JP2005099858A - 回折格子を用いた絵柄体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 輪郭によって絵柄を表す回折格子の多重記録部において回折効率が低下するのを防止する。
【解決手段】 絵柄ＡとＢの部分Ｃでの重畳体を電子線描画、レーザ描画等の描画により形成する場合、絵柄Ａの非多重化領域Ａ₁ 、Ａ₂ 、絵柄Ｂの非多重化領域Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、それに多重化領域Ｃに分け、同一基板上に、まず非多重化領域Ａ₁ 、Ａ₂ に横方向の回折格子溝列を描画し、次いで、非多重化領域Ｂ₁ 、Ｂ₂ に縦方向の回折格子溝列を描画し、最後に、多重化領域Ｃに、描画する回折格子の交差部を１回だけ露光し多重露光しないようにするため、これら２つの回折格子溝列の多重化溝列である碁盤の目状の交差回折格子溝列を１回の露光で描画する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回折格子を用いた絵柄体の製造方法に関し、特に、多重記録部において回折効率の低下を防止した回折格子を用いた絵柄体の製造方法に関する。

従来、回折格子領域の輪郭によって文字、画像等の絵柄を構成することは、透明回折格子ラベルとして、本出願人が特許文献１及び特願平４−９０９２３号において提案している。また、回折格子集合体の輪郭によって視点の移動に伴って回折光が滑らかに動く絵柄を構成することも、本出願人が特願平４−２２００２２号、同４−２２００７４号、同４−２２３９６６号等において提案している。
国際公開第ＷＯ９１／０３３８０号パンフレット

このような回折格子を用いた絵柄体において、複数の絵柄を照明方向、観察方向等の切り換えにより選択的に見えるようにするため、各絵柄に対して溝方向の異なる回折格子を対応させ、それらの絵柄領域の全部又は一部を重ね合わせて記録するいわゆる多重化を行う場合、多重化領域の回折効率が非多重化領域に比べて低下し、１つの絵柄内に輝度ムラが生じてしまうという問題がある。

例えば、回折格子を電子線露光により描画して作製する場合、従来は、図７に模式的に示すように、１つの絵柄Ａ（横長の長方形）を表す回折格子の溝ａともう１つの絵柄Ｂ（縦長の長方形）を表す別の回折格子の溝ｂとを順番に連続して一部の領域Ｃで重ね合わせて描画している。矢印は描画方向を示すものとする。その場合、多重化領域Ｃは、図８（ａ）に示すように、多重化する２つの回折格子の溝ａ、ｂの交差部は、設計上できるだけ角張った十字状であることが必要であるが、上記のように順番に連続して重ね合わせて描画すると、この交差部で二重露光になるため、図８（ｂ）に示すように、溝で囲まれる島部分の角がなくなり丸味を帯び、かつ、その面積が設計値より小さくなる。そのため、それぞれの絵柄を表す回折格子の回折効率がこの部分Ｃで非多重化領域に比べて低下してしまう。具体例として、溝とその間のスペースの幅の比が１：１で溝幅が０．５μｍの場合、回折効率の多重化領域と非多重化領域の比が１：１２になってしまう。この比はスペースの幅の割合がさらに小さくなると、溝で囲まれる島部分の面積がより急速に小さくなるので、さらに小さくなる。

本発明は従来技術の上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、輪郭によって絵柄を表す回折格子の多重記録部において回折効率が低下するのを防止するようにした絵柄体の製造方法を提供することである。

上記目的を達成する本発明の回折格子を用いた絵柄体の製造方法は、複数の絵柄を一部の領域で相互に重畳して配置し、各絵柄に対して格子の向きが相互に異なり連続した線列からなる回折格子を対応させ、その回折格子領域の輪郭によって各絵柄を表した露光により描画された回折格子を用いた絵柄体の製造方法において、絵柄の描画時に、多重化領域に描画する回折格子の交差部を１回だけ露光し、多重露光しないようにしたことを特徴とする方法である。

この場合、各絵柄を非多重化領域と多重化領域とに分け、非多重化領域には、対応する絵柄に対応する回折格子の線列を別々に描画し、多重化領域には、多重化される絵柄に対応する回折格子の線列を重ね合わせて表される模様を別に描画するようにしてもよい。

本発明の回折格子を用いた絵柄体の製造方法においては、絵柄の描画時に、描画する回折格子の交差部を１回だけ露光し、多重露光しないようにするので、多重化領域において、回折格子で囲まれる島部分が丸味を帯びかつ面積が小さくなることがなく、その多重化領域の回折効率が非多重化領域に比べて低下することは起きない。したがって、各絵柄内に輝度ムラが生じない。

以下、図面を参照にして本発明の回折格子を用いた絵柄体及びその製造方法の実施例について説明する。

本発明の基本の第１は、回折格子を用いた絵柄体の多重記録部において回折効率が低下するのを防止するために、絵柄の描画時に、描画する回折格子溝の交差部を１回だけ露光し、多重露光しないようにすることである。本発明の基本の第２は、回折格子を連続線溝列から構成するのではなく、少なくとも多重記録領域において回折格子溝相互が交差しないように、回折格子を破線溝列から構成するようにすることである。

図１は、横長の長方形の絵柄Ａと縦長の長方形の絵柄Ｂを領域Ｃで重ね合わせて絵柄体を構成する場合の模式図であり、照明方向又は観察方向を切り換えて、絵柄Ａ又はＢが選択的に見えるようにするため、絵柄Ａは、例えば横方向に平行に伸びる回折格子溝列ａの輪郭によって表すものとし、絵柄Ｂは、例えば縦方向に平行に伸びる回折格子溝列ｂの輪郭によって表すものとする（図７参照）。

このような絵柄体を電子線描画、レーザ描画等によりレジストを塗布した基板上に描画により形成する場合、絵柄Ａの非多重化領域Ａ₁ 、Ａ₂ 、絵柄Ｂの非多重化領域Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、それに多重化領域Ｃに分け、同一基板上に、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば、まず非多重化領域Ａ₁ 、Ａ₂ に横方向の回折格子溝列ａを描画し（同図（ａ））、次いで、非多重化領域Ｂ₁ 、Ｂ₂ の回折格子溝列ｂを描画し（同図（ｂ））、最後に、多重化領域Ｃに回折格子溝列ａ、ｂの多重化溝列である碁盤の目状の交差回折格子溝列ｃを描画する。交差回折格子溝列ｃの描画方法には種々の方法があるが、例えば横方向の溝列をまず描き、縦方向の溝列を交差部で二重露光にならないように飛び飛びに描く方法等があるが、その他の何れの方法でもよい。描画後、レジストを現像して、開口の開いたレジストをマスクとして基板をエッチングすることにより回折格子を用いた絵柄体の原版が完成する。その原版をプラスチックシート等に複製することにより、図１の絵柄Ａ又はＢが選択的に見える回折格子を用いた絵柄体が作成される。なお、図２（ａ）〜（ｃ）の描画順は、何れを最初に、また、何れを最後に描画してもよい。

以上のように、最終的に作成する絵柄体を、非多重化領域Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁ 、Ｂ₂ と、多重化領域Ｃに分け、非多重化領域Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁ 、Ｂ₂ にはそれぞれの絵柄Ａ、Ｂが対応する単一の回折格子溝列ａ、ｂを別々に描画し、また、多重化領域Ｃには、多重化される絵柄Ａ、Ｂに対応する回折格子溝列ａ、ｂの交差回折格子溝列ｃを別に描画することにより、多重化領域Ｃにおいて、２つの回折格子溝列ａ、ｂの交差部が二重露光され、溝列で囲まれる島部分が丸味を帯びかつ面積が小さくなることは起きず、その多重化領域の回折効率が非多重化領域に比べて低下することはなくなる。具体例として、溝とその間のスペースの幅の比が１：２で溝幅が０．４μｍの場合、回折効率の多重化領域と非多重化領域の比はほぼ１：１になった。

ところで、以上のように、例えば２つの絵柄Ａ、Ｂを領域Ｃで多重化する場合、図２のように３つの格子パターン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を描画する代わりに、図３に示すように、まず一方の絵柄Ａの回折格子溝列ａを全部描画し（同図（ａ））、次に他方の絵柄Ｂの回折格子溝列ｂを、非多重化領域Ｂ₁ 、Ｂ₂ では直線溝列とし、多重化領域Ｃで回折格子溝列ａと重ならないように、飛び飛びの破線溝列として描画する（同図（ｂ））ようにしてもよい。この場合、回折格子溝列ａを描画するときと回折格子溝列ｂを描画するときの位置合わせ精度が図２の場合より高いものが要求される。

次に、例えば３つの絵柄Ａ、Ｂ、Ｄを部分的に多重化して描画する場合、図２のように、多重化する領域と非多重化する領域を予め分けて、多重化する領域には多重化する回折格子溝列の交差回折格子溝列を別に描画する場合は、図４に示すように、１つの基板のＡ、Ｂ、Ｄ、Ａ＋Ｂ、Ａ＋Ｄ、Ｂ＋Ｄ、Ａ＋Ｂ＋Ｄの７つの領域に対応する回折格子溝列ないし交差回折格子溝列のパターンを別々に描画すればよい。また、図３のように１つの絵柄（例えば、Ａ）の回折格子溝列を全部描画する場合は、その次に残りの１つの絵柄（例えば、Ｂ）の回折格子溝列を、最初の絵柄と重ならない領域では直線溝列とし、最初の絵柄と重なる領域ではその絵柄の回折格子溝列と重ならないように、飛び飛びの破線溝列として描画し、最後の絵柄（例えば、Ｃ）の回折格子溝列を、最初の絵柄及び次の絵柄と重ならない領域では直線溝列とし、最初の絵柄又は次の絵柄と重なる領域ではそれらの回折格子溝列と重ならないように、飛び飛びの破線溝列として描画すればよい。

ところで、例えば図７の多重化領域Ｃのように、複数の絵柄に属する溝方向の異なる回折格子溝列が相互に交差する領域において、交差点において溝間が離間していれば、多重記録部において回折効率が低下するのが防止できる。そのためには、例えば図５に示すように、絵柄Ａ、Ｂを形成する回折格子溝列ａ’、ｂ’を、溝相互の交差点においてそれぞれの溝が途切れる破線溝列で形成することが考えられる。この場合、回折効率を多重化領域、非多重化領域でほぼ同じにするために、非多重化領域においても多重化領域と同様な破線溝列で回折格子を構成する。図５の場合は、両溝列ａ’、ｂ’が相互に９０°で交差するため、絵柄Ａ、Ｂの回折格子溝列は同じ位相で同じ周期（溝間の距離が周期）で繰り返す破線溝列となるが、交差角が９０°以外の場合、各溝は位相がその角度に応じて隣接する溝から遅れるか進み、周期は９０°で交差する場合よりその交差角に応じて大きくなる。

この代わりに、図６に示すように、交差点において溝列ａ”、ｂ”の一方の溝のみが途切れ、他方が連続し、隣接する交差点においては、他方の溝が途切れ、一方が連続するようにしてもよい。この場合、交差点において、両方の溝が相互に二重露光しないで接触するようにしてもよいし（溝の途切れ幅が溝の太さに等しい。）、図６のように、両方の溝が離間していても（溝の途切れ幅が溝の太さより大きい）よい。なお、両溝列ａ”、ｂ”が相互に９０°で交差する図６の例では、図５の場合に比較して破線溝の周期は２倍になるが、隣接する溝間の位相差は１８０°になる。交差角が９０°以外の場合、図５の場合と同様、隣接する溝との位相差は、その交差角に応じて１８０°から遅れるか進み、周期は９０°で交差する場合よりその交差角に応じて大きくなる。

なお、３つ以上の絵柄を多重化する場合についても、図５、図６と同様、各絵柄を破線溝列からなる回折格子の輪郭で表すことができる。

以上において、回折格子は、描画部が溝になるレリーフ回折格子を前提にしていたが、描画部が尾根になるレリーフ回折格子であっても同様であり、また、描画部が吸収部、反射部又は透過部となる振幅回折格子であっても同様である。また、回折格子は反射型、透過型何れにも適用できる。また、以上において、各領域Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁ 、Ｂ₂ 、Ｃ等の溝列ａ、ｂ、ｃ等の１本の溝は、電子ビーム、レーザビーム等の１回のスキャンにより描画することを考えていたが、溝幅がこれらビームの径より広く、これらビームの１回のスキャンでその溝幅をカバーできない場合は、位置をずらしながら複数回のスキャンを行ってその溝幅をカバーするようにして、各領域の溝列を描画する。このような描画は、本発明においては、絵柄の多重化領域、非多重化領域の回折格子部分の多重露光による形成を意味するものとは考えていない。

以上、本発明の回折格子を用いた絵柄体及びその製造方法をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明の回折格子を用いた絵柄体の製造方法によると、絵柄の描画時に、描画する回折格子の交差部を１回だけ露光し、多重露光しないようにするので、多重化領域において、回折格子で囲まれる島部分が丸味を帯びかつ面積が小さくなることがなく、その多重化領域の回折効率が非多重化領域に比べて低下することは起きない。したがって、各絵柄内に輝度ムラが生じない。

２つの絵柄を一部の領域で重畳して絵柄体を構成する場合の模式図である。 図１の絵柄体を本発明の１つの方法により描画する工程を示す図である。 図１の絵柄体を本発明の別の方法により描画する工程を示す図である。 ３つの絵柄を部分的に多重化して描画する場合の描画領域区分を示す図である。 各回折格子を破線溝列で構成した絵柄体を示す図である。 各回折格子を別の破線溝列で構成した絵柄体を示す図である。 従来の多重化部の描画方法を説明する模式図である。 従来の描画方法では多重化部で回折効率が低下する理由を説明するための図である。

符号の説明

Ａ、Ｂ、Ｄ…絵柄
Ｃ…多重化領域
Ａ₁ 、Ａ₂ 、Ｂ₁ 、Ｂ₂ …非多重化領域
ａ、ｂ、ａ’、ｂ’、ａ”、ｂ”…回折格子溝列
ｃ…交差回折格子溝列

Claims (2)

1. 複数の絵柄を一部の領域で相互に重畳して配置し、各絵柄に対して格子の向きが相互に異なり連続した線列からなる回折格子を対応させ、その回折格子領域の輪郭によって各絵柄を表した露光により描画された回折格子を用いた絵柄体の製造方法において、絵柄の描画時に、多重化領域に描画する回折格子の交差部を１回だけ露光し、多重露光しないようにしたことを特徴とする回折格子を用いた絵柄体の製造方法。
2. 各絵柄を非多重化領域と多重化領域とに分け、非多重化領域には、対応する絵柄に対応する回折格子の線列を別々に描画し、多重化領域には、多重化される絵柄に対応する回折格子の線列を重ね合わせて表される模様を別に描画することを特徴とする請求項１記載の回折格子を用いた絵柄体の製造方法。

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