JP2018063306A - カラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

カラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】副画素の波長選択性を高めることのできるカラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法を提供する。【解決手段】カラーフィルタが備える副画素１０は、複数の共鳴構造部１１を備える。共鳴構造部１１は、第１サブ波長格子を構成する第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとを有する第１格子領域１３、第２サブ波長格子を構成する第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとを有する第２格子領域１５、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６を備える。第１サブ波長格子と第２サブ波長格子との格子周期は等しく、第１格子領域１３と第２格子領域１５とにおける高屈折率部１３ａ，１５ａの体積比率は等しく、カラーフィルタの表面と対向する方向から見て、第１高屈折率部１３ａと第２低屈折率部１５ｂとが重なり、第２高屈折率部１５ａと第１低屈折率部１３ｂとが重なっている。【選択図】図３

Description

本発明は、構造色を利用したカラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法に関する。
モルフォ蝶の鱗粉や玉虫の表皮に代表される構造色は、色素が呈する色のように分子における電子遷移に起因して視認される色とは異なり、光の回折や干渉や散乱といった、物体の構造に起因した光学現象の作用によって視認される色である。例えば、多層膜干渉による構造色は、多層膜の各界面で反射した特定の波長域の光が干渉により強められることによって生じる構造色である。このように、多層膜干渉によって特定の波長域の光を取り出すことができるため、多層膜干渉の原理は、特定の波長域の光を選択的に透過もしくは反射する光学デバイスに利用されている。
しかしながら、多層膜干渉によって取り出すことのできる波長域は、多層膜における各層の膜厚等の層構成に依存するため、多層膜干渉を利用した光学デバイスでは、選択したい波長域ごとに、互いに異なる層構成の多層膜を形成する必要がある。したがって、表示装置に備えられるカラーフィルタのように、選択される波長域が互いに異なる複数の領域を有する光学デバイスに多層膜干渉の構造を適用すると、製造工程が非常に複雑にならざるを得ない。
多層膜干渉とは異なる光学現象によって波長を選別する光学デバイスとして、導波モード共鳴現象を利用した光学デバイスが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この光学デバイスは、光の波長よりも小さい周期で並ぶ回折格子であるサブ波長格子を有する。サブ波長格子に光が入射すると、入射側空間への回折光の射出が抑えられる一方で、特定の波長域の光が多重反射しながら伝播することにより共鳴を起こし、この特定の波長域の光が反射光として強く射出される導波モード共鳴現象が生じる。
特許第５０２３３２４号明細書 特開２００９−２５５５８号公報
ところで、カラーフィルタは、入射光を、赤色や緑色や青色の光に変換して射出する副画素を備えている。こうした副画素においては、射出される光の波長選択性が高いこと、すなわち、射出される光の強度が高いことや、射出される光の波長域が狭いことが望ましい。
例えば、特許文献１に記載のカラーフィルタは、基板上にサブ波長格子を構成する複数の凸部が配置された構造を有する。しかしながら、こうした構造のデバイスにおいて、取り出される光の強度を高めるためには、特許文献１に記載のように、基板を合成石英から形成し、かつ、凸部をシリコンから形成することにより、基板と凸部との屈折率差を大きく確保して、サブ波長格子領域を伝搬する光の多重反射によるロスを小さくすることが望ましい。そのためには、合成石英からなる基板上に単結晶のＳｉが形成されたＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｑｕａｒｔｚ）基板を用いる必要があるため、製造コストの増大が生じる。
これに対し、特許文献２に記載の波長選択素子は、基板と、サブ波長格子を構成する凸部との間に、基板を構成する材料よりも屈折率の高い材料から構成された導波層を有している。こうした構造によれば、凸部と導波層とが樹脂から形成されている場合でも、多重反射する光を導波層内に伝播させることにより、素子から出射される光の強度が高められる。また、凸部と導波層とを樹脂から形成する方法として、ナノインプリント法を用いることが可能であるため、材料費を低減しつつ簡便に素子の製造が可能であり、製造コストの削減もできる。
しかしながら、特許文献２の構造において、導波層における光の伝播モードは、主に導波層の厚みと光の波長とによって決まるため、所望の波長域の光を導波層内で多重反射させて共鳴を起こすには、導波層の膜厚を精密に制御する必要がある。微細な周期の凸部に加えて、精密な膜厚の導波層を形成することは、素子の製造に際しての負荷が大きいため、導波層によって、波長選択性を高めることには限界がある。
本発明は、副画素の波長選択性を高めることのできるカラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するカラーフィルタは、入射光を透過する材料から構成された複数の副画素を備えるカラーフィルタであって、前記副画素は、前記カラーフィルタの厚さ方向に並ぶ複数の共鳴構造部を備え、前記共鳴構造部は、第１サブ波長格子を構成する複数の第１高屈折率部と、前記第１高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第１低屈折率部とを有し、前記カラーフィルタの表面に沿った方向に前記第１高屈折率部と前記第１低屈折率部とが交互に位置する第１格子領域と、前記第１高屈折率部と同一の材料から構成されて第２サブ波長格子を構成する複数の第２高屈折率部と、前記第２高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第２低屈折率部とを有し、前記表面に沿った方向に前記第２高屈折率部と前記第２低屈折率部とが交互に位置する第２格子領域と、前記第１格子領域の平均屈折率および前記第２格子領域の平均屈折率の各々よりも低い屈折率をそれぞれが有する第１低屈折率領域、第２低屈折率領域、および、第３低屈折率領域と、を備え、前記第１格子領域は、前記カラーフィルタの厚さ方向に前記第１低屈折率領域と前記第２低屈折率領域とに挟まれ、前記第２格子領域は、前記カラーフィルタの厚さ方向に前記第２低屈折率領域と前記第３低屈折率領域とに挟まれ、前記第１サブ波長格子の格子周期と前記第２サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しい周期であり、前記第１格子領域における前記複数の第１高屈折率部の体積比率と、前記第２格子領域における前記複数の第２高屈折率部の体積比率とは同一であり、前記表面と対向する方向から見て、前記第１高屈折率部と前記第２低屈折率部とが重なり、前記第２高屈折率部と前記第１低屈折率部とが重なっている。
上記構成によれば、共鳴構造部において、第１格子領域と第２格子領域との各格子領域が、サブ波長格子を有すること、および、各格子領域が、各格子領域の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域に挟まれていることから、各格子領域に光が入射すると、各格子領域では、入射側空間への回折光の射出が抑えられて導波モード共鳴現象が発生する。そして、各格子領域の格子周期および高屈折率部の体積比率が同一であることにより、第１格子領域で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域で共鳴を起こす光の波長域と一致する。したがって、一方の格子領域にて多重反射する過程で漏れ出て他方の格子領域に入った特定の波長域の光は、他方の格子領域を多重反射しつつ伝播し、第１格子領域で強められた波長域の反射光と、第２格子領域で強められた波長域の反射光とが共鳴構造部から射出される。そして、入射光のなかで上記強められた波長域を除く波長域の光が、共鳴構造部を透過する。
副画素が複数の共鳴構造部を備えていることにより、射出される反射光の強度の調整や、反射光および透過光の波長域の調整の自由度が高くなる。すなわち、副画素から射出される光の強度を高くすることや、副画素から射出される光の波長域を狭くすることが可能であり、副画素の波長選択性を高めることができる。
上記構成において、前記複数の共鳴構造部の各々において、前記複数の第１高屈折率部、前記複数の第１低屈折率部、前記複数の第２高屈折率部、および、前記複数の第２低屈折率部の各々は、前記複数の共鳴構造部に共通する１つの方向に帯状に延びる形状を有してもよい。
上記構成によれば、各共鳴構造部において、各格子領域におけるサブ波長格子の格子周期および高屈折率部の体積比率を一致させることが容易である。また、サブ波長格子の製造が容易である。さらに、各格子領域で共鳴を起こす光の偏光方向を揃えることが容易であり、偏光の程度の強い入射光に対して効率的に反射光を出射できる副画素の構成の実現が容易である。
上記構成において、前記共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期は、前記複数の共鳴構造部において相互に等しく、前記複数の副画素には、第１副画素と第２副画素とが含まれ、前記第１副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期と、前記第２副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期とは、互いに異なってもよい。
上記構成によれば、副画素が有する各格子領域で共鳴を起こす光の波長域は一致するため、副画素に光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、各格子領域で強められた特定の波長域の反射光が副画素から射出されるため、反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。そして、第１副画素と第２副画素とで共鳴構造部における格子周期が異なることにより、第１副画素と第２副画素とで射出される反射光の色を異ならせることができる。
上記構成において、前記複数の副画素には、第３副画素がさらに含まれ、前記第１副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期と、前記第２副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期と、前記第３副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期とは、互いに異なり、前記第１副画素は赤色の光を選択的に反射し、前記第２副画素は緑色の光を選択的に反射し、前記第３副画素は青色の光を選択的に反射してもよい。
上記構成によれば、波長選択性が高められた、すなわち、射出する反射光の強度が高められた副画素を備える反射型のカラーフィルタが実現される。こうしたカラーフィルタによれば、各副画素における色の鮮明さや輝度が高められる。
上記構成において、前記複数の共鳴構造部には、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが含まれ、前記第１共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期である第１構造周期と、前記第２共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期である第２構造周期とは、互いに異なり、前記複数の副画素には、第１副画素と第２副画素とが含まれ、前記第１副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせと、前記第２副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせとでは、前記第１構造周期と前記第２構造周期との少なくとも一方が異なってもよい。
上記構成によれば、各副画素において、第１共鳴構造部の有する各格子領域にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部の有する各格子領域にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。したがって、副画素に光が入射したとき、上層の共鳴構造部の各格子領域で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった波長域の光は、この共鳴構造部を透過して、下層の共鳴構造部に入り、上層の共鳴構造部とは異なる波長域の光が、下層の共鳴構造部の各格子領域で多重反射する。その結果、副画素からは、第１共鳴構造部の格子領域にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部の有する格子領域にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が射出される。そして、副画素への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第１の波長域および第２の波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。したがって、副画素にて、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能であり、単色性が高く波長選択性の高められた透過光を射出する副画素が実現される。そして、第１副画素と第２副画素とで共鳴構造部における構造周期の組み合わせが異なることにより、第１副画素と第２副画素とで射出される透過光の色を異ならせることができる。
上記構成において、前記複数の副画素には、第３副画素がさらに含まれ、前記第１副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせと、前記第３副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせとでは、前記第１構造周期と前記第２構造周期との少なくとも一方が異なり、前記第２副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせと、前記第３副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせとでは、前記第１構造周期と前記第２構造周期との少なくとも一方が異なり、前記第１副画素は赤色の光を選択的に透過し、前記第２副画素は緑色の光を選択的に透過し、前記第３副画素は青色の光を選択的に透過してもよい。
上記構成によれば、波長選択性が高められた、すなわち、透過光として狭帯域の光を射出する副画素を備える透過型のカラーフィルタが実現される。
上記構成において、各共鳴構造部において、前記第１低屈折率領域と、前記第１低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第１低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第１構造体であり、前記第３低屈折率領域と、前記第２低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第２低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第２構造体であってもよい。
上記構成によれば、１つの構造体である部分を、１つの工程にて製造することができるため、カラーフィルタの容易な製造が可能である。
上記構成において、前記第１構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きく、前記第２構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きくてもよい。
上記構成によれば、各格子領域にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすいため、副画素における波長選択性がより高められる。
上記構成において、前記第１構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、前記第２構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部を構成する材料は、無機化合物を含んでもよい。
上記構成によれば、各格子領域にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすいため、副画素における波長選択性がより高められる。また、カラーフィルタの製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。
上記構成において、各共鳴構造部において、前記第２低屈折率領域は、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部と同一の材料から構成された第３高屈折率部を有し、前記第３高屈折率部は、前記表面と対向する方向から見て互いに隣り合う前記第１高屈折率部と前記第２高屈折率部との端部間で、前記第２低屈折率領域の厚さ方向に沿って延びていてもよい。
上記構成によれば、真空蒸着法を利用した高屈折率部の形成が可能であり、サブ波長格子の好適な形成が可能である。そして、この場合であっても、導波モード共鳴現象を生じさせるための第２低屈折率領域の構成が好適に実現される。
上記課題を解決するカラーフィルタの製造方法は、入射光を透過する材料から構成される副画素を備えるカラーフィルタの製造方法であって、前記副画素を製造する工程は、第１低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部と、前記複数の凸部の並ぶ方向に沿って前記凸部と交互に並ぶ凹部であって、前記表面と対向する方向から見て前記複数の凸部の面積と等しい面積を有する複数の凹部とを形成することによって、前記凸部と前記凹部とを有する凹凸構造層を形成する第１工程と、前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に、前記凸部の高さよりも小さい厚さを有する高屈折率層を形成する第２工程であって、前記高屈折率層として、前記凹部上に位置する第１サブ波長格子と、前記凸部上に位置して前記第１サブ波長格子と同一の格子周期を有する第２サブ波長格子とを含む層を形成する第２工程と、前記凹凸構造層と前記高屈折率層とからなる構造体を２つ用いて、２つの前記構造体を前記高屈折率層同士が向かい合うように対向させ、２つの前記構造体の間の領域を、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料で埋めることにより、前記第２低屈折率材料からなる埋め込み層を形成する第３工程と、を含む。
上記製法によって、上記カラーフィルタ、すなわち、副画素の波長選択性が高められたカラーフィルタが製造できる。そして、上記製法によれば、サブ波長格子に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、副画素の波長選択性が高められたカラーフィルタを容易に製造することができる。
上記製法において、前記第１工程では、前記第１低屈折率材料である樹脂からなる塗工層に凹版を押し付け、前記樹脂を硬化させた後に前記凹版を離型して前記凹版の有する凹凸を前記樹脂に転写することにより、前記凹凸構造層を形成し、前記第２工程では、前記高屈折率材料として無機化合物を含む材料を用いて、前記高屈折率層を形成し、前記第３工程では、２つの前記構造体の間の領域に、前記第２低屈折率材料である樹脂を配置し、配置した樹脂を硬化させることにより、前記埋め込み層を形成してもよい。
上記製法によれば、ナノインプリント法を用いて凹凸構造層の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層を好適に、かつ、簡便に形成することができる。
本発明によれば、カラーフィルタにおける副画素の波長選択性を高めることができる。
カラーフィルタの第１実施形態について、カラーフィルタの平面構造を示す図。 第１実施形態のカラーフィルタが備える副画素における共鳴構造部の断面構造と格子領域の平面構造とを示す図。 第１実施形態のカラーフィルタが備える副画素の断面構造を示す断面図。 第１実施形態のカラーフィルタの作用を示す図。 カラーフィルタの製造方法の第１実施形態について、凹凸構造層の形成工程を示す図。 カラーフィルタの製造方法の第１実施形態について、高屈折率層の形成工程を示す図。 カラーフィルタの製造方法の第１実施形態について、凹凸構造体が向かい合わされた状態を示す図。 カラーフィルタの製造方法の第１実施形態について、埋め込み層の形成工程を示す図。 第１実施形態のカラーフィルタが備える副画素における第２低屈折率領域の構成例を示す断面図。 第１実施形態のカラーフィルタが備える副画素の変形例を示す断面図。 第１実施形態のカラーフィルタが備える副画素の変形例を示す断面図。 カラーフィルタの第２実施形態について、カラーフィルタが備える副画素の断面構造を示す断面図。 第２実施形態のカラーフィルタの作用を示す図。
（第１実施形態）
図１〜図１１を参照して、カラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法の第１実施形態について説明する。
［カラーフィルタの構成］
図１が示すように、カラーフィルタ１００は、マトリックス状に並ぶ複数の画素１１０を備え、各画素１１０は、３つの副画素１０から構成されている。３つの副画素１０は、すなわち、赤色用副画素１０Ｒ、緑色用副画素１０Ｇ、および、青色用副画素１０Ｂである。
第１実施形態のカラーフィルタ１００は、反射型のカラーフィルタであって、表示装置に備えられる。カラーフィルタ１００に対して、表示装置の表示面を見る観察者の位置する側が、カラーフィルタ１００の表面側であり、カラーフィルタ１００に対して、表面側と反対の側が、カラーフィルタ１００の裏面側である。カラーフィルタ１００には、表面側から、光が照射される。カラーフィルタ１００に照射される光の強度は、副画素ごとに、液晶装置等によって変更可能に構成されている。
カラーフィルタ１００への入射光の波長域は特に限定されないが、例えば、入射光は、人間の肉眼で視認可能な光、すなわち、可視領域の光である。以下において、可視領域の光の波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下としている。
赤色用副画素１０Ｒは、赤色用副画素１０Ｒに入射した光のなかで赤色の光を選択的に反射する。緑色用副画素１０Ｇは、緑色用副画素１０Ｇに入射した光のなかで緑色の光を選択的に反射する。青色用副画素１０Ｂは、青色用副画素１０Ｂに入射した光のなかで青色の光を選択的に反射する。
［副画素の構成］
図２および図３を参照して、副画素１０の詳細構造を説明する。以下で説明する構造は、赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとに共通の構造である。
まず、図２を参照して、副画素１０が備える共鳴構造部の構成について説明する。
図２が示すように、共鳴構造部１１は、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６を備えている。第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６の各々は、層状に広がっており、この順に並んでいる。各領域の並ぶ方向が第１方向であり、第１方向は、すなわち、各領域の厚さ方向であり、カラーフィルタ１００の厚さ方向である。図２においては、共鳴構造部１１の断面構造を示すとともに、第１格子領域１３の平面構造と第２格子領域１５の平面構造とを、これらの領域を一部破断させて示している。
第１格子領域１３は、第１方向に沿って、第１低屈折率領域１２と第２低屈折率領域１４とに挟まれており、これらの領域の各々と接している。第１格子領域１３は、複数の第１高屈折率部１３ａと複数の第１低屈折率部１３ｂとを有する。第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの各々は、第１方向に沿った方向から見て、１つの方向である第２方向に沿って延びる帯形状を有している。第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとは、第２方向と直交する第３方向に沿って交互に並んでいる。第２方向と第３方向とは、カラーフィルタ１００の表面に沿った方向であって、第２方向と第３方向との各々は、第１方向と直交する。
第２格子領域１５は、第１方向に沿って、第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれて、これらの領域の各々と接している。第２格子領域１５は、複数の第２高屈折率部１５ａと複数の第２低屈折率部１５ｂとを有する。第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの各々は、第１方向に沿った方向から見て、第２方向に沿って延びる帯形状を有し、第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとは、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、第１高屈折率部１３ａおよび第１低屈折率部１３ｂの延びる方向と、第２高屈折率部１５ａおよび第２低屈折率部１５ｂの延びる方向とは一致しており、第１高屈折率部１３ａおよび第１低屈折率部１３ｂの並ぶ方向と、第２高屈折率部１５ａおよび第２低屈折率部１５ｂの並ぶ方向とは一致している。そして、第１方向に沿った方向から見て、第１高屈折率部１３ａと第２低屈折率部１５ｂとが重なり、第２高屈折率部１５ａと第１低屈折率部１３ｂとが重なっている。なお、図２においては、第１格子領域１３と第２格子領域１５との平面構造について、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとにドットを付して示している。
第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとは、同一の材料から構成されており、すなわち、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第２高屈折率部１５ａの屈折率とは互いに等しい。第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率は、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々の屈折率よりも高い。さらに、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率は、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の屈折率よりも高い。
第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、第３低屈折率領域１６、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々は、同一の材料から構成されており、すなわち、これらの屈折率はすべて等しい。第１低屈折率領域１２の屈折率は、領域内の部位に依らず一定であり、第２低屈折率領域１４の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定であり、第３低屈折率領域１６の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定である。
第３方向における第１高屈折率部１３ａの長さが第１高要素幅Ｄｈ１であり、第３方向における第１低屈折率部１３ｂの長さが第１低要素幅Ｄｌ１である。第１高要素幅Ｄｈ１と第１低要素幅Ｄｌ１との合計の長さが、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの配列の周期である第１周期Ｐ１である。
第３方向における第２高屈折率部１５ａの長さが第２高要素幅Ｄｈ２であり、第３方向における第２低屈折率部１５ｂの長さが第２低要素幅Ｄｌ２である。第２高要素幅Ｄｈ２と第２低要素幅Ｄｌ２との合計の長さが、第２格子領域１５における第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの配列の周期である第２周期Ｐ２である。
第１高要素幅Ｄｈ１と、第１低要素幅Ｄｌ１と、第２高要素幅Ｄｈ２と、第２低要素幅Ｄｌ２とは、すべて等しい。そして、第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは一致している。
第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは、可視領域の光の波長よりも小さく、すなわち、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２の各々は、サブ波長周期である。こうした構成において、第１格子領域１３における複数の第１高屈折率部１３ａと第２格子領域１５における複数の第２高屈折率部１５ａとは、それぞれの領域にて、導波モード共鳴現象を生じさせるサブ波長格子を構成している。第１高屈折率部１３ａが構成するサブ波長格子と第２高屈折率部１５ａが構成するサブ波長格子とは、同一の格子周期を有している。すなわち、共鳴構造部１１は、第１方向に間をあけて並ぶ２つのサブ波長格子がこれらのサブ波長格子を構成する材料よりも屈折率の低い材料で埋め込まれた構造を有している。
また、第１格子領域１３の厚さが、第１領域厚さＴ１であり、第２格子領域１５の厚さが、第２領域厚さＴ２である。第１領域厚さＴ１と第２領域厚さＴ２とは、一致している。なお、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の厚さは特に限定されない。
上記構成において、第１格子領域１３の屈折率は、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの体積比率に応じて、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第１低屈折率部１３ｂの屈折率とを均した平均屈折率に近似される。第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの体積比率は１：１であるため、第１格子領域１３の平均屈折率は、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第１低屈折率部１３ｂの屈折率との平均値である。
同様に、第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの体積比率は１：１であるため、第２格子領域１５の平均屈折率は、第２高屈折率部１５ａの屈折率と第２低屈折率部１５ｂの屈折率との平均値であり、第１格子領域１３の平均屈折率と一致する。そして、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａの体積比率と、第２格子領域１５における第２高屈折率部１５ａの体積比率とは等しい。
ここで、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々において導波モード共鳴現象を生じさせるためには、第１格子領域１３の屈折率と、第１格子領域１３を挟む第１低屈折率領域１２および第２低屈折率領域１４の各々の屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。同様に、第２格子領域１５の屈折率と、第２格子領域１５を挟む第２低屈折率領域１４および第３低屈折率領域１６の各々の屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。
したがって、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａを構成する高屈折率材料の屈折率と、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、第３低屈折率領域１６、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂを構成する低屈折率材料の屈折率との差は０．２より大きいことが好ましい。
カラーフィルタ１００への入射光が可視領域の光である場合には、低屈折率材料としては、合成石英等の無機物や、紫外線硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の高分子材料を用いることが可能であり、この場合、高屈折率材料としては、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、ＺｒＯ（酸化ジルコニウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）等の無機誘電体材料を用いることができる。低屈折率材料と高屈折率材料とは、いずれも、入射光を透過する材料である。
続いて、図３を参照して、副画素１０の構成について説明する。
図３が示すように、副画素１０は、２つの基材１８の間に、２つの共鳴構造部１１を備えている。２つの共鳴構造部１１である第１共鳴構造部１１Ａと第２共鳴構造部１１Ｂとは、第１方向に隣り合っており、第１共鳴構造部１１Ａの第１低屈折率領域１２は一方の基材１８に接し、第２共鳴構造部１１Ｂの第１低屈折率領域１２は他方の基材１８に接している。すなわち、副画素１０は、第１方向に間をあけて並ぶ４つのサブ波長格子を有し、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に埋め込まれた構造を有している。なお、一方の基材１８に対する他方の基材１８の側がカラーフィルタ１００の表面側であり、他方の基材１８に対する一方の基材１８の側がカラーフィルタ１００の裏面側である。
基材１８は板状を有し、入射光を透過する材料から構成されている。入射光が可視領域の光である場合には、基材１８としては、例えば、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂からなるフィルムが用いられる。
２つの共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて、高屈折率部１３ａ，１５ａの延びる方向は一致している。すなわち、副画素１０が含むすべての第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａは、第２方向に沿って延び、副画素１０が含むすべての第１低屈折率部１３ｂおよび第２低屈折率部１５ｂもまた、第２方向に沿って延びている。そして、副画素１０が有する４つの格子領域１３，１５の各々にて、高屈折率部１３ａ，１５ａと低屈折率部１３ｂ，１５ｂとは、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、副画素１０が有する４つのサブ波長格子について、サブ波長格子の配列方向は同一である。
なお、第１方向に沿った方向から見て、第１共鳴構造部１１Ａの第１高屈折率部１３ａは、第２共鳴構造部１１Ｂの第１高屈折率部１３ａと重なってもよいし、第２共鳴構造部１１Ｂの第２高屈折率部１５ａと重なってもよいし、第２共鳴構造部１１Ｂの第１高屈折率部１３ａの一部および第２高屈折率部１５ａの一部と重なってもよい。
第１共鳴構造部１１Ａと第２共鳴構造部１１Ｂとは、これらの境界部分で、低屈折率領域を共有していてもよい。例えば、図３が示す例では、第１共鳴構造部１１Ａの備える第３低屈折率領域１６と、第２共鳴構造部１１Ｂの備える第３低屈折率領域１６とは連続しており、これらの領域の境界は存在しない。
１つの共鳴構造部１１内において、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１と第２格子領域１５の第２周期Ｐ２とは同一であり、この周期が当該共鳴構造部１１の構造周期Ｐｋである。第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとは、相互に等しい。副画素１０が含む４つのサブ波長格子のパターンはすべて同一であり、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて高要素幅Ｄｈ１，Ｄｈ２はすべて等しく、領域厚さＴ１，Ｔ２はすべて等しい。
［カラーフィルタの作用］
以下では、第１共鳴構造部１１Ａに対して第２共鳴構造部１１Ｂの位置する側がカラーフィルタ１００の表面側であるとして、カラーフィルタ１００の作用について説明する。
カラーフィルタ１００の表面側から副画素１０に光が入射すると、入射光は、第２共鳴構造部１１Ｂの第１低屈折率領域１２を透過して、第２共鳴構造部１１Ｂの第１格子領域１３に入る。
第１格子領域１３に光が入射すると、第１格子領域１３がサブ波長格子を有すること、および、第１格子領域１３が、第１格子領域１３の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率領域１２と第２低屈折率領域１４とに挟まれていることから、第１格子領域１３では、表面側への回折光の射出が抑えられ、導波モード共鳴現象が発生する。すなわち、特定の波長域の光が第１格子領域１３を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、この特定の波長域の光が、カラーフィルタ１００の表面側に反射光として射出される。第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域は、第１格子領域１３における第１高要素幅Ｄｈ１、第１周期Ｐ１、および、第１領域厚さＴ１によって決まる。
ここで、第１格子領域１３を伝播する上記特定の波長域の光が、損失なく第１格子領域１３にて多重反射することは起こりにくく、上記特定の波長域の光の一部は、第１格子領域１３内での反射ごとに、第２低屈折率領域１４に漏れ出る。この漏れ出た光は、第２低屈折率領域１４を透過して、第２共鳴構造部１１Ｂの第２格子領域１５に入る。
また、上記特定の波長域以外の波長域の光は、第１格子領域１３で多重反射せずに、第２低屈折率領域１４を透過して、第２格子領域１５に入る。
第２格子領域１５に光が入射すると、第２格子領域１５がサブ波長格子を有すること、および、第２格子領域１５が、第２格子領域１５の屈折率よりも低い屈折率を有する第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれていることから、第２格子領域１５でも、導波モード共鳴現象が発生する。第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域１５における第２高要素幅Ｄｈ２、第２周期Ｐ２、および、第２領域厚さＴ２によって決まる。
第１格子領域１３と第２格子領域１５とで、第１高要素幅Ｄｈ１は第２高要素幅Ｄｈ２と一致し、第１周期Ｐ１は第２周期Ｐ２と一致し、第１領域厚さＴ１は第２領域厚さＴ２と一致する。そのため、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域は、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と同じである。
したがって、第２共鳴構造部１１Ｂの第１格子領域１３にて多重反射する過程で漏れ出て第２格子領域１５に入った光は、第２格子領域１５を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、カラーフィルタ１００の表面側に反射光として射出される。
ここでも、第２格子領域１５における多重反射の過程で漏れ出た光は、第３低屈折率領域１６を透過して、第１共鳴構造部１１Ａに入る。また、第２格子領域１５で多重反射を起こさなかった波長域の光も、第３低屈折率領域１６を透過して、第１共鳴構造部１１Ａに入る。
２つの共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて、周期Ｐ１，Ｐ２はすべて等しく、高要素幅Ｄｈ１，Ｄｈ２はすべて等しく、領域厚さＴ１，Ｔ２はすべて等しいため、第１共鳴構造部１１Ａに光が入ると、第１共鳴構造部１１Ａでも、第２共鳴構造部１１Ｂと同様の現象が起こる。
すなわち、第２共鳴構造部１１Ｂの第２格子領域１５にて多重反射する過程で漏れ出て第１共鳴構造部１１Ａの第２格子領域１５に入った光が、第１共鳴構造部１１Ａの第２格子領域１５を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、カラーフィルタ１００の表面側に反射光として射出される。さらに、第１共鳴構造部１１Ａでは、第２格子領域１５にて多重反射する過程で漏れ出て第１格子領域１３に入った光が、第１格子領域１３を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、カラーフィルタ１００の表面側に反射光として射出される。
そして、いずれの格子領域１３，１５でも多重反射を起こさなかった波長域の光は、第１共鳴構造部１１Ａを透過して、カラーフィルタ１００の裏面側に透過光として射出される。
このように、副画素１０が有する４つの格子領域１３，１５のすべてにおいて、共鳴を起こす光の波長域は一致する。したがって、カラーフィルタ１００の表面側から副画素１０に光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。
結果として、カラーフィルタ１００の表面側には、第２共鳴構造部１１Ｂの第１格子領域１３で強められた波長域の光と、第２共鳴構造部１１Ｂの第２格子領域１５で強められた波長域の光と、第１共鳴構造部１１Ａの第１格子領域１３で強められた波長域の光と、第１共鳴構造部１１Ａの第２格子領域１５で強められた波長域の光とが、副画素１０から射出される。これらの光の波長域は同じであるから、１つの格子領域のみを有する副画素や、１つの共鳴構造部のみを有する副画素と比較して、副画素１０から反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度は大きくなり、反射光の波長選択性が高められる。
そして、カラーフィルタ１００への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された上記特定の波長域を除く波長域の光が、副画素１０から、透過光としてカラーフィルタ１００の裏面側に射出される。
ここで、赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとでは、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂの構造周期Ｐｋが互いに異なっている。
そして、図４が示すように、赤色用副画素１０Ｒは、カラーフィルタ１００の表面側から複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、赤色の反射光Ｉｒを表面側に射出するように、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおける構造周期Ｐｋが設定されている。緑色用副画素１０Ｇは、入射光Ｉ１を受けたとき、緑色の反射光Ｉｇを表面側に射出するように、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおける構造周期Ｐｋが設定されている。青色用副画素１０Ｂは、入射光Ｉ１を受けたとき、青色の反射光Ｉｂを表面側に射出するように、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおける構造周期Ｐｋが設定されている。副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに入射光の強度が変更されることによって、画素１１０として視認される色が変更され、画素１１０の集合によって表示装置の表示する像が形成される。
上述のように、各副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂが射出する反射光の波長選択性が高められるため、各副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにおける色の鮮明さや輝度が高められる。
［カラーフィルタの製造方法］
図５〜図８を参照して、上述したカラーフィルタ１００の製造方法について説明する。
図５が示すように、副画素１０の形成に際しては、まず、基材１８の表面に、低屈折率材料からなる層を形成し、この層の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２０を形成する。凹凸構造層２０は、基材１８に沿って広がる平坦部２０ａと、平坦部２０ａから突き出た複数の凸部２０ｂとを有するとともに、凸部２０ｂ間に位置する部分である複数の凹部２０ｃを有する。複数の凸部２０ｂは、サブ波長周期で等間隔に配置され、１つの方向に帯状に延びる。複数の凹部２０ｃは、複数の凸部２０ｂと同一のパターンで並んでおり、基材１８の表面と対向する方向から見て、複数の凸部２０ｂの面積と複数の凹部２０ｃの面積とは等しい。
副画素１０からの反射光として得たい波長域に応じて、凸部２０ｂと凹部２０ｃとは、配列の周期Ｐｔが所望の第１周期Ｐ１かつ第２周期Ｐ２、すなわち、所望の構造周期Ｐｋとなり、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１が所望の第１低要素幅Ｄｌ１かつ第２高要素幅Ｄｈ２となり、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２が所望の第１高要素幅Ｄｈ１かつ第２低要素幅Ｄｌ２となるように形成される。すなわち、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１と、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２とは等しい。凸部２０ｂの高さＨｔは、所望の第１領域厚さＴ１よりも大きくなるように形成される。
凹凸構造の形成には、ナノインプリント法やドライエッチング法等の公知の微細加工技術が用いられる。なかでも、ナノインプリント法は、微細な凸部２０ｂおよび凹部２０ｃを簡便に形成できるため好ましい。
例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用い、光ナノインプリント法によって凹凸構造層２０を形成する場合、まず、基材１８の表面に、紫外線硬化性樹脂を塗工する。次いで、紫外線硬化性樹脂からなる塗工層の表面に、形成対象の凸部２０ｂおよび凹部２０ｃからなる凹凸の反転された凹凸を有する凹版である合成石英モールドを押し当て、塗工層および凹版に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から凹版を離型する。これによって、凹版の有する凹凸が紫外線硬化性樹脂に転写されて凸部２０ｂおよび凹部２０ｃが形成されるとともに、凸部２０ｂおよび凹部２０ｃと基材１８との間には、紫外線硬化性樹脂からなる残膜として、平坦部２０ａが形成される。
次に、図６が示すように、凹凸構造層２０の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層２１を形成する。高屈折率層２１の形成方法としては、真空蒸着法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層２１は、凸部２０ｂ上と凹部２０ｃ上とに形成される。すなわち、高屈折率層２１は、凹部２０ｃ上に位置する第１層状部２１ａと、凸部２０ｂ上に位置する第２層状部２１ｂとを含む。
凹凸構造層２０における凸部２０ｂの幅Ｄｔ１と凹部２０ｃの幅Ｄｔ２とは等しいため、第１層状部２１ａの幅Ｄｓ１と第２層状部２１ｂの幅Ｄｓ２とは等しくなる。また、第１層状部２１ａの配列の周期と第２層状部２１ｂの配列の周期とは周期Ｐｔとなり、互いに等しい。高屈折率層２１の厚さは、すなわち、第１層状部２１ａの厚さＴｓ１であるとともに第２層状部の厚さＴｓ２であり、これらの厚さは等しい。高屈折率層２１の厚さは、凸部２０ｂの高さＨｔよりも小さく、所望の第１領域厚さＴ１かつ第２領域厚さＴ２になるように形成される。すなわち、第１層状部２１ａと第２層状部２１ｂとは、互いに同一のパターンを有するサブ波長格子を構成する。これにより、基材１８と凹凸構造層２０と高屈折率層２１とからなる構造体である凹凸構造体２５が形成される。
次に、図７が示すように、２つの凹凸構造体２５を、高屈折率層２１同士が向かい合うように離間させて対向させ、図８が示すように、２つの凹凸構造体２５の間の領域を、凹凸構造層２０の形成材料と同じ低屈折率材料で埋めることによって、これらの凹凸構造体２５を接合する。凹凸構造体２５の有する凹凸は第２層状部２１ｂ上まで低屈折率材料で埋められる。２つの凹凸構造体２５として、凸部２０ｂの周期Ｐｔが同一である凹凸構造体２５を接合することによって、２つの共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する副画素１０が形成できる。
図８が示すように、低屈折率材料による埋め込みによって、２つの凹凸構造体２５の間に形成される部分が埋め込み層２２である。埋め込み層２２は、平坦部２２ａと複数の凸部２２ｂと凸部２２ｂ間に位置する凹部２２ｃとを備える。凸部２２ｂは、２つの凹凸構造体２５の各々において、凸部２０ｂの間および第２層状部２１ｂの間の空間を埋めている。平坦部２２ａは、２つの凹凸構造体２５の間に位置し、基材１８の表面に沿った方向に広がっている。平坦部２２ａと凸部２２ｂとは、平坦部２２ａから凸部２２ｂが基材１８に向けて突き出るように、繋がっている。
凸部２２ｂの周期は、凹凸構造層２０における凸部２０ｂの周期Ｐｔと一致し、凸部２２ｂの幅は、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２と一致し、凹部２２ｃの幅は、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１と一致する。凸部２０ｂの高さは、高屈折率層２１の厚さよりも大きい。
埋め込み層２２の形成方法としては、各種の塗布法等の公知の成膜技術が用いられる。例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合、２つの凹凸構造体２５の間の領域に、紫外線硬化性樹脂を配置する。そして、配置した紫外線硬化性樹脂に紫外線を照射して紫外線硬化性樹脂を硬化させることにより、埋め込み層２２を形成する。
なお、２つの凹凸構造体２５を対向させた状態において、第１層状部２１ａ同士が向かい合ってもよいし、一方の凹凸構造体２５における第１層状部２１ａと、他方の凹凸構造体２５における第２層状部２１ｂとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の凹凸構造体２５における第１層状部２１ａは、他方の凹凸構造体２５における第１層状部２１ａの一部および第２層状部２１ｂの一部と向かい合っていてもよい。
以上により、副画素１０が形成される。凹凸構造層２０の平坦部２０ａが、第１低屈折率領域１２である。高屈折率層２１の第１層状部２１ａと、凹凸構造層２０の凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａに隣接する部分とから第１格子領域１３が構成され、第１層状部２１ａが第１高屈折率部１３ａであり、凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａに隣接する部分が第１低屈折率部１３ｂである。凹凸構造層２０の凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａよりも延びている部分と、埋め込み層２２の凸部２２ｂのなかで凹凸構造層２０の凸部２０ｂに隣接する部分とから第２低屈折率領域１４が構成される。
高屈折率層２１の第２層状部２１ｂと、埋め込み層２２の凸部２２ｂのなかで第２層状部２１ｂに隣接する部分とから第２格子領域１５が構成され、第２層状部２１ｂが第２高屈折率部１５ａであり、凸部２２ｂのなかで第２層状部２１ｂに隣接する部分が第２低屈折率部１５ｂである。埋め込み層２２の平坦部２２ａが、第３低屈折率領域１６である。
こうした製造方法によって製造される副画素１０においては、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂの各々において、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３の第１低屈折率部１３ｂとは連続し、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに隣接する部分とは連続し、第１低屈折率領域１２と、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに隣接する部分とは１つの構造体である。また、第２低屈折率領域１４のなかで第２格子領域１５の第２低屈折率部１５ｂに隣接する部分と、第２低屈折率部１５ｂとは連続し、第２低屈折率部１５ｂと第３低屈折率領域１６とは連続し、第２低屈折率領域１４のなかで第２低屈折率部１５ｂに隣接する部分と、第２低屈折率部１５ｂと、第３低屈折率領域１６とは１つの構造体である。
上述のように、副画素１０では、４つの格子領域１３，１５の各々で強められた波長域の光が射出されることにより、得られる反射光の強度が大きくなる。そのため、第１格子領域１３や第２格子領域１５に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、具体的には、ナノインプリント法を用いて副画素１０を形成する場合には、残膜の膜厚の精密な制御を要さずに、波長選択性の高い反射光を射出する副画素１０を製造することができる。したがって、カラーフィルタ１００の製造が容易である。
また、凹凸構造体２５は、光ナノインプリント法と真空蒸着法とを組み合わせた製造方法によって形成可能であるため、ロール・トゥ・ロール法による製造に適している。したがって、副画素１０の構成は、大量生産にも適している。
また、赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとの間で、第１共鳴構造部１１Ａに接する基材１８、第１共鳴構造部１１Ａにおける第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６の各々は連続している。同様に、赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとの間で、第２共鳴構造部１１Ｂに接する基材１８、第２共鳴構造部１１Ｂにおける第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６の各々は連続している。
すなわち、赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとは、共通した２つの基材１８と、これらの画素間で各共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて相互に連続した凹凸構造層２０と、これらの画素間で相互に連続した埋め込み層２２とを有している。
赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとの各々における凹凸構造層２０は、例えば、ナノインプリント法を用いて、各副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応する部分で凹凸の周期を変えた合成石英モールドを用いることによって、同時に形成することができる。また、２つの凹凸構造体２５の各々において、高屈折率層２１の各副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応する部分は、同時に形成することができる。さらに、埋め込み層２２も、各副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対応する部分を同時に形成することができる。したがって、３種類の色の副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを有するカラーフィルタ１００を容易に形成することができる。
なお、真空蒸着法を用いて高屈折率層２１を形成する場合、凹凸構造層２０の凸部２０ｂの側面にも、高屈折率材料が付着する場合がある。その結果、図９が示すように、副画素１０が有する各共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて、第２低屈折率領域１４は、第１方向に沿った方向から見て互いに隣り合う第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとの端部間を繋ぐように、第２低屈折率領域１４の厚さ方向に延びる第３高屈折率部１７を含む。なお、第３高屈折率部１７は、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとを完全に繋いでいなくてもよく、第３高屈折率部１７と第１高屈折率部１３ａや第２高屈折率部１５ａは離れていてもよい。
第３高屈折率部１７が存在する場合であっても、第２低屈折率領域１４における第３高屈折率部１７の体積比率は微小であって、第２低屈折率領域１４においては、低屈折率材料によって構成される部分が支配的である。そのため、第２低屈折率領域１４の屈折率は、第１低屈折率領域１２および第３低屈折率領域１６の各々の屈折率よりもわずかに大きくなるが、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々の屈折率よりは十分に小さい。したがって、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々が、これらの領域よりも屈折率の低い領域に挟まれた、導波モード共鳴現象に適した構造が実現される。
［光学デバイスの変形例］
上述の製造方法において、紫外線硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法により凹凸構造層２０を形成してもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱に変更すればよく、熱可塑性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を、加熱および冷却に変更すればよい。
ただし、熱可塑性樹脂を用いて凹凸構造層２０を形成した場合、埋め込み層２２の形成に際して、凹凸構造層２０が加熱されて変形することを抑えるために、熱可塑性樹脂とは異なる材料を用いて埋め込み層２２を形成することが好ましい。
例えば、図１０が示すように、凹凸構造層２０を熱可塑性樹脂から形成し、埋め込み層２２を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。この場合、凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよく、それぞれの低屈折率材料の屈折率が高屈折率層２１を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。
凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とが互いに異なるとき、製造された副画素１０においては、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の屈折率は、互いに異なる。また、第２低屈折率領域１４は、互いに異なる屈折率を有する材料から構成された帯状の部分が、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って交互に並ぶ構造を有する。
なお、凹凸構造層２０を熱可塑性樹脂から形成し、埋め込み層２２を熱可塑性樹脂とは異なる材料から形成する場合に限らず、凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよい。また、副画素１０の形成に用いられる２つの凹凸構造体２５において、凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料や高屈折率層２１を構成する高屈折率材料は互いに異なっていてもよい。
要は、凹凸構造層２０および埋め込み層２２の各々を構成する低屈折率材料の屈折率が、高屈折率層２１を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。そして、製造された副画素１０では、各共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて、第１格子領域１３および第２格子領域１５の屈折率の各々よりも、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の屈折率の各々が低ければよい。
また、図１１が示すように、凹凸構造体２５において、基材１８と凹凸構造層２０とが互いに連続した１つの構造体であってもよい。すなわち、低屈折率材料からなる基材１８の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２０を形成する。例えば、基材１８として熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、基材１８の表面に凹凸構造を形成してもよいし、基材１８として合成石英からなる基板を用いて、基材１８の表面に凹凸構造を形成してもよい。合成石英基板に対する凹凸構造の形成には、ドライエッチング法等の公知の技術が用いられればよい。この場合、製造された副画素１０においては、基材１８と第１低屈折率領域１２とは互いに連続している。
なお、副画素１０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部１１を備えていてもよい。副画素１０が複数の共鳴構造部１１を備える構成において、これらの共鳴構造部１１における構造周期Ｐｋが同一であれば、共鳴構造部１１の数が多いほど、反射光の強度は高められる。
３以上の共鳴構造部１１を備える副画素１０の製造に際しては、凹凸構造体２５の基材１８と凹凸構造層２０とが、凹凸構造層２０から基材１８を剥離可能な材料から形成される。そして、２つの凹凸構造体２５が低屈折率材料によって接合されたのち、一方の基材１８が剥離され、露出された凹凸構造層２０と他の凹凸構造体２５とがさらに低屈折率材料を挟んで接合されることが繰り返されることによって、６以上のサブ波長格子を有する副画素１０が形成される。
以上、第１実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）副画素１０において、共鳴構造部１１の各格子領域１３，１５に光が入射すると、各格子領域１３，１５では、導波モード共鳴現象が発生する。１つの共鳴構造部１１において、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とは一致し、２つの格子領域１３，１５の各々で強められた波長域の光が反射光として射出される。一方、入射光のなかで上記強められた波長域を除く波長域の光が、共鳴構造部１１を透過する。副画素１０が複数の共鳴構造部１１を備えていることにより、射出される反射光の強度の調整や、反射光および透過光の波長域の調整の自由度が高くなる。すなわち、副画素から射出される光の強度を高くすることや、副画素から射出される光の波長域を狭くすることが可能であり、副画素の波長選択性を高めることができる。
（２）複数の共鳴構造部１１の構造周期Ｐｋが、複数の共鳴構造部１１において等しい構成によれば、各格子領域１３，１５で共鳴を起こす光の波長域は一致し、各格子領域１３，１５で強められた特定の波長域の反射光が副画素１０から射出されるため、反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。そして、副画素１０ごとに構造周期Ｐｋが異なることによって、副画素１０ごとに射出される反射光の色を異ならせることができる。反射光の色の違いが、副画素１０ごとの構造周期Ｐｋの違いによって実現されるため、色の違いによる副画素１０の製造工程の差異が小さく、カラーフィルタ１００の製造が容易である。
そして、副画素１０ごとの構造周期Ｐｋの違いによって、赤色の光を選択的に反射する赤色用副画素１０Ｒと、緑色の光を選択的に反射する緑色用副画素１０Ｇと、青色の光を選択的に反射する青色用副画素１０Ｂとが実現されることにより、波長選択性が高められた、すなわち、射出する反射光の強度が高められた副画素１０を備える反射型のカラーフィルタ１００が実現される。こうしたカラーフィルタ１００によれば、各副画素１０における色の鮮明さや輝度が高められる。
（３）低屈折率材料からなる凹凸構造層２０を形成する工程と、凹凸構造層２０の表面に高屈折率層２１を形成する工程と、凹凸構造層２０と高屈折率層２１とからなる２つの凹凸構造体２５を向かい合わせて、その間を低屈折率材料からなる埋め込み層２２で埋める工程とによって、副画素１０が形成される。したがって、サブ波長格子に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、副画素１０の波長選択性が高められたカラーフィルタ１００を容易に製造することができる。
（４）特に、低屈折率材料として樹脂を用い、樹脂からなる塗工層に凹版を押し付けて樹脂の硬化によって凹凸構造層２０を形成する製法では、ナノインプリント法を用いて凹凸構造層２０の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層２０を好適に、かつ、簡便に形成することができる。
（５）各共鳴構造部１１において、第１低屈折率領域１２と、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに隣接する部分とが、相互に連続する１つの構造体であり、第３低屈折率領域１６と、第２低屈折率部１５ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第２低屈折率部１５ｂに隣接する部分とが、相互に連続する１つの構造体である構成では、１つの構造体である部分の各々を、上述の製造方法を用いて１つの工程にて製造することができるため、カラーフィルタ１００の容易な製造が可能である。
（６）上記各構造体と第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａとの屈折率差が０．２よりも大きい構成では、各格子領域１３，１５にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすいため、副画素１０の波長選択性がより高められる。
（７）上記各構造体を構成する低屈折率材料が、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａを構成する材料が、無機化合物を含む構成では、各格子領域１３，１５にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすいため、副画素１０の波長選択性がより高められる。また、カラーフィルタ１００の製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。
（８）第２低屈折率領域１４が、第１方向に沿った方向から見て互いに隣り合う第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとの端部間で、第２低屈折率領域１４の厚さ方向に沿って延びる第３高屈折率部１７を備える構成では、真空蒸着法を利用した高屈折率部１３ａ，１５ａの形成が可能であり、サブ波長格子の好適な形成が可能である。そして、この場合であっても、導波モード共鳴現象を生じさせるための第２低屈折率領域１４の構成が好適に実現される。
（第２実施形態）
図１２および図１３を参照して、カラーフィルタ、および、カラーフィルタの製造方法の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが互いに異なる構造周期を有していることが、第１実施形態と異なる。以下では、第２実施形態と第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
第２実施形態のカラーフィルタ１００は、透過型のカラーフィルタであり、カラーフィルタ１００には、裏面側から、すなわち、カラーフィルタ１００に対して、表示装置の表示面を見る観察者の位置する側とは反対側から、光が照射される。カラーフィルタ１００に照射される光の強度は、副画素ごとに、液晶装置等によって変更可能に構成されている。
第２実施形態においては、赤色用副画素１０Ｒは、赤色用副画素１０Ｒに入射した光のなかで赤色の光を選択的に透過する。緑色用副画素１０Ｇは、緑色用副画素１０Ｇに入射した光のなかで緑色の光を選択的に透過する。青色用副画素１０Ｂは、青色用副画素１０Ｂに入射した光のなかで青色の光を選択的に透過する。
［副画素の構成］
図１２を参照して、第２実施形態の副画素１０の詳細構造を説明する。
図１２が示すように、副画素１０は、第１実施形態と同様に、２つの基材１８の間に、２つの共鳴構造部１１を備えている。第１実施形態と同様に、２つの共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおいて、高屈折率部１３ａ，１５ａの延びる方向は一致しており、副画素１０が有する４つのサブ波長格子について、サブ波長格子の配列方向は同一である。そして、１つの共鳴構造部１１内において、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１と第２格子領域１５の第２周期Ｐ２とは同一であり、この周期が当該共鳴構造部１１の構造周期Ｐｋである。
ただし、第２実施形態では、第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとは、互いに異なっている。換言すれば、副画素１０が含む４つのサブ波長格子のパターンは共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂごとに異なる。すなわち、高要素幅Ｄｈ１，Ｄｈ２は共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂごとに異なる。領域厚さＴ１，Ｔ２はすべて等しくてもよいし、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂごとに異なってもよい。
こうした副画素１０は、第１実施形態と同様の製造方法にて、２つの凹凸構造体２５として、凸部２０ｂの周期Ｐｔが互いに異なる凹凸構造体２５を接合することによって、形成される。
［カラーフィルタの作用］
以下では、第１共鳴構造部１１Ａに対して第２共鳴構造部１１Ｂの位置する側がカラーフィルタ１００の表面側であるとして、カラーフィルタ１００の作用について説明する。
副画素１０において、２つの共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有するため、第１共鳴構造部１１Ａの有する格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部１１Ｂの有する格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。
したがって、カラーフィルタ１００の裏面側から副画素１０に光が入射したとき、第１共鳴構造部１１Ａの各格子領域１３，１５で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった波長域の光は、第１共鳴構造部１１Ａを透過して、第２共鳴構造部１１Ｂに入る。第１共鳴構造部１１Ａにおいて、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。
そして、第２共鳴構造部１１Ｂでは、第１共鳴構造部１１Ａとは異なる波長域の光が、第２共鳴構造部１１Ｂの各格子領域１３，１５で多重反射する。第２共鳴構造部１１Ｂにおいて、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。各格子領域１３，１５にて多重反射しなかった波長域の光は、第２共鳴構造部１１Ｂを透過して、カラーフィルタ１００の表面側に射出される。
結果として、カラーフィルタ１００の裏面側には、第１共鳴構造部１１Ａの有する格子領域１３，１５にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部１１Ｂの有する格子領域１３，１５にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が副画素１０から射出される。
一方、カラーフィルタ１００の表面側には、カラーフィルタ１００への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第１の波長域および第２の波長域を除く波長域の光が透過光として副画素１０から射出される。こうした構成によれば、副画素１０にて、反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。
ここで、赤色用副画素１０Ｒと緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとでは、第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとの組み合わせが、互いに異なっている。すなわち、赤色用副画素１０Ｒにおける第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとの組み合わせと、緑色用副画素１０Ｇにおける第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとの組み合わせとでは、第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとの少なくとも一方が異なる。緑色用副画素１０Ｇと青色用副画素１０Ｂとにおける構造周期Ｐｋの組み合わせ、赤色用副画素１０Ｒと青色用副画素１０Ｂとにおける構造周期Ｐｋの組み合わせについても同様である。
そして、図１３が示すように、赤色用副画素１０Ｒは、カラーフィルタ１００の裏面側から複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、赤色の透過光Ｉｒを表面側に射出するように、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおける構造周期Ｐｋの組み合わせが設定されている。具体的には、赤色用副画素１０Ｒは、第１共鳴構造部１１Ａにて緑色の波長域の光が強められて裏面側に反射光として射出され、第２共鳴構造部１１Ｂにて青色の波長域の光が強められて裏面側に反射光として射出されるように構成される。こうした構成によれば、カラーフィルタ１００の裏面側から白色の入射光を受けたとき、カラーフィルタ１００の表面側には、赤色の透過光が射出されるため、カラーフィルタ１００の表面側から見て、赤色用副画素１０Ｒには、赤色が視認される。
同様に、緑色用副画素１０Ｇは、入射光Ｉ１を受けたとき、緑色の透過光Ｉｇを表面側に射出するように、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおける構造周期Ｐｋの組み合わせが設定されている。また、青色用副画素１０Ｂは、入射光Ｉ１を受けたとき、青色の透過光Ｉｂを表面側に射出するように、共鳴構造部１１Ａ，１１Ｂにおける構造周期Ｐｋの組み合わせが設定されている。副画素１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂごとに入射光の強度が変更されることによって、画素１１０として視認される色が変更され、画素１１０の集合によって表示装置の表示する像が形成される。
なお、第２実施形態においても、副画素１０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部１１を備えていてもよく、複数の共鳴構造部１１に、構造周期Ｐｋが同一である共鳴構造部１１と、構造周期Ｐｋが互いに異なる共鳴構造部１１とが含まれてもよい。
以上、第２実施形態によれば、第１実施形態の（１），（３）〜（８）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（９）各副画素１０において、第１共鳴構造部１１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１１Ｂの構造周期Ｐｋとが互いに異なる構成によれば、第１共鳴構造部１１Ａの各格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部１１Ｂの各格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。したがって、副画素１０からは、入射光に含まれる波長域のなかで、第１共鳴構造部１１Ａから反射される第１の波長域と、第２共鳴構造部１１Ｂから射出される第２の波長域とを除く波長域の光が透過光として射出される。それゆえ、副画素１０において、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能であり、単色性が高く波長選択性の高められた透過光を射出する副画素１０が実現される。
そして、副画素１０ごとの構造周期Ｐｋの組み合わせの違いによって、赤色の光を選択的に透過する赤色用副画素１０Ｒと、緑色の光を選択的に透過する緑色用副画素１０Ｇと、青色の光を選択的に透過する青色用副画素１０Ｂとが実現される。これにより、波長選択性が高められた、すなわち、透過光として狭帯域の光を射出する副画素１０を備える透過型のカラーフィルタ１００が実現される。
［変形例］
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
上記各実施形態の製造方法によって製造される副画素１０の共鳴構造部１１においては、第１高屈折率部１３ａの上部に第２低屈折率部１５ｂが位置し、第１低屈折率部１３ｂの上部に第２高屈折率部１５ａが位置する。
すなわち、第１高屈折率部１３ａの配置のパターンは、第２低屈折率部１５ｂの配置のパターンと一致し、第１低屈折率部１３ｂの配置のパターンは、第２高屈折率部１５ａの配置のパターンと一致する。そして、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とを一致させるためには、第１格子領域１３と第２格子領域１５とでサブ波長格子の格子周期が一致し、かつ、第１格子領域１３における複数の第１高屈折率部１３ａの体積比率と、第２格子領域１５における複数の第２高屈折率部１５ａの体積比率とが一致することが必要である。
上記条件が満たされていれば、第１高屈折率部１３ａ、第１低屈折率部１３ｂ、第２高屈折率部１５ａ、および、第２低屈折率部１５ｂの各要素部の形状や配置は上記各実施形態と異なっていてもよい。ただし、上記各実施形態のように、各要素部が、共通する１つの方向に帯状に延びる同一の形状を有し、各格子領域１３，１５にて、高屈折率部１３ａ，１５ａと低屈折率部１３ｂ，１５ｂとが、これらの延びる方向と直交する方向に交互に配置されている構成であれば、上記条件を満たすことが容易である。
さらに、サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延びる高屈折率部１３ａ，１５ａから構成されている場合、各格子領域１３，１５では、特定の方向へ偏光した光が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。上記特定の方向は、サブ波長格子の配列方向に依存する。第１共鳴構造部１１Ａと第２共鳴構造部１１Ｂとでサブ波長格子の配列方向が揃っていることにより、第１共鳴構造部１１Ａの格子領域１３，１５と第２共鳴構造部１１Ｂの格子領域１３，１５とでは、多重反射する光の偏光方向は互いに同一である。一般的に、カラーフィルタ１００への入射光は、偏光方向の揃った光であるため、上記構成によれば、入射光に対して、効率的に反射光が出射される。
１０…副画素、１０Ｒ…赤色用副画素、１０Ｇ…緑色用副画素、１０Ｂ…青色用副画素、１１…共鳴構造部、１１Ａ…第１共鳴構造部、１１Ｂ…第２共鳴構造部、１２…第１低屈折率領域、１３…第１格子領域、１３ａ…第１高屈折率部、１３ｂ…第１低屈折率部、１４…第２低屈折率領域、１５…第２格子領域、１５ａ…第２高屈折率部、１５ｂ…第２低屈折率部、１６…第３低屈折率領域、１７…第３高屈折率部、１８…基材、２０…凹凸構造層、２０ａ…平坦部、２０ｂ…凸部、２０ｃ…凹部、２１…高屈折率層、２１ａ…第１層状部、２１ｂ…第２層状部、２２…埋め込み層、２５…凹凸構造体、１００…カラーフィルタ、１１０…画素。

Claims (12)

  1. 入射光を透過する材料から構成された複数の副画素を備えるカラーフィルタであって、
    前記副画素は、前記カラーフィルタの厚さ方向に並ぶ複数の共鳴構造部を備え、
    前記共鳴構造部は、
    第１サブ波長格子を構成する複数の第１高屈折率部と、前記第１高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第１低屈折率部とを有し、前記カラーフィルタの表面に沿った方向に前記第１高屈折率部と前記第１低屈折率部とが交互に位置する第１格子領域と、
    前記第１高屈折率部と同一の材料から構成されて第２サブ波長格子を構成する複数の第２高屈折率部と、前記第２高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第２低屈折率部とを有し、前記表面に沿った方向に前記第２高屈折率部と前記第２低屈折率部とが交互に位置する第２格子領域と、
    前記第１格子領域の平均屈折率および前記第２格子領域の平均屈折率の各々よりも低い屈折率をそれぞれが有する第１低屈折率領域、第２低屈折率領域、および、第３低屈折率領域と、を備え、
    前記第１格子領域は、前記カラーフィルタの厚さ方向に前記第１低屈折率領域と前記第２低屈折率領域とに挟まれ、
    前記第２格子領域は、前記カラーフィルタの厚さ方向に前記第２低屈折率領域と前記第３低屈折率領域とに挟まれ、
    前記第１サブ波長格子の格子周期と前記第２サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しい周期であり、
    前記第１格子領域における前記複数の第１高屈折率部の体積比率と、前記第２格子領域における前記複数の第２高屈折率部の体積比率とは同一であり、
    前記表面と対向する方向から見て、前記第１高屈折率部と前記第２低屈折率部とが重なり、前記第２高屈折率部と前記第１低屈折率部とが重なっている
    カラーフィルタ。
  2. 前記複数の共鳴構造部の各々において、前記複数の第１高屈折率部、前記複数の第１低屈折率部、前記複数の第２高屈折率部、および、前記複数の第２低屈折率部の各々は、前記複数の共鳴構造部に共通する１つの方向に帯状に延びる形状を有する
    請求項１に記載のカラーフィルタ。
  3. 前記共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期は、前記複数の共鳴構造部において相互に等しく、
    前記複数の副画素には、第１副画素と第２副画素とが含まれ、前記第１副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期と、前記第２副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期とは、互いに異なる
    請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
  4. 前記複数の副画素には、第３副画素がさらに含まれ、
    前記第１副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期と、前記第２副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期と、前記第３副画素が有する前記共鳴構造部における前記格子周期とは、互いに異なり、
    前記第１副画素は赤色の光を選択的に反射し、前記第２副画素は緑色の光を選択的に反射し、前記第３副画素は青色の光を選択的に反射する
    請求項３に記載のカラーフィルタ。
  5. 前記複数の共鳴構造部には、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが含まれ、前記第１共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期である第１構造周期と、前記第２共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期である第２構造周期とは、互いに異なり、
    前記複数の副画素には、第１副画素と第２副画素とが含まれ、
    前記第１副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせと、前記第２副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせとでは、前記第１構造周期と前記第２構造周期との少なくとも一方が異なる
    請求項１または２に記載のカラーフィルタ。
  6. 前記複数の副画素には、第３副画素がさらに含まれ、
    前記第１副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせと、前記第３副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせとでは、前記第１構造周期と前記第２構造周期との少なくとも一方が異なり、
    前記第２副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせと、前記第３副画素における前記第１構造周期と前記第２構造周期との組み合わせとでは、前記第１構造周期と前記第２構造周期との少なくとも一方が異なり、
    前記第１副画素は赤色の光を選択的に透過し、前記第２副画素は緑色の光を選択的に透過し、前記第３副画素は青色の光を選択的に透過する
    請求項５に記載のカラーフィルタ。
  7. 各共鳴構造部において、
    前記第１低屈折率領域と、前記第１低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第１低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第１構造体であり、
    前記第３低屈折率領域と、前記第２低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第２低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第２構造体である
    請求項１〜６のいずれか一項に記載のカラーフィルタ。
  8. 前記第１構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きく、
    前記第２構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きい
    請求項７に記載のカラーフィルタ。
  9. 前記第１構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、
    前記第２構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、
    前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部を構成する材料は、無機化合物を含む
    請求項７または８に記載のカラーフィルタ。
  10. 各共鳴構造部において、
    前記第２低屈折率領域は、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部と同一の材料から構成された第３高屈折率部を有し、
    前記第３高屈折率部は、前記表面と対向する方向から見て互いに隣り合う前記第１高屈折率部と前記第２高屈折率部との端部間で、前記第２低屈折率領域の厚さ方向に沿って延びている
    請求項１〜９のいずれか一項に記載のカラーフィルタ。
  11. 入射光を透過する材料から構成される副画素を備えるカラーフィルタの製造方法であって、前記副画素を製造する工程は、
    第１低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部と、前記複数の凸部の並ぶ方向に沿って前記凸部と交互に並ぶ凹部であって、前記表面と対向する方向から見て前記複数の凸部の面積と等しい面積を有する複数の凹部とを形成することによって、前記凸部と前記凹部とを有する凹凸構造層を形成する第１工程と、
    前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に、前記凸部の高さよりも小さい厚さを有する高屈折率層を形成する第２工程であって、前記高屈折率層として、前記凹部上に位置する第１サブ波長格子と、前記凸部上に位置して前記第１サブ波長格子と同一の格子周期を有する第２サブ波長格子とを含む層を形成する第２工程と、
    前記凹凸構造層と前記高屈折率層とからなる構造体を２つ用いて、２つの前記構造体を前記高屈折率層同士が向かい合うように対向させ、２つの前記構造体の間の領域を、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料で埋めることにより、前記第２低屈折率材料からなる埋め込み層を形成する第３工程と、を含む
    カラーフィルタの製造方法。
  12. 前記第１工程では、前記第１低屈折率材料である樹脂からなる塗工層に凹版を押し付け、前記樹脂を硬化させた後に前記凹版を離型して前記凹版の有する凹凸を前記樹脂に転写することにより、前記凹凸構造層を形成し、
    前記第２工程では、前記高屈折率材料として無機化合物を含む材料を用いて、前記高屈折率層を形成し、
    前記第３工程では、２つの前記構造体の間の領域に、前記第２低屈折率材料である樹脂を配置し、配置した樹脂を硬化させることにより、前記埋め込み層を形成する
    請求項１１に記載のカラーフィルタの製造方法。
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