JP6766579B2 - Manufacturing method of optical device and optical device - Google Patents

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Description

本発明は、構造色を利用した光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法に関する。 The present invention relates to an optical device using structural colors and a method for manufacturing the optical device.

モルフォ蝶の鱗粉や玉虫の表皮に代表される構造色は、色素が呈する色のように分子における電子遷移に起因して視認される色とは異なり、光の回折や干渉や散乱といった、物体の構造に起因した光学現象の作用によって視認される色である。例えば、多層膜干渉による構造色は、多層膜の各界面で反射した特定の波長域の光が干渉により強められることによって生じる構造色である。このように、多層膜干渉によって特定の波長域の光を取り出すことができるため、多層膜干渉の原理は、特定の波長域の光を選択的に透過もしくは反射することによって波長の選別を可能とする光学デバイスに利用されている。 Structural colors such as morpho butterfly scales and jade skin are different from the colors that are visible due to electron transitions in molecules, such as the colors exhibited by pigments, and are different from the colors that are visible due to electron transitions in molecules, such as light diffraction, interference, and scattering. It is a color that is visually recognized by the action of an optical phenomenon caused by the structure. For example, the structural color due to multi-layer film interference is a structural color generated by the interference of light in a specific wavelength range reflected at each interface of the multi-layer film. In this way, since light in a specific wavelength range can be extracted by multilayer interference, the principle of multilayer interference makes it possible to select wavelengths by selectively transmitting or reflecting light in a specific wavelength range. It is used in optical devices.

しかしながら、多層膜干渉によって取り出すことのできる波長域は、多層膜における各層の膜厚等の層構成に依存するため、多層膜干渉を利用した光学デバイスでは、選択したい波長域ごとに、互いに異なる層構成の多層膜を形成する必要がある。したがって、選択される波長域の違いによる光学デバイスの製造工程の違いが大きいため汎用性に乏しく、また、選択される波長域が互いに異なる複数の領域を有する光学デバイスの製造工程は非常に複雑にならざるを得ない。 However, the wavelength range that can be extracted by multi-layer film interference depends on the layer structure such as the film thickness of each layer in the multi-layer film. Therefore, in an optical device using multi-layer film interference, different layers are used for each wavelength range to be selected. It is necessary to form a multilayer film having a structure. Therefore, the manufacturing process of the optical device differs greatly depending on the selected wavelength range, so that the versatility is poor, and the manufacturing process of the optical device having a plurality of regions in which the selected wavelength ranges are different from each other is very complicated. I have no choice but to become.

多層膜干渉とは異なる光学現象によって波長を選別する光学デバイスとして、導波モード共鳴現象を利用した光学デバイスが提案されている。この光学デバイスは、光の波長よりも小さい周期で並ぶ回折格子であるサブ波長格子を有する。サブ波長格子に光が入射すると、入射側空間への回折光の射出が抑えられる一方で、特定の波長域の光が多重反射しながら伝播することにより共鳴を起こし、この特定の波長域の光が反射光として強く射出される導波モード共鳴現象が生じる。 As an optical device that selects wavelengths by an optical phenomenon different from multilayer film interference, an optical device using a waveguide mode resonance phenomenon has been proposed. This optical device has a sub-wavelength grating that is a diffraction grating that is arranged at 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, causing resonance and light in this specific wavelength range. Wavelength mode resonance phenomenon occurs in which 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、こうした構造のデバイスにおいて、取り出される光の強度を高めるため、すなわち、波長選択性に優れた反射光や透過光を得るためには、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、サブ波長格子領域を伝搬する光の多重反射によるロスを小さくすることが望ましい。そのためには、合成石英からなる基板上に単結晶のSiが形成されたSOQ(Silicon on Quartz)基板を用いる必要があるため、製造コストの増大が生じる。 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 a device having such a structure, in order to increase the intensity of the extracted light, that is, to obtain reflected light or transmitted light having excellent wavelength selectivity, as described in Patent Document 1, the substrate is made of synthetic quartz. It is desirable to secure a large difference in the 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 propagating in the sub-wavelength lattice region. 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、素子から出射される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素子の製造が可能であり、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 resin, the wavelength selectivity of the light emitted from the element is enhanced by propagating the multiple reflected light into the waveguide layer. Be done. Further, since the nanoimprint method can be used as a method for forming the convex portion and the waveguide layer from the resin, it is possible to easily manufacture the device while reducing the material cost, and the manufacturing cost can also be reduced. ..

特許第5023324号明細書Japanese Patent No. 5023324 特開2009−25558号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-25558

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、光学デバイス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、製造工程において、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。 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 manufacture of an optical device. For example, when the convex portion and the waveguide layer are formed by the nanoimprint method, they are pressed against the resin material in order to form the convex portion in the resin material coated on the base material in the manufacturing process. Since the residual film portion sandwiched between the intaglio plate and the base material forms the waveguide layer, it is difficult to precisely control the thickness of the waveguide layer.

それゆえ、導波モード共鳴現象を利用して選択された波長域の光を出射する光学デバイスとして、波長選択性に優れるとともに製造の容易な構造を有する光学デバイスが望まれている。 Therefore, as an optical device that emits light in a wavelength range selected by utilizing the waveguide mode resonance phenomenon, an optical device having excellent wavelength selectivity and a structure that is easy to manufacture is desired.

本発明は、波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することのできる製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of easily manufacturing an optical device having enhanced wavelength selectivity, and an optical device manufactured by this manufacturing method.

上記課題を解決する光学デバイスの製造方法は、入射光を透過する材料から構成される光学デバイスの製造方法であって、第1低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部と、前記複数の凸部の並ぶ方向に沿って前記凸部と交互に並ぶ凹部であって、前記表面と対向する方向から見て前記複数の凸部の面積と等しい面積を有する複数の凹部とを形成することによって、前記凸部と前記凹部とを有する凹凸構造層を形成する第1工程と、前記第1低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に、前記凸部の高さよりも小さい厚さを有する高屈折率層を形成する第2工程であって、前記高屈折率層として、前記凹部上に位置する第1サブ波長格子と、前記凸部上に位置して前記第1サブ波長格子と同一の格子周期を有する第2サブ波長格子とを含む層を形成する第2工程と、前記凹凸構造層と前記高屈折率層とからなる構造体の表面に、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第2低屈折率材料からなる埋め込み層を形成することにより、前記構造体が有する凹凸を前記第2サブ波長格子上まで前記第2低屈折率材料で埋める第3工程と、 を含む。 A method for manufacturing an optical device that solves the above problems is a method for manufacturing an optical device composed of a material that transmits incident light, and a plurality of methods that are arranged on the surface of a layer made of a first low refractive index material at sub-wavelength periods. A plurality of concave portions that are alternately arranged with the convex portions along the direction in which the plurality of convex portions are arranged, and have an area equal to the area of the plurality of convex portions when viewed from a direction facing the surface. The first step of forming the concavo-convex structure layer having the convex portion and the concave portion by forming the concave portion of the above, and using a high refractive index material having a higher refractive index than the first low refractive index material. A second step of forming a high refractive index layer having a thickness smaller than the height of the convex portion on the surface of the concave-convex structure layer, wherein the high refractive index layer is located on the concave portion. A second step of forming a layer including a sub-wavelength lattice and a second sub-wavelength lattice located on the convex portion and having the same lattice period as the first sub-wavelength lattice, the uneven structure layer and the height. By forming an embedded layer made of a second low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material on the surface of the structure made of the refractive index layer, the unevenness of the structure is made the second It includes a third step of filling the sub-wavelength lattice with the second low refractive index material.

上記製法によって製造された光学デバイスに光が入射すると、2つのサブ波長格子の各々を含む領域にて導波モード共鳴現象が発生する。そして、一方の領域にて多重反射する過程で漏れ出て他方の領域に入った特定の波長域の光は、他方の領域を多重反射しつつ伝播し、光学デバイスからは、2つの領域の各々で強められた上記特定の波長域の光が反射光として射出される。そして、入射光のなかで上記強められた波長域を除く波長域の光が、光学デバイスを透過して、透過光として射出される。したがって、上記構成の光学デバイスによれば、1つのサブ波長格子のみを有する光学デバイスと比較して、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る。すなわち、上記製造方法によれば、サブ波長格子に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、光学デバイスの波長選択性が高められるため、波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することができる。 When light is incident on the optical device manufactured by the above manufacturing method, a waveguide mode resonance phenomenon occurs in a region including each of the two sub-wavelength lattices. Then, the light in a specific wavelength region that leaks out in the process of multiple reflection in one region and enters the other region propagates while being multiple reflected in the other region, and is propagated from the optical device in each of the two regions. The light in the above-mentioned specific wavelength range enhanced by is emitted as reflected light. Then, among the incident light, light in a wavelength range other than the enhanced wavelength range is transmitted through the optical device and emitted as transmitted light. Therefore, according to the optical device having the above configuration, the intensity of the light in the specific wavelength region emitted as the reflected light is higher than that of the optical device having only one sub-wavelength lattice. That is, according to the above manufacturing method, the wavelength selectivity of the optical device is enhanced without requiring precise control of the film thickness of the layer in contact with the sub-wavelength lattice, so that the optical device with enhanced wavelength selectivity can be easily produced. Can be manufactured in.

上記製法において、前記第1工程では、前記第1低屈折率材料である樹脂からなる塗工層に凹版を押し付け、前記樹脂を硬化させた後に前記凹版を離型して前記凹版の有する凹凸を前記樹脂に転写することにより、前記凹凸構造層を形成し、前記第2工程では、前記高屈折率材料として無機化合物を含む材料を用いて、前記高屈折率層を形成し、前記第3工程では、前記構造体の表面に、前記第2低屈折率材料である樹脂を塗工し、塗工した樹脂を硬化させることにより、前記埋め込み層を形成してもよい。 In the above manufacturing method, in the first step, the concave plate is pressed against the coating layer made of the resin which is the first low refractive index material, the resin is cured, and then the concave plate is released to remove the unevenness of the concave plate. By transferring to the resin, the uneven structure layer is formed, and in the second step, the high refractive index layer is formed by using a material containing an inorganic compound as the high refractive index material, and the third step. Then, the embedded layer may be formed by applying a resin which is the second low refractive index material to the surface of the structure and curing the applied resin.

上記製法によれば、ナノインプリント法を用いて凹凸構造層の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層を好適に、かつ、簡便に形成することができる。 According to the above manufacturing method, since the concave-convex structure layer is formed by using the nanoimprint method, the uneven structure layer having fine irregularities can be preferably and easily formed.

上記製法において、前記第3工程では、2つの前記構造体を、前記高屈折率層同士が向かい合うように対向させ、2つの前記構造体の間の領域を前記第2低屈折率材料で埋めることによって、前記埋め込み層を形成してもよい。 In the above manufacturing method, in the third step, the two structures are opposed to each other so that the high refractive index layers face each other, and the region between the two structures is filled with the second low refractive index material. May form the embedded layer.

上記製法によれば、サブ波長格子を4つ以上備える光学デバイスを容易に製造することができる。こうした光学デバイスによれば、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。 According to the above manufacturing method, an optical device having four or more sub-wavelength lattices can be easily manufactured. According to such an optical device, 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.

上記課題を解決する光学デバイスは、入射光を透過する材料から構成された光学デバイスであって、第1サブ波長格子を構成する複数の第1高屈折率部と、前記第1高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第1低屈折率部とを有し、前記第1高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第1高屈折率部と前記第1低屈折率部とが交互に位置する第1格子領域と、前記第1高屈折率部と同一の材料から構成されて第2サブ波長格子を構成する複数の第2高屈折率部と、前記第2高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第2低屈折率部とを有し、前記第2高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第2高屈折率部と前記第2低屈折率部とが交互に位置する第2格子領域と、前記第1格子領域の平均屈折率および前記第2格子領域の平均屈折率の各々よりも低い屈折率をそれぞれが有する第1低屈折率領域、第2低屈折率領域、および、第3低屈折率領域と、を備え、前記第1格子領域は、当該第1格子領域の厚さ方向に前記第1低屈折率領域と前記第2低屈折率領域とに挟まれ、前記第2格子領域は、当該第2格子領域の厚さ方向に前記第2低屈折率領域と前記第3低屈折率領域とに挟まれ、前記第1サブ波長格子の格子周期と前記第2サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しい周期であり、前記第1格子領域における前記複数の第1高屈折率部の体積比率と、前記第2格子領域における前記複数の第2高屈折率部の体積比率とは同一であり、前記第1格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第1高屈折率部と前記第2低屈折率部とが重なり、前記第2高屈折率部と前記第1低屈折率部とが重なっている。 The optical device that solves the above problems is an optical device made of a material that transmits incident light, and includes a plurality of first high refractive index portions constituting the first sub-wavelength lattice and the first high refractive index portion. It has a plurality of first low refractive index portions having a lower refractive index than, and the first high refractive index portion and the first low refractive index portion are arranged along the direction in which the first high refractive index portions are arranged. A first lattice region located alternately, a plurality of second high refractive index portions composed of the same material as the first high refractive index portion to form a second sub-frequency lattice, and the second high refractive index portion. It has a plurality of second low refractive index portions having a lower refractive index than, and the second high refractive index portion and the second low refractive index portion are arranged along the direction in which the second high refractive index portions are arranged. The first low refractive index region and the second low refractive index region, each of which has a second lattice region located alternately, and a refractive index lower than each of the average refractive index of the first lattice region and the average refractive index of the second lattice region. A refractive index region and a third low refractive index region are provided, and the first lattice region includes the first low refractive index region and the second low refractive index region in the thickness direction of the first lattice region. The second lattice region is sandwiched between the second low refractive index region and the third low refractive index region in the thickness direction of the second lattice region, and the lattice period of the first sub-frequency lattice is sandwiched between the two. And the lattice periods of the second sub-wavelength lattice are equal periods to each other, and the volume ratio of the plurality of first high refractive index portions in the first lattice region and the plurality of firsts in the second lattice region. The volume ratio of the two high refractive index portions is the same, and the first high refractive index portion and the second low refractive index portion overlap when viewed from the direction along the thickness direction of the first lattice region. The second high refractive index portion and the first low refractive index portion overlap each other.

上記構成によれば、第1格子領域と第2格子領域との各格子領域が、サブ波長格子を有すること、および、各格子領域が、各格子領域の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域に挟まれていることから、各格子領域に光が入射すると、各格子領域では、入射側空間への回折光の射出が抑えられて導波モード共鳴現象が発生する。そして、各格子領域の格子周期および高屈折率部の体積比率が同一であることにより、第1格子領域で共鳴を起こす光の波長域と第2格子領域で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。 According to the above configuration, each lattice region of the first lattice region and the second lattice region has a sub-wavelength lattice, and each lattice region has a low refractive index lower than the refractive index of each lattice region. Since it is sandwiched between the refractive index regions, when light is incident on each lattice region, the emission of diffracted light into the incident side space is suppressed in each lattice region, and a waveguide mode resonance phenomenon occurs. Since the lattice period of each lattice region and the volume ratio of the high refractive index portion are the same, the wavelength region of light that causes resonance in the first lattice region and the wavelength region of light that causes resonance in the second lattice region are Match.

したがって、一方の格子領域にて多重反射する過程で漏れ出て他方の格子領域に入った特定の波長域の光は、他方の格子領域を多重反射しつつ伝播し、光学デバイスからは、第1格子領域で強められた波長域の反射光と、第2格子領域で強められた波長域の反射光とが射出される。そして、入射光のなかで上記強められた波長域を除く波長域の光が、光学デバイスを透過して、光学デバイスから射出される。 Therefore, the light in a specific wavelength region that leaks out in the process of multiple reflection in one lattice region and enters the other lattice region propagates while being multiple reflected in the other lattice region, and is first transmitted from the optical device. The reflected light in the wavelength region enhanced in the lattice region and the reflected light in the wavelength region enhanced in the second lattice region are emitted. Then, among the incident light, light in a wavelength range other than the enhanced wavelength range is transmitted through the optical device and emitted from the optical device.

このように、上記構成の光学デバイスによれば、2つの格子領域の各々で強められた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光学デバイスと比較して、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る。すなわち、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、波長選択性が高められるため、容易な製造が可能である。 As described above, according to the optical device having the above configuration, the light in the wavelength region enhanced in each of the two lattice regions is obtained as the reflected light, so that the light is reflected as compared with the optical device having only one lattice region. The intensity of light in the specific wavelength range emitted as light increases. That is, since the wavelength selectivity is enhanced without requiring precise control of the film thickness of the layer in contact with the lattice region, easy production is possible.

上記構成において、前記第1低屈折率領域と、前記第1低屈折率部と、前記第2低屈折率領域のなかで前記第1低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する1つの構造体である第1構造体であり、前記第3低屈折率領域と、前記第2低屈折率部と、前記第2低屈折率領域のなかで前記第2低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する1つの構造体である第2構造体であってもよい。
上記構成によれば、1つの構造体である部分を、上述の製造方法を用いて1つの工程にて製造することができるため、光学デバイスの容易な製造が可能である。
In the above configuration, the first low refractive index region, the first low refractive index portion, and the portion of the second low refractive index region adjacent to the first low refractive index portion are continuous with each other. It is a first structure which is one structure, and is adjacent to the third low refractive index region, the second low refractive index portion, and the second low refractive index portion in the second low refractive index region. The portion to be used may be a second structure which is one structure which is continuous with each other.
According to the above configuration, since the portion which is one structure can be manufactured in one step by using the above-mentioned manufacturing method, an optical device can be easily manufactured.

上記構成において、前記第1構造体と前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部との屈折率差は0.2よりも大きく、前記第2構造体と前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部との屈折率差は0.2よりも大きくてもよい。 In the above configuration, the difference in refractive index between the first structure and the first high refractive index portion and the second high refractive index portion is larger than 0.2, and the second structure and the first high refractive index are The difference in refractive index between the portion and the second high refractive index portion may be larger than 0.2.

上記構成によれば、各格子領域にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイスにおける波長選択性がより高められる。 According to the above configuration, the waveguide mode resonance phenomenon is likely to occur favorably in each lattice region, and the intensity of the reflected light from each lattice region is further enhanced. Therefore, the wavelength selectivity in the optical device is further enhanced.

上記構成において、前記第1構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、前記第2構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部を構成する材料は、無機化合物を含んでもよい。 In the above configuration, the material constituting the first structure is any of an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin, and the material constituting the second structure is ultraviolet curable. The material which is any of a resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin and which constitutes the first high refractive index portion and the second high refractive index portion may contain an inorganic compound.

上記構成によれば、各格子領域にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイスにおける波長選択性がより高められる。また、光学デバイスの製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。 According to the above configuration, the waveguide mode resonance phenomenon is likely to occur favorably in each lattice region, and the intensity of the reflected light from each lattice region is further enhanced. Therefore, the wavelength selectivity in the optical device is further enhanced. Further, it is possible to reduce the material cost required for manufacturing the optical device and to apply a simple manufacturing method such as the nanoimprint method.

上記構成において、前記第2低屈折率領域は、前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部と同一の材料から構成された第3高屈折率部を有し、前記第3高屈折率部は、前記第1格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て互いに隣り合う前記第1高屈折率部と前記第2高屈折率部との端部間で、前記第2低屈折率領域の厚さ方向に沿って延びていてもよい。 In the above configuration, the second low refractive index region has the first high refractive index portion and the third high refractive index portion made of the same material as the second high refractive index portion, and the third high refractive index portion. The refractive index portion is the second low between the ends of the first high refractive index portion and the second high refractive index portion that are adjacent to each other when viewed from the direction along the thickness direction of the first lattice region. It may extend along the thickness direction of the refractive index region.

上記構成によれば、真空蒸着法を利用した高屈折率部の形成が可能であり、サブ波長格子の好適な形成が可能である。そして、この場合であっても、導波モード共鳴現象を生じさせるための第2低屈折率領域の構成が好適に実現される。 According to the above configuration, it is possible to form a high refractive index portion by using a vacuum vapor deposition method, and it is possible to form a suitable sub-wavelength lattice. Even in this case, the configuration of the second low refractive index region for causing the waveguide mode resonance phenomenon is preferably realized.

上記構成において、前記複数の第1高屈折率部、前記複数の第1低屈折率部、前記複数の第2高屈折率部、および、前記複数の第2低屈折率部の各々は、共通する1つの方向に帯状に延びる形状を有していてもよい。 In the above configuration, the plurality of first high refractive index portions, the plurality of first low refractive index portions, the plurality of second high refractive index portions, and the plurality of second low refractive index portions are common. It may have a shape extending in a band shape in one direction.

上記構成によれば、各格子領域にて、サブ波長格子の格子周期および第1高屈折率部の体積比率を一致させることが容易である。また、サブ波長格子の製造が容易である。 According to the above configuration, it is easy to match the lattice period of the sub-wavelength lattice and the volume ratio of the first high refractive index portion in each lattice region. Moreover, the production of the sub-wavelength lattice is easy.

上記構成において、前記第1格子領域、前記第2格子領域、前記第1低屈折率領域、前記第2低屈折率領域、および、前記第3低屈折率領域から構成される部分が共鳴構造部であり、前記光学デバイスは、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 lattice region, the second lattice region, the first low refractive index region, the second low refractive index region, and the third low refractive index region is a resonance structure portion. The optical device may include a plurality of the resonance structures arranged along the thickness direction of the resonance structure.

上記構成によれば、光学デバイスが4つ以上の格子領域を備えるため、光学デバイス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。 According to the above configuration, since the optical device includes four or more lattice regions, the wavelength selectivity of the optical device is further enhanced, and the degree of freedom in adjusting the wavelength range included in the reflected light and the transmitted light is increased. Is possible.

上記構成において、前記複数の共鳴構造部の各々が有する前記第1サブ波長格子および前記第2サブ波長格子の格子周期は、前記複数の共鳴構造部において等しくてもよい。 In the above configuration, the lattice periods of the first sub-wavelength lattice and the second sub-wavelength lattice of each of the plurality of resonance structure portions may be the same in the plurality of resonance structure portions.

上記構成によれば、各格子領域で共鳴を起こす光の波長域は一致するため、光学デバイスに光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、各格子領域で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイスから射出されるため、反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。 According to the above configuration, the wavelength ranges of the light that causes resonance in each lattice region are the same. Therefore, when the light is incident on the optical device, the light in the specific wavelength range that is multiple-reflected in the upper lattice region is multiplexed. The light leaking from this lattice region in the process of reflection enters the underlying lattice region and is multiple-reflected, and this phenomenon is repeated as many times as the number of lattice regions. As a result, the reflected light in a specific wavelength region enhanced in each lattice region is emitted from the optical device, so that the intensity of the light in the specific wavelength region emitted as the reflected light becomes higher, and the wavelength of the reflected light is increased. The selectivity is further enhanced.

上記構成において、前記複数の共鳴構造部には、第1共鳴構造部と第2共鳴構造部とが含まれ、前記第1共鳴構造部の有する前記第1サブ波長格子および前記第2サブ波長格子の格子周期と、前記第2共鳴構造部の有する前記第1サブ波長格子および前記第2サブ波長格子の格子周期とは、互いに異なっていてもよい。 In the above configuration, the plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion, and the first sub-wavelength lattice and the second sub-wavelength lattice of the first resonance structure portion. The lattice period of the above and the lattice periods of the first sub-wavelength lattice and the second sub-wavelength lattice of the second resonance structure may be different from each other.

上記構成によれば、第1共鳴構造部の有する各格子領域にて共鳴を起こす光の波長域と、第2共鳴構造部の有する各格子領域にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。したがって、光学デバイスに光が入射したとき、上層の共鳴構造部の各格子領域で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった波長域の光は、この共鳴構造部を透過して、下層の共鳴構造部に入り、上層の共鳴構造部とは異なる波長域の光が、下層の共鳴構造部の各格子領域で多重反射する。その結果、光学デバイスからは、第1共鳴構造部の格子領域にて強められた第1の波長域の光と、第2共鳴構造部の有する格子領域にて強められた第2の波長域の光とを含む反射光が射出される。また、光学デバイスへの入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第1の波長域および第2の波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。したがって、光学デバイスにて、反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。したがって、各共鳴構造部が有するサブ波長格子の格子周期の設定を通じて、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。 According to the above configuration, the wavelength range of light that resonates in each lattice region of the first resonance structure and the wavelength range of light that resonates in each lattice region of the second resonance structure are mutually exclusive. different. Therefore, when light is incident on the optical device, light in a specific wavelength range is multiple-reflected in each lattice region of the upper resonance structure portion, and light in a wavelength region that is not multiple-reflected is transmitted through this resonance structure portion. Then, it enters the lower resonance structure and light in a wavelength range different from that of the upper resonance structure is repeatedly reflected in each lattice region of the lower resonance structure. As a result, from the optical device, the light in the first wavelength region enhanced in the lattice region of the first resonance structure portion and the light in the second wavelength region enhanced in the lattice region of the second resonance structure portion. Reflected light including light is emitted. Further, among the wavelength ranges included in the light incident on the optical device, the light in the wavelength range other than the first wavelength range and the second wavelength range emitted as the reflected light is emitted as transmitted light. Therefore, in the optical device, it is possible to widen the wavelength range included in the reflected light and narrow the wavelength range included in the transmitted light while increasing the intensity of the reflected light. Therefore, the degree of freedom in adjusting the hue observed as reflected light or transmitted light can be increased by setting the lattice period of the sub-wavelength lattice of each resonance structure.

上記構成において、前記複数の共鳴構造部の各々において、前記複数の第1高屈折率部、前記複数の第1低屈折率部、前記複数の第2高屈折率部、および、前記複数の第2低屈折率部の各々である要素部は、1つの方向に帯状に延びる形状を有し、前記複数の共鳴構造部には、第1共鳴構造部と第2共鳴構造部とが含まれ、前記第1共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向と、前記第2共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向とは、互いに異なってもよい。 In the above configuration, in each of the plurality of resonance structure portions, the plurality of first high refractive index portions, the plurality of first low refractive index portions, the plurality of second high refractive index portions, and the plurality of firsts. The element portion, which is each of the two low refractive index portions, has a shape extending in a band shape in one direction, and the plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion. The extending direction of the element portion of the first resonance structure portion and the extending direction of the element portion of the second resonance structure portion may be different from each other.

上記構成によれば、各共鳴構造部の格子領域では、入射光に含まれる光のうち、サブ波長格子の配列方向に応じた方向に偏光した光が共鳴を起こす。第1共鳴構造部と第2共鳴構造部とでサブ波長格子の配列方向が異なっていることにより、第1共鳴構造部の格子領域と第2共鳴構造部の格子領域とでは、入射光に含まれる光のうち、互いに異なる方向へ偏光した光が共鳴を起こして、それぞれの共鳴構造部から射出される。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。 According to the above configuration, in the lattice region of each resonance structure portion, among the light contained in the incident light, the light polarized in the direction corresponding to the arrangement direction of the sub-wavelength lattice causes resonance. Since the arrangement directions of the sub-wavelength lattices are different between the first resonance structure portion and the second resonance structure portion, the lattice region of the first resonance structure portion and the lattice region of the second resonance structure portion are included in the incident light. Of the light, the light polarized in different directions resonates and is emitted from each resonance structure. Therefore, the reflected light is efficiently emitted from the incident light containing the polarized light components in various directions, so that the intensity of the reflected light is further increased.

本発明によれば、波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することができる。 According to the present invention, an optical device having enhanced wavelength selectivity can be easily manufactured.

光学デバイスの第1実施形態について、光学デバイスの断面構造と格子領域の平面構造とを示す図。The figure which shows the cross-sectional structure of an optical device, and the planar structure of a lattice region about 1st Embodiment of an optical device. 光学デバイスの製造方法の第1実施形態について、凹凸構造層の形成工程を示す図。The figure which shows the formation process of the concavo-convex structure layer about 1st Embodiment of the manufacturing method of an optical device. 光学デバイスの製造方法の第1実施形態について、高屈折率層の形成工程を示す図。The figure which shows the formation process of the high refractive index layer about 1st Embodiment of the manufacturing method of an optical device. 光学デバイスの製造方法の第1実施形態について、埋め込み層の形成工程を示す図。The figure which shows the formation process of the embedded layer about 1st Embodiment of the manufacturing method of an optical device. 第1実施形態の光学デバイスにおける第2低屈折率領域の構成例を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration example of a second low refractive index region in the optical device of the first embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの変形例を示す断面図。The cross-sectional view which shows the modification of the optical device of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの変形例を示す断面図。The cross-sectional view which shows the modification of the optical device of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの適用例である波長選択フィルタの作用を示す図。The figure which shows the operation of the wavelength selection filter which is an application example of the optical device of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの適用例である表示体の平面構造を示す図。The figure which shows the planar structure of the display body which is an application example of the optical device of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの適用例である表示体の作用を示す図。The figure which shows the operation of the display body which is an application example of the optical device of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの適用例であるカラーフィルタの平面構造を示す図。The figure which shows the planar structure of the color filter which is an application example of the optical device of 1st Embodiment. 第1実施形態の光学デバイスの適用例であるカラーフィルタの作用を示す図。The figure which shows the operation of the color filter which is an application example of the optical device of 1st Embodiment. 光学デバイスの第2実施形態について、光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure of the optical device according to the second embodiment of the optical device. 光学デバイスの第2実施形態について、光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the cross-sectional structure of the optical device according to the second embodiment of the optical device. 光学デバイスの製造方法の第2実施形態について、凹凸構造体が向かい合わされた状態を示す図。The figure which shows the state which the concavo-convex structure faces each other about the 2nd Embodiment of the manufacturing method of an optical device. 光学デバイスの製造方法の第2実施形態について、埋め込み層の形成工程を示す図。The figure which shows the formation process of the embedded layer about 2nd Embodiment of the manufacturing method of an optical device. 光学デバイスの第3実施形態について、光学デバイスの斜視構造を示す斜視図。A perspective view showing a perspective structure of an optical device according to a third embodiment of the optical device. 光学デバイスの第3実施形態について、光学デバイスを領域ごとに分割して示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing the optical device divided into regions for the third embodiment of the optical device. 変形例の光学デバイスにおける格子領域の平面構造を示す平面図。The plan view which shows the planar structure of the lattice region in the optical device of a modification. 変形例の光学デバイスにおける凹凸構造層の斜視構造を示す斜視図。The perspective view which shows the perspective structure of the concave-convex structure layer in the optical device of a modification. 実施例2のサブ波長格子パターンを簡略化して示す図。The figure which shows the sub-wavelength lattice pattern of Example 2 in a simplified manner.

(第1実施形態) (First Embodiment)

図1〜図7を参照して、光学デバイスの製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスの第1実施形態について説明する。光学デバイスは、光学デバイス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。光学デバイスの選択対象の波長域は特に限定されないが、例えば、光学デバイスは、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以下としている。 A method for manufacturing an optical device and a first embodiment of the optical device manufactured by this manufacturing method will be described with reference to FIGS. 1 to 7. The optical device has a function of extracting light in a specific wavelength range from the light incident on the optical device by reflecting or transmitting it. The wavelength range to be selected by the optical device is not particularly limited, but for example, the optical device 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.

[光学デバイスの構成]
図1を参照して、第1実施形態の製造方法の製造対象である光学デバイスの構成について説明する。図1が示すように、光学デバイス10は、基材11、第1低屈折率領域12、第1格子領域13、第2低屈折率領域14、第2格子領域15、および、第3低屈折率領域16を備えている。第1低屈折率領域12、第1格子領域13、第2低屈折率領域14、第2格子領域15、および、第3低屈折率領域16の各々は、層状に広がっており、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、各領域の厚さ方向であり、光学デバイス10の厚さ方向である。また、基材11に対する第3低屈折率領域16の側が光学デバイス10の表面側であり、第3低屈折率領域16に対する基材11の側が、光学デバイス10の裏面側である。図1においては、光学デバイス10の断面構造を示すとともに、第1格子領域13の平面構造と第2格子領域15の平面構造とを、これらの領域を一部破断させて示している。
[Optical device configuration]
With reference to FIG. 1, the configuration of the optical device to be manufactured by the manufacturing method of the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the optical device 10 includes a base material 11, a first low refractive index region 12, a first lattice region 13, a second low refractive index region 14, a second lattice region 15, and a third low refractive index region. It has a rate region 16. Each of the first low refractive index region 12, the first lattice region 13, the second low refractive index region 14, the second lattice region 15, and the third low refractive index region 16 spreads in a layered manner, and the base material 11 They are arranged in this order from the position closest to. The direction in which the regions are arranged is the first direction, that is, the thickness direction of each region, and the thickness direction of the optical device 10. Further, the side of the third low refractive index region 16 with respect to the base material 11 is the front surface side of the optical device 10, and the side of the base material 11 with respect to the third low refractive index region 16 is the back surface side of the optical device 10. In FIG. 1, the cross-sectional structure of the optical device 10 is shown, and the planar structure of the first lattice region 13 and the planar structure of the second lattice region 15 are shown by partially breaking these regions.

基材11は板状を有し、基材11の有する面のうち、光学デバイス10の表面側に位置する面が基材11の表面である。光学デバイス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 optical device 10 is the surface of the base material 11. When the selection target of the optical device 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、複数の第1高屈折率部13aと複数の第1低屈折率部13bとを有する。第1高屈折率部13aと第1低屈折率部13bとの各々は、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、1つの方向である第2方向に沿って延びる帯形状を有している。第1高屈折率部13aと第1低屈折率部13bとは、第2方向と直交する第3方向に沿って交互に並んでいる。第2方向と第3方向とは、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1格子領域13は、第1方向に沿って、第1低屈折率領域12と第2低屈折率領域14とに挟まれており、これらの領域の各々と接している。 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 plurality of first high refractive index portions 13a and a plurality of first low refractive index portions 13b. Each of the first high refractive index portion 13a and the first low refractive index portion 13b is viewed in one direction when viewed from a direction facing the surface of the base material 11, that is, when viewed from a direction along the first direction. It has a strip shape that extends along a second direction. The first high refractive index portion 13a and the first low refractive index portion 13b are alternately arranged along a third direction orthogonal to the second direction. 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 first lattice region 13 is sandwiched between the first low refractive index region 12 and the second low refractive index region 14 along the first direction, and is in contact with each of these regions.

第2格子領域15は、複数の第2高屈折率部15aと複数の第2低屈折率部15bとを有する。第2高屈折率部15aと第2低屈折率部15bとの各々は、第1方向に沿った方向から見て、第2方向に沿って延びる帯形状を有し、第2高屈折率部15aと第2低屈折率部15bとは、第3方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、第1高屈折率部13aおよび第1低屈折率部13bの延びる方向と、第2高屈折率部15aおよび第2低屈折率部15bの延びる方向とは一致しており、第1高屈折率部13aおよび第1低屈折率部13bの並ぶ方向と、第2高屈折率部15aおよび第2低屈折率部15bの並ぶ方向とは一致している。そして、第1方向に沿った方向から見て、第1高屈折率部13aと第2低屈折率部15bとが重なり、第2高屈折率部15aと第1低屈折率部13bとが重なっている。第2格子領域15は、第1方向に沿って、第2低屈折率領域14と第3低屈折率領域16とに挟まれて、これらの領域の各々と接している。なお、図1においては、第1格子領域13と第2格子領域15との平面構造について、第1高屈折率部13aと第2高屈折率部15aとにドットを付して示している。 The second lattice region 15 has a plurality of second high refractive index portions 15a and a plurality of second low refractive index portions 15b. Each of the second high refractive index portion 15a and the second low refractive index portion 15b has a band shape extending along the second direction when viewed from the direction along the first direction, and the second high refractive index portion 15a. The 15a and the second low refractive index portion 15b are alternately arranged along the third direction. That is, the extending direction of the first high refractive index portion 13a and the first low refractive index portion 13b coincides with the extending direction of the second high refractive index portion 15a and the second low refractive index portion 15b, and the first high. The direction in which the refractive index portions 13a and the first low refractive index portion 13b are arranged coincides with the direction in which the second high refractive index portion 15a and the second low refractive index portion 15b are arranged. Then, when viewed from the direction along the first direction, the first high refractive index portion 13a and the second low refractive index portion 15b overlap, and the second high refractive index portion 15a and the first low refractive index portion 13b overlap. ing. The second lattice region 15 is sandwiched between the second low refractive index region 14 and the third low refractive index region 16 along the first direction, and is in contact with each of these regions. In FIG. 1, the planar structure of the first lattice region 13 and the second lattice region 15 is shown by adding dots to the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a.

第1高屈折率部13aと第2高屈折率部15aとは、同一の材料から構成されており、すなわち、第1高屈折率部13aの屈折率と第2高屈折率部15aの屈折率とは互いに等しい。第1高屈折率部13aおよび第2高屈折率部15aの屈折率は、第1低屈折率部13b、および、第2低屈折率部15bの各々の屈折率よりも高い。さらに、第1高屈折率部13aおよび第2高屈折率部15aの屈折率は、第1低屈折率領域12、第2低屈折率領域14、および、第3低屈折率領域16の各々の屈折率よりも高い。 The first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a are made of the same material, that is, the refractive index of the first high refractive index portion 13a and the refractive index of the second high refractive index portion 15a. Are equal to each other. The refractive index of the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a is higher than the refractive index of each of the first low refractive index portion 13b and the second low refractive index portion 15b. Further, the refractive indexes of the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a are each of the first low refractive index region 12, the second low refractive index region 14, and the third low refractive index region 16. Higher than the refractive index.

第1低屈折率領域12、第2低屈折率領域14、第3低屈折率領域16、第1低屈折率部13b、および、第2低屈折率部15bの各々は、同一の材料から構成されており、すなわち、これらの屈折率はすべて等しい。第1低屈折率領域12の屈折率は、領域内の部位に依らず一定であり、第2低屈折率領域14の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定であり、第3低屈折率領域16の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定である。 Each of the first low refractive index region 12, the second low refractive index region 14, the third low refractive index region 16, the first low refractive index portion 13b, and the second low refractive index portion 15b are made of the same material. That is, all of these indices of refraction are equal. The refractive index of the first low refractive index region 12 is constant regardless of the portion in the region, and the refractive index of the second low refractive index region 14 is also constant regardless of the portion in the region, and is the third low. The refractive index of the refractive index region 16 is also constant regardless of the portion within the region.

第3方向における第1高屈折率部13aの長さが第1高要素幅Dh1であり、第3方向における第1低屈折率部13bの長さが第1低要素幅Dl1である。第1高要素幅Dh1と第1低要素幅Dl1との合計の長さが、第1格子領域13における第1高屈折率部13aと第1低屈折率部13bとの配列の周期である第1周期P1である。 The length of the first high refractive index portion 13a in the third direction is the first high element width Dh1, and the length of the first low refractive index portion 13b in the third direction is the first low element width Dl1. The total length of the first high element width Dh1 and the first low element width Dl1 is the period of the arrangement of the first high refractive index portion 13a and the first low refractive index portion 13b in the first lattice region 13. One cycle P1.

第3方向における第2高屈折率部15aの長さが第2高要素幅Dh2であり、第3方向における第2低屈折率部15bの長さが第2低要素幅Dl2である。第2高要素幅Dh2と第2低要素幅Dl2との合計の長さが、第2格子領域15における第2高屈折率部15aと第2低屈折率部15bとの配列の周期である第2周期P2である。 The length of the second high refractive index portion 15a in the third direction is the second high element width Dh2, and the length of the second low refractive index portion 15b in the third direction is the second low element width Dl2. The total length of the second high element width Dh2 and the second low element width Dl2 is the period of the arrangement of the second high refractive index portion 15a and the second low refractive index portion 15b in the second lattice region 15. Two cycles P2.

第1高要素幅Dh1と、第1低要素幅Dl1と、第2高要素幅Dh2と、第2低要素幅Dl2とは、すべて等しい。そして、第1周期P1と第2周期P2とは一致している。 The first high element width Dh1, the first low element width Dl1, the second high element width Dh2, and the second low element width Dl2 are all equal. Then, the first cycle P1 and the second cycle P2 coincide with each other.

第1周期P1と第2周期P2とは、可視領域の光の波長よりも小さく、すなわち、第1周期P1および第2周期P2の各々は、サブ波長周期である。こうした構成において、第1格子領域13における複数の第1高屈折率部13aと第2格子領域15における複数の第2高屈折率部15aとは、それぞれの領域にて、導波モード共鳴現象を生じさせるサブ波長格子を構成している。第1高屈折率部13aが構成するサブ波長格子と第2高屈折率部15aが構成するサブ波長格子とは、同一の格子周期を有している。すなわち、本実施形態の光学デバイス10は、第1方向に間をあけて並ぶ2つのサブ波長格子がこれらのサブ波長格子を構成する材料よりも屈折率の低い材料で埋め込まれた構造を有している。 The first period P1 and the second period P2 are smaller than the wavelength of light in the visible region, that is, each of the first period P1 and the second period P2 is a sub-wavelength period. In such a configuration, the plurality of first high-refractive index portions 13a in the first lattice region 13 and the plurality of second high-refractive index portions 15a in the second lattice region 15 cause a waveguide mode resonance phenomenon in their respective regions. It constitutes a sub-wavelength grid to generate. The sub-wavelength lattice formed by the first high-refractive index unit 13a and the sub-wavelength lattice formed by the second high-refractive index unit 15a have the same lattice period. That is, the optical device 10 of the present embodiment has a structure in which two sub-wavelength lattices arranged with a gap in the first direction are embedded in a material having a refractive index lower than that of the material constituting these sub-wavelength lattices. ing.

また、第1格子領域13の厚さが、第1領域厚さT1であり、第2格子領域15の厚さが、第2領域厚さT2である。第1領域厚さT1と第2領域厚さT2とは、一致している。なお、第1低屈折率領域12、第2低屈折率領域14、および、第3低屈折率領域16の各々の厚さは特に限定されない。 Further, the thickness of the first lattice region 13 is the thickness T1 of the first region, and the thickness of the second lattice region 15 is the thickness T2 of the second region. The first region thickness T1 and the second region thickness T2 are in agreement. The thickness of each of the first low refractive index region 12, the second low refractive index region 14, and the third low refractive index region 16 is not particularly limited.

上記構成において、第1格子領域13の屈折率は、第1格子領域13における第1高屈折率部13aと第1低屈折率部13bとの体積比率に応じて、第1高屈折率部13aの屈折率と第1低屈折率部13bの屈折率とを均した平均屈折率に近似される。第1格子領域13における第1高屈折率部13aと第1低屈折率部13bとの体積比率は1:1であるため、第1格子領域13の平均屈折率は、第1高屈折率部13aの屈折率と第1低屈折率部13bの屈折率との平均値である。 In the above configuration, the refractive index of the first lattice region 13 is the first high refractive index portion 13a according to the volume ratio of the first high refractive index portion 13a and the first low refractive index portion 13b in the first lattice region 13. It is approximated to the average refractive index obtained by equalizing the refractive index of the above and the refractive index of the first low refractive index portion 13b. Since the volume ratio of the first high refractive index portion 13a and the first low refractive index portion 13b in the first lattice region 13 is 1: 1, the average refractive index of the first lattice region 13 is the first high refractive index portion. It is an average value of the refractive index of 13a and the refractive index of the first low refractive index portion 13b.

同様に、第2高屈折率部15aと第2低屈折率部15bとの体積比率は1:1であるため、第2格子領域15の平均屈折率は、第2高屈折率部15aの屈折率と第2低屈折率部15bの屈折率との平均値であり、第1格子領域13の平均屈折率と一致する。そして、第1格子領域13における第1高屈折率部13aの体積比率と、第2格子領域15における第2高屈折率部15aの体積比率とは等しい。 Similarly, since the volume ratio of the second high refractive index portion 15a and the second low refractive index portion 15b is 1: 1, the average refractive index of the second lattice region 15 is the refraction of the second high refractive index portion 15a. It is an average value of the rate and the refractive index of the second low refractive index section 15b, and is consistent with the average refractive index of the first lattice region 13. Then, the volume ratio of the first high refractive index portion 13a in the first lattice region 13 is equal to the volume ratio of the second high refractive index portion 15a in the second lattice region 15.

ここで、第1格子領域13および第2格子領域15の各々において導波モード共鳴現象を生じさせるためには、第1格子領域13の屈折率と、第1格子領域13を挟む第1低屈折率領域12および第2低屈折率領域14の各々の屈折率との差は、いずれも0.1よりも大きいことが好ましい。同様に、第2格子領域15の屈折率と、第2格子領域15を挟む第2低屈折率領域14および第3低屈折率領域16の各々の屈折率との差は、いずれも0.1よりも大きいことが好ましい。 Here, in order to cause the waveguide mode resonance phenomenon in each of the first lattice region 13 and the second lattice region 15, the refractive index of the first lattice region 13 and the first low refraction sandwiching the first lattice region 13 are interposed. The difference between the refractive index of each of the rate region 12 and the second low refractive index region 14 is preferably larger than 0.1. Similarly, the difference between the refractive index of the second lattice region 15 and the refractive index of each of the second low refractive index region 14 and the third low refractive index region 16 sandwiching the second lattice region 15 is 0.1. Is preferably larger than.

したがって、第1高屈折率部13aおよび第2高屈折率部15aを構成する高屈折率材料の屈折率と、第1低屈折率領域12、第2低屈折率領域14、第3低屈折率領域16、第1低屈折率部13b、および、第2低屈折率部15bを構成する低屈折率材料の屈折率との差は0.2より大きいことが好ましい。 Therefore, the refractive index of the high refractive index material constituting the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a, the first low refractive index region 12, the second low refractive index region 14, and the third low refractive index. The difference between the refractive index of the low refractive index material constituting the region 16, the first low refractive index portion 13b, and the second low refractive index portion 15b is preferably larger than 0.2.

光学デバイス10の選択対象が可視領域の光である場合には、低屈折率材料としては、合成石英等の無機物や、紫外線硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の高分子材料を用いることが可能であり、この場合、高屈折率材料としては、TiO(酸化チタン)、Nb(酸化ニオブ)、Ta(酸化タンタル)、ZrO(酸化ジルコニウム)、ZnS(硫化亜鉛)等の無機誘電体材料を用いることができる。 When the selection target of the optical device 10 is light in the visible region, as the low refractive index material, an inorganic substance such as synthetic quartz or a polymer material such as an ultraviolet curable resin, a thermoplastic resin, or a thermocurable resin is used. It can be used, and in this case, as the high refractive index material, TiO 2 (titanium oxide), Nb 2 O 5 (niobium oxide), Ta 2 O 5 (tantalum oxide), ZrO (zirconium oxide), ZnS ( Inorganic dielectric materials such as zinc sulfide) can be used.

基材11、および、各領域12〜16のすべてが、光学デバイス10への入射光を透過する材料から構成されている場合、光学デバイス10は、反射光および透過光の両方について波長選択性を有する。 When the substrate 11 and all of the regions 12 to 16 are composed of a material that transmits the incident light to the optical device 10, the optical device 10 provides wavelength selectivity for both reflected light and transmitted light. Have.

[光学デバイスの作用]
上記光学デバイス10の表面側から光学デバイス10に光が入射すると、第2格子領域15がサブ波長格子を有すること、および、第2格子領域15が、第2格子領域15の屈折率よりも低い屈折率を有する第2低屈折率領域14と第3低屈折率領域16とに挟まれていることから、第2格子領域15では、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、光学デバイス10の表面側に反射光として射出される。第2格子領域15で共鳴を起こす光の波長域は、第2格子領域15における第2高要素幅Dh2、第2周期P2、および、第2領域厚さT2によって決まる。
[Action of optical device]
When light is incident on the optical device 10 from the surface side of the optical device 10, the second lattice region 15 has a sub-wavelength lattice, and the second lattice region 15 is lower than the refractive index of the second lattice region 15. Since it is sandwiched between the second low refractive index region 14 and the third low refractive index region 16 having a refractive index, the emission of diffracted light to the surface side is suppressed in the second lattice region 15, and the waveguide mode A 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 optical device 10. The wavelength region of light that resonates in the second lattice region 15 is determined by the second high element width Dh2, the second period P2, and the second region thickness T2 in the second lattice region 15.

ここで、第2格子領域15を伝播する上記特定の波長域の光が、損失なく第2格子領域15にて多重反射することは起こりにくく、上記特定の波長域の光の一部は、第2格子領域15内での反射ごとに、第2低屈折率領域14に漏れ出る。この漏れ出た光は、第2低屈折率領域14を透過して、第1格子領域13に入る。
また、上記特定の波長域以外の波長域の光は、第2格子領域15で多重反射せずに、第2低屈折率領域14を透過して、第1格子領域13に入る。
Here, it is unlikely that the light in the specific wavelength region propagating in the second lattice region 15 is multiple-reflected in the second lattice region 15 without loss, and a part of the light in the specific wavelength region is the first. Every reflection within the two grid regions 15 leaks into the second low index region 14. The leaked light passes through the second low refractive index region 14 and enters the first lattice region 13.
Further, light in a wavelength region other than the specific wavelength region passes through the second low refractive index region 14 and enters the first grid region 13 without multiple reflection in the second grid region 15.

第1格子領域13に光が入射すると、第1格子領域13がサブ波長格子を有すること、および、第1格子領域13が、第1格子領域13の屈折率よりも低い屈折率を有する第1低屈折率領域12と第2低屈折率領域14とに挟まれていることから、第1格子領域13でも、導波モード共鳴現象が発生する。第1格子領域13で共鳴を起こす光の波長域は、第1格子領域13における第1高要素幅Dh1、第1周期P1、および、第1領域厚さT1によって決まる。第1格子領域13と第2格子領域15とで、第1高要素幅Dh1は第2高要素幅Dh2と一致し、第1周期P1は第2周期P2と一致し、第1領域厚さT1は第2領域厚さT2と一致する。そのため、第1格子領域13で共鳴を起こす光の波長域は、第2格子領域15で共鳴を起こす光の波長域と同じである。 When light is incident on the first lattice region 13, the first lattice region 13 has a sub-wavelength lattice, and the first lattice region 13 has a refractive index lower than that of the first lattice region 13. Since it is sandwiched between the low refractive index region 12 and the second low refractive index region 14, the waveguide mode resonance phenomenon also occurs in the first lattice region 13. The wavelength range of light that resonates in the first lattice region 13 is determined by the first high element width Dh1 in the first lattice region 13, the first period P1, and the first region thickness T1. In the first lattice region 13 and the second lattice region 15, the first high element width Dh1 coincides with the second high element width Dh2, the first period P1 coincides with the second period P2, and the first region thickness T1. Consistent with the second region thickness T2. Therefore, the wavelength range of the light that resonates in the first lattice region 13 is the same as the wavelength range of the light that resonates in the second lattice region 15.

したがって、第2格子領域15にて多重反射する過程で漏れ出て第1格子領域13に入った光が、第1格子領域13を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、光学デバイス10の表面側に反射光として射出される。
そして、第1格子領域13で多重反射を起こさなかった波長域の光は、第1低屈折率領域12および基材11を透過して、光学デバイス10の裏面側に出る。
Therefore, the light that leaks out in the process of multiple reflection in the second lattice region 15 and enters the first lattice region 13 propagates while being multiple reflected in the first lattice region 13 to cause resonance, and the surface of the optical device 10 It is emitted as reflected light to the side.
Then, the light in the wavelength region that does not cause multiple reflection in the first lattice region 13 passes through the first low refractive index region 12 and the base material 11 and exits to the back surface side of the optical device 10.

結果として、光学デバイス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。これらの光の波長域は同じであるから、1つの格子領域のみを有する光学デバイスと比較して、光学デバイス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。 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 optical device 10. Since the wavelength ranges of these lights are the same, the intensity of the light in the specific wavelength range emitted from the optical device 10 as reflected light is higher than that of the optical device having only one lattice region, and the light is reflected. The wavelength selectivity of light is enhanced.

そして、光学デバイス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上記特定の波長域を除く波長域の光が、透過光として光学デバイス10の裏面側に射出される。 Then, among the wavelength ranges included in the light incident on the optical device 10, the light in the wavelength range other than the specific wavelength range emitted as the reflected light is emitted to the back surface side of the optical device 10 as transmitted light. Ru.

なお、光学デバイス10の裏面側から光学デバイス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、光学デバイス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、透過光として光学デバイス10の表面側に射出される。 When light is incident on the optical device 10 from the back surface side of the optical device 10, the reflected light in the wavelength region enhanced in the second lattice region 15 and the reflected light in the wavelength region enhanced in the first lattice region 13 are reflected. Light is emitted to the back surface side of the optical device 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 optical device 10 as transmitted light.

[光学デバイスの製造方法]
図2〜図4を参照して、上述した光学デバイス10の製造方法について説明する。
図2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20を形成する。凹凸構造層20は、基材11に沿って広がる平坦部20aと、平坦部20aから突き出た複数の凸部20bとを有するとともに、凸部20b間に位置する部分である複数の凹部20cを有する。複数の凸部20bは、サブ波長周期で等間隔に配置され、1つの方向に帯状に延びる。
[Manufacturing method of optical device]
The method for manufacturing the above-mentioned optical device 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
As shown in FIG. 2, 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 20. The concave-convex structure layer 20 has a flat portion 20a extending along the base material 11 and a plurality of convex portions 20b protruding from the flat portion 20a, and also has a plurality of concave portions 20c which are portions located between the convex portions 20b. .. The plurality of convex portions 20b are arranged at equal intervals in sub-wavelength periods and extend in a band shape in one direction.

複数の凹部20cは、複数の凸部20bと同一のパターンで並んでおり、基材11の表面と対向する方向から見て、複数の凸部20bの面積と複数の凹部20cの面積とは等しい。 The plurality of concave portions 20c are arranged in the same pattern as the plurality of convex portions 20b, and the area of the plurality of convex portions 20b and the area of the plurality of concave portions 20c are equal to each other when viewed from the direction facing the surface of the base material 11. ..

光学デバイス10によって取り出したい波長域に応じて、凸部20bと凹部20cとは、配列の周期Ptが所望の第1周期P1かつ第2周期P2となり、凸部20bの幅Dt1が所望の第1低要素幅Dl1かつ第2高要素幅Dh2となり、凹部20cの幅Dt2が所望の第1高要素幅Dh1かつ第2低要素幅Dl2となるように形成される。すなわち、凸部20bの幅Dt1と、凹部20cの幅Dt2とは等しい。凸部20bの高さHtは、所望の第1領域厚さT1よりも大きくなるように形成される。 In the convex portion 20b and the concave portion 20c, the period Pt of the arrangement is the desired first period P1 and the second period P2, and the width Dt1 of the convex portion 20b is the desired first. The low element width Dl1 and the second high element width Dh2 are formed, and the width Dt2 of the recess 20c is formed so as to have the desired first high element width Dh1 and the second low element width Dl2. That is, the width Dt1 of the convex portion 20b and the width Dt2 of the concave portion 20c are equal to each other. The height Ht of the convex portion 20b is formed so as to be larger than the desired first region thickness T1.

凹凸構造の形成には、ナノインプリント法やドライエッチング法等の公知の微細加工技術が用いられる。なかでも、ナノインプリント法は、微細な凸部20bおよび凹部20cを簡便に形成できるため好ましい。 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 20b and concave portions 20c 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20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20bおよび凹部20cからなる凹凸の反転された凹凸を有する凹版である合成石英モールドを押し当て、塗工層および凹版に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から凹版を離型する。これによって、凹版の有する凹凸が紫外線硬化性樹脂に転写されて凸部20bおよび凹部20cが形成されるとともに、凸部20bおよび凹部20cと基材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20a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 20 is formed by an optical nanoimprint method, first, the surface of the base material 11 is 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 20b and concave portions 20c 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 20b and the concave portion 20c, and the convex portion 20b and the concave portion 20c and the base material 11 are made of an ultraviolet curable resin. A flat portion 20a is formed as a residual film.

次に、図3が示すように、凹凸構造層20の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層21を形成する。高屈折率層21の形成方法としては、真空蒸着法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層21は、凸部20b上と凹部20c上とに形成される。すなわち、高屈折率層21は、凹部20c上に位置する第1層状部21aと、凸部20b上に位置する第2層状部21bとを含む。 Next, as shown in FIG. 3, a high refractive index layer 21 made of a high refractive index material is formed on the surface of the concave-convex structure layer 20. As a method for forming the high refractive index layer 21, a known film forming technique such as a vacuum vapor deposition method is used. The high refractive index layer 21 is formed on the convex portion 20b and the concave portion 20c. That is, the high refractive index layer 21 includes a first layered portion 21a located on the concave portion 20c and a second layered portion 21b located on the convex portion 20b.

凹凸構造層20における凸部20bの幅Dt1と凹部20cの幅Dt2とは等しいため、第1層状部21aの幅Ds1と第2層状部21bの幅Ds2とは等しくなる。また、第1層状部21aの配列の周期と第2層状部21bの配列の周期とは周期Ptとなり、互いに等しい。高屈折率層21の厚さは、すなわち、第1層状部21aの厚さTs1であるとともに第2層状部の厚さTs2であり、これらの厚さは等しい。高屈折率層21の厚さは、凸部20bの高さHtよりも小さく、所望の第1領域厚さT1かつ第2領域厚さT2になるように形成される。すなわち、第1層状部21aと第2層状部21bとは、互いに同一のパターンを有するサブ波長格子を構成する。 Since the width Dt1 of the convex portion 20b and the width Dt2 of the concave portion 20c in the concave-convex structure layer 20 are equal to each other, the width Ds1 of the first layered portion 21a and the width Ds2 of the second layered portion 21b are equal. Further, the period of the arrangement of the first layered portion 21a and the period of the arrangement of the second layered portion 21b are the period Pt, which are equal to each other. The thickness of the high refractive index layer 21 is, that is, the thickness Ts1 of the first layered portion 21a and the thickness Ts2 of the second layered portion, and these thicknesses are equal. The thickness of the high refractive index layer 21 is smaller than the height Ht of the convex portion 20b, and is formed so as to have a desired first region thickness T1 and second region thickness T2. That is, the first layered portion 21a and the second layered portion 21b form a sub-wavelength lattice having the same pattern as each other.

次に、図4が示すように、凹凸構造層20と高屈折率層21とからなる構造体の表面を覆うように、凹凸構造層20の形成材料と同じ低屈折率材料からなる層である埋め込み層22を形成して、上記構造体の有する凹凸を第2層状部21b上まで埋める。埋め込み層22は、平坦部22aと複数の凸部22bと凸部22b間に位置する凹部22cとを備える。凸部22bは、第1層状部21a上で、凸部20bの間および第2層状部21bの間の空間を埋めている。平坦部22aは、第2層状部21b上に位置し、基材11の表面に沿った方向に広がっている。平坦部22aと凸部22bとは、平坦部22aから凸部22bが基材11に向けて突き出るように、繋がっている。 Next, as shown in FIG. 4, it is a layer made of the same low refractive index material as the material for forming the uneven structure layer 20 so as to cover the surface of the structure composed of the uneven structure layer 20 and the high refractive index layer 21. The embedded layer 22 is formed to fill the unevenness of the structure up to the second layer-shaped portion 21b. The embedded layer 22 includes a flat portion 22a, a plurality of convex portions 22b, and a concave portion 22c located between the convex portions 22b. The convex portion 22b fills the space between the convex portions 20b and the second layer-shaped portion 21b on the first layer-shaped portion 21a. The flat portion 22a is located on the second layered portion 21b and extends in the direction along the surface of the base material 11. The flat portion 22a and the convex portion 22b are connected so that the convex portion 22b protrudes from the flat portion 22a toward the base material 11.

凸部22bの周期は、凹凸構造層20における凸部20bの周期Ptと一致し、凸部22bの幅は、凹部20cの幅Dt2と一致し、凹部22cの幅は、凸部20bの幅Dt1と一致する。凸部20bの高さは、高屈折率層21の厚さよりも大きい。 The period of the convex portion 22b coincides with the period Pt of the convex portion 20b in the concave-convex structure layer 20, the width of the convex portion 22b coincides with the width Dt2 of the concave portion 20c, and the width of the concave portion 22c corresponds to the width Dt1 of the convex portion 20b. Matches with. The height of the convex portion 20b is larger than the thickness of the high refractive index layer 21.

埋め込み層22の形成方法としては、各種の塗布法等の公知の成膜技術が用いられる。例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合、まず、上記構造体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、離型性を有する平板を押し当て、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。よって、紫外線硬化性樹脂を使用する場合は、平版は紫外線を透過する材料で構成される必要がある。 As a method for forming the embedded layer 22, 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 structure is coated with the ultraviolet curable resin. Next, a flat plate having releasability 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. Therefore, when an ultraviolet curable resin is used, the planographic plate must be made of a material that transmits ultraviolet rays.

これにより、光学デバイス10が形成される。凹凸構造層20の平坦部20aが、第1低屈折率領域12である。高屈折率層21の第1層状部21aと、凹凸構造層20の凸部20bのなかで第1層状部21aに隣接する部分とから第1格子領域13が構成され、第1層状部21aが第1高屈折率部13aであり、凸部20bのなかで第1層状部21aに隣接する部分が第1低屈折率部13bである。凹凸構造層20の凸部20bのなかで第1層状部21aよりも延びている部分と、埋め込み層22の凸部22bのなかで凹凸構造層20の凸部20bに隣接する部分とから第2低屈折率領域14が構成される。 As a result, the optical device 10 is formed. The flat portion 20a of the concave-convex structure layer 20 is the first low refractive index region 12. The first lattice region 13 is composed of the first layered portion 21a of the high refractive index layer 21 and the portion of the convex portion 20b of the concave-convex structure layer 20 adjacent to the first layered portion 21a, and the first layered portion 21a is formed. The first high refractive index portion 13a, and the portion of the convex portion 20b adjacent to the first layered portion 21a is the first low refractive index portion 13b. A second portion of the convex portion 20b of the concave-convex structure layer 20 that extends beyond the first layered portion 21a and a portion of the convex portion 22b of the embedded layer 22 that is adjacent to the convex portion 20b of the concave-convex structure layer 20. The low refractive index region 14 is configured.

高屈折率層21の第2層状部21bと、埋め込み層22の凸部22bのなかで第2層状部21bに隣接する部分とから第2格子領域15が構成され、第2層状部21bが第2高屈折率部15aであり、凸部22bのなかで第2層状部21bに隣接する部分が第2低屈折率部15bである。埋め込み層22の平坦部22aが、第3低屈折率領域16である。 The second lattice region 15 is composed of the second layered portion 21b of the high refractive index layer 21 and the portion of the convex portion 22b of the embedded layer 22 adjacent to the second layered portion 21b, and the second layered portion 21b is the second layer. 2 The high refractive index portion 15a, and the portion of the convex portion 22b adjacent to the second layered portion 21b is the second low refractive index portion 15b. The flat portion 22a of the embedded layer 22 is the third low refractive index region 16.

こうした製造方法によって製造される光学デバイス10においては、第1低屈折率領域12と、第1格子領域13の第1低屈折率部13bとは連続し、第1低屈折率部13bと、第2低屈折率領域14のなかで第1低屈折率部13bに隣接する部分とは連続し、第1低屈折率領域12と、第1低屈折率部13bと、第2低屈折率領域14のなかで第1低屈折率部13bに隣接する部分とは1つの構造体である。また、第2低屈折率領域14のなかで第2格子領域15の第2低屈折率部15bに隣接する部分と、第2低屈折率部15bとは連続し、第2低屈折率部15bと第3低屈折率領域16とは連続し、第2低屈折率領域14のなかで第2低屈折率部15bに隣接する部分と、第2低屈折率部15bと、第3低屈折率領域16とは1つの構造体である。 In the optical device 10 manufactured by such a manufacturing method, the first low refractive index region 12 and the first low refractive index portion 13b of the first lattice region 13 are continuous, and the first low refractive index portion 13b and the first 2 In the low refractive index region 14, the portion adjacent to the first low refractive index portion 13b is continuous, the first low refractive index region 12, the first low refractive index portion 13b, and the second low refractive index region 14 Among them, the portion adjacent to the first low refractive index portion 13b is one structure. Further, in the second low refractive index region 14, the portion of the second lattice region 15 adjacent to the second low refractive index portion 15b and the second low refractive index portion 15b are continuous, and the second low refractive index portion 15b And the third low refractive index region 16 are continuous, a portion of the second low refractive index region 14 adjacent to the second low refractive index portion 15b, a second low refractive index portion 15b, and a third low refractive index. The region 16 is one structure.

上述のように、光学デバイス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光学デバイス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光学デバイス10を製造することができる。したがって、光学デバイス10の製造が容易である。 As described above, in the optical device 10, the reflected light 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. Increases the strength of. Therefore, it is not necessary to precisely control the film thickness of the layer in contact with the first lattice region 13 and the second lattice region 15, and specifically, when the optical device 10 is formed by using the nanoimprint method, it remains. It is possible to manufacture the optical device 10 with improved wavelength selectivity without requiring precise control of the film thickness. Therefore, the optical device 10 can be easily manufactured.

また、光学デバイス10は、光ナノインプリント法と真空蒸着法とを組み合わせた製造方法によって形成可能であるため、ロール・トゥ・ロール法による製造に適している。したがって、光学デバイス10の構成は、大量生産にも適している。 Further, since the optical device 10 can be formed by a manufacturing method that combines an optical nanoimprint method and a vacuum vapor deposition method, it is suitable for manufacturing by a roll-to-roll method. Therefore, the configuration of the optical device 10 is also suitable for mass production.

なお、真空蒸着法を用いて高屈折率層21を形成する場合、凹凸構造層20の凸部20bの側面にも、高屈折率材料が付着する場合がある。その結果、図5が示すように、光学デバイス10においては、第2低屈折率領域14が、第1方向に沿った方向から見て互いに隣り合う第1高屈折率部13aと第2高屈折率部15aとの端部間を繋ぐように、第2低屈折率領域14の厚さ方向に延びる第3高屈折率部17を含む。なお、第3高屈折率部17は、第1高屈折率部13aと第2高屈折率部15aとを完全に繋いでいなくてもよく、第3高屈折率部17と第1高屈折率部13aや第2高屈折率部15aは離れていてもよい。 When the high refractive index layer 21 is formed by using the vacuum vapor deposition method, the high refractive index material may also adhere to the side surface of the convex portion 20b of the concave-convex structure layer 20. As a result, as shown in FIG. 5, in the optical device 10, the second low refractive index region 14 is adjacent to the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index when viewed from the direction along the first direction. A third high refractive index portion 17 extending in the thickness direction of the second low refractive index region 14 is included so as to connect the ends thereof with the rate portion 15a. The third high refractive index section 17 does not have to completely connect the first high refractive index section 13a and the second high refractive index section 15a, and the third high refractive index section 17 and the first high refractive index section 17 do not have to be completely connected. The rate section 13a and the second high refractive index section 15a may be separated from each other.

第3高屈折率部17が存在する場合であっても、第2低屈折率領域14における第3高屈折率部17の体積比率は微小であって、第2低屈折率領域14においては、低屈折率材料によって構成される部分が支配的である。そのため、第2低屈折率領域14の屈折率は、第1低屈折率領域12および第3低屈折率領域16の各々の屈折率よりもわずかに大きくなるが、第1格子領域13および第2格子領域15の各々の屈折率よりは十分に小さい。したがって、第1格子領域13および第2格子領域15の各々が、これらの領域よりも屈折率の低い領域に挟まれた、導波モード共鳴現象に適した構造が実現される。 Even when the third high refractive index portion 17 is present, the volume ratio of the third high refractive index portion 17 in the second low refractive index region 14 is very small, and in the second low refractive index region 14, The part composed of low refractive index material is dominant. Therefore, the refractive index of the second low refractive index region 14 is slightly larger than the refractive index of each of the first low refractive index region 12 and the third low refractive index region 16, but the first lattice region 13 and the second It is sufficiently smaller than each refractive index of the lattice region 15. Therefore, a structure suitable for the waveguide mode resonance phenomenon is realized in which each of the first lattice region 13 and the second lattice region 15 is sandwiched between regions having a lower refractive index than these regions.

[光学デバイスの変形例]
上述の製造方法において、紫外線硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法により凹凸構造層20を形成してもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱に変更すればよく、熱可塑性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を、加熱および冷却に変更すればよい。
[Modification example of optical device]
In the above-mentioned production method, the concave-convex structure layer 20 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20を形成した場合、埋め込み層22の形成に際して、凹凸構造層20が加熱されて変形することを抑えるために、熱可塑性樹脂とは異なる材料を用いて埋め込み層22を形成することが好ましい。 However, when the concave-convex structure layer 20 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 20 from being heated and deformed when the embedded layer 22 is formed. It is preferable to form the embedded layer 22.

例えば、図6が示すように、凹凸構造層20を熱可塑性樹脂から形成し、埋め込み層22を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。この場合、凹凸構造層20を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層22を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよく、それぞれの低屈折率材料の屈折率が高屈折率層21を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。 For example, as shown in FIG. 6, the concave-convex structure layer 20 may be formed of a thermoplastic resin, and the embedded layer 22 may be formed of an ultraviolet curable resin. In this case, the refractive index of the low refractive index material constituting the concave-convex structure layer 20 and the refractive index of the low refractive index material constituting the embedded layer 22 may be different from each other, and the refractive index of each low refractive index material may be different from each other. The index may be lower than the refractive index of the high refractive index material constituting the high refractive index layer 21.

凹凸構造層20を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層22を構成する低屈折率材料の屈折率とが互いに異なるとき、製造された光学デバイス10においては、第1低屈折率領域12、第2低屈折率領域14、および、第3低屈折率領域16の各々の屈折率は、互いに異なる。また、第2低屈折率領域14は、互いに異なる屈折率を有する材料から構成された帯状の部分が、第2方向に沿って延び、第3方向に沿って交互に並ぶ構造を有する。 When the refractive index of the low refractive index material constituting the concave-convex structure layer 20 and the refractive index of the low refractive index material constituting the embedded layer 22 are different from each other, in the manufactured optical device 10, the first low refractive index region The refractive indexes of 12, the second low refractive index region 14, and the third low refractive index region 16 are different from each other. Further, the second low refractive index region 14 has a structure in which strip-shaped portions made of materials having different refractive indexes extend along the second direction and are alternately arranged along the third direction.

なお、凹凸構造層20を熱可塑性樹脂から形成し、埋め込み層22を熱可塑性樹脂とは異なる材料から形成する場合に限らず、凹凸構造層20を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層22を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよい。要は、凹凸構造層20および埋め込み層22の各々を構成する低屈折率材料の屈折率が、高屈折率層21を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。そして、製造された光学デバイス10においては、第1格子領域13および第2格子領域15の屈折率の各々よりも、第1低屈折率領域12、第2低屈折率領域14、および、第3低屈折率領域16の屈折率の各々が低ければよい。 Not only when the concave-convex structure layer 20 is formed of a thermoplastic resin and the embedded layer 22 is formed of a material different from the thermoplastic resin, the refractive index of the low-refractive index material constituting the concave-convex structure layer 20 and the embedding The refractive indexes of the low refractive index materials constituting the layer 22 may be different from each other. In short, the refractive index of the low refractive index material constituting each of the concave-convex structure layer 20 and the embedded layer 22 may be lower than the refractive index of the high refractive index material constituting the high refractive index layer 21. Then, in the manufactured optical device 10, the first low refractive index region 12, the second low refractive index region 14, and the third are higher than the refractive indexes of the first lattice region 13 and the second lattice region 15, respectively. It is sufficient that each of the refractive indexes of the low refractive index region 16 is low.

また、図7が示すように、基材11と凹凸構造層20とが互いに連続した1つの構造体であってもよい。すなわち、低屈折率材料からなる基材11の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層20を形成する。例えば、基材11として熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、基材11の表面に凹凸構造を形成してもよいし、基材11として合成石英からなる基板を用いて、基材11の表面に凹凸構造を形成してもよい。合成石英基板に対する凹凸構造の形成には、ドライエッチング法等の公知の技術が用いられればよい。この場合、製造された光学デバイス10においては、基材11と第1低屈折率領域12とは互いに連続している。 Further, as shown in FIG. 7, the base material 11 and the concave-convex structure layer 20 may be one continuous structure. That is, the uneven structure layer 20 is formed by forming the uneven structure on the surface of the base material 11 made of the low refractive index material. For example, a sheet made of a thermoplastic resin may be used as the base material 11 to form an uneven structure on the surface of the base material 11, or a substrate made of synthetic quartz may be used as the base material 11 to form a surface of the base material 11. An uneven structure may be formed on the surface. A known technique such as a dry etching method may be used for forming the uneven structure on the synthetic quartz substrate. In this case, in the manufactured optical device 10, the base material 11 and the first low refractive index region 12 are continuous with each other.

[光学デバイスの適用例]
上述した光学デバイス10の具体的な適用例について説明する。
<波長選択フィルタ>
光学デバイス10の第1の適用例は、光学デバイス10を波長選択フィルタに用いる形態である。図8が示すように、波長選択フィルタ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。波長選択フィルタ50には光学デバイス10の構成が適用されており、例えば光学デバイス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、上述のように、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設定によって調整可能である。
[Application example of optical device]
A specific application example of the above-mentioned optical device 10 will be described.
<Wavelength selection filter>
The first application example of the optical device 10 is a form in which the optical device 10 is used as a wavelength selection filter. As shown in FIG. 8, when the wavelength selection filter 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. Light I3 is transmitted. The configuration of the optical device 10 is applied to the wavelength selection filter 50, and for example, the wavelength selection filter 50 is arranged so that light is incident from the surface side of the optical device 10. As described above, the wavelength regions of the light I2 and the light I3 can be adjusted by setting the period of the sub-wavelength grid included in the first grid region 13 and the second grid region 15.

波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ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 filter 50 may be used in a form using light I2 which is reflected light, may be used in a form using 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 filter 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実施形態の光学デバイス10によれば波長選択性が高められるため、光学デバイス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フィルタ50が実現できる。 As described above, since the wavelength selectivity is enhanced according to the optical device 10 of the first embodiment, the wavelength selection filter 50 with enhanced wavelength selectivity can be realized by applying the configuration of the optical device 10. ..

<表示体>
光学デバイス10の第2の適用例は、光学デバイス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 optical device 10 is a form in which the optical device 10 is used as a display body. The display body may be used for the purpose of increasing the difficulty of forgery of 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 will 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 a first surface when viewed from a 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、光学デバイス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、すなわち、表示体60の表面60Fに沿った方向にサブ波長格子が並ぶように配置されている。例えば、これらの画素62A,62B,62Cは光学デバイス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 optical device 10 is applied to each of the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C. Each of the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C has the second direction and the third direction oriented along the surface 60F of the display body 60, that is, the display body 60. The sub-wavelength grids are arranged so as to line up along the surface 60F of the surface. For example, these pixels 62A, 62B, and 62C are arranged so that the front surface side of the optical device 10 is the front 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、第1格子領域13の第1周期P1、すなわち、第2格子領域15の第2周期P2は、画素ごとに異なる周期である。したがって、第1画素62Aと、第2画素62Bと、第3画素62Cとで、第1格子領域13および第2格子領域15にて、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。 In the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C, the first cycle P1 of the first lattice region 13, that is, the second cycle P2 of the second grid region 15 has a different cycle for each pixel. is there. Therefore, in the first pixel 62A, the second pixel 62B, and the third pixel 62C, the wavelength ranges in which resonance due to the waveguide mode resonance phenomenon occurs in the first lattice region 13 and the second lattice region 15 are different from each other.

結果として、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。 As a result, when incident light containing 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. The wavelength range of the light emitted from 62C 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.

したがって、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。 Therefore, according to the 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 display of different colors is observed. An image composed of the 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.

したがって、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。 Therefore, 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 regions having different colors are also observed. An image composed of 61A, a second display area 61B, and a 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実施形態の光学デバイス10によれば波長選択性が高められるため、光学デバイス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実施形態の光学デバイス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 selectivity is enhanced according to the optical device 10 of the first embodiment, the configuration of the optical device 10 is applied to the pixels 62A, 62B, 62C, so that each display area 61A , 61B, 61C enhances the vividness and brightness of the colors visually recognized. Therefore, the visibility of the image formed by the display body 60 is enhanced. Further, in the optical device 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. Is.

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、第2低屈折率領域14、第2格子領域15、および、第3低屈折率領域16の各々は連続している。すなわち、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20と、これらの画素間で相互に連続した埋め込み層22とを有している。 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 second low refractive index region 14, and the second lattice region 15 , And each of the third low refractive index region 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 20 that is mutually continuous between these pixels, and each other between these pixels. It has a continuous embedded layer 22.

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20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21および埋め込み層22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 20 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 21 and the embedded layer 22 can also form the portions corresponding to the pixels 62A, 62B, 62C at the same time. Therefore, the pixels 62A, 62B, and 62C that exhibit different colors can be easily formed.

また、表示体60が含む表示領域の数、すなわち、光学デバイス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、光学デバイス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。 Further, the number of display areas included in the display body 60, that is, the number of display areas to which the pixels to which the configuration of the optical device 10 is applied are arranged and exhibit colors of different hues are not particularly limited, and the number of display areas is not particularly limited. May be one, or may be four or more. Further, the display body 60 has a region having a configuration different from that of the optical device 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. May be good.

さらに、表示領域には、光学デバイス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 optical device 10 is applied, and the display element is not limited to a pixel which is a minimum unit of repetition for forming a raster image, and forms a vector image. It may be an area connecting anchors for the purpose.

<カラーフィルタ>
光学デバイス10の第3の適用例は、光学デバイス10をカラーフィルタに用いる形態である。
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。
<Color filter>
A third application example of the optical device 10 is a form in which the optical device 10 is used as a color filter.
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、光学デバイス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、すなわち、表示装置の表示面に沿った方向にサブ波長格子が並ぶように配置されている。例えば、これらの副画素71R,71G,71Bは光学デバイス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 optical device 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 displayed so that the second direction and the third direction are along the surface of the color filter 70, that is, they are displayed. The sub-wavelength lattices are arranged so as to line up along the display surface of the device. For example, these sub-pixels 71R, 71G, and 71B are arranged so that the surface side of the optical device 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、第1格子領域13の第1周期P1および第2格子領域15の第2周期P2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、第1周期P1および第2周期P2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、第1周期P1および第2周期P2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 first period P1 of the first lattice region 13 and the second period P2 of the second lattice region 15 are set. When the green sub-pixel 71G receives the incident light I1, the first period P1 and the second period P2 are 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 first period P1 and the second period P2 are 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実施形態の光学デバイス10によれば波長選択性が高められるため、光学デバイス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, since the wavelength selectivity is enhanced according to the optical device 10 of the first embodiment, the configuration of the optical device 10 is applied to the sub-pixels 71R, 71G, 71B, so that the sub-pixels 71R, The sharpness and brightness of colors in 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、第2低屈折率領域14、第2格子領域15、および、第3低屈折率領域16の各々は連続している。すなわち、赤色用副画素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20と、これらの副画素間で相互に連続した埋め込み層22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 second low refractive index region 14, the second lattice region 15, and the third 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 20 that is continuous between these sub-pixels, and their sub-pixels. It has an embedded layer 22 that is continuous with each other between 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20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21および埋め込み層22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 20 in each of the red sub-pixel 71R, the green sub-pixel 71G, and the blue sub-pixel 71B has irregularities in the portions corresponding to the sub-pixels 71R, 71G, and 71B, for example, by using 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 21 and the embedded layer 22 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)各格子領域13,15に光が入射すると、各格子領域13,15では、導波モード共鳴現象が発生する。そして、第1格子領域13で共鳴を起こす光の波長域と第2格子領域15で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。したがって、2つの格子領域13,15の各々で強められた波長域の光が反射光として得られるため、1つの格子領域のみを有する光学デバイスと比較して、反射光として射出される光の強度は大きくなる。すなわち、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、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 light is incident on the lattice regions 13 and 15, a waveguide mode resonance phenomenon occurs in the lattice regions 13 and 15. Then, the wavelength region of the light that resonates in the first lattice region 13 and the wavelength region of the light that resonates in the second lattice region 15 coincide with each other. Therefore, since the light in the wavelength region enhanced in each of the two lattice regions 13 and 15 is obtained as the reflected light, the intensity of the light emitted as the reflected light is compared with the optical device having only one lattice region. Becomes larger. That is, the wavelength selectivity is enhanced without requiring precise control of the film thickness of the layer in contact with the lattice region.

(2)低屈折率材料からなる凹凸構造層20を形成する工程と、凹凸構造層20の表面に高屈折率層21を形成する工程と、凹凸構造層20と高屈折率層21とからなる構造体の表面に、低屈折率材料からなる埋め込み層を形成する工程とによって、上記光学デバイス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、光学デバイス10の波長選択性が高められるため、波長選択性の高められた光学デバイス10を容易に製造することができる。 (2) It comprises a step of forming a concavo-convex structure layer 20 made of a low refractive index material, a step of forming a high refractive index layer 21 on the surface of the concavo-convex structure layer 20, and a step of forming the concavo-convex structure layer 20 and a high refractive index layer 21. The optical device 10 is formed by a step of forming an embedded layer made of a low refractive index material on the surface of the structure. Therefore, since the wavelength selectivity of the optical device 10 is enhanced without requiring precise control of the film thickness of the layer in contact with the sub-wavelength lattice, the optical device 10 with enhanced wavelength selectivity can be easily manufactured. it can.

(3)特に、低屈折率材料として樹脂を用い、樹脂からなる塗工層に凹版を押し付けて樹脂の硬化によって凹凸構造層20を形成する製法では、ナノインプリント法を用いて凹凸構造層20の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層20を好適に、かつ、簡便に形成することができる。 (3) 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 concave-convex structure layer 20 by curing the resin, the concave-convex structure layer 20 is formed by using the nanoimprint method. Therefore, the concavo-convex structure layer 20 having fine concavities and convexities can be preferably and easily formed.

(4)第1低屈折率領域12と、第1低屈折率部13bと、第2低屈折率領域14のなかで第1低屈折率部13bに隣接する部分とが、相互に連続する1つの構造体であり、第3低屈折率領域16と、第2低屈折率部15bと、第2低屈折率領域14のなかで第2低屈折率部15bに隣接する部分とが、相互に連続する1つの構造体である構成では、1つの構造体である部分の各々を、上述の製造方法を用いて1つの工程にて製造することができるため、光学デバイス10の容易な製造が可能である。 (4) The first low refractive index region 12, the first low refractive index portion 13b, and the portion of the second low refractive index region 14 adjacent to the first low refractive index portion 13b are mutually continuous 1 There are two structures, the third low refractive index region 16, the second low refractive index portion 15b, and the portion of the second low refractive index region 14 adjacent to the second low refractive index portion 15b are mutually connected. In the configuration of one continuous structure, each of the portions of the structure can be manufactured in one step by using the above-mentioned manufacturing method, so that the optical device 10 can be easily manufactured. Is.

(5)上記各構造体と第1高屈折率部13aおよび第2高屈折率部15aとの屈折率差が0.2よりも大きい構成では、各格子領域13,15にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域13,15からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイス10における波長選択性がより高められる。 (5) In a configuration in which the difference in refractive index between each of the above structures and the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a is larger than 0.2, the waveguide mode is set in the lattice regions 13 and 15 respectively. The resonance phenomenon is likely to occur favorably, and the intensity of the reflected light from each of the lattice regions 13 and 15 is further enhanced. Therefore, the wavelength selectivity in the optical device 10 is further enhanced.

(6)上記各構造体を構成する低屈折率材料が、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、第1高屈折率部13aおよび第2高屈折率部15aを構成する材料が、無機化合物を含む構成では、各格子領域13,15にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域13,15からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイス10における波長選択性がより高められる。また、光学デバイス10の製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。 (6) The low refractive index material constituting each of the above structures is any of an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin, and the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index When the material constituting the portion 15a contains an inorganic compound, the waveguide mode resonance phenomenon is likely to occur favorably in the lattice regions 13 and 15, and the intensity of the reflected light from the lattice regions 13 and 15 is further increased. Be done. Therefore, the wavelength selectivity in the optical device 10 is further enhanced. Further, it is possible to reduce the material cost required for manufacturing the optical device 10 and to apply a simple manufacturing method such as a nanoimprint method.

(7)第2低屈折率領域14が、第1方向に沿った方向から見て互いに隣り合う第1高屈折率部13aと第2高屈折率部15aとの端部間で、第2低屈折率領域14の厚さ方向に沿って延びる第3高屈折率部17を備える構成では、真空蒸着法を利用した高屈折率部13a,15aの形成が可能であり、サブ波長格子の好適な形成が可能である。そして、この場合であっても、導波モード共鳴現象を生じさせるための第2低屈折率領域14の構成が好適に実現される。 (7) The second low refractive index region 14 is located between the ends of the first high refractive index portion 13a and the second high refractive index portion 15a, which are adjacent to each other when viewed from the direction along the first direction. In the configuration including the third high refractive index portion 17 extending along the thickness direction of the refractive index region 14, the high refractive index portions 13a and 15a can be formed by using the vacuum vapor deposition method, which is suitable for the sub-wavelength lattice. It can be formed. Even in this case, the configuration of the second low refractive index region 14 for causing the waveguide mode resonance phenomenon is preferably realized.

(第2実施形態)
図13〜図16を参照して、光学デバイスの製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスの第2実施形態について説明する。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 method for manufacturing an optical device and a second embodiment of the optical device manufactured by this manufacturing method 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.

[光学デバイスの構成]
図13および図14を参照して、第2実施形態の製造方法の製造対象である光学デバイスの構成について説明する。図13が示すように、第2実施形態の光学デバイス30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、第2低屈折率領域14、第2格子領域15、および、第3低屈折率領域16からなる構造体である共鳴構造部18を、2つ備えている。
[Optical device configuration]
The configuration of the optical device to be manufactured by the manufacturing method of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. As shown in FIG. 13, the optical device 30 of the second embodiment has the first low refractive index region 12, the first lattice region 13, the second low refractive index region 14, and the second lattice described in the first embodiment. It includes two resonance structure portions 18, which are structures including a region 15 and a third low refractive index region 16.

2つの共鳴構造部18である第1共鳴構造部18Aと第2共鳴構造部18Bとは、第1方向に隣り合っており、2つの共鳴構造部18A,18Bは、2つの基材11で挟まれている。換言すれば、第2実施形態の光学デバイス30は、第1実施形態の構成を有する2つの光学デバイス10が、第3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実施形態の光学デバイス30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の側が光学デバイス30の表面側であり、他方の基材11に対する一方の基材11の側が光学デバイス30の裏面側である。 The first resonance structure portion 18A and the second resonance structure portion 18B, which are the two resonance structure portions 18, are adjacent to each other in the first direction, and the two resonance structure portions 18A and 18B are sandwiched between the two base materials 11. It has been. In other words, the optical device 30 of the second embodiment has a structure in which two optical devices 10 having the configuration of the first embodiment are joined so that the third low refractive index regions 16 face each other. That is, the optical device 30 of the second embodiment has four sub-wavelength lattices arranged with a gap in the first direction, and these sub-wavelength lattices have a structure embedded in a low refractive index material. .. The side of the other base material 11 with respect to one base material 11 is the front surface side of the optical device 30, and the side of the other base material 11 with respect to the other base material 11 is the back surface side of the optical device 30.

2つの共鳴構造部18A,18Bにおいて、高屈折率部13a,15aの延びる方向は一致している。すなわち、光学デバイス30が含むすべての第1高屈折率部13aおよび第2高屈折率部15aは、第2方向に沿って延び、光学デバイス30が含むすべての第1低屈折率部13bおよび第2低屈折率部15bもまた、第2方向に沿って延びている。そして、光学デバイス30が有する4つの格子領域13,15の各々にて、高屈折率部13a,15aと低屈折率部13b,15bとは、第3方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、光学デバイス30が有する4つのサブ波長格子について、サブ波長格子の配列方向は同一である。 In the two resonance structure portions 18A and 18B, the extending directions of the high refractive index portions 13a and 15a are the same. That is, all the first high refractive index portions 13a and the second high refractive index portion 15a included in the optical device 30 extend along the second direction, and all the first low refractive index portions 13b and the first low refractive index portion 13b included in the optical device 30. 2 The low refractive index portion 15b also extends along the second direction. Then, in each of the four lattice regions 13 and 15 of the optical device 30, the high refractive index portions 13a and 15a and the low refractive index portions 13b and 15b are alternately arranged along the third direction. That is, the arrangement directions of the sub-wavelength grids are the same for the four sub-wavelength grids of the optical device 30.

なお、第1方向に沿った方向から見て、第1共鳴構造部18Aの第1高屈折率部13aは、第2共鳴構造部18Bの第1高屈折率部13aと重なってもよいし、第2共鳴構造部18Bの第2高屈折率部15aと重なってもよいし、第2共鳴構造部18Bの第1高屈折率部13aの一部および第2高屈折率部15aの一部と重なってもよい。 The first high refractive index portion 13a of the first resonance structure portion 18A may overlap with the first high refractive index portion 13a of the second resonance structure portion 18B when viewed from the direction along the first direction. It may overlap with the second high refractive index portion 15a of the second resonance structure portion 18B, or may overlap with a part of the first high refractive index portion 13a and a part of the second high refractive index portion 15a of the second resonance structure portion 18B. It may overlap.

第1共鳴構造部18Aと第2共鳴構造部18B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18Aの備える第3低屈折率領域16と、第2共鳴構造部18Bの備える第3低屈折率領域16とは連続しており、これらの領域の境界は存在しない。 The first resonance structure portion 18A and the second resonance structure portion 18B may share a low refractive index region at their boundary portions. For example, in the example shown in FIG. 13, the third low refractive index region 16 included in the first resonance structure portion 18A and the third low refractive index region 16 included in the second resonance structure portion 18B are continuous, and these There are no region boundaries.

1つの共鳴構造部18内において、第1格子領域13の第1周期P1と第2格子領域15の第2周期P2とは同一であり、この周期が当該共鳴構造部18の構造周期Pkである。 Within one resonance structure portion 18, the first period P1 of the first lattice region 13 and the second period P2 of the second lattice region 15 are the same, and this period is the structural period Pk of the resonance structure portion 18. ..

第1共鳴構造部18Aの構造周期Pkと、第2共鳴構造部18Bの構造周期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。 The structural period Pk of the first resonance structure portion 18A and the structural period Pk of the second resonance structure portion 18B may be the same as shown in FIG. 13, or may be different from each other as shown in FIG. Good.

2つの共鳴構造部18A,18Bが同一の構造周期Pkを有する形態においては、光学デバイス30が含む4つのサブ波長格子のパターンはすべて同一であり、共鳴構造部18A,18Bにおいて高要素幅Dh1,Dh2はすべて等しく、領域厚さT1,T2はすべて等しい。また、2つの共鳴構造部18A,18Bが互いに異なる構造周期Pkを有する形態においては、光学デバイス30が含む4つのサブ波長格子のパターンは共鳴構造部18A,18Bごとに異なる。すなわち、高要素幅Dh1,Dh2は共鳴構造部18A,18Bごとに異なる。領域厚さT1,T2はすべて等しくてもよいし、共鳴構造部18A,18Bごとに異なってもよい。 In the form in which the two resonance structure portions 18A and 18B have the same structural period Pk, the patterns of the four sub-wavelength lattices included in the optical device 30 are all the same, and the high element widths Dh1 and 18B in the resonance structure portions 18A and 18B. Dh2 are all equal, and region thicknesses T1 and T2 are all equal. Further, in the form in which the two resonance structure portions 18A and 18B have different structural periods Pk, the pattern of the four sub-wavelength lattices included in the optical device 30 is different for each resonance structure portion 18A and 18B. That is, the high element widths Dh1 and Dh2 are different for each of the resonance structure portions 18A and 18B. The region thicknesses T1 and T2 may all be the same, or may be different for each of the resonance structure portions 18A and 18B.

[光学デバイスの作用]
2つの共鳴構造部18A,18Bが同一の構造周期Pkを有する構成では、光学デバイス30が有する4つの格子領域13,15のすべてにおいて、共鳴を起こす光の波長域は一致する。したがって、光学デバイス30の表面側から光学デバイス30に光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、4つの格子領域13,15の各々で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス30の表面側に射出される。そのため、第1実施形態の光学デバイス10と比較して、光学デバイス30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より大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。
[Action of optical device]
In the configuration in which the two resonance structure portions 18A and 18B have the same structural period Pk, the wavelength regions of the light causing resonance are the same in all of the four lattice regions 13 and 15 of the optical device 30. Therefore, when light is incident on the optical device 30 from the surface side of the optical device 30, among the light in a specific wavelength range that is multiple-reflected in the upper lattice region, the light leaked from this grid region in the process of multiple reflection. Enters the underlying lattice region and undergoes multiple reflections, and this phenomenon is repeated for the number of lattice regions. As a result, the reflected light in a specific wavelength region enhanced in each of the four lattice regions 13 and 15 is emitted to the surface side of the optical device 30. Therefore, as compared with the optical device 10 of the first embodiment, the intensity of the light in the specific wavelength range emitted from the optical device 30 as the reflected light is higher, and the wavelength selectivity of the reflected light is further enhanced.

一方、2つの共鳴構造部18A,18B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18Aの有する格子領域13,15にて共鳴を起こす光の波長域と、第2共鳴構造部18Bの有する格子領域13,15にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。したがって、光学デバイス30の表面側から光学デバイス30に光が入射したとき、上層の共鳴構造部18の各格子領域13,15で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった波長域の光は、この共鳴構造部18を透過して、下層の共鳴構造部18に入り、上層の共鳴構造部18とは異なる波長域の光が、下層の共鳴構造部18の各格子領域13,15で多重反射する。その結果、光学デバイス30の表面側には、第1共鳴構造部18Aの有する格子領域13,15にて強められた第1の波長域の光と、第2共鳴構造部18Bの有する格子領域13,15にて強められた第2の波長域の光とを含む反射光が射出される。 On the other hand, in the configuration in which the two resonance structure portions 18A and 18B have different structural periods Pk, the wavelength range of light that causes resonance in the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 18A and the second resonance structure portion The wavelength regions of light that resonate in the lattice regions 13 and 15 of 18B are different from each other. Therefore, when light is incident on the optical device 30 from the surface side of the optical device 30, the wavelengths in which the light in a specific wavelength range is multiple-reflected in the lattice regions 13 and 15 of the resonance structure portion 18 in the upper layer and are not multiple-reflected. Light in the region passes through the resonance structure portion 18 and enters the resonance structure portion 18 in the lower layer, and light in a wavelength region different from that in the resonance structure portion 18 in the upper layer is emitted from each lattice region 13 of the resonance structure portion 18 in the lower layer. Multiple reflections at, and 15. As a result, on the surface side of the optical device 30, the light in the first wavelength region enhanced by the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 18A and the lattice region 13 of the second resonance structure portion 18B , 15 The reflected light including the light in the second wavelength region enhanced at 15 is emitted.

そして、光学デバイス30の裏面側には、光学デバイス30への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第1の波長域および第2の波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。こうした構成によれば、光学デバイス30にて、反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。したがって、共鳴構造部18A,18Bにおける構造周期Pkの設定を通じて、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 optical device 30, a wavelength range excluding the first wavelength range and the second wavelength range emitted as the reflected light in the wavelength range included in the incident light on the optical device 30. Light is emitted as transmitted light. According to such a configuration, in the optical device 30, it is possible to expand the wavelength range included in the reflected light and narrow the wavelength range included in the transmitted light while increasing the intensity of the reflected light. Therefore, the degree of freedom in adjusting the hue observed as reflected light or transmitted light can be increased by setting the structural period Pk in the resonance structure portions 18A and 18B.

[光学デバイスの適用例]
第2実施形態の光学デバイス30の構成は、第1実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ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 optical device]
The configuration of the optical device 30 of the second embodiment may be applied to the wavelength selection filter 50 or may be applied to the display element included in the display body 60, as in the application example shown in the first embodiment. However, 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18A,18Bが同一の構造周期Pkを有する構成が適用された場合、波長選択フィルタ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 18A and 18B have the same structural period Pk is applied, the wavelength selectivity of the reflected light is further enhanced in the wavelength selection filter 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18A,18B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、波長選択フィルタ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 18A and 18B 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 filter 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18A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18B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、共鳴構造部18A,18Bにおける構造周期Pkの調整によって、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 18A and emitted as reflected light to the back surface side, and the blue wavelength is emitted by the second resonance structure portion 18B. 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, by adjusting the structural period Pk in the resonance structure portions 18A and 18B, the red sub-pixel 71R emits transmitted light in the red wavelength region, and the blue sub-pixel 71B emits transmitted light in the blue wavelength region. It is configured as follows. As a result, a transmissive color filter 70 having sub-pixels 71R, 71B, and 71G that emit transmitted light having high monochromaticity is realized.

[光学デバイスの製造方法]
図15および図16を参照して、第2実施形態の光学デバイス30の製造方法について説明する。まず、第2実施形態の光学デバイス30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20と高屈折率層21とが順に形成される。
[Manufacturing method of optical device]
The manufacturing method of the optical device 30 of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. First, in the production of the optical device 30 of the second embodiment, the uneven structure layer 20 and the high refractive index layer 21 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20と高屈折率層21とからなる構造体である2つの凹凸構造体31を、高屈折率層21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31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31を接合する。これにより、光学デバイス30が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 15, the two concave-convex structures 31, which are structures composed of the base material 11, the concave-convex structure layer 20, and the high-refractive index layer 21, face each other so that the high-refractive index layers 21 face each other. Then, as shown in FIG. 16, the concavo-convex structure 31 is joined by filling the region between the two concavo-convex structures 31 with a low refractive index material. As a result, the optical device 30 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31の間に形成される部分が埋め込み層22である。第1実施形態と同様に、埋め込み層22を構成する低屈折率材料は、高屈折率層21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20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31において、凹凸構造層20を構成する低屈折率材料や高屈折率層21を構成する高屈折率材料は互いに異なっていてもよい。 As shown in FIG. 16, the portion formed between the two concave-convex structures 31 by embedding with a low refractive index material is the embedding layer 22. Similar to the first embodiment, if the low refractive index material constituting the embedded layer 22 is a material having a lower refractive index than the high refractive index material constituting the high refractive index layer 21, the concave-convex structure layer 20 is formed. It may be a material different from the material. Further, in the two concave-convex structures 31, the low-refractive index material forming the concave-convex structure layer 20 and the high-refractive index material forming the high refractive index layer 21 may be different from each other.

なお、2つの凹凸構造体31を対向させた状態において、第1層状部21a同士が向かい合ってもよいし、一方の凹凸構造体31における第1層状部21aと、他方の凹凸構造体31における第2層状部21bとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の凹凸構造体31における第1層状部21aは、他方の凹凸構造体31における第1層状部21aの一部および第2層状部21bの一部と向かい合っていてもよい。 In a state where the two concave-convex structures 31 face each other, the first layered portions 21a may face each other, or the first layered portion 21a in one concave-convex structure 31 and the second concave-convex structure 31 in the other concave-convex structure 31. The two-layered portion 21b may face each other. Alternatively, the first layered portion 21a in one concave-convex structure 31 may face a part of the first layered portion 21a and a part of the second layered portion 21b in the other concave-convex structure 31.

例えば、2つの凹凸構造体31として、凸部20bの周期Ptが同一である凹凸構造体31を接合することによって、2つの共鳴構造部18A,18Bが同一の構造周期Pkを有する光学デバイス30が形成できる。また例えば、2つの凹凸構造体31として、凸部20bの周期Ptが互いに異なる凹凸構造体31を接合することによって、2つの共鳴構造部18A,18Bが互いに異なる構造周期Pkを有する光学デバイス30が形成できる。 For example, by joining the concavo-convex structure 31 having the same period Pt of the convex portion 20b as the two concavo-convex structures 31, the optical device 30 in which the two resonance structure portions 18A and 18B have the same structural period Pk can be obtained. Can be formed. Further, for example, as two concave-convex structures 31, an optical device 30 in which the two resonance structure portions 18A and 18B have different structural periods Pk by joining the concave-convex structures 31 having different periodic Pts of the convex portions 20b. Can be formed.

なお、光学デバイス30は、第1方向に並ぶ3以上の共鳴構造部18を備えていてもよい。光学デバイス30が複数の共鳴構造部18を備える構成において、これらの共鳴構造部18における構造周期Pkが同一であれば、共鳴構造部18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18に、構造周期Pkが同一である共鳴構造部18と、構造周期Pkが互いに異なる共鳴構造部18とが含まれてもよい。こうした構成によれば、光学デバイス30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 optical device 30 may include three or more resonance structure portions 18 arranged in the first direction. In a configuration in which the optical device 30 includes a plurality of resonance structure portions 18, if the structural period Pk of these resonance structure portions 18 is the same, the larger the number of resonance structure portions 18, the higher the intensity of the reflected light. Further, the plurality of resonance structure portions 18 may include a resonance structure portion 18 having the same structural period Pk and a resonance structure portion 18 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 optical device 30.

3以上の共鳴構造部18を備える光学デバイス30の製造に際しては、凹凸構造体31の基材11と凹凸構造層20とが、凹凸構造層20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31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20と他の凹凸構造体31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光学デバイス30が形成される。 In manufacturing the optical device 30 having three or more resonance structure portions 18, the base material 11 of the concave-convex structure 31 and the concave-convex structure layer 20 are formed of a material capable of peeling the base material 11 from the concave-convex structure layer 20. .. Then, after the two concave-convex structures 31 are joined by the low-refractive index material, one base material 11 is peeled off, and the exposed concave-convex structure layer 20 and the other uneven structure 31 further form a low-refractive index material. By repeating the sandwiching and joining, the optical device 30 having 6 or more sub-wavelength lattices is formed.

以上、第2実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(7)の効果に加えて、下記の効果が得られる。
(8)光学デバイス30が、第1方向に並ぶ複数の共鳴構造部18を備える構成によれば、光学デバイス10が4つ以上の格子領域13,15を備えるため、光学デバイス30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 (7) of the first embodiment.
(8) According to the configuration in which the optical device 30 includes a plurality of resonance structure portions 18 arranged in the first direction, the optical device 10 includes four or more lattice regions 13 and 15, so that the wavelength selectivity of the optical device 30 is selective. It is possible to further increase the degree of freedom in adjusting the wavelength range included in the reflected light and the transmitted light.

(9)複数の共鳴構造部18の構造周期Pkが、複数の共鳴構造部18において等しい構成によれば、各格子領域13,15で共鳴を起こす光の波長域は一致し、各格子領域13,15で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス30から射出されるため、反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。 (9) According to the configuration in which the structural periods Pk of the plurality of resonance structure portions 18 are the same in the plurality of resonance structure portions 18, the wavelength regions of the light causing resonance in each of the lattice regions 13 and 15 are the same, and each of the lattice regions 13 Since the reflected light in the specific wavelength range enhanced in, 15 is emitted from the optical device 30, the intensity of the light in the specific wavelength range emitted as the reflected light becomes higher, and the wavelength selectivity of the reflected light becomes higher. It will be higher.

(10)第1共鳴構造部18Aの構造周期Pkと、第2共鳴構造部18B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18A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18B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、光学デバイス30に光が入射したとき、光学デバイス30からは、第1共鳴構造部18Aの格子領域13,15にて強められた第1の波長域の光と、第2共鳴構造部18Bの有する格子領域13,15にて強められた第2の波長域の光とを含む反射光が射出される。また、光学デバイスへ30の入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第1の波長域および第2の波長域を除く波長域の光が透過光として光学デバイス10から射出される。したがって、光学デバイス30にて、反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。それゆえ、各共鳴構造部18A,18Bが有するサブ波長格子の格子周期の設定を通じて、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。 (10) According to the configuration in which the structural period Pk of the first resonance structure portion 18A and the structural period Pk of the second resonance structure portion 18B are different from each other, resonance occurs in the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 18A. 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 18B are different from each other. Therefore, when light is incident on the optical device 30, the light in the first wavelength region enhanced in the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 18A and the second resonance structure portion 18B are emitted from the optical device 30. The reflected light including the light in the second wavelength region enhanced in the lattice regions 13 and 15 possessed by the light is emitted. Further, among the wavelength ranges included in the incident light of 30 to the optical device, the light in the wavelength range excluding the first wavelength range and the second wavelength range emitted as the reflected light is transmitted from the optical device 10 as transmitted light. Be ejected. Therefore, in the optical device 30, it is possible to expand the wavelength range included in the reflected light and narrow the wavelength range included in the transmitted light while increasing the intensity of the reflected light. Therefore, the degree of freedom in adjusting the hue observed as reflected light or transmitted light can be increased by setting the lattice period of the sub-wavelength lattice of each of the resonance structure portions 18A and 18B.

(11)上記光学デバイス30は、2つの凹凸構造体31を、高屈折率層21同士が向かい合うように対向させ、2つの凹凸構造体31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18を備える光学デバイス30を容易に形成することができる。 (11) The optical device 30 is formed by having two concave-convex structures 31 face each other so that the high-refractive index layers 21 face each other, and filling a region between the two concave-convex structures 31 with a low-refractive index material. Will be done. According to this, the optical device 30 including the plurality of resonance structure portions 18 can be easily formed.

(第3実施形態)
図17および図18を参照して、光学デバイスの製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスの第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第2実施形態と比較して、2つの共鳴構造部におけるサブ波長格子の配列方向が異なる。以下では、第3実施形態と第2実施形態との相違点を中心に説明し、第2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。なお、図17および図18は、光学デバイスの一部分を示す図であり、光学デバイスの構造を理解しやすくするために、高屈折率材料から構成されている部分と、低屈折率材料から構成されている部分とに、互いに異なる濃度のドットを付して示している。
(Third Embodiment)
A method for manufacturing an optical device and a third embodiment of the optical device manufactured by this manufacturing method will be described with reference to FIGS. 17 and 18. In the third embodiment, the arrangement directions of the sub-wavelength lattices in the two resonance structures are different from those in the second embodiment. Hereinafter, the differences between the third embodiment and the second embodiment will be mainly described, and the same reference numerals will be given to the same configurations as those of the second embodiment, and the description thereof will be omitted. 17 and 18 are views showing a part of the optical device, and are composed of a portion made of a high refractive index material and a low refractive index material in order to make the structure of the optical device easy to understand. Dots with different densities are attached to the parts shown.

[光学デバイスの構成]
図17が示すように、第3実施形態の光学デバイス40は、第2実施形態と同様に、第1方向に隣り合う2つの共鳴構造部18A,18Bを備えている。ただし、第3実施形態においては、第1共鳴構造部18Aの格子領域13,15が有する各要素部、すなわち、高屈折率部13a,15aおよび低屈折率部13b,15bの各々の延びる方向と、第2共鳴構造部18Bの格子領域13,15が有する各要素部の延びる方向とは互いに異なる。つまり、共鳴構造部18ごとに、各格子領域13,15での各要素部の並ぶ方向が異なっている。換言すれば、第1共鳴構造部18Aが有するサブ波長格子の配列方向と、第2共鳴構造部18Bが有するサブ波長格子の配列方向とが互いに異なっている。
[Optical device configuration]
As shown in FIG. 17, the optical device 40 of the third embodiment includes two resonance structure portions 18A and 18B adjacent to each other in the first direction, similarly to the second embodiment. However, in the third embodiment, the respective element portions of the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 18A, that is, the extending directions of the high refractive index portions 13a and 15a and the low refractive index portions 13b and 15b, respectively. , The extending directions of the respective element portions of the lattice regions 13 and 15 of the second resonance structure portion 18B are different from each other. That is, the direction in which the element portions are arranged in the lattice regions 13 and 15 is different for each resonance structure portion 18. In other words, the arrangement direction of the sub-wavelength lattice included in the first resonance structure portion 18A and the arrangement direction of the sub-wavelength lattice included in the second resonance structure portion 18B are different from each other.

なお、光学デバイス40が含む4つのサブ波長格子のパターンは相互に一致しており、共鳴構造部18A,18Bにおいて周期P1,P2はすべて等しく、高要素幅Dh1,Dh2はすべて等しく、領域厚さT1,T2はすべて等しい。 The patterns of the four sub-wavelength lattices included in the optical device 40 are in agreement with each other, the periods P1 and P2 are all equal in the resonance structure portions 18A and 18B, the high element widths Dh1 and Dh2 are all equal, and the region thickness is T1 and T2 are all equal.

図18は、図17に示す光学デバイス40を、基材11の表面に沿った方向に広がる領域ごとに分割して示す図である。なお、図18は、2つの共鳴構造部18A,18Bにおける各要素部の配置をわかりやすく示すための図であって、図18にて分割されている各領域の境界は、光学デバイス40を構成する構造体の境界を示すものではない。 FIG. 18 is a diagram showing the optical device 40 shown in FIG. 17 divided into regions extending in a direction along the surface of the base material 11. Note that FIG. 18 is a diagram for clearly showing the arrangement of each element portion in the two resonance structure portions 18A and 18B, and the boundary of each region divided in FIG. 18 constitutes the optical device 40. It does not indicate the boundaries of the structures to be used.

図18が示すように、第1共鳴構造部18Aの高屈折率部13a,15aおよび低屈折率部13b,15bは、第2方向に沿って延び、第3方向に沿って並ぶ。一方、第2共鳴構造部18Bの高屈折率部13a,15aおよび低屈折率部13b,15bは、第3方向に沿って延び、第2方向に沿って並ぶ。すなわち、第1共鳴構造部18Aが有する各要素部の延びる方向と、第2共鳴構造部18Bが有する各要素部の延びる方向とは直交している。換言すれば、第1共鳴構造部18Aが有するサブ波長格子の配列方向と、第2共鳴構造部18Bが有するサブ波長格子の配列方向とのなす角は90°である。 As shown in FIG. 18, the high refractive index portions 13a and 15a and the low refractive index portions 13b and 15b of the first resonance structure portion 18A extend along the second direction and are aligned along the third direction. On the other hand, the high refractive index portions 13a and 15a and the low refractive index portions 13b and 15b of the second resonance structure portion 18B extend along the third direction and are aligned along the second direction. That is, the extending direction of each element portion of the first resonance structure portion 18A and the extending direction of each element portion of the second resonance structure portion 18B are orthogonal to each other. In other words, the angle formed by the arrangement direction of the sub-wavelength lattice of the first resonance structure portion 18A and the arrangement direction of the sub-wavelength lattice of the second resonance structure portion 18B is 90 °.

[光学デバイスの作用]
サブ波長格子が、1つの方向に帯状に延びる高屈折率部13a,15aから構成されている場合、各格子領域13,15では、特定の方向へ偏光した光が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。上記特定の方向は、サブ波長格子の配列方向に依存する。第1共鳴構造部18Aと第2共鳴構造部18Bとでサブ波長格子の配列方向が異なっていることにより、第1共鳴構造部18Aの格子領域13,15と第2共鳴構造部18Bの格子領域13,15とでは、多重反射する光の偏光方向は互いに異なっている。したがって、第3実施形態の光学デバイス40によれば、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。
[Action of optical device]
When the sub-wavelength lattice is composed of high refractive index portions 13a and 15a extending in a band shape in one direction, light polarized in a specific direction is multiplely reflected and resonates in each of the lattice regions 13 and 15. It is emitted as reflected light. The specific direction depends on the arrangement direction of the sub-wavelength lattice. Since the arrangement directions of the sub-wavelength lattices are different between the first resonance structure portion 18A and the second resonance structure portion 18B, the lattice regions 13 and 15 of the first resonance structure portion 18A and the lattice regions of the second resonance structure portion 18B In 13 and 15, the polarization directions of the multiple reflected light are different from each other. Therefore, according to the optical device 40 of the third embodiment, the reflected light is efficiently emitted with respect to the incident light including the polarized light components in various directions, so that the intensity of the reflected light is further increased.

第3実施形態の光学デバイス40の構成は、第1実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ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。 The configuration of the optical device 40 of the third embodiment may be applied to the wavelength selection filter 50 or may be applied to the display element included in the display body 60, as in the application example shown in the first embodiment. However, it may be applied to the sub-pixels included in the color filter 70.

ただし、一般的に、カラーフィルタ70への入射光が、偏光方向の揃った光であることに対して、表示体60への入射光は、一般的な照明や太陽光のように、様々な方向への偏光成分を含む光である場合が多い。したがって、カラーフィルタ70へは、第2実施形態の光学デバイス30の構成が適用されると効果が高く、表示体60へは、第3実施形態の光学デバイス40の構成が適用されると効果が高い。 However, in general, the incident light on the color filter 70 is light having the same polarization direction, whereas the incident light on the display body 60 is various like general lighting and sunlight. In many cases, the light contains a polarization component in the direction. Therefore, the effect is high when the configuration of the optical device 30 of the second embodiment is applied to the color filter 70, and the effect is high when the configuration of the optical device 40 of the third embodiment is applied to the display body 60. high.

[光学デバイスの製造方法]
第3実施形態の光学デバイス40は、第2実施形態と同様に、基材11と凹凸構造層20と高屈折率層21とからなる構造体である2つの凹凸構造体31を、高屈折率層21同士が向かい合うように対向させ、2つの凹凸構造体31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。ここで、第3実施形態では、一方の凹凸構造体31における高屈折率層21の延びる方向と、他方の凹凸構造体31における高屈折率層21の延びる方向とが直交するように、これらの凹凸構造体31を向かい合わせて低屈折率材料により接合する。
[Manufacturing method of optical device]
Similar to the second embodiment, the optical device 40 of the third embodiment has two concave-convex structures 31 which are a structure composed of a base material 11, a concave-convex structure layer 20, and a high-refractive index layer 21 and have a high refractive index. The layers 21 are opposed to each other so as to face each other, and the region between the two concave-convex structures 31 is filled with a low refractive index material. Here, in the third embodiment, the extending direction of the high-refractive index layer 21 in one concave-convex structure 31 and the extending direction of the high-refractive index layer 21 in the other concave-convex structure 31 are orthogonal to each other. The concavo-convex structures 31 face each other and are joined by a low refractive index material.

なお、光学デバイス40は、第1方向に並ぶ3以上の共鳴構造部18を備えていてもよく、複数の共鳴構造部18に、要素部の延びる方向が互いに異なる共鳴構造部18が含まれていればよい。こうした光学デバイス40は、偶数、すなわち2n(nは3以上の整数)個のサブ波長格子を備え、一方の基材11に近い位置から2m−1番目(mは1以上n以下の整数)のサブ波長格子と2m番目のサブ波長格子とにおいて、配列方向は互いに同一であり、格子周期は互いに同一である。換言すれば、光学デバイス40は、配列方向および格子周期が同一であるサブ波長格子の対が、第1方向に並び、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。 The optical device 40 may include three or more resonance structure portions 18 arranged in the first direction, and the plurality of resonance structure portions 18 include resonance structure portions 18 in which the extension directions of the element portions are different from each other. Just do it. Such an optical device 40 has an even number, that is, 2n (n is an integer of 3 or more) sub-wavelength grids, and is 2m-1st (m is an integer of 1 or more and n or less) from a position close to one of the base materials 11. In the sub-wavelength lattice and the 2mth sub-wavelength lattice, the arrangement directions are the same and the lattice periods are the same. In other words, the optical device 40 has a structure in which pairs of sub-wavelength lattices having the same arrangement direction and lattice period are arranged in the first direction, and these sub-wavelength lattices are embedded in a low refractive index material. There is.

こうした構成によれば、共鳴構造部18ごとのサブ波長格子の配列方向の設定や、サブ波長格子の配列方向が同一である共鳴構造部18の数の設定等によって、光学デバイス40の偏光応答性を調整することもできる。なお、複数の共鳴構造部18には、サブ波長格子のパターンが互いに異なる共鳴構造部18が含まれていてもよい。 According to such a configuration, the polarization responsiveness of the optical device 40 can be set by setting the arrangement direction of the sub-wavelength lattice for each resonance structure unit 18, setting the number of resonance structure units 18 having the same arrangement direction of the sub-wavelength lattice, and the like. Can also be adjusted. The plurality of resonance structure portions 18 may include resonance structure portions 18 having different patterns of sub-wavelength lattices.

3以上の共鳴構造部18を備える光学デバイス40の製造に際しては、凹凸構造体31の基材11と凹凸構造層20とが、凹凸構造層20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31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20と他の凹凸構造体31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光学デバイス40が形成される。 In manufacturing the optical device 40 having three or more resonance structure portions 18, the base material 11 and the uneven structure layer 20 of the concave-convex structure 31 are formed from a material capable of peeling the base material 11 from the concave-convex structure layer 20. .. Then, after the two concave-convex structures 31 are joined by the low-refractive index material, one base material 11 is peeled off, and the exposed concave-convex structure layer 20 and the other uneven structure 31 further form a low-refractive index material. By repeating the sandwiching and joining, the optical device 40 having 6 or more sub-wavelength lattices is formed.

以上、第3実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(7)、第2実施形態の(8),(11)の効果に加えて、下記の効果が得られる。
(12)第1共鳴構造部18Aの有する要素部の延びる方向と、第2共鳴構造部18Bの有する要素部の延びる方向とが、互いに異なるため、第1共鳴構造部18Aの格子領域13,15と第2共鳴構造部18Bの格子領域13,15とでは、入射光に含まれる光のうち、互いに異なる方向へ偏光した光が共鳴を起こして、それぞれの共鳴構造部18から射出される。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。
As described above, according to the third embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects of (1) to (7) of the first embodiment and (8) and (11) of the second embodiment.
(12) Since the extending direction of the element portion of the first resonance structure portion 18A and the extending direction of the element portion of the second resonance structure portion 18B are different from each other, the lattice regions 13, 15 of the first resonance structure portion 18A In the lattice regions 13 and 15 of the second resonance structure unit 18B, among the light contained in the incident light, light polarized in different directions resonates and is emitted from the respective resonance structure units 18. Therefore, the reflected light is efficiently emitted from the incident light containing the polarized light components in various directions, so that the intensity of the reflected light is further increased.

[変形例]
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
上記各実施形態の製造方法によって製造される光学デバイスの共鳴構造部18においては、第1高屈折率部13aの上部に第2低屈折率部15bが位置し、第1低屈折率部13bの上部に第2高屈折率部15aが位置する。
[Modification example]
Each of the above embodiments can be modified and implemented as follows.
In the resonance structure portion 18 of the optical device manufactured by the manufacturing method of each of the above embodiments, the second low refractive index portion 15b is located above the first high refractive index portion 13a, and the first low refractive index portion 13b The second high refractive index portion 15a is located at the upper part.

すなわち、第1高屈折率部13aの配置のパターンは、第2低屈折率部15bの配置のパターンと一致し、第1低屈折率部13bの配置のパターンは、第2高屈折率部15aの配置のパターンと一致する。そして、第1格子領域13で共鳴を起こす光の波長域と、第2格子領域15で共鳴を起こす光の波長域とを一致させるためには、第1格子領域13と第2格子領域15とでサブ波長格子の格子周期が一致し、かつ、第1格子領域13における複数の第1高屈折率部13aの体積比率と、第2格子領域15における複数の第2高屈折率部15aの体積比率とが一致することが必要である。 That is, the arrangement pattern of the first high refractive index portion 13a matches the arrangement pattern of the second low refractive index portion 15b, and the arrangement pattern of the first low refractive index portion 13b is the second high refractive index portion 15a. Matches the placement pattern of. Then, in order to match the wavelength range of the light that causes resonance in the first lattice region 13 with the wavelength range of the light that causes resonance in the second lattice region 15, the first lattice region 13 and the second lattice region 15 are used. The lattice periods of the sub-wavelength lattices are the same, and the volume ratio of the plurality of first high refractive index portions 13a in the first lattice region 13 and the volume ratio of the plurality of second high refractive index portions 15a in the second lattice region 15 It is necessary that the ratio matches.

こうした条件を満たすことは、上記各実施形態のように、第1高屈折率部13a、第1低屈折率部13b、第2高屈折率部15a、および、第2低屈折率部15bの各要素部が、共通する1つの方向に帯状に延びる同一の形状を有し、各格子領域13,15にて、高屈折率部13a,15aと低屈折率部13b,15bとが、これらの延びる方向と直交する方向に交互に配置されている構成であれば、容易である。 Satisfying these conditions is satisfied by the first high refractive index section 13a, the first low refractive index section 13b, the second high refractive index section 15a, and the second low refractive index section 15b, as in each of the above embodiments. The element portions have the same shape extending in a band shape in one common direction, and in each of the lattice regions 13 and 15, the high refractive index portions 13a and 15a and the low refractive index portions 13b and 15b extend thereof. It is easy if the configuration is arranged alternately in the direction orthogonal to the direction.

ただし、上記条件が満たされていれば、各要素部は帯状に延びる形状とは異なる形状を有していてもよい。例えば、図19が示すように、第1高屈折率部13a、第1低屈折率部13b、第2高屈折率部15a、および、第2低屈折率部15bの各々が、第1方向に沿った方向から見て正方形等の同一の矩形形状を有し、各格子領域13,15にて、高屈折率部13a,15aと低屈折率部13b,15bとが、第2方向と第3方向とのそれぞれの方向に沿って、交互に配置されている構成であってもよい。こうした場合、図20が示すように、凹凸構造層20においては、互いに直交する2つの方向の各々に沿って、凸部20bと凹部20cとが交互に配置され、平面視において凸部20bと凹部20cとは、正方形等の同一の矩形形状を有する。
図19に示す構成によれば、1つの共鳴構造部18においても、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。
However, as long as the above conditions are satisfied, each element portion may have a shape different from the shape extending in a band shape. For example, as shown in FIG. 19, each of the first high refractive index portion 13a, the first low refractive index portion 13b, the second high refractive index portion 15a, and the second low refractive index portion 15b is in the first direction. It has the same rectangular shape such as a square when viewed from the direction along the line, and in each of the lattice regions 13 and 15, the high refractive index portions 13a and 15a and the low refractive index portions 13b and 15b are in the second direction and the third. The configuration may be arranged alternately along the respective directions. In such a case, as shown in FIG. 20, in the concave-convex structure layer 20, the convex portions 20b and the concave portions 20c are alternately arranged along each of the two directions orthogonal to each other, and the convex portions 20b and the concave portions are arranged in a plan view. 20c has the same rectangular shape such as a square.
According to the configuration shown in FIG. 19, even in one resonance structure portion 18, the reflected light is efficiently emitted with respect to the incident light including the polarizing components in various directions, so that the intensity of the reflected light is higher. Can be enhanced.

[実施例]
上述した光学デバイス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 optical device and its manufacturing method will be described with reference to specific examples.

(実施例1)
実施例1は、光学デバイスが適用された波長選択フィルタであって、緑帯域の波長の光を選択的に反射する波長選択フィルタである。
<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サブ波長格子パターンの電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、1つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。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3cmの正方形領域内に、短辺の長さを180nm、長辺の長さを3cmとした長方形を、短辺方向に周期360nm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長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、帯状部分が等間隔で並ぶサブ波長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。
(Example 1)
The first embodiment is a wavelength selection filter to which an optical device is applied, and is a wavelength selection filter that selectively reflects light having a wavelength in the green band.
<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 of a sub-wavelength lattice pattern was formed on the Cr film by an electron beam lithography method. The sub-wavelength grid pattern is a pattern in which band-shaped portions extending in one direction are arranged at equal intervals. The resist used was a positive type, and the film thickness was 150 nm. The pattern drawn by an electron beam is a pattern in which a rectangle having a short side length of 180 nm and a long side length of 3 cm is arranged in a square region having a side of 3 cm with a period of 360 nm in the short side direction. The area where the line is drawn is the inner area of the rectangle. 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 are removed, and Optool HD-1100 (manufactured by Daikin Industries, Ltd.) is applied as a mold release agent to obtain a mold in which sub-wavelength lattice patterns in which strips are arranged at equal intervals are formed in a square region. It was.

次に、上記モールド上のサブ波長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、表面にサブ波長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/cmとした。 Next, an ultraviolet curable resin was applied to the square region on which the sub-wavelength lattice pattern was formed on the mold, and the mold surface was covered with a polyethylene terephthalate film that 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 sub-wavelength 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TiO膜を成膜することにより、TiO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サブ波長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、サブ波長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サブ波長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め込み層を形成した。これにより、実施例1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/cmとした。
<波長選択フィルタの評価>
実施例1の波長選択フィルタの反射分光測定を実施したところ、530nm程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
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, of the two laminates, the region where the sub-wavelength lattice pattern is located on the surface of one laminate is coated with an ultraviolet curable resin, and the coated ultraviolet curable resin is coated with the other laminate. The two laminates were faced to each other so that the surfaces were in contact with each other and the regions where the sub-wavelength 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 sub-wavelength 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 Example 1 was obtained. The irradiation amount of ultraviolet rays at 365 nm was set to 50 mJ / cm 2 .
<Evaluation of wavelength selection filter>
When the reflection spectroscopic measurement of the wavelength selection filter of Example 1 was carried out, a reflection spectrum having a center wavelength of about 530 nm was observed.

(実施例2)
実施例2は、光学デバイスが画素に適用された表示体である。
<表示体の製造>
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サブ波長格子パターンを有する電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、1つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は150nmとした。
(Example 2)
The second embodiment is a display body in which an optical device is applied to pixels.
<Manufacturing of display body>
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 having a sub-wavelength lattice pattern was formed on the Cr film by an electron beam lithography method. The sub-wavelength grid pattern is a pattern in which band-shaped portions extending in one direction are arranged at equal intervals. The resist used was a positive type, and the film thickness was 150 nm.

電子線により描画したパターンは、4種類のサブ波長格子パターンが並ぶパターンである。このパターンを図21に模式的に示す。第1のパターンSP1は、一辺3cmの正方形領域内に、帯状部分が周期360nmでX方向に並ぶパターンである。第2のパターンSP2は、一辺3cmの正方形領域内に、帯状部分が周期360nmでX方向と直交するY方向に並ぶパターンである。第3のパターンSP3は、一辺3cmの正方形領域内に、帯状部分が周期396nmでX方向に並ぶパターンである。第4のパターンSP4は、一辺3cmの正方形領域内に、帯状部分が周期396nmでY方向に並ぶパターンである。 The pattern drawn by the electron beam is a pattern in which four types of sub-wavelength grid patterns are arranged. This pattern is schematically shown in FIG. The first pattern SP1 is a pattern in which strip-shaped portions are arranged in the X direction with a period of 360 nm in a square region having a side of 3 cm. The second pattern SP2 is a pattern in which strip-shaped portions are arranged in the Y direction orthogonal to the X direction with a period of 360 nm in a square region having a side of 3 cm. The third pattern SP3 is a pattern in which strip-shaped portions are arranged in the X direction with a period of 396 nm in a square region having a side of 3 cm. The fourth pattern SP4 is a pattern in which strip-shaped portions are arranged in the Y direction with a period of 396 nm in a square region having a side of 3 cm.

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、上記4つのサブ波長格子パターンが形成されたモールドを得た。 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 the above four sub-wavelength lattice patterns were formed.

次に、上記モールド上の4つのサブ波長格子パターンが形成された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サブ波長格子パターンの形成された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、上記4つのサブ波長格子パターンの反転されたサブ波長格子パターンが紫外線硬化性樹脂の表面に形成され、この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。4つのサブ波長格子パターンの各々が形成されている領域が、画素部分に相当する。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/cmとした。 Next, an ultraviolet curable resin was applied to the region on the mold where the four sub-wavelength lattice patterns were formed, and the mold surface was covered with a polyethylene terephthalate film that had been subjected to an easy-adhesion treatment. The ultraviolet curable resin is spread using a roller so as to spread over the entire area where the sub-wavelength lattice pattern is formed, and is irradiated with ultraviolet rays of 365 nm to cure the ultraviolet curable resin, and then the polyethylene terephthalate film is formed from the mold. Was peeled off. As a result, an inverted sub-wavelength lattice pattern of the above four sub-wavelength lattice patterns is formed on the surface of the ultraviolet curable resin, and the concavo-convex structure layer made of the ultraviolet curable resin and the base material which is a polyethylene terephthalate film are formed. A laminate was obtained. The region in which each of the four sub-wavelength grid patterns is formed corresponds to the pixel portion. 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TiO膜を成膜することにより、TiO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サブ波長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、同周期のサブ波長格子パターンの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サブ波長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め込み層を形成した。これにより、実施例2の表示体を得た。なお、365nmの紫外線の照射量は50mJ/cm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, of the two laminates, the region where the sub-wavelength lattice pattern is located on the surface of one laminate is coated with an ultraviolet curable resin, and the coated ultraviolet curable resin is coated with the other laminate. The two laminates were faced to each other so that the surfaces were in contact with each other and the regions where the sub-wavelength lattice patterns having the same period 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 sub-wavelength 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 display body of Example 2 was obtained. The irradiation amount of ultraviolet rays at 365 nm was set to 50 mJ / cm 2 .

<表示体の評価>
実施例2の表示体の反射分光測定を実施したところ周期360nmのサブ波長格子を有する画素は530nm程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測され、周期396nmのサブ波長格子を有する画素は620nm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 display>
When the reflection spectroscopic measurement of the display body of Example 2 was carried out, a reflection spectrum having a center wavelength of about 530 nm was observed in the pixel having a sub-wavelength lattice having a period of 360 nm, and a pixel having a sub-wavelength lattice having a period of 396 nm was about 620 nm. A reflection spectrum with a central wavelength was observed.

10,30,40…光学デバイス、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…第2低屈折率領域、15…第2格子領域、15a…第2高屈折率部、15b…第2低屈折率部、16…第3低屈折率領域、17…第3高屈折率部、18…共鳴構造部、18A…第1共鳴構造部、18B…第2共鳴構造部、20…凹凸構造層、20a…平坦部、20b…凸部、20c…凹部、21…高屈折率層、21a…第1層状部、21b…第2層状部、22…埋め込み層、31…凹凸構造体、50…波長選択フィルタ、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, 30, 40 ... Optical device, 11 ... Base material, 12 ... First low refractive index region, 13 ... First lattice region, 13a ... First high refractive index portion, 13b ... First low refractive index portion, 14 ... 2nd low refractive index region, 15 ... 2nd lattice region, 15a ... 2nd high refractive index part, 15b ... 2nd low refractive index part, 16 ... 3rd low refractive index region, 17 ... 3rd high refractive index part, 18 ... Resonance structure part, 18A ... First resonance structure part, 18B ... Second resonance structure part, 20 ... Concavo-convex structure layer, 20a ... Flat part, 20b ... Convex part, 20c ... Concave part, 21 ... High refractive index layer, 21a ... 1st layered portion, 21b ... 2nd layered portion, 22 ... Embedded layer, 31 ... Concavo-convex structure, 50 ... Wavelength selection filter, 60 ... Display body, 60F ... Front surface, 60R ... Back surface, 61A ... 1st display area, 61B ... 2nd display area, 61C ... 3rd display area, 62A ... 1st pixel, 62B ... 2nd pixel, 62C ... 3rd pixel, 70 ... color filter, 71 ... pixel, 71R ... red sub-pixel, 71G ... Sub-pixel for green, 71B ... Sub-pixel for blue.

Claims (12)

入射光を透過する材料から構成される光学デバイスの製造方法であって、
第1低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部と、前記複数の凸部の並ぶ方向に沿って前記凸部と交互に並ぶ凹部であって、前記表面と対向する方向から見て前記複数の凸部の面積と等しい面積を有する複数の凹部とを形成することによって、前記凸部と前記凹部とを有する凹凸構造層を形成する第1工程と、
前記第1低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に、前記凸部の高さよりも小さい厚さを有する高屈折率層を形成する第2工程であって、前記高屈折率層として、前記凹部上に位置する第1サブ波長格子と、前記凸部上に位置して前記第1サブ波長格子と同一の格子周期を有する第2サブ波長格子とを含む層を形成する第2工程と、
前記凹凸構造層と前記高屈折率層とからなる構造体の表面に、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第2低屈折率材料からなる埋め込み層を形成することにより、前記構造体が有する凹凸を前記第2サブ波長格子上まで前記第2低屈折率材料で埋める第3工程と、を含み、
前記第2工程では、前記高屈折率層が、前記凸部の側面に沿って延びる高屈折率部を含むように、前記高屈折率層を形成する
光学デバイスの製造方法。
A method for manufacturing an optical device composed of a material that transmits incident light.
On the surface of the layer made of the first low refractive index material, a plurality of convex portions arranged in a sub-wavelength period and concave portions alternately arranged with the convex portions along the arrangement direction of the plurality of convex portions, which are the same as the surface. A first step of forming a concave-convex structure layer having the convex portion and the concave portion by forming a plurality of concave portions having an area equal to the area of the plurality of convex portions when viewed from opposite directions.
Using a high refractive index material having a higher refractive index than the first low refractive index material, a high refractive index layer having a thickness smaller than the height of the convex portion is formed on the surface of the concave-convex structure layer. In two steps, as the high refractive index layer, a first sub-wavelength lattice located on the concave portion and a second sub located on the convex portion and having the same lattice period as the first sub-wavelength lattice. The second step of forming the layer including the wavelength lattice and
The structure is formed by forming an embedded layer made of a second low refractive index material having a refractive index lower than that of the high refractive index material on the surface of the structure composed of the uneven structure layer and the high refractive index layer. Includes a third step of filling the unevenness of the second sub-wavelength lattice with the second low refractive index material .
In the second step, the high refractive index layer is formed so that the high refractive index layer includes a high refractive index portion extending along the side surface of the convex portion.
Manufacturing method of optical device.
前記第1工程では、前記第1低屈折率材料である樹脂からなる塗工層に凹版を押し付け、前記樹脂を硬化させた後に前記凹版を離型して前記凹版の有する凹凸を前記樹脂に転写することにより、前記凹凸構造層を形成し、
前記第2工程では、前記高屈折率材料として無機化合物を含む材料を用いて、前記高屈折率層を形成し、
前記第3工程では、前記構造体の表面に、前記第2低屈折率材料である樹脂を塗工し、塗工した樹脂を硬化させることにより、前記埋め込み層を形成する
請求項1に記載の光学デバイスの製造方法。
In the first step, the intaglio is pressed against the coating layer made of the resin which is the first low refractive index material, the resin is cured, and then the intaglio is released to transfer the unevenness of the intaglio to the resin. By doing so, the uneven structure layer is formed.
In the second step, the high refractive index layer is formed by using a material containing an inorganic compound as the high refractive index material.
The third step according to claim 1, wherein the embedded layer is formed by applying a resin as the second low refractive index material to the surface of the structure and curing the applied resin. How to make an optical device.
前記第3工程では、2つの前記構造体を、前記高屈折率層同士が向かい合うように対向させ、2つの前記構造体の間の領域を前記第2低屈折率材料で埋めることによって、前記
埋め込み層を形成する
請求項1または2に記載の光学デバイスの製造方法。
In the third step, the two structures are opposed to each other so that the high refractive index layers face each other, and the region between the two structures is filled with the second low refractive index material. The method for manufacturing an optical device according to claim 1 or 2, wherein the layer is formed.
入射光を透過する材料から構成された光学デバイスであって、
第1サブ波長格子を構成する複数の第1高屈折率部と、前記第1高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第1低屈折率部とを有し、前記第1高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第1高屈折率部と前記第1低屈折率部とが交互に位置する第1格子領域と、
前記第1高屈折率部と同一の材料から構成されて第2サブ波長格子を構成する複数の第2高屈折率部と、前記第2高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第2低屈折率部とを有し、前記第2高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第2高屈折率部と前記第2低屈折率部とが交互に位置する第2格子領域と、
前記第1格子領域の平均屈折率および前記第2格子領域の平均屈折率の各々よりも低い屈折率をそれぞれが有する第1低屈折率領域、第2低屈折率領域、および、第3低屈折率領域と、を備え、
前記第1格子領域は、当該第1格子領域の厚さ方向に前記第1低屈折率領域と前記第2低屈折率領域とに挟まれ、
前記第2格子領域は、当該第2格子領域の厚さ方向に前記第2低屈折率領域と前記第3低屈折率領域とに挟まれ、
前記第1サブ波長格子の格子周期と前記第2サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しい周期であり、
前記第1格子領域における前記複数の第1高屈折率部の体積比率と、前記第2格子領域における前記複数の第2高屈折率部の体積比率とは同一であり、
前記第1格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て、
前記第1高屈折率部と前記第2低屈折率部とが重なり、前記第2高屈折率部と前記第1低屈折率部とが重なっており、
前記第2低屈折率領域は、前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部と同一の材料から構成された第3高屈折率部を有し、
前記第3高屈折率部は、前記第1格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て互いに隣り合う前記第1高屈折率部と前記第2高屈折率部との端部間で、前記第2低屈折率領域の厚さ方向に沿って延びている
光学デバイス。
An optical device made of a material that transmits incident light.
It has a plurality of first high refractive index portions constituting the first sub-wavelength lattice, and a plurality of first low refractive index portions having a refractive index lower than that of the first high refractive index portion, and the first high refractive index portion. A first lattice region in which the first high refractive index portion and the first low refractive index portion are alternately located along the direction in which the rate portions are arranged,
A plurality of second high-refractive index sections made of the same material as the first high-refractive index section and forming a second sub-wavelength lattice, and a plurality of second high-refractive index sections having a lower refractive index than the second high-refractive index section. A second lattice region having two low refractive index portions, in which the second high refractive index portion and the second low refractive index portion are alternately located along the direction in which the second high refractive index portions are arranged.
The first low refractive index region, the second low refractive index region, and the third low refractive index, each of which has a refractive index lower than each of the average refractive index of the first lattice region and the average refractive index of the second lattice region. With a rate area,
The first lattice region is sandwiched between the first low refractive index region and the second low refractive index region in the thickness direction of the first lattice region.
The second lattice region is sandwiched between the second low refractive index region and the third low refractive index region in the thickness direction of the second lattice region.
The lattice period of the first sub-wavelength lattice and the lattice period of the second sub-wavelength lattice are equal periods to each other.
The volume ratio of the plurality of first high refractive index portions in the first lattice region is the same as the volume ratio of the plurality of second high refractive index portions in the second lattice region.
Seen from the direction along the thickness direction of the first lattice region
The first high refractive index portion and the second low refractive index portion overlap each other, and the second high refractive index portion and the first low refractive index portion overlap each other.
The second low refractive index region has a first high refractive index portion and a third high refractive index portion made of the same material as the second high refractive index portion.
The third high-refractive index portion is located between the ends of the first high-refractive index portion and the second high-refractive index portion, which are adjacent to each other when viewed from the direction along the thickness direction of the first lattice region. An optical device extending along the thickness direction of the second low refractive index region .
前記第1低屈折率領域と、前記第1低屈折率部と、前記第2低屈折率領域のなかで前記第1低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する1つの構造体である第1構造体であり、
前記第3低屈折率領域と、前記第2低屈折率部と、前記第2低屈折率領域のなかで前記第2低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する1つの構造体である第2構造体である
請求項4に記載の光学デバイス。
The first low refractive index region, the first low refractive index portion, and the portion of the second low refractive index region adjacent to the first low refractive index portion are one structure that is continuous with each other. Is the first structure that is
The third low refractive index region, the second low refractive index portion, and the portion of the second low refractive index region adjacent to the second low refractive index portion are one structure that is continuous with each other. The optical device according to claim 4, which is the second structure.
前記第1構造体と前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部との屈折率差は0.2よりも大きく、
前記第2構造体と前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部との屈折率差は0.2よりも大きい
請求項5に記載の光学デバイス。
The difference in refractive index between the first structure, the first high refractive index portion, and the second high refractive index portion is larger than 0.2.
The optical device according to claim 5, wherein the difference in refractive index between the second structure, the first high refractive index portion, and the second high refractive index portion is larger than 0.2.
前記第1構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、
前記第2構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、
前記第1高屈折率部および前記第2高屈折率部を構成する材料は、無機化合物を含む
請求項5または6に記載の光学デバイス。
The material constituting the first structure is any one of an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin.
The material constituting the second structure is any one of an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, and a thermoplastic resin.
The optical device according to claim 5 or 6, wherein the material constituting the first high refractive index portion and the second high refractive index portion contains an inorganic compound.
前記複数の第1高屈折率部、前記複数の第1低屈折率部、前記複数の第2高屈折率部、および、前記複数の第2低屈折率部の各々は、共通する1つの方向に帯状に延びる形状を有している
請求項4〜のいずれか一項に記載の光学デバイス。
Each of the plurality of first high refractive index portions, the plurality of first low refractive index portions, the plurality of second high refractive index portions, and the plurality of second low refractive index portions has one common direction. The optical device according to any one of claims 4 to 7 , which has a shape extending in a band shape.
前記第1格子領域、前記第2格子領域、前記第1低屈折率領域、前記第2低屈折率領域、および、前記第3低屈折率領域から構成される部分が共鳴構造部であり、
前記光学デバイスは、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4〜のいずれか一項に記載の光学デバイス。
A portion composed of the first lattice region, the second lattice region, the first low refractive index region, the second low refractive index region, and the third low refractive index region is a resonance structure portion.
The optical device according to any one of claims 4 to 8 , wherein the optical device includes a plurality of the resonance structure portions arranged along the thickness direction of the resonance structure portion.
前記複数の共鳴構造部の各々が有する前記第1サブ波長格子および前記第2サブ波長格子の格子周期は、前記複数の共鳴構造部において等しい
請求項に記載の光学デバイス。
The optical device according to claim 9 , wherein the lattice periods of the first sub-wavelength lattice and the second sub-wavelength lattice of each of the plurality of resonance structure portions are equal in the plurality of resonance structure portions.
前記複数の共鳴構造部には、第1共鳴構造部と第2共鳴構造部とが含まれ、前記第1共鳴構造部の有する前記第1サブ波長格子および前記第2サブ波長格子の格子周期と、前記第2共鳴構造部の有する前記第1サブ波長格子および前記第2サブ波長格子の格子周期とは、互いに異なる
請求項に記載の光学デバイス。
The plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion, and the lattice period of the first sub-wavelength lattice and the second sub-wavelength lattice of the first resonance structure portion. The optical device according to claim 9 , wherein the first sub-wavelength lattice and the lattice period of the second sub-wavelength lattice of the second resonance structure are different from each other.
前記複数の共鳴構造部の各々において、前記複数の第1高屈折率部、前記複数の第1低屈折率部、前記複数の第2高屈折率部、および、前記複数の第2低屈折率部の各々である要素部は、1つの方向に帯状に延びる形状を有し、
前記複数の共鳴構造部には、第1共鳴構造部と第2共鳴構造部とが含まれ、
前記第1共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向と、前記第2共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向とは、互いに異なる
請求項に記載の光学デバイス。
In each of the plurality of resonance structure portions, the plurality of first high refractive index portions, the plurality of first low refractive index portions, the plurality of second high refractive index portions, and the plurality of second low refractive index portions. Each element portion of the portion has a shape extending in a band shape in one direction.
The plurality of resonance structure portions include a first resonance structure portion and a second resonance structure portion.
The optical device according to claim 9 , wherein the extending direction of the element portion of the first resonance structure portion and the extending direction of the element portion of the second resonance structure portion are different from each other.
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