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CN111344611A - 显示体、带显示体的设备以及显示体的制造方法 - Google Patents

显示体、带显示体的设备以及显示体的制造方法 Download PDF

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CN111344611A
CN111344611A CN201880072865.5A CN201880072865A CN111344611A CN 111344611 A CN111344611 A CN 111344611A CN 201880072865 A CN201880072865 A CN 201880072865A CN 111344611 A CN111344611 A CN 111344611A
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波木井秀充
川下雅史
小田由香里
内田朋也
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Toppan Printing Co Ltd
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Abstract

提供显示体、带显示体的设备以及显示体的制造方法,该显示体能够根据观察条件而目视确认到互不相同的外观像,能够提高基于反射光或透射光的像的波长选择性,并且具有抗菌性。显示体具有周期性构造体,该周期性构造体是具有支撑部以及多个周期性要素的介电质,所述支撑部具有基准面,所述多个周期性要素在基准面以具有副波长周期的二维格栅状而排列,所述周期性要素是从基准面凸出的凸部或者相对于基准面凹陷的凹部。并且,显示体具有金属层,该金属层位于作为包含基准面中的将周期性要素包围的区域以及周期性要素的表面在内的面的周期性构造体的表面,具有追随周期性构造体的表面形状的形状,沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向的第1方面的周期性要素之间的间隙距离,与沿着与第1方向相交叉的第2方向的所述周期性要素之间的间隙距离不同。

Description

显示体、带显示体的设备以及显示体的制造方法
技术领域
本发明涉及显示体、带显示体的设备以及显示体的制造方法。
背景技术
显示体利用基于衍射格栅、多层膜的光的干涉等而对显示体所显示的像附加与印刷物不同的视觉效果(例如,参照专利文献1)。显示体例如通过配备于护照、驾照等认证文件、商品券、支票等有价证券类这种要求伪造困难的物品,由此提高伪造物品的困难性。另外,显示体通过配备于随身携带的物品而提高物品的外观美观性。
显示体所具有的衍射格栅例如具有透明的树脂层、以及位于树脂层上的铝等金属层。例如,由具有正弦二次结构的数学函数表现的衍射格栅的形状,在衍射格栅的倾斜部具有比其他部位薄的金属层,因倾斜部间的结构差异而对金属层附加透射率、反射率的差异。而且,能够实现基于灰度的表现、反射像的色彩和透射像的色彩互不相同的表现(例如,参照专利文献1)。根据反射像和透射像的差异还能够判定粘贴有显示体的物品的真伪。
专利文献1:日本专利第5124272号说明书
发明内容
为了进一步提高伪造的困难性、外观美观性,优选1个显示体能够根据观察条件而形成互不相同的外观像。例如,希望通过显示体的表面观察和背面观察而目视确认到互不相同的色彩的像的显示体、通过针对显示体的一个面的反射光的观察和透射光的观察而目视确认互不相同的色彩的像的显示体。
此外,由具有正弦二次结构的数学函数表现的衍射格栅的形状,在衍射格栅的构造的高度方向上、即在显示体的表面背面方向上需要较高的对称性。其结果,从显示体的表面观察的像与从显示体的背面观察的像的色彩的差异也微小,基于这些目视确认还难以判别显示体的表面背面。
并且,存在如下问题,即,在当前的基于由所述衍射格栅形成的显示体的表面和背面目视确认到的基于反射光和透射光的像的色彩较淡而波长选择性较低。
另外,显示体大多配备于不特定的多人直接用手指接触的随身携带的物品,因此优选实施抑制细菌繁殖的对策。
本发明的目的在于提供一种显示体、带显示体的设备以及显示体的制造方法,能够根据观察条件而目视确认到互不相同的外观像,能够提高基于所述反射光或透射光的像的波长选择性,并且能够抑制细菌繁殖。
根据解决上述问题的显示体的一个方面,具有:周期性构造体,其是具有支撑部以及多个周期性要素的介电质,所述支撑部具有基准面,所述多个周期性要素在所述基准面以具有副波长周期的二维格栅状而排列,且所述周期性要素是从所述基准面凸出的凸部或者相对于所述基准面凹陷的凹部的任意者;以及金属层,其位于作为包含所述基准面中的将所述周期性要素包围的区域以及所述周期性要素的表面在内的面的所述周期性构造体的表面,具有追随所述周期性构造体的表面形状的形状,沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向的第1方面的所述周期性要素之间的间隙距离,与沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向、且与所述第1方向相交叉的第2方向的所述周期性要素之间的间隙距离不同。
根据上述结构,显示体具有由金属和介电质构成的、具有副波长周期的格栅构造的层,因此如果从显示体的外侧对显示体的表面及背面的一个面照射光,则在具有上述格栅结构的层产生等离子体共振。因等离子体共振而消耗的波长区域的光未从上述一个面射出,受到等离子体共振作用的特定波长区域的光透射过显示体从显示体的表面及背面的另一个面射出。因此,在针对一个面的反射观察和针对另一个面的透射观察中目视确认到色彩互不相同的像,另外,在针对一个面的反射观察和透射观察中目视确认到色彩互不相同的像。即,根据上述结构,能够根据观察条件而目视确认到互不相同的外观像。另外,显示体的沿着第1方向的周期性要素之间的间隙距离与沿着第2方向的周期性要素之间的距离不同,因此能够产生依赖于在第1方向和第2方向上不同的周期性要素之间的距离的等离子体共振吸收。因此,根据显示体,能够选择性地取出依赖于入射光的偏振方向的表面等离子体共振吸收的效果。
在上述结构中,可以在所述基准面上包含:第1格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;第2格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;以及中间格栅层,其比所述第1格栅层及所述第2格栅层厚,且在厚度方向上由所述第1格栅层和所述第2格栅层夹持,所述第1格栅层具有:多个第1介电质层,它们以单元格栅为正方形的正方形阵列、单元格栅为菱形的六边形阵列、单元格栅为长方形的长方形阵列的任意岛状阵列而排列;以及第1金属层,其具有将各第1介电质层包围的网眼状,所述中间格栅层具有:多个第1中间介电质层,它们以单元格栅为正方形的正方形阵列、单元格栅为菱形的六边形阵列、单元格栅为长方形的长方形阵列的任意岛状阵列而排列;以及第2中间介电质层,其具有将各第1中间介电质层包围的网眼状,且具有低于所述第1中间介电质层的介电常数,所述第2格栅层具有:多个第2金属层,它们以单元格栅为正方形的正方形阵列、单元格栅为菱形的六边形阵列、单元格栅为长方形的长方形阵列的任意岛状阵列而排列;以及第2介电质层,其具有将各第2金属层包围的网眼状,所述周期性要素是所述凸部,所述第1介电质层和所述第1中间介电质层构成所述周期性要素,所述金属层中包含所述第1金属层及所述第2金属层,所述第1格栅层的所述第1金属层的体积比率大于所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率,并且所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率大于所述中间格栅层的金属材料的体积比率,所述第1介电质层的宽度相对于所述第1介电质层的构造周期之比、以及所述第2金属层的宽度相对于所述第2金属层的构造周期之比,大于或等于0.25且小于或等于0.75。
根据上述结构,第1格栅层的平均化后的折射率由第1金属层的折射率支配。从显示体的外侧入射至支撑部的光容易在这样的第1格栅层和支撑部的界面产生菲涅耳反射。与此相对,第2格栅层的平均化后的折射率由第2介电质层支配。另外,中间格栅层的平均化后的折射率也由作为介电质的第2中间介电质层支配。而且,从显示体的外侧入射至第2格栅层的光不易产生菲涅耳反射,进入第2格栅层进而进入中间格栅层。其结果,在从与支撑部相对的方向观察显示体的反射观察中,容易观察到基于菲涅耳反射的像,另一方面,在从与第2格栅层相对的方向观察显示体的反射观察中,难以观察到基于菲涅耳反射的像。
并且,第1格栅层、第2格栅层产生等离子体共振。入射至第1格栅层的光的一部分由等离子体共振消耗并透射过第1格栅层。入射至第2格栅层的光的一部分也由等离子体共振消耗并透射过第2格栅层。因此,在从与支撑部相对的方向观察显示体的反射观察中,基于菲涅耳反射的像带有除了黑色、白色以外的色彩,从而被更清晰地目视确认。此外,如果从与第2格栅层相对的方向观察显示体,则经由第1格栅层的等离子体共振以及第2格栅层的等离子体共振的透射光形成带有除了黑色、白色以外的色彩的像。
另一方面,从显示体的外侧入射至第2格栅层的光的一部分因第2格栅层的等离子体共振、第1格栅层的等离子体共振而消耗,更难以向第2格栅层的外侧返回。因此,在从与第2格栅层相对的方向观察显示体的反射观察中,目视确认到带有更接近黑色的色彩的像。
作为以上结果,通过从与支撑部相对的方向观察显示体的反射观察、从与第2格栅层相对的方向观察显示体的反射观察、以及从与第2格栅层相对的方向观察显示体的透射观察,能够判别各层的厚度方向上的支撑部的位置,即显示体的表面和背面。
在上述结构中,所述第1金属层及所述第2金属层的相对于可见区域的光的复介电常数的实数部可以具有负值。
根据上述结构,容易产生第1格栅层的等离子体共振以及第2格栅层的等离子体共振,因此能够使上述各观察像的色彩变得更加鲜明。
在上述结构中,所述第1介电质层的宽度相对于所述第1介电质层的构造周期之比、以及所述第2金属层的宽度相对于所述第2金属层的构造周期之比可以大于或等于0.40且小于或等于0.60。
根据上述结构,能够抑制第1介电质层的大小相对于第1金属层的大小变得过小、以及第2金属层的大小相对于第2介电质层的大小变得过小。因此,在制造显示体的方面能减轻加工负荷。
在上述结构中,构成所述第1金属层的材料与构成所述第2金属层的材料可以相同,所述第2介电质层可以是空气层,所述第1介电质层的折射率与所述第1金属层的折射率之差可以大于所述第2介电质层的折射率与所述第2金属层的折射率之差。
根据上述结构,第1金属层和第2金属层具有彼此相等的折射率,并且第1介电质层与第1金属层之间的折射率差大于第2介电质层与第2金属层之间的折射率差,因此能进一步抑制第2格栅层和其他层的界面的菲涅耳反射,并能促进第1格栅层和其他层的界面的菲涅耳反射。
在上述结构中,所述周期性要素的平面形状可以是长方形。
根据上述结构,在周期性要素的单元格栅为正方形阵列的情况下,也能够使第1方向上相邻的周期性要素之间的距离与第2方向上相邻的周期性要素之间的距离不同,因此能够产生依赖于第1方向和第2方向上不同的周期性要素之间的距离的等离子体共振吸收。因此,根据显示体,能够选择性地获取依赖于入射光的偏振方向的表面等离子体共振吸收的效果。
在上述结构中,所述第1介电质层和所述第1中间介电质层可以是一体的构造体,所述第2中间介电质层和所述第2介电质层可以是一体的构造体。
根据上述结构,第1介电质层和第1中间介电质层是一体的构造体,另外,第2中间介电质层和第2介电质层是一体的构造体,因此还能够使显示体的构造简化。
在上述结构中,所述中间格栅层还可以具有中间金属层,该中间金属层位于所述第1中间介电质层的侧面上,且由所述第1中间介电质层和所述第2中间介电质层夹持,所述中间金属层可以是与所述第2金属层一体的构造体,且包含于金属层中,为了抑制可见区域的光的反射,越是靠近所述第1金属层的部位,所述侧面上的厚度越薄。
根据上述结构,中间金属层具有防反射功能,因此还能够使通过从与第2格栅层相对的方向观察显示体的反射观察而目视确认到的像的色彩变为更接近黑色的色彩。
在上述结构中,可以具有介电质层,该介电质层位于所述金属层的与所述周期性构造体接触的面的相反侧的面,具有追随所述金属层的表面形状的形状。
根据上述结构,通过构成介电质层的材料的变更,能够调整通过反射观察、透射观察而观察到的色彩,因此能够提高这样的色彩调整的自由度。另外,介电质层具有追随金属层的表面形状的形状,因此与介电质层的表面平坦的情况相比,能够减弱包含介电质层在内的层和其上层的界面的菲涅耳反射。其结果,通过从与介电质层相对的方向观察显示体的反射观察而目视确认到的像的色彩变得更加鲜明。
在上述结构中,可以具有保护层,该保护层将所述介电质层的与所述金属层接触的面的相反侧的面覆盖。
根据上述结构,能够对由周期性构造体、金属层以及保护层构成的构造体加以保护。
解决上述问题的带显示体的设备具有:上述显示体;以及光射出构造体,其配置于与所述显示体具有的表面和背面中的一个面的一部分相对的位置,构成为能够朝向所述显示体射出光。
根据上述结构,从光射出构造体射出的光的一部分透射过显示体而从位于光射出构造体的相反侧的面射出。因此,如果在光朝向光射出构造体的相反侧的面照射的状态下从与该面相对的方向观察显示体,则在光射出构造体所处的部分和不存在光射出构造体的部分看到互不相同的色彩。因此,能够呈现出更多种类的像。
解决上述问题的制造方法包含如下工序:第1工序,通过将凹版所具有的凹凸转印至涂敷于基材的表面的树脂而形成周期性构造体,其中,从与所述基材的表面相对的方向观察,作为凸部或凹部的周期性要素以具有副波长周期的二维格栅状而配置;以及第2工序,在所述周期性构造体上形成具有追随所述周期性构造体的表面形状的形状的金属层,沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向的第1方向的所述周期性要素之间的间隙距离、与沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向且与所述第1方向相交叉的第2方向的所述周期性要素之间的间隙距离不同。
根据上述制造方法,能够获得能根据观察条件而目视确认到互不相同的外观像的显示体。特别是能够容易且适当地形成具有微细凹凸的周期性构造体。
根据上述制造方法,能够通过构成介电质层的材料的变更而调整针对显示体的反射观察、透射观察中观察到的色彩,因此能够提高针对这样的色彩的调整的自由度。
用于解决上述问题的本发明的另一方面是一种显示体,其具有:周期性构造体,其是具有支撑部以及多个周期性要素的介电质,所述支撑部具有基准面,所述多个周期性要素在所述基准面以具有副波长周期的二维格栅状而排列,所述周期性要素是从所述基准面凸出的凸部或者相对于所述基准面凹陷的凹部的任意者;以及金属层,其位于作为包含所述基准面中的将所述周期性要素包围的区域以及所述周期性要素的表面在内的面的所述周期性构造体的表面,具有追随所述周期性构造体的表面形状的形状,所述周期性要素的平面形状为多边形。
另外,所述多边形的至少1个内角可以是锐角。
另外,所述多个周期性要素中相邻的所述周期性要素的组的至少一部分可以以所述锐角彼此相对的方式排列。
另外,在所述锐角彼此相对的所述周期性要素的组中,所述周期性要素的中心间的距离可以是副波长。
另外,所述多个周期性要素可以以俯视时构成六边形对称阵列、六边形阵列或正方形阵列的任一种阵列的方式排列。
另外,可以在所述基准面上包含:第1格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;第2格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;以及中间格栅层,其比所述第1格栅层及所述第2格栅层厚,在厚度方向上由所述第1格栅层和所述第2格栅层夹持,所述第1格栅层具有:多个第1介电质层,它们以岛状阵列而排列;以及第1金属层,其具有将各第1介电质层包围的网眼状,所述中间格栅层具有:多个第1中间介电质层,它们以岛状阵列而排列;以及第2中间介电质层,其具有将各第1中间介电质层包围的网眼状而具有低于所述第1中间介电质层的介电常数,所述第2格栅层具有:多个第2金属层,它们以岛状阵列而排列;以及第2介电质层,其具有将各第2金属层包围的网眼状,所述周期性要素是所述凸部,所述第1介电质层及所述第1中间介电质层构成所述周期性要素,所述金属层中包含所述第1金属层及所述第2金属层,所述第1格栅层的所述第1金属层的体积比率大于所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率,并且,所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率大于所述中间格栅层的金属材料的体积比率,所述第1介电质层的宽度相对于所述第1介电质层的构造周期之比、以及所述第2金属层的宽度相对于所述第2金属层的构造周期之比,大于或等于0.25且小于或等于0.75。
另外,可以具有介电质层,其位于所述金属层的与所述周期性构造体接触的面的相反侧的面,具有追随所述金属层的表面形状的形状。
另外,所述金属层中可以含有具有抗菌性的金属微粒。
根据上述结构,例如如果人手接触显示体,则有时会附着有细菌,但金属层中含有具有抗菌性的金属微粒,因此由所述金属微粒生成金属离子并摄入至所述细菌等的细胞内,引起对细胞内的酶的阻碍,从而能够获得灭杀细菌的效果。即,根据上述结构,能够根据观察条件而目视确认到互不相同的外观像,并且能够抑制细菌繁殖。
在上述结构中,构成所述第1金属层的材料与构成所述第2金属层的材料可以相同,所述材料可以是金、银、铜中的至少一种。
根据上述结构,金、银、铜均是能体现出表面等离子体共振及抗菌作用的金属,因此能够实现利用等离子体共振现象对显示体的表面背面的判别,并能够赋予抑制细菌繁殖的抗菌作用。
发明的效果
根据本发明,对于显示体而言,能够根据观察条件而目视确认到互不相同的外观像,能够提高基于所述反射光或透射光的像的波长选择性,并且能够抑制细菌繁殖。
附图说明
图1是表示本发明的显示体的第1实施方式的平面构造的俯视图。
图2是放大表示作为第1实施方式的参考的显示体的第1显示区域的平面构造的放大图。
图3是放大表示第1实施方式的显示体的第1显示区域的平面构造的放大图。
图4是放大表示第1实施方式的变形例的显示体的第1显示区域的平面构造的放大图。
图5是表示第1实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图2的III-III线剖视图。
图6是表示第1实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图2的IV-IV线剖视图。
图7是表示第1实施方式的第2显示区域的剖面构造的图,且是图1的V-V线剖视图。
图8是表示第1实施方式的第1显示区域的剖面构造的其他例子的剖视图。
图9是通过表面侧的反射观察以及背面侧的透射观察而表示第1实施方式的显示体的作用的作用图。
图10是通过背面侧的反射观察以及表面侧的透射观察而表示第1实施方式的显示体的作用的作用图。
图11是放大表示第1实施方式的第1显示区域的剖面构造的一部分的一个例子的剖视图。
图12是放大表示第1实施方式的变形例的第1显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图13是放大表示第1实施方式的变形例的第2显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图14是放大表示第1实施方式的变形例的第1显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图15是表示显示体的第2实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图2的III-III线剖视图。
图16是表示第2实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图2的IV-IV线剖视图。
图17是通过表面侧的反射观察以及背面侧的透射观察而表示第2实施方式的显示体的作用的作用图。
图18是表示第2实施方式的带显示体的设备的结构的图。
图19是放大表示第2实施方式的变形例的第1显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图20是放大表示第2实施方式的变形例的第1显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图21是表示本发明的显示体的第3实施方式的平面构造的俯视图。
图22是放大表示第3实施方式的显示体的第1显示区域的平面构造的放大图。
图23是表示第3实施方式的第1显示区域的孤立区域的形状的俯视图。
图24是表示第3实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图22的III-III线剖视图。
图25是表示第3实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图22的IV-IV线剖视图。
图26是表示第3实施方式的第2显示区域的剖面构造的图,且是图21的V-V线剖视图。
图27是表示第3实施方式的第1显示区域的剖面构造的其他例子的剖视图。
图28是通过表面侧的反射观察以及背面侧的透射观察而表示第3实施方式的显示体的作用的作用图。
图29是通过背面侧的反射观察以及表面侧的透射观察而表示第3实施方式的显示体的作用的作用图。
图30是放大表示第3实施方式的第1显示区域的剖面构造的一部分的一个例子的剖视图。
图31是放大表示第3实施方式的变形例的第1显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图32是放大表示第3实施方式的变形例的第2显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图33是放大表示第3实施方式的变形例的第1显示区域的剖面构造的一部分的剖视图。
图34是表示本发明的显示体的第4实施方式的平面构造的俯视图。
图35是放大表示第4实施方式的显示体的第1显示区域的平面构造的放大图。
图36是表示第4实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图35的III-III线剖视图。
图37是表示第4实施方式的第1显示区域的剖面构造的图,且是图35的IV-IV线剖视图。
图38是表示第4实施方式的第2显示区域的剖面构造的图,且是图34的V-V线剖视图。
图39是表示第4实施方式的第1显示区域的剖面构造的其他例子的剖视图。
图40是通过表面侧的反射观察以及背面侧的透射观察而表示第4实施方式的显示体的作用的作用图。
图41是通过背面侧的反射观察以及表面侧的透射观察而表示第4实施方式的显示体的作用的作用图。
图42是放大表示第4实施方式的第1显示区域的剖面构造的一部分的结构例的剖视图。
图43是放大表示第4实施方式的第1显示区域的剖面构造的一部分的结构例的剖视图。
图44是放大表示第4实施方式的第1显示区域的剖面构造的一部分的结构例的剖视图。
具体实施方式
(第1实施方式)
参照图1至图14对显示体及显示体的制造方法的第1实施方式进行说明。此外,显示体可以以提高伪造物品的困难性为目的而使用,也可以以提高物品的外观美观性的目的而使用,还可以兼顾上述目的而使用。作为提高伪造物品的困难性的目的,将显示体例如粘贴于护照、驾照等认证文件、商品券、支票等有价证券类、信用卡、现金卡等卡片类、纸币等。另外,作为提高物品的外观美观性的目的,显示体例如安装于佩戴于身体的装饰品、使用者携带的物品、如家具、家电等放置的物品、墙壁、门等构造物等。
如图1所示,显示体所具有的表面10S划分为第1显示区域10A以及第2显示区域10B。第1显示区域10A所具有的剖面构造和第2显示区域10B所具有的剖面构造互不相同。第1显示区域10A是在表面10S描绘有文字、图形、记号、花纹、图案等的区域,在图1中,例如是描绘有星形图形的区域。
[显示体的构造]
首先,针对本发明的实施方式所涉及的作为具有第1显示区域10A的显示体的参考的具有第1显示区域10A'的显示体进行以下说明。
如图2所示,从与显示体的表面10S相对的方向观察,第1显示区域10A'包含多个孤立区域A2、以及包围各孤立区域A2的单个周围区域A3。各孤立区域A2的平面形状为正方形。在下面的附图中,为了便于对孤立区域A2进行说明,对各孤立区域A2标注圆点而表示。
各孤立区域A2沿表面10S以单元格为正方形的正方形阵列而排列。单元格是将沿表面10S排列的多个孤立区域A2中包含的4个孤立区域A2连结的线形成的格栅状的构造单位中的、一条边的长度最短的格栅。正方形阵列是孤立区域A2位于单元格的一条边具有构造周期PT1的正方形LT的各顶点的阵列。因此,在第1显示区域10A'中,沿着X方向(纸面左右方向)的孤立区域A2间的间隙距离和沿着Y方向(纸面左右方向)的孤立区域A2间的间隙距离相等。
接下来,对本发明的第1实施方式及其变形例所涉及的显示体的第1显示区域10A进行说明。图3中示出了第1实施方式的显示体的第1显示区域10A,图4中示出了第1实施方式的变形例所涉及的显示体的第1显示区域10A。在第1显示区域10A中,与第1显示区域10A'不同,沿着作为孤立区域A2排列的方向的第1方向(X方向)的孤立区域A2间的间隙距离、和沿着作为孤立区域A2排列的方向且与第1方向相交叉的第2方向(Y方向)的孤立区域A2间的间隙距离不同。另外,第1方向与第2方向正交。
如图3所示,在第1实施方式所涉及的显示体的第1显示区域10A中,孤立区域A2的平面形状为正方形。另外,各孤立区域A2沿表面10S以单元格为长方形的长方形阵列而排列。单元格为长方形的阵列是孤立区域A2位于单元格的一条边具有构造周期PT2、且另一条边具有构造周期PT3的长方形LT2的各顶点的阵列。构造周期PT2及PT3的周期互不相同,均是副波长周期。
接下来,对本发明的第1实施方式的变形例所涉及的显示体的第1显示区域10A进行说明。图4中示出了第1实施方式的变形例所涉及的显示体的第1显示区域10A。如图4所示,在变形例所涉及的显示体的第1显示区域10A中,各孤立区域A2的平面形状为长方形。另外,各孤立区域A2沿表面10S以正方形阵列而排列。更详细而言,单元格是孤立区域A2位于一条边具有构造周期PT4的正方形LT3的各顶点的正方形阵列。沿着第1方向(X方向)的孤立区域A2间的间隙距离为WP5,沿着作为孤立区域A2排列的方向且与第1方向相交叉的第2方向(Y方向)的孤立区域A2间的间隙距离为WP6,WP5较长。即,WP5和WP6不同。WP5及WP6均为副波长周期。此外,在下面的说明中,为了方便,将构造周期PT2~PT4统称为构造周期PT。
如图5所示,显示体具有使得可见区域的光透射的透明的支撑部11。可见区域的光所具有的波长大于或等于400nm且小于或等于800nm。支撑部11在第1显示区域10A和第2显示区域10B共通。支撑部11所具有的剖面结构可以是单层构造,也可以是多层构造。
构成支撑部11的材料为介电质,例如为光固化性树脂等树脂、石英等无机材料。根据容易获得将显示体粘贴于物品所需的挠性、能够附加于支撑部11的光学特性的自由度较高等观点,构成支撑部11的材料优选为树脂。支撑部11的折射率高于空气层的折射率,例如大于或等于1.2且小于或等于1.7。
第1显示区域10A从靠近支撑部11的层开始按顺序具有第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41。中间格栅层31由第1格栅层21和第2格栅层41夹持。此外,支撑部11的第1格栅层21所处的面是支撑部11的表面,相对于支撑部11的第1格栅层21所处的一侧是构造体的表面侧。相反,支撑部11相对于第1格栅层21所处的一侧是构造体的背面侧。
[第1格栅层21]
第1格栅层21位于支撑部11的表面。第1格栅层21具有多个第1介电质层22以及单个第1金属层23。从与显示体的表面10S相对的方向观察,各第1介电质层22位于孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第1金属层23位于周围区域A3。多个第1介电质层22沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。
各第1介电质层22是从支撑部11的表面凸出的构造体。各第1介电质层22例如与支撑部11为一体。或者,各第1介电质层22例如在与支撑部11的表面之间具有边界,且与支撑部11分体。
从与表面10S相对的方向观察,第1金属层23具有将各第1介电质层22一个一个地包围的网眼状。在第1格栅层21,单个第1金属层23是自由电子往返的光学性的海洋成分,各第1介电质层22是分布于海洋成分中的岛屿成分。
从与表面10S相对的方向观察,第1介电质层22所处的周期为彼此相邻的第1介电质层22的最短宽度WP与第1介电质层22的宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。构造周期PT是小于或等于可见区域的波长的副波长周期。
第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。根据获得第1格栅层21的加工精度、在第1格栅层21容易产生等离子体共振等观点,第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。
第1格栅层21的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于200nm。根据获得第1格栅层21的加工精度、在第1格栅层21容易产生等离子体共振、使各观察像的色彩变得鲜明等观点,第1格栅层21的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于100nm。
[中间格栅层31]
中间格栅层31位于第1格栅层21上。中间格栅层31的厚度大于第1格栅层21的厚度。根据获得中间格栅层31的加工精度的观点,中间格栅层31的厚度优选小于或等于150nm。
中间格栅层31具有多个第1中间介电质层32以及单个第2中间介电质层33。从与表面10S相对的方向观察,各第1中间介电质层32位于孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2中间介电质层33位于周围区域A3。多个第1中间介电质层32沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。
各第1中间介电质层32是从第1介电质层22凸出的构造体。各第1中间介电质层32例如与第1介电质层22为一体。或者,各第1中间介电质层32例如在与第1介电质层22之间具有边界,且与第1介电质层22分体。从与表面10S相对的方向观察,第1中间介电质层32所处的周期与第1介电质层22相同,为最短宽度WP和宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25小于或等于0.75。另外,第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。
从与表面10S相对的方向观察,第2中间介电质层33具有将各第1中间介电质层32一个一个地包围的网眼状。在中间格栅层31,单个第2中间介电质层33在构造和光学方面为海洋成分,各第1中间介电质层32在构造和光学方面为岛屿成分。第2中间介电质层33是空气层或树脂层,具有低于第1中间介电质层32的介电常数。
[第2格栅层41]
第2格栅层41位于中间格栅层31上。第2格栅层41的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于200nm,另外,第2格栅层41的厚度小于中间格栅层31的厚度。根据获得第2格栅层41的加工精度、在第2格栅层41容易产生等离子体共振、使各观察像的色彩变得鲜明等观点,第2格栅层41的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于100nm。
第2格栅层41具有多个第2金属层42以及单个第2介电质层43。从与表面10S相对的方向观察,各第2金属层42的位置包含孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2介电质层43的位置包含于周围区域A3中。多个第2金属层42沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。
各第2金属层42是与第1中间介电质层32的顶面重叠的构造体。各第2金属层42在与第1中间介电质层32之间具有边界,且与第1中间介电质层32分体。从与表面10S相对的方向观察,第2金属层42所处的周期与第1介电质层22相同,为最短宽度WP与宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。第2金属层42的宽度相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。另外,第2金属层42的宽度相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。
从与表面10S相对的方向观察,第2介电质层43具有将各第2金属层42一个一个地包围的网眼状。在第2格栅层41,单个第2介电质层43是自由电子少于第2金属层42的光学性的海洋成分,各第2金属层42是分布于海洋成分中的岛屿成分。第2介电质层43是空气层或树脂层,且具有低于第1中间介电质层32的介电常数。
作为第1格栅层21的海洋成分的第1金属层23的体积比率大于作为第2格栅层41的岛屿成分的第2金属层42的体积比率。另外,作为第2格栅层41的岛屿成分的第2金属层42的体积比率大于中间格栅层31的金属材料的体积比率。
此外,由第1介电质层22和第1中间介电质层32构成的构造体是周期性要素的一个例子,也是以支撑部11的表面为基准面而从基准面凸出的凸部11T。而且,由支撑部11、第1介电质层22以及第1中间介电质层32构成的构造体是周期性构造体的一个例子。另外,由第1金属层23以及第2金属层42构成的层被理解为金属层,该金属层的整层的形状具有追随周期性构造体的表面形状的形状。周期性构造体的表面是包含基准面中将各周期性要素包围的区域以及各周期性要素的表面在内的面。
如图6所示,在周围区域A3中,从靠近支撑部11的层开始按顺序具有第1格栅层21的第1金属层23、中间格栅层31的第2中间介电质层33、以及第2格栅层41的第2介电质层43。第2中间介电质层33由第1金属层23和第2介电质层43夹持。
如图7所示,第2显示区域10B在支撑部11上不具有上述第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41。即,第2显示区域10B根据支撑部11所具有的透光性而使得可见区域的光透射。
此外,第2显示区域10B也可以在支撑部11上具有与第1显示区域10A不同的层。第2显示区域10B例如也可以仅具有第1介电质层22。另外,第2显示区域10B例如也可以仅具有由与构成第1金属层23的材料相同的材料构成的单个金属层。第2显示区域10B的层结构根据对第2显示区域10B显示的像的要求而适当地选择。
另外,如上所述,支撑部11所具有的剖面构造可以是多层构造,各第1介电质层22也可以在与支撑部11之间不具有边界。图8表示支撑部11由2层构成而这些层中的支撑部11的表面侧的层与各第1介电质层22一体的构造。即,支撑部11具有基材11a以及中间层11b,中间层11b相对于基材11a位于表面侧。各第1介电质层22从中间层11b凸出,各第1介电质层22与中间层11b为一体。
[显示体的光学结构]
接下来,对显示体所具有的光学结构进行说明。
这里,以显示体的表面10S以及显示体的背面10T分别与空气层接触而第2中间介电质层33和第2介电质层43分别为空气层的结构、或者具有接近空气层的折射率的树脂层的结构为例进行说明。
如图9所示,支撑部11的折射率是由介电质支配的大小,且大于空气层的折射率。
第1介电质层22的折射率高于空气层的折射率,第1金属层23的折射率低于空气层的折射率。第1格栅层21的折射率近似于对上述第1金属层23的折射率和第1介电质层22的折射率实施平均化所得的大小。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75以下,因此第1格栅层21的折射率最终是由作为海洋成分的第1金属层23支配的大小,且充分低于空气层的折射率。
第1中间介电质层32的折射率高于空气层的折射率,第2中间介电质层33的折射率等于空气层的折射率或高于空气层的折射率。中间格栅层31的折射率近似于对上述第2中间介电质层33的折射率和第1中间介电质层32的折射率实施平均化所得的大小。第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,因此中间格栅层31的折射率最终是由作为海洋成分的第2中间介电质层33支配的大小,且是高于空气层的折射率且接近空气层的折射率的值。
第2金属层42的折射率低于空气层的折射率,第2介电质层43的折射率等于空气层的折射率、或者高于空气层的折射率。第2格栅层41的折射率近似于对上述第2介电质层43的折射率和第2金属层42的折射率实施平均化所得的大小。第2金属层42的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,因此第2格栅层41的折射率最终是由作为海洋成分的第2介电质层43支配的大小,且是低于空气层的折射率且接近空气层的值。
[表面反射观察、背面透射观察]
这里,从显示体的外侧入射至第2格栅层41的白色光L1从空气层进入第2格栅层41,并从第2格栅层41进入中间格栅层31。入射至第2格栅层41的光L1从空气层进入具有接近空气层的折射率的第2格栅层41,因此在空气层和第2格栅层41的界面不易产生菲涅耳反射。另外,入射至中间格栅层31的光从具有接近空气层的折射率的第2格栅层41进入具有接近空气层的折射率的中间格栅层31,因此这里在第2格栅层41和中间格栅层31的界面也不易产生菲涅耳反射。
另一方面,第2金属层42的构造周期PT是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,因此在第2格栅层41产生等离子体共振。等离子体共振是入射至第2格栅层41的光的一部分和电子的集体振动结合的现象。入射至第2格栅层41的光L1的一部分通过第2格栅层41的等离子体共振而变换为表面等离子体,表面等离子体透射过第2格栅层41。透射过第2格栅层41的表面等离子体再变换为光而射出。因等离子体共振而引起的第2格栅层41射出的光EP2的波长区域,是依赖于包含第2金属层42的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第2格栅层41使得入射至第2格栅层41的光的波长区域的一部分光向中间格栅层31透射。
另外,第1介电质层22的构造周期PT也是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,因此在第1格栅层21也产生等离子体共振。即,入射至第1格栅层21的光的一部分也通过第1格栅层21的等离子体共振而变换为表面等离子体,表面等离子体透射过第1格栅层21再变换为光而射出。因等离子体共振而由第1格栅层21射出的光EP1的波长区域是依赖于包含第1介电质层22的构造周期PT的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第1格栅层21使得入射至第1格栅层21的光的波长区域的一部分光向支撑部11透射。
如上,根据使光L1从显示体的外侧向第2格栅层41入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面反射观察,不易产生上述各界面的菲涅耳反射、产生上述各格栅层的等离子体共振,与此相伴,在第1显示区域10A目视确认到黑色或接近黑色的色彩。
另一方面,根据使光L1从显示体的外侧向第2格栅层41入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面透射观察,在第1显示区域10A目视确认到经由上述各格栅层的等离子体共振而透射的有色光LP1即除了白色及黑色以外的光。此外,上述表面反射观察、背面透射观察的结果,在朝向表面10S的外部光的光量高于朝向背面10T的外部光的光量的情况下也显示出同样的趋势。
[背面反射观察、表面透射观察]
如图10所示,从显示体的外侧入射至支撑部11的白色光L1从空气层进入支撑部11,并从支撑部11进入第1格栅层21。入射至支撑部11的光L1从具有高于空气层的折射率的支撑部11进入具有低于空气层的折射率的第1格栅层21,因此在支撑部11和第1格栅层21的界面容易产生菲涅耳反射。此外,支撑部11的折射率与第1格栅层21的折射率之差大于第1格栅层21与中间格栅层31之间的折射率差,另外,大于中间格栅层31与第2格栅层41之间的折射率差。
另一方面,透射过支撑部11和第1格栅层21的界面的光的一部分用于第1格栅层21的等离子体共振。这里,因等离子体共振而由第1格栅层21射出的光EP1的波长区域也是依赖于包含第1金属层23的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。该波长区域的光在支撑部11和第1格栅层21的界面未反射,因等离子体共振而消耗。其结果,入射至支撑部11的光的波长区域的一部分光在支撑部11和第1格栅层21的界面反射,第1格栅层21使得入射至第1格栅层21的光的波长区域的一部分光向中间格栅层31透射。
另外,透射过中间格栅层31而入射至第2格栅层41的光的一部分也用于第2格栅层41的等离子体共振。这里,因等离子体共振而由第2格栅层41射出的光EP2的波长区域也是依赖于包含第2介电质层43的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第2格栅层41使得入射至第2格栅层41的光的波长区域的一部分光向空气层透射。
如上,根据使光L1从显示体的外侧向支撑部11入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面反射观察,在第1显示区域10A目视确认到基于上述界面的菲涅耳反射的有色光LR、即除了白色及黑色以外的光LR。此外,在这样的支撑部11和第1格栅层21的界面产生的菲涅耳反射,在上述表面反射观察中,在第1显示区域10A目视确认到更接近黑色的色彩。
另一方面,在使光L1从显示体的外侧向支撑部11入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面透射观察中,在第1显示区域10A目视确认到经由上述菲涅耳反射和上述各格栅层的等离子体共振的有色光LP2。此外,上述表面透射观察、背面反射观察的结果,在朝向背面10T的外部光的光量高于朝向表面10S的外部光的光量的情况下也显示出同样的趋势。
[偏振选择性]
在上述作用的基础上,对于第1实施方式及其变形例所涉及的显示体而言,沿着第1方向的孤立区域A2间的间隙距离、与沿着第2方向的孤立区域A2间的间隙距离不同,因此具有偏振选择性。下面进行具体说明。
在第1实施方式所涉及的显示体中,在各格栅层21、41中因等离子体共振而消耗的波长区域根据各格栅层21、41的格栅构造即构造周期PT2、PT3而变化。即,在图3的情况下,在第1方向(X方向)上产生依赖于构造周期PT2的等离子体共振吸收,在与所述方向正交的另一第2方向(Y方向)上产生依赖于构造周期PT3的等离子体共振吸收。这样,对于第1实施方式所涉及的显示体而言,将构造周期PT设为根据方向而不同的长度,由此能够赋予偏振选择性。
这里,构造体的偏振选择性表示在等离子体共振中相对于在垂直于入射光的平面上具有彼此正交的2个偏振方向的入射光产生与这2个偏振方向对应的2个等离子体共振吸收光谱的极大值的现象。即,这表示在各格栅层21、41的1个方向上的构造周期PT2和与所述方向正交的另1个方向上的构造周期PT3中获得产生2个吸收值极大的取向。另外,通过调整与2个方向对应的构造周期PT2、PT3,能够调整吸收光谱的极大值的波长位置的差异。
本发明的发明人发现,构造周期PT越长,产生等离子体共振吸收的波长越向长波长侧偏移。即,在图3的情况下,与在构造周期PT2的X方向上产生的等离子体共振吸收相比,在构造周期PT3的Y方向上产生的等离子体共振吸收出现在长波长侧。
这里,在入射有具有与构成显示体的孤立区域A2的长方形阵列的短轴方向平行的偏振光(X偏振光)的光的情况下,产生与短轴方向的构造周期PT2对应的表面等离子体共振,因短轴方向的构造周期PT2引起的波长区域的光被吸收。另一方面,在入射有具有与构成显示体的孤立区域A2的长方形阵列的长轴方向平行的偏振光(Y偏振光)的光的情况下,产生与长轴方向的构造周期PT3对应的表面等离子体共振,因长轴方向的构造周期引起的波长区域的光被吸收。此时,构造周期PT2和构造周期PT3的周期互不相同,因此X偏振光和Y偏振光中产生表面等离子体共振吸收的波长区域不同。这样,能够选择性地获得依赖于入射光的偏光方向的表面等离子体共振吸收的效果。本发明的显示体根据入射的偏振光的方向而响应不同,因此在显示功能的基础上还能够体现出作为光学响应功能、传感器功能的效果。
另外,在根据第1实施方式的变形例所涉及的显示体中,相邻的孤立区域A2间的间隙距离越长,产生等离子体共振吸收的波长越向短波长侧偏移。
在图4的情况下,在X方向上相邻的孤立区域A2间的距离为WP5,在Y方向上相邻的孤立区域A2间的距离为WP6,WP5的距离较大。因而,与在孤立区域A2的间隙距离较小的Y方向上产生的等离子体共振吸收相比,在孤立区域A2的间隙距离较大的X方向上产生的等离子体共振吸收在短波长侧出现。
这里,在构成第1实施方式的变形例所涉及的显示体的孤立区域A2的阵列中,在入射有具有与孤立区域A2的间隙距离较大的方向平行的偏振光(X偏振光)的光的情况下,产生与X方向的构造周期及孤立区域A2的间隙距离对应的表面等离子体共振,因X方向的构造周期及孤立区域A2的间隙距离引起的波长区域的光被吸收。另一方面,在构成显示体的孤立区域A2的阵列中,在入射有具有与孤立区域A2的间隙距离较小的方向平行的偏振光(Y偏振光)的光的情况下,产生与Y方向的构造周期及孤立区域A2的间隙距离对应的表面等离子体共振,因Y方向的构造周期及孤立区域A2的间隙距离引起的波长区域的光被吸收。此时,孤立区域A2的间隙距离在X方向和Y方向上不同,因此X偏振光和Y偏振光中产生表面等离子体共振吸收的波长区域不同。这样,在第1实施方式的变形例所涉及的显示体中,通过将与2个方向对应的间隙距离(WP5、WP6)设为不同的长度也能够赋予偏振选择性。
[显示体的制造方法]
接下来,对制造第1实施方式及其变形例所涉及的显示体的方法的一个例子进行说明。
首先,在支撑部11的表面形成第1介电质层22以及第1中间介电质层32。第1介电质层22和第1中间介电质层32作为从支撑部11的表面凸出的凸部而一体地形成。形成凸部的方法例如可以采用使用光或带电粒子束的光刻法、纳米压印法或等离子体蚀刻法等。特别地,作为在由树脂构成的支撑部11的表面形成凸部的方法,例如可以灵活运用纳米压印法。另外,在通过对较硬材质的基材等进行加工而形成凸部的情况下,可以使用采用光或带电粒子束的光刻法和等离子体蚀刻法组合而成的方法。
例如,在制造如图8所示那样具有由基材11a以及中间层11b构成的支撑部11的显示体的情况下,首先,作为基材11a,使用聚对苯二甲酸乙二酯片材,在基材11a的表面涂敷紫外线固化性树脂。接下来,将作为凹版的合成石英模具的表面按压于由紫外线固化性树脂构成的涂膜的表面,对它们照射紫外线。接着,使得合成石英模具从固化的紫外线固化性树脂脱模。由此,将凹版所具有的凹凸转印至基材11a的表面的树脂,形成由第1介电质层22及第1中间介电质层32构成的凸部以及中间层11b。此外,紫外线固化性树脂也可以变更为热固化性树脂,紫外线的照射也可以变更为加热。另外,紫外线固化性树脂也可以变更为热塑性树脂,紫外线的照射也可以变更为加热及冷却。
接下来,在具有凸部的支撑部11的表面,形成第1金属层23以及第2金属层42。形成第1金属层23及第2金属层42的方法例如为真空蒸镀法、溅射法。由此,形成由第1金属层23的顶面划分出的第1格栅层21、由第2金属层42的顶面划分出的第2格栅层41、以及由第1格栅层21和第2格栅层41夹持的中间格栅层31。
[第1显示区域的结构例]
如图11所示,第1金属层23的厚度T2越厚,在第1格栅层21和支撑部11的界面,菲涅耳反射的光的强度越大,背面反射观察的像的亮度越高。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越小,背面反射观察中的像的亮度也越高。
另外,第1金属层23的厚度T2越厚,从背面10T向表面10S透射的光的强度越小,表面反射观察中的色彩越接近黑色。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越小,表面反射观察中的色彩也越接近黑色。
而且,如果第1金属层23的厚度T2大于或等于10nm、且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比小于或等于0.75,则在用于判断显示体的表面背面的上述观察中能够充分实现其精度。
另一方面,第1金属层23的厚度T2越薄,另外,第2金属层42的厚度T4越薄,在表面透射观察、背面透射观察中,透射过它们的光的强度越大。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越大,透射过显示体的光的强度也越大。
而且,如果第1金属层23的厚度T2、第2金属层42的厚度T4小于或等于200nm而第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25,则在表面透射观察中目视确认到的像、在背面透射观察中目视确认到的像以能够目视确认的程度而变得明亮。
第1介电质层22的厚度T2与第1中间介电质层32的厚度T3的合计值优选小于作为第1介电质层22的宽度WT与最短宽度WP的合计值的构造周期PT。另外,更优选第1介电质层22的厚度T2与第1中间介电质层32的厚度T3的合计值小于构造周期PT的一半。
根据这样的结构,在第1介电质层22与第1中间介电质层32为一体的树脂构造体中,能够提高该构造体的形状的精度,另外,能够抑制由第1介电质层22以及第1中间介电质层32构成的凸部11T在支撑部11的表面倾倒。
在可见区域的波长的复介电常数的实数部为负值的金属材料容易在使用该金属材料的第1格栅层21、第2格栅层41,产生等离子体共振。因此,构成第1金属层23的材料优选为上述复介电常数的实数部为负值的材料。构成第2金属层42的材料也优选为上述复介电常数的实数部为负值的材料。
构成上述第1金属层23、第2金属层42的材料例如为铝、银、金、铟、钽等。
此外,如上述述制造方法中说明的那样,可以通过相对于由第1介电质层22和第1中间介电质层32形成的支撑部11的金属层的成膜而在单个工序中形成第1金属层23和第2金属层42。
在该情况下,从成膜源飞行的金属粒子相对于支撑部11的表面具有规定的角度分布而附着。其结果,第2金属层42的宽度W4比第1中间介电质层32的宽度WT略大,彼此相邻的第2金属层42的最短宽度WP4比最短宽度WP略小。此时,第2金属层42的宽度W4相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。此外,第1金属层23的第1中间介电质层32的周围受到第2金属层42的阴影效应的影响,越靠近第1中间介电质层32的部位越薄。
另外,在通过上述成膜方法形成的构造体中,在第1中间介电质层32的侧面也形成有作为与第2金属层42连续的金属层的中间金属层32A。
中间金属层32A由第1中间介电质层32和第2中间介电质层33夹持。中间金属层32A是与第2金属层42一体的构造体,第1中间介电质层32的侧面上的厚度,在越靠近第1金属层23的部位越薄。
构造周期PT是副波长周期,因此这种中间金属层32A使得折射率在第2格栅层41、中间格栅层31的厚度方向上的变化连续。而且,中间金属层32A不易对从显示体的外侧入射至第2格栅层41的光进行反射,而容易使其向中间格栅层31、第1格栅层21透射。因此,在上述表面反射观察中,在第1显示区域10A中目视确认到更接近黑色的颜色。另外,在通过上述成膜方法形成的构造体中,构成第1金属层23的材料与构成第2金属层42的材料彼此相同。
这里,第2介电质层43与第2金属层42之间的折射率差越小,第2格栅层41的平均的折射率越容易抑制第2格栅层41和其他层的界面的菲涅耳反射。另一方面,第1介电质层22与第1金属层23之间的折射率差越大,第1格栅层21的平均的折射率越容易促进第1格栅层21和支撑部11的界面的菲涅耳反射。
因此,如果第1金属层23和第2金属层42是具有彼此相等的折射率而第1介电质层22与第1金属层23之间的折射率差大于第2介电质层43与第2金属层42之间的折射率差的结构,则能够抑制第2格栅层41和其他层的界面的菲涅耳反射,并且能够促进第1格栅层21和其他层的界面的菲涅耳反射。
此外,为了抑制第2格栅层41和其他层的界面的菲涅耳反射而促进第1格栅层21和其他层的界面的菲涅耳反射,优选满足下面的条件。即,作为相对于第2介电质层43在中间格栅层31的相反侧与第2介电质层43接触的层的表面层与第2介电质层43之间的折射率差,优选小于第1金属层23与支撑部11之间的折射率差。表面层例如为空气层。而且,第2介电质层43的折射率更优选等于表面层的折射率。
如上,根据第1实施方式及其变形例,能够获得下面列举的效果。
(1)在表面反射观察和背面反射观察中,能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够判别显示体的表面背面。另外,对于粘贴有显示体的物品,能够容易地判定其真伪、能够提高粘贴有显示体的物品的外观美观性。
(2)在表面反射观察和背面透射观察中,也能在第1显示区域10A中目视确认到具有不同色彩的像,因此能够提高针对表面背面的判断结果的精度。另外,在背面反射观察和表面透射观察中,也能在第1显示区域10A中目视确认到具有不同色彩的像,因此能够提高针对表面背面的判断结果的精度。
(3)构造周期PT的大小是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,且是能抑制可见区域的光的一次衍射光的形成的大小。因此,能够抑制背面反射观察、表面透射观察、背面透射观察的像中包含虹彩,还能够使各观察的像的色彩变得更加鲜明。
(4)第1格栅层21的厚度T2和中间格栅层31的厚度T3的合计值为能够应用纳米压印等的凹版的程度的大小,因此还能够使得第1介电质层22和第1中间介电质层32一体地成型。
(5)第1介电质层22和第1中间介电质层32为一体的构造体,另外,第2中间介电质层33和第2介电质层43为一体,因此还能够使得显示体的构造简化。并且,如果第2中间介电质层33和第2介电质层43构成为一体的空气层,则能够进一步使得显示体的构造简化。
(6)中间金属层32A具有防反射功能,因此还能够使通过表面反射观察而目视确认到的像的色彩变为更接近黑色的色彩。
(7)在表面反射观察、背面反射观察、表面或背面的透射观察中,能够分别使得第1显示区域10A'的色彩固定。因此,对于带有显示体的物品,还能够提高其真伪判定的精度。
(8)在表面反射观察、背面反射观察、表面或背面的透射观察中,能够分别使得第1显示区域10A'的色彩固定。因此,能够使显示体的显示方式变得更复杂,另外,还能够提高显示体所具有的外观美观性。
(9)沿着第1方向的孤立区域A2间的间隙距离与沿着第2方向的孤立区域A2间的间隙距离不同,因此能够具有偏振选择性。因此,通过调整孤立区域A2间的间隙距离,在显示功能的基础上,还能够体现出作为光学响应功能、传感器功能的效果。
<变形例>
上述第1实施方式及其变形例所涉及的显示体还能够以下面的方式变更而实施。
[中间格栅层31]
·第1中间介电质层32和第2中间介电质层33可以具体实施为各不相同的构造体。此时,第2中间介电质层33优选为具有与第1中间介电质层32的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率的树脂层。
·第2中间介电质层33和第2介电质层43可以具体实施为各不相同的构造体。此时,第2中间介电质层33优选为具有与第2介电质层43的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率的树脂层。
[第1格栅层21]
·如图12所示,使得第1介电质层22和第1中间介电质层32构成为一体的构造体。作为该一体的构造体的凸部11T的形状能够具体实施为从支撑部11的表面凸出的锥体状。如果是这样的结构,则在形成第1介电质层22、第1中间介电质层32时能够使得用于形成第1介电质层22、第1中间介电质层32的凹版顺畅地进行脱模。
[第2显示区域10B]
·如图13所示,第2显示区域10B能够具体实施为在支撑部11的表面仅具有金属层23B的结构。此时,在表面反射观察中,能够在第1显示区域10A中目视确认到具有黑色或接近黑色的色彩的像,并且能够在第2显示区域10B中目视确认到具有金属光泽的像。另一方面,在背面反射观察中,作为在第1格栅层21和支撑部11的界面的菲涅耳反射的光,能够在第1显示区域10A中目视确认到受到因第1格栅层21的等离子体共振而消耗的波长区域的影响的光的有色像,并而且能够在第2显示区域10B中目视确认到具有仅反映出金属层23B和支撑部11的界面的菲涅耳反射的金属光泽的像。
[保护层]
·显示体在第2金属层42上还具有保护层。此时,保护层和第2金属层42的界面的菲涅耳反射的强度、以及显示体中与此相伴的波长的选择性根据保护层的折射率而变化。因此,基于使显示体选择的波长区域而适当地选择构成保护层的材料。
此外,如图14所示,保护层45可以具体化为与第2介电质层43以及第2中间介电质层33一体的构造体。此时,保护层45优选为低折射率的树脂层。低折射率的树脂层具有与第1介电质层22的折射率、第1中间介电质层32的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率。
·如果孤立区域A2间的间隙距离在孤立区域A2排列的第1方向上以及作为孤立区域A2排列的方向且与第1方向相交叉的第2方向上不同,则从与显示体的表面10S相对的方向观察的孤立区域A2的配置并不局限于正方形阵列、六边形阵列以及长方形阵列,只要是二维格栅状的阵列即可。即,只要多个第1介电质层22以二维格栅状排列即可,另外,只要多个第1中间介电质层32以二维格栅状排列即可,另外,只要多个第2金属层42也以二维格栅状排列即可。换言之,只要周期性构造体的周期性要素以周期性要素间的间隙距离在第1方向和第2方向上不同、且具有副波长周期的二维格栅状排列即可。二维格栅状的阵列是要素分别沿二维平面内相交叉的2个方向而排列的阵列。此时,宽度WT相对于构造周期PT之比是1个方向上的宽度WT相对于构造周期PT之比,该比处于规定的范围内表示宽度WT相对于构造周期PT之比在周期性要素排列的上述2个方向上分别处于规定的范围内。
另外,从与显示体的表面10S相对的方向观察的孤立区域A2的形状、即周期性要素的平面形状并不局限于正方形、长方形,可以是其他多边形,也可以是圆形。
·如果显示体具有在第1格栅层21以及第2格栅层41产生等离子体共振的构造,则透射过显示体的透射光成为与构造周期PT相应的特定波长区域的光。即使在第2格栅层41和其他层的界面产生菲涅耳反射而在表面反射观察中,在第1显示区域10A中目视确认到与黑色不同的有色像的情况下,因等离子体共振而消耗的波长区域未包含于反射光中,因此在表面反射观察和背面透射观察中也能目视确认到色彩互不相同的像。另外,在背面反射观察和表面透射观察中也能目视确认到色彩互不相同的像。因此,在显示体的表面的观察和背面的观察中,能够能够目视确认到色彩互不相同的像,即,能够目视确认到根据观察条件而互不相同的外观像。因此,能够进一步提高带有显示体的物品的伪造的困难性、外观美观性。例如,第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比、以及第2金属层42的宽度WT相对于构造周期PT之比,也可以是与大于或等于0.25且小于或等于0.75的值不同的值。另外,例如,第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41的厚度关系可以与上述实施方式不同。
(第2实施方式)
参照图15至图18对显示体、带显示体的设备、以及显示体的制造方法的第2实施方式进行说明。下面,以第2实施方式与第1实施方式的不同点为中心进行说明,对与第1实施方式相同的结构标注相同的标号并省略其说明。
[显示体的构造]
如图15所示,显示体的第1显示区域10A在支撑部11、第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41的基础上,还具有上部格栅层51。第1格栅层21、中间格栅层31、第2格栅层41以及上部格栅层51从支撑部11的表面开始按顺序排列。即,第2格栅层41由中间格栅层31和上部格栅层51夹持。支撑部11具有与第1实施方式相同的结构。图15表示支撑部11由基材11a和中间层11b构成的方式。此外,在支撑部11由基材11a以及中间层11b构成的情况下,构成基材11a的材料的折射率和构成中间层11b的材料的折射率越接近越好。基材11a以及中间层11b各自的折射率高于空气层的折射率,例如大于或等于1.2且小于或等于1.7。
[第1格栅层21]
第1格栅层21包含多个第1介电质层22以及单个第1金属层23。从与显示体的表面10S相对的方向观察,各第1介电质层22位于孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第1金属层23位于周围区域A3。多个第1介电质层22沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。各第1介电质层22是从支撑部11的表面凸出的构造体。各第1介电质层22可以与支撑部11为一体,也可以与支撑部11分体。从与表面10S相对的方向观察,作为第1介电质层22所处的周期的构造周期PT是小于或等于可见区域的波长的副波长周期。从与表面10S相对的方向观察,第1金属层23是具有将各第1介电质层22一个一个地包围的网眼状的构造体。第1金属层23与支撑部11分体。在第1格栅层21,第1金属层23在构造及光学方面是海洋成分,各第1介电质层22在构造及光学方面是岛屿成分。
[中间格栅层31]
中间格栅层31包含多个第1中间介电质层32以及单个第2中间介电质层34。从与表面10S相对的方向观察,各第1中间介电质层32位于孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2中间介电质层34位于周围区域A3。多个第1中间介电质层32沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。各第1中间介电质层32是从第1介电质层22凸出的构造体。各第1中间介电质层32可以与第1介电质层22一体,也可以与第1介电质层22分体。从与表面10S相对的方向观察,第1中间介电质层32所处的周期为构造周期PT。从与表面10S相对的方向观察,第2中间介电质层34是具有将各第1中间介电质层32一个一个地包围的网眼状的构造体。第2中间介电质层34与第1金属层23分体。在中间格栅层31,第2中间介电质层34在构造及光学方面是海洋成分,各第1中间介电质层32在构造及光学方面是岛屿成分。
[第2格栅层41]
第2格栅层41包含多个第2金属层42以及单个第2介电质层44。从与表面10S相对的方向观察,各第2金属层42的位置包含孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2介电质层44的位置包含于周围区域A3。多个第2金属层42沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。各第2金属层42是与第1中间介电质层32的顶面重叠的构造体。各第2金属层42与第1中间介电质层32分体。从与表面10S相对的方向观察,第2金属层42所处的周期为构造周期PT。从与表面10S相对的方向观察,第2介电质层44是将各第2金属层42一个一个地包围的网眼状的构造体。第2介电质层44可以与第2中间介电质层34一体,也可以分体。在第2格栅层41,第2介电质层44在构造及光学方面是海洋成分,各第2金属层42在构造及光学方面是岛屿成分。
[上部格栅层51]
上部格栅层51具有多个第1上部介电质层52以及单个第2上部介电质层53。从与表面10S相对的方向观察,各第1上部介电质层52的位置包含孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2上部介电质层53的位置包含于周围区域A3。多个第1上部介电质层52沿表面10S以二维格栅状的阵列而排列。
各第1上部介电质层52是与第2金属层42的顶面重叠的构造体。各第1上部介电质层52与第2金属层42分体。从与表面10S相对的方向观察,第1上部介电质层52所处的周期为构造周期PT。从与表面10S相对的方向观察,第2上部介电质层53具有将各第1上部介电质层52一个一个地包围的网眼状。第2上部介电质层53与第2介电质层44分体。在上部格栅层51,第2上部介电质层53在构造及光学方面是海洋成分,各第1上部介电质层52在构造及光学方面是岛屿成分。如图16所示,在周围区域A3中,从靠近支撑部11的层开始按顺序具有第1格栅层21的第1金属层23、中间格栅层31的第2中间介电质层34、第2格栅层41的第2介电质层44、以及上部格栅层51的第2上部介电质层53。
[各格栅层的材料]
第1介电质层22及第1中间介电质层32是介电质,例如由光固化性树脂等树脂、石英等无机材料构成。第1介电质层22及第1中间介电质层32各自的折射率高于空气层,例如大于或等于1.2且小于或等于1.7。例如,基材11a的中间层11b、第1介电质层22、以及第1中间介电质层32为一体的构造体,它们由相同的材料构成。第1金属层23及第2金属层42由金属材料构成。构成第1金属层23及第2金属层42的材料优选为可见区域的波长的复介电常数的实数部为负值的材料,例如优选为铝、银、金、铟、钽等。第1金属层23及第2金属层42例如由相同的材料构成。
第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52是使得可见区域的光透射的透明的介电质。第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52优选由二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铌(Nb2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化(TiO2)、氟化镁(MgF2)、氟化钙(CaF2)等无机化合物构成。然而,第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52可以由有机化合物构成。第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52各自的折射率高于空气层,例如大于或等于1.3而小于或等于3.0。
例如,第2中间介电质层34和第2介电质层44是一体的构造物,第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52由相同的材料构成。
第2上部介电质层53是使得可见区域的光透射的透明的介电质,且是具有空气层的折射率或者接近空气层的折射率的树脂层。第2上部介电质层53的折射率低于第1上部介电质层52及第2介电质层44各自的折射率。
在由孤立区域A2和周围区域A3构成的平面中,每单位面积中由孤立区域A2占据的面积的比率小于0.5。即,第1格栅层21的第1金属层23的体积比率大于第1格栅层21的第1介电质层22的体积比率。另外,中间格栅层31的第2中间介电质层34的体积比率大于中间格栅层31的第1中间介电质层32的体积比率。
而且,第2格栅层41的第2介电质层44的体积比率大于第2格栅层41的第2金属层42的体积比率。另外,上部格栅层51的第2上部介电质层53的体积比率大于上部格栅层51的第1上部介电质层52的体积比率。
在上述结构中,由第1介电质层22及第1中间介电质层32构成的构造体是周期性要素的一个例子,还是以支撑部11的表面为基准面而从基准面凸出的凸部11T。而且,由支撑部11、第1介电质层22以及第1中间介电质层32构成的构造体是周期性构造体的一个例子。另外,由第1金属层23及第2金属层42构成的层位于周期性构造体的表面,可以理解为具有整层的形状追随周期性构造体的表面形状的形状的金属层61。周期性构造体的表面是包含基准面中包围各周期性要素的区域以及各周期性要素的表面在内的面。
另外,由第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52构成的层位于金属层61的与周期性构造体接触的面的相反侧的面,可以理解为具有整层的形状追随金属层61的表面形状的形状的介电质层62。
[显示体的制造方法]
接下来,对制造第2实施方式的显示体的方法的一个例子进行说明。
支撑部11、第1介电质层22、第1中间介电质层32、第1金属层23以及第2金属层42与第1实施方式同样地形成。即,第1介电质层22和第1中间介电质层32作为从支撑部11的表面凸出的凸部11T而一体地形成。对于凸部11T的形成,例如可以采用使用光、或者带电粒子束的光刻法、纳米压印法或者等离子体蚀刻法等。特别地,作为在由树脂构成的支撑部11的表面形成凸部11T的方法,例如可以灵活运用纳米压印法。另外,在通过对较硬材质的基材等进行加工而形成凸部11T的情况下,只要采用将使用光或带电粒子束的光刻法和等离子体蚀刻法组合而成的方法即可。
接下来,在形成有凸部11T的支撑部11的表面,利用真空蒸镀法、溅射法等形成金属层61。金属层61形成为追随由支撑部11及凸部11T构成的周期性构造体的表面形状的形状。由此,形成第1金属层23及第2金属层42。
接下来,在形成有金属层61的构造体的表面形成介电质层62。例如,利用真空蒸镀法、溅射法形成介电质层62。介电质层62形成为追随金属层61的表面形状的形状。由此,形成第2中间介电质层34、第2介电质层44以及第1上部介电质层52。
通过这样的制造方法而形成由第1金属层23的顶面划分出的第1格栅层21,并形成由第1中间介电质层32的顶面即凸部11T的顶面划分出的中间格栅层31。并且,形成由第2金属层42的顶面划分出的第2格栅层41,并形成由第1上部介电质层52的顶面划分出的上部格栅层51。
[显示体的光学作用]
参照图17对第2实施方式的显示体的光学结构及作用进行说明。
如图17所示,从显示体的外侧入射至上部格栅层51的白色光L1从空气层进入上部格栅层51。上部格栅层51的折射率近似于对第1上部介电质层52的折射率和第2上部介电质层53的折射率实施平均化所得的大小。即,上部格栅层51的折射率为由作为海洋成分的第2上部介电质层53支配的大小,且是接近空气层的折射率的值。此时,光L1从空气层进入具有接近空气层的折射率的折射率的上部格栅层51,因此在空气层和上部格栅层51的界面不易产生菲涅耳反射。因此,空气层和上部格栅层51的界面的反射得到抑制,入射至上部格栅层51的光透射过上部格栅层51而到达第2格栅层41。
第2格栅层41的折射率近似于对第2金属层42的折射率和第2介电质层44的折射率实施平均化所得的大小。即,第2格栅层41的折射率为由作为海洋成分的第2介电质层44支配的大小,且是高于空气层的折射率的值。另外,第2格栅层41具有由金属和介电质构成的格栅构造,第2金属层42的构造周期PT为副波长周期,因此在第2格栅层41产生等离子体共振。因此,到达第2格栅层41的光的一部分在上部格栅层51和第2格栅层41的界面反射,到达第2格栅层41的光的一部分变换为表面等离子体而透射过第2格栅层41。因等离子体共振而消耗的波长区域的光EP2在上部格栅层51和第2格栅层41的界面未反射。
中间格栅层31的折射率近似于对第1中间介电质层32的折射率和第2中间介电质层34的折射率实施平均化所得的大小。即,中间格栅层31的折射率是由作为海洋成分的第2中间介电质层34支配的大小。第1中间介电质层32和第2中间介电质层34是使得可见区域的光透射的透明的介电质,因此中间格栅层31的可见区域的光的透射性较高。到达中间格栅层31的光的一部分因第2格栅层41的折射率与中间格栅层31的折射率之差而在第2格栅层41和中间格栅层31的界面反射。
第1格栅层21的折射率近似于对第1介电质层22的折射率和第1金属层23的折射率实施平均化所得的大小。即,第1格栅层21的折射率是由作为海洋成分的第1金属层23支配的大小。另外,第1格栅层21具有由金属及介电质构成的格栅构造,第1介电质层22的构造周期PT为副波长周期,因此在第1格栅层21产生等离子体共振。因此,到达第1格栅层21的光的一部分在中间格栅层31和第1格栅层21的界面反射,到达第1格栅层21的光的一部分变换为表面等离子体而透射过第1格栅层21。因等离子体共振而消耗的波长区域的光EP1在中间格栅层31和第1格栅层21的界面未反射。
透射过第1格栅层21的光的一部分有可能在第1格栅层21和支撑部11的界面、中间层11b和基材11a的界面、以及支撑部11和空气层的界面反射。而且,透射过第1格栅层21的光的一部分透射过支撑部11而向显示体的背面侧射出。
这样,在使得白色光L1从显示体的外侧入射时,包含透射过第1格栅层21及第2格栅层41的由表面等离子体再变换后的光以及透射过所有层的光在内的特定波长区域的光LP1向显示体的背面侧射出。因此,根据使得光L1从显示体的外侧向上部格栅层51入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面透射观察,在第1显示区域10A中能目视确认到与黑色及白色不同的有色的色彩。
在各层的界面反射的光向显示体的表面侧射出,因这些光的光路差而引起干涉。其结果,在使得白色光L1从显示体的外侧入射时,使得等离子体共振及光的干涉发挥作用的特定波长区域的光LR1向显示体的表面侧射出。如上所述,在第1格栅层21及第2格栅层41分别针对特定波长区域的光产生等离子体共振,因此针对各格栅层21、41因等离子体共振消耗而透射过格栅层21、41的波长区域、和未因等离子体共振消耗而在格栅层21、41和其他层的界面反射的波长区域成为不同的波长区域。因此,根据使光L1从显示体的外侧向上部格栅层51入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面反射观察,在第1显示区域10A中能目视确认到与背面透射观察不同的色彩且与黑色及白色不同的有色的色彩。
另外,在使白色光从显示体的外侧入射至支撑部11时,同样地,在第1格栅层21及第2格栅层41分别产生等离子体共振。而且,包含分别透射过第1格栅层21及第2格栅层41且表面等离子体再变换后的光、以及透射过所有层的光在内的特定波长区域的光向显示体的表面侧射出。另一方面,在使得白色光从显示体的外侧向支撑部11入射时,作为在各层的界面反射的光,使得等离子体共振及光的干涉发挥作用的特定波长区域的光向显示体的背面侧射出。
因此,在使得光从显示体的外侧向支撑部11入射时,通过从显示体的表面侧观察表面10S的表面透射观察以及从显示体的背面侧观察背面10T的背面反射观察,在第1显示区域10A中能目视确认到互不相同的色彩且与黑色及白色不同的有色的色彩。
在由孤立区域A2和周围区域A3构成的平面中,基于孤立区域A2占据的面积比率小于0.5这一点,产生等离子体共振的第1格栅层21及第2格栅层41中的第1格栅层21变为由第1金属层23支配的层,第2格栅层41变为由第2介电质层44支配的层。因这样的构造的差异在第1格栅层21和第2格栅层41由等离子体共振消耗的波长区域不同,另外,光的反射率在第1格栅层21和其他层的界面、以及第2格栅层41和其他层的界面不同。而且,孤立区域A2占据的面积比率越小,这样的第1格栅层21和第2格栅层41的光学特性的差异越显著。
与第1格栅层21相比,从显示体的表面侧入射至显示体的光先到达第2格栅层41,受到第2格栅层41的较大的光学作用。另一方面,与第2格栅层41相比,从显示体的背面侧入射至显示体的光先到达第1格栅层21,受到基于第1格栅层21的较大的光学作用。其结果,在光从表面侧入射至显示体的情况下、以及光从背面侧入射至显示体的情况下,特别是反射光的色调大不相同。即,通过表面反射观察和背面反射观察,在第1显示区域10A中能目视确认到色彩互不相同的像。此外,通过表面透射观察和背面透射观察能目视确认到同样色调的像。
并且,在各格栅层21、41由等离子体共振而消耗的波长区域根据各格栅层21、41的格栅构造即构造周期PT、各格栅层21、41的厚度、第1介电质层22及第2金属层42的宽度WT而变化,另外,根据各格栅层21、41的材料即金属层61的材料、凸部11T的材料的折射率、介电质层62的材料的折射率而变化。因此,例如,通过选择第1格栅层21的第1介电质层22的材料、选择第2格栅层41的第2介电质层44的材料,能够调整通过反射观察、透射观察而观察到的色彩。
例如,对具有相同的构造周期PT的2个显示体、且凸部11T及金属层61的各自的材料在2个显示体中相同且介电质层62的材料在2个显示体中不同的显示体进行比较。即,在2个显示体中,第1格栅层21的结构相同,中间格栅层31的第1中间介电质层32的材料也相同,第2格栅层41的第2金属层42的材料也相同。另一方面,在2个显示体中,中间格栅层31的第2中间介电质层34的材料互不相同,第2格栅层41的第2介电质层44的材料互不相同,上部格栅层51的第1上部介电质层52的材料也互不相同。在从背面侧向2个显示体照射光时,2个显示体的第1格栅层21的结构相同,因此通过背面反射观察而观察到的色彩在2个显示体中并未大幅改变。另一方面,在从表面侧向2个显示体照射光时,通过表面反射观察而观察到的色彩根据各显示体的第2介电质层44的折射率而在2个显示体中互不相同。另外,在2个显示体中,中间格栅层31、第2格栅层41以及上部格栅层51的结构各不相同,因此透射过这些层的光的波长区域在2个显示体中互不相同。因此,通过表面透射观察而观察到的色彩在2个显示体中互不相同,另外,通过背面透射观察而观察到的色彩也在2个显示体中互不相同。
[各格栅层的结构例]
关于各格栅层的详细结构,对优选的结构例进行说明。
如图15及图16所示,作为凸部11T的高度的厚度T5即是第1格栅层21和中间格栅层31的总厚度。根据提高使得凸部11T不易倾倒且由支撑部11和凸部11T构成的构造体的耐久性、以及容易获得凸部11T的加工精度的观点,优选厚度T5小于构造周期PT的2分之1。并且,根据通过等离子体共振、光的干涉的作用使得反射观察、透射观察中目视确认到的色彩变得鲜明的观点,更优选厚度T5大于或等于50nm且小于或等于200nm。
金属层61的厚度T6即是第1金属层23及第2金属层42各自的厚度。根据容易产生等离子体共振、以及使得通过反射观察目视确认到的色彩变得鲜明的观点,优选厚度T6大于或等于10nm。另一方面,如果厚度T6大于或等于厚度T5,则凸部11T埋设于金属层61而中间格栅层31消失。即使不存在中间格栅层31,如果金属层61具有追随由支撑部11和凸部11T构成的构造体的表面形状的形状而形成第1格栅层21及第2格栅层41,则也有可能产生因等离子体共振而引起的表面反射观察和背面反射观察中目视确认到的色彩的差异、以及上述反射观察和透射观察中目视确认到的色彩的差异。然而,如果金属层61减薄至未将凸部11T埋没的程度,则显示体的光的透射率得到提高,能清晰地目视确认到透射观察的像。因此,优选金属层61的厚度T6小于作为凸部11T的高度的厚度T5。
此外,根据金属层61的制法,有时金属层61的厚度在凸部11T上的区域即第2金属层42、和相邻的凸部11T之间的区域即第1金属层23不同。在本实施方式中,金属层61的厚度T6定义为位于周围区域A3的以带状延伸的区域、即沿1个方向不存在凸部11T的区域的宽度方向上的中央部的金属层61的厚度。
介电质层62的厚度T7即是第2中间介电质层34和第2介电质层44的总厚度、且是第1上部介电质层52的厚度。优选介电质层62的厚度T7大于作为凸部11T的高度的厚度T5。此外,在介电质层62在相邻的凸部11T之间的区域比凸部11T上的金属层61更凸出时,上部格栅层51的第2上部介电质层53的一部分由介电质层62构成。
如果是厚度T7大于厚度T5的结构,则第2金属层42的厚度方向上的整体在第2格栅层41由介电质层62包围,因此容易产生第2格栅层41的等离子体共振,另外,介电质层62的材料的变更容易反映为因第2格栅层41的等离子体共振而消耗的波长区域的变化。另外,由支撑部11、凸部11T以及金属层61构成的构造体埋设于介电质层62,因此介电质层62作为保护上述构造体的层而起作用。
此外,即使厚度T7小于厚度T5,也有可能在具有金属及介电质的格栅构造的层产生等离子体共振,有可能因该等离子体共振的作用而产生反射观察和透射观察中目视确认到的色彩的差异。
此外,在介电质层62的厚度T7较小、且位于相邻的凸部11T之间的区域的介电质层62比凸部11T上的金属层61更凹陷时,第2格栅层41的第2介电质层44的一部分或全部由与上部格栅层51的第2上部介电质层53相同的材料构成。即,在该情况下,第2介电质层44的一部分或全部为空气层或树脂层。但是,如上所述,优选第2介电质层44是从第2中间介电质层34连续的构造体,优选介电质层62的厚度T7大于作为凸部11T的高度的厚度T5。
根据介电质层62的制法,有时介电质层62的厚度在凸部11T上的区域即第1上部介电质层52、和相邻的凸部11T之间的区域即第2中间介电质层34及第2介电质层44不同。在本实施方式中,介电质层62的厚度T7定义为位于周围区域A3中以带状延伸的区域、即沿1个方向不存在凸部11T的区域的宽度方向上的中央部的介电质层62的厚度。
优选地,孤立区域A2在由孤立区域A2和周围区域A3构成的平面中占据的面积比率、即凸部11T在包含基准面及凸部11T的平面中在每单位面积中占据的面积比率大于0.1。如果是上述面积比率大于0.1的结构,则抑制了作为高度相对于凸部11T的宽度之比的纵横比过度增大,因此由支撑部11及凸部11T构成的构造体的耐久性得到提高,另外,容易获得凸部11T的加工精度。
另一方面,如果是上述面积比率小于0.5的结构,则能适当地抑制在上部格栅层51和其上层的界面产生菲涅耳反射。此外,根据金属层61、介电质层62的制法,在形成这些层时,材料还附着于凸部11T的侧面。如果是上述面积比率小于0.5的结构,则充分确保了彼此相邻的凸部11T之间的区域的大小,能抑制凸部11T之间的区域在形成金属层61、介电质层62时由附着于凸部11T的侧面的材料埋没。因此,金属层61及介电质层62容易形成为追随下层的表面形状的形状。其结果,能适当地形成分散具有第1上部介电质层52的上部格栅层51,且能适当地获得在上部格栅层51的界面抑制菲涅耳反射的效果。
此外,即使上述面积比率大于或等于0.5,与介电质层62的表面平坦的情况相比,因介电质层62的表面具有追随金属层61的表面形状的凹凸也能获得抑制菲涅耳反射的效果。另外,即使在上部格栅层51和其上层的界面产生菲涅耳反射,也有可能产生因第1格栅层21和第2格栅层41的等离子体共振而引起的表面反射观察和背面反射观察中目视确认到的色彩的差异、以及上述反射观察和透射观察中目视确认到的色彩的差异。但是,上部格栅层51和其上层的界面的菲涅耳反射、即显示体的最外侧面附近的菲涅耳反射得到抑制,从而容易在表面反射观察中鲜明地目视确认到与显示体的内部的各层界面的反射光的波长区域相应的颜色。
特别是为了在显示体的表面侧抑制菲涅耳反射,优选作为相对于第2上部介电质层53在第2格栅层41的相反侧与第2上部介电质层53接触的层的表面层与第2上部介电质层53之间的折射率差小于第1金属层23与支撑部11之间的折射率差。表面层例如为空气层。而且,更优选第2上部介电质层53的折射率与表面层的折射率相等。
此外,第2显示区域10B可以与第1实施方式同样地仅具有支撑部11,也可以在支撑部11的基础上还具有金属层61及介电质层62的至少一者。通过反射观察、透射观察,能够在第2显示区域10B目视确认到与第2显示区域10B的层结构相应的色彩、质感的像,且与第1显示区域10A不同的色彩、质感的像。
[带显示体的设备]
参照图18对具有上述显示体的带显示体的设备的结构进行说明。
如图18所示,带显示体的设备110具有:作为第2实施方式的显示体的显示体100;以及构成为能够放射光的光射出构造体70。光射出构造体70是通过反射而将对光射出构造体70照射的光射出的构造体、或者通过光射出构造体70自身发光而将光射出的构造体。例如,光射出构造体70是在白色光下呈现出白色的构造体。
光射出构造体70配置于与显示体100的背面10T的一部分相对的位置,光射出构造体70与背面10T分离。即,从与显示体100的表面10S相对的方向观察,表面10S中包含与光射出构造体70重叠的区域以及不与光射出构造体70重叠的区域。详细而言,光射出构造体70配置于与第1显示区域10A的一部分相对的位置。
根据这样的结构,在从带显示体的设备110的外侧朝向显示体100的表面10S照射白色光时,在第1显示区域10A中且在显示体100的背面侧未配置光射出构造体70的部分,能够与上述表面反射观察同样地目视确认到基于来自显示体100的反射光的色彩。
另一方面,在第1显示区域10A中且在显示体100的背面侧光射出构造体70所处的部分,从光射出构造体70朝向显示体100的背面10T照射光。在光射出构造体70是通过反射而将对其自身照射的光射出的构造体的情况下,对背面10T照射的光可以是由光射出构造体70将显示体100的透射光反射后的光,也可以是由光射出构造体70将从设置于光射出构造体70的附近的光源对光射出构造体70照射的光反射后的光。另外,在光射出构造体70是通过自身发光而将光射出的构造体的情况下,对背面10T照射的光是通过光射出构造体70的发光而产生的光。因此,在从显示体100的表面侧观察的情况下,在第1显示区域10A中且在与光射出构造体70重叠的部分,能目视确认到基于包含从表面侧照射且由显示体100反射的光、以及从背面侧照射而透射过显示体100的光在内的光的色彩。
其结果,如果在从带显示体的设备110的外侧朝向显示体100的表面10S照射白色光的状态下,从显示体100的表面侧观察表面10S,则在第1显示区域10A中与光射出构造体70重叠的部分以及不与光射出构造体70重叠的部分呈现出色调互不相同的颜色、或者呈现出色度、亮度互不相同的颜色。因此,能够目视确认到与光射出构造体70的形状相应的像,因此能够呈现出多种多样的像。
另外,通过相对于光射出构造体70的光的照射的切换、光射出构造体70的发光的切换,还能够以呈现出或未呈现出与光射出构造体70的形状相应的像的方式对像的目视确认性进行调节。由此还能够呈现出更多种类的像。
此外,光射出构造体70也可以配置于与显示体100的表面10S的一部分相对的位置。在该情况下,如果在从带显示体的设备110的外侧朝向显示体100的背面10T照射白色光的状态下从显示体100的背面侧观察背面10T,则在第1显示区域10A中与光射出构造体70重叠的部分和不与光射出构造体70重叠的部分呈现出互不相同的色彩。
如上,根据第2实施方式,在第1实施方式的(1)~(3)、(7)~(9)的效果的基础上,还能够获得下面列举的效果。
(10)显示体具有介电质层62,因此能够通过构成介电质层62的材料的变更而调整通过反射观察、透射观察而观察到的色彩,这样的色彩的调整的自由度得到提高。特别地,如果是介电质层62由无机化合物构成的方式,则能够从较宽的范围选择介电质层62的折射率。另外,介电质层62具有追随金属层61的表面形状的形状,因此与介电质层62的表面平坦的情况相比能够抑制显示体的最外侧面附近的菲涅耳反射。其结果,在表面反射观察中观察到的色彩变得鲜明。
(11)如果是作为凸部11T的高度的厚度T5小于构造周期PT的2分之1的长度的结构,则由支撑部11及凸部11T构成的构造体的耐久性得到提高,另外,容易获得凸部11T的加工精度。
(12)如果是金属层61的厚度T6大于或等于10nm的结构,则在第1格栅层21及第2格栅层41容易产生等离子体共振,另外,通过反射观察而目视确认到的色彩变得鲜明。另外,如果是金属层61的厚度T6小于作为凸部11T的高度的厚度T5的结构,则显示体的光的透射率得到提高,透射观察的像变得清晰。
(13)如果是介电质层62的厚度T7大于作为凸部11T的高度的厚度T5的结构,则容易在第2格栅层41产生等离子体共振,另外,介电质层62的材料的变更容易反映为因第2格栅层41的等离子体共振而消耗的波长区域的变化。另外,由支撑部11、凸部11T以及金属层61构成的构造体埋设于介电质层62,因此上述构造体由介电质层62施加保护。
(14)如果是在包含作为支撑部11的表面的基准面以及作为周期性要素的凸部11T在内的平面中,凸部11T在每单位面积占据的面积的比例大于0.1的结构,则由支撑部11及凸部11T构成的构造体的耐久性得到提高,另外,容易获得凸部11T的加工精度。另外,如果是上述面积的比例小于0.5的结构,则能够适当地获得抑制在上部格栅层51和其上层的界面产生菲涅耳反射的效果。
(15)对于带显示体的设备110而言,从光射出构造体70射出的光的一部分透射过显示体100的第1显示区域10A而向光射出构造体70的相反侧射出。因此,如果在光朝向表面10S及背面10T中的与光射出构造体70相对的面的相反侧的面照射的状态下观察该面,则在第1显示区域10A中与光射出构造体70重叠的部分和不与光射出构造体70重叠的部分呈现出互不相同的颜色。因此,能够目视确认到与光射出构造体70的形状相应的像而呈现出更多种类的像,带显示体的设备110的伪造的困难性、外观美观性进一步提高。
(16)如果是利用纳米压印法形成凸部11T的制造方法、即通过将凹版所具有的凹凸转印至在基材11a的表面涂敷的树脂而形成由支撑部11及多个凸部11T构成的周期性构造体的制造方法,则能够容易且适当地形成具有微细凹凸的周期性构造体。
<第2实施方式的变形例>
也可以以下面的方式变更实施上述第2实施方式。
·在第2实施方式中,也与第1实施方式相同地,能够使得第1金属层23及第2金属层42具有图11所示的形状特征。而且,金属层61可以包含作为位于第1中间介电质层32的侧面而与第2金属层42连续的金属层的中间金属层32A。中间金属层32A由第1中间介电质层32和第2中间介电质层34夹持,越是靠近第1金属层23的部位,第1中间介电质层32的侧面上的厚度越小。此外,因中间金属层32A的存在而在中间格栅层31也有可能产生等离子体共振。
·在第2实施方式中,也与第1实施方式的图12所示的构造相同地,凸部11T的形状可以是从支撑部11的表面凸出的锥体状。
·显示体也可以具有构造周期PT彼此一致、且构成显示体的材料中只有介电质层62的材料互不相同的多个区域作为第1显示区域10A中包含的区域。根据这样的结构,在反射观察中,能够在第1显示区域10A中的多个区域目视确认到互不相同的色彩。而且,对于上述多个区域能够通过同一工序而形成凸部11T、金属层61,因此能够容易地制造上述显示体。
·如图19所示,显示体还可以在介电质层62上具有保护层45。根据这样的结构,能够对由支撑部11和凸部11T、金属层61以及介电质层62构成的构造体加以保护。保护层45可以具体化为与第2上部介电质层53一体的构造体。此时,保护层45优选为低折射率的树脂层。低折射率的树脂层具有与第1介电质层22的折射率、第1中间介电质层32的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率。
另外,在显示体用于由人徒手触摸显示体的用途的情况下,优选构成显示体的表面的保护层45由含氟树脂构成。根据这样的结构,能够抑制皮脂等污垢附着于显示体的表面。
此外,保护层45可以如图19所示那样具有平坦的表面,也可以具有追随介电质层62的表面形状的形状。
·关于从与显示体的表面10S相对的方向观察的孤立区域A2的配置,只要孤立区域A2间的间隙距离在孤立区域A2排列的第1方向、以及作为孤立区域A2排列的方向且与第1方向相交叉的第2方向上不同即可,并不局限于正方形阵列、六边形阵列以及长方形阵列,只要是二维格栅状的阵列即可。即,多个第1介电质层22只要以二维格栅状排列即可,另外,多个第1中间介电质层32也只要以二维格栅状排列即可,另外,多个第2金属层42也只要以二维格栅状排列即可,另外,多个第1上部介电质层52也只要以二维格栅状排列即可。换言之,周期性构造体的周期性要素只要以孤立区域A2间的间隙距离在第1方向及第2方向上不同、且具有副波长周期的二维格栅状排列即可。二维格栅状的阵列是要素分别沿二维平面内相交叉的2个方向排列的阵列。此时,显示体所具有的各层的厚度相对于构造周期PT处于规定范围内是指,相对于周期性要素分别在上述2个方向上排列的构造周期PT而各层的厚度处于规定范围内。
另外,从与显示体的表面10S相对的方向观察的孤立区域A2的形状、即周期性要素的平面形状并不局限于正方形、长方形,可以是其他多边形,也可以是圆形。
·如图20所示,从支撑部11的表面凹陷的凹部11H可以位于孤立区域A2。从与显示体的表面10S相对的方向观察,多个凹部11H以具有副波长周期的二维格栅状而排列。在这样的结构中,支撑部11是周期性构造体。即,周期性构造体所具有的周期性要素可以是以支撑部11的表面为基准面而从基准面凹陷的凹部11H。在该情况下,金属层61也具有追随周期性构造体的表面形状的形状,介电质层62具有追随金属层61的表面形状的形状。此时,由位于各凹部11H的底面的金属层71以及在支撑部11中将各金属层71包围的网眼状的部分形成由金属及介电质构成的格栅构造。另外,由位于金属层71上的介电质层72以及位于基准面且将各介电质层72包围的网眼状的金属层73也形成由金属及介电质构成的格栅构造。如果对显示体照射光,则在上述具有格栅构造的层中因产生等离子体共振而与上述实施方式同样地,通过表面反射观察和背面透射观察目视确认到不同的色彩,另外,通过背面反射观察和表面透射观察目视确认到不同的色彩,另外,通过表面反射观察和背面反射观察目视确认到不同的色彩。
此外,在周期性要素是凹部11H的情况下,在包含基准面和周期性要素在内的平面中,优选周期性要素在每单位面积中占据的面积的比例大于0.1且小于0.5。如果上述面积的比例处于上述范围内,则金属层61及介电质层62容易形成为追随周期性构造体的表面的凹凸形状的形状。另外,如果上述面积的比例处于上述范围内,则能够提高周期性构造体的耐久性,并且容易获得凹部11H的加工精度。此外,在第1实施方式的显示体中,周期性要素也可以是从基准面凹陷的凹部11H。
·带显示体的设备所具有的显示体也可以是第1实施方式的显示体。
[实施例]
利用具体的实施例对上述显示体及其制造方法进行说明。
首先,准备了作为光纳米压印法中使用的凹版的模具。具体而言,通过溅射在合成石英基板的表面形成厚度为10nm的由铬(Cr)构成的膜,并通过电子束光刻在Cr膜上形成电子束抗蚀剂图案。使用的抗蚀剂设为正型抗蚀剂,膜厚设为150nm。形成的图案是在一条边为1cm的正方形形状的区域内使得一条边为160nm的正方形配置成构造周期P2T为320nm而构造周期PT3为350的长方形阵列的图案,由电子束描绘的区域是上述正方形的内侧区域。
接下来,利用对氯和氧的混合气体施加高频而产生的等离子体,对从抗蚀剂露出的区域的Cr膜进行蚀刻。接下来,利用对六氟乙烷气体施加高频而产生的等离子体,对从抗蚀剂及Cr膜露出的区域的合成石英基板进行蚀刻。由此蚀刻的合成石英基板的深度为100nm。将残留的抗蚀剂及Cr膜去除而获得形成有凹凸结构的模具。作为脱模剂而将オプツールHD-1100(“ダイキン工業”制)涂敷于模具的表面。
接下来,将紫外线固化性树脂涂敷于作为上述模具的形成有图案的面的表面。而且,利用单面实施了易粘接处理的聚对苯二甲酸乙二酯膜而利用该薄膜的实施了易粘接处理的面将模具的表面覆盖。并且,以使得紫外线固化性树脂在模具的形成有图案的整个区域扩展的方式,利用辊使紫外线固化性树脂延展,在照射紫外线而使得紫外线固化性树脂固化之后,使聚对苯二甲酸乙二酯膜从模具剥离。由此,使得以六边形阵列排列的凸部的图案形成于紫外线固化性树脂的表面,由此获得作为由该紫外线固化性树脂构成的层和作为聚对苯二甲酸乙二酯膜的基材的层叠体的周期性构造体。固化后的紫外线固化性树脂的折射率为1.52。
接下来,利用真空蒸镀法在上述周期性构造体的表面以50nm的厚度形成由铝(Al)构成的膜,由此形成金属层。并且,在金属层的表面以150nm的厚度形成由二氧化硅(SiO2)构成的膜,由此形成介电质层。由此获得实施例的显示体。实施例的显示体相当于第2实施方式的显示体。介电质层相对于基材所处的一侧是显示体的表面侧,基材相对于介电质层所处的一侧是显示体的背面侧。
对实施例的显示体照射白色光而观察的结果,在形成有凸部的图案的区域中,通过表面反射观察而观察到接近黑色的蓝色,通过背面反射观察而观察到紫色,通过表面透射观察及背面透射观察而观察到橙色。另外,在未形成凸部的图案的区域,作为来自由铝构成的金属层的反射光而观察到具有金属光泽的颜色。
(第3实施方式)
下面,通过图示的实施方式对本发明的第3实施方式所涉及的显示体进行详细说明。此外,可以以提高伪造物品的困难性为目的而使用显示体,也可以以提高物品的外观美观性的目的而使用显示体,还可以兼顾上述目的而使用显示体。作为提高伪造物品的困难性的目的,将显示体例如粘贴于护照、驾照等认证文件、商品券、支票等有价证券类、信用卡、现金卡等卡片类、纸币等。另外,作为提高物品的外观美观性的目的,将显示体例如安装于随身佩戴的装饰品、使用者携带的物品、如家具、家电等那样放置的物品、墙壁、门等构造物等。
如图21所示,显示体所具有的表面10S区划为第1显示区域10A以及第2显示区域10B。第1显示区域10A所具有的剖面构造与第2显示区域10B所具有的剖面构造互不相同。第1显示区域10A是在表面10S描绘有文字、图形、记号、花纹、图案等的区域,在图21中,例如是描绘有星形图形的区域。
[显示体的构造]
首先,下面对第1显示区域10A的结构进行说明。
如图22所示,从与显示体的表面10S相对的方向观察,第1显示区域10A包含多个孤立区域A2、以及将各孤立区域A2包围的单个周围区域A3。在图22中,为了便于说明孤立区域A2,对各孤立区域A2标注圆点而示出。
各孤立区域A2以具有副波长周期的二维格栅状而排列。作为一个例子,如图22所示,孤立区域A2可以沿表面10S排列配置为六边形对称阵列。六边形对称阵列是多个孤立区域A2配置于作为具有一条边的长度XT的正六边形的单元阵列LT的各顶点的阵列。在单元阵列LT的各顶点配置的孤立区域A2由具有构造周期PT且相邻的单元阵列LT共享。此外,单元阵列LT只要是多边形即可,各孤立区域A2也可以以正方形阵列或六边形阵列而排列。即,孤立区域A2以六边形对称阵列、正方形阵列、六边形阵列的任意岛状阵列而排列。此外,正方形阵列是孤立区域A2位于正方形的单元阵列LT的各顶点的阵列,六边形阵列是孤立区域A2位于正三角形的单元阵列LT的各顶点的阵列。
如图23所示,孤立区域A2是至少1个内角A1为锐角的多边形,多个孤立区域A2中的1组相邻的孤立区域A2的至少一部分以各自的锐角的内角A1相对的方式排列。另外,在内角A1相对的1组孤立区域A2中,优选孤立区域A2的中心(几何中心或重心)之间的距离为副波长。在孤立区域A2为正三角形的情况下,优选地,构造周期PT大于或等于正三角形的宽度WT(内角A1和与内角A1相对的边之间的距离)的1倍且小于或等于5倍,且是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期。优选地,各孤立区域A2配置为与内角A1相邻的孤立区域A2的内角A1相对。
如图24所示,显示体具有使得可视区域的光透射的透明的支撑部11。可见区域的光所具有的波长大于或等于400nm且小于或等于800nm。支撑部11在第1显示区域10A和第2显示区域10B通用。支撑部11所具有的剖面构造可以是单层构造,也可以是多层构造。
构成支撑部11的材料为介电质,例如为光固化性树脂等树脂、石英等无机材料。根据容易获得将显示体粘贴于物品所需的挠性、能够附加于支撑部11的光学特性的自由度较高等观点,构成支撑部11的材料优选为树脂。支撑部11的折射率高于空气层的折射率,例如大于或等于1.2且小于或等于1.7。
第1显示区域10A从靠近支撑部11的层开始按顺序具有第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41。中间格栅层31由第1格栅层21和第2格栅层41夹持。此外,支撑部11中第1格栅层21所处的面是支撑部11的表面,第1格栅层21相对于支撑部11所处的一侧是构造体的表面侧。相反,支撑部11相对于第1格栅层21所处的一侧是构造体的背面侧。
[第1格栅层21]
第1格栅层21位于支撑部11的表面。第1格栅层21具有多个第1介电质层22以及单个第1金属层23。从与显示体的表面10S相对的方向观察,各第1介电质层22在与孤立区域A2对应的位置形成为与孤立区域A2对应的形状。从与表面10S相对的方向观察,单个第1金属层23位于周围区域A3。多个第1介电质层22可以沿表面10S例如以六边形对称阵列、正方形阵列、六边形阵列的任意岛状阵列而排列。
各第1介电质层22是从支撑部11的表面凸出的构造体。各第1介电质层22例如与支撑部11为一体。或者,各第1介电质层22例如在与支撑部11的表面之间具有边界,且与支撑部11分体。
从与表面10S相对的方向观察,第1金属层23具有将各第1介电质层22一个一个地包围的网眼状。在第1格栅层21,单个第1金属层23是自由电子往返的光学性的海洋成分,各第1介电质层22是分布于海洋成分中的岛屿成分。
从与表面10S相对的方向观察,第1介电质层22所处的周期为彼此相邻的第1介电质层22的最短宽度WP与第1介电质层22的宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。
第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。根据获得第1格栅层21的加工精度、在第1格栅层21容易产生等离子体共振等观点,第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。此外,在第1介电质层22的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第1介电质层22的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,且是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期。
第1格栅层21的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于200nm。根据获得第1格栅层21的加工精度、在第1格栅层21容易产生等离子体共振、使各观察像的色彩变得鲜明等观点,第1格栅层21的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于100nm。
[中间格栅层31]
中间格栅层31位于第1格栅层21上。中间格栅层31的厚度大于第1格栅层21的厚度。根据获得中间格栅层31的加工精度的观点,中间格栅层31的厚度优选小于或等于150nm。
中间格栅层31具有多个第1中间介电质层32以及单个第2中间介电质层33。从与表面10S相对的方向观察,各第1中间介电质层32在与孤立区域A2对应的位置形成为与孤立区域A2对应的形状。从与表面10S相对的方向观察,单个第2中间介电质层33位于周围区域A3。多个第1中间介电质层32能够沿表面10S例如以六边形对称阵列、正方形阵列、六边形阵列的任意岛状阵列而排列。
各第1中间介电质层32是从第1介电质层22凸出的构造体。各第1中间介电质层32例如与第1介电质层22为一体。或者,各第1中间介电质层32例如在与第1介电质层22之间具有边界,且与第1介电质层22分体。从与表面10S相对的方向观察,第1中间介电质层32所处的周期与第1介电质层22相同,为最短宽度WP和宽度WT的合计值、且是上述构造周期PT。第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。另外,第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。此外,在第1中间介电质层32的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第1中间介电质层32的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,且是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期。
从与表面10S相对的方向观察,第2中间介电质层33具有将各第1中间介电质层32一个一个地包围的网眼状。在中间格栅层31,单个第2中间介电质层33在构造和光学方面是海洋成分,各第1中间介电质层32在构造和光学方面是岛屿成分。第2中间介电质层33是空气层或树脂层,具有低于第1中间介电质层32的介电常数。
[第2格栅层41]
第2格栅层41位于中间格栅层31上。第2格栅层41的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于200nm,另外,第2格栅层41的厚度小于中间格栅层31的厚度。根据获得第2格栅层41的加工精度、在第2格栅层41容易产生等离子体共振、使各观察像的色彩变得鲜明等观点,第2格栅层41的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于100nm。
第2格栅层41具有多个第2金属层42以及单个第2介电质层43。从与表面10S相对的方向观察,各第2金属层42在与孤立区域A2对应的位置形成为与孤立区域A2对应的形状。从与表面10S相对的方向观察,单个第2介电质层43的位置包含于周围区域A3内。多个第2金属层42可以沿表面10S例如以六边形对称阵列、正方形阵列、六边形阵列的任意岛状阵列而排列。
各第2金属层42是与第1中间介电质层32的顶面重叠的构造体。各第2金属层42在与第1中间介电质层32之间具有边界,且与第1中间介电质层32分体。从与表面10S相对的方向观察,与第1介电质层22相同,第2金属层42所处的周期为最短宽度WP与宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。第2金属层42的宽度相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。另外,第2金属层42的宽度相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。此外,在第2金属层42的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第2金属层42的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,且是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期。
从与表面10S相对的方向观察,第2介电质层43具有将各第2金属层42一个一个地包围的网眼状。在第2格栅层41,单个第2介电质层43是与第2金属层42相比而自由电子更少的光学性的海洋成分,各第2金属层42是分布于海洋成分中的岛屿成分。第2介电质层43是空气层或者树脂层,具有低于第1中间介电质层32的介电常数。
作为第1格栅层21的海洋成分的第1金属层23的体积比率大于作为第2格栅层41的岛屿成分的第2金属层42的体积比率。另外,作为第2格栅层41的岛屿成分的第2金属层42的体积比率大于中间格栅层31的金属材料的体积比率。
此外,由第1介电质层22和第1中间介电质层32构成的构造体是周期性要素的一个例子,还是以支撑部11的表面为基准面而从基准面凸出的凸部11T。而且,由支撑部11、第1介电质层22以及第1中间介电质层32构成的构造体是周期性构造体的一个例子。另外,由第1金属层23和第2金属层42构成的层被理解为具有整层的形状追随周期性构造体的表面形状的形状的金属层。周期性构造体的表面是包含基准面中的将各周期性要素包围的区域以及各周期性要素的表面的面。
如图25所示,在周围区域A3,从靠近支撑部11的层开始按顺序设置有第1格栅层21的第1金属层23、中间格栅层31的第2中间介电质层33、以及第2格栅层41的第2介电质层43。第2中间介电质层33由第1金属层23和第2介电质层43夹持。
如图26所示,第2显示区域10B在支撑部11上不具有上述第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41。即,第2显示区域10B因支撑部11具有的透光性而使得可见区域的光透射。
此外,第2显示区域10B可以在支撑部11上具有与第1显示区域10A不同的层。第2显示区域10B例如可以仅具有第1介电质层22。另外,第2显示区域10B例如可以仅具有由与构成第1金属层23的材料相同的材料构成的单个金属层。根据对第2显示区域10B显示的像的要求而适当地选择第2显示区域10B的层结构。
另外,如上所述,支撑部11所具有的剖面构造可以是多层构造,各第1介电质层22可以在与支撑部11之间不具有边界。图27表示支撑部11由2层构成且这些层中的支撑部11的表面侧的层与各第1介电质层22为一体的构造。即,支撑部11具有基材11a以及中间层11b,中间层11b相对于基材11a而位于表面侧。各第1介电质层22从中间层11b凸出,各第1介电质层22和中间层11b为一体。
[显示体的光学结构]
接下来,对显示体所具有的光学结构进行说明。
这里,以显示体的表面10S以及显示体的背面10T分别与空气层接触而第2中间介电质层33和第2介电质层43分别为空气层的结构、或者为具有接近空气层的折射率的树脂层的结构为例进行说明。
如图28所示,支撑部11的折射率是由介电质支配的大小,且大于空气层的折射率。
第1介电质层22的折射率高于空气层的折射率,第1金属层23的折射率低于空气层的折射率。第1格栅层21的折射率近似于对第1金属层23的折射率和第1介电质层22的折射率实施平均化所得的大小。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,在第1介电质层22的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第1介电质层22的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,因此第1格栅层21的折射率最终为由作为海洋成分的第1金属层23支配的大小,且充分低于空气层的折射率。
第1中间介电质层32的折射率高于空气层的折射率,第2中间介电质层33的折射率与空气层的折射率相等或高于空气层的折射率。中间格栅层31的折射率近似于对上述第2中间介电质层33的折射率和第1中间介电质层32的折射率实施平均化所得的大小。第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,在第1中间介电质层32的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第1中间介电质层32的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,因此中间格栅层31的折射率最终为由作为海洋成分的第2中间介电质层33支配的大小,且是高于空气层的折射率且接近于空气层的折射率的值。
第2金属层42的折射率低于空气层的折射率,第2介电质层43的折射率与空气层的折射率相等、或者高于空气层的折射率。第2格栅层41的折射率近似于对上述第2介电质层43的折射率和第2金属层42的折射率实施平均化所得的大小。第2金属层42的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,在第2金属层42的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第2金属层42的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,因此第2格栅层41的折射率最终为由作为海洋成分的第2介电质层43支配的大小,且是低于空气层的折射率且接近于空气层的值。
[表面反射观察、背面透射观察]
这里,从显示体的外侧入射至第2格栅层41的白色光L1从空气层进入第2格栅层41,从第2格栅层41进入中间格栅层31。入射至第2格栅层41的光L1从空气层进入具有接近于空气层的折射率的折射率的第2格栅层41,因此在空气层和第2格栅层41的界面不易产生菲涅耳反射。另外,入射至中间格栅层31的光从具有接近于空气层的折射率的折射率的第2格栅层41进入具有接近于空气层的折射率的折射率的中间格栅层31,因此这里也在第2格栅层41和中间格栅层31的界面不易产生菲涅耳反射。
另一方面,第2金属层42的构造周期PT是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,因此在第2格栅层41产生等离子体共振。等离子体共振是入射至第2格栅层41的光的一部分和电子的集体振动结合的现象。入射至第2格栅层41的光L1的一部分通过第2格栅层41的等离子体共振而变换为表面等离子体,表面等离子体透射过第2格栅层41。透射过第2格栅层41的表面等离子体再变换为光而射出。因等离子体共振而使得第2格栅层41射出的光EP2的波长区域是依赖于包含第2金属层42的构造周期PT的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第2格栅层41使得入射至第2格栅层41的光的波长区域的一部分光向中间格栅层31透射。
另外,第1介电质层22的构造周期PT也是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,因此在第1格栅层21也产生等离子体共振。即,入射至第1格栅层21的光的一部分也通过第1格栅层21的等离子体共振而变换为表面等离子体,表面等离子体透射过第1格栅层21并再变换为光而射出。因等离子体共振使得第1格栅层21射出的光EP1的波长区域是依赖于包含第1介电质层22的构造周期PT的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第1格栅层21使得入射至第1格栅层21的光的波长区域的一部分光向支撑部11透射。
并且,第1介电质层22配置于作为至少1个内角为锐角的多边形而具有1条边的长度XT的正六边形的单元阵列LT的各顶点。已知表面等离子体在构造的尖锐部分被强烈地激发。因此,在第1介电质层22为多边形的情况下,在锐角附近强烈地呈现出该效果。另外,已知基于表面等离子体的光学/显色特性受到金属等激发出表面等离子体的物质的配置形状的影响。例如,通过将配置形状改变为正方形阵列、六边形阵列、六边形对称阵列等具有高水平的旋转对称性的形状而使得表面等离子体振子的分散关系发生变化,可以进行使得反射光谱实现窄频带化等的控制。因此,吸收的带宽减小,波长选择性提高。
其结果,根据使光L1从显示体的外侧向第2格栅层41入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面反射观察,不易产生上述各界面的菲涅耳反射,在上述各格栅层产生强烈的等离子体共振,与此相伴,在第1显示区域10A能目视确认到黑色或接近黑色的色彩。
另一方面,根据使光L1从显示体的外侧向第2格栅层41入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面透射观察,在第1显示区域10A能目视确认到经由上述各格栅层的等离子体共振而透射的有色光LP1、即除了白色及黑色以外的光。此外,上述表面反射观察、背面透射观察的结果,在朝向表面10S的外部光的光量多于朝向背面10T的外部光的光量的情况下也呈现出同样的趋势。
[背面反射观察、表面透射观察]
如图29所示,从显示体的外侧入射至支撑部11的白色光L1从空气层进入支撑部11,从支撑部11进入第1格栅层21。入射至支撑部11的光L1从具有高于空气层的折射率的折射率的支撑部11进入具有低于空气层的折射率的折射率的第1格栅层21,因此容易在支撑部11和第1格栅层21的界面产生菲涅耳反射。此外,支撑部11的折射率与第1格栅层21的折射率之差大于第1格栅层21与中间格栅层31之间的折射率差,另外,大于中间格栅层31与第2格栅层41之间的折射率差。
另一方面,透射过支撑部11和第1格栅层21的界面的光的一部分用于第1格栅层21的等离子体共振。这里,因等离子体共振而由第1格栅层21射出的光EP1的波长区域也是依赖于包含第1金属层23的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。该波长区域的光在支撑部11和第1格栅层21的界面未反射,而是因等离子体共振而消耗。其结果,入射至支撑部11的光的波长区域的一部分光在支撑部11和第1格栅层21的界面反射,第1格栅层21使得入射至第1格栅层21的光的波长区域的一部分光向中间格栅层31透射。
另外,透射过中间格栅层31而入射至第2格栅层41的光的一部分也用于第2格栅层41的等离子体共振。这里,因等离子体共振而由第2格栅层41射出的光EP2的波长区域也是依赖于包含第2介电质层43的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第2格栅层41使得入射至第2格栅层41的光的波长区域的一部分光向空气层透射。
并且,第1介电质层22配置于作为至少1个内角为锐角的多边形而具有1条边的长度XT的正六边形的单元阵列LT的各顶点。已知表面等离子体在构造的尖锐部分被强烈地激发。因此,在第1介电质层22为多边形的情况下,在锐角附近强烈地呈现出该效果。另外,已知基于表面等离子体的光学/显色特性受到金属等激发出表面等离子体的物质的配置形状的影响。例如,通过将配置形状改变为正方形阵列、六边形阵列、六边形对称阵列等具有高水平的旋转对称性的形状而使得表面等离子体的分散关系发生变化,能够进行使得反射光谱实现窄频带化等的控制。因此,因形成为六边形对称阵列而使得吸收的带宽缩小而使得波长选择性提高。
其结果,根据使光L1从显示体的外侧向支撑部11入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面反射观察,在第1显示区域10A目视确认到基于上述界面的菲涅耳反射的有色光LR、即除了白色及黑色以外的光LR。此外,通过这样的在支撑部11和第1格栅层21的界面产生的菲涅耳反射,在上述表面反射观察中,在第1显示区域10A目视确认到更接近黑色的色彩。
另一方面,在使光L1从显示体的外侧向支撑部11入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面透射观察中,在第1显示区域10A目视确认到经由上述菲涅耳反射和上述各格栅层的等离子体共振的有色光LP2。此外,上述表面透射观察、背面反射观察的结果,在朝向背面10T的外部光的光量多于朝向表面10S的外部光的光量的情况下也呈现出同样的趋势。
[显示体的制造方法]
接下来,对制造显示体的方法的一个例子进行说明。
首先,在支撑部11的表面形成第1介电质层22以及第1中间介电质层32。第1介电质层22和第1中间介电质层32作为从支撑部11的表面凸出的凸部而一体地形成。形成凸部的方法例如为使用光或带电粒子束的光刻法、纳米压印法以及等离子体蚀刻法。
例如,在如图27所示那样制造具有由基材11a以及中间层11b构成的支撑部11的显示体的情况下,首先,作为基材11a,使用聚对苯二甲酸乙二酯片材,在基材11a的表面涂敷紫外线固化性树脂。接下来,将作为凹版的合成石英模具的表面按压于由紫外线固化性树脂构成的涂膜的表面而对它们照射紫外线。接着,使合成石英模具从固化的紫外线固化性树脂脱模。由此,将凹版所具有的凹凸转印至基材11a的表面的树脂,形成由第1介电质层22及第1中间介电质层32构成的凸部及中间层11b。此外,紫外线固化性树脂可以变更为热固化性树脂,紫外线的照射可以变更为加热。另外,紫外线固化性树脂可以变更为热塑性树脂,紫外线的照射可以变更为加热及冷却。
接下来,在具有凸部的支撑部11的表面,形成第1金属层23及第2金属层42。形成第1金属层23及第2金属层42的方法例如为真空蒸镀法、溅射法。由此,形成由第1金属层23的顶面划分出的第1格栅层21,形成由第2金属层42的顶面划分出的第2格栅层41,并形成由第1格栅层21和第2格栅层41夹持的中间格栅层31。
[第1显示区域的结构例]
如图30所示,第1金属层23的厚度T2越厚,在第1格栅层21和支撑部11的界面,基于菲涅耳反射的光的强度越大,背面反射观察的像的亮度越高。第1介电质层22的作为锐角的内角A1越相对、且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越小,背面反射观察的像的亮度越高。
另外,第1金属层23的厚度T2越厚,从背面10T向表面10S透射的光的强度越小,表面反射观察中的色彩越接近黑色。第1介电质层22的作为锐角的内角A1越相对、且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越小,表面反射观察中的色彩也越接近黑色。
而且,在第1金属层23的厚度T2大于或等于10nm且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比小于或等于0.75的情况下,或者,如果第1介电质层22的平面形状为正三角形,构造周期PT小于或等于第1介电质层22的宽度WT的5倍,是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期,则在用于判断显示体的表面背面的上述观察中能够充分获得其精度。
另一方面,第1金属层23的厚度T2越薄,另外,第2金属层42的厚度T4越薄,在表面透射观察、背面透射观察中,透射过它们的光的强度越大。第1介电质层22的作为锐角的内角A1越相对、且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越大,透射过显示体的光的强度也越大。
而且,在第1金属层23的厚度T2、第2金属层42的厚度T4小于或等于200nm、且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25的情况下,或者,如果第1介电质层22的平面形状为正三角形、且构造周期PT大于或等于第1介电质层22的宽度WT的1倍、且是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期,则在表面透射观察中目视确认到的像、在背面透射观察中目视确认到的像会变得清晰,且达到能够目视确认的程度。
第1介电质层22的厚度T2和第1中间介电质层32的厚度T3的合计值优选小于作为第1介电质层22的宽度WT和最短宽度WP的合计值的构造周期PT。另外,更优选第1介电质层22的厚度T2和第1中间介电质层32的厚度T3的合计值小于构造周期PT的一半。
如果是这样的结构,则在第1介电质层22与第1中间介电质层32为一体的树脂构造体中能够提高该构造体的形状精度,另外,能够抑制由第1介电质层22及第1中间介电质层32构成的凸部11T在支撑部11的表面倾倒。
可见区域的波长的复介电常数的实数部为负值的金属材料容易在使用该金属材料的第1格栅层21、第2格栅层41产生等离子体共振。因此,构成第1金属层23的材料优选为上述复介电常数的实数部为负值的材料。另外,构成第2金属层42的材料也优选为上述复介电常数的实数部为负值的材料。
构成上述第1金属层23、第2金属层42的材料例如为铝、银、金、铟、钽等。
此外,如上述制造方法中说明的那样,可以通过相对于形成有第1介电质层22及第1中间介电质层32的支撑部11的金属层的成膜而在单个工序中形成第1金属层23和第2金属层42。
在该情况下,从成膜源飞行的金属粒子相对于支撑部11的表面具有规定的角度分布而附着。其结果,第2金属层42的宽度W4比第1中间介电质层32的宽度WT略大,彼此相邻的第2金属层42的最短宽度WP4比最短宽度WP略小。此时,第2金属层42的宽度W4相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。此外,在第1中间介电质层32的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT大于或等于第1中间介电质层32的宽度WT的1倍且小于或等于5倍,且是大于或等于作为可见区域的波长的400nm且小于或等于800nm的副波长周期。此外,第1金属层23的第1中间介电质层32的周围受到第2金属层42的阴影效应的影响,越是靠近第1中间介电质层32的部位越薄。
另外,在通过上述成膜方法形成的构造体中,在第1中间介电质层32的侧面也形成作为与第2金属层42连续的金属层的中间金属层32A。
中间金属层32A由第1中间介电质层32和第2中间介电质层33夹持。中间金属层32A是与第2金属层42一体的构造体,越是靠近第1金属层23的部位,第1中间介电质层32的侧面上的厚度越薄。
这样的中间金属层32A的构造周期PT是副波长周期,因此使得折射率在第2格栅层41、中间格栅层31的厚度方向上连续地变化。而且,中间金属层32A不易对从显示体的外侧入射至第2格栅层41的光进行反射,而容易使光向中间格栅层31、第1格栅层21透射。因此,在上述表面反射观察中,在第1显示区域10A目视确认到更接近黑色的颜色。
另外,在通过上述成膜方法形成的构造体中,构成第1金属层23的材料与构成第2金属层42的材料彼此相同。
这里,第2介电质层43与第2金属层42之间的折射率差越小,第2格栅层41的平均化后的折射率越容易抑制第2格栅层41和其他层的界面的菲涅耳反射。另一方面,第1介电质层22与第1金属层23之间的折射率差越大,第1格栅层21的平均化后的折射率越容易促进第1格栅层21和支撑部11的界面的菲涅耳反射。
因此,如果是第1金属层23和第2金属层42具有彼此相等的折射率而第1介电质层22与第1金属层23之间的折射率差大于第2介电质层43与第2金属层42之间的折射率差的结构,则能够抑制第2格栅层41和其他层的界面的菲涅耳反射,并且能够促进第1格栅层21和其他层的界面的菲涅耳反射。
此外,为了抑制第2格栅层41和其他层的界面的菲涅耳反射而促进第1格栅层21和其他层的界面的菲涅耳反射,优选满足下面的条件。即,作为相对于第2介电质层43在中间格栅层31的相反侧与第2介电质层43接触的层的表面层与第2介电质层43之间的折射率差优选小于第1金属层23与支撑部11之间的折射率差。表面层例如为空气层。第2介电质层43的折射率更优选与表面层的折射率相等。
如上,根据第3实施方式,能够获得下面列举的效果。
(1)在表面反射观察和背面反射观察中,能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够判别显示体的表面背面。另外,对于粘贴有显示体的物品,能够容易地判定其真伪、能够提高粘贴有显示体的物品的外观美观性。
(2)在表面反射观察和背面透射观察中,也能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够提高对于表面背面的判断结果的精度。另外,在背面反射观察和表面透射观察中,也能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够提高对于表面背面的判断结果的精度。
(3)构造周期PT的大小是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,且是能抑制可见区域的光的一次衍射光的形成的大小。因此,能够抑制基于背面反射观察、表面透射观察、背面透射观察的像中包含虹彩,还能够使各观察像的色彩变得更加鲜明。
(4)在第1介电质层22、第1中间介电质层32、第2金属层42是至少1个内角为锐角的多边形、且它们配置于正六边形的单元阵列的各顶点的情况下,能够提高各观察像的波长选择性。
(5)第1格栅层21的厚度T2与中间格栅层31的厚度T3的合计值是能够应用纳米压印等的凹版的程度的大小,因此还能够使得第1介电质层22和第1中间介电质层32一体地成型。
(6)第1介电质层22和第1中间介电质层32是一体的结构,另外,第2中间介电质层33和第2介电质层43为一体,因此还能够使显示体的结构实现简化。并且,如果是第2中间介电质层33和第2介电质层43为一体的空气层的结构,则能够进一步使显示体的构造实现简化。
(7)中间金属层32A具有防反射功能,因此还能够使通过表面反射观察而目视确认到的像的色彩变为更接近黑色的色彩。
(8)在表面反射观察、背面反射观察、表面或背面的透射观察的各观察中能够分别使第1显示区域10A的色彩形成为固有的色彩。因此,对于带有显示体的物品,能够提高其真伪判定的精度。
(9)在表面反射观察、背面反射观察、表面或背面的透射观察的各观察中能够分别使第1显示区域10A的色彩形成为固有的色彩。因此,能够使显示体的显示方式变得更复杂,另外,还能够提高显示体所具有的外观美观性。
<第3实施方式的变形例>
也可以以下面的方式变更实施第3实施方式。
[中间格栅层31]
·第1中间介电质层32和第2中间介电质层33可以具体化为各不相同的构造体。此时,第2中间介电质层33优选为具有与第1中间介电质层32的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率的树脂层。
·第2中间介电质层33和第2介电质层43可以具体化为各不相同的构造体。此时,第2中间介电质层33优选为具有与第2介电质层43的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率的树脂层。
[第1格栅层21]
·如图31所示,第1介电质层22和第1中间介电质层32构成为一体的构造体。作为该一体的构造体的凸部11T的形状可以具体化为从支撑部11的表面凸出的锥体状。如果是这样的构造,则在形成第1介电质层22、第1中间介电质层32时能够顺畅地推进用于形成第1介电质层22、第1中间介电质层32的凹版的脱模。
[第2显示区域10B]
·如图32所示,第2显示区域10B可以具体化为在支撑部11的表面仅具有金属层23B的结构。此时,在表面反射观察中,能够在第1显示区域10A目视确认到具有黑色或接近黑色的色彩的像,并且能够在第2显示区域10B目视确认到具有金属光泽的像。另一方面,在背面反射观察中,作为基于第1格栅层21和支撑部11的界面的菲涅耳反射的光,能够在第1显示区域10A目视确认到基于受到由第1格栅层21的等离子体共振消耗的波长区域的影响的光的有色像,并且能够在第2显示区域10B目视确认到具有仅反映出金属层23B和支撑部11的界面的菲涅耳反射的金属光泽的像。
[保护层]
·显示体在第2金属层42上还具有保护层。此时,保护层和第2金属层42的界面的菲涅耳反射的强度、以及与此相伴的显示体的波长选择性根据保护层的折射率而改变。因此,基于使得显示体选择的波长范围而适当地选择构成保护层的材料。
此外,如图33所示,保护层45可以具体化为与第2介电质层43以及第2中间介电质层33一体的构造体。此时,保护层45优选为低折射率的树脂层。低折射率的树脂层具有与第1介电质层22的折射率、第1中间介电质层32的折射率相比更接近空气层的折射率的折射率。
[其他方式]
·从与显示体的表面10S相对的方向观察的孤立区域A2的配置并不局限于六边形对称阵列、正方形阵列以及六边形阵列,只要是二维格栅状的阵列即可。即,多个第1介电质层22只要以二维格栅状而排列即可,另外,多个第1中间介电质层32也只要以二维格栅状而排列即可,另外,多个第2金属层42也只要以二维格栅状而排列即可。换句话说,周期性构造体的周期性要素只要以具有副波长周期的二维格栅状而排列即可。二维格栅状的阵列是要素分别沿二维平面内相交叉的2个方向排列的阵列。此时,宽度WT相对于构造周期PT之比是1个方向上的宽度WT相对于构造周期PT之比,该比处于规定范围内,表示宽度WT相对于构造周期PT之比分别在周期性要素排列的上述2个方向上处于规定范围内。
另外,从与显示体的表面10S相对的方向观察的孤立区域A2的形状、即周期性要素的平面形状并不局限于三角形,可以是正方形、长方形等其他多边形,也可以是圆形。
·如果显示体具有在第1格栅层21及第2格栅层41产生等离子体共振的构造,则透射过显示体的透射光成为与构造周期PT相应的特定波长区域的光。即使在第2格栅层41和其他层的界面产生菲涅耳反射而通过表面反射观察在第1显示区域10A目视确认到与黑色不同的有色像的情况下,由等离子体共振而消耗的波长区域也不包含于反射光中,因此在表面反射观察和背面透射观察中目视确认到互不相同的色彩的像。另外,在背面反射观察和表面透射观察中,也目视确认到色彩互不相同的像。因此,在显示体的表面观察和背面观察中,能够目视确认到色彩互不相同的像,即,能够根据观察条件而目视确认到外观互不相同的像。因此,能够进一步提高带有显示体的物品的伪造的困难性、外观美观性。
例如,第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比、以及第2金属层42的宽度WT相对于构造周期PT之比可以是与大于或等于0.25且小于或等于0.75的值不同的值,在第1介电质层22的平面形状为正三角形的情况下,构造周期PT可以是与大于或等于第1介电质层22的宽度WT的1倍且小于或等于5倍的值不同的值。另外,例如,第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41的厚度关系可以与上述实施方式不同。
(第4实施方式)
参照图34至图44对显示体的第4实施方式进行说明。此外,可以以提高伪造物品的困难性为目的而使用显示体,也可以以提高物品的外观美观性为目的而使用显示体,还可以兼顾上述目的而使用显示体。作为提高伪造物品的困难性的目的,显示体例如粘贴于护照、驾照等认证文件、商品券、支票等有价证券类、信用卡、现金卡等卡片类、纸币等。另外,作为提高物品的外观美观性的目的,显示体例如安装于随身佩戴的装饰品、使用者携带的物品、如家具、家电等那样放置的物品、墙壁、门等构造物等。
如图34所示,显示体所具有的表面10S区划为第1显示区域10A以及第2显示区域10B。第1显示区域10A所具有的剖面构造与第2显示区域10B所具有的剖面构造互不相同。第1显示区域10A是在表面10S描绘有文字、图形、记号、花纹、图案等的区域,在图34中,例如是描绘有星形图形的区域。
[显示体的构造]
首先,针对第1显示区域10A的结构进行如下说明。
如图35所示,从与显示体的表面10S相对的方向观察,第1显示区域10A包含多个孤立区域A2、以及将各孤立区域A2包围的单个周围区域A3。在图35中,为了便于说明孤立区域A2,对各孤立区域A2标注圆点而示出。
孤立区域A2沿表面10S以正方形阵列而排列。正方形阵列是孤立区域A2位于一条边具有构造周期PT的正方形LT的各顶点的阵列。此外,各孤立区域A2还可以以六边形阵列而排列。即,孤立区域A2以作为正方形阵列和六边形阵列中的任一者的岛状阵列而排列。此外,六边形阵列是孤立区域A2位于正三角形的各顶点的阵列。
如图36所示,显示体具有使得可见区域的光透射的透明的支撑部11。可见区域的光所具有的波长大于或等于400nm且小于或等于800nm。支撑部11在第1显示区域10A和第2显示区域10B通用。支撑部11的剖面结构可以是单层构造,也可以是多层构造。
构成支撑部11的材料为介电质,例如为光固化性树脂等树脂、石英等无机材料。根据容易获得将显示体粘贴于物品所需的挠性、能够附加于支撑部11的光学特性的自由度较高等观点,构成支撑部11的材料优选为树脂。支撑部11的折射率高于空气层的折射率,例如大于或等于1.2且小于或等于1.7。
第1显示区域10A从靠近支撑部11的层开始按顺序具有第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41。中间格栅层31由第1格栅层21和第2格栅层41夹持。此外,第1格栅层21在支撑部11所处的面是支撑部11的表面,第1格栅层21相对于支撑部11所处的一侧是构造体的表面侧。相反,支撑部11相对于第1格栅层21所处的一侧是构造体的背面侧。
[第1格栅层21]
第1格栅层21位于支撑部11的表面。第1格栅层21具有多个第1介电质层22以及单个第1金属层23。从与显示体的表面10S相对的方向观察,各第1介电质层22位于孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第1金属层23位于周围区域A3。多个第1介电质层22沿表面10S以作为正方形阵列和六边形阵列中的任一者的岛状阵列而排列。
各第1介电质层22是从支撑部11的表面凸出的构造体。各第1介电质层22例如与支撑部11为一体。或者,各第1介电质层22例如在与支撑部11的表面之间具有边界,且与支撑部11分体。
从与表面10S相对的方向观察,第1金属层23具有将各第1介电质层22一个一个地包围的网眼状。在第1格栅层21,单个第1金属层23是自由电子往返的光学性的海洋成分,各第1介电质层22是分布于海洋成分中的岛屿成分。
从与表面10S相对的方向观察,第1介电质层22所处的周期为彼此相邻的第1介电质层22的最短宽度WP与第1介电质层22的宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。构造周期PT是小于或等于可见区域的波长的副波长周期。
第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。根据获得第1格栅层21的加工精度、在第1格栅层21容易产生等离子体共振等观点,第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。
第1格栅层21的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于200nm。根据获得第1格栅层21的加工精度、在第1格栅层21容易产生等离子体共振、使各观察像的色彩变得鲜明等观点,第1格栅层21的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于100nm。
[中间格栅层31]
中间格栅层31位于第1格栅层21上。中间格栅层31的厚度大于第1格栅层21的厚度。根据获得中间格栅层31的加工精度的观点,中间格栅层31的厚度优选小于或等于150nm。
中间格栅层31具有多个第1中间介电质层32以及单个第2中间介电质层33。从与表面10S相对的方向观察,各第1中间介电质层32位于孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2中间介电质层33位于周围区域A3。多个第1中间介电质层32沿表面10S以作为正方形阵列和六边形阵列中的任一者的岛状阵列而排列。
各第1中间介电质层32是从第1介电质层22凸出的构造体。各第1中间介电质层32例如与第1介电质层22为一体。或者,各第1中间介电质层32例如在与第1介电质层22之间具有边界,且与第1介电质层22分体。从与表面10S相对的方向观察,与第1介电质层22相同,第1中间介电质层32所处的周期为最短宽度WP和宽度WT的合计值,且是所述构造周期PT。第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。另外,第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。
从与表面10S相对的方向观察,第2中间介电质层33具有将各第1中间介电质层32一个一个地包围的网眼状。在中间格栅层31,单个第2中间介电质层33在构造和光学方面是海洋成分,各第1中间介电质层32在构造和光学方面是岛屿成分。第2中间介电质层33是空气层或者树脂层,且具有低于第1中间介电质层32的介电常数。
[第2格栅层41]
第2格栅层41位于中间格栅层31上。第2格栅层41的厚度优选地大于或等于10nm且小于或等于200nm,另外,第2格栅层41的厚度小于中间格栅层31的厚度。根据获得第2格栅层41的加工精度、在第2格栅层41容易产生等离子体共振、使各观察像的色彩变得鲜明等观点,第2格栅层41的厚度优选大于或等于10nm且小于或等于100nm。
第2格栅层41具有多个第2金属层42以及单个第2介电质层43。从与表面10S相对的方向观察,各第2金属层42的位置包含孤立区域A2。从与表面10S相对的方向观察,单个第2介电质层43的位置包含于周围区域A3中。多个第2金属层42沿表面10S以作为正方形阵列和六边形阵列中的任一者的岛状阵列而排列。
各第2金属层42是与第1中间介电质层32的顶面重叠的构造体。各第2金属层42在与第1中间介电质层32之间具有边界,且与第1中间介电质层32分体。从与表面10S相对的方向观察,与第1介电质层22相同,第2金属层42所处的周期为最短宽度WP与宽度WT的合计值,且是上述构造周期PT。第2金属层42的宽度相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75。另外,第2金属层42的宽度相对于构造周期PT之比优选大于或等于0.40且小于或等于0.60。
从与表面10S相对的方向观察,第2介电质层43具有将各第2金属层42一个一个地包围的网眼状。在第2格栅层41,单个第2介电质层43是与第2金属层42相比而自由电子更少的光学性的海洋成分,各第2金属层42是分布于海洋成分中的岛屿成分。第2介电质层43是空气层或者树脂层,具有低于第1中间介电质层32的介电常数。
作为第1格栅层21的海洋成分的第1金属层23的体积比率大于作为第2格栅层41的岛屿成分的第2金属层42的体积比率。另外,作为第2格栅层41的岛屿成分的第2金属层42的体积比率大于中间格栅层31的金属材料的体积比率。
此外,由第1介电质层22和第1中间介电质层32构成的构造体是周期性要素的一个例子,还是以支撑部11的表面为基准面而从基准面凸出的凸部11T。而且,由支撑部11、第1介电质层22以及第1中间介电质层32构成的构造体是周期性构造体的一个例子。另外,由第1金属层23和第2金属层42构成的层被理解为具有整层的形状追随周期性构造体的表面形状的形状的金属层。周期性构造体的表面是包含基准面中的将各周期性要素包围的区域以及各周期性要素的表面在内的面。
如图37所示,在周围区域A3,从靠近支撑部11的层开始按顺序设置有第1格栅层21的第1金属层23、中间格栅层31的第2中间介电质层33、以及第2格栅层41的第2介电质层43。第2中间介电质层33由第1金属层23和第2介电质层43夹持。
如图38所示,第2显示区域10B在支撑部11上不具有上述第1格栅层21、中间格栅层31以及第2格栅层41。即,第2显示区域10B因支撑部11具有的透光性而使得可见区域的光透射。
此外,第2显示区域10B可以在支撑部11上具有与第1显示区域10A不同的层。第2显示区域10B例如可以仅具有第1介电质层22。另外,第2显示区域10B例如可以仅具有由与构成第1金属层23的材料相同的材料构成的单个金属层。根据对第2显示区域10B显示的像的要求而适当地选择第2显示区域10B的层结构。
此外,如上所述,支撑部11所具有的剖面构造可以是多层构造,各第1介电质层22可以在与支撑部11之间不具有边界。图39表示支撑部11由2层构成而这些层中支撑部11的表面侧的层与各第1介电质层22为一体的结构。即,支撑部11具有基材11a以及中间层11b,中间层11b相对于基材11a位于表面侧。各第1介电质层22从中间层11b凸出,各第1介电质层22与中间层11b为一体。
[显示体的光学结构]
接下来,对显示体所具有的光学结构进行说明。
这里,以显示体的表面10S以及显示体的背面10T分别与空气层接触、且第2中间介电质层33和第2介电质层43分别为空气层的结构、或者具有接近空气层的折射率的折射率的树脂层的结构为例进行说明。
如图40所示,支撑部11的折射率是由介电质支配的大小、且大于空气层的折射率。
第1介电质层22的折射率高于空气层的折射率,第1金属层23的折射率低于空气层的折射率。第1格栅层21的折射率近似于对上述第1金属层23的折射率和第1介电质层22的折射率实施平均化所得的大小。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,因此第1格栅层21的折射率最终是由作为海洋成分的第1金属层23支配的大小、且充分低于空气层的折射率。
第1中间介电质层32的折射率高于空气层的折射率,第2中间介电质层33的折射率与空气层的折射率相等或高于空气层的折射率。中间格栅层31的折射率近似于对上述第2中间介电质层33的折射率和第1中间介电质层32的折射率实施平均化所得的大小。第1中间介电质层32的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,因此中间格栅层31的折射率最终为由作为海洋成分的第2中间介电质层33支配的大小,且是高于空气层的折射率且接近空气层的折射率的值。
第2金属层42的折射率低于空气层的折射率,第2介电质层43的折射率与空气层的折射率相等、或者高于空气层的折射率。第2格栅层41的折射率近似于对上述第2介电质层43的折射率和第2金属层42的折射率实施平均化所得的大小。第2金属层42的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25且小于或等于0.75,因此第2格栅层41的折射率最终为由作为海洋成分的第2介电质层43支配的大小,且是低于空气层的折射率且接近空气层的折射率的值。
[表面反射观察、背面透射观察]
这里,从显示体的外侧入射至第2格栅层41的白色光L1从空气层进入第2格栅层41,从第2格栅层41进入中间格栅层31。入射至第2格栅层41的光L1从空气层进入具有接近空气层的折射率的折射率的第2格栅层41,因此在空气层和第2格栅层41的界面难以不易产生菲涅耳反射。另外,入射至中间格栅层31的光从具有接近空气层的折射率的折射率的第2格栅层41进入具有接近空气层的折射率的折射率的中间格栅层31,因此这里在第2格栅层41和中间格栅层31的界面也难以不易产生菲涅耳反射。
另一方面,第2金属层42的构造周期PT是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,因此在第2格栅层41产生等离子体共振。等离子体共振是入射至第2格栅层41的光的一部分和电子的集体振动结合的现象。入射至第2格栅层41的光L1的一部分通过第2格栅层41的等离子体共振而变换为表面等离子体,表面等离子体透射过第2格栅层41。透射过第2格栅层41的表面等离子体再变换为光而射出。因等离子体共振而使得第2格栅层41射出的光EP2的波长区域是依赖于包含第2金属层42的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第2格栅层41使得入射至第2格栅层41的光的波长区域的一部分光向中间格栅层31透射。
另外,第1介电质层22的构造周期PT也是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,因此在第1格栅层21也产生等离子体共振。即,入射至第1格栅层21的光的一部分也通过第1格栅层21的等离子体共振而变换为表面等离子体,表面等离子体透射过第1格栅层21并再变换为光而射出。因等离子体共振而由第1格栅层21射出的光EP1的波长区域是依赖于包含第1介电质层22的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第1格栅层21使得入射至第1格栅层21的光的波长区域的一部分光向支撑部11透射。
如上,根据使光L1从显示体的外侧向第2格栅层41入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面反射观察,在上述各界面不易产生菲涅耳反射,在上述各格栅层产生等离子体共振,与此相伴,在第1显示区域10A目视确认到黑色或接近黑色的色彩。
另一方面,根据使光L1从显示体的外侧向第2格栅层41入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面透射观察,在第1显示区域10A目视确认到经由上述各格栅层的等离子体共振而透射的有色光LP1、即除了白色及黑色以外的光。此外,上述表面反射观察、背面透射观察的结果,在朝向表面10S的外部光的光量高于朝向背面10T的外部光的光量的情况下,也呈现出同样的趋势。
[背面反射观察、表面透射观察]
如图41所示,从显示体的外侧入射至支撑部11的白色光L1从空气层进入支撑部11,从支撑部11进入第1格栅层21。入射至支撑部11的光L1从具有高于空气层的折射率的折射率的支撑部11进入具有低于空气层的折射率的折射率的第1格栅层21,因此在支撑部11和第1格栅层21的界面容易产生菲涅耳反射。此外,支撑部11的折射率与第1格栅层21的折射率之差大于第1格栅层21与中间格栅层31之间的折射率差,另外,大于中间格栅层31与第2格栅层41之间的折射率差。
另一方面,从支撑部11和第1格栅层21的界面透射的光的一部分用于第1格栅层21的等离子体共振。这里,因等离子体共振而由第1格栅层21射出的光EP1的波长区域也是依赖于包含第1金属层23的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。该波长区域的光在支撑部11和第1格栅层21的界面未反射,而是由等离子体共振消耗。其结果,入射至支撑部11的光的波长区域的一部分光在支撑部11和第1格栅层21的界面反射,第1格栅层21使得入射至第1格栅层21的光的波长区域的一部分光向中间格栅层31透射。
另外,透射过中间格栅层31而入射至第2格栅层41的光的一部分也用于第2格栅层41的等离子体共振。这里,因等离子体共振而由第2格栅层41射出的光EP2的波长区域也是依赖于包含第2介电质层43的构造周期PT在内的格栅构造及材料的特定波长区域。其结果,第2格栅层41使得入射至第2格栅层41的光的波长区域的一部分光向空气层透射。
如上,根据使光L1从显示体的外侧向支撑部11入射而从显示体的背面侧观察背面10T的背面反射观察,在第1显示区域10A目视确认到基于上述界面的菲涅耳反射的有色光LR、即除了白色及黑色以外的光LR。此外,通过这样的在支撑部11和第1格栅层21的界面产生的菲涅耳反射,在上述表面反射观察中,在第1显示区域10A目视确认到更接近黑色的色彩。
另一方面,根据使光L1从显示体的外侧向支撑部11入射而从显示体的表面侧观察表面10S的表面透射观察,在第1显示区域10A目视确认到经由上述菲涅耳反射和上述各格栅层的等离子体共振的有色光LP2。此外,上述表面透射观察、背面反射观察的结果,在朝向背面10T的外部光的光量高于朝向表面10S的外部光的光量的情况下,也呈现出同样的趋势。
[显示体的抗菌作用]
显示体因在金属层(第1金属层23、第2金属层42、后述的中间金属层32A)含有具有抗菌性的金属微粒而具有抗菌作用。接下来,对显示体所具有的抗菌作用进行说明。
作为一般伴随有抗菌作用的金属材料,已知金、银、铜、钛、锌、钨、镓、锶、锆、钴、镉、水银、铬等。但是,在考虑到体现出表面等离子体共振、作为显示体而与人手接触等因素的情况下,优选采用金、银、铜。特别是银作为无机系抗菌剂的主剂而使用,从效果、安全性的方面考虑,更优选采用银。
银自古以来便已知其高抗菌性,能够确认以极微少量便能体现出较强的杀菌性。抗菌机制本身仍不确定,但是银离子使得蛋白质、具体而言为半胱氨酸部分之类的氨基残基的硫醇基强烈地以交联方式而结合,其结果,通过酶抑制反应而灭杀细菌。银离子的杀菌力大于铜离子、氯的杀菌力的大约10倍,从而可以认为无需担忧对人体的影响。另外,如果银为纳米粒子,则与主体相比表面积显著增大,与此相应地,银离子的溶出变得容易,容易以更少量便体现出抗菌效果。
对于金属层的具有抗菌性的金属微粒,可以使用抗菌性金属单体、在其他呈现出表面等离子体共振的金属担载有显示出抗菌性的金属微粒的物质、或者它们的混合物。具有抗菌性的金属微粒的含量、担载量只要能发挥抗菌性即可,并未特别限定。特别是在使用银纳米粒子的情况下,由于其较高的抗菌作用,因此银可以为微量。例如,为了提高抗菌性,每1g含银的金属层的银量优选大于或等于0.01μg,更优选大于或等于0.1μg。
使金属层含有具有抗菌性的金属微粒的方法并未特别限定,可以采用公知的方法。例如,能举出通过真空蒸镀、溅射等而在其他金属层的表面形成抗菌性金属的薄膜、或者与其他金属同时进行成膜并使其担载有抗菌性金属的方法等。在同时进行成膜的情况下,通过控制成膜率而能够将具有抗菌性的金属微粒的含量、担载量设为所需最小限度。
后文中进行详细叙述,但如图43所示,所述金属层以追随显示体的凸部的表面形状的方式而形成,因此在人手触摸时必定会与所述金属层接触,能有效地发挥抗菌作用。
[显示体的制造方法]
接下来,对制造显示体的方法的一个例子进行说明。
首先,在支撑部11的表面形成第1介电质层22及第1中间介电质层32。第1介电质层22及第1中间介电质层32作为从支撑部11的表面凸出的凸部而一体地形成。形成凸部的方法例如可以采用使用光或带电粒子束的光刻法、纳米压印法或等离子体蚀刻法等。特别是作为在由树脂构成的支撑部11的表面形成凸部的方法,例如能够灵活运用纳米压印法。另外,在通过对较硬材质的基材等进行加工而形成凸部的情况下,只要使用利用光或带电粒子束的光刻法和等离子体蚀刻法组合而成的方法即可。
例如,在如图39所示那样制造具有由基材11a和中间层11b构成的支撑部11的显示体的情况下,首先,作为基材11a而使用聚对苯二甲酸乙二酯片材,在基材11a的表面涂敷紫外线固化性树脂。接下来,将作为凹版的合成石英模具的表面按压于由紫外线固化性树脂构成的涂膜的表面,并对它们照射紫外线。接下来,使得合成石英模具从固化的紫外线固化性树脂脱模。由此,将凹版所具有的凹凸转印至基材11a的表面的树脂,形成由第1介电质层22和第1中间介电质层32构成的凸部及中间层11b。此外,紫外线固化性树脂可以变更为热固化性树脂,紫外线的照射可以变更为加热。另外,紫外线固化性树脂可以变更为热塑性树脂,紫外线的照射可以变更为加热及冷却。
接下来,在具有凸部的支撑部11的表面形成第1金属层23及第2金属层42。形成第1金属层23及第2金属层42的方法例如为真空蒸镀法、溅射法。由此,形成由第1金属层23的顶面划分出的第1格栅层21,形成由第2金属层42的顶面划分出的第2格栅层41,并形成由第1格栅层21和第2格栅层41夹持的中间格栅层31。
[第1显示区域的结构例]
如图42所示,第1金属层23的厚度T2越大,在第1格栅层21和支撑部11之间的界面,基于菲涅耳反射的光的强度越大,背面反射观察的像的亮度越高。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越小,背面反射观察的像的亮度也越高。
另外,第1金属层23的厚度T2越大,从背面10T向表面10S透射的光的强度越小,表面反射观察的色彩越接近黑色。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越小,表面反射观察中的色彩也越接近黑色。
而且,如果第1金属层23的厚度T2大于或等于10nm而第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比小于或等于0.75,则在用于判断显示体的表面背面的上述观察中能够充分获得其精度。
另一方面,第1金属层23的厚度T2越小,另外,第2金属层42的厚度T4越小,在表面透射观察、背面透射观察中,透射过它们的光的强度越大。第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比越大,透射过显示体的光的强度也越大。
而且,如果第1金属层23的厚度T2、第2金属层42的厚度T4小于或等于200nm、且第1介电质层22的宽度WT相对于构造周期PT之比大于或等于0.25,则通过表面透射观察目视确认到的像、通过背面透射观察目视确认到的像变得明亮且达到能够目视确认到的程度。
第1介电质层22的厚度T2与第1中间介电质层32的厚度T3的合计值优选小于作为第1介电质层22的宽度WT与最短宽度WP的合计值的构造周期PT。另外,更优选第1介电质层22的厚度T2与第1中间介电质层32的厚度T3的合计值小于构造周期PT的一半。
如果是这样的结构,则在第1介电质层22和第1中间介电质层32为一体的树脂构造体中能够提高该构造体的形状的精度,另外,能抑制由第1介电质层22及第1中间介电质层32构成的凸部11T在支撑部11的表面倾倒。
可见区域的波长的复介电常数的实数部为负值的金属材料容易在使用该金属材料的第1格栅层21、第2格栅层41产生等离子体共振。因此,构成第1金属层23的材料优选为上述复介电常数的实数部为负值的材料。构成第2金属层42的材料也优选为上述复介电常数的实数部为负值的材料。
构成上述第1金属层23、第2金属层42的材料例如为铝、银、金、铜、铟、钽等。
此外,如上述制造方法中说明的那样,可以通过相对于形成有第1介电质层22及第1中间介电质层32的支撑部11形成金属层而在单个工序中形成第1金属层23及第2金属层42。
如图43所示,第1介电质层22和第1中间介电质层32可以构成为一体的构造体。该一体的构造体的形状可以具体化为从基材11的表面凸出的锥体状的凸部。可以在基材11的表面和锥体状凸部以追随表面形状的方式(即,将支撑部11和锥体状的凸部的表面覆盖)形成第1金属层23、第2金属层42、以及设置于锥体状的凸部的主体部外周面的中间金属层32A。第1金属层23、第2金属层42以及中间金属层32A可以一体地形成。根据这样的结构,例如在人手接触显示体时容易接触所述金属层,因此能够有效地发挥抗菌效果。另外,在形成所述第1介电质层及所述第1中间介电质层时,能够顺畅地推进用于形成所述第1介电质层及所述第1中间介电质层的凹版的脱模。
[保护层]
如图44所示,显示体还以将所述金属层的与所述周期性构造体接触的面的相反侧的面覆盖的方式具有保护层。此时,保护层和第2金属层42的界面的菲涅耳反射的强度以及与此相伴的显示体的波长选择性根据保护层的折射率而改变。因此,基于显示体选择的波长区域而适当地选择构成保护层的材料。此外,保护层45可以具体化为与第2介电质层43及第2中间介电质层33一体的构造体。此时,保护层45优选为低折射率的树脂层。低折射率树脂层具有与第1介电质层22的折射率、第1中间介电质层32的折射率相比更接近大气层的折射率的折射率。
另外,在将显示体用于人徒手触摸显示体的用途的情况下,优选构成显示体的表面的保护层45由含氟树脂构成。根据这样的结构,能抑制皮脂等污垢附着于显示体的表面。并且,也可以使保护层45中含有具有抗菌性的金属微粒。根据这样的结构,能够灭杀附着于显示体的表面的细菌而抑制细菌繁殖。
如上,根据第4实施方式,能够获得下面列举的效果。
(1)在表面反射观察和背面反射观察中,能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够判别显示体的表面背面。另外,对于粘贴有显示体的物品,能够容易地判定其真伪,能够提高粘贴有显示体的物品的外观美观性。
(2)在表面反射观察和背面透射观察中,也能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够提高对于表面背面的判断结果的精度。另外,在背面反射观察和表面透射观察中也能在第1显示区域10A目视确认到具有不同色彩的像,因此能够提高对于表面背面的判断结果的精度。
(3)构造周期PT的大小是小于或等于可见区域的波长的副波长周期,且是能抑制可见区域的光的一次衍射光的形成的大小。因此,能够抑制背面反射观察、表面透射观察、背面透射观察的像中包含虹彩,并能够使各观察像的色彩变得更加鲜明。
(4)第1格栅层21的厚度T2与中间格栅层31的厚度T3的合计值是能够应用纳米压印等的凹版的大小,因此还能够使得第1介电质层22和第1中间介电质层32一体地成型。
(5)在表面反射观察、背面反射观察、表面或背面的透射观察中分别能够将第1显示区域10A的色彩设为固有的色彩。因此,对于带有显示体的物品,还能够提高其真伪判定的精度。
(6)在表面反射观察、背面反射观察、表面或背面的透射观察中分别能够将第1显示区域10A的色彩设为固有的色彩。因此,能够使显示体的显示方式变得更复杂,另外,还能够提高显示体所具有的外观美观性。
(7)构成显示体的表面的金属层中含有具有抗菌性的金属微粒,因此例如在人手触摸等时能够灭杀附着于显示体的细菌并能够抑制细菌繁殖。因此,能够对带有显示体的物品赋予抗菌作用。
[实施例]
利用具体的实施例对上述第4实施方式的显示体及其制造方法进行说明。
首先,准备作为光纳米压印法中使用的凹版的模具。具体而言,通过溅射在合成石英基板的表面形成厚度为10nm的由铬(Cr)构成的膜,通过电子束光刻在Cr膜上形成电子束抗蚀剂图案。使用的抗蚀剂为正型抗蚀剂,膜厚设为150nm。形成的图案是一条边为160nm的正方形在一条边为1cm的正方形形状的区域内以构造周期PT为320nm的六边形阵列而配置的图案,描画出电子线的区域是上述正方形的内侧区域。
接下来,利用对氯和氧的混合气体施加高频而产生的等离子体,对从抗蚀剂露出的区域的Cr膜进行蚀刻。接下来,利用对六氟乙烷气体施加高频而产生的等离子体,对从抗蚀剂及Cr膜露出的区域的合成石英基板进行蚀刻。通过调整所述等离子体蚀刻的条件而使得石英的凹状形成为锥体状的形状。蚀刻的合成石英基板的深度为100nm。将残留的抗蚀剂及Cr膜去除而获得形成有凹凸结构的模具。在模具的表面涂敷作为脱模剂的オプツールHD-1100(“ダイキン工業”制)。
接下来,在上述模具的作为形成有图案的面的表面涂敷紫外线固化性树脂。而且,利用单面实施了易粘接处理的聚对苯二甲酸乙二酯薄膜,利用该薄膜的实施了易粘接处理的面将模具的表面覆盖。并且,以使得紫外线固化性树脂在模具的形成有图案的整个区域扩展的方式利用辊使紫外线固化性树脂延伸并照射紫外线,使紫外线固化性树脂固化,然后使聚对苯二甲酸乙二酯膜从模具剥离。由此,在紫外线固化性树脂的表面形成以六边形阵列而排列的凸部的图案,由此获得作为由该紫外线固化性树脂构成的层和作为聚对苯二甲酸乙二酯膜的基材的层叠体的周期性构造体。固化后的紫外线固化性树脂的折射率为1.52。
接下来,利用真空蒸镀法在上述周期性构造体的表面形成厚度为20nm的由银(Ag)构成的膜,由此形成金属层。由此,能够获得实施例的显示体。金属层相对于基材所处的一侧为显示体的表面侧,基材相对于金属层所处的一侧为显示体的背面侧。
对实施例的显示体照射白色光而观察的结果,在形成有凸部的图案的区域,通过表面反射观察而观察到接近黑色的蓝色,通过背面反射观察而观察到紫色,通过表面透射观察和背面透射观察而观察到橙色。另外,在未形成凸部的图案的区域,作为来自由银构成的金属层的反射光而观察到具有金属光泽的颜色。
接下来,基于日本药典记载的无菌试验法对实施例的显示体进行细菌否定试验和真菌否定试验的结果,并未确认到来自显示体的细菌的发育。因而,能够确认到显示体具有充分的抗菌作用。
工业实用性
本发明能够用于如下显示体,即,该显示体通过配备于要求难以伪造的物品而能够提高伪造物品的困难性,通过配备于随身携带的物品而能够提高物品的外观美观性。
标号的说明
A2…孤立区域、A3…周围区域、L1、EP2、LR、LP1、LP2…光、LT…正方形(单元阵列)、XT…单元阵列的一条边的长度、PT、PT1~PT4…构造周期、T2、T3、T4、T5、T6、T7…厚度、W4、WT…宽度、WP…最短宽度、10A…第1显示区域、10B…第2显示区域、10S…表面、10T…背面、11…支撑部、11a…基材、11b…中间层、11T…凸部、11H…凹部、21…第1格栅层、22…第1介电质层、23…第1金属层、31…中间格栅层、32…第1中间介电质层、32A…中间金属层、33、34…第2中间介电质层、41…第2格栅层、42…第2金属层、43、44…第2介电质层、45…保护层、51…上部格栅层、52…第1上部介电质层、53…第2上部介电质层、61…金属层、62…介电质层、70…光射出构造体、100…显示体、110…带显示体的设备。

Claims (19)

1.一种显示体,其中,
所述显示体具有:
周期性构造体,其是具有支撑部以及多个周期性要素的介电质,所述支撑部具有基准面,所述多个周期性要素在所述基准面以具有副波长周期的二维格栅状而排列,且所述周期性要素是从所述基准面凸出的凸部或者相对于所述基准面凹陷的凹部中的任意者;以及
金属层,其位于作为包含所述基准面中的将所述周期性要素包围的区域以及所述周期性要素的表面在内的面的所述周期性构造体的表面,具有追随所述周期性构造体的表面形状的形状,
沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向的第1方面的所述周期性要素之间的间隙距离,与沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向、且与所述第1方向相交叉的第2方向的所述周期性要素之间的间隙距离不同。
2.根据权利要求1所述的显示体,其中,
在所述基准面上包含:
第1格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;
第2格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;以及
中间格栅层,其比所述第1格栅层及所述第2格栅层厚,且在厚度方向上由所述第1格栅层和所述第2格栅层夹持,
所述第1格栅层具有:多个第1介电质层,它们以单元格栅为正方形的正方形阵列、单元格栅为菱形的六边形阵列、单元格栅为长方形的长方形阵列中的任意岛状阵列而排列;以及第1金属层,其具有将各第1介电质层包围的网眼状,
所述中间格栅层具有:多个第1中间介电质层,它们以单元格栅为正方形的正方形阵列、单元格栅为菱形的六边形阵列、单元格栅为长方形的长方形阵列中的任意岛状阵列而排列;以及第2中间介电质层,其具有将各第1中间介电质层包围的网眼状,且具有低于所述第1中间介电质层的介电常数,
所述第2格栅层具有:多个第2金属层,它们以单元格栅为正方形的正方形阵列、单元格栅为菱形的六边形阵列、单元格栅为长方形的长方形阵列中的任意岛状阵列而排列;以及第2介电质层,其具有将各第2金属层包围的网眼状,
所述周期性要素是所述凸部,所述第1介电质层和所述第1中间介电质层构成所述周期性要素,所述金属层中包含所述第1金属层及所述第2金属层,
所述第1格栅层的所述第1金属层的体积比率大于所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率,并且所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率大于所述中间格栅层的金属材料的体积比率,
所述第1介电质层的宽度相对于所述第1介电质层的构造周期之比、以及所述第2金属层的宽度相对于所述第2金属层的构造周期之比,大于或等于0.25且小于或等于0.75。
3.根据权利要求2所述的显示体,其中,
所述第1金属层及所述第2金属层的相对于可见区域的光的复介电常数的实数部具有负值。
4.根据权利要求2或3所述的显示体,其中,
所述第1介电质层的宽度相对于所述第1介电质层的构造周期之比、以及所述第2金属层的宽度相对于所述第2金属层的构造周期之比,大于或等于0.40且小于或等于0.60。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的显示体,其中,
构成所述第1金属层的材料与构成所述第2金属层的材料相同,
所述第2介电质层是空气层,
所述第1介电质层的折射率与所述第1金属层的折射率之差大于所述第2介电质层的折射率与所述第2金属层的折射率之差。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的显示体,其中,
所述周期性要素的平面形状为长方形。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的显示体,其中,
所述中间格栅层还具有中间金属层,该中间金属层位于所述第1中间介电质层的侧面上,且由所述第1中间介电质层和所述第2中间介电质层夹持,
所述中间金属层是与所述第2金属层一体的构造体,且包含于金属层中,为了抑制可见区域的光的反射,越是靠近所述第1金属层的部位,所述侧面上的厚度越薄。
8.根据权利要求7所述的显示体,其中,
所述显示体具有保护层,该保护层将所述介电质层的与所述金属层接触的面的相反侧的面覆盖。
9.一种带显示体的设备,其中,
所述带显示体的设备具有:
权利要求1至8中任一项所述的显示体;以及
光射出构造体,其配置于与所述显示体具有的表面和背面中的一个面的一部分相对的位置,构成为能够朝向所述显示体射出光。
10.一种显示体的制造方法,其中,
所述显示体的制造方法包含如下工序:
第1工序,通过将凹版所具有的凹凸转印至涂敷于基材的表面的树脂而形成周期性构造体,其中,从与所述基材的表面相对的方向观察,作为凸部或凹部的周期性要素以具有副波长周期的二维格栅状而配置;以及
第2工序,在所述周期性构造体上形成具有追随所述周期性构造体的表面形状的形状的金属层,
沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向的第1方向的所述周期性要素之间的间隙距离、与沿着作为多个所述周期性要素以二维格栅状排列的方向且与所述第1方向相交叉的第2方向的所述周期性要素之间的间隙距离不同。
11.一种显示体,其中,
所述显示体具有:
周期性构造体,其是具有支撑部以及多个周期性要素的介电质,所述支撑部具有基准面,所述多个周期性要素在所述基准面以具有副波长周期的二维格栅状而排列,所述周期性要素是从所述基准面凸出的凸部或者相对于所述基准面凹陷的凹部的任意者;以及金属层,其位于作为包含所述基准面中的将所述周期性要素包围的区域以及所述周期性要素的表面在内的面的所述周期性构造体的表面,具有追随所述周期性构造体的表面形状的形状,
所述周期性要素的平面形状为多边形。
12.根据权利要求11所述的显示体,其中,
所述多边形的至少一个内角为锐角。
13.根据权利要求12所述的显示体,其中,
所述多个周期性要素中相邻的所述周期性要素的组的至少一部分以各周期性要素的所述锐角彼此相对的方式排列。
14.根据权利要求13所述的显示体,其中,
在所述锐角彼此相对的所述周期性要素的组中,所述周期性要素的中心间的距离为副波长。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的显示体,其中,
所述多个周期性要素以俯视时构成六边形对称阵列、六边形阵列或正方形阵列的任一种阵列的方式排列。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的显示体,其中,
在所述基准面上包含:
第1格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;
第2格栅层,其具有大于或等于10nm且小于或等于200nm的厚度;以及
中间格栅层,其比所述第1格栅层及所述第2格栅层厚,且在厚度方向上由所述第1格栅层和所述第2格栅层夹持,
所述第1格栅层具有:多个第1介电质层,它们以岛状阵列而排列;以及第1金属层,其具有将各第1介电质层包围的网眼状,
所述中间格栅层具有:多个第1中间介电质层,它们以岛状阵列而排列;以及第2中间介电质层,其具有将各第1中间介电质层包围的网眼状,且具有低于所述第1中间介电质层的介电常数,
所述第2格栅层具有:多个第2金属层,它们以岛状阵列而排列;以及第2介电质层,其具有将各第2金属层包围的网眼状,
所述周期性要素是所述凸部,所述第1介电质层及所述第1中间介电质层构成所述周期性要素,所述金属层中包含所述第1金属层及所述第2金属层,
所述第1格栅层的所述第1金属层的体积比率大于所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率,并且所述第2格栅层的所述第2金属层的体积比率大于所述中间格栅层的金属材料的体积比率,
所述第1介电质层的宽度相对于所述第1介电质层的构造周期之比、以及所述第2金属层的宽度相对于所述第2金属层的构造周期之比,大于或等于0.25且小于或等于0.75。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的显示体,其中,
所述显示体具有介电质层,其位于所述金属层的与所述周期性构造体接触的面的相反侧的面,具有追随所述金属层的表面形状的形状。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的显示体,其中,
所述金属层中含有具有抗菌性的金属微粒。
19.根据权利要求18所述的显示体,其中,
构成所述第1金属层的材料与构成所述第2金属层的材料相同,所述材料是金、银、铜中的至少一种。
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