(57)【要約】【課題】            所望の光学特性を持つメタマテリアル製品を提供すること、そのためのメタマテリアル粒子、メタマテリアル粒子分散液、メタマテリアルシートを提供すること、およびこれらの製造方法を提供すること。【解決手段】        メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体11からなる共振体部１と、誘電体からなり、共振体部１を内部に有する誘電体部２と、を有するメタマテリアル粒子10。また、当該メタマテリアル粒子10を単位領域とし、単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝を有するメタマテリアルシート。【選択図】          図１
2017161605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、
誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、
を有することを特徴とするメタマテリアル粒子。
【請求項２】
前記電磁波共振体は、導体からなる２本のロッドを平行に配置したロッド構造であることを特徴とする請求項１記載のメタマテリアル粒子。
【請求項３】
前記電磁波共振体は、前記誘電体の最大面積を持つ面に垂直又は平行に配置された導体からなる分割リング構造であることを特徴とする請求項１記載のメタマテリアル粒子。
【請求項４】
面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、
誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、
を有することを特徴とする請求項１記載のメタマテリアル粒子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のメタマテリアル粒子を溶媒に分散させたものであることを特徴とするメタマテリアル粒子分散液。
【請求項６】
前記溶媒は、樹脂と当該樹脂を溶解可能な溶剤とからなるものであることを特徴とする請求項５記載のメタマテリアル粒子分散液。
【請求項７】
前記メタマテリアル粒子の誘電体部の誘電体と前記溶媒中の樹脂は重合度の異なる同種の材料であることを特徴とする請求項６記載のメタマテリアル粒子分散液。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載のメタマテリアル粒子分散液が表面に塗布されたものであることを特徴とするメタマテリアル製品。
【請求項９】
（Ａ）メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、
（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート。
【請求項１０】
（Ａ）面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、
（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート。
【請求項１１】
前記溝は、前記誘電体部の厚みが１００μｍ以下となるように形成されることを特徴とする請求項９又は１０記載のメタマテリアルシート。
【請求項１２】
（Ａ）メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、からなる複数の単位領域と、（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有するメタマテリアルシートを製造するためのメタマテリアルシート製造方法であって、
前記電磁波共振体を形成するための電磁波共振体用凹部と、前記溝と、を誘電体層に形成する凹凸形成工程と、
前記電磁波共振体用凹部を導体で埋め、前記電磁波共振体を形成する電磁波共振体形成工程と、
前記電磁波共振体を誘電体で覆う誘電体層被覆工程と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート製造方法。
【請求項１３】
（Ａ）面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有するメタマテリアルシートを製造するためのメタマテリアルシート製造方法であって、
誘電体層上に形成された樹脂からなる樹脂層に複数の柱状凸部を形成する凸部形成工程と、
前記柱状凸部が形成された樹脂層上に第１の導体層、誘電体層、第２の導体層をこの順番で形成する三層形成工程と、
前記樹脂層を除去し、複数の柱状孔を有する三層構造を形成する樹脂除去工程と、
前記三層構造を誘電体で被覆する誘電体層被覆工程と、
を有することを特徴とするメタマテリアルシート製造方法。
【請求項１４】
請求項９ないし１１のいずれかに記載のメタマテリアルシートを、前記溝で各単位領域に分割する分割工程を有することを特徴とするメタマテリアル粒子製造方法。
【請求項１５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のメタマテリアル粒子を複数溶媒に加え、当該溶媒中で分散させる分散工程を有することを特徴とするメタマテリアル粒子分散液製造方法。
【請求項１６】
請求項９ないし１１のいずれかに記載のメタマテリアルシートを溶媒に加え、当該溶媒中で撹拌することにより、当該メタマテリアルシートを前記溝で各単位領域に分割すると共に分散させる分散工程を有することを特徴とするメタマテリアル粒子分散液製造方法。
【請求項１７】
請求項５ないし７のいずれかに記載のメタマテリアル粒子分散液を被成形物に塗布する塗布工程と、
塗布工程後の前記被成形物を乾燥する乾燥工程と、
乾燥工程後の前記被成形物に光を照射するか、あるいは乾燥後の前記被成形物を加熱する定着工程と、
を有することを特徴とするメタマテリアル製品製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透電率と透磁率を制御した光学素子の構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタマテリアルは、負の屈折率、光学遮蔽など従来の物質では不可能な光学的性質を持ち、超高解像なスーパーレンズ、高効率な光増幅など光学部品として極めて広い応用の可能性を持つため現在活発に研究が進められている。
【０００３】
一方、メタマテリアルの技術を可能性の検証という研究レベルから実際の産業で活用できる実用レベルに高めるためには、三次元構造のメタマテリアルの実現が不可欠である。
【０００４】
三次元構造を有するメタマテリアルを実現する従来の方法としては、金属多層膜をドライエッチング法により削り出す方法（例えば、非特許文献１）や、リソグラフィによる加工を複数回行うことで多層構造を製造する方法がある（例えば、非特許文献２）。しかしながら、これらの方法は、製造に多大な時間とコストがかかる。
【０００５】
一方、あらかじめ加工して製作した金属微小共振器の基本構造となる微粒子やロッドを何らかの液体などの適当な支持媒体に分散させ、支持媒体の凝集力させる方法も検討されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。しかし、この方法では、電磁波共振体の距離を制御することが難しく、共振体同士が接触したり、離れすぎたり、密度にムラができたりすることで、光学性能を制御することが難しい。
【０００６】
また、金属の電磁波共振体をマイクロカプセルで包摂し液体中に分散させ、これを凝集させる方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００７】
【非特許文献１】Zhang，Nature 455, 376 (2008)
【非特許文献２】Nature Materials 7, 31 (2008)
【特許文献１】特開２０１３−１８２２１２
【特許文献２】国際公開番号ＷＯ２０１２／００８５５１
【特許文献３】特開２０１１−１５８６６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この場合、容易に三次元構造を形成できるが、一方、マイクロカプセルの大きさを制御できる範囲は、芯となる電磁波共振体の大きさや形状、マイクロカプセルの材料となる誘電体の種類に制限があるため、所望の光学特性を持つメタマテリアルを作るのは困難である。
【０００９】
そこで本発明は、所望の光学特性を持つメタマテリアル製品を提供すること、そのためのメタマテリアル粒子、メタマテリアル粒子分散液、メタマテリアルシートを提供すること、および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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の第一のメタマテリアル粒子は、メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この場合、前記電磁波共振体は、導体からなる２本のロッドを平行に配置したロッド構造や、前記誘電体の最大面積を持つ面に垂直又は平行に配置された導体からなる分割リング構造とすることができる。
【００１２】
また、本発明の第二のメタマテリアル粒子は、面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のメタマテリアル粒子分散液は、本発明のメタマテリアル粒子を溶媒に分散させたものであることを特徴とする。この場合、前記溶媒は、樹脂と当該樹脂を溶解可能な溶剤とからなるものである方が好ましい。また、前記メタマテリアル粒子の誘電体部の誘電体と前記溶媒中の樹脂は重合度の異なる同種の材料である方が好ましい。
【００１４】
また、本発明のメタマテリアル製品は、本発明のメタマテリアル粒子分散液が表面に塗布されたものであることを特徴とする。
【００１５】
また本発明の第一のメタマテリアルシートは、（Ａ）メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、からなる複数の単位領域と、（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第二のメタマテリアルシートは、（Ａ）面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、
（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有することを特徴とする。
【００１７】
この場合、前記溝は、前記誘電体部の厚みが１００μｍ以下となるように形成される方が好ましい。
【００１８】
また、本発明の第一のメタマテリアルシート製造方法は、（Ａ）メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体からなる共振体部と、誘電体からなり前記共振体部を内部に有する誘電体部と、からなる複数の単位領域と、（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有するメタマテリアルシートを製造するためのものであって、前記電磁波共振体を形成するための電磁波共振体用凹部と、前記溝と、を誘電体層に形成する凹凸形成工程と、前記電磁波共振体用凹部を導体で埋め、前記電磁波共振体を形成する電磁波共振体形成工程と、前記電磁波共振体を誘電体で覆う誘電体層被覆工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第二のメタマテリアルシート製造方法は、（Ａ）面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に前記誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部と、を有する複数の単位領域と、（Ｂ）前記単位領域同士の間に形成され、各単位領域に分割するための溝と、を有するメタマテリアルシートを製造するためのメタマテリアルシート製造方法であって、誘電体層上に形成された樹脂からなる樹脂層に複数の柱状凸部を形成する凸部形成工程と、前記柱状凸部が形成された樹脂層上に第１の導体層、誘電体層、第２の導体層をこの順番で形成する三層形成工程と、前記樹脂層を除去し、複数の柱状孔を有する三層構造を形成する樹脂除去工程と、前記三層構造を誘電体で被覆する誘電体層被覆工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のメタマテリアル粒子製造方法は、本発明の第一又は第二のメタマテリアルシートを、前記溝で各単位領域に分割する分割工程を有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のメタマテリアル粒子分散液製造方法は、本発明の第一又は第二のメタマテリアル粒子を複数溶媒に加え、当該溶媒中で分散させる分散工程を有することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の別のメタマテリアル粒子分散液製造方法は、本発明の第一又は第二のメタマテリアルシートを溶媒に加え、当該溶媒中で撹拌することにより、当該メタマテリアルシートを前記溝で各単位領域に分割すると共に分散させる分散工程を有することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のメタマテリアル製品製造方法は、本発明のメタマテリアル粒子分散液を被成形物に塗布する塗布工程と、塗布工程後の前記被成形物を乾燥する乾燥工程と、乾燥工程後の前記被成形物に光を照射するか、あるいは乾燥後の前記被成形物を加熱する定着工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のメタマテリアル粒子は、形状やサイズ、間隔を精度良く加工された電磁波共振体の集合体が一つの粒子に含まれているため、粒子単独でメタマテリアルの基本機能を有しており、簡単にメタマテリアルの特性を均一に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一のメタマテリアル粒子のロッド構造を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の第一のメタマテリアル粒子の分割リング構造を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第一のメタマテリアル粒子の別の分割リング構造を示す概略斜視図である。
【図４】本発明の第二のメタマテリアル粒子を示す概略斜視図である。
【図５】本発明のメタマテリアルシートを示す概略斜視図である。
【図６】本発明の第一のメタマテリアル粒子の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第二のメタマテリアル粒子の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明のメタマテリアル粒子分散液を示す概略正面図である。
【図９】本発明のメタマテリアル製品の製造方法における塗布工程を示す図である。
【図１０】本発明のメタマテリアル製品の製造方法における乾燥工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明の第一のメタマテリアル粒子10について説明する。本発明の第一のメタマテリアル粒子10は、図１〜図３に示すように、共振体部１と、誘電体部２と、で主に構成される。
【００２７】
共振体部１は、所望の電磁波に対してメタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体11からなる。メタマテリアルとは、負の屈折率、光学遮蔽など従来の物質では不可能な光学的性質を持ち、超高解像なスーパーレンズ、高効率な光増幅など光学部品として極めて広い応用の可能性を持つ材料である。共振体部１に形成された電磁共振体の数は、所望の電磁波に対してメタマテリアルとして機能する限りはいくつでもよい。
【００２８】
電磁波共振体11は、所望の電磁波に対して共振するものであればどのようなものでも良いが、例えば、図１に示すように導体からなる２本のロッドを平行に配置したロッド構造や、図２又は図３に示すように導体からなるＣ字状又はＵ字状の分割リング構造とすれば良い。分割リング構造の場合、当該構造は、粒子の最大面積を持つ面に対して分割リングの面（Ｃ字又はＵ字状の面）を図２に示すように垂直に配置するか又は図３に示すように平行に配置するのが良い。この際、電磁共振体同士のピッチは、所望の電磁波の波長の１／４以下、又は１／５以下、あるいは１／１０以下に設定される。また、電磁共振体は、所望の電磁波の波長より十分小さな大きさとする。例えば、前記電磁波の波長が１０００ｎｍの時、電磁共振体同士のピッチを４００ｎｍ以下、電磁共振体の大きさを２００ｎｍ以下とすれば良い。このような構成にすることにより、光学部材の誘電率εおよび／または透磁率μを人工的に制御することが可能となる。光学部材の屈折率ｎは、ｎ＝±［ε・μ］１／２であるから、結果として、屈折率ｎを人工的に制御することができる。電磁波共振体11の形状や寸法等を適宜調節することにより、所望の波長の電磁波に対して、屈折率を負の値にすることもできる。
【００２９】
電磁波共振体11を形成する導体としては、少なくとも一定範囲の電磁波に対して共振するものであればどのようなものでも良いが、例えば、金や銀、アルミニウム等の金属、グラフェン、インジウムスズ酸化物、亜鉛酸化物、およびスズ酸化物等を用いることができる。また、これらの組み合わせであっても良い。
【００３０】
誘電体部２は、誘電体からなり共振体部１を内部に有するものである。誘電体としては電磁波共振体11を共振させる電磁波を透過可能なものであればどのようなものでも良いが、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム等の透明な無機物、又はポリカーボネートやアクリル等の透明な有機物を用いることができる。
【００３１】
第一のメタマテリアル粒子10は、形状やサイズ、間隔を精度良く加工された電磁波共振体11の集合体が一つの粒子に含まれているため、粒子単独でメタマテリアルの基本機能を有しており、簡単にメタマテリアルの特性を均一に制御することができる。
【００３２】
また、本発明の第二のメタマテリアル粒子20について図４を用いて説明する。当該メタマテリアル粒子20も共振体部１と、誘電体部２と、で主に構成されるが、共振体部１の構造が異なる。共振体部１は、第１の導体層21と、第２の導体層22と、当該第１の導体層21および第２の導体層22に挟まれる中間誘電体層23と、で構成される三層構造である。また、第１の導体層21と第２の導体層22には、面内に垂直に複数の孔28を有する。つまり、第１の導体層21と第２の導体層22は、それぞれの孔28の位置が垂直に一致するように平行に配置される。また、中間誘電体層23は誘電体からなるもので、誘電体部２と当該孔を介して接続されている。第１の導体層21と第２の導体層22は異種の導体でも良いが、好ましくは同種の導体が良い。導体としては、例えば、金や銀、アルミニウム等の金属、グラフェン、インジウムスズ酸化物、亜鉛酸化物、およびスズ酸化物等を用いることができる。
【００３３】
第二のメタマテリアル粒子20は、粒子内においてメタマテリアルとして機能するように、共振体部１の形状やサイズ、間隔を精度良く加工されており、簡単にメタマテリアルの特性を均一に制御することができる。
【００３４】
次にこのようなメタマテリアル粒子の製造方法について説明する。
メタマテリアル粒子の製造方法は、主に、複数のメタマテリアル粒子が分割可能に連結された状態のメタマテリアルシートを製造するメタマテリアルシート製造工程と、当該メタマテリアルシートを各メタマテリアル粒子に分割する分割工程と、からなる。
【００３５】
ここでメタマテリアルシートとは、図５に示すように、（Ａ）複数の単位領域100と、（Ｂ）単位領域100同士の間に形成され、各単位領域100に分割するための溝35と、からなるものである。また、単位領域100とは、溝35で分割されると１つのメタマテリアル粒子となる領域を意味する。したがって、第一のメタマテリアル粒子10を製造するための第一のメタマテリアルシート30の単位領域100は、メタマテリアルとして機能するように配置された複数の電磁波共振体11からなる共振体部１と、誘電体からなり共振体部１を内部に有する誘電体部２とで構成される。また、第二のメタマテリアル粒子20を製造するための第二のメタマテリアルシート40の単位領域100は、面内に複数の孔を有し、当該孔の位置が垂直に一致するように平行に配置された２層の第１の導体層および第２の導体層と、当該第１の導体層および第２の導体層に挟まれると共に誘電体部と当該孔を介して接続された誘電体からなる中間誘電体層とからなり、メタマテリアルとして機能する共振体部と、誘電体からなり、前記共振体部を内部に有する誘電体部とで構成される。
【００３６】
まず、第一のメタマテリアル粒子10を製造するための第一のメタマテリアルシート30の製造方法について図６を用いて説明する。
第一のメタマテリアルシート30の製造方法は、主に、凹凸形成工程と、電磁波共振体形成工程と、誘電体層被覆工程と、で主に構成される。
【００３７】
凹凸形成工程は、電磁波共振体11を形成するための電磁波共振体用凹部31と、溝35と、を誘電体層32に形成する工程である。電磁波共振体用凹部31と溝35を誘電体層32に形成する方法はどのようなものでも良いが、例えば、微細パターン61が形成されたモールド６を用いて成形するインプリント技術を用いれば良い。インプリント技術としては、熱インプリント法でも光インプリント法でも良い。モールド６としては、例えば図６（ａ）に示すように、略Ｕ字状の分割リング構造を形成するための複数の分割リング用微細パターン61と、当該複数の分割リング用微細パターン61の周辺にメタマテリアルシート30の溝35を形成するための枠状の溝用パターン65が形成されたものを用意する。溝用パターン65の高さは分割リング用微細パターン61の高さより高いことが望ましい。また、溝用パターン65の幅は分割リング用微細パターン61の幅より広いことが望ましい。また、パターンを形成するための誘電体層32としては、樹脂を剥離層38が表面に形成された基板39上に塗布して用意すれば良い。次に、図６（ｂ）に示すように、モールド６と誘電体層32を押圧する。樹脂としては、誘電体であって、インプリント可能であると共に透明な樹脂であればどのようなものを用いても良い。そして、図６（ｃ）に示すように、樹脂を十分に硬化させた後、モールド６を当該樹脂から離型する。これにより、誘電体層32に電磁波共振体用凹部31および溝35が形成される。
【００３８】
電磁波共振体形成工程は、図６（ｄ）に示すように、凹凸形成工程で形成した電磁波共振体用凹部31を導体で埋め、電磁波共振体11を形成する工程である。電磁波共振体11を形成する方法はどのようなものでも良いが、例えば、メッキやＣＶＤ等の方法を用いて、電磁波共振体用凹部31に導体を充填し、研磨又はエッチバックにより、平坦部の導体を除去すれば良い。
【００３９】
誘電体層被覆工程は、図６（ｅ）で示すように、電磁波共振体形成工程で形成した電磁波共振体11を誘電体で被覆する工程である。誘電体で被覆する方法はどのようなものでも良いが、例えば、塗布、蒸着、レーザーアブレーション、ＣＶＤ等の方法を用いて電磁波共振体11の表面を誘電体である樹脂で覆えば良い。
【００４０】
そして、図６（ｆ）に示すように、基板39から樹脂を剥離させるか、あるいは基板を溶かすことによって分離し第一のメタマテリアルシート30が完成する。
【００４１】
このように形成されたメタマテリアルシート30は、図６（ｇ）に示すように、分割工程を経てメタマテリアル粒子10となる。メタマテリアルシート30の各単位領域100は、外力によって溝35で容易に分割する。例えば、液体中にメタマテリアルシート30を浸漬し、一定以上の外力によって撹拌することにより、溝35で分離して各単位領域100に分割されメタマテリアル粒子10となる。
【００４２】
また、第二のメタマテリアル粒子20を製造するための第二のメタマテリアルシート40の製造方法について説明する。
【００４３】
第二のメタマテリアルシート40の製造方法は、主に、凸部形成工程と、三層形成工程と、樹脂除去工程と、誘電体層被覆工程と、で主に構成される。
【００４４】
凸部形成工程は、誘電体層42上に形成された樹脂層48に複数の柱状凸部41を形成する工程である。柱状凸部41を樹脂層48に形成する方法はどのようなものでも良いが、例えば、微細パターン71が形成されたモールド７を用いて成形するインプリント技術を用いれば良い。インプリント技術としては、熱インプリント法でも光インプリント法でも良い。樹脂としては、柱状凸部41を形成可能であると共に、樹脂除去工程で除去可能な樹脂であればどのようなものでも良く、例えば、アクリル等からなるインプリント用レジストを用いることができる。モールド７は、図７（ａ）に示すように、垂直の柱状凸部41を樹脂層に形成するための複数の柱状凹部からなる微細パターン71が形成されたものを用意する。樹脂層48としては、樹脂を誘電体層42が表面に形成された基板49上に塗布したものを用いれば良い。当該誘電体層42の厚みは、メタマテリアルシート40に形成する溝45の厚み以下にする。次に、図７（ｂ）に示すように、モールド７と樹脂層48を押圧する。そして、図７（ｃ）に示すように、樹脂を十分に硬化させた後、モールド７を当該樹脂から離型する。これにより、樹脂層48に柱状凸部41が形成される。なお、図７（ｃ）に示すように、誘電体層42上に柱状凸部41以外の残膜が残っている場合には、図７（ｄ）に示すように当該残膜を除去する。残膜の除去は、公知の技術を用いれば良いが、例えば、酸素エッチングや酸素アッシング、酸素プラズマ等により除去すれば良い。
【００４５】
三層形成工程は、図７（ｅ）に示すように、凸部形成工程で柱状凸部41が形成された樹脂層48上に第１の導体層21、中間誘電体層23、第２の導体層22をこの順番で形成する工程である。第１の導体層21、中間誘電体層23、第２の導体層22の形成方法は当該三層を形成できればどのようなものでも良いが、例えば、蒸着やレーザーアブレーション等で導体又は誘電体を堆積させれば良い。
【００４６】
樹脂除去工程は、図７（ｆ）に示すように、凸部形成工程で用いた樹脂層48を除去し、複数の孔28を有する三層構造を形成する工程である。樹脂層48の除去方法は、当該樹脂層48を除去できればどのようなものでも良いが、例えば、剥離液を用いて樹脂を除去するリフトオフを用いれば良い。これにより、第１の導体層21、誘電体層23、第２の導体層22からなると共に複数の孔28が形成された三層構造が形成される。
【００４７】
誘電体層被覆工程は、図７（ｇ）に示すように、三層構造を誘電体で被覆する工程である。誘電体による被覆は三層構造を誘電体で被覆でき、更に三層構造に形成された孔に誘電体を充填できるものであればどのようなものでも良いが、例えば、塗布、蒸着、レーザーアブレーション、ＣＶＤ等の方法を用いれば良い。なお、三層構造がない部分は、メタマテリアルシート40の溝35となるため、溝35が所望の厚みとなるように被覆する。当該厚みの大きさは、メタマテリアルシート40を単位領域100で分割できれば良いが、例えば、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
最後に、図７（ｈ）に示すように、基板49から樹脂を剥離させるか、あるいは基板を溶かすことによって分離し第二のメタマテリアルシート40が完成する。
【００４９】
このように形成されたメタマテリアルシート40は、図７（ｉ）に示すように、分割工程を経てメタマテリアル粒子20となる。メタマテリアルシート40の各単位領域は、外力によって溝35で容易に分割する。例えば、液体中にメタマテリアルシート40を浸漬し、一定以上の外力によって撹拌することにより、溝35で分離して各単位領域に分割されメタマテリアル粒子20となる。
【００５０】
次に、メタマテリアル粒子分散液50について説明する。メタマテリアル粒子分散液50は、上述したメタマテリアル粒子10を溶媒51に分散させたものである。当該分散液50は、インクとして用いることができ、例えばインクジェット等の印刷技術により被成形物61に塗布できる。
【００５１】
分散工程で用いる溶媒51としては、樹脂と当該樹脂を溶解可能な溶剤とからなるものを用いることができる。この場合、溶剤は揮発性である方が好ましい。また、メタマテリアル粒子10の誘電体部２の誘電体と、溶媒51中の樹脂は、定着工程で同一又は近似した光学特性を持たせるために、重合度の異なる同種の材料である方が好ましい。
【００５２】
なお、上述した分散工程では、メタマテリアル粒子10の代わりにメタマテリアルシートを溶媒51に加えても良い。メタマテリアルシートは、当該溶媒51中で撹拌することにより、メタマテリアルシートの溝35で各単位領域100に分割され、メタマテリアル粒子分散液50となる。
【００５３】
このように形成されたメタマテリアル粒子分散液50を被成形物61の表面に塗布することにより、メタマテリアル製品となる。メタマテリアル製品の製造方法は、塗布工程と、乾燥工程と、定着工程とからなる。
【００５４】
塗布工程は、被成形物61にメタマテリアル粒子分散液50を塗布する工程である。被成形物61としては、製造したいメタマテリアル製品に応じて種々のものを用意することができ、例えば、フィルム状のものやレンズ状のものなどがある。塗布方法はどのようなものでも良いが、例えば、メタマテリアル粒子分散液50をインクとして用い、インクジェットのノズル90から噴射して所望の形状に塗布することができる。その他、浸漬、スプレーコート、スピンコート等を用いることも可能である。
【００５５】
乾燥工程は、塗布工程後の被成形物61を乾燥する工程である。この工程で、溶媒51に含まれている溶剤を気化させる。乾燥方法としては、溶剤を乾燥できればどのようなものでも良く、例えば、自然乾燥や加熱乾燥等を用いれば良い。
【００５６】
定着工程では、メタマテリアル粒子10同士の隙間にある溶媒51中の樹脂を硬化させるためのものである。例えば、乾燥工程後の被成形物61に光を照射するか、あるいは乾燥後の被成形物61を加熱すれば良い。これにより、メタマテリアル製品が完成する。
【００５７】
なお、塗布工程と乾燥工程の間に、メタマテリアル粒子10の配向を調整する配向調整工程を有していても良い。この場合、例えば、被成形物61へのマテリアル粒子分散液50の塗布面に対し、所定方向に電界や磁界を印加すれば良い。
【符号の説明】
【００５８】
１  共振体部
２  誘電体部
10  第一のメタマテリアル粒子
11  電磁波共振体
20  第二のメタマテリアル粒子
21  第１の導体層
22  第２の導体層
23  中間誘電体層
28  孔
30  第一のメタマテリアルシート
31  電磁波共振体用凹部
32  誘電体層
35  溝
40  第二のメタマテリアルシート
50  メタマテリアル粒子分散液
51  溶媒
61  被成形物
100  単位領域
【図１】
2017161605.tif 000003
【図２】
2017161605.tif 000004
【図３】
2017161605.tif 000005
【図４】
2017161605.tif 000006
【図５】
2017161605.tif 000007
【図６】
2017161605.tif 000008
【図７】
2017161605.tif 000009
【図８】
2017161605.tif 000010
【図９】
2017161605.tif 000011
【図１０】
2017161605.tif 000012