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透過光制御デバイス 新技術説明会

国内特許コード P150011949
掲載日 2015年4月28日
出願番号 特願2013-520535
登録番号 特許第5920734号
出願日 平成24年6月11日(2012.6.11)
登録日 平成28年4月22日(2016.4.22)
国際出願番号 JP2012064867
国際公開番号 WO2012173071
国際出願日 平成24年6月11日(2012.6.11)
国際公開日 平成24年12月20日(2012.12.20)
優先権データ
  • 特願2011-131702 (2011.6.13) JP
発明者
  • 馬場 暁
  • ジャンマニー ラピパン
  • 多田 幸司
  • 新保 一成
  • 加藤 景三
  • 金子 双男
出願人
  • 国立大学法人 新潟大学
発明の名称 透過光制御デバイス 新技術説明会
発明の概要 シャープな波長幅を有しながら透過光のピーク波長やピーク強度を制御可能な透過光制御デバイスを提供する。
透過光制御デバイス10は、グレーティング基板1と、金属薄膜2と、金属薄膜2上に導電性高分子が堆積された導電性高分子層3と、電解質又は緩衝液からなる液体媒体5で満たされるとともに、かつ、該液体媒体5の一部が導電性高分子層3に接触したセル4と、金属薄膜2に作用電極Wが接続されるとともに、液体媒体5に対電極Cと参照電極Rとが接続された金属薄膜電位制御手段6と、を備える。基板1とセル4の少なくとも一部とは光透過性の材料で作られる。制御手段6は、金属薄膜2の電位を変化させることにより、導電性高分子層3の複素誘電率を変化させて、導電性高分子層3を透過した光を制御する。
従来技術、競合技術の概要



透過光の波長を制御する従来の波長制御デバイスとして、金属微粒子を利用した制御デバイスが知られている。この金属微粒子を利用したデバイスとして、例えば特許文献1には、複数個の金属微小構造体を空間的に非対称に配置してなり、入射光の偏光状態を外部電圧により変調可能な偏光制御素子が開示されている(当該文献の図面13を参照)。特許文献1に開示の偏光制御素子は、金属中のプラズモンの共鳴を利用することから波長依存性を有し、偏光制御素子の動作波長は、金属微小構造体の材料、サイズ、誘電体薄膜の寸法、電圧印加による金属微小構造体間の距離等により制御することが可能である(当該文献の段落番号0080及び0095の記載を参照)。





しかしながら、特許文献1等に開示される制御デバイスは、金属微粒子中に励起される通常の表面プラズモン共鳴を利用しているため(当該文献の図面7を参照)、制御後に得られる透過光の波長幅(半値幅(FWHM: Full Width Half Maximum))は一般に広く、極めて狭い半値幅を有した特定のピーク波長を有するように透過光を制御し、取り出すことは困難であった。





また、上述の動作波長の制御は、外部電圧の印加により金属微小構造体間の距離を変化させるか、又は金属微小構造体(或いは誘電体薄膜)自体の材料やサイズを変更する必要があるため、一旦、デバイスを作製した後では、透過光のピーク波長やその強度を顕著かつ自在に調整することが困難であると予測される。





ところで、近年、金属製のナノホールアレイに光を入射すると、ある条件の入射光において表面プラズモンが共鳴し、表面には局在せずに反対側へ鋭いピークとして透過する現象(透過スペクトルに異常透過ピークが現れる現象)が観測されることが報告されている(非特許文献1を参照)。さらに、白色光を入射したとき、ナノホールのサイズを変化させることにより、この異常透過光の波長を変化させることも可能であることから、この異常透過光の現象は、カラーフィルター、反射光利用型センサーの場合に比して小さなSN比を達成可能な高感度なセンサー、フォトニック結晶等に応用できることが考えられており、注目を浴びてきている(非特許文献2を参照)。





なお、非特許文献2には、ナノスケールの高精度な周期的なアルミニウム製のホールアレイが形成され、赤・橙・黄・緑・青の五色のカラーフィルターが提案されている。しかしながら、非特許文献2に開示の技術は、表面プラズモン共鳴による光の異常透過現象を利用しているため単色性・透過率に優れた特定の光を取り出すことができるものの、ガラス基板上にホールアレイが一旦、形成されると、透過光のピーク波長をシフトさせたり、波長強度を増減させたりすることができる制御デバイスではない。

産業上の利用分野



本発明は、表面プラズモン共鳴異常透過現象を利用して透過光の波長や強度を制御可能な透過光制御デバイスに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
微細構造が表面上に周期的に形成されたグレーティング基板と、
前記基板上に堆積された金属薄膜と、
前記金属薄膜上に導電性高分子が堆積された導電性高分子層と、
電解質又は緩衝液からなる液体媒体で満たされるとともに、かつ、該液体媒体の一部が前記導電性高分子層に接触したセルと、
前記金属薄膜に作用電極が接続されるとともに、前記液体媒体に対電極と参照電極とが接続された金属薄膜電位制御手段と、
を備え、かつ、
前記基板と前記セルの少なくとも一部とは、光透過性の材料で作られており、
前記制御手段は、前記金属薄膜の電位を変化させることにより、前記導電性高分子層の複素誘電率を変化させて、前記導電性高分子層を透過した光を制御することを特徴とする透過光制御デバイス。

【請求項2】
入射光を受光する受光部が前記セルの前記一部に設けられるとともに、前記受光部から入射した後、前記液体媒体と前記導電性高分子層と前記金属薄膜とを透過した光は前記基板から前記デバイスの外へ出射されることを特徴とする請求項1に記載の透過光制御デバイス。

【請求項3】
前記微細構造が溝形状を成し、300nm~1.6μmのピッチで周期的に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の透過光制御デバイス。

【請求項4】
前記導電性高分子層上に前記導電性高分子とは異なる種類の導電性高分子が堆積された追加層が少なくとも一層以上形成されていることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の透過光制御デバイス。

【請求項5】
前記導電性高分子にポリアニリン及びポリエチレンダイオキシチオフェンの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の透過光制御デバイス。

【請求項6】
前記導電性高分子層が10nm~40nmの層厚さを有することを特徴とする請求項5に記載の透過光制御デバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2013520535thum.jpg
出願権利状態 登録
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