JP2018525654A - プラズモンピクセルによって画像を表現する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年6月2日に出願されたオーストラリア特許出願第2015902086号の出願日及び優先日に基づき、優先権を主張するものであり、この文献の内容の全体は、参照により本出願に援用される。
技術分野
本発明は、プラズモンピクセル形体(plasmonic pixel feature)、およぎプラズモンピクセルを用いて画像を表現するため方法及び装置に関し、特に、その画像をセキュリティ形体(security feature)などとして組み込んだ紙幣又は他の媒体に関する。
基材と、
それぞれが導電性コンポーネント及び誘電性コンポーネントを含むことによってナノアンテナとして機能するように構成された複数のナノスケール構造体とを備え、
当該ナノスケール構造体は、導電性コンポーネントとナノスケール構造体のサイズとに依存する共鳴周波数を有し、
当該導電性コンポーネントと当該ナノスケール構造体のサイズとは、当該ナノスケール構造体に反射又は透過されることが望まれる入射光の1又は複数の波長成分に応じて選択され、
当該導電性コンポーネントと当該ナノスケール構造体のサイズとは、当該ナノスケール構造体がそれぞれ、色スキームに対応する共鳴周波数を有するように選択される。
一実施形態において、当該導電性コンポーネント及び少なくとも幾つかの当該ナノスケール構造体のサイズは、当該ナノスケール構造体がそれぞれ、CMY色スキームの色に対応する各共鳴周波数を有するように選択される。
特定の一実施形態において、当該ナノスケール構造は、ナノスケールダイポールを含み、整列されている。これにより、プラズモンピクセル構造体は偏光に対して感度が高くなるため、プラズモンピクセル構造体を機密書類(紙幣やパスポート等)のセキュリティ形体等、セキュリティ用途に使用することになる場合に特に有利である。
当該導電性コンポーネントは、金属又は高濃度ドープ半導体を含むことができる。当該導電性コンポーネントは、アルミニウム、銀、金、又は銅を含むことができる。
一実施形態においては、当該ナノスケール構造体は、ナノ空隙を含む第1のダイポールと、第1のダイポールに対して相補的であり、第1のダイポールに対して基材の面に垂直な方向に変位されている第2のダイポールとを含む複数のナノスケールダイポールを備える。
本発明の第2の広い局面によれば、上述したプラズモンピクセル構造体を複数含む画像が提供される。
本発明の第4の広い局面によれば、書類(機密書類など)用のセキュリティ形体が提供され、このセキュリティ形体は、第2の局面に記載した画像を含む。
当該プラズモンピクセル構造体すべてのナノスケール構造体がナノスケールダイポールを含み、整列されていてもよい。この実施形態は、最適な偏光感度を提供することが期待される。
本発明の第5の広い局面によれば、1つ以上のプラズモンピクセル構造体を作製する方法が提供され、この方法は、
当該1つ以上のプラズモンピクセル構造体のナノアンテナとして機能する所望のナノスケール構造体であって、複数のナノ空隙及び複数のナノポストの少なくとも一方を含むナノスケール構造体に対応する複数のナノ空隙のパターンを基材にパターン形成することと、
当該基材に導電材料を設けて、当該ナノスケール構造体を形成することとを含み、
当該導電性コンポーネントと前記ナノスケール構造体のサイズとは、当該ナノスケール構造体によって反射又は透過されることが望まれる入射光の1つ以上の所望波長成分に応じて選択され、
当該導電性コンポーネントと当該ナノスケール構造体のサイズとは、当該ナノスケール構造体がそれぞれ、色スキームに対応する共鳴周波数を有するように選択される方法である。
一実施形態において、当該方法は、電子ビームリソグラフィを使用して、ナノ空隙に対応する突起を有するマスタを形成することと、続いて、そのマスタを使用して、ナノインプリントリソグラフィで、そのナノ空隙のパターンを基材に形成することとを含む。
当該方法は、当該パターン形成付き基材を、アルミニウムの形態である導電材料でコーティングすることを含むことができる。
当該方法は、結果として得られる当該複数のナノアンテナが当該色スキームの1つ以上の色に対応するように、当該パターンを生成することを含むことができる。
本発明のこの局面は、(通常は画像を含む)セキュリティ形体を製造する方法も提供し、この方法は、上述の方法に基づいて複数のプラズモンピクセル構造体を作製することを含む。
入射光は、このスケールの空隙などの構造体と相互作用しないことが予想されるが、プラズモンピクセル10に入射する光は、(後述するように)その構造体内の金属コンポーネントと誘電性コンポーネントの間との境界において表面電子にカプリングし、表面プラズモンを生成すると考えられる。プラズモンは、本質的に、導電性表面上の電子の導電層内にある定常表面波(standing surface wave)である。プラズモンは、金属等の導体と誘電体との間の界面で生じる。プラズモンの共鳴周波数は、使用する金属とその表面上のナノ構造形体の特徴とに依存する。金属表面のナノ構造体の長さを変化させることによって、その配列の共鳴周波数を変化させられるため、光の様々な波長や色を反射又は透過させることができる。
簡潔に説明すると、図1に示すように、またこの実施形態によれば、元の画像は、まずRGB(赤、緑、青)色空間12に変換される。このフォーマットはデジタル表示装置で採用されるものであり、黒い背景が使用され、各ピクセルが照射されて所望の色を生成する。次に、このRGBスキームがCMYK減法混色スキーム14に置き換えられる。実際には、これにより、4つのCMYK(シアン、マゼンタ、イエロー、キー(黒))の色と、CMYK色の組み合わせから構築できるRGB色と、白色背景とからなる8つの異なる色で画像を構築することができる。プラズモンピクセル10の各色は、RGBピクセル/サブピクセル物理的設計を選択し、RGB色空間を減法CMYK色空間に置き換えることによって得られる。セキュリティ形体の場合、プラズモンピクセル10は、銀、金、銅、又は適切にドーピングされた半導体等の導電性表面、すなわち金属表面の形態である基材を含む。この実施形態において、この基材は、アルミニウム表面の形態であり、上述したように、プラズモンピクセル10は、ナノ空隙の1つ以上の配列も含む。各配列は、長さ100nm、70nm、又は50nmのナノ空隙(ある意味では、それぞれが、シアン、マゼンタ、及びイエローの「インク」として作用する)を含み、K(黒)は、所与の配列内の内に2つの異なる長さ(この実施形態では、長さ50及び80nm)のナノ空隙/アンテナによって提供できる。2つの異なる長さは反射を最小にするために使用する。というのも、(長さが異なる)ナノ空隙が2組あると、可視スペクトルの異なる波長で共鳴するので、疑似広帯域吸収体、つまり、所謂黒ピクセル(実際には濃い灰色か黒のような色)を生成できるからである。
実施例
図5A〜図5Dに示したものと同様の製造プロセスを用いて、プラズモンピクセル設計に関する予備実験的研究を行った。このプロトタイプ製造プロセスは、図5A〜5Dに概説されたプロセスとは多少相違した。このプロトタイプ製造プロセスでは、ガラス支持体上にポリマー(PMMA)を含む基材を使用した。ガラスは、PMMAと同様の屈折率を有するという利点がある。このPMMAは液状であり、そのガラス表面上にスピンコーティングすることによって、パターン形成用EBLレジストを作製した。このレジストの厚さは、形成する形体のサイズとほぼ同じ桁数の値である。
i)カラー1、偏光P1:曲線110
ii)カラー1、偏光P2:曲線112
iii)カラー2、偏光P1:曲線114
iv)カラー2、偏光P2:曲線116
更に、紙幣形体サイズの設計、特に、観察される色に対する白及び黒のピクセルの効果を調べるために、より大面積の例をいくつか作製した。図7A〜図7C及び図8A〜図8Cは、2つの例を示している。図7A〜図7Cでは、広範囲の色域を実現するための色、明度、彩度の調整を例示するために、色、明度及び彩度検査を行った。図7A〜図7Cはそれぞれ、元のJPEG画像、本発明の一実施形態によるラズモンピクセルで一度再生した、その元画像のフォーカス画像、および本発明の一実施形態によるプラズモンピクセルで一度再生した元画像のデフォーカス画像を示している。したがって、これらの図は、サブピクセル色配合の遠視野イメージング効果を示している。
Claims (38)
- 基材と、
それぞれが導電性コンポーネント及び誘電性コンポーネントを含むことによりナノアンテナとして機能するように構成された複数のナノスケール構造体とを備え、
前記ナノスケール構造体は、前記導電性コンポーネントと前記ナノスケール構造体のサイズとに依存する共鳴周波数を有し、
前記導電性コンポーネントと前記ナノスケール構造体のサイズとは、前記ナノスケール構造体によって反射又は透過されることが望まれる入射光の1又は複数の波長成分に応じて選択され、
前記導電性コンポーネントと前記ナノスケール構造体のサイズとは、前記ナノスケール構造体が、色スキームに対応する共鳴周波数をそれぞれ有するように選択されるプラズモンピクセル構造体。 - 前記色スキームは複数の色を含む、請求項1記載の構造体。
- 前記色スキームは前記CMY色スキームを含む、請求項2記載の構造体。
- 前記ナノスケール構造体はナノスケールダイポールを含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記ナノスケール構造体は整列されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のセキュリティ形体。
- ナノスケール構造体を有さない前記ピクセル構造体の少なくとも1部分を含み、前記少なくとも1部分は、白に見えるように、又は彩度を減少させるように適合されている、請求項1から5のいずれか1項に記載の構造体。
- サイズが異なる前記ナノスケール構造体を含む前記ピクセル構造体の少なくとも1部分を含み、前記少なくとも1部分は、黒に見えるように、又は彩度を増加させるように適合されている、請求項1から6のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記ナノスケール構造体すべての前記導電性コンポーネントは、同一材料から形成されている、請求項1から7のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記導電性コンポーネントは、金属又は高濃度ドープ半導体を含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記導電性コンポーネントは、アルミニウム、銀、金、又は銅を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記導電性コンポーネントはアルミニウムである、請求項1から10のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記ナノスケール構造体はナノ空隙を含む、請求項1から11のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記ナノスケール構造体は、ナノ空隙を含む第1のダイポールと、前記第1のダイポールに対して相補的であり、前記第1のダイポールに対して前記基材の面に垂直な方向に変位されている第2のダイポールとを含むナノスケールダイポールを含む、請求項1から11のいずれか1項に記載の構造体。
- 前記ナノスケール構造体の前記導電性コンポーネントはアルミニウムであり、前記ナノスケール構造体の少なくとも幾つかの長さは、100nm、70nm、及び50nmから実質的になる群から選択され、100nmはシアンに対応し、70nmはマゼンタに対応し、50nmはイエローに対応する、請求項12又は13に記載の構造体。
- 前記ナノ空隙の少なくとも幾つかは、異なる長さを有し、黒に対応する、請求項14に記載の構造体。
- 前記異なる長さは50nm及び80nmを含む、請求項15に記載の構造体。
- 複数のサブピクセルを備え、前記ナノスケール構造体は、1つ以上のサブピクセル内に配置され、前記サブピクセルは、(i)前記色スキームの1つ又は複数の成分を含む1つの色、(ii)白、又は(iii)黒にそれぞれ対応する、請求項1から16のいずれか1項に記載の構造体。
- 4個、9個、16個、25個、又は36個のサブピクセルを含む、請求項17に記載の構造体。
- 前記サブピクセルの少なくとも1つは、前記色スキームの複数の成分を含む1つの色に対応する、請求項17に記載の構造体。
- 前記サブピクセルの前記少なくとも1つは、複数の平行なストリップを含み、前記ストリップはそれぞれ、前記色スキームの異なる色に対応する、請求項19に記載の構造体。
- 前記基材はPET又は他のポリマー材料を含む、請求項1から20のいずれか1項に記載の構造体。
- 請求項1から21のいずれか1項に記載のプラズモンピクセル構造体を複数含む画像。
- 請求項22に記載の画像を含む書類。
- 機密書類のためのセキュリティ形体であって、請求項23記載の画像を含むセキュリティ形体。
- 前記プラズモンピクセル構造体のそれぞれのナノスケール構造体は、ナノスケールダイポールを含み、整列されている、請求項24に記載のセキュリティ形体。
- 複数の前記プラズモンピクセル構造体の前記ナノスケール構造体は、ナノスケールダイポールを含み、整列されている、請求項24に記載のセキュリティ形体。
- 前記プラズモンピクセル構造体すべての前記ナノスケール構造体は、ナノスケールダイポールを含み、整列されている、請求項24に記載のセキュリティ形体。
- 請求項24から27のいずれか1項に記載のセキュリティ形体を含む機密書類。
- 1つ以上のプラズモンピクセル構造体を作製する方法であって、
前記1つ以上のプラズモンピクセル構造体のナノアンテナとして機能する所望のナノスケール構造体であって、複数のナノ空隙及び複数のナノポストの少なくとも一方を含むナノスケール構造体に対応する複数のナノ空隙のパターンを基材にパターン形成することと、
前記基材に導電材料を設けて、前記ナノスケール構造体を形成することとを含み、
前記導電性コンポーネントと前記ナノスケール構造体のサイズとは、前記ナノスケール構造体によって反射又は透過されることが望まれる入射光の1つ以上の所望波長成分に応じて選択され、
前記導電性コンポーネントと前記ナノスケール構造体のサイズとは、前記ナノスケール構造体がそれぞれ、色スキームに対応する共鳴周波数を有するように選択される方法。 - 電子ビームリソグラフィを使用して前記基材にパターン形成することを含む、請求項29に記載の方法。
- 電子ビームリソグラフィを使用して、前記ナノ空隙に対応する突起を有するマスタを形成することと、続いて、前記マスタを使用して、ナノインプリントリソグラフィで、前記ナノ空隙を前記基材にパターン形成することとを含む、請求項29に記載の方法。
- 前記パターン形成した基材を、金属の形態である前記導電材料でコーティングすることを含む、請求項29から31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パターン形成した基材を、アルミニウムの形態である前記導電材料でコーティングすることを含む、請求項29から31のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基材に形成された前記ナノ空隙の底部と前記基材に形成された前記ナノ空隙間のランド上とに付着するように、前記パターン形成した基材に前記導電材料を塗布することを含む、請求項29から33のいずれか1項に記載の方法。
- 前記導電材料が前記基材に形成された前記ナノ空隙を埋めるように、前記パターン形成した基材に前記導電材料を塗布することを含む、請求項29から34いずれか1項に記載の方法。
- 結果として得られる前記ナノスケール構造体の少なくとも幾つかが前記色スキームの1つ以上の色に対応するように前記パターンを生成することを含む、請求項29から35のいずれか1項に記載の方法。
- 前記色スキームはCMY色スキームである、請求項29から36のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項29から37のいずれか1項に記載の方法に基づいて複数のプラズモンピクセル構造体を作製することを含む、セキュリティ形体の製造方法。
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