(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】
(24)【登録日】2022-12-07
(45)【発行日】2022-12-15
(54)【発明の名称】光学デバイス
(51)【国際特許分類】
G02B 5/20 20060101AFI20221208BHJP
G02B 1/118 20150101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
G02B5/20 101
G02B1/118
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2016236610
(22)【出願日】2016-12-06
(65)【公開番号】P2018092059
(43)【公開日】2018-06-14
【審査請求日】2019-11-22
【審判番号】
【審判請求日】2021-08-10
(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】弁理士法人小笠原特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】古田 薫
(72)【発明者】
【氏名】川下 雅史
【合議体】
【審判長】松波 由美子
【審判官】井口 猶二
【審判官】清水 康司
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／０１２０８４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】欧州特許出願公開第１７６７９６４（ＥＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１６８８６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２２１５５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１２１４１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１０９２２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－２０９２３５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
B42D 15/02
B42D 25/00-25/485
G02B 1/10- 1/18
G02B 5/18
G02B 5/20- 5/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
入射光を透過する材料から構成された光学デバイスであって、前記光学デバイスは、共鳴構造部と、前記共鳴構造部の少なくとも一方面側に形成された反射防止部とを備え、
前記共鳴構造部は、
第１低屈折率領域と、
第１サブ波長格子を構成し、第１方向に延びる複数の第１高屈折率部と、前記第１高屈折率部よりも低い屈折率を有し、前記第１方向に延びる複数の第１低屈折率部とが、前記第１方向と直交する第２方向に交互に配置された第１格子領域と、
第２低屈折率領域と、
前記第１高屈折率部と同一の材料からなり、第２サブ波長格子を構成し、前記第１方向に延びる複数の第２高屈折率部と、前記第２高屈折率部よりも低い屈折率を有し、前記第１方向に延びる複数の第２低屈折率部とが、前記第２方向に交互に配置された第２格子領域と、
第３低屈折率領域と、
前記第１高屈折率部と同一の材料からなり、第３サブ波長格子を構成し、前記第１方向に延びる複数の第３高屈折率部と、前記第３高屈折率部よりも低い屈折率を有し、前記第１方向に延びる複数の第３低屈折率部とが、前記第２方向に交互に配置された第３格子領域と、
第４低屈折率領域と、
前記第１高屈折率部と同一の材料からなり、第４サブ波長格子を構成し、前記第１方向に延びる複数の第４高屈折率部と、前記第４高屈折率部よりも低い屈折率を有し、前記第１方向に延びる複数の第４低屈折率部とが、前記第２方向に交互に配置された第４格子領域と、
第５低屈折率領域とがこの順で設けられた構成であり、
前記第１低屈折率領域、前記第２低屈折率領域、前記第３低屈折率領域、前記第４低屈折率領域および第５低屈折率領域の屈折率は、前記第１格子領域の平均屈折率、前記第２格子領域の平均屈折率、前記第３格子領域の平均屈折率および前記第４格子領域の平均屈折率よりも低く、
前記第１サブ波長格子の格子周期と前記第２サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しく、
前記第３サブ波長格子の格子周期と前記第４サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しく、
前記第１サブ波長格子の格子周期および前記第２サブ波長格子の格子周期と、前記第３サブ波長格子の格子周期および前記第４サブ波長格子の格子周期とは、互いに異なり、
前記第１格子領域における前記複数の第１高屈折率部の体積比率と、前記第２格子領域における前記複数の第２高屈折率部の体積比率とは同一であり、
前記第３格子領域における前記複数の第３高屈折率部の体積比率と、前記第４格子領域における前記複数の第４高屈折率部の体積比率とは同一であり、
前記共鳴構造部の一方面側から見て、
前記第１高屈折率部と前記第２低屈折率部とが重なり、かつ、前記第２高屈折率部と前記第１低屈折率部とが重なり、
前記第３高屈折率部と前記第４低屈折率部とが重なり、かつ、前記第４高屈折率部と前記第３低屈折率部とが重なり、
前記反射防止部は縦断面形状が逆漏斗状である突起状構造体からなり、前記突起状構造体は、高さが不均一であり、周期が１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項2】
前記突起状構造体の大きさが不均一であることを特徴とする請求項１に記載の光学デバイス。
【請求項3】
前記突起状構造体の高さが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項4】
前記突起状構造体のアスペクト比が１．０以上４．０以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、構造色を利用した光学デバイス、および光学デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
モルフォ蝶の鱗粉や玉虫の表皮に代表される構造色は、色素が呈する色のように分子における電子遷移に起因して視認される色とは異なり、光の回折や干渉や散乱といった、物体の構造に起因した光学現象の作用によって視認される色である。例えば、多層膜干渉による構造色は、多層膜の各界面で反射した特定の波長域の光が干渉により強められることによって生じる構造色である。このように、多層膜干渉によって特定の波長域の光を取り出すことができるため、多層膜干渉の原理は、特定の波長域の光を選択的に透過もしく反射することによって波長の選別を可能とする光学デバイスに利用されている。
【0003】
しかしながら、多層膜干渉によって取り出すことのできる波長域は、多層膜における各層の膜厚等の層構成に依存するため、多層膜干渉を利用した光学デバイスでは、選択したい波長域ごとに、互いに異なる層構成の多層膜を形成する必要がある。したがって、選択される波長域の違いによる光学デバイスの製造工程の違いが大きいため汎用性に乏しく、また、選択される波長域が互いに異なる複数の領域を有する光学デバイスの製造工程は非常に複雑にならざるを得ない。
【0004】
多層膜干渉とは異なる光学現象によって波長を選別する光学デバイスとして、導波モード共鳴現象を利用した光学デバイスが提案されている。この光学デバイスは、光の波長よりも小さい周期で並ぶ回折格子であるサブ波長格子を有する。サブ波長格子に光が入射すると、入射側空間への回折光の射出が抑えられる一方で、特定の波長域の光が多重反射しながら伝播することにより共鳴を起こし、この特定の波長域の光が反射光として強く射出される導波モード共鳴現象が生じる。
【0005】
例えば、特許文献１に記載のカラーフィルタは、基板上にサブ波長格子を構成する複数の凸部が配置された構造を有する。しかしながら、こうした構造のデバイスにおいて、取り出される光の強度を高めるため、すなわち、波長選択性に優れた反射光や透過光を得るためには、特許文献１に記載のように、基板を合成石英から形成し、かつ、凸部をシリコンから形成することにより、基板と凸部との屈折率差を大きく確保して、サブ波長格子領域を伝搬する光の多重反射によるロスを小さくすることが望ましい。そのためには、合成石英からなる基板上に単結晶のＳｉが形成されたＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｑｕａｒｔｚ）基板を用いる必要があり、その結果、製造コストの増大が生じる。
【0006】
これに対し、特許文献２に記載の波長選択素子は、基板と、サブ波長格子を構成する凸部との間に、基板を構成する材料の屈折率よりも高い材料から構成された導波層を有している。こうした構造によれば、凸部と導波層とが樹脂から形成されている場合でも、多重反射する光を導波層内に伝播させることにより、素子から出射される光の波長選択性が高められる。また、凸部と導波層とを樹脂から形成する方法として、ナノインプリント法を用いることが可能であるため、材料費を低減しつつ簡便に素子の製造が可能であり、製造コストの削減もできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特許第５０２３３２４号公報
【文献】特開２００９－２５５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献２の構造において、導波層における光の伝播モードは、主に導波層の厚みと光の波長とによって決まるため、所望の波長域の光を導波層内で多重反射させて共鳴を起こすには、導波層の膜厚を精密に制御する必要がある。微細な周期の凸部に加えて、導波層の膜厚を精密に形成することは、光学デバイスの製造に際して負荷が大きい。例えば、凸部と導波層とをナノインプリント法を用いて形成する場合には、製造工程において、基材上に塗工された樹脂材料のなかで、凸部を形成するために樹脂材料に押し付けられた凹版と基材との間に挟まれた残膜部分が導波層となるため、導波層の膜厚の精密な制御が困難である。
【0009】
それゆえ、導波モード共鳴現象を利用して選択された波長域の光を出射する光学デバイスとして、波長選択性に優れるとともに製造が容易である光学デバイスが望まれている。
【0010】
本発明は、波長選択性に優れるとともに製造が容易である光学デバイス、および光学デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記課題を解決する光学デバイスは、入射光を透過する材料から構成された光学デバイスであって、共鳴構造部と、共鳴構造部の少なくとも一方面側に形成された反射防止部とを備え、共鳴構造部は、第１低屈折率領域と、第１サブ波長格子を構成し、第１方向に延びる複数の第１高屈折率部と、第１高屈折率部よりも低い屈折率を有し、第１方向に延びる複数の第１低屈折率部とが、第１方向と直交する第２方向に交互に配置された第１格子領域と、第２低屈折率領域と、第１高屈折率部と同一の材料からなり、第２サブ波長格子を構成し、第１方向に延びる複数の第２高屈折率部と、第２高屈折率部よりも低い屈折率を有し、第１方向に延びる複数の第２低屈折率部とが、第２方向に交互に配置された第２格子領域と、第３低屈折率領域とがこの順で設けられた構成であり、第１低屈折率領域、第２低屈折率領域および第３低屈折率領域の屈折率は、第１格子領域の平均屈折率および第２格子領域の平均屈折率よりも低く、第１サブ波長格子の格子周期と第２サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しく、第１格子領域における複数の第１高屈折率部の体積比率と、第２格子領域における複数の第２高屈折率部の体積比率とは同一であり、共鳴構造部の一方面側から見て、第１高屈折率部と第２低屈折率部とが重なり、かつ、第２高屈折率部と第１低屈折率部とが重なる。
【0015】
また、反射防止部は突起状構造体からなり、突起状構造体の縦断面形状が釣鐘状、円錐状、逆漏斗状のいずれかであってもよい。
【0016】
また、突起状構造体の配列に周期性がなくてもよい。また、突起状構造体の大きさが不均一であってもよい。
【0017】
また、突起状構造体の周期が１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。
【0018】
また、突起状構造体の高さが１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましい。
【0019】
また、突起状構造体のアスペクト比が１．０以上４．０以下であることが好ましい。
【0020】
また、共鳴構造部における各領域の配設方向に複数の共鳴構造部をさらに備え、反射防止部は、複数の共鳴構造部のうちの少なくとも一方の最外方側の共鳴構造部の最外方側の面側に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、波長選択性に優れるとともに製造が容易である光学デバイス、および光学デバイスの製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】第１実施形態における光学デバイスの断面構造と格子領域の平面構造とを示す図。
【図2】第１実施形態の突起状構造体の断面形状の例を表す図。
【図3】第１実施形態の突起状構造体の変形例を表す図。
【図4】第１実施形態における凹凸構造体の形成工程を示す図。
【図5】第１実施形態における高屈折率層の形成工程を示す図。
【図6】第１実施形態における埋め込み層の形成工程を示す図。
【図7】第１実施形態における第２低屈折率領域の別の構成例を示す断面図。
【図8】第１実施形態の光学デバイスの変形例を示す断面図。
【図9】第１実施形態の光学デバイスの変形例を示す断面図。
【図10】第１実施形態の光学デバイスの第１の適用例である波長選択フィルタの作用を示す図。
【図11】第１実施形態の光学デバイスの第２の適用例である表示体の平面構造を示す図。
【図12】第１実施形態の光学デバイスの第２の適用例である表示体の作用を示す図。
【図13】第１実施形態の光学デバイスの第３の適用例であるカラーフィルタの平面構造を示す図。
【図14】第１実施形態の光学デバイスの第３の適用例であるカラーフィルタの作用を示す図。
【図15】第２実施形態における光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図。
【図16】第２実施形態における光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図。
【図17】第２実施形態における凹凸構造体が向かい合った状態を示す図。
【図18】第２実施形態における埋め込み層の形成工程を示す図。
【図19】第３実施形態における光学デバイスの斜視構造を示す斜視図。
【図20】第３実施形態における光学デバイスを領域ごとに分割して示す斜視図。
【図21】変形例における格子領域の平面構造を示す平面図。
【図22】変形例における凹凸構造体の斜視構造を示す斜視図。
【図23】実施例２におけるサブ波長格子パターンを簡略化して示す図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
（第１実施形態）
図１～図３を参照して、第１実施形態における光学デバイスの構成について説明する。光学デバイスは、光学デバイスに入射した光のなかから特定の波長域の光を反射、もしくは、透過することにより取り出す機能を有する。光学デバイスの選択対象の波長域は特に限定されないが、例えば、光学デバイスは、人間の肉眼で視認可能な光、すなわち、可視領域の光のなかから特定の波長域の光を取り出す。以下において、可視領域の光の波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下としている。
図１～図３を参照して、第１実施形態における光学デバイスの構成について説明する。光学デバイスは、光学デバイスに入射した光のなかから特定の波長域の光を反射、もしくは、透過することにより取り出す機能を有する。光学デバイスの選択対象の波長域は特に限定されないが、例えば、光学デバイスは、人間の肉眼で視認可能な光、すなわち、可視領域の光のなかから特定の波長域の光を取り出す。以下において、可視領域の光の波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下としている。
【0024】
［光学デバイスの構成］
図１を参照して、第１実施形態の光学デバイスの構成について説明する。図１は、第１実施形態における光学デバイスの断面構造と格子領域の平面構造とを示す図である。図１に示すように、光学デバイス１０は、基材１１と、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３と、第２低屈折率領域１４と、第２格子領域１５と、第３低屈折率領域１６と、反射防止部１１２とを備えている。第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６の各々は、層状に広がっており、基材１１に近い位置からこの順に並んでいる。基材１１に対する第３低屈折率領域１６の側が光学デバイス１０の表面側であり、第３低屈折率領域１６に対する基材１１の側が、光学デバイス１０の裏面側である。また、第３低屈折率領域１６の第２格子領域１５と反対側の表面（最表面）には、複数の突起状構造体１１１が配列されており、突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２が形成されている。図１においては、光学デバイス１０の断面構造を示すとともに、第１格子領域１３の平面構造と第２格子領域１５の平面構造とを、これらの領域を一部破断させて示している。以下では、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６からなる構造体のことを共鳴構造部１８と表現する。
図１を参照して、第１実施形態の光学デバイスの構成について説明する。図１は、第１実施形態における光学デバイスの断面構造と格子領域の平面構造とを示す図である。図１に示すように、光学デバイス１０は、基材１１と、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３と、第２低屈折率領域１４と、第２格子領域１５と、第３低屈折率領域１６と、反射防止部１１２とを備えている。第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６の各々は、層状に広がっており、基材１１に近い位置からこの順に並んでいる。基材１１に対する第３低屈折率領域１６の側が光学デバイス１０の表面側であり、第３低屈折率領域１６に対する基材１１の側が、光学デバイス１０の裏面側である。また、第３低屈折率領域１６の第２格子領域１５と反対側の表面（最表面）には、複数の突起状構造体１１１が配列されており、突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２が形成されている。図１においては、光学デバイス１０の断面構造を示すとともに、第１格子領域１３の平面構造と第２格子領域１５の平面構造とを、これらの領域を一部破断させて示している。以下では、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６からなる構造体のことを共鳴構造部１８と表現する。
【0025】
（基材）
基材１１は板状を有し、基材１１の有する面のうち、光学デバイス１０の表面側に位置する面が基材１１の表面である。光学デバイス１０の選択対象が可視領域の光である場合には、基材１１としては、例えば、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂からなるフィルムが用いられる。
基材１１は板状を有し、基材１１の有する面のうち、光学デバイス１０の表面側に位置する面が基材１１の表面である。光学デバイス１０の選択対象が可視領域の光である場合には、基材１１としては、例えば、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂からなるフィルムが用いられる。
【0026】
（共鳴構造部）
共鳴構造部１８は、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３と、第２低屈折率領域１４と、第２格子領域１５と、第３低屈折率領域１６とを有する。
共鳴構造部１８は、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３と、第２低屈折率領域１４と、第２格子領域１５と、第３低屈折率領域１６とを有する。
【0027】
第１低屈折率領域１２は、基材１１の表面に接し、基材１１の表面に沿って広がっている。
【0028】
第１格子領域１３は、複数の第１高屈折率部１３ａと複数の第１低屈折率部１３ｂとを有する。第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの各々は、基材１１の表面側から見て、第１方向に延びる帯形状を有している。第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとは、第１方向と直交する第２方向に交互に並んでいる。以下の説明では、第１高屈折率部１３ａ及び第１低屈折率部１３ｂの延びる方向を第１方向とし、第１高屈折率部１３ａ及び第１低屈折率部１３ｂが交互に配置される方向を第２方向とし、各領域の積層方向を第３方向とする。第３方向は、すなわち、各領域の厚さ方向であり、光学デバイス１０の厚さ方向である。第１方向と第２方向とは、基材１１の表面に沿った方向であって、第１方向と第２方向との各々は、第３方向と直交する。第１格子領域１３は、第３方向において、第１低屈折率領域１２と第２低屈折率領域１４とに挟まれており、これらの領域と接している。
【0029】
第２格子領域１５は、複数の第２高屈折率部１５ａと複数の第２低屈折率部１５ｂとを有する。第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの各々は、第１方向に延びる帯形状を有し、かつ、第２方向に交互に並んでいる。すなわち、第１高屈折率部１３ａおよび第１低屈折率部１３ｂの延びる方向と、第２高屈折率部１５ａおよび第２低屈折率部１５ｂの延びる方向とは一致しており、第１高屈折率部１３ａおよび第１低屈折率部１３ｂの並ぶ方向と、第２高屈折率部１５ａおよび第２低屈折率部１５ｂの並ぶ方向とは一致している。そして、基材１１の表面側から見て、第１高屈折率部１３ａと第２低屈折率部１５ｂとが重なり、第２高屈折率部１５ａと第１低屈折率部１３ｂとが重なっている。第２格子領域１５は、第３方向において、第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれて、これらの領域と接している。なお、図１に示す第１格子領域１３と第２格子領域１５との平面構造について、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとにドットを付して示している。
【0030】
第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとは、同一の材料から構成されており、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第２高屈折率部１５ａの屈折率とは互いに等しい。第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率は、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々の屈折率よりも高い。さらに、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率は、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の屈折率よりも高い。
【0031】
第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、第３低屈折率領域１６、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々は、同一の材料から構成されており、これらの屈折率はすべて等しい。第１低屈折率領域１２の屈折率は、領域内の部位に依らず一定であり、第２低屈折率領域１４の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定であり、第３低屈折率領域１６の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定である。
【0032】
第２方向における第１高屈折率部１３ａの幅をＤｈ１とし、第２方向における第１低屈折率部１３ｂの幅をＤｌ１とする。幅Ｄｈ１と幅Ｄｌ１との合計が、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの配列の周期である第１周期Ｐ１である。
【0033】
第２方向における第２高屈折率部１５ａの幅をＤｈ２とし、第２方向における第２低屈折率部１５ｂの幅をＤｌ２とする。幅Ｄｈ２と幅Ｄｌ２との合計が、第２格子領域１５における第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの配列の周期である第２周期Ｐ２である。
【0034】
幅Ｄｈ１と、幅Ｄｌ１と、幅Ｄｈ２と、幅Ｄｌ２とは、すべて等しい。そして、第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは一致している。
【0035】
第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは、可視領域の光の波長よりも小さい。すなわち、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２の各々は、サブ波長周期である。こうした構成において、第１格子領域１３における複数の第１高屈折率部１３ａと第２格子領域１５における複数の第２高屈折率部１５ａとは、それぞれの領域にて、導波モード共鳴現象を生じさせるサブ波長格子を構成している。第１高屈折率部１３ａが構成するサブ波長格子と第２高屈折率部１５ａが構成するサブ波長格子とは、同一の格子周期を有している。すなわち、本実施形態の光学デバイス１０は、第３方向に間をあけて並ぶ２つのサブ波長格子がこれらのサブ波長格子を構成する材料よりも屈折率の低い材料で埋め込まれた構造を有している。
【0036】
また、第１格子領域１３の厚さをＴ１とし、第２格子領域１５の厚さをＴ２とする。厚さＴ１と厚さＴ２とは、一致している。なお、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の厚さは特に限定されない。
【0037】
上記構成において、第１格子領域１３の屈折率は、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの体積比率に応じて、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第１低屈折率部１３ｂの屈折率とを均した平均屈折率に近似される。第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの体積比率は１：１であるため、第１格子領域１３の平均屈折率は、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第１低屈折率部１３ｂの屈折率との平均値である。
【0038】
同様に、第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの体積比率は１：１であるため、第２格子領域１５の平均屈折率は、第２高屈折率部１５ａの屈折率と第２低屈折率部１５ｂの屈折率との平均値であり、第１格子領域１３の平均屈折率と一致する。また、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａの体積比率と、第２格子領域１５における第２高屈折率部１５ａの体積比率とは等しい。
【0039】
ここで、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々において導波モード共鳴現象を生じさせるためには、第１格子領域１３の屈折率と、第１格子領域１３を挟む第１低屈折率領域１２および第２低屈折率領域１４の各々の屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。同様に、第２格子領域１５の屈折率と、第２格子領域１５を挟む第２低屈折率領域１４および第３低屈折率領域１６の各々の屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。
【0040】
したがって、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａを構成する高屈折率材料の屈折率と、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、第３低屈折率領域１６、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂを構成する低屈折率材料の屈折率との差は０．２より大きいことが好ましい。
【0041】
光学デバイス１０の選択対象が可視領域の光である場合には、低屈折率材料としては、合成石英等の無機物や、紫外線硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の高分子材料を用いることが可能である。高屈折率材料としては、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、ＺｒＯ（酸化ジルコニウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）等の無機誘電体材料を用いることができる。
【0042】
基材１１、および、各領域１２～１６のすべてが、光学デバイス１０への入射光を透過する材料から構成されている場合、光学デバイス１０は、反射光および透過光の両方について波長選択性を有する。
【0043】
（反射防止部）
共鳴構造部１８の少なくとも一方の表面には反射防止部１１２が形成されている。反射防止部１１２の構成の一例として、複数の突起状構造体１１１からなる構成が挙げられる。図２は、突起状構造体の断面形状の例を表す図である。図２（ａ）～（ｃ）に示すように、突起状構造体１１１は第３方向に対する屈折率を段階的に変化させる構造であれば何れでもよく、突起状構造体１１１の縦断面形状は、釣鐘状、円錐状、逆漏斗状でもよいし、その他の形状であってもよい。このような形状とすることで、空気層と共鳴構造部１８との界面での反射を効果的に抑制できる。また、図２（ｄ）のように、突起状構造体１１１の大きさや高さに変化をつけたり、非周期的に配列したりするといったように、不規則に設計することが好ましい。これにより、様々な波長域を含む入射光の反射を効果的に抑制することができる。
共鳴構造部１８の少なくとも一方の表面には反射防止部１１２が形成されている。反射防止部１１２の構成の一例として、複数の突起状構造体１１１からなる構成が挙げられる。図２は、突起状構造体の断面形状の例を表す図である。図２（ａ）～（ｃ）に示すように、突起状構造体１１１は第３方向に対する屈折率を段階的に変化させる構造であれば何れでもよく、突起状構造体１１１の縦断面形状は、釣鐘状、円錐状、逆漏斗状でもよいし、その他の形状であってもよい。このような形状とすることで、空気層と共鳴構造部１８との界面での反射を効果的に抑制できる。また、図２（ｄ）のように、突起状構造体１１１の大きさや高さに変化をつけたり、非周期的に配列したりするといったように、不規則に設計することが好ましい。これにより、様々な波長域を含む入射光の反射を効果的に抑制することができる。
【0044】
突起状構造体１１１の材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかが主成分であることが好ましい。複数の突起状構造体１１１が配列されていることで反射防止部１１２として機能する。突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２は、図１に示すように第３低屈折率領域１６と別層構成となっていてもよく、図３（ａ）に示すように第３低屈折率領域１６と一体化していてもよい。換言すると、突起状構造体１１１の材料は、第３低屈折率領域１６と同じ樹脂材料を使用してもよいし、異なる樹脂を使用してもよい。
【0045】
突起状構造体１１１の材料の屈折率は、１．１以上２．０以下が好ましい。また、突起状構造体１１１の材料の屈折率は、第３低屈折率領域１６の低屈折率材料の屈折率と近い値であることが好ましいため、１．４以上１．６以下がより好ましい。また、突起状構造体１１１の材料の屈折率と第３低屈折率領域１６の低屈折率材料の屈折率との差は０．２以下が好ましい。
【0046】
第１方向及び第２方向の２次元に表される平面において、突起状構造体１１１の周期は干渉光として色を発生しない周期であれば何れでもよく、好ましくは１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であり、より好ましくは１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。周期が一定の構造の場合は、その周期がサブ波長周期であることが好ましい。周期が可視領域の光の波長以上の周期でもよく、その場合は無秩序に配列されていることが好ましい。
【0047】
突起状構造体１１１の高さは１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。突起状構造体１１１のアスペクト比は１．０以上４．０以下が好ましい。アスペクト比が大きくなると反射防止効果が高くなるもの、突起状構造体を精度よく作製できなくなるため、突起状構造体１１１のアスペクト比は１．５以上２．０以下がより好ましい。突起状構造体１１１は、ピラーアレイ構造でもホールアレイ構造でもよく、ロール・トゥ・ロール法によって作製されることが好ましい。
【0048】
［光学デバイスの作用］
光学デバイス１０の表面側から光学デバイス１０に光が入射すると、第２格子領域１５がサブ波長格子を有すること、および、第２格子領域１５が、第２格子領域１５の屈折率よりも低い屈折率を有する第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれていることから、第２格子領域１５では、表面側への回折光の射出が抑えられ、導波モード共鳴現象が発生する。すなわち、特定の波長域の光が第２格子領域１５において多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、この特定の波長域の光が、光学デバイス１０の表面側に反射光として射出される。第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域１５における幅Ｄｈ２、第２周期Ｐ２、および、厚さＴ２によって決まる。
光学デバイス１０の表面側から光学デバイス１０に光が入射すると、第２格子領域１５がサブ波長格子を有すること、および、第２格子領域１５が、第２格子領域１５の屈折率よりも低い屈折率を有する第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれていることから、第２格子領域１５では、表面側への回折光の射出が抑えられ、導波モード共鳴現象が発生する。すなわち、特定の波長域の光が第２格子領域１５において多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、この特定の波長域の光が、光学デバイス１０の表面側に反射光として射出される。第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域１５における幅Ｄｈ２、第２周期Ｐ２、および、厚さＴ２によって決まる。
【0049】
ここで、第２格子領域１５を伝播する上記特定の波長域の光が、損失なく第２格子領域１５にて多重反射することは起こりにくく、上記特定の波長域の光の一部は、第２格子領域１５内での反射ごとに、第２低屈折率領域１４に漏れ出る。この漏れ出た光は、第２低屈折率領域１４を透過して、第１格子領域１３に入る。また、上記特定の波長域以外の波長域の光は、第２格子領域１５で多重反射せずに、第２低屈折率領域１４を透過して、第１格子領域１３に入る。
【0050】
第１格子領域１３に光が入射すると、第１格子領域１３がサブ波長格子を有すること、および、第１格子領域１３が、第１格子領域１３の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率領域１２と第２低屈折率領域１４とに挟まれていることから、第１格子領域１３でも、導波モード共鳴現象が発生する。第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域は、第１格子領域１３における幅Ｄｈ１、第１周期Ｐ１、および、厚さＴ１によって決まる。第１格子領域１３と第２格子領域１５とでは、幅Ｄｈ１と幅Ｄｈ２とは一致し、第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは一致し、厚さＴ１と厚さＴ２とは一致する。そのため、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域と同じである。
【0051】
したがって、第２格子領域１５にて多重反射する過程で漏れ出て第１格子領域１３に入った光が、第１格子領域１３において多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、光学デバイス１０の表面側に反射光として射出される。そして、第１格子領域１３で多重反射を起こさなかった波長域の光は、第１低屈折率領域１２および基材１１を透過して、光学デバイス１０の裏面側に出る。
【0052】
結果として、光学デバイス１０の表面側には、第２格子領域１５で強められた波長域の光と、第１格子領域１３で強められた波長域の光とが射出される。これらの光の波長域は同じであるから、１つの格子領域のみを有する光学デバイスと比較して、光学デバイス１０から反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度は大きくなり、反射光の波長選択性を高めることができる。
【0053】
そして、光学デバイス１０への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された上記特定の波長域を除く波長域の光が、透過光として光学デバイス１０の裏面側に射出される。
【0054】
なお、光学デバイス１０の裏面側から光学デバイス１０に光が入射した場合には、第２格子領域１５で強められた波長域の反射光と、第１格子領域１３で強められた波長域の反射光とが、光学デバイス１０の裏面側に射出される。そして、入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された波長域を除く波長域の光が、透過光として光学デバイス１０の表面側に射出される。
【0055】
さらに、以下では共鳴構造部１８の少なくとも一方の表面に反射防止部１１２が形成されたことによる作用について、反射防止部１１２が形成されていない場合と対比して説明する。
【0056】
突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２が形成されていない場合、入射光は光学デバイス１０に入射する際、その一部が空気層と第３低屈折率領域１６の屈折率差により反射される。ここで反射された光は、共鳴構造部１８を通過していないため、導波モード共鳴現象による反射ではなく、通常の白色光（可視光が入射した場合）となっている。そのため、入射光側の観察者には、共鳴構造部１８により得られた特定波長の光と、表面で反射された白色光が混ざり合った光が観測され、波長選択性の低い光が視認されることとなる。
【0057】
一方、本実施形態に係る光学デバイス１０では、共鳴構造部１８の少なくとも一方の表面に突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２が形成されている。このため、突起状構造体１１１により空気層と第３低屈折率領域１６の屈折率差が段階的に変化することになり、入射光は光学デバイス１０に入射する際、界面での反射が抑制される。よって、入射光側の観察者は、共鳴構造部１８により強度が高められた特定波長の光を観察できることになる。換言すると、観察者は波長選択性の高い光を視認できることとなる。
【0058】
さらに、反射防止部１１２が存在しない場合、導波モード共鳴現象により観察者側に反射された特定波長の光の一部は、入射光と同様に空気層と第３低屈折率領域１６との間で再度反射され、裏面から射出する光となる。すなわち、表面側（入射光側）の観察者まで特定波長の光は届かず、光取出効率は低下する。しかし、反射防止部１１２が存在することで上記と同様の原理により特定波長の光は観察者に届くため、光取出効率が高まるといった効果も得られる。すなわち、反射防止部１１２が存在することで、導波モード共鳴現象により得られた特定波長の光のみを効率的に得ることが可能となる。
【0059】
以上は反射防止部１１２として突起状構造体１１１を用いた場合について説明したが、同様の効果を備える構造であれば、反射防止部１１２はその他の構造でもよい。
【0060】
［光学デバイスの製造方法］
図４～図６を参照して、上述した光学デバイス１０の製造方法について説明する。図４は、第１実施形態における凹凸構造体の形成工程を示す図である。図４に示すように、まず、基材１１の表面に、低屈折率材料からなる層を形成し、この層の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造体２０を形成する。凹凸構造体２０は、基材１１上に沿って広がる平坦部２０ａと、平坦部２０ａから突き出た複数の凸部２０ｂと、凸部２０ｂ間に位置する部分である複数の凹部２０ｃとを有する。複数の凸部２０ｂは、第２方向にサブ波長周期で等間隔に配置され、第１方向に帯状に延びる。
図４～図６を参照して、上述した光学デバイス１０の製造方法について説明する。図４は、第１実施形態における凹凸構造体の形成工程を示す図である。図４に示すように、まず、基材１１の表面に、低屈折率材料からなる層を形成し、この層の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造体２０を形成する。凹凸構造体２０は、基材１１上に沿って広がる平坦部２０ａと、平坦部２０ａから突き出た複数の凸部２０ｂと、凸部２０ｂ間に位置する部分である複数の凹部２０ｃとを有する。複数の凸部２０ｂは、第２方向にサブ波長周期で等間隔に配置され、第１方向に帯状に延びる。
【0061】
複数の凹部２０ｃは、複数の凸部２０ｂと同一のパターンで並んでおり、基材１１の表面側から見て、凸部２０ｂの第１方向の長さと凹部２０ｃの第１方向の長さとは等しく、凸部２０ｂの第２方向の幅と凹部２０ｃの第２方向の幅とは等しい。
【0062】
光学デバイス１０によって取り出したい波長域に応じて、凸部２０ｂと凹部２０ｃとは、配列の周期Ｐｔが第１周期Ｐ１かつ第２周期Ｐ２となり、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１が幅Ｄｌ１かつ幅Ｄｈ２となり、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２が幅Ｄｈ１かつ幅Ｄｌ２となるように形成される。すなわち、幅Ｄｔ１と、幅Ｄｔ２とは等しい。凸部２０ｂの高さＨｔは、厚さＴ１よりも大きくなるように形成される。
【0063】
凹凸構造の形成には、ナノインプリント法やドライエッチング法等の公知の微細加工技術が用いられる。なかでも、ナノインプリント法は、微細な凸部２０ｂおよび凹部２０ｃを簡便に形成できるため好ましい。
【0064】
例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用い、光ナノインプリント法によって凹凸構造体２０を形成する場合、まず、基材１１の表面に、紫外線硬化性樹脂を塗工する。次いで、紫外線硬化性樹脂からなる塗工層の表面に、形成対象の凸部２０ｂおよび凹部２０ｃからなる凹凸が反転された凹凸を有する凹版である合成石英モールドを押し当て、塗工層および凹版に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から凹版を離型する。これによって、凹版の有する凹凸が紫外線硬化性樹脂に転写されて凸部２０ｂおよび凹部２０ｃが形成されるとともに、凸部２０ｂおよび凹部２０ｃからなる凹凸構造と基材１１との間には、紫外線硬化性樹脂からなる残膜として、平坦部２０ａが形成される。
【0065】
図５は、第１実施形態における高屈折率層の形成工程を示す図である。次に、図５に示すように、凹凸構造体２０の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層２１を形成する。高屈折率層２１の形成方法としては、真空蒸着法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層２１は、凸部２０ｂ上と凹部２０ｃ上とに形成される。すなわち、高屈折率層２１は、凹部２０ｃ上に位置する第１層状部２１ａと、凸部２０ｂ上に位置する第２層状部２１ｂとを含む。
【0066】
凹凸構造体２０における幅Ｄｔ１と幅Ｄｔ２とは等しいため、第１層状部２１ａの幅Ｄｓ１と第２層状部２１ｂの幅Ｄｓ２とは等しくなる。また、幅Ｄｓ１と幅Ｄｓ２との合計が、第１層状部２１ａと第２層状部２１ｂとの配列の周期Ｐｔとなる。高屈折率層２１の厚さは、第１層状部２１ａの厚さＴｓ１であるとともに第２層状部の厚さＴｓ２であり、これらの厚さは等しい。高屈折率層２１の厚さは、高さＨｔよりも小さく、所望の厚さＴ１かつ厚さＴ２になるように形成される。すなわち、第１層状部２１ａと第２層状部２１ｂとは、互いに同一のパターンを有するサブ波長格子を構成する。
【0067】
図６は、第１実施形態における埋め込み層の形成工程を示す図である。次に、図６に示すように、凹凸構造体２０と高屈折率層２１とからなる積層体の表面を覆うように、凹凸構造体２０の形成材料と同じ低屈折率材料からなる層である埋め込み層２２を形成して、上記積層体の有する凹凸を第２層状部２１ｂ上まで埋める。埋め込み層２２は、平坦部２２ａと複数の凸部２２ｂと凸部２２ｂ間に位置する複数の凹部２２ｃとを備える。凸部２２ｂは、第１層状部２１ａ上における凸部２０ｂの間および第２層状部２１ａの間の空間を埋めている。平坦部２２ａは、第２層状部２１ｂ上を含む領域に位置し、第１方向及び第２方向に広がっている。平坦部２２ａの基材１１側から、凸部２２ｂが基材１１に向かって突き出ている。
【0068】
凸部２２ｂの周期は、凹凸構造体２０における凸部２０ｂの周期Ｐｔと一致し、凸部２２ｂの幅は、幅Ｄｔ２と一致し、凹部２２ｃの幅は、幅Ｄｔ１と一致する。凸部２２ｂの高さは、高屈折率層２１の厚さよりも大きい。
【0069】
埋め込み層２２の形成方法としては、各種の塗布法等を用いた公知の成膜技術が用いられる。例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合、まず、上記積層体の表面に紫外線硬化性樹脂を塗工する。次いで、紫外線硬化性樹脂からなる塗工層の表面に、離型性を有する平板を押し当て、塗工層に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から平板を離型する。よって、紫外線硬化性樹脂を使用する場合は、平版は紫外線を透過する材料で構成される必要がある。
【0070】
次に、共鳴構造部１８の表面に突起状構造体１１１を形成する。突起状構造体１１１の形成は凹凸構造体２０の形成方法と同様に、共鳴構造部１８の表面に光硬化性樹脂を塗布し、突起状構造体１１１の構造を転写可能なモールドを押し込み、該光硬化性樹脂を硬化させる波長の光を照射することで形成が可能である。この他にも、陽極酸化ポーラスアルミナをモールドとしたナノインプリント法など公知の技術を適用してもよい。
【0071】
突起状構造体１１１を形成する別の方法として、上述の埋め込み層２２の形成時に、平板の代わりに、突起状構造体１１１の構造を転写可能な凹版を使用してもよい。この場合、突起状構造体１１１の構造を転写可能な凹版を、凹凸構造体２０と高屈折率層２１とからなる積層体の表面に塗工された紫外線硬化樹脂に押し当てて紫外線を照射することで、埋め込み層２２と突起状構造体１１１を同時に形成することが可能となる。
【0072】
以上の工程により、光学デバイス１０が形成される。凹凸構造体２０の平坦部２０ａが、第１低屈折率領域１２である。高屈折率層２１の第１層状部２１ａと、凹凸構造体２０の凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａに第２方向において隣接する部分とから構成される領域が、第１格子領域１３である。第１層状部２１ａが第１高屈折率部１３ａであり、凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａに第２方向において隣接する部分が第１低屈折率部１３ｂである。凹凸構造体２０の凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａよりも光学デバイス１０の表面側に位置する部分と、埋め込み層２２の凸部２２ｂのなかで凹凸構造体２０の凸部２０ｂに第２方向において隣接する部分とから構成される領域が、第２低屈折率領域１４である。
【0073】
高屈折率層２１の第２層状部２１ｂと、埋め込み層２２の凸部２２ｂのなかで第２層状部２１ｂに第２方向に隣接する部分とから構成される領域が、第２格子領域１５である。第２層状部２１ｂが第２高屈折率部１５ａであり、凸部２２ｂのなかで第２層状部２１ｂに第２方向において隣接する部分が第２低屈折率部１５ｂである。また、埋め込み層２２の平坦部２２ａが、第３低屈折率領域１６である。
【0074】
こうした製造方法によって製造される光学デバイス１０においては、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３の第１低屈折率部１３ｂとは一の材料から形成され、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに第３方向において隣接する部分とは一の材料から形成され、第１低屈折率領域１２と、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに第３方向において隣接する部分とは１つの構造体である。また、第２低屈折率領域１４のなかで第２格子領域１５の第２低屈折率部１５ｂに第３方向において隣接する部分と、第２低屈折率部１５ｂとは一の材料から形成され、第２低屈折率部１５ｂと第３低屈折率領域１６とは一の材料から形成され、第２低屈折率領域１４のなかで第２低屈折率部１５ｂに第３方向において隣接する部分と、第２低屈折率部１５ｂと、第３低屈折率領域１６とは１つの構造体である。
【0075】
上述のように、本実施形態に係る光学デバイス１０では、第１格子領域１３で強められた波長域の光と、第２格子領域１５で強められた波長域の光とが射出されることにより、得られる反射光の強度が大きくなる。そのため、第１格子領域１３や第２格子領域１５に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、例えば、ナノインプリント法を用いて光学デバイス１０を形成する場合には残膜の膜厚の精密な制御を要さずに、波長選択性の高められた光学デバイス１０を容易に製造することができる。
【0076】
また、光学デバイス１０は、光ナノインプリント法と真空蒸着法とを組み合わせた製造方法によって形成可能であるため、ロール・トゥ・ロール法による製造に適している。したがって、光学デバイス１０を大量生産することが可能となる。
【0077】
図７は、第１実施形態における第２低屈折率領域の別の構成例を示す断面図である。真空蒸着法を用いて高屈折率層２１を形成する場合、凹凸構造体２０の凸部２０ｂの側面にも、高屈折率材料が付着する場合がある。その結果、図７に示すように、光学デバイス１０における第２低屈折率領域１４が、基材１１の表面側から見て互いに隣り合う第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとの端部間を繋ぐように、第３方向に延びる第３高屈折率部１７を含む構成となる。なお、第３高屈折率部１７は、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとを完全に繋いでいなくてもよく、第３高屈折率部１７と、第１高屈折率部１３ａまたは第２高屈折率部１５ａとは第３方向において離れていてもよい。
【0078】
第３高屈折率部１７が存在する場合であっても、第２低屈折率領域１４における第３高屈折率部１７の体積比率は微小であるため、第２低屈折率領域１４においては、低屈折率材料によって構成される部分が支配的である。そのため、第２低屈折率領域１４の屈折率は、第１低屈折率領域１２および第３低屈折率領域１６の各々の屈折率よりもわずかに大きくなるが、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々の屈折率よりは十分に小さい。したがって、本構成においても、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々が、これらの領域よりも屈折率の低い領域に挟まれた、導波モード共鳴現象に適した構造が実現される。
【0079】
［光学デバイスの変形例］
上述の製造方法において、紫外線硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法により凹凸構造体２０を形成してもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱に変更すればよく、熱可塑性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱および冷却に変更すればよい。
上述の製造方法において、紫外線硬化性樹脂に代えて熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いて、ナノインプリント法により凹凸構造体２０を形成してもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱に変更すればよく、熱可塑性樹脂を用いる場合、紫外線の照射を加熱および冷却に変更すればよい。
【0080】
ただし、熱硬化性樹脂を用いて凹凸構造体２０を形成した場合、埋め込み層２２の形成に際して、凹凸構造体２０が加熱されて変形することを抑えるために、熱硬化性樹脂とは異なる材料を用いて埋め込み層２２を形成することが好ましい。
【0081】
例えば、図８に示すように、凹凸構造体２０を熱硬化性樹脂から形成し、埋め込み層２２を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。この場合、凹凸構造体２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよく、それぞれの低屈折率材料の屈折率が高屈折率層２１を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。
【0082】
凹凸構造体２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とが互いに異なるとき、製造された光学デバイス１０においては、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の屈折率は、互いに異なる。また、第２低屈折率領域１４は、互いに異なる屈折率を有する材料から構成された第１方向に延びる帯状の部分が、第２方向に交互に並ぶ構造を有する。
【0083】
なお、凹凸構造体２０を熱硬化性樹脂から形成し、埋め込み層２２を熱硬化性樹脂とは異なる材料から形成する場合に限らず、凹凸構造体２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよい。要は、凹凸構造体２０および埋め込み層２２の各々を構成する低屈折率材料の屈折率が、高屈折率層２１を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。そして、製造された光学デバイス１０においては、第１格子領域１３および第２格子領域１５の屈折率の各々よりも、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の屈折率の各々が低ければよい。
【0084】
また、図９に示すように、基材１１と凹凸構造体２０とが一の材料から形成された１つの構造体であってもよい。すなわち、低屈折率材料からなる基材１１の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造体２０を形成する。例えば、基材１１として熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、基材１１の表面に凹凸構造を形成してもよいし、基材１１として合成石英からなる基板を用いて、基材１１の表面に凹凸構造を形成してもよい。合成石英基板に対する凹凸構造の形成には、ドライエッチング法等の公知の技術が用いられればよい。この場合、製造された光学デバイス１０においては、基材１１と第１低屈折率領域１２とは一の材料から形成されている。
【0085】
また、突起状構造体１１１は共鳴構造部１８の最裏面、もしくは図３（ｂ）に示すように共鳴構造部１８の両面に形成してもよい。このような場合であっても入射光に対して同様の効果を得ることができる。とくに、光学デバイス１０に透過光を使用する場合、裏面側に反射防止部１１２が形成されることが好ましい。
【0086】
［光学デバイスの適用例］
上述した光学デバイス１０の具体的な適用例について説明する。
上述した光学デバイス１０の具体的な適用例について説明する。
【0087】
＜波長選択フィルタ＞
光学デバイス１０の第１の適用例は、光学デバイス１０を波長選択フィルタに用いる形態である。図１０は、第１実施形態の光学デバイスの第１の適用例である波長選択フィルタの作用を示す図である。図１０に示すように、波長選択フィルタ５０は、複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、特定の波長域の光Ｉ２を反射し、この特定の波長域の光を除く波長域の光Ｉ３を透過する。波長選択フィルタ５０には光学デバイス１０の構成が適用されており、例えば光学デバイス１０の表面側から光が入射するように配置されている。光Ｉ２および光Ｉ３の波長域は、上述のように、第１格子領域１３および第２格子領域１５が有するサブ波長格子の周期の設定によって調整可能である。
光学デバイス１０の第１の適用例は、光学デバイス１０を波長選択フィルタに用いる形態である。図１０は、第１実施形態の光学デバイスの第１の適用例である波長選択フィルタの作用を示す図である。図１０に示すように、波長選択フィルタ５０は、複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、特定の波長域の光Ｉ２を反射し、この特定の波長域の光を除く波長域の光Ｉ３を透過する。波長選択フィルタ５０には光学デバイス１０の構成が適用されており、例えば光学デバイス１０の表面側から光が入射するように配置されている。光Ｉ２および光Ｉ３の波長域は、上述のように、第１格子領域１３および第２格子領域１５が有するサブ波長格子の周期の設定によって調整可能である。
【0088】
波長選択フィルタ５０は、反射光である光Ｉ２を利用する形態で用いられてもよいし、透過光である光Ｉ３を利用する形態で用いられてもよいし、光Ｉ２と光Ｉ３との双方を利用する形態で用いられてもよい。例えば、波長選択フィルタ５０は、色分解を要する装置や、照明等を構成する部材として用いられる。
【0089】
上述のように、第１実施形態の光学デバイス１０によれば、波長選択性が高められた波長選択フィルタ５０を実現できる。
【0090】
＜表示体＞
光学デバイス１０の第２の適用例は、光学デバイス１０を表示体に用いる形態である。表示体は、物品の偽造の困難性を高める目的で用いられてもよいし、物品の意匠性を高める目的で用いられてもよいし、これらの目的を兼ねて用いられてもよい。物品の偽造の困難性を高める目的としては、表示体は、例えば、パスポートや免許証等の認証書類、商品券や小切手等の有価証券類、クレジットカードやキャッシュカード等のカード類、紙幣等に貼り付けられる。また、物品の意匠性を高める目的としては、表示体は、例えば、身に着けられる装飾品や、使用者に携帯される物品、家具や家電等のように据え置かれる物品、壁や扉等の構造物等に取り付けられる。
光学デバイス１０の第２の適用例は、光学デバイス１０を表示体に用いる形態である。表示体は、物品の偽造の困難性を高める目的で用いられてもよいし、物品の意匠性を高める目的で用いられてもよいし、これらの目的を兼ねて用いられてもよい。物品の偽造の困難性を高める目的としては、表示体は、例えば、パスポートや免許証等の認証書類、商品券や小切手等の有価証券類、クレジットカードやキャッシュカード等のカード類、紙幣等に貼り付けられる。また、物品の意匠性を高める目的としては、表示体は、例えば、身に着けられる装飾品や、使用者に携帯される物品、家具や家電等のように据え置かれる物品、壁や扉等の構造物等に取り付けられる。
【0091】
図１１は、第１実施形態の光学デバイスの第２の適用例である表示体の平面構造を示す図である。図１１に示すように、表示体６０は、表面６０Ｆと、表面６０Ｆとは反対側の面である裏面６０Ｒとを有し、表面６０Ｆ側から見て、第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとを含んでいる。第１表示領域６１Ａは、複数の第１画素６２Ａが配置されている領域であり、第２表示領域６１Ｂは、複数の第２画素６２Ｂが配置されている領域であり、第３表示領域６１Ｃは、複数の第３画素６２Ｃが配置されている領域である。換言すれば、第１表示領域６１Ａは、複数の第１画素６２Ａの集合から構成されており、第２表示領域６１Ｂは、複数の第２画素６２Ｂの集合から構成されており、第３表示領域６１Ｃは、複数の第３画素６２Ｃの集合から構成されている。
【0092】
第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとの各々は、これらの領域単独、もしくは、これらの領域の２以上の組み合わせによって、文字、記号、図形、模様、絵柄、これらの背景等を表現する。一例として、図１１に示す構成では、第１表示領域６１Ａによって円形の図形が表現され、第２表示領域６１Ｂによって三角形の図形が表現され、第３表示領域６１Ｃによって背景が表現されている。
【0093】
第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとの各々には、光学デバイス１０の構成が適用されている。第１画素６２Ａ、第２画素６２Ｂおよび第３画素６２Ｃの各々は、図１に示す第１方向及び第２方向を有する面が表示体６０の表面６０Ｆと平行な面となるように、すなわち、表示体６０の表面６０Ｆと平行な方向にサブ波長格子が並ぶように配置されている。例えば、これらの画素６２Ａ、６２Ｂおよび６２Ｃは光学デバイス１０の表面側が表示体６０の表面６０Ｆ側となる向きに配置されている。
【0094】
第１画素６２Ａ、第２画素６２Ｂおよび第３画素６２Ｃは、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１および第１周期Ｐ１と等しい周期である第２格子領域１５の第２周期Ｐ２について、互いに異なる周期を有している。したがって、第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとでは、第１格子領域１３および第２格子領域１５において、導波モード共鳴現象による共鳴が起こる波長域は互いに異なる。
【0095】
結果として、複数の波長の光を含む入射光を受けたとき、第１画素６２Ａから射出される反射光の波長域と、第２画素６２Ｂから射出される反射光の波長域と、第３画素６２Ｃから射出される光の波長域とは、互いに異なる。また、上記入射光を受けたとき、第１画素６２Ａから射出される透過光の波長域と、第２画素６２Ｂから射出される透過光の波長域と、第３画素６２Ｃから射出される透過光の波長域とは、互いに異なる。
【0096】
すなわち、図１２に示すように、表示体６０の外側から表示体６０の表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されているとき、表示体６０の表面６０Ｆ側には、第１画素６２Ａから反射光Ｉ４が射出され、第２画素６２Ｂから反射光Ｉ５が射出され、第３画素６２Ｃから反射光Ｉ６が射出される。したがって、表面６０Ｆ側から表示体６０を見ると、第１表示領域６１Ａには反射光Ｉ４の波長域に応じた色相の色が視認され、第２表示領域６１Ｂには反射光Ｉ５の波長域に応じた色相の色が視認され、第３表示領域６１Ｃには反射光Ｉ６の波長域に応じた色相の色が視認される。反射光Ｉ４の波長域と、反射光Ｉ５の波長域と、反射光Ｉ６の波長域とは互いに異なるため、第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとは互いに異なる色相の色に見える。
【0097】
したがって、表示体６０の外側から表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されている状態で、表面６０Ｆ側から表示体６０を観察する表面反射観察によれば、互いに異なる色の第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとから構成される像が視認される。
【0098】
また、表示体６０の外側から表示体６０の表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されているとき、表示体６０の裏面６０Ｒ側には、第１画素６２Ａから透過光Ｉ７が射出され、第２画素６２Ｂから透過光Ｉ８が射出され、第３画素６２Ｃから透過光Ｉ９が射出される。したがって、裏面６０Ｒ側から表示体６０を見ると、第１表示領域６１Ａには透過光Ｉ７の波長域に応じた色相の色が視認され、第２表示領域６１Ｂには透過光Ｉ８の波長域に応じた色相の色が視認され、第３表示領域６１Ｃには透過光Ｉ９の波長域に応じた色相の色が視認される。透過光Ｉ７の波長域と、透過光Ｉ８の波長域と、透過光Ｉ９の波長域とは互いに異なるため、第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとは互いに異なる色相の色に見える。
【0099】
したがって、表示体６０の外側から表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されている状態で、裏面６０Ｒ側から表示体６０を観察する裏面透過観察によっても、互いに異なる色の第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとから構成される像が視認される。
【0100】
さらに、反射光Ｉ４の波長域と透過光Ｉ７の波長域とは異なるため、表面６０Ｆ側から表示体６０を見たときと、裏面６０Ｒ側から表示体６０を見たときとで、第１表示領域６１Ａに視認される色の色相は異なる。裏面６０Ｒ側から見える色は、表面６０Ｆ側から見える色の補色に相当する色である。同様に、表面６０Ｆ側から表示体６０を見たときと、裏面６０Ｒ側から表示体６０を見たときとで、第２表示領域６１Ｂに視認される色の色相も異なり、第３表示領域６１Ｃに視認される色の色相も異なる。
【0101】
したがって、表面反射観察と裏面透過観察とで、表示体６０には互いに異なる色彩の像が視認される。それゆえ、表示体６０を備える物品にて、偽造の困難性や意匠性をより高めることができる。また、表示体６０の表裏の識別も容易である。
【0102】
第１実施形態の光学デバイス１０によれば、波長選択性を高めることができる。そのため、光学デバイス１０の構成が各画素６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃに適用されることによって、各表示領域６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃに視認される色の鮮明さや明るさを高めることができる。その結果、表示体６０が形成する像の視認性を高めることができる。また、第１実施形態の光学デバイス１０によれば、樹脂フィルムのように可撓性のある基材１１を用いることが可能であるため、形状の変形についての自由度が高い表示体６０の実現も可能である。
【0103】
また、第１画素６２Ａと第２画素６２Ｂと第３画素６２Ｃとの間で、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６は、各々の領域が一の材料から形成されている。すなわち、第１画素６２Ａと第２画素６２Ｂと第３画素６２Ｃとは、共通した１つの基材１１と、これらの画素間によらず一の材料から形成された凹凸構造体２０と、これらの画素間によらず一の材料から形成された埋め込み層２２とを有している。
【0104】
第１画素６２Ａと第２画素６２Ｂと第３画素６２Ｃとの各々における凹凸構造体２０は、例えば、ナノインプリント法を利用して、各画素６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃに対応する部分で凹凸の周期を変えた合成石英モールドを用いることによって、同時に形成することができる。また、高屈折率層２１および埋め込み層２２も、各画素６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃに対応する部分を同時に形成することができる。したがって、互いに異なる色を呈する画素６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃを容易に形成することができる。
【0105】
また、表示体６０が含む表示領域の数、すなわち、光学デバイス１０の構成が適用された画素が配置されて、互いに異なる色相の色を呈する表示領域の数は特に限定されず、表示領域の数は、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、表示体６０は、光学デバイス１０の構成とは異なる構成を有する領域、例えば、基材１１に低屈折率材料からなる平坦な層のみが積層された構造を有する領域等を有していてもよい。
【0106】
さらに、表示体６０の表示領域には、光学デバイス１０の構成が適用された表示要素が含まれればよく、表示要素は、ラスタ画像を形成するための繰返しの最小単位である画素に限らず、ベクタ画像を形成するためのアンカを結んだ領域であってもよい。
【0107】
＜カラーフィルタ＞
光学デバイス１０の第３の適用例は、光学デバイス１０をカラーフィルタに用いる形態である。図１３は、第１実施形態の光学デバイスの第３の適用例であるカラーフィルタの平面構造を示す図である。図１３に示すように、カラーフィルタ７０は、マトリックス状に並ぶ複数の画素７１を備え、各画素７１は、赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの３つの副画素から構成されている。
光学デバイス１０の第３の適用例は、光学デバイス１０をカラーフィルタに用いる形態である。図１３は、第１実施形態の光学デバイスの第３の適用例であるカラーフィルタの平面構造を示す図である。図１３に示すように、カラーフィルタ７０は、マトリックス状に並ぶ複数の画素７１を備え、各画素７１は、赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの３つの副画素から構成されている。
【0108】
カラーフィルタ７０は、反射型のカラーフィルタであって、表示装置に備えられる。カラーフィルタ７０に対して、表示装置の表示面を見る観察者の位置する側が、カラーフィルタ７０の表面側であり、カラーフィルタ７０に対して、表面側と反対の側が、カラーフィルタ７０の裏面側である。カラーフィルタ７０には、表面側から、光が照射される。カラーフィルタ７０に照射される光の強度は、副画素ごとに、液晶装置等によって変更可能に構成されている。
【0109】
赤色用副画素７１Ｒは、赤色用副画素７１Ｒに入射した光を赤色の光に変換して反射する。緑色用副画素７１Ｇは、緑色用副画素７１Ｇに入射した光を緑色の光に変換して反射する。青色用副画素７１Ｂは、青色用副画素７１Ｂに入射した光を青色の光に変換して反射する。
【0110】
赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの各々には、第１実施形態の光学デバイス１０の構成が適用されている。赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの各々は、図１に示す第１方向及び第２方向を有する面がカラーフィルタ７０の表面と平行な面となるように、すなわち、表示装置の表示面と平行な方向にサブ波長格子が並ぶように配置されている。例えば、これらの副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂは光学デバイス１０の表面側がカラーフィルタ７０の表面側となる向きに配置されている。
【0111】
図１４は、第１実施形態の光学デバイスの第３の適用例であるカラーフィルタの作用を示す図である。図１４に示すように、赤色用副画素７１Ｒは、カラーフィルタ７０の表面側から複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、赤色の反射光Ｉｒを表面側に射出するように、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１および第２格子領域１５の第２周期Ｐ２が設定されている。緑色用副画素７１Ｇは、入射光Ｉ１を受けたとき、緑色の反射光Ｉｇを表面側に射出するように、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２が設定されている。青色用副画素７１Ｂは、入射光Ｉ１を受けたとき、青色の反射光Ｉｂを表面側に射出するように、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２が設定されている。副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂごとに入射光の強度が変更されることによって、画素７１として視認される色が変更され、画素７１の集合によって表示装置の表示する像が形成される。
【0112】
上述のように、第１実施形態の光学デバイス１０によれば波長選択性を高めることができる。そのため、第１実施形態の光学デバイス１０の構成が各副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂに適用されることによって、各副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂにおける色の鮮明さや輝度が高めることができる。
【0113】
また、上述の表示体６０の形態と同様に、赤色用副画素７１Ｒと緑色用副画素７１Ｇと青色用副画素７１Ｂとの間で、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６の各々は一の材料から形成されている。すなわち、赤色用副画素７１Ｒと緑色用副画素７１Ｇと青色用副画素７１Ｂとは、共通した１つの基材１１と、これらの画素間によらず一の材料から形成された凹凸構造体２０と、これらの画素間によらず一の材料から形成された埋め込み層２２とを有している。
【0114】
赤色用副画素７１Ｒと緑色用副画素７１Ｇと青色用副画素７１Ｂとの各々における凹凸構造体２０は、例えば、ナノインプリント法を用いて、各副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂに対応する部分で凹凸の周期を変えた合成石英モールドを用いることによって、同時に形成することができる。また、高屈折率層２１および埋め込み層２２も、各副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂに対応する部分を同時に形成することができる。したがって、３種類の色の副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂを有するカラーフィルタ７０を容易に形成することができる。
【0115】
以上、第１実施形態に係る光学デバイス、およびこの光学デバイスの製造方法によれば、少なくとも以下に列挙する効果が得られる。
【0116】
（１）第１格子領域１３および第２格子領域１５に光が入射すると、第１格子領域１３および第２格子領域１５では、導波モード共鳴現象が発生する。第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。したがって、２つの格子領域１３および１５の各々で強められた波長域の光が反射光として得られるため、１つの格子領域のみを有する光学デバイスと比較して、反射光として射出される光の強度は大きくなる。そのため、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、波長選択性を高めることができる。
【0117】
（２）低屈折率材料からなる凹凸構造体２０を形成する工程と、凹凸構造体２０の表面にサブ波長格子を含む高屈折率層２１を形成する工程と、凹凸構造体２０と高屈折率層２１とからなる積層体の表面に、低屈折率材料からなる埋め込み層を形成する工程とによって、上記光学デバイス１０が形成される。したがって、サブ波長格子に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、光学デバイス１０の波長選択性を高めることができる。その結果、波長選択性の高められた光学デバイス１０を容易に製造することができる。
【0118】
（３）特に、低屈折率材料として樹脂を用い、樹脂からなる塗工層に凹版を押し付けて樹脂を硬化させて凹凸構造体２０を形成する製法では、ナノインプリント法を用いて凹凸構造体２０の形成を行うことができるため、微細な凹凸を有する凹凸構造体２０を好適に、かつ、簡便に形成することができる。
【0119】
（４）第１低屈折率領域１２と、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに第３方向において隣接する部分とが、一の材料から形成された１つの構造体であり、第３低屈折率領域１６と、第２低屈折率部１５ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第２低屈折率部１５ｂに第３方向において隣接する部分とが、一の材料から形成された１つの構造体である構成では、１つの構造体である部分の各々を、上述の製造方法を用いて１つの工程にて製造することができるため、光学デバイス１０の容易な製造が可能である。
【0120】
（５）凹凸構造体２０および埋め込み層２２の屈折率と、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率との差が０．２よりも大きい構成では、第１格子領域１３および第２格子領域１５において、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、第１格子領域１３および第２格子領域１５からの反射光の強度をより高めることができる。それ故に、光学デバイス１０によれば、波長選択性をより高めることができる。
【0121】
（６）上記低屈折率材料が、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａを構成する高屈折率材料が、無機化合物を含む構成では、第１格子領域１３および第２格子領域１５において、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、第１格子領域１３および第２格子領域１５からの反射光の強度をより高めることができる。したがって、上記構成の光学デバイス１０によれば、波長選択性をより高めることができる。また、光学デバイス１０の製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。
【0122】
（７）真空蒸着法を利用して高屈折率部を形成することで、第２低屈折率領域１４が、基材１１の表面側から見て互いに隣り合う第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとの端部間で、第３方向に延びる第３高屈折率部１７を備えていてもよい。この場合であっても、サブ波長格子の好適な形成が可能であり、導波モード共鳴現象を生じさせるための第２低屈折率領域１４の構成が好適に実現される。
【0123】
（８）共鳴構造部の少なくとも一方の面に備えられた反射防止部により、入射光や透過光、導波モード共鳴現象により発生した特定波長域の光は、空気層と共鳴構造部の界面での反射が抑制される。そのため、導波モード共鳴現象により得られた特定波長の光のみを効率的に得ることが可能となる。
【0124】
（第２実施形態）
図１５～図１８を参照して、第２実施形態における光学デバイスの構成について説明する。以下では、第２実施形態と第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
図１５～図１８を参照して、第２実施形態における光学デバイスの構成について説明する。以下では、第２実施形態と第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
【0125】
［光学デバイスの構成］
図１５および図１６を参照して、第２実施形態の光学デバイスの構成について説明する。図１５および図１６は、第２実施形態における光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図である。図１５に示すように、第２実施形態の光学デバイス３０は、第１実施形態にて説明した、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６からなる構造体である共鳴構造部１８を、第３方向に２つ備えている。
図１５および図１６を参照して、第２実施形態の光学デバイスの構成について説明する。図１５および図１６は、第２実施形態における光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図である。図１５に示すように、第２実施形態の光学デバイス３０は、第１実施形態にて説明した、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６からなる構造体である共鳴構造部１８を、第３方向に２つ備えている。
【0126】
２つの共鳴構造部１８である第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂとは、第３方向に隣り合っており、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂは、２つの基材１１で挟まれている。換言すれば、第２実施形態の光学デバイス３０は、図１に示す第１実施形態に係る構成を有する２つの光学デバイス１０における、第３低屈折率領域１６同士が向かい合うように接合された構造を有する。第２実施形態の光学デバイス３０は、第３方向に間をあけて並ぶ４つのサブ波長格子を有し、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に埋め込まれた構造を有している。なお、一方の基材１１に対する他方の基材１１の側が光学デバイス３０の表面側であり、他方の基材１１に対する一方の基材１１の側が光学デバイス１０の裏面側である。
【0127】
２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂにおいて、それぞれの第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの延びる方向は一致している。すなわち、光学デバイス３０が含むすべての第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａは、第１方向に延び、光学デバイス３０が含むすべての第１低屈折率部１３ｂおよび第２低屈折率部１５ｂもまた、第１方向に延びている。そして、光学デバイス３０が有する４つの格子領域１３、１５の各々にて、高屈折率部１３ａ、１５ａと低屈折率部１３ｂ、１５ｂとは、第２方向に交互に並んでいる。すなわち、光学デバイス３０が有する４つのサブ波長格子について、サブ波長格子の配列方向は同一である。
【0128】
なお、基材１１の表面側から見て、第１共鳴構造部１８Ａの第１高屈折率部１３ａは、第２共鳴構造部１８Ｂの第１高屈折率部１３ａと重なってもよいし、第２共鳴構造部１８Ｂの第２高屈折率部１５ａと重なってもよいし、第２共鳴構造部１８Ｂの第１高屈折率部１３ａの一部および第２高屈折率部１５ａの一部と重なってもよい。
【0129】
第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂとは、これらの境界部分で、低屈折率領域を共有していてもよい。例えば、図１５では、第１共鳴構造部１８Ａの備える第３低屈折率領域１６と、第２共鳴構造部１８Ｂの備える第３低屈折率領域１６とは一の材料から形成されており、これらの領域の境界は存在しない。
【0130】
１つの共鳴構造部１８内において、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１と第２格子領域１５の第２周期Ｐ２とは同一であり、この周期が当該共鳴構造部１８の構造周期Ｐｋである。
【0131】
【0132】
２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する形態においては、光学デバイス３０が含む４つのサブ波長格子のパターンはすべて同一であり、共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂにおいて幅Ｄｈ１、Ｄｈ２はすべて等しく、厚さＴ１、Ｔ２はすべて等しい。また、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する形態においては、光学デバイス３０が含む４つのサブ波長格子のパターンは共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂごとに異なる。すなわち、幅Ｄｈ１、Ｄｈ２は共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂごとに異なる。厚さＴ１、Ｔ２は、共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂごとにすべて等しくてもよいし、異なってもよい。
【0133】
［光学デバイスの作用］
２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成では、光学デバイス３０が有する４つの格子領域１３、１５のすべてにおいて、共鳴を起こす光の波長域は一致する。したがって、光学デバイス３０の表面側から光学デバイス３０に光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、４つの格子領域１３、１５の各々で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス３０の表面側に射出される。そのため、第１実施形態の光学デバイス１０と比較して、光学デバイス３０から反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性をより高めることができる。
２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成では、光学デバイス３０が有する４つの格子領域１３、１５のすべてにおいて、共鳴を起こす光の波長域は一致する。したがって、光学デバイス３０の表面側から光学デバイス３０に光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、４つの格子領域１３、１５の各々で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス３０の表面側に射出される。そのため、第１実施形態の光学デバイス１０と比較して、光学デバイス３０から反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性をより高めることができる。
【0134】
一方、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する構成では、第１共鳴構造部１８Ａの有する格子領域１３、１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する格子領域１３、１５にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。したがって、光学デバイス３０の表面側から光学デバイス３０に光が入射したとき、上層の共鳴構造部の各格子領域で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった特定の波長域以外の波長域の光は、上層の共鳴構造部を透過して、下層の共鳴構造部に入り、上層の共鳴構造部とは異なる波長域の光が、下層の共鳴構造部の各格子領域で多重反射する。その結果、光学デバイス３０の表面側には、第１共鳴構造部１８Ａの有する格子領域１３、１５にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する格子領域１３、１５にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が射出される。
【0135】
そして、光学デバイス３０の裏面側には、光学デバイス３０への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第１の波長域および第２の波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。こうした構成によれば、光学デバイス３０にて、反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。したがって、共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂにおける構造周期Ｐｋの設定を通じて、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。
【0136】
［光学デバイスの適用例］
第２実施形態の光学デバイス３０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ５０に適用されてもよいし、表示体６０が備える表示要素に適用されてもよいし、カラーフィルタ７０が備える副画素に適用されてもよい。
第２実施形態の光学デバイス３０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ５０に適用されてもよいし、表示体６０が備える表示要素に適用されてもよいし、カラーフィルタ７０が備える副画素に適用されてもよい。
【0137】
例えば、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成が適用された場合、波長選択フィルタ５０においては、反射光の波長選択性をより高めることができる。また、表示体６０においては、表面反射観察にて各表示領域６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃに視認される色の鮮明さや明るさを高めることができることにより、像の視認性を高めることができる。また、カラーフィルタ７０においては、各副画素７１Ｒ、７１Ｇ、７１Ｂにおける色の鮮明さや輝度を高めることができ、単色性の高い反射光を射出する各副画素７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇを備えた反射型のカラーフィルタ７０を実現できる。
【0138】
また例えば、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する構成が適用された場合、波長選択フィルタ５０においては、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。また、表示体６０においては、表面反射観察と裏面透過観察とにおいて視認される像の色相の調整の自由度を高めることができる。また、カラーフィルタ７０としては、透過型のカラーフィルタ、すなわち、カラーフィルタの裏面側からカラーフィルタに光が照射され、観察者が、カラーフィルタの表面側から、カラーフィルタを透過した透過光を見る形態で用いられるカラーフィルタの実現が可能である。
【0139】
具体的には、緑色用副画素７１Ｇにおいては、カラーフィルタ７０の裏面側から照射された光が、第１共鳴構造部１８Ａにて赤色の波長域の光が強められて裏面側に反射光として射出され、第２共鳴構造部１８Ｂにて青色の波長域の光が強められて裏面側に反射光として射出されるように構成される。こうした構成によれば、カラーフィルタ７０の裏面側から白色の入射光を受けたとき、カラーフィルタ７０の表面側には、緑色の透過光が射出されるため、カラーフィルタ７０の表面側から見て、緑色用副画素７１Ｇには、緑色が視認される。同様に、共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂにおける構造周期Ｐｋの調整によって、赤色用副画素７１Ｒは赤色の波長域の透過光を射出し、青色用副画素７１Ｂは青色の波長域の透過光を射出するように構成される。これにより、単色性の高い透過光を射出する各副画素７１Ｒ、７１Ｂ、７１Ｇを備えた透過型のカラーフィルタ７０が実現される。
【0140】
［光学デバイスの製造方法］
図１７および図１８を参照して、第２実施形態の光学デバイス３０の製造方法について説明する。図１７は、第２実施形態における凹凸構造体が向かい合った状態を示す図であり、図１８は、第２実施形態における埋め込み層の形成工程を示す図である。なお、図１７、図１８では反射防止部１１２は省略して表記している。
図１７および図１８を参照して、第２実施形態の光学デバイス３０の製造方法について説明する。図１７は、第２実施形態における凹凸構造体が向かい合った状態を示す図であり、図１８は、第２実施形態における埋め込み層の形成工程を示す図である。なお、図１７、図１８では反射防止部１１２は省略して表記している。
【0141】
まず、第２実施形態の光学デバイス３０の製造に際しては、第１実施形態と同様に、基材１１上に凹凸構造体２０と高屈折率層２１とが順に形成された積層体が、２つ形成される。
【0142】
続いて、図１７に示すように、基材１１と凹凸構造体２０と高屈折率層２１とからなる積層体である２つの積層体３１を、高屈折率層２１同士が向かい合うように対向させ、図１８に示すように、２つの積層体３１の間の領域を低屈折率材料で埋めることによってこれらの積層体３１を接合する。これにより、光学デバイス３０が形成される。
【0143】
図１８に示すように、低屈折率材料による埋め込みによって２つの積層体３１の間に形成される部分が埋め込み層２２である。第１実施形態と同様に、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料は、高屈折率層２１を構成する高屈折率材料よりも屈折率の低い材料であれば、凹凸構造体２０を構成する材料とは異なる材料であってもよい。また、２つの積層体３１において、凹凸構造体２０を構成する低屈折率材料や高屈折率層２１を構成する高屈折率材料は互いに異なっていてもよい。
【0144】
突起状構造体１１１も、第１実施形態と同様に形成すればよい。例えば、図１５に示すように、一方の基材１１における他方の基材１１側と反対側の面に突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２を形成することができる。また、剥離処理を施した基材１１の一方を剥離し、その上に突起状構造体１１１からなる反射防止部１１２を形成してもよい。
【0145】
なお、２つの凹凸構造体３１を対向させた状態において、第１層状部２１ａ同士が向かい合ってもよいし、一方の積層体３１における第１層状部２１ａと、他方の積層体３１における第２層状部２１ｂとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の積層体３１における第１層状部２１ａは、他方の積層体３１における第１層状部２１ａの一部および第２層状部２１ｂの一部と向かい合っていてもよい。
【0146】
例えば、２つの積層体３１として、凸部２０ｂの周期Ｐｔが同一である積層体３１を接合することによって、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する光学デバイス３０を形成することができる。また例えば、２つの積層体３１として、凸部２０ｂの周期Ｐｔが互いに異なる積層体３１を接合することによって、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する光学デバイス３０を形成することができる。
【0147】
なお、光学デバイス３０は、第３方向に並ぶ３以上の共鳴構造部１８を備えていてもよい。光学デバイス３０が複数の共鳴構造部１８を備える構成において、これらの共鳴構造部１８における構造周期Ｐｋが同一であれば、共鳴構造部１８の数が多いほど、反射光の強度は高められる。また、複数の共鳴構造部１８に、構造周期Ｐｋが同一である共鳴構造部１８と、構造周期Ｐｋが互いに異なる共鳴構造部１８とが含まれてもよい。こうした構成によれば、光学デバイス３０から出射される反射光や透過光の色の細かな調整も可能となる。
【0148】
３以上の共鳴構造部１８を備える光学デバイス３０の製造に際しては、積層体３１の基材１１と凹凸構造層２０とが、凹凸構造体２０から基材１１を剥離可能となるような材料を用いて形成される。そして、２つの積層体３１が低屈折率材料によって接合されたのち、一方の基材１１が剥離され、露出された凹凸構造体２０と他の積層体３１とがさらに低屈折率材料を挟んで接合されることが繰り返されることによって、６以上のサブ波長格子を有する光学デバイス３０を形成することができる。
【0149】
以上、第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（８）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（９）光学デバイス３０が、第３方向に並ぶ複数の共鳴構造部１８を備える構成によれば、光学デバイス１０が４つ以上の格子領域１３、１５を備えるため、光学デバイス３０の波長選択性をさらに高めることや、反射光と透過光とに含まれる波長域の調整の自由度を高めることが可能である。
（９）光学デバイス３０が、第３方向に並ぶ複数の共鳴構造部１８を備える構成によれば、光学デバイス１０が４つ以上の格子領域１３、１５を備えるため、光学デバイス３０の波長選択性をさらに高めることや、反射光と透過光とに含まれる波長域の調整の自由度を高めることが可能である。
【0150】
（１０）複数の共鳴構造部１８の構造周期Ｐｋが、複数の共鳴構造部１８において等しい構成によれば、各格子領域１３、１５で共鳴を起こす光の波長域は一致し、各格子領域１３、１５で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス３０から射出されるため、反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度はより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。
【0151】
（１１）第１共鳴構造部１８Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１８Ｂの構造周期Ｐｋとが互いに異なる構成によれば、第１共鳴構造部１８Ａの各格子領域１３、１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部１８Ｂの各格子領域１３、１５にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。したがって、光学デバイス３０に光が入射したとき、光学デバイス３０からは、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３、１５にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３、１５にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が射出される。また、光学デバイス３０への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された第１の波長域および第２の波長域を除く波長域の光が透過光として光学デバイスから射出される。したがって、光学デバイス３０にて、反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。それゆえ、各共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂが有するサブ波長格子の格子周期の設定を通じて、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。
【0152】
（１２）上記光学デバイス３０は、２つの積層体３１を、高屈折率層２１同士が向かい合うように対向させ、２つの凹凸構造体３１の間の領域を低屈折率材料で埋めることによって形成される。これによれば、複数の共鳴構造部１８を備える光学デバイス３０を容易に形成することができる。
【0153】
（第３実施形態）
図１９および図２０を参照して、第３実施形態の光学デバイスの構成について説明する。第３実施形態は、第２実施形態と比較して、２つの共鳴構造部におけるサブ波長格子の配列方向が異なる。以下では、第３実施形態と第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。なお、図１９および図２０は、第３実施形態に係る光学デバイス４０の一部分を示す図であり、光学デバイス４０の構造を理解しやすくするために、高屈折率材料から構成されている部分と、低屈折率材料から構成されている部分とに、互いに異なる濃度のドットを付して示している。また、図１９では、突起状構造体１１１を表裏面両方に形成した場合を示しているが、当然、表面のみ、あるいは裏面のみの構成でもかまわない。図２０では突起状構造体１１１は省略して示している。
図１９および図２０を参照して、第３実施形態の光学デバイスの構成について説明する。第３実施形態は、第２実施形態と比較して、２つの共鳴構造部におけるサブ波長格子の配列方向が異なる。以下では、第３実施形態と第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。なお、図１９および図２０は、第３実施形態に係る光学デバイス４０の一部分を示す図であり、光学デバイス４０の構造を理解しやすくするために、高屈折率材料から構成されている部分と、低屈折率材料から構成されている部分とに、互いに異なる濃度のドットを付して示している。また、図１９では、突起状構造体１１１を表裏面両方に形成した場合を示しているが、当然、表面のみ、あるいは裏面のみの構成でもかまわない。図２０では突起状構造体１１１は省略して示している。
【0154】
［光学デバイスの構成］
図１９は、第３実施形態における光学デバイスの斜視構造を示す斜視図である。図１９に示すように、第３実施形態の光学デバイス４０は、第２実施形態と同様に、第３方向に隣り合う２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂを備えている。ただし、第３実施形態においては、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３、１５が有する各要素部、すなわち、高屈折率部１３ａ、１５ａおよび低屈折率部１３ｂ、１５ｂの各々の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３、１５が有する各要素部の延びる方向とは互いに異なる。つまり、共鳴構造部１８ごとに、各格子領域１３、１５での各要素部の並ぶ方向が異なっている。換言すれば、第１共鳴構造部１８Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とが互いに異なっている。
図１９は、第３実施形態における光学デバイスの斜視構造を示す斜視図である。図１９に示すように、第３実施形態の光学デバイス４０は、第２実施形態と同様に、第３方向に隣り合う２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂを備えている。ただし、第３実施形態においては、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３、１５が有する各要素部、すなわち、高屈折率部１３ａ、１５ａおよび低屈折率部１３ｂ、１５ｂの各々の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３、１５が有する各要素部の延びる方向とは互いに異なる。つまり、共鳴構造部１８ごとに、各格子領域１３、１５での各要素部の並ぶ方向が異なっている。換言すれば、第１共鳴構造部１８Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とが互いに異なっている。
【0155】
なお、光学デバイス４０が含む４つのサブ波長格子のパターンは相互に一致しており、共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂにおいて周期Ｐ１、Ｐ２はすべて等しく、Ｄｈ１、Ｄｈ２はすべて等しく、Ｔ１、Ｔ２はすべて等しい。
【0156】
図２０は、第３実施形態における光学デバイスを領域ごとに分割して示す斜視図である。図２０は、図１９に示す光学デバイス４０を、基材１１の表面に沿った方向に広がる領域ごとに分割して示す図である。なお、図２０は、２つの共鳴構造部１８Ａ、１８Ｂにおける各要素部の配置をわかりやすく示すための図であって、図２０にて分割されている各領域の境界は、光学デバイス４０を構成する構造体の境界を示すものではない。
【0157】
図２０に示すように、第１共鳴構造部１８Ａの高屈折率部１３ａ、１５ａおよび低屈折率部１３ｂ、１５ｂは、第１方向に延び、かつ、第２方向に高屈折率部１３ａと低屈折率部１３ｂとが交互に並び、高屈折率部１５ａと低屈折率部１５ｂとが交互に並ぶ。一方、第２共鳴構造部１８Ｂの高屈折率部１３ａ、１５ａおよび低屈折率部１３ｂ、１５ｂは、第２方向に延び、かつ、第１方向に高屈折率部１３ａと低屈折率部１３ｂとが交互に並び、高屈折率部１５ａと低屈折率部１５ｂとが交互に並ぶ。すなわち、基材１１の表面側から見て、第１共鳴構造部１８Ａが有する各要素部の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有する各要素部の延びる方向とは直交している。換言すれば、基材１１の表面側から見て、第１共鳴構造部１８Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とのなす角は９０°である。
【0158】
［光学デバイスの作用］
サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延びる高屈折率部１３ａ、１５ａから構成されている場合、各格子領域１３、１５では、特定の方向へ偏光した光が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。上記特定の方向は、サブ波長格子の配列方向に依存する。第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂとでサブ波長格子の配列方向が異なっていることにより、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３、１５と第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３、１５とでは、多重反射する光の偏光方向は互いに異なっている。したがって、第３実施形態の光学デバイス４０によれば、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度をより高めることができる。
サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延びる高屈折率部１３ａ、１５ａから構成されている場合、各格子領域１３、１５では、特定の方向へ偏光した光が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。上記特定の方向は、サブ波長格子の配列方向に依存する。第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂとでサブ波長格子の配列方向が異なっていることにより、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３、１５と第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３、１５とでは、多重反射する光の偏光方向は互いに異なっている。したがって、第３実施形態の光学デバイス４０によれば、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度をより高めることができる。
【0159】
第３実施形態の光学デバイス４０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ５０に適用されてもよいし、表示体６０が備える表示要素に適用されてもよいし、カラーフィルタ７０が備える副画素に適用されてもよい。
【0160】
ただし、一般的に、カラーフィルタ７０への入射光が、偏光方向の揃った光であることに対して、表示体６０への入射光は、一般的な照明や太陽光のように、様々な方向への偏光成分を含む光である場合が多い。したがって、カラーフィルタ７０へは、第２実施形態の光学デバイス３０の構成が適用されると効果が高く、表示体６０へは、第３実施形態の光学デバイス４０の構成が適用されると効果が高い。
【0161】
［光学デバイスの製造方法］
第３実施形態の光学デバイス４０は、第２実施形態と同様に、基材１１と凹凸構造体２０と高屈折率層２１とからなる積層体である２つの積層体３１を、高屈折率層２１同士が向かい合うように対向させ、２つの積層体３１の間の領域を低屈折率材料で埋めることによって形成される。ここで、第３実施形態では、一方の積層体３１における高屈折率層２１の延びる方向と、他方の積層体３１における高屈折率層２１の延びる方向とが直交するように、これらの積層体３１を向かい合わせて低屈折率材料により接合する。
第３実施形態の光学デバイス４０は、第２実施形態と同様に、基材１１と凹凸構造体２０と高屈折率層２１とからなる積層体である２つの積層体３１を、高屈折率層２１同士が向かい合うように対向させ、２つの積層体３１の間の領域を低屈折率材料で埋めることによって形成される。ここで、第３実施形態では、一方の積層体３１における高屈折率層２１の延びる方向と、他方の積層体３１における高屈折率層２１の延びる方向とが直交するように、これらの積層体３１を向かい合わせて低屈折率材料により接合する。
【0162】
突起状構造体１１１も、第２実施形態と同様に形成すればよい。
【0163】
なお、光学デバイス４０は、第３方向に並ぶ３以上の共鳴構造部１８を備えていてもよい。この場合、複数の共鳴構造部１８において、要素部の延びる方向が互いに異なる共鳴構造部１８が含まれていればよい。こうした光学デバイス４０は、偶数、すなわち２ｎ（ｎは３以上の整数）個のサブ波長格子を備え、一方の基材１１に近い位置から２ｍ－１番目（ｍは１以上ｎ以下の整数）のサブ波長格子と２ｍ番目のサブ波長格子とにおいて、配列方向は互いに同一であり、格子周期は互いに同一である。換言すれば、光学デバイス４０は、配列方向および格子周期が同一であるサブ波長格子の対が、第３方向に並び、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に埋め込まれた構造を有している。
【0164】
こうした構成によれば、共鳴構造部１８ごとのサブ波長格子の配列方向の設定や、サブ波長格子の配列方向が同一である共鳴構造部１８の数の設定等によって、光学デバイス１０の偏光応答性を調整することもできる。なお、複数の共鳴構造部１８には、サブ波長格子のパターンが互いに異なる共鳴構造部１８が含まれていてもよい。
【0165】
３以上の共鳴構造部１８を備える光学デバイス４０の製造に際しては、積層体３１の基材１１と凹凸構造体２０とが、凹凸構造体２０から基材１１を剥離可能な材料から形成される。そして、２つの積層体３１が低屈折率材料によって接合されたのち、一方の基材１１が剥離され、露出された凹凸構造体２０と他の積層体３１とがさらに低屈折率材料を挟んで接合されることが繰り返されることによって、６以上のサブ波長格子を有する光学デバイス４０を形成することができる。
【0166】
以上、第３実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（８）、第２実施形態の（９）、（１２）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
【0167】
（１３）第１共鳴構造部１８Ａ有する要素部の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する要素部の延びる方向とが、互いに異なるため、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３、１５と第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３、１５とでは、入射光に含まれる光のうち互いに異なる方向へ偏光した光が共鳴を起こして、それぞれの共鳴構造部１８から射出される。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度をより高めることができる。
【0168】
［変形例］
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
【0169】
上記各実施形態の製造方法によって製造される光学デバイスの共鳴構造部１８においては、第１高屈折率部１３ａの上部に第２低屈折率部１５ｂが位置し、第１低屈折率部１３ｂの上部に第２高屈折率部１５ａが位置する。
【0170】
すなわち、第１高屈折率部１３ａの配置のパターンは、第２低屈折率部１５ｂの配置のパターンと一致し、第１低屈折率部１３ｂの配置のパターンは、第２高屈折率部１５ａの配置のパターンと一致する。そして、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とを一致させるためには、第１格子領域１３と第２格子領域１５とでサブ波長格子の格子周期が一致し、かつ、第１格子領域１３における複数の第１高屈折率部１３ａの体積比率と、第２格子領域１５における複数の第２高屈折率部１５ａの体積比率とが一致することが必要である。
【0171】
こうした条件を満たすことは、上記各実施形態のように、第１高屈折率部１３ａ、第１低屈折率部１３ｂ、第２高屈折率部１５ａ、および、第２低屈折率部１５ｂの各要素部が、共通する１つの方向に帯状に延びる同一の形状を有し、各格子領域１３、１５にて、高屈折率部１３ａ、１５ａと低屈折率部１３ｂ、１５ｂとが、これらの延びる方向と直交する方向に交互に配置されている構成とすることで、容易に実現できる。
【0172】
ただし、上記条件が満たされていれば、各要素部は帯状に延びる形状とは異なる形状を有していてもよい。図２１は、変形例における格子領域の平面構造を示す平面図であり、図２２は、変形例における凹凸構造体の斜視構造を示す斜視図である。例えば、図２１に示すように、第１高屈折率部１３ａ、第１低屈折率部１３ｂ、第２高屈折率部１５ａ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々が、正方形等の同一の矩形形状を有し、各格子領域１３、１５にて、高屈折率部１３ａ、１５ａと低屈折率部１３ｂ、１５ｂとが、第１方向と第２方向とのそれぞれの方向に、交互に配置されている構成であってもよい。こうした場合、図２２に示すように、凹凸構造体２０においては、互いに直交する２つの方向の各々に、凸部２０ｂと凹部２０ｃとが交互に配置され、平面視において凸部２０ｂと凹部２０ｃとは、正方形等の同一の矩形形状を有する。図２１に示す構成によれば、１つの共鳴構造部１８においても、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度をより高くすることができる。
【0173】
［実施例］
上述した光学デバイスおよびその製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
上述した光学デバイスおよびその製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
【0174】
（実施例１）
実施例１は、光学デバイスが適用された波長選択フィルタであって、緑帯域の波長の光を選択的に反射する波長選択フィルタである。
実施例１は、光学デバイスが適用された波長選択フィルタであって、緑帯域の波長の光を選択的に反射する波長選択フィルタである。
【0175】
＜波長選択フィルタの製造＞
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリント法において照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いたため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、Ｃｒからなる膜をスパッタリング法により成膜し、電子線リソグラフィ法によってサブ波長格子パターンの電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、１つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。電子線により描画したパターンは、一辺３ｃｍの正方形領域内に、短辺の長さを１８０ｎｍ、長辺の長さを３ｃｍとした長方形を、短辺方向に周期３６０ｎｍで配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記長方形の内側領域である。次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のＣｒ膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジストおよびＣｒ膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは２００ｎｍであった。残存したレジストおよびＣｒ膜を除去し、離型剤としてオプツールＨＤ－１１００（ダイキン工業製）を塗布して、帯状部分が等間隔で並ぶサブ波長格子パターンが正方形領域内に形成されたモールドを得た。
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリント法において照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いたため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、Ｃｒからなる膜をスパッタリング法により成膜し、電子線リソグラフィ法によってサブ波長格子パターンの電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、１つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。電子線により描画したパターンは、一辺３ｃｍの正方形領域内に、短辺の長さを１８０ｎｍ、長辺の長さを３ｃｍとした長方形を、短辺方向に周期３６０ｎｍで配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記長方形の内側領域である。次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のＣｒ膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジストおよびＣｒ膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは２００ｎｍであった。残存したレジストおよびＣｒ膜を除去し、離型剤としてオプツールＨＤ－１１００（ダイキン工業製）を塗布して、帯状部分が等間隔で並ぶサブ波長格子パターンが正方形領域内に形成されたモールドを得た。
【0176】
次に、上記モールド上のサブ波長格子パターンが形成された正方形領域内に紫外線硬化性樹脂を塗工し、易接着処理が施されたポリエチレンテレフタラートフィルムでモールド表面を覆った。紫外線硬化性樹脂が上記正方形領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、３６５ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化した後、モールドからポリエチレンテレフタラートフィルムを剥離した。これにより、表面にサブ波長格子パターンが形成された紫外線硬化性樹脂からなる凹凸構造体とポリエチレンテレフタラートフィルムである基材との積層体を得た。上記工程を繰り返し、凹凸構造体と基材との積層体を２つ作製した。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【0177】
次に、上記２つの積層体の表面に真空蒸着法を用いて膜厚１００ｎｍのＴｉＯ２膜を成膜することにより、ＴｉＯ２からなる高屈折率層を形成した。続いて、２つの積層体のうちの、一方の積層体の表面のサブ波長格子パターンが位置する領域に紫外線硬化性樹脂を塗工し、塗工された紫外線硬化性樹脂に他方の積層体の表面（基材と反対側の面）が接し、かつ、サブ波長格子パターンが位置する領域が重なるように２つの積層体を向かい合わせた。紫外線硬化性樹脂がサブ波長格子パターンの位置する領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、３６５ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化して埋め込み層を形成した。次に、凹凸構造体と同様の手法で、突起状構造体１１１の断面形状が釣鐘状、周期が４００ｎｍ、高さは２００ｎｍ、アスペクト比は２．０となるモールドを作成した。最後に剥離処理を施した基材を光硬化樹脂から剥離した後、光硬化性樹脂を滴下し、モールドを光硬化性樹脂に押し込み、固めることで反射防止部１１２を形成した。以上により、実施例１の波長選択フィルタを得た。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【0178】
＜波長選択フィルタの評価＞
実施例１の波長選択フィルタの反射分光測定を実施したところ、５３０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
実施例１の波長選択フィルタの反射分光測定を実施したところ、５３０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
【0179】
（実施例２）
実施例２は、光学デバイスが画素に適用された表示体である。
実施例２は、光学デバイスが画素に適用された表示体である。
【0180】
＜表示体の製造＞
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリント法において照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いたため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、Ｃｒからなる膜をスパッタリング法により成膜し、電子線リソグラフィ法によってサブ波長格子パターンを有する電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、１つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリント法において照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いたため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、Ｃｒからなる膜をスパッタリング法により成膜し、電子線リソグラフィ法によってサブ波長格子パターンを有する電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、１つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。
【0181】
電子線により描画したパターンは、４種類のサブ波長格子パターンが並ぶパターンである。このパターンを図２３に模式的に示す。第１のパターンＳＰ１は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３６０ｎｍでＸ方向に並ぶパターンである。第２のパターンＳＰ２は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３６０ｎｍでＸ方向と直交するＹ方向に並ぶパターンである。第３のパターンＳＰ３は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３９６ｎｍでＸ方向に並ぶパターンである。第４のパターンＳＰ４は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３９６ｎｍでＹ方向に並ぶパターンである。
【0182】
次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のＣｒ膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジストおよびＣｒ膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは２００ｎｍであった。残存したレジストおよびＣｒ膜を除去し、離型剤としてオプツールＨＤ－１１００（ダイキン工業製）を塗布して、上記４つのサブ波長格子パターンが形成されたモールドを得た。
【0183】
次に、上記モールド上の４つのサブ波長格子パターンが形成された領域内に紫外線硬化性樹脂を塗工し、易接着処理が施されたポリエチレンテレフタラートフィルムでモールド表面を覆った。紫外線硬化性樹脂がサブ波長格子パターンの形成された領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、３６５ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化した後、モールドからポリエチレンテレフタラートフィルムを剥離した。これにより、上記４つのサブ波長格子パターンの反転されたサブ波長格子パターンが紫外線硬化性樹脂の表面に形成され、この紫外線硬化性樹脂からなる凹凸構造体とポリエチレンテレフタラートフィルムである基材との積層体を得た。４つのサブ波長格子パターンの各々が形成されている領域が、画素部分に相当する。上記工程を繰り返し、凹凸構造体と基材との積層体を２つ作製した。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【0184】
次に、上記２つの積層体の表面に真空蒸着法を用いて膜厚１００ｎｍのＴｉＯ２膜を成膜することにより、ＴｉＯ２からなる高屈折率層を形成した。続いて、２つの積層体のうちの、一方の積層体の表面のサブ波長格子パターンが位置する領域に紫外線硬化性樹脂を塗工し、塗工された紫外線硬化性樹脂に他方の積層体の表面（基材と反対側の面）が接し、かつ、同周期のサブ波長格子パターンの位置する領域が重なるように２つの積層体を向かい合わせた。紫外線硬化性樹脂がサブ波長格子パターンの位置する領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、３６５ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化して埋め込み層を形成した。そして、剥離処理を施した基材を光硬化樹脂から剥離した後、光硬化性樹脂を滴下し、実施例１で作成したモールドを光硬化性樹脂に押し込み、固めることで反射防止部１１２を形成した。これにより、実施例２の表示体を得た。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【0185】
＜表示体の評価＞
実施例２の表示体の反射分光測定を実施したところ周期３６０ｎｍのサブ波長格子を有する画素は５３０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測され、周期３９６ｎｍのサブ波長格子を有する画素は６２０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
実施例２の表示体の反射分光測定を実施したところ周期３６０ｎｍのサブ波長格子を有する画素は５３０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測され、周期３９６ｎｍのサブ波長格子を有する画素は６２０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
【産業上の利用可能性】
【0186】
本発明に係る光学デバイス、および光学デバイスの製造方法は、波長選択フィルタ、表示体が備える表示要素、カラーフィルタが備える副画素などに好適に利用できる。
【符号の説明】
【0187】
１０，３０，４０…光学デバイス、１１…基材、１２…第１低屈折率領域、１３…第１格子領域、１３ａ…第１高屈折率部、１３ｂ…第１低屈折率部、１４…第２低屈折率領域、１５…第２格子領域、１５ａ…第２高屈折率部、１５ｂ…第２低屈折率部、１６…第３低屈折率領域、１７…第３高屈折率部、１８…共鳴構造部、１８Ａ…第１共鳴構造部、１８Ｂ…第２共鳴構造部、２０…凹凸構造体、２０ａ…平坦部、２０ｂ…凸部、２０ｃ…凹部、２１…高屈折率層、２１ａ…第１層状部、２１ｂ…第２層状部、２２…埋め込み層、３１…積層体、５０…波長選択フィルタ、６０…表示体、６０Ｆ…表面、６０Ｒ…裏面、６１Ａ…第１表示領域、６１Ｂ…第２表示領域、６１Ｃ…第３表示領域、６２Ａ…第１画素、６２Ｂ…第２画素、６３Ｃ…第３画素、７０…カラーフィルタ、７１…画素、７１Ｒ…赤色用副画素、７１Ｇ…緑色用副画素、７１Ｂ…青色用副画素。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】