WO2019111826A1 - 表示体、表示体付きデバイス、および、表示体の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a display, a device with a display, and a method of manufacturing the display.
- the display adds a visual effect different from that of the printed material to the image shown by the display by utilizing interference of light by the diffraction grating or the multilayer film, etc. (see, for example, Patent Document 1).
- the display object is difficult to forge an article, for example, by being provided for an article that is required to be difficult to forge, such as authentication documents such as a passport and a license, and securities such as a gift certificate and a check Enhance sex.
- the display body enhances the design of the article by being provided to the articles around the person.
- the diffraction grating included in the display includes, for example, a transparent resin layer and a metal layer such as aluminum located on the resin layer.
- the shape of the diffraction grating represented by a mathematical function having a sinusoidal secondary structure has a metal layer thinner than the other portions in the inclined portion of the diffraction grating, and the structural difference between the inclined portions Adds a difference in transmittance or reflectance to the metal layer. Then, it is possible to represent in gray scale, and to represent different colors of the reflected image and the transmitted image (see, for example, Patent Document 1). The difference between the reflected image and the transmitted image also makes it possible to determine the authenticity of the article to which the display is attached.
- one display body can form images of different appearances according to the conditions of observation.
- a display body in which images of different colors are visually recognized in the observation of the surface of the display body and an observation of the back surface, or a color different from each other in observation of reflected light and observation of transmitted light on one surface of the display body There is a demand for a display body in which an image of the object is visually recognized.
- the shape of the diffraction grating represented by a mathematical function having a sinusoidal secondary structure requires high symmetry in the height direction of the structure in the diffraction grating, that is, in the front and back direction in the display body.
- the difference in color between the image observed from the front surface of the display and the image observed from the back of the display is also slight, and the front and back of the display can be determined based on these visual recognitions. Is also difficult.
- the image by the reflected light and transmitted light visually recognized by the surface and back surface of the display body formed from the said conventional diffraction grating has the subject that a color is pale and wavelength selectivity is low.
- the display body is often provided on articles around the body that an unspecified number of people touch directly with a finger, it is desirable that measures be taken to suppress bacterial growth.
- the present invention makes it possible to visually recognize images of different appearances according to the conditions of observation, to increase the wavelength selectivity of the image by the reflected light or transmitted light, and to suppress the growth of bacteria.
- An object of the present invention is to provide a body, a device with a display, and a method of manufacturing the display.
- One aspect of the display body for solving the above problems is a support portion having a reference surface and a plurality of periodic elements arranged in a two-dimensional grid shape having a sub-wavelength period in the reference surface, which protrudes from the reference surface
- a periodic structure body which is a dielectric provided with the periodic element which is any one of a convex portion or a concave portion recessed from the reference surface, a region of the reference surface surrounding the periodic element, and a surface of the periodic element
- a metal layer positioned on the surface of the periodic structure, the metal layer having a shape that follows the surface shape of the periodic structure, the plurality of periodic elements being arranged in a two-dimensional lattice.
- the display body since the display body includes the layer having a grating structure of sub-wavelength periods made of metal and dielectric, light is transmitted from the outside of the display body to one of the front surface and the back surface of the display body.
- plasmon resonance occurs in the layer having the lattice structure.
- the light in the wavelength range consumed in plasmon resonance is not emitted from the one surface, but the light in the specific wavelength range that has received the effect of the plasmon resonance passes through the display to transmit the front and back surfaces of the display. Ejected from the other side of the Therefore, different color images are visually recognized in reflection observation on one surface and transmission observation on the other surface, and images of different colors are visually recognized in reflection observation and transmission observation on one surface.
- the above configuration it is possible to visually recognize images having different appearances according to the condition of observation.
- the distance between the periodic elements along the first direction of the display body is different from the distance between the periodic elements along the second direction, the first direction and the second direction are different.
- Plasmon resonance absorption can be generated depending on the distance between periodic elements. Therefore, according to the display, the effect of surface plasmon resonance absorption depending on the polarization direction of incident light can be selectively extracted.
- the first lattice layer having a thickness of 10 nm to 200 nm, the second lattice layer having a thickness of 10 nm to 200 nm, and the first lattice layer and the second lattice layer are thicker than the first lattice layer.
- An intermediate lattice layer, the intermediate lattice layer interposed between the first lattice layer and the second lattice layer in the thickness direction is included on the reference plane, and the first lattice layer is a unit lattice
- the intermediate lattice layer has a square arrangement in which a unit cell is a square, a hexagonal arrangement in which a unit cell is a rhombic, and a rectangular arrangement in which a unit cell is a rectangle.
- a plurality of first intermediate dielectric layers arranged in an island arrangement A second intermediate dielectric layer having a network shape surrounding each first intermediate dielectric layer and having a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer; A plurality of second metal layers arranged in a square arrangement in which the unit cell is a square, a hexagonal arrangement in which the unit cell is a rhombus, or an island arrangement in which the unit cell is a rectangular arrangement, and each second metal layer And the periodic element is the convex portion, and the first dielectric layer and the first intermediate dielectric layer constitute the periodic element.
- the first metal layer and the second metal layer are included in the metal layer, and the volume ratio of the first metal layer in the first lattice layer is the volume of the second metal layer in the second lattice layer.
- the volume ratio of the second metal layer in the second lattice layer is larger than the ratio, and the volume ratio of the second metal layer is larger than that of the intermediate lattice layer.
- the averaged refractive index of the first grating layer is dominated by the refractive index of the first metal layer.
- Light incident on the support from the outside of the display body tends to cause Fresnel reflection at the interface between the first grating layer and the support.
- the averaged refractive index of the second grating layer is dominated by the second dielectric layer.
- the averaged refractive index of the intermediate grating layer is also dominated by the second intermediate dielectric layer which is a dielectric.
- the first grating layer and the second grating layer cause plasmon resonance.
- the first grating layer consumes and transmits a part of light incident on the first grating layer in plasmon resonance.
- the second lattice layer also consumes and transmits a part of light incident on the second lattice layer for plasmon resonance. Therefore, in reflection observation in which the display body is viewed from the direction opposite to the support portion, the image by the Fresnel reflection has a color other than black and white, and is recognized more clearly. At this time, when viewing the display from the direction facing the second lattice layer, the transmitted light that has passed through the plasmon resonance in the first lattice layer and the plasmon resonance in the second lattice layer is not black or white. Form a colored image.
- part of the light incident on the second grating layer from the outside of the display body is consumed by plasmon resonance in the second grating layer and plasmon resonance in the first grating layer, and the outer side of the second grating layer It is even more difficult to return. Therefore, in reflection observation in which the display is viewed from the direction opposite to the second grating layer, an image having a color closer to black is visually recognized.
- reflection observation to observe the display body from the direction facing the support portion reflection observation to observe the display body from the direction facing the second grating layer, and further, display body from the direction facing the second grating layer
- transparent observation it is possible to determine the position of the support in the thickness direction of each layer, that is, the front and back of the display.
- the first metal layer and the second metal layer may have negative values of the real part of the complex dielectric constant with respect to light in the visible region.
- the plasmon resonance in the first lattice layer and the plasmon resonance in the second lattice layer easily occur, so that the color of the image in each of the above-described observations can be further clarified.
- the ratio of the width of the first dielectric layer to the structural period of the first dielectric layer and the ratio of the width of the second metal layer to the structural period of the second metal layer are 0.40. More than 0.60 may be sufficient.
- the size of the first dielectric layer becomes excessively smaller than the size of the first metal layer, and the size of the second metal layer is larger than the size of the second dielectric layer. Excessive reduction in size can be suppressed. Therefore, the processing load in manufacturing the display is reduced.
- the material forming the first metal layer is equal to the material forming the second metal layer, and the second dielectric layer is an air layer, and the refractive index of the first dielectric layer is The difference between the refractive index of the first metal layer and the refractive index of the first metal layer may be larger than the difference between the refractive index of the second dielectric layer and the refractive index of the second metal layer.
- the first metal layer and the second metal layer have the same refractive index, and the refractive index difference between the first dielectric layer and the first metal layer is the second Since the configuration is larger than the difference in refractive index between the dielectric layer and the second metal layer, Fresnel reflection at the interface between the second grating layer and the other layer is further suppressed, and the first grating layer and the other layers are It is possible to promote Fresnel reflection at the interface with the layer of
- planar shape of the periodic element may be rectangular.
- the unit cell of the periodic element is a square array, if the distance between the periodic elements adjacent in the first direction is different from the distance between the periodic elements adjacent in the second direction As a result, it is possible to generate plasmon resonance absorption dependent on the distance between the periodic elements different in the first direction and the second direction. Therefore, according to the display, it is possible to selectively extract the effect of surface plasmon resonance absorption depending on the polarization direction of incident light.
- the first dielectric layer and the first intermediate dielectric layer are an integral structure
- the second intermediate dielectric layer and the second dielectric layer are an integral structure
- the first dielectric layer and the first intermediate dielectric layer are an integral structure
- the second intermediate dielectric layer and the second dielectric layer are an integral structure.
- the structure of the display can be simplified.
- the intermediate lattice layer is located on a side surface of the first intermediate dielectric layer, and an intermediate metal layer sandwiched between the first intermediate dielectric layer and the second intermediate dielectric layer is formed.
- the intermediate metal layer is a structure integral with the second metal layer, is included in the metal layer, and has a thickness on the side surface so as to suppress reflection of light in a visible region. The portion closer to one metal layer may be thinner.
- the intermediate metal layer is provided with the reflection preventing function, the color of the image viewed by reflection observation to see the display body from the direction facing the second grating layer can be made closer to black. It also becomes possible.
- the metal layer may be provided with a dielectric layer located on the surface opposite to the surface in contact with the periodic structure and having a shape that follows the surface shape of the metal layer.
- the dielectric layer has a shape that follows the surface shape of the metal layer, the interface between the layer including the dielectric layer and the upper layer is higher than when the surface of the dielectric layer is flat. Fresnel reflection can be reduced. As a result, the color of the image viewed by reflection observation when viewing the display body from the direction facing the dielectric layer becomes clearer.
- a protective layer may be provided to cover the surface of the dielectric layer opposite to the surface in contact with the metal layer.
- a device with a display that solves the above problems is disposed at a position facing the display and part of one of the front and back sides of the display, and light is directed toward the display. And a light emitting structure configured to be able to emit light.
- a part of the light emitted from the light emitting structure is transmitted through the display and emitted from the surface opposite to the light emitting structure. Therefore, when the display is observed from the direction opposite to the light emitting structure while light is irradiated toward the surface opposite to the light emitting structure, the portion where the light emitting structure is located, and the light emitting structure The parts where are not located appear to be different from each other. Therefore, more diverse image representations are possible.
- the manufacturing method which solves the said subject is the period which is a convex part or a recessed part seeing from the direction facing the surface of the said base material by transferring the unevenness which an intaglio has to the resin coated on the surface of the base material.
- a gap distance between the periodic elements along a second direction which is a direction of alignment and intersects the first direction is different.
- the manufacturing method it is possible to obtain a display capable of visually recognizing images having different appearances according to the condition of observation.
- a periodic structure having fine asperities can be easily and suitably formed.
- a support portion having a reference surface, and a plurality of periodic elements arranged in a two-dimensional lattice form having a sub-wavelength period in the reference surface, the reference surface
- a periodic structure body which is a dielectric comprising the periodic element which is a convex portion protruding from the surface or a concave portion which is recessed from the reference surface, a region of the reference surface surrounding the periodic element, and the periodic element
- a metal layer located on the surface of the periodic structure that is a surface including the surface of the periodic structure and having a shape following the surface shape of the periodic structure, and the planar shape of the periodic element is a polygon.
- At least one interior angle of the polygon may be an acute angle.
- At least a part of the adjacent periodic element sets among the plurality of periodic elements may be arranged such that the acute angles face each other.
- the distance between the centers of the periodic elements may be a sub-wavelength.
- the plurality of periodic elements may be arranged to form any one of a hexagonal symmetric array, a hexagonal array, or a square array in a plan view.
- a first lattice layer having a thickness of 10 nm to 200 nm
- a second lattice layer having a thickness of 10 nm to 200 nm
- a layer, the intermediate lattice layer sandwiched between the first lattice layer and the second lattice layer in the thickness direction is included on the reference plane, and the first lattice layer is formed in an island arrangement
- a second intermediate dielectric layer having a network shape surrounding each first intermediate dielectric layer and having a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer;
- the layer comprises a plurality of second metal layers arranged in an island arrangement and a second dielectric layer having a mesh shape surrounding each second metal layer,
- the periodic element is the convex portion, and the first dielectric layer and the first intermediate dielectric layer constitute the periodic element, and the first metal layer and the second metal layer are formed of the metal layer.
- the volume ratio of the first metal layer in the first lattice layer is greater than the volume ratio of the second metal layer in the second lattice layer, and the second metal layer in the second lattice layer And the volume ratio of the first dielectric layer to the structural period of the first dielectric layer, and the structural period of the second metal layer.
- the ratio of the width of the second metal layer to Y may be 0.25 or more and 0.75 or less.
- it may be located in the surface on the opposite side to the surface in contact with the periodic structure in the metal layer, and may have a dielectric layer having a shape that follows the surface shape of the metal layer.
- the metal layer may contain metal microparticles having an antibacterial property.
- bacteria when a display body is touched by a human hand, bacteria may be attached, but since the metal layer contains metal microparticles having antibacterial properties, metal ions are generated from the metal microparticles, It is taken up into cells such as bacteria, causes inhibition of enzymes in the cells, and has the effect of killing the bacteria. That is, according to the said structure, while being able to visually recognize the image of the mutually different appearance according to the conditions of observation, the growth of bacteria can be suppressed.
- the material forming the first metal layer may be equal to the material forming the second metal layer, and the material may be at least one of gold, silver, and copper.
- the display body it becomes possible to visually recognize images of different appearances according to the conditions of observation, and it is possible to increase the wavelength selectivity of the image by the reflected light or transmitted light, and Growth can be suppressed.
- FIG. 1 is a plan view showing a planar structure in the first embodiment of the display body of the present invention.
- FIG. 2 is an enlarged view which expands and shows the planar structure of the 1st display area in the display body used as reference of 1st Embodiment.
- FIG. 3 is an enlarged view which expands and shows the planar structure of the 1st display area in the display body of 1st Embodiment.
- FIG. 4 is an enlarged view showing a planar structure of a first display area in a display according to a modification of the first embodiment.
- FIG. 5 is a view showing a cross-sectional structure of the first display area of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
- FIG. 6 is a view showing a cross-sectional structure of a first display area of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
- FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure of a second display area of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
- FIG. 8 is a cross-sectional view showing another example of the cross-sectional structure of the first display area in the first embodiment.
- FIG. 9 is an operation view showing an operation of the display body of the first embodiment by reflection observation on the front surface side and transmission observation on the back surface side.
- FIG. 10 is an action diagram showing the action of the display body of the first embodiment by reflection observation on the back side and transmission observation on the front side.
- FIG. 11 is an enlarged sectional view showing an example of a part of the sectional structure in the first display area of the first embodiment.
- FIG. 12 is a cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a first display area of a modification of the first embodiment in an enlarged manner.
- FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a second display area of a modification of the first embodiment.
- FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a first display area of a modification of the first embodiment.
- FIG. 15 is a view showing a cross-sectional structure of a first display area in the second embodiment of the display body, and is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
- FIG. 16 is a view showing a cross-sectional structure of the first display area of the second embodiment, and is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
- FIG. 17 is an action diagram showing the action of the display body of the second embodiment by reflection observation on the front side and transmission observation on the back side.
- FIG. 18 is a diagram showing the configuration of a device with a display according to a second embodiment.
- FIG. 19 is a cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a first display area of a modification of the second embodiment in an enlarged manner.
- FIG. 20 is a cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a first display area of a modification of the second embodiment in an enlarged manner.
- FIG. 21 is a plan view showing a planar structure in the third embodiment of the display body of the present invention.
- FIG. 22 is an enlarged view showing a planar structure of the first display area in the display body of the third embodiment.
- FIG. 23 is a plan view showing the shape of the isolated area in the first display area of the third embodiment.
- FIG. 24 is a view showing the cross-sectional structure of the first display area of the third embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. FIG.
- FIG. 25 is a diagram showing the cross-sectional structure of the first display area of the third embodiment, and is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
- FIG. 26 is a view showing a cross-sectional structure of a second display area of the third embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
- FIG. 27 is a cross-sectional view showing another example of the cross-sectional structure of the first display area in the third embodiment.
- FIG. 28 is an operation view showing an operation of the display body of the third embodiment by reflection observation on the front surface side and transmission observation on the back surface side.
- FIG. 29 is an operation diagram showing an operation of the display body of the third embodiment by reflection observation on the back side and transmission observation on the front side.
- FIG. 30 is an enlarged cross-sectional view showing an example of a part of the cross-sectional structure in the first display area of the third embodiment.
- FIG. 31 is an enlarged cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a first display area of a modification of the third embodiment.
- FIG. 32 is a cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a second display area of a modification of the third embodiment in an enlarged manner.
- FIG. 33 is a cross-sectional view showing a part of a cross-sectional structure in a first display area of a modification of the third embodiment in an enlarged manner.
- FIG. 34 is a plan view showing a planar structure in the fourth embodiment of the display body of the present invention.
- FIG. 35 is an enlarged view which expands and shows the planar structure of the 1st display area in the display body of 4th Embodiment.
- FIG. 36 is a diagram showing a cross-sectional structure of the first display area in the fourth embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG.
- FIG. 37 is a diagram showing a cross-sectional structure of the first display area of the fourth embodiment, and is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG.
- FIG. 38 is a diagram showing the cross-sectional structure of the second display area in the fourth embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. FIG.
- FIG. 39 is a cross-sectional view showing another example of the cross-sectional structure of the first display area in the fourth embodiment.
- FIG. 40 is an operation view showing an operation of the display body of the fourth embodiment by reflection observation on the front surface side and transmission observation on the back surface side.
- FIG. 41 is an operation diagram showing an operation of the display body of the fourth embodiment by reflection observation on the back surface side and transmission observation on the front surface side.
- FIG. 42 is an enlarged cross sectional view showing a configuration example of a part of a cross sectional structure in a first display area of the fourth embodiment.
- FIG. 43 is an enlarged cross sectional view showing a configuration example of a part of the cross sectional structure in the first display area of the fourth embodiment.
- FIG. 44 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration example of a part of the cross-sectional structure in the first display region of the fourth embodiment.
- a display body may be used for the purpose of raising the difficulty of forgery of articles
- the display body may be, for example, authentication documents such as passports and licenses, securities such as gift certificates and checks, cards such as credit cards and cash cards, bills, etc. It is pasted.
- the display body may be, for example, a decorative article to be worn, an article carried by the user, an article to be placed on like a furniture or home appliance, a wall or a door It is attached to a structure etc.
- FIG. 1 shows, surface 10S which a display body has is divided into 1st display area 10A and 2nd display area 10B.
- the cross-sectional structure of the first display area 10A and the cross-sectional structure of the second display area 10B are different from each other.
- the first display area 10A is an area on the surface 10S in which characters, figures, symbols, patterns, pictures and the like are drawn, and in FIG. 1, for example, an area in which a star-shaped figure is drawn.
- the first display area 10A ′ which is a reference of a display including the first display area 10A according to an embodiment of the present invention will be described below.
- the first display area 10A ′ includes a plurality of isolated areas A2 and a single peripheral area A3 surrounding each isolated area A2 when viewed from the direction facing the surface 10S of the display body.
- the planar shape of each isolated area A2 is a square.
- each isolated area A2 is shown with a dot.
- Each isolated area A2 is arranged in a square array in which unit cells are square along the surface 10S.
- the unit cell is a lattice in which one side has the shortest length among the lattice-like structural units formed by lines connecting four isolated areas A2 included in the plurality of isolated areas A2 arranged along the surface 10S.
- the square arrangement is an arrangement in which the isolated region A2 is located at each vertex of the square LT where one side of the unit cell has the structural period PT1. Therefore, in the first display area 10A ′, the gap distance between the isolated regions A2 along the X direction (left and right direction on the paper surface) is equal to the gap distance between the isolated regions A2 along the Y direction (right and left direction on the paper surface). .
- FIG. 3 shows the first display area 10A in the display body of the first embodiment
- FIG. 4 shows the first display area 10A in the display body according to the modification of the first embodiment.
- the gap distance between the isolated regions A2 along the second direction (Y direction) intersecting the first direction is different. Note that the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
- the isolated area A2 has a square planar shape.
- each isolated area A2 is arranged in a rectangular array in which the unit cell is rectangular along the surface 10S.
- the arrangement in which the unit cell is rectangular is an arrangement in which the isolated region A2 is located at each vertex of the rectangle LT2 in which one side of the unit cell has the structural period PT2 and the other side has the structural period PT3.
- the structural periods PT2 and PT3 are different from each other, and both are sub-wavelength periods.
- FIG. 4 shows a first display area 10A in a display according to a modification of the first embodiment.
- each isolated area A2 has a rectangular planar shape.
- the individual isolated areas A2 are arranged in a square array along the surface 10S. More specifically, the unit cell is a square array in which the isolated region A2 is located at each vertex of the square LT3 having a structural period PT4 at one side.
- the gap distance between the isolated regions A2 along the first direction (X direction) is WP5, which is a direction along which the isolated regions A2 are aligned and along the second direction (Y direction) intersecting the first direction.
- the gap distance between the isolated regions A2 is WP6, and WP5 is longer. That is, WP5 and WP6 are different.
- WP5 and WP6 are both sub wavelength periods.
- the structural periods PT2 to PT4 are collectively referred to as a structural period PT.
- a display body is provided with the transparent support part 11 which permeate
- the wavelength of light in the visible region is 400 nm or more and 800 nm or less.
- the support portion 11 is common to the first display area 10A and the second display area 10B.
- the cross-sectional structure of the support 11 may be a single layer structure or a multilayer structure.
- the material which comprises the support part 11 is a dielectric, for example, resin, such as photocurable resin, and inorganic materials, such as quartz. From the viewpoints of easily obtaining the flexibility required to attach the display to the article and the high degree of freedom of the optical characteristics that can be added to the support 11, the material constituting the support 11 is resin. Is preferred.
- the refractive index of the support portion 11 is higher than that of the air layer, and is, for example, 1.2 or more and 1.7 or less.
- the first display area 10 ⁇ / b> A includes a first lattice layer 21, an intermediate lattice layer 31, and a second lattice layer 41 in order from the layer closer to the support portion 11.
- the intermediate lattice layer 31 is sandwiched between the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41.
- the surface of the support 11 on which the first grating layer 21 is located is the surface of the support 11, and the side on which the first grating layer 21 is located with respect to the support 11 is the surface of the structure. On the contrary, the side where the support portion 11 is located with respect to the first lattice layer 21 is the back side in the structure.
- the first grating layer 21 is located on the surface of the support portion 11.
- the first lattice layer 21 comprises a plurality of first dielectric layers 22 and a single first metal layer 23.
- Each first dielectric layer 22 is located in the isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body.
- the single first metal layer 23 is located in the peripheral area A3 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first dielectric layers 22 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each first dielectric layer 22 is a structure protruding from the surface of the support 11.
- Each first dielectric layer 22 is, for example, integral with the support 11.
- each first dielectric layer 22 has, for example, a boundary with the surface of the support 11 and is separate from the support 11.
- the first metal layer 23 has a mesh shape surrounding each of the first dielectric layers 22 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- a single first metal layer 23 is an optical sea component in which free electrons are spread, and each first dielectric layer 22 is an island component distributed in the sea component. .
- the period in which the first dielectric layer 22 is located is the sum of the shortest width WP of the first dielectric layers 22 adjacent to each other and the width WT of the first dielectric layers 22 when viewed from the direction facing the surface 10S. And the structural period PT.
- the structural period PT is a sub-wavelength period which is equal to or less than the wavelength in the visible region.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is preferably such that the processing accuracy of the first grating layer 21 can be obtained and that plasmon resonance is easily generated in the first grating layer 21. , 0.40 or more and 0.60 or less.
- the thickness of the first lattice layer 21 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less.
- the thickness of the first lattice layer 21 can be obtained in view of the fact that the processing accuracy of the first lattice layer 21 can be obtained, that the plasmon resonance is easily generated in the first lattice layer 21, and the color of the image by each observation becomes clear.
- the thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
- An intermediate lattice layer 31 is located on the first lattice layer 21.
- the thickness of the intermediate lattice layer 31 is thicker than the thickness of the first lattice layer 21. From the viewpoint of obtaining the processing accuracy of the intermediate lattice layer 31, the thickness of the intermediate lattice layer 31 is preferably 150 nm or less.
- the intermediate lattice layer 31 comprises a plurality of first intermediate dielectric layers 32 and a single second intermediate dielectric layer 33.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is located in the isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 33 is located in the peripheral area A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first intermediate dielectric layers 32 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is a structure protruding from the first dielectric layer 22.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is, for example, integral with the first dielectric layer 22.
- each first intermediate dielectric layer 32 has, for example, a boundary with the first dielectric layer 22 and is separate from the first dielectric layer 22.
- the period in which the first intermediate dielectric layer 32 is located, as seen from the direction facing the surface 10S, is the sum of the shortest width WP and the width WT, as in the first dielectric layer 22, and is the structural period PT. .
- the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- the second intermediate dielectric layer 33 has a mesh shape surrounding each first intermediate dielectric layer 32 one by one, as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 33 is structurally and optically a sea component
- each first intermediate dielectric layer 32 is structurally and optically an island component.
- the second intermediate dielectric layer 33 is an air layer or a resin layer, and has a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer 32.
- the second lattice layer 41 is located on the intermediate lattice layer 31.
- the thickness of the second lattice layer 41 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and the thickness of the second lattice layer 41 is thinner than the thickness of the intermediate lattice layer 31.
- the thickness of the second lattice layer 41 can be obtained from the viewpoints of obtaining the processing accuracy of the second lattice layer 41, easily causing plasmon resonance in the second lattice layer 41, and clarifying the color of the image by each observation.
- the thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
- the second lattice layer 41 comprises a plurality of second metal layers 42 and a single second dielectric layer 43.
- the position of each second metal layer 42 includes an isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the position of the single second dielectric layer 43 is included in the peripheral region A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of second metal layers 42 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each second metal layer 42 is a structure overlapping the top surface of the first intermediate dielectric layer 32.
- Each second metal layer 42 has a boundary with the first intermediate dielectric layer 32 and is separate from the first intermediate dielectric layer 32.
- the period in which the second metal layer 42 is located, as seen from the direction facing the surface 10S, is the sum of the shortest width WP and the width WT, as in the first dielectric layer 22, and is the structural period PT.
- the ratio of the width of the second metal layer 42 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75. Further, the ratio of the width of the second metal layer 42 to the structural period PT is preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- the second dielectric layer 43 has a mesh shape surrounding each second metal layer 42 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- the single second dielectric layer 43 is an optical sea component having less free electrons compared to the second metal layer 42, and each second metal layer 42 is a sea component. It is an island component distributed in The second dielectric layer 43 is an air layer or a resin layer and has a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer 32.
- the volume ratio of the first metal layer 23 which is a sea component in the first lattice layer 21 is larger than the volume ratio of the second metal layer 42 which is an island component in the second lattice layer 41. Further, the volume ratio of the second metal layer 42 which is an island component in the second lattice layer 41 is larger than the volume ratio of the metal material in the intermediate lattice layer 31.
- the structure formed of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic element, and the convex portion 11 T protruding from the reference surface with the surface of the support portion 11 as the reference surface. It is also.
- the structure formed of the support portion 11, the first dielectric layer 22, and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic structure.
- the layer formed of the first metal layer 23 and the second metal layer 42 can be regarded as a metal layer having a shape in which the shape of the entire layer follows the surface shape of the periodic structure.
- the surface of the periodic structure is a surface including an area surrounding each periodic element in the reference surface and the surface of each periodic element.
- the first metal layer 23 of the first lattice layer 21, the second intermediate dielectric layer 33 of the intermediate lattice layer 31, and the The second dielectric layer 43 of the two lattice layer 41 is located.
- the second intermediate dielectric layer 33 is sandwiched between the first metal layer 23 and the second dielectric layer 43.
- the second display area 10 ⁇ / b> B does not include the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, and the second lattice layer 41 described above on the support portion 11. That is, the second display region 10B transmits light in the visible region in accordance with the light transmittance of the support portion 11.
- the second display area 10B may include a layer different from the first display area 10A on the support portion 11.
- the second display area 10B may include, for example, only the first dielectric layer 22.
- the second display region 10B may include, for example, only a single metal layer made of the same material as that of the first metal layer 23.
- the layer configuration in the second display area 10B is appropriately selected in response to a request for an image displayed by the second display area 10B.
- the cross-sectional structure of the support 11 may be a multilayer structure, and each first dielectric layer 22 may not have a boundary with the support 11.
- FIG. 8 shows a structure in which the support 11 is composed of two layers, and the layer on the surface side of the support 11 among these layers is integral with the respective first dielectric layers 22. That is, the support part 11 is provided with the base material 11a and the intermediate
- Each first dielectric layer 22 protrudes from the intermediate layer 11 b, and each first dielectric layer 22 and the intermediate layer 11 b are integrated.
- the surface 10S of the display body and the back surface 10T of the display body are in contact with the air layer, and each of the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 is an air layer, or
- the structure which is a resin layer having a refractive index close to that of the air layer will be described as an example.
- the refractive index of the support part 11 is the magnitude
- the refractive index of the first dielectric layer 22 is higher than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the first metal layer 23 is lower than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the first grating layer 21 is approximated to an averaged size by the refractive index of the first metal layer 23 and the refractive index of the first dielectric layer 22. Since the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75, the refractive index of the first grating layer 21 is ultimately the first metal which is a sea component. It has a size controlled by the layer 23 and is sufficiently lower than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32 is higher than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the second intermediate dielectric layer 33 is equal to the refractive index of the air layer, or higher than the refractive index of the air layer. high.
- the refractive index of the intermediate grating layer 31 is approximated to an averaged size by the refractive index of the second intermediate dielectric layer 33 and the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32. Since the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75, the refractive index of the intermediate grating layer 31 is ultimately the second intermediate which is a sea component.
- the size is governed by the dielectric layer 33, is higher than the refractive index of the air layer, and is close to the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the second metal layer 42 is lower than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the second dielectric layer 43 is equal to the refractive index of the air layer or higher than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the second grating layer 41 is approximated to an averaged size by the refractive index of the second dielectric layer 43 and the refractive index of the second metal layer 42.
- the refractive index of the second grating layer 41 eventually becomes the sea component second dielectric It has a size controlled by the layer 43, which is lower than the refractive index of the air layer and close to the air layer.
- the white light L1 entering the second lattice layer 41 from the outside of the display body enters the second lattice layer 41 from the air layer, and enters the intermediate lattice layer 31 from the second lattice layer 41.
- the light L1 incident on the second grating layer 41 enters the second grating layer 41 having a refractive index close to that of the air layer from the air layer, so Fresnel reflection is performed at the interface between the air layer and the second grating layer 41. It is hard to occur.
- the structural period PT of the second metal layer 42 is a sub-wavelength period equal to or less than the wavelength in the visible region, plasmon resonance occurs in the second grating layer 41.
- Plasmon resonance is a phenomenon in which part of light incident on the second grating layer 41 is combined with collective vibration of electrons. A part of the light L 1 incident on the second lattice layer 41 is converted to surface plasmons by plasmon resonance in the second lattice layer 41, and the surface plasmons pass through the second lattice layer 41. The surface plasmons transmitted through the second lattice layer 41 are converted to light and emitted.
- the wavelength range of the light EP 2 emitted by the second grating layer 41 due to the plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the second metal layer 42.
- the second grating layer 41 transmits to the intermediate grating layer 31 part of the light in the wavelength region of the light incident on the second grating layer 41.
- the structural period PT of the first dielectric layer 22 is also a sub-wavelength period equal to or less than the wavelength in the visible region, plasmon resonance also occurs in the first grating layer 21. That is, part of the light incident on the first lattice layer 21 is also converted to surface plasmons by plasmon resonance in the first lattice layer 21, and the surface plasmons are transmitted through the first lattice layer 21 and reconverted to light. It is emitted.
- the wavelength range of the light EP1 emitted by the first grating layer 21 due to the plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the first dielectric layer 22. As a result, the first grating layer 21 transmits the light of a part of the wavelength region of the light incident on the first grating layer 21 to the support 11.
- the back surface transmission observation in which the light L1 is made incident to the second lattice layer 41 from the outside of the display body and the back surface 10T is observed from the back surface side of the display body, it transmits through plasmon resonance in each of the lattice layers
- the colored light LP1 that is, light other than white and black is visually recognized in the first display area 10A.
- the results of the surface reflection observation and the rear surface transmission observation show the same tendency even when the light quantity of the external light directed to the front surface 10S is higher than the light quantity of the external light directed to the back surface 10T.
- the difference between the refractive index of the support 11 and the refractive index of the first grating layer 21 is larger than the difference of the refractive index between the first grating layer 21 and the intermediate grating layer 31, and the intermediate grating layer 31 And the second grating layer 41 is larger than the refractive index difference.
- the wavelength region of the light EP1 emitted by the first grating layer 21 due to plasmon resonance is a specific wavelength region depending on the grating structure and material including the structural period PT of the first metal layer 23.
- the light in this wavelength range is not reflected at the interface between the support 11 and the first grating layer 21 but consumed by plasmon resonance.
- part of the light in the wavelength region of light incident on the support 11 is reflected at the interface between the support 11 and the first lattice layer 21, and the first lattice layer 21 is incident on the first lattice layer 21.
- a part of the light in the wavelength range of the light is transmitted to the intermediate grating layer 31.
- part of the light transmitted through the intermediate lattice layer 31 and incident on the second lattice layer 41 is also subjected to plasmon resonance in the second lattice layer 41.
- the wavelength range of the light EP 2 emitted by the second grating layer 41 due to plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the second dielectric layer 43.
- the second grating layer 41 transmits part of the light in the wavelength region of the light incident on the second grating layer 41 to the air layer.
- colored light LR by Fresnel reflection at the interface is That is, light LR other than white and black is visually recognized in the first display area 10A.
- the Fresnel reflection generated at the interface between the support portion 11 and the first grating layer 21 causes a color closer to black to be visually recognized in the first display region 10A in the above-described surface reflection observation.
- the Fresnel reflection and the plasmon resonance in each of the lattice layers The colored light LP2 is viewed in the first display area 10A.
- the results of the surface transmission observation and the back surface reflection observation show the same tendency even when the light quantity of the external light directed to the back surface 10T is higher than the light quantity of the external light directed to the surface 10S.
- the wavelength region consumed by plasmon resonance in each of the grating layers 21 and 41 varies depending on the grating structure of each of the grating layers 21 and 41, that is, the structural periods PT2 and PT3. That is, in the case of FIG. 3, plasmon resonance absorption depending on the structural period PT2 occurs in the first direction (X direction), and in the second direction (Y direction) orthogonal to the direction, the structural period PT3 is generated. A dependent plasmon resonance absorption occurs.
- polarization selectivity can be provided by setting the structure period PT to a different length depending on the direction.
- the polarization selectivity of the structure means, in plasmon resonance, two plasmon resonances corresponding to the two polarization directions for incident light having two polarization directions orthogonal to each other on a plane perpendicular to the incident light. It means that the maximum of the absorption spectrum occurs. That is, in the structure period PT2 in one direction of each of the lattice layers 21 and 41, and in the structure period PT3 in another direction orthogonal to the direction, an orientation in which two absorption maxima occur is obtained. Do. Further, by adjusting the structure periods PT2 and PT3 corresponding to the two directions, it is possible to adjust the difference in the wavelength position of the maximum of the absorption spectrum.
- the inventor has found that the longer the structural period PT, the longer the wavelength at which plasmon resonance absorption occurs and the longer wavelength. That is, in the case of FIG. 3, the plasmon resonance absorption generated in the Y direction of the structural period PT3 appears on the longer wavelength side than the plasmon resonance absorption generated in the X direction of the structural period PT2.
- the display of the present invention since the structural period PT2 and the structural period PT3 are different from each other, the wavelength range in which surface plasmon resonance absorption occurs between X polarized light and Y polarized light is different. Thus, the effect of surface plasmon resonance absorption depending on the polarization direction of incident light can be selectively extracted. Since the display of the present invention has a response different depending on the direction of incident polarized light, it can exhibit effects as an optical response function and a sensor function in addition to the display function.
- the wavelength at which the plasmon resonance absorption occurs shifts to the short wavelength side as the gap distance between the adjacent isolated regions A2 is longer.
- the distance between the isolated regions A2 adjacent in the X direction is WP5
- the distance between the isolated regions A2 adjacent in the Y direction is WP6, and the distance between WP5 is longer. Therefore, the plasmon resonance absorption generated in the X direction in which the gap distance of the isolated region A2 is long appears on the shorter wavelength side than the plasmon resonance absorption generated in the Y direction in which the gap distance of the isolated region A2 is short.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are formed on the surface of the support portion 11.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are integrally formed as a protrusion protruding from the surface of the support portion 11.
- a method of forming the protrusion for example, a photolithography method using light or charged particle beam, a nanoimprint method, a plasma etching method, or the like can be employed.
- a nanoimprint method can be utilized as a method of forming a protrusion on the surface of the support portion 11 made of resin.
- a method combining light or photolithographic method using charged particle beam and plasma etching method may be used.
- a polyethylene terephthalate sheet is used as the base 11a, and the base 11a is used.
- UV curable resin to the surface of Next, the surface of the synthetic quartz mold, which is an intaglio, is pressed against the surface of the coating film made of an ultraviolet curable resin, and the surface is irradiated with ultraviolet light. Subsequently, the synthetic quartz mold is released from the cured ultraviolet curable resin.
- the unevenness of the intaglio is transferred to the resin on the surface of the base material 11a, and the protrusion composed of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 and the intermediate layer 11b are formed.
- it is also possible to change an ultraviolet curable resin into a thermosetting resin and it is also possible to change irradiation of an ultraviolet-ray to heating.
- it is also possible to change an ultraviolet curable resin into a thermoplastic resin and it is also possible to change irradiation of an ultraviolet-ray to heating and cooling.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are formed on the surface of the support 11 having the protrusions.
- the method of forming the first metal layer 23 and the second metal layer 42 is, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method. Thereby, the first lattice layer 21 partitioned by the top surface of the first metal layer 23 is formed, and the second lattice layer 41 partitioned by the top surface of the second metal layer 42 is formed, and these first lattice layers are formed. An intermediate lattice layer 31 sandwiched between the first and second lattice layers 41 is formed.
- the intensity of light transmitted from the back surface 10T to the surface 10S decreases, and the color in surface reflection observation approaches black.
- the front and back of the display is determined. In the above observation, its accuracy is sufficiently obtained.
- the thinner the thickness T2 of the first metal layer 23 and the thinner the thickness T4 of the second metal layer 42 the greater the intensity of light transmitted through them in front surface transmission observation and back surface transmission observation.
- the thickness T2 of the first metal layer 23 and the thickness T4 of the second metal layer 42 are 200 nm or less, and the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is 0.25. If it is the above, the image visually recognized by front surface transmission observation and the image visually recognized by back surface transmission observation become clear to such an extent that it can be visually recognized.
- the sum of the thickness T2 of the first dielectric layer 22 and the thickness T3 of the first intermediate dielectric layer 32 is the sum of the width WT of the first dielectric layer 22 and the shortest width WP. It is preferable that it is smaller than that. Further, it is more preferable that the sum of the thickness T2 of the first dielectric layer 22 and the thickness T3 of the first intermediate dielectric layer 32 be smaller than half of the structural period PT.
- a metal material whose real part of the complex dielectric constant at a wavelength in the visible range has a negative value tends to cause plasmon resonance in the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41 using it.
- the material which comprises the 1st metal layer 23 is a material whose real part of the said complex dielectric constant is a negative value.
- the material forming the second metal layer 42 also be a material whose real part of the complex dielectric constant is a negative value.
- the material which comprises these 1st metal layer 23 and the 2nd metal layer 42 is aluminum, silver, gold, indium, tantalum etc., for example.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are metal layers for the support portion 11 on which the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are formed. Can be formed in a single step.
- the metal particles flying from the film forming source adhere to the surface of the support portion 11 with a predetermined angular distribution.
- the width W4 of the second metal layer 42 is slightly larger than the width WT of the first intermediate dielectric layer 32, and the shortest width WP4 of the second metal layers 42 adjacent to each other is slightly larger than the shortest width WP It becomes smaller.
- the ratio of the width W4 of the second metal layer 42 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the periphery of the first intermediate dielectric layer 32 in the first metal layer 23 is affected by the shadow effect of the second metal layer 42, and the portion closer to the first intermediate dielectric layer 32 is thinner.
- an intermediate metal layer 32A which is a metal layer continuous with the second metal layer 42 is also formed on the side surface of the first intermediate dielectric layer 32.
- the intermediate metal layer 32 A is sandwiched between the first intermediate dielectric layer 32 and the second intermediate dielectric layer 33.
- the intermediate metal layer 32A is a structure integral with the second metal layer 42, and the thickness on the side surface of the first intermediate dielectric layer 32 is thinner toward the portion closer to the first metal layer 23.
- the intermediate metal layer 32A since the structural period PT is a sub-wavelength period, the change of the refractive index in the thickness direction of the second grating layer 41 and the intermediate grating layer 31 is continuous.
- the intermediate metal layer 32A hardly reflects the light incident on the second lattice layer 41 from the outside of the display, and easily transmits the light to the intermediate lattice layer 31 and the first lattice layer 21. Therefore, in the surface reflection observation described above, a color closer to black is visually recognized in the first display area 10A.
- the material which comprises the 1st metal layer 23, and the material which comprises the 2nd metal layer 42 are mutually equal.
- the averaged refractive index in the second grating layer 41 corresponds to the second grating layer 41 and the other layers. It is easy to suppress Fresnel reflection at the interface with it.
- the difference in refractive index between the first dielectric layer 22 and the first metal layer 23 is larger, the averaged refractive index of the first grating layer 21 is different between the first grating layer 21 and the support portion 11. It is easy to promote Fresnel reflection at the interface.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 have the same refractive index, and the refractive index difference between the first dielectric layer 22 and the first metal layer 23 is the second. If the configuration is larger than the refractive index difference between the dielectric layer 43 and the second metal layer 42, Fresnel reflection at the interface between the second grating layer 41 and the other layers is suppressed, and the first grating layer is formed. It is possible to promote Fresnel reflection at the interface between 21 and other layers.
- the refractive index difference between the second dielectric layer 43 and the surface layer which is a layer in contact with the second dielectric layer 43 on the side opposite to the intermediate lattice layer 31 with respect to the second dielectric layer 43, is The refractive index difference between the first metal layer 23 and the support portion 11 is preferably smaller.
- the surface layer is, for example, an air layer.
- the refractive index of the second dielectric layer 43 is more preferably equal to the refractive index of the surface layer.
- the size of the structural period PT is a sub-wavelength period that is equal to or less than the wavelength of the visible region, and is a size that suppresses formation of primary diffracted light of light in the visible region. Therefore, it is possible to suppress the rainbow color from being included in the image by back surface reflection observation, front surface transmission observation, and back surface transmission observation, and to make the color of the image by each observation more vivid.
- the first dielectric layer 22 and the first dielectric layer 22 It is also possible to integrally form the first intermediate dielectric layer 32.
- first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are an integral structure, and the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 are integral, display It also makes it possible to simplify the structure of the body. Furthermore, if the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 are an integral air layer, the structure of the display can be further simplified.
- the intermediate metal layer 32A has an anti-reflection function, it is possible to make the color of the image visually recognized by surface reflection observation even closer to black.
- the color of the first display area 10A ' can be unique in each of the surface reflection observation, the back surface reflection observation, and the transmission observation on the front surface or the back surface. Therefore, it is also possible to improve the accuracy in the determination of the authenticity of the article to which the display body is attached.
- the color of the first display area 10A ' can be unique in each of the surface reflection observation, the back surface reflection observation, and the transmission observation on the front surface or the back surface. Therefore, it is possible to make the form of display by the display body more complicated and to improve the design of the display body.
- the display according to the first embodiment and the modification can be modified as follows.
- the first intermediate dielectric layer 32 and the second intermediate dielectric layer 33 can be embodied in respective separate structures.
- the second intermediate dielectric layer 33 is preferably a resin layer having a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 can be embodied in respective different structures.
- the second intermediate dielectric layer 33 is preferably a resin layer having a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the second dielectric layer 43.
- FIG. 12 shows, the 1st dielectric material layer 22 and the 1st intermediate
- the shape of the convex portion 11T which is an integral structure, can be embodied in the shape of a cone that protrudes from the surface of the support portion 11. With such a structure, when forming the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32, it is possible to smoothly release the intaglio plate for forming the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32.
- the display further includes a protective layer on the second metal layer 42.
- a protective layer on the second metal layer 42.
- the intensity of Fresnel reflection at the interface between the protective layer and the second metal layer 42 and the accompanying wavelength selectivity of the display vary depending on the refractive index of the protective layer.
- the material which comprises a protective layer is suitably selected based on the wavelength range which a display body is made to select.
- the protective layer 45 can be embodied as a structure integral with the second dielectric layer 43 and the second intermediate dielectric layer 33.
- the protective layer 45 is preferably a resin layer with a low refractive index.
- the low refractive index resin layer has a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the first dielectric layer 22 or the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the arrangement of the isolated area A2 viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body is a second direction in which the first direction in which the isolated areas A2 are arranged and the direction in which the isolated areas A2 are arranged intersect with the first direction.
- the arrangement is not limited to the square arrangement, the hexagonal arrangement, and the rectangular arrangement, and may be a two-dimensional lattice arrangement. That is, the plurality of first dielectric layers 22 may be arranged in a two-dimensional lattice, and the plurality of first intermediate dielectric layers 32 may be arranged in a two-dimensional lattice.
- the two metal layers 42 may be arranged in a two-dimensional lattice.
- the periodic elements of the periodic structure may be arranged in a two-dimensional lattice having sub-wavelength periods, in which the gap distance between the periodic elements is different between the first direction and the second direction.
- the two-dimensional grid array is an array in which elements are arranged along each of two intersecting directions in a two-dimensional plane.
- the ratio of the width WT to the structure period PT is the ratio of the width WT to the structure period PT in one direction, and the ratio being within the predetermined range means that the periodic elements are aligned in the two directions.
- the ratio of the width WT to the structure period PT is shown to be within a predetermined range.
- the shape of the isolated area A2 viewed from the direction facing the surface 10S of the display body that is, the planar shape of the periodic element is not limited to a square or a rectangle, and may be another polygon or a circle. May be
- the transmitted light passing through the display body is a light of a specific wavelength region corresponding to the structural period PT It becomes.
- the transmitted light passing through the display body is a light of a specific wavelength region corresponding to the structural period PT It becomes.
- Fresnel reflection occurs at the interface between the second lattice layer 41 and the other layers, and a colored image different from black is visually recognized in the first display region 10A in surface reflection observation, it is possible by plasmon resonance. Because the consumed wavelength region is not included in the reflected light, images of different colors are visually recognized in the surface reflection observation and the back surface transmission observation. Moreover, the image of a mutually different color is visually recognized also by back surface reflection observation and surface transmission observation.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT and the ratio of the width WT of the second metal layer 42 to the structural period PT have values different from 0.25 or more and 0.75 or less. May be Further, for example, the relationship between the thicknesses of the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, and the second lattice layer 41 may be different from that of the above embodiment.
- Second Embodiment A second embodiment of a display, a device with a display, and a method of manufacturing the display will be described with reference to FIGS. 15 to 18.
- differences between the second embodiment and the first embodiment will be mainly described, and the same configuration as the first embodiment is denoted by the same reference numeral, and the description thereof will be omitted.
- the first display area 10A of the display includes an upper lattice layer 51 in addition to the support 11, the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, and the second lattice layer 41. There is.
- the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, the second lattice layer 41, and the upper lattice layer 51 are arranged in this order from the surface of the support portion 11. That is, the second lattice layer 41 is sandwiched between the intermediate lattice layer 31 and the upper lattice layer 51.
- the support portion 11 has the same configuration as that of the first embodiment.
- FIG. 15 shows an embodiment in which the support 11 is composed of the base 11a and the intermediate layer 11b.
- middle layer 11b are closer.
- the refractive index of each of the base 11a and the intermediate layer 11b is higher than that of the air layer, and is, for example, 1.2 or more and 1.7 or less.
- the first lattice layer 21 comprises a plurality of first dielectric layers 22 and a single first metal layer 23.
- Each first dielectric layer 22 is located in the isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body.
- the single first metal layer 23 is located in the peripheral area A3 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first dielectric layers 22 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each first dielectric layer 22 is a structure protruding from the surface of the support 11.
- Each first dielectric layer 22 may be integral with the support 11 or separate from the support 11.
- the structural period PT which is the period at which the first dielectric layer 22 is located, as viewed from the direction facing the surface 10S, is a sub-wavelength period which is equal to or less than the wavelength of the visible region.
- the first metal layer 23 is a structure having a mesh shape surrounding each of the first dielectric layers 22 one by one when viewed from the direction facing the surface 10S.
- the first metal layer 23 is separate from the support portion 11.
- the first metal layer 23 is structurally and optically a sea component
- each first dielectric layer 22 is structurally and optically an island component.
- the intermediate lattice layer 31 comprises a plurality of first intermediate dielectric layers 32 and a single second intermediate dielectric layer 34.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is located in the isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 34 is located in the peripheral area A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first intermediate dielectric layers 32 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is a structure protruding from the first dielectric layer 22.
- Each first intermediate dielectric layer 32 may be integral with the first dielectric layer 22 or separate from the first dielectric layer 22.
- the period in which the first intermediate dielectric layer 32 is located, as viewed from the direction facing the surface 10S, is a structural period PT.
- the second intermediate dielectric layer 34 is a structure having a mesh shape surrounding each first intermediate dielectric layer 32 as viewed from the direction facing the surface 10S.
- the second intermediate dielectric layer 34 is separate from the first metal layer 23.
- the second intermediate dielectric layer 34 is structurally and optically a sea component, and each first intermediate dielectric layer 32 is structurally and optically an island component.
- the second lattice layer 41 comprises a plurality of second metal layers 42 and a single second dielectric layer 44.
- the position of each second metal layer 42 includes an isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the position of the single second dielectric layer 44 is included in the peripheral area A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of second metal layers 42 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each second metal layer 42 is a structure overlapping the top surface of the first intermediate dielectric layer 32.
- Each second metal layer 42 is separate from the first intermediate dielectric layer 32.
- the period in which the second metal layer 42 is located is the structural period PT.
- the second dielectric layer 44 is a structure having a mesh shape surrounding each of the second metal layers 42 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- the second dielectric layer 44 may be integral with or separate from the second intermediate dielectric layer 34.
- the second dielectric layer 44 is structurally and optically a sea component, and each second metal layer 42 is structurally and optically an island component.
- the upper lattice layer 51 comprises a plurality of first upper dielectric layers 52 and a single second upper dielectric layer 53.
- the position of each first upper dielectric layer 52 includes an isolated region A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the position of the single second upper dielectric layer 53 is included in the peripheral region A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first upper dielectric layers 52 are arranged in a two-dimensional lattice arrangement along the surface 10S.
- Each first upper dielectric layer 52 is a structure overlapping the top surface of the second metal layer 42. Each first upper dielectric layer 52 is separate from the second metal layer 42. When viewed from the direction opposite to the surface 10S, the period in which the first upper dielectric layer 52 is located is the structural period PT.
- the second upper dielectric layer 53 has a mesh shape surrounding each first upper dielectric layer 52, as viewed from the direction opposite to the surface 10S. The second upper dielectric layer 53 is separate from the second dielectric layer 44. In the upper lattice layer 51, the second upper dielectric layer 53 is structurally and optically a sea component, and each first upper dielectric layer 52 is structurally and optically an island component. As shown in FIG.
- the first metal layer 23 of the first lattice layer 21, the second intermediate dielectric layer 34 of the intermediate lattice layer 31, and the The second dielectric layer 44 of the two lattice layers 41 and the second upper dielectric layer 53 of the upper lattice layer 51 are located.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are dielectrics, and are made of, for example, a resin such as a photocurable resin, or an inorganic material such as quartz.
- the refractive index of each of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 is higher than that of the air layer, and is, for example, 1.2 or more and 1.7 or less.
- the intermediate layer 11b of the base 11a, the first dielectric layer 22, and the first intermediate dielectric layer 32 are an integral structure, which are made of the same material.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are made of a metal material.
- the material constituting the first metal layer 23 and the second metal layer 42 is preferably a material whose real part of the complex dielectric constant at a wavelength in the visible range is a negative value, for example, aluminum, silver, gold, indium, It is preferable that it is tantalum etc.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are made of, for example, the same material.
- the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 are transparent dielectrics that transmit light in the visible region.
- the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 are made of silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ).
- the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 may be made of an organic compound.
- the refractive index of each of the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 is higher than that of the air layer, and is, for example, 1.3 or more and 3.0 or less.
- the second intermediate dielectric layer 34 and the second dielectric layer 44 are an integral structure, and the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 are , Composed of the same material.
- the second upper dielectric layer 53 is a transparent dielectric that transmits light in the visible region, and is an air layer or a resin layer having a refractive index close to that of the air layer.
- the refractive index of the second upper dielectric layer 53 is lower than the refractive index of each of the first upper dielectric layer 52 and the second dielectric layer 44.
- the ratio of the area occupied by the isolated area A2 per unit area is smaller than 0.5. That is, the volume ratio of the first metal layer 23 in the first lattice layer 21 is larger than the volume ratio of the first dielectric layer 22 in the first lattice layer 21. Further, the volume ratio of the second intermediate dielectric layer 34 in the intermediate lattice layer 31 is larger than the volume ratio of the first intermediate dielectric layer 32 in the intermediate lattice layer 31.
- the volume ratio of the second dielectric layer 44 in the second lattice layer 41 is larger than the volume ratio of the second metal layer 42 in the second lattice layer 41. Further, the volume ratio of the second upper dielectric layer 53 in the upper lattice layer 51 is larger than the volume ratio of the first upper dielectric layer 52 in the upper lattice layer 51.
- the structure configured of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic element, and a protrusion protruding from the reference surface with the surface of the support portion 11 as the reference surface. It is also part 11T.
- the structure formed of the support portion 11, the first dielectric layer 22, and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic structure.
- a layer formed of the first metal layer 23 and the second metal layer 42 is located on the surface of the periodic structure, and the metal as a whole has a shape that follows the surface shape of the periodic structure. It can be seen as layer 61.
- the surface of the periodic structure is a surface including an area surrounding each periodic element in the reference surface and the surface of each periodic element.
- the layer composed of the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 is formed on the surface of the metal layer 61 opposite to the surface in contact with the periodic structure.
- the dielectric layer 62 is located and has a shape that conforms to the surface shape of the metal layer 61 as the entire layer.
- the support portion 11, the first dielectric layer 22, the first intermediate dielectric layer 32, the first metal layer 23, and the second metal layer 42 are formed in the same manner as in the first embodiment. That is, the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are integrally formed as the convex portion 11T protruding from the surface of the support portion 11.
- a photolithography method using light or a charged particle beam, a nanoimprint method, a plasma etching method, or the like can be employed to form the convex portion 11T.
- a method of forming the convex portion 11T on the surface of the support portion 11 made of resin for example, a nanoimprint method can be utilized.
- a method in which light or a photolithography method using a charged particle beam and a plasma etching method may be used may be used.
- the metal layer 61 is formed on the surface of the support portion 11 on which the convex portion 11T is formed, using a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like.
- the metal layer 61 is formed in a shape that follows the surface shape of the periodic structure formed of the support portion 11 and the convex portion 11T. Thereby, the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are formed.
- the dielectric layer 62 is formed on the surface of the structure on which the metal layer 61 is formed.
- a vacuum evaporation method or a sputtering method is used for forming the dielectric layer 62.
- the dielectric layer 62 is formed in a shape that follows the surface shape of the metal layer 61. Thereby, the second intermediate dielectric layer 34, the second dielectric layer 44, and the first upper dielectric layer 52 are formed.
- the first lattice layer 21 partitioned by the top surface of the first metal layer 23 is formed, and the intermediate layer partitioned by the top surface of the first intermediate dielectric layer 32, ie, the top surface of the convex portion 11T.
- the lattice layer 31 is divided.
- a second lattice layer 41 partitioned by the top surface of the second metal layer 42 is formed, and an upper lattice layer 51 partitioned by the top surface of the first upper dielectric layer 52 is formed.
- the white light L1 incident on the upper lattice layer 51 from the outside of the display body enters the upper lattice layer 51 from the air layer.
- the refractive index of the upper grating layer 51 is approximated to a size averaged by the refractive index of the first upper dielectric layer 52 and the refractive index of the second upper dielectric layer 53. That is, the refractive index of the upper lattice layer 51 is a size controlled by the second upper dielectric layer 53 which is a sea component, and is a value close to the air layer.
- the light L 1 enters the upper lattice layer 51 having a refractive index close to that of the air layer from the air layer, so that Fresnel reflection is less likely to occur at the interface between the air layer and the upper lattice layer 51. Therefore, reflection at the interface between the air layer and the upper lattice layer 51 is suppressed, and light incident on the upper lattice layer 51 is transmitted through the upper lattice layer 51 and reaches the second lattice layer 41.
- the refractive index of the second grating layer 41 is approximated to the size averaged by the refractive index of the second metal layer 42 and the refractive index of the second dielectric layer 44. That is, the refractive index of the second grating layer 41 has a size controlled by the second dielectric layer 44 which is a sea component, and has a value higher than the refractive index of the air layer. Further, the second grating layer 41 has a grating structure made of metal and dielectric, and since the structural period PT of the second metal layer 42 is a sub-wavelength period, plasmon resonance occurs in the second grating layer 41.
- part of the light reaching the second lattice layer 41 is reflected at the interface between the upper lattice layer 51 and the second lattice layer 41, and part of the light reaching the second lattice layer 41 is surface plasmon.
- the light is converted and transmitted through the second grating layer 41.
- the light EP 2 in the wavelength region consumed by plasmon resonance is not reflected at the interface between the upper lattice layer 51 and the second lattice layer 41.
- the refractive index of the intermediate grating layer 31 is approximated to the size averaged by the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32 and the refractive index of the second intermediate dielectric layer 34. That is, the refractive index of the intermediate grating layer 31 is a size controlled by the second intermediate dielectric layer 34 which is a sea component. Since the first intermediate dielectric layer 32 and the second intermediate dielectric layer 34 are transparent dielectrics that transmit light in the visible range, the intermediate lattice layer 31 has high transparency to light in the visible range.
- the refractive index of the first grating layer 21 is approximated to a magnitude averaged by the refractive index of the first dielectric layer 22 and the refractive index of the first metal layer 23. That is, the refractive index of the first lattice layer 21 is a size controlled by the first metal layer 23 which is a sea component. Further, since the first grating layer 21 has a grating structure made of metal and dielectric, and the structural period PT of the first dielectric layer 22 is a sub-wavelength period, plasmon resonance occurs in the first grating layer 21.
- part of the light reaching the first lattice layer 21 is reflected at the interface between the intermediate lattice layer 31 and the first lattice layer 21, and part of the light reaching the first lattice layer 21 is surface plasmon.
- the light is converted and transmitted through the first grating layer 21.
- the light EP1 in the wavelength range consumed by plasmon resonance is not reflected at the interface between the intermediate grating layer 31 and the first grating layer 21.
- Part of the light transmitted through the first lattice layer 21 is at the interface between the first lattice layer 21 and the support 11, the interface between the intermediate layer 11b and the base 11a, and the interface between the support 11 and the air layer. It can be reflected. Then, part of the light transmitted through the first grating layer 21 is transmitted through the support portion 11 and emitted to the back surface side of the display body.
- each layer The light reflected at the interface of each layer is emitted to the surface side of the display, and causes interference due to the difference in optical path of these lights.
- white light L1 is made incident from the outside of the display
- light LR1 of a specific wavelength range to which plasmon resonance and light interference act is emitted to the surface side of the display.
- the grating layers 21 and 41 are consumed by plasmon resonance for each grating layer 21 , 41, and a wavelength range which is not consumed by plasmon resonance but is reflected at the interface between the grating layers 21 and 41 and other layers.
- the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41 in which plasmon resonance occurs based on the fact that the area ratio occupied by the isolated area A2 is smaller than 0.5 in the plane formed by the isolated area A2 and the peripheral area A3.
- the first lattice layer 21 is a layer in which the first metal layer 23 is dominantly positioned
- the second lattice layer 41 is a layer in which the second dielectric layer 44 is dominantly positioned. Due to the difference in structure, the wavelength region consumed by plasmon resonance differs between the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41, and the interface between the first lattice layer 21 and another layer, The reflectance of light differs at the interface between the second lattice layer 41 and the other layers. The difference in the optical characteristics between the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41 becomes remarkable as the area ratio occupied by the isolated region A2 decreases.
- the light incident on the display body from the surface side of the display body reaches the second lattice layer 41 earlier than the first lattice layer 21 and largely receives the optical action of the second lattice layer 41.
- light incident on the display from the back surface side of the display reaches the first lattice layer 21 earlier than the second lattice layer 41 and largely receives the optical action of the first lattice layer 21.
- the hue of the reflected light is particularly different. That is, in the surface reflection observation and the back surface reflection observation, images of different colors are visually recognized in the first display area 10A. In addition, the image of the same hue is visually recognized by surface permeation
- the wavelength region consumed by plasmon resonance in each of the grating layers 21 and 41 is the grating structure of each of the grating layers 21 and 41, that is, the structural period PT, the thickness of each of the grating layers 21 and 41, and the first dielectric layer 22.
- the width WT of the second metal layer 42, and also depending on the materials of the respective lattice layers 21 and 41, that is, the refractive index of the material of the metal layer 61, the material of the protrusion 11T, and the refractive index of the material of the dielectric layer 62. change. Therefore, for example, the color observed in reflection observation or transmission observation by the selection of the material of the first dielectric layer 22 in the first lattice layer 21 and the selection of the material of the second dielectric layer 44 in the second lattice layer 41 Can be adjusted.
- the material of each of the protrusion 11T and the metal layer 61 is the same in the two displays, and the material of the dielectric layer 62 is the two displays.
- the configuration of the first lattice layer 21 is the same, and the material of the first intermediate dielectric layer 32 in the intermediate lattice layer 31 is also the same, and the second metal layer 42 in the second lattice layer 41 The material of is also identical.
- the materials of the second intermediate dielectric layer 34 in the intermediate lattice layer 31 are different from each other, and the materials of the second dielectric layer 44 in the second lattice layer 41 are different from each other.
- the materials of the upper dielectric layer 52 are also different from each other.
- the configuration of the first grating layer 21 in the two display bodies is the same, so the color observed by back surface reflection observation is largely different in the two display bodies. Absent.
- the colors observed by surface reflection observation differ between the two display bodies according to the refractive index of the second dielectric layer 44 of each display body. .
- the wavelength region of light passing through these layers is 2 Different from each other in one display. Therefore, the colors observed by surface transmission observation differ from each other between the two displays, and the colors observed by back surface transmission observation differ from each other between the two displays.
- the thickness T5 which is the height of the convex portion 11T is the total thickness of the first lattice layer 21 and the intermediate lattice layer 31. Since the thickness T5 is less likely to cause the protrusion 11T to fall, the durability of the structure including the support portion 11 and the protrusion 11T can be enhanced, and the processing accuracy of the protrusion 11T can be easily obtained. It is preferable that it is smaller than one half of. Furthermore, the thickness T5 is more preferably 50 nm or more and 200 nm or less from the viewpoint that the color viewed in reflection observation or transmission observation becomes clear due to the action of plasmon resonance or light interference.
- the thickness T6 of the metal layer 61 is, in other words, the thickness of each of the first metal layer 23 and the second metal layer 42.
- the thickness T6 is preferably 10 nm or more because plasmon resonance easily occurs and the color viewed in reflection observation becomes clear.
- the thickness T6 is equal to or greater than the thickness T5
- the convex portion 11T is buried in the metal layer 61, and the intermediate lattice layer 31 disappears. Even if the intermediate lattice layer 31 does not exist, the first lattice layer 21 and the second lattice layer can have the metal layer 61 following the surface shape of the structure including the support portion 11 and the convex portion 11T.
- the thickness T6 of the metal layer 61 is preferably smaller than the thickness T5 which is the height of the convex portion 11T.
- the thickness of the metal layer 61 may be a region on the convex portion 11T, that is, a region between the second metal layer 42 and the adjacent convex portion 11T, that is, the first metal layer 23 and May differ.
- the thickness T6 of the metal layer 61 is a region extending in a strip shape in the peripheral region A3, that is, the metal layer 61 located at the center in the width direction of the region where the convex portion 11T does not exist along one direction. It is defined as the thickness of.
- the thickness T7 of the dielectric layer 62 is the total thickness of the second intermediate dielectric layer 34 and the second dielectric layer 44, and is the thickness of the first upper dielectric layer 52.
- the thickness T7 of the dielectric layer 62 is preferably larger than the thickness T5 which is the height of the convex portion 11T.
- the thickness T7 is larger than the thickness T5
- the entire second metal layer 42 in the thickness direction is surrounded by the dielectric layer 62 in the second lattice layer 41. Therefore, the plasmon in the second lattice layer 41 is Resonance is likely to occur, and changes in the material of the dielectric layer 62 are likely to be reflected in changes in the wavelength region consumed by plasmon resonance in the second grating layer 41.
- the dielectric layer 62 functions as a layer protecting the structure.
- the thickness T7 is smaller than the thickness T5
- plasmon resonance occurs in the layer having a lattice structure of metal and dielectric, and this plasmon resonance causes visual observation in reflection observation and transmission observation. Color differences can occur.
- the second lattice layer 41 is formed.
- a part or all of the second dielectric layer 44 is made of the same material as the second upper dielectric layer 53 of the upper lattice layer 51. That is, in this case, part or all of the second dielectric layer 44 is an air layer or a resin layer.
- the second dielectric layer 44 is preferably a continuous body from the second intermediate dielectric layer 34, and the thickness T7 of the dielectric layer 62 is the height of the convex portion 11T. It is preferable to be larger than a certain thickness T5.
- the thickness of the dielectric layer 62 is a region on the convex portion 11T, that is, a region between the first upper dielectric layer 52 and the adjacent convex portion 11T, that is, the second intermediate dielectric
- the body layer 34 and the second dielectric layer 44 may be different.
- the thickness T7 of the dielectric layer 62 is a strip-like extending region in the peripheral region A3, that is, the dielectric located at the central portion in the width direction of the region where the convex portion 11T does not exist along one direction. It is defined as the thickness of the layer 62.
- the area ratio occupied by the isolated area A2 that is, the ratio of the area occupied by the projections 11T per unit area in the plane including the reference plane and the projections 11T is 0 It is preferable to be larger than .1. If the area ratio is larger than 0.1, the aspect ratio, which is the ratio of the height to the width of the convex portion 11T, is prevented from becoming excessively large, so the structure including the support portion 11 and the convex portion 11T The durability of the body is enhanced, and the processing accuracy of the convex portion 11T can be easily obtained.
- the area ratio is smaller than 0.5, it is preferable to suppress Fresnel reflection at the interface between the upper lattice layer 51 and its upper layer.
- a material adheres also to the side surface of the convex portion 11T when forming these layers. If the area ratio is smaller than 0.5, the size of the region between the adjacent convex portions 11T is sufficiently ensured, and the region between the convex portions 11T forms the metal layer 61 and the dielectric layer 62. In this case, the material attached to the side surface of the convex portion 11T can be suppressed from being buried.
- the metal layer 61 and the dielectric layer 62 are easily formed in a shape that follows the surface shape of the lower layer.
- the upper lattice layer 51 interspersed with the first upper dielectric layer 52 is suitably formed, and the effect of suppressing Fresnel reflection at the interface of the upper lattice layer 51 is suitably obtained.
- the surface of the dielectric layer 62 is flat because the surface of the dielectric layer 62 has irregularities conforming to the surface shape of the metal layer 61. Compared to the case, the effect of suppressing the Fresnel reflection is obtained. In addition, even if Fresnel reflection occurs at the interface between the upper lattice layer 51 and the upper layer, the visual observation in the surface reflection observation and the back surface reflection observation due to the plasmon resonance in the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41 It is possible that the differences in the colors made and the differences in the perceived colors between these reflection and transmission observations can occur.
- the Fresnel reflection at the interface between the upper lattice layer 51 and the upper layer that is, the Fresnel reflection near the outermost surface of the display body is suppressed, so that the wavelength range of the reflected light at the interface of each layer inside the display body
- the color according to the above becomes easy to be clearly recognized in surface reflection observation.
- a surface layer which is a layer in contact with the second upper dielectric layer 53 on the side opposite to the second lattice layer 41 with respect to the second upper dielectric layer 53
- the refractive index difference between the second upper dielectric layer 53 and the second upper dielectric layer 53 is preferably smaller than the refractive index difference between the first metal layer 23 and the support 11.
- the surface layer is, for example, an air layer.
- the refractive index of the second upper dielectric layer 53 is more preferably equal to the refractive index of the surface layer.
- the second display area 10B may include only the support portion 11, or may include at least one of the metal layer 61 and the dielectric layer 62 in addition to the support portion 11. May be
- the second display area 10B is an image of color or texture according to the layer configuration of the second display area 10B in reflection observation or transmission observation, and an image of color or texture different from that of the first display area 10A is visually recognized It can be done.
- the display-equipped device 110 includes the display 100 as the display according to the second embodiment, and the light emitting structure 70 configured to emit light.
- the light emitting structure 70 is a structure that emits the light emitted to the light emitting structure 70 by reflection, or a structure that emits light by the light emission of the light emitting structure 70 itself.
- the light emitting structure 70 is a structure that looks white under white light.
- the light emitting structure 70 is disposed at a position facing a part of the back surface 10T of the display body 100, and the light emitting structure 70 and the back surface 10T are separated from each other. That is, the surface 10S includes a region overlapping the light emitting structure 70 and a region not overlapping the light emitting structure 70 when viewed from the direction facing the surface 10S of the display body 100. In detail, the light emitting structure 70 is disposed at a position facing a part of the first display area 10A.
- the light emission structure is formed on the back side of the display body 100 in the first display area 10A.
- the color due to the reflected light from the display body 100 is visually recognized as in the case of the surface reflection observation.
- the light emitting structure 70 is a structure that emits the light emitted to itself by reflection
- the light emitted to the back surface 10T is the light obtained by the light emitting structure 70 reflecting the transmitted light of the display body 100.
- the light emitted from the light source provided near the light emitting structure 70 to the light emitting structure 70 may be light reflected by the light emitting structure 70.
- the light emitting structure 70 is a structure that emits light by its own light emission
- the light irradiated to the back surface 10T is light generated by the light emission of the light emitting structure 70. Therefore, when viewed from the surface side of the display body 100, in the portion overlapping the light emitting structure 70 in the first display area 10A, the light emitted from the surface side and reflected by the display body 100; The color by the light including the light emitted from the back side and transmitted through the display body 100 is visually recognized.
- the image corresponding to the shape of the light emitting structure 70 can be seen or not visible. Adjustment of visibility is also possible. This also makes it possible to represent more various images.
- the light emitting structure 70 may be disposed at a position facing a part of the surface 10S of the display body 100. In this case, when white light is emitted from the outside of the display body-equipped device 110 toward the back surface 10T of the display body 100, when the back surface 10T is observed from the back surface side of the display body 100, Among them, a portion overlapping with the light emitting structure 70 and a portion not overlapping with the light emitting structure 70 appear to have different colors.
- the display includes the dielectric layer 62, it is possible to adjust the color observed in the reflection observation or the transmission observation by changing the material constituting the dielectric layer 62.
- the degree of freedom in adjusting the In particular, if the dielectric layer 62 is formed of an inorganic compound, the refractive index of the dielectric layer 62 can be selected from a wide range.
- the dielectric layer 62 has a shape that follows the surface shape of the metal layer 61, the Fresnel near the outermost surface of the display is compared to the case where the surface of the dielectric layer 62 is flat. Reflection is suppressed. As a result, the color observed in surface reflection observation becomes clear.
- the thickness T5 which is the height of the convex portion 11T is smaller than the half length of the structural period PT, the durability of the structure including the support portion 11 and the convex portion 11T is increased. It is enhanced, and the processing accuracy of the convex portion 11T can be easily obtained.
- the thickness T6 of the metal layer 61 is 10 nm or more, plasmon resonance is likely to occur in the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41, and the color visually recognized in reflection observation is sharp become. Further, if the thickness T6 of the metal layer 61 is smaller than the thickness T5 which is the height of the convex portion 11T, the light transmittance in the display body is enhanced, and the image in the transmission observation becomes clear. .
- the thickness T7 of the dielectric layer 62 is larger than the thickness T5 which is the height of the convex portion 11T, plasmon resonance is likely to occur in the second lattice layer 41, and the dielectric layer The change of the material of 62 is likely to be reflected in the change of the wavelength region consumed by the plasmon resonance in the second lattice layer 41.
- the structure including the support portion 11, the protrusion 11 T, and the metal layer 61 is buried in the dielectric layer 62, the structure is protected by the dielectric layer 62.
- the display-equipped device 110 a part of the light emitted from the light emitting structure 70 is transmitted through the first display area 10A of the display 100 and emitted to the opposite side to the light emitting structure 70. . Therefore, when light is irradiated toward the surface opposite to the surface facing the light emitting structure 70 among the front surface 10S and the back surface 10T, when this surface is observed, the first display region 10A is obtained. Among them, a portion overlapping with the light emitting structure 70 and a portion not overlapping with the light emitting structure 70 appear to have different colors. Therefore, an image according to the shape of the light emitting structure 70 is visually recognized, and more various images can be expressed, and the forgery difficulty and the design in the display-body-attached device 110 are further enhanced.
- a manufacturing method using a nanoimprint method for forming the convex portions 11T that is, by transferring the unevenness of the intaglio to the resin coated on the surface of the base 11a, the support portion 11 and the plural convex portions 11T If it is a manufacturing method which forms a periodic structure body which consists of these, the periodic structure body which has fine unevenness can be easily and suitably formed.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 may have the shape feature shown in FIG.
- the metal layer 61 may include an intermediate metal layer 32A, which is a metal layer located on the side surface of the first intermediate dielectric layer 32 and continuous with the second metal layer 42.
- the intermediate metal layer 32A is sandwiched between the first intermediate dielectric layer 32 and the second intermediate dielectric layer 34, and the thickness on the side surface of the first intermediate dielectric layer 32 is closer to the first metal layer 23 thin. Plasmon resonance can also occur in the intermediate lattice layer 31 due to the presence of the intermediate metal layer 32A.
- the shape of the convex portion 11T may be a cone shape protruding from the surface of the support portion 11.
- the display includes, as regions included in the first display region 10A, a plurality of regions in which the structural periods PT coincide with each other and only the material of the dielectric layer 62 is different among the materials constituting the display. May be According to such a configuration, different colors can be visually recognized in a plurality of areas in the first display area 10A in reflection observation. And since convex part 11T and metal layer 61 can be formed in the same process to the above-mentioned a plurality of fields, the above-mentioned indicator can be manufactured easily.
- the display may further include a protective layer 45 on the dielectric layer 62.
- the protective layer 45 can be embodied as a unitary body with the second upper dielectric layer 53.
- the protective layer 45 is preferably a resin layer with a low refractive index.
- the low refractive index resin layer has a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the first dielectric layer 22 or the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the protective layer 45 which comprises the surface of a display body is comprised from resin containing a fluorine. According to such a configuration, adhesion of dirt such as sebum to the surface of the display can be suppressed.
- the protective layer 45 may have a flat surface as shown in FIG. 19, or may have a shape following the surface shape of the dielectric layer 62.
- the arrangement of the isolated area A2 viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body is a second direction in which the first direction in which the isolated areas A2 are arranged and the direction in which the isolated areas A2 are arranged intersect with the first direction.
- the arrangement is not limited to the square arrangement, the hexagonal arrangement, and the rectangular arrangement, and may be a two-dimensional lattice arrangement. That is, the plurality of first dielectric layers 22 may be arranged in a two-dimensional lattice, and the plurality of first intermediate dielectric layers 32 may be arranged in a two-dimensional lattice.
- the two metal layers 42 may be arranged in a two-dimensional lattice, and the plurality of first upper dielectric layers 52 may be arranged in a two-dimensional lattice.
- the periodic elements of the periodic structure may be arranged in a two-dimensional lattice having a sub-wavelength period in which the gap distance between the isolated regions A2 is different between the first direction and the second direction.
- the two-dimensional grid array is an array in which elements are arranged along each of two intersecting directions in a two-dimensional plane.
- the shape of the isolated area A2 viewed from the direction facing the surface 10S of the display body that is, the planar shape of the periodic element is not limited to a square or a rectangle, and may be another polygon or a circle. May be
- FIG. 20 shows, the recessed part 11H which is depressed from the surface of the support part 11 may be located in isolated area A2.
- the plurality of recesses 11H are arranged in a two-dimensional grid shape having a sub-wavelength period.
- the support portion 11 is a periodic structure. That is, the periodic element of the periodic structure may be a recess 11H which is recessed from the reference surface with the surface of the support 11 as the reference surface.
- the metal layer 61 has a shape that follows the surface shape of the periodic structure
- the dielectric layer 62 has a shape that follows the surface shape of the metal layer 61.
- a grid structure made of metal and dielectric is formed by the metal layer 71 located on the bottom surface of each recess 11 H and the mesh-like portion surrounding each metal layer 71 in the support portion 11. Further, the dielectric layer 72 located on the metal layer 71 and the mesh-like metal layer 73 located on the reference surface and surrounding each dielectric layer 72 form a lattice structure of metal and dielectric. Ru.
- different colors are visually recognized in the surface reflection observation and the back surface transmission observation in the same manner as in the above embodiment due to the occurrence of plasmon resonance in the layer having these lattice structures. Also, different colors are visually recognized in the back surface reflection observation and the surface transmission observation, and different colors are visually recognized in the surface reflection observation and the back surface reflection observation.
- the ratio of the area occupied by the periodic element per unit area in the plane including the reference surface and the periodic element is greater than 0.1 and less than 0.5. preferable. If the ratio of the area is within the above range, the metal layer 61 and the dielectric layer 62 are likely to be formed in a shape that follows the concavo-convex shape of the surface of the periodic structure. In addition, when the ratio of the area is within the above range, the durability of the periodic structure can be enhanced, and the processing accuracy of the recess 11H can be easily obtained.
- the periodic element may be a concave portion 11H which is recessed from the reference surface.
- the display provided in the device with a display may be the display of the first embodiment.
- a mold which is an intaglio plate used in the optical nanoimprinting method, was prepared. Specifically, a film made of chromium (Cr) was formed to a thickness of 10 nm by sputtering on the surface of a synthetic quartz substrate, and an electron beam resist pattern was formed on a Cr film by electron beam lithography. The resist used was a positive type, and the film thickness was 150 nm.
- Cr chromium
- the formed pattern is a pattern in which a square with one side of 160 nm, a structure cycle of P2T of 320 nm, and a structure cycle of PT3 of 350 in a rectangular array in a square-shaped area with 1 cm of one side.
- the drawn area is the inner area of the square.
- 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.
- the synthetic quartz substrate in the region exposed from the resist and the Cr film was etched by plasma generated by applying a high frequency to ethane hexafluoride gas.
- the depth of the etched synthetic quartz substrate was 100 nm.
- the remaining resist and the Cr film were removed to obtain a mold having a concavo-convex structure.
- OPTOOL HD-1100 manufactured by Daikin Industries, Ltd.
- an ultraviolet curable resin was applied to the surface which was the surface on which the pattern of the mold was formed. Then, the surface of the mold was covered with the surface on which the easy adhesion treatment was applied using a polyethylene terephthalate film on which the easy adhesion treatment was performed on one side. Furthermore, the UV curable resin is extended using a roller so that the UV curable resin is spread over the entire pattern formed area of the mold, and the UV curable resin is cured by irradiating UV light, and then the mold is polyethylene The terephthalate film was peeled off.
- a pattern of convex portions arranged in a hexagonal arrangement is formed on the surface of the ultraviolet curable resin, and a periodic structure is obtained which is a laminate of a layer made of this ultraviolet curable resin and a substrate which is a polyethylene terephthalate film.
- the refractive index of the ultraviolet curable resin after curing was 1.52.
- a metal layer was formed on the surface of the periodic structure by vacuum evaporation to form a film of aluminum (Al) to a thickness of 50 nm.
- a dielectric layer was formed by depositing a film made of silicon dioxide (SiO 2 ) to a thickness of 150 nm on the surface of the metal layer.
- the display of the example corresponds to the display of the second embodiment.
- the side on which the dielectric layer is located relative to the substrate is the front side of the display, and the side on which the substrate is located relative to the dielectric layer is the back side of the display.
- a display body may be used for the purpose of raising the difficulty of forgery of articles
- the display body may be, for example, authentication documents such as passports and licenses, securities such as gift certificates and checks, cards such as credit cards and cash cards, bills, etc. It is pasted.
- the display body may be, for example, a decorative article to be worn, an article carried by the user, an article to be placed on like a furniture or home appliance, a wall or a door It is attached to a structure etc.
- FIG. 21 shows, surface 10S which a display body has is divided into 1st display area 10A and 2nd display area 10B.
- the cross-sectional structure of the first display area 10A and the cross-sectional structure of the second display area 10B are different from each other.
- the first display area 10A is an area on the surface 10S in which characters, figures, symbols, patterns, pictures and the like are drawn, and in FIG. 21, for example, an area in which a star-shaped figure is drawn.
- the first display area 10A includes a plurality of isolated areas A2 and a single peripheral area A3 surrounding each isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body.
- each isolated area A2 is shown with a dot.
- Each isolated region A2 is arranged in a two-dimensional lattice shape having a sub-wavelength period.
- the isolated area A2 can be arranged side by side in a hexagonally symmetric arrangement along the surface 10S, as shown in FIG. 22 as an example.
- the hexagonal symmetric arrangement is an arrangement in which a plurality of isolated regions A2 are arranged at each vertex of a unit array LT which is a regular hexagon having a length XT of one side.
- the isolated region A2 arranged at each vertex of the unit array LT is shared by the adjacent unit arrays LT with the structure period PT.
- the unit array LT may be a polygon, and the isolated regions A2 may be arranged in a square array or a hexagonal array.
- the isolated area A2 is arranged in an island-like array of any of a hexagonal symmetric array, a square array, and a hexagonal array.
- the square array is an array in which the isolated area A2 is located at each vertex of the square unit array LT
- the hexagonal array is an array in which the isolated area A2 is located at each vertex of the equilateral triangle unit array LT.
- the isolated area A2 is a polygon in which at least one interior angle A1 is an acute angle, and at least a part of a set of adjacent isolated areas A2 among the plurality of isolated areas A2 is an acute angle.
- the inner angles A1 are arranged to face each other. Further, in a set of isolated areas A2 in which the internal angles A1 face each other, it is preferable that the distance between the centers (geometrical centers or centers of gravity) of the isolated areas A2 be sub-wavelengths.
- the structure period PT is preferably not less than 1 and not more than 5 times the width WT of the equilateral triangle (the distance between the inner angle A1 and the side opposite to the inner angle A1).
- each isolated area A2 be disposed so as to face the inner angle A1 of the adjacent isolated area A2 where the inner angle A1 is adjacent.
- a display body is provided with the transparent support part 11 which permeate
- the wavelength of light in the visible region is 400 nm or more and 800 nm or less.
- the support portion 11 is common to the first display area 10A and the second display area 10B.
- the cross-sectional structure of the support 11 may be a single layer structure or a multilayer structure.
- the material which comprises the support part 11 is a dielectric, for example, resin, such as photocurable resin, and inorganic materials, such as quartz. From the viewpoints of easily obtaining the flexibility required to attach the display to the article and the high degree of freedom of the optical characteristics that can be added to the support 11, the material constituting the support 11 is resin. Is preferred.
- the refractive index of the support portion 11 is higher than that of the air layer, and is, for example, 1.2 or more and 1.7 or less.
- the first display area 10 ⁇ / b> A includes a first lattice layer 21, an intermediate lattice layer 31, and a second lattice layer 41 in order from the layer closer to the support portion 11.
- the intermediate lattice layer 31 is sandwiched between the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41.
- the surface of the support 11 on which the first grating layer 21 is located is the surface of the support 11, and the side on which the first grating layer 21 is located with respect to the support 11 is the surface of the structure. On the contrary, the side where the support portion 11 is located with respect to the first lattice layer 21 is the back side in the structure.
- the first grating layer 21 is located on the surface of the support portion 11.
- the first lattice layer 21 comprises a plurality of first dielectric layers 22 and a single first metal layer 23.
- Each first dielectric layer 22 is formed in a shape corresponding to the isolated area A2 at a position corresponding to the isolated area A2 when viewed from the direction facing the surface 10S of the display body.
- the single first metal layer 23 is located in the peripheral area A3 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first dielectric layers 22 can be arranged along the surface 10S, for example, in a hexagonal symmetrical arrangement, a square arrangement, or an island arrangement of hexagonal arrangement.
- Each first dielectric layer 22 is a structure protruding from the surface of the support 11.
- Each first dielectric layer 22 is, for example, integral with the support 11.
- each first dielectric layer 22 has, for example, a boundary with the surface of the support 11 and is separate from the support 11.
- the first metal layer 23 has a mesh shape surrounding each of the first dielectric layers 22 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- a single first metal layer 23 is an optical sea component in which free electrons are spread, and each first dielectric layer 22 is an island component distributed in the sea component. .
- the period in which the first dielectric layer 22 is located is the sum of the shortest width WP of the first dielectric layers 22 adjacent to each other and the width WT of the first dielectric layers 22 when viewed from the direction facing the surface 10S. And the structural period PT.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is preferably such that the processing accuracy of the first grating layer 21 can be obtained and that plasmon resonance is easily generated in the first grating layer 21. , 0.40 or more and 0.60 or less.
- the structural period PT is not less than 1 and not more than 5 times the width WT of the first dielectric layer 22, and is 400 nm or more which is a wavelength in the visible region. It is a sub wavelength period of 800 nm or less.
- the thickness of the first lattice layer 21 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less.
- the thickness of the first lattice layer 21 can be obtained in view of the fact that the processing accuracy of the first lattice layer 21 can be obtained, that the plasmon resonance is easily generated in the first lattice layer 21, and the color of the image by each observation becomes clear.
- the thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
- An intermediate lattice layer 31 is located on the first lattice layer 21.
- the thickness of the intermediate lattice layer 31 is thicker than the thickness of the first lattice layer 21. From the viewpoint of obtaining the processing accuracy of the intermediate lattice layer 31, the thickness of the intermediate lattice layer 31 is preferably 150 nm or less.
- the intermediate lattice layer 31 comprises a plurality of first intermediate dielectric layers 32 and a single second intermediate dielectric layer 33.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is formed in a shape corresponding to the isolated area A2 at a position corresponding to the isolated area A2 when viewed from the direction facing the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 33 is located in the peripheral area A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first intermediate dielectric layers 32 can be arranged along the surface 10S, for example, in a hexagonal symmetric arrangement, a square arrangement, or an island arrangement of hexagonal arrangement.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is a structure protruding from the first dielectric layer 22.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is, for example, integral with the first dielectric layer 22.
- each first intermediate dielectric layer 32 has, for example, a boundary with the first dielectric layer 22 and is separate from the first dielectric layer 22.
- the period in which the first intermediate dielectric layer 32 is located, as seen from the direction facing the surface 10S, is the sum of the shortest width WP and the width WT, as in the first dielectric layer 22, and is the structural period PT. .
- the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- the structural period PT is 1 to 5 times the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 and is a wavelength in the visible region. It is a sub wavelength period of 400 nm or more and 800 nm or less.
- the second intermediate dielectric layer 33 has a mesh shape surrounding each first intermediate dielectric layer 32 one by one, as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 33 is structurally and optically a sea component
- each first intermediate dielectric layer 32 is structurally and optically an island component.
- the second intermediate dielectric layer 33 is an air layer or a resin layer, and has a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer 32.
- the second lattice layer 41 is located on the intermediate lattice layer 31.
- the thickness of the second lattice layer 41 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and the thickness of the second lattice layer 41 is thinner than the thickness of the intermediate lattice layer 31.
- the thickness of the second lattice layer 41 can be obtained from the viewpoints of obtaining the processing accuracy of the second lattice layer 41, easily causing plasmon resonance in the second lattice layer 41, and clarifying the color of the image by each observation.
- the thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
- the second lattice layer 41 comprises a plurality of second metal layers 42 and a single second dielectric layer 43.
- Each second metal layer 42 is formed in a shape corresponding to the isolated area A2 at a position corresponding to the isolated area A2 when viewed from the direction facing the surface 10S.
- the position of the single second dielectric layer 43 is included in the peripheral region A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of second metal layers 42 can be arranged along the surface 10S, for example, in a hexagonal symmetric arrangement, a square arrangement, or an island arrangement of hexagonal arrangement.
- Each second metal layer 42 is a structure overlapping the top surface of the first intermediate dielectric layer 32.
- Each second metal layer 42 has a boundary with the first intermediate dielectric layer 32 and is separate from the first intermediate dielectric layer 32.
- the period in which the second metal layer 42 is located, as seen from the direction facing the surface 10S, is the sum of the shortest width WP and the width WT, as in the first dielectric layer 22, and is the structural period PT.
- the ratio of the width of the second metal layer 42 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75. Further, the ratio of the width of the second metal layer 42 to the structural period PT is preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- the structural period PT is 1 to 5 times the width WT of the second metal layer 42, and is 400 nm to 800 nm which is a wavelength in the visible region.
- the second dielectric layer 43 has a mesh shape surrounding each second metal layer 42 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- the single second dielectric layer 43 is an optical sea component having less free electrons compared to the second metal layer 42, and each second metal layer 42 is a sea component. It is an island component distributed in The second dielectric layer 43 is an air layer or a resin layer and has a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer 32.
- the volume ratio of the first metal layer 23 which is a sea component in the first lattice layer 21 is larger than the volume ratio of the second metal layer 42 which is an island component in the second lattice layer 41. Further, the volume ratio of the second metal layer 42 which is an island component in the second lattice layer 41 is larger than the volume ratio of the metal material in the intermediate lattice layer 31.
- the structure formed of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic element, and the convex portion 11 T protruding from the reference surface with the surface of the support portion 11 as the reference surface. It is also.
- the structure formed of the support portion 11, the first dielectric layer 22, and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic structure.
- the layer formed of the first metal layer 23 and the second metal layer 42 can be regarded as a metal layer having a shape in which the shape of the entire layer follows the surface shape of the periodic structure.
- the surface of the periodic structure is a surface including an area surrounding each periodic element in the reference surface and the surface of each periodic element.
- the first metal layer 23 of the first lattice layer 21, the second intermediate dielectric layer 33 of the intermediate lattice layer 31, and the The second dielectric layer 43 of the two lattice layer 41 is located.
- the second intermediate dielectric layer 33 is sandwiched between the first metal layer 23 and the second dielectric layer 43.
- the second display area 10 ⁇ / b> B does not include the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, and the second lattice layer 41 described above on the support portion 11. That is, the second display region 10B transmits light in the visible region in accordance with the light transmittance of the support portion 11.
- the second display area 10B may include a layer different from the first display area 10A on the support portion 11.
- the second display area 10B may include, for example, only the first dielectric layer 22.
- the second display region 10B may include, for example, only a single metal layer made of the same material as that of the first metal layer 23.
- the layer configuration in the second display area 10B is appropriately selected in response to a request for an image displayed by the second display area 10B.
- the cross-sectional structure of the support 11 may be a multilayer structure, and each first dielectric layer 22 may not have a boundary with the support 11.
- FIG. 27 shows a structure in which the support portion 11 is composed of two layers, and the layer on the surface side of the support portion 11 of these layers is integral with each first dielectric layer 22. That is, the support part 11 is provided with the base material 11a and the intermediate
- Each first dielectric layer 22 protrudes from the intermediate layer 11 b, and each first dielectric layer 22 and the intermediate layer 11 b are integrated.
- the surface 10S of the display body and the back surface 10T of the display body are in contact with the air layer, and each of the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 is an air layer, or
- the structure which is a resin layer having a refractive index close to that of the air layer will be described as an example.
- the refractive index of the support part 11 is the magnitude
- the refractive index of the first dielectric layer 22 is higher than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the first metal layer 23 is lower than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the first grating layer 21 is approximated to an averaged size by the refractive index of the first metal layer 23 and the refractive index of the first dielectric layer 22.
- the structural period PT is the first Since the width WT of the dielectric layer 22 is not less than 1 and not more than 5 times, the refractive index of the first grating layer 21 is ultimately a size controlled by the first metal layer 23 which is a sea component, It is sufficiently lower than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32 is higher than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the second intermediate dielectric layer 33 is equal to the refractive index of the air layer, or higher than the refractive index of the air layer. high.
- the refractive index of the intermediate grating layer 31 is approximated to an averaged size by the refractive index of the second intermediate dielectric layer 33 and the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the structural period PT is Since the first intermediate dielectric layer 32 has a width one to five times the width WT of the first intermediate dielectric layer 32, the refractive index of the intermediate lattice layer 31 is ultimately determined by the second intermediate dielectric layer 33 which is a sea component. And higher than the refractive index of the air layer and close to the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the second metal layer 42 is lower than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the second dielectric layer 43 is equal to the refractive index of the air layer or higher than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the second grating layer 41 is approximated to an averaged size by the refractive index of the second dielectric layer 43 and the refractive index of the second metal layer 42.
- the structural period PT is the second metal layer
- the refractive index of the second lattice layer 41 is eventually controlled by the second dielectric layer 43 which is a sea component, since it is 1 to 5 times the width WT of 42, and the air layer is Lower than the refractive index of the above, and close to the air layer.
- the white light L1 entering the second lattice layer 41 from the outside of the display body enters the second lattice layer 41 from the air layer, and enters the intermediate lattice layer 31 from the second lattice layer 41.
- the light L1 incident on the second grating layer 41 enters the second grating layer 41 having a refractive index close to that of the air layer from the air layer, so Fresnel reflection is performed at the interface between the air layer and the second grating layer 41. It is hard to occur.
- the structural period PT of the second metal layer 42 is a sub-wavelength period equal to or less than the wavelength in the visible region, plasmon resonance occurs in the second grating layer 41.
- Plasmon resonance is a phenomenon in which part of light incident on the second grating layer 41 is combined with collective vibration of electrons. A part of the light L 1 incident on the second lattice layer 41 is converted to surface plasmons by plasmon resonance in the second lattice layer 41, and the surface plasmons pass through the second lattice layer 41. The surface plasmons transmitted through the second lattice layer 41 are converted to light and emitted.
- the wavelength range of the light EP 2 emitted by the second grating layer 41 due to the plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the second metal layer 42.
- the second grating layer 41 transmits to the intermediate grating layer 31 part of the light in the wavelength region of the light incident on the second grating layer 41.
- the structural period PT of the first dielectric layer 22 is also a sub-wavelength period equal to or less than the wavelength in the visible region, plasmon resonance also occurs in the first grating layer 21. That is, part of the light incident on the first lattice layer 21 is also converted to surface plasmons by plasmon resonance in the first lattice layer 21, and the surface plasmons are transmitted through the first lattice layer 21 and reconverted to light. It is emitted.
- the wavelength range of the light EP1 emitted by the first grating layer 21 due to the plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the first dielectric layer 22. As a result, the first grating layer 21 transmits the light of a part of the wavelength region of the light incident on the first grating layer 21 to the support 11.
- the first dielectric layer 22 is a polygon in which at least one of the inner angles is an acute angle, and is disposed at each vertex of the unit array LT which is a regular hexagon having a length XT of one side.
- Surface plasmons are known to be strongly induced at the tip of the structure. Therefore, when the first dielectric layer 22 is a polygon, the effect appears strongly near the acute angle.
- the optical and coloring characteristics by surface plasmons are influenced by the arrangement shape of a substance that induces surface plasmons such as metal.
- the arrangement shape to one having high rotational symmetry such as a square arrangement, a hexagonal arrangement, a hexagonal arrangement, etc.
- the dispersion relation of surface plasmons can be changed, and control such as narrowing the reflection spectrum becomes possible. . Therefore, the bandwidth of absorption is reduced and wavelength selectivity is enhanced.
- the back surface transmission observation in which the light L1 is made incident to the second lattice layer 41 from the outside of the display body and the back surface 10T is observed from the back surface side of the display body, it transmits through plasmon resonance in each of the lattice layers
- the colored light LP1 that is, light other than white and black is visually recognized in the first display area 10A.
- the results of the surface reflection observation and the rear surface transmission observation show the same tendency even when the light quantity of the external light directed to the front surface 10S is higher than the light quantity of the external light directed to the back surface 10T.
- the difference between the refractive index of the support 11 and the refractive index of the first grating layer 21 is larger than the difference of the refractive index between the first grating layer 21 and the intermediate grating layer 31, and the intermediate grating layer 31 And the second grating layer 41 is larger than the refractive index difference.
- the wavelength region of the light EP1 emitted by the first grating layer 21 due to plasmon resonance is a specific wavelength region depending on the grating structure and material including the structural period PT of the first metal layer 23.
- the light in this wavelength range is not reflected at the interface between the support 11 and the first grating layer 21 but consumed by plasmon resonance.
- part of the light in the wavelength region of light incident on the support 11 is reflected at the interface between the support 11 and the first lattice layer 21, and the first lattice layer 21 is incident on the first lattice layer 21.
- a part of the light in the wavelength range of the light is transmitted to the intermediate grating layer 31.
- part of the light transmitted through the intermediate lattice layer 31 and incident on the second lattice layer 41 is also subjected to plasmon resonance in the second lattice layer 41.
- the wavelength range of the light EP 2 emitted by the second grating layer 41 due to plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the second dielectric layer 43.
- the second grating layer 41 transmits part of the light in the wavelength region of the light incident on the second grating layer 41 to the air layer.
- the first dielectric layer 22 is a polygon in which at least one of the inner angles is an acute angle, and is disposed at each vertex of the unit array LT which is a regular hexagon having a length XT of one side.
- Surface plasmons are known to be strongly induced at the tip of the structure. Therefore, when the first dielectric layer 22 is a polygon, the effect appears strongly near the acute angle.
- the optical and coloring characteristics by surface plasmons are influenced by the arrangement shape of a substance that induces surface plasmons such as metal.
- the arrangement shape to one having high rotational symmetry such as a square arrangement, a hexagonal arrangement, a hexagonal arrangement, etc.
- the dispersion relation of surface plasmons can be changed, and control such as narrowing the reflection spectrum becomes possible. . Therefore, the band width of absorption is reduced and the wavelength selectivity is enhanced by the hexagonal symmetric arrangement.
- the Fresnel reflection and the plasmon resonance in each of the lattice layers The colored light LP2 is viewed in the first display area 10A.
- the results of the surface transmission observation and the back surface reflection observation show the same tendency even when the light quantity of the external light directed to the back surface 10T is higher than the light quantity of the external light directed to the surface 10S.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are formed on the surface of the support portion 11.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are integrally formed as a protrusion protruding from the surface of the support portion 11.
- the method of forming the protrusion is, for example, a photolithographic method using light or a charged particle beam, a nanoimprint method, and a plasma etching method.
- a polyethylene terephthalate sheet is used as the base 11a, and the base 11a is used.
- UV curable resin to the surface of Next, the surface of the synthetic quartz mold, which is an intaglio, is pressed against the surface of the coating film made of an ultraviolet curable resin, and the surface is irradiated with ultraviolet light. Subsequently, the synthetic quartz mold is released from the cured ultraviolet curable resin.
- the unevenness of the intaglio is transferred to the resin on the surface of the base material 11a, and the protrusion composed of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 and the intermediate layer 11b are formed.
- it is also possible to change an ultraviolet curable resin into a thermosetting resin and it is also possible to change irradiation of an ultraviolet-ray to heating.
- it is also possible to change an ultraviolet curable resin into a thermoplastic resin and it is also possible to change irradiation of an ultraviolet-ray to heating and cooling.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are formed on the surface of the support 11 having the protrusions.
- the method of forming the first metal layer 23 and the second metal layer 42 is, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method. Thereby, the first lattice layer 21 partitioned by the top surface of the first metal layer 23 is formed, and the second lattice layer 41 partitioned by the top surface of the second metal layer 42 is formed, and these first lattice layers are formed. An intermediate lattice layer 31 sandwiched between the first and second lattice layers 41 is formed.
- the intensity of light transmitted from the back surface 10T to the surface 10S decreases, and the color in surface reflection observation approaches black.
- the internal angle A1 which is the acute angle of the first dielectric layer 22 faces each other and the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is smaller, the color in the surface reflection observation is also blacker Approach to
- the thickness T2 of the first metal layer 23 is 10 nm or more and the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is 0.75 or less, or the first dielectric layer If the planar shape of 22 is an equilateral triangle, the structural period PT is not more than 5 times the width WT of the first dielectric layer 22, and the sub wavelength period is 400 nm or more and 800 nm or less which is the wavelength in the visible region In the above-mentioned observation for judging the front and back of the, its accuracy is sufficiently obtained.
- the thinner the thickness T2 of the first metal layer 23 and the thinner the thickness T4 of the second metal layer 42 the greater the intensity of light transmitted through them in front surface transmission observation and back surface transmission observation.
- the intensity of light transmitted through the display body also increases as the acute angle of the first dielectric layer 22 faces the inside angle A1 and the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT increases.
- the thickness T2 of the first metal layer 23 and the thickness T4 of the second metal layer 42 are 200 nm or less, and the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is 0.25.
- the planar shape of the first dielectric layer 22 is an equilateral triangle, the structure period PT is at least one time the width WT of the first dielectric layer 22, and the wavelength in the visible region is 400 nm or more If the sub-wavelength period is 800 nm or less, an image visually recognized in front surface transmission observation and an image visually recognized in back surface transmission observation become clear to such an extent that they can be visually recognized.
- the sum of the thickness T2 of the first dielectric layer 22 and the thickness T3 of the first intermediate dielectric layer 32 is the sum of the width WT of the first dielectric layer 22 and the shortest width WP. It is preferable that it is smaller than that. Further, it is more preferable that the sum of the thickness T2 of the first dielectric layer 22 and the thickness T3 of the first intermediate dielectric layer 32 be smaller than half of the structural period PT.
- a metal material whose real part of the complex dielectric constant at a wavelength in the visible range has a negative value tends to cause plasmon resonance in the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41 using it.
- the material which comprises the 1st metal layer 23 is a material whose real part of the said complex dielectric constant is a negative value.
- the material forming the second metal layer 42 also be a material whose real part of the complex dielectric constant is a negative value.
- the material which comprises these 1st metal layer 23 and the 2nd metal layer 42 is aluminum, silver, gold, indium, tantalum etc., for example.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are metal layers for the support portion 11 on which the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are formed. Can be formed in a single step.
- the metal particles flying from the film forming source adhere to the surface of the support portion 11 with a predetermined angular distribution.
- the width W4 of the second metal layer 42 is slightly larger than the width WT of the first intermediate dielectric layer 32, and the shortest width WP4 of the second metal layers 42 adjacent to each other is slightly larger than the shortest width WP It becomes smaller.
- the ratio of the width W4 of the second metal layer 42 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the structural period PT is not less than 1 and not more than 5 times the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 and is 400 nm which is a wavelength in the visible region.
- the sub wavelength period is 800 nm or less.
- an intermediate metal layer 32A which is a metal layer continuous with the second metal layer 42 is also formed on the side surface of the first intermediate dielectric layer 32.
- the intermediate metal layer 32 A is sandwiched between the first intermediate dielectric layer 32 and the second intermediate dielectric layer 33.
- the intermediate metal layer 32A is a structure integral with the second metal layer 42, and the thickness on the side surface of the first intermediate dielectric layer 32 is thinner toward the portion closer to the first metal layer 23.
- the intermediate metal layer 32A since the structural period PT is a sub-wavelength period, the change of the refractive index in the thickness direction of the second grating layer 41 and the intermediate grating layer 31 is continuous.
- the intermediate metal layer 32A hardly reflects the light incident on the second lattice layer 41 from the outside of the display, and easily transmits the light to the intermediate lattice layer 31 and the first lattice layer 21. Therefore, in the surface reflection observation described above, a color closer to black is visually recognized in the first display area 10A.
- the material which comprises the 1st metal layer 23, and the material which comprises the 2nd metal layer 42 are mutually equal.
- the averaged refractive index in the second grating layer 41 corresponds to the second grating layer 41 and the other layers. It is easy to suppress Fresnel reflection at the interface with it.
- the difference in refractive index between the first dielectric layer 22 and the first metal layer 23 is larger, the averaged refractive index of the first grating layer 21 is different between the first grating layer 21 and the support portion 11. It is easy to promote Fresnel reflection at the interface.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 have the same refractive index, and the refractive index difference between the first dielectric layer 22 and the first metal layer 23 is the second. If the configuration is larger than the refractive index difference between the dielectric layer 43 and the second metal layer 42, Fresnel reflection at the interface between the second grating layer 41 and the other layers is suppressed, and the first grating layer is formed. It is possible to promote Fresnel reflection at the interface between 21 and other layers.
- the refractive index difference between the second dielectric layer 43 and the surface layer which is a layer in contact with the second dielectric layer 43 on the side opposite to the intermediate lattice layer 31 with respect to the second dielectric layer 43, is The refractive index difference between the first metal layer 23 and the support portion 11 is preferably smaller.
- the surface layer is, for example, an air layer.
- the refractive index of the second dielectric layer 43 is more preferably equal to the refractive index of the surface layer.
- the following effects can be obtained. (1) Since images having different colors in front surface reflection observation and back surface reflection observation can be visually recognized in the first display area 10A, it is possible to distinguish the front and back of the display body. Moreover, it becomes possible to make judgment of the authenticity of the article attached to the display body easy and to improve the design of the article attached to the display body.
- the size of the structural period PT is a sub-wavelength period that is equal to or less than the wavelength of the visible region, and is a size that suppresses formation of primary diffracted light of light in the visible region. Therefore, it is possible to suppress the rainbow color from being included in the image by back surface reflection observation, front surface transmission observation, and back surface transmission observation, and to make the color of the image by each observation more vivid.
- the first dielectric layer 22, the first intermediate dielectric layer 32, and the second metal layer 42 are polygons in which at least one internal angle is an acute angle, and they are disposed at each vertex of the unit array which is a regular hexagon. When this is done, it is possible to increase the wavelength selectivity of the image in each observation.
- the first dielectric layer 22 and the first dielectric layer 22 It is also possible to integrally form the first intermediate dielectric layer 32.
- first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are an integral structure, and the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 are integral, display It also makes it possible to simplify the structure of the body. Furthermore, if the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 are an integral air layer, the structure of the display can be further simplified. (7) Since the intermediate metal layer 32A has an anti-reflection function, it is possible to make the color of the image visually recognized by surface reflection observation even closer to black.
- the color of the first display area 10A can be made unique in each of the surface reflection observation, the back surface reflection observation, and the transmission observation on the front surface or the back surface. Therefore, it is also possible to improve the accuracy in the determination of the authenticity of the article to which the display body is attached.
- the color of the first display area 10A can be unique in each of the surface reflection observation, the back surface reflection observation, and the transmission observation on the front surface or the back surface. Therefore, it is possible to make the form of display by the display body more complicated and to improve the design of the display body.
- the third embodiment can be modified as follows.
- the first intermediate dielectric layer 32 and the second intermediate dielectric layer 33 can be embodied in respective separate structures.
- the second intermediate dielectric layer 33 is preferably a resin layer having a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 can be embodied in respective different structures.
- the second intermediate dielectric layer 33 is preferably a resin layer having a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the second dielectric layer 43.
- first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are configured as an integral structure.
- the shape of the convex portion 11T which is an integral structure, can be embodied in the shape of a cone that protrudes from the surface of the support portion 11. With such a structure, when forming the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32, it is possible to smoothly release the intaglio plate for forming the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32.
- the 2nd display area 10B can be embodied as a structure provided only with the metal layer 23B in the surface of the support part 11.
- FIG. 32 shows, an image having a black color or a color close to black can be visually recognized in the first display area 10A, and an image having a metallic gloss can be visually recognized in the second display area 10B. be able to.
- the display further includes a protective layer on the second metal layer 42.
- a protective layer on the second metal layer 42.
- the intensity of Fresnel reflection at the interface between the protective layer and the second metal layer 42 and the accompanying wavelength selectivity of the display vary depending on the refractive index of the protective layer.
- the material which comprises a protective layer is suitably selected based on the wavelength range which a display body is made to select.
- the protective layer 45 can be embodied as a structure integral with the second dielectric layer 43 and the second intermediate dielectric layer 33.
- the protective layer 45 is preferably a resin layer with a low refractive index.
- the low refractive index resin layer has a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the first dielectric layer 22 or the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the arrangement of the isolated regions A2 viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body is not limited to the hexagonal symmetric arrangement, the square arrangement, and the hexagonal arrangement, and may be a two-dimensional lattice arrangement. That is, the plurality of first dielectric layers 22 may be arranged in a two-dimensional lattice, and the plurality of first intermediate dielectric layers 32 may be arranged in a two-dimensional lattice.
- the two metal layers 42 may be arranged in a two-dimensional lattice.
- the periodic elements of the periodic structure may be arranged in a two-dimensional lattice with sub-wavelength periods.
- the two-dimensional grid array is an array in which elements are arranged along each of two intersecting directions in a two-dimensional plane.
- the ratio of the width WT to the structure period PT is the ratio of the width WT to the structure period PT in one direction, and the ratio being within the predetermined range means that the periodic elements are aligned in the two directions.
- the ratio of the width WT to the structure period PT is shown to be within a predetermined range.
- the shape of the isolated area A2 viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body that is, the planar shape of the periodic element is not limited to a triangle, and may be another polygon such as a square or a rectangle. It may be circular.
- the transmitted light passing through the display body is a light of a specific wavelength region corresponding to the structural period PT It becomes.
- the transmitted light passing through the display body is a light of a specific wavelength region corresponding to the structural period PT It becomes.
- Fresnel reflection occurs at the interface between the second lattice layer 41 and the other layers, and a colored image different from black is visually recognized in the first display region 10A in surface reflection observation, it is possible by plasmon resonance. Because the consumed wavelength region is not included in the reflected light, images of different colors are visually recognized in the surface reflection observation and the back surface transmission observation. Moreover, the image of a mutually different color is visually recognized also by back surface reflection observation and surface transmission observation.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT and the ratio of the width WT of the second metal layer 42 to the structural period PT have values different from 0.25 or more and 0.75 or less.
- the structure period PT may have a value different from 1 to 5 times the width WT of the first dielectric layer 22.
- the relationship between the thicknesses of the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, and the second lattice layer 41 may be different from that of the above embodiment.
- a display body may be used for the purpose of raising the difficulty of forgery of articles
- the display body may be, for example, authentication documents such as passports and licenses, securities such as gift certificates and checks, cards such as credit cards and cash cards, bills, etc. It is pasted.
- the display body may be, for example, a decorative article to be worn, an article carried by the user, an article to be placed on like a furniture or home appliance, a wall or a door It is attached to a structure etc.
- FIG. 34 shows, surface 10S which a display body has is divided into 1st display area 10A and 2nd display area 10B.
- the cross-sectional structure of the first display area 10A and the cross-sectional structure of the second display area 10B are different from each other.
- the first display area 10A is an area on the surface 10S to draw characters, figures, symbols, patterns, pictures and the like, and in FIG. 34 is an area to draw a star-shaped figure, for example.
- the first display area 10A includes a plurality of isolated areas A2 and a single peripheral area A3 surrounding each isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body.
- each isolated area A2 is shown with a dot.
- Each isolated area A2 is arranged in a square array along the surface 10S.
- the square arrangement is an arrangement in which the isolated area A2 is located at each vertex of the square LT having a structure period PT on one side.
- Each isolated area A2 can be arranged in a hexagonal array. That is, the isolated region A2 is arranged in an island-like array, which is one of a square array and a hexagonal array.
- the hexagonal array is an array in which the isolated area A2 is located at each vertex of the regular triangle.
- a display body is provided with the transparent support part 11 which permeate
- the wavelength of light in the visible region is 400 nm or more and 800 nm or less.
- the support portion 11 is common to the first display area 10A and the second display area 10B.
- the cross-sectional structure of the support 11 may be a single layer structure or a multilayer structure.
- the material which comprises the support part 11 is a dielectric, for example, resin, such as photocurable resin, and inorganic materials, such as quartz. From the viewpoints of easily obtaining the flexibility required to attach the display to the article and the high degree of freedom of the optical characteristics that can be added to the support 11, the material constituting the support 11 is resin. Is preferred.
- the refractive index of the support portion 11 is higher than that of the air layer, and is, for example, 1.2 or more and 1.7 or less.
- the first display area 10 ⁇ / b> A includes a first lattice layer 21, an intermediate lattice layer 31, and a second lattice layer 41 in order from the layer closer to the support portion 11.
- the intermediate lattice layer 31 is sandwiched between the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41.
- the surface of the support 11 on which the first grating layer 21 is located is the surface of the support 11, and the side on which the first grating layer 21 is located with respect to the support 11 is the surface of the structure. On the contrary, the side where the support portion 11 is located with respect to the first lattice layer 21 is the back side in the structure.
- the first grating layer 21 is located on the surface of the support portion 11.
- the first lattice layer 21 comprises a plurality of first dielectric layers 22 and a single first metal layer 23.
- Each first dielectric layer 22 is located in the isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S of the display body.
- the single first metal layer 23 is located in the peripheral area A3 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first dielectric layers 22 are arranged along the surface 10S in an island-like array, which is either a square or a hexagonal array.
- Each first dielectric layer 22 is a structure protruding from the surface of the support 11.
- Each first dielectric layer 22 is, for example, integral with the support 11.
- each first dielectric layer 22 has, for example, a boundary with the surface of the support 11 and is separate from the support 11.
- the first metal layer 23 has a mesh shape surrounding each of the first dielectric layers 22 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- a single first metal layer 23 is an optical sea component in which free electrons are spread, and each first dielectric layer 22 is an island component distributed in the sea component. .
- the period in which the first dielectric layer 22 is located is the sum of the shortest width WP of the first dielectric layers 22 adjacent to each other and the width WT of the first dielectric layers 22 when viewed from the direction facing the surface 10S. And the structural period PT.
- the structural period PT is a sub-wavelength period which is equal to or less than the wavelength in the visible region.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is preferably such that the processing accuracy of the first grating layer 21 can be obtained and that plasmon resonance is easily generated in the first grating layer 21. , 0.40 or more and 0.60 or less.
- the thickness of the first lattice layer 21 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less.
- the thickness of the first lattice layer 21 can be obtained in view of the fact that the processing accuracy of the first lattice layer 21 can be obtained, that the plasmon resonance is easily generated in the first lattice layer 21, and the color of the image by each observation becomes clear.
- the thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
- An intermediate lattice layer 31 is located on the first lattice layer 21.
- the thickness of the intermediate lattice layer 31 is thicker than the thickness of the first lattice layer 21. From the viewpoint of obtaining the processing accuracy of the intermediate lattice layer 31, the thickness of the intermediate lattice layer 31 is preferably 150 nm or less.
- the intermediate lattice layer 31 comprises a plurality of first intermediate dielectric layers 32 and a single second intermediate dielectric layer 33.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is located in the isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 33 is located in the peripheral area A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of first intermediate dielectric layers 32 are arranged along the surface 10S in an island-like arrangement that is either a square arrangement or a hexagonal arrangement.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is a structure protruding from the first dielectric layer 22.
- Each first intermediate dielectric layer 32 is, for example, integral with the first dielectric layer 22.
- each first intermediate dielectric layer 32 has, for example, a boundary with the first dielectric layer 22 and is separate from the first dielectric layer 22.
- the period in which the first intermediate dielectric layer 32 is located, as seen from the direction facing the surface 10S, is the sum of the shortest width WP and the width WT, as in the first dielectric layer 22, and is the structural period PT. .
- the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75.
- the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- the second intermediate dielectric layer 33 has a mesh shape surrounding each first intermediate dielectric layer 32 one by one, as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the single second intermediate dielectric layer 33 is structurally and optically a sea component
- each first intermediate dielectric layer 32 is structurally and optically an island component.
- the second intermediate dielectric layer 33 is an air layer or a resin layer, and has a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer 32.
- the second lattice layer 41 is located on the intermediate lattice layer 31.
- the thickness of the second lattice layer 41 is preferably 10 nm or more and 200 nm or less, and the thickness of the second lattice layer 41 is thinner than the thickness of the intermediate lattice layer 31.
- the thickness of the second lattice layer 41 can be obtained from the viewpoints of obtaining the processing accuracy of the second lattice layer 41, easily causing plasmon resonance in the second lattice layer 41, and clarifying the color of the image by each observation.
- the thickness is preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
- the second lattice layer 41 comprises a plurality of second metal layers 42 and a single second dielectric layer 43.
- the position of each second metal layer 42 includes an isolated area A2 when viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the position of the single second dielectric layer 43 is included in the peripheral region A3 as viewed from the direction opposite to the surface 10S.
- the plurality of second metal layers 42 are arranged along the surface 10S in an island-like array, which is either a square or a hexagonal array.
- Each second metal layer 42 is a structure overlapping the top surface of the first intermediate dielectric layer 32.
- Each second metal layer 42 has a boundary with the first intermediate dielectric layer 32 and is separate from the first intermediate dielectric layer 32.
- the period in which the second metal layer 42 is located, as seen from the direction facing the surface 10S, is the sum of the shortest width WP and the width WT, as in the first dielectric layer 22, and is the structural period PT.
- the ratio of the width of the second metal layer 42 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75. Further, the ratio of the width of the second metal layer 42 to the structural period PT is preferably 0.40 or more and 0.60 or less.
- the second dielectric layer 43 has a mesh shape surrounding each second metal layer 42 one by one as viewed from the direction facing the surface 10S.
- the single second dielectric layer 43 is an optical sea component having less free electrons compared to the second metal layer 42, and each second metal layer 42 is a sea component. It is an island component distributed in The second dielectric layer 43 is an air layer or a resin layer and has a dielectric constant lower than that of the first intermediate dielectric layer 32.
- the structure formed of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic element, and the convex portion 11 T protruding from the reference surface with the surface of the support portion 11 as the reference surface. It is also.
- the structure formed of the support portion 11, the first dielectric layer 22, and the first intermediate dielectric layer 32 is an example of a periodic structure.
- the layer formed of the first metal layer 23 and the second metal layer 42 can be regarded as a metal layer having a shape in which the shape of the entire layer follows the surface shape of the periodic structure.
- the surface of the periodic structure is a surface including an area surrounding each periodic element in the reference surface and the surface of each periodic element.
- the first metal layer 23 of the first lattice layer 21, the second intermediate dielectric layer 33 of the intermediate lattice layer 31, and the The second dielectric layer 43 of the two lattice layer 41 is located.
- the second intermediate dielectric layer 33 is sandwiched between the first metal layer 23 and the second dielectric layer 43.
- the second display area 10B does not include the first lattice layer 21, the intermediate lattice layer 31, and the second lattice layer 41 described above on the support portion 11. That is, the second display region 10B transmits light in the visible region in accordance with the light transmittance of the support portion 11.
- the second display area 10B may include a layer different from the first display area 10A on the support portion 11.
- the second display area 10B may include, for example, only the first dielectric layer 22.
- the second display region 10B may include, for example, only a single metal layer made of the same material as that of the first metal layer 23.
- the layer configuration in the second display area 10B is appropriately selected in response to a request for an image displayed by the second display area 10B.
- the cross-sectional structure of the support 11 may be a multilayer structure, and each first dielectric layer 22 may not have a boundary with the support 11.
- FIG. 39 shows a structure in which the support 11 is composed of two layers, and of these layers, the layer on the surface side of the support 11 is integral with each first dielectric layer 22. That is, the support part 11 is provided with the base material 11a and the intermediate
- Each first dielectric layer 22 protrudes from the intermediate layer 11 b, and each first dielectric layer 22 and the intermediate layer 11 b are integrated.
- the surface 10S of the display body and the back surface 10T of the display body are in contact with the air layer, and each of the second intermediate dielectric layer 33 and the second dielectric layer 43 is an air layer, or
- the structure which is a resin layer having a refractive index close to that of the air layer will be described as an example.
- the refractive index of the support part 11 is the magnitude
- the refractive index of the first dielectric layer 22 is higher than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the first metal layer 23 is lower than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the first grating layer 21 is approximated to an averaged size by the refractive index of the first metal layer 23 and the refractive index of the first dielectric layer 22. Since the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75, the refractive index of the first grating layer 21 is ultimately the first metal which is a sea component. It has a size controlled by the layer 23 and is sufficiently lower than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32 is higher than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the second intermediate dielectric layer 33 is equal to the refractive index of the air layer, or higher than the refractive index of the air layer. high.
- the refractive index of the intermediate grating layer 31 is approximated to an averaged size by the refractive index of the second intermediate dielectric layer 33 and the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32. Since the ratio of the width WT of the first intermediate dielectric layer 32 to the structural period PT is not less than 0.25 and not more than 0.75, the refractive index of the intermediate grating layer 31 is ultimately the second intermediate which is a sea component.
- the size is governed by the dielectric layer 33, is higher than the refractive index of the air layer, and is close to the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the second metal layer 42 is lower than the refractive index of the air layer, and the refractive index of the second dielectric layer 43 is equal to the refractive index of the air layer or higher than the refractive index of the air layer.
- the refractive index of the second grating layer 41 is approximated to an averaged size by the refractive index of the second dielectric layer 43 and the refractive index of the second metal layer 42.
- the refractive index of the second grating layer 41 eventually becomes the sea component second dielectric It has a size controlled by the layer 43, which is lower than the refractive index of the air layer and close to the air layer.
- the white light L1 entering the second lattice layer 41 from the outside of the display body enters the second lattice layer 41 from the air layer, and enters the intermediate lattice layer 31 from the second lattice layer 41.
- the light L1 incident on the second grating layer 41 enters the second grating layer 41 having a refractive index close to that of the air layer from the air layer, so Fresnel reflection is performed at the interface between the air layer and the second grating layer 41. It is hard to occur.
- the structural period PT of the second metal layer 42 is a sub-wavelength period equal to or less than the wavelength in the visible region, plasmon resonance occurs in the second grating layer 41.
- Plasmon resonance is a phenomenon in which part of light incident on the second grating layer 41 is combined with collective vibration of electrons. A part of the light L 1 incident on the second lattice layer 41 is converted to surface plasmons by plasmon resonance in the second lattice layer 41, and the surface plasmons pass through the second lattice layer 41. The surface plasmons transmitted through the second lattice layer 41 are converted to light and emitted.
- the wavelength range of the light EP 2 emitted by the second grating layer 41 due to the plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the second metal layer 42.
- the second grating layer 41 transmits to the intermediate grating layer 31 part of the light in the wavelength region of the light incident on the second grating layer 41.
- the structural period PT of the first dielectric layer 22 is also a sub-wavelength period equal to or less than the wavelength in the visible region, plasmon resonance also occurs in the first grating layer 21. That is, part of the light incident on the first lattice layer 21 is also converted to surface plasmons by plasmon resonance in the first lattice layer 21, and the surface plasmons are transmitted through the first lattice layer 21 and reconverted to light. It is emitted.
- the wavelength range of the light EP1 emitted by the first grating layer 21 due to the plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the first dielectric layer 22. As a result, the first grating layer 21 transmits the light of a part of the wavelength region of the light incident on the first grating layer 21 to the support 11.
- the back surface transmission observation in which the light L1 is made incident to the second lattice layer 41 from the outside of the display body and the back surface 10T is observed from the back surface side of the display body, it transmits through plasmon resonance in each of the lattice layers
- the colored light LP1 that is, light other than white and black is visually recognized in the first display area 10A.
- the results of the surface reflection observation and the rear surface transmission observation show the same tendency even when the light quantity of the external light directed to the front surface 10S is higher than the light quantity of the external light directed to the back surface 10T.
- the difference between the refractive index of the support 11 and the refractive index of the first grating layer 21 is larger than the difference of the refractive index between the first grating layer 21 and the intermediate grating layer 31, and the intermediate grating layer 31 And the second grating layer 41 is larger than the refractive index difference.
- the wavelength region of the light EP1 emitted by the first grating layer 21 due to plasmon resonance is a specific wavelength region depending on the grating structure and material including the structural period PT of the first metal layer 23.
- the light in this wavelength range is not reflected at the interface between the support 11 and the first grating layer 21 but consumed by plasmon resonance.
- part of the light in the wavelength region of light incident on the support 11 is reflected at the interface between the support 11 and the first lattice layer 21, and the first lattice layer 21 is incident on the first lattice layer 21.
- a part of the light in the wavelength range of the light is transmitted to the intermediate grating layer 31.
- part of the light transmitted through the intermediate lattice layer 31 and incident on the second lattice layer 41 is also subjected to plasmon resonance in the second lattice layer 41.
- the wavelength range of the light EP 2 emitted by the second grating layer 41 due to plasmon resonance is a specific wavelength range depending on the grating structure and material including the structure period PT of the second dielectric layer 43.
- the second grating layer 41 transmits part of the light in the wavelength region of the light incident on the second grating layer 41 to the air layer.
- colored light LR by Fresnel reflection at the interface is That is, light LR other than white and black is visually recognized in the first display area 10A.
- the Fresnel reflection generated at the interface between the support portion 11 and the first grating layer 21 causes a color closer to black to be visually recognized in the first display region 10A in the above-described surface reflection observation.
- the Fresnel reflection and the plasmon resonance in each of the lattice layers The colored light LP2 is viewed in the first display area 10A.
- the results of the surface transmission observation and the back surface reflection observation show the same tendency even when the light quantity of the external light directed to the back surface 10T is higher than the light quantity of the external light directed to the surface 10S.
- the display body has an antibacterial effect by including metal microparticles having an antibacterial property in the metal layer (the first metal layer 23, the second metal layer 42, and the intermediate metal layer 32A described later).
- the antibacterial action of the display body will be described.
- gold, silver, copper, titanium, zinc, tungsten, gallium, strontium, zirconium, cobalt, cadmium, mercury, chromium and the like are known as metal materials having an antibacterial action.
- gold, silver or copper in consideration of expression of surface plasmon resonance, touching of a human hand as a display body, and the like.
- silver is used as a main ingredient of the inorganic antibacterial agent, and it is more preferable to use silver from the viewpoint of effect and safety.
- Silver has long been known to have high antibacterial properties, and it has been confirmed that a very small amount of it exhibits strong bactericidal properties.
- the mechanism of the antibacterial itself is still uncertain, but silver ions strongly crosslink the thiol groups of proteins, specifically amino residues such as cysteine moieties, and as a result, the enzyme inhibition reaction causes the bacteria to It is supposed to die.
- the bactericidal activity of silver ion is about 10 times greater than that of copper ion and chlorine, and it is thought that there is no concern about the effect on the human body.
- silver is in the form of nanoparticles, the elution of silver ions is facilitated because the surface area is significantly increased as compared with the bulk, and the antimicrobial effect is easily exhibited with a smaller amount.
- the metal fine particle having the antibacterial property of the metal layer an antibacterial metal single substance, another metal exhibiting a surface plasmon resonance, on which the metal fine particle showing the antibacterial property is supported, or a mixture thereof can be used.
- the content and the amount of the metal fine particles having the antibacterial property are not particularly limited as long as the antibacterial property is exhibited.
- the amount of silver may be small because of its high antibacterial activity.
- the amount of silver is preferably 0.01 ⁇ g or more, more preferably 0.1 ⁇ g or more, per 1 g of the metal layer containing silver, in order to enhance the antibacterial property.
- metal particles having antibacterial properties in the metal layer there is no particular limitation on the method of including metal particles having antibacterial properties in the metal layer, and known methods can be adopted.
- a thin film of an antibacterial metal may be formed on the surface of another metal layer by vacuum deposition, sputtering or the like, or a method of forming a film simultaneously with the other metal and supporting the antibacterial metal may be mentioned.
- simultaneously forming a film it is possible to minimize the content and the supported amount of the metal fine particles having the antibacterial property by controlling the film forming rate.
- the metal layer is formed so as to follow the surface shape of the convex portion of the display body. It will touch, and an antibacterial effect is exhibited effectively.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are formed on the surface of the support portion 11.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are integrally formed as a protrusion protruding from the surface of the support portion 11.
- a method of forming the protrusion for example, a photolithography method using light or charged particle beam, a nanoimprint method, a plasma etching method, or the like can be employed.
- a nanoimprint method can be utilized as a method of forming a protrusion on the surface of the support portion 11 made of resin.
- a method combining light or photolithographic method using charged particle beam and plasma etching method may be used.
- a polyethylene terephthalate sheet is used as the base 11a, and the base 11a is used.
- the unevenness of the intaglio is transferred to the resin on the surface of the base material 11a, and the protrusion composed of the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 and the intermediate layer 11b are formed.
- it is also possible to change an ultraviolet curable resin into a thermosetting resin and it is also possible to change irradiation of an ultraviolet-ray to heating.
- it is also possible to change an ultraviolet curable resin into a thermoplastic resin and it is also possible to change irradiation of an ultraviolet-ray to heating and cooling.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are formed on the surface of the support 11 having the protrusions.
- the method of forming the first metal layer 23 and the second metal layer 42 is, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method. Thereby, the first lattice layer 21 partitioned by the top surface of the first metal layer 23 is formed, and the second lattice layer 41 partitioned by the top surface of the second metal layer 42 is formed, and these first lattice layers are formed. An intermediate lattice layer 31 sandwiched between the first and second lattice layers 41 is formed.
- the intensity of light transmitted from the back surface 10T to the surface 10S decreases, and the color in surface reflection observation approaches black.
- the front and back of the display is determined. In the above observation, its accuracy is sufficiently obtained.
- the thinner the thickness T2 of the first metal layer 23 and the thinner the thickness T4 of the second metal layer 42 the greater the intensity of light transmitted through them in front surface transmission observation and back surface transmission observation.
- the thickness T2 of the first metal layer 23 and the thickness T4 of the second metal layer 42 are 200 nm or less, and the ratio of the width WT of the first dielectric layer 22 to the structural period PT is 0.25. If it is the above, the image visually recognized by front surface transmission observation and the image visually recognized by back surface transmission observation become clear to such an extent that it can be visually recognized.
- the sum of the thickness T2 of the first dielectric layer 22 and the thickness T3 of the first intermediate dielectric layer 32 is the sum of the width WT of the first dielectric layer 22 and the shortest width WP. It is preferable that it is smaller than that. Further, it is more preferable that the sum of the thickness T2 of the first dielectric layer 22 and the thickness T3 of the first intermediate dielectric layer 32 be smaller than half of the structural period PT.
- a metal material whose real part of the complex dielectric constant at a wavelength in the visible range has a negative value tends to cause plasmon resonance in the first lattice layer 21 and the second lattice layer 41 using it.
- the material which comprises the 1st metal layer 23 is a material whose real part of the said complex dielectric constant is a negative value.
- the material forming the second metal layer 42 also be a material whose real part of the complex dielectric constant is a negative value.
- the material which comprises these 1st metal layer 23 and the 2nd metal layer 42 is aluminum, silver, gold, copper, indium, tantalum etc., for example.
- the first metal layer 23 and the second metal layer 42 are metal layers for the support portion 11 on which the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 are formed. Can be formed in a single step.
- the first dielectric layer 22 and the first intermediate dielectric layer 32 may be configured as an integral structure.
- the shape of the integral structure can be embodied as a conical convex portion protruding from the surface of the base material 11.
- a first metal layer 23, a second metal layer 42, and an intermediate metal layer 32A provided on the outer peripheral surface of the barrel of the pyramidal convex portion on the surface of the base 11 and the pyramidal convex portion Can be formed to follow the surface shape (ie, to cover the surface of the support 11 and the conical convex portion).
- the first metal layer 23, the second metal layer 42, and the intermediate metal layer 32A may be integrally formed.
- the metal layer can be easily touched, so that the antibacterial effect can be exhibited effectively.
- the first dielectric layer and the first intermediate dielectric layer are formed, it is possible to smoothly release the intaglio plate for forming the first dielectric layer and the first intermediate dielectric layer.
- the display body further includes a protective layer so as to cover the surface of the metal layer opposite to the surface in contact with the periodic structure.
- a protective layer so as to cover the surface of the metal layer opposite to the surface in contact with the periodic structure.
- the intensity of Fresnel reflection at the interface between the protective layer and the second metal layer 42 and the accompanying wavelength selectivity of the display vary depending on the refractive index of the protective layer.
- the material which comprises a protective layer is suitably selected based on the wavelength range which a display body is made to select.
- the protective layer 45 can be embodied as a structure integral with the second dielectric layer 43 and the second intermediate dielectric layer 33.
- the protective layer 45 is preferably a resin layer of low refractive index.
- the low refractive index resin layer has a refractive index closer to the refractive index of the air layer than the refractive index of the first dielectric layer 22 or the refractive index of the first intermediate dielectric layer 32.
- the protective layer 45 which comprises the surface of a display body is comprised from resin containing a fluorine. According to such a configuration, adhesion of dirt such as sebum to the surface of the display can be suppressed. Furthermore, the protective layer 45 may contain metal fine particles having antibacterial properties. According to such a configuration, the bacteria attached to the surface of the display can be killed and the growth can be suppressed.
- the following effects can be obtained. (1) Since images having different colors in front surface reflection observation and back surface reflection observation can be visually recognized in the first display area 10A, it is possible to distinguish the front and back of the display body. Moreover, it becomes possible to make judgment of the authenticity of the article attached to the display body easy and to improve the design of the article attached to the display body.
- the size of the structural period PT is a sub-wavelength period that is equal to or less than the wavelength of the visible region, and is a size that suppresses formation of primary diffracted light of light in the visible region. Therefore, it is possible to suppress the rainbow color from being included in the image by back surface reflection observation, front surface transmission observation, and back surface transmission observation, and to make the color of the image by each observation more vivid.
- the first dielectric layer 22 and the first dielectric layer 22 It is also possible to integrally form the first intermediate dielectric layer 32.
- the color of the first display area 10A can be unique in each of the surface reflection observation, the back surface reflection observation, and the transmission observation on the front surface or the back surface. Therefore, it is also possible to improve the accuracy in the determination of the authenticity of the article to which the display body is attached.
- the color of the first display area 10A can be unique in each of the surface reflection observation, the back surface reflection observation, and the transmission observation on the front surface or the back surface. Therefore, it is possible to make the form of display by the display body more complicated and to improve the design of the display body.
- a mold which is an intaglio plate used in the optical nanoimprinting method, was prepared. Specifically, a film made of chromium (Cr) was formed to a thickness of 10 nm by sputtering on the surface of a synthetic quartz substrate, and an electron beam resist pattern was formed on a Cr film by electron beam lithography. The resist used was a positive type, and the film thickness was 150 nm.
- Cr chromium
- the formed pattern is a pattern in which a square having a side of 160 nm is arranged in a hexagonal array with a structural period PT of 320 nm in a square-shaped area having a side of 1 cm, and the area where the electron beam is drawn is the above square It is an inner area.
- 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.
- the synthetic quartz substrate in the region exposed from the resist and the Cr film was etched by plasma generated by applying a high frequency to ethane hexafluoride gas.
- the concave shape of the quartz became a pyramidal shape.
- the depth of the etched synthetic quartz substrate was 100 nm.
- the remaining resist and the Cr film were removed to obtain a mold having a concavo-convex structure.
- OPTOOL HD-1100 manufactured by Daikin Industries, Ltd.
- an ultraviolet curable resin was applied to the surface which was the surface on which the pattern of the mold was formed. Then, the surface of the mold was covered with the surface on which the easy adhesion treatment was applied using a polyethylene terephthalate film on which the easy adhesion treatment was performed on one side. Furthermore, the UV curable resin is extended using a roller so that the UV curable resin is spread over the entire pattern formed area of the mold, and the UV curable resin is cured by irradiating UV light, and then the mold is polyethylene The terephthalate film was peeled off.
- a pattern of convex portions arranged in a hexagonal arrangement is formed on the surface of the ultraviolet curable resin, and a periodic structure is obtained which is a laminate of a layer made of this ultraviolet curable resin and a substrate which is a polyethylene terephthalate film.
- the refractive index of the ultraviolet curable resin after curing was 1.52.
- a metal layer was formed by depositing a film of silver (Ag) to a thickness of 20 nm on the surface of the periodic structure using a vacuum evaporation method. Thereby, the display body of the example was obtained.
- the side where the metal layer is located relative to the substrate is the front side of the display, and the side where the substrate is located relative to the metal layer is the back side of the display.
- the present invention can increase the difficulty of forgery of an item by being provided for an item that is required to be difficult to forge, and can improve the design of an item by being provided for an item around it. Can be used in various displays.
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Abstract
観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることのでき、反射光或いは透過光による像の波長選択性を上げることのできるとともに、抗菌性を備えた表示体、表示体付きデバイス、および、表示体の製造方法を提供する。表示体は、基準面を有する支持部と、基準面においてサブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ複数の周期要素であって、基準面から突出する凸部、もしくは、基準面から窪む凹部のいずれかである周期要素とを備える誘電体である周期構造体を備える。さらに、表示体は、基準面のうち周期要素を囲む領域と周期要素の表面とを含む面である周期構造体の表面に位置し、周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層と、を備え、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向である第1の方向に沿った周期要素間の隙間距離と、第1の方向に交差する第2の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離が異なる。
Description
本発明は、表示体、表示体付きデバイス、および、表示体の製造方法に関する。
表示体は、回折格子や多層膜による光の干渉等を利用することにより、印刷物とは異なる視覚的な効果を、表示体が示す像に付加する(例えば、特許文献1参照)。表示体は、例えば、パスポートや免許証等の認証書類や、商品券や小切手等の有価証券類のように、偽造が困難であることを求められる物品に備えられることにより、物品の偽造の困難性を高める。また、表示体は、身の回りの物品に備えられることにより、物品の意匠性を高める。
表示体が備える回折格子は、例えば、透明な樹脂層と、樹脂層上に位置するアルミニウムなどの金属層とを備える。例えば、正弦二次構造を有した数学的な関数によって表現される回折格子の形状は、回折格子の傾斜部において、他の部位よりも薄い金属層を有し、傾斜部間での構造の差異によって、透過率や反射率の差異を金属層に付加する。そして、グレースケールによる表現や、反射像の色彩と透過像の色彩とが相互に異なる表現を可能にする(例えば、特許文献1参照)。反射像と透過像の差異は、表示体が貼り付けられた物品の真贋の判定も可能とする。
偽造の困難性や意匠性をより高めるためには、1つの表示体が、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を形成可能であることが好ましい。例えば、表示体の表面の観察と裏面の観察とで、互いに異なる色彩の像が視認される表示体や、表示体の一方の面に対する反射光の観察と透過光の観察とで、互いに異なる色彩の像が視認される表示体が望まれている。
また、正弦二次構造を有した数学的な関数によって表現される回折格子の形状は、回折格子における構造の高さ方向、すなわち、表示体における表裏方向に、高い対象性を必要とする。結果として、表示体の表面から観察される像と、表示体の裏面から観察される像との色彩の差異も微々たるものであり、これらの視認に基づいて、表示体の表裏を判別することも困難である。
さらに、従来の前記回折格子から形成される表示体の表面および裏面で視認される反射光および透過光による像は、色彩が淡く、波長選択性が低いという課題がある。
また、表示体は、不特定多数の人が直接指で触れるような身の回りの物品に備えられることが多いため、細菌の増殖を抑えるような対策が施されていることが望ましい。
また、表示体は、不特定多数の人が直接指で触れるような身の回りの物品に備えられることが多いため、細菌の増殖を抑えるような対策が施されていることが望ましい。
本発明は、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることができ、前記反射光或いは透過光による像の波長選択性を上げることのできるとともに、細菌の増殖を抑えることができる表示体、表示体付きデバイス、および、表示体の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決する表示体の一局面は、基準面を有する支持部と、前記基準面においてサブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ複数の周期要素であって、前記基準面から突出する凸部、もしくは、前記基準面から窪む凹部のいずれかである前記周期要素とを備える誘電体である周期構造体と、前記基準面のうち前記周期要素を囲む領域と前記周期要素の表面とを含む面である前記周期構造体の表面に位置し、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層と、を備え、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向である第1の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離と、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向であって前記第1の方向に交差する第2の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離が異なる。
上記構成によれば、表示体が、金属と誘電体とからなるサブ波長周期の格子構造を有する層を備えるため、表示体の外側から表示体の表面および裏面の一方の面に対して光が照射されると、上記格子構造を有する層にてプラズモン共鳴が生じる。プラズモン共鳴にて消費される波長域の光は、上記一方の面からは射出されず、プラズモン共鳴の作用を受けた特定の波長域の光が、表示体を透過して表示体の表面および裏面の他方の面から射出される。したがって、一方の面に対する反射観察と他方の面に対する透過観察とで互いに異なる色彩の像が視認され、また、一方の面に対する反射観察と透過観察とで互いに異なる色彩の像が視認される。すなわち、上記構成によれば、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることができる。また、表示体の、第1の方向に沿った周期要素間の隙間距離と、第2の方向に沿った周期要素間の距離とが異なるため、第1の方向と第2の方向とで異なる周期要素間の距離に依存したプラズモン共鳴吸収を発生させることができる。このため、表示体によれば、入射光の偏光方向に依存した表面プラズモン共鳴吸収の効果を選択的に取り出すことができる。
上記構成において、10nm以上200nm以下の厚さを有した第1格子層と、10nm以上200nm以下の厚さを有した第2格子層と、前記第1格子層および前記第2格子層よりも厚い中間格子層であって、厚さ方向に前記第1格子層と前記第2格子層とに挟まれた前記中間格子層と、を前記基準面上に含み、前記第1格子層は、単位格子が正方形である正方配列、単位格子が菱形である六方配列、単位格子が長方形である長方配列のいずれかである島状配列に並ぶ複数の第1誘電体層と、各第1誘電体層を囲う網目状を有した第1金属層と、を備え、前記中間格子層は、単位格子が正方形である正方配列、単位格子が菱形である六方配列、単位格子が長方形である長方配列のいずれかである島状配列に並ぶ複数の第1中間誘電体層と、各第1中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、前記第1中間誘電体層よりも低い誘電率を有した第2中間誘電体層と、を備え、前記第2格子層は、単位格子が正方形である正方配列、単位格子が菱形である六方配列、単位格子が長方形である長方配列のいずれかである島状配列に並ぶ複数の第2金属層と、各第2金属層を囲う網目状を有した第2誘電体層と、を備え、前記周期要素は前記凸部であって、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とが前記周期要素を構成し、前記第1金属層と前記第2金属層とが前記金属層に含まれ、前記第1格子層における前記第1金属層の体積比率が、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率よりも大きく、かつ、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率が、前記中間格子層における金属材料の体積比率よりも大きく、前記第1誘電体層の構造周期に対する前記第1誘電体層の幅の比、および、前記第2金属層の構造周期に対する前記第2金属層の幅の比が、0.25以上0.75以下であってもよい。
上記構成によれば、第1格子層の平均化された屈折率は、第1金属層の屈折率に支配される。表示体の外側から支持部に入射した光は、こうした第1格子層と支持部との界面でフレネル反射を生じやすい。これに対して、第2格子層の平均化された屈折率は、第2誘電体層に支配される。また、中間格子層の平均化された屈折率もまた、誘電体である第2中間誘電体層に支配される。そして、表示体の外側から第2格子層に入射する光は、フレネル反射を生じ難く、第2格子層、さらには中間格子層に進入する。結果として、支持部と対向する方向から表示体を観る反射観察では、フレネル反射による像が観察されやすい一方で、第2格子層と対向する方向から表示体を観る反射観察では、フレネル反射による像が観察され難い。
さらに、第1格子層や第2格子層は、プラズモン共鳴を生じさせる。第1格子層は、第1格子層に入射した光の一部を、プラズモン共鳴に消費して透過する。第2格子層もまた、第2格子層に入射した光の一部をプラズモン共鳴に消費して透過する。そのため、支持部と対向する方向から表示体を観る反射観察では、フレネル反射による像が、黒色や白色以外の色彩を帯びて、より明りょうに視認される。なお、この際、第2格子層と対向する方向から表示体を観ると、第1格子層でのプラズモン共鳴と、第2格子層でのプラズモン共鳴とを経た透過光が、黒色や白色以外の色彩を帯びた像を形成する。
他方、表示体の外側から第2格子層に入射した光は、その一部を、第2格子層でのプラズモン共鳴や、第1格子層でのプラズモン共鳴によって消費され、第2格子層の外側へは、さらに戻り難くなる。そのため、第2格子層と対向する方向から表示体を観る反射観察では、より黒色に近い色彩を帯びた像が視認される。
以上の結果として、支持部と対向する方向から表示体を観る反射観察、第2格子層と対向する方向から表示体を観る反射観察、さらには、第2格子層と対向する方向から表示体を観る透過観察によって、各層の厚さ方向における支持部の位置、すなわち、表示体の表裏を判別することが可能となる。
上記構成において、前記第1金属層、および、前記第2金属層は、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値を有してもよい。
上記構成によれば、第1格子層でのプラズモン共鳴、および、第2格子層でのプラズモン共鳴が生じやすくなるため、上述した各観察における像の色彩を、さらに鮮明にすることが可能である。
上記構成において、前記第1誘電体層の構造周期に対する前記第1誘電体層の幅の比、および、前記第2金属層の構造周期に対する前記第2金属層の幅の比が、0.40以上0.60以下であってもよい。
上記構成によれば、第1金属層の大きさに対して第1誘電体層の大きさが過剰に小さくなること、第2誘電体層の大きさに対して第2金属層の大きさが過剰に小さくなることが抑えられる。そのため、表示体を製造するうえでの加工の負荷が軽減される。
上記構成において、前記第1金属層を構成する材料と、前記第2金属層を構成する材料とは等しく、前記第2誘電体層は、空気層であり、前記第1誘電体層の屈折率と前記第1金属層の屈折率との差は、前記第2誘電体層の屈折率と前記第2金属層の屈折率との差よりも大きくてもよい。
上記構成によれば、第1金属層と第2金属層とが、相互に等しい屈折率を有し、かつ、第1誘電体層と第1金属層との間の屈折率差が、第2誘電体層と第2金属層との間の屈折率差よりも大きい構成であるから、第2格子層と他の層との界面でのフレネル反射をさらに抑え、かつ、第1格子層と他の層との界面でのフレネル反射を促すことが可能である。
上記構成において、前記周期要素の平面形状は、長方形であってもよい。
上記構成によれば、周期要素の単位格子が正方配列の場合であっても、第1の方向において隣接する周期要素間の距離と、第2の方向において隣接する周期要素間の距離とを異ならせることができるため、第1の方向と第2の方向とで異なる周期要素間の距離に依存したプラズモン共鳴吸収を発生させることができる。そのため、表示体によれば、入射光の偏光方向に依存した表面プラズモン共鳴吸収の効果を選択的に取り出すことができる。
上記構成において、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とが一体の構造体であり、前記第2中間誘電体層と前記第2誘電体層とが一体の構造体であってもよい。
上記構成によれば、第1誘電体層と第1中間誘電体層とが一体の構造体であり、また、第2中間誘電体層と第2誘電体層とが一体の構造体であるため、表示体の構造を簡素化することが可能ともなる。
上記構成において、前記中間格子層は、前記第1中間誘電体層の側面上に位置し、かつ、前記第1中間誘電体層と前記第2中間誘電体層とに挟まれた中間金属層をさらに備え、前記中間金属層は、前記第2金属層と一体の構造体であって前記金属層に含まれ、可視領域の光の反射を抑えるように、前記側面上での厚みが、前記第1金属層に近い部位ほど薄くてもよい。
上記構成によれば、中間金属層が反射防止機能を備えるため、第2格子層と対向する方向から表示体を観る反射観察によって視認される像の色彩を、さらに黒色に近い色彩とすることが可能ともなる。
上記構成において、前記金属層における前記周期構造体と接する面とは反対側の面に位置し、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を備えてもよい。
上記構成によれば、誘電体層を構成する材料の変更によって、反射観察や透過観察で観察される色彩を調整することが可能であるため、こうした色彩の調整についての自由度が高められる。また、誘電体層は、金属層の表面形状に追従する形状を有しているため、誘電体層の表面が平坦である場合と比較して、誘電体層を含む層とその上層との界面でのフレネル反射を低減できる。その結果、誘電体層と対向する方向から表示体を見る反射観察によって視認される像の色彩がより鮮明になる。
上記構成において、前記誘電体層における前記金属層と接する面とは反対側の面を覆う保護層を備えてもよい。
上記構成によれば、周期構造体と金属層と保護層とからなる構造体を保護することができる。
上記課題を解決する表示体付きデバイスは、上記表示体と、前記表示体の有する表面と裏面とのうちの一方の面の一部と対向する位置に配置され、前記表示体に向けて光を放つことが可能に構成された光射出構造体と、を備える。
上記構成によれば、光射出構造体から射出された光の一部が表示体を透過して光射出構造体とは反対側に位置する面から射出される。したがって、光射出構造体とは反対側の面に向けて光が照射されている状態でこの面と対向する方向から表示体を観察すると、光射出構造体の位置する部分と、光射出構造体の位置しない部分とが、互いに異なる色彩に見える。それゆえ、より多様な像の表現が可能である。
上記課題を解決する製造方法は、基材の表面に塗工された樹脂に凹版の有する凹凸を転写することにより、前記基材の表面と対向する方向から見て、凸部または凹部である周期要素がサブ波長周期を有した二次元格子状に位置する周期構造体を形成する第1工程と、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層を前記周期構造体の上に形成する第2工程と、を含み、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向である第1の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離と、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向であって前記第1の方向に交差する第2の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離が異な。
上記製法によれば、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることのできる表示体が得られる。特に、微細な凹凸を有する周期構造体を、容易にかつ好適に形成することができる。
上記製法によれば、誘電体層を構成する材料の変更によって、表示体に対する反射観察や透過観察で観察される色彩を調整することが可能であるため、こうした色彩の調整についての自由度が高められる。
上記課題を解決するための本発明の他の局面は、基準面を有する支持部と、前記基準面においてサブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ複数の周期要素であって、前記基準面から突出する凸部、もしくは、前記基準面から窪む凹部のいずれかである前記周期要素とを備える誘電体である周期構造体と、前記基準面のうち前記周期要素を囲む領域と前記周期要素の表面とを含む面である前記周期構造体の表面に位置し、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層と、を備え、前記周期要素の平面形状が多角形である、表示体である。
また、前記多角形の少なくとも1つの内角が鋭角であってもよい。
また、前記複数の周期要素のうち隣接する前記周期要素の組の少なくとも一部は、前記鋭角どうしが向かい合うように配列されていてもよい。
また、前記鋭角どうしが向かい合う前記周期要素の組において、前記周期要素の中心間の距離がサブ波長であってもよい。
また、前記複数の周期要素は、平面視において六角対称配列、六方配列または正方配列のいずれかを構成するように並んでもよい。
また、10nm以上200nm以下の厚さを有した第1格子層と、10nm以上200nm以下の厚さを有した第2格子層と、前記第1格子層および前記第2格子層よりも厚い中間格子層であって、厚さ方向に前記第1格子層と前記第2格子層とに挟まれた前記中間格子層と、を前記基準面上に含み、前記第1格子層は、島状配列に並ぶ複数の第1誘電体層と、各第1誘電体層を囲う網目状を有した第1金属層と、を備え、前記中間格子層は、島状配列に並ぶ複数の第1中間誘電体層と、各第1中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、前記第1中間誘電体層よりも低い誘電率を有した第2中間誘電体層と、を備え、前記第2格子層は、島状配列に並ぶ複数の第2金属層と、各第2金属層を囲う網目状を有した第2誘電体層と、を備え、前記周期要素は前記凸部であって、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とが前記周期要素を構成し、前記第1金属層と前記第2金属層とが前記金属層に含まれ、前記第1格子層における前記第1金属層の体積比率が、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率よりも大きく、かつ、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率が、前記中間格子層における金属材料の体積比率よりも大きく、前記第1誘電体層の構造周期に対する前記第1誘電体層の幅の比、および、前記第2金属層の構造周期に対する前記第2金属層の幅の比が、0.25以上0.75以下であってもよい。
また、前記金属層における前記周期構造体と接する面とは反対側の面に位置し、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を備えてもよい。
また、前記金属層に抗菌性を有する金属微粒子を含んでもよい。
上記構成によれば、例えば表示体に人の手が触れると、細菌が付着する場合があるが、金属層に抗菌性を有する金属微粒子を含むため、前記金属微粒子から金属イオンが生成され、前記細菌などの細胞内に取り込まれ、細胞内の酵素の阻害を引き起こし、細菌を死滅させる効果が得られる。すなわち、上記構成によれば、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることができるとともに、細菌の増殖を抑えることができる。
上記構成において、前記第1金属層を構成する材料と、前記第2金属層を構成する材料とは等しく、前記材料は、金、銀、銅のうち少なくとも一つであってもよい。
上記構成によれば、金、銀、銅はいずれも表面プラズモン共鳴ならびに抗菌作用を発現する金属であるため、プラズモン共鳴現象を利用した表示体の表裏の判別と、細菌の増殖を抑制する抗菌作用を付与することが可能となる。
本発明によれば、表示体において、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることが可能となり、前記反射光或いは透過光による像の波長選択性を上げることができるとともに、細菌の増殖を抑えることができる。
(第1実施形態)
図1から図14を参照して表示体および表示体の製造方法の第1実施形態を説明する。なお、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。
図1から図14を参照して表示体および表示体の製造方法の第1実施形態を説明する。なお、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。
図1が示すように、表示体の有する表面10Sは、第1表示領域10Aと、第2表示領域10Bとに区画される。第1表示領域10Aの備える断面構造と、第2表示領域10Bの備える断面構造とは、相互に異なる。第1表示領域10Aは、表面10Sにおいて、文字、図形、記号、模様、絵などを描く領域であり、図1では、例えば、星形の図形を描く領域である。
[表示体の構造]
まず、本発明の実施形態に係る第1表示領域10Aを備える表示体の参考となる第1表示領域10A’を備える表示体について以下に説明する。
図2が示すように、第1表示領域10A’は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の孤立領域A2と、各孤立領域A2を囲む単一の周辺領域A3とを含む。各孤立領域A2の平面形状は、正方形である。以下の図では、孤立領域A2を説明する便宜上、各孤立領域A2にドットを付して示す。
まず、本発明の実施形態に係る第1表示領域10Aを備える表示体の参考となる第1表示領域10A’を備える表示体について以下に説明する。
図2が示すように、第1表示領域10A’は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の孤立領域A2と、各孤立領域A2を囲む単一の周辺領域A3とを含む。各孤立領域A2の平面形状は、正方形である。以下の図では、孤立領域A2を説明する便宜上、各孤立領域A2にドットを付して示す。
各孤立領域A2は、表面10Sに沿って単位格子が正方形である正方配列に並ぶ。単位格子は、表面10Sに沿って並んだ複数の孤立領域A2に含まれる4つの孤立領域A2を結んだ線がつくる格子状の構造単位のうち、一辺の長さが最も短くなる格子である。正方配列は、単位格子の一辺が構造周期PT1を有する正方形LTの各頂点に孤立領域A2が位置する配列である。したがって、第1表示領域10A’においては、X方向(紙面左右方向)に沿った孤立領域A2間の隙間距離と、Y方向(紙面左右方向)に沿った孤立領域A2間の隙間距離とは等しい。
次に、本発明の第1実施形態およびその変形例に係る表示体の第1表示領域10Aについて説明する。図3に第1実施形態の表示体における第1表示領域10Aを示し、図4に第1実施形態の変形例に係る表示体における第1表示領域10Aを示す。第1表示領域10Aでは、第1表示領域10A’と異なり、孤立領域A2が並ぶ方向である第1の方向(X方向)に沿った孤立領域A2間の隙間距離と、孤立領域A2が並ぶ方向であって第1の方向に交差する第2の方向(Y方向)に沿った孤立領域A2間の隙間距離とが異なっている。なお、第1の方向と、第2の方向とは直交している。
図3に示すように、第1実施形態に係る表示体の第1表示領域10Aにおいて、孤立領域A2は平面形状が正方形である。また、各孤立領域A2は表面10Sに沿って単位格子が長方形である長方配列に並ぶ。単位格子が長方形である配列は、単位格子の一辺が構造周期PT2を有し、もう一辺が構造周期PT3を有する長方形LT2の各頂点に孤立領域A2が位置する配列である。構造周期PT2及びPT3は互いに周期が異なり、いずれもサブ波長周期である。
次に、本発明の第1実施形態の変形例に係る表示体の第1表示領域10Aについて説明する。図4に第1実施形態の変形例に係る表示体における第1表示領域10Aを示す。図4に示すように、変形例に係る表示体の第1表示領域10Aにおいて、各孤立領域A2は平面形状が長方形である。また、各孤立領域A2は表面10Sに沿って正方配列に並ぶ。より詳細には、単位格子は一辺が構造周期PT4を有する正方形LT3の各頂点に孤立領域A2が位置する正方配列である。第1の方向(X方向)に沿った孤立領域A2間の隙間距離はWP5であり、孤立領域A2が並ぶ方向であって第1の方向に交差する第2の方向(Y方向)に沿った孤立領域A2間の隙間距離はWP6であり、WP5の方が長い。すなわち、WP5とWP6とは異なっている。WP5およびWP6はいずれもサブ波長周期である。なお、以下の説明では便宜上、構造周期PT2~PT4を総称して構造周期PTという。
図5が示すように、表示体は、可視領域の光を透過する透明な支持部11を備える。可視領域の光が有する波長は、400nm以上800nm以下である。支持部11は、第1表示領域10Aと第2表示領域10Bとに共通する。支持部11の有する断面構造は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
支持部11を構成する材料は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料である。物品に表示体を貼り付けることに要する可撓性を得やすいこと、支持部11に付加できる光学的な特性の自由度が高いことなどの観点において、支持部11を構成する材料は、樹脂であることが好ましい。支持部11の屈折率は、空気層よりも高く、例えば1.2以上1.7以下である。
第1表示領域10Aは、支持部11に近い層から順に、第1格子層21と、中間格子層31と、第2格子層41とを備える。中間格子層31は、第1格子層21と第2格子層41とに挟まれている。なお、支持部11において第1格子層21の位置する面が、支持部11の表面であり、支持部11に対して第1格子層21の位置する側が、構造体における表面側である。反対に、第1格子層21に対して支持部11の位置する側が、構造体における裏面側である。
[第1格子層21]
支持部11の表面には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。
支持部11の表面には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。
各第1誘電体層22は、支持部11の表面から突き出た構造体である。各第1誘電体層22は、例えば、支持部11と一体である。あるいは、各第1誘電体層22は、例えば、支持部11の表面との間に境界を有し、支持部11とは別体である。
第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1誘電体層22を1つずつ囲う網目状を有する。第1格子層21において、単一の第1金属層23は、自由電子が行きわたる光学的な海成分であり、各第1誘電体層22は、海成分のなかに分布する島成分である。
表面10Sと対向する方向から見て、第1誘電体層22の位置する周期は、相互に隣り合う第1誘電体層22の最短幅WPと、第1誘電体層22の幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTは、可視領域の波長以下であるサブ波長周期である。
構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、0.25以上0.75以下である。第1格子層21の加工の精度が得られること、第1格子層21においてプラズモン共鳴が生じやすいことなどの観点において、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。
第1格子層21の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましい。第1格子層21の加工の精度が得られること、第1格子層21においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明となることなどの観点において、第1格子層21の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
[中間格子層31]
第1格子層21の上には、中間格子層31が位置する。中間格子層31の厚さは、第1格子層21の厚さよりも厚い。中間格子層31の加工の精度が得られる観点において、中間格子層31の厚さは、150nm以下であることが好ましい。
第1格子層21の上には、中間格子層31が位置する。中間格子層31の厚さは、第1格子層21の厚さよりも厚い。中間格子層31の加工の精度が得られる観点において、中間格子層31の厚さは、150nm以下であることが好ましい。
中間格子層31は、複数の第1中間誘電体層32と、単一の第2中間誘電体層33とを備える。各第1中間誘電体層32は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第2中間誘電体層33は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1中間誘電体層32は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。
各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22から突き出た構造体である。各第1中間誘電体層32は、例えば、第1誘電体層22と一体である。あるいは、各第1中間誘電体層32は、例えば、第1誘電体層22との間に境界を有し、第1誘電体層22とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第1中間誘電体層32の位置する周期は、第1誘電体層22と同じく、最短幅WPと幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、0.25以上0.75以下である。また、構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。
第2中間誘電体層33は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1中間誘電体層32を1つずつ囲う網目状を有する。中間格子層31において、単一の第2中間誘電体層33は、構造的および光学的に海成分であり、各第1中間誘電体層32は、構造的および光学的に島成分である。第2中間誘電体層33は、空気層、あるいは、樹脂層であり、第1中間誘電体層32よりも低い誘電率を有する。
[第2格子層41]
中間格子層31の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、中間格子層31の厚さよりも薄い。第2格子層41の加工の精度が得られること、第2格子層41においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第2格子層41の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
中間格子層31の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、中間格子層31の厚さよりも薄い。第2格子層41の加工の精度が得られること、第2格子層41においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第2格子層41の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
第2格子層41は、複数の第2金属層42と、単一の第2誘電体層43とを備える。各第2金属層42の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2を含む。単一の第2誘電体層43の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第2金属層42は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。
各第2金属層42は、第1中間誘電体層32の頂面に重なる構造体である。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32との間に境界を有し、第1中間誘電体層32とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第2金属層42の位置する周期は、第1誘電体層22と同じく、最短幅WPと幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTに対する第2金属層42の幅の比は、0.25以上0.75以下である。また、構造周期PTに対する第2金属層42の幅の比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。
第2誘電体層43は、表面10Sと対向する方向から見て、各第2金属層42を1つずつ囲う網目状を有する。第2格子層41において、単一の第2誘電体層43は、第2金属層42と比べて自由電子が少ない光学的な海成分であり、各第2金属層42は、海成分のなかに分布する島成分である。第2誘電体層43は、空気層、あるいは、樹脂層であり、第1中間誘電体層32よりも低い誘電率を有する。
第1格子層21における海成分である第1金属層23の体積比率は、第2格子層41における島成分である第2金属層42の体積比率よりも大きい。また、第2格子層41における島成分である第2金属層42の体積比率は、中間格子層31における金属材料の体積比率よりも大きい。
なお、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とから構成される構造体は、周期要素の一例であり、支持部11の表面を基準面として、基準面から突出する凸部11Tでもある。そして、支持部11、第1誘電体層22、および、第1中間誘電体層32から構成される構造体は、周期構造体の一例である。また、第1金属層23と第2金属層42とから構成される層は、層全体としての形状が周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層として捉えられる。周期構造体の表面は、基準面のうち各周期要素を囲む領域と各周期要素の表面とを含む面である。
図6が示すように、周辺領域A3においては、支持部11に近い層から順に、第1格子層21の第1金属層23と、中間格子層31の第2中間誘電体層33と、第2格子層41の第2誘電体層43とが位置する。第2中間誘電体層33は、第1金属層23と第2誘電体層43とに挟まれている。
図7が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の上に、上述した第1格子層21、中間格子層31、および、第2格子層41を備えていない。すなわち、第2表示領域10Bは、支持部11の備える光透過性に従って、可視領域の光を透過する。
なお、第2表示領域10Bは、第1表示領域10Aとは異なる層を、支持部11の上に備えてもよい。第2表示領域10Bは、例えば、第1誘電体層22のみを備えてもよい。また、第2表示領域10Bは、例えば、第1金属層23を構成する材料と同一の材料から構成された単一の金属層のみを備えてもよい。第2表示領域10Bにおける層構成は、第2表示領域10Bが表示する像への要請に応じて、適宜選択される。
また、上述のように、支持部11の有する断面構造は、多層構造であってもよいし、各第1誘電体層22は支持部11との間に境界を有していなくてもよい。図8は、支持部11が2つの層から構成され、これらの層のうち支持部11の表面側の層が各第1誘電体層22と一体である構造を示す。すなわち、支持部11は、基材11aと中間層11bとを備え、中間層11bは、基材11aに対して表面側に位置する。各第1誘電体層22は、中間層11bから突き出ており、各第1誘電体層22と中間層11bとは一体である。
[表示体の光学的な構成]
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。
ここでは、表示体の表面10S、および、表示体の裏面10Tが、それぞれ空気層と接し、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図9が示すように、支持部11の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。
ここでは、表示体の表面10S、および、表示体の裏面10Tが、それぞれ空気層と接し、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図9が示すように、支持部11の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
第1誘電体層22の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第1金属層23の屈折率は、空気層の屈折率よりも低い。第1格子層21の屈折率は、これら第1金属層23の屈折率と、第1誘電体層22の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であるため、第1格子層21の屈折率は、結局のところ、海成分である第1金属層23に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも十分に低い。
第1中間誘電体層32の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第2中間誘電体層33の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。中間格子層31の屈折率は、これら第2中間誘電体層33の屈折率と、第1中間誘電体層32の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であるため、中間格子層31の屈折率は、結局のところ、海成分である第2中間誘電体層33に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高く、かつ、空気層の屈折率に近い値である。
第2金属層42の屈折率は、空気層の屈折率よりも低く、第2誘電体層43の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。第2格子層41の屈折率は、これら第2誘電体層43の屈折率と、第2金属層42の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第2金属層42の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であるため、第2格子層41の屈折率は、結局のところ、海成分である第2誘電体層43に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも低く、かつ、空気層に近い値である。
[表面反射観察、裏面透過観察]
ここで、表示体の外側から第2格子層41に入射する白色の光L1は、空気層から第2格子層41に入り、第2格子層41から中間格子層31に入る。第2格子層41に入射する光L1は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41に空気層から入るため、空気層と第2格子層41との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層31に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層31に入るため、ここでも、第2格子層41と中間格子層31との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
ここで、表示体の外側から第2格子層41に入射する白色の光L1は、空気層から第2格子層41に入り、第2格子層41から中間格子層31に入る。第2格子層41に入射する光L1は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41に空気層から入るため、空気層と第2格子層41との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層31に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層31に入るため、ここでも、第2格子層41と中間格子層31との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
一方で、第2金属層42の構造周期PTが、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第2格子層41ではプラズモン共鳴が生じる。プラズモン共鳴は、第2格子層41に入射した光の一部と電子の集団的な振動とが結合する現象である。第2格子層41に入射した光L1の一部は、第2格子層41でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第2格子層41を透過する。第2格子層41を透過した表面プラズモンは、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第2格子層41が出射する光EP2の波長領域は、第2金属層42の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第2格子層41は、第2格子層41に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層31へ透過する。
また、第1誘電体層22の構造周期PTも、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第1格子層21でもプラズモン共鳴が生じる。すなわち、第1格子層21に入射する光の一部もまた、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第1格子層21を透過し、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第1格子層21が出射する光EP1の波長領域は、第1誘電体層22の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第1格子層21は、第1格子層21に入射した光の波長領域の一部の光を、支持部11へ透過する。
以上により、表示体の外側から第2格子層41へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面反射観察によれば、上記各界面でのフレネル反射を生じ難いこと、上記各格子層でのプラズモン共鳴を生じること、これらが相まって、黒色、もしくは、黒色に近い色彩が、第1表示領域10Aで視認される。
他方、表示体の外側から第2格子層41へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面透過観察によれば、上記各格子層でのプラズモン共鳴を経て透過した有色の光LP1が、すなわち、白色および黒色以外の光が、第1表示領域10Aで視認される。なお、上記表面反射観察や裏面透過観察の結果は、表面10Sに向けた外光の光量が、裏面10Tに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。
[裏面反射観察、表面透過観察]
図10が示すように、表示体の外側から支持部11に入射する白色の光L1は、空気層から支持部11に入り、支持部11から第1格子層21に入る。支持部11に入射した光L1は、空気層よりも高い屈折率を有した支持部11から、空気層よりも低い屈折率を有した第1格子層21に入るため、支持部11と第1格子層21との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、支持部11の屈折率と、第1格子層21の屈折率との差は、第1格子層21と中間格子層31との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層31と第2格子層41との間の屈折率差よりも大きい。
図10が示すように、表示体の外側から支持部11に入射する白色の光L1は、空気層から支持部11に入り、支持部11から第1格子層21に入る。支持部11に入射した光L1は、空気層よりも高い屈折率を有した支持部11から、空気層よりも低い屈折率を有した第1格子層21に入るため、支持部11と第1格子層21との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、支持部11の屈折率と、第1格子層21の屈折率との差は、第1格子層21と中間格子層31との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層31と第2格子層41との間の屈折率差よりも大きい。
一方で、支持部11と第1格子層21との界面を透過した光の一部は、第1格子層21でのプラズモン共鳴に供される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第1格子層21が出射する光EP1の波長領域は、第1金属層23の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。この波長領域の光は、支持部11と第1格子層21との界面では反射されずに、プラズモン共鳴によって消費される。結果として、支持部11に入射した光の波長領域の一部の光は、支持部11と第1格子層21との界面で反射され、第1格子層21は、第1格子層21に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層31へ透過する。
また、中間格子層31を透過して第2格子層41に入射した光の一部も、第2格子層41でのプラズモン共鳴に供される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第2格子層41が出射する光EP2の波長領域は、第2誘電体層43の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第2格子層41は、第2格子層41に入射した光の波長領域の一部の光を、空気層へ透過する。
以上により、表示体の外側から支持部11へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面反射観察によれば、上記界面でのフレネル反射による有色の光LRが、すなわち、白色および黒色以外の光LRが、第1表示領域10Aで視認される。なお、こうした支持部11と第1格子層21との界面で生じるフレネル反射は、上述した表面反射観察において、より黒色に近い色彩を、第1表示領域10Aで視認させる。
他方、表示体の外側から支持部11へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面透過観察では、上記フレネル反射と、上記各格子層でのプラズモン共鳴とを経た有色の光LP2が、第1表示領域10Aで視認される。なお、上記表面透過観察や裏面反射観察の結果は、裏面10Tに向けた外光の光量が、表面10Sに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。
[偏光選択性]
上述の作用に加えて、第1実施形態およびその変形例に係る表示体では、第1の方向に沿った孤立領域A2間の隙間距離と、第2の方向に沿った孤立領域A2間の隙間距離とが異なるため、偏光選択性を有する。以下で、具体的に説明する。
上述の作用に加えて、第1実施形態およびその変形例に係る表示体では、第1の方向に沿った孤立領域A2間の隙間距離と、第2の方向に沿った孤立領域A2間の隙間距離とが異なるため、偏光選択性を有する。以下で、具体的に説明する。
第1実施形態に係る表示体では、各格子層21、41においてプラズモン共鳴によって消費される波長領域は、各格子層21、41の格子構造、すなわち、構造周期PT2、PT3によって変わる。つまり、図3の場合には、第1の方向(X方向)では構造周期PT2に依存したプラズモン共鳴吸収が発生し、前記方向に直交するもう第2の方向(Y方向)では構造周期PT3に依存したプラズモン共鳴吸収が発生する。このように、第1の実施形態に係る表示体では、構造周期PTを方向に応じて異なる長さとすることにより、偏光選択性を付与することが可能になる。
ここで、構造体の偏光選択性とは、プラズモン共鳴において、入射光に垂直な平面上に互いに直交する2つの偏光方向を有する入射光に対し、この2つの偏光方向に対応する2つのプラズモン共鳴吸収スペクトルの極大が生じることを意味する。すなわち、各格子層21、41の1つの方向における構造周期PT2と、前記方向に直交するもう1つの方向の構造周期PT3において、2つの吸収極大が生じるような配向が得られていることを意味する。また、2つの方向に対応する構造周期PT2、PT3を調整することにより、吸収スペクトルの極大の波長位置の差異を調整することができる。
本発明者は、構造周期PTが長い方がプラズモン共鳴吸収が生じる波長は、長波長側にシフトすることを見出した。つまり、図3の場合には、構造周期PT3のY方向に生じるプラズモン共鳴吸収の方が、構造周期PT2のX方向に生じるプラズモン共鳴吸収よりも、長波長側に出現する。
ここで、表示体を構成する孤立領域A2の長方配列の短軸方向に平行な偏光(X偏光)を有する光を入射した場合、短軸方向の構造周期PT2に対応した表面プラズモン共鳴が発生し、短軸方向の構造周期PT2に起因した波長域の光が吸収される。一方、表示体を構成する孤立領域A2の長方配列の長軸方向に平行な偏光(Y偏光)を有する光を入射した場合、長軸方向の構造周期PT3に対応した表面プラズモン共鳴が発生し、長軸方向の構造周期に起因した波長域の光が吸収される。このとき、構造周期PT2及び構造周期PT3は互いに周期が異なるため、X偏光とY偏光とで表面プラズモン共鳴吸収が発生する波長域は異なる。このように、入射光の偏光方向に依存した表面プラズモン共鳴吸収の効果を選択的に取り出すことができる。本発明の表示体は、入射する偏光の方向によって応答が異なるので、表示機能に加えて光学応答機能やセンサ機能としての効果も発現することができる。
また、第1実施形態の変形例に係る表示体では、隣接する孤立領域A2間の隙間距離が長い方が、プラズモン共鳴吸収が生じる波長は、短波長側にシフトする。
図4の場合には、X方向に隣接する孤立領域A2間の距離はWP5、Y方向に隣接する孤立領域A2間の距離はWP6であり、WP5の方が距離が長い。よって、孤立領域A2の隙間距離が長いX方向に生じるプラズモン共鳴吸収の方が、孤立領域A2の隙間距離が短いY方向に生じるプラズモン共鳴吸収よりも、短波長側に出現する。
ここで、第1実施形態の変形例に係る表示体を構成する孤立領域A2の配列において、孤立領域A2の隙間距離が長い方向に平行な偏光(X偏光)を有する光を入射した場合、X方向の構造周期及び孤立領域A2の隙間距離に対応した表面プラズモン共鳴が発生し、X方向の構造周期及び孤立領域A2の隙間距離に起因した波長域の光が吸収される。一方、表示体を構成する孤立領域A2の配列において、孤立領域A2の隙間距離が短い方向に平行な偏光(Y偏光)を有する光を入射した場合、Y方向の構造周期及び孤立領域A2の隙間距離に対応した表面プラズモン共鳴が発生し、Y方向の構造周期及び孤立領域A2の隙間距離に起因した波長域の光が吸収される。このとき、孤立領域A2の隙間距離はX方向とY方向とで異なるため、X偏光とY偏光とでの表面プラズモン共鳴吸収が発生する波長域は異なる。このようにして、第1実施形態の変形例に係る表示体においても、2つの方向に対応する隙間距離(WP5、WP6)を異なる長さとすることにより、偏光選択性を付与することが可能である。
[表示体の製造方法]
次に、第1実施形態およびその変形例に係る表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部11の表面に、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを形成する。第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部11の表面に突部を形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより突部を形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
次に、第1実施形態およびその変形例に係る表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部11の表面に、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを形成する。第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部11の表面に突部を形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより突部を形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
例えば、図8に示したように基材11aと中間層11bとから構成される支持部11を有する表示体を製造する場合、まず、基材11aとして、ポリエチレンテレフタラートシートを用い、基材11a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膜の表面に、凹版である合成石英モールドの表面を押し当て、これら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合成石英モールドを離型する。これによって、基材11aの表面の樹脂に凹版の有する凹凸が転写され、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とからなる突部および中間層11bが形成される。なお、紫外線硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱に変更することも可能である。また、紫外線硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱および冷却に変更することも可能である。
次いで、突部を備える支持部11の表面に、第1金属層23、および、第2金属層42を形成する。第1金属層23、および、第2金属層42を形成する方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法である。これによって、第1金属層23の頂面によって区画される第1格子層21が形成され、第2金属層42の頂面によって区画される第2格子層41が形成され、これら第1格子層21と第2格子層41とに挟まれた中間格子層31が形成される。
[第1表示領域の構成例]
図11が示すように、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、第1格子層21と支持部11との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。
図11が示すように、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、第1格子層21と支持部11との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。
また、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、裏面10Tから表面10Sへ透過する光の強度が小さく、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。
そして、第1金属層23の厚さT2が10nm以上であり、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が0.75以下であれば、表示体の表裏を判断するための上記観察において、それの精度が十分に得られる。
他方、第1金属層23の厚さT2が薄いほど、また、第2金属層42の厚さT4が薄いほど、表面透過観察や裏面透過観察では、これらを透過する光の強度が大きい。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が大きいほど、これもまた、表示体を透過する光の強度が大きい。
そして、第1金属層23の厚さT2や、第2金属層42の厚さT4が、200nm以下であり、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が0.25以上であれば、表面透過観察で視認される像や、裏面透過観察で視認される像が、それを視認できる程度に明りょうとなる。
第1誘電体層22の厚さT2と、第1中間誘電体層32の厚さT3との合計は、第1誘電体層22の幅WTと、最短幅WPとの合計である構造周期PTよりも小さいことが好ましい。また、第1誘電体層22の厚さT2と第1中間誘電体層32の厚さT3との合計は、構造周期PTの半分よりも小さいことが、より好ましい。
こうした構成であれば、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが一体である樹脂構造体において、その構造体の形状の精度を高めることが可能であり、また、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とからなる凸部11Tが支持部11の表面で倒れることが抑えられる。
可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値である金属材料は、それを用いた第1格子層21や第2格子層41において、プラズモン共鳴を生じやすい。そこで、第1金属層23を構成する材料は、上記複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましい。第2金属層42を構成する材料もまた、上記複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましい。
これら第1金属層23や第2金属層42を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどである。
これら第1金属層23や第2金属層42を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどである。
なお、上記製造方法において説明したように、第1金属層23と第2金属層42とは、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが形成された支持部11に対する金属層の成膜によって、単一の工程で形成することができる。
この場合、成膜源から飛行する金属粒子は、支持部11の表面に対して、所定の角度分布を有して付着する。結果として、第2金属層42の幅W4は、第1中間誘電体層32の幅WTよりも若干大きくなり、相互に隣り合う第2金属層42の最短幅WP4は、最短幅WPよりも若干小さくなる。この際、構造周期PTに対する第2金属層42の幅W4の比は、0.25以上0.75以下である。ちなみに、第1金属層23における第1中間誘電体層32の周囲は、第2金属層42によるシャドウ効果の影響を受け、第1中間誘電体層32に近い部位ほど薄い。
また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第1中間誘電体層32の側面にも、第2金属層42に連続する金属層である中間金属層32Aが形成される。
中間金属層32Aは、第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とに挟まれる。中間金属層32Aは、第2金属層42と一体の構造体であり、第1中間誘電体層32の側面上での厚みが、第1金属層23に近い部位ほど薄い。
こうした中間金属層32Aは、構造周期PTがサブ波長周期であるため、第2格子層41や中間格子層31の厚さ方向での屈折率の変化を連続的とする。そして、中間金属層32Aは、表示体の外側から第2格子層41に入射した光を反射し難く、中間格子層31や第1格子層21へ透過しやすい。それゆえに、上述した表面反射観察においては、より黒色に近い色が、第1表示領域10Aで視認される。また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第1金属層23を構成する材料と、第2金属層42を構成する材料とは、相互に等しい。
ここで、第2誘電体層43と第2金属層42との間の屈折率差が小さいほど、第2格子層41での平均化された屈折率は、第2格子層41と他の層との界面でのフレネル反射を抑えやすい。他方、第1誘電体層22と第1金属層23との間の屈折率差が大きいほど、第1格子層21の平均化された屈折率は、第1格子層21と支持部11との界面でのフレネル反射を促しやすい。
そこで、第1金属層23と第2金属層42とが、相互に等しい屈折率を有し、かつ、第1誘電体層22と第1金属層23との間の屈折率差が、第2誘電体層43と第2金属層42との間の屈折率差よりも大きい構成であれば、第2格子層41と他の層との界面でのフレネル反射を抑え、かつ、第1格子層21と他の層との界面でのフレネル反射を促すことが可能である。
なお、第2格子層41と他の層との界面でのフレネル反射を抑え、かつ、第1格子層21と他の層との界面でのフレネル反射を促すためには、以下の条件が満たされていることが好ましい。すなわち、第2誘電体層43に対して中間格子層31とは反対側で第2誘電体層43に接する層である表面層と、第2誘電体層43との間の屈折率差は、第1金属層23と支持部11との間の屈折率差よりも小さいことが好ましい。表面層は、例えば空気層である。そして、第2誘電体層43の屈折率は、表面層の屈折率と等しいことがさらに好ましい。
以上、第1実施形態およびその変形例によれば、以下に列挙する効果が得られる。
(1)表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることや、表示体の貼り付けられた物品の意匠性を高めることが可能ともなる。
(1)表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることや、表示体の貼り付けられた物品の意匠性を高めることが可能ともなる。
(2)表面反射観察と裏面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。また、裏面反射観察と表面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。
(3)構造周期PTの大きさが、可視領域の波長以下であるサブ波長周期であり、可視領域の光の一次回折光の形成を抑える大きさである。そのため、裏面反射観察、表面透過観察、裏面透過観察による像に、虹色が含まれることを抑えて、各観察による像の色彩を、より鮮明にすることが可能ともなる。
(4)第1格子層21の厚さT2と、中間格子層31の厚さT3との合計が、ナノインプリントなどの凹版を適用できる程度の大きさであるため、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体に成形することが可能ともなる。
(5)第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが一体の構造体であり、また、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43とが一体であるため、表示体の構造を簡素化することが可能ともなる。さらに、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43とが一体の空気層である構成であれば、表示体の構造をさらに簡素化することが可能ともなる。
(6)中間金属層32Aが反射防止機能を備えるため、表面反射観察によって視認される像の色彩を、さらに黒色に近い色彩とすることが可能ともなる。
(7)表面反射観察と、裏面反射観察と、表面もしくは裏面での透過観察との各々において、第1表示領域10A’の色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体が付された物品に対して、それの真贋の判定における精度を高めることが可能ともなる。
(8)表面反射観察と、裏面反射観察と、表面もしくは裏面での透過観察との各々において、第1表示領域10A’の色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体による表示の形態を、より複雑なものとすること、また、表示体の有する意匠性を高めることが可能ともなる。
(9)第1の方向に沿った孤立領域A2間の隙間距離と、第2の方向に沿った孤立領域A2間の隙間距離とが異なるため偏光選択性を有することができる。それゆえに、孤立領域A2間の各隙間距離を調整して、表示機能に加えて光学応答機能やセンサ機能としての効果を発現することができる。
<変形例>
上記第1実施形態およびその変形例に係る表示体は、以下のように変更して実施することもできる。
[中間格子層31]
・第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
上記第1実施形態およびその変形例に係る表示体は、以下のように変更して実施することもできる。
[中間格子層31]
・第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
・第2中間誘電体層33と第2誘電体層43とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第2誘電体層43の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
[第1格子層21]
・図12が示すように、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体の構造体として構成する。この一体の構造体である凸部11Tの形状は、支持部11の表面から突き出る錐体状に具体化できる。こうした構造であれば、第1誘電体層22や第1中間誘電体層32の形成に際して、それを形成するための凹版の離型を円滑に進めることが可能である。
・図12が示すように、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体の構造体として構成する。この一体の構造体である凸部11Tの形状は、支持部11の表面から突き出る錐体状に具体化できる。こうした構造であれば、第1誘電体層22や第1中間誘電体層32の形成に際して、それを形成するための凹版の離型を円滑に進めることが可能である。
[第2表示領域10B]
・図13が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の表面に金属層23Bのみを備える構成として具体化できる。この際、表面反射観察では、黒色、もしくは、黒色に近い色彩を有する像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。他方、裏面反射観察では、第1格子層21と支持部11との界面でのフレネル反射による光として、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって消費される波長領域の影響を受けた光による有色の像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属層23Bと支持部11との界面でのフレネル反射のみが反映された金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。
・図13が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の表面に金属層23Bのみを備える構成として具体化できる。この際、表面反射観察では、黒色、もしくは、黒色に近い色彩を有する像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。他方、裏面反射観察では、第1格子層21と支持部11との界面でのフレネル反射による光として、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって消費される波長領域の影響を受けた光による有色の像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属層23Bと支持部11との界面でのフレネル反射のみが反映された金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。
[保護層]
・表示体は、第2金属層42の上に保護層をさらに備える。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
・表示体は、第2金属層42の上に保護層をさらに備える。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
なお、図14が示すように、保護層45は、第2誘電体層43、および、第2中間誘電体層33と一体の構造体に具体化できる。この際、保護層45は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第1誘電体層22の屈折率や第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有する。
・表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の配置は、孤立領域A2が並ぶ第1の方向と、孤立領域A2が並ぶ方向であって第1の方向に交差する第2の方向とで孤立領域A2間の隙間距離が異なれば、正方配列、六方配列および長方配列に限らず、二次元格子状の配列であればよい。すなわち、複数の第1誘電体層22は二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第1中間誘電体層32も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第2金属層42も二次元格子状に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、第1の方向と、第2の方向とで周期要素間の隙間距離が異なる、サブ波長周期を有した二次元格子状に並んでいればよい。二次元格子状の配列は、二次元平面内において交差する2つの方向の各々に沿って要素が並ぶ配列である。この際、構造周期PTに対する幅WTの比は、1つの方向での構造周期PTに対する幅WTの比であり、当該比が所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記2つの方向の各々について、構造周期PTに対する幅WTの比が所定の範囲内であることを示す。
また、表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の形状、すなわち、周期要素の平面形状は、正方形や長方形に限らず、他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
・第1格子層21および第2格子層41にてプラズモン共鳴が生じる構造を表示体が有していれば、表示体を透過する透過光は、構造周期PTに応じた特定の波長領域の光となる。第2格子層41と他の層との界面にてフレネル反射が生じ、表面反射観察にて黒色とは異なる有色の像が第1表示領域10Aで視認される場合であっても、プラズモン共鳴によって消費される波長領域は、反射光には含まれないため、表面反射観察と裏面透過観察とでは、互いに異なる色彩の像が視認される。また、裏面反射観察と表面透過観察とでも、互いに異なる色彩の像が視認される。したがって、表示体の表面の観察と裏面の観察とで、互いに異なる色彩の像を視認させることが可能であり、すなわち、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることができる。それゆえ、表示体の付された物品における偽造の困難性や意匠性をより高めることができる。例えば、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比、および、構造周期PTに対する第2金属層42の幅WTの比は、0.25以上0.75以下とは異なる値であってもよい。また例えば、第1格子層21と中間格子層31と第2格子層41との厚さの関係は、上記実施形態と異なってもよい。
(第2実施形態)
図15から図18を参照して表示体、表示体付きデバイス、および、表示体の製造方法の第2実施形態を説明する。以下では、第2実施形態と第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図15から図18を参照して表示体、表示体付きデバイス、および、表示体の製造方法の第2実施形態を説明する。以下では、第2実施形態と第1実施形態との相違点を中心に説明し、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
[表示体の構造]
図15が示すように、表示体の第1表示領域10Aは、支持部11、第1格子層21、中間格子層31、および、第2格子層41に加えて、上部格子層51を備えている。第1格子層21、中間格子層31、第2格子層41、および、上部格子層51は、支持部11の表面からこの順に並んでいる。すなわち、第2格子層41は、中間格子層31と上部格子層51とに挟まれている。支持部11は、第1実施形態と同様の構成を有する。図15は、支持部11が基材11aと中間層11bとから構成された形態を示している。なお、支持部11が、基材11aと中間層11bとから構成される場合、基材11aを構成する材料の屈折率と、中間層11bを構成する材料の屈折率とは近いほど好ましい。基材11aおよび中間層11bの各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.2以上1.7以下である。
図15が示すように、表示体の第1表示領域10Aは、支持部11、第1格子層21、中間格子層31、および、第2格子層41に加えて、上部格子層51を備えている。第1格子層21、中間格子層31、第2格子層41、および、上部格子層51は、支持部11の表面からこの順に並んでいる。すなわち、第2格子層41は、中間格子層31と上部格子層51とに挟まれている。支持部11は、第1実施形態と同様の構成を有する。図15は、支持部11が基材11aと中間層11bとから構成された形態を示している。なお、支持部11が、基材11aと中間層11bとから構成される場合、基材11aを構成する材料の屈折率と、中間層11bを構成する材料の屈折率とは近いほど好ましい。基材11aおよび中間層11bの各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.2以上1.7以下である。
[第1格子層21]
第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。各第1誘電体層22は、支持部11の表面から突き出た構造体である。各第1誘電体層22は、支持部11と一体であってもよいし、支持部11とは別体であってもよい。表面10Sと対向する方向から見て、第1誘電体層22の位置する周期である構造周期PTは、可視領域の波長以下であるサブ波長周期である。第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1誘電体層22を1つずつ囲う網目状を有する構造体である。第1金属層23は、支持部11とは別体である。第1格子層21において、第1金属層23は、構造的および光学的に海成分であり、各第1誘電体層22は構造的および光学的に島成分である。
第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。各第1誘電体層22は、支持部11の表面から突き出た構造体である。各第1誘電体層22は、支持部11と一体であってもよいし、支持部11とは別体であってもよい。表面10Sと対向する方向から見て、第1誘電体層22の位置する周期である構造周期PTは、可視領域の波長以下であるサブ波長周期である。第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1誘電体層22を1つずつ囲う網目状を有する構造体である。第1金属層23は、支持部11とは別体である。第1格子層21において、第1金属層23は、構造的および光学的に海成分であり、各第1誘電体層22は構造的および光学的に島成分である。
[中間格子層31]
中間格子層31は、複数の第1中間誘電体層32と、単一の第2中間誘電体層34とを備える。各第1中間誘電体層32は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第2中間誘電体層34は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1中間誘電体層32は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22から突き出た構造体である。各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22と一体であってもよいし、第1誘電体層22とは別体であってもよい。表面10Sと対向する方向から見て、第1中間誘電体層32の位置する周期は、構造周期PTである。第2中間誘電体層34は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1中間誘電体層32を1つずつ囲う網目状を有する構造体である。第2中間誘電体層34は、第1金属層23とは別体である。中間格子層31において、第2中間誘電体層34は、構造的および光学的に海成分であり、各第1中間誘電体層32は、構造的および光学的に島成分である。
中間格子層31は、複数の第1中間誘電体層32と、単一の第2中間誘電体層34とを備える。各第1中間誘電体層32は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第2中間誘電体層34は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1中間誘電体層32は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22から突き出た構造体である。各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22と一体であってもよいし、第1誘電体層22とは別体であってもよい。表面10Sと対向する方向から見て、第1中間誘電体層32の位置する周期は、構造周期PTである。第2中間誘電体層34は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1中間誘電体層32を1つずつ囲う網目状を有する構造体である。第2中間誘電体層34は、第1金属層23とは別体である。中間格子層31において、第2中間誘電体層34は、構造的および光学的に海成分であり、各第1中間誘電体層32は、構造的および光学的に島成分である。
[第2格子層41]
第2格子層41は、複数の第2金属層42と、単一の第2誘電体層44とを備える。各第2金属層42の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2を含む。単一の第2誘電体層44の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第2金属層42は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32の頂面に重なる構造体である。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第2金属層42の位置する周期は、構造周期PTである。第2誘電体層44は、表面10Sと対向する方向から見て、各第2金属層42を1つずつ囲う網目状を有する構造体である。第2誘電体層44は、第2中間誘電体層34と一体であってもよいし、別体であってもよい。第2格子層41において、第2誘電体層44は、構造的および光学的に海成分であり、各第2金属層42は、構造的および光学的に島成分である。
第2格子層41は、複数の第2金属層42と、単一の第2誘電体層44とを備える。各第2金属層42の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2を含む。単一の第2誘電体層44の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第2金属層42は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32の頂面に重なる構造体である。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第2金属層42の位置する周期は、構造周期PTである。第2誘電体層44は、表面10Sと対向する方向から見て、各第2金属層42を1つずつ囲う網目状を有する構造体である。第2誘電体層44は、第2中間誘電体層34と一体であってもよいし、別体であってもよい。第2格子層41において、第2誘電体層44は、構造的および光学的に海成分であり、各第2金属層42は、構造的および光学的に島成分である。
[上部格子層51]
上部格子層51は、複数の第1上部誘電体層52と、単一の第2上部誘電体層53とを備える。各第1上部誘電体層52の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2を含む。単一の第2上部誘電体層53の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第1上部誘電体層52は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。
上部格子層51は、複数の第1上部誘電体層52と、単一の第2上部誘電体層53とを備える。各第1上部誘電体層52の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2を含む。単一の第2上部誘電体層53の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第1上部誘電体層52は、表面10Sに沿って、二次元格子状の配列に並ぶ。
各第1上部誘電体層52は、第2金属層42の頂面に重なる構造体である。各第1上部誘電体層52は、第2金属層42とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第1上部誘電体層52の位置する周期は、構造周期PTである。第2上部誘電体層53は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1上部誘電体層52を1つずつ囲う網目状を有する。第2上部誘電体層53は、第2誘電体層44とは別体である。上部格子層51において、第2上部誘電体層53は、構造的および光学的に海成分であり、各第1上部誘電体層52は、構造的および光学的に島成分である。図16が示すように、周辺領域A3においては、支持部11に近い層から順に、第1格子層21の第1金属層23と、中間格子層31の第2中間誘電体層34と、第2格子層41の第2誘電体層44と、上部格子層51の第2上部誘電体層53とが位置する。
[各格子層の材料]
第1誘電体層22および第1中間誘電体層32は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料から構成される。第1誘電体層22および第1中間誘電体層32の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.2以上1.7以下である。例えば、基材11aの中間層11b、第1誘電体層22、および、第1中間誘電体層32は一体の構造物であり、これらは同一の材料から構成される。第1金属層23および第2金属層42は、金属材料から構成されている。第1金属層23および第2金属層42を構成する材料は、可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましく、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどであることが好ましい。第1金属層23と第2金属層42とは、例えば、同一の材料から構成される。
第1誘電体層22および第1中間誘電体層32は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料から構成される。第1誘電体層22および第1中間誘電体層32の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.2以上1.7以下である。例えば、基材11aの中間層11b、第1誘電体層22、および、第1中間誘電体層32は一体の構造物であり、これらは同一の材料から構成される。第1金属層23および第2金属層42は、金属材料から構成されている。第1金属層23および第2金属層42を構成する材料は、可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましく、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどであることが好ましい。第1金属層23と第2金属層42とは、例えば、同一の材料から構成される。
第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52は、可視領域の光を透過する透明な誘電体である。第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52は、二酸化珪素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ニオブ(Nb2O5)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化チタン(TiO2)、弗化マグネシウム(MgF2)、弗化カルシウム(CaF2)などの無機化合物から構成されることが好ましい。ただし、第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52は、有機化合物から構成されてもよい。第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、1.3以上3.0以下である。
例えば、第2中間誘電体層34と第2誘電体層44とは一体の構造物であり、第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52は、同一の材料から構成される。
第2上部誘電体層53は、可視領域の光を透過する透明な誘電体であり、空気層、もしくは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である。第2上部誘電体層53の屈折率は、第1上部誘電体層52および第2誘電体層44の各々の屈折率よりも低い。
孤立領域A2と周辺領域A3とからなる平面において、単位面積あたりにおいて孤立領域A2が占める面積の割合は、0.5よりも小さい。すなわち、第1格子層21における第1金属層23の体積比率は、第1格子層21における第1誘電体層22の体積比率よりも大きい。また、中間格子層31における第2中間誘電体層34の体積比率は、中間格子層31における第1中間誘電体層32の体積比率よりも大きい。
そして、第2格子層41における第2誘電体層44の体積比率は、第2格子層41における第2金属層42の体積比率よりも大きい。また、上部格子層51における第2上部誘電体層53の体積比率は、上部格子層51における第1上部誘電体層52の体積比率よりも大きい。
上記構成において、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とから構成される構造体は、周期要素の一例であり、支持部11の表面を基準面として、基準面から突出する凸部11Tでもある。そして、支持部11、第1誘電体層22、および、第1中間誘電体層32から構成される構造体は、周期構造体の一例である。また、第1金属層23と第2金属層42とから構成される層は、周期構造体の表面に位置し、層全体としての形状が周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層61として捉えられる。周期構造体の表面は、基準面のうち各周期要素を囲む領域と各周期要素の表面とを含む面である。
また、第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52から構成される層は、金属層61における周期構造体と接する面とは反対側の面に位置し、層全体としての形状が金属層61の表面形状に追従する形状を有した誘電体層62として捉えられる。
[表示体の製造方法]
次に、第2実施形態の表示体を製造する方法の一例を説明する。
支持部11、第1誘電体層22、第1中間誘電体層32、第1金属層23、および、第2金属層42は、第1実施形態と同様に形成される。すなわち、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た凸部11Tとして一体に形成される。凸部11Tの形成には、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部11の表面に凸部11Tを形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより凸部11Tを形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
次に、第2実施形態の表示体を製造する方法の一例を説明する。
支持部11、第1誘電体層22、第1中間誘電体層32、第1金属層23、および、第2金属層42は、第1実施形態と同様に形成される。すなわち、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た凸部11Tとして一体に形成される。凸部11Tの形成には、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部11の表面に凸部11Tを形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより凸部11Tを形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
次いで、凸部11Tが形成された支持部11の表面に、真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて、金属層61が形成される。金属層61は、支持部11と凸部11Tとからなる周期構造体の表面形状に追従する形状に形成される。これにより、第1金属層23、および、第2金属層42が形成される。
次いで、金属層61が形成された構造体の表面に、誘電体層62が形成される。誘電体層62の形成には、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法が用いられる。誘電体層62は、金属層61の表面形状に追従する形状に形成される。これにより、第2中間誘電体層34、第2誘電体層44、および、第1上部誘電体層52が形成される。
こうした製造方法によって、第1金属層23の頂面によって区画される第1格子層21が形成され、第1中間誘電体層32の頂面、すなわち、凸部11Tの頂面によって区画される中間格子層31が区画される。さらに、第2金属層42の頂面によって区画される第2格子層41が形成され、第1上部誘電体層52の頂面によって区画される上部格子層51が形成される。
[表示体の光学的な作用]
図17を参照して、第2実施形態の表示体における光学的な構成および作用を説明する。
図17が示すように、表示体の外側から上部格子層51に入射する白色の光L1は、空気層から上部格子層51に入る。上部格子層51の屈折率は、第1上部誘電体層52の屈折率と第2上部誘電体層53の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、上部格子層51の屈折率は、海成分である第2上部誘電体層53に支配された大きさであり、空気層に近い値である。このとき、光L1は、空気層に近い屈折率を有した上部格子層51に空気層から入るため、空気層と上部格子層51との界面においては、フレネル反射を生じ難い。したがって、空気層と上部格子層51との界面での反射が抑えられ、上部格子層51に入射した光は上部格子層51を透過して第2格子層41に到達する。
図17を参照して、第2実施形態の表示体における光学的な構成および作用を説明する。
図17が示すように、表示体の外側から上部格子層51に入射する白色の光L1は、空気層から上部格子層51に入る。上部格子層51の屈折率は、第1上部誘電体層52の屈折率と第2上部誘電体層53の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、上部格子層51の屈折率は、海成分である第2上部誘電体層53に支配された大きさであり、空気層に近い値である。このとき、光L1は、空気層に近い屈折率を有した上部格子層51に空気層から入るため、空気層と上部格子層51との界面においては、フレネル反射を生じ難い。したがって、空気層と上部格子層51との界面での反射が抑えられ、上部格子層51に入射した光は上部格子層51を透過して第2格子層41に到達する。
第2格子層41の屈折率は、第2金属層42の屈折率と第2誘電体層44の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、第2格子層41の屈折率は、海成分である第2誘電体層44に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高い値である。また、第2格子層41は金属と誘電体とからなる格子構造を有し、第2金属層42の構造周期PTはサブ波長周期であるため、第2格子層41ではプラズモン共鳴が生じる。したがって、第2格子層41に到達した光の一部は、上部格子層51と第2格子層41との界面で反射し、第2格子層41に到達した光の一部は、表面プラズモンに変換されて第2格子層41を透過する。プラズモン共鳴によって消費される波長領域の光EP2は、上部格子層51と第2格子層41との界面で反射されない。
中間格子層31の屈折率は、第1中間誘電体層32の屈折率と第2中間誘電体層34の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、中間格子層31の屈折率は、海成分である第2中間誘電体層34に支配された大きさである。第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層34とは、可視領域の光を透過する透明な誘電体であるため、中間格子層31は、可視領域の光の透過性が高い。第2格子層41の屈折率と中間格子層31の屈折率との差によっては、中間格子層31に到達した光の一部は、第2格子層41と中間格子層31との界面で反射する。
第1格子層21の屈折率は、第1誘電体層22の屈折率と第1金属層23の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、第1格子層21の屈折率は、海成分である第1金属層23に支配された大きさである。また、第1格子層21は金属と誘電体とからなる格子構造を有し、第1誘電体層22の構造周期PTはサブ波長周期であるため、第1格子層21ではプラズモン共鳴が生じる。したがって、第1格子層21に到達した光の一部は、中間格子層31と第1格子層21との界面で反射し、第1格子層21に到達した光の一部は、表面プラズモンに変換されて第1格子層21を透過する。プラズモン共鳴によって消費される波長領域の光EP1は、中間格子層31と第1格子層21との界面で反射されない。
第1格子層21を透過した光の一部は、第1格子層21と支持部11との界面や、中間層11bと基材11aとの界面や、支持部11と空気層との界面で反射され得る。そして、第1格子層21を透過した光の一部は、支持部11を透過して表示体の裏面側に射出される。
このように、表示体の外側から白色の光L1を入射させたとき、表示体の裏面側には、第1格子層21および第2格子層41を透過した表面プラズモンが再変換された光と、すべての層を透過した光とを含む特定の波長領域の光LP1が射出される。したがって、表示体の外側から上部格子層51へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面透過観察によれば、黒色および白色とは異なる有色の色彩が、第1表示領域10Aで視認される。
各層の界面で反射した光は、表示体の表面側に射出され、これらの光の光路差に起因して干渉を起こす。結果として、表示体の外側から白色の光L1を入射させたとき、表示体の表面側には、プラズモン共鳴および光の干渉が作用した特定の波長領域の光LR1が射出される。上述のように、第1格子層21および第2格子層41の各々において特定の波長領域の光に対しプラズモン共鳴が生じるため、格子層21,41ごとに、プラズモン共鳴によって消費されて格子層21,41を透過する波長領域と、プラズモン共鳴によって消費されずに格子層21,41と他の層との界面で反射される波長領域とは異なる波長領域となる。したがって、表示体の外側から上部格子層51へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面反射観察によれば、裏面透過観察とは異なる色彩であって、黒色および白色とは異なる有色の色彩が、第1表示領域10Aで視認される。
また、表示体の外側から支持部11に白色の光を入射させたとき、同様に、第1格子層21および第2格子層41の各々ではプラズモン共鳴が生じる。そして、表示体の表面側には、第1格子層21および第2格子層41の各々を透過した表面プラズモンが再変換された光と、すべての層を透過した光とを含む特定の波長領域の光が射出される。一方、表示体の外側から支持部11に白色の光を入射させたとき、表示体の裏面側には、各層の界面で反射した光として、プラズモン共鳴および光の干渉が作用した特定の波長領域の光が射出される。
したがって、表示体の外側から支持部11へ光を入射させたとき、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面透過観察と、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面反射観察とでは、互いに異なる色彩であって、黒色および白色とは異なる有色の色彩が、第1表示領域10Aで視認される。
孤立領域A2と周辺領域A3とからなる平面において、孤立領域A2が占める面積比率が0.5よりも小さいことに基づき、プラズモン共鳴が生じる第1格子層21と第2格子層41のうち、第1格子層21は、第1金属層23が支配的に位置する層となり、第2格子層41は、第2誘電体層44が支配的に位置する層となる。こうした構造の違いに起因して、第1格子層21と第2格子層41とで、プラズモン共鳴により消費される波長領域は異なり、また、第1格子層21と他の層との界面と、第2格子層41と他の層との界面とで、光の反射率は異なる。そして、こうした第1格子層21と第2格子層41との光学的な特性の違いは、孤立領域A2が占める面積比率が小さくなるほど、顕著となる。
表示体の表面側から表示体に入射する光は、第1格子層21よりも第2格子層41に先に到達し、第2格子層41による光学的作用を大きく受ける。一方、表示体の裏面側から表示体に入射する光は、第2格子層41よりも第1格子層21に先に到達し、第1格子層21による光学的作用を大きく受ける。結果として、表面側から表示体に光が入射する場合と、裏面側から表示体に光が入射する場合とで、特に反射光の色相が大きく異なる。すなわち、表面反射観察と裏面反射観察とでは、互いに異なる色彩の像が第1表示領域10Aで視認される。なお、表面透過観察と裏面透過観察とでは、同様の色相の像が視認される。
さらに、各格子層21,41においてプラズモン共鳴によって消費される波長領域は、各格子層21,41の格子構造、すなわち、構造周期PTや各格子層21,41の厚さや第1誘電体層22および第2金属層42の幅WTによって変わり、また、各格子層21,41の材料、すなわち、金属層61の材料や凸部11Tの材料の屈折率や誘電体層62の材料の屈折率によって変わる。したがって、例えば、第1格子層21における第1誘電体層22の材料の選択や、第2格子層41における第2誘電体層44の材料の選択によって、反射観察や透過観察で観察される色彩を調整することができる。
例えば、同一の構造周期PTを有する2つの表示体であって、凸部11Tおよび金属層61の各々の材料が2つの表示体で同一であり、誘電体層62の材料が2つの表示体で異なる表示体を比較する。すなわち、2つの表示体において、第1格子層21の構成は同一であり、中間格子層31における第1中間誘電体層32の材料も同一であり、第2格子層41における第2金属層42の材料も同一である。一方、2つの表示体において、中間格子層31における第2中間誘電体層34の材料は互いに異なり、第2格子層41における第2誘電体層44の材料は互いに異なり、上部格子層51における第1上部誘電体層52の材料も互いに異なっている。2つの表示体に裏面側から光を照射するとき、2つの表示体における第1格子層21の構成は同一であるため、裏面反射観察によって観察される色彩は、2つの表示体で大きくは変わらない。一方、2つの表示体に表面側から光を照射するとき、表面反射観察によって観察される色彩は、各表示体の第2誘電体層44の屈折率に応じて、2つの表示体で互いに異なる。また、2つの表示体において、中間格子層31、第2格子層41、および、上部格子層51の各々の構成が互いに異なっていることにより、これらの層を透過する光の波長領域は、2つの表示体で互いに異なる。したがって、表面透過観察によって観察される色彩は、2つの表示体で互いに異なり、また、裏面透過観察によって観察される色彩も、2つの表示体で互いに異なる。
[各格子層の構成例]
各格子層の詳細構成について、好ましい構成例を説明する。
図15および図16に示すように、凸部11Tの高さである厚さT5は、すなわち、第1格子層21と中間格子層31とを合わせた厚さである。厚さT5は、凸部11Tが倒れにくく支持部11と凸部11Tとからなる構造体の耐久性が高められること、および、凸部11Tの加工の精度が得られやすいことから、構造周期PTの2分の1よりも小さいことが好ましい。さらに、プラズモン共鳴や光の干渉の作用によって反射観察や透過観察で視認される色彩が鮮明になる観点から、厚さT5は、50nm以上200nm以下であることがより好ましい。
各格子層の詳細構成について、好ましい構成例を説明する。
図15および図16に示すように、凸部11Tの高さである厚さT5は、すなわち、第1格子層21と中間格子層31とを合わせた厚さである。厚さT5は、凸部11Tが倒れにくく支持部11と凸部11Tとからなる構造体の耐久性が高められること、および、凸部11Tの加工の精度が得られやすいことから、構造周期PTの2分の1よりも小さいことが好ましい。さらに、プラズモン共鳴や光の干渉の作用によって反射観察や透過観察で視認される色彩が鮮明になる観点から、厚さT5は、50nm以上200nm以下であることがより好ましい。
金属層61の厚さT6は、すなわち、第1金属層23および第2金属層42の各々の厚さである。厚さT6は、プラズモン共鳴が生じやすいこと、および、反射観察で視認される色彩が鮮明になることから、10nm以上であることが好ましい。一方、厚さT6が厚さT5以上であると、凸部11Tが金属層61に埋没し、中間格子層31が消失する。中間格子層31が存在しなかったとしても、金属層61が、支持部11と凸部11Tとからなる構造体の表面形状に追従した形状を有することにより第1格子層21と第2格子層41とが形成されていれば、プラズモン共鳴に起因した表面反射観察と裏面反射観察とでの視認される色彩の違い、および、これらの反射観察と透過観察とでの視認される色彩の違いは生じ得る。しかしながら、金属層61が凸部11Tを埋没させない程度に薄い方が、表示体における光の透過率が高められ、透過観察における像が明りょうに視認される。したがって、金属層61の厚さT6は、凸部11Tの高さである厚さT5よりも小さいことが好ましい。
なお、金属層61の製法によっては、金属層61の厚さは、凸部11T上の領域、すなわち第2金属層42と、隣り合う凸部11Tの間の領域、すなわち第1金属層23とで異なる場合がある。本実施形態において金属層61の厚さT6とは、周辺領域A3における帯状に延びる領域、すなわち、1つの方向に沿って凸部11Tが存在しない領域の幅方向の中央部に位置する金属層61の厚さとして定義される。
誘電体層62の厚さT7は、すなわち、第2中間誘電体層34と第2誘電体層44とを合わせた厚さであり、かつ、第1上部誘電体層52の厚さである。誘電体層62の厚さT7は、凸部11Tの高さである厚さT5よりも大きいことが好ましい。なお、隣り合う凸部11Tの間の領域において誘電体層62が凸部11T上の金属層61よりも突出しているとき、上部格子層51における第2上部誘電体層53の一部は、誘電体層62によって構成される。
厚さT7が厚さT5よりも大きい構成であれば、第2格子層41にて第2金属層42の厚さ方向の全体が誘電体層62に囲まれるため、第2格子層41におけるプラズモン共鳴が生じやすくなり、また、誘電体層62の材料の変更が、第2格子層41でのプラズモン共鳴で消費される波長領域の変化に反映されやすくなる。また、支持部11、凸部11T、および、金属層61からなる構造体が、誘電体層62に埋没するため、誘電体層62が上記構造体を保護する層として機能する。
なお、厚さT7が厚さT5よりも小さかったとしても、金属と誘電体との格子構造を有する層ではプラズモン共鳴が生じ、このプラズモン共鳴の作用により反射観察と透過観察とでの視認される色彩の違いは生じ得る。
ちなみに、誘電体層62の厚さT7が小さく、隣り合う凸部11Tの間の領域に位置する誘電体層62が凸部11T上の金属層61よりも窪んでいるとき、第2格子層41の第2誘電体層44の一部もしくは全部は、上部格子層51の第2上部誘電体層53と同一の材料から構成される。すなわち、この場合、第2誘電体層44の一部もしくは全部は、空気層もしくは樹脂層である。ただし、第2誘電体層44は、上述のように、第2中間誘電体層34から連続する構造体であることが好ましく、誘電体層62の厚さT7は、凸部11Tの高さである厚さT5よりも大きいことが好ましい。
ちなみに、誘電体層62の厚さT7が小さく、隣り合う凸部11Tの間の領域に位置する誘電体層62が凸部11T上の金属層61よりも窪んでいるとき、第2格子層41の第2誘電体層44の一部もしくは全部は、上部格子層51の第2上部誘電体層53と同一の材料から構成される。すなわち、この場合、第2誘電体層44の一部もしくは全部は、空気層もしくは樹脂層である。ただし、第2誘電体層44は、上述のように、第2中間誘電体層34から連続する構造体であることが好ましく、誘電体層62の厚さT7は、凸部11Tの高さである厚さT5よりも大きいことが好ましい。
誘電体層62の製法によっては、誘電体層62の厚さは、凸部11T上の領域、すなわち第1上部誘電体層52と、隣り合う凸部11Tの間の領域、すなわち第2中間誘電体層34および第2誘電体層44とで異なる場合がある。本実施形態において誘電体層62の厚さT7とは、周辺領域A3における帯状に延びる領域、すなわち、1つの方向に沿って凸部11Tが存在しない領域の幅方向の中央部に位置する誘電体層62の厚さとして定義される。
孤立領域A2と周辺領域A3とからなる平面において、孤立領域A2が占める面積比率、すなわち、基準面と凸部11Tとを含む平面において、単位面積あたりにおいて凸部11Tが占める面積の割合は、0.1より大きいことが好ましい。上記面積比率が0.1より大きい構成であれば、凸部11Tの幅に対する高さの比であるアスペクト比が過度に大きくなることが抑えられるため、支持部11と凸部11Tとからなる構造体の耐久性が高められ、また、凸部11Tの加工の精度が得られやすい。
一方、上記面積比率が0.5より小さい構成であれば、上部格子層51とその上層との界面においてフレネル反射が生じることが好適に抑えられる。なお、金属層61や誘電体層62の製法によっては、これらの層の形成の際に凸部11Tの側面にも材料が付着する。上記面積比率が0.5より小さい構成であれば、互いに隣り合う凸部11T間の領域の大きさが十分に確保され、凸部11T間の領域が、金属層61や誘電体層62の形成の際に凸部11Tの側面に付着した材料によって埋まることが抑えられる。したがって、金属層61および誘電体層62が下層の表面形状に追従した形状に形成されやすい。その結果、第1上部誘電体層52が点在する上部格子層51が好適に形成され、上部格子層51の界面でフレネル反射を抑える効果が好適に得られる。
なお、上記面積比率が0.5以上であっても、誘電体層62の表面が金属層61の表面形状に追従した凹凸を有していることにより、誘電体層62の表面が平坦である場合と比較して、フレネル反射を抑える効果は得られる。また、上部格子層51とその上層との界面においてフレネル反射が生じたとしても、第1格子層21および第2格子層41でのプラズモン共鳴に起因した表面反射観察と裏面反射観察とでの視認される色彩の違い、および、これらの反射観察と透過観察とでの視認される色彩の違いは生じ得る。ただし、上部格子層51とその上層との界面でのフレネル反射、すなわち、表示体の最外面付近でのフレネル反射が抑えられることにより、表示体の内部における各層の界面での反射光の波長領域に応じた色が、表面反射観察において鮮明に視認されやすくなる。
表示体の特に表面側でフレネル反射を抑えるためには、第2上部誘電体層53に対して第2格子層41とは反対側で第2上部誘電体層53に接する層である表面層と、第2上部誘電体層53との間の屈折率差は、第1金属層23と支持部11との間の屈折率差よりも小さいことが好ましい。表面層は、例えば空気層である。そして、第2上部誘電体層53の屈折率は、表面層の屈折率と等しいことがさらに好ましい。
なお、第2表示領域10Bは、第1実施形態と同様に、支持部11のみを備えていてもよいし、支持部11に加えて、金属層61および誘電体層62の少なくとも一方を備えていてもよい。反射観察や透過観察にて、第2表示領域10Bは、第2表示領域10Bの層構成に応じた色彩や質感の像であって、第1表示領域10Aとは異なる色彩や質感の像を視認させることができる。
[表示体付きデバイス]
図18を参照して、上記表示体を備える表示体付きデバイスの構成を説明する。
図18が示すように、表示体付きデバイス110は、第2実施形態の表示体である表示体100と、光を放つことが可能に構成された光射出構造体70とを備えている。光射出構造体70は、光射出構造体70に照射された光を反射によって射出する構造体、もしくは、光射出構造体70自身の発光によって光を射出する構造体である。例えば、光射出構造体70は、白色光下において白色に見える構造体である。
図18を参照して、上記表示体を備える表示体付きデバイスの構成を説明する。
図18が示すように、表示体付きデバイス110は、第2実施形態の表示体である表示体100と、光を放つことが可能に構成された光射出構造体70とを備えている。光射出構造体70は、光射出構造体70に照射された光を反射によって射出する構造体、もしくは、光射出構造体70自身の発光によって光を射出する構造体である。例えば、光射出構造体70は、白色光下において白色に見える構造体である。
光射出構造体70は、表示体100の裏面10Tの一部と対向する位置に配置されており、光射出構造体70と裏面10Tとは離間している。すなわち、表示体100の表面10Sと対向する方向から見て、表面10Sには、光射出構造体70と重なる領域と、光射出構造体70と重ならない領域とが含まれる。詳細には、光射出構造体70は、第1表示領域10Aの一部と対向する位置に配置されている。
こうした構成によれば、表示体付きデバイス110の外側から表示体100の表面10Sに向けて白色の光が照射されたとき、第1表示領域10Aのなかで表示体100の裏面側に光射出構造体70が配置されていない部分では、上記表面反射観察と同様、表示体100からの反射光による色彩が視認される。
一方、第1表示領域10Aのなかで表示体100の裏面側に光射出構造体70が位置している部分では、光射出構造体70から表示体100の裏面10Tに向けて、光が照射される。光射出構造体70が自身に照射された光を反射によって射出する構造体である場合、裏面10Tに照射される光は、表示体100の透過光を光射出構造体70が反射した光であってもよいし、光射出構造体70の付近に設けられた光源から光射出構造体70に照射された光を光射出構造体70が反射した光であってもよい。また、光射出構造体70が自身の発光によって光を射出する構造体である場合、裏面10Tに照射される光は、光射出構造体70の発光によって生じた光である。したがって、表示体100の表面側から見た場合、第1表示領域10Aのなかで光射出構造体70と重なっている部分では、表面側から照射されて表示体100にて反射された光と、裏面側から照射されて表示体100を透過した光とを含む光による色彩が視認される。
結果として、表示体付きデバイス110の外側から表示体100の表面10Sに向けて白色の光が照射されている状態で、表示体100の表面側から表面10Sを観察すると、第1表示領域10Aのなかで光射出構造体70と重なっている部分と、光射出構造体70と重なっていない部分とが、互いに異なる色相の色に見える、あるいは、互いに異なる彩度や明度の色に見える。したがって、光射出構造体70の形状に応じた像が視認されるため、多様な像の表現が可能である。
また、光射出構造体70に対する光の照射の入切や光射出構造体70の発光の入切によって、光射出構造体70の形状に応じた像が見えたり見えなかったりするように、像の視認性の調節も可能である。これによっても、より多様な像の表現が可能である。
なお、光射出構造体70は、表示体100の表面10Sの一部と対向する位置に配置されていてもよい。この場合、表示体付きデバイス110の外側から表示体100の裏面10Tに向けて白色の光が照射されている状態で、表示体100の裏面側から裏面10Tを観察すると、第1表示領域10Aのなかで光射出構造体70と重なっている部分と、光射出構造体70と重なっていない部分とが、互いに異なる色彩に見える。
以上、第2実施形態によれば、第1実施形態の(1)~(3),(7)~(9)の効果に加えて、以下に列挙する効果が得られる。
(10)表示体が、誘電体層62を備えているため、誘電体層62を構成する材料の変更によって、反射観察や透過観察で観察される色彩を調整することが可能であり、こうした色彩の調整についての自由度が高められる。特に、誘電体層62が無機化合物から構成される形態であれば、誘電体層62の屈折率を広い範囲から選択可能である。また、誘電体層62は、金属層61の表面形状に追従する形状を有しているため、誘電体層62の表面が平坦である場合と比較して、表示体の最外面付近でのフレネル反射が抑えられる。その結果、表面反射観察において観察される色彩が鮮明になる。
(10)表示体が、誘電体層62を備えているため、誘電体層62を構成する材料の変更によって、反射観察や透過観察で観察される色彩を調整することが可能であり、こうした色彩の調整についての自由度が高められる。特に、誘電体層62が無機化合物から構成される形態であれば、誘電体層62の屈折率を広い範囲から選択可能である。また、誘電体層62は、金属層61の表面形状に追従する形状を有しているため、誘電体層62の表面が平坦である場合と比較して、表示体の最外面付近でのフレネル反射が抑えられる。その結果、表面反射観察において観察される色彩が鮮明になる。
(11)凸部11Tの高さである厚さT5が、構造周期PTの2分の1の長さよりも小さい構成であれば、支持部11と凸部11Tとからなる構造体の耐久性が高められ、また、凸部11Tの加工の精度が得られやすい。
(12)金属層61の厚さT6が10nm以上である構成であれば、第1格子層21および第2格子層41にてプラズモン共鳴が生じやすく、また、反射観察で視認される色彩が鮮明になる。また、金属層61の厚さT6が、凸部11Tの高さである厚さT5よりも小さい構成であれば、表示体における光の透過率が高められ、透過観察における像が明りょうになる。
(13)誘電体層62の厚さT7が、凸部11Tの高さである厚さT5よりも大きい構成であれば、第2格子層41におけるプラズモン共鳴が生じやすくなり、また、誘電体層62の材料の変更が、第2格子層41でのプラズモン共鳴で消費される波長領域の変化に反映されやすくなる。また、支持部11、凸部11T、および、金属層61からなる構造体が、誘電体層62に埋没するため、上記構造体が誘電体層62によって保護される。
(14)支持部11の表面である基準面と周期要素である凸部11Tとを含む平面において、単位面積あたりにおいて凸部11Tが占める面積の割合が0.1よりも大きい構成であれば、支持部11と凸部11Tとからなる構造体の耐久性が高められ、また、凸部11Tの加工の精度が得られやすい。また、上記面積の割合が0.5よりも小さい構成であれば、上部格子層51とその上層との界面においてフレネル反射が生じることを抑える効果が好適に得られる。
(15)表示体付きデバイス110では、光射出構造体70から射出された光の一部が表示体100の第1表示領域10Aを透過して光射出構造体70とは反対側に射出される。したがって、表面10Sおよび裏面10Tのうち、光射出構造体70が対向している面とは反対側の面に向けて光が照射されている状態でこの面を観察すると、第1表示領域10Aのなかで光射出構造体70と重なっている部分と、光射出構造体70と重なっていない部分とが、互いに異なる色に見える。それゆえ、光射出構造体70の形状に応じた像が視認され、より多様な像の表現が可能であり、表示体付きデバイス110における偽造の困難性や意匠性がより高められる。
(16)凸部11Tの形成にナノインプリント法を用いる製造方法、すなわち、基材11aの表面に塗工された樹脂に凹版の有する凹凸を転写することにより、支持部11と複数の凸部11Tとから構成される周期構造体を形成する製造方法であれば、微細な凹凸を有する周期構造体を、容易にかつ好適に形成することができる。
<第2実施形態の変形例>
上記第2実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1金属層23と第2金属層42とは、図11に示した形状的特徴を有し得る。そして、金属層61は、第1中間誘電体層32の側面に位置して第2金属層42に連続する金属層である中間金属層32Aを含み得る。中間金属層32Aは、第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層34とに挟まれ、第1中間誘電体層32の側面上での厚みが、第1金属層23に近い部位ほど薄い。なお、中間金属層32Aの存在によって、中間格子層31でもプラズモン共鳴が生じ得る。
・第2実施形態においても、第1実施形態の図12で示した構造と同様に、凸部11Tの形状は、支持部11の表面から突き出る錐体状であってもよい。
上記第2実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、第1金属層23と第2金属層42とは、図11に示した形状的特徴を有し得る。そして、金属層61は、第1中間誘電体層32の側面に位置して第2金属層42に連続する金属層である中間金属層32Aを含み得る。中間金属層32Aは、第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層34とに挟まれ、第1中間誘電体層32の側面上での厚みが、第1金属層23に近い部位ほど薄い。なお、中間金属層32Aの存在によって、中間格子層31でもプラズモン共鳴が生じ得る。
・第2実施形態においても、第1実施形態の図12で示した構造と同様に、凸部11Tの形状は、支持部11の表面から突き出る錐体状であってもよい。
・表示体は、第1表示領域10Aに含まれる領域として、構造周期PTが互いに一致し、かつ、表示体を構成する材料のうち誘電体層62の材料のみが互いに異なる複数の領域を備えていてもよい。こうした構成によれば、反射観察において、第1表示領域10Aにおける複数の領域に互いに異なる色彩を視認させることができる。そして、上記複数の領域に対し、凸部11Tや金属層61を同一の工程で形成することができるため、上記表示体を容易に製造することができる。
・図19が示すように、表示体は、誘電体層62の上に保護層45をさらに備えてもよい。こうした構成によれば、支持部11および凸部11Tと、金属層61と、誘電体層62とから構成される構造体を保護することができる。保護層45は、第2上部誘電体層53と一体の構造体に具体化できる。この際、保護層45は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第1誘電体層22の屈折率や第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有する。
また、人が素手で表示体を触る用途に表示体が用いられる場合、表示体の表面を構成する保護層45がフッ素を含む樹脂から構成されることが好ましい。こうした構成によれば、表示体の表面に皮脂などの汚れが付着することが抑えられる。
なお、保護層45は、図19が示すように平坦な表面を有していてもよいし、誘電体層62の表面形状に追従した形状を有していてもよい。
なお、保護層45は、図19が示すように平坦な表面を有していてもよいし、誘電体層62の表面形状に追従した形状を有していてもよい。
・表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の配置は、孤立領域A2が並ぶ第1の方向と、孤立領域A2が並ぶ方向であって第1の方向に交差する第2の方向とで孤立領域A2間の隙間距離が異なれば、正方配列、六方配列および長方配列に限らず、二次元格子状の配列であればよい。すなわち、複数の第1誘電体層22は二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第1中間誘電体層32も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第2金属層42も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第1上部誘電体層52も二次元格子状に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、第1の方向と、第2の方向とで孤立領域A2間の隙間距離が異なる、サブ波長周期を有した二次元格子状に並んでいればよい。二次元格子状の配列は、二次元平面内において交差する2つの方向の各々に沿って要素が並ぶ配列である。この際、表示体が有する各層の厚さが構造周期PTに対して所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記2つの方向の各々における構造周期PTに対して、各層の厚さが所定の範囲内であることを示す。
また、表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の形状、すなわち、周期要素の平面形状は、正方形や長方形に限らず、他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
・図20が示すように、孤立領域A2には、支持部11の表面から窪む凹部11Hが位置してもよい。表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の凹部11Hは、サブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ。こうした構成においては、支持部11が周期構造体である。すなわち、周期構造体が有する周期要素は、支持部11の表面を基準面として、基準面から窪む凹部11Hであってもよい。この場合も、金属層61は、周期構造体の表面形状に追従する形状を有し、誘電体層62は、金属層61の表面形状に追従する形状を有する。この際、各凹部11Hの底面に位置する金属層71と、支持部11のなかで各金属層71を囲う網目状の部分とによって、金属と誘電体とからなる格子構造が形成される。また、金属層71上に位置する誘電体層72と、基準面に位置して各誘電体層72を囲う網目状の金属層73とによっても、金属と誘電体とからなる格子構造が形成される。表示体に光が照射されると、これらの格子構造を有する層にて、プラズモン共鳴が生じることに起因して、上記実施形態と同様に、表面反射観察と裏面透過観察とで異なる色彩が視認され、また、裏面反射観察と表面透過観察とで異なる色彩が視認され、また、表面反射観察と裏面反射観察とで異なる色彩が視認される。
なお、周期要素が凹部11Hである場合も、基準面と周期要素とを含む平面において、単位面積あたりにおいて周期要素が占める面積の割合は、0.1よりも大きく0.5よりも小さいことが好ましい。上記面積の割合が上記範囲内であれば、金属層61および誘電体層62が、周期構造体の表面の凹凸形状に追従した形状に形成されやすい。また、上記面積の割合が上記範囲内であれば、周期構造体の耐久性が高められるとともに、凹部11Hの加工の精度が得られやすい。なお、第1実施形態の表示体においても、周期要素は、基準面から窪む凹部11Hであってもよい。
・表示体付きデバイスが備える表示体は、第1実施形態の表示体であってもよい。
・表示体付きデバイスが備える表示体は、第1実施形態の表示体であってもよい。
[実施例]
上述した表示体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。
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、合成石英基板の表面に、クロム(Cr)からなる膜をスパッタリングによって10nmの厚さに成膜し、電子線リソグラフィによって電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は150nmとした。形成したパターンは、一辺が1cmである正方形形状の領域内に、一辺が160nmである正方形を、構造周期P2Tが320nm、構造周期PT3が350の長方配列に配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記正方形の内側領域である。
上述した表示体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。
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、合成石英基板の表面に、クロム(Cr)からなる膜をスパッタリングによって10nmの厚さに成膜し、電子線リソグラフィによって電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は150nmとした。形成したパターンは、一辺が1cmである正方形形状の領域内に、一辺が160nmである正方形を、構造周期P2Tが320nm、構造周期PT3が350の長方配列に配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記正方形の内側領域である。
次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のCr膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストおよびCr膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは100nmであった。残存したレジストおよびCr膜を除去し、凹凸構造が形成されたモールドを得た。モールドの表面には、離型剤としてオプツールHD-1100(ダイキン工業製)を塗布した。
次に、上記モールドのパターンが形成された面である表面に紫外線硬化性樹脂を塗工した。そして、片面に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を用い、このフィルムの易接着処理が施された面でモールドの表面を覆った。さらに、モールドにおけるパターンの形成された領域の全体に紫外線硬化性樹脂が広がるように、ローラーを用いて紫外線硬化性樹脂を延ばし、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、六方配列に並ぶ凸部の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である周期構造体を得た。硬化後の紫外線硬化性樹脂の屈折率は1.52であった。
次に、上記周期構造体の表面に真空蒸着法を用いてアルミニウム(Al)からなる膜を50nmの厚さに成膜することにより、金属層を形成した。さらに、金属層の表面に、二酸化珪素(SiO2)からなる膜を150nmの厚さに成膜することにより、誘電体層を形成した。これにより、実施例の表示体を得た。実施例の表示体は、第2実施形態の表示体に相当する。基材に対して誘電体層の位置する側が表示体の表面側であり、誘電体層に対して基材の位置する側が表示体の裏面側である。
実施例の表示体に対し白色の光を照射して観察したところ、凸部のパターンが形成されている領域においては、表面反射観察によって黒色に近い青色が観察され、裏面反射観察によって紫色が観察され、表面透過観察および裏面透過観察によって橙色が観察された。また、凸部のパターンが形成されていない領域では、アルミニウムからなる金属層からの反射光として、金属光沢を有する色が観察された。
(第3実施形態)
以下、本発明の第3実施形態による表示体について、図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、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。
以下、本発明の第3実施形態による表示体について、図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、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。
図21が示すように、表示体の有する表面10Sは、第1表示領域10Aと、第2表示領域10Bとに区画される。第1表示領域10Aの備える断面構造と、第2表示領域10Bの備える断面構造とは、相互に異なる。第1表示領域10Aは、表面10Sにおいて、文字、図形、記号、模様、絵などを描く領域であり、図21では、例えば、星形の図形を描く領域である。
[表示体の構造]
まず、第1表示領域10Aの構成について以下に説明する。
図22が示すように、第1表示領域10Aは、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の孤立領域A2と、各孤立領域A2を囲む単一の周辺領域A3とを含む。図22では、孤立領域A2を説明する便宜上、各孤立領域A2にドットを付して示す。
まず、第1表示領域10Aの構成について以下に説明する。
図22が示すように、第1表示領域10Aは、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の孤立領域A2と、各孤立領域A2を囲む単一の周辺領域A3とを含む。図22では、孤立領域A2を説明する便宜上、各孤立領域A2にドットを付して示す。
各孤立領域A2は、サブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ。孤立領域A2は、一例として図22が示すように、表面10Sに沿って六角対称配列に並べて配置することができる。六角対称配列は、複数の孤立領域A2が1辺の長さXTを有する正六角形である単位配列LTの各頂点に配置される配列である。単位配列LTの各頂点に配置される孤立領域A2は、構造周期PTを有して隣接する単位配列LTに共有されるものとする。なお、単位配列LTは多角形であれば良く、各孤立領域A2は、正方配列または六方配列に並ぶことも可能である。すなわち、孤立領域A2は、六角対称配列、正方配列、六方配列のいずれかの島状配列に並ぶ。なお、正方配列は、正方形の単位配列LTの各頂点に孤立領域A2が位置する配列であり、六方配列は、正三角形の単位配列LTの各頂点に孤立領域A2が位置する配列である。
図23が示すように、孤立領域A2は少なくとも1つの内角A1が鋭角である多角形であり、複数の孤立領域A2のうち隣接する孤立領域A2の組の少なくとも一部は、それぞれの鋭角である内角A1が向かい合うように配列される。また、内角A1が向かい合う孤立領域A2の組において、孤立領域A2の中心(幾何中心、または重心)間の距離はサブ波長であることが好ましい。構造周期PTは、孤立領域A2が正三角形である場合、好ましくは、正三角形の幅WT(内角A1と内角A1に対向する辺との距離)の1倍以上5倍以下であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期である。各孤立領域A2は、内角A1が隣接する孤立領域A2の内角A1と対向するように配置されることが好ましい。
図24が示すように、表示体は、可視領域の光を透過する透明な支持部11を備える。可視領域の光が有する波長は、400nm以上800nm以下である。支持部11は、第1表示領域10Aと第2表示領域10Bとに共通する。支持部11の有する断面構造は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
支持部11を構成する材料は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料である。物品に表示体を貼り付けることに要する可撓性を得やすいこと、支持部11に付加できる光学的な特性の自由度が高いことなどの観点において、支持部11を構成する材料は、樹脂であることが好ましい。支持部11の屈折率は、空気層よりも高く、例えば1.2以上1.7以下である。
第1表示領域10Aは、支持部11に近い層から順に、第1格子層21と、中間格子層31と、第2格子層41とを備える。中間格子層31は、第1格子層21と第2格子層41とに挟まれている。なお、支持部11において第1格子層21の位置する面が、支持部11の表面であり、支持部11に対して第1格子層21の位置する側が、構造体における表面側である。反対に、第1格子層21に対して支持部11の位置する側が、構造体における裏面側である。
[第1格子層21]
支持部11の表面には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に対応する位置に、孤立領域A2に対応する形状で形成される。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、例えば六角対称配列、正方配列、六方配列のいずれかの島状配列に並ぶことができる。
支持部11の表面には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に対応する位置に、孤立領域A2に対応する形状で形成される。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、例えば六角対称配列、正方配列、六方配列のいずれかの島状配列に並ぶことができる。
各第1誘電体層22は、支持部11の表面から突き出た構造体である。各第1誘電体層22は、例えば、支持部11と一体である。あるいは、各第1誘電体層22は、例えば、支持部11の表面との間に境界を有し、支持部11とは別体である。
第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1誘電体層22を1つずつ囲う網目状を有する。第1格子層21において、単一の第1金属層23は、自由電子が行きわたる光学的な海成分であり、各第1誘電体層22は、海成分のなかに分布する島成分である。
表面10Sと対向する方向から見て、第1誘電体層22の位置する周期は、相互に隣り合う第1誘電体層22の最短幅WPと、第1誘電体層22の幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。
構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、0.25以上0.75以下である。第1格子層21の加工の精度が得られること、第1格子層21においてプラズモン共鳴が生じやすいことなどの観点において、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。なお、第1誘電体層22の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは、第1誘電体層22の幅WTの1倍以上5倍以下であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期である。
第1格子層21の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましい。第1格子層21の加工の精度が得られること、第1格子層21においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明となることなどの観点において、第1格子層21の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
[中間格子層31]
第1格子層21の上には、中間格子層31が位置する。中間格子層31の厚さは、第1格子層21の厚さよりも厚い。中間格子層31の加工の精度が得られる観点において、中間格子層31の厚さは、150nm以下であることが好ましい。
第1格子層21の上には、中間格子層31が位置する。中間格子層31の厚さは、第1格子層21の厚さよりも厚い。中間格子層31の加工の精度が得られる観点において、中間格子層31の厚さは、150nm以下であることが好ましい。
中間格子層31は、複数の第1中間誘電体層32と、単一の第2中間誘電体層33とを備える。各第1中間誘電体層32は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に対応する位置に、孤立領域A2に対応する形状で形成される。単一の第2中間誘電体層33は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1中間誘電体層32は、表面10Sに沿って、例えば六角対称配列、正方配列、六方配列のいずれかの島状配列に並ぶことができる。
各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22から突き出た構造体である。各第1中間誘電体層32は、例えば、第1誘電体層22と一体である。あるいは、各第1中間誘電体層32は、例えば、第1誘電体層22との間に境界を有し、第1誘電体層22とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第1中間誘電体層32の位置する周期は、第1誘電体層22と同じく、最短幅WPと幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、0.25以上0.75以下である。また、構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。なお、第1中間誘電体層32の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは、第1中間誘電体層32の幅WTの1倍以上5倍以下であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期である。
第2中間誘電体層33は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1中間誘電体層32を1つずつ囲う網目状を有する。中間格子層31において、単一の第2中間誘電体層33は、構造的および光学的に海成分であり、各第1中間誘電体層32は、構造的および光学的に島成分である。第2中間誘電体層33は、空気層、あるいは、樹脂層であり、第1中間誘電体層32よりも低い誘電率を有する。
[第2格子層41]
中間格子層31の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、中間格子層31の厚さよりも薄い。第2格子層41の加工の精度が得られること、第2格子層41においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第2格子層41の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
中間格子層31の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、中間格子層31の厚さよりも薄い。第2格子層41の加工の精度が得られること、第2格子層41においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第2格子層41の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
第2格子層41は、複数の第2金属層42と、単一の第2誘電体層43とを備える。各第2金属層42は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に対応する位置に、孤立領域A2に対応する形状で形成される。単一の第2誘電体層43の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第2金属層42は、表面10Sに沿って、例えば六角対称配列、正方配列、六方配列のいずれかの島状配列に並ぶことができる。
各第2金属層42は、第1中間誘電体層32の頂面に重なる構造体である。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32との間に境界を有し、第1中間誘電体層32とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第2金属層42の位置する周期は、第1誘電体層22と同じく、最短幅WPと幅WTとの合計であり、上記構構造周期PTである。構造周期PTに対する第2金属層42の幅の比は、0.25以上0.75以下である。また、構造周期PTに対する第2金属層42の幅の比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。なお、第2金属層42の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは、第2金属層42の幅WTの1倍以上5倍以下であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期である。
第2誘電体層43は、表面10Sと対向する方向から見て、各第2金属層42を1つずつ囲う網目状を有する。第2格子層41において、単一の第2誘電体層43は、第2金属層42と比べて自由電子が少ない光学的な海成分であり、各第2金属層42は、海成分のなかに分布する島成分である。第2誘電体層43は、空気層、あるいは、樹脂層であり、第1中間誘電体層32よりも低い誘電率を有する。
第1格子層21における海成分である第1金属層23の体積比率は、第2格子層41における島成分である第2金属層42の体積比率よりも大きい。また、第2格子層41における島成分である第2金属層42の体積比率は、中間格子層31における金属材料の体積比率よりも大きい。
なお、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とから構成される構造体は、周期要素の一例であり、支持部11の表面を基準面として、基準面から突出する凸部11Tでもある。そして、支持部11、第1誘電体層22、および、第1中間誘電体層32から構成される構造体は、周期構造体の一例である。また、第1金属層23と第2金属層42とから構成される層は、層全体としての形状が周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層として捉えられる。周期構造体の表面は、基準面のうち各周期要素を囲む領域と各周期要素の表面とを含む面である。
図25が示すように、周辺領域A3においては、支持部11に近い層から順に、第1格子層21の第1金属層23と、中間格子層31の第2中間誘電体層33と、第2格子層41の第2誘電体層43とが位置する。第2中間誘電体層33は、第1金属層23と第2誘電体層43とに挟まれている。
図26が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の上に、上述した第1格子層21、中間格子層31、および、第2格子層41を備えていない。すなわち、第2表示領域10Bは、支持部11の備える光透過性に従って、可視領域の光を透過する。
なお、第2表示領域10Bは、第1表示領域10Aとは異なる層を、支持部11の上に備えてもよい。第2表示領域10Bは、例えば、第1誘電体層22のみを備えてもよい。また、第2表示領域10Bは、例えば、第1金属層23を構成する材料と同一の材料から構成された単一の金属層のみを備えてもよい。第2表示領域10Bにおける層構成は、第2表示領域10Bが表示する像への要請に応じて、適宜選択される。
また、上述のように、支持部11の有する断面構造は、多層構造であってもよいし、各第1誘電体層22は支持部11との間に境界を有していなくてもよい。図27は、支持部11が2つの層から構成され、これらの層のうち支持部11の表面側の層が各第1誘電体層22と一体である構造を示す。すなわち、支持部11は、基材11aと中間層11bとを備え、中間層11bは、基材11aに対して表面側に位置する。各第1誘電体層22は、中間層11bから突き出ており、各第1誘電体層22と中間層11bとは一体である。
[表示体の光学的な構成]
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。
ここでは、表示体の表面10S、および、表示体の裏面10Tが、それぞれ空気層と接し、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図28が示すように、支持部11の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。
ここでは、表示体の表面10S、および、表示体の裏面10Tが、それぞれ空気層と接し、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図28が示すように、支持部11の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
第1誘電体層22の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第1金属層23の屈折率は、空気層の屈折率よりも低い。第1格子層21の屈折率は、これら第1金属層23の屈折率と、第1誘電体層22の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であり、第1誘電体層22の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは第1誘電体層22の幅WTの1倍以上5倍以下であるため、第1格子層21の屈折率は、結局のところ、海成分である第1金属層23に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも十分に低い。
第1中間誘電体層32の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第2中間誘電体層33の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。中間格子層31の屈折率は、これら第2中間誘電体層33の屈折率と、第1中間誘電体層32の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であり、第1中間誘電体層32の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは第1中間誘電体層32の幅WTの1倍以上5倍以下であるため、中間格子層31の屈折率は、結局のところ、海成分である第2中間誘電体層33に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高く、かつ、空気層の屈折率に近い値である。
第2金属層42の屈折率は、空気層の屈折率よりも低く、第2誘電体層43の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。第2格子層41の屈折率は、これら第2誘電体層43の屈折率と、第2金属層42の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第2金属層42の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であり、第2金属層42の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは第2金属層42の幅WTの1倍以上5倍以下であるため、第2格子層41の屈折率は、結局のところ、海成分である第2誘電体層43に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも低く、かつ、空気層に近い値である。
[表面反射観察、裏面透過観察]
ここで、表示体の外側から第2格子層41に入射する白色の光L1は、空気層から第2格子層41に入り、第2格子層41から中間格子層31に入る。第2格子層41に入射する光L1は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41に空気層から入るため、空気層と第2格子層41との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層31に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層31に入るため、ここでも、第2格子層41と中間格子層31との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
ここで、表示体の外側から第2格子層41に入射する白色の光L1は、空気層から第2格子層41に入り、第2格子層41から中間格子層31に入る。第2格子層41に入射する光L1は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41に空気層から入るため、空気層と第2格子層41との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層31に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層31に入るため、ここでも、第2格子層41と中間格子層31との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
一方で、第2金属層42の構造周期PTが、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第2格子層41ではプラズモン共鳴が生じる。プラズモン共鳴は、第2格子層41に入射した光の一部と電子の集団的な振動とが結合する現象である。第2格子層41に入射した光L1の一部は、第2格子層41でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第2格子層41を透過する。第2格子層41を透過した表面プラズモンは、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第2格子層41が出射する光EP2の波長領域は、第2金属層42の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第2格子層41は、第2格子層41に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層31へ透過する。
また、第1誘電体層22の構造周期PTも、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第1格子層21でもプラズモン共鳴が生じる。すなわち、第1格子層21に入射する光の一部もまた、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第1格子層21を透過し、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第1格子層21が出射する光EP1の波長領域は、第1誘電体層22の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第1格子層21は、第1格子層21に入射した光の波長領域の一部の光を、支持部11へ透過する。
さらに、第1誘電体層22は内角の少なくとも1つが鋭角である多角形であり、1辺の長さXTを有する正六角形である単位配列LTの各頂点に配置されている。表面プラズモンは構造の先鋭部に強く誘起されることが知られている。そのため、第1誘電体層22が多角形の場合、鋭角近傍にその効果が強く表れる。また、表面プラズモンによる光学・発色特性は、金属などの表面プラズモンを誘起する物質の配置形状に影響されることが知られている。例えば、配置形状を正方配列、六方配列、六角対称配列等の高い回転対称性を持つものに変えることで表面プラズモンの分散関係を変化させ、反射スペクトルを狭帯域化するなどの制御が可能となる。よって、吸収のバンド幅が小さくなり波長選択性が高くなる。
結果として、表示体の外側から第2格子層41へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面反射観察によれば、上記各界面でのフレネル反射を生じ難いこと、上記各格子層での強いプラズモン共鳴を生じること、これらが相まって、黒色、もしくは、黒色に近い色彩が、第1表示領域10Aで視認される。
他方、表示体の外側から第2格子層41へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面透過観察によれば、上記各格子層でのプラズモン共鳴を経て透過した有色の光LP1が、すなわち、白色および黒色以外の光が、第1表示領域10Aで視認される。なお、上記表面反射観察や裏面透過観察の結果は、表面10Sに向けた外光の光量が、裏面10Tに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。
[裏面反射観察、表面透過観察]
図29が示すように、表示体の外側から支持部11に入射する白色の光L1は、空気層から支持部11に入り、支持部11から第1格子層21に入る。支持部11に入射した光L1は、空気層よりも高い屈折率を有した支持部11から、空気層よりも低い屈折率を有した第1格子層21に入るため、支持部11と第1格子層21との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、支持部11の屈折率と、第1格子層21の屈折率との差は、第1格子層21と中間格子層31との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層31と第2格子層41との間の屈折率差よりも大きい。
図29が示すように、表示体の外側から支持部11に入射する白色の光L1は、空気層から支持部11に入り、支持部11から第1格子層21に入る。支持部11に入射した光L1は、空気層よりも高い屈折率を有した支持部11から、空気層よりも低い屈折率を有した第1格子層21に入るため、支持部11と第1格子層21との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、支持部11の屈折率と、第1格子層21の屈折率との差は、第1格子層21と中間格子層31との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層31と第2格子層41との間の屈折率差よりも大きい。
一方で、支持部11と第1格子層21との界面を透過した光の一部は、第1格子層21でのプラズモン共鳴に供される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第1格子層21が出射する光EP1の波長領域は、第1金属層23の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。この波長領域の光は、支持部11と第1格子層21との界面では反射されずに、プラズモン共鳴によって消費される。結果として、支持部11に入射した光の波長領域の一部の光は、支持部11と第1格子層21との界面で反射され、第1格子層21は、第1格子層21に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層31へ透過する。
また、中間格子層31を透過して第2格子層41に入射した光の一部も、第2格子層41でのプラズモン共鳴に供される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第2格子層41が出射する光EP2の波長領域は、第2誘電体層43の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第2格子層41は、第2格子層41に入射した光の波長領域の一部の光を、空気層へ透過する。
さらに、第1誘電体層22は内角の少なくとも1つが鋭角である多角形であり、1辺の長さXTを有する正六角形である単位配列LTの各頂点に配置されている。表面プラズモンは構造の先鋭部に強く誘起されることが知られている。そのため、第1誘電体層22が多角形の場合、鋭角近傍にその効果が強く表れる。また、表面プラズモンによる光学・発色特性は、金属などの表面プラズモンを誘起する物質の配置形状に影響されることが知られている。例えば、配置形状を正方配列、六方配列、六角対称配列等の高い回転対称性を持つものに変えることで表面プラズモンの分散関係を変化させ、反射スペクトルを狭帯域化するなどの制御が可能となる。よって、六角対称配列にすることで吸収のバンド幅が小さくなり波長選択性が高くなる。
結果として、表示体の外側から支持部11へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面反射観察によれば、上記界面でのフレネル反射による有色の光LRが、すなわち、白色および黒色以外の光LRが、第1表示領域10Aで視認される。なお、こうした支持部11と第1格子層21との界面で生じるフレネル反射は、上述した表面反射観察において、より黒色に近い色彩を、第1表示領域10Aで視認させる。
他方、表示体の外側から支持部11へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面透過観察では、上記フレネル反射と、上記各格子層でのプラズモン共鳴とを経た有色の光LP2が、第1表示領域10Aで視認される。なお、上記表面透過観察や裏面反射観察の結果は、裏面10Tに向けた外光の光量が、表面10Sに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。
[表示体の製造方法]
次に、表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部11の表面に、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを形成する。第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法、ナノインプリント法、および、プラズマエッチング法である。
次に、表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部11の表面に、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを形成する。第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法、ナノインプリント法、および、プラズマエッチング法である。
例えば、図27に示したように基材11aと中間層11bとから構成される支持部11を有する表示体を製造する場合、まず、基材11aとして、ポリエチレンテレフタラートシートを用い、基材11a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膜の表面に、凹版である合成石英モールドの表面を押し当て、これら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合成石英モールドを離型する。これによって、基材11aの表面の樹脂に凹版の有する凹凸が転写され、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とからなる突部および中間層11bが形成される。なお、紫外線硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱に変更することも可能である。また、紫外線硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱および冷却に変更することも可能である。
次いで、突部を備える支持部11の表面に、第1金属層23、および、第2金属層42を形成する。第1金属層23、および、第2金属層42を形成する方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法である。これによって、第1金属層23の頂面によって区画される第1格子層21が形成され、第2金属層42の頂面によって区画される第2格子層41が形成され、これら第1格子層21と第2格子層41とに挟まれた中間格子層31が形成される。
[第1表示領域の構成例]
図30が示すように、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、第1格子層21と支持部11との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。第1誘電体層22の鋭角である内角A1が向かい合い、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。
図30が示すように、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、第1格子層21と支持部11との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。第1誘電体層22の鋭角である内角A1が向かい合い、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。
また、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、裏面10Tから表面10Sへ透過する光の強度が小さく、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。第1誘電体層22の鋭角である内角A1が向かい合い、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。
そして、第1金属層23の厚さT2が10nm以上であり、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が0.75以下である場合、もしくは、第1誘電体層22の平面形状が正三角形であり、構造周期PTが第1誘電体層22の幅WTの5倍以下であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期であれば、表示体の表裏を判断するための上記観察において、それの精度が十分に得られる。
他方、第1金属層23の厚さT2が薄いほど、また、第2金属層42の厚さT4が薄いほど、表面透過観察や裏面透過観察では、これらを透過する光の強度が大きい。第1誘電体層22の鋭角である内角A1が向かい合い、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が大きいほどこれもまた、表示体を透過する光の強度が大きい。
そして、第1金属層23の厚さT2や、第2金属層42の厚さT4が、200nm以下であり、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が0.25以上である場合、もしくは、第1誘電体層22の平面形状が正三角形であり、構造周期PTが第1誘電体層22の幅WTの1倍以上であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期であれば、表面透過観察で視認される像や、裏面透過観察で視認される像が、それを視認できる程度に明瞭となる。
第1誘電体層22の厚さT2と、第1中間誘電体層32の厚さT3との合計は、第1誘電体層22の幅WTと、最短幅WPとの合計である構造周期PTよりも小さいことが好ましい。また、第1誘電体層22の厚さT2と第1中間誘電体層32の厚さT3との合計は、構造周期PTの半分よりも小さいことが、より好ましい。
こうした構成であれば、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが一体である樹脂構造体において、その構造体の形状の精度を高めることが可能であり、また、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とからなる凸部11Tが支持部11の表面で倒れることが抑えられる。
可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値である金属材料は、それを用いた第1格子層21や第2格子層41において、プラズモン共鳴を生じやすい。そこで、第1金属層23を構成する材料は、上記複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましい。第2金属層42を構成する材料もまた、上記複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましい。
これら第1金属層23や第2金属層42を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどである。
これら第1金属層23や第2金属層42を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどである。
なお、上記製造方法において説明したように、第1金属層23と第2金属層42とは、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが形成された支持部11に対する金属層の成膜によって、単一の工程で形成することができる。
この場合、成膜源から飛行する金属粒子は、支持部11の表面に対して、所定の角度分布を有して付着する。結果として、第2金属層42の幅W4は、第1中間誘電体層32の幅WTよりも若干大きくなり、相互に隣り合う第2金属層42の最短幅WP4は、最短幅WPよりも若干小さくなる。この際、構造周期PTに対する第2金属層42の幅W4の比は、0.25以上0.75以下である。なお、第1中間誘電体層32の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは第1中間誘電体層32の幅WTの1倍以上5倍以下であり、可視領域の波長である400nm以上800nm以下のサブ波長周期である。ちなみに、第1金属層23における第1中間誘電体層32の周囲は、第2金属層42によるシャドウ効果の影響を受け、第1中間誘電体層32に近い部位ほど薄い。
また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第1中間誘電体層32の側面にも、第2金属層42に連続する金属層である中間金属層32Aが形成される。
中間金属層32Aは、第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とに挟まれる。中間金属層32Aは、第2金属層42と一体の構造体であり、第1中間誘電体層32の側面上での厚みが、第1金属層23に近い部位ほど薄い。
こうした中間金属層32Aは、構造周期PTがサブ波長周期であるため、第2格子層41や中間格子層31の厚さ方向での屈折率の変化を連続的とする。そして、中間金属層32Aは、表示体の外側から第2格子層41に入射した光を反射し難く、中間格子層31や第1格子層21へ透過しやすい。それゆえに、上述した表面反射観察においては、より黒色に近い色が、第1表示領域10Aで視認される。
また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第1金属層23を構成する材料と、第2金属層42を構成する材料とは、相互に等しい。
また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第1金属層23を構成する材料と、第2金属層42を構成する材料とは、相互に等しい。
ここで、第2誘電体層43と第2金属層42との間の屈折率差が小さいほど、第2格子層41での平均化された屈折率は、第2格子層41と他の層との界面でのフレネル反射を抑えやすい。他方、第1誘電体層22と第1金属層23との間の屈折率差が大きいほど、第1格子層21の平均化された屈折率は、第1格子層21と支持部11との界面でのフレネル反射を促しやすい。
そこで、第1金属層23と第2金属層42とが、相互に等しい屈折率を有し、かつ、第1誘電体層22と第1金属層23との間の屈折率差が、第2誘電体層43と第2金属層42との間の屈折率差よりも大きい構成であれば、第2格子層41と他の層との界面でのフレネル反射を抑え、かつ、第1格子層21と他の層との界面でのフレネル反射を促すことが可能である。
なお、第2格子層41と他の層との界面でのフレネル反射を抑え、かつ、第1格子層21と他の層との界面でのフレネル反射を促すためには、以下の条件が満たされていることが好ましい。すなわち、第2誘電体層43に対して中間格子層31とは反対側で第2誘電体層43に接する層である表面層と、第2誘電体層43との間の屈折率差は、第1金属層23と支持部11との間の屈折率差よりも小さいことが好ましい。表面層は、例えば空気層である。そして、第2誘電体層43の屈折率は、表面層の屈折率と等しいことがさらに好ましい。
以上、第3実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
(1)表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることや、表示体の貼り付けられた物品の意匠性を高めることが可能ともなる。
(1)表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることや、表示体の貼り付けられた物品の意匠性を高めることが可能ともなる。
(2)表面反射観察と裏面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。また、裏面反射観察と表面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。
(3)構造周期PTの大きさが、可視領域の波長以下であるサブ波長周期であり、可視領域の光の一次回折光の形成を抑える大きさである。そのため、裏面反射観察、表面透過観察、裏面透過観察による像に、虹色が含まれることを抑えて、各観察による像の色彩を、より鮮明にすることが可能ともなる。
(4)第1誘電体層22、第1中間誘電体層32、第2金属層42が少なくとも1つの内角が鋭角である多角形であり、それらが正六角形である単位配列の各頂点に配置される場合、各観察による像の波長選択性を上げることが可能となる。
(5)第1格子層21の厚さT2と、中間格子層31の厚さT3との合計が、ナノインプリントなどの凹版を適用できる程度の大きさであるため、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体に成形することが可能ともなる。
(6)第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが一体の構造体であり、また、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43とが一体であるため、表示体の構造を簡素化することが可能ともなる。さらに、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43とが一体の空気層である構成であれば、表示体の構造をさらに簡素化することが可能ともなる。
(7)中間金属層32Aが反射防止機能を備えるため、表面反射観察によって視認される像の色彩を、さらに黒色に近い色彩とすることが可能ともなる。
(7)中間金属層32Aが反射防止機能を備えるため、表面反射観察によって視認される像の色彩を、さらに黒色に近い色彩とすることが可能ともなる。
(8)表面反射観察と、裏面反射観察と、表面もしくは裏面での透過観察との各々において、第1表示領域10Aの色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体が付された物品に対して、それの真贋の判定における精度を高めることが可能ともなる。
(9)表面反射観察と、裏面反射観察と、表面もしくは裏面での透過観察との各々において、第1表示領域10Aの色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体による表示の形態を、より複雑なものとすること、また、表示体の有する意匠性を高めることが可能ともなる。
<第3実施形態の変形例>
第3実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
[中間格子層31]
・第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
第3実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
[中間格子層31]
・第1中間誘電体層32と第2中間誘電体層33とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
・第2中間誘電体層33と第2誘電体層43とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第2中間誘電体層33は、第2誘電体層43の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
[第1格子層21]
・図31が示すように、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体の構造体として構成する。この一体の構造体である凸部11Tの形状は、支持部11の表面から突き出る錐体状に具体化できる。こうした構造であれば、第1誘電体層22や第1中間誘電体層32の形成に際して、それを形成するための凹版の離型を円滑に進めることが可能である。
・図31が示すように、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体の構造体として構成する。この一体の構造体である凸部11Tの形状は、支持部11の表面から突き出る錐体状に具体化できる。こうした構造であれば、第1誘電体層22や第1中間誘電体層32の形成に際して、それを形成するための凹版の離型を円滑に進めることが可能である。
[第2表示領域10B]
・図32が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の表面に金属層23Bのみを備える構成として具体化できる。この際、表面反射観察では、黒色、もしくは、黒色に近い色彩を有する像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。他方、裏面反射観察では、第1格子層21と支持部11との界面でのフレネル反射による光として、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって消費される波長領域の影響を受けた光による有色の像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属層23Bと支持部11との界面でのフレネル反射のみが反映された金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。
・図32が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の表面に金属層23Bのみを備える構成として具体化できる。この際、表面反射観察では、黒色、もしくは、黒色に近い色彩を有する像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。他方、裏面反射観察では、第1格子層21と支持部11との界面でのフレネル反射による光として、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって消費される波長領域の影響を受けた光による有色の像を、第1表示領域10Aで視認させることができ、かつ、金属層23Bと支持部11との界面でのフレネル反射のみが反映された金属光沢を有する像を、第2表示領域10Bで視認させることができる。
[保護層]
・表示体は、第2金属層42の上に保護層をさらに備える。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
・表示体は、第2金属層42の上に保護層をさらに備える。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
なお、図33が示すように、保護層45は、第2誘電体層43、および、第2中間誘電体層33と一体の構造体に具体化できる。この際、保護層45は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第1誘電体層22の屈折率や第1中間誘電体層32の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有する。
[その他の形態]
・表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の配置は、六角対称配列、正方配列および六方配列に限らず、二次元格子状の配列であればよい。すなわち、複数の第1誘電体層22は二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第1中間誘電体層32も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第2金属層42も二次元格子状に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、サブ波長周期を有した二次元格子状に並んでいればよい。二次元格子状の配列は、二次元平面内において交差する2つの方向の各々に沿って要素が並ぶ配列である。この際、構造周期PTに対する幅WTの比は、1つの方向での構造周期PTに対する幅WTの比であり、当該比が所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記2つの方向の各々について、構造周期PTに対する幅WTの比が所定の範囲内であることを示す。
・表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の配置は、六角対称配列、正方配列および六方配列に限らず、二次元格子状の配列であればよい。すなわち、複数の第1誘電体層22は二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第1中間誘電体層32も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第2金属層42も二次元格子状に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、サブ波長周期を有した二次元格子状に並んでいればよい。二次元格子状の配列は、二次元平面内において交差する2つの方向の各々に沿って要素が並ぶ配列である。この際、構造周期PTに対する幅WTの比は、1つの方向での構造周期PTに対する幅WTの比であり、当該比が所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記2つの方向の各々について、構造周期PTに対する幅WTの比が所定の範囲内であることを示す。
また、表示体の表面10Sと対向する方向から見た孤立領域A2の形状、すなわち、周期要素の平面形状は、三角形に限らず、正方形や長方形などの他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
・第1格子層21および第2格子層41にてプラズモン共鳴が生じる構造を表示体が有していれば、表示体を透過する透過光は、構造周期PTに応じた特定の波長領域の光となる。第2格子層41と他の層との界面にてフレネル反射が生じ、表面反射観察にて黒色とは異なる有色の像が第1表示領域10Aで視認される場合であっても、プラズモン共鳴によって消費される波長領域は、反射光には含まれないため、表面反射観察と裏面透過観察とでは、互いに異なる色彩の像が視認される。また、裏面反射観察と表面透過観察とでも、互いに異なる色彩の像が視認される。したがって、表示体の表面の観察と裏面の観察とで、互いに異なる色彩の像を視認させることが可能であり、すなわち、観察の条件に応じて互いに異なる外観の像を視認させることができる。それゆえ、表示体の付された物品における偽造の困難性や意匠性をより高めることができる。
例えば、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比、および、構造周期PTに対する第2金属層42の幅WTの比は、0.25以上0.75以下とは異なる値であってもよいし、第1誘電体層22の平面形状が正三角形である場合、構造周期PTは第1誘電体層22の幅WTの1倍以上5倍以下と異なる値であってもよい。また例えば、第1格子層21と中間格子層31と第2格子層41との厚さの関係は、上記実施形態と異なってもよい。
(第4実施形態)
図34から図44を参照して表示体の第4実施形態を説明する。なお、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。
図34から図44を参照して表示体の第4実施形態を説明する。なお、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。
図34が示すように、表示体の有する表面10Sは、第1表示領域10Aと、第2表示領域10Bとに区画される。第1表示領域10Aの備える断面構造と、第2表示領域10Bの備える断面構造とは、相互に異なる。第1表示領域10Aは、表面10Sにおいて、文字、図形、記号、模様、絵などを描く領域であり、図34では、例えば、星形の図形を描く領域である。
[表示体の構造]
まず、第1表示領域10Aの構成について以下に説明する。
図35が示すように、第1表示領域10Aは、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の孤立領域A2と、各孤立領域A2を囲む単一の周辺領域A3とを含む。図35では、孤立領域A2を説明する便宜上、各孤立領域A2にドットを付して示す。
まず、第1表示領域10Aの構成について以下に説明する。
図35が示すように、第1表示領域10Aは、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、複数の孤立領域A2と、各孤立領域A2を囲む単一の周辺領域A3とを含む。図35では、孤立領域A2を説明する便宜上、各孤立領域A2にドットを付して示す。
各孤立領域A2は、表面10Sに沿って正方配列に並ぶ。正方配列は、一辺が構造周期PTを有する正方形LTの各頂点に孤立領域A2が位置する配列である。なお、各孤立領域A2は、六方配列に並ぶことも可能である。すなわち、孤立領域A2は、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。なお、六方配列は、正三角形の各頂点に孤立領域A2が位置する配列である。
図36が示すように、表示体は、可視領域の光を透過する透明な支持部11を備える。可視領域の光が有する波長は、400nm以上800nm以下である。支持部11は、第1表示領域10Aと第2表示領域10Bとに共通する。支持部11の有する断面構造は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
支持部11を構成する材料は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料である。物品に表示体を貼り付けることに要する可撓性を得やすいこと、支持部11に付加できる光学的な特性の自由度が高いことなどの観点において、支持部11を構成する材料は、樹脂であることが好ましい。支持部11の屈折率は、空気層よりも高く、例えば1.2以上1.7以下である。
第1表示領域10Aは、支持部11に近い層から順に、第1格子層21と、中間格子層31と、第2格子層41とを備える。中間格子層31は、第1格子層21と第2格子層41とに挟まれている。なお、支持部11において第1格子層21の位置する面が、支持部11の表面であり、支持部11に対して第1格子層21の位置する側が、構造体における表面側である。反対に、第1格子層21に対して支持部11の位置する側が、構造体における裏面側である。
[第1格子層21]
支持部11の表面には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
支持部11の表面には、第1格子層21が位置する。第1格子層21は、複数の第1誘電体層22と、単一の第1金属層23とを備える。各第1誘電体層22は、表示体の表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1誘電体層22は、表面10Sに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
各第1誘電体層22は、支持部11の表面から突き出た構造体である。各第1誘電体層22は、例えば、支持部11と一体である。あるいは、各第1誘電体層22は、例えば、支持部11の表面との間に境界を有し、支持部11とは別体である。
第1金属層23は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1誘電体層22を1つずつ囲う網目状を有する。第1格子層21において、単一の第1金属層23は、自由電子が行きわたる光学的な海成分であり、各第1誘電体層22は、海成分のなかに分布する島成分である。
表面10Sと対向する方向から見て、第1誘電体層22の位置する周期は、相互に隣り合う第1誘電体層22の最短幅WPと、第1誘電体層22の幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTは、可視領域の波長以下であるサブ波長周期である。
構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、0.25以上0.75以下である。第1格子層21の加工の精度が得られること、第1格子層21においてプラズモン共鳴が生じやすいことなどの観点において、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。
第1格子層21の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましい。第1格子層21の加工の精度が得られること、第1格子層21においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明となることなどの観点において、第1格子層21の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
[中間格子層31]
第1格子層21の上には、中間格子層31が位置する。中間格子層31の厚さは、第1格子層21の厚さよりも厚い。中間格子層31の加工の精度が得られる観点において、中間格子層31の厚さは、150nm以下であることが好ましい。
第1格子層21の上には、中間格子層31が位置する。中間格子層31の厚さは、第1格子層21の厚さよりも厚い。中間格子層31の加工の精度が得られる観点において、中間格子層31の厚さは、150nm以下であることが好ましい。
中間格子層31は、複数の第1中間誘電体層32と、単一の第2中間誘電体層33とを備える。各第1中間誘電体層32は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2に位置する。単一の第2中間誘電体層33は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に位置する。複数の第1中間誘電体層32は、表面10Sに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
各第1中間誘電体層32は、第1誘電体層22から突き出た構造体である。各第1中間誘電体層32は、例えば、第1誘電体層22と一体である。あるいは、各第1中間誘電体層32は、例えば、第1誘電体層22との間に境界を有し、第1誘電体層22とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第1中間誘電体層32の位置する周期は、第1誘電体層22と同じく、最短幅WPと幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、0.25以上0.75以下である。また、構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。
第2中間誘電体層33は、表面10Sと対向する方向から見て、各第1中間誘電体層32を1つずつ囲う網目状を有する。中間格子層31において、単一の第2中間誘電体層33は、構造的および光学的に海成分であり、各第1中間誘電体層32は、構造的および光学的に島成分である。第2中間誘電体層33は、空気層、あるいは、樹脂層であり、第1中間誘電体層32よりも低い誘電率を有する。
[第2格子層41]
中間格子層31の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、中間格子層31の厚さよりも薄い。第2格子層41の加工の精度が得られること、第2格子層41においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第2格子層41の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
中間格子層31の上には、第2格子層41が位置する。第2格子層41の厚さは、10nm以上200nm以下であることが好ましく、また、第2格子層41の厚さは、中間格子層31の厚さよりも薄い。第2格子層41の加工の精度が得られること、第2格子層41においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第2格子層41の厚さは、10nm以上100nm以下であることが好ましい。
第2格子層41は、複数の第2金属層42と、単一の第2誘電体層43とを備える。各第2金属層42の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、孤立領域A2を含む。単一の第2誘電体層43の位置は、表面10Sと対向する方向から見て、周辺領域A3に含まれる。複数の第2金属層42は、表面10Sに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
各第2金属層42は、第1中間誘電体層32の頂面に重なる構造体である。各第2金属層42は、第1中間誘電体層32との間に境界を有し、第1中間誘電体層32とは別体である。表面10Sと対向する方向から見て、第2金属層42の位置する周期は、第1誘電体層22と同じく、最短幅WPと幅WTとの合計であり、上記構造周期PTである。構造周期PTに対する第2金属層42の幅の比は、0.25以上0.75以下である。また、構造周期PTに対する第2金属層42の幅の比は、好ましくは、0.40以上0.60以下である。
第2誘電体層43は、表面10Sと対向する方向から見て、各第2金属層42を1つずつ囲う網目状を有する。第2格子層41において、単一の第2誘電体層43は、第2金属層42と比べて自由電子が少ない光学的な海成分であり、各第2金属層42は、海成分のなかに分布する島成分である。第2誘電体層43は、空気層、あるいは、樹脂層であり、第1中間誘電体層32よりも低い誘電率を有する。
第1格子層21における海成分である第1金属層23の体積比率は、第2格子層41における島成分である第2金属層42の体積比率よりも大きい。また、第2格子層41における島成分である第2金属層42の体積比率は、中間格子層31における金属材料の体積比率よりも大きい。
なお、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とから構成される構造体は、周期要素の一例であり、支持部11の表面を基準面として、基準面から突出する凸部11Tでもある。そして、支持部11、第1誘電体層22、および、第1中間誘電体層32から構成される構造体は、周期構造体の一例である。また、第1金属層23と第2金属層42とから構成される層は、層全体としての形状が周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層として捉えられる。周期構造体の表面は、基準面のうち各周期要素を囲む領域と各周期要素の表面とを含む面である。
図37が示すように、周辺領域A3においては、支持部11に近い層から順に、第1格子層21の第1金属層23と、中間格子層31の第2中間誘電体層33と、第2格子層41の第2誘電体層43とが位置する。第2中間誘電体層33は、第1金属層23と第2誘電体層43とに挟まれている。
図38が示すように、第2表示領域10Bは、支持部11の上に、上述した第1格子層21、中間格子層31、および、第2格子層41を備えていない。すなわち、第2表示領域10Bは、支持部11の備える光透過性に従って、可視領域の光を透過する。
なお、第2表示領域10Bは、第1表示領域10Aとは異なる層を、支持部11の上に備えてもよい。第2表示領域10Bは、例えば、第1誘電体層22のみを備えてもよい。また、第2表示領域10Bは、例えば、第1金属層23を構成する材料と同一の材料から構成された単一の金属層のみを備えてもよい。第2表示領域10Bにおける層構成は、第2表示領域10Bが表示する像への要請に応じて、適宜選択される。
また、上述のように、支持部11の有する断面構造は、多層構造であってもよいし、各第1誘電体層22は支持部11との間に境界を有していなくてもよい。図39は、支持部11が2つの層から構成され、これらの層のうち支持部11の表面側の層が各第1誘電体層22と一体である構造を示す。すなわち、支持部11は、基材11aと中間層11bとを備え、中間層11bは、基材11aに対して表面側に位置する。各第1誘電体層22は、中間層11bから突き出ており、各第1誘電体層22と中間層11bとは一体である。
[表示体の光学的な構成]
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。
ここでは、表示体の表面10S、および、表示体の裏面10Tが、それぞれ空気層と接し、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図40が示すように、支持部11の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
次に、表示体が備える光学的な構成を説明する。
ここでは、表示体の表面10S、および、表示体の裏面10Tが、それぞれ空気層と接し、第2中間誘電体層33と第2誘電体層43との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図40が示すように、支持部11の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
第1誘電体層22の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第1金属層23の屈折率は、空気層の屈折率よりも低い。第1格子層21の屈折率は、これら第1金属層23の屈折率と、第1誘電体層22の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であるため、第1格子層21の屈折率は、結局のところ、海成分である第1金属層23に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも十分に低い。
第1中間誘電体層32の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第2中間誘電体層33の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。中間格子層31の屈折率は、これら第2中間誘電体層33の屈折率と、第1中間誘電体層32の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第1中間誘電体層32の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であるため、中間格子層31の屈折率は、結局のところ、海成分である第2中間誘電体層33に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高く、かつ、空気層の屈折率に近い値である。
第2金属層42の屈折率は、空気層の屈折率よりも低く、第2誘電体層43の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。第2格子層41の屈折率は、これら第2誘電体層43の屈折率と、第2金属層42の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期PTに対する第2金属層42の幅WTの比は、0.25以上0.75以下であるため、第2格子層41の屈折率は、結局のところ、海成分である第2誘電体層43に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも低く、かつ、空気層に近い値である。
[表面反射観察、裏面透過観察]
ここで、表示体の外側から第2格子層41に入射する白色の光L1は、空気層から第2格子層41に入り、第2格子層41から中間格子層31に入る。第2格子層41に入射する光L1は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41に空気層から入るため、空気層と第2格子層41との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層31に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層31に入るため、ここでも、第2格子層41と中間格子層31との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
ここで、表示体の外側から第2格子層41に入射する白色の光L1は、空気層から第2格子層41に入り、第2格子層41から中間格子層31に入る。第2格子層41に入射する光L1は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41に空気層から入るため、空気層と第2格子層41との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層31に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第2格子層41から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層31に入るため、ここでも、第2格子層41と中間格子層31との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
一方で、第2金属層42の構造周期PTが、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第2格子層41ではプラズモン共鳴が生じる。プラズモン共鳴は、第2格子層41に入射した光の一部と電子の集団的な振動とが結合する現象である。第2格子層41に入射した光L1の一部は、第2格子層41でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第2格子層41を透過する。第2格子層41を透過した表面プラズモンは、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第2格子層41が出射する光EP2の波長領域は、第2金属層42の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第2格子層41は、第2格子層41に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層31へ透過する。
また、第1誘電体層22の構造周期PTも、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第1格子層21でもプラズモン共鳴が生じる。すなわち、第1格子層21に入射する光の一部もまた、第1格子層21でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第1格子層21を透過し、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第1格子層21が出射する光EP1の波長領域は、第1誘電体層22の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第1格子層21は、第1格子層21に入射した光の波長領域の一部の光を、支持部11へ透過する。
以上により、表示体の外側から第2格子層41へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面反射観察によれば、上記各界面でのフレネル反射を生じ難いこと、上記各格子層でのプラズモン共鳴を生じること、これらが相まって、黒色、もしくは、黒色に近い色彩が、第1表示領域10Aで視認される。
他方、表示体の外側から第2格子層41へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面透過観察によれば、上記各格子層でのプラズモン共鳴を経て透過した有色の光LP1が、すなわち、白色および黒色以外の光が、第1表示領域10Aで視認される。なお、上記表面反射観察や裏面透過観察の結果は、表面10Sに向けた外光の光量が、裏面10Tに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。
[裏面反射観察、表面透過観察]
図41が示すように、表示体の外側から支持部11に入射する白色の光L1は、空気層から支持部11に入り、支持部11から第1格子層21に入る。支持部11に入射した光L1は、空気層よりも高い屈折率を有した支持部11から、空気層よりも低い屈折率を有した第1格子層21に入るため、支持部11と第1格子層21との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、支持部11の屈折率と、第1格子層21の屈折率との差は、第1格子層21と中間格子層31との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層31と第2格子層41との間の屈折率差よりも大きい。
図41が示すように、表示体の外側から支持部11に入射する白色の光L1は、空気層から支持部11に入り、支持部11から第1格子層21に入る。支持部11に入射した光L1は、空気層よりも高い屈折率を有した支持部11から、空気層よりも低い屈折率を有した第1格子層21に入るため、支持部11と第1格子層21との界面では、フレネル反射を生じやすい。なお、支持部11の屈折率と、第1格子層21の屈折率との差は、第1格子層21と中間格子層31との間の屈折率差よりも大きく、また、中間格子層31と第2格子層41との間の屈折率差よりも大きい。
一方で、支持部11と第1格子層21との界面を透過した光の一部は、第1格子層21でのプラズモン共鳴に供される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第1格子層21が出射する光EP1の波長領域は、第1金属層23の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。この波長領域の光は、支持部11と第1格子層21との界面では反射されずに、プラズモン共鳴によって消費される。結果として、支持部11に入射した光の波長領域の一部の光は、支持部11と第1格子層21との界面で反射され、第1格子層21は、第1格子層21に入射した光の波長領域の一部の光を、中間格子層31へ透過する。
また、中間格子層31を透過して第2格子層41に入射した光の一部も、第2格子層41でのプラズモン共鳴に供される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第2格子層41が出射する光EP2の波長領域は、第2誘電体層43の構造周期PTを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第2格子層41は、第2格子層41に入射した光の波長領域の一部の光を、空気層へ透過する。
以上により、表示体の外側から支持部11へ光L1を入射させて、表示体の裏面側から裏面10Tを観察する裏面反射観察によれば、上記界面でのフレネル反射による有色の光LRが、すなわち、白色および黒色以外の光LRが、第1表示領域10Aで視認される。なお、こうした支持部11と第1格子層21との界面で生じるフレネル反射は、上述した表面反射観察において、より黒色に近い色彩を、第1表示領域10Aで視認させる。
他方、表示体の外側から支持部11へ光L1を入射させて、表示体の表面側から表面10Sを観察する表面透過観察では、上記フレネル反射と、上記各格子層でのプラズモン共鳴とを経た有色の光LP2が、第1表示領域10Aで視認される。なお、上記表面透過観察や裏面反射観察の結果は、裏面10Tに向けた外光の光量が、表面10Sに向けた外光の光量よりも高い場合においても、同様の傾向を示す。
[表示体の抗菌作用]
表示体は、金属層(第1金属層23、第2金属層42、後述する中間金属層32A)に抗菌性を有する金属微粒子を含むことにより抗菌作用を備える。次に、表示体が備える抗菌作用について説明する。
一般に抗菌作用を伴う金属材料として金、銀、銅、チタン、亜鉛、タングステン、ガリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、コバルト、カドミウム、水銀、クロム等が知られている。しかしながら、表面プラズモン共鳴を発現すること、表示体として人の手に触れることなどを考慮した場合、金、銀、銅を用いることが好ましい。特に、銀は無機系抗菌剤の主剤として用いられており、効果や安全性の面から銀を用いることがより好ましい。
表示体は、金属層(第1金属層23、第2金属層42、後述する中間金属層32A)に抗菌性を有する金属微粒子を含むことにより抗菌作用を備える。次に、表示体が備える抗菌作用について説明する。
一般に抗菌作用を伴う金属材料として金、銀、銅、チタン、亜鉛、タングステン、ガリウム、ストロンチウム、ジルコニウム、コバルト、カドミウム、水銀、クロム等が知られている。しかしながら、表面プラズモン共鳴を発現すること、表示体として人の手に触れることなどを考慮した場合、金、銀、銅を用いることが好ましい。特に、銀は無機系抗菌剤の主剤として用いられており、効果や安全性の面から銀を用いることがより好ましい。
銀は、古くからその高い抗菌性が知られており、極微量で強い殺菌性を発現することが確認されている。抗菌のメカニズム自体は、未だ不確定であるが、銀イオンがタンパク質、具体的にはシステイン部のようなアミノ残基のチオール基を強く架橋的に結合し、その結果、酵素阻害反応によって菌が死滅するとされている。銀イオンの殺菌力は、銅イオンや塩素の約10倍も大きく、人体に対する影響も心配ないと考えられている。また、銀がナノ粒子となると、バルクに比べ表面積が顕著に増大する分、銀イオンの溶出が容易となり、より少量で抗菌効果が発現しやすくなる。
金属層の抗菌性を有する金属微粒子には、抗菌性金属単体、他の表面プラズモン共鳴を発現する金属に抗菌性を示す金属微粒子を担持させたもの、またはこれらの混合物を用いることができる。抗菌性を有する金属微粒子の含有量や担持量は、抗菌性が発揮されるのであれば特に限定されない。特に銀ナノ粒子を用いる場合には、その高い抗菌作用のために、銀は微量であってもよい。例えば、銀の量は、抗菌性を高めるために、銀が含まれた金属層1gあたり0.01μg以上であることが好ましく、0.1μg以上であることがより好ましい。
金属層に、抗菌性を有する金属微粒子を含ませる方法は、特に限定はなく、公知の方法を採用できる。例えば、真空蒸着、スパッタ等により他の金属層の表面に抗菌性金属の薄膜を形成する、あるいは、他の金属と同時に成膜して抗菌性金属を担持させる方法等が挙げられる。同時に成膜する場合、成膜レートを制御することで、抗菌性を有する金属微粒子の含有量や担持量を必要最小限にすることが可能である。
詳細は後述するが、図43に示すように、前記金属層は、表示体の凸部の表面形状に追従するように形成されるので、人の手が触れる際には、必ず前記金属層に触れることになり、抗菌作用が効果的に発揮される。
[表示体の製造方法]
次に、表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部11の表面に、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを形成する。第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部11の表面に突部を形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより突部を形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
次に、表示体を製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部11の表面に、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを形成する。第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とは、支持部11の表面から突き出た突部として一体に形成される。突部を形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部11の表面に突部を形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより突部を形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
例えば、図39に示したように基材11aと中間層11bとから構成される支持部11を有する表示体を製造する場合、まず、基材11aとして、ポリエチレンテレフタラートシートを用い、基材11a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膜の表面に、凹版である合成石英モールドの表面を押し当て、これら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合成石英モールドを離型する。これによって、基材11aの表面の樹脂に凹版の有する凹凸が転写され、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とからなる突部および中間層11bが形成される。なお、紫外線硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱に変更することも可能である。また、紫外線硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱および冷却に変更することも可能である。
次いで、突部を備える支持部11の表面に、第1金属層23、および、第2金属層42を形成する。第1金属層23、および、第2金属層42を形成する方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法である。これによって、第1金属層23の頂面によって区画される第1格子層21が形成され、第2金属層42の頂面によって区画される第2格子層41が形成され、これら第1格子層21と第2格子層41とに挟まれた中間格子層31が形成される。
[第1表示領域の構成例]
図42が示すように、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、第1格子層21と支持部11との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。
図42が示すように、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、第1格子層21と支持部11との界面では、フレネル反射による光の強度が大きく、裏面反射観察での像の明度が高まる。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、裏面反射観察での像の明度が高まる。
また、第1金属層23の厚さT2が厚いほど、裏面10Tから表面10Sへ透過する光の強度が小さく、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が小さいほど、これもまた、表面反射観察での色彩が、より黒色に近づく。
そして、第1金属層23の厚さT2が10nm以上であり、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が0.75以下であれば、表示体の表裏を判断するための上記観察において、それの精度が十分に得られる。
他方、第1金属層23の厚さT2が薄いほど、また、第2金属層42の厚さT4が薄いほど、表面透過観察や裏面透過観察では、これらを透過する光の強度が大きい。構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が大きいほど、これもまた、表示体を透過する光の強度が大きい。
そして、第1金属層23の厚さT2や、第2金属層42の厚さT4が、200nm以下であり、かつ、構造周期PTに対する第1誘電体層22の幅WTの比が0.25以上であれば、表面透過観察で視認される像や、裏面透過観察で視認される像が、それを視認できる程度に明りょうとなる。
第1誘電体層22の厚さT2と、第1中間誘電体層32の厚さT3との合計は、第1誘電体層22の幅WTと、最短幅WPとの合計である構造周期PTよりも小さいことが好ましい。また、第1誘電体層22の厚さT2と第1中間誘電体層32の厚さT3との合計は、構造周期PTの半分よりも小さいことが、より好ましい。
こうした構成であれば、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが一体である樹脂構造体において、その構造体の形状の精度を高めることが可能であり、また、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とからなる凸部11Tが支持部11の表面で倒れることが抑えられる。
可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値である金属材料は、それを用いた第1格子層21や第2格子層41において、プラズモン共鳴を生じやすい。そこで、第1金属層23を構成する材料は、上記複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましい。第2金属層42を構成する材料もまた、上記複素誘電率の実部が負の値の材料であることが好ましい。
これら第1金属層23や第2金属層42を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、インジウム、タンタルなどである。
これら第1金属層23や第2金属層42を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、銅、インジウム、タンタルなどである。
なお、上記製造方法において説明したように、第1金属層23と第2金属層42とは、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とが形成された支持部11に対する金属層の成膜によって、単一の工程で形成することができる。
図43が示すように、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体の構造体として構成してもよい。この一体の構造体の形状は、基材11の表面から突き出る錐体状の凸部に具体化できる。基材11の表面と錐体状の凸部とには、第1金属層23と、第2金属層42と、錐体状の凸部の胴部外周面に設けられた中間金属層32Aとを、表面形状に追従するように(すなわち、支持部11および錐体状の凸部の表面を覆うように)形成することができる。第1金属層23と、第2金属層42と、中間金属層32Aとは一体に形成してもよい。こうした構成によれば、例えば人の手が表示体に触れる時に前記金属層に触れやすいため、効果的に抗菌効果を発揮することができる。また、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層の形成に際して、それを形成するための凹版の離型を円滑に進めることが可能となる。
[保護層]
図44が示すように、表示体は、前記金属層の前記周期構造体と接する面とは反対側の面を覆うように保護層をさらに備える。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。なお、保護層45は、第2誘電体層43、および、第2中間誘電体層33と一体の構造体に具体化できる。この際は、保護層45は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第1誘電体層22の屈折率や第1中間誘電体層32の屈折率よりも大気層の屈折率に近い屈折率を有する。
図44が示すように、表示体は、前記金属層の前記周期構造体と接する面とは反対側の面を覆うように保護層をさらに備える。この際、保護層と第2金属層42との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴う表示体での波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、表示体に選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。なお、保護層45は、第2誘電体層43、および、第2中間誘電体層33と一体の構造体に具体化できる。この際は、保護層45は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第1誘電体層22の屈折率や第1中間誘電体層32の屈折率よりも大気層の屈折率に近い屈折率を有する。
また、人が素手で表示体を触る用途に表示体が用いられる場合、表示体の表面を構成する保護層45がフッ素を含む樹脂から構成されることが好ましい。こうした構成によれば、表示体の表面に皮脂などの汚れが付着することが抑えられる。さらに、保護層45に抗菌性を有する金属微粒子を含ませてもよい。こうした構成によれば、表示体の表面に付着した細菌を死滅させ増殖を抑えられる。
以上、第4実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
(1)表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることや、表示体の貼り付けられた物品の意匠性を高めることが可能ともなる。
(1)表面反射観察と裏面反射観察とにおいて別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表示体の表裏を判別することが可能となる。また、表示体の貼り付けられた物品に対して、それの真贋の判定を容易なものとすることや、表示体の貼り付けられた物品の意匠性を高めることが可能ともなる。
(2)表面反射観察と裏面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。また、裏面反射観察と表面透過観察とにおいても別々の色彩を有した像を第1表示領域10Aで視認させられるため、表裏の判断結果に対する精度を高めることが可能となる。
(3)構造周期PTの大きさが、可視領域の波長以下であるサブ波長周期であり、可視領域の光の一次回折光の形成を抑える大きさである。そのため、裏面反射観察、表面透過観察、裏面透過観察による像に、虹色が含まれることを抑えて、各観察による像の色彩を、より鮮明にすることが可能ともなる。
(4)第1格子層21の厚さT2と、中間格子層31の厚さT3との合計が、ナノインプリントなどの凹版を適用できる程度の大きさであるため、第1誘電体層22と第1中間誘電体層32とを一体に成形することが可能ともなる。
(5)表面反射観察と、裏面反射観察と、表面もしくは裏面での透過観察との各々において、第1表示領域10Aの色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体が付された物品に対して、それの真贋の判定における精度を高めることが可能ともなる。
(6)表面反射観察と、裏面反射観察と、表面もしくは裏面での透過観察との各々において、第1表示領域10Aの色彩を固有のものとすることができる。それゆえに、表示体による表示の形態を、より複雑なものとすること、また、表示体の有する意匠性を高めることが可能ともなる。
(7)表示体の表面を構成する金属層に抗菌性を有する金属微粒子が含まれているため、例えば人の手が触れた際等に、表示体に付着した細菌を死滅させ、細菌の増殖を抑えることができる。それゆえに、表示体が付された物品に対して、抗菌作用を付与することが可能となる。
[実施例]
上述した第4実施形態の表示体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。
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、合成石英基板の表面に、クロム(Cr)からなる膜をスパッタリングによって10nmの厚さに成膜し、電子線リソグラフィによって電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は150nmとした。形成したパターンは、一辺が1cmである正方形形状の領域内に、一辺が160nmである正方形を、構造周期PTが320nmの六方配列に配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記正方形の内側領域である。
上述した第4実施形態の表示体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。
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、合成石英基板の表面に、クロム(Cr)からなる膜をスパッタリングによって10nmの厚さに成膜し、電子線リソグラフィによって電子線レジストパターンをCr膜上に形成した。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は150nmとした。形成したパターンは、一辺が1cmである正方形形状の領域内に、一辺が160nmである正方形を、構造周期PTが320nmの六方配列に配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記正方形の内側領域である。
次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のCr膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストおよびCr膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。前記プラズマエッチングの条件を調整したことで、石英の凹形状は錐体状の形状となった。エッチングした合成石英基板の深さは100nmであった。残存したレジストおよびCr膜を除去し、凹凸構造が形成されたモールドを得た。モールドの表面には、離型剤としてオプツールHD-1100(ダイキン工業製)を塗布した。
次に、上記モールドのパターンが形成された面である表面に紫外線硬化性樹脂を塗工した。そして、片面に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を用い、このフィルムの易接着処理が施された面でモールドの表面を覆った。さらに、モールドにおけるパターンの形成された領域の全体に紫外線硬化性樹脂が広がるように、ローラーを用いて紫外線硬化性樹脂を延ばし、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、六方配列に並ぶ凸部の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である周期構造体を得た。硬化後の紫外線硬化性樹脂の屈折率は1.52であった。
次に、上記周期構造体の表面に真空蒸着法を用いて銀(Ag)からなる膜を20nmの厚さに成膜することにより、金属層を形成した。これにより、実施例の表示体を得た。基材に対して金属層の位置する側が表示体の表面側であり、金属層に対して基材の位置する側が表示体の裏面側である。
実施例の表示体に対し白色の光を照射して観察したところ、凸部のパターンが形成されている領域においては、表面反射観察によって黒色に近い青色が観察され、裏面反射観察によって紫色が観察され、表面透過観察および裏面透過観察によって橙色が観察された。また、凸部のパターンが形成されていない領域では、銀からなる金属層からの反射光として、金属光沢を有する色が観察された。
次に、実施例の表示体に対し、日本薬局方に記載される無菌試験法に準じ、細菌否定試験及び真菌否定試験を行った結果、表示体からの菌の発育は認められなかった。よって、表示体に十分な抗菌作用が備わっていることが確認できた。
本発明は、偽造が困難であることを求められる物品に備えられることにより、物品の偽造の困難性を高めたり、身の回りの物品に備えられることにより、物品の意匠性を高めたりすることが可能な表示体に用いることができる。
A2…孤立領域、A3…周辺領域、L1,EP1,EP2,LR,LP1,LP2…光、LT…正方形(単位配列)、XT…単位配列の1辺の長さ、PT、PT1~PT4…構造周期、T2,T3,T4,T5,T6,T7…厚さ、W4,WT…幅、WP…最短幅、10A…第1表示領域、10B…第2表示領域、10S…表面、10T…裏面、11…支持部、11a…基材、11b…中間層、11T…凸部、11H…凹部、21…第1格子層、22…第1誘電体層、23…第1金属層、31…中間格子層、32…第1中間誘電体層、32A…中間金属層、33,34…第2中間誘電体層、41…第2格子層、42…第2金属層、43,44…第2誘電体層、45…保護層、51…上部格子層、52…第1上部誘電体層、53…第2上部誘電体層、61…金属層、62…誘電体層、70…光射出構造体、100…表示体、110…表示体付きデバイス。
Claims (19)
- 基準面を有する支持部と、前記基準面においてサブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ複数の周期要素であって、前記基準面から突出する凸部、もしくは、前記基準面から窪む凹部のいずれかである前記周期要素とを備える誘電体である周期構造体と、
前記基準面のうち前記周期要素を囲む領域と前記周期要素の表面とを含む面である前記周期構造体の表面に位置し、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層と、を備え、
複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向である第1の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離と、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向であって前記第1の方向に交差する第2の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離が異なる表示体。 - 10nm以上200nm以下の厚さを有した第1格子層と、
10nm以上200nm以下の厚さを有した第2格子層と、
前記第1格子層および前記第2格子層よりも厚い中間格子層であって、厚さ方向に前記第1格子層と前記第2格子層とに挟まれた前記中間格子層と、を前記基準面上に含み、
前記第1格子層は、単位格子が正方形である正方配列、単位格子が菱形である六方配列、単位格子が長方形である長方配列のいずれかである島状配列に並ぶ複数の第1誘電体層と、各第1誘電体層を囲う網目状を有した第1金属層と、を備え、
前記中間格子層は、単位格子が正方形である正方配列、単位格子が菱形である六方配列、単位格子が長方形である長方配列のいずれかである島状配列に並ぶ複数の第1中間誘電体層と、各第1中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、前記第1中間誘電体層よりも低い誘電率を有した第2中間誘電体層と、を備え、
前記第2格子層は、単位格子が正方形である正方配列、単位格子が菱形である六方配列、単位格子が長方形である長方配列のいずれかである島状配列に並ぶ複数の第2金属層と、各第2金属層を囲う網目状を有した第2誘電体層と、を備え、
前記周期要素は前記凸部であって、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とが前記周期要素を構成し、前記第1金属層と前記第2金属層とが前記金属層に含まれ、
前記第1格子層における前記第1金属層の体積比率が、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率よりも大きく、かつ、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率が、前記中間格子層における金属材料の体積比率よりも大きく、
前記第1誘電体層の構造周期に対する前記第1誘電体層の幅の比、および、前記第2金属層の構造周期に対する前記第2金属層の幅の比が、0.25以上0.75以下である
請求項1に記載の表示体。 - 前記第1金属層、および、前記第2金属層は、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値を有する
請求項2に記載の表示体。 - 前記第1誘電体層の構造周期に対する前記第1誘電体層の幅の比、および、前記第2金属層の構造周期に対する前記第2金属層の幅の比が、0.40以上0.60以下である
請求項2または3に記載の表示体。 - 前記第1金属層を構成する材料と、前記第2金属層を構成する材料とは等しく、
前記第2誘電体層は、空気層であり、
前記第1誘電体層の屈折率と前記第1金属層の屈折率との差は、前記第2誘電体層の屈折率と前記第2金属層の屈折率との差よりも大きい
請求項2乃至4のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記周期要素の平面形状は、長方形である
請求項2乃至5のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記中間格子層は、前記第1中間誘電体層の側面上に位置し、かつ、前記第1中間誘電体層と前記第2中間誘電体層とに挟まれた中間金属層をさらに備え、
前記中間金属層は、前記第2金属層と一体の構造体であって前記金属層に含まれ、可視領域の光の反射を抑えるように、前記側面上での厚みが、前記第1金属層に近い部位ほど薄い、
請求項2乃至6のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記誘電体層における前記金属層と接する面とは反対側の面を覆う保護層を備える
請求項7に記載の表示体。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の表示体と、
前記表示体の有する表面と裏面とのうちの一方の面の一部と対向する位置に配置され、前記表示体に向けて光を放つことが可能に構成された光射出構造体と、
を備える表示体付きデバイス。 - 基材の表面に塗工された樹脂に凹版の有する凹凸を転写することにより、前記基材の表面と対向する方向から見て、凸部または凹部である周期要素がサブ波長周期を有した二次元格子状に位置する周期構造体を形成する第1工程と、
前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層を前記周期構造体の上に形成する第2工程と、
を含み、
複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向である第1の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離と、複数の前記周期要素が二次元格子状に並ぶ方向であって前記第1の方向に交差する第2の方向に沿った前記周期要素間の隙間距離が異なる表示体の製造方法。 - 基準面を有する支持部と、前記基準面においてサブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ複数の周期要素であって、前記基準面から突出する凸部、もしくは、前記基準面から窪む凹部のいずれかである前記周期要素とを備える誘電体である周期構造体と、前記基準面のうち前記周期要素を囲む領域と前記周期要素の表面とを含む面である前記周期構造体の表面に位置し、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層と、を備え、
前記周期要素の平面形状が多角形である、
表示体。 - 前記多角形の少なくとも1つの内角が鋭角である、
請求項11に記載の表示体。 - 前記複数の周期要素のうち隣接する前記周期要素の組の少なくとも一部は、各周期要素の前記鋭角どうしが向かい合うように配列されている、
請求項12に記載の表示体。 - 前記鋭角どうしが向かい合う前記周期要素の組において、前記周期要素の中心間の距離がサブ波長である、
請求項13に記載の表示体。 - 前記複数の周期要素は、平面視において六角対称配列、六方配列または正方配列のいずれかを構成するように並ぶ、
請求項11乃至14のいずれか一項に記載の表示体。 - 10nm以上200nm以下の厚さを有した第1格子層と、
10nm以上200nm以下の厚さを有した第2格子層と、
前記第1格子層および前記第2格子層よりも厚い中間格子層であって、厚さ方向に前記第1格子層と前記第2格子層とに挟まれた前記中間格子層と、を前記基準面上に含み、
前記第1格子層は、島状配列に並ぶ複数の第1誘電体層と、各第1誘電体層を囲う網目状を有した第1金属層と、を備え、
前記中間格子層は、島状配列に並ぶ複数の第1中間誘電体層と、各第1中間誘電体層を囲う網目状を有し、かつ、前記第1中間誘電体層よりも低い誘電率を有した第2中間誘電体層と、を備え、
前記第2格子層は、島状配列に並ぶ複数の第2金属層と、各第2金属層を囲う網目状を有した第2誘電体層と、を備え、
前記周期要素は前記凸部であって、前記第1誘電体層と前記第1中間誘電体層とが前記周期要素を構成し、前記第1金属層と前記第2金属層とが前記金属層に含まれ、
前記第1格子層における前記第1金属層の体積比率が、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率よりも大きく、かつ、前記第2格子層における前記第2金属層の体積比率が、前記中間格子層における金属材料の体積比率よりも大きく、
前記第1誘電体層の構造周期に対する前記第1誘電体層の幅の比、および、前記第2金属層の構造周期に対する前記第2金属層の幅の比が、0.25以上0.75以下である、請求項11乃至15のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記金属層における前記周期構造体と接する面とは反対側の面に位置し、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を備える、
請求項1乃至16のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記金属層に抗菌性を有する金属微粒子を含む、
請求項1乃至17のいずれか一項に記載の表示体。 - 前記第1金属層を構成する材料と、前記第2金属層を構成する材料とは等しく、前記材料は、金、銀、銅のうち少なくとも一つである、
請求項18に記載の表示体。
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