ｅ－ｓｋｉｎディスプレイに向けた可変プラズモニックカラーフィルタの製作
| Project/Area Number |
18J10842
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Research Field |
Electron device/Electronic equipment
|
|---|
| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
|---|
| Research Fellow |
熊谷 隼人 豊橋技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2020-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
|
| Budget Amount *help |
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
|
|---|
| Keywords | 表面プラズモン / ナノシート / 可変カラーフィルタ / カラーシート / 転写 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，微小電気機械システム(MEMS)アクチュエータへ一体化可能且つ低消費電力で伸縮可能な超薄膜で表面プラズモン由来の可変カラーフィルタを製作する．また後工程で，キャビティを有する画素アレイ上にカラーシートを転写可能な，リリースされたフィルム状で製作する．
申請書に記載した方法では，仮固定した不安定な基板状態のため，イオンビーム(FIB)加工精度が低下したことで光学特性の劣化が生じた．また，フォトリソグラフィ工程で用いた化学薬品により，伸縮性超薄膜(SBSナノシート)に多数の微小な穴が生じたため，伸縮時に本来の弾性変形量以下で破断した．これらの問題を解決するため，PVA犠牲層を利用した製作方法を新たに考案した．SBSナノシートは水溶性のPVA犠牲層を介して基板に固定されており，Al微細構造をバルク基板と同様の安定した状態で加工できるため，低加工精度の問題を解決した．Al微細構造はSBSナノシートに被覆されており，酸化による光学特性の劣化を抑制でき，安定的にリリースすることができる．また，微細構造領域のみAl蒸着可能なシャドウマスクを製作することでフォトリソグラフィ工程が不要になり，ナノシートが低弾性領域で破断する問題を解決した．以上の手法により，膜厚400nmのSBSナノシートを使用したカラーフィルタの製作に成功した．光学観察では，格子周期300nmから600nmまで作り分けた全ての画素において，可視光領域をカバーする透過/反射色の取得に成功した．すなわち，アクチュエータによる伸縮駆動時の色変調を実現する見通しが立った．また，PVA犠牲層上に金属パターンを蒸着し，ナノシート特有の凝着力を利用して金属パターンをピーリングすることで，数十μmの電極パターンを超薄膜に形成可能な転写手法を開発した．これは本研究のみならず，様々な薄膜デバイスへの応用が期待される．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は，大まかにナノシートベースのプラズモニックカラーシートおよびアクチュエータ基板の製作から成る．カラーシートは，製作プロセスの開発から実施する必要があり，デバイス完成に要求される仕様も難易度の高いものであった．一方で，アクチュエータ基板は既存プロセスで製作可能であるため，カラーシート製作が本研究で最難関の課題となる．昨年度の結果としては，新たに開発したPVA犠牲層を利用した手法により，膜厚がわずか400nmのナノシートベースのカラーフィルタ開発に成功した．これは，報告されたあらゆるプラズモニックカラーフィルタよりも薄く，フリースタンディング状態であるために後工程で基板に接合させることが可能である．すなわち，本研究の最難関課題を達成したことになる．また，製作したフィルタの透過波長スペクトル特性について，メインピークは解析結果と一致しているが，短波長領域のリーク光は解析よりも10%~20%程度低下していた．すなわち，解析より高色純度特性が得られたことになる．要因を特定することができれば，光学特性向上の新規技術となる．
以上より研究代表者は，最難関の課題を解決したことによる今後の進展を考慮し，また計画時点では予想しえなかった特性向上の可能性があるため，当初の計画以上に進展していると判断した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
採用二年目は，マイクロアクチュエータを製作し，一年目に開発したカラーシートを転写接合することで，本研究で目指す伸縮動作可能な可変カラーフィルタのプロトタイプを完成させる．提案するアクチュエータは，テーパー角を有する新規構造である．テーパー角度は，所望の駆動電圧およびシート伸縮量を決定する重要なパラメータである．はじめは原理検証のためミリスケールで製作する．3Dプリンタでモールドを製作してシリコンゴム(PDMS)をかたどり，本学施設にて電極，絶縁層を形成する．動作の見通しが立った後はミクロスケールで製作する．テーパー角度は，グレートーンマスクの露光密度差を利用したフォトリソグラフィで厚膜レジストを斜面形状に加工する．アクチュエータの上部電極はナノシート上に形成するが，ナノシートは薬品によるダメージを受けるために金属パターニングが難しい．そこで，昨年度にプラズモニックカラーシート製作の過程で開発した転写手法を利用する予定である．最後に開発したプラズモニックカラーシートをアクチュエータに一体化することで，伸縮駆動試験を実施可能な可変カラーフィルタとする．試験では，ディスプレイ出力に要求される可視光領域の400nm~650nmまでの反射光/透過光の波長スペクトルシフトを，アクチュエータの電圧制御で取得する．光強度は実用化されているカラーフィルタを超える60%程度を目標とし，視野角依存特性も評価する．また，これまでは一次元Al構造(ライン等)を形成してTM偏光を入射していたが，今後の製作で二次元Al構造(ドット等)を形成することでTM偏光およびTE偏光による表面プラズモンを励起することができ，更なる色純度の向上が期待される．
以上は，国際会議(IEE共催のOMN，Transducers，MEMS)での発表，学術雑誌"Advanced Materials"への投稿を予定している．
|
Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
