(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成した凹部または凸部を光散乱要素として、入射光について光散乱を生じせしめる光散乱体において観測面のｘ、ｙの各方向において矩形の各辺の長さの異なる前記光散乱要素を複数種類配列し、かつ前記光散乱体の内部で、前記光散乱要素の形状を変えることにより、それぞれの光散乱性を任意に変化させてなる前記光散乱体を、基材表面に複数配置することにより構成されることを特徴とする特定の装飾画像を表示する散乱体を用いた光散乱パターン。
【請求項２】
表面に形成した凹部または凸部を光散乱要素として、入射光について光散乱を生じせしめる光散乱体において観測面のｘ、ｙの各方向において矩形の各辺の長さの異なる前記光散乱要素を複数種類配列し、かつ、前記光散乱体の内部で、前記光散乱要素を形成する密度を変えることにより、それぞれの光散乱性を任意に変化させてなる前記光散乱体を、基材表面に複数配置することにより構成されることを特徴とする特定の装飾画像を表示する散乱体を用いた光散乱パターン。
【請求項３】
前記光散乱要素の形状が、全て相似形であることを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の光散乱体。
【請求項４】
前記光散乱要素の大きさが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の光散乱体。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光散乱パターンを形成する基材の表面に、凹凸で形成された回折格子によるパターンを設けたことを特徴とする表示体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光散乱による特定の装飾画像を表示することが可能な散乱体、およびこの散乱体を用いた散乱パターンに関する。
特に、一層高度な偽造防止効果と共に、デザインの自由度の向上した光散乱パターンとそれを有する表示体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光散乱に基づいて表示されるパターン（以下、光散乱パターンと称する）は、通常、基材の表面を凹凸形状に加工することで実現される。
その加工方法として、エッチングによる方法や表面部を薬品等で荒らす方法、ＥＢ描画装置により凹凸を形成する方法等がある。
【０００３】
前述のエッチングや薬品による方法では、表面部の各微小領域において形成する各々の凹凸の比率を変えることにより散乱の度合いを変えることは困難である。
一方、ＥＢ描画装置を用いれば、微小領域に形成する各々の凹凸の比率，凹部や凸部の形状などを任意に制御し、基材表面にパターニングすることが可能である。
【０００４】
ここで、凹凸で形成された回折格子パターンと、凹凸で形成されて光を散乱する光散乱パターンとの組み合わせにより構成されるディスプレイに関しては、特開平５−２７３５００号公報（特許２７５１７２１号）に記載されている。
前述の特許は、回折格子パターンに上記光散乱パターンを組み合わせることにより、
（ａ）回折光のみによる表示でないため、観察条件の制約が少ない。
（ｂ）きらきらとした印象を与える画像表現だけではない。
（ｃ）双方のパターンが凹凸で形成されるため、作製工程が増えない（エンボス成形のみで良い）と共に、双方のパターンの位置合わせが容易となる。
などの効果を奏する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前述の特許の凹凸により形成される光散乱パターンの改良に関し、精巧で多彩な表現を可能とし、一層高度な偽造防止効果を向上させると共に、デザインの自由度を向上させることにある。
特に、光散乱パターンの視域（表示像の観察可能な範囲）の連続性を確保しつつ、視点位置による観察色の変化を抑えると共に、光散乱パターン内（光散乱体内）の光散乱要素（凹部または凸部）の数を減らすことが可能な光散乱パターンを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に形成した凹部または凸部を光散乱要素として、入射光について光散乱を生じせしめる光散乱体において、大きさの異なる前記光散乱要素を複数種類配列したことを特徴とする光散乱体である。
前述の散乱体の配列は、規則性を持たせてもよいし、不規則にしてもよい。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記光散乱要素の形状が、全て相似形であることを特徴とする請求項１記載の光散乱体である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記複数種類配列した光散乱要素の大きさの差が、最大値と最小値とで０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の光散乱体である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記光散乱要素の大きさが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の光散乱体である。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の光散乱体の内部で、前記光散乱要素の形状もしくは深さ（高さ）を変えることにより、それぞれの光散乱性を任意に変化させてなる前記光散乱体を、基材表面に複数配置することにより構成されることを特徴とする光散乱パターンである。
このように光散乱要素の形状もしくは深さ（高さ）を変えることにより、階調を有する光散乱パターンが構成される。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の光散乱体の内部で、前記光散乱要素を形成する密度を変えることにより、それぞれの光散乱性を任意に変化させてなる前記光散乱体を、基材表面に複数配置することにより構成されることを特徴とする光散乱パターンである。
このように光散乱要素の密度を変えることにより、階調を有する光散乱パターンが構成される。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の光散乱パターンを形成する基材の表面に、凹凸で形成された回折格子によるパターンを設けたことを特徴とする表示体である。
【００１３】
このように本発明では、  光散乱を生じせしめる最小構成単位が「光散乱要素」であり、  前記光散乱要素を所定領域内に複数配置して、「光散乱体」が構成される。
前記光散乱体を画素とし、画素毎に光散乱性を適宜に設定しながら、基材表面に配置することによって、「光散乱パターン」が構成する。
【００１４】
また、光散乱要素（凹凸）による光散乱パターンのみならず、光散乱パターンを形成する基材の表面に凹凸の回折格子からなるパターンを混在させることにより、バラエティに富んだ表現で興味ある視覚効果を一層高めたパターンの形成が可能となる。
【００１５】
＜作用＞
光散乱体を構成する光散乱要素により散乱される光の広がりは、光散乱要素を開口として回折現象を扱うことにより得られる回折光の分布と等しいと見なせる。
従って、光散乱要素の大きさが大きければ散乱光は広がらず、大きさが小さければ散乱光は大きく広がることとなる。
【００１６】
ここで、図９に示した光散乱体を用いて説明すると、ランダムに配置された複数の光散乱要素（単一の大きさ）による散乱光分布の包絡線は、１つの光散乱要素の散乱光分布と相似形になる。一方、単一の大きさの光散乱要素による散乱光分布はほぼｓｉｎｃ関数の２乗として表せるため、散乱光の射出角度により光強度が振動することになる。
【００１７】
ここで、例として、矩形形状の光散乱要素について挙動を詳述する。矩形の光散乱要素からの光の広がりを矩形開口からのフラウンホーファー回折として取り扱うと、光強度分布は下記式で表される（簡単のため、単波長のコヒーレント光による回折とする）。
【００１８】
【数１】
0004269537.tif 000002
【００１９】
上式で、Iは観測面（ｘ、ｙ）における光強度分布、ｄx, ｄyは長方形のそれぞれ横、縦の辺の長さ、λは光の波長、Ｒは観測面との距離（測定距離）であり、ｓｉｎｃ関数はｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ(πｘ)／πｘである。Ａは光の振幅に関わる変数であるが、ここでは定数と考えて良い。
すなわち、光強度は、ｘ、ｙの各方向において、矩形の各辺の長さに応じたｓｉｎｃ関数の2乗に比例する。
【００２０】
なお、ここでの単波長のコヒーレント光による議論は、通常の照明条件下（蛍光灯や太陽光、白熱灯などの白色光源による照明）において、波長や光源の大きさ等を考慮して、光強度分布Ｉ（ｘ、ｙ）を波長や光源の大きさに応じてそれぞれ積分すれば良い。
すなわち、基本的な傾向は、上述の単波長のコヒーレント光の場合、光強度分布から推測できる。
【００２１】
従って、単一の大きさの矩形形状光散乱要素から成る光散乱体では、光の強度分布が振動成分を持ち、光の波長毎に射出方向に対して光の強度変化が異なるため、白色での照明による通常の照明条件下において、観察位置による急激な明暗の変化や色づき（虹色の変化）が発生する。
【００２２】
一方、本発明では、大きさが異なる光散乱要素をランダムに配置することにより、それぞれの大きさの光散乱要素に対する光強度分布を積分した結果が実際の光強度分布となる。
従って、広い範囲に亘って連続的な（なだらかな）分布を持った散乱光が得られ、観察位置による明暗の変化の少なく、安定した白色を呈することが可能となる。
【００２３】
もちろん、以上の議論は矩形形状以外の任意形状の光散乱要素について、同様に成り立つものである。
【００２４】
なお、光散乱要素の大きさを極めて小さくすれば、散乱光分布の中心極大（射出角度=０#を中心とした極大）を広げることができるが、そのような光散乱要素を単位面積当たりに多数形成しなければ十分な散乱光は得られない。また、その場合、中心極大と隣接する極大の境目ではやはり色変化が観察されることになる。
【００２５】
本発明では、光散乱要素をある程度の大きさの範囲に留めておくことができるため、単位面積当たりの光散乱要素の数を少なくすることができる。これにより、工程の簡略化、取り扱うデータ量の減少など、簡便な作製が可能となる。
【００２６】
なお、光散乱要素の大きさの範囲は、０．５μm以上あることが望ましい。これは、光散乱要素の大きさが１μｍ程度のときに、０．５μmの差があれば最小の大きさの光散乱要素の散乱光強度分布の極小位置と、別の大きさの光散乱要素の極大の位置が重複する条件が含まれるようになり、散乱光分布のなだらかさと観察色の不変性が実際上問題にならなくなる。
従って、光散乱要素の大きさの範囲に留意するだけで、光散乱特性の詳細な物理的解析を行う必要なく、容易に効果的な光散乱特性を得ることが可能となる。
【００２７】
また、光散乱要素の大きさが５μmを超える場合、中心極大が大きく、しかもその範囲は狭く成りすぎるため、散乱としては実用的でなくなる場合が多いため、光散乱要素の大きさは５μm以下であることが望ましい。
【００２８】
光散乱体による散乱光の強度は、光散乱体内にある光散乱要素の密度、もしくは光散乱体の凹凸の深さ（高さ）により変化させることができる。前者は密度が５０％程度のときが最大の散乱光強度を得ることができ、密度がこの値を離れるほど散乱光強度が弱くなる。従って、密度により正確な階調表現等が可能となる。後者は光散乱体内の光散乱要素の構成を全く変えずに、その深さや高さを変更するだけで良いため、光散乱体がただ一種類定義されていればよく、工程が簡略化され、作製が容易である。
【００２９】
このような光散乱体を画素として表示された画像においては、散乱光の分布範囲が表示体の視域となるため、視域内では視点の移動による色変化が少なく、急激な明暗の変化もない安定した表示を実現できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
上記の原理に基づいて、光散乱パターンの構成単位として、図９に示す散乱体において、表面に形成する凹部または凸部を光散乱要素とする際、大きさの異なる複数の前記光散乱要素をランダムに配列した実施形態を説明する。
【００３１】
具体的に、３×３μm、２×２μm、１×１μm，の矩形開口に、633nmおよび488nmの波長の光が入射した場合の（回折による）光強度分布について試算した結果を、図１〜図６のグラフに示す。
図１は、３×３μmの矩形開口に、633nmの波長の光が、
図２は、２×２μmの矩形開口に、633nmの波長の光が、
図３は、１×１μmの矩形開口に、633nmの波長の光が、
図４は、３×３μmの矩形開口に、488nmの波長の光が、
図５は、２×２μmの矩形開口に、488nmの波長の光が、
図６は、１×１μmの矩形開口に、488nmの波長の光が、
それぞれ入射した場合、正反射光の光強度に対する相対光強度を、射出角度について示したグラフである。
これらのグラフでは、正反射光の角度を０#とし、プラス側の角度について光強度分布を示している（マイナス側は対称形）。
【００３２】
このように、単一の大きさの矩形では、光の強度分布は大きさや波長によって射出角度に対する強度変化が異なるため、白色光での照明による通常の照明条件下において、観察位置による急激な明暗の変化や色づき（虹色の変化）の原因となる。
【００３３】
本発明では、例えば、１〜３μmの範囲の矩形をランダムに配置すると、これらのグラフに代表される光強度分布を積分した結果が、実際の光強度分布となる。
従って、広い範囲に亘って連続的な（なだらかな）分布を持った散乱光が得られ、観察位置による明暗の変化の少なく、安定した白色を呈することが可能となる。
【００３４】
図７のグラフは、６３３ｎｍおよび図８のグラフは、４８８ｎｍの波長の光に対して、それぞれ開口サイズが１〜３μmの範囲にある場合の、上記と同様の試算結果である。これらのグラフから、観察位置（射出角度に対応）の変化に対し、連続的な（なだらかな）明るさの変化と、観察色の安定性が得られることがわかる。
【００３５】
なお、光散乱要素の大きさを極めて小さくすれば、散乱光分布の中心極大（射出角度=０#を中心とした極大）を広げることができるが、そのような光散乱要素を単位面積当たりに多数形成しなければ十分な散乱光は得られない。また、その場合、中心極大と隣接する極大の境目ではやはり色変化が観察されることになる。
【００３６】
本発明では、光散乱要素をある程度の大きさの範囲に留めておくことができるため、単位面積当たりの光散乱要素の数を少なくすることができる。
すなわち、光散乱要素が単位面積当たりに占める割合を一定（例えば、５０%）にする際に、０．１μｍの矩形だけで構成するときと、０．１〜５μｍの範囲の様々な大きさの矩形で構成するときでは矩形の個数に飛躍的な差があるのは明らかである。これは、１つ１つの光散乱要素を形成する際に、工程の簡略化、取り扱うデータ量の減少など、簡便な作製が可能ということになる。
【００３７】
なお、光散乱要素の大きさの範囲は０．５μm以上あることが望ましい。これは、光散乱要素の大きさが１μｍ程度のときに、０．５μｍの差があれば最小の大きさの光散乱要素の散乱光強度分布の極小位置と、別の大きさの光散乱要素の極大の位置が重複する条件が含まれるようになり、散乱光分布のなだらかさと観察色の不変性がある程度保証される。
【００３８】
また、光散乱要素の大きさが５μｍを超える場合、中心極大が大きく、しかもその範囲は狭く成りすぎるため、散乱としては実用的でなくなる場合が多いため、光散乱要素の大きさは５μｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
光散乱体による散乱光の強度は、光散乱体内にある光散乱要素の密度、もしくは光散乱体の凹凸の深さ（高さ）により変化させることができる。
前者は密度が５０%程度のときが最大の散乱光強度を得ることができ、密度がこの値を離れるほど散乱光強度が弱くなる。従って、密度により正確な階調表現等が可能となる。
後者は光散乱体内の光散乱要素の構成を全く変えずに、その深さや高さを変更するだけで良いため、光散乱体がただ一種類定義されていればよく、工程が簡略化され、作製が容易である。
【００４０】
このような光散乱体を画素として構成された光散乱パターンは、散乱光の分布範囲が表示体の視域となるため、視域内では視点の移動による色変化が少なく、急激な明暗の変化もない安定した表示を実現できる。
【００４１】
【発明の効果】
光散乱体による光の散乱の空間的広がり範囲を連続的にできると共に、光散乱要素の数を減らすことができ、視点による観察色の変化が極めて少なく、視点による明るさの変化をなだらかにした効果的な散乱特性を得、散乱体作製を容易にすることができる。
特に、個々の光散乱要素をEB描画によって作製する場合などは、光散乱体を定義するためのデータ量を激減させることができ、簡便な描画が実現できる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】３×３μmの矩形開口に、633nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図２】２×２μmの矩形開口に、633nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図３】１×１μmの矩形開口に、633nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図４】３×３μmの矩形開口に、488nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図５】２×２μmの矩形開口に、488nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図６】１×１μmの矩形開口に、488nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図７】サイズが１〜３μmの範囲にある複数のサイズを持つ矩形開口に、633nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図８】サイズが１〜３μmの範囲にある複数のサイズを持つ矩形開口に、488nmの波長の光が入射した場合の回折光の強度分布を示すグラフ。
【図９】本発明の光散乱体の一例を示す説明図。
【図１】
0004269537.tif 000003
【図２】
0004269537.tif 000004
【図３】
0004269537.tif 000005
【図４】
0004269537.tif 000006
【図５】
0004269537.tif 000007
【図６】
0004269537.tif 000008
【図７】
0004269537.tif 000009
【図８】
0004269537.tif 000010
【図９】
0004269537.tif 000011