(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面がパターン形成面であり、他方の面がベース面であるポリジメチルシロキサンシートと、該パターン形成面上に位置する複数の金属パターンと、を備え、
前記ポリジメチルシロキサンシートは、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記パターン形成面に備え、前記低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記ベース面に備えた構造体であり、
前記ポリジメチルシロキサンシートを変形させることにより隣接する前記金属パターンの間隔が変化可能であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
一方の面がパターン形成面であり、他方の面がベース面であるポリジメチルシロキサンシートと、該パターン形成面上に位置する複数の金属パターンと、を備え、
前記ポリジメチルシロキサンシートは、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記パターン形成面に備え、前記低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記ベース面に備えた構造体であり、
前記金属パターンは、少なくとも一部に切欠き部を有する略リング形状であり、前記ポリジメチルシロキサンシートを変形させることにより前記切欠き部の間隔が変化可能であることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
前記金属パターンは、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのいずれかを主成分として含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記ポリジメチルシロキサンシートと前記金属パターンとの間に下地金属層が存在し、該下地金属層は前記金属パターンと同一パターンであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記ポリジメチルシロキサンシートと前記金属パターンとの間に下地金属層が存在し、該下地金属層は前記ポリジメチルシロキサンシートのパターン形成面の全域に存在することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記下地金属層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、これらの酸化物および窒化物のいずれかを主成分として含有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面は、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を支持基板上に塗布して、低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成する工程と、
該低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜上に、前記低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を供給し、該原料に成型基板を押し付けることにより、該成型基板と前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜との間に高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成し、その後、該高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜と前記成型基板とを離型する工程と、
前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜および前記高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を硬化させて、高含有率ポリジメチルシロキサン層と低含有率ポリジメチルシロキサン層との構造体からなるポリジメチルシロキサンシートとする工程と、
該ポリジメチルシロキサンシートの前記高含有率ポリジメチルシロキサン層をパターン形成面とし、該パターン形成面上に複数の金属パターンを、隣接する該金属パターンの間隔が１０００ｎｍ以下となるように形成する工程と、
前記ポリジメチルシロキサンシートと前記支持基板とを離型する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を支持基板上に塗布して、低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成する工程と、
該低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜上に、前記低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を供給し、該原料に成型基板を押し付けることにより、該成型基板と前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜との間に高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成し、その後、該高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜と前記成型基板とを離型する工程と、
前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜および前記高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を硬化させて、高含有率ポリジメチルシロキサン層と低含有率ポリジメチルシロキサン層との構造体からなるポリジメチルシロキサンシートとする工程と、
該ポリジメチルシロキサンシートの前記高含有率ポリジメチルシロキサン層をパターン形成面とし、該パターン形成面上に、少なくとも一部に切欠き部を有する略リング形状であり該切欠き部の間隔が１０００ｎｍ以下である複数の金属パターンを形成する工程と、
前記ポリジメチルシロキサンシートと前記支持基板とを離型する工程と、を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記金属パターンは、前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンを介して前記パターン形成面上に金属層を形成し、その後、前記レジストパターンを剥離することによりレジストパターン上に形成された金属層をリフトオフして形成することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記金属パターンは、前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面上に金属層を形成し、該金属層上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンを介して前記金属層をエッチングし、その後、前記レジストパターンを剥離して形成することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面の全域に下地金属層を形成し、その後、該下地金属層上に前記金属パターンを形成することを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面の全域に下地金属層を形成し、その後、該下地金属層上に前記金属パターンを形成するとともに、前記金属パターンの非形成部位の前記下地金属層をエッチング除去することを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも一方の面に備え、前記低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも他方の面に備えた構造体からなるシートであり、前記高含有率ポリジメチルシロキサン層が被加工面であり、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層がベース面であることを特徴とするポリジメチルシロキサンシート。
【請求項１５】
前記構造体の厚みは０．０１〜１０ｍｍの範囲であり、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層の厚みは０．００５〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１４に記載のポリジメチルシロキサンシート。
【請求項１６】
前記被加工面の表面平均粗さＲａは０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載のポリジメチルシロキサンシート。
【請求項１７】
低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を支持基板上に塗布して、低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成する工程と、
該低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜上に、前記低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を供給し、該原料に成型基板を押し付けることにより、該成型基板と前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜との間に高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成し、その後、該高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜と前記成型基板とを離型する工程と、
前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜および前記高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を硬化させて、高含有率ポリジメチルシロキサン層と低含有率ポリジメチルシロキサン層との構造体とし、その後、該構造体と前記支持基板とを離型する工程と、を有することを特徴とするポリジメチルシロキサンシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリジメチルシロキサンシート、特に金属薄膜や所望の形状の金属パターンを形成するためのポリジメチルシロキサンシートと、柔軟な樹脂基材上にナノオーダーの複数の金属パターンを配置した光学素子、および、これらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリジメチルシロキサン（以下、ＰＤＭＳとも記す）シートは、優れた耐熱性、耐寒性、耐候性や、安定した電気特性を有していることから、電子・電気機器等の種々の用途に活用されている。
また、従来から、ガラス基板等に回折格子を形成した光学素子が広く使用されているが、近年、柔軟な樹脂基材上に金属パターンを形成した光学素子が提案されている（非特許文献１）。この光学素子は、基材に外力を加えることにより金属パターン間のナノオーダーの配置が変化し、その結果、金属パターン間の近接場相互作用が変化し、光学応答が変化するものである。また、偏光方向に依存せずに物質界面での反射率をゼロとし、光を１００％透過させることができるようにした光学素子が提案されている（特許文献１）。この光学素子は、メタマテリアルとして銀をＣ字形状に形成したナノ構造体である磁気共振器をガラス基板上に複数配置した構造を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３５０２３２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】王暁星ほか、第５６回応用物理学会関係連合講演会（２００９春、筑波大学）１ｐ−Ｈ−９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＰＤＭＳシートは金属との密着性が悪いという問題があった。また、ガラス基板、石英基板、シリコン基板等のケイ素含有基板上にＰＤＭＳシートを載置して金属薄膜や所望の形状の金属パターンの形成加工を行う場合、あるいは、これらの基板上で長時間保管する場合、基板とＰＤＭＳシートとの固着を生じ、取扱い性、安定性に欠けるという問題もあった。
また、ＰＤＭＳシートは柔軟で光透過性を有しているので、非特許文献１に記載されているような光学素子を構成する柔軟な樹脂基材として使用することができる。しかし、従来のＰＤＭＳシートに金属パターンを直接形成すると、ＰＤＭＳシートに対する金属ナノ構造体の密着力が弱いため、ＰＤＭＳシートに繰り返し外力が加えられることにより、金属パターンの剥がれ、脱落が生じるという問題があった。
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、金属薄膜や所望の形状の金属パターンとの密着性が良好で、かつ、取扱い性、安定性に優れたＰＤＭＳシートと、金属パターンの剥離や脱落が防止され信頼性が高く、かつ、取扱い性に優れた光学素子と、これらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明の光学素子は、一方の面がパターン形成面であり、他方の面がベース面であるポリジメチルシロキサンシートと、該パターン形成面上に位置する複数の金属パターンと、を備え、前記ポリジメチルシロキサンシートは、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記パターン形成面に備え、前記低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記ベース面に備えた構造体であり、前記ポリジメチルシロキサンシートを変形させることにより隣接する前記金属パターンの間隔が変化可能であるような構成とした。
【０００７】
また、本発明の光学素子は、一方の面がパターン形成面であり、他方の面がベース面であるポリジメチルシロキサンシートと、該パターン形成面上に位置する複数の金属パターンと、を備え、前記ポリジメチルシロキサンシートは、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記パターン形成面に備え、前記低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも前記ベース面に備えた構造体であり、前記金属パターンは、少なくとも一部に切欠き部を有する略リング形状であり、前記ポリジメチルシロキサンシートを変形させることにより前記切欠き部の間隔が変化可能であるような構成とした。
【０００８】
本発明の他の態様として、前記金属パターンは、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのいずれかを主成分として含有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記ポリジメチルシロキサンシートと前記金属パターンとの間に下地金属層が存在し、該下地金属層は前記金属パターンと同一パターンであるような構成、あるいは、前記ポリジメチルシロキサンシートと前記金属パターンとの間に下地金属層が存在し、該下地金属層は前記ポリジメチルシロキサンシートのパターン形成面の全域に存在するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記下地金属層は、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、これらの酸化物および窒化物のいずれかを主成分として含有するような構成とした。
前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面は、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下であるような構成とした。
【０００９】
本発明の光学素子の製造方法は、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を支持基板上に塗布して、低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成する工程と、該低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜上に、前記低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を供給し、該原料に成型基板を押し付けることにより、該成型基板と前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜との間に高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成し、その後、該高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜と前記成型基板とを離型する工程と、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜および前記高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を硬化させて、高含有率ポリジメチルシロキサン層と低含有率ポリジメチルシロキサン層との構造体からなるポリジメチルシロキサンシートとする工程と、該ポリジメチルシロキサンシートの前記高含有率ポリジメチルシロキサン層をパターン形成面とし、該パターン形成面上に複数の金属パターンを、隣接する該金属パターンの間隔が１０００ｎｍ以下となるように形成する工程と、前記ポリジメチルシロキサンシートと前記支持基板とを離型する工程と、を有するような構成とした。
【００１０】
また、本発明の光学素子の製造方法は、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を支持基板上に塗布して、低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成する工程と、該低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜上に、前記低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を供給し、該原料に成型基板を押し付けることにより、該成型基板と前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜との間に高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成し、その後、該高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜と前記成型基板とを離型する工程と、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜および前記高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を硬化させて、高含有率ポリジメチルシロキサン層と低含有率ポリジメチルシロキサン層との構造体からなるポリジメチルシロキサンシートとする工程と、該ポリジメチルシロキサンシートの前記高含有率ポリジメチルシロキサン層をパターン形成面とし、該パターン形成面上に、少なくとも一部に切欠き部を有する略リング形状であり該切欠き部の間隔が１０００ｎｍ以下である複数の金属パターンを形成する工程と、前記ポリジメチルシロキサンシートと前記支持基板とを離型する工程と、を有するような構成とした。
【００１１】
本発明の他の態様として、前記金属パターンは、前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンを介して前記パターン形成面上に金属層を形成し、その後、前記レジストパターンを剥離することによりレジストパターン上に形成された金属層をリフトオフして形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属パターンは、前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面上に金属層を形成し、該金属層上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンを介して前記金属層をエッチングし、その後、前記レジストパターンを剥離して形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面の全域に下地金属層を形成し、その後、該下地金属層上に前記金属パターンを形成するような構成、あるいは、前記ポリジメチルシロキサンシートの前記パターン形成面の全域に下地金属層を形成し、その後、該下地金属層上に前記金属パターンを形成するとともに、前記金属パターンの非形成部位の前記下地金属層をエッチング除去するような構成とした。
【００１２】
本発明のポリジメチルシロキサンシートは、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも一方の面に備え、前記低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を少なくとも他方の面に備えた構造体からなるシートであり、前記高含有率ポリジメチルシロキサン層が被加工面であり、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層がベース面であるような構成とした。
【００１３】
本発明の他の態様として、前記構造体の厚みは０．０１〜１０ｍｍの範囲であり、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層の厚みは０．００５〜５ｍｍの範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記被加工面の表面平均粗さＲａは０．１μｍ以下であるような構成とした。
【００１４】
本発明のポリジメチルシロキサンシートの製造方法は、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、該低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である低含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を支持基板上に塗布して、低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成する工程と、該低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜上に、前記低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上である高含有率ポリジメチルシロキサン層を形成するための原料を供給し、該原料に成型基板を押し付けることにより、該成型基板と前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜との間に高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を形成し、その後、該高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜と前記成型基板とを離型する工程と、前記低含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜および前記高含有率ポリジメチルシロキサン層用の塗布膜を硬化させて、高含有率ポリジメチルシロキサン層と低含有率ポリジメチルシロキサン層との構造体とし、その後、該構造体と前記支持基板とを離型する工程と、を有するような構成とした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のポリジメチルシロキサンシートは、被加工面である高含有率ポリジメチルシロキサン層が金属に対する優れた密着性を有するので、金属薄膜や金属パターン等の加工性に優れ、光学素子、フレキシブル画像表示装置、フレキシブル照明等への利用が可能であり、また、ベース面である低含有率ポリジメチルシロキサン層は、ガラス基板、石英基板、シリコン基板等のケイ素含有基板に対する反応性が低く、これらの基板上にベース面を当接させて載置、保管しても固着発生が防止され、取扱い性、安定性に優れている。
【００１６】
本発明のポリジメチルシロキサンシートの製造方法では、ポリジメチルシロキサンシートである構造体が、金属に対する優れた密着性を有する高含有率ポリジメチルシロキサン層を備えているにもかかわらず、低含有率ポリジメチルシロキサン層が支持基板側に位置するので、構造体と支持基板との離型が容易であり、また、成型基板の形状を適宜設定することにより、高含有率ポリジメチルシロキサン層の表面（被加工面）に所望の形状を付与することができ、用途に応じたポリジメチルシロキサンシートの製造が可能である。
【００１７】
本発明の光学素子は、ポリジメチルシロキサンシートの高含有率ポリジメチルシロキサン層（パターン形成面）に金属パターンが位置しているので、金属パターンとポリジメチルシロキサンシートとの密着性が優れ、信頼性の高いものであり、また、ポリジメチルシロキサンシートの低含有率ポリジメチルシロキサン層（ベース面）は、ガラス基板、石英基板、シリコン基板等のケイ素含有基板に対する反応性が低いので、これらの基板上にベース面を当接させて載置、保管しても固着発生が防止され、取扱い性、安定性に優れている。
【００１８】
本発明の光学素子の製造方法では、ポリジメチルシロキサンシートである構造体を形成し、この構造体を構成する高含有率ポリジメチルシロキサン層（パターン形成面）に金属パターンを形成するので、金属パターンとポリジメチルシロキサンシートとの密着性が高く、また、構造体を構成する低含有率ポリジメチルシロキサン層が支持基板側に位置するので、支持基板からの光学素子の離型が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のポリジメチルシロキサンシートの一実施形態を示す部分断面図である。
【図２】本発明のポリジメチルシロキサンシートの製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図３】本発明の光学素子の一実施形態を示す部分平面図である。
【図４】図３に示される光学素子のＩ−Ｉ線における縦断面図である。
【図５】本発明の光学素子の他の実施形態を示す図４相当の縦断面図である。
【図６】本発明の光学素子の他の実施形態を示す図４相当の縦断面図である。
【図７】図３に示される本発明の光学素子の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。
【図９】本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。
【図１０】本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。
【図１１】本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。
【図１２】本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。
【図１３】本発明の光学素子の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【図１４】本発明の光学素子の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
［ポリジメチルシロキサンシート］
図１は、本発明のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シートの一実施形態を示す部分断面図である。図１において、本発明のＰＤＭＳシート１は、低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上、好ましくは５０００〜３００００ｐｐｍの範囲である高含有率ＰＤＭＳ層３と、低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下、好ましくは０〜５００ｐｐｍの範囲である低含有率ＰＤＭＳ層４との構造体２からなる。そして、構造体２の高含有率ＰＤＭＳ層３側は、金属薄膜や所望の形状の金属パターンを形成するための被加工面３Ａであり、低含有率ＰＤＭＳ層４側は、ベース面４Ａである。
本発明では、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としている。そして、本発明は、このような低分子量のシロキサンが、高分子量のシロキサンよりも、ケイ素含有基材に対する反応性が大きいこと、および、低分子量のシロキサンの含有量によって、金属に対する密着性と、ケイ素含有基材に対する反応性を制御可能なことに着目したものである。尚、本発明における低分子量シロキサンの含有量は、アセトンで抽出した後、ガスクロマトグラフィーを用いて検出する方法により測定する。低分子量シロキサン、および、この低分子量シロキサンの含有量については、以下の本発明の説明においても同様である。
【００２１】
ＰＤＭＳシート１を構成する高含有率ＰＤＭＳ層３の低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ未満であると、金属に対する密着性が不十分となり、高含有率ＰＤＭＳ層３（被加工面３Ａ）に形成された金属薄膜や所望の形状の金属パターンに剥離や脱落が生じるおそれがあり好ましくない。一方、低含有率ＰＤＭＳ層４の低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍを超えると、ＰＤＭＳシート１の製造工程、あるいは、ＰＤＭＳシート１の加工工程、保管状態において、低含有率ＰＤＭＳ層４（ベース面４Ａ）が、当接する基板、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板等のケイ素を含有する基板との固着を生じるおそれがあり好ましくない。
本発明のＰＤＭＳシート１（構造体２）の厚みは、０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍの範囲である。ＰＤＭＳシート１の厚みが０．１ｍｍ未満であると、原料のＰＤＭＳの粘度が高いので、製造工程で厚みが不均一となったり、製造のための支持基板からの剥離時に破断が生じ易く、製造が難しくなる。一方、ＰＤＭＳシート１の厚みが１０ｍｍを超えると、例えば、光学素子への使用を想定した場合の後工程が困難となり好ましくない。
【００２２】
また、ＰＤＭＳシート１を構成する低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みは０．００５〜５ｍｍ、好ましくは０．０５〜１ｍｍの範囲とすることができる。低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みが０．００５ｍｍ未満であると、低含有率ＰＤＭＳ層４の一部に欠陥が生じ、ＰＤＭＳシート１のベース面４Ａの全面を低含有率ＰＤＭＳ層４で被覆できないおそれがある。一方、低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みが５ｍｍを超えると、低含有率ＰＤＭＳ層４により奏される効果の更なる向上が期待できないとともに、ＰＤＭＳシート１の製造コストが増大するので好ましくない。
【００２３】
ＰＤＭＳシート１を構成する高含有率ＰＤＭＳ層３の厚みは、ＰＤＭＳシート１の厚み、低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みを上記の範囲で設定することにより決まるものであり、特に制限はない。また、上記の構造体２からなるＰＤＭＳシート１は例示であり、本発明では、被加工面３Ａに高含有率ＰＤＭＳ層３が存在し、ベース面４Ａに低含有率ＰＤＭＳ層４が存在すればよく、したがって、高含有率ＰＤＭＳ層３と低含有率ＰＤＭＳ層４との間には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、高含有率ＰＤＭＳ層３や低含有率ＰＤＭＳ層４とは異なる材料が存在するものであってもよい。尚、本明細書では説明の便宜上、高含有率ＰＤＭＳ層３と低含有率ＰＤＭＳ層４とをそれぞれ「層」と区別しているが、本発明は図示の態様に限定して解釈されるものではない。したがって、本発明の一実施形態に係るポリジメチルシロキサンシートは高含有率ＰＤＭＳ層３と低含有率ＰＤＭＳ層４の境界が曖昧である構造体も包含する。すなわち、高含有率ＰＤＭＳ層３と低含有率ＰＤＭＳ層４をそれぞれ「層」と認識することが困難であるが、被加工面３Ａにおける低分子シロキサン含有量が２０００ｐｐｍ以上であり、ベース面４Ａにおける低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下である構造体も包含する。
【００２４】
ＰＤＭＳシート１の高含有率ＰＤＭＳ層３の表面（被加工面３Ａ）の形状は、ＰＤＭＳシート１の用途に応じて適宜設定することができ、例えば、光学素子に使用する場合には、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下であるような平坦面とすることができる。尚、表面平均粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を使用して行うものとする。
ＰＤＭＳシート１は、光学素子に使用する場合には、その光透過率が８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上である。ここで、光透過率は、大塚電子（株）製のスペクトル測定機ＭＣＰＤ２０００により測定する。また、ＰＤＭＳシート１の弾性率は、引張り強度において１００ｋＰａ〜１０ＭＰａの範囲であることが好ましい。ここで、引張り強度は、万能試験機インストロン５５６５を用いてダンベル試験片の破断強度により測定した値とする。
【００２５】
このような本発明のＰＤＭＳシート１は、被加工面３Ａである高含有率ＰＤＭＳ層３が金属に対する優れた密着性を有するので、金属薄膜や金属パターン等の加工性に優れ、光学素子、フレキシブル画像表示装置、フレキシブル照明等への利用が可能である。また、ベース面４Ａである低含有率ＰＤＭＳ層４がガラス基板、石英基板、シリコン基板等のケイ素含有基板に対する反応性が低く、これらの基板上にベース面を当接させてＰＤＭＳシート１を載置、保管しても固着発生が防止され、取扱い性、安定性に優れている。
上述の実施形態は例示であり、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２６】
［ポリジメチルシロキサンシートの製造方法］
図２は、本発明のポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シートの製造方法の一実施形態を示す工程図であり、図１に示されるＰＤＭＳシート１を例としたものである。
図２において、まず、低含有率ＰＤＭＳ層４を形成するための原料を支持基板１１上に塗布して、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４を形成する（図２（Ａ））。使用する原料は、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、この低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下、好ましくは０〜５００ｐｐｍの範囲にあるＰＤＭＳである。支持基板１１は、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板等の剛性がある基板を使用することができ、塗布膜１４を形成する面は、塗布膜１４の厚みの均一性、後工程における構造体２との離型を考慮して、例えば、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下の平坦面であることが好ましい。また、支持基板１１上への塗布膜１４の形成は、例えば、スピン塗布方法、刷毛による塗布方法等により行うことができ、塗布膜１４の厚みは、後工程で硬化して形成される低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みが０．００５〜５ｍｍ、好ましくは０．０５〜１ｍｍの範囲となるように適宜設定することができる。後工程で硬化して形成される低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みが０．００５ｍｍ未満となるような塗布膜１４の厚みであると、形成される低含有率ＰＤＭＳ層４の一部に欠陥が生じ、後工程における構造体２と支持基板１１との離型が困難になったり、構造体２の破断等が生じるおそれがある。一方、低含有率ＰＤＭＳ層４の厚みが５ｍｍを超えるような塗布膜１４の厚みであると、低含有率ＰＤＭＳ層４により奏される効果の更なる向上が期待できないとともに、ＰＤＭＳシート１の製造コストが増大するので好ましくない。
【００２７】
次に、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４上に、高含有率ＰＤＭＳ層３を形成するための原料１３′を供給し（図２（Ｂ））、この原料１３′に成型基板１２を押し付けることにより、成型基板１２と低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４との間に高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３を形成し（図２（Ｃ））、その後、塗布膜１３と成型基板１２とを離型する（図２（Ｄ））。ここで使用する原料１３′は、低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上、好ましくは５０００〜３００００ｐｐｍの範囲にあるＰＤＭＳである。この原料１３′の低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４上への供給は、例えば、ディスペンサを使用して液滴として供給することができるが、これに限定されるものではない。塗布膜１３の厚みは、後工程で形成されるＰＤＭＳシート１（構造体２）の厚みが０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍの範囲となるように適宜設定することができる。構造体２の厚みが０．１ｍｍ未満となるような塗布膜１３の厚みであると、原料１３′の粘度が高いので、構造体２の厚みが不均一となったり、支持基板１１からの剥離時に破断が生じ易く、製造が難しくなる。一方、構造体２の厚みが１０ｍｍを超えるような塗布膜１３の厚みであると、例えば、光学素子への使用を想定した場合の後工程が困難となり好ましくない。
【００２８】
成型基板１２は、原料１３′を塗布膜１３とするとともに、後工程で形成される高含有率ＰＤＭＳ層３の表面（被加工面３Ａ）の形状を決定するものである。このような成型基板１２としては、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板等の剛性がある基板を使用することができ、原料１３′（塗布膜１３）に押し付けられる面の形状は、目的とする高含有率ＰＤＭＳ層３の表面（被加工面３Ａ）の形状に応じて適宜設定することができ、例えば、ＰＤＭＳシート１が光学素子への使用を想定している場合には、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下の平坦面であることが好ましい。
次いで、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３および低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４を硬化させて、高含有率ＰＤＭＳ層３と低含有率ＰＤＭＳ層４との構造体２とし（図２（Ｅ））、その後、構造体２と支持基板１１とを離型する（図２（Ｆ））。これにより、本発明のＰＤＭＳシート１が得られる。
【００２９】
上述のＰＤＭＳシートの製造方法の実施形態における高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３および低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４の形成方法としては、さらに次のような方法を用いてもよい。第１の方法は、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４を形成した後、この塗布膜１４上に高含有率ＰＤＭＳ層３を形成するための原料１３′を供給し、この原料１３′に成型基板１２を押し当て、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３を形成し、その状態で高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３および低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４を半硬化させる。そして、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３と成型基板１２を離型した後、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３および低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４を完全に硬化させる。第２の方法は、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４を形成し、この塗布膜１４を半硬化させる。半硬化した低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４上に高含有率ＰＤＭＳ層３を形成するための原料１３′を供給し、この原料１３′に成型基板１２を押し当て、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３を形成し、その状態で塗布膜１３を半硬化させる（低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４は完全に硬化した状態であってもよいし、半硬化状態であってもよい）。そして、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３と成型基板１２を離型した後、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３を完全に硬化させる。この第１の方法、第２の方法によれば、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３が半硬化の状態で成型基板１２の剥離を行うので、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３と成型基板１２が強く固着される虞を排除することができる。また、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４がほとんど硬化していないか、あるいは半硬化している状態で高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１３を形成することにより、両者の境界部分が混じり合い、構造体としての強度を高めることができる。なお、半硬化させるには、常温での放置としてもよいし、適度に加熱してもよい。
【００３０】
このような本発明のＰＤＭＳシートの製造方法では、ＰＤＭＳシート１である構造体２が、金属に対する優れた密着性を有する高含有率ＰＤＭＳ層３を備えているにもかかわらず、低含有率ＰＤＭＳ層４が支持基板１１側に位置するので、構造体２と支持基板１１との離型が容易である。従来のＰＤＭＳシートの製造では、支持基板との離型を考慮して、ＰＤＭＳの加熱硬化前に支持基板から剥離し、その後、硬化処理を施していたので、製造工程での取扱い性が悪いものであったが、本発明では、このような問題が解消されている。
また、本発明では、成型基板１２の形状を適宜設定することにより、高含有率ＰＤＭＳ層３の表面（被加工面３Ａ）に所望の形状を付与することができ、用途に応じたＰＤＭＳシートの製造が可能である。
上述の実施形態は例示であり、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、ＰＤＭＳシート１が、高含有率ＰＤＭＳ層３と低含有率ＰＤＭＳ層４との間に、高含有率ＰＤＭＳ層３や低含有率ＰＤＭＳ層４とは異なる樹脂材料を有する構造体からなる場合、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４上に、所望の他の樹脂材料を供給して塗布膜を形成し、この塗布膜上に高含有率ＰＤＭＳ層３を形成するための原料１３′を供給してもよい。
【００３１】
［光学素子］
図３は、本発明の光学素子の一実施形態を示す部分平面図であり、図４は、図３に示される光学素子のＩ−Ｉ線における縦断面図である。図３および図４において、本発明の光学素子２１は、一方の面がパターン形成面３３Ａであり、他方の面がベース面３４Ａであるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シート３１と、パターン形成面３３Ａ上に位置する複数の金属パターン２２と、を備えている。
ＰＤＭＳシート３１は、光透過性と柔軟性を有しており、光透過率が８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上であり、弾性率は、引張り強度において１００ｋＰａ〜１０ＭＰａの範囲である。このようなＰＤＭＳシート３１は、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、この低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上、好ましくは５０００〜３００００ｐｐｍの範囲である高含有率ＰＤＭＳ３３層と、低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下、好ましくは０〜５００ｐｐｍの範囲である低含有率ＰＤＭＳ層３４との構造体３２であり、高含有率ＰＤＭＳ層３３側がパターン形成面３３Ａであり、低含有率ＰＤＭＳ層３４側がベース面３４Ａである。このＰＤＭＳシート３１は、上述の本発明のＰＤＭＳシート１と同様であり、パターン形成面３３ＡはＰＤＭＳシート１の被加工面３Ａに相当するものであり、ここでの説明は省略する。また、上記の構造体３２からなるＰＤＭＳシート３１は例示であり、本発明では、パターン形成面３３Ａに高含有率ＰＤＭＳ層３３が存在し、ベース面３４Ａに低含有率ＰＤＭＳ層３４が存在すればよく、したがって、高含有率ＰＤＭＳ層３３と低含有率ＰＤＭＳ層３４との間には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、高含有率ＰＤＭＳ層３３や低含有率ＰＤＭＳ層３４とは異なる樹脂材料が存在するものであってもよい。
【００３２】
ＰＤＭＳシート３１のパターン形成面３３Ａ上に位置する複数の金属パターン２２は金属ナノ構造体を構成するものであり、図示例では、長方形の左右両端に矩形の凸部を有する形状である。このような金属パターン２２の最も近接した金属パターン間の間隔Ｄによって、金属ナノ構造体間に発生する近接場光相互作用の程度が変化する。このような間隔Ｄは、光学素子の適用光の波長に応じて適宜設定することができ、通常、１０００ｎｍ以下であり、可視光に対して近接場光相互作用を発現させるためには、好ましくは２００〜５００ｎｍの範囲とすることができる。また、個々の金属パターン２２の寸法は適宜設定することができるが、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。このような金属パターン２２は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等のいずれかを主成分とするものであってよく、厚みを５０〜１０００ｎｍの範囲とすることができる。尚、本発明において主成分とは、構成成分の５０重量％を超えるものを意味する。
【００３３】
本発明の光学素子は、図５に示されるように、ＰＤＭＳシート３１のパターン形成面３３Ａの全面に下地金属層２３を備え、この下地金属層２３上に金属パターン２２を備える光学素子２１′であってもよい。また、本発明の光学素子は、図６に示されるように、金属パターン２２と同じパターン形状の下地金属層２３を介して、パターン形成面３３Ａ上に金属パターン２２を備える光学素子２１″であってもよい。このような下地金属層２３は、ＰＤＭＳシート３１と金属パターン２２との密着性を更に向上させることを目的としたものである。下地金属層２３の材質は、光学素子の動作、機能に支障を来さないように適宜選定することができ、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、これらの酸化物および窒化物のいずれかを主成分として含有するものであってよく、下地金属層２３の厚みは、例えば、１〜５ｎｍの範囲とすることができる。
【００３４】
次に、図３および図４に示される光学素子２１を例として、本発明の光学素子の動作を図７を参照しながら説明する。
光学素子２１は、例えば、金属パターン２２側（パターン形成面３３Ａ側）が凸となるような曲げによる外力が加えられ、図３および図７に矢印ａで示す方向の伸長力が作用することにより、隣接する金属パターン２２の間隔がＤからＤ′に広がる。このような隣接する金属パターン２２の間隔の変化は、隣接する金属パターン２２間に発生する近接場光相互作用を変化させることになる。これにより、光学素子２１に垂直（図４に矢印ｂで示される方向）に入射する光は、その偏光状態が変化する。このような光学素子２１の機能と偏光フィルタを利用することにより、例えば、入射光の透過と遮断を行う光スイッチ等として使用することが可能となる、また、隣接する金属パターン２２の間隔Ｄを可視光領域（４００〜７００ｎｍ）となるように設計すれば、所定の外力を加えて間隔Ｄを変化させることにより、可視光領域の入射光の偏光を変化させることが可能となる。したがって、本発明の光学素子は、従来のガラスや石英等の基板を用いる光学素子に比べて利用範囲を拡大できる。
尚、隣接する金属パターン２２の間隔を変化させるために光学素子２１に加えられる外力は、曲げに限定されるものではなく、ＰＤＭＳシート３１を引っ張って矢印ａ方向に伸長させてもよい。
【００３５】
図８は、本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。図８において、本発明の光学素子４１は、一方の面がパターン形成面５３Ａであり、他方の面がベース面であるＰＤＭＳシート５１と、このＰＤＭＳシート５１の高含有率ＰＤＭＳ層５３（パターン形成面５３Ａ）上に位置する複数の金属パターン４２と、を備えている。
光学素子４１を構成するＰＤＭＳシート５１は、上述の光学素子２１を構成するＰＤＭＳシート３１と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００３６】
ＰＤＭＳシート５１のパターン形成面５３Ａ上に位置する複数の金属パターン４２は金属ナノ構造体を構成するものであり、図示例では、長方形状のパターンが長辺側を近接させて配列されたものである。このような金属パターン４２の最も近接した金属パターン間の間隔Ｄによって、金属ナノ構造体間に発生する近接場光相互作用の程度が変化する。このような間隔Ｄは、光学素子の適用光の波長に応じて適宜設定することができ、通常、１０００ｎｍ以下であり、可視光に対して近接場光相互作用を発現させるためには、好ましくは２００〜５００ｎｍの範囲とすることができる。また、個々の金属パターン４２の寸法は適宜設定することができるが、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。このような金属パターン４２の材質は、上述の金属パターン２２と同様とすることができる。
この光学素子４１も、上述の光学素子２１′、光学素子２２″のように、ＰＤＭＳシート５１のパターン形成面５３Ａと金属パターン４２との間に下地金属層を備えるものであってよい。
このような光学素子４１は、上述の光学素子２１と同様に、外力が加えられて隣接する金属パターン４２の間隔Ｄが変化することにより、隣接する金属パターン４２間に発生する近接場光相互作用を変化させることができる。
【００３７】
さらに、本発明の光学素子の他の実施形態として、メタマテリアルとして機能する光学素子を図９〜図１２に示して説明する。
図９は、メタマテリアルとして機能する本発明の光学素子の実施形態を示す部分平面図である。図９において、本発明の光学素子６１は、一方の面がパターン形成面７３Ａであり、他方の面がベース面であるＰＤＭＳシート７１と、このＰＤＭＳシート７１の高含有率ＰＤＭＳ層７３（パターン形成面７３Ａ）上に位置する複数の金属パターン６２と、を備えている。
光学素子６１を構成するＰＤＭＳシート７１は、上述の光学素子２１を構成するＰＤＭＳシート３１と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００３８】
ＰＤＭＳシート７１のパターン形成面７３Ａ上に位置する複数の金属パターン６２は金属ナノ構造体を構成するものであり、図示例では、１つの切欠き部６２ａを有する略リング形状のパターンが配列されたものである。そして、個々の金属パターン６２の切欠き部６２ａの間隔Ｄによって、金属ナノ構造体間に発生する近接場光相互作用の程度が変化する。このような間隔Ｄは、光学素子の適用光の波長に応じて適宜設定することができ、通常、１０００ｎｍ以下であり、可視光に対して近接場光相互作用を発現させるためには、好ましくは２００〜５００ｎｍの範囲とすることができる。また、個々の金属パターン６２の寸法Ｌ、および、金属パターン６２の配列ピッチＰは適宜設定することができるが、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、本発明において略リング形状とは、少なくとも１つの切欠き部を有しながら、全体として環状である形状であり、環状とは、円環状、方環状、多角形の環状等の種々の形態であり、したがって、例えば、図１０に示すような、１つの切欠き部６２ａを有する方環状のパターンであってもよい。このような金属パターン６２の材質は、上述の金属パターン２２と同様とすることができる。
【００３９】
この光学素子６１も、上述の光学素子２１′、光学素子２２″のように、ＰＤＭＳシート７１のパターン形成面７３Ａと金属パターン６２との間に下地金属層を備えるものであってよい。
このような光学素子６１は、上述の光学素子２１と同様に、外力が加えられて、略リング形状の金属パターン６２の切欠き部６２ａの間隔Ｄが変化することにより、金属ナノ構造体間に発生する近接場光相互作用を変化させることができる。
【００４０】
図１１は、メタマテリアルとして機能する本発明の光学素子の他の実施形態を示す部分平面図である。図１１において、本発明の光学素子８１は、一方の面がパターン形成面９３Ａであり、他方の面がベース面であるＰＤＭＳシート９１と、このＰＤＭＳシート９１の高含有率ＰＤＭＳ層９３（パターン形成面９３Ａ）上に位置する複数の金属パターン８２と、を備えている。
光学素子８１を構成するＰＤＭＳシート９１は、上述の光学素子２１を構成するＰＤＭＳシート３１と同様であり、ここでの説明は省略する。
【００４１】
ＰＤＭＳシート９１のパターン形成面９３Ａ上に位置する複数の金属パターン８２は金属ナノ構造体を構成するものであり、図示例では、２つの切欠き部８２ａ、８２ａを有する略リング形状のパターンが配列されたものである。そして、個々の金属パターン８２の切欠き部８２ａ、８２ａの間隔Ｄによって、金属ナノ構造体間に発生する近接場光相互作用の程度が変化する。このような間隔Ｄは、光学素子の適用光の波長に応じて適宜設定することができ、通常、１０００ｎｍ以下であり、可視光に対して近接場光相互作用を発現させるためには、好ましくは２００〜５００ｎｍの範囲とすることができる。個々の金属パターン８２の寸法Ｌ、および、金属パターン８２の配列ピッチＰは適宜設定することができるが、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。また、金属パターン８２は、例えば、図１２に示すような、２つの切欠き部８２ａ、８２ａを有する方環状のパターンであってもよい。このような金属パターン８２の材質は、上述の金属パターン２２と同様とすることができる。
【００４２】
この光学素子８１も、上述の光学素子２１′、光学素子２２″のように、ＰＤＭＳシート９１のパターン形成面９３Ａと金属パターン８２との間に下地金属層を備えるものであってよい。
このような光学素子８１は、上述の光学素子２１と同様に、外力が加えられて、略リング形状の金属パターン８２の切欠き部８２ａ、８２ａの間隔Ｄが変化することにより、金属ナノ構造体間に発生する近接場光相互作用を変化させることができる。
【００４３】
このような本発明の光学素子は、ＰＤＭＳシート３１，５１，７１，９１の高含有率ＰＤＭＳ層３３，５３，７３，９３（パターン形成面）に金属パターン２２，４２，６２，８２が位置しているので、金属パターンとＰＤＭＳシートとの密着性が優れ、信頼性の高いものである。また、ＰＤＭＳシートの低含有率ＰＤＭＳ層３４（ベース面３４Ａ）は、ガラス基板、石英基板、シリコン基板等のケイ素含有基板に対する反応性が低いので、これらの基板上にベース面を当接させて載置、保管しても固着発生が防止され、取扱い性、安定性に優れている。
【００４４】
上述の実施形態は例示であり、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、本発明の光学素子として、上述の光学素子６１を積層した構造であってもよい。この場合、各層をなす光学素子６１の略略リング形状の金属パターン６２の切欠き部６２ａの位置は、積層方向で一致させてもよく、１層毎あるいは複数層毎に切欠き部６２ａの位置を交互にずらして配置してもよく、さらに、各層毎に切欠き部６２ａの位置をランダムに配置してもよい。このような構造の光学素子の積層数は、要求される光学特性、用途等に応じて適宜設定することができる。また、このような積層構造の光学素子は、上述の光学素子８１を使用して構成することができる。
【００４５】
［光学素子の製造方法］
図１３および図１４は、本発明の光学素子の製造方法の一実施形態を示す工程図であり、図３および図４に示される光学素子２１を例としたものである。
本発明の光学素子の製造方法では、まず、低含有率ＰＤＭＳ層３４を形成するための原料を支持基板３７上に塗布して、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′を形成する（図１３（Ａ））。使用する原料は、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときに、この低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍ以下、好ましくは０〜５００ｐｐｍの範囲にあるＰＤＭＳである。支持基板３７は、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板等の剛性がある基板を使用することができ、塗布膜３４′を形成する面は、塗布膜３４′の厚みの均一性、後工程における構造体３２との離型を考慮して、例えば、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下の平坦面であることが好ましい。
【００４６】
また、支持基板３７上への塗布膜３４′の形成は、例えば、スピン塗布方法、刷毛による塗布方法等により行うことができ、塗布膜３４′の厚みは、後工程で硬化して形成される低含有率ＰＤＭＳ層３４の厚みが０．００５〜５ｍｍ、好ましくは０．０５〜１ｍｍの範囲となるように、適宜設定することができる。後工程で硬化して形成される低含有率ＰＤＭＳ層３４の厚みが０．００５ｍｍ未満となるような塗布膜３４′の厚みであると、形成される低含有率ＰＤＭＳ層３４の一部に欠陥が生じ、後工程における構造体３２と支持基板３７との離型が困難になったり、構造体３２の破断等が生じるおそれがある。一方、低含有率ＰＤＭＳ層３４の厚みが５ｍｍを超えるような塗布膜３４′の厚みであると、低含有率ＰＤＭＳ層３４により奏される効果の更なる向上が期待できないとともに、光学素子２１の製造コストが増大するので好ましくない。
【００４７】
次に、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′上に、高含有率ＰＤＭＳ層３３を形成するための原料３３″を供給し（図１３（Ｂ））、この原料３３″に成型基板３８を押し付けることにより、成型基板３８と低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′との間に高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３３′を形成し（図１３（Ｃ））、その後、塗布膜３３′と成型基板３８とを離型する（図１３（Ｄ））。ここで使用する原料３３″は、低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍ以上、好ましくは５０００〜３００００ｐｐｍの範囲にあるＰＤＭＳである。この原料３３″の低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜１４上への供給は、ディスペンサを使用して液滴として供給することができるが、これに限定されるものではない。塗布膜３３′の厚みは、後工程で形成されるＰＤＭＳシート３１（構造体３２）の厚みが０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍの範囲となるように適宜設定することができる。構造体３２の厚みが０．１ｍｍ未満となるような塗布膜３３′の厚みであると、原料３３″の粘度が高いので、構造体３２の厚みが不均一となったり、支持基板３７からの剥離時に破断が生じ易く、製造が難しくなる。一方、構造体３２の厚みが１０ｍｍを超えるような塗布膜３３′の厚みであると、後工程の金属パターン２２の形成が困難となり好ましくない。
【００４８】
また、成型基板３８は、原料３３″を塗布膜３３′とするとともに、後工程で形成される高含有率ＰＤＭＳ層３３の表面（パターン形成面３３Ａ）の形状を決定するものである。このような成型基板３８としては、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板等の剛性がある基板を使用することができ、原料３３″（塗布膜３３′）に押し付けられる面の形状は、表面平均粗さＲａが０．１μｍ以下の平坦面であることが好ましい。
次いで、高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３３′および低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′を硬化させて、高含有率ＰＤＭＳ層３３と低含有率ＰＤＭＳ層３４との構造体３２を支持基板３７上に形成する（図１３（Ｅ））。
上記の製造方法の実施形態における高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３３′と成型基板３８との離型時（図１３（Ｄ））の塗布膜３３′は、ほとんど硬化していない状態であってもよく、半硬化状態であってもよい。また、このときの低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′は、完全に硬化した状態であってもよく、半硬化状態であってもよい。例えば、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′を半硬化させておいて高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３３′を形成してもよく、この場合、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′と高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３３′の境界部分が混じり合うことにより、構造体３２としての強度を高めることができる。
【００４９】
次に、構造体３２の高含有率ＰＤＭＳ層３３の表面（パターン形成面３３Ａ）にレジストパターン３９を形成し（図１４（Ａ））、このレジストパターン３９を被覆するように金属層２２′を形成する（図１４（Ｂ））。レジストパターン３９は、例えば、感光性レジストを使用してフォトリソグラフィーにより形成することができる。また、金属層２２′は、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等を主成分とする材料を用いてスパッタリング法や蒸着法等の真空成膜法により形成することができ、厚みは５０〜１０００ｎｍの範囲とすることができる。
次いで、レジストパターン３９を除去するとともに、レジストパターン３９上の金属層２２′を除去（リフトオフ）し、金属パターン２２を形成する（図１４（Ｃ））。その後、構造体３２と支持基板３７とを離型する（図１４（Ｄ））。これにより、本発明の光学素子２１が得られる。
【００５０】
上述の製造方法では、レジストパターン３９の除去によるリフトオフ法で金属パターン２２を形成しているが、これに限定されるものではない。例えば、構造体３２の高含有率ＰＤＭＳ層３３の表面（パターン形成面３３Ａ）にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等を主成分とする材料を用いてスパッタリング法や蒸着法等の真空成膜法により金属層を形成し、その後、この金属層にパターンエッチングを施して金属パターン２２を形成してもよい。
また、上述の光学素子２１′のように、パターン形成面３３Ａの全面に下地金属層２３を備え、この下地金属層２３上に金属パターン２２を備える光学素子を作製する場合には、構造体３２を支持基板３７上に形成（図１３（Ｅ））した後、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、これらの酸化物および窒化物のいずれかを主成分とする材料を用いてスパッタリング法や蒸着法等の真空成膜法によりパターン形成面３３Ａの全面に下地金属層２３を形成し、その後、上述のように金属パターン２２を形成する。
【００５１】
また、上述の光学素子２１″のように、金属パターン２２と同じパターンの下地金属層２３を備える光学素子を作製する場合には、構造体３２を支持基板３７上に形成（図１３（Ｅ））した後、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、これらの酸化物および窒化物のいずれかを主成分とする材料を用いてスパッタリング法や蒸着法等の真空成膜法によりパターン形成面３３Ａの全面に下地金属層２３を形成する。その後、下地金属層２３にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等を主成分とする材料を用いてスパッタリング法や蒸着法等の真空成膜法により金属層を形成し、この金属層と下地金属層２３とにパターンエッチングを施して金属パターン２２（これと同一パターンの下地金属層２３）を形成する。
【００５２】
本発明の光学素子の製造方法では、ＰＤＭＳシート３１である構造体３２を形成し、この構造体３２を構成する高含有率ＰＤＭＳ層３３（パターン形成面３３Ａ）に金属パターン２２を形成するので、金属パターン２２とＰＤＭＳシート３１との密着性が高いものとなる。また、構造体３２を構成する低含有率ＰＤＭＳ層３４が支持基板３７側に位置するので、支持基板３７からの光学素子２１の離型が容易である。
上述の実施形態は例示であり、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、ＰＤＭＳシート３１が、高含有率ＰＤＭＳ層３３と低含有率ＰＤＭＳ層３４との間に、高含有率ＰＤＭＳ層３３や低含有率ＰＤＭＳ層３４とは異なる樹脂材料を有する構造体からなる場合、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜３４′上に、他の樹脂材料を供給して塗布膜を形成し、この塗布膜上に高含有率ＰＤＭＳ層３３を形成するための原料３３″を供給してもよい。
【実施例】
【００５３】
次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
支持基板として、厚み０．６２５ｍｍ、直径１５０ｍｍのシリコン基板を準備した。この支持基板の表面平均粗さＲａは０．００１μｍであった。尚、表面平均粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（セイコーインスツル（株）製  L-Trace II）を使用して行った。
低含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ａに重合開始剤を混合した後、上記の支持基板上にスピンコート法で塗布して塗布膜Ａを形成した。この原料Ａは、低分子量シロキサンを［−Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｏ−］k（ｋは３〜２０の整数）で表される環状構造としたときの低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍのＰＤＭＳであった。また、塗布膜Ａの厚みは、硬化して形成される低含有率ＰＤＭＳ層の厚みが０．１ｍｍとなるように設定した。
【００５４】
次に、高含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ｂに重合開始剤を混合した後、低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜Ａ上にディスペンサを使用して滴下（２０ｇ）した。この原料Ｂは、低分子量シロキサンの含有量が２０００ｐｐｍのＰＤＭＳであった。
次いで、供給した原料Ｂに、成型基板（成型面の表面平均粗さＲａは０．００１μｍ）を押し付けることにより、成型基板と低含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜Ａとの間に高含有率ＰＤＭＳ層用の塗布膜Ｂを形成した。この状態で常温にて放置して塗布膜Ｂを半硬化させた後、塗布膜Ｂと成型基板とを離型した。次いで、半硬化状態にある塗布膜Ａおよび塗布膜Ｂを加熱により完全に硬化させ、高含有率ＰＤＭＳ層と低含有率ＰＤＭＳ層との構造体（厚み１．２ｍｍ）とし、この構造体と支持基板とを離型して、ＰＤＭＳシートを作製した。
【００５５】
［実施例２］
高含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ｂとして、低分子量シロキサンの含有量が７０００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用した他は、実施例１と同様にして、ＰＤＭＳシートを作製した。
【００５６】
［実施例３］
低含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ａとして、低分子量シロキサンの含有量が２００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用した他は、実施例１と同様にして、ＰＤＭＳシートを作製した。
【００５７】
［比較例１］
低含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ａとして、低分子量シロキサンの含有量が２００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用し、高含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ｂとして、低分子量シロキサンの含有量が１０００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用した他は、実施例１と同様にして、ＰＤＭＳシートを作製した。
【００５８】
［比較例２］
低含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ａとして、低分子量シロキサンの含有量が１５００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用した他は、実施例１と同様にして、ＰＤＭＳシートを作製した。
【００５９】
［比較例３］
低含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ａとして、低分子量シロキサンの含有量が１３００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用し、高含有率ＰＤＭＳ層を形成するための原料Ｂとして、低分子量シロキサンの含有量が１７００ｐｐｍのＰＤＭＳを使用した他は、実施例１と同様にして、ＰＤＭＳシートを作製した。
【００６０】
［評  価］
（離型性）
上述のＰＤＭＳシートの作製における支持基板からの構造体の離型を観察し、下記の基準で離型性を評価し、結果を下記の表１に示した。
（評価基準）
○  ：  固着による支持基板への構造体の残りなし
×  ：  固着による支持基板への構造体の残りあり
【００６１】
（金属密着性（対Ｃｒ））
上述のように作製したＰＤＭＳシートの高含有率ＰＤＭＳ層側（被加工面）に、スパッタリング法によりＣｒ薄膜（厚み５０ｎｍ）を形成し、このＣｒ薄膜とＰＤＭＳシートとの密着力をクロスカット法により評価し、結果を下記の表１に示した。すなわち、１辺が１ｃｍの正方形領域を１００個形成するようにＣｒ薄膜にカッターナイフで切り込みを入れ、１００個の正方形領域全てについて、粘着テープ（ニチバン（株）製  セロテープ）を貼着後、直上に引き上げてＣｒ薄膜の剥離の有無を観察し、下記の基準で評価した。
（評価基準）
○  ：  Ｃｒ薄膜の正方形領域の剥離がなく、密着性が良好
×  ：  Ｃｒ薄膜の正方形領域の剥離が発生し、密着性が不十分
【００６２】
（金属密着性（対Ａｕ））
上述のように作成したＰＤＭＳシートの高含有率ＰＤＭＳ層側（被加工面）に、スパッタリング法によりＡｕ薄膜（厚み５０ｎｍ）を形成し、このＡｕ薄膜とＰＤＭＳシートとの密着力を上記と同様に測定し、上記と同様の基準で密着性を評価し、結果を下記の表１に示した。
【００６３】
（安定性）
上述のように作製したＰＤＭＳシートを、低含有率ＰＤＭＳ層側（ベース面）が当接するようにシリコン基板上に載置して１２０日間維持し、その後、シリコン基板に対するＰＤＭＳシートの固着発生の有無を観察し、結果を下記の表１に示した。
【００６４】
【表１】
0005786372.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００６５】
ポリジメチルシロキサンシートを使用する種々の技術分野において有用であり、また、種々の光学素子の製造において有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１…ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シート
２…構造体
３…高含有率ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層
３Ａ…被加工面
４…低含有率ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層
４Ａ…ベース面
１１…支持基板
１２…成型基板
１３，１４…塗布膜
２１，２１′，２１″，４１，６１，８１…光学素子
２２，４２，６２，８２…金属パターン
２３…下地金属層
３１，５１，７１，９１…ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）シート
３２…構造体
３３，５３，７３，９３…高含有率ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層
３３Ａ，５３Ａ，７３Ａ，９３Ａ…パターン形成面
３４…低含有率ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）層
３４Ａ…ベース面
３３′，３４′…塗布膜
３７…支持基板
３８…成型基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
0005786372.tif 000005
【図４】
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【図５】
0005786372.tif 000007
【図６】
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【図７】
0005786372.tif 000009
【図８】
0005786372.tif 000010
【図９】
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【図１０】
0005786372.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
0005786372.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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