(57)【要約】  発明は、銀行券、小切手、等のような、有価書類を作製するためのセキュリティ素子に関する。セキュリティ素子は、誘電体基板（１）、基板（１）に埋め込まれている、第１の平面（Ｌ１）に配され、縦方向に延びる、高屈折率材料を含む複数本の第１の格子隆条（３）からなる第１の線格子構造（２）、及び、基板（１）に埋め込まれている、第１の平面（Ｌ１）に対して平行な第２の平面（Ｌ２）にある、第１の線格子構造（２）に重ねて配された、縦方向に延びる、高屈折率材料を含む第２の格子隆条（７）からなる第２の線格子構造（６）を有する。第１の格子隆条（３）はそれぞれ第１の厚さ（ｔ１）及び第１の幅（ｂ）を有し、距離（ａ）をおいて、第１の格子隆条（３）の間に、縦方向に延び、距離（ａ）に対応する幅を有する、第１の格子溝（４）が形成されるように相互に隣接している。第２の線格子構造（６）は第１の線格子構造（２）に対して反転されており、第１の平面（Ｌ１）を上から視て、第２の格子隆条（７）はそれぞれ第２の厚さ（ｔ２）を有し、第１の格子溝（４）に重なっていて、第２の格子溝（８）が第１の格子隆条（３）の上にあって第２の格子隆条（７）の間に存在する。第１の格子隆条（３）及び第２の格子溝（８）の幅並びに第２の格子隆条（７）及び第１の格子溝（４）の幅はそれぞれ３００ｎｍより狭い。セキュリティ素子は透過で視て色効果を生じ、第１及び第２の厚さ（ｔ１、ｔ２）は少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１５０ｎｍである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀行券、小切手、等のような、有価書類を作成するためのセキュリティ素子であって、
−  誘電体基板（１）、
−  前記基板（１）に埋め込まれている、第１の平面（Ｌ１）に配され、縦方向に沿って延びる、高屈折率材料でつくられた複数本の第１の格子隆条（３）の第１の線格子構造（２）、及び
−  前記基板（１）に埋め込まれている、前記第１の平面（Ｌ１）に対して平行な第２の平面（Ｌ２）にあって、前記第１の線格子構造（２）に重ねて配された、前記縦方向に沿って延びる、高屈折材料でつくられた第２の格子隆条（７）の第２の線格子構造（６）、
を有し、
−  前記第１の格子隆条（３）はそれぞれ第１の厚さ（ｔ１）及び第１の幅（ｂ）を有し、距離（ａ）をおいて、前記第１の格子隆条（３）の間に、前記縦方向に沿って延び、前記距離（ａ）に対応する幅を有する、第１の格子溝（４）が形成されるように、横並びに配されている、
−  前記第２の線格子構造（６）は、前記第１の線格子構造（２）に対して反転されていて、前記第１の平面（Ｌ１）の平面で視て、前記第２の格子隆条（７）はそれぞれ第２の厚さ（ｔ２）を有し、前記第１の溝（４）の上にあり、第２の格子溝（８）が、前記第１の格子隆条（３）の上で、前記第２の格子隆条（７）の間に存在する、及び
−  前記第１の格子隆条（３）及び前記第２の格子溝（８）の前記幅並びに前記第２の格子隆条（７）及び前記第１の格子溝（４）の前記幅はそれぞれ３００ｎｍより狭い、
セキュリティ素子において、
−  前記セキュリティ素子が透過視において色効果を発生する、及び
−  前記第１の厚さ（ｔ１）及び前記第２の厚さ（ｔ２）が少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１５０ｎｍである、
ことを特徴とするセキュリティ素子。
【請求項２】
前記高屈折材料が前記周囲基板の屈折率より少なくとも０.３は高い屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載のセキュリティ素子。
【請求項３】
前記第１の格子隆条（３）の前記第１の平面（Ｌ１）と前記第２の格子隆条（７）の前記第２の平面（Ｌ２）の間に、１００ｎｍと５００ｎｍの間の距離（ｈ）があることを特徴とする請求項１または２に記載のセキュリティ素子。
【請求項４】
前記高屈折材料が、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉｘＯｘ及びＺｒＯ２から選ばれることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセキュリティ素子。
【請求項５】
透過視における平均輝度または平均彩度が、前記セキュリティ素子を傾けたときに、光が垂直に通るときの対応する値から１０％より大きく異なることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のセキュリティ素子。
【請求項６】
前記第１の線格子構造（２）及び前記第２の線格子構造（６）が格子周期をもつ周期構造であり、前記セキュリティ素子が、前記第１の平面（Ｌ１）の平面で視て、それぞれの格子周期が異なる少なくとも２つの領域（１４、１５）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のセキュリティ素子。
【請求項７】
透かし窓として、特に有価書類のための窓素子として、構成されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のセキュリティ素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のセキュリティ素子を有する有価書類において、前記有価書類が、透過視のために設けられた窓または領域を有し、前記窓または前記領域が前記セキュリティ素子によって覆われることを特徴とする有価書類。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銀行券、小切手、等のような、有価書類を作製するための、線格子構造を有するセキュリティ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
周期線格子を有するセキュリティ素子は、例えば、特許文献１、特許文献２または特許文献３により知られている。そのようなセキュリティ素子は、共鳴効果が可視スペクトル領域においておこるように格子が設計されている場合に、サブ波長領域においてカラーフィルタ特性を有することができる。そのようなカラーフィルタ特性は反射型サブ波長構造及び透過型サブ波長構造のいずれについても知られている。これらの構造は入射光線の反射または透過に強い偏光効果を有する。色はそのようなサブ波長格子の反射または透過における角度に比較的強く依存する。しかし、入射光が偏光ではない場合には、そのような格子に対して色飽和（彩度）がかなり弱められる。
【０００３】
角度依存カラーフィルタ特性をもつサブ波長構造を有する線格子が知られている。線格子は誘電体材料でつくられた長方形プロファイルを有する。高屈折率誘電体が水平面に重畳される。この構造の上には誘電体材料が同様に配されており、格子基板の屈折率とカバー材料の屈折率は同等であることが好ましい。この結果、元の長方形プロファイルの高さによって隔てられた、高反射性材料でつくられた２つの格子からなる光学活性構造が形成されている。線格子を形成している格子隆条は、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）でつくられる。これにより、反射においてはカラーコントラストが生じ得るが、透過において異なる角度に対する色調の変化はほとんど認知されない。したがって、この構造は反射におけるセキュリティ特徴としてしか有用ではなく、この目的のためには吸収性基材表面上に構成されなければならない。
【０００４】
一次元周期格子は、共鳴効果が可視波長領域でおこるように格子プロファイルが設計されている場合に、サブ波長領域においてカラーフィルタ特性を有することができる。そのようなカラーフィルタ特性は入射光の角度に依存する。
【０００５】
特許文献４は角度依存カラーフィルタ特性を有するサブ波長構造を説明している。この格子は長方形の断面を有し、高屈折率（ＨＲＩ）層とともに蒸着され、屈折率に対して、ｎＨＲＩ＞ｎ２、ｎ１≒ｎ２≒ｎ３が成り立つ。色変化は角度Θの変化によっておこる。格子が入射面に対して垂直に傾けられると（Θ＞０°、Φ＝９０°）、色はほぼ不変のままである。角度Φは方位角を指す。ＤＩＤ（回折型識別素子(Diffractive Identification Device)）の名称で市販されているセキュリティ素子はこの構造に基づき、反射におけるカラーフィルタ特性を利用している。色効果を認知するには光吸収性基材表面が必要である。
【０００６】
特許文献５は、同様に長方形プロファイルを有し、その上平面に金属粒子または金属ナノ微粒子が着けられた、エンボス加工サブ波長格子を説明している。この格子は透過において着色効果または偏光効果を示す。
【０００７】
さらに、サブ波長格子は、例えば特許文献６または非特許文献１により、金属または半金属の二層構造を有する、角度依存カラーフィルタとして知られていて、ここでは、金属膜被着が蒸着によって実現され、金属膜が誘電体内に埋め込まれている。特許文献６に説明される手法は、周期が同じであって、相互に半周期ずらされた、金属または半金属（例えば７０ｎｍＺｎＳ）のワイアまたは三層からなる、２ワイア格子の配列に基づく。
【０００８】
このように、ほぼ７０ｎｍのＺｎＳ膜を有する、サブ波長構造が知られている。また、これらの構造は反射におけるカラーフィルタとしてしか適していない。したがって、構造はさらに、反射において視認できる、十分なカラーコントラストを達成するため、光吸収性基材表面上に与えられなければならない。金属膜によるサブ波長格子は透過において比較的高い彩度を示す。金属における光吸収のため、そのような構造は比較的暗く見える。
【０００９】
薄い金属膜が重畳された正弦格子はプラズモン共鳴効果を生じさせることができる。非特許文献２を参照すれば、そのような共鳴はＴＭ偏光において透過を強める。この効果は誘電体層をさらに追加することで最適化することができ、これは、例えば非特許文献３によって知られている。そのような光学効果を有するセキュリティ素子は例えば特許文献７に説明されている。
【００１０】
特許文献８に、サブ波長格子に基づく、角度依存色を示す透過型セキュリティ素子が同様に説明されている。そこでは高屈折率被覆正弦格子の光学特性が詳細に論じられている。
【００１１】
既知の不連続表面をもつ二次元周期サブ波長格子は、実際にカラーフィルタ特性を示すが、角度許容範囲が広い。したがって、傾けても色調はほとんど変化しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００９０１２２９９Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００９０１２３００Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００９０５６９３３Ａ１号明細書
【特許文献４】独国特許発明第３２４８８９９Ｃ２号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１２／０１９２２６Ａ１号
【特許文献６】独国特許出願公開第１０２０１１１１５５８９Ａ１号明細書
【特許文献７】国際公開第２０１２／１３６７７７Ａ１号
【特許文献８】国際公開第２０１４／０３３３２４Ａ２号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】ゼット・イェ(Z. Ye)、等、「表面プラズモン共鳴に基づく二層金属ナノワイア格子の小型カラーフィルタ及び偏光子(Compact Color Filter and Polarizer of Bilayer Metallic Grating Based on Surface Plasmon Resonances)」、Plasmonics、２０１２年、第８巻、ｐ.５５５〜５５９
【非特許文献２】ワイ・ジョーリン(Y. Jorlin)、等、「空間及び偏波分解プラズモン介在連続金属膜透過(Spatially and Polarization resolved plasmon mediated transmission through continuous metal film)」、Opt. Express、２００９年、第１７巻、ｐ.１２１５５〜１２１６６
【非特許文献３】ティー・テネフ(T. Tenev)、等、「波状感光性ポリマー上の連続金属膜における高プラズモン共鳴反射及び透過(High Plasmonic Resonant Reflection and Transmission at Continuous Metal Films on Undulated Photosensitive Polymer)」、Plasmonics、２０１３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、透かしにおいて、傾きに応じて変化する優れた色効果を示すセキュリティ素子を提供するべきであるという課題に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題は、本発明にしたがう、銀行券、小切手、等のような、有価書類を作製するためのセキュリティ素子であって、
誘電体基板、
基板に埋め込まれている、第１の平面に配され、縦方向に沿って延びる、高屈折率誘電体または半金属材料でつくられた、複数本の第１の格子隆条の第１の線格子構造、及び
基板に埋め込まれている、第１の平面に対して第２の平面において、縦方向に沿って延びる、第１の線格子の上に配置された、高屈折率の誘電体または半金属材料でつくられた、第２の格子隆条の第２の線格子構造、
を有し、
第１の格子隆条は、それぞれ第１の厚さ及び第１の幅を有し、ある距離をおいて、第１の格子隆条の間にその距離に対応する幅を有する、縦方向に延びる、第１の格子溝が形成されるように横並びに配されている、
第２の線格子構造は第１の線格子構造に対して反転されていて、第１の平面の平面で視て、第２の格子隆条はそれぞれ第２の厚さを有し、第１の格子溝の上にあり、第２の格子溝が、第２の格子隆条の間で、第１の格子隆条の上にあり、第１の格子隆条及び第２の格子溝の幅並びに第２の格子隆条及び第１の格子溝の幅はそれぞれ３００ｎｍより狭い、及び
セキュリティ素子が透過視において色効果を生じ、第１の厚さ及び第２の厚さは少なくとも１００ｎｍ、好ましくは少なくとも１５０ｎｍである、
セキュリティ素子によって達成される。
【００１６】
高屈折材料は誘電体または半導体、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、であることが好ましい。
【００１７】
本発明にしたがえば、２つの重畳された、互いに相補的である、すなわち相互にずらされた、平面で構成された線格子構造からなる二重線格子が用いられる。９０°の位相シフトが理想値であり、この値は当然加工精度の範囲内で理解されるべきである。ここで、製造公差により、一般に長方形プロファイルを完璧に構成することはできず、平行な二辺の内の上辺が下辺より短い台形プロファイルで近似されるしかないから相補性、すなわち９０°の位相シフトからのずれが生じ得る。周期線格子構造により、位相シフトは半周期に対応する。
【００１８】
線格子構造は高屈折率の誘電体または半金属材料でつくられる。格子隆条の厚さは必要に応じて変調深さより小さい、すなわち、線格子構造の格子平面間隔より小さい。しかし、連続膜が形成されるように、格子隆条の厚さを大きくすることもできる。その場合、第１の平面と第２の平面の間隔は、[０.５×第１の層の厚さ]と[０.５×第２の層の厚さ]の和より小さい。
【００１９】
そのような態様で構成された格子が意外なことに、層厚の増大にもかかわらず、透過視において、再現可能であり、十分に認知できる色効果を、傾きに応じてもたらすことが分かった。
【００２０】
セキュリティ素子は、初めに、その上に第１の線格子構造が形成される基層を提供することによる、層の積み重ねによって簡単に作製することができる。この上に、第１の線格子構造を覆う、必要に応じて第１の線格子構造の格子隆条より厚い、誘電体中間層が被着される。次いで、この上にずらされた第２の線格子構造を形成することができ、誘電体カバー層が線格子構造埋込み封入基板を構成する。あるいは、初めに、断面が長方形プロファイルを有するサブ波長格子を誘電体基板に構成することもできる。これに高屈折材料を垂直に蒸着すれば、第１及び第２の格子隆条を構成する、層が上平面上及び溝内に生じる。こうして異なる平面に所望の第１の格子隆条及び第２の格子隆条が得られる。これらの格子隆条は、格子隆条の厚さが先に構造化された誘電体基板の長方形プロファイルの変調深さより大きければ、連続である。
【００２１】
構造の変調深さである、第１の格子隆条と第２の格子隆条の間の垂直方向距離が１００ｎｍと５００ｎｍの間にあれば、特に良好な色効果が得られる。距離の測定は、例えば第１の線格子構造と第２の線格子構造の向きが同じ表面によって、すなわち、例えば格子隆条の下面または格子隆条の上面から、定めることができる２つの平面についてなされる。垂直方向距離は当然平行平面に対して垂直に測定されるべきであり、したがって、格子隆条の向きが同じ表面間の高さの差を示す。
【００２２】
格子隆条のための材料としては、周囲基板より高い屈折率を有する、すなわち、特に周囲より少なくとも０.３程度は高い屈折率を有する、全ての材料が考慮される。
【００２３】
二重線格子を有するセキュリティ素子は透過視中に角度依存カラーフィルタ作用を示す。この角度依存性は、格子線が光入射平面に対して垂直である場合に、特に著しい。カラーフィルタ作用は多色モチーフを、モチーフが回転位置によって色を変えるかまたは平面を傾けると異なる効果を示すように、設計するために用いることができる。したがって、その平面上への平面で視て、線格子構造の縦方向が相互に傾けられている、特に長方形の、少なくとも２つの領域が設けられることが好ましい。垂直方向から見ると、そのようなモチーフは、一様な色を有し、垂直方向で見ている限り他の構造は見えないように、設計することができる。ここでこの素子を傾けると、１つの領域、例えばバックグラウンドの色が他の領域、例えばモチーフの色と異なるように変化するであろう。
【００２４】
もちろん、いくつかの異なる配置にある領域をもつ実施形態を考えることもできる。すなわち、例えば、セキュリティ素子にいくつかの領域を有し、領域が線格子構造の格子線の位置及び／または格子周期に関して相互に異なる、発展形態が提供される。したがって透過視において色効果が異なるモチーフを作製することができる。
【００２５】
上述した特徴及び以降に説明されるはずの特徴が、本発明の範囲を逸脱せずに、言明された組合せにおけるだけでなく、他の組合せにおいてもまた個別にも、利用可能であることが理解されるであろう。
【００２６】
以下で、例として本発明に本質的である特徴の開示もする添付図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は第１の実施形態における二重線格子をもつセキュリティ素子の断面図である。
【図２】図２は第２の実施形態における二重線格子をもつセキュリティ素子の断面図である。
【図３ａ】図３ａは図１のセキュリティ素子の反射のスペクトル依存性を示す。
【図３ｂ】図３ｂは図１のセキュリティ素子の透過のスペクトル依存性を示す。
【図４ａ】図４ａは図２のセキュリティ素子の反射のスペクトル依存性を示す。
【図４ｂ】図４ｂは図２のセキュリティ素子の透過のスペクトル依存性を示す。
【図５】図５は図２のセキュリティ素子の吸収のスペクトル依存性を示す。
【図６】図６は、層密度を変えたときの、図１または図２のセキュリティ素子についての反射及び透過に対するＬＣｈ色空間における色値を示す。
【図７ａ】図７ａは図１のセキュリティ素子の反射に対するＣＩＥ１９３１色度図である。
【図７ｂ】図７ｂは図２のセキュリティ素子の透過に対するＣＩＥ１９３１色度図である。
【図８】図８は、視角の変化に対する、図１及び図２のセキュリティ素子についての反射及び透過に対するＬＣｈ色空間における色値を示す。
【図９ａ】図９ａは別の実施形態のセキュリティ素子についての図７と同様の色度図である。
【図９ｂ】図９ｂはまた別の実施形態のセキュリティ素子についての図７と同様の色度図である。
【図１０ａ】図１０ａは図１または図２の格子をもつセキュリティ素子として形成されたモチーフの、一方位における、平面図である。
【図１０ｂ】図１０ｂは図１または図２の格子をもつセキュリティ素子として形成されたモチーフの、図１０ａと異なる方位における、平面図である。
【図１１】図１１は、格子周期が異なる、別の実施形態のセキュリティ素子についての反射及び透過に対するＬＣｈ色空間における色値を示す。
【図１２ａ】図１２ａは別の実施形態のセキュリティ素子についての図７ａと同様の色度図である。
【図１２ｂ】図１２ｂは別の実施形態のセキュリティ素子についての図７ｂと同様の色度図である。
【図１３ａ】図１３ａは、個々の領域が異なる周期の格子で埋められている点が異なる、図１０ａと同様の平面図である。
【図１３ｂ】図１３ｂは、個々の領域が異なる周期の格子で埋められている点が異なる、図１０ｂと同様の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、２つの線格子構造２、６からなり、基板１に埋め込まれている、二重線格子を有するセキュリティ素子Ｓを断面図で示す。平面Ｌ１に配された第１の線格子構造２は基板１に組み込まれている。第１の線格子構造２は、図の平面に垂直になる縦方向に沿って延びる、幅がａの第１の格子隆条３からなる。第１の格子隆条３の間に、ｂの幅を有する、第１の格子溝４がある。（平面Ｌに対して垂直方向に測定した）第１の格子隆条３の厚さはｔ１で表される。第１の格子隆条３の上方の高さｈに、厚さがｔ２の第２の格子隆条７を有する第２の線格子構造６が平面Ｌ２に配されている。第２の格子隆条７は幅ｂを有する。第２の線格子構造６は平面Ｌ２において、第２の格子隆条７が（加工精度の範囲内で）可能な限り精確に第１の格子溝４の上方にくるような態様で、第１の線格子構造２に対して位相シフトされる。同様に、第２の格子隆条７の間にある、第２の格子溝８が第１の格子隆条３の上方にある。
【００２９】
図１の実施形態において、厚さｔ１は高さｈより小さく、よって格子隆条３及び７で連続膜が形成されることはない。
【００３０】
図１の簡略な断面図において、第１の格子隆条３の幅ａは第２の格子隆条７の幅ｂに等しい。したがって、周期ｄに関し、それぞれの線格子構造は５０％の充填率を有する。しかし、これは必須ではない。式ｂ＋ａ＝ｄにしたがっていれば、任意に変えることができる。
【００３１】
また、図１の簡略な断面図において第１の格子隆条２の厚さｔ１は第２の格子隆条の厚さｔ２に等しい。これは作製を簡易にするに有益であるが、必須ではなく、ｔ１≠ｔ２とすることができる。図１のＩは変調深さｈである。すなわち、（平面Ｌ１とＬ２の距離にしたがう）第１の線格子構造２と第２の線格子構造６の間の高さの差は第１の格子隆条３の厚さと第２の格子隆条７の厚さとの和より大きく、よって、線格子構造２と線格子構造６の間の垂直方向分離が与えられる。
【００３２】
図２の実施形態において、まさに１点の（またその１点だけの）違いがある。すなわち図２の実施形態においては、格子隆条３及び格子隆条７から連続膜が生じている。これは第１のタイプである。
【００３３】
図１の格子は隆条高ｔ１より大きい変調深さを有する。この格子は、同じプロファイルを有し、相互にｈ−ｔ１の距離をおいて配された、２つの格子隆条からなる構成と見なすことができる。対照的に、図２の構造は厚さｔ１より小さい変調深さを有する。したがって、この場合、高屈折率構造は空間的に結合している。これは第２のタイプである。
【００３４】
全ての実施形態において、格子隆条３、７は屈折率が高い誘電体または半金属材料でつくられる。高屈折材料は屈折率ｎ２を有し、誘電体で囲まれている。実際上、周囲誘電体材料の屈折率が異なることはほとんどなく、ほぼｎ１の大きさになる。高屈折材料の屈折率ｎ２は周囲誘電体材料の屈折率より、例えば絶対値で少なくとも０.３程度、大きい。
【００３５】
図１のセキュリティ素子Ｓは入射光Ｅを反射光Ｒとして反射する。さらに、いくらかの率の光が透過光Ｔとして透過する。反射特性及び透過特性は、以下で説明されるように、入射角Θに依存する。
【００３６】
セキュリティ素子Ｓの作製は、例えば、初めに基層９に第１の線格子構造２を設け、それに中間層５を重ねることで、行うことができる。次いで、このようにして上向きに配置された第１の格子溝４内に、第２の格子隆条７を有する第２の線格子構造を組み込むことができる。カバー層１０がセキュリティ素子を覆う。層９、５及び１０の屈折率は実質的に等しく、その値は、例えば、ｎ１＝約１.５、詳しくは１.５６とすることができる。
【００３７】
ｂ、ａ及びｔの大きさはサブ波長領域にある、すなわち３００ｎｍより小さい。変調深さは１００ｎｍと５００ｎｍの間であることが好ましい。
【００３８】
しかし、初めに第１の長方形格子が基板１の上面上につくられる作製方法も可能である。基板１は幅ａの溝が幅ｂの隆条と交互するように構造化される。構造化基板には続いて、第１の線格子と第２の線格子及び第１の線格子構造と第２の線格子構造が生じるように、所望の被膜が蒸着される。蒸着後、構造は最終的にカバー層で覆われる。このようにして、上側及び下側が実質的に同じ屈折率をもつ、積層が得られる。
【００３９】
構造化基板は様々な方法で得ることができる。１つの選択肢は母型を用いる複製である。母型は、ホイル上、例えばＰＥＴホイル上の、例えば、ここではＵＶラッカーに複写することができる。こうして、例えば１.５６の屈折率を有する誘電体材料として、基板１が得られる。あるいは、ホットスタンピング法を用いることもできる。
【００４０】
母型は、または基板自体も、構造がフォトレジストに書き込まれ、続いて現像される、電子ビーム装置、集束イオンビームまたは透過干渉リソグラフィを用いて作製することができる。
【００４１】
続く工程において、フォトリソグラフィ態様で作製された母型の構造を石英基板にエッチングして、プロファイルの極めて垂直な側面を形成することができる。次いで石英ウエハはプリフォームとしてはたらき、例えば、Ｏｍｏｃｅｒに複写するかまたは電鋳(galvanic molding)によって複製することができる。同様に、Ｏｍｏｃｅｒに、または電気化学的方法でニッケルに、フォトリソグラフィ態様で作製された母型の直接成形が可能である。また、異なる格子構造をもつモチーフを同種の格子母型で出発するナノインプリントプロセスで構成することができる。
【００４２】
異なるサブ波長構造からなる、サブ波長格子構造及びモチーフに対するそのような作製方法は当業者に知られている。
【００４３】
以下で、高屈折材料の硫化亜鉛（ＺｎＳ）でつくられた格子隆条３、７及び可視波長領域においてｎ＝１.５２のポリマーでつくられた基板１を有する実施形態における、２つの異なる格子タイプの光学特性が論じられる。ＺｎＳは誘電体と見なされるが、青色領域に吸収を有することを指摘しておかねばならない。さらに、隆条のプロファイル形状は長方形であるとされている。この長方形からの小さな、例えば台形へのような、ずれは格子の光学効果に同様の結果を生じさせる。
【００４４】
図３ａ及び３ｂは、ｄ＝３６０ｎｍ、ｈ＝２２０ｎｍ、ｂ＝１８０ｎｍ、及びＺｎＳ被膜の厚さがｔ＝１８０ｎｍというパラメータを有する、第１のタイプ（図１）のセキュリティ素子についての計算された反射スペクトルを、また透過スペクトルも、示す。入射光は偏光ではない。
【００４５】
図３ａは、異なる入射角、すなわち、０°、１５°、３０°及び４５°について、ｘ軸にプロットされた波長の関数としての反射をｙ軸に示す。図３ｂは透過についての同様のプロットを示す。入射角Θは図１及び２に定義されている。
【００４６】
反射スペクトルは、実質的に透過スペクトルにおいてはディップとして表れ得る、鋭いピークを示す。垂直入射に対し、約５５０ｎｍ〜６５０ｎｍの領域に３つのピークまたはディップが認められる。斜め入射角を大きくしていくと、これらの共鳴は離れていく。一方は長波長側に移動し、他方は短波長側に移動する。このシフトは格子方程式から近似的に導くことができ、それから共鳴波長λｒ：
【００４７】
【数１】
2017522595.tif 000003
【００４８】
が得られる。
【００４９】
この格子の光学相互作用はいわゆる「導波モード共鳴」として説明することができる。格子は光カプラとして、また同時に導波路としてはたらく。そのような構成は、スペクトルにおいて鋭いピークまたはディップとして現れる、電磁共鳴を示す。
【００５０】
第２のタイプ（図２）の、すなわち連続高屈折率領域を有する、セキュリティ素子に対するスペクトルが図４ａ及び４ｂに示される。この格子に対し、厚さはｔ＝２６０ｎｍである。スペクトルは定性的に図３と同様のパターンを示す。しかし、λ≒６２０ｎｍにおける共鳴は明らかに一層顕著である。
【００５１】
この格子に対する吸収スペクトルが図５に示される。ここでは、ＺｎＳの比較的高いｋ値により、強い吸収がＵＶ領域及び青色領域に認められる。さらに、長波長領域においても共鳴が鋭い吸収ピークを生じさせることが分かる。
【００５２】
ＬＣｈ色空間におけるこれらのセキュリティ素子の色特性を調べるため、計算された透過または反射スペクトルをＤ６５標準光源の発光曲線及び人間の眼の感度と畳み込み演算して、色座標Ｘ、Ｙ、Ｚを計算した。Ｄ６５光は概ね日光に相当する。続いて、ＸＹＺ座標をＬＣｈ色値に変換した。これらの値は見る人の色覚に関して人間の感覚と直接に関連付けることができ、
Ｌ＊：輝度、
Ｃ＊：彩度（＝色飽和）、及び
ｈ°：色調
である
図６は、ｄ＝３６０ｎｍ、ｈ＝２１０ｎｍ、ｂ＝１８０ｎｍのパラメータをもつセキュリティ素子の、ＺｎＳ被膜の厚さｔ１＝ｔ２＝ｔの関数としての、入射角Ｑ＝０°及び３０°に対する、（左が反射で右が透過の）ＬＣｈ色度図を示す。ほぼ１２０ｎｍより大きい厚さに対しては、傾けると、透過における輝度または彩度及び色調が明白に変化する。半金属ＺｎＳの吸収効果（図５を参照）がここで説明される透過における格子の色度をサポートする。吸収領域をもたない純誘電体被膜はより低い色飽和を生じさせるであろうが、同じく可能であろう。
【００５３】
図７はこの効果をＣＩＥ-１９３１色空間において示す。白色点は「ＷＰ」と印される。三角形はモニタで通常示され得る色範囲の限界を示す。図において、ｘ、ｙ色座標は軌跡で表されている。厚さｔ＝３００ｎｍの端点はアステリスク（＊）で印される。図７ａに反射の色特性が示され、図７ｂに透過の色度図が示される。本図から、厚さｔ１＝ｔ２＝ｔが大きくなるにしたがい、格子を０°から３０°に傾けると色が大きく変化することが明白に認められる。
【００５４】
（厚さがｔ１＝ｔ２＝ｔ＝１８０ｎｍまたは２６０ｎｍの）第１または第２のタイプのセキュリティ素子の入射角の関数としての色特性が、輝度、彩度及び色調の値の形態で図８に示される。
【００５５】
いずれのタイプのセキュリティ素子についても、図９に付帯するＣＩＥ-１９３１色度図に認められるように、傾けたときに色または強度の明白に認知できる変化が透過視において生じる。
【００５６】
入射平面に対して垂直に傾けたときには色の変化がおこらないという事実により、透過視においてモチーフＭは見えず、傾けたときにだけ現れるような態様でセキュリティ特徴を形成することができる。これは、同じ格子プロファイルをもつ２つの領域１４、１５を相互に９０°回転させて配置することで実施することができる。この構成が図１０に示される。
【００５７】
バックグラウンドを形成する領域１４の格子線は縦方向に延び、モチーフＭを形成する領域１５の格子線は横方向に延びる。セキュリティ素子が水平軸の周りに回転されると、モチーフＭが現れる。別の領域配位も考えられる。細かくずらしながら配位した領域により、例えば、透過においてランニング効果をつくりだすことができる。例として特許文献６が参照される。ここで、異なる格子プロファイルを有する領域でモチーフを設計することも可能である。周期の異なる格子の光学特性は、周期が４２０ｎｍ、３４０ｎｍ及び２８０ｎｍのＺｎＳ被覆格子をもつ実施形態は、視角を傾けると透過において原色の、赤、緑、青（ＲＧＢ）を表すことを示す。図１１はそのような格子についての輝度、彩度及び色調を、入射角Θ＝３０°に対し、ＺｎＳの厚さの関数として示す。彩度は厚さがｔ＞１００ｎｍで大きくなるにしたがって明白に高くなる。最適値はｔ≒約２００ｎｍにある。ｄ＝４２０ｎｍの格子に対しては、厚さｔを大きくすることで赤色をさらに一層明白に表すことができる。
【００５８】
これはＣＩＥ色度図においてさらに一層明白に検出できる（図１２を参照）。本図において、端点ｔ＝３００ｎｍはアステリスクで印されている。反射に対し、これらの点は大体において既述した三角形上にある。これは透過におけるｄ＝４２０ｎｍの格子にも当てはまる。
【００５９】
実施形態において、これらの特性は、領域毎に上述した周期が異なるセキュリティ素子を配することで着色モチーフを生成するために利用される。
【００６０】
図１３は３色からなるモチーフＭをもつセキュリティ素子Ｓを簡略に示す。これらの３つの領域は周期が異なる格子によって提供される。それぞれの格子線は横方向に配位される。垂直方向で見ると、格子は弱い色コントラストを示す。モチーフを認めることはほとんどできない。水平軸の周りで傾けると、モチーフが強い色調の３色で現れる。
【００６１】
セキュリティ素子は銀行券の透かし窓としてはたらくことができる。セキュリティ素子には部分的に重ね着色印刷することもできる。高屈折率被膜は、例えば超短パルスのレーザ照射によって、部分的に除去することもできる。さらに、高屈折率透明ホログラムの併用が可能である。そのようなホログラムは反射特徴としてはたらくこともできる。サブ波長格子の一部を、この部分がこの場合は反射特徴としてはたらき、透かし窓のこの領域にある格子の他の部分に対してコントラストをなすように、吸収性基材表面上に配置することができる。
【００６２】
上述したように、セキュリティ素子において、対応するプロファイルパラメータを有する格子は斜め入射角時に透過において原色ＲＧＢを表すことができる。しかし、垂直方向で見ると、彩度は低い。反射において、格子構造はほぼ透過に対する補色で見える。
【００６３】
サブ波長格子でトゥルーカラー画像を生成できることが知られている。個々の画像ピクセルは、原色、例えばＲＧＢの色に対応するサブピクセルで表される。対応する格子プロファイルをもつ格子は個々の領域に所望の色をつくる。それぞれの領域の調和は見る人がサブピクセル領域の混合色としてそれぞれのピクセルを認知するような態様で選ばれる。この方法は本明細書に説明される格子に対しても、斜めに見たときに、垂直に見たときにはほとんど消え去るトゥルーカラー画像が透過において認められるように、適用することができる。
【００６４】
本発明のセキュリティ素子は銀行券またはその他の文書における透かし窓として特に役立ち得る。本セキュリティ素子は、部分的に重ね着色印刷することもでき、あるいは格子領域はいくつかの領域において金属層を除去することができ、またはそのような領域が完全にメタライズされるように線格子無しで構成することもできる。回折格子構造、例えばホログラムとの併用を考えることもできる。
【符号の説明】
【００６５】
１    基板
２    第１の線格子構造
３    第１の格子隆条
４    第１の格子溝
５    中間層
６    第２の線格子構造
７    第２の格子隆条
８    第２の格子溝
９    基層
１０    カバー層
１１，１３    金属層
１２    誘電体中間層
１４    バックグラウンド
１５    モチーフ
ｈ    変調深さ
ｔ，ｔ１，ｔ２    被膜厚
ｂ    線幅
ａ    列幅
ｄ    周期
Ｓ    セキュリティ素子
Ｌ１，Ｌ２    平面
Ｅ    入射光
Ｒ    反射光
Ｔ    透過光
Θ    入射角
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ−１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ−１３ｂ】
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【国際調査報告】
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