JP2020139972A - Wavelength selection filter, and method of manufacturing wavelength selection filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法に関する。 The present invention relates to a wavelength selection filter and a method for manufacturing the wavelength selection filter.
物体の微細な構造に起因した光学現象を利用して光を選別するフィルタとして、導波モード共鳴現象を利用した波長選択フィルタが提案されている。この波長選択フィルタは、光の波長よりも小さい周期の回折格子であるサブ波長格子を有する。当該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、周囲との屈折率差等に起因して、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、反射光として強く射出される。 A wavelength selection filter using a waveguide mode resonance phenomenon has been proposed as a filter for selecting light by utilizing an optical phenomenon caused by a fine structure of an object. This wavelength selection filter has a sub-wavelength grating that is a diffraction grating with a period smaller than the wavelength of light. When light is incident on the sub-wavelength lattice, the emission of diffracted light into the space on the incident side is suppressed, while light in a specific wavelength range propagates while being multiple-reflected due to the difference in refractive index from the surroundings. This causes resonance and is strongly emitted as reflected light.
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、こうした構造において、取り出される光の強度を高めるため、すなわち、波長選択性に優れた反射光を得るためには、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、光の多重反射による損失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。 For example, the color filter described in Patent Document 1 has a structure in which a plurality of convex portions forming a sub-wavelength lattice are arranged on a substrate. However, in such a structure, in order to increase the intensity of the extracted light, that is, to obtain the reflected light having excellent wavelength selectivity, as described in Patent Document 1, the substrate is formed from synthetic quartz and the substrate is formed. It is desirable to secure a large difference in refractive index between the substrate and the convex portion by forming the convex portion from silicon and reduce the loss due to multiple reflection of light. For that purpose, it is necessary to use an SOQ (Silicon on Quartz) substrate in which single crystal Si is formed on a substrate made of synthetic quartz, which causes an increase in manufacturing cost.
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、反射光の波長選択性が高められる。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製造が可能であり、製造コストの削減もできる。 On the other hand, the wavelength selection element described in Patent Document 2 has a waveguide layer formed of a material having a higher refractive index than the material constituting the substrate between the substrate and the convex portion constituting the sub-wavelength lattice. have. According to such a structure, even when the convex portion and the waveguide layer are formed of a resin, the wavelength selectivity of the reflected light is enhanced by propagating the multiple-reflected light into the waveguide layer. Further, since the nanoimprint method can be used as a method for forming the convex portion and the waveguide layer from the resin, it can be easily manufactured while reducing the material cost, and the manufacturing cost can also be reduced.
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、波長選択フィルタの製造に際しての負荷が大きい。例えば、凸部と導波層とをナノインプリント法を用いて形成する場合には、基材上に塗工された樹脂材料のなかで、凸部を形成するために樹脂材料に押し付けられた凹版と基材との間に挟まれた残膜部分が導波層となるため、導波層の膜厚の精密な制御が困難である。それゆえ、導波モード共鳴現象を利用した波長選択フィルタにおいて、波長選択性を高めるための構造には、なお改善の余地がある。 However, in the structure of Patent Document 2, since the light propagation mode in the waveguide layer is mainly determined by the thickness of the waveguide layer and the wavelength of light, light in a desired wavelength range is multiplely reflected in the waveguide layer. In order to cause resonance, it is necessary to precisely control the film thickness of the waveguide layer. Forming a waveguide layer having a precise film thickness in addition to a convex portion having a fine period imposes a heavy load on the production of a wavelength selection filter. For example, when the convex portion and the waveguide layer are formed by the nanoimprint method, the concave plate pressed against the resin material in order to form the convex portion in the resin material coated on the base material. Since the residual film portion sandwiched between the substrate and the substrate serves as the waveguide layer, it is difficult to precisely control the thickness of the waveguide layer. Therefore, in the wavelength selection filter utilizing the waveguide mode resonance phenomenon, there is still room for improvement in the structure for enhancing the wavelength selectivity.
本発明は、取り出される光の強度を高めることのできる波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a wavelength selection filter capable of increasing the intensity of the extracted light and a method for manufacturing the wavelength selection filter.
上記課題を解決する波長選択フィルタは、凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で互いに離間しつつ二次元格子状に並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置する第1高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置する第2高屈折率部を含む前記高屈折率層と、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めている埋込層と、を備え、前記第1高屈折率部の厚さをT1、前記第2高屈折率部の厚さをT2、前記高屈折率層の材料の屈折率をn1、前記凹凸構造層の材料の屈折率をn2、前記埋込層の材料の屈折率をn3、前記第1高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第1高屈折率部が占める面積比率をR1、前記第2高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第2高屈折率部が占める面積比率をR2、とするとき、n1>n2、n1>n3、かつ、R1+R2>1であって、T1×{n1×R1+n2×(1−R1)}で表される第1パラメータに対する、T2×{n1×R2+n3×(1−R2)}で表される第2パラメータの比が、0.7以上1.3以下である。 The wavelength selection filter that solves the above-mentioned problems is a concave-convex element that is a convex portion or a concave portion, and has a concave-convex structure on the surface formed by a plurality of the concave-convex elements arranged in a two-dimensional lattice while being separated from each other in a sub-wavelength period. An uneven structure layer, a first high refractive index portion located on the uneven structure and having a surface shape following the uneven structure, and a first high refractive index portion located at the bottom of the uneven structure, and the uneven structure. The high refractive index layer including the second high refractive index portion located at the top of the structure and the embedded layer for filling the irregularities on the surface of the high refractive index layer are provided, and the first high refractive index portion includes. The thickness is T1, the thickness of the second high refractive index portion is T2, the refractive index of the material of the high refractive index layer is n1, the refractive index of the material of the concave-convex structure layer is n2, and the material of the embedded layer is n2. The refractive index is n3, the area ratio occupied by the first high refractive index portion in a cross section including the first high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction thereof is R1, and the thickness thereof includes the second high refractive index portion. When the area ratio occupied by the second high refractive index portion in the cross section orthogonal to the direction is R2, n1> n2, n1> n3, and R1 + R2> 1, and T1 × {n1 × R1 + n2 × ( The ratio of the second parameter represented by T2 × {n1 × R2 + n3 × (1-R2)} to the first parameter represented by 1-R1)} is 0.7 or more and 1.3 or less.
上記構成によれば、厚さ方向と直交する断面に沿う格子領域であって、第1高屈折率部を含む格子領域と、第2高屈折率部を含む格子領域とにおいて、導波モード共鳴現象によって共鳴を起こす光の波長域が近くなる。したがって、2つの格子領域の各々で強められた近しい波長域の光が反射光として得られるため、1つの格子領域のみを有する波長選択フィルタと比較して、反射光として取り出される光の強度が高められる。 According to the above configuration, it is a lattice region along a cross section orthogonal to the thickness direction, and the waveguide mode resonance occurs in the lattice region including the first high refractive index portion and the lattice region including the second high refractive index portion. The wavelength range of light that causes resonance becomes closer due to the phenomenon. Therefore, since the light in the close wavelength range enhanced in each of the two lattice regions is obtained as the reflected light, the intensity of the light extracted as the reflected light is higher than that of the wavelength selection filter having only one lattice region. Be done.
上記構成において、前記高屈折率層は、前記第1高屈折率部と前記第2高屈折率部との間で前記凹凸要素の側面に沿って延びる側部高屈折率部を含み、前記側部高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該側部高屈折率部が占める面積比率をR3とするとき、R3≦R1+R2−1が満たされてもよい。 In the above configuration, the high refractive index layer includes a side high refractive index portion extending along the side surface of the uneven element between the first high refractive index portion and the second high refractive index portion, and the side thereof. When the area ratio occupied by the side high-refractive index portion in the cross section including the portion high-refractive index portion and perpendicular to the thickness direction is R3, R3 ≦ R1 + R2-1 may be satisfied.
上記構成において、前記高屈折率層は、前記第1高屈折率部と前記第2高屈折率部との間で前記凹凸要素の側面に沿って延びる側部高屈折率部を含み、前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第2高屈折率部は、前記側部高屈折率部の外側まで広がってもよい。 In the above configuration, the high refractive index layer includes a side high refractive index portion extending along the side surface of the uneven element between the first high refractive index portion and the second high refractive index portion, and the high refractive index portion is included. The second high refractive index portion may extend to the outside of the side high refractive index portion when viewed from a direction along the thickness direction of the refractive index layer.
上記各構成によれば、側部高屈折率部の幅が小さく抑えられるため、2つの格子領域の間の領域の平均屈折率が過度に大きくなることが抑えられる。したがって、格子領域とその隣接領域との平均屈折率の差が良好に確保されるため、導波モード共鳴現象によって得られる各格子領域からの反射光の強度が良好になる。 According to each of the above configurations, the width of the side high refractive index portion is suppressed to be small, so that the average refractive index of the region between the two lattice regions is suppressed to be excessively large. Therefore, since the difference in the average refractive index between the lattice region and the adjacent region thereof is well secured, the intensity of the reflected light from each lattice region obtained by the waveguide mode resonance phenomenon becomes good.
上記構成において、T1=T2、n2=n3、かつ、R1=R2が満たされていてもよい。
上記構成によれば、2つの格子領域にて、導波モード共鳴現象によって共鳴を起こす光の波長域が一致する。それゆえ、反射光として取り出される光の強度が特に高められる。
In the above configuration, T1 = T2, n2 = n3, and R1 = R2 may be satisfied.
According to the above configuration, the wavelength ranges of light that resonate due to the waveguide mode resonance phenomenon coincide in the two lattice regions. Therefore, the intensity of the light extracted as the reflected light is particularly enhanced.
上記構成において、前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部と、これらの高屈折率部を取り囲む低屈折率領域とから構成される部分が共鳴構造部であり、前記波長選択フィルタは、前記共鳴構造部の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記共鳴構造部を備えてもよい。 In the above configuration, a portion composed of the first high refractive index portion, the second high refractive index portion, and a low refractive index region surrounding these high refractive index portions is a resonance structure portion, and the wavelength selection filter. May include a plurality of the resonance structure portions arranged along the thickness direction of the resonance structure portion.
上記構成によれば、波長選択フィルタが4つ以上の格子領域を備えるため、反射光として取り出される光の強度をさらに高めることや、反射光と透過光とに含まれる波長域の調整の自由度を高めることが可能である。 According to the above configuration, since the wavelength selection filter includes four or more lattice regions, the intensity of the light extracted as the reflected light is further increased, and the degree of freedom in adjusting the wavelength range included in the reflected light and the transmitted light is high. It is possible to increase.
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共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期と、前記第2共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期とは、一致していてもよい。 In the above configuration, the plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion, and the period of the arrangement of the uneven elements of the first resonance structure portion and the second resonance The period of the arrangement of the uneven elements included in the structural portion may be the same.
上記構成によれば、第1共鳴構造部が含む格子領域と第2共鳴構造部が含む格子領域とにおいて、導波モード共鳴現象によって共鳴を起こす光の波長域が近くなる。したがって、4つの格子領域の各々で強められた近しい波長域の光が反射光として得られるため、反射光として取り出される光の強度がより高められる。 According to the above configuration, the wavelength range of light that resonates due to the waveguide mode resonance phenomenon becomes close to each other in the lattice region included in the first resonance structure portion and the lattice region included in the second resonance structure portion. Therefore, since the light in the close wavelength range enhanced in each of the four lattice regions is obtained as the reflected light, the intensity of the light extracted as the reflected light is further increased.
上記構成において、前記第1共鳴構造部での前記第1パラメータに対する前記第2パラメータの比と、前記第2共鳴構造部での前記第1パラメータに対する前記第2パラメータの比とは、一致していてもよい。 In the above configuration, the ratio of the second parameter to the first parameter in the first resonance structure part and the ratio of the second parameter to the first parameter in the second resonance structure part are in agreement. You may.
上記構成によれば、4つの格子領域において、上記パラメータである光学膜厚のばらつきが小さくなり、すなわち、各格子領域において共鳴を起こす光の波長域がより近くなる。したがって、反射光として取り出される光の強度がより高められる。 According to the above configuration, the variation in the optical film thickness, which is the parameter, becomes small in the four lattice regions, that is, the wavelength range of the light causing resonance in each lattice region becomes closer. Therefore, the intensity of the light extracted as the reflected light is further increased.
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共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期と、前記第2共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期とは、互いに異なってもよい。 In the above configuration, the plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion, and the period of the arrangement of the uneven elements of the first resonance structure portion and the second resonance The period of the arrangement of the uneven elements included in the structural portion may be different from each other.
上記構成によれば、第1共鳴構造部が含む格子領域と第2共鳴構造部が含む格子領域とにおいて、導波モード共鳴現象によって共鳴を起こす光の波長域が互いに異なる。したがって、波長選択フィルタにて、格子領域が1つである場合と比較し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。 According to the above configuration, the wavelength range of light that resonates due to the waveguide mode resonance phenomenon is different from each other in the lattice region included in the first resonance structure portion and the lattice region included in the second resonance structure portion. Therefore, in the wavelength selection filter, the wavelength range included in the reflected light is expanded and the wavelength range included in the transmitted light is narrowed while increasing the intensity of the reflected light as compared with the case where there is only one lattice region. Is possible.
上記課題を解決する波長選択フィルタの製造方法は、第1低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で互いに離間しつつ二次元格子状に並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を形成することによって、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沿って、当該凹凸構造層が有する凹凸構造の底部に位置する第1高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置する第2高屈折率部とを含む高屈折率層を形成する第2工程と、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第2低屈折率材料を用いて、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めることにより埋込層を形成する第3工程と、を含み、前記第1高屈折率部の厚さをT1、前記第2高屈折率部の厚さをT2、前記高屈折率材料の屈折率をn1、前記第1低屈折率材料の屈折率をn2、前記第2低屈折率材料の屈折率をn3、前記第1高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第1高屈折率部が占める面積比率をR1、前記第2高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第2高屈折率部が占める面積比率をR2、とするとき、n1>n2、n1>n3、かつ、R1+R2>1であって、T1×{n1×R1+n2×(1−R1)}で表される第1パラメータに対する、T2×{n1×R2+n3×(1−R2)}で表される第2パラメータの比が、0.7以上1.3以下となるように、各層を形成する。 A method for manufacturing a wavelength selection filter that solves the above problems is a method of manufacturing a concave-convex element which is a plurality of convex portions or concave portions arranged in a two-dimensional lattice pattern on the surface of a layer made of a first low refractive index material while being separated from each other in a sub-frequency period. Along the surface of the concave-convex structure layer, the first step of forming the concave-convex structure layer and a high-refractive index material having a higher refractive index than the first low-refractive index material are used. A second step of forming a high refractive index layer including a first high refractive index portion located at the bottom of the concave-convex structure of the concave-convex structure layer and a second high refractive index portion located at the top of the concave-convex structure, and the above-mentioned The third step of forming an embedded layer by filling the irregularities on the surface of the high refractive index layer with a second low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material is included. 1 The thickness of the high refractive index portion is T1, the thickness of the second high refractive index portion is T2, the refractive index of the high refractive index material is n1, the refractive index of the first low refractive index material is n2, and the first 2 The refractive index of the low refractive index material is n3, the area ratio occupied by the first high refractive index portion in the cross section including the first high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction thereof is R1, and the second high refractive index portion. When the area ratio occupied by the second high refractive index portion in the cross section including the portion and orthogonal to the thickness direction is R2, n1> n2, n1> n3, and R1 + R2> 1, and T1 × The ratio of the second parameter represented by T2 × {n1 × R2 + n3 × (1-R2)} to the first parameter represented by {n1 × R1 + n2 × (1-R1)} is 0.7 or more. Each layer is formed so as to be 3 or less.
上記製法によれば、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、反射光として取り出される光の強度が高められた波長選択フィルタを製造することができる。したがって、こうした波長選択フィルタを容易に製造することができる。 According to the above manufacturing method, it is possible to manufacture a wavelength selection filter having an increased intensity of light extracted as reflected light without requiring precise control of the thickness of the layer in contact with the lattice region. Therefore, such a wavelength selection filter can be easily manufactured.
上記製法において、前記第2工程では、前記高屈折率層が、前記第1高屈折率部と前記第2高屈折率部との間で前記凹凸要素の側面に沿って延びる側部高屈折率部を含み、前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第2高屈折率部が前記側部高屈折率部の外側まで広がるように、物理気相成長法を用いて前記高屈折率層を形成してもよい。 In the above manufacturing method, in the second step, the side high refractive index in which the high refractive index layer extends along the side surface of the uneven element between the first high refractive index portion and the second high refractive index portion. A physical vapor phase growth method is used so that the second high refractive index portion extends to the outside of the side high refractive index portion when viewed from the direction along the thickness direction of the high refractive index layer. The high refractive index layer may be formed.
上記製法によれば、凹凸要素の側面に側部高屈折率部が形成される方法を採用しながらも、側部高屈折率部の幅が小さく抑えられるため、2つの格子領域の間の領域の平均屈折率が過度に大きくなることが抑えられる。したがって、格子領域とその隣接領域との平均屈折率の差が良好に確保されるため、導波モード共鳴現象によって得られる各格子領域からの反射光の強度が良好になる。 According to the above manufacturing method, although the method of forming the side high refractive index portion on the side surface of the uneven element is adopted, the width of the side high refractive index portion can be suppressed to be small, so that the region between the two lattice regions is used. It is possible to prevent the average refractive index of the above from becoming excessively large. Therefore, since the difference in the average refractive index between the lattice region and the adjacent region thereof is well secured, the intensity of the reflected light from each lattice region obtained by the waveguide mode resonance phenomenon becomes good.
本発明によれば、波長選択フィルタにおいて、取り出される光の強度を高めることができる。 According to the present invention, the intensity of the extracted light can be increased in the wavelength selection filter.
(第1実施形態)
図1〜図13を参照して、波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法の第1実施形態を説明する。波長選択フィルタは、波長選択フィルタに入射した光のなかから特定の波長域の光を反射、もしくは、透過することにより取り出す機能を有する。波長選択フィルタの選択対象の波長域は特に限定されないが、例えば、波長選択フィルタは、人間の肉眼で視認可能な光、すなわち、可視領域の光のなかから特定の波長域の光を取り出す。以下において、可視領域の光の波長は、400nm以上800nm以下とする。
(First Embodiment)
A wavelength selection filter and a first embodiment of a method for manufacturing the wavelength selection filter will be described with reference to FIGS. 1 to 13. The wavelength selection filter has a function of extracting light in a specific wavelength range from the light incident on the wavelength selection filter by reflecting or transmitting it. The wavelength range to be selected by the wavelength selection filter is not particularly limited, but for example, the wavelength selection filter extracts light in a specific wavelength range from light that can be visually recognized by the human eye, that is, light in the visible region. In the following, the wavelength of light in the visible region is 400 nm or more and 800 nm or less.
[波長選択フィルタの全体構成]
図1が示すように、波長選択フィルタ10は、基材11、第1低屈折率領域12、第1格子領域13、中間領域14、第2格子領域15、および、第2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、中間領域14、第2格子領域15、および、第2低屈折率領域16の各々は、層状に広がっており、基材11に近い位置から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、各領域および波長選択フィルタ10の厚さ方向である。また、基材11に対して第2低屈折率領域16の位置する側が波長選択フィルタ10の表面側であり、第2低屈折率領域16に対して基材11の位置する側が、波長選択フィルタ10の裏面側である。
[Overall configuration of wavelength selection filter]
As shown in FIG. 1, the wavelength selection filter 10 includes a base material 11, a first low refractive index region 12, a first lattice region 13, an intermediate region 14, a second lattice region 15, and a second low refractive index region 16. It has. Each of the first low refractive index region 12, the first lattice region 13, the intermediate region 14, the second lattice region 15, and the second low refractive index region 16 spreads in a layered manner from a position close to the base material 11. They are arranged in this order. The direction in which each region is arranged is the first direction, and the first direction is, that is, the thickness direction of each region and the wavelength selection filter 10. Further, the side where the second low refractive index region 16 is located with respect to the base material 11 is the surface side of the wavelength selection filter 10, and the side where the base material 11 is located with respect to the second low refractive index region 16 is the wavelength selection filter. It is the back side of 10.
基材11は板状を有し、基材11が有する面のうち、波長選択フィルタ10の表面側に位置する面が基材11の表面である。波長選択フィルタ10の選択対象が可視領域の光である場合には、基材11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。 The base material 11 has a plate shape, and among the surfaces of the base material 11, the surface located on the surface side of the wavelength selection filter 10 is the surface of the base material 11. When the selection target of the wavelength selection filter 10 is light in the visible region, for example, a synthetic quartz substrate or a film made of a resin such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate is used as the base material 11.
第1低屈折率領域12は、基材11の表面に接し、基材11の表面に沿って広がっている。第1格子領域13は、第1高屈折率部13aと第1低屈折率部13bとを有する。基材11の表面と対向する方向から見て、すなわち、第1方向に沿った方向から見て、複数の第1低屈折率部13bは二次元格子状に配置され、第1高屈折率部13aは複数の第1低屈折率部13bの間を埋めている。 The first low refractive index region 12 is in contact with the surface of the base material 11 and extends along the surface of the base material 11. The first lattice region 13 has a first high refractive index portion 13a and a first low refractive index portion 13b. When viewed from the direction facing the surface of the base material 11, that is, from the direction along the first direction, the plurality of first low refractive index portions 13b are arranged in a two-dimensional lattice pattern, and the first high refractive index portions 13b are arranged. The 13a fills the space between the plurality of first low refractive index portions 13b.
中間領域14は、側部高屈折率部14aと孤立低屈折率部14bと外周低屈折率部14cとを有する。第1方向に沿った方向から見て、複数の孤立低屈折率部14bは二次元格子状に配置され、各孤立低屈折率部14bの周りを側部高屈折率部14aが囲んでいる。そして、複数の側部高屈折率部14aの間を外周低屈折率部14cが埋めている。孤立低屈折率部14bは、第1低屈折率部13b上に位置する。側部高屈折率部14aは、第1高屈折率部13aの幅方向における端部上に位置し、外周低屈折率部14cは、第1高屈折率部13aの幅方向における中央部上に位置する。 The intermediate region 14 has a side high refractive index portion 14a, an isolated low refractive index portion 14b, and an outer peripheral low refractive index portion 14c. When viewed from the direction along the first direction, the plurality of isolated low refractive index portions 14b are arranged in a two-dimensional lattice, and the side high refractive index portions 14a surround each isolated low refractive index portion 14b. Then, the outer peripheral low refractive index portion 14c fills the space between the plurality of side portion high refractive index portions 14a. The isolated low refractive index portion 14b is located on the first low refractive index portion 13b. The side high refractive index portion 14a is located on the end portion in the width direction of the first high refractive index portion 13a, and the outer peripheral low refractive index portion 14c is located on the central portion in the width direction of the first high refractive index portion 13a. To position.
第2格子領域15は、第2高屈折率部15aと第2低屈折率部15bとを有する。第1方向に沿った方向から見て、複数の第2高屈折率部15aは二次元格子状に配置され、第2低屈折率部15bは複数の第2高屈折率部15aの間を埋めている。第2高屈折率部15aは、孤立低屈折率部14b上および側部高屈折率部14a上に位置し、第2低屈折率部15bは、外周低屈折率部14c上に位置する。 The second lattice region 15 has a second high refractive index portion 15a and a second low refractive index portion 15b. When viewed from the direction along the first direction, the plurality of second high refractive index portions 15a are arranged in a two-dimensional lattice, and the second low refractive index portion 15b fills the space between the plurality of second high refractive index portions 15a. ing. The second high refractive index portion 15a is located on the isolated low refractive index portion 14b and the side high refractive index portion 14a, and the second low refractive index portion 15b is located on the outer peripheral low refractive index portion 14c.
第2低屈折率領域16は、第2格子領域15に対して中間領域14とは反対側で第2格子領域15を覆っている。
波長選択フィルタ10を構成する上記の各領域において、第1方向に沿って互いに隣接する領域は、その一部において互いに連続している。具体的には、第1低屈折率領域12と第1低屈折率部13bとは互いに連続し、さらに、第1低屈折率部13bと孤立低屈折率部14bとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、第1高屈折率部13aと側部高屈折率部14aとは互いに連続し、さらに、側部高屈折率部14aと第2高屈折率部15aとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、外周低屈折率部14cと第2低屈折率部15bとは互いに連続し、さらに、第2低屈折率部15bと第2低屈折率領域16とは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。
The second low refractive index region 16 covers the second lattice region 15 on the side opposite to the intermediate region 14 with respect to the second lattice region 15.
In each of the above-mentioned regions constituting the wavelength selection filter 10, the regions adjacent to each other along the first direction are continuous with each other in a part thereof. Specifically, the first low refractive index region 12 and the first low refractive index portion 13b are continuous with each other, and further, the first low refractive index portion 13b and the isolated low refractive index portion 14b are continuous with each other. These are made of the same material as each other. Further, the first high-refractive index portion 13a and the side high-refractive index portion 14a are continuous with each other, and the side high-refractive index portion 14a and the second high-refractive index portion 15a are continuous with each other. It is composed of the same material as each other. Further, the outer peripheral low refractive index portion 14c and the second low refractive index portion 15b are continuous with each other, and the second low refractive index portion 15b and the second low refractive index region 16 are continuous with each other. It is composed of the same material.
すなわち、波長選択フィルタ10は、基材11と、基材11上に位置し、二次元格子状に配置された複数の凸部17aが構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層17と、凹凸構造層17の表面に沿って配置されて上記凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層18と、高屈折率層18の表面における凹凸を埋める埋込層19とを備える構造体であるとも捉えられる。 That is, the wavelength selection filter 10 includes a base material 11, a concavo-convex structure layer 17 located on the base material 11 and having a concavo-convex structure composed of a plurality of convex portions 17a arranged in a two-dimensional lattice on the surface, and concavo-convex. It is a structure including a high refractive index layer 18 arranged along the surface of the structural layer 17 and having a surface shape following the uneven structure, and an embedded layer 19 for filling the unevenness on the surface of the high refractive index layer 18. It can also be regarded as.
凹凸構造層17は、第1低屈折率領域12と第1低屈折率部13bと孤立低屈折率部14bとから構成され、凸部17aは、第1低屈折率部13bと孤立低屈折率部14bとから構成される。 The uneven structure layer 17 is composed of a first low refractive index region 12, a first low refractive index portion 13b, and an isolated low refractive index portion 14b, and the convex portion 17a is composed of a first low refractive index portion 13b and an isolated low refractive index. It is composed of a part 14b.
高屈折率層18は、第1高屈折率部13aと側部高屈折率部14aと第2高屈折率部15aとから構成される。第1高屈折率部13aは、複数の凸部17aの間、すなわち、凹凸構造の底部に位置する。側部高屈折率部14aは、凸部17aの側面に接し、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、中間領域14の厚さ方向に延びている。第2高屈折率部15aは、凸部17aの頂面を覆い、すなわち、凹凸構造の頂部に位置する。 The high refractive index layer 18 is composed of a first high refractive index portion 13a, a side high refractive index portion 14a, and a second high refractive index portion 15a. The first high refractive index portion 13a is located between the plurality of convex portions 17a, that is, at the bottom of the concave-convex structure. The side high-refractive index portion 14a is between the ends of the first high-refractive index portion 13a and the second high-refractive index portion 15a, which are in contact with the side surface of the convex portion 17a and are adjacent to each other when viewed from the direction along the first direction. It extends in the thickness direction of the intermediate region 14 so as to connect the two. The second high refractive index portion 15a covers the top surface of the convex portion 17a, that is, is located at the top of the uneven structure.
埋込層19は、外周低屈折率部14cと第2低屈折率部15bと第2低屈折率領域16とから構成され、第2低屈折率領域16から基材11に向けて外周低屈折率部14cおよび第2低屈折率部15bが突出した形状を有する。 The embedded layer 19 is composed of an outer peripheral low refractive index portion 14c, a second low refractive index portion 15b, and a second low refractive index region 16, and has an outer peripheral low refractive index from the second low refractive index region 16 toward the base material 11. The rate portion 14c and the second low refractive index portion 15b have a protruding shape.
高屈折率層18の材料の屈折率は、凹凸構造層17および埋込層19の各々の材料の屈折率よりも大きい。すなわち、第1高屈折率部13a、側部高屈折率部14a、第2高屈折率部15aの各々の屈折率は、第1低屈折率領域12、第1低屈折率部13b、孤立低屈折率部14b、外周低屈折率部14c、第2低屈折率部15b、第2低屈折率領域16の各々の屈折率よりも大きい。凹凸構造層17と埋込層19とは、同一の材料から構成されてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。 The refractive index of the material of the high refractive index layer 18 is larger than the refractive index of each of the materials of the concave-convex structure layer 17 and the embedded layer 19. That is, the refractive indexes of the first high refractive index portion 13a, the side high refractive index portion 14a, and the second high refractive index portion 15a are the first low refractive index region 12, the first low refractive index portion 13b, and the isolated low. It is larger than the refractive index of each of the refractive index portion 14b, the outer peripheral low refractive index portion 14c, the second low refractive index portion 15b, and the second low refractive index region 16. The uneven structure layer 17 and the embedded layer 19 may be made of the same material or may be made of different materials.
波長選択フィルタ10の選択対象が可視領域の光である場合には、凹凸構造層17および埋込層19を構成する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、熱硬化性樹脂等の樹脂材料を用いることが可能である。この場合、高屈折率層18を構成する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)、ITO(酸化インジウムスズ)、AlN(窒化アルミニウム)等の無機化合物材料を用いることができる。 When the selection target of the wavelength selection filter 10 is light in the visible region, the low refractive index material constituting the concave-convex structure layer 17 and the embedded layer 19 includes an inorganic substance such as synthetic quartz, an ultraviolet curable resin, and heat. It is possible to use a resin material such as a plastic resin or a thermosetting resin. In this case, the high refractive index materials constituting the high refractive index layer 18 include TiO 2 (titanium oxide), Nb 2 O 5 (niobium oxide), Ta 2 O 5 (tantalum oxide), ZrO (zirconium oxide), and ZnS. Inorganic compound materials such as (zinc sulfide), ITO (indium tin oxide), and AlN (aluminum nitride) can be used.
[波長選択フィルタの作用]
第1格子領域13における格子構造の周期、すなわち、第1低屈折率部13bの配列の周期が、第1周期P1であり、第1周期P1は、可視領域の光の波長よりも小さい。同様に、第2格子領域15における格子構造の周期、すなわち、第2高屈折率部15aの配列の周期が、第2周期P2であり、第2周期P2は、可視領域の光の波長よりも小さい。すなわち、第1周期P1および第2周期P2はサブ波長周期であり、第1格子領域13および第2格子領域15の各々はサブ波長格子を含む。
[Action of wavelength selection filter]
The period of the lattice structure in the first lattice region 13, that is, the period of the arrangement of the first low refractive index portion 13b is the first period P1, and the first period P1 is smaller than the wavelength of light in the visible region. Similarly, the period of the lattice structure in the second lattice region 15, that is, the period of the arrangement of the second high refractive index portion 15a is the second period P2, and the second period P2 is larger than the wavelength of light in the visible region. small. That is, the first period P1 and the second period P2 are sub-wavelength periods, and each of the first lattice region 13 and the second lattice region 15 includes a sub-wavelength lattice.
波長選択フィルタ10において、領域ごとの平均屈折率は、各領域における高屈折率部と低屈折率部との体積比率に応じて、高屈折率部の屈折率と低屈折率部の屈折率とを均した値に近似される。第1格子領域13における第1高屈折率部13aの割合、および、第2格子領域15における第2高屈折率部15aの割合の各々よりも、中間領域14における側部高屈折率部14aの割合は小さい。したがって、中間領域14の平均屈折率は、第1格子領域13の平均屈折率、および、第2格子領域15の平均屈折率の各々よりも小さい。すなわち、波長選択フィルタ10は、第1格子領域13および第2格子領域15の各々に位置するサブ波長格子が、低屈折率の領域に埋め込まれた構造を有している。 In the wavelength selection filter 10, the average refractive index for each region is the refractive index of the high refractive index portion and the refractive index of the low refractive index portion, depending on the volume ratio of the high refractive index portion and the low refractive index portion in each region. Is approximated to the averaged value. The side high refractive index portion 14a in the intermediate region 14 is larger than the ratio of the first high refractive index portion 13a in the first lattice region 13 and the ratio of the second high refractive index portion 15a in the second lattice region 15. The proportion is small. Therefore, the average refractive index of the intermediate region 14 is smaller than the average refractive index of the first lattice region 13 and the average refractive index of the second lattice region 15. That is, the wavelength selection filter 10 has a structure in which sub-wavelength lattices located in each of the first lattice region 13 and the second lattice region 15 are embedded in a region having a low refractive index.
上記波長選択フィルタ10の表面側から波長選択フィルタ10に光が入射すると、第2格子領域15のサブ波長格子が低屈折率の領域に埋め込まれていることから、第2格子領域15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2格子領域15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、波長選択フィルタ10の表面側に反射光として射出される。 When light is incident on the wavelength selection filter 10 from the surface side of the wavelength selection filter 10, the sub-wavelength lattice of the second lattice region 15 is embedded in the region having a low refractive index. Therefore, in the second lattice region 15, the surface is The emission of diffracted light to the side is suppressed, and a waveguide mode resonance phenomenon occurs. That is, light in a specific wavelength region propagates while being multiple-reflected in the second lattice region 15 to cause resonance, and the light in this specific wavelength region is emitted as reflected light to the surface side of the wavelength selection filter 10.
第2格子領域15を透過し、さらに中間領域14を透過した光は、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のサブ波長格子が低屈折率の領域に埋め込まれていることから、第1格子領域13でも、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、波長選択フィルタ10の表面側に反射光として射出される。 The light transmitted through the second lattice region 15 and further transmitted through the intermediate region 14 enters the first lattice region 13. When light is incident on the first lattice region 13, the sub-wavelength lattice of the first lattice region 13 is embedded in the region having a low refractive index, so that the waveguide mode resonance phenomenon also occurs in the first lattice region 13. That is, light in a specific wavelength region propagates while being multiple-reflected in the first lattice region 13 to cause resonance, and the light in this specific wavelength region is emitted as reflected light to the surface side of the wavelength selection filter 10.
第1格子領域13を透過した光は、第1低屈折率領域12および基材11を透過して、波長選択フィルタ10の裏面側に出る。
結果として、波長選択フィルタ10の表面側には、第2格子領域15で強められた波長域の光と、第1格子領域13で強められた波長域の光とが射出される。そして、波長選択フィルタ10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波長域を除く波長域の光が、透過光として波長選択フィルタ10の裏面側に射出される。
The light transmitted through the first lattice region 13 is transmitted through the first low refractive index region 12 and the base material 11 and exits to the back surface side of the wavelength selection filter 10.
As a result, the light in the wavelength region enhanced in the second lattice region 15 and the light in the wavelength region enhanced in the first lattice region 13 are emitted to the surface side of the wavelength selection filter 10. Then, in the wavelength range included in the incident light to the wavelength selection filter 10, the light in the wavelength range other than the wavelength range emitted as the reflected light is emitted to the back surface side of the wavelength selection filter 10 as transmitted light. ..
なお、波長選択フィルタ10の裏面側から波長選択フィルタ10に光が入射した場合には、第2格子領域15で強められた波長域の反射光と、第1格子領域13で強められた波長域の反射光とが、波長選択フィルタ10の裏面側に射出される。そして、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波長域を除く波長域の光が、透過光として波長選択フィルタ10の表面側に射出される。 When light is incident on the wavelength selection filter 10 from the back surface side of the wavelength selection filter 10, the reflected light in the wavelength range strengthened in the second lattice region 15 and the wavelength range strengthened in the first lattice region 13 are used. The reflected light of the above is emitted to the back surface side of the wavelength selection filter 10. Then, among the wavelength ranges included in the incident light, the light in the wavelength range other than the wavelength range emitted as the reflected light is emitted to the surface side of the wavelength selection filter 10 as transmitted light.
[波長選択フィルタの詳細構成]
上述の波長選択フィルタ10において、波長選択性を高めるため、すなわち、反射光における特定の範囲の波長域の強度を高めるための構成について説明する。
[Detailed configuration of wavelength selection filter]
The configuration for enhancing the wavelength selectivity, that is, for enhancing the intensity of the wavelength range of a specific range in the reflected light, will be described in the wavelength selection filter 10 described above.
波長選択フィルタ10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が一致していれば、波長選択フィルタ10から反射光として射出される波長域の光の強度が大きくなり、反射光の波長選択性が高められる。 In the wavelength selection filter 10, if the wavelength range of the light that causes resonance in the first lattice region 13 and the wavelength range of the light that causes resonance in the second lattice region 15 match, the wavelength selection filter 10 determines the reflected light. The intensity of the emitted light in the wavelength range is increased, and the wavelength selectivity of the reflected light is enhanced.
例えば、第2格子領域15で特定の波長域の光が共鳴を起こしたとき、第2格子領域15と中間領域14との屈折率の差が小さい場合等には、上記特定の波長域の光の一部が、第2格子領域15内での反射ごとに、中間領域14に漏れ出る。こうした場合にも、第1格子領域13と第2格子領域15とで共鳴を起こす光の波長域が一致していれば、中間領域14に漏れ出た上記特定の波長域の光が第1格子領域13に入って共鳴を起こし、反射光として射出される。したがって、1つの格子領域のみを有する波長選択フィルタと比較して、波長選択フィルタ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。 For example, when light in a specific wavelength region resonates in the second lattice region 15, when the difference in refractive index between the second lattice region 15 and the intermediate region 14 is small, the light in the specific wavelength region is described. A portion of the light leaks into the intermediate region 14 for each reflection within the second grid region 15. Even in such a case, if the wavelength regions of the light causing resonance in the first grid region 13 and the second grid region 15 are the same, the light in the specific wavelength region leaked to the intermediate region 14 is the first grid. It enters the region 13 and causes resonance, and is emitted as reflected light. Therefore, as compared with the wavelength selection filter having only one lattice region, the intensity of the light in the specific wavelength region emitted from the wavelength selection filter 10 as the reflected light is increased, and the wavelength selectivity of the reflected light is enhanced. ..
第1格子領域13と第2格子領域15とで共鳴を起こす光の波長域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とにおいて、平均屈折率と膜厚とを乗じた値として表されるパラメータである光学膜厚を一致させればよい。つまり、第1格子領域13と第2格子領域15とにおいて、光学膜厚が近いほど、共鳴を起こす光の波長域が近くなり、反射光の波長選択性が高められる。本願の発明者は、シミュレーションによって、反射光についての良好な波長選択性を得られる第1格子領域13と第2格子領域15との光学膜厚の比の範囲を見出した。以下、この内容について詳細に説明する。 In order to match the wavelength regions of light that cause resonance in the first grid region 13 and the second grid region 15, the average refractive index and the film thickness are multiplied in the first grid region 13 and the second grid region 15. It suffices to match the optical film thickness, which is a parameter expressed as a value. That is, in the first lattice region 13 and the second lattice region 15, the closer the optical film thickness is, the closer the wavelength region of the light that causes resonance becomes, and the wavelength selectivity of the reflected light is enhanced. The inventor of the present application has found a range of the ratio of the optical film thickness of the first lattice region 13 and the second lattice region 15 to obtain good wavelength selectivity for reflected light by simulation. This content will be described in detail below.
図2において、(a)は第1格子領域13における第1方向と直交する断面を、波長選択フィルタ10の断面とともに示す図であり、(b)は第2格子領域15における第1方向と直交する断面を、波長選択フィルタ10の断面とともに示す図である。第2方向と第3方向とは、基材11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方向と第3方向とは、互いに直交する。 In FIG. 2, (a) is a diagram showing a cross section orthogonal to the first direction in the first lattice region 13 together with a cross section of the wavelength selection filter 10, and (b) is a diagram orthogonal to the first direction in the second lattice region 15. It is a figure which shows the cross section to be performed together with the cross section of the wavelength selection filter 10. The second direction and the third direction are directions along the surface of the base material 11, and each of the second direction and the third direction is orthogonal to the first direction. The second direction and the third direction are orthogonal to each other.
図2(a)が示すように、第1格子領域13において、複数の第1低屈折率部13bは、二次元格子状に配置されている。二次元格子の種類は特に限定されず、互いに異なる方向に延びる2つの平行線群が交差することによって構成される格子の格子点に第1低屈折率部13bが位置していればよい。例えば、第1低屈折率部13bが構成する二次元格子は、正方格子であってもよいし、六方格子であってもよい。第1格子領域13における格子構造の周期である第1周期P1は、二次元格子が延びる各方向において一致している。 As shown in FIG. 2A, in the first lattice region 13, the plurality of first low refractive index portions 13b are arranged in a two-dimensional lattice pattern. The type of the two-dimensional lattice is not particularly limited, and the first low refractive index portion 13b may be located at the lattice point of the lattice formed by the intersection of two parallel line groups extending in different directions. For example, the two-dimensional lattice formed by the first low refractive index unit 13b may be a square lattice or a hexagonal lattice. The first period P1, which is the period of the lattice structure in the first lattice region 13, coincides with each other in each direction in which the two-dimensional lattice extends.
第1方向に沿った方向から見て、第1低屈折率部13bの形状は特に限定されないが、例えば第1低屈折率部13bが正方形であると、第1格子領域13の平均屈折率を規定する体積比率の設定が容易である。 The shape of the first low refractive index portion 13b is not particularly limited when viewed from the direction along the first direction. For example, when the first low refractive index portion 13b is square, the average refractive index of the first lattice region 13 is increased. It is easy to set the specified volume ratio.
第1格子領域13の全体に対する第1高屈折率部13aの体積比率は、第1方向に沿った方向から見た平面視での第1格子領域13の全体に対する第1高屈折率部13aの面積比率に等しい。当該面積比率は、言い換えれば、第1高屈折率部13aを含みその厚さ方向と直交する断面にて第1高屈折率部13aが占める面積比率である。断面の位置によって第1高屈折率部13aの面積が変化する場合には、第1高屈折率部13aの面積が最大となる断面での第1高屈折率部13aの面積比率が採用される。 The volume ratio of the first high refractive index portion 13a to the entire first lattice region 13 is the volume ratio of the first high refractive index portion 13a to the entire first lattice region 13 in a plan view seen from the direction along the first direction. Equal to the area ratio. In other words, the area ratio is the area ratio occupied by the first high refractive index portion 13a in the cross section including the first high refractive index portion 13a and orthogonal to the thickness direction thereof. When the area of the first high refractive index portion 13a changes depending on the position of the cross section, the area ratio of the first high refractive index portion 13a in the cross section where the area of the first high refractive index portion 13a is maximized is adopted. ..
第1高屈折率部13aの上記面積比率をR1とするとき、上記断面における第1低屈折率部13bの面積比率は1−R1で表される。
高屈折率層18の材料の屈折率をn1、凹凸構造層17の材料の屈折率をn2とするとき(n1>n2)、第1格子領域13の平均屈折率NA1は、下記式(1)によって表される。
When the area ratio of the first high refractive index portion 13a is R1, the area ratio of the first low refractive index portion 13b in the cross section is represented by 1-R1.
When the refractive index of the material of the high refractive index layer 18 is n1 and the refractive index of the material of the concave-convex structure layer 17 is n2 (n1> n2), the average refractive index NA1 of the first lattice region 13 is the following equation (1). Represented by.
NA1=n1×R1+n2×(1−R1) ・・・(1)
そして、第1格子領域13の光学膜厚OT1は、下記式(2)によって表される。
OT1=T1×NA1
=T1×{n1×R1+n2×(1−R1)} ・・・(2)
図2(b)が示すように、第2格子領域15において、複数の第2高屈折率部15aは、第1格子領域13と一致した二次元格子状に配置されている。第2格子領域15における格子構造の周期である第2周期P2は、第1格子領域13における第1周期P1と一致している。
NA1 = n1 × R1 + n2 × (1-R1) ・ ・ ・ (1)
The optical film thickness OT1 of the first lattice region 13 is represented by the following equation (2).
OT1 = T1 x NA1
= T1 × {n1 × R1 + n2 × (1-R1)} ・ ・ ・ (2)
As shown in FIG. 2B, in the second lattice region 15, the plurality of second high refractive index portions 15a are arranged in a two-dimensional lattice pattern that coincides with the first lattice region 13. The second period P2, which is the period of the lattice structure in the second lattice area 15, coincides with the first period P1 in the first lattice area 13.
ただし、第1方向に沿った方向から見て、第2格子領域15において点在する第2高屈折率部15aは、第1格子領域13において点在する第1低屈折率部13bよりも大きい。言い換えれば、第2方向および第3方向の各々において、第2高屈折率部15aの幅は、第1低屈折率部13bの幅よりも大きい。したがって、第2低屈折率部15bの幅は、第1高屈折率部13aの幅よりも小さい。第1方向に沿った方向から見て、第2高屈折率部15aは、第1低屈折率部13bの形状に準じた形状を有する。 However, when viewed from the direction along the first direction, the second high refractive index portions 15a scattered in the second lattice region 15 are larger than the first low refractive index portions 13b scattered in the first lattice region 13. .. In other words, the width of the second high refractive index portion 15a is larger than the width of the first low refractive index portion 13b in each of the second direction and the third direction. Therefore, the width of the second low refractive index portion 15b is smaller than the width of the first high refractive index portion 13a. The second high refractive index portion 15a has a shape similar to the shape of the first low refractive index portion 13b when viewed from the direction along the first direction.
第2格子領域15の全体に対する第2高屈折率部15aの体積比率は、第1方向に沿った方向から見た平面視での第2格子領域15の全体に対する第2高屈折率部15aの面積比率に等しい。当該面積比率は、言い換えれば、第2高屈折率部15aを含みその厚さ方向と直交する断面にて第2高屈折率部15aが占める面積比率である。断面の位置によって第2高屈折率部15aの面積が変化する場合には、第2高屈折率部15aの面積が最大となる断面での第2高屈折率部15aの面積比率が採用される。 The volume ratio of the second high refractive index portion 15a to the entire second lattice region 15 is the volume ratio of the second high refractive index portion 15a to the entire second lattice region 15 in a plan view seen from the direction along the first direction. Equal to the area ratio. In other words, the area ratio is the area ratio occupied by the second high refractive index portion 15a in the cross section including the second high refractive index portion 15a and orthogonal to the thickness direction thereof. When the area of the second high refractive index portion 15a changes depending on the position of the cross section, the area ratio of the second high refractive index portion 15a in the cross section where the area of the second high refractive index portion 15a is maximized is adopted. ..
第2高屈折率部15aの上記面積比率をR2とするとき、上記断面における第2低屈折率部15bの面積比率は1−R2で表される。
高屈折率層18の材料の屈折率をn1、埋込層19の材料の屈折率をn3とするとき(n1>n3)、第2格子領域15の平均屈折率NA2は、下記式(3)によって表される。
When the area ratio of the second high refractive index portion 15a is R2, the area ratio of the second low refractive index portion 15b in the cross section is represented by 1-R2.
When the refractive index of the material of the high refractive index layer 18 is n1 and the refractive index of the material of the embedded layer 19 is n3 (n1> n3), the average refractive index NA2 of the second lattice region 15 is the following equation (3). Represented by.
NA2=n1×R2+n3×(1−R2) ・・・(3)
そして、第2格子領域15の光学膜厚OT2は、下記式(4)によって表される。
OT2=T2×NA2
=T2×{n1×R2+n3×(1−R2)} ・・・(4)
第1格子領域13の光学膜厚OT1に対する第2格子領域15の光学膜厚OT2の比(OT2/OT1)が、0.7以上1.3以下であれば、波長選択フィルタ10において、反射光についての良好な波長選択性が得られることが確認された。
NA2 = n1 × R2 + n3 × (1-R2) ・ ・ ・ (3)
The optical film thickness OT2 of the second lattice region 15 is represented by the following equation (4).
OT2 = T2 x NA2
= T2 × {n1 × R2 + n3 × (1-R2)} ・ ・ ・ (4)
When the ratio (OT2 / OT1) of the optical film thickness OT2 of the second lattice region 15 to the optical film thickness OT1 of the first lattice region 13 is 0.7 or more and 1.3 or less, the reflected light in the wavelength selection filter 10 It was confirmed that good wavelength selectivity for the above was obtained.
特に、第1格子領域13の厚さT1と第2格子領域15の厚さT2とが等しく、凹凸構造層17の材料の屈折率n2と埋込層19の材料の屈折率n3とが等しい場合には、第1高屈折率部13aの面積比率R1と第2高屈折率部15aの面積比率R2とが等しいと、光学膜厚OT1と光学膜厚OT2とが一致するため好ましい。 In particular, when the thickness T1 of the first lattice region 13 and the thickness T2 of the second lattice region 15 are equal, and the refractive index n2 of the material of the concave-convex structure layer 17 and the refractive index n3 of the material of the embedded layer 19 are equal. It is preferable that the area ratio R1 of the first high refractive index portion 13a and the area ratio R2 of the second high refractive index portion 15a are equal to each other because the optical film thickness OT1 and the optical film thickness OT2 match.
上述のように、第1方向に沿った方向から見て、第2高屈折率部15aは第1低屈折率部13bよりも大きくなる。それゆえ、本実施形態では、第1高屈折率部13aの面積比率R1と第2高屈折率部15aの面積比率R2とを近づけるために、第1格子領域13にて第1低屈折率部13bの面積比率を第1高屈折率部13aの面積比率よりも小さくし、第2格子領域15にて第2高屈折率部15aの面積比率を第2低屈折率部15bの面積比率よりも大きくしている。したがって、第1高屈折率部13aの面積比率R1と第2高屈折率部15aの面積比率R2との各々は、0.5よりも大きく、R1+R2は1よりも大きくなる。 As described above, the second high refractive index portion 15a is larger than the first low refractive index portion 13b when viewed from the direction along the first direction. Therefore, in the present embodiment, in order to bring the area ratio R1 of the first high refractive index portion 13a and the area ratio R2 of the second high refractive index portion 15a close to each other, the first low refractive index portion 13 in the first lattice region 13 The area ratio of 13b is made smaller than the area ratio of the first high refractive index portion 13a, and the area ratio of the second high refractive index portion 15a in the second lattice region 15 is smaller than the area ratio of the second low refractive index portion 15b. It's getting bigger. Therefore, each of the area ratio R1 of the first high refractive index portion 13a and the area ratio R2 of the second high refractive index portion 15a is larger than 0.5, and R1 + R2 is larger than 1.
面積比率R1,R2が0.5よりも大きいことにより、面積比率R1,R2が0.5以下である形態と比較して、格子領域13,15の平均屈折率が高くなるため、各格子領域13,15と、隣接する領域12,14,16との平均屈折率の差が大きくなる、その結果、各格子領域13,15にて生じる多重反射での損失が小さくなるため、格子領域13,15から射出される反射光の強度が高められる。 Since the area ratios R1 and R2 are larger than 0.5, the average refractive index of the lattice regions 13 and 15 is higher than that in the form in which the area ratios R1 and R2 are 0.5 or less. Since the difference in the average refractive index between the 13 and 15 and the adjacent regions 12, 14 and 16 becomes large, and as a result, the loss due to the multiple reflections generated in the respective lattice regions 13 and 15 becomes small, the lattice region 13, The intensity of the reflected light emitted from 15 is increased.
図3は、中間領域14における第1方向と直交する断面を、波長選択フィルタ10の断面とともに示す図である。図3が示すように、中間領域14において、複数の孤立低屈折率部14bは、第1格子領域13と一致した二次元格子状に配置されている。中間領域14における孤立低屈折率部14bの配列の周期である第3周期P3は、第1格子領域13における第1周期P1と一致している。第1方向に沿った方向から見て、孤立低屈折率部14bの大きさは、第1低屈折率部13bと一致する。側部高屈折率部14aは孤立低屈折率部14bを1つずつ取り囲んでおり、互いに隣接する側部高屈折率部14aの間を外周低屈折率部14cが埋めている。 FIG. 3 is a diagram showing a cross section orthogonal to the first direction in the intermediate region 14 together with a cross section of the wavelength selection filter 10. As shown in FIG. 3, in the intermediate region 14, the plurality of isolated low refractive index portions 14b are arranged in a two-dimensional lattice pattern that coincides with the first lattice region 13. The third period P3, which is the period of the arrangement of the isolated low refractive index portion 14b in the intermediate region 14, coincides with the first period P1 in the first lattice region 13. The size of the isolated low refractive index portion 14b is the same as that of the first low refractive index portion 13b when viewed from the direction along the first direction. The side high-refractive index portion 14a surrounds the isolated low-refractive index portion 14b one by one, and the outer peripheral low-refractive index portion 14c fills the space between the side high-refractive index portions 14a adjacent to each other.
ここで、第1方向に沿った方向から見た平面視での中間領域14の全体に対する側部高屈折率部14aの面積比率は、第2高屈折率部15aの上記面積比率と第1低屈折率部13bの上記面積比率との差以下であることが好ましい。すなわち、上記側部高屈折率部14aの面積比率をR3とするとき、R3は、下記式(5)を満たすことが好ましい。なお、当該面積比率は、言い換えれば、側部高屈折率部14aを含みその厚さ方向と直交する断面にて側部高屈折率部14aが占める面積比率である。断面の位置によって側部高屈折率部14aの面積が変化する場合には、側部高屈折率部14aの面積が最大となる断面での側部高屈折率部14aの面積比率が採用される。 Here, the area ratio of the side high refractive index portion 14a to the entire intermediate region 14 in the plan view seen from the direction along the first direction is the first low with the area ratio of the second high refractive index portion 15a. It is preferably equal to or less than the difference from the area ratio of the refractive index portion 13b. That is, when the area ratio of the side high refractive index portion 14a is R3, it is preferable that R3 satisfies the following formula (5). In other words, the area ratio is the area ratio occupied by the side high refractive index portion 14a in the cross section including the side high refractive index portion 14a and orthogonal to the thickness direction thereof. When the area of the side high refractive index portion 14a changes depending on the position of the cross section, the area ratio of the side high refractive index portion 14a in the cross section where the area of the side high refractive index portion 14a is maximized is adopted. ..
R3≦R2−(1−R1)=R1+R2−1 ・・・(5)
上記式(5)が満たされているとき、第1方向に沿った方向から見て、第2高屈折率部15aは、孤立低屈折率部14bおよび側部高屈折率部14aの外側まで広がっている。詳細には、第1方向に沿った方向から見て、第2高屈折率部15aが位置する領域が、孤立低屈折率部14bおよび側部高屈折率部14aが位置する領域と一致するとき、側部高屈折率部14aの上記面積比率R3は、右辺と一致し、R1+R2−1となる。そして、第1方向に沿った方向から見て、第2高屈折率部15aが位置する領域が、孤立低屈折率部14bおよび側部高屈折率部14aが位置する領域よりも大きいとき、言い換えれば、側部高屈折率部14aが第2高屈折率部15aの外縁よりも内側の領域に位置するとき、上記面積比率R3は、R1+R2−1よりも小さくなる。
R3 ≤ R2- (1-R1) = R1 + R2-1 ... (5)
When the above formula (5) is satisfied, the second high refractive index portion 15a extends to the outside of the isolated low refractive index portion 14b and the side high refractive index portion 14a when viewed from the direction along the first direction. ing. Specifically, when the region where the second high refractive index portion 15a is located coincides with the region where the isolated low refractive index portion 14b and the side high refractive index portion 14a are located when viewed from the direction along the first direction. The area ratio R3 of the side high refractive index portion 14a coincides with the right side and becomes R1 + R2-1. Then, when the region where the second high refractive index portion 15a is located is larger than the region where the isolated low refractive index portion 14b and the side high refractive index portion 14a are located when viewed from the direction along the first direction, in other words. For example, when the side high-refractive index portion 14a is located in a region inside the outer edge of the second high-refractive index portion 15a, the area ratio R3 is smaller than R1 + R2-1.
上述のように、導波モード共鳴現象によって格子領域13,15から射出される反射光の強度を高めるためには、各格子領域13,15について、格子領域13,15の平均屈折率と、格子領域13,15を挟む領域12,14,16の平均屈折率との差が大きいことが望ましい。したがって、中間領域14の平均屈折率は小さいほど好ましく、すなわち、側部高屈折率部14aの面積比率が小さいほど好ましい。上記式(5)が満たされている構成であれば、側部高屈折率部14aの幅が、第2高屈折率部15aよりも外側まで広がらない程度に抑えられるため、側部高屈折率部14aの面積比率が大きくなりすぎない。したがって、各格子領域13,15からの反射光の強度が良好になる。 As described above, in order to increase the intensity of the reflected light emitted from the lattice regions 13 and 15 by the waveguide mode resonance phenomenon, the average refractive index of the lattice regions 13 and 15 and the lattice are used for each of the lattice regions 13 and 15. It is desirable that the difference from the average refractive index of the regions 12, 14 and 16 sandwiching the regions 13 and 15 is large. Therefore, the smaller the average refractive index of the intermediate region 14, the more preferable, that is, the smaller the area ratio of the side high refractive index portion 14a, the more preferable. If the configuration (5) is satisfied, the width of the side high-refractive index portion 14a is suppressed to the extent that it does not extend to the outside of the second high-refractive index portion 15a, so that the side high-refractive index The area ratio of the portion 14a does not become too large. Therefore, the intensity of the reflected light from each of the lattice regions 13 and 15 becomes good.
上記反射光の強度を高めるためには、第1格子領域13の平均屈折率と、第1低屈折率領域12および中間領域14の各々の平均屈折率との差は、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の平均屈折率と、中間領域14および第2低屈折率領域16の各々の平均屈折率との差は、いずれも0.1よりも大きいことが好ましい。 In order to increase the intensity of the reflected light, the difference between the average refractive index of the first lattice region 13 and the average refractive index of each of the first low refractive index region 12 and the intermediate region 14 is more than 0.1. Is also preferable. Similarly, the difference between the average refractive index of the second lattice region 15 and the average refractive index of each of the intermediate region 14 and the second low refractive index region 16 is preferably larger than 0.1.
なお、本実施形態においては、サブ波長格子を構成する要素が二次元格子状に並ぶが、例えば、サブ波長格子を構成する要素が、第2方向あるいは第3方向に帯状に延びる形態であっても、導波モード共鳴現象を生じさせることはできる。しかしながら、上記要素が1つの方向に延びている場合、当該要素を有する格子領域では、当該要素の配列方向に依存する特定の方向へ偏光した光のみが多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。これに対し、本実施形態のように、上記要素が二次元格子状に並ぶ形態であれば、互いに異なる方向へ偏光している光をそれぞれ共鳴させることができる。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度がより高められる。 In the present embodiment, the elements constituting the sub-wavelength grid are arranged in a two-dimensional grid pattern. For example, the elements constituting the sub-wavelength grid extend in a band shape in the second or third direction. However, it is possible to cause a waveguide mode resonance phenomenon. However, when the element extends in one direction, in the lattice region having the element, only the light polarized in a specific direction depending on the arrangement direction of the element is multiple-reflected and resonates, and is used as reflected light. Be ejected. On the other hand, as in the present embodiment, when the above elements are arranged in a two-dimensional lattice pattern, light polarized in different directions can be resonated. Therefore, the reflected light is efficiently emitted with respect to the incident light containing the polarized light components in various directions, so that the intensity of the reflected light is further increased.
特に、上記要素が六方格子状に並ぶ形態であれば、上記要素が正方格子状に並ぶ形態と比較して、格子領域にて共鳴可能な偏光の方向が多くなるため、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、より効率的に反射光を出射することができる。 In particular, in the case where the elements are arranged in a hexagonal lattice pattern, the directions of polarization that can be resonated in the lattice region are larger than in the form in which the elements are arranged in a square lattice pattern, so that the polarized light is polarized in various directions. The reflected light can be emitted more efficiently with respect to the incident light containing the component.
[波長選択フィルタの製造方法]
図4〜図6を参照して、波長選択フィルタ10の製造方法について説明する。
図4が示すように、まず、基材11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17を形成する。凹凸構造層17は、基材11に沿って広がる平坦部17cと、平坦部17cから突き出た複数の凸部17aとを有するとともに、凸部17a間に位置する部分である複数の凹部17bを有する。複数の凸部17aは互いに離間しており、凹部17bは連続する1つの凹部を構成している。
[Manufacturing method of wavelength selection filter]
A method for manufacturing the wavelength selection filter 10 will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
As shown in FIG. 4, first, a layer made of a low refractive index material is formed on the surface of the base material 11, and a concavo-convex structure is formed on the surface of this layer to form the concavo-convex structure layer 17. The uneven structure layer 17 has a flat portion 17c extending along the base material 11 and a plurality of convex portions 17a protruding from the flat portion 17c, and also has a plurality of concave portions 17b which are portions located between the convex portions 17a. .. The plurality of convex portions 17a are separated from each other, and the concave portions 17b form one continuous concave portion.
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17aおよび凹部17bを簡便に形成できるため好ましい。 A known microfabrication technique such as a nanoimprint method or a dry etching method is used to form the uneven structure. Among them, the nanoimprint method is preferable because fine convex portions 17a and concave portions 17b can be easily formed.
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17を形成する場合、まず、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層の表面に、形成対象の凸部17aおよび凹部17b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17aおよび凹部17bが形成されるとともに、凸部17aおよび凹部17bと基材11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17cが形成される。 For example, when an ultraviolet curable resin is used as a low refractive index material and the concave-convex structure layer 17 is formed by the optical nanoimprint method, the surface of the base material 11 is first coated with the ultraviolet curable resin. Next, a synthetic quartz mold, which is a concave plate having inverted unevenness of unevenness composed of convex portions 17a and concave portions 17b to be formed, is pressed against the surface of the coating layer made of an ultraviolet curable resin, and the coating layer and the concave plate are pressed. Irradiate with ultraviolet rays. Subsequently, the intaglio is released from the cured ultraviolet curable resin. As a result, the unevenness of the intaglio is transferred to the ultraviolet curable resin to form the convex portion 17a and the concave portion 17b, and the convex portion 17a and the concave portion 17b and the base material 11 are made of an ultraviolet curable resin. A flat portion 17c is formed as a residual film.
次に、図5が示すように、凹凸構造層17の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層18を形成する。高屈折率層18の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層18の厚さは、凸部17aの高さよりも小さく、所望の厚さT1および厚さT2に応じて設定される。 Next, as shown in FIG. 5, a high refractive index layer 18 made of a high refractive index material is formed on the surface of the concave-convex structure layer 17. As a method for forming the high refractive index layer 18, a known film forming technique such as a vacuum vapor deposition method or a sputtering method is used. The thickness of the high refractive index layer 18 is smaller than the height of the convex portion 17a, and is set according to the desired thickness T1 and thickness T2.
真空蒸着法やスパッタリング法を含む物理気相成長法を用いて高屈折率層18を形成する場合、凹凸構造層17の凸部17a上には、凸部17aよりも広がるように膜が形成される。すなわち、第2高屈折率部15aの幅が、凸部17aである第1低屈折率部13bおよび孤立低屈折率部14bの幅よりも大きく形成される。したがって、物理気相成長法が採用される場合に、凹凸構造層17の表面における凸部17aと凹部17bとの面積比率を1対1に設定したとしても、第1高屈折率部13aと第2高屈折率部15aとの面積比率にはずれが生じてしまう。 When the high refractive index layer 18 is formed by a physical vapor deposition method including a vacuum vapor deposition method or a sputtering method, a film is formed on the convex portion 17a of the concave-convex structure layer 17 so as to spread more than the convex portion 17a. To. That is, the width of the second high refractive index portion 15a is formed larger than the width of the first low refractive index portion 13b and the isolated low refractive index portion 14b, which are the convex portions 17a. Therefore, when the physical vapor deposition method is adopted, even if the area ratio of the convex portion 17a and the concave portion 17b on the surface of the concave-convex structure layer 17 is set to 1: 1, the first high refractive index portion 13a and the first high refractive index portion 13a 2 The area ratio with the high refractive index portion 15a is deviated.
また、成膜中に第2高屈折率部15aの幅が拡大していくと、凹部17b上に蒸着材料の粒子が付着し難くなるため、第1高屈折率部13aの厚さT1と第2高屈折率部15aの厚さT2とにずれが生じる場合がある。 Further, if the width of the second high refractive index portion 15a is expanded during the film formation, it becomes difficult for the particles of the vapor deposition material to adhere to the recess 17b, so that the thickness T1 of the first high refractive index portion 13a and the first 2 There may be a deviation from the thickness T2 of the high refractive index portion 15a.
こうした第2高屈折率部15aの幅の拡大に起因した面積比率や厚さのずれを補填しつつ、上記光学膜厚OT1に対する光学膜厚OT2の比が、0.7以上1.3以下となるように、凸部17aと凹部17bとの面積比率を設定することが望ましい。本実施形態のように、凸部17aが二次元格子状に並ぶ形態であれば、凸部17aの大きさや配置についての自由度が高いため、凸部17aと凹部17bとの面積比率の設定に際しての細かな調整が容易である。 The ratio of the optical film thickness OT2 to the optical film thickness OT1 is 0.7 or more and 1.3 or less while compensating for the deviation in the area ratio and the thickness caused by the expansion of the width of the second high refractive index portion 15a. Therefore, it is desirable to set the area ratio between the convex portion 17a and the concave portion 17b. In the case where the convex portions 17a are arranged in a two-dimensional lattice pattern as in the present embodiment, the degree of freedom regarding the size and arrangement of the convex portions 17a is high, so when setting the area ratio between the convex portions 17a and the concave portions 17b. It is easy to make fine adjustments.
また、物理気相成長法を用いて高屈折率層18を形成する場合、凹凸構造層17の凸部17aの側面にも高屈折率材料が付着する場合が多く、側部高屈折率部14aの形成は避け難い。そこで、上述のように、上記式(5)が満たされるように、側部高屈折率部14aの幅を制御することで、側部高屈折率部14aが形成される製造方法を採用しながらも、各格子領域13,15からの反射光の強度を良好に得ることができる。 Further, when the high refractive index layer 18 is formed by the physical vapor deposition method, the high refractive index material often adheres to the side surface of the convex portion 17a of the concave-convex structure layer 17, and the side high refractive index portion 14a The formation of is inevitable. Therefore, as described above, while adopting a manufacturing method in which the side high refractive index portion 14a is formed by controlling the width of the side high refractive index portion 14a so that the above formula (5) is satisfied. In addition, the intensity of the reflected light from the lattice regions 13 and 15 can be obtained satisfactorily.
側部高屈折率部14aの幅は、成膜方法や成膜の条件によって制御することが可能である。例えば、真空蒸着法とスパッタリング法とでは、粒子の飛来方向についての角度依存性が異なるため、いずれの方法を用いるかによって、側部高屈折率部14aの幅を変えることができる。また、高屈折率層18の形成後にエッチングを行うことによって、側部高屈折率部14aの幅を縮小させてもよい。 The width of the side high refractive index portion 14a can be controlled by the film forming method and the film forming conditions. For example, since the vacuum vapor deposition method and the sputtering method have different angular dependences on the flying direction of the particles, the width of the side high refractive index portion 14a can be changed depending on which method is used. Further, the width of the side high refractive index portion 14a may be reduced by performing etching after the formation of the high refractive index layer 18.
次に、図6が示すように、凹凸構造層17と高屈折率層18とからなる構造体の表面を覆うように、低屈折率材料からなる埋込層19を形成して、高屈折率層18の表面の凹凸を第2高屈折率部15a上まで埋める。 Next, as shown in FIG. 6, an embedded layer 19 made of a low refractive index material is formed so as to cover the surface of the structure composed of the concave-convex structure layer 17 and the high refractive index layer 18, and the high refractive index is formed. The unevenness of the surface of the layer 18 is filled up to the second high refractive index portion 15a.
埋込層19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、まず、高屈折率層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、紫外線を透過する材料で構成された平板を押し当て、塗工層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平板を離型する。 As a method for forming the embedded layer 19, known film forming techniques such as various coating methods are used. For example, when an ultraviolet curable resin is used as the low refractive index material, first, the surface of the high refractive index layer 18 is coated with the ultraviolet curable resin. Next, a flat plate made of a material that transmits ultraviolet rays is pressed against the surface of the coating layer made of an ultraviolet curable resin, and the coating layer is irradiated with ultraviolet rays. Subsequently, the flat plate is released from the cured ultraviolet curable resin.
上述のように、波長選択フィルタ10では、第1格子領域13で強められた波長域の光と、第2格子領域15で強められた波長域の光と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波長選択フィルタ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、波長選択性の高められた波長選択フィルタ10を製造することができる。したがって、波長選択フィルタ10の製造が容易である。 As described above, in the wavelength selection filter 10, the reflection obtained by emitting the light in the wavelength region enhanced in the first lattice region 13 and the light in the wavelength region enhanced in the second lattice region 15 is emitted. The intensity of light increases. Therefore, specifically, when the wavelength selection filter 10 is formed by using the nanoimprint method without requiring precise control of the film thickness of the layer in contact with the first lattice region 13 and the second lattice region 15, The wavelength selection filter 10 with improved wavelength selectivity can be manufactured without requiring precise control of the film thickness of the residual film. Therefore, the wavelength selection filter 10 can be easily manufactured.
また、波長選択フィルタ10は、光ナノインプリント法と真空蒸着法等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、波長選択フィルタ10の構成は、大量生産にも適している。 Further, since the wavelength selection filter 10 can be formed by a manufacturing method that combines an optical nanoimprint method, a vacuum vapor deposition method, or the like, it is suitable for manufacturing by a roll-to-roll method. Therefore, the configuration of the wavelength selection filter 10 is also suitable for mass production.
なお、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17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。 In the above-mentioned manufacturing method, the concave-convex structure layer 17 may be formed by the nanoimprint method using a thermosetting resin or a thermoplastic resin instead of the ultraviolet curable resin. When a thermosetting resin is used, the irradiation of ultraviolet rays may be changed to heating, and when a thermoplastic resin is used, the irradiation of ultraviolet rays may be changed to heating and cooling.
ただし、熱可塑性樹脂を用いて凹凸構造層17を形成した場合、埋込層19の形成に際して、凹凸構造層17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込層19を形成することが好ましい。例えば、凹凸構造層17を熱可塑性樹脂から形成し、埋込層19を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。 However, when the concave-convex structure layer 17 is formed by using the thermoplastic resin, a material different from the thermoplastic resin is used in order to prevent the concave-convex structure layer 17 from being heated and deformed when the embedded layer 19 is formed. It is preferable to form the embedded layer 19. For example, the concavo-convex structure layer 17 may be formed of a thermoplastic resin, and the embedded layer 19 may be formed of an ultraviolet curable resin.
また、図7が示すように、波長選択フィルタ10は、基材11を備えていなくてもよい。この場合、低屈折率材料からなる基材の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層17を形成する。例えば、熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、当該シートの表面に凹凸構造を形成してもよいし、合成石英からなる基板を用いて、当該基板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。 Further, as shown in FIG. 7, the wavelength selection filter 10 does not have to include the base material 11. In this case, the uneven structure layer 17 is formed by forming the uneven structure on the surface of the base material made of the low refractive index material. For example, a sheet made of a thermoplastic resin may be used to form an uneven structure on the surface of the sheet, or a substrate made of synthetic quartz may be used to form an uneven structure on the surface of the substrate. A known technique such as a dry etching method may be used for forming the uneven structure on the synthetic quartz substrate.
[波長選択フィルタの適用例]
上述した波長選択フィルタ10の具体的な適用例について説明する。
<波長選択デバイス>
波長選択フィルタ10の第1の適用例は、波長選択フィルタ10を波長選択デバイスに用いる形態である。図8が示すように、波長選択デバイスに50は、複数の波長の光を含む入射光I1を受けたとき、特定の波長域の光I2を反射し、この特定の波長域の光を除く波長域の光I3を透過する。波長選択デバイス50には波長選択フィルタ10の構成が適用されており、例えば波長選択フィルタ10の表面側から光が入射するように配置されている。光I2および光I3の波長域は、第1格子領域13および第2格子領域15が有するサブ波長格子の周期および厚さの設定によって調整可能である。
[Application example of wavelength selection filter]
A specific application example of the wavelength selection filter 10 described above will be described.
<Wavelength selection device>
The first application example of the wavelength selection filter 10 is a form in which the wavelength selection filter 10 is used as a wavelength selection device. As shown in FIG. 8, when the wavelength selection device 50 receives incident light I1 containing light having a plurality of wavelengths, it reflects light I2 in a specific wavelength range and excludes light in this specific wavelength range. It transmits light I3 in the region. The configuration of the wavelength selection filter 10 is applied to the wavelength selection device 50, and the wavelength selection device 50 is arranged so that light is incident from the surface side of the wavelength selection filter 10, for example. The wavelength regions of light I2 and light I3 can be adjusted by setting the period and thickness of the sub-wavelength grids of the first grid region 13 and the second grid region 15.
波長選択デバイス50は、反射光である光I2を利用する形態で用いられてもよいし、透過光である光I3を利用する形態で用いられてもよいし、光I2と光I3との双方を利用する形態で用いられてもよい。例えば、波長選択デバイス50は、色分解を要する装置や、照明等を構成する部材として用いられる。 The wavelength selection device 50 may be used in a form of utilizing light I2 which is reflected light, may be used in a form of utilizing light I3 which is transmitted light, or both light I2 and light I3. It may be used in the form of utilizing. For example, the wavelength selection device 50 is used as a device that requires color separation, a member that constitutes lighting, and the like.
上述のように、第1実施形態の波長選択フィルタ10によれば波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ10の構成が適用されることによって、波長選択性の高められた波長選択デバイス50が実現できる。 As described above, the wavelength selection filter 10 of the first embodiment enhances the wavelength selectivity. Therefore, by applying the configuration of the wavelength selection filter 10, the wavelength selection device 50 with enhanced wavelength selectivity can be obtained. realizable.
一例として、波長選択デバイス50は、光源からの青色光の変換によって各色を表示する表示装置に用いられてもよい。この表示装置は、赤、緑、青の三色の副画素を備え、赤と緑の各副画素においては、例えば量子ドットを利用して光源からの青色光を赤色光と緑色光との各々に変換する。波長選択デバイス50は、表示装置の表面側、すなわち、副画素を有する層に対して光源と反対側に配置される。波長選択デバイス50において、赤と緑の各副画素に対向する領域に波長選択フィルタ10の構成が適用され、当該領域では、青色の光を反射し、赤色と緑色の光を透過するように、波長選択デバイス50が構成される。こうした構成によれば、光源からの青色光の一部が、赤と緑の各副画素を透過した場合であっても、この副画素から漏れ出た青色光が波長選択デバイス50によって反射されるため、赤と緑の各副画素に対応する領域で青色光が表示装置の表面側に漏れ出ることが抑えられる。したがって、各副画素が呈する色の鮮明さを高めることが可能であり、鮮やかな像の表示が可能となる。 As an example, the wavelength selection device 50 may be used in a display device that displays each color by converting blue light from a light source. This display device includes sub-pixels of three colors of red, green, and blue. In each of the sub-pixels of red and green, for example, using quantum dots, blue light from a light source is used as red light and green light, respectively. Convert to. The wavelength selection device 50 is arranged on the surface side of the display device, that is, on the side opposite to the light source with respect to the layer having the sub-pixels. In the wavelength selection device 50, the configuration of the wavelength selection filter 10 is applied to a region facing each of the red and green sub-pixels, and in this region, blue light is reflected and red and green light is transmitted. The wavelength selection device 50 is configured. According to such a configuration, even when a part of the blue light from the light source passes through the red and green sub-pixels, the blue light leaked from the sub-pixels is reflected by the wavelength selection device 50. Therefore, it is possible to prevent blue light from leaking to the surface side of the display device in the region corresponding to each of the red and green sub-pixels. Therefore, it is possible to enhance the sharpness of the color exhibited by each sub-pixel, and it is possible to display a vivid image.
<表示体>
波長選択フィルタ10の第2の適用例は、波長選択フィルタ10を表示体に用いる形態である。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としては、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としては、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。
<Display body>
A second application example of the wavelength selection filter 10 is a form in which the wavelength selection filter 10 is used as a display body. The display body may be used for the purpose of increasing the difficulty of counterfeiting the article, may be used for the purpose of enhancing the design of the article, or may be used for these purposes in combination. For the purpose of increasing the difficulty of counterfeiting goods, the display body is, for example, authentication documents such as passports and driver's licenses, securities such as gift certificates and checks, cards such as credit cards and cash cards, banknotes, etc. It can be pasted. In addition, for the purpose of enhancing the design of the article, the display body is, for example, a decorative object to be worn, an article carried by a user, an article to be stationary such as furniture or a home appliance, a wall, a door, or the like. It can be attached to structures, etc.
図9が示すように、表示体60は、表面60Fと、表面60Fとは反対側の面である裏面60Rとを有し、表面60Fと対向する方向から見て、表示体60は、第1表示領域61Aと第2表示領域61Bと第3表示領域61Cとを含んでいる。第1表示領域61Aは、複数の第1画素62Aが配置されている領域であり、第2表示領域61Bは、複数の第2画素62Bが配置されている領域であり、第3表示領域61Cは、複数の第3画素62Cが配置されている領域である。換言すれば、第1表示領域61Aは、複数の第1画素62Aの集合から構成されており、第2表示領域61Bは、複数の第2画素62Bの集合から構成されており、第3表示領域61Cは、複数の第3画素62Cの集合から構成されている。 As shown in FIG. 9, the display body 60 has a front surface 60F and a back surface 60R which is a surface opposite to the front surface 60F, and the display body 60 is the first display body 60 when viewed from the direction facing the front surface 60F. The display area 61A, the second display area 61B, and the third display area 61C are included. The first display area 61A is an area in which a plurality of first pixels 62A are arranged, the second display area 61B is an area in which a plurality of second pixels 62B are arranged, and the third display area 61C is an area in which a plurality of second pixels 62B are arranged. , This is an area in which a plurality of third pixels 62C are arranged. In other words, the first display area 61A is composed of a set of a plurality of first pixels 62A, and the second display area 61B is composed of a set of a plurality of second pixels 62B, and is a third display area. The 61C is composed of a set of a plurality of third pixels 62C.
第1表示領域61Aと第2表示領域61Bと第3表示領域61Cとの各々は、これらの領域単独、もしくは、これらの領域の2以上の組み合わせによって、文字、記号、図形、模様、絵柄、これらの背景等を表現する。一例として、図9に示す構成では、第1表示領域61Aによって円形の図形が表現され、第2表示領域61Bによって三角形の図形が表現され、第3表示領域61Cによって背景が表現されている。 Each of the first display area 61A, the second display area 61B, and the third display area 61C may be a character, a symbol, a figure, a pattern, a pattern, or a combination of these areas alone or two or more of these areas. Express the background of. As an example, in the configuration shown in FIG. 9, a circular figure is represented by the first display area 61A, a triangular figure is represented by the second display area 61B, and a background is represented by the third display area 61C.
第1画素62Aと、第2画素62Bと、第3画素62Cとの各々には、波長選択フィルタ10の構成が適用されている。第1画素62Aと、第2画素62Bと、第3画素62Cとの各々は、第2方向と第3方向とが表示体60の表面60Fに沿った方向になるように配置されている。例えば、これらの画素62A,62B,62Cは、波長選択フィルタ10の表面側が表示体60の表面側となる向きに配置されている。 The configuration of the wavelength selection filter 10 is applied to each of the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C. The first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C are arranged so that the second direction and the third direction are along the surface 60F of the display body 60. For example, these pixels 62A, 62B, and 62C are arranged so that the surface side of the wavelength selection filter 10 is the surface side of the display body 60.
第1画素62Aと、第2画素62Bと、第3画素62Cとにおいて、導波モード共鳴現象による共鳴が起こる波長域は互いに異なる。各画素62A,62B,62Cにおける共鳴が起こる波長域は、画素62A,62B,62Cごとに、第1格子領域13および第2格子領域15が有するサブ波長格子の周期の調整等によって、所望の波長域に設定されている。したがって、複数の波長の光を含む入射光を受けたとき、第1画素62Aから射出される反射光の波長域と、第2画素62Bから射出される反射光の波長域と、第3画素62Cから射出される光の波長域とは、互いに異なる。また、上記入射光を受けたとき、第1画素62Aから射出される透過光の波長域と、第2画素62Bから射出される透過光の波長域と、第3画素62Cから射出される透過光の波長域とは、互いに異なる。 The wavelength ranges in which resonance due to the waveguide mode resonance phenomenon occurs in the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C are different from each other. The wavelength range in which resonance occurs in each pixel 62A, 62B, 62C is a desired wavelength for each pixel 62A, 62B, 62C by adjusting the period of the sub-wavelength grids of the first grid region 13 and the second grid region 15. It is set in the area. Therefore, when incident light including light of a plurality of wavelengths is received, the wavelength range of the reflected light emitted from the first pixel 62A, the wavelength range of the reflected light emitted from the second pixel 62B, and the third pixel 62C The wavelength range of the light emitted from is different from each other. Further, when the incident light is received, the wavelength range of the transmitted light emitted from the first pixel 62A, the wavelength range of the transmitted light emitted from the second pixel 62B, and the transmitted light emitted from the third pixel 62C. Wavelength range is different from each other.
すなわち、図10が示すように、表示体60の外側から表示体60の表面60Fに向けて入射光I1が照射されているとき、表示体60の表面側には、第1画素62Aから反射光I4が射出され、第2画素62Bから反射光I5が射出され、第3画素62Cから反射光I6が射出される。したがって、表面側から表示体60の表面60Fを見ると、第1表示領域61Aには反射光I4の波長域に応じた色相の色が視認され、第2表示領域61Bには反射光I5の波長域に応じた色相の色が視認され、第3表示領域61Cには反射光I6の波長域に応じた色相の色が視認される。反射光I4の波長域と、反射光I5の波長域と、反射光I6の波長域とは互いに異なるため、第1表示領域61Aと第2表示領域61Bと第3表示領域61Cとは互いに異なる色相の色に見える。 That is, as shown in FIG. 10, when the incident light I1 is irradiated from the outside of the display body 60 toward the surface 60F of the display body 60, the surface side of the display body 60 is reflected light from the first pixel 62A. I4 is emitted, reflected light I5 is emitted from the second pixel 62B, and reflected light I6 is emitted from the third pixel 62C. Therefore, when the surface 60F of the display body 60 is viewed from the surface side, the hue color corresponding to the wavelength range of the reflected light I4 is visually recognized in the first display area 61A, and the wavelength of the reflected light I5 is recognized in the second display area 61B. The hue color corresponding to the region is visually recognized, and the hue color corresponding to the wavelength region of the reflected light I6 is visually recognized in the third display region 61C. Since the wavelength range of the reflected light I4, the wavelength range of the reflected light I5, and the wavelength range of the reflected light I6 are different from each other, the first display area 61A, the second display area 61B, and the third display area 61C have different hues. Looks like the color of.
その結果、表示体60の外側から表面60Fに向けて入射光I1が照射されている状態で、表示体60の表面側から表面60Fを観察する表面反射観察によれば、互いに異なる色の第1表示領域61Aと第2表示領域61Bと第3表示領域61Cとから構成される像が視認される。 As a result, according to surface reflection observation in which the surface 60F is observed from the surface side of the display body 60 in a state where the incident light I1 is irradiated from the outside of the display body 60 toward the surface 60F, the first colors having different colors are the first. An image composed of the display area 61A, the second display area 61B, and the third display area 61C is visually recognized.
また、表示体60の外側から表示体60の表面60Fに向けて入射光I1が照射されているとき、表示体60の裏面側には、第1画素62Aから透過光I7が射出され、第2画素62Bから透過光I8が射出され、第3画素62Cから透過光I9が射出される。したがって、裏面側から表示体60の裏面60Rを見ると、第1表示領域61Aには透過光I7の波長域に応じた色相の色が視認され、第2表示領域61Bには透過光I8の波長域に応じた色相の色が視認され、第3表示領域61Cには透過光I9の波長域に応じた色相の色が視認される。透過光I7の波長域と、透過光I8の波長域と、透過光I9の波長域とは互いに異なるため、第1表示領域61Aと第2表示領域61Bと第3表示領域61Cとは互いに異なる色相の色に見える。 Further, when the incident light I1 is irradiated from the outside of the display body 60 toward the surface 60F of the display body 60, the transmitted light I7 is emitted from the first pixel 62A to the back surface side of the display body 60, and the second The transmitted light I8 is emitted from the pixel 62B, and the transmitted light I9 is emitted from the third pixel 62C. Therefore, when the back surface 60R of the display body 60 is viewed from the back surface side, the hue color corresponding to the wavelength range of the transmitted light I7 is visually recognized in the first display area 61A, and the wavelength of the transmitted light I8 is displayed in the second display area 61B. The hue color corresponding to the region is visually recognized, and the hue color corresponding to the wavelength region of the transmitted light I9 is visually recognized in the third display region 61C. Since the wavelength range of the transmitted light I7, the wavelength range of the transmitted light I8, and the wavelength range of the transmitted light I9 are different from each other, the first display area 61A, the second display area 61B, and the third display area 61C have different hues. Looks like the color of.
その結果、表示体60の外側から表面60Fに向けて入射光I1が照射されている状態で、表示体60の裏面側から裏面60Rを観察する裏面透過観察によっても、互いに異なる色の第1表示領域61Aと第2表示領域61Bと第3表示領域61Cとから構成される像が視認される。 As a result, even in the backside transmission observation in which the back surface 60R is observed from the back surface side of the display body 60 in a state where the incident light I1 is irradiated from the outside of the display body 60 toward the front surface 60F, the first display of different colors is also performed. An image composed of the area 61A, the second display area 61B, and the third display area 61C is visually recognized.
さらに、反射光I4の波長域と透過光I7の波長域とは異なるため、表面側から表示体60を見たときと、裏面側から表示体60を見たときとで、第1表示領域61Aに視認される色の色相は異なる。裏面側から見える色は、表面側から見える色の補色に相当する色である。同様に、表面側から表示体60を見たときと、裏面側から表示体60を見たときとで、第2表示領域61Bに視認される色の色相は異なり、第3表示領域61Cに視認される色の色相も異なる。 Further, since the wavelength range of the reflected light I4 and the wavelength range of the transmitted light I7 are different, the first display area 61A is obtained when the display body 60 is viewed from the front surface side and when the display body 60 is viewed from the back surface side. The hue of the color visually recognized is different. The color seen from the back surface side is a color corresponding to the complementary color of the color seen from the front surface side. Similarly, when the display body 60 is viewed from the front surface side and when the display body 60 is viewed from the back surface side, the hue of the color visually recognized in the second display area 61B is different, and the display body 60 is visually recognized in the third display area 61C. The hue of the color to be produced is also different.
したがって、表面反射観察と裏面透過観察とで、表示体60には互いに異なる色彩の像が視認される。それゆえ、表示体60を備える物品にて、偽造の困難性や意匠性がより高められる。また、表示体60の表裏の識別も容易である。 Therefore, in the front surface reflection observation and the back surface transmission observation, images of different colors are visually recognized on the display body 60. Therefore, in the article provided with the display body 60, the difficulty of counterfeiting and the designability are further enhanced. In addition, it is easy to identify the front and back sides of the display body 60.
そして、上述のように、第1実施形態の波長選択フィルタ10によれば波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ10の構成が各画素62A,62B,62Cに適用されることによって、各表示領域61A,61B,61Cに視認される色の鮮明さや明るさが高められる。それゆえ、表示体60が形成する像の視認性が高められる。また、第1実施形態の波長選択フィルタ10では、樹脂フィルムのように可撓性のある基材11を用いることが可能であるため、形状の変形についての自由度が高い表示体60の実現も可能である。 Then, as described above, since the wavelength selection filter 10 of the first embodiment enhances the wavelength selectivity, the configuration of the wavelength selection filter 10 is applied to each of the pixels 62A, 62B, 62C to display each display. The sharpness and brightness of the colors visually recognized in the regions 61A, 61B, and 61C are enhanced. Therefore, the visibility of the image formed by the display body 60 is enhanced. Further, in the wavelength selection filter 10 of the first embodiment, since a flexible base material 11 such as a resin film can be used, it is possible to realize a display body 60 having a high degree of freedom in shape deformation. It is possible.
第1画素62Aと第2画素62Bと第3画素62Cとの間で、基材11、第1低屈折率領域12、第1格子領域13、中間領域14、第2格子領域15、および、第2低屈折率領域16の各々は連続している。すなわち、第1画素62Aと第2画素62Bと第3画素62Cとは、共通した1つの基材11と、これらの画素間で相互に連続した凹凸構造層17と、これらの画素間で相互に連続した高屈折率層18と、これらの画素間で相互に連続した埋込層19とを有している。 Between the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C, the base material 11, the first low refractive index region 12, the first lattice region 13, the intermediate region 14, the second lattice region 15, and the first 2 Each of the low refractive index regions 16 is continuous. That is, the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C have a common base material 11, a concavo-convex structure layer 17 that is mutually continuous between these pixels, and each other between these pixels. It has a continuous high refractive index layer 18 and an embedded layer 19 which is continuous with each other between these pixels.
第1画素62Aと第2画素62Bと第3画素62Cとの各々における凹凸構造層17は、例えば、ナノインプリント法を利用して、各画素62A,62B,62C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、高屈折率層18および埋込層19も、各画素62A,62B,62C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、互いに異なる色を呈する画素62A,62B,62Cを容易に形成することができる。 The concavo-convex structure layer 17 in each of the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C uses, for example, the nanoimprint method to change the concavo-convex cycle at the portion corresponding to each pixel 62A, 62B, 62C. It can be formed at the same time by using a synthetic quartz mold. Further, the high refractive index layer 18 and the embedded layer 19 can also simultaneously form portions corresponding to the pixels 62A, 62B, and 62C. Therefore, the pixels 62A, 62B, and 62C that exhibit different colors can be easily formed.
なお、表示体60が含む表示領域の数、すなわち、波長選択フィルタ10の構成が適用された画素が配置されて、互いに異なる色相の色を呈する表示領域の数は特に限定されず、表示領域の数は、1つであってもよいし、4つ以上であってもよい。また、表示体60は、波長選択フィルタ10の構成とは異なる構成を有する領域、例えば、基材11に低屈折率材料からなる平坦な層のみが積層された構造を有する領域等を有していてもよい。 The number of display areas included in the display body 60, that is, the number of display areas in which pixels to which the configuration of the wavelength selection filter 10 is applied are arranged and exhibit colors having different hues from each other is not particularly limited, and the number of display areas is not particularly limited. The number may be one or four or more. Further, the display body 60 has a region having a configuration different from that of the wavelength selection filter 10, for example, a region having a structure in which only a flat layer made of a low refractive index material is laminated on the base material 11. You may.
さらに、表示領域には、波長選択フィルタ10の構成が適用された表示要素が含まれればよく、表示要素は、ラスタ画像を形成するための繰返しの最小単位である画素に限らず、ベクタ画像を形成するためのアンカを結んだ領域であってもよい。 Further, the display area may include a display element to which the configuration of the wavelength selection filter 10 is applied, and the display element is not limited to a pixel, which is the minimum unit of repetition for forming a raster image, and a vector image. It may be a region connecting anchors for forming.
<カラーフィルタ>
波長選択フィルタ10の第3の適用例は、波長選択フィルタ10をカラーフィルタに用いる形態である。
<Color filter>
A third application example of the wavelength selection filter 10 is a form in which the wavelength selection filter 10 is used as a color filter.
図11が示すように、カラーフィルタ70は、マトリックス状に並ぶ複数の画素71を備え、各画素71は、赤色用副画素71Rと、緑色用副画素71Gと、青色用副画素71Bとの3つの副画素から構成されている。 As shown in FIG. 11, the color filter 70 includes a plurality of pixels 71 arranged in a matrix, and each pixel 71 has three sub-pixels 71R for red, sub-pixels 71G for green, and sub-pixels 71B for blue. It is composed of two sub-pixels.
カラーフィルタ70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70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70の表面側であり、カラーフィルタ70に対して、表面側と反対の側が、カラーフィルタ70の裏面側である。カラーフィルタ70には、表面側から、光が照射される。カラーフィルタ70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。 The color filter 70 is a reflective color filter and is provided in the display device. The side of the color filter 70 where the observer looking at the display surface of the display device is located is the front side of the color filter 70, and the side opposite to the front side of the color filter 70 is the back side of the color filter 70. Is. The color filter 70 is irradiated with light from the surface side. The intensity of the light applied to the color filter 70 can be changed for each sub-pixel by a liquid crystal device or the like.
赤色用副画素71Rは、赤色用副画素71Rに入射した光を赤色の光に変換して反射する。緑色用副画素71Gは、緑色用副画素71Gに入射した光を緑色の光に変換して反射する。青色用副画素71Bは、青色用副画素71Bに入射した光を青色の光に変換して反射する。 The red sub-pixel 71R converts the light incident on the red sub-pixel 71R into red light and reflects the light. The green sub-pixel 71G converts the light incident on the green sub-pixel 71G into green light and reflects it. The blue sub-pixel 71B converts the light incident on the blue sub-pixel 71B into blue light and reflects it.
赤色用副画素71Rと、緑色用副画素71Gと、青色用副画素71Bとの各々には、波長選択フィルタ10の構成が適用されている。赤色用副画素71Rと、緑色用副画素71Gと、青色用副画素71Bとの各々は、第2方向と第3方向とがカラーフィルタ70の表面に沿った方向になるように配置されている。例えば、これらの副画素71R,71G,71Bは波長選択フィルタ10の表面側がカラーフィルタ70の表面側となる向きに配置されている。 The configuration of the wavelength selection filter 10 is applied to each of the red sub-pixel 71R, the green sub-pixel 71G, and the blue sub-pixel 71B. The red sub-pixel 71R, the green sub-pixel 71G, and the blue sub-pixel 71B are arranged so that the second direction and the third direction are along the surface of the color filter 70. .. For example, these sub-pixels 71R, 71G, and 71B are arranged so that the surface side of the wavelength selection filter 10 is the surface side of the color filter 70.
図12が示すように、赤色用副画素71Rは、カラーフィルタ70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、サブ波長格子の周期等が設定されている。緑色用副画素71G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、サブ波長格子の周期等が設定されている。青色用副画素71B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、サブ波長格子の周期等が設定されている。副画素71R,71G,71Bごとに入射光の強度が変更されることによって、画素71として視認される色が変更され、画素71の集合によって表示装置の表示する像が形成される。 As shown in FIG. 12, when the red sub-pixel 71R receives the incident light I1 containing light of a plurality of wavelengths from the surface side of the color filter 70, the red reflected light Ir is emitted to the surface side. The period of the sub-wavelength lattice is set. When the green sub-pixel 71G receives the incident light I1, the period of the sub-wavelength grid or the like is set so as to emit the green reflected light Ig toward the surface side. When the blue sub-pixel 71B receives the incident light I1, the period of the sub-wavelength lattice or the like is set so as to emit the blue reflected light Ib to the surface side. By changing the intensity of the incident light for each of the sub-pixels 71R, 71G, and 71B, the color visually recognized as the pixel 71 is changed, and the image displayed by the display device is formed by the set of the pixels 71.
上述のように、第1実施形態の波長選択フィルタ10によれば波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ10の構成が各副画素71R,71G,71Bに適用されることによって、各副画素71R,71G,71Bにおける色の鮮明さや輝度が高められる。 As described above, the wavelength selection filter 10 of the first embodiment enhances the wavelength selectivity. Therefore, by applying the configuration of the wavelength selection filter 10 to the sub-pixels 71R, 71G, 71B, each sub-pixel The sharpness and brightness of colors in 71R, 71G, and 71B are enhanced.
また、上述の表示体60の形態と同様に、赤色用副画素71Rと緑色用副画素71Gと青色用副画素71Bとの間で、基材11、第1低屈折率領域12、第1格子領域13、中間領域14、第2格子領域15、および、第2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71Rと緑色用副画素71Gと青色用副画素71Bとは、共通した1つの基材11と、これらの副画素間で相互に連続した凹凸構造層17と、これらの副画素間で相互に連続した高屈折率層18と、これらの副画素間で相互に連続した埋込層19とを有している。 Further, similarly to the form of the display body 60 described above, between the red sub-pixel 71R, the green sub-pixel 71G, and the blue sub-pixel 71B, the base material 11, the first low refractive index region 12, and the first lattice Each of the region 13, the intermediate region 14, the second lattice region 15, and the second low refractive index region 16 is continuous. That is, the red sub-pixel 71R, the green sub-pixel 71G, and the blue sub-pixel 71B have a common base material 11, a concavo-convex structure layer 17 that is continuous between these sub-pixels, and their sub-pixels. It has a high refractive index layer 18 that is continuous with each other between pixels, and an embedded layer 19 that is continuous with each other between these sub-pixels.
赤色用副画素71Rと緑色用副画素71Gと青色用副画素71Bとの各々における凹凸構造層17は、例えば、ナノインプリント法を用いて、各副画素71R,71G,71B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、高屈折率層18および埋込層19も、各副画素71R,71G,71B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71R,71G,71Bを有するカラーフィルタ70を容易に形成することができる。 The concavo-convex structure layer 17 in each of the red sub-pixel 71R, the green sub-pixel 71G, and the blue sub-pixel 71B is concavo-convex at a portion corresponding to each sub-pixel 71R, 71G, 71B by using, for example, the nanoimprint method. By using synthetic quartz molds with different cycles, they can be formed at the same time. Further, the high refractive index layer 18 and the embedded layer 19 can also simultaneously form portions corresponding to the sub-pixels 71R, 71G, and 71B. Therefore, the color filter 70 having the sub-pixels 71R, 71G, and 71B of three kinds of colors can be easily formed.
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)第1格子領域13の光学膜厚OT1に対する第2格子領域15の光学膜厚OT2の比が、0.7以上1.3以下であることにより、2つの格子領域13,15の各々で強められた近しい波長域の光が反射光として得られる。それゆえ、1つの格子領域のみを有する波長選択フィルタと比較して、反射光として取り出される光の強度が大きくなり、波長選択性が高められる。
As described above, according to the first embodiment, the effects listed below can be obtained.
(1) When the ratio of the optical film thickness OT2 of the second lattice region 15 to the optical film thickness OT1 of the first lattice region 13 is 0.7 or more and 1.3 or less, each of the two lattice regions 13 and 15 Light in the near wavelength range enhanced by is obtained as reflected light. Therefore, the intensity of the light extracted as the reflected light is increased and the wavelength selectivity is enhanced as compared with the wavelength selection filter having only one lattice region.
(2)中間領域14における側部高屈折率部14aの面積比率R3について、R3≦R1+R2−1が満たされることにより、側部高屈折率部14aの幅が小さく抑えられるため、中間領域14の平均屈折率が過度に大きくなることが抑えられる。したがって、格子領域13,15とその隣接領域との平均屈折率の差が良好に確保されるため、導波モード共鳴現象によって得られる各格子領域13,15からの反射光の強度が良好になる。 (2) With respect to the area ratio R3 of the side high refractive index portion 14a in the intermediate region 14, the width of the side high refractive index portion 14a can be suppressed to be small by satisfying R3 ≦ R1 + R2-1. It is possible to prevent the average refractive index from becoming excessively large. Therefore, since the difference in the average refractive index between the lattice regions 13 and 15 and the adjacent regions thereof is satisfactorily secured, the intensity of the reflected light from the lattice regions 13 and 15 obtained by the waveguide mode resonance phenomenon becomes good. ..
また、第1方向に沿った方向から見て、第2高屈折率部15aが側部高屈折率部14aの外側まで広がる構成であれば、側部高屈折率部14aの幅が小さく抑えられるため、上記と同様に、各格子領域13,15からの反射光の強度が良好になる。 Further, if the second high refractive index portion 15a extends to the outside of the side high refractive index portion 14a when viewed from the direction along the first direction, the width of the side high refractive index portion 14a can be suppressed to be small. Therefore, similarly to the above, the intensity of the reflected light from the lattice regions 13 and 15 becomes good.
(3)第1格子領域13の厚さT1と第2格子領域15の厚さT2とが等しく、凹凸構造層17の材料の屈折率n2と埋込層19の材料の屈折率n3とが等しい場合において、第1高屈折率部13aの面積比率R1と第2高屈折率部15aの面積比率R2とが等しい構成であると、光学膜厚OT1と光学膜厚OT2とが一致するため、波長選択性が特に高められる。 (3) The thickness T1 of the first lattice region 13 and the thickness T2 of the second lattice region 15 are equal, and the refractive index n2 of the material of the concave-convex structure layer 17 and the refractive index n3 of the material of the embedded layer 19 are equal. In this case, if the area ratio R1 of the first high-refractive index portion 13a and the area ratio R2 of the second high-refractive index portion 15a are equal to each other, the optical film thickness OT1 and the optical film thickness OT2 match. Selectivity is especially enhanced.
(4)低屈折率材料からなる凹凸構造層17を形成する工程と、凹凸構造層17の表面に高屈折率層18を形成する工程と、高屈折率層18の表面に、低屈折率材料からなる埋込層19を形成する工程とによって、上記波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ10の波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ10を容易に製造することができる。 (4) A step of forming the concavo-convex structure layer 17 made of a low refractive index material, a step of forming a high refractive index layer 18 on the surface of the concavo-convex structure layer 17, and a low refractive index material on the surface of the high refractive index layer 18. The wavelength selection filter 10 is formed by the step of forming the embedded layer 19 made of the above. Therefore, since the wavelength selectivity of the wavelength selection filter 10 is enhanced without requiring precise control of the film thickness of the layer in contact with the sub-wavelength lattice, the wavelength selection filter 10 can be easily manufactured.
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17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17の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層17を好適に、かつ、簡便に形成することができる。 In particular, in a manufacturing method in which a resin is used as a low refractive index material and a concave plate is pressed against a coating layer made of the resin to form the concavo-convex structure layer 17 by curing the resin, the concavo-convex structure layer 17 is formed by using the nanoimprint method. Therefore, the concavo-convex structure layer 17 having fine concavities and convexities can be preferably and easily formed.
(5)高屈折率層18の形成に真空蒸着法を用いる場合において、第1方向に沿った方向から見て第2高屈折率部15aが側部高屈折率部14aの外側まで広がるように、高屈折率層18を形成する。こうした製法によれば、凸部17aの側面に側部高屈折率部14aが形成される方法を採用しながらも、側部高屈折率部14aの幅が小さく抑えられるため、各格子領域13,15からの反射光の強度が良好になる。 (5) When the vacuum vapor deposition method is used to form the high refractive index layer 18, the second high refractive index portion 15a extends to the outside of the side high refractive index portion 14a when viewed from the direction along the first direction. , The high refractive index layer 18 is formed. According to such a manufacturing method, although the method of forming the side high-refractive index portion 14a on the side surface of the convex portion 17a is adopted, the width of the side high-refractive index portion 14a can be suppressed to be small, so that each lattice region 13, The intensity of the reflected light from 15 becomes good.
(第2実施形態)
図13〜図16を参照して、波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法の第2実施形態を説明する。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。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the wavelength selection filter and the method for manufacturing the wavelength selection filter will be described with reference to FIGS. 13 to 16. Hereinafter, the differences between the second embodiment and the first embodiment will be mainly described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
[波長選択フィルタの構成]
図13および図14を参照して、第2実施形態の波長選択フィルタの構成について説明する。図13が示すように、第2実施形態の波長選択フィルタ20は、第1実施形態にて説明した第1低屈折率領域12、第1格子領域13、中間領域14、第2格子領域15、および、第2低屈折率領域16からなる構造体である共鳴構造部21を、2つ備えている。
[Structure of wavelength selection filter]
The configuration of the wavelength selection filter of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. As shown in FIG. 13, the wavelength selection filter 20 of the second embodiment has the first low refractive index region 12, the first lattice region 13, the intermediate region 14, and the second lattice region 15 described in the first embodiment. It also includes two resonance structure portions 21, which are structures composed of the second low refractive index region 16.
2つの共鳴構造部21である第1共鳴構造部21Aと第2共鳴構造部21Bとは、第1方向に隣り合っており、2つの共鳴構造部21A,21Bは、2つの基材11で挟まれている。換言すれば、第2実施形態の波長選択フィルタ20は、第1実施形態の構成を有する2つの波長選択フィルタ10が、第2低屈折率領域16同士が向かい合うように接合された構造を有する。すなわち、第2実施形態の波長選択フィルタ20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11に対する他方の基材11の側が波長選択フィルタ20の表面側であり、他方の基材11に対する一方の基材11の側が波長選択フィルタ20の裏面側である。 The first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B, which are the two resonance structure portions 21, are adjacent to each other in the first direction, and the two resonance structure portions 21A and 21B are sandwiched between the two base materials 11. It has been. In other words, the wavelength selection filter 20 of the second embodiment has a structure in which two wavelength selection filters 10 having the configuration of the first embodiment are joined so that the second low refractive index regions 16 face each other. That is, the wavelength selection filter 20 of the second embodiment has four sub-wavelength grids arranged with a gap in the first direction, and these sub-wavelength grids have a structure embedded in a low refractive index material. There is. The side of the other base material 11 with respect to one base material 11 is the front surface side of the wavelength selection filter 20, and the side of one base material 11 with respect to the other base material 11 is the back surface side of the wavelength selection filter 20.
第1共鳴構造部21Aと第2共鳴構造部21B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13が示す例では、第1共鳴構造部21Aの備える第2低屈折率領域16と、第2共鳴構造部21Bの備える第2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。 The first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B may share a low refractive index region at their boundary portions. For example, in the example shown in FIG. 13, the second low refractive index region 16 included in the first resonance structure portion 21A and the second low refractive index region 16 included in the second resonance structure portion 21B are continuous, and these There are no region boundaries.
第1共鳴構造部21Aにおける凸部17aの配列の周期である構造周期Pkと、第2共鳴構造部21Bにおける凸部17aの配列の周期である構造周期Pkとは、図13が示すように同一であってもよいし、図14が示すように互いに異なっていてもよい。構造周期Pkは、第1格子領域13における第1周期P1と一致する。 As shown in FIG. 13, the structural period Pk, which is the period of the arrangement of the convex portions 17a in the first resonance structure portion 21A, and the structural period Pk, which is the period of the arrangement of the convex portions 17a in the second resonance structure portion 21B, are the same. It may be different from each other as shown in FIG. The structural period Pk coincides with the first period P1 in the first lattice region 13.
第1共鳴構造部21Aと第2共鳴構造部21Bとの各々において、第1格子領域13の光学膜厚OT1に対する第2格子領域15の光学膜厚OT2の比は、0.7以上1.3以下である。2つの共鳴構造部21A,21Bが同一の構造周期Pkを有する形態においては、第1共鳴構造部21Aと第2共鳴構造部21Bとで、上記比が一致していることが好ましい。 In each of the first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B, the ratio of the optical film thickness OT2 of the second lattice region 15 to the optical film thickness OT1 of the first lattice region 13 is 0.7 or more and 1.3. It is as follows. In the form in which the two resonance structure portions 21A and 21B have the same structural period Pk, it is preferable that the first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B have the same ratio.
なお、2つの共鳴構造部21A,21Bにおいて、サブ波長格子を構成する要素が並ぶ方向、言い換えれば、二次元格子の延びる方向は、一致していてもよいし、異なっていてもよい。2つの共鳴構造部21A,21Bにおける二次元格子の延びる方向が異なる構成では、偏光に関し、より多くの方向に対応して反射光を射出することができる。 In the two resonance structure portions 21A and 21B, the directions in which the elements constituting the sub-wavelength lattice are arranged, in other words, the extending directions of the two-dimensional lattice may be the same or different. In the configuration in which the two-dimensional lattices in the two resonance structure portions 21A and 21B extend in different directions, the reflected light can be emitted corresponding to more directions with respect to polarized light.
[波長選択フィルタの作用]
2つの共鳴構造部21A,21Bが同一の構造周期Pkを有する構成では、波長選択フィルタ20が有する4つの格子領域13,15において、共鳴を起こす光の波長域が近くなる。4つの格子領域13,15の各々で強められた波長域の反射光が波長選択フィルタ20の表面側に射出されることにより、第1実施形態の波長選択フィルタ10と比較して、波長選択フィルタ20からの反射光において、特定の範囲の波長域の強度がより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。このとき、上述のように、第1共鳴構造部21Aと第2共鳴構造部21Bとで、光学膜厚OT1に対する光学膜厚OT2の比が一致している構成であれば、4つの格子領域13,15における光学膜厚のばらつきが小さくなり、各格子領域13,15で共鳴を起こす光の波長域がより近くなるため好ましい。
[Action of wavelength selection filter]
In the configuration in which the two resonance structure portions 21A and 21B have the same structural period Pk, the wavelength regions of the light that causes resonance are close to each other in the four lattice regions 13 and 15 of the wavelength selection filter 20. By emitting the reflected light in the wavelength region enhanced in each of the four lattice regions 13 and 15 onto the surface side of the wavelength selection filter 20, the wavelength selection filter is compared with the wavelength selection filter 10 of the first embodiment. In the reflected light from 20, the intensity of the wavelength range in a specific range becomes higher, and the wavelength selectivity of the reflected light is further enhanced. At this time, as described above, if the ratio of the optical film thickness OT2 to the optical film thickness OT1 is the same in the first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B, the four lattice regions 13 , 15 the variation in the optical film thickness is small, and the wavelength range of the light causing resonance in each of the lattice regions 13 and 15 becomes closer, which is preferable.
一方、2つの共鳴構造部21A,21Bが互いに異なる構造周期Pkを有する構成では、第1共鳴構造部21Aの格子領域13,15にて共鳴を起こす光の波長域と、第2共鳴構造部21Bの格子領域13,15にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。その結果、波長選択フィルタ20の表面側には、第1共鳴構造部21Aの格子領域13,15にて強められた波長域の光と、第2共鳴構造部21Bの格子領域13,15にて強められた波長域の光とを含む反射光が射出される。 On the other hand, in the configuration in which the two resonance structure portions 21A and 21B have different structural periods Pk, the wavelength region of light that causes resonance in the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B The wavelength ranges of light that resonate in the lattice regions 13 and 15 of the above are different from each other. As a result, on the surface side of the wavelength selection filter 20, the light in the wavelength region enhanced in the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 21A and the lattice regions 13 and 15 of the second resonance structure portion 21B Reflected light including light in the enhanced wavelength range is emitted.
そして、波長選択フィルタ20の裏面側には、波長選択フィルタ20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波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。こうした構成によれば、波長選択フィルタ20にて、格子領域が1つである場合と比較し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。したがって、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。 Then, on the back surface side of the wavelength selection filter 20, light in a wavelength range other than the wavelength range emitted as the reflected light in the wavelength range included in the incident light on the wavelength selection filter 20 is emitted as transmitted light. To. According to such a configuration, the wavelength selection filter 20 expands the wavelength range included in the reflected light while increasing the intensity of the reflected light as compared with the case where the lattice region is one, and is included in the transmitted light. It is possible to narrow the wavelength range. Therefore, the degree of freedom in adjusting the hue observed as reflected light or transmitted light can be increased.
[波長選択フィルタの適用例]
第2実施形態の波長選択フィルタ20の構成は、第1実施形態で示した適用例と同様に、波長選択デバイス50に適用されてもよいし、表示体60が備える表示要素に適用されてもよいし、カラーフィルタ70が備える副画素に適用されてもよい。
[Application example of wavelength selection filter]
The configuration of the wavelength selection filter 20 of the second embodiment may be applied to the wavelength selection device 50 or the display element included in the display body 60 as in the application example shown in the first embodiment. Alternatively, it may be applied to the sub-pixels included in the color filter 70.
例えば、2つの共鳴構造部21A,21Bが同一の構造周期Pkを有する構成が適用された場合、波長選択デバイス50においては、反射光の波長選択性がより高められる。また、表示体60においては、表面反射観察にて各表示領域61A,61B,61Cに視認される色の鮮明さや明るさが高められることにより、像の視認性が高められる。また、カラーフィルタ70においては、各副画素71R,71G,71Bにおける色の鮮明さや輝度が高められ、単色性の高い反射光を射出する各副画素71R,71B,71Gを備えた反射型のカラーフィルタ70が実現される。 For example, when a configuration in which the two resonance structure portions 21A and 21B have the same structural period Pk is applied, the wavelength selectivity of the reflected light is further enhanced in the wavelength selection device 50. Further, in the display body 60, the visibility of the image is enhanced by increasing the sharpness and brightness of the colors visually recognized in the display areas 61A, 61B, and 61C by surface reflection observation. Further, in the color filter 70, the color sharpness and brightness of the sub-pixels 71R, 71G, 71B are enhanced, and the reflection type color including the sub-pixels 71R, 71B, 71G that emit the reflected light having high monochromaticity. The filter 70 is realized.
また例えば、2つの共鳴構造部21A,21Bが互いに異なる構造周期Pkを有する構成が適用された場合、波長選択デバイス50においては、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度が高められる。また、表示体60においては、表面反射観察と裏面透過観察とにおいて視認される像の色相の調整の自由度が高められる。また、カラーフィルタ70としては、透過型のカラーフィルタ、すなわち、カラーフィルタの裏面側からカラーフィルタに光が照射され、観察者が、カラーフィルタの表面側から、カラーフィルタを透過した透過光を見る形態で用いられるカラーフィルタの実現が可能である。 Further, for example, when a configuration in which the two resonance structure portions 21A and 21B have different structural periods Pk is applied, the degree of freedom in adjusting the hue observed as reflected light or transmitted light is increased in the wavelength selection device 50. Be done. Further, in the display body 60, the degree of freedom in adjusting the hue of the image visually recognized in the front surface reflection observation and the back surface transmission observation is increased. Further, as the color filter 70, a transmission type color filter, that is, the color filter is irradiated with light from the back surface side of the color filter, and the observer sees the transmitted light transmitted through the color filter from the front surface side of the color filter. It is possible to realize a color filter used in the form.
具体的には、緑色用副画素71Gは、第1共鳴構造部21Aにて赤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21B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70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70の表面側には、緑色の透過光が射出されるため、カラーフィルタ70の表面側から見て、緑色用副画素71Gには、緑色が視認される。同様に、赤色用副画素71Rは赤色の波長域の透過光を射出し、青色用副画素71Bは青色の波長域の透過光を射出するように構成される。これにより、単色性の高い透過光を射出する各副画素71R,71B,71Gを備えた透過型のカラーフィルタ70が実現される。 Specifically, in the green sub-pixel 71G, the light in the red wavelength region is strengthened by the first resonance structure portion 21A and emitted as reflected light to the back surface side, and the blue wavelength is emitted by the second resonance structure portion 21B. It is configured so that the light in the region is strengthened and emitted as reflected light to the back surface side. According to such a configuration, when white incident light is received from the back surface side of the color filter 70, green transmitted light is emitted to the front surface side of the color filter 70, so that it is viewed from the front surface side of the color filter 70. , Green is visually recognized on the green sub-pixel 71G. Similarly, the red sub-pixel 71R is configured to emit transmitted light in the red wavelength region, and the blue sub-pixel 71B is configured to emit transmitted light in the blue wavelength region. As a result, a transmissive color filter 70 having sub-pixels 71R, 71B, and 71G that emit transmitted light having high monochromaticity is realized.
[波長選択フィルタの製造方法]
図15および図16を参照して、第2実施形態の波長選択フィルタ20の製造方法について説明する。まず、第2実施形態の波長選択フィルタ20の製造に際しては、第1実施形態と同様に、基材11上に凹凸構造層17と高屈折率層18とが順に形成される。
[Manufacturing method of wavelength selection filter]
A method for manufacturing the wavelength selection filter 20 of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. First, in the production of the wavelength selection filter 20 of the second embodiment, the uneven structure layer 17 and the high refractive index layer 18 are sequentially formed on the base material 11 as in the first embodiment.
続いて、図15が示すように、基材11と凹凸構造層17と高屈折率層18とからなる構造体である2つの凹凸構造体22を、高屈折率層18同士が向かい合うように対向させ、図16が示すように、2つの凹凸構造体22の間の領域を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22を接合する。これにより、波長選択フィルタ20が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 15, the two concave-convex structures 22, which are structures composed of the base material 11, the concave-convex structure layer 17, and the high-refractive index layer 18, face each other so that the high-refractive index layers 18 face each other. Then, as shown in FIG. 16, these uneven structures 22 are joined by filling the region between the two concave-convex structures 22 with a low refractive index material. As a result, the wavelength selection filter 20 is formed.
図16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22の間に形成される部分が埋込層19である。第1実施形態と同様に、埋込層19を構成する低屈折率材料は、高屈折率層18を構成する高屈折率材料よりも屈折率の低い材料であれば、凹凸構造層17を構成する材料とは異なる材料であってもよい。また、2つの凹凸構造体22において、凹凸構造層17を構成する低屈折率材料や高屈折率層18を構成する高屈折率材料は互いに異なっていてもよい。 As shown in FIG. 16, the portion formed between the two concave-convex structures 22 by embedding with a low refractive index material is the embedding layer 19. Similar to the first embodiment, if the low refractive index material constituting the embedded layer 19 is a material having a lower refractive index than the high refractive index material constituting the high refractive index layer 18, the concave-convex structure layer 17 is formed. It may be a material different from the material to be used. Further, in the two concave-convex structures 22, the low-refractive index material constituting the concave-convex structure layer 17 and the high-refractive index material forming the high refractive index layer 18 may be different from each other.
なお、2つの凹凸構造体22を対向させた状態において、第2高屈折率部15a同士が向かい合ってもよいし、一方の凹凸構造体22における第1高屈折率部13aと、他方の凹凸構造体22における第2高屈折率部15aとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の凹凸構造体22における第1高屈折率部13aは、他方の凹凸構造体22における第1高屈折率部13aの一部および第2高屈折率部15aの一部と向かい合っていてもよい。 The second high-refractive index portions 15a may face each other in a state where the two concave-convex structures 22 face each other, or the first high-refractive index portion 13a in one concave-convex structure 22 and the other concave-convex structure. The second high refractive index portion 15a in the body 22 may face each other. Alternatively, the first high refractive index portion 13a in one concave-convex structure 22 faces a part of the first high refractive index portion 13a and a part of the second high refractive index portion 15a in the other concave-convex structure 22. May be good.
例えば、2つの凹凸構造体22として、凸部17aの周期が同一である凹凸構造体22を接合することによって、2つの共鳴構造部21A,21Bが同一の構造周期Pkを有する波長選択フィルタ20が形成できる。また例えば、2つの凹凸構造体22として、凸部17aの周期が互いに異なる凹凸構造体22を接合することによって、2つの共鳴構造部21A,21Bが互いに異なる構造周期Pkを有する波長選択フィルタ20が形成できる。 For example, by joining the concavo-convex structures 22 having the same period of the convex portions 17a as the two concavo-convex structures 22, the wavelength selection filter 20 in which the two resonance structure portions 21A and 21B have the same structural period Pk can be obtained. Can be formed. Further, for example, as two concave-convex structures 22, by joining the concave-convex structures 22 having different periods of the convex portions 17a, a wavelength selection filter 20 in which the two resonance structure portions 21A and 21B have structural periods Pk different from each other can be obtained. Can be formed.
なお、波長選択フィルタ20は、第1方向に並ぶ3以上の共鳴構造部21を備えていてもよい。波長選択フィルタ20が複数の共鳴構造部21を備える構成において、これらの共鳴構造部21における構造周期Pkが同一であれば、共鳴構造部21の数が多いほど、反射光の強度は高められる。また、複数の共鳴構造部21に、構造周期Pkが同一である共鳴構造部21と、構造周期Pkが互いに異なる共鳴構造部21とが含まれてもよい。こうした構成によれば、波長選択フィルタ20から出射される反射光や透過光の色の細かな調整も可能となる。 The wavelength selection filter 20 may include three or more resonance structure portions 21 arranged in the first direction. In a configuration in which the wavelength selection filter 20 includes a plurality of resonance structure portions 21, if the structural period Pk in these resonance structure portions 21 is the same, the larger the number of resonance structure portions 21, the higher the intensity of the reflected light. Further, the plurality of resonance structure portions 21 may include a resonance structure portion 21 having the same structural period Pk and a resonance structure portion 21 having different structural periods Pk. According to such a configuration, it is possible to finely adjust the color of the reflected light and the transmitted light emitted from the wavelength selection filter 20.
3以上の共鳴構造部21を備える波長選択フィルタ20の製造に際しては、凹凸構造体22の基材11と凹凸構造層17とが、凹凸構造層17から基材11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22が低屈折率材料によって接合されたのち、一方の基材11が剥離され、露出された凹凸構造層17と他の凹凸構造体22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波長選択フィルタ20が形成される。 In the production of the wavelength selection filter 20 having three or more resonance structure portions 21, the base material 11 and the uneven structure layer 17 of the concave-convex structure 22 are formed of a material capable of peeling the base material 11 from the concave-convex structure layer 17. To. Then, after the two concave-convex structures 22 are joined by the low-refractive index material, one base material 11 is peeled off, and the exposed concave-convex structure layer 17 and the other uneven structure 22 further form a low-refractive index material. By repeating the sandwiching and joining, the wavelength selection filter 20 having 6 or more sub-wavelength grids is formed.
以上、第2実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(5)の効果に加えて、下記の効果が得られる。
(6)波長選択フィルタ20が、第1方向に並ぶ複数の共鳴構造部21を備える構成によれば、波長選択フィルタ10が4つ以上の格子領域13,15を備えるため、波長選択フィルタ20の波長選択性をさらに高めることや、反射光と透過光とに含まれる波長域の調整の自由度を高めることが可能である。
As described above, according to the second embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (1) to (5) of the first embodiment.
(6) According to the configuration in which the wavelength selection filter 20 includes a plurality of resonance structure portions 21 arranged in the first direction, the wavelength selection filter 10 includes four or more lattice regions 13 and 15, so that the wavelength selection filter 20 includes the wavelength selection filter 20. It is possible to further enhance the wavelength selectivity and increase the degree of freedom in adjusting the wavelength range included in the reflected light and the transmitted light.
(7)複数の共鳴構造部21において構造周期Pkが等しい構成によれば、各共鳴構造部21の格子領域13,15で共鳴を起こす光の波長域が近くなる。したがって、各共鳴構造部21の各格子領域13,15で強められた近しい波長域の光が反射光として射出されるため、反射光において特定の範囲の波長域の強度がより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。 (7) According to the configuration in which the structural periods Pk are equal in the plurality of resonance structure portions 21, the wavelength regions of the light causing resonance in the lattice regions 13 and 15 of each resonance structure portion 21 are close to each other. Therefore, since the light in the close wavelength range enhanced in the lattice regions 13 and 15 of each resonance structure portion 21 is emitted as the reflected light, the intensity of the wavelength range in a specific range becomes larger in the reflected light, and the reflected light. Wavelength selectivity is further enhanced.
(8)第1共鳴構造部21Aと第2共鳴構造部21Bとで、光学膜厚OT1に対する光学膜厚OT2の比が一致する構成によれば、4つの格子領域13,15において、光学膜厚のばらつきが小さくなり、すなわち、各格子領域13,15において共鳴を起こす光の波長域がより近くなる。したがって、反射光の波長選択性がより高められる。 (8) According to the configuration in which the ratio of the optical film thickness OT2 to the optical film thickness OT1 is the same in the first resonance structure portion 21A and the second resonance structure portion 21B, the optical film thickness is formed in the four lattice regions 13 and 15. That is, the wavelength range of the light that causes resonance in each of the lattice regions 13 and 15 becomes closer. Therefore, the wavelength selectivity of the reflected light is further enhanced.
(9)第1共鳴構造部21Aの構造周期Pkと、第2共鳴構造部21B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21A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21B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、波長選択フィルタ20にて、格子領域が1つである場合と比較し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。それゆえ、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。 (9) According to the configuration in which the structural period Pk of the first resonance structure portion 21A and the structural period Pk of the second resonance structure portion 21B are different from each other, resonance occurs in the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 21A. The wavelength range of the light that causes resonance and the wavelength range of the light that causes resonance in the lattice regions 13 and 15 of the second resonance structure portion 21B are different from each other. Therefore, in the wavelength selection filter 20, the wavelength range included in the reflected light is expanded and the wavelength range included in the transmitted light is narrowed while increasing the intensity of the reflected light as compared with the case where the lattice region is one. It is possible. Therefore, the degree of freedom in adjusting the hue observed as reflected light or transmitted light can be increased.
(10)波長選択フィルタ20は、2つの凹凸構造体22を、高屈折率層18同士が向かい合うように対向させ、2つの凹凸構造体22の間の領域を低屈折率材料で埋めることによって形成される。これによれば、複数の共鳴構造部21を備える波長選択フィルタ20を容易に形成することができる。 (10) The wavelength selection filter 20 is formed by having two concave-convex structures 22 face each other so that the high-refractive index layers 18 face each other, and filling a region between the two concave-convex structures 22 with a low-refractive index material. Will be done. According to this, the wavelength selection filter 20 including a plurality of resonance structure portions 21 can be easily formed.
[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。
・各格子領域13,15において、格子構造の周期は、二次元格子が延びる方向によって異なっていてもよい。こうした構成によれば、二次元格子が延びる方向によって共鳴を起こす波長域を異ならせて、反射光に含まれる波長域や偏光に対する応答性を調整することが可能である。
[Modification example]
Each of the above embodiments can be modified and implemented as follows.
-In each of the lattice regions 13 and 15, the period of the lattice structure may be different depending on the direction in which the two-dimensional lattice extends. According to such a configuration, it is possible to adjust the responsiveness to the wavelength range included in the reflected light and the polarized light by making the wavelength range in which resonance occurs different depending on the direction in which the two-dimensional lattice extends.
・上記実施形態では、凹凸構造層17の凹凸構造が、互いに離間した複数の凸部17aと、これらの凸部17aの間で連続している単一の凹部17bとから構成されている。これに代えて、凹凸構造層17の凹凸構造は、互いに離間した複数の凹部と、これらの凹部の間で連続している単一の凸部とから構成されてもよい。すなわち、凹凸構造層17の凹凸構造は、凸部もしくは凹部である複数の凹凸要素が互いに離間しつつ二次元格子状に並ぶことにより形成されていればよい。 In the above embodiment, the concave-convex structure of the concave-convex structure layer 17 is composed of a plurality of convex portions 17a separated from each other and a single concave portion 17b continuous between the convex portions 17a. Instead, the concave-convex structure of the concave-convex structure layer 17 may be composed of a plurality of concave portions separated from each other and a single convex portion continuous between these concave portions. That is, the concave-convex structure of the concave-convex structure layer 17 may be formed by arranging a plurality of concave-convex elements, which are convex portions or concave portions, in a two-dimensional lattice pattern while being separated from each other.
[実施例]
上述した波長選択フィルタおよびその製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
[Example]
The above-mentioned wavelength selection filter and its manufacturing method will be described with reference to specific examples.
<波長選択フィルタの製造>
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリント法において照射する光として、365nmの波長の光を用いたため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、Crからなる膜をスパッタリング法により成膜し、電子線リソグラフィ法によって電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は150nmとした。電子線により描画したパターンは、一辺が3cmの正方形領域内に、一辺が210nmの正方形を正方格子状に周期300nmで配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記正方形の内側領域である。次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のCr膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジストおよびCr膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは200nmであった。残存したレジストおよびCr膜を除去し、離型剤としてオプツールHD−1100(ダイキン工業製)を塗布して、正方形が正方格子状に並ぶ格子パターンが正方形領域内に形成されたモールドを得た。
<Manufacturing of wavelength selection filter>
First, a mold, which is an intaglio plate used in the optical nanoimprint method, was prepared. Specifically, since light having a wavelength of 365 nm was used as the light to be irradiated in the optical nanoimprint method, synthetic quartz that transmits light of this wavelength was used as the material for the mold. In forming the mold, first, a film made of Cr was formed on the surface of the synthetic quartz substrate by a sputtering method, and an electron beam resist pattern was formed on the Cr film by an electron beam lithography method. The resist used was a positive type, and the film thickness was 150 nm. The pattern drawn by the electron beam is a pattern in which squares having a side of 210 nm are arranged in a square grid with a period of 300 nm in a square region having a side of 3 cm, and the region in which the electron beam is drawn is an inner region of the square. .. Next, the Cr film in the region exposed from the resist was etched by plasma generated by applying a high frequency to a mixed gas of chlorine and oxygen. Subsequently, the synthetic quartz substrate in the region exposed from the resist and the Cr film was etched by the plasma generated by applying a high frequency to the hexafluorinated ethane gas. The depth of the synthetic quartz substrate etched by this was 200 nm. The remaining resist and Cr film were removed, and Optool HD-1100 (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) was applied as a mold release agent to obtain a mold in which a grid pattern in which squares were arranged in a square grid pattern was formed in the square region.
次に、上記モールド上の格子パターンが形成された正方形領域内に紫外線硬化性樹脂を塗工し、易接着処理が施されたポリエチレンテレフタラートフィルムでモールド表面を覆った。紫外線硬化性樹脂が上記正方形領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、365nmの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化した後、モールドからポリエチレンテレフタラートフィルムを剥離した。これにより、表面に格子パターンが形成された紫外線硬化性樹脂からなる凹凸構造層とポリエチレンテレフタラートフィルムである基材との積層体を得た。上記工程を繰り返し、凹凸構造層と基材との積層体を2つ作製した。なお、365nmの紫外線の照射量は50mJ/cm2とした。 Next, an ultraviolet curable resin was applied to the square region where the lattice pattern was formed on the mold, and the mold surface was covered with a polyethylene terephthalate film which had been subjected to an easy-adhesion treatment. The ultraviolet curable resin was stretched using a roller so as to spread over the entire surface of the square region, irradiated with ultraviolet rays of 365 nm to cure the ultraviolet curable resin, and then the polyethylene terephthalate film was peeled off from the mold. As a result, a laminate of an uneven structure layer made of an ultraviolet curable resin having a lattice pattern formed on the surface and a base material which is a polyethylene terephthalate film was obtained. The above steps were repeated to prepare two laminates of the concave-convex structure layer and the base material. The irradiation amount of ultraviolet rays at 365 nm was set to 50 mJ / cm 2 .
次に、上記2つの積層体の表面に真空蒸着法を用いて膜厚100nmのTiO2膜を成膜することにより、TiO2からなる高屈折率層を形成した。続いて、2つの積層体のうちの、一方の積層体の表面の格子パターンが位置する領域に紫外線硬化性樹脂を塗工し、塗工された紫外線硬化性樹脂に他方の積層体の表面が接し、かつ、格子パターンが位置する領域が重なるように2つの積層体を向かい合わせた。紫外線硬化性樹脂が格子パターンの位置する領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、365nmの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化して埋込層を形成した。これにより、実施例の波長選択フィルタを得た。なお、365nmの紫外線の照射量は50mJ/cm2とした。 Next, a high refractive index layer made of TiO 2 was formed by forming a TiO 2 film having a film thickness of 100 nm on the surfaces of the above two laminated bodies by a vacuum vapor deposition method. Subsequently, the ultraviolet curable resin is applied to the region of the two laminates where the lattice pattern on the surface of one laminate is located, and the surface of the other laminate is applied to the coated ultraviolet curable resin. The two laminates were faced to each other so that they were in contact with each other and the regions where the grid patterns were located overlapped. The ultraviolet curable resin was spread using a roller so as to spread over the entire surface in the region where the lattice pattern was located, and was irradiated with ultraviolet rays of 365 nm to cure the ultraviolet curable resin to form an embedded layer. As a result, the wavelength selection filter of the example was obtained. The irradiation amount of ultraviolet rays at 365 nm was set to 50 mJ / cm 2 .
<波長選択フィルタの評価>
実施例の波長選択フィルタの反射分光測定を実施したところ、450nm程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
<Evaluation of wavelength selection filter>
When the reflection spectroscopy of the wavelength selection filter of the example was measured, a reflection spectrum having a center wavelength of about 450 nm was observed.
10,20…波長選択フィルタ、11…基材、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…中間領域、14a…側部高屈折率部、14b…孤立低屈折率部、14c…外周低屈折率部、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2低屈折率領域、17…凹凸構造層、17a…凸部、18…高屈折率層、19…埋込層、21…共鳴構造部、22…凹凸構造体、50…波長選択デバイス、60…表示体、60F…表面、60R…裏面、61A…第1表示領域、61B…第2表示領域、61C…第3表示領域、62A…第1画素、62B…第2画素、62C…第3画素、70…カラーフィルタ、71…画素 、71R…赤色用副画素、71G…緑色用副画素、71B…青色用副画素。 10, 20 ... Wavelength selection filter, 11 ... Substrate, 12 ... First low refractive index region, 13 ... First lattice region, 13a ... First high refractive index section, 13b ... First low refractive index section, 14 ... Intermediate Region, 14a ... side high refractive index part, 14b ... isolated low refractive index part, 14c ... outer peripheral low refractive index part, 15 ... second lattice region, 15a ... second high refractive index part, 15b ... second low refractive index Part, 16 ... 2nd low refractive index region, 17 ... Concavo-convex structure layer, 17a ... Convex part, 18 ... High refractive index layer, 19 ... Embedded layer, 21 ... Resonance structure part, 22 ... Concavo-convex structure, 50 ... Wavelength Selected device, 60 ... Display body, 60F ... Front surface, 60R ... Back surface, 61A ... First display area, 61B ... Second display area, 61C ... Third display area, 62A ... First pixel, 62B ... Second pixel, 62C ... 3rd pixel, 70 ... color filter, 71 ... pixel, 71R ... red sub-pixel, 71G ... green sub-pixel, 71B ... blue sub-pixel.
Claims (10)
前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置する第1高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置する第2高屈折率部を含む前記高屈折率層と、
前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めている埋込層と、を備え、
前記第1高屈折率部の厚さをT1、前記第2高屈折率部の厚さをT2、
前記高屈折率層の材料の屈折率をn1、前記凹凸構造層の材料の屈折率をn2、前記埋込層の材料の屈折率をn3、
前記第1高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第1高屈折率部が占める面積比率をR1、前記第2高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第2高屈折率部が占める面積比率をR2、とするとき、
n1>n2、n1>n3、かつ、R1+R2>1であって、
T1×{n1×R1+n2×(1−R1)}で表される第1パラメータに対する、T2×{n1×R2+n3×(1−R2)}で表される第2パラメータの比が、0.7以上1.3以下である
波長選択フィルタ。 A concavo-convex structure layer having a concavo-convex structure, which is a concavo-convex element that is a convex portion or a concave portion and is composed of a plurality of the concavo-convex elements arranged in a two-dimensional lattice while being separated from each other in a sub-wavelength period.
A high-refractive index layer that is located on the uneven structure and has a surface shape that follows the uneven structure, and is located at the first high-refractive index portion located at the bottom of the uneven structure and at the top of the uneven structure. With the high refractive index layer including the second high refractive index portion
An embedded layer that fills the irregularities on the surface of the high refractive index layer is provided.
The thickness of the first high refractive index portion is T1, and the thickness of the second high refractive index portion is T2.
The refractive index of the material of the high refractive index layer is n1, the refractive index of the material of the concave-convex structure layer is n2, and the refractive index of the material of the embedded layer is n3.
The area ratio occupied by the first high refractive index portion in the cross section including the first high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction is R1, and the cross section including the second high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction thereof. When the area ratio occupied by the second high refractive index portion is R2,
n1> n2, n1> n3, and R1 + R2> 1.
The ratio of the second parameter represented by T2 × {n1 × R2 + n3 × (1-R2)} to the first parameter represented by T1 × {n1 × R1 + n2 × (1-R1)} is 0.7 or more. A wavelength selection filter that is 1.3 or less.
前記側部高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該側部高屈折率部が占める面積比率をR3とするとき、R3≦R1+R2−1が満たされる
請求項1に記載の波長選択フィルタ。 The high refractive index layer includes a side high refractive index portion extending along the side surface of the uneven element between the first high refractive index portion and the second high refractive index portion.
The first aspect of the present invention, wherein R3 ≦ R1 + R2-1 is satisfied when the area ratio occupied by the side high refractive index portion in the cross section including the side high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction thereof is R3. Wavelength selection filter.
前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第2高屈折率部は、前記側部高屈折率部の外側まで広がる
請求項1または2に記載の波長選択フィルタ。 The high refractive index layer includes a side high refractive index portion extending along the side surface of the uneven element between the first high refractive index portion and the second high refractive index portion.
The wavelength selection filter according to claim 1 or 2, wherein the second high refractive index portion extends to the outside of the side high refractive index portion when viewed from a direction along the thickness direction of the high refractive index layer.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の波長選択フィルタ。 The wavelength selection filter according to any one of claims 1 to 3, wherein T1 = T2, n2 = n3, and R1 = R2 are satisfied.
前記波長選択フィルタは、前記共鳴構造部の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記共鳴構造部を備える
請求項1〜4のいずれか一項に記載の波長選択フィルタ。 The portion composed of the first high refractive index portion, the second high refractive index portion, and the low refractive index region surrounding these high refractive index portions is a resonance structure portion.
The wavelength selection filter according to any one of claims 1 to 4, wherein the wavelength selection filter includes a plurality of the resonance structure portions arranged along the thickness direction of the resonance structure portion.
請求項5に記載の波長選択フィルタ。 The plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion, and the first resonance structure portion has a period of arrangement of the uneven elements and the second resonance structure portion has. The wavelength selection filter according to claim 5, wherein the period of the arrangement of the uneven elements is the same.
請求項6に記載の波長選択フィルタ。 Claim 6 that the ratio of the second parameter to the first parameter in the first resonance structure part and the ratio of the second parameter to the first parameter in the second resonance structure part are in agreement. The wavelength selection filter described in.
請求項5に記載の波長選択フィルタ。 The plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion, and the first resonance structure portion has a period of arrangement of the uneven elements and the second resonance structure portion has. The wavelength selection filter according to claim 5, wherein the period of the arrangement of the uneven elements is different from each other.
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沿って、当該凹凸構造層が有する凹凸構造の底部に位置する第1高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置する第2高屈折率部とを含む高屈折率層を形成する第2工程と、
前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第2低屈折率材料を用いて、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めることにより埋込層を形成する第3工程と、を含み、
前記第1高屈折率部の厚さをT1、前記第2高屈折率部の厚さをT2、
前記高屈折率材料の屈折率をn1、前記第1低屈折率材料の屈折率をn2、前記第2低屈折率材料の屈折率をn3、
前記第1高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第1高屈折率部が占める面積比率をR1、前記第2高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第2高屈折率部が占める面積比率をR2、とするとき、
n1>n2、n1>n3、かつ、R1+R2>1であって、
T1×{n1×R1+n2×(1−R1)}で表される第1パラメータに対する、T2×{n1×R2+n3×(1−R2)}で表される第2パラメータの比が、0.7以上1.3以下となるように、各層を形成する
波長選択フィルタの製造方法。 A concavo-convex structure layer is formed by forming concavo-convex elements, which are a plurality of convex or concave parts arranged in a two-dimensional lattice pattern while being separated from each other in a sub-wavelength period, on the surface of a layer made of a first low refractive index material. 1 step and
Using a high refractive index material having a higher refractive index than the first low refractive index material, the first high refractive index is located at the bottom of the concave-convex structure of the concave-convex structure layer along the surface of the concave-convex structure layer. A second step of forming a high refractive index layer including a portion and a second high refractive index portion located at the top of the uneven structure.
A third step of forming an embedded layer by filling the irregularities on the surface of the high refractive index layer with a second low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material is included.
The thickness of the first high refractive index portion is T1, and the thickness of the second high refractive index portion is T2.
The refractive index of the high refractive index material is n1, the refractive index of the first low refractive index material is n2, and the refractive index of the second low refractive index material is n3.
The area ratio occupied by the first high refractive index portion in the cross section including the first high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction is R1, and the cross section including the second high refractive index portion and orthogonal to the thickness direction thereof. When the area ratio occupied by the second high refractive index portion is R2,
n1> n2, n1> n3, and R1 + R2> 1.
The ratio of the second parameter represented by T2 × {n1 × R2 + n3 × (1-R2)} to the first parameter represented by T1 × {n1 × R1 + n2 × (1-R1)} is 0.7 or more. A method for manufacturing a wavelength selection filter that forms each layer so as to be 1.3 or less.
請求項9に記載の波長選択フィルタの製造方法。 In the second step, the high refractive index layer includes a side high refractive index portion extending along the side surface of the uneven element between the first high refractive index portion and the second high refractive index portion. The high refractive index is increased by using the physical vapor phase growth method so that the second high refractive index portion extends to the outside of the side high refractive index portion when viewed from the direction along the thickness direction of the high refractive index layer. The method for manufacturing a wavelength selection filter according to claim 9, wherein the rate layer is formed.
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