(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリズム構造が並列してなる表面に反射層が設けられた反射型プリズムアレイが、セルを規定する領域内に形成されてなる反射型プリズムアレイセルを画素とし、前記反射型プリズムアレイセルを基板表面に配置することによって形成されるパターンであって、前記反射型プリズムアレイセルを構成するプリズム構造の傾斜角度，プリズム構造の並列間隔，プリズム構造の並列方向の少なくとも何れかが前記反射型プリズムアレイセル毎に任意に変化した構成であり、前記プリズム構造が、断面が直角３角形の３角柱の形状であり、直角３角形の斜辺に相当する面に反射層が設けられており、前記プリズム構造を構成する反射面１つの大きさが、１０〜１００μｍであることを特徴とするプリズムアレイパターン。
【請求項２】
パターン内で、反射型プリズムアレイの反射面の方向が異なるセルが存在することにより、観察位置を移動した時に、視覚されるパターンが変化することを特徴とする請求項１記載のプリズムアレイパターン。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプリズムアレイパターンが形成された基板と同一の表面に、反射型の回折格子からなるセルを配置することによって形成される回折格子パターンを含むことを特徴とするプリズムアレイパターン。
【請求項４】
前記反射型プリズムアレイセルの凹凸の深さが５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のプリズムアレイパターン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カード，有価証券類などの偽造防止や、玩具などで広く用いられている、ホログラムをはじめとするような、光学的ディスプレイに関するものであり、特に反射面の傾き角度の異なるプリズムアレイからなるセルによって画像を表現することにより、視点を移動した時に絵柄が変化する、白く明るい像が得られるようなディスプレイに関するものである。
以後の説明において、「絵柄」「画像」「パターン」は、同様の意味の用語であり、本明細書ではそれらを混在して用いる。
【０００２】
【従来の技術】
観察方向を変える／あるいは視点を動かすことにより、視覚される絵柄が変化するような光学ディスプレイとして、微小な回折格子セルを構成単位として画像を表現する回折格子パターンが知られている。
前記回折格子パターンは、例えば図１に示すように、回折格子が形成されてなる微小なセル／あるいはドット（以下、回折格子セルと称する）を、画像の構成単位として、基板表面に配置することにより形成される。その際、回折格子セルの配置，回折格子の方向，回折格子の空間周波数（格子ピッチに対応）の少なくとも何れかは、表示パターンに応じて適宜に変化される。
【０００３】
回折格子の方向は光って見える方向に対応し、回折格子の空間周波数は光って見える色に対応する。
従って、回折格子パターンによる表示画像を観察方向に応じて変化させるには、回折格子の空間周波数の制御により表示画像の色を変化させる、あるいは、回折格子の方向の制御により表示画像自体を切り換える、などの手法が採用される。
【０００４】
図１の例では、パターンＡ（文字「ＴＯＤ」）を細かいセルの集合体に分割して、それらを特定の格子ピッチを持つ回折格子セル１で表現し、別のパターンＢ（文字「凸」）を異なる格子ピッチを持つ回折格子セル２で表現してある。回折格子セル１と回折格子セル２は、格子方向は等しいが、格子ピッチが異なる。
【０００５】
このような、回折格子パターンを斜め上方から白色光で照明すると、例えば、回折格子セル１からは、図２に示すように斜め上方向に回折光３が進み、回折格子セル２からは、図３に示すように斜め下方向に回折光４が出射するというように、上下で異なった方向にそれぞれ光が回折される。
【０００６】
この際、回折格子からの回折光は、波長に応じて異なる方向に回折され、可視波長内で赤から紫に渡って、同図では、上下方向に広がった光となっている。
回折波長選択性を持たないホログラムや回折格子では、上記のような回折光の波長分散の現象（照明光源と回折格子との相対関係で決まる）を伴うことになる。
【０００７】
観察者が上から下に視点を移動させると、まず回折格子セル１から回折された光が目に入り、パターンＡが視覚される。下に移動するに従って、長波長（赤）から短波長（紫）に渡って、虹色に変化して見える。
【０００８】
さらに低い位置で観察すると、回折格子セル２からの回折光が目に入り、パターンＢが観察され、視点移動に伴って、同様に色が変化して見えることになる。
このように、上下方向の移動で、上方向から見たときには、パターンＡが見え、下方向からは、パターンＢが観察されるという具合に、上下方向での観察方向の変化に応じて、視覚される絵柄が変わるディスプレイとなっている。
【０００９】
しかし、回折格子を構成要素とするこの方法では、原色に近い色でしか画像が観察できず、また見る位置によって色が変化することになる。このため、人間の顔などのように白色に近く、しかも色の変化を望まない画像などを表現するには適していなかった。
【００１０】
また、波長分散で色によって上下方向に光が広がるため、１種類の画像による表示範囲が上下方向に広く、多数の種類の画像表示を切り換えることができない。
【００１１】
上記の説明は、上下方向に移動した場合についてであるが、左右方向に移動した場合も同様である。
この場合、回折格子の方向を図1に示すように、上下方向に並列させて揃えるのではなく、左右方向に並列させて揃えることになる。（図示せず）
【００１２】
図４は、回折格子の方向を制御することにより表示画像自体を切り換える手法を採用した回折格子パターンの一例についての説明図である。
図４の例では、パターンＡ（文字「ＴＯＤ」）を細かいセルの集合体に分割して、それらを特定の格子方向（右上がり）を持つ回折格子セル１で表現し、別のパターンＢ（文字「凸」）を異なる格子方向（左上がり）を持つ回折格子セル２で表現してある。回折格子セル１と回折格子セル２は、格子ピッチは等しいが、格子方向が異なる。
【００１３】
このような、回折格子パターンを斜め上方から白色光で照明すると、例えば、回折格子セル１からは、その格子方向にほぼ垂直な方向（図２で左上がりな方向の範囲に）の斜め方向に、回折光が波長分散を伴って出射する。
回折格子セル２からは、それと直交する斜め方向に、回折光が波長分散を伴って出射する。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、回折格子を構成要素とするパターン表示では、回折光が原色に近い色で光って見え、また見る位置によって色が変化することになる。
また、波長分散を伴うため、１種類の回折格子による表示範囲が、可視波長域に渡る広い範囲であるため、多数の表示画像を切り換えるには適さない。
本発明は、観察方向の変化に応じた表示色の変化を伴わず、また、上下あるいは左右方向の視点移動に対して、多種類の表示画像の切り換えが可能なディスプレイを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、回折格子に比べて、観察方向の変化に応じて出射光の波長分散の少ないプリズムを構成要素として用いる。
すなわち本発明は、
プリズム構造が並列してなる表面に反射層が設けられた反射型プリズムアレイが、セルを規定する領域内に形成されてなる反射型プリズムアレイセルを画素とし、前記反射型プリズムアレイセルを基板表面に配置することによって形成されるパターンであって、
前記反射型プリズムアレイセルを構成するプリズム構造の傾斜角度，プリズム構造の並列間隔，プリズム構造の並列方向の少なくとも何れかが前記反射型プリズムアレイセル毎に任意に変化した構成であることを特徴とするプリズムアレイパターンである。
【００１６】
また、上記プリズムアレイパターンが形成された基板と同一の表面に、反射型の回折格子からなるセルを配置することによって形成される回折格子パターンを含ませ、同一のディスプレイ内にプリズムアレイパターンと回折格子パターンを共存・混在させても良い。
【００１７】
前記プリズム構造としては、断面が直角３角形の３角柱の形状であり、直角３角形の斜辺に相当する面に反射層が設けられた構成が例示される。
また、前記プリズム構造のサイズとしては、レリーフ型回折格子の格子ピッチや凹凸深さよりもラフであることが、波長分散を伴わない上で要求される。
反射層が設けられた上記斜辺に相当する面（反射面）１つの大きさが、10〜100μｍであり、前記反射型プリズムアレイセルの凹凸の深さが5μｍ以下であることが好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一例について、図面を用いて詳細に説明する。
図５は、本発明の異なる傾きのプリズムアレイセル５，８を配置したプリズムアレイパターンを示す説明図である。
【００１９】
図５で画像を構成しているセル５は、例えば図６に示すように、プリズム６が並べられて、その表面に反射面７が設けられたようなものである。一方、セル８は、例えば図７に示すように、図５のプリズム６とは傾き角度の違うプリズム９が並べられて、その表面に反射面１０が設けられたようなものである。
【００２０】
このようなプリズムアレイに白色光が入射すると、図６，図７にそれぞれ示すように、反射面８，反射面１０で、それぞれ反射されて、プリズムアレイセル５からの反射光１１は斜め上方向に、プリズムアレイセル８からの反射光１２は斜め下方向に進むことになる。
【００２１】
図５では、パターンＡ（文字「ＴＯＤ」）をプリズムアレイセル５で表現し、別のパターンＢ（文字「凸」）をプリズムアレイセル８で表現してある。
白色光で照明すると、セル５からの反射光は斜め上方に、セル８からの光は斜め下方に進むので、上方から観察すると、パターンＡが、下方から観察すると、パターンＢ字が観察されることになり、見る位置が縦方向に変化することによって絵柄の変わるディスプレイとなる。
【００２２】
また、プリズムアレイからの反射光を用いているため、回折格子のように波長によって光の方向が変わらないので、観察者には、パターンは白色として観察されることになる。また、光が広がらないため、プリズムの角度を少しずつ変えていくことで、多数の画像変化を入れることができる。
同図の説明では、プリズムの方向が一様で、パターン毎にプリズムの傾斜角度を変化させたが、パターン毎にプリズムの方向を変化させることも可能である。
【００２３】
なお、この際に用いる、プリズムの形状は反射光の効率を良くするためには、直角３角形の３角柱で、その斜辺に相当する部分の面が反射層となっているようにするのが望ましい。
【００２４】
また、用いるプリズム構造のサイズが小さすぎると、回折の影響（回折格子では、ピッチ・凹凸深さは１μｍ前後である）により色分散が生じるので、プリズムの反射面の長さは10μｍ程度以上であることが望ましい。
【００２５】
そして、このような光学的ディスプレイは、特にセキュリティーなどの用途では薄い箔のような形態で用いられる場合も多いため、厚みが薄くなるように、プリズムの厚み方向の高さは5μｍ以下程度に抑えることが望ましい。
ところで、このようなプリズムアレイパターンの作製は例えば、次のようにして行う。
【００２６】
図８は、このようなプリズムアレイパターンを作成するための光学系の一例である。この系では、ＵＶ光１３が、マスクパターン１４を通過した後、レンズ１５によって乾板１６の表面にマスクパターン１４の像１７を縮小結像するようになっている。
【００２７】
この時、乾板１６には、ガラス板の上にフォトレジストが数μｍ程度の厚みにコートしてあるようなものを用いる。
図８の系で、まず、マスクパターン１４として、図９のようなパターンをセットする。このパターンは、透過率が直線的に変化しているものが、繰り返されているような像とした記録されたものである。
【００２８】
ＵＶ光１３の露光により、乾板１６上にパターンを記録し、移動ステージなどで乾板１６を移動するという作業を繰り返す事で、乾板上にパターンＢになるように露光を行う。
【００２９】
次に、図８の系のマスクパターン１４を図10のようなものに変える。このパターンは図９とは、透過率の変化の傾きが違うようなものである。
このマスクパターンで、同様に露光と移動の作業を繰り返すことで、乾板上に凸というパターンになるように露光を行う。
このようにして、露光した乾板を現像した後、表面にアルミなどを蒸着すると図５に示したようなプリズムパターンが作成されることになる。
【００３０】
図11は、他のプリズムアレイパターンの例を示す説明図である。
図11では、プリズムアレイセル１８によってパターンＡが形成されており、反射面の傾きの違うプリズムアレイセル１９によってパターンＢが形成されており、その他に回折格子セル２０によってパターンＣが形成されている。
この場合、斜め上方から白色光を入射したときに、斜め上から観察すると、パターンＡが、斜め下から観察すると、パターンＢが、それぞれ白色像として観察される。
【００３１】
また、パターンＣは、原色で観察され、見る位置が上下方向に変わることによって絵柄の変わるディスプレイとなる。
このようなディスプレイでは、色の変わらない白色像と、７色に変化する原色の画像とが表現できるので、画像表現のヴァリエーションが増えるという利点がある。
【００３２】
上記の説明は、視点が上下方向に移動する場合について説明したが、視点が左右方向に移動する場合は、プリズムアレイセルの反射面の傾きを、左右方向に対応するようにするだけでよい。
【００３３】
図12は、他のプリズムアレイパターンの例を示す説明図である。
図12は、回折格子およびプリズムアレイの方向を制御することにより表示画像自体を切り換える手法を採用した一例に係る説明図である。
図12の例では、パターンＡ（文字「ＴＯＤ」）を細かいセルの集合体に分割して、それらを特定の方向（右上がり）を持つプリズムアレイセル１８で表現し、別のパターンＢ（文字「凸」）を異なる方向（左上がり）を持つプリズムアレイセル１９で表現してある。プリズムアレイセル１８とプリズムアレイセル１９は、並列ピッチは等しいが、プリズム方向が異なる。
その他に回折格子セル２０によってパターンＣ（文字「トツ」）が形成されている。
【００３４】
同図の例では、プリズムあるいは回折格子の方向に応じた表示画像の切り換わりが顕著になり、視覚的効果およびセキュリティ性が一層向上する。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、プリズム構造の集合体の表面上に、反射層が設けられているような反射型のプリズムアレイからなる複数のセルの並びによって画像を表現しており、プリズムアレイの反射面の角度が異なるセルを利用することによって、観察位置を上下、または左右方向に移動した時に、観察されるパターンが変化し、見る位置によらず像の色が白色で再生されるようなディスプレイを提供することができる。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】回折格子パターンの一例を示す説明図。
【図２】図１の回折格子パターンのセルによる回折光の一例を示す説明図。
【図３】図１の回折格子パターンのセルによる回折光の一例を示す説明図。
【図４】回折格子パターンの他例を示す説明図。
【図５】本発明のプリズムアレイパターンの一例を示す説明図。
【図６】本発明のプリズムアレイパターンのセルによる反射光の一例を示す説明図。
【図７】本発明のプリズムアレイパターンのセルによる反射光の一例を示す説明図。
【図８】本発明のプリズムアレイパターンを作製する光学系の一例を示す説明図。
【図９】本発明のプリズムアレイパターンを作成する光学系で用いるマスクパターンの一例を示す説明図。
【図１０】本発明のプリズムアレイパターンを作成する光学系で用いるマスクパターンの他の例を示す説明図。
【図１１】本発明のプリズムアレイパターンの他例を示す説明図。
【図１２】本発明のプリズムアレイパターンの他例を示す説明図。
【符号の説明】
１，２，20…回折格子セル
３，４…回折光
５，８，18，19…プリズムアレイセル
６，９…プリズム
７，10…反射面
11，12…反射光
13…ＵＶ光
14…マスクパターン
15…レンズ
16…乾板
【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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