凹凸構造が配列される第２の一次元回折構造体と、
構造周期が２００ｎｍ以上、且つ８００ｎｍ以下の格子状凹凸構造からなり、前記第１の方向及び前記第２の方向に格子状凹凸構造が配列され二次元回折構造体の少なくとも１つが形成されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の表示体。
【請求項６】
前記基材と、前記多層積層体各層と、前記微細凹凸層とが、可視光波長領域の光に対して消衰係数が０．１以下である材料で構成されている、請求項５に記載の表示体。
【請求項７】
前記基材と、前記多層積層体各層と、前記微細凹凸層と、前記導波層とが、可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が１．３以上、且つ２．６以下である材料で構成され、隣接する各層の屈折率差が少なくとも０．０５以上である、請求項４に記載の表示体。
【請求項８】
基材表面に可視光波長領域の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体表面に光硬化性樹脂を塗布する工程と、
光ナノインプリント法により、前記光硬化性樹脂に所望の凹凸形状を形成する工程とを含む、表示体の製造方法。
【請求項９】
前記光硬化性樹脂の可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が、前記多層積層体表面を構成する材料の可視光波長領域に対する屈折率よりも大きい、請求項８に記載の表示体の製造方法。
【請求項１０】
基材を用意する工程と、
前記基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体表面に導波層を形成する工程と、
前記導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光領域内の波長の光に対する屈折率が小さい光硬化性樹脂を塗布する工程と、
光ナノインプリント法により前記光硬化性樹脂に所望の凹凸形状を形成する工程と
プラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含む、表示体の製造方法。
【請求項１１】
基材を用意する工程と、
基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体最上層表面に熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、
熱ナノインプリント法により前記熱可塑性樹脂層に所望の凹凸形状を形成する工程と、を含む、表示体の製造方法。
【請求項１２】
前記熱可塑性樹脂層の可視光領域内の波長の光に対する屈折率が、前記多層積層体最表面を構成する材料の前記波長の光に対する屈折率よりも大きい請求項１１記載の表示体の製造方法。
【請求項１３】
基材を用意する工程と、
前記基材表面に可視光波長領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる積層体を、前記各層を順次積層して形成する工程と、
前記多層積層体表面に導波層を形成する工程と、
前記導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光波長領域内の波長の光に対する屈折率が小さい熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、
熱ナノインプリント法により前記熱可塑性樹脂層に所望の凹凸形状を形成する工程と、
プラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含む、表示体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造発色を利用した観察角度の変化により色調が変化する表示体、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、動植物の表皮などに見られる高い機能性を人工的に再現する生物模倣技術が注目されている。例えば、モルフォ蝶の鱗粉や玉虫の表皮に代表される構造発色は、色素や顔料などの分子の電子状態のエネルギー遷移に伴う発色ではなく、光の回折や干渉、散乱といった光学現象の作用による発色現象である。
【０００３】
構造発色の多くは、屈折率の異なる多層積層体の各界面での反射光が干渉して発生する多層膜干渉を基本としている。多層膜干渉は、積層体の各界面で発生する反射光が干渉することにより発生するため、各層によって生じる光路差が重要なファクターとなる。
【０００４】
この光路差は、各層の物理膜厚に加え、構成する材料の屈折率に依存し、また入射角によっても変化する。したがって、多層膜干渉による構造発色は、光の入射角度により、反射光の色調が変化するという特徴がある。
【０００５】
この色調の入射角依存を利用して、例えば特許文献１に記載されているような、黒色層の上に多層膜干渉による構造発色を有する多層積層体を設け、見る角度により反射色が変化する複写防止印刷素材が発明されている。
【０００６】
また、例えば特許文献２に記載されているような、多層膜干渉による構造発色を有する多層積層体を形成する基材表面に不均一な微細凹凸構造を形成することで、色調の入射角依存を制御した発色体が発明されている。
【０００７】
これらの発明により、観察角度の変化により色調が変化する独特の色表現が可能となり意匠性の高い表示体が製造可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１２２５６７号公報
【特許文献２】特許第４２２８０５８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記のような多層積層体による反射光の色調は、基本的には積層体の各層を構成する材料と物理膜厚によって決定されてしまい、観察角度の変化による色調の変化としては単調となってしまう。
【００１０】
多層積層体を形成する基材に不均一な微細凹凸構造を形成することで、色調変化や反射率に変調を付与することは可能であるものの、観察角度の変化による反射光の色調変化を緩やかにすることや、特定の角度における反射率を上げる効果が主であり、多層積層体の構造が同一である場合、多彩な色調の変化を表現することは困難である。
【００１１】
したがって、例えば、多層膜干渉による構造発色を利用して、観察角度の変化による反射光の色調の変化が画素領域によって異なるような意匠性の高い表示体を製造しようとする場合、画素領域ごとに構成材料や物理膜厚を変えた多層積層体を形成する必要が生じる。
【００１２】
その場合、同一の色調変化を有する領域以外をマスキングする工程と、多層積層体を形成する工程を必要回数繰り返さなくてはならなくなり、工程が複雑化してしまう。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造により、観察角度の変化による反射光の色調の変化が画素領域によって異なるような高い意匠性を有する表示体と、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一局面は、基材と、基材表面に形成された多層積層体と、多層積層体表面に形成された微細凹凸層とを含む表示体において、多層積層体は２層以上の積層体であり、所定の波長領域の光に対して、少なくとも、多層積層体および微細凹凸層は透過性を有し、多層積層体を構成する各層は、隣接する層とは所定の波長領域内の波長の光に対して屈折率が異なる材料で構成されており、多層積層体を構成する各層および微細凹凸層を構成する材料は、それぞれの屈折率と物理膜厚との積で表される光学膜厚が、所定の波長領域における最短波長の７／４倍未満であり、微細凹凸層には、微細凹凸層の物理膜厚を部分的に減ずることで、物理膜厚以下の高低差を有する凸部及び凹部を含む凹凸構造体が形成されている、表示体である。
【００１５】
また、微細凹凸層表面には一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体、または一定周期の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体が形成されてもよい。
【００１６】
また、微細凹凸層を構成する材料の波長領域内の波長の光に対する屈折率が、多層積層体の最上層を構成する材料の波長の光に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。
【００１７】
また、多層積層体の最上層と微細凹凸層の間に、微細凹凸層を構成する材料よりも波長領域内の波長の光に対する屈折率が大きい材料で構成され、物理膜厚と屈折率との積である光学膜厚が波長領域における最短波長の７／４倍未満である導波層を有し、微細凹凸層の凹凸構造体の凸部及び凹部の高低差は、微細凹凸層の物理膜厚と等しくしてもよい。
【００１８】
また、波長領域が可視光波長領域であり、微細凹凸層表面に、少なくとも一辺が１０μｍ以上のマトリックス上に配置された画素領域が複数形成され、各画素領域には、構造周期が２００ｎｍ以上、且つ８００ｎｍ以下の線状凹凸構造体からなり、第１の方向に線状凹凸構造が配列される第１の一次元回折構造体と、構造周期が２００ｎｍ以上、且つ８００ｎｍ以下の線状凹凸構造体からなり、第１の方向とは異なる第２の方向に線状凹凸構造が配列される第２の一次元回折構造体と、構造周期が２００ｎｍ以上、且つ８００ｎｍ以下の格子状凹凸構造からなり、第１の方向及び第２の方向に格子状凹凸構造が配列され二次元回折構造体の少なくとも１つが形成されてもよい。
【００１９】
また、基材と、多層積層体各層と、微細凹凸層とが、可視光波長領域の光に対して消衰係数が０．１以下である材料で構成されていることが好ましい。
【００２０】
また、基材と、多層積層体各層と、微細凹凸層と、導波層とが、可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が１．３以上、且つ２．６以下である材料で構成され、隣接する各層の屈折率差が少なくとも０．０５以上であることが好ましい。
【００２１】
本発明の他の局面は、基材表面に可視光波長領域の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる多層積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体表面に光硬化性樹脂を塗布する工程と、光ナノインプリント法により、光硬化性樹脂に所望の凹凸形状を形成する工程とを含む、表示体の製造方法である。
【００２２】
また、光硬化性樹脂の可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が、多層積層体表面を構成する材料の可視光波長領域に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。
【００２３】
また、表示体の製造方法は、基材を用意する工程と、基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体表面に導波層を形成する工程と、導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光領域内の波長の光に対する屈折率が小さい光硬化性樹脂を塗布する工程と、光ナノインプリント法により光硬化性樹脂に所望の凹凸形状を形成する工程とプラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含んでもよい。
【００２４】
また、表示体の製造方法は、基材を用意する工程と、基材表面に可視光領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体最上層表面に熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、熱ナノインプリント法により熱可塑性樹脂層に所望の凹凸形状を形成する工程とを含んでもよい。
【００２５】
また、熱可塑性樹脂層の可視光領域内の波長の光に対する屈折率が、多層積層体最表面を構成する材料の波長の光に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。
【００２６】
また、表示体の製造方法は、基材を用意する工程と、基材表面に可視光波長領域内の波長の光に対して透過性を有し、且つ隣接する各層で屈折率が異なる積層体を、各層を順次積層して形成する工程と、多層積層体表面に導波層を形成する工程と、導波層表面に該導波層を構成する材料よりも可視光波長領域内の波長の光に対する屈折率が小さい熱可塑性樹脂層を塗布する工程と、熱ナノインプリント法により熱可塑性樹脂層に所望の凹凸形状を形成する工程と、プラズマ暴露により残膜を除去する工程とを含んでもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、多層膜干渉により構造発色する多層積層体表面に、一次元、または二次元回折構造体を形成した領域を有する微細凹凸層を設けて、微細凹凸層がさらに多層膜干渉に関わることができる膜厚に設計した。これにより、多層膜干渉と回折現象を利用して、観察角度の変化により反射光が独特の色調変化を示す表示体とすることができるため、表示体により表示される図柄の意匠性を高めるという効果が得られる。
【００２８】
また、表示体の構造を最適に設計することで効果に加え、導波モード共鳴による効果を付与することができる。このため、さらに表示物の意匠性をさらに高めるという効果を奏することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示体断面の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る表示体断面の概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る表示体断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の第１から第３の実施形態について図面を用いながら説明する。また、本発明において光の波長領域は特に限定されるものではないが、例えば人が視覚的に観察可能な表示体とする場合は可視光波長領域に、また、紫外線カメラや赤外線カメラなどによって観察される場合は、対応する紫外線領域や赤外線領域の波長領域に限定することもできる。以下、第１、第２、第３の実施形態では人が視覚的に観察可能な表示体について説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いながら説明する。
【００３２】
図１は本発明の第１の実施形態における表示体１の断面の概略図であり、基材１１の上には、多層積層体２１が形成されており、多層積層体２１の上には、微細凹凸層３１が形成されている。
【００３３】
本発明において、基材１１の材質は特に限定されるものではない。但し、多層膜干渉による構造発色のみにより色表現を行うためには可視光波長領域に対して透過性の高い材料が好ましい。例えば合成石英ガラスやポリエチレンテレフタラートなどが挙げられる。第１の実施形態において基材１１は合成石英ガラス基板とする。
【００３４】
多層積層体２１は屈折率が異なる材料を積層することにより形成される。各層を形成する材料としては表示体１が図柄を表示する波長領域の光に対して透過性を有することが必要である。
【００３５】
例えば、可視光波長領域に対して透過性の高い材料としては、例えばＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＭｇＯ、ＺｒＯ、ＳｎＯ２、Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ３、ＷＯ３、ＰｂＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｄＯ、ＢａＴｉＯ３、ＩＴＯ、ＬｉＦ、ＢａＦ２、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ３、ＣｅＦ３、ＺｎＳ、ＰｂＣｌ２などの無機誘電体材料や、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの有機樹脂材料を適用することができる。また、多層積層体２１の各層を構成する材料に関しては、隣接する層で屈折率の差が大きいほど界面での反射強度が大きくなるため、少ない層数でも十分な反射強度を得ることができる。本発明の第１の実施形態では、多層積層体２１はＴｉＯ２とＳｉＯ２の積層体とする。
【００３６】
多層積層体２１の形成方法の一例を説明する。初めに合成石英ガラスからなる基材１１の表面に、ＴｉＯ２を成膜する。成膜方法としては例えば真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法など既知の方法を利用することができる。続いて成膜したＴｉＯ２膜の表面にＳｉＯ２を成膜する。成膜方法としては例えば真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法など既知の方法を利用することができる。ＴｉＯ２とＳｉＯ２の成膜を交互に行い、基材１１の表面にＴｉＯ２とＳｉＯ２が交互に積層された多層積層体２１を形成する。積層する層の数や、各層の物理膜厚は、所望の反射光スペクトルが得られるように設計される必要がある。尚、積層する材料が有機化合物材料である場合は、スピンコート法などの既知の塗布方法を用いても良い。
【００３７】
特に、物理膜厚に関しては、多層膜干渉を効果的に用いた表示体とするためには、膜厚値を適切な範囲内で設計する必要がある。例えば、各層を単層に置き換えた場合の垂直入射の薄膜干渉について考えると、層を構成する材料の屈折率ｎ、物理膜厚ｄ、ｍを０以上の整数として、２×ｄ＝（ｍ＋１／２）×λ／ｎを満たす波長λの光が強められることになる。薄膜の物理膜厚が厚くなると、式を満足するｍとλの組み合わせが多数となり、可視光波長領域内の複数の波長が強められるため、色認識が不明瞭となる恐れがある。同様の現象が多層膜干渉でも生じるため、多層積層体２１を構成する各層の膜厚は好適なものを選択する必要がある。そのため、第１の実施形態を含む本発明においては、多層膜干渉により構造発色する積層体各層の屈折率ｎと物理膜厚ｄとの積により表される光学膜厚が、対象とする波長領域内の最短波長の７／４倍未満となるように設計されることが好ましい。さらに色彩を明確に認識するためには、５／４倍未満であることがより好ましい。人が視覚的に観察可能な表示体を対象とした第１の実施形態においては、可視光波長領域を対象とするため、多層積層体２１を形成する各層の光学膜厚の上限値は可視光波長領域内の最短波長の７／４倍未満とすることが好ましい。一方、光学膜厚の下限値については、薄膜干渉の強めあいの式を満足させるためには、ｍ＝０としてｎ×ｄ＝λ／４を満たす値とすることができるが、積層体の構成に依ってはｎ×ｄ＜λ／４でも多層膜干渉による構造発色が可能であるため、本発明においては限定しないものとする。
【００３８】
第１の実施形態では、ＴｉＯ２の膜厚を１６０ｎｍ、ＳｉＯ２の膜厚を２７５ｎｍとする。また、積層する層の数としてはＴｉＯ２を５層、ＳｉＯ２を４層とする。よって多層積層体２１の最上層はＴｉＯ２である。なお、本明細書で単に膜厚という場合、物理膜厚を意味する。
【００３９】
微細凹凸層３１の形成方法の一例を説明する。多層積層体２１の形成後に、多層積層体２１の上に微細凹凸層３１を形成する。微細凹凸層３１も多層積層体２１と同様に対象とする波長領域に対して透過性のある材料で構成される必要がある。微細凹凸層３１の屈折率と物理膜厚との積である光学膜厚について、多層積層体２１の各層と同様に可視光波長領域内の最短波長の７／４倍未満とすることにより、微細凹凸層３１を含んだ多層膜干渉による構造発色が実現でき、意匠性の高い表示体とすることができる。また、微細凹凸層３１を構成する材料の屈折率を多層積層体２１の最上層を構成する材料の屈折率よりも大きくしてもよい。多層積層体２１および微細凹凸層３１は、可視光に対して、例えば、消衰係数が０．１以下の材料を用いることが好ましい。
【００４０】
さらに、微細凹凸層３１に形成する凹凸構造体は、微細凹凸層３１の物理膜厚を部分的に減じて、凹凸を形成することで形成され、入射する光が回折するように寸法設計される。例えば、一定周期の線状凹凸構造体からなる一次元回折構造体や、一定周期の格子状凹凸構造体からなる二次元回折構造体が適している。この構造体を形成することにより、微細凹凸層３１にて生じる回折効果を利用して、さらに意匠性の高い表示体１とすることができる。本実施形態では、凹凸構造体は、微細凹凸層３１にのみ形成されるため、凹凸構造体の凹部表面から凸部表面までの高さ（図１のＨ１）は、微細凹凸層３１の物理膜厚（Ｈ２）以下である。
【００４１】
回折構造体の構造周期については、対象とする波長領域の光を回折する構造周期であれば良い。例えば、人が視覚的に確認できる表示体の場合、可視光波長領域の最短波長よりも構造周期が大きければ表示体を正面から観察した場合にも回折効果による色調変化が観測される。但し、構造周期が可視光波長領域の最短波長よりも小さい場合でも、表示体を斜めから観察することで可視光波長に対する回折現象が発生する。したがって、構造周期は例えば２００ｎｍ以上かつ８００ｎｍ以下であれば良い。尚、構造周期により回折効果が異なるため、微細凹凸層３１表面に複数の画素領域を配置し、各画素で構造周期を変化させることで、多彩な色調変化による画像表示が可能となる。また、画素領域が細かいほど高解像な画像を表示することが可能となるが、本発明では、人が視覚的に確認できる表示体とするため例えば一辺が１０μｍ以上のマトリックス上に配置された画素領域とする。
【００４２】
第１の実施形態では、微細凹凸層３１の構成材料をＳｉＯ２とし、凹凸構造体の高さを含む微細凹凸層３１の膜厚を３００ｎｍとする。形成する構造体は、構造周期７００ｎｍの格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体と構造周期３５０ｎｍの線状凹凸構造からなる一次元回折構造体であり、微細構造体未形成領域の領域を挟み各々の個別の領域に形成する。また、凹凸パターン高さは２００ｎｍとする。
【００４３】
微細凹凸層３１の形成方法としては、微細凹凸層３１を構成する材料がＳｉＯ２などの無機誘電体材料であれば、例えば、真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法などの既知の方法を利用した成膜工程と、荷電粒子線露光法やナノインプリント法などの既知の方法を利用したエッチングマスク作製工程と、プラズマエッチングなどの既知の方法を利用したパターン形成工程と、プラズマアッシング法や薬剤を用いた洗浄など既知の方法を利用したマスク除去工程を設ければよい。また、微細凹凸層３１を構成する材料が、例えば光硬化性樹脂または熱可塑性樹脂であれば、樹脂の塗布工程と光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法による微細構造体形成工程のみでも良く、その場合微細凹凸層３１の形成工程を簡素化することができる。また、微細凹凸層３１を構成する光硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の、可視光波長領域の波長の光に対する屈折率が、多層積層体２１の表面を構成する材料の可視光波長領域に対する屈折率よりも大きいことが好ましい。
【００４４】
第１の実施形態の表示体を人が視覚的に観測すると、微細構造体未形成領域では垂直方向からの観測で緑色〜黄色の多層膜干渉による構造発色が、観察角度を水平方向に動かすことで徐々にブルーシフトすることが確認される。一方、構造周期７００ｎｍの格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体を形成した領域を垂直方向から観測した場合、回折効果により微細構造体未形成領域とは異なる構造発色が観測される。さらに表示体を傾けて観察することにより回折効果が強調され、観察角度による固有の色調変化が観測される。また、構造周期３５０ｎｍの線状凹凸構造からなる一次元回折構造体を形成した領域を垂直方向から観察した場合は、可視光波長領域の回折効果は得られないため、微細構造体未形成領域と類似した構造発色が観測されるが、表示体を線状凹凸構造の配列方向に傾けて観察することで可視光波長領域に対して回折効果が得られ、固有の色調変化が観測される。この一次元回折構造体を形成することによる色調変化は、当然ながら表示体を傾ける方向により変化するため、例えば、配列方向が９０°異なる一次元回折構造体を別の領域に形成した場合、傾ける方向により表示される図柄が変化するチェンジングの効果を付加することも可能となる。また、さらに、配列方向がこれらの一次元回折構造体に合致する格子状の凹凸構造体である二次元回折構造体が形成されてもよい。このように配列方向が異なる複数の一次元回折構造体や、例えばこれらのうち２つの配列方向に配列される二次元回折構造体を適宜形成することで多様なパターンを構成できる。以上により、基材１上に多層膜干渉により構造発色を発現する多層積層体２１を形成し、さらに微細凹凸層３１を形成することで、微細凹凸層３１に形成した回折構造体に応じた回折現象を付与した、固有の色調変化を有する表示体１を得ることができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を用いながら説明する。
【００４６】
図２は本発明の第２の実施形態における表示体２の断面の概略図であり、基材１２の上には、多層積層体２２が形成されており、多層積層体２２の上には、導波層４２が形成され、導波層４２の上には微細凹凸層３２が形成されている。
【００４７】
第２の実施形態の表示体２では、導波層４２を設けることで、導波層４２と微細凹凸層３２に形成する一次元回折構造体による導波モード共鳴を利用している。導波モード共鳴は、一次元回折構造体により回折された光が導波層４２を伝搬するための位相整合条件を満足する場合に発生し、この導波モード共鳴条件を満たした波長のみが入射側に反射する光学現象である。但し、この導波モード共鳴は垂直に光が入射する場合が最も効率的であり、導波モード共鳴が得られる視野角は非常に狭い。
【００４８】
導波モード共鳴条件を満足するために、導波層４２に用いる材料は隣接する多層積層体２２の最表面、および微細凹凸層３２の屈折率よりも高い材料から選択されることが好ましい。また、導波層４２、および微細凹凸層３２の膜厚は第１の実施形態より制約され、導波モード共鳴条件を満たす最適膜厚値に設計されることが好ましい。すなわち、導波層４２の屈折率と物理膜厚との積である光学膜厚を可視光波長領域内の最短波長の７／４倍未満にすることが好ましい。また、第２の実施形態の表示体２においては、微細凹凸層３２の膜厚と微細凹凸層３２に形成される凹凸構造体の高さが一致する必要がある。すなわち、凹部において、導波層４２が露出していることが好ましい。
【００４９】
基材１２、多層積層体２２、および微細凹凸層３２を構成する材料に関する制約は第１の実施形態と同様である。また、多層積層体２２を構成する各層の膜厚に関する制約についても１の実施形態と同様である。
【００５０】
基材１２上への多層積層体２２の形成方法は第１の実施形態と同じとして良い。また、導波層４２に関しても、構成する材料が無機誘電体材料であれば、例えば真空蒸着法やスパッタリング、原子層堆積法など既知の方法を利用することができ、有機化合物材料であればスピンコート法などの既知の塗布方法が利用できる。
【００５１】
微細凹凸層３２の形成方法としては、第１の実施形態における微細凹凸層３１の形成方法を応用することができる。但し、第２の実施形態における微細凹凸層３２の膜厚は、微細凹凸層３２に形成される凹凸構造体の高さと等しいことが好ましいため、例えばプラズマエッチングによって構造体を形成する場合、凹部では隣接する導波層４２表面が露出するまでエッチングすることが好ましい。この場合、微細凹凸層３２をエッチングするプラズマに対して導波層４２を構成する材料が耐性を有していることが好ましい。
【００５２】
また、微細凹凸層３２の形成方法としてさらに好ましくは、光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法を用いることができる。この場合は、プラズマによる残膜除去処理を施すことで凹部において導波層４２の表面を露出させることができる。但し、残膜除去を行うプラズマに対して導波層４２を構成する材料が耐性を有していることが好ましい。
【００５３】
また、微細凹凸層３２に形成する構造体としては、一定周期の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体が好ましい。構造体の構造周期により、導波モード共鳴による反射光の波長が決定される。
【００５４】
例えば、多層積層体２２の最上層を構成する材料の屈折率を１．４５程度、導波層４２を構成する材料の屈折率を２．０程度、微細凹凸層３２を形成する材料の屈折率を１．７程度として、導波層４２の膜厚を１００ｎｍ程度、微細凹凸層３２の膜厚を１５０ｎｍ程度として、微細凹凸層３２に構造周期が２６５ｎｍ程度、３３０ｎｍ程度、３７０ｎｍ程度であり、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が０．４５である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体を微細構造体未形成領域の領域を挟み各々の個別の領域に形成した表示体２を作成し正面から観察した。この場合、構造周期が２６５ｎｍ程度の領域では青色が、構造周期が３３０ｎｍ程度の領域では緑色が、構造周期が３７０ｎｍ程度の領域では赤色が導波モード共鳴により反射されるため、微細構造体未形成領域とはそれぞれ異なる構造発色が観測される。さらに、表示体を線状凹凸構造の配列方向に一定角度ずつ傾けて観察した場合、ある角度よりも傾けると導波モード共鳴による反射光は観測できなくなる。但し、微細凹凸層３２に形成した構造体の周期構造が、いずれも可視光波長領域以下であることから、多層積層体２２、導波層４２、微細凹凸層３２による構造発色が観測されることになるが、傾きを大きくするにつれ、一次元回折構造体による回折現象が作用し、構造体形成領域では、構造体未形成領域とは異なる固有の色調変化が観測される。以上により、多層膜干渉に、導波モード共鳴と回折効果の作用を付与した独特な色調変化を有する表示体２を得ることができる。多層積層体２２の各層と、微細凹凸層３２と、導波層４２とが、可視光波長領域の光に対する屈折率が１．３以上、且つ２．６以下である材料で構成され、隣接する各層の屈折率差が少なくとも０．０５以上であることが好ましい。
【００５５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を用いながら説明する。
【００５６】
図３は本発明の第３の実施形態における表示体３の概略断面図であり、基材１３の上には、多層積層体２３が形成されており、多層積層体２３の上には、微細凹凸層３３が形成されている。
【００５７】
第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に導波モード共鳴を利用する。但し、第３の実施形態においては、第２の実施形態で設けた導波層４２は設けず、微細凹凸層３３に形成する構造体の高さに対して、微細凹凸層３３の膜厚を厚く設計することで、残膜が第２の実施形態で設けた導波層４２の役割を果たし、導波モード共鳴が利用できる表示体３とすることが可能となる。
【００５８】
導波モード共鳴を利用するためには、微細凹凸層３３を構成する材料は、多層積層体２３最上層を構成する材料よりも屈折率が高い材料から選択される必要がある。また、微細凹凸層３３膜厚は第１の実施形態における微細凹凸層３１の膜厚の制約よりもさらに制約され、導波モード共鳴条件を満たす微細凹凸層３３の膜厚および構造体高さに設計されることが好ましい。
【００５９】
微細凹凸層３３の形成方法としては、第１の実施形態における微細凹凸層３１の形成方法を適用することができる。
【００６０】
また、微細凹凸層３３の形成方法としてさらに好ましくは、光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法を用いることができる。この場合、光ナノインプリント法または熱ナノインプリント法により形成される残膜が第２の実施形態で設けた導波層４２の役割を果たすことが可能となる。
【００６１】
例えば、多層積層体２３の最上層を構成する材料の屈折率を１．４程度、微細凹凸層３３を形成する材料の屈折率を１．７程度とすると、微細凹凸層３３に形成する構造体の高さを２００ｎｍ程度、微細凹凸層３３の膜厚を３００ｎｍ程度として、微細凹凸層３３に構造周期が３００ｎｍ程度、３５０ｎｍ程度、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が０．５である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体を微細構造体未形成領域の領域を挟み各々の個別の領域に形成した表示体３を作成し正面から観察した。この場合、構造周期が３００ｎｍ程度の領域では青色が、構造周期が３５０ｎｍ程度の領域では緑色が導波モード共鳴により反射されるため、微細構造体未形成領域とはそれぞれ異なる構造発色が観測される。さらに、表示体を線状凹凸構造の配列方向に一定角度ずつ傾けて観察した場合、ある角度よりも傾けると導波モード共鳴による反射光は観測できなくなる。但し、微細凹凸層３３に形成した構造体の周期構造が、いずれも可視光波長領域以下であることから、多層積層体２３、微細凹凸層３３による構造発色が観測されることになるが、傾きを大きくするにつれ、一次元回折構造体による回折現象が作用し、構造体形成領域では、構造体未形成領域とは異なる固有の色調変化が観測される。以上により、多層膜干渉に、導波モード共鳴と回折効果の作用を付与した独特な色調変化を示す表示体３を得ることができる。
【実施例】
【００６２】
（実施例１）
実施例１では、ＴｉＯ２とＳｉＯ２からなる多層積層体表面に、ＳｉＯ２からなる微細凹凸層をスパッタリングによる成膜と荷電粒子線露光法とドライエッチングにより形成した表示体について説明する。
【００６３】
合成石英ガラス基板を用意し、合成石英ガラス基板上に膜厚４５ｎｍのＴｉＯ２と膜厚９５ｎｍのＳｉＯ２をスパッタリングにより交互に４層ずつ積層し、最後に膜厚４５ｎｍのＴｉＯ２をもう１層成膜して多層積層体を形成した。さらに多層積層体の表面に膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２を成膜し、ＳｉＯ２層表面にスパッタリングにより膜厚５０ｎｍクロム（Ｃｒ）層を成膜した。ＴｉＯ２層とＳｉＯ２層は共に金属ターゲットを用いた反応性スパッタリングにより成膜した。成膜に使用したガスはアルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）で、いずれも酸化物モードでのスパッタリングとした。Ｃｒ層は金属ターゲットを用いてＡｒのみでスパッタリングした。
【００６４】
Ｃｒ層表面に荷電粒子線露光用レジストであるＦＥＰ１７１（富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズ株式会社製）を２００ｎｍ塗布し、可変成型ビーム方式の電子線によりレジスト上にパターンを描画した。描画したパターンは構造周期３５０ｎｍ、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が０．５である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体と、構造周期７００ｎｍ、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が０．５である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体であり、描画領域は各々一辺が１ｃｍの正方形領域とし、各々のパターン領域は重なることなく配列した。電子線照射のドーズ量は１０μＣ／ｃｍ２とし、ポストエクスポージャーベークは１００℃に加熱したホットプレートで１０分間実施した。現像液にＴＭＡＨ水溶液、リンス液には純水を用いた。
【００６５】
レジストに線状凹凸構造からなる一次元回折構造体パターンを形成後、塩素と酸素の混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、レジストパターンをＣｒ膜に転写した。エッチング処理にはＩＣＰドライエッチング装置を適用した。塩素を５０ｓｃｃｍ、酸素を１０ｓｃｃｍ導入し、プラズマチャンバ内の圧力を１Ｐａに設定後、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗを印加し、プラズマ放電させた。
【００６６】
さらに、六フッ化エタンとヘリウムの混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、Ｃｒ膜に形成されたパターンをＳｉＯ２層に転写した。エッチング処理にはＩＣＰドライエッチング装置を適用した。六フッ化エタンとヘリウムを５０ｓｃｃｍずつ導入し、プラズマチャンバ内の圧力を１Ｐａに設定後、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー２００Ｗを印加し、プラズマ放電させた。ＳｉＯ２のエッチング深さは２００ｎｍとした。
【００６７】
次に、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）などを用いた有機洗浄、硝酸２アンモニウムセリウムと硝酸の混合水溶液による残存Ｃｒ膜の除去、さらにアンモニア水と過酸化水素水の混液などを用いたアルカリ洗浄を行ない、構造体の高さが２００ｎｍ、膜厚が３００ｎｍのＳｉＯ２からなる微細凹凸層が形成された表示体を得た。
【００６８】
表示体を正面から観察したところ、パターン未形成領域では緑〜黄色の構造発色が確認され、表示体を傾けることで構造発色がブルーシフトすることが確認された。一方、構造周期７００ｎｍの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成流域と比較して青色が強い構造発色が確認された。さらに、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、燈色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。また、構造周期３５０ｎｍの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成領域とほぼ同じ構造発色であったが、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、燈色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。
【００６９】
（実施例２）
実施例２では、ＴｉＯ２とＳｉＯ２からなる多層積層体の最上層をＳｉＯ２とし、光硬化性樹脂からなる微細凹凸層を紫外線ナノインプリント法により形成した表示体について説明する。
【００７０】
まず、合成石英ガラス基板上に、構造周期３５０ｎｍ、構造体の高さが２００ｎｍ、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が０．５である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体と、構造周期４００ｎｍ、構造体の高さが２００ｎｍ、且つ凸部寸法を構造周期で除した値が０．５である線状凹凸構造からなる一次元回折構造体からなるパターンが、各々一辺が１ｃｍの正方形領域に形成され、各々のパターン領域は重なることなく配列されている紫外線ナノインプリント用モールドを用意した。
【００７１】
紫外線ナノインプリント用モールド表面に、離型剤としてオプツール（登録商標）ＨＤ−１１００Ｚ（ダイキン工業株式会社製）を塗布した。
【００７２】
次に、４インチの合成石英ガラスウェハを用意し、合成石英ガラスウェハ上に膜厚４０ｎｍのＴｉＯ２と膜厚６０ｎｍのＳｉＯ２をスパッタリングにより交互に５層ずつ積層し多層積層体を形成した。
【００７３】
続いて、多層積層体が形成された合成石英ガラスウェハ上に、膜厚２００ｎｍの光硬化性樹脂ＭＵＲ−６（丸善石油化学株式会社製）を塗布し、離型剤が塗布された紫外線ナノインプリント用モールド表面を接触させ、２ＭＰａの圧力をかけ、紫外線ナノインプリント用モールドの裏面より波長３６５ｎｍの紫外光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させた。処理は室温で行い、紫外光の露光量は１００ｍＪ／ｃｍ２とした。
【００７４】
次に、合成石英ガラスウェハを紫外線ナノインプリント用モールドから剥離し、光硬化性樹脂からなる微細凹凸層が形成された表示体を得た。
【００７５】
表示体を正面から観察したところ、パターン未形成領域では青〜青緑色の構造発色が確認され、表示体を傾けることで構造発色がブルーシフトすることが確認された。一方、構造周期３５０ｎｍの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成流域と比較して緑色が強い構造発色が確認された。さらに、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、黄色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。構造周期４００ｎｍの一次元回折構造体が形成された領域を正面から観察したところ、パターン未形成流域と比較して黄色が強い構造発色が確認された。さらに、線状凹凸構造の配列方向に傾けながら表示体を観察したところ、黄色の構造発色が観測され、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認できた。以上により、一次元回折構造体による固有の色調変化が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の表示体は、意匠性の高い表示物に利用できる。特に、偽造防止技術分野等に好適に利用が期待される。
【符号の説明】
【００７７】
１、２、３    表示体
１１、１２、１３    基材
２１、２２、２３    多層積層体
３１、３２、３３    微細凹凸層
４２    導波層
【図１】
2015101024.tif 000003
【図２】
2015101024.tif 000004
【図３】
2015101024.tif 000005