JP6163892B2 - Display body having fine uneven diffraction structure - Google Patents
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Description
本発明は、肉眼での真偽判別などに好適な微細凹凸回折構造を有する表示体に関するものである。 The present invention relates to a display body having a fine uneven diffraction structure suitable for authenticity determination with the naked eye.
基材表面に形成された微細凹凸形状からなる回折格子パターンに光が入射した場合、光の回折と干渉の効果により、特定の入射角、反射角で特定の波長の光が強められるため、例えば白色光源からの光を微細凹凸形状表面で反射すると、入射角、反射角に応じて青から赤の光が分光されて観測される。 When light is incident on a diffraction grating pattern consisting of fine irregularities formed on the substrate surface, light of a specific wavelength is strengthened at a specific incident angle and reflection angle due to the effects of light diffraction and interference. When light from a white light source is reflected on the surface of the fine concavo-convex shape, blue to red light is dispersed and observed according to the incident angle and reflection angle.
例えば、平面基材上に形成された微細凹凸形状からなる回折格子の構造周期が可視光波長領域よりも小さい、すなわち400nm以下の場合、平面に対して垂直方向から回折格子を観測しても可視光の回折は発生せず、回折光は観測されないが、基材の法線方向に対して傾きをもって入射した光に対しては回折を起こし、特定の角度に対して特定の波長が強められて回折光が観測される。 For example, when the structural period of a diffraction grating composed of fine irregularities formed on a flat substrate is smaller than the visible light wavelength region, that is, 400 nm or less, it is visible even if the diffraction grating is observed from a direction perpendicular to the plane. Diffraction of light does not occur and diffracted light is not observed, but it diffracts light incident with an inclination with respect to the normal direction of the base material, and a specific wavelength is strengthened for a specific angle. Diffracted light is observed.
この可視光波長領域以下の周期構造を持つ回折格子パターンを、周期構造が0.01から0.1mmの凹凸形状表面に形成することで、従来のホログラムなど見え方、光り方が異なるオリジナル性の高い回折構造体が発明されている(特許文献1参照)。 By forming a diffraction grating pattern having a periodic structure below the visible light wavelength region on a concavo-convex surface having a periodic structure of 0.01 to 0.1 mm, a conventional hologram or the like can be seen and illuminated in a different way. A high diffractive structure has been invented (see Patent Document 1).
また、回折格子の配列から回折の方向を任意に制御し、観察する角度に応じた回折現象を起こす画素領域を決定し、観察する角度により観察像が変化するチェンジングという技術が発明されている(特許文献2参照)。 Further, a technique called changing, in which the direction of diffraction is arbitrarily controlled from the arrangement of diffraction gratings, a pixel region that causes a diffraction phenomenon according to the observation angle is determined, and the observation image changes according to the observation angle has been invented (see FIG. Patent Document 2).
この技術を利用して、マトリックス上に画素を配置し、複数の画素に任意の入射角に対して回折を起こすように配列された微細な溝からなる回折格子パターンを形成し、観察する角度によって動画像を表示できる画像表示体やこれを用いた情報記録体が発明されている(特許文献3参照)。 Using this technology, a pixel is arranged on a matrix, and a diffraction grating pattern composed of fine grooves arranged so as to cause diffraction at an arbitrary angle of incidence is formed on a plurality of pixels. An image display body capable of displaying a moving image and an information recording body using the same have been invented (see Patent Document 3).
このように、構造周期や方向によって観察される色や図柄を制御できる回折格子パターンは、オリジナル性が高く、また専用の真偽判別器具等を必要としないため、例えばパスポートやIDカードなどの個人情報が記録された媒体や、商品券や小切手などの有価証券類の偽造防止に用いることができる。 In this way, the diffraction grating pattern that can control the color and pattern observed according to the structure period and direction is highly original and does not require a dedicated authenticity determination device. It can be used to prevent counterfeiting of media on which information is recorded and securities such as gift certificates and checks.
また、近年では高いセキュリティ性の実現や、高耐久性の観点から、通貨や商品券などのプラスチック化が検討されており、一部の国家では貨幣として流通している。 In recent years, plastics such as currency and gift certificates have been studied from the viewpoint of realizing high security and high durability, and in some countries it is distributed as money.
前記のようなプラスチック製の貨幣は、例えば可視光領域の波長に対して透明なポリマー基材上に特殊インキを印刷して製造されるため、高い偽造防止効果を示している。 Such plastic coins are produced, for example, by printing special ink on a polymer substrate that is transparent with respect to wavelengths in the visible light region, and thus show a high anti-counterfeiting effect.
さらに、一部領域を除外して特殊インキを印刷し、未印刷部に真偽判別用の特殊ホログラムなどの偽造防止用デバイスを形成することで、ホログラム形成領域のみが可視光に対して透明となる高い偽造防止技術を実現することも可能である。 In addition, special ink is printed excluding a part of the area, and an anti-counterfeiting device such as a special hologram for authenticity determination is formed on the unprinted part, so that only the hologram forming area is transparent to visible light. It is also possible to realize a high anti-counterfeiting technology.
但し、前記プラスチック製の貨幣に採用するためには、当然ながら貨幣の厚さよりも薄い偽造防止用デバイスでなくてはならない。また、偽造防止用デバイスの厚さが十分に薄く、かつ一定の観察角度においては可視光に対して透明性を持っていれば、特殊ホログラムなどの他の偽造防止デバイスとの組み合わせにより、さらに偽造防止効果の高い偽造防止用デバイスを提供することも可能となる。 However, in order to be used for the plastic money, it is a matter of course that the anti-counterfeit device must be thinner than the thickness of the money. If the anti-counterfeiting device is sufficiently thin and transparent to visible light at a certain observation angle, it can be further counterfeited in combination with other anti-counterfeiting devices such as special holograms. It is also possible to provide a forgery prevention device having a high prevention effect.
本発明は、オリジナル性が高く、真偽判別方法が簡便であり、基材の選定により正面からの可視光を全て透過し、厚みを十分に薄くすることが可能な微細凹凸回折構造体を有する表示体の提供を目的とする。 The present invention has a fine concavo-convex diffractive structure that is highly original, has a simple authenticity determination method, and transmits all visible light from the front by selecting a base material and can be made sufficiently thin. The purpose is to provide a display.
本発明の請求項1に係る発明は、基材表面上に少なくとも一辺が10μm以上である複数の画素がマトリックス状に配置された画素領域が形成された表示体において、少なくとも構造周期が250nm以上400nm以下の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素と、構造周期が250nm以上400nm以下の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素とが画素領域内に形成され、一次元回折構造体で形成された画素は、線状凹凸構造の凹凸配列方向が異なる2種類以上の画素を含み、線状凹凸構造の凹凸配列方向が、少なくとも格子状凹凸構造の複数の凹凸配列方向のいずれかと平行であることを特徴とする表示体である。 According to the first aspect of the present invention, in a display body in which a pixel region in which a plurality of pixels having at least one side of 10 μm or more are arranged in a matrix is formed on a substrate surface, at least a structural period is 250 nm or more and 400 nm. A pixel formed with a one-dimensional diffractive structure having the following linear concavo-convex structure and a pixel formed with a two-dimensional diffractive structure having a lattice-shaped concavo-convex structure with a structure period of 250 nm to 400 nm are within the pixel region. The formed pixel is formed of a one-dimensional diffractive structure includes two or more types of pixels having different concavo-convex arrangement directions of the linear concavo-convex structure, and the concavo-convex arrangement direction of the linear concavo-convex structure is at least a plurality of lattice-shaped concavo-convex structures. It is a display body characterized by being parallel to any one of the uneven arrangement directions.
本発明の請求項2に係る発明は、前記一次元回折構造体で形成された画素と、二次元回折構造体で形成された画素を有する表示体において、少なくとも構造周期が50nm以上250nm未満の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素、または構造周期が50nm以上250nm未満の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素のいずれかが含まれていることを特徴とする、請求項1記載の表示体である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a display having a pixel formed of the one-dimensional diffractive structure and a pixel formed of a two-dimensional diffractive structure, and at least a line having a structural period of 50 nm or more and less than 250 nm. Either a pixel formed with a one-dimensional diffractive structure having a concavo-convex structure or a pixel formed with a two-dimensional diffractive structure having a lattice-shaped concavo-convex structure with a structure period of 50 nm or more and less than 250 nm is included. The display body according to claim 1, wherein:
本発明の請求項3に係る発明は、前記一次元回折構造体および前記二次元回折構造体の少なくともいずれか一方の凹凸構造のアスペクト比(深さ÷周期)が、0.1以上10.0以下であることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の表示体である。 In the invention according to claim 3 of the present invention, an aspect ratio (depth / period) of at least one of the one-dimensional diffractive structure and the two-dimensional diffractive structure is 0.1 or more and 10.0. It is the following, It is the display body in any one of Claim 1 or Claim 2.
本発明の請求項4に係る発明は、前記一次元回折構造体および前記二次元回折構造体の凹凸構造のアスペクト比(深さ÷周期)が異なることを特徴とする請求項3記載の表示体である。 The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that the aspect ratio (depth / period) of the concavo-convex structure of the one-dimensional diffractive structure and the two-dimensional diffractive structure is different. It is.
本発明の請求項5に係る発明は、基材上に、前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された熱可塑性樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の表示体である。 In the invention according to claim 5 of the present invention, a thermoplastic resin layer in which a pixel region including a pixel made of the one-dimensional diffractive structure and a pixel made of the two-dimensional diffractive structure is formed on a substrate. The display body according to claim 1, wherein the display body is a display body.
本発明の請求項6に係る発明は、前記熱可塑性樹脂層の厚さが0.1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項5記載の表示体である。 The invention according to claim 6 of the present invention is the display body according to claim 5, wherein the thickness of the thermoplastic resin layer is 0.1 μm or more and 10 μm or less.
本発明の請求項7に係る発明は、基材上に、前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された光硬化性樹脂層が形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の表示体である。 In the invention according to claim 7 of the present invention, a photocurable resin layer in which a pixel region including a pixel made of the one-dimensional diffractive structure and a pixel made of the two-dimensional diffractive structure is formed on a substrate is formed. The display body according to claim 1, wherein the display body is a display body.
本発明の請求項8に係る発明は、前記光硬化性樹脂層の厚さが0.1μm以上10μm以下であることを特徴とする請求項7記載の表示体である。 The invention according to claim 8 of the present invention is the display body according to claim 7, wherein the thickness of the photocurable resin layer is 0.1 μm or more and 10 μm or less.
本発明の請求項9に係る発明は、前記基材が全可視光波長領域に対して80%以上を透過する材料で構成されることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の表示体である。 The invention according to claim 9 of the present invention is characterized in that the substrate is made of a material that transmits 80% or more of the entire visible light wavelength region. It is a display body.
本発明の請求項1に係る発明によれば、マトリックス状に配置した各画素内に形成されている微細凹凸形状からなる一次元、および二次元回折構造体の構造周期が可視光波長領域よりも小さいため、白色光を一定角度から入射させた場合のみ光が干渉し、構造周期と入射角に応じて分光された反射光が観察される。この光の干渉が生じるためには回折構造体の凹凸の配列方向と白色光の入射方向とが一致することが必要である。よって、線状凹凸構造の凹凸配列方向が、例えば90°異なる二種類の一次元回折構造体の画素をマトリックス上に形成した場合、いずれかの一次元回折構造体の画素が干渉を起こす白色光の入射方向を0°として、この入射方向が90°変わるたびに干渉を起こす画素が切り替わることになる。加えて、例えば前記の各一次回折構造体の線状凹凸構造と凹凸配列方向が一致する微細な突起形状からなる二次元回折構造体画素を形成することで、入射方向が90°変わっても干渉を起こす画素を作成することができる。さらに例えば画素を一辺10μmまたはそれ以上で構成することにより、画素数が多い表示体では肉眼で確認できる滑らかな曲線を表示することも可能となる。以上により、一定角度から入射される白色光の入射方向に応じて肉眼にて確認される表示像が切り替わる表示体を形成することができるという効果を奏する。 According to the first aspect of the present invention, the structural period of the one-dimensional and two-dimensional diffractive structures composed of fine irregularities formed in each pixel arranged in a matrix form is larger than the visible light wavelength region. Since it is small, the light interferes only when white light is incident from a certain angle, and reflected light that is dispersed according to the structure period and the incident angle is observed. In order for this light interference to occur, it is necessary that the arrangement direction of the unevenness of the diffractive structure coincides with the incident direction of the white light. Therefore, when two types of one-dimensional diffractive structure pixels are formed on the matrix with the concavo-convex arrangement direction of the linear concavo-convex structure being 90 °, for example, white light that causes interference of any one-dimensional diffractive structure pixel When the incident direction is 0 °, the pixels that cause interference are switched every time the incident direction changes by 90 °. In addition, for example, by forming a two-dimensional diffractive structure pixel having a fine protrusion shape whose concavo-convex arrangement direction coincides with the linear concavo-convex structure of each primary diffractive structure, even if the incident direction changes by 90 °, interference occurs. Can be created. Further, for example, by configuring the pixels with a side of 10 μm or more, it is possible to display a smooth curve that can be confirmed with the naked eye on a display body having a large number of pixels. As described above, there is an effect that it is possible to form a display body in which a display image confirmed with the naked eye is switched according to the incident direction of white light incident from a certain angle.
本発明の請求項2に係る発明によれば、前記一定角度から入射される白色光の入射方向に応じて表示像を切り換え可能な表示体において、一次元回折構造体の画素、または二次元回折構造体の画素、もしくはその両方において、周期構造が50nm以上250nm未満である画素を配置することにより、微細凹凸構造による表面反射の抑制効果と、表示体の法線から60°以上傾けた方向から入射する光に対して、可視光波長領域の光と干渉を起こさない効果とが生じ、肉眼で表示像を観察した場合の画像コントラストを向上させるという効果を奏する。 According to the second aspect of the present invention, in the display body capable of switching the display image according to the incident direction of the white light incident from the predetermined angle, the pixel of the one-dimensional diffraction structure or the two-dimensional diffraction By disposing a pixel having a periodic structure of 50 nm or more and less than 250 nm in the structure pixel or both, the effect of suppressing surface reflection by the fine concavo-convex structure and the direction inclined by 60 ° or more from the normal of the display body The incident light has an effect of causing no interference with light in the visible wavelength region, and has the effect of improving the image contrast when the display image is observed with the naked eye.
本発明の請求項3に係る発明によれば、好適な回折効率を有し、かつ微細凹凸形状が倒壊しない回折構造体を形成することができるという効果を奏する。 According to the third aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to form a diffractive structure that has suitable diffraction efficiency and does not collapse the fine uneven shape.
本発明の請求項4に係る発明によれば、一次元回折構造体と二次元回折構造体のアスペクト比が異なることにより、各画素における反射光強度を個別に制御することが可能となるという効果を奏する。 According to the fourth aspect of the present invention, since the aspect ratio of the one-dimensional diffractive structure and the two-dimensional diffractive structure is different, the reflected light intensity in each pixel can be individually controlled. Play.
本発明の請求項5から請求項8に係る発明によれば、可視光波長領域以下の微細凹凸形状の形成方法に光ナノインプリント法や熱ナノインプリント法を適用することが可能となり、表示体形成工程を大幅に短縮することが可能となるという効果を奏する。さらにナノインプリント法により微細凹凸形状を形成した熱可塑性樹脂層、もしくは光硬化性樹脂層の厚みを10μm以下にすることにより、表示体の厚さを薄くすることができるという効果を奏する。 According to the inventions according to claims 5 to 8 of the present invention, it is possible to apply a photo nanoimprint method or a thermal nanoimprint method to a method for forming a fine unevenness in the visible light wavelength region or less, and a display body forming step. There is an effect that it can be greatly shortened. Furthermore, the thickness of the display body can be reduced by making the thickness of the thermoplastic resin layer or the photocurable resin layer formed with fine irregularities by the nanoimprint method 10 μm or less.
本発明の請求項9に係る発明によれば、基材が可視光領域に対して透明であるため、基材を正面から観察した場合は基材の奥側が透けて見え、基材を傾けることで干渉により表示像が肉眼にて確認できる表示体を形成できるという効果を奏する。 According to the invention of claim 9 of the present invention, since the base material is transparent to the visible light region, when the base material is observed from the front, the back side of the base material is seen through and the base material is tilted. Thus, it is possible to form a display body in which a display image can be confirmed with the naked eye due to interference.
以下、本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面を用いながら説明する。図1は本発明の第1の実施形態における表示体を示す図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a display body according to the first embodiment of the present invention.
図1(a)は、本発明の第1の実施形態における表示体1を正面(z軸方向)から観察した場合の概要図である。3行3列に配置した画素領域には、(M,N)=(1,1)、(1,3)、(3,1)、(3,3)にx軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素11が、(M,N)=(1,2)、(2,1)、(2,3)、(3,2)にy軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素12が、(M,N)=(2,2)に周期格子状凹凸形状からなる二次元回折格子パターン画素13が形成されている。また、3行3列の画素数の表示体であるため、肉眼で表示像を観察するためには各画素の1辺は50μm以上であると良い。例えば10,000行10,000列など画素数が多い場合は各画素の1辺を10μm程度にすることで、非常に滑らかな曲線を肉眼で確認することが可能となる。 Fig.1 (a) is a schematic diagram at the time of observing the display body 1 in the 1st Embodiment of this invention from the front (z-axis direction). In the pixel region arranged in 3 rows and 3 columns, periodic lines arranged in the x-axis direction in (M, N) = (1, 1), (1, 3), (3, 1), (3, 3) 1-dimensional diffraction grating pattern pixels 11 having a concavo-convex structure are arranged in the y-axis direction at (M, N) = (1,2), (2,1), (2,3), (3,2) A one-dimensional diffraction grating pattern pixel 12 having a periodic line-like uneven structure is formed, and a two-dimensional diffraction grating pattern pixel 13 having a periodic grating-like uneven shape is formed at (M, N) = (2, 2). Further, since the display body has the number of pixels in 3 rows and 3 columns, one side of each pixel is preferably 50 μm or more in order to observe the display image with the naked eye. For example, when the number of pixels is large such as 10,000 rows and 10,000 columns, it is possible to visually check a very smooth curve by setting one side of each pixel to about 10 μm.
図1(b)は、基材100表面に形成したx軸に対して平行に配列した一次元回折格子パターン画素11の立体概要図である。p1は構造周期であり、d1はパターンの深さを表している。表示体をz軸と平行の方向から観察した場合に、当該回折格子パターン画素11により回折、干渉されて反射した光が肉眼で確認されないためには、p1は400nm以下にする必要がある。また、yz平面において表示体をz軸に対して90°未満の一定の傾きで入射する白色光に対し、当該回折格子パターン画素11により回折、干渉されて反射した光が肉眼で確認されるためには、p1は250nm以上にする必要がある。d1は所望の回折効率を得るように調節可能であるが、d1を大きくすることにより、微細凹凸パターンが倒壊してしまう可能性が高まる。例えばp1=320nm、d1=320nmの一次元回折格子パターンでは、yz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で入射する白色光に対し、反射光を肉眼で確認することができる。微細凹凸形状の形状としては、x軸方向と平行な方向から観察した場合に、例えば矩形凹凸形状でもサインカーブ形凹凸形状でも良い。 FIG. 1B is a three-dimensional schematic diagram of the one-dimensional diffraction grating pattern pixels 11 arranged in parallel to the x-axis formed on the surface of the substrate 100. p1 is the structural period, and d1 represents the depth of the pattern. When the display body is observed from a direction parallel to the z-axis, p1 needs to be 400 nm or less so that the light diffracted, interfered and reflected by the diffraction grating pattern pixel 11 cannot be confirmed with the naked eye. In addition, the white light that is incident on the display body at a constant inclination of less than 90 ° with respect to the z-axis on the yz plane is diffracted and interfered by the diffraction grating pattern pixel 11 so that the reflected light can be confirmed with the naked eye. In this case, p1 needs to be 250 nm or more. Although d1 can be adjusted so as to obtain a desired diffraction efficiency, increasing the value of d1 increases the possibility that the fine concavo-convex pattern will collapse. For example, in a one-dimensional diffraction grating pattern of p1 = 320 nm and d1 = 320 nm, reflected light can be visually confirmed with respect to white light incident in a region of 60 ° to 80 ° with respect to the z axis on the yz plane. . The fine uneven shape may be, for example, a rectangular uneven shape or a sine curve uneven shape when observed from a direction parallel to the x-axis direction.
図1(c)は、y軸に対して平行に配列した一次元回折格子パターン画素12の立体概要図である。例えばp2=320nm、d2=320nmとすると、一次元回折格子パターン画素12は、図1(b)に示したx軸に対して平行に配列した一次元回折格子パターン画素11とはxy平面において90°配列が異なるため、xz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で入射する白色光に対し、反射光を肉眼で確認することができる。 FIG. 1C is a three-dimensional schematic diagram of the one-dimensional diffraction grating pattern pixels 12 arranged in parallel to the y-axis. For example, when p2 = 320 nm and d2 = 320 nm, the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 12 is 90 in the xy plane from the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 11 arranged parallel to the x-axis shown in FIG. Since the arrangement is different, the reflected light can be visually confirmed with respect to white light incident in the region of 60 ° to 80 ° with respect to the z axis on the xz plane.
図1(d)は、xy平面においてx軸、y軸に対してそれぞれ平行に配列した二次元回折格子パターン画素13の立体概要図である。p3xはx軸方向の構造周期、p3yはy軸方向の構造周期である。これらの値は独立して決定することができる。例えばp3x=350nm、p3y=250nmとした場合、yz平面においてz軸に対して70°の傾きを持って入射した白色光に対し観測される反射光の波長よりも、xz平面において表示体をz軸に対して70°の傾きを持って入射した白色光に対し観測される反射光の波長が長くなる。また、図1(d)のようにx軸、y軸に対してそれぞれ平行に配列する場合は、例えば市松模様状に配列しても良い。 FIG. 1D is a three-dimensional schematic diagram of the two-dimensional diffraction grating pattern pixels 13 arranged parallel to the x-axis and the y-axis on the xy plane. p3x is a structural period in the x-axis direction, and p3y is a structural period in the y-axis direction. These values can be determined independently. For example, when p3x = 350 nm and p3y = 250 nm, the display body is z in the xz plane rather than the wavelength of reflected light observed with respect to white light incident with an inclination of 70 ° with respect to the z axis in the yz plane. The wavelength of reflected light observed with respect to white light incident with an inclination of 70 ° with respect to the axis becomes longer. Moreover, when arranging in parallel with respect to the x-axis and the y-axis as shown in FIG. 1D, for example, they may be arranged in a checkered pattern.
例えば、p1=p2=p3x=p3y=320nm、d1=d2=d3=320nmとした場合、蛍光灯などの白色光源下で図1(a)の表示体をyz平面のz軸に対して60°から80°傾けた場合、(M,N)=(1,1)、(1,3)、(2,2)、(3,1)、(3,3)の画素において分光された反射光が観測され、表示像としては×となる。この時観測される反射光は(M,N)=(1,1)、(1,3)、(2,2)、(3,1)、(3,3)全ての画素に対して同じ色となる。また、図1(a)の表示体をxz平面のz軸に対して60°から80°傾けた場合、(M,N)=(1,2)、(2,1)、(2,2)、(2,3)、(3,2)の画素において分光された反射光が観測され、表示像としては+となる。この時観測される反射光は(M,N)=(1,2)、(2,1)、(2,2)、(2,3)、(3,2)全ての画素に対して同じ色となる。 For example, when p1 = p2 = p3x = p3y = 320 nm and d1 = d2 = d3 = 320 nm, the display shown in FIG. 1A is 60 ° with respect to the z-axis of the yz plane under a white light source such as a fluorescent lamp. Reflected from the pixels of (M, N) = (1,1), (1,3), (2,2), (3,1), (3,3) Is observed, and the display image is x. The reflected light observed at this time is the same for all the pixels (M, N) = (1, 1), (1, 3), (2, 2), (3, 1), (3, 3). Become a color. Further, when the display body of FIG. 1A is tilted from 60 ° to 80 ° with respect to the z-axis of the xz plane, (M, N) = (1, 2), (2, 1), (2, 2 ), (2, 3), and (3, 2), the reflected reflected light is observed, and the display image becomes +. The reflected light observed at this time is the same for all the pixels (M, N) = (1, 2), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 2). Become a color.
図1(a)のような表示体を作製するには、可視光波長領域より小さい微細凹凸形状を形成しなければならない。そのためには、例えば荷電粒子線リソグラフィなどの微細加工法を用いると良い。 In order to produce a display as shown in FIG. 1A, it is necessary to form a fine uneven shape smaller than the visible light wavelength region. For this purpose, for example, a fine processing method such as charged particle beam lithography may be used.
例えば、図1(a)の表示体を合成石英ガラス基板上に形成する場合、まず、合成石英ガラス基板表面に、荷電粒子線リソグラフィにおける導電膜、および石英をドライエッチングして加工する際の金属マスクの役割を担うクロム膜を成膜し、クロム膜表面に荷電粒子線リソグラフィ用のレジストを塗布する。次に、該基板に図1(a)に示すパターンを荷電粒子線により描画し、現像を行うことで荷電粒子線用レジストのパターンを形成する。次に、該基板を塩素と酸素の混合プラズマによりドライエッチング処理し、荷電粒子線用レジストパターンをクロム膜に転写する。次に、該基板を例えば六フッ化メタンなどのフッ化炭素プラズマでドライエッチング処理し、クロム膜のパターンを合成石英ガラス基板表面に転写する。パターン深さは該フッ化炭素プラズマでのドライエッチングの処理時間により制御可能である。次に、酸素プラズマなどで基板に付着したレジスト残膜やエッチング副生成物を除去し、クロムエッチング溶液によりクロム残膜を除去すると、表面に図1(a)の表示体1が形成された合成石英ガラス基板を得ることができる。 For example, when the display of FIG. 1A is formed on a synthetic quartz glass substrate, first, a conductive film in charged particle beam lithography and a metal when dry etching the quartz is processed on the surface of the synthetic quartz glass substrate. A chromium film serving as a mask is formed, and a resist for charged particle beam lithography is applied to the surface of the chromium film. Next, a pattern of a charged particle beam resist is formed by drawing the pattern shown in FIG. 1A on the substrate with a charged particle beam and performing development. Next, the substrate is dry-etched with a mixed plasma of chlorine and oxygen to transfer the charged particle beam resist pattern onto the chromium film. Next, the substrate is dry-etched with a fluorocarbon plasma such as hexafluoromethane to transfer the chromium film pattern onto the surface of the synthetic quartz glass substrate. The pattern depth can be controlled by the processing time of dry etching with the fluorocarbon plasma. Next, the resist residual film and etching by-products attached to the substrate are removed by oxygen plasma or the like, and the chromium residual film is removed by a chromium etching solution, whereby the display 1 shown in FIG. 1A is formed on the surface. A quartz glass substrate can be obtained.
また、図1(a)の表示体1において、回折効率を制御するため任意の画素で回折格子パターンの深さを変更する場合は、形成する深さの種類ごとに前記クロム膜の成膜からクロム残膜の除去までの工程を繰り返せばよい。例えば、一次元回折格子パターン深さを二次元回折格子パターン深さのおよそ2倍にしたい場合は、始めに荷電粒子線リソグラフィにより二次回折格子パターン画素のみレジストパターンを形成し、塩素と酸素の混合プラズマでクロム膜へパターン転写し、さらにフッ化炭素プラズマで合成石英ガラス基板表面にパターン転写する。クロム残膜除去処理まで行った後、再び該基板表面にクロム膜を形成し、レジストを塗布する。続いて荷電粒子線リソグラフィにより一次回折格子パターン画素のみレジストパターンを形成し、塩素と酸素の混合プラズマでクロム膜へパターン転写する。続いて、フッ化炭素プラズマによるドライエッチング処理を二次回折格子パターン形成時の2倍の時間実施する。レジスト残膜、エッチング副生成物、クロム残膜を除去すると、一次元回折格子パターン深さを二次元回折格子パターン深さのおよそ2倍である図1(a)に示す表示体が形成された合成石英ガラス基板を得ることができる。 Further, in the display 1 of FIG. 1A, when the depth of the diffraction grating pattern is changed at an arbitrary pixel in order to control the diffraction efficiency, the chromium film is formed for each type of depth to be formed. What is necessary is just to repeat the process until the removal of a chromium residual film | membrane. For example, when the depth of the one-dimensional diffraction grating pattern is desired to be approximately twice the depth of the two-dimensional diffraction grating pattern, first, a resist pattern is formed only on the second-order diffraction grating pattern pixels by charged particle beam lithography, and chlorine and oxygen The pattern is transferred to the chromium film with mixed plasma, and further transferred onto the surface of the synthetic quartz glass substrate with fluorocarbon plasma. After performing the chromium residual film removal process, a chromium film is formed again on the substrate surface, and a resist is applied. Subsequently, a resist pattern is formed only on the primary diffraction grating pattern pixels by charged particle beam lithography, and the pattern is transferred to the chromium film with a mixed plasma of chlorine and oxygen. Subsequently, a dry etching process using fluorocarbon plasma is performed for a time twice as long as that for forming the secondary diffraction grating pattern. When the resist residual film, the etching by-product, and the chromium residual film are removed, the display body shown in FIG. 1A in which the one-dimensional diffraction grating pattern depth is approximately twice the two-dimensional diffraction grating pattern depth is formed. A synthetic quartz glass substrate can be obtained.
(第二の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態について図面を用いながら説明する。図2は本発明の第2の実施形態における表示体である。
(Second embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 shows a display body according to the second embodiment of the present invention.
図2(a)は、本発明の第2の実施形態における表示体2を正面(z軸方向)から観察した場合の概要図である。10行8列に配置した画素領域には、(M,N)=(4,8)、(4,9)、(5,8)、(5,9)、(6,8)、(7,2)、(7,7)、(7,8)にx軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素14が、(M,N)=(2,9)、(4,2)、(4,3)、(4,6)、(4,7)、(5,2)、(5,3)、(5,6)、(5,7)にy軸方向に配列した周期線状凹凸構造からなる一次元回折格子パターン画素15が、(M,N)=(2,2)、(2,3)、(2,4)、(2,5)、(2,6)、(2,7)、(2,8)、(3,2)、(3,3)、(3,4)、(3,5)、(3,6)、(3,7)、(3,8)、(3,9)、(6,2)、(6,3)、(6,4)、(6,5)、(6,6)、(6,7)、(7,3)、(7,4)、(7,5)、(7,6)に周期格子状凹凸形状からなる二次元回折格子パターン画素16が、さらに上記以外の画素領域には一次元回折格子パターン画素15とは構造周期が異なるy軸方向に配列した一次元回折格子パターン画素17が形成されている。10行8列の画素数の表示体であるため、肉眼で表示像を観察するためには各画素の1辺は50μm以上あると良い。 Fig.2 (a) is a schematic diagram at the time of observing the display body 2 in the 2nd Embodiment of this invention from the front (z-axis direction). Pixel regions arranged in 10 rows and 8 columns include (M, N) = (4, 8), (4, 9), (5, 8), (5, 9), (6, 8), (7 , 2), (7, 7), (7, 8), the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 14 having a periodic line-shaped uneven structure arranged in the x-axis direction is represented by (M, N) = (2, 9), (4,2), (4,3), (4,6), (4,7), (5,2), (5,3), (5,6), (5,7) A one-dimensional diffraction grating pattern pixel 15 composed of periodic line-shaped concavo-convex structures arranged in a direction has (M, N) = (2,2), (2,3), (2,4), (2,5), (2,6), (2,7), (2,8), (3,2), (3,3), (3,4), (3,5), (3,6), (3 , 7), (3, 8), (3, 9), (6, 2), (6, 3), (6, 4), (6, 5), (6, 6), 6, 7), (7, 3), (7, 4), (7, 5), and (7, 6) are two-dimensional diffraction grating pattern pixels 16 having a periodic grating-like uneven shape, and pixels other than those described above. In the region, a one-dimensional diffraction grating pattern pixel 17 arranged in the y-axis direction having a different structure period from the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 15 is formed. Since the display body has 10 rows and 8 columns, it is preferable that one side of each pixel is 50 μm or more in order to observe a display image with the naked eye.
一次元回折格子パターン画素14においては、yz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で入射する白色光に対し、回折格子パターン表面における反射光を肉眼で確認することができるように、構造周期320nm、深さ320nmとする。 In the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 14, the reflected light on the surface of the diffraction grating pattern can be visually confirmed with respect to white light incident within a region of 60 ° to 80 ° with respect to the z axis on the yz plane. The structure period is 320 nm and the depth is 320 nm.
一次元回折格子パターン画素15においては、xz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で入射する白色光に対し、回折格子パターン表面における反射光を肉眼で確認することができるように、構造周期320nm、深さ320nmとする。 In the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 15, the reflected light on the surface of the diffraction grating pattern can be visually confirmed with respect to white light incident in the region of 60 ° to 80 ° with respect to the z axis on the xz plane. The structure period is 320 nm and the depth is 320 nm.
二次元回折格子パターン画素16においては、yz平面、xz平面のそれぞれにおいてz軸に対して60°から80°の領域内で入射する白色光に対し、一次元回折格子パターン画素14、および15と同じ単色に分光された反射光を肉眼で確認することができるように、x軸方向、y軸方向ともに構造周期320nmとし、深さは320nmとする。 In the two-dimensional diffraction grating pattern pixel 16, the one-dimensional diffraction grating pattern pixels 14 and 15 for white light incident in the region of 60 ° to 80 ° with respect to the z-axis in each of the yz plane and the xz plane, The structural period is 320 nm and the depth is 320 nm in both the x-axis direction and the y-axis direction so that the reflected light split into the same single color can be confirmed with the naked eye.
一次元回折格子パターン画素17においては、xz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で入射する白色光に対し、回折格子パターン表面における反射光を肉眼で確認することができないように、構造周期160nm、深さ320nmとする。 In the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 17, the reflected light on the surface of the diffraction grating pattern cannot be visually confirmed with respect to white light incident in the region of 60 ° to 80 ° with respect to the z axis on the xz plane. The structure period is 160 nm and the depth is 320 nm.
一次元回折格子パターン画素14、15、17、および二次元回折格子パターン画素16で構成された表示体2を、蛍光灯などの白色光の下でyz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で傾けると、一次元回折格子パターン画素14と二次元回折格子パターン画素16の画素領域でのみ、回折格子パターンにより分光された反射光を観察することができ、表示像としてはUの文字となる。 The display body 2 composed of the one-dimensional diffraction grating pattern pixels 14, 15, 17 and the two-dimensional diffraction grating pattern pixel 16 is 60 ° to 80 ° with respect to the z axis in the yz plane under white light such as a fluorescent lamp. When tilted within the region of °, the reflected light dispersed by the diffraction grating pattern can be observed only in the pixel areas of the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 14 and the two-dimensional diffraction grating pattern pixel 16. It becomes the character.
一次元回折格子パターン画素14、15、17、および二次元回折格子パターン画素16で構成された表示体2を、蛍光灯などの白色光の下でxz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で傾けると、一次元回折格子パターン画素15と二次元回折格子パターン画素16の画素領域でのみ、回折格子パターンにより分光された反射光を観察することができ、表示像としてはPの文字となる。一方、一次元回折格子パターン画素17で形成された回折格子パターンの配列は、一次元回折格子パターン画素15と同じであるが、構造周期が160nmであるため、xz平面においてz軸に対して60°から80°の領域内で傾けても、可視光波長領域の反射光は観察されない。しかしながら微細な凹凸形状が形成されていることから、表示体2を傾けずに正面から観察した場合、肉眼では全ての画像領域で一様に見える。そのため、傾ける方向によりU乃至Pの文字だけがコントラスト良く表示される表示体を得ることができる。 The display body 2 composed of the one-dimensional diffraction grating pattern pixels 14, 15, 17 and the two-dimensional diffraction grating pattern pixel 16 is 60 ° to 80 ° with respect to the z axis in the xz plane under white light such as a fluorescent lamp. When tilted within the region of °, the reflected light dispersed by the diffraction grating pattern can be observed only in the pixel areas of the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 15 and the two-dimensional diffraction grating pattern pixel 16, and the display image is P It becomes the character. On the other hand, the arrangement of the diffraction grating pattern formed by the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 17 is the same as that of the one-dimensional diffraction grating pattern pixel 15, but since the structural period is 160 nm, it is 60 with respect to the z axis in the xz plane. Even if it is tilted within the range of 80 ° to 80 °, reflected light in the visible light wavelength region is not observed. However, since the fine concavo-convex shape is formed, when viewed from the front without tilting the display body 2, it looks uniform in all image areas with the naked eye. Therefore, it is possible to obtain a display body in which only the characters U to P are displayed with good contrast depending on the tilting direction.
図2(a)のような表示体2を得るためには、第一の実施形態と同様に基材表面を微細加工する方法があるが、生産効率を高めるため、第二の実施形態では熱ナノインプリント法を適用する。 In order to obtain the display body 2 as shown in FIG. 2 (a), there is a method of finely processing the substrate surface as in the first embodiment. Apply the nanoimprint method.
まず、熱ナノインプリント用のモールドを得るために、シリコン基板上に各画素に対応する一次元乃至二次元の回折格子パターンを形成する。形成するパターンの構造周期が可視光波長領域よりも小さいため、例えば荷電粒子線リソグラフィなどの微細加工技術を用いる必要がある。 First, in order to obtain a mold for thermal nanoimprinting, a one-dimensional or two-dimensional diffraction grating pattern corresponding to each pixel is formed on a silicon substrate. Since the structure period of the pattern to be formed is smaller than the visible light wavelength region, it is necessary to use a fine processing technique such as charged particle beam lithography.
次に、シリコン基板上に、荷電粒子線リソグラフィ用のレジストを塗布し、荷電粒子線にて回折格子パターンを描画する。描画するパターンについて、表示体がモールドから奇数回の転写で得られる転写体の場合は、モールドであるシリコン基板上に形成する各画素の配列はx軸に対して反転(図2(a)において左右が反転)している必要がある。さらに各画素に形成する回折格子パターンは、凹凸形状を反転しなくてはならない。一方、表示体がモールドから偶数回の転写で得られる転写体の場合は、シリコン基板上に形成するパターンは表示体2のパターンと同じである。 Next, a resist for charged particle beam lithography is applied on a silicon substrate, and a diffraction grating pattern is drawn with the charged particle beam. For the pattern to be drawn, when the display body is a transfer body obtained by an odd number of transfers from the mold, the arrangement of each pixel formed on the silicon substrate that is the mold is reversed with respect to the x-axis (in FIG. 2A). The left and right must be reversed. Further, the diffraction grating pattern formed on each pixel must be inverted in the concavo-convex shape. On the other hand, when the display body is a transfer body obtained by even-numbered transfer from the mold, the pattern formed on the silicon substrate is the same as the pattern of the display body 2.
次に、荷電粒子線描画を行なった前記シリコン基板を現像し、回折格子パターンの凹凸形状が反転した荷電粒子線リソグラフィ用レジストパターンを得る。 Next, the silicon substrate on which the charged particle beam has been drawn is developed to obtain a resist pattern for charged particle beam lithography in which the uneven shape of the diffraction grating pattern is reversed.
次に、荷電粒子線リソグラフィ用レジストパターンが形成された前記シリコン基板を、六フッ化硫黄やパーフルオロシクロブタンなどのプラズマを用いてドライエッチング処理し、荷電粒子線リソグラフィ用レジストパターンを該シリコン基板表面に転写する。当該ドライエッチング処理時間によりモールドの回折格子パターンの深さが決まる。 Next, the silicon substrate on which the charged particle beam lithography resist pattern is formed is dry-etched using a plasma such as sulfur hexafluoride or perfluorocyclobutane, and the charged particle beam lithography resist pattern is applied to the surface of the silicon substrate. Transcript to. The depth of the diffraction grating pattern of the mold is determined by the dry etching processing time.
次に、ドライエッチング処理を実施した前記シリコン基板上のレジスト残膜を除去するため、酸素プラズマによるアッシング処理を実施する。さらに基板表面に付着した異物等を除去するため、アンモニア水に過酸化水素水を混合した溶液に該シリコン基板を浸漬し、超音波を印加し、異物除去洗浄を行なう。以上の工程により熱ナノインプリント用のシリコン基板モールドが得られる。 Next, in order to remove the residual resist film on the silicon substrate subjected to the dry etching process, an ashing process using oxygen plasma is performed. Further, in order to remove foreign substances and the like adhering to the substrate surface, the silicon substrate is immersed in a solution obtained by mixing aqueous hydrogen peroxide with ammonia water, and ultrasonic waves are applied to perform foreign substance removal cleaning. Through the above steps, a silicon substrate mold for thermal nanoimprinting is obtained.
このようにして得られたシリコン基板モールドの前記シリコン基板表面には、表示体2と同じか、もしくは表示体2の各画素の配列がx軸に対して反転しており、回折格子パターンの凹凸形状が反転したパターンが形成されている。このため、当該シリコン基板モールドを用いた熱ナノインプリント法により得られる表示体2は、基材表面を微細加工することにより得られる表示体2と同様の視覚効果がある表示体として機能する。 The silicon substrate surface of the silicon substrate mold obtained in this way is the same as the display body 2 or the arrangement of the pixels of the display body 2 is inverted with respect to the x-axis, and the unevenness of the diffraction grating pattern A pattern having an inverted shape is formed. For this reason, the display body 2 obtained by the thermal nanoimprint method using the silicon substrate mold functions as a display body having the same visual effect as the display body 2 obtained by finely processing the substrate surface.
次に、このシリコン基板モールドを用いた熱ナノインプリント法について説明する。
まず、シリコン基板モールドの基材101表面に熱可塑性樹脂を塗布し、ホットプレート等で該熱可塑性樹脂のガラス転位温度以上まで加熱する。熱可塑性樹脂が十分に軟化した後、前記シリコン基板モールドに押しあて、基材101ごと冷却し、熱可塑性樹脂を硬化させる。基材101からシリコン基板モールドを引き離すと、断面図が図2(b)で示される、基材101上に該シリコン基板モールドのパターンが転写された熱可塑性樹脂層31が形成された表示体を得ることができる。この方法により、基材101の表面に熱可塑性樹脂層31が形成された表示体2を簡便に複製することが可能となる。
Next, a thermal nanoimprint method using this silicon substrate mold will be described.
First, a thermoplastic resin is applied to the surface of the base material 101 of the silicon substrate mold, and heated to a glass transition temperature or higher of the thermoplastic resin with a hot plate or the like. After the thermoplastic resin is sufficiently softened, it is pressed against the silicon substrate mold and cooled together with the base material 101 to cure the thermoplastic resin. When the silicon substrate mold is pulled away from the base material 101, a cross-sectional view is shown in FIG. 2B, and the display body in which the thermoplastic resin layer 31 on which the pattern of the silicon substrate mold is transferred is formed on the base material 101 is formed. Can be obtained. By this method, the display body 2 in which the thermoplastic resin layer 31 is formed on the surface of the substrate 101 can be easily replicated.
本実施形態において、基材101を構成する材料は限定されないが、例えば、ガラス転位温度が80℃であるポリエチレンテレフタラートを基材として用いる場合、少なくとも熱可塑性樹脂31のガラス転位温度は80℃未満でなくてはならない。 In this embodiment, although the material which comprises the base material 101 is not limited, For example, when using a polyethylene terephthalate whose glass transition temperature is 80 degreeC as a base material, the glass transition temperature of the thermoplastic resin 31 is less than 80 degreeC at least. It must be.
図2(b)の断面図に示す熱可塑性樹脂層31の厚さは、形成するパターンの高さにより制限される。但し、形成したパターンの倒壊を防止するため、凹凸パターンの底面に樹脂を残す必要がある。これをナノインプリント樹脂の残膜と呼ぶ。よって、熱可塑性樹脂層31の厚さとしては回折格子パターン深さにインプリント樹脂の残膜の厚さを加えた値となる。例えば、本実施形態においては回折格子パターンの深さは320nmであるため、塗布する熱可塑性樹脂を500nm程度にすることでパターン倒壊のない良好な表示体を得ることができる。白色光源の下で該表示体を傾けて表示される表示像は、該熱可塑性樹脂層31表面での反射によるものである。よって、表示像を表示するのは熱可塑性樹脂層31であるため、例えば基材101の厚みが1μmであるならば、該熱可塑性樹脂層31の厚みを500μmとすると、表示体の厚みは合計1.5μm程度となる。 The thickness of the thermoplastic resin layer 31 shown in the cross-sectional view of FIG. 2B is limited by the height of the pattern to be formed. However, in order to prevent the formed pattern from collapsing, it is necessary to leave resin on the bottom surface of the uneven pattern. This is called the remaining film of the nanoimprint resin. Therefore, the thickness of the thermoplastic resin layer 31 is a value obtained by adding the thickness of the remaining imprint resin film to the diffraction grating pattern depth. For example, in this embodiment, since the depth of the diffraction grating pattern is 320 nm, a good display body without pattern collapse can be obtained by setting the applied thermoplastic resin to about 500 nm. A display image displayed by tilting the display body under a white light source is due to reflection on the surface of the thermoplastic resin layer 31. Therefore, since it is the thermoplastic resin layer 31 that displays the display image, for example, if the thickness of the substrate 101 is 1 μm, the thickness of the display body is the total when the thickness of the thermoplastic resin layer 31 is 500 μm. It becomes about 1.5 μm.
以下、本発明の実施例について説明する。
まず、紫外線ナノインプリントモールド用石英ガラス基板(以下、石英ガラス基板と称する)を用意し、該石英ガラス基板表面に膜厚50nmのクロム膜をスパッタリングにより形成した。スパッタリングに用いたクロムターゲットは純度99.995%である。スパッタチャンバ内にArを100sccm導入し、スパッタチャンバ内の圧力0.3Paとした。DC電源より500Wの電力をターゲット下部の電極へ印加し、プラズマ放電させ、Cr膜を成膜した。
Examples of the present invention will be described below.
First, a quartz glass substrate for ultraviolet nanoimprint mold (hereinafter referred to as a quartz glass substrate) was prepared, and a chromium film having a thickness of 50 nm was formed on the surface of the quartz glass substrate by sputtering. The chromium target used for sputtering has a purity of 99.995%. 100 sccm of Ar was introduced into the sputtering chamber, and the pressure in the sputtering chamber was 0.3 Pa. A 500 W electric power was applied to the electrode under the target from a DC power source, and plasma discharge was performed to form a Cr film.
次に、前記スパッタリングによる成膜を実施した石英ガラス基板の最表面に、電子線リソグラフィ用のポジ型レジストFEP171(富士フィルムエレクトロニクスマテリアル社製)を塗布し、膜厚250nmのレジスト層を形成した。 Next, positive resist FEP171 (manufactured by Fuji Film Electronics Material) for electron beam lithography was applied to the outermost surface of the quartz glass substrate on which film formation by sputtering was performed, thereby forming a resist layer having a film thickness of 250 nm.
次に、前記レジスト層を形成した石英ガラス基板に、可変成型ビーム方式の電子線により図3に示すパターンを描画した。各画素は一辺が1mmの正方形とした。電子線照射のドーズ量は10μC/cm2とし、ポストエクスポージャーベークは100℃に加熱したホットプレートで10分間実施した。現像液にTMAH水溶液、リンス液には純水を用いた。 Next, the pattern shown in FIG. 3 was drawn on the quartz glass substrate on which the resist layer was formed, using a variable shaped beam type electron beam. Each pixel was a square with a side of 1 mm. The dose of electron beam irradiation was 10 μC / cm 2, and post-exposure baking was performed for 10 minutes on a hot plate heated to 100 ° C. A TMAH aqueous solution was used as a developing solution, and pure water was used as a rinsing solution.
次に、前記最表面にレジスト膜からなる繰り返し線状パターンが形成された石英ガラス基板に、塩素と酸素の混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、レジストパターンをCr膜に転写した。該エッチング処理にはICPドライエッチング装置を適用した。塩素を50sccm、酸素を10sccm導入し、プラズマチャンバ内の圧力を1Paに設定後、ICPパワー500W、RIEパワー50Wを印加し、プラズマ放電させた。 Next, an etching process using plasma using a mixed gas of chlorine and oxygen was performed on the quartz glass substrate having a repetitive linear pattern formed of a resist film on the outermost surface, and the resist pattern was transferred to the Cr film. An ICP dry etching apparatus was applied to the etching process. After introducing 50 sccm of chlorine and 10 sccm of oxygen and setting the pressure in the plasma chamber to 1 Pa, ICP power 500 W and RIE power 50 W were applied to cause plasma discharge.
次に、前記Cr膜に繰り返し線状パターンが形成された石英ガラス基板に、六フッ化エタンとヘリウムの混合ガスを用いたプラズマによるエッチング処理を実施し、繰り返し線状パターンを石英ガラス基板に転写した。該エッチング処理にはICPドライエッチング装置を適用した。六フッ化エタンとヘリウムを50sccmずつ導入し、プラズマチャンバ内の圧力を1Paに設定後、ICPパワー500W、RIEパワー200Wを印加し、プラズマ放電させた。 Next, the quartz glass substrate having the repeated linear pattern formed on the Cr film is subjected to etching using plasma using a mixed gas of ethane hexafluoride and helium, and the repeated linear pattern is transferred to the quartz glass substrate. did. An ICP dry etching apparatus was applied to the etching process. Ethane hexafluoride and helium were introduced at 50 sccm at a time, the pressure in the plasma chamber was set to 1 Pa, and then ICP power 500 W and RIE power 200 W were applied to cause plasma discharge.
次に、(N−メチル−2−ピロリドン)、MEA(モノエタノールアミン)などを用いた有機洗浄、硝酸2アンモニウムセリウムと硝酸の混合水溶液による残存Cr膜の除去、さらにアンモニア水と過酸化水素水の混液などを用いたアルカリ洗浄を行ない、図3の画素パターンが形成された紫外線ナノインプリントモールド基板を得た。 Next, organic cleaning using (N-methyl-2-pyrrolidone), MEA (monoethanolamine), etc., removal of residual Cr film with a mixed aqueous solution of diammonium cerium nitrate and nitric acid, and aqueous ammonia and hydrogen peroxide An alkali nano-cleaning using a mixed solution of the above was performed to obtain an ultraviolet nanoimprint mold substrate on which the pixel pattern of FIG. 3 was formed.
次に、前記紫外線ナノインプリントモールド基板(以下、モールド基板と称する)の表面に、離型剤としてオプツールHD−1100Z(ダイキン工業製)を塗布した。 Next, OPTOOL HD-1100Z (manufactured by Daikin Industries) was applied as a release agent to the surface of the ultraviolet nanoimprint mold substrate (hereinafter referred to as a mold substrate).
次に、膜厚500nmの光硬化性樹脂PAK−01(東洋合成工業製)が表面に塗布された厚さ50μmポリエチレンテレフタラート(PET)基板表面と、離型剤が塗布されたモールド基板表面を接触させ、2MPaの圧力をかけ、モールド基板の裏面より波長365nmの紫外光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させた。該処理は室温で行い、紫外光の露光量は100mJ/cm2とした。 Next, a 50 μm thick polyethylene terephthalate (PET) substrate surface coated with a 500 nm-thick photocurable resin PAK-01 (manufactured by Toyo Gosei Kogyo) and a mold substrate surface coated with a release agent A pressure of 2 MPa was applied, and ultraviolet light having a wavelength of 365 nm was irradiated from the back surface of the mold substrate to cure the photocurable resin. The treatment was performed at room temperature, and the exposure amount of ultraviolet light was 100 mJ / cm 2 .
次に、光硬化性樹脂が表面に塗布されたPET基板を離型剤が塗布されたモールド基板から剥離し、パターンが転写されたPETを得た。 Next, the PET substrate on which the photocurable resin was applied was peeled from the mold substrate on which the release agent was applied to obtain PET on which the pattern was transferred.
次に、前記PET基板を、蛍光灯照明下にて観察した。PET基板を正面から観察した場合、画素形成領域と画素未形成領域を比較すると、画素形成領域にて表面反射が低減されていることが確認されたが、画素未形成領域内は一様な外観であり、肉眼にて表示像は確認されなかった。次に図3に示すxy座標系において、y軸方向にPET基板を一定角度傾けると2つのPの文字が画素形成領域内に表示された。左側のP文字が青色で観察できる角度では右側のP文字は黄緑色であった。さらに、図3に示すxy座標系において、x軸方向にPET基板を一定角度傾けると2つのKの文字が画素形成領域内に表示された。左側のK文字が青色で観察できる角度では右側のK文字は黄緑色であった。さらにPET基板を湾曲させた場合も、湾曲させた方向に応じて同じ表示が確認できた。 Next, the PET substrate was observed under fluorescent lamp illumination. When the PET substrate was observed from the front, it was confirmed that the surface reflection was reduced in the pixel formation region when the pixel formation region and the pixel non-formation region were compared. The displayed image was not confirmed with the naked eye. Next, in the xy coordinate system shown in FIG. 3, when the PET substrate is tilted at a certain angle in the y-axis direction, two P characters are displayed in the pixel formation region. At an angle at which the left P character can be observed in blue, the right P character was yellowish green. Further, in the xy coordinate system shown in FIG. 3, when the PET substrate is tilted at a certain angle in the x-axis direction, two K characters are displayed in the pixel formation region. At an angle at which the left K letter can be observed in blue, the right K letter was yellow-green. Further, when the PET substrate was curved, the same display could be confirmed according to the curved direction.
本発明は、肉眼での真偽判別などに好適な微細凹凸回折構造体を有する表示体等に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a display body having a fine uneven diffraction structure suitable for authenticity determination with the naked eye.
1、2・・・表示体
11、12、14、15、17・・・一次元回折格子パターン画素
13、16・・・二次元回折格子パターン画素
31・・・熱可塑性樹脂層
100、101・・・基材
1, 2, ... Display bodies 11, 12, 14, 15, 17 ... One-dimensional diffraction grating pattern pixels 13, 16 ... Two-dimensional diffraction grating pattern pixels 31 ... Thermoplastic resin layers 100, 101, ··Base material
Claims (9)
少なくとも一辺が10μm以上である複数の画素がマトリックス状に配置された画素領域が形成された表示体において、
少なくとも
構造周期が250nm以上400nm以下の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素と、
構造周期が250nm以上400nm以下の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素と、
が前記画素領域内に形成され、
前記一次元回折構造体で形成された画素は、線状凹凸構造の凹凸配列方向が異なる2種類以上の画素を含み、
前記線状凹凸構造の凹凸配列方向が、少なくとも前記二次元回折構造体の格子状凹凸構造の複数の凹凸配列方向のいずれかと平行である、
ことを特徴とする表示体。 On the substrate surface,
In at least one side a plurality of pixels is 1 0 [mu] m or more pixel regions arranged in a matrix formed display member,
A pixel formed of a one-dimensional diffractive structure having a linear concavo-convex structure having at least a structural period of 250 nm to 400 nm;
A pixel formed of a two-dimensional diffractive structure having a lattice-shaped uneven structure having a structure period of 250 nm to 400 nm;
Is formed in the pixel region,
The pixel formed of the one-dimensional diffractive structure includes two or more types of pixels having different concavo-convex arrangement directions of the linear concavo-convex structure,
The concavo-convex arrangement direction of the linear concavo-convex structure is parallel to at least one of the plurality of concavo-convex arrangement directions of the lattice-like concavo-convex structure of the two-dimensional diffraction structure,
A display body characterized by that.
構造周期が50nm以上250nm未満の線状凹凸構造からなる一次元回折構造体で形成された画素、
または構造周期が50nm以上250nm未満の格子状凹凸構造からなる二次元回折構造体で形成された画素、
のいずれかがさらに含まれていること、
を特徴とする、請求項1記載の表示体。 A one-dimensional diffractive structure comprising a linear concavo-convex structure having at least a structural period of 50 nm or more and less than 250 nm in a display having a pixel formed of the one-dimensional diffractive structure and a pixel formed of the two-dimensional diffractive structure. Pixels formed by,
Or a pixel formed of a two-dimensional diffractive structure composed of a lattice-shaped concavo-convex structure having a structural period of 50 nm or more and less than 250 nm,
That one of the
The display body according to claim 1, wherein:
前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された熱可塑性樹脂層が形成されていること、
を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の表示体。 On the substrate
A thermoplastic resin layer in which a pixel region including a pixel made of the one-dimensional diffractive structure and a pixel made of the two-dimensional diffractive structure is formed;
The display body according to claim 1, wherein:
前記一次元回折構造体からなる画素および前記二次元回折構造体からなる画素を含む画素領域が形成された光硬化性樹脂層が形成されていること、
を特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の表示体。 On the substrate
A photocurable resin layer in which a pixel region including a pixel made of the one-dimensional diffractive structure and a pixel made of the two-dimensional diffractive structure is formed;
The display body according to claim 1, wherein:
全可視光波長領域に対して80%以上を透過する材料で構成されることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の表示体。 The display body according to claim 1, wherein the base material is made of a material that transmits 80% or more of the entire visible light wavelength region.
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