JP2014215362A

JP2014215362A - 光学物品

Info

Publication number: JP2014215362A
Application number: JP2013090648A
Authority: JP
Inventors: 裕卓小林; Hirotaku Kobayashi
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-11-17

Abstract

【課題】特殊な視覚効果を持ち、かつ反射及び透過の両観察方法により偽造判定が可能な、偽造防止効果の高い光学物品を提供する。
【解決手段】観察者側から少なくとも第一凹凸構造形成層１１、第二凹凸構造形成層１２の順に積層してなり、かつ、前記第一凹凸構造形成層１１の凹凸パターンのピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ該凹凸パターンを被覆するよう光反射層１１ｃが設けられており、かつ、前記第二凹凸構造形成層１２は、部分的に該凹凸構造形成層が存在しない光透過領域１３を含み、かつ該凹凸構造形成層の透過率が前記第一凹凸構造形成層１１よりも低いことを特徴とする光学物品である。
【選択図】図１

Description

本発明は光学物品に係り、特に商品券などの有価証券や、パスポートなどの公的文書など、偽造や複写を防止するための光学物品に関するものである。

商品券などの有価証券やパスポート、運転免許証などの公的文書にはホログラムなどの微細構造を有した光学物品が用いられている。その目的は、有価証券や公的文書の偽造や複写の防止である。

これらは、微細凹凸構造にアルミニウムなどの光反射層を配した構成が一般的知られており、反射により虹色にきらきらと輝く視覚効果がよく認知されている。

しかし、近年では、本物を入手して不正な加工をして変造する改ざん等、偽造者による不正使用が頻発しており、見た目を真似た偽造ホログラムが付与される例が見受けられる。

そこで、より高い偽造防止効果を得る手段の一つとして、光反射層をエッチングなどによって除去する、ディメタライズド加工が知られている。

従来のディメタライズド加工では、アルミニウムなどから成る光反射層において、光反射層を残したい部分にのみ、アルカリ耐性を持つ材料を用いてマスク処理を施し、その後アルカリ性の溶液に浸すことでマスク処理を施していない部分の光反射層を除去する方法などが知られている。

上記の方法を用いて、マスクを任意のパターン上に形成すれば、光反射層を任意の形状にすることができ、光学物品の意匠性向上や、有価証券に用いた際の偽造防止耐性向上を実現することができる。

近年では、ナノメートルオーダーの線幅で光反射層を除去し、任意のパターンを形成する技術が実現されており、有価証券などに用いられる光学媒体において、ディメタライズド加工は必要不可欠な技術になりつつある。

ディメタライズド加工を施し、従来のホログラムを更に高精細・高精度なパターンとすることで、光学媒体の意匠性向上と、反射だけでなく透過観察による偽造判定も可能となり、偽造防止効果を更に向上させることが可能となる。

従来、微細な点の集合でディメタライズド加工した２つの偽造防止素子を作製し、２つの偽造防止素子を重ね合わせた時に、任意の像を表現できる印刷物が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、従来、ディメタライズド加工した層と光学的可変インクを組み合わせることで、凹凸構造からの回折効果とカラーシフト効果を組み合わせた作用を実現した、セキュリティデバイスが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

更に、従来、アスペクト比の異なる凹凸構造を形成し、凹凸構造の上に形成された金属層をエッチング処理することで、凹凸構造の形状によるエッチングレートの差を利用して、任意の形状に形成した凹凸構造に沿ってディメタライズド加工が行なわれる、多層体の製造プロセスが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

特開２０１０−１１１０７２号公報特開２００７−３０４６０１号公報特表２００８−５３０６００号公報

上記特許文献１から特許文献３は、いずれも金属層をディメタライズド加工することによって、任意のパターンを成形し新たな視覚効果や光学的効果を生じさせているが、特許文献１の微細な点の集合としてディメタライズド加工を行なう方法として、全面金属蒸着箔に模様を彫刻した刻印を用いる手法や、化学的エッチングやレーザーエッチングなどの手法を用いることができると述べられている。

特許文献２でも同様に、ディメタライズド加工の方法として化学的エッチングや、オイルアブレーションなどを用いることができると述べられている。

これらの手法は、金属層にマスクを施し、マスクが無い部分の金属層が除去されるため、マスクを有した部分のみ金属層のパターンが形成される。その結果、金属層の有無によって絵柄などのパターンを表現することが可能となる。

よって、表現したい任意のパターン状にマスクを施した後に化学的エッチングなどを行なうことで、マスク部分以外の金属層を除去し、金属層による微細なパターン表現を可能としているが、表現できるパターン線幅などの精度はマスクの作製方法に依存することになる。よって、マスクの作製方法が高精細且つ高精度であるほど、金属層による微細なパターン表現が可能になる。

しかし、通常マスクはスクリーン印刷などの手法で作製されることが多く、線幅で数１００μｍから数１０μｍ程度のパターニングが限界である。更にスクリーン印刷の位置精度の限界から、狙いの位置からずれた箇所にマスクを作製してしまうこともあり、その場合、所望の金属層パターン形状が得られないといった課題がある。

特許文献３ではマスクとして、アスペクト比の異なる凹凸構造を設けており、これによってマスク作製時の位置精度の問題を改善している。また、凹凸構造を精度よく形成することでナノメートルオーダーの位置精度でマスク作製を行なうことが可能である。

しかし、金属層を除去するための処理としてエッチングを行なっており、エッチングにかかる大規模な設備や製造時間が必要であり、デバイス生産時のコスト高の一因となっている。

また、エッチングの際に用いるエッチング液の廃棄処理など、後工程でも様々な問題や煩わしさは依然として残ったままである。

エッチングにかかる問題は特許文献１や特許文献２で提案されているディメタライズド加工においても、同様の問題を孕んでいる。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、特殊な視覚効果を持ち、かつ反射及び透過の両観察方法により偽造判定が可能な、偽造防止効果の高い光学物品を上記問題が発生することなく提供できることを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、透明性基材の少なくとも一方の面に、一元的又は二元的に配列した複数の凹部又は凸部又はその両方を含んだ凹凸構造が形成された凹凸領域を含んだ光学物品において、観察者側から少なくとも第一凹凸構造形成層、第二凹凸構造形成層の順に積層してなり、かつ、前記第一凹凸構造形成層の凹凸パターンは、少なくとも一つ以上の凹部、凸部、斜面を持ち、かつパターンのピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ該凹凸パターンを被覆するよう光反射層が設けられており、かつ、前記第二凹凸構造形成層は、部分的に該凹凸構造形成層が存在しない光透過領域を含み、かつ該凹凸構造形成層の透過率が前記第一凹凸構造形成層よりも低いことを特徴とする光学物品である。

また、請求項２に係る発明は、前記第一凹凸構造形成層の光反射層が金属からなり、かつ膜厚が、前記凹部、前記凸部、前記斜面において各々異なり、前記凹部での前記膜厚が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であって、前記凸部での前記膜厚が２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって、前記斜面での前記膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学物品である。

また、請求項３に係る発明は、前記第二凹凸構造形成層がレリーフ型ホログラムであり、該凹凸構造を被覆するよう光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学物品である。

また、請求項４に係る発明は、前記第二凹凸構造形成層がカラーインキなどにより絵柄を印刷したパターンであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の光学物品である。

また、請求項５に係る発明は、前記第二凹凸構造形成層の光反射層が金属からなり、かつ膜厚が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の光学物品である。

また、請求項６に係る発明は、前記第一凹凸構造形成層、又は前記第二構造形成層、又はその両方における凹凸構造が、光硬化性樹脂によって形成されてなることを特徴とする請求項１乃至５に記載の光学物品である。

また、請求項７に係る発明は、透過性を有する被転写基材に、請求項１乃至６に記載の光学物品を設けたことを特徴とする印刷物である。

請求項１の発明によると、第一凹凸構造形成層は、パターンのピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ該凹凸パターンを被覆するよう光反射層が設けられている。凹凸パターンが微細で表面積が大きいため、光反射層が金属材料を用いた薄膜である場合、局所的に表面積が大きくなっている凹凸領域では、光反射層としての金属層の膜厚が、平坦面などの一般的に表面積の小さい面上に設けた膜厚よりも薄くなり、透過率が高くなる。

また、更により透過率の低い第二凹凸構造形成層を、光透過領域とともに設けることで、第一凹凸構造形成層を透過観察する場合、該第二凹凸構造形成層を設けた部分は透過しないが、それ以外の光透過領域の部分は透過するという特殊な視覚効果を得る光学物品を提供できる。

請求項２の発明によると、第一凹凸構造形成層が反射で観察できるとともに透過率も高くなり、前記の透過観察による特殊な視覚効果をより鮮明に得ることができる。

請求項３の発明によると、前記の透過観察による特殊な視覚効果を得るだけでなく、表裏で異なった視覚効果を有する光学物品を提供できる。

請求項４の発明によると、前記の透過観察による特殊な視覚効果を得るだけでなく、表裏で異なった視覚効果を有する光学物品を提供できる。

請求項５の発明によると、第二凹凸構造形成層の透過率を低くすることができ、前記の第一凹凸構造形成層と組み合わせた透過観察による特殊な視覚効果をより得ることができる。

請求項６の発明によると、凹凸構造形成層の微細な凹凸パターンを精度良く作成できるとともに、耐熱性や各種耐性にも優れた光学物品を提供することができる。

請求項７の発明によると、表裏でかつ反射と透過両方の観察により複数の視覚効果を有する印刷物を提供することができる。

本発明の実施形態に係る光学物品における概略断面図である。同実施形態に係る光学物品における凹凸構造の拡大斜視図である。同実施形態における凹凸構造が回折光を射出する様子を示す図である。同実施形態における凹凸構造が回折光を射出する様子を示す図である。同実施形態における光反射層の膜厚による透過率の変化を示した図である。同実施形態に係る光学物品において、第一凹凸構造形成層側から観察したときの外観図である。同実施形態に係る光学物品において、第二凹凸構造形成層側から観察したときの外観図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

図１は、本発明の一実施形態に係る光学物品の概略断面図である。
この光学物品５０は、観察者９側から透明性基材１０、第一凹凸構造形成層１１、第二凹凸構造形成層１２を順に積層してなる構成をしている。また、第一凹凸構造形成層１１は、光透過層１１ａ、凹凸層１１ｂ、光反射層１１ｃ、光透過接着層１１ｄからなる。また、第二凹凸構造形成層１２は、光透過層１２ａ、凹凸層１２ｂ、光反射層１２ｃ、光透過接着層１２ｄ、および光透過領域１３からなる。

透明性基材１０の材料としては、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のプラスチックシート等が挙げられる。その厚みは形成後の用途次第であるが、１０〜１００μｍ程度が好ましい。

光透過層１１ａ、１２ａの材料としては、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアセタール樹脂等の熱可塑性樹脂などが挙げられる。また、光透過層１１ａは、印刷物に設ける際に、透明性基材１０から剥離させるため、シリコーンやフッ素系の添加剤を加えたものが好ましく、もしくはフッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル系樹脂等も好ましい。光透過層１２ａも、同様の材料であり、かつ基材フィルムからの剥離力は１１ａよりも軽いと好ましい。

凹凸層１１ｂ、１２ｂの材料としては、例えば、アクリルニトリルスチレン共重合体樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂等の熱硬化性樹脂、またはポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアセタール樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて、所望の凹凸を賦型することにより形成することができる。また、本発明の場合、アクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フッ素系アクリレート樹脂、シリコーン系アクリレート系樹脂、エステルアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂等の光硬化性樹脂であると、耐久性、凹凸賦型性などの点からより好ましい。これらの樹脂の硬化物は全て光透過性であり、屈折率は一般的には１．５程度である。

光反射層１１ｃ、１２ｃの材料としては、例えば一般的なものではアルミニウム、銀、及びそれらの合金などの金属材料からなる金属層を使用することができる。

光透過接着層１１ｄ、１２ｄの材料としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いる。上記した透明被膜材料や、その他樹脂との密着力、加刷性のあるものであれば、特に限定はしない。膜厚も特に限定は無いが、十分な接着力、密着力を有するために２．０〜５．０μｍ程度であると好ましい。

図１の光学物品５０の製造手法を説明する。まず、ＰＥＴ等のプラスチックフィルムの透明性基材１０の主面に光透過層１１ａ、凹凸層１１ｂとなる材料を、グラビアコーター等の一般的なコーティング機を用いて塗工する。光透過層１１ａと凹凸層１１ｂは、目的とする凹凸形状の高さの１から１０倍程度の厚みが良いが、コーティング機で塗工することを考えると０．５〜５μｍ程度が好ましい。次に、金属スタンパに凹凸層１１ｂを押し当て、剥離することで所望の凹凸パターンを形成する。そして、凹凸層１１ｂに所望の凹凸パターンを設けた後に、該凹凸パタ−ン上に真空蒸着によって光反射層１１ｃを形成する。更に光反射層１１ｃ上に、上記と同様の塗工方法により光透過接着層１１ｄを設ける。

また、凹凸パターンを形成するための金属スタンパを作製する方法としては公知のレジストにＥＢ（electron beam）で描画する方法、シリコンをエッチングする方法等が知られている。

また、エンボス金型用として、微細凹凸形状を板状の平型とする方法としては、上記のレジストやシリコンからニッケル、鉄等金属を電鋳して母型としたり、樹脂による母型を作製したりする方法が知られている。

本発明における第一凹凸構造形成層１１は、パターンピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下と、細かくてアスペクト比の高い微細凹凸構造であり、従来の方法では凹凸形状を正確に再現することが困難であり、偽造防止性としても優れた物品を提供できる。

ここで、凹凸層１１ｂに光硬化性樹脂を用いた場合の凹凸パターン形成の具体的な方法を説明する。まず、上記のようにフィルム上に塗工した未硬化状態の光硬化性樹脂に、金属スタンパを用いて所望の凹凸のパターニング（エンボス加工）を行ない、次いで紫外線、電子線等の光照射により樹脂層を硬化させる。エンボス加工の条件としては、例えばスタンパロ−ルとペーパーロールよりなる１対のエンボスロールを使用して通常の方法で、例えば、５０〜１５０℃、１０〜５０ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で行う。エンボスに当たっては、エンボスロールの温度設定が重要であり、エンボス形状を再現する観点からは比較的高温で、比較的高い圧力でエンボスする方が良く、エンボス版への付着を防止するためには全く逆の関係となる。

また、本発明の光硬化型樹脂の硬化に用いる光としては、紫外線光源の場合は例えば、紫外線螢光灯、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノン灯、炭素アーク灯、太陽灯等が挙げられる。

上記のような、加熱してスタンパの凹凸パターンへ未硬化樹脂層を圧接し、放射線を照射して樹脂層を硬化させて剥離し、凹凸パターンを得る方法は、アスペクト比が０．５以上の微細凹凸構造を形成する場合には特に有効である。

また、金属スタンパへの耐刷性を向上させるため、上記で挙げた樹脂内に離型剤を添加しても良い。例えば、従来公知の離型剤であるポリエチレンワックス、アミドワックス、テフロン（登録商標）パウダー等の固形ワックス、フッ素系、リン酸エステル系の界面活性剤、シリコーン等が何れも使用可能である。特に好ましい離型剤は変性シリコーンであり、具体的には、
（１）変性シリコーンオイル側鎖型、
（２）変性シリコーンオイル両末端型、
（３）変性シリコーンオイル片末端型、
（４）変性シリコーンオイル側鎖両末端型、
（５）トリメチルシロキシケイ酸を含有するメチルポリシロキサン（シリコーンレジンと呼ぶ）、
（６）シリコーングラフトアクリル樹脂、及び
（７）メチルフェニルシリコーンオイル、
等が挙げられる。

変性シリコーンオイルは、反応性シリコーンオイルと非反応性シリコーンオイルとに分けられる。反応性シリコーンオイルとしては、アミノ変性、エポキシ変性、カルボキシル変性、カルビノール変性、メタクリル変性、メルカプト変性、フェノール変性、片末端反応性、異種官能基変性等が挙げられる。非反応性シリコーンオイルとしては、ポリエーテル変性、メチルスチリル変性、アルキル変性、高級脂肪エステル変性、親水性特殊変性、高級アルコキシ変性、高級脂肪酸変性、フッ素変性等が挙げられる。

上記シリコーンオイルの中でも、被膜形成成分と反応性である基を有する種類の反応性シリコーンオイルは、樹脂層の硬化とともに樹脂に反応して結合するので、後に凹凸パターンが形成された樹脂層の表面にブリードアウトすることが無く、多数回のエンボス処理を繰り返し行なった際にも金属スタンパの微細な凹凸パターンが損なわれることが無いため、特に優れた耐刷性を有することができる。更に、積層される金属蒸着膜との密着性等の向上も期待できる。

更に、樹脂を紫外線により硬化させる場合には光増感剤を添加することが必要であり、一方、電子線によって硬化を行なう場合には光増感剤は不要である。光増感剤としては、従来の紫外線硬化型塗料の光増感剤として用いられている各種の光増感剤、例えば、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、α−メチルベンゾイン、α−フェニルベンゾイン等のベンゾイン系化合物；アントラキノン、メチルアントラキノン等のアントラキノン系化合物；ベンジル：ジアセチル；アセトフェノン、ベンゾフェノン等のフェニルケトン化合物；ジフェニルジスルフィド、テトラメチルチウラムスルフィド等のスルフィド化合物；α−クロルメチルナフタリン；アントラセン及びヘキサクロロブタジエン、ペンタクロロブタジエン等のハロゲン化炭化水素等が挙げられる。このような光増感剤は前記ウレタン変性アクリル系樹脂１００重量部当たり約０．５〜１０重量部の範囲で使用することが好ましい。

また、上記の各成分に加えて、ハイドロキノン、ｔ−ブチルハイドロキノン、カテコール、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のフェノール類；ベンゾキノン、ジフェニルベンゾキノン等のキノン類；フェノチアジン類：銅類等の重合防止剤を配合すると貯蔵安定性が向上する。更に、必要に応じて、促進剤、粘度調節剤、界面活性剤、消泡剤、シランカップリング剤等の各種助剤を配合してもよい。又、スチレン・ブタジエンラバー等の高分子体を配合することも可能である。また、必要に応じてさらに反応性希釈剤、添加剤、顔料等を含有していても良い。

更に、用途、塗工方法により溶剤、非反応性樹脂、各種添加剤を加えてもよい。溶剤としては、特に限定はされず公知のものを使用することができるが、溶解性や乾燥速度を考慮すれば、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン等が好ましい。また、非反応性樹脂としては、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ポリブタジエン、ポリエーテル、エポキシ樹脂、スチレン含有ポリマー等を挙げることができる。また、添加剤としては、ケイ素化合物、レベリング剤、酸化防止剤、重合禁止剤等を挙げることができる。

次に、別途用意したＰＥＴ等のプラスチックフィルムの透明性基材に、上記と同様な方法により光透過層１２ａ、凹凸層１２ｂ、光反射層１２ｃ、光透過接着層１２ｄを設ける。ここで、第二凹凸構造形成層１２に設ける凹凸パターンは、一般的なレリーフ型ホログラムであり、パターンピッチは約１０００ｎｍ、深さは約１００ｎｍ程度の比較的アスペクト比の低い凹凸パターンである。

上記のように作成した透明性基材に第二凹凸構造形成層１２が設けられたフィルムを、透明性基材１０に第一凹凸構造形成層１１が設けられたフィルムの光透過接着層１１ｄ上に、サーマルヘッド等の熱転写装置を用いて部分的に転写することにより、図１に示す光学物品が作成できる。転写された部分が第二凹凸構造形成層１２となり、転写されていない部分が光透過領域１３となる。

上記では、第二凹凸構造形成層１２の凹凸パターンに一般的なレリーフ型ホログラムを用いたが、凹凸パターンがエンボスしない略平坦面であっても、カラーインキなどによる印刷絵柄であっても良い。

次に、図２は第一凹凸構造形成層１１の構造の一例を拡大して示す斜視図である。また、図３は、一般的な回折格子状凹凸パターンが回折光を射出する様子を概略的に示す図である。図３において、３１は照明光を示し、３２は正反射光又は０次回折光を示し、３３は１次回折光を示している。

本発明の凹凸パターンにおいて、凹部又は凸部又はその両方の中心間距離が一定の周期を有しているとき、凹凸構造領域を照明すると、凹凸構造領域は、入射光である照明光の進行方向に対して特定の方向に回折光を射出する。

最も代表的な回折光は、１次回折光である。１次回折光の射出角βは、下記等式（１）から算出することができる。

ｄ＝λ／（ｓｉｎα−ｓｉｎβ） …（１）
この等式（１）において、ｄは凹部又は凸部の配列した周期、すなわち中心間距離を表し、λは入射光及び回折光の波長を表している。また、αは、０次回折光、すなわち、透過光又は正反射光、の射出角を表している。換言すれば、αの絶対値は、照明光の入射角と等しく、入射角とはＺ軸に対して対称な関係である（反射型回折格子の場合）。なお、α、βは、Ｚ軸から時計回りの方向を正方向とする。

等式（１）から明らかなように、１次回折光の射出角βは、波長λに応じて変化する。すなわち、凹凸パターンは、分光器としての機能を有している。したがって、照明光が白色光である場合、凹凸パターンの観察角度を変化させると、観察者が知覚する色が変化する。

本発明の凹凸構造の一例の場合、図２の複数の凸部の中心間距離、もしくはパターン周期が３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲内にあり、より高波長の光に対してはｄ＜λとなるため、一次回折光は、等式（１）より射出角βは負となり、図４のように入射光側の深い角度に射出される。更に、深い角度に傾けると、観察方向からの視認角度範囲も大きく狭くなり、回折光自体も一色に集中して射出されているように見えるため、観察できる射出光は虹色というよりも一色で深く色付いて見える。また、凹凸パターンの深さは、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

これらのように凹凸周期が短く、かつアスペクト比が大きく、かつ凹凸が一元的に設けられているため、上述のレリーフ型回折格子と比較して表面積が非常に大きくなり、照明光の吸収が多く、正面方向への正反射光を著しく低減させる。したがって、光反射層で形成された凹凸構造を正面方向から観察すると黒色に見えるが、大きく傾けて観察した場合にのみ回折光によって深く色付いて見えるという特殊な視覚効果を生み出す。なお、凹凸パターンの深さが、１００ｎｍ以下であると、上記効果を出すには光の吸収が弱く、逆に５００ｎｍ以上であると、光の吸収が大きすぎて射出される回折光が弱くなり、視覚効果が弱まってしまうため、上記範囲であると好ましい。

また、本発明における第一凹凸構造形成層１１は、通常の凹凸構造や一般的なレリーフ型ホログラムと比較して表面積が大きくなる。
凹凸層１１ｂの上に被覆するよう設けた光反射層１１ｃの膜厚に分布が生じる。具体的には、表面積の大きい凹凸層１１ｂに設けた光反射層１１ｃの膜厚は、一般的なレリーフ型ホログラム凹凸上や平坦面に設けられる光反射層よりも薄くなる。

ここで、光反射層１１ｃの材料がアルミニウム薄膜である場合を考える。図５は屈折率１．５の材料の上にアルミニウム薄膜が配された場合の、波長４４２ｎｍ，５３２ｎｍ，６３３ｎｍにおける、透過率の膜厚依存性を示すグラフである。

図５を見ると、膜厚が２ｎｍ程度の場合、透過は８５％程度、５ｎｍ程度の場合は７０％程度、７ｎｍ程度の場合は６０％程度、１０ｎｍ程度の場合４０％程度であると言ったように、膜厚が厚くなるほど透過率は減少（逆に反射率は増加）していくことがわかる。

本発明において規定したピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の凹凸層１１ｂとして用いた場合を考える。
通常の平坦面に４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の膜厚のアルミニウム薄膜が成膜できる条件にて成膜した場合、凹凸層１１ｂの上に成膜されるアルミニウム薄膜は、凹部で１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、凸部で２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下、斜面で１ｎｍ以上２０ｎｍ以下となる。

構造の凹部、凸部、斜面それぞれに異なる膜厚が成膜された場合の透過率は、各膜厚の平均値として考えることができる。また、凹部、凸部、斜面に成膜された膜厚値によって、図５に示したような透過率の変化が起きる。

図５の結果から、膜厚が薄いほど透過率は高くなり、ディメタライズド加工の様に金属などの光反射層を除去しパターニングするのと同程度の透過率が得られる。そのため、本発明における第一凹凸構造形成層１１については、透過率３０〜４０％程度となり、蛍光灯のような光源を透かしても蛍光灯の光が十分に通過しているのが目視で分かるくらいの十分な透過率を得ることができる。

次に、第二凹凸構造形成層１２に一般的なレリーフ型ホログラムであり、パターンピッチは約１０００ｎｍ、深さは約１００ｎｍ程度の比較的アスペクト比の低い凹凸パターンを設けた場合の、凹凸層１２ｂの上に被覆するよう設けた光反射層１２ｃの膜厚について説明する。通常の平坦面に４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の膜厚のアルミニウム薄膜が成膜できる条件にて成膜した場合、凹凸層１２ｂはアスペクト比が低く表面積も小さいため、膜厚も４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下となる。そのため、図５より、透過率も１０％程度となり、蛍光灯のような光源を透かしてもほとんど光の通過が目視で確認できず、十分な透過率を得ることができない。

また、第二凹凸構造形成層１２には略平坦面を設けて、上記と同様に４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の膜厚のアルミニウム薄膜を成膜しても良いし、カラーインキでの絵柄印刷により、透過率１０％でほとんど透過性の無い層を設けても良い。

本発明における光反射層は、精度良く容易に成膜できることが知られている真空蒸着法またはスパッタリング法のどちらかで成膜された、アルミニウム薄膜であることが好適である。

また、真空蒸着法またはスパッタリング法は、どちらの手法でも平坦面に成膜される膜厚を管理することで、膜厚の制御を行っている。

たとえば、真空蒸着法では水晶振動子に成膜を行い、水晶振動子の共振周波数の変動から膜厚の管理を行っている。つまり、平坦面に成膜される膜厚制御は行われるが、回折格子などの凹凸構造に成膜される膜厚の制御は通常行われない。

そのため、本発明における凹凸層１１ｂに被覆させる光反射層の膜厚は、凹凸構造による表面積の増加に起因して制御膜厚よりも薄くなる。
実際には回折格子などの凹凸構造が微細になればなるほど、構造の凸部、凹部、斜面で膜厚が異なり、一般に成膜機構上、構造の斜面は膜厚が薄くなりやすい。

また、本発明のように、凹凸構造のピッチ、深さともにナノオーダーのレンジであれば、構造の凸部に比べて凹部の膜厚が薄くなる傾向がある。これは、ナノオーダーの微細な構造であるがゆえに凹部には蒸着材料が進入しにくいことなどに起因している。

上記したような第一凹凸構造形成層１１上に、上記した第二凹凸構造形成層１２を部分的に転写することにより、図１のような本発明に係る光学物品ができる。また、図１の光学物品は、光透過層１２ａおよび光透過領域１３の全面に光透過性接着層を設け、セキュリティ印刷物などの被転写基材上へ転写させて使用することができる。被転写基材が、透明であると透過による真偽判定も可能となり、偽造防止効果が高まる。

具体的には、図１に示した光学物品を観察者方向９側から観察する場合、反射では、正面からは黒色、深く傾けると回折光が観察でき、透過では、光透過領域１３の部分のみが透過して観察できる。また、裏面方向側から観察する場合、反射では、正面からは第二凹凸構造形成層１２による虹色の回折光と、光透過領域１３の部分で黒色のパターンが観察でき、深く傾けると虹色回折光が消失し、黒色パターンが深い回折光を発する。さらに、透過させると黒色のパターンの部分のみが透過する。これらのように、表裏の反射、透過によりそれぞれ異なった特殊な視覚効果を発現することができるため、偽造防止効果を格段に高めることが可能である。

まず、基材として厚み２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、第一凹凸形成層を作成する。

上記基材上に光透過層、凹凸層の順にグラビアコーターで塗工を行った。オーブンでの乾燥後、光透過層の膜厚は０．６μｍ、凹凸パターン形成層の膜厚は２．０μｍであった。ここで、光透過層には熱可塑性のウレタンアクリレート樹脂（ＥＢＥＣＲＹＬ６２０２ダイセルサイテック社製）をＭＥＫ：トルエン＝５０：５０の溶剤で希釈したインキを用い、凹凸パターン形成層には紫外線硬化性のウレタンアクリレート樹脂（ＵＮ−９５２根上工業社製）を、ＭＥＫ：トルエン＝５０：５０の溶剤で希釈したインキを用いた。

このフィルムを、パターンピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内で、様々な一元状の微細凹凸パターンを組み合わせてデザインを描画した金属スタンパを用いてロールエンボス装置にて凹凸層に凹凸パターンを成形した。

上記の金属スタンパをロールエンボス装置にセットし、何れもロール型を９５℃まで昇温させた。次に、上記プロセスでフィルムに塗工された紫外線硬化性樹脂を金属スタンパに押し当てて紫外線（メタルハライドランプ）を約５００ｍＪ照射して硬化させてから剥離し、所望の凹凸パターンを形成した。

凹凸層のパターン面に被覆するように、真空蒸着機によりアルミニウムを５０ｎｍの膜厚で制御することにより、光反射層を設けた。

光反射層の上に、上記の同様のグラビア塗工により、光透過接着層を膜厚２．０μｍで設けた。光透過接着層には、熱可塑性のポリエステル系樹脂（バイロン３０ＳＳ東洋紡績社製）をＭＥＫ：トルエン＝５０：５０の溶剤で希釈したインキを用いた。

次に、基材として厚み１２μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、第二凹凸形成層となるフィルムを別途作成する。用いたインキ材料は基本的に同じである。

方法は第一凹凸形成層と同様で、光透過層の膜厚を０．８μｍ、凹凸パターン形成層の膜厚を２．０μｍと、続けて塗工して設けた。なお、光透過層には、上記インキに剥離性を高めるシリコーン添加剤を適量加えて用いた。

このフィルムを、パターンピッチは約１０００ｎｍ、深さは約１００ｎｍ程度の比較的アスペクト比の低い、様々なレリーフ型回折格子状の凹凸パターンを組み合わせてデザインを描画した金属スタンパを用いてロールエンボス装置にて凹凸層に凹凸パターンを成形した。

光反射層の上に、上記と同様のグラビア塗工により、光透過接着層１１ｄを膜厚２．０μｍで設けた。

サーマルヘッドプリンターを用い、第二凹凸構造形成層１２となるフィルムを、第一凹凸構造形成層１１を有するフィルムの光透過接着層面にパターン状に熱転写することで、図１のような層構成の光学物品を得た。また、本実施例では、熱転写した第二凹凸構造形成層１２のパターンは、基本的に第一凹凸構造形成層１１を有する領域の全面に設け、その中心部のみ、「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ」の文字からなる形状で抜いたものとした。つまり、本実施例では、「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ」の文字の部分が光透過領域となる。

出来た光学物品を観察した際の外観の様子を図６、図７に示した。まず、第一凹凸構造形成層１１を有するフィルム側から観察を行うと、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、反射では、正面からは黒色、深く傾けると回折光によるデザイン６１が観察でき、透過では、「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ」の文字６２が透けて観察できた。また、裏面方向の第二凹凸構造形成層１２を転写した側から観察すると、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、反射では、正面からは全面虹色の回折光によるデザイン６３と、黒色の「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ」の文字６４が観察でき、深く傾けると虹色回折光がほとんど消失し、黒色の「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ」の文字が深い回折光６５を発する。更に、透過させると黒色の「Ｓｅｃｕｒｉｔｙ」の文字６２の部分のみが透過する。

これらのように、表裏の反射、透過によりそれぞれ異なった特殊な視覚効果を発現することが確認できたため、偽造防止効果を格段に高めることができた。この光学物品を、セキュリティ印刷物などの被転写基材上へ転写させて使用することもでき、被転写基材が、透明であると透過による真偽判定が可能となり、偽造防止効果が更に高まる。

９…観察者方向、１０…透明性基材、１１…第一凹凸構造形成層、１１ａ…光透過層、１１ｂ…凹凸層、１１ｃ…光反射層、１１ｄ…光透過接着層、１２…第二凹凸構造形成層、１２ａ…光透過層、１２ｂ…凹凸層、１２ｃ…光反射層、１２ｄ…光透過接着層、１３…光透過領域、３１…照明光、３２…正反射光又は０次回折光、３３…１次回折光、５０…光学物品、６１…反射時の回折光によるデザイン、６２…透過時における観察文字、６３…反射時の全面虹色の回折光によるデザイン、６４…反射時の黒色の観察文字、６５…反射時の黒色文字による深い回折光。

Claims

透明性基材の少なくとも一方の面に、一元的又は二元的に配列した複数の凹部又は凸部又はその両方を含んだ凹凸構造が形成された凹凸領域を含んだ光学物品において、
観察者側から少なくとも第一凹凸構造形成層、第二凹凸構造形成層の順に積層してなり、かつ、前記第一凹凸構造形成層の凹凸パターンは、少なくとも一つ以上の凹部、凸部、斜面を持ち、かつパターンのピッチが３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、深さが１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、かつ該凹凸パターンを被覆するよう光反射層が設けられており、かつ、前記第二凹凸構造形成層は、部分的に該凹凸構造形成層が存在しない光透過領域を含み、かつ該凹凸構造形成層の透過率が前記第一凹凸構造形成層よりも低いことを特徴とする光学物品。
前記第一凹凸構造形成層の光反射層が金属からなり、かつ膜厚が、前記凹部、前記凸部、前記斜面において各々異なり、前記凹部での前記膜厚が１ｎｍ以上３０ｎｍ以下であって、前記凸部での前記膜厚が２０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であって、前記斜面での前記膜厚が１ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学物品。
前記第二凹凸構造形成層がレリーフ型ホログラムであり、該凹凸構造を被覆するよう光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学物品。
前記第二凹凸構造形成層がカラーインキなどにより絵柄を印刷したパターンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学物品。
前記第二凹凸構造形成層の光反射層が金属からなり、かつ膜厚が４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の光学物品。
前記第一凹凸構造形成層、又は前記第二構造形成層、又はその両方における凹凸構造が、光硬化性樹脂によって形成されてなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学物品。
透過性を有する被転写基材に、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学物品を設けたことを特徴とする印刷物。