(57)【要約】【課題】  各々の目的微粒子層の結晶性を高めて、従来よりも光学特性を向上させることができる微粒子配列構造体及びその製造方法、並びに光学媒体の製造方法を説明する。【解決手段】  第１の基体２１の上に、下地微粒子層３０を介して、目的微粒子層としての三原色光の反射層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒをそれぞれ自己組織化的に形成する際、粒径の小さい微粒子層から順に形成する。これにより、各反射層が常に、当該粒子層を構成する微粒子よりも小径の微粒子で形成される下地層の上に積層されるようなるので、各反射層の結晶性が高められる。その後、作製した微粒子配列構造体２０Ａを第２の基体２２へ転写する工程を経て、青色反射層３１Ｂが光入射側に配置された反射型スクリーンが作製される。【選択図】        図１
2006292821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的とする微粒子で形成され規則的に配列された目的微粒子層が複数積層されてなり、これら各目的微粒子層の下地層は、当該微粒子層を形成する微粒子よりも粒径の小さな微粒子で形成された微粒子層である
ことを特徴とする微粒子配列構造体。
【請求項２】
前記下地層は、その上に積層された目的微粒子層を形成する微粒子よりも粒径の小さな微粒子で形成された他の目的微粒子層である
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項３】
前記下地層は、前記各層の目的微粒子層を形成する個々の微粒子よりも粒子径の小さな微粒子で形成された下地微粒子層である
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項４】
前記下地微粒子層は、前記目的微粒子層を形成する微粒子の粒径の５０％以下である
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子配列構造体。
【請求項５】
前記下地微粒子層は、前記各目的微粒子層の層間にそれぞれ形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子配列構造体。
【請求項６】
前記下地層は、前記目的微粒子層が積層される基板表面に形成された凹凸層である
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項７】
前記凹凸層の凹凸の大きさは、前記目的微粒子層を形成する微粒子の粒径の５０％以下である
ことを特徴とする請求項６に記載の微粒子配列構造体。
【請求項８】
前記各目的微粒子層の層間には、層間接着用のバインダー層が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項９】
前記目的微粒子層は、単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層として形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項１０】
前記各目的微粒子層は、各層において、互いに異なる波長領域の可視光を選択的に反射する反射層として形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項１１】
前記目的微粒子層は３層積層されているとともに、それぞれ赤、緑及び青の三原色光をブラッグ反射させる粒径の微粒子で形成されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の微粒子配列構造体。
【請求項１２】
前記各層の目的微粒子層が互いに同一材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の微粒子配列構造体。
【請求項１３】
前記目的微粒子層及び前記下地微粒子層が互いに同一材料で形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の微粒子配列構造体。
【請求項１４】
目的とする微粒子で形成され規則的に配列された目的微粒子層が複数積層されてなる微粒子配列構造体の製造方法であって、
前記各目的微粒子層を、当該微粒子層を形成する微粒子よりも粒径の小さな微粒子で形成された下地層の上に積層する
ことを特徴とする微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項１５】
第１の基体上に、前記目的微粒子層より粒径の小さい微粒子でなる下地微粒子層を形成する工程と、前記複数の目的微粒子層のうち粒径が小さい微粒子の層から順に前記下地微粒子層上に積層する工程と、最上層の前記目的微粒子層に第２の基体を積層するとともに前記第１の基体を剥離する工程とを有する
ことを特徴とする請求項１４に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項１６】
微粒子分散液から微粒子を自己組織化的に集合させて前記下地微粒子層及び／又は前記目的微粒子層を形成する
ことを特徴とする請求項１５に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の基体として、前記下地微粒子層の形成面を粗面化する工程を有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の基体の粗面化工程をサンドブラスト加工で行う
ことを特徴とする請求項１７に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項１９】
前記各目的微粒子層の層間に、前記下地微粒子層を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項２０】
前記下地微粒子層の粒径を、前記目的微粒子層を形成する微粒子の粒径の５０％以下とする
ことを特徴とする請求項１５に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項２１】
前記各目的微粒子層の層間に、層間接着用のバインダー層を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項１５に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項２２】
前記目的微粒子層を、単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層として形成する
ことを特徴とする請求項１４に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項２３】
反射光の波長に応じて微粒子の大きさ、材質又は形状を選択する
ことを特徴とする請求項２２に記載の微粒子配列構造体の製造方法。
【請求項２４】
層毎に粒径の異なる微粒子で形成され互いに異なる波長領域の可視光を選択的に反射する反射層として目的微粒子層が複数積層されてなる光学媒体の製造方法であって、
前記複数の目的微粒子層を、粒径が小さい微粒子で形成された層から順に積層する
ことを特徴とする光学媒体の製造方法。
【請求項２５】
第１の基体上に、前記目的微粒子層より粒径の小さい微粒子でなる下地微粒子層を形成する工程と、前記複数の目的微粒子層のうち粒径が小さい微粒子の層から順に前記下地微粒子層上に積層する工程と、最上層の前記目的微粒子層に第２の基体を積層するとともに前記第１の基体を剥離する工程とを有する
ことを特徴とする請求項２４に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項２６】
微粒子分散液から微粒子を自己組織化的に集合させて前記下地微粒子層及び／又は前記目的微粒子層を形成する
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項２７】
前記第１の基体として、前記下地微粒子層の形成面を粗面化する工程を有する
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項２８】
前記第１の基体の粗面化工程をサンドブラスト加工で行う
ことを特徴とする請求項２７に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項２９】
前記第２の基体として、可視光に対して吸収性を有する材料を用いる
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項３０】
前記材料層としてフレキシブル性を有する材料を用いる
ことを特徴とする請求項２９に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項３１】
前記最下層の目的微粒子層から前記第１の基体を剥離した後、当該最下層の目的微粒子層に第３の基体を積層する工程を有する
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項３２】
前記第３の基体として、光拡散性を有する材料を用いる
ことを特徴とする請求項３１に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項３３】
前記各目的微粒子層の層間に、前記下地微粒子層を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項３４】
前記下地微粒子層の粒径を、前記目的微粒子層を形成する微粒子の粒径の５０％以下とする
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【請求項３５】
前記各目的微粒子層の層間に、層間接着用のバインダー層を形成する工程を有する
ことを特徴とする請求項２５に記載の光学媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、反射型スクリーン等に有用な微粒子配列構造体とその製造方法、並びに光学媒体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、微粒子を規則的に配列させる方法は、数多く知られている。例えば、レーザーマニピュレーション法は、一つひとつの微粒子をレーザーによって捕捉し任意の位置に配置する方法である。この方法によれば、特殊な二次元あるいは三次元の配列をもつ構造であっても、所望の位置に微粒子を配置して作製することができる。しかし、莫大な個数の微粒子を一つずつ操作してデバイス等を組み立てるのは、手間がかかりすぎて実際的ではない。
【０００３】
一方、自然沈降法あるいは引き上げ法等のように、微粒子を自己組織化的に集合させ、微粒子を二次元又は三次元的に規則正しく周期的に配列させた微粒子集合体を作らせる方法がある。
【０００４】
自然沈降法では、微粒子を分散媒に分散させて微粒子分散液を調製した後、微粒子分散液を基板上に滴下するか、基板を微粒子分散液の下部に静置する。微粒子は、自身の重さによる沈降、又は蒸発による分散媒の減少によって徐々に基板上に堆積し、規則的に配列した微粒子集合体を形成する。自然沈降法は、１回の操作で三次元的に配列した微粒子層を作製できる簡便な方法であり、現在も様々な材料に対して適用されている。
【０００５】
引き上げ法では、自然沈降法と同様に微粒子分散液を調製し、分散液に対して親和性のよい基板を分散液に垂直に差し込んで浸漬した後、基板を微粒子分散液から徐々に引き上げていく。基板の引き上げ時に、適量の微粒子分散液が基板表面に移し取られ、この分散液から分散媒が蒸発していく過程で、残された微粒子が自己組織化的に集合し、基板上に微粒子が二次元あるいは三次元的に規則正しく配列した微粒子集合体が形成される（非特許文献１参照）。この方法では、例えば、エタノールを分散媒とする分散液中にガラス基板を浸漬し、シリカ微粒子の集合体を形成する場合が多い。
【０００６】
図１８は、自然沈降法によって微粒子１が規則的に配列した微粒子集合体２が、微粒子分散液３から自己組織化的に形成される過程を示す説明図である。この方法では、シリカ微粒子等の球形の微粒子１を水などの分散媒４に分散させた後、重力による自然沈降又は蒸発による分散媒４の減少によって、分散液３から微粒子１を徐々に基板５上に堆積させる。粒子径が同一であれば、シリカ微粒子のような球形の粒子が最も密につまった配列構造は、最密充填構造である。従って、微粒子１を緻密に集合させることによって、少なくとも部分的には最密充填構造をとる微粒子集合体２を自己組織化的に形成することができる。
【０００７】
なお後述するように、シリカ等の微粒子集合体は、特定の波長の光のみを反射する反射材等の光学媒体として有用な材料である。そこで、本明細書では、自己組織化的に形成され特定の波長の光のみを反射する微粒子集合体をフォトニック結晶と呼び、微粒子が規則正しく整列し欠陥が少ない微粒子集合体を「結晶性の高い」微粒子集合体ということがある。
【０００８】
自然沈降法におけるフォトニック結晶では、多くの場合、微粒子はその粒子同士でクーロン反発力により構造を形成する。即ち、反発力により微粒子分散溶液中では凝集体を形成しない。そして、粒子が沈降する過程において、互いに粒子が反発し合いながら、重力によって凝集していく。
【０００９】
ここで、反発力がつり合っている熱力学的に安定な構造（六方最密充填構造）で凝集し互いに粒子がくっつくと、分子間引力とその粒子の凹凸による物理的なポテンシャルが支配的となる。このとき、六方最密充填構造での欠陥が生じたとしても、他の粒子の反発力・引力によって欠陥が修復されないことがある。例えば図１９に示すような場合に、図中網掛けした粒子１Ｃは、隣接する複数の粒子１，…間とのクーロン力の影響で、点Ａに入り込むことが難しい。結晶に欠陥が生じたときに、その欠陥をなくした方が熱力学的に全体の系では安定であるにもかかわらず、欠陥をなくすための活性化エネルギーが高いために準安定状態で落ち着いてしまうことがあるからである。
【００１０】
この場合、自然沈降過程で外部からエネルギーを加えることで、粒子の再配列を促すのが効果的である。例えば、水平方向に振動を加えながら微粒子を沈降させると、結晶性の高いフォトニック結晶を作製できることが知られている（非特許文献２参照）。
【００１１】
このように、一般に三次元のフォトニック結晶は粒子同士の反発力により構造を形成する。そのため、成長する粒子層はその直下の基板や粒子層の影響を受けやすい。例えば、基板上に大きな凹凸がある場合には、その直上の粒子層は欠陥が生じやすい。また、１つの点欠陥が形成されると、その上で欠陥が生じやすい。
【００１２】
それでは、平滑な基板（例えばガラス基板）を用いればよいかというとそうではない。作製条件によっては大面積に均一に塗布することができない。非特許文献１に開示されているように、粘性が低く蒸発しやすい分散溶媒（例えばエタノール）においてガラス基板上に低濃度で少量の微粒子の分散液を塗布した場合、分散溶媒は均一に塗布される。しかし、特に膜厚が大きい三次元フォトニック結晶を短時間で作製する場合には、塗布する分散液量を多くする必要がある。このような場合に、平滑な基板上においては、溶媒が乾燥してフォトニック結晶を形成する前に液膜が垂れるなどの原因で、マクロ的に溶媒を均一に塗布できない。
【００１３】
図２０は、基板上にシリカ球分散水溶液（粒径３００ｎｍ、濃度２０ｗｔ％）を１秒当たり１ｃｍ（１ｓｅｃ／ｃｍ) の引上げ速度で３回ディップコートして作製したフォトニック結晶の写真である。図中左側は平滑なガラス基板の例を示し、右側は凹凸のあるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板の例を示している。
【００１４】
図２０左側の平滑なガラス基板では、不均一に白い部分（フォトニック結晶に欠陥が多くて光が散乱している部分）と図中灰色（実際は赤）の部分（欠陥の少ないフォトニック結晶が形成されている部分）とに分かれており、その分かれ方は液膜が垂れている様子と酷似している。そのため、できるだけ溶媒の保持力が高い基板、即ち凹凸がある基板の方が均一性は高い。よって、図２０右側の凹凸のあるＰＥＴ基板では、均一性の高いフォトニック結晶が形成されており、ほとんどの部分がほぼ均一にグレーである。
【００１５】
凹凸のある基板上に結晶性の高いフォトニック結晶を作製するため、本出願人は先に、図２１に示すように凹凸のある基板７上に粒径の小さな微粒子層８を下地として作製し、その上に目的とする微粒子層（目的微粒子層）９を塗布することで、結晶性の高いフォトニック結晶を均一かつ短時間に塗布する方法を提案した（下記特許文献１参照）。
【００１６】
凹凸のある基板７上に目的微粒子層９を直接塗布すると、基板７表面の凹凸部にフォトニック結晶を作製できないか、結晶性の低いフォトニック結晶しか作製できない。そこで、凹凸部の直上に目的微粒子層（粒径が例えば３００ｎｍ）９よりも小さい下地微粒子層（粒径が例えば９０ｎｍ）８を塗布することで、溶媒の保持力を保ったままで、ある程度（マイクロオーダーの凹凸に比べて）平滑な基板を提供することができる。
【００１７】
特に下記特許文献１に開示されている微粒子配列構造体は、スクリーン等の表示装置への応用が可能である。この場合、目的微粒子層９は可視光領域には光学特性をもつので、欠陥が生じるとデバイス特性が悪くなる。しかし、たとえ微粒子層（粒径９０ｎｍ）８に欠陥が生じたとしても、可視光領域に反射波長を持たないためデバイス特性には影響しない。しかも、この小さい微粒子層８の上に形成する目的微粒子層９の結晶性は、ガラスなどの平滑な基板の中で欠陥の少ないフォトニック結晶と同程度の結晶性を達成している。
【００１８】
一方、本出願人はまた、上述のようにして構成した微粒子配列構造体で構成されたスクリーンの製造方法を提案した（下記特許文献２）。特許文献２には、微粒子を規則的に並べたフォトニック結晶のブラッグ反射を利用することで、プロジェクタのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色光だけを選択的に反射する一方、外光を基板側で吸収させることで、黒を沈ませるスクリーンの構造が開示されている（図２３）。
【００１９】
結晶を形成している原子や分子によるＸ線の干渉では、ブラッグの法則が成り立つことが知れている。また、光は一般にその波長と同程度の間隙（ピッチ）で繰り返される微粒子の周期的配列構造によって反射を受けやすいことが知られている。そこで、シリカ微粒子層による可視光の反射でも、ブラッグの反射の条件と類似した関係が成り立つとすると、最も反射を受けやすい光の波長λ0 と微粒子層の間隙ｄとの間には図２２に示したような一定の比例関係がある。
【００２０】
図２２は、屈折率ｎ＝１．２９〜１．４５、例えばｎ＝１．３６のシリカ微粒子について、シリカ微粒子の直径とブラッグ反射波長との関係を示したものである。即ち、粒子径３０５ｎｍのシリカ微粒子を用いれば、赤色光（波長約６４５ｎｍ）を反射する微粒子集合体を形成することができ、粒子径２５０ｎｍのシリカ微粒子を用いれば、緑色光（波長約５３５ｎｍ）を反射する微粒子集合体を形成することができ、粒子径２２０ｎｍのシリカ微粒子を用いれば、青色光（波長約４６５ｎｍ）を反射する微粒子集合体を形成することができる。
【００２１】
図２３を参照して、このスクリーン１０では、光反射面として、三原色光近傍の狭い波長領域の光のみを選択的に反射する反射層１１（Ｒ），１１（Ｇ），１１（Ｂ）が目的微粒子層として設けられ、その厚み方向下部に、反射層を透過してきた可視光を吸収する可視光吸収体１２が設けられている。具体的には、赤色光反射層１１（Ｒ）として粒子径２８０ｎｍのシリカ微粒子が１１層積層され、その上に緑色光反射層１１（Ｇ）として粒子径２３４．５ｎｍのシリカ微粒子が１１層積層され、更にその上に青色光反射層１１（Ｂ）として粒子径２１２ｎｍのシリカ微粒子が積層されている。可視光吸収体１２としては、例えばカーボンを含有する黒い基材が用いられる。
【００２２】
上記スクリーン１０に画像を表示させる場合には、プロジェクタからＲ，Ｇ，Ｂの三原色光をスクリーンに投射し、スクリーン上での混色によって種々の色をもつ画像を形成する。これら三原色光は、スクリーンに設けられた反射層１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂによって反射され、観察者の目に届き、画像として知覚される。
【００２３】
一方、スクリーン１０には、画像に関係のない様々な光、即ち外部光が入射する。ここでいう外部光とは、プロジェクタ等から投射される画像以外の、画像とは無関係にスクリーンに入射する可視光をいう。この外部光が画像と同様に反射又は散乱されると、その光は画像に重なって観察者の目に入り、画像のコントラストを劣化させる。
【００２４】
しかし、三原色光とは異なり、外部光には様々な波長の光が含まれていて、その大部分は反射層が反射できる三原色光近傍の波長領域をはずれた光である。このため、上記のスクリーンに外部光が入射しても、その大部分は反射層１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂによって反射されず、可視光吸収体１２に吸収される。従って、外部光が画像に重なって観察者の目に入ることはほとんどない。この結果、外部光によるコントラストの劣化が僅かになり、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【００２５】
図２４及び図２５は、以上のように構成される従来のスクリーン１０の製造方法を示している。
【００２６】
まず、ＰＥＴフィルム等のプラスチック基板の表面をサンドブラスト加工したものを第１の基体１３として用い、この第１の基体１３の上に下地微粒子層１４を形成した後、その上に目的微粒子層として反射層１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを順に形成する（図２４Ａ）。下地微粒子層１４は、反射層１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂを構成する各々の微粒子よりも粒子径の小さい微粒子の集合体で、第１の基体１２の表面の凹凸を覆い尽くす程度の厚さまで形成する。
【００２７】
次に、第２の基体１５をその接着材料層１６を介して最上層の反射層１１Ｂに積層する。その後、下地微粒子層１４の形成位置でこれらフォトニック結晶層を第１の基体１２から剥離し、第２の基体１５上に転写する（図２４Ｂ）。最後に、図２５Ｃに示すように可視光吸収体１２を接着材料層１７を介してフォトニック結晶層の最下部（反射層１１Ｒ）に接着することで、スクリーン１０が完成する（図２５Ｄ）。
【００２８】
なお、第２の基体１５は、視野角特性を広げるための光拡散層として構成されている。また、可視光吸収体１２は、フォトニック結晶層の保護材の機能も兼ね備えるとともに、巻取り性を有するスクリーンへの応用のためにフレキシブルな材料で構成されている。
【００２９】
【特許文献１】特開２００４−２６２１５１号公報
【特許文献２】特開２００４−２６１７４６号公報
【非特許文献１】永山国昭(K.Nagayama), 「粉体工学会誌(J.Soc. Powder Technol. Japan)」，1995年, 第32巻, p.476
【非特許文献２】K.Ishikawa, H.Harada and T.Okubo, AIChE Journal (2004), 49, p.1293-1299
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、以上のような工程を経て製造される従来のスクリーン１０においては、以下に説明する問題点を有している。
【００３１】
即ち、従来のスクリーン１０の反射スペクトルは、図２６に示すように、６４０ｎｍ付近のＲの反射率が高く、Ｂ，Ｇは相対的に低い反射率になっている。これは、スクリーン１０の製造工程において、下地層を構成する微粒子層よりも大径の微粒子層が積層される粒子層は、赤色光を反射する反射層１１Ｒだけであるので、他の反射層１１Ｇ，１１Ｂに比べて結晶性が高く、結果的に反射率も高くなることを示している。
【００３２】
このため、従来のスクリーン１０においては、Ｒ，Ｇ，Ｂの反射率差が大きく、このためホワイトバランを保つために反射層１１Ｒの反射率を意図的に落とす処置が必要となったり、これが原因でデバイスの光学特性を低下させることになるという問題がある。
【００３３】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、各々の目的微粒子層の結晶性を高めて、従来よりも光学特性を向上させることができる微粒子配列構造体及びその製造方法、並びに光学媒体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の微粒子配列構体は、目的とする微粒子で形成され規則的に配列された目的微粒子層が複数積層されてなり、これら各目的微粒子層の下地層は、当該微粒子層を形成する微粒子よりも粒径の小さな微粒子で形成された微粒子層としている。
【００３５】
また、本発明は、目的とする微粒子で形成され規則的に配列された目的微粒子層が複数積層されてなる微粒子配列構造体の製造方法であって、これら各目的粒子層を、当該微粒子層を形成する微粒子よりも粒径が小さな微粒子で形成された下地層の上に積層することを特徴としている。
【００３６】
さらに、本発明は、層毎に粒径の異なる微粒子で形成され互いに異なる波長領域の可視光を選択的に反射する反射層として目的微粒子層が複数積層されてなる光学媒体の製造方法であって、上記複数の目的微粒子層を、粒径が小さい微粒子で形成された層から順に積層することを特徴としている。
【００３７】
本発明によれば、各目的微粒子層が常に、当該粒子層を構成する微粒子よりも小径の微粒子の集合体でなる下地層の上に積層されているので、各目的微粒子層を構成する微粒子が各層において規則正しく配列し結晶性の高いフォトニック結晶を得ることができる。
【００３８】
また、各目的微粒子層が互いに異なる波長領域の可視光を選択的に反射する反射層として構成されている場合には、各反射層の結晶性をほぼ均一化できるので、各層における光の反射率差を低減することができる。したがって、各反射層がＲ，Ｇ，Ｂの三原色光をそれぞれ選択的に反射する微粒子層で構成されている場合にあっては、ホワイトバランスが良好に保たれ、光学特性に優れた光学媒体を製造することが可能となる。
【００３９】
本発明において「微粒子」とは、粒径（直径）が例えば１０μｍ以下の粒子をいう。この微粒子の材質は特に限定されず、シリカやポリスチレン等の微粒子が用いられる。また、目的微粒子層は、微粒子配列構造体として要求される特徴的物性（例えば反射特性等の光学的特性）を出現させるのに必要な微粒子の集合体をいう。
【００４０】
下地層としては、他の小径の微粒子層でなる目的微粒子層のほか、各目的微粒子層よりも粒径が小さい微粒子でなる下地微粒子層、更には、目的微粒子層が積層される基板の表面に形成された凹凸層等が該当する。
【００４１】
微粒子配列構造体の具体的な製造方法としては、第１の基体上に、目的微粒子層より粒径の小さい微粒子でなる下地微粒子層を形成する工程と、複数の目的微粒子層のうち粒径が小さい微粒子の層から順に下地微粒子層上に積層する工程と、最上層の目的微粒子層に第２の基体を積層するとともに第１の基体を剥離する工程とを有する。
【００４２】
このように、第１の基体から第２の基体への転写工程を有することにより、第１の基体を微粒子層の形成に有利な材料を用いることができ、また、第１層目として形成した目的微粒子層を最表層側に位置させることができるようになる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、各目的微粒子層が常に、当該粒子層を構成する微粒子よりも小径の微粒子の集合体でなる下地層の上に積層されているので、各目的微粒子層を構成する微粒子が各層において規則正しく配列し結晶性の高いフォトニック結晶を得ることができる。
【００４４】
また、各目的微粒子層が互いに異なる波長領域の可視光を選択的に反射する反射層として構成されている場合には、各反射層の結晶性をほぼ均一化できるので、各層における光の反射率差を低減することができる。したがって、各反射層がＲ，Ｇ，Ｂの三原色光をそれぞれ選択的に反射する微粒子層で構成されている場合にあっては、ホワイトバランスが良好に保たれ、光学特性に優れた光学媒体を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。以下の各実施の形態では、微粒子配列構造体あるいは光学媒体として、プロジェクタの反射型スクリーンに適用した例について説明する。
【００４６】
（第１の実施の形態）
図１及び図２は、本発明の第１の実施の形態による微粒子配列構造体２０Ａの構成と、これを利用して作製される光学媒体の製造方法を説明する概略工程図である。
【００４７】
図１Ａに示すように、本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａは、第１の基体２１の上に、後述する下地微粒子層３０を介して、第１の目的微粒子層３１Ｂと、第２の目的微粒子層３１Ｇと、第３の目的微粒子層３１Ｒとが、順に積層された構成となっている。
【００４８】
各目的微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒは、互いに異なる粒径の微粒子が規則的に配列された微粒子集合体であり、本実施の形態では、単一又は複数の可視光領域の光を選択的に反射させる反射層として形成されている。
【００４９】
具体的には、各目的微粒子層は、それぞれ青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の波長の可視光に対して良好なブラッグ反射特性を持つ反射層の形成を目的として構成されている。本例において、第１の目的微粒子層３１Ｂの微粒子の粒径（直径）は２２０ｎｍ、第２の目的微粒子層３１Ｇの微粒子の粒径は２５０ｎｍ、第３の目的微粒子層３１Ｒの微粒子の粒径は３００ｎｍとされている。なお、上記目的微粒子層を以下単に「微粒子層」、「反射層」あるいは「目的層」とも呼ぶ。
【００５０】
下地微粒子層３０は、最下層に位置する微粒子層３１Ｂを構成する微粒子の粒径よりも小径の微粒子の集合体である。本実施の形態のように微粒子配列構造体２０Ａを反射型スクリーン等の光学媒体として利用する場合には、下地微粒子層３０がブラッグ反射する光の波長が、光学媒体が利用する波長範囲より小さくなるように、下地微粒子層３０を構成する微粒子の粒径（直径）を選択する。例えば、下地微粒子層３０を構成する微粒子として直径９０ｎｍのシリカ微粒子を用いると、ブラッグ反射波長は紫外光領域となり、可視光領域の光に悪影響を及ぼすことがない（図２２参照）。
【００５１】
第１の基体２１の上に下地微粒子層３０及び目的微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒを形成する方法としては、微粒子分散液から微粒子を自己組織化的に集合させて微粒子層を形成する自然沈降法、特に引き上げ法が適している。即ち、微粒子分散液中に第１の基体２１を浸漬する第１工程と、第１の基体２１を気相中に引き上げることにより、その表面を微粒子分散液で濡らす第２工程と、微粒子分散液で濡れた第１の基体から分散媒を蒸発させる第３工程とによって、各微粒子層を形成する引き上げ法が、特に好ましい。
【００５２】
上述のように、本実施の形態の微粒子配列構造体２０においては、各微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒが、それ自身よりも小さい粒径の微粒子層を下地として形成される。即ち、微粒子層３１Ｂはそれよりも小径の下地微粒子層３０の上に形成され、微粒子層３１Ｇはそれよりも小径の微粒子層３１Ｂの上に形成される。そして、微粒子層３１Ｒはそれよりも小径の微粒子層３１Ｇの上に形成される。これにより、各微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒを結晶性の高いフォトニック結晶として作製することができる。
【００５３】
第１の基体２１としては、微粒子分散液と親和性があり、後述する転写工程に必要なフレキシビリティと機械的強度とを有するものがよい。例えばシリカ微粒子を水に分散させた分散液からシリカ微粒子集合体を形成する場合、通常、シリカ微粒子及び水に対し強い親和性を有するガラス基板が用いられる。しかし、ガラス基板は、フレキシビリティが不足している。しかも、ガラス基板の平滑な表面では微粒子分散液を全面にわたって均一に塗布できない。
【００５４】
そこで、転写工程に適したフレキシビリティと機械的強度を有するものとして、適度な厚さのプラスチック基板、例えば、厚さが２０μｍ〜５００μｍ、より好ましくは、５０μｍ程度のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等を用いるとともに、微粒子分散液の全面均一塗布を目的として、表面をサンドブラスト加工して粗面化したものを第１の基体２１として用いるのがよい。このときの表面の凹凸の高さは、例えば０．８〜４μｍである。サンドブラスト加工されたＰＥＴフィルムの表面は、水に対する濡れ性がよく、微粒子分散液を保持しやすくなる。また、安価なＰＥＴフィルムを用いることは、コスト的にも有利である。
【００５５】
第１の基体２１の上に下地微粒子層３０を形成する目的は、最下層の微粒子層３１Ｂの結晶性を向上させることである。第１の基体２１の表面にはサンドブラスト加工によって凹凸が形成されているため、この上に直接微粒子層３１Ｂを形成すると、この凹凸の影響を受けて微粒子の配列に欠陥が生じやすく、結晶性が低下する。この欠陥は光を散乱させる原因となり、微粒子層３１Ｂの光反射層としての品質が低下する。
【００５６】
これに対して、基体２１の表面の凹凸を下地微粒子層３０で埋めて平坦面を形成し、この平坦面の上に微粒子層３１Ｂを形成すれば、凹凸の影響を受けにくくなり、微粒子が規則正しく整列した、光反射層としての品質の高い微粒子層３１Ｂを形成することができる。
【００５７】
続いて、図１Ｂは、第１の基体２１上に下地微粒子層３０及び３層の微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒを順に形成した後、最上層の微粒子層３１Ｒ上に第２の基体２２を積層するとともに、最下層の微粒子層３１Ｂから第１の基体２１を剥離する工程を示している。
【００５８】
第２の基体２２としては、当該微粒子配列構造体２０Ａを反射型スクリーン等の光学媒体に利用する場合には、例えばＰＥＴなどのフレキシビリティのある平滑な基板であることが好ましい。この第２の基体２２の一方の面には接着材料層２４が形成されており、この接着材料層２４を介して第２の基体２２が微粒子層３１Ｒの最上面に接着される。第２の基体２２は、厚さが大になるほど機械的強度は強くなるが、フレキシビリティは失われる。機械的強度とフレキシビリティとを両立させるには、ＰＥＴフィルム等の厚さは２０μｍ〜５００μｍが好ましく、例えば５０μｍ程度がより好ましい。
【００５９】
また、当該微粒子配列構造体２０Ａを反射型スクリーン等の光学媒体に利用する場合には、第２の基体２２を可視光吸収体で構成することが好ましい。第２の基体２２を可視光吸収体で構成すると、微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒを透過してきた外部光等を吸収してコントラストを高める働きをするのもので、可視光を吸収するものなら何でもよく、用途等に応じて適宜選択される。可視光吸収体としては、例えば黒色のＰＥＴフィルムや、透明な高分子フィルムに黒色のカーボン膜をコーティングしたものがよい。
【００６０】
一方、第１の基体２１は、この第１の基体２１と微粒子層３１Ｂとの界面に形成された下地微粒子層３０を介して剥離される。この剥離工程の際に、第１の基体２１上の微粒子層３１Ｂ，３１Ｇ，３１Ｒの層間剥離を防止する目的で、層間接着用のバインダー層を形成するようにしてもよい。
【００６１】
バインダー層としては、接着又は粘着性のある有機高分子物質が好ましい。但し、ブラッグ反射層等としての性能を低下させないように、バインダー材料を微粒子層の内部に侵入させないようにするのがよい。そのためには、有機高分子物質として、重合度の大きいゼラチンやＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等を用いるのがよい。あるいは、転写後速やかにバインダー層を硬化させるのがよく、このためにバインダー層として紫外線硬化型樹脂又はアクリル樹脂粘着材を用いてもよい。
【００６２】
第２の基体２２へ転写された微粒子配列構造体２０Ａは、図２Ｃに示すように、第２の基体２２側から微粒子層３１Ｒ、微粒子層３１Ｇ及び微粒子層３１Ｂが順に配置された構成となっている。その後、最上層の微粒子層３１Ｂに第３の基体２３をその接着材料層２５を介して積層することにより、本発明に係る光学媒体である反射型スクリーン５０が作製される（図２Ｄ）。
【００６３】
反射型スクリーン５０において、微粒子層３１Ｂは、フォトニック結晶の最表層、即ち光の入射側に向けられる。短波長の光ほど散乱されやすいからであり、散乱光を減らすために、青色光反射層として機能する微粒子層３１Ｂを光の入射側に配置する。第３の基体２３は、微粒子層３１Ｂの保護層として機能させると同時に、これに視野角特性を向上させるための光拡散機能をもたせてもよい。即ち、この第３の基体２３を光拡散層として用いることにより、スクリーンで反射される光の指向性を緩和できるとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができるようになる。
【００６４】
光拡散層の材料としては、可視光領域において透明な材料で、光を拡散させるもの、即ち、光拡散層内の場所ごとに屈折率が変化するような屈折率分布を持つものや、フィルムの表面に凹凸を有するものがよい。また、光拡散層は、表面に２次元マイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズフィルム等で構成されてもよい。
【００６５】
以上のように構成される本実施の形態の反射型スクリーン５０においては、特定の三原色の光だけを反射して残りの波長の光を基板（第２の基体２２）側で吸収させることができることにより、黒を沈ませるスクリーンを得ることができる。この場合、画像に関係ない外部の光がスクリーンに入射した場合にも、波長が異なるためにカットされてコントラストが劣化するのが防止される。
【００６６】
特に、レーザやＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半値幅の狭くて色純度の良い光で画像を形成している場合には、効率よく選択的に画像の光だけを反射させて他の波長の光をカットすることで高コントラストを維持するとともに黒が沈むことになる。したがって、暗室でなくとも画像の劣化が起こらない。また、液晶プロジェクタなどスペクトル半値幅が広い光を投影しても、波長を選択的に狭くするので、色度図上の色再現範囲が広くなり、色純度も良くなる。
【００６７】
そして特に本実施の形態においては、スクリーン５０を構成する微粒子配列構造体２０Ａが、第１の基体２１への積層工程において、粒子径の小さい反射層（微粒子層）３１Ｂから順に，反射層３１Ｇ，反射層３１Ｒを形成するようにしているので、各反射層の結晶性を各層において高く均質なものが得られ、これにより各層の反射率差が抑制された、優れたホワイトバランスを得ることができるようになる。
【００６８】
次に、図３及び図４を参照して、図１Ａ，Ｂに示した微粒子配列構造体２０の具体的な作製条件例を以下に示すが、勿論これだけに限られない。
【００６９】
第１の基体２１として、表面にサンドブラスト加工を施し、アンチグレア効果を持たせた厚さ５０μｍのＰＥＴ基板（帝人デュポンフィルム製）を用いた（図３Ａ）。この基板２１上に直径９０ｎｍのシリカ微粒子の水分散液（日本触媒製ＫＥ−Ｗ１０）、濃度１６ｗｔ％）を引上げ速度５ｓｅｃ／ｃｍで引き上げることでディップコートした（図３Ｂ）。乾燥後、さらに同一条件で引き上げた。なお、この２回の引き上げで基板２１の表面の凹凸は埋まっていることが確認されている。
【００７０】
次に、図３Ｂに示したサンプルに微粒子層３１Ｂを塗布した（図３Ｃ）。微粒子層３１Ｂは直径２２０ｎｍのシリカ微粒子の水分散液（日本触媒製ＫＥ−Ｗ２２、２０ｗｔ％）を、ディップコート法により塗布した。引上げ速度は１ｓｅｃ／ｃｍとした。
【００７１】
さらに、図３Ｃに示したサンプルの表面にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を塗布し、バインダー層４１を形成した（図３Ｄ）。用いたＰＶＡは日本合成化学製ＮＭ−１１である。このＰＶＡを濃度が０．３３ｗｔ％の水溶液になるように調製し、スプレーによる噴霧法で塗布した。このＰＶＡは、粒子の表面及び粒子間に分散し、フォトニック結晶の機械的強度を向上させる、フォトニック結晶を基板２１から剥がれ難くする、粒子間の結合力を強めて転写工程の際にバインダーの働きをする、などの機能をもつ。
【００７２】
同様に、図３Ｄに示したサンプルに微粒子層３１Ｇを塗布した（図３Ｅ）。微粒子層３１Ｇは、直径２５０ｎｍのシリカ微粒子の水分散液（日本触媒製ＫＥ−Ｗ２５、２０ｗｔ％）を用い、ディップコートにより塗布・乾燥後、ＰＶＡを塗布しバインダー層４２を形成した（図３Ｆ）。詳しい塗布条件は微粒子層３１Ｂの場合と同様である。
【００７３】
更に、微粒子層３１Ｒも同様に塗布・乾燥後（図４Ｇ）、ＰＶＡを塗布しバインダー層４３を形成した（図４Ｈ）。微粒子層３１Ｒは、粒径３００ｎｍのシリカ微粒子水分散液（日本触媒製ＫＥ−Ｗ３２、２０ｗｔ％）を用いた。
【００７４】
続いて、図４Ｈに示したサンプル（微粒子配列構造体２０Ａ）を可視光吸収体（第２の基体）２２に転写した（図４Ｉ）。可視光吸収体２２として黒い平滑なＰＥＴ基板を用い、接着材料層２４として芯なし両面テープ（日東電工製ＣＳ９６０１）の弱粘着側をＰＥＴ基板側に貼り付け、強粘着側を上記サンプルに貼り付けた。その後、第１の基体２１を下地微粒子層３０ともに微粒子層３１Ｂからゆっくりと剥がした（図４Ｊ）。
【００７５】
図５Ａは、上述したように反射層をＢＧＲの順で形成後、転写工程を経て作製された本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａの反射スペクトルを示している。なお比較のため、反射層をＲＧＢの順で形成した従来構造の微粒子配列構造体の反射スペクトルを図５Ｂに示す。
【００７６】
図５Ａ，Ｂに示したように、従来の微粒子配列構造体ではＲ層だけ反射率が高かったのに対して、本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａでは、Ｂ層の反射率がＧ層及びＲ層に比べて高いが、全体的にほぼ同程度で、しかもＲＧＢ全ての層の反射率が従来よりも高いことがわかった。これは即ち、本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａを反射型スクリーンに応用した場合に、従来よりもデバイス特性（光学的特性）に優れていることを意味している。
【００７７】
（第２の実施の形態）
上述したように、本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａは、従来構造の微粒子配列構造体に比べて、各反射層における光の反射率を高められるとともに、各層における光の反射率差を抑制することができる。
【００７８】
即ち、図６Ａに示したように従来の微粒子配列構造体においては、基板（第１の基体）３２上で、下地層の粒径よりも大きな粒径の反射層はＲ層３４Ｒのみであり、その結果、他の反射層に比べて結晶性が高く、反射率も高いものが得られると考えられる。これに対して、図６Ｂに示したように本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａにおいては、全ての反射層３４Ｂ，３４Ｇ，３４Ｒがそれ自身の粒径よりも小さな粒径の下地層の上に形成されているので、各反射層の結晶性を高く、しかも各層において均質にでき、これにより各層の反射率差が抑制された、優れたホワイトバランスを得ることができるようになる。
【００７９】
また、図５Ａに示したように、本実施の形態の微粒子配列構造体２０Ａにおいては、ＲＧＢ各層の反射率をほぼ同程度とすることができるが、厳密には、Ｂ層の反射率が最も高い。これは、Ｇ層及びＲ層の下地層が、Ｂ層の下地層に比べて粒子径が大きいことに起因していると考えられる。また、各層において下地層／反射層の粒径比（％）をとると、Ｂ層では４１％、Ｇ層では８８％、そしてＲ層では８３％である。
【００８０】
以上のことから、下地層として形成される微粒子集合体の粒子径は小径であるほど、その上に形成される反射層の結晶性は高くなり、反射率特性が向上すると考えられる。そこで本実施の形態では、図７Ａ，Ｂに示すように、各反射層３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの下地層をそれぞれ同一の下地微粒子層３３で形成するようにしている。これにより、各反射層３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの結晶性が共に高められるので、ＲＧＢ三原色光の反射率の向上と、反射率差の更なる低減を図ることが可能となる。
【００８１】
なお、図７Ａは、基板３２上にＲＧＢの順で積層した各反射層３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂの下地層として下地微粒子層３３が形成された微粒子配列構造体２０Ｂを示している。また、図７Ｂは、基板３２上のＢＧＲの順で積層した各反射層３４Ｂ，３４Ｇ，３４Ｒの下地層として下地微粒子層３３が形成された微粒子配列構造体２０Ｃを示している。これら各微粒子配列構造体２０Ｂ，２０Ｃは、反射層の層間に下地微粒子層３３を形成する工程を繰り返し行うことで作製される。
【００８２】
次に、下地微粒子層を構成する下地微粒子の最適粒子径について以下検討する。
【００８３】
ここでは、当該下地微粒子層の上に形成される反射層の構成微粒子を、粒径２５０ｎｍのシリカ微粒子（日本触媒製ＫＥ−Ｗ２５）、即ちＧ層の構成微粒子とした。そして、下地微粒子層を構成する微粒子として、粒径９０ｎｍのシリカ微粒子（日本触媒製ＫＥ−Ｗ１０）、粒径２２０ｎｍのシリカ微粒子（日本触媒製ＫＥ−Ｗ２２）、粒径２５０ｎｍのシリカ微粒子（日本触媒製ＫＥ−Ｗ２５）、粒径３００ｎｍのシリカ微粒子（日本触媒製ＫＥ−Ｗ３２）の各サンプルを用いた。サンプルの名称とその作製条件の対応を以下に示す。
【００８４】
サンプル１：基板／９０ｎｍシリカ層／ＰＶＡ／９０ｎｍシリカ層／反射層（Ｇ層）
サンプル２：基板／９０ｎｍシリカ層／ＰＶＡ／２２０ｎｍシリカ層／反射層（Ｇ層）
サンプル３：基板／９０ｎｍシリカ層／ＰＶＡ／２５０ｎｍシリカ層／反射層（Ｇ層）
サンプル４：基板／９０ｎｍシリカ層／ＰＶＡ／３００ｎｍシリカ層／反射層（Ｇ層）
【００８５】
基板は上述の第１の実施の形態と同様、サンドブラスト加工したＰＥＴ基板に粒径９０ｎｍの粒子を２回ディップコートした（引上げ速度は５ｓｅｃ／ｃｍ、シリカ溶液ＫＥ−Ｗ１０）。このサンプルに第１の実施の形態と同じ条件でＰＶＡを塗布した。これは、サンプルのフォトニック結晶が基板から剥がれないようにするためである。
【００８６】
この基板上に、粒径がそれぞれ９０ｎｍ、２２０ｎｍ、２５０ｎｍ、３００ｎｍのシリカ微粒子分散液をディップコート法により塗布した。引上げ速度は１ｓｅｃ／ｃｍにて統一した。但し、サンプル３については引上げ速度を５ｓｅｃ／ｃｍとした。上記の条件で作製したサンプルを下地基板として、目的となる粒径２５０ｎｍのシリカ微粒子分散液をディップコート法により塗布した。引上げ速度は１ｓｅｃ／ｃｍにて統一した。
【００８７】
反射層の反射スペクトルを上記の４サンプルについてそれぞれ４点測定し、そのスペクトルの平均を図８に示す。但し、サンプル３については下地層の反射スペクトルと目的層（反射層）の反射スペクトルが同じ波長でピークをもつので、下地層の反射スペクトルをバックグラウンドとし、最終的な反射スペクトルから引いて目的層だけの反射スペクトルとみなした。
【００８８】
図８より、反射スペクトルのピーク位置が多少変わっているが、反射率はサンプル１、サンプル２、サンプル３、サンプル４の順で高かった（サンプル１＞サンプル２＞サンプル３＞サンプル４）。なお、上記実験条件で変化させたのは下地層の粒径だけであるので膜厚はほとんど変わってないと思われる。
【００８９】
以上から、下地層の粒径が小さければ小さいほど結晶性の高い目的層（Ｇ層）のフォトニック結晶が作製されたと考えられる。ここで、目的層の粒径を１としたときの下地層の粒径と反射率との関係を図９に示す。
【００９０】
一方、下地層の粒径を更に小さくするとどうなるだろうか。究極的には、平滑面が最も粒径が小さな下地層であるといえる。
【００９１】
そこで、ガラス基板上に９０ｎｍのシリカ微粒子を３回塗布し、ＰＶＡを使わずに、粒径３００ｎｍのＲ層を１回ディップコートしたものと、ガラス基板に直接Ｒ層を１回ディップコートしたものとの反射スペクトルを比較した。Ｒ層の引上げ速度は１ｓｅｃ／ｃｍである。実験結果を図１０に示す。図示するように、両者間で反射率はほとんど変わらなかった。
【００９２】
図１０に示した実験結果は、本質的に下地層が完全に平滑なときと、目的層（Ｒ層）の粒径の３０％程度の粒径の下地層での反射率の比較である。このとき、両者に違いがなかったことから、ある程度下地層の粒径が目的層の粒径よりも小さくなると、反射率は粒径に応じて変化しないことを示している。また既に述べているように、ガラス基板などの平滑な面では均一性が低く、一様に濡れない（図２０左）。上記実験では、基板上の比較的きれいに塗られているところを選んで反射率を測定した。
【００９３】
これに対し、下地層の粒径が大きい場合はどうだろうか。この例ではサンドブラスト加工したＰＥＴ基板のサンドブラストの加工の程度によって調べた。即ち、サンドブラスト加工を行い、凹の大きさが２１０ｎｍのもの（凹が完全球形と仮定すると４２０ｎｍ相当の周期）と、４００ｎｍのものについて比較した。その結果、凹の大きさが２１０ｎｍのものでは平均の反射率が１４〜１５％程度だったのに対して、凹の大きさが４００ｎｍのものでは１３％以下であった。つまり、凹凸が大きいほど反射率は低かった。
【００９４】
以上の結果より、図９に示した下地層の凹凸の大きさ（粒径）と反射率との関係は、図１１に示すような曲線で表すことができると予想される。つまり、目的となる粒子よりも小さい凹凸（粒子）が下地層には適しており、小さければ小さいほど反射率は高いが、ある程度（目的層の粒径の３０％）の粒径よりも小さくすると飽和する。逆に凹凸が大きければ大きいほど目的層の反射率は低下する。
【００９５】
（第３の実施の形態）
さて、上述してきたように、目的となる微粒子層（反射層）の粒径よりも下地層の粒径は小さいものが望まれ、好ましくは、下地層の粒径は目的層の粒径の３０％以下がよい。但し、図１１のグラフから考えると、下地層の粒径は目的層の粒径の５０％以下であれば十分に結晶性の高いフォトニック結晶が作製できると考えられる。
【００９６】
ところで、以上のように下地層の粒径により結晶性が変化するのはどのような理由によるものであろうか。以下、その考察内容を示す。
【００９７】
フォトニック結晶が自己組織化により配列構造を形成するとき、粒子同士の反発力により熱力学的に最も安定な六方最密充填構造をとることは既に述べた。このとき、粒子は常に再配列を繰り返しながら構造を形成する。即ち、１つの粒子が１度下地層の上に積層して、六方最密充填構造位置とは違う位置にあるとしても、別の粒子の反発力により再配列する。
【００９８】
ここで、下地層が平滑であれば再配列を起こすためには何の障害もないが、下地層に凹凸があるとその凹凸の間に填った粒子は物理的なポテンシャルにより下地層の凹凸にトラップされてしまう。このとき、移動しやすいかは物理的ポテンシャルの大きさに依存し、またこの物理的ポテンシャルの大きさは凹凸の大きさに依存する。
【００９９】
すなわち、凹凸の大きさが大きいほどその物理的ポテンシャルは大きく、再配列が生じにくくなり欠陥が多くなる。逆に凹凸の大きさが小さいほど再配列が生じやすくなり欠陥の少ない結晶性の高いフォトニック結晶が形成される。ところが、凹凸がある程度まで小さくなると物理的ポテンシャルが無視できる領域になり、小さな凹凸がある基板も平滑な基板も同様の結晶性をもつ。以上の仮説のイメージを図１２に示した。
【０１００】
例えば、下地となる粒子層のポテンシャル周期と目的となる粒子層の周期が重なれば更によい。つまり、（下地微粒子層のポテンシャル周期）×ｎ（自然数）＝（目的微粒子層の周期）であれば、下地層のポテンシャルに従い、目的微粒子層が最初から規則的に並ぶ。このとき、ｎが大きすぎると下地層のポテンシャルの影響がなくなってしまう。
【０１０１】
ここで、ｎが２０を超えると、下地微粒子層に対して上の粒子の接する角度がｎ＝２０のときとｎ＝２１のときとで弧度法において５％を超えない。即ちほとんどポテンシャルの影響を受けなくなると予想される。逆に、ｎ＝２０以下であれば、特にｎ＝２〜４程度であれば、目的層の第１層が下地層の影響を受けながら規則的に並び得る。
【０１０２】
そこで図１３に示したように、目的となる微粒子層３５の層厚が大きい場合には、その微粒子層をいくつかに分割して、その間に当該微粒子層３５よりも小さい粒径の微粒子層３６を挟むようにすれば、層厚方向に関して均質に高い結晶性を有する微粒子配列構造体２０Ｄを得ることができる。
【０１０３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【０１０４】
例えば以上の実施の形態では、目的微粒子層及び下地微粒子層の各構成微粒子にシリカ微粒子を用いたが、勿論これに限らず、例えばポリスチレン等の微粒子を用いてもよい。但し、下地層と目的層との間の親和性は高いほうが良いので、目的層と下地層とは同一材料製の微粒子を用いるのがよい。
【０１０５】
また、以上の実施の形態では、目的層の下地層として、他の小径の目的層あるいは下地微粒子層というように、何れも微粒子の層で形成した場合について説明したが、下地層は微粒子層に限らず、基板（第１の基体）の表面に形成した凹凸層であってもよい。この凹凸層の形成方法としては、例えばエッチング処理やサンドブラスト加工等の基板表面の粗面化処理が好適である。この場合も、凹凸の大きさは、目的とする微粒子の粒径の５０％以下のものが望ましい。
【０１０６】
ここで、上記凹凸の大きさについて図１４〜図１６を参照して説明する。図１４Ａは目的層を形成する微粒子Ｐ１を示しており、これが完全球形であると仮定すると、微粒子Ｐ１の粒径ｄ０である。一方、凹凸層が図１４Ｂのように平滑な基準面Ｓに対して半球状等の断面円形の凹層Ｐ２が周期的に繰り返されている場合、Ｐ２層の大きさが微粒子Ｐ１の粒径の５０％以下であるとは、Ｐ２層の基準面Ｓからの縦方向の差分の２倍をｄ１、横方向の周期（幅）をｄ２としたときにｄ０＞ｄ１またはｄ０＞ｄ２の関係にあることを意味する。これにより、上述の第２，第３の実施の形態で説明したメカニズムで目的層の結晶性を高めることができる。
【０１０７】
なお、図１４Ｃには断面円形の凹凸が周期的に繰り返される凹凸層Ｐ３を示し、図１４Ｄは断面円形の凸層Ｐ４を示している。また、図１５Ａ，Ｂはｄ１＜ｄ２の関係にある断面楕円形の凸層Ｐ５及び凹層Ｐ６を示し、図１５Ｃ，Ｄはｄ１＞ｄ２の関係にある断面楕円形の凸層Ｐ７及び凹層Ｐ８を示している。更に、図１６Ａ，Ｂは断面四角形の凹層Ｐ９及び凸層Ｐ１０を示し、図１６Ｃ，Ｄは断面三角形の凹層Ｐ１１及び凸層Ｐ１２を示している。
【０１０８】
一方、以上の第１の実施の形態では、作製した微粒子配列構造体２０Ａで反射型スクリーンを製造するに際し、第１の基体２１の上にＢ層／Ｇ層／Ｒ層の順でそれぞれ目的層を形成した後、可視光吸収体（第２の基体）２２に転写することで、可視光吸収体／Ｒ層／Ｇ層／Ｂ層の順に配列させるようにした（図１７Ａ参照）。これは、Ｂ（青）の波長の光が散乱されやすいのでスクリーンの光入射側にＢ層を位置させることを目的としている。しかし、転写工程を省略してＢ層を光入射側に位置させることも可能である。この場合、図１７Ｂに示すように、光学的に透明な基板２８を第１の基体として用い、これにＢ層／Ｇ層／Ｒ層（／可視光吸収体２２）を順に積層すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による反射型スクリーン５０の製造方法を説明する工程図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による反射型スクリーン５０の製造方法を説明する工程図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による微粒子配列構造体２０Ａの製造方法を説明する工程図である。
【図４】発明の第１の実施の形態による微粒子配列構造体２０Ａの製造方法を説明する工程図である。
【図５】本発明に係る微粒子配列構造体２０Ａと従来の微粒子配列構造体の反射スペクトルを示す図であり、Ａは本発明の構造、Ｂは従来構造である。
【図６】本発明に係る微粒子配列構造体２０Ａと従来の微粒子配列構造体の構成の相違を説明する図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態による微粒子配列構造体２０Ｂ，２０Ｃを示す図である。
【図８】下地微粒子層の粒子径による目的層（Ｇ層）の反射率の違いを説明する図である。
【図９】下地層の粒径と目的層（Ｇ層）の反射率との関係を示す図である。
【図１０】平滑なガラス基板に直接Ｒ層を形成したときの反射率特性と、同ガラス基板に下地微粒子層を介してＲ層を形成したときの反射率特性とを示す図である。
【図１１】下地層の粒径と目的層（Ｇ層）の反射率との関係を示す図である。
【図１２】下地層の凹凸の大きさと、形成される目的層の結晶性との関係を説明する模式図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態を説明する微粒子配列構造体の図である。
【図１４】目的層の粒径と下地の凹凸層との関係を説明する模式図であって、特に、凹凸層の形態例について示している。
【図１５】目的層の粒径と下地の凹凸層との関係を説明する模式図であって、特に、凹凸層の形態例について示している。
【図１６】目的層の粒径と下地の凹凸層との関係を説明する模式図であって、特に、凹凸層の形態例について示している。
【図１７】反射型スクリーンの製造方法の変形例を説明する図である。
【図１８】自己組織化的に微粒子集合体を形成する方法の説明図である。
【図１９】自己組織化的に配列される微粒子の様子を示す説明図である。
【図２０】平滑なガラス基板と、凹凸のあるＰＥＴ基板のそれぞれにフォトニック結晶を形成したときの基板表面の写真である。
【図２１】基板上に下地微粒子層を介して目的微粒子層を形成する従来の微粒子配列構造体の構成図である。
【図２２】目的とするシリカ微粒子の粒径（直径）と、このシリカ微粒子でブラッグ反射される光の波長との関係を示す図である。
【図２３】従来の製法で作製された反射型スクリーンの構成を示す図である。
【図２４】従来のスクリーンの製造方法を説明する工程図である。
【図２５】従来のスクリーンの製造方法を説明する工程図である。
【図２６】従来の方法で製造したスクリーンの反射スペクトルである。
【符号の説明】
【０１１０】
２０Ａ〜２０Ｄ…微粒子配列構造体、２１…第１の基体、２２…第２の基体（可視光吸収体）、２３…第３の基体（光拡散層）、２８…透明基板、３０，３３，３６…下地微粒子層、３１Ｒ，３１Ｇ，３１Ｂ，３４Ｒ，３４Ｇ，３４Ｂ，３５…目的微粒子層（反射層）、４１〜４４…バインダー層、５０…反射型スクリーン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２０】
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