(57)【要約】【課題】  光学応用に適した、微粒子配列物を用いた部品を、簡便なプロセスで、且つ精度よく得ることを可能とする。【解決手段】  微粒子を分散させた分散液を原料とするスピンコート法を用いて微粒子の配列を行なう微粒子配列装置であって、２枚の支持体によって形成された空隙を持ち、少なくとも一箇所に、空隙内に分散液を導入する開口部（分散液導入窓１０４）を有する密閉性容器１１０と、この密閉性容器全体に対して２枚の支持体（容器部１０１、容器ふた部１０３）の面に平行である回転運動を与える手段（図２：モーター２００）とを有し、障壁で形成するパターン１０２が、少なくとも１以上の６０度の頂角を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を分散させた分散液を原料とするスピンコート法を用いて微粒子の配列を行なう微粒子配列装置であって、
２枚の支持体によって形成された空隙を持ち、少なくとも一箇所に、上記空隙内に上記分散液を導入する開口部を有する密閉性容器と、
該密閉性容器全体に対して上記２枚の支持体の面に平行である回転運動を与える手段と
を有し、
上記障壁で形成するパターンが、少なくともひとつ以上の６０度の頂角を有することを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項２】
微粒子を分散させた分散液を原料とするスピンコート法を用いて微粒子の配列を行なう微粒子配列装置であって、
２枚の支持体によって形成された空隙を持ち、少なくとも一箇所に、上記空隙内に上記分散液を導入する開口部を有する密閉性容器と、
該密閉性容器全体に対して上記２枚の支持体の面に平行である回転運動を与える手段と
を有し、
上記障壁で形成するパターンが、少なくともひとつ以上の６０度および１２０度の頂角を有することを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記分散液に接する上記２枚の支持体の面が全体として略平行であることを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記密閉性容器に、上記空隙の全体形状を制限、形成する障壁を設けることを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記パターンの領域を完全に、もしくは、上記パターンの領域の一部を、分離するように形成された仕切りを有することを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記障壁に、上記分散液の溶液成分のみが通過できる流路を設けたことを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記微粒子が、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、またはポリスチレンのうちのいずれかひとつであることを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記空隙に配列した微粒子を、樹脂を用いて固定化する手段を有することを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項９】
請求項８に記載の微粒子配列装置であって、
上記微粒子の固定化に用いる樹脂が、熱硬化型樹脂であることを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の微粒子配列装置であって、
上記微粒子の固定化に用いる樹脂が、光硬化型樹脂であることを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の微粒子配列装置であって、
上記微粒子を分散させた分散液の液性を、上記密閉性容器の材質および微粒子に応じて制御する手段を有することを特徴とする微粒子配列装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の微粒子配列装置における上記密閉性容器の開口部から該密閉性容器の空隙に、上記微粒子を分散させた分散液を導入するステップと、
上記密閉性容器を上記２枚の支持体の面に平行に回転運動を与えるステップと
を有することを特徴とする微粒子配列方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の微粒子配列装置における上記密閉性容器の開口部から該密閉性容器の空隙に、上記微粒子を分散させた分散液を導入し、
上記密閉性容器を上記２枚の支持体の面に平行に回転運動を与えて形成したことを特徴とする微粒子配列物。
【請求項１４】
請求項１３に記載の微粒子配列物を用いたことを特徴とする高密度記録媒体と光学素子および表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高密度記録媒体、光学素子、表示装置などに利用可能な微粒子配列技術に係わり、特に、高品質で欠陥のない微粒子配列物を作成するのに好適な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、材料を微粒子化することにより、バルク形状では得られなかった種々の特性が得られることが判明したことに加え、微粒子を形状や粒径などを精度良く形成する技術による研究成果が発表され、例えば、高密度記録媒体や光学素子、表示装置など、その応用面も積極的に研究されている。
【０００３】
当然、微粒子材料を微粒子そのままの形態で利用する提案も行なわれているが、さらに微粒子の特性を活かすために、微粒子を規則正しく配列し、その結果得られる性能を利用する応用研究も盛んである。以下、このような微粒子の配列技術に関する従来技術として、特許文献１〜４について説明する。
【０００４】
特許文献１に記載の技術は、透明基板と、その透明基板上に形成された反射防止膜とを備え、前記反射防止膜は単粒子層配列された多数の反射防止超微粒子からなり、その反射防止超微粒子の表面にはフッ素含有のシラン化合物が複合され、かつ前記透明基板と前記反射防止超微粒子とはバインダにより結合されていることを特徴とするものであり、超微粒子分散液を塗布する手法として、スピンコート等の塗布法を用いて、単粒子層配列させることを特徴としている技術である。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術は、透明基板上に敷設された微粒子をバインダにより固着させて微粒子層を形成し、該微粒子層上に低プレチルト性の有機配向膜剤を塗布し、微粒子がなす微粒子層表面の凹凸に基づく粗面を前記有機配向膜剤表面に形成したことを特徴とする配向膜を有する光学フィルムの形成法に関するものである。
【０００６】
特許文献３に記載の技術は、対向面が間隔を隔てて対向する反射型液晶表示装置用の第１および第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に充填され、液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層中に分散される多数の粒子とを有し、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうちのいずれか一方と前記粒子の平均屈折率とがほぼ等しく、前記液晶分子の常軸の屈折率と異常軸の屈折率のうち他方の屈折率と前記粒子の平均屈折率とが異なる反射型液晶表示装置を提供するものである。
【０００７】
具体的には、（ａ）反射型液晶表示装置用の第１及び第２の基板を準備する工程と、（ｂ）粒子を分散媒中に分散させ、これを前記第１および第２の基板の少なくとも一方の基板上にスピンコートし、前記分散媒を蒸発させて前記基板上に前記粒子の膜を形成する工程と、（ｃ）前記粒子よりも径の大きいスペーサ粒子を、第１および第２の基板のいずれか一方の上に配置させる工程と、（ｄ）前記第１および第２の基板の他方の周辺上にシールを形成する工程と、（ｅ）前記第１および第２の基板を張り合わせる工程と、（ｆ）前記第１および第２の基板間に液晶を注入する工程とを含む反射型液晶表示装置の製造方法に関するものである。
【０００８】
特許文献４に記載の技術は、２枚の支持体によって形成された空隙を持つ少なくとも一箇所に開口部を有する密閉性容器を用い、該空隙内に前記分散液を導入し、該密閉性容器全体に対して２枚の支持体の面に平行である回転運動を与えることを特徴とする微粒子配列装置の製造方法であるが、密閉性容器に形成する障壁の全体形状を正六角形としたことを特徴とするものである。
【０００９】
このような微粒子の配列技術では、特に比重の重い微粒子やあるいは重力のみでは自然沈降しない超微粒子であっても制御しやすく、かつ簡便なプロセスを用いて２次元又は３次元構造で高密度でかつ規則的に微粒子を配列できる技術が要求されている。
【００１０】
また、基本的に遠心力を有効に利用して、微粒子を２次元又は３次元構造で高密度でかつ規則的に配列する技術を提供するものであるが、一部で提案されているように、遠心分離装置などの高価で大掛かりな装置を必要とするものではなく、安価な装置そして単純なプロセスを用いて高品質な微粒子配列を容易に実現するための技術が要求されている。
【００１１】
例えば、上記特許文献１においては、基板上に、多数のＳｎＯ２超微粒子からなる帯電防止膜が形成され、更にその帯電防止膜上に、多数のＳｉＯ２超微粒子からなる反射防止膜が塗布法により形成されている。そして、ＳｉＯ２超微粒子の表面にはやはり塗布法により撥水撥油処理層が形成されている。しかし、単純な塗布法を用いているために、超微粒子の配列はランダムにならざるを得ず、高規則性の配列は望めるものではない。
【００１２】
また、上記特許文献２においては、基板に滴下された分散液をスピンコーターにより膜形成している最中に、該分散液の一部をスピンコーターに設けたブラシにより取り除き、または移動することにより、配線溝、ビアホール、コンタクトホール等の微細な凹部内を分散液で完全に埋め込む技術が開示されている。この技術は、ブラシを用いるという付加的な力を作用させるという点では、本発明に近いものがあるが、この技術では、溝やホールに分散液を埋め込むことを目的としているために、規則的な微粒子配列を実現できる技術ではない。
【００１３】
また、上記特許文献３においては、透明基板上に敷設された微粒子をバインダにより固着させて微粒子層を形成し、該微粒子層上に低プレチルト性の有機配向膜剤を塗布し、微粒子がなす微粒子層表面の凹凸に基づく粗面を前記有機配向膜剤表面に形成したことを特徴とする配向膜を有する光学フィルムの形成技術に関するものが開示されている。しかしながら、この技術においては、凹凸面の形成を主眼としており、欠陥のない高品質の微粒子配列装置を得られる技術にはなりえない。
【００１４】
また、上記特許文献４においては、２枚の支持体によって形成された空隙を持つ少なくとも一箇所に開口部を有する密閉性容器を用い、該空隙内に前記分散液を導入し、該密閉性容器全体に対して２枚の支持体の面に平行である回転運動を与えることを特徴とする微粒子配列装置の製造方法であるが、密閉性容器に形成する障壁の全体形状を正六角形としたことを特徴とするものであり、さまざまなパターン形状において６０度、１２０度の頂角の利点を積極的に利用するまでには至っていない。
【００１５】
【特許文献１】特開平０８−２１１２０２号公報
【特許文献２】特開２００１−０８３５１６号公報
【特許文献３】特開２００１−１２５０８７号公報
【特許文献４】特開２００４−１１３８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、さまざまなパターン形状において、高品質で、欠陥のない微粒子配列を実現することができない点である。
【００１７】
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、例えば、フォトニック結晶等の光学素子や、高密度記録媒体、表示装置など、光学応用に適した部品を、簡便なプロセスで、且つ精度よく得ることを可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明では、上記特許文献４に記載の技術における障壁の全体形状に関して、正六角形のみならず、６０度、１２０度の頂角を有するパターンであればその形状効果を有効に利用できるという知見に基づくものとなっていることを特徴とする。すなわち、微粒子を分散させた分散液を原料とするスピンコート法を用いて微粒子の配列を行なう微粒子配列装置であって、２枚の支持体によって形成された空隙を持ち、少なくとも一箇所に、空隙内に分散液を導入する開口部を有する密閉性容器と、この密閉性容器全体に対して２枚の支持体の面に平行である回転運動を与える手段とを有し、障壁で形成するパターンが、少なくともひとつ以上の６０度（および１２０度）の頂角を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、欠陥の非常に少ない微粒子配列装置を確実に得ることができ、その結果、光学応用に適した部品を、簡便なプロセスで、且つ精度よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第１の構成例を示す斜視実体図であり、図２は、本発明に係わる微粒子配列装置の構成例を示す側面図、図３は、図１における微粒子配列装置による微粒子の配列状態を示す斜視図、図４は、図１における微粒子配列装置による微粒子の配列状態を示す上面図、図５Ａは、本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第２の構成例（粒子なし）を示す斜視実体図、図５Ｂは、本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第２の構成例（粒子あり）を示す斜視実体図、図６Ａは、本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第３の構成例（粒子なし）を示す斜視実体図、図６Ｂは、本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第３の構成例（粒子あり）を示す斜視実体図、図７は、本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器に設けた障壁の構成例を示す側面図である。
【００２２】
図１に示す密閉性容器１１０は、図１の微粒子配列装置において用いるものであり、蓋がされたときに狭い空隙を形成するように、階段状のステップ、及び蓋がされたときに蓋の飛散を防止するための階段状のステップが形成された容器と、分散液導入用の開口部を有する蓋との組み合わせにより構成される。
【００２３】
尚、この密閉性容器１１０は、あくまでも本発明に適応できる密閉性容器の一例を示したものに過ぎず、本発明は、ここに示した形状に限定されるものではない。
【００２４】
密閉性容器１１０は、溝パターン１０２が形成された容器部１０１と、分散液導入窓１０４が形成された容器ふた部１０３からなり、この密閉性容器１１０の大きな特徴は、容器部に６０度の頂角を有する溝パターン１０２が形成されていることである。
【００２５】
このような溝パターンの形成方法は、公知の技術、例えばドライエッチングや、機械的な加工など一般的な技術を用いて形成できるものである。当然「掘る」加工のみならず、所望のパターンが形成されるように「壁」を形成しても本発明の効果はなんら問題なく得られる。当然のことながら、所望のパターンを形成する部材は、容器部１０１に限られるものではなく容器ふた部１０３に形成されても本発明の効果は得られるものである。
【００２６】
このような密閉性容器１１０を用いた本発明に係わる微粒子配列装置について、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２において、密閉性容器２１０は、図１における密閉性容器１１０と同等のものであり、本例においては、この密閉性容器２１０を、一般的なスピンナーの回転ステージ２０３に保持する。一般的にこの保持は真空ポンプを用いた真空チャックにより行なわれる。
【００２８】
次に、密閉性容器２１０に設けられた分散液導入窓２０４を通じて微粒子分散液２０５を滴下する。
【００２９】
次に、微粒子分散液２０５を滴下した密閉性容器２１０を所定の回転数プログラムで回転させる。このような工程を経たあとの密閉性容器２１０に配列した微粒子の様子を模式的に示したものが、図３である。
【００３０】
図３の密閉性容器３１０に示すように、滴下した微粒子分散液中の微粒子３０５は、遠心力の作用により外周方向へと移動し、空隙３０４において遠心力の作用を受けて、最密充填に配列する。
【００３１】
このような状態を上面から見た様子を模式的に示したものが図４である。この図４で示すように、容器部４０１に設けられた溝パターン形状が、６０度の頂角を有する多角形となっていることを特徴としている。このような特徴的パターンとすることにより、微粒子の配列状態は、符号４０４で示す粒子の配列となり、最密充填の配列状態として精度よく制御することができる。
【００３２】
このように、微粒子が最密充填で配列するということは、三角格子構造をとることを意味し、その最小ユニットは正三角形となり、各頂点の成す角度は６０度になる。本例では、この微粒子の最密充填の最小ユニットが正三角形であることを考慮して、溝パターンに６０度の頂角を有するように形成することにより欠陥の発生を防止しつつ、高品質の最密充填構造を有する微粒子配列が得られることになる。当然、６０度の２倍の角度の１２０度でも同様の効果が得られる。
【００３３】
このような図４とは異なる溝パターンの例を、図５Ａ，５Ｂにおいて紹介している。図５Ａ（粒子なし）および図５Ｂ（粒子あり）に示した密閉性容器５０１の溝パターン５０２は、６０度の頂角を有する多角形を基本とし、その中で対向する二つの６０度の頂角を１組有する多角形になるように一部分離するような障壁を有している。
【００３４】
このような付加的な障壁があることにより、６０度の頂角による低欠陥微粒子配列の効果が広い領域に渡って得られるものである。尚、この図５Ａ，Ｂでは、分離するための障壁が不連続になっている様子を示しているが、当然連続した障壁として形成して完全に複数の領域に分離することも可能である。ただし、この場合は、分離された各領域に微粒子分散液が供給されるようにする必要があることはいうまでも無い。
【００３５】
図５Ａ（粒子なし）に示した溝パターン５０２に対して、先に述べた微粒子配列装置による微粒子の配列動作を適用した場合の結果を模式的に示したものが、図５Ｂ（粒子あり）であり、高品質の最密充填構造を有する微粒子配列が得られる。
【００３６】
さらに、図４および図５Ａ，Ｂとは異なる溝パターンの例を、図６Ａ，Ｂにおいて紹介している。図６Ａ（粒子なし）および図６Ｂ（粒子あり）における密閉性容器６０１では、６０度、および１２０度の頂角を有する溝パターン６０２の例として、内角が６０度、１２０度の平行四辺形を形成している。
【００３７】
先に述べたように、微粒子の最密充填構造の基本ユニットは正三角形であるので、図６Ａ（粒子なし）および図６Ｂ（粒子あり）に示す構成の６０度、１２０度の頂角を有する溝パターン６０２を用いれば、欠陥の非常に少ない微粒子配列装置が得られる。
【００３８】
以上、説明した本例の微粒子配列装置の特徴は、２枚の支持体によって形成された空隙を持つ密閉性容器を用いて、基板面に平行な回転運動を与えることにより、遠心力の作用で障壁側に「掃き寄せる」という現象を利用して微粒子を最密充填で配列させるというものである。
【００３９】
このように障壁側に「掃き寄せる」ために、溝パターンの形状が微粒子配列の良否に大きな影響を与える。したがって、先に述べたような理由により、溝パターンの形状を６０度あるいは１２０度の頂角を有するように形成することは、より高品質の配列構造を得るためには非常に有効でかつ意味のあることであり、効果のあるものである。
【００４０】
一般に、開放系の平板状基材に対しては、微粒子分散液を原料とするスピンコート法を用いた微粒子の配列方法では、微粒子に働く遠心力と微粒子と基材との付着エネルギーの均衡によって基材上に残る微粒子のみが配列する。このとき、容易に想像できるように、配列する微粒子は、必ずしも最密充填で規則性をもって配列するわけではない。ある程度の微粒子が残るような条件（回転数など）では、確率的に欠陥が生じることは避けられず、高密度、高規則性の最密充填配列は実現できない。
【００４１】
それに対し、本発明においては、２枚の支持体によって形成された空隙を持つ密閉性容器を用いるために、微粒子が移動できる範囲は制限される。したがって、微粒子と支持体との付着エネルギーよりも大きな遠心力が微粒子に作用するような条件を適切に選べば、微粒子は溝パターン内を障壁に向かって外周方向へと移動し、最密充填構造をとりながら規則正しく配列する。
【００４２】
また、２枚の支持体によって形成された空隙を持つ密閉性容器内での微粒子配列であるために、微粒子と支持体表面との相互作用により、支持体表面に倣って微粒子が配列し、その面はいわゆるｆｃｃ面になるという特性をもっている。このように、支持体表面との相互作用を利用できるという点が、一般的な開放系の平板状基材を用いたスピンコート法と大きく異なる点である。
【００４３】
さらに、本例では、これまで説明してきた障壁に、分散液の溶液成分のみが通過できる流路がある構成としており、その様子を模式的に示したのが図７である。
【００４４】
図７において、密閉性容器７１０への微粒子７０４の供給に際しては、必要となる分散液の溶液成分も、ひとたび微粒子７０４が配列したのちは、そのまま存在を許すと、溶液成分の乾燥の局面において、配列した微粒子７０４の規則性を乱す原因となる場合がある。したがって、このような溶液成分は、微粒子７０４の配列と同時に速やかに除去されることが最も望ましい。
【００４５】
そのために、図７に示す密閉性容器７１０においては、その障壁７０２に、分散液の溶液成分のみが通過できる流路７０３を設けている。
【００４６】
スピンコートにおいて発生する遠心力は、微粒子のみならず溶液成分にも作用する。このとき、溶液成分のみが通過できる流路７０３が障壁７０２にあることにより、微粒子の配列と同時に溶液成分が流路を通って外周方向へと除去される。このことにより、配列した微粒子の規則性を乱す要因は取り除かれ、乾燥後も高規則性を維持できるものである。
【００４７】
尚、ここでいう「流路」とは、障壁に加工を施して流路を形成してもよいし、障壁に多孔質の物質を用いることでも同様の効果が期待できる。ただし、この際の多孔質物質の微細な穴が、微粒子の通過を許すほどの大きさであっては、効果をなさないことは言うまでもない。
【００４８】
また、本例では、高規則性の微粒子配列装置を、溶液系を用いることにより実現することを特徴のひとつとしている。すなわち、乾燥状態では、凝集しやすくなる超微粒子であっても、溶液系という状態の利点を最大限に利用し分散性を向上させることにより凝集を防ぎ、ｐＨの制御、例えば添加するイオン種を適切に選択、制御することにより、等電点の関係を利用することができる。その結果、高規則性の微粒子配列が得られるものである。
【００４９】
この点についてさらに詳細に説明する。一般に、例えば金属酸化物からなる微粒子を水中に浸漬すると、微粒子は正または負の電荷を持ち、電界が存在すると対向する電場を有する方向へ移動する。この現象が電気泳動現象である。
【００５０】
この電気泳動現象によって、微粒子の水中における荷電すなわち界面電位（ゼータ電位）の存在を知ることができる。この界面電位は微粒子-水系のｐＨによって大きく変化する。
【００５１】
一般に横軸に水系のｐＨを、縦軸に界面電位をとると、界面電位は水系のｐＨによって変化し、界面電位「０」を切る点の水系のｐＨを「等電点」と定義される。この現象から、一般的に金属酸化物微粒子表面の界面電位は、酸性側では正、アルカリ側では負の極性を取る。
【００５２】
しかし、この等電点は材料によって大きく異なり、例えば、コロイダルシリカでは「２.０」、α−アルミナでは「９.０」、ヘマタイトでは「６.７」という値が紹介されている。つまり、等電点から離れるほど界面電位が大きくなり、酸性側にいくほど界面電位の値は正の大きい方に向かい、また逆に、アルカリ側にいくほど界面電位の値は負の大きい方に向かう。これはｐＨで制御することができるものである。このｐＨの制御は、酸やアルカリの添加で、制御性よくコントロールできるものである。
【００５３】
本例では、この現象を積極的に利用するものであり、分散液の状態で微粒子の凝集を効果的に防ぐことができるものである。この結果、分散液を基材に滴下した際にも、微粒子が凝集しない状態で存在するために、その後の配列の工程において、高品質の配列状態を容易に実現できるものである。この現象は、乾式プロセスでは得られない利点といえる。
【００５４】
以下、本例の微粒子配列装置の４つの具体例を、「（ａ）密閉性容器の形成」、「（ｂ）微粒子分散液の作製、「（ｃ）微粒子配列装置の形成」、「（ｄ）微粒子配列装置の評価」に分けて説明する。
【００５５】
具体例（１）：
（ａ）密閉性容器の形成：
５０ｍｍ×５０ｍｍ  厚さ２ｍｍの合成石英を容器部となるものとして用いた。この合成石英に対し、公知のフォトリソグラフィとエッチングにより、２段階ステップ状の形状を作成した。４５ｍｍ×４５ｍｍ  厚さ０.５ｍｍの合成石英を上部支持体すなわち蓋として落としこめるような形状とし、組み合わせたときの空隙の厚みが２０μｍとなるようにした。また、同様の技術を用いて、図１に示したごとく、６０度の頂角を有する多角形の溝パターンを形成した。このときの溝パターンの深さは２００μｍとなるように制御した。一方、分散液を導入するためにふたの中央部には５ｍｍφの穴を開けた。これらを組み合わせることにより、密閉性容器を形成した。
【００５６】
（ｂ）微粒子分散液の作製：
純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ  ４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００５７】
（ｃ）微粒子配列装置の形成：
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記（ａ）で形成した空隙を有する密閉性容器を真空チャックにより保持した。その後、（ｂ）で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、ふたの中央部の穴から静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。
【００５８】
回転数  ０→３０００ｒｐｍ    設定時間：３０秒
３０００ｒｐｍ  保持  設定時間：６００秒
【００５９】
（ｄ）微粒子配列装置の評価：
得られた微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行なったところ、外周部に近い先端部において、６０度の頂角のパターンに沿って微粒子が配列しており欠陥がほとんど無く、その他の領域も規則正しい最密充填構造になっていることが確認された。
【００６０】
具体例（２）：
（ａ）密閉性容器の形成：
５０ｍｍ×５０ｍｍ  厚さ２ｍｍの合成石英を容器部となるものとして用いた。この合成石英に対し、公知のフォトリソグラフィとエッチングにより、２段階ステップ状の形状を作成した。４５ｍｍ×４５ｍｍ  厚さ０.５ｍｍの合成石英を上部支持体すなわちふたとして落としこめるような形状とし、組み合わせたときの空隙の厚みが２０μｍとなるようにした。
【００６１】
また、同様の技術を用いて、図５Ａ，Ｂに示したごとく、６０度の頂角を有する多角形の溝パターンを一部分離するように障壁を設けた形状に形成した。このときの溝パターンの深さは２００μｍとなるように制御した。一方、分散液を導入するためにふたの中央部には５ｍｍφの穴を開けた。これらを組み合わせることにより、密閉性容器を形成した。
【００６２】
（ｂ）微粒子分散液の作製：
実施例１と同様に、純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ  ４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００６３】
（ｃ）微粒子配列装置の形成：
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記（ａ）で形成した空隙を有する密閉性容器を真空チャックにより保持した。その後、（ｂ）で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、ふたの中央部の穴から静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。
【００６４】
回転数  ０→３０００ｒｐｍ    設定時間：３０秒
３０００ｒｐｍ  保持  設定時間：６００秒
【００６５】
（ｄ）微粒子配列装置の評価
得られた微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行なったところ、外周部に近い先端部において、６０度の頂角のパターンに沿って微粒子が配列していることと、さらにパターンを分離する障壁にも沿って微粒子が配列しており欠陥がほとんど無く、その他の領域も規則正しい最密充填構造になっていることが確認された。
【００６６】
具体例（３）：
（ａ）密閉性容器の形成：
５０ｍｍ×５０ｍｍ  厚さ２ｍｍの合成石英を容器部となるものとして用いた。この合成石英に対し、公知のフォトリソグラフィとエッチングにより、２段階ステップ状の形状を作成した。４５ｍｍ×４５ｍｍ  厚さ０.５ｍｍの合成石英を上部支持体すなわち蓋として落としこめるような形状とし、組み合わせたときの空隙の厚みが２０μｍとなるようにした。また、同様の技術を用いて、図１に示したごとく、６０度の頂角を有する多角形の溝パターンを形成した。このときの溝パターンの深さは２００μｍとなるように制御した。一方、分散液を導入するためにふたの中央部には５ｍｍφの穴を開けた。これらを組み合わせることにより、密閉性容器を形成した。
【００６７】
また、本例では、具体例（１），（２）とは異なり、図７に模式的に示したように障壁部に微細な流路があるように作成した。この流路は、公知のフォトリソグラフィとエッチング技術を用いて、幅０.８μｍの形状となるように形成した。この流路を有する障壁は、分散液のみが外周方向へと飛散することを許し、微粒子の飛散を防止する機能があれば、図７に示した形状である必要はない。
【００６８】
（ｂ）微粒子分散液の作製： 
具体例（１）と同様に、純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ  ４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００６９】
（ｃ）微粒子配列装置の形成：
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記（ａ）で形成した空隙を有する密閉性容器を真空チャックにより保持した。その後、（ｂ）で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、ふたの中央部の穴から静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。
【００７０】
回転数  ０→３５００ｒｐｍ    設定時間：６０秒
３５００ｒｐｍ  保持  設定時間：３００秒
【００７１】
（ｄ）微粒子配列装置の評価：
得られた微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行なったところ、外周部に近い先端部において、６０度の頂角のパターンに沿って微粒子が配列しており欠陥がほとんど無く、その他の領域も規則正しい最密充填構造になっていることが確認された。
【００７２】
具体例（４）：
（ａ）密閉性容器の形成：
５０ｍｍ×５０ｍｍ  厚さ２ｍｍの合成石英を容器部となるものとして用いた。この合成石英に対し、公知のフォトリソグラフィとエッチングにより、２段階ステップ状の形状を作成した。４５ｍｍ×４５ｍｍ  厚さ０.５ｍｍの合成石英を上部支持体すなわち蓋として落としこめるような形状とし、組み合わせたときの空隙の厚みが２０μｍとなるようにした。
【００７３】
また、同様の技術を用いて、図６Ａ，Ｂに示したごとく、６０度と１２０度の頂角を有する平行四辺形の溝パターンを形成した。このときの溝パターンの深さは２００μｍとなるように制御した。一方、分散液を導入するためにふたの中央部には５ｍｍφの穴を開けた。これらを組み合わせることにより、密閉性容器を形成した。
【００７４】
（ｂ）微粒子分散液の作製
具体例（１）と同様に、純水８０ｍＬにコロイダルシリカ（平均粒径＝１μｍ  ４０％）溶液を２０ｍＬ加え、十分に攪拌して８％のコロイダルシリカ分散液を作製した。
【００７５】
（ｃ−１）微粒子配列装置の形成：
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記（ａ）で形成した空隙を有する密閉性容器を真空チャックにより保持した。その後、（ｂ）で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、蓋の中央部の穴から静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。
【００７６】
回転数  ０→３５００ｒｐｍ    設定時間：６０秒
３５００ｒｐｍ  保持  設定時間：６００秒
【００７７】
（ｃ−２）樹脂による硬化：
上記の工程により微粒子配列装置が得られた後に、紫外線硬化樹脂（一液性紫外線硬化樹脂）を５ｍＬ静かに滴下した。その後、以下の条件で、スピンコートを行なった。
【００７８】
回転数  ０→２５００ｒｐｍ    設定時間：３０秒
２５００ｒｐｍ  保持  設定時間：３００秒
【００７９】
その後、紫外線照射装置（波長：３１２nｍ）を用いて、１０分間紫外線の照射を行なった。これにより、固定化された微粒子配列装置が得られた。
【００８０】
（ｄ）微粒子配列装置の評価：
本例では樹脂で固定化された微粒子配列装置が得られたために、容器部から分離し、薄いシート状の微粒子配列装置のみを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することができた。その結果、平行四辺形の各頂点まで、規則正しく微粒子が配列した微粒子配列装置になっていることが確認できた。またその他の領域も規則正しい最密充填構造になっていることが確認された。
【００８１】
具体例（５）：
（ａ）密閉性容器の形成：
５０ｍｍ×５０ｍｍ  厚さ２ｍｍの合成石英を容器部となるものとして用いた。この合成石英に対し、公知のフォトリソグラフィとエッチングにより、２段階ステップ状の形状を作成した。４５ｍｍ×４５ｍｍ  厚さ０.５ｍｍの合成石英を上部支持体すなわち蓋として落としこめるような形状とし、組み合わせたときの空隙の厚みが２０μｍとなるようにした。
【００８２】
また、同様の技術を用いて、図６Ａ，Ｂに示したごとく、６０度と１２０度の頂角を有する平行四辺形の溝パターンを形成した。このときの溝パターンの深さは２００μｍとなるように制御した。一方、分散液を導入するためにふたの中央部には５ｍｍφの穴を開けた。これらを組み合わせることにより、密閉性容器を形成した。
【００８３】
（ｂ）微粒子分散液の作製：
本例では、これまでの例とは異なり、微粒子としてアルミナを用い、かつ分散液を酸性とした。以下に詳細に説明する。純水１００ｍＬにアルミナ微粒子（平均粒径＝１μｍ）を５ｍg液中に分散させ、更に液性を酸性に制御するために、塩酸（関東化学社製  JIS 特級  ３５.０-３７.０％）を２００μＬ添加した。分散液のｐＨは「２.５５」であった。このようにする理由は、以下のことによる。
【００８４】
つまり、アルミナ微粒子の等電点は一般的に「９.０」といわれているので、純水のように、中性（ｐＨ＝７.０）の溶液では界面電位がそれほど大きくはない。従って、アルミナ微粒子を制御性良くマイグレーションさせるには、液性を酸性側にして、界面電位を大きくすることが有効である。本発明のごとく、溶液系を用いることにより、液性も制御が可能となり、幅広い材料への応用が可能となるものである。
【００８５】
（ｃ）微粒子配列装置の形成：
スピンコートには一般的なスピンナーを用いた。スピンナーのサンプルステージに、上記（ａ）で形成した空隙を有する密閉性容器を真空チャックにより保持した。その後、（ｂ）で作成した微粒子分散液をよく攪拌した後に、マイクロピペットを用いて１００μｌ分取し、ふたの中央部の穴から静かに滴下した。その後速やかに以下の条件にて、スピンコートを行なった。
【００８６】
回転数  ０→３５００ｒｐｍ    設定時間：６０秒
３５００ｒｐｍ  保持  設定時間：６００秒
【００８７】
（ｄ）微粒子配列装置の評価
得られた微粒子配列装置を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察を行なったところ、外周部に近い先端部において、６０度の頂角のパターンに沿って微粒子が配列していることと、さらにパターンを分離する障壁にも沿って微粒子が配列しており欠陥がほとんど無く、その他の領域も規則正しい最密充填構造になっていることが確認された。
【００８８】
以上、図１〜図７を用いて説明したように、本例では、（１）２枚の支持体によって形成された空隙を持つ少なくとも一箇所に開口部を有する密閉性容器を用い、該空隙内に前記分散液を導入し、該密閉性容器全体に対して２枚の支持体の面に平行である回転運動を与えることを特徴としているので、遠心力による微粒子の飛散を防止しつつ、最密充填で微粒子を制御性よく配列することができる。これにより、きわめて欠陥の少ない高品質な微粒子配列を得ることができる。
【００８９】
また、（２）前記分散液に接する前記２枚の支持体の面が全体として略平行であることを特徴としているために、光学応用に適した形状の微粒子配列を容易に得ることができる。すなわち、光学部品として利用しやすい形態の高品質な微粒子配列を容易に得ることができる。
【００９０】
また、（３）密閉性容器に空隙の全体形状を制限、形成する障壁が存在することを特徴としているので、高品質の微粒子配列装置を容易に得ることができる。特に、使用する目的に応じた形状、大きさの高品質な微粒子配列を得ることができる。
【００９１】
また、（４）障壁が形成するパターンは少なくともひとつ以上の６０度または１２０度の頂角を有していることを特徴としているために、配列における欠陥発生を効果的に抑制することができ、高品質の微粒子配列装置を容易に得ることができる。すなわち、非常に欠陥の少ない三角格子配列を有する高品質な微粒子配列を確実に得ることができる。
【００９２】
同様に、（５）障壁は６０度または１２０度の頂角を有する領域を完全に、または一部分離するように形成された仕切りを有してなることを特徴としているために、６０度または１２０度という形状の障壁の効果をより顕著に維持することができ、その結果高品質の微粒子配列を確実に得ることができる。
【００９３】
また、（６）障壁部に分散液の溶液成分のみが通過できる流路があることを特徴としているために、確実に溶液成分のみを除去し、微粒子配列を容易に得ることができる。すなわち、微粒子分散液の集積体から確実にかつ効率よく溶液成分のみを除去することができる。
【００９４】
また、（７）微粒子が、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、五酸化タンタル、酸化ガドリニウム、酸化イットリウム、またはポリスチレンのうちのひとつであることを特徴としているために球状粒子が入手しやすく、取り扱いが容易であるため安全に高品質の微粒子配列を得ることができる。
【００９５】
また、（８）配列した微粒子を紫外線硬化あるいは熱硬化型の樹脂を用いて固定化するために、フォトニック結晶などの光学部品、その他の応用が容易に可能となる。すなわち、十分な機械的強度を有する高品質な微粒子配列を、簡単なプロセスを用いて、確実に得ることができる。
【００９６】
また、（９）微粒子を分散させた液体の液性を、基材および微粒子に応じて制御するために、高規則性を有し欠陥のない高品質な微粒子配列装置が容易に得られる。すなわち、密閉性容器を形成する材質や微粒子の材質がどのような材質であっても高品質な微粒子配列を確実に得ることができる。
【００９７】
このように、本例では、特に、障壁の全体形状を正六角形のみならず、６０度、１２０度の頂角を有するパターンであればその形状効果を有効に利用できるという知見に基づくものであり、これにより、欠陥の非常に少ない微粒子配列装置を確実に得ることができ、その結果、光学応用に適した部品を、簡便なプロセスで、且つ精度よく得ることが可能となる。
【００９８】
尚、本発明は、図１〜図７を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第１の構成例を示す斜視実体図である。
【図２】本発明に係わる微粒子配列装置の構成例を示す側面図である。
【図３】図１における微粒子配列装置による微粒子の配列状態を示す斜視図である。
【図４】図１における微粒子配列装置による微粒子の配列状態を示す上面図である。
【図５−Ａ】本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第２の構成例（粒子なし）を示す斜視実体図である。
【図５−Ｂ】本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第２の構成例（粒子あり）を示す斜視実体図である。
【図６−Ａ】本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第３の構成例（粒子なし）を示す斜視実体図である。
【図６−Ｂ】本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器の第３の構成例（粒子あり）を示す斜視実体図である。
【図７】本発明に係わる微粒子配列装置に用いる密閉性容器に設けた障壁の構成例を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１０１：容器部、１０２：溝パターン（６０度の頂角を有する）、１０３：容器ふた部、１０４：分散液導入窓、１１０：密閉性容器、２００：モーター、２０４：分散液導入窓、２０５：微粒子分散液、２１０：密閉性容器、３０４：空隙、３０５：微粒子、３１０：密閉性容器、４０１：容器部、４０４：配列した粒子、５０１：容器部、５０２：溝パターン（６０度の頂角および分離障壁を有する）、５０４：配列した粒子、６０１：容器部、６０２：溝パターン（６０度および１２０度の頂角を有する）、６０４：配列した粒子、７０２：障壁、７０３：流路、７０４：微粒子、７１０：密閉性容器。
【図１】
2006255612.tif 000003
【図２】
2006255612.tif 000004
【図３】
2006255612.tif 000005
【図４】
2006255612.tif 000006
【図５−Ａ】
2006255612.tif 000007
【図５−Ｂ】
2006255612.tif 000008
【図６−Ａ】
2006255612.tif 000009
【図６−Ｂ】
2006255612.tif 000010
【図７】
2006255612.tif 000011