JP2008225322A

JP2008225322A - 微細な凹凸部を有する光回折構造

Info

Publication number: JP2008225322A
Application number: JP2007066561A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Suzuki; 慎一郎鈴木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】回折格子の加色混合により白を再生する白色部と、微細な凹凸部により黒を再生する黒色部で構成された微細な凹凸部を有する光回折構造を提供する。
【解決手段】回折格子の加色混合により発現された白色部と、微細な凹凸により発現された黒色部を有する微細な凹凸部を有する光回折構造であって、白色部には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子セルが密に形成され、黒色部には、ピッチ４００ｎｍ未満に配置された微細な凹凸が密に形成され、白色部と黒色部の中間部には、前記回折格子セルと微細な凹凸が共存する状態で形成され、前記回折格子セルと前記微細な凹凸の形成比率は、原画像の輝度値に基づいて設定された微細な凹凸部を有する光回折構造を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回折格子の加色混合により白を再生する白色部と、微細な凹凸部により黒を再生する黒色部で構成された微細な凹凸部を有する光回折構造に関する。

ホログラムや回折格子などの光回折構造は、特殊な装飾像や立体像を表現できることから、意匠性を高めた印刷物等に利用されている。また、製造のために高度な技術を要することから、偽造防止手段として利用されている。

意匠性を高める手段としては高額な商品の包装材，パンフレット，ＰＯＰ，書籍の表紙等に使用され、偽造防止手段としては、例えば、クレジットカード，ＩＤカード等のカード類や、商品券，小切手，手形，株券，入場券等の金券類，各種証明書等に使用される。

光回折構造を作製する方法としては、被写体にレーザ光と参照光を照射し、感光材に干渉縞を作製する方法や、電子線描画による方法がある。

電子線描画によって光回折構造を作製する際に、原画をより忠実に再現するための各種提案が行われている。例えば、観察条件（照明光の入射角，観察方向）の変化による波長分散に影響されず、比較的広い観察条件下で視認性などの面から好適な「白色の表示」が実現できる「回折格子パターン」が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１で開示されている「回折格子パターン」は、回折格子からなる微小なセルが基板表面に複数配置されて構成され、回折格子の空間周波数，回折格子の方向，回折格子の形成領域の少なくとも何れかが変化してなるパターンにおいて、パターン内に、それぞれの方向が等しい４種類以上の異なる空間周波数を持つ回折格子からなる微小なセルが集まって構成される微小領域を有する回折格子パターンであるとしている。
特開２０００−３５２６０９号公報

特許文献１に開示されている技術は、白黒のコントラストを回折格子が形成されている部分と凹凸が形成されていない部分とで表現しており、モノクロ画像として色彩のリアリティに欠けた表現になっている。

そこで本発明は、回折格子の加色混合により白を再生する白色部と、微細な凹凸部により黒を再生する黒色部で構成された微細な凹凸部を有する光回折構造を提供することを目的とするものである。

前記課題の目的を達成するために、本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の第一の態様は、回折格子の加色混合により発現された白色部と、微細な凹凸により発現された黒色部を有する微細な凹凸部を有する光回折構造であって、白色部には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子セルが密に形成され、黒色部には、ピッチ４００ｎｍ未満に配置された微細な凹凸が密に形成され、白色部と黒色部の中間部には、前記回折格子セルと微細な凹凸が共存する状態で形成され、前記回折格子セルと前記微細な凹凸の形成比率は、原画像の輝度値に基づいて設定されたことを特徴とするものである。

また、第二の態様は、第一の態様において、微細な凸部又は凹部は、回折格子セルを取り囲む状態で形成されたことを特徴とするものである。

また、第三の態様は、第一，第二何れかの態様において、微細な凸部の高さ又は凹部の深さは、５０〜５００ｎｍで形成されたことを特徴とするものである。

１）本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の第一の態様のように、回折格子の加色混合により発現された白色部と、微細な凹凸により発現された黒色部を有する微細な凹凸部を有する光回折構造であって、白色部には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子セルが密に形成され、黒色部には、ピッチ４００ｎｍ未満に配置された微細な凹凸が密に形成され、白色部と黒色部の中間部には、前記回折格子セルと微細な凹凸が共存する状態で形成され、前記回折格子セルと前記微細な凹凸の形成比率は、原画像の輝度値に基づいて設定されたことによって、白色部と黒色部の間の階調を豊富に表現することができリアリティのある画像表現が可能となる。

また微小凹凸の形成には電子線描画などの高価な設備を必要とするため、偽造防止効果を高めることができる。

なお、従来の回折格子による階調表現技術は、白黒のコントラストを回折格子が形成されている部分と形成されていない平坦な部分とで表現しており、凹凸が形成されていない部分は、単に鏡面反射を起こしているのみで、黒色を表現している状態になっていなかった。

２）また、第二の態様のように、第一の態様において、微細な凸部又は凹部は、回折格子セルを取り囲む状態で形成されたことによって、白色部と黒色部の中間部を豊富な濃淡で表現することができる。

３）また、第三の態様のように、第一，第二何れかの態様において、微細な凸部の高さ又は凹部の深さは、５０〜５００ｎｍで形成されたことによって、電子線描画などの設備を使用して作製することができる。

以下、図面を参照して、本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造について説明する。

図１は、本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の一例について説明するための図，図２は、白色部と黒色部について説明するための図，図３は、黒色部を形成する微細な凹凸部について説明するための図，図４は、白色部と黒色部の比率設定の一例について説明するための図，図５は、回折格子の大きさを定めた一覧表の一例について説明するための図，である。

図の説明に入る前に、一般的な光回折構造の複製について説明する。

光回折構造は、耐熱性を有する基材フィルム上に剥離層を形成し、その上に、例えば、熱硬化性の樹脂層を形成し、熱硬化性の樹脂層に凹凸が形成された光回折構造原版を押し付けて光回折構造の複製を作製する。

必要な場合は、金属を蒸着やスパッタリングなどの方法で前記凹凸面に形成し、反射層とすることもできる。

転写用として使用される場合は、反射層の上に感熱接着剤層を形成する。

ラベルとして使用される場合は、反射層の上に粘着剤層を形成する。

前記反射層は、前述の光回折構造形成層の凹凸面に反射性を与えるために設けられる。反射層には、不透明な反射層と、透明性を有する反射層とがあるが、意匠効果を高める手段として使用する場合は、アルミニウムや、ニッケルなどの金属による不透明な反射層を形成する。

反射層を形成する方法としては、真空蒸着法，スパッタリング法，イオンブレーティング法等があり、目的によって使い分ける。

また、剥離層，熱硬化性樹脂層，接着剤層，粘着剤層等の形成手段として、グラビアコート，ダイコート，ナイフコート，ロールコート等の一般的なコーティング方法、及び、シルクスクリーン等の印刷方法の中から選択して使用する。

光回折構造という表現は、ホログラムや回折格子の上位概念による表現であるるが、以下の説明では電子線描画によって描画するモノクロ画像や、カラー画像による回折格子の例で説明する。

回折格子によるカラー画像は、三原色の色成分ごとに画素値をもった画素の集合として定義される。そして、原画の各部分領域の画素を三原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各色成分に分解し、８ビットで表現できる画素値（０〜２５５種）を適用させ、回折格子によるカラー画像として再現する。

例えば、画素パターンＲ（Ｒｅｄ）は波長６００ｎｍ用、画素パターンＧ（Ｇｒｅｅｎ）は波長５００ｎｍ用、画素パターンＢ（Ｂｌｕｅ）は波長４００ｎｍ用として設定し、再生光を所定の位置に設置して、それぞれの画素パターンを観察するとこれらの再生画像はカラー画像として視認される。

モノクロで表現する場合は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各波長を同濃度（輝度）で設定し適用する。

本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造は、回折格子等による絵柄の中に所定の深さ又は高さを有する微細パターンを組み込んで形成する。

そして、微細パターンは、原画像の微細化された部分の輝度又は反射濃度（以下、単に輝度又は輝度値という）に対応した大きさで表現される。

例えば、原画像をスキャナのような装置によって電気的に走査し、ＣＣＤセンサなどによって輝度値を電気信号に変換して前述の微細パターンに変換する。

即ち、原画像の微細部分の輝度値を８ビットで表現する画素値に変換し、更に最大５μｍの微細パターンに変換させる。

図５を参照して、本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の回折格子の大きさの設定方法の一例について説明する。

表１の１行目に表示されている数値は、三原色「Ｒ，Ｇ，Ｂ」の輝度値で、８ビットで表現できる２５６通りの数値となっている。

２行目に表示されている数値は、回折格子の縦の長さ（μｍ）で、３行目に表示されている数値は、回折格子の横の長さ（μｍ）である。

本実施の形態では、微細パターンは、縦横の長さが同一のパターンの例で表示されている。前述の回折格子の縦横の大きさは、格子ピッチ０．８μｍ，１．０μｍ，１．２μｍ何れの回折格子に対しても共通になっている。

表１の第１列目には、「Ｒ，Ｇ，Ｂ」の白色部に配置される最大の輝度値「２５５／２５５」を示す回折格子の縦横サイズ「５μｍ」が表示されている。

第２列目には、次に小さい輝度値を示す回折格子の縦横サイズが表示されている。縦横サイズは、何れも、「５μｍ×２５４／２５５」となっている。

第２５５列目には、回折格子の最小の輝度値「１／２５５」を示す回折格子の縦横サイズが表示されている。縦横サイズは、何れも、「５μｍ×１／２５５」となっている。

このように、原画像の輝度値に対応して、回折格子の縦横サイズが定義付けされる。

前記表１の場合は、原画像の微細部分の輝度値を８ビットで表現しているが、８ビット表現に拘るものではなく、７ビット表現でも、５ビット表現でもよい。

７ビット表現の場合は、１２９通り、５ビット表現の場合は、３３通りの面積に置き換えて表現する。

図１を参照して、本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の一例について説明する。

図１のａ図に示す本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造１は、加色混合により発現された回折格子による最も明るい部分（以下、白色部という）Ａと、微細な凹凸により発現された最も暗い部分（以下黒色部という）Ｃと、微細な凹凸と回折格子による中間部Ｂを有する、微細な凹凸部を有する光回折構造である。

以下の説明では、中間部Ｂを白色部Ａに対して単に黒色部Ｂという。

ｂ図に示す白色部１１は、ａ図の白色部Ａを拡大した図である。

また、ｃ図に示す黒色部１２は、ａ図の黒色部Ｂを拡大した図である。

以下の説明では、判り易くするためにＲ，Ｇ，Ｂの何れかに限定した例で説明する。

ｂ図に示す白色部１１には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子１１１，１１２，１１３が最大の回折格子サイズ、５μｍで配置され、形成されている。

９個の回折格子の左側の一列目の最上部には、格子ピッチが０．８μｍで、回折格子サイズが縦，横ともに５μｍの回折格子１１１が形成されている。

また、一列目の二段目には、格子ピッチが１．０μｍで、回折格子サイズが縦，横ともに５μｍの回折格子１１２が形成されている。

同様、一列目の三段目には、格子ピッチが１．２μｍで、回折格子サイズが縦，横ともに５μｍの回折格子１１３が形成されている。

二列目の回折格子は、各段の格子ピッチが一列目と異なる状態で配置され、三列目の各段の回折格子は、一列目、二列目と異なる格子ピッチの回折格子が配置されている。

前述の回折格子１１１，１１２，１１３は、ピッチはそれぞれ異なっているが、格子角度、格子密度は共通になっている。

ｃ図に示す黒色部Ｂには、ピッチ４００ｎｍ未満に配置された微細な単位凹凸が多数形成された微細凹凸形成部１２２（以下、微細凹凸ともいう）と、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子が共存状態で配置されている。回折格子１１３１はその一つである。

さらに、黒色部Ｂの微細凹凸１２２は、回折格子の周囲を取り囲むように形成されている。

図２を参照して、従来の黒色部と本発明の黒色部について説明する。

ｄ図に示す従来の黒色部１２０には、小さなサイズの、それぞれピッチの異なる回折格子（図示せず）が規則的に配置されて形成されている。また、回折格子の周辺部は、回折格子が形成されていない平坦部１２０１になっている。

ｅ図に示す本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の黒色部１２は、それぞれピッチの異なる、縦横のサイズが小さな回折格子（図示せず）が規則的に配置され、それぞれの回折格子の周辺部には、回折格子を取り囲むように微細凹凸１２２が形成されている。

黒色の程度によって、例えば、明るい黒色の場合は、回折格子の縦横のサイズが大きくなり、暗い黒色の場合は、回折格子の縦横のサイズが小さくなる。

図３を参照して、黒色部を形成する微細な凹凸部について説明する。

回折格子の周辺には、微細凹凸１２２が微細な単位凹凸１２２１の集合で配置され、形成される。

微細な単位凹凸１２２１のピッチ「Ｐ」は、４００ｎｍ以下（可視光領域の波長の１／２以下）に設定される。

また、微細な凸部の高さ又は凹部の深さ「Ｈ」は、５０〜５００ｎｍに設定される。

図４を参照して、白色部と黒色部の比率設定の一例について説明する。

白色部に配置される回折格子のサイズと黒色部に配置される回折格子のサイズの設定は、原画像の輝度値に基づいて設定される。

ｆ図に示すように、最も明るい白色部１１には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子が最大サイズで配置されて形成されている。

また、ｇ図に示すように、比較的暗い黒色部１２には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子が小さいサイズで配置され、その周囲を取り囲むように微細な凹凸１２２が形成されている。

ｆ図に示す回折格子の一つ、例えば回折格子１１１の一辺は「Ｌ１」に設定され、ｇ図に示す回折格子の一つ、例えば回折格子１１１１の一辺は「Ｌ２」に設定されている。

前述の回折格子のサイズ「Ｌ１」，「Ｌ２」は、原画の対応部分の輝度値又は濃度によって、自動的に設定される。

そして、回折格子サイズ「Ｌ２」の回折格子の周辺は、全て前述の微細な凹凸で埋め尽くされる。

高額商品の包装材，パンフレット，ＰＯＰ，書籍の表紙等の意匠分野、及び、クレジットカードなどのカード類、商品券，小切手，手形，株券，入場券等の金券類の偽造防止分野に利用される。

本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の一例について説明するための図である。従来の黒色部と本発明の黒色部について説明するための図である。黒色部を形成する微細な凹凸部について説明するための図である。白色部と黒色部の比率設定の一例について説明するための図である。本発明の微細な凹凸部を有する光回折構造の回折格子の大きさの設定方法の一例について説明するための図である。

符号の説明

１微細な凹凸部を有する光回折構造
１１白色部
１２黒色部
１１１，１１１１格子ピッチ０．８μｍの回折格子
１１２格子ピッチ１．０μｍの回折格子
１１３格子ピッチ１．２μｍの回折格子
１２０従来の黒色部
１２２微細凹凸形成部，微細凹凸
１２０１平坦部
１２２１微細な単位凹凸

Claims

回折格子の加色混合により発現された白色部と、微細な凹凸により発現された黒色部を有する微細な凹凸部を有する光回折構造であって、
白色部には、三種類以上の異なる格子ピッチの回折格子セルが密に形成され、
黒色部には、ピッチ４００ｎｍ未満に配置された微細な凹凸が密に形成され、
白色部と黒色部の中間部には、前記回折格子セルと微細な凹凸が共存する状態で形成され、
前記回折格子セルと前記微細な凹凸の形成比率は、原画像の輝度値に基づいて設定されたことを特徴とする微細な凹凸部を有する光回折構造。
請求項１に記載の微細な凹凸部を有する光回折構造において、
微細な凹凸は、回折格子セルを取り囲む状態で形成されたことを特徴とする微細な凹凸部を有する光回折構造。
請求項１，２何れか一項に記載の微細な凹凸部を有する光回折構造において、
微細な凸部の高さ又は凹部の深さは、５０〜５００ｎｍで形成されたことを特徴とする微細な凹凸部を有する光回折構造。