色素を用いない新しい発色技術の開発-酸化チタン基板への応用-

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11650365
• 研究機関: 熊本電波工業高等専門学校
• 研究代表者: 岩木 龍一 熊本電波工業高等専門学校, 電子工学科, 教授 (50044699)
• 研究分担者: 下田 道成 熊本電波工業高等専門学校, 電子工学科, 教授 (30044720) ; 伊藤 日出男 通産省電子技術総合研究所, 光技術部, 主任研究員 ; 松田 豊稔 熊本電波工業高等専門学校, 情報通信工学科, 助教授 (00157322) ; 西山 英治 熊本電波工業高等専門学校, 電子工学科, 講師 (00237752)
• キーワード: 構造性発色 / 光触媒 / ドライエッチング / 微細加工 / 周期構造

研究概要

本研究では、光触媒材料である酸化チタン(TiO_2)を構造性発色によって着色する技術の開発を目的として、平成11年度に以下の研究を行い、国内外の学会で発表した:
(1) 計算機設計 TiO_2とSiO_2を材料として、構造性発色によって中心波長λ_0が0.48μmの青色を発色する微細構造を計算機シミュレーションにより求め、設計パラメータを定めた。この微細構造は、光学膜厚がλ_0/4の誘電体薄板(lamella)の積層構造と線条(ridge)の周期構造(周期が0.6μm程度)から構成される。
(2)製作・加工 (1)で求めた設計モデルを実際に製作し、その反射スペクトル特性を測定した。まず、TiO_2/SiO_2の積層構造を蒸着により作成し、次に電子ビーム露光によりマスクのパターンニングを行い、ドライエッチングによって線条周期構造を作成した。そして、この微細周期構造の反射スペクトル特性を測定し、線条の周期が1μm以上でλ_0=0.48μmを中心波長とする発色が観測された。
(3)評価 CIE表色系によって構造色を評価する実験および理論計算を行った。分光測色計または計算機シミュレーションにより反射スペクトル特性を求め、これからYxy表色系により色の3要素(色相、明度、彩度)を求めた。そして、誘電体薄板の膜厚が色相(色あい)を定め、線条の周期が明度および彩度に強い影響を与えていることを確めた。このように構造性発色では、その形状によって色の3要素を制御することができ、このことが構造性発色の特長であることを見出した。
今後の課題として、製作・加工では周期が1μm以下(0.6から0.3μm)の線条構造の製作、評価では光触媒効果の実験を行う必要がある。

研究成果

• [文献書誌] 杉谷,松田,伊藤,西山,下田: "誘電体薄板を積層した微細周期構造の反射スペクトル特性"OPTICS JAPAN '99 講演会論文集. 339-340 (1999)
• [文献書誌] 伊藤,鈴木,西山,松田,根本: "構造性発色デバイスのためのTiO2/SiO2の多層膜ドライエッチング"OPTICS JAPAN '99 講演会論文集. 155-156 (1999)
• [文献書誌] 伊藤,鈴木,西山,松田,根本: 87-88 (2000)
• [文献書誌] 西山,松田,伊藤,下田: 6-2 (2000)
• [文献書誌] 大津,松田,西山,伊藤: "構造性発色による分光特性"第14回熊本県産学官技術交流会講演論文集. 14521 (2000)
• [文献書誌] 鈴木,伊藤,西山,松田,根本: "構造性発色構造を目指してドライエッチングされたTiO2/SiO2多層膜の光学特性"第47回応用物理学関係連合講演会. (発表予定). (2000)