(57)【要約】【課題】フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布をフィルタ要素内において調整する自由度を高めることを可能とした光学フィルタ、表示装置、撮像素子、および、光学フィルタを提供する。【解決手段】周期構造体が備える周期要素は、基準面に一端部を有して基準面から突出する突部１１Ｔと、基準面に一端部を有して基準面から窪む孔とのいずれか一方である。金属層は、基準面のなかで各周期要素の一端部を囲む網目状を有した第１金属層２３と、各周期要素の他端部に位置する第２金属層４２とを備える。周期要素の構造周期はサブ波長周期であり、構造周期に対する周期要素の幅の比が、０．３０以上０．６５以下である。金属層は、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値であり、金属層の厚さが、各周期要素における一端部と他端部との距離の１０分の１以下である。【選択図】図３
2018005230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の波長領域の光を選択的に透過する複数のフィルタ要素を備え、
前記フィルタ要素は、誘電体から構成される周期構造体であって、二次元格子状に並ぶ複数の周期要素を備えた前記周期構造体と、前記周期構造体の表面に位置する金属層と、を備え、
前記周期構造体において前記複数の周期要素の並ぶ平面が基準面であり、
前記周期要素は、前記基準面に一端部を有して前記基準面から突出する突部と、前記基準面に一端部を有して前記基準面から窪む孔とのいずれか一方であり、
前記金属層は、前記基準面のなかで各周期要素の前記一端部を囲む網目状を有した第１金属層と、各周期要素の他端部に位置する第２金属層とを備え、
前記周期要素の構造周期が、前記フィルタ要素が透過する前記波長領域以下のサブ波長周期であり、
前記二次元格子に沿った各方向での前記構造周期に対する前記周期要素の幅の比が、０．３０以上０．６５以下であり、
前記金属層は、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値であり、
前記金属層の厚さが、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離の１０分の１以下である
光学フィルタ。
【請求項２】
前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離が、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記金属層の厚さは、１５ｎｍ以下である
請求項１または２に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記周期要素は、前記突部であり、
前記二次元格子に沿った各方向での前記構造周期に対する前記周期要素の幅の比は、０．５以下である
請求項１から３のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記金属層を構成する材料が、アルミニウム、タンタル、銀、金からなる群から選択されるいずれか１つの金属材料を含む
請求項１から４のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項６】
前記金属層の表面に位置し、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を備え、
前記誘電体層の厚さは、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離以下である
請求項１から５のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項７】
前記誘電体層の厚さは、２００ｎｍ以下である
請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記誘電体層を構成する材料が、チタン、ニオブ、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、珪素、マグネシウムからなる群から選択されるいずれか１つの材料の酸化物を含む
請求項６または７に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
前記光学フィルタは、表示装置に備えられるフィルタであり、
前記光学フィルタが備える複数の前記フィルタ要素には、各種類に固有の波長領域の光を選択的に透過する複数種類の前記フィルタ要素が含まれる
請求項１から８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記光学フィルタは、撮像素子に備えられるフィルタである
請求項１から８のいずれか一項に記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか一項に記載の光学フィルタと、
前記フィルタ要素に可視領域の光を入射させる光源装置と、を備える
表示装置。
【請求項１２】
請求項１から８，１０のいずれか一項に記載の光学フィルタと、
前記フィルタ要素を透過した光を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える
撮像素子。
【請求項１３】
特定の波長領域の光を選択的に透過する複数のフィルタ要素を備える光学フィルタの製造方法であって、
前記フィルタ要素を形成する工程が、
基材の表面に塗工された樹脂に凹版の有する凹凸を転写することにより、前記基材の表面と対向する方向から見て、突部または有底の孔である周期要素が、前記フィルタ要素が透過する前記波長領域以下のサブ波長周期を有した二次元格子状に位置する周期構造体であって、前記二次元格子に沿った各方向での前記周期要素の構造周期に対する前記周期要素の幅の比が、０．３０以上０．６５以下である前記周期構造体を形成する第１工程と、
前記周期構造体の上に、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層であって、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値の前記金属層を、前記周期構造体において前記複数の周期要素の並ぶ平面に位置する前記周期要素の一端部と前記周期要素の他端部との距離の１０分の１以下の厚さに形成する第２工程と、を含む
光学フィルタの製造方法。
【請求項１４】
前記金属層の上に、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離以下の厚さに形成する第３工程を含む
請求項１３に記載の光学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、光学フィルタ、表示装置、撮像素子、および、光学フィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などの表示装置は、光学フィルタの一例であるカラーフィルタを備える。カラーフィルタは、光源から出射される白色光を各副画素に１つずつの色に変換する、あるいは、光源から出射される有色光を各副画素に１つずつの色に補正する。カラーフィルタは、例えば、各副画素を１つずつ区画するブラックマトリクスと、ブラックマトリックスによって区画された領域に位置する色変換部とを備える（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４‐０９８７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した色変換部とは、所定の波長領域の光を吸収する単一の薄膜層であり、色変換部による色変換後の色味は、薄膜層の厚さが厚いほど濃い。一方で、薄膜層の有する厚さは、薄膜層内において区々であり、薄膜層の縁で厚い場合もあれば、薄膜層の中央で厚い場合もある。薄膜層の厚さを副画素内において所望の分布に調整することは困難であり、上述したカラーフィルタは、副画素が選択的に透過する波長領域の分布を副画素内で調整する自由度を備えていない。
【０００５】
なお、こうした課題は、表示装置に用いられるカラーフィルタに限らず、光源から出射された光のうち特定の波長領域の光を透過するフィルタ要素を備える光学フィルタにおいて共通する。
【０００６】
本発明は、フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布をフィルタ要素内において調整する自由度を高めることを可能とした光学フィルタ、表示装置、撮像素子、および、光学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】
【０００７】
上記課題を解決する光学フィルタは、特定の波長領域の光を選択的に透過する複数のフィルタ要素を備え、前記フィルタ要素は、誘電体から構成される周期構造体であって、二次元格子状に並ぶ複数の周期要素を備えた前記周期構造体と、前記周期構造体の表面に位置する金属層と、を備え、前記周期構造体において前記複数の周期要素の並ぶ平面が基準面であり、前記周期要素は、前記基準面に一端部を有して前記基準面から突出する突部と、前記基準面に一端部を有して前記基準面から窪む孔とのいずれか一方であり、前記金属層は、前記基準面のなかで各周期要素の前記一端部を囲む網目状を有した第１金属層と、各周期要素の他端部に位置する第２金属層とを備え、前記周期要素の構造周期が、前記フィルタ要素が透過する前記波長領域以下のサブ波長周期であり、前記二次元格子に沿った各方向での前記構造周期に対する前記周期要素の幅の比が、０．３０以上０．６５以下であり、前記金属層は、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値であり、前記金属層の厚さが、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離の１０分の１以下である。
【０００８】
上記光学フィルタにおいて、基準面に沿う仮想的な層であって第１金属層を含む層は、第１格子層であり、第１格子層では、金属層と誘電体との界面が、サブ波長周期で繰り返される。また、基準面に沿う仮想的な層であって複数の第２金属層を含む層は、第２格子層であり、第２格子層でも、金属層と誘電体との界面が、サブ波長周期で繰り返される。これら第１格子層や第２格子層では、その層に入射した光の一部が電子の集団的な振動と結合する、すなわちプラズモン共鳴が生じる。第１格子層では、第１格子層に入射した光の一部が、プラズモン共鳴により表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第１格子層を透過する。第２格子層でもまた、第２格子層に入射した光の一部が、プラズモン共鳴により表面プラズモンに変換され、第２格子層を透過する。第１格子層、あるいは第２格子層を透過した表面プラズモンは、光に再変換されて射出される。
【０００９】
この際、構造周期に対する周期要素の幅の比が、０．３０以上０．６５以下であり、また、金属層の厚さが、各周期要素における一端部と他端部との距離の１０分の１以下であるため、第１金属層と第２金属層との両方において、光の透過性が確保される。また、第１格子層で透過される光の波長領域や、第２格子層で透過される光の波長領域は、構造周期の大きさや、周期要素の厚さに応じて変わる。結果として、フィルタ要素からは、黒色や白色以外の有色の光が射出される。そして、各周期要素の位置や大きさと、各周期要素によって位置が定まる金属層とによって、フィルタ要素が透過する光の波長領域が定まるため、フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布をフィルタ要素内において調整する自由度を高めることができる。
上記構成において、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離が、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。
【００１０】
上記構成によれば、周期要素の一端部と他端部との距離と、それに応じて定まる金属層の厚みとが、フィルタ要素へ入射する光を十分に透過する大きさである。それゆえに、フィルタ要素が透過する光の強度や色味の鮮明さを、さらに高めることが可能である。
上記構成において、前記金属層の厚さは、１５ｎｍ以下であってもよい。
上記構成によれば、金属層の厚さが十分に薄いため、フィルタ要素が透過する光の強度を、十分に確保することが可能である。
【００１１】
上記構成において、前記周期要素は、前記突部であり、前記二次元格子に沿った各方向での前記構造周期に対する前記周期要素の幅の比は、０．５以下であってもよい。
上記構成によれば、フィルタ要素の透過する光の強度が高められる。
上記構成において、前記金属層を構成する材料が、アルミニウム、タンタル、銀、金からなる群から選択されるいずれか１つの金属材料を含んでもよい。
【００１２】
上記構成によれば、金属層を構成する材料が、プラズモン共鳴を生じやすい材料であるため、第１格子層や第２格子層における波長の選択性を高めることができる。したがって、フィルタ要素が透過する光の波長の選択性を高めることができる。
【００１３】
上記構成において、前記金属層の表面に位置し、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を備え、前記誘電体層の厚さは、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離以下であってもよい。
【００１４】
上記構成によれば、誘電体層を構成する材料の変更によって、フィルタ要素が透過する光の波長領域を調整することができる。したがって、フィルタ要素が透過する光の波長領域を調整する自由度がさらに高められる。
上記構成において、前記誘電体層の厚さは、２００ｎｍ以下であってもよい。
上記構成によれば、フィルタ要素の透過する光の強度が高められる。
【００１５】
上記構成において、前記誘電体層を構成する材料が、チタン、ニオブ、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、珪素、マグネシウムからなる群から選択されるいずれか１つの材料の酸化物を含んでもよい。
【００１６】
上記構成によれば、誘電体層が樹脂から構成される場合と比較して、誘電体層の屈折率を広い範囲から選択可能である。したがって、フィルタ要素が透過する光の波長領域を調整する自由度がさらに高められる。
【００１７】
上記構成において、前記光学フィルタは、表示装置に備えられるフィルタであり、前記光学フィルタが備える複数の前記フィルタ要素には、各種類に固有の波長領域の光を選択的に透過する複数種類の前記フィルタ要素が含まれてもよい。
【００１８】
上記構成によれば、表示装置に備えられるカラーフィルタにおいて、副画素として機能するフィルタ要素が透過する光の波長領域の分布を調整する自由度が高められる。
上記構成において、前記光学フィルタは、撮像素子に備えられるフィルタであってもよい。
上記構成によれば、撮像素子に備えられるフィルタにおいて、フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布を調整する自由度が高められる。
上記課題を解決する表示装置は、上記光学フィルタと、前記フィルタ要素に可視領域の光を入射させる光源装置と、を備える。
【００１９】
上記構成によれば、光学フィルタのフィルタ要素は副画素として機能し、こうしたフィルタ要素が透過する光の波長領域の分布を調整する自由度が高められた光学フィルタを備える表示装置が実現される。
上記課題を解決する撮像素子は、上記光学フィルタと、前記フィルタ要素を透過した光を受光して電気信号に変換する受光素子と、を備える。
上記構成によれば、フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布を調整する自由度が高められた光学フィルタを備える撮像素子が実現される。
【００２０】
上記課題を解決する光学フィルタの製造方法は、特定の波長領域の光を選択的に透過する複数のフィルタ要素を備える光学フィルタの製造方法であって、前記フィルタ要素を形成する工程が、基材の表面に塗工された樹脂に凹版の有する凹凸を転写することにより、前記基材の表面と対向する方向から見て、突部または有底の孔である周期要素が、前記フィルタ要素が透過する前記波長領域以下のサブ波長周期を有した二次元格子状に位置する周期構造体であって、前記二次元格子に沿った各方向での前記周期要素の構造周期に対する前記周期要素の幅の比が、０．３０以上０．６５以下である前記周期構造体を形成する第１工程と、前記周期構造体の上に、前記周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層であって、可視領域の光に対する複素誘電率の実部が負の値の前記金属層を、前記周期構造体において前記複数の周期要素の並ぶ平面に位置する前記周期要素の一端部と前記周期要素の他端部との距離の１０分の１以下の厚さに形成する第２工程と、を含む。
【００２１】
上記製法によれば、光学フィルタにおいて、フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布をフィルタ要素内において調整する自由度が高く得られる。また、微細な凹凸を有する周期構造体を、容易にかつ好適に形成することができる。
【００２２】
上記製法において、前記金属層の上に、前記金属層の表面形状に追従する形状を有した誘電体層を、前記周期要素における前記一端部と前記他端部との距離以下の厚さに形成する第３工程を含んでもよい。
【００２３】
上記製法によれば、誘電体層を構成する材料の変更によって、フィルタ要素が透過する光の波長領域を調整することができる。したがって、フィルタ要素が透過する光の波長領域を調整する自由度がさらに高く得られる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、フィルタ要素が透過する光の波長領域の分布をフィルタ要素内において調整する自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】表示装置の第１実施形態における平面構造を示す平面図。
【図２】第１実施形態のカラーフィルタが備える副画素の平面構造を拡大して示す拡大図。
【図３】第１実施形態の副画素の断面構造を示す図であり、図２のIII‐III線断面図。
【図４】第１実施形態の副画素の断面構造を示す図であり、図２のIV‐IV線断面図。
【図５】第１実施形態の副画素の断面構造の他の例を示す断面図。
【図６】光源装置の非点灯時における第１実施形態のカラーフィルタの作用を示す作用図。
【図７】光源装置の点灯時における第１実施形態のカラーフィルタの作用を示す作用図。
【図８】第１実施形態の副画素における断面構造の一部の一例を拡大して示す断面図。
【図９】第１実施形態の変形例の副画素における断面構造の一部を拡大して示す断面図。
【図１０】第１実施形態の変形例の副画素における断面構造の一部を拡大して示す断面図。
【図１１】第１実施形態の構成が適用される撮像素子の構成を示す図。
【図１２】カラーフィルタの第２実施形態における副画素の断面構造を示す図であり、図２のIII‐III線断面図。
【図１３】第２実施形態の副画素の断面構造を示す図であり、図２のIV‐IV線断面図。
【図１４】光源装置の非点灯時における第２実施形態のカラーフィルタの作用を示す作用図。
【図１５】光源装置の点灯時における第２実施形態のカラーフィルタの作用を示す作用図。
【図１６】第２実施形態の変形例の副画素における断面構造の一部を拡大して示す断面図。
【図１７】第２実施形態の変形例の副画素における断面構造の一部を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
図１から図８を参照して光学フィルタ、表示装置、撮像素子、および、光学フィルタの製造方法の第１実施形態を説明する。
【００２７】
図１が示すように、表示装置は、光学フィルタの一例であるカラーフィルタ１と、光源装置２とを備える。カラーフィルタ１は、光源装置２から入射する光の色を変換する。光源装置２は、カラーフィルタ１に入射するための光を出射する。光源装置２は、例えば、バックライトを備える液晶装置、複数の自発光素子を備えるＥＬ装置、複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）素子を備えるＬＥＤ装置である。光源装置２は、マトリックス状に並ぶ複数の単位領域を備え、光源装置２の出射する光の強度を単位領域ごとに変える。
【００２８】
カラーフィルタ１は、各単位領域に１つずつの画素１０を備え、各画素１０に３種類の副画素１０Ａを備える。副画素１０Ａは、フィルタ要素の一例である。副画素１０Ａの種類は、副画素１０Ａの出射する光の色によって定められる。３種類の副画素１０Ａは、赤色用副画素１０Ｒ、緑色用副画素１０Ｇ、青色用副画素１０Ｂである。赤色用副画素１０Ｒは、赤色用副画素１０Ｒに入射した光を赤色の光に変換して出射する。緑色用副画素１０Ｇは、緑色用副画素１０Ｇに入射した光を緑色の光に変換して出射する。青色用副画素１０Ｂは、青色用副画素１０Ｂに入射した光を青色の光に変換して出射する。
【００２９】
［副画素の構造］
図２が示すように、副画素１０Ａは、副画素１０Ａと対向する方向から見て、複数の孤立領域Ａ２と、各孤立領域Ａ２を囲む単一の周辺領域Ａ３とを含む。図２では、孤立領域Ａ２を説明する便宜上、各孤立領域Ａ２にドットを付して示す。
【００３０】
各孤立領域Ａ２は、副画素１０Ａの表面１０Ｓに沿って正方配列に並ぶ。正方配列は、一辺が構造周期ＰＴを有する正方形ＬＴの各頂点に孤立領域Ａ２が位置する配列である。なお、各孤立領域Ａ２は、六方配列に並ぶことも可能である。すなわち、孤立領域Ａ２は、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。なお、六方配列は、正三角形の各頂点に孤立領域Ａ２が位置する配列である。
【００３１】
図３が示すように、カラーフィルタは、可視領域の光を透過する透明な支持部１１を備える。可視領域の光が有する波長は、４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下である。支持部１１の有する断面構造は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
【００３２】
支持部１１を構成する材料は、誘電体であり、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料である。支持部１１を構成する材料は、樹脂であることが好ましい。支持部１１の屈折率は、空気層よりも高く、例えば１．２以上１．７以下であることが好ましい。
【００３３】
副画素１０Ａは、支持部１１に近い層から順に、第１格子層２１と、中間格子層３１と、第２格子層４１とを備える。中間格子層３１は、第１格子層２１と第２格子層４１とに挟まれている。なお、支持部１１において第１格子層２１の位置する面が、支持部１１の表面であり、支持部１１に対して第１格子層２１の位置する側が、構造体における表面側である。反対に、第１格子層２１に対して支持部１１の位置する側が、構造体における裏面側である。
【００３４】
［第１格子層２１］
支持部１１の表面には、第１格子層２１が位置する。第１格子層２１は、複数の第１誘電体層２２と、単一の第１金属層２３とを備える。各第１誘電体層２２は、副画素１０Ａの表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ２に位置する。単一の第１金属層２３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ３に位置する。複数の第１誘電体層２２は、表面１０Ｓに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
【００３５】
各第１誘電体層２２は、支持部１１の表面から突き出た構造体である。各第１誘電体層２２は、例えば、支持部１１と一体である。あるいは、各第１誘電体層２２は、例えば、支持部１１の表面との間に境界を有し、支持部１１とは別体である。
【００３６】
第１金属層２３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第１誘電体層２２を１つずつ囲う網目状を有する。第１格子層２１において、単一の第１金属層２３は、自由電子が行きわたる光学的な海成分であり、各第１誘電体層２２は、海成分のなかに分布する島成分である。
【００３７】
表面１０Ｓと対向する方向から見て、第１誘電体層２２の位置する周期である構造周期ＰＴは、相互に隣り合う第１誘電体層２２の最短幅ＷＰと、第１誘電体層２２の幅ＷＴとの合計である。構造周期ＰＴは、可視領域の波長以下であるサブ波長周期である。また、副画素１０Ａの出射する光の色味が鮮明となることや、第１格子層２１の加工の精度が得られることなどの観点において、構造周期ＰＴは、２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下である。第１格子層２１の加工の精度が得られること、第１格子層２１においてプラズモン共鳴が生じやすいことなどの観点において、構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比は、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。
【００３９】
第１格子層２１の厚さは、２００ｎｍ以下であることが好ましい。第１格子層２１の加工の精度が得られること、第１格子層２１においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、第１格子層２１における光の透過性が高まること、各観察による像の色彩が鮮明となることなどの観点において、第１格子層２１の厚さは、１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４０】
［中間格子層３１］
第１格子層２１の上には、中間格子層３１が位置する。中間格子層３１の厚さは、第１格子層２１の厚さよりも厚い。中間格子層３１の加工の精度が得られる観点において、中間格子層３１の厚さは、第１格子層２１との合計として、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
中間格子層３１は、複数の第１中間誘電体層３２と、単一の第２中間誘電体層３３とを備える。各第１中間誘電体層３２は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ２に位置する。単一の第２中間誘電体層３３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ３に位置する。複数の第１中間誘電体層３２は、表面１０Ｓに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
【００４２】
各第１中間誘電体層３２は、第１誘電体層２２から突き出た構造体である。各第１中間誘電体層３２は、例えば、第１誘電体層２２と一体である。あるいは、各第１中間誘電体層３２は、例えば、第１誘電体層２２との間に境界を有し、第１誘電体層２２とは別体である。表面１０Ｓと対向する方向から見て、第１中間誘電体層３２の位置する周期は、第１誘電体層２２と同じく、最短幅ＷＰと幅ＷＴとの合計であり、上記構造周期ＰＴである。構造周期ＰＴに対する第１中間誘電体層３２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下である。また、構造周期ＰＴに対する第１中間誘電体層３２の幅ＷＴの比は、好ましくは、０．４以上０．６以下である。
【００４３】
第２中間誘電体層３３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第１中間誘電体層３２を１つずつ囲う網目状を有する。中間格子層３１において、単一の第２中間誘電体層３３は、構造的および光学的に海成分であり、各第１中間誘電体層３２は、構造的および光学的に島成分である。第２中間誘電体層３３は、空気層、あるいは、樹脂層である。
【００４４】
［第２格子層４１］
中間格子層３１の上には、第２格子層４１が位置する。第２格子層４１の厚さは、２００ｎｍ以下であることが好ましく、また、第２格子層４１の厚さは、中間格子層３１の厚さよりも薄い。第２格子層４１の加工の精度が得られること、第２格子層４１においてプラズモン共鳴が生じやすいこと、第２格子層４１における光の透過性が高まること、各観察による像の色彩が鮮明になることなどの観点において、第２格子層４１の厚さは、１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４５】
第２格子層４１は、複数の第２金属層４２と、単一の第２誘電体層４３とを備える。各第２金属層４２の位置は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ２を含む。単一の第２誘電体層４３の位置は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ３に含まれる。複数の第２金属層４２は、表面１０Ｓに沿って、正方配列と六方配列とのいずれか一方である島状配列に並ぶ。
【００４６】
各第２金属層４２は、第１中間誘電体層３２の頂面に重なる構造体である。各第２金属層４２は、第１中間誘電体層３２との間に境界を有し、第１中間誘電体層３２とは別体である。表面１０Ｓと対向する方向から見て、第２金属層４２の位置する周期は、第１誘電体層２２と同じく、最短幅ＷＰと幅ＷＴとの合計であり、上記構造周期ＰＴである。構造周期ＰＴに対する第２金属層４２の幅の比は、０．３０以上０．６５以下である。また、構造周期ＰＴに対する第２金属層４２の幅の比は、好ましくは、０．４以上０．６以下である。
【００４７】
第２誘電体層４３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第２金属層４２を１つずつ囲う網目状を有する。第２格子層４１において、単一の第２誘電体層４３は、第２金属層４２と比べて自由電子が少ない光学的な海成分であり、各第２金属層４２は、海成分のなかに分布する島成分である。第２誘電体層４３は、空気層、あるいは、樹脂層である。
【００４８】
第１格子層２１における海成分である第１金属層２３の体積比率は、第２格子層４１における島成分である第２金属層４２の体積比率よりも大きい。また、第２格子層４１における島成分である第２金属層４２の体積比率は、中間格子層３１における金属材料の体積比率よりも大きい。
【００４９】
なお、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とから構成される構造体は、周期要素の一例であり、支持部１１の表面を基準面として、基準面から突出する突部１１Ｔでもある。第１誘電体層２２の裏面は、周期要素における一端部の一例であり、第１中間誘電体層３２の表面は、周期要素における他端部の一例である。そして、支持部１１、第１誘電体層２２、および、第１中間誘電体層３２とから構成される構造体は、周期構造体の一例である。また、第１金属層２３と第２金属層４２とから構成される層は、層全体としての形状が周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層として捉えられる。周期構造体の表面は、基準面のうち各周期要素を囲む領域と各周期要素の表面とを含む面である。
【００５０】
図４が示すように、周辺領域Ａ３においては、支持部１１に近い層から順に、第１格子層２１の第１金属層２３と、中間格子層３１の第２中間誘電体層３３と、第２格子層４１の第２誘電体層４３とが位置する。第２中間誘電体層３３は、第１金属層２３と第２誘電体層４３とに挟まれている。
【００５１】
なお、上述のように、支持部１１の有する断面構造は、多層構造であってもよいし、各第１誘電体層２２は支持部１１との間に境界を有していなくてもよい。図５は、支持部１１が２つの層から構成され、これらの層のうち支持部１１の表面側の層が各第１誘電体層２２と一体である構造を示す。すなわち、支持部１１は、基材１１ａと中間層１１ｂとを備え、中間層１１ｂは、基材１１ａに対して表面側に位置する。各第１誘電体層２２は、中間層１１ｂから突き出ており、各第１誘電体層２２と中間層１１ｂとは一体である。
【００５２】
［カラーフィルタの光学的な構成］
次に、カラーフィルタが備える光学的な構成を説明する。
ここでは、副画素１０Ａの表面１０Ｓ、および、副画素１０Ａの裏面１０Ｔが、それぞれ空気層と接し、第２中間誘電体層３３と第２誘電体層４３との各々が、空気層である構成、あるいは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である構成を例として説明する。
図６が示すように、支持部１１の屈折率は、誘電体に支配された大きさであって、空気層の屈折率よりも大きい。
【００５３】
第１誘電体層２２の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第１金属層２３の屈折率は、空気層の屈折率よりも低い。第１格子層２１の屈折率は、これら第１金属層２３の屈折率と、第１誘電体層２２の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下であるため、第１格子層２１の屈折率は、結局のところ、海成分である第１金属層２３に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも十分に低い。
【００５４】
第１中間誘電体層３２の屈折率は、空気層の屈折率よりも高く、第２中間誘電体層３３の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。中間格子層３１の屈折率は、これら第２中間誘電体層３３の屈折率と、第１中間誘電体層３２の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期ＰＴに対する第１中間誘電体層３２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下であるため、中間格子層３１の屈折率は、結局のところ、海成分である第２中間誘電体層３３に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高く、かつ、空気層の屈折率に近い値である。
【００５５】
第２金属層４２の屈折率は、空気層の屈折率よりも低く、第２誘電体層４３の屈折率は、空気層の屈折率と等しい、もしくは、空気層の屈折率よりも高い。第２格子層４１の屈折率は、これら第２誘電体層４３の屈折率と、第２金属層４２の屈折率とによって、平均化された大きさに近似される。構造周期ＰＴに対する第２金属層４２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下であるため、第２格子層４１の屈折率は、結局のところ、海成分である第２誘電体層４３に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも低く、かつ、空気層に近い値である。
【００５６】
［非点灯時観察］
光源装置２が非点灯状態であるとき、カラーフィルタに入射する主な光は、カラーフィルタの表面側から入射する外光Ｌ１である。ここで、副画素１０Ａの表面１０Ｓから第２格子層４１に入射する外光Ｌ１は、空気層から第２格子層４１に入り、第２格子層４１から中間格子層３１に入る。第２格子層４１に入射する外光Ｌ１は、空気層に近い屈折率を有した第２格子層４１に空気層から入るため、また、第２金属層４２の厚さが十分に薄いため、空気層と第２格子層４１との界面においては、フレネル反射を生じ難い。また、中間格子層３１に入射する光は、空気層に近い屈折率を有した第２格子層４１から、空気層に近い屈折率を有した中間格子層３１に入るため、ここでも、第２格子層４１と中間格子層３１との界面においては、フレネル反射を生じ難い。
【００５７】
一方で、第２金属層４２の構造周期ＰＴが、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第２格子層４１に入射した外光Ｌ１の一部は、第２格子層４１でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第２格子層４１を透過する。第２格子層４１を透過した表面プラズモンは、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴は、第２格子層４１に入射した外光Ｌ１の一部を、第２格子層４１での電子の集団的な振動と結合する現象である。プラズモン共鳴に起因して第２格子層４１が出射する光ＥＰ２の波長領域は、第２金属層４２の構造周期ＰＴを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第２格子層４１は、第２格子層４１に入射した外光Ｌ１の波長領域の一部の光を、中間格子層３１へ透過する。
【００５８】
また、第１誘電体層２２の構造周期ＰＴも、可視領域の波長以下のサブ波長周期であるため、第１格子層２１に入射する光の一部もまた、第１格子層２１でのプラズモン共鳴によって表面プラズモンに変換され、表面プラズモンは第１格子層２１を透過する。第１格子層２１を透過した表面プラズモンは、光に再変換されて出射される。プラズモン共鳴に起因して第１格子層２１が出射する光ＥＰ１の波長領域は、第１誘電体層２２の構造周期ＰＴを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第１格子層２１は、第１格子層２１に入射した光の波長領域の一部の光ＬＰ１を、支持部１１へ透過する。
【００５９】
以上により、カラーフィルタの外側から第２格子層４１へ外光Ｌ１を入射させて、カラーフィルタの表面側から表面１０Ｓを観察する非点灯時観察によれば、上記各界面でのフレネル反射を生じ難いこと、上記各格子層でのプラズモン共鳴を生じること、これらが相まって、黒色、もしくは、黒色に近い色彩が、副画素１０Ａで視認される。
【００６０】
［点灯時観察］
図７が示すように、副画素１０Ａの裏面１０Ｔから支持部１１に入射する光源装置２からの白色の光ＬＡは、空気層から支持部１１に入り、支持部１１から第１格子層２１に入る。支持部１１に入射した光ＬＡは、空気層よりも高い屈折率を有した支持部１１から、空気層よりも低い屈折率を有した第１格子層２１に入るため、支持部１１と第１格子層２１との界面では、フレネル反射を生じやすい。ただし、第１金属層２３の厚さが十分に薄いため、フレネル反射による反射光ＬＲの強度は、十分に抑えられる。
【００６１】
一方で、支持部１１と第１格子層２１との界面を透過した光の一部は、第１格子層２１でのプラズモン共鳴によって消費される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第１格子層２１が出射する光ＥＰ１の波長領域は、第１金属層２３の構造周期ＰＴを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第１格子層２１は、第１格子層２１に入射した光における特定の波長領域の光を、中間格子層３１へ透過する。
【００６２】
また、中間格子層３１を透過して第２格子層４１に入射した光の一部も、第２格子層４１でのプラズモン共鳴によって消費される。ここでも、プラズモン共鳴に起因して第２格子層４１が出射する光ＥＰ２の波長領域は、第２誘電体層４３の構造周期ＰＴを含む格子構造および材料に依存した特定の波長領域である。結果として、第２格子層４１は、第２格子層４１に入射した光における特定の波長領域の光を、空気層へ透過する。
【００６３】
以上により、光源装置２からカラーフィルタへ光ＬＡを入射させて、カラーフィルタの表面側から表面１０Ｓを観察する点灯時観察では、上記各格子層でのプラズモン共鳴を経た有色の光、すなわち、副画素１０Ａの種類に応じた色変換後の光ＬＰ２が、副画素１０Ａで視認される。
【００６４】
［カラーフィルタの製造方法］
次に、カラーフィルタを製造する方法の一例を説明する。
まず、支持部１１の表面に、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とを形成する。第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とは、支持部１１の表面から突き出た突部１１Ｔとして一体に形成される。突部１１Ｔを形成する方法は、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部１１の表面に突部１１Ｔを形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより突部１１Ｔを形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
【００６５】
例えば、図５に示したように基材１１ａと中間層１１ｂとから構成される支持部１１を有する副画素１０Ａを製造する場合、まず、基材１１ａとして、ポリエチレンテレフタラートシートを用い、基材１１ａ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膜の表面に、凹版である合成石英モールドの表面を押し当て、これら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合成石英モールドを離型する。これによって、基材１１ａの表面の樹脂に凹版の有する凹凸が転写され、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とからなる突部１１Ｔおよび中間層１１ｂが形成される。なお、紫外線硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱に変更することも可能である。また、紫外線硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に変更することも可能であり、紫外線の照射は、加熱および冷却に変更することも可能である。
【００６６】
次いで、突部１１Ｔを備える支持部１１の表面に、第１金属層２３、および、第２金属層４２を形成する。第１金属層２３、および、第２金属層４２を形成する方法は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法である。これによって、第１金属層２３の頂面によって区画される第１格子層２１が形成され、第２金属層４２の頂面によって区画される第２格子層４１が形成され、これら第１格子層２１と第２格子層４１とに挟まれた中間格子層３１が形成される。
【００６７】
［副画素の構成例］
図８が示すように、第１金属層２３の厚さＴ２が薄いほど、第１格子層２１における透過光の強度が大きく、点灯時観察での像の明度が高まる。構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比が大きいほど、これもまた、点灯時観察での像の明度が高まる。
【００６８】
なお、第１金属層２３の領域が過剰に少ない、また、第２金属層４２の領域が過剰に少ないと、第１金属層２３の連続性や、第２金属層４２の連続性に欠陥が生じ、上述したプラズモン共鳴による波長の選択性が得られ難い。
この点、第１金属層２３の厚さＴ２や、第２金属層４２の厚さＴ４が、第１格子層２１の厚さＴ２と、中間格子層３１の厚さＴ３との合計の１０分の１以下であり、かつ、構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比が０．３０以上であれば、点灯時観察における像の色味が十分に得られる。
【００６９】
また、第１金属層２３の厚さＴ２や、第２金属層４２の厚さＴ４が、第１格子層２１の厚さＴ２と、中間格子層３１の厚さＴ３との合計の１０分の１以下であり、かつ、構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比が０．６５以下であれば、上記点灯時観察における像の明度が十分に得られる。さらに、構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比は、０．６以下であることが好ましく、０．５以下であることがより好ましい。
【００７０】
第１誘電体層２２の厚さＴ２と、第１中間誘電体層３２の厚さＴ３との合計は、第１誘電体層２２の幅ＷＴと、最短幅ＷＰとの合計である構造周期ＰＴよりも小さいことが好ましい。また、第１誘電体層２２の厚さＴ２と第１中間誘電体層３２の厚さＴ３との合計は、構造周期ＰＴの半分よりも小さいことが、より好ましい。
【００７１】
こうした構成であれば、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とが一体となる突部１１Ｔにおいて、その形状の精度を高めることが可能であり、また、突部１１Ｔが支持部１１の表面で倒れることが抑えられる。
【００７２】
可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値である金属材料は、それを用いた第１格子層２１や第２格子層４１において、プラズモン共鳴を生じやすい。そこで、第１金属層２３を構成する材料は、上記複素誘電率の実部が負の値の材料である。第２金属層４２を構成する材料もまた、上記複素誘電率の実部が負の値の材料である。
これら第１金属層２３や第２金属層４２を構成する材料は、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどである。
【００７３】
なお、上記製造方法において説明したように、第１金属層２３と第２金属層４２とは、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とを有した支持部１１に対する金属層の成膜によって、単一の工程で形成することができる。
【００７４】
この場合、成膜源から飛行する金属粒子は、支持部１１の表面に対して、所定の角度分布を有して付着する。結果として、第２金属層４２の幅Ｗ４は、第１中間誘電体層３２の幅ＷＴよりも若干大きくなり、相互に隣り合う第２金属層４２の最短幅ＷＰ４は、最短幅ＷＰよりも若干小さくなる。この際、構造周期ＰＴに対する第２金属層４２の幅Ｗ４の比は、０．３０以上０．６５以下である。ちなみに、第１金属層２３における第１中間誘電体層３２の周囲は、第２金属層４２によるシャドウ効果の影響を受け、第１中間誘電体層３２に近い部位ほど薄い。
【００７５】
また、上記成膜方法によって形成される構造体においては、第１中間誘電体層３２の側面にも、第２金属層４２に連続する金属層である中間金属層３２Ａが形成される。
【００７６】
中間金属層３２Ａは、第１中間誘電体層３２と第２中間誘電体層３３とに挟まれる。中間金属層３２Ａは、第２金属層４２と一体の構造体であり、第１中間誘電体層３２の側面上での厚さが、第１金属層２３に近い部位ほど薄い。
【００７７】
こうした中間金属層３２Ａは、構造周期ＰＴがサブ波長周期であるため、第２格子層４１や中間格子層３１の厚さ方向での屈折率の変化を連続的とする。そして、中間金属層３２Ａは、副画素１０Ａの表面１０Ｓから第２格子層４１に入射した光を反射し難く、中間格子層３１や第１格子層２１へ透過しやすい。それゆえに、上述した非点灯時観察においては、より黒色に近い色が、副画素１０Ａで視認される。
【００７８】
なお、副画素１０Ａの特に表面側においてフレネル反射を抑えるためには、以下の条件が満たされていることが好ましい。すなわち、第２誘電体層４３に対して中間格子層３１とは反対側で第２誘電体層４３に接する層である表面層と、第２誘電体層４３との間の屈折率差は、第１金属層２３と支持部１１との間の屈折率差よりも小さいことが好ましい。表面層は、例えば空気層である。そして、第２誘電体層４３の屈折率は、表面層の屈折率と等しいことがさらに好ましい。
【００７９】
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）表面１０Ｓと対向する方向からカラーフィルタを観る点灯時観察によれば、黒色や白色以外の色彩を帯びた像が、副画素１０Ａで視認される。この際、各周期要素である突部１１Ｔの位置や大きさと、各突部１１Ｔによって位置が定まる各金属層２３，４２とによって、各副画素１０Ａでの色味が定まる。そのため、各副画素１０Ａにおける色味の分布、すなわち、各副画素１０Ａが透過する光の波長領域の分布を各副画素１０Ａ内において調整する自由度を高めることが可能である。
【００８０】
例えば、副画素１０Ａの縁で色味が薄い場合に、副画素１０Ａの縁に位置する各突部１１Ｔの位置や大きさ、また、副画素１０Ａの縁に位置する各金属層２３，４２の厚さを、その色味が濃くなるように、副画素１０Ａにおける他の部位と異ならせることが可能である。
【００８１】
例えば、副画素１０Ａの中央で色味が濃い場合に、副画素１０Ａの中央に位置する各突部１１Ｔの位置や大きさ、また、副画素１０Ａの中央に位置する各金属層２３，４２の厚さを、その色味が薄くなるように、副画素１０Ａにおける他の部位と異ならせることが可能である。
【００８２】
（２）構造周期ＰＴが２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下であるため、突部１１Ｔの繰り返しによる回折が、可視領域の光に対して抑えられる。結果として、点灯時観察による像の色彩に虹色が混ざることが抑えられ、像の有する色彩を副画素１０Ａごとに鮮明とすることが可能となる。
【００８３】
（３）第１格子層２１の厚さＴ２と中間格子層３１の厚さＴ３との合計が、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるため、これら第１格子層２１や中間格子層３１を、可視領域の光が十分に透過できる。それゆえに、各副画素１０Ａにおける色味の鮮明さや、各副画素１０Ａにおける光の輝度を、さらに高めることが可能ともなる。
【００８４】
（４）さらに、第１金属層２３の厚さＴ２や、第２金属層４２の厚さＴ４が、１５ｎｍ以下であるため、各副画素１０Ａにおける色味の鮮明さや、各副画素１０Ａにおける光の輝度を、より一層に高めることが可能ともなる。
【００８５】
（５）第１格子層２１の厚さＴ２と、中間格子層３１の厚さＴ３との合計が、ナノインプリントなどの凹版を適用できる程度の大きさであるため、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２との機能を兼ね備える突部１１Ｔを、単一の構造体として成形することが可能ともなる。
【００８６】
（６）非点灯時観察においては、空気層と第２格子層４１との界面や、第２格子層４１と中間格子層３１との界面でのフレネル反射が生じ難いため、また、第１格子層２１や第２格子層４１でのプラズモン共鳴が生じるため、黒色、もしくは、黒色に近い色彩が、副画素１０Ａで視認される。それゆえに、非点灯時に適した表示を表示装置に付与することが可能ともなる。
（７）中間金属層３２Ａが反射防止機能を備えるため、非点灯時観察によって視認される像の色彩を、さらに黒色に近い色彩とすることが可能ともなる。
【００８７】
（８）突部１１Ｔの形成にナノインプリント法を用いる製造方法、すなわち、基材１１ａの表面に塗工された樹脂に凹版の有する凹凸を転写することにより、支持部１１と複数の突部１１Ｔとから構成される周期構造体を形成する製造方法であれば、微細な凹凸を有する周期構造体を、容易にかつ好適に形成することができる。
【００８８】
例えば、平坦な金属層にサブ波長周期で並ぶ複数の孔を形成して、この孔の内部に誘電体を充填することでも、プラズモン共鳴の生じる格子構造の形成は可能である。しかしながら、金属層に微小な孔を形成するためには、フォトリソグラフィー法やナノインプリント法を用いたエッチングマスクの形成、および、プラズマエッチング法による金属層のエッチングが必要であるため、カラーフィルタの製造工程が複雑になる。結果として、カラーフィルタの歩留まりの低下が生じやすい。これに対し、本実施形態のように、ナノインプリント法を用いて形成した凹凸に金属層を積層することによってプラズモン共鳴の生じる格子構造を形成する方法であれば、歩留まりの低下を抑えることができる。
【００８９】
＜第１実施形態の変形例＞
上記第１実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
［中間格子層３１］
・第１中間誘電体層３２と第２中間誘電体層３３とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第２中間誘電体層３３は、第１中間誘電体層３２の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
【００９０】
・第２中間誘電体層３３と第２誘電体層４３とは、各別の構造体に具体化できる。この際、第２中間誘電体層３３は、第２誘電体層４３の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有した樹脂層であることが好ましい。
【００９１】
［第１格子層２１］
・図９が示すように、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とから構成される突部１１Ｔの形状は、支持部１１の表面から突き出る錐体状に具体化できる。こうした構造であれば、第１誘電体層２２や第１中間誘電体層３２の形成に際して、それを形成するための凹版の離型を円滑に進めることが可能である。
【００９２】
［周期要素］
・基準面に並ぶ周期要素は、支持部１１の表面が備える有底の孔に具体化できる。この際、基準面は、支持部１１の表面である。また、周期要素の一端部は、各孔の備える開口部であり、周期要素の他端部は、各孔の備える底面である。そして、各孔の開口部を囲う網目状に第１金属層２３が位置し、各孔の底面に、第２金属層４２が位置する。各孔の内部は、第２金属層４２と、その上方に位置する第１中間誘電体層３２とに区画される。また、第１金属層２３の囲う空間が、第１誘電体層２２として機能する。このような構成であっても、上記（１）から（４）、（６）〜（８）に準じた効果を得ることは可能である。
【００９３】
［保護層］
・カラーフィルタは、第２金属層４２の上に保護層をさらに備える。この際、保護層と第２金属層４２との界面におけるフレネル反射の強度、および、それに伴うカラーフィルタでの波長の選択性が、保護層の屈折率によって変わる。そこで、保護層を構成する材料は、カラーフィルタに選択させる波長領域に基づき、適宜選択される。
【００９４】
なお、図１０が示すように、保護層４５は、第２誘電体層４３、および、第２中間誘電体層３３と一体の構造体に具体化できる。この際、保護層４５は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第１誘電体層２２の屈折率や第１中間誘電体層３２の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有する。
【００９５】
［その他の形態］
・副画素１０Ａの表面１０Ｓと対向する方向から見た孤立領域Ａ２の配置は、正方配列および六方配列に限らず、二次元格子状の配列であればよい。すなわち、複数の第１誘電体層２２は二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第１中間誘電体層３２も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第２金属層４２も二次元格子状に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、サブ波長周期を有した二次元格子状に並んでいればよい。二次元格子状の配列は、二次元平面内において交差する２つの方向の各々に沿って要素が並ぶ配列である。この際、構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比は、１つの方向での構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比であり、当該比が所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記２つの方向の各々について、構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比が所定の範囲内であることを示す。また、カラーフィルタが有する各層の厚さが構造周期ＰＴに対して所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記２つの方向の各々における構造周期ＰＴに対して、各層の厚さが所定の範囲内であることを示す。
【００９６】
また、副画素１０Ａの表面１０Ｓと対向する方向から見た孤立領域Ａ２の形状、すなわち、周期要素の平面形状は、正方形に限らず、長方形や他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
【００９７】
・第１実施形態の光学フィルタの構成は、撮像素子に用いられるフィルタに適用されてもよい。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型のイメージセンサなどである。図１１が示すように、撮像素子１４０は、複数のフィルタ要素１２１を有する光学フィルタ１２０と、複数の受光素子１３１を有する受光素子群１３０とを備える。フィルタ要素１２１は、上記第１実施形態の副画素１０Ａと同様の積層構造、すなわち、周期構造体と金属層とからなる構造を有し、フィルタ要素１２１に入射した光のうち特定の波長領域の光を透過する。受光素子１３１は、受光素子１３１に入射した光を電荷に変換する素子である。
【００９８】
光学フィルタ１２０と受光素子群１３０とは対向し、１つのフィルタ要素１２１を透過した光が、１つの受光素子１３１に入射するように配置される。換言すれば、光学フィルタ１２０のなかで、１つの受光素子１３１に対して透過光を射出する部分が、１つのフィルタ要素１２１である。受光素子１３１が、フィルタ要素１２１を透過した光を受光して電気信号に変換し、受光素子１３１からの電気信号が信号処理回路にて演算に供されることに基づき、光学フィルタ１２０に対し受光素子群１３０とは反対側に位置する物品等の像が記録される。
【００９９】
光学フィルタ１２０は、例えば、オンチップカラーフィルタであって、複数のフィルタ要素１２１には、透過する波長領域の異なる複数種類のフィルタ要素１２１が含まれる。例えば、複数のフィルタ要素１２１には、赤色の光を透過するフィルタ要素１２１と、緑色の光を透過するフィルタ要素１２１と、青色の光を透過するフィルタ要素１２１との３種類のフィルタ要素１２１が含まれる。あるいは、複数のフィルタ要素１２１には、黄色（イエロー）の光を透過するフィルタ要素１２１と、水色（シアン）の光を透過するフィルタ要素１２１と、赤紫（マゼンタ）の光を透過するフィルタ要素１２１と、緑色（グリーン）の光を透過するフィルタ要素１２１との４種類のフィルタ要素１２１が含まれる。
【０１００】
あるいは、撮像素子１４０が、赤外線カメラに用いられる撮像素子のように、１色での像の記録のために利用される撮像素子である場合、複数のフィルタ要素１２１の各々が透過する波長領域は一致していてもよい。
【０１０１】
フィルタ要素１２１が備える周期構造体の周期要素の構造周期ＰＴは、フィルタ要素１２１が透過する波長領域以下であればよい。すなわち、第１実施形態および第２実施形態において、サブ波長周期とは、フィルタ要素１２１が透過する波長領域以下の周期として定義される。
【０１０２】
フィルタ要素１２１が透過する光の波長領域は、構造周期ＰＴや周期要素の幅ＷＴ、周期要素における一端部と他端部との距離、金属層２３，４２の膜厚等、複数の因子によって調整することが可能である。それゆえ、光学フィルタ１２０がいずれのデバイスに用いられる場合であれ、フィルタ要素１２１が透過する光の波長領域の分布をフィルタ要素１２１内において調整する自由度を高めることができる。
【０１０３】
（第２実施形態）
図１２から図１５を参照して光学フィルタ、表示装置、撮像素子、および、光学フィルタの製造方法の第２実施形態を説明する。第２実施形態も、光学フィルタを表示装置に備えられるカラーフィルタに具体化した形態である。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。
【０１０４】
［副画素の構造］
図１２が示すように、副画素１０Ａは、支持部１１、第１格子層２１、中間格子層３１、および、第２格子層４１に加えて、上部格子層５１を備えている。第１格子層２１、中間格子層３１、第２格子層４１、および、上部格子層５１は、支持部１１の表面からこの順に並んでいる。すなわち、第２格子層４１は、中間格子層３１と上部格子層５１とに挟まれている。
【０１０５】
支持部１１は、第１実施形態と同様の構成を有する。図１２は、支持部１１が基材１１ａと中間層１１ｂとから構成された形態を示している。なお、支持部１１が、基材１１ａと中間層１１ｂとから構成される場合、基材１１ａを構成する材料の屈折率と、中間層１１ｂを構成する材料の屈折率とは近いほど好ましい。基材１１ａおよび中間層１１ｂの各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、１．２以上１．７以下である。
【０１０６】
［第１格子層２１］
第１格子層２１は、第１実施形態と同様の構成を有し、各々が孤立領域Ａ２に位置する複数の第１誘電体層２２と、周辺領域Ａ３に位置する単一の第１金属層２３とを備える。構造周期ＰＴに対する第１誘電体層２２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下であり、好ましくは、０．４０以上０．６０以下である。さらに、上記比は、０．５以下であることが好ましい。また、第１格子層２１の厚さは、２００ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以下であることが特に好ましい。
【０１０７】
［中間格子層３１］
中間格子層３１は、各々が孤立領域Ａ２に位置する複数の第１中間誘電体層３２と、周辺領域Ａ３に位置する単一の第２中間誘電体層３４とを備える。第２中間誘電体層３４の材料が、第１実施形態の第２中間誘電体層３３と異なることを除いては、中間格子層３１は、第１実施形態と同様の構成を有する。
【０１０８】
すなわち、中間格子層３１の厚さは、第１格子層２１の厚さよりも厚く、第１格子層２１と中間格子層３１との厚さの合計は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。構造周期ＰＴに対する第１中間誘電体層３２の幅ＷＴの比は、０．３０以上０．６５以下であり、好ましくは、０．４以上０．６以下である。さらに、上記比は、０．５以下であることが好ましい。
【０１０９】
［第２格子層４１］
第２格子層４１は、各々が孤立領域Ａ２を含む領域に位置する複数の第２金属層４２と、周辺領域Ａ３に含まれる単一の第２誘電体層４４とを備える。第２誘電体層４４の材料が、第１実施形態の第２誘電体層４３と異なることを除いては、第２格子層４１は、第１実施形態と同様の構成を有する。
【０１１０】
第２格子層４１の厚さは、中間格子層３１の厚さよりも薄い。第２格子層４１の厚さは、２００ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以下であることが特に好ましい。構造周期ＰＴに対する第２金属層４２の幅の比は、０．３０以上０．６５以下であり、好ましくは、０．４以上０．６以下である。さらに、上記比は、０．５以下であることが好ましい。
【０１１１】
［上部格子層５１］
上部格子層５１は、複数の第１上部誘電体層５２と、単一の第２上部誘電体層５３とを備える。各第１上部誘電体層５２の位置は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、孤立領域Ａ２を含む。単一の第２上部誘電体層５３の位置は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、周辺領域Ａ３に含まれる。上部格子層５１の厚さは、２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１２】
各第１上部誘電体層５２は、第２金属層４２の頂面に重なる構造体である。各第１上部誘電体層５２は、第２金属層４２とは別体である。表面１０Ｓと対向する方向から見て、第１上部誘電体層５２の位置する周期は、構造周期ＰＴである。構造周期ＰＴに対する第１上部誘電体層５２の幅の比は、０．３０以上０．６５以下であり、好ましくは、０．４以上０．６以下である。さらに、上記比は、０．５以下であることが好ましい。
【０１１３】
第２上部誘電体層５３は、表面１０Ｓと対向する方向から見て、各第１上部誘電体層５２を１つずつ囲う網目状を有する。第２上部誘電体層５３は、第２誘電体層４４とは別体である。上部格子層５１において、第２上部誘電体層５３は、構造的および光学的に海成分であり、各第１上部誘電体層５２は、構造的および光学的に島成分である。
【０１１４】
図１３が示すように、周辺領域Ａ３においては、支持部１１に近い層から順に、第１格子層２１の第１金属層２３と、中間格子層３１の第２中間誘電体層３４と、第２格子層４１の第２誘電体層４４と、上部格子層５１の第２上部誘電体層５３とが位置する。
【０１１５】
［各格子層の材料］
第１誘電体層２２および第１中間誘電体層３２は、誘電体であり、第１実施形態と同様、例えば、光硬化性樹脂などの樹脂や、石英などの無機材料から構成される。第１誘電体層２２および第１中間誘電体層３２の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、１．２以上１．７以下である。例えば、基材１１ａの中間層１１ｂ、第１誘電体層２２、および、第１中間誘電体層３２は一体の構造物であり、これらは同一の材料から構成される。
【０１１６】
第１金属層２３および第２金属層４２は、金属材料から構成されている。第１金属層２３および第２金属層４２を構成する材料は、第１実施形態と同様、可視領域の波長における複素誘電率の実部が負の値の材料であり、例えば、アルミニウム、銀、金、インジウム、タンタルなどであることが好ましい。第１金属層２３と第２金属層４２とは、例えば、同一の材料から構成される。
【０１１７】
第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２は、可視領域の光を透過する透明な誘電体である。第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）、弗化カルシウム（ＣａＦ２）などの無機化合物から構成されることが好ましい。なかでも、第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２を構成する材料は、チタン、ニオブ、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、珪素、マグネシウムからなる群から選択されるいずれか１つの材料の酸化物を含むことが好ましい。
【０１１８】
ただし、第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２は、有機化合物から構成されてもよい。第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２の各々の屈折率は、空気層よりも高く、例えば、１．３以上３．０以下である。
【０１１９】
例えば、第２中間誘電体層３４と第２誘電体層４４とは一体の構造物であり、第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２は、同一の材料から構成される。
【０１２０】
第２上部誘電体層５３は、可視領域の光を透過する透明な誘電体であり、空気層、もしくは、空気層に近い屈折率を有した樹脂層である。第２上部誘電体層５３の屈折率は、第１上部誘電体層５２および第２誘電体層４４の各々の屈折率よりも低い。
【０１２１】
上記構成において、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とから構成される構造体は、周期要素の一例であり、支持部１１の表面を基準面として、基準面から突出する突部１１Ｔでもある。そして、支持部１１、第１誘電体層２２、および、第１中間誘電体層３２から構成される構造体は、周期構造体の一例である。また、第１金属層２３と第２金属層４２とから構成される層は、周期構造体の表面に位置し、層全体としての形状が周期構造体の表面形状に追従する形状を有した金属層６１として捉えられる。また、第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２から構成される層は、金属層６１における周期構造体と接する面とは反対側の面に位置し、層全体としての形状が金属層６１の表面形状に追従する形状を有した誘電体層６２として捉えられる。
【０１２２】
この際、上述の各格子層２１，３１，４１，５１の構成の実現のためには、突部１１Ｔの高さである厚さＴ５は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、金属層６１の厚さＴ６は、２００ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以下であることが特に好ましい。そして、誘電体層６２の厚さＴ７は、突部１１Ｔの高さである厚さＴ５以下であり、２００ｎｍ以下であることが好ましい。なお、隣り合う突部１１Ｔの間の領域に位置する誘電体層６２が突部１１Ｔ上の金属層６１よりも窪んでいるとき、第２格子層４１の第２誘電体層４４の一部もしくは全部は、上部格子層５１の第２上部誘電体層５３と同一の材料から構成される。すなわち、この場合、第２誘電体層４４の一部もしくは全部は、空気層もしくは樹脂層である。ただし、第２誘電体層４４は、上述のように、第２中間誘電体層３４から連続する構造体であることが好ましい。
【０１２３】
さらに、第１実施形態と同様、金属層６１の厚さＴ６は、突部１１Ｔの高さである厚さＴ５の１０分の１以下であることが好ましい。また、突部１１Ｔの高さである厚さＴ５は、構造周期ＰＴよりも小さいことが好ましく、構造周期ＰＴの半分よりも小さいことが、より好ましい。
【０１２４】
なお、金属層６１の製法によっては、金属層６１の厚さは、突部１１Ｔ上の領域、すなわち第２金属層４２と、隣り合う突部１１Ｔの間の領域、すなわち第１金属層２３とで異なる場合がある。本実施形態において金属層６１の厚さＴ６とは、周辺領域Ａ３における帯状に延びる領域、すなわち、１つの方向に沿って突部１１Ｔが存在しない領域の幅方向の中央部に位置する金属層６１の厚さとして定義される。なお、第１実施形態も同様である。
【０１２５】
同様に、誘電体層６２の製法によっては、誘電体層６２の厚さは、突部１１Ｔ上の領域、すなわち第１上部誘電体層５２と、隣り合う突部１１Ｔの間の領域、すなわち第２中間誘電体層３４および第２誘電体層４４とで異なる場合がある。本実施形態において誘電体層６２の厚さＴ７とは、周辺領域Ａ３における帯状に延びる領域、すなわち、１つの方向に沿って突部１１Ｔが存在しない領域の幅方向の中央部に位置する誘電体層６２の厚さとして定義される。なお、第１実施形態も同様である。
【０１２６】
［カラーフィルタの製造方法］
次に、第２実施形態のカラーフィルタを製造する方法の一例を説明する。
支持部１１、第１誘電体層２２、第１中間誘電体層３２、第１金属層２３、および、第２金属層４２は、第１実施形態と同様に形成される。すなわち、第１誘電体層２２と第１中間誘電体層３２とは、支持部１１の表面から突き出た突部１１Ｔとして一体に形成される。突部１１Ｔの形成には、例えば、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法や、ナノインプリント法、あるいは、プラズマエッチング法などを採用できる。特に、樹脂からなる支持部１１の表面に突部１１Ｔを形成する方法として、例えばナノインプリント法を活用できる。また、硬い材質の基材などを加工することにより突部１１Ｔを形成する場合には、光、あるいは、荷電粒子線を用いたフォトリソグラフィー法とプラズマエッチング法を組み合わせた方法を用いればよい。
【０１２７】
次いで、突部１１Ｔが形成された支持部１１の表面に、真空蒸着法やスパッタリング法などを用いて、金属層６１が形成される。金属層６１は、支持部１１と突部１１Ｔとからなる周期構造体の表面形状に追従する形状に形成される。これにより、第１金属層２３、および、第２金属層４２が形成される。
【０１２８】
次いで、金属層６１が形成された構造体の表面に、誘電体層６２が形成される。誘電体層６２の形成には、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法が用いられる。誘電体層６２は、金属層６１の表面形状に追従する形状に形成される。これにより、第２中間誘電体層３４、第２誘電体層４４、および、第１上部誘電体層５２が形成される。
【０１２９】
こうした製造方法によって、第１金属層２３の頂面によって区画される第１格子層２１が形成され、第１中間誘電体層３２の頂面、すなわち、突部１１Ｔの頂面によって区画される中間格子層３１が区画される。さらに、第２金属層４２の頂面によって区画される第２格子層４１が形成され、第１上部誘電体層５２の頂面によって区画される上部格子層５１が形成される。
【０１３０】
［カラーフィルタの光学的な作用］
図１４および図１５を参照して、第２実施形態のカラーフィルタにおける光学的な構成および作用を説明する。
図１４が示すように、光源装置２が非点灯状態であるとき、カラーフィルタの表面側から入射する外光Ｌ１は、空気層から上部格子層５１に入る。上部格子層５１の屈折率は、第１上部誘電体層５２の屈折率と第２上部誘電体層５３の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、上部格子層５１の屈折率は、海成分である第２上部誘電体層５３に支配された大きさであり、空気層に近い値である。このとき、外光Ｌ１は、空気層に近い屈折率を有した上部格子層５１に空気層から入るため、空気層と上部格子層５１との界面においては、フレネル反射を生じ難い。したがって、空気層と上部格子層５１との界面での反射が抑えられ、上部格子層５１に入射した光は上部格子層５１を透過して第２格子層４１に到達する。
【０１３１】
第２格子層４１の屈折率は、第２金属層４２の屈折率と第２誘電体層４４の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、第２格子層４１の屈折率は、海成分である第２誘電体層４４に支配された大きさであり、空気層の屈折率よりも高い値である。また、第２格子層４１は金属と誘電体とからなる格子構造を有し、第２金属層４２の構造周期ＰＴはサブ波長周期であるため、第２格子層４１ではプラズモン共鳴が生じる。したがって、第２格子層４１に到達した光の一部は、上部格子層５１と第２格子層４１との界面で反射し、第２格子層４１に到達した光の一部は、表面プラズモンに変換されて第２格子層４１を透過する。プラズモン共鳴によって消費される波長領域の光ＥＰ２は、上部格子層５１と第２格子層４１との界面で反射されない。
【０１３２】
中間格子層３１の屈折率は、第１中間誘電体層３２の屈折率と第２中間誘電体層３４の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、中間格子層３１の屈折率は、海成分である第２中間誘電体層３４に支配された大きさである。第１中間誘電体層３２と第２中間誘電体層３４とは、可視領域の光を透過する透明な誘電体であるため、中間格子層３１は、可視領域の光の透過性が高い。第２格子層４１の屈折率と中間格子層３１の屈折率との差によっては、中間格子層３１に到達した光の一部は、第２格子層４１と中間格子層３１との界面で反射する。
【０１３３】
第１格子層２１の屈折率は、第１誘電体層２２の屈折率と第１金属層２３の屈折率とによって平均化された大きさに近似される。すなわち、第１格子層２１の屈折率は、海成分である第１金属層２３に支配された大きさである。また、第１格子層２１は金属と誘電体とからなる格子構造を有し、第１誘電体層２２の構造周期ＰＴはサブ波長周期であるため、第１格子層２１ではプラズモン共鳴が生じる。したがって、第１格子層２１に到達した光の一部は、中間格子層３１と第１格子層２１との界面で反射し、第１格子層２１に到達した光の一部は、表面プラズモンに変換されて第１格子層２１を透過する。プラズモン共鳴によって消費される波長領域の光ＥＰ１は、中間格子層３１と第１格子層２１との界面で反射されない。
【０１３４】
第１格子層２１を透過した光の一部は、第１格子層２１と支持部１１との界面や、中間層１１ｂと基材１１ａとの界面や、支持部１１と空気層との界面で反射され得る。そして、第１格子層２１を透過した光の波長領域の一部の光ＬＰ１は、支持部１１を透過してカラーフィルタの裏面側に射出される。
【０１３５】
各層の界面で反射した光は、カラーフィルタの表面側に射出され、これらの光の光路差に起因して干渉を起こす。結果として、カラーフィルタの外側から外光Ｌ１を入射させたとき、カラーフィルタの表面側には、プラズモン共鳴および光の干渉が作用した特定の波長領域の光ＬＲ１が射出される。ただし、第１金属層２３および第２金属層４２の厚さが十分に薄いため、反射光である光ＬＲ１の強度は抑えられる。結果として、カラーフィルタの外側から上部格子層５１へ外光Ｌ１を入射させて、カラーフィルタの表面側から表面１０Ｓを観察する非点灯時観察によれば、黒色および白色とは異なる有色の色彩であって、かつ、暗色の色彩が、副画素１０Ａで視認される。
【０１３６】
図１５が示すように、光源装置２から副画素１０Ａの裏面１０Ｔに白色の光ＬＡを入射させたとき、同様に、第１格子層２１および第２格子層４１の各々ではプラズモン共鳴が生じる。そして、カラーフィルタの表面側には、第１格子層２１および第２格子層４１の各々を透過した表面プラズモンが再変換された光と、すべての層を透過した光とを含む特定の波長領域の光ＬＰ２が射出される。したがって、光源装置２からカラーフィルタへ光ＬＡを入射させて、カラーフィルタの表面側から表面１０Ｓを観察する点灯時観察では、副画素１０Ａの種類に応じた色変換後の光ＬＰ２、すなわち、黒色および白色とは異なる有色の色彩が、副画素１０Ａで視認される。
【０１３７】
一方、光源装置２から副画素１０Ａの裏面１０Ｔに白色の光ＬＡを入射させたとき、カラーフィルタの裏面側には、各層の界面で反射した光として、フレネル反射に加えてプラズモン共鳴や光の干渉が作用した特定の波長領域の光ＬＲ２が射出されるが、光ＬＲ２の強度は低く抑えられる。
【０１３８】
なお、上述のように、第１格子層２１および第２格子層４１の各々において特定の波長領域の光に対しプラズモン共鳴が生じるため、格子層２１，４１ごとに、プラズモン共鳴によって消費されて格子層２１，４１を透過する波長領域と、プラズモン共鳴によって消費されずに格子層２１，４１と他の層との界面で反射される波長領域とは異なる波長領域となる。したがって、反射光である光ＬＲ１，ＬＲ２と、透過光である光ＬＰ１，ＬＰ２との波長領域は互いに異なる。
【０１３９】
また、構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比が０．３０以上０．６５以下であるため、プラズモン共鳴が生じる第１格子層２１と第２格子層４１のうち、第１格子層２１は、第１金属層２３が支配的に位置する層となり、第２格子層４１は、第２誘電体層４４が支配的に位置する層となる。こうした構造の違いに起因して、第１格子層２１と第２格子層４１とで、プラズモン共鳴により消費される波長領域は異なり、また、第１格子層２１と他の層との界面と、第２格子層４１と他の層との界面とで、光の反射率は異なる。カラーフィルタの表面側から副画素１０Ａに入射する光は、第１格子層２１よりも第２格子層４１に先に到達し、第２格子層４１による光学的作用を大きく受ける。一方、カラーフィルタの裏面側から副画素１０Ａに入射する光は、第２格子層４１よりも第１格子層２１に先に到達し、第１格子層２１による光学的作用を大きく受ける。結果として、表面側から副画素１０Ａに光が入射する場合と、裏面側から副画素１０Ａに光が入射する場合とで、特に反射光の色彩が大きく異なる。
【０１４０】
さらに、各格子層２１，４１においてプラズモン共鳴によって消費される波長領域は、各格子層２１，４１の格子構造、すなわち、構造周期ＰＴや各格子層２１，４１の厚さや第１誘電体層２２および第２金属層４２の幅ＷＴによって変わり、また、各格子層２１，４１の材料、すなわち、金属層６１の材料や突部１１Ｔの材料の屈折率や誘電体層６２の材料の屈折率によって変わる。したがって、例えば、第１格子層２１における第１誘電体層２２の材料の選択や、第２格子層４１における第２誘電体層４４の材料の選択によって、反射光や透過光の波長領域を調整することができる。すなわち、副画素１０Ａによる変換後の光の色の調整が可能である。
【０１４１】
例えば、同一の構造周期ＰＴを有する２つの副画素１０Ａであって、突部１１Ｔおよび金属層６１の各々の材料が２つの副画素１０Ａで同一であり、誘電体層６２の材料が２つの副画素１０Ａで異なる副画素１０Ａを比較する。すなわち、２つの副画素１０Ａにおいて、第１格子層２１の構成は同一であり、中間格子層３１における第１中間誘電体層３２の材料も同一であり、第２格子層４１における第２金属層４２の材料も同一である。一方、２つの副画素１０Ａにおいて、中間格子層３１における第２中間誘電体層３４の材料は互いに異なり、第２格子層４１における第２誘電体層４４の材料は互いに異なり、上部格子層５１における第１上部誘電体層５２の材料も互いに異なっている。このように、２つの副画素１０Ａにおいて、中間格子層３１、第２格子層４１、および、上部格子層５１の各々の構成が互いに異なっていることにより、これらの層を透過する光の波長領域は、２つの副画素１０Ａで互いに異なる。したがって、２つの副画素１０Ａが出射する色変換後の光の波長領域は互いに異なる。
【０１４２】
以上、第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（５），（８）の効果に加えて、以下に列挙する効果が得られる。
（９）副画素１０Ａが誘電体層６２を備えているため、誘電体層６２を構成する材料の変更によって、副画素１０Ａが透過する波長領域を調整することができる。したがって、副画素１０Ａが透過する光の波長領域の分布を副画素１０Ａ内において調整する自由度がさらに高められる。
【０１４３】
（１０）誘電体層６２が、チタン、ニオブ、アルミニウム、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、珪素、マグネシウムからなる群から選択されるいずれか１つの材料の酸化物を含む材料から構成される形態であれば、誘電体層６２の屈折率を広い範囲から選択可能である。したがって、副画素１０Ａが透過する波長領域の調整の自由度が高められる。
【０１４４】
（１１）誘電体層６２の厚さＴ７が、突部１１Ｔの高さである厚さＴ５以下である構成であれば、副画素１０Ａにおける光の透過性が高められるため、副画素１０Ａの透過する光の強度が高められる。したがって、各副画素１０Ａにおける色味の鮮明さや各副画素１０Ａにおける光の輝度を高めることが可能ともなる。また、誘電体層６２の厚さＴ７が、２００ｎｍ以下である構成であれば、副画素１０Ａにおける光の透過性が十分に高められる。
【０１４５】
＜第２実施形態の変形例＞
上記第２実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・孤立領域Ａ２と周辺領域Ａ３とからなる平面において、孤立領域Ａ２が占める面積比率、すなわち、基準面と突部１１Ｔとを含む平面において、単位面積あたりにおいて突部１１Ｔが占める面積の割合は、０．１より大きいことが好ましい。上記面積比率が０．１より大きい構成であれば、突部１１Ｔの幅に対する高さの比であるアスペクト比が過度に大きくなることが抑えられるため、支持部１１と突部１１Ｔとからなる構造体の耐久性が高められ、また、突部１１Ｔの加工の精度が得られやすい。
【０１４６】
一方、上記面積比率が０．５より小さい構成であれば、上部格子層５１とその上層との界面においてフレネル反射が生じることが好適に抑えられる。なお、金属層６１や誘電体層６２の製法によっては、これらの層の形成の際に突部１１Ｔの側面にも材料が付着する。上記面積比率が０．５より小さい構成であれば、互いに隣り合う突部１１Ｔ間の領域の大きさが十分に確保され、突部１１Ｔ間の領域が、金属層６１や誘電体層６２の形成の際に突部１１Ｔの側面に付着した材料によって埋まることが抑えられる。したがって、金属層６１および誘電体層６２が下層の表面形状に追従した形状に形成されやすい。その結果、第１上部誘電体層５２が点在する上部格子層５１が好適に形成され、上部格子層５１の界面でフレネル反射を抑える効果が好適に得られる。
【０１４７】
副画素１０Ａの特に表面側でフレネル反射を抑えるためには、第２上部誘電体層５３に対して第２格子層４１とは反対側で第２上部誘電体層５３に接する層である表面層と、第２上部誘電体層５３との間の屈折率差は、第１金属層２３と支持部１１との間の屈折率差よりも小さいことが好ましい。表面層は、例えば空気層である。そして、第２上部誘電体層５３の屈折率は、表面層の屈折率と等しいことがさらに好ましい。
【０１４８】
・第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１金属層２３と第２金属層４２とは、図８に示した形状的特徴を有し得る。そして、金属層６１は、第１中間誘電体層３２の側面に位置して第２金属層４２に連続する金属層である中間金属層３２Ａを含み得る。中間金属層３２Ａは、第１中間誘電体層３２と第２中間誘電体層３４とに挟まれ、第１中間誘電体層３２の側面上での厚さが、第１金属層２３に近い部位ほど薄い。なお、中間金属層３２Ａの存在によって、中間格子層３１でもプラズモン共鳴が生じ得る。
・第２実施形態においても、第１実施形態の図９で示した構造と同様に、突部１１Ｔの形状は、支持部１１の表面から突き出る錐体状であってもよい。
【０１４９】
・図１６が示すように、カラーフィルタは、誘電体層６２の上に保護層４５をさらに備えてもよい。こうした構成によれば、支持部１１および突部１１Ｔと、金属層６１と、誘電体層６２とから構成される構造体を保護することができる。保護層４５は、第２上部誘電体層５３と一体の構造体に具体化できる。この際、保護層４５は、低屈折率の樹脂層であることが好ましい。低屈折率の樹脂層は、第１誘電体層２２の屈折率や第１中間誘電体層３２の屈折率よりも空気層の屈折率に近い屈折率を有する。
【０１５０】
また、カラーフィルタの表面を構成する保護層４５がフッ素を含む樹脂から構成される形態であれば、カラーフィルタの表面に汚れが付着することが抑えられる。
なお、保護層４５は、図１６が示すように平坦な表面を有していてもよいし、誘電体層６２の表面形状に追従した形状を有していてもよい。
【０１５１】
・副画素１０Ａの表面１０Ｓと対向する方向から見た孤立領域Ａ２の配置は、正方配列および六方配列に限らず、二次元格子状であればよい。すなわち、複数の第１誘電体層２２は二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第１中間誘電体層３２も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第２金属層４２も二次元格子状に並んでいればよく、また、複数の第１上部誘電体層５２も二次元格子状に並んでいればよい。換言すれば、周期構造体の周期要素は、サブ波長周期を有した二次元格子状に並んでいればよい。二次元格子状の配列は、二次元平面内において交差する２つの方向の各々に沿って要素が並ぶ配列である。この際、構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比は、１つの方向での構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比であり、当該比が所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記２つの方向の各々について、構造周期ＰＴに対する幅ＷＴの比が所定の範囲内であることを示す。また、カラーフィルタが有する各層の厚さが構造周期ＰＴに対して所定の範囲内であるとは、周期要素が並ぶ上記２つの方向の各々における構造周期ＰＴに対して、各層の厚さが所定の範囲内であることを示す。
【０１５２】
また、副画素１０Ａの表面１０Ｓと対向する方向から見た孤立領域Ａ２の形状、すなわち、周期要素の平面形状は、正方形に限らず、長方形や他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。
【０１５３】
・第２実施形態においても、基準面に並ぶ周期要素は、支持部１１の表面が備える有底の孔であってもよい。具体的には、図１７が示すように、孤立領域Ａ２には、支持部１１の表面から窪む孔である凹部１１Ｈが位置する。副画素１０Ａの表面１０Ｓと対向する方向から見て、複数の凹部１１Ｈは、サブ波長周期を有した二次元格子状に並ぶ。こうした構成においては、支持部１１が周期構造体である。そして、周期構造体が有する周期要素は、支持部１１の表面を基準面として、基準面から窪む凹部１１Ｈである。また、周期要素の一端部は、各凹部１１Ｈの備える開口部であり、周期要素の他端部は、各凹部１１Ｈの備える底面である。
【０１５４】
この場合も、金属層６１は、周期構造体の表面形状に追従する形状を有し、誘電体層６２は、金属層６１の表面形状に追従する形状を有する。そして、各凹部１１Ｈの開口部を囲う網目状に第１金属層２３が位置し、各凹部１１Ｈの底面に、第２金属層４２が位置する。第１金属層２３の上に網目状の誘電体層７１が位置し、第２金属層４２の上に、二次元格子状に並ぶ誘電体層７２が位置する。この際、各第２金属層４２と、支持部１１のなかで各第２金属層４２を囲う網目状の部分とによって、金属と誘電体とからなる格子構造が形成される。また、第２金属層４２上に位置する誘電体層７２と、第１金属層２３とによっても、金属と誘電体とからなる格子構造が形成される。カラーフィルタに光が照射されると、これらの格子構造を有する層にて、プラズモン共鳴が生じることに起因して、副画素１０Ａは、特定の波長領域の光を透過する。こうした構成によっても、上記（９）から（１１）に準じた効果が得られる。
・第２実施形態の光学フィルタの構成は、第１実施形態と同様に、撮像素子に用いられるフィルタに適用されてもよい。
【符号の説明】
【０１５５】
Ａ２…孤立領域、Ａ３…周辺領域、Ｌ１…外光、ＥＰ１，ＥＰ２，ＬＡ，ＬＰ１，ＬＰ２，ＬＲ，ＬＲ１，ＬＲ２…光、ＬＴ…正方形、ＰＴ…構造周期、Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７…厚さ、Ｗ４，ＷＴ…幅、ＷＰ…最短幅、１…カラーフィルタ、２…光源装置、１０Ａ…副画素、１０Ｓ…表面、１０Ｔ…裏面、１１…支持部、１１Ｔ…突部、１１Ｈ…凹部、２１…第１格子層、２２…第１誘電体層、２３…第１金属層、３１…中間格子層、３２…第１中間誘電体層、３２Ａ…中間金属層、３３，３４…第２中間誘電体層、４１…第２格子層、４２…第２金属層、４３，４４…第２誘電体層、４５…保護層、５１…上部格子層、５２…第１上部誘電体層、５３…第２上部誘電体層、６１…金属層、６２…誘電体層、１２０…光学フィルタ、１２１…フィルタ要素、１３０…受光素子群、１３１…受光素子、１４０…撮像素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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