(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、液晶等の透過型ディスプレイ等の更なる色再現性の向上、低消費電力化を可能にすべく、現行のカラーフィルターよりも高色純度かつ高透過率である新規な透過型表示装置用カラーフィルターを提供することである。【解決手段】    本発明の透過型表示装置用カラーフィルター（F）は、特定波長の光を選択的に反射するフォトニック結晶（C）を主要構成材料とすることを特徴とする。  更に具体的には、少なくとも3種類のフォトニック結晶の積層体（L）を有し、これを平面方向に配列した構造からなり、フォトニック結晶の積層体（L）の少なくとも1つが、構造周期の異なる少なくとも2つのフォトニック結晶（C）を積層してなることが好ましい。【選択図】図5
2008026346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定波長の光を選択的に反射するフォトニック結晶（C）を主要構成材料とする透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項２】
特定波長の光を選択的に反射するフォトニック結晶（C）、及び周期構造サイズの異なる少なくとも2種類のフォトニック結晶（C）の積層体（L）の少なくとも一方を主要構成材料とする請求項１に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項３】
主要構成材料として、周期構造サイズの異なるフォトニック結晶（C）、及び周期構造サイズの異なる少なくとも2種類のフォトニック結晶（C）の積層体（L）の少なくとも一方を少なくとも合計で3種類有し、同一種類同士が隣接することなく１列に並んだ少なくとも３個のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を１画素とする請求項１又は２に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項４】
フォトニック結晶（C）の構成材料が、可視光を吸収しない材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項５】
フォトニック結晶（C）の構成材料が、屈折率が1.6以上3.0以下の材料からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項６】
フォトニック結晶（C）の構成材料が、数平均粒子径が100nm以上700nm以下の真球状微粒子（P）であって、構造が最密充填構造であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項７】
フォトニック結晶（C）の構造が、数平均粒子径が100nm以上700nm以下の孔を有する逆オパール型であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか1項に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項８】
カラーフィルター（F）の構成材料として、表面に同一サイズの窪み（ｈ）が形成されたテンプレート基板（Q）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか1項に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【請求項９】
窪み（ｈ）の間隔が、0又は真球状微粒子（P）の直径の整数倍であることを特徴とする請求項８に記載の透過型表示装置用カラーフィルター（F）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶を利用した新規なカラーフィルターに関する。具体的には、フォトニック結晶を利用した液晶方式などの透過型ディスプレイ用カラーフィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビやパソコンに搭載されている液晶等の透過型ディスプレイ用のカラーフィルターは、輝度の向上による消費電力低減の観点から、高透過率のものが要求されてきた。一方、より自然な色彩表示を可能にすべく、色再現性の向上も要求されるようになり、これらを両立する高色純度かつ高透過率のカラーフィルターが鋭意研究されてきた。
【０００３】
現行のカラーフィルターは、耐熱性、耐光性の観点から、感光性のポリエステルやアクリル樹脂に顔料分散剤を使用して顔料を分散したフィルムが使用されており、顔料分散技術の向上と共にカラーフィルターは色再現性を低下させずに透過率を上げることが可能となってきた（特許文献1）。更には、従来のＲＧＢ(光の三原色、赤、緑、青)の3色に、イエローやシアン等を加えた多色カラーフィルターなど様々な方式が開発されている。
【０００４】
しかしながら、未だＣＲＴ（ブラウン管テレビ）やＰＤＰ(プラズマディスプレイ)と比較すると色再現性が明らかに悪く、更なる色再現性の向上が今後も要求される。また、バックライトにLED（発光ダイオード）を使用するなど、低消費電力化に向けた検討が盛んに行われており、上述のようにカラーフィルターにも更なる高透過率が要求されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2001-272523
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
即ち、本発明の目的は、液晶等の透過型ディスプレイ等の更なる色再現性の向上、低消費電力化を可能にすべく、現行のカラーフィルターよりも高色純度かつ高透過率である新規な透過型表示装置用カラーフィルターを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の透過型表示装置用カラーフィルター（F）は、特定波長の光を選択的に反射するフォトニック結晶（C）を主要構成材料とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の透過型表示装置用カラーフィルター（F）によれば、現行のカラーフィルターよりも高色純度かつ高透過率であり、本発明のカラーフィルター（F）を使用した透過型表示装置は、今まで表現できなかった色の表示が可能となり、更には輝度の向上による消費電力低減などの優れた機能を有することが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の透過型表示装置用カラーフィルター（F）は、特定波長の光を選択的に反射するフォトニック結晶（C）を主要構成材料とする。周期構造サイズの異なる少なくとも2種類のフォトニック結晶（C）が積層されたものを積層体（L）というものとする。フォトニック結晶（C）及び積層体（L）の少なくとも一方を(F)の主要構成材料とすることが好ましい。
主要構成材料とは、カラーフィルター（F）の必須要素であることを意味し、カラーフィルター（F）がフォトニック結晶（C）のみから構成されていても良いし、フォトニック結晶（C）及び積層体（L）の少なくとも一方から構成されてもよいし、フォトニック結晶（C）又は積層体（L）の機能を捕捉するテンプレート基板や各種添加剤などを付け加えてもよい。好ましくは、フォトニック結晶（C）及び積層体（L）の少なくとも一方を保持するガラス製基板や樹脂製の基板フィルムを使用することが好ましく、更に好ましくは、後述するように、同一サイズの窪み（ｈ）を形成したテンプレート基板（Q）を使用することが好ましい。
【００１０】
フォトニック結晶（C）とは、3次元フォトニック結晶のことを意味し、光の波長と同程度の周期的な屈折率変化を3次元的に有する構造体と定義される。正確には、フォトニック結晶（C）は、周期構造体とその構造体の間隙に存在する物質からなる。周期構造体の間隙に存在する物質とは、気体、液体、固体のいずれも使用することができるが、屈折率が1.0〜1.3の気体又は液体であることが好ましく、更に好ましくは、空気、窒素、希ガス、水性媒体等、特に好ましくは空気である。
【００１１】
このような周期構造体では、半導体において原子核の周期ポテンシャルによって電子(電子波)がブラッグ反射を受けバンドギャップが形成されるのと同様に、周期的な屈折率分布によって対応する波長の電磁波がブラッグ反射を受け、電磁波に対するバンドギャップ(フォトニックバンドギャップ（PBG）)が形成されるという特長がある。
従って、フォトニック結晶（C）は、周期構造サイズに対応する特定波長の光を選択的に反射するという機能を有する。
例えば、フォトニック結晶（C）が微粒子（微粒子の屈折率が2.5以下である場合）から構成される最密充填構造の場合には、微粒子の数平均粒子径が150〜200nm程度であれば青色の光を選択的に反射し、微粒子の数平均粒子径が200〜260nm程度であれば緑の光、微粒子の数平均粒子径が260〜320nm程度であれば赤の光を選択的に反射する。
【００１２】
特定波長の光を選択的に反射できるということは、反射される特定波長の光以外の波長の光を選択的に透過できることを意味する。
本発明のカラーフィルター（F）は、表示したくない色の光を反射して光源方向に戻し、一方、表示したい色の光のみを透過させることを原理とするものである。従って、表示したい色に対応する波長領域にPBGを持たず、表示したくない色に対応する波長領域にPBGを持つフォトニック結晶（C）を使用すれば、表示したくない色の光は高度に反射されて漏れ出ることなく、表示したい色の光のみが、極めて高い割合で透過されることになる。
一方、現行のカラーフィルターは、感光性のポリエステルやアクリル樹脂に顔料分散剤を使用して顔料を分散したフィルムが使用されている。顔料は特定波長領域の光のみを選択的に吸収して、表示したくない色の光をカットすることができる。表示したい色の光は、顔料に吸収されず反射されて表示される。
従って、顔料は可視光を透過する材料ではなく、顔料が密に詰まったカラーフィルターや厚みの大きいカラーフィルターは透過率が大幅に低下することになり、使用することができない。顔料の充填量が多いほど、また、カラーフィルターの厚みが大きいほど、色純度は向上するが、前述の通り、透過率が低下するため、色純度の向上と透過率の向上とを両立することは、現行のカラーフィルターの原理からすると極めて困難である。
ここで色純度とは、簡単には色の濃さを意味し、表示したい色の光以外の光が少ないほうが色純度は高くなる。色純度を評価する場合に、CIE1931のｘｙ色度図がよく使用され、後述する光の三原色である赤（R）、緑（G）、青（B）の各画素の色座標がｘｙ色度図の端部にあるほど色純度は高くなり、色再現範囲は増加することになる。
透過率は表示したい色の光の透過率を意味し、この透過率が高い方が、液晶ディスプレイ等の輝度が向上することになる。
【００１３】
本発明のカラーフィルター（F）によれば、後述の理由より、RGBの各画素の色座標をｘｙ色度図の端部に設定することが可能で、色純度が極めて高くなる。
色純度が高い理由は、フォトニック結晶（C）のPBGにおける反射率が極めて高く、高屈折率材料の使用や結晶構造の均一性などを適正化することにより、反射率100％を達成することができ、更に、結晶構造の均一性を向上させれば、PBGに対応する反射スペクトルのピークエッジは垂直となり、反射してカットする（光源方向に戻す）光の波長領域を厳密に制御することが可能だからである。即ち、表示したい色の光以外の光の透過を高度に防止することができる。
【００１４】
主要構成材料としては、フォトニック結晶（C）だけでなく、周期構造サイズの異なる少なくとも2種類のフォトニック結晶（C）の積層体（L）も使用される。
フォトニック結晶（C）の周期構造サイズの異なる場合、PBGの位置が異なることになり、従って、反射光の波長範囲が異なる。故に、周期構造サイズの異なる少なくとも2種類のフォトニック結晶（C）を積層すると、幅広い波長範囲において表示したくない色の光を高度にカットすることができる。
【００１５】
特に、後述する色画素の一つである緑色画素については、１種類のフォトニック結晶（C）のみで鮮明な緑色光を透過すること、即ち、波長範囲が不連続である青や赤といった色の光を反射してカットすることが難しい。故に、数平均粒子径が150〜200nm程度の微粒子を構成材料としたフォトニック結晶と数平均粒子径が260〜320nm程度の微粒子を構成材料としたフォトニック結晶とを積層した積層体（L）を使用することが好ましい。
緑色画素以外の色画素についても、色純度の向上等の観点から、周期構造サイズの異なる少なくとも2種類のフォトニック結晶（C）の積層体（L）を使用することが好ましく、例えば、フォトニック結晶（C）の微粒子から構成される最密充填構造の場合には、赤色画素については、数平均粒子径が150〜200nm程度の微粒子を構成材料としたフォトニック結晶と数平均粒子径が200〜260nm程度の微粒子を構成材料としたフォトニック結晶とを積層した積層体（L）を使用することが好ましく、青色画素については、数平均粒子径が200〜260nm程度の微粒子を構成材料としたフォトニック結晶と数平均粒子径が260〜320nm程度の微粒子を構成材料としたフォトニック結晶とを積層した積層体（L）を使用することが好ましい。
【００１６】
後述するように、カラーフィルター（F）の主要構成材料として、周期構造サイズの異なるフォトニック結晶（C）及び周期構造サイズの異なる積層体（L）の少なくとも一方を少なくとも合計で3種類有し、同一種類同士が隣接することなく１列に並んだ少なくとも３個のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を1画素とする場合には、色純度の向上等の観点から、カラーフィルター（F）の主要構成材料として、少なくとも1種類の積層体（L）を有することが好ましく、3種類の積層体（L）を有することが特に好ましい。
同一種類同士が隣接することなく１列に並んだ少なくとも３個のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を1画素とする場合、上記列に対して垂直方向に隣接配置されるフォトニック結晶（C）又は積層体（L）も異なる種類であることが好ましい。
なお、周期構造サイズの異なる2つのフォトニック結晶（C）の積層は、フォトニック結晶（C）の製造時において、構成材料のサイズを変更することにより容易に行うことができる。
【００１７】
前述のように、表示したい色の光を極めて高い割合で透過させるためには、PBGを表示したい色の波長領域に設定しないのは勿論、フォトニック結晶（C）の構成材料として、可視光を吸収しない材料を使用することが好ましい。
可視光を吸収しない材料とは、所謂透明性の高い材料であって、ビニル重合系ポリマー、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂等の樹脂やシリカ、ジルコニア、酸化チタン等の金属酸化物などが挙げられる。
更に、フォトニック結晶（C）の構成材料としては、カラーフィルター（F）の色純度の向上等の観点から、屈折率が1.6〜3.0であることが好ましく、更に好ましくは1.7〜2.9、特に好ましくは1.8〜2.8である。
従って、透明性が高く、かつ、屈折率の高い、ジルコニア（屈折率2.1）や酸化チタン（屈折率2.5〜2.8）を構成材料として使用することが特に好ましい。
【００１８】
フォトニック結晶（C）の構成材料の屈折率が大凡2.5以上であれば、1種類のフォトニック結晶（C）を使用して、広波長領域において光を反射することが可能となり、単色光の透過が可能となる。一方、屈折率が極めて高い材料（大凡2.5以上）を使用しない場合には、前述のように、色純度向上等の観点から積層体（L）を使用することが好ましい。
【００１９】
フォトニック結晶（C）の構造としては、六方最密充填構造、立方最密充填構造、体心立方充填構造、ログパイル構造、ダイヤモンド構造等が挙げられる。
これらの構造のうち、生産性等の観点から微粒子を構成材料として形成される六方最密充填構造、立方最密充填構造が好ましい。
【００２０】
微粒子としては、真球状の微粒子（真球状微粒子（P））であり、数平均粒子径が100〜700nmであることが好ましく、更に好ましくは120〜600nm、特に好ましくは140〜400nmである。また、真球状微粒子（P）の粒度分布はシャープなものであることが好ましく、具体的には変動係数が10％以下であることが好ましく、7％以下が更に好ましく、5％以下が特に好ましい。ここで変動係数とは、標準偏差を平均値で除した値の百分率を意味する。不定形の粒子であったり、粒度分布がブロードであったりするとフォトニック結晶中に真球状微粒子（P）が集積されていない箇所が存在する等の構造欠陥が生じ、高機能カラーフィルター（F）に適したフォトニック結晶（C）を作製することができない。
【００２１】
真球状微粒子（P）の組成としては、スチレン、メチルメタクリレートなどのビニル系モノマーを主要構成成分とする樹脂や酸化チタン、ジルコニア、シリカなどの金属酸化物が挙げられるが、前述のように、酸化チタンやジルコニアを使用することが好ましい。
但し、真球状微粒子（P）の間隙に、金属酸化物の前駆体などを充填した逆オパール型フォトニック結晶を作製する場合には、テトラヒドロフランやアセトン、ジメチルホルムアミド等の有機溶媒に溶解したり、加熱することにより分解する組成とすることが好ましい。例えば、スチレン、メチルメタクリレートなどのビニル系モノマーを主要構成成分とする樹脂やシリカなどが挙げられる。逆オパール型フォトニック結晶とは、微粒子を構成材料として作製される六方最密充填構造、立方最密充填構造からなるフォトニック結晶（オパール型フォトニック結晶）を鋳型として作製するフォトニック結晶であり、微粒子を前述のように除去して微粒子のあったところが空隙（空気など）となり、微粒子の間隙であったところが金属酸化物などの材料で充填された構造となっている。
本発明のカラーフィルター（F）に適した逆オパール型フォトニック結晶としては、平均直径が100nm以上700nm以下の孔を有することが好ましく、更に好ましくは120〜600nmの孔、特に好ましくは140〜400nmの孔である。孔の直径がこの範囲内であると、可視光領域にPBGを設定することができ、高機能カラーフィルターを得ることができるからである。なお、孔の直径は、使用する微粒子の直径によって決定される。
【００２２】
これらの組成からなる微粒子は、公知の方法により合成することができる。例えば、スチレンを主要構成成分とする場合、乳化重合法、懸濁重合法、ソープフリー乳化重合法等が挙げられ、シリカの場合、ゾルゲル法等が挙げられる。これらの組成からなり、上記の好ましい平均粒子径及び粒度分布を有する微粒子は数多く市販されており、それらの市販品を使用することもできる。
【００２３】
フォトニック結晶（C）の作製方法としては、マイクロマニュピュレーター等を使用して構成単位を1個ずつ集積する方法や構成単位として真球状微粒子（P）を使用し、重力や遠心力、毛細管力、液架橋力、電気泳動等により集積する方法が挙げられる。
前者の方法としては、構成単位、具体的には、公知の微細加工技術（リソグラフィー及びエッチング、レーザー加工等）により作製した金属化合物や合成ポリマーからなる柱状体や板状体を電子顕微鏡等で確認しながら1個ずつ集積していく方法が挙げられる。この方法によれば、PBGを容易に得ることができるログパイル構造を作製することができる。
【００２４】
一方、後者の方法は、電子顕微鏡等で確認しながら集積する必要がなく、集積ドライビングフォースを適切に選択すれば、極めて容易に大量生産することができるため前者の方法よりも好ましい。後者の方法によれば、フォトニック結晶（C）の構造は、六方最密充填構造及び／又は立方最密充填構造となる。ある特定形状のテンプレート基板（Q）を使用する場合には、選択的に立方最密充填構造のみからなる単結晶のフォトニック結晶（C）を作成することができる。
ここで立方最密充填構造及び六方最密充填構造とは、いずれも最密充填構造であって、充填率は74体積％である。
【００２５】
立方最密充填構造は、面心立方格子構造とも呼ばれ、正四角形の単位格子の各頂点および各面の中心に粒子が位置し、最稠密面をABCABCABCの順に重ねた構造となっている。
六方最密充填構造は、単位格子を正六角柱で表し、この正六角柱の上面および底面の各角および中心と、六角柱の内部で高さ 1/2 のところに 3 つの粒子が存在する。底面の中心に位置する原子は、底面の角の 6 粒子および上下の各3粒子（計 12 粒子）と接しており、最稠密面をABABABの順に重ねた構造となっている。
また、構成単位を使用しない方法、即ち、一定の形態を有さない樹脂材料等をレーザーにより直接加工する方法もフォトニック結晶（C）の作製方法として挙げることができる。具体的な方法としては、感光性レジストに短パルスレーザーを照射することによりレーザーを照射した部分のみを選択的に硬化させて周期構造を得る方法（特開2004-126312に記載の方法）などが挙げられる。
【００２６】
真球状微粒子（P）を使用し、重力や遠心力、毛細管力、液架橋力等により集積する方法では、真球状微粒子（P）を保持する基板を使用することが好ましい。基板としては、通常の液晶ディスプレイ用カラーフィルターに使用されるガラス製の基板や樹脂製の基板フィルムを使用することもできるが、同一サイズの窪み（ｈ）を形成したテンプレート基板（Q）或いはガラス製の基板や樹脂製の基板フィルム自体に窪み（ｈ）を形成してテンプレート基板（Q）として使用することが好ましい。
同一の窪み（ｈ）を有するテンプレート基板（Q）を使用すれば、極めて欠陥の少なく規則性の高いフォトニック結晶を（C）作製することができ、カラーフィルター（F）の透過率や色純度が更に良好なものとなる。
テンプレート基板(Q)を構成する材料としては、シリコンやシリカ、酸化チタン等の無機化合物からなるものやアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂や感光性樹脂などの合成ポリマー等からなるものを使用することができる。
【００２７】
窪み（ｈ）の形状としては、四角錐型（図1）、円錐型、六角錐型、溝の延長方向に対して垂直な断面が台形や三角形（V溝と記載する。）等の形状である溝型（図2）などが挙げられる。ここで溝とは、細長い形状の窪みを意味する。これらの形状のうち、得られる3次元フォトニック結晶（C）の均一性向上等の観点から、四角錐型（図1）又はV溝型（図2）であることが好ましい。
窪みの断面のサイズ（μm）としては、0.5〜10000であることが好ましく、更に好ましくは1〜1000、特に好ましくは2〜100であり、サイズがこの範囲内であれば短径と長径が存在する溝型であってもよい。
窪みの深さ（μm）としては、0.5〜1000であることが好ましく、更に好ましくは1〜500、特に好ましくは1.5〜100である。深さがこの範囲内であれば、フォトニック結晶（C）の均一性がさらに良好なものとなる。
【００２８】
窪みの形状としては、前述のように四角錐型又はV溝型が好ましいが、さらに具体的には、表面が（100）面又は（110）面であるシリコン基板を異方性エッチングすることにより作製される（111）面を表面に持つ窪みが好ましい。表面が（100）面であるシリコン基板を異方性エッチングすると、基板表面と54.74°をなす図1のような四角錐型の窪み又は図2のようなＶ溝が形成される。表面が（110）面であるシリコン基板を異方性エッチングすると、基板表面と35.27°をなす窪みが形成される。
この異方性エッチングによる窪みを有するテンプレート基板（Q）に、微粒子スラリーを供給して適正な条件下で集積させることにより、面心立方格子構造のみからなる単結晶性のフォトニック結晶（C）を作製することができる。結晶格子構造を制御することにより極めて均一性の高いフォトニック結晶（C）を作製することが可能になる。
【００２９】
具体的な異方性エッチングによる窪みを有するテンプレート基板（Q）の作製方法を一辺が1cmの表面に（100）面を有するシリコン基板を原料基板として説明する。
一辺1cmのシリコン基板を1000℃で1.5時間、大気中で加熱することにより酸化膜を形成した後、ピラニア液（硫酸と30%過酸化水素水を体積比7：3で混合したもの）にて洗浄して有機物を完全に除去した。乾燥後、スピンコーターによりレジストを塗布し、約400nmの膜厚のレジスト膜をシリコン基板上に形成した（180℃で3分間プリベーク）。レジストはαメチルスチレン-αクロロアクリレート共重合体（ZEP520（ポジ型レジスト）、日本ゼオン社製）を使用した。このレジスト膜に電子線描画装置にて適当な窪み断面のサイズに対応するようにパターンを描画した後、現像液（ZEP-RD、日本ゼオン社製）に浸漬してマスクパターンを作製した。BHF（フッ化アンモニウムとフッ酸を体積比9：1で混合したもの）に数分間浸漬して酸化膜のみを取り除いた後、水酸化カリウム（30％）とイソプロピルアルコール（12％）からなる水溶液に1時間浸漬して、異方性エッチングを行った。最後に、酸化膜をBHFにて取り除いて、基板表面と54.74°をなす図1又は図2のような四角錐型の窪みを有するテンプレート基板（Q）を得ることができる。
得られたシリコン製のテンプレート基板（Q）を鋳型基板として、ニッケル製等のナノインプリント基板を作製し、これを樹脂製の基板フィルム等にプレスする所謂、ナノインプリント法により、樹脂製のテンプレート基板（Q）を作製することもできる。
【００３０】
テンプレート基板（Q）に形成されたフォトニック結晶（C）は、テンプレート基板（Q）から取り出して、そのまま使用したり、別のガラス製基板や樹脂製の基板フィルム等に設置して使用することもできる。
テンプレート基板（Q）から取り出す場合には、微粒子同士を固定化することが好ましい。微粒子同士を固定化する方法としては、熱有着する方法が一般的であり、微粒子が有機化合物からなる場合だけでなく、無機化合物からなる場合にも適用することができる。例えば、微粒子がポリスチレンからなる場合には、90℃付近にて1〜5分程度熱処理することにより固定化することができ、シリカの場合も500℃付近にて1〜5分程度熱処理することにより固定化することができる。その他の方法としては、微粒子に反応性官能基を導入し、その官能基と反応する基を有する架橋剤を加えて化学的に結合する方法が挙げられる。
【００３１】
しかしながら、生産効率向上や取り出し時の欠陥構造発生防止の観点から、テンプレート基板（Q）に形成された状態でフォトニック結晶（C）を使用することが好ましく、従って、テンプレート基板（Q）はカラーフィルター（F）の構成材料として使用することが好ましい。
カラーフィルター（F）の構成材料として、テンプレート基板（Q）を使用するためには、テンプレート基板（Q）が可視光を吸収しない材料からなる必要があり、透明性の高い樹脂材料を使用することが特に好ましい。
【００３２】
テンプレート基板（Q）に形成された窪み（ｈ）の間隔は、0又は構成単位である微粒子の直径の整数倍であることが好ましい。
ここで窪みの間隔とは、図3に示すように、窪みのエッジ間の間隔を意味する。図3において、窪みの間隔はＤである。
窪みの間隔が前述の条件を満たすと、欠陥構造のない均一性が高いフォトニック結晶（C）を作製しやすくなる。ここで窪みの間隔が0とは、図4に示すように、窪みのエッジが他方の窪みのエッジと重なる場合を意味する。すなわちＤがOの場合である。
窪みの間隔は電子線描画の条件により制御することができる。
【００３３】
テンプレート基板（Q）等には、窪み（ｈ）以外に画素単位を設定するため、図5に示すように、一定の範囲毎に仕切りを設けることが好ましい。
本発明において画素とは、通常のディスプレイ等で使用される画素と同じ意味であって、表示を構成する最小の単位である。即ち、RGBなどの単一色を選択的に透過するフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を各種類1つずつ、同一種類同士が隣接することなく１列に並んだ少なくとも３個のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）が本発明における１画素である。なお、フォトニック結晶（C）又は積層体（L）を3種類以上有する場合、例えば、4種類の場合には１列に並んだ4個のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）が１画素であり、5種類の場合には１列に並んだ5個のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）が１画素となる。
ここで、画素を構成する単一色の単位を色画素と定義し、例えば、赤色光を選択的に透過するフォトニック結晶（C）又は積層体（L）からなる単位は赤色画素と称する。
仕切りとしては、一定間隔ごとに凸部を設けることができ、前述のナノインプリント法により、窪みの形成と同時に作製することができる。一定間隔としては、画質等の観点から、10μm以上500μm以下であることが好ましく、更に好ましくは15μm以上250μm以下である。現行の液晶ディスプレイ等の設定に併せて任意に調整することが可能である。
【００３４】
色再現性の更なる向上等の観点から、カラーフィルター（F）の主要構成材料として、周期構造サイズの異なるフォトニック結晶（C）及び/又は周期構造サイズの異なる積層体（L）を少なくとも合計で3種類有することが好ましい。３種類の場合には、光の三原色である赤（R）、緑（G）、青（B）を使用することが好ましく、ほとんど全ての色彩をこの3種類にて表示することが可能である。
近年、シアンやマゼンダを加えた4種類や5種類といったカラーフィルターが開発されており、色再現性の観点からは種類が多い方が好ましく、本発明のカラーフィルター（F）についても、色画素の種類を増やすほど色再現幅の向上が期待される。但し、本発明のカラーフィルター（F）は、3種類においても、色純度が極めて高いため色再現性の幅が広く、十分な性能を発揮することが可能である。
【００３５】
周期構造サイズの異なるフォトニック結晶（C）は、前述のように、フォトニック結晶（C）の構成材料のサイズを変更することにより容易に作製することができる。例えば、構成材料として微粒子を使用する場合には、微粒子の粒径を変更することにより作製する。
また、周期構造サイズの異なる積層体（L）とは、積層するフォトニック結晶（C）の周期構造サイズがそれぞれ全く異なるために積層体（L）の周期構造が異なる場合及び同一の周期構造からなるフォトニック結晶（C）がいくつか存在するものの、その組み合わせが異なることにより積層体（L）としての周期構造が異なる場合を含む。例えば、赤、緑、青の各色画素において、フォトニック結晶（C）の種類が3種類しか使用しない場合であっても、その組み合わせを変化させることで３種類の積層体（L）を作製することができる。
【００３６】
前述のように、真球状微粒子（P）をテンプレート基板（Q）に集積するドライビングフォースとしては、重力や遠心力、毛細管力、液架橋力、電気泳動力等が考えられ、公知の方法等も使用することができる。
重力による微粒子の集積方法は、自然沈降法とも呼ばれ、テンプレート基板（Q）に微粒子のスラリーを滴下し、重力を集積ドライビングフォースとして微粒子を集積する方法である。
液架橋力による微粒子の集積方法（液架橋力法）は、テンプレート基板（Q）に微粒子のスラリーを滴下し、溶媒の蒸発によって発生する液架橋力を集積ドライビングフォースとして微粒子を集積する方法である。
生産性を更に高め、かつ、均一性の高いフォトニック結晶（C）を作製するためには、集積ドライビングフォースとして、遠心力、電気泳動力を使用することが好ましい。
【００３７】
遠心力を使用した集積方法は、集積ドライビングフォースとして遠心力を使用することにより、フォトニック結晶の生産効率を高め、自然沈降法等では作製することが困難である均一性の高いフォトニック結晶（C）を作製することが可能な方法である。例えば、遠心力を10Ｇ加えると、集積速度が10倍となる。また、5000Ｇ程度の強い遠心力を加えると、粒子径が300nm程度の小さな粒子も容易に集積することが可能である。また、フォトニック結晶の均一性を向上させる方法として、集積条件の最適化が難しい液架橋力を働かせないことが好ましい。具体的な操作としては、集積処理中に溶媒の蒸発を行わないことが挙げられる。
【００３８】
遠心力とは、遠心力中心から外へと向かう方向の慣性力であり、次式で与えられる。  
F  =  ｍｒω２
ここで、ｍは微粒子の質量、ｒは遠心場の中心から微粒子での距離、ωは角速度（回転数×2π）である。ｒは、正確には遠心場の中心（遠心機の中心）から真球状粒子（P）までの距離であるが、粒子は常に移動するので、便宜上遠心機の中心からテンプレート基板（Q）までの距離として扱う。
使用する遠心力の強さとしては、粒子径や粒子の比重により好ましい強さは異なるが、生産速度向上の観点からは強い方がよい。但し、規則性の高い均一な微粒子の集積体を作製するためには、遠心力の強さだけでなく、処理時間、粒子スラリーの濃度、溶媒の蒸発速度等のパラメーターを最適化する必要がある。
【００３９】
例えば、微粒子として数平均粒子径が500nmのポリスチレン粒子、テンプレート基板（Q）として直径が3μｍの正方形の径を有し、深さが2.1μｍの図2に示すV字窪みが形成されたテンプレート基板を使用した場合のこれらパラメーターの好ましい範囲は、生産効率及び得られるフォトニック結晶の均一性等の観点から以下の通りである。
遠心力の強さとしては、10〜10000Ｇであることが好ましく、更に好ましくは100〜8000Ｇ、特に好ましくは500〜5000Ｇである。
処理時間としては、遠心力の強さによっても異なるが、1〜3600分であることが好ましく、更に好ましくは2〜1000分、特に好ましくは3〜120分である。
微粒子スラリーの濃度としては、粒子スラリーの量によっても異なるが、0.01〜20重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.02〜15重量%、特に好ましくは0.05〜10重量%である。微粒子スラリーの調製方法としては、微粒子を水等に界面活性剤や超音波分散機を使用して分散することにより調整できるが、後述のように水中にて原料モノマー等からソープフリー乳化重合等により微粒子を合成して、そのまま微粒子スラリーとして用いることが好ましい。
【００４０】
テンプレート基板（Q）に形成した窪みに、微粒子のスラリーを充填し、テンプレート基板（Q）の表面に対して垂直に遠心力を加えて窪みに微粒子を集積する。
微粒子をそのまま使用するのではなく、溶媒に分散したスラリーとして使用するのは、粒子に機動性を持たせるためである。溶媒がない場合又は溶媒が蒸発してなくなった場合、粒子間や粒子と基板間において直ちに固着が起こり、粒子の機動性が無くなるため、均一性の高いフォトニック結晶を作製することができない。
【００４１】
ここで溶媒とは、微粒子を溶解せず、分散させることができるものであれば発明の構成上特に限定されず、水やアルコール、アセトンやトルエンなどの有機溶剤等を使用することができる。クリーンプロセス等の観点から、溶媒として水、低級アルコール又はこれらの混合溶媒を使用することが好ましい。
粒子のブラウン運動は規則的な集積を促進するため、遠心力の強度を定期的に増減させる、温度を高くする、何らかの振動を与える等に粒子に更に機動性を付与する方法は、均一性の高いフォトニック結晶を作製する方法として有効である。
テンプレート基板（Q）の表面に対して垂直に遠心力を加えるとは、微粒子がテンプレート基板（Q）の表面、窪みが形成された基板であれば窪みの底部に対して垂直な力によって集積されることを意味する。具体的な方法としては、遠心力の増加に伴ってテンプレート基板（Q）を設置した遠心管の角度が変化する、所謂、スイングローター型の遠心機を使用する方法（図6）や遠心力が強い場合であって、遠心力がかかる方向に対して垂直にテンプレート基板（Q）を設置することができる遠心機を使用する方法等が挙げられる。後者の方法において、遠心力が強い場合とは大凡500Ｇ以上の遠心力を加える場合を意味する。遠心力が大きくなると重力の影響が無視できるからである。
【００４２】
これらの方法に使用できる遠心機としては、市販されている多くの遠心機を使用することができる。例えば、冷却高速遠心機H2600、H923，H2000B、小型卓上遠心機H11NA、H19FMR（以上、コクサン社製）、高速冷却遠心機GRX250、SRX201（以上、トミー精工社製）などを使用することができる。使用できるローター（遠心管）としては、前者の方法の場合は、RF109Ｌ、RF127（H19FMR用）やSH1（H2600用）などが使用でき、後者の方法の場合は、DWH1（H2600用）などが使用できる。
【００４３】
複数のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を使用する場合には、隣接する色画素単位に1種類ずつフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を形成する必要があり、遠心力による微粒子の集積時において、何らかのマスクを使用することが好ましい。ここでマスクとは、ある1種類のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を特定の色画素単位に形成する時に、特定の色画素以外の上部をカバーすることにより、特定の色画素単位のみにフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を形成することができる機能を有するものを意味する。具体的には、樹脂、金属酸化物、金属などからなる薄板に、フォトリソグラフィー等により微細加工して、1種類の色画素単位のみにフォトニック結晶（C）又は積層体（L）が形成されるように穴を開けた薄板型のマスクが挙げられる。
微粒子の種類を変更するごとに、このマスクを移動させて穴部を別の画素単位に位置合わせして使用する。3種類のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を作成する場合には、この操作を3回繰り返し、カラーフィルター（F）が製造される。
【００４４】
電気泳動力を使用した集積方法は、集積ドライビングフォースとして電気泳動力を使用することにより、遠心力を使用する場合と同様に、フォトニック結晶の生産効率を高め、自然沈降法等では作製することが困難である均一性の高いフォトニック結晶（C）を作製することが可能な方法である。
電気泳動により集積するためには、真球状粒子（P）は、正又は負の電荷を有する必要があり、電荷を付与する方法としては公知の方法を使用することができる。
また、真球状粒子（P）は、遠心力を使用する場合と同様に、スラリーの形態で供給する必要があり、溶媒としては前述と同様のものを使用することができる。
【００４５】
電荷を付与する方法としては、イオン性基を真球状粒子（P）に導入する方法、荷電制御剤を使用する方法や酸塩基解離を使用する方法が挙げられる。
イオン性基としては、例えば、カルボン酸基、スルホン酸基、水酸基等のアニオン性基を導入すれば負電荷を付与することができ、アミノ基等のカチオン性基を導入すれば正電荷を付与することができる。導入方法としては、これらの置換基を有するモノマーを合成時に使用する方法やこれらの置換基を有するシランカップリング剤等の改質剤を合成後に添加する方法などが挙げられる。また、PHの調整、塩化ナトリウムや塩化カリウム等の無機塩の添加などにより電荷量を用意に調整することが可能である。
【００４６】
荷電制御剤としては、公知の荷電制御剤を使用することができ、例えば、アクリベースＭ型シリーズ、アクリベースＬ型シリーズ（藤倉化成社製）などが挙げられる。
酸塩基解離を使用する方法とは、真球状粒子（P）表面の塩基又は酸と非水系液体に溶解している酸又は塩基との間で起こる酸塩基解離により正又は負の電荷を付与する方法であり、真球状粒子（P）表面に塩基が存在して、非水系液体に酸が溶解している場合には、正の電荷を付与することができる。例えば、アミノ基を真球状粒子（P）表面に導入して、非水系液体中にカルボン酸基を有するオリゴマーなどを溶解した場合が挙げられる。
これらの電荷導入方法のうち、好ましくは、イオン性基を導入する方法であり、溶媒としては、水、低級アルコール等を使用することが好ましい。
【００４７】
真球状微粒子（P）は、スラリーとして供給し、テンプレート基板（Q）等の背面に電極を設置して、真球状粒子（P）の有する電荷と逆の電界を印加することにより真球状粒子（P）を集積する。
テンプレート基板（Q）等の背面に電極を設置する方法としては、アルミニウムやニッケル製等の金属薄板をテンプレート基板（Q）等の背面、即ち、窪み（ｈ）の形成された真球状粒子（P）が集積される面と逆の面に接触させる方法が挙げられる。接触させるとは、接着剤等を使用せずに集積処理後には容易に外すことができる状態を意味する。
テンプレート基板（Q）の背面に接触させた金属薄板からなる電極に、真球状粒子（P）の有する電荷と逆の電界を印加することにより、真球状粒子（P）がテンプレート基板（Q）の窪み（ｈ）に集積される。
対極としては、テンプレート基板（Q）等の背面に設置される電極と同様の金属薄板を使用することができ、テンプレート基板（Q）等の上部に設置して使用する。
【００４８】
印加する電界の強さとしては、使用する溶媒、粒子径や粒子の比重により好ましい強さは異なるが、生産速度向上の観点からは強い方がよい。但し、規則性の高い均一なフォトニック結晶（C）を作製するためには、電界の強さだけでなく、電圧印加時間、真球状粒子（P）の濃度、真球状粒子（P）の電荷、テンプレート基板表面の性質等のパラメーターを最適化する必要がある。
例えば、電界の強さとしては、真球状粒子（P）が数平均粒子径が300nm、ゼータ電位が22ｍVの負電荷を有する粒子であって、分散液の溶媒が水とエタノールの混合溶液の場合、0.1〜3.0Vであることが好ましく、更に好ましくは0.5〜2.5V、特に好ましくは0.7〜2Vである。
処理時間としては、電界の強さによっても異なるが、0.1〜60分であることが好ましく、更に好ましくは0.5〜30分、特に好ましくは1〜15分である。
真球状粒子（P）の濃度としては、0.01〜20重量%であることが好ましく、更に好ましくは0.02〜15重量%、特に好ましくは0.05〜10重量%である。
【００４９】
電気泳動にて集積する場合も、複数のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を形成する際には、マスクを使用することができる。マスクの使用方法は、遠心力を使用して集積する場合と同様である。
電気泳動により集積する場合には、テンプレート基板（Q）等の背面に設置する電極を微細加工して、集積したい画素単位のみに電圧が印加されるようにすることで、マスクを使用しなくても特定の画素単位のみに特定のフォトニック結晶（C）又は積層体（L）を形成することが可能である。
【００５０】
前述のように、フォトニック結晶（C）としては、真球状微粒子（P）を集積して作製した六方最密充填構造、立方最密充填構造からなるフォトニック結晶（オパール型フォトニック結晶）を鋳型として、微粒子の間隙に金属酸化物の前駆体などを充填した逆オパール型フォトニック結晶を使用することもできる。
逆オパール型の具体的な作成方法としては、真球状微粒子（P）の間隙に、金属酸化物の前駆体などを充填した後、乾燥又はアンモニア水やアミン類等の触媒添加により反応させて、テトラヒドロフランやアセトン、ジメチルホルムアミド等の有機溶媒により微粒子を溶解したり、加熱することにより分解することにより、微粒子を除去する方法が挙げられる。
【００５１】
例えば、除去可能な微粒子として、スチレン、メチルメタクリレートなどのビニル系モノマーなどの樹脂からなる微粒子やアルカリ溶解性の高いシリカなどを使用し、フォトニック結晶の構成材料として、酸化チタンやジルコニア等の金属酸化物を使用する。
逆オパール型フォトニック結晶は、オパール型フォトニック結晶よりも完全なPBGを得やすいため、カラーフィルター（F）のフォトニック結晶（C）としては好ましい。完全なPBGとは、入射光の角度によって反射する光の波長範囲が変化しないことを意味し、液晶ディスプレイ等の視野角向上の観点等からは、逆オパール型フォトニック結晶を使用することが好ましい。
【００５２】
本発明のカラーフィルター（F）は、フォトニック結晶（C）を主要構成材料とし、現行のカラーフィルターの構成とは大きく異なり、その色表示原理も異なる。
現行のカラーフィルターが、反射光を透過することにより色表示するのに対して、本発明のカラーフィルター（F）は、不要な色の光を反射して光源方向に戻し、必要な色の光のみを反射も何もさせずに透過する。従って、色純度が極めて高く、必要な色の光の透過率が極めて高いカラーフィルターを実現することができる。
ここで光源とは、所謂バックライトであり、液晶ディスプレイ等には主に冷陰極蛍光ランプ(CCFL)が用いられている。近年では発光ダイオード（LED）も使用され始めている。カラーフィルターの透過率や色純度の特性は、このバックライトの発光波長によっても変化する。本発明のカラーフィルター（F）は、フォトニック結晶（C）を使用して表示したい色の波長を任意に調整することができるため、バックライトとの適合面でも有利である。
しかしながら、現行のカラーフィルターは反射型表示装置にも使用できるのに対して、本発明のカラーフィルター（F）は透過型表示装置にしか使用することができない。反射型表示装置にカラーフィルター（F）を使用すれば、様々な色の光が反射されることになり、特定の色表示をすることができないからである。従って、本発明のカラーフィルター（F）は透過型表示装置専用のカラーフィルターである。
【００５３】
[実施例]
次に本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明は実施例に限定されるものではない。なお、特記しない限り部は重量部、％は重量％を意味する。
【００５４】
＜テンプレート基板（Q1）の作製＞
外観イメージ；図1 
窪みの形状；四角錐
窪みのサイズ；一辺；3μm、深さ；2.1μm、基板表面との角度；54°（図3のANが54°）、30μm×60μmの範囲において連続的に窪みを450個形成して1つの単位とした。各単位の間には窪みが存在しない部分を5μm幅だけ設置した。この窪みが存在しない部分に、高さ7.5μmの画素を設定するための区切り（EN）を設けた。この1つの単位が１色画素に相当する。また、ENの高さがフォトニック結晶層の厚みとなる。
窪みの間隔；0（図3のDが0）  
基板の大きさ；一辺3cmの正方形、窪みは基板の端0.5cmを残して全面に形成
【００５５】
作製方法；
一辺3cmのシリコン基板（表面が（100）面を有する）を1000℃で1.5時間、大気中で加熱することにより酸化膜を形成した後、ピラニア液（硫酸と30%過酸化水素水を体積比7：3で混合したもの）にて洗浄して有機物を完全に除去した。
乾燥後、スピンコーターによりレジストを塗布し、約400nmの膜厚のレジスト膜をシリコン基板上に形成した（180℃で3分間プリベーク）。レジストはαメチルスチレン-αクロロアクリレート共重合体（ZEP520（ポジ型レジスト）、日本ゼオン社製）を使用した。
このレジスト膜に電子線描画装置にてパターンを作製した。パターンは、前記の窪みのサイズ（一辺；3μm、窪みの間隔0）に対応するようにCADデータ（A&Aco.,LTD製）を作製し、電子線描画装置に転送することにより描画した。パターン描画後、現像液（ZEP-RD、日本ゼオン社製）に浸漬してマスクパターンを作製した。
【００５６】
BHF（フッ化アンモニウムとフッ酸を体積比9：1で混合したもの）に数分間浸漬して酸化膜のみを取り除いた後、水酸化カリウム（30％）とイソプロピルアルコール（12％）からなる水溶液に1時間浸漬して、異方性エッチングを行った。最後に、酸化膜をBHFにて取り除いて、ナノインプリント基板用の鋳型基板（表面が（111）面を有する）を作製した。
この鋳型基板を使用して、ニッケル製のナノインプリント基板を得た。
さらに、レーザー加工装置を使用して、このナノインプリント基板に画素を設定するための区切り（EN）のパターンニング（凹部を形成）を行った。
ガラス基板（AN635、旭硝子社製）上に、厚みが10μmのPET薄膜をスピンコートにより成膜し、ナノインプリント基板をプレスして窪みを形成した後、3cm角にカットしてテンプレート基板（Q1）を得た。このテンプレート基板（Q1）は、ガラス基板上に形成されて、厚みが10μmのPET薄膜からなり、この薄膜に前述の窪み及びENがパターンニングされた構造である。
【００５７】
＜テンプレート基板（Q2）の作製＞
テンプレート基板（Q1）の作製に使用したナノインプリント基板を、ガラス基板（AN635、旭硝子社製）上に設置して、その間隙にテトラエトキシシラン、エタノール、0.1％塩酸水溶液を重量比1：1：1で混合したシリカゾルを注入して、30分間反応させた。反応後、500℃で3時間焼成して、ナノインプリント基板を剥離し、テンプレート基板（Q2）を得た。  
このテンプレート基板（Q2）は、ガラス基板上に形成されて、厚みが10μmのシリカ薄膜からなり、この薄膜に前述の窪み及びENがパターンニングされた構造である。窪みのサイズや間隔等は、テンプレート基板（Q1）と同じである。
【００５８】
＜テンプレート基板（Q3）の作製＞
外観イメージ；図2
窪みの形状；V溝
窪みのサイズ；一辺；3μm×60μm、深さ；2.1μm、基板表面との角度；54°
30μm×60μmの範囲において連続的に窪みを15個形成して1つの単位とした。各単位の間には窪みが存在しない部分を5μm幅だけ設置した。この窪みが存在しない部分に、高さ7.5μmの画素を設定するための区切り（EN）を設けた。この1つの単位が１画素に相当する。また、ENの高さがフォトニック結晶層の厚みとなる。
窪みの間隔；0（図3のDが0）  
基板の大きさ；一辺3cmの正方形、窪みは基板の端0.5cmを残して全面に形成
【００５９】
作製方法；
窪みのサイズ（一辺；3μm×60μm、窪みの間隔0μm）に対応するようにCADデータを作製し、電子線描画装置に転送することによりレジスト膜に描画して、ナノインプリント基板を作製した以外は、テンプレート基板（Q1）と同様の方法にて、テンプレート基板（Q3）を得た。
このテンプレート基板（Q3）は、ガラス基板上に形成されて、厚みが10μmのPET薄膜からなり、この薄膜に前述の窪み及びENがパターンニングされた構造である。
【００６０】
＜ガラス製基板の作製＞
窪み；なし
画素区切り（EN）のサイズ；30μm×60μmの範囲毎に、幅5μm、高さ9.5μm画素を設定するための区切り（EN）を設けた。この1つの単位が１画素に相当する。また、ENの高さがフォトニック結晶層の厚みとなる。
基板の大きさ；一辺3cmの正方形、ENは基板の端0.5cmを残して全面に形成
作製方法；
レーザー加工装置を使用して、ガラス基板（AN635、旭硝子社製）にENを形成して、ガラス製基板を得た。
【００６１】
＜微粒子（P-1）の作製＞
チタニウムテトラエトキシド17部をエタノール1000部に溶解し、攪拌機能付きの反応容器に仕込んだ。100rpmで攪拌を行いながら、固形分濃度が0.3％の塩化カリウムの水溶液を4部加えて、室温で120分間反応させることにより、数平均粒子径180nm、Cv値1.5%の酸化チタン単分散微粒子（微粒子P-1）のエタノール分散液を得た。
反応終了後、80℃で加熱処理して溶媒を一部蒸発除去して、必要によりエタノールを添加して、固形分濃度が1%となるように調整した。なお、この分散液には、0.1％以下の水と極微量の塩化カリウムが含まれている。
ゼータ電位測定装置（ELS-Z 大塚電子社製）にて、得られた微粒子（P-1）のゼータ電位を測定したところ、22ｍVの負電荷を有していることが分かった。なお、酸化チタンは、屈折率が約2.8であり、可視光を殆ど吸収することのない極めて透明性の高い材料である。
【００６２】
＜微粒子（P-2）の作製＞
塩化カリウムの固形分濃度が0.3％の水溶液を0.6％の水溶液に変更した以外は、微粒子(P-1)と同様にして、数平均粒子径220nm、Cv値1.5%の酸化チタン単分散微粒子（微粒子P-2）のエタノール分散液を得た。
微粒子（P-2）のゼータ電位を測定したところ、27ｍVの負電荷を有していることが分かった。
【００６３】
＜微粒子（P-3）の作製＞
塩化カリウムの固形分濃度が0.3％の水溶液を0.1％の水溶液に変更した以外は、微粒子(P-1)と同様にして、数平均粒子径270nm、Cv値1.6%の酸化チタン単分散微粒子（微粒子P-3）のエタノール分散液を得た。
微粒子（P-3）のゼータ電位を測定したところ、20ｍVの負電荷を有していることが分かった。
【００６４】
＜微粒子（P-4）の準備＞
微粒子（P-4）として、数平均粒子径199nm、Cv値1.7％のポリスチレン微粒子（モリテックス社製）を使用した。微粒子（P-4）は、固形分濃度1重量％の水分散体として使用する。
【００６５】
＜微粒子（P-5）の準備＞
微粒子（P-5）として、数平均粒子径220nm、Cv値1.6％のポリスチレン微粒子（モリテックス社製）を使用した。微粒子（P-5）は、固形分濃度1重量％の水分散体として使用する。
【００６６】
＜微粒子（P-6）の準備＞
微粒子（P-6）として、数平均粒子径270nm、Cv値1.8％のポリスチレン微粒子（モリテックス社製）を使用した。微粒子（P-6）は、固形分濃度1重量％の水分散体として使用する。
【００６７】
＜実施例1＞    
ガラス基板上のテンプレート基板（Q1）に、マスクを設置してから、微粒子（P-1）のエタノール分散液を滴下し、遠心機（H30R、コクサン社製）を使って、4000Gにて10分間、テンプレートフィルム（Q1）の表面に対して垂直に遠心力を加えて微粒子（P-1）を集積した。
遠心機には、テンプレート基板（Q1）の表面に対して垂直に遠心力が加わるように、スイングローター（RF121）用のカバー付き遠心管（図5参照）を設置した。遠心集積後、テンプレート基板（Q1）を遠心管から取り外し、余分なスラリーを除去した。
続いて、微粒子（P-2）のエタノール分散液を滴下し、同様の操作を行うことにより、赤色画素に対応する積層体（LR1）を得た。
緑色画素に対応する箇所にマスクの穴部を移動させ、同様の操作を、微粒子（P-1）及び微粒子（P-3）の組合せにて行い、緑色画素に対応する積層体（LG1）を得た。
さらに、青色画素に対応する箇所にマスクの穴部を移動させ、同様の操作を、微粒子（P-2）及び微粒子（P-3）の組合せにても行い、青色画素に対応する積層体（LB1）を得た。
テンプレート基板（Q1）上に、3種類の積層体（LR1）、（LG1）、（LB1）が形成されたカラーフィルター（F1）が作製できた。各積層体は、色画素の短径方向に3種類が交互に形成されており、長径方向には同じ種類が連続的に形成されている（以下の実施例についても同様）。隣同士の3種類の積層体（LR1）、（LG1）、（LB1）3個で１画素を形成する。
各色画素について、可視光の範囲（380〜780nm）において、分光光度計Ｕ−３５００（日立製作所製）を用い、ガラスをリファレンスとして透過率の測定を行った。各色画素の透過率測定結果から、JIS Z8701に従って、色度の計算を行った（以下の実施例及び比較例についても同様）。
カラーフィルター（F1）の中央部を切断し、電子顕微鏡にて断面を観察したところ、いずれの積層体（LR1）、（LG1）、（LB1）においても、下部のフォトニック結晶（C）の厚みが5μm程度であり、上部のフォトニック結晶（C）の厚みが4.5μm程度であった。それぞれの表面及び境界面は平坦であり、真球状微粒子の欠損等による欠陥は確認できなかった。
【００６８】
＜実施例2＞    
テンプレート基板（Q2）（ガラス基板付き）を使用し、真球状微粒子として微粒子（P-4）、（P-5)、（P-6）を使用して、実施例1と同様に3種類の積層体を形成後、真球状微粒子の間隙に、チタニアゾルを充填して、700℃で5時間焼成した。焼成後、強アルカリ性水溶液に浸漬して、微粒子（P-4）、（P-5)、（P-6）を溶解除去することにより、逆オパール型フォトニック結晶からなる積層体を有するカラーフィルター（F2）を作製できた。
微粒子の組合わせは、赤色画素が微粒子（P-4）と（P-5）、緑色画素が（P-4）と（P-6）、青色画素が（P-5）と（P-6）である。
カラーフィルター（F2）の中央部を切断し、電子顕微鏡にて断面を観察したところ、いずれの積層体（LR2）、（LG2）、（LB2）においても、下部のフォトニック結晶（C）の厚みが5μm程度であり、上部のフォトニック結晶（C）の厚みが4.5μm程度であった。それぞれの表面及び境界面は平坦であり、真球状微粒子の欠損等による欠陥は確認できなかった。
【００６９】
＜実施例3＞    
テンプレート基板（Q3）（ガラス基板付き）を使用する以外は、実施例1と同様にして、カラーフィルター（F3）を得た。
カラーフィルター（F3）の中央部を切断し、電子顕微鏡にて断面を観察したところ、いずれの積層体（LR3）、（LG3）、（LB3）においても、下部のフォトニック結晶（C）の厚みが5μm程度であり、上部のフォトニック結晶（C）の厚みが4.5μm程度であった。それぞれの表面及び境界面は平坦であり、真球状微粒子の欠損等による欠陥は確認できなかった。
【００７０】
＜実施例4＞    
ガラス製基板を使用する以外は、実施例2と同様にして、カラーフィルター（F4）を得た。
カラーフィルター（F4）の中央部を切断し、電子顕微鏡にて断面を観察したところ、いずれの積層体（LR4）、（LG4）、（LB4）においても、下部のフォトニック結晶（C）の厚みが5μm程度であり、上部のフォトニック結晶（C）の厚みが4.5μm程度であった。それぞれの表面及び境界面は平坦であり、真球状微粒子の欠損等による欠陥は確認できなかった。
【００７１】
＜実施例5＞    
テンプレート基板（Q1）の背面に、1色画素分のみに電圧が印加できるように加工されたアルミニウム製の電極を設置した。テンプレート基板（Q1）とほぼ同様の大きさのアルミニウム製の薄板からなる電極をもう一つ用意し、これを対極とした。
微粒子（P-1）のエタノール分散液をテンプレート基板（Q1）上に滴下した後、対極をテンプレート基板（Q1）の上部に設置した。テンプレート基板（Q1）の背面電極に、2Vの電圧を印加して1分間保持した。この電圧印加により、微粒子（P-1）が電気泳動して集積された。対極を外して、エタノールを除去した後、微粒子（P-2）のエタノール分散液を滴下し、同様の操作を行うことにより、赤色画素に対応する積層体（LR5）を得た。
緑色画素に対応する箇所に背面電極を移動させ、同様の操作を、微粒子（P-1）及び微粒子（P-3）の組合せにて行い、緑色画素に対応するフ積層体（LG5）を得た。
さらに、青色画素に対応する箇所に背面電極を移動させ、同様の操作を、微粒子（P-2）及び微粒子（P-3）の組合せにても行い、青色画素に対応する積層体（LB5）を得た。
テンプレート基板（Q1）上に、3種類の積層体（LR5）、（LG5）、（LB5）が形成されたカラーフィルター（F5）が作製できた。
カラーフィルター（F1）の中央部を切断し、電子顕微鏡にて断面を観察したところ、いずれの積層体（LR5）、（LG5）、（LB5）においても、下部のフォトニック結晶（C）の厚みが5μm程度であり、上部のフォトニック結晶（C）の厚みが4.5μm程度であった。それぞれの表面及び境界面は平坦であり、真球状微粒子の欠損等による欠陥は確認できなかった。
【００７２】
＜実施例6＞    
テンプレート基板（Q2）（ガラス基板付き）を使用し、真球状微粒子として微粒子（P-4）、（P-5)、（P-6）を使用して、実施例5と同様に3種類の積層体を形成後、真球状微粒子の間隙に、チタニアゾルを充填して、700℃で5時間焼成した。焼成後、強アルカリ性水溶液に浸漬して、微粒子（P-4）、（P-5)、（P-6）を溶解除去することにより、逆オパール型フォトニック結晶からなる積層体を有するカラーフィルター（F6）を作製できた。
微粒子の組合わせは、赤色画素が微粒子（P-4）と（P-5）、緑色画素が（P-4）と（P-6）、青色画素が（P-5）と（P-6）である。
カラーフィルター（F6）の中央部を切断し、電子顕微鏡にて断面を観察したところ、いずれの積層体（LR6）、（LG6）、（LB6）においても、下部のフォトニック結晶（C）の厚みが5μm程度であり、上部のフォトニック結晶（C）の厚みが4.5μm程度であった。それぞれの表面及び境界面は平坦であり、真球状微粒子の欠損等による欠陥は確認できなかった。
【００７３】
＜比較例1＞    
＜バインダー樹脂の作製＞
酸価２００、重量平均分子量５，０００のスチレン・アクリル酸樹脂２０部、ｐ−メトキシフェノール０．２部、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド０．２部、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート４０部を反応容器に仕込み、（３，４−エポキシシクロヘキシル）メチルアクリレート７．６部を滴下し、１００℃の温度で３０時間反応させた。反応液を水に再沈殿、乾燥させて樹脂を得た。ＫＯＨによる中和滴定を行ったところ樹脂の酸価は８０ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
【００７４】
＜レジスト溶液の製造＞
下記に示す各成分を下記の割合で調合し、各成分が完全に溶解するまで攪拌し、レジスト溶液を得た。
・バインダー樹脂溶液 ２．０６部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート ０．２１部
・光重合開始系
・２−（２‘−クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール ０．０６部
・２−メルカプトベンゾチアゾール ０．０２部
・４，４‘−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン ０．０４部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート  ５．４１部
・界面活性剤（ＦＣ−４３０（住友３Ｍ社製）） ０．０００３部
【００７５】
＜赤色画素の製造＞
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート７５部、赤色顔料Pigment Red（Ｐ．Ｒ．）２５４ １７部、ウレタン系分散樹脂 ８部を混合し、攪拌機で３時間攪拌し固形分濃度が２５重量％のミルベースを調製した。このミルベースをビーズミル装置にて分散処理を施し、Ｐ．Ｒ．２５４の分散インキ（Ｐ．Ｒ．２５４インキ）を得た。
顔料をＰ．Ｒ．１７７に変更した以外はＰ．Ｒ．２５４と同様の組成にてミルベースを調整し、Ｐ．Ｒ．１７７の分散インキ（Ｐ．Ｒ．１７７インキ）を得た。
この分散インキ混合物とレジスト溶液とを固形分濃度が２５％になるように混合して、赤色画素用組成物を得た。
得られた組成物を、スピンコーターにて3ｃｍ角のガラス基板（ＡＮ６３５ 旭硝子社製）上に乾燥膜厚が２．０μｍになるように塗布・乾燥した。この基板全面に２００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射し、アルカリ現像液で現像後、２３０℃で３０分間オーブンにてポストベークすることにより、赤色画素のみからなるカラーフィルターを作製した。
【００７６】
＜緑色画素の製造＞
顔料をＰ．Ｇ．３６に変更した以外はＰ．Ｒ．２５４インクと同様の組成にてミルベースを調整し、Ｐ．Ｇ．３６の分散インキを得た。
顔料をＰ．Ｙ．１５０に変更した以外はＰ．Ｒ．２５４インクと同様の組成にてミルベースを調整し、Ｐ．Ｙ．１５０の分散インキを得た。
この分散インキ混合物とレジスト溶液とを固形分濃度が２５％になるように混合して、緑色画素用組成物を得た。  
得られた組成物を、3ｃｍ角のガラス基板（ＡＮ６３５ 旭硝子社製）上に乾燥膜厚が２．０μｍになるように塗布・乾燥した。この基板全面に２００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射し、アルカリ現像液で現像後、２３０℃で３０分間オーブンにてポストベークすることにより、緑色画素のみからなるカラーフィルターを作製した。
【００７７】
＜青色画素の製造＞
顔料をＰ．Ｇ．１５：６に変更した以外はＰ．Ｒ．２５４インクと同様の組成にてミルベースを調整し、Ｐ．Ｇ．１５：６の分散インキを得た。
顔料をＰ．Ｖ．２３に変更した以外はＰ．Ｒ．２５４インクと同様の組成にてミルベースを調整し、Ｐ．Ｖ．２３の分散インキを得た。
この分散インキ混合物とレジスト溶液とを固形分濃度が２５％になるように混合して、青色画素用組成物を得た。  
得られた組成物を、3ｃｍ角のガラス基板（ＡＮ６３５ 旭硝子社製）上に乾燥膜厚が２．０μｍになるように塗布・乾燥した。この基板全面に２００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射し、アルカリ現像液で現像後、２３０℃で３０分間オーブンにてポストベークすることにより、青色画素のみからなるカラーフィルターを作製した。
【００７８】
実施例1〜6のカラーフィルター（F1）〜(F6)、及び比較例1の各単色のカラーフィルターについて、透過率及び色純度の評価を行った。結果を表1及び表2に示した。
【００７９】
【表１】
2008026346.tif 000003
【００８０】
【表２】
2008026346.tif 000004
【００８１】
＜平均透過率、最大透過率の測定方法＞
各画素について、可視光の範囲（380〜750nm）において、分光光度計Ｕ−３５００（日立製作所製）を用い、ガラスをリファレンスとして透過率の測定を行った。光の透過が確認された波長領域（透過率0.5％以上の波長領域）において、10nm間隔で読み取った透過率の平均値と最大透過率及びその波長を評価した。最大透過率及び平均透過率が高い方が、カラーフィルターとしての透過率に優れる。また、平均透過率は色純度の指標ともなり、この値が高い方が色純度は高くなる。
【００８２】
＜色度の測定方法＞
各画素の透過率測定結果から、JIS Z8701に従って、色度（ｘｙ色座標）の計算を行った。ｘｙ色座標がｘｙ色度図の端部にあるほど色純度が高く、色再現性の幅が広い。
【００８３】
実施例のいずれのカラーフィルター（F）も、比較例のカラーフィルターと比較して、最大透過率及び平均透過率が大幅に高く、また、ｘｙ色座標がｘｙ色度図の端部にある。従って、実施例のカラーフィルター（F）は、現行のカラーフィルターと比較して、透過率及び色純度が大幅に向上していることが分かる。本発明のカラーフィルター（F）を使用した透過型表示装置は、輝度及び色再現幅の大幅な向上が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明のフォトニック結晶を利用した透過型表示装置用カラーフィルターは、透過型液晶ディスプレイ用のカラーフィルターに好適である。他にも、有機ELディスプレイなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】四角錘型の窪み
【図２】V溝型の窪み
【図３】テンプレート基板（Q）の断面図
【図４】テンプレート基板（Q）の断面図（窪みの間隔Dが0の場合）
【図５】テンプレート基板（Q）における色画素単位
【図６】スイングローター用遠心管
【符号の説明】
【００８６】
Ｐ：微粒子
Ｒ：微粒子の直径
Ｄ：窪みの間隔
ＤＩ：窪み
ＡＮ：基板表面との角度
ＰＴ：色画素単位
ＥＮ：区切り
Ｑ：テンプレート基板（Q）
ＣＷ：溶媒蒸発防止カバー
ＯＲ：オーリング
ＷＰ（Ｑ）：微粒子スラリー溜め（テンプレート基板（Q）を底部に設置して、微粒子スラリーを供給）
【図１】
2008026346.tif 000005
【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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