JP2020034857A - 表示体、および、表示体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基準面上に、
10nm以上200nm以下の厚さを有した第1格子層と、
第1格子層よりも上層に設けられ、10nm以上200nm以下の厚さを有した第2格子層と、
第1格子層および第2格子層よりも厚い中間格子層であって、厚さ方向に第1格子層と第2格子層とに挟まれた中間格子層と、を含み、
支持部の基準面と第1格子層の間、或いは、支持部における基準面とは反対側の面に遮光層を備え、
第1格子層は、周期的に島状配列に並ぶ複数の第1誘電体層と、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、
中間格子層は、周期的に島状配列に並ぶ複数の第1中間誘電体層と、各第1中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、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、
第2格子層は、周期的に島状配列に並ぶ複数の第2金属層と、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、
周期要素は凸部であって、第1誘電体層と第1中間誘電体層とが周期要素を構成し、第1金属層と第2金属層とが金属層に含む。
前記第1誘電体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、0.25以上0.75以下であり、
第1金属層、および、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材料で構成されてもよい。
図1から図7を参照して表示体および表示体の製造方法の第1実施形態を説明する。なお、表示体は、物品の偽造の困難性を高める目的で用いられてもよいし、物品の意匠性を高める目的で用いられてもよいし、これらの目的を兼ねて用いられてもよい。物品の偽造の困難性を高める目的で、表示体は、例えば、パスポートや免許証等の認証書類、商品券や小切手等の有価証券類、クレジットカードやキャッシュカード等のカード類、紙幣等に貼り付けられる。また、物品の意匠性を高める目的で、表示体は、例えば、身に着けられる装飾品や、使用者に携帯される物品、家具や家電等のように据え置かれる物品、壁や扉等の構造物等に取り付けられる。
まず、第1表示領域10Aの構成について以下に説明する。
支持部11aの表面には、遮光層10が位置する。遮光層10を構成する材料は、可視波長帯を吸収する材料であってもよいし、金属であってもよい。透かし効果が生じやすいことなどの観点において、遮光層11aの厚さは、5nm以上50nm以下であり、透過率は10%以上20%以下であることが好ましい。
遮光層10の上には、中間層11bが位置する。中間層11bは、各第1誘電体層22との間に境界を有していなくてもよい。図3は、中間層11bの表面側の層が各第1誘電体層22と一体である構造を示す。中間層11bと各第1誘電体層22が一体である構成においては、中間層11bと各第1誘電体層22との合計の厚さは、50nm以上500nm以下であることが好ましい。
中間層11bの上には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sに対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sに対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、周期的に島状配列に並ぶ。
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の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、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1誘電体層22および第1中間誘電体層32は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料から構成される。第1誘電体層22および第1中間誘電体層32の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.2以上1.7以下である。
次に、表示体が備える光学的な構成及び作用を説明する。
ここで、表示体の外側から第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。
図7が示すように、表示体の外側から支持部11aに入射する白色の光L1は、空気層から支持部11aに入り、支持部11aから遮光層10に入る。空気層よりも高い屈折率を有した遮光層10に入射した光L1は、支持部11aと遮光層10の界面で反射される。以上より、裏面反射観察においては、遮光層10により反射された光を、第1表示領域10Aで視認させる。
次に、表示体を製造する方法の一例を説明する。
上記第1実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
[中間格子層31]
・第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
・表示体は、第2金属層42の上に保護層をさらに備えてもよい。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
・表示体の表面10Sに対向する方向から見た孤立領域A2の配置は、正方配列および六方配列に限らず、周期性を有する配列であればよい。すなわち、複数の第1誘電体層22は周期的に並んでいればよく、また、複数の第1中間誘電体層32も周期的に並んでいればよく、また、複数の第2金属層42も周期的に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、サブ波長周期を有して並んでいればよい。周期構造体の周期要素が二次元格子状に配列している場合、構造周期PTに対する幅WTの比は、1つの方向での構造周期PTに対する幅WTの比であり、当該比が所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記2つの方向の各々について、構造周期PTに対する幅WTの比が所定の範囲内であることを示す。
図9から図13を参照して表示体、および、表示体の製造方法の第2実施形態を説明する。以下では、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。
図9が示すように、表示体の第1表示領域10Aは、遮光層10、支持部11a、中間層11b、第1格子層21、中間格子層31、および、第2格子層41を備えている。支持部11a、中間層11b、第1格子層21、中間格子層31、第2格子層41は、遮光層10の表面からこの順に並んでいる。
第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sに対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sに対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、周期的に島状配列に並ぶ。
中間格子層31は、複数の第1中間誘電体層32と、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に対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第2中間誘電体層34は、表面10Sに対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1中間誘電体層32は、表面10Sに沿って、周期的に島状配列に並ぶ。
第2格子層41は、複数の第2金属層42と、単一の第2誘電体層43とを備える。各第2金属層42は、表面10Sに対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第2誘電体層43は、表面10Sに対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第2金属層42は、表面10Sに沿って、周期的に島状配列に並ぶ。
第1誘電体層22および第1中間誘電体層32は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料から構成される。第1誘電体層22および第1中間誘電体層32の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.2以上1.7以下である。
次に、第2実施形態の表示体を製造する方法の一例を説明する。
図12を参照して、第2実施形態の表示体における表面反射観察、裏面透過観察の光学的な構成および作用を説明する。
図12が示すように、表示体の外側から第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。
図13が示すように、表示体の外側から遮光層10に入射する白色の光L1は、空気層から遮光層10に入る。空気層よりも高い屈折率を有した遮光層10に入射した光L1は、支持部11aと遮光層10の界面で反射される。以上より、裏面反射観察においては、遮光層10により反射された光を、第1表示領域10Aで視認させる。
(7)支持部11aが中間層11bと接しない支持部11aの一面に遮光層10を備えているため、金属層42または金属層23と遮光層10との間で生じるフレネル反射が抑えられる。その結果、表面反射観察において観察される色彩が鮮明になる。
上記第2実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
[保護層]
・第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第2金属層42の上に保護層をさらに備えてもよい。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
Claims (12)
- 基準面を有する支持部と、前記基準面においてサブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ複数の周期要素であって、前記基準面から突出する凸部、もしくは、基準面から窪む凹部のいずれかである前記周期要素を備える誘電体である周期構造体と、
前記基準面のうち前記周期要素を囲む領域と、前記周期要素の表面とを含む面である前記周期構造体の表面とに位置し、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層と、を備え、
前記基準面上に、
10nm以上200nm以下の厚さを有した第1格子層と、
前記第1格子層よりも上層に設けられ、10nm以上200nm以下の厚さを有した第2格子層と、
前記第1格子層および前記第2格子層よりも厚い中間格子層であって、厚さ方向に前記第1格子層と前記第2格子層とに挟まれた前記中間格子層と、を含み、
前記支持部の前記基準面と前記第1格子層の間、或いは、前記支持部における前記基準面とは反対側の面に遮光層を備え、
前記第1格子層は、周期的に島状配列に並ぶ複数の第1誘電体層と、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、周期的に島状配列に並ぶ複数の第1中間誘電体層と、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、周期的に島状配列に並ぶ複数の第2金属層と、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、
前記周期要素は、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とで構成され、前記第1金属層と前記第2金属層とが前記金属層に含まれる、表示体。 - 前記第1格子層における前記第1金属層の体積比率が、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率よりも大きく、かつ、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率が、前記中間格子層における金属材料の体積比率よりも大きく、
前記第1誘電体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、0.25以上0.75以下であり、
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材料から成る、請求項1に記載の表示体。 - 前記遮光層が、可視光波長を吸収する材料から成る、請求項1または2に記載の表示体。
- 前記遮光層が、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金属材料から成ることを特徴とする、請求項1または2に記載の表示体。
- 前記第1誘電体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、請求項1〜4のいずれかに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以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記第1格子層と前記支持部が同一の材料から構成され、
前記第1格子層と前記支持部の合計の厚さは、50nm以上500nm以下である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の表示体。 - 遮光層が前記第1金属層及び前記第2金属層と同一の材料で構成され、
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、請求項1〜7のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とが一体の構造体であり、
前記第2中間誘電体層と前記第2誘電体層とが一体の構造体である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記金属層における前記周期構造体と接する面とは反対側の面に位置し、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を備える、請求項1〜9のいずれか一項に記載の表示体。
- 基準面を有する支持部の前記基準面上、或いは、前記支持部における前記基準面とは反対側の面に遮光層を形成する第1工程と、
前記遮光層が形成された前記支持部の前記基準面側の面に、樹脂により、前記基準面に対向する方向から見て凸部である周期要素が、サブ波長周期を有した二次元格子状に位置する周期構造体を形成する第2工程と、
前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層を前記周期構造体の上に形成する第3工程と、を含む表示体の製造方法。 - 前記金属層を覆う誘電体層を形成する第4工程を含む、請求項11に記載の表示体の製造方法。
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WO2015147283A1 (ja) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | 凸版印刷株式会社 | 表示体、および、表示体の観察方法 |
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