発色構造及び発色構造を用いた製品
【課題】より広い角度で所望の色光を観測することが可能な発色構造を提供することを目的とする。
【解決手段】表面に形成された、光が反射する頂面２６と、頂面２６と平行であって、表面に形成された底面２５とを備え、底面２５は、頂面２６に対して垂直な方向における位置が、底面２５とずれており、頂面２６によって反射された光と、底面２５によって反射された光が重なることによって、ずれの量に対応する波長が強められ、頂面２６と底面２５は、隣接しており、交互に配置されている、発色構造である。
【解決手段】表面に形成された、光が反射する頂面２６と、頂面２６と平行であって、表面に形成された底面２５とを備え、底面２５は、頂面２６に対して垂直な方向における位置が、底面２５とずれており、頂面２６によって反射された光と、底面２５によって反射された光が重なることによって、ずれの量に対応する波長が強められ、頂面２６と底面２５は、隣接しており、交互に配置されている、発色構造である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発色構造及びそれを用いた製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料自体によって特定波長の光が吸収されることによらず、材料やその構造に起因して発生する色光によって、その色が呈され、またその色が変化する現象がある。これは光の波長によってその光自体の性質が異なることによるものである。このように構造に起因して色光が発生する場合は、色素のように分子や固体そのものの電子的な性質により発色する場合とは異なり、それ自体には色が無く、構造体による光の反射や干渉、回折などの作用で発色するため、構造性発色と呼ばれる。
【０００３】
通常、構造性発色の発現に関わる光学現象としては、多層膜干渉、薄膜干渉、屈折、分散、光散乱、Ｍｉｅ散乱、回折、及び回折格子、等があり、真空蒸着やスパッタリング等の真空成膜技術で形成された膜厚１μｍ以下の光学薄膜が利用されることが多い。このような構造性発色は、紫外線による経時変化が少なく、また光沢の出やすい等の利点を有することにより、外装部品への塗装方法や着色手段として期待されている。
【０００４】
また、装飾効果を与える外装部品の成形方法としては、しぼ加工や、成形後に２次加工が施される方法や、金型面に化粧線や文字を彫り込んで成形面で浮き上がらせる方法が知られている。特に成形品の着色については、多色成形のような特殊成形によって着色する場合もあるが、一定の色を有する成形品に印刷や貼り付け、塗装を、行うことが一般的である。
【０００５】
しかし、これらの方法による着色では、印刷や貼り付け、塗装といった工程の分だけ製造コストが増加し、特に塗装工程では多くの二酸化炭素が排出される。また、各種の顔料や染料あるいは有機溶剤を用いるため、廃液処理のような後始末も必要となり、作業面および環境面において問題が大きくなってきている。これらの問題を解決するためにも、顔料や染料などの色素を使用せず、光の干渉や回折などの物理現象を用いた上記構造性発色による発色手段が提案されてきており、例えば、微小な凹凸面を有する転写シートがあげられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図８は、特許文献１において記載されている、従来の構造性発色を利用した転写シートの構成図である。
【０００７】
図８に示す転写シートでは、支持体１００１に、Ｔｇ．２５０℃のポリアミドイミド樹脂を主成分とする耐熱保護層１００２および、ウレタン樹脂を主成分とする回折構造形成層１００３が塗布される。次に、ロールエンボス法により、微小凹凸パターンによって構成される回折格子が回折構造形成層１００３の表面に形成される。そして、金属反射性の回折効果層１００４を形成するとともに耐熱マスク層１００５がパターン印刷される。さらにこれをＮａＯＨ溶液が入った浴槽に浸して上記耐熱マスク層１００５の不存在部から露出した部分の回折効果層１００４をエッチングした後、接着層１００６を形成して転写シートが製造される。
【０００８】
この場合には、被転写体に回折格子を構成する微小凹凸パターンが形成され、構造色を有する色光を発生させることができるため、意匠性に富む転写シートおよびその製造方法を提供することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−７６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１で行われるような、回折格子を構成する微小凹凸パターンを被転写体に形成し、色光を発生させる方法では、狭い方向にしか色光を発生させられないという問題があった。
【００１１】
すなわち、回折格子による回折光を用いて色光を発生させる場合、所望の構造色を有する色光を発生させることが出来る角度が非常に狭く、この角度を外れると、所望の構造色を有する色光を観測することが出来なくなる。また、回折角度は波長によって異なるため、観測角度によって異なる波長の色光が観測され、結果的に虹色（レインボーカラー）の色光が観測されることになる。
【００１２】
このように非常に狭い角度でしか所望の色光を観測することが出来ないと、この発色構造を、内部に物体を有する製品の外装部品に用いる場合、ユーザーにとって、製品を使用する際に製品を観測する角度のうちの、非常に狭い一部の角度からしか所望の構造色を有する色光を観測することができないということになる。このため、意匠性に富んだ外装部品を実現する上で問題となる。
【００１３】
また、顔料や染料などの色素を用いた、材料自体によって特定波長の光が吸収されることによる発色手段に代替するためには、より広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることが必要になる。
【００１４】
本発明は、上記従来の発色構造の課題を考慮し、より広い角度で所望の色光を観測することが可能な発色構造及び発色構造を用いた製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】
【００１５】
上記目的を達成するための、第１の本発明は、
表面に形成された、光が反射する第１反射面部と、
前記第１反射面部と平行であって、前記表面に形成された第２反射面部とを備え、
前記第２反射面部は、前記第１反射面部に対して垂直な方向における位置が、前記第１反射面部とずれており、
前記第１反射面部によって反射された光と、前記第２反射面部によって反射された光が重なることによって、前記ずれの量に対応する波長が強められる、発色構造である。
【００１６】
又、第２の本発明は、
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、交互に配置されている、第１の本発明の発色構造である。
【００１７】
又、第３の本発明は、
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、隣接している、第１又は２の本発明の発色構造である。
【００１８】
又、第４の本発明は、
平面と、
前記平面に形成された複数の凹部とを備え、
前記凹部は、前記平面において規則的に配列されており、
前記凹部の底面が、前記第２反射面部であり、
前記平面のうち、前記凹部の間に形成される凸部の頂面が、前記第１反射面部である、第１の本発明の発色構造である。
【００１９】
又、第５の本発明は、
前記凹部の底面で反射した光と、その凹部に隣接する前記凸部の頂面で反射した光が重なることによって、前記凹部の深さに対応する波長が強められる、第４の本発明の発色構造である。
【００２０】
又、第６の本発明は、
前記底面には、反射膜が形成されている、第４の本発明の発色構造である。
【００２１】
又、第７の本発明は、
前記複数の凹部は、格子状に配列されている、第４の本発明の発色構造である。
【００２２】
又、第８の本発明は、
前記凹部は、前記平面に形成された矩形状の開口部を有しており、
複数の前記矩形状の開口部は、横方向及び縦方向に平行に配置されている、第４の本発明の発色構造である。
【００２３】
又、第９の本発明は、
前記凹部の深さが、第１の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第１の構造色領域と、
前記凹部の深さが、第２の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第２の構造色領域とを備え、
前記第１の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第１の波長と、前記第２の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第２の波長は異なっている、第４〜８のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２４】
又、第１０の本発明は、
前記凹部の深さが、第３の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第３の構造色領域を更に備え、
前記第１の波長は、青色発色する波長であり、
前記第２の波長は、緑色発色する波長であり、
前記第３の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第３の波長は、赤色発色する波長である、第９の本発明の発色構造である。
【００２５】
又、第１１の本発明は、
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、３００ｎｍ以下の周期で交互に配置されている、第４〜１０のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２６】
又、第１２の本発明は、
前記第１の反射面部の幅に対する前記第２反射面部の幅の比率は、０．３以上、０．７以下である、第４〜１１のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２７】
又、第１３の本発明は、
強められる前記波長と、前記凹部の深さは、（数１）を満たす、第４〜１２のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２８】
（数１）（前記凹部の深さ）＝０．７５×（強められる波長）―２００ｎｍ
又、第１４の本発明は、
前記矩形状の開口部の４角には、アールが形成されている、第８の本発明の発色構造である。
【００２９】
又、第１５の本発明は、
前記凸部の頂面と前記凹部の側面に形成される角には、アールが形成されている、第４の本発明の発色構造である。
【００３０】
又、第１６の本発明は、
前記凸部の頂面、及び複数の前記凹部の側面及び前記底面には反射膜が形成されており、
前記側壁に形成された前記反射膜の厚みは、前記頂面及び前記底面に形成された前記反射膜の厚みの半分以下である、第４の本発明の発色構造である。
【００３１】
又、第１７の本発明は、
第１〜１６のいずれかの本発明の発色構造を備えた、製品である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、より広い角度で所望の色光を観測することが可能な発色構造及び発色構造を用いた製品を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る発色構造による構造性発色を説明するための断面構成図
【図２】（ａ）本発明に係る実施の形態１における発色構造を有する外装部品の部分平面図、（ｂ）図２（ａ）のＺＺ´間断面図
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）本発明に係る実施の形態１の変形例の発色構造を有する外装部品の部分平面図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明に係る実施の形態１の変形例の発色構造を有する外装部品の部分平面図
【図５】本発明に係る実施の形態２における発色構造を有する外装部品の部分断面構成図
【図６】（ａ）〜（ｃ）本発明に係る実施の形態２における発色構造を有する外装部品の製造工程を説明するための図
【図７】本発明に係る実施の形態３における発色構造を有する外装部品の部分斜視図
【図８】従来例における構造性発色を利用した転写シートの構成図を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
はじめに、本発明の発色構造による構造性発色の原理について説明する。
【００３６】
図１は、本発明にかかる発色構造１０を有する構造発色部１の断面構成図である。この本発明にかかる発色構造１０では、回折光ではなく反射光を特定の波長域に制限することにより、目的とする色光を発生させる。
【００３７】
ここで構造発色部１は、平面２に形成された矩形状の複数の凹部３によって形成され、この凹凸構造の表面反射により発色する。凹部３の間に形成される凸部６の頂面４（凹部３の間の平面２の部分）で反射した光１２と、凹部３の底面５で反射した光１３との間の光路差１５（図中太線部分）であるΔが、所定の波長の整数倍程度になった場合には所定の波長の反射光が強く、逆に半波長分ずれれば所定の波長の反射光が弱くなる。この頂面４が、本発明の第１反射面部の一例に相当し、底面５が本発明の第２反射面部の一例に相当する。又、本発明の表面の一例は、平面２、底面５、及び凹部３の側面７を含む構造発色部の平面２側の面に相当する。
【００３８】
また、図１に示すように、光路差１５であるΔは、凹部３の深さ１４であるｄの約２倍程度になる。このため、凹部３の深さ１４の長さｄを大きくすると、強められる反射光の波長が長波長側にシフトする。このように凹部３の深さ１４を変化させることによって、強められる反射光の波長の色のコントロールが可能であり、所望の波長を発色することが出来る。
【００３９】
なお、実際には反射光と回折光の両方が観測されるが、反射光は角度による色変化が緩やかであるのに対して、回折角度は波長によって異なる。これは、回折光の場合には、角度が変化すると光路差が大きく変化し、反射光の場合には、角度が変化しても光路差が大きくは変化しないためと考えられる。このため、回折光は角度による色変化が急峻であり、観測角度によって異なる波長の色光が観測され、結果的に虹色（レインボーカラー）の色光が観測されることになる。
【００４０】
したがって、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させるためには、反射光を強く、回折光を弱くする必要がある。反射光を強くするためには、後で述べるように反射膜を付加する等の手段を取ることになるが、回折光を弱くするためには構造周期を小さくする必要がある。これは、構造が短ピッチであるほど、回折角度が大きくなるため、回折光の出射角度を低くして反射光のみが観測されるようにすることができるためである。下記に述べるように、実施の形態１では、製作難易度を考慮しピッチは３００ｎｍに設定されている。
【００４１】
このように、構造色を発生させるために、回折光ではなく反射光を積極的に用いることにより、出射角度に対する色の変化が緩やかになり、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることができ、また、構造深さによって色（色光の波長域）を制御することができる。
【００４２】
（実施の形態１）
以下に、本発明にかかる実施の形態１における発色構造２０について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図２（ａ）は、本発明に係る実施の形態１の発色構造２０が形成された外装部品の部分平面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＺＺ´間断面図である。
【００４４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態１の発色構造２０は、平面２１に設けられた複数の凹部２２から形成されている。この複数の凹部２２は、平面２１に形成された正方形状の開口部２３と、開口部２３の縁から平面２に対して垂直に形成された側面２４と、平面２と平行に形成された底面２５とを有している。
【００４５】
又、複数の凹部２２は、縦方向（図２（ｂ）中Ｙ方向）及び横方向（図２（ｂ）中Ｘ方向）に同一間隔で配置されている。Ｘ方向とＹ方向によって形成される角度は、９０度である。横方向の配列においては、各々の凹部２２は、それぞれの開口部２３の上下の辺が同一直線上にあり、それぞれの左右の辺が平行になるように配置されている。縦方向の配列においては、各々の凹部２２は、その開口部２３の上下の辺が平行になり、左右の辺が同一直線上になるように配置されている。
【００４６】
すなわち、外装部品の表面に、上方から見て正方形状の開口部２３が、面内Ｘ方向とＹ方向に同じ周期でそれぞれ直線上に配列され、縦及び横方向に配列された複数の開口部２３は、上下左右に対称であって、頂面２６のそれぞれの交差部分Ａの周りに配置された４つの開口部２３は、Ａの中央を基準にして４回対称になるように配置されている。このように、凹部２２の中心間隔を１辺の長さとする正方形の頂点に凹部２２を配列する方法を、以下、正方配列という。
【００４７】
又、図２（ａ）に示すように、開口部２３の角２０４にはアールが形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、凹部２２の間には、凸部２７が形成されており、平面２の凹部２２の間の部分は、凸部２７の頂面２６となる。そして、この頂面２６と、凹部２２の側面２４の間に形成される角２０５にもアールが形成されている。
【００４８】
なお、本発明の第１反射面部の一例は、本実施の形態の頂面２６に相当し、本発明の第２反射面部の一例は、本実施の形態の底面２５に相当する。又、本発明のずれの量は、本実施の形態の凹部２２の深さ２０６であるｄに相当する。
【００４９】
以下に、本実施の形態の発色構造の具体的な寸法について説明する。
【００５０】
光学解析シミュレーションの結果では、上記正方形状の開口部２３の内側底面２５の一辺２０２の長さと、平面２１内Ｘ方向とＹ方向に同じ周期で配列されている上記開口部２３の間にある頂面２６の幅２０３との比率（デューティー比）が、大きくなると青色純度は向上するが輝度が低下する。そのため、トレードオフで平面２内において、Ｘ方向とＹ方向ともに、その比率が2/3に設定されている。
【００５１】
具体的には、凹ドットパターンである上記正方形状の開口部２３の底面２５の一辺２０２の長さは２００ｎｍに設定され、平面２内Ｘ方向とＹ方向に同じ周期で配列されている上記開口部２３の間にある頂面２６の幅は１００ｎｍに設定される。
【００５２】
これは、図２（ａ）、（ｂ）において、底面２５の一辺２０２の幅ｐ１が、２００ｎｍとなり、頂面２６の幅２０３の長さｐ２が１００ｎｍとなる構造である。
【００５３】
一方、光学解析シミュレーションの結果から、構造深さと発色狙い波長の間には、おおよそ以下の数式１に示されるような関係が成り立つことがわかった。
【００５４】
（数１）： （構造深さ） = ０．７５×（発色狙い波長）―２００〔ｎｍ〕
本実施の形態１では、凹部２２の深さ２０６の長さｄは、青色狙いで１５０ｎｍに設定されている。
【００５５】
なお、シミュレーションの結果から、本実施の形態の発色構造において、（頂面２６の幅２０３の長さｐ２）／（底面２５の一辺２０２の長さｐ１）は、０．３〜０．７であれば良い。
【００５６】
また、頂面２６の交差部分Ａからの反射光を強め、上面での反射光と下面での反射光の光量をより同等にするため、正方形状の開口部２３の角２０４に、アールを有し、その角２０４の曲率半径Ｒ１は、正方形状の一辺２０２の１／１０以上に設定されている。
【００５７】
さらに、頂面２６の角に曲率を付けることで底面２５からの反射光を通りやすくするため、頂面２６と側面２４の間に形成される角２０５にアールが形成され、その角２０５の曲率半径Ｒ２が凹部２２の深さ２０６であるｄよりも大きくなるように設定されている。
【００５８】
これにより、平面２における反射光と底面２５における反射光の光量をより同等にすることができる。以上の関係は以下のような数式で表される。
【００５９】
（数２） ０．３ ＜ ｐ２／ｐ１ ＜ ０．７ （デューティー比）
（数３） Ｒ１ > ｐ１／１０ （曲率半径）
（数４） Ｒ２ > ｄ （曲率半径）
本実施の形態では、頂面と底面の反射光の光路差によって所望の色を強調するが、このときに上記正方配列構造により、頂面での反射光と底面での反射光の光量がほぼ同等にすることができ、所望の色を最も強調することができる。また、このときに、回折光はノイズ成分となるが、上記正方配列構造によって、回折方位を増やし回折光の密度を下げることにより、回折光を弱めることができ、相対的に回折光に対する反射光の光量を大きくすることができるため、所望の色をさらに強調することが可能となる。
【００６０】
（実施例）
本実施の形態１の上記寸法を用いて作成した発色構造を有する外装部品を作成し、目視における発色の確認を行った。その結果、発色構造に対して垂直な方向から約３０度傾いた角度まで、青色発色を確認することが出来た。
【００６１】
この点からも本実施の形態の発色構造により、所望の波長の発色光が得られることがわかる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態では、外装部品の表面に矩形状の凹部を正方配列で形成した発色構造を設けることにより、回折光を用いず、隣り合う凹部と凸部の反射光を特定の波長域に制限することが可能となり、目的とする色光を発生させることができる。ここで、構造周期を小さくすることにより回折光の出射角度を低く（回折角度を大きく）して反射光のみが観測されるようにするとともに、矩形状の凹部の深さを、発生させる色（色光の波長域）に合わせて変化させる。
【００６３】
このように回折光ではなく反射光を用いることにより、出射角度に対する色の変化が緩やかになり、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることができ、また、構造深さによって色（色光の波長域）を制御することができる。
【００６４】
また、本実施の形態の発色構造により、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることができ、また、構造深さによって色（色光の波長域）を制御することができる。これにより、顔料や染料などの色素を用いた、材料自体によって特定波長の光が吸収されることによる発色手段に代替することができる。
【００６５】
また、本実施の形態で述べたような構造性発色は、紫外線による経時変化が少なく、また光沢の出やすい等の利点を有することから、外装部品への塗装方法や着色手段として有用である。また、各種の顔料や染料あるいは有機溶剤を用いる必要がないため、廃液処理などの後始末も不要となり、作業面および環境面においても負担を軽減することができる。さらに、印刷や貼り付け、塗装といった工程の分だけ製造コストを削減することができ、特に塗装工程で発生する多くの二酸化炭素を削減することも可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態の発色構造では、格子状の一例として、縦方向及び横方向に凹部２２が配列されているが、図３（ａ）に示すように、縦方向（Ｙ方向）及び右斜め上方に向かって凹部２２が配列された発色構造であってもよく、図３（ｂ）に示すように、左斜め上方及び横方向（Ｘ方向）に向かって凹部２２が配列された発色構造であってもよい。また、図３（ｃ）に示すように、半径の異なる複数の同心円上に凹部２２が配列されていても良い。なお、図中、Ｏを中心とする同心円が二点鎖線で示されている。
【００６７】
また、本発明の矩形状の開口部の一例は、本実施の形態では、正方形状の開口部２３に相当するが、正方形状に限らず、長方形状であってもよい。更に、平行四辺形、菱形、円形、楕円形状、多角形状など、適宜変形することが出来る。
【００６８】
また、本実施の形態２では、縦方向及び横方向の２方向に向かって、複数の凹部が配列されているが、例えば、図４（ａ）に示すように、横方向の一方向に向かってのみ凹部２２が配列されていても良い。
【００６９】
また、本発明の第１反射面部の一例は、本実施の形態の頂面２６に相当し、本発明の第２反射面部の一例は、本実施の形態の底面２５に相当し、本発明の第２反射面部の一例は、凹形状の底に形成されているが、凹形状ではなく溝形状の底に形成されていてもよい。このような構成として、例えば、図４（ｂ）に示すように、複数の溝２８（斜線部）が配列されている構成が挙げられる。この溝２８の間には、凸状部２９（白色部）が形成される。この場合、ＤＤ´間断面図は、図２（ｂ）のような構造となる。但し、図４（ａ）、（ｂ）では、Ｘ方向において視線を移動させた場合には、広い角度で所定の波長の構造色を視ることが出来るが、Ｙ方向において視線を移動させた場合には、狭い角度でしか所定の波長の構造色を視ることが出来ないことになる。
【００７０】
また、本実施の形態では、発色構造２０は、平面上に形成されているが、緩やかな曲面上に形成されていてもよい。
【００７１】
なお、光学解析シミュレーションの結果から、ｐ１＝２００ｎｍ、ｐ２＝１００ｎｍ、で上記（数１）〜（数４）を満たすように構成されたとき、所望の波長の光が強められるが、角２０４、２０５の双方または一方にアールが形成されていなくてもよい。角２０４にアールが形成されていない場合、頂面２６からの反射光が減少し、角２０５にアールが形成されていない場合、底面２５からの反射光が減少するものの、従来と比較すると、より広い角度で、所望の波長の発色を観測することが出来る。
【００７２】
また、上述もしたが、光学解析シミュレーションから、ｐ１＝１００ｎｍ、ｐ２＝２００ｎｍとピッチが３００ｎｍに設定されているが、ピッチを例えば９００ｎｍのように大きくすると、回折角度が小さくなり、回折光である虹光（レインボー）が観測されやすくなるため好ましくないことがわかる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる実施の形態２の発色構造について説明する。本実施の形態の発色構造３０は、実施の形態１の発色構造２０と基本的な構成は同じであるが、反射膜が形成されている点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成については同一の符号が付されている。
【００７４】
図５は、本発明に係る実施の形態２における発色構造３０が形成された外装部品の部分断面構成図である。図５に示すように、本実施の形態２の外装部品には、裏面側基材３１と、裏面側基材３１上に形成された反射膜３２と、反射膜３２上に形成された表面側基材３３が設けられている。
【００７５】
そして、反射膜３２と表面側基材３３の境界部分に、本実施の形態２の発色構造３０が形成されている。すなわち、図５に示すように、表面側基材３３側の凹んでいる部分が、実施の形態１で説明した凹部２２となり、表面側基材３３側に突出している部分の反射膜３２の面が頂面２６となり、反射膜３２の表面の凹部２２の底面が、底面２５となる。
【００７６】
本実施の形態２の外装部品の発色構造３０では、表面の反射率が元々低い材質の場合には反射光はそれ以上の明るさにはならないため、反射膜３２を付加し反射率を向上させることにより構造色強度を向上させている。
【００７７】
なお、裏面側基材３１及び表面側基材３３は、石英や樹脂のような材料で形成することが出来る。また、反射膜３２は、アルミニウムや銀等を蒸着することによって形成することが出来る。
【００７８】
このような外装部品の製造方法について説明する。
【００７９】
はじめに、図６（ａ）に示すように、表面側基材３３の表面（図中下面）に正方配列された複数の矩形状の凹部３３４がエッチングにより形成される。このエッチングにより形成される凹部３３４及び凸部３３５は、図２に示した凹凸形状と嵌り合うように形成されている。そして、下側に突出している突出面３３１が、図２の底面２５の部分に対応し、上側に凹んでいる凹部天井面３３２が図２の頂面２６に対応している。また、凹部天井面３３２と突出面３３１の間に形成されている側面部３３３が、図２の側面２４に対応する。また、凹部天井面３３２と側面部３３３の間で形成される角３３６には、アールが形成されており、図２の角２０５のアールに対応する。なお、図示していないが、図２の開口部２３の４角２０４のアールに対応するように、凹部天井面３３２の４角にもアールが形成されている。
【００８０】
次に、図６（ｂ）に示すように、表面側基材３３の裏面側から蒸着によって、銀、アルミニウム等によって反射膜３２が形成される。
【００８１】
最後に、図６（ｃ）に示すように、エッチングによって表面に凹凸形状が形成された、裏面側基材３１が配置される。なお、この裏面側基材３１上に形成された凹凸形状は、図５から明らかなように、その凸部３１５が、表面側基材３３に形成された凹部３３４よりも小さく、その凹部３１４が、表面側基材３３に形成された凸部３３５よりも大きくなるように構成されている。
【００８２】
以上の工程により、本実施の形態２の外装部品が製造され、発色構造に蒸着により反射膜３２を付加し反射率を向上させることにより構造色強度が向上させることが出来る。
【００８３】
ここでは、下側から蒸着しているため、図５に示すように、側面部の反射膜３２の厚み３６の幅ｄ２が、頂面２６および底面２５の反射膜３２の厚み３５の幅ｄ１の半分以下になっており、その結果、側面部からの反射光が低減され色純度が高まるという効果がある。この関係は以下の数式で表される。
【００８４】
（数５） ｄ２ < ｄ１／２ （構造深さ）
なお、本実施の形態２では、反射膜３２は、裏面側基材３１及び表面側基材３３によって挟まれているが、どちらか一方が設けられておらず、空気層であっても構わない。但し、その場合には、他方は石英や樹脂のような基材でなければならない。
【００８５】
又、表面側基材３３が設けられておらず、反射膜３２の表面側基材３３側が空気層であるような構成の場合、裏面側基材３１にエッチングによって複数の凹部を形成し、凹凸形状が形成された表面に表側から蒸着によって反射膜が形成される。このように表側から反射膜３２が形成された場合であっても、（数５）を満たすことが出来る。
【００８６】
又、上記実施の形態２では、エッチングにより、正方配列された正方形状の複数の凹部を形成し、反射膜を蒸着していたが、エッチングにより正方配列された正方形状の凹部を形成した型形状をインプリント成形品に転写し、反射膜を蒸着してもよい。
【００８７】
また、本実施の形態では、反射膜３２は、頂面２６及び底面２５の双方に設けられているが、底面２５にのみ設けられていても良い。
【００８８】
（実施の形態３）
以下に、本発明にかかる実施の形態３における発色構造について説明する。本実施の形態３における発色構造４０は、実施の形態１の発色構造２０と基本的な構成は同じであるが、凹部の深さの異なる領域が設けられている点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。なお、実施の形態３では、実施の形態１と同様の構成については同一の符号が付されている。
【００８９】
図７は、本発明にかかる実施の形態３における発色構造４０を有する外装部品を示す表面斜視構成図である。
【００９０】
図７に示すように、本実施の形態３の外装部品の表面４１に形成された発色構造４０には、実施の形態１で説明した発色構造１０を各々に有する第１構造色領域４２、第２構造色領域４３、及び第３構造色領域４４が設けられている。
【００９１】
ここで、第１構造色領域４２には、実施の形態１で説明した凹部２２が複数配列されているが、その深さ２０６であるｄが、頂面及び底面からの反射光によって青色の波長が強められるような深さＡに設定されている。この深さＡとしては、例えば、強める波長を４６７ｎｍとすると、（数１）から１５０ｎｍに設定することが出来る。
【００９２】
また、第２構造色領域４３にも、同様に実施の形態１で説明した凹部２２が複数配列されているが、その深さ２０６であるｄは、頂面及び底面からの反射光によって緑色の波長が強められるような深さＢに設定されている。この深さＢとしては、例えば、強める波長を５２５ｎｍとすると、（数１）から１９４ｎｍに設定することが出来る。
【００９３】
また、第３構造色領域４４にも、同様に実施の形態１で説明した凹部２２が複数配列されているが、その深さ２０６であるｄは、頂面及び底面からの反射光によって赤色の波長が強められるような深さＣに設定されている。この深さＣとしては、例えば、強める波長を６６０ｎｍとすると、（数１）から２９５ｎｍに設定することが出来る。
【００９４】
このように、ＲＧＢ３原色の発色領域を組み合わせることにより、多色の発色が得られる。例えば、青色の発色領域である第１構造色領域４２と、緑色の発色領域である第２構造色領域４３の領域の大きさを、赤色の発色領域である第３構造色領域４４よりも小さくした場合、３色が混ざり合いピンク色を発色させることが出来る。
【００９５】
また、このような構成を用いた場合には、全面一色の加飾外装のみではなく、多数の色を組み合わせることによって何らかの画像や模様を付加した加飾外装を施すことができ、より意匠性の高い外装部品を形成することができる。
【００９６】
なお、本実施の形態３では、３つの異なる深さの凹部を有する構造色領域が設けられていたが、２つの異なる深さの凹部を有する構造色領域が設けられていても良いし、４つ以上の構造色領域が設けられていても良く、数が限定されるものではない。
【００９７】
また、本実施の形態３の表面４１にも、実施の形態２で述べたような表面側基材層を設けても良い。
【００９８】
また、上述した実施の形態の発色構造は、テレビ、机等、あらゆる製品に使用することが出来、それら製品の外装部品に限らず内装部品に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の発色構造によれば、より広い角度で所望の色光を観測することが出来るという効果を発揮することが出来、例えば、製品の外装部品、内装部品等として有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 構造発色部
２ 平面
３ 凹部
４ 頂面
５ 底面
６ 凸部
１２、１３、光
１４ 深さ
１５ 光路差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発色構造及びそれを用いた製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料自体によって特定波長の光が吸収されることによらず、材料やその構造に起因して発生する色光によって、その色が呈され、またその色が変化する現象がある。これは光の波長によってその光自体の性質が異なることによるものである。このように構造に起因して色光が発生する場合は、色素のように分子や固体そのものの電子的な性質により発色する場合とは異なり、それ自体には色が無く、構造体による光の反射や干渉、回折などの作用で発色するため、構造性発色と呼ばれる。
【０００３】
通常、構造性発色の発現に関わる光学現象としては、多層膜干渉、薄膜干渉、屈折、分散、光散乱、Ｍｉｅ散乱、回折、及び回折格子、等があり、真空蒸着やスパッタリング等の真空成膜技術で形成された膜厚１μｍ以下の光学薄膜が利用されることが多い。このような構造性発色は、紫外線による経時変化が少なく、また光沢の出やすい等の利点を有することにより、外装部品への塗装方法や着色手段として期待されている。
【０００４】
また、装飾効果を与える外装部品の成形方法としては、しぼ加工や、成形後に２次加工が施される方法や、金型面に化粧線や文字を彫り込んで成形面で浮き上がらせる方法が知られている。特に成形品の着色については、多色成形のような特殊成形によって着色する場合もあるが、一定の色を有する成形品に印刷や貼り付け、塗装を、行うことが一般的である。
【０００５】
しかし、これらの方法による着色では、印刷や貼り付け、塗装といった工程の分だけ製造コストが増加し、特に塗装工程では多くの二酸化炭素が排出される。また、各種の顔料や染料あるいは有機溶剤を用いるため、廃液処理のような後始末も必要となり、作業面および環境面において問題が大きくなってきている。これらの問題を解決するためにも、顔料や染料などの色素を使用せず、光の干渉や回折などの物理現象を用いた上記構造性発色による発色手段が提案されてきており、例えば、微小な凹凸面を有する転写シートがあげられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
図８は、特許文献１において記載されている、従来の構造性発色を利用した転写シートの構成図である。
【０００７】
図８に示す転写シートでは、支持体１００１に、Ｔｇ．２５０℃のポリアミドイミド樹脂を主成分とする耐熱保護層１００２および、ウレタン樹脂を主成分とする回折構造形成層１００３が塗布される。次に、ロールエンボス法により、微小凹凸パターンによって構成される回折格子が回折構造形成層１００３の表面に形成される。そして、金属反射性の回折効果層１００４を形成するとともに耐熱マスク層１００５がパターン印刷される。さらにこれをＮａＯＨ溶液が入った浴槽に浸して上記耐熱マスク層１００５の不存在部から露出した部分の回折効果層１００４をエッチングした後、接着層１００６を形成して転写シートが製造される。
【０００８】
この場合には、被転写体に回折格子を構成する微小凹凸パターンが形成され、構造色を有する色光を発生させることができるため、意匠性に富む転写シートおよびその製造方法を提供することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−７６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１で行われるような、回折格子を構成する微小凹凸パターンを被転写体に形成し、色光を発生させる方法では、狭い方向にしか色光を発生させられないという問題があった。
【００１１】
すなわち、回折格子による回折光を用いて色光を発生させる場合、所望の構造色を有する色光を発生させることが出来る角度が非常に狭く、この角度を外れると、所望の構造色を有する色光を観測することが出来なくなる。また、回折角度は波長によって異なるため、観測角度によって異なる波長の色光が観測され、結果的に虹色（レインボーカラー）の色光が観測されることになる。
【００１２】
このように非常に狭い角度でしか所望の色光を観測することが出来ないと、この発色構造を、内部に物体を有する製品の外装部品に用いる場合、ユーザーにとって、製品を使用する際に製品を観測する角度のうちの、非常に狭い一部の角度からしか所望の構造色を有する色光を観測することができないということになる。このため、意匠性に富んだ外装部品を実現する上で問題となる。
【００１３】
また、顔料や染料などの色素を用いた、材料自体によって特定波長の光が吸収されることによる発色手段に代替するためには、より広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることが必要になる。
【００１４】
本発明は、上記従来の発色構造の課題を考慮し、より広い角度で所望の色光を観測することが可能な発色構造及び発色構造を用いた製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】
【００１５】
上記目的を達成するための、第１の本発明は、
表面に形成された、光が反射する第１反射面部と、
前記第１反射面部と平行であって、前記表面に形成された第２反射面部とを備え、
前記第２反射面部は、前記第１反射面部に対して垂直な方向における位置が、前記第１反射面部とずれており、
前記第１反射面部によって反射された光と、前記第２反射面部によって反射された光が重なることによって、前記ずれの量に対応する波長が強められる、発色構造である。
【００１６】
又、第２の本発明は、
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、交互に配置されている、第１の本発明の発色構造である。
【００１７】
又、第３の本発明は、
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、隣接している、第１又は２の本発明の発色構造である。
【００１８】
又、第４の本発明は、
平面と、
前記平面に形成された複数の凹部とを備え、
前記凹部は、前記平面において規則的に配列されており、
前記凹部の底面が、前記第２反射面部であり、
前記平面のうち、前記凹部の間に形成される凸部の頂面が、前記第１反射面部である、第１の本発明の発色構造である。
【００１９】
又、第５の本発明は、
前記凹部の底面で反射した光と、その凹部に隣接する前記凸部の頂面で反射した光が重なることによって、前記凹部の深さに対応する波長が強められる、第４の本発明の発色構造である。
【００２０】
又、第６の本発明は、
前記底面には、反射膜が形成されている、第４の本発明の発色構造である。
【００２１】
又、第７の本発明は、
前記複数の凹部は、格子状に配列されている、第４の本発明の発色構造である。
【００２２】
又、第８の本発明は、
前記凹部は、前記平面に形成された矩形状の開口部を有しており、
複数の前記矩形状の開口部は、横方向及び縦方向に平行に配置されている、第４の本発明の発色構造である。
【００２３】
又、第９の本発明は、
前記凹部の深さが、第１の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第１の構造色領域と、
前記凹部の深さが、第２の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第２の構造色領域とを備え、
前記第１の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第１の波長と、前記第２の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第２の波長は異なっている、第４〜８のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２４】
又、第１０の本発明は、
前記凹部の深さが、第３の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第３の構造色領域を更に備え、
前記第１の波長は、青色発色する波長であり、
前記第２の波長は、緑色発色する波長であり、
前記第３の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第３の波長は、赤色発色する波長である、第９の本発明の発色構造である。
【００２５】
又、第１１の本発明は、
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、３００ｎｍ以下の周期で交互に配置されている、第４〜１０のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２６】
又、第１２の本発明は、
前記第１の反射面部の幅に対する前記第２反射面部の幅の比率は、０．３以上、０．７以下である、第４〜１１のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２７】
又、第１３の本発明は、
強められる前記波長と、前記凹部の深さは、（数１）を満たす、第４〜１２のいずれかの本発明の発色構造である。
【００２８】
（数１）（前記凹部の深さ）＝０．７５×（強められる波長）―２００ｎｍ
又、第１４の本発明は、
前記矩形状の開口部の４角には、アールが形成されている、第８の本発明の発色構造である。
【００２９】
又、第１５の本発明は、
前記凸部の頂面と前記凹部の側面に形成される角には、アールが形成されている、第４の本発明の発色構造である。
【００３０】
又、第１６の本発明は、
前記凸部の頂面、及び複数の前記凹部の側面及び前記底面には反射膜が形成されており、
前記側壁に形成された前記反射膜の厚みは、前記頂面及び前記底面に形成された前記反射膜の厚みの半分以下である、第４の本発明の発色構造である。
【００３１】
又、第１７の本発明は、
第１〜１６のいずれかの本発明の発色構造を備えた、製品である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、より広い角度で所望の色光を観測することが可能な発色構造及び発色構造を用いた製品を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る発色構造による構造性発色を説明するための断面構成図
【図２】（ａ）本発明に係る実施の形態１における発色構造を有する外装部品の部分平面図、（ｂ）図２（ａ）のＺＺ´間断面図
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）本発明に係る実施の形態１の変形例の発色構造を有する外装部品の部分平面図
【図４】（ａ）、（ｂ）本発明に係る実施の形態１の変形例の発色構造を有する外装部品の部分平面図
【図５】本発明に係る実施の形態２における発色構造を有する外装部品の部分断面構成図
【図６】（ａ）〜（ｃ）本発明に係る実施の形態２における発色構造を有する外装部品の製造工程を説明するための図
【図７】本発明に係る実施の形態３における発色構造を有する外装部品の部分斜視図
【図８】従来例における構造性発色を利用した転写シートの構成図を示す図
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
はじめに、本発明の発色構造による構造性発色の原理について説明する。
【００３６】
図１は、本発明にかかる発色構造１０を有する構造発色部１の断面構成図である。この本発明にかかる発色構造１０では、回折光ではなく反射光を特定の波長域に制限することにより、目的とする色光を発生させる。
【００３７】
ここで構造発色部１は、平面２に形成された矩形状の複数の凹部３によって形成され、この凹凸構造の表面反射により発色する。凹部３の間に形成される凸部６の頂面４（凹部３の間の平面２の部分）で反射した光１２と、凹部３の底面５で反射した光１３との間の光路差１５（図中太線部分）であるΔが、所定の波長の整数倍程度になった場合には所定の波長の反射光が強く、逆に半波長分ずれれば所定の波長の反射光が弱くなる。この頂面４が、本発明の第１反射面部の一例に相当し、底面５が本発明の第２反射面部の一例に相当する。又、本発明の表面の一例は、平面２、底面５、及び凹部３の側面７を含む構造発色部の平面２側の面に相当する。
【００３８】
また、図１に示すように、光路差１５であるΔは、凹部３の深さ１４であるｄの約２倍程度になる。このため、凹部３の深さ１４の長さｄを大きくすると、強められる反射光の波長が長波長側にシフトする。このように凹部３の深さ１４を変化させることによって、強められる反射光の波長の色のコントロールが可能であり、所望の波長を発色することが出来る。
【００３９】
なお、実際には反射光と回折光の両方が観測されるが、反射光は角度による色変化が緩やかであるのに対して、回折角度は波長によって異なる。これは、回折光の場合には、角度が変化すると光路差が大きく変化し、反射光の場合には、角度が変化しても光路差が大きくは変化しないためと考えられる。このため、回折光は角度による色変化が急峻であり、観測角度によって異なる波長の色光が観測され、結果的に虹色（レインボーカラー）の色光が観測されることになる。
【００４０】
したがって、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させるためには、反射光を強く、回折光を弱くする必要がある。反射光を強くするためには、後で述べるように反射膜を付加する等の手段を取ることになるが、回折光を弱くするためには構造周期を小さくする必要がある。これは、構造が短ピッチであるほど、回折角度が大きくなるため、回折光の出射角度を低くして反射光のみが観測されるようにすることができるためである。下記に述べるように、実施の形態１では、製作難易度を考慮しピッチは３００ｎｍに設定されている。
【００４１】
このように、構造色を発生させるために、回折光ではなく反射光を積極的に用いることにより、出射角度に対する色の変化が緩やかになり、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることができ、また、構造深さによって色（色光の波長域）を制御することができる。
【００４２】
（実施の形態１）
以下に、本発明にかかる実施の形態１における発色構造２０について図面を参照しながら説明する。
【００４３】
図２（ａ）は、本発明に係る実施の形態１の発色構造２０が形成された外装部品の部分平面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＺＺ´間断面図である。
【００４４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態１の発色構造２０は、平面２１に設けられた複数の凹部２２から形成されている。この複数の凹部２２は、平面２１に形成された正方形状の開口部２３と、開口部２３の縁から平面２に対して垂直に形成された側面２４と、平面２と平行に形成された底面２５とを有している。
【００４５】
又、複数の凹部２２は、縦方向（図２（ｂ）中Ｙ方向）及び横方向（図２（ｂ）中Ｘ方向）に同一間隔で配置されている。Ｘ方向とＹ方向によって形成される角度は、９０度である。横方向の配列においては、各々の凹部２２は、それぞれの開口部２３の上下の辺が同一直線上にあり、それぞれの左右の辺が平行になるように配置されている。縦方向の配列においては、各々の凹部２２は、その開口部２３の上下の辺が平行になり、左右の辺が同一直線上になるように配置されている。
【００４６】
すなわち、外装部品の表面に、上方から見て正方形状の開口部２３が、面内Ｘ方向とＹ方向に同じ周期でそれぞれ直線上に配列され、縦及び横方向に配列された複数の開口部２３は、上下左右に対称であって、頂面２６のそれぞれの交差部分Ａの周りに配置された４つの開口部２３は、Ａの中央を基準にして４回対称になるように配置されている。このように、凹部２２の中心間隔を１辺の長さとする正方形の頂点に凹部２２を配列する方法を、以下、正方配列という。
【００４７】
又、図２（ａ）に示すように、開口部２３の角２０４にはアールが形成されている。また、図２（ｂ）に示すように、凹部２２の間には、凸部２７が形成されており、平面２の凹部２２の間の部分は、凸部２７の頂面２６となる。そして、この頂面２６と、凹部２２の側面２４の間に形成される角２０５にもアールが形成されている。
【００４８】
なお、本発明の第１反射面部の一例は、本実施の形態の頂面２６に相当し、本発明の第２反射面部の一例は、本実施の形態の底面２５に相当する。又、本発明のずれの量は、本実施の形態の凹部２２の深さ２０６であるｄに相当する。
【００４９】
以下に、本実施の形態の発色構造の具体的な寸法について説明する。
【００５０】
光学解析シミュレーションの結果では、上記正方形状の開口部２３の内側底面２５の一辺２０２の長さと、平面２１内Ｘ方向とＹ方向に同じ周期で配列されている上記開口部２３の間にある頂面２６の幅２０３との比率（デューティー比）が、大きくなると青色純度は向上するが輝度が低下する。そのため、トレードオフで平面２内において、Ｘ方向とＹ方向ともに、その比率が2/3に設定されている。
【００５１】
具体的には、凹ドットパターンである上記正方形状の開口部２３の底面２５の一辺２０２の長さは２００ｎｍに設定され、平面２内Ｘ方向とＹ方向に同じ周期で配列されている上記開口部２３の間にある頂面２６の幅は１００ｎｍに設定される。
【００５２】
これは、図２（ａ）、（ｂ）において、底面２５の一辺２０２の幅ｐ１が、２００ｎｍとなり、頂面２６の幅２０３の長さｐ２が１００ｎｍとなる構造である。
【００５３】
一方、光学解析シミュレーションの結果から、構造深さと発色狙い波長の間には、おおよそ以下の数式１に示されるような関係が成り立つことがわかった。
【００５４】
（数１）： （構造深さ） = ０．７５×（発色狙い波長）―２００〔ｎｍ〕
本実施の形態１では、凹部２２の深さ２０６の長さｄは、青色狙いで１５０ｎｍに設定されている。
【００５５】
なお、シミュレーションの結果から、本実施の形態の発色構造において、（頂面２６の幅２０３の長さｐ２）／（底面２５の一辺２０２の長さｐ１）は、０．３〜０．７であれば良い。
【００５６】
また、頂面２６の交差部分Ａからの反射光を強め、上面での反射光と下面での反射光の光量をより同等にするため、正方形状の開口部２３の角２０４に、アールを有し、その角２０４の曲率半径Ｒ１は、正方形状の一辺２０２の１／１０以上に設定されている。
【００５７】
さらに、頂面２６の角に曲率を付けることで底面２５からの反射光を通りやすくするため、頂面２６と側面２４の間に形成される角２０５にアールが形成され、その角２０５の曲率半径Ｒ２が凹部２２の深さ２０６であるｄよりも大きくなるように設定されている。
【００５８】
これにより、平面２における反射光と底面２５における反射光の光量をより同等にすることができる。以上の関係は以下のような数式で表される。
【００５９】
（数２） ０．３ ＜ ｐ２／ｐ１ ＜ ０．７ （デューティー比）
（数３） Ｒ１ > ｐ１／１０ （曲率半径）
（数４） Ｒ２ > ｄ （曲率半径）
本実施の形態では、頂面と底面の反射光の光路差によって所望の色を強調するが、このときに上記正方配列構造により、頂面での反射光と底面での反射光の光量がほぼ同等にすることができ、所望の色を最も強調することができる。また、このときに、回折光はノイズ成分となるが、上記正方配列構造によって、回折方位を増やし回折光の密度を下げることにより、回折光を弱めることができ、相対的に回折光に対する反射光の光量を大きくすることができるため、所望の色をさらに強調することが可能となる。
【００６０】
（実施例）
本実施の形態１の上記寸法を用いて作成した発色構造を有する外装部品を作成し、目視における発色の確認を行った。その結果、発色構造に対して垂直な方向から約３０度傾いた角度まで、青色発色を確認することが出来た。
【００６１】
この点からも本実施の形態の発色構造により、所望の波長の発色光が得られることがわかる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態では、外装部品の表面に矩形状の凹部を正方配列で形成した発色構造を設けることにより、回折光を用いず、隣り合う凹部と凸部の反射光を特定の波長域に制限することが可能となり、目的とする色光を発生させることができる。ここで、構造周期を小さくすることにより回折光の出射角度を低く（回折角度を大きく）して反射光のみが観測されるようにするとともに、矩形状の凹部の深さを、発生させる色（色光の波長域）に合わせて変化させる。
【００６３】
このように回折光ではなく反射光を用いることにより、出射角度に対する色の変化が緩やかになり、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることができ、また、構造深さによって色（色光の波長域）を制御することができる。
【００６４】
また、本実施の形態の発色構造により、広い角度範囲に対して単色（同一波長域）の色光を発生させることができ、また、構造深さによって色（色光の波長域）を制御することができる。これにより、顔料や染料などの色素を用いた、材料自体によって特定波長の光が吸収されることによる発色手段に代替することができる。
【００６５】
また、本実施の形態で述べたような構造性発色は、紫外線による経時変化が少なく、また光沢の出やすい等の利点を有することから、外装部品への塗装方法や着色手段として有用である。また、各種の顔料や染料あるいは有機溶剤を用いる必要がないため、廃液処理などの後始末も不要となり、作業面および環境面においても負担を軽減することができる。さらに、印刷や貼り付け、塗装といった工程の分だけ製造コストを削減することができ、特に塗装工程で発生する多くの二酸化炭素を削減することも可能となる。
【００６６】
なお、本実施の形態の発色構造では、格子状の一例として、縦方向及び横方向に凹部２２が配列されているが、図３（ａ）に示すように、縦方向（Ｙ方向）及び右斜め上方に向かって凹部２２が配列された発色構造であってもよく、図３（ｂ）に示すように、左斜め上方及び横方向（Ｘ方向）に向かって凹部２２が配列された発色構造であってもよい。また、図３（ｃ）に示すように、半径の異なる複数の同心円上に凹部２２が配列されていても良い。なお、図中、Ｏを中心とする同心円が二点鎖線で示されている。
【００６７】
また、本発明の矩形状の開口部の一例は、本実施の形態では、正方形状の開口部２３に相当するが、正方形状に限らず、長方形状であってもよい。更に、平行四辺形、菱形、円形、楕円形状、多角形状など、適宜変形することが出来る。
【００６８】
また、本実施の形態２では、縦方向及び横方向の２方向に向かって、複数の凹部が配列されているが、例えば、図４（ａ）に示すように、横方向の一方向に向かってのみ凹部２２が配列されていても良い。
【００６９】
また、本発明の第１反射面部の一例は、本実施の形態の頂面２６に相当し、本発明の第２反射面部の一例は、本実施の形態の底面２５に相当し、本発明の第２反射面部の一例は、凹形状の底に形成されているが、凹形状ではなく溝形状の底に形成されていてもよい。このような構成として、例えば、図４（ｂ）に示すように、複数の溝２８（斜線部）が配列されている構成が挙げられる。この溝２８の間には、凸状部２９（白色部）が形成される。この場合、ＤＤ´間断面図は、図２（ｂ）のような構造となる。但し、図４（ａ）、（ｂ）では、Ｘ方向において視線を移動させた場合には、広い角度で所定の波長の構造色を視ることが出来るが、Ｙ方向において視線を移動させた場合には、狭い角度でしか所定の波長の構造色を視ることが出来ないことになる。
【００７０】
また、本実施の形態では、発色構造２０は、平面上に形成されているが、緩やかな曲面上に形成されていてもよい。
【００７１】
なお、光学解析シミュレーションの結果から、ｐ１＝２００ｎｍ、ｐ２＝１００ｎｍ、で上記（数１）〜（数４）を満たすように構成されたとき、所望の波長の光が強められるが、角２０４、２０５の双方または一方にアールが形成されていなくてもよい。角２０４にアールが形成されていない場合、頂面２６からの反射光が減少し、角２０５にアールが形成されていない場合、底面２５からの反射光が減少するものの、従来と比較すると、より広い角度で、所望の波長の発色を観測することが出来る。
【００７２】
また、上述もしたが、光学解析シミュレーションから、ｐ１＝１００ｎｍ、ｐ２＝２００ｎｍとピッチが３００ｎｍに設定されているが、ピッチを例えば９００ｎｍのように大きくすると、回折角度が小さくなり、回折光である虹光（レインボー）が観測されやすくなるため好ましくないことがわかる。
【００７３】
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる実施の形態２の発色構造について説明する。本実施の形態の発色構造３０は、実施の形態１の発色構造２０と基本的な構成は同じであるが、反射膜が形成されている点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成については同一の符号が付されている。
【００７４】
図５は、本発明に係る実施の形態２における発色構造３０が形成された外装部品の部分断面構成図である。図５に示すように、本実施の形態２の外装部品には、裏面側基材３１と、裏面側基材３１上に形成された反射膜３２と、反射膜３２上に形成された表面側基材３３が設けられている。
【００７５】
そして、反射膜３２と表面側基材３３の境界部分に、本実施の形態２の発色構造３０が形成されている。すなわち、図５に示すように、表面側基材３３側の凹んでいる部分が、実施の形態１で説明した凹部２２となり、表面側基材３３側に突出している部分の反射膜３２の面が頂面２６となり、反射膜３２の表面の凹部２２の底面が、底面２５となる。
【００７６】
本実施の形態２の外装部品の発色構造３０では、表面の反射率が元々低い材質の場合には反射光はそれ以上の明るさにはならないため、反射膜３２を付加し反射率を向上させることにより構造色強度を向上させている。
【００７７】
なお、裏面側基材３１及び表面側基材３３は、石英や樹脂のような材料で形成することが出来る。また、反射膜３２は、アルミニウムや銀等を蒸着することによって形成することが出来る。
【００７８】
このような外装部品の製造方法について説明する。
【００７９】
はじめに、図６（ａ）に示すように、表面側基材３３の表面（図中下面）に正方配列された複数の矩形状の凹部３３４がエッチングにより形成される。このエッチングにより形成される凹部３３４及び凸部３３５は、図２に示した凹凸形状と嵌り合うように形成されている。そして、下側に突出している突出面３３１が、図２の底面２５の部分に対応し、上側に凹んでいる凹部天井面３３２が図２の頂面２６に対応している。また、凹部天井面３３２と突出面３３１の間に形成されている側面部３３３が、図２の側面２４に対応する。また、凹部天井面３３２と側面部３３３の間で形成される角３３６には、アールが形成されており、図２の角２０５のアールに対応する。なお、図示していないが、図２の開口部２３の４角２０４のアールに対応するように、凹部天井面３３２の４角にもアールが形成されている。
【００８０】
次に、図６（ｂ）に示すように、表面側基材３３の裏面側から蒸着によって、銀、アルミニウム等によって反射膜３２が形成される。
【００８１】
最後に、図６（ｃ）に示すように、エッチングによって表面に凹凸形状が形成された、裏面側基材３１が配置される。なお、この裏面側基材３１上に形成された凹凸形状は、図５から明らかなように、その凸部３１５が、表面側基材３３に形成された凹部３３４よりも小さく、その凹部３１４が、表面側基材３３に形成された凸部３３５よりも大きくなるように構成されている。
【００８２】
以上の工程により、本実施の形態２の外装部品が製造され、発色構造に蒸着により反射膜３２を付加し反射率を向上させることにより構造色強度が向上させることが出来る。
【００８３】
ここでは、下側から蒸着しているため、図５に示すように、側面部の反射膜３２の厚み３６の幅ｄ２が、頂面２６および底面２５の反射膜３２の厚み３５の幅ｄ１の半分以下になっており、その結果、側面部からの反射光が低減され色純度が高まるという効果がある。この関係は以下の数式で表される。
【００８４】
（数５） ｄ２ < ｄ１／２ （構造深さ）
なお、本実施の形態２では、反射膜３２は、裏面側基材３１及び表面側基材３３によって挟まれているが、どちらか一方が設けられておらず、空気層であっても構わない。但し、その場合には、他方は石英や樹脂のような基材でなければならない。
【００８５】
又、表面側基材３３が設けられておらず、反射膜３２の表面側基材３３側が空気層であるような構成の場合、裏面側基材３１にエッチングによって複数の凹部を形成し、凹凸形状が形成された表面に表側から蒸着によって反射膜が形成される。このように表側から反射膜３２が形成された場合であっても、（数５）を満たすことが出来る。
【００８６】
又、上記実施の形態２では、エッチングにより、正方配列された正方形状の複数の凹部を形成し、反射膜を蒸着していたが、エッチングにより正方配列された正方形状の凹部を形成した型形状をインプリント成形品に転写し、反射膜を蒸着してもよい。
【００８７】
また、本実施の形態では、反射膜３２は、頂面２６及び底面２５の双方に設けられているが、底面２５にのみ設けられていても良い。
【００８８】
（実施の形態３）
以下に、本発明にかかる実施の形態３における発色構造について説明する。本実施の形態３における発色構造４０は、実施の形態１の発色構造２０と基本的な構成は同じであるが、凹部の深さの異なる領域が設けられている点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。なお、実施の形態３では、実施の形態１と同様の構成については同一の符号が付されている。
【００８９】
図７は、本発明にかかる実施の形態３における発色構造４０を有する外装部品を示す表面斜視構成図である。
【００９０】
図７に示すように、本実施の形態３の外装部品の表面４１に形成された発色構造４０には、実施の形態１で説明した発色構造１０を各々に有する第１構造色領域４２、第２構造色領域４３、及び第３構造色領域４４が設けられている。
【００９１】
ここで、第１構造色領域４２には、実施の形態１で説明した凹部２２が複数配列されているが、その深さ２０６であるｄが、頂面及び底面からの反射光によって青色の波長が強められるような深さＡに設定されている。この深さＡとしては、例えば、強める波長を４６７ｎｍとすると、（数１）から１５０ｎｍに設定することが出来る。
【００９２】
また、第２構造色領域４３にも、同様に実施の形態１で説明した凹部２２が複数配列されているが、その深さ２０６であるｄは、頂面及び底面からの反射光によって緑色の波長が強められるような深さＢに設定されている。この深さＢとしては、例えば、強める波長を５２５ｎｍとすると、（数１）から１９４ｎｍに設定することが出来る。
【００９３】
また、第３構造色領域４４にも、同様に実施の形態１で説明した凹部２２が複数配列されているが、その深さ２０６であるｄは、頂面及び底面からの反射光によって赤色の波長が強められるような深さＣに設定されている。この深さＣとしては、例えば、強める波長を６６０ｎｍとすると、（数１）から２９５ｎｍに設定することが出来る。
【００９４】
このように、ＲＧＢ３原色の発色領域を組み合わせることにより、多色の発色が得られる。例えば、青色の発色領域である第１構造色領域４２と、緑色の発色領域である第２構造色領域４３の領域の大きさを、赤色の発色領域である第３構造色領域４４よりも小さくした場合、３色が混ざり合いピンク色を発色させることが出来る。
【００９５】
また、このような構成を用いた場合には、全面一色の加飾外装のみではなく、多数の色を組み合わせることによって何らかの画像や模様を付加した加飾外装を施すことができ、より意匠性の高い外装部品を形成することができる。
【００９６】
なお、本実施の形態３では、３つの異なる深さの凹部を有する構造色領域が設けられていたが、２つの異なる深さの凹部を有する構造色領域が設けられていても良いし、４つ以上の構造色領域が設けられていても良く、数が限定されるものではない。
【００９７】
また、本実施の形態３の表面４１にも、実施の形態２で述べたような表面側基材層を設けても良い。
【００９８】
また、上述した実施の形態の発色構造は、テレビ、机等、あらゆる製品に使用することが出来、それら製品の外装部品に限らず内装部品に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の発色構造によれば、より広い角度で所望の色光を観測することが出来るという効果を発揮することが出来、例えば、製品の外装部品、内装部品等として有用である。
【符号の説明】
【０１００】
１ 構造発色部
２ 平面
３ 凹部
４ 頂面
５ 底面
６ 凸部
１２、１３、光
１４ 深さ
１５ 光路差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成された、光が反射する第１反射面部と、
前記第１反射面部と平行であって、前記表面に形成された第２反射面部とを備え、
前記第２反射面部は、前記第１反射面部に対して垂直な方向における位置が、前記第１反射面部とずれており、
前記第１反射面部によって反射された光と、前記第２反射面部によって反射された光が重なることによって、前記ずれの量に対応する波長が強められる、発色構造。
【請求項２】
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、交互に配置されている、請求項１記載の発色構造。
【請求項３】
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、隣接している、請求項１又は２記載の発色構造。
【請求項４】
平面と、
前記平面に形成された複数の凹部とを備え、
前記凹部は、前記平面において規則的に配列されており、
前記凹部の底面が、前記第２反射面部であり、
前記平面のうち、前記凹部の間に形成される凸部の頂面が、前記第１反射面部である、請求項１記載の発色構造。
【請求項５】
前記凹部の底面で反射した光と、その凹部に隣接する前記凸部の頂面で反射した光が重なることによって、前記凹部の深さに対応する波長が強められる、請求項４記載の発色構造。
【請求項６】
前記底面には、反射膜が形成されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項７】
前記複数の凹部は、格子状に配列されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項８】
前記凹部は、前記平面に形成された矩形状の開口部を有しており、
複数の前記矩形状の開口部は、横方向及び縦方向に平行に配置されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項９】
前記凹部の深さが、第１の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第１の構造色領域と、
前記凹部の深さが、第２の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第２の構造色領域とを備え、
前記第１の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第１の波長と、前記第２の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第２の波長は異なっている、請求項４〜８のいずれかに記載の発色構造。
【請求項１０】
前記凹部の深さが、第３の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第３の構造色領域を更に備え、
前記第１の波長は、青色発色する波長であり、
前記第２の波長は、緑色発色する波長であり、
前記第３の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第３の波長は、赤色発色する波長である、請求項９記載の発色構造。
【請求項１１】
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、３００ｎｍ以下の周期で交互に配置されている、請求項４〜１０のいずれかに記載の発色構造。
【請求項１２】
前記第１の反射面部の幅に対する前記第２反射面部の幅の比率は、０．３以上、０．７以下である、請求項４〜１１のいずれかに記載の発色構造。
【請求項１３】
強められる前記波長と、前記凹部の深さは、（数１）を満たす、請求項４〜１２のいずれかに記載の発色構造。
（数１）（前記凹部の深さ）＝０．７５×（強められる波長）―２００ｎｍ
【請求項１４】
前記矩形状の開口部の４角には、アールが形成されている、請求項８記載の発色構造。
【請求項１５】
前記凸部の頂面と前記凹部の側面に形成される角には、アールが形成されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項１６】
前記凸部の頂面、及び複数の前記凹部の側面及び前記底面には反射膜が形成されており、
前記側壁に形成された前記反射膜の厚みは、前記頂面及び前記底面に形成された前記反射膜の厚みの半分以下である、請求項４記載の発色構造。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかの発色構造を備えた、製品。
【請求項１】
表面に形成された、光が反射する第１反射面部と、
前記第１反射面部と平行であって、前記表面に形成された第２反射面部とを備え、
前記第２反射面部は、前記第１反射面部に対して垂直な方向における位置が、前記第１反射面部とずれており、
前記第１反射面部によって反射された光と、前記第２反射面部によって反射された光が重なることによって、前記ずれの量に対応する波長が強められる、発色構造。
【請求項２】
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、交互に配置されている、請求項１記載の発色構造。
【請求項３】
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、隣接している、請求項１又は２記載の発色構造。
【請求項４】
平面と、
前記平面に形成された複数の凹部とを備え、
前記凹部は、前記平面において規則的に配列されており、
前記凹部の底面が、前記第２反射面部であり、
前記平面のうち、前記凹部の間に形成される凸部の頂面が、前記第１反射面部である、請求項１記載の発色構造。
【請求項５】
前記凹部の底面で反射した光と、その凹部に隣接する前記凸部の頂面で反射した光が重なることによって、前記凹部の深さに対応する波長が強められる、請求項４記載の発色構造。
【請求項６】
前記底面には、反射膜が形成されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項７】
前記複数の凹部は、格子状に配列されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項８】
前記凹部は、前記平面に形成された矩形状の開口部を有しており、
複数の前記矩形状の開口部は、横方向及び縦方向に平行に配置されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項９】
前記凹部の深さが、第１の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第１の構造色領域と、
前記凹部の深さが、第２の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第２の構造色領域とを備え、
前記第１の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第１の波長と、前記第２の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第２の波長は異なっている、請求項４〜８のいずれかに記載の発色構造。
【請求項１０】
前記凹部の深さが、第３の所定の深さである複数の前記凹部が隣り合って配置された第３の構造色領域を更に備え、
前記第１の波長は、青色発色する波長であり、
前記第２の波長は、緑色発色する波長であり、
前記第３の構造色領域の前記第１の反射面部及び前記第２の反射面部によって強められる第３の波長は、赤色発色する波長である、請求項９記載の発色構造。
【請求項１１】
前記第１反射面部と前記第２反射面部は、３００ｎｍ以下の周期で交互に配置されている、請求項４〜１０のいずれかに記載の発色構造。
【請求項１２】
前記第１の反射面部の幅に対する前記第２反射面部の幅の比率は、０．３以上、０．７以下である、請求項４〜１１のいずれかに記載の発色構造。
【請求項１３】
強められる前記波長と、前記凹部の深さは、（数１）を満たす、請求項４〜１２のいずれかに記載の発色構造。
（数１）（前記凹部の深さ）＝０．７５×（強められる波長）―２００ｎｍ
【請求項１４】
前記矩形状の開口部の４角には、アールが形成されている、請求項８記載の発色構造。
【請求項１５】
前記凸部の頂面と前記凹部の側面に形成される角には、アールが形成されている、請求項４記載の発色構造。
【請求項１６】
前記凸部の頂面、及び複数の前記凹部の側面及び前記底面には反射膜が形成されており、
前記側壁に形成された前記反射膜の厚みは、前記頂面及び前記底面に形成された前記反射膜の厚みの半分以下である、請求項４記載の発色構造。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれかの発色構造を備えた、製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２３１８６（Ｐ２０１１−１２３１８６Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９５４７（Ｐ２００９−２７９５４７）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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