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2014 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
研究実績の概要

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(1)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の広視野角化および(2)構造色材料と光電変換デバイスを集積化した波長選択ディテクタの基礎検討を行った。以下、それぞれの概要を述べる。
(1)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の広視野角化:
構造色利用カラーフィルタを製作する基板として、石英基板の上に100nm厚の単結晶シリコンが堆積されたSilicon on Quartz基板を用いた。正方配列およびヘキサゴナル配列から成る、垂直入射光に対して偏光無依存の二次元周期サブ波長構造をそれぞれ考え、Rigorous Coupled-Wave Analysis法による数値計算手法を用いて設計を行った。赤、緑、青フィルタの周期をそれぞれ400、340、300nmと選定した。製作は、電子線描画と高速原子線加工を用いた。製作した赤、緑、青の各フィルタからの反射色の色相が入射角θ=0~50°の範囲においてそれぞれの色相に収まっており、広い視野角が実現された。今回測定した範囲内で、最大反射率81%が赤フィルタ(θ=0°、波長620.84nm)で実験的に得られた。また、θ=50°の斜め入射光に対する全てのカラーフィルタの最大反射率は50%を越えており、高い反射率を維持していると言える。
(2)構造色材料と光電変換デバイスを集積化した波長選択ディテクタの基礎検討:
アモルファスシリコンを用いた薄型の構造色材料を設計し、石英基板上に製作した。またシリコンpn接合を用いたフォトダイオードを試作し、電流-電圧特性を評価した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] マイクロマシニングによる広視野角なRGB構造色材料の製作2015

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 66 ページ: 35-41

  • [雑誌論文] Fabrication of Ultrathin Color Filters for Three Primary Colors Using Guided-Mode Resonance in Silicon Subwavelength Gratings2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki KANAMORI, Toshikazu OZAKI, and Kazuhiro HANE
    • 雑誌名

      Optical Review

      巻: 21 ページ: 723-727

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Reflection color filters of the three primary colors with wide viewing angles using common-thickness silicon subwavelength gratings2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiaki Kanamori, Toshikazu Ozaki, and Kazuhiro Hane
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 22 ページ: 25663-25672

    • DOI

      10.1364/OE.22.025663

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [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] サブ波長構造・超微細構造の作製方法と光応用~MEMS、生物模倣、メタマテリアル~2015

    • 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・大井町 きゅりあん
    • 年月日
      2015-01-14 – 2015-01-14
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノフォトニック構造を利用した光フィルタのディスプレイ応用2014

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 学会等名
      光電相互変換第125委員会「本委員会第226回研究会/EL分科会第45回研究会合同研究会」 合同研究会
    • 発表場所
      キャンパスイノベーションセンター東京、東京都港区芝浦
    • 年月日
      2014-10-20 – 2014-10-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物模倣ナノ光学素子、メタマテリアルの製作と応用2014

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 学会等名
      ナノ粒子・構造応用研究会 第9回公開講演会
    • 発表場所
      日本化学会 化学会館、東京
    • 年月日
      2014-09-02 – 2014-09-02
    • 招待講演
  • [図書] 生物模倣技術と新材料・新製品開発への応用:第7章第3節 構造色の制御技術とその光学分野への応用2014

    • 著者名/発表者名
      金森義明
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      技術情報協会
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.hane.mech.tohoku.ac.jp/home.html

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公開日: 2016-06-01  

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