JP2010237375A - 微細構造体およびそれを用いた光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】金属細線などの金属部分の形状を精度良く制御することが可能であって、所定の波長に対して適切な回折効果を得ることができる。
【解決手段】熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔が０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、前記導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の凹部の底面および側面に形成されている、微細構造体。
【選択図】図１

Description

本発明は、微細構造体およびそれを用いた光学素子に関する。

金属細線を等間隔で配列したワイヤグリッドは、金属細線の間隔に対応する波長の光に対して回折効果を発揮し、反射型の偏光子等の各種用途に利用されている。

特許文献１には、基体上に硬さの異なる二種類以上の膜を２層以上形成してパターン被形成層を設けて、凹凸構造パターンが形成されたスタンパを対向して押し付けて、パターン被形成層にスタンパの凹凸構造パターンを転写するナノ構造体の製造方法が開示されている。

特許文献２には、予め格子状に凸部を設けた樹脂基材の、格子状凸部を含む領域に誘電体層を形成し、この誘電体層上に金属ワイヤを形成するワイヤグリッド偏光板の製造方法が開示されている。

特許文献３には、表面に１００ｎｍから１００μｍピッチの凹凸格子を有する被延伸部材を、前記凹凸格子の長手方向と略直交する方向の前記被延伸部材の幅を自由にした状態で、前記長手方向と略平行な方向に一軸延伸することにより得られた延伸部材の微細凹凸格子を転写してスタンパを作製し、一方で基材に誘電体層、金属層、樹脂層をこの順で形成し、このスタンパの微細凹凸格子を基材表面の樹脂層に転写し、この微細凹凸格子をマスクとして金属層をエッチングするワイヤグリッド偏光板の製造方法が開示されている。

特開２００４−３１９７６２ 特開２００８−０８３６５６ 特開２００８−０９０２３８

ところで、微細なワイヤグリッドを製造することは必ずしも容易ではなく、特許文献１から３に記載の技術をもってしてもなお、ワイヤグリッドの形状の制御が困難であり、そのため適切な回折効果が得られないことがあった。

本発明者らは、表面に導体薄膜を形成した熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体に直接熱式インプリントでスタンパの周期的凹凸構造を転写することで、金属細線などの金属部分の形状を精度良く制御することが可能であることを見出して、本発明に至った。

すなわち、本発明は、以下の（１）から（１２）に示したとおりである。
（１）熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔が０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、前記導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の凹部の底面および側面に形成されている、微細構造体、
（２）前記周期的凹凸構造の少なくとも一部が略平行の線状構造である、（１）項に記載の微細構造体、
（３）前記導体薄膜（Ｂ）が、前記線状周期的凹凸構造の凸部の上面には実質的に形成されていない、（１）項または（２）項に記載の微細構造体、
（４）熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔が０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、前記導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の、凹部の底面、および凸部の上面に形成されている、微細構造体、
（５）前記周期的凹凸構造の少なくとも一部が略平行の線状構造である、（４）項に記載の微細構造体、
（６）前記導体薄膜（Ｂ）が、前記線状周期的凹凸構造の凹部の側面には実質的に形成されていない、（４）項または（５）項に記載の微細構造体、
（７）前記導体薄膜の厚さが、０．０１〜１０μｍである、（１）項から（６）項のいずれか１項に記載の微細構造体、
（８）前記熱可塑性樹脂が脂環式構造含有重合体である、（１）項から（７）項のいずれか１項に記載の微細構造体、
（９）以下の（１）から（３）の工程を、この順で実施する微細構造体の製造方法：
（１）熱可塑性樹脂を含んでなり表面が略平面である基板層（Ａ０）上に、導体からなる略一定厚みの薄膜層（Ｂ０）を形成し、熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製する工程、
（２）前記積層体を加熱する工程、および
（３）周期的凹凸構造を有するスタンパ（Ｃ）を、前記積層体の導体からなる薄膜層（Ｂ０）側の面に密着させ、前記スタンパ（Ｃ）上の周期的凹凸構造を、前記積層体に転写する工程、
（１０）（９）項に記載の方法により製造された、（１）項から（８）項のいずれか１項に記載の微細構造体、
（１１）（１）項から（１０）項のいずれか１項に記載の微細構造体を用いる偏光制御素子、
（１２）（１１）項に記載の偏光制御素子を用いた、ディスプレイ装置。

本発明によれば、微細構造体の金属細線などの金属部分の形状を精度良く制御することが可能であって、所定の波長に対して適切な回折効果を奏する微細構造体を得ることができる。

一の実施形態の要部を示す断面図である。 他の実施形態の要部を示す断面図である。 前記一の実施形態の微細構造体を製造するための工程断面図である。 前記一の実施形態における凸部の上面幅と凹部側面に形成される金属膜の、基板に対して垂直方向における高さとの関係を示す模式図である。 前記一の実施形態における凸部の上面幅と凹部側面に形成される金属膜の、基板に対して垂直方向における高さとの関係を示す模式図である。 前記他の実施形態の微細構造体を製造するための工程断面図である。 前記微細構造体を製造する際の温度および圧力プロファイルの一例を示す図である。 偏光制御素子の一例を示す斜視図である。 前記偏光制御素子の偏光性能を計算により求めて視覚化したグラフである。

以下、本発明について説明する。
図１は、本発明の微細構造体の第一の実施形態を示す。
図１に示したように、本発明の微細構造体は、熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔（ピッチ）Ｐが０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の凹部の底面および側面に形成されているものである。

また、導体薄膜（Ｂ）は、導体としての機能を発揮し、かつ、良好な加工性の実現の観点から、その厚さｄを０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．０１〜１μｍとすることができる。

さらに、基板（Ａ）上に形成される周期的凹凸構造は、少なくとも一部が略平行の線状構造、すなわちグリッド形状であってもよく、あるいはドット形状であってもよいが、偏光現象を効率よく発現させる観点から、グリッド形状であることが好ましい。

また、周期的凹凸構造が線状周期的凹凸構造（グリッド形状）である場合、導体薄膜（Ｂ）が、この線状周期的凹凸構造の凸部の上面には実質的に形成されていないことが、金属層に入射した光線の反射を抑えることにより、光線透過率の減少を防ぎ、および視認性の低下を防ぐ観点から好ましい。

図２は、本発明の微細構造体の他の実施形態を示す。
図２に示したように、本発明の微細構造体は、熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔（ピッチ）Ｐが０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、前記導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の、凹部の底面、および凸部の上面に形成されているものである。

また、図１に示した微細構造体の場合と同様に、導体薄膜（Ｂ）は、導体としての機能を発揮し、かつ、良好な加工性の実現の観点から、その厚さｄを０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．０１〜１μｍとすることができる。

さらに、基板（Ａ）上に形成される周期的凹凸構造は、少なくとも一部が略平行の線状構造、すなわちグリッド形状であってもよく、あるいはドット形状であってもよいが、視野角の制御の観点から、グリッド形状であることが好ましい。

また、周期的凹凸構造が線状周期的凹凸構造（グリッド形状）である場合、導体薄膜（Ｂ）が、この線状周期的凹凸構造の凹部の側面には実質的に形成されていないことが、金属層に入射した光線の反射を抑えることにより、視野角の制御を効果的にし、および光線透過率の減少を防ぐ観点から好ましい。

前記各微細構造体の実施形態において、熱可塑性樹脂は成形性に優れ、高弾性であるものを好適に用いることができる。
このような熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン、結晶性ポリブタジエンなどの結晶性樹脂、および
ポリスチレン、ポリブタジエン、スチレンブタジエン樹脂などの非晶性樹脂、および
ポリメチルメタクリレート（アクリル）、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリエーテルエーテルケトン、およびポリエーテルイミドなど、ならびに
環状ポリオレフィンなどの脂環式構造含有重合体などが挙げられる。

これらの中では、特開２００６−５８５２２号公報に記載されたような脂環式構造含有重合体を特に好適に使用することができる。
すなわち、脂環式構造含有重合体は、重合体の繰り返し単位中に脂環式構造を含有するものであり、主鎖及び側鎖のいずれに脂環式構造を有していてもよい。脂環式構造としては、シクロアルカン構造、シクロアルケン構造などが挙げられるが、熱安定性等の観点からシクロアルカン構造が好ましい。脂環式構造を構成する炭素原子数は、格別制限されないが、通常４〜３０個、好ましくは５〜２０個、より好ましくは５〜１５個の範囲であると、耐熱性等の点で好ましい。脂環式構造含有重合体中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、使用目的に応じて適宜選択されればよいが、通常２０重量％以上、好ましくは４０重量％以上、より好ましくは６０重量％以上である。脂環式構造含有重合体中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合が過度に少ないと耐熱性が低下し好ましくない。なお、脂環式構造含有重合体中の脂環式構造を有する繰り返し単位以外の残部は、格別限定されず、使用目的に応じて適宜選択される。

脂環式構造を含有する重合体樹脂の具体例としては、（ａ）ノルボルネン系重合体、（ｂ）単環の環状オレフィン系重合体、（ｃ）環状共役ジエン系重合体、（ｄ）ビニル脂環式炭化水素重合体、及びこれらの水素添加物などが挙げられる。これらの中でも、寸法安定性、耐熱性、機械強度等の観点から、ノルボルネン系重合体水素添加物、ビニル脂環式炭化水素重合体及びその水素化物などが好ましい。

（ａ）ノルボルネン系重合体
本発明に使用されるノルボルネン系重合体の例としては、ノルボルネン系モノマーの開環重合体、ノルボルネン系モノマーとこれと開環共重合可能なその他のモノマーとの開環共重合体、及びそれらの水素添加物、ノルボルネン系モノマーの付加重合体、ノルボルネン系モノマーとこれと共重合可能なその他のモノマーとの付加共重合体などが挙げられる。これらの中でも、耐熱性、機械強度等の観点から、ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物およびノルボルネン系モノマーとこれと共重合可能なその他のモノマーとの付加共重合体が最も好ましい。

好ましいノルボルネン系モノマーの例としては、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン（慣用名：ノルボルネン）、５−メチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５，５−ジメチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−エチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−ブチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−ヘキシル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−オクチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−オクタデシル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−エチリデン−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−メチリデン−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−ビニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−プロペニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−メトキシ−カルボニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−シアノ−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−メチル−５−メトキシカルボニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−メトキシカルボニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−エトキシカルボニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−メチル−５−エトキシカルボニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−５−エニル−２−メチルプロピオネイト、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−５−エニル−２−メチルオクタネイト、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン−５，６−ジカルボン酸無水物、５−ヒドロキシメチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５，６−ジ（ヒドロキシメチル）−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−ヒドロキシ−ｉ−プロピル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５，６−ジカルボキシ−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン−５，６−ジカルボン酸イミド、５−シクロペンチル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−シクロヘキシル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−シクロヘキセニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、５−フェニル−ビシクロ〔２．２．１〕−ヘプト−２−エン、トリシクロ〔４．３．１^2,5．０^1,6〕−デカ−３，７−ジエン（慣用名ジシクロペンタジエン）、トリシクロ〔４．３．１^2,5．０^1,6〕−デカ−３−エン、トリシクロ〔４．４．１^2,5．０^1,6〕−ウンデカ−３，７−ジエン、トリシクロ〔４．４．１^2,5．０^1,6〕−ウンデカ−３．８−ジエン、トリシクロ〔４．４．１^2,5．０^1,6〕−ウンデカ−３−エン、テトラシクロ〔７．４．１^10,13．０^1,9．０^2,7〕−トリデカ−２，４，６−１１−テトラエン（１，４−メタノ−１，４，４ａ，９ａ−テトラヒドロフルオレンともいう：慣用名メタノテトラヒドロフルオレン）、テトラシクロ〔８，４，１^11,14，０^1,10，０^3,8〕−テトラデカ−３，５，７，１２−１１−テトラエン（１，４−メタノ−１，４，４ａ，５，１０，１０ａ−ヘキサヒドロアントラセンともいう）、テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン（テトラシクロドデセンともいう）、８−メチル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−メチル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−エチル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−メチリデン−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−エチリデン−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−ビニル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−プロペニル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−メトキシカルボニル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−メチル−８−メトキシカルボニル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−ヒドロキシメチル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−カルボキシ−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−シクロペンチル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−シクロヘキシル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−シクロヘキセニル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、８−フェニル−テトラシクロ〔４．４．１^2,5．１^7,10．０〕−ドデカ−３−エン、ペンタシクロ〔６．５．１^1,8．１^3,6．０^2,7．０^9,13〕−ペンタデカ−３，１０−ジエン、ペンタシクロ〔７．４．１^3,6．１^10,13．０^1,9．０^2,7〕−ペンタデカ−４，１１−ジエンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのノルボルネン系モノマーは、それぞれ単独であるいは２種以上組み合わせて用いられる。

これらノルボルネン系モノマーの開環重合体、またはノルボルネン系モノマーとこれと開環共重合可能なその他のモノマーとの開環共重合体は、モノマー成分を、開環重合触媒の存在下で重合して得ることができる。開環重合触媒としては、例えば、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金などの金属のハロゲン化物と、硝酸塩またはアセチルアセトン化合物、及び還元剤とからなる触媒、あるいは、チタン、バナジウム、ジルコニウム、タングステン、モリブデンなどの金属のハロゲン化物またはアセチルアセトン化合物と、有機アルミニウム化合物とからなる触媒を用いることができる。重合反応は溶媒中または無溶媒で、通常、−５０℃〜１００℃の重合温度、０〜５０ｋｇ／ｃｍ²の重合圧力で行われる。ノルボルネン系モノマーと開環共重合可能なその他のモノマーとしては、例えば、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどの単環の環状オレフィン系単量体などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。

ノルボルネン系モノマーの開環重合体水素添加物は、通常、上記開環重合体の重合溶液に水素添加触媒を添加し、炭素− 炭素不飽和結合を水素添加することにより得ることができる。水素化触媒としては、特に限定されないが、通常、不均一系触媒や均一系触媒が用いられる。

ノルボルネン系モノマー、またはノルボルネン系モノマーとこれと共重合可能なその他のモノマーとの付加（共）重合体は、例えば、モノマー成分を、溶媒中または無溶媒で、チタン、ジルコニウム又はバナジウム化合物と有機アルミニウム化合物とからなる触媒の存在下で、通常、−５０℃〜１００℃の重合温度、０〜５０ｋｇ／ｃｍ²の重合圧力で（共）重合させて得ることができる。

ノルボルネン系モノマーと共重合可能なその他のモノマーとしては、例えば、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、３−メチル−１−ブテン、３−メチル−１−ペンテン、３−エチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ヘキセン、４，４−ジメチル−１−ヘキセン、４，４−ジメチル−１−ペンテン、４−エチル−１−ヘキセン、３−エチル−１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセンなどの炭素数２〜２０のα−オレフィン；シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、３，４−ジメチルシクロペンテン、３−メチルシクロヘキセン、２−（２−メチルブチル）−１−シクロヘキセン、シクロオクテン、３ａ，５，６，７ａ−テトラヒドロ−４，７−メタノ−１Ｈ−インデンなどのシクロオレフィン；１、４−ヘキサジエン、４−メチル−１，４−ヘキサジエン、５−メチル−１，４−ヘキサジエン、１，７−オクタジエンなどの非共役ジエン；などが用いられるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも、α−オレフィン、特にエチレンが好ましい。

これらの、ノルボルネン系モノマーと共重合可能なその他のモノマーは、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。ノルボルネン系モノマーとこれと共重合可能なその他のモノマーとを付加共重合する場合は、付加共重合体中のノルボルネン系モノマー由来の構造単位と共重合可能なその他のモノマー由来の構造単位との割合が、重量比で通常３０：７０〜９９：１、好ましくは５０：５０〜９７：３、より好ましくは７０：３０〜９５：５の範囲となるように適宜選択される。

（ｂ）単環の環状オレフィン系重合体
単環の環状オレフィン系重合体としては、例えば、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテンなどの単環の環状オレフィン系単量体の付加重合体を用いることができる。

（ｃ）環状共役ジエン系重合体
環状共役ジエン系重合体としては、例えば、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエンなどの環状共役ジエン系単量体を１，２−または１，４−付加重合した重合体及びその水素添加物などを用いることができる。

本発明で使用されるノルボルネン系重合体、単環の環状オレフィン系重合体又は環状共役ジエン系重合体の分子量は、使用目的に応じて適宜選択されるが、シクロヘキサン溶液（重合体樹脂が溶解しない場合はトルエン溶液）のゲル・パーミエーション・クロマトグラフィーで測定したポリイソプレンまたはポリスチレン換算の重量平均分子量で、通常５，０００〜１，０００，０００、好ましくは８，０００〜８００，０００、より好ましくは１０，０００〜５００，０００の範囲であるときに、成形体の機械的強度、及び成形加工性が高度にバランスされて好適である。

（ｄ）ビニル脂環式炭化水素重合体
ビニル脂環式炭化水素重合体としては、例えば、ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサンなどのビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体及びその水素添加物；スチレン、α−メチルスチレンなどのビニル芳香族系単量体の重合体の芳香環部分の水素添加物；などを用いることができる。この場合、ビニル脂環式炭化水素重合体やビニル芳香族系単量体と、これらの単量体と共重合可能な他の単量体とのランダム共重合体、ブロック共重合体などの共重合体及びその水素添加物であってもよい。ブロック共重合体としては、ジブロック、トリブロック、またはそれ以上のマルチブロックや傾斜ブロック共重合体などが挙げられ、特に制限はない。

本発明で使用されるビニル脂環式炭化水素重合体の分子量は、使用目的に応じて適宜選択されるが、シクロヘキサン溶液（重合体樹脂が溶解しない場合はトルエン溶液）のゲル・パーミエーション・クロマトグラフ法で測定したポリイソプレンまたはポリスチレン換算の重量平均分子量で、通常１０，０００〜８００，０００、好ましくは１５，０００〜５００，０００、より好ましくは２０，０００〜３００，０００の範囲であるときに、成形体の機械的強度及び成形加工性とが高度にバランスされて好適である。

本発明で使用される脂環式構造含有重合体樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は、使用目的に応じて適宜選択すればよいが、通常８０℃以上、好ましくは９０℃〜２５０℃、より好ましくは１００℃〜１６０℃の範囲である。この範囲において、耐熱性と成形加工性とが高度にバランスされ好適である。

本発明において、上記の脂環式構造含有重合体は、１種を単独で使用しても良いし、２種以上を組み合わせて使用しても良い。

また、前記各微細構造体の実施形態において、周期的凹凸構造の間隔は、偏光制御の対象となる波長により決定され、例えば０．１〜２００μｍである。
特に、可視光の偏光フィルムの用途においては、周期的凹凸構造の間隔は０．１〜０．３μｍ程度であり、金属細線の線幅は０．０５μ〜０．１５μｍであることが好ましい。
また、ディスプレイ用途においては、ディスプレイ用に設けられる配線から考慮して、５０〜２００μｍ程度であり、金属細線の線幅は５〜１０μｍ程度が好ましい。

本発明の微細構造体は、下記の（１）から（３）の工程をこの順で行うインプリント技術を通じて製造することができる。
（１）熱可塑性樹脂を含んでなり表面が略平面である基板層（Ａ０）上に、導体からなる略一定厚みの薄膜層（Ｂ０）を形成し、熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製する工程、
（２）前記積層体を加熱する工程、および
（３）周期的凹凸構造を有するスタンパ（Ｃ）を、前記積層体の薄膜層（Ｂ０）側の面に密着させ、前記スタンパ（Ｃ）上の線状周期的凹凸構造を、前記積層体に転写する工程。

図１に示した第一の実施形態の微細構造体の製造において、（１）の工程では、まず、基板層（Ａ０）上に導体からなる略一定厚みの薄膜層（Ｂ０）を形成して、熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製する。
ここで、導体としては、例えばアルミニウム、ニッケル、白金、銅、銀、金、酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム・亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられ、「一定の厚み」は、図１の微細構造体における厚みｄと同じである。
また、基板層（Ａ０）上に導体の薄膜層（Ｂ０）を形成する方法としては、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法，化学気相蒸着（ＣＶＤ）法などが挙げられる。

（２）の工程では、（１）の工程で作製された積層体を加熱する。
この加熱は、徐々に、例えば１００秒かけて、室温から基板層（Ａ０）を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度、例えば１６０℃まで上昇させることによって行うことができる。

（３）の工程では、図３（Ａ）に示したように、まず、周期的凹凸構造を有するスタンパ（Ｃ）を、（２）の工程で加熱された積層体の薄膜層（Ｂ０）側の面に密着させる。次に、スタンパ（Ｃ）の薄膜層（Ｂ０）との密着面とは反対側から、スタンパ（Ｃ）に対して圧力を印加していくと、図３（Ｂ）に示したように、スタンパ（Ｃ）の凹部に当接した基板層（Ａ０）の部分が盛り上がり、その結果、盛り上がった部分に形成された薄膜層（Ｂ０）が破断する。さらに、図３（Ｃ）に示したように、基板層（Ａ０）の盛り上がった部分がスタンパ（Ｃ）の凹部を満たすまで移動し、その結果、スタンパ（Ｃ）上の周期的凹凸構造が積層体に転写される。すなわち、導体薄膜（Ｂ）が、基板（Ａ）上に形成された周期的凹凸構造の凹部の底面および側面に形成された微細構造体が得られる。

図４、５は、このようにしてできた微細構造体の要部を示す。
図４に示したように、基板（Ａ）上で形成された凸部の上面幅Ｗが凹部の二つの側面のそれぞれの高さの和に等しい場合、導体薄膜（Ｂ）の高さＷ１およびＷ２の和は凸部の上面幅Ｗと理論上等しくなる。また、図５に示したように、基板（Ａ）上で形成された凸部の上面幅が、凹部の二つの側面のそれぞれの高さの和よりも大きくなる場合であっても、導体薄膜（Ｂ）の高さＷ３およびＷ４の和は凸部の上面幅Ｗ'と理論上等しくなる。ここで、理論上とは、基板層（Ａ０）、薄膜層（Ｂ０）ともに、スタンパ（Ｃ）からの剥離状態が良好であって、特に薄膜層（Ｂ０）が図３（Ｂ）で示したような破断箇所以外の部分では破断が生じない状態を指す。

次に、図２に示した他の実施形態の微細構造体の製造において、（１）の工程では、図１に示した実施形態の微細構造体の製造と同様に、基板層（Ａ０）上に導体からなる略一定厚みの薄膜層（Ｂ０）を形成して、熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製する。

（２）の工程では、（１）の工程で作製された積層体を加熱する。
この加熱は、徐々に、例えば１００秒かけて、室温から基板層（Ａ０）を構成する熱可塑性樹脂のガラス転移温度Ｔｇと同じくらいの温度、例えば１２０℃まで上昇させることによって行うことができる。

（３）の工程では、図６（Ａ）に示したように、まず、周期的凹凸構造を有するスタンパ（Ｃ）を、（２）の工程で加熱された積層体の薄膜層（Ｂ０）側の面に密着させる。次に、スタンパ（Ｃ）の薄膜層（Ｂ０）との密着面とは反対側から、スタンパ（Ｃ）に対して圧力を印加していくと、図６（Ｂ）に示したように、スタンパ（Ｃ）の凹部に当接した基板層（Ａ０）の部分が盛り上がる。さらに、図３（Ｃ）に示したように、基板層（Ａ０）の盛り上がった部分がスタンパ（Ｃ）の凹部を満たすまで移動し、その結果、薄膜層（Ｂ０）が基板層（Ａ０）の盛り上がり部分の立ち上がり箇所にて破断し、スタンパ（Ｃ）上の周期的凹凸構造が積層体に転写される。すなわち、導体薄膜（Ｂ）が、基板（Ａ）上に形成された周期的凹凸構造の凹部の底面、および凸部の上面に形成された微細構造体が得られる。

図７は、各微細構造体を製造する際の温度および圧力プロファイルの一例を示す図である。
図７において、前記の基板層（Ａ０）および薄膜層（Ｂ０）からなる積層体の加熱状態は温度曲線２に示したとおりであり、スタンパ（Ｃ）による積層体への加圧状態は圧力曲線３に示したとおりである。

図７に示したプロファイルによれば、図３（Ａ）または図６（Ａ）に示した状態で、積層体を室温から徐々に加熱していき、所定の温度、例えば図１に示した微細構造体の製造においてはガラス転移温度Ｔｇよりも高い温度、また図２に示した微細構造体の製造においてはガラス転移温度Ｔｇくらいの温度まで加熱する。
一方で、スタンパ（Ｃ）による加圧を、所定時間以内、例えば２秒以内に、所定の圧力まで行う。このときの所定の圧力は、使用する装置により適宜設定することができるが、一般的に０．５ＭＰａ〜５０ＭＰａ、好ましくは１ＭＰａ〜４０ＭＰａである。

所定の温度および圧力になるまで加熱および加圧した後、その状態で一定時間、例えば５秒間保持する。その後、圧力はそのままで徐々に冷却していく。また、圧力は、冷却後所定の温度、例えば７０℃になるまで保持する。このような温度および圧力プロファイルを経て、図３（Ｂ）から図３（Ｃ）、または図６（Ｂ）から図６（Ｃ）にて示した状態になり、微細構造体が得られる。

このようにして得られた微細構造体は、線状の周期的凹凸構造を形成した場合、例えば偏光制御素子のような光学部材として用いることができ、そのような偏光制御素子も本発明に含まれる。

図８は、図１に示した微細構造体を用いて形成される偏光制御素子の斜視図である。
偏光制御素子１０は、基板Ａ上に複数の導体薄膜Ｂが互いに略平行にピッチｐの間隔で形成され、線状構造を有している。ここで、ピッチｐは前述した範囲である。

図９は、ピッチｐを４μｍ、周期的凹凸構造の凹部の底部に形成された導体薄膜Ｂの長手方向に対する幅を２μｍとして見積もった（第３・光の鉛筆，鶴田匡夫，新技術コミュニケーションズ，２７８−２８７頁参照）、入射光の偏光性能について視覚化したグラフである。
なお、図９においては、入射光の光成分を、図８に示したように、導体薄膜Ｂの長手方向と略平行な光成分ＴＥおよび導体薄膜Ｂの長手方向と略直交する光成分ＴＭに分けている。

図８、９によれば、このような構成の偏光制御素子１０においては、周期的凹凸構造の凹部の底部に形成された導体薄膜Ｂの長手方向と略平行な光成分ＴＥは、導体薄膜Ｂが金属として機能して反射される。一方、導体薄膜Ｂの長手方向と略直交する光成分ＴＭは透過する。偏光制御素子１０は、光成分ＴＭに関しては導体薄膜Ｂが存在していても透明体として機能する。このため、この偏光制御素子１０は、偏光対象の光の一部を導体薄膜Ｂで反射し、残りを透過させることにより、偏光機能を発揮する。
なお、図９においては、波長が１０μｍよりも大きい領域における評価を行ったのみとなっているが、微細構造体の周期的凹凸構造のピッチを、もっと波長が短い、例えば可視領域の波長に対応するピッチとすることにより、可視領域の光に対しても偏光機能を発揮させることができる。

すなわち、図８に示した偏光制御素子は、垂直な方向から入射し、かつ、凸部へ抜ける光の偏波については透過させ、凸部へ抜けず導体薄膜に入射した光の偏波は反射させる。これにより、例えばディスプレイのバックライトから画面に入射する光の偏光制御に用いた場合、反射された光の成分はバックライト内に戻されることになり、この戻された光がバックライト内で反射を繰り返し、再度ディスプレイの画面側に入射することを可能にし、その結果、画面の輝度が向上する。このため、偏光するために不要な偏波成分の光を吸収するタイプの従来のヨウ素偏光フィルムよりも、ディスプレイの画面を明るく表示させることができる。

これに対して、図２に示した微細構造体を用いて形成される偏光制御素子は、垂直な方向から入射する光に対しては、凸部および凹部に形成された導体薄膜Ｂにて反射され、斜め方向から入射し、凸部または凹部に形成された導体薄膜Ｂのいずれにも反射しない光を透過させる。これにより、例えば窓の表面に配置した場合に、正面からは窓の内側を見ることができないが、斜め方向から入射する日光などは透過させることができる。

このような偏光制御素子は、異方性反射・透過素材（設定角度になると見える、あるいは見えないフィルム）、ディスプレイ用電極基材（ＩＴＯ膜使用、２枚を直行させて、対向して重ねるとマトリクス表示が可能になる。有機ＥＬ、エレクトロクロミック方式などにも用いることができる。いずれの場合にも樹脂の壁が立っているのでスペーサー等が不要になる）、ワイヤグリッド偏光フィルム、微粒子複合フィルム（溝に沿って、微粒子を配列させることにより作製することができる）、タッチパネル用基材、電磁波防止フィルムなどの用途に有用である。

さらに、本発明の偏光制御素子を、例えば光シャッタとして用いて、ディスプレイ装置を構成することもでき、そのようなディスプレイ装置も本発明に含まれる。このほか、培養基材、ディスプレイ用電極基材としても有用である。

特許文献１に記載の技術においては、基体の上に硬さの異なる二種以上の膜を設ける必要があり、本発明では基体上には一種の導体薄膜を形成して周期的凹凸構造を形成している点で異なる。
また、特許文献２に記載の技術においては、基体に凹凸形状を形成した後に導体の蒸着を行ってワイヤグリッドを形成しているため、本発明のような凹凸の凹部の底面には導体薄膜が形成されないことになり、本発明と同様な偏光制御素子として用いることが困難である。
さらに特許文献３に記載の技術においては、ワイヤグリッドの製造において、エッチング加工が必須であり、単にスタンパを用いた熱転写技術を応用した本発明に比べると工程数が多くなる。
特許文献１から３のいずれの技術においても、本発明と比較して、製法が複雑になり、その結果微細構造体が高価なものとなってしまう。

本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるべきものではない。

（実施例１）
熱可塑性樹脂フィルム（ＡＰＥＬ６０１１Ｔ，厚み１００μｍ，ガラス転移温度：約１０５℃）上に、スパッタ法を用いて、金属層（Ｃｕ，厚み１００ｎｍ）を形成し，熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製した。

次に、図７に示したプロファイルにしたがって加熱加圧処理を行った。
すなわち、この積層体を１６０℃に加熱した後，スタンパ（ライン／スペース，高さ２μｍ，幅２μｍ（ピッチ４μｍ））をスタンパの押付け条件（圧力２０ＭＰa，押付け時間５秒）で押し付けた。その後、同圧力で押し付けたまま、スタンパ及び積層体を７０℃まで冷却した後、離型した。

転写された周期的凹凸構造付き積層体の断面を電界放出型走査型電子顕微鏡（日本電子社製：ＪＳＭ−６７０１Ｆ）で観察したところ、断面形状に関して、熱可塑性樹脂からなる基板層は導体薄膜層を突き破りながら、スタンパの周期的凹凸パターン通りに転写された。その結果、導体薄膜層は基板の周期的凹凸構造の凹部の底部および側部のみに線状に形成されていた。

（実施例２）
実施例１と同様にして、熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製した。
次に、図７に示したプロファイルにしたがって加熱加圧処理を行った。
すなわち、この積層体を１０５℃に加熱した後、スタンパ（ライン／スペース，高さ６０μｍ，幅６０μｍ（ピッチ１２０μｍ））をスタンパの押付け条件（圧力３０ＭＰa，押付け時間５秒）で押し付けた。その後、同圧力で押し付けたまま、スタンパ及び積層体を７０℃まで冷却した後、離型した。

転写された周期的凹凸構造付き積層体の断面を電界放出型走査型電子顕微鏡（日本電子社製：ＪＳＭ−６７０１Ｆ）で観察したところ、断面形状に関して、熱可塑性樹脂からなる基板層はスタンパの周期的凹凸パターン通りに転写された。導体薄膜層は、周期的凹凸構造の各凹凸の根元部分で寸断されており、基板の凸部の上面部及び凹部の底部のみに線状に形成された。凹部の側部に金属層は形成されなかったことが確認された。

（実施例３）
実施例１と同様にして、熱可塑性樹脂基板層／導体薄膜層からなる積層体を作製した。
次に、図７に示したプロファイルにしたがって加熱加圧処理を行った。
すなわち、この積層体を１６０℃に加熱した後、スタンパ（円筒凹，深さ２μｍ，直径２μｍ（ピッチ４μｍ千鳥状：staggered pattern、交差している格子が斜めになっている、一般的には略４５°に傾いた配置））をスタンパの押付け条件（圧力２０ＭＰａ，押付け時間５秒）で押し付けた。その後、同圧力で押し付けたまま、スタンパ及び積層体を７０℃まで冷却した後、離型した。

転写された周期的凹凸構造付き積層体の断面を電界放出型走査型電子顕微鏡（日本電子社製：ＪＳＭ−６７０１Ｆ）で観察したところ、俯瞰形状はスタンパの周期的凹凸パターン通り（２μｍφ，高さ２μｍ円柱凸部）に転写され、金属層が凹部の底面および側面に金属層が形成された。

Claims (12)

1. 熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔が０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、前記導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の凹部の底面および側面に形成されている、微細構造体。
2. 前記周期的凹凸構造の少なくとも一部が略平行の線状構造である、請求項１に記載の微細構造体。
3. 前記導体薄膜（Ｂ）が、前記線状周期的凹凸構造の凸部の上面には実質的に形成されていない、請求項１または２に記載の微細構造体。
4. 熱可塑性樹脂を含んでなり、間隔が０．１〜２００μｍの周期的凹凸構造を有する基板（Ａ）上に、導体薄膜（Ｂ）が部分的に形成されてなる微細構造体であって、前記導体薄膜（Ｂ）が、前記周期的凹凸構造の、凹部の底面、および凸部の上面に形成されている、微細構造体。
5. 前記周期的凹凸構造の少なくとも一部が略平行の線状構造である、請求項４に記載の微細構造体。
6. 前記導体薄膜（Ｂ）が、前記線状周期的凹凸構造の凹部の側面には実質的に形成されていない、請求項４または５に記載の微細構造体。
7. 前記導体薄膜の厚さが、０．０１〜１０μｍである、請求項１から６のいずれか１項に記載の微細構造体。
8. 前記熱可塑性樹脂が脂環式構造含有重合体である、請求項１から７のいずれか１項に記載の微細構造体。
9. （１）熱可塑性樹脂を含んでなり表面が略平面である基板（Ａ０）上に、導体からなる略一定厚みの薄膜層（Ｂ０）を形成し、熱可塑性樹脂層／導体層からなる積層体を作製する工程、
   （２）前記積層体を加熱する工程、および
   （３）周期的凹凸構造を有するスタンパ（Ｃ）を、前記積層体の導体からなる薄膜層（Ｂ０）側の面に密着させ、前記スタンパ（Ｃ）上の周期的凹凸構造を、前記積層体に転写する工程、
   をこの順に実施する微細構造体の製造方法。
10. 請求項９記載の方法により製造された、請求項１から８のいずれか１項に記載の微細構造体。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の微細構造体を用いる偏光制御素子。
12. 請求項１１記載の偏光制御素子を用いた、ディスプレイ装置。

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