(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維を製造する方法であって、
コア層、前記コア層の少なくとも一部の周りに配される被覆層、および前記コア層と前記被覆層との間に配され、前記被覆層の少なくとも一部から前記コア層を剥離させるように構成された中間層を備える繊維を供給することと、
前記被覆層にナノ構造テンプレートを適用し、１つまたは複数のナノ構造スケールを有する１つまたは複数のフォトニックナノ構造を形成することと、
前記中間層の少なくとも一部を除去して、前記被覆層の少なくとも一部から前記コア層を剥離させて、前記コア層と前記１つまたは複数のフォトニックナノ構造との間に空隙を形成することと
を含む方法。
【請求項２】
前記被覆層に前記ナノ構造テンプレートを適用することは、
前記繊維を加熱して前記被覆層を柔らかくすることと、
柔らかくした前記被覆層上に型を押し付けることと
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被覆層に前記ナノ構造テンプレートを適用する前に、前記繊維に離型剤を塗布することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記被覆層に前記ナノ構造テンプレートを適用することは、型構造の少なくとも縁部が前記中間層を穴あけするように、前記被覆層に型を押し付けることを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記中間層は１つまたは複数の割れ目を備え、前記コア層は、前記１つまたは複数の割れ目において前記被覆層に直接結合される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記空隙を形成することの後、前記繊維に被覆剤を被覆して、前記繊維の構成および光学特性を維持することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
コア層と、
前記コア層の少なくとも一部を取り囲む被覆層であって、１つまたは複数のフォトニックナノ構造を含む被覆層と、
前記コア層と前記被覆層との間に配され、前記被覆層の少なくとも一部から前記コア層を剥離させるように構成された中間層と、
を備える繊維であって、
前記１つまたは複数のフォトニックナノ構造は、
１つまたは複数のナノ構造スケールと、
前記コア層に結合された第１の端部と、
空隙が前記フォトニックナノ構造の一部と前記コア層との間に存在するように、前記コア層から物理的に分離された第２の端部と
を備える、繊維。
【請求項８】
前記中間層は、１つまたは複数の割れ目を備え、前記１つまたは複数のフォトニックナノ構造の前記第１の端部が前記１つまたは複数の割れ目の各割れ目に配されるように、前記コア層は、前記１つまたは複数の割れ目において前記被覆層に直接結合される、請求項７に記載の繊維。
【請求項９】
前記コア層は、第１の材料を備え、前記被覆層は、前記第１の材料とは異なる第２の材料を備える、請求項７に記載の繊維。
【請求項１０】
前記第１の材料および前記第２の材料は、異なるガラス転移温度を有する異なる熱可塑性ポリマーを備える、請求項９に記載の繊維。
【請求項１１】
前記第１の材料は、ナイロンまたはポリプロピレンを備え、前記第２の材料は、ナイロンまたはポリエステルを備える、請求項９に記載の繊維。
【請求項１２】
前記第１の材料および前記第２の材料は、少なくとも約０．２０異なる屈折率を有する、請求項９に記載の繊維。
【請求項１３】
前記１つまたは複数のフォトニック構造は、約１０ｎｍから約２００ｎｍの長さを有する、請求項７に記載の繊維。
【請求項１４】
前記１つまたは複数のフォトニック構造は、約１０ｎｍから約１５ｎｍの長さを有する、請求項１３に記載の繊維。
【請求項１５】
前記繊維は可視的に着色されている、請求項７に記載の繊維。
【請求項１６】
前記繊維は有機染料を欠いている、請求項７に記載の繊維。
【請求項１７】
前記繊維は、乾燥時に第１の可視色の外観を有し、水で濡れているとき第２の可視色の外観を有する、請求項７に記載の繊維。
【請求項１８】
複数の繊維を備える織物であって、
前記繊維は、
コア層と、
前記コア層の少なくとも一部を取り囲む被覆層であって、１つまたは複数のフォトニックナノ構造を含む被覆層と、
前記コア層と前記被覆層との間に配され、前記被覆層の少なくとも一部から前記コア層を剥離させるように構成された中間層と、
を備え、
前記１つまたは複数のフォトニックナノ構造は、
１つまたは複数のナノ構造スケールと、
前記コア層に結合された第１の端部と、
空隙が前記フォトニックナノ構造の一部と前記コア層との間に存在するように、前記コア層から物理的に分離された第２の端部と
を備える、織物。
【請求項１９】
前記織物は可視的に着色されている、請求項１８に記載の織物。
【請求項２０】
前記繊維は有機染料を欠いている、請求項１８に記載の織物。
【請求項２１】
前記繊維は、乾燥時に第１の可視色の外観を有し、水で濡れているとき第２の可視色の外観を有する、請求項１８に記載の織物。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
以下の説明は、読み手の理解を助けるために提供される。提供した情報または引用した文献のいずれも従来技術として認めるものではない。
【０００２】
伝統的な織物染色工程においては、大量の水が染料溶媒として使用され、工業国における最も大きな水質汚染源の１つとなっている。このような染色工程は様々な有害な化学物質を必要とすることも多く、多数の有害な副生成物も生成する。加えて、伝統的な織物染色工程は大量のエネルギーも必要とする。
【０００３】
水に代わる染料溶媒は、超臨界二酸化炭素（ｓｃ−ＣＯ２）である。しかしながら、溶媒としてのｓｃ−ＣＯ２の使用は、通常、人工繊維の染色に限られ、綿および羊毛などの天然繊維に対してはごく限られた適用になっていた。ｓｃ−ＣＯ２は、疎水性溶媒であり、親水性の綿または羊毛繊維には拡張されない。ｓｃ−ＣＯ２では、染料の繊維の中への拡散を容易にすることを目的として、隣接する分子鎖間の水素結合を解離させて天然繊維の構造を破壊することはできない。加えて、最も売られている綿用の染料は塩であり、共通溶媒を使用しなければｓｃ−ＣＯ２に溶解させることはできない。しかしながら、共通溶媒の使用は、織布が浸されることを必要とするので、織布の乾燥、ならびに、プロセスチャンバおよび染色部品のより複雑な清浄が必要とされる。
【０００４】
自然界は、染料の使用を必ずしも必要としない代替的な発色方法を明らかにしてきた。構造を配列して光を操作することによって、異なる色を干渉効果によって作り出すことができる。例えば、様々な蛾および蝶は、発色するための多層干渉、回折、ブラッグ散乱、チンダル散乱、およびレイリー散乱を含む様々な視覚効果を生ずる多数のメカニズムを生み出すナノスケールのフォトニック構造を有する。これらの構造は、ナノメートルスケールのリッジおよび周期的な空隙によって分離された様々な形状および寸法に配置された、ミクロンスケールからナノメートルまでの複数の微小構造を有することができる。青緑光を選択的に反射する一例は、モルフォ熱帯蝶に見られる。
【発明の概要】
【０００５】
本技術は、繊維を製造する例示的な方法を提供する。当該方法は、コア層およびコア層周りに配された被覆層を備える繊維を供給することを含む。当該方法は、ナノ構造テンプレートを被覆層に適用し、ナノ構造スケールを有する１つまたは複数のフォトニックナノ構造を形成すること、およびコア層を圧縮して、コア層を膨らませ、コア層と１つまたは複数のフォトニックナノ構造との間に空隙を形成することをさらに含む。
【０００６】
本技術は、コア層および被覆層を含む例示的な繊維をさらに提供する。被覆層は、コア層の少なくとも一部を取り囲み、１つまたは複数のフォトニックナノ構造を含む。フォトニックナノ構造は、１つまたは複数のナノ構造スケールを備える。フォトニックナノ構造は、コア層に結合された第１の端部、および空隙がフォトニックナノ構造の一部とコア層との間に存在するように、コア層から物理的に分離された第２の端部も有する。
【０００７】
本技術は、複数の繊維から生産された例示的な織物も含む。繊維は、コア層および被覆層を含む。被覆層は、コア層の少なくとも一部を取り囲み、１つまたは複数のフォトニックナノ構造を含む。フォトニックナノ構造は、１つまたは複数のナノ構造スケールを備える。フォトニックナノ構造は、コア層に結合された第１の端部、および空隙がフォトニックナノ構造の一部とコア層との間に存在するように、コア層から物理的に分離された第２の端部も有する。
【０００８】
前述の概要は、例示にすぎず、いかなる方法によっても限定することを意図するものでもない。上記に記載された例示的な態様、実施形態および特徴に加えて、さらなる態様、実施形態および特徴は、図面および以下の詳細な説明を参照することによって明らかにされる。
【０００９】
本開示の前述および他の特徴は、添付の図面と共に、以下の説明および添付の特許請求の範囲からより十分に明らかにされる。これらの図面は、本開示に従ういくつかの実施形態のみを示すものであり、したがって、開示範囲の限定と見なすべきものではないと理解され、本開示は、添付の図面を使用することによって、付加的な特定性および細部と共に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的実施形態に係る、繊維を製造する方法を示す図である。
【図２】例示的実施形態に係る繊維を示す図である。
【図３】例示的実施形態に係る、ナノ構造テンプレートを有する型を示す図である。
【図４】例示的実施形態に係る、１つまたは複数のナノ構造スケールを有する繊維を示す図である。
【図５】例示的実施形態に係る、繊維のコアに埋め込まれたフォトニックナノ構造を有する繊維を示す図である。
【図６】例示的実施形態に係る、中間層の割れ目を通じて繊維のコアに取り付けられたフォトニックナノ構造を有する繊維を示す図である。
【図７】例示的実施形態に係る、分離されたフォトニックナノ構造を有する圧縮繊維を示す図である。
【図８ａ】例示的実施形態に係る、蝶の羽の表面上のフォトニックナノ構造を示す図である。
【図８ｂ】例示的実施形態に係る、胡椒入れのような構造を有するフォトニックナノ構造を示す図である。
【図８ｃ】例示的実施形態に係る、平行な管状フルートのような構造を有するフォトニックナノ構造を示す図である。
【図９】例示的実施形態に係る、フォトニックナノ構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明において、本願の一部を形成する添付図面が参照される。図面において、文脈が別に指示していないかぎり、通常、同様の符号は同様の構成要素を指し示す。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載された例示的な実施形態は、限定することを意味していない。本願に提示された主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用可能であると共に、他の変更を行うことも可能である。本明細書に主として記載されると共に、図面に図示された本開示の態様が多様な異なる構成において配置され、置換され、結合され、そして設計され、そのすべてが本明細書において明確に意図されると共に、本開示の一部をなすことは容易に理解されるであろう。
【００１２】
染料溶媒として水または超臨界二酸化炭素を使用する伝統的な染色工程と関連付けられたいくつかの問題が存在する。これらの問題には、限定はされないが、染色工程によって発生する大量の水質汚染および消費されるエネルギーが含まれる。フォトニックナノ構造を実施して、光を操作し、発色させる例示的な方法および繊維が本明細書に記載される。このような繊維は、伝統的な織物染色工程によって発生した有害な副生成物および必要とされるエネルギーを削減しながら、繊維および織物における発色効果の改善を可能にする。
【００１３】
図１は、例示的な実施形態に係る、繊維を製造する方法を示す。動作１００において、コア層および被覆層を備える繊維は、被覆層がコア層の少なくとも一部を取り囲むように提供される。図２は、以下に、より詳細に述べるように、例示的な実施形態に係るこのような繊維を示す。
【００１４】
第１の実施形態において、繊維は押し出し成形工程によって製造される。別の実施形態において、繊維は、引き伸ばし工程もしくはスピニング工程によって、または当業者に公知の他の好適な工程のいずれかによって製造することができる。
【００１５】
コア層および被覆層は、異なる屈折率を有する異なる材料から作製される。このような材料は、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、または当業者に公知の他の好適な重合材料を含むことができる。一実施形態において、コア層および被覆層の屈折率は、約０．２の差を有してもよい。他の実施形態において、コア層および被覆層は、約０．１から約０．４異なる屈折率を有してもよい。一実施形態において、コア層および被覆層は、それぞれ異なるガラス転移温度を有する異なる熱可塑性ポリマーから作製される。さらなる実施形態において、コア層および被覆層のうち少なくとも一方は、透明である。さらに別の実施形態において、被覆層は、所望の色または周波数帯の光を選択的に反射することができるように光学的に設計された厚さおよび屈折率をそれぞれ有する複数の層を含むことができる。
【００１６】
繊維は、コア層と被覆層との間に配された任意の中間層をさらに含むことができる。中間層は、シリコーン類、またはコア層と被覆層との間の結合を弱らせることができる他の好適な材料を含むことができる。別の実施形態において、繊維は中間層を含まなくてもよい。中間層は、コア層から被覆層の少なくとも一部を取り除くことを容易にするように構成することができる。例えば、中間層は、被覆層がコア層から容易に剥離できるように、コア層と被覆層との間の界面の結合を弱めるように構成することができる。
【００１７】
動作１１０において、ナノ構造テンプレートは繊維の被覆層に適用される。ナノ構造テンプレートは、繊維を加熱することによって適用することができ、これにより被覆層を柔らかくすることができる。一実施形態において、被覆層は、被覆層のガラス転移温度よりも高い温度まで加熱される。型は、ナノ構造テンプレートを被覆層に転写するのに十分な圧力で、柔らかくした被覆層に適用することができる。一実施形態において、型は、数秒から数分までの間、約２バールから約５０バールまでの圧力で適用される。一実施形態において、型は、繊維周りに適用できるように円筒形状に成形することができる。
【００１８】
型は、自己整合工程によって位置合わせすることができ、または、当業者に公知の光学アライメント方法を使用して位置合わせすることができる。一実施形態において、光学アライメント工程は、レーザ反射または光学顕微鏡によって識別可能なアライメント構造を使用するレーザアライメント技法または光学技法を使用して繊維の縁部を型の縁部に位置合わせする工程を含む。別の実施形態において、位置合わせは、当業者に公知のように、繊維の動きの速さおよび型の大きさを利用して時間を基準にして行うこともできる。
【００１９】
十分な力をもって、十分な時間、型を被覆層に適用した後、型は、ナノ構造テンプレートの設計に応じて被覆層に形成された１つまたは複数のフォトニックナノ構造を残しながら、被覆層から取り外すことができる。
【００２０】
一実施形態において、型の表面は、繊維からの型の取り外しを容易にする離型剤で被覆される。離型剤の例には、シリコーン類、ポリジメチルシロキサンなどのポリシロキサン類、メチル水素シロキサン類、または当業者に公知のような他の好適な離型剤のいずれかが含まれ得る。別の実施形態において、離型剤は使用されなくてもよい。
【００２１】
図３は、以下により詳細に記載するように、例示的実施形態に係る、ナノ構造テンプレートを有する型を示す。図４は、以下により詳細に記載するように、例示的実施形態に係る、型を繊維に適用した後の１つまたは複数のフォトニックナノ構造を有する繊維を示す。
【００２２】
一実施形態によれば、被覆層にフォトニックナノ構造を作出するため、被覆層は、断続的に開裂させることができる。被覆層の開裂は、型が被覆層の一部をコア層に押し込み、これにより被覆層とコア層との間の中間層に穴をあけ、コア層内にフォトニックナノ構造の一部を埋め込むように、（所望の位置で被覆層を開裂させるように構成されたナノ構造テンプレートの対応部分を含む）型を押圧することによって達成することができる。図５は、以下により詳細に記載するように、例示的実施形態に係る、繊維のコアに埋め込まれたフォトニックナノ構造を有する繊維を示す。
【００２３】
別の実施形態において、フォトニックナノ構造は、中間層に断続的な割れ目を構成することによって繊維の被覆層に個々に画定することができ、これにより、断続的な割れ目内において被覆層をコア層に直接結合させることができる。このような構成は、中間層を穴あけし、コア層内に被覆層の一部を埋め込む必要性を排除する。一実施形態において、中間層の割れ目は、中間層の割れ目がコア層上の所望の位置に形成されるようにコア層上に中間層を断続的に堆積させることによって、繊維の製造中に作出することができる。被覆層は、コア層が割れ目内で被覆層と直接接触し、かつ割れ目の外で中間層と直接接触するように、中間層および割れ目の上に形成することができる。
【００２４】
別の実施形態において、中間層はコア層の全体または大部分に形成することができ、そして、中間層の一部を取り除いて割れ目を形成することができる。中間層の一部は、中間層を溶解することによって、中間層を削り落とす、もしくは研磨することによって、中間層のレーザアブレーションなどの熱的手段によって、または当業者に公知の代替的手段のいずれかによって、取り除くことができる。さらに別の実施形態において、中間層は、以下に記載する柔軟化ステップおよび／または圧縮ステップ（すなわち、図１の動作１２０および１３０）の間において昇華し、これにより、少なくとも、コア層に直接的に接続される第１の部分およびコア層から分離される第２の部分を有するフォトニックナノ構造が残るように構成された、昇華する中間層とすることができる。図６は、以下により詳細に記載するように、例示的実施形態に係る、中間層の割れ目を通じて繊維のコアに取り付けられたフォトニックナノ構造を有する繊維を示す。
【００２５】
動作１２０において、繊維のコア層は柔らかくされる。繊維の柔軟化は、繊維を加熱することによって、繊維に赤外線を照射することによって、または当業者に公知の、コア層を柔らかくする他の方法のいずれかによって達成することができる。繊維の柔軟化は、コア層および／または被覆層のガラス転移温度よりも高い温度まで繊維を加熱して、コア層の材料の変形に要求される所望の粘性を得ることを含むことができる。一実施形態において、繊維は、約１５０℃またはそれ以上に加熱することができる。
【００２６】
動作１３０において、コア層はコア層の軸に沿って圧縮され、コア層を外方に膨らませる。コア層を膨らませることによって、被覆層に形成されたフォトニックナノ構造の一部をコア層から剥離し分離させる。一実施形態において、コア層は、被覆層に形成された個々のフォトニックナノ構造の大きさに対応するセクションにおいて圧縮することができる。セクションにおけるこのコア層の圧縮によって、コア層からの個々のフォトニックナノ構造の剥離および分離をより制御しやすくする。
【００２７】
コア層を膨らませることによって、剥離した個々のフォトニックナノ構造のそれぞれの一部とコア層との間に空隙が形成されるようになる。コア層に加えられる圧縮量は、空隙の大きさならびにフォトニックナノ構造の大きさおよび配列の構成を制御するために、変更することができる。空隙の大きさ、およびフォトニックナノ構造間の空間関係が、繊維によって生成される色および他の視覚効果に影響するので、繊維の色はこのようにして微調整することができる。図７は、以下により詳細に述べるように、例示的実施形態に係る、分離されたフォトニックナノ構造を有する圧縮繊維を示す。
【００２８】
動作１４０において、繊維を低屈折率材料で被覆して、フォトニックナノ構造の構造を保護すると共に、繊維の光学特性を維持する。低屈折率材料には、ポリヘキサフルオロブチルメチルアクリレートおよびポリヘキサフルオロイソプロピルメタクリレートなどのフッ素を導入したメタクリレート類、シロキサンを導入したフッ素化ポリマー、または当業者に公知の他の好適な低屈折率材料のいずれかが含まれ得る。一実施形態において、被覆は繊維上にスプレーコーティングされる。別の実施形態において、被覆は、スピンコーティング、ディップコーティング、界面重合、電気泳動堆積、または当業者に公知の他の好適な方法のいずれかによって形成することができる。
【００２９】
上述のように、図２は、例示的実施形態に係る繊維２００を示す。繊維２００は、コア層２１０、およびコア層２１０の少なくとも一部を取り囲む被覆層２２０を含む。コア層２１０および被覆層２２０は、異なる屈折率を有する異なる材料から作製される。これらの材料は、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、アクリロニトリル、ポリエチレンテレフタレート、または当業者に公知の他の好適なポリマー材料を含むことができる。一実施形態において、コア層および被覆層の屈折率は、約０．２の差異を有することができる。他の実施形態において、コア層および被覆層は、約０．１から約０．４異なる屈折率を有することができる。一実施形態において、コア層２１０および被覆層２２０のうち少なくとも一方は、視覚的に透明である。
【００３０】
繊維２００は、コア層２１０と被覆層２２０との間に配された任意の中間層２３０をさらに含む。中間層２３０は、シリコーン類、またはコア層と被覆層との間の結合を弱らせることができる他の好適な材料を含むことができる。別の実施形態において、繊維２００は、中間層２３０を含まなくてもよい。中間層２３０は、コア層２１０からの被覆層２２０の少なくとも一部の分離を容易にするように構成される。例えば、中間層２３０は、被覆層２２０がコア層２１０から剥離され、分離することができるように、コア層２１０と被覆層２２０との間の界面の結合を弱らせるように構成することができる。一実施形態において、中間層２３０は、上述の柔軟化および／または圧縮ステップ（すなわち、図１の動作１２０および１３０）において昇華し、これによりコア層２１０から分離される少なくとも一部を有するフォトニックナノ構造を残すように構成された、昇華する中間層とすることができる。
【００３１】
図３は、例示的実施形態に係る、ナノ構造テンプレートを有する型を示す。一実施形態において、このような型は、図１の動作１１０に関して上述のように、繊維に適用することができる。一実施形態において、型は、上部３００ａおよび下部３００ｂを含む。型の上部３００ａおよび下部３００ｂは、ナノ構造テンプレート３１０も含む。一実施形態において、ナノ構造テンプレート３１０は、繊維に型を適用したときに、所望の光学的性質を繊維に生じさせるために１つまたは複数のフォトニックナノ構造が被覆層に形成されるように構成される。一実施形態において、フォトニックナノ構造は、約１０ナノメートル（ｎｍ）から約２００ｎｍの寸法を有することができる。フォトニックナノ構造は、蛾、蝶、または当業者に公知の所望の光学的性質を有する他のフォトニック構造のいずれかに基づく模造フォトニック構造に作り出すことができる。一実施形態において、個々のフォトニックナノ構造は、同一繊維上に他のフォトニックナノ構造とは異なる形状および大きさを有することができ、強め合うおよび弱め合う干渉効果により所望の色の選択的な反射性を可能にする。一実施形態において、フォトニックナノ構造は、約１５０ｎｍから約３５０ｎｍの幅を有することができ、可視スペクトルの光を反射することができる。
【００３２】
フォトニックナノ構造の特定の構成に応じて、繊維は、濡れているときおよび乾いているときの繊維と関連付けられた異なる屈折率のために、濡れている場合および乾いている場合に異なる特性を有することができる。したがって、繊維の色を含む光学的性質は、フォトニックナノ構造の大きさ、形状および材料に加えて、互いに関連するフォトニックナノ構造の空間的構成を変化させることによって調整することができる。
【００３３】
図４は、例示的実施形態に係る、１つまたは複数のナノ構造スケール４３０を有する繊維４００を示す。繊維４００は、コア層４１０および被覆層４２０を含む。１つまたは複数のナノ構造スケール４３０は、上述の動作１１０によって被覆層４２０に刻印されている。１つまたは複数のナノ構造スケール４３０は、１つまたは複数のフォトニックナノ構造が、繊維４００内で所望の光学的効果を生ずる配列で被覆層４２０内に形成されるように配列される。
【００３４】
図５は、例示的実施形態に係る、コア層５１０に埋め込まれたフォトニックナノ構造５４０ａを有する繊維５００を示す。繊維５００は、コア層５１０、被覆層５２０、およびコア層５１０と被覆層５２０との間に配された中間層５３０を含む。被覆層５２０の一部５１５は、中間層５３０を貫き、上述の開裂工程によって、またはコア層内に被覆層を埋め込む、当業者に公知の他のいずれかの工程によって、コア層５１０に埋め込まれている。繊維５００は、フォトニックナノ構造５４０ａとフォトニックナノ構造５４０ｂとの間に配された開口５５０をさらに含む。この開口は、開裂工程によって形成することができ、または繊維５００の製造中に、中間層５３０上に被覆層５２０を断続的に堆積することによって形成することができる。
【００３５】
図６は、例示的実施形態に係る、中間層６３０の割れ目６１５を通ってコア層６１０に取り付けられたフォトニックナノ構造６４０を有する繊維６００を示す。繊維６００は、コア層６１０、被覆層６２０、および中間層６３０を含む。中間層６３０は、フォトニックナノ構造６４０をコア層６１０に直接取り付ける割れ目６１５を含む。繊維６００は、フォトニックナノ構造６４０ａとフォトニックナノ構造６４０ｂとの間に配された開口６５０をさらに含む。開口６５０は、上述の開裂工程によって形成することができ、または、代替的に、繊維６００の製造中に、中間層６３０およびコア層６１０の上に被覆層６２０を断続的に堆積することによって形成することができる。
【００３６】
図７は、以下により詳細に述べるように、例示的実施形態に係る、分離されたフォトニックナノ構造７２０を有する圧縮繊維７００を示す。繊維７００は、コア層７１０、分離されたフォトニックナノ構造７２０、および分離されていないフォトニックナノ構造７２５を含む。第１の力を方向７４０ａからコア層７１０に加え、および／または第２の力を方向７４０ｂからコア層７１０に加えると、コア層７１０はコア層７１０の軸７３０に沿って圧縮される。圧縮により、コア層７１０は外方に（例えば、軸７３０から離れる方向に）膨らみ、これにより、コア層７１０からフォトニックナノ構造７２０の少なくとも一部の分離が生じる。コア層７１０からのフォトニックナノ構造７２０の分離は、分離したフォトニックナノ構造７２０の一部とコア層７１０との間に、空隙７５０を作出する。コア層７１０に加える圧縮量は、空隙７５０の大きさ、ならびに互いに関連する分離したフォトニックナノ構造７２０の大きさおよび構成を制御するために変更することができ、これにより、繊維７００の色および他の光学特性を望むように調節することができる。
【００３７】
図８ａは、例示的実施形態に係る、蝶の羽の表面上のフォトニックナノ構造を示す。このようなフォトニックナノ構造は、厚さ約１５０ナノメートルの長く、薄く、平行な髪の毛のような構造を含み、間隙によって分離される。図８ｂは、例示的実施形態に係る、胡椒入れのような構造を有するフォトニックナノ構造を示す。図８ｃは、例示的実施形態に係る、平行な管状フルートのような構造を有するフォトニックナノ構造を示す。図８ａ、８ｂおよび８ｃの種々のフォトニックナノ構造は、様々な方法で入射光を操るスケール、リッジ、および穴等の微細な特徴を呈示する。一実施形態において、分離されたナノ構造７２０は、図８ａ、８ｂおよび８ｃのナノ構造と同様の特徴を有するように構成することができる。
【００３８】
［例］
図９は、例示的実施形態に係るフォトニックナノ構造９００の例を示す。フォトニックナノ構造９００は、レテノールモルフォ蝶のスケールの構造に基づく。フォトニックナノ構造９００は、特に青色領域にあるより短い波長の可視光を強く反射するように構成される。フォトニックナノ構造９００は、「木のような」構成において主たる幹状のリッジ構造９２０に沿って分布された複数の薄層９１０を含む。複数の薄層９１０は、回折格子のように作用し、フォトニックナノ構造９００の反射特性および可視効果の主たる要因となる。
【００３９】
薄層９１０の特定の構成、大きさ順に並べること（sizing）、および間隔をあけることによって、フォトニックナノ構造９００、およびこれに組み合わせる付加的な同様のナノ構造は、玉虫色の青色光を反射することができる。フォトニックナノ構造９００は、それぞれ約５０ｎｍの高さを有し、他の薄層と約８０ｎｍ離間した複数の薄層９１０を含む。図９の実施形態において、フォトニックナノ構造は１３枚の薄層９１０を含む。薄層９１０は約２００ｎｍから約４００ｎｍの幅を有し、より広い幅を有する薄層が幹状リッジ構造９２０の底部方向に位置するのに対し、より狭い幅を有する薄層が幹状リッジ構造９２０の上部方向に位置するように配される。幹状リッジ構造９２０は、約３０００ｎｍの高さを有する。フォトニックナノ構造９００は、隣接するフォトニックナノ構造の最も近い薄層が約１１０ｎｍ離間するように、他のフォトニックナノ構造から離間される。フォトニックナノ構造９００は、約１．５５の屈折率を有する。
【００４０】
隣接するフォトニックナノ構造の最も幅広い薄層間の間隔、各フォトニックナノ構造上の薄層の数、薄層の幅、およびリッジの高さ等の要素は、反射光の反射性および周波数帯に影響することができるが、反射光の色への影響は小さい。一方、フォトニックナノ構造上の薄層の高さおよび薄層の間隔は、反射光の反射性および周波数帯への影響は小さいながらも、反射光の色特性に大きく影響することができる。一実施形態において、薄層の高さを５０ｎｍから２００ｎｍに変化させると、可視スペクトル上の反射ピークは３５０ｎｍ（青紫）から７５０ｎｍ（赤）にシフトする。同様に、薄層の間隔を８０ｎｍから２００ｎｍに変化させると、反射ピークを４００ｎｍから６５０ｎｍへシフトさせることができる。したがって、薄層の高さおよび間隔を変化させることによって、異なる色を繊維に発生させることができる。
【００４１】
１つまたは複数のフローチャートを本明細書に使用することができる。フローチャートの使用は、実施された動作の順序について限定することを意味するものではない。本明細書に記載された主題は、様々なコンポーネントをしばしば例示しており、これらのコンポーネントは、他の様々なコンポーネントに包含されるか、または他の様々なコンポーネントに接続される。そのように図示されたアーキテクチャは、単に例示にすぎず、実際には、同じ機能を実現する多くの他のアーキテクチャが実装可能であることが理解されよう。概念的な意味で、同じ機能を実現するコンポーネントの任意の構成は、所望の機能が実現されるように効果的に「関連付け」される。したがって、特定の機能を実現するために組み合わされた、本明細書における任意の２つのコンポーネントは、アーキテクチャまたは中間のコンポーネントにかかわらず、所望の機能が実現されるように、お互いに「関連付け」されていると見ることができる。同様に、そのように関連付けされた任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に接続」または「動作可能に結合」されていると見なすこともでき、そのように関連付け可能な任意の２つのコンポーネントは、所望の機能を実現するために、互いに「動作可能に結合できる」と見なすこともできる。動作可能に結合できる場合の具体例には、物理的にかみ合わせ可能な、および／もしくは物理的に相互作用するコンポーネント、ならびに／またはワイヤレスに相互作用可能な、および／もしくはワイヤレスに相互作用するコンポーネント、ならびに／または論理的に相互作用する、および／もしくは論理的に相互作用可能なコンポーネントが含まれるが、それらに限定されない。
【００４２】
本明細書における実質的にすべての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００４３】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（例えば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（例えば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む発明に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（例えば、「ａ」および／または「ａｎ」は、通常、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、通常、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（例えば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、通常、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（例えば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステ���を含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。例えば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００４４】
例示的実施形態の上述の記載は例示のためおよび説明のために提示されている。当該記載は、開示した通りの形態について網羅的または限定的であることを意図するものではなく、変更および変形が上記示唆の観点から可能であり、または開示した実施形態の実施から得ることができる。発明の範囲は、本明細書に添付した特許請求の範囲およびその均等物によって規定されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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