(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造色を発するための粒子配列面を構成する複数の微粒子を含む微粒子層を備え、
前記微粒子層は、
観察方向における粒子配列面間の距離として第１距離を有する第１層要素と、
前記観察方向における粒子配列面間の距離として第２距離を有する第２層要素と、
を含み、
（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）前記粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つが、前記第１層要素と前記第２層要素との間で互いに異なることによって、
前記第１距離と前記第２距離とが互いに異なる
表示体。
【請求項２】
前記微粒子層を支持する表面を含む支持層をさらに備え、
前記表面は、前記第１層要素を支持する第１支持面と、前記第２層要素を支持する第２支持面とを含み、
前記第１支持面の広がる二次元方向と、前記第２支持面の広がる二次元方向とが互いに異なることによって、
（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）前記粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つが、前記第１層要素と前記第２層要素との間で互いに異なる
請求項１に記載の表示体。
【請求項３】
前記第１層要素における粒子配列面が面する方向と、
前記第２層要素における粒子配列面が面する方向とが互いに異なる
請求項１または２に記載の表示体。
【請求項４】
前記第１層要素と前記第２層要素との間において、曲率が互いに異なることによって、
（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）前記粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つが、前記第１層要素と前記第２層要素との間で互いに異なる
請求項１から３のいずれか一項に記載の表示体。
【請求項５】
前記第１層要素に含まれる複数の前記微粒子、および、前記第２層要素に含まれる複数の微粒子は、それぞれが属する層要素において、複数の前記粒子配列面を構成している
請求項１から４のいずれか一項に記載の表示体。
【請求項６】
前記第１層要素の広がる二次元方向と前記第２層要素の広がる二次元方向とが互いに交差し、
前記第１層要素では、前記第１層要素の広がる二次元方向と前記粒子配列面の広がる二次元方向とが平行であり、
前記第２層要素では、前記第２層要素の広がる二次元方向と前記粒子配列面の広がる二次元方向とが交差する
請求項１から５のいずれか一項に記載の表示体。
【請求項７】
前記各微粒子は球状を有し、
前記各微粒子の粒径は、他の全ての前記微粒子の粒径とほぼ等しく、
前記複数の微粒子における平均粒径が、０．１μｍ以上１μｍ以下である
請求項１から６のいずれか一項に記載の表示体。
【請求項８】
光透過性を有し、前記複数の微粒子の間を埋めるとともに、前記微粒子層を覆う被覆層をさらに備え、
前記微粒子の屈折率と前記被覆層の屈折率との差が、０．０２以上０．７以下である
請求項１から７のいずれか一項に記載の表示体。
【請求項９】
前記微粒子層は、複数の前記第１層要素を備え、
前記微粒子層が広がる二次元方向と直交する方向から見て、前記微粒子層には、複数の画素が区画され、
複数の前記画素が、前記第１層要素を含む
請求項１から８のいずれか一項に記載の表示体。
【請求項１０】
表示体を有する物品であって、
前記表示体が、請求項１から９のいずれか一項に記載の表示体である
物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造色を発する表示体、および、表示体が付された物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の波長程度の微細な構造が発する色が構造色であり、構造色を発する表示体が知られている。こうした表示体として、微粒子の配列によって形成された微細な構造を有する表示体が知られている。表示体は、例えば、基材、反射層、および、表示層を備え、表示層は、複数の微粒子から構成される周期構造体を含んでいる。反射層のうち、表示層と接する面が平坦面であり、微粒子によって構成される格子は、平坦面に沿って並び、かつ、平坦面上に積み重なっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２３１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の表示体では、微粒子によって構成される格子が平坦面に沿って並び、微粒子によって特定される粒子配列面が平坦面によって一義的に特定される。ここで、微粒子層が射出する光の色、すなわち、光の波長は、表示層の屈折率、粒子配列面間の距離、および、表示体に対する垂線と観察方向とが形成する角度によってほぼ定まる。そのため、表示層の屈折率が一様であれば、粒子配列面が平坦面によって一義的に特定された構成では、特定の観察方向に射出される光の色が１つに限定される。
【０００５】
そのため、こうした表示層を備える表示体では、特定の観察方向から視認される像が、１つの色から構成される単調な像になりやすい。それゆえに、表示体が表示する像としてより意匠性の高められた像を表示することのできる表示体が求められている。
【０００６】
本発明は、表示体の表示する像における意匠性を高めることを可能とした表示体、および、物品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】
【０００７】
上記課題を解決するための表示体は、構造色を発するための粒子配列面を構成する複数の微粒子を含む微粒子層を備え、前記微粒子層は、観察方向における粒子配列面間の距離として第１距離を有する第１層要素と、前記観察方向における粒子配列面間の距離として第２距離を有する第２層要素とを含む。（ａ）前記微粒子の中心間距離、（ｂ）層要素の広がる二次元方向、（ｃ）前記粒子配列面の広がる二次元方向、および、（ｄ）前記粒子配列面内における前記微粒子の並びの少なくとも１つが、前記第１層要素と前記第２層要素との間で互いに異なることによって、前記第１距離と前記第２距離とが互いに異なる。
【０００８】
上記課題を解決するための物品は、表示体を有する物品であって、表示体が、上記表示体である。
【０００９】
上記構成によれば、第１層要素から観察方向に射出される光の波長と、第２層要素から観察方向に射出される光の波長とが互いに異なる。そのため、１つの微粒子層から観察方向に射出される光の波長が一様である構成と比べて、微粒子層から射出される光の波長における種類を増やすことができ、結果として、表示体の表示する像における意匠性を高めることができる。
【００１０】
上記表示体において、前記微粒子層を支持する表面を含む支持層をさらに備え、前記表面は、前記第１層要素を支持する第１支持面と、前記第２層要素を支持する第２支持面とを含み、前記第１支持面の広がる二次元方向と、前記第２支持面の広がる二次元方向とが互いに異なることによって、（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）前記粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つが、前記第１層要素と前記第２層要素との間で互いに異なることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、支持層の表面に倣って微粒子層を形成することで、第１距離と第２距離とが互いに異なる第１層要素と第２層要素とを形成することが可能である。
【００１２】
上記表示体において、前記第１層要素における粒子配列面が面する方向と、前記第２層要素における粒子配列面が面する方向とが互いに異なってもよい。
【００１３】
上記構成によれば、第１層要素と第２層要素との間で、粒子配列面の面する方向が異なるため、粒子配列面と、粒子配列面から射出される光の方向とが形成する角度を異ならせることができる。これにより、第１層要素から射出される光の波長と、第２層要素から射出される光の波長とを異ならせることができる。
【００１４】
上記表示体において、前記第１層要素と前記第２層要素との間において、曲率が互いに異なることによって、（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）前記粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つが、前記第１層要素と前記第２層要素との間で互いに異なってもよい。
【００１５】
上記構成によれば、第１層要素の曲率と第２層要素の曲率との差異によって、第１層要素と第２層要素との間において、層要素の広がる二次元方向、および、粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つを異ならせることができ、結果として、第１層要素の射出する光の波長と、第２層要素の射出する光の波長とを異ならせることができる。
【００１６】
上記表示体において、前記第１層要素に含まれる複数の前記微粒子、および、前記第２層要素に含まれる複数の微粒子は、それぞれが属する層要素において、複数の前記粒子配列面を構成していることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、各層要素が１つの微粒子配列面のみを含む構成と比べて、各層要素から射出される回折光の強度を高くすることができる。
【００１８】
上記表示体において、前記第１層要素の広がる二次元方向と前記第２層要素の広がる二次元方向とが互いに交差し、前記第１層要素では、前記第１層要素の広がる二次元方向と前記粒子配列面の広がる二次元方向とが平行であり、前記第２層要素では、前記第２層要素の広がる二次元方向と前記粒子配列面の広がる二次元方向とが交差してもよい。
【００１９】
上記構成によれば、第１層要素と第２層要素とが形成する角度と、第１層要素が含む粒子配列面と、第２層要素が含む粒子配列面とが形成する角度とを異ならせることができる。
【００２０】
上記表示体において、前記各微粒子は球状を有し、前記各微粒子の粒径は、他の全ての前記微粒子の粒径とほぼ等しく、前記複数の微粒子における平均粒径が、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
上記構成によれば、微粒子層から射出される１次回折光、または、２次回折光の波長が、可視光領域に含まれやすくなる。
【００２２】
上記表示体において、前記第１層要素が広がる二次元方向と前記第２層要素が広がる二次元方向とが互いに等しく、前記微粒子層は複数の層要素を備え、前記複数の層要素は、前記第１層要素と前記第２層要素とから構成され、前記微粒子層において、前記複数の層要素は、１つ方向に沿って並び、前記層要素の並ぶ周期が、１μｍ以上であり、前記層要素が広がる二次元方向と直交する方向から見て、前記層要素の面積は、２μｍ角以上であってもよい。
【００２３】
上記構成によれば、各層要素において、構造色を有した光を射出することが可能な程度の大きさを有する微粒子が、構造色を生じさせることが可能な数だけ並ぶことができる。
【００２４】
上記表示体において、光透過性を有し、前記複数の微粒子の間を埋めるとともに、前記微粒子層を覆う被覆層をさらに備え、前記微粒子の屈折率と前記被覆層の屈折率との差が、０．０２以上０．７以下であってもよい。
【００２５】
上記構成によれば、表示体の射出する回折光の光量が目視で観察できる程度に大きい光量になりやすくなる。
【００２６】
上記表示体において、前記微粒子層は、複数の前記第１層要素を備え、前記微粒子層が広がる二次元方向と直交する方向から見て、前記微粒子層には、複数の画素が区画され、複数の前記画素が、前記第１層要素を含んでもよい。
【００２７】
上記構成によれば、複数の画素が備える第１層要素から射出される光の集合によって、所定の像を形成することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、表示体の表示する像における意匠性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を具体化した表示体の一実施形態における表示体の一部断面構造を示す部分断面図。
【図２】微粒子層における光の回折を説明するための模式図。
【図３】微粒子層における微粒子の並びの一例を示す斜視図。
【図４】微粒子層における微粒子の並びの一例を示す斜視図。
【図５】表示体の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図６】表示体の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図７】表示体の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図８】支持層の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図９】支持層の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図１０】支持層の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図１１】表示体の一例における一部断面構造を示す部分断面図。
【図１２】微粒子層の他の構成における一部断面構造を示す部分断面図。
【図１３】表示体を微粒子層の広がる二次元方向と直交する方向から見た平面構造を示す平面図。
【図１４】本発明における物品を具体化した一実施形態の平面構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１から図１４を参照して、本発明の表示体、および、物品を具体化した一実施形態を説明する。
【００３１】
［表示体の構成］
図１が示すように、表示体１０は、基材１１、支持層１２、および、微粒子層１３を備えている。支持層１２は表面１２Ｓを有し、表面１２Ｓの少なくとも一部が微細な凹凸を有した面である。基材１１は１つの面に沿って広がる板形状を有し、基材１１と支持層１２とは、光透過性を有している。
【００３２】
表示体１０において、微粒子層１３は、構造色を発するための粒子配列面１３ｓを構成する複数の微粒子１３ｇを含んでいる。微粒子層１３は、第１層要素１３ａと第２層要素１３ｂとを含んでいる。第１層要素１３ａは、観察方向ＯＤにおける粒子配列面１３ｓ間の距離として第１距離Ｄ１を有し、第２層要素１３ｂは、観察方向ＯＤにおける粒子配列面１３ｓ間の距離として第２距離Ｄ２を有する。第１層要素１３ａと第２層要素１３ｂとの間において、以下の（ａ）から（ｄ）の少なくとも１つが異なる。
【００３３】
すなわち、（ａ）微粒子１３ｇの中心間距離、（ｂ）層要素の広がる二次元方向、（ｃ）粒子配列面１３ｓの広がる二次元方向、および、（ｄ）粒子配列面１３ｓ内における微粒子１３ｇの並びの少なくとも１つが、第１層要素１３ａと前記第２層要素１３ｂとの間で互いに異なる。このうち、微粒子１３ｇの並びとは、粒子配列面１３ｓ内において複数の微粒子１３ｇが配列する状態のことであり、例えば、体心立方構造および面心立方構造などが当てはまる。
【００３４】
第１層要素１３ａと第２層要素１３ｂとの間では、これら（ａ）から（ｄ）の少なくとも１つが異なることによって、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２とが互いに異なっている。
【００３５】
なお、第１層要素１３ａの大きさと第２層要素１３ｂの大きさとに対して、表示体１０と観察者の視点の位置である観察点との間の距離は大幅に大きく、また、観察方向ＯＤは、観察者の視線の方向である。そのため、第１層要素１３ａに対する観察方向ＯＤと、第２層要素１３ｂに対する観察方向ＯＤとは、互いにほぼ平行であるとみなすことができる。第１層要素１３ａと第２層要素１３ｂとの間のみでなく、表示体１０の全体における各部位において、各部位に対する観察方向ＯＤは互いに平行であるとみなすことができる。
【００３６】
こうした表示体１０によれば、第１層要素１３ａから観察方向ＯＤに射出される光の波長と、第２層要素１３ｂから観察方向に射出される光の波長とが互いに異なる。そのため、１つの微粒子層１３から観察方向ＯＤに射出される光の波長が一様である構成と比べて、微粒子層１３から射出される光の波長における種類を増やすことができ、結果として、表示体１０の表示する像における意匠性を高めることができる。
【００３７】
なお、表示体１０は、微粒子層１３と対向する方向から観察されてもよいし、基材１１と対向する方向から観察されてもよい。微粒子層１３において、１つの粒子配列面に並んだ複数の粒子から構成された層が単位層である。微粒子層１３では、支持層１２の表面１２Ｓに接する単位層である第１層において、複数の微粒子１３ｇが最も周期的に配列し、微粒子層１３のうち、第１層から離れた単位層ほど微粒子１３ｇの配列における周期性が乱れやすい。
【００３８】
特に、支持層１２の表面１２Ｓが２つ以上の部分を含み、各部分の広がる二次元方向が互いに異なり、広がる二次元方向が互いに異なる２つの部分が隣りあっている場合には、２つの部分の境界において、互いに異なる方向に沿って配列した微粒子が混ざるために、配列における周期性が保たれない領域が生じやすいと考えられる。そのため、微粒子層１３における回折効果を明瞭に得るためには、表示体１０は、基材１１と対向する方向から観察されることが好ましい。
【００３９】
［微粒子層から射出される光の波長］
図２から図４を参照して、第１層要素１３ａから射出される光の波長と、第２層要素１３ｂから射出される光の波長とが互いに異なる原理を説明する。
【００４０】
図２は、微粒子層２０における光の回折を概念的に示す図であり、図２におけるＺ方向は、微粒子層２０が有する粒子配列面２２に対して垂直な方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、それぞれＺ方向に直交する方向であり、Ｘ方向とＹ方向とによって規定される二次元の方向に沿って粒子配列面２２が広がっている。微粒子２１が所定の周期で並ぶ微粒子層２０では、微粒子層２０に入射光ＩＬが入ると、ブラッグの法則より、以下の式（１）を満たすような光の回折が生じる。
【００４１】
【数１】
0006801239.tif 000002
【００４２】
式（１）において、ｍは回折次数であり、λは回折光の波長であり、ｎはコロイド結晶の屈折率であり、ｄは粒子配列面間の距離、すなわち配列面間距離であり、θは入射光ＩＬの入射した角度である。なお、コロイド結晶とは、微粒子２１が３次元周期で配列した構造であって、かつ、構造色を発現することのできる構造のことである。
【００４３】
屈折率ｎは、微粒子２１と微粒子２１間を埋める媒質とにおける体積平均の屈折率によって近似的に求めることができる。微粒子の充填率をφ、微粒子２１の屈折率をｎＰ、媒質の屈折率をｎＢ、コロイド結晶の屈折率をｎＣとするとき、以下の式（２）が近似的に成り立つ。
【００４４】
【数２】
0006801239.tif 000003
【００４５】
式（１）は、微粒子２１が配列面間距離ｄで配列した粒子配列面２２に対して、入射光ＩＬ１および入射光ＩＬ２の各々が角度θで入射したときに、角度θの方向に射出される光は、入射光ＩＬ１，ＩＬ２の光路差２ｎｄｓｉｎθが式（１）を満たすような波長λを有することを意味している。また、式（１）を別の視点で捉えれば、同じ角度θから入射した入射光であっても、配列面間距離ｄが異なることによって、微粒子層２０での回折により強められた射出光の波長λが変わることがわかる。
【００４６】
図２において、角度θで微粒子層２０に入った入射光は、粒子配列面２２に垂直な面に対して入射光と対称な角度θで射出される。すなわち、反射角は入射角に等しくなる。図２では、粒子配列面２２の傾斜角が０度である、言い換えれば粒子配列面２２が水平であるが、図１を参照して先に説明した構成のように、支持層１２の表面１２Ｓが傾斜面を含む構成では、傾斜面での法線方向が、水平方向に沿って延びる面に対する法線方向から傾斜角の分だけずれる。そのため、表面のうち、互いに異なる傾斜を有する部分では、式（１）におけるｓｉｎθが互いに異なり、それによって、各部分から射出される光の波長λに差が生じる。結果として、特定の角度、言い換えれば、特定の観察方向から表示体１０を観察したときに、局所的に異なる色を観察することが可能となる。
【００４７】
微粒子層２０を構成する微粒子２１の平均粒径ｒは、０．１μｍ以上１μｍ以下であることが好ましく、１８０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下であることがより好ましい。式（１）において、回折次数ｍが１であり、屈折率ｎが１であると仮定したとき、光の入射する角度θを９０度とすると、回折光の波長λは配列面間距離ｄの２倍になる。
【００４８】
上述したコロイド結晶には、最密充填型のオパール結晶と、非最密充填型のコロイド結晶とが知られている。このうち、オパール結晶では、配列面間距離ｄが微粒子２１の平均粒径ｒに一致する。そのため、微粒子２１の平均粒径ｒが１８０ｎｍ以上３８０ｎｍ以下であると、オパール結晶が、可視光領域の波長を有した光を射出し、それゆえに、オパール結晶から射出された光を目視にて観察することが容易となる。なお、微粒子２１の平均粒径ｒがこの範囲外であっても、回折次数ｍが２である回折光を観察したり、オパール結晶を観察する角度を変えたりした場合には、オパール結晶から射出された光を視認することができる。
【００４９】
図３は面心立方格子の模式的な構造を示し、図４は体心立方格子の模式的な構造を示している。なお、図３および図４では、図示の便宜上から、１つの単位格子に１つの単位格子を積み重ねた構造が示されている。
【００５０】
コロイド結晶のうち、最密充填型のオパール結晶は、六方最密充填構造もしくは面心立方構造を有し、非最密充填型のコロイド結晶は、面心立方構造もしくは体心立方構造を有している。
【００５１】
上述した式（１）から明らかなように、微粒子層から特定の角度θへ射出される光の波長λは、配列面間距離ｄに応じて変わる。図３に示される面心立方格子３０には、単位格子において設定され得る粒子配列面の一例として、第１配列面３１と、第２配列面３２とが示されている。また、図４に示される体心立方格子４０にも、単位格子において設定され得る粒子配列面の一例として、第１配列面４１と、第２配列面４２とが示されている。
【００５２】
第１配列面３１，４１は、単位格子が有する底面に対して水平な粒子配列面であり、第２配列面３２，４２は、単位格子が有する底面に対して４５度だけ傾斜した粒子配列面である。第１配列面３１，４１間の距離が、第１配列面間距離ｄ１であり、第２配列面３２，４２間の距離が、第２配列面間距離ｄ２である。単位格子の一辺の長さをｔとすると、面心立方格子３０における第１配列面間距離ｄ１、および、第２配列面間距離ｄ２は、以下の式（３）、および、式（４）によって表すことができる。
【００５３】
【数３】
0006801239.tif 000004
【００５４】
【数４】
0006801239.tif 000005
【００５５】
また、体心立方格子４０において、第１配列面間距離ｄ１、および、第２配列面間距離ｄ２は、以下の式（５）、および、式（６）によって表すことができる。
【００５６】
【数５】
0006801239.tif 000006
【００５７】
【数６】
0006801239.tif 000007
【００５８】
このように、１つの単位格子において、粒子配列面の設定の仕方が変わると、配列面間距離ｄが変わり、また、単位格子の構造が異なる、言い換えれば、粒子配列面内における微粒子の並びが異なることによっても、配列面間距離ｄが変わる。上述した式（１）において、回折次数ｍ、屈折率ｎ、および、光の入射する角度θを一定とするとき、波長λは配列面間距離ｄに比例する。
【００５９】
そのため、面心立方格子３０では、第２配列面３２にて反射された光の波長が、第１配列面３１にて反射された光の波長に対して約０．７倍の長さを有する。例えば、第１配列面３１にて反射された光の波長が７００ｎｍであるとき、第２配列面３２にて反射された光の波長は４９０ｎｍである。すなわち、第１配列面３１にて反射された光の色は赤色である一方で、第２配列面３２にて反射された光の色は青色または緑色であり、各粒子配列面にて反射された光の色が大きく異なる。
【００６０】
また、式（１）における配列面間距離ｄは、微粒子径、および、微粒子２１間の距離によって決まる。すなわち、配列面間距離ｄは、微粒子２１の中心間距離で決まる。なお、コロイド結晶のうち、オパール結晶では、微粒子径が配列面間距離ｄに相当する。一方で、非最密充填型のコロイド結晶では、微粒子間に働く静電反発力であるファンデルワールス力が、微粒子径と微粒子間距離によって決まる物理量であるため、微粒子２１の平均粒径ｒと、微粒子間距離との両方によって配列面間距離ｄが決まる。
【００６１】
このように、オパール結晶と非最密充填型のコロイド結晶とでは配列面間距離ｄが異なるが、このように配列面間距離ｄが２つの結晶において異なることは、各結晶での格子定数にも影響する。より詳しくは、非最密充填型のコロイド結晶では、微粒子２１同士が接していないため、微粒子２１の粒径が決まっても格子定数は決まらない。一般に、平均粒径ｒ、格子定数ａ、および、微粒子充填率φの間には、面心立方構造では式（７）が成り立ち、体心立方構造では式（８）が成り立つことが知られている。
【００６２】
【数７】
0006801239.tif 000008
【００６３】
【数８】
0006801239.tif 000009
【００６４】
［微粒子層における単位層の層数］
図２を参照して先に説明した微粒子層２０において、光の回折効果を得るためには、微粒子層２０が、２層以上の単位層を有することが好ましい。言い換えれば、微粒子層２０において、複数の微粒子が、複数の粒子配列面を構成していることが好ましい。
【００６５】
また、図１を参照して先に説明した微粒子層１３では、第１層要素１３ａに含まれる複数の微粒子１３ｇ、および、第２層要素１３ｂに含まれる複数の微粒子１３ｇが、それぞれが属する層要素において、複数の粒子配列面１３ｓを構成していることが好ましい。粒子配列面１３ｓの数が増えるほど回折光の強度が高くなるため、粒子配列面１３ｓの数が増えるほど構造色の視認性が向上する。
【００６６】
また、先の微粒子層２０が、所定数の単位層から構成される第１部分と、第１部分とは異なる数の単位層から構成される第２部分を備える構成であれば、第１部分における構造色と、第２部分における構造色との間で濃淡を付けることができる。これにより、こうした濃淡を表現できない構成と比べて、表示体の表現する像における意匠性が高まる。
【００６７】
なお、微粒子層２０を構成する単位層の数を増やすためには、支持層の形状を以下のように変更すればよい。すなわち、支持層の表面が所定の傾斜角を有する場合には、表示体の厚さ方向に沿う断面において、表面の一端の位置と他端の位置との差を大きくすればよい。あるいは、表示体の厚さ方向に沿う断面において、表面の一端の位置と他端の位置との差が同じである場合には、表面の傾斜角を大きくすればよい。また、微粒子２１の粒径をより小さくすることによっても、微粒子層２０を構成する単位層の数を増やすことはできる。
【００６８】
［表示体の構成例］
図５から図７を参照して、表示体の構成の一例を説明する。以下では、互いに異なる構成を有した３例の表示体について説明する。なお、図５から図７の各々では、図示の便宜上から、表示体１０のうち、支持層の一部と、微粒子層とのみが示されている。
【００６９】
［第１の形態］
図５が示すように、微粒子層５２は、第１層要素５２ａと第２層要素５２ｂとを備え、第１層要素５２ａと第２層要素５２ｂとの間では、層要素の広がる二次元方向が互いに異なっている。また、第１層要素５２ａと第２層要素５２ｂとの間では、各層要素における粒子配列面５２ｓの広がる二次元方向も異なっている。
【００７０】
表示体５０は支持層５１を備え、支持層５１は、微粒子層５２を支持する表面５１Ｓを含んでいる。表面５１Ｓは、第１層要素５２ａを支持する第１支持面５１Ｓ１と、第２支持面５１Ｓ２とを含み、第１支持面５１Ｓ１の広がる二次元方向と、第２支持面５１Ｓ２の広がる二次元方向とが互いに異なっている。
【００７１】
基材１１が水平方向に沿って配置されたとき、水平方向に対して表面５１Ｓが傾く角度、すなわち、水平方向と表面５１Ｓとが形成する角度が傾斜角である。表面５１Ｓのうち、第１支持面５１Ｓ１における傾斜角αと、第２支持面５１Ｓ２における傾斜角βとが、互いに異なり、傾斜角αは傾斜角βよりも大きい。言い換えれば、支持層５１は微細な凹凸構造体であり、第１支持面５１Ｓ１を含む凸部と、第２支持面５１Ｓ２を含む凸部とを含んでいる。
【００７２】
第１層要素５２ａの粒子配列面５２ｓは、第１支持面５１Ｓ１に沿って広がり、第２層要素５２ｂの粒子配列面５２ｓは、第２支持面５１Ｓ２に沿って広がっている。第１層要素５２ａと第２層要素５２ｂとの各々において、微粒子５２ｇは、粒子配列面５２ｓに沿って、等しい周期で並んでいる。第１層要素５２ａでの配列面間距離ｄａと、第２層要素５２ｂでの配列面間距離ｄｂとは、互いに等しい。
【００７３】
第１支持面５１Ｓ１の広がる二次元方向と、第２支持面５１Ｓ２の広がる二次元方向、言い換えれば、第１支持面５１Ｓ１に対する法線の方向と、第２支持面５１Ｓ２に対する法線の方向とは互いに異なっている。上述したように、第１層要素５２ａの粒子配列面５２ｓは第１支持面５１Ｓ１に沿い、かつ、第２層要素５２ｂの粒子配列面５２ｓは第２支持面５１Ｓ２に沿うため、第１層要素５２ａに対する法線の方向と、第２層要素５２ｂに対する法線の方向とが互いに異なっている。
【００７４】
ここで、第１層要素５２ａから所定の観察方向ＯＤに射出される光が、射出光ＥＬ１であり、第２層要素５２ｂから射出光ＥＬ１と同じ方向に射出される光が、射出光ＥＬ２である。そして、射出光ＥＬ１を射出するための光が入射光ＩＬ１であり、射出光ＥＬ２を射出するための光が入射光ＩＬ２であり、入射光ＩＬ１が第１層要素５２ａに入射する角度θ１と、入射光ＩＬ２が第２層要素５２ｂに入射する角度θ２とは、互いに異なっている。
【００７５】
それゆえに、上述した式（１）、すなわちブラッグの法則によれば、射出光ＥＬ１の波長λ１と、射出光ＥＬ２の波長λ２とは互いに異なる。結果として、所定の観察方向ＯＤに向けて、第１層要素５２ａが射出する光の色と、第２層要素５２ｂが射出する光の色とは互いに異なる。
【００７６】
表示体５０は、水平方向に対して４５度だけ傾けた状態で観察されることが多い。このとき、表示体５０を観察する観察者の目に対して表示体５０から直進する光と、表示体５０に対する法線の方向とが形成する角度は４５度である。
【００７７】
そのため、第１層要素５２ａに対して入射する光の角度θ１は、第１支持面５１Ｓ１の傾斜角αを用いて、以下の式（９）で表すことができる。
【００７８】
【数９】
0006801239.tif 000010
【００７９】
そして、傾斜角αについて、以下の式（１０）が成り立つ場合に、微粒子層５２からの反射光を得ることができる。
【００８０】
【数１０】
0006801239.tif 000011
【００８１】
すなわち、傾斜角αが、０度よりも大きく、かつ、２２．５度よりも小さいときに、第１層要素５２ａからの反射光を得ることができる。第２層要素５２ｂにおいても同様の関係が成り立つため、傾斜角βが、０度よりも大きく、かつ、２２．５度よりも小さいときに、第２層要素５２ｂからの反射光を得ることができる。こうした条件を満たすように支持層５１を形成することによって、最も一般的な観察状態において、表示体５０に構造色を発現させることが可能である。
【００８２】
なお、水平方向に対する表示体５０の傾きを４５度以外の角度に変えたり、より高次の回折次数の光を観察したりする場合には、第１支持面５１Ｓ１の傾斜角α、および、第２支持面５１Ｓ２の傾斜角βが上述した範囲外の角度であってもよい。こうした構成であっても、第１層要素５２ａからの射出光ＥＬ１、および、第２層要素５２ｂからの射出光ＥＬ２を観察することはできる。
【００８３】
［第２の形態］
図６が示すように、微粒子層６２は、第１層要素６２ａと第２層要素６２ｂとを備えている。第１層要素６２ａの広がる二次元方向と、第２層要素５２ｂの広がる二次元方向とが互いに交差し、かつ、第１層要素６２ａにおける粒子配列面６２ｓ１が面する方向と、第２層要素６２ｂにおける粒子配列面６２ｓ２が面する方向とが互いに異なっている。
【００８４】
粒子配列面が面する方向とは、粒子配列面が対向する方向である。ここで、微粒子層６２に対する入射光の入射角は所定の範囲を有しているが、入射光のうち、所定の入射角を有する光が最も高く反射され、微粒子層６２からの射出光のうち、入射光の強度が最も高い入射角と同じ角度で射出された光の強度が最も高くなる。
【００８５】
表示体６０の観察者は、射出光のうち、最も強度の高い射出光と、それ以外の射出光とが混合された光を視認する。そのため、第１層要素６２ａの粒子配列面６２ｓ１が面する方向と、第２層要素６２ｂの粒子配列面６２ｓ２が面する方向とは、観察者がこうした混合された光を視認しても、第１層要素６２ａから射出される光の色と、第２層要素６２ｂから射出される光の色とが互いに異なる色として視認される程度に異なることが好ましい。例えば、第１層要素６２ａから射出される光の波長と、第２層要素６２ｂから射出される光の波長とが、２０ｎｍから５０ｎｍ程度異なるように、第１層要素６２ａの粒子配列面６２ｓ１が面する方向と、第２層要素６２ｂの粒子配列面６２ｓ２が面する方向とが異なることが好ましい。
【００８６】
第１層要素６２ａの粒子配列面６２ｓ１が面する方向と、第２層要素６２ｂの粒子配列面６２ｓ２が面する方向とが異なる場合には、第１層要素６２ａに対して入射光ＩＬ１の入射する角度θ１と、第２層要素７２ｂに対して入射光ＩＬ２の入射する角度θ２は、一般に異なる。
【００８７】
第１層要素６２ａでは、第１層要素６２ａの広がる二次元方向と粒子配列面６２ｓ１の広がる二次元方向とが平行である。一方で、第２層要素６２ｂでは、第２層要素６２ｂの広がる二次元方向と粒子配列面６２ｓ２の広がる二次元方向とが交差している。
【００８８】
支持層６１の表面６１Ｓにおいて、第１支持面６１Ｓ１の面する方向と、第２支持面６１Ｓ２の面する方向とが互いに異なっている。加えて、第１支持面６１Ｓ１の傾斜角αと、第２支持面６１Ｓ２の傾斜角βとが、互いに異なっている。第１層要素６２ａは、第１支持面６１Ｓ１に沿って広がり、第２層要素６２ｂは、第２支持面６１Ｓ２に沿って広がっている。
【００８９】
第１層要素６２ａおよび第２層要素６２ｂの各々において、表面６１Ｓに沿った方向では、微粒子６２ｇが等しい周期で並んでいる。ただし、所定の観察方向ＯＤに向けて光を射出する上で、第１層要素６２ａに入射光ＩＬ１が入射したときには、第１支持面６１Ｓ１に沿う粒子配列面６２ｓ１が反射面である一方で、第２層要素６２ｂに入射光ＩＬ２が入射したときには、第２支持面６１Ｓ２に交差する粒子配列面６２ｓ２が反射面である。
【００９０】
そのため、第１層要素６２ａでの配列面間距離ｄａと、第２層要素６２ｂでの配列面間距離ｄｂとが互いに異なる。このように、第１支持面６１Ｓ１と第２支持面６１Ｓ２との間において、各面の面する方向と傾斜角とが互いに異なることによって、第１層要素６２ａから射出される射出光ＥＬ１の波長λ１と、第２層要素６２ｂから射出される射出光ＥＬ２の波長λ２とを互いに異ならせることができる。
【００９１】
なお、第１の形態および第２の形態では、１つの観察方向ＯＤでは、射出光ＥＬ１の波長λ１と、射出光ＥＬ２の波長λ２とが互いに異なる一方で、他の観察方向ＯＤでは、射出光ＥＬ１の波長λ１と、射出光ＥＬ２の波長λ２とが互いに等しくなるように、微粒子層が構成されてもよい。こうした構成では、観察方向ＯＤを変えることによって、表示体が表示する像の色における変化に動きを持たせ、アイキャッチ効果を高めることが可能である。
【００９２】
［第３の形態］
図７が示すように、微粒子層７２において、微粒子７２ｇ間の距離が粒子間距離ｄｃである。第１層要素７２ａと第２層要素７２ｂとの間において、粒子間距離ｄｃが互いに異なっている。
【００９３】
支持層７１の表面７１Ｓにおいて、第１支持面７１Ｓ１の広がる二次元方向と、第２支持面７１Ｓ２の広がる二次元方向とが互いに等しく、第１支持面７１Ｓ１の傾斜角αと、第２支持面７１Ｓ２の傾斜角βとは互いに同じ角度である。第１支持面７１Ｓ１と第２支持面７１Ｓ２とは、互いに平行な面である。
【００９４】
第１層要素７２ａは第１支持面７１Ｓ１に沿って広がり、かつ、第１層要素７２ａの粒子配列面７２ｓも第１支持面７１Ｓ１に沿って広がっている。また、第２層要素７２ｂは第２支持面７１Ｓ２に沿って広がり、かつ、第２層要素７２ｂの粒子配列面７２ｓも第２支持面７１Ｓ２に沿って広がっている。
【００９５】
そのため、第１層要素７２ａに対する法線の方向と、第２層要素７２ｂに対する法線の方向とが互いに平行である。それゆえに、第１層要素７２ａに対して入射光ＩＬ１の入射する角度θ１と、第２層要素７２ｂに対して入射光ＩＬ２の入射する角度θ２とが等しいとき、第１層要素７２ａの射出光ＥＬ１と、第２層要素７２ｂの射出光ＥＬ２とは、同じ方向である所定の観察方向ＯＤに射出される。
【００９６】
上述した式（１）から明らかなように、射出光ＥＬ１の波長λ１、および、射出光ＥＬ２の波長λ２は、配列面間距離ｄと光の入射する角度θとによって決まる。所定の形状を有した支持層７１では、表示体７０に対する観察方向を設定することによって、光の射出方向、さらには、支持層７１、すなわち微粒子層７２に対して光が入射する角度θが決まるため、式（１）は波長λと配列面間距離ｄとの関数として書き換えられる。
【００９７】
それゆえに、ある観察方向ＯＤにおいて特定の波長を有した光を得たい場合には、式（１）にて配列面間距離ｄを求め、算出された配列面間距離ｄを満たすような粒径を有した微粒子７２ｇを選択すればよい。あるいは、算出された配列面間距離ｄを満たすように、微粒子７１ｇ間の反発力を生じさせるような材料を微粒子層７２の形成に用いる材料として選択すればよい。
【００９８】
こうした表示体７０においても、微粒子層７２において、第１層要素７２ａの配列面間距離ｄａと、第２層要素７２ｂの配列面間距離ｄｂとが互いに異なる。そのため、観察方向ＯＤに向けて第１層要素７２ａが射出する光の波長と、第２層要素７２ｂが射出する光の波長とを互いに異ならせることができる。
【００９９】
支持層７１のうち、表示体７０の厚さ方向において、基材からの距離が最も大きい部位が頂部７２ｔであり、支持層７１において、第１支持面７１Ｓ１に含まれる頂部７２ｔと、第２支持面７１Ｓ２に含まれる頂部７２ｔとの間の距離が頂部間距離ｐである。支持層７１から回折光が射出されることを抑える上では、頂部間距離ｐが１μｍ以上であることが好ましい。以下に、頂部間距離が１μｍ以上であることが好ましい理由を説明する。
【０１００】
回折格子による回折光の出現条件として、式（１１）が知られている。
【０１０１】
【数１１】
0006801239.tif 000012
【０１０２】
式（１１）において、ｍは回折次数であり、λは回折光の波長であり、ｐは頂部間距離であり、θは入射光ＩＬの入射した角度である。
【０１０３】
光の入射する角度θを９０度とし、回折次数ｍを１とするとき、波長λは頂部間距離ｐと一致する。可視光における最大の波長が約７５０ｎｍであり、可視域に含まれる波長を有した回折光を表示体７０から射出させないためには、頂部間距離ｐを１μｍ程度にすればよい。
【０１０４】
ただし、実際には、支持層７１に対して光の入射する角度θ９０度とは異なる角度に変わったり、１次以上の回折光が観察されたりする。例えば、光の入射する角度θを１５度とし、回折次数ｍを２と仮定すると、頂部間距離ｐは約６μｍとなる。そのため、微粒子層７２を有しない支持層７１から射出される回折光が観察されないようにするためには、頂部間距離ｐが６μｍ以上であることがより好ましい。
【０１０５】
微粒子層７２は複数の層要素を備え、複数の層要素は、第１層要素７２ａと第２層要素７２ｂとから構成されている。微粒子層７２において、複数の層要素は、１つ方向に沿って並び、層要素の並ぶ周期が、１μｍ以上である。層要素が広がる二次元方向と直交する方向から見て、層要素の面積は、２μｍ角以上であることが好ましい。
【０１０６】
こうした表示体７０によれば、各層要素において、構造色を有した光を射出することが可能な程度の大きさを有する微粒子７２ｇが、構造色を生じさせることが可能な数だけ並ぶことができる。
【０１０７】
［支持層の形状例］
図８から図１１を参照して、支持層の形状の一例を説明する。以下では、互いに異なる形状を有した４例の支持層について説明する。なお、図１１では、支持層を介して表示体の外部に射出される光を図示する便宜上から、支持層のハッチングが省略されている。
【０１０８】
［第１の形状］
図８が示すように、支持層８１の表面８１Ｓにおいて、１つの方向に沿って、第１支持面８１Ｓ１と第２支持面８１Ｓ２とが交互に並んでいる。第１支持面８１Ｓ１と第２支持面８１Ｓ２との間では、水平方向に対する傾斜角が互いに等しい一方で、各面の広がる二次元方向、すなわち各面の面する方向が互いに異なる。
【０１０９】
言い換えれば、表示体の厚さ方向に沿う断面において、支持層８１は、二等辺三角形状を有する複数の凸部８１ａを含んでいる。各凸部８１ａの断面において、頂部を挟む２つの辺の長さが互いに等しい。すなわち、各辺の延びる方向と、水平方向とが形成する角度が傾斜角であり、各辺の傾斜角が互いに等しい。
【０１１０】
支持層８１において、第１支持面８１Ｓ１と第２支持面８１Ｓ２との間では、凸部８１ａの頂部を通り、かつ、支持層８１の形成される基材１１の法線方向と平行な方向に沿って延びる軸を対称軸とするとき、第１支持面８１Ｓ１に並ぶ微粒子と、第２支持面８１Ｓ２に並ぶ微粒子とが、対称軸に対して対称に並ぶことが可能である。各面に並ぶ微粒子が、対称軸に対して対称に並ぶ場合には、第１支持面８１Ｓ１と鉛直方向とが形成する角度が大きくなる方向に表示体を傾けたときと、第２支持面８１Ｓ２と鉛直方向とが形成する角度が大きくなる方向に表示体を傾けたときとの間で、観察方向において観察される構造色の変化は対称となる。
【０１１１】
［第２の形状］
図９が示すように、支持層８２の表面８２Ｓにおいて、１つの方向に沿って、第１支持面８２Ｓ１と第２支持面８２Ｓ２とが交互に並んでいる。第１支持面８２Ｓ１と第２支持面８２Ｓ２との間では、各面の広がる二次元方向が互いに異なり、より詳しくは、水平方向に対する傾斜角が互いに異なり、かつ、各面の面する方向が互いに異なる。
【０１１２】
言い換えれば、表示体の厚さ方向に沿う断面において、支持層８２は、三角形状を有した複数の凸部８２ａを含み、各凸部８２ａでは、頂部を形成する２つの辺の間において、水平方向に対する傾斜角が互いに異なっている。
【０１１３】
こうした支持層８２を備える表示体では、水平方向と直交する方向に延びる軸に対して、第１支持面８２Ｓ１と軸とが形成する角度が大きくなる方向に表示体を傾けたときと、第２支持面８２Ｓ２と軸とが形成する角度が大きくなる方向に表示体を傾けたときとの間で、観察方向において観察される構造色の変化は、非対象である。また、反射光が観察される視域も表面８２Ｓの傾斜角によって異なるため、各方向に同じ角度だけ傾けても、１つの方向に表示体を傾けたときに構造色が観察される領域と、他の方向に表示体を傾けたとき構造色が観察される領域とに差が生じることとなる。
【０１１４】
このように、支持層８２の表面８２Ｓにおける形状に応じて、微粒子層から射出される光の視域、および、光の波長を変えることができるため、支持層８２の表面８２Ｓにおける形状を用いて、表示体を以下のような構成とすることも可能である。すなわち、表示体を第１の観察方向から観察した場合には、第１支持面８２Ｓ１に位置する第１層要素によって第１の絵柄を表示し、第２の観察方向から観察した場合には、第２支持面８２Ｓ２によって第２の絵柄を表示するように表示体を構成することも可能である。さらには、第１層要素の発する構造色を赤色とすることで第１の絵柄を赤色で表示し、第２層要素の発する構造色を緑色とすることで第２の絵柄を緑色で表示するように表示体を構成することも可能である。
【０１１５】
［第３の形状］
図１０が示すように、表示体の厚さ方向に沿う断面において、支持層８３は、１つの方向に沿って並ぶ第１領域８３ａ、第２領域８３ｂ、および、第３領域８３ｃを備えてもよい。第１領域８３ａは複数の第１凸部８３ａ１を含み、第２領域８３ｂは複数の第２凸部８３ｂ１を含み、第３領域８３ｃは複数の第３凸部８３ｃ１を含んでいる。
【０１１６】
第１凸部８３ａ１、第２凸部８３ｂ１、および、第３凸部８３ｃ１の各々は、いずれも直角三角形状を有する一方で、３つの凸部間にて、斜辺の面する方向、および、水平方向に対する斜辺の傾斜角が互いに異なる。各領域において、各領域に含まれる複数の凸部は、１つの方向に沿って並んでいる。
【０１１７】
なお、支持層８３において、第１凸部８３ａ１、第２凸部８３ｂ１、および、第３凸部８３ｃ１は、１つの方向に沿って所定の順番で並んでいてもよいし、１つの方向に沿って不規則に並んでいてもよい。
【０１１８】
ただし、観察者が表示体を観察する距離において、観察者が視認できる程度の解像度で１つの色を発する領域が並んでいなければ、観察者は領域間での色の違いを認識することはできない。そのため、例えば、赤色と緑色などの全く異なる色を隣り合う領域において表現したい場合には、それぞれの色を発するための複数の微細構造を所定の大きさを有した領域を形成するように並べる必要がある。
【０１１９】
人間の目の分解能は、約３０ｃｍの距離から物体を観察した場合に、１００μｍから２００μｍ程度である。そのため、表示体が広がる方向と直交する方向から見て、１つの色を発するための微細構造が並ぶ領域は、少なくとも１００μｍ角の大きさを有することが好ましい。
【０１２０】
［第４の形状］
図１１が示すように、表示体９０において、支持層９１の表面９１Ｓは、第１支持面９１Ｓ１と第２支持面９１Ｓ２とを含み、第１支持面９１Ｓ１と第２支持面９１Ｓ２との間では、各面の面する方向が互いに異なる。表示体９０の厚さ方向に沿う断面において、第１支持面９１Ｓ１と第２支持面９１Ｓ２とによって１つの凸部９１ａが区画され、支持層９１は複数の凸部９１ａを含んでいる。
【０１２１】
第１支持面９１Ｓ１は、４５度の傾斜角を有した斜面と、支持層９１の外側に曲率の中心が位置するような曲率を有した曲面とを含み、凸部９１ａが並ぶ方向において、斜面と曲面とが連なっている。第２支持面９１Ｓ２は、同じく、４５度の傾斜角を有した斜面と、支持層９１の外側に曲率の中心が位置するような曲率を有した曲面とを含み、凸部９１ａが並ぶ方向において、斜面と曲面とが連なっている。
【０１２２】
各凸部９１ａにおいて、第１支持面９１Ｓ１の斜面と、第２支持面９１Ｓ２の斜面とが頂部を形成している。凸部９１ａが並ぶ方向において、一方の凸部９１ａが含む第１支持面９１Ｓ１の曲面と、他方の凸部９１ａが含む第２支持面９１Ｓ２の曲面とが連なり、これら２つの面が、底部を形成している。
【０１２３】
こうした支持層９１を備える表示体９０では、基材の広がる方向と直交する方向から表示体９０に入射した光のうち、第２支持面９１Ｓ２の斜面に入射した入射光ＩＬは、隣り合う凸部９１ａが有する第１支持面９１Ｓ１の斜面に向けて微粒子層９２によって反射される。そして、第１支持面９１Ｓ１の斜面に入射した光は、微粒子層９２によって、光の入射した方向に射出光ＥＬとして射出される。一方で、支持層９１の底部に入射した入射光ＩＬは、微粒子層９２において一度だけ反射されるのみで、光の入射した方向に射出光ＥＬとして射出される。
【０１２４】
このように、微粒子層９２のうち、支持層９１の底部に接する部分にて反射された光と、第１支持面９１Ｓ１の斜面に接する部分にて反射された光とは、微粒子層９２に対して光の入射する角度が互いに異なる。そのため、微粒子層９２の２つの部分間において干渉の条件が変わることで、各部分が互いに異なる構造色を発する。なお、２つの構造色は、微視的には各別の色である一方で、観察者が表示体を表示する位置からは、２つの構造色が混じり合った混色として視認される。
【０１２５】
［支持層における頂角］
支持層において、凸部の頂部における角度が頂角であり、表示体を観察したときに構造色を観察することのできる、すなわち、支持面に形成された微粒子層にて反射される光が観察者に向けて射出されるような入射光の角度範囲は、凸部の頂角が小さいほど狭い。つまり、凸部の頂角が小さいほど視域が限定されるため、構造色が観察しにくくなる。
【０１２６】
さらには、頂角が等しい場合でも、表示体の厚さ方向に沿う断面における凸部の形状によって、上述した入射光の角度範囲は異なる。例えば、プリズムでは、断面形状が直角三角形状であるときに斜面の長さが最も大きくなり、この場合に、観察者側で反射光が観察される領域が最も大きくなる。そのため、表示体において回折光を視認できる領域を大きくしたい、つまり、表示体のうちで暗く見える領域を減らして、表示体のほぼ全体を明るく見せたい場合には、支持層が、頂角のより大きい凸部を含むことが好ましい。
【０１２７】
頂角がより大きくなるほど、式（１）における光の入射する角度θの取り得る下限値が、より小さくなる。また、特定の観察方向にて、回折次数ｍが１であって、かつ、任意の波長を有する反射光を得るためには、微粒子層における屈折率ｎもしくは配列面間距離ｄを所定の値とするために、最適な材料を選択する必要がある。
【０１２８】
例えば、光の入射する角度θ、すなわち、光の反射する角度θが３０度であるときに、波長が６００ｎｍである反射光を得たい場合には、式（１）より、屈折率ｎと配列面間距離ｄとを乗算した値が６００である。微粒子層が最密充填型のコロイド結晶、すなわち、オパール結晶で構成される場合には、屈折率ｎは媒質の屈折率であり、配列面間距離ｄは微粒子の粒径とみなすことができる。
【０１２９】
そのため、屈折率が１である媒質と粒径が６００ｎｍである微粒子との組み合わせ、屈折率が１．２である媒質と粒径が５００ｎｍである微粒子との組み合わせ、および、屈折率が１．５である媒質と粒径が４００ｎｍである微粒子との組み合わせのいずれかを選択すればよい。これにより、波長が６００ｎｍである反射光を特定の観察方向にて得ることができる。
【０１３０】
これに対して、微粒子層が非最密充填型のコロイド結晶から構成される場合には、上述したように、屈折率ｎおよび配列面間距離ｄは、充填率や静電反発力を考慮して求めなければならない。
【０１３１】
［微粒子層の他の構成］
図１２を参照して、微粒子層の他の構成を説明する。なお、以下では、上述した微粒子層の各形態のうち、図５を参照して先に説明した微粒子層について説明する。なお、以下に説明する構成は、他の形態を有する微粒子層にも適用することが可能である。
【０１３２】
図１２が示すように、表示体５０は、複数の微粒子５２ｇの間を埋め、かつ、微粒子層５２の全体を覆う被覆層５３を備えてもよい。被覆層５３は光透過性を有し、被覆層５３の形成材料は例えば高分子ゲルである。
【０１３３】
上述したコロイド結晶のうち、非最密充填型のコロイド結晶では、微粒子層５２を構成する微粒子５２ｇ同士が微粒子層５２内にて互いから離れて位置している。そのため、オパール結晶と比べて微粒子５２ｇ間での結合力が弱く、コロイド結晶に与えられた振動などによって、微粒子層５２での微粒子における配列の周期が乱れる場合がある。
【０１３４】
そこで、微粒子５２ｇにおける配列の周期を維持した状態で、コロイド結晶を表示体５０の微粒子層５２として用いるためには、被覆層５３によって、コロイド結晶が有する結晶構造を固定することが好ましい。
【０１３５】
被覆層５３の形成材料は、例えば紫外線の照射によって固定される高分子ゲルであり、高分子ゲルには、ポリアクリルアミド、ゼラチン、および、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。なお、被覆層５３は光透過性を有するため、自然光および蛍光灯などの光源からの光が微粒子層５２に入射し、かつ、微粒子層５２から光が射出されることが可能になる。
【０１３６】
被覆層５３の形成材料を選択するときには、微粒子５２ｇの屈折率と被覆層５３の屈折率との差に留意する必要がある。これらの間での屈折率の差が小さい場合には、被覆層５３中の微粒子５２ｇによって回折する光の量が小さくなるため、構造色を目視で観察することが難しくなる。そのため、これらの間での屈折率の差は、０．０２以上であることが好ましい。
【０１３７】
一方で、一般に入手することが可能な樹脂のうち、比較的屈折率の高い樹脂における屈折率が１．７程度であり、さらに、微粒子５２ｇの屈折率として考え得る最小の屈折率を空気の屈折率である１．０であると仮定すると、微粒子５２ｇの屈折率と被覆層５３の屈折率との差は、最大でも０．７程度である。
【０１３８】
なお、微粒子５２ｇとして用いることが可能なシリカ微粒子、および、ポリスチレン微粒子の屈折率は１．４以上であるため、微粒子５２ｇの屈折率と被覆層５３の屈折率との差は、実質的には最大でも０．３程度である。こうした理由から、微粒子５２ｇを覆う被覆層５３を形成する場合には、微粒子５２ｇの屈折率と被覆層５３の屈折率との差は、０．０２以上０．７以下となるように、微粒子５２ｇの形成材料と、被覆層５３の形成材料とを選択すればよい。
【０１３９】
［表示体の平面構造］
図１３を参照して、表示体の平面構造を説明する。なお、以下では、上述した表示体の各形態のうち、図５を参照して先に説明した表示体について説明する。なお、以下に説明する構成は、他の形態を有する表示体にも適用することができる。
【０１４０】
図１３が示すように、微粒子層５２が広がる二次元方向と直交する方向から見て、微粒子層５２には、複数の画素５２ｐが区画されている。微粒子層５２を含む表示体５０は、微粒子層５２が広がる二次元方向と直交する方向から見て、矩形状を有し、微粒子層５２には、矩形状を有した画素５２ｐであって、１つの画素５２ｐの形状が他の全ての画素５２ｐの形状と等しい複数の画素５２ｐが区画されている。複数の画素５２ｐは、１つの方向と、１つの方向に対して直交する方向とに沿って並んでいる。各画素５２ｐは、例えば１００μｍ角以上３００μｍ角以下の大きさを有している。
【０１４１】
微粒子層５２は、複数の第１層要素５２ａと、複数の第２層要素５２ｂとを備えている。複数の画素５２ｐは、複数の第１画素５２ｐ１と複数の第２画素５２ｐ２とから構成されている。このうち、各第１画素５２ｐ１は、複数の第１層要素５２ａから構成される一方で、各第２画素５２ｐ２は、複数の第２層要素５２ｂから構成されている。
【０１４２】
そのため、特定の観察方向から観察されたとき、第１画素５２ｐ１が発する色と、第２画素５２ｐ２が発する色とが互いに異なるため、表示体５０が表示する像は、複数の第１画素５２ｐ１が表示する部分と、複数の第２画素５２ｐ２が表示する部分とから構成された像である。
【０１４３】
微粒子層５２が広がる二次元方向と直交する方向から見て、複数の画素５２ｐにおいて、複数の第１画素５２ｐ１は、アルファベットの「Ｏ」とアルファベットの「Ｋ」とを像として表示するように並び、複数の第２画素５２ｐ２は、第１画素５２ｐ１の間を埋めるように並んでいる。そのため、表示体５０は、アルファベットの「Ｏ」および「Ｋ」と、これらの背景とから構成される像を表示することができる。
【０１４４】
［物品］
図１４を参照して、表示体１０を有する物品の一例を説明する。以下では、物品の一例としてＩＣカードを説明する。
【０１４５】
図１４が示すように、ＩＣカード１００は、基材１０１、ＩＣチップ１０２、および、表示体１０を備えている。基材１０１の広がる方向と直交する方向から見て、基材１０１の１つの面には、ＩＣチップ１０２と、表示体１０とが位置している。
【０１４６】
［微粒子層の形成方法］
微粒子層を構成するコロイド結晶の形成方法を説明する。以下では、コロイド結晶に含まれる最密充填型のオパール結晶の形成方法と、非最密充填型のコロイド結晶の形成方法とを順番に説明する。
【０１４７】
オパール結晶の最も一般的な製造方法として、微粒子が凝集する過程で自己集積的に配列する現象を利用した方法が知られている。この方法の一つとして沈降法が知られ、沈降法では、表面電荷が小さく、かつ、粒径の揃った複数のコロイド微粒子を分散媒に分散し、重力を利用して微粒子を沈降させることによって配列させる、または、分散媒を蒸発させて配列させる方法である。
【０１４８】
沈降法では、微粒子の粒径が５００ｎｍ以下である場合、および、コロイド微粒子の比重と分散媒の比重とが同程度の場合に、微粒子が分散した状態が平衡状態となり、コロイド微粒子が結晶化されない。このように、沈降法では、コロイド微粒子の粒径、コロイド微粒子と分散媒との比重差、反応系の温度、および、分散媒の蒸発速度など、様々な要因がコロイド微粒子の結晶化に影響するため、最適条件を決めることが難しい。
【０１４９】
その他の方法として、物理的制限を利用した方法が知られ、こうした方法には、気液界面にてコロイド微粒子間に働く毛管力を利用した移流集積法、移流集積法を発展させた引き上げ法、および、電気泳動法などが挙げられる。オパール結晶では、微粒子同士が互いに接触した状態で配列しているため、コロイド結晶の形成に用いるコロイド微粒子の粒径がばらつきを有していると、コロイド微粒子の配列が乱れるとともに、分散媒を乾燥する過程においてコロイド結晶にクラックが発生しやすくなる。
【０１５０】
一方で、非最密充填型のコロイド結晶は、表面に電荷を有したコロイド微粒子を液体中に分散し、コロイド微粒子同士が静電反発力によって周期的に配列したものである。非最密充填型のコロイド結晶では、コロイド微粒子同士が離れた状態で結晶化するため、粒径のばらつきによるコロイド微粒子における配列の乱れは緩和される。このような結晶は荷電コロイド結晶として知られているが、コロイド微粒子間の反発力が弱い場合、コロイド微粒子はランダムに分布するため、コロイド微粒子を周期的に配列させるためには、反発力が十分に大きくなければならない。
【０１５１】
コロイド微粒子間の静電反発力を強くするためには、分散媒におけるコロイド微粒子の濃度、イオン濃度、および、ｐＨを高くすることが有効である。例えば、コロイド結晶の製造において一般に用いられるシリカ微粒子の表面には、複数のシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）が付いているが、純水中ではシラノール基の一部しか解離しないため、表面の電荷数は小さい。そのため、分散媒に対して水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などのアルカリを加えると、シラノール基の解離が進行することで、電荷数は増加する。
【０１５２】
コロイド結晶を形成するためには、一般に、微粒子の粒径におけるばらつきが１０％以下であることが必要である。この条件を満たすように調製することができる微粒子には、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）微粒子、ポリスチレン（ＰＳｔ）微粒子、および、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）微粒子などが挙げられる。また、シリカ、ポリスチレン、および、ポリメチルメタクリレートは比較的比重が大きいため、これらの材料は、沈降法にて最密充填型のコロイド結晶を製造する場合に有効である。
【０１５３】
［支持層の形成方法］
上述した各形状を有する支持層は、以下の方法を用いて形成することができる。
支持層を形成するときには、まず、支持層を形成するための原版を形成する。原版の形成には、例えば、フォトリソグラフィ法を用いることができる。フォトグラフィ法を用いた原版の形成では、まず、ガラス基板などの基板を準備し、基板の１つの面に感光性レジストを均一に塗布する。そして、感光性レジストの任意の領域を電子線やレーザーなどを用いて露光し、露光後の感光性レジストを現像することによって、レジストパターンを形成する。
【０１５４】
なお、感光性レジストは、現像時に、感光性レジストのうちで露光された部分が溶解するポジ型レジストと、感光性レジストのうちで露光されていない部分が溶解するネガ型レジストとのいずれであってもよい。そして、選択したレジスト材料に応じて、レジストパターンの設計を行えばよい。
【０１５５】
レジストパターンを有する基板をフィルムなどに対して支持層を形成するための原版、言い換えればスタンパとして用いることが可能ではある。しかしながら、レジストパターンは脆いため、量産用のスタンパには適さない。そのため、この基板から、電気鋳造などを用いて金属製のスタンパを形成する。電気鋳造では、電解液中に基板を浸漬し、電気分解によって析出した金属イオンを基板の表面に電着させる。電気鋳造によれば、基板が有する凹凸構造をほぼ忠実に再現することができ、１μｍ以下の厚さを有した複製版としてのスタンパを形成することが可能である。
【０１５６】
なお、電気鋳造は、上述したように金属イオンを基板の表面に電着させる技術であるため、基板が通電性を有する必要がある。感光性レジストは通常、通電性を有していないため、基板に対して電気鋳造を実施する前に、スパッタリングや真空蒸着等によって、感光性レジストの表面に金属製の薄膜を形成する必要がある。
【０１５７】
次いで、電気鋳造にて形成した金属製のスタンパを原版として、原版が有する微細な凹凸構造を支持層の形成材料に転写する。凹凸構造を転写するときには、まず、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）およびポリカーボネート（ＰＣ）などから形成される基材を準備し、基材の１つの面に熱可塑性樹脂または光硬化樹脂を塗布する。そして、基材に塗布された樹脂の表面に金属製のスタンパを押し当てた状態で、熱または光を与えて樹脂を硬化させた後、樹脂から金属製のスタンパを離型する。
【０１５８】
転写方式には、Ｓｔｅｐ＆Ｒｅｐｅａｔ方式およびＲｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ方式などを用いることができる。Ｓｔｅｐ＆Ｒｅｐｅａｔ方式では、スタンパと樹脂とを平行に配置し、スタンパの全面を樹脂に対して一度に押し付ける方法である。そのため、樹脂に対して押し付けるスタンパの面積が大きいと、スタンパの全体に対して均一に圧力がかかりにくくなり、スタンパと樹脂との間に気泡が入りやすくなる。
【０１５９】
一方で、Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ方式では、金属製のロールにスタンパを巻きつけた状態で、ロールを回転させながら線圧で樹脂を加圧するため、Ｓｔｅｐ＆Ｒｅｐｅａｔ方式と比べて、樹脂に対して均一に圧力をかけることができる。Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ方式では、ロールを繰り返し回転させることによって、樹脂シートに対して凹凸構造を連続して転写することが可能である。そのため、Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ方式は、量産に適している。
【０１６０】
以上説明したように、表示体、および、物品の一実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）第１層要素から観察方向ＯＤに射出される光の波長と、第２層要素から観察方向ＯＤに射出される光の波長とが互いに異なる。そのため、１つの微粒子層から観察方向ＯＤに射出される光の波長が一様である構成と比べて、微粒子層から射出される光の波長における種類を増やすことができ、結果として、表示体の表示する像における意匠性を高めることができる。
【０１６１】
（２）支持層の表面に倣って微粒子層を形成することで、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２とが互いに異なる第１層要素と第２層要素とを形成することが可能である。
【０１６２】
（３）第１層要素と第２層要素との間で、粒子配列面の面する方向が異なる構成によれば、粒子配列面と、粒子配列面から射出される光の方向とが形成する角度を異ならせることができる。これにより、第１層要素から射出される光の波長と、第２層要素から射出される光の波長とを異ならせることができる。
【０１６３】
（４）各層要素が複数の微粒子配列面を含む構成によれば、各層要素が１つの微粒子配列面のみを含む構成と比べて、各層要素から射出される回折光の強度を高くすることができる。
【０１６４】
（５）第１層要素６２ａの広がる二次元方向と第２層要素６２ｂの広がる二次元方向とが互いに交差し、第１層要素６２ａでは、第１層要素６２ａの広がる二次元方向と粒子配列面６２ｓ１の広がる二次元方向とが平行であり、第２層要素６２ｂでは、第２層要素６２ｂの広がる二次元方向と粒子配列面６２ｓ２の広がる二次元方向とが交差してもよい。こうした構成によれば、第１層要素６２ａと第２層要素６２ｂとが形成する角度と、第１層要素６２ａが含む粒子配列面６２ｓ１と、第２層要素６２ｂが含む粒子配列面６２ｓ２とが形成する角度とを異ならせることができる。
【０１６５】
（６）複数の微粒子における平均粒径が、０．１μｍ以上１μｍ以下であれば、微粒子層から射出される１次回折光、または、２次回折光の波長が、可視光領域に含まれやすくなる。
【０１６６】
（７）層要素の並ぶ周期が、１μｍ以上であり、層要素が広がる二次元方向と直交する方向から見て、層要素の面積が２μｍ角以上であれば、各層要素において、構造色を有した光を射出することが可能な程度の大きさを有する微粒子が、構造色を生じさせることが可能な数だけ並ぶことができる。
【０１６７】
（８）微粒子５２ｇの屈折率と被覆層５３の屈折率との差が、０．０２以上０．７以下であれば、表示体５０の射出する回折光の光量が目視で観察できる程度に大きい光量になりやすくなる。
【０１６８】
（９）複数の第１画素５２ｐ１が、第１層要素５２ａを含む構成によれば、複数の第１画素５２ｐ１が備える第１層要素５２ａから射出される光の集合によって、所定の像を形成することができる。
【０１６９】
なお、上述した実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・第１層要素と第２層要素との間において、曲率が互いに異なることによって、（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つが、第１層要素と第２層要素との間で互いに異なる構成であってもよい。なお、曲率を有する面、すなわち曲面は、構造色を発することが可能な複数の面であって、互いに異なる構造色を発することが可能な複数の面の集合である。そして、曲率の互いに異なる面間では、各面を構成する複数の面が異なっている。
【０１７０】
上記構成によれば、以下の効果を得ることができる。
（１０）第１層要素の曲率と第２層要素の曲率との差異によって、第１層要素と第２層要素との間において、層要素の広がる二次元方向、および、粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも１つを異ならせることができ、結果として、第１層要素の射出する光の波長と、第２層要素の射出する光の波長とを異ならせることができる。
【０１７１】
・図６を参照して先に説明した表示体６０では、第１層要素６２ａ面する方向と、第２層要素６２ｂの面する方向とが互いに異なる一方で、第１層要素６２ａの傾斜角αと、第２層要素６２ｂの傾斜角βとは互いに同じ大きさであってもよい。こうした構成であっても、第１層要素６２ａと第２層要素６２ｂとの間において、粒子配列面の広がる二次元方向が互いに異なることで、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２とが異なれば、上述した（１）に準じた効果を得ることはできる。
【０１７２】
・支持層が含む凸部として、表示体の厚さ方向に沿う断面において、三角形状を有する凸部を例示したが、凸部は、例えば、表示体の厚さ方向に沿う断面において、半円形状、楕円形状、および、矩形状などの他の形状を有していてもよい。要は、支持層は、支持層の表面に沿って位置する第１層要素と第２層要素との間において、（ｂ）層要素の広がる二次元方向、および、（ｃ）粒子配列面の広がる二次元方向の少なくとも一方を異ならせることで、第１距離Ｄ１と第２距離Ｄ２とを異ならせることが可能な形状を有していればよい。
【０１７３】
・複数の画素５２ｐを備える表示体５０は、上述したアルファベットを含む文字に限らず、数字、記号、および、図形などのいずれかの像を表示するように構成されていてもよいし、これらの２つ以上の像を表示するように構成されていてもよい。
【０１７４】
・表示体を有する物品は、ＩＣカード以外の各種カード、磁気カード、無線カード、および、ＩＤ（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）カードなどの他のカードであってもよい。あるいは、物品は、商品券などの有価証券、および、紙幣であってもよいし、美術品などの高級品であってもよい。またあるいは、物品は、真正品であることが確認されるべき品物に取り付けられるタグであってもよいし、真正品であることが確認されるべき品物を収容する包装体、または、包装体の一部であってもよい。
【符号の説明】
【０１７５】
１０，５０，６０，７０，９０…表示体、１１，１０１…基材、１２，５１，６１，７１，８１，８２，８３，９１…支持層、１２Ｓ，５１Ｓ，６１Ｓ，７１Ｓ，８１Ｓ，８２Ｓ，９１Ｓ…表面、１３，２０，５２，６２，７２，９２…微粒子層、１３ａ，５２ａ，６２ａ，７２ａ…第１層要素、１３ｂ，５２ｂ，６２ｂ，７２ｂ…第２層要素、１３ｇ，２１，５２ｇ，６２ｇ，７２ｇ…微粒子、１３ｓ，２２，５２ｓ，６２ｓ１，６２ｓ２，７２ｓ…粒子配列面、３０…面心立方格子、３１，４１…第１配列面、３２，４２…第２配列面、４０…体心立方格子、５１Ｓ１，６１Ｓ１，７１Ｓ１，８１Ｓ１，８２Ｓ１，９１Ｓ１…第１支持面、５１Ｓ２，６１Ｓ２，７１Ｓ２，８１Ｓ２，８２Ｓ２，９１Ｓ２…第２支持面、５２ｐ…画素、５２ｐ１…第１画素、５２ｐ２…第２画素、５３…被覆層、７２ｔ…頂部、８１ａ，８２ａ，９１ａ…凸部、８３ａ…第１領域、８３ａ１…第１凸部、８３ｂ…第２領域、８３ｂ１…第２凸部、８３ｃ…第３領域、８３ｃ１…第３凸部、１００…ＩＣカード、１０２…ＩＣチップ。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006801239.tif 000024
【図１３】
0006801239.tif 000025
【図１４】
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