(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、微粒子を規則的に配列させた微粒子配列体に発生する欠陥を少なくすることができ、特別な装置や制御を必要としない微粒子配列方法の提供を目的とする。【解決手段】  本発明は、曲面を有する基体に微粒子分散溶液を塗布して基体を乾燥させる、又は、微粒子分散溶液を塗布した基体に曲面を形成させて基体を乾燥させることにより、基体の乾燥時の温度や湿度や乾燥方法、或いは、微粒子分散溶液の微粒子の濃度等に特別な制御を必要とせずに、微粒子を規則的に配列させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲面を有する基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布する工程と
上記基体に塗布された微粒子分散溶液を乾燥させる工程とを有する
ことを特徴とする微粒子配列方法。
【請求項２】
上記基体は、上記微粒子分散溶液に浸漬させることを特徴とする請求項１記載の微粒子配列方法。
【請求項３】
上記基体は、上記微粒子分散溶液から引き上げることを特徴とする請求項１の微粒子配列方法。
【請求項４】
上記基体は、上記微粒子分散溶液の液面と上記基体の曲面の垂線に平行な面とを平行又は垂直とするように上記微粒子分散溶液から引き上げること特徴とする請求項３記載の微粒子配列方法。
【請求項５】
上記基体は、上記微粒子分散溶液を塗布した後、上記基体の形状を維持したまま上記基体に塗布された微粒子分散溶液を乾燥させることを特徴とする請求項１記載の微粒子配列方法。
【請求項６】
上記基体は、上記微粒子分散溶液を塗布した後、略平坦にして上記基体に塗布された微粒子分散溶液を乾燥させることを特徴とする請求項１記載の微粒子配列方法。
【請求項７】
上記基体は、上記微粒子分散溶液を塗布する領域を物理的又は化学的処理を施すことにより、親水性とすることを特徴とする請求項１記載の微粒子配列方法。
【請求項８】
略平板状の基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布する工程と、
上記微粒子分散溶液を塗布した上記基体に曲面を形成して微粒子分散溶液を乾燥させる工程とを有する
ことを特徴とする微粒子配列方法。
【請求項９】
上記基体は、上記微粒子分散溶液から上記基体を引き上げる方向と、形成する上記基体の曲面の垂線に平行な面とを平行又は垂直とするように曲面を形成することを特徴とする請求項８記載の微粒子配列方法。
【請求項１０】
曲面を有する基体と、
上記基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、塗布された上記微粒子分散溶液を乾燥させて形成された微粒子配列体とを有する
ことを特徴とするスクリーン。
【請求項１１】
曲面を有する基体と、
上記基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、塗布された上記微粒子分散溶液を乾燥させて形成された微粒子配列体とを有する
ことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粒子を配列する方法に関し、その方法により配列した微粒子を有するスクリーン及びデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微粒子を規則的に配列させた構造体は、フォトニック結晶、半導体材料、ディスプレイ用光学散乱体、磁気記録材料、バイオチップ、細胞培養基材など多様な用途への応用が検討されている。従来から知られているリソグラフィーやレーザーによる微細加工方法では加工に関する材料、時間、工程に制限がある。
【０００３】
また、ある種の物理的パターン構造を利用した微細形状の作製法も知られているが、構造体の形状の均一性、精密度、任意性などの課題が残っている。さらには、これらの物理的パターン構造を利用した技術を用いた場合、やはり上記と同様に制限がある。
【０００４】
一方、自己組織化による微細加工を用いた構造体作製法では、溶媒の蒸発などを利用して従来方法よりも簡易で構造を制御できるようになってきた。現在では、ナノメートルから数百マイクロメートル程度の微粒子を用いて、任意の規則的な配列を実現することにより、上記応用への可能性が広がってきた。
【０００５】
微粒子を自己組織化により規則的に配列させた微粒子配列体の作製方法としては、種々の手法が報告されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。例えば、微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液に、微粒子に対して親和性の良い基板を浸漬し、この基板を引き上げることで、基板に微粒子を写し取る。そして、溶媒を蒸発させることで、微粒子の自己組織化が起こり、微粒子配列体を得る方法（引き上げ法）がある（例えば、非特許文献３、４、及び、５参照）。
【０００６】
また、微粒子に対して親和性の良い基板を微粒子分散溶液中に静置させ、微粒子が自身の重みにより徐々に沈殿し、微粒子配列体を基板上に形成させる方法（重力沈降法）がある（例えば、非特許文献６参照）。
【０００７】
さらに、微粒子よりも大きなスペーサーを挟んだマイクロセルを微粒子分散溶液に差し込み、毛管現象により分散液をセル内に充填させ、溶媒が蒸発するときに微粒子の自己組織化が起こり、微粒子配列体を得る方法がある（例えば、非特許文献７参照）。
【０００８】
しかしながら、これらの方法は、いずれも非常に長い時間が必要であるか、あるいは、微粒子配列体中に欠陥が多く形成されてしまうという問題点がある。図８は、引き上げ法で作製された微粒子配列体の表面をＡＦＭで観察した結果を示した図であり、図８中のＹ字状の線は、欠陥の一種である転位を示すものである。図８に示されるように、微粒子配列体中に転位が形成されていることがわかる。
【０００９】
例えば、このような欠陥を有する微粒子配列体をスクリーンに応用する場合、欠陥部分で光の散乱が生じ、黒の沈みがなくなることでコントラストが低くなり、結果として画像が劣化することになる。特に照明下のような外部光が多く存在するようなところでは、画像の劣化が著しい。また、微粒子配列体を導波路やレーザーなどの光デバイスに応用した場合、欠陥のところで光が散乱することで光損失が大きくなるなどで導波特性やデバイス特性に悪影響を及ぼすことになる。
【００１０】
また、その他の方法として、微粒子を分散させた懸濁液に基板を接触させ、空気と基板と懸濁液との３相接触線にあるメニスカス先端部を掃引展開して移動させ、メニスカス先端部の移動速度、微粒子の体積分率、及び、液体蒸発速度をパラメータとして微粒子薄膜の微粒子密度及び微粒子層数を制御する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
さらに、荷電性ナノスケールの微粒子を分散させた電解質溶液を調製し、この微粒子分散電解質溶液中に薄膜を形成し、その薄膜中に上記微粒子を閉じ込め、掃引法等により固体基板上に液膜を形成し、その液膜の乾燥によりナノスケールの微粒子の集積薄膜を形成する方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
またさらに、高周波数で変動する電場を印加することにより微粒子を整列させる方法がある（例えば、特許文献３参照）。さらに、微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液に種結晶を投入した後、微粒子分散溶液の溶媒を蒸発させ、その種結晶を引き上げることにより形成する方法がある。（例えば、特許文献４参照）。
【００１３】
【非特許文献１】Ｐ．  Ｊｉａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｈｅｍ．  Ｍａｔｅｒ．，  １１，  ２１３２  （１９９９）
【非特許文献２】Ｙ．  Ｘｉａ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．，  １２（１０），  ６９３  （２０００）
【非特許文献３】Ｋ．  Ｎａｇａｙａｍａ，  Ｊ．  Ｓｏｃ．  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  Ｊａｐａｎ，  ３２，  ４７６  （１９９５）
【非特許文献４】Ｊ．  Ｄ．  Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ，  Ｎａｔｕｒｅ，  ４１４（１５），  ２５７  （２００１）
【非特許文献５】Ｙ．  −Ｈ．  Ｙｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ７８（１），  ５２  （２００１）
【非特許文献６】Ｈ．  Ｍｉｇｕｅｚ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．，  １０（６），  ４８０  （１９９８）
【非特許文献７】Ｂ．  Ｇａｔｅｓ，  Ｄ．  Ｑｉｎ，  Ｙ．  Ｘｉａ，  Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．  １１，  ４６６，  （１９９９）
【特許文献１】特開平７−１１６５０２号公報
【特許文献２】特開平９−９２６１７号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５３７８号公報
【特許文献４】特開２００３−２１２６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１の方法は、メニスカス先端部の引き上げ、引き下げ、及び、同等の掃引操作をゆっくり行い、さらに、ぬれ膜をゆっくり蒸発させることで微粒子を配列させて大きな微粒子膜を形成する方法である。したがって、微粒子膜の作製には長い時間を必要とする。
【００１５】
特許文献２の方法は、固体基板上にナノスケール微粒子の集積薄膜を形成することができるが、微粒子分散電解質溶液中に形成する薄膜は、この薄膜内に閉じ込める微粒子の大きさに応じて膜厚を変更する必要がある。また、この方法は、ナノスケールの微粒子のみに対応する方法であり、例えば、マイクロスケールの微粒子には適応することができない。
【００１６】
特許文献３の方法は、高周波数で変動する電場を印加することにより微小粒子を整列させる方法であるが、高周波数で変動する電場という特殊な環境を形成しなければならない。特許文献４の方法は、微粒子分散溶液に種結晶を投入し、その種結晶を引き上げることで欠陥の少ない微粒子結晶を形成することができる方法であるが、種結晶の投入後に微粒子分散溶液の溶媒を蒸発させなければならない。例えば、複数の微粒子配列体を積層させたい場合、１つの微粒子配列体を形成させた後に、再度微粒子分散溶液の調整を行わなければならない。また、この方法は、窒素などの不活性ガスの雰囲気下で行われなければならず、大気中とは隔絶された空間を必要とするという問題点を有している。
【００１７】
そこで、上記のような従来の実情に鑑み、特別な装置や特殊な環境下で行われることなく、簡便な方法により、欠陥の少ない微粒子配列体を比較的短い時間で形成することができる微粒子配列方法を提供することを目的とする。また、この方法により形成される微粒子配列体を用いたスクリーンやデバイスの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の微粒子配列方法は、曲面を有する基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布する工程と上記基体に塗布された微粒子分散溶液を乾燥させる工程とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の微粒子配列方法によれば、曲面を有する基体に微粒子分散溶液を塗布することにより、規則的に微粒子を配列させることができる。そして、この方法は、基体の乾燥時の温度や湿度や乾燥方法、或いは、微粒子分散溶液の微粒子の濃度等に特別な制御を必要としない。また、比較的速い引き上げ速度で微粒子分散溶液から基体を引き上げても、微粒子を規則的に配列させることができ、欠陥の少ない微粒子配列体を形成することができる。これにより、比較的大きな面積の基体を用いても、あまり時間をかけずに微粒子を配列させることができる。さらに、曲面を有する基体を使用するだけで、欠陥の少ない微粒子配列体を形成することができる。
【００２０】
本発明の別の微粒子配列方法は、略平板状の基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布する工程と、上記微粒子分散溶液を塗布した上記基体に曲面を形成して微粒子分散溶液を乾燥させる工程とを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の別の微粒子配列方法によれば、微粒子分散溶液を塗布した基体に曲面を形成し、基体の微粒子分散溶液を乾燥させることにより、規則的に配列した微粒子を配列させることができる。そして、この方法は、上記と同様に、微粒子分散溶液の乾燥時の温度や湿度や乾燥方法、或いは、微粒子分散溶液の微粒子の濃度等に特別な制御を必要としない。また、比較的速い引き上げ速度で微粒子分散溶液から基体を引き上げても、微粒子を規則的に配列させることができ、欠陥の少ない微粒子配列体を形成することができる。これにより、比較的大きな面積の基体を用いても、あまり時間をかけずに微粒子を配列させることができる。さらに、曲面を有する基体を使用するだけで、欠陥の少ない微粒子配列体を形成することができる。
【００２２】
本発明のスクリーンは、曲面を有する基体と、上記基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、塗布された上記微粒子分散溶液を乾燥させて形成された微粒子配列体とを有することを特徴とする。
【００２３】
本発明のスクリーンによれば、上記微粒子配列方法により作製されることで、微粒子の層中に発生する欠陥を少なくすることができる。微粒子の層中の欠陥は、画像に関係のない外部の光の反射や、入射光の散乱を起こし、コントラストの劣化を招く。したがって、欠陥の少ない本発明のスクリーンは、黒の沈んだ高コントラストの綺麗な画像を提供することができる。
【００２４】
本発明のデバイスは、曲面を有する基体と、上記基体に微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、塗布された上記微粒子分散溶液を乾燥させて形成された微粒子配列体とを有することを特徴とする。
【００２５】
本発明のデバイスによれば、上記微粒子配列方法を用いることにより、微粒子を自己組織化により規則的に配列させ、微粒子同士が接触した微粒子配列体を有している。これにより、好適なデバイスを提供することができる。例えば、微粒子を有機半導体の結晶とすることで、形成された有機半導体デバイスは、粒界やトラップ準位の少ないデバイスとなり、高い電気伝導性を有する有機半導体デバイスを提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の微粒子配列方法は、曲面を有する基体に微粒子分散溶液を塗布して基体を乾燥させる、又は、微粒子分散溶液を塗布した基体に曲面を形成させて基体を乾燥させることにより、規則的に微粒子を配列させることができる。そして、この方法は、基体の乾燥時の温度や湿度や乾燥方法、或いは、微粒子分散溶液の微粒子の濃度等に特別な制御を必要としない。また、比較的速い引き上げ速度で微粒子分散溶液から基体を引き上げても、微粒子を規則的に配列させることができ、欠陥の少ない微粒子配列体を形成することができる。これにより、比較的大きな面積の基体を用いても、あまり時間をかけずに微粒子を配列させることができる。
【００２７】
本発明のスクリーンは、上記微粒子配列方法により作製されることで、微粒子の層中に発生する欠陥を少なくすることができる。微粒子の層中の欠陥は、画像に関係のない外部の光の反射や、入射光の散乱を起こし、コントラストの劣化を招く。したがって、欠陥の少ない本発明のスクリーンは、黒の沈んだ高コントラストの綺麗な画像を提供することができる。
【００２８】
本発明のデバイスは、上記微粒子配列方法を用いることにより、微粒子を自己組織化により規則的に配列させ、微粒子同士が接触した欠陥の少ない微粒子配列体を有している。これにより、好適なデバイスを提供することができる。例えば、微粒子を有機半導体の結晶とすることで、形成された有機半導体デバイスは、粒界やトラップ準位の少ないデバイスとなり、高い電気伝導性を有する有機半導体デバイスを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の微粒子配列方法について図面を参照しながら説明する。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００３０】
［実施の形態１］
本発明の微粒子配列方法は、基体として曲面を有する基板１に、微粒子２を溶媒に分散させた微粒子分散溶液２０を塗布し、基板１に塗布された微粒子分散溶液を乾燥させ、自己組織化により微粒子を規則的に配列させる方法である。図１は、本発明の微粒子配列方法により形成された微粒子配列体の一例を示す一部拡大断面図である。微粒子配列体１５は、基板１上に形成され、自己組織化により規則的に配列している。
【００３１】
基板１は、所定の曲率の曲面を有しており、例えば、板状やシート状の部材である。また、基板１には、微粒子配列体１５を形成するために、微粒子２や微粒子２を溶媒に分散させた微粒子分散溶液２０と親和性の高い微粒子付着部１０を有している。
【００３２】
基板１の形状は、曲面を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、略矩形のシート状部材をその断面を円形や半円形となるように湾曲させたものでもよい。また、この曲面の曲率は、特に限定されるものではなく、曲率を一定としてもよいが、一定でなくてもよい。基板１は、微粒子分散溶液２０に浸漬させる前に曲面を形成しても、予め曲面を有するものでもどちらでもよい。
【００３３】
基板１の材質は、例えば、ポリエチレンテレフタレートといった高分子樹脂を用いることもできる。また、金属や金属酸化物等の材質で形成される基板１をポリエチレンテレフタレート等の疎水性の高分子樹脂でコーティングしてもよい。
【００３４】
微粒子付着部１０は、基板１に設けられ、微粒子付着部１０の周囲よりも微粒子２との親和性が高く、微粒子２及び微粒子分散溶液２０を付着させやすい領域である。この微粒子付着部１０は、基板１の一方の面の全体に設けられていてもよいが、基板１の一部に設けられていてもよく、特に限定されるものではない。また、微粒子付着部１０は、曲面を有する基板１の外側に設けられていても、内側に設けられていてもよい。
【００３５】
この微粒子付着部１０は、予め基板１に有していてもよいが、基板１に物理的又は化学的処理によって微粒子付着部１０を設けてもよい。この微粒子付着部１０加工法は、基板１に付着させる微粒子２及び微粒子分散溶液２０の性質により適宜変更することができる。
【００３６】
例えば、微粒子分散溶液２０の溶媒として水等の極性溶媒を用いる場合、微粒子付着部１０を親水性とすることにより微粒子分散溶液を容易に塗布することができる。この場合、親水性とするためには、サンドブラスト等による物理的処理、ヒドロキシル基やアミノ基といった親水性基を有する化合物を塗布する化学的処理を挙げることができる。また、微粒子付着部１０にガラスをコーティングし、プラズマ処理等を行って親水加工する方法でもよい。さらに、より親和性を高めるために、サンドブラスト等で形成された微粒子付着部１０に、微粒子２よりも粒形が小さく、微粒子２との親和性の高い微粒子を付着させたバッファー層を形成してもよい。
【００３７】
微粒子２は、溶媒に分散されて微粒子分散溶液２０を形成する。この微粒子分散溶液２０を基板１の微粒子付着部１０に塗布し、基板１の微粒子分散溶液を乾燥させることにより、微粒子２は、自己組織化により規則的に配列することができる。このとき、基板１が曲面を有していることにより、微粒子２は、より規則的に配列し、欠陥の少ない微粒子配列体１５を基板１に形成することができる。
【００３８】
微粒子２の材質は、特に限定されるものではなく、形成する微粒子配列体１５の用途により適宜変更される。例えば、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナといった無機の微粒子や、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、フェノール樹脂、アクリルポリマー、シリコンポリマー、天然高分子といった有機の微粒子が挙げられ、本発明においては、原子や分子も含むものとする。また、微粒子の大きさも特に限定されるものではない。微粒子２の大きさや材質は、微粒子配列体１５の用途により適宜変更することができる。また、微粒子２は、一種類に限らず複数の種類の微粒子を用いてもよい。
【００３９】
溶媒は、微粒子２を分散させて微粒子分散溶液２０を形成する。この溶媒は、微粒子２と反応することなく、微粒子分散溶液２０の塗布後、蒸発を行うことができるものであれば特に限定されるものではない。微粒子２や微粒子付着部１０の性質により適宜変更することができる。例えば、比較的容易に蒸発させることができる溶媒として水やアルコール等が挙げられる。
【００４０】
微粒子分散溶液２０は、微粒子２を溶媒に分散させた溶液である。微粒子分散溶液２０は、基板１に塗布され、塗布された微粒子分散溶液２０を乾燥することで、この乾燥の過程で、微粒子２が自己組織化により集合し、微粒子配列体１５を形成させることができる。
【００４１】
また、微粒子分散溶液２０には、微粒子２とは別に、膜を形成する膜形成物質を含んでいてもよい。例えば、重合することによりポリビニルアルコールとなる化合物等を含んでいてもよい。このように、膜形成物質を含むことにより、基板１の微粒子付着部１０に付着した微粒子２を微粒子分散溶液２０の溶媒に再び分散させることを防ぐことができる。すなわち、下記で説明する微粒子２の配列の方法を複数回行っても、基板１に付着した微粒子２を溶媒に分散させることなく、その上に新たな微粒子２を付着させることができる。
【００４２】
以下、本発明の微粒子配列方法について説明する。図２は、本発明の微粒子配列方法の一例を示す図である。本発明の微粒子配列方法は、所定の曲面を有する基板１を微粒子分散溶液２０に浸漬させ、一定の速度で基板１を引き上げ、引き上げられた微粒子配列体１を略平坦にして乾燥させる方法である。
【００４３】
まず、図２（ａ）のように、基板１を微粒子を溶媒に分散させた微粒子分散溶液２０に浸漬させる。これにより、基板１の微粒子付着部１０に微粒子分散溶液２０を付着させることができる。
【００４４】
微粒子分散溶液２０に基板１を十分に浸漬した後、図２（ｂ）のように、基板１を所定の速度で引き上げる。引き上げる方向は、図２（ｂ）のように、基板１の曲面の垂線に平行な面と微粒子分散溶液２０の液面とを平行とするように引き上げてもよいが、基板１の曲面の垂線と平行する面と微粒子分散溶液２０の液面とを垂直とするように引き上げてもよく、特に限定されるものではない。
【００４５】
例えば、微粒子分散溶液２０を入れる容器の幅が狭い場合、基板１の曲面の垂線に平行な面と微粒子分散溶液２０の液面とを平行とするように引き上げることで、微粒子分散溶液２０を基板１に塗布することができる。また、例えば、微粒子分散溶液２０を入れる容器が浅い場合、基板１の曲面の垂線と平行する面と微粒子分散溶液２０の液面とを垂直とするように引き上げることで、微粒子分散溶液２０を基板１に塗布することができる。
【００４６】
本発明の微粒子配列方法は、基板１をゆっくり引き上げても、比較的速く引き上げても、曲面を有する基板１を使うことにより微粒子を規則的に配列させることができるため、基板１の引き上げ速度は、特に限定するものではない。
【００４７】
微粒子分散溶液２０から引き上げられた基板１は、図２（ｃ）のように、基板１を略平坦にし、基板１に塗布された微粒子分散溶液２０の乾燥を行う。この乾燥により、微粒子分散溶液２０の溶媒が徐々に蒸発し、その蒸発の過程で微粒子が自己組織化的に集合し、基板１に微粒子が規則的に配列した微粒子配列体１５を形成することができる。微粒子分散溶液２０の乾燥は、加熱、送風、除湿等により溶媒の蒸発を制御してもよいが、特別に溶媒の蒸発を促すような制御を行わなくてもよい。また、引き上げられた基板１は、そのままの形状を保ったまま、すなわち、曲面を有したまま乾燥させてもよい。さらに、基板１は、引き上げられたときの曲面の曲げ方向と異なる方向に曲げて乾燥を行っても、微粒子を規則的に配列させることができる。
【００４８】
また、この基板１の浸漬工程、引き上げ工程、及び、乾燥工程は、複数回繰り返して行ってもよく、形成する微粒子配列体１５の厚さに応じて繰り返す回数を適宜変更することができる。そして、乾燥工程において、基板１を略平坦にし、基板１の乾燥後に再び微粒子分散溶液２０に浸漬させる場合、略平坦にした基板１に再び曲面を形成してもよい。さらに、繰り返す毎に異なる微粒子を使用することもできる。これにより、形成された微粒子配列体１５の上に別の微粒子からなる微粒子配列体１５を形成することができ、微粒子配列体１５を積層することができる。
【００４９】
このように、曲面を有する基板１に微粒子分散溶液２０を塗布し、乾燥させることにより、自己組織化により微粒子を規則的に配列させることができる。このときの微粒子分散溶液２０の塗布方法としては、図２に示されるような、引き上げ法による方法に限られるものではない。例えば、スピンコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、ナイフコート法等の方法により微粒子分散溶液２０を塗布してもよい。本発明において、塗布とは、微粒子分散溶液２０を基板１に付着させることを示すものであり、例えば、基板１に微粒子分散溶液２０を噴霧することも含まれる。
【００５０】
［実施の形態２］
本発明の微粒子配列方法は、上記のように、基体として曲面を有する基板１を用いる方法だけに限らず、略平坦な基板５を用いても同様に微粒子配列体を形成することができる。この微粒子配列方法は、略平板状の基板５をそのままの形状で微粒子分散溶液２０に浸漬し、十分に浸漬させた後に、基板５を引き上げ、引き上げた後に曲面を持たせて乾燥させる方法である。このとき使用される、微粒子２及び微粒子分散溶液２０は、上記実施の形態１と同様であり、また、微粒子分散溶液２０が塗布される微粒子付着部５０の加工方法も、上記実施の形態１と同様である。
【００５１】
図３は、略平坦な基板５に微粒子を規則的に配列させる方法を示す図である。略平坦な基板５は、図３（ａ）のとおり、実施の形態１と略同様に、微粒子を分散させた微粒子分散溶液２０に浸漬させる。これにより、基板５の微粒子付着部５０に微粒子分散溶液２０を付着させることができる。
【００５２】
微粒子分散溶媒２０に略平坦な基板５を十分に浸漬させた後、図３（ｂ）のように、基板５を引き上げる。これにより、基板５に微粒子分散溶液２０を塗布することができる。本発明の微粒子配列方法は、基板５をゆっくり引き上げても、比較的速く引き上げても、次の工程で、基板５に曲面を形成して乾燥させることにより微粒子を規則的に配列させることができため、基板５の引き上げ速度は、特に限定されるものではない。
【００５３】
微粒子分散溶液２０から引き上げられた基板５は、図３（ｃ）のように、基板５に曲面を形成し、基板５に塗布された微粒子分散溶液２０の乾燥を行う。この乾燥により、微粒子分散溶液２０の溶媒が徐々に蒸発し、その蒸発の過程で微粒子が自己組織化的に集合し、基板５に微粒子が規則的に配列した微粒子配列体５５を形成することができる。微粒子分散溶液２０の乾燥は、加熱、送風、除湿等により溶媒の蒸発を制御してもよいが、特別に溶媒の蒸発を促すような制御を行わなくてもよい。また、形成される曲面の曲率は、特に限定されるものではなく、曲率を一定としてもよいが、一定でなくてもよい。
【００５４】
また、基板５に形成する曲面は、基板５を引き上げた方向と、基板５に形成する曲面の垂線に平行な面とが平行になるように曲面を形成してもよく、垂直になるように曲面を形成してもよい。例えば、基板５の引き上げ方向と、基板５に形成する曲面の垂線に平行な面とが平行になるように曲面を形成する場合、引き上げた直後に基板５に曲面を形成することができるため、略平坦な状態で基板５の微粒子分散溶液２０の乾燥が始まる前に曲面を形成することができる。また、基板５の引き上げ方向と、基板５に形成する曲面の垂線に平行な面とが垂直になるように曲面を形成する場合、例えば、基板５をローラー等で巻き取りながら引き上げることで引き上げと同時に基板５に曲面を形成することができ、微粒子分散溶液２０の乾燥が始まる前に曲面を形成することができる。
【００５５】
また、この基板５の浸漬工程、引き上げ工程、及び、乾燥工程は、複数回繰り返し行ってもよく、形成する微粒子配列体５５の厚さに応じて繰り返す回数を適宜変更することができる。そして、乾燥工程において、基板５に曲面を形成し、基板５の乾燥後に再び微粒子分散溶液に浸漬させる場合、曲面を形成した基板５を再び略平坦にしてもよい。さらに、繰り返す毎に異なる微粒子を使用することもできる。これにより、形成された微粒子配列体の上に別の微粒子からなる微粒子配列体を形成することができ、微粒子配列体を積層することができる。
【００５６】
このように、略平坦な基板５に微粒子分散溶液２０を塗布し、微粒子分散溶液２０から引き上げた後、基板５に曲面を形成して基板５を乾燥させることにより、自己組織化により微粒子を規則的に配列させることができる。このときの微粒子分散溶液２０の塗布方法としては、図３に示されるような、引き上げ法による方法に限られるものではない。例えば、スピンコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、ナイフコート法等の方法により微粒子分散溶液２０を塗布してもよい。
【００５７】
以上のように、本発明の微粒子配列方法は、上記実施の形態１のように、曲面を有する基板１に微粒子分散溶液２０を塗布し、基板１に塗布された微粒子分散溶液２０を乾燥させることにより、基板１に微粒子を規則的に配列させることができる。また、上記実施の形態２のように、略平坦な基板５に微粒子分散溶液２０を塗布し、基板５に曲面を形成して基板５に塗布された微粒子分散溶液２０を乾燥させることにより、実施の形態１と同様に、基板５に微粒子を規則的に配列させることができる。これにより、本発明の微粒子配列方法は、欠陥の少ない微粒子配列体を提供することができる。
【００５８】
このように、本発明の微粒子配列方法は、曲面を有する基板に微粒子分散溶液を塗布して基板を乾燥させる、又は、微粒子分散溶液を塗布した基板に曲面を形成して基板を乾燥させるという簡便な作業工程により、規則的に微粒子を配列させることができる。そして、この方法は、特別な装置や特殊な環境下を必要としない。
【００５９】
また、比較的速い引き上げ速度で微粒子分散溶液から基板を引き上げても、微粒子を規則的に配列させることができ、欠陥の少ない微粒子配列体を形成することができる。これにより、面積の比較的大きな基板を用いても、あまり時間をかけずに微粒子を配列させることができる。
【００６０】
上記の微粒子配列方法は、自己組織化により微粒子を規則的に配列させることができる。この微粒子配列方法を利用することにより、フォトニック結晶を形成することができる。フォトニック結晶は、所定の波長の光を選択的に反射することができ、その反射する光は、微粒子の粒径に依存する。そのため、フォトニック結晶を形成することにより、スクリーンをはじめとした光デバイスを作製することができる。
【００６１】
以下、上記微粒子配列法により形成される本発明のスクリーン４の例を示す。図４は、上記微粒子配列法により形成されたスクリーン４の拡大断面図である。本発明のスクリーン４は、微粒子の粒径を変えて上記微粒子配列方法を用いることにより作製することができる。
【００６２】
本発明のスクリーン４は、はじめに、可視光を吸収することができ、基体として曲面を有する基板１００を、フォトニック結晶となることにより赤色の光４０１を反射させることができる微粒子２０１を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、基板１００に塗布した微粒子分散溶液を乾燥させる。これにより、微粒子２０１を規則的に配列させるとともに積層させた微粒子２０１の層が形成され、赤色の光４０１を反射することができるフォトニック結晶となる。
【００６３】
次に、曲面を有する基板１００の微粒子２０１の層の上に、フォトニック結晶となることにより緑色の光４０２を反射させることができる微粒子２０２を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、基板１００に塗布した微粒子分散溶液を乾燥させる。これにより、微粒子２０２を規則的に配列させるとともに積層させた微粒子２０２の層が形成され、緑色の光４０２を反射することができるフォトニック結晶となる。
【００６４】
そして、曲面を有する基板１００の微粒子２０２の層の上に、フォトニック結晶となることにより青色の光４０３を反射させることができる微粒子２０３を溶媒に分散させた微粒子分散溶液を塗布し、基板１００に塗布した微粒子分散溶液を乾燥させる。これにより、微粒子２０３を規則的に配列させるとともに積層させた微粒子２０３の層が形成され、緑色の光４０３を反射することができるフォトニック結晶となる。
【００６５】
本発明のスクリーン４は、上記微粒子配列方法に作製することで、図４のように、基板１００上に異なる粒径の微粒子をそれぞれ規則的に配列させることができる。この異なる粒径の微粒子の層は、それぞれフォトニック結晶となっており、微粒子２０１の層により赤色の光４０１を反射し、微粒子２０２の層により緑色の光４０２を反射し、微粒子２０３の層により青色の光４０３を反射することができる。そして、基板１００は、各微粒子の層を透過した光を吸収することができる。
【００６６】
微粒子２０１、２０２、２０３の層は、プロジェクタ等の画像投影装置から投影される３原色光を反射して、フルカラーの画像を表示させることができる。通常、このスクリーン４には画像投影装置以外から発生する外部光４０４も照射されている。微粒子２０１、２０２、２０３の層は、所定の光、この例においては、微粒子２０１の層は赤色の光４０１、微粒子２０２の層は緑色の光４０２、微粒子２０３の層は青色の光４０３を選択的に反射し、それ以外の光は透過させてしまう。したがって、外部光４０４は、３つの微粒子の層を透過し、可視光を吸収する基板１００に吸収されることとなる。
【００６７】
本発明のスクリーン４は、上記微粒子配列方法により作製されることで、微粒子の層中に発生する欠陥を少なくすることができる。微粒子の層中の欠陥は、画像に関係のない外部の光の反射や、入射光の散乱を起こし、コントラストの劣化を招く。したがって、欠陥の少ない本発明のスクリーン４は、黒の沈んだ高コントラストの綺麗な画像を提供することができる。
【００６８】
また、レーザや発光ダイオード等の半値幅が狭く、色純度の良い光の投影による画像の場合、効率良く選択的に画像の光だけを反射させて他の波長の光を吸収することで、高コントラストを維持するとともに、黒がよく沈む画像を提供することができる。さらに、液晶プロジェクタ等の各３原色のスペクトル半値幅が広い光を投影しても、色度図上の色再現性がよくなり、純粋な色が表現できる。
【００６９】
一方、微粒子配列体を導波路やレーザ等の光デバイスに応用した場合、欠陥が少ないことにより、光損失が小さくなり、導波特性やデバイス特性が良好になる。
【００７０】
上記の微粒子配列方法により微粒子を規則的に配列させた微粒子配列体は、スクリーンに限らず、その他のデバイスに利用することができる。上記の微粒子配列方法は、微粒子を自己組織化により規則的に配列させることができる。すなわち、図１に示されるように、微粒子同士が接触した微粒子配列体を形成することができる。
【００７１】
例えば、上記微粒子配列方法には、微粒子として、アントラセン、テトラセン、ペンタセンといった有機半導体の結晶を用いることもできる。有機半導体は、高い電気伝導度を得るために、粒界やトラップ準位の少ない良質の単結晶を必要とする。したがって、有機半導体の結晶を規則的に配列させることは、有機半導体にとって重要な課題となっている。
【００７２】
そこで、上記微粒子配列方法を用いることにより、有機半導体の結晶を規則的に配列させた有機半導体の結晶配列体を得ることができる。この結晶配列体は、自己組織化により規則的に配列し、結晶同士が接触している。したがって、上記微粒子配列方法により形成された結晶配列体は、粒界やトラップ準位の少ない良質の単結晶となり、高い電気伝導度を持つ。この結晶配列体は、有機トランジスタ等の有機半導体を利用したデバイスに応用することができる。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の微粒子配列方法を用いた実施例を示す。なお、本発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００７４】
［実施例１］  本発明の微粒子配列方法を用いて円筒状の外側に微粒子を配列させ、基板の形状を保持したまま乾燥させた場合における微粒子結晶の作成。
基板として、材質をポリエチレンテレフタレートとし、曲率φ３２０の曲面を有する円筒状のとした基板９０を用いた。基板９０の外側の一部に微粒子を付着させるために、微粒子の付着させる位置にサンドブラストで処理を行い、親水性とした。基板９０に付着させる微粒子として、粒子径３００ｎｍのシリカ微粒子を用いた。この親水性の部位に微粒子を付着させる方法としては、引き上げ法を用いて行った。そのため、シリカ微粒子は、２０．４ｗｔ％になるように、水に分散させ、微粒子分散溶液を調製した。
【００７５】
基板９０は、シリカ微粒子の水溶液中に浸漬させ、基板９０の曲面の垂線と水溶液の液面とを平行となるように１ｃｍ／ｓの速度で引き上げ、このままの形状で乾燥を行った。基板９０の浸漬工程、基板９０の引き上げ工程、基板９０の乾燥工程を１つのサイクルとして３回繰り返し、最後の乾燥工程後、基板９０を略平板状とした。形成した微粒子結晶の反射率は４２％、光散乱強度は２２ｃｄ／ｍ２であった。
【００７６】
［実施例２］  本発明の微粒子配列方法を用いて円筒状の基板の内側に微粒子を配列させ、基板の形状を保持したまま乾燥させた場合における微粒子結晶の作成。
基板として、材質をポリエチレンテレフタレートとし、曲率φ３２０の曲面を有する円筒状のとした基板９１を用いた。基板９１の内側の一部に微粒子を付着させるために、微粒子の付着させる位置にサンドブラストで処理を行い、親水性とした。基板９１に付着させる微粒子として、粒子径３００ｎｍのシリカ微粒子を用いた。この親水性の部位に微粒子を付着させる方法としては、引き上げ法を用いて行った。そのため、シリカ微粒子は、２０．４ｗｔ％になるように、水に分散させ、微粒子分散溶液を調製した。
【００７７】
基板９１は、シリカ微粒子の水溶液中に浸漬させ、基板９１の曲面の垂線と水溶液の液面とが平行になるように１ｃｍ／ｓの速度で引き上げ、このままの形状で乾燥を行った。基板９１の浸漬工程、基板９１の引き上げ工程、基板９１の乾燥工程を１つのサイクルとして３回繰り返し、最後の乾燥工程後、基板９１を略平板状とした。形成した微粒子結晶の反射率は２７％、光散乱強度は２１ｃｄ／ｍ２であった。
【００７８】
［実施例３］  従来法を用いて略平坦な基板に微粒子を配列させ、乾燥させた場合における微粒子結晶の作成。
基板として、略平坦な形状で、材質をポリエチレンテレフタレートとした基板９２を用いた。基板９２に微粒子を付着させるために、微粒子の付着させる位置にサンドブラストで処理を行い、親水性とした。基板９２に付着させる微粒子として、粒子径３００ｎｍのシリカ微粒子を用いた。この親水性の部位に微粒子を付着させる方法としては、引き上げ法を用いて行った。そのため、シリカ微粒子は、２０．４ｗｔ％になるように、水に分散させ、微粒子分散溶液を調製した。
【００７９】
基板９２は、シリカ微粒子の水溶液中に浸漬させ、１ｃｍ／ｓの速度で引き上げ、このままの形状で乾燥を行った。基板９２の浸漬工程、基板９２の引き上げ工程、基板９２の乾燥工程を１つのサイクルとして３回繰り返した。形成した微粒子結晶の反射率は２６％、光散乱強度は２０ｃｄ／ｍ２であった。
【００８０】
上記実施例１から３において、基板９０、９１、９２上に形成した微粒子結晶を、反射スペクトル、光散乱強度を比較し図５に示す。まず、実施例１から３に示されるように、基板９０、９１、９２に形成される微粒子結晶は、光散乱強度は略同じであった。光散乱は結晶欠陥に由来するものであるが、結晶表面に存在する結晶粒界だけではなく、内部に存在する欠陥にも由来する。上記実施例１から３では、光散乱強度を略同値としているため、微粒子結晶の結晶性の尺度は、反射率に依存することになる。
【００８１】
図５に示される反射スペクトルは、ピークの高さと半値幅により結晶性の尺度とすることができる。したがって、上記実施例１から３の反射率の数値だけでなく、図５に示されるように、実施例１において基板９０上に形成された微粒子結晶の反射率が最も優れ、高い結晶性を有しているといえる。また、実施例２において基板９１上に形成された微粒子結晶は、従来法により形成された実施例３における基板９２上に形成された微粒子結晶と比較して、高い反射率であり、高い結晶性を示しているといえる。
【００８２】
次に、実施例１及び実施例３において、基板９０、９２上に形成された微粒子結晶のＳＥＭ像を観察し、その図を図６に示す。実施例１において基板９０に形成された微粒子結晶は、図６（ａ）のとおり、規則的に配列し、結晶粒界が少なくなっていることがわかる。一方、実施例３において基板９２に形成された微粒子結晶は、図６（ｂ）のように、所々で規則的に配列しているものの、図６（ａ）に比べ結晶粒界が多いことがわかる。この結果からも明らかなように、本発明の微粒子配列方法は、微粒子をより規則的に配列させることができる。
【００８３】
［実施例４］  本発明の微粒子配列方法を用いて円筒状に基板の外側に微粒子を配列させ、基板を略平坦にして乾燥させた場合における微粒子結晶の作成。
基板として、材質をポリエチレンテレフタレートとし、曲率φ３２０の円筒状のとした基板９３を用いた。基板９３の外側の一部に微粒子を付着させるために、微粒子の付着させる位置にサンドブラストで処理を行い、親水性とした。基板９３に付着させる微粒子として、粒子径３００ｎｍのシリカ微粒子を用いた。この親水性の部位に微粒子を付着させる方法としては、引き上げ法を用いて行った。そのため、シリカ微粒子は、２０．４ｗｔ％になるように、水に分散させ、微粒子分散溶液を調製した。
【００８４】
基板９３は、シリカ微粒子の水溶液中に浸漬させ、基板９３の曲面の垂線と水溶液の液面とが平行になるように１ｃｍ／ｓの速度で引き上げ、基板９３を略平坦にして乾燥を行った。基板９３に曲面を形成する工程、基板９３の浸漬工程、基板９３の引き上げ工程、基板９３の略平坦にして乾燥する工程を１つのサイクルとして３回繰り返した。
【００８５】
［実施例５］  本発明の微粒子配列方法を用いて略平板の基板に微粒子を配列させ、基板に曲面を形成して乾燥させた場合における微粒子結晶の作成。
基板として、略平坦な形状で、材質をポリエチレンテレフタレートとした基板９４を用いた。基板９４に微粒子を付着させるために、微粒子の付着させる位置にサンドブラストで処理を行い、親水性とした。基板９４に付着させる微粒子として、粒子径３００ｎｍのシリカ微粒子を用いた。この親水性の部位に微粒子を付着させる方法としては、引き上げ法を用いて行った。そのため、シリカ微粒子は、２０．４ｗｔ％になるように、水に分散させ、微粒子分散溶液を調製した。
【００８６】
基板９４は、シリカ微粒子の水溶液中に浸漬させ、１ｃｍ／ｓの速度で引き上げ、引き上げる方向と形成する曲面の垂線が垂直になるように曲率φ３２０で曲面を形成し、基板９４の乾燥を行った。基板９４の浸漬工程、基板９４の引き上げ工程、基板９４の曲面形成工程、基板９４の乾燥工程、基板９４を略平坦にする工程を１つのサイクルとして３回繰り返した。
【００８７】
上記実施例１、実施例３、実施例４、実施例５において、基板９０、９２、９３、９４に形成された微粒子結晶の反射率から、その結晶性のよさを比較したところ、引き上げの形態としては、曲面を形成させた方が、反射率が高く、結晶性がよいことがわかった。また、同じく曲面を有する基板を引き上げた場合、略平坦にして乾燥させた方が、反射率が高く、結晶性がよいことがわかった。
【００８８】
［実施例６］  実施例１の方法を用いて曲率を変えた場合における微粒子結晶の作成。
上記実施例１の操作において、基板の曲面の曲率を変えて微粒子結晶を形成した。基板９５はφ２００、基板９６はφ３２０、基板９７はφ３９０、基板９８はφ４８０、基板９９はφ５５０とし、反射率と光散乱強度を測定した。その他の条件等は、上記実施例１と略同じである。基板９５、９６、９７、９８、９９に形成される微粒子結晶の反射スペクトルを図７に示す。
【００８９】
その結果、光散乱強度に優位差は認められず、図７に示される反射スペクトルにおいてもほとんど優位差は認められなかった。したがって微粒子結晶の結晶性のよさは、基板の曲率に依存しないことがわかった。
【００９０】
以上のように、本発明の微粒子配列方法は、基板に微粒子を規則的に配列させることができる好適な方法であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の微粒子配列方法により形成された微粒子配列体の断面形状を示す一部断面拡大図である。
【図２】本発明の微粒子配列方法の一例を示す工程図である。（ａ）は、使用される基板の形状を示し、（ｂ）は、基板を浸漬させる工程を示し、（ｃ）は、浸漬させた基板を引き上げる工程を示し、（ｄ）は、基板を略平坦とする工程を示す図である。
【図３】本発明の微粒子配列方法の一例を示す工程図である。（ａ）は、基板を浸漬させる工程を示し、（ｂ）は、浸漬させた基板を引き上げる工程を示し、（ｃ）は、基板を略平坦とする工程を示す図である。
【図４】本発明の微粒子配列方法を用いて作製したプロジェクションスクリーンの拡大断面図である。
【図５】実施例１から３において基板に形成された微粒子結晶の反射スペクトルを示す図である。
【図６】実施例１及び実施例３において基板に形成された微粒子結晶のＳＥＭ像を示す図である。（ａ）は、実施例１において基板に形成された微粒子結晶のＳＥＭ像を示し、（ｂ）は、実施例３において基板に形成された微粒子結晶のＳＥＭ像を示す図である。
【図７】実施例６において基板に形成された微粒子結晶の反射スペクトルを示す図である。
【図８】従来法の引き上げ法で形成された微粒子配列体の表面のＡＦＭ像を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１、５、１００  基板
１０、５０  微粒子付着部
１５、５５  微粒子配列体
２、２０１、２０２、２０３  微粒子
２０  微粒子分散溶液
４  スクリーン
４０１  赤色の光
４０２  緑色の光
４０３  青色の光
９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９  基板
【図１】
2006035129.tif 000003
【図２】
2006035129.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006035129.tif 000007
【図６】
2006035129.tif 000008
【図７】
2006035129.tif 000009
【図８】
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