JP2004004433A - 光機能素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像銀を用いて、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶を提供すること。また、その効率的な製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係るフォトニック結晶は、ハロゲン化銀粒子を現像して得た銀粒子の集合体が、周期構造を構成するように配列されてなることを特徴とする。また、このフォトニック結晶を製造するには、支持体上に形成した光硬化性樹脂層中に分散させたハロゲン化銀粒子を、露光後、選択的に現像して、前記光硬化性樹脂層中に、前記周期構造を構成するように配列された銀粒子の集合体を形成させることを特徴とする方法が、好適に用い得る。
【選択図】図１
【解決手段】本発明に係るフォトニック結晶は、ハロゲン化銀粒子を現像して得た銀粒子の集合体が、周期構造を構成するように配列されてなることを特徴とする。また、このフォトニック結晶を製造するには、支持体上に形成した光硬化性樹脂層中に分散させたハロゲン化銀粒子を、露光後、選択的に現像して、前記光硬化性樹脂層中に、前記周期構造を構成するように配列された銀粒子の集合体を形成させることを特徴とする方法が、好適に用い得る。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にフォトニック結晶と称されるような屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有する光機能素子（以下、単にフォトニック結晶という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニック結晶は、固体結晶と類似性を有する人工的な多次元周期構造（１次元，２次元，３次元）を有しており、より具体的には、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置したものである。
【０００３】
従来、この種の、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶の作製方法としては、例えば、ドライエッチング，ウェットエッチング，融着・積層，スパッタリング，マニピュレーション，自己組織化，リソグラフィ応用など、各種の方法がある。
【０００４】
しかしながら、従来行われていた上述の各種方法は、全体的に、工程が複雑であり、かつ、比較的長時間を要するものであり、また、特に、二次元や三次元のフォトニック結晶を作製するための簡易な方法は知られていなかった。また、上述の各種方法は、半導体の製造技術に基づいているため、大きな面積のものを作製するのは困難であるという問題もあった。さらに、作製できるパターンにも制約があるという問題もあった。
【０００５】
なお、フォトニック結晶の基本的な性質やその動作例、さらには従来におけるフォトニック結晶の作製方法に関しては、例えば、特開２０００−２７２５６６号公報「フォトニック結晶の製造方法」に詳細に記載されている通りであるので、ここでは説明を省略する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の技術における問題を解消し、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶を提供することにある。
なお、本発明の他の目的は、以下の説明により明らかにされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るフォトニック結晶は、ハロゲン化銀粒子を現像して得た銀粒子の集合体が、周期構造を構成するように配列されてなることを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明に係るフォトニック結晶は、支持体上に形成した光硬化性樹脂層中に分散させたハロゲン化銀粒子を、まず、前記光硬化性樹脂層を放射線により選択的に露光した後、全面を光露光して現像することにより、前記周期構造を構成するように配列された現像銀の集合体を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るフォトニック結晶において、前記ハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性樹脂層は、単一もしくは複数の層からなるものであり、複数の層からなるものである場合には、各層間にハロゲン化銀粒子を含まない中間層を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るフォトニック結晶は、支持体上にハロゲン化銀粒子を分散させたバインダー層と、この層の少なくとも一方の面に光硬化性樹脂層を有する構成の材料に対して、まず、前記光硬化性樹脂層を放射線により選択的に露光した後、全面を光露光して現像することにより、前記周期構造を構成するように配列された現像銀の集合体を形成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、上述のフォトニック結晶を製造するに有効な製造方法を提供することも可能なものである。すなわち、フォトニック結晶の製造方法として、支持体上に形成した光硬化性樹脂層中に分散させたハロゲン化銀粒子を、露光後、選択的に現像して、前記光硬化性樹脂層中に、周期的に配列された銀粒子の集合体を形成させることを特徴とする方法が提供可能である。
【００１２】
ここで、前記光硬化性樹脂層は、光硬化の程度に応じて、前記ハロゲン化銀粒子を現像する現像液の浸透力（浸透能）が変化するものであることが好ましい。もしくは、前記光硬化性樹脂層への選択的な放射線照射によって、当該光硬化性樹脂層における現像液の浸透能が変化するものであることが好ましい。
【００１３】
他のフォトニック結晶の製造方法として有効な方法は、支持体上にハロゲン化銀粒子を分散させたバインダー層と、この層の少なくとも一方の面に光硬化性樹脂層を有する構成の材料に対して、まず、前記光硬化性樹脂層を放射線により選択的に露光した後、全面を光露光して現像することにより、前記周期的に配列された現像銀の集合体を形成させることを特徴とする方法である。
【００１４】
さらに他のフォトニック結晶の製造方法として有効な方法は、上述のように形成したフォトニック結晶に、前記光硬化性樹脂層の塗布工程に戻り、先に作製した単層あるいは多層のフォトニック結晶格子の上に、再度、単層あるいは多層のフォトニック結晶格子を製造することを特徴とする方法である。この際に、当初の単層あるいは多層のフォトニック結晶格子と、この上に重ねて形成した単層あるいは多層のフォトニック結晶格子とで、用いる格子状マスクを異ならせることにより、角度の異なる多層格子からなるフォトニック結晶を作製することが可能である。
【００１５】
本発明に係るフォトニック結晶の製造方法は、要するに、現像銀のある領域とない領域とで、屈折率差による周期的な構造を形成するものであればよく、その層構成あるいは格子状パターンについては限定は無く、大きな自由度を有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、単層構成の２次元格子フォトニック結晶の構成を示す断面図である。図１に示すフォトニック結晶１０は、支持体１２上にハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性樹脂層１４と、この層の上面に設けられた保護層１６とを有するフォトニック結晶製造用材料１０ａ（図３参照）に、所定の露光・現像等の処理を施して得られた、現像銀１８ａが樹脂層１４中に周期的に形成されたものである。
【００１８】
図１では、断面図であるため判りにくいが、光硬化性樹脂層１４中に現像銀１８ａにより形成される周期的な配置パターンとしては、例えば、線による一方向の格子状パターン（図２（ａ）の上面図参照）、あるいはドットによる二方向の格子状パターン（同（ｂ）の上面図参照）等が形成される。
【００１９】
以下、上述のフォトニック結晶１０の製造過程を、図３〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図３，図４は、フォトニック結晶製造用材料１０ａに、所定の露光を行う露光工程を示す図である。ここでは、まず、図３に示すように、フォトニック結晶製造用材料１０ａ上に、軟Ｘ線を透過させない材料でパターニング（２１）されたフォトマスク２０を密着させて、上方から均一な軟Ｘ線を照射し、フォトニック結晶製造用材料１０ａ上（実際には、その光硬化性樹脂層１４）に、所定のパターンを露光する。
【００２１】
ここでのパターンとは、フォトニック結晶１０の作製目的に合わせた光の作用を実現するために必要な寸法を有する現像銀１８ａ（図１参照）の配置を実現するためのものであり、処理過程においてやむを得ず発生する誤差（寸法誤差）を考慮して設定されるものであることが必要である。
【００２２】
この露光により、光硬化性樹脂層１４の露光された部分が硬化（光硬化：符号１４ａで示されている部分）する。なお、ここでは、図示を省略しているが、前述のように、この光硬化性樹脂層１４中には、ハロゲン化銀粒子１８（図４を参照）が均一に分散されている。
【００２３】
ここで得られた光硬化性樹脂層１４の硬化部分１４ａと非硬化部分（１４ａ以外の部分）とで構成されるパターンは、後述するハロゲン化銀粒子１８の現像過程における、現像液の浸透能を大きく異ならせるものであることが必要である。すなわち、この現像液の浸透能の差によって、光硬化性樹脂層１４に分散されているハロゲン化銀粒子１８の現像可否が決まるものである。
【００２４】
図４は、次のステップである、光硬化性樹脂層１４中に分散されたハロゲン化銀粒子１８に対する露光を示している。ここでのハロゲン化銀粒子１８に対する露光はパターニングの必要はなく、所望の量の現像銀１８ａを形成させるに必要なレベルの均一露光を行えばよい。なお、図４中の細かい点は、感光したハロゲン化銀粒子１８を示している。
【００２５】
図５は、図４に示したステップにより一様に露光された光硬化性樹脂層１４中のハロゲン化銀粒子１８の現像過程を説明する図である。図５に示す通り、フォトニック結晶製造用材料１０ａ上に供給された現像液は、光硬化性樹脂層１４中の硬化部分１４ａには浸透しにくく、非硬化部分（１４ａ以外の部分）には容易に浸透するようになっている。
【００２６】
その結果、光硬化性樹脂層１４の非硬化部分に分散されている、露光済みのハロゲン化銀粒子１８は速やかに現像されるが、硬化部分１４ａに分散されているハロゲン化銀粒子１８は、露光済みではあっても、ここでは現像されることはないか、現像されたとしても硬化部分１４ａに比して現像されるハロゲン化銀粒子１８の数に有意差が存在する。上述の、現像されずに残ったハロゲン化銀粒子１８は、実質的に透明であり、光硬化性樹脂層１４中に送り込まれる光の挙動に与える影響は大きくないので、光硬化性樹脂層１４中に残したままとしてよい。
【００２７】
なお、フォトニック結晶製造用材料１０ａの最上層の保護層１６は、基本的には、このフォトニック結晶製造用材料１０ａの主要な構成要素である光硬化性樹脂層１４の損傷を防止するためのものであるが、この保護層１６自体をも光硬化性樹脂で構成するようにして、現像時における、現像液の浸透可否を、より明確に分離することも可能である。
【００２８】
なお、上記実施形態において用いたフォトニック結晶製造用材料１０ａは、支持体１２上に、ハロゲン化銀粒子を均一に分散させた光硬化性樹脂層１４と、必要に応じて、この層の上面に設けられる保護層１６とを、順次もしくは同時に塗布する等の方法によって製造することが可能である。
【００２９】
本実施形態においては、上述のような簡単な製造過程により、フォトニック結晶１０が製造できる。ここで得られたフォトニック結晶１０は、前述のように、例えば格子状の、現像銀粒子１８ａが周期的に配列された、特徴的構造を有するものである。
【００３０】
図６は、本発明の他の実施形態に係るフォトニック結晶３０の構成を示す断面図である。本実施形態に係るフォトニック結晶３０は、支持体３２上にハロゲン化銀粒子を分散させた３層の光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃと、この最上層３４ａの上面に設けられた保護層３６ａ，光硬化性樹脂層３４ａと３４ｂとの間および光硬化性樹脂層３４ｂと３４ｃとの間に設けられた中間層３６ｂ，３６ｃを有するフォトニック結晶製造用材料３０ａに、所定の露光・現像等の処理を施して得られた、現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃが樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に周期的に形成されたものである。
【００３１】
上記中間層３６ｂ，３６ｃは、それぞれ、光硬化性樹脂層３４ａと３４ｂとの間および光硬化性樹脂層３４ｂと３４ｃとの間に明確な境界面を作って、光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に形成される現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃによる周期的パターンの各層間での分離をより明確にするものである。
【００３２】
ここで、上記３層の光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に、それぞれ周期的に形成された現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃの配置としては、例えば、前述のような線による格子状パターン、あるいはドットによる格子状パターン等が用いられる。
【００３３】
本実施形態に係るフォトニック結晶３０における各光硬化性樹脂層の現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃによる周期的パターンの形成方法は、本実施形態に係るフォトニック結晶３０が３層構成であっても、先に図３〜図５に示した実施形態の場合と実質的に同様であるので、詳細な説明は省略するが、多層構成であっても単層構成の場合と同様の製造法が用い得る点も、本発明に係る製造方法の大きな利点であるということである。
【００３４】
上記実施形態においては、現像後に銀粒子に変わるハロゲン化銀粒子を、光硬化性樹脂中に分散させる例を示したが、本発明に係る他のフォトニック結晶は、ハロゲン化銀粒子を分散させるバインダーとしては光硬化性を有しない樹脂中に分散させ、その代わりとして、このハロゲン化銀粒子を分散させた樹脂層の上下を通常の中間層よりやや厚みのある光硬化性樹脂とする例が挙げられる。
【００３５】
すなわち、図７に示すように、この実施形態に係るフォトニック結晶４０は、支持体４２上にハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性を有しない樹脂層４６と、この樹脂層４６の上下両面に設けられた光硬化性保護層４４，４８を有するフォトニック結晶製造用材料４０ａに、所定の露光・現像等の処理を施して得られた、現像銀４８ａが樹脂層４６中に周期的に形成されたものである。
【００３６】
本実施形態に係るフォトニック結晶製造用材料４０ａを用いてのフォトニック結晶４０の製造過程は、前述の、フォトニック結晶製造用材料１０ａまたは３０ａを用いてのフォトニック結晶１０または３０の製造過程と実質的に同じであるので、その詳細についての説明は、ここでは省略する。
【００３７】
この実施形態では、製造されるフォトニック結晶としては、前述の各実施形態に示したものと同等の特性が得られる他、ハロゲン化銀粒子を分散させるバインダーとして光硬化性を有しない樹脂層を用いることができるので、樹脂の材料の選択の幅が広がるという利点が得られる。
【００３８】
図８，図９は、本発明のさらに他の実施形態に係るフォトニック結晶５０の構成を示す斜視透視図である。図６に示した多層構成のフォトニック結晶３０では、各層に同一の周期的パターン（ここでは、一方向の格子状パターン）が完全に重複するように形成されているのに対して、本実施形態に係るフォトニック結晶５０では、図９に示すように、隣り合った層で、異なる方向の周期的パターンが形成されている点が特徴である。
【００３９】
本実施形態に係るフォトニック結晶５０は、先の実施形態（図３〜図５参照）に示したような製造方法により、第１層（もしくは、第１の多重構成層）からなるフォトニック結晶を形成した後、その上に、再度、ハロゲン化銀粒子を均一に分散した光硬化性樹脂層を塗布等の方法で形成（この際、適宜の中間層を介してもよい）し、この第２の光硬化性樹脂層中に、第１層中に形成した周期的パターンとは異なる方向の周期的パターンを形成可能としたものである。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係るフォトニック結晶５０は、別々に形成される（ハロゲン化銀粒子を均一に分散した）光硬化性樹脂層５４ａ，５４ｂ中に、前述のような方法で、単なる多重構成層では形成することが不可能な、異なった方向の周期的パターン等を形成可能とするものであり、これにより、例えば、図９に示すような、第１層中に形成した周期的パターン（いわば、第１次のパターン）と直交する方向の周期的パターン（いわば、第２次のパターン）を、第２層中に形成することが可能になる。
【００４１】
より具体的には、支持体５２上に、ハロゲン化銀粒子を均一に分散させた光硬化性樹脂層５４ａと、この層の上面に設けられる中間層となる層５６ａとを、順次もしくは同時に塗布する等の方法によって製造したフォトニック結晶製造用材料５０ａを用いて、まず、前述のような方法で、例えば平行線状の一方向の周期的パターン（上述の第１次のパターン）を、現像銀５８ａにより形成する。図８は、この状況を示しているものである。
【００４２】
次いで、こうして得られた、いわば第１次のフォトニック結晶上に、再度、光硬化性樹脂層５４ｂと、この層の上面に設けられる保護層となる層５６ｂとを、順次もしくは同時に塗布する等の方法によって形成する。そして、この新たに形成された光硬化性樹脂層５４ｂ中に、図９に示すように、上述の第１次のフォトニック結晶に形成された第１次の周期的パターンとは直交する方向の第２次の周期的パターンを、現像銀５８ｂにより形成する。
【００４３】
このような、互いに直交する方向の周期的パターンは、予め多重構成層を有するものとして形成されたフォトニック結晶製造用材料上では形成することができず、本実施形態に係るフォトニック結晶５０のような、第１次のフォトニック結晶を作製した上に、光硬化性樹脂層５４ｂの形成ステップ以降を繰り返すという形成方法により始めて可能となるものである。
【００４４】
なお、上記実施形態においては、第１次，第２次のフォトニック結晶の周期的パターンを、いずれも一方向の平行線状の周期的パターンとした例を示したが、これらのパターンは、それぞれ任意に選択してよい。例えば、上述のようないわば一次元格子パターンの他に、円，楕円，正方形，矩形，多角形等の任意の二次元格子パターンもしくは各種の点の配列のような格子パターンを用い、これらを相互に任意に組み合わせることも可能である。
【００４５】
また、上記実施形態中の異なるパターンを形成する光硬化性樹脂層（５４ａ，５４ｂ）の数は、２層以上でもよく、また、これらのうちの一部が多重構成層とされていて、それらの間では同一の周期的パターンが形成されるという組み合わせが採用されてもよい。さらに、格子パターンの組み合わせ方も、平行あるいは直交するものから、任意の角度だけ回転させたものまで、自由に選択することができる。
【００４６】
以下、本発明に係るフォトニック結晶の構成並びにその製造方法について、より具体的な例を挙げて説明する。
【００４７】
まず、フォトニック結晶製造用材料について、第１の実施形態に用いた材料を例にして説明するが、他の実施形態においても同様である。
フォトニック結晶製造用材料１０ａは、前述のように、支持体１２上にハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性樹脂層１４と、この層の上面に設けられた保護層１６とから構成されるが、この光硬化性樹脂層１４に用い得る光硬化性樹脂としては、各種のビニル化合物（ラジカル重合性），エポキシ化合物（カチオン開環重合性）が代表的なものとして挙げられる。
【００４８】
これらは、重合により、架橋マトリックスを有する硬化物としたり、重合固化（ポリマー化）したりすることができるものである。具体例としては、ビニル化合物として、ペンタエリスリトールテトラアクリレート，ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等、多数の化合物が挙げられる。エポキシ化合物としては、グリセリンのトリグルシジルエーテル他、多数の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は、適宜併用することも可能である。
【００４９】
上記光硬化性樹脂中にハロゲン化銀粒子を分散させるためには、光硬化性樹脂を形成する化合物を親水性にしたり、ラテックスなどを用いてハロゲン化銀粒子を溶剤に分散可能にする方法が用い得る。前者の方法としては、富士写真フイルム（株）製の医用画像用レーザ露光熱現像ドライイメージングフィルムＤＩ−ＡＬで用いられているように、ドライ化合物を固体微粒子分散させ、それらを保持するバインダーとしてポリマーラテックスを用いて塗布する方法がある。また、後者の方法としては、ハロゲン化銀乳剤の溶剤にエポキシ化合物やビニル化合物等を加えて溶剤系の塗布液にして塗布する方法がある。
【００５０】
本発明において用い得るハロゲン化銀粒子としては特に限定はなく、各種のハロゲン化銀粒子が使用可能である。また、その粒子サイズは、フォトニック結晶の大きさ（格子の周期）との関連において任意に決定することができる。なお、フォトニック結晶の大きさは、通常、光（可視光）に対しては１０ｎｍ〜１μｍ程度、電磁波に対しては１０μｍ〜１０ｍｍ程度である。従って、ハロゲン化銀粒子の粒子サイズは、０．００５μｍ（５ｎｍ）〜１０μｍ程度となる。
【００５１】
また、上記ハロゲン化銀粒子を均一に分散した光硬化性樹脂層１４中への浸透・拡散性が要求されるハロゲン化銀粒子の現像液としては、一般的な黒白感材用の現像液が使用可能である。具体的には、富士写真フイルム（株）の商品であるファインドールやスーパーファインドール等が好適に用い得る。
【００５２】
前記支持体１２としては、各種フィルム，樹脂類，ガラス，金属さらにはセラミックス等の、表面が平滑で、かつ平面性のよいものが好適に用いられる。
この支持体１２上に、上記ハロゲン化銀粒子を均一に分散した光硬化性樹脂層１４を形成するには、塗布等の方法によるのが効率的であるが、必ずしもこれに限定する必要はなく、他の方法を用いてもよい。重層構成とする際の各層の形成についても、一つの層が形成された後で次の層を形成する、いわゆる順次形成としてもよく、複数の層を同時に形成する多層同時形成としてもよい。
【００５３】
なお、上記各実施形態はいずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更または改良を行ってもよいことはいうまでもない。
【００５４】
例えば、図６に示した構成を有するフォトニック結晶３０において、３層の光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に分散されているハロゲン化銀粒子を、それぞれ感色性の異なるものとすることにより、異なる波長の光で、異なる層にパターンを作製するようにすることも可能である。
【００５５】
また、前述の光硬化性樹脂層の、光による硬化の程度を弱めることにより、現像液の浸透可否を柔軟な形にして、現像銀による正弦波状の周期的パターンを作製することも可能である。
【００５６】
さらにいえば、本発明に係るフォトニック結晶は、通常の銀塩写真における像形成方法、すなわち、格子状マスクを用いて、放射線によりハロゲン化銀粒子を選択的に露光し、現像（定着はしてもしなくてもよい）することによって、前記周期構造を構成するように配列された現像銀の集合体を形成する方法を用いて作製することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶、およびその効率的な製造方法を提供できるという顕著な効果が得られる。
【００５８】
すなわち、本発明においては、ハロゲン化銀の感光性および現像作用を利用することにより、現像された銀により所定のパターンを形成するように構成したので、種々の用途に用い得るフォトニック結晶を、その結晶パターンを広範囲に変更して自在のパターンを作製することが可能になり、よリ広範な目的に利用し得るフォトニック結晶を作製可能になるという効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る、単層構成の２次元格子フォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に係る、単層構成の２次元格子フォトニック結晶の詳細を示す上面図である。
【図３】実施形態に係るフォトニック結晶製造用材料に、所定の露光を行う露光工程を示す図である。
【図４】実施形態に係る光硬化性樹脂層中に分散されたハロゲン化銀粒子に対する露光を示す図である。
【図５】図４に示したステップにより一様に露光された光硬化性樹脂層中のハロゲン化銀粒子の現像過程を説明する図である。
【図６】他の実施形態に係るフォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図７】さらに他の実施形態に係るフォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図８】他の実施形態に係るフォトニック結晶の製造過程のうち、第１層を形成した状態を示す斜視透視図である。
【図９】図８に示した実施形態に係るフォトニック結晶の、第２層まで形成した状態を示す斜視透視図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０ フォトニック結晶
１０ａ，３０ａ，４０ａ，５０ａ フォトニック結晶製造用材料
１２，３２，４２，５２ 支持体
１４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，５４ａ，５４ｂ （ハロゲン化銀粒子が分散された）光硬化性樹脂層
１４ａ 硬化部分
１６，３６ａ，５６ｂ 保護層
１８ ハロゲン化銀粒子
１８ａ，３８ａ，４８ａ，５８ａ，５８ｂ 現像銀
３６ｂ，３６ｃ，５６ａ 中間層
４４，４８ 光硬化性樹脂層
４６ ハロゲン化銀粒子が分散された（非光硬化性）樹脂層
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にフォトニック結晶と称されるような屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有する光機能素子（以下、単にフォトニック結晶という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニック結晶は、固体結晶と類似性を有する人工的な多次元周期構造（１次元，２次元，３次元）を有しており、より具体的には、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置したものである。
【０００３】
従来、この種の、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶の作製方法としては、例えば、ドライエッチング，ウェットエッチング，融着・積層，スパッタリング，マニピュレーション，自己組織化，リソグラフィ応用など、各種の方法がある。
【０００４】
しかしながら、従来行われていた上述の各種方法は、全体的に、工程が複雑であり、かつ、比較的長時間を要するものであり、また、特に、二次元や三次元のフォトニック結晶を作製するための簡易な方法は知られていなかった。また、上述の各種方法は、半導体の製造技術に基づいているため、大きな面積のものを作製するのは困難であるという問題もあった。さらに、作製できるパターンにも制約があるという問題もあった。
【０００５】
なお、フォトニック結晶の基本的な性質やその動作例、さらには従来におけるフォトニック結晶の作製方法に関しては、例えば、特開２０００−２７２５６６号公報「フォトニック結晶の製造方法」に詳細に記載されている通りであるので、ここでは説明を省略する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来の技術における問題を解消し、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶を提供することにある。
なお、本発明の他の目的は、以下の説明により明らかにされる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るフォトニック結晶は、ハロゲン化銀粒子を現像して得た銀粒子の集合体が、周期構造を構成するように配列されてなることを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明に係るフォトニック結晶は、支持体上に形成した光硬化性樹脂層中に分散させたハロゲン化銀粒子を、まず、前記光硬化性樹脂層を放射線により選択的に露光した後、全面を光露光して現像することにより、前記周期構造を構成するように配列された現像銀の集合体を形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るフォトニック結晶において、前記ハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性樹脂層は、単一もしくは複数の層からなるものであり、複数の層からなるものである場合には、各層間にハロゲン化銀粒子を含まない中間層を有することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るフォトニック結晶は、支持体上にハロゲン化銀粒子を分散させたバインダー層と、この層の少なくとも一方の面に光硬化性樹脂層を有する構成の材料に対して、まず、前記光硬化性樹脂層を放射線により選択的に露光した後、全面を光露光して現像することにより、前記周期構造を構成するように配列された現像銀の集合体を形成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、上述のフォトニック結晶を製造するに有効な製造方法を提供することも可能なものである。すなわち、フォトニック結晶の製造方法として、支持体上に形成した光硬化性樹脂層中に分散させたハロゲン化銀粒子を、露光後、選択的に現像して、前記光硬化性樹脂層中に、周期的に配列された銀粒子の集合体を形成させることを特徴とする方法が提供可能である。
【００１２】
ここで、前記光硬化性樹脂層は、光硬化の程度に応じて、前記ハロゲン化銀粒子を現像する現像液の浸透力（浸透能）が変化するものであることが好ましい。もしくは、前記光硬化性樹脂層への選択的な放射線照射によって、当該光硬化性樹脂層における現像液の浸透能が変化するものであることが好ましい。
【００１３】
他のフォトニック結晶の製造方法として有効な方法は、支持体上にハロゲン化銀粒子を分散させたバインダー層と、この層の少なくとも一方の面に光硬化性樹脂層を有する構成の材料に対して、まず、前記光硬化性樹脂層を放射線により選択的に露光した後、全面を光露光して現像することにより、前記周期的に配列された現像銀の集合体を形成させることを特徴とする方法である。
【００１４】
さらに他のフォトニック結晶の製造方法として有効な方法は、上述のように形成したフォトニック結晶に、前記光硬化性樹脂層の塗布工程に戻り、先に作製した単層あるいは多層のフォトニック結晶格子の上に、再度、単層あるいは多層のフォトニック結晶格子を製造することを特徴とする方法である。この際に、当初の単層あるいは多層のフォトニック結晶格子と、この上に重ねて形成した単層あるいは多層のフォトニック結晶格子とで、用いる格子状マスクを異ならせることにより、角度の異なる多層格子からなるフォトニック結晶を作製することが可能である。
【００１５】
本発明に係るフォトニック結晶の製造方法は、要するに、現像銀のある領域とない領域とで、屈折率差による周期的な構造を形成するものであればよく、その層構成あるいは格子状パターンについては限定は無く、大きな自由度を有するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、単層構成の２次元格子フォトニック結晶の構成を示す断面図である。図１に示すフォトニック結晶１０は、支持体１２上にハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性樹脂層１４と、この層の上面に設けられた保護層１６とを有するフォトニック結晶製造用材料１０ａ（図３参照）に、所定の露光・現像等の処理を施して得られた、現像銀１８ａが樹脂層１４中に周期的に形成されたものである。
【００１８】
図１では、断面図であるため判りにくいが、光硬化性樹脂層１４中に現像銀１８ａにより形成される周期的な配置パターンとしては、例えば、線による一方向の格子状パターン（図２（ａ）の上面図参照）、あるいはドットによる二方向の格子状パターン（同（ｂ）の上面図参照）等が形成される。
【００１９】
以下、上述のフォトニック結晶１０の製造過程を、図３〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図３，図４は、フォトニック結晶製造用材料１０ａに、所定の露光を行う露光工程を示す図である。ここでは、まず、図３に示すように、フォトニック結晶製造用材料１０ａ上に、軟Ｘ線を透過させない材料でパターニング（２１）されたフォトマスク２０を密着させて、上方から均一な軟Ｘ線を照射し、フォトニック結晶製造用材料１０ａ上（実際には、その光硬化性樹脂層１４）に、所定のパターンを露光する。
【００２１】
ここでのパターンとは、フォトニック結晶１０の作製目的に合わせた光の作用を実現するために必要な寸法を有する現像銀１８ａ（図１参照）の配置を実現するためのものであり、処理過程においてやむを得ず発生する誤差（寸法誤差）を考慮して設定されるものであることが必要である。
【００２２】
この露光により、光硬化性樹脂層１４の露光された部分が硬化（光硬化：符号１４ａで示されている部分）する。なお、ここでは、図示を省略しているが、前述のように、この光硬化性樹脂層１４中には、ハロゲン化銀粒子１８（図４を参照）が均一に分散されている。
【００２３】
ここで得られた光硬化性樹脂層１４の硬化部分１４ａと非硬化部分（１４ａ以外の部分）とで構成されるパターンは、後述するハロゲン化銀粒子１８の現像過程における、現像液の浸透能を大きく異ならせるものであることが必要である。すなわち、この現像液の浸透能の差によって、光硬化性樹脂層１４に分散されているハロゲン化銀粒子１８の現像可否が決まるものである。
【００２４】
図４は、次のステップである、光硬化性樹脂層１４中に分散されたハロゲン化銀粒子１８に対する露光を示している。ここでのハロゲン化銀粒子１８に対する露光はパターニングの必要はなく、所望の量の現像銀１８ａを形成させるに必要なレベルの均一露光を行えばよい。なお、図４中の細かい点は、感光したハロゲン化銀粒子１８を示している。
【００２５】
図５は、図４に示したステップにより一様に露光された光硬化性樹脂層１４中のハロゲン化銀粒子１８の現像過程を説明する図である。図５に示す通り、フォトニック結晶製造用材料１０ａ上に供給された現像液は、光硬化性樹脂層１４中の硬化部分１４ａには浸透しにくく、非硬化部分（１４ａ以外の部分）には容易に浸透するようになっている。
【００２６】
その結果、光硬化性樹脂層１４の非硬化部分に分散されている、露光済みのハロゲン化銀粒子１８は速やかに現像されるが、硬化部分１４ａに分散されているハロゲン化銀粒子１８は、露光済みではあっても、ここでは現像されることはないか、現像されたとしても硬化部分１４ａに比して現像されるハロゲン化銀粒子１８の数に有意差が存在する。上述の、現像されずに残ったハロゲン化銀粒子１８は、実質的に透明であり、光硬化性樹脂層１４中に送り込まれる光の挙動に与える影響は大きくないので、光硬化性樹脂層１４中に残したままとしてよい。
【００２７】
なお、フォトニック結晶製造用材料１０ａの最上層の保護層１６は、基本的には、このフォトニック結晶製造用材料１０ａの主要な構成要素である光硬化性樹脂層１４の損傷を防止するためのものであるが、この保護層１６自体をも光硬化性樹脂で構成するようにして、現像時における、現像液の浸透可否を、より明確に分離することも可能である。
【００２８】
なお、上記実施形態において用いたフォトニック結晶製造用材料１０ａは、支持体１２上に、ハロゲン化銀粒子を均一に分散させた光硬化性樹脂層１４と、必要に応じて、この層の上面に設けられる保護層１６とを、順次もしくは同時に塗布する等の方法によって製造することが可能である。
【００２９】
本実施形態においては、上述のような簡単な製造過程により、フォトニック結晶１０が製造できる。ここで得られたフォトニック結晶１０は、前述のように、例えば格子状の、現像銀粒子１８ａが周期的に配列された、特徴的構造を有するものである。
【００３０】
図６は、本発明の他の実施形態に係るフォトニック結晶３０の構成を示す断面図である。本実施形態に係るフォトニック結晶３０は、支持体３２上にハロゲン化銀粒子を分散させた３層の光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃと、この最上層３４ａの上面に設けられた保護層３６ａ，光硬化性樹脂層３４ａと３４ｂとの間および光硬化性樹脂層３４ｂと３４ｃとの間に設けられた中間層３６ｂ，３６ｃを有するフォトニック結晶製造用材料３０ａに、所定の露光・現像等の処理を施して得られた、現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃが樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に周期的に形成されたものである。
【００３１】
上記中間層３６ｂ，３６ｃは、それぞれ、光硬化性樹脂層３４ａと３４ｂとの間および光硬化性樹脂層３４ｂと３４ｃとの間に明確な境界面を作って、光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に形成される現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃによる周期的パターンの各層間での分離をより明確にするものである。
【００３２】
ここで、上記３層の光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に、それぞれ周期的に形成された現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃの配置としては、例えば、前述のような線による格子状パターン、あるいはドットによる格子状パターン等が用いられる。
【００３３】
本実施形態に係るフォトニック結晶３０における各光硬化性樹脂層の現像銀３８ａ，３８ｂ，３８ｃによる周期的パターンの形成方法は、本実施形態に係るフォトニック結晶３０が３層構成であっても、先に図３〜図５に示した実施形態の場合と実質的に同様であるので、詳細な説明は省略するが、多層構成であっても単層構成の場合と同様の製造法が用い得る点も、本発明に係る製造方法の大きな利点であるということである。
【００３４】
上記実施形態においては、現像後に銀粒子に変わるハロゲン化銀粒子を、光硬化性樹脂中に分散させる例を示したが、本発明に係る他のフォトニック結晶は、ハロゲン化銀粒子を分散させるバインダーとしては光硬化性を有しない樹脂中に分散させ、その代わりとして、このハロゲン化銀粒子を分散させた樹脂層の上下を通常の中間層よりやや厚みのある光硬化性樹脂とする例が挙げられる。
【００３５】
すなわち、図７に示すように、この実施形態に係るフォトニック結晶４０は、支持体４２上にハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性を有しない樹脂層４６と、この樹脂層４６の上下両面に設けられた光硬化性保護層４４，４８を有するフォトニック結晶製造用材料４０ａに、所定の露光・現像等の処理を施して得られた、現像銀４８ａが樹脂層４６中に周期的に形成されたものである。
【００３６】
本実施形態に係るフォトニック結晶製造用材料４０ａを用いてのフォトニック結晶４０の製造過程は、前述の、フォトニック結晶製造用材料１０ａまたは３０ａを用いてのフォトニック結晶１０または３０の製造過程と実質的に同じであるので、その詳細についての説明は、ここでは省略する。
【００３７】
この実施形態では、製造されるフォトニック結晶としては、前述の各実施形態に示したものと同等の特性が得られる他、ハロゲン化銀粒子を分散させるバインダーとして光硬化性を有しない樹脂層を用いることができるので、樹脂の材料の選択の幅が広がるという利点が得られる。
【００３８】
図８，図９は、本発明のさらに他の実施形態に係るフォトニック結晶５０の構成を示す斜視透視図である。図６に示した多層構成のフォトニック結晶３０では、各層に同一の周期的パターン（ここでは、一方向の格子状パターン）が完全に重複するように形成されているのに対して、本実施形態に係るフォトニック結晶５０では、図９に示すように、隣り合った層で、異なる方向の周期的パターンが形成されている点が特徴である。
【００３９】
本実施形態に係るフォトニック結晶５０は、先の実施形態（図３〜図５参照）に示したような製造方法により、第１層（もしくは、第１の多重構成層）からなるフォトニック結晶を形成した後、その上に、再度、ハロゲン化銀粒子を均一に分散した光硬化性樹脂層を塗布等の方法で形成（この際、適宜の中間層を介してもよい）し、この第２の光硬化性樹脂層中に、第１層中に形成した周期的パターンとは異なる方向の周期的パターンを形成可能としたものである。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係るフォトニック結晶５０は、別々に形成される（ハロゲン化銀粒子を均一に分散した）光硬化性樹脂層５４ａ，５４ｂ中に、前述のような方法で、単なる多重構成層では形成することが不可能な、異なった方向の周期的パターン等を形成可能とするものであり、これにより、例えば、図９に示すような、第１層中に形成した周期的パターン（いわば、第１次のパターン）と直交する方向の周期的パターン（いわば、第２次のパターン）を、第２層中に形成することが可能になる。
【００４１】
より具体的には、支持体５２上に、ハロゲン化銀粒子を均一に分散させた光硬化性樹脂層５４ａと、この層の上面に設けられる中間層となる層５６ａとを、順次もしくは同時に塗布する等の方法によって製造したフォトニック結晶製造用材料５０ａを用いて、まず、前述のような方法で、例えば平行線状の一方向の周期的パターン（上述の第１次のパターン）を、現像銀５８ａにより形成する。図８は、この状況を示しているものである。
【００４２】
次いで、こうして得られた、いわば第１次のフォトニック結晶上に、再度、光硬化性樹脂層５４ｂと、この層の上面に設けられる保護層となる層５６ｂとを、順次もしくは同時に塗布する等の方法によって形成する。そして、この新たに形成された光硬化性樹脂層５４ｂ中に、図９に示すように、上述の第１次のフォトニック結晶に形成された第１次の周期的パターンとは直交する方向の第２次の周期的パターンを、現像銀５８ｂにより形成する。
【００４３】
このような、互いに直交する方向の周期的パターンは、予め多重構成層を有するものとして形成されたフォトニック結晶製造用材料上では形成することができず、本実施形態に係るフォトニック結晶５０のような、第１次のフォトニック結晶を作製した上に、光硬化性樹脂層５４ｂの形成ステップ以降を繰り返すという形成方法により始めて可能となるものである。
【００４４】
なお、上記実施形態においては、第１次，第２次のフォトニック結晶の周期的パターンを、いずれも一方向の平行線状の周期的パターンとした例を示したが、これらのパターンは、それぞれ任意に選択してよい。例えば、上述のようないわば一次元格子パターンの他に、円，楕円，正方形，矩形，多角形等の任意の二次元格子パターンもしくは各種の点の配列のような格子パターンを用い、これらを相互に任意に組み合わせることも可能である。
【００４５】
また、上記実施形態中の異なるパターンを形成する光硬化性樹脂層（５４ａ，５４ｂ）の数は、２層以上でもよく、また、これらのうちの一部が多重構成層とされていて、それらの間では同一の周期的パターンが形成されるという組み合わせが採用されてもよい。さらに、格子パターンの組み合わせ方も、平行あるいは直交するものから、任意の角度だけ回転させたものまで、自由に選択することができる。
【００４６】
以下、本発明に係るフォトニック結晶の構成並びにその製造方法について、より具体的な例を挙げて説明する。
【００４７】
まず、フォトニック結晶製造用材料について、第１の実施形態に用いた材料を例にして説明するが、他の実施形態においても同様である。
フォトニック結晶製造用材料１０ａは、前述のように、支持体１２上にハロゲン化銀粒子を分散させた光硬化性樹脂層１４と、この層の上面に設けられた保護層１６とから構成されるが、この光硬化性樹脂層１４に用い得る光硬化性樹脂としては、各種のビニル化合物（ラジカル重合性），エポキシ化合物（カチオン開環重合性）が代表的なものとして挙げられる。
【００４８】
これらは、重合により、架橋マトリックスを有する硬化物としたり、重合固化（ポリマー化）したりすることができるものである。具体例としては、ビニル化合物として、ペンタエリスリトールテトラアクリレート，ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等、多数の化合物が挙げられる。エポキシ化合物としては、グリセリンのトリグルシジルエーテル他、多数の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は、適宜併用することも可能である。
【００４９】
上記光硬化性樹脂中にハロゲン化銀粒子を分散させるためには、光硬化性樹脂を形成する化合物を親水性にしたり、ラテックスなどを用いてハロゲン化銀粒子を溶剤に分散可能にする方法が用い得る。前者の方法としては、富士写真フイルム（株）製の医用画像用レーザ露光熱現像ドライイメージングフィルムＤＩ−ＡＬで用いられているように、ドライ化合物を固体微粒子分散させ、それらを保持するバインダーとしてポリマーラテックスを用いて塗布する方法がある。また、後者の方法としては、ハロゲン化銀乳剤の溶剤にエポキシ化合物やビニル化合物等を加えて溶剤系の塗布液にして塗布する方法がある。
【００５０】
本発明において用い得るハロゲン化銀粒子としては特に限定はなく、各種のハロゲン化銀粒子が使用可能である。また、その粒子サイズは、フォトニック結晶の大きさ（格子の周期）との関連において任意に決定することができる。なお、フォトニック結晶の大きさは、通常、光（可視光）に対しては１０ｎｍ〜１μｍ程度、電磁波に対しては１０μｍ〜１０ｍｍ程度である。従って、ハロゲン化銀粒子の粒子サイズは、０．００５μｍ（５ｎｍ）〜１０μｍ程度となる。
【００５１】
また、上記ハロゲン化銀粒子を均一に分散した光硬化性樹脂層１４中への浸透・拡散性が要求されるハロゲン化銀粒子の現像液としては、一般的な黒白感材用の現像液が使用可能である。具体的には、富士写真フイルム（株）の商品であるファインドールやスーパーファインドール等が好適に用い得る。
【００５２】
前記支持体１２としては、各種フィルム，樹脂類，ガラス，金属さらにはセラミックス等の、表面が平滑で、かつ平面性のよいものが好適に用いられる。
この支持体１２上に、上記ハロゲン化銀粒子を均一に分散した光硬化性樹脂層１４を形成するには、塗布等の方法によるのが効率的であるが、必ずしもこれに限定する必要はなく、他の方法を用いてもよい。重層構成とする際の各層の形成についても、一つの層が形成された後で次の層を形成する、いわゆる順次形成としてもよく、複数の層を同時に形成する多層同時形成としてもよい。
【００５３】
なお、上記各実施形態はいずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれらに限定されるべきものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更または改良を行ってもよいことはいうまでもない。
【００５４】
例えば、図６に示した構成を有するフォトニック結晶３０において、３層の光硬化性樹脂層３４ａ，３４ｂ，３４ｃ中に分散されているハロゲン化銀粒子を、それぞれ感色性の異なるものとすることにより、異なる波長の光で、異なる層にパターンを作製するようにすることも可能である。
【００５５】
また、前述の光硬化性樹脂層の、光による硬化の程度を弱めることにより、現像液の浸透可否を柔軟な形にして、現像銀による正弦波状の周期的パターンを作製することも可能である。
【００５６】
さらにいえば、本発明に係るフォトニック結晶は、通常の銀塩写真における像形成方法、すなわち、格子状マスクを用いて、放射線によりハロゲン化銀粒子を選択的に露光し、現像（定着はしてもしなくてもよい）することによって、前記周期構造を構成するように配列された現像銀の集合体を形成する方法を用いて作製することも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、屈折率の異なる複数の媒質を周期的に配置した構造を有するフォトニック結晶、およびその効率的な製造方法を提供できるという顕著な効果が得られる。
【００５８】
すなわち、本発明においては、ハロゲン化銀の感光性および現像作用を利用することにより、現像された銀により所定のパターンを形成するように構成したので、種々の用途に用い得るフォトニック結晶を、その結晶パターンを広範囲に変更して自在のパターンを作製することが可能になり、よリ広範な目的に利用し得るフォトニック結晶を作製可能になるという効果が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る、単層構成の２次元格子フォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に係る、単層構成の２次元格子フォトニック結晶の詳細を示す上面図である。
【図３】実施形態に係るフォトニック結晶製造用材料に、所定の露光を行う露光工程を示す図である。
【図４】実施形態に係る光硬化性樹脂層中に分散されたハロゲン化銀粒子に対する露光を示す図である。
【図５】図４に示したステップにより一様に露光された光硬化性樹脂層中のハロゲン化銀粒子の現像過程を説明する図である。
【図６】他の実施形態に係るフォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図７】さらに他の実施形態に係るフォトニック結晶の構成を示す断面図である。
【図８】他の実施形態に係るフォトニック結晶の製造過程のうち、第１層を形成した状態を示す斜視透視図である。
【図９】図８に示した実施形態に係るフォトニック結晶の、第２層まで形成した状態を示す斜視透視図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０，５０ フォトニック結晶
１０ａ，３０ａ，４０ａ，５０ａ フォトニック結晶製造用材料
１２，３２，４２，５２ 支持体
１４，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，５４ａ，５４ｂ （ハロゲン化銀粒子が分散された）光硬化性樹脂層
１４ａ 硬化部分
１６，３６ａ，５６ｂ 保護層
１８ ハロゲン化銀粒子
１８ａ，３８ａ，４８ａ，５８ａ，５８ｂ 現像銀
３６ｂ，３６ｃ，５６ａ 中間層
４４，４８ 光硬化性樹脂層
４６ ハロゲン化銀粒子が分散された（非光硬化性）樹脂層
Claims (1)
- ハロゲン化銀粒子を現像して得た銀粒子の集合体が、周期構造を構成するように配列されてなることを特徴とする光機能素子。
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