JP2018189831A

JP2018189831A - 表示体

Info

Publication number: JP2018189831A
Application number: JP2017092883A
Authority: JP
Inventors: 秀充波木井; Hidemitsu Namikii; 雅史川下; Masafumi Kawashita
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2017-05-09
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2018-11-29

Abstract

【課題】表示される像の観察によって表示体の表裏の判別を可能とし、且つ、意匠性およびセキュリティ性の優れるホログラムパターンによる動的な色彩表現を付与した表示体を提供する。【解決手段】表示体において、第１格子層２１は第１誘電体層２２，２３の配列方向における幅が異なるｎ種類（ｎは１以上の整数）の上記第１誘電体層を有し、ｎ種類の前記第１誘電体層のうち、上記幅が等しい上記第１誘電体層間の構造周期である第一の構造周期ＰＴ２，ＰＴ３は、可視領域の波長以下のサブ波長周期であり、上記第一の構造周期は、ｎ種類以下存在し、上記ｎ種類以下の上記第一の構造周期をもつ第１誘電体層のまとまりである第１誘電体層群を規則的に配置することで上記サブ波長周期よりも大きい第二の構造周期ＰＴ４を形成している。【選択図】図３

Description

本発明は、反射あるいは透過する光によって像を表示する表示体に関する。

パスポートや免許証などの認証書類、商品券や小切手などの有価証券類、クレジットカードやキャッシュカードなどのカード類、および、紙幣などは、それの偽造が困難であることを求められる。偽造の困難性を高めることは、例えば、対象物品に貼り付けられる表示体に偽造防止機能を付加することで実現される。偽造防止機能を備える表示体の一例は、一つの方向に並ぶ複数の溝を回折格子として含む。

表示体が備える回折格子は、例えば、透明な樹脂層と、樹脂層上に位置するアルミニウムなどの金属層とを備える。例えば、正弦二次構造を有した数学的な関数によって表現される回折格子の形状は、回折格子の傾斜部において、他の部位よりも薄い金属層を有し、傾斜部間での構造の差異によって、透過率や反射率の差異を金属層に付加する。そして、グレースケールによる表現や、反射像の色彩と透過像の色彩とが相互に異なる表現を可能にする（例えば、特許文献１参照）。反射像と透過像の差異は、表示体が貼り付けられた物品の真贋の判定も可能とする。

回折格子による偽造防止機能は、印刷物とは異なる視覚的な効果を表示像に付加することである。従来、回折格子構造は、ホログラム効果を発現する凹凸面へ金属の薄膜を全面に形成して反射層とした、金属光沢のホログラム構造や、透明反射層を形成した透明ホログラム構造が知られている。しかしながら、金属反射層では銀色金属光沢によるギラギラ感があり、透明ホログラムではホログラムの明るさが不足するという問題があった。そこで、さらに意匠性を高めるために、ホログラム層に接する着色層を設けて、着色ホログラムとすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
他方では、所望の鮮やかな色調の金属光沢を有し、意匠性およびセキュリティ性の優れたホログラム構造も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特許５１２４２７２号公報特開２０１４−５９５２９号公報特開２００８−１６２２６０号公報

一方で、正弦二次構造を有した数学的な関数によって表現される回折格子の形状は、回折格子における構造の高さ方向、すなわち、表示体における表裏方向に、高い対称性を必要とする。結果として、表示体の表面から観察される像と、表示体の裏面から観察される像との色彩の差異も微々たるものであり、これらの視認に基づいて、表示体の表裏を判別することも困難である。
また、ホログラム層に接する着色層を設けた、着色ホログラムでは充分な光回折効果が得られなかったり、所望の色で明るいホログラムが得られないなどの問題がある。さらに、ホログラム層とは別に着色層を設ける必要があるという問題があった。

特許文献３の方法を用いることで多少の色調を付与することは可能である。しかしながら、高輝度インキ層の反射率はアルミニウム蒸着膜の反射率より低く散乱傾向がある。このため、所望の鮮やかな色調の金属光沢が得られないという問題があった。また、ホログラムに対して部分的に着色された反射層を設けることは困難である。高輝度インキを着色層に対して高い位置精度で同一パターンの反射層を重ね刷りする必要があるからである。
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、表示される像の観察によって表示体の表裏の判別を可能とし、且つ、意匠性およびセキュリティ性の優れるホログラムによる動的な色彩表現を付与した表示体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る表示体は、
可視領域の光を透過する誘電体からなる基材と、
上記基材の一方の面側に配置された第１格子層と、
上記第１格子層の上記基材側とは反対側に配置された中間格子層と、
上記中間格子層の上記第１格子層側とは反対側に配置された第２格子層と、を備える。

そして、上記第１格子層は、島状配列に並ぶ複数の第１誘電体層と、上記各第１誘電体層を囲う網目状を有した第１金属層と、を備え、
上記中間格子層は、上記島状配列に並ぶ複数の第１中間誘電体層と、上記各第１中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、上記第１中間誘電体層よりも低い誘電率を有した第２中間誘電体層と、を備え、
上記第２格子層は、上記島状配列に並ぶ複数の第２金属層と、上記各第２金属層を囲う網目状を有した第２誘電体層と、を備える。

そして、上記第１格子層は上記第１誘電体層の配列方向における幅が異なるｎ種類（ｎは１以上の整数）の上記第１誘電体層を有し、
ｎ種類の上記第１誘電体層のうち、上記幅が等しい上記第１誘電体層間の構造周期である第一の構造周期は、可視領域の波長以下のサブ波長周期であり、
上記第一の構造周期は、ｎ種類以下存在し、
上記ｎ種類以下の上記第一の構造周期をもつ上記第１誘電体層のまとまりである第１誘電体層群を規則的に配置することでサブ波長周期よりも大きい第二の構造周期を形成している。

本発明の一態様によれば、表示される像の観察によって表示体の表裏の判別を可能とし、且つ、意匠性およびセキュリティ性の優れるホログラムによる動的な色彩表現を付与した表示体を提供することができる。

本発明の表示体の一実施形態における平面構造を示す平面図である。本発明の表示体の一実施形態における第１表示領域の平面構造を拡大して示す拡大図である。本発明の表示体の一実施形態における第１表示領域の断面構造を示す図であり、図２のIII―III線断面図を示す図である。本発明の表示体の一実施形態における第１表示領域の断面構造を示す図であり、図２のIV―IV線断面図を示す図である。本発明の表示体の一実施形態における第２表示領域の断面構造を示す図であり、図１のV―V線断面図を示す図である。本発明の一実施形態における表示体の作用を表面側での反射観察、および、裏面側での透過観察によって示す作用図である。本発明の一実施形態における表示体の作用を裏面側での反射観察、および、表面側での透過観察によって示す作用図である。本発明の表示体の一実施形態における第１表示領域の断面構造の一部の一例を拡大して示す断面図である。本発明の表示体における別の実施形態の第１表示領域の平面構造を拡大して示す拡大図である。本発明の表示体における別の実施形態の第１表示領域の平面構造を拡大して示す拡大図である。

以下、本発明による表示体について、図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、表示体は、パスポートや免許証などの認証書類、商品券や小切手などの有価証券類、クレジットカードやキャッシュカードなどのカード類、および、紙幣などに貼り付けられて使用される。
図１が示すように、表示体の有する表面１０Ｓは、第１表示領域１０Ａと、第２表示領域１０Ｂとに区画される。第１表示領域１０Ａの備える断面構造と、第２表示領域１０Ｂの備える断面構造とは、相互に異なる。第１表示領域１０Ａは、表面１０Ｓにおいて、文字、図形、記号、模様、絵などを描く領域であり、図１では、例えば、星形の図形を描く領域である。

［表示体の構造］
まず、第１表示領域１０Ａの構成について以下に説明する。
図２は図１で示した第１表示領域１０Ａの一部領域を拡大した拡大図である。図２に示すように、第１表示領域１０Ａは、第１表示領域１０Ａと対向する方向（第１表示領域１０Ａに向かう方向）から見て、複数の孤立領域Ａ２と、この孤立領域Ａ２と大きさの異なる複数の孤立領域Ａ３と、各孤立領域Ａ２およびＡ３を囲む単一の周辺領域Ａ４とを含む。図２では、孤立領域Ａ２およびＡ３を説明する便宜上、各孤立領域Ａ２にドット、各孤立領域Ａ３に斜線を付して示す。

各孤立領域Ａ２およびＡ３は、表面１０Ｓに沿って正方配列に並ぶ。孤立領域Ａ２の正方配列は、一辺が構造周期ＰＴ２を有する正方形ＬＴ２の各頂点に孤立領域Ａ２が位置する配列である。一方で、孤立領域Ａ３の正方配列は、一辺が構造周期ＰＴ３を有する正方形ＬＴ３の各頂点に孤立領域Ａ３が位置する配列である。正方形ＬＴ２の構造周期ＰＴ２と正方形ＬＴ３の構造周期ＰＴ３との関係は、ＰＴ２＜ＰＴ３となっている。

なお、各孤立領域Ａ２およびＡ３は、六方配列に並ぶことも可能である。すなわち、孤立領域Ａ２およびＡ３は、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列（二次元行列状配列）に並ぶ。なお、六方配列は、正六角形の各頂点に孤立領域Ａ２およびＡ３が位置する配列である。また、本開示では便宜上正方配列、六方配列と呼称しているが、正方形、正六角形に限定されず、長方形や、二等辺三角形の組み合わせからなる六角形であってもよい。

図３に示すように、表示体は、可視領域の光を透過する透明な誘電体からなる基材１１を備える。可視領域の光が有する波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。基材１１は、第１表示領域１０Ａと第２表示領域１０Ｂとに共通する。基材１１の有する断面構造（基材１１の厚さ方向の断面構造）は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。

基材１１を構成する材料は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英など無機材料である。物品に表示体を貼り付けることに要する可撓性を得やすいこと、基材１１に付加できる光学的な特性の自由度が高いことなどの観点において、基材１１を構成する材料は、樹脂であることが好ましい。基材１１の屈折率は、空気層よりも高く、例えば１．２以上１．７以下である。

第１表示領域１０Ａは、基材１１から順に、第１格子層２１と、中間格子層３１と、第２格子層４１とを備える。中間格子層３１は、第１格子層２１と第２格子層４１との間に挟まれており、基材１１に対して第１格子層２１の位置する側が構造体における表面側である。反対に、第１格子層２１に対して基材１１の位置する側が構造体における裏面側である。

［第１格子層２１］
基材１１の表面には、第１格子層２１が位置する。第１格子層２１は、基材１１の一方の表面に配置されている。第１格子層２１は、配列方向の幅が異なる複数の第１誘電体層と、第１金属層２４とを備える。以下の説明では配列方向の幅が異なる第１誘電体層が２種類存在する場合、すなわち第１格子層２１が第１誘電体層２２および２３を有する場合について説明する。

表示体の表面１０Ｓと対向する方向（表面１０Ｓに向かう方向）から見て、第１誘電体層２２は、孤立領域Ａ２に位置する。一方で、第１誘電体層２３は、孤立領域Ａ３に位置する。単一の第１金属層２４は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ４に位置する。複数の第１誘電体層２２および２３は、表面１０Ｓに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。

各第１誘電体層２２および２３は、基材１１の表面から突き出た構造体である。各第１誘電体層２２および２３は、例えば、基材１１と一体である。あるいは、各第１誘電体層２２および２３は、例えば、基材１１の表面との間に境界を有し、基材１１とは別体である。
第１金属層２４は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第１誘電体層２２および２３を１つずつ囲う網目状を有する。第１格子層２１において、単一の第１金属層２４は、自由電子が行きわたる光学的な海成分であり、各第１誘電体層２２および２３は、海成分のなかに分布する島成分である。

表面１０Ｓと対向する方向から見て、第１誘電体層２２の位置する構造周期ＰＴ２は、隣り合う２つの第１誘電体層２２の間の最短幅ＷＰ２と、第１誘電体層２２の幅ＷＴ２との合計である。一方で、第１誘電体層２３の位置する構造周期ＰＴ３は、隣り合う２つの第１誘電体層２３の間の最短幅ＷＰ３と、第１誘電体層２３の幅ＷＴ３との合計である。構造周期ＰＴ２およびＰＴ３は、可視領域の波長以下であるサブ波長周期である。

構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比は、０．２５以上０．７５以下である。第１格子層２１の加工の精度が得られること、第１格子層２１においてプラズモン共鳴が生じやすいことなどの観点において、構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。同様に、構造周期ＰＴ３に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比は、０．２５以上０．７５以下である。第１格子層２１の加工の精度が得られること、第１格子層２１においてプラズモン共鳴が生じやすいことなどの観点において、構造周期ＰＴ３に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。

一方で、図２に示すように、表示体をマクロの視点で見ると、２つの孤立領域Ａ２と、２つの孤立領域Ａ３の周期を組み合わせた構造周期からなる表示体と捉えることもできる。すなわち、２つの孤立領域Ａ２および２つの孤立領域Ａ３を組み合わせた、新たな構造周期ＰＴ４と捉えることができる。
換言すると、構造周期ＰＴ４は、サブ波長周期からなる構造周期ＰＴ２およびＰＴ３を組み合わせた周期となる。よって、ＰＴ４はサブ波長周期よりも大きくなり、ＰＴ２およびＰＴ３がＰＴ４の周期で並ぶことから、可視波長帯の一次回折光が表面側に発生する。

図２の表示体の構成では、孤立領域Ａ２、孤立領域Ａ３はそれぞれ２つずつ並べることで構造周期ＰＴ４として図示しているが、構造周期ＰＴ４を構成する孤立領域の数はこれに限定されない。すなわち、サブ波長周期からなる構造周期を組み合わせた周期がサブ波長周期より大きくなればよい。
第１格子層２１の厚さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第１格子層２１の加工の精度が得られること、第１格子層２１においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明となることなどの観点において、第１格子層２１の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

［中間格子層３１］
第１格子層２１の上には、中間格子層３１が位置する。中間格子層３１は、第１格子層２１の基材１１側とは反対側の面上に配置されている。中間格子層３１の厚さは、第１格子層２１の厚さよりも厚い。中間格子層３１の加工の精度が得られる観点において、中間格子層３１の厚さは、１５０ｎｍ以下であることが好ましい。

中間格子層３１は、複数の第１中間誘電体層３２および３３と、第１中間誘電体層３２および３３よりも低い誘電率を有した単一の第２中間誘電体層３４とを備える。各第１中間誘電体層３２は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ２に位置する。一方で、各第１中間誘電体層３３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ３に位置する。単一の第２中間誘電体層３４は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ４に位置する。複数の第１中間誘電体層３２および３３は、表面１０Ｓに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。

各第１中間誘電体層３２は、第１誘電体層２２(第１格子層２１)から突き出た構造体である。一方で、各第１中間誘電体層３３は、第１誘電体層２３(第１格子層２１)から突き出た構造体である。各第１中間誘電体層３２は、例えば、第１誘電体層２２と一体である。あるいは、各第１中間誘電体層３２は、例えば、第１誘電体層２２との間に境界を有し、第１誘電体層２２とは別体である。一方で、各第１中間誘電体層３３は、例えば、第１誘電体層２３と一体である。あるいは、各第１中間誘電体層３３は、例えば、第１誘電体層２３との間に境界を有し、第１誘電体層２３とは別体である。表面１０Ｓと対向する方向から見て、第１中間誘電体層３２の位置する周期は、第１誘電体層２２と同じく、最短幅ＷＰ２と幅ＷＴ２との合計であり、上記構造周期ＰＴ２である。構造周期ＰＴ２に対する第１中間誘電体層３２の幅の比は、０．２５以上０．７５以下である。また、構造周期ＰＴ２に対する第１中間誘電体層３２の幅の比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。一方で、第１中間誘電体層３３の位置する周期は、第１誘電体層２３と同じく、最短幅ＷＰ３と幅ＷＴ３との合計であり、上記構造周期ＰＴ３である。構造周期ＰＴ３に対する第１中間誘電体層３３の幅の比は、０．２５以上０．７５以下である。また、構造周期ＰＴ３に対する第１中間誘電体層３３の幅の比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。

第２中間誘電体層３４は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第１中間誘電体層３２および３３を１つずつ囲う網目状を有する。中間格子層３１において、単一の第２中間誘電体層３４は、構造的および光学的に海成分であり、各第１中間誘電体層３２および３３は、構造的および光学的に島成分である。第２中間誘電体層３４は、空気層、あるいは、樹脂層である。

［第２格子層４１］
中間格子層３１の上には、第２格子層４１が位置する。第２格子層４１は、中間格子層３１の第１格子層２１側とは反対側の面上に配置されている。第２格子層４１の厚さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、中間格子層３１の厚さよりも薄い。第２格子層４１の加工の精度が得られること、第２格子層４１においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第２格子層４１の厚さは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

第２格子層４１は、複数の第２金属層４２および４３と、単一の第２誘電体層４４とを備える。各第２金属層４２は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ２に位置する。各第２金属層４３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ３に位置する。単一の第２誘電体層４４の位置は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ４に含まれる。複数の第２金属層４２および４３は、表面１０Ｓに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。

各第２金属層４２は、第１中間誘電体層３２の頂面に重なる構造体である。各第２金属層４２は、第１中間誘電体層３２との間に境界を有し、第１中間誘電体層３２とは別体である。一方で、各第２金属層４３は、第１中間誘電体層３３の頂面に重なる構造体である。各第２金属層４３は、第１中間誘電体層３３との間に境界を有し、第１中間誘電体層３３とは別体である。表面１０Ｓと対向する方向から見て、第２金属層４２の位置する周期は、第１誘電体層２２と同じく、最短幅ＷＰ２と幅ＷＴ２との合計であり、上記構造周期ＰＴ２である。構造周期ＰＴ２に対する第２金属層４２の幅の比は、０．２５以上０．７５以下である。また、構造周期ＰＴ２に対する第２金属層４２の幅の比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。一方で、第２金属層４３の位置する周期は、第１誘電体層２３と同じく、最短幅ＷＰ３と幅ＷＴ３との合計であり、上記構造周期ＰＴ３である。構造周期ＰＴ３に対する第２金属層４３の幅の比は、０．２５以上０．７５以下である。また、構造周期ＰＴ３に対する第２金属層４３の幅の比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。

第２誘電体層４４は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第２金属層４２および４３を１つずつ囲う網目状を有する。第２格子層４１において、単一の第２誘電体層４４は、第２金属層４２および４３と比べて自由電子が少ない光学的な海成分であり、各第２金属層４２および４３は、海成分のなかに分布する島成分である。第２誘電体層４４は、空気層、あるいは、樹脂層である。

第１格子層２１における海成分である第１金属層２４の体積比率は、第２格子層４１における島成分である第２金属層４２および４３の体積比率よりも大きい。また、第２格子層４１における島成分である第２金属層４２および４３の体積比率は、中間格子層３１における金属材料の体積比率よりも大きい。
図４が示すように、周辺領域Ａ４においては、基材１１から順に、第１格子層２１の第１金属層２４と、中間格子層３１の第２中間誘電体層３４と、第２格子層４１の第２誘電体層４４とが位置する。第２中間誘電体層３４は、第１金属層２４と第２誘電体層４４との間に挟まれている。

図５が示すように、第２表示領域１０Ｂは、基材１１の上に、上述した第１格子層２１、中間格子層３１、および、第２格子層４１を備えていない。すなわち、第２表示領域１０Ｂは、基材１１の備える光透過性に従って、可視領域の光を透過する。
なお、第２表示領域１０Ｂは、第１表示領域１０Ａとは異なる層を、基材１１の上に備えてもよい。第２表示領域１０Ｂは、例えば、第１誘電体層２２あるいは２３のみを備えてもよい。また、第２表示領域１０Ｂは、例えば、第１金属層２４を構成する材料と同一の材料から構成された単一の金属層のみを備えてもよい。第２表示領域１０Ｂにおける層構成は、第２表示領域１０Ｂが表示する像への要請に応じて、適宜選択される。

［表示体の光学的な構成］
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。ここでは、表示体の互いに反対側に位置する表面１０Ｓ、および、裏面１０Ｔが、それぞれ空気層と接し、第２中間誘電体層３４と第２誘電体層４４との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。

図６が示すように、基材１１の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。第１誘電体層２２および２３の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第１金属層２４の屈折率は、空気層の屈折率よりも低い。第１格子層２１の屈折率は、これら第１金属層２４の屈折率と、第１誘電体層２２および２３の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比は、０．２５以上０．７５以下であり、構造周期ＰＴ３に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比は、０．２５以上０．７５以下である。そのため、第１格子層２１の屈折率は、結局のところ、海成分である第１金属層２４に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも十分に低い。

第１中間誘電体層３２および３３の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第２中間誘電体層３４の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。中間格子層３１の屈折率は、これら第２中間誘電体層３４の屈折率と、第１中間誘電体層３２および３３の屈折率によって平均化された大きさに近似される。構造周期ＰＴ２に対する第１中間誘電体層３２の幅ＷＴ２の比は、０．２５以上０．７５以下であり、構造周期ＰＴ３に対する第１中間誘電体層３３の幅ＷＴ３の比は、０．２５以上０．７５以下である。そのため、中間格子層３１の屈折率は、結局のところ、海成分である第２中間誘電体層３４に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高く、かつ、空気層の屈折率に近い値である。

第２金属層４２および４３の屈折率は、空気層の屈折率よりも低く、第２誘電体層４４の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。第２格子層４１の屈折率は、これら第２誘電体層４４の屈折率と、第２金属層４２および４３の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期ＰＴ２に対する第２金属層４２の幅ＷＴ２の比は、０．２５以上０．７５以下であり、構造周期ＰＴ３に対する第２金属層４３の幅ＷＴ３の比は、０．２５以上０．７５以下である。そのため、第２格子層４１の屈折率は、結局のところ、海成分である第２誘電体層４４に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも低く、かつ、空気層の屈折率に近い値である。

［表面反射観察、裏面透過観察］
ここで、表示体の外側（表面１０Ｓ側）から第２格子層４１に入射する白色の光Ｌ１は、空気層から第２格子層４１に入り、第２格子層４１から中間格子層３１に入る。第２格子層４１に入射する光Ｌ１は、空気層に近い屈折率を有した第２格子層４１に空気層から入るため、空気層と第２格子層４１との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層３１に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第２格子層４１から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層３１に入るため、ここでも、第２格子層４１と中間格子層３１との界面においては、フレネル反射を生じ難い。

一方で、第２格子層４１の第２金属層４２および４３の構造周期が、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第２格子層４１に入射した光は、第２格子層４１でのプラズモン共鳴によって消費される。プラズモン共鳴は、第２格子層４１に入射した光を、第２格子層４１での電子の集団的な振動に変換する現象である。第２格子層４１の消費する光ＥＰ２の波長領域は、第２金属層４２および４３の構造周期に依存した特定の波長領域である。そして、第２格子層４１は、第２格子層４１に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層３１へ透過する。

また、第１格子層２１の第１誘電体層２２および２３の構造周期も、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第１格子層２１に入射する光もまた、第１格子層２１でのプラズモン共鳴によって消費される。第１格子層２１の消費する光ＥＰ１の波長領域は、第１誘電体層２２および２３の構造周期に依存した特定の波長領域である。そして、第１格子層２１は、第１格子層２１に入射した光の波長領域の一部の光ＬＰ１を、基材１１へ透過する。

一方で、第１格子層２１の第１誘電体層２２および２３の構造周期を組み合わせた構造周期ＰＴ４は、サブ波長周期よりも大きい。サブ波長周期よりも大きい回折格子構造では、一次回折光による分光色が観察される。よって、前記プラズモン共鳴によって消費された波長領域以外の光が分光され、観察角度による色相の変化が大きいものが視認される。
結果として、表示体の外側から第２格子層４１へ光Ｌ１を入射させて、表示体の表面側から表面１０Ｓを観察する表面反射観察によれば、上記各界面でのフレネル反射を生じ難いこと、上記各格子層でのプラズモン共鳴を生じること、これらが相まって、黒色、もしくは、黒色に近い色彩が、第１表示領域１０Ａで視認される。これに加えて、サブ波長周期よりも大きい回折格子構造による分光色を、観察角度に応じて視認することができる。

他方、表示体の外側から第２格子層４１へ光Ｌ１を入射させて、表示体の裏面側から裏面１０Ｔを観察する裏面透過観察によれば、上記各格子層でのプラズモン共鳴を経て透過した有色の光が、すなわち、白色および黒色以外の光が、第１表示領域１０Ａで視認される。なお、上記表面反射観察や裏面透過観察の結果は、表面１０Ｓに向けた外光の光量が、裏面１０Ｔに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。

［裏面反射観察、表面透過観察］
図７が示すように、表示体の外側（裏面１０Ｔ側）から基材１１に入射する白色の光Ｌ１は、空気層から基材１１に入り、基材１１から第１格子層２１に入る。基材１１に入射した光Ｌ１は、空気層よりも高い屈折率を有した基材１１から、空気層よりも低い屈折率を有した第１格子層２１に入るため、基材１１と第１格子層２１との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、基材１１の屈折率と、第１格子層２１の屈折率との差は、第１格子層２１と中間格子層３１との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層３１と第２格子層４１との間の屈折率差よりも大きい。

一方で、基材１１と第１格子層２１との界面を透過した光の一部は、第１格子層２１でのプラズモン共鳴によって消費される。ここでも、第１格子層２１の消費する光ＥＰ１の波長領域は、第１金属層２４の構造周期に依存した特性の波長領域である。そして、第１格子層２１は、第１格子層２１に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層３１へ透過する。

また、中間格子層３１を透過して第２格子層４１に入射した光の一部も、第２格子層４１でのプラズモン共鳴によって消費される。ここでも、第２格子層４１の消費する光ＥＰ１の波長領域は、第２誘電体層４４の構造周期に依存した特定の波長領域である。そして、第２格子層４１は、第２格子層４１に入射した光の波長領域の一部の光ＬＰ２を、空気層へ透過する。

一方で、第１誘電体層２２および２３の構造周期を組み合わせた構造周期ＰＴ４は、サブ波長周期よりも大きい。サブ波長周期よりも大きい回折格子構造では、一次回折光による分光色が観察される。よって、前記プラズモン共鳴によって消費された波長領域以外の光が分光され、観察角度による色相の変化が大きいものが視認される。
結果として、表示体の外側から基材１１へ光Ｌ１を入射させて、表示体の裏面側から裏面１０Ｔを観察する裏面反射観察によれば、上記界面でのフレネル反射による有色の光ＬＲが、すなわち、白色および黒色以外の光ＬＲが、第１表示領域１０Ａで視認される。これに加えて、サブ波長周期よりも大きい回折格子構造による分光色を、観察角度に応じて視認することができる。

他方、表示体の外側から基材１１へ光Ｌ１を入射させて、表示体の表面側から表面１０Ｓを観察する表面透過観察では、上記フレネル反射と、上記各格子層でのプラズモン共鳴とを経た有色の光を、第１表示領域１０Ａで視認させる。なお、上記表面透過観察や裏面反射観察の結果は、表面１０Ｓに向けた外光の光量が、裏面１０Ｔに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。

［表示体の製造方法］
次に、表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、基材１１の表面に、第１誘電体層２２および２３と第１中間誘電体層３２および３３を形成する。第１誘電体層２２および２３と第１中間誘電体層３２および３３とは、基材１１の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法、ナノインプリント法、および、プラズマエッチング法である。

例えば、基材１１として、ポリエチレンテレフタラートシートを用い、基材１１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膜の表面に、凹版である合成石英モールドの表面を押し当て、これらに紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化樹脂から合成石英モールドを離型し、それによって、第１誘電体層２２および２３と第１中間誘電体層３２および３３からなる突部を形成する。なお、紫外線硬化樹脂は、熱硬化性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱に変更することも可能である。また、紫外線硬化樹脂は、熱可塑性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱および冷却に変更することも可能である。

次いで、突部を備える基材１１の表面に、第１金属層２４、および、第２金属層４２を形成する。第１金属層２４、および、第２金属層４２を形成する方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法である。これによって、第１金属層２４の頂面によって区画される第１格子層２１が形成され、第２金属層４２の頂面によって区画される第２格子層４１が形成され、これら第１格子層２１と第２格子層４１とに挟まれた中間格子層３１が形成される。

［第１表示領域の構成例］
図８が示すように、第１格子層２１の第１金属層２４の厚さＴ２が厚いほど、第１格子層２１と基材１１との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。構造周期ＰＴ２（ＷＴ２＋ＷＰ２）に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比が小さく、かつ、構造周期ＰＴ３（ＷＴ３＋ＷＰ３）に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。

また、第１格子層２１の第１金属層２４の厚さＴ２が厚いほど、裏面１０Ｔから表面１０Ｓへ透過する光の強度が小さく、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比が小さく、かつ、構造周期ＰＴ３に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比が小さいほど、これもまた、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。

そして、第１金属層２４の厚さＴ２が１０ｎｍ以上であり、かつ、構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比が０．７５以下であり、構造周期ＰＴ３に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比が０．７５以下であれば、表示体の表裏を判断するための上記観察において、それの精度が十分に得られる。
他方、第１金属層２４の厚さＴ２が薄いほど、また、第２金属層４２および４３の厚さＴ４が薄いほど、表面透過観察や裏面透過観察では、これらを透過する光の強度が大きい。構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比が大きいほど、これもまた、表示体を透過する光の強度が大きい。

そして、第１金属層２４の厚さＴ２や、第２金属層４２および４３の厚さＴ４が、２００ｎｍ以下であり、かつ、構造周期ＰＴ２に対する第１誘電体層２２の幅ＷＴ２の比が０．２５以上であり、構造周期ＰＴ３に対する第１誘電体層２３の幅ＷＴ３の比が０．２５以上であれば、表面透過観察で視認される像や、裏面透過観察で視認される像が、それを視認できる程度に明瞭となる。

第１格子層２１の第１誘電体層２２および２３の厚さＴ２と、中間格子層３１の第１中間誘電体層３２および３３の厚さＴ３との合計は、第１誘電体層２２の幅ＷＴ２と、最短幅ＷＰ２との合計である構造周期ＰＴ２よりも小さく、かつ、第１誘電体層２３の幅ＷＴ３と、最短幅ＷＰ３との合計である構造周期ＰＴ３よりも小さいことが好ましい。また、第１誘電体層２２および２３の厚さＴ２と第１中間誘電体層３２および３３の厚さＴ３との合計は、構造周期ＰＴ２およびＰＴ３の半分よりも小さいことが、より好ましい。

こうした構成であれば、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２、あるいは、第１誘電体層２３と第１中間誘電体層３３とが一体となる樹脂構造体において、その構造体の形状の精度を高めることが可能であり、また、その構造体が基材１１の表面で倒れることが抑えられる。

第１中間誘電体層３２および３３の厚さは、同じであることが好ましい。第１中間誘電体層３２および３３を形成する凹版である合成石英モールドを、ドライエッチング法で作製する場合、１回の加工プロセスで済むからである。但し、第１中間誘電体層３２からなる構造周期ＰＴ２と、第１中間誘電体層３３からなる構造周期ＰＴ３の周期が大きく異なる場合においては、加工特性上、第１中間誘電体層３２および３３の厚さが異なる場合もある。しかし、第１中間誘電体層３２および３３の厚さの違いによる光学的な変化は、表示体の観察において大きな影響を及ぼさないため問題無い。

なお、第１格子層２１の厚さＴ２は１００ｎｍ以下であり、第２格子層４１の厚さＴ４は１００ｎｍ以下であり、中間格子層３１の厚さＴ３は１５０ｎｍ以下であり、第１格子層２１、第２格子層４１、中間格子層３１のうち、中間格子層３１の厚さＴ３が最も厚いことが好ましい。

可視領域の波長における複素誘電率の実部を負の値とする金属材料は、それを用いた第１格子層２１や第２格子層４１において、プラズモン共鳴を生じやすい。そこで、第１金属層２４を構成する材料は、上記複素誘電率の実部を負の値とすることが好ましい。また、第２金属層４２および４３を構成する材料も、上記複素誘電率の実部を負の値とすることが好ましい。これら第１金属層２４や第２金属層４２および４３を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどである。

なお、上記製造方法において説明したように、第１金属層２４と第２金属層４２および４３とは、第１誘電体層２２および２３と第１中間誘電体層３２および３３とを有した基材１１に対する金属層の成膜によって、単一の工程で形成することができる。

この場合、成膜源から飛行する金属粒子は、基材１１の表面に対して、所定の角度分布を有して付着する。結果として、第２金属層４２の幅Ｗ２は、第１中間誘電体層３２の幅ＷＴ２よりも若干大きくなり、第２金属層４２の最短幅ＷＰ４は、最短幅ＷＰ２よりも若干小さくなる。同様に、第２金属層４３の幅Ｗ３は、第１中間誘電体層３３の幅ＷＴ３よりも若干大きくなり、第２金属層４３の最短幅ＷＰ５は、最短幅ＷＰ３よりも若干小さくなる。この際、構造周期ＰＴ２に対する第２金属層４２の幅Ｗ２の比は、０．２５以上０．７５以下であり、構造周期ＰＴ３に対する第２金属層４３の幅Ｗ３の比は、０．２５以上０．７５以下である。ちなみに、第１金属層２４における第１中間誘電体層３２および３３の周囲は、第２金属層４２および４３によるシャドウ効果の影響を受け、第１中間誘電体層３２および３３に近い部位ほど薄い。

また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第１中間誘電体層３２の側面にも、第２金属層４２に連続する金属層である中間金属層３２Ａが形成される。同様に、第１中間誘電体層３３の側面にも、第２金属層４３に連続する金属層である中間金属層３３Ａが形成される。

中間金属層３２Ａは、第１中間誘電体層３２と第２中間誘電体層３４とに挟まれる。中間金属層３２Ａは、第２金属層４２と一体の構造体であり、第１中間誘電体層３２の側面上での厚みが、第１金属層２４に近い部位ほど薄い。同様に、中間金属層３３Ａは、第１中間誘電体層３３と第２中間誘電体層３４とに挟まれる。中間金属層３３Ａは、第２金属層４３と一体の構造体であり、第１中間誘電体層３３の側面上での厚みが、第１金属層２４に近い部位ほど薄い。

こうした中間金属層３２Ａおよび３３Ａは、構造周期ＰＴ２およびＰＴ３がサブ波長周期であるため、第２格子層４１や中間格子層３１の厚さ方向での屈折率の変化を連続的とする。そして、中間金属層３２Ａおよび３３Ａは、表示体の外側から第２格子層４１に入射した光を反射し難く、中間格子層３１や第１格子層２１へ透過しやすい。それゆえに、上述した表面反射観察においては、より黒色に近い色が、第１表示領域１０Ａで視認される。

また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第１金属層２４を構成する材料と、第２金属層４２および４３を構成する材料とは、相互に等しい。
ここで、第２誘電体層４４と第２金属層４２および４３との間の屈折率差が小さいほど、第２格子層４１での平均化された屈折率は、第２格子層４１と他の層との界面でのフレネル反射を抑えやすい。他方、第１誘電体層２２および２３と第１金属層２４との間の屈折率差が大きいほど、第１格子層２１の平均化された屈折率は、第１格子層２１と基材１１との界面でのフレネル反射を促しやすい。

そこで、第１金属層２４と第２金属層４２および４３とが、相互に等しい屈折率を有し、かつ、第１誘電体層２２および２３と第１金属層２４との間の屈折率差が、第２誘電体層４４と第２金属層４２および４３との間の屈折率差よりも大きい構成であれば、第２格子層４１と他の層との界面でのフレネル反射を抑え、かつ、第１格子層２１と他の層との界面でのフレネル反射を促すことが可能となる。

以上、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第１表示領域１０Ａで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることが可能ともなる。
（２）表面透過観察と裏面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第１表示領域１０Ａで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。

（３）構造周期ＰＴ２およびＰＴ３の大きさが、可視領域の波長以下であるサブ波長周期であり、一次回折光が反射されず、観察角度による色相の変化が小さい静的な色彩表現が可能となる。その一方で、構造周期ＰＴ４の大きさが、サブ波長周期よりも大きい構造周期となるため、一次回折光による分光色が観察され、観察角度による色相の変化が大きい動的な色彩表現を同一平面上に実現することが可能となる。

（４）第１格子層２１の厚さＴ２と、中間格子層３１の厚さＴ３との合計が、ナノインプリントなどの凹版を適用できる程度の大きさであるため、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２、第１誘電体層２３と第１中間誘電体層３３と、を一体に成形することが可能ともなる。
（５）第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２、第１誘電体層２３と第１中間誘電体層３３と、が一体の構造体であり、また、第２中間誘電体層３４と第２誘電体層４４とが一体であるため、表示体の構造を簡素化することが可能ともなる。さらに、第２中間誘電体層３４と第２誘電体層４４とが一体の空気層である構成であれば、表示体の構造をさらに簡素化することが可能ともなる。

（６）中間金属層３２Ａおよび３３Ａが反射防止機能を備えるため、表面反射観察によって視認される像の色彩を、さらに黒色に近い色彩とすることが可能ともなる。
（７）表面反射観察、裏面反射観察、表面透過観察、および、裏面透過観察の各々において、第１表示領域１０Ａの色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体が表示された物品に対して、それの真贋の判定における精度を高めることが可能ともなる。

（８）表面反射観察、裏面反射観察、表面透過観察、および、裏面透過観察の各々において、第１表示領域１０Ａの色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体による表示の形態を、より複雑なものとすること、また、表示体の有する意匠性を高めることが可能ともなる。
（９）以上のことから、表示体の表裏の判別を、表示される像の観察によって可能とし、且つ、意匠性およびセキュリティ性の優れるホログラムによる動的な色彩表現を付与した表示体を提供することが可能となる。

［第１表示領域の変形例］
（１）以上の説明では、第１格子層２１に配列方向の幅が異なる第１誘電体層が２種類存在する場合について説明した。その他の例として、第１格子層２１に配列方向の幅が異なるｎ種類（ｎは２以上の整数）の第１誘電体層を有していても良い。この場合、配列方向の幅がｎ種類存在する第１誘電体層のうち、配列方向の幅が等しい同一種類の第１誘電体層間における構造周期はサブ波長周期である必要がある。また、第１誘電体層の構造周期は、異なる種類間であっても同じ長さとなるものがあっても良い。換言すると、構造周期はｎ種類以下存在する。それぞれがサブ波長周期である各構造周期をもつ第１誘電体層を一まとまりとしたものを第１誘電体層群とすると、第１誘電体層群をそれぞれ周期的に配置することでサブ波長周期よりも大きい構造周期を形成することができる。

図９は第１格子層２１が３種類（ｎ＝３）の第１誘電体層を有する例を示している。配列方向の幅が等しい第１誘電体層間の構造周期ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴｎはサブ波長周期である。また、各構造周期ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴｎをもつ第１誘電体層をまとめたものが第１誘電体層群である。第１誘電体層群を周期的に配置することでサブ波長周期よりも大きい構造周期ＰＴ４を形成している。

（２）また、その他の例として、第１格子層２１の第１誘電体層は、配列方向の幅が１種類（ｎ＝１の場合）であっても良い。この場合、第１誘電体層間における構造周期はサブ波長周期である必要がある。この構造周期がサブ波長周期である複数の第１誘電体層を一まとまりの第１誘電体層群とし、第１誘電体層群の間隔をあけてそれぞれ周期的に配置することでサブ波長周期よりも大きい構造周期を形成してもよい。

図１０は第１格子層２１が１種類（ｎ＝１）の第１誘電体層を有する例を示している。第１誘電体層間の構造周期ＰＴ２はサブ波長周期である。図１０の例では第１誘電体層が４×４の１６個を一まとまりとする第１誘電体層群として図示しているが、第１誘電体層群を構成する第１誘電体層の数は１６に限定されない。また、第１誘電体層群を複数用意し、間隔をあけて周期的に配置することでサブ波長周期よりも大きい構造周期ＰＴ４を形成している。

Ａ２，Ａ３…孤立領域
Ａ４…周辺領域
Ｌ１，ＥＰ１，ＥＰ２，ＬＰ１，ＬＰ２，ＬＲ…光
ＬＴ２，ＬＴ３…正方形
ＰＴ２，ＰＴ３，ＰＴ４…構造周期
Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４…厚さ
Ｗ２，Ｗ３，ＷＴ２，ＷＴ３…幅
ＷＰ２，ＷＰ３，ＷＰ４，ＷＰ５…最短幅
１０Ａ…第１表示領域
１０Ｂ…第２表示領域
１０Ｓ…表面
１０Ｔ…裏面
１１…基材
２１…第１格子層
２２，２３…第１誘電体層
２４…第１金属層
３１…中間格子層
３２，３３…第１中間誘電体層
３２Ａ，３３Ａ…中間金属層
３４…第２中間誘電体層
４１…第２格子層
４２，４３…第２金属層
４４…第２誘電体層

Claims

可視領域の光を透過する誘電体からなる基材と、
前記基材の一方の面側に配置された第１格子層と、
前記第１格子層の前記基材側とは反対側に配置された中間格子層と、
前記中間格子層の前記第１格子層側とは反対側に配置された第２格子層と、
を備え、
前記第１格子層は、島状配列に並ぶ複数の第１誘電体層と、前記各第１誘電体層を囲う網目状を有した第１金属層と、を備え、
前記中間格子層は、前記島状配列に並ぶ複数の第１中間誘電体層と、前記各第１中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、前記第１中間誘電体層よりも低い誘電率を有した第２中間誘電体層と、を備え、
前記第２格子層は、前記島状配列に並ぶ複数の第２金属層と、前記各第２金属層を囲う網目状を有した第２誘電体層と、を備え、
前記第１格子層は前記第１誘電体層の配列方向における幅が異なるｎ種類（ｎは１以上の整数）の前記第１誘電体層を有し、
ｎ種類の前記第１誘電体層のうち、前記幅が等しい前記第１誘電体層間の構造周期である第一の構造周期は、可視領域の波長以下のサブ波長周期であり、
前記第一の構造周期は、ｎ種類以下存在し、
前記ｎ種類以下の前記第一の構造周期をもつ前記第１誘電体層のまとまりである第１誘電体層群を規則的に配置することでサブ波長周期よりも大きい第二の構造周期を形成していることを特徴とする表示体。
前記第１金属層、および、前記第２金属層は、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値を有することを特徴とする請求項１に記載の表示体。
前記島状配列は正方配列および六方配列のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示体。
前記第１金属層の構造周期に対する前記第１誘電体層の幅の比、および、前記第２金属層の構造周期に対する前記第２金属層の幅の比が、０．４０以上０．６０以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表示体。
前記第１格子層の厚さは、１００ｎｍ以下であり、
前記第２格子層の厚さは、１００ｎｍ以下であり、
前記中間格子層の厚さは、１５０ｎｍ以下であり、
前記第１格子層、前記第２格子層、前記中間格子層のうち、前記中間格子層の厚さが最も厚いことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の表示体。
前記第１金属層を構成する材料と、前記第２金属層を構成する材料とは等しく、
前記第２誘電体層は、空気層であり、
前記第１誘電体層の屈折率と前記第１金属層の屈折率との差は、前記第２誘電体層の屈折率と前記第２金属層の屈折率との差よりも大きいことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の表示体。