大阪大学大学院工学研究科の齋藤彰　准教授、大学院生　山下和真さん（博士後期課程）らの研究グループは、ナノ構造を工夫することで「明るく広角で、色が偏らず、防汚機能もある」光拡散シートを世界で初めて実作しました。本シートは拡散光の異方性も制御できます。ヒントは、「明るく広角で色が偏らない反射をもち、撥水性もある」モルフォ蝶の翅（はね）です。原理の源を分析し、透過に応用することで、実作に成功しました。

これまで光拡散材は、微小な散乱体を埋め込んで光を拡散するか、表面の微小凹凸による屈折で光を曲げていました。しかし散乱体では「明るさ」と「角度広がり」が両立せず、屈折では「角度広がり」の不足、汚れ易い、等の欠点があり、全てを満たす窓はありませんでした。

本シートは、一昨年、採光窓として理論的に機能を証明し、昨年の試作から改良を経て、今回完成しました。

今回、本研究グループは、モルフォ蝶の特異な反射特性を透過に転用することで、「明るく広角で、色が偏らず、防汚機能もある」全条件を満たす構造を発案し、実作により機能を確認しました。これにより、省エネに役立つ採光窓や、各種照明に役立つ光拡散シートなどへの応用が期待されます。

本研究成果は、国際科学誌「Advanced Optical Materials」（2301086）に、7月26日（日本時間）に公開されました。

図1. 新たに作製されたモルフォタイプ光拡散シート

これまで光拡散材は、微小な散乱体を埋め込んで光を拡散するか、表面の微小凹凸による屈折で光を曲げていました。しかし散乱体では「明るさ」と「角度広がり」が両立せず、屈折では角度広がりの不足、汚れ易い、等の欠点がありました。

本研究グループでは、モルフォ蝶の微細構造が「狭い幅からの回折」で光を広角に広げ、「乱雑さ」で色の偏りを防ぐことを応用し、ナノ構造からの回折に基づく光拡散シートを作製しました。回折は表面だけで生じるので、高い透過率も得られます。また表面のナノの凹凸は、ハスの葉がもつ撥水性（ロータス効果）と同じ効果により、防汚機能があります。電磁場シミュレーションにより実作可能な構造を設計し、半導体技術で実作した結果、この構造が所定の特性を満たすこと（角度広がりは垂直方向から±40°、透過率~90%、色分散なし、防汚機能あり）を実証しました。さらに設計次第で、拡散光の形状異方性の制御もできます。

本研究成果により、省エネに役立つ採光窓や、各種の照明・ディスプレイに役立つ光拡散シートへの応用が期待されます。

本研究成果は、2023年7月26日（水）（日本時間）に国際科学誌「Advanced Optical Materials」（2301086）に掲載されました。

タイトル：“Development of a High-Performance, Anti-Fouling Optical Diffuser Inspired by Morpho Butterfly's Nanostructure”
著者名：Kazuma Yamashita, Kana Taniguchi, Takuma Hattori, Yuji Kuwahara, Akira Saito

なお、本研究は、科研費の一環として行われ、応用に関わる検証部分はJST研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）、また一部は積水化学　自然に学ぶものづくり研究助成プログラムの支援を受け、大阪大学 大学院 工学研究科　桑原裕司教授の協力を得て行われました。

齋藤彰准教授
https://researchmap.jp/nyudo

研究者総覧
https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/3cbc9e597800033c.html）