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2013 年度 実績報告書

ナノバイオミメティックRGB構造色材料の高機能化と集積化

公募研究

研究領域生物多様性を規範とする革新的材料技術
研究課題/領域番号 25120503
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

研究機関東北大学

研究代表者

金森 義明  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10333858)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード構造・機能材料 / マイクロ・ナノデバイス / 応用光学
研究概要

本研究は、生物の表面微細構造に由来する構造色を模倣し、構造由来による光応答周波数を制御して三原色(RGB)構造色材料の高機能化と集積化の実現を目的とする。本年度は、周辺媒質よりも高い屈折率を持つ誘電体材料を素材とした導波モード共鳴効果に基づく構造色利用カラーフィルタ、薄膜の光干渉を利用した構造色利用カラーフィルタの光学設計および試作を行った。光学設計は、Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA)法による数値計算を用いて、構造と電磁波の相互作用を厳密に求めた。赤、緑、青の三色の構造色利用カラーフィルタを設計することができた。導波モード共鳴を利用した構造色利用カラーフィルタ試作の結果、赤、緑、青の発色に成功した。各フィルタは構造(周期、寸法、形状)がそれぞれ異なるが、各色フィルタのピクセルを所定ピッチでアレイ配置して一括製作することができた。各フィルタ面積は0.25mm×0.325mmで、微細領域に製作することができた。測定した反射スペクトルの共鳴波長は数値計算結果に近い値を示した。薄膜の光干渉を利用した構造色利用カラーフィルタは、石英基板上に成膜したPMMAを電子線露光によりキャビティを形成し、別基板上に形成した約500nm、600nm厚のPMMA薄膜をキャビティ上に接合することで製作した。試作の結果、赤、緑の発色に成功した。各色のフィルタ面積は0.035mm×0.035mmで、微細領域に製作することができた。測定した反射スペクトルは計算結果と同様の特性を示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

導波モード共鳴効果や干渉効果を活かしたRGB構造色の光学設計を行うことができた。また光学設計に基づき、試作することに成功した。導波モード共鳴を利用した構造色利用カラーフィルタでは面積0.25mm×0.325mm、光干渉を利用した構造色利用カラーフィルタでは面積0.035mm×0.035mmと微細領域に製作することができた。計測された光学特性は理論値と同様の特性を示した。以上のことから、計画に照らし、おおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後は、各色の純度や反射効率を向上させるために、製作の繰り返しにより製作精度の向上を行うことでより理論値に近い光学特性の実現を目指す。また、三原色のピクセルアレイを用いたデモンストレーション用のパターンを試作する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (1件) (うち謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 生物の持つ表面微細構造を応用した光制御2014

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 49 ページ: 376-379

    • 謝辞記載あり
  • [学会発表] マイクロマシニングによるRGB構造色材料の製作2014

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20140327-20140330
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of Ultrathin Color Filters for Three Primary Colors Using Silicon Subwavelength Gratings2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kanamori, Toshikazu Ozaki, Kazuhiro Hane
    • 学会等名
      9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
    • 発表場所
      東京都板橋区
    • 年月日
      20140212-20140214
  • [学会発表] Silicon Spherical Nano-particles having Magnetic Resonance Fabricated by Hydrogen Annealing2014

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Abe, Yoshiaki Kanamori, Kazuhiro Hane
    • 学会等名
      9th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
    • 発表場所
      東京都板橋区
    • 年月日
      20140212-20140214
  • [学会発表] Structural Color from a Two-Dimensional Guided-Mode Resonant Grating2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kanamori, T. Ozaki and K. Hane
    • 学会等名
      第23回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20131209-20131211
  • [学会発表] Ultra-Thin Film Transfer Method and the Application to Structural Color Filters2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Iwase, Y. Kanamori, K. Hane
    • 学会等名
      第23回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20131209-20131211
  • [学会発表] ナノ光機械・超微細構造の製造技術、開発動向と展望2013

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 学会等名
      情報機構セミナー
    • 発表場所
      東京都秋葉原
    • 年月日
      20131122-20131122
    • 招待講演
  • [学会発表] メタマテリアルのMEMSへの応用の可能性2013

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 電子情報技術部会・MEMS分科会講演会
    • 発表場所
      東京都千代田区
    • 年月日
      20130426-20130426
    • 招待講演
  • [図書] 生体模倣技術と新材料・新製品開発への応用2014

    • 著者名/発表者名
      構造色の制御技術とその光学分野への応用
    • 総ページ数
      印刷中
    • 出版者
      技術情報協会

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公開日: 2015-05-28  

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