JP4590919B2 - 微小突起群を備えた構造基板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は有機ポリマーの微小突起群を備え、該微小突起群の傾斜角度を熱制御で変える構造基板及びその製造方法に関し、またそれを用いたアクチュエータ素子，調光素子，流路チップ等に関する。

特開２００３−１１１４５６号では、繊毛運動を行う任意の側壁に取り付けられた複数の圧電アクチュエータ素子を利用して、移動体が該側壁に沿って所定の方法へ移動する圧電アクチュエータが開示されている。前記各アクチュエータ素子は金属製の基体、該基体の両面に設けられたＰＺＴ等の圧電セラミックから成る圧電素子、そして複数の電極とから構成されている。そして複数のアクチュエータ素子が位相差発生素子と共に任意の側壁に配置される。前記位相差発生素子は、複数のアクチュエータ素子各々の電極に送る電流に所定の位相差を発生させるために、投入電流に対して所定の位相遅延をかけて、前記圧電アクチュエータ素子に送る電流の位相を制御するものである。そして、開示された圧電アクチュエータは、従来の電磁方式，電動方式，油圧・空圧方式に比べて小型化，軽量化が容易であり、装置が簡単なため安価に提供できるとされており、平面上での移動体の移動，細管内部での移動体の移動，細管の内部を検査するマイクロマシンの探査ロボット、そして表示装置などへの応用が検討されている。

また、従来、光透過率／反射率を制御するいわゆる調光手段として、物理的に調光するブラインドや着色フィルム，光や熱によって色調を変化させるフォトクロミック材料やサーモクロミック材料、そして電気的に調光する液晶などが知られている。そして、前記調光手段の用途先は、家屋や車の窓ガラス用日射制御機構，ディスプレイなどの表示装置，記録シートなど幅広い。

ブラインドや着色フィルムは、簡便で安価な調光手段として、大面積での日射調整などにしばしば使用されているが、光量や色調の微妙な制御が容易でない。

フォトクロミック材料は光強度に応じて色調を変化させることができ、サーモクロミック材料は温度に応じて色調が変化させることができ、センサー，情報記録，調光ガラスなどへの応用が検討されている。

液晶は電圧の印加のありなしによる分子配向の違いによって透明状態、あるいは白濁状態に可逆的に変化させることができる。すなわち、電気信号のみで実用的な範囲で精度よく光量や色調を調整できる利点があることから、車の窓ガラス用日射制御機構，ディスプレイなどの表示装置などに応用されている。

特開２００３−１１１４５６号公報

上記の特許文献１記載の技術では、圧電アクチュエータ素子が金属製の基体、該基体の両面に設けられたＰＺＴ等の圧電セラミックから成る圧電素子、そして複数の電極の各部品で構成されている。そのため、構造が複雑になるうえ、各部品を組上げる工程が必要になる。さらに、複数の圧電アクチュエータ素子を任意の側壁に取り付ける工程も必要になることから全工程が複雑になる。

他方、調光手段としてフォトクロミック材料やサーモクロミック材料を用いた場合、調光状態を一定に保つことが困難であるうえ、繰返し安定性に問題があると指摘されている。

また、液晶を用いた調光手段は一対の透明電極を基板全面に必要とし、その構成は複雑である。

本発明の微小突起群を備えた構造基板は、有機ポリマー製の基体に、該基体から伸びた有機ポリマー製の微小突起群を有し、該微小突起群の表面の少なくとも一部が基体とは異なる材料で形成されていることを特徴とする。

また、本発明は有機ポリマー製の前記微小突起群を形成した後、該微小突起群の表面の一部に基体とは熱膨張係数の異なる材料から成る層を形成し、前記微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変えることを特徴とする。

なお、本発明の微小突起群を備えた構造基板はフィルムやシートも含むものである。本発明において、有機ポリマーは、特に断りがない限り、有機ポリマーのみを意味する他、これに無機フィラーを添加したり、有機ポリマーに化学修飾したりして、物性を変化させたものも含む。

本発明は、前記微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変え、該微小突起群上に載せられた物体の位置や角度を変化させることを特徴する。

本発明は、前記微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変え、構造基板に入射する光の透過率又は反射率を制御することを特徴とする。

本発明は、前記有機ポリマー製の微小突起群が流路内に形成されており、前記微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変えることで流量を変化させることを特徴とする。

前記微小突起群の有機ポリマーの形状は柱状であり、その相当直径が１０ｎｍから５００μｍ、高さが５０ｎｍから５０００μｍであって、該柱状微小突起群の相当直径（Ｄ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）が１以上であることが望ましい。アスペクト比がある程度大きい方が、機能性基板又は機能性素子としての任意の特性が設計でき、それだけ用途が広がるからである。

本発明において、柱状微小突起の相当直径とは、突起の中間位置における相当直径である。なお、相当直径という語を用いたのは、突起の断面が必ずしも円形ではなく、楕円，多角形，非対称形などの場合があるためで、本発明ではこれらを全て包含するために相当直径を用いている。アスペクト比（Ｈ／Ｄ）としては、４から３０がより好ましい。しかし、構造的な強度の点から１００以下が好ましい。

前記微小突起群の有機ポリマーの形状は壁状であってもよく、その相当幅が１０ｎｍから５００μｍ、相当長さが相当幅の２倍以上、高さが５０ｎｍから５０００μｍであって、該壁状微小突起群の相当幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が４〜３０がより好ましい。しかし、構造的な強度の点から１００以下が好ましい。

本発明の微小突起群を備えた基板またはフィルムは、特定の配列をもつ凹部群（以下、ピット群と称する）を形成した微小成形型（精密金型）を用いて、熱可塑性樹脂又は未硬化の熱硬化性樹脂の薄膜に押し付けて、上記ピット群の型に従ってパターンを形成する。

上記成形型はたとえば石英で作られる。上記成形型を上記薄膜から引き離すことで、微小突起群が形成される。特にモールド（成形型）の凹凸群（ピット群）のアスペクト比によって突起物の高さの調整が可能となり、モールドに形成する凹部の位置と開口面積によって突起物の位置と底面積を調整できる。なお、上記成形型を上記薄膜から引き離すときに、上記ピットに入り込んだ熱可塑性樹脂又は未硬化の光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を引き伸して、所望の微小突起群を形成してもよい。この製造法に関しては、後に詳細に説明する。

該微小突起群を構成する突起物は、先端部の相当面積よりも底面部の相当面積がわずかに大きい。これにより、樹脂製の微小突起物の自立性，自己支持性を確保する上で有利であり、また、微小突起物は、該基体と接した根元から先端部に向けて細くなる部分を有している。また、前記微小突起群と前記基体の材料が同じであることが望ましい。特に、該突起物と該突起物が接続している基板が一体となっていることが好ましい。本発明の微小突起群は、微小突起物が密集した構造とすることができるため、これにより個々の微小突起物が潰れにくく、基体から取れにくい性質とすることが可能である。

上記微小突起群は、製造工程上、前記有機材料が熱可塑性高分子材料又は未硬化の光硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂であってもよい。前記有機材料が熱可塑性の光硬化性高分子材料を用いても良い。たとえば、微小突起群の主成分がシクロオレフィンポリマー，ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)，ポリ乳酸，ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリビニルアルコール，ＡＢＳ樹脂，ＡＳ樹脂，ポリアミド，ポリアセタール，ポリブチレンテレフタレート，ガラス強化ポリエチレンテレフタレート，変成ポリフェニレンエーテル，ポリ塩化ビニル，ポリフェニレンスルフィド，ポリエーテルエーテルケトン，液晶性ポリマー，フッ素樹脂，ポリアレート，ポリスルフォン，ポリエーテルスルフォン，ポリアミドイミド，ポリエーテルイミド，熱可塑性ポリイミド等の熱可塑性樹脂，フェノール樹脂，メラミン樹脂，ユリア樹脂，エポキシ樹脂，不飽和ポリエステル樹脂，シリコーン樹脂，ジアリルフタレート樹脂，ポリアミドビスマレイミド，ポリビスアミドトリアゾール等の熱硬化性樹脂、これらを２種以上混合した材料、あるいは感光性物質を添加した光硬化性の材料などがある。また、これらの材料に酸化防止剤，難燃剤等を添加してもよい。

熱可塑性樹脂の薄膜に前述の成形型を押し付け、これを引き剥がす際に、ピット内に圧入された樹脂が引き伸ばされて、突起の相当直径又は相当幅がピットの内径又は内幅よりもわずかに小さい、しかしピット深さよりも長い微小突起群を形成できる。どの程度の相当直径又は幅でどの程度の長さの微小突起になるかは、用いる樹脂の種類，物性（分子量など），成形条件（ピット深さ，温度，成形圧力など）によって変わるので、予め種々の実験によって、確認しておくのが良い。

前記熱硬化性樹脂の薄膜が未硬化の状態にあるときに、所定の配列を持ったピットを形成した精密金型を押し付けて、引き剥がすことにより、目的の形状をもった微小突起群が形成される。次にこれを熱硬化，光硬化などにより硬化させることにより、機械的強度の高い機能性基板を得ることができる。熱硬化性樹脂の硬化にあたっては、樹脂が溶融して流れたり、変形したりしないような条件を選ぶため、硬化温度や加熱プロファイルを検討する。なお、熱硬化性樹脂に硬化剤や硬化促進剤を添加しても良いことは当然である。

前記柱状微小突起群の表面の一部に形成される材料としては、前記微小突起群を形成する有機ポリマーとは熱膨張係数が異なる材料であればよく、樹脂，酸化膜，金属等を用いることができる。たとえば、酸化物や金属には、Ｓｉ，Ｚｒ，Ｔｈ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｙ，
Ｈｆ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｆ，Ｚｎ，Ｓ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの元素が含まる。また、前記微小突起群を形成する有機ポリマーとは熱膨張係数が異なる樹脂，酸化膜，金属は、蒸着，スパッタ，メッキなどの薄膜形成技術で微小突起群の表面の一部に形成される。後に説明する微小突起群の温度制御による傾斜角の変化は、用いる微小突起群を形成する有機ポリマー，前記微小突起群の表面の一部に形成する材料，厚さによって変わるので、予め種々の実験によって、確認しておくのが良い。

本発明によれば、寸法，アスペクト比などが自由に制御できる有機ポリマー製の微小突起群を備えた構造基板を提供することができる。また、微小突起群を製造するのに、有機ポリマーを使用するので、プレスという簡便な製造技術で形成でき、安価な構造基板を提供することができる。

アスペクト比の小さい微小突起物を作るのは容易であるが、ｎｍ単位の微小突起でしかもアスペクト比が４以上と大きいものを簡単な方法で形成することができる。従って種々の用途に展開できるｎｍオーダーの構造基板が得られる。また、突起物の中心位置間の距離（ピッチ，Ｐ）を位置によって変え、変化した機能を与えることも可能である。

（実施例１）
図１は本実施例で作製した微小突起群１０４を備えた構造基板１００の概略斜視図である。微小突起群１０４の材質はＰＭＭＡで、分子量は２万から６０万である。微小突起群１０４と同じ有機ポリマーからなる基体１０２は、突起群と連続していて突起群を、しっかりと固定している。図１においては、微小突起群１０４は同じ形状で、縦，横方向に整列されているが、ランダムに形成されていても良い。また、突起群の高さ寸法，アスペクト比が、突起物が形成されている位置によって変化していても良い。このような変化は、本発明の製造法によってなし得る特徴である。

更に又、突起群の一部を欠損して、特定の機能を与えることもできる。本発明の方法によれば、予め金型に突起群の欠損部分を形成しておくことにより、１工程で欠損部分を有する機能性基体を容易に形成することができる。

微小突起群１０４を形成した後に、前記柱状微小突起群の表面の一部にアルミ層を形成する。このとき前記微小突起群１０４を形成するＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、アルミの熱膨張係数は４×１０^-6／℃であることから、後に説明する微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。

（実施例２）
図２は他の実施例による突起群を備えた構造基板２００の構造を示す斜視図であり、図３は微小突起物２０４の側面構造を示す図である。図４は図２，図３に示す微小突起群を備えた構造基板の製造工程を示すフローチャートである。

図２及び図３において、柱状微小突起物２０４の高さは３μｍで、相当直径は根元で
３３０ｎｍ、中間高さ位置で３００ｎｍである。柱状微小突起物２０４は上部約１μｍの部分は平滑な表面状態であり、根元から約２μｍの部分の表面は、図３に示すように、横方向の縞模様２０９を有する。

柱状微小突起物２０４は一定のピッチＰで形成され、底面の相当直径が３３０ｎｍで、高さが３μｍなので、底面におけるアスペクト比は９である。また、微小突起物２０４の中間高さ位置の相当直径は３００ｎｍであるので、中間高さ位置のアスペクト比は１０で、４以上の十分に大きいアスペクト比である。なお、本発明で単にアスペクト比という場合は、特に断りがない場合は、微小突起物の中間高さ位置における値である。

また、柱状微小突起物２０４は先端部が底面部より小さくなっており、末広がり状であることが分かる。本実施例では、柱状微小突起物の形状は根本から先端にかけて細くなっていく形状であるが、例えば、根本から先端にかけて細くなり先端部が膨らんだ形状でもよい。本発明の柱状微小突起物は、根本から先端部にかけて細くなる部分を有することが特徴の一つである。突起物の先端部が突起物の底面部より小さく末広がり状であるため、突起物が基板から取れにくい。また、突起物が下地の材料と同じであるため突起物が下地から取れにくい。

また、柱状微小突起物２０４は下地膜（薄膜）２０２と同じＰＭＭＡでできている。また、柱状微小突起物２０４は下地膜２０２に接続されており、一体化している。

微小突起群を形成した後に、前記柱状微小突起群の表面の一部にアルミ層を形成する。このとき前記微小突起群を形成するＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、アルミの熱膨張係数は４×１０^-6／℃であることから、後に説明する微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。

図２は図４の製造法で作製した突起群を備えた構造基板２００の斜視図である。構造基板２００は、厚さ０.５μｍ の薄膜２０２(ＰＭＭＡ)，厚さ５５０μｍで幅１００ミリメートルのガラス製第１基板２０３，ＰＭＭＡを主成分とする相当直径３００ｎｍの柱状微小突起物２０４、及び該柱状微小突起物２０４の表面の１部に形成された平均厚さ１００ナノメートルのアルミ膜からなる。

なお、本実施例では、柱状微小突起物２０４と下地膜２０２の材料としてＰＭＭＡを用いた。しかし、シクロオレフィンポリマー，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ乳酸，ポリプロピレンなど、あるいは前述の他の材料を用いても良い。

また、本実施例では、前記柱状微小突起群の表面の一部にアルミ層を形成した。しかし、アルミ，ニッケル，金，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂など、あるいは前述の他の材料を用いても良い。

微小突起群を備えた構造基板の主要部の製造法を図８に示した。基板４０１には直径
１５０ミリメートルのガラス製ウエハを用いた。基板４０１の表面にスピンコート法で分子量１２０,００のＰＭＭＡの樹脂膜４０４を塗布した。樹脂膜４０４の厚さは１.５μｍである。次に、表面にピットを形成したモールド４０５を樹脂膜４０４にプレスした。モールド４０５は結晶方位（１００）を有し、直径１５０ミリメートルのシリコンウエハである。モールド４０５を垂直に引き上げ柱状微小突起物４０６を形成した。図８に示すように、柱状微小突起物４０６のアスペクト比は、モールド４０５のピットのアスペクト比（約１）の約４倍である。アスペクト比の大きいｎｍレベルのピットをモールド４０５に形成することは一般に困難であるが、本実施例の手法を用いればアスペクト比の大きい柱状微小突起物４０６を容易に形成することができる。

なお、本実施例では、直径１５０ミリメートルのガラス製ウエハを基板４０１として用いたが、基板４０１はガラス製ウエハに限られない。例えばガラスを除く無機物，ポリカーボネートなどの有機物、あるいはこれらの積層構造体を用いてもよい。

また、本実施例では、基板４０１の表面にＰＭＭＡ製の樹脂膜４０４を形成したが、樹脂膜４０４はＰＭＭＡのほかに、例えばシクロオレフィンポリマー，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリプロピレンなどの有機ポリマー等を用いることができる。またこれらのポリマーにシリカなどの無機物を添加してもよい。

また、本実施例では、モールド４０５に結晶方位が（１００）で、直径１５０ミリメートルのシリコンウエハを用いたが、ニッケルなどの金属薄膜やＰＤＭＳ（熱硬化性又は光硬化性ポリジメチルシロキサン）などの有機物でもよい。

また、モールド４０５の凹部（ピット）の深さや樹脂膜４０４の厚さや粘度を調整することで柱状微小突起物４０６の直径や高さを制御できる。モールド４０５の凹部の開口面積を大きくすることで柱状微小突起物４０６の底部の大きさを制御できる。さらに、モールド４０５のピットの位置を制御することにより、柱状微小突起物４０６を形成する位置を制御することができる。

また、柱状微小突起物４０６の材料を熱可塑性樹脂にすることにより、柱状微小突起物４０６の形成時の温度を調整し、柱状微小突起物４０６の形状を容易に制御できる。更に、柱状微小突起物４０６を光硬化性材料とすることにより、柱状微小突起物４０６の形成時に光照射して柱状微小突起物４０６の形状を容易に制御できる。

次に、突起群を備えた構造基板２００の製造方法について詳細に説明する。図４は、図２，図３に示した本実施例による構造基板２００の製造方法を示すフロー図である。

始めに、ＰＭＭＡ（溶媒；エチルセロソルブ）をスピンコートして、図４（ａ）に示すように、ガラス製の基板４０１上に第１の樹脂膜４０４を形成した。

次に、表面に深さ１μｍ，直径５００ｎｍのピットをピッチ１μｍで形成した図４(ｂ)に示すモールド（精密金型）４０５を第１の樹脂膜４０４にプレスして樹脂膜の一部をピット内に圧入した後、モールド４０５を剥離した。これにより、図４（ｃ）に示すように、柱状微小突起物４０６を形成した。

柱状微小突起群の形状は、図２に示すように、柱状微小突起物２０４は、高さ３μｍで１μｍの周期（ピッチ，Ｐ）で配列している。柱状突起の高さ方向の中間位置における相当直径は、３００ｎｍで、根元で３３０ｎｍである。柱状微小突起物２０４は上部約１
μｍの部分は、図３に示すように平滑な表面状態であり、根元から約２μｍの部分の表面は縞模様２０９又は膨大部を有する場合がある。

また、柱状微小突起物２０４の中間高さの相当直径が３００ｎｍで、高さが３μｍなので、高さと一辺の比（アスペクト比）は１０となり、４より十分大きいことが分かる。また、柱状微小突起物２０４の先端部の断面積が、底面部の断面積より小さく、末広がり状であることが分かる。また、柱状微小突起物２０４は薄膜２０２と同じＰＭＭＡでできている。また、柱状微小突起物２０４は薄膜２０２に接続されており、一体化している。

理由はまだ解明されていないが、モールドを樹脂膜から引き剥がした場合に、微小突起物の先端部に、その直径方向に拡大した部分が形成されることがある。この膨大部があっても、微小突起群の機能が損なわれることはない。本発明はこのような構造も包含する。

次に図４（ｄ）に示すように柱状微小突起物４０６の表面の一部にアルミ層４０９をスパッタ技術で堆積させることで突起群を備えた構造基板２００を得た。なお、アルミ原子の粒子が柱状微小突起物の１側面に衝突するように、柱状微小突起物４０６が形成されたガラス基板４０１をスパッタ装置に配置した。

本発明における柱状微小突起が図２に示す形状でなければならないことはないが、以下に説明する熱可塑性樹脂膜のプレスモールド法で柱状微小突起群を作るときは、図２及び図３のようになるのが一般的である。即ち、微小突起物２０４の上端は下端よりも断面積が小さく、図３に示すように、突起物の上部は平滑であるが、下部は横方向に何本かの線２０９が入る場合がある。この線が生成する理由は解明されていないが、これがプレスモールド法による柱状微小突起の形状的特徴の１つである。

本実施例では微小突起物２０４，４０６や樹脂膜４０４の主成分はＰＭＭＡであった。しかし、他の熱可塑性樹脂例えば、シクロオレフィンポリマー，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ乳酸又はポリプロピレンを含む高分子材料でもよい。

また本実施例では、前記柱状微小突起群の表面の一部にアルミ層を形成した。しかし、他の前記微小突起群を形成する有機ポリマーとは熱膨張係数が異なる樹脂，酸化膜，金属でもよい。例えば、アルミ，ニッケル，金，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂などでもよい。

以上のように、微小突起群を備えた構造基板２００の柱状微小突起物２０４はプレス成形で形成されており、従来の半導体プロセスのようなドライエッチングやフォトリソグラフィを必要とせず、低コストで微小突起群を備えた構造基板２００を製造できる効果がある。

本実施例の微小突起群を備えた構造基板２００は、微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変えることができる。本実施例では、前記微小突起群を形成するＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、アルミの熱膨張係数は４×１０^-6／℃であることから、後に説明する微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。

（実施例３）
図５は本発明の微小突起群を備えた構造基板２００をアクチュエータ素子に適用した構造を示す斜視図である。

図５において、壁状微小突起物２０４の高さは３２０μｍで、相当幅は４０ｎｍ、相当長さ２００ｎｍである。

壁状微小突起物２０４は一定のピッチＰで形成され、相当幅が４０ｎｍで、高さが
３２０μｍなので、アスペクト比は８で、４以上の十分に大きいアスペクト比である。

また、壁状微小突起物２０４は下地膜（樹脂膜）５０２と同じＰＭＭＡでできている。また、壁状微小突起物２０４は下地膜２０２に接続されており、一体化している。

突起群を形成した後に、前記壁状微小突起群の表面の一部にアルミ層を形成する。このとき前記微小突起群を形成するＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、アルミの熱膨張係数は４×１０^-6／℃であることから、微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。

図５は前記実施例１と同じ製造方法で作製された微小突起群を備えたアクチュエータ素子２００の斜視図である。アクチュエータ素子２００は、厚さ０.５μｍ の薄膜２０２
（ＰＭＭＡ），厚さ５５０μｍで幅１００ミリメートルのガラス製第１基板２０３，PMMAを主成分とする相当幅４０ｎｍの壁状微小突起物２０４、及び該壁状微小突起物２０４の表面の１部に形成された平均厚さ４０ナノメートルのアルミ膜からなる。

なお、本実施例では、壁状微小突起物２０４と下地膜２０２の材料としてＰＭＭＡを用いた。しかし、シクロオレフィンポリマー，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ乳酸，ポリプロピレンなど、あるいは前述の他の材料を用いても良い。

また、本実施例では、前記壁状微小突起群の表面の一部にアルミ層を形成した。しかし、アルミ，ニッケル，金，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂ など、あるいは前述の他の材料を用いても良い。

本実施例の微小突起群を備えたアクチュエータ素子の主要部の製造法は前記実施例１と同じである。ただし、壁状微小突起物２０６のアスペクト比は、モールドのピットのアスペクト比（約１）の約３倍である。

以上のように、微小突起群を備えたアクチュエータ素子２００の壁状微小突起物204はプレス成形で形成されており、従来の半導体プロセスのようなドライエッチングやフォトリソグラフィを必要とせず、微小突起群を備えたアクチュエータ素子２００を製造できる効果がある。

本実施例の微小突起群を備えたアクチュエータ素子２００は、素子の基体裏に温度を制御する素子，制御回路等を配置し、微小突起物の温度を任意に変化させて微小突起物
２０４の傾斜角を制御し、該微小突起群上に載せられた移動体２０８を移動することができる。

図６は移動体２０８が移動する様子を説明する図である。図６（ａ）は初期状態である。２種類の材料で構成される微小突起群に任意の温度分布を与えることで、各微小突起物は温度に応じて傾斜角を変え、図６（ｂ）に示すように移動体２０８が移動する。また本実施例は図６（ｃ）に示すように、微小突起群上の物２０７の設置角度のみを変化させることもできる。

なお、本実施例の微小壁上突起はアルミ層を形成した側面を基板側に向ける方向に傾斜する際、微小壁状突起は湾曲しながら傾斜することもある。

（実施例４）
本実施例では、突起群を備えた構造基板２００を温度変化により、入射光の透過率／反射率が変わる調光機能を有する光透過率／反射率制御素子に適用した一例を述べる。図７は本発明により作製した光透過率／反射率制御素子の概略構成図である。光透過率／反射率制御素子２００は、厚さ０.５μｍ の薄膜２０２（ＰＭＭＡ），厚さ５５０μｍで幅
１００ミリメートルのガラス製基板２０３，ＰＭＭＡを主成分とする相当幅４０ｎｍ，相当長さ２００ｎｍ，高さ３２０ｎｍの壁状微小突起物２０４、及び該壁状微小突起物204の表面の１部に形成された平均厚さ４０ナノメートルのアルミ層から構成されている。

前記壁状微小突起群６０４を形成するＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、アルミの熱膨張係数は４×１０^-6／℃であることから、微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。図７（ａ）は本発明の光透過率／反射率制御素子の初期状態表す図である。基板周囲の温度が上昇するにつれて熱膨張係数の大きいＰＭＭＡの延びが大きくなり、図７（ｂ）に示すように微小壁上突起群はアルミ層を形成した側面を基板側に向ける方向に傾斜して入射光の透過率を下げる。そして、傾斜した微小突起群の温度を下げることで微小突起群の傾きは元の状態に戻る。

なお、微小壁上突起群はアルミ層を形成した側面を基板側に向ける方向に傾斜する際、微小壁状突起は湾曲しながら傾斜することもある。

本実施例の光透過率／反射率制御基板を窓ガラスに利用した場合、気温の高い時間帯には微小壁上突起群はアルミ層を形成した側面を基板側に向ける方向に傾斜して入射光の透過率を下げ、その透過率は通常の窓ガラスに比べて１／１０以下に下げられた。

本実施例では、微小突起群の表面の１部にアルミ層を形成したが、光の透過率が高い酸化膜の層を形成してもよい。例えば、平均厚さ４０ナノメートルのＡｌ₂Ｏ₃層を形成した場合、ＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、Ａｌ₂Ｏ₃の熱膨張係数は７×１０^-6／℃であることから、微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。そして、本実施例の微小突起群を備えた構造基板を窓ガラスに利用した場合、温度が上昇するにつれて、微小壁上突起群はＡｌ₂Ｏ₃層を形成した側面を基板側に向ける方向に傾斜して透過光の色調が変化し、イルミネーションガラスとして機能した。また、本発明はディスプレイに使用されているカラーフィルタ等の素子と組合わせることで表示デバイスにも応用可能である。

（実施例５）
図９は図１０の製造法で作製した微小突起群を備えた流路チップ５００の構造を示す斜視図である。流路チップ５００は高さ３μｍの窒化シリコン製のスペーサー５０１，厚さ０.５μｍ の樹脂膜５０２（酸化防止剤，難燃剤を添加したＰＭＭＡ），厚さ５５０μｍで幅１ミリメートルのシリコン製第１基板５０３，ポリカーボネート製の第２基板５０７及びＰＭＭＡを主成分とする相当直径３００ｎｍの柱状微小突起物５０６からなる。

なお、本実施例では、柱状微小突起物５０６と樹脂膜５０２の材料としてＰＭＭＡを用いた。しかし、シクロオレフィンポリマー，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ乳酸，ポリプロピレンなど、あるいは前述の他の材料を用いても良い。

次に、流路チップ５００の製造方法について詳細に説明する。図１０は、図９に示した本実施例による流路チップ５００の製造方法を示すフロー図である。始めに、図１０(ａ)に示すシリコン製の第１の基板５０３に図１０（ｂ）のようにプラズマＣＶＤ法で厚さ３μｍの窒化シリコン膜５１１を堆積した。

次にフォトリソグラフィ法によって、図１０(ｃ)に示すように、窒化シリコン膜５１１をパターニングしてスペーサー５０１を形成した。次に粒径２ｎｍのシリカ超微粒子を５重量％添加したＰＭＭＡ（溶媒；エチルセロソルブ）をスピンコートして、図１０(ｄ)に示すように、スペーサー５０１及び第１の基板５０３上に第１の樹脂膜５０２を形成した。

次に、表面に深さ１μｍ，直径５００ｎｍのピットをピッチ１μｍで形成した図１０
（ｅ）に示すモールド（精密金型）５０５を第１の樹脂膜５０２にプレスして樹脂膜の一部をピット内に圧入した後、モールド５０５を剥離した。これにより、図１０(ｆ)に示すように、柱状微小突起物５０６を形成した。なお、モールド５０５の背面に支持体５０９を設けて、樹脂膜への押圧力が一定になるようにし、かつ樹脂膜とモールド面が平行に維持されるようにする。

柱状微小突起群の形状は、図９に示すように、柱状微小突起物５０６は、高さ３μｍで１μｍの周期（ピッチ，Ｐ）で配列している。柱状突起の高さ方向の中間位置における相当直径は、３００ｎｍで、根元で３３０ｎｍである。

また、柱状微小突起物５０６の中間高さの相当直径が３００ｎｍで、高さが３μｍなので、高さと一辺の比（アスペクト比）は１０となり、４より十分大きいことが分かる。また、柱状微小突起物５０４の先端部の断面積が、底面部の断面積より小さく、末広がり状であることが分かる。また、柱状微小突起物５０６は樹脂膜５０２と同じＰＭＭＡでできている。また、柱状微小突起物５０６は樹脂膜５０２に接続されており、一体化している。

図１０（ｆ）で得られた柱状微小突起物５０４の表面の一部に平均厚さ８０ナノメートルＡｌ₂Ｏ₃層をスパッタ技術で堆積させた。なお、アルミ原子の粒子が柱状微小突起物の１側面に衝突するように、柱状微小突起物５０６が形成された構造基板をスパッタ装置に配置した。

次に樹脂膜５０４と同じ成分の第２の樹脂膜５１３を、図１０（ｇ）に示すようにポリカーボネート製の第２の基板５１２にスピンコート法で形成した。次いで、第２の基板
５１２を図１０（ｈ）に示すように重ね合わせた。次に第１の基板５０３と第２の基板
５１２を圧力１０ＭＰａを掛けながら１５０℃で２分間加熱し、図９に示す流路チップ
５００を得た。なお、図１０（ｇ）の工程において、樹脂膜５０２と樹脂膜５０８とは接合され一体となっている。

図９に示すように、柱状微小突起物５０６は樹脂膜５０２と一体となっている。また、柱状微小突起物５０６は流路を流体が流れるように１μｍの周期（ピッチ，Ｐ）で配置されている。

本実施例では、微小突起群の表面の１部に平均厚さ８０ナノメートルのＡｌ₂Ｏ₃層を形成した。このとき、ＰＭＭＡの熱膨張係数は８０×１０^-6／℃、Ａｌ₂Ｏ₃の熱膨張係数は７×１０^-6／℃であることから、微小突起群の温度制御による傾斜角制御が可能になる。図１１は本発明で作製した流路チップの動作を概略的に示した図である。図１１（ａ）は定常状態の流路中の微小突起群を示している。このとき流路の実効的な断面積は小さく、流体は微小突起群に遮られ流量は少ない。そして、流路チップの温度を上げることで、図１１（ｂ）に示すように、微小壁上突起群はＡｌ₂Ｏ₃層５１０を形成した側面を基板側に向ける方向に傾斜した。そして微小突起群の傾斜に伴い流路の実効的な断面積が増えることで流体の流量が増加した。また、温度を初期状態に戻すにつれて、微小突起群は図１１（ａ）に示す状態に戻り、流路の実効的な断面積は小さくなり流量が現象した。結果として、本発明の流路チップでは流量調整が可能であった。

本実施例では柱状微小突起物５０６や樹脂膜５０２，５１３の主成分はＰＭＭＡであった。しかし、他の熱可塑性樹脂例えば、シクロオレフィンポリマー，ポリスチレン，ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ），ポリ乳酸又はポリプロピレンを含む高分子材料でもよい。流量は柱状微小突起物５０６の相当直径及び周期によっても変化する。

実施例で作製した微小突起群を備えた構造基板の斜視図。 実施例で作製した微小突起群を備えた構造基板の構造を示す図。 実施例で作製した微小突起群の断面構造を示す側面図。 本発明による微小突起群を備えた構造基板の製造工程を示すフロー図。 本発明で作製した微小突起群を備えたアクチュエータ素子の構造を示す図。 本発明で作製した微小突起群を備えたアクチュエータ素子の動作を説明する図。 本発明による微小突起群を備えた光透過率／反射率制御基板の作用を説明する図。 本発明による微小突起群の製造法を説明するフロー図。 本発明で作製した微小突起群を備えた流路チップの構造を示す図。 本発明で作製した微小突起群を備えた流路チップの製造方法を説明するフロー図。 本発明で作製した微小突起群を備えた流路チップの動作を説明する図。

符号の説明

１００…光透過率／反射率制御基板、１０２…基体、１０４…微小突起群、２００…構造基板、２０２…薄膜、２０３，４０１…基板、２０４…突起物、２０９…縞模様、404，５０２，５０８…樹脂膜、４０５，５０５…モールド、４０６，５０６…微小突起物、４０９…アルミ層、５０１…スペーサー、５０３…第１基板、５０７…第２基板、５１０…Ａｌ₂Ｏ₃層。

Claims (10)

1. 有機ポリマー製の基体に、該基体から伸びた有機ポリマー製の複数の突起物で構成される柱状微小突起群を有し、該柱状微小突起群の表面の一部が基体とは異なる材料で形成されており、前記微小突起群を構成する突起物の相当直径が１０ｎｍから５００μｍ、高さが５０ｎｍから５０００μｍであって、該突起物の相当直径（Ｄ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）が１以上であり、前記微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変え、構造基板に入射する光の透過率又は反射率を制御することを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
2. 請求項１において、該突起物の相当直径（Ｄ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｄ）が４〜３０であることを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
3. 請求項１において、該突起物の先端部の相当直径が該突起物の底面部の相当直径より小さいことを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
4. 請求項１において、該突起物の先端部に半径方向に膨らんだ部分を有することを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
5. 請求項１において、該突起物は、前記基体と接した根元から先端部に向けて細くなる部分を有していることを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
6. 有機ポリマー製の基体に、該基体から伸びた有機ポリマー製の複数の突起物で構成される壁状微小突起群を有し、該壁状微小突起群の表面の一部が基体とは異なる材料で形成されており、前記壁状突起群を構成する突起物の相当幅が１０ｎｍから５００μｍ、相当長さが相当幅の２倍以上、高さが５０ｎｍから５０００μｍであって、該突起物の相当幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が１以上であり、前記壁状微小突起群の傾斜角度を熱制御によって変え、構造基板に入射する光の透過率又は反射率を制御することを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
7. 請求項６において、該突起物の相当幅（Ｗ）に対する高さ（Ｈ）の比（Ｈ／Ｗ）が４〜３０であることを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
8. 請求項６において、該突起物の先端部の相当幅が柱状突起群の底面部の相当幅より小さいことを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
9. 請求項６において、該突起物の先端部に幅方向に膨らんだ部分を有することを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。
10. 請求項６において、該突起物は、該基体と接した根元から先端部に向けて細くなる部分を有していることを特徴とする微小突起群を備えた構造基板。

Images