(57)【要約】【課題】薄膜の面内、膜厚方向において機能性材料の連続的な濃度階調を持たせることが容易な光学素子の作製方法、このための電着液および製造装置。【解決手段】機能性材料を含む電着液を用いて、光電着法あるいは電着法により光学素子作製基板に光学素子を作製する方法において、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が膜厚の方向および／または膜の面内方向において濃度階調を有する薄膜を作製する工程を含む光学素子作製方法、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下し、疎水性基と親水性基を有し、疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にある膜形成高分子材料および機能性材料を含む電着液、および電着又は光電着薄膜形成装置に、光学素子作製基板に対し電着液の流れを形成するための液流形成機構を設けた光学素子製造装置。【選択図】　図４
2004021196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板上に導電性薄膜を設けた光学素子作製基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液に、前記光学素子作製基板の少なくとも前記導電性薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記膜形成高分子材料および機能性材料を含む薄膜を析出形成させる工程を含む光学素子作製方法であって、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度階調を有する薄膜を作製する工程を含む光学素子作製方法。
【請求項２】
薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の膜厚方向において濃度階調を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子作製方法。
【請求項３】
薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の面内方向において濃度階調を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子作製方法。
【請求項４】
光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることが、電着液中において、該電着液の機能性材料濃度とは異なる機能性材料濃度を有する電着液を光学素子作製基板に向けて流出させることにより行なわれることを特徴とする請求項１に記載の光学素子作製方法。
【請求項５】
光学素子作製基板に向けて流出させる電着液の機能性材料濃度を経時的に変化させることを特徴とする請求項４に記載の光学素子作製方法。
【請求項６】
光学素子作製基板の上に形成されたすべての薄膜を他の基板に転写する工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の光学素子作製方法。
【請求項７】
薄膜形成後、さらに薄膜を加熱処理する工程を行なうことを特徴とする請求項１に記載の光学素子作製方法。
【請求項８】
絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層した光学素子作製基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液に、前記光学素子作製基板の少なくとも前記光半導体薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光を照射することにより選択領域の光半導体薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記半導体薄膜の選択領域に前記材料を析出形成する工程を含む光学素子作製方法であって、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度階調を有する薄膜を作製する工程を含む光学素子作製方法。
【請求項９】
薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の膜厚方向において濃度階調を有することを特徴とする請求項８に記載の光学素子作製方法。
【請求項１０】
薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の面内方向において濃度階調を有することを特徴とする請求項８に記載の光学素子作製方法。
【請求項１１】
光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることが、電着液中において、該電着液の機能性材料濃度とは異なる機能性材料濃度を有する電着液を光学素子作製基板に向けて流出させることにより行なわれることを特徴とする請求項８に記載の光学素子作製方法。
【請求項１２】
光学素子作製基板に向けて流出させる電着液の機能性材料濃度を経時的に変化させることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子作製方法。
【請求項１３】
光照射することなく光学素子作製基板の光半導体薄膜のもつショットキーバリアーを越える電圧を印加することにより前記基板の全面に薄膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の光学素子作製方法。
【請求項１４】
光学素子作製基板の上に形成されたすべての薄膜を、他の基板に転写する工程を行なうことを特徴とする請求項８に記載の光学素子作製方法。
【請求項１５】
薄膜形成後、さらに薄膜を加熱処理する工程を行なうことを特徴とする請求項８に記載の光学素子作製方法。
【請求項１６】
ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む電着液であって、前記膜形成高分子材料が、疎水性基と親水性基を有し、疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にある高分子材料であることを特徴とする請求項１または請求項８に記載の光学素子作製方法に用いるための電着液。
【請求項１７】
絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層した光学素子作製基板に光学素子を作製するための光学素子製造装置であって、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液を収容するための電着槽、電着槽の中に置かれ前記導電性薄膜と電気的に接続する対向電極、前記光学素子作製基板の光半導体薄膜に光を照射するための露光手段、および前記光学素子作製基板に対し、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液の流れを形成するための液流形成機構を少なくとも備えた光学素子製造装置。
【請求項１８】
さらに、導電性薄膜と対向電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段を備えることを特徴とする請求項１７に記載の光学素子製造装置。
【請求項１９】
絶縁性基板上に導電性薄膜を設けた光学素子作製基板に光学素子を作製するための光学素子製造装置であって、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液を収容するための電着槽、電着槽の中に置かれ導電性薄膜と電気的に接続する対向電極、導電性薄膜と対向電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段、および前記光学素子作製基板に対し、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液の流れを形成するための液流形成機構を少なくとも備えた光学素子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、μｍオーダーでパターニングされる高分子薄膜の作製方法に関するものであり、特に、薄膜の平面内あるいは薄膜の膜厚方向において、色や屈折率等に分布を持たせた光学素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高分子薄膜をμｍオーダーでパターニングする方法として、高分子薄膜材料として光硬化性樹脂をスピンコート等の手段により、平坦な基板上に塗布乾燥し、紫外光により露光した後、現像することによりパターニングする方法が知られている。また、高分子薄膜材料が光硬化性樹脂でない場合には、高分子膜材料の上にさらに光硬化性樹脂を同様に塗布し、露光・現像することによりパターニングする方法も知られている。
これらの方法では、高分子薄膜内に何らかの機能を持つ機能性材料、たとえば微粒子（顔料、高屈折材料等）、分子（染料等）、あるいは別の種類の高分子等を分散させて、均一な分散膜を作製することができる。しかし、高分子薄膜そのものは、たとえばスピンコート法により均一に形成されるため、薄膜の面内においてあるいは薄膜の膜厚方向ににおいて濃度分布を持たせたり、連続的に濃度を変化させることはできなかった。機能性材料の濃度が異なる高分子薄膜材料の塗布液を複数種類用意し、何回も塗布することにより膜厚方向に濃度分布を持たせた薄膜を作製することは可能であるが、この場合、濃度変化は階段状となり、連続的に濃度を変えることは難しい。
【０００３】
一方、本発明者等は、先に着色材を含む電着材料を用い、低電圧印加で電着あるいは光電着させることにより、解像度に優れた画像形成方法およびカラーフィルターの製造方法を提供したが、これらは特開平１０−１１９４１４号公報、特開平１１−１８９８９９号公報、特開平１１−１５４１８号公報、特開平１１−１７４７９０号公報、特開平１１−１３３２２４号公報、特開平１１−３３５８９４号公報等に詳細に開示されている。これらの画像形成方法およびカラーフィルターの製造方法は、簡易な方法で着色膜を解像度よく形成することを特長とするが、主として、液晶表示装置等の表示装置の分野において応用されている技術である。
【０００４】
前記光電着法およびその関連技術では、（ａ）印可するバイアス電圧の強さ、（ｂ）光照射の時間、（ｃ）照射する光強度、のいずれか１つ以上を制御して、電着される膜厚を連続的に変化させることにより、その中に含まれる機能性材料の量を連続的に変化させることができる（すなわち膜厚が大きいところでは機能性材料が多く存在する）。したがって、この方法により、面内において機能性材料の連続的な階調を有する薄膜を得ることができる。しかし、一方、膜の平面性が損なわれることや、得られる高分子薄膜を他の面に転写すると、膜厚が厚すぎる部分が滲みやすいなどの問題が生ずる。また、この方法では、膜厚方向において、機能性材料の連続的な階調を有する薄膜を得ることができないことはいうまでもない。
【０００５】
従来の技術において、高分子薄膜の内部の機能性材料の濃度などを変化させた階調を得る技術としては、特定波長の光を当てると色が変化したり、消失したりする分子を利用したフォトブリーチング法と呼ばれる方法がある。この方法を利用することにより、スピンコート膜のような均一内でもある程度の屈折率分布を得ることができる。しかし、フォトブリーチング法に適する材料が限られるため、技術の自由度は低く汎用的でない。
【０００６】
このように、主成分が高分子材料である薄膜内部に、任意の機能性材料（顔料微粒子、染料、高屈折材料微粒子等）を含み、それが薄膜面内あるいは薄膜の膜厚方向において連続的な濃度分布（階調）を持たせた高分子薄膜を作製する方法、また、パターニングされた前記のごとき高分子薄膜を作製する方法は実現されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のごとき要請に基づきなされたものであり、その目的は、機能性材料を含む高分子薄膜の薄膜面内および／または薄膜の膜厚方向において、機能性材料の緩やかなあるいは連続的な濃度分布（階調）を持たせることが容易な光学素子の作製方法、それに用いるための電着液および光学素子製造装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記課題は、以下の光学素子作製方法、それに用いる電着液および光学素子製造装置を提供することにより解決される。
（１）絶縁性基板上に導電性薄膜を設けた光学素子作製基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液に、前記光学素子作製基板の少なくとも前記導電性薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記膜形成高分子材料および機能性材料を含む薄膜を析出形成させる工程を含む光学素子作製方法であって、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度階調を有する薄膜を作製する工程を含む光学素子作製方法。
【０００９】
（２）絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層した光学素子作製基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液に、前記光学素子作製基板の少なくとも前記光半導体薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光を照射することにより選択領域の光半導体薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記半導体薄膜の選択領域に前記材料を析出形成する工程を含む光学素子作製方法であって、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度階調を有する薄膜を作製する工程を含む光学素子作製方法。
【００１０】
（３）薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の膜厚方向において濃度階調を有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法。
（４）薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の面内方向において濃度階調を有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法。
（５）光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることが、電着液中において、該電着液の機能性材料濃度とは異なる機能性材料濃度を有する電着液を光学素子作製基板に向けて流出させることにより行なわれることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法。
（６）光学素子作製基板に向けて流出させる電着液の機能性材料濃度を経時的に変化させることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法。
（７）光学素子作製基板の上に形成されたすべての薄膜を他の基板に転写する工程を行なうことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法。
（８）薄膜形成後、さらに薄膜を加熱処理する工程を行なうことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法。
（９）光照射することなく光学素子作製基板の光半導体薄膜のもつショットキーバリアーを越える電圧を印加することにより前記基板の全面に薄膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする前記（２）に記載の光学素子作製方法。
【００１１】
（１０）ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む電着液であって、前記膜形成高分子材料が、疎水性基と親水性基を有し、疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にある高分子材料であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子作製方法に用いるための電着液。
【００１２】
（１１）絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層した光学素子作製基板に光学素子を作製するための光学素子製造装置であって、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液を収容するための電着槽、電着槽の中に置かれ前記導電性薄膜と電気的に接続する対向電極、前記光学素子作製基板の光半導体薄膜に光を照射するための露光手段、および前記光学素子作製基板に対し、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液の流れを形成するための液流形成機構を少なくとも備えた光学素子製造装置。
（１２）さらに、導電性薄膜と対向電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段を備えることを特徴とする前記（１１）に記載の光学素子製造装置。
【００１３】
（１３）絶縁性基板上に導電性薄膜を設けた光学素子作製基板に光学素子を作製するための光学素子製造装置であって、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液を収容するための電着槽、電着槽の中に置かれ導電性薄膜と電気的に接続する対向電極、導電性薄膜と対向電極との間に電圧を印加するための電圧印加手段、および前記光学素子作製基板に対し、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料および機能性材料を含む水系の電着液の流れを形成するための液流形成機構を少なくとも備えた光学素子製造装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記特開平１０−１１９４１４号公報、特開平１１−１８９８９９号公報、特開平１１−１５４１８号公報、特開平１１−１７４７９０号公報、特開平１１−１３３２２４号公報、特開平１１−３３５８９４号公報等に記載の電着法あるいは光電着法を用いて薄膜を析出形成させる技術を利用して光学素子を作製するもので、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度階調を有する薄膜を作製することを特徴とする。なお、以下の説明において、光学素子として主として光導波路（クラッド層、コア層等）やレンズを例にとって説明するが、これらに限られるものではない。
本発明の光学素子作製方法により、薄膜中の機能性材料の濃度階調を作ることが容易に行え、しかも従来のようにステップ状の濃度変化ではなく、連続的な濃度階調を得ることができる。また、膜厚方向だけでなく膜の面内方向における濃度階調を作ることができ、さらにこれらを組み合わせて３次元的な濃度階調を得ることもできる。また、析出形成される薄膜自体は、前記濃度階調にかかわらず膜厚が均一（膜が平坦）であるため、転写が容易であり、滲みや欠陥が少ない。
【００１５】
この電着法とは、基本的に、絶縁性基板上に導電性薄膜を設けた電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記導電性薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記材料を析出させる方法である。
また、光電着法は、光半導体薄膜に生ずる光起電力を利用するもので、絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層した光電着基板を、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記光半導体薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記光半導体薄膜の選択領域に光を照射することにより選択領域の光半導体薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記半導体薄膜の選択領域に前記材料を析出させる方法である。
【００１６】
これらの電着法および光電着法を用いることにより、高電圧を印加することなく（５Ｖ以下）、微細なパターンを有する光学素子を精度よく形成することができる。また、従来の感光性樹脂を用いる光学素子の作製法では、基板に膜厚を精度よく制御して塗布する必要があり、またエッチングによりアルカリ廃液を出すなどの問題があったが、本発明によれば、光照射時間または電圧印加時間を調節することによって形成すべき薄膜の膜厚を容易に制御でき、また、パターン形成のためのエッチング処理も不用で環境に対する負荷も小さい。
【００１７】
最初に、光電着法を用いて光学素子を作製する方法について説明する。この方法で用いる光学素子作製基板は、絶縁性基板上に導電性薄膜および光半導体薄膜をこの順に積層したもので、絶縁性基板としては、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が、導電性薄膜としてはＩＴＯ、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム等が、また、光半導体薄膜としては、以下で述べるような酸化チタン薄膜、酸化亜鉛薄膜等が用いられる。なお、絶縁性基板を通して光半導体薄膜に光照射する場合には、絶縁性基板および導電性薄膜は光透過性であることが必要である。ただし、電着液を通して光照射する場合はこの限りでない。
また、電着液は以下で述べる電着法と共通であるので、まとめて後述する。
【００１８】
本発明において「選択領域」とは、光学素子作製基板の部分的領域だけでなく、全面領域をさすことがあり、たとえば、クラッド層を前記基板に対し全面に形成する場合には、全面に光照射することを意味する。
【００１９】
本発明の方法により、クラッド層およびコア層を積層して光学素子を作製する場合であって、かつクラッド層を全面に形成するには、まず、クラッド形成用電着液を用い、前記光学素子作製基板の選択領域（全面）に光照射することにより、クラッド層を形成した後、形成したクラッド層を乾燥させることなく、コア形成用電着液を用い、選択領域（コア形成領域）に光照射することによりコア層を形成することができる。また、このようにして形成した、クラッド層およびコア層を乾燥させることなく、クラッド形成用電着液を用い、全面に光照射することにより、コア層の上にさらにクラッド層を形成することもできる（下部クラッド層−コア層−上部クラッド層）。
さらに、前記のクラッド層を形成する場合、光照射することなく、光学素子作製基板の光半導体薄膜がもつショットキーバリアーを超える電圧を印加することによって、クラッド層を電着形成することも可能である。この方法では露光工程を省くことができ、より簡易な方法となる。
【００２０】
ここで、図を用いて本発明の光学素子作製方法について例を挙げて説明する。
図１（Ａ）ないし図１（Ｄ）は、コア層の膜厚方向に機能性材料（たとえば屈折率制御微粒子）が濃度階調を有し、コア層を挟んでクラッド層を基板の全面に形成した光導波路の作製工程を示す。
図１（Ａ）は光学素子作製基板の一例を示し、１０は光学素子作製基板、１２は絶縁性基板、１４は導電性膜、１６は光半導体薄膜をそれぞれ示す。図１（Ｂ）は、光半導体薄膜の上にクラッド層用電着液を用い、全面光照射するか、あるいは光照射することなく前記光半導体薄膜がもつショットキーバリアーを超える電圧を印加することによってクラッド層１８（未乾燥状態）を形成した状態を示す図である。
図１（Ｃ）は、未乾燥状態にあるクラッド層１８の上に、コア層用電着液を用い、選択領域に光照射することにより、選択領域にコア層２０を形成した状態を示す。この際、後述のように、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度階調を有するコア層を作製する。機能性材料が屈折率制御微粒子の場合には、屈折率分布を有するコア層が形成される。この図では、コア層の膜厚方向において中間部分が機能性材料を多く含む態様が示されている。
また、図１（Ｄ）は、未乾燥状態のコア層２０の上に、クラッド層用電着液を用い、全面光照射するか、あるいは光照射することなく前記光半導体薄膜がもつショットキーバリアーを超える電圧を印加することによってクラッド層２２（未乾燥状態）を形成した状態を示す図である。この後、各層を乾燥させ光学素子とする。
前記の例では、コア層が濃度階調を有する例を示したが、クラッド層あるいはコア層とクラッド層に濃度階調が存在するものであってもよいことは勿論である。
【００２１】
また、図２（Ａ）および（Ｂ）は、薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の膜面内方向において濃度階調を有するような光学素子（たとえばレンズ）の一例を示す。図２（Ａ）および（Ｂ）は、光学素子作製基板１０の上に形成された平面形状が円形の薄膜２４において、円の中心から周辺に向かい機能性材料の濃度が低下する状態を点の密度で示している。
【００２２】
また、前記光電着法において、光学素子作製基板として、導電性基板の上に光半導体薄膜を設けたものを用いてもよい。導電性基板の材料としては、鉄及びその化合物、ニッケル及びその化合物、亜鉛及びその化合物、銅及びその化合物、チタン及びその化合物、及びこれらの混合材料より選択される少なくとも一種を用いることができる。導電性基板としては、このほかに導電性プラスチックフィルムを用いることもできる。
また、光半導体が酸化チタンあるいは酸化亜鉛の場合、後述のような方法で形成される他、金属チタンあるいは金属亜鉛の板の表面を酸化処理することによって板の表面に光半導体薄膜を形成することができる。この場合、光学素子作製基板あるいは着膜基板は、導電性基板およびその上の光半導体薄膜から構成されることになる。
酸化処理は、空気中での高温加熱処理、陽極酸化処理などの安価な方法を用いることができ、高価なスパッタリング法を用いることなく光透過性半導体薄膜を形成することが可能となる。なお、下地金属基板の酸化処理を行っていない部分は不要な電着膜形成を避けるため絶縁膜処理を行うことが望ましい。
【００２３】
次に、電着法を用いて前記のごとき光学素子を作製する方法について説明する。この方法においては、絶縁性基板上に導電性薄膜またはパターン状の導電性薄膜を設けた光学素子作製基板を用い、これを、ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料と機能性材料を含む水系の電着液に、少なくとも前記導電性薄膜が電着液に接触するように配置した状態で、前記導電性薄膜と対向電極の間に電圧を印加し、前記導電性薄膜の上に前記材料を析出させるもので、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることにより、その中に含まれる機能性材料が濃度諧調を有する薄膜を作製することができる。たとえば、この方法により光学素子作製基板の上に、機能性材料の濃度階調を有するコア層を形成することができる。
絶縁性基板としては光電着法の場合と同様のものが使用できる。また、パターン状の導電性薄膜は、導電性薄膜を常法によりパターン化するか、または、導電性基板に必要な部分だけ残して絶縁膜を塗布してパターン状の導電部分を露出される方法を用いてもよい。これらの基板を用いて、電着法によりクラッド層またはコア層を作製することができる。
【００２４】
次に、前記のようにして形成した光学素子を他の基板に転写する方法について説明する。
まず、前記のごとき光電着法により作製した光学素子を光学素子用基板に転写する方法について説明する。光電着法により作製した光学素子、またはコア層単独あるいはクラッド層単独、あるいはクラッド層およびコア層を他の基板に転写することができる。この基板としてクラッド層としても機能する基板を用いることができる。このようにすることにより電着工程を含む全工程数を減らすことができる。ただし、コア層とクラッド層を別々に電着で作成し、転写を繰り返すことによって光学素子を形成する場合は、転写を繰り返すことになるので、コア層とクラッド層の界面の損失および導波路形状が崩れる可能性は若干増大する。
光学素子用基板としては、通常用いられるガラス基板やエポキシ基板を用いることができ、また、クラッド層としても機能する光学素子用基板としては、ポリエチレン等のポリオレフィンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、アクリル樹脂フィルム、フッ素化ポリマーフィルム等を用いることができる。
【００２５】
また、電着法により作製したクラッド層またはコア層を他の基板に転写することもでき、この際、該基板としてクラッド層の機能をもつものを用いることが有利である。
【００２６】
前記光電着法等により作製した光学素子を他の基板に転写する場合には、光学素子作製基板にあらかじめ剥離層を設けると、光学素子を基板に転写する際、大きな熱や圧力を加える必要がなく、基板、光学素子等を損傷させることがない。
剥離層は、臨界表面張力が３０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下で、かつ電着電流に影響を与えないものが好ましい。具体的には、市販の防水用フッ素樹脂スプレー等が使用できる。またシリコン樹脂やシリコンオイルも使用できる。さらにオレイン酸などの不飽和脂肪酸などの薄膜も好適である。
【００２７】
ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料としては、カルボキシル基やアミノ基などのように、液のｐＨが変わることにより、そのイオン解離性が変化する基（イオン性基）を分子中に有している物質を含むことが好ましい。しかし、前記材料は必ずしもイオン性基の存在が必須ではない。また、イオンの極性も問わない。
【００２８】
ｐＨが変化することにより水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する膜形成高分子材料は、薄膜（光学素子）の機械的強度等の観点から、このような性質を有する高分子材料であることが好ましい。このような高分子材料としては、前記のようにイオン性基を有する高分子材料（イオン性高分子）が挙げられる。
前記イオン性高分子は、水系液体（ｐＨ調節を行った水系液体を含む。）に対して十分な溶解性あるいは分散性を有していること、また光透過性を有していることが必要である。
【００２９】
また、ｐＨの変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する機能をもたせるために、分子中に親水基と疎水基を有していることが好ましく、親水基として、カルボキシル基（アニオン性基）、アミノ基（カチオン性基）等のイオン化可能性基（以下、単に「イオン化基」という）が導入されていることが好ましい。たとえばカルボキシル基を有する高分子材料の場合、ｐＨがアルカリ性領域においてはカルボキシル基が解離状態になって水性液体に溶解し、また酸性領域においては解離状態が消失し溶解度が低下し析出する。
【００３０】
前記高分子材料における疎水基の存在により、前記のようなｐＨの変化によってイオン解離している基がイオン性を失うこととあいまって、瞬時に膜を析出させるという機能を高分子材料に付与している。また、この疎水基は、後述する本発明の光学素子作製方法において、屈折率制御微粒子を吸着する能力があり、重合体に良好な分散機能を付与する。また、親水基として、イオン化基の他にヒドロキシ基等を挙げることができる。
【００３１】
疎水基と親水基を有する重合体中の疎水基の数が、親水基と疎水基の総数の３０％から８０％の範囲にあるものが好ましい。疎水基の数が親水基と疎水基の総数の３０％未満のものは、形成された膜が再溶解し易く、膜の耐水性や膜強度が不足する場合があり、また疎水基数が親水基と疎水基の総数の８０％より大きい場合は、水系液体への重合体の溶解性が不十分となるため、電着液が濁ったり、材料の沈殿物が生じたり、電着液の粘度が上昇しやすくなるので、前記の範囲にあることが望ましい。親水基と疎水基の総数に対する疎水基数は、より好ましくは５５％から７０％の範囲である。この範囲のものは、特に膜の析出効率が高く、電着液の液性も安定している。また、光起電力程度の低い電着電位で膜形成ができる。
【００３２】
前記高分子材料としては、たとえば、親水基を有する重合性モノマー、疎水基を有する重合性モノマーを共重合させたものが挙げられる。
また、親水基を含む重合性モノマーとしては、メタクリル酸、アクリル酸、メタクリル酸ヒドロキシエチル、アクリルアミド、無水マレイン酸、フマル酸、プロピオル酸、イタコン酸、などおよびこれらの誘導体が用いられるが、これらに限定されるものではない。中でも特に、メタクリル酸、アクリル酸はｐＨ変化による着膜効率が高く、有用な親水性モノマーである。
また、疎水基を含む重合性モノマー材料、アルケン、スチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレン、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ラウリル、などおよびこれらの誘導体が用いられるが、これらに限定されるものではない。特に、スチレン、α−メチルスチレンは疎水性が強いために、再溶解に対するヒステリシス特性を得やすく有用な疎水性モノマーである。
本発明の光学素子作製方法において用いる高分子材料としては親水基含有モノマーとしてアクリル酸またはメタクリル酸を、疎水基含有モノマーとしてスチレンまたはα−メチルスチレンを用いる共重合体が好ましく用いられる。
【００３３】
本発明の光学素子作製方法において利用される高分子材料は、このような親水基および疎水基をそれぞれ含む重合性モノマーを、好ましくは、高分子中の親水基と疎水基の数の割合が前記のごとき比率となるように共重合させた高分子材料であり、各親水基及び疎水基の種類は１種に限定されるものではない。
【００３４】
本発明において用いられる機能性材料としては、屈折率制御微粒子や顔料微粒子、染料、導電性微粒子等が挙げられる。
屈折率制御微粒子としてはコア層に加える高屈折率の微粒子の他、クラッド層に加える低屈折率の微粒子が挙げられ、高屈折率微粒子としては酸化チタン、酸化亜鉛などが、また、低屈折率微粒子としては弗化マグネシウムに代表されるフッ素化合物が挙げられる。
前記微粒子の数平均粒子径としては、電着液への分散性及び電着膜の透明性の観点から、０．２〜１５０ｎｍが好ましく、２〜２０ｎｍがより好ましい。前記数平均粒子径が、０．２ｎｍ未満であると、製造時のコストが高くなると共に、安定した品質が得られないことがあり、１５０ｎｍ（すなわち通信で使用する波長帯である１．５μｍの１／１０）を超えると、透明性の低下や内部の乱反射を招き、内部損失が増大する。
また、前記機能性材料として屈折率調整のために、膜形成高分子材料の１種として、主たる膜形成高分子材料とは屈折率の異なる高分子材料を用いることができる。
【００３５】
本発明の光学素子作製方法において、光学素子作製基板の近傍（導電性薄膜あるいは光半導体薄膜の近傍である場合、およびすでに薄膜が形成されている場合はその薄膜の近傍の場合を含む、以下同じ）における電着液中の機能性材料の濃度を変化させる方法の１つとして、薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の膜厚方向において濃度階調を有するような薄膜を得るためには、たとえば、電着液中において、その電着液とは機能性材料の濃度が異なる電着液を光学素子作製基板に向けて流出させる方法が挙げられる。この場合、面内方向において均一な機能性材料濃度を達成するためには、光学素子作製基板の膜形成領域全域の近傍において電着液の機能性材料濃度に大きな偏りがないようにすればよい。このためには、膜形成領域に対応した形状を有する液流を流出させたり、膜形成領域に対して略均等に配置された小孔からの液流を流出させる方法が採用でき、たとえば、コア光導波路を作製するには、光学素子作製基板のコア形成領域に向けてコア形状に対応する形状のスリット状の液流、あるいは複数の小孔からの液流を流出させる方法が挙げられる。そして、液流を流出させながら、薄膜形成領域に電圧を印加すると、周囲に存在する電着液とは機能性材料の濃度が異なる電着液が光学素子作製基板に接触して、周囲に存在する電着液を用いて電着した場合とは機能性材料の濃度が異なる薄膜が電着形成される。
【００３６】
したがって、クラッド層の上にコア層を形成する場合のように、既に膜形成を行なった後、その膜とは機能性材料濃度が異なる膜を形成させたい場合、電着槽の電着液をすべて入れ替えなくても（たとえばクラッド層用電着液からコア層用電着液に）、機能性材料濃度の異なる電着液を膜形成領域に向けて流出させることにより、既に形成した膜の上に機能性材料含有量の異なる薄膜を形成することができ、工程が簡略化されコストダウンに寄与する。
また、複数の機能性材料濃度が異なる電着液を用いて、光学素子作製基板に向けて流出させる電着液の機能性材料濃度を経時的に変化させることにより、形成される薄膜中に機能性材料の階調を持たせることができる。この場合、流出させる電着液の機能性材料濃度を連続的に変化させれば、薄膜中の機能性材料の含有量も連続階調に近いものを得ることができる。たとえばコア層を形成する際、前記複数の電着液における機能性材料濃度およびそれらの流出順序を適宜選択することにより、コア層の中央部においてより機能性材料濃度が大きい内部構造とすることができる。また、機能性材料の濃度がより高くなるように異なる電着液を連続的に流出させた後流出を止め、次にそのまま電圧を印加し続けると、電着される機能性材料の濃度が低下するので（最初に入っているクラッド層用電着液の機能性材料の濃度はコア層用に比べ低い）、この方法によっても、中央部における機能性材料濃度が高いコア層を形成することができる。
前記の液流の流速は、すでに着膜した部分を傷つけないことや、着膜速度に対応した濃度変調を実現する観点から０．１〜１０ｍｍ／秒であることが適切である。
【００３７】
また、前記のごとき方法により析出形成される薄膜自体は、前記濃度階調にかかわらず膜厚が均一（膜が平坦）であるため、転写が容易であり、滲みや欠陥が少ない。
【００３８】
また本発明の光学素子作製方法において、光学素子作製基板の近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させる方法の他の１つとして、薄膜に含まれる機能性材料が薄膜の膜面内方向において濃度階調を有するような薄膜を得るためには、たとえば、電着液中において、薄膜形成領域の面内方向において機能性材料の濃度が変化するように液流を形成すればよい。たとえば、電着液中において、その電着液とは機能性材料の濃度が異なる電着液を光学素子作製基板の薄膜形成領域のある特定の箇所だけに向けて流出させると、基板にぶつかった後液流は基板に沿って周囲に流れ、元々存在する電着液中に拡散するので、基板近傍の電着液中の機能性材料の濃度は液流が基板に沿って流れる方向に向かって変化する。このほかに、複数の流出口から機能性材料の濃度がそれぞれ異なる電着液を光学素子作製基板に向けて流出させると、面内において機能性材料の含有量が変化する薄膜が得られる。
【００３９】
さらに、前記のごとき機能性材料の膜厚方向における濃度階調を作る方法、機能性材料の膜の面内方向における濃度階調を作る方法を組み合わせることにより、３次元的な濃度階調を有する光学素子を形成することも可能となる。
【００４０】
次に、本発明の光学素子作製方法について、用いる装置とともにさらに具体的に説明する。
図３は、光電着法により光学素子を作製するための装置の一例を示す。
電着槽８０には電着液２０が収納され、光学素子作製用基板１０（光透過性絶縁性基板１２、光透過性導電性膜１４および光半導体薄膜１６を積層したもの）の少なくとも光半導体薄膜１６が接触するように電着液２０に配置される。また、電着液面の上方には、第一の結像光学レンズ７３とフォトマスク７１と第２の結像光学レンズ７２と光照射するための光源（図示せず）とが電着槽８０側からこの順に設けられた露光手段（プロジェクション型露光装置）が備えられ、光源から照射された光７０は、第２の結像光学レンズ７２を通してフォトマスク７１に結像され、フォトマスク７１を介してパターン化された光とした後、更に第１の結像光学レンズ７３を介して光半導体薄膜の表面に結像される。
【００４１】
図３中、１００は前記電着液２０とは機能性材料の濃度が異なる電着液を制御された流速で流出させる流出プレート、１０２は流出プレートに設けられた流出口を示し、１０６は電着液を収納する容器、１０４は１０６内の電着液を制御された量で供給する加圧供給手段（ポンプ）を示し、これらにより液流形成機構が構成される。流出口から流出する電着液の流速は、ポンプを制御することにより調節される。前記のように液流を発生させるポンプの特性として、脈動が発生することがあるが、流速が前期範囲内であれば問題はないので、公知のものを適宜選択して用いることができる。流出プレート１００の流出口１０２から、電着液２０とは機能性材料の濃度が異なる電着液を流出させることにより、光学素子作製基板近傍における電着液中の機能性材料の濃度を変化させることができる。また、流出口から光学素子作製基板の薄膜形成位置までの距離は、基板との接触の危険性を避けることや流速の均一化を考慮して、０．２〜１０ｍｍ程度が適切である。
この態様においては、流出プレート１００は対向電極９１を兼ねており、ポテンショスタット等のバイアス電圧を印加できる電圧印加手段９０と電気的に接続され、該電圧印加手段９０は更に飽和カロメル電極等のリファレンス電極９２と接続され、三極式に構成されている。また、電圧印加手段９０は膜形成用基板の導電膜７と結線されている。なお、対向電極を流出プレートと兼用させず、電着槽８０の中の適宜の位置に設けることができることは勿論である。なお、光起電力だけで水素イオン濃度を膜析出が生じるに充分変化させることができる場合には、電圧印加手段からのバイアス電圧の印加は不要であるので、電圧印加手段９０から電圧を印加する必要はなく、あるいは電圧印加手段自体を設ける必要はないが、様々な膜形成用基板あるいは電着条件に対応させるために電圧印加手段を設けることは有用である。
なお、電着液中で電着液の液流を形成する技術については、本出願人による先の出願である特願２００１−３５３７２５号明細書に記載の事項をすべて利用することができる。
【００４２】
光学素子作製の一例として、図３に示すような光電着装置を用いて、基板全面にクラッド層（下部）を形成した後、膜厚方向において機能性材料（屈折率制御微粒子）の濃度階調を有するコア層と、さらにコア層の上にクラッド層（上部）を全面に形成する光導波路の作製方法について説明する。
まず、電着槽８０に下部クラッド層形成用の電着液２０を満たし、光照射を行なわず、光学素子作製基板の光半導体薄膜のもつショットキーバリアーを越える電圧を電圧印加手段９０と対向電極９１（流出プレート１００）との間に印加することにより前記基板の全面に下部クラッド層を形成する。
次に、コア層用のフォトマスク（７１）を図３のようにセットする。また電着液収納容器１０６に下部コア層用電着液を入れ、流出口１０２から該電着液を制御された速度で流出させる。その後、光半導体薄膜８の表面に光が結像するように選択領域に露光手段により露光するとともに、バイアス電圧を、光半導体薄膜に発生する光起電力とバイアス電圧を足した電圧が膜析出に必要な閾値電圧を越えるように、電圧印加手段９０により印加すると、露光した選択領域の近傍の電着液の水素イオン濃度が大きく変化する。前記電着液は、水素イオン濃度の変化により水性液体に対する溶解性ないし分散性が低下する電着材料を含んでいるので、選択領域の電着液に対する溶解性が低下して選択領域の下部クラッド層表面に屈折率制御用微粒子を含む電着膜（下部コア層）が析出する。その後、光照射、電圧印加および液の流出を止める。次いで、電着液収納容器１０６に前記コア層用電着液とは屈折率制御用微粒子の濃度が異なる上部コア層用電着液を入れ替え、同様に流出口１０２から流出させるとともに、光照射、バイアス電圧印加を行ない薄膜（上部コア層）を形成する。膜厚方向に屈折率制御用微粒子の含有量に階調を有するコア層が形成される。なお、液流形成機構が、機能性材料の濃度が異なる電着液を連続して流出しうる機能を備えている場合には、前記のように下部コア層を形成した後、光照射等を停止して電着液収納容器に上部コア形成用電着液を入れ替えることなく、連続的に上部コア形成用電着液を流出させればよい。
次に、電解槽８０の中の電着液を上部クラッド層用電着液に入れ替え、光照射することなく、下部クラッド層を形成する場合と同様にして全面に形成する。
【００４３】
次に、光電着法により光学素子を作製するための他の装置を説明する。図４は近接露光型の露光装置を用いる他は図３に示す装置と同様な光学素子製造装置を示す概念図である。図４における装置はフォトマスクと光半導体薄膜を近接させる（絶縁性基板にフォトマスクを密着）ため、図３の装置におけるような結像光学系やミラー反射光学系を有する露光装置を用いることなく、解像度に優れたパターンが得られる。露光装置７５としては平行光あるいは密着型の露光装置を採用することができる。照射光源としてはたとえば、Ｈｇ−Ｘｅの均一照射光源を用いることができる。この場合、絶縁性基板を０．２ｍｍ以下にして光の回折を防ぐことが有効である。
この装置を用いて前記のごとき光学素子を作製するには、図３で示す装置を用いる場合と同様な操作が行なわれる。また、下部および上部クラッド層を作製する際、光学素子作製基板に全面に光照射して光電着することも可能である。
【００４４】
また、図５は露光装置として走査型レーザー書き込み装置を用いる他は、図３に示す装置と同様な光学素子製造装置を示す概念図である。図５中、７８はＨｅ−Ｃｄレーザ等のレーザ光照射のための走査型レーザー書き込み装置を示す。
【００４５】
さらに、図６は、電着法により光学素子を作製する装置の概念図を示す。露光装置を持たない他は、図３ないし図５と同様な構成を有している。
【００４６】
本発明の光学素子作製方法においては、すべての光学素子を形成した後に、少なくとも光学素子を加熱処理する工程を行うことが、好ましい。このような処理を行うことにより、光学素子の透過損失を低減させることができる。
ここで、「すべての光学素子」とは、光学素子を１つまたは複数形成する場合（たとえば１層以上のコア層および１層以上のクラッド層）において、１つまたは複数のすべての光学素子を指す。また「形成した後に」とは、光学素子作製基板に光学素子を（光）電着法により形成したものをそのまま光学素子として用いる光学素子作製方法においては、「光学素子を析出形成した後」を意味する。ただし、前記加熱処理は光学素子が含む水が除去された後に行うことが好ましいので、通常は、この水を除去する乾燥工程を経た後を意味する。また、転写法により光学素子用基板に転写を行う光学素子作製方法においては、「光学素子用基板に光学素子を転写した後」を意味する。
【００４７】
（光）電着法により析出形成した光学素子は、通常水分が僅かに膜中に取り込まれており、そのため、析出形成後の光学素子を乾燥して膜中の水分を除去する工程が行われるが、水分が抜けることにより光学素子に膜欠陥（たとえばピンホール）が生じ、これが光学素子の透過損失を大きくしていると推定される。本発明におけるこの加熱処理により前記欠陥が修復され、さらに光学素子表面やコア／クラッド界面における面粗さが改善され、透過損失を低減させることが可能になると考えられる。
【００４８】
前記加熱処理は、熱処理前に比べて熱処理後の光学素子の透過損失が低減するような加熱処理であればよく、加熱温度および加熱時間に特に制限はない。加熱温度は、膜形成高分子材料として用いる高分子材料のガラス転移温度、流動開始温度等を考慮することができる。
また、前記加熱処理を効率的に行うために、高分子材料の流動開始温度以上に加熱することが好ましい。前記流動開始温度とは、高分子材料試験法（「高分子工学講座」１４，３６４〜３６９頁、高分子学会編集、（株）地人書館、昭和３８年）に記載されている「流出開始温度」を意味する。本発明で用いる高分子材料の流動開始温度は、概ね５０〜２００℃の範囲に収るものであり、好ましくは８０〜１５０℃、さらに好ましくは１１０〜１３０℃の範囲にあるものが望ましい。
また、加熱処理の際、光学素子に対して加圧を行うと、加熱時間を短くする、または加熱温度を低くすることが可能である。
【００４９】
以上において説明した電着性高分子は、屈折率１．４５〜１．６の範囲であり、析出状態で透明であり、光学素子に用いられる波長０．８〜１．６μｍにおける吸収がないため、光学素子材料として好適である。
また電着液として水に溶解した状態でも紫外線を吸収しないため、電着液を通して光半導体に対してパターン紫外線を照射できる。さらに５Ｖ以下の低電位で電着できるため、光半導体による光起電力により電着パターンを形成することが可能である。
【００５０】
【実施例】
以下に実施例を示し本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
実施例１
この例では、クラッド−コア−クラッド構造を有する光導波路の作製例を示す。（クラッド層を形成する場合には光照射をせず、光半導体のショットキーバリアーを超す電圧を印加する。）
（１）　クラッド形成用電着液の調製
純水１００ｇに、スチレン−アクリル酸共重合体（分子量１３，０００、スチレンとアクリル酸の共重合モル比６５：３５、酸価１５０）（以下、「電着性高分子材料Ａ」と称する。）５ｇを分散混合しさらに１８０ｍｍｏｌ／ｌの割合でジメチルアミノエタノール（水可溶で、沸点１１０℃以上かつ蒸気圧１００ｍＨｇ以下の液体）を加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率８ｍＳ／ｃｍになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
（２）　コア形成用電着液１の調製
純水１００ｇに、前記電着性高分子材料Ａ５ｇと、直径２ｎｍの酸化チタン５ｇを分散混合し、さらに１８０ｍｍｏｌ／ｌの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率８ｍＳ／ｃｍになるように調整し、これをコア形成用電着液１とした。
（３）　　コア形成用電着液２の調製
前記コア形成用電着液１の調製において、酸化チタンを２５ｇに増量する他はコア形成用電着液１の調製と同様にして、コア形成用電着液２を調製した。
（４）　光学素子作製基板の作製
厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板（７０５９ガラス）にＩＴＯの透明導電膜をスパッタリング法で１００ｎｍ製膜し、さらに２００ｎｍのＴｉＯ２をＲＦスパッタリング法で製膜した。
【００５１】
（５）　光導波路の作製
図４で示すような電着液流出機構を有する光電着装置を用いた。流出プレートには形成すべきコアに対応するスリット状の流出口が形成されている。また、流出プレートを対向電極（白金で構成）として用い、飽和カロメル電極に対しＴｉＯ２電極を作用電極として利用した。また、フォトマスク（７１）として形成すべきコアに相当する開口部を有するものを用い、露光装置として山下電装製近接型露光装置を用いた。そして、流出口から光学素子作製基板のコア形成位置までの距離は１ｍｍとした。
最初に電着槽に前記クラッド形成用電着液を満たし、露光装置から光照射することなく、作用電極に印可するバイアス電圧を３．５Ｖとして１０秒間印加したところ、ＴｉＯ２表面全面に厚み５μｍの下部クラッド層が形成された。
【００５２】
次に、光学素子作製基板を電着槽から取り出すことなく、電着液流出プレートのスリット状流出口からコア形成位置に向けて、コア形成用電着液２の流出を０．１ｍｍ／秒の速度で開始した。流出開始から１０秒後に、作用電極に印可するバイアス電圧を１．８Ｖにした状態で、前記露光装置により波長３６５ｎｍの紫外線（光強度５０ｍＷ／ｃｍ２）を１５秒間照射すると、クラッド層表面の光が照射された領域だけに厚み５μｍ、幅１０μｍの下部コア層が形成された。
次いで光照射とバイアス電圧印加を停止し、流出電着液をコア形成用電着液１に入れ替え、スリット状の流出口からコア形成位置に向けて、０．１ｍｍ／秒の速度で流出を開始した。流出開始から１０秒後に、作用電極に印可するバイアス電圧を１．８Ｖにした状態で、前記露光装置により波長３６５ｎｍの紫外線（光強度５０ｍＷ／ｃｍ２）を１５秒間照射すると、下部コア層の上に厚み５μｍ、幅１０μｍの上部コア層が形成された。
【００５３】
次に、電着槽内の電着液を、前記（１）のクラッド形成用電着液に入れ替え、露光装置から光照射することなく、作用電極に印可するバイアス電圧を４Ｖとして３５秒間印加したところ、全面に厚み８μｍの上部クラッド層が形成された。
【００５４】
光学素子作製基板を電着槽から取り出し、純水中でディップ洗浄を３分間行うことにより、膜内にわずかに残る塩分を除去し、次いで、クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させた。
得られた光導波路を、ダイシングソーによって５０ｍｍの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長０．８５μｍで５ｄＢ程度の透過損失であることがわかった。
【００５５】
実施例２
実施例１で作製した光導波路を１４０℃で３分間加熱処理をした。その後実施例１と同様に透過損失を測定したところ、１．５ｄＢ程度の透過損失に改善されることが分かった。これは、光導波路膜内にわずかに残っていたピンホールが除去されたことによるものと推定される。
このような構造を持つことにより、膜厚方向のクラッド層が薄くても、光の閉じ込め効果が大きくなり、単純なステップインデックス型の構造にした場合に比べて透過損失が改善された。
【００５６】
実施例３
（１）クラッド形成用電着液の調製
純水１００ｇに、スチレンとアクリル酸の共重合体（スチレンとアクリル酸の共重合モル比２０：８０、酸価１６０、分子量１２０００）（以下、「電着性高分子材料Ｂ」と称する。）を５ｇ分散混合し、さらに１８０ｍｍｏｌ／ｌの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率８ｍＳ／ｃｍになるように調整し、これをクラッド形成用電着液とした。
（２）コア形成用電着液１の調製
純水１００ｇに、実施例１における電着性高分子材料Ａ５ｇと、前記電着性高分子材料Ｂ５ｇを分散混合し、さらに１８０ｍｍｏｌ／ｌの割合でジメチルアミノエタノールを加え、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドおよび塩化アンモニウムを用いてｐＨ７．８、導電率８ｍＳ／ｃｍになるように調整し、これをコア形成用電着液１とした。
（３）コア形成用電着液２の調製
コア形成用電着液１の調製において、電着性高分子材料Ｂ５ｇを２５ｇに変更する他は、コア形成用電着液１の調製と同様にして、コア形成用電着液２を調製した。
（４）　光学素子作製基板の作製
厚さ０．５ｍｍの無アルカリガラス基板（７０５９ガラス）にＩＴＯの透明導電膜をスパッタリング法で１００ｎｍ製膜し、さらに２００ｎｍのＴｉＯ２をＲＦスパッタリング法で製膜した。
【００５７】
（５）　光導波路の作製
実施例１において用いた電着液流出機構を有する光電着装置を使用した。
最初に電着槽に前記（１）のクラッド形成用電着液を満たし、露光装置から光照射することなく、作用電極に印可するバイアス電圧を３．５Ｖとして１０秒間印加したところ、ＴｉＯ２表面全面に厚み５μｍの下部クラッド層が形成された。
【００５８】
次に、光学素子作製基板を電着槽から取り出すことなく、電着液流出プレートのスリット状流出口からコア形成位置に向けて、コア形成用電着液２の流出を０．１ｍｍ／秒の速度で開始した。流出開始から１０秒後に、作用電極に印可するバイアス電圧を１．８Ｖにした状態で、前記露光装置により波長３６５ｎｍの紫外線（光強度５０ｍＷ／ｃｍ２）を１５秒間照射すると、クラッド層表面の光が照射された領域だけに厚み５μｍ、幅１０μｍの下部コア層が形成された。
光照射とバイアス電圧印加を停止し、流出電着液を前記（２）のコア形成用電着液１に入れ替え、スリット状の流出口からコア形成位置に向けて、０．１ｍｍ／秒の速度で流出を開始した。流出開始から１０秒後に、作用電極に印可するバイアス電圧を１．８Ｖにした状態で、前記露光装置により波長３６５ｎｍの紫外線（光強度５０ｍＷ／ｃｍ２）を１５秒間照射すると、ＴｉＯ２表面の光が照射された領域だけに厚み５μｍ、幅１０μｍの上部コア層が形成された。
【００５９】
次いで、電着槽に前記（１）のクラッド形成用電着液を新たに入れ替え、露光装置から光照射することなく、作用電極に印可するバイアス電圧を４Ｖとして３５秒間印加したところ、全面に厚み８μｍの上部クラッド層が形成された。
【００６０】
光学素子作製基板を電着槽から取り出し、純水中でディップ洗浄を３分間行うことにより、膜内にわずかに残る塩分を除去し、次いで、クリーンエアーで乾燥させて、光導波路基板を完成させた。
得られた光導波路を、ダイシングソーによって５０ｍｍの長さに切り出し挿入損失を測定したところ、波長０．８５μｍで４．５ｄＢ程度の透過損失であることがわかった。
【００６１】
実施例４
実施例３で作製した光導波路を１４０℃で３分間加熱処理をした。その後実施例３と同様に透過損失を測定したところ、１．５ｄＢ程度の透過損失に改善されることが分かった。
このような構造を持つことにより、膜厚方向のクラッド層が薄くても、光の閉じ込め効果が大きくなり、単純なステップインデックス型の構造にした場合に比べて透過損失が改善された。
【００６２】
実施例５
この例では、光学素子作製基板に、半径１０ｍｍの円形薄膜を形成した。
光学素子作製基板として実施例１と同様なものを用いた。また、光学素子製造装置として、図５で示すような走査型レーザー露光装置（Ｈｅ−Ｃｄレーザー）を備えたものを用いた。Ｈｅ−Ｃｄレーザーはスポット径が１００μｍになるようにし、毎秒０．０５ｍｍの速度で渦巻き状に光学素子作製基板の上を隙間なく走査できるように光学系を設定した。電着液流出プレートにおける流出口は、直径１ｍｍの円形のものを用いた。そして、流出口から光学素子作製基板の薄膜形成位置までの距離は１ｍｍとした。
電着槽に、実施例１で用いたクラッド形成用電着液を入れた。さらに、光学素子作製基板上において円形薄膜を形成すべき場所の円の中心に向けて、前記流出口から実施例１で用いたコア形成用電着液を０．１ｍｍ／秒の速度で流出させた。流出開始から１０秒後、前記中心から１０ｍｍ離れた点からＨｅ−Ｃｄレーザーを、前記中心に向かって渦巻き状に走査した。半径１０ｍｍで厚さ１μｍの円形薄膜が形成された（図２参照）。
この薄膜は、中心部の屈折率が１．７で、周辺部は１．５となり、周辺から中心に向かって連続的に屈折率が変化し、レンズとして応用が可能である。
【００６３】
実施例６
実施例５で作製した円形薄膜の上に、別途用意した厚み０．２ｍｍのポリエチレンフィルムを載せ、これを２本のロール（ロール表面温度１７０℃、線圧３００ｇ／ｃｍ）の間を、線速度２０ｍｍ／ｓｅｃで通して加熱加圧処理を行なった。ポリエチレンフィルム上に、屈折率分布を有する円形の高分子薄膜が形成された。実施例５で作製された円形薄膜は表面が極めて平坦なため、転写が容易であり形の崩れがなかった。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の光学素子作製方法を利用することにより、薄膜中の機能性材料の濃度階調を作ることが容易に行え、しかも従来のようにステップ状の濃度変化ではなく、緩やかなあるいは連続的な濃度階調を得ることができる。また、膜厚方向だけでなく膜の面内方向における濃度階調を作ることができ、さらにこれらを組み合わせて３次元的な濃度階調を得ることもできる。また、析出形成される薄膜自体は、前記濃度階調にかかわらず膜厚が均一（膜が平坦）であるため、転写が容易であり、滲みや欠陥が少ない。さらに、特開平８−１６０７３７号公報で示されているような、樹脂内部で無機導電性微粒子の分布に差を持たせる現像スリーブなども、より精密な分布特性を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学素子作製方法の１態様を示すプロセス図である。
【図２】本発明の方法により得られる光学素子の一例を示す平面図および断面図である。
【図３】プロジェクション露光装置を用いる光学素子製造装置を示す概念図である。
【図４】近接型露光装置を用いる光学素子製造装置を示す概念図である。
【図５】走査型レーザー露光装置を用いる光学素子製造装置を示す概念図である。
【図６】電着による光学素子製造装置を示す概念図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　　光学素子作製基板
１２　　　　　　　絶縁性基板
１４　　　　　　　導電性薄膜
１６　　　　　　　光半導体薄膜
１８、２２　　　　クラッド層
２０　　　　　　　コア層
７１　　　　　　　フォトマスク
７２、７３　　　　結像光学レンズ
７５　　　　　　　Ｈｇ−Ｘｅ均一照射光源
７８　　　　　　　走査型レーザー書き込み装置
１００　　　　　　流出プレート（対向電極）
１０２　　　　　　流出口
１０４　　　　　　電着液加圧供給手段
１０６　　　　　　電着液容器
【図１】
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【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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