显色结构体及其制造方法与流程

本发明涉及一种利用在表面上形成的结构体进行显色的显色结构体及其制造方法。

背景技术：

不同于色素这样的伴随着归因于光吸收的电子跃迁而来的显色现象，还存在有这样的显色现象：即，虽然物质本身没有光吸收性，但利用由具有与光的波长相当或更小的波长的周期结构体带来的衍射、干涉或散射，从而通过仅反射或透射特定波长的光来进行显色。以下，在本说明书中，将这种显色现象称为结构显色。

在周期结构体由(例如)不因紫外线而劣化的无机介电材料构成的情况下，只要结构得以保持，则即使放置于紫外线照射的环境下，结构显色也不会褪色。

另外，利用衍射和干涉的结构显色的特征在于：所识别的光的波长根据观察角度而变化，因此，可以实现设计性高的表现。

作为利用了这种结构显色的显色体，已经提出了利用多层膜干涉的显色结构体，该显示结构体是将折射率不同的高分子材料制成多层结构而成的(专利文献1)。

然而，专利文献1所提出的显色结构体由于是高分子材料的多层结构，因而构成相邻各层的材料的折射率差较小，为了实现较强的反射而需要层叠多个层，制造成本增加。另外，多层膜干涉的影响变为主导性因素，取决于观察角度的颜色变化会变得急剧，从而难以表现特定的颜色。

因此，已经提出了如同生活在自然界中的大闪蝶(morphobutterfly)那样地、具有强反射且取决于观察角度的颜色变化较缓和的显色体(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-246829号公报

专利文献2：日本特开2005-153192号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，在专利文献2所提出的显色体中，难以通过简便的工序来表现多种颜色的色调。

因此，本发明的目的在于提供一种能够通过简便的工序来表现多种颜色的色调的显色结构体及其制造方法。

用于解决课题的方案

本发明提供一种在基材表面上形成的显色结构体，其特征在于，显色结构体在平面图中具有矩形形状，并且由具有高度不同的多个凸部的凹凸结构、以及包括层叠于该凹凸结构上的多个层的层叠膜构成，在层叠方向上邻接的多个层由透过相同波长带的光、且相对于波长带的光具有不同折射率的材料构成，并且该多个层的各层的厚度是恒定的。

另外，本发明提供一种制造显色结构体的方法，该显色结构体由基材、形成于基板表面或基材上的凹凸结构、以及层叠于该凹凸结构上的层叠膜构成，该方法的特征在于包括：制作在模具表面上形成有预定结构的压印用模具的步骤；通过光压印法或热压印法将形成于模具上的结构转印到基材从而形成凹凸结构的步骤；在已转印到基材的凹凸结构上层叠透过相同波长带的光、且相对于波长带的光具有不同折射率的材料从而形成层叠膜的步骤，该层叠膜由多个层构成，并且该多个层的各层的厚度是恒定的。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种能够通过简便的工序来表现多种颜色的色调的显色结构体及其制造方法。

附图简要说明

[图1a]图1a是在根据第1实施方式的显色结构体中，为了引起光扩散效果而设置的凹凸结构a的示意图。

[图1b]图1b是在根据第1实施方式的显色结构体中，为了引起光扩散效果而设置的凹凸结构a的示意图。

[图2a]图2a是在根据第1实施方式的显色结构体中，为了引起衍射现象而设置的凹凸结构b的示意图。

[图2b]图2b是在根据第1实施方式的显色结构体中，为了引起衍射现象而设置的凹凸结构b的示意图。

[图3a]图3a是将图1a所示的凹凸结构a和图2a所示的凹凸结构b重叠而得的凹凸结构的示意图。

[图3b]图3b是将图1a所示的凹凸结构a和图2a所示的凹凸结构b重叠而得的凹凸结构的示意图。

[图4a]图4a是示出了根据第1实施方式的显色结构体的一例的示意性剖面图。

[图4b]图4b是示出了根据第1实施方式的显色结构体的一例的示意性剖面图。

[图5a]图5a是示出了根据第1实施方式的显色结构体的其他一例的示意性剖面图。

[图5b]图5b是示出了根据第1实施方式的显色结构体的其他一例的示意性剖面图。

[图5c]图5c是示出了根据第1实施方式的显色结构体的其他一例的示意性剖面图。

[图6]图6是示出了通过第2实施方式所涉及的制造方法而制造的显示体的构成例的平面图。

[图7a]图7a是示出了通过第2实施方式所涉及的制造方法而制造的显示体的像素区域的构成例的剖面图。

[图7b]图7b是示出了通过第2实施方式所涉及的制造方法而制造的显示体的像素区域的构成例的剖面图。

[图8a]图8a是像素区域的xy平面图。

[图8b]图8b是像素区域的z方向剖面图。

[图9]图9是示出了通过第2实施方式的其他一例所涉及的制造方法而制造的显示体的像素区域的构成例的剖面图。

[图10a]图10a是在根据实施例1的显色结构体中设置的凹凸结构的示意图。

[图10b]图10b是在根据实施例1的显色结构体中设置的凹凸结构的示意图。

[图10c]图10c是在根据实施例1的显色结构体中设置的凹凸结构的示意图。

[图10d]图10d是在根据实施例1的显色结构体中设置的凹凸结构的示意图。

[图11a]图11a是示出了根据比较例1的显色结构体的反射光谱的测定结果的图。

[图11b]图11b是示出了根据实施例1的显色结构体的反射光谱的测定结果的图。

[图12]图12是示出了通过第2实施方式所涉及的制造方法而制造的显示体中波长与反射强度的关系的一例的图。

具体实施方式

(第1实施方式)

在第1实施方式中，显色结构体发挥作用的波长带由构成凹凸结构的凸部(凹部)的线宽和排列间距、以及在凹凸结构上形成的层叠膜的折射率和厚度来确定。在第1实施方式中，显色结构体作为对象的波长带不受限制，在第1实施方式中，特别地对于以可见区域的光为对象的显色结构体，采用附图来进行说明。需要说明的是，在第1实施方式中，可见区域指的是360nm至830nm的波长带的光。

图1a及图1b是在根据第1实施方式的显色结构体中，为了引起光扩散效果而设置的凹凸结构a的示意图。图1a是示意性平面图，图1b是沿着图1a中所示的α-α'线的示意性剖面图。为了方便说明，在图1a中，将构成凹凸结构的凸部平行排列的方向定为x方向，将与x方向垂直的方向(即凸部延伸的方向)定为y方向，并使用x轴及y轴来确定方向。

图1a中所示的凹凸结构a具有以在x方向及y方向上都不重复的方式排列x方向的线宽为d1、y方向的线长为d1以上的矩形而得的平面形状的凸部(凸形状部)11。构成凸部11的平面形状的矩形的y方向的线长选自具有预定标准偏差的群体。在可见区域的显色结构体的情况下，d1优选为830nm以下，例如，在为蓝色的显色结构体的情况下，d1优选为300nm左右。在图1a的例子中，构成凸部11的矩形以在x方向上不重复的方式进行排列。因此，在图1a的例子中，1个凸部11的x方向上的宽度为d1的整数倍。

需要说明的是，构成凸部11的矩形也可以以在x方向上重复的方式进行排列从而构成凸部11的平面形状，1个凸部11的宽度也可以不是d1的整数倍。即使在1个凸部11的宽度不是d1的整数倍的情况下，也可以引起光扩散效果。

凹凸结构a的结构高度h1只要为对应于在显色结构体表面处反射的光的波长而被设计为最优值即可。只要h1的值是大于后述的层叠膜表面的表面粗糙度的值，就可以得到衍射效果。然而，若使h1过大，则光的散射效果变强，从层叠膜表面反射的光的色度会受损，因此，在作为对象的波长带为可见区域的显色结构体的情况下，h1的值通常优选在10nm至200nm的范围内，例如在蓝色的显色结构体中，为了得到有效的光扩散，h1优选为40至150nm左右。为了抑制散射效果，在蓝色的显色结构体中，h1更优选为100nm以下。

图2a及图2b是在根据第1实施方式的显色结构体中，为了引起衍射而设置的凹凸结构b的示意图。图2a是示意性平面图，图2b是沿着图2a中所示的β-β'线的示意性剖面图。

图2a中所示的凹凸结构b是在图1a所示的凹凸结构a上进行重叠而形成的，并且由凸形的线状结构(凸条)21构成。需要说明的是，图2a中所示的x方向及y方向分别与图1a中所示的x方向及y方向相同。将线状结构21设置为使得反射光的至少一部分作为1次衍射光(衍射次数m＝±1)而被观测到。由此，在使入射角度为θ、反射角度为衍射的光的波长为λ的情况下，线状结构21在x方向上的排列间距d需要满足例如，若以λ＝360nm的可见光为对象，则只要线状结构21的排列间距为180nm以上即可。

线状结构21在x方向上的线宽d2可以与图1a中所示的凹凸结构a的线宽d1相同，也可以不同。

线状结构21的排列间距反映在后述层叠膜最外表面的凹凸结构的周期性上。因此，当线状结构21的排列间距恒定时，特定波长的光在显色结构体的表面上由于衍射现象而以特定的角度被反射。与由图1a中所示的凹凸结构a的光扩散效果得到的反射强度相比，由这种衍射现象引起的光的反射强度非常强，因而目视确认到了类似于金属光泽的强光，另一方面，相对于观察角度的变化而被分光。因此，例如在为了得到呈现蓝色的显色结构体而设置图1a所示的凹凸结构a的情况下，若使线状结构21的排列间距为约400nm至5μm的恒定值，则取决于观察角度，通过衍射而产生了更强烈的绿色至红色的表面反射。若使线状结构21的排列间距增大至(例如)约50μm，则由于可见区域的光发生衍射的角度范围变窄，因而特定波长的颜色变得难以被目视确认，只有在特定的观察角度下才显示出金属光泽之类的光辉。

在通过将周期不同的多个周期结构重合而形成线状结构21的情况下，由衍射现象而被反射的光的波长混合存在，因而难以目视确认分光后的单色性较高的光。然而，随着周期性的标准偏差变大，散射效果变得占主导，从而无法得到由衍射现象而带来的强反射。

于是，线状结构21的周期性通过散射角度来决定即可，该散射角度是通过图1a所示的凹凸结构a所引起的光扩散效果而得到的。例如，在蓝色光在相对于入射角度为±40°的范围内进行散射的情况下，若使线状结构21的排列间距的平均值为约1至5μm、标准偏差为约1μm，则在与由凹凸结构a的光扩散效果引起的散射角度相等的角度区域中，会产生由衍射现象引起的反射光。

进一步地，为了产生更长周期的衍射现象，可以在单边为10至100μm的矩形区域中形成排列间距的平均值为约1至5μm、标准偏差为约1μm的线状结构21，并且该矩形区域可以在不与邻接区域重叠的情况下进行排列。

此外，即使在单边为10至100μm的矩形区域内形成结构周期选自1至5μm之间的一定周期的线状结构21，只要邻接的任何一个矩形区域的线状结构的周期在标准偏差约1μm的波动范围内有所不同，则也可在人眼的分辨率中预期到同等的效果。

需要说明的是，虽然图2a的线状结构21只为x方向上的排列，但是由于图1a所示的凹凸结构a所引起的光扩散效果也在y方向上具有部分影响，因而图2a的线状结构21也可以在y方向上具有周期性。在这种情况下，线状结构21在x方向及y方向上的排列间距的平均值只要为1μm以上100μm以下即可。另外，对应于图1a所示的凹凸结构a所引起的光扩散效果对x方向及y方向的影响，线状结构21的周期性也可以设置为这样的构成：排列间距的平均值及标准偏差中的至少一者不同。

与凹凸结构a的凸部11的结构高度h1同样地，将线状结构21的结构高度h2设为比后述层叠膜表面的表面粗糙度大的值。然而，随着h2的值增大，线状结构21所引起的衍射效果变得占主导。除了线状结构21所引起的衍射效率变得过高之外，还由于设定为多级结构从而使得凹凸结构所引起的散射效果变高，因而会有不能充分地得到图1a所示的凹凸结构a所引起的光扩散效果的疑虑。因此，h2优选与h1大致相同，另外也可以与h1相等。例如，在蓝色的显色结构体中，h2优选为10至150nm左右。

图3a及图3b是将图1a所示的凹凸结构a和图2a所示的凹凸结构b重叠而得的凹凸结构的示意图。图3a是示意性平面图，图3b是沿着图3a中所示的γ-γ'线的示意性剖面图。需要说明的是，图3a中所示的x方向及y方向分别与图1a及图2a中所示的x方向及y方向相同。

将图1a所示的凹凸结构a的凸部11和图2a所示的凹凸结构b的线状结构21重叠而得的重叠部31的结构高度为h1和h2之和。需要说明的是，虽然在该显色结构体中设计为使得用于引起光扩散效果的凹凸结构a和用于引起衍射现象的凹凸结构b彼此重叠，但是即使设计为不重叠，也可以得到本发明的效果。然而，在这种情况下，在形成有线状结构体21的区域中不能形成用于引起光扩散效果的凹凸结构，用于引起光扩散效果的凹凸结构形成区域变得狭小，因此，更加优选如图3a这样设为多级结构。

为了在基材上加工图3a所示的凹凸结构，可以使用(例如)电子束或紫外线光刻和干式蚀刻等公知的技术。

图4a及图4b是示出了根据第1实施方式的显色结构体的一例的示意性剖面图。图4a所示的显色结构体中，在由合成石英构成的基材101表面上加工图3a所示的凹凸结构，在该凹凸结构上，形成了由相对于可见区域为透明、且折射率不同的2种材料构成的10层的层叠膜61。层叠膜61通过交替地层叠高折射率层41和低折射率层51而构成，在基材101的表面上形成高折射率层41，在显色结构体的最外表面上形成低折射率层51。在层叠膜61的表面处反射的光的波长取决于构成高折射率层41和低折射率层51的材料的折射率和厚度、以及基材101的折射率。因此，可以使用传递矩阵法等来设计层叠膜61以反射期望波长的光。此外，构成高折射率层41和低折射率层51的材料的折射率差越大，则即使层叠数较少也可以得到高反射率。例如，若使用无机材料，则分别优选在高折射率层41中使用二氧化钛(tio2)、在低折射率层51中使用二氧化硅(sio2)。例如，在蓝色的显色结构体的情况下，tio2的厚度优选为40nm左右，sio2的厚度优选为75nm左右。然而，只要在构成邻接的层的材料之间存在折射率差，即可在界面处产生光的反射，因此并不限于上述的组合。另外，在通过上述无机材料形成层叠膜61的情况下，可以应用溅射法、原子层沉积法、真空蒸镀法等公知的技术。此外，形成层叠膜61的材料可以是有机材料。在通过有机材料形成层叠膜61的情况下，可以应用自组织化等公知的技术。

对于构成图4a所示的显色结构体1的材料，其全部由透过可见区域的光的材料构成。因此，由于反射的波长带以外的光透过显色结构体，因而在(例如)基材101的背面为白色纸的情况下，透过显色结构体1的波长带的光被目视确认为颜色。于是，如图4b所示，通过在基材背面上形成由吸收可见区域的光的材料(诸如碳等)构成的吸收层71，从而吸收透过了显色结构体1的光，由此可以提高由显色结构体所反射的光的对比度。

另外，为了形成图3a所示的凹凸结构，可以使用通过电子束或紫外线光刻和干式蚀刻的组合等公知技术所制作的原版，并应用热或光纳米压印法。

图5a至图5c是示出了根据第1实施方式的显色结构体的其他一例的示意性剖面图。在图5a所示的显色结构体中，通过光纳米压印法形成了图3a所示的凹凸结构。更具体地，通过将光固化性树脂81涂布于基材102的表面，并通过光纳米压印法在光固化性树脂上形成图3a所示的凹凸结构，然后形成层叠膜61和吸收层71。虽然在涂布光固化性树脂81之前也可以预先在基材102的背面上形成吸收层71，但是在这种情况下，用于使光固化性树脂81固化的光的照射不是从基材102的背面侧，而是需要从基板表面侧即原版侧进行照射。在使用这种方式的情况下，基材102可以不具有光纳米压印时照射的光的波长的透过性。此外，如图5b所示，也可以在基材102的表面上形成吸收层71，在吸收层71的表面上涂布光固化性树脂81，再进行光纳米压印法。另外，如图5c所示，可以采用吸收可见区域的光的材料来构成基材103。作为构成基材103的材料，可以使用(例如)分散有碳纳米管的高分子膜等。

在以往的凹凸结构中，当为了增强光扩散效果而增加凹凸结构的高度时，虽然由于散射光的效果增强因而由观察角度引起的颜色变化变得缓和，但是除了反射光的波长向长波长侧偏移之外，还可能会有颜色对比度降低的情况。另外，可能会有由于散射效果而使光泽也损失的情况。当在多层膜与基材之间插入金属薄膜以增加光泽时，由于透过多层膜的可见区域的光在金属薄膜处被反射，因而会成为颜色对比度降低的原因。另一方面，当为了抑制散射效果而减少凹凸结构的高度时，不能充分地得到光的扩散，从而使得由观察角度引起的颜色变化变得急剧。

根据第1实施方式的显色结构体及其制造方法，可以通过简便的工序来表现多种颜色的色调。另外，由于具备将用于引起光扩散效果的凹凸结构a和用于引起衍射现象的凹凸结构b重叠而成的凹凸结构体，因而在使由观察角度引起的颜色变化变得缓和的同时，还可以抑制显色的色度和光泽度的降低。

(第2实施方式)

采用图6至图8来说明本发明的第2实施方式。

图6为示出了通过第2实施方式所涉及的制造方法而制造的显示体110的构成例的平面图。

也就是说，图6所例示的显示体110中，在基材112的表面上形成有多个像素区域114(#1)、114(#2)。需要说明的是，在图6中，为了简便起见，虽然仅例示了两个像素区域114(#1)和114(#2)，但是本实施方式所涉及的显示体110也可以包含3个以上的像素区域114。另外，在图6中，虽然两个像素区域114(#1)和114(#2)被例示为具有相同的尺寸，但是多个像素区域114也可以具有彼此不同的尺寸。在基材112的表面上也分别配置了4个对准标记113。像素区域114依照这些对准标记113而被设置为使得像素区域114的xy方向与基材112的xy方向相一致。如后所述，当在基材112上形成最初的像素区域114时，形成并配置了对准标记113。

图7a及图7b是示出了像素区域114的构成例的剖面图。图7a是像素区域114(#1)的沿图6所示的x方向上的垂直剖面图，图7b是像素区域114(#2)的沿图6所示的x方向上的垂直剖面图。

也就是说，如图7a所示，像素区域114(#1)由凹凸结构116(#1)、以及层叠于凹凸结构116(#1)上的包含多个层118(#1-1)至118(#1-10)(在此，以10层作为一个例子)的层叠膜119(#1)构成。另外，对应于凹凸结构116(#1)的凹凸形状，形成了凸部120(#1)和凹部122(#1)。

同样地，如图7b所示，像素区域114(#2)由凹凸结构116(#2)、以及层叠于凹凸结构116(#2)上的包含多个层118(#2-1)至118(#2-10)(在此，以10层作为一个例子)的层叠膜119(#2)构成。另外，同样地，对应于凹凸结构116(#2)的凹凸形状，形成了凸部120(#2)和凹部122(#2)。

这样的凹凸结构116通过(例如)使用照射光或带电粒子束的光刻、或干式蚀刻等公知的技术来形成。

在根据本实施方式的显示体110中，在基材112的表面上形成的多个像素区域114当中的至少两个像素区域114中，凹凸结构116的凹凸高度(以下，称为“结构高度”)不同。也就是说，在图6及图7a、图7b所示的例子中，在像素区域114(#1)和像素区域114(#2)中，凹凸结构116的结构高度dz不同。即，像素区域114(#1)的结构高度dz(#1)与像素区域114(#2)的结构高度dz(#2)不同。

如此地，为了形成凹凸结构116的结构高度dz不同的n个位置(在图6的例子中，n＝2)的像素区域114(在图6的例子中为像素区域114(#1)及像素区域114(#2))，在根据本实施方式的制造方法中，将照射光或带电粒子束的光刻和干式蚀刻的步骤重复进行n次。

在照射带电粒子束的光刻的情况下，当基材112由(例如)合成石英等绝缘体材料构成时，在进行各个光刻步骤之前可以在基材112上形成铬(cr)等导电膜。在形成cr膜作为导电膜的情况下，需要在对合成石英进行蚀刻之前，将该光刻步骤中所形成的抗蚀剂作为掩模而对cr进行干式蚀刻。为了形成抗蚀剂图案，可以使用光或热压印法。

在根据本实施方式的制造方法中，各像素区域114(#1)和114(#2)的结构高度dz(#1)和dz(#2)通过调整(例如)各干式蚀刻步骤中的蚀刻时间来进行控制。对于各干式蚀刻步骤中的蚀刻时间，例如，在像素区域114(#2)的结构高度dz(#2)大于像素区域114(#1)的结构高度dz(#1)的情况下，可以使像素区域114(#2)的蚀刻时间长于像素区域114(#1)的蚀刻时间。

需要说明的是，在形成像素区域114(#1)之后再形成像素区域114(#2)的情况下，当在基材112的表面上形成像素区域114(#1)的抗蚀剂图案时，在基材112的表面上也形成对准标记113。然后，在像素区域114(#2)形成时的光刻步骤中，通过以对准标记113的坐标为基准进行位置的校正，从而使像素区域114(#2)在不与像素区域114(#1)重叠的情况下精确度良好地形成在所期望的位置上。

无论像素区域114如何，层118(118(#1-1)至118(#1-10)、118(#2-1)至118(#2-10)的各层的厚度是恒定的。

此外，上下邻接的两个层(例如，层118(#1-1)和层118(#1-2))由能够透过相同波长区域的光且在该波长区域中具有不同折射率的材料构成。对于层118的材料的种类和层数，可以依据所期望的条件而进行适宜的设计。

作为一个例子，图7a及图7b示出了通过交替层叠由两种材料构成的层而成的总计10层的层叠膜。也就是说，层118(#1-1)、层118(#1-3)、层118(#1-5)、层118(#1-7)、层118(#1-9)、层118(#2-1)、层118(#2-3)、层118(#2-5)、层118(#2-7)和层118(#2-9)为由第1材料构成的层118。此外，层118(#1-2)、层118(#1-4)、层118(#1-6)、层118(#1-8)、层118(#1-10)、层118(#2-2)、层118(#2-4)、层118(#2-6)、层118(#2-8)和层118(#2-10)为由第2材料构成的层。另外，也可以使用第3材料，只要是折射率不同的材料即可，层叠膜的构成材料并不限定于这两种。

像素区域114的层叠膜119在相同的成膜条件下通过一次层叠步骤而层叠，因此在不考虑变形等的理想条件下，构成层叠膜119的各层118的厚度是相同的。可以使用传递矩阵法等将该厚度设计为所期望的厚度。

在根据本实施方式的制造方法中，在构成层叠膜119的各层118当中，首先，在基材112的表面上形成高折射率层118(#1-1)和118(#2-1)。接着，在高折射率层118(#1-1)和118(#2-1)上形成低折射率层118(#1-2)和118(#2-2)。然后，以高折射率层118(#1-3)、118(#2-3)、低折射率层(#1-4)、118(#2-4)···这样的情形，交替地形成高折射率层和低折射率层，最后，在最上面形成低折射率层118(#1-10)和118(#2-10)。但是，高折射率层和低折射率层的层叠顺序并不限于上述顺序。

高折射率层118(例如，层118(#1-1))的材料与低折射率层118(例如，层118(#1-2))的材料的折射率差越大，则即使层叠数较少，也可以得到高反射率。

例如，若使用无机材料，则分别优选的是，在高折射率层118(例如，层118(#1-1))中使用二氧化钛(tio2)，并且在低折射率层118(例如，层18(#1-2))中使用二氧化硅(sio2)。但是，由于通过构成上下邻接的层118(例如，层118(#1-1)和层118(#1-2))的材料的折射率差从而在界面处产生光的反射，因而并不限于上述组合。另外，如后所述，也可以使用有机材料。

此外，在使用上述这样的无机材料来形成层叠膜119(层118)的情况下，可以使用溅射法、原子层沉积法、真空蒸镀法等公知的技术。需要说明的是，在利用有机材料来形成层叠膜119(层118)的情况下，可以使用自组织化等公知的技术。

图8a为从图7a及图7b中的上侧观察像素区域114而得的xy平面图的例子。该图对应于凹凸结构116的平面分布，以黑色表示的矩形130的区域对应于凸部120，除此以外的以白色表示的部分132对应于凹部122。

图8b是沿着图8a中的a-a线的剖面图。较高的部分为凸部120，较低的部分为凹部122。另外，图7a及图7b对应于沿着图8a中的b-b线的剖面图的详情。

由上可知，图8a中所示的凹凸的二维分布对应于凹凸结构116的二维分布。

这样的二维分布通过在xy平面上以不重叠的方式排列多个矩形130而实现。这些矩形130的xy方向与像素区域114的xy方向一致。另外，在同一个像素区域114内，多个矩形130在x方向上的长度dx是恒定的。

另外，在同一个像素区域114内，多个矩形130在y方向上的长度dy为大于或等于多个矩形130在x方向上的长度dx且小于或等于像素区域114在y方向上的长度ly。

此外，在同一个像素区域114内，多个矩形130在y方向上的长度dy符合正态分布。

进一步地，在同一个像素区域114内，根据一定的概率以确定是否排列矩形130。或者，在同一个像素区域114内，以使排列有矩形130的面积与未排列有矩形130的面积之比为预定值的方式来确定矩形130的排列。在图8a中，作为一个例子，将排列有矩形130的面积与未排列有矩形130的面积之比定为1:1。也就是说，在图8a的例子中，以黑色表示的矩形130的区域的总面积与除此以外的以白色表示的部分132的总面积相等。

在这样构成而得到的显示体110中，作为入射光使用的光的波长区域没有特别的限定，在下面的说明中，作为一个例子，对于作为入射光使用可见光波长区域的情况进行说明。需要说明的是，在本发明中，可见光波长区域指的是360nm至830nm的波长带。

也就是说，在使用可见光作为入射光的情况下，对于构成由本实施方式所涉及的制造方法制造的显示体110的材料，其由透过全部可见光波长区域的光的材料构成。例如，基材112由诸如合成石英之类的透过可见光波长区域的光的材料来形成。另外，例如，分别将二氧化钛(tio2)应用于层叠膜119的高折射率层118(例如，层118(#1-1))、以及将二氧化硅(sio2)应用于层叠膜119的低折射率层118(例如，层118(#1-2))。需要说明的是，作为相对于可见光波长区域具有高透过性的材料，除了上述以外，还包括nb2o5、ta2o5、al2o3、fe2o3、hfo2、mgo、zro、sno2、sb2o3、ceo3、wo3、pbo、in2o3、cdo、batio3、ito、lif、baf2、caf2、mgf2、alf3、cef3、zns、pbcl2等无机介电材料；以及丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂等有机树脂材料，因此，也可以适当地使用这些材料。

这样，由本实施方式所涉及的制造方法制造的显示体110能够透过全部的可见光波长区域的光。因此，在使用由显示体110的反射光所引起的显色时，基材112或基材112的背面优选由吸收可见光波长区域的光的材料形成。或者，也可以在基材112的表面上涂布光吸收剂，从而使用由来自背面的反射光所引起的显色。

关于像素区域114的大小，其可以基于所显示的图像的分辨率来确定，但是为了显示更高精度的图像，优选使像素区域114的一边为10μm以上。也就是说，优选使图8a中的像素区域114在x方向上的长度lx以及在y方向上的长度ly均为10μm以上。

在像素区域114中，为了使更鲜明的颜色显色，优选使凹凸结构116所引起的光的散射效果变大。为了实现这一点，如上所述，作为一个例子，优选使像素区域114中的凹凸结构116的凹部与凸部的面积之比为1:1。

此外，在像素区域114中，为了进一步增大显示体的光扩散效果，需要对于每个所期望的颜色来调整图8a中的矩形130在x方向上的长度dx。例如，在使用可见光作为入射光的情况下，优选使矩形130在x方向上的长度dx为700nm以下。此外，在可见光当中，特别在使用像素区域114作为蓝色像素的情况下，优选使矩形130在x方向上的长度dx为300nm左右。但是，即使不对各颜色进行dx的调整，也可以得到显示体的光扩散效果。

另外，像素区域114中的结构高度dz的值根据所期望的颜色来确定。也就是说，基于在像素区域114(#1)及像素区域114(#2)中显色的光的波长，并考虑到图8a中所示的矩形130在x方向上的长度dx，从而分别确定图7a所例示的凹凸结构116(#1)的结构高度dz(#1)及图7b所例示的凹凸结构116(#2)的结构高度dz(#2)的最优选的值。

例如，层叠膜119的反射光的波长为500nm，在要使绿色显色的情况下，优选使矩形130在x方向上的长度dx为400nm左右，结构高度dz(#1)及结构高度dz(#2)为100nm左右，在要使红色显色的情况下，优选使矩形130在x方向上的长度dx为460nm左右，结构高度dz(#1)及结构高度dz(#2)均为200nm左右。

顺便提及，在像素区域114(#1)及像素区域114(#2)中，通过使结构高度dz分别为不同的值，从而使不同的颜色显色。也就是说，像素区域114(#1)的结构高度dz(#1)与像素区域114(#2)的结构高度dz(#2)之差越大，则颜色差异变得越显著，即使是人眼也可以目视确认颜色的差异。因此，在此作为一个例子，使像素区域114(#1)的结构高度dz(#1)与像素区域114(#2)的结构高度dz(#2)相差5nm以上。在层叠膜119的反射光的波长为500nm的情况下，5nm相当于其1％。如此地，优选使像素区域114(#1)的结构高度dz(#1)与像素区域114(#2)的结构高度dz(#2)之差为由层叠膜119所反射的光的波长的至少1％以上。

如此地，对于像素区域114的边在x方向上的长度lx、在y方向上的长度ly、多个像素区域114之间的结构高度dz之差、以及像素区域114中的矩形130在x方向上的长度dx，它们均根据所利用的光的波长带来确定。

如上所述，根据本实施方式所涉及的制造方法，能够不经过复杂的制造步骤，而是通过简单的制造步骤来制备由单一的多层层叠膜即可表现色调的显示体110。

特别地，由于在全部的像素区域114(例如，像素区域114(#1)和像素区域114(#2))中形成了均一的由多个(例如，10个)层118构成的层叠膜119，因而不必进行与所期望颜色相对应的次数的掩蔽和层叠，可通过一次层叠步骤来制造表现多个颜色的显示体110。

以这种方式，由于可以使制造步骤简化，从而也可以抑制显示体110的生产率的降低。

此外，根据由这种制造方法制造的显示体110，由于不同的像素区域114(例如，像素区域114(#1)和像素区域114(#2))的层叠膜119的物理厚度是恒定的，因而邻接的像素区域(例如，像素区域114(#1)和像素区域114(#2))彼此不会产生混色。另外，通过调整像素区域114各个的结构高度dz和在x方向上的长度dx的值，从而可以容易地控制各像素区域114的颜色。由此，微细的像素区域114也可以鲜明地进行表现，因而可以实现高设计性。

使用图9来说明本发明第2实施方式的其他一例。

图9是示出了通过第2实施方式的其他一例所涉及的制造方法制造的显示体的像素区域的构成例的剖面图。其对应于第2实施方式中的图7。

在图9中，对于与第2实施方式中所说明的部分相同的部分赋予相同的符号，并在以下的说明中避免重复的说明，而是对于与第2实施方式不同的方面进行说明。

也就是说，对于通过第2实施方式的其他一例所涉及的制造方法制造的显示体，如其在图9所例示的剖面图那样，与根据第2实施方式的显示体的不同之处在于：在层叠膜119与基材112之间形成的树脂层131中形成了凹凸结构。

例如，在通过光纳米压印法形成凹凸结构116的情况下，该树脂层113为涂布于基材112的表面上的光固化性树脂。

在根据第2实施方式的其他一例的制造方法中，在该光固化性树脂131上形成凹凸结构116。在这种情况下，需要准备将各像素区域114的结构高度dz设计为所期望的结构高度的光压印用模具。

为了对于各像素区域114制作结构高度dz不同的压印用模具，如第2实施方式中所述的那样，各像素区域114的制作也可以采用重复进行光刻步骤或干式蚀刻步骤的方法。或者，为了更简便地制作压印用模具，例如可以使用如下方法：对于各像素区域114，使对带电粒子束光刻用的抗蚀剂照射的带电粒子束的剂量发生改变，并且调整显影时间以在各像素区域114中得到所期望的结构高度dz，并在所形成的抗蚀剂图案上形成诸如镍(ni)之类的金属膜，然后进行电铸处理以将抗蚀剂溶解，从而制作了由ni构成的压印用模具。

通过这种制造方法，也可以制造在第2实施方式中说明的显示体110。

根据第2实施方式所涉及的显示体及其制造方法，可以采用简便的步骤来表现多种颜色的色调。另外，根据第2实施方式所涉及的制造方法，由于在全部的像素区域中形成了均一的层叠膜，因而不必进行与所期望的颜色相对应的次数的掩蔽和层叠，可以通过一次层叠步骤来制造表现多个颜色的显示体。以这种方式，可以使制造步骤简化，因而也可以抑制显示体的生产率的降低。此外，根据由这种制造方法制造的第2实施方式的显示体，由于不同的像素区域的层叠膜的物理厚度是恒定的，因而与邻接的像素区域不会产生混色。因此，微细的像素区域也可以鲜明地进行表现，可以实现高设计性。

需要说明的是，在第2实施方式中，虽然作为一个例子，对由凹凸结构和在凹凸结构上层叠的层叠膜构成的多个像素区域所形成的显示体的构成进行了说明，但并不限于这种构成，例如，也可以是在多个像素区域中形成由凹凸结构和在凹凸结构上层叠的层叠膜构成的显色结构体而得到的构成。

实施例

(实施例1)

以下，使用附图对制作第1实施方式所涉及的显色结构体的实施例1进行说明。

图10a至图10d示出了在根据实施例1的显色结构体中设置的凹凸结构的示意图。图10a为用于引起光扩散效果的凹凸结构a的一部分区域的示意性平面图，图10b为由用于引起衍射现象的线状结构构成的凹凸结构b的一部分区域的示意性平面图，图10c为将图10a中所示的凹凸结构a与图10b中所示的凹凸结构b重叠而得的凹凸结构的示意性平面图。另外，图10d为沿着图10c的δ-δ'线的示意性剖面图。需要说明的是，图10a、图10b和图10c的示意性平面图为将该显示结构体的表面的一边约5.6μm的微小区域放大后的图。另外，在该显色结构体的制作过程中，虽然采用了光纳米压印法，但是也可以使用热纳米压印法来进行制作。

图10a中所示的凸部12由x方向上的线宽d3为300nm、y方向上的线长为选自d3的2倍以上的整数倍中的数值并且平均值为2.4μm且标准偏差为0.5μm的矩形构成，将这些矩形在xy方向上排列设计为，在x方向上以100nm的间距进行排列，允许矩形在x方向上有重叠，但不允许矩形在y方向上有重叠。对于在x方向上重叠而成为多个层级结构的区域，将其近似为单层结构。

对于图10b中所示的线状结构22，将x方向上的线宽d4为200nm、y方向上的线长为94μm的矩形以x方向上的间距的平均值为1.5μm、标准偏差为0.5μm的方式在x方向上的长度为40μm、y方向上的长度为94μm的矩形区域内排列而得到线状结构，并将该线状结构以x方向上的间距的平均值为45μm且标准偏差为1μm、y方向上的间距的平均值为97μm且标准偏差为1μm的方式进行排列设计。对于在x方向或y方向上重叠而成为多个层级结构的区域，将其近似为单层结构。

首先，准备光纳米压印用模具。具体而言，由于在光纳米压印中照射的光的波长为365nm，因而将透过该波长的光的合成石英作为模具的材料。通过溅射在合成石英基板表面上形成cr膜，然后通过电子束光刻形成电子束抗蚀剂图案。所使用的电子束抗蚀剂为正型，并且使其厚度为200nm。使电子束照射区域为图10a所示的矩形结构12的区域。利用将高频波施加到氯和氧的混合气体而产生的等离子体，蚀刻除去表面露出的区域中的cr。接着，利用将高频波施加到六氟乙烷气体而产生的等离子体，从而蚀刻表面露出的区域中的石英。经由该步骤所蚀刻的石英深度为70nm。除去残余的抗蚀剂和cr膜，从而得到了形成有用于形成图10a中所示凸部12的凹部的合成石英基板。

然后，通过溅射在形成有用于形成凸部12的凹部的合成石英基板表面上形成cr膜，并通过电子束光刻形成电子束抗蚀剂图案。所使用的电子束抗蚀剂为正型，并且使其厚度为200nm。使电子束照射区域为对应于图10b所示的线状结构22的区域。利用将高频波施加到氯和氧的混合气体而产生的等离子体，从而蚀刻除去表面露出的区域中的cr。接着，利用将高频波施加到六氟乙烷气体而产生的等离子体，从而蚀刻表面露出的区域中的石英。经由该步骤所蚀刻的石英深度为65nm。除去残余的抗蚀剂和cr膜，从而得到了形成有用于形成图10c中所示凹凸结构(其是将凸部12与线状结构22重叠而成的)的凹部的合成石英基板。

接着，在上述合成石英基板表面上涂布optoolhd-1100(ダイキン工業制)作为脱模剂，从而得到了形成有用于形成凹凸结构(其是通过将用于引起光扩散效果的凹凸结构与由用于引起衍射现象的线状结构构成的凹凸结构重叠而得到的)的凹部的光纳米压印用模具。

然后，将光固化性树脂pak-02(東洋合成制)涂布到一侧进行了易粘接处理的聚酯膜cosmoshinea4100(東洋紡制造)的易粘接面上，再压上上述光纳米压印用模具，并从光纳米压印用模具背面侧照射365nm的光以使光固化性树脂固化，然后将聚酯膜从光纳米压印用模具剥离，从而得到了形成有图10c所示凹凸结构的聚酯膜。

接着，采用真空蒸镀法在所得的聚酯膜表面上依次交替地形成厚度为40nm的tio2层和厚度为75nm的sio2层各5层，从而形成了10层的层叠体，得到了根据实施例1的显色结构体。

(比较例1)

以与实施例1同样的方式，在合成石英基板上形成用于形成图10a所示凸部12的凹部，然后在没有重叠形成用于形成图10b所示线状结构22的凹部的情况下涂布脱模剂，从而得到了根据比较例1的光纳米压印用模具。使用光纳米压印用模具，以与实施例1同样的方式得到了根据比较例1的显色结构体。

然后，如图10d的示意图所示，从5、15、25、35、45、55度的入射角度分别将氙灯光源照射到根据实施例1及比较例1的显色结构体的表面，并使用分光辐射计sr-ul2(トプコン制)测定在30度的反射角度下的分光特性变化。入射角度和反射角度分别指的是光源的入射方向或反射方向与聚酯膜表面的法线形成的角度。

(测定结果)

图11a为根据比较例1的显色结构体的反射光谱的测定结果，图11b为根据实施例1的显色结构体的反射光谱的测定结果，两个光谱的纵轴表示范围是相同的。由这两个光谱的比较示出，通过形成用于引发衍射现象的线状结构，从而可以在光谱的峰位置没有大的变化的情况下，在宽范围的入射角范围内得到相对较强的反射。

(实施例2)

接着，作为实施例2，以下对于第2实施例中所说明的制造方法以及由该制造方法制造的显示体(显色结构体)的特性进行说明。

作为具体例子，对于显示体110进行说明，其中显示体110通过以下方式而构成：在合成石英晶片表面上利用干式蚀刻进行微细凹凸结构的加工，从而形成像素区域114，并且通过真空蒸镀以层叠由作为高折射率层118的tio2和作为低折射率层118的sio2构成的层叠膜119。

首先，准备光纳米压印用模具。由于在光纳米压印中照射的光的波长为365nm，因而将透过该波长的光的合成石英作为模具的材料。然后，通过溅射在合成石英的表面上形成铬(cr)膜，然后通过电子束光刻形成电子束抗蚀剂图案。

所形成的图案为具有图8a所例示的二维分布的凹凸结构的反转凹凸结构，为单个像素的一边是170mm的正方形。在图8a中所示的x方向上的长度dx为460nm，y方向上的长度dy选自平均值为2400nm且标准偏差为580nm的正态分布。以在x方向上不重叠的方式，排列具有这样的x方向上的长度dx及y方向上的长度dy的多个矩形。

然后，在模具上形成成为位置对准的基准的对准标记。所使用的电子束抗蚀剂为正型，并且使其厚度为200nm。此外，利用将高频波施加到氯(cl2)和氧(o2)的混合气体而产生的等离子体，从而蚀刻除去表面露出的区域中的cr。

接着，利用将高频波施加到六氟乙烷气体而产生的等离子体，从而蚀刻表面露出的区域中的石英。经由该步骤所蚀刻的石英深度为70nm。

其后，除去残余的抗蚀剂和cr膜，从而得到了形成有由凹凸结构构成的像素区域的合成石英制光纳米压印用模具。然后，在该光纳米压印用模具表面上涂布optoolhd-1100(ダイキン工業制)作为脱模剂。

接着，准备合成石英晶片。将该合成石英晶片用作诸如图6所例示的基材112。在该合成石英晶片的表面上涂布光固化性树脂，再压上光纳米压印用模具，从光纳米压印用模具背面侧照射365nm的光以使光固化性树脂固化，然后将合成石英晶片从光纳米压印用模具剥离。由此，得到了在光固化性树脂中形成了具有图8a所例示的二维分布的凹凸结构的合成石英晶片。

对该合成石英晶片进行使用了o2气体的等离子体蚀刻处理，从而除去残存于凹凸结构的凹部的光固化性树脂。此外，导入o2气体40(sccm)，并进行等离子体放电。需要说明的是，1(sccm)相当于1(毫升/分钟)。

然后，进行使用了八氟环丁烷(c4f8)和氩(ar)的混合气体的等离子体蚀刻，从而将凹凸结构转印。在导入40sccm的c4f8和60sccm的ar，并将等离子体室内的压力设定为5mtorr之后，施加75w的rie功率和400w的icp功率，从而进行等离子体放电。通过改变蚀刻时间来调整结构高度dz。将像素区域114的凹凸结构的结构高度dz定为80nm。需要说明的是，1(torr)相当于1(mmhg)。也就是说，1(torr)相当于约133.322(pa)。

接着，使用st-105(二甲基亚砜：单乙醇胺＝7:3的混合液，关东化学制)进行有机洗净，并使用sh-303(以硫酸和过氧化氢溶液为基本成分的混合水溶液，关东化学制)进行酸洗净，从而形成了具有结构高度dz的凹凸结构116的像素区域114。

然后，在合成石英晶片的表面上再次涂布光固化性树脂，以不与已形成的像素区域114(例如，像素区域114(#1))重叠的方式，错开地将光纳米压印用模具压在上述涂布有光固化性树脂的面上，并从光纳米压印用模具背面侧照射365nm的光以使光固化性树脂固化，通过将合成石英晶片从光纳米压印用模具剥离，从而将下一个像素区域114(例如，像素区域114(#2))的凹凸结构116(#2)形成于光固化性树脂层中。使用形成在合成石英晶片上的对准标记113来调整位置对准，并且在不与最初形成的像素区域114(#1)重叠的位置处形成了像素区域114(#2)。

其后，对合成石英晶片进行使用了o2气体的等离子体蚀刻处理，从而除去残存于凹凸结构的凹部中的光固化性树脂。此外，导入40sccm的o2，并进行等离子体放电。

接着，进行使用了c4f8和ar的混合气体的等离子体蚀刻，从而将凹凸结构116转印。在导入40sccm的c4f8和60sccm的ar，并将等离子体室内的压力设定为5mtorr之后，施加75w的rie功率和400w的icp功率，从而进行等离子体放电。通过改变蚀刻时间来调整结构高度dz，并使其为230nm。

然后，使用st-105进行有机洗净，并使用sh-303进行酸洗净，从而形成了具有结构高度dz的凹凸结构116的像素区域14(#1)。其后，采用真空蒸镀法在合成石英晶片表面上交替地形成厚度为205nm的tio2层118和厚度为100nm的sio2层118，形成5对共10层，从而得到了包含在凹凸结构116上形成有层叠膜119的像素区域114(#1、#2)的显示体110。

图12为示出了在将光从相对于该显示体110的像素区域114(#1、#2)为30°的方向入射的情况下，在x方向上为0°处观察到的波长与反射强度的关系的图。

也就是说，在结构高度dz＝80nm的情况下，如曲线α所示，波长为560nm的绿色光伴随着光泽而被反射，在结构高度dz＝230nm的情况下，如曲线β所示，波长为600nm的橙色光被反射。

如上所述，根据实施例，为了制造显示体110，首先制作了压印用模具，该压印用模具形成有具有在模具表面上排列的凹凸结构的多个区域。该凹凸结构为图8a所示的显示体110的像素区域114的凹凸结构116的反转结构。

然后，通过利用光或热的压印法，从而将模具中形成的多个区域依次转印至基材112。由此，图8a所示的所期望的凹凸结构116被转印到基材112上。

接着，在已转印到基材112的凹凸结构116上层叠多个层118以形成层叠膜119，由此，通过形成像素区域114，从而制造了显示体110。

如上参照图12所述地，以这种方式制造的显示体110显示出可以通过调节结构高度dz来控制反射光的颜色。

工业实用性

本发明的显色结构体可以用于高设计性的显示物。特别地，期待本发明的显色结构体适宜地用于表面装饰的领域。

符号的说明

a...用于引起光扩散效果的凹凸结构

b...由用于引起衍射现象的线状结构构成的凹凸结构

31...重叠部

41...高折射率层

51...低折射率层

61...层叠膜

71...吸收层

81、131...光固化性树脂

101、102、103...基材

110...显示体

112...基材

113...对准标记

114...像素区域

116...凹凸结构

118...层

119...层叠膜

120...凸部

122...凹部

130...矩形