(57)【要約】【課題】８５０００ｄｐｉを超える解像度の色設計を容易に行うことができるカラー生成構造体を提供する。【解決手段】カラー生成構造体１は、ミー共振器２と、金属マスク部３とを備える。ミー共振器２は、誘電体を含み、白色光の入射に応じてミー共振を励起する。金属マスク部３は、金属を含み、ミー共振器２の一部を覆う。カラー生成構造体１は、白色光の入射に応じて特定の色を生成する。【選択図】図１
2019211502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を含み、白色光の入射に応じてミー共振を励起するミー共振器と、
金属を含み、前記ミー共振器の一部を覆う金属マスク部と
を備え、前記白色光の入射に応じて特定の色を生成する、カラー生成構造体。
【請求項２】
前記ミー共振器の寸法に応じた色を生成する、請求項１に記載のカラー生成構造体。
【請求項３】
前記ミー共振器の寸法及び前記金属マスク部の厚みに応じた色を生成する、請求項２に記載のカラー生成構造体。
【請求項４】
前記ミー共振器は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の高さを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項５】
前記ミー共振器は、５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の幅を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項６】
前記金属マスク部は、５ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚みを有する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項７】
前記ミー共振器は先端面を有し、
前記金属マスク部は、前記ミー共振器の先端面の少なくとも一部を覆う、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項８】
前記金属は、クロム、金、銀、銅、アルミニウム、チタン、及び白金のうちの少なくとも１種を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項９】
前記誘電体の屈折率は３以上である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項１０】
前記誘電体は、シリコン、リン化インジウム、ヒ化ガリウム、アンチモン化アルミニウム、ヒ化アルミニウム、テルル化亜鉛、及びリン化ガリウムのうちの少なくとも１種を含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項１１】
前記ミー共振器が配置される基板を更に備える、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項１２】
前記基板の屈折率は２以下である、請求項１１に記載のカラー生成構造体。
【請求項１３】
複数の前記ミー共振器と、
前記複数のミー共振器の各々の一部を覆う前記金属マスク部と
を備え、
前記複数のミー共振器は、３５０ｎｍ以下の周期で配列される、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【請求項１４】
複数種類の前記ミー共振器と、
前記複数種類のミー共振器の各々の一部を覆う前記金属マスク部と
を備え、
前記複数種類のミー共振器は、互いに異なる寸法を有する、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のカラー生成構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー生成構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高屈折率誘電体ナノ構造に白色光を入射すると、誘電体内部に励起されるミー共振により、特定の波長を有する光が反射され、誘電体の色とは異なる色が生成される（例えば、非特許文献１〜７参照。）。ミー共振は、光が照射された誘電体がその光と同程度の寸法を有する場合に誘電体の内部で誘起される共振現象である。誘電体から反射する光の波長は、誘電体の寸法を調整することにより制御できる。本発明者らは過去に、シリコン（Ｓｉ）ナノ構造を用いて、約８５０００ｄｐｉ（ｄｏｔ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）の解像度を有するカラー印刷を実現した（非特許文献６）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Vashistha, V.; Vaidya, G.; Hegde, R. S.; Serebryannikov, A. E; Bonod, N.; Krawczyk, M. All-Dielectric Metasurfaces Based on Cross-Shaped Resonators for Color Pixels with Extended Gamut. ACS Photonics 2017, 4, 1076-1082.
【非特許文献２】Flauraud, V.; Reyes, M.; Paniagua-Dominguez, R.; Kuznetsov, A. I.; Brugger, J. Silicon nanostructures for bright field full color prints. ACS Photonics 2017, 4, 1913-1919.
【非特許文献３】Zhu, X.; Yan, W.; Levy, U.; Mortensen, N. A.; Kristensen, A. Resonant laser printing of structural colors on high-index dielectric metasurfaces. Sci. Adv. 2017, 3, e1602487.
【非特許文献４】Wood, T.; Naffouti, M.; Berthelot, J.; David, T.; Claude, J. B.; Metayer, L.; Delobbe, A.; Favre, L.; Ronda, A.; Berbezier, I.; Bonod, N.; Abbarchi, M. All-Dielectric Color Filters Using SiGe-Based Mie Resonator Arrays. ACS Photonics 2017, 4, 873-883.
【非特許文献５】Sun, S.; Zhou, Z.; Zhang, C.; Gao, Y.; Duan, Z.; Xiao, S.; Song, Q. All-Dielectric Full-Color Printing with TiO2 Metasurfaces. ACS Nano 2017, 11, 4445-4452.
【非特許文献６】Nagasaki, Y.; Suzuki, M.; Takahara, J. All-Dielectric Dual-Color Pixel with Subwavelength Resolution. Nano Lett. 2017, 17, 7500-7506.
【非特許文献７】Nagasaki, Y.; Suzuki, M.; Hotta, I; Takahara, J. Control of Si-Based All-Dielectric Printing Color through Oxidation. ACS Photonics  2018, 5, 1460-14663.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、誘電体ナノ構造の研究を更に進めて、本発明を完成するに至った。本発明の目的は、８５０００ｄｐｉを超える解像度の色設計を容易に行うことができるカラー生成構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のカラー生成構造体は、ミー共振器と、金属マスク部とを備える。前記ミー共振器は、誘電体を含み、白色光の入射に応じてミー共振を励起する。前記金属マスク部は、金属を含み、前記ミー共振器の一部を覆う。前記カラー生成構造体は、前記白色光の入射に応じて特定の色を生成する。
【０００６】
ある実施形態において、前記カラー生成構造体は、前記ミー共振器の寸法に応じた色を生成する。
【０００７】
ある実施形態において、前記カラー生成構造体は、前記ミー共振器の寸法及び前記金属マスク部の厚みに応じた色を生成する。
【０００８】
ある実施形態において、前記ミー共振器は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の高さを有する。
【０００９】
ある実施形態において、前記ミー共振器は、５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下の幅を有する。
【００１０】
ある実施形態において、前記金属マスク部は、５ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚みを有する。
【００１１】
ある実施形態において、前記ミー共振器は先端面を有する。
【００１２】
ある実施形態において、前記金属マスク部は、前記ミー共振器の先端面の少なくとも一部を覆う。
【００１３】
ある実施形態において、前記金属は、クロム、金、銀、銅、アルミニウム、チタン、及び白金のうちの少なくとも１種を含む。
【００１４】
ある実施形態において、前記誘電体の屈折率は３以上である。
【００１５】
ある実施形態において、前記誘電体は、シリコン、リン化インジウム、ヒ化ガリウム、アンチモン化アルミニウム、ヒ化アルミニウム、テルル化亜鉛、及びリン化ガリウムのうちの少なくとも１種を含む。
【００１６】
ある実施形態において、前記カラー生成構造体は、前記ミー共振器が配置される基板を更に備える。
【００１７】
ある実施形態において、前記基板の屈折率は２以下である。
【００１８】
ある実施形態において、前記カラー生成構造体は、複数の前記ミー共振器と、前記複数のミー共振器の各々の一部を覆う前記金属マスク部とを備える。
【００１９】
ある実施形態において、前記複数のミー共振器は、３５０ｎｍ以下の周期で配列される。
【００２０】
ある実施形態において、前記カラー生成構造体は、複数種類の前記ミー共振器と、前記複数種類のミー共振器の各々の一部を覆う前記金属マスク部とを備える。
【００２１】
ある実施形態において、前記複数種類のミー共振器は、互いに異なる寸法を有する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、８５０００ｄｐｉを超える解像度の色設計を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態におけるカラー生成構造体の構成を示す図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、比較例におけるカラー生成構造体の構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、マスク無し単位構造体の後方散乱断面積の計算結果を示す図である。（ｂ）は、マスク付き単位構造体の後方散乱断面積の計算結果を示す図である。（ｃ）は、マスク無しアレイ構造体の反射率の計算結果を示す図である。（ｄ）は、マスク付きアレイ構造体の反射率の計算結果を示す図である。
【図４】（ａ）は、マスク付き単位構造体の後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す図である。（ｂ）は、マスク無し単位構造体の後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、マスク付き単位構造体の後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す図である。
【図６】散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差を示す図である。
【図９】（ａ）は、波長６４０ｎｍの白色光を入射したマスク無し単位構造体の電界分布を計算した結果を示す図である。（ｂ）は、波長６３０ｎｍの白色光を入射したマスク付き単位構造体の電界分布を計算した結果を示す図である。
【図１０】作製したマスク付きアレイ構造体の走査イオン顕微鏡像を示す図である。
【図１１】反射率スペクトルの測定に用いた光学装置の概略図である。
【図１２】サンプルＳ１〜サンプルＳ７の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。
【図１３】（ａ）は、サンプルＳ８〜サンプルＳ１４の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。（ｂ）は、厳密結合波解析シミュレーションを用いて計算した計算結果を示す図である。
【図１４】ＣＩＥ１９３１色空間を示す図である。
【図１５】（ａ）は、サンプルＳ１５の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。（ｂ）は、サンプルＳ１６の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。（ｃ）は、サンプルＳ１７の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。
【図１６】ミー共振器の高さを変化させて計算した反射率の計算結果を示す図である。
【図１７】金属マスク部の厚みを変化させて計算した反射率の計算結果を示す図である。
【図１８】マスク付きアレイ構造体の２次元透過率マップを示す図である。
【図１９】マスク付きアレイ構造体の２次元吸収率マップを示す図である。
【図２０】金属マスク部の直径とマスク付きアレイ構造体の反射率との関係を示す図である。
【図２１】（ａ）は、マスク付き単位構造体の第１変形例の上面図である。（ｂ）は、マスク付き単位構造体の第２変形例の上面図である。（ｃ）は、第１変形例に対応するマスク付きアレイ構造体の反射率の計算結果と、第２変形例に対応するマスク付きアレイ構造体の反射率の計算結果とを示す図である。
【図２２】基板の屈折率とマスク付きアレイ構造体の反射率との関係を示す図である。
【図２３】（ａ）は、マスク付き単位構造体の後方散乱断面積の計算結果と、マスク付きアレイ構造体の反射率の計算結果とを示す図である。（ｂ）は、マスク無し単位構造体の後方散乱断面積の計算結果と、マスク無しアレイ構造体の反射率の計算結果とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合がある。また、図中、同一又は相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００２５】
まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本実施形態のカラー生成構造体１について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態のカラー生成構造体１の構成を示す図である。詳しくは、図１（ａ）は、本実施形態の単位構造体１ａの構成を示す。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、単位構造体１ａは、ミー共振器２と、金属マスク部３と、基板４とを備える。単位構造体１ａに白色光が入射すると、特定の色が生成される。具体的には、特定の色を示す光が単位構造体１ａから反射する。あるいは、基板４が透明基板である場合、特定の色を示す光が単位構造体１ａを透過する。
【００２７】
ミー共振器２は、基板４上に配置される。ミー共振器２は、突起形状を有し、基板４から突出する。ミー共振器２は、誘電体を含み、白色光の入射に応じてミー共振を励起する。ミー共振が励起されることにより、特定の波長を有する光がミー共振器２から散乱し、その結果、特定の色が生成される。詳しくは、ミー共振により、誘電体の内部に電気双極子及び磁気双極子が励起される。この結果、特定の波長を有する光がミー共振器２から散乱する。
【００２８】
本実施形態のミー共振器２は、円柱形状であり、先端面を有する。ミー共振器２の高さｈは、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、ミー共振器２の直径ｄ（幅）は、５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。ミー共振器２の寸法を調整することにより、単位構造体１ａが生成する色を制御することができる。換言すると、単位構造体１ａは、ミー共振器２の寸法に応じた色を生成する。例えば、単位構造体１ａは、ＲＧＢの原色を発色することができる。
【００２９】
ミー共振器２を構成する誘電体は、特に限定されないが、屈折率が３以上であることが好ましい。屈折率が３以上であることにより、誘電体の内部に電場及び磁場をより強固に閉じ込めることができる。したがって、より高い彩度の色を生成することができる。例えば、誘電体は、シリコン（Ｓｉ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、及びリン化ガリウム（ＧａＰ）のいずれかであり得る。これらの屈折率は３以上である。なお、シリコンは低損失の材料であるため、ミー共振器２をシリコンで形成することで、より高い彩度の色を生成することができる。
【００３０】
金属マスク部３は、金属を含み、ミー共振器２の一部を覆う。金属マスク部３がミー共振器２の一部を覆うことにより、誘電体からの電場の漏れが抑制される。金属マスク部３を配置する位置は、誘電体の内部でミー共振が励起されるとともに、誘電体からの電場の漏れが抑制される限り、特に限定されないが、好ましくは、単位構造体１ａの反射率又は透過率がより高くなる位置に金属マスク部３を配置する。例えば、ミー共振器２が円柱形状である場合、ミー共振器２の先端面に金属マスク部３を配置することが好ましい。なお、以下の説明において、ミー共振器２と金属マスク部３とからなる構造を、「マスク付きミー共振器２ａ」と記載する場合がある。
【００３１】
金属マスク部３の厚みｔは、５ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。金属マスク部３の厚みｔを調整することによって、単位構造体１ａが生成する色を制御することができる。換言すると、単位構造体１ａは、ミー共振器２の寸法及び金属マスク部３の厚みｔに応じた色を生成する。
【００３２】
金属マスク部３に使用される金属は、誘電体からの電場の漏れを抑制できる限り、特に限定されない。例えば、金属は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、及びクロム（Ｃｒ）のいずれかであり得る。
【００３３】
基板４の材料は、特に限定されないが、単位構造体１ａの反射率又は透過率がより高くなる材料を使用することが好ましい。具体的には、基板４の屈折率は２以下であることが好ましい。例えば、基板４の材料は、石英（ＳｉＯ2）及び酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のいずれかであり得る。石英の屈折率は、１．４６であり、酸化アルミニウムの屈折率は、１．７６である。
【００３４】
以上、図１（ａ）を参照して、本実施形態の単位構造体１ａを説明した。なお、以下の説明において、本実施形態の単位構造体１ａを「マスク付き単位構造体１ａ」と記載する場合がある。
【００３５】
続いて図１（ｂ）を参照して、本実施形態のカラー生成構造体１を更に説明する。図１（ｂ）は、本実施形態のアレイ構造体１ｂを示す。図１（ｂ）に示すように、アレイ構造体１ｂは、複数のマスク付きミー共振器２ａと、基板４とを備える。図１（ｂ）にアレイ構造体１ｂにおいて、マスク付きミー共振器２ａは、周期的に配列されている。換言すると、図１（ｂ）に示すアレイ構造体１ｂは、図１（ａ）に示すマスク付き単位構造体１ａが周期的に配列された構造を有する。周期Ｐは、例えば、１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。以下、本実施形態のアレイ構造体１ｂを「マスク付きアレイ構造体１ｂ」と記載する場合がある。
【００３６】
以上、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本実施形態のカラー生成構造体１を説明した。なお、カラー生成構造体１は、例えば、電子線リソグラフィ法又はナノインプリント法によって製造することができる。
【００３７】
本実施形態によれば、回折限界解像度の色設計を容易に行うことができる。回折限界解像度は、光学顕微鏡の解像度の原理的限界を示す。具体的には、本実施形態のカラー生成構造体１により、８５０００ｄｐｉを超える解像度の色設計を容易に行うことができる。以下、８５０００ｄｐｉを超える解像度の色設計を容易に行い得ることについて、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す比較例と比べながら説明する。
【００３８】
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、比較例のカラー生成構造体１１の構成を示す図である。詳しくは、図２（ａ）は、比較例の単位構造体１１ａを示し、図２（ｂ）は、比較例のアレイ構造体１１ｂを示す。
【００３９】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、比較例の単位構造体１１ａ及びアレイ構造体１１ｂは、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して説明したマスク付き単位構造体１ａ及びマスク付きアレイ構造体１ｂと比べて、金属マスク部３を備えていない。このため、比較例のアレイ構造体１１ｂにおいて、８５０００ｄｐｉを超える解像度に対応する周期Ｐでミー共振器２を配列した場合、電場の漏れに起因して、隣り合うミー共振器２間で相互作用が起こる。具体的には、隣り合うミー共振器２間で漏洩電場が重なり、ミー共振波長がシフトする。その結果、アレイ構造体１１ｂに含まれる各単位構造体から、単位構造体１１ａと異なる色が生成される。したがって、比較例において、アレイ構造体１１ｂに含まれる各単位構造体から所望の色を発生させるには、隣り合うミー共振器２間の相互作用を考慮してミー共振器２の寸法を調整する必要がある。このため、比較例では、８５０００ｄｐｉを超える解像度で色設計を行うことが困難となる。
【００４０】
これに対し、本実施形態によれば、金属マスク部３により、ミー共振器２から漏れる電場が抑制される。したがって、８５０００ｄｐｉを超える解像度に対応する周期Ｐでミー共振器２を配列しても、隣り合うミー共振器２間の相互作用を抑制することができる。したがって、マスク付きアレイ構造体１ｂに含まれる各マスク付き単位構造体から、マスク付き単位構造体１ａと略同じ色が生成される。よって、本実施形態によれば、マスク付きアレイ構造体１ｂにおいて、隣り合うミー共振器２の相互作用を考慮することなく、各ミー共振器２の寸法を調整して、各マスク付き単位構造体から所望の色を発生させることができる。このため、８５０００ｄｐｉを超える解像度であっても容易に色設計を行うことができる。例えば、本実施形態によれば、１０００００ｄｐｉの解像度の色設計を容易に行うことができる。
【００４１】
続いて、本実施形態のカラー生成構造体１（マスク付き単位構造体１ａ及びマスク付きアレイ構造体１ｂ）について、比較例と比較しながら更に説明する。なお、以下の説明において、比較例の単位構造体１１ａを「マスク無し単位構造体１１ａ」と記載し、比較例のアレイ構造体１１ｂを「マスク無しアレイ構造体１１ｂ」と記載する場合がある。また、本実施形態のカラー生成構造体１（マスク付き単位構造体１ａ及びマスク付きアレイ構造体１ｂ）を「実施例」と記載する場合がある。
【００４２】
まず、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して、マスク付き単位構造体１ａの後方散乱断面積スペクトルと、マスク付きアレイ構造体１ｂの反射率スペクトルとについて説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、ミー共振器２の高さｈは１５０ｎｍであり、ミー共振器２の直径は１５０ｎｍであり、金属マスク部３の厚みｔは３０ｎｍであり、周期Ｐは２５０ｎｍである。また、ミー共振器２の材料はシリコンであり、金属マスク部３の材料はクロムであり、基板４の材料は石英である。また、金属マスク部３は、ミー共振器２の先端面の全面を覆う。
【００４３】
図３（ａ）は、マスク無し単位構造体１１ａの後方散乱断面積の計算結果を示す図であり、図３（ｂ）は、マスク付き単位構造体１ａの後方散乱断面積の計算結果を示す図である。また、図３（ｃ）は、マスク無しアレイ構造体１１ｂの反射率の計算結果を示す図であり、図３（ｄ）は、マスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果を示す図である。
【００４４】
詳しくは、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ミー共振器２の直径ｄを「１００ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積の計算結果と、ミー共振器２の直径ｄを「１５０ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積の計算結果と、ミー共振器２の直径ｄを「２００ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積の計算結果とを示す。また、図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、ミー共振器２の直径ｄを「１００ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果と、ミー共振器２の直径ｄを「１５０ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果と、ミー共振器２の直径ｄを「２００ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果とを示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）において、縦軸は後方散乱断面積を示し、横軸は波長を示す。図３（ｃ）及び図３（ｄ）において、縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００４５】
後方散乱断面積の計算には、市販の３次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ）シミュレーション（Ｌｕｍｅｒｉｃａｌ社の「ＦＤＴＤ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」）を用いた。反射率の計算には、市販の厳密結合波解析（Ｒｉｇｏｒｏｕｓ  Ｃｏｕｐｌｅ−Ｗａｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＲＣＷＡ）シミュレーション（Ｓｙｎｏｐｓｙｓ社の「ＤｉｆｆｒａｃｔＭｏｄ」）を用いた。シリコンの比誘電率は、実験により求めた。なお、以下の説明において、後方散乱断面積スペクトルを「散乱スペクトル」と記載する場合がある。
【００４６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、マスク無し単位構造体１１ａの散乱スペクトルのピーク位置は、ミー共振器２の直径ｄの増加に応じて赤外線領域に向けてシフトした。同様に、マスク付き単位構造体１ａの散乱スペクトルのピーク位置も、ミー共振器２の直径ｄの増加に応じて赤外線領域に向けてシフトした。図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、マスク無しアレイ構造体１１ｂの反射率スペクトルのピーク位置は、ミー共振器２の直径ｄの増加に応じて赤外線領域に向けてシフトした。同様に、マスク付きアレイ構造体１ｂの反射率スペクトルのピーク位置も、ミー共振器２の直径ｄの増加に応じて赤外線領域に向けてシフトした。
【００４７】
また、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、比較例において、ミー共振器２の直径ｄを１００ｎｍに設定した場合、反射率スペクトルのピーク位置は、散乱スペクトルのピーク位置と略同じ位置となった。図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、実施例においても、ミー共振器２の直径ｄを１００ｎｍに設定した場合、反射率スペクトルのピーク位置は、散乱スペクトルのピーク位置と略同じ位置となった。
【００４８】
一方、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、実施例における散乱スペクトルのピーク波形の形状は、比較例における散乱スペクトルのピーク波形の形状と比べてシャープになった。同様に、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、実施例における反射率スペクトルのピーク波形の形状は、比較例における反射率スペクトルのピーク波形の形状と比べてシャープになった。これらの計算結果は、ミー共振器２の一部を金属マスク部３で覆うことによりＱ値が増加することを示す。
【００４９】
また、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、比較例において、ミー共振器２の直径ｄを１５０ｎｍ又は２００ｎｍに設定した場合、反射率スペクトルのピーク位置は、散乱スペクトルのピーク位置と比べて、紫外線領域に向けてシフトした。更に、反射率スペクトルの形状は、散乱スペクトルの形状から大きく変化した。これらの計算結果は、マスク無しアレイ構造体１１ｂが、マスク無し単位構造体１１ａと異なる色を生成することを示している。
【００５０】
一方、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、実施例では、反射率スペクトルと後方散乱断面積スペクトルとの間において、ピーク位置のずれは略生じなかった。また、反射率スペクトルの形状は、散乱スペクトルと略同じ形状となった。これらの計算結果は、マスク付きアレイ構造体１ｂが、マスク付き単位構造体１ａと略同じ色を生成することを示している。
【００５１】
続いて、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、マスク付き単位構造体１ａの散乱スペクトルについて更に説明する。具体的には、後方散乱断面積の計算結果に対して多重極分解分析（Ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：ＭＤＡ）を行った結果について説明する。
【００５２】
図４（ａ）は、マスク付き単位構造体１ａの後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す図であり、図４（ｂ）は、マスク無し単位構造体１１ａの後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す図である。詳しくは、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、散乱スペクトルにおいて電気双極子（ＥＤ）及び磁気双極子（ＭＤ）が寄与する成分を示す。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、縦軸は後方散乱断面積を示し、横軸は波長を示す。なお、多重極分解分析には、市販の有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ：ＦＥＭ）シミュレーション（ＣＯＭＳＯＬ社の「ＣＯＭＳＯＬ  Ｍｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ」）を用いた。
【００５３】
図４（ａ）に示すように、マスク付き単位構造体１ａでは、電気双極子（ＥＤ）に由来するスペクトルのピーク位置と、磁気双極子（ＭＤ）に由来するスペクトルのピーク位置とが一致した。一方、図４（ｂ）に示すように、マスク無し単位構造体１１ａでは、電気双極子（ＥＤ）に由来するスペクトルのピーク位置と、磁気双極子（ＭＤ）に由来するスペクトルのピーク位置とは一致しなかった。その結果、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して説明したように、実施例における散乱スペクトル及び反射率スペクトルのピーク波形が、比較例における散乱スペクトル及び反射率スペクトルのピーク波形と比べてシャープになったものと推察される。
【００５４】
続いて図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照して、マスク付き単位構造体１ａの散乱スペクトルについて更に説明する。具体的には、電気双極子（ＥＤ）に由来するスペクトルのピーク位置と金属マスク部３の厚みｔとの関係、及び、磁気双極子（ＭＤ）に由来するスペクトルのピーク位置と金属マスク部３の厚みｔとの関係について説明する。
【００５５】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、マスク付き単位構造体１ａの後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す図である。詳しくは、図５（ａ）は、金属マスク部３の厚みｔを「１０ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示し、図５（ｂ）は、金属マスク部３の厚みｔを「２０ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示し、図５（ｃ）は、金属マスク部３の厚みｔを「３０ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示し、図５（ｄ）は、金属マスク部３の厚みｔを「４０ｎｍ」に設定して計算した後方散乱断面積に対して多重極分解分析を行った結果を示す。より具体的には、図５（ａ）〜図５（ｄ）は、散乱スペクトルにおいて電気双極子（ＥＤ）及び磁気双極子（ＭＤ）が寄与する成分を示す。図５（ａ）〜図５（ｄ）において、縦軸は後方散乱断面積を示し、横軸は波長を示す。
【００５６】
図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すように、電気双極子（ＥＤ）に由来するスペクトルのピーク位置は、金属マスク部３の厚みｔの増加に応じて徐々に赤外線領域に向けてシフトした。一方、磁気双極子（ＭＤ）に由来するスペクトルのピーク位置は、金属マスク部３の厚みｔの増加に応じて、ごくわずかに紫外線領域に向けてシフトした。この結果、図４（ａ）に示すように、電気双極子に由来するスペクトルのピーク位置と、磁気双極子に由来するスペクトルのピーク位置とが一致したものと推察される。
【００５７】
続いて図６を参照して、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差について説明する。なお、以下の説明において、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差を「シフト量」と記載する場合がある。
【００５８】
図６は、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差（シフト量）を示す図である。図６において、縦軸はシフト量を示し、横軸はミー共振器２の直径ｄを示す。また、図６において、実線は、実施例のシフト量を示す。破線は、比較例のシフト量を示す。
【００５９】
図６に示すように、ミー共振器２の直径ｄが１００ｎｍになるまで実施例のシフト量と比較例のシフト量との間に差はほとんどなかった。一方、直径ｄが１００ｎｍよりも大きくなると、実施例のシフト量と比較例のシフト量との間の差が広がった。具体的には、比較例のシフト量が、直径ｄの増加に応じて、実施例のシフト量よりも大きくなり、直径ｄが２００ｎｍに達すると、比較例のシフト量は８０ｎｍとなった。一方、実施例は、比較例の半分程度のシフト量となった。この計算結果は、マスク付きアレイ構造体１ｂが、マスク付き単位構造体１ａと略同じ色を生成することを示している。
【００６０】
なお、図７（ａ）〜図７（ｃ）及び図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、金属マスク部３を構成する金属をクロム以外の金属に変更しても、クロムと同様の計算結果が得られた。図７（ａ）〜図７（ｃ）及び図８（ａ）〜図８（ｃ）は、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差（シフト量）を示す図である。
【００６１】
詳しくは、図７（ａ）は、金属マスク部３を構成する金属の種類を金（Ａｕ）に変更して計算したシフト量を示す図である。図７（ｂ）は、金属マスク部３を構成する金属の種類を銀（Ａｇ）に変更して計算したシフト量を示す図である。図７（ｃ）は、金属マスク部３を構成する金属の種類を銅（Ｃｕ）に変更して計算したシフト量を示す図である。図８（ａ）は、金属マスク部３を構成する金属の種類をアルミニウム（Ａｌ）に変更して計算したシフト量を示す図である。図８（ｂ）は、金属マスク部３を構成する金属の種類をチタン（Ｔｉ）に変更して計算したシフト量を示す図である。図８（ｃ）は、金属マスク部３を構成する金属の種類を白金（Ｐｔ）に変更して計算したシフト量を示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）及び図８（ａ）〜図８（ｃ）において、縦軸はシフト量を示し、横軸はミー共振器２の直径ｄを示す。また、図７（ａ）〜図７（ｃ）及び図８（ａ）〜図８（ｃ）において、実線は、実施例のシフト量を示す。破線は、比較例のシフト量を示す。
【００６２】
続いて図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、マスク付き単位構造体１ａの電界分布について説明する。図９（ａ）は、波長６４０ｎｍの白色光を入射したマスク無し単位構造体１１ａの電界分布を計算した結果を示す図である。図９（ｂ）は、波長６３０ｎｍの白色光を入射したマスク付き単位構造体１ａの電界分布を計算した結果を示す図である。
【００６３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、ミー共振器２の一部を金属マスク部３で覆うことにより、ミー共振器２の外部へ漏洩する電場が抑制された。この結果は、隣り合うミー共振器２間の相互作用が抑制されることを定性的に示している。
【００６４】
なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、ミー共振器２において励起される共鳴現象は、プラズモン共鳴と異なる。これは、クロムの誘電率の実数部が負であるが０に近く、その結果、可視光領域においてプラズモン共鳴が励起されないためである。
【００６５】
続いて、本実施形態のカラー生成構造体１の製造方法の具体的な一例について説明する。本発明者は、実験のために、アンドープ単結晶［１００］シリコン層が１５０ｎｍの膜厚で積層された石英基板（信越化学工業社製）を用いて、電子ビームリソグラフィ法によりマスク付きアレイ構造体１ｂを作製した。詳しくは、基板のシリコン層側の表面に膜厚３５ｎｍのレジスト膜をコートし、電子ビーム描画装置を用いて、金属マスク部３のパターンをレジスト膜に描画した。その後、現像してレジストパターンを形成し、蒸着装置によりクロムを蒸着した。次に、残りのレジスト層をリフトオフした。その後、反応性イオンエッチングチャンバ内でシリコン層を選択的にエッチングした。反応性イオンエッチングには、ＳＦ6ガス及びＣ4Ｆ8ガスを用いた。図１０は、作製したマスク付きアレイ構造体１ｂの走査イオン顕微鏡像を示す図である。以下、作製したマスク付きアレイ構造体１ｂを「サンプルＳ」と記載する場合がある。なお、クロム層の膜厚（厚みｔ）は、加速されたエッチングガスに長時間さらされた結果、３５ｎｍから３０ｎｍに減少した。
【００６６】
本発明者は、サンプルＳの反射率スペクトルを測定した。図１１は、反射率スペクトルの測定に用いた光学装置１００の概略図である。図１１に示すように、共焦点反射顕微鏡を用いて、サンプルＳ内の所望の領域からの反射光Ｌ１をスペクトロメーター１０１（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社の「Ｅ６５  Ｐｒｏ」）で検出した。詳しくは、ハロゲンランプ１０２から発生した無偏光白色光Ｌ２を、偏光素子１０３によって偏光した後、対物レンズ１０４を介してサンプルＳの表面に照射した。
【００６７】
本発明者は、サンプルＳ１〜サンプルＳ７を作製して、サンプルＳ１〜サンプルＳ７のそれぞれの反射率スペクトルを測定した。サンプルＳ１〜サンプルＳ７は、ミー共振器２の直径ｄが異なる。具体的には、サンプルＳ１のミー共振器２の直径ｄは、２００ｎｍである。サンプルＳ２のミー共振器２の直径ｄは、１８０ｎｍである。サンプルＳ３のミー共振器２の直径ｄは、１６０ｎｍである。サンプルＳ４のミー共振器２の直径ｄは、１４０ｎｍである。サンプルＳ５のミー共振器２の直径ｄは、１２０ｎｍである。サンプルＳ６のミー共振器２の直径ｄは、１００ｎｍである。サンプルＳ７のミー共振器２の直径ｄは、８０ｎｍである。
【００６８】
図１２は、サンプルＳ１〜サンプルＳ７の反射率スペクトルを測定した結果示す図である。具体的には、上から順に、サンプルＳ１の反射率スペクトル、サンプルＳ２の反射率スペクトル、サンプルＳ３の反射率スペクトル、サンプルＳ４の反射率スペクトル、サンプルＳ５の反射率スペクトル、サンプルＳ６の反射率スペクトル、サンプルＳ７の反射率スペクトルを示す。図１２において、縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。また、図１２において、実線が、測定した反射率スペクトルを示す。破線は、厳密結合波解析シミュレーションを用いて計算した計算結果を示す。
【００６９】
図１２に示すように、ミー共振器２の直径ｄを調整することにより、反射率スペクトルのピーク位置がシフトした。具体的には、ミー共振器２の直径ｄの増加に応じて、反射率スペクトルのピーク位置が赤外線領域に向けてシフトした。この結果は、ミー共振器２の直径ｄに応じて、異なる色が生成されることを示している。また、図１２に示すように、実験結果は計算結果と略一致した。
【００７０】
本発明者は更に、サンプルＳ８〜サンプルＳ１４を作製して、サンプルＳ８〜サンプルＳ１４のそれぞれの反射率スペクトルを測定した。サンプルＳ８〜サンプルＳ１４は、ミー共振器２の周期Ｐが異なる。具体的には、サンプルＳ８の周期Ｐは、２３０ｎｍである。サンプルＳ９の周期Ｐは、２５０ｎｍである。サンプルＳ１０の周期Ｐは、２７０ｎｍである。サンプルＳ１１の周期Ｐは、２９０ｎｍである。サンプルＳ１２の周期Ｐは、３１０ｎｍである。サンプルＳ１３の周期Ｐは、３３０ｎｍである。サンプルＳ１４の周期Ｐは、３５０ｎｍである。
【００７１】
図１３（ａ）は、サンプルＳ８〜サンプルＳ１４の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。図１３（ｂ）は、厳密結合波解析シミュレーションを用いて計算した計算結果を示す図である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）において、縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。図１３（ａ）に示すように、周期Ｐの減少に応じて、反射強度が増加した。一方、周期Ｐが変化しても、反射率スペクトルのピーク位置は変化しなかった。この結果は、周期Ｐを調整することにより、彩度を制御できることを示している。なお、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、実験結果は計算結果と略一致した。
【００７２】
続いて図１４を参照して、本実施形態のカラー生成構造体１によって生成可能な色について説明する。図１４は、ＣＩＥ１９３１色空間を示す図である。図１４において、黒点は、マスク付きアレイ構造体１ｂの反射率のｘｙ値を示す。具体的には、ミー共振器２の直径ｄを７０ｎｍから２００ｎｍまで５ｎｍ刻みで増加させて得た各反射率（計算値）をＣＩＥ１９３１色空間のｘｙ値に変換して、ＣＩＥ１９３１色空間にプロットした。
【００７３】
図１４に示すように、ミー共振器２の直径ｄを調整することにより、ＲＧＢを含む略全ての色を生成できた。また、比較例では生成することが困難なマゼンタを生成することができた。
【００７４】
続いて、マスク付き単位構造体１ａの反射率スペクトルについて説明する。本発明者は、サンプルＳ１５〜Ｓ１７を作製して、サンプルＳ１５〜Ｓ１７のそれぞれの反射率スペクトルを測定した。サンプルＳ１５〜Ｓ１７は、マスク付き単位構造体１ａである。サンプルＳ１５〜サンプルＳ１７は、ミー共振器２の直径ｄが異なる。具体的には、サンプルＳ１５のミー共振器２の直径ｄは、１２０ｎｍである。サンプルＳ１６のミー共振器２の直径ｄは、１６０ｎｍである。サンプルＳ１７のミー共振器２の直径ｄは、２００ｎｍである。なお、サンプルＳ１５〜Ｓ１７の反射率スペクトルを示す信号は、弱い信号であったため、増幅して測定した。
【００７５】
図１５（ａ）は、サンプルＳ１５の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。詳しくは、図１５（ａ）において、実線は、サンプルＳ１５の反射率スペクトルを示す。破線は、図１２を参照して説明したサンプルＳ５（直径ｄ＝１２０ｎｍ）の反射率スペクトルを示す。また、図１５（ａ）において、左側の縦軸は、サンプルＳ１５の反射率を示し、右側の縦軸は、サンプルＳ５の反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００７６】
図１５（ｂ）は、サンプルＳ１６の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。詳しくは、図１５（ｂ）において、実線は、サンプルＳ１６の反射率スペクトルを示す。破線は、図１２を参照して説明したサンプルＳ３（直径ｄ＝１６０ｎｍ）の反射率スペクトルを示す。また、図１５（ｂ）において、左側の縦軸は、サンプルＳ１６の反射率を示し、右側の縦軸は、サンプルＳ３の反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００７７】
図１５（ｃ）は、サンプルＳ１７の反射率スペクトルを測定した結果を示す図である。詳しくは、図１５（ｃ）において、実線は、サンプルＳ１７の反射率スペクトルを示す。破線は、図１２を参照して説明したサンプルＳ１（直径ｄ＝２００ｎｍ）の反射率スペクトルを示す。また、図１５（ｃ）において、左側の縦軸は、サンプルＳ１７の反射率を示し、右側の縦軸は、サンプルＳ１の反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００７８】
図１５（ａ）〜図１５（ｃ）に示すように、マスク付きアレイ構造体１ｂの反射率スペクトルのピーク位置は、マスク付き単位構造体１ａの反射率スペクトルのピーク位置と一致した。これらの結果は、マスク付きアレイ構造体１ｂから発生する色が、マスク付き単位構造体１ａから発生する色と一致することを示す。
【００７９】
続いて図１６を参照して、マスク付きアレイ構造体１ｂにおけるミー共振器２の高さｈと反射率との関係について説明する。図１６は、ミー共振器２の高さｈを変化させて計算した反射率の計算結果（２次元反射率マップ）を示す図である。詳しくは、ミー共振器２の高さｈを５０ｎｍから３００ｎｍまで変化させて、図１６に示す２次元反射率マップを得た。図１６において、縦軸はミー共振器２の高さｈを示し、横軸は波長を示す。
【００８０】
図１６に示すように、反射率のピークは、ミー共振器２の高さｈの増加に応じて赤外線領域へ向けてシフトした。また、ミー共振器２の高さｈの増加に応じて、反射率の強度が増加した。これらの結果は、ミー共振器２の高さｈに応じて、異なる色が生成されることを示している。したがって、ミー共振器２の高さｈを調整することにより、カラー生成構造体１が生成する色を制御することができる。
【００８１】
続いて図１７を参照して、マスク付きアレイ構造体１ｂにおける金属マスク部３の厚みｔと反射率との関係について説明する。図１７は、金属マスク部３の厚みｔを変化させて計算した反射率の計算結果（２次元反射率マップ）を示す図である。詳しくは、金属マスク部３の厚みｔを０ｎｍから１００ｎｍまで変化させて、図１７に示す２次元反射率マップを得た。図１７において、縦軸は金属マスク部３の厚みｔを示し、横軸は波長を示す。
【００８２】
図１７に示すように、反射率のピークは、金属マスク部３の厚みｔの増加に応じて赤外線領域へ向けてシフトした。したがって、金属マスク部３の厚みｔを調整することにより、カラー生成構造体１が生成する色を制御することができる。なお、金属マスク部３の厚みｔに応じた反射率のピークのシフトは、図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照して説明した電気双極子（ＥＤ）に由来するスペクトルのピーク位置のシフトに起因する。
【００８３】
続いて図１８及び図１９を参照して、マスク付きアレイ構造体１ｂを透過する光について説明する。図１８は、マスク付きアレイ構造体１ｂの２次元透過率マップを示す図であり、図１９は、マスク付きアレイ構造体１ｂの２次元吸収率マップを示す図である。詳しくは、図１８は、ミー共振器２の直径ｄを０．０５μｍ（５０ｎｍ）から０．２０μｍ（２００ｎｍ）まで変化させて計算した透過率の計算結果（２次元透過率マップ）を示す。また、図１９は、ミー共振器２の直径ｄを０．０５μｍ（５０ｎｍ）から０．２０μｍ（２００ｎｍ）まで変化させて計算した吸収率の計算結果（２次元吸収率マップ）を示す。図１８及び図１９において、縦軸はミー共振器２の直径ｄを示し、横軸は波長を示す。
【００８４】
図１８及び図１９に示すように、ミー共振器２の直径ｄの変化に応じて透過率及び吸収率が変化した。この結果は、ミー共振器２の直径ｄに応じて、カラー生成構造体１を透過する光の色が異なることを示している。
【００８５】
続いて図２０を参照して、金属マスク部３の直径ｄｍとマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率との関係を説明する。図２０は、金属マスク部３の直径ｄｍとマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率との関係を示す図である。詳しくは、図２０は、金属マスク部３の直径ｄｍを「５０ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果と、金属マスク部３の直径ｄｍを「１１０ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果と、金属マスク部３の直径ｄｍを「１５０ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果と、金属マスク部３の直径ｄｍを「１７０ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果と、金属マスク部３の直径ｄｍを「２００ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果とを示す。図２０において、縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００８６】
図２０に示すように、金属マスク部３の直径ｄｍを変化させても、反射率及び反射率スペクトルのピーク位置は大きくは変化しなかった。この結果は、金属マスク部３が、ミー共振器２の先端面の全面を覆ってもよいし、ミー共振器２の先端面の一部を覆ってもよいことを示す。
【００８７】
続いて図２１（ａ）〜図２１（ｃ）を参照して、金属マスク部３とマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率との関係について更に説明する。図２１（ａ）は、マスク付き単位構造体１ａの第１変形例の上面図である。図２１（ｂ）は、マスク付き単位構造体１ａの第２変形例の上面図である。
【００８８】
図２１（ａ）に示すマスク付き単位構造体１ａは、マスク付きミー共振器２ａの構成が、図１（ａ）に示すマスク付き単位構造体１ａと異なる。具体的には、図２１（ａ）に示すマスク付き単位構造体１ａは、５個の金属マスク部３を備える。各金属マスク部３は円盤状であり、各金属マスク部３の直径ｄｍはミー共振器２の直径ｄよりも小さい。５個の金属マスク部３は、ミー共振器２の先端面に配置される。
【００８９】
図２１（ｂ）に示すマスク付き単位構造体１ａは、マスク付きミー共振器２ａの構成が、図１（ａ）に示すマスク付き単位構造体１ａと異なる。具体的には、図２１（ｂ）に示すマスク付き単位構造体１ａは、１３個の金属マスク部３を備える。各金属マスク部３は円盤状であり、各金属マスク部３の直径ｄｍはミー共振器２の直径ｄよりも小さい。また、各金属マスク部３の直径ｄｍは、図２１（ａ）に示す金属マスク部３の直径ｄｍよりも小さい。１３個の金属マスク部３は、ミー共振器２の先端面に配置される。
【００９０】
図２１（ｃ）は、第１変形例に対応するマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果と、第２変形例に対応するマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果とを示す図である。図２１（ｃ）において、縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。詳しくは、図２１（ｃ）において、実線は、第１変形例に対応するマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果を示し、一点鎖線は、第２変形例に対応するマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果を示す。なお、破線は、図１（ｂ）に示すマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果を示す。具体的には、破線は、金属マスク部３の直径ｄｍを「１５０ｎｍ」に設定して計算した反射率の計算結果を示す。
【００９１】
図２１（ｃ）に示すように、金属マスク部３の数を変化させても、反射率及び反射率スペクトルのピーク位置は大きくは変化しなかった。この結果は、ミー共振器２の先端面に、１つの金属マスク部３を配置してもよいし、複数の金属マスク部３を配置してもよいことを示す。
【００９２】
続いて図２２を参照して、基板４の屈折率ｎとマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率との関係について更に説明する。図２２は、基板４の屈折率ｎとマスク付きアレイ構造体１ｂの反射率との関係を示す図である。詳しくは、図２２は、基板４の屈折率ｎを「１．０」に設定して計算した反射率の計算結果と、基板４の屈折率ｎを「１．５」に設定して計算した反射率の計算結果と、基板４の屈折率ｎを「２．０」に設定して計算した反射率の計算結果と、基板４の屈折率ｎを「２．５」に設定して計算した反射率の計算結果と、基板４の屈折率ｎを「３．０」に設定して計算した反射率の計算結果とを示す。図２２において、縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００９３】
図２２に示すように、基板４の屈折率ｎが２以下である場合、反射率スペクトルに対する基板４の影響は小さかった。具体的には、基板４の屈折率ｎが２以下である場合、反射率スペクトルのピーク位置、及び反射率スペクトルのピーク強度が略一定となった。
【００９４】
続いて図２３（ａ）及び図２３（ｂ）を参照して、ミー共振器２を構成する材料をリン化ガリウム（ＧａＰ）に変更して計算した後方散乱断面積及び反射率の計算結果について説明する。
【００９５】
図２３（ａ）は、マスク付き単位構造体１ａの後方散乱断面積の計算結果と、マスク付きアレイ構造体１ｂの反射率の計算結果とを示す図である。図２３（ｂ）は、マスク無し単位構造体１１ａの後方散乱断面積の計算結果と、マスク無しアレイ構造体１１ｂの反射率の計算結果とを示す図である。詳しくは、図２３（ａ）及び図２３（ｂ）において、破線は散乱スペクトルを示し、実線は反射率スペクトルを示す。図２３（ａ）及び図２３（ｂ）において、左側の縦軸は後方散乱断面積を示し、右側の縦軸は反射率を示し、横軸は波長を示す。
【００９６】
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示すように、ミー共振器２を構成する材料がリン化ガリウム（ＧａＰ）であっても、散乱スペクトルのピーク位置と反射率スペクトルのピーク位置との差（シフト量）は、ミー共振器２の一部を金属マスク部３で覆うことによって小さくなった。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明した。但し、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である。
【００９８】
例えば、本発明の実施形態において、マスク付きアレイ構造体１ｂは、寸法が同じ複数のマスク付きミー共振器２ａを備えたが、マスク付きアレイ構造体１ｂは、寸法が互いに異なる複数種類のマスク付きミー共振器２ａを備え得る。換言すると、マスク付きアレイ構造体１ｂは、互いに異なる色を生成する複数種類のマスク付き単位構造体を含み得る。具体的には、マスク付きアレイ構造体１ｂにおいて、各マスク付き単位構造体に含まれるミー共振器２の直径ｄを調整することにより、各マスク付き単位構造体から異なる色を発生させることができる。
【００９９】
また、本発明の実施形態において、ミー共振器２は円柱形状を有したが、ミー共振器２の形状は、ミー共振を励起できる形状である限り特に限定されない。例えば、ミー共振器２の形状は、楕円柱状であり得る。あるいは、ミー共振器２の形状は、三角柱状や四角柱状のような多角形柱状、又は、五線星形柱状や六線星形柱状のような星形柱状であり得る。あるいは、ミー共振器２の形状は、円錐形状や三角錐形状のような錐形状であり得る。あるいは、ミー共振器２の形状は、滴形状、又は樽形状であり得る。
【０１００】
また、図１（ｂ）を参照して、マスク付きミー共振器２ａが周期的に配列される構造を説明したが、マスク付きミー共振器２ａは周期的に配列されていなくてもよい。例えば、マスク付きミー共振器２ａは、所望の画像が形成されるように配置することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、解像度が３００ｎｍ以下の微細なカラー画像、撮像デバイスに用いるイメージング受光素子用カラーフィルタ、光記録媒体の多波長化、及び、長期保存用のアーカイブ印刷物等に有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
１        カラー生成構造体
１ａ      単位構造体
１ｂ      アレイ構造体
２        ミー共振器
３        金属マスク部
４        基板
【図１】
2019211502.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019211502.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019211502.tif 000009
【図８】
2019211502.tif 000010
【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２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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