(57)【要約】【課題】波長選択性を高めることのできる波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法を提供する。【解決手段】波長選択フィルタ１０において、第１高屈折率部１３ａの厚さをＴ１、第２高屈折率部１５ａの厚さをＴ２、高屈折率層１８の材料の屈折率をｎ１、凹凸構造層１７の材料の屈折率をｎ２、埋込層１９の材料の屈折率をｎ３、第１高屈折率部１３ａの面積比率をＲ１、第２高屈折率部１５ａの面積比率を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、０．７以上１．３以下である。【選択図】図１
2020139972.tif 000002
【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、サブ波長周期で互いに離間しつつ二次元格子状に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する第１高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置する第２高屈折率部を含む前記高屈折率層と、
前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めている埋込層と、を備え、
前記第１高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２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、前記埋込層の材料の屈折率をｎ３、
前記第１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高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２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、０．７以上１．３以下である
波長選択フィルタ。
【請求項２】
前記高屈折率層は、前記第１高屈折率部と前記第２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側部高屈折率部を含み、
前記側部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側部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１に記載の波長選択フィルタ。
【請求項３】
前記高屈折率層は、前記第１高屈折率部と前記第２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側部高屈折率部を含み、
前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第２高屈折率部は、前記側部高屈折率部の外側まで広がる
請求項１または２に記載の波長選択フィルタ。
【請求項４】
Ｔ１＝Ｔ２、ｎ２＝ｎ３、かつ、Ｒ１＝Ｒ２が満たされている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択フィルタ。
【請求項５】
前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部と、これらの高屈折率部を取り囲む低屈折率領域とから構成される部分が共鳴構造部であり、
前記波長選択フィルタは、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を備える
請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長選択フィルタ。
【請求項６】
前記複数の共鳴構造部には、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが含まれ、前記第１共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期と、前記第２共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期とは、一致している
請求項５に記載の波長選択フィルタ。
【請求項７】
前記第１共鳴構造部での前記第１パラメータに対する前記第２パラメータの比と、前記第２共鳴構造部での前記第１パラメータに対する前記第２パラメータの比とは、一致している
請求項６に記載の波長選択フィルタ。
【請求項８】
前記複数の共鳴構造部には、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが含まれ、前記第１共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期と、前記第２共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期とは、互いに異なる
請求項５に記載の波長選択フィルタ。
【請求項９】
第１低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で互いに離間しつつ二次元格子状に並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を形成することによって、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する第１高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置する第２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、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めることにより埋込層を形成する第３工程と、を含み、
前記第１高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２高屈折率部の厚さをＴ２、
前記高屈折率材料の屈折率をｎ１、前記第１低屈折率材料の屈折率をｎ２、前記第２低屈折率材料の屈折率をｎ３、
前記第１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高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２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、０．７以上１．３以下となるように、各層を形成する
波長選択フィルタの製造方法。
【請求項１０】
前記第２工程では、前記高屈折率層が、前記第１高屈折率部と前記第２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側部高屈折率部を含み、前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第２高屈折率部が前記側部高屈折率部の外側まで広がるように、物理気相成長法を用いて前記高屈折率層を形成する
請求項９に記載の波長選択フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の微細な構造に起因した光学現象を利用して光を選別するフィルタとして、導波モード共鳴現象を利用した波長選択フィルタが提案されている。この波長選択フィルタは、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、入射側空間への回折光の射出が抑えられる一方で、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。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のカラーフィルタは、基板上にサブ波長格子を構成する複数の凸部が配置された構造を有する。しかしながら、こうした構造において、取り出される光の強度を高めるため、すなわち、波長選択性に優れた反射光を得るためには、特許文献１に記載のように、基板を合成石英から形成し、かつ、凸部をシリコンから形成することにより、基板と凸部との屈折率差を大きく確保して、光の多重反射による損失を小さくすることが望ましい。そのためには、合成石英からなる基板上に単結晶のＳｉが形成されたＳＯＱ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｑｕａｒｔｚ）基板を用いる必要があるため、製造コストの増大が生じる。
【０００４】
これに対し、特許文献２に記載の波長選択素子は、基板と、サブ波長格子を構成する凸部との間に、基板を構成する材料よりも屈折率の高い材料から構成された導波層を有している。こうした構造によれば、凸部と導波層とが樹脂から形成されている場合でも、多重反射する光を導波層内に伝播させることにより、反射光の波長選択性が高められる。また、凸部と導波層とを樹脂から形成する方法として、ナノインプリント法を用いることが可能であるため、材料費を低減しつつ簡便に製造が可能であり、製造コストの削減もできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５０２３３２４号明細書
【特許文献２】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】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の構造において、導波層における光の伝播モードは、主に導波層の厚みと光の波長とによって決まるため、所望の波長域の光を導波層内で多重反射させて共鳴を起こすには、導波層の膜厚を精密に制御する必要がある。微細な周期の凸部に加えて、精密な膜厚の導波層を形成することは、波長選択フィルタの製造に際しての負荷が大きい。例えば、凸部と導波層とをナノインプリント法を用いて形成する場合には、基材上に塗工された樹脂材料のなかで、凸部を形成するために樹脂材料に押し付けられた凹版と基材との間に挟まれた残膜部分が導波層となるため、導波層の膜厚の精密な制御が困難である。それゆえ、導波モード共鳴現象を利用した波長選択フィルタにおいて、波長選択性を高めるための構造には、なお改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、取り出される光の強度を高めることのできる波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタ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】
【０００８】
上記課題を解決する波長選択フィルタは、凸部または凹部である凹凸要素であって、サブ波長周期で互いに離間しつつ二次元格子状に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する第１高屈折率部、および、前記凹凸構造の頂部に位置する第２高屈折率部を含む前記高屈折率層と、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めている埋込層と、を備え、前記第１高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２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、前記埋込層の材料の屈折率をｎ３、前記第１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高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２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、０．７以上１．３以下である。
【０００９】
上記構成によれば、厚さ方向と直交する断面に沿う格子領域であって、第１高屈折率部を含む格子領域と、第２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、１つの格子領域のみを有する波長選択フィルタと比較して、反射光として取り出される光の強度が高められる。
【００１０】
上記構成において、前記高屈折率層は、前記第１高屈折率部と前記第２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側部高屈折率部を含み、前記側部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側部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。
【００１１】
上記構成において、前記高屈折率層は、前記第１高屈折率部と前記第２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側部高屈折率部を含み、前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第２高屈折率部は、前記側部高屈折率部の外側まで広がってもよい。
【００１２】
上記各構成によれば、側部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。
【００１３】
上記構成において、Ｔ１＝Ｔ２、ｎ２＝ｎ３、かつ、Ｒ１＝Ｒ２が満たされていてもよい。
上記構成によれば、２つの格子領域にて、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一致する。それゆえ、反射光として取り出される光の強度が特に高められる。
【００１４】
上記構成において、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部と、これらの高屈折率部を取り囲む低屈折率領域とから構成される部分が共鳴構造部であり、前記波長選択フィルタは、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を備えてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、波長選択フィルタが４つ以上の格子領域を備えるため、反射光として取り出される光の強度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。
【００１６】
上記構成において、前記複数の共鳴構造部には、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが含まれ、前記第１共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期と、前記第２共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期とは、一致していてもよい。
【００１７】
上記構成によれば、第１共鳴構造部が含む格子領域と第２共鳴構造部が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、４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、反射光として取り出される光の強度がより高められる。
【００１８】
上記構成において、前記第１共鳴構造部での前記第１パラメータに対する前記第２パラメータの比と、前記第２共鳴構造部での前記第１パラメータに対する前記第２パラメータの比とは、一致していてもよい。
【００１９】
上記構成によれば、４つの格子領域において、上記パラメータである光学膜厚のばらつきが小さくなり、すなわち、各格子領域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、反射光として取り出される光の強度がより高められる。
【００２０】
上記構成において、前記複数の共鳴構造部には、第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とが含まれ、前記第１共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期と、前記第２共鳴構造部が有する前記凹凸要素の配列の周期とは、互いに異なってもよい。
【００２１】
上記構成によれば、第１共鳴構造部が含む格子領域と第２共鳴構造部が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互いに異なる。したがって、波長選択フィルタにて、格子領域が１つである場合と比較して反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。
【００２２】
上記課題を解決する波長選択フィルタの製造方法は、第１低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で互いに離間しつつ二次元格子状に並ぶ複数の凸部または凹部である凹凸要素を形成することによって、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する第１高屈折率部と、前記凹凸構造の頂部に位置する第２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、前記高屈折率層の表面の凹凸を埋めることにより埋込層を形成する第３工程と、を含み、前記第１高屈折率部の厚さをＴ１、前記第２高屈折率部の厚さをＴ２、前記高屈折率材料の屈折率をｎ１、前記第１低屈折率材料の屈折率をｎ２、前記第２低屈折率材料の屈折率をｎ３、前記第１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高屈折率部が占める面積比率をＲ１、前記第２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、０．７以上１．３以下となるように、各層を形成する。
【００２３】
上記製法によれば、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、反射光として取り出される光の強度が高められた波長選択フィルタを製造することができる。したがって、こうした波長選択フィルタを容易に製造することができる。
【００２４】
上記製法において、前記第２工程では、前記高屈折率層が、前記第１高屈折率部と前記第２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側部高屈折率部を含み、前記高屈折率層の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第２高屈折率部が前記側部高屈折率部の外側まで広がるように、物理気相成長法を用いて前記高屈折率層を形成してもよい。
【００２５】
上記製法によれば、凹凸要素の側面に側部高屈折率部が形成される方法を採用しながらも、側部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。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、波長選択フィルタにおいて、取り出される光の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】波長選択フィルタの第１実施形態について、波長選択フィルタの断面構造を示す図。
【図２】（ａ）は、第１実施形態の波長選択フィルタにおける第１格子領域の断面構造を、波長選択フィルタの断面構造と共に示す図、（ｂ）は、第１実施形態の波長選択フィルタにおける第２格子領域の断面構造を、波長選択フィルタの断面構造と共に示す図。
【図３】第１実施形態の波長選択フィルタにおける中間領域の断面構造を、波長選択フィルタの断面構造と共に示す図。
【図４】第１実施形態の波長選択フィルタの製造方法について、凹凸構造層の形成工程を示す図。
【図５】第１実施形態の波長選択フィルタの製造方法について、高屈折率層の形成工程を示す図。
【図６】第１実施形態の波長選択フィルタの製造方法について、埋込層の形成工程を示す図。
【図７】第１実施形態の波長選択フィルタにおける変形例の断面構造を示す図。
【図８】第１実施形態の波長選択フィルタの適用例である波長選択デバイスの作用を示す図。
【図９】第１実施形態の波長選択フィルタの適用例である表示体の平面構造を示す図。
【図１０】第１実施形態の波長選択フィルタの適用例である表示体の作用を示す図。
【図１１】第１実施形態の波長選択フィルタの適用例であるカラーフィルタの平面構造を示す図。
【図１２】第１実施形態の波長選択フィルタの適用例であるカラーフィルタの作用を示す図。
【図１３】波長選択フィルタの第２実施形態について、波長選択フィルタの断面構造の一例を示す図。
【図１４】波長選択フィルタの第２実施形態について、波長選択フィルタの断面構造の一例を示す図。
【図１５】第２実施形態の波長選択フィルタ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１６】第２実施形態の波長選択フィルタの製造方法について、埋込層の形成工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１実施形態）
図１〜図１３を参照して、波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法の第１実施形態を説明する。波長選択フィルタは、波長選択フィルタに入射した光のなかから特定の波長域の光を反射、もしくは、透過することにより取り出す機能を有する。波長選択フィルタの選択対象の波長域は特に限定されないが、例えば、波長選択フィルタは、人間の肉眼で視認可能な光、すなわち、可視領域の光のなかから特定の波長域の光を取り出す。以下において、可視領域の光の波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とする。
【００２９】
［波長選択フィルタの全体構成］
図１が示すように、波長選択フィルタ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、および、第２低屈折率領域１６を備えている。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、および、第２低屈折率領域１６の各々は、層状に広がっており、基材１１に近い位置からこの順に並んでいる。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、各領域および波長選択フィルタ１０の厚さ方向である。また、基材１１に対して第２低屈折率領域１６の位置する側が波長選択フィルタ１０の表面側であり、第２低屈折率領域１６に対して基材１１の位置する側が、波長選択フィルタ１０の裏面側である。
【００３０】
基材１１は板状を有し、基材１１が有する面のうち、波長選択フィルタ１０の表面側に位置する面が基材１１の表面である。波長選択フィルタ１０の選択対象が可視領域の光である場合には、基材１１としては、例えば、合成石英基板や、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等の樹脂からなるフィルムが用いられる。
【００３１】
第１低屈折率領域１２は、基材１１の表面に接し、基材１１の表面に沿って広がっている。第１格子領域１３は、第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとを有する。基材１１の表面と対向する方向から見て、すなわち、第１方向に沿った方向から見て、複数の第１低屈折率部１３ｂは二次元格子状に配置され、第１高屈折率部１３ａは複数の第１低屈折率部１３ｂの間を埋めている。
【００３２】
中間領域１４は、側部高屈折率部１４ａと孤立低屈折率部１４ｂと外周低屈折率部１４ｃとを有する。第１方向に沿った方向から見て、複数の孤立低屈折率部１４ｂは二次元格子状に配置され、各孤立低屈折率部１４ｂの周りを側部高屈折率部１４ａが囲んでいる。そして、複数の側部高屈折率部１４ａの間を外周低屈折率部１４ｃが埋めている。孤立低屈折率部１４ｂは、第１低屈折率部１３ｂ上に位置する。側部高屈折率部１４ａは、第１高屈折率部１３ａの幅方向における端部上に位置し、外周低屈折率部１４ｃは、第１高屈折率部１３ａの幅方向における中央部上に位置する。
【００３３】
第２格子領域１５は、第２高屈折率部１５ａと第２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、複数の第２高屈折率部１５ａは二次元格子状に配置され、第２低屈折率部１５ｂは複数の第２高屈折率部１５ａの間を埋めている。第２高屈折率部１５ａは、孤立低屈折率部１４ｂ上および側部高屈折率部１４ａ上に位置し、第２低屈折率部１５ｂは、外周低屈折率部１４ｃ上に位置する。
【００３４】
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を覆っている。
波長選択フィルタ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低屈折率部１３ｂとは互いに連続し、さらに、第１低屈折率部１３ｂと孤立低屈折率部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高屈折率部１３ａと側部高屈折率部１４ａとは互いに連続し、さらに、側部高屈折率部１４ａと第２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、外周低屈折率部１４ｃと第２低屈折率部１５ｂとは互いに連続し、さらに、第２低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６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。
【００３５】
すなわち、波長選択フィルタ１０は、基材１１と、基材１１上に位置し、二次元格子状に配置された複数の凸部１７ａが構成する凹凸構造を表面に有する凹凸構造層１７と、凹凸構造層１７の表面に沿って配置されて上記凹凸構造に追従した表面形状を有する高屈折率層１８と、高屈折率層１８の表面における凹凸を埋める埋込層１９とを備える構造体であるとも捉えられる。
【００３６】
凹凸構造層１７は、第１低屈折率領域１２と第１低屈折率部１３ｂと孤立低屈折率部１４ｂとから構成され、凸部１７ａは、第１低屈折率部１３ｂと孤立低屈折率部１４ｂとから構成される。
【００３７】
高屈折率層１８は、第１高屈折率部１３ａと側部高屈折率部１４ａと第２高屈折率部１５ａとから構成される。第１高屈折率部１３ａは、複数の凸部１７ａの間、すなわち、凹凸構造の底部に位置する。側部高屈折率部１４ａは、凸部１７ａ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高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとの端部間を繋ぐように、中間領域１４の厚さ方向に延びている。第２高屈折率部１５ａは、凸部１７ａの頂面を覆い、すなわち、凹凸構造の頂部に位置する。
【００３８】
埋込層１９は、外周低屈折率部１４ｃと第２低屈折率部１５ｂと第２低屈折率領域１６とから構成され、第２低屈折率領域１６から基材１１に向けて外周低屈折率部１４ｃおよび第２低屈折率部１５ｂが突出した形状を有する。
【００３９】
高屈折率層１８の材料の屈折率は、凹凸構造層１７および埋込層１９の各々の材料の屈折率よりも大きい。すなわち、第１高屈折率部１３ａ、側部高屈折率部１４ａ、第２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低屈折率部１３ｂ、孤立低屈折率部１４ｂ、外周低屈折率部１４ｃ、第２低屈折率部１５ｂ、第２低屈折率領域１６の各々の屈折率よりも大きい。凹凸構造層１７と埋込層１９とは、同一の材料から構成されてもよいし、互いに異なる材料から構成されていてもよい。
【００４０】
波長選択フィルタ１０の選択対象が可視領域の光である場合には、凹凸構造層１７および埋込層１９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可能である。この場合、高屈折率層１８を構成する高屈折率材料としては、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、ＺｒＯ（酸化ジルコニウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＡｌＮ（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】
［波長選択フィルタの作用］
第１格子領域１３における格子構造の周期、すなわち、第１低屈折率部１３ｂの配列の周期が、第１周期Ｐ１であり、第１周期Ｐ１は、可視領域の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、可視領域の光の波長よりも小さい。すなわち、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２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。
【００４２】
波長選択フィルタ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高屈折率部１５ａの割合の各々よりも、中間領域１４における側部高屈折率部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、波長選択フィルタ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】
上記波長選択フィルタ１０の表面側から波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ１０の裏面側に出る。
結果として、波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ１０への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された波長域を除く波長域の光が、透過光として波長選択フィルタ１０の裏面側に射出される。
【００４６】
なお、波長選択フィルタ１０の裏面側から波長選択フィルタ１０に光が入射した場合には、第２格子領域１５で強められた波長域の反射光と、第１格子領域１３で強められた波長域の反射光とが、波長選択フィルタ１０の裏面側に射出される。そして、入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された波長域を除く波長域の光が、透過光として波長選択フィルタ１０の表面側に射出される。
【００４７】
［波長選択フィルタの詳細構成］
上述の波長選択フィルタ１０において、波長選択性を高めるため、すなわち、反射光における特定の範囲の波長域の強度を高めるための構成について説明する。
【００４８】
波長選択フィルタ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が一致していれば、波長選択フィルタ１０から反射光として射出される波長域の光の強度が大きくなり、反射光の波長選択性が高められる。
【００４９】
例えば、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、１つの格子領域のみを有する波長選択フィルタと比較して、波長選択フィルタ１０から反射光として射出される上記特定の波長域の光の強度は大きくなり、反射光の波長選択性が高められる。
【００５０】
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、反射光の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、この内容について詳細に説明する。
【００５１】
図２において、（ａ）は第１格子領域１３における第１方向と直交する断面を、波長選択フィルタ１０の断面とともに示す図であり、（ｂ）は第２格子領域１５における第１方向と直交する断面を、波長選択フィルタ１０の断面とともに示す図である。第２方向と第３方向とは、基材１１の表面に沿った方向であって、第２方向と第３方向との各々は、第１方向と直交する。第２方向と第３方向とは、互いに直交する。
【００５２】
図２（ａ）が示すように、第１格子領域１３において、複数の第１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低屈折率部１３ｂが位置していればよい。例えば、第１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。
【００５３】
第１方向に沿った方向から見て、第１低屈折率部１３ｂの形状は特に限定されないが、例えば第１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体積比率の設定が容易である。
【００５４】
第１格子領域１３の全体に対する第１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高屈折率部１３ａの面積が変化する場合には、第１高屈折率部１３ａの面積が最大となる断面での第１高屈折率部１３ａの面積比率が採用される。
【００５５】
第１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低屈折率部１３ｂの面積比率は１−Ｒ１で表される。
高屈折率層１８の材料の屈折率をｎ１、凹凸構造層１７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。
【００５６】
ＮＡ１＝ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１−Ｒ１）  ・・・（１）
そして、第１格子領域１３の光学膜厚ＯＴ１は、下記式（２）によって表される。
ＯＴ１＝Ｔ１×ＮＡ１
＝Ｔ１×｛ｎ１×Ｒ１＋ｎ２×（１−Ｒ１）｝  ・・・（２）
図２（ｂ）が示すように、第２格子領域１５において、複数の第２高屈折率部１５ａは、第１格子領域１３と一致した二次元格子状に配置されている。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。
【００５７】
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高屈折率部１５ａは、第１格子領域１３において点在する第１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高屈折率部１５ａの幅は、第１低屈折率部１３ｂの幅よりも大きい。したがって、第２低屈折率部１５ｂの幅は、第１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高屈折率部１５ａは、第１低屈折率部１３ｂの形状に準じた形状を有する。
【００５８】
第２格子領域１５の全体に対する第２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高屈折率部１５ａの面積が変化する場合には、第２高屈折率部１５ａの面積が最大となる断面での第２高屈折率部１５ａの面積比率が採用される。
【００５９】
第２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低屈折率部１５ｂの面積比率は１−Ｒ２で表される。
高屈折率層１８の材料の屈折率をｎ１、埋込層１９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。
【００６０】
ＮＡ２＝ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１−Ｒ２）  ・・・（３）
そして、第２格子領域１５の光学膜厚ＯＴ２は、下記式（４）によって表される。
ＯＴ２＝Ｔ２×ＮＡ２
＝Ｔ２×｛ｎ１×Ｒ２＋ｎ３×（１−Ｒ２）｝  ・・・（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（ＯＴ２／ＯＴ１）が、０．７以上１．３以下であれば、波長選択フィルタ１０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ことが確認された。
【００６１】
特に、第１格子領域１３の厚さＴ１と第２格子領域１５の厚さＴ２とが等しく、凹凸構造層１７の材料の屈折率ｎ２と埋込層１９の材料の屈折率ｎ３とが等しい場合には、第１高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２とが等しいと、光学膜厚ＯＴ１と光学膜厚ＯＴ２とが一致するため好ましい。
【００６２】
上述のように、第１方向に沿った方向から見て、第２高屈折率部１５ａは第１低屈折率部１３ｂよりも大きくなる。それゆえ、本実施形態では、第１高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２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低屈折率部１３ｂの面積比率を第１高屈折率部１３ａの面積比率よりも小さくし、第２格子領域１５にて第２高屈折率部１５ａの面積比率を第２低屈折率部１５ｂの面積比率よりも大きくしている。したがって、第１高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２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。
【００６３】
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。
【００６４】
図３は、中間領域１４における第１方向と直交する断面を、波長選択フィルタ１０の断面とともに示す図である。図３が示すように、中間領域１４において、複数の孤立低屈折率部１４ｂは、第１格子領域１３と一致した二次元格子状に配置されている。中間領域１４における孤立低屈折率部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、孤立低屈折率部１４ｂの大きさは、第１低屈折率部１３ｂと一致する。側部高屈折率部１４ａは孤立低屈折率部１４ｂを１つずつ取り囲んでおり、互いに隣接する側部高屈折率部１４ａの間を外周低屈折率部１４ｃが埋めている。
【００６５】
ここで、第１方向に沿った方向から見た平面視での中間領域１４の全体に対する側部高屈折率部１４ａの面積比率は、第２高屈折率部１５ａの上記面積比率と第１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、上記側部高屈折率部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、側部高屈折率部１４ａを含みその厚さ方向と直交する断面にて側部高屈折率部１４ａが占める面積比率である。断面の位置によって側部高屈折率部１４ａの面積が変化する場合には、側部高屈折率部１４ａの面積が最大となる断面での側部高屈折率部１４ａの面積比率が採用される。
【００６６】
Ｒ３≦Ｒ２−（１−Ｒ１）＝Ｒ１＋Ｒ２−１  ・・・（５）
上記式（５）が満たされているとき、第１方向に沿った方向から見て、第２高屈折率部１５ａは、孤立低屈折率部１４ｂおよび側部高屈折率部１４ａの外側まで広がっている。詳細には、第１方向に沿った方向から見て、第２高屈折率部１５ａが位置する領域が、孤立低屈折率部１４ｂおよび側部高屈折率部１４ａが位置する領域と一致するとき、側部高屈折率部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高屈折率部１５ａが位置する領域が、孤立低屈折率部１４ｂおよび側部高屈折率部１４ａが位置する領域よりも大きいとき、言い換えれば、側部高屈折率部１４ａが第２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。
【００６７】
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、側部高屈折率部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、側部高屈折率部１４ａの幅が、第２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、側部高屈折率部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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、本実施形態においては、サブ波長格子を構成する要素が二次元格子状に並ぶが、例えば、サブ波長格子を構成する要素が、第２方向あるいは第３方向に帯状に延びる形態であっても、導波モード共鳴現象を生じさせることはできる。しかしながら、上記要素が１つの方向に延びている場合、当該要素を有する格子領域では、当該要素の配列方向に依存する特定の方向へ偏光した光のみが多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。これに対し、本実施形態のように、上記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それぞれ共鳴させることができる。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度がより高められる。
【００７０】
特に、上記要素が六方格子状に並ぶ形態であれば、上記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。
【００７１】
［波長選択フィルタの製造方法］
図４〜図６を参照して、波長選択フィルタ１０の製造方法について説明する。
図４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１７を形成する。凹凸構造層１７は、基材１１に沿って広がる平坦部１７ｃと、平坦部１７ｃから突き出た複数の凸部１７ａとを有するとともに、凸部１７ａ間に位置する部分である複数の凹部１７ｂを有する。複数の凸部１７ａは互いに離間しており、凹部１７ｂは連続する１つの凹部を構成している。
【００７２】
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１７ａおよび凹部１７ｂを簡便に形成できるため好ましい。
【００７３】
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１７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１７ａおよび凹部１７ｂ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１７ａおよび凹部１７ｂが形成されるとともに、凸部１７ａおよび凹部１７ｂ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１７ｃが形成される。
【００７４】
次に、図５が示すように、凹凸構造層１７の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層１８を形成する。高屈折率層１８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１８の厚さは、凸部１７ａ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。
【００７５】
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１８を形成する場合、凹凸構造層１７の凸部１７ａ上には、凸部１７ａよりも広がるように膜が形成される。すなわち、第２高屈折率部１５ａの幅が、凸部１７ａである第１低屈折率部１３ｂおよび孤立低屈折率部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１７の表面における凸部１７ａと凹部１７ｂとの面積比率を１対１に設定したとしても、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとの面積比率にはずれが生じてしまう。
【００７６】
また、成膜中に第２高屈折率部１５ａの幅が拡大していくと、凹部１７ｂ上に蒸着材料の粒子が付着し難くなるため、第１高屈折率部１３ａの厚さＴ１と第２高屈折率部１５ａの厚さＴ２とにずれが生じる場合がある。
【００７７】
こうした第２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、０．７以上１．３以下となるように、凸部１７ａと凹部１７ｂとの面積比率を設定することが望ましい。本実施形態のように、凸部１７ａが二次元格子状に並ぶ形態であれば、凸部１７ａの大きさや配置についての自由度が高いため、凸部１７ａと凹部１７ｂ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。
【００７８】
また、物理気相成長法を用いて高屈折率層１８を形成する場合、凹凸構造層１７の凸部１７ａの側面にも高屈折率材料が付着する場合が多く、側部高屈折率部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、側部高屈折率部１４ａの幅を制御することで、側部高屈折率部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。
【００７９】
側部高屈折率部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、側部高屈折率部１４ａの幅を変えることができる。また、高屈折率層１８の形成後にエッチングを行うことによって、側部高屈折率部１４ａの幅を縮小させてもよい。
【００８０】
次に、図６が示すように、凹凸構造層１７と高屈折率層１８とからなる構造体の表面を覆うように、低屈折率材料からなる埋込層１９を形成して、高屈折率層１８の表面の凹凸を第２高屈折率部１５ａ上まで埋める。
【００８１】
埋込層１９の形成方法としては、各種の塗布法等の公知の成膜技術が用いられる。例えば、低屈折率材料として紫外線硬化性樹脂を用いる場合、まず、高屈折率層１８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、紫外線を透過する材料で構成された平板を押し当て、塗工層に紫外線を照射する。続いて、硬化した紫外線硬化性樹脂から平板を離型する。
【００８２】
上述のように、波長選択フィルタ１０では、第１格子領域１３で強められた波長域の光と、第２格子領域１５で強められた波長域の光とが射出されることにより、得られる反射光の強度が大きくなる。そのため、第１格子領域１３や第２格子領域１５に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、具体的には、ナノインプリント法を用いて波長選択フィルタ１０を形成する場合には、残膜の膜厚の精密な制御を要さずに、波長選択性の高められた波長選択フィルタ１０を製造することができる。したがって、波長選択フィルタ１０の製造が容易である。
【００８３】
また、波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ１０の構成は、大量生産にも適している。
【００８４】
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１７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。
【００８５】
ただし、熱可塑性樹脂を用いて凹凸構造層１７を形成した場合、埋込層１９の形成に際して、凹凸構造層１７が加熱されて変形することを抑えるために、熱可塑性樹脂とは異なる材料を用いて埋込層１９を形成することが好ましい。例えば、凹凸構造層１７を熱可塑性樹脂から形成し、埋込層１９を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。
【００８６】
また、図７が示すように、波長選択フィルタ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基材の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層１７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。
【００８７】
［波長選択フィルタの適用例］
上述した波長選択フィルタ１０の具体的な適用例について説明する。
＜波長選択デバイス＞
波長選択フィルタ１０の第１の適用例は、波長選択フィルタ１０を波長選択デバイスに用いる形態である。図８が示すように、波長選択デバイスに５０は、複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、特定の波長域の光Ｉ２を反射し、この特定の波長域の光を除く波長域の光Ｉ３を透過する。波長選択デバイス５０には波長選択フィルタ１０の構成が適用されており、例えば波長選択フィルタ１０の表面側から光が入射するように配置されている。光Ｉ２および光Ｉ３の波長域は、第１格子領域１３および第２格子領域１５が有するサブ波長格子の周期および厚さの設定によって調整可能である。
【００８８】
波長選択デバイス５０は、反射光である光Ｉ２を利用する形態で用いられてもよいし、透過光である光Ｉ３を利用する形態で用いられてもよいし、光Ｉ２と光Ｉ３との双方を利用する形態で用いられてもよい。例えば、波長選択デバイス５０は、色分解を要する装置や、照明等を構成する部材として用いられる。
【００８９】
上述のように、第１実施形態の波長選択フィルタ１０によれば波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ１０の構成が適用されることによって、波長選択性の高められた波長選択デバイス５０が実現できる。
【００９０】
一例として、波長選択デバイス５０は、光源からの青色光の変換によって各色を表示する表示装置に用いられてもよい。この表示装置は、赤、緑、青の三色の副画素を備え、赤と緑の各副画素においては、例えば量子ドットを利用して光源からの青色光を赤色光と緑色光との各々に変換する。波長選択デバイス５０は、表示装置の表面側、すなわち、副画素を有する層に対して光源と反対側に配置される。波長選択デバイス５０において、赤と緑の各副画素に対向する領域に波長選択フィルタ１０の構成が適用され、当該領域では、青色の光を反射し、赤色と緑色の光を透過するように、波長選択デバイス５０が構成される。こうした構成によれば、光源からの青色光の一部が、赤と緑の各副画素を透過した場合であっても、この副画素から漏れ出た青色光が波長選択デバイス５０によって反射されるため、赤と緑の各副画素に対応する領域で青色光が表示装置の表面側に漏れ出ることが抑えられる。したがって、各副画素が呈する色の鮮明さを高めることが可能であり、鮮やかな像の表示が可能となる。
【００９１】
＜表示体＞
波長選択フィルタ１０の第２の適用例は、波長選択フィルタ１０を表示体に用いる形態である。表示体は、物品の偽造の困難性を高める目的で用いられてもよいし、物品の意匠性を高める目的で用いられてもよいし、これらの目的を兼ねて用いられてもよい。物品の偽造の困難性を高める目的としては、表示体は、例えば、パスポートや免許証等の認証書類、商品券や小切手等の有価証券類、クレジットカードやキャッシュカード等のカード類、紙幣等に貼り付けられる。また、物品の意匠性を高める目的としては、表示体は、例えば、身に着けられる装飾品や、使用者に携帯される物品、家具や家電等のように据え置かれる物品、壁や扉等の構造物等に取り付けられる。
【００９２】
図９が示すように、表示体６０は、表面６０Ｆと、表面６０Ｆとは反対側の面である裏面６０Ｒとを有し、表面６０Ｆと対向する方向から見て、表示体６０は、第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとを含んでいる。第１表示領域６１Ａは、複数の第１画素６２Ａが配置されている領域であり、第２表示領域６１Ｂは、複数の第２画素６２Ｂが配置されている領域であり、第３表示領域６１Ｃは、複数の第３画素６２Ｃが配置されている領域である。換言すれば、第１表示領域６１Ａは、複数の第１画素６２Ａの集合から構成されており、第２表示領域６１Ｂは、複数の第２画素６２Ｂの集合から構成されており、第３表示領域６１Ｃは、複数の第３画素６２Ｃの集合から構成されている。
【００９３】
第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとの各々は、これらの領域単独、もしくは、これらの領域の２以上の組み合わせによって、文字、記号、図形、模様、絵柄、これらの背景等を表現する。一例として、図９に示す構成では、第１表示領域６１Ａによって円形の図形が表現され、第２表示領域６１Ｂによって三角形の図形が表現され、第３表示領域６１Ｃによって背景が表現されている。
【００９４】
第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとの各々には、波長選択フィルタ１０の構成が適用されている。第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとの各々は、第２方向と第３方向とが表示体６０の表面６０Ｆに沿った方向になるように配置されている。例えば、これらの画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃは、波長選択フィルタ１０の表面側が表示体６０の表面側となる向きに配置されている。
【００９５】
第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとにおいて、導波モード共鳴現象による共鳴が起こる波長域は互いに異なる。各画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃにおける共鳴が起こる波長域は、画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃごとに、第１格子領域１３および第２格子領域１５が有するサブ波長格子の周期の調整等によって、所望の波長域に設定されている。したがって、複数の波長の光を含む入射光を受けたとき、第１画素６２Ａから射出される反射光の波長域と、第２画素６２Ｂから射出される反射光の波長域と、第３画素６２Ｃから射出される光の波長域とは、互いに異なる。また、上記入射光を受けたとき、第１画素６２Ａから射出される透過光の波長域と、第２画素６２Ｂから射出される透過光の波長域と、第３画素６２Ｃから射出される透過光の波長域とは、互いに異なる。
【００９６】
すなわち、図１０が示すように、表示体６０の外側から表示体６０の表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されているとき、表示体６０の表面側には、第１画素６２Ａから反射光Ｉ４が射出され、第２画素６２Ｂから反射光Ｉ５が射出され、第３画素６２Ｃから反射光Ｉ６が射出される。したがって、表面側から表示体６０の表面６０Ｆを見ると、第１表示領域６１Ａには反射光Ｉ４の波長域に応じた色相の色が視認され、第２表示領域６１Ｂには反射光Ｉ５の波長域に応じた色相の色が視認され、第３表示領域６１Ｃには反射光Ｉ６の波長域に応じた色相の色が視認される。反射光Ｉ４の波長域と、反射光Ｉ５の波長域と、反射光Ｉ６の波長域とは互いに異なるため、第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとは互いに異なる色相の色に見える。
【００９７】
その結果、表示体６０の外側から表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されている状態で、表示体６０の表面側から表面６０Ｆを観察する表面反射観察によれば、互いに異なる色の第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとから構成される像が視認される。
【００９８】
また、表示体６０の外側から表示体６０の表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されているとき、表示体６０の裏面側には、第１画素６２Ａから透過光Ｉ７が射出され、第２画素６２Ｂから透過光Ｉ８が射出され、第３画素６２Ｃから透過光Ｉ９が射出される。したがって、裏面側から表示体６０の裏面６０Ｒを見ると、第１表示領域６１Ａには透過光Ｉ７の波長域に応じた色相の色が視認され、第２表示領域６１Ｂには透過光Ｉ８の波長域に応じた色相の色が視認され、第３表示領域６１Ｃには透過光Ｉ９の波長域に応じた色相の色が視認される。透過光Ｉ７の波長域と、透過光Ｉ８の波長域と、透過光Ｉ９の波長域とは互いに異なるため、第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとは互いに異なる色相の色に見える。
【００９９】
その結果、表示体６０の外側から表面６０Ｆに向けて入射光Ｉ１が照射されている状態で、表示体６０の裏面側から裏面６０Ｒを観察する裏面透過観察によっても、互いに異なる色の第１表示領域６１Ａと第２表示領域６１Ｂと第３表示領域６１Ｃとから構成される像が視認される。
【０１００】
さらに、反射光Ｉ４の波長域と透過光Ｉ７の波長域とは異なるため、表面側から表示体６０を見たときと、裏面側から表示体６０を見たときとで、第１表示領域６１Ａに視認される色の色相は異なる。裏面側から見える色は、表面側から見える色の補色に相当する色である。同様に、表面側から表示体６０を見たときと、裏面側から表示体６０を見たときとで、第２表示領域６１Ｂに視認される色の色相は異なり、第３表示領域６１Ｃに視認される色の色相も異なる。
【０１０１】
したがって、表面反射観察と裏面透過観察とで、表示体６０には互いに異なる色彩の像が視認される。それゆえ、表示体６０を備える物品にて、偽造の困難性や意匠性がより高められる。また、表示体６０の表裏の識別も容易である。
【０１０２】
そして、上述のように、第１実施形態の波長選択フィルタ１０によれば波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ１０の構成が各画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに適用されることによって、各表示領域６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃに視認される色の鮮明さや明るさが高められる。それゆえ、表示体６０が形成する像の視認性が高められる。また、第１実施形態の波長選択フィルタ１０では、樹脂フィルムのように可撓性のある基材１１を用いることが可能であるため、形状の変形についての自由度が高い表示体６０の実現も可能である。
【０１０３】
第１画素６２Ａと第２画素６２Ｂと第３画素６２Ｃとの間で、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、および、第２低屈折率領域１６の各々は連続している。すなわち、第１画素６２Ａと第２画素６２Ｂと第３画素６２Ｃとは、共通した１つの基材１１と、これらの画素間で相互に連続した凹凸構造層１７と、これらの画素間で相互に連続した高屈折率層１８と、これらの画素間で相互に連続した埋込層１９とを有している。
【０１０４】
第１画素６２Ａと第２画素６２Ｂと第３画素６２Ｃとの各々における凹凸構造層１７は、例えば、ナノインプリント法を利用して、各画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに対応する部分で凹凸の周期を変えた合成石英モールドを用いることによって、同時に形成することができる。また、高屈折率層１８および埋込層１９も、各画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに対応する部分を同時に形成することができる。したがって、互いに異なる色を呈する画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃを容易に形成することができる。
【０１０５】
なお、表示体６０が含む表示領域の数、すなわち、波長選択フィルタ１０の構成が適用された画素が配置されて、互いに異なる色相の色を呈する表示領域の数は特に限定されず、表示領域の数は、１つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、表示体６０は、波長選択フィルタ１０の構成とは異なる構成を有する領域、例えば、基材１１に低屈折率材料からなる平坦な層のみが積層された構造を有する領域等を有していてもよい。
【０１０６】
さらに、表示領域には、波長選択フィルタ１０の構成が適用された表示要素が含まれればよく、表示要素は、ラスタ画像を形成するための繰返しの最小単位である画素に限らず、ベクタ画像を形成するためのアンカを結んだ領域であってもよい。
【０１０７】
＜カラーフィルタ＞
波長選択フィルタ１０の第３の適用例は、波長選択フィルタ１０をカラーフィルタに用いる形態である。
【０１０８】
図１１が示すように、カラーフィルタ７０は、マトリックス状に並ぶ複数の画素７１を備え、各画素７１は、赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの３つの副画素から構成されている。
【０１０９】
カラーフィルタ７０は、反射型のカラーフィルタであって、表示装置に備えられる。カラーフィルタ７０に対して、表示装置の表示面を見る観察者の位置する側が、カラーフィルタ７０の表面側であり、カラーフィルタ７０に対して、表面側と反対の側が、カラーフィルタ７０の裏面側である。カラーフィルタ７０には、表面側から、光が照射される。カラーフィルタ７０に照射される光の強度は、副画素ごとに、液晶装置等によって変更可能に構成されている。
【０１１０】
赤色用副画素７１Ｒは、赤色用副画素７１Ｒに入射した光を赤色の光に変換して反射する。緑色用副画素７１Ｇは、緑色用副画素７１Ｇに入射した光を緑色の光に変換して反射する。青色用副画素７１Ｂは、青色用副画素７１Ｂに入射した光を青色の光に変換して反射する。
【０１１１】
赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの各々には、波長選択フィルタ１０の構成が適用されている。赤色用副画素７１Ｒと、緑色用副画素７１Ｇと、青色用副画素７１Ｂとの各々は、第２方向と第３方向とがカラーフィルタ７０の表面に沿った方向になるように配置されている。例えば、これらの副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは波長選択フィルタ１０の表面側がカラーフィルタ７０の表面側となる向きに配置されている。
【０１１２】
図１２が示すように、赤色用副画素７１Ｒは、カラーフィルタ７０の表面側から複数の波長の光を含む入射光Ｉ１を受けたとき、赤色の反射光Ｉｒを表面側に射出するように、サブ波長格子の周期等が設定されている。緑色用副画素７１Ｇは、入射光Ｉ１を受けたとき、緑色の反射光Ｉｇを表面側に射出するように、サブ波長格子の周期等が設定されている。青色用副画素７１Ｂは、入射光Ｉ１を受けたとき、青色の反射光Ｉｂを表面側に射出するように、サブ波長格子の周期等が設定されている。副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂごとに入射光の強度が変更されることによって、画素７１として視認される色が変更され、画素７１の集合によって表示装置の表示する像が形成される。
【０１１３】
上述のように、第１実施形態の波長選択フィルタ１０によれば波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ１０の構成が各副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに適用されることによって、各副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂにおける色の鮮明さや輝度が高められる。
【０１１４】
また、上述の表示体６０の形態と同様に、赤色用副画素７１Ｒと緑色用副画素７１Ｇと青色用副画素７１Ｂとの間で、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、中間領域１４、第２格子領域１５、および、第２低屈折率領域１６の各々は連続している。すなわち、赤色用副画素７１Ｒと緑色用副画素７１Ｇと青色用副画素７１Ｂとは、共通した１つの基材１１と、これらの副画素間で相互に連続した凹凸構造層１７と、これらの副画素間で相互に連続した高屈折率層１８と、これらの副画素間で相互に連続した埋込層１９とを有している。
【０１１５】
赤色用副画素７１Ｒと緑色用副画素７１Ｇと青色用副画素７１Ｂとの各々における凹凸構造層１７は、例えば、ナノインプリント法を用いて、各副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに対応する部分で凹凸の周期を変えた合成石英モールドを用いることによって、同時に形成することができる。また、高屈折率層１８および埋込層１９も、各副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂに対応する部分を同時に形成することができる。したがって、３種類の色の副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂを有するカラーフィルタ７０を容易に形成することができる。
【０１１６】
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、０．７以上１．３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、１つの格子領域のみを有する波長選択フィルタと比較して、反射光として取り出される光の強度が大きくなり、波長選択性が高められる。
【０１１７】
（２）中間領域１４における側部高屈折率部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、側部高屈折率部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。
【０１１８】
また、第１方向に沿った方向から見て、第２高屈折率部１５ａが側部高屈折率部１４ａの外側まで広がる構成であれば、側部高屈折率部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。
【０１１９】
（３）第１格子領域１３の厚さＴ１と第２格子領域１５の厚さＴ２とが等しく、凹凸構造層１７の材料の屈折率ｎ２と埋込層１９の材料の屈折率ｎ３とが等しい場合において、第１高屈折率部１３ａの面積比率Ｒ１と第２高屈折率部１５ａの面積比率Ｒ２とが等しい構成であると、光学膜厚ＯＴ１と光学膜厚ＯＴ２とが一致するため、波長選択性が特に高められる。
【０１２０】
（４）低屈折率材料からなる凹凸構造層１７を形成する工程と、凹凸構造層１７の表面に高屈折率層１８を形成する工程と、高屈折率層１８の表面に、低屈折率材料からなる埋込層１９を形成する工程とによって、上記波長選択フィルタ１０が形成される。したがって、サブ波長格子に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、波長選択フィルタ１０の波長選択性が高められるため、波長選択フィルタ１０を容易に製造することができる。
【０１２１】
特に、低屈折率材料として樹脂を用い、樹脂からなる塗工層に凹版を押し付けて樹脂の硬化によって凹凸構造層１７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１７の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層１７を好適に、かつ、簡便に形成することができる。
【０１２２】
（５）高屈折率層１８の形成に真空蒸着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高屈折率部１５ａが側部高屈折率部１４ａの外側まで広がるように、高屈折率層１８を形成する。こうした製法によれば、凸部１７ａの側面に側部高屈折率部１４ａが形成される方法を採用しながらも、側部高屈折率部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。
【０１２３】
（第２実施形態）
図１３〜図１６を参照して、波長選択フィルタ、および、波長選択フィルタの製造方法の第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。
【０１２４】
［波長選択フィルタの構成］
図１３および図１４を参照して、第２実施形態の波長選択フィルタの構成について説明する。図１３が示すように、第２実施形態の波長選択フィルタ２０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、および、第２低屈折率領域１６からなる構造体である共鳴構造部２１を、２つ備えている。
【０１２５】
２つの共鳴構造部２１である第１共鳴構造部２１Ａと第２共鳴構造部２１Ｂとは、第１方向に隣り合っており、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂは、２つの基材１１で挟まれている。換言すれば、第２実施形態の波長選択フィルタ２０は、第１実施形態の構成を有する２つの波長選択フィルタ１０が、第２低屈折率領域１６同士が向かい合うように接合された構造を有する。すなわち、第２実施形態の波長選択フィルタ２０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の側が波長選択フィルタ２０の表面側であり、他方の基材１１に対する一方の基材１１の側が波長選択フィルタ２０の裏面側である。
【０１２６】
第１共鳴構造部２１Ａと第２共鳴構造部２１Ｂとは、これらの境界部分で、低屈折率領域を共有していてもよい。例えば、図１３が示す例では、第１共鳴構造部２１Ａの備える第２低屈折率領域１６と、第２共鳴構造部２１Ｂの備える第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。
【０１２７】
第１共鳴構造部２１Ａにおける凸部１７ａの配列の周期である構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部２１Ｂにおける凸部１７ａの配列の周期である構造周期Ｐｋとは、図１３が示すように同一であってもよいし、図１４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。
【０１２８】
第１共鳴構造部２１Ａと第２共鳴構造部２１Ｂ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、０．７以上１．３以下である。２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する形態においては、第１共鳴構造部２１Ａと第２共鳴構造部２１Ｂとで、上記比が一致していることが好ましい。
【０１２９】
なお、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂにおいて、サブ波長格子を構成する要素が並ぶ方向、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２１Ａ，２１Ｂ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。
【０１３０】
［波長選択フィルタの作用］
２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成では、波長選択フィルタ２０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が近くなる。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波長選択フィルタ２０の表面側に射出されることにより、第１実施形態の波長選択フィルタ１０と比較して、波長選択フィルタ２０からの反射光において、特定の範囲の波長域の強度がより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。このとき、上述のように、第１共鳴構造部２１Ａと第２共鳴構造部２１Ｂ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好ましい。
【０１３１】
一方、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂ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２１Ａ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２１Ｂ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、波長選択フィルタ２０の表面側には、第１共鳴構造部２１Ａ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２１Ｂ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。
【０１３２】
そして、波長選択フィルタ２０の裏面側には、波長選択フィルタ２０への入射光に含まれる波長域のなかで、上記反射光として射出された波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。こうした構成によれば、波長選択フィルタ２０にて、格子領域が１つである場合と比較して反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。したがって、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。
【０１３３】
［波長選択フィルタの適用例］
第２実施形態の波長選択フィルタ２０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、波長選択デバイス５０に適用されてもよいし、表示体６０が備える表示要素に適用されてもよいし、カラーフィルタ７０が備える副画素に適用されてもよい。
【０１３４】
例えば、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成が適用された場合、波長選択デバイス５０においては、反射光の波長選択性がより高められる。また、表示体６０においては、表面反射観察にて各表示領域６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃに視認される色の鮮明さや明るさが高められることにより、像の視認性が高められる。また、カラーフィルタ７０においては、各副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂにおける色の鮮明さや輝度が高められ、単色性の高い反射光を射出する各副画素７１Ｒ，７１Ｂ，７１Ｇを備えた反射型のカラーフィルタ７０が実現される。
【０１３５】
また例えば、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する構成が適用された場合、波長選択デバイス５０においては、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度が高められる。また、表示体６０においては、表面反射観察と裏面透過観察とにおいて視認される像の色相の調整の自由度が高められる。また、カラーフィルタ７０としては、透過型のカラーフィルタ、すなわち、カラーフィルタの裏面側からカラーフィルタに光が照射され、観察者が、カラーフィルタの表面側から、カラーフィルタを透過した透過光を見る形態で用いられるカラーフィルタの実現が可能である。
【０１３６】
具体的には、緑色用副画素７１Ｇは、第１共鳴構造部２１Ａにて赤色の波長域の光が強められて裏面側に反射光として射出され、第２共鳴構造部２１Ｂにて青色の波長域の光が強められて裏面側に反射光として射出されるように構成される。こうした構成によれば、カラーフィルタ７０の裏面側から白色の入射光を受けたとき、カラーフィルタ７０の表面側には、緑色の透過光が射出されるため、カラーフィルタ７０の表面側から見て、緑色用副画素７１Ｇには、緑色が視認される。同様に、赤色用副画素７１Ｒは赤色の波長域の透過光を射出し、青色用副画素７１Ｂは青色の波長域の透過光を射出するように構成される。これにより、単色性の高い透過光を射出する各副画素７１Ｒ，７１Ｂ，７１Ｇを備えた透過型のカラーフィルタ７０が実現される。
【０１３７】
［波長選択フィルタの製造方法］
図１５および図１６を参照して、第２実施形態の波長選択フィルタ２０の製造方法について説明する。まず、第２実施形態の波長選択フィルタ２０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１７と高屈折率層１８とが順に形成される。
【０１３８】
続いて、図１５が示すように、基材１１と凹凸構造層１７と高屈折率層１８とからなる構造体である２つの凹凸構造体２２を、高屈折率層１８同士が向かい合うように対向させ、図１６が示すように、２つの凹凸構造体２２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２２を接合する。これにより、波長選択フィルタ２０が形成される。
【０１３９】
図１６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２２の間に形成される部分が埋込層１９である。第１実施形態と同様に、埋込層１９を構成する低屈折率材料は、高屈折率層１８を構成する高屈折率材料よりも屈折率の低い材料であれば、凹凸構造層１７を構成する材料とは異なる材料であってもよい。また、２つの凹凸構造体２２において、凹凸構造層１７を構成する低屈折率材料や高屈折率層１８を構成する高屈折率材料は互いに異なっていてもよい。
【０１４０】
なお、２つの凹凸構造体２２を対向させた状態において、第２高屈折率部１５ａ同士が向かい合ってもよいし、一方の凹凸構造体２２における第１高屈折率部１３ａと、他方の凹凸構造体２２における第２高屈折率部１５ａとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の凹凸構造体２２における第１高屈折率部１３ａは、他方の凹凸構造体２２における第１高屈折率部１３ａの一部および第２高屈折率部１５ａの一部と向かい合っていてもよい。
【０１４１】
例えば、２つの凹凸構造体２２として、凸部１７ａの周期が同一である凹凸構造体２２を接合することによって、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する波長選択フィルタ２０が形成できる。また例えば、２つの凹凸構造体２２として、凸部１７ａの周期が互いに異なる凹凸構造体２２を接合することによって、２つの共鳴構造部２１Ａ，２１Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する波長選択フィルタ２０が形成できる。
【０１４２】
なお、波長選択フィルタ２０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部２１を備えていてもよい。波長選択フィルタ２０が複数の共鳴構造部２１を備える構成において、これらの共鳴構造部２１における構造周期Ｐｋが同一であれば、共鳴構造部２１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２１に、構造周期Ｐｋが同一である共鳴構造部２１と、構造周期Ｐｋが互いに異なる共鳴構造部２１とが含まれてもよい。こうした構成によれば、波長選択フィルタ２０から出射される反射光や透過光の色の細かな調整も可能となる。
【０１４３】
３以上の共鳴構造部２１を備える波長選択フィルタ２０の製造に際しては、凹凸構造体２２の基材１１と凹凸構造層１７とが、凹凸構造層１７から基材１１を剥離可能な材料から形成される。そして、２つの凹凸構造体２２が低屈折率材料によって接合されたのち、一方の基材１１が剥離され、露出された凹凸構造層１７と他の凹凸構造体２２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波長選択フィルタ２０が形成される。
【０１４４】
以上、第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（５）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（６）波長選択フィルタ２０が、第１方向に並ぶ複数の共鳴構造部２１を備える構成によれば、波長選択フィルタ１０が４つ以上の格子領域１３，１５を備えるため、波長選択フィルタ２０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。
【０１４５】
（７）複数の共鳴構造部２１において構造周期Ｐｋが等しい構成によれば、各共鳴構造部２１の格子領域１３，１５で共鳴を起こす光の波長域が近くなる。したがって、各共鳴構造部２１の各格子領域１３，１５で強められた近しい波長域の光が反射光として射出されるため、反射光において特定の範囲の波長域の強度がより大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。
【０１４６】
（８）第１共鳴構造部２１Ａと第２共鳴構造部２１Ｂ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。
【０１４７】
（９）第１共鳴構造部２１Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部２１Ｂの構造周期Ｐｋとが互いに異なる構成によれば、第１共鳴構造部２１Ａ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２１Ｂ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、波長選択フィルタ２０にて、格子領域が１つである場合と比較して反射光の強度を高めつつ反射光に含まれる波長域を拡げること、および、透過光に含まれる波長域を狭めることが可能である。それゆえ、反射光や透過光として観察される色相の調整の自由度を高めることができる。
【０１４８】
（１０）波長選択フィルタ２０は、２つの凹凸構造体２２を、高屈折率層１８同士が向かい合うように対向させ、２つの凹凸構造体２２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２１を備える波長選択フィルタ２０を容易に形成することができる。
【０１４９】
［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。
・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。
【０１５０】
・上記実施形態では、凹凸構造層１７の凹凸構造が、互いに離間した複数の凸部１７ａと、これらの凸部１７ａの間で連続している単一の凹部１７ｂとから構成されている。これに代えて、凹凸構造層１７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１７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。
【０１５１】
［実施例］
上述した波長選択フィルタおよびその製造方法について、具体的な実施例を用いて説明する。
【０１５２】
＜波長選択フィルタの製造＞
まず、光ナノインプリント法で用いる凹版であるモールドを用意した。具体的には、光ナノインプリント法において照射する光として、３６５ｎｍの波長の光を用いたため、この波長の光を透過する合成石英をモールドの材料として用いた。モールドの形成に際しては、まず、合成石英基板の表面に、Ｃｒからなる膜をスパッタリング法により成膜し、電子線リソグラフィ法によって電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。電子線により描画したパターンは、一辺が３ｃｍの正方形領域内に、一辺が２１０ｎｍの正方形を正方格子状に周期３００ｎｍで配置したパターンであり、電子線を描画した領域は上記正方形の内側領域である。次に、塩素と酸素との混合ガスに高周波を印加して発生させたプラズマにより、レジストから露出した領域のＣｒ膜をエッチングした。続いて、六弗化エタンガスに高周波を印加して発生させたプラズマによりレジストおよびＣｒ膜から露出した領域の合成石英基板をエッチングした。これによりエッチングした合成石英基板の深さは２００ｎｍであった。残存したレジストおよびＣｒ膜を除去し、離型剤としてオプツールＨＤ−１１００（ダイキン工業製）を塗布して、正方形が正方格子状に並ぶ格子パターンが正方形領域内に形成されたモールドを得た。
【０１５３】
次に、上記モールド上の格子パターンが形成された正方形領域内に紫外線硬化性樹脂を塗工し、易接着処理が施されたポリエチレンテレフタラートフィルムでモールド表面を覆った。紫外線硬化性樹脂が上記正方形領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、３６５ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化した後、モールドからポリエチレンテレフタラートフィルムを剥離した。これにより、表面に格子パターンが形成された紫外線硬化性樹脂からなる凹凸構造層とポリエチレンテレフタラートフィルムである基材との積層体を得た。上記工程を繰り返し、凹凸構造層と基材との積層体を２つ作製した。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【０１５４】
次に、上記２つの積層体の表面に真空蒸着法を用いて膜厚１００ｎｍのＴｉＯ２膜を成膜することにより、ＴｉＯ２からなる高屈折率層を形成した。続いて、２つの積層体のうちの、一方の積層体の表面の格子パターンが位置する領域に紫外線硬化性樹脂を塗工し、塗工された紫外線硬化性樹脂に他方の積層体の表面が接し、かつ、格子パターンが位置する領域が重なるように２つの積層体を向かい合わせた。紫外線硬化性樹脂が格子パターンの位置する領域内の全面に広がるようにローラーを用いて延ばし、３６５ｎｍの紫外線を照射して、紫外線硬化性樹脂を硬化して埋込層を形成した。これにより、実施例の波長選択フィルタを得た。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【０１５５】
＜波長選択フィルタの評価＞
実施例の波長選択フィルタの反射分光測定を実施したところ、４５０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
【符号の説明】
【０１５６】
１０，２０…波長選択フィルタ、１１…基材、１２…第１低屈折率領域、１３…第１格子領域、１３ａ…第１高屈折率部、１３ｂ…第１低屈折率部、１４…中間領域、１４ａ…側部高屈折率部、１４ｂ…孤立低屈折率部、１４ｃ…外周低屈折率部、１５…第２格子領域、１５ａ…第２高屈折率部、１５ｂ…第２低屈折率部、１６…第２低屈折率領域、１７…凹凸構造層、１７ａ…凸部、１８…高屈折率層、１９…埋込層、２１…共鳴構造部、２２…凹凸構造体、５０…波長選択デバイス、６０…表示体、６０Ｆ…表面、６０Ｒ…裏面、６１Ａ…第１表示領域、６１Ｂ…第２表示領域、６１Ｃ…第３表示領域、６２Ａ…第１画素、６２Ｂ…第２画素、６２Ｃ…第３画素、７０…カラーフィルタ、７１…画素    、７１Ｒ…赤色用副画素、７１Ｇ…緑色用副画素、７１Ｂ…青色用副画素。
【図１】
2020139972.tif 000003
【図２】
2020139972.tif 000004
【図３】
2020139972.tif 000005
【図４】
2020139972.tif 000006
【図５】
2020139972.tif 000007
【図６】
2020139972.tif 000008
【図７】
2020139972.tif 000009
【図８】
2020139972.tif 000010
【図９】
2020139972.tif 000011
【図１０】
2020139972.tif 000012
【図１１】
2020139972.tif 000013
【図１２】
2020139972.tif 000014
【図１３】
2020139972.tif 000015
【図１４】
2020139972.tif 000016
【図１５】
2020139972.tif 000017
【図１６】
2020139972.tif 000018