JP2007044598A - Colloidal crystal, filmy particulate structure, filmy cyclic structure and their manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜状に微粒子を三次元的に配置させたコロイド結晶、該コロイド結晶から形成した膜状微粒子構造体、および、該微粒子構造体を元型にして形成する膜状周期構造体（インバース構造体）およびそれらの製造方法に関するものである。本発明に係る膜状微粒子構造体および膜状周期構造体は、これらの構造体を利用したフォトニック結晶を用いた光学部品、光学システム、フォトニック・デバイス、フォトニック・デバイスを集積させた光集積回路などの広範な光学技術分野に適用可能である。 The present invention relates to a colloidal crystal in which fine particles are three-dimensionally arranged in a film shape, a film-like fine particle structure formed from the colloidal crystal, and a film-like periodic structure formed from the fine particle structure as a base ( The present invention relates to an inverse structure) and a manufacturing method thereof. The film-like fine particle structure and the film-like periodic structure according to the present invention include an optical component, an optical system, a photonic device, and a photonic device in which photonic crystals using these structures are integrated. It can be applied to a wide range of optical technology fields such as integrated circuits.
近年、屈折率の異なる複数の物質を光の波長程度の周期で組み合わせることによって全く伝搬されない光のエネルギー領域（フォトニックバンドギャップ）を持つ微粒子構造体が開発されている。このような微粒子構造体は、フォトニック結晶とも呼ばれ、光デバイスや電磁波フィルターに応用できる材料として近年注目されている。 In recent years, a fine particle structure having a light energy region (photonic band gap) that is not propagated at all by combining a plurality of substances having different refractive indexes with a period of about the wavelength of light has been developed. Such a fine particle structure is also called a photonic crystal, and has recently attracted attention as a material that can be applied to optical devices and electromagnetic wave filters.
また、自然界ではオパールが一種のフォトニック結晶となっていることが知られており、微粒子が高度に規則配列して結晶構造を形成する微粒子構造体をオパール結晶ともいう。 In nature, it is known that opal is a kind of photonic crystal, and a fine particle structure in which fine particles are highly regularly arranged to form a crystal structure is also called an opal crystal.
平板上のキャピラリー内にコロイド結晶を形成する際に、基板に単結晶基板のエッチピット処理をしたもの用いた微粒子の配列形成に関わる従来技術として、例えば特開２００５−４０６４７号公報（特許文献１）、特開２００４−２７１９５号公報（特許文献２）、特開２００４−１１９４２８号公報（特許文献３）、特開２００３−２１２７００号公報（特許文献４）、特表２００３−５０８３４２号公報（特許文献５）、特開２００３−１８５８３２号公報（特許文献６）、特開２００１−１７０５００号公報（特許文献７）、特開２０００−２２１２９号公報（特許文献８）に記載されたものがある。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-40647 (Patent Document 1) discloses a conventional technique related to the formation of fine particles using a substrate obtained by etching a single crystal substrate when forming a colloidal crystal in a capillary on a flat plate. ), JP-A-2004-27195 (Patent Document 2), JP-A-2004-119428 (Patent Document 3), JP-A-2003-212700 (Patent Document 4), JP-T-2003-508342 (Patent) Document 5), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-185832 (Patent Document 6), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170500 (Patent Document 7), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-22129 (Patent Document 8).
また、基板の周期形状、規則形状に関するもので、特に基板形状を利用した粒子配列の制御に関わる発明としては、特表２００４−５１１８２８号公報（特許文献９）、特開２００４−５３７８９号公報（特許文献１０）、特許第３５９７５０７号明細書（特許文献１１）、特開２００３−２０１１９８号公報（特許文献１２）、特開２００３−１４９４０１号公報（特許文献１３）、特開２００３−１８１２７５号公報（特許文献１４）、特開２００３−８８７５２号公報（特許文献１５）、特開２００１−１６２１５７号公報（特許文献１６）に記載されたものがある。 In addition, the invention relates to the periodic shape and regular shape of the substrate, and in particular, as an invention relating to the control of the particle arrangement using the substrate shape, Japanese Patent Publication No. 2004-511828 (Patent Document 9) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-53789 ( Patent Document 10), Japanese Patent No. 3597507 (Patent Document 11), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-201198 (Patent Document 12), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-149401 (Patent Document 13), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-181275. (Patent Document 14), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-88752 (Patent Document 15), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-162157 (Patent Document 16).
以下、上記従来技術の要約を記す。
ａ）特開２００５−０４０６４７号公報（特許文献１）に記載されたものは、コロイド結晶の作成方法に関する発明で、平板状キャピラリー形状を有する容器中の微粒子分散液にパルス状の圧力変動を与えることにより、単結晶性のよいコロイド結晶を作成するというものである。
A summary of the above prior art will be described below.
a) Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2005-040647 (Patent Document 1) is an invention relating to a method for producing a colloidal crystal, and applies a pulsed pressure fluctuation to a fine particle dispersion in a plate-shaped capillary vessel. Thus, a colloidal crystal with good single crystallinity is prepared.
ｂ）特開２００４−２７１９５号公報（特許文献２）に記載されたものは、空孔が規則正しく配列した構造を有する刺激応答性高分子ゲルに関する発明である。微粒子の配列方法としては、一般的な形成方法も挙げているが、微粒子分散液を、基板上に滴下し、微粒子分散液に用いられている溶媒を留去するとよいとしている。ただし、この公報には、“留去”という手法の定義に関する記載はない。 b) What is described in JP-A-2004-27195 (Patent Document 2) is an invention relating to a stimulus-responsive polymer gel having a structure in which pores are regularly arranged. As a method for arranging fine particles, a general forming method is also mentioned. However, it is recommended to drop the fine particle dispersion on a substrate and distill off the solvent used in the fine particle dispersion. However, this publication does not describe the definition of the technique “distillation”.
ｃ）特開２００４−１１９４２８号公報（特許文献３）に記載されたものは、配向と面内方位が制御された微粒子構造体を薄膜状で形成する方法に関する発明である。基板に単結晶基板を用い、｛１１１｝結晶面顕在化処理を行い、基板上に｛１１１｝面により構成される凹形状を形成した後、親水化処理工程を行い、基板を容器に入った微粒子分散液中に配置し、微粒子をこの凹形状にならわせて粒子を沈降・堆積させることにより微粒子構造体を形成するようにしたものである。 c) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-119428 (Patent Document 3) is an invention relating to a method of forming a fine particle structure with controlled orientation and in-plane orientation in a thin film form. A single crystal substrate was used as the substrate, {111} crystal surface revealing treatment was performed, a concave shape constituted by {111} faces was formed on the substrate, and then a hydrophilization treatment step was performed, and the substrate was placed in a container. It is arranged in a fine particle dispersion, and the fine particle structure is formed by allowing the fine particles to follow this concave shape and precipitating and depositing the particles.
ｄ）特開２００３−２１２７００号公報（特許文献４）に記載されたものは、コロイド結晶およびオパール結晶の作成方法に関する発明で、平板状キャピラリー内の微粒子分散液に一軸方向に微粒子分散液を流動させ、剪断流動を与えることによってコロイド単結晶を形成した後に、媒質をキャピラリーから抜くが、このときに、平板状キャピラリーの入口側開口部を広く、奥が狭いテーパー状とすることにより、微粒子配列の乱れを防ぎ、容器の材質に一定の透湿性を有する透明プラスチックを使用することにより、その後の乾燥が均一に行われるようにしたものである。 d) Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2003-212700 (Patent Document 4) describes an invention relating to a method for producing a colloidal crystal and an opal crystal. The fine particle dispersion flows in a uniaxial direction to the fine particle dispersion in a flat capillary. After the colloidal single crystal is formed by applying shear flow, the medium is removed from the capillary. At this time, the opening on the inlet side of the plate-like capillary is widened and tapered to form a narrow array. By using a transparent plastic having a certain moisture permeability as the material of the container, the subsequent drying is performed uniformly.
ｅ）特表２００３−５０８３４２号公報（特許文献５）に記載されたものは、コロイド結晶作成に関する発明で、二枚の平行な基板にはさまれたギャップ内に微粒子分散液を配置し、微粒子分散液にせん断流動を与えて、コロイド結晶配列とした後に、第一のせん断流動とは異なる方向にせん断流動を加えることにより、さらに単結晶に近づけるというものである。 e) Japanese Patent Publication No. 2003-508342 (Patent Document 5) is an invention related to colloidal crystal production, in which a fine particle dispersion is disposed in a gap sandwiched between two parallel substrates, and fine particles After applying a shear flow to the dispersion to form a colloidal crystal arrangement, a shear flow is applied in a direction different from that of the first shear flow to make it closer to a single crystal.
ｆ）特開２００３−１８５８３２号公報（特許文献６）に記載されたものは、微粒子構造体の基板面内での結晶方向と面方位の制御に関する発明で、結晶性の基板表面に｛１１１｝結晶面が顕在化するような処理を施し、この上に粒子を堆積させることにより、微粒子構造体の結晶方位を制御している。 f) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-185832 (Patent Document 6) is an invention relating to the control of the crystal direction and the plane orientation within the substrate surface of the fine particle structure, and {111} on the crystalline substrate surface. The crystal orientation of the fine particle structure is controlled by performing a treatment that makes the crystal surface manifest and depositing particles on the crystal surface.
ｇ）特開２００１−１７０５００号公報（特許文献７）に記載されたものは、多孔体とその応用に関する発明で、触媒、触媒担体、フイルタ−、酵素用担体、吸着剤、充填材などの応用を想定している。製造上、粒子配列を利用しているが、高度な結晶構造を形成するというよりは、ランダムなポアを作るために、粒子配列が利用されている。 g) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-170500 (Patent Document 7) is an invention relating to a porous body and its application. Applications of catalyst, catalyst carrier, filter, enzyme carrier, adsorbent, filler, etc. Is assumed. Although particle arrays are used for manufacturing, particle arrays are used to create random pores rather than to form a highly crystalline structure.
ｈ）特開２０００−２２１２９号公報（特許文献８）に記載されたものは、パターニングされた半導体ナノ粒子配列からなる多色デバイスに関する発明で、粒子配列は基板上に滴下した微粒子分散液のスポットが乾燥する際に自己配列するのを利用している。 h) Japanese Patent Laid-Open No. 2000-22129 (Patent Document 8) describes an invention relating to a multicolor device comprising a patterned semiconductor nanoparticle array, where the particle array is a spot of a fine particle dispersion dropped onto a substrate. Take advantage of self-arranging when drying.
ｉ）特表２００４−５１１８２８号公報（特許文献９）に記載されたものは、基板に微細加工を施し、その凹部分に粒子を配列させている。基板の形状により、結晶面を制御できるとしているが、微粒子を配列させる際に、液相と気相の境界面があるため、粒子層が何粒子層にもなる場合には、｛１１１｝配向に転じてしまう箇所が多くなる。 i) In Japanese Patent Application Publication No. 2004-511828 (Patent Document 9), a substrate is finely processed, and particles are arranged in the concave portions. It is said that the crystal plane can be controlled by the shape of the substrate, but when arranging fine particles, there is a boundary surface between the liquid phase and the gas phase. The number of places that turn into.
ｊ）特開２００４−５３７８９号公報（特許文献１０）に記載されたものは、粒子配列を利用した光回路基板に関わる発明である。記述の中で、粒子配列の箇所を規定するテンプレートの利用、および、基板上での凹凸の周期構造の利用が述べられているが、この発明では、こうした基板の形状は、単に粒子が堆積、集積するために適当な基板として述べられており、本発明のように、周期形状を有する基板にて、微粒子分散液を囲むことにより、粒子配列の境界条件を制御するものではない。 j) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-53789 (Patent Document 10) is an invention related to an optical circuit board using a particle arrangement. In the description, the use of a template for defining the location of the particle arrangement and the use of a periodic structure of irregularities on the substrate are described. In the present invention, the shape of such a substrate is simply that particles are deposited, The substrate is described as a suitable substrate to be integrated, and the boundary condition of the particle arrangement is not controlled by surrounding the fine particle dispersion with a substrate having a periodic shape as in the present invention.
ｋ）特許第３５９７５０７号明細書（特許文献１１）に記載されたものは、有機コーティングにより微粒子と基板が結合されているという発明であるが、記述の中で基板への凹凸の利用について述べられている。しかしながら、ここでの凹凸は単にパターン化するために用いられているものである。 k) Japanese Patent No. 3597507 (Patent Document 11) describes an invention in which fine particles and a substrate are bonded together by an organic coating. In the description, the use of irregularities on the substrate is described. ing. However, the irregularities here are merely used for patterning.
ｌ）特開２００３−２０１１９８号公報（特許文献１２）に記載されたものは、凹凸形状は用いられているが、これは微粒子配列のパターン化のために用いられているものである。 l) Although what was described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-201198 (patent document 12) is using uneven | corrugated shape, this is used for patterning of microparticle arrangement | sequence.
ｍ）特開２００３−１４９４０１号公報（特許文献１３）に記載されたものは、凹凸形状は用いられているが、これは微粒子配列のパターン化のために用いられているものである。また、基板上での分散液の塗布・乾燥プロセスを利用している。 m) As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-149401 (Patent Document 13), an uneven shape is used, which is used for patterning of a fine particle array. In addition, a dispersion coating and drying process on the substrate is used.
ｎ）特開２００３−１８１２７５号公報（特許文献１４）に記載されたものは、基板の表面性の違いを周期パターンとすることにより、粒子配列内の欠陥の掃き寄せを行った発明である。 n) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-181275 (Patent Document 14) is an invention in which defects in a particle array are swept by using a difference in surface properties of a substrate as a periodic pattern.
ｏ）特開２００３−８８７５２号公報（特許文献１５）に記載されたものは、基板の表面性の違いを利用して、粒子配列のパターン化を行った発明である。 o) Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2003-88752 (Patent Document 15) is an invention in which the particle arrangement is patterned using the difference in surface properties of the substrate.
ｐ）特開２００１−１６２１５７号公報（特許文献１６）に記載されたものは、凹凸のテンプレートを利用した粒子配列に関する発明である。しかしながら、請求項で述べられているように、沈殿現象を利用しており、本発明のように微粒子分散液を囲むことにより、粒子配列の境界条件を制御したものではない。 p) Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-162157 (Patent Document 16) is an invention related to a particle arrangement using an uneven template. However, as described in the claims, the precipitation phenomenon is used, and the boundary condition of the particle arrangement is not controlled by surrounding the fine particle dispersion as in the present invention.
上記従来技術によれば、凹凸が設けられた基板を用い、転写などにより微粒子構造体の結晶方向と面方位の制御を行うことは開示されている。しかし、エッチピット処理を施した単結晶基板の表面形状を転写した基板により平行に挟まれた空間に球形状単分散微粒子分散液を充填し、粒子を配列させるようにしたものはなく、基板上に形成される粒子層数が少ない場合には、基板表面の境界条件による規制により、｛１１１｝配向以外の微粒子構造体が堆積するが、粒子層数が大きくなってくると、自由表面の境界条件の効果により、微粒子構造体は｛１１１｝配向に転じてしまうという問題があり、通常は、基板形状を利用した微粒子構造体の結晶配向制御は、数層までが限界であった。 According to the above prior art, it is disclosed that the crystal direction and the plane orientation of the fine particle structure are controlled by transfer or the like using a substrate provided with unevenness. However, there is no one in which spherical monodisperse fine particle dispersion is filled in a space sandwiched in parallel by a substrate to which the surface shape of a single crystal substrate subjected to etch pit processing is transferred, and the particles are arranged on the substrate. When the number of particle layers formed on the substrate is small, fine particle structures other than the {111} orientation are deposited due to the restriction by the boundary condition of the substrate surface, but when the number of particle layers increases, the boundary of the free surface Due to the effect of the conditions, there is a problem that the fine particle structure shifts to {111} orientation. Usually, the control of crystal orientation of the fine particle structure using the substrate shape is limited to several layers.
そこで、本出願人は、上記問題を解消し、粒子層数が数層以上の膜厚においても、微粒子構造体の基板面内での方向および面方位を制御し、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有する微粒子構造体を形成することができる膜状微粒子構造体の製造方法を特願２００５−１４８８９３（以下、先願１という）として提案している。 Therefore, the present applicant has solved the above problem, and controls the direction and plane orientation in the substrate surface of the fine particle structure even in the case where the number of particle layers is several or more, and the surface other than the {111} orientation Japanese Patent Application No. 2005-148893 (hereinafter referred to as Prior Application 1) proposes a method for producing a film-like fine particle structure capable of forming a fine particle structure having a centered cubic structure.
上記先願１は、基板の表面に対してエッチピット処理を施した単結晶基板を平行に配置して形成された空間に球形状単分散微粒子分散液を充填することによって粒子を配列させるようにした膜状に微粒子を三次元的に配置させたコロイド結晶、該コロイド結晶から形成する膜状微粒子構造体、該膜状微粒子構造体を元型にして形成した膜状周期構造体およびその製造方法に関するものである。 In the prior application 1, the particles are arranged by filling a space formed by arranging a single crystal substrate subjected to etch pit processing on the surface of the substrate in parallel with a spherical monodispersed fine particle dispersion. Colloidal crystal in which fine particles are three-dimensionally arranged in a film shape, film-like fine particle structure formed from the colloidal crystal, film-like periodic structure formed using the film-like fine particle structure as a base, and method for producing the same It is about.
上記先願１は、基板に結晶基板を用いており、結晶の異方性エッチングの特性を利用して｛１１１｝結晶面によって構成されるエッチピット形状を形成し、これにより、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有する微粒子構造体を実現するようにしたものである。しかしながら、エッチピット処理により｛１１１｝結晶面が得られる結晶基板を用いるという点で、利用する上で限定があった。 In the prior application 1, a crystal substrate is used as a substrate, and an etch pit shape constituted by {111} crystal planes is formed by utilizing the anisotropic etching characteristics of the crystal, whereby {111} orientation is obtained. A fine particle structure having a face-centered cubic structure other than the above is realized. However, there is a limitation in use in that a crystal substrate on which a {111} crystal plane can be obtained by etch pit processing is used.
こうしたエッチピット処理により、適切な形状が得られる結晶基板としてはシリコン基板があるが、シリコン基板は可視光領域において透明ではない。このため、上記先願１の明細書の中でも、コロイド結晶の形成を光学的に確認するのに、測定用の入射窓を研磨により形成して、ここから確認を行っている。以上のように、コロイド結晶の粒子配列は、側方から行わねばならなず、またコロイド結晶から微粒子構造体（オパール結晶）への転換工程においても、基板が可視光領域において透明でないため目視により直接確認できず、条件を得るのに手間がかかっていた。 Although there is a silicon substrate as a crystal substrate from which an appropriate shape can be obtained by such etch pit treatment, the silicon substrate is not transparent in the visible light region. For this reason, in the specification of the prior application 1, in order to optically confirm the formation of the colloidal crystal, an incident window for measurement is formed by polishing, and the confirmation is performed from here. As described above, the colloidal crystal particles must be arranged from the side, and the substrate is not transparent in the visible light region even in the conversion process from the colloidal crystal to the fine particle structure (opal crystal). It was not possible to confirm directly, and it took time and effort to obtain the conditions.
同様に、微粒子構造体（オパール結晶）から周期構造体（インバース構造）への転換工程においても、基板が透明でないため目視により直接確認できず、条件を得るのに手間がかかっていた。また、やはり基板が透明ではないという理由のために、コロイド結晶および微粒子構造体（オパール結晶）の形態では、利用する際には、膜面方向からの利用はできず、側方からの利用に制限されていた。周期構造体（インバース構造）においても、透明な別基板に転写しない限り、利用する際には、膜面方向からの利用はできず、側方からの利用に制限されていた。 Similarly, in the step of converting from the fine particle structure (opal crystal) to the periodic structure (inverse structure), the substrate is not transparent, so it cannot be confirmed directly by visual inspection, and it takes time to obtain the conditions. Also, due to the fact that the substrate is not transparent, in the form of colloidal crystals and fine particle structures (opal crystals), it cannot be used from the direction of the film surface and cannot be used from the side. It was restricted. Even in a periodic structure (inverse structure), unless it is transferred to a transparent separate substrate, it cannot be used from the film surface direction and is limited to use from the side.
先願１の発明をさらに改良したものとして、本出願人は、透明基板を用いることにより、コロイド結晶段階での粒子配列の状況の確認、および、その後の転換工程における工程の進行状況の確認を膜面方向からも行え、コロイド結晶、微粒子構造体（オパール結晶）および周期構造体（インバース構造）を膜面方向からも利用できるようにした発明を、特願２００５−２１３７４６（以下、先願２という）として提案している。 As a further improvement of the invention of the prior application 1, the present applicant, by using a transparent substrate, confirmed the state of the particle arrangement at the colloidal crystal stage and the progress of the process in the subsequent conversion step. Japanese Patent Application No. 2005-213746 (hereinafter referred to as Prior Application 2) is an invention that can be performed from the film surface direction, and that colloidal crystals, fine particle structures (opal crystals) and periodic structures (inverse structures) can also be used from the film surface direction. Proposed).
上記先願１、２で用いている基板表面は、小さな平面の組み合わせによって構成される凹凸を有しており、この小さな平面の各面は、結晶構造の｛１１１｝面の面間の幾何学的な関係を満たしている。 The substrate surface used in the prior applications 1 and 2 has irregularities constituted by a combination of small planes, and each surface of the small planes is a geometry between the {111} planes of the crystal structure. Satisfy the relationship.
微粒子の自己配列現象では、境界面に微粒子が最密充填配列する性質があるので、こうした基板を用いることにより、微粒子構造体の基板面内での方向および面方位を制御しつつ、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有する微粒子構造体を形成することが可能となる。 In the self-alignment phenomenon of fine particles, since the fine particles are closely packed and arranged on the boundary surface, {111} while controlling the direction and the plane orientation of the fine particle structure in the substrate surface by using such a substrate. It is possible to form a fine particle structure having a face-centered cubic structure other than the orientation.
上記先願１、２により形成されるコロイド結晶、微粒子構造体およびインバース構造の膜面は、確かに、｛１１１｝配向以外の結晶配向を得ることができるので、フォトニック・バンドギャップ（ＰＢＧ）を単に特定波長の光の透過を阻止する機能として用いる分には十分である。 The film surfaces of the colloidal crystal, the fine particle structure and the inverse structure formed by the prior applications 1 and 2 can surely obtain a crystal orientation other than the {111} orientation, so that the photonic band gap (PBG) Is sufficient to simply use as a function of blocking the transmission of light of a specific wavelength.
しかしながら、上述の原理を用いているため、図１に示すように、上記先願１、２により形成されるコロイド結晶、微粒子構造体およびインバース構造の膜面１１５は、微視的に見ると、小さな結晶学的｛１１１｝面１１６で構成されている。
However, since the above-described principle is used, as shown in FIG. 1, the colloidal crystal, the fine particle structure and the inverse
こうした微視的な界面構造は、フォトニック結晶のスーパープリズム効果のように、フォトニック結晶の光伝播の異常特性を利用する場合には、光伝播の波面の乱れとなり、問題となる場合がある。 Such a microscopic interface structure may cause a problem in the wave front of the light propagation when using the abnormal characteristics of the light propagation of the photonic crystal, such as the super prism effect of the photonic crystal. .
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、｛１１１｝配向以外の結晶配向を有するコロイド結晶、膜状微粒子構造体および膜状周期構造体（インバース構造）を形成する際に、微視的に見ても、平坦な膜面構造を形成することを目的とする。以下、各請求項のより具体的な目的を記す。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and forms a colloidal crystal having a crystal orientation other than {111} orientation, a film-like fine particle structure, and a film-like periodic structure (inverse structure). At this time, an object is to form a flat film surface structure even when viewed microscopically. Hereinafter, more specific purposes of each claim will be described.
ａ）請求項１記載の発明の目的は、微粒子構造体が液相中で形成されているコロイド結晶において、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有し、且つ、微視的に見ても平坦な膜面を有するコロイド結晶を提供することを目的とする。 a) The object of the invention of claim 1 is a colloidal crystal in which the fine particle structure is formed in a liquid phase, has a face-centered cubic structure other than {111} orientation, and is microscopically viewed. Another object of the present invention is to provide a colloidal crystal having a flat film surface.
ｂ）請求項２記載の発明の目的は、微粒子構造体が液相中で形成されているコロイド結晶において、粒子配列の状況の確認を膜面方向からも行えるようにすること、および、コロイド結晶を膜面方向からも利用できるようにすることを目的とする。 b) An object of the invention of claim 2 is to enable confirmation of the state of particle arrangement from the film surface direction in a colloidal crystal in which a fine particle structure is formed in a liquid phase, and colloidal crystal The purpose is to make it possible to use the film from the direction of the film surface.
ｃ）請求項３および請求項４記載の発明の目的は、請求項１または請求項２に記載のコロイド結晶において、請求項１の条件を満たしつつ、透明である基板１の構造を提供することを目的とする。 c) The object of the invention described in claim 3 and claim 4 is to provide a structure of the substrate 1 that is transparent while satisfying the condition of claim 1 in the colloidal crystal of claim 1 or claim 2. With the goal.
ｄ）請求項５記載の発明の目的は、請求項３または請求項４に記載のコロイド結晶の基板１の表面形状の具体的な形成方法を提供することを目的とする。 d) An object of the invention of claim 5 is to provide a specific method for forming the surface shape of the substrate 1 of the colloidal crystal of claim 3 or claim 4.
ｅ）請求項６記載の発明の目的は、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有するコロイド結晶を微粒子構造体（オパール結晶）とすることにより、光学応用上より有益な構造とすること、および、インバース構造などのさらに複雑な構造へと転換するための出発構造とすることを目的とする。 e) The object of the invention described in claim 6 is to make a colloidal crystal having a face-centered cubic structure other than {111} orientation a fine particle structure (opal crystal), thereby making the structure more useful for optical application. And it aims at making it the starting structure for changing into more complicated structures, such as an inverse structure.
ｆ）請求項７〜９記載の発明の目的は、固相の膜状微粒子構造体の製造方法において、分散媒を除去する工程で、微粒子の配列構造を乱さないこと、また、そのための具体的な方法およびそれにより製造された膜状微粒子構造体を提供することを目的とする。 f) The purpose of the inventions of claims 7 to 9 is to produce a solid film membranous fine particle structure in which the dispersion structure is not disturbed in the step of removing the dispersion medium, and the concrete structure therefor And a film-like fine particle structure produced thereby.
ｇ）請求項１０〜１１記載の発明の目的は、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有する微粒子構造体をインバース構造とすることにより、光学応用上、より有益な構造とする膜状周期構造体の製造方法とそれにより製造された膜状周期構造体を提供することを目的とする。 g) The object of the invention described in claims 10 to 11 is to provide a film-like period which makes a finer structure having a face-centered cubic structure other than {111} orientation an inverse structure, thereby making the structure more useful for optical applications. It is an object of the present invention to provide a structure manufacturing method and a film-like periodic structure manufactured thereby.
ａ）請求項１記載の発明は、表面に一定周期の凹凸形状を有する基板１により平行に挟まれた空間に充填された球形状単分散微粒子分散液により形成されることを特徴とするコロイド結晶である。 a) The invention according to claim 1 is a colloidal crystal formed by a spherical monodispersed fine particle dispersion filled in a space sandwiched in parallel by a substrate 1 having a concavo-convex shape with a constant period on the surface. It is.
ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１において、基板１が透明基板であることを特徴とする。 b) The invention of claim 2 is characterized in that, in claim 1, the substrate 1 is a transparent substrate.
ｃ）請求項３記載の発明は、請求項２において、前記透明基板は、平滑な表面を有する透明材質１と、表面に凹凸状に形成された透明材質２からなることを特徴とする。 c) The invention described in claim 3 is characterized in that, in claim 2, the transparent substrate comprises a transparent material 1 having a smooth surface and a transparent material 2 formed on the surface in an uneven shape.
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項３において、前記透明材質１と前記透明材質２の屈折率が同一であることを特徴とする。 d) The invention according to claim 4 is characterized in that, in claim 3, the transparent material 1 and the transparent material 2 have the same refractive index.
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のコロイド結晶を製造するコロイド結晶の製造方法において、前記基板１の表面の一定周期の凹凸形状は規則配列した柱状の突起からなり、該柱状の突起は、別基板２の表面に規則配列した柱状の突起を形成した後、該規則配列した柱状の突起を前記基板１に転写することにより形成されることを特徴とする。 e) The invention according to claim 5 is the colloidal crystal manufacturing method for manufacturing the colloidal crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the irregular shape having a constant period on the surface of the substrate 1 is a regularly arranged columnar shape. The columnar protrusions are formed by forming regularly arranged columnar protrusions on the surface of another substrate 2 and then transferring the regularly arranged columnar protrusions to the substrate 1. To do.
ｆ）請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコロイド結晶から膜状微粒子構造体を製造する膜状微粒子構造体の製造方法において、球形状単分散微粒子分散液中の分散媒を除去する工程を有することを特徴とする膜状微粒子構造体の製造方法である。 f) The invention according to claim 6 is the method for producing a film-like fine particle structure from the colloidal crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the spherical monodispersed fine particle dispersion A method for producing a membranous fine particle structure comprising a step of removing a dispersion medium in a liquid.
ｇ）請求項７記載の発明は、請求項６において、分散媒を除去する工程は、任意の方向から優先的に行われることを特徴とし、請求項８記載の発明は、コロイド結晶中の配列した微粒子を、平行に配置した二枚の基板のうちの片側の基板に吸着した後、あるいは、吸着しながら、前記分散媒の除去が行われることを特徴とする。請求項９記載の発明は、これらの製造方法によって製造された膜状微粒子構造体である。 g) The invention according to claim 7 is characterized in that, in claim 6, the step of removing the dispersion medium is preferentially performed from an arbitrary direction, and the invention according to claim 8 is an arrangement in a colloidal crystal. The dispersion medium is removed after adsorbing the fine particles adsorbed on one of the two substrates arranged in parallel or while adsorbing the fine particles. The invention according to claim 9 is a membranous fine particle structure produced by these production methods.
ｈ）請求項１０記載の発明は、請求項９に記載の膜状微粒子構造体の微粒子間に微粒子の材質とは異なる材質を充填、固化した後に、前記微粒子を除去する工程を有することを特徴とする膜状周期構造体の製造方法であり、請求項１１記載の発明は、該製造方法によって製造された膜状周期構造体である。 h) The invention described in claim 10 has a step of removing the fine particles after filling and solidifying a material different from the material of the fine particles between the fine particles of the membranous fine particle structure according to claim 9. The invention according to claim 11 is a film-like periodic structure produced by the production method.
本発明によれば、｛１１１｝配向以外の結晶配向を有するコロイド結晶、微粒子構造体およびインバース構造を形成する際に、微視的に見ても、平坦な膜面構造を形成することができる。以下、請求項毎の効果を記す。 According to the present invention, when a colloidal crystal having a crystal orientation other than {111} orientation, a fine particle structure, and an inverse structure are formed, a flat film surface structure can be formed even when viewed microscopically. . The effects for each claim will be described below.
ａ）請求項１記載の発明の効果
請求項１に記載の発明は、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有し、且つ、微視的に見ても平坦な膜面を有するコロイド結晶を形成することによって、コロイド結晶の｛１１１｝配向以外の特性の利用が可能になるという効果を奏する。また、光伝播の異常特性の利用が可能になるという効果を奏する。
a) Effects of the Invention of Claim 1 The invention of claim 1 is a colloidal crystal having a face-centered cubic structure other than {111} orientation and a flat film surface even when viewed microscopically. By forming the film, it is possible to use characteristics other than the {111} orientation of the colloidal crystal. In addition, there is an effect that it is possible to use an abnormal characteristic of light propagation.
ｂ）請求項２記載の発明の効果
請求項２に記載の発明は、基板が透明であることによって、コロイド結晶を膜面方向からも利用できるという効果を奏する。
b) Effect of the Invention According to Claim 2 The invention according to claim 2 has an effect that the colloidal crystal can be used from the film surface direction because the substrate is transparent.
ｃ）請求項３記載の発明の効果
請求項３に記載の発明は、平滑な表面を有する透明材質１の表面の上に透明材質２により凹凸パターンを形成しているので、請求項１の条件を満たしつつ、透明な基板を実現できるという効果を奏する。
c) Effect of the Invention of Claim 3 Since the invention of claim 3 forms the uneven pattern with the transparent material 2 on the surface of the transparent material 1 having a smooth surface, the condition of claim 1 While satisfying the above, there is an effect that a transparent substrate can be realized.
ｄ）請求項４記載の発明の効果
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の材質１と材質２の屈折率が同一なので、材質１と材質２の界面において、意図しない光線の屈折を防止できるという効果を奏する。
d) Effect of the Invention of Claim 4 In the invention of claim 4, since the refractive index of the material 1 and the material 2 of the claim 3 is the same, at the interface between the material 1 and the material 2, unintended light rays There is an effect that refraction can be prevented.
ｅ）請求項５記載の発明の効果
請求項５に記載の発明は、別基板２の表面に対して一定周期の凹凸形状を形成した表面形状を元型として、基板１に表面形状を転写したものをコロイド結晶形成の基板に用いているので、請求項１の条件を満たした表面形状を有する透明基板を容易に複製作成できるという効果を奏する。
e) Effect of Invention of Claim 5 In the invention of claim 5, the surface shape is transferred to the substrate 1 using the surface shape in which the irregular shape of a constant period is formed on the surface of the separate substrate 2 as a master mold. Since the substrate is used for the substrate for forming the colloidal crystal, there is an effect that the transparent substrate having the surface shape satisfying the condition of claim 1 can be easily duplicated.
ｆ）請求項６記載の発明の効果
請求項６に記載の発明は、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有するオパール結晶を形成することによって｛１１１｝配向以外の特性を有するオパール結晶を提供することができるという効果を奏する。また、光伝播の異常特性の利用が可能になるという効果を奏する。
f) Effect of the Invention of Claim 6 The invention of claim 6 provides an opal crystal having characteristics other than {111} orientation by forming an opal crystal having a face-centered cubic structure other than {111} orientation. There is an effect that it can be provided. In addition, there is an effect that it is possible to use an abnormal characteristic of light propagation.
ｇ）請求項７〜９記載の発明の効果
請求項７に記載の発明は、分散媒の除去が任意の方向から行われることにより、コロイド結晶状態で規則正しく配列した微粒子配列を乱すことなく、分散媒の除去が行えるという効果を奏する。請求項８に記載の発明は、平行に配置した二枚の基板のうちの片側の基板に吸着した後、あるいは、吸着しながら、分散媒の除去を行うことにより、コロイド結晶状態で規則正しく配列した微粒子配列を乱すことなく、分散媒の除去が行えるという効果を奏する。請求項９記載の発明の効果によれば、規則正しく配列した微粒子配列を有する膜状微粒子構造体を得られるという効果を奏する。
g) Effects of the Inventions According to Claims 7 to 9 The invention according to claim 7 is such that the dispersion medium is removed from any direction, so that the arrangement of fine particles regularly arranged in a colloidal crystal state is not disturbed. There is an effect that the medium can be removed. The invention according to claim 8 is regularly arranged in a colloidal crystal state by removing the dispersion medium after adsorbing to one of the two substrates arranged in parallel or while adsorbing. The dispersion medium can be removed without disturbing the fine particle arrangement. According to the effect of the ninth aspect of the invention, there is an effect that a film-like fine particle structure having regularly arranged fine particle arrangements can be obtained.
ｈ）請求項１０〜１１記載の発明の効果
請求項１０に記載の発明は、｛１１１｝配向以外の面心立方構造を有するインバース構造を形成することによって｛１１１｝配向以外の特性を有するインバース構造を提供することができるという効果を奏する。また、光伝播の異常特性の利用が可能になるという効果を奏する。請求項１１記載の発明の効果によれば、｛１１１｝配向以外の特性を有するインバース構造を有する膜状周期構造体が得られるという効果を奏する。
h) Effects of the Inventions of Claims 10 to 11 The invention of claim 10 is an inverse having characteristics other than {111} orientation by forming an inverse structure having a face-centered cubic structure other than {111} orientation. There is an effect that a structure can be provided. In addition, there is an effect that it is possible to use an abnormal characteristic of light propagation. According to the effect of the invention of the eleventh aspect, there is an effect that a film-like periodic structure having an inverse structure having characteristics other than {111} orientation can be obtained.
（本発明の原理および概要）
微粒子の自己配列現象では、系の内部エネルギーがなるべく低く、なるように微粒子が自己配列する。このため、まず、微粒子の集積体の成長界面や、微粒子分散液と基板との界面、微粒子分散液と雰囲気（気相）との界面において、微粒子が最密充填配列する性質がある。従って、通常は、平滑な基板で挟まれた空間内に形成された膜状のコロイド結晶や平滑な基板上のオパール結晶は、｛１１１｝配向となる。
(Principle and outline of the present invention)
In the self-alignment phenomenon of the fine particles, the internal energy of the system is as low as possible, and the fine particles are self-aligned so as to be. For this reason, first, there is a property that the fine particles are closely packed and arranged at the growth interface of the fine particle aggregate, the interface between the fine particle dispersion and the substrate, and the interface between the fine particle dispersion and the atmosphere (gas phase). Therefore, normally, a film-like colloidal crystal formed in a space sandwiched between smooth substrates or an opal crystal on a smooth substrate has a {111} orientation.
上記先願１、２は、この課題に対して、基板との間にできる界面を結晶学的｛１１１｝小面の組み合わせにすることにより、｛１１１｝配向以外の結晶配向を可能にしたものである。しかしながら、上述したように、膜面は結晶学的に平滑な面とはなっていないため、フォトニック結晶の光伝播の異常特性を利用する場合には、問題となる場合があった。 The above prior applications 1 and 2 make it possible to achieve crystal orientation other than {111} orientation by combining the crystallographic {111} facets with the interface formed between the substrate and the substrate. It is. However, as described above, since the film surface is not a crystallographically smooth surface, there has been a problem in using the abnormal characteristic of light propagation of the photonic crystal.
そこで、本発明では、界面での微粒子の配置を、基板表面に形成した一定周期の凹凸形状により制御するようにした。こうした一定周期の凹凸形状は、基板境界面にて微粒子が最密充填配列することを阻害する。 Therefore, in the present invention, the arrangement of the fine particles at the interface is controlled by the irregular shape having a constant period formed on the substrate surface. Such a concavo-convex shape with a constant period prevents the fine particles from being closely packed and arranged at the substrate interface.
また、結晶の任意の結晶面は、その結晶面に特有の周期パターン・周期長を持っているので、この凹凸形状を配向させたい結晶面と同じ周期パターン・周期長とすることにより、基板境界面にて、微粒子が狙った配向の結晶面の微粒子配置になるような境界条件として作用する。 In addition, since any crystal plane of the crystal has a periodic pattern / period length peculiar to the crystal plane, by setting the same periodic pattern / period length as the crystal plane to which this uneven shape is to be oriented, The surface acts as a boundary condition such that the fine particles are arranged on the crystal plane of the orientation oriented by the fine particles.
したがって、図２に示すように、このような一定周期の凹凸形状を表面に有する基板２０１と２０１ａを用い、これら２枚の基板２０１と２０１ａに挟まれた微小空間内２０６に微粒子を配列させることにより、所望の配向を有する膜状のコロイド結晶の形成することができる。
Therefore, as shown in FIG. 2, using the
（実施例の説明）
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
(Description of Examples)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
（実施例１）
本実施例では、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４および請求項５の発明を実施した例を、図面を用いて説明する。
Example 1
In the present embodiment, examples in which the inventions of claims 1, 2, 3, 4, and 5 are implemented will be described with reference to the drawings.
まず、図３（ａ）の平面図および図３（ｂ）の鳥瞰図に示すがごとく、シリコン基板３０１を電子ビームリソグラフィーとドライエッチングにより、正方形の頂点位置と対角線の交点位置が半球状の凸部３１７となっているパターンが繰り返されている形状を形成する。本実施例パターンの凸部３１７の配置は、面心立方晶の｛１００｝の微粒子の配置と同じになっている。
First, as shown in the plan view of FIG. 3 (a) and the bird's-eye view of FIG. 3 (b), the
本実施例では、繰り返しパターンの基本形状となる正方形３１８の一辺の長さ３１９は ４５０ ｎｍ、凸部３１７の直径がおおよそ ２００ｎｍ、高さがおおよそ １００ｎｍ とする。
In this embodiment, the
次に、本実施例におけるニッケル・モールド形成プロセスを、図４を用いて説明する。 Next, the nickel mold forming process in this embodiment will be described with reference to FIG.
上記工程により形成した図４（ａ）に示すごとき凹凸形状面４０３を有するシリコン基板４０１を用意する。ここで、シリコン基板４０１は図３のシリコン基板３０１に相当し、凹凸形状面４０３は図３の凸部３１７に相当している。
A
次に、このシリコン基板４０１に対して、同図（ｂ）に示すように電鋳技術を用いてニッケル４１０を電鋳した後、同図（ｃ）に示すように該電鋳されたニッケル４１０をシリコン基板４０１から剥離し、同図（ｄ）に示すごときシリコン基板４０１の凹凸形状面４０３を転写したニッケッル・モールド４１０を形成する。
Next,
次に、透明基板形成プロセスについて、図５を用いて説明する。
図５（ａ）に示すように、屈折率 １.５１ の透明ガラス基板５１１（請求項３に述べる透明材質１に相当）に、硬化後に屈折率が １.５１ となるＵＶ硬化型樹脂５１２（請求項３に述べる透明材質２に相当）を塗布する。
Next, the transparent substrate forming process will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5A, a UV curable resin 512 (with a refractive index of 1.51 after curing) is applied to a transparent glass substrate 511 (corresponding to the transparent material 1 described in claim 3) having a refractive index of 1.51. The transparent material 2 described in claim 3 is applied.
次に、図５（ｂ）に示すように、図４で説明した工程により形成したニッケッル・モールド５１０（図４におけるニッケッル・モールド４１０に相当）をＵＶ硬化型樹脂５１２塗布面に押し付ける。
Next, as shown in FIG. 5B, the nickel mold 510 (corresponding to the
次に、図５（ｃ）に示すように、UV光を用いてＵＶ硬化型樹脂５１２を固化させる。その後、図５（ｄ）に示すように、ニッケッル・モールド５１０をＵＶ硬化型樹脂５１２塗布面から剥離することにより、結果的に、図４のシリコン基板４０１の凹凸形状４０３が転写された透明基板５１３（透明ガラス基板５１１とＵＶ硬化型樹脂５１２からなる）を得る。
Next, as shown in FIG. 5C, the UV
次に、２枚の基板に挟まれた空間の形成方法について、図６を用いて説明する。
図６（ａ）の鳥瞰図と同図（ｂ）の断面図に示すように、上記工程によって形成された透明基板６１３（図５の透明基板５１３に相当）と、同様の工程によって形成された透明基板６１３ａを、厚さ０.１ ｍｍ の薄板ガラス６０４をスペーサーとして挟んで、シリコン基板４０１（図４参照）の凹凸形状４０３が転写された面同士を向かい合わせて配置する。固定は、接着剤６０５を利用して、透明基板６１３と透明基板６１３ａに挟まれた内部に微小空間６０６が形成されるようにする。
Next, a method for forming a space between two substrates will be described with reference to FIGS.
As shown in the bird's eye view of FIG. 6A and the cross-sectional view of FIG. 6B, the
次に、コロイド結晶を形成するための微粒子分散液の調整方法について、図７を用いて説明する。 Next, a method for preparing a fine particle dispersion for forming a colloidal crystal will be described with reference to FIG.
まず、粒径 ３００ ｎｍ の球形状単分散シリカ粒子をエタノールに分散させたものを遠心分離し、上澄み液を除去した後、沈殿物にエタノールを加え、球形状単分散シリカ粒子をエタノールに再度分散させる。 First, a dispersion of spherical monodispersed silica particles having a particle size of 300 nm in ethanol is centrifuged, the supernatant is removed, ethanol is added to the precipitate, and the spherical monodispersed silica particles are dispersed again in ethanol. Let
この分散液に対し、同様に遠心分離を行い、上澄み液除去、エタノール添加、再分散を行う。以上の工程を３回行い、最終のエタノール添加の際に、粒子の濃度を１ ｗｔ％に調整して微粒子分散液を作成する。 The dispersion is centrifuged in the same manner, and the supernatant is removed, ethanol is added, and redispersion is performed. The above steps are performed three times, and the fine particle dispersion is prepared by adjusting the concentration of the particles to 1 wt% when adding the final ethanol.
次に、図７（ａ）の鳥瞰図と同図（ｂ）の模式図に示すように、透明基板７１３と透明基板７１３ａ（図６の透明基板６１３と透明基板６１３ａに相当）を貼りあわせた構成物７１４の下端を、上で説明した微粒子分散液につける。
Next, as shown in the bird's eye view of FIG. 7A and the schematic diagram of FIG. 7B, a configuration in which a
構成物７１４を微粒子分散液につける際には、構成物７１４中に形成された微小空間７０６（図６の微小空間６０６に相当）に微粒子分散液を導入するために、ガラススペーサー７０４（図６の薄板ガラス６０４のスペーサーに相当）が設けられた側を側方とし、内部の微小空間７０６につながる口を有する一辺を微粒子分散液につけ、もう一方の辺を上方に開放して設置する。
When the constituent 714 is applied to the fine particle dispersion, the glass spacer 704 (FIG. 6) is used to introduce the fine particle dispersion into the micro space 706 (corresponding to the
このように設置することにより、構成物７１４の上端からは、分散媒が蒸発するため、微粒子分散液は、構成物７１４内の微小空間７０６に順次供給され、微小空間７０６の上端に微粒子が集積し、微粒子構造体（コロイド結晶）を形成する。
By installing in this way, the dispersion medium evaporates from the upper end of the
充分に粒子が集積したところで、構成物７１４を微粒子分散液から引き上げる。この工程には、通常５日ほどかかる。微粒子分散液から引き上げた構成物７１４は、微小空間７０６につながる上下の口を直ちに封止した。
When the particles are sufficiently collected, the constituent 714 is pulled up from the fine particle dispersion. This process usually takes about 5 days. The
この後、構成物７１４の面側から、光透過スペクトル計測を行ったところ、６９０ ｎｍ 付近にフォトニック・バンドギャップからのディップが観測され、コロイド結晶形成の確認をすることができた。
Thereafter, when a light transmission spectrum was measured from the surface side of the
（実施例２）
本実施例では、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９の発明を実施した例を、図面を用いて説明する。
(Example 2)
In this embodiment, examples in which the inventions of claims 6, 7, 8, and 9 are implemented will be described with reference to the drawings.
シリコン基板へのエッチピット処理、ニッケッル・モールド形成、透明基板の形成、透明基板の張り合わせ、微粒子分散液の調整、貼りあわせた透明基板の構成物を微粒子分散液に漬けてコロイド結晶を成長させるところまでは、前述の実施例１と同様である。 Etch pit processing on silicon substrate, nickel mold formation, transparent substrate formation, transparent substrate lamination, fine particle dispersion adjustment, and the components of the bonded transparent substrate are immersed in the fine particle dispersion to grow colloidal crystals Up to this point, the process is the same as in the first embodiment.
本実施例では、図７の状態から、構成物７１４を微粒子分散液から引き上げた後、微小空間７０６につながる上下の口のうち片方を封止し、一方は、開放したままにしておく。これにより、開放された口の方向から、分散媒の除去が進むことになる。
In this embodiment, after the
片側を封止した後、対向する透明基板に垂直方向に電界をかける。これは、図８に示すがごとく、構成物８１４（図７の構成物７１４に相当）を平行平板電極８０８に挟み、直流電源８０９を用いて直流電圧を印加することにより行うことができる。コロイド結晶中の配列した粒子は、直流電圧により、平行に配置した前記二枚の透明基板のうちの片側の透明基板に吸着する。
After sealing one side, an electric field is applied to the opposing transparent substrate in the vertical direction. As shown in FIG. 8, this can be performed by sandwiching a component 814 (corresponding to the
構成物８１４内の分散媒が除去されることにより、構成物８１４内のコロイド結晶はオパール結晶へと転ずる。この状態で、構成物８１４内の分散媒が完全に除去されるまで放置する。分散媒の除去後、構成物８１４の内部にはオパール結晶が形成される。
By removing the dispersion medium in the constituent 814, the colloidal crystal in the constituent 814 turns into an opal crystal. In this state, the dispersion medium in the
このことは、構成物８１４の面側から、光透過スペクトル計測を行ったところ、６２０ ｎｍ 付近にフォトニック・バンドギャップからのディップが観測され、オパール結晶形成の確認をすることができた。
As a result, when a light transmission spectrum was measured from the surface side of the
（実施例３）
本実施例では、請求項１０、１１の発明を実施した例を、図面を用いて説明する。
(Example 3)
In the present embodiment, examples of carrying out the inventions of claims 10 and 11 will be described with reference to the drawings.
本実施例では、実施例２で形成したオパール結晶を使用する。構成物９１４（図７の構成物７１４に相当）の開口部から、構成物９１４の微小空間９０６（図７の微小空間７０６に相当）にＵＶ硬化樹脂を導入するが、このときに、ＵＶ硬化樹脂の導入がスムーズに行くように、構成物９１４の開口部の一方を封止していた封止材は、あらかじめ除去しておいた。ＵＶ硬化樹脂の導入後、ＵＶ照射を行い、ＵＶ硬化樹脂を硬化させた。
In this example, the opal crystal formed in Example 2 is used. The UV curable resin is introduced into the minute space 906 (corresponding to the
ＵＶ硬化樹脂を硬化させた後に、構成物９１４を５％のフッ酸水溶液に浸漬、４日間放置し、シリカ粒子のエッチングを行い、シリカ粒子の除去を行った。エッチング終了後、純水リンス、乾燥した。
After the UV curable resin was cured, the
この後、構成物９１４の面側から光透過スペクトルを計測したところ、５３０ ｎｍ 付近にフォトニック・バンドギャップからのものと考えられるディップを観測することができた。通常の｛１１１｝配向のオパールを用いてインバース構造を形成すると、ディップは ６００ ｎｍ 付近に見えるが、これよりも短波長側にディップが見られる。
Thereafter, when a light transmission spectrum was measured from the surface side of the
また、この構造物の菊池・コッセルパターン測定を行ったところ、四回体対称のパターンが得られた。これらのことから、この構造物は、｛１００｝配向のインバース構造を形成できたことが確認できた。 Moreover, when the Kikuchi / Kossel pattern measurement of this structure was performed, a four-fold symmetrical pattern was obtained. From these facts, it was confirmed that this structure could form an {100} oriented inverse structure.
なお、実施例では、｛１００｝配向の基板を用いた例を示したが、｛１１０｝配向の基板を用いても、同様の工程により、｛１１０｝配向のコロイド結晶、オパール結晶、インバース構造を得ることができる。 In the embodiment, an example using a {100} -oriented substrate is shown. However, even when a {110} -oriented substrate is used, a {110} -oriented colloidal crystal, an opal crystal, an inverse structure is obtained by the same process. Can be obtained.
また、本発明は、実施例３のようにＵＶ硬化樹脂を充填するものに限定されるものでなく、例えば、微粒子よりもさらに小さな微粒子を充填するものであってもよい。また、充填の方法についても、ＣＶＤやゾル、ゲルの特性を用いて微粒子間を充填するものであってもよい。 Further, the present invention is not limited to the one that is filled with the UV curable resin as in the third embodiment, and may be one that is filled with fine particles that are smaller than the fine particles, for example. In addition, the filling method may be performed by filling between fine particles using the characteristics of CVD, sol, or gel.
１１５：微粒子構造体およびインバース構造の膜面
１１６：小さな結晶学的｛１１１｝面
２０１，２０１ａ：一定周期の凹凸形状を表面に有する基板
２０６：微小空間
３０１，４０１：シリコン基板
３１７：凸部３１７
３１８：正方形
３１９：正方形の一辺の長さ
４０３：凹凸形状面
４１０，５１０：ニッケル（ニッケッル・モールド）
５１１：透明ガラス基板
５１２ＵＶ硬化型樹脂
５１３６１３，６１３ａ，７１３，７１３ａ：透明基板
６０４：薄板ガラス（スペーサー）
６０５：接着剤
６０６，７０６，９０６：微小空間
７０４：ガラススペーサー
７１４，８１４，９１４：構成物
８０８：平行平板電極
８０９：直流電源
115: Film surface of fine particle structure and inverse structure 116: Small crystallographic {111}
318: Square 319: Length of one side of square 403: Concavity and
511:
605: Adhesive 606, 706, 906: Micro space 704:
Claims (11)
前記透明基板は、平滑な表面を有する透明材質１と、表面に凹凸状に形成された透明材質２からなることを特徴とするコロイド結晶。 The colloidal crystal according to claim 2, wherein
The said transparent substrate consists of the transparent material 1 which has a smooth surface, and the transparent material 2 formed in the uneven | corrugated shape on the surface, The colloidal crystal characterized by the above-mentioned.
前記透明材質１と前記透明材質２の屈折率が同一であることを特徴とするコロイド結晶。 The colloidal crystal according to claim 3, wherein
A colloidal crystal, wherein the transparent material 1 and the transparent material 2 have the same refractive index.
前記基板１の表面の一定周期の凹凸形状は規則配列した柱状の突起からなり、該柱状の突起は、別基板２の表面に規則配列した柱状の突起を形成した後、該規則配列した柱状の突起を前記基板１に転写することにより形成されることを特徴とするコロイド結晶の製造方法。 In the manufacturing method of the colloidal crystal which manufactures the colloidal crystal of any one of Claims 1-4,
The irregular shape of the surface of the substrate 1 having a regular period is composed of regularly arranged columnar protrusions, and the columnar protrusions are formed on the surface of another substrate 2 after forming regularly arranged columnar protrusions, and then the regularly arranged columnar protrusions are formed. A method for producing a colloidal crystal, which is formed by transferring protrusions onto the substrate 1.
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2009119677A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Device for forming artificial opal membrane and method for forming artificial opal membrane |
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| CN102914622A (en) * | 2012-10-19 | 2013-02-06 | 中国科学院物理研究所 | Colloidal crystal testing device |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001162157A (en) * | 1999-09-01 | 2001-06-19 | Lucent Technol Inc | Process for production of object having substantially three-dimensional order |
| JP2003002687A (en) * | 2001-06-14 | 2003-01-08 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method for forming inverse opal structure photonics crystal |
| JP2003508342A (en) * | 1999-09-07 | 2003-03-04 | キネティック リミテッド | Colloid photonic crystal |
| JP2005103422A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Ricoh Co Ltd | Method for manufacturing periodic structure and periodic structure |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001162157A (en) * | 1999-09-01 | 2001-06-19 | Lucent Technol Inc | Process for production of object having substantially three-dimensional order |
| JP2003508342A (en) * | 1999-09-07 | 2003-03-04 | キネティック リミテッド | Colloid photonic crystal |
| JP2003002687A (en) * | 2001-06-14 | 2003-01-08 | Kanagawa Acad Of Sci & Technol | Method for forming inverse opal structure photonics crystal |
| JP2005103422A (en) * | 2003-09-30 | 2005-04-21 | Ricoh Co Ltd | Method for manufacturing periodic structure and periodic structure |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| JPN6011051809; 守哲司ら: '転写法を用いた基板上への樹脂インバースオパール構造の作製' 応用物理学関係連合講演会講演予稿集 第５２回, 20050329, ｐｐ．１３７５， 中段, 応用物理学会 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009119677A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Device for forming artificial opal membrane and method for forming artificial opal membrane |
| CN102914621A (en) * | 2012-10-19 | 2013-02-06 | 中国科学院物理研究所 | Testing device for colloidal crystal |
| CN102914622A (en) * | 2012-10-19 | 2013-02-06 | 中国科学院物理研究所 | Colloidal crystal testing device |
| WO2023068283A1 (en) * | 2021-10-20 | 2023-04-27 | 公立大学法人名古屋市立大学 | Colloidal crystal and production method therefor |
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