特許 7413808 光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法

(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】2024-01-05

(45)【発行日】2024-01-16

(54)【発明の名称】光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/28 20060101AFI20240109BHJP

   G02B 5/22 20060101ALI20240109BHJP

   G02B 5/18 20060101ALI20240109BHJP

【ＦＩ】

G02B5/28

G02B5/22

G02B5/18

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020020046

(22)【出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2021124683

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】ＴＯＰＰＡＮホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】小田 ゆかり

(72)【発明者】

【氏名】川下 雅史

(72)【発明者】

【氏名】石丸 佳子

(72)【発明者】

【氏名】下村 温紗

【審査官】内村 駿介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／０７０４３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１２２２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３４９７７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ５／２８

Ｇ０２Ｂ ５／２２

Ｇ０２Ｂ ５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、
前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部を含み、前記凹凸構造層よりも屈折率の高い材料からなる前記高屈折率層と、
前記高屈折率層上に位置する低屈折率層であって、前記高屈折率層よりも屈折率の低い材料からなる前記低屈折率層と、を備える光学デバイスであって、
前記光学デバイスの構成層には、所定の波長域として紫外領域の光の吸収性を有する層が含まれ、
前記第１格子高屈折率部を含む領域において導波モード共鳴現象により強められて射出される反射光、および、前記第２格子高屈折率部を含む領域において導波モード共鳴現象により強められて射出される反射光の少なくとも一方には、紫外領域の光が含まれる
光学デバイス。

【請求項2】

凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、
前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部を含み、前記凹凸構造層よりも屈折率の高い材料からなる前記高屈折率層と、
前記高屈折率層上に位置して当該高屈折率層の表面の凹凸に追従した表面形状を有する低屈折率層であって、前記高屈折率層よりも屈折率の低い材料からなる前記低屈折率層と、を備える光学デバイスであって、
前記光学デバイスの構成層には、所定の波長域の光の吸収性を有する層が含まれる
光学デバイス。

【請求項3】

凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、
前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部を含み、前記凹凸構造層よりも屈折率の高い材料からなる前記高屈折率層と、
前記高屈折率層上に位置する低屈折率層であって、前記高屈折率層よりも屈折率の低い材料からなる前記低屈折率層と、を備える光学デバイスであって、
前記光学デバイスの構成層には、所定の波長域の光の吸収性を有する層が含まれ、
前記第１格子高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２格子高屈折率部の厚さをＴ２、
前記高屈折率層の材料の屈折率をｎ１、前記凹凸構造層の材料の屈折率をｎ２、前記低屈折率層の材料の屈折率をｎ３、
前記第１格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第１格子高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第２格子高屈折率部が占める面積比率をＲ２、とするとき、
ｎ１＞ｎ２、ｎ１＞ｎ３、かつ、Ｒ１＋Ｒ２＞１であって、
Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）｝で表される第１パラメータに対する、Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）｝で表される第２パラメータの比が、０．５以上２．０以下である
光学デバイス。

【請求項4】

前記高屈折率層は、前記第１格子高屈折率部と前記第２格子高屈折率部との間で前記凹凸要素の側面に沿って延びる中間高屈折率部を含み、
前記中間高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該中間高屈折率部が占める面積比率をＲ３とするとき、Ｒ３≦Ｒ１＋Ｒ２－１が満たされる
請求項３に記載の光学デバイス。

【請求項5】

前記低屈折率層が、前記所定の波長域の光の吸収性を有する
請求項１～４のいずれか一項に記載の光学デバイス。

【請求項6】

前記凹凸構造層が、前記所定の波長域の光の吸収性を有する
請求項１～４のいずれか一項に記載の光学デバイス。

【請求項7】

前記凹凸構造層を支持する基材を備え、
前記基材が前記所定の波長域の光の吸収性を有する
請求項１～４のいずれか一項に記載の光学デバイス。

【請求項8】

前記凹凸構造層を支持する基材と、
前記基材に対して前記凹凸構造層と反対側に位置し、前記所定の波長域の光の吸収性を有する吸収層と、を備える
請求項１～４のいずれか一項に記載の光学デバイス。

【請求項9】

前記凹凸構造層、前記高屈折率層、および、前記低屈折率層を有する部分が共鳴構造部であり、
前記光学デバイスは、前記共鳴構造部の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記共鳴構造部と、
互いに隣り合う前記共鳴構造部の間を埋める層であって、前記高屈折率層よりも屈折率が低い材料から構成され、かつ、前記所定の波長域の光の吸収性を有する埋込層と、を備える
請求項１～４のいずれか一項に記載の光学デバイス。

【請求項10】

所定の波長域として紫外領域の光を吸収する材料からなる層を形成する工程を含む光学デバイスの製造方法であって、
サブ波長周期で並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を表面に有し、第１低屈折率材料から構成される凹凸構造層を形成する第１工程と、
前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に沿って、当該凹凸構造層が有する凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部とを含む高屈折率層を形成する第２工程と、
前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料を用いて、前記高屈折率層上に低屈折率層を形成する第３工程と、を含み、
前記光学デバイスにて、前記第１格子高屈折率部を含む領域において導波モード共鳴現象により強められて射出される反射光、および、前記第２格子高屈折率部を含む領域において導波モード共鳴現象により強められて射出される反射光の少なくとも一方には、紫外領域の光が含まれる
光学デバイスの製造方法。

【請求項11】

所定の波長域の光を吸収する材料からなる層を形成する工程を含む光学デバイスの製造方法であって、
サブ波長周期で並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を表面に有し、第１低屈折率材料から構成される凹凸構造層を形成する第１工程と、
前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に沿って、当該凹凸構造層が有する凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部とを含む高屈折率層を形成する第２工程と、
前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料を用いて、前記高屈折率層上に、前記高屈折率層の表面の凹凸に追従した表面形状を有する低屈折率層を形成する第３工程と、を含む
光学デバイスの製造方法。

【請求項12】

所定の波長域の光を吸収する材料からなる層を形成する工程を含む光学デバイスの製造方法であって、
サブ波長周期で並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を表面に有し、第１低屈折率材料から構成される凹凸構造層を形成する第１工程と、
前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に沿って、当該凹凸構造層が有する凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部とを含む高屈折率層を形成する第２工程と、
前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料を用いて、前記高屈折率層上に低屈折率層を形成する第３工程と、を含み、
前記第１格子高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２格子高屈折率部の厚さをＴ２、
前記高屈折率層の材料の屈折率をｎ１、前記凹凸構造層の材料の屈折率をｎ２、前記低屈折率層の材料の屈折率をｎ３、
前記第１格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第１格子高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第２格子高屈折率部が占める面積比率をＲ２、とするとき、
ｎ１＞ｎ２、ｎ１＞ｎ３、かつ、Ｒ１＋Ｒ２＞１であって、
Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）｝で表される第１パラメータに対する、Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）｝で表される第２パラメータの比が、０．５以上２．０以下である
光学デバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導波モード共鳴現象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】

入射光から特定の波長域の光を透過光あるいは反射光として取り出す光学デバイスは、入射光から赤緑青の各色の光を取り出すカラーフィルタのように、波長選択フィルタとして用いられる。例えば、顔料等の色素での吸収によって特定の波長域の光を相対的に多く透過するように構成されたフィルタが広く普及している。一方で、色素での吸収を利用したフィルタよりも高い波長選択性を実現可能なフィルタとして、導波モード共鳴現象を利用した光学デバイスが利用可能である。この光学デバイスは、光の波長よりも小さい周期の回折格子であるサブ波長格子を有する。当該サブ波長格子に光が入射すると、周囲との屈折率差等に起因して、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、反射光として強く射出される。そして、入射光のうち、反射光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（例えば、特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５０２３３２４号明細書

【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】

【0004】

ところで、光学デバイスの用途の拡大のためには、光学デバイスが、光を選択的に反射および透過する機能に加えて、光の遮蔽機能を有していることが好ましい。
例えば、次世代のディスプレイとして、微小なＬＥＤ素子を用いたＬＥＤディスプレイが注目されている。ＬＥＤディスプレイの一種は、紫外線ＬＥＤ（ＵＶ－ＬＥＤ）素子からの光を蛍光体からなる波長変換層に照射して蛍光体を励起させることにより、有色光を射出する。詳細には、波長変換層は、赤色光を射出する副画素領域と、緑色光を射出する副画素領域と、青色光を射出する副画素領域とを備えている。複数のＬＥＤ素子は、副画素領域の配列に対応する配列で並べられ、各ＬＥＤ素子が射出した紫外光が各副画素領域に照射されることにより、紫外光の強さに応じた強さの各色の光が各副画素領域から射出される。これにより、ＬＥＤディスプレイにおけるカラーの像の表示が実現される。

【0005】

ここで、ＬＥＤ素子が射出した紫外光の一部は、波長変換層を透過して、ＬＥＤディスプレイの表面に漏れ出る。ＬＥＤディスプレイの視聴者の眼の保護のためには、ＬＥＤディスプレイからの紫外光の漏れは少ないことが好ましい。光学デバイスが、有色光を透過し、かつ、紫外光を遮蔽する機能を有していれば、紫外光の漏れを抑えるために光学デバイスを用いることも可能であり、光学デバイスの用途が広がる。

【0006】

本発明は、光の遮蔽機能を有する光学デバイス、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】

【0007】

上記課題を解決する光学デバイスは、凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で並ぶ複数の前記凹凸要素が構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層と、前記凹凸構造上に位置して当該凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層であって、前記凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部を含み、前記凹凸構造層よりも屈折率の高い材料からなる前記高屈折率層と、前記高屈折率層上に位置する低屈折率層であって、前記高屈折率層よりも屈折率の低い材料からなる前記低屈折率層と、を備える。前記光学デバイスの構成層には、所定の波長域の光の吸収性を有する層が含まれる。

【0008】

上記構成によれば、第１格子高屈折率部を含む格子領域と第２格子高屈折率部を含む格子領域とで生じる導波モード共鳴現象により、光学デバイスは、光を選択的に反射および透過する。さらに、光学デバイスは、特定の波長域の光を吸収するため、当該波長域の光の遮蔽機能を有する。したがって、波長選択フィルタ等の光学デバイスの用途の拡大が可能である。

【0009】

上記構成において、前記所定の波長域の光は、紫外領域の光であってもよい。
上記構成によれば、光学デバイスは、紫外光の遮蔽機能を有する。したがって、紫外光による蛍光体の励起を利用した表示装置等、紫外光の漏れの抑制が求められる装置に設けるフィルタとして、光学デバイスを用いることもできる。

【0010】

上記構成において、前記第１格子高屈折率部を含む領域において導波モード共鳴現象により強められて射出される反射光、および、前記第２格子高屈折率部を含む領域において導波モード共鳴現象により強められて射出される反射光の少なくとも一方には、紫外領域の光が含まれてもよい。

【0011】

上記構成によれば、入射光に含まれる紫外領域の光は、導波モード共鳴現象によって反射され、あるいは、紫外領域の光の吸収性を有する層に吸収される。したがって、光学デバイスにおける紫外光の遮蔽機能がさらに高められる。

【0012】

上記構成において、前記低屈折率層が、前記所定の波長域の光の吸収性を有してもよい。
上記構成において、前記凹凸構造層が、前記所定の波長域の光の吸収性を有してもよい。

【0013】

上記構成において、前記凹凸構造層を支持する基材を備え、前記基材が前記所定の波長域の光の吸収性を有していてもよい。
上記各構成によれば、２以上の格子領域を有する光学デバイスにおいて、その構成層を増加させずとも、光の遮蔽機能の実現が可能である。

【0014】

上記構成において、前記凹凸構造層を支持する基材と、前記基材に対して前記凹凸構造層と反対側に位置し、前記所定の波長域の光の吸収性を有する吸収層と、を備えてもよい。
上記構成によれば、特定の波長域の光の吸収機能に特化した層を設けることにより光学デバイスにおける光の遮蔽機能が実現される。そのため、光学デバイスが有する各層の材料や膜厚を、その機能により適するように選定することが可能である。

【0015】

上記構成において、前記低屈折率層は、前記高屈折率層の表面の凹凸に追従した表面形状を有してもよい。
上記構成によれば、低屈折率層の厚さおよび屈折率の調整により、導波モード共鳴現象により強められた反射光とは異なる波長域の光を打ち消して、こうした光が上記反射光とともに射出されることを抑えることができる。

【0016】

上記構成において、前記第１格子高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２格子高屈折率部の厚さをＴ２、前記高屈折率層の材料の屈折率をｎ１、前記凹凸構造層の材料の屈折率をｎ２、前記低屈折率層の材料の屈折率をｎ３、前記第１格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第１格子高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２格子高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該第２格子高屈折率部が占める面積比率をＲ２、とするとき、ｎ１＞ｎ２、ｎ１＞ｎ３、かつ、Ｒ１＋Ｒ２＞１であって、Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）｝で表される第１パラメータに対する、Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）｝で表される第２パラメータの比が、０．５以上２．０以下であってもよい。

【0017】

上記構成によれば、第１格子高屈折率部を含む格子領域と、第２格子高屈折率部を含む格子領域とにおいて、導波モード共鳴現象によって共鳴を起こす光の波長域が近くなる。したがって、２つの格子領域の各々で強められた近しい波長域の光が反射光として得られるため、反射光の波長選択性がより高められる。

【0018】

上記構成において、前記高屈折率層は、前記第１格子高屈折率部と前記第２格子高屈折率部との間で前記凹凸要素の側面に沿って延びる中間高屈折率部を含み、前記中間高屈折率部を含みその厚さ方向と直交する断面にて当該中間高屈折率部が占める面積比率をＲ３とするとき、Ｒ３≦Ｒ１＋Ｒ２－１が満たされてもよい。

【0019】

上記構成によれば、中間高屈折率部の幅が小さく抑えられるため、２つの格子領域の間の領域の平均屈折率が過度に大きくなることが抑えられる。したがって、格子領域とその隣接領域との平均屈折率の差が良好に確保されるため、導波モード共鳴現象によって得られる各格子領域からの反射光の強度が良好になる。

【0020】

上記構成において、前記凹凸構造層、前記高屈折率層、および、前記低屈折率層を有する部分が共鳴構造部であり、前記光学デバイスは、前記共鳴構造部の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記共鳴構造部と、互いに隣り合う前記共鳴構造部の間を埋める層であって、前記高屈折率層よりも屈折率が低い材料から構成され、かつ、前記所定の波長域の光の吸収性を有する埋込層と、を備えてもよい。
上記構成によれば、２以上の共鳴構造部を有する光学デバイスにおいて、その構成層を増加させずとも、光の遮蔽機能の実現が可能である。

【0021】

上記課題を解決する光学デバイスの製造方法は、所定の波長域の光を吸収する材料からなる層を形成する工程を含む光学デバイスの製造方法であって、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を表面に有し、第１低屈折率材料から構成される凹凸構造層を形成する第１工程と、前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に沿って、当該凹凸構造層が有する凹凸構造の底部に位置してサブ波長格子を構成する第１格子高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置してサブ波長格子を構成する第２格子高屈折率部とを含む高屈折率層を形成する第２工程と、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料を用いて、前記高屈折率層上に低屈折率層を形成する第３工程と、を含む。

【0022】

上記製法によれば、導波モード共鳴現象による選択的な光の反射および透過機能と、所定の波長域の光の遮蔽機能とを有する光学デバイスが製造される。そして、格子領域に接する層を導波層として利用する形態と比較して、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、導波モード共鳴による反射光の波長選択性の高い光学デバイスを製造することができる。したがって、こうした光学デバイスを容易に製造することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、光学デバイスにおいて、光の遮蔽機能を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】光学デバイスの第１実施形態について、（ａ）は、光学デバイスの断面構造を示す図、（ｂ）は、第１格子領域の断面構造を示す図、（ｃ）は、中間領域の断面構造を示す図、（ｄ）は、第２格子領域の断面構造を示す図。

【図2】第１実施形態の光学デバイスの製造方法について、凹凸構造層の形成工程を示す図。

【図3】第１実施形態の光学デバイスの製造方法について、高屈折率層の形成工程を示す図。

【図4】第１実施形態の光学デバイスの製造方法について、低屈折率層の形成工程を示す図。

【図5】第１実施形態の光学デバイスにおける変形例の断面構造を示す図。

【図6】第１実施形態の光学デバイスにおける変形例の断面構造を示す図。

【図7】第１実施形態の光学デバイスが適用されたフィルタを備える表示装置の平面構造を示す図。

【図8】第１実施形態の光学デバイスが適用されたフィルタを備える表示装置の作用を示す図。

【図9】光学デバイスの第２実施形態について、光学デバイスの断面構造の一例を示す図。

【図10】光学デバイスの第２実施形態について、光学デバイスの断面構造の一例を示す図。

【図11】第２実施形態の光学デバイスの製造方法について、凹凸構造体が向かい合わされた状態を示す図。

【図12】第２実施形態の光学デバイスの製造方法について、埋込層の形成工程を示す図。

【図13】光学デバイスの第３実施形態について、光学デバイスの断面構造の一部を示す図。

【図14】光学デバイスの第４実施形態について、（ａ）は、光学デバイスの断面構造を示す図、（ｂ）は、第１格子領域の断面構造を示す図、（ｃ）は、中間領域の断面構造を示す図、（ｄ）は、第２格子領域の断面構造を示す図。

【図15】第１実施形態の光学デバイスにおける変形例の断面構造を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（第１実施形態）
図１～図８を参照して、光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法の第１実施形態を説明する。本実施形態においては、一例として、紫外領域の光の遮蔽機能を有する光学デバイスの構成を説明する。以下において、可視領域の光の波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とし、紫外領域の光の波長は、３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満とする。

【0026】

［光学デバイスの全体構成］
図１（ａ）が示すように、光学デバイス１０は、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、第２低屈折率領域１６、および、頂部領域１７を備えている。これらの各領域は、層状に広がっており、基材１１に近い位置から、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、第２低屈折率領域１６、および、頂部領域１７がこの順に並んでいる。各領域の並ぶ方向が第１方向であり、第１方向は、すなわち、各領域および光学デバイス１０の厚さ方向である。また、基材１１に対して頂部領域１７の位置する側が光学デバイス１０の表面側であり、頂部領域１７に対して基材１１の位置する側が、光学デバイス１０の裏面側である。図１（ｂ）は、第１格子領域１３における第１方向と直交する断面を示し、図１（ｃ）は、中間領域１４における第１方向と直交する断面を示し、図１（ｄ）は、第２格子領域１５における第１方向と直交する断面を示す。

【0027】

基材１１は板状を有し、基材１１が有する面のうち、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。基材１１は、光学デバイス１０において取り出したい波長域に吸収波長を有さない材料から構成される。例えば、可視領域の光を透過光として取り出す場合、基材１１としては、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のように、可視領域の光に対して透明な基材が用いられる。

【0028】

第１低屈折率領域１２は、基材１１の表面に接し、基材１１の表面に沿って一様に広がっている。第１格子領域１３は、第１格子高屈折率部１３ａと第１格子低屈折率部１３ｂとを有する。基材１１の表面と対向する位置から見て、すなわち、第１方向に沿った方向から見て、第１格子高屈折率部１３ａと第１格子低屈折率部１３ｂとは、共通の方向である第２方向に沿って帯状に延び、第２方向と直交する第３方向に沿って交互に並んでいる。第２方向と第３方向との各々は、第１方向に直交する。

【0029】

中間領域１４は、中間高屈折率部１４ａと第１中間低屈折率部１４ｂと第２中間低屈折率部１４ｃとを有する。これらの各部は、第１方向に沿った方向から見て、第２方向に沿って延び、第１中間低屈折率部１４ｂと第２中間低屈折率部１４ｃとは、その間に中間高屈折率部１４ａを挟みつつ、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、第３方向に沿って、第１中間低屈折率部１４ｂ、中間高屈折率部１４ａ、第２中間低屈折率部１４ｃ、中間高屈折率部１４ａが、この順に繰り返し並んでいる。第１中間低屈折率部１４ｂは、第１格子低屈折率部１３ｂ上に位置する。中間高屈折率部１４ａは、第１格子高屈折率部１３ａの幅方向における端部上に位置し、第２中間低屈折率部１４ｃは、第１格子高屈折率部１３ａの幅方向における中央部上に位置する。

【0030】

第２格子領域１５は、第２格子高屈折率部１５ａと第２格子低屈折率部１５ｂとを有する。第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａと第２格子低屈折率部１５ｂとは、第２方向に沿って帯状に延び、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、２つの格子領域１３，１５において、高屈折率部および低屈折率部の配列方向は一致している。第２格子高屈折率部１５ａは、第１中間低屈折率部１４ｂ上および中間高屈折率部１４ａ上に位置し、第２格子低屈折率部１５ｂは、第２中間低屈折率部１４ｃ上に位置する。

【0031】

第２低屈折率領域１６は、第２格子領域１５に対して中間領域１４とは反対側で第２格子領域１５に沿って一様に広がっている。頂部領域１７は、第１頂部低屈折率部１７ａと第２頂部低屈折率部１７ｂとを有する。第１方向に沿った方向から見て、第１頂部低屈折率部１７ａと第２頂部低屈折率部１７ｂとは、第２方向に沿って帯状に延び、第３方向に沿って交互に並んでいる。第１頂部低屈折率部１７ａは、第２低屈折率領域１６を挟んで第２格子高屈折率部１５ａ上に位置し、第２頂部低屈折率部１７ｂは、第２低屈折率領域１６を挟んで第２格子低屈折率部１５ｂ上に位置する。

【0032】

光学デバイス１０を構成する上記の各領域において、第１方向に沿って互いに隣接する領域は、その一部において互いに連続している。具体的には、第１低屈折率領域１２と第１格子低屈折率部１３ｂとは互いに連続し、さらに、第１格子低屈折率部１３ｂと第１中間低屈折率部１４ｂとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、第１格子高屈折率部１３ａと中間高屈折率部１４ａとは互いに連続し、さらに、中間高屈折率部１４ａと第２格子高屈折率部１５ａとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、第２中間低屈折率部１４ｃと第２格子低屈折率部１５ｂとは互いに連続し、第２格子低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６とは互いに連続し、さらに、第２低屈折率領域１６と第１頂部低屈折率部１７ａとは互いに連続しており、これらは互いに同一の材料から構成される。また、第２頂部低屈折率部１７ｂは空気で充填されている。

【0033】

すなわち、光学デバイス１０は、基材１１と、基材１１上に位置し、複数の凸部２１ａが構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層２１と、凹凸構造層２１の表面に沿って配置された高屈折率層２２と、高屈折率層２２の表面に沿って配置された低屈折率層２３とを備える構造体であるとも捉えられる。複数の凸部２１ａは、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って並ぶ。高屈折率層２２は、凹凸構造層２１の凹凸に追従した表面形状を有し、低屈折率層２３は、高屈折率層２２の凹凸に追従した表面形状を有する。

【0034】

凹凸構造層２１は、第１低屈折率領域１２と第１格子低屈折率部１３ｂと第１中間低屈折率部１４ｂとから構成され、凸部２１ａは、第１格子低屈折率部１３ｂと第１中間低屈折率部１４ｂとから構成される。

【0035】

高屈折率層２２は、第１格子高屈折率部１３ａと中間高屈折率部１４ａと第２格子高屈折率部１５ａとから構成される。第１格子高屈折率部１３ａは、複数の凸部２１ａの間、すなわち、凹凸構造層２１が有する凹凸構造の底部に位置する。中間高屈折率部１４ａは、凸部２１ａの側面に接し、第１方向に沿った方向から見て互いに隣り合う第１格子高屈折率部１３ａと第２格子高屈折率部１５ａとの端部間を繋ぐように、中間領域１４の厚さ方向に延びている。第２格子高屈折率部１５ａは、凸部２１ａの頂面を覆い、すなわち、凹凸構造層２１が有する凹凸構造の頂部に位置する。

【0036】

低屈折率層２３は、第２中間低屈折率部１４ｃと第２格子低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６と第１頂部低屈折率部１７ａとから構成される。低屈折率層２３は、第２低屈折率領域１６から基材１１に向けて第２中間低屈折率部１４ｃおよび第２格子低屈折率部１５ｂが突出し、第２低屈折率領域１６から基材１１とは反対側に向けて第１頂部低屈折率部１７ａが突出した形状を有する。低屈折率層２３の表面は凹凸を有し、その凹部に第２頂部低屈折率部１７ｂが対応する。

【0037】

高屈折率層２２の材料の屈折率は、空気の屈折率よりも大きく、かつ、凹凸構造層２１および低屈折率層２３の各々の材料の屈折率よりも大きい。すなわち、第１格子高屈折率部１３ａ、中間高屈折率部１４ａ、第２格子高屈折率部１５ａの各々の屈折率は、第１低屈折率領域１２、第１格子低屈折率部１３ｂ、第１中間低屈折率部１４ｂ、第２中間低屈折率部１４ｃ、第２格子低屈折率部１５ｂ、第２低屈折率領域１６、第１頂部低屈折率部１７ａ、第２頂部低屈折率部１７ｂの各々の屈折率よりも大きい。

【0038】

凹凸構造層２１を構成する材料、および、低屈折率層２３を構成する材料の屈折率は、空気の屈折率よりも大きい。導波モード共鳴現象を好適に生じさせるためには、凹凸構造層２１を構成する材料、および、低屈折率層２３を構成する材料の各々と、高屈折率層２２を構成する材料との屈折率差が大きいことが好ましく、凹凸構造層２１を構成する材料と低屈折率層２３を構成する材料との屈折率差よりも、これらの各材料と高屈折率層２２を構成する材料との屈折率差の方が大きいことが好ましい。また、空気層と隣接する低屈折率層２３を構成する材料の屈折率は、凹凸構造層２１を構成する材料の屈折率以下であることが好ましい。

【0039】

凹凸構造層２１、高屈折率層２２、および、低屈折率層２３の各々は、光学デバイス１０において取り出したい波長域に吸収波長を有さない材料から構成される。例えば、可視領域の光を透過光として取り出す場合、凹凸構造層２１、高屈折率層２２、および、低屈折率層２３の各々は、可視領域の光に対して透明な材料から構成される。さらに、低屈折率層２３は、紫外領域に吸収波長を有する材料、すなわち、紫外光を吸収する材料から構成される。

【0040】

具体的には、凹凸構造層２１を構成する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、熱硬化性樹脂等の樹脂材料を用いることができる。また、低屈折率層２３を構成する低屈折率材料としては、エポキシ樹脂や酸化亜鉛等を用いることができる。また、高屈折率層２２を構成する高屈折率材料としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、硫化亜鉛、酸化インジウムスズ、窒化アルミニウム等の無機化合物材料を用いることができる。

【0041】

［光学デバイスの作用］
第１格子領域１３における格子構造の周期、すなわち、第１格子高屈折率部１３ａの配列の周期が、第１周期Ｐ１であり、第１周期Ｐ１は、光学デバイス１０に対する入射光の波長よりも小さい。同様に、第２格子領域１５における格子構造の周期、すなわち、第２格子高屈折率部１５ａの配列の周期が、第２周期Ｐ２であり、第２周期Ｐ２は、光学デバイス１０に対する入射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はサブ波長周期であり、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々はサブ波長格子を含む。なお、本実施形態の光学デバイス１０が対象とする入射光の波長域は、紫外領域および可視領域を含む領域であり、すなわち、３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。

【0042】

光学デバイス１０において、領域ごとの平均屈折率は、各領域における高屈折率部と低屈折率部との体積比率に応じて、高屈折率部の屈折率と低屈折率部の屈折率とを均した値に近似される。第１格子領域１３における第１格子高屈折率部１３ａの割合、および、第２格子領域１５における第２格子高屈折率部１５ａの割合の各々よりも、中間領域１４における中間高屈折率部１４ａの割合は小さい。したがって、中間領域１４の平均屈折率は、第１格子領域１３の平均屈折率、および、第２格子領域１５の平均屈折率の各々よりも小さい。すなわち、光学デバイス１０は、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々に位置するサブ波長格子が、低屈折率の領域に埋め込まれた構造を有している。

【0043】

上記光学デバイス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のサブ波長格子が低屈折率の領域に埋め込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を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。

【0044】

第２格子領域１５を透過し、さらに中間領域１４を透過した光は、第１格子領域１３に入る。第１格子領域１３に光が入射すると、第１格子領域１３のサブ波長格子が低屈折率の領域に埋め込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。すなわち、特定の波長域の光が第１格子領域１３を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。

【0045】

第１格子領域１３を透過した光は、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。
また、入射光に紫外領域の光が含まれる場合、紫外領域の光は、低屈折率層２３に吸収される。すなわち、紫外領域の光は、頂部領域１７、第２低屈折率領域１６、第２格子領域１５、および、中間領域１４の各々を通る際に、各領域に吸収される。

【0046】

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。そして、光学デバイス１０を構成する各領域を透過した光が、透過光として光学デバイス１０の裏面側に射出される。

【0047】

低屈折率層２３が紫外領域の光の吸収性を有することにより、光学デバイス１０の入射光に紫外領域の光が含まれる場合であっても、光学デバイス１０の透過光に紫外領域の光が含まれることを抑えることができる。すなわち、光学デバイス１０の透過光においては、可視領域の光が支配的になる。なお、光学デバイス１０の反射光には、紫外領域の光が含まれてもよい。例えば、第１格子領域１３や第２格子領域１５で強められる波長域は紫外領域の波長域であってもよいし、各領域間の界面で反射される光に紫外領域の光が含まれてもよい。

【0048】

各格子領域１３，１５で強められる波長域は、各格子領域１３，１５のサブ波長格子の周期、各格子領域１３，１５の厚さＴ１，Ｔ２、凹凸構造層２１、高屈折率層２２、および、低屈折率層２３の各層の材料によって調整可能である。

【0049】

なお、上述のように、光学デバイス１０の表面側には、各格子領域１３，１５で強められた波長域の光に加えて、光学デバイス１０を構成する各領域での反射や干渉に起因した光が射出され得る。そして、こうした光には、各格子領域１３，１５で強められた波長域とは異なる波長域が含まれる。そのため、光学デバイス１０の表面側に射出される上記異なる波長域の光の強度が大きいと、光学デバイス１０の表面側に取り出される反射光の波長選択性が低くなる。

【0050】

光学デバイス１０の用途に応じて、反射光の波長選択性が高いことが望まれる場合には、頂部領域１７は、各格子領域１３，１５で強められた波長域とは異なる波長域の光が、光学デバイス１０の表面側に射出されることを抑える機能を有することが好ましい。言い換えれば、頂部領域１７は、上記異なる波長域の光を打ち消すように構成されていることが好ましい。具体的には、頂部領域１７は、上記異なる波長域の光を干渉によって弱めることや、裏面側に反射することによって、表面側に射出される上記異なる波長域の光の強度を低くする。頂部領域１７によって打ち消される光の波長域は、頂部領域１７の厚さおよび平均屈折率によって調整可能であり、言い換えれば、低屈折率層２３の厚さおよび材料によって調整できる。すなわち、各格子領域１３，１５で強められた波長域以外の光が頂部領域１７から表面側に射出されることを抑えられるように、低屈折率層２３の厚さおよび材料が選択される。

【0051】

また、光学デバイス１０の最表面である低屈折率層２３の表面が凹凸を有しているため、光学デバイス１０の最表面が平坦である形態と比較して、光学デバイス１０の表面反射を抑えることができる。これによっても、光学デバイス１０の表面側に、各格子領域１３，１５で強められた波長域の光とは異なる波長域の光が射出されることが抑えられるため、光学デバイス１０の表面側に取り出される光の波長選択性が高められる。

【0052】

サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延びる格子高屈折率部１３ａ，１５ａから構成されている場合、各格子領域１３，１５では、サブ波長格子の配列方向に依存する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。したがって、第１実施形態の光学デバイス１０によれば、偏光の揃った入射光に対して効率的に反射光を取り出すことができる。

【0053】

なお、光学デバイス１０の用途に応じて、反射光の波長選択性が重視されない場合には、頂部領域１７は、各格子領域１３，１５で強められた波長域とは異なる波長域の光を打ち消す機能を有していなくてもよい。
また、光学デバイス１０の裏面側から光学デバイス１０に光が入射するように、光学デバイス１０が用いられてもよい。この場合も、光学デバイス１０の裏面側には、反射光として、各格子領域１３，１５で強められた波長域の光が射出される。そして、光学デバイス１０を構成する各領域を透過した光が、透過光として光学デバイス１０の表面側に射出される。格子領域１３，１５で強められた反射光として紫外領域の光を得たい場合には、裏面側から光を入射させた方が、低屈折率層２３で吸収される前に格子領域１３，１５に入る紫外領域の光の量が多くなるため、共鳴に供される光を増大させることができる。低屈折率層２３にて入射光に含まれる紫外領域の光のすべてを吸収させることは困難であり、また、格子領域１３，１５にて入射光に含まれる紫外領域の光のすべてを共鳴させて反射させることも困難であるため、低屈折率層２３による紫外領域の光の吸収と、格子領域１３，１５での共鳴による紫外領域の光の吸収との双方が行われることによって、光学デバイス１０の透過光に紫外領域の光が含まれることがより的確に抑えられる。すなわち、光学デバイス１０における紫外光の遮蔽機能が高められる。

【0054】

［光学デバイスの詳細構成］
上述の光学デバイス１０において、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は、反射光あるいは透過光として取り出したい光の波長域に応じて設定されればよい。

【0055】

例えば、より狭域で高い強度の反射光を得たい場合、すなわち、反射光の波長選択性をより高めたい場合には、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が近いほど好ましい。第２格子領域１５で特定の波長域の光が共鳴を起こしたとき、第２格子領域１５と中間領域１４との屈折率の差が小さい場合等には、上記特定の波長域の光の一部が、第２格子領域１５内での反射ごとに、中間領域１４に漏れ出る。こうした場合にも、第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴を起こす光の波長域が一致していれば、中間領域１４に漏れ出た上記特定の波長域の光が第１格子領域１３に入って共鳴を起こし、反射光として射出される。したがって、光学デバイス１０から射出される反射光の波長選択性が高められる。

【0056】

一方、反射光の波長選択性よりも光学デバイス１０における紫外光の吸収性を重視する場合には、第２格子領域１５での多重反射における損失の低減や共鳴する波長域の調整よりも、低屈折率層２３における紫外光の吸収性を優先して、低屈折率層２３の材料や厚さを決定してもよい。この場合、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離れていてもよい。

【0057】

以下、反射光の波長選択性を高める場合の好ましい構成について説明する。反射光の波長選択性を高めるため、すなわち、第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴を起こす光の波長域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とにおいて、平均屈折率と膜厚とを乗じた値として表されるパラメータである光学膜厚を一致させればよい。つまり、第１格子領域１３と第２格子領域１５とにおいて、光学膜厚が近いほど、共鳴を起こす光の波長域が近くなり、波長選択性が高められる。本願の発明者は、シミュレーションによって、反射光についての良好な波長選択性を得られる第１格子領域１３と第２格子領域１５との光学膜厚の比の範囲を見出した。以下、詳細に説明する。

【0058】

第１格子領域１３の全体に対する第１格子高屈折率部１３ａの体積比率は、第１方向に沿った方向から見た平面視での第１格子領域１３の全体に対する第１格子高屈折率部１３ａの面積比率に等しい。当該面積比率は、言い換えれば、第１格子高屈折率部１３ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて第１格子高屈折率部１３ａが占める面積比率である。断面の位置によって第１格子高屈折率部１３ａの面積が変化する場合には、第１格子高屈折率部１３ａの面積が最大となる断面での第１格子高屈折率部１３ａの面積比率が採用される。

【0059】

第１格子高屈折率部１３ａの上記面積比率をＲ１とするとき、上記断面における第１格子低屈折率部１３ｂの面積比率は１－Ｒ１で表される。
高屈折率層２２の材料の屈折率をｎ１、凹凸構造層２１の材料の屈折率をｎ２とするとき（ｎ１＞ｎ２）、第１格子領域１３の平均屈折率ＮＡ１は、下記式（１）によって表される。
ＮＡ１＝ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１） ・・・（１）

【0060】

そして、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１は、第１格子領域１３の平均屈折率ＮＡ１および厚さＴ１を用いて、下記式（２）によって表される。
ＯＴ１＝Ｔ１×ＮＡ１
＝Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１－Ｒ１）｝ ・・・（２）

【0061】

第２格子領域１５において、格子構造の周期である第２周期Ｐ２は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。ただし、第１方向に沿った方向から見て、第２格子領域１５における第２格子高屈折率部１５ａの幅は、第１格子領域１３における第１格子低屈折率部１３ｂの幅よりも大きい。そして、第２格子低屈折率部１５ｂの幅は、第１格子高屈折率部１３ａの幅よりも小さい。

【0062】

第２格子領域１５の全体に対する第２格子高屈折率部１５ａの体積比率は、第１方向に沿った方向から見た平面視での第２格子領域１５の全体に対する第２格子高屈折率部１５ａの面積比率に等しい。当該面積比率は、言い換えれば、第２格子高屈折率部１５ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて第２格子高屈折率部１５ａが占める面積比率である。断面の位置によって第２格子高屈折率部１５ａの面積が変化する場合には、第２格子高屈折率部１５ａの面積が最大となる断面での第２格子高屈折率部１５ａの面積比率が採用される。

【0063】

第２格子高屈折率部１５ａの上記面積比率をＲ２とするとき、上記断面における第２格子低屈折率部１５ｂの面積比率は１－Ｒ２で表される。
高屈折率層２２の材料の屈折率をｎ１、低屈折率層２３の材料の屈折率をｎ３とするとき（ｎ１＞ｎ３）、第２格子領域１５の平均屈折率ＮＡ２は、下記式（３）によって表される。
ＮＡ２＝ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２） ・・・（３）

【0064】

そして、第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２は、第２格子領域１５の平均屈折率ＮＡ２および厚さＴ２を用いて、下記式（４）によって表される。
ＯＴ２＝Ｔ２×ＮＡ２
＝Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１－Ｒ２）｝ ・・・（４）

【0065】

第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比（ＯＴ２／ＯＴ１）が１に近いほど、第１格子領域１３と第２格子領域１５とのそれぞれにおいて共鳴を起こす光の波長域が近くなる。一方で、上記比が１から離れるにつれ、第１格子領域１３と第２格子領域１５とで共鳴を起こす光の波長域が異なるようになる。本願の発明者によって、高い波長選択性を得るためには、ＯＴ２／ＯＴ１の値は０．５以上２．０以下であることが好ましく、より高い波長選択性を得るためには、ＯＴ２／ＯＴ１の値は０．６２５以上１．６以下であることが好ましいことが確認された。

【0066】

ＯＴ２／ＯＴ１の値が１．０、すなわち、光学膜厚ＯＴ１と光学膜厚ＯＴ２とが一致すると、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が一致し、波長選択性が特に高められる。したがって、光学膜厚ＯＴ１と光学膜厚ＯＴ２とが一致するように、各層の材料が選択されるとともに、厚さＴ１，Ｔ２、および、凹凸構造層２１における凸部２１ａの幅が設定されていることが好ましい。凹凸構造層２１の材料と低屈折率層２３の材料との屈折率差が小さいほど、光学膜厚ＯＴ１に対する光学膜厚ＯＴ２の比を１．０に近づけることが容易である。

【0067】

例えば、第１格子高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２格子高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２とを近づけるために、第１格子領域１３にて第１格子低屈折率部１３ｂの面積比率が第１格子高屈折率部１３ａの面積比率よりも小さくなり、第２格子領域１５にて第２格子高屈折率部１５ａの面積比率が第２格子低屈折率部１５ｂの面積比率よりも大きくなるように、凸部２１ａの幅を設定してもよい。この場合、第１格子高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２格子高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２との各々は、０．５よりも大きく、Ｒ１＋Ｒ２は１よりも大きくなる。

【0068】

面積比率Ｒ１，Ｒ２が０．５よりも大きいことにより、面積比率Ｒ１，Ｒ２が０．５以下である形態と比較して、格子領域１３，１５の平均屈折率が高くなるため、各格子領域１３，１５と、隣接する領域１２，１４，１６との平均屈折率の差が大きくなる。その結果、各格子領域１３，１５にて生じる多重反射での損失が小さくなるため、格子領域１３，１５から射出される反射光の強度が高められる。

【0069】

中間領域１４における第１中間低屈折率部１４ｂの配列の周期である第３周期Ｐ３は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。第１方向に沿った方向から見て、第１中間低屈折率部１４ｂの幅は、第１格子低屈折率部１３ｂの幅と一致する。

【0070】

第１方向に沿った方向から見た平面視での中間領域１４の全体に対する中間高屈折率部１４ａの面積比率は、第２格子高屈折率部１５ａの上記面積比率と第１格子低屈折率部１３ｂの上記面積比率との差以下であることが好ましい。すなわち、上記中間高屈折率部１４ａの面積比率をＲ３とするとき、Ｒ３は、下記式（５）を満たすことが好ましい。なお、当該面積比率は、言い換えれば、中間高屈折率部１４ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて中間高屈折率部１４ａが占める面積比率である。断面の位置によって中間高屈折率部１４ａの面積が変化する場合には、中間高屈折率部１４ａの面積が最大となる断面での中間高屈折率部１４ａの面積比率が採用される。
Ｒ３≦Ｒ２－（１－Ｒ１）＝Ｒ１＋Ｒ２－１ ・・・（５）

【0071】

第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａが位置する領域が、第１中間低屈折率部１４ｂおよび中間高屈折率部１４ａが位置する領域と一致するとき、中間高屈折率部１４ａの上記面積比率Ｒ３は、右辺と一致し、Ｒ１＋Ｒ２－１となる。そして、第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａが位置する領域が、第１中間低屈折率部１４ｂおよび中間高屈折率部１４ａが位置する領域よりも大きいとき、言い換えれば、中間高屈折率部１４ａが第２格子高屈折率部１５ａの外縁よりも内側の領域に位置するとき、上記面積比率Ｒ３は、Ｒ１＋Ｒ２－１よりも小さくなる。

【0072】

上述のように、導波モード共鳴現象によって格子領域１３，１５から射出される反射光の強度を高めるためには、各格子領域１３，１５について、格子領域１３，１５の平均屈折率と、格子領域１３，１５を挟む領域１２，１４，１６の平均屈折率との差が大きいことが望ましい。したがって、中間領域１４の平均屈折率は小さいほど好ましく、すなわち、中間高屈折率部１４ａの面積比率が小さいほど好ましい。上記式（５）が満たされている構成であれば、中間高屈折率部１４ａの幅が、第２格子高屈折率部１５ａよりも外側まで広がらない程度に抑えられるため、中間高屈折率部１４ａの面積比率が大きくなりすぎない。したがって、各格子領域１３，１５からの反射光の強度が良好になる。

【0073】

上記反射光の強度を高めるためには、第１格子領域１３の平均屈折率と、第１低屈折率領域１２および中間領域１４の各々の平均屈折率との差は、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の平均屈折率と、中間領域１４および第２低屈折率領域１６の各々の平均屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。

【0074】

なお、頂部領域１７における第１頂部低屈折率部１７ａの配列の周期も、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致する。

【0075】

［光学デバイスの製造方法］
図２～図４を参照して、光学デバイス１０の製造方法について説明する。
図２が示すように、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、凹凸構造層２１を形成する。凹凸構造層２１は、基材１１に沿って広がる平坦部２１ｃと、平坦部２１ｃから突き出た複数の凸部２１ａとを有するとともに、凸部２１ａ間に位置する部分である複数の凹部２１ｂを有する。凸部２１ａおよび凹部２１ｂは、第２方向に沿って帯状に延びる。

【0076】

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２１ａおよび凹部２１ｂを簡便に形成できるため好ましい。

【0077】

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層２１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２１ａおよび凹部２１ｂからなる凹凸の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２１ａおよび凹部２１ｂが形成されるとともに、凸部２１ａおよび凹部２１ｂ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２１ｃが形成される。

【0078】

次に、図３が示すように、凹凸構造層２１の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層２２を形成する。高屈折率層２２の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層２２の厚さは、凸部２１ａの高さよりも小さく、所望の厚さＴ１および厚さＴ２に応じて設定される。高屈折率層２２の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

【0079】

真空蒸着法やスパッタリング法を含む物理気相成長法を用いて高屈折率層２２を形成する場合、凹凸構造層２１の凸部２１ａ上には、凸部２１ａよりも広がるように膜が形成される。すなわち、第２格子高屈折率部１５ａの幅が、凸部２１ａである第１格子低屈折率部１３ｂおよび第１中間低屈折率部１４ｂの幅よりも大きく形成される。したがって、物理気相成長法が採用される場合に、凹凸構造層２１の表面における凸部２１ａと凹部２１ｂとの面積比率を１対１に設定したとしても、第１格子高屈折率部１３ａと第２格子高屈折率部１５ａとの面積比率にはずれが生じてしまう。

【0080】

また、成膜中に第２格子高屈折率部１５ａの幅が拡大していくと、凹部２１ｂ上に蒸着材料の粒子が付着し難くなるため、第１格子高屈折率部１３ａの厚さＴ１と第２格子高屈折率部１５ａの厚さＴ２とにずれが生じる場合がある。

【0081】

光学デバイス１０の反射光の波長選択性を高めたい場合には、こうした第２格子高屈折率部１５ａの幅の拡大に起因した面積比率や厚さのずれを補填しつつ、上記光学膜厚ＯＴ１に対する光学膜厚ＯＴ２の比が、０．５以上２．０以下、より好ましくは０．６２５以上１．６以下となるように、凸部２１ａの幅、すなわち、凸部２１ａと凹部２１ｂとの面積比率を設定することが望ましい。

【0082】

また、物理気相成長法を用いて高屈折率層２２を形成する場合、凹凸構造層２１の凸部２１ａの側面にも高屈折率材料が付着する場合が多く、中間高屈折率部１４ａの形成は避け難い。そこで、上述のように、上記式（５）が満たされるように、中間高屈折率部１４ａの幅を制御することで、中間高屈折率部１４ａが形成される製造方法を採用しながらも、各格子領域１３，１５からの反射光の強度を良好に得ることができる。

【0083】

中間高屈折率部１４ａの幅は、成膜方法や成膜の条件によって制御することが可能である。例えば、真空蒸着法とスパッタリング法とでは、粒子の飛来方向についての角度依存性が異なるため、いずれの方法を用いるかによって、中間高屈折率部１４ａの幅を変えることができる。また、高屈折率層２２の形成後にエッチングを行うことによって、中間高屈折率部１４ａの幅を縮小させてもよい。

【0084】

次に、図４が示すように、高屈折率層２２の表面に、低屈折率材料からなる低屈折率層２３を形成する。低屈折率層２３の形成方法としては、真空蒸着法やスパッタリング法等の公知の成膜技術が用いられる。低屈折率層２３の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

【0085】

本実施形態においては、格子領域に接する層を導波モード共鳴における導波層として用いる形態と比較して、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、具体的には、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、光学デバイス１０を製造することができる。したがって、光学デバイス１０の製造が容易である。

【0086】

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等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の構成は、大量生産にも適している。

【0087】

なお、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層２１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。

【0088】

［変形例］
上記実施形態の光学デバイス１０は以下のように変更してもよい。
図５が示すように、光学デバイス１０は、基材１１を備えていなくてもよい。この場合、低屈折率材料からなる板状体の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２１を形成する。例えば、熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、当該シートの表面に凹凸構造を形成してもよいし、合成石英からなる基板を用いて、当該基板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。

【0089】

また、図６が示すように、基材１１の表面に凸部２１ａが直接に形成されていてもよい。すなわち、凹凸構造層２１は、凸部２１ａに連続する平坦部２１ｃを有さなくてもよい。この場合、凸部２１ａと基材１１とが凹凸構造層２１を構成し、基材１１のなかで凸部２１ａに接する領域が、第１低屈折率領域１２として機能する。こうした凹凸構造層２１は、例えば、フォトリソグラフィの利用によって形成できる。

【0090】

また、低屈折率層２３は、各種の塗布法を用いて形成されてもよい。塗布法によって低屈折率層２３を形成する場合には、低屈折率層２３の材料としてソーダガラスを用いてもよい。ただし、低屈折率層２３を高屈折率層２２に追従した形状に形成するため、言い換えれば、低屈折率層２３の表面に好適に凹凸を形成するためには、低屈折率層２３は物理気相成長法によって形成されることが好ましい。低屈折率層２３が凹凸を有していることで、頂部領域１７における平均屈折率を調整して頂部領域１７が打ち消す波長を調整することや、光学デバイス１０の表面反射を抑えることが可能となる。

【0091】

なお、上記の頂部領域１７の機能が重視されない場合には、低屈折率層２３の表面は平坦であってもよい。この場合、光学デバイス１０は、頂部領域１７、すなわち、低屈折率層２３の表面の凹凸部分に対応する領域を有さず、第２低屈折率領域１６の表面が光学デバイス１０の最外面となる。

【0092】

［光学デバイスの適用例］
上述した光学デバイス１０の具体的な適用例として、光学デバイス１０を表示装置に備えられるフィルタとして用いる形態を説明する。

【0093】

図７が示すように、表示装置１００は、光源層１１０と、変換層１２０と、フィルタ層１３０とを備えている。光源層１１０は、複数の発光部１１１を備えている。発光部１１１は、紫外線ＬＥＤ（ＵＶ－ＬＥＤ）素子を備え、紫外光を射出する。紫外線ＬＥＤ素子は、例えば、数１０μｍの長さおよび幅を有する大きさに形成されている。

【0094】

変換層１２０は、複数の副画素領域１２１を備えている。複数の副画素領域１２１は、赤色副画素領域１２１Ｒと、緑色副画素領域１２１Ｇと、青色副画素領域１２１Ｂとの三種類の副画素領域１２１を含む。赤色副画素領域１２１Ｒは、紫外光による励起によって赤色光を射出する無機蛍光体を備え、緑色副画素領域１２１Ｇは、紫外光による励起によって緑色光を射出する無機蛍光体を備え、青色副画素領域１２１Ｂは、紫外光による励起によって青色光を射出する無機蛍光体を備える。本実施形態においては、赤色光は、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有する光であり、緑色光は、５２０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有する光であり、青色光は、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長域に強度ピークを有する光である。

【0095】

図７においては、各副画素領域１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂを１つずつ示しているが、赤色副画素領域１２１Ｒと、緑色副画素領域１２１Ｇと、青色副画素領域１２１Ｂとは、所定の並びで繰り返し配列されている。赤色副画素領域１２１Ｒと、緑色副画素領域１２１Ｇと、青色副画素領域１２１Ｂとを含む単位領域が画素領域である。なお、互いに隣接する副画素領域１２１は接していてもよいし、互いに隣接する副画素領域１２１の間にこれらを区画する領域が設けられていてもよい。

【0096】

複数の発光部１１１は、各副画素領域１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂに対して１つずつ、すなわち、１つの副画素領域１２１の下方に１つの発光部１１１が配置されるように配列されている。

【0097】

フィルタ層１３０は、複数のフィルタ領域１３１を備えている。フィルタ領域１３１には、光学デバイス１０の構成が適用されている。複数のフィルタ領域１３１は、赤色フィルタ領域１３１Ｒと、緑色フィルタ領域１３１Ｇと、青色フィルタ領域１３１Ｂとの三種類のフィルタ領域１３１を含む。赤色フィルタ領域１３１Ｒは、赤色光を透過し、緑色フィルタ領域１３１Ｇは、緑色光を透過し、青色フィルタ領域１３１Ｂは、青色光を透過する。赤色フィルタ領域１３１Ｒは、赤色副画素領域１２１Ｒの上方に位置し、緑色フィルタ領域１３１Ｇは、緑色副画素領域１２１Ｇの上方に位置し、青色フィルタ領域１３１Ｂは、青色副画素領域１２１Ｂの上方に位置する。変換層１２０に対してフィルタ層１３０の位置する側が、表示装置１００の表面側である。

【0098】

赤色フィルタ領域１３１Ｒは、可視領域の光のうち、少なくとも赤色光を透過すればよく、例えば、赤色フィルタ領域１３１Ｒは、可視領域の光のすべてを透過し、紫外領域の光を反射してもよいし、あるいは、赤色光を透過し、緑色光および青色光を反射してもよい。同様に、緑色フィルタ領域１３１Ｇは、可視領域の光のうち、少なくとも緑色光を透過すればよく、青色フィルタ領域１３１Ｂは、可視領域の光のうち、少なくとも青色光を透過すればよい。

【0099】

したがって、赤色フィルタ領域１３１Ｒと、緑色フィルタ領域１３１Ｇと、青色フィルタ領域１３１Ｂとの構造は必ずしも互いに異なっている必要はない。例えば、これらのフィルタ領域１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂは、互いに同一の構造を有し、いずれも、可視領域の光のすべてを透過し、紫外領域の光を反射してもよい。こうした構成によれば、赤色フィルタ領域１３１Ｒと緑色フィルタ領域１３１Ｇと青色フィルタ領域１３１Ｂとの構造が互いに異なる場合と比較して、フィルタ層１３０の形成が容易である。

【0100】

フィルタ領域１３１には、例えば、基材１１が副画素領域１２１に向けられるように、光学デバイス１０の構成が適用される。各フィルタ領域１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの構造が互いに同一である場合には、複数のフィルタ領域１３１を同一の製造工程で一括して形成することができる。また、各フィルタ領域１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂの構造が互いに異なる場合であっても、サブ波長格子の周期のみを変えることによって反射光および透過光の波長域を異ならせる形態であれば、凸部２１ａの形成時にその周期を変えることによって、複数のフィルタ領域１３１を同一の製造工程で一括して形成することができる。

【0101】

これらの場合、複数のフィルタ領域１３１の間で、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、第２低屈折率領域１６、頂部領域１７の各々は連続している。すなわち、複数のフィルタ領域１３１は、共通した１つの基材１１と、フィルタ領域１３１間で相互に連続した凹凸構造層２１と、フィルタ領域１３１間で相互に連続した高屈折率層２２と、フィルタ領域１３１間で相互に連続した低屈折率層２３とを有している。サブ波長格子の周期を変える場合、複数のフィルタ領域１３１における凹凸構造層２１は、例えば、ナノインプリント法を利用して、各色のフィルタ領域１３１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２２および低屈折率層２３も、各色のフィルタ領域１３１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、複数のフィルタ領域１３１Ｒを容易に形成することができる。

【0102】

図８が示すように、各発光部１１１は紫外光Ｉｏを射出する。発光部１１１から射出された紫外光Ｉｏは、発光部１１１の上方の副画素領域１２１に入射する。これにより、赤色副画素領域１２１Ｒからは赤色光Ｉｒが射出され、緑色副画素領域１２１Ｇからは緑色光Ｉｇが射出され、青色副画素領域１２１Ｂからは青色光Ｉｂが射出される。

【0103】

赤色副画素領域１２１Ｒから射出された赤色光Ｉｒは、赤色副画素領域１２１Ｒの上方の赤色フィルタ領域１３１Ｒに入る。赤色フィルタ領域１３１Ｒは、一部の波長域の光を反射する一方で赤色光を透過するため、赤色フィルタ領域１３１Ｒに入った赤色光Ｉｒは、赤色フィルタ領域１３１Ｒを透過して表示装置１００の表面側に射出される。

【0104】

緑色副画素領域１２１Ｇから射出された緑色光Ｉｇは、緑色副画素領域１２１Ｇの上方の緑色フィルタ領域１３１Ｇに入る。緑色フィルタ領域１３１Ｇは、一部の波長域の光を反射する一方で緑色光を透過するため、緑色フィルタ領域１３１Ｇに入った緑色光Ｉｇは、緑色フィルタ領域１３１Ｇを透過して表示装置１００の表面側に射出される。

【0105】

青色副画素領域１２１Ｂから射出された青色光Ｉｂは、青色副画素領域１２１Ｂの上方の青色フィルタ領域１３１Ｂに入る。青色フィルタ領域１３１Ｂは、一部の波長域の光を反射する一方で青色光を透過するため、青色フィルタ領域１３１Ｂに入った青色光Ｉｂは、青色フィルタ領域１３１Ｂを透過して表示装置１００の表面側に射出される。

【0106】

表示装置１００に入力される画像データに応じて、各副画素領域１２１に照射される紫外光Ｉｏの強さが制御されることにより、副画素領域１２１から射出される赤、緑、青の各光の強さが制御され、これによって、画素領域に視認される色が制御される。その結果、画像データに応じた画像が表示装置１００に表示される。微小な紫外線ＬＥＤ素子の利用により、表示装置１００では、高輝度かつ広視野角で高精細な画像の表示が実現される。

【0107】

ここで、発光部１１１から照射された紫外光Ｉｏの一部は、副画素領域１２１を透過する。こうして副画素領域１２１を透過した紫外光Ｉｕは、フィルタ領域１３１に入る。フィルタ領域１３１は、低屈折率層２３による紫外光の吸収性を有しているため、紫外光Ｉｕはフィルタ領域１３１で吸収される。その結果、紫外光が表示装置１００の表面側に漏れ出ることが抑えられる。したがって、紫外光が視聴者等の外部に影響を与えることが抑えられる。

【0108】

また、フィルタ領域１３１が導波モード共鳴現象により紫外領域の光を反射する構成であれば、紫外光が表示装置１００の表面側に漏れ出ることがより的確に抑えられる。さらに、こうした構成において、副画素領域１２１を透過した紫外光の一部は、フィルタ領域１３１で反射されてフィルタ領域１３１の下方の副画素領域１２１に入り、無機蛍光体の励起に寄与する。そのため、発光部１１１での発光量に対する副画素領域１２１における有色光の生成効率が高められる。

【0109】

また、赤色フィルタ領域１３１Ｒが、可視領域の光のうち赤色光のみを透過し、緑色フィルタ領域１３１Ｇが、可視領域の光のうち緑色光のみを透過し、青色フィルタ領域１３１Ｂが、可視領域の光のうち青色光のみを透過する構成であると、表示装置１００が発する色の鮮明さが高められる。

【0110】

なお、光学デバイス１０の用途は、表示装置１００に備えられる紫外光の遮蔽のためのフィルタに限られない。紫外光の遮蔽が望まれる用途であれば、光学デバイス１０は、光の色の変換や色分解を行う装置に用いられる波長選択フィルタや、偽造防止あるいは装飾のために物品に付される表示体に適用されてもよい。

【0111】

以上、第１実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）第１格子領域１３と第２格子領域１５とにおいて、導波モード共鳴現象が生じることにより、光学デバイス１０は、光を選択的に反射および透過する。さらに、低屈折率層２３が、紫外領域の光を吸収するため、光学デバイス１０は、紫外領域の光の遮蔽機能を有する。したがって、紫外光による蛍光体の励起を利用した表示装置１００等、紫外光の漏れの抑制が求められる装置に設けるフィルタとして、光学デバイス１０を用いることが可能であり、光学デバイス１０の用途の拡大が実現できる。

【0112】

（２）第１格子領域１３にて強められる波長域、および、第２格子領域１５にて強められる波長域の少なくとも一方に、紫外領域の波長域が含まれる形態であれば、光学デバイス１０の透過光に、紫外領域の光が含まれることがさらに抑えられる。すなわち、光学デバイス１０における紫外光の遮蔽機能がさらに高められる。

【0113】

（３）頂部領域１７が、各格子領域１３，１５で強められた反射光とは異なる波長域の光を打ち消して、こうした光が上記反射光とともに射出されることを抑える機能を有する。これにより、光学デバイス１０の反射光の波長選択性が高められる。

【0114】

（４）第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比が、０．５以上２．０以下、より好ましくは０．６２５以上１．６以下であることにより、２つの格子領域１３，１５の各々で強められた近しい波長域の光が反射光として得られる。それゆえ、光学デバイス１０の反射光の波長選択性が高められる。

【0115】

（５）中間領域１４における中間高屈折率部１４ａの面積比率Ｒ３について、Ｒ３≦Ｒ１＋Ｒ２－１が満たされることにより、中間高屈折率部１４ａの幅が小さく抑えられるため、中間領域１４の平均屈折率が過度に大きくなることが抑えられる。したがって、格子領域１３，１５とその隣接領域との平均屈折率の差が良好に確保されるため、導波モード共鳴現象によって得られる各格子領域１３，１５からの反射光の強度が良好になる。

【0116】

また、第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａが中間高屈折率部１４ａの外側まで広がる構成であれば、中間高屈折率部１４ａの幅が小さく抑えられるため、上記と同様に、各格子領域１３，１５からの反射光の強度が良好になる。

【0117】

（６）低屈折率材料からなる凹凸構造層２１を形成する工程と、凹凸構造層２１の表面に高屈折率層２２を形成する工程と、高屈折率層２２の表面に低屈折率層２３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。こうした製法によれば、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の波長選択性が高められるため、光学デバイス１０を容易に製造することができる。

【0118】

また、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の硬化によって凹凸構造層２１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層２１の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層２１を好適に、かつ、簡便に形成することができる。また、物理気相成長法を用いて低屈折率層２３を形成する方法であれば、高屈折率層２２の表面の凹凸に追従した表面形状を有する低屈折率層２３を好適に形成することができる。また、高屈折率層２２の形成に物理気相成長法を用いる場合において、第１方向に沿った方向から見て第２格子高屈折率部１５ａが中間高屈折率部１４ａの外側まで広がるように、高屈折率層２２を形成する。こうした製法によれば、凸部２１ａの側面に中間高屈折率部１４ａが形成される方法を採用しながらも、中間高屈折率部１４ａの幅が小さく抑えられるため、各格子領域１３，１５からの反射光の強度が良好になる。

【0119】

（第２実施形態）
図９～図１２を参照して、光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法の第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。

【0120】

［光学デバイスの構成］
図９および図１０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９が示すように、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、中間領域１４、第２格子領域１５、第２低屈折率領域１６、および、頂部領域１７からなる構造体である共鳴構造部３１を、２つ備えている。ただし、頂部領域１７における第２頂部低屈折率部１７ｂは、低屈折率材料で充填されている。

【0121】

２つの共鳴構造部３１である第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとは、第１方向に隣り合っており、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂ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、第１実施形態の構成を有する２つの光学デバイス１０が、頂部領域１７同士が向かい合うように接合された構造を有する。すなわち、第２実施形態の光学デバイス３０は、第１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３０の裏面側である。

【0122】

光学デバイス３０において、第１共鳴構造部３１Ａにおける格子要素である格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂの延びる方向と、第２共鳴構造部３１Ｂにおける格子要素である格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂの延びる方向とは、一致している。言い換えれば、第１共鳴構造部３１Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部３１Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とは、一致している。また、各共鳴構造部３１の中間領域１４および頂部領域１７における各低屈折率部および高屈折率部も、格子要素と同一の方向に延びている。

【0123】

第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとの間には、第１共鳴構造部３１Ａの頂部領域１７と第１共鳴構造部３１Ａの頂部領域１７とに沿って一様に広がる境界低屈折率領域１８が位置する。境界低屈折率領域１８は、第１共鳴構造部３１Ａの頂部領域１７における第２頂部低屈折率部１７ｂ、および、第２共鳴構造部３１Ｂの頂部領域１７における第２頂部低屈折率部１７ｂの各々と連続しており、境界低屈折率領域１８と各共鳴構造部３１の第２頂部低屈折率部１７ｂとは、互いに同一の材料から構成される。

【0124】

第１共鳴構造部３１Ａにおける凸部２１ａの配列の周期である構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部３１Ｂにおける凸部２１ａの配列の周期である構造周期Ｐｋとは、図９が示すように同一であってもよいし、図１０が示すように互いに異なっていてもよい。構造周期Ｐｋは、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致する。

【0125】

反射光の波長選択性の高さを重視する場合には、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとの各々において、第１実施形態と同様に、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比は、０．５以上２．０以下であることが好ましく、０．６２５以上１．６以下であることがより好ましい。

【0126】

［光学デバイスの作用］
２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂ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において、共鳴を起こす光の波長域のばらつきが小さくなる。４つの格子領域１３，１５の各々で強められた波長域の反射光が光学デバイス３０から射出されることにより、第１実施形態の光学デバイス１０と比較して、反射光における特定の範囲の波長域の強度がより大きくなる。このとき、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとで、光学膜厚ＯＴ１に対する光学膜厚ＯＴ２の比が一致している構成であれば、４つの格子領域１３，１５における光学膜厚のばらつきが小さくなり、各格子領域１３，１５で共鳴を起こす光の波長域がより近くなるため、反射光の波長選択性がより高められる。

【0127】

一方、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂ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３１Ａの格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部３１Ｂの格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域とは、互いに異なる。その結果、光学デバイス３０からは、第１共鳴構造部３１Ａの格子領域１３，１５にて強められた波長域の光と、第２共鳴構造部３１Ｂの格子領域１３，１５にて強められた波長域の光とを含む反射光が射出される。そして、光学デバイス３０への入射光のうち、各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂおよび境界低屈折率領域１８を透過した光が、光学デバイス３０からの透過光として射出される。各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの構造周期Ｐｋの設定により、各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂで強められて反射される光の波長域の設定が可能であり、これにより、透過光の波長域を調整することも可能である。

【0128】

このように、第２実施形態の光学デバイス３０は、２つの格子領域１３，１５を備える共鳴構造部３１を複数有するため、反射光や透過光の波長域や強度の調整の自由度が高められる。

【0129】

そして、第２実施形態の光学デバイス３０は、紫外領域の光の吸収機能を有する低屈折率層２３を２つ備えており、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの各々で紫外領域の光が吸収される。したがって、入射光に紫外領域の波長の光が含まれる場合であっても、光学デバイス３０の透過光に紫外領域の光が含まれることがより好適に抑えられる。すなわち、第１実施形態と比較して、光学デバイス３０における紫外光の遮蔽機能が高められる。
さらに、格子領域１３，１５にて強められて反射される波長域に紫外領域の波長域が含まれる形態であれば、光学デバイス３０における紫外光の遮蔽機能がより高められる。

【0130】

なお、頂部領域１７は、第１実施形態と同様に、頂部領域１７よりも裏面側での反射や干渉による光のうち、取り出したい波長域の光とは異なる波長域の光を打ち消すことで当該異なる波長域の光が光学デバイス３０の表面側に射出されることを抑えてもよい。すなわち、各格子領域１３，１５で強められた波長域以外の光を頂部領域１７が打ち消すように、低屈折率層２３の厚さおよび材料と、境界低屈折率領域１８の材料とが選択されることが好ましい。

【0131】

［光学デバイスの製造方法］
図１１および図１２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。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上に凹凸構造層２１と高屈折率層２２と低屈折率層２３とが順に形成される。

【0132】

続いて、図１１が示すように、基材１１と凹凸構造層２１と高屈折率層２２と低屈折率層２３とからなる構造体である２つの凹凸構造体３２を、低屈折率層２３同士が向かい合うように対向させ、図１２が示すように、２つの凹凸構造体３２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凹凸構造体３２を接合する。これにより、光学デバイス３０が形成される。

【0133】

図１２が示すように、低屈折率材料による埋め込みによって、２つの凹凸構造体３２の間に形成される部分が埋込層２４である。埋込層２４は、第１共鳴構造部３１Ａの頂部領域１７における第２頂部低屈折率部１７ｂと、第２共鳴構造部３１Ｂの頂部領域１７における第２頂部低屈折率部１７ｂと、境界低屈折率領域１８とから構成される。

【0134】

埋込層２４を構成する低屈折率材料は、高屈折率層２２を構成する高屈折率材料よりも屈折率の低い材料であって、紫外線硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂材料が用いられることが好ましい。例えば、埋込層２４は、凹凸構造層２１と同一の材料から構成されればよい。埋込層２４の形成方法としては、各種の塗布法等が用いられればよい。

【0135】

なお、２つの凹凸構造体３２を対向させた状態において、第１頂部低屈折率部１７ａ同士が向かい合ってもよいし、一方の凹凸構造体３２における第１頂部低屈折率部１７ａと、他方の凹凸構造体３２における第２頂部低屈折率部１７ｂとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の凹凸構造体３２における第１頂部低屈折率部１７ａは、他方の凹凸構造体３２における第１頂部低屈折率部１７ａの一部および第２頂部低屈折率部１７ｂの一部と向かい合っていてもよい。

【0136】

例えば、２つの凹凸構造体３２として、凸部２１ａの周期が同一である凹凸構造体３２を接合することによって、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する光学デバイス３０が形成できる。また例えば、２つの凹凸構造体３２として、凸部２１ａの周期が互いに異なる凹凸構造体３２を接合することによって、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する光学デバイス３０が形成できる。

【0137】

なお、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂは、頂部領域１７同士が向かい合うように配置されることに代えて、頂部領域１７を外側に向けて配置されてもよい。すなわち、２つの凹凸構造体３２は、基材１１同士が向かい合うように低屈折率材料によって接合されていてもよい。

【0138】

また、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂは、各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの頂部領域１７が、いずれも表面側を向くように配置されてもよい。すなわち、２つの凹凸構造体３２は、一方の凹凸構造体３２の頂部領域１７と、他方の凹凸構造体３２の基材１１とが向かい合うように低屈折率材料によって接合されていてもよい。
頂部領域１７が光学デバイス３０の最表面に位置する構成であれば、頂部領域１７によって表面反射を抑える効果が、第１実施形態と同様に得られる。

【0139】

また、光学デバイス３０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部３１を備えていてもよい。光学デバイス３０が備える共鳴構造部３１の数が多いほど、光学デバイス３０における紫外領域の光の吸収性が高められる。光学デバイス３０が複数の共鳴構造部３１を備える形態において、これらの共鳴構造部３１における構造周期Ｐｋが同一であれば、共鳴構造部３１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３１に、構造周期Ｐｋが同一である共鳴構造部３１と、構造周期Ｐｋが互いに異なる共鳴構造部３１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波長域の細かな調整も可能となる。

【0140】

３以上の共鳴構造部３１を備える光学デバイス３０の製造に際しては、基材１１と凹凸構造層２１とが、凹凸構造層２１から基材１１を剥離可能な材料から形成され、凹凸構造体３２の積層に際して基材１１が剥離されてもよい。例えば、２つの凹凸構造体３２が、頂部領域１７同士が向かい合うように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層２１と他の凹凸構造体３２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が形成される。

【0141】

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、表示装置等に備えられるフィルタに適用されてもよいし、表示体に適用されてもよい。
以上、第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（６）の効果に加えて、下記の効果が得られる。

【0142】

（７）光学デバイス３０が、第１方向に並ぶ複数の共鳴構造部３１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。そして、光学デバイス３０が、２つの低屈折率層２３を備えるため、光学デバイス３０における紫外光の遮蔽機能が高められる。

【0143】

（８）複数の共鳴構造部３１において構造周期Ｐｋが等しい形態であれば、各共鳴構造部３１の格子領域１３，１５で共鳴を起こす光の波長域のばらつきが小さくなる。したがって、反射光の波長選択性がより高められる。さらに、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとで、光学膜厚ＯＴ１に対する光学膜厚ＯＴ２の比が一致する構成によれば、４つの格子領域１３，１５において、光学膜厚のばらつきが小さくなり、すなわち、各格子領域１３，１５において共鳴を起こす光の波長域がより近くなる。したがって、反射光の波長選択性がより高められる。

【0144】

（９）第１共鳴構造部３１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部３１Ｂの構造周期Ｐｋとが互いに異なる形態であれば、第１共鳴構造部３１Ａ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３１Ｂ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、反射光や透過光の波長域の調整の自由度が高められる。

【0145】

（１０）光学デバイス３０は、２つの凹凸構造体３２を向かい合わせ、２つの凹凸構造体３２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３１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。

【0146】

（第３実施形態）
図１３を参照して、光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法の第３実施形態を説明する。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１３は、光学デバイスの一部分を示す図であり、光学デバイスの構造を理解しやすくするために、凹凸構造層２１、高屈折率層２２、低屈折率層２３、埋込層２４の各々に、互いに異なる濃度のドットを付して示している。

【0147】

［光学デバイスの構成］
図１３が示すように、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１方向に隣り合う２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂ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３１Ａの格子領域１３，１５が有する格子要素、すなわち、格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂの延びる方向と、第２共鳴構造部３１Ｂの格子領域１３，１５が有する各格子要素の延びる方向とは互いに異なる。言い換えれば、第１共鳴構造部３１Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部３１Ｂ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。

【0148】

第１共鳴構造部３１Ａにおける凸部２１ａの配列の周期である構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部３１Ｂにおける凸部２１ａの配列の周期である構造周期Ｐｋとは、同一である。反射光の波長選択性の高さを重視する場合には、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとの各々において、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比は、０．５以上２．０以下であることが好ましく、０．６２５以上１．６以下であることがより好ましい。さらに、第１共鳴構造部３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとで、上記比は一致していることが好ましい。

【0149】

第１共鳴構造部３１Ａの格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂは、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って並ぶ。一方、第２共鳴構造部３１Ｂの格子高屈折率部１３ａ，１５ａおよび格子低屈折率部１３ｂ，１５ｂは、第３方向に沿って延び、第２方向に沿って並ぶ。すなわち、第１共鳴構造部３１Ａが有する格子要素の延びる方向と、第２共鳴構造部３１Ｂが有する格子要素の延びる方向とは直交している。換言すれば、第１共鳴構造部３１Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部３１Ｂ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。

【0150】

［光学デバイスの作用］
上述のように、サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延びる格子高屈折率部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３１Ａと第２共鳴構造部３１Ｂとでサブ波長格子の配列方向が異なることにより、第１共鳴構造部３１Ａの格子領域１３，１５と第２共鳴構造部３１Ｂ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、反射光の強度がより高められる。

【0151】

［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、２つの凹凸構造体３２を、頂部領域１７同士が向かい合うように対向させ、２つの凹凸構造体３２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、一方の凹凸構造体３２における凸部２１ａの延びる方向と、他方の凹凸構造体３２における凸部２１ａの延びる方向とが直交するように、これらの凹凸構造体３２を向かい合わせて低屈折率材料により接合する。

【0152】

なお、第２実施形態と同様に、２つの共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂは、頂部領域１７を外側に向けて配置されてもよいし、各共鳴構造部３１Ａ，３１Ｂの頂部領域１７が、いずれも表面側を向くように配置されてもよい。

【0153】

また、光学デバイス４０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部３１を備えていてもよく、複数の共鳴構造部３１に、格子要素の延びる方向が互いに異なる共鳴構造部３１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、表面側もしくは裏面側から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、格子の配列周期は互いに同一である。換言すれば、光学デバイス４０は、配列方向および配列周期が同一であるサブ波長格子の対が、第１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。

【0154】

こうした構成によれば、共鳴構造部３１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３１の数の設定等によって、光学デバイス４０の偏光応答性を調整することもできる。そして、光学デバイス４０が備える共鳴構造部３１の数が多いほど、光学デバイス４０における紫外領域の光の吸収性が高められる。なお、複数の共鳴構造部３１には、サブ波長格子の配列周期が互いに異なる共鳴構造部３１が含まれていてもよい。

【0155】

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、表示装置等に備えられるフィルタに適用されてもよいし、表示体に適用されてもよい。第３実施形態の光学デバイス４０が、様々な方向への偏光成分を含む入射光を対象とする場合に適用されると、偏光に関して効率的に反射光が出射される効果を高く得られる。一方、偏光方向の揃った入射光を対象とする場合には、第２実施形態の光学デバイス３０の構成が適用されることが好ましい。

【0156】

以上、第３実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（６）、第２実施形態の（７），（８），（１０）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（１１）第１共鳴構造部３１Ａの格子要素の延びる方向と、第２共鳴構造部３１Ｂの格子要素の延びる方向とが、互いに異なるため、第１共鳴構造部３１Ａの格子領域１３，１５と第２共鳴構造部３１Ｂ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３１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。

【0157】

（第４実施形態）
図１４を参照して、光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法の第４実施形態を説明する。第４実施形態は、第１実施形態と比較して、サブ波長格子の配列が異なる。以下では、第４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。

【0158】

図１４（ａ）～（ｄ）が示すように、第４実施形態の光学デバイス５０において、サブ波長格子は、二次元格子状の配列を有する。
詳細には、図１４（ｂ）が示すように、第１格子領域１３において、複数の第１格子低屈折率部１３ｂは、二次元格子状に配置されている。二次元格子の種類は特に限定されず、互いに異なる方向に延びる２つの平行線群が交差することによって構成される格子の格子点に第１格子低屈折率部１３ｂが位置していればよい。例えば、第１格子低屈折率部１３ｂが構成する二次元格子は、正方格子であってもよいし、六方格子であってもよい。第１格子領域１３における格子構造の周期である第１周期Ｐ１は、二次元格子が延びる各方向において一致している。第１格子高屈折率部１３ａは、複数の第１格子低屈折率部１３ｂの間を埋めており、連続する１つの高屈折率部を構成している。

【0159】

第１方向に沿った方向から見て、第１格子低屈折率部１３ｂの形状は特に限定されないが、例えば第１格子低屈折率部１３ｂが正方形であると、第１格子領域１３の平均屈折率を規定する面積比率の設定が容易である。

【0160】

図１４（ｃ）が示すように、中間領域１４において、複数の第１中間低屈折率部１４ｂは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致した二次元格子状に配置されている。中間領域１４における第１中間低屈折率部１４ｂの配列の周期である第３周期Ｐ３は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。第１方向に沿った方向から見て、第１中間低屈折率部１４ｂの大きさは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致する。

【0161】

第１方向に沿った方向から見て、中間高屈折率部１４ａは枠形状を有し、第１中間低屈折率部１４ｂを１つずつ取り囲んでいる。第２中間低屈折率部１４ｃは、互いに隣接する中間高屈折率部１４ａの間を埋めており、連続する１つの低屈折率部を構成している。

【0162】

図１４（ｄ）が示すように、第２格子領域１５において、複数の第２格子高屈折率部１５ａは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致した二次元格子状に配置されている。第２格子低屈折率部１５ｂは、複数の第２格子高屈折率部１５ａの間を埋めており、連続する１つの低屈折率部を構成している。第２格子領域１５における格子構造の周期である第２周期Ｐ２は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。

【0163】

ただし、第１方向に沿った方向から見て、第２格子領域１５において点在する第２格子高屈折率部１５ａは、第１格子領域１３において点在する第１格子低屈折率部１３ｂよりも大きい。言い換えれば、第２方向および第３方向の各々において、第２格子高屈折率部１５ａの幅は、第１格子低屈折率部１３ｂの幅よりも大きい。したがって、第２格子低屈折率部１５ｂの幅は、第１格子高屈折率部１３ａの幅よりも小さい。第１方向に沿った方向から見て、第２格子高屈折率部１５ａは、第１格子低屈折率部１３ｂの形状に準じた形状を有する。

【0164】

また、頂部領域１７においても、複数の第１頂部低屈折率部１７ａは、第１格子低屈折率部１３ｂと一致した二次元格子状に配置されている。そして、第２頂部低屈折率部１７ｂは、複数の第１頂部低屈折率部１７ａの間を埋めており、連続する１つの低屈折率部を構成している。頂部領域１７における第１頂部低屈折率部１７ａの配列の周期は、第１格子領域１３における第１周期Ｐ１と一致している。

【0165】

第４実施形態の光学デバイス５０においても、第１実施形態と同様の原理によって導波モード共鳴現象が起こり、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、反射光として射出される。そして、紫外領域の光は低屈折率層２３に吸収され、光学デバイス５０を構成する各領域を透過した光が、透過光として射出される。

【0166】

第４実施形態においても、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１は、第１実施形態で示した式（２）によって求められ、第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２は、第１実施形態で示した式（４）によって求められる。そして、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１に対する第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２の比が、０．５以上２．０以下、より好ましくは０．６２５以上１．６以下であれば、光学デバイス５０において、反射光についての良好な波長選択性が得られる。

【0167】

また、第４実施形態においても、中間高屈折率部１４ａの面積比率Ｒ３について、第１実施形態で示した式（５）が満たされることが好ましい。式（５）が満たされていれば、中間高屈折率部１４ａの幅が、第２格子高屈折率部１５ａよりも外側まで広がらない程度に抑えられるため、中間高屈折率部１４ａの面積比率が大きくなりすぎない。したがって、各格子領域１３，１５からの反射光の強度が良好になる。

【0168】

第４実施形態のように、サブ波長格子を構成する格子要素が二次元格子状に並ぶ形態であれば、互いに異なる方向へ偏光している光を格子要素が並ぶ方向ごとにそれぞれ共鳴させることができる。したがって、第１実施形態のように、格子要素が１つの方向のみに沿って並ぶ形態と比較して、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。そのため、反射光の強度がより高められる。

【0169】

特に、格子要素が六方格子状に並ぶ形態であれば、格子要素が正方格子状に並ぶ形態と比較して、格子領域にて共鳴可能な偏光の方向が多くなるため、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、より効率的に反射光を出射することができる。

【0170】

第４実施形態の光学デバイス５０は、第１実施形態の光学デバイス１０の製造方法において、凸部２１ａの配列態様を変更することによって製造できる。具体的には、複数の凸部２１ａが二次元格子状に配置された凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２１を形成する。複数の凸部２１ａは互いに離間しており、凸部２１ａ間に位置する凹部２１ｂは連続する１つの凹部を構成している。第４実施形態のように、凸部２１ａが二次元格子状に並ぶ形態であれば、凸部２１ａの大きさや配置についての自由度が高いため、凸部２１ａと凹部２１ｂとの面積比率の設定に際しての細かな調整が容易である。

【0171】

第４実施形態の光学デバイス５０には、第１実施形態の光学デバイス１０の各変形例の構成が適用できる。また、第２実施形態および第３実施形態の構成に第４実施形態の光学デバイス５０を適用してもよい。すなわち、複数の光学デバイス５０を第１方向に沿って積層することによって、４つ以上の格子領域を有する光学デバイスを構成してもよい。このとき、２以上の共鳴構造部３１において、サブ波長格子を構成する格子要素が並ぶ方向、言い換えれば、二次元格子の延びる方向は、一致していてもよいし、異なっていてもよい。２つの共鳴構造部３１における二次元格子の延びる方向が異なる構成では、偏光に関し、より多くの方向に対応して反射光を射出することができる。

【0172】

なお、各格子領域１３，１５において、格子構造の周期は、二次元格子が延びる方向によって異なっていてもよい。こうした構成によれば、二次元格子が延びる方向によって共鳴を起こす波長域を異ならせて、反射光に含まれる波長域や偏光に対する応答性を調整することが可能である。

【0173】

また、凹凸構造層２１の凹凸構造は、互いに離間した複数の凹部と、これらの凹部の間で連続している単一の凸部とから構成されてもよい。すなわち、凹凸構造層２１の凹凸構造は、凸部もしくは凹部である複数の凹凸要素が互いに離間しつつ二次元格子状に並ぶことにより形成されていればよい。

【0174】

第４実施形態の光学デバイス５０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、表示装置等に備えられるフィルタに適用されてもよいし、表示体に適用されてもよい。
以上、第４実施形態によれば、第１実施形態の（１）～（６）の効果に加えて、下記の効果が得られる。

【0175】

（１２）サブ波長格子を構成する格子要素が二次元格子状に並ぶため、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。

【0176】

（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。
・低屈折率材料からなる層であれば、低屈折率層２３とは異なる層が、紫外領域の光の吸収性を有していてもよい。例えば、凹凸構造層２１あるいは基材１１が紫外領域の光の吸収性を有していてもよい。また、第２実施形態および第３実施形態においては、埋込層２４が紫外領域の光の吸収性を有してもよい。こうした紫外領域の光の吸収性を有する層は、例えば、紫外線吸収剤が添加された樹脂から構成されればよい。

【0177】

格子領域１３，１５で強められた反射光として、紫外領域の光を取り出す場合には、格子領域１３，１５に対して、紫外領域の光の吸収性を有する層とは反対側から入射光を入射させるように、光学デバイスが用いられればよい。例えば、凹凸構造層２１あるいは基材１１が紫外領域の光の吸収性を有するとき、第１実施形態および第４実施形態においては、頂部領域１７の位置する側から光が入射すればよい。また、第２実施形態および第３実施形態においては、２つの共鳴構造部３１のうちの一方における凹凸構造層２１あるいは基材１１が紫外領域の光の吸収性を有し、２つの共鳴構造部３１のうちの他方の位置する側から光が入射すればよい。埋込層２４が紫外領域の光の吸収性を有する場合には、いずれの側から光が入射してもよい。

【0178】

基材１１、凹凸構造層２１、低屈折率層２３、埋込層２４のいずれかが紫外領域の光の吸収性を有する形態であれば、２つ以上の格子領域で導波モード共鳴現象を生じさせる光学デバイスを構成するために要する層に、紫外領域の光の吸収性が付加されることになる。そのため、光学デバイスが紫外領域の光の吸収性を有さない場合と比較して、光学デバイスの構成層を増加させずとも、紫外光の遮蔽機能を有する光学デバイスが形成可能であり、光学デバイスの製造に要する負担の増加が抑えられる。

【0179】

一方、光学デバイスは、上述した各層とは別に、紫外領域の光の吸収性を有する層を備えていてもよい。例えば、図１５が示すように、第１実施形態の光学デバイス１０は、基材１１に対して凹凸構造層２１とは反対側で基材１１に接する吸収層１９を備えていてもよい。吸収層１９は、紫外領域の光の吸収性を有する。吸収層１９は、例えば、各種の塗布法を用いて形成され、紫外線吸収剤が添加された樹脂から構成される。また、第２実施形態および第３実施形態のように、光学デバイスが２つの共鳴構造部３１を備える場合、一方の共鳴構造部３１に接する基材１１に紫外領域の光の吸収性を有する吸収層が積層されていてもよい。

【0180】

上記構成においても、格子領域１３，１５で強められた反射光として、紫外領域の光を取り出す場合には、格子領域１３，１５に対して、紫外領域の光の吸収性を有する層とは反対側から入射光を入射させればよい。

【0181】

上記吸収層１９のように、紫外領域の光の吸収機能に特化した層を設けることにより光学デバイスにおける光の遮蔽機能が実現される構成であれば、以下の効果が得られる。すなわち、紫外領域の光の吸収性を有する層が、その他の機能を有する層、例えば、導波モード共鳴現象を生じさせる機能を有する層を兼ねている場合と比較して、各層の材料や膜厚を、各機能により適するように選定することが可能である。

【0182】

以上のように、要は、光学デバイスの構成層に、紫外領域の光の吸収性を有する層が含まれていればよい。この紫外領域の光の吸収性を有する層は、硬化後の紫外線硬化性樹脂よりも、高い紫外光の吸収性を有する。

【0183】

・上記光学デバイスの構成層は、所定の波長域の光の吸収性を有していればよく、吸収の対象の波長域は、紫外領域でなくてもよい。所定の波長域の光の吸収性を有する層を備える光学デバイスであれば、当該波長域の光の遮蔽機能を有する。したがって、当該波長域の遮蔽が望まれる装置に設けられるフィルタ等としての利用が可能である。

【0184】

・上記各実施形態において、光学デバイスの中間領域１４は、中間高屈折率部１４ａを有していなくてもよい。すなわち、中間領域１４は、第１中間低屈折率部１４ｂと第２中間低屈折率部１４ｃとから構成されていてもよい。高屈折率層２２の製造条件によっては、中間高屈折率部１４ａを有さない光学デバイス、すなわち、凸部２１ａの側面への高屈折率層２２の成膜がない光学デバイスの製造が可能である。

【0185】

・頂部領域１７が最表面に位置する形態において、頂部領域１７を覆う保護層が設けられてもよい。この場合、保護層は樹脂等の低屈折率材料から構成され、低屈折率層２３の凹部は保護層によって埋められる。すなわち、第２頂部低屈折率部１７ｂは、低屈折率材料によって充填される。

【0186】

・第２実施形態および第３実施形態において、第１共鳴構造部３１Ａの高屈折率層２２と第２共鳴構造部３１Ｂの高屈折率層２２との間が、低屈折率層として機能する埋込層２４によって埋められていてもよい。この場合、共鳴構造部３１は頂部領域１７を有さず、第１共鳴構造部３１Ａの第２低屈折率領域１６と、第２共鳴構造部３１Ｂの第２低屈折率領域１６とは連続しており、これらの領域の境界は存在しない。

【符号の説明】

【0187】

１０，３０，４０，５０…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格子高屈折率部、１３ｂ…第１格子低屈折率部、１４…中間領域、１４ａ…中間高屈折率部、１４ｂ…第１中間低屈折率部、１４ｃ…第２中間低屈折率部、１５…第２格子領域、１５ａ…第２格子高屈折率部、１５ｂ…第２格子低屈折率部、１６…第２低屈折率領域、１７…頂部領域、１７ａ…第１頂部低屈折率部、１７ｂ…第２頂部低屈折率部、１８…境界低屈折率領域、１９…吸収層、２１…凹凸構造層、２１ａ…凸部、２１ｂ…凹部、２２…高屈折率層、２３…低屈折率層、２４…埋込層、３１，３１Ａ，３１Ｂ…共鳴構造部、３２…凹凸構造体、１００…表示装置、１１０…光源層、１１１…発光部、１２０…波長変換層、１２１，１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ…副画素領域、１３０…フィルタ層、１３１，１３１Ｒ，１３１Ｇ，１３１Ｂ…フィルタ領域。

【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】