| Project/Area Number |
22KJ2063
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| Project/Area Number (Other) |
21J20516 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山下 和真 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | モルフォ蝶 / バイオミメティクス / ナノ構造 / 回折 / 光拡散 / 透過 / ディフューザー / 採光窓 |
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| Outline of Research at the Start |
光拡散材（ディフューザー）は、入射光の拡散により光を均質化する素子であり、LED照明やディスプレイ、太陽採光による省エネ、光学素子など様々な場面で役立つ。しかし、従来品は屈折と散乱で光拡散するため、「多重散乱により透過率が低く、角度制御が困難」などの課題がある。そこで本研究では、モルフォ蝶のナノ構造に基づく光拡散原理（回折広がりで光を広角拡散し、ナノの乱雑さで回折格子の虹色を防止）を透過に応用し、「高透過率・広角拡散・波長分散なし」のすべてを満たす新規ディフューザーを開発する。さらに、ナノ構造のパラメータ調整により、拡散角と方向性（等方・異方性）の制御も実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、モルフォ型ディフューザーの実用性を明らかにするため、300 mmウエハサイズのフォトリソグラフィを導入することで大面積加工を実現し、採光窓・照明としての実証実験を実施した。具体的には以下の通りである。
【大面積加工】
昨年度実証したディフューザーは、ナノパターンの作製に電子線リソグラフィを用いたため、面積はわずか6 mm角に留まり、実用的な応用は困難であった。そこで本年度は、最小寸法 300 nmのナノ構造を解像できるKrFステッパー（露光波長248 nm）を使用し、300 mmウエハ全面にパターニングを行った。こうして加工したウエハを鋳型（モールド）とし、透明なシリコーン樹脂であるPDMSに転写することで、大面積のモルフォ型ディフューザーを得た。 本ディフューザーは「透過率 ~ 90%、角度広がりFWHM ~ 70°、低い波長分散」などの良好な性能を示し、またLED光に対して均質な光拡散を示した。なお、本ディフューザーはモールドの加工に高価なリソグラフィを要するが、PDMS製のディフューザーをロール状に巻き付ければroll-to-rollナノインプリントのモールドにもなるため、さらなる低コスト化や量産化が期待できる。
【実用性の検証】
本ディフューザーの実用性を明らかにするため、採光窓や照明としての実証実験を行った。まず、日中（快晴）の窓ガラスにディフューザーを貼り付け、ディフューザーの有無に対する照度を測定したところ、従来型ディフューザーでは照度低下が見られたのに対し（低透過率と等方拡散のため）、モルフォ型ディフューザーは照度の増加を示し、採光窓としての有用性が確認できた。さらに、撮影照明に適用して文化財のテスト撮影を行ったところ、例えば刀剣においては、通常の照明では見る角度や光の当て方を調整しないと視認できない刃文や銘が、光源1つで刀身全体にわたって一度に浮かび上がるなど、優れた性能が明らかになった。
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