JP4983948B2 - 表示体及び表示体付き物品 - Google Patents

Description

本発明は、偽造防止用途などで用いられる、観察条件によって見え方が変化する表示体に関するものであり、特に、照明光の角度、観察方向などによって像の明るさや色が変化するような、表示体を提供することを目的としている

従来、カード、有価証券、ブランドプロテクトなどにおいて、目視で判別する偽造防止用の表示体が用いられている。このような偽造防止用の表示体の代表的なものとして、表面レリーフタイプのレインボウホログラムがある。

レインボウホログラムは、普通の印刷物に比べて構造が複雑で、高い技術を持つ特定の業者でないと作製が困難であり、複製を行うときに大規模な複製装置を必要とするので、小規模な複製が行いにくいという特徴がある。このため、偽造品の作製が困難である。また、照明光を当てた時に、単波長に近い光で再生されるため虹の七色に対応した明るく鮮やかな色で観察でき、観察条件が変化したときに色や画像パターンが変化するという特徴的な見え方をする。このため、他の部材との違いが目視で容易に判別できる。これらのことから、レインボウホログラムは目視によるセキュリティ用途として優れており、偽造防止用の表示体として広く用いられてきている（非特許文献１、２）。

しかし、レインボウホログラムは、観察条件の変化が僅かであっても再生像の色が大きく変化するので、画像の色の違いを識別するのが難しい。このため、異なる画像が記録されているレインボウホログラムであっても、観察者に類似した印象を与えやすく、ホログラム同士では記録されている画像の違いが判別し難い。また、観察条件によっては、原色に近い色で像が見えるので、うまくデザインされていないと、意匠性の低いイメージになり易いという欠点があった。

「ホログラフィの原理」、オプトロニクス社、P．ハリハラン 著、７章 「ホログラフィックディスプレイ」、産業図書、辻内順平 著、２章

上述のような従来の問題を解決したものであり、その目的は、高い偽造防止効果を発揮する表示体及び表示体付き物品を提供することにある。

上述したような課題を解決するため、第１の発明は、光透過性の基材と、前記基材の一方の面側に設けられた凹凸構造形成層と、前記凹凸構造形成層の少なくとも一部を被覆する反射層とを備えた積層構造から成る表示体であって、前記凹凸構造形成層の少なくとも一部は、整然配置された複数の第１の領域に分割されており、前記複数の第１の領域は、上面が前記基材面と略平行である複数の凸部又は底面が前記基材面と略平行である複数の凹部と、前記基材面と略平行な平坦部が複数配置されて構成されたセルを有し、前記セルは前記複数の第１の領域の少なくとも一部に各々設けられており、各セル内に形成された複数の凸部又は凹部、及び平坦部は、同じ方向に繰り返し配列されており、隣接する凸部又は凹部と平坦部の中心間距離の平均値は１．０μｍ以上且つ３μｍ以下であり、前記凸部と平坦部の高低差によって規定される構造高さ、又は、前記凹部と平坦部の高低差によって規定される構造深さは０．１５μｍ以上且つ０．５０μｍ以下であり、隣接する凸部又は凹部と平坦部の中心間距離は、ランダムであり、前記凸部と平坦部による構造高さ、又は、平坦部と前記凹部による構造深さが、前記セル内で略同一であり、且つ、前記構造高さ又は構造深さが複数の第１の領域毎に異なっていることを特徴とする表示体である。
また、第２の発明は、前記凸部又は前記凹部と、前記平坦部の短辺の幅が、略同一であることを特徴とする請求項１に記載の表示体である。
また、第３の発明は、前記第１の領域に対して垂直な方向から平行光で照明した場合に、特定方向に回折光を射出し、前記特定方向と垂直な方向には回折光を射出しない請求項１または２のいずれかに記載の表示体である。
また、第４の発明は、前記第１の領域の近傍に、第２の領域を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域とは光学特性が異なる構造を備えており、回折格子、凹凸構造から成る反射防止構造体、光散乱構造体、平坦部のうち少なくとも一つから選ばれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示体である。
また、第５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の表示体とこれを支持した物品とを具備した表示体付き物品である。

第１の発明を用いるとこの表示体から回折される光は、波長によってブロードな波長分布になるため、レインボウホログラムに比べて、おだやかな色で着色された像が観察できる。
また、ホログラムと同様に観察条件によって色やパターンが変化するが、レインボウホログラムよりも色変化がゆるやかである表示体を得られる。そして、通常の観察条件では、ほぼ同じ色に見えるような表示体を提供することが可能となる。
さらに、凸部又は凹部、及び平坦部は、同じ方向に繰り返し配列されていることによって、特定の方向のみで画像の色を視認することができる、指向性を持った表示体を提供することが可能となる。
このように、レインボウホログラムと比べて、画像の違いを判別し易く、またデザインし易い、高い偽造防止効果を発揮する表示体を提供することができる。
また、第１の発明によると、通常のホログラムや回折格子などのように、回折される光の方向が波長によって大きく変わることが無く、ほぼ同じような方向に射出される。このため、各波長に対する回折光が重なって観察されることになり、回折光の強度の違いによる色が着くという効果を得られ、高い偽造防止効果を発揮する表示体を提供することができる。
また、表示体からの回折光の波長に対する分布がより顕著になるため明瞭な色で観察でき、観察条件で画像の色が変化するような表示体が得られ、高い偽造防止効果を発揮する表示体を提供することができる。
また、第２の発明によると明瞭な色で観察でき、特定の視域で画像の色が視認できるような高い偽造防止効果を発揮する表示体を提供することができる。
また、第３の発明によると、回折光が一方向にのみ、広く拡がる光になるので、観察方向によって、像の明るさやパターンが変化することになるため、観察条件で画像の色が変化するとともに、像の明るさやパターンも変化するような高い偽造防止効果を発揮する表示体を提供することができる。
また、第４の発明によると、前記第２の領域に、回折格子、微細な凹凸構造から成る反射防止構造体、光散乱構造体のいずれかが形成されているか、何も形成されていないことで、異なる光学特性を発揮する複数の構造から成る表示体を実現することができ、表示体の意匠性が向上するとともに、偽造防止効果の向上が期待できる。従来の偽造防止を目的とした表示体に形成される回折格子による回折光は、第１の領域に形成された構造体の色が観察される観察範囲とは異なる方向に射出されるため、第１の領域による色表示は、第２の領域に形成された回折格子からの回折光が見えない条件下において観察される。また、微細な凹凸構造から成る反射防止構造体は通常目視観察した場合、黒もしくは暗灰色等の無彩色として知覚される。そのため、第１の領域によって表示される色相を有する色とは異なる色である。光散乱構造体による散乱光はいわゆる磨りガラスのような白色もしくは白濁色のような無彩色を表示する。そのため、第１の領域によって表示される色相を有する色とは異なる色である。また、第２の領域に構造が形成されていない場合、第２の領域は反射層の素材、及び、基材の素材、及び、凹凸構造形成層の素材によって決定される色であり、通常、基材及び凹凸構造形成層は透明もしくは半透明であるので、反射層による色が知覚される。反射層として金属薄膜を利用した場合、金色や銀色などの金属光沢が知覚される。それは、第１の領域による表示色とは異なる色みとして観察者に知覚される。
また、第５の発明によると、本発明の表示体を、印刷物やカード、その他の物品に貼りあわせる、または、組み合わせることによって、従来の物品に高い偽造防止効果を付与することが可能となる。

本発明の一態様に係る表示体を概略的に示した平面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う表示体の拡大断面図。 回折格子が＋１次回折光を射出する様子を概略的に示した概略図。 本発明の表示体が＋１次回折光を射出する様子を概略的に示した概略図。 本発明の表示体を観察する際の一例を示す概要図。 本発明の表示体の凸凹面での光路差を説明するための概要図。 本発明の表示体での深さの違いに対する色変化を示す概要図。 本発明の表示体での深さの違いに対する色変化を示す概要図。 本発明の表示体での深さの違いに対する色変化を示す概要図。 本発明の表示体での照明光角度の変化に対する色変化を示す概要図。 本発明の表示体での照明光角度の変化に対する色変化を示す概要図。 本発明の表示体の一例を示す概要図。 本発明の第２の領域に採用可能な構造である回折格子構造の一例を示す斜視図。 本発明の第２の領域に採用可能な構造である反射防止構造の一例を示す斜視図。 本発明の第２の領域に採用可能な構造である散乱構造の一例を示す斜視図。 偽造防止用ラベルを物品に支持させてなる表示体付き物品の一例を概略的に示す平面図。 図２０に示す表示体付き物品のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図。 本発明の表示体の一実施例を示す概要図。

以下、本発明の態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、全ての図面を通じて、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一態様に係る表示体を概略的に示す平面図であり、本発明の正反射方向に近い方向に複数の波長の光から構成される色を表示する表示体の一例を示している。図２は、図１に示す表示体のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。表示体１０は、光透過層１１と反射層１３との積層体を含んでいる。この例においては、光透過層１１がレリーフ構造形成層である。図２に示す例では、光透過層１１側を前面側（観察者側）とし、且つ、反射層１３側を背面側としている。

図１及び図２に示す表示体１０は、凹凸構造形成層の表面には、上面が前記基材面と略平行である複数の凸部、または底面が前記基材面と略平行である複数の凹部と、基材面と略並行な平坦部が配置されて構成された領域を少なくとも一つ備えている。本図において、第１の領域１５は微小な凹凸が形成されたセルを有する領域であり、第２の領域２５は第１の領域１５とはその構造や光学的な性質が異なる領域であると定義する。第２の領域２５は第１の領域１５とは異なる凹凸構造が形成されている領域であってもよいし、構造が形成されていない平坦部から成る領域であってもよい。また、第１の領域１５は表示体１０に少なくとも１つ以上存在しているが、第２の領域２５は表示体１０に複数存在していてもよいし、１つも存在していなくてもよい。また、複数の領域を組み合わせて表示体としても良い。

光透過層１１の材料としては、例えば、熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂などの光透過性を有する樹脂を使用することができる。熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂を使用すると、例えば、表示体の凸構造または凹構造が形成された金属製のスタンパから、一方の主面に凸構造または凹構造が設けられた光透過層１１を転写成形することができる。

図２には、一例として、光透過性の基材１１１と光透過性樹脂層１１２との積層体で構成された光透過層１１を描いている。光透過性の基材１１１は、それ自体を単独で取り扱うことが可能なフィルムまたはシートであり、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート（ＰＣ）などを用いることができる。光透過性樹脂層１１２は、光透過性の基材１１１上に形成された層である。図２に示す光透過層１１は、例えば、光透過性の基材１１１上に熱可塑性樹脂又は光硬化性樹脂を塗布し、この塗膜にスタンパを押し当てながら樹脂を硬化させることにより得られる。

反射層１３としては、例えば、アルミニウム、銀、金、及びそれらの合金などの金属材料からなる金属層を使用することができる。或いは、反射層１３として、光透過層１１とは屈折率が異なる誘電体層を使用してもよい。或いは、反射層１３として、隣り合うもの同士の屈折率が異なる誘電体層の積層体、即ち、誘電体多層膜を使用してもよい。なお、誘電体多層膜が含む誘電体層のうち、光透過層１１と接触しているものの屈折率は、光透過層１１の屈折率とは異なっていることが望ましい。反射層１３は、例えば、真空蒸着法及びスパッタリング法などの気相堆積法により形成することができる。

この表示体１０は、接着剤層、樹脂層などの他の層を更に含むことができる。接着剤層は、例えば、反射層１３を被覆するように設ける。表示体１０が光透過層１１及び反射層１３の双方を含んでいる場合、通常、反射層１３の表面の形状は、光透過層１１と反射層１３との界面の形状とほぼ等しい。接着剤層を設けると、反射層１３の表面が露出するのを防止できるため、先の界面の凸構造または凹構造の、偽造を目的とした複製を困難とすることができる。
また、樹脂層は、例えば、使用時に表示体の表面にキズが付いてしまうのを防ぐことを目的としたハードコート層や、表示体の一部に設ける、光や熱によって硬化する樹脂インキから成る印刷層である。

光透過層１１側を背面側とし、且つ、反射層１３側を前面側とする場合は、接着層は、光透過層１１上に形成する。

樹脂層は、光透過層１１及び反射層１３の積層体に対して前面側に設ける。例えば、光透過層１１側を背面側とし、且つ、反射層１３側を前面側とする場合、反射層１３を樹脂層によって被覆することで、反射層１３の損傷を抑制できるのに加え、その表面の凸構造または凹構造の、偽造を目的とした複製を困難とすることができる。

（第１の領域の説明）
本発明に係る第１の領域について説明するにあたり、まず、回折格子のピッチ及び照明光の波長と、照明光入射角及び回折光の射出角との関係について説明する。

回折格子に照明光源を用いて照明光を照射すると、回折格子は、入射光である照明光の進行方向に対応して特定の方向に強い回折光を射出する。

ｍ次回折光（ｍ＝０、±１、±２、・・・）の射出角βは、回折格子の格子線に垂直な面内で光が進行する場合、下記の式１から算出することができる。

ｄ＝ｍλ／（ｓｉｎα−ｓｉｎβ） ・・・（式１）

式（１）において、ｄは回折格子の格子定数（格子周期，ピッチ）を表し、ｍは回折次数を表し、λは入射光及び回折光の波長を表している。また、αは、０次回折光、即ち、正反射光ＲＬの射出角を表している。換言すれば、αの絶対値は照明光の入射角と等しく、反射型回折格子の場合には、照明光の入射方向と正反射光の射出方向とは、回折格子が設けられた界面の法線ＮＬに関して対称である。

なお、回折格子が反射型である場合、角度αは、０°以上であり、且つ、９０°未満である。また、回折格子が設けられた界面に対して斜め方向から照明光を照射し、法線方向の角度、即ち０°を境界値とする２つの角度範囲を考えると、角度βは、回折光の射出方向と正反射光の射出方向とが同じ角度範囲内にあるときには正の値であり、回折光の射出方向と照明光の入射方向とが同じ角度範囲内にあるときには負の値である。

ピッチｄの回折格子に対する照明光入射角及び＋１次回折光の射出角の関係を図３に示す。照明光が複数の波長成分を含む白色光である場合、回折光の射出角は波長によって異なる。それによって太陽や蛍光灯などの白色照明光源下で回折格子を観察すると、白色光が分光し、単一波長の光が別々の角度に射出され、観察する角度によって虹色に見える。図３では点光源ＬＳから白色光ＩＬ（ここでは、白色光を構成する波長成分はＲ、Ｇ、Ｂの３波長であると仮定する）が入射し、回折格子ＧＲによって波長成分Ｒの回折光ＤＬ＿ｒ、波長成分Ｇの回折光ＤＬ＿ｇ、波長成分Ｂの回折光ＤＬ＿ｂに分光する様子を示している。このとき、波長成分Ｒの回折光の射出角β＿ｒと、波長成分Ｒの回折光の射出角β＿ｇと、波長成分Ｒの回折光の射出角β＿ｂは、波長毎に異なる値を取る（図３では、ＤＬ＿ｒの射出角のみβ＿ｒとして記載している）。他の次数の回折光についても式（１）によって導出される角度に射出されるが図３への記載は省略する。

次に、回折格子のピッチ及び照明光の波長と、回折光の射出角方向における回折光の強度（回折効率）との関係について説明する。

ピッチｄの回折格子に対してαの入射角で入射した照明光は、式１に基づいて角度βの方向に回折光を射出する。この際、波長λの光の射出強度、すなわち回折効率は、回折格子のピッチや高さ等によって変化し、式２によって導出される。

ここで、ηは回折効率（０〜１の値をとる）、ｒは回折格子の高さ、Ｌは回折格子の格子線幅、ｄは格子線のピッチ、θは照明光の入射角、λは入射光及び回折光の波長である。なお、この式は、凹凸構造から成る浅い矩形回折格子について成り立つものである。

式２から明らかなように回折効率は回折格子の高さｒや、格子線のピッチｄ、入射光の入射角θや波長λによって変化する。また、実際には回折効率は回折次数ｍが高次になるのに伴って徐々に減少していく傾向にある。

次に、図５に本発明の表示体を観察する際の一例を示す概要図を示す。本発明においては、図５の表示体の断面形状に示すとおり、凸凹の深さは、全体で一定の値となっている。一方、凸凹のピッチは、山谷ごとに異なっており、周期性を持たないようなランダムなものとなっている。
このような、表示体を観察した場合、光透過層１１に作られた凸凹形状の上の反射層１３で回折された光が目に入るが、この回折光に色が着くため、色のついた画像が観察されることになる。

次に、このような表示体で、回折される光に色が着く原理について説明する。
矩形の凸凹形状がある場合、入射した光は、凸凹形状の部分で回折され、一部の光は正反射方向に進む光となり、別の一部は回折によって拡がる光となる。
表面の凸凹に関して、屈折率ｎ、深さｄ_ｐ、波長λとしたときに、内部の角度θで入射する照明光の山部と谷部で反射される光の光路差は、図６に示すように２ｄ_ｐｃｏｓθとなる。そして、これらの光の位相差は、２π／λをかけた４πｎｄ_ｐｃｏｓθ／λとなる。
この時に、位相差が２πの整数倍であれば、正反射方向の光の位相が揃うため、山部、谷部からの光の干渉によって正反射光が強くなり、回折されて拡がる光の強度は弱くなる。
位相差が２πの整数倍＋πであれば、正反射方向の光の位相が反対になるので、干渉によって正反射方向の光が弱くなり、回折されて拡がる光の強度は強くなる。

ところで、可視光の波長は３８０〜７８０ｎｍのある程度広い範囲に分布している。通常の回折表示体で用いられているような、０．１０μｍ程度の深さ（波長の半分程度の光路差）以下の場合には、波長による違いは小さく大きな違いはでない。
しかし、凸凹の深さがある程度深くなると、ある波長では位相差が２πの整数倍＋πとなって回折して拡がる光が強くなり、別のある波長では位相差が２πの整数倍となって回折する光が弱くなる。このため、波長によって回折される光の強度が大きく違ってくることになる。

また、本発明の表示体では、凸凹構造がランダムであり、周期性を持っていない。このため、ホログラムや回折格子などのように、回折される光の方向が波長によって大きく変わることが無く、ほぼ同じような方向に射出される。
このため、各波長に対する回折光が重なって観察されることになり、回折光の強度の違いによる色が着くことになる。

さて、このような原理で回折光に色がつくようにするには、ピッチや深さなどを適切な値とする必要がある。ピッチに関して、まず回折される光が、波長によって異なった方向になることがないようにする必要がある。レインボウホログラムや回折格子などのように凸凹構造が周期性を持つと、波長によって異なる方向に回折するので、なるべく周期性がなくランダムになるようにする。

ただ、現実的には、全体のピッチが完全にランダムになるようにするのは難しいので、若干の周期性が残る場合も多い。この際に、周期構造による回折光の方向の違いが、照明光の大きさによる照明角度の違いよりも小さくなるようにする必要がある。

電球などの比較的小さい光源を考えた場合、５ｃｍくらいの光源で２ｍ程度の距離はなれて照明すると考えられるので、通常１．５°程度の拡がりとなる。
可視光の波長範囲内で波長による回折光の角度の違いがこの範囲に収まるようにすれば良いため、２０μｍ以上のピッチに対する周期であれば問題はない。
このため、２０μｍ以上の範囲がランダムなピッチとなるように設定してあれば問題はない。

次に、回折光の拡がりの面からピッチの条件について検討する。
回折される光と正反射方向の光が分離して観察できるように、回折される光は正反射方向から、十分離れた方向まで広く拡がることが必要である。
回折光の拡がりは、凸凹を構成している各要素の大きさに依存しており、大きさが小さいほど広い範囲に拡がる。
要素の大きさに対する、回折光の拡がりは、近似的には開口からの回折と考えることができるので、回折光の方向Φに対する強度は矩形開口の場合と同様に考え、波長をλ、要素の大きさをaとして

｛ｓｉｎｃ（π／λ×（ｓｉｎΦ）×ａ）｝^２ ・・・（式３）

の式３で表すことができる。
この分布は、無限に拡がる形になるが、通例、最初に強度が０となる角度π／λ×（ｓｉｎΦ）×ａがπとなる角度を拡がり角としており、ｓｉｎΦ＝λ／ａに対応する角度Φだけ拡がると考えられる。
通常、照明光の正反射方向近傍では、表面の反射光が目に入って観察し辛いため、照明光と観察角度は２０°程度以上違いがある。このため、回折光は空気中で２０°程度の角度拡がる必要がある。
この場合に樹脂の屈折率の影響は表面の屈折によってキャンセルされるので、空気中の波長と角度で考えればよく、ｓｉｎΦの値が１／３以上になるようにする必要がある。
可視光の波長は幅があるものの大体５００ｎｍ前後であるため、λ／ａは要素の大きさａは、１．５μｍ程度以下となる。
このため、回折する光が十分な拡がりを持つためには、平均的な要素の大きさを１．５μｍ以下にする必要があり、山と谷を合わせたピッチとしてみれば３μｍ以下にしておく必要がある。

次に、深さの面について検討を行う。
凸凹の形状が矩形波の場合に、凸凹で回折されて拡がる光の強度は、樹脂内での照明光の角度θ、屈折率ｎ、深さｄ_ｐ、波長λとして、近似的に

｛ｓｉｎ（２πｎｄ_ｐｃｏｓθ／λ）｝^２ ・・・（式４）

の式４に比例する値となる。
このため、各波長に対する等色関数ｘ（λ）、ｙ（λ）、ｚ（λ）を用いて

Ｘ＝∫ｘ（λ）｛ｓｉｎ（２πｎｄ_ｐｃｏｓθ／λ）｝^２ｄ_ｐλ ・・・（式５）

の式５からＸを計算し、同様にＹ、Ｚを計算していくことで、回折光の色を近似計算することができる。

θ＝３０°、ｎ＝１．５として、この計算法により、深さが０．１０μｍから０．３０μｍまで変化したときの回折光の色を‘０．０１μｍごとに求め、ｕ’ｖ’座標としてプロットしたグラフを図７に示す。
０．１０μｍ程度では、ほとんど白色であるが、０．１５μｍくらいで黄色系の色になり、その後、白を中心に回転するような形で色相が変化している。
このことから、色を出すために深さは０．１５μｍ以上にする必要があると考えられる。
０．３０μｍまでの変化でほぼ１週し、一応の色彩表現は可能であるが緑系の色はかなり弱い。

次に、深さが０．３０μｍから０．５０μｍまでの変化したときの回折光の色の推移を図８に示す。
この場合、図７と同じように、色相が変化しているが、この場合には、緑も表現されているため、より良い色表現が可能となっている。

さらに、深さが０．５０μｍから０．７０μｍまでの変化したときの回折光の色の推移を図９に示す。
この場合、緑と紫は表現できているが、他の色の表現は乏しくなっている。
深さが、深くなると成形が難しくなるなどの問題も生じるため、０．５０μｍ以上の深さにすることは、ほとんどメリットがない。
これらのことから深さは０．１５μｍ〜０．５０μｍにしておくのが好ましく、更に好ましくは、０．１５μｍ〜０．３０μｍにしておくのが良いと考えられる。

ところで、ピッチ、深さは単体の要素のみで考えるのではなく、そのアスペクト比（ピッチに対する深さの割合）についても考えておく必要がある。
凸凹構造はアスペクト比が高いほど、成形し辛くなるという点がある。
また、アスペクト比が高いと、凸凹の底部に光が届き難くなるため、色が出難くなる場合や、像が暗くなるということも生じる。
このためアスペクト比があまり高くなりすぎないようにする必要があり、１以下程度に抑えたほうが良い。前述したように、０．５０μｍまでの深さを用いることを考慮すると、山谷の各要素の大きさは０．５０μｍ以上にしておくほうが良く、平均的なピッチを１．０μｍ以上にするのが良いと考えられる。

以上、矩形の凸凹形状の上に反射層を設け、透明な樹脂で埋めた構成であり、深さが０．１５〜０．５０μｍの一定の値で、平均的なピッチが１．０〜３μｍでランダムな構造にしたときに回折される光に色がついて見えることを説明してきたが、ただ色がついて見えるだけでは、偽造防止媒体としての効果は小さい。

次に、このような構成の表示体で、照明光の入射角度が変化したときに、回折される光の色が変化することについて説明する。

前述したように、凸凹形状に入射した光で、山部と谷部の光路差は、屈折率ｎ、深さｄ_ｐ、波長λ、樹脂内部での角度θとして、２ｎｄ_ｐｃｏｓθとなるため、深さｄ_ｐが変化する場合のみでなく、照明光の入射角度が変化した場合も変化する。
回折する光の色は、山部と谷部の光路差の違いによって、生じるので、この場合にも深さが違ったときと同様な色変化が生じる。
スネルの法則から、照明光角度が変わったときの樹脂内部での光の角度θを求めて、前述した深さに対する色変化と同様な計算を行うことにより、照明光の角度変化に対する、色の変化を求めることができる。

このような計算により、ｎ＝１.５、ｄ＝０.３０μｍとして、照明光の角度が０°から９０°まで変化したときの色変化を求めた結果を図１０に示す。
照明光角度の変化によって、再生される色は、オレンジ系の色からシアン系の色まで変化しており、十分に違いが認識できるだけの色変化が生じている。
このことから、照明光を大きく変化させた場合に、色の変化があることを容易に判別できるため、偽造防止用の部材として用いることが可能である。

一方、通常観察する場合に生じるような、２０°〜４０°程度の小さな角度変化に対する色の変化を、図１１に示す。
この場合には、色の変化はあるものの、ほぼ黄色と見なせる程度の範囲に収まっている。
このことから、普通に観察する範囲では、ほぼ一定の色で見えるので、画像としての色表現が十分可能であり、異なる色で記録された画像に対し、十分な識別が可能である。
これらのことから、本発明のような構成により、色のついた画像が表現でき、さらに、照明光の角度の違いにより、レインボウホログラムなどより、ずっとゆるやかであるが、十分に判別可能な色変化が生じるような表示体が得られることがわかる。また、本発明は、観察者の観察角度による視認性の依存度が低く抑えられる。

ところで、ここまで凸凹の断面形状に関しては、矩形として説明をしてきているが、かならずしも矩形でなくとも、凸凹形状が適切なピッチと深さであれば、波長によって回折光強度が変化するため、色をだすことができる。
ただし、形状が良くないと、深さが深くなるに従って、正反射光の強度が低下し、また回折される光の範囲も変化するため、色の違いが出し難くなる。そのため、色の面からはなるべく矩形に近い形状が良い。
特に、山部、谷部からの光の干渉によって色がでていることから、山部、谷部の形状の影響は大きく、できるだけ山部、谷部が平面と見なせるようにするのが良い。
また、干渉によって、強めあうときと打ち消しあうときとの差が大きくなるほうが、色がでやすいことから、山部と谷部の広さが同じ程度になっているほうが良い。

図１２は、本発明の表示体の一実施例を示した概要図である。
図１２（ａ）は、表示体の形状の一例を示した立体図である。この図で、ひとつの方向に対してのみ凸凹構造が記録されており、それと垂直な方向には、ほぼ平らな構成となっている。このような構成にすると、凸凹構造によって回折される光は、一方向にのみ拡がり、垂直な方向にはほとんど拡がらないものとなる。
このため、観察する方向によって、回折光が観察できたり、できなかったりするので、このような表示体を並べて画像パターンを形成すると、見る方向によって画像パターンが変化するようなものを作成することができる。
この場合には、照明光の角度によって色変化するとともに、観察の条件によってパターンも変化することになるので、より視認性が高まり、偽造防止効果の高い表示体を提供することが可能となる。
また、光の拡がる方向が一方向に絞られることから、光の強度が強くなり、明るい画像を観察できるという利点もある。
さらに、一方向のみの凸凹で、パターンがシンプルであることから、作成や複製を行い易いという利点もある。

図１２（ｂ）、（ｃ）は、図１２（ａ）の表示体を垂直方向から観察した時の平面図である。凸部または凹部にあたる矩形が不規則なピッチで平行に配列されている。なお、凸部または凹部の平面形状１９はこれに限定するものではなく、凹凸の平面形状は方向性を持っていれば良く、図１２（ｂ）のように長方形や複数の長方形が同一直線状に複数配列されていても良い。また、それぞれの角は直角である必要はなく、図１２（ｃ）のように曲線状でも良い。また、短辺と長辺を有している。それぞれの辺は曲線でも良い。好ましくは直線であると指向性の優れた表示体を得ることができる。

（第２の領域）
次に、第２の領域について説明する。
第２の領域２５は第１の領域１５とはその構造や光学的な性質が異なる領域である。第２の領域２５は第１の領域１５とは異なる凹凸構造が形成されていてもよいし、構造が形成されていない平坦面であってもよい。また、第２の領域２５は表示体１０に複数存在していてもよい。

第２の領域２５に採用可能な構造としては、回折格子が挙げられる。回折格子は、図１
３の斜視図に示したような線状の凹凸構造（格子線）が繰り返し形成されたものであり、ピッチ０．５〜１μｍ程度、構造の高さ０．１〜０．５μｍ程度が典型的な仕様である。回折格子は回折によって虹色に輝く分光色を射出し、光源の位置や観察者の観察角度など観察条件に応じて、色や絵柄が変化する像を表示させることや、立体像を表示させることができる。

また、第２の領域２５に採用可能な別の構造として、微細な凹凸構造から成る反射防止構造体が挙げられる。反射防止構造体は、図１４の斜視図に示したような円錐状の構造２７や、角錐状の構造が整然配置されたものが典型的であり、前記構造は、可視光の波長以下（例えば４００ｎｍ以下）のピッチで配置され、構造の高さは３００μｍ以上で高いほうがより反射防止機能が高い。前記のような仕様で形成されている反射防止構造体は入射する可視光の反射を防止もしくは低減する機能を有し、観察した際に黒色もしくは暗灰色等の無彩色に見える。

また、第２の領域２５に採用可能な構造として、光散乱構造体が挙げられる。光散乱構造体は、図１５の斜視図に示したように大きさや形、構造の高さが異なる凹凸形状２８が不規則に複数配置されたものが典型的である。光散乱構造体に入射した光は、四方八方に乱反射し、観察した際には白色または白濁色に見える。光散乱構造体は典型的には、幅３μｍ以上、高さが１μｍ以上のものが多く、回折格子や反射防止構造体と比較して大きい構造である。また、その大きさや配置間隔、形状は不揃いである。そのため、光の回折や吸収が起きにくく、光を散乱する効果が得られる。

また、第２の領域２５は凹凸構造が形成されていない平坦面であってもよい。第２の領域２５を平坦面とすると、第２の領域２５は光反射層１３によって鏡面のように見える。

第２の領域２５と第１の領域１５を組み合わせることによって表示体の意匠性を向上させることができる。第２の領域には、第１の領域とは異なる光学特性を発揮する前述の構造以外の構造を形成してもよい。

（表示体の使用方法）
上述した表示体１０は、例えば、偽造防止用ラベルとして粘着材等を介して印刷物やその外の物品に貼り付けて使用することができる。表示体１０は微細な凹凸構造により表示体の正面方向に複数の波長による色を表示することができ、構造の高さを変えることでその色が変化することから偽造は困難である。このラベルを物品に支持させた場合、真正品であるこの表示体付き物品の偽造又は模造も困難である。

図１６は、偽造防止用ラベルを物品に支持させてなる表示体付き物品の一例を概略的に示す平面図である。図１７は、図１６に示す表示体付き物品のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

図１６及び図１７には、表示体付き物品の一例として、印刷物１００を描いている。この印刷物１００は、ＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）カードであって、基材２０を含んでいる。基材２０は、例えば、プラスチックからなる。基材２０の一方の主面には凹部が設けられており、この凹部にＩＣチップ３０が嵌め込まれている。ＩＣチップ３０の表面には電極が設けられており、これら電極を介してＩＣへの情報の書き込みやＩＣに記録された情報の読出しが可能である。基材２０上には、印刷層４０が形成されている。基材２０の印刷層４０が形成された面には、上述した表示体１０が例えば粘着層を介して固定されている。表示体１０は、例えば、粘着ステッカとして又は転写箔として準備しておき、これを印刷層４０に貼りつけることにより、基材２０に固定する。

この印刷物１００は、微細な凹凸構造から成る表示体１０を含んでいる。それゆえ、この印刷物１００の同一品を偽造又は模造することは困難である。しかも、この印刷物１００は、表示体１０に加えて、ＩＣチップ３０及び印刷層４０を更に含んでいるため、それらを利用した偽造防止対策を採用することができる。

なお、図１６及び図１７には、表示体１０を含んだ印刷物としてＩＣカードを例示しているが、表示体１０を含んだ印刷物は、これに限られない。例えば、表示体１０を含んだ印刷物は、磁気カード、無線カード及びＩＤ（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）カードなどの他のカードであってもよい。或いは、表示体１０を含んだ印刷物は、商品券及び株券などの有価証券であってもよい。或いは、表示体１０を含んだ印刷物は、真正品であることが確認されるべき物品に取り付けられるべきタグであってもよい。或いは、表示体１０を含んだ印刷物は、真正品であることが確認されるべき物品を収容する包装体又はその一部であってもよい。

また、図１６及び図１７に示す印刷物１００では、表示体１０を基材２０に貼り付けているが、表示体１０は、他の方法で基材に支持させることができる。例えば、基材として紙を使用した場合、表示体１０を紙に漉き込み、表示体１０に対応した位置で紙を開口させてもよい。或いは、基材として光透過性の材料を使用する場合、その内部に表示体１０を埋め込んでもよく、基材の裏面、即ち表示面とは反対側の面に表示体１０を固定してもよい。

また、表示体付き物品は、印刷物でなくてもよい。すなわち、印刷層を含んでいない物品に表示体１０を支持させてもよい。例えば、表示体１０は、美術品などの高級品に支持させてもよい。

表示体１０は、偽造防止以外の目的で使用してもよい。例えば、表示体１０は、玩具、学習教材又は装飾品等としても利用することができる。

本発明で用いる表示体は、例えば、次のようにして作成することができる。
まず、乾板上にＥＢレジストを塗布する。
このときに、レジストの粘度や、スピンコーターの回転するのを整えて、レジストの厚みが、本発明で用いるような深さを描画できるように、例えば０．５０μｍ程度になるようにする。
このようにして作成したレジスト乾板に、ＥＢ描画装置を用いて、適切な露光幅、例えば、１μｍ程度で、適当な間隔をあけながら露光を行う。デザインは「ＴＯＰ」の反転パターンとなるようにした。
「Ｔ」と「Ｐ」の文字をＸ方向が長手方向となるような縞パターンで、「Ｏ」の文字をＹ方向が長手方向となるような縞パターンとなるようにして、文字ごとにそれぞれ異なる露光量で描画を行った。
この際に、ピッチが周期的にならないように、間隔をランダムに変化させる。ただし、平均の間隔は１μｍ程度になるようにする。
このようにして、一方向の凸凹パターンを記録した乾板を現像して、露光した部分が凹むようにする。露光と現像の条件を調整して、「Ｔ」の文字部の深さが約０．３μｍ、「Ｏ」の文字部の深さが約０．２５μｍ、「Ｐ」の文字部の深さが約０．２μｍとなるようにした。
なお、この際に、凸凹の形状が若干はなまるものの、なるべく矩形に近くなるように現像条件を調整する。
このようにして作成した乾板に、蒸着によって導電層をつけて、これから電鋳することによって、乾板に記録された凸凹を金型として複製する。
透明なフィルム上にＵＶ樹脂をたらして、作成金型を密着させてフィルム面からＵＶ光を照射することによって、金型上の凸凹をフィルム上に複製する。
このようにして作成したフィルム上の凸凹面の上にアルミを蒸着する。
このようにして図１８（ａ）に示すような、凹凸部の長手方向が「Ｔ」と「Ｐ」ではＸ方向に、「Ｏ」ではＹ方向となるような複数の凹凸部によって「ＴＯＰ」がデザインされた表示体が作成された。
本実施例の表示体を図１８（ｂ）のように表示体を配置して観察すると、「Ｔ」の文字を黄色で、「Ｐ」の文字を紫色の画像として観察することができた。
また、照明光の角度を大きくしてやると、色が変化し、「Ｔ」の文字が青緑色に「Ｐ」の文字が橙色の画像として観察することができた。
また、図１８（ｃ）のように表示体を配置してＹ軸方向から観察すると、「Ｏ」の文字を青色の画像として観察することができた。
また、照明光の角度を大きくしてやると、色が変化し、「Ｏ」の文字が紫色の画像として観察することができた。

以上、述べてきたように本発明の方法を用いることで、ホログラムと同様に観察条件によって色やパターンが変化するが、レインボウホログラムよりも色変化がゆるやかであり、通常の観察条件では、ほぼ同じ色に見えるような表示体を提供することができる。
このため、レインボウホログラムと比べて、画像の違いを判別し易く、またデザインし易い表示体となるため偽造防止用の表示体として利用できる可能性がある。

３…樹脂層、４…照明光、５…正反射光、６…回折光、７…観察者、８…山部で反射された光、９…谷部で反射された光、１０…表示体、１１…光透過層、１３…反射層、１５…第１の領域、１６…セル、１７…凸部、１８…平坦部、１９…凹部または凸部の平面形状、２５…第２の領域、２６…回折格子、２７…反射防止構造体、２８…光散乱構造体、２８…長辺、２９…短辺、３０…ＩＣチップ、４０…印刷層、５０…基材、１００…印刷物、１１１…光透過性の基材、１１２…光透過性樹脂層、１５１…第１の領域（面積大）、１５２…第１の領域（面積小）、１６１…セル（面積大）、１６２…セル（面積小）、１７１…凸部（深い構造）、１７２…凸部（浅い構造）、ｄ…回折格子のピッチ、ＤＬ…＋１次回折光、ＤＬ＿ｒ…＋１次回折光（赤）、ＤＬ＿ｇ…＋１次回折光（緑）、ＤＬ＿ｂ…＋１次回折光（青）、ＧＲ…回折格子、ＩＬ…照明光、ＬＳ…光源、ＮＬ…法線、ＲＬ…０次回折光（正反射光）、α…入射角、β…射出角、β＿ｒ…波長成分Ｒの回折光の射出角、β＿ｇ…波長成分Ｇの回折光の射出角、β＿ｂ…波長成分Ｂの回折光の射出角

Claims (5)

1. 光透過性の基材と、
   前記基材の一方の面側に設けられた凹凸構造形成層と、
   前記凹凸構造形成層の少なくとも一部を被覆する反射層とを備えた積層構造から成る表示体であって、
   前記凹凸構造形成層の少なくとも一部は、整然配置された複数の第１の領域に分割されており、
   前記複数の第１の領域は、上面が前記基材面と略平行である複数の凸部又は底面が前記基材面と略平行である複数の凹部と、前記基材面と略平行な平坦部が複数配置されて構成されたセルを有し、前記セルは前記複数の第１の領域の少なくとも一部に各々設けられており、
   各セル内に形成された複数の凸部又は凹部、及び平坦部は、同じ方向に繰り返し配列されており、
   隣接する凸部又は凹部と平坦部の中心間距離の平均値は１．０μｍ以上且つ３μｍ以下であり、
   前記凸部と平坦部の高低差によって規定される構造高さ、又は、前記凹部と平坦部の高低差によって規定される構造深さは０．１５μｍ以上且つ０．５０μｍ以下であり、隣接する凸部又は凹部と平坦部の中心間距離は、ランダムであり、
   前記凸部と平坦部による構造高さ、又は、平坦部と前記凹部による構造深さが、前記セル内で略同一であり、且つ、前記構造高さ又は構造深さが複数の第１の領域毎に異なっていることを特徴とする表示体。
2. 前記凸部又は前記凹部と、前記平坦部の短辺の幅が、略同一であることを特徴とする請求項１に記載の表示体。
3. 前記第１の領域に対して垂直な方向から平行光で照明した場合に、特定方向に回折光を射出し、前記特定方向と垂直な方向には回折光を射出しない請求項１または２のいずれかに記載の表示体。
4. 前記第１の領域の近傍に、第２の領域を有し、前記第２の領域は、前記第１の領域とは光学特性が異なる構造を備えており、回折格子、凹凸構造から成る反射防止構造体、光散乱構造体、平坦部のうち少なくとも一つから選ばれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示体。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の表示体とこれを支持した物品とを具備した表示体付き物品。