JP4059657B2 - Manufacturing method of three-dimensional photonic crystal - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光機能素子などに用いられる三次元フォトニック結晶の製造方法であって、特に、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料(フォトニック材料)からなる三次元フォトニック結晶が効率的に得られる三次元フォトニック結晶の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、屈折率(誘電率)が異なる二種以上の誘電体材料によって形成された微細構造であって、より具体的には、1μm〜100μm程度の結晶粒径を有し、かつそれが周期的に配列された三次元フォトニック結晶が、光の伝播を制御可能なフォトニックバンドギャップ(PBG)を有することから着目されている。すなわち、このフォトニックバンドギャップを利用して、三次元フォトニック結晶を、分波器、光導波路、光遅延素子、レーザーなどといった光機能素子へ応用することが期待されている。
そこで、このような微細構造を有する三次元フォトニック結晶を得るための方法として、以下ような製造方法が提案されている。
▲1▼シリカやポリマーのビーズを積層する方法。
▲2▼ポリマーなどの自己組織化構造を用いる方法。
▲3▼CVD工程を用いた自己クローニング法。
▲4▼半導体材料を、三軸方向から立体的にドライエッチングする方法。
▲5▼ウェハーを融着により積層する方法。
▲6▼ポリシリコン層を積層する方法。
▲7▼二種の感光剤からなる媒体を光重合して、重合体中に組成分布を形成する方法。
▲8▼重合性モノマーを三次元的に光硬化させる光造形法。
【0003】
しかしながら、これらの提案された方法では、いずれも生産効率が低く、実用的な製造方法としては、採用できないという問題が見られた。
例えば、上述した▲1▼ビーズを積層する方法や、▲2▼ポリマーなどの自己組織化構造を用いる方法では、生産効率が低いばかりか、形成可能な三次元構造が過度に制限されるという問題がある。
また、上述した▲3▼自己クローニング法、▲4▼ドライエッチング法、▲5▼ウェハー融着法、▲6▼ポリシリコン積層法は、高価な半導体プロセスが必要なうえに、生産効率が低く、しかも使用可能な材料選択の幅が狭いという問題がある。
また、上述した▲7▼重合体中に組成分布を形成する方法は、屈折率が異なる領域間の屈折率比を大きくすることが難しく、しかも生産効率が低いという問題がある。
さらに、上述した▲8▼光造形法についても、形成可能な三次元構造が過度に制限される一方、生産効率が極めて低いという問題がある。
【0004】
そこで、特開2001−42144号公報には、無機酸化物粒子分散ゾルを、基材表面に、滴下法(キャスト法)等を用いて塗布した後、50〜760mmHgの溶媒の蒸気圧下で乾燥し、平均粒径が0.05〜1μmの無機酸化物粒子を層状に配列したフォトニック結晶の製造方法が開示されている。
また、特開2001−191025号公報には、主として高分子物質からなる高分子含有層を形成する工程と、当該高分子含有層に対して、高分子物質を膨潤させることができる溶媒に微粒子が分散した微粒子分散液を接触させて、高分子−微粒子複合体を形成する工程と、高分子−微粒子複合体の微粒子間の空隙に所定の物質を充填する工程と、高分子−微粒子複合体中の微粒子を熱処理または化学処理により微粒子を除去する工程とからなる多孔質体の製造方法が開示されており、製造された多孔質体を、フォトニック結晶や分離膜等の製造に応用することが提案されている。
【0005】
また、特開2001−72414号公報には、フォトリソグラフィ法により作成したマイクロモールドに対して、金属アルコキシドの部分加水分解溶液を流し込み、それをエージングすることによりゲル化させてなるフォトニック結晶ゲルの製造方法が提案されている。
また、特開2001−83347号公報には、三次元的に連続な貫通孔を有する多孔質体と、多孔質体中に形成され、感光性物質が充填された領域とを具備し、感光性物質が充填された領域を、フォトニックバンドギャップを形成するように、平均0.1〜2μmの周期で配列してなる三次元構造体の製造方法が提案されている。
【0006】
さらに、特開2001−91911号公報には、誘電体材料からなる電磁波の波長と同程度の周期構造を有し、当該周期構造の少なくとも一箇所に周期性を乱す手段が設けてあるとともに、この周期性を乱す手段が外部から制御可能であることを特徴とした一次元構造〜三次元構造の機能性材料が開示されている。そして、二次元構造の機能性材料として、例えばフォトニック結晶を作成する際に、一例として、インクジェット法を用いることを提案している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2001−42144号公報に開示された製造方法は、無機酸化物粒子からなる単一種類の構成が基本的に意図されており、屈折率が十分に異なる2つの領域を有する三次元フォトニック結晶を製造することは困難であった。また、無機酸化物粒子分散ゾルの乾燥条件が厳格であって、使用可能な溶媒種が過度に制限されるなどの問題も見られた。
したがって、開示された製造方法によっては、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料からなるフォトニック結晶を効率良く製造することは実質的に困難であった。
【0008】
また、特開2001−191025号公報に開示された製造方法は、使用可能な高分子物質の種類や、溶媒の種類が過度に選択される一方、フォトニック結晶に適した微細な周期をもって微粒子を均一に配列することは困難であった。また、かかる微粒子を均一に除去することも容易なことではなかった。さらに、このように微粒子を除去して得られた多孔質体中に、所定物質を均一に充填することも実質的に不可能であった。
したがって、開示された製造方法によっては、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料からフォトニック結晶を効率良く製造することは実質的に困難であった。
【0009】
また、特開2001−72414号公報に開示された製造方法では、マイクロモールド内に、金属アルコキシドの部分加水分解溶液を均一に充填することが困難であって、そのため、得られたフォトニック結晶ゲルの光学特性がばらつくばかりか、生産効率がいまだ低いという問題も見られた。また、使用するマイクロモールド自体の形成も容易でなく、構成材料の種類が制限されたり、製造コストが上昇したりするという問題が見られた。
したがって、開示された製造方法によっては、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料からフォトニック結晶を効率良く製造することは実質的に困難であった。
【0010】
また、特開2001−83347号公報に開示された製造方法においても、三次元的に連続な貫通孔を有する多孔質体中に、感光性物質を均一に充填することが困難であって、三次元構造体の光学特性がばらつくばかりか、生産効率がいまだ低いという問題が見られた。また、使用する多孔質体自体の形成も容易でなく、構成材料の種類が制限されたり、製造コストが上昇したりするという問題が見られた。
したがって、開示された製造方法によっては、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料からフォトニック結晶を効率良く製造することは実質的に困難であった。
【0011】
また、特開2001−91911号公報に開示された製造方法においては、基本的に単一種の誘電体材料からなる周期構造の作成を意図しており、しかも、周期構造の途中に周期性を乱す手段を設けて、外部から制御することが必要であるため、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料からフォトニック結晶を効率良く製造することは実質的に困難であった。
【0012】
そこで、本発明の発明者らは、上述した問題を解決すべく、鋭意検討した結果、屈折率が十分に異なる2つ以上の誘電体材料(フォトニック材料)を用い、それを水平方向および垂直方向にパターン印刷することにより、三次元フォトニック結晶を効率良く製造できることを見出したものである。
すなわち、本発明は、屈折率が十分に異なる誘電体材料(フォトニック材料)からなる周期構造を有する三次元フォトニック結晶を、パターン印刷法により、効率良く、しかも安価に製造する方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基材上に、第1のフォトニック材料および、当該第1のフォトニック材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第2のフォトニック材料を、交互に配置するようにパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する工程と、
第1の二次元フォトニック結晶層上に、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を交互に配置するようにパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する工程と、
を含むことを特徴とする三次元フォトニック結晶の製造方法が提供され、上述した問題を解決することができる
すなわち、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法と、オフセット印刷法とを組み合わせたパターン印刷を用いてなる三次元フォトニック結晶の製造方法であって、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法によって、オフセット印刷板に対してパターン印刷した後、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料をオフセット印刷板から基材に対して転写することを特徴とする。このように実施すると、インクジェット法またはスクリーン印刷法により印刷した、例えば30μm程度の印刷パターンを、オフセット印刷板で生じるはじき現象を利用して、10μm以下の微細な印刷パターンとすることができる。したがって、より微細な周期構造を有する三次元フォトニック結晶であっても、効率良く製造することができる。
【0014】
また、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、穴あきフィルター法、またはサーマルヘッド法の少なくとも一つの印刷法によりパターン印刷することが好ましい。
このように実施すると、特定のパターン印刷法を用いているため、例えば、30μm以下の微細な周期構造を有する三次元フォトニック結晶であっても、効率良く製造することができる。
【0016】
また、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、インクジェット法またはスクリーン印刷法と、前記穴あきフィルター法とを組み合わせたパターン印刷を用い、基材上に、パターン化された穴あき板を設けた後、当該穴あき板を介して、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法によりパターン印刷することが好ましい。
このように実施すると、インクジェット法またはスクリーン印刷法により印刷した、例えば30μm程度の印刷パターンであっても、微細な周期構造を有する穴あき板を利用して、例えば、10μm以下のさらに微細な印刷パターンとすることができる。
したがって、より微細な周期構造を有する三次元フォトニック結晶であっても、効率良く製造することができる。
【0017】
また、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、フォトニック材料として、電離放射線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。
このように実施すると、機械的特性や耐熱性に優れた三次元フォトニック結晶を、効率良く製造することができる。
【0018】
また、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料として、屈折率差が0.01以上異なるフォトニック材料を使用することが好ましい。
このように実施すると、フォトバンドギャップの幅が大きい三次元フォトニック結晶を、効率良く製造することができる。
【0019】
また、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する際に、マーカーを同時に印刷し、当該マーカーを目印として、第2の二次元フォトニック結晶層を形成することが好ましい。
このように実施すると、第1の二次元フォトニック結晶層と、第2の二次元フォトニック結晶層との位置ずれが少なくなり、フォトバンドギャップを確実に形成することができる。
【0020】
また、本発明の三次元フォトニック結晶の製造方法を実施するにあたり、第1の二次元フォトニック結晶層の表面に、平坦化処理を施す工程をさらに含むことが好ましい。
このように実施すると、第1の二次元フォトニック結晶層の表面が平坦化されているため、当該第1の二次元フォトニック結晶層と、第2の二次元フォトニック結晶層との位置ずれが少なくなって、フォトバンドギャップを確実に形成することができる。また、第1の二次元フォトニック結晶層の表面が平坦化されていると、全体として、平坦な三次元フォトニック結晶を作成することができるため、均一な光学特性を発揮することができる。
なお、平坦化処理を施すにあたり、第1の二次元フォトニック結晶層の表面を直接的に研磨等することも好ましいし、あるいは、平坦化層を設けて、その表面を研磨し、間接的に第1の二次元フォトニック結晶層の表面を平坦化することも好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、以下の工程を含むパターン印刷法を利用した三次元フォトニック結晶の製造方法である。
(1)屈折率が比較的高いフォトニック材料と、屈折率が比較的低いフォトニック材料とを準備する工程(以下、準備工程と称する。)
(2)第1および第2のフォトニック材料を、それぞれ基材上に、交互に配置するようにパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する工程(以下、印刷工程と称する。)
(3)第1の二次元フォトニック結晶層上に、第1および第2のフォトニック材料を交互に配置するようにパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する工程(以下、積層工程と称する。)
すなわち、本発明の第1の実施形態は、印刷工程において、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法と、オフセット印刷法とを組み合わせたパターン印刷を用い、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法によって、オフセット印刷板に対してパターン印刷した後、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料をオフセット印刷板から基材に対して転写することを特徴とする。
また、本発明の第2の実施形態は、印刷工程において、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法と、穴あきフィルター法とを組み合わせたパターン印刷を用い、基材上にパターン化された穴あき板を設けた後、穴あき板を介して、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法によりパターン印刷することを特徴とする。
また、本発明の第3の実施形態は、印刷工程において、マーカーを同時に印刷し、マーカーを目印として、第2の二次元フォトニック結晶層を形成することを特徴とする。
さらに、本発明の第4の実施形態は、さらに、第1の二次元フォトニック結晶層の表面に、平坦化処理を施す工程を含むことを特徴とする。
なお、三次元フォトニック結晶の構造は特に制限されるものではないが、例えば、図1に示すような三次元構造であることが好ましい。
【0022】
1.準備工程
(1)フォトニック材料
▲1▼種類
フォトニック材料の種類は、特に制限されるものではないが、例えば、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、オレフィン樹脂、ハロゲン化炭化水素樹脂、アセタール樹脂、セルロース誘導体等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
また、これらのフォトニック材料のうち、電離放射線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を使用することが好ましい。このようなフォトニック材料であれば、機械的特性や耐熱性に優れた三次元フォトニック結晶を、効率良く製造することができる。
また、これらのフォトニック材料を架橋したり、耐熱性を向上させたりする目的のために、架橋剤、硬化剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等を添加することも好ましい。
さらに、これらのフォトニック材料中に、屈折率や耐熱性等の調整のために、シリカ、ジルコニア、アルミナ、チタニア等の金属酸化物粒子等を添加することも好ましい。
【0023】
▲2▼屈折率
また、フォトニック材料の屈折率についても特に制限されるものでなく、屈折率の値さえ異なっていれば、相対的に屈折率が高いフォトニック材料および相対的に屈折率が低いフォトニック材料として、それぞれ使用可能である。
ただし、より具体的には、屈折率が高いフォトニック材料の場合、その屈折率を1.4〜1.7の範囲内の値とすることが好ましく、屈折率が低いフォトニック材料の場合、その屈折率を1.3〜1.6の範囲内の値とすることが好ましい。
なお、フォトニック材料の屈折率は、いずれもナトリウムのD線を基準として、温度25℃の測定条件において、屈折率計を用いて測定することができる。
【0024】
(2)溶剤
フォトニック材料は、インクジェット法等によりパターン印刷することから溶液状で提供することも好ましいが、その場合、フォトニック材料を溶解させるための溶剤の種類として、例えば、水、アルコール、石油系炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。
【0025】
2.印刷工程、硬化工程および積層工程
印刷工程は、屈折率が十分に異なる第1および第2のフォトニック材料をパターン印刷する工程であって、その印刷方法は、特に制限されるものではないが、例えば、後述するインクジェット法、スクリ−ン印刷法、オフセット印刷法、穴あきフィルター法、またはサーマルヘッド法等の微細パターンが印刷可能なパターン印刷法を採用することが好ましい。
【0026】
また、硬化工程は、パターン印刷した第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ硬化させる工程(乾燥工程を含む。)であって、使用する第1および第2のフォトニック材料の種類によって、以下のように実施することが好ましい。
▲1▼フォトニック材料の乾燥
溶液型の第1および第2のフォトニック材料を使用する場合には、それぞれパターン印刷した後、室温雰囲気下での自然乾燥を実施することによって、含まれる溶剤を除去することが可能である。ただし、通常は、加熱処理によって、かかる溶剤を十分に除去することが好ましい。
また、乾燥させるのに加熱処理を実施する場合、恒温槽、電気炉、スチームオーブン、赤外線方式の加熱炉等の加熱手段を用いることが好ましい。
さらに、加熱処理を実施する場合、例えば、その加熱温度を25〜300℃の範囲内の値にするとともに、その加熱時間を1分〜100時間の範囲内の値とすることが好ましい。
なお、本発明に使用するフォトニック材料は、通常、樹脂であって、水や有機溶剤を含有することが多いため、その場合には、加熱温度を50〜150℃の範囲内の値にするとともに、その加熱時間を10分〜2時間の範囲内の値とすることがより好ましい。
【0027】
▲2▼電離放射線硬化性樹脂の硬化
電離放射線硬化性樹脂を硬化させる場合、電離放射線として、X線、紫外線、可視光線、赤外線等を使用することができるが、取り扱いがさらに容易なことから、紫外線および可視光線を使用することがより好ましい。
また、電離放射線を使用する場合、その光源として、例えば、キセノンランプ、水銀灯、太陽光、白熱球、あるいは蛍光灯を用いることが好ましい。
さらに、電離放射線を使用する場合、その照射量は特に制限されるものでは無いが、例えば、紫外線および可視光線を使用した場合、その照射量を40〜200W/cm、照射時間を0.1〜60分の範囲とすることがより好ましい。
【0028】
▲3▼熱硬化性樹脂の硬化
熱硬化性樹脂を硬化させる場合には、恒温槽、電気炉、スチームオーブン、赤外線方式の加熱炉等の加熱手段を用いて加熱硬化させることが好ましい。
また、加熱硬化させる場合、例えば、その加熱温度を25〜300℃の範囲内の値にするとともに、その加熱時間を1分〜100時間の範囲内の値とすることが好ましい。
ただし、本発明に使用するフォトニック材料は、樹脂であることから、通常、加熱温度を50〜150℃の範囲内の値にするとともに、その加熱時間を10分〜2時間の範囲内の値とすることがより好ましい。
【0029】
次に、積層工程について説明する。かかる積層工程は、第1および第2のフォトニック材料が、水平方向においても、第1の二次元フォトニック結晶層との関係上の垂直方向においても、それぞれ交互に配置されるように塗布装置を所定個所に位置合わせした後、パターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を第1の二次元フォトニック結晶層上の所定位置に積層する工程である。
なお、かかる第2の二次元フォトニック結晶層を形成する際のパターン印刷法も特に制限されるものではないが、例えば、後述するインクジェット法、スクリ−ン印刷法、オフセット印刷法、穴あきフィルター法、またはサーマルヘッド法を適宜使用することが好ましい。
【0030】
(1)インクジェット法
図2に、インクジェット法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法の概略を示す。
図2に示すインクジェット装置5は、一例として、荷電変調方式を採用しており、屈折率が十分に異なる第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液12を収容するためのインクボトル10と、これらの第1の溶液または第2の溶液12をノズル18へ供給するための供給ポンプ14と、パイプライン13の途中に設けられた調圧弁16と、ノズル18の先端付近に設けられ、高周波電源22に電気接続された圧電素子20と、文字信号発生装置26に電気接続された帯電用電極24と、電源30に電気接続された一対の偏向電極28と、ガター34と、回収ポンプ36とを含んで基本的に構成されていることが好ましい。
なお、以下、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液を使用した場合をもとに説明するが、いずれか一方、あるいは両方とも、無溶剤型の第1および第2のフォトニック材料を使用することも可能である。
【0031】
そして、このようなインクジェット装置5の構成を採ることにより、インクボトル10に収容してある第1の溶液または第2の溶液12を、供給ポンプ14を用い、パイプライン13を介して、ノズル18に供給することができる。
また、パイプライン13の調圧弁16により、第1の溶液または第2の溶液12の供給量を制御するとともに、第1の溶液または第2の溶液12を加圧して、ノズル18から噴射させることが可能である。
なお、噴射される第1の溶液および第2の溶液12が、有機系溶剤や水系溶剤を用いて容易に粘度調整が可能であることが好ましい。このような第1の溶液および第2の溶液12であれば、ノズル18における目詰まりを効率的に防止することができる。
【0032】
次いで、ノズル18から噴射される第1の溶液または第2の溶液12に対し、圧電素子20が所定圧力を付与して、第1の溶液または第2の溶液12を微小液滴とすることができる。すなわち、高周波電源22からの高周波信号に呼応して圧電素子20が動作し、噴射方向に対して交差する方向から、励振、振動周波数を同期させて圧力を付与するため、連続的な第1の溶液または第2の溶液12を不連続な微小液滴とすることができる。
また、微小液滴とされた第1の溶液または第2の溶液12を、帯電用電極24を用いて、文字信号発生装置26からの印字信号に応じた所定の帯電量で帯電させることができる。よって、一対の偏向電極28により、帯電された第1の溶液または第2の溶液12の噴射方向を制御し、基材32の所定箇所に非接触で、微細なパターン印刷を行うことができる。
また、第1の溶液または第2の溶液12が、基材32に対して優れた親和性を有する場合には、インク垂れ等を効率的に防止することができ、結果として、高解像度で印刷することが可能となる。
そして、帯電用電極24による帯電が不十分な場合には、第1の溶液または第2の溶液12は、基材32に対して噴射されることなく、ガター34により回収され、さらに回収ポンプ36により、インクボトル10に戻されることになる。
【0033】
なお、以上の説明は、荷電変調方式によるインクジェット装置に使用した場合に基づいているが、インクジェット法を実施する場合、拡散方式(発散方式)、電気機械変換方式、電気熱変換方式、静電吸引方式、放電方式(スパークジェット)、電気滲透方式、熱溶融インク方式、インクミスト方式等のインクジェット装置を使用することも可能である。
また、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液および第2の溶液のパターン印刷は、ノズルを複数設けて、それぞれ同時に実施することもできるし、あるいは、第1の溶液をパターン印刷した後、第2の溶液をパターン印刷することも好ましい。
いずれにしても、インクジェット法によれば、第1および第2のフォトニック材料を基材の所定個所にそれぞれパターン印刷し、屈折率がそれぞれ十分に異なる第1および第2のフォトニック材料からなる交互パターンを水平方向のみならず、垂直方向にも比較的精度良く形成することができる。
【0034】
(2)スクリ−ン印刷法
図3に、スクリ−ン印刷法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法の概略を示す。
まず、図3(A)に示すように、スクリーン印刷装置41を構成するスクリ−ン40の下方に基材32を載置した後、スキージ39を下方に押圧しながら、水平方向に移動させることにより、スクリ−ン40上に滴下した第1の溶液を、基材32の所定個所のみにパターン印刷し、第1のフォトニック材料からなるパターン42を形成する。
次いで、図3(B)に示すように、スクリ−ン40あるいは第1の溶液を塗布した基材32を、所定ピッチ分だけ移動させ、第1のフォトニック材料からなるパターン42の間隙に露出した基材32に対して、第2の溶液をスクリーン印刷装置41によりパターン印刷し、第2のフォトニック材料からなるパターン44を形成し、第1の二次元フォトニック結晶層48を形成する。
次いで、スクリ−ン40と、第1の二次元フォトニック結晶層48を有する基材32との間の位置合わせを実施する。その後、第1の二次元フォトニック結晶層48上に、屈折率が異なる第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液および第2の溶液を、さらに交互に配置するようにスクリ−ン印刷装置41によってパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層(図示せず。)を積層する。
そして、このようにスクリ−ン印刷法を採用することにより、第1の溶液および第2の溶液を基材の所定個所にそれぞれパターン印刷し、屈折率がそれぞれ十分に異なる第1および第2のフォトニック材料からなる交互パターンを水平方向のみならず、垂直方向にも比較的精度良く形成することができる。
なお、以上のスクリ−ン印刷法の説明は、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液を使用した場合に基づいているが、いずれか一方、あるいは両方とも、無溶剤型の第1および第2のフォトニック材料を使用することも可能である。
【0035】
(3)オフセット印刷法
図4に、オフセット印刷法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法の概略を示す。
まず、図4(A)に示すように、親油性部分46と、親水性部分47とが、それぞれパターン状に形成されたオフセット印刷板45を準備する。なお、かかるオフセット印刷板45には、シリコーンプレート上に、微細な開口部を有する光硬化性樹脂層を積層した、いわゆる水無し平板も含む。
次いで、このオフセット印刷板45上に、例えば、親水性の第1のフォトニック材料を含む第1の溶液をロール塗布する。このように塗布することにより、親水性部分のみに第1の溶液が塗布され、親油性部分では第1の溶液がはじかれてしまう。したがって、この状態で、オフセット印刷板45上に、基材32を、例えば、加圧ロール(図示せず。)を用いて押圧することにより、第1のフォトニック材料からなるパターン42を形成することができる。
次いで、別に、親油性部分46と、親水性部分47とが、同様にパターン状に形成されたオフセット印刷板45を準備する。その上に親油性の第2のフォトニック材料を含む第2の溶液をロール塗布することにより、親油性部分のみに第2の溶液が塗布されるため、親水性部分では第2の溶液がはじかれてしまう。したがって、この状態で、オフセット印刷板45上に、基材32を押圧することにより、第2のフォトニック材料からなるパターン44を、第1のフォトニック材料からなるパターン42の間隙に形成することができる。
このオフセット印刷の操作を繰り返すことにより、屈折率が十分に異なる第1のフォトニック材料および第2のフォトニック結晶からなる交互パターンを、水平方向のみならず、垂直方向にも比較的精度良く形成することができる。
なお、以上のオフセット印刷の説明は、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液を使用した場合に基づいているが、いずれか一方、あるいは両方とも、無溶剤型の第1および第2のフォトニック材料を使用することも可能である。
【0036】
(4)穴あきフィルター法
図5に、穴あきフィルター法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法の概略を示す。
まず、図5(A)に示すように、基材32上に、穴あきフィルター50を載置した後、基材32の所望個所のみに、矢印の方向に第1の溶液を滴下し、図5(B)に示すように、第1のフォトニック材料からなるパターン42を形成するための印刷を行う。
次いで、図5(C)に示すように、スクリ−ンあるいは第1の溶液を塗布した基材を、所定ピッチ分だけ移動させ、第1のフォトニック材料からなるパターン42の間隙に露出した基材32に対して、第2の溶液を穴あきフィルター50を介して、パターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層48を形成する。
次いで、第1の二次元フォトニック結晶層48上に、屈折率が異なるフォトニック材料を含む第1の溶液および第2の溶液を、さらに交互に配置するように穴あきフィルターを用いて、パターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層(図示せず。)を積層する。
したがって、このように穴あきフィルターを用いることにより、屈折率の異なる第1のフォトニック材料および第2のフォトニック結晶からなる交互パターンを、水平方向のみならず、垂直方向にも比較的精度良く形成することができる。なお、以上の穴あきフィルター法の説明は、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液を使用した場合に基づいているが、いずれか一方、あるいは両方とも、無溶剤型の第1および第2のフォトニック材料を使用することも可能である。
【0037】
(5)サーマルヘッド法
図6に、サーマルヘッド装置70を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法の概略を示す。
図6に示すように、第1の溶液から形成された第1のフォトニック材料からなる昇華性インク60と、支持フィルム62とから構成された昇華性インク用フィルム63の下方に、サーマルヘッド64を載置した後、CPU(中央演算処理装置)68により温度制御しながら、サーマルヘッド64のスイッチ66をONして発熱させ、支持フィルム62を介して、所望個所の昇華性インク60のみを加熱することにより、基材32に対して、フォトニック結晶の原料としての昇華性インク60をパターン印刷する。
次いで、第2の溶液から形成された第2のフォトニック材料からなる昇華性インクと、支持フィルムとから構成された昇華性インク用フィルム(図示せず。)の下方に、サーマルヘッドを載置した後、CPUにより温度制御しながら、サーマルヘッドのスイッチをONして発熱させ、所望個所の昇華性インクのみを加熱することにより、第2のフォトニック結晶からなる昇華性インクをパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層(図示せず。)を形成する。
次いで、第1の二次元フォトニック結晶層上に、再び、第1のフォトニック材料を含む第1の溶液からなる昇華性インクと、支持フィルムとから構成された昇華性インク用フィルムと、第2のフォトニック材料を含む第2の溶液からなる昇華性インクと、支持フィルムとから構成された昇華性インク用フィルムと、をそれぞれ準備し、第1の二次元フォトニック結晶層を有する基材に対して、位置合わせを実施する。その後、サーマルヘッドによって昇華性インクを含むシートの所望位置を加熱し、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料からなる交互パターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する。
このようにサーマルヘッド法によれば、屈折率の異なる第1のフォトニック材料および第2のフォトニック結晶からなる交互パターンを、水平方向のみならず、垂直方向にも比較的精度良く形成することができる。
【0038】
(6)組み合わせ法1
また、第1および第2のフォトニック材料をパターン印刷する際に、オフセット印刷法と、インクジェット法あるいはスクリーン印刷法とを組み合わせることも好ましい。
すなわち、オフセット印刷法において上述したオフセット印刷板に対して、ロール塗布する際に、インクジェット法あるいはスクリーン印刷法を用いることを特徴とする。例えば、親水性の第1のフォトニック材料を含む第1の溶液を塗布する際に、インクジェット法あるいはスクリーン印刷法を用いることにより、親水性部分のみに第1の溶液を極めて精度良く塗布することができる。
一方、仮に、親油性部分に第1の溶液が部分的に塗布された場合であっても、第1の溶液は、親油性部分によって完全にはじかれてしまう。
したがって、この状態で、オフセット印刷板上に基材を押圧することにより、第1のフォトニック材料からなるパターンを極めて精度良く、例えば、10μm以下の直径パターンであっても、確実に形成することができる。
そして、オフセット印刷法において上述した操作を、インクジェット法あるいはスクリーン印刷法と組み合わせて繰り返すことにより、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック結晶からなる交互パターンを、水平方向のみならず、垂直方向にも極めて精度良く形成することができる。
なお、以上のインクジェット法あるいはスクリーン印刷法の説明は、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液を使用した場合に基づいているが、いずれか一方、あるいは両方とも、無溶剤型の第1および第2のフォトニック材料を使用することも可能である。
【0039】
(7)組み合わせ法2
また、第1の溶液および第2の溶液をパターン印刷する際に、インクジェット法と、穴あきフィルター法とを組み合わせることも好ましい。
すなわち、穴あきフィルター法において上述した塗布の際に、インクジェット法を用いることを特徴とする。例えば、第1のフォトニック材料を含む第1の溶液を穴あきフィルターを介して塗布する際に、インクジェット法を用いることにより、所望の穴に対して、第1の溶液を極めて精度良く吹き付けることができ、結果として、基材に対して、極めて精度良く塗布することができる。一方、仮に、特定の穴の近傍に第1の溶液が部分的に吹き付けられた場合であっても、第1の溶液は、特定の穴の中に回り込んで、その穴を介してのみ、基材に到達することができる。
そして、穴あきフィルター法において上述した操作を繰り返すことにより、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック結晶からなる交互パターンを、水平方向のみならず、垂直方向にも極めて精度良く、例えば、10μm以下の直径パターンであっても確実に形成することができる。
なお、以上のインクジェット法の説明は、第1および第2のフォトニック材料をそれぞれ含む第1の溶液または第2の溶液を使用した場合に基づいているが、いずれか一方、あるいは両方とも、無溶剤型の第1および第2のフォトニック材料を使用することも可能である。
【0040】
(8)組み合わせ法3
また、上述したいずれかのインクジェット法と、フォトリソグラフィ法(リフトオフ法を含む。)を組み合わせることも好ましい。
すなわち、フォトニック材料として、光硬化性樹脂を使用するとともに、上述したいずれかのパターン印刷法あるいはその組み合わせによりパターン印刷した後に、フォトマスク等を介してパターン露光し、次いで、非露光部を現像して、さらに微細なパターンとすることも好ましい。
このように実施すると、例えば、5μm以下の微細な周期構造を有する三次元フォトニック結晶であっても、効率良く製造することができる。
【0041】
(9)位置合わせ
また、第1の二次元フォトニック結晶層を形成した後、パターン印刷して、第2の二次元フォトニック結晶層を形成する際に、位置合わせをすることが重要である。第1の二次元フォトニック結晶層と、第2の二次元フォトニック結晶層との位置がずれていると、三次元フォトニック結晶において、フォトバンドが形成されない場合があるためである。
したがって、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する際に、マーカーを同時に印刷し、当該マーカーを目印として、第2の二次元フォトニック結晶層を形成することが好ましい。例えば、トンボマークや目盛りを、第1の二次元フォトニック結晶層と隣接して印刷しておき、当該トンボマークや目盛りを目印として、
インクジェット法におけるノズル位置、スクリ−ン印刷法におけるスクリ−ン位置、オフセット印刷法におけるオフセット板の位置、穴あきフィルター法における穴あきフィルターの位置を適宜調整することが好ましい。
【0042】
また、第1の二次元フォトニック結晶層の表面を平坦化する平坦化工程をさらに含むことにより、正確に位置合わせすることが好ましい。例えば、第1の二次元フォトニック結晶層の表面を、直接的に化学研磨あるいは物理研磨するか、あるいは、平坦化層を一旦形成し、それを化学研磨あるいは物理研磨することが好ましい。
すなわち、第2の二次元フォトニック結晶層を形成すべく、垂直方向にパターン印刷しようとすると、第1の二次元フォトニック結晶層の表面凹凸が影響して、第2の二次元フォトニック結晶層のパターンを形成する際に、位置ずれが生じる場合がある。そのため、平坦化層を設けて、第1の二次元フォトニック結晶層の表面凹凸の影響を排除し、第1の二次元フォトニック結晶層のパターン上に、第2の二次元フォトニック結晶層のパターンを正確に位置合わせして、形成することが好ましい。
【0043】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明のフォトニック結晶の製造方法を詳細に説明するが、言うまでもなく、本発明はこれらの実施例の記載によって限定されるものではない。
【0044】
[実施例1]
1.三次元フォトニック結晶の作成
(1)準備工程
メチルアクリレート35重量部と、エチルメタクリレート30重量部と、ウレタンアクリレート(重量平均分子量:4500)35重量部と、をそれぞれ容器内に収容し、均一に混合して、硬化後の屈折率が1.57となるような混合液を調製した。次いで、この混合液100重量部に対して、ベンゾイルパーオキサイドを2重量部加え、さらに均一に混合して、第1のフォトニック材料とした。また、屈折率が1.45である酢酸ビニルポリマー(重量平均分子量:28000)100重量部に対して、40重量部のトルエンを加えて、第2のフォトニック材料(溶液)とした。
【0045】
(2)印刷工程
次いで、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、それぞれ基材上に、交互に配置するようにインクジェット法により、隣接ピッチが20μmとなるようにパターン印刷した。その後、窒素雰囲気下、100℃の恒温槽に1時間投入し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成した。
【0046】
(3)積層工程
次いで、第1の二次元フォトニック結晶層上に、第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を交互にさらなるパターン印刷が可能なように、インクジェット装置の位置合わせを行った。その状態で、インクジェット法により、隣接ピッチが20μmとなるようにパターン印刷した後、窒素雰囲気下、100℃の恒温槽に1時間投入し、第2の二次元フォトニック結晶層を形成した。
【0047】
2.三次元フォトニック結晶の評価
このようにして得られた三次元フォトニック結晶は、第1の二次元フォトニック結晶層と、第2の二次元フォトニック結晶層とがほとんど位置ずれすることなく、積層されていた。
したがって、本発明の製造方法によれば、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料からなる三次元フォトニック結晶が、効率的に得られることが確認された。
【0048】
[実施例2]
第1の二次元フォトニック結晶層を形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、第1の二次元フォトニック結晶層に対して、平坦化処理を実施した以外は、実施例1と同様に三次元フォトニック結晶を製造した。
その結果、得られた三次元フォトニック結晶は、第1の二次元フォトニック結晶層と、第2の二次元フォトニック結晶層とが、全く位置ずれすることなく、積層されていた。
したがって、本発明の別の態様の製造方法によれば、屈折率が十分に異なる複数の誘電体材料(フォトニック材料)からなる三次元フォトニック結晶が、精度良く得られることが確認された。
【0049】
【図面の簡単な説明】
【図1】 三次元フォトニック結晶の構造例を説明するために供する図である。
【図2】 インクジェット法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法を説明するために供する図である。
【図3】 スクリーン印刷法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法を説明するために供する図である。
【図4】 オフセット印刷法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法を説明するために供する図である。
【図5】 穴あきフィルター法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法を説明するために供する図である。
【図6】 サーマルヘッド法を用いた三次元フォトニック結晶の形成方法を説明するために供する図である。
【0050】
【符合の説明】
5: インクジェット装置
32:基材
41:スクリーン印刷装置
42:パターン(第1のフォトニック材料)
44:パターン(第2のフォトニック材料)
45:オフセット印刷板
50:穴あきフィルター
63:昇華性インク用フィルム
64:サーマルヘッド
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a three-dimensional photonic crystal used for an optical functional element, and in particular, a three-dimensional photonic crystal composed of a plurality of dielectric materials (photonic materials) having sufficiently different refractive indexes is particularly efficient. The present invention relates to a method for producing a three-dimensional photonic crystal that can be obtained.
[0002]
[Prior art]
In recent years, it is a microstructure formed of two or more kinds of dielectric materials having different refractive indexes (dielectric constants), and more specifically has a crystal grain size of about 1 μm to 100 μm, and it is periodic The three-dimensional photonic crystals arranged in a column have attracted attention because they have a photonic band gap (PBG) that can control the propagation of light. That is, using this photonic band gap, it is expected that a three-dimensional photonic crystal is applied to an optical functional element such as a duplexer, an optical waveguide, an optical delay element, or a laser.
Therefore, as a method for obtaining a three-dimensional photonic crystal having such a fine structure, the following manufacturing method has been proposed.
(1) A method of laminating silica or polymer beads.
(2) A method using a self-organized structure such as a polymer.
(3) Self-cloning method using CVD process.
(4) A method of three-dimensionally dry-etching a semiconductor material from three axial directions.
(5) A method of laminating wafers by fusing.
(6) A method of laminating a polysilicon layer.
(7) A method of forming a composition distribution in a polymer by photopolymerizing a medium composed of two kinds of photosensitive agents.
(8) A stereolithography method in which a polymerizable monomer is three-dimensionally photocured.
[0003]
However, these proposed methods have low production efficiency and cannot be used as practical manufacturing methods.
For example, the above-mentioned (1) method of laminating beads and (2) the method of using a self-organized structure such as a polymer not only has low production efficiency, but also has a problem that the three-dimensional structure that can be formed is excessively limited. There is.
In addition, the above-mentioned (3) self-cloning method, (4) dry etching method, (5) wafer fusion method, and (6) polysilicon lamination method require an expensive semiconductor process and have low production efficiency. Moreover, there is a problem that the range of materials that can be used is narrow.
Further, the above-mentioned method (7) of forming a composition distribution in a polymer has a problem that it is difficult to increase the refractive index ratio between regions having different refractive indexes, and the production efficiency is low.
Further, the above-described (8) stereolithography also has a problem that production efficiency is extremely low while the three-dimensional structure that can be formed is excessively limited.
[0004]
Therefore, in JP-A-2001-42144, an inorganic oxide particle-dispersed sol is applied to the surface of a substrate using a dropping method (casting method) or the like and then dried under a vapor pressure of a solvent of 50 to 760 mmHg. A method for producing a photonic crystal in which inorganic oxide particles having an average particle diameter of 0.05 to 1 μm are arranged in a layer form is disclosed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-191025 discloses a step of forming a polymer-containing layer mainly composed of a polymer material, and fine particles in a solvent capable of swelling the polymer material in the polymer-containing layer. A step of contacting the dispersed fine particle dispersion to form a polymer-particle composite, a step of filling a gap between the particles of the polymer-particle composite with a predetermined substance, and a polymer-particle composite A method for producing a porous body comprising a step of removing fine particles by heat treatment or chemical treatment is disclosed, and the produced porous body can be applied to the production of photonic crystals, separation membranes, and the like. Proposed.
[0005]
JP-A-2001-72414 discloses a photonic crystal gel obtained by pouring a metal alkoxide partially hydrolyzed solution into a micromold produced by a photolithography method and aging it. Manufacturing methods have been proposed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-83347 includes a porous body having three-dimensionally continuous through holes, and a region formed in the porous body and filled with a photosensitive substance. There has been proposed a method for manufacturing a three-dimensional structure in which regions filled with a substance are arranged with an average period of 0.1 to 2 μm so as to form a photonic band gap.
[0006]
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-91911 has a periodic structure equivalent to the wavelength of an electromagnetic wave made of a dielectric material, and is provided with means for disturbing periodicity at least at one location of the periodic structure. A functional material having a one-dimensional structure to a three-dimensional structure, characterized in that means for disturbing periodicity can be controlled from the outside. For example, when creating a photonic crystal as a functional material having a two-dimensional structure, it is proposed to use an inkjet method as an example.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-42144 is basically intended for a single type of structure composed of inorganic oxide particles, and has a three-dimensional structure having two regions with sufficiently different refractive indexes. It has been difficult to produce photonic crystals. Moreover, the drying conditions of inorganic oxide particle dispersion | distribution sol were severe, and the problem that the usable solvent seed | species was restrict | limited too much was also seen.
Therefore, depending on the disclosed manufacturing method, it has been substantially difficult to efficiently manufacture a photonic crystal composed of a plurality of dielectric materials having sufficiently different refractive indexes.
[0008]
In addition, in the production method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-191025, the type of usable polymer substance and the type of solvent are excessively selected, while fine particles having a fine period suitable for a photonic crystal are used. It was difficult to arrange them uniformly. In addition, it is not easy to remove such fine particles uniformly. Furthermore, it was virtually impossible to uniformly fill the porous material obtained by removing the fine particles in this way with a predetermined substance.
Therefore, it has been substantially difficult to efficiently manufacture a photonic crystal from a plurality of dielectric materials having sufficiently different refractive indexes depending on the disclosed manufacturing method.
[0009]
In addition, in the production method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-72414, it is difficult to uniformly fill a micromold with a partially hydrolyzed solution of metal alkoxide, and thus the obtained photonic crystal gel In addition to variations in optical properties, there were also problems with low production efficiency. In addition, it is not easy to form the micromold to be used, and there are problems that the types of constituent materials are limited and the manufacturing cost increases.
Therefore, it has been substantially difficult to efficiently manufacture a photonic crystal from a plurality of dielectric materials having sufficiently different refractive indexes depending on the disclosed manufacturing method.
[0010]
Also in the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-83347, it is difficult to uniformly fill a photosensitive material into a porous body having three-dimensionally continuous through-holes. Not only did the optical properties of the original structure vary, but the production efficiency was still low. Moreover, the formation of the porous body itself to be used is not easy, and there are problems that the types of constituent materials are limited and the manufacturing cost is increased.
Therefore, it has been substantially difficult to efficiently manufacture a photonic crystal from a plurality of dielectric materials having sufficiently different refractive indexes depending on the disclosed manufacturing method.
[0011]
In addition, the manufacturing method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-91911 is basically intended to create a periodic structure made of a single type of dielectric material, and the periodicity is disturbed in the middle of the periodic structure. Since it is necessary to provide a means and control from the outside, it has been substantially difficult to efficiently produce a photonic crystal from a plurality of dielectric materials having sufficiently different refractive indexes.
[0012]
Accordingly, the inventors of the present invention have made extensive studies in order to solve the above-described problems. As a result, two or more dielectric materials (photonic materials) having sufficiently different refractive indexes are used, and are used in the horizontal direction and the vertical direction. It has been found that a three-dimensional photonic crystal can be efficiently produced by pattern printing in the direction.
That is, the present invention provides a method for efficiently and inexpensively manufacturing a three-dimensional photonic crystal having a periodic structure made of a dielectric material (photonic material) having a sufficiently different refractive index by a pattern printing method. For the purpose.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  According to the present invention, the first photonic material and the second photonic material having a refractive index lower than the refractive index of the first photonic material are alternately arranged on the substrate. Pattern printing and forming a first two-dimensional photonic crystal layer;
  Pattern printing so that the first photonic material and the second photonic material are alternately arranged on the first two-dimensional photonic crystal layer, and stacking the second two-dimensional photonic crystal layer; ,
  A method for producing a three-dimensional photonic crystal characterized in that the above-described problems can be solved..
That is, in carrying out the method for producing a three-dimensional photonic crystal of the present invention, the first photonic material and the second photonic material are subjected to pattern printing in which an inkjet method or a screen printing method is combined with an offset printing method. A method for producing a three-dimensional photonic crystal using the first photonic material and the second photonic material after pattern printing on an offset printing plate by an inkjet method or a screen printing method, The first photonic material and the second photonic material are transferred from the offset printing plate to the substrate. If implemented in this way, a printing pattern of about 30 μm, for example, printed by an ink jet method or a screen printing method can be made into a fine printing pattern of 10 μm or less by utilizing the repelling phenomenon that occurs on the offset printing plate. Therefore, even a three-dimensional photonic crystal having a finer periodic structure can be efficiently manufactured.
[0014]
In carrying out the method for producing a three-dimensional photonic crystal according to the present invention, the first photonic material and the second photonic material are mixed with an ink jet method, a screen printing method, an offset printing method, a perforated filter method, or It is preferable to perform pattern printing by at least one printing method of the thermal head method.
When implemented in this way, since a specific pattern printing method is used, for example, even a three-dimensional photonic crystal having a fine periodic structure of 30 μm or less can be efficiently manufactured.
[0016]
Further, in carrying out the method for producing a three-dimensional photonic crystal of the present invention, a patterned hole is formed on a substrate by using a pattern printing in which an inkjet method or a screen printing method and the perforated filter method are combined. After providing the perforated plate, it is preferable to pattern-print the first photonic material and the second photonic material through the perforated plate by an ink jet method or a screen printing method.
When implemented in this way, even with a printing pattern of, for example, about 30 μm printed by an ink jet method or a screen printing method, a finer printing of, for example, 10 μm or less using a perforated plate having a fine periodic structure It can be a pattern.
Therefore, even a three-dimensional photonic crystal having a finer periodic structure can be efficiently manufactured.
[0017]
In carrying out the method for producing a three-dimensional photonic crystal of the present invention, it is preferable to use an ionizing radiation curable resin or a thermosetting resin as the photonic material.
If implemented in this way, a three-dimensional photonic crystal having excellent mechanical properties and heat resistance can be efficiently produced.
[0018]
In carrying out the method for producing a three-dimensional photonic crystal of the present invention, it is possible to use photonic materials having different refractive index differences of 0.01 or more as the first photonic material and the second photonic material. preferable.
When implemented in this way, a three-dimensional photonic crystal having a large photo band gap can be efficiently produced.
[0019]
Further, in carrying out the method for producing a three-dimensional photonic crystal of the present invention, when forming the first two-dimensional photonic crystal layer, the marker is printed at the same time, and the second two-dimensional It is preferable to form a photonic crystal layer.
When implemented in this way, the positional deviation between the first two-dimensional photonic crystal layer and the second two-dimensional photonic crystal layer is reduced, and a photo band gap can be formed reliably.
[0020]
Moreover, when implementing the manufacturing method of the three-dimensional photonic crystal of this invention, it is preferable to further include the process of performing the planarization process on the surface of a 1st two-dimensional photonic crystal layer.
When implemented in this way, the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer is flattened, so that the misalignment between the first two-dimensional photonic crystal layer and the second two-dimensional photonic crystal layer As a result, the photo band gap can be formed reliably. Further, when the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer is flattened, a flat three-dimensional photonic crystal can be formed as a whole, and uniform optical characteristics can be exhibited.
In performing the planarization treatment, it is also preferable to directly polish the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer, or to provide a planarization layer and polish the surface indirectly. It is also preferable to flatten the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The embodiment of the present invention is a method for producing a three-dimensional photonic crystal using a pattern printing method including the following steps.
(1)A step of preparing a photonic material having a relatively high refractive index and a photonic material having a relatively low refractive index (hereinafter referred to as a preparation step).
(2)A step of pattern-printing the first and second photonic materials on the substrate so as to be alternately arranged to form a first two-dimensional photonic crystal layer (hereinafter referred to as a printing step).
(3)A step of pattern printing so that the first and second photonic materials are alternately arranged on the first two-dimensional photonic crystal layer and laminating the second two-dimensional photonic crystal layer (hereinafter, a lamination step) Called.)
That is, the first embodiment of the present invention uses pattern printing in which the first photonic material and the second photonic material are combined with an inkjet method or a screen printing method and an offset printing method in the printing process. The first photonic material and the second photonic material are subjected to pattern printing on an offset printing plate by an ink jet method or a screen printing method, and then the first photonic material and the second photonic material are offset. It is characterized by transferring from a printing plate to a substrate.
In the second embodiment of the present invention, in the printing process, the first photonic material and the second photonic material are subjected to pattern printing in which an ink jet method or a screen printing method and a perforated filter method are combined. After using the perforated plate patterned on the substrate, the first photonic material and the second photonic material are pattern printed by the ink jet method or the screen printing method through the perforated plate. It is characterized by that.
The third embodiment of the present invention is characterized in that, in the printing step, the marker is printed at the same time, and the second two-dimensional photonic crystal layer is formed using the marker as a mark.
Furthermore, the fourth embodiment of the present invention further includes a step of performing a planarization process on the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer.
  Although the structure of the three-dimensional photonic crystal is not particularly limited, for example, a three-dimensional structure as shown in FIG. 1 is preferable.
[0022]
1. Preparation process
(1) Photonic material
▲ 1 ▼ Type
The type of photonic material is not particularly limited. For example, acrylic resin, vinyl acetate resin, silicone resin, polyester resin, polycarbonate resin, epoxy resin, phenol resin, urethane resin, polyimide resin, olefin resin, halogen One kind or a combination of two or more kinds, such as a fluorinated hydrocarbon resin, an acetal resin, and a cellulose derivative.
Of these photonic materials, it is preferable to use an ionizing radiation curable resin or a thermosetting resin. With such a photonic material, a three-dimensional photonic crystal having excellent mechanical properties and heat resistance can be efficiently produced.
In addition, for the purpose of crosslinking these photonic materials or improving heat resistance, it is also preferable to add a crosslinking agent, a curing agent, an antioxidant, an ultraviolet absorber or the like.
Furthermore, it is also preferable to add metal oxide particles such as silica, zirconia, alumina, and titania to these photonic materials in order to adjust the refractive index and heat resistance.
[0023]
(2) Refractive index
Also, the refractive index of the photonic material is not particularly limited, and as long as the refractive index value is different, a photonic material having a relatively high refractive index and a photonic material having a relatively low refractive index are used. , Each can be used.
However, more specifically, in the case of a photonic material having a high refractive index, the refractive index is preferably set to a value in the range of 1.4 to 1.7, and in the case of a photonic material having a low refractive index, The refractive index is preferably set to a value within the range of 1.3 to 1.6.
Note that the refractive index of the photonic material can be measured using a refractometer under the measurement conditions of a temperature of 25 ° C. with reference to the sodium D-line.
[0024]
(2) Solvent
It is also preferable to provide the photonic material in the form of a solution because pattern printing is performed by an inkjet method or the like. In this case, examples of the solvent for dissolving the photonic material include water, alcohol, and petroleum hydrocarbons. , Aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, etc., alone or in combination of two or more.
[0025]
2. Printing process, curing process and lamination process
The printing process is a process of pattern printing the first and second photonic materials having sufficiently different refractive indexes, and the printing method is not particularly limited. It is preferable to employ a pattern printing method capable of printing a fine pattern, such as an ink printing method, an offset printing method, a perforated filter method, or a thermal head method.
[0026]
The curing step is a step (including a drying step) of curing the first and second photonic materials printed with a pattern, respectively, and depends on the type of the first and second photonic materials to be used. It is preferable to implement as follows.
(1) Drying photonic materials
In the case of using the solution-type first and second photonic materials, it is possible to remove the solvent contained by carrying out natural drying in a room temperature atmosphere after pattern printing. However, it is usually preferable to sufficiently remove such a solvent by heat treatment.
In the case of performing heat treatment for drying, it is preferable to use a heating means such as a thermostatic bath, an electric furnace, a steam oven, an infrared heating furnace or the like.
Furthermore, when performing heat processing, while setting the heating temperature to the value within the range of 25-300 degreeC, for example, it is preferable to make the heating time into the value within the range of 1 minute-100 hours.
The photonic material used in the present invention is usually a resin and often contains water or an organic solvent. In that case, the heating temperature is set to a value within the range of 50 to 150 ° C. In addition, the heating time is more preferably set to a value within the range of 10 minutes to 2 hours.
[0027]
(2) Curing of ionizing radiation curable resin
When the ionizing radiation curable resin is cured, X-rays, ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, etc. can be used as the ionizing radiations. However, since the handling is easier, it is more preferable to use ultraviolet rays and visible rays. preferable.
When ionizing radiation is used, it is preferable to use, for example, a xenon lamp, a mercury lamp, sunlight, an incandescent bulb, or a fluorescent lamp as the light source.
Further, when ionizing radiation is used, the irradiation amount is not particularly limited. For example, when ultraviolet rays and visible light are used, the irradiation amount is 40 to 200 W / cm, and the irradiation time is 0.1 to 0.1. More preferably, the range is 60 minutes.
[0028]
(3) Curing of thermosetting resin
In the case of curing the thermosetting resin, it is preferable to heat and cure using a heating means such as a thermostatic bath, an electric furnace, a steam oven, or an infrared heating furnace.
Moreover, when making it harden | cure, for example, while making the heating temperature into the value within the range of 25-300 degreeC, it is preferable to make the heating time into the value within the range of 1 minute-100 hours.
However, since the photonic material used in the present invention is a resin, the heating temperature is usually set to a value in the range of 50 to 150 ° C., and the heating time is set to a value in the range of 10 minutes to 2 hours. More preferably.
[0029]
Next, the lamination process will be described. In this lamination process, the first and second photonic materials are alternately disposed both in the horizontal direction and in the vertical direction in relation to the first two-dimensional photonic crystal layer. Is positioned at a predetermined position, and then printed with a pattern, and a second two-dimensional photonic crystal layer is stacked at a predetermined position on the first two-dimensional photonic crystal layer.
The pattern printing method for forming the second two-dimensional photonic crystal layer is not particularly limited. For example, an inkjet method, a screen printing method, an offset printing method, a perforated filter, which will be described later, is used. Or the thermal head method is preferably used as appropriate.
[0030]
(1) Inkjet method
FIG. 2 shows an outline of a method for forming a three-dimensional photonic crystal using an ink jet method.
As an example, the inkjet apparatus 5 shown in FIG. 2 employs a charge modulation method, and includes a first solution or a second solution 12 including first and second photonic materials having sufficiently different refractive indexes. Ink bottle 10 for containing, supply pump 14 for supplying these first solution or second solution 12 to nozzle 18, pressure regulating valve 16 provided in the middle of pipeline 13, nozzle 18 A piezoelectric element 20 electrically connected to the high-frequency power source 22, a charging electrode 24 electrically connected to the character signal generator 26, a pair of deflection electrodes 28 electrically connected to the power source 30, It is preferable that the gutter 34 and the recovery pump 36 are basically configured.
The following description is based on the case where the first solution or the second solution containing the first and second photonic materials is used. It is also possible to use first and second photonic materials.
[0031]
Then, by adopting such a configuration of the ink jet device 5, the first solution or the second solution 12 contained in the ink bottle 10 is supplied to the nozzle 18 through the pipeline 13 using the supply pump 14. Can be supplied to.
Further, the supply amount of the first solution or the second solution 12 is controlled by the pressure regulating valve 16 of the pipeline 13, and the first solution or the second solution 12 is pressurized and injected from the nozzle 18. Is possible.
In addition, it is preferable that the viscosity of the first solution and the second solution 12 to be ejected can be easily adjusted using an organic solvent or an aqueous solvent. With such first solution and second solution 12, clogging in the nozzle 18 can be efficiently prevented.
[0032]
Next, the piezoelectric element 20 applies a predetermined pressure to the first solution or the second solution 12 ejected from the nozzle 18 so that the first solution or the second solution 12 is made into a fine droplet. it can. That is, the piezoelectric element 20 operates in response to a high-frequency signal from the high-frequency power source 22 and applies pressure by synchronizing excitation and vibration frequencies from the direction intersecting the injection direction. The solution or the second solution 12 can be discontinuous microdroplets.
Further, the first solution or the second solution 12 in the form of fine droplets can be charged with a predetermined charge amount corresponding to the print signal from the character signal generator 26 using the charging electrode 24. . Therefore, the jet direction of the charged first solution or second solution 12 is controlled by the pair of deflection electrodes 28, and fine pattern printing can be performed in a non-contact manner on a predetermined portion of the substrate 32.
Further, when the first solution or the second solution 12 has an excellent affinity for the base material 32, ink dripping or the like can be efficiently prevented, and as a result, printing with high resolution can be performed. It becomes possible to do.
When the charging by the charging electrode 24 is insufficient, the first solution or the second solution 12 is recovered by the gutter 34 without being sprayed onto the base material 32, and is further recovered by the recovery pump 36. Thus, the ink bottle 10 is returned.
[0033]
In addition, although the above description is based on the case where it uses for the inkjet apparatus by a charge modulation system, when implementing the inkjet method, a diffusion system (divergence system), an electromechanical conversion system, an electrothermal conversion system, electrostatic attraction It is also possible to use an ink jet apparatus such as a method, a discharge method (spark jet), an electric permeable method, a hot-melt ink method, and an ink mist method.
In addition, pattern printing of the first solution and the second solution respectively including the first and second photonic materials can be performed simultaneously by providing a plurality of nozzles, or alternatively, the first solution It is also preferable to pattern-print the second solution after pattern printing.
In any case, according to the ink-jet method, the first and second photonic materials are each printed at predetermined positions on the base material, and are made of the first and second photonic materials having sufficiently different refractive indexes. The alternating pattern can be formed with relatively high accuracy not only in the horizontal direction but also in the vertical direction.
[0034]
(2) Screen printing method
FIG. 3 shows an outline of a method for forming a three-dimensional photonic crystal using a screen printing method.
First, as shown in FIG. 3A, after the base material 32 is placed below the screen 40 constituting the screen printing apparatus 41, the squeegee 39 is moved downward while being pressed horizontally. Thus, the first solution dropped on the screen 40 is pattern-printed only on a predetermined portion of the substrate 32 to form a pattern 42 made of the first photonic material.
Next, as shown in FIG. 3B, the base material 32 coated with the screen 40 or the first solution is moved by a predetermined pitch, and exposed to the gap between the patterns 42 made of the first photonic material. The second solution is subjected to pattern printing on the substrate 32 by the screen printing device 41 to form the pattern 44 made of the second photonic material, and the first two-dimensional photonic crystal layer 48 is formed.
Next, alignment between the screen 40 and the substrate 32 having the first two-dimensional photonic crystal layer 48 is performed. Thereafter, on the first two-dimensional photonic crystal layer 48, the first solution and the second solution respectively containing the first and second photonic materials having different refractive indexes are further alternately arranged. -Pattern printing is performed by the printing apparatus 41, and a second two-dimensional photonic crystal layer (not shown) is laminated.
Then, by adopting the screen printing method in this way, the first solution and the second solution are respectively pattern-printed at predetermined locations on the substrate, and the first and second refractive indexes are sufficiently different from each other. The alternating pattern made of photonic material can be formed with relatively high accuracy not only in the horizontal direction but also in the vertical direction.
The above description of the screen printing method is based on the case where the first solution or the second solution respectively containing the first and second photonic materials is used, but either or both of them are used. In both cases, it is also possible to use solvent-free first and second photonic materials.
[0035]
(3) Offset printing method
FIG. 4 shows an outline of a method for forming a three-dimensional photonic crystal using the offset printing method.
First, as shown in FIG. 4A, an offset printing plate 45 is prepared in which a lipophilic portion 46 and a hydrophilic portion 47 are formed in a pattern. The offset printing plate 45 includes a so-called waterless flat plate in which a photocurable resin layer having fine openings is laminated on a silicone plate.
Next, on the offset printing plate 45, for example, a first solution containing a hydrophilic first photonic material is roll-coated. By applying in this way, the first solution is applied only to the hydrophilic portion, and the first solution is repelled in the lipophilic portion. Accordingly, in this state, the pattern 42 made of the first photonic material is formed on the offset printing plate 45 by pressing the substrate 32 using, for example, a pressure roll (not shown). be able to.
Next, separately, an offset printing plate 45 in which a lipophilic portion 46 and a hydrophilic portion 47 are similarly formed in a pattern is prepared. Since the second solution containing only the lipophilic second photonic material is roll-coated thereon so that the second solution is applied only to the lipophilic portion, the second solution is repelled in the hydrophilic portion. It will be scratched. Therefore, in this state, by pressing the base material 32 on the offset printing plate 45, the pattern 44 made of the second photonic material is formed in the gap between the patterns 42 made of the first photonic material. Can do.
By repeating this offset printing operation, an alternating pattern composed of the first photonic material and the second photonic crystal having sufficiently different refractive indexes is formed not only in the horizontal direction but also in the vertical direction with relatively high accuracy. can do.
Note that the above description of offset printing is based on the use of the first solution or the second solution containing the first and second photonic materials, respectively. It is also possible to use solvent-type first and second photonic materials.
[0036]
(4) Perforated filter method
FIG. 5 shows an outline of a method for forming a three-dimensional photonic crystal using a perforated filter method.
First, as shown in FIG. 5A, after placing the perforated filter 50 on the base material 32, the first solution is dropped in the direction of the arrow only at the desired location of the base material 32. As shown in FIG. 5B, printing for forming the pattern 42 made of the first photonic material is performed.
Next, as shown in FIG. 5C, the substrate coated with the screen or the first solution is moved by a predetermined pitch, and the substrate exposed in the gap of the pattern 42 made of the first photonic material. The second solution is pattern-printed on the material 32 through the perforated filter 50 to form the first two-dimensional photonic crystal layer 48.
Next, on the first two-dimensional photonic crystal layer 48, using a perforated filter so that the first solution and the second solution containing photonic materials having different refractive indexes are alternately arranged, a pattern is formed. A second two-dimensional photonic crystal layer (not shown) is stacked by printing.
Therefore, by using the perforated filter in this way, the alternating pattern composed of the first photonic material and the second photonic crystal having different refractive indexes can be relatively accurately detected not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. Can be formed. Note that the above description of the perforated filter method is based on the use of the first solution or the second solution containing the first and second photonic materials, respectively. It is also possible to use solvent-free first and second photonic materials.
[0037]
(5) Thermal head method
FIG. 6 shows an outline of a method for forming a three-dimensional photonic crystal using the thermal head device 70.
As shown in FIG. 6, a thermal head 64 is provided below a sublimable ink film 63 composed of a sublimable ink 60 made of a first photonic material formed from a first solution and a support film 62. Then, while controlling the temperature by a CPU (Central Processing Unit) 68, the switch 66 of the thermal head 64 is turned on to generate heat, and only the sublimation ink 60 at a desired location is heated via the support film 62. By doing so, the sublimation ink 60 as a photonic crystal raw material is pattern-printed on the base material 32.
Next, a thermal head is placed below a sublimable ink film (not shown) composed of a sublimable ink made of the second photonic material formed from the second solution and a support film. Then, while controlling the temperature by the CPU, the thermal head switch is turned on to generate heat, and by heating only the sublimation ink at a desired location, the sublimation ink composed of the second photonic crystal is printed on the pattern, A first two-dimensional photonic crystal layer (not shown) is formed.
Next, on the first two-dimensional photonic crystal layer, a sublimable ink film composed of a sublimable ink made of the first solution containing the first photonic material and a support film, and a first film A substrate having a first two-dimensional photonic crystal layer, each prepared with a sublimable ink composed of a second solution containing two photonic materials and a film for sublimable ink composed of a support film Are aligned. Thereafter, a desired position of the sheet containing the sublimation ink is heated by the thermal head, the alternating pattern printing made of the first photonic material and the second photonic material is printed, and the second two-dimensional photonic crystal layer is laminated. .
As described above, according to the thermal head method, the alternating pattern composed of the first photonic material and the second photonic crystal having different refractive indexes can be formed with high accuracy not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. Can do.
[0038]
(6) Combination method 1
In addition, when pattern printing is performed on the first and second photonic materials, it is also preferable to combine an offset printing method with an inkjet method or a screen printing method.
That is, an ink jet method or a screen printing method is used when roll-coating the offset printing plate described above in the offset printing method. For example, when the first solution containing the hydrophilic first photonic material is applied, the first solution is applied to the hydrophilic portion only with high accuracy by using an inkjet method or a screen printing method. Can do.
On the other hand, even if the first solution is partially applied to the lipophilic part, the first solution is completely repelled by the lipophilic part.
Therefore, by pressing the substrate on the offset printing plate in this state, the pattern made of the first photonic material can be formed with high accuracy, for example, even with a diameter pattern of 10 μm or less. Can do.
Then, by repeating the operation described above in the offset printing method in combination with the ink jet method or the screen printing method, an alternating pattern composed of the first photonic material and the second photonic crystal can be used not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. It can also be formed with extremely high accuracy in the direction.
In addition, although the above description of the inkjet method or the screen printing method is based on the case where the first solution or the second solution containing the first and second photonic materials, respectively, Both can also use solvent-free first and second photonic materials.
[0039]
(7) Combination method 2
It is also preferable to combine the ink jet method and the perforated filter method when pattern printing is performed on the first solution and the second solution.
That is, the ink jet method is used in the above-described application in the perforated filter method. For example, when the first solution containing the first photonic material is applied through a perforated filter, the first solution is sprayed on the desired hole with high accuracy by using an inkjet method. As a result, it can be applied to the substrate with extremely high accuracy. On the other hand, even if the first solution is partially sprayed in the vicinity of the specific hole, the first solution wraps around the specific hole and only through the hole, Can reach the substrate.
Then, by repeating the above-described operation in the perforated filter method, the alternating pattern composed of the first photonic material and the second photonic crystal can be obtained not only in the horizontal direction but also in the vertical direction with extremely high accuracy. Even a diameter pattern of 10 μm or less can be reliably formed.
The above description of the ink jet method is based on the use of the first solution or the second solution containing the first and second photonic materials, respectively. It is also possible to use solvent-type first and second photonic materials.
[0040]
(8) Combination method 3
It is also preferable to combine any of the ink jet methods described above with a photolithography method (including a lift-off method).
That is, a photo-curable material is used as a photonic material, and after pattern printing by any one of the above-described pattern printing methods or a combination thereof, pattern exposure is performed through a photomask or the like, and then an unexposed portion is developed. It is also preferable to make the pattern finer.
When implemented in this way, for example, even a three-dimensional photonic crystal having a fine periodic structure of 5 μm or less can be efficiently manufactured.
[0041]
(9) Positioning
Further, it is important to perform alignment after forming the first two-dimensional photonic crystal layer and then pattern printing to form the second two-dimensional photonic crystal layer. This is because if the positions of the first two-dimensional photonic crystal layer and the second two-dimensional photonic crystal layer are shifted, a photo band may not be formed in the three-dimensional photonic crystal.
Therefore, when forming the first two-dimensional photonic crystal layer, it is preferable that the marker is printed at the same time, and the second two-dimensional photonic crystal layer is formed using the marker as a mark. For example, a registration mark or scale is printed adjacent to the first two-dimensional photonic crystal layer, and the registration mark or scale is used as a mark.
It is preferable to appropriately adjust the nozzle position in the ink jet method, the screen position in the screen printing method, the position of the offset plate in the offset printing method, and the position of the perforated filter in the perforated filter method.
[0042]
In addition, it is preferable that alignment is performed accurately by further including a planarization step of planarizing the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer. For example, it is preferable that the surface of the first two-dimensional photonic crystal layer is directly directly subjected to chemical polishing or physical polishing, or a flattening layer is once formed and then subjected to chemical polishing or physical polishing.
That is, when a pattern is printed in the vertical direction in order to form the second two-dimensional photonic crystal layer, the surface unevenness of the first two-dimensional photonic crystal layer affects the second two-dimensional photonic crystal layer. When forming a pattern of layers, misalignment may occur. Therefore, a planarization layer is provided to eliminate the influence of surface irregularities of the first two-dimensional photonic crystal layer, and the second two-dimensional photonic crystal layer is formed on the pattern of the first two-dimensional photonic crystal layer. These patterns are preferably formed by accurately aligning the patterns.
[0043]
【Example】
Hereinafter, although the manufacturing method of the photonic crystal of this invention is demonstrated in detail based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited by description of these Examples.
[0044]
[Example 1]
1. Creation of three-dimensional photonic crystal
(1) Preparation process
35 parts by weight of methyl acrylate, 30 parts by weight of ethyl methacrylate, and 35 parts by weight of urethane acrylate (weight average molecular weight: 4500) are respectively accommodated in a container, mixed uniformly, and the refractive index after curing is 1. A mixed solution of 57 was prepared. Next, 2 parts by weight of benzoyl peroxide was added to 100 parts by weight of the mixed liquid, and further mixed uniformly to obtain a first photonic material. Further, 40 parts by weight of toluene was added to 100 parts by weight of vinyl acetate polymer (weight average molecular weight: 28000) having a refractive index of 1.45 to obtain a second photonic material (solution).
[0045]
(2) Printing process
Next, the first photonic material and the second photonic material were pattern-printed so that the adjacent pitch was 20 μm by an inkjet method so as to be alternately arranged on the substrate. Then, it put into a 100 degreeC thermostat in nitrogen atmosphere for 1 hour, and formed the 1st two-dimensional photonic crystal layer.
[0046]
(3) Lamination process
Next, the inkjet apparatus was aligned so that further pattern printing of the first photonic material and the second photonic material could be performed alternately on the first two-dimensional photonic crystal layer. In this state, pattern printing was performed by an inkjet method so that the adjacent pitch was 20 μm, and then the film was placed in a constant temperature bath at 100 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to form a second two-dimensional photonic crystal layer.
[0047]
2. Evaluation of three-dimensional photonic crystals
The three-dimensional photonic crystal obtained in this way was laminated with almost no misalignment between the first two-dimensional photonic crystal layer and the second two-dimensional photonic crystal layer.
Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it was confirmed that a three-dimensional photonic crystal composed of a plurality of dielectric materials having sufficiently different refractive indexes can be obtained efficiently.
[0048]
[Example 2]
Example 1 except that after the first two-dimensional photonic crystal layer is formed, the first two-dimensional photonic crystal layer is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing). A three-dimensional photonic crystal was manufactured.
As a result, in the obtained three-dimensional photonic crystal, the first two-dimensional photonic crystal layer and the second two-dimensional photonic crystal layer were stacked without any displacement.
Therefore, according to the manufacturing method of another aspect of the present invention, it was confirmed that a three-dimensional photonic crystal composed of a plurality of dielectric materials (photonic materials) having sufficiently different refractive indexes can be obtained with high accuracy.
[0049]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a structural example of a three-dimensional photonic crystal.
FIG. 2 is a diagram provided for explaining a method of forming a three-dimensional photonic crystal using an ink jet method.
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of forming a three-dimensional photonic crystal using a screen printing method.
FIG. 4 is a diagram provided for explaining a method of forming a three-dimensional photonic crystal using an offset printing method.
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of forming a three-dimensional photonic crystal using a perforated filter method.
FIG. 6 is a diagram for explaining a method of forming a three-dimensional photonic crystal using a thermal head method.
[0050]
[Explanation of sign]
5: Inkjet device
32: Base material
41: Screen printing device
42: Pattern (first photonic material)
44: Pattern (second photonic material)
45: Offset printing plate
50: Perforated filter
63: Film for sublimation ink
64: Thermal head

Claims (6)

基材上に、第1のフォトニック材料および、当該第1のフォトニック材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する工程と、
前記第1の二次元フォトニック結晶層上に、前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する工程と、を含み、かつ
前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法と、オフセット印刷法とを組み合わせたパターン印刷を用いてなる三次元フォトニック結晶の製造方法であって、前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法によって、オフセット印刷板に対してパターン印刷した後、当該第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料をオフセット印刷板から前記基材に対して転写することを特徴とする三次元フォトニック結晶の製造方法。
A first photonic material and a second photonic material having a refractive index lower than the refractive index of the first photonic material are pattern-printed on the substrate so as to be alternately arranged, Forming a two-dimensional photonic crystal layer of
A pattern is printed on the first two-dimensional photonic crystal layer so that the first photonic material and the second photonic material are alternately arranged, and a second two-dimensional photonic crystal layer is stacked. And a step of performing
A method for producing a three-dimensional photonic crystal using pattern printing in which the first photonic material and the second photonic material are combined with an inkjet method or a screen printing method and an offset printing method, The first photonic material and the second photonic material are subjected to pattern printing on the offset printing plate by an inkjet method or a screen printing method, and then the first photonic material and the second photonic material are offset. 3. A method for producing a three-dimensional photonic crystal, comprising transferring from a printing plate to the substrate .
基材上に、第1のフォトニック材料および、当該第1のフォトニック材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する工程と、
前記第1の二次元フォトニック結晶層上に、前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する工程と、を含み、かつ
前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法と、穴あきフィルター法とを組み合わせたパターン印刷を用いてなる三次元フォトニック結晶の製造方法であって、前記基材上にパターン化された穴あき板を設けた後、当該穴あき板を介して、前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料を、インクジェット法またはスクリーン印刷法によりパターン印刷することを特徴とする三次元フォトニック結晶の製造方法。
A first photonic material and a second photonic material having a refractive index lower than the refractive index of the first photonic material are pattern-printed on the substrate so as to be alternately arranged, Forming a two-dimensional photonic crystal layer of
A pattern is printed on the first two-dimensional photonic crystal layer so that the first photonic material and the second photonic material are alternately arranged, and a second two-dimensional photonic crystal layer is stacked. And a step of performing
A method for producing a three-dimensional photonic crystal using pattern printing in which the first photonic material and the second photonic material are combined with an ink jet method or a screen printing method and a perforated filter method, After providing the patterned perforated plate on the base material, the first photonic material and the second photonic material are printed by the ink jet method or the screen printing method through the perforated plate. A method for producing a three-dimensional photonic crystal.
基材上に、第1のフォトニック材料および、当該第1のフォトニック材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する工程と、
前記第1の二次元フォトニック結晶層上に、前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する工程と、を含み、かつ
前記第1の二次元フォトニック結晶層を形成する際に、マーカーを同時に印刷して形成し、当該マーカーを目印として、前記第2の二次元フォトニック結晶層を形成することを特徴とする三次元フォトニック結晶の製造方法。
A first photonic material and a second photonic material having a refractive index lower than the refractive index of the first photonic material are pattern-printed on the substrate so as to be alternately arranged, Forming a two-dimensional photonic crystal layer of
A pattern is printed on the first two-dimensional photonic crystal layer so that the first photonic material and the second photonic material are alternately arranged, and a second two-dimensional photonic crystal layer is stacked. And a step of performing
When forming the first two-dimensional photonic crystal layer, a marker is simultaneously printed and formed, and the second two-dimensional photonic crystal layer is formed using the marker as a mark. Original photonic crystal manufacturing method.
基材上に、第1のフォトニック材料および、当該第1のフォトニック材料の屈折率よりも低い屈折率を有する第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第1の二次元フォトニック結晶層を形成する工程と、
前記第1の二次元フォトニック結晶層上に、前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料が、交互に配置するようにパターン印刷し、第2の二次元フォトニック結晶層を積層する工程と、を含み、かつ
前記第1の二次元フォトニック結晶層の表面に、平坦化処理を施す工程をさらに含むことを特徴とする三次元フォトニック結晶の製造方法。
A first photonic material and a second photonic material having a refractive index lower than the refractive index of the first photonic material are pattern-printed on the substrate so as to be alternately arranged, Forming a two-dimensional photonic crystal layer of
A pattern is printed on the first two-dimensional photonic crystal layer so that the first photonic material and the second photonic material are alternately arranged, and a second two-dimensional photonic crystal layer is stacked. And a step of performing
A method for producing a three-dimensional photonic crystal, further comprising a step of performing a planarization process on a surface of the first two-dimensional photonic crystal layer .
前記フォトニック材料として、電離放射線硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を使用することを特徴とした請求項1〜4のいずれか一項に記載の三次元フォトニック結晶の製造方法。The method for producing a three-dimensional photonic crystal according to any one of claims 1 to 4 , wherein an ionizing radiation curable resin or a thermosetting resin is used as the photonic material. 前記第1のフォトニック材料および第2のフォトニック材料として、屈折率差が0.01以上異なるフォトニック材料を使用することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の三次元フォトニック結晶の製造方法。The tertiary according to any one of claims 1 to 5 , wherein a photonic material having a difference in refractive index of 0.01 or more is used as the first photonic material and the second photonic material. Original photonic crystal manufacturing method.
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