特許 6163892 微細凹凸回折構造を有する表示体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6163892

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】微細凹凸回折構造を有する表示体

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/18 20060101AFI20170710BHJP

   B42D 25/328 20140101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/18

   B42D15/10 328

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-120129(P2013-120129)

(22)【出願日】2013年6月6日

(65)【公開番号】特開2014-238465(P2014-238465A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2016年5月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】特許業務法人 小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川下 雅史

【審査官】 植野 孝郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平８−１６１４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７３３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−３３１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−４２３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−５４２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８６５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２７１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９２８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５０２６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／１８

Ｇ０２Ｂ ５／３２

Ｇ０３Ｈ １／００− ５／００

Ｂ４２Ｄ２５／３２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基材表面上に、
少なくとも一辺が１０μｍ以上である複数の画素がマトリックス状に配置された画素領域が形成された表示体において、
少なくとも
構造周期が２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素と、
構造周期が２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素と、
が前記画素領域内に形成され、
前記一次元回折構造体で形成された画素は、線状凹凸構造の凹凸配列方向が異なる２種類以上の画素を含み、
前記線状凹凸構造の凹凸配列方向が、少なくとも前記二次元回折構造体の格子状凹凸構造の複数の凹凸配列方向のいずれかと平行である、
ことを特徴とする表示体。

【請求項2】

前記一次元回折構造体で形成された画素と、前記二次元回折構造体で形成された画素を有する表示体において、少なくとも
構造周期が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ未満の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素、
または構造周期が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ未満の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素、
のいずれかがさらに含まれていること、
を特徴とする、請求項１記載の表示体。

【請求項3】

前記一次元回折構造体および前記二次元回折構造体の少なくともいずれか一方の凹凸構造のアスペクト比（深さ÷周期）が、０．１以上１０．０以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の表示体。

【請求項4】

前記一次元回折構造体と前記二次元回折構造体の凹凸構造のアスペクト比（深さ÷周期）が異なることを特徴とする請求項３記載の表示体。

【請求項5】

基材上に、
前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された熱可塑性樹脂層が形成されていること、
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表示体。

【請求項6】

前記熱可塑性樹脂層の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の表示体。

【請求項7】

基材上に、
前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された光硬化性樹脂層が形成されていること、
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表示体。

【請求項8】

前記光硬化性樹脂層の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の表示体。

【請求項9】

前記基材が
全可視光波長領域に対して８０％以上を透過する材料で構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の表示体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、肉眼での真偽判別などに好適な微細凹凸回折構造を有する表示体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

基材表面に形成された微細凹凸形状からなる回折格子パターンに光が入射した場合、光の回折と干渉の効果により、特定の入射角、反射角で特定の波長の光が強められるため、例えば白色光源からの光を微細凹凸形状表面で反射すると、入射角、反射角に応じて青から赤の光が分光されて観測される。

【0003】

例えば、平面基材上に形成された微細凹凸形状からなる回折格子の構造周期が可視光波長領域よりも小さい、すなわち４００ｎｍ以下の場合、平面に対して垂直方向から回折格子を観測しても可視光の回折は発生せず、回折光は観測されないが、基材の法線方向に対して傾きをもって入射した光に対しては回折を起こし、特定の角度に対して特定の波長が強められて回折光が観測される。

【0004】

この可視光波長領域以下の周期構造を持つ回折格子パターンを、周期構造が０．０１から０．１ｍｍの凹凸形状表面に形成することで、従来のホログラムなど見え方、光り方が異なるオリジナル性の高い回折構造体が発明されている（特許文献１参照）。

【0005】

また、回折格子の配列から回折の方向を任意に制御し、観察する角度に応じた回折現象を起こす画素領域を決定し、観察する角度により観察像が変化するチェンジングという技術が発明されている（特許文献２参照）。

【0006】

この技術を利用して、マトリックス上に画素を配置し、複数の画素に任意の入射角に対して回折を起こすように配列された微細な溝からなる回折格子パターンを形成し、観察する角度によって動画像を表示できる画像表示体やこれを用いた情報記録体が発明されている（特許文献３参照）。

【0007】

このように、構造周期や方向によって観察される色や図柄を制御できる回折格子パターンは、オリジナル性が高く、また専用の真偽判別器具等を必要としないため、例えばパスポートやＩＤカードなどの個人情報が記録された媒体や、商品券や小切手などの有価証券類の偽造防止に用いることができる。

【0008】

また、近年では高いセキュリティ性の実現や、高耐久性の観点から、通貨や商品券などのプラスチック化が検討されており、一部の国家では貨幣として流通している。

【0009】

前記のようなプラスチック製の貨幣は、例えば可視光領域の波長に対して透明なポリマー基材上に特殊インキを印刷して製造されるため、高い偽造防止効果を示している。

【0010】

さらに、一部領域を除外して特殊インキを印刷し、未印刷部に真偽判別用の特殊ホログラムなどの偽造防止用デバイスを形成することで、ホログラム形成領域のみが可視光に対して透明となる高い偽造防止技術を実現することも可能である。

【0011】

但し、前記プラスチック製の貨幣に採用するためには、当然ながら貨幣の厚さよりも薄い偽造防止用デバイスでなくてはならない。また、偽造防止用デバイスの厚さが十分に薄く、かつ一定の観察角度においては可視光に対して透明性を持っていれば、特殊ホログラムなどの他の偽造防止デバイスとの組み合わせにより、さらに偽造防止効果の高い偽造防止用デバイスを提供することも可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２００９−２６５５６３号公報

【特許文献2】特開平４−１３６８１０号公報

【特許文献3】特開２０１１−１７０１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、オリジナル性が高く、真偽判別方法が簡便であり、基材の選定により正面からの可視光を全て透過し、厚みを十分に薄くすることが可能な微細凹凸回折構造体を有する表示体の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明の請求項１に係る発明は、基材表面上に少なくとも一辺が１０μｍ以上である複数の画素がマトリックス状に配置された画素領域が形成された表示体において、少なくとも構造周期が２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素と、構造周期が２５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素とが画素領域内に形成され、一次元回折構造体で形成された画素は、線状凹凸構造の凹凸配列方向が異なる２種類以上の画素を含み、線状凹凸構造の凹凸配列方向が、少なくとも格子状凹凸構造の複数の凹凸配列方向のいずれかと平行であることを特徴とする表示体である。

【0015】

本発明の請求項２に係る発明は、前記一次元回折構造体で形成された画素と、二次元回折構造体で形成された画素を有する表示体において、少なくとも構造周期が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ未満の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素、または構造周期が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ未満の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素のいずれかが含まれていることを特徴とする、請求項１記載の表示体である。

【0016】

本発明の請求項３に係る発明は、前記一次元回折構造体および前記二次元回折構造体の少なくともいずれか一方の凹凸構造のアスペクト比（深さ÷周期）が、０．１以上１０．０以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の表示体である。

【0017】

本発明の請求項４に係る発明は、前記一次元回折構造体および前記二次元回折構造体の凹凸構造のアスペクト比（深さ÷周期）が異なることを特徴とする請求項３記載の表示体である。

【0018】

本発明の請求項５に係る発明は、基材上に、前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された熱可塑性樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表示体である。

【0019】

本発明の請求項６に係る発明は、前記熱可塑性樹脂層の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の表示体である。

【0020】

本発明の請求項７に係る発明は、基材上に、前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された光硬化性樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表示体である。

【0021】

本発明の請求項８に係る発明は、前記光硬化性樹脂層の厚さが０．１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項７記載の表示体である。

【0022】

本発明の請求項９に係る発明は、前記基材が全可視光波長領域に対して８０％以上を透過する材料で構成されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の表示体である。

【発明の効果】

【0023】

本発明の請求項１に係る発明によれば、マトリックス状に配置した各画素内に形成されている微細凹凸形状からなる一次元、および二次元回折構造体の構造周期が可視光波長領域よりも小さいため、白色光を一定角度から入射させた場合のみ光が干渉し、構造周期と入射角に応じて分光された反射光が観察される。この光の干渉が生じるためには回折構造体の凹凸の配列方向と白色光の入射方向とが一致することが必要である。よって、線状凹凸構造の凹凸配列方向が、例えば９０°異なる二種類の一次元回折構造体の画素をマトリックス上に形成した場合、いずれかの一次元回折構造体の画素が干渉を起こす白色光の入射方向を０°として、この入射方向が９０°変わるたびに干渉を起こす画素が切り替わることになる。加えて、例えば前記の各一次回折構造体の線状凹凸構造と凹凸配列方向が一致する微細な突起形状からなる二次元回折構造体画素を形成することで、入射方向が９０°変わっても干渉を起こす画素を作成することができる。さらに例えば画素を一辺１０μｍまたはそれ以上で構成することにより、画素数が多い表示体では肉眼で確認できる滑らかな曲線を表示することも可能となる。以上により、一定角度から入射される白色光の入射方向に応じて肉眼にて確認される表示像が切り替わる表示体を形成することができるという効果を奏する。

【0024】

本発明の請求項２に係る発明によれば、前記一定角度から入射される白色光の入射方向に応じて表示像を切り換え可能な表示体において、一次元回折構造体の画素、または二次元回折構造体の画素、もしくはその両方において、周期構造が５０ｎｍ以上２５０ｎｍ未満である画素を配置することにより、微細凹凸構造による表面反射の抑制効果と、表示体の法線から６０°以上傾けた方向から入射する光に対して、可視光波長領域の光と干渉を起こさない効果とが生じ、肉眼で表示像を観察した場合の画像コントラストを向上させるという効果を奏する。

【0025】

本発明の請求項３に係る発明によれば、好適な回折効率を有し、かつ微細凹凸形状が倒壊しない回折構造体を形成することができるという効果を奏する。

【0026】

本発明の請求項４に係る発明によれば、一次元回折構造体と二次元回折構造体のアスペクト比が異なることにより、各画素における反射光強度を個別に制御することが可能となるという効果を奏する。

【0027】

本発明の請求項５から請求項８に係る発明によれば、可視光波長領域以下の微細凹凸形状の形成方法に光ナノインプリント法や熱ナノインプリント法を適用することが可能となり、表示体形成工程を大幅に短縮することが可能となるという効果を奏する。さらにナノインプリント法により微細凹凸形状を形成した熱可塑性樹脂層、もしくは光硬化性樹脂層の厚みを１０μｍ以下にすることにより、表示体の厚さを薄くすることができるという効果を奏する。

【0028】

本発明の請求項９に係る発明によれば、基材が可視光領域に対して透明であるため、基材を正面から観察した場合は基材の奥側が透けて見え、基材を傾けることで干渉により表示像が肉眼にて確認できる表示体を形成できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本発明の第１の実施形態における表示体を示す図

【図2】本発明の第２の実施形態における表示体を示す図

【図3】本発明の実施例における紫外線ナノインプリントモールドに形成したパターンを示す図

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。

【0031】

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を用いながら説明する。図１は本発明の第１の実施形態における表示体を示す図である。

【0032】

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態における表示体１を正面（ｚ軸方向）から観察した場合の概要図である。３行３列に配置した画素領域には、（Ｍ，Ｎ）＝（１，１）、（１，３）、（３，１）、（３，３）にｘ軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素１１が、（Ｍ，Ｎ）＝（１，２）、（２，１）、（２，３）、（３，２）にｙ軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素１２が、（Ｍ，Ｎ）＝（２，２）に周期格子状凹凸形状からなる二次元回折格子パターン画素１３が形成されている。また、３行３列の画素数の表示体であるため、肉眼で表示像を観察するためには各画素の１辺は５０μｍ以上であると良い。例えば１０，０００行１０，０００列など画素数が多い場合は各画素の１辺を１０μｍ程度にすることで、非常に滑らかな曲線を肉眼で確認することが可能となる。

【0033】

図１（ｂ）は、基材１００表面に形成したｘ軸に対して平行に配列した一次元回折格子パターン画素１１の立体概要図である。ｐ１は構造周期であり、ｄ１はパターンの深さを表している。表示体をｚ軸と平行の方向から観察した場合に、当該回折格子パターン画素１１により回折、干渉されて反射した光が肉眼で確認されないためには、ｐ１は４００ｎｍ以下にする必要がある。また、ｙｚ平面において表示体をｚ軸に対して９０°未満の一定の傾きで入射する白色光に対し、当該回折格子パターン画素１１により回折、干渉されて反射した光が肉眼で確認されるためには、ｐ１は２５０ｎｍ以上にする必要がある。ｄ１は所望の回折効率を得るように調節可能であるが、ｄ１を大きくすることにより、微細凹凸パターンが倒壊してしまう可能性が高まる。例えばｐ１＝３２０ｎｍ、ｄ１＝３２０ｎｍの一次元回折格子パターンでは、ｙｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で入射する白色光に対し、反射光を肉眼で確認することができる。微細凹凸形状の形状としては、ｘ軸方向と平行な方向から観察した場合に、例えば矩形凹凸形状でもサインカーブ形凹凸形状でも良い。

【0034】

図１（ｃ）は、ｙ軸に対して平行に配列した一次元回折格子パターン画素１２の立体概要図である。例えばｐ２＝３２０ｎｍ、ｄ２＝３２０ｎｍとすると、一次元回折格子パターン画素１２は、図１（ｂ）に示したｘ軸に対して平行に配列した一次元回折格子パターン画素１１とはｘｙ平面において９０°配列が異なるため、ｘｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で入射する白色光に対し、反射光を肉眼で確認することができる。

【0035】

図１（ｄ）は、ｘｙ平面においてｘ軸、ｙ軸に対してそれぞれ平行に配列した二次元回折格子パターン画素１３の立体概要図である。ｐ３ｘはｘ軸方向の構造周期、ｐ３ｙはｙ軸方向の構造周期である。これらの値は独立して決定することができる。例えばｐ３ｘ＝３５０ｎｍ、ｐ３ｙ＝２５０ｎｍとした場合、ｙｚ平面においてｚ軸に対して７０°の傾きを持って入射した白色光に対し観測される反射光の波長よりも、ｘｚ平面において表示体をｚ軸に対して７０°の傾きを持って入射した白色光に対し観測される反射光の波長が長くなる。また、図１（ｄ）のようにｘ軸、ｙ軸に対してそれぞれ平行に配列する場合は、例えば市松模様状に配列しても良い。

【0036】

例えば、ｐ１＝ｐ２＝ｐ３ｘ＝ｐ３ｙ＝３２０ｎｍ、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝３２０ｎｍとした場合、蛍光灯などの白色光源下で図１（ａ）の表示体をｙｚ平面のｚ軸に対して６０°から８０°傾けた場合、（Ｍ，Ｎ）＝（１，１）、（１，３）、（２，２）、（３，１）、（３，３）の画素において分光された反射光が観測され、表示像としては×となる。この時観測される反射光は（Ｍ，Ｎ）＝（１，１）、（１，３）、（２，２）、（３，１）、（３，３）全ての画素に対して同じ色となる。また、図１（ａ）の表示体をｘｚ平面のｚ軸に対して６０°から８０°傾けた場合、（Ｍ，Ｎ）＝（１，２）、（２，１）、（２，２）、（２，３）、（３，２）の画素において分光された反射光が観測され、表示像としては＋となる。この時観測される反射光は（Ｍ，Ｎ）＝（１，２）、（２，１）、（２，２）、（２，３）、（３，２）全ての画素に対して同じ色となる。

【0037】

図１（ａ）のような表示体を作製するには、可視光波長領域より小さい微細凹凸形状を形成しなければならない。そのためには、例えば荷電粒子線リソグラフィなどの微細加工法を用いると良い。

【0038】

例えば、図１（ａ）の表示体を合成石英ガラス基板上に形成する場合、まず、合成石英ガラス基板表面に、荷電粒子線リソグラフィにおける導電膜、および石英をドライエッチングして加工する際の金属マスクの役割を担うクロム膜を成膜し、クロム膜表面に荷電粒子線リソグラフィ用のレジストを塗布する。次に、該基板に図１（ａ）に示すパターンを荷電粒子線により描画し、現像を行うことで荷電粒子線用レジストのパターンを形成する。次に、該基板を塩素と酸素の混合プラズマによりドライエッチング処理し、荷電粒子線用レジストパターンをクロム膜に転写する。次に、該基板を例えば六フッ化メタンなどのフッ化炭素プラズマでドライエッチング処理し、クロム膜のパターンを合成石英ガラス基板表面に転写する。パターン深さは該フッ化炭素プラズマでのドライエッチングの処理時間により制御可能である。次に、酸素プラズマなどで基板に付着したレジスト残膜やエッチング副生成物を除去し、クロムエッチング溶液によりクロム残膜を除去すると、表面に図１（ａ）の表示体１が形成された合成石英ガラス基板を得ることができる。

【0039】

また、図１（ａ）の表示体１において、回折効率を制御するため任意の画素で回折格子パターンの深さを変更する場合は、形成する深さの種類ごとに前記クロム膜の成膜からクロム残膜の除去までの工程を繰り返せばよい。例えば、一次元回折格子パターン深さを二次元回折格子パターン深さのおよそ２倍にしたい場合は、始めに荷電粒子線リソグラフィにより二次回折格子パターン画素のみレジストパターンを形成し、塩素と酸素の混合プラズマでクロム膜へパターン転写し、さらにフッ化炭素プラズマで合成石英ガラス基板表面にパターン転写する。クロム残膜除去処理まで行った後、再び該基板表面にクロム膜を形成し、レジストを塗布する。続いて荷電粒子線リソグラフィにより一次回折格子パターン画素のみレジストパターンを形成し、塩素と酸素の混合プラズマでクロム膜へパターン転写する。続いて、フッ化炭素プラズマによるドライエッチング処理を二次回折格子パターン形成時の２倍の時間実施する。レジスト残膜、エッチング副生成物、クロム残膜を除去すると、一次元回折格子パターン深さを二次元回折格子パターン深さのおよそ２倍である図１（ａ）に示す表示体が形成された合成石英ガラス基板を得ることができる。

【0040】

（第二の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を用いながら説明する。図２は本発明の第２の実施形態における表示体である。

【0041】

図２（ａ）は、本発明の第２の実施形態における表示体２を正面（ｚ軸方向）から観察した場合の概要図である。１０行８列に配置した画素領域には、（Ｍ，Ｎ）＝（４，８）、（４，９）、（５，８）、（５，９）、（６，８）、（７，２）、（７，７）、（７，８）にｘ軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素１４が、（Ｍ，Ｎ）＝（２，９）、（４，２）、（４，３）、（４，６）、（４，７）、（５，２）、（５，３）、（５，６）、（５，７）にｙ軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素１５が、（Ｍ，Ｎ）＝（２，２）、（２，３）、（２，４）、（２，５）、（２，６）、（２，７）、（２，８）、（３，２）、（３，３）、（３，４）、（３，５）、（３，６）、（３，７）、（３，８）、（３，９）、（６，２）、（６，３）、（６，４）、（６，５）、（６，６）、（６，７）、（７，３）、（７，４）、（７，５）、（７，６）に周期格子状凹凸形状からなる二次元回折格子パターン画素１６が、さらに上記以外の画素領域には一次元回折格子パターン画素１５とは構造周期が異なるｙ軸方向に配列した一次元回折格子パターン画素１７が形成されている。１０行８列の画素数の表示体であるため、肉眼で表示像を観察するためには各画素の１辺は５０μｍ以上あると良い。

【0042】

一次元回折格子パターン画素１４においては、ｙｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で入射する白色光に対し、回折格子パターン表面における反射光を肉眼で確認することができるように、構造周期３２０ｎｍ、深さ３２０ｎｍとする。

【0043】

一次元回折格子パターン画素１５においては、ｘｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で入射する白色光に対し、回折格子パターン表面における反射光を肉眼で確認することができるように、構造周期３２０ｎｍ、深さ３２０ｎｍとする。

【0044】

二次元回折格子パターン画素１６においては、ｙｚ平面、ｘｚ平面のそれぞれにおいてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で入射する白色光に対し、一次元回折格子パターン画素１４、および１５と同じ単色に分光された反射光を肉眼で確認することができるように、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに構造周期３２０ｎｍとし、深さは３２０ｎｍとする。

【0045】

一次元回折格子パターン画素１７においては、ｘｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で入射する白色光に対し、回折格子パターン表面における反射光を肉眼で確認することができないように、構造周期１６０ｎｍ、深さ３２０ｎｍとする。

【0046】

一次元回折格子パターン画素１４、１５、１７、および二次元回折格子パターン画素１６で構成された表示体２を、蛍光灯などの白色光の下でｙｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で傾けると、一次元回折格子パターン画素１４と二次元回折格子パターン画素１６の画素領域でのみ、回折格子パターンにより分光された反射光を観察することができ、表示像としてはＵの文字となる。

【0047】

一次元回折格子パターン画素１４、１５、１７、および二次元回折格子パターン画素１６で構成された表示体２を、蛍光灯などの白色光の下でｘｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で傾けると、一次元回折格子パターン画素１５と二次元回折格子パターン画素１６の画素領域でのみ、回折格子パターンにより分光された反射光を観察することができ、表示像としてはＰの文字となる。一方、一次元回折格子パターン画素１７で形成された回折格子パターンの配列は、一次元回折格子パターン画素１５と同じであるが、構造周期が１６０ｎｍであるため、ｘｚ平面においてｚ軸に対して６０°から８０°の領域内で傾けても、可視光波長領域の反射光は観察されない。しかしながら微細な凹凸形状が形成されていることから、表示体２を傾けずに正面から観察した場合、肉眼では全ての画像領域で一様に見える。そのため、傾ける方向によりＵ乃至Ｐの文字だけがコントラスト良く表示される表示体を得ることができる。

【0048】

図２（ａ）のような表示体２を得るためには、第一の実施形態と同様に基材表面を微細加工する方法があるが、生産効率を高めるため、第二の実施形態では熱ナノインプリント法を適用する。

【0049】

まず、熱ナノインプリント用のモールドを得るために、シリコン基板上に各画素に対応する一次元乃至二次元の回折格子パターンを形成する。形成するパターンの構造周期が可視光波長領域よりも小さいため、例えば荷電粒子線リソグラフィなどの微細加工技術を用いる必要がある。

【0050】

次に、シリコン基板上に、荷電粒子線リソグラフィ用のレジストを塗布し、荷電粒子線にて回折格子パターンを描画する。描画するパターンについて、表示体がモールドから奇数回の転写で得られる転写体の場合は、モールドであるシリコン基板上に形成する各画素の配列はｘ軸に対して反転（図２（ａ）において左右が反転）している必要がある。さらに各画素に形成する回折格子パターンは、凹凸形状を反転しなくてはならない。一方、表示体がモールドから偶数回の転写で得られる転写体の場合は、シリコン基板上に形成するパターンは表示体２のパターンと同じである。

【0051】

次に、荷電粒子線描画を行なった前記シリコン基板を現像し、回折格子パターンの凹凸形状が反転した荷電粒子線リソグラフィ用レジストパターンを得る。

【0052】

次に、荷電粒子線リソグラフィ用レジストパターンが形成された前記シリコン基板を、六フッ化硫黄やパーフルオロシクロブタンなどのプラズマを用いてドライエッチング処理し、荷電粒子線リソグラフィ用レジストパターンを該シリコン基板表面に転写する。当該ドライエッチング処理時間によりモールドの回折格子パターンの深さが決まる。

【0053】

次に、ドライエッチング処理を実施した前記シリコン基板上のレジスト残膜を除去するため、酸素プラズマによるアッシング処理を実施する。さらに基板表面に付着した異物等を除去するため、アンモニア水に過酸化水素水を混合した溶液に該シリコン基板を浸漬し、超音波を印加し、異物除去洗浄を行なう。以上の工程により熱ナノインプリント用のシリコン基板モールドが得られる。

【0054】

このようにして得られたシリコン基板モールドの前記シリコン基板表面には、表示体２と同じか、もしくは表示体２の各画素の配列がｘ軸に対して反転しており、回折格子パターンの凹凸形状が反転したパターンが形成されている。このため、当該シリコン基板モールドを用いた熱ナノインプリント法により得られる表示体２は、基材表面を微細加工することにより得られる表示体２と同様の視覚効果がある表示体として機能する。

【0055】

次に、このシリコン基板モールドを用いた熱ナノインプリント法について説明する。
まず、シリコン基板モールドの基材１０１表面に熱可塑性樹脂を塗布し、ホットプレート等で該熱可塑性樹脂のガラス転位温度以上まで加熱する。熱可塑性樹脂が十分に軟化した後、前記シリコン基板モールドに押しあて、基材１０１ごと冷却し、熱可塑性樹脂を硬化させる。基材１０１からシリコン基板モールドを引き離すと、断面図が図２（ｂ）で示される、基材１０１上に該シリコン基板モールドのパターンが転写された熱可塑性樹脂層３１が形成された表示体を得ることができる。この方法により、基材１０１の表面に熱可塑性樹脂層３１が形成された表示体２を簡便に複製することが可能となる。

【0056】

本実施形態において、基材１０１を構成する材料は限定されないが、例えば、ガラス転位温度が８０℃であるポリエチレンテレフタラートを基材として用いる場合、少なくとも熱可塑性樹脂３１のガラス転位温度は８０℃未満でなくてはならない。

【0057】

図２（ｂ）の断面図に示す熱可塑性樹脂層３１の厚さは、形成するパターンの高さにより制限される。但し、形成したパターンの倒壊を防止するため、凹凸パターンの底面に樹脂を残す必要がある。これをナノインプリント樹脂の残膜と呼ぶ。よって、熱可塑性樹脂層３１の厚さとしては回折格子パターン深さにインプリント樹脂の残膜の厚さを加えた値となる。例えば、本実施形態においては回折格子パターンの深さは３２０ｎｍであるため、塗布する熱可塑性樹脂を５００ｎｍ程度にすることでパターン倒壊のない良好な表示体を得ることができる。白色光源の下で該表示体を傾けて表示される表示像は、該熱可塑性樹脂層３１表面での反射によるものである。よって、表示像を表示するのは熱可塑性樹脂層３１であるため、例えば基材１０１の厚みが１μｍであるならば、該熱可塑性樹脂層３１の厚みを５００μｍとすると、表示体の厚みは合計１．５μｍ程度となる。

【実施例】

【0058】

以下、本発明の実施例について説明する。
まず、紫外線ナノインプリントモールド用石英ガラス基板（以下、石英ガラス基板と称する）を用意し、該石英ガラス基板表面に膜厚５０ｎｍのクロム膜をスパッタリングにより形成した。スパッタリングに用いたクロムターゲットは純度９９．９９５％である。スパッタチャンバ内にＡｒを１００ｓｃｃｍ導入し、スパッタチャンバ内の圧力０．３Ｐａとした。ＤＣ電源より５００Ｗの電力をターゲット下部の電極へ印加し、プラズマ放電させ、Ｃｒ膜を成膜した。

【0059】

次に、前記スパッタリングによる成膜を実施した石英ガラス基板の最表面に、電子線リソグラフィ用のポジ型レジストＦＥＰ１７１（富士フィルムエレクトロニクスマテリアル社製）を塗布し、膜厚２５０ｎｍのレジスト層を形成した。

【0060】

次に、前記レジスト層を形成した石英ガラス基板に、可変成型ビーム方式の電子線により図３に示すパターンを描画した。各画素は一辺が１ｍｍの正方形とした。電子線照射のドーズ量は１０μＣ／ｃｍ^２とし、ポストエクスポージャーベークは１００℃に加熱したホットプレートで１０分間実施した。現像液にＴＭＡＨ水溶液、リンス液には純水を用いた。

【0061】

次に、前記最表面にレジスト膜からなる繰り返し線状パターンが形成された石英ガラス基板に、塩素と酸素の混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、レジストパターンをＣｒ膜に転写した。該エッチング処理にはＩＣＰドライエッチング装置を適用した。塩素を５０ｓｃｃｍ、酸素を１０ｓｃｃｍ導入し、プラズマチャンバ内の圧力を１Ｐａに設定後、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗを印加し、プラズマ放電させた。

【0062】

次に、前記Ｃｒ膜に繰り返し線状パターンが形成された石英ガラス基板に、六フッ化エタンとヘリウムの混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、繰り返し線状パターンを石英ガラス基板に転写した。該エッチング処理にはＩＣＰドライエッチング装置を適用した。六フッ化エタンとヘリウムを５０ｓｃｃｍずつ導入し、プラズマチャンバ内の圧力を１Ｐａに設定後、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー２００Ｗを印加し、プラズマ放電させた。

【0063】

次に、（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）などを用いた有機洗浄、硝酸２アンモニウムセリウムと硝酸の混合水溶液による残存Ｃｒ膜の除去、さらにアンモニア水と過酸化水素水の混液などを用いたアルカリ洗浄を行ない、図３の画素パターンが形成された紫外線ナノインプリントモールド基板を得た。

【0064】

次に、前記紫外線ナノインプリントモールド基板（以下、モールド基板と称する）の表面に、離型剤としてオプツールＨＤ−１１００Ｚ（ダイキン工業製）を塗布した。

【0065】

次に、膜厚５００ｎｍの光硬化性樹脂ＰＡＫ−０１（東洋合成工業製）が表面に塗布された厚さ５０μｍポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）基板表面と、離型剤が塗布されたモールド基板表面を接触させ、２ＭＰａの圧力をかけ、モールド基板の裏面より波長３６５ｎｍの紫外光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させた。該処理は室温で行い、紫外光の露光量は１００ｍＪ／ｃｍ^２とした。

【0066】

次に、光硬化性樹脂が表面に塗布されたＰＥＴ基板を離型剤が塗布されたモールド基板から剥離し、パターンが転写されたＰＥＴを得た。

【0067】

次に、前記ＰＥＴ基板を、蛍光灯照明下にて観察した。ＰＥＴ基板を正面から観察した場合、画素形成領域と画素未形成領域を比較すると、画素形成領域にて表面反射が低減されていることが確認されたが、画素未形成領域内は一様な外観であり、肉眼にて表示像は確認されなかった。次に図３に示すｘｙ座標系において、ｙ軸方向にＰＥＴ基板を一定角度傾けると２つのＰの文字が画素形成領域内に表示された。左側のＰ文字が青色で観察できる角度では右側のＰ文字は黄緑色であった。さらに、図３に示すｘｙ座標系において、ｘ軸方向にＰＥＴ基板を一定角度傾けると２つのＫの文字が画素形成領域内に表示された。左側のＫ文字が青色で観察できる角度では右側のＫ文字は黄緑色であった。さらにＰＥＴ基板を湾曲させた場合も、湾曲させた方向に応じて同じ表示が確認できた。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明は、肉眼での真偽判別などに好適な微細凹凸回折構造体を有する表示体等に利用可能である。

【符号の説明】

【0069】

１、２・・・表示体
１１、１２、１４、１５、１７・・・一次元回折格子パターン画素
１３、１６・・・二次元回折格子パターン画素
３１・・・熱可塑性樹脂層
１００、１０１・・・基材

【図1】

【図2】

【図3】