(57)【要約】【課題】波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することのできる製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスを提供する。【解決手段】光学デバイス１０は、第１サブ波長格子を構成する第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとを有する第１格子領域１３、第２サブ波長格子を構成する第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとを有する第２格子領域１５、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６を備える。第１サブ波長格子と第２サブ波長格子との格子周期は等しく、第１格子領域１３と第２格子領域１５とにおける高屈折率部１３ａ，１５ａの体積比率は等しく、第１格子領域１３の厚さ方向に沿った方向から見て、第１高屈折率部１３ａと第２低屈折率部１５ｂとが重なり、第２高屈折率部１５ａと第１低屈折率部１３ｂとが重なっている。【選択図】図１
2018063304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を透過する材料から構成される光学デバイスの製造方法であって、
第１低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部と、前記複数の凸部の並ぶ方向に沿って前記凸部と交互に並ぶ凹部であって、前記表面と対向する方向から見て前記複数の凸部の面積と等しい面積を有する複数の凹部とを形成することによって、前記凸部と前記凹部とを有する凹凸構造層を形成する第１工程と、
前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に、前記凸部の高さよりも小さい厚さを有する高屈折率層を形成する第２工程であって、前記高屈折率層として、前記凹部上に位置する第１サブ波長格子と、前記凸部上に位置して前記第１サブ波長格子と同一の格子周期を有する第２サブ波長格子とを含む層を形成する第２工程と、
前記凹凸構造層と前記高屈折率層とからなる構造体の表面に、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料からなる埋め込み層を形成することにより、前記構造体が有する凹凸を前記第２サブ波長格子上まで前記第２低屈折率材料で埋める第３工程と、 
を含む光学デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第１工程では、前記第１低屈折率材料である樹脂からなる塗工層に凹版を押し付け、前記樹脂を硬化させた後に前記凹版を離型して前記凹版の有する凹凸を前記樹脂に転写することにより、前記凹凸構造層を形成し、
前記第２工程では、前記高屈折率材料として無機化合物を含む材料を用いて、前記高屈折率層を形成し、
前記第３工程では、前記構造体の表面に、前記第２低屈折率材料である樹脂を塗工し、塗工した樹脂を硬化させることにより、前記埋め込み層を形成する
請求項１に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記第３工程では、２つの前記構造体を、前記高屈折率層同士が向かい合うように対向させ、２つの前記構造体の間の領域を前記第２低屈折率材料で埋めることによって、前記埋め込み層を形成する
請求項１または２に記載の光学デバイスの製造方法。
【請求項４】
入射光を透過する材料から構成された光学デバイスであって、
第１サブ波長格子を構成する複数の第１高屈折率部と、前記第１高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第１低屈折率部とを有し、前記第１高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第１高屈折率部と前記第１低屈折率部とが交互に位置する第１格子領域と、
前記第１高屈折率部と同一の材料から構成されて第２サブ波長格子を構成する複数の第２高屈折率部と、前記第２高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第２低屈折率部とを有し、前記第２高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第２高屈折率部と前記第２低屈折率部とが交互に位置する第２格子領域と、
前記第１格子領域の平均屈折率および前記第２格子領域の平均屈折率の各々よりも低い屈折率をそれぞれが有する第１低屈折率領域、第２低屈折率領域、および、第３低屈折率領域と、を備え、
前記第１格子領域は、当該第１格子領域の厚さ方向に前記第１低屈折率領域と前記第２低屈折率領域とに挟まれ、
前記第２格子領域は、当該第２格子領域の厚さ方向に前記第２低屈折率領域と前記第３低屈折率領域とに挟まれ、
前記第１サブ波長格子の格子周期と前記第２サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しい周期であり、
前記第１格子領域における前記複数の第１高屈折率部の体積比率と、前記第２格子領域における前記複数の第２高屈折率部の体積比率とは同一であり、
前記第１格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て、
前記第１高屈折率部と前記第２低屈折率部とが重なり、前記第２高屈折率部と前記第１低屈折率部とが重なっている
光学デバイス。
【請求項５】
前記第１低屈折率領域と、前記第１低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第１低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第１構造体であり、
前記第３低屈折率領域と、前記第２低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第２低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第２構造体である
請求項４に記載の光学デバイス。
【請求項６】
前記第１構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きく、
前記第２構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きい
請求項５に記載の光学デバイス。
【請求項７】
前記第１構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、
前記第２構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、
前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部を構成する材料は、無機化合物を含む
請求項５または６に記載の光学デバイス。
【請求項８】
前記第２低屈折率領域は、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部と同一の材料から構成された第３高屈折率部を有し、
前記第３高屈折率部は、前記第１格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て互いに隣り合う前記第１高屈折率部と前記第２高屈折率部との端部間で、前記第２低屈折率領域の厚さ方向に沿って延びている
請求項４〜７のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項９】
前記複数の第１高屈折率部、前記複数の第１低屈折率部、前記複数の第２高屈折率部、および、前記複数の第２低屈折率部の各々は、共通する１つの方向に帯状に延びる形状を有している
請求項４〜８のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項１０】
前記第１格子領域、前記第２格子領域、前記第１低屈折率領域、前記第２低屈折率領域、および、前記第３低屈折率領域から構成される部分が共鳴構造部であり、
前記光学デバイスは、前記共鳴構造部の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記共鳴構造部を備える
請求項４〜９のいずれか一項に記載の光学デバイス。
【請求項１１】
前記複数の共鳴構造部の各々が有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期は、前記複数の共鳴構造部において等しい
請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１２】
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共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期と、前記第２共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期とは、互いに異なる
請求項１０に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
前記複数の共鳴構造部の各々において、前記複数の第１高屈折率部、前記複数の第１低屈折率部、前記複数の第２高屈折率部、および、前記複数の第２低屈折率部の各々である要素部は、１つの方向に帯状に延びる形状を有し、
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共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向と、前記第２共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向とは、互いに異なる
請求項１０に記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造色を利用した光学デバイス、および、光学デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モルフォ蝶の鱗粉や玉虫の表皮に代表される構造色は、色素が呈する色のように分子における電子遷移に起因して視認される色とは異なり、光の回折や干渉や散乱といった、物体の構造に起因した光学現象の作用によって視認される色である。例えば、多層膜干渉による構造色は、多層膜の各界面で反射した特定の波長域の光が干渉により強められることによって生じる構造色である。このように、多層膜干渉によって特定の波長域の光を取り出すことができるため、多層膜干渉の原理は、特定の波長域の光を選択的に透過もしくは反射することによって波長の選別を可能とする光学デバイスに利用されている。
【０００３】
しかしながら、多層膜干渉によって取り出すことのできる波長域は、多層膜における各層の膜厚等の層構成に依存するため、多層膜干渉を利用した光学デバイスでは、選択したい波長域ごとに、互いに異なる層構成の多層膜を形成する必要がある。したがって、選択される波長域の違いによる光学デバイスの製造工程の違いが大きいため汎用性に乏しく、また、選択される波長域が互いに異なる複数の領域を有する光学デバイスの製造工程は非常に複雑にならざるを得ない。
【０００４】
多層膜干渉とは異なる光学現象によって波長を選別する光学デバイスとして、導波モード共鳴現象を利用した光学デバイスが提案されている。この光学デバイスは、光の波長よりも小さい周期で並ぶ回折格子であるサブ波長格子を有する。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、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、この特定の波長域の光が反射光として強く射出される導波モード共鳴現象が生じる。
【０００５】
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、こうした構造のデバイスにおいて、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や透過光を得るためには、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、サブ波長格子領域を伝搬する光の多重反射によるロス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。
【０００６】
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、素子から出射される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素子の製造が可能であり、製造コストの削減もできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
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、光学デバイス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、製造工程において、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。
【０００９】
それゆえ、導波モード共鳴現象を利用して選択された波長域の光を出射する光学デバイスとして、波長選択性に優れるとともに製造の容易な構造を有する光学デバイスが望まれている。
【００１０】
本発明は、波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することのできる製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイス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】
【００１１】
上記課題を解決する光学デバイスの製造方法は、入射光を透過する材料から構成される光学デバイスの製造方法であって、第１低屈折率材料からなる層の表面に、サブ波長周期で並ぶ複数の凸部と、前記複数の凸部の並ぶ方向に沿って前記凸部と交互に並ぶ凹部であって、前記表面と対向する方向から見て前記複数の凸部の面積と等しい面積を有する複数の凹部とを形成することによって、前記凸部と前記凹部とを有する凹凸構造層を形成する第１工程と、前記第１低屈折率材料よりも高い屈折率を有する高屈折率材料を用いて、前記凹凸構造層の表面に、前記凸部の高さよりも小さい厚さを有する高屈折率層を形成する第２工程であって、前記高屈折率層として、前記凹部上に位置する第１サブ波長格子と、前記凸部上に位置して前記第１サブ波長格子と同一の格子周期を有する第２サブ波長格子とを含む層を形成する第２工程と、前記凹凸構造層と前記高屈折率層とからなる構造体の表面に、前記高屈折率材料よりも低い屈折率を有する第２低屈折率材料からなる埋め込み層を形成することにより、前記構造体が有する凹凸を前記第２サブ波長格子上まで前記第２低屈折率材料で埋める第３工程と、 を含む。
【００１２】
上記製法によって製造された光学デバイスに光が入射すると、２つのサブ波長格子の各々を含む領域にて導波モード共鳴現象が発生する。そして、一方の領域にて多重反射する過程で漏れ出て他方の領域に入った特定の波長域の光は、他方の領域を多重反射しつつ伝播し、光学デバイスからは、２つの領域の各々で強められた上記特定の波長域の光が反射光として射出される。そして、入射光のなかで上記強められた波長域を除く波長域の光が、光学デバイスを透過して、透過光として射出される。したがって、上記構成の光学デバイスによれば、１つのサブ波長格子のみを有する光学デバイスと比較して、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る。すなわち、上記製造方法によれば、サブ波長格子に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、光学デバイスの波長選択性が高められるため、波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することができる。
【００１３】
上記製法において、前記第１工程では、前記第１低屈折率材料である樹脂からなる塗工層に凹版を押し付け、前記樹脂を硬化させた後に前記凹版を離型して前記凹版の有する凹凸を前記樹脂に転写することにより、前記凹凸構造層を形成し、前記第２工程では、前記高屈折率材料として無機化合物を含む材料を用いて、前記高屈折率層を形成し、前記第３工程では、前記構造体の表面に、前記第２低屈折率材料である樹脂を塗工し、塗工した樹脂を硬化させることにより、前記埋め込み層を形成してもよい。
【００１４】
上記製法によれば、ナノインプリント法を用いて凹凸構造層の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層を好適に、かつ、簡便に形成することができる。
【００１５】
上記製法において、前記第３工程では、２つの前記構造体を、前記高屈折率層同士が向かい合うように対向させ、２つの前記構造体の間の領域を前記第２低屈折率材料で埋めることによって、前記埋め込み層を形成してもよい。
【００１６】
上記製法によれば、サブ波長格子を４つ以上備える光学デバイスを容易に製造することができる。こうした光学デバイスによれば、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。
【００１７】
上記課題を解決する光学デバイスは、入射光を透過する材料から構成された光学デバイスであって、第１サブ波長格子を構成する複数の第１高屈折率部と、前記第１高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第１低屈折率部とを有し、前記第１高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第１高屈折率部と前記第１低屈折率部とが交互に位置する第１格子領域と、前記第１高屈折率部と同一の材料から構成されて第２サブ波長格子を構成する複数の第２高屈折率部と、前記第２高屈折率部よりも低い屈折率を有する複数の第２低屈折率部とを有し、前記第２高屈折率部の並ぶ方向に沿って前記第２高屈折率部と前記第２低屈折率部とが交互に位置する第２格子領域と、前記第１格子領域の平均屈折率および前記第２格子領域の平均屈折率の各々よりも低い屈折率をそれぞれが有する第１低屈折率領域、第２低屈折率領域、および、第３低屈折率領域と、を備え、前記第１格子領域は、当該第１格子領域の厚さ方向に前記第１低屈折率領域と前記第２低屈折率領域とに挟まれ、前記第２格子領域は、当該第２格子領域の厚さ方向に前記第２低屈折率領域と前記第３低屈折率領域とに挟まれ、前記第１サブ波長格子の格子周期と前記第２サブ波長格子の格子周期とは、相互に等しい周期であり、前記第１格子領域における前記複数の第１高屈折率部の体積比率と、前記第２格子領域における前記複数の第２高屈折率部の体積比率とは同一であり、前記第１格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て、前記第１高屈折率部と前記第２低屈折率部とが重なり、前記第２高屈折率部と前記第１低屈折率部とが重なっている。
【００１８】
上記構成によれば、第１格子領域と第２格子領域との各格子領域が、サブ波長格子を有すること、および、各格子領域が、各格子領域の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率領域に挟まれていることから、各格子領域に光が入射すると、各格子領域では、入射側空間への回折光の射出が抑えられて導波モード共鳴現象が発生する。そして、各格子領域の格子周期および高屈折率部の体積比率が同一であることにより、第１格子領域で共鳴を起こす光の波長域と第２格子領域で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。
【００１９】
したがって、一方の格子領域にて多重反射する過程で漏れ出て他方の格子領域に入った特定の波長域の光は、他方の格子領域を多重反射しつつ伝播し、光学デバイスからは、第１格子領域で強められた波長域の反射光と、第２格子領域で強められた波長域の反射光とが射出される。そして、入射光のなかで上記強められた波長域を除く波長域の光が、光学デバイスを透過して、光学デバイスから射出される。
【００２０】
このように、上記構成の光学デバイスによれば、２つの格子領域の各々で強められた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光学デバイスと比較して、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る。すなわち、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、波長選択性が高められるため、容易な製造が可能である。
【００２１】
上記構成において、前記第１低屈折率領域と、前記第１低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第１低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第１構造体であり、前記第３低屈折率領域と、前記第２低屈折率部と、前記第２低屈折率領域のなかで前記第２低屈折率部に隣接する部分とは、相互に連続する１つの構造体である第２構造体であってもよい。
上記構成によれば、１つの構造体である部分を、上述の製造方法を用いて１つの工程にて製造することができるため、光学デバイスの容易な製造が可能である。
【００２２】
上記構成において、前記第１構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きく、前記第２構造体と前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部との屈折率差は０．２よりも大きくてもよい。
【００２３】
上記構成によれば、各格子領域にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイスにおける波長選択性がより高められる。
【００２４】
上記構成において、前記第１構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、前記第２構造体を構成する材料は、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部を構成する材料は、無機化合物を含んでもよい。
【００２５】
上記構成によれば、各格子領域にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイスにおける波長選択性がより高められる。また、光学デバイスの製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。
【００２６】
上記構成において、前記第２低屈折率領域は、前記第１高屈折率部および前記第２高屈折率部と同一の材料から構成された第３高屈折率部を有し、前記第３高屈折率部は、前記第１格子領域の厚さ方向に沿った方向から見て互いに隣り合う前記第１高屈折率部と前記第２高屈折率部との端部間で、前記第２低屈折率領域の厚さ方向に沿って延びていてもよい。
【００２７】
上記構成によれば、真空蒸着法を利用した高屈折率部の形成が可能であり、サブ波長格子の好適な形成が可能である。そして、この場合であっても、導波モード共鳴現象を生じさせるための第２低屈折率領域の構成が好適に実現される。
【００２８】
上記構成において、前記複数の第１高屈折率部、前記複数の第１低屈折率部、前記複数の第２高屈折率部、および、前記複数の第２低屈折率部の各々は、共通する１つの方向に帯状に延びる形状を有していてもよい。
【００２９】
上記構成によれば、各格子領域にて、サブ波長格子の格子周期および第１高屈折率部の体積比率を一致させることが容易である。また、サブ波長格子の製造が容易である。
【００３０】
上記構成において、前記第１格子領域、前記第２格子領域、前記第１低屈折率領域、前記第２低屈折率領域、および、前記第３低屈折率領域から構成される部分が共鳴構造部であり、前記光学デバイスは、前記共鳴構造部の厚さ方向に沿って並ぶ複数の前記共鳴構造部を備えてもよい。
【００３１】
上記構成によれば、光学デバイスが４つ以上の格子領域を備えるため、光学デバイス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。
【００３２】
上記構成において、前記複数の共鳴構造部の各々が有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期は、前記複数の共鳴構造部において等しくてもよい。
【００３３】
上記構成によれば、各格子領域で共鳴を起こす光の波長域は一致するため、光学デバイスに光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、各格子領域で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイスから射出されるため、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より大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。
【００３４】
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共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期と、前記第２共鳴構造部の有する前記第１サブ波長格子および前記第２サブ波長格子の格子周期とは、互いに異なっていてもよい。
【００３５】
上記構成によれば、第１共鳴構造部の有する各格子領域にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部の有する各格子領域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、光学デバイスに光が入射したとき、上層の共鳴構造部の各格子領域で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった波長域の光は、この共鳴構造部を透過して、下層の共鳴構造部に入り、上層の共鳴構造部とは異なる波長域の光が、下層の共鳴構造部の各格子領域で多重反射する。その結果、光学デバイスからは、第１共鳴構造部の格子領域にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部の有する格子領域にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が射出される。また、光学デバイス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第１の波長域および第２の波長域を除く波長域の光が透過光として射出される。したがって、光学デバイスにて、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、各共鳴構造部が有するサブ波長格子の格子周期の設定を通じて、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。
【００３６】
上記構成において、前記複数の共鳴構造部の各々において、前記複数の第１高屈折率部、前記複数の第１低屈折率部、前記複数の第２高屈折率部、および、前記複数の第２低屈折率部の各々である要素部は、１つの方向に帯状に延びる形状を有し、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共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向と、前記第２共鳴構造部の有する前記要素部の延びる方向とは、互いに異なってもよい。
【００３７】
上記構成によれば、各共鳴構造部の格子領域では、入射光に含まれる光のうち、サブ波長格子の配列方向に応じた方向に偏光した光が共鳴を起こす。第１共鳴構造部と第２共鳴構造部とでサブ波長格子の配列方向が異なっていることにより、第１共鳴構造部の格子領域と第２共鳴構造部の格子領域とでは、入射光に含まれる光のうち、互いに異なる方向へ偏光した光が共鳴を起こして、それぞれの共鳴構造部から射出される。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度がより高められる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、波長選択性の高められた光学デバイスを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】光学デバイスの第１実施形態について、光学デバイスの断面構造と格子領域の平面構造とを示す図。
【図２】光学デバイスの製造方法の第１実施形態について、凹凸構造層の形成工程を示す図。
【図３】光学デバイスの製造方法の第１実施形態について、高屈折率層の形成工程を示す図。
【図４】光学デバイスの製造方法の第１実施形態について、埋め込み層の形成工程を示す図。
【図５】第１実施形態の光学デバイスにおける第２低屈折率領域の構成例を示す断面図。
【図６】第１実施形態の光学デバイスの変形例を示す断面図。
【図７】第１実施形態の光学デバイスの変形例を示す断面図。
【図８】第１実施形態の光学デバイスの適用例である波長選択フィルタの作用を示す図。
【図９】第１実施形態の光学デバイスの適用例である表示体の平面構造を示す図。
【図１０】第１実施形態の光学デバイスの適用例である表示体の作用を示す図。
【図１１】第１実施形態の光学デバイス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実施形態の光学デバイスの適用例であるカラーフィルタの作用を示す図。
【図１３】光学デバイスの第２実施形態について、光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図。
【図１４】光学デバイスの第２実施形態について、光学デバイスの断面構造の一例を示す断面図。
【図１５】光学デバイスの製造方法の第２実施形態について、凹凸構造体が向かい合わされた状態を示す図。
【図１６】光学デバイスの製造方法の第２実施形態について、埋め込み層の形成工程を示す図。
【図１７】光学デバイスの第３実施形態について、光学デバイスの斜視構造を示す斜視図。
【図１８】光学デバイスの第３実施形態について、光学デバイスを領域ごとに分割して示す斜視図。
【図１９】変形例の光学デバイスにおける格子領域の平面構造を示す平面図。
【図２０】変形例の光学デバイスにおける凹凸構造層の斜視構造を示す斜視図。
【図２１】実施例２のサブ波長格子パターンを簡略化して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
（第１実施形態）
【００４１】
図１〜図７を参照して、光学デバイスの製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスの第１実施形態について説明する。光学デバイスは、光学デバイス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。光学デバイスの選択対象の波長域は特に限定されないが、例えば、光学デバイスは、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以下としている。
【００４２】
［光学デバイスの構成］
図１を参照して、第１実施形態の製造方法の製造対象である光学デバイスの構成について説明する。図１が示すように、光学デバイス１０は、基材１１、第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３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、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３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、各領域の厚さ方向であり、光学デバイス１０の厚さ方向である。また、基材１１に対する第３低屈折率領域１６の側が光学デバイス１０の表面側であり、第３低屈折率領域１６に対する基材１１の側が、光学デバイス１０の裏面側である。図１においては、光学デバイス１０の断面構造を示すとともに、第１格子領域１３の平面構造と第２格子領域１５の平面構造とを、これらの領域を一部破断させて示している。
【００４３】
基材１１は板状を有し、基材１１の有する面のうち、光学デバイス１０の表面側に位置する面が基材１１の表面である。光学デバイス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。
【００４４】
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、複数の第１高屈折率部１３ａと複数の第１低屈折率部１３ｂとを有する。第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの各々は、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、１つの方向である第２方向に沿って延びる帯形状を有している。第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとは、第２方向と直交する第３方向に沿って交互に並んでいる。第２方向と第３方向とは、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１格子領域１３は、第１方向に沿って、第１低屈折率領域１２と第２低屈折率領域１４とに挟まれており、これらの領域の各々と接している。
【００４５】
第２格子領域１５は、複数の第２高屈折率部１５ａと複数の第２低屈折率部１５ｂとを有する。第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの各々は、第１方向に沿った方向から見て、第２方向に沿って延びる帯形状を有し、第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとは、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、第１高屈折率部１３ａおよび第１低屈折率部１３ｂの延びる方向と、第２高屈折率部１５ａおよび第２低屈折率部１５ｂの延びる方向とは一致しており、第１高屈折率部１３ａおよび第１低屈折率部１３ｂの並ぶ方向と、第２高屈折率部１５ａおよび第２低屈折率部１５ｂの並ぶ方向とは一致している。そして、第１方向に沿った方向から見て、第１高屈折率部１３ａと第２低屈折率部１５ｂとが重なり、第２高屈折率部１５ａと第１低屈折率部１３ｂとが重なっている。第２格子領域１５は、第１方向に沿って、第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれて、これらの領域の各々と接している。なお、図１においては、第１格子領域１３と第２格子領域１５との平面構造について、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとにドットを付して示している。
【００４６】
第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとは、同一の材料から構成されており、すなわち、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第２高屈折率部１５ａの屈折率とは互いに等しい。第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率は、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々の屈折率よりも高い。さらに、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａの屈折率は、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の屈折率よりも高い。
【００４７】
第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、第３低屈折率領域１６、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々は、同一の材料から構成されており、すなわち、これらの屈折率はすべて等しい。第１低屈折率領域１２の屈折率は、領域内の部位に依らず一定であり、第２低屈折率領域１４の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定であり、第３低屈折率領域１６の屈折率もまた、領域内の部位に依らず一定である。
【００４８】
第３方向における第１高屈折率部１３ａの長さが第１高要素幅Ｄｈ１であり、第３方向における第１低屈折率部１３ｂの長さが第１低要素幅Ｄｌ１である。第１高要素幅Ｄｈ１と第１低要素幅Ｄｌ１との合計の長さが、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの配列の周期である第１周期Ｐ１である。
【００４９】
第３方向における第２高屈折率部１５ａの長さが第２高要素幅Ｄｈ２であり、第３方向における第２低屈折率部１５ｂの長さが第２低要素幅Ｄｌ２である。第２高要素幅Ｄｈ２と第２低要素幅Ｄｌ２との合計の長さが、第２格子領域１５における第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの配列の周期である第２周期Ｐ２である。
【００５０】
第１高要素幅Ｄｈ１と、第１低要素幅Ｄｌ１と、第２高要素幅Ｄｈ２と、第２低要素幅Ｄｌ２とは、すべて等しい。そして、第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは一致している。
【００５１】
第１周期Ｐ１と第２周期Ｐ２とは、可視領域の光の波長よりも小さく、すなわち、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２の各々は、サブ波長周期である。こうした構成において、第１格子領域１３における複数の第１高屈折率部１３ａと第２格子領域１５における複数の第２高屈折率部１５ａとは、それぞれの領域にて、導波モード共鳴現象を生じさせるサブ波長格子を構成している。第１高屈折率部１３ａが構成するサブ波長格子と第２高屈折率部１５ａが構成するサブ波長格子とは、同一の格子周期を有している。すなわち、本実施形態の光学デバイス１０は、第１方向に間をあけて並ぶ２つのサブ波長格子がこれらのサブ波長格子を構成する材料よりも屈折率の低い材料で埋め込まれた構造を有している。
【００５２】
また、第１格子領域１３の厚さが、第１領域厚さＴ１であり、第２格子領域１５の厚さが、第２領域厚さＴ２である。第１領域厚さＴ１と第２領域厚さＴ２とは、一致している。なお、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の厚さは特に限定されない。
【００５３】
上記構成において、第１格子領域１３の屈折率は、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの体積比率に応じて、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第１低屈折率部１３ｂの屈折率とを均した平均屈折率に近似される。第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａと第１低屈折率部１３ｂとの体積比率は１：１であるため、第１格子領域１３の平均屈折率は、第１高屈折率部１３ａの屈折率と第１低屈折率部１３ｂの屈折率との平均値である。
【００５４】
同様に、第２高屈折率部１５ａと第２低屈折率部１５ｂとの体積比率は１：１であるため、第２格子領域１５の平均屈折率は、第２高屈折率部１５ａの屈折率と第２低屈折率部１５ｂの屈折率との平均値であり、第１格子領域１３の平均屈折率と一致する。そして、第１格子領域１３における第１高屈折率部１３ａの体積比率と、第２格子領域１５における第２高屈折率部１５ａの体積比率とは等しい。
【００５５】
ここで、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々において導波モード共鳴現象を生じさせるためには、第１格子領域１３の屈折率と、第１格子領域１３を挟む第１低屈折率領域１２および第２低屈折率領域１４の各々の屈折率との差は、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の屈折率と、第２格子領域１５を挟む第２低屈折率領域１４および第３低屈折率領域１６の各々の屈折率との差は、いずれも０．１よりも大きいことが好ましい。
【００５６】
したがって、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａを構成する高屈折率材料の屈折率と、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、第３低屈折率領域１６、第１低屈折率部１３ｂ、および、第２低屈折率部１５ｂを構成する低屈折率材料の屈折率との差は０．２より大きいことが好ましい。
【００５７】
光学デバイス１０の選択対象が可視領域の光である場合には、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、熱硬化性樹脂等の高分子材料を用いることが可能であり、この場合、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）等の無機誘電体材料を用いることができる。
【００５８】
基材１１、および、各領域１２〜１６のすべてが、光学デバイス１０への入射光を透過する材料から構成されている場合、光学デバイス１０は、反射光および透過光の両方について波長選択性を有する。
【００５９】
［光学デバイスの作用］
上記光学デバイス１０の表面側から光学デバイス１０に光が入射すると、第２格子領域１５がサブ波長格子を有すること、および、第２格子領域１５が、第２格子領域１５の屈折率よりも低い屈折率を有する第２低屈折率領域１４と第３低屈折率領域１６とに挟まれていることから、第２格子領域１５では、表面側への回折光の射出が抑えられ、導波モード共鳴現象が発生する。すなわち、特定の波長域の光が第２格子領域１５を多重反射しつつ伝播して共鳴を起こし、この特定の波長域の光が、光学デバイス１０の表面側に反射光として射出される。第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域１５における第２高要素幅Ｄｈ２、第２周期Ｐ２、および、第２領域厚さＴ２によって決まる。
【００６０】
ここで、第２格子領域１５を伝播する上記特定の波長域の光が、損失なく第２格子領域１５にて多重反射することは起こりにくく、上記特定の波長域の光の一部は、第２格子領域１５内での反射ごとに、第２低屈折率領域１４に漏れ出る。この漏れ出た光は、第２低屈折率領域１４を透過して、第１格子領域１３に入る。
また、上記特定の波長域以外の波長域の光は、第２格子領域１５で多重反射せずに、第２低屈折率領域１４を透過して、第１格子領域１３に入る。
【００６１】
第１格子領域１３に光が入射すると、第１格子領域１３がサブ波長格子を有すること、および、第１格子領域１３が、第１格子領域１３の屈折率よりも低い屈折率を有する第１低屈折率領域１２と第２低屈折率領域１４とに挟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。第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域は、第１格子領域１３における第１高要素幅Ｄｈ１、第１周期Ｐ１、および、第１領域厚さＴ１によって決まる。第１格子領域１３と第２格子領域１５とで、第１高要素幅Ｄｈ１は第２高要素幅Ｄｈ２と一致し、第１周期Ｐ１は第２周期Ｐ２と一致し、第１領域厚さＴ１は第２領域厚さＴ２と一致する。そのため、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域は、第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域と同じである。
【００６２】
したがって、第２格子領域１５にて多重反射する過程で漏れ出て第１格子領域１３に入った光が、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、光学デバイス１０の表面側に反射光として射出される。
そして、第１格子領域１３で多重反射を起こさなかった波長域の光は、第１低屈折率領域１２および基材１１を透過して、光学デバイス１０の裏面側に出る。
【００６３】
結果として、光学デバイス１０の表面側には、第２格子領域１５で強められた波長域の光と、第１格子領域１３で強められた波長域の光とが射出される。これらの光の波長域は同じであるから、１つの格子領域のみを有する光学デバイスと比較して、光学デバイス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。
【００６４】
そして、光学デバイス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上記特定の波長域を除く波長域の光が、透過光として光学デバイス１０の裏面側に射出される。
【００６５】
なお、光学デバイス１０の裏面側から光学デバイス１０に光が入射した場合には、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、光学デバイス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、透過光として光学デバイス１０の表面側に射出される。
【００６６】
［光学デバイスの製造方法］
図２〜図４を参照して、上述した光学デバイス１０の製造方法について説明する。
図２が示すように、まず、基材１１の表面に、低屈折率材料からなる層を形成し、この層の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２０を形成する。凹凸構造層２０は、基材１１に沿って広がる平坦部２０ａと、平坦部２０ａから突き出た複数の凸部２０ｂとを有するとともに、凸部２０ｂ間に位置する部分である複数の凹部２０ｃを有する。複数の凸部２０ｂは、サブ波長周期で等間隔に配置され、１つの方向に帯状に延びる。
【００６７】
複数の凹部２０ｃは、複数の凸部２０ｂと同一のパターンで並んでおり、基材１１の表面と対向する方向から見て、複数の凸部２０ｂの面積と複数の凹部２０ｃの面積とは等しい。
【００６８】
光学デバイス１０によって取り出したい波長域に応じて、凸部２０ｂと凹部２０ｃとは、配列の周期Ｐｔが所望の第１周期Ｐ１かつ第２周期Ｐ２となり、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１が所望の第１低要素幅Ｄｌ１かつ第２高要素幅Ｄｈ２となり、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２が所望の第１高要素幅Ｄｈ１かつ第２低要素幅Ｄｌ２となるように形成される。すなわち、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１と、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２とは等しい。凸部２０ｂの高さＨｔは、所望の第１領域厚さＴ１よりも大きくなるように形成される。
【００６９】
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２０ｂおよび凹部２０ｃを簡便に形成できるため好ましい。
【００７０】
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２０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２０ｂおよび凹部２０ｃ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２０ｂおよび凹部２０ｃが形成されるとともに、凸部２０ｂおよび凹部２０ｃ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２０ａが形成される。
【００７１】
次に、図３が示すように、凹凸構造層２０の表面に、高屈折率材料からなる高屈折率層２１を形成する。高屈折率層２１の形成方法としては、真空蒸着法等の公知の成膜技術が用いられる。高屈折率層２１は、凸部２０ｂ上と凹部２０ｃ上とに形成される。すなわち、高屈折率層２１は、凹部２０ｃ上に位置する第１層状部２１ａと、凸部２０ｂ上に位置する第２層状部２１ｂとを含む。
【００７２】
凹凸構造層２０における凸部２０ｂの幅Ｄｔ１と凹部２０ｃの幅Ｄｔ２とは等しいため、第１層状部２１ａの幅Ｄｓ１と第２層状部２１ｂの幅Ｄｓ２とは等しくなる。また、第１層状部２１ａの配列の周期と第２層状部２１ｂの配列の周期とは周期Ｐｔとなり、互いに等しい。高屈折率層２１の厚さは、すなわち、第１層状部２１ａの厚さＴｓ１であるとともに第２層状部の厚さＴｓ２であり、これらの厚さは等しい。高屈折率層２１の厚さは、凸部２０ｂの高さＨｔよりも小さく、所望の第１領域厚さＴ１かつ第２領域厚さＴ２になるように形成される。すなわち、第１層状部２１ａと第２層状部２１ｂとは、互いに同一のパターンを有するサブ波長格子を構成する。
【００７３】
次に、図４が示すように、凹凸構造層２０と高屈折率層２１とからなる構造体の表面を覆うように、凹凸構造層２０の形成材料と同じ低屈折率材料からなる層である埋め込み層２２を形成して、上記構造体の有する凹凸を第２層状部２１ｂ上まで埋める。埋め込み層２２は、平坦部２２ａと複数の凸部２２ｂと凸部２２ｂ間に位置する凹部２２ｃとを備える。凸部２２ｂは、第１層状部２１ａ上で、凸部２０ｂの間および第２層状部２１ｂの間の空間を埋めている。平坦部２２ａは、第２層状部２１ｂ上に位置し、基材１１の表面に沿った方向に広がっている。平坦部２２ａと凸部２２ｂとは、平坦部２２ａから凸部２２ｂが基材１１に向けて突き出るように、繋がっている。
【００７４】
凸部２２ｂの周期は、凹凸構造層２０における凸部２０ｂの周期Ｐｔと一致し、凸部２２ｂの幅は、凹部２０ｃの幅Ｄｔ２と一致し、凹部２２ｃの幅は、凸部２０ｂの幅Ｄｔ１と一致する。凸部２０ｂの高さは、高屈折率層２１の厚さよりも大きい。
【００７５】
埋め込み層２２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、上記構造体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、離型性を有する平板を押し当て、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。よって、紫外線硬化性樹脂を使用する場合は、平版は紫外線を透過する材料で構成される必要がある。
【００７６】
これにより、光学デバイス１０が形成される。凹凸構造層２０の平坦部２０ａが、第１低屈折率領域１２である。高屈折率層２１の第１層状部２１ａと、凹凸構造層２０の凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａに隣接する部分とから第１格子領域１３が構成され、第１層状部２１ａが第１高屈折率部１３ａであり、凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａに隣接する部分が第１低屈折率部１３ｂである。凹凸構造層２０の凸部２０ｂのなかで第１層状部２１ａよりも延びている部分と、埋め込み層２２の凸部２２ｂのなかで凹凸構造層２０の凸部２０ｂに隣接する部分とから第２低屈折率領域１４が構成される。
【００７７】
高屈折率層２１の第２層状部２１ｂと、埋め込み層２２の凸部２２ｂのなかで第２層状部２１ｂに隣接する部分とから第２格子領域１５が構成され、第２層状部２１ｂが第２高屈折率部１５ａであり、凸部２２ｂのなかで第２層状部２１ｂに隣接する部分が第２低屈折率部１５ｂである。埋め込み層２２の平坦部２２ａが、第３低屈折率領域１６である。
【００７８】
こうした製造方法によって製造される光学デバイス１０においては、第１低屈折率領域１２と、第１格子領域１３の第１低屈折率部１３ｂとは連続し、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに隣接する部分とは連続し、第１低屈折率領域１２と、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに隣接する部分とは１つの構造体である。また、第２低屈折率領域１４のなかで第２格子領域１５の第２低屈折率部１５ｂに隣接する部分と、第２低屈折率部１５ｂとは連続し、第２低屈折率部１５ｂと第３低屈折率領域１６とは連続し、第２低屈折率領域１４のなかで第２低屈折率部１５ｂに隣接する部分と、第２低屈折率部１５ｂと、第３低屈折率領域１６とは１つの構造体である。
【００７９】
上述のように、光学デバイス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光学デバイス１０を形成する場合には、残膜の膜厚の精密な制御を要さずに、波長選択性の高められた光学デバイス１０を製造することができる。したがって、光学デバイス１０の製造が容易である。
【００８０】
また、光学デバイス１０は、光ナノインプリント法と真空蒸着法とを組み合わせた製造方法によって形成可能であるため、ロール・トゥ・ロール法による製造に適している。したがって、光学デバイス１０の構成は、大量生産にも適している。
【００８１】
なお、真空蒸着法を用いて高屈折率層２１を形成する場合、凹凸構造層２０の凸部２０ｂの側面にも、高屈折率材料が付着する場合がある。その結果、図５が示すように、光学デバイス１０においては、第２低屈折率領域１４が、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、第２低屈折率領域１４の厚さ方向に延びる第３高屈折率部１７を含む。なお、第３高屈折率部１７は、第１高屈折率部１３ａと第２高屈折率部１５ａとを完全に繋いでいなくてもよく、第３高屈折率部１７と第１高屈折率部１３ａや第２高屈折率部１５ａは離れていてもよい。
【００８２】
第３高屈折率部１７が存在する場合であっても、第２低屈折率領域１４における第３高屈折率部１７の体積比率は微小であって、第２低屈折率領域１４においては、低屈折率材料によって構成される部分が支配的である。そのため、第２低屈折率領域１４の屈折率は、第１低屈折率領域１２および第３低屈折率領域１６の各々の屈折率よりもわずかに大きくなるが、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々の屈折率よりは十分に小さい。したがって、第１格子領域１３および第２格子領域１５の各々が、これらの領域よりも屈折率の低い領域に挟まれた、導波モード共鳴現象に適した構造が実現される。
【００８３】
［光学デバイスの変形例］
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２０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。
【００８４】
ただし、熱可塑性樹脂を用いて凹凸構造層２０を形成した場合、埋め込み層２２の形成に際して、凹凸構造層２０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め込み層２２を形成することが好ましい。
【００８５】
例えば、図６が示すように、凹凸構造層２０を熱可塑性樹脂から形成し、埋め込み層２２を紫外線硬化性樹脂から形成してもよい。この場合、凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよく、それぞれの低屈折率材料の屈折率が高屈折率層２１を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。
【００８６】
凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とが互いに異なるとき、製造された光学デバイス１０においては、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の各々の屈折率は、互いに異なる。また、第２低屈折率領域１４は、互いに異なる屈折率を有する材料から構成された帯状の部分が、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って交互に並ぶ構造を有する。
【００８７】
なお、凹凸構造層２０を熱可塑性樹脂から形成し、埋め込み層２２を熱可塑性樹脂とは異なる材料から形成する場合に限らず、凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料の屈折率と、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料の屈折率とは、互いに異なっていてもよい。要は、凹凸構造層２０および埋め込み層２２の各々を構成する低屈折率材料の屈折率が、高屈折率層２１を構成する高屈折率材料の屈折率よりも低ければよい。そして、製造された光学デバイス１０においては、第１格子領域１３および第２格子領域１５の屈折率の各々よりも、第１低屈折率領域１２、第２低屈折率領域１４、および、第３低屈折率領域１６の屈折率の各々が低ければよい。
【００８８】
また、図７が示すように、基材１１と凹凸構造層２０とが互いに連続した１つの構造体であってもよい。すなわち、低屈折率材料からなる基材１１の表面に凹凸構造を形成することによって、凹凸構造層２０を形成する。例えば、基材１１として熱可塑性樹脂からなるシートを用いて、基材１１の表面に凹凸構造を形成してもよいし、基材１１として合成石英からなる基板を用いて、基材１１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。この場合、製造された光学デバイス１０においては、基材１１と第１低屈折率領域１２とは互いに連続している。
【００８９】
［光学デバイスの適用例］
上述した光学デバイス１０の具体的な適用例について説明する。
＜波長選択フィルタ＞
光学デバイス１０の第１の適用例は、光学デバイス１０を波長選択フィルタに用いる形態である。図８が示すように、波長選択フィルタ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。波長選択フィルタ５０には光学デバイス１０の構成が適用されており、例えば光学デバイス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、上述のように、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設定によって調整可能である。
【００９０】
波長選択フィルタ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、波長選択フィルタ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。
【００９１】
上述のように、第１実施形態の光学デバイス１０によれば波長選択性が高められるため、光学デバイス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フィルタ５０が実現できる。
【００９２】
＜表示体＞
光学デバイス１０の第２の適用例は、光学デバイス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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとの各々には、光学デバイス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、すなわち、表示体６０の表面６０Ｆに沿った方向にサブ波長格子が並ぶように配置されている。例えば、これらの画素６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃは光学デバイス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。
【００９６】
第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとにおいて、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１、すなわち、第２格子領域１５の第２周期Ｐ２は、画素ごとに異なる周期である。したがって、第１画素６２Ａと、第２画素６２Ｂと、第３画素６２Ｃとで、第１格子領域１３および第２格子領域１５にて、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。
【００９７】
結果として、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。
【００９８】
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。
【００９９】
したがって、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
したがって、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
そして、上述のように、第１実施形態の光学デバイス１０によれば波長選択性が高められるため、光学デバイス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実施形態の光学デバイス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。
【０１０５】
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、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３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２０と、これらの画素間で相互に連続した埋め込み層２２とを有している。
【０１０６】
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２０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２１および埋め込み層２２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。
【０１０７】
また、表示体６０が含む表示領域の数、すなわち、光学デバイス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、光学デバイス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。
【０１０８】
さらに、表示領域には、光学デバイス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。
【０１０９】
＜カラーフィルタ＞
光学デバイス１０の第３の適用例は、光学デバイス１０をカラーフィルタに用いる形態である。
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、光学デバイス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、すなわち、表示装置の表示面に沿った方向にサブ波長格子が並ぶように配置されている。例えば、これらの副画素７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂは光学デバイス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。
【０１１３】
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、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１および第２格子領域１５の第２周期Ｐ２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、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２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、第１周期Ｐ１および第２周期Ｐ２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。
【０１１４】
上述のように、第１実施形態の光学デバイス１０によれば波長選択性が高められるため、光学デバイス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。
【０１１５】
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、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３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２０と、これらの副画素間で相互に連続した埋め込み層２２とを有している。
【０１１６】
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２０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２１および埋め込み層２２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。
【０１１７】
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）各格子領域１３，１５に光が入射すると、各格子領域１３，１５では、導波モード共鳴現象が発生する。そして、第１格子領域１３で共鳴を起こす光の波長域と第２格子領域１５で共鳴を起こす光の波長域とは一致する。したがって、２つの格子領域１３，１５の各々で強められた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光学デバイスと比較して、反射光として射出される光の強度は大きくなる。すなわち、格子領域に接する層の精密な膜厚の制御を要さずに、波長選択性が高められる。
【０１１８】
（２）低屈折率材料からなる凹凸構造層２０を形成する工程と、凹凸構造層２０の表面に高屈折率層２１を形成する工程と、凹凸構造層２０と高屈折率層２１とからなる構造体の表面に、低屈折率材料からなる埋め込み層を形成する工程とによって、上記光学デバイス１０が形成される。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、光学デバイス１０の波長選択性が高められるため、波長選択性の高められた光学デバイス１０を容易に製造することができる。
【０１１９】
（３）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２０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２０の形成が行われるため、微細な凹凸を有する凹凸構造層２０を好適に、かつ、簡便に形成することができる。
【０１２０】
（４）第１低屈折率領域１２と、第１低屈折率部１３ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第１低屈折率部１３ｂに隣接する部分とが、相互に連続する１つの構造体であり、第３低屈折率領域１６と、第２低屈折率部１５ｂと、第２低屈折率領域１４のなかで第２低屈折率部１５ｂに隣接する部分とが、相互に連続する１つの構造体である構成では、１つの構造体である部分の各々を、上述の製造方法を用いて１つの工程にて製造することができるため、光学デバイス１０の容易な製造が可能である。
【０１２１】
（５）上記各構造体と第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａとの屈折率差が０．２よりも大きい構成では、各格子領域１３，１５にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域１３，１５からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイス１０における波長選択性がより高められる。
【０１２２】
（６）上記各構造体を構成する低屈折率材料が、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、および、熱可塑性樹脂のいずれかであり、第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａを構成する材料が、無機化合物を含む構成では、各格子領域１３，１５にて、導波モード共鳴現象が好適に生じやすく、各格子領域１３，１５からの反射光の強度がより高められる。したがって、光学デバイス１０における波長選択性がより高められる。また、光学デバイス１０の製造に要する材料費の低減や、ナノインプリント法等の簡便な製造方法の適用が可能である。
【０１２３】
（７）第２低屈折率領域１４が、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との端部間で、第２低屈折率領域１４の厚さ方向に沿って延びる第３高屈折率部１７を備える構成では、真空蒸着法を利用した高屈折率部１３ａ，１５ａの形成が可能であり、サブ波長格子の好適な形成が可能である。そして、この場合であっても、導波モード共鳴現象を生じさせるための第２低屈折率領域１４の構成が好適に実現される。
【０１２４】
（第２実施形態）
図１３〜図１６を参照して、光学デバイスの製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスの第２実施形態について説明する。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。
【０１２５】
［光学デバイスの構成］
図１３および図１４を参照して、第２実施形態の製造方法の製造対象である光学デバイスの構成について説明する。図１３が示すように、第２実施形態の光学デバイス３０は、第１実施形態にて説明した第１低屈折率領域１２、第１格子領域１３、第２低屈折率領域１４、第２格子領域１５、および、第３低屈折率領域１６からなる構造体である共鳴構造部１８を、２つ備えている。
【０１２６】
２つの共鳴構造部１８である第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂとは、第１方向に隣り合っており、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂは、２つの基材１１で挟まれている。換言すれば、第２実施形態の光学デバイス３０は、第１実施形態の構成を有する２つの光学デバイス１０が、第３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実施形態の光学デバイス３０は、第１方向に間をあけて並ぶ４つのサブ波長格子を有し、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に埋め込まれた構造を有している。なお、一方の基材１１に対する他方の基材１１の側が光学デバイス３０の表面側であり、他方の基材１１に対する一方の基材１１の側が光学デバイス３０の裏面側である。
【０１２７】
２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂにおいて、高屈折率部１３ａ，１５ａの延びる方向は一致している。すなわち、光学デバイス３０が含むすべての第１高屈折率部１３ａおよび第２高屈折率部１５ａは、第２方向に沿って延び、光学デバイス３０が含むすべての第１低屈折率部１３ｂおよび第２低屈折率部１５ｂもまた、第２方向に沿って延びている。そして、光学デバイス３０が有する４つの格子領域１３，１５の各々にて、高屈折率部１３ａ，１５ａと低屈折率部１３ｂ，１５ｂとは、第３方向に沿って交互に並んでいる。すなわち、光学デバイス３０が有する４つのサブ波長格子について、サブ波長格子の配列方向は同一である。
【０１２８】
なお、第１方向に沿った方向から見て、第１共鳴構造部１８Ａの第１高屈折率部１３ａは、第２共鳴構造部１８Ｂの第１高屈折率部１３ａと重なってもよいし、第２共鳴構造部１８Ｂの第２高屈折率部１５ａと重なってもよいし、第２共鳴構造部１８Ｂの第１高屈折率部１３ａの一部および第２高屈折率部１５ａの一部と重なってもよい。
【０１２９】
第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂ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１８Ａの備える第３低屈折率領域１６と、第２共鳴構造部１８Ｂの備える第３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。
【０１３０】
１つの共鳴構造部１８内において、第１格子領域１３の第１周期Ｐ１と第２格子領域１５の第２周期Ｐ２とは同一であり、この周期が当該共鳴構造部１８の構造周期Ｐｋである。
【０１３１】
第１共鳴構造部１８Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１８Ｂの構造周期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。
【０１３２】
２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する形態においては、光学デバイス３０が含む４つのサブ波長格子のパターンはすべて同一であり、共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂにおいて高要素幅Ｄｈ１，Ｄｈ２はすべて等しく、領域厚さＴ１，Ｔ２はすべて等しい。また、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する形態においては、光学デバイス３０が含む４つのサブ波長格子のパターンは共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂごとに異なる。すなわち、高要素幅Ｄｈ１，Ｄｈ２は共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂごとに異なる。領域厚さＴ１，Ｔ２はすべて等しくてもよいし、共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂごとに異なってもよい。
【０１３３】
［光学デバイスの作用］
２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成では、光学デバイス３０が有する４つの格子領域１３，１５のすべてにおいて、共鳴を起こす光の波長域は一致する。したがって、光学デバイス３０の表面側から光学デバイス３０に光が入射したとき、上層の格子領域にて多重反射する特定の波長域の光のうち、多重反射の過程でこの格子領域から漏れ出た光は、その下層の格子領域に入って多重反射し、こうした現象が、格子領域の数だけ繰り返される。その結果、４つの格子領域１３，１５の各々で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス３０の表面側に射出される。そのため、第１実施形態の光学デバイス１０と比較して、光学デバイス３０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より大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。
【０１３４】
一方、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂ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１８Ａの有する格子領域１３，１５にて共鳴を起こす光の波長域と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する格子領域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、光学デバイス３０の表面側から光学デバイス３０に光が入射したとき、上層の共鳴構造部１８の各格子領域１３，１５で特定の波長域の光が多重反射し、多重反射しなかった波長域の光は、この共鳴構造部１８を透過して、下層の共鳴構造部１８に入り、上層の共鳴構造部１８とは異なる波長域の光が、下層の共鳴構造部１８の各格子領域１３，１５で多重反射する。その結果、光学デバイス３０の表面側には、第１共鳴構造部１８Ａの有する格子領域１３，１５にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する格子領域１３，１５にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が射出される。
【０１３５】
そして、光学デバイス３０の裏面側には、光学デバイス３０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第１の波長域および第２の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、光学デバイス３０にて、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、共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂにおける構造周期Ｐｋの設定を通じて、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。
【０１３６】
［光学デバイスの適用例］
第２実施形態の光学デバイス３０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ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。
【０１３７】
例えば、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する構成が適用された場合、波長選択フィルタ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。
【０１３８】
また例えば、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂ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、波長選択フィルタ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。
【０１３９】
具体的には、緑色用副画素７１Ｇは、第１共鳴構造部１８Ａ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１８Ｂ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、共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂにおける構造周期Ｐｋの調整によって、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。
【０１４０】
［光学デバイスの製造方法］
図１５および図１６を参照して、第２実施形態の光学デバイス３０の製造方法について説明する。まず、第２実施形態の光学デバイス３０の製造に際しては、第１実施形態と同様に、基材１１上に凹凸構造層２０と高屈折率層２１とが順に形成される。
【０１４１】
続いて、図１５が示すように、基材１１と凹凸構造層２０と高屈折率層２１とからなる構造体である２つの凹凸構造体３１を、高屈折率層２１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３１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３１を接合する。これにより、光学デバイス３０が形成される。
【０１４２】
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３１の間に形成される部分が埋め込み層２２である。第１実施形態と同様に、埋め込み層２２を構成する低屈折率材料は、高屈折率層２１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２０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３１において、凹凸構造層２０を構成する低屈折率材料や高屈折率層２１を構成する高屈折率材料は互いに異なっていてもよい。
【０１４３】
なお、２つの凹凸構造体３１を対向させた状態において、第１層状部２１ａ同士が向かい合ってもよいし、一方の凹凸構造体３１における第１層状部２１ａと、他方の凹凸構造体３１における第２層状部２１ｂとが向かい合ってもよい。あるいは、一方の凹凸構造体３１における第１層状部２１ａは、他方の凹凸構造体３１における第１層状部２１ａの一部および第２層状部２１ｂの一部と向かい合っていてもよい。
【０１４４】
例えば、２つの凹凸構造体３１として、凸部２０ｂの周期Ｐｔが同一である凹凸構造体３１を接合することによって、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが同一の構造周期Ｐｋを有する光学デバイス３０が形成できる。また例えば、２つの凹凸構造体３１として、凸部２０ｂの周期Ｐｔが互いに異なる凹凸構造体３１を接合することによって、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが互いに異なる構造周期Ｐｋを有する光学デバイス３０が形成できる。
【０１４５】
なお、光学デバイス３０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部１８を備えていてもよい。光学デバイス３０が複数の共鳴構造部１８を備える構成において、これらの共鳴構造部１８における構造周期Ｐｋが同一であれば、共鳴構造部１８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１８に、構造周期Ｐｋが同一である共鳴構造部１８と、構造周期Ｐｋが互いに異なる共鳴構造部１８とが含まれてもよい。こうした構成によれば、光学デバイス３０から出射される反射光や透過光の色の細かな調整も可能となる。
【０１４６】
３以上の共鳴構造部１８を備える光学デバイス３０の製造に際しては、凹凸構造体３１の基材１１と凹凸構造層２０とが、凹凸構造層２０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３１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２０と他の凹凸構造体３１とがさらに低屈折率材料を挟んで接合されることが繰り返されることによって、６以上のサブ波長格子を有する光学デバイス３０が形成される。
【０１４７】
以上、第２実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（７）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（８）光学デバイス３０が、第１方向に並ぶ複数の共鳴構造部１８を備える構成によれば、光学デバイス１０が４つ以上の格子領域１３，１５を備えるため、光学デバイス３０の波長選択性をさらに高めることや、反射光と透過光とに含まれる波長域の調整の自由度を高めることが可能である。
【０１４８】
（９）複数の共鳴構造部１８の構造周期Ｐｋが、複数の共鳴構造部１８において等しい構成によれば、各格子領域１３，１５で共鳴を起こす光の波長域は一致し、各格子領域１３，１５で強められた特定の波長域の反射光が光学デバイス３０から射出されるため、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より大きくなり、反射光の波長選択性がより高められる。
【０１４９】
（１０）第１共鳴構造部１８Ａの構造周期Ｐｋと、第２共鳴構造部１８Ｂ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１８Ａ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１８Ｂ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、光学デバイス３０に光が入射したとき、光学デバイス３０からは、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３，１５にて強められた第１の波長域の光と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する格子領域１３，１５にて強められた第２の波長域の光とを含む反射光が射出される。また、光学デバイスへ３０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第１の波長域および第２の波長域を除く波長域の光が透過光として光学デバイス１０から射出される。したがって、光学デバイス３０にて、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、各共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂが有するサブ波長格子の格子周期の設定を通じて、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。
【０１５０】
（１１）上記光学デバイス３０は、２つの凹凸構造体３１を、高屈折率層２１同士が向かい合うように対向させ、２つの凹凸構造体３１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１８を備える光学デバイス３０を容易に形成することができる。
【０１５１】
（第３実施形態）
図１７および図１８を参照して、光学デバイスの製造方法、および、この製造方法によって製造された光学デバイスの第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第２実施形態と比較して、２つの共鳴構造部におけるサブ波長格子の配列方向が異なる。以下では、第３実施形態と第２実施形態との相違点を中心に説明し、第２実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。なお、図１７および図１８は、光学デバイスの一部分を示す図であり、光学デバイスの構造を理解しやすくするために、高屈折率材料から構成されている部分と、低屈折率材料から構成されている部分とに、互いに異なる濃度のドットを付して示している。
【０１５２】
［光学デバイスの構成］
図１７が示すように、第３実施形態の光学デバイス４０は、第２実施形態と同様に、第１方向に隣り合う２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂを備えている。ただし、第３実施形態においては、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３，１５が有する各要素部、すなわち、高屈折率部１３ａ，１５ａおよび低屈折率部１３ｂ，１５ｂの各々の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３，１５が有する各要素部の延びる方向とは互いに異なる。つまり、共鳴構造部１８ごとに、各格子領域１３，１５での各要素部の並ぶ方向が異なっている。換言すれば、第１共鳴構造部１８Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とが互いに異なっている。
【０１５３】
なお、光学デバイス４０が含む４つのサブ波長格子のパターンは相互に一致しており、共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂにおいて周期Ｐ１，Ｐ２はすべて等しく、高要素幅Ｄｈ１，Ｄｈ２はすべて等しく、領域厚さＴ１，Ｔ２はすべて等しい。
【０１５４】
図１８は、図１７に示す光学デバイス４０を、基材１１の表面に沿った方向に広がる領域ごとに分割して示す図である。なお、図１８は、２つの共鳴構造部１８Ａ，１８Ｂにおける各要素部の配置をわかりやすく示すための図であって、図１８にて分割されている各領域の境界は、光学デバイス４０を構成する構造体の境界を示すものではない。
【０１５５】
図１８が示すように、第１共鳴構造部１８Ａの高屈折率部１３ａ，１５ａおよび低屈折率部１３ｂ，１５ｂは、第２方向に沿って延び、第３方向に沿って並ぶ。一方、第２共鳴構造部１８Ｂの高屈折率部１３ａ，１５ａおよび低屈折率部１３ｂ，１５ｂは、第３方向に沿って延び、第２方向に沿って並ぶ。すなわち、第１共鳴構造部１８Ａが有する各要素部の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有する各要素部の延びる方向とは直交している。換言すれば、第１共鳴構造部１８Ａが有するサブ波長格子の配列方向と、第２共鳴構造部１８Ｂが有するサブ波長格子の配列方向とのなす角は９０°である。
【０１５６】
［光学デバイスの作用］
サブ波長格子が、１つの方向に帯状に延びる高屈折率部１３ａ，１５ａから構成されている場合、各格子領域１３，１５では、特定の方向へ偏光した光が多重反射して共鳴を起こし、反射光として射出される。上記特定の方向は、サブ波長格子の配列方向に依存する。第１共鳴構造部１８Ａと第２共鳴構造部１８Ｂとでサブ波長格子の配列方向が異なっていることにより、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３，１５と第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３，１５とでは、多重反射する光の偏光方向は互いに異なっている。したがって、第３実施形態の光学デバイス４０によれば、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度がより高められる。
【０１５７】
第３実施形態の光学デバイス４０の構成は、第１実施形態で示した適用例と同様に、波長選択フィルタ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。
【０１５８】
ただし、一般的に、カラーフィルタ７０への入射光が、偏光方向の揃った光であることに対して、表示体６０への入射光は、一般的な照明や太陽光のように、様々な方向への偏光成分を含む光である場合が多い。したがって、カラーフィルタ７０へは、第２実施形態の光学デバイス３０の構成が適用されると効果が高く、表示体６０へは、第３実施形態の光学デバイス４０の構成が適用されると効果が高い。
【０１５９】
［光学デバイスの製造方法］
第３実施形態の光学デバイス４０は、第２実施形態と同様に、基材１１と凹凸構造層２０と高屈折率層２１とからなる構造体である２つの凹凸構造体３１を、高屈折率層２１同士が向かい合うように対向させ、２つの凹凸構造体３１の間の領域を低屈折率材料で埋めることによって形成される。ここで、第３実施形態では、一方の凹凸構造体３１における高屈折率層２１の延びる方向と、他方の凹凸構造体３１における高屈折率層２１の延びる方向とが直交するように、これらの凹凸構造体３１を向かい合わせて低屈折率材料により接合する。
【０１６０】
なお、光学デバイス４０は、第１方向に並ぶ３以上の共鳴構造部１８を備えていてもよく、複数の共鳴構造部１８に、要素部の延びる方向が互いに異なる共鳴構造部１８が含まれていればよい。こうした光学デバイス４０は、偶数、すなわち２ｎ（ｎは３以上の整数）個のサブ波長格子を備え、一方の基材１１に近い位置から２ｍ−１番目（ｍは１以上ｎ以下の整数）のサブ波長格子と２ｍ番目のサブ波長格子とにおいて、配列方向は互いに同一であり、格子周期は互いに同一である。換言すれば、光学デバイス４０は、配列方向および格子周期が同一であるサブ波長格子の対が、第１方向に並び、これらのサブ波長格子が低屈折率材料に埋め込まれた構造を有している。
【０１６１】
こうした構成によれば、共鳴構造部１８ごとのサブ波長格子の配列方向の設定や、サブ波長格子の配列方向が同一である共鳴構造部１８の数の設定等によって、光学デバイス４０の偏光応答性を調整することもできる。なお、複数の共鳴構造部１８には、サブ波長格子のパターンが互いに異なる共鳴構造部１８が含まれていてもよい。
【０１６２】
３以上の共鳴構造部１８を備える光学デバイス４０の製造に際しては、凹凸構造体３１の基材１１と凹凸構造層２０とが、凹凸構造層２０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３１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２０と他の凹凸構造体３１とがさらに低屈折率材料を挟んで接合されることが繰り返されることによって、６以上のサブ波長格子を有する光学デバイス４０が形成される。
【０１６３】
以上、第３実施形態によれば、第１実施形態の（１）〜（７）、第２実施形態の（８），（１１）の効果に加えて、下記の効果が得られる。
（１２）第１共鳴構造部１８Ａの有する要素部の延びる方向と、第２共鳴構造部１８Ｂの有する要素部の延びる方向とが、互いに異なるため、第１共鳴構造部１８Ａの格子領域１３，１５と第２共鳴構造部１８Ｂの格子領域１３，１５とでは、入射光に含まれる光のうち、互いに異なる方向へ偏光した光が共鳴を起こして、それぞれの共鳴構造部１８から射出される。したがって、様々な方向への偏光成分を含む入射光に対して、効率的に反射光が出射されるため、反射光の強度がより高められる。
【０１６４】
［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。
上記各実施形態の製造方法によって製造される光学デバイスの共鳴構造部１８においては、第１高屈折率部１３ａの上部に第２低屈折率部１５ｂが位置し、第１低屈折率部１３ｂの上部に第２高屈折率部１５ａが位置する。
【０１６５】
すなわち、第１高屈折率部１３ａの配置のパターンは、第２低屈折率部１５ｂの配置のパターンと一致し、第１低屈折率部１３ｂの配置のパターンは、第２高屈折率部１５ａの配置のパターンと一致する。そして、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とでサブ波長格子の格子周期が一致し、かつ、第１格子領域１３における複数の第１高屈折率部１３ａの体積比率と、第２格子領域１５における複数の第２高屈折率部１５ａの体積比率とが一致することが必要である。
【０１６６】
こうした条件を満たすことは、上記各実施形態のように、第１高屈折率部１３ａ、第１低屈折率部１３ｂ、第２高屈折率部１５ａ、および、第２低屈折率部１５ｂの各要素部が、共通する１つの方向に帯状に延びる同一の形状を有し、各格子領域１３，１５にて、高屈折率部１３ａ，１５ａと低屈折率部１３ｂ，１５ｂとが、これらの延びる方向と直交する方向に交互に配置されている構成であれば、容易である。
【０１６７】
ただし、上記条件が満たされていれば、各要素部は帯状に延びる形状とは異なる形状を有していてもよい。例えば、図１９が示すように、第１高屈折率部１３ａ、第１低屈折率部１３ｂ、第２高屈折率部１５ａ、および、第２低屈折率部１５ｂの各々が、第１方向に沿った方向から見て正方形等の同一の矩形形状を有し、各格子領域１３，１５にて、高屈折率部１３ａ，１５ａと低屈折率部１３ｂ，１５ｂとが、第２方向と第３方向とのそれぞれの方向に沿って、交互に配置されている構成であってもよい。こうした場合、図２０が示すように、凹凸構造層２０においては、互いに直交する２つの方向の各々に沿って、凸部２０ｂと凹部２０ｃとが交互に配置され、平面視において凸部２０ｂと凹部２０ｃとは、正方形等の同一の矩形形状を有する。
図１９に示す構成によれば、１つの共鳴構造部１８においても、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。
【０１６８】
［実施例］
上述した光学デバイス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。
【０１６９】
（実施例１）
実施例１は、光学デバイスが適用された波長選択フィルタであって、緑帯域の波長の光を選択的に反射する波長選択フィルタである。
＜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サブ波長格子パターンの電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、１つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。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３ｃｍの正方形領域内に、短辺の長さを１８０ｎｍ、長辺の長さを３ｃｍとした長方形を、短辺方向に周期３６０ｎｍ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長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、帯状部分が等間隔で並ぶサブ波長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。
【０１７０】
次に、上記モールド上のサブ波長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、表面にサブ波長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。
【０１７１】
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サブ波長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、サブ波長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サブ波長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め込み層を形成した。これにより、実施例１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。
＜波長選択フィルタの評価＞
実施例１の波長選択フィルタの反射分光測定を実施したところ、５３０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測された。
【０１７２】
（実施例２）
実施例２は、光学デバイスが画素に適用された表示体である。
＜表示体の製造＞
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サブ波長格子パターンを有する電子線レジストパターンをＣｒ膜上に形成した。サブ波長格子パターンは、１つの方向に延びる帯状部分が等間隔で並ぶパターンである。使用したレジストはポジ型であり、膜厚は１５０ｎｍとした。
【０１７３】
電子線により描画したパターンは、４種類のサブ波長格子パターンが並ぶパターンである。このパターンを図２１に模式的に示す。第１のパターンＳＰ１は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３６０ｎｍでＸ方向に並ぶパターンである。第２のパターンＳＰ２は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３６０ｎｍでＸ方向と直交するＹ方向に並ぶパターンである。第３のパターンＳＰ３は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３９６ｎｍでＸ方向に並ぶパターンである。第４のパターンＳＰ４は、一辺３ｃｍの正方形領域内に、帯状部分が周期３９６ｎｍでＹ方向に並ぶパターンである。
【０１７４】
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、上記４つのサブ波長格子パターンが形成されたモールドを得た。
【０１７５】
次に、上記モールド上の４つのサブ波長格子パターンが形成された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サブ波長格子パターンの形成された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、上記４つのサブ波長格子パターンの反転されたサブ波長格子パターンが紫外線硬化性樹脂の表面に形成され、この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。４つのサブ波長格子パターンの各々が形成されている領域が、画素部分に相当する。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。
【０１７６】
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サブ波長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、同周期のサブ波長格子パターンの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サブ波長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め込み層を形成した。これにより、実施例２の表示体を得た。なお、３６５ｎｍの紫外線の照射量は５０ｍＪ／ｃｍ２とした。
【０１７７】
＜表示体の評価＞
実施例２の表示体の反射分光測定を実施したところ周期３６０ｎｍのサブ波長格子を有する画素は５３０ｎｍ程度に中心波長を有する反射スペクトルが観測され、周期３９６ｎｍのサブ波長格子を有する画素は６２０ｎｍ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】
【０１７８】
１０，３０，４０…光学デバイス、１１…基材、１２…第１低屈折率領域、１３…第１格子領域、１３ａ…第１高屈折率部、１３ｂ…第１低屈折率部、１４…第２低屈折率領域、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３低屈折率領域、１７…第３高屈折率部、１８…共鳴構造部、１８Ａ…第１共鳴構造部、１８Ｂ…第２共鳴構造部、２０…凹凸構造層、２０ａ…平坦部、２０ｂ…凸部、２０ｃ…凹部、２１…高屈折率層、２１ａ…第１層状部、２１ｂ…第２層状部、２２…埋め込み層、３１…凹凸構造体、５０…波長選択フィルタ、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】
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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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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