JP2017227836A - 表示体 - Google Patents
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Abstract
Description
レリーフ構造が表面側に設けられた透明な基材であって、前記レリーフ構造はその凸部の上面及び凹部の底面にそれぞれ第1及び第2平坦面を有し、前記第1又は第2平坦面は500nm以下のピッチPで周期的に配置し、周期的に配列している前記第1又は第2平坦面の幅Wと前記ピッチPとの比W/Pは0.25〜0.75の範囲内に有り、前記第2平坦面に対する前記第1平坦面の高さHと前記ピッチPとの比H/Pは、1.0以下である基材と、前記レリーフ構造を被覆した金属層であって、前記第1及び第2平坦面上における厚さは、前記第1平坦面に対する前記第2平坦面の高さHより小さく、かつ、10nm〜200nmの範囲内に有り、前記凸部の側壁上では、前記第1平坦面から前記第2平坦面へ向けて厚さが減少している金属層とを備え、レリーフ構造を形成した領域では、入射した光の一部波長が選択的に反射、或いは透過することに加え、レリーフ構造形成面を表面とすると、表裏で反射する光の波長選択性を変えることができる。このため、透過像、及び表裏での反射像の色彩表現が全て異なる表示体を提供することが可能となる。
(第一の実施形態)
図1は本発明の第一の実施形態に係る表示体10の一例を示した平面図、図2は表示体10の凹凸構造(レリーフ構造)110を示す平面図、図3は凹凸構造110を図2におけるIII−III線で切断し矢印方向に見た断面図、図4は凹凸構造110の寸法関係を示す説明図である。
凸部120が設けられる構造周期Pは、作用させたい光の波長よりも小さいサブ波長周期とする。具体的には、400nm以下とすることで、可視光を対象とした場合の一次回折光による反射光の発生を防ぐことが可能となる。さらに、金属層140,150を構成する材料として、可視波長領域における複素誘電率の実部が負の値である、例えばAlを適用する場合、プラズモン共鳴現象を利用することができる。以下では金属層としてAlを適用した場合を例として説明する。
図2及び図3に示す凹凸構造110上にAlを蒸着した場合、金属層140は島状に、金属層150は海状に形成される。構造周期Pがサブ波長周期であることから、表示体10表面が空気と接している場合、入射する光に対して表示体10は表面から、空気および金属層140で平均化された層、空気および凸部120で平均化された層、凸部120および金属層150で平均化された層が順次形成された構造に近似される。平均化された各層の屈折率が異なることから界面におけるフレネル反射が発生するが、Alのサブ波長周期構造が形成されていることからプラズモン共鳴現象が発生し、入射光の一部の波長領域はプラズモン共鳴により消費される。さらに、プラズモン共鳴現象により入射光の一部の波長領域は表示体10を透過する。
図2及び図3に示す凹凸構造110を、例えば合成石英により形成した場合、可視波長領域における屈折率の値は、Al<空気<合成石英の順で大きくなる。例えば、凸部120の幅Wpと構造周期Pとの比Wp/Pを0.5とした場合、金属層140は島状であるため、空気およびAlからなる金属層140で平均化された層は空気の屈折率が支配的となる。金属層150は海状であるため、合成石英からなる凸部120とAlからなる金属層150で平均化された層はAlの屈折率が支配的となる。
従って、表示体10の表面側から光を入射した場合の、空気と、空気およびAlからなる金属層140で平均化された層の界面におけるフレネル反射よりも、表示体10の裏面側から光を入射した場合の、合成石英と、合成石英からなる凸部120とAlからなる金属層150で平均化された層の界面におけるフレネル反射は大きい。さらに、プラズモン共鳴現象により構造周期Pに依存して特定の波長領域の光が吸収されるため、表示体10の裏面側から光を入射した場合の反射光は波長選択性を有する。一方、表示体10の裏面側から光を入射した場合は、空気と、空気およびAlからなる金属層140で平均化された層の界面におけるフレネル反射が小さいことに加え、プラズモン共鳴現象により入射光の一部の波長領域は表示体10を透過するため、反射強度は弱くなる。よって、表示体10の裏面側から光を入射した場合の反射率が十分に大きければ、表示体10を表面から観察すると、表面からの観察像は黒色に近く、裏面からの観察像はカラーであり、光源を介しての透過像は、裏面観察像とは異なるカラーで視認される。
(第二の実施形態)
凹凸構造110に金属層140,150を例えば真空蒸着法により形成した場合、蒸着源より飛来した粒子は一定範囲の角度分布を持って凹凸構造110に付着する。そのため、図4に示すように凸部120上に形成される金属層140は、角は丸まり、かつ、金属層140の幅W1は凸部120における上面の幅Wpよりも大きくなる。
構造高さHと凹凸周期Pとの比H/Pは、1.0より小さく設定することが好ましく、0.5より小さいことがより好ましい。H/Pが1.0以上であると凹部130が製造工程において形成しにくいためである。
(第二の実施形態)
図8は本発明の第二の実施形態に係る表示体10Aの凹凸構造210を示す平面図、図9は凹凸構造210を図8におけるIX−IX線で切断し矢印方向に見た断面図、図10は凹凸構造210における反射・吸収・透過の原理を示す説明図である。なお、これらの図において図1〜図7と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
Claims (6)
- レリーフ構造が表面側に設けられた透明な基材であって、前記レリーフ構造はその凸部の上面及び凹部の底面にそれぞれ第1及び第2平坦面を有し、前記第1又は第2平坦面は500nm以下のピッチPで周期的に配置し、周期的に配列している前記第1又は第2平坦面の幅Wと前記ピッチPとの比W/Pは0.25〜0.75の範囲内に有り、前記第2平坦面に対する前記第1平坦面の高さHと前記ピッチPとの比H/Pは、1.0以下である基材と、
前記レリーフ構造を被覆した金属層であって、前記第1及び第2平坦面上における厚さは、前記第1平坦面に対する前記第2平坦面の高さHより小さく、かつ、10nm〜200nmの範囲内に有り、前記凸部の側壁上では、前記第1平坦面から前記第2平坦面へ向けて厚さが減少している金属層と
を備えた表示体。 - 前記レリーフ構造は、前記基材の表面に積層配置された誘電体に設けられていること、を特徴とする請求項1に記載の表示体。
- 前記凸部又は凹部は二次元格子を構成している請求項1又は請求項2記載の表示体。
- 前記比W/Pは0.4〜0.6である請求項1から請求項3いずれか記載の表示体。
- 前記比H/Pは、0.5以下である請求項1から請求項4いずれか記載の表示体。
- 前記ピッチPは400nm以下である請求項1から請求項5いずれか記載の表示体。
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