(57)【要約】  【課題】  本発明は、空孔を有するフォトニック結晶に塗布した際に、その空孔を充填せず、シャープなスペクトルを与える発光層を有するフォトニック結晶、そのような発光層用の塗布液、そのようなフォトニック結晶を具備する光発生装置を提供することなどを目的とする。  【解決手段】  デンドリマーを１０重量％〜３０重量％、溶媒を７０重量％〜９０重量％含む溶液に、色素を０．１ｍｍｏｌ／ｌ〜２０ｍｍｏｌ／ｌ加えてなるフォトニック結晶被膜用塗布液、及び基板（４）上に設けられた空孔（５）を有するフォトニック結晶（２）上に、そのような塗布液を用いて形成された発光層（３）を有する、発光層を有するフォトニック結晶（１）など。  【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
デンドリマーを１０重量％〜３０重量％、溶媒を７０重量％〜９０重量％含む溶液に、色素を０．１ｍｍｏｌ／ｌ〜２０ｍｍｏｌ／ｌ加えてなるフォトニック結晶被膜用塗布液。
【請求項２】
前記デンドリマーが、コア部位と、コア部位に連結されデンドリマーの世代とともに繰り返される分岐部位と、デンドリマーの末端に位置する末端部位とから構成され、
前記分岐部位が、下記式（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかで表される請求項１に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
2005107072.tif 000004
（式中、ｎは、デンドリマーの世代を表し、ｎは１〜１０の整数である。）
【請求項３】
前記デンドリマーのコア部位が、下記式（ＶＩ）〜（Ｘ）で表される請求項２に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
2005107072.tif 000005
（式Ｘ中、Ｒは、Ｃ1−Ｃ10アルキレン基を表す。）
【請求項４】
前記デンドリマーの末端部位が、アルキル基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、のいずれかである請求項２に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
【請求項５】
前記デンドリマーのコア部位が式（ＩＶ）で表され、前記デンドリマーの分岐部位が式（Ｉ）又は式（Ｖ）で表され、末端部位が、水酸基である請求項２に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
【請求項６】
前記デンドリマーの数平均分子量が、１万〜５万である請求項２に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
【請求項７】
前記溶媒が、Ｃ1−Ｃ10アルコールである請求項１に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
【請求項８】
前記色素が、ＤＣＭ、パイロメタン(Pyrromethene)、クマリン（coumarin）、ローダミン（Rhodamine）、オキサジン（Oxazine）、ピリジン（Pyridine）、フルオレセン（Flurrescein）、キトン赤（Kiton Red）から選ばれる色素である請求項１に記載のフォトニック結晶被膜用塗布液。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載のフォトニック結晶被膜用塗布液を、空孔を有するフォトニック結晶に塗布する工程を含む、
デンドリマーを含有する発光層を有するフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１０】
前記発光層は、前記フォトニック結晶の空孔に充填されないことを特徴とする請求項９に記載のデンドリマーを含有する発光層を有するフォトニック結晶の製造方法。
【請求項１１】
フォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶上に設けられ、デンドリマーと色素とを含む発光層と、
前記フォトニック結晶を支持する基板とを有し、
発光層を励起光により光励起することにより、前記励起光とは異なる波長の光を発生する、
デンドリマーを含む発光層を有するフォトニック結晶。
【請求項１２】
前記フォトニック結晶が、２次元的に周期な複数の空孔を有し、
前記発光層は、前記空孔を充填しないことを特徴とする請求項１１に記載の発光層を有するフォトニック結晶。
【請求項１３】
励起光を出力するための励起光発生手段と、
励起光発生手段から出力された励起光を受けて発光する発光層を有するフォトニック結晶を含む発光手段と、
を具備する光発生装置であって、
前記発光する発光層を有するフォトニック結晶は、
２次元的に周期な複数の空孔を有するフォトニック結晶と、
前記フォトニック結晶上に設けられ、デンドリマーと色素とを含む発光層と、
前記フォトニック結晶を支持する基板とを具備する
光発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デンドリマー及び色素を含有するフォトニック結晶被膜用塗布液、このような塗布液を用いて形成された発光層を有するフォトニック結晶などに関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶は、光技術分野において情報通信、情報・民生機器、ディスプレイ、センシング・計測などの領域で開発が進められている。一方、蛍光色素などを溶かした高分子は、様々な光機能素子（光導波路、ファイバー、表示素子、およびフォトニック結晶）を作製する上で広く用いられている。フォトニック結晶と高分子材料を組み合わせた光機能素子の研究開発は、特に高分子の汎用性から今後さらに開発が進むと考えられる。
【０００３】
一般的に、光機能性素子に機能性色素などを付与するための方法として、色素溶液を光学素子に塗布して乾燥する方法、真空中において素子上に機能性色素を蒸着する方法、あるいは高分子ホスト中に色素を溶かしておき、高分子膜として素子に塗布する方法などがある。これらの方法において、色素の濃度調整は重要であり、例えば発光効率は、濃度上昇とともに減少する場合がある。色素溶液を塗布する方法や真空蒸着する方法は、必ずしも好ましい方法ではない。また、高分子ホストを用いたときには、色素濃度が薄まるなどの問題がある。また、色素自体が凝縮し、高い発光効率を得られない場合があるという問題がある。
【０００４】
フォトニック結晶に光機能性を付与するため、色素を含有する高分子をフォトニック結晶の空孔に選択的に注入する技術が知られている（例えば、非特許文献１（横尾篤、納富雅也  ナノプリント技術と有機機能性フォトニック結晶  分光研究  第５１巻第４号（２００２）１７１頁−１８１頁）の図１６、図１９、図２１参照。）。
【０００５】
フォトニック結晶は周期的な屈折率分布を持つ光材料である。よって、あらかじめ設計されたフォトニック結晶の光学構造を光素子に応用するためには、繰り返し周期における屈折率差（材料と空気）を保持する必要がある。一方、上記の技術（非特許文献１に開示された技術）のように、フォトニック結晶の空気層（空孔）に色素が入り込んだ場合では、フォトニック結晶の光学設計（屈折率の差など）が変化する。したがって、上記の技術のように、空孔に色素が充填されれば、もともとのフォトニック結晶の光学設計を利用できないという問題が生ずる。
【非特許文献１】横尾篤、納富雅也  ナノプリント技術と有機機能性フォトニック結晶  分光研究  第５１巻第４号（２００２）１７１頁−１８１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、新規な発光層を有するフォトニック結晶、そのような発光層用の塗布液、そのようなフォトニック結晶を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、光を検出するのに十分な出力の光を発する発光層を有するフォトニック結晶、そのような発光層用の塗布液、そのようなフォトニック結晶を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、空孔を有するフォトニック結晶に塗布した際に、その空孔を充填しないような発光層用の塗布液などを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、シャープなスペクトルを与える発光層を有するフォトニック結晶、そのような発光層用の塗布液、そのようなフォトニック結晶を具備する光発生装置を提供することを別の目的とする。
【００１０】
本発明は、フォトニック結晶に塗布して発光層を形成した後、これを除去し、再度フォトニック結晶に塗布することにより繰り返し発光層を再生できるフォトニック結晶用塗布液、及びそのような発光層を有するフォトニック結晶などを提供することを別の目的とする。
【００１１】
本発明は、偏光特性を有する光を発生できる発光層を有するフォトニック結晶、そのような発光層用の塗布液、そのようなフォトニック結晶を具備する光発生装置を提供することを別の目的とする。
【００１２】
本発明は、一定以上の強度を有する微弱光で励起することにより光を発生できる発光層を有するフォトニック結晶、そのような発光層用の塗布液、そのようなフォトニック結晶を具備する光発生装置を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記の課題の少なくともひとつ以上を解決するため、本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液は、デンドリマーを１０重量％〜３０重量％、溶媒を７０重量％〜９０重量％含む溶液に、色素を０．１ｍｍｏｌ／ｌ〜２０ｍｍｏｌ／ｌ加えてなるフォトニック結晶被膜用塗布液である。
【００１４】
一般に色素は、溶解性が高くない。しかし、本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液は、デンドリマー分子は色素を包み込んで高濃度に保持されているので、塗布液の高濃度性及び表面張力によって、高い色素濃度を達成できる。この結果、強度の高い発光出力を得ることができる。
【００１５】
また、一般に色素は、色素同士が凝縮する。しかし、本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液は、デンドリマー分子が、色素を包み込んで保持しているので、色素同士が凝縮する事態を回避できる。
【００１６】
したがって、本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液を用いれば、色素の濃度が高く、色素の凝縮を抑えることができるので、高い発光効率を有する発光層を得ることができる。
【００１７】
従来の色素溶液では、フォトニック結晶の空孔に色素が入り込み、フォトニック結晶の特性を変化させる。しかし、本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液は、比較的大きな形状を有するデンドリマー分子は色素を包み込んで高濃度に保持されているので、塗布液の高濃度性及び表面張力によって、色素成分がフォトニック結晶の空孔入り込まずにフォトニック結晶上で発光層を形成することとなる。このため、本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液を用いれば、フォトニック結晶の光学特性を生かしつつ発光層を有するフォトニック結晶素子を作製することができる。
【００１８】
発光層を有するフォトニック結晶を繰り返し使用すれば、その特性が劣化する。本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液を用いれば、その発光層がフォトニック結晶の空孔に完全には充填されないので、有機溶媒などを用いれば比較的容易に発光層を除去することができる。したがって、使用後に発光層を除去し、再度本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液をフォトニック結晶に塗布すれば、新たな発光層が形成され発光層を有するフォトニック結晶の機能が回復する。
【００１９】
（２）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくは前記デンドリマーが、コア部位と、コア部位に連結されデンドリマーの世代とともに繰り返される分岐部位と、デンドリマーの末端に位置する末端部位とから構成され、前記分岐部位が、式（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかで表されるものである。これらの分岐部分を有するデンドリマーであれば、効果的に色素を包み込むことができ、ある程度の大きさを持つので、容易にはフォトニック結晶の空孔に入り込まない。
【００２０】
（３）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくはデンドリマーのコア部位が、下記式（ＶＩ）〜（Ｘ）で表されるものである。このようなコアを有するデンドリマーであれば、好ましい空間配置を達成することができる。
【００２１】
（４）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくはデンドリマーの末端部位が、アルキル基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基のいずれかである。これらのような末端基であれば、フォトニック結晶の物性を阻害しない。
【００２２】
（５）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくは前記デンドリマーの分岐部位が式（Ｉ）又は式（Ｖ）で表され、末端部位が、水酸基のものである。
【００２３】
（６）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくはデンドリマーの数平均分子量が、１万〜５万のものである。この程度の大きさであれば、容易に色素を包み込むことができ、またフォトニック結晶の空孔に容易には入り込まないからである。
【００２４】
（７）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくは前記溶媒が、Ｃ1−Ｃ10アルコールのものである。アルコールであれば、特にデンドリマーの末端が水酸基の場合など、デンドリマーを容易に溶解するからである。
【００２５】
（８）本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液として、好ましくは前記色素が、ＤＣＭ、パイロメタン(Pyrromethene)、クマリン（coumarin）、ローダミン（Rhodamine）、オキサジン（Oxazine）、ピリジン（Pyridine）、フルオレセン（Flurrescein）、キトン赤（Kiton Red）から選ばれる色素のものである。
【００２６】
（９）上記の課題の少なくともひとつ以上を解決するため、本発明の発光層を有するフォトニック結晶の製造方法は、上記のフォトニック結晶被膜用塗布液を、空孔を有するフォトニック結晶に塗布する工程を含む。（１０）この工程により製造されたデンドリマーを含有する発光層を有するフォトニック結晶は、デンドリマーが比較的大きな分子であるためフォトニック結晶の空孔に充填されない。このため、先に説明したような効果を奏する。
【００２７】
（１１）上記の課題の少なくともひとつ以上を解決するため、本発明の発光層を有するフォトニック結晶は、フォトニック結晶と、前記フォトニック結晶上に設けられ、デンドリマーと色素とを含む発光層と、前記フォトニック結晶を支持する基板とを有し、発光層を励起光により光励起することにより、前記励起光とは異なる波長の光を発生する、デンドリマーを含む発光層を有するフォトニック結晶である。
【００２８】
（１２）本発明の発光層を有するフォトニック結晶は、好ましくは、フォトニック結晶が、２次元的に周期な複数の空孔を有し、前記発光層は、前記空孔を充填しない。
【００２９】
（１３）上記の課題を解決するため、本発明の光発生装置は、励起光を出力するための励起光発生手段と、励起光発生手段から出力された励起光を受けて発光する発光層を有するフォトニック結晶を含む発光手段と、を具備する光発生装置であって、前記発光する発光層を有するフォトニック結晶は、２次元的に周期な複数の空孔を有するフォトニック結晶と、前記フォトニック結晶上に設けられ、デンドリマーと色素とを含む発光層と、前記フォトニック結晶を支持する基板とを具備する光発生装置である。
【発明の効果】
【００３０】
デンドリマーを含有しているので、これまでにない新規なフォトニック結晶用塗布液や、新規な発光層を有するフォトニック結晶などを提供できる。
【００３１】
デンドリマーが色素を封じ込めているので、色素濃度の高いフォトニック結晶用塗布液や、発光層を有するフォトニック結晶などを提供できる。
【００３２】
比較的大きな分子であるデンドリマーが色素を封じ込めているので、発光層がフォトニック結晶の空孔を充填しない。そのため、フォトニック結晶の光学的特性を損なうことなく、発光層を形成できる。また、発光層は、有機溶媒などで容易に除去されるので、繰り返し利用可能な発光層を有するフォトニック結晶を提供できる。
【００３３】
フォトニック結晶の発光と、発光層の発光を制御できるのでシャープなスペクトルの光が得られる発光層を有するフォトニック結晶などを提供できる。
【００３４】
一定以上の強度を有する微弱光で励起される発光層を有するフォトニック結晶などを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
（１．結晶被膜用塗布液）
本発明の塗布液は、デンドリマーを１０重量％〜３０重量％、溶媒を９０重量％〜７０重量％、色素を０．１ｍｏｌ／ｌ〜２０ｍｏｌ／ｌ含む（以下、本発明の塗布液ともいう。）。
【００３６】
（１．１．デンドリマー）
本発明において、デンドリマーは、コア部位と、コア部位に連結されデンドリマーの世代とともに繰り返される分岐部位と、デンドリマーの末端に位置する末端部位とから構成される３次元的に分岐した規則性の高い多分岐化合物ある。デンドリマーの具体例は、特開平８−２３１８６４号公報（ポリエステル系デンドリマー）、特公平７−３３０６３１号公報（プロピレンイミン系デンドリマー）、特開２０００−２６５９７号公報（ビニル基含有デンドリマー）など様々な文献に開示されている。
【００３７】
デンドリマーとして好ましくは、ポリエステル系デンドリマーなどアミノ基を含まないデンドリマーである。アミノ基を含有するデンドリマーでは、色素の発光効率を下げる場合があるからである。
【００３８】
デンドリマーの分岐部位としては、下記式（Ｉ）〜（Ｖ）のいずれかが挙げられる。
【００３９】
2005107072.tif 000002
（式中、ｎは、デンドリマーの世代を表し、ｎは１〜１０の整数である。）
【００４０】
これらの中で、好ましくは式（Ｉ）又は式（Ｖ）であり、ｎとして好ましくは２〜５であり、より好ましくはｎが３又は４のものである。
【００４１】
前記デンドリマーのコア部位は、前記の分岐部位に囲まれ、通常デンドリマーの中心に位置する部位であり、具体的には下記式（ＶＩ）〜（Ｘ）で表されるものが挙げられる。
【００４２】
2005107072.tif 000003
（式Ｘ中、Ｒは、Ｃ1−Ｃ10アルキレン基を表す。）
【００４３】
デンドリマーの末端部位は、デンドリマーの最外殻に位置する部位であり、具体的には、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、シアノ基のいずれかが挙げられ、これらに無置換又は置換基を有してよいアルキレン基が連結されていてもよい。
【００４４】
デンドリマーとしてより具体的には、コア部位が式（ＩＶ）で表され、分岐部位が式（Ｉ）又は式（Ｖ）で表され、末端部位が、水酸基であるものが挙げられる。
【００４５】
デンドリマーは、例えば文献「M. A. Carnahan and M. W. Grinstaff, Macromolecules, 34, 7648 (2001) 」、特開平１１−１９３３１５号公報などに記載の方法に従って合成することができる。
【００４６】
デンドリマーの数平均分子量は、１万以上が挙げられ、好ましくは１万〜３．１万であり、より好ましくは1万〜２万である。また、デンドリマーの粘度としては、５００〜５００００ｃｐｓが挙げられ、好ましくは１０００〜２００００ｃｐｓである。
【００４７】
デンドリマーの濃度としては、用いるデンドリマーや溶媒、色素によっても異なるが、フォトニック結晶被膜用塗布液のうち、デンドリマーと溶媒を１００重量部としたときに、１０重量部〜３０重量部が挙げられ、好ましくは１２重量部〜２７重量部であり、より好ましくは１５重量部〜２５重量部であり、特に好ましくは１８重量部〜２２重量部である。
【００４８】
（１．２．色素）
色素としては、レーザー用に用いられる公知の色素を用いることができる。このような色素としては、例えば、ＤＣＭ（4-ジシアノメチレン-2-メチル-6-(p-ジメチルアミノスチリル)-4H-ピラン：4-dicyanmethylene-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran）、パイロメタン(Pyrromethene)、クマリン（coumarin）、ローダミン（Rhodamine）、オキサジン（Oxazine）、ピリジン（Pyridine）、フルオレセン（Flurrescein）、キトン赤（Kiton Red）が挙げられ、これらの中で好ましくはＤＣＭ、パイロメタン（例えば、パイロメタン５９７）である。なお、これらの色素は、広く市販されているものを用いることができる。
【００４９】
色素は、溶液中０．１ｍｍｏｌ／ｌ〜２０ｍｍｏｌ／ｌ含まれ、好ましくは１ｍｍｏｌ〜１７ｍｍｏｌ含まれ、より好ましくは５ｍｍｏｌ〜１５ｍｍｏｌ含まれ、特に好ましくは８ｍｍｏｌ〜１０ｍｍｏｌ含まれる。なお、色素は、できるだけ多く含まれていることが望ましい。本発明においては、デンドリマーにより色素が包みこまれているものと考えられる。色素は、一般に溶媒に溶けにくいが、デンドリマーは比較的溶媒に溶けやすい。したがって、デンドリマー分子は色素を包み込んで高濃度に保持されているので、塗布液の高濃度性及び表面張力によって溶媒に溶解する色素の量を増やすことができる。
【００５０】
（１．３．溶媒）
溶媒は、前記のデンドリマーを溶解することができる溶媒であれば特に限定されず、例えばＣ1−Ｃ10アルコールが挙げられ、好ましくはメタノール、又はエタノールであり、特に好ましくはメタノールである。デンドリマーと溶媒を１００重量部としたときに、溶媒としては、７０重量部〜９０重量部が挙げられ、好ましくは７３重量部〜８８重量部であり、より好ましくは７５重量部〜８５重量部であり、特に好ましくは７８重量部〜８２重量部である。
【００５１】
（１．４．その他）
本発明の塗布液は、上記のデンドリマー、色素、溶媒の他に公知の副資材を含んでもよい。そのような副資材としては、可塑剤、滑剤、架橋剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、強化剤、帯電防止剤、熱安定剤、高分子改質剤、防曇剤、増粘剤などが挙げられる。
【００５２】
（１．５．結晶被膜用塗布液の製造方法）
本発明の結晶被膜用塗布液の製造方法は、デンドリマー等を適宜混合すればよく、特に限定されない。本発明の結晶被膜用塗布液の製造方法として、室温において攪拌しながら混合する方法が挙がられるが、好ましくは４０度〜５０度（特に断らない限り、本明細書において温度を表す「度」は、摂氏温度を意味するものとする。）に暖めておいた溶媒に、デンドリマーを加え、母液とし、これに色素などを添加する方法が挙げられる。なお、色素をより多く溶解させたい場合は、例えば母液を６０度〜７０度に加熱し、色素を溶解させても良い。反応系としては、一般的に攪拌装置を利用する。
【００５３】
（２．発光層を有するフォトニック結晶）
図１は、本発明の発光層を有するフォトニック結晶の基本構成を表す概略図である。図１に示されるように、本発明の発光層を有するフォトニック結晶１は、フォトニック結晶２と、前記フォトニック結晶上に設けられ、デンドリマーと色素とを含む発光層３と、前記フォトニック結晶を支持する基板４とを有し、発光層を光励起することにより励起光とは異なる波長の光を発生する発光層を有するフォトニック結晶である。デンドリマー、色素については先に説明したとおりである。
【００５４】
（２．１．フォトニック結晶）
本発明のフォトニック結晶は、公知のフォトニック結晶を用いることができ、特に限定されない。図２は、フォトニック結晶の例を示す概略図である。図２（ａ）は、上面図、図２（ｂ）は側面図である。フォトニック結晶２として好ましくは、図２に示される２次元フォトニック結晶であり、特に好ましくは複数の空孔５（例えば、結晶中に円柱状にくりぬかれた空気を内包する空洞）を含み、当該空孔が少なくとも一方向、望ましくは２以上の方向に規則正しく配置されるもの（ただし、その一部に規則性を乱す空孔等があっても良い）である。
【００５５】
フォトニック結晶、及びその製造方法は、例えば「中尾正史著  ナノプリンティング技術  電気情報通信学会論文誌  Ｃ  Ｖｏｌ．  Ｊ８５−Ｃ  Ｎｏ．  ９  ｐｐ．  ７９３−８０２」、「藤井としたか、井上光輝共著  フォトニック結晶  コロナ社  ２０００年初版発行」、米国特許5440421号などに記載されている。
【００５６】
フォトニック結晶の材質としては、二酸化珪素、アルミナなどフォトニック結晶に用いられる公知の材質を用いることができる。
【００５７】
図２に示されるような、２次元的に周期的な空孔を持つフォトニック結晶において、空孔の直径としては、１００ｎｍ〜２５０ｎｍが挙げられ、好ましくは１５０ｎｍ〜２３０ｎｍであり、より好ましくは１８０ｎｍ〜２２０ｎｍである。そして、複数の規則的に配置された空孔を有するフォトニック結晶における空孔の周期としては、１００ｎｍ〜１４０ｎｍが挙げられ、好ましくは１１０ｎｍ〜１３０ｎｍであり、また、別の周期としては、１８０ｎｍ〜２２０ｎｍが挙げられ、より好ましくは１９０ｎｍ〜２１０ｎｍであり、具体的には２００ｎｍなどが挙げられる。
【００５８】
（２．２．発光層）
発光層は、レーザーに用いられる色素を含有し、光励起により励起光とは異なった（又は同じ）波長の光を発光する層である。発光層は、上述した本発明の塗布液をフォトニック結晶上に塗布することで形成することができる。したがって、その組成としては、デンドリマー、溶媒、及び色素を含む。発光層の膜厚は、特に限定されないが、例えば０．１μｍ〜１０μｍが挙げられ、好ましくは０．３μｍ〜３μｍであり、より好ましくは０.５μｍ〜２μｍであり、具体的には１μｍである。
【００５９】
発光層は、フォトニック結晶の表面に形成され、好ましくはフォトニック結晶の空孔に充填されない。本明細書において、発光層が空孔に充填されないとは、発光層が完全に空孔に含まれないのみならず、発光層がある程度空孔に侵入しているが、空孔を完全に充填しないので、フォトニック結晶の光学特性を損なわないものも含む。
【００６０】
（２．３．基板）
基板は、フォトニック結晶を支持する任意の構成要素である。基板の材質としては、アルミニウムや酸化アルミニウムなどが挙げられる。
【００６１】
（２．４．発光層を有するフォトニック結晶の製造方法）
発光層を有するフォトニック結晶の製造方法としては、本発明の塗布液を用いて、フォトニック結晶を浸漬塗布してもよいし、フォトニック結晶に本発明の塗布液をスピンコート塗布、又はスプレー塗布してもよい。
【００６２】
フォトニック結晶に本発明の塗布液を塗布した後は、常温にて風乾してもよいが、好ましくは減圧装置内で減圧乾燥させる。
【００６３】
（３．光発生装置）
本発明の光発生装置は、励起光を出力するための励起光発生手段と、励起光発生手段から出力された励起光を受けて発光する本発明の発光層を有するフォトニック結晶を含む発光手段とを具備する。
【００６４】
（３．１．励起光発生手段）
励起光発生手段は、励起光を出力するための手段であり、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーと第二高調波発生手段とからなるものや、窒素レーザーなど公知の発光手段が挙げられる。
【００６５】
（３．２．発光手段）
発光手段は、励起光発生手段が出力した励起光を受けて発光する手段であり、具体的には、先に説明した本発明の発光層を有するフォトニック結晶などが挙げられる。
【実施例１】
【００６６】
図３に示される構造式を有するデンドリマーを、文献「M. A. Carnahan and M. W. Grinstaff, Macromolecules, 34, 7648 (2001) 」に記載の方法に従って合成した。
【００６７】
２次元的に周期的な空孔を有するフォトニック結晶を、「中尾正史著  ナノプリンティング技術  電気情報通信学会論文誌  Ｃ  Ｖｏｌ．  Ｊ８５−Ｃ  Ｎｏ．  ９  ｐｐ．  ７９３−８０２」に開示された方法に基づいて製造した。材質は、酸化アルミニウム、ホール周期：200nm、孔径：約120nm、厚さ：６μｍであった。このようにして製造されたフォトニック結晶の、Γ−Ｘ方向の反射スペクトルを図４に示す。図４に示されるように、このフォトニック結晶では、460nm〜570nmの範囲でフォトニック結晶特有のストップバンドが観察された。なおストップバンドは、フォトニック結晶の周期構造、空孔の周期、材質（屈折率）、及び空孔部分との屈折率差によって変化する。
【００６８】
８０重量部のメタノールに、２０重量部のデンドリマー溶液を添加し、母液とした。母液１ｍｌに色素（パイロメタン（Pyrromethane） 597(MW350.4)）を３ｍｇ攪拌しつつ加えて、色素溶液を調整した。色素を３ｍｇ溶かしたときの溶液濃度は、８．６ｍｍｏｌ／ｌであった。これらの溶液中にフォトニック結晶を約３０秒浸漬し、取り出した。その後１ｍｔｏｒｒの減圧装置内で、取り出したフォトニック結晶を乾燥して、溶媒を除去した。このようにしてデンドリマー含有の発光層を有するフォトニック結晶を作成した。
【００６９】
図５は、本発明のレーザー光発光を実験装置を示す概略構成図である。図５に示されるように、この実験装置６は、励起光を出力する励起光源７と、励起光の強度を制御する１／２波長板８と、励起光の偏光面を制御する偏光子９と、励起光を集光する可動式レンズ１０（レンズの位置を変えることで励起面積をも変えることができる）とを含む光励起部と、ｘｙｚ方向に移動可能な図示しないステージ上に搭載されたデンドリマー含有の発光層を有するフォトニック結晶１１と、デンドリマー含有の発光層を有するフォトニック結晶から出力された光を集光するレンズ１２と、伝搬光を抽出するための偏光子又は光学フィルター１３と、光の波長及び強度などを観測する分光器１４とを有する。励起光源は、Nd:YAGレーザーＳＨＧ光で、その波長は、５３２ｎｍであった。
【００７０】
図６は、図５の実験装置を用いて観測された発振光のスペクトルを表すグラフである。図６（ａ）は、偏光子１３を用いない場合のスペクトルである。図６（ｂ）は、偏光子１３を用いて、試料面（フォトニック結晶の長手方向）に平行な偏光方向の出力を観測したスペクトルである。図６（ｃ）は、偏光子１３を用いて、試料面に垂直な偏光方向の出力を観測したスペクトルである。図６中、５３２ｎｍにピークを有するバンドは、励起レーザー光に由来するバンドである。そして、５４７．７ｎｍ付近にピークを有するバンドは、発振光に由来するバンドである。図６から、この実施例では、５４７．７ｎｍの領域にシングルモード発光が得られることがわかる。すなわち、発振波長は、フォトニック結晶のストップバンドの端に一致していることから、この発振光はフォトニック結晶の構造に由来したものであることがわかる。発光層は、フォトニック結晶の光特性を損なっていないので、発光層は、フォトニック結晶の空孔に進入していないことがわかる。また、図６（ｂ）と図６（ｃ）とから、出力光は、フォトニック結晶の試料面に平行な方向に偏波していることがわかる。
【００７１】
次に、励起光の強度を変えて、発振される光の発光強度を観測した。図７は、励起光の強度と、発行強度との関係の観測結果を示すグラフである。図７から、本発明のフォトニック結晶によれば、100nJ/pulse以上の励起光強度でレーザー発振することがわかる。すなわち、レーザー発生にしきい値があることがわかる。そして、図７から励起光強度が強くなると、発光強度も強まることがわかる。
【００７２】
次に、レンズ（図４の１０）の位置を変化させ、本発明のフォトニック結晶の励起面積を変えた、レーザー発振光の出力を測定した。図８は、励起面積を変化させた場合における発振光の出力を測定した結果を表すグラフである。図８（ａ）は、励起面積が、直径１３８μｍの場合、図８（ｂ）は、励起面積が１８４μｍの場合、図８（ｃ）は励起面積が２４４μｍの場合、図８（ｄ）は励起面積が３５５μｍの場合の出力結果である。図８から、励起面積を変えても、５４７．７ｎｍの発振位値が変化しないことがわかる。これは、発光層が均一であるためと考えられる。
【００７３】
一度使用したフォトニック結晶をメタノールで洗浄することによって、デンドリマー固体層を除去することができ、再度デンドリマーを含有した塗布液を塗布することによって繰り返し光素子を作製することができた。
【実施例２】
【００７４】
図３に示される構造式を有するデンドリマーに代えて、図９に示される構造式を有するデンドリマーを用いた以外は、実施例１と同様にして、デンドリマーを含む発光層を有するフォトニック結晶を製造した。この例においても、実施例１と同様所定の位置にシャープなレーザー発振が観測された。
【実施例３】
【００７５】
パイロメタン（Pyrromethane） 597(MW350.4)の替わりにＤＣＭ(MW303.4)を用いた以外は実施例１と同様にしてデンドリマー含有の発光層を有するフォトニック結晶を作成した。なお、ＤＣＭを3mg溶かしたときの溶液濃度は、9.9momol/lであった。
なお、励起に用いたレーザー光源は、Nd:YAGレーザーSHG光の替わりに窒素ガスレーザーを用いた。この場合でもシャープなレーザー発振が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のフォトニック結晶被膜用塗布液は、一定以上の強度を有する励起光によってシャープなレーザー発振をする発光層を形成するための繰り返し利用できるフォトニック結晶用塗布液として有効に用いられる。
【００７７】
本発明の発光層を有するフォトニック結晶は、所定以上の強度を有する励起光によって、特定の偏光を持ったレーザー光を発振できるので、信号等様々な光学機器などに利用され得る。
【００７８】
本発明の光発生装置も、上記のような特性を有するので、信号等様々な光学機器として利用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、本発明の発光層を有するフォトニック結晶の基本構成を表す概略図である。
【図２】図２は、フォトニック結晶の例を示す概略図である。図２（ａ）は、上面図、図２（ｂ）は側面図である。
【図３】図３は、実施例１（及び実施例３）で用いたデンドリマーの構造式を表す図である。
【図４】図４は、実施例１におけるΓ−Ｘ方向の反射スペクトルを表すグラフである。
【図５】図５は、本発明のレーザー光発光を実験装置を示す概略構成図である。
【図６】図６は、図６は、図５の実験装置を用いて観測された発振光のスペクトルを表すグラフである。図６（ａ）は、偏光子１３を用いない場合のスペクトルである。図６（ｂ）は、偏光子１３を用いて、試料面（フォトニック結晶の長手方向）に平行な偏光方向の出力を観測したスペクトルである。
【図７】図７は、励起光の強度と、発行強度との関係の観測結果を示すグラフである。
【図８】図８は、励起面積を変化させた場合における発振光の出力を測定した結果を表すグラフである。
【図９】図９は、実施例２で用いたデンドリマーの構造式を表す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  発光層を有するフォトニック結晶
２  フォトニック結晶
３  発光層
４  基板
５  空孔
６  実験装置
７  励起光源
８  １／２波長板
９  偏光子
１０  可動式レンズ
１１  フォトニック結晶
１２  レンズ
１３  偏光子（又は光学フィルター）
１４  分光器
【図１】
2005107072.tif 000006
【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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