JP2008134586A - 表示素子および表示体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表示素子10は、互いに異なる領域に設けられた微細凹凸領域11と、光吸収領域12とを含んで構成されている。微細凹凸領域11は微細凹凸13から形成されている。光吸収領域12は、可視光を吸収する機能を有している。微細凹凸領域11をパターン面の法線方向付近から観察すると黒色のパターンとして認識される。観察者がパターン面の法線に対して角度をつけながら観察していくと、微細凹凸領域11では光の回折現象に起因する色が観察されるようになる。一方、光吸収領域12では、観察者の観察角度によらずほぼ同一の色を呈する。
【選択図】図1
Description
ホログラムは、二光束干渉などの光学的撮影方法により、微細な凹凸パターンや、屈折率分布を設けることで作製される。一方、回折格子像は、微小なエリアに回折格子を配置したものを画素として作製される。
上記ホログラムや回折格子像は、双方ともに偽造困難で、カラーコピー機等による複写も困難で、また意匠的にも優れることから、クレジットカードやIDカード、各種有価証券、証明書等に広く用いられている。
しかしながら、実際の運用上ではホログラムや回折格子像の真偽判定は人の目に委ねられるため、微視的には粗悪な偽造品であっても全ての人が肉眼で一様に正確な真偽判定を行うことは容易でない。
本発明は、上記の技術的背景を考慮してなされたものであり、偽造の防止を図る上で有利であり、従来にない視覚効果を有する表示素子およびそれを用いた表示体を提供することを目的とする。
また本発明の請求項4に係る表示素子は、前記微細凹凸領域と光吸収領域が略等しい反射率を有することを特徴とする。
図1は、本発明に係る表示素子の断面の一部を概略的に示したものである。
表示素子10は、微細凹凸領域11と、光吸収領域12と、平面上を延在するパターン面(パターン形成面)とが所定のパターン形状を表すように前記パターン面上に配置されてなる。表示素子10は、観察者側には第一基材15を、裏面側には第二基材16を備えている。
微細凹凸領域11は微細凹凸13と反射層14から形成されている。
すなわち、微細凹凸領域11は、本図に示したような、その断面において可視光の波長以下の幅を有し、凸部の断面積が先端部にかけて減少している微細凹凸13と、これを被覆する反射層14とから成り、反射層14を備えているにもかかわらず、その凹凸構造のみを以って可視光に対する反射率低減効果が得られる。微細凹凸13としては、例えば、図6に示す構造を挙げることができる。
より詳細には、前記パターン面に対して垂直な断面における微細凹凸13の幅が可視光の波長以下の幅を有し、かつ、微細凹凸13をなす凸部の、前記パターン面に対して平行な断面における断面積が前記凸部の基端から先端に至るにつれて減少するように形成されている。本例では、図1に示すように、微細凹凸13の幅は、前記パターン面に対して垂直な断面における前記凸部の前記パターン面寄り箇所における幅w1である。より好ましくは、凹部または凸部の中心間距離w2が可視光の波長以下とすることである。図1では上方向である観察者側を、微細凹凸をなす凸部の先端部、図1の下方向を凸部の基端部としてみた場合に、基端部の断面の中心を基準として示している。微細凹凸13と反射層15は、第一基材15と第二基材16との界面に位置している。
光吸収領域12は、可視光を吸収する機能を有している。
上述の理由により、微細凹凸領域11をパターン面の法線方向付近から観察すると(以下、正面観察)、図2(a)に示したように黒色のパターンとして認識される。
また、図2(b)に示したように、観察者がパターン面の法線に対して角度をつけながら観察していくと(以下、斜め観察)、微細凹凸領域11では光の回折現象に起因する色が観察されるようになる。
一方、光吸収領域12では、観察者の観察角度によらずほぼ同一の色を呈する。
言い換えると、微細凹凸領域11と光吸収領域12とを、前記パターン面に所定のパターン形状が表示されるように配置することによって、観察角度によって微細凹凸領域11のみが固有の色変化を示す表示素子20を得ることができる。
また、本発明の表示素子が備える微細凹凸領域11への、一定の入射光の角度に対する、ある波長領域(例えば波長520乃至570nmの緑色域)の回折光の射出角度範囲は、理論上、通常のホログラムや回折格子像のそれよりも広くなるため、単一色調に近い回折光を観察することができる。
また、中心間距離は200nm以上であることが好ましい。この範囲より小さいと、可視領域の回折光が全て表示素子平面よりも下側である90度以上の射出角となってしまい、裸眼による目視では回折光を確認できなくなってしまう。裸眼で良好に確認するために、250nmより大きいことが好ましい。機械読み取りであれば、CCDなどの受光素子が検知できる範囲で可視領域以下の波長の光線も確認することができるため、目的に応じて中心間距離を小さく設定することができる。
凸部の高さ(凹部の深さ)は中心間距離の1/2以上であればよく、典型的には0.3μm以上0.5μm以下である。
微細凹凸13として選択可能な凸部の形状には、円錐、角錐のほか、半球を含むドーム形状など、基端部から先端部にかけてその断面積が連続的、あるいは段階的に減少していく形状であればよい。凸部の先端部はとがっていなくても本発明の効果を得ることができる。凸部の形状は、水平方向の断面積が連続的に変化するため錐体であることが好ましい。
凸部の配列は、規則的であればよい。例えば行列状に配置してもよく、特に好ましくは凸部基端部水平方向の断面形状にあわせてもっとも密に配置可能な並べ方を選択することができる。特に、凸部基端部は間隔を空けず、隣接する凸部と接して形成するのが好ましい。ここで、規則性を一部崩したものであっても、ある程度は、正反射を抑えかつ回折光を射出する本発明の表示体の作用を得ることができる。
微細凹凸13が図6に示すような複数の凸部の集合である場合、その基端部側が観察者側となり、観察者側からは穴があいたような状態となるように表示素子を構成すると、凸部先端の変形や破損を防止することができ好ましい。
また、フィルム等の透明基材に紫外線硬化樹脂を塗布し、これに原版を押し当てながら、基材側から紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させた後原版を取り除くという手順によっても、微細凹凸13を備えた第一基材15あるいは第二基材16を得ることができる。このとき、後に述べる回折格子構造を、一緒に形成することもできる。
微細な凹凸を備えた原版は、例えば、二光束干渉法を用いてホログラムパターンを記録した樹脂や、電子ビームによってパターンを描画した樹脂を母型とする方法、またはバイトによって金属を切削する方法により得られた母型の電鋳を行うことにより得られる。
或いは、反射層14に加えて、隣り合うもの同士の屈折率が異なる誘電体層の積層体,すなわち、誘電体多層膜,を設けてもよい。但し、誘電体多層膜が含む誘電体層のうち第一基材15と接触しているものの屈折率は、第一基材15の屈折率とは異なっている必要がある。多層誘電体膜とすれば、微細凹凸領域11に波長選択性を与えられるため、金属や単層の誘電体膜を反射層とした場合とは異なる視覚効果を得ることができる。
多層誘電体膜は、例えば、微細凹凸13を形成した第一基材15上に、硫化亜鉛などの高屈折率材料とフッ化マグネシウムなどの低屈折率材料とを交互に蒸着することによって得られる。
微細凹凸領域11では、微細凹凸領域11を構成する微細凹凸13の形状によって、正面観察において、反射層が金属膜である場合は灰色から黒色を呈し、反射層が誘電体層である場合には可視光を透過して反射層の下層の色を呈するが、それに合った光吸収領域12を配置すれば、微細凹凸領域11と光吸収領域12は正面観察において、略等しい外観を呈する。
たとえば、光吸収領域12に黒色の染料または顔料を含有する層を光吸収層17として表面または第一基材15と第二基材16の界面に備えるか、または可視光を吸収する無機酸化物もしくは金属酸化物から成る層を光吸収層17として表面または第一基材15と第二基材16の界面に備えることで達成される。光吸収層17は、例えば印刷によって厚み1〜10μm程度で形成することができる。
図3には、黒色を呈する光吸収領域12と、該光吸収領域での光反射率が略等しい微細凹凸領域11とをパターン状に形成した本発明に係る表示素子30の実施形態の一例を示した。
この場合、正面観察においては、微細凹凸領域11と光吸収領域12との領域を区別することは難しく、パターン形状を認識することが困難であるが、斜め観察においては、微細凹凸領域11では光の回折現象に起因する色が観察される一方で、光吸収領域12では正面観察時と略等しい黒色を呈するため、パターンを認識することができるようになる。
つまり、特に図3に例示したような表示素子30においては、観察角度によってパターンの一部が固有の色変化を示すことに加えて、パターンの可視、不可視の2態変化が可能となる。
これに対し斜め観察においては、微細凹凸領域11では光の回折現象に起因する色が観察される一方で、光吸収領域12では正面観察時と略等しい光吸収層の色を呈するため、パターンを認識することができるようになる。
回折格子領域41を構成する回折格子は、直線状または曲線状の凸部または凹部を可視光の波長程度、またはそれ以上の間隔で並列配置した集合体に反射層が備わったものであり、たとえば白色光を入射光とすると、主にその一次回折光が波長ごとに異なる角度で現れるため、観察位置によって虹色に変化して見える。
なお、回折格子領域41では、構成する回折格子の空間周波数や方位角、回折効率、深さあるいは高さ等を該領域内の微小区域毎に適宜設定することで、所望のカラー画像を得ることができる。あわせて反射層の材料や構成を適宜設定することで、波長選択性や下層の可視/不可視など、所望の視覚効果を得ることができる。
上述のとおり回折格子領域41は可視光の波長程度、またはそれ以上の間隔で形成された回折格子からなり、また微細凹凸領域11は、可視光の波長以下の微細凹凸構造からなるため、同じ入射光に対する回折光(主に一次回折光)の回折角が異なることになる。
つまり、観察者がそれぞれ回折格子領域41と微細凹凸領域11が略同一平面上に形成された表示素子40を観察した際に、前記平面の法線に対して比較的小さい角度域にて回折格子領域41からの回折光が観察され、それよりも大きい角度域にて微細凹凸領域11からの回折光が観察される。
さらには回折格子領域41からの回折光は、各波長帯域の出現する角度域が微細凹凸領域11からの回折光に比べ広いため、ある角度からの観察においては、微細凹凸領域11は、虹色ではなくより単一色に近い色付きが得られる。
よって、たとえば図4の表示素子40では、正面観察時に黒色を背景にしたグレーティングイメージ(回折格子による画像)、および光吸収領域12で形成される画像の2種類が観察される。ここで、黒色の背景は微細凹凸領域11である。もちろん、光吸収領域12が黒色を呈するような構成とした場合には、微細凹凸領域11と光吸収領域12が人間の目に対してほぼ等しく知覚され、グレーティングイメージのみが観察されることになる。
一方、斜め観察時には、主に微細凹凸領域11での光の回折に起因する色が観察される。
すなわち、図4に例示したような本発明にかかる表示素子では、観察角度によって異なる3種の固有の色変化を同一面内で同時に実現することができる。
本例は、本発明に係る表示素子を実用に供した、表示体50の実施形態の一例である。
基材51は特に制限が無く、配置することが可能であれば、如何なる固体にも適用できる。
また、本発明にかかる表示体を得る上では、本発明に係る光吸収領域をカードや紙などの基材上に形成することでも実質的に同じ効果が得られるものである。
この場合、表示素子は微細凹凸領域11のみを、または微細凹凸領域11と回折格子領域41を、空白領域を残して配置することで形成し、前記表示素子を光吸収領域12の形成された基材上に配置する際に、前記空白領域と光吸収領域12が重なるようにすればよい。
本発明に係る表示体のパターンによっては、光吸収領域12をたとえば印刷により予め基材上に形成することで、コストが抑えられるものである。
一方、光吸収領域は観察者の表示素子面に対する観察角度によらずほぼ同一の色を呈する。
すなわち、本発明の表示素子は観察者の観察角度により、部分的に固有の色変化を得られ、従来のホログラムなどに代表されるセキュリティデバイスとは一線を画した視覚効果を得る上で有利となる。
加えて、前記微細凹凸領域は極めて微小な凹凸から成り、該凹凸を分析して同様の凹凸を作製することは非常に困難であるため、強力な偽造・模造防止効果を得る上で有利となる。
中でも特異な形態は、本発明の光吸収領域を黒色を呈するような構成とすることで、この場合、正面観察においてパターンが隠蔽され、斜め観察では微細凹凸領域のみの色変化(色付き)によりパターンが出現するようなこれまでにない視覚効果を得ることができる。
さらに、上述の微細凹凸領域、光吸収領域に回折格子領域を加えることで、従来のホログラムの効果が加算され、より多彩な視覚効果を得る上で有利となる。
また、本発明の表示素子をカードや紙などの基材上に配置することで、上述のような高い偽造の防止の効果と視覚効果を有する偽造・模造の困難な表示体を実用的に提供することができるものである。
Claims (8)
- 微細凹凸を備えた微細凹凸領域と、
可視光域に吸収帯を有する光吸収領域と、
平面上を延在するパターン面とを備え、
前記微細凹凸領域と前記光吸収領域とが所定のパターン形状を表すように前記パターン面上に配置された表示素子であって、
前記パターン面に対して垂直な断面における前記微細凹凸の幅が可視光の波長以下の幅を有し、
かつ、前記微細凹凸をなす凸部の、前記パターン面に対して平行な断面における断面積が前記凸部の基端から先端に至るにつれて減少するように形成されている、
ことを特徴とする表示素子。 - 前記微細凹凸の幅は、前記パターン面に対して垂直な断面における前記凸部の前記パターン面寄り箇所における幅である、
ことを特徴とする請求項1記載の表示素子。 - 微細凹凸を備えた微細凹凸領域と、
可視光域に吸収帯を有する光吸収領域と、
平面上を延在するパターン面とを備え、
前記微細凹凸領域と前記光吸収領域とが所定のパターン形状を表すように前記パターン面上に配置された表示素子であって、
前記微細凹凸は複数の微細な凸部または凹部が規則的に配列して構成され、
前記パターン面に対して垂直な断面における前記凸部または凹部の中心間距離が可視光の波長以下であり、
かつ、前記微細凹凸をなす凸部の、前記パターン面に対して平行な断面における断面積が前記凸部の基端から先端に至るにつれて減少するように形成されている、
ことを特徴とする表示素子。 - 前記微細凹凸領域と光吸収領域が略等しい反射率を有することを特徴とする請求項1、2または3記載の表示素子。
- 前記光吸収領域が、光の吸収により黒色を呈することを特徴とする請求項1乃至4に何れか1項記載の表示素子。
- 前記微細凹凸領域および前記光吸収領域に加えて、凹凸によって構成された回折格子を備えた回折格子領域が前記パターン面に配置されたことを特徴とする請求項1乃至5に何れか1項記載の表示素子。
- 請求項1乃至6に何れか1項記載の表示素子が基材上に配置されたことを特徴とする表示体。
- 微細凹凸を備えた微細凹凸領域と、
可視光域に吸収帯を有する光吸収領域と、
平面上を延在するパターン面が形成された基材とを備え、
前記微細凹凸領域と前記光吸収領域とが所定のパターン形状を表すように前記パターン面上に配置されている、
ことを特徴とする表示体。
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