WO2024071070A1 - 電磁波制御用素子 - Google Patents

Abstract

面内における電磁波の反射率のバラツキが小さい電磁波制御用素子の提供を課題とする。複数の微細構造体を配列してなるメタサーフェス構造体を含むメタサーフェス部材と、メタサーフェス部材と接して配置される中間層と、中間層と接して配置される、液晶化合物の配向が固定されている液晶層を含む液晶フィルムと、をこの順で有していることにより、課題を解決する。

Description

電磁波制御用素子

　本発明は、メタサーフェス構造体を用いる電磁波制御用素子に関する。

　高容量無線通信に必要な高周波数電波（ミリ波、テラヘルツ波）は直進性が高い。そのため、例えば、部屋内の全域に電波を届けるためには、壁などに取り付け、任意の方向に電波を曲げる反射板が求められる。
　しかしながら、通常の反射板は正反射であり、入射角と出射角が等しいため、例えば、部屋の奥などは、電波が届きにくいという問題があった。

　これに対して、液晶などの動的な素子を用いて電磁波を正反射とは異なる方向に曲げて反射する装置も提案されている。
　例えば、非特許文献１には、図８に概念的に示すように、メタサーフェス構造体１００と、電極層１０２とで、液晶層１０４を挟持してなる電磁波制御用素子（ビームステアリング素子）が記載されている。

　図８に示す電磁波制御用素子において、メタサーフェス構造体１００は、公知のメタサーフェス構造体と同様、共振器となる微細構造体１００ａを配列してなるものである。
　この電磁波制御用素子において、メタサーフェス構造体１００を構成する微細構造体１００ａは、１つ１つが、反射体のみならず電極として作用する。すなわち、微細構造体１００ａと電極層１０２とは、電極対を構成する。
　また、電極層１０２は、入射した電磁波の反射層としても作用する。
　液晶層１０４は、一例として液晶化合物ＬＣを配向してなるものである。図８に示す例において、液晶化合物ＬＣは、一例として、棒状液晶化合物である。
　この電磁波制御用素子において、微細構造体１００ａと電極層１０２との間に電圧が掛かっていない状態では、液晶化合物ＬＣは、長手方向すなわち光学軸の方向を厚さ方向に一致して、配向されている。

　この状態から、微細構造体１００ａと電極層１０２との間に電圧を掛けると、掛けた電圧の大きさに応じて、液晶化合物ＬＣの配向状態が変化する。
　図示例においては、一例として、微細構造体１００ａと電極層１０２との間に掛けた電圧の大きさに応じて、液晶化合物ＬＣが厚さ方向に対して傾斜する。
　図８では、一例として、図中左側の微細構造体１００ａに高電圧を、同右側の微細構造体１００ａに低電圧を、それぞれ印加している。その結果、図中左側の微細構造体１００ａの領域に位置する液晶化合物ＬＣは大きく傾斜して、長手方向が液晶層１０４の主面に近い角度となる。他方、図中右側の微細構造体１００ａの領域に位置する液晶化合物ＬＣの傾斜は小さく、長手方向が液晶層１０４の厚さ方向に近い角度となる。

　液晶層１０４の屈折率は、液晶化合物ＬＣの傾斜が大きいほど、すなわち、液晶化合物ＬＣの長手方向が液晶層１０４の表面に近い角度であるほど大きい。逆に、液晶化合物ＬＣの傾斜が小さいほど、すなわち、液晶化合物ＬＣの長手方向が液晶層１０４の厚さ方向に近い角度であるほど、液晶層１０４の屈折率は小さい。
　従って、この状態では、液晶層１０４の屈折率は、液晶化合物ＬＣの傾斜が大きい図中左側の微細構造体１００ａの領域が大きく、液晶化合物ＬＣの傾斜が小さい図中右側の微細構造体１００ａの領域が小さくなる。

　そのため、屈折率が大きい図中左側の微細構造体１００ａの領域では、屈折率が小さい図中右側の微細構造体１００ａの領域より、入射した電磁波の位相が大きく変化する。
　これにより、図中左側の微細構造体１００ａの領域では、図中右側の微細構造体１００ａの領域に比して、見かけ上、電磁波の光路が長くなる。

　従って、液晶層１０４の法線方向から電磁波が入射した場合には、同時に入射した電磁波であっても、光路長が長い図中左側の微細構造体１００ａの領域に入射した電磁波は、光路長が短い図中右側の微細構造体１００ａの領域に入射した電磁波よりも、遅く反射装置から出射される。
　その結果、この反射装置に法線方向から入射して反射された電磁波は、法線方向に鏡面反射されるのではなく、波面を揃えるように、図中左側に傾いて反射される。

Jingbo Wu et al., Liquid crystal programmable metasurface for terahertz beam steering, Applied Physics Letters, 116, 131104 (2020)

　非特許文献１に記載される電磁波制御用素子は、液晶層を構成する液晶化合物の配向は固定されておらず、液晶層における液晶化合物の配向を変更することで、電磁波の反射方向を変更するものである。
　これに対して、メタサーフェス構造体と液晶化合物を含む液晶層とを組み合わせた電磁波制御用素子としては、液晶層を構成する液晶化合物を固定した構成も知られている。

　ここで、本発明者らの検討によれば、メタサーフェス構造体と液晶化合物を固定した液晶層とを組み合わせた電磁波制御用素子では、面内における電磁波の反射率のバラツキが大きく、改善が必要である。

　本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、メタサーフェス構造体と、液晶化合物を固定した液晶層とを有する電磁波制御用素子であって、面内における電磁波の反射率のバラツキが小さい電磁波制御用素子を提供することにある。

　この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
　［１］　複数の微細構造体から構成されるメタサーフェス構造体を含むメタサーフェス部材と、
　メタサーフェス部材と接して配置される中間層と、
　中間層と接して配置される、液晶化合物の配向が固定されている液晶層を含む液晶フィルムと、をこの順で有し、かつ、
　中間層が、貼着層または配向層である、電磁波制御用素子。
　［２］　メタサーフェス構造体が、周波数０．１～０．３ＴＨｚの電磁波に作用する、［１］に記載の電磁波制御用素子。
　［３］　中間層の厚さが５０μｍ以下である、［１］または［２］に記載の電磁波制御用素子。
　［４］　メタサーフェス部材の中間層とは反対側、または、液晶フィルムの中間層とは反対側に、反射層を有する、［１］～［３］のいずれかに記載の電磁波制御用素子。
　［５］　中間層と液晶層とが接している、［１］～［４］のいずれかに記載の電磁波制御用素子。
　［６］　中間層とメタサーフェス構造体とが接している、［１］～［５］のいずれかに記載の電磁波制御用素子。

　本発明によれば、メタサーフェス構造体と、液晶化合物を固定した液晶層とを有し、面内における電磁波の反射率のバラツキが小さい電磁波制御用素子が提供される。

図１は、本発明の電磁波制御用素子の一例を概念的に示す図である。 図２は、メタサーフェス構造体の一例を示す概念的に示す図である。 図３は、液晶層を説明するための概念図である。 図４は、本発明の電磁波制御用素子の別の例を概念的に示す図である。 図５は、本発明の電磁波制御用素子の別の例を概念的に示す図である。 図６は、本発明の電磁波制御用素子の別の例を概念的に示す図である。 図７は、本発明の電磁波制御用素子の別の例を概念的に示す図である。 図８は、従来の電磁波制御用素子の一例を概念的に示す図である。

　以下、本発明の電磁波制御用素子について、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。

　本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
　本明細書において、「同一」は、技術分野で一般的に許容される誤差範囲を含むものとする。

　以下に示す図は、いずれも、本発明の電磁波制御用素子を説明するために概念的な図である。従って、各部材の形状、大きさ、厚さ、および、位置関係等は、必ずしも、実際のものとは一致しない。

　図１に、本発明の電磁波制御用素子の一例を概念的に示す。
　図１に示す電磁波制御用素子１０は、図中上方から、配向層１２と、液晶層１４と、貼着層１６と、メタサーフェス構造体１８と、反射層２４とを含む。
　メタサーフェス構造体１８は、支持体２０に配列された複数の微細構造体によって構成される。図示例のメタサーフェス構造体１８は、支持体２０に配列された３種の微細構造体２８ａ、２８ｂおよび２８ｃによって構成される。

　電磁波制御用素子１０においては、一例として、支持体２０とメタサーフェス構造体１８とで、本発明におけるメタサーフェス部材が構成され、液晶層１４と配向層１２とで、本発明における液晶フィルムが構成される。さらに、電磁波制御用素子１０においては、貼着層１６が、本発明における中間層となる。
　図示例の電磁波制御用素子１０は、メタサーフェス部材（メタサーフェス構造体１８）と、液晶フィルム（液晶層１４）とが、中間層である貼着層１６によって貼着されて、構成される。

　図２に、メタサーフェス構造体１８の平面図を概念的に示す。
　なお、平面図とは、電磁波制御用素子１０を各層の積層方向から見た図である。言い換えると、平面図とは、電磁波制御用素子１０を構成する各層の主面の法線方向から、電磁波制御用素子１０を見た図である。
　ここで、主面とは、シート状物（フィルム、板状物、層、膜）の最大面であり、通常、厚さ方向の両面である。
　また、法線方向とは、平面等の面と直交する方向である。すなわち、電磁波制御用素子１０において、法線方向とは、各層の主面と直交する方向である。

　図２に示す例において、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体は、シート状の支持体２０の一方の主面に、互いに直交するＸ方向およびＹ方向に二次元的に配列されている。
　なお、図１においては、Ｘ方向は図中右手に向かう横方向、Ｙ方向は図中紙面に垂直な奥手方向に向かう方向である。

　具体的には、支持体２０の主面には、図２に破線で示す一辺の長さがＰ１である正方形の領域が、ｘ方向およびｙ方向に二次元的に配列して想定されている。以下の説明では、便宜的に、この一辺の長さがＰ１である正方形の領域を『領域Ｐ１』ともいう。
　また、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体は、正方形の平面形状を有する板状のものである。メタサーフェス構造体１８は、最もサイズが小さい微細構造体２８ａ、最もサイズが大きい微細構造体２８ｃ、および、中間のサイズの微細構造体２８ｂの３種の微細構造体を有している。各微細構造体は、支持体２０に想定される領域Ｐ１の中心に、正方形の向きを一致して配置される。
　また、図２に示すように、メタサーフェス構造体１８では、微細構造体２８ａ、微細構造体２８ｂおよび微細構造体２８ｃの順番の配列が、Ｘ方向に繰り返し設けられる。すなわち、メタサーフェス構造体１８では、Ｘ方向に、微細構造体２８ａ、微細構造体２８ｂ、微細構造体２８ｃ、微細構造体２８ａ、微細構造体２８ｂ、微細構造体２８ｃ、微細構造体２８ａ、微細構造体２８ｂ……のように微細構造体が配列される。
　他方、Ｙ方向には、同じ微細構造体が配列される。

　メタサーフェス構造体１８は、１つの微細構造体と、想定された正方形の領域Ｐ１における空間とからなるユニットセルの配列によって、共振器である微細構造体の共鳴を利用して入射した電磁波の位相変調を行う。
　ここで、図示例のメタサーフェス構造体１８は、好ましい態様として、周波数０．１～０．３ＴＨｚの電磁波に作用するものであり、この周波数の電磁波の位相を変調する。すなわち、メタサーフェス構造体１８は、好ましい態様として、波長１～３ｍｍの電磁波に作用するものであり、この波長の電磁波の位相を変調する。

　また、支持体２０のメタサーフェス構造体１８と逆側の面には、周波数０．１～０．３ＴＨｚの電磁波を反射する反射層２４が設けられている。
　すなわち、図１に示す電磁波制御用素子１０では、反射層２４が、メタサーフェス部材の貼着層１６（中間層）とは逆側に設けられている。

　液晶層１４は、液晶化合物を配向して、固定してなるものである。
　本発明の電磁波制御用素子１０では、液晶層１４も、メタサーフェス構造体１８と同様に入射した電磁波の位相変調を行う。

　このようなメタサーフェス構造体１８、液晶層１４および反射層２４を有する電磁波制御用素子１０は、配向層１２側から入射した電磁波の位相を、液晶層１４およびメタサーフェス構造体１８で変調し、反射層２４で反射された電磁波の位相を、再度、メタサーフェス構造体１８および液晶層１４で変調して出射する。
　これにより、電磁波制御用素子１０は、入射した電磁波を、鏡面反射（正反射）とは異なる方向に反射する。
　例えば、電磁波が液晶層１４の法線方向から入射した場合には、電磁波を法線方向ではなく、法線方向に対して傾いた方向に反射する。

　上述のように、メタサーフェス構造体１８は、支持体２０の一面に配列された微細構造体によって構成される。

　支持体２０には制限はなく、微細構造体を支持可能で、かつ、メタサーフェス構造体１８が作用する電磁波、すなわち、周波数０．１～０．３ＴＨｚの電磁波が透過可能であれば、公知の各種のシート状物が利用可能である。
　以下の説明においては、特に注釈を付さない場合には、電磁波とは、この周波数の電磁波を示すものとする。

　支持体２０としては、一例として、酸化シリコンを有するシリコン基板などの酸化物絶縁層を有する金属基板、酸化シリコンなどの酸化物からなる基板、ゲルマニウム基板およびカルコゲナイドガラス基板などの半導体基板、ポリメチルメタクリレートなどのポリアクリル系樹脂フィルム、セルローストリアセテート等のセルロース系樹脂フィルム、シクロオレフィンポリマー系フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリカーボネートフィルムおよびポリ塩化ビニルフィルムなどの樹脂フィルム、ならびに、ガラス板等が例示される。シクロオレフィンポリマー系フィルムの市販品としては、例えば、の商品名「アートン」、および、日本ゼオン社製の商品名「ゼオノア」等が例示される。

　支持体２０の厚さにも制限はなく、微細構造体を支持でき、電磁波に対して必要な透過性が得られ、さらに、電磁波制御用素子１０の用途等に応じて十分な強度が得られ厚さを、支持体２０の形成材料に応じて、適宜、設定すればよい。

　なお、本発明の電磁波制御用素子１０において、メタサーフェス構造体１８は、支持体２０を有するのに制限はされない。
　すなわち、本発明の電磁波制御用素子は、可能であれば、中間層などの他の層の表面に微細構造体を配列して、メタサーフェス構造体１８を形成してもよい。

　支持体２０の一方の表面には、複数の微細構造体が配列されている。この微細構造体の配列により、メタサーフェス構造体１８が形成される。
　上述のように、メタサーフェス構造体１８は、微細構造体を、離間して、平面上に二次元的に配列してなるものであり、基本的に１個の微細構造体と、微細構造体の周囲の空間とで形成されるユニットセルの配列によって構成される。図示例では、１個の微細構造体と、この微細構造体が配置される一辺がＰ１の正方形である領域Ｐ１とによって、ユニットセルが構成される。
　また、図示例においては、サイズの異なる３つの微細構造体２８ａ、２８ｂおよび２８ｃを配列して、メタサーフェス構造体１８が形成される。

　本発明の電磁波制御用素子において、メタサーフェス構造体は、基本的に、公知のメタサーフェス構造体（メタマテリアル）である。従って、本発明の電磁波制御用素子１０においては、メタサーフェス構造体は、図２等に示す構成に制限はされず、公知の各種のメタサーフェス構造体が利用可能である。
　ずなわち、本発明において、微細構造体の形状および形成材料、微細構造体の配列、ならびに、微細構造体の間隔（ピッチ）、ユニットセルの平面形状および大きさ等にも、制限はない。
　また、メタサーフェス構造体は、本発明の電磁波制御用素子１０が作用する電磁波の反射特性に応じて、公知の方法で設計すればよい。一例として、用いる微細構造体が位相を変調する電磁波の振幅および位相を市販のシミュレーションソフトを用いて算出し、目的とする位相変調量の分布となるように、微細構造体の配列を設定すればよい。

　電磁波制御用素子１０においては、好ましい態様として、メタサーフェス構造体１８は、周波数が０．１～０．３ＴＨｚの電磁波に作用する。従って、メタサーフェス構造体１８は、この周波数の電磁波に適正に作用するように、微細構造体を選択し、さらに、微細構造体の配列、ユニットセルの平面形状および大きさ等を設定する。

　なお、メタサーフェス構造体１８は、基本的に１個の微細構造体と、微細構造体の周囲の空間とで形成されるユニットセルの配列によって構成される。メタサーフェス構造体１８は、ユニットセルの配列によって、微細構造体による共鳴を利用して入射する電磁波の位相を変調する。
　ここで、本発明の電磁波制御用素子１０において、１つのユニットセルが有する微細構造体の数は、基本的に１つであるが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の電磁波制御用素子では、目的とする光学特性、微細構造体の大きさ、形成材料および形状、ならびに、ユニットセルの大きさ等に応じて、必要に応じて、１つのユニットセルが、複数の微細構造体を有してもよい。この際には、１つのユニットセルが、異なる微細構造体を有してもよい。但し、１つのユニットセルが、複数の微細構造体を有する場合には、基本的に、ユニットセルの各共振器が存在する空間における位相変調量は等しい。

　本発明の電磁波制御用素子１０において、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体の形成材料には、制限はなく、公知のメタサーフェス構造体において共振器として用いられているものが、各種、利用可能である。
　微細構造体の形成材料としては、金属および誘電体が例示される。金属の場合、光学損失が少ない等の点で、銅、金、および、銀が好ましく例示される。他方、誘電体の場合、屈折率が大きく大きな位相変調が可能である等の点で、シリコン、酸化チタン、および、ゲルマニウムが好ましく例示される。

　同様に、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体の形状にも、制限はなく、公知のメタサーフェス構造体において共振器として用いられている形状が、各種、利用可能である。
　一例として、上述のような正方形の平面形状を有する板状物に加え、長方形の平面形状を有する板状物、直方体を交差させたような十字状の立体、直方体状、円柱形状、特開２０１８－０４６３９５号公報に示されるような直方体を端部で接続したようなＶ字状の立体、Ｈ鋼のような略Ｈ字状の立体、および、Ｃチャンネルのような略Ｃ字状の立体、等が例示される。
　また、特開２０１８－０４６３９５号公報に示されるように、Ｖ字状の立体、および、十字状の立体は、２つの直方体が成す角度を調節した、様々な形状が利用可能である。
　これ以外にも、『Appl. Sci. 2018, 8(9), 1689; https://doi.org/10.3390/app8091689』のFigure.5に示されるような底面形状を有する立体等も、利用可能である。

　メタサーフェス構造体１８において、このような微細構造体は、１つのみを用いてもよく、あるいは、複数種を併用してもよい。また、同じ微細構造体は、図２に示すように同じ向きで配列してもよく、異なる向きで配列してもよく、同じ向きのものと異なる向きのものとが混在してもよい。

　反射層２４は、配向層１２側から入射して、液晶層１４、貼着層１６およびメタサーフェス構造体１８を透過した電磁波を反射するものである。

　反射層２４には、制限はなく、メタサーフェス構造体１８が作用する電磁波を反射可能であれば、公知の各種のシート状物が利用可能である。図示例において、メタサーフェス構造体１８は、好ましい態様として、周波数が０．１～０．３ＴＨｚの電磁波に作用する。
　この際においては、反射層２４としては、一例として、銅、アルミニウム、金および銀などの金属層、ＩＴＯ（鈴ドープ酸化インジウム）などの無機導電材料、ＰＥＤＯＴ（ポリ３，４－エチレンジオキチオフェン）を代表とするポリチオフェンなどの有機導電材料、ならびに、グラフェン等が例示される。なお、無機導電材料、有機導電材料およびグラフェン等は、可視光に対しては透明であるが、上記周波数の電磁波に対しては、反射層として作用する。

　反射層２４の厚さにも制限はなく、反射層２４の形成材料に応じて、電磁波を必要な反射率で反射できる厚さを、適宜、設定すればよい。

　本発明の電磁波制御用素子は、このようなメタサーフェス構造体１８および支持体２０を有するメタサーフェス部材に加え、液晶フィルムを有する。
　上述のように、図示例の電磁波制御用素子１０において、液晶フィルムは、液晶層１４および配向層１２を有する。

　液晶層１４は、液晶化合物を配向して、固定してなるものである。
　本発明の電磁波制御用素子１０は、メタサーフェス構造体１８に加えて、液晶化合物を配向して固定してなる液晶層１４を有し、液晶層１４が有する屈折率によって液晶層１４を透過する電磁波の位相を変調する。
　本発明の電磁波制御用素子１０は、このような液晶層１４を有することにより、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体の離散に起因する電磁波の位相変調の乱れの補償、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体のサイズの違いに起因する電磁波の位相変調の乱れの補償、メタサーフェス構造体１８を構成する微細構造体の形状の違いに起因する電磁波の位相変調の乱れの補償、電磁波制御用素子１０における電磁波の位相変調量の制御、および、入射した電磁波の反射方向の制御等を行うことが可能になる。

　本発明において、液晶層１４における液晶化合物の配向には、制限はなく、各種の配向が利用可能である。
　一例として、液晶化合物が棒状液晶化合物である場合には、長手方向すなわち液晶化合物に由来する光学軸を液晶層１４の主面と平行にした水平配向、長手方向を液晶層１４の厚さ方向にした垂直配向、長手方向を液晶層１４の主面に対して傾斜した配向等が例示される。
　水平配向の場合には、例えば、長手方向をＸ方向またはＹ方向に一致してもよく、あるいは、長手方向をＸ方向およびＹ方向に対して角度を有する方向に配向してもよい。
　また、液晶層１４における液晶化合物の配向は、周期的な変化を繰り返す液晶配向パターンを有するものでもよい。一例として、上述したＸ方向またはＹ方向に向かって長手方向が連続的に回転（一定の回転角で回転）するように変化する液晶配向パターン、上述したＸ方向またはＹ方向に向かって長手方向が非連続的に回転（一定ではない回転角で回転）するように変化する液晶配向パターン、および、１方向に向かってＸ方向への配向とＹ方向への配向とが所定の長さ（周期）で交互に繰り返される液晶配向パターン等が例示される。

　さらに、メタサーフェス構造体を構成する微細構造体が周期的なパターンで配列される場合には、この微細構造体の配列パターンに応じた液晶配向パターンも好適に利用可能である。

　例えば、図示例のメタサーフェス構造体１８は、図２に示すように、小サイズの微細構造体２８ａ、中サイズの微細構造体２８ｂおよび大サイズの微細構造体２８ｃが、Ｘ方向に、この順番で繰り返し配列される。また、各微細構造体は、一辺の長さがＰ１である正方形である領域Ｐ１の中心に配置される。
　これに対応して、図３に概念的に示すように、微細構造体２８ａ、微細構造体２８ｂおよび微細構造体２８ｃが配列されるＸ方向の３つの領域Ｐ１を合わせた領域Ｐ２を１つの単位として、所定の配向パターンを繰り返す液晶配向パターンが例示される。
　なお、図３においては、図面を簡潔にするために、支持体２０、メタサーフェス構造体１８および液晶層１４のみを示す。

　図３に示す例では、一例として、領域Ｐ１をＸ方向に３つに分けることで、領域Ｐ２をＸ方向にΦ１～Φ９までの９つの領域に分割している。具体的には、小サイズの微細構造体２８ａが配置される領域Ｐ１は領域Φ１～Φ３に、中サイズの微細構造体２８ｂが配置される領域Ｐ１は領域Φ４～Φ６に、大サイズの微細構造体２８ｃが配置される領域Ｐ１は領域Φ７～Φ９に、それぞれ分割される。
　この９つの領域では、液晶化合物は水平配向されており、各領域毎にＸ方向に対する液晶化合物の長手方向の角度が決められている。なお、Φ１～Φ９では、Ｘ方向に対する液晶化合物の長手方向の角度が等しい領域を有してもよい。
　本例では、液晶層１４は、この９つの配向状態を有するΦ１～Φ９からなる領域Ｐ２を１周期として、この１周期をＸ方向に繰り返す、液晶配向パターンを有する

　なお、図３に示す例において、領域Ｐ１は３つに分割されるのに制限はされず、領域Ｐ１を１領域としてもよく、領域Ｐ１を２つ、あるいは、４以上に分割してもよい。
　また、各微細構造体に対応する領域Ｐ１で、分割数が異なってもよい。

　なお、液晶化合物が円盤状液晶化合物である場合には、円盤面と直交する方向と一致する方向が液晶化合物に由来する光学軸となる。従って、液晶化合物が円盤状液晶化合物である場合には、この光学軸の方向を、上述した液晶化合物と同様に配向する配向状態が例示される。

　本発明の電磁波制御用素子１０において、液晶層１４は、液晶層１４における液晶化合物の配向に応じて、公知の方法で作製すればよい。
　従って、液晶層１４を形成する液晶化合物には、制限はなく、従って、棒状液晶化合物であってもよく、円盤状液晶化合物であってもよい。

―棒状液晶化合物―
　棒状液晶化合物としては、アゾメチン類、アゾキシ類、シアノビフェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニルピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、フェニルジオキサン類、トラン類、および、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル類が好ましく用いられる。
　棒状液晶化合物としては、以上のような低分子液晶性分子だけではなく、高分子液晶性分子も用いることができる。

　液晶層１４においては、棒状液晶化合物を重合によって配向を固定することがより好ましい。すなわち、液晶層１４は、重合性棒状液晶化合物を重合して固定してなる層であるのが好ましい。
　重合性棒状液晶化合物としては、Ｍａｋｒｏｍｏｌ．　Ｃｈｅｍ．，　１９０巻、２２５５頁（１９８９年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　５巻、１０７頁（１９９３年）、Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　２巻、０３６００２項（２０２０年）、米国特許４６８３３２７号明細書、同５６２２６４８号明細書、同５７７０１０７号明細書、国際公開第９５／０２２５８６号、同９５／０２４４５５号、同９７／０００６００号、同９８／０２３５８０号、同９８／０５２９０５号、特開平１－２７２５５１号公報、同６－０１６６１６号公報、同７－１１０４６９号公報、同１１－０８００８１号公報、および、特願２００１－０６４６２７号公報などに記載の化合物を用いることができる。
　さらに棒状液晶化合物としては、例えば、特表平１１－５１３０１９号公報および特開２００７－２７９６８８号公報に記載のものも好ましく用いることができる。

―円盤状液晶化合物―
　円盤状液晶化合物としては、例えば、特開２００７－１０８７３２号公報および特開２０１０－２４４０３８号公報に記載のものを好ましく用いることができる。

　液晶化合物を配向して固定した液晶層１４は、液晶化合物の配向を固定した公知の液晶層と同様に形成すればよい。
　一例として、液晶化合物を配向するための配向層１２の上に、液晶化合物等を含む組成物を塗布して、乾燥し、必要に応じて液晶化合物を重合することで、形成する。

　本発明の電磁波制御用素子１０において、液晶層１４の厚さには制限はなく、液晶層１４の形成材料、および、目的とする屈折率すなわち目的とする位相の変調量等に応じて、適宜、設定すればよい。
　液晶層１４の厚さは、１～１００００μｍが好ましく、１０～５０００μｍがより好ましく、１００～２０００μｍがさらに好ましい。

　上述のように、図示例の電磁波制御用素子１０は、配向層１２と液晶層１４とによって、液晶フィルムが構成される。
　図示例の電磁波制御用素子１０は、一例として、液晶層支持体の表面に配向層１２を形成し、配向層１２の表面に液晶層１４を形成した積層フィルムを形成する。次いで、液晶層１４と後述する貼着層１６とを対面して、積層フィルムを貼着層１６に貼着する。その後、積層フィルムから液晶層支持体を剥離して、配向層１２および液晶層１４を貼着層１６に転写することで、液晶フィルムが形成される。
　本発明の電磁波制御用素子１０において、液晶層１４を構成する液晶化合物を配向するための配向層１２は、電磁波に対して必要な透過率を有するものであれば、公知の各種のものが利用可能である。

　配向層１２としては、例えば、ポリマーなどの有機化合物からなるラビング処理膜、無機化合物の斜方蒸着膜、マイクログルーブを有する膜、ならびに、ω－トリコサン酸、ジオクタデシルメチルアンモニウムクロライドおよびステアリル酸メチルなどの有機化合物のラングミュア・ブロジェット法によるＬＢ（Langmuir-Blodgett：ラングミュア・ブロジェット）膜を累積させた膜、等が例示される。

　ラビング処理による配向層１２は、ポリマー層の表面を紙または布で一定方向に数回こすることにより形成できる。
　配向層１２に使用する材料としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール、特開平９－１５２５０９号公報に記載された重合性基を有するポリマー、特開２００５－９７３７７号公報、特開２００５－９９２２８号公報、および、特開２００５－１２８５０３号公報記載の配向層１２等の形成に用いられる材料が好ましく例示される。

　本発明の電磁波制御用素子において、配向層１２は、光配向性の素材に偏光または非偏光を照射して配向層１２とした、いわゆる光配向層が好適に利用される。すなわち、本発明の電磁波制御用素子においては、配向層１２として、液晶層支持体上に、光配向材料を含む組成物を塗布して形成した配向層１２が、好適に利用される。
　本発明に利用可能な配向層１２に用いられる光配向材料としては、例えば、特開２００６－２８５１９７号公報、特開２００７－０７６８３９号公報、特開２００７－１３８１３８号公報、特開２００７－０９４０７１号公報、特開２００７－１２１７２１号公報、特開２００７－１４０４６５号公報、特開２００７－１５６４３９号公報、特開２００７－１３３１８４号公報、特開２００９－１０９８３１号公報、特許第３８８３８４８号公報および特許第４１５１７４６号公報に記載のアゾ化合物、特開２００２－２２９０３９号公報に記載の芳香族エステル化合物、特開２００２－２６５５４１号公報および特開２００２－３１７０１３号公報に記載の光配向性単位を有するマレイミドおよび／またはアルケニル置換ナジイミド化合物、特許第４２０５１９５号および特許第４２０５１９８号に記載の光架橋性シラン誘導体、特表２００３－５２０８７８号公報、特表２００４－５２９２２０号公報および特許第４１６２８５０号に記載の光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミドおよび光架橋性エステル、ならびに、特開平９－１１８７１７号公報、特表平１０－５０６４２０号公報、特表２００３－５０５５６１号公報、国際公開第２０１０／１５０７４８号、特開２０１３－１７７５６１号公報および特開２０１４－０１２８２３号公報に記載の光二量化可能な化合物、特にシンナメート化合物、カルコン化合物およびクマリン化合物等が、好ましい例として例示される。
　中でも、アゾ化合物、光架橋性ポリイミド、光架橋性ポリアミド、光架橋性エステル、シンナメート化合物（シンナモイル化合物）、および、カルコン化合物は、光配向材料として好適に利用される。

　配向層１２の厚さには制限はなく、配向層１２の形成材料に応じて、必要な配向機能を得られる厚さを、適宜、設定すればよい。
　配向層１２の厚さは、０．０１～５μｍが好ましく、０．０５～２μｍがより好ましい。

　配向層１２の形成方法には、制限はなく、配向層１２の形成材料に応じた公知の方法が、各種、利用可能である。

　一例として、光配向材料を用いる配向層１２であれば、配向層１２となる光配向材料等を含む組成物を液晶層支持体の表面に塗布して乾燥させた後、配向層１２を例えば偏光または無偏光の紫外線で露光する方法が例示される。
　また、液晶配向パターンに対応する配向パターンを形成する場合には、不要な領域をマスクで遮光して目的とする液晶化合物の配向方向に応じた直線偏光を入射して組成物を露光し、形成する配向パターンに応じてマスクの位置および直線偏光の方向を変更して、再度、組成物を露光を行うことを、繰り返すことで、所望の配向パターンを有する配向層１２を形成できる。

　図１に示す電磁波制御用素子１０は、反射層２４を支持体２０の一面に形成された、支持体２０およびメタサーフェス構造体１８を有するメタサーフェス部材と、配向層１２および液晶層１４を有する液晶フィルムとを、メタサーフェス構造体１８と液晶層１４とを対面して貼着層１６で貼着することで構成される。
　電磁波制御用素子１０では、これにより、メタサーフェス部材と中間層である貼着層１６とが接して配置され、さらに、中間層である貼着層１６と液晶フィルムとが接して配置される。
　本発明の電磁波制御用素子１０は、このような構成を有することにより、面内における電磁波の反射率のバラツキが小さく、その結果、反射率が高い電磁波制御用素子を実現している。

　上述のように、電磁波制御用素子１０は、配向層１２側から入射した電磁波を反射する反射型の電磁波制御用素子である。
　具体的には、配向層１２側から電磁波制御用素子１０に入射した電磁波は、液晶層１４が有する屈折率（複屈折）によって位相を変調される。液晶層１４によって位相を変調された電磁波は、次いで、メタサーフェス構造体１８における微細構造体による共振（共鳴）によって位相を変調された後、反射層２４によって反射される。反射層２４によって反射された電磁波は、再度、メタサーフェス構造体１８における微細構造体による共振によって位相を変調される。メタサーフェス構造体１８によって位相を変調された電磁波は、次いで、液晶層１４が有する屈折率によって位相を変調されて、電磁波制御用素子１０によって反射された電磁波として出射される。
　また、電磁波制御用素子１０によって反射された電磁波は、メタサーフェス構造体１８および液晶層１４による位相変調によって、正反射されるのではなく、正反射とは異なる角度で出射される。例えば、電磁波が法線方向から電磁波制御用素子１０に入射した場合には、電磁波は法線方向に対して角度を有する方向に出射される。

　このような電磁波制御用素子１０においては、液晶層１４の撓みおよび歪み等を生じることなく、液晶層１４が、メタサーフェス構造体１８に対して全面的に均一に設けられることが重要である。
　すなわち、液晶層１４とメタサーフェス構造体１８とを用いる電磁波制御用素子１０は、液晶層１４およびメタサーフェス構造体１８によって入射した電磁波の位相を制御して、所望の方向に電磁波を出射している。
　そのため、液晶層の撓み等に起因して、電磁波の透過方向に液晶層１４とメタサーフェス構造体１８との位置関係が部分的に異なっていると、この部分で適正な位相の制御を行うことができない。その結果、面内で部分的に反射率の低下および反射方向のズレ等が生じてしまい、面内における電磁波の反射率のバラツキが生じる。

　これに対し、本発明の電磁波制御用素子１０は、上述のように、メタサーフェス部材と中間層とが接して配置され、かつ、中間層と液晶フィルムとが接して配置される。図示例においては、中間層は貼着層１６であるので、メタサーフェス部材と貼着層１６とが貼着され、かつ、貼着層１６と液晶フィルムとが貼着される。
　すなわち、本発明の電磁波制御用素子１０は、中間層によって、液晶層１４とメタサーフェス構造体１８との位置関係が規定されており、液晶層１４が、メタサーフェス構造体１８に対して、撓み等を生じることなく全面的に均一に設けられる。
　そのため、本発明の電磁波制御用素子１０によれば、面方向の全面において適正に電磁波の位相制御を行うことができ、その結果、面内における電磁波の反射率のバラツキを抑制して、高い反射率で電磁波を反射できる。
　特に、図１に示す電磁波制御用素子１０は、好ましい態様として、メタサーフェス構造体１８と中間層である貼着層１６とが接しており、中間層である貼着層１６と液晶層１４とが接しているので、この効果を、より好適に得ることができる。

　本発明の電磁波制御用素子１０において、貼着層１６は、電磁波に対して必要な透過率を有するものであれば、公知の貼着剤からなる層が利用可能である。
　従って、貼着層１６となる貼着剤は、接着剤でも、粘着剤でも、接着剤と粘着剤との両方の特長を有する材料でもよい。なお、接着剤とは、貼り合わせる際には流動性を有し、その後、固体になる貼着剤である。他方、粘着剤とは、貼り合わせる際にはゲル状（ゴム状）の柔らかい固体で、その後もゲル状の状態が変化しない貼着剤である。

　貼着剤としては、一例として、粘接着剤が挙げられる。
　粘接着剤としては、例えば、感圧式粘着剤、乾燥固化型接着剤、および、化学反応型接着剤等が挙げられる。
　化学反応型接着剤としては、例えば、活性エネルギー線硬化型接着剤が挙げられる。
　感圧式粘着剤は、通常、ポリマーを含み、溶媒を含んでいてもよい。ポリマーとしては、例えば、アクリル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、および、ポリエーテルが挙げられる。これらの感圧式粘着剤のうち、アクリル系ポリマーを含む感圧式粘着剤は、光学的な透明性に優れ、適度の濡れ性や凝集力を有し、接着性に優れ、さらには耐候性や耐熱性等が高く、加熱や加湿の条件下で浮きや剥がれ等が生じ難いため好ましい。アクリル系ポリマーとしては、例えば、エステル部分のアルキル基がメチル基、エチル基またはブチル基のような炭素数１～２０のアルキル基である（メタ）アクリレートと、（メタ）アクリル酸やヒドロキシエチル（メタ）アクリレート等の官能基を有する（メタ）アクリル系モノマーとの共重合体が好ましい。このような共重合体を含む感圧式粘着剤は、粘着性に優れており、被転写体に貼合した後に取り除くときも、被転写体に糊残り等を生じさせることなく、比較的容易に取り除くことが可能であるので好ましい。アクリル系ポリマーのガラス転移温度は、２５℃以下が好ましく、０℃以下がより好ましい。アクリル系ポリマーの質量平均分子量は、１０万以上が好ましい。
　なお、貼着剤は、リンテック社製のＮＣＦ－Ｆ６１９、ＮＣＦ－Ｆ６３２、および、ＮＣＦ－Ｆ６９２等の市販品も、好適に利用可能である。

　貼着層１６の厚さには、制限はなく、貼着層１６の形成材料に応じて貼着力（配向力）等の必要な性能を発現する厚さを、適宜、設定すればよい。
　本発明においては、貼着層１６（中間層）は、基本的に、薄い方が好ましい。すなわち、メタサーフェス部材と液晶フィルムとの距離は短い方が好ましく、特に、メタサーフェス構造体１８と液晶層１４との距離が短いのが好ましい。
　具体的には、貼着層１６の厚さは、６０μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、３０μｍ以下がさらに好ましい。
　貼着層１６の厚さを６０μｍ以下とすることにより、面内における電磁波の反射率のバラツキをより好適に抑制して、電磁波の反射率を向上できる等の点で好ましい。

　また、本発明において、メタサーフェス構造体１８と液晶層１４との距離は、１５０μｍ以下が好ましく、１１０μｍ以下がより好ましく、８０μｍ以下がさらに好ましい。

　貼着層１６の屈折率には、制限はないが、液晶層１４の屈折率に近い方が好ましい。
　具体的には、貼着層１６（中間層）の屈折率は、１．３～１．７が好ましく、１．４～１．６７がより好ましく、１．４４～１．６０がさらに好ましい。
　貼着層１６の屈折率を１．３～１．７とすることにより、貼着層１６の界面における不要な反射を抑制でき、その結果、反射率を向上できる、迷光を低減できる等の点で好ましい。

　図１に示す電磁波制御用素子１０は、液晶層１４の電磁波入射面側に液晶化合物を配向するための配向層１２を有しているが、本発明は、これに制限はされない。すなわち、本発明の電磁波制御用素子は、配向層１２を有さず、液晶層１４が電磁波の入出射面となってもよい。言い換えれば、本発明の電磁波制御用素子における液晶フィルムは、液晶層１４のみで形成されてもよい。
　前述のように、電磁波制御用素子１０の製造では、一例として、液晶層支持体の表面に配向層１２を形成し、配向層１２の表面に液晶層１４を形成した積層フィルムを形成する。次いで、液晶層１４と後述する貼着層１６とを対面して、積層フィルムを貼着層１６に貼着する。その後、積層フィルムから液晶層支持体を剥離して、配向層１２および液晶層１４を貼着層１６に転写することで、液晶フィルムを形成する。
　この際に、積層フィルムから、液晶層支持体と共に配向層１２を剥離する。これにより、電磁波の入射側から、液晶層１４、貼着層１６、メタサーフェス構造体１８、支持体２０、および、反射層２４の順で積層される電磁波制御用素子としてもよい。

　あるいは、本発明の電磁波制御用素子は、電磁波の入射側から、液晶層支持体、配向層１２、液晶層１４、貼着層１６、メタサーフェス構造体１８、支持体２０および反射層２４の順で積層される層構成を有するものであってもよい。
　すなわち、本発明の電磁波制御用素子における液晶フィルムは、液晶層支持体、配向層１２、および、液晶層１４を有する３層構成の上記積層フィルムでもよい。
　従って、この構成においては、液晶層支持体が電磁波の入出射面となる。

　この液晶層支持体が電磁波の入出射面となる構成においては、液晶層支持体は、入射する電磁波および出射する電磁波に影響を与えないように、レタデーションが低い材料で形成されるのが好ましい。
　具体的には、この構成における液晶層支持体は、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣC）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ジアセチルセルロース（ＤＡＣ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、（メタ）アクリルポリマー、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、パーフルオロエチレンプロペン（ＦＥＰ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ）、エポキシ樹脂、および、フェノール樹脂等の低レタデーション材料で形成されるのが好ましい。
　液晶層支持体の厚さにも、制限はなく、形成材料に応じて、配向層１２および液晶層１４を支持可能な厚さを、適宜、設定すればよいが、５０～１０００μｍが好ましく、８０～７００μｍがより好ましい。

　なお、このような各種の液晶フィルムの構成は、以下に示す各種の電磁波制御用素子においても利用可能である。

　図１に示す電磁波制御用素子１０は、メタサーフェス部材および液晶フィルムと接触する中間層として貼着層１６を用いているが、本発明の電磁波制御用素子において、中間層としては、液晶層１４の液晶化合物を配向させるための配向層も利用可能である。
　図４に、その一例を概念的に示す。なお、図４に示す電磁波制御用素子は、図１に示す電磁波制御用素子を同じ部材を多用するので、以下に示す例では、同じ部材には同じ符号を付し、説明は、異なる部位を主に行う。
　また、液晶層１４およびメタサーフェス構造体１８の作用効果も、上述の図１に示す電磁波制御用素子と同様である。

　図４に示す電磁波制御用素子は、支持体２０の表面に形成されたメタサーフェス構造体１８を覆って中間層としての配向層２６を有し、配向層２６のメタサーフェス構造体１８とは逆側に、液晶層１４を有する。
　従って、本例においても、メタサーフェス部材と中間層としての配向層２６とが接して配置され、中間層としての配向層２６と液晶フィルムとが接して配置される。また、この構成でも、好ましい態様として、メタサーフェス構造体１８と中間層としての配向層２６とが接して配置され、中間層としての配向層２６と液晶層とが接して配置される。
　その結果、図１に示す電磁波制御用素子と同様、面内における電磁波の反射率のバラツキをに抑制して、電磁波の反射率を向上できる。

　中間層としての配向層２６には、制限はなく、上述した配向層１２で例示した配向層等、公知の配向層が、各種、利用可能である。中でも、中間層としての配向層２６には、光配向材料を用いる配向層（光配向層）は、好適に利用される。
　上述のように、光配向材料を用いる配向層１２は、光配向材料を含む組成物を用いる塗布層で形成される。また、配向層によって液晶化合物を配向される液晶層１４も液晶化合物を含む組成物を用いる塗布法で形成される。
　そのため、配向層２６として光配向層を用いることにより、メタサーフェス部材と配向層２６、および、配向層２６と液晶層１４とは、全面的に密着する。
　その結果、好適に、メタサーフェス部材と中間層とを接して配置し、中間層と液晶フィルムとを接して配置することができる。

　以上の本発明の電磁波制御用素子は、中間層（貼着層１６、配向層２６）と、液晶層１４およびメタサーフェス構造体１８とが、直接、接していたが、本発明はこれに制限はされない。
　すなわち、本発明の電磁波制御用素子は、メタサーフェス構造体を含むメタサーフェス部材と中間層とが接して配置され、かつ、中間層と液晶層１４を含む液晶フィルムとが接して配置されていれば、各種の層構成が利用可能である。

　例えば、中間層として配向層２６を用いる構成では、メタサーフェス部材が、配向層２６を形成するための配向層形成膜を有してもよい。図５に、その一例を概念的に示す。
　図５に示す電磁波制御用素子は、メタサーフェス構造体１８の表面を覆って配向層形成膜３２を有し、中間層として配向層２６は、この配向層形成膜３２の表面に形成される。すなわち、本例においては、メタサーフェス部材は、支持体２０と、メタサーフェス構造体１８と、配向層形成膜３２とで構成される。

　配向層形成膜３２は、電磁波に対して必要な透過率を有し、かつ、表面に配向層２６が形成可能であれば、公知の各種の膜（シート状物）が利用可能である。配向層形成膜３２は、上述した配向層２６と同様に全面的な密着が可能である点で、塗布法によって形成できる材料からなる膜であるのが好ましい。
　具体的には、配向層形成膜３２の形成材料としては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド、アゾ系光配向材料、シンナモイル系光配向材料、カルコン系光配向材料、および、スチルベン系光配向材料等が例示される。

　配向層形成膜３２の厚さには、制限はなく、配向層２６を形成可能な厚さを、形成材料等に応じて、適宜、設定すればよい。
　ここで、上述のように、中間層としての配向層２６の厚さは５０μｍ以下が好ましいが、配向層２６を配向層形成膜３２に形成する場合には、配向層２６と配向層形成膜３２との合計の厚さが５０μｍ以下となるようにするのが好ましい。また、配向層２６と配向層形成膜３２との合計の厚さは、３０μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。
　配向層２６と配向層形成膜３２との合計の厚さが５０μｍ以下とすることにより、面内における電磁波の反射率のバラツキをより好適に抑制して、電磁波の反射率を向上できる等の点で好ましい。

　以上の例では、反射層２４が、メタサーフェス部材の中間層とは反対側に設けられていたが、本発明は、これに制限はされない。
　すなわち、本発明の電磁波制御用素子では、反射層２４が、液晶フィルムの中間層とは反対側に設けられてもよい。図６に、その一例を概念的に示す。
　図６に示す電磁波制御用素子は、支持体２０およびメタサーフェス構造体１８を有するメタサーフェス部材と、液晶層支持体３０、配向層１２および液晶層１４を有する液晶フィルムとを、メタサーフェス部材の支持体２０と、液晶フィルムの液晶層１４とを対面して、貼着層１６で貼着した構成を有する。
　図６に示す電磁波制御用素子では、液晶フィルムの液晶層支持体３０の配向層１２とは逆側に反射層２４が設けられる。
　従って、本例では、電磁波は、メタサーフェス構造体１８から入射して、メタサーフェス構造体１８および液晶層１４で位相を変調されて反射層２４に入射し、反射層２４で反射されて、液晶層１４およびメタサーフェス構造体１８で位相を変調されて、反射された電磁波としてメタサーフェス構造体１８から出射する。

　図７に、別の例を概念的に示す。
　図７に示す電磁波制御用素子は、液晶層１４、配向層１２および液晶層支持体３０を有する液晶フィルムと、支持体２０のメタサーフェス構造体１８とは逆側に反射層２４が形成された、支持体２０およびメタサーフェス構造体１８を有するメタサーフェス部材とを有する。
　この電磁波制御用素子は、液晶フィルムの液晶層支持体３０と、メタサーフェス部材のメタサーフェス構造体１８とを対面して、貼着層１６で貼着した構成を有する。

　本発明の電磁波制御用素子が対象とする電磁波の偏光状態（偏波状態）には、制限はなく、無偏光でも、直線偏光でも、円偏光でも、楕円偏光でもよい。
　なお、電磁波が直線偏光である場合で、かつ、微細構造体が直交するＸ方向およびＹ方向に二次元的に配列されている場合には、電磁波の偏光方向と、Ｘ方向またＹ方向とが一致するように、電磁波を入射させるのが好ましい。

　以上、本発明の電磁波制御用素子について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

　以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。
　なお、以下に示す実施例は、本発明の一例を示すものである。従って、本発明の、以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。

　　［実施例１］
＜メタサーフェス部材の作成＞
　支持体として、特許第４９９１１７０号公報に記載される方法で、ＣＯＰフィルムを作製した。支持体（ＣＯＰフィルム）の厚さは４０μｍであった。
　次に、作製した支持体を４×４ｃｍの正方形状に切り出した。切り出した支持体の表面を超音波洗浄（４５ｋＨｚ）した後、スパッタリング成膜装置内部の被成膜位置に載置した。装置内部を減圧した後にアルゴンガスを導入し、ターゲットにＣｕを用いてスパッタリングを行い、支持体の表面に厚さ２００μｍの銅層を形成した。
　この銅層の形成を支持体の片面ずつ順に行うことで、両面に厚さ２００ｎｍの銅層を形成した。

　次に、特開２０２０－２０４７５７号公報に示される感光性転写部材（ネガ型転写材料１）を巻き出し、感光性転写部材から一方のカバーフィルムを剥離した。
　次いで、感光性転写部材と、両面に銅層が形成された支持体の一方の表面（銅層）とを、カバーフィルムの剥離により露出した感光性樹脂層と銅層とが互いに接触するように貼り合わせて、積層体を得た。この貼り合わせ工程は、ロール温度１００℃、線圧１．０ＭＰａ、および、線速度４．０ｍ／ｍｉｎの条件で行った。

　図２に示すような、小、中および大サイズの正方形の微細構造体をＸ方向にこの順で繰り返し配列し、Ｘ方向と直交するＹ方向に同じ微細構造体を配列したメタサーフェス構造体に対応するフォトマスクを用意した。
　得られた積層体に対して、感光性転写部材のカバーフィルム側から、このフォトマスクを介して、超高圧水銀灯（露光主波長：３６５ｎｍ）を１００ｍＪ／ｃｍ²照射して、感光性樹脂層を露光した。
　正方形の領域Ｐ１の一辺の長さは１０４１μｍとした。
　小サイズの微細構造体は１辺の長さが４００μｍの正方形、中サイズの微細構造体は１辺の長さが８２０μｍの正方形、さらに、大サイズの微細構造体は１辺の長さが９３５μｍの正方形とした。
　従って、フォトマスクは、このサイズの開口が、領域Ｐ１の中心に対応して、Ｘ方向およびＹ方向に配列して形成されたものである。

　感光性転写部材の露光を行った後、フォトマスクを外して、感光性転写部材からカバーフィルムを剥離した。
　その後、液温２５℃の１．０質量％の炭酸ナトリウム水溶液を用いて３０秒間のシャワー現像を行い、銅層上に感光性転写部材からなるレジストパターンを形成した。

　レジストパターンを形成した積層体に対して、銅エッチング液（関東化学社製、Ｃｕ－０２）を用いて、２３℃で３０秒、銅のエッチングを行った。
　その後、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを用いてレジストパターンを剥離することで、メタサーフェス構造体を形成した。
　これにより、図１および図２に示されるような、支持体の一面に反射層を形成した、支持体とメタサーフェス構造体とからなるメタサーフェス部材を作製した。

　すなわち、このメタサーフェス部材は、厚さが４０μｍの支持体（ＣＯＰフィルム）の支持体の一方の面に、
　１辺の長さが１０４１μｍの正方形の領域Ｐ１が、Ｘ方向およびＹ方向に正方格子状に設定され、この正方形の領域Ｐ１の中心に、Ｘ方向には、厚さが２００ｎｍで１辺の長さが４００μｍの正方形の板状の微細構造体、厚さが２００ｎｍで１辺の長さが８２０μｍの正方形の板状の微細構造体、および、厚さが２００ｎｍで１辺の長さが９３５μｍの正方形の板状の微細構造体が、この順で繰り返し配列され、Ｙ方向には、同じ共振器が配列されたメタサーフェス構造体を有するものである。
　また、支持体（ＣＯＰフィルム）の他方の面には、反射層となる銅層を有する。

＜液晶フィルムの作製＞
　液晶層支持体として、セルロースアシレートフィルム（厚さ６０μｍ、富士フイルム社製、ＴＧ６０）を用意した。
　液晶層支持体の表面に、下記の配向層形成用組成物１をワイヤーバーで塗布した。
　塗膜を形成した液晶層支持体を、６０℃の温風で６０秒間、さらに１００℃の温風で１２０秒間乾燥して、配向層を形成した。
　次いで、ラビング処理（ローラーの回転数：１０００回転／スペーサー厚１．８ｍｍ、ステージ速度１．８ｍ／分）を１回施して、配向層付きフィルムを得た。配向層の膜厚は１００ｎｍであった。

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　配向層形成用組成物１
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　変性ポリビニルアルコールＰＶＡ－１　　　　　　　３．８０質量部
　ＩＲＧＡＣＵＲＥ２９５９　　　　　　　　　　　　０．２０質量部
　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７０．００質量部
　メタノール　　　　　　　　　　　　　　　　　　３０．００質量部
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　形成した配向層上に、下記の液晶組成物をワイヤーバーで連続的に塗布した。
　塗膜をホットプレート上で８０℃に加熱し、その後、窒素雰囲気下で高圧水銀灯を用いて波長３６５ｎｍの紫外線を３００ｍＪ／ｃｍ²の照射量で塗膜に照射することにより、液晶化合物の配向を固定化した。
　この液晶固定化層を重ね塗りして、上記と同じ条件で加熱、紫外線硬化を行い、膜厚５００μｍの液晶層を形成した積層フィルムを作製した。

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　液晶組成物
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　液晶化合物Ｌ－１　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
　重合開始剤（ＢＡＳＦ社製、Irgacure OXE01）　　　１．００質量部
　レベリング剤Ｔ－１　　　　　　　　　　　　　　　０．０８質量部
　メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　１０５０．００質量部
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　　液晶化合物Ｌ－１
　　レベリング剤Ｔ－１

＜電磁波制御用素子の作製＞

　作製したメタサーフェス部材と積層フィルムとを、メタサーフェス構造体と液晶層とを対面して、中間層となる厚さ１５μｍの粘着層（リンテック社製、ＮＣＦ－Ｆ６１９、屈折率１．４７程度）を用いて貼着した。
　その後、積層フィルムから液晶層支持体（セルロースアシレートフィルム）を剥離して、図１に示すような電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例２］
　実施例１の積層フィルムの作製において、配向層形成用組成物１に変えて、下記の配向層形成用組成物２を用いた以外は、実施例１と同様に積層フィルムを作製した。

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　　配向層形成用組成物２
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　ポリビニルアルコールＰＶＡ－２　　　　　　　　　３．８０質量部
　ＩＲＧＡＣＵＲＥ２９５９　　　　　　　　　　　　０．２０質量部
　水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７０．００質量部
　メタノール　　　　　　　　　　　　　　　　　　３０．００質量部
――――――――――――――――――――――――――――――――

　この積層フィルムと、実施例１と同様のメタサーフェス部材とを用いて、液晶層とメタサーフェス構造体とを対面して、実施例１と同様に積層フィルムとメタサーフェス部材とを貼着した。
　その後、積層フィルムから液晶層支持体および配向層を剥離して、表面に配向層を有さない以外は、図１に示すような電磁波制御用素子を作製した。

　なお、メタサーフェス構造体は、電磁波制御用素子の構成に合わせて、微細構造体のサイズを最適化している。
　また、特に注釈が無い場合には、実施例１と同様、メタサーフェス部材の支持体のメタサーフェス構造体とは逆側の面には、反射層が設けられている。
　以上の点に関しては、他の例も同様である。

　　［実施例３］
　厚さ１５μｍの粘着層（リンテック社製、ＮＣＦ－Ｆ６１９）に変えて、中間層となる紫外線硬化型の接着剤（東亞合成社製、アロニックスＵＶＸ－６２８２、屈折率１．４８程度）を用いた以外は、実施例１と同様にして、図１に示すような電磁波制御用素子を作製した。
　貼着層の厚さは５μｍであった。

　　［実施例４］
　厚さ１５μｍの粘着層（リンテック社製、ＮＣＦ－Ｆ６１９）に変えて、中間層として厚さ３０μｍの粘着層（リンテック社製、ＮＣＦ－Ｆ６１９、屈折率１．４７程度）を、２枚、用いた以外は、実施例１と同様にして、図１に示すような電磁波制御用素子を作製した。
　従って、本例は貼着層（中間層）の厚さは６０μｍである。

　　［実施例５］
　特許第４９９１１７０号公報に記載される方法で、液晶層支持体としてＣＯＰフィルムを作製した。液晶層支持体の厚さは４０μｍであった。
　液晶層支持体の表面に、実施例１と同様にして配向層を形成し、さらに、配向層の上に実施例１と同様にして液晶層を形成することで、積層フィルムを作製した。
　この積層フィルムを液晶フィルムとして、液晶フィルムと、実施例１と同様のメタサーフェス部材とを、液晶層支持体（ＣＯＰフィルム）とメタサーフェス構造体とを対面して、実施例１と同様に貼着して、図７に示すような電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例６］
　下記構造の光配向材料Ｅ－１の１質量部に、ブトキシエタノール４１．６質量部、ジプロピレングリコールモノメチル４１．６質量部、および、純水１５．８質量部を加え、得られた溶液を０．４５μｍメンブレンフィルターで加圧ろ過することで光配向層用塗布液を調製した。

　実施例１と同様のメタサーフェス部材のメタサーフェス構造体の表面に、上述の配向層形成用組成物１を膜厚５００ｎｍになるように塗布し、６０℃の温風で６０秒間、さらに１００℃の温風で１２０秒間乾燥して、配向層形成膜を形成した。
　次いで、配向層形成膜に、調製した光配向層用塗布液を塗布し、６０℃で１分間乾燥した。得られた塗布膜（膜厚５０ｎｍ）に、偏光紫外線露光装置を用いて直線偏光紫外線（照度４．５ｍＷ／ｃｍ²、積算照射量３００ｍＪ／ｃｍ²）を照射し、中間層として、水平方向に配向規制力を持つ配向層（光配向層、屈折率１．５２程度）を形成した。
　形成した配向層の表面に、実施例１と同様に厚さ５００μｍの液晶層を形成して、図５に示すような電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例７］
　実施例１と同様のメタサーフェス部材のメタサーフェス構造体の表面に、下記の配向層形成用組成物３を膜厚が５００ｎｍになるように塗布した。

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　　配向層形成用組成物３
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　下記重合体Ｅ－２　　　　　　　　　　　　　　　１００．００質量部
　酸発生剤ＰＡＧ－１　　　　　　　　　　　　　　　１２．００質量部
　ＤＩＰＥＡ（Ｎ，Ｎ－ジイソプロピルエチルアミン）　　０．６質量部
　メチルエチルケトン　　　　　　　　　　　　　　６６５．００質量部
　酢酸ブチル　　　　　　　　　　　　　　　　　　１６６．００質量部
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　配向層形成用組成物３を１００℃で乾燥した。乾燥した塗膜に、偏光紫外線照射（１０ｍＪ／ｃｍ²、超高圧水銀ランプ使用）することで、中間層として、水平方向に配向規制力を持つ配向層（光配向層、屈折率１．５１程度）を形成した。
　形成した配向層の表面に、実施例１と同様に厚さ５００μｍの液晶層を形成して、図４に示すような電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例８］
　特許第４９９１１７０号公報に記載される方法で、液晶層支持体としてＣＯＰフィルムを作製した。液晶層支持体の厚さは４０μｍであった。
　この液晶層支持体の表面に、実施例１と同様にして配向層を形成し、さらに、配向層の上に実施例１と同様にして液晶層を形成することで、積層フィルムを作製した。
　この積層フィルムを液晶フィルムとして、液晶フィルムと、実施例１と同様のメタサーフェス部材とを、液晶層とメタサーフェス構造体とを対面して、実施例１と同様に貼着して、表面に液晶層支持体（ＣＯＰフィルム）を有する以外は図１と同様の電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例９］
　実施例１において、積層フィルムから液晶層支持体（セルロースアシレートフィルム）を剥離せずに、この積層フィルムを液晶フィルムとして、電磁波制御用素子とした。

　　［実施例１０］
　液晶層支持体として、セルロースアシレートフィルム（厚さ６０μｍ、富士フイルム社製、ＴＧ６０）を用意した。
　液晶層支持体の表面に、配向層形成用組成物１をワイヤーバーで塗布した。
　塗膜を形成した液晶層支持体を、６０℃の温風で６０秒間、さらに１００℃の温風で１２０秒間乾燥して、ＰＶＡ膜を形成した。ＰＶＡ膜の厚さは５００ｎｍであった。
　このＰＶＡ膜の表面に、実施例６で用いた光配向層用塗布液を塗布し、６０℃で１分間乾燥して、光配向層を形成した。光配向層の厚さは５０ｎｍであった。

　作製した光配向層を有する積層体を４×４ｃｍに切り出した。
　一方で、幅３４７μｍの透過部と、幅２７７６μｍの遮光部とが交互に形成されたストライプ状のマスクを用意した。このマスクは、ストライプの配列方向がメタサーフェス構造体のＸ方向に、ストライプの長手方向がメタサーフェス構造体のＹ方向に、それぞれ対応する。
　透過部の幅方向の端部が光配向層の一方の端辺と一致し、かつ、透過部が光配向層の面内に位置するように、マスクによって光配向層を覆った。次いで、紫外線露光装置を用い、吸収軸の角度が０°（＝領域Φ１）となるように設置したワイヤーグリッド偏光子（Ｍｏｘｔｅｋ社製、ＰｒｏＦｌｕｘ　ＰＰＬ０２）によって直線偏光とした紫外線を光配向層に照射した。紫外線は、照度を４．５ｍＷ／ｃｍ²、積算照射量を３００ｍＪ／ｃｍ²とした。
　なお、吸収軸の角度とは、ストライプの幅方向に対する角度で、時計回りを正とする。すなわち、吸収軸の角度が０°とは、吸収軸の角度が、ストライプの幅方向（Ｘ方向）と一致している状態である。また、吸収軸の角度が９０°とは、吸収軸の角度が、ストライプの長手方向（Ｙ方向）と一致している状態である。
　次いで、マスクをストライプの幅方向に３４７μｍ移動させて、ワイヤーグリッド偏光子を吸収軸の角度が１６°（＝領域Φ２）となるように回転させて、同様に、直線偏光紫外線を光配向層に照射した。次いで、マスクをストライプの幅方向に３４７μｍ移動させて、ワイヤーグリッド偏光子を吸収軸の角度が８６°（＝領域Φ３）となるように回転させて、同様に、直線偏光紫外線を光配向層に照射した。
　このようなマスクの移動および光配向層への紫外線照射を、ワイヤーグリッド偏光子を吸収軸の角度を変更して、領域Φ４、領域Φ５…領域Φ９まで行った。これにより、幅３４７μｍのストライプ状の配向パターンを有し、かつ、配向方向の角度が変化する領域Φ１～領域Φ９が繰り返される光配向層を作製した。

　なお、ワイヤーグリッド偏光子の吸収軸の角度は、領域Φ１が０°、領域Φ２が１６°、領域Φ３が８６°、領域Φ４が８６°、領域Φ５が０°、領域Φ６が６°、領域Φ７が６８°、領域Φ８が２９°、領域Φ９が４°、とした。

　このようにして作製した光配向層に、実施例１と同様に厚さ５００μｍの液晶層を形成して、積層フィルムを作製した。
　光配向層を形成した際におけるワイヤーグリッド偏光子の吸収軸の角度は、上述のとおりである。従って、形成した液晶層は、幅３４７μｍのストライプ状で、ストライプにおける液晶化合物の光学軸の角度が、ストライプの配列方向に、領域Φ１（０°）、領域Φ２（１６°）、領域Φ３（８６°）、領域Φ４（８６°）、領域Φ５（０°）、領域Φ６（６°）、領域Φ７（６８°）、領域Φ８（２９°）、および、領域Φ９（４°）であることを繰り返す液晶配向パターンを有する。
　また、ＡｘｏＳｃａｎ（アクソメトリクス社製）を用いて、ストライプにおける液晶化合物の光学軸（遅相軸）の方向が、上記の角度になっていることを確認した。

　実施例１と同様のメタサーフェス部材と、作製した積層フィルムとを、メタサーフェス構造体と、液晶層とを対面して、実施例１と同様に貼着した。なお、貼着の際には、メタサーフェス構造体と液晶層とで、Ｘ方向とＹ方向を一致させた。
　さらに、積層フィルムから、液晶層支持体（セルロースアシレートフィルム）、ＰＶＡ膜および光配向層を剥離して、表面に配向層を有さない以外は図１と同様の電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例１１］
　実施例６と同様にして、メタサーフェス部材のメタサーフェス構造体の表面に配向層形成膜を形成し、配向層形成膜の表面に配向層（光配向層）を形成した。
　直線偏光紫外線の照射に変えて、この配向層を実施例１０と同様に露光して、ストライプ状の配向パターンを形成した。
　配向パターンを形成した配向層に、実施例１と同様に液晶層を形成することにより、実施例１０と同様のストライプ状の液晶配向パターンを有する液晶層を形成して、図５と同様の電磁波制御用素子を作製した。

　　［実施例１２］
　実施例１のメタサーフェス部材の形成において、支持体（ＣＯＰフィルム）の一面のみに銅層を形成し、この銅層を用いて、実施例１と同様にしてメタサーフェス構造体を形成して、メタサーフェス部材を作製した。
　他方で、液晶層支持体として、同じＣＯＰフィルムを用意し、同様に、一面に銅層を形成した。
　液晶層支持体の銅層を形成していない面に、実施例７で用いた配向層形成用組成物３を膜厚５００ｎｍになるように塗布し、１００℃で乾燥した。乾燥した塗膜に、偏光紫外線照射（１０ｍＪ／ｃｍ²、超高圧水銀ランプ使用）することで、水平方向に配向規制力を有する配向層（光配向層）を形成した。
　形成した配向層の表面に、実施例１と同様にして膜厚５００μｍの液晶層を形成することで、液晶層支持体の一面に反射層を有する積層フィルムを作製した。
　作製した積層フィルムを液晶フィルムとして、作製したメタサーフェス部材と液晶フィルムとを、支持体と液晶層とを対面して、中間層となる厚さ１５μｍの粘着剤（リンテック社製、ＮＣＦ－Ｆ６１９）で貼着することにより、図６と同様の電磁波制御用素子を作製した。

　　［比較例１］
　実施例１と同様の液晶フィルムおよびメタサーフェス部材とを、粘着剤を用いずに液晶層とメタサーフェス構造体とを対面して積層して、電磁波制御用素子を作製した。

　　［評価］
＜反射率測定＞
　以下の方法によって、作製した電磁波制御用素子の反射率および反射のバラつきを測定した。
　中心波長が１００ＧＨｚのImpatt Diode（Terasense社製）を光源として、作製した電磁波制御用素子の法線方向から光を入射して反射させた際の、設計した角度（７３．７°）への回折反射を、２次元Ｓｕｂ－ＴＨｚイメージングカメラ（Terasense社製、Ｔｅｒａ－１０２４）を使用して撮影した。
　イメージングカメラの全画素の輝度の積分値を、その方向への反射強度とした。
　－１次（－７３．７°）、０次（正反射、０°）、および、＋１次（７３．７°）方向への反射強度をそれぞれ測定して、Ｐ－１、Ｐ０およびＰ１とした。
　設計した方向（＋１次、７３．７°）への反射の比率（Ｐ１／（Ｐ－１＋Ｐ０＋Ｐ１）を、反射率として定義した。
　また、電磁波制御用素子の面内４ｃｍ角の１０箇所を上記の方法で測定し、測定結果の標準偏差を反射のバラツキとした。

　評価基準は、以下のとおりである。
　＜＜反射率＞＞
　Ａ：反射率が、８０％以上
　Ｂ：反射率が、６０％以上、８０％未満
　Ｃ：反射率が、５０％以上、６０％未満
　Ｄ：反射率が、５０％未満 
　＜＜バラツキ＞＞
　Ａ：２０％未満
　Ｂ：２０％以上
　結果を下記の表１に示す。

　上記表に示されるように、液晶層を有する液晶フィルムと接して配置される中間層、および、メタサーフェス構造体を有するメタサーフェス部材を有する本発明の電磁波制御用素子は、中間層を有さない比較例に比して、電磁波の反射の面方向のバラツキが少なく、また、反射率も良好である。
　特に、実施例１（粘着層１５μｍ）と実施例４（粘着層６０μｍ）とに示されるように、中間層の厚さを５０μｍ以下とすることで、より好適な反射率が得られる。また、実施例１０および実施例１１に示されるように、液晶層を液晶配向パターンを有する液晶層とすることで、さらに好適な反射率が得られる。
　以上の結果より、本発明の効果は明らかである。

　電磁波の反射板、および、ビームステアリング装置等に、好適に利用可能である。

　　１０　電磁波制御用素子
　　１２　配向層
　　１４，１０４　液晶層
　　１６　貼着層
　　１８，１００　メタサーフェス構造体
　　２０　支持体
　　２４　反射層
　　２８ａ，２８ｂ，２８ｃ　微細構造体
　　３０　液晶層支持体
　　３２　配向層形成膜
　　ＬＣ　液晶化合物

Claims (6)

1. 　複数の微細構造体から構成されるメタサーフェス構造体を含むメタサーフェス部材と、
   　前記メタサーフェス部材と接して配置される中間層と、
   　前記中間層と接して配置される、液晶化合物の配向が固定されている液晶層を含む液晶フィルムと、をこの順で有し、かつ、
   　前記中間層が、貼着層または配向層である、電磁波制御用素子。
2. 　前記メタサーフェス構造体が、周波数０．１～０．３ＴＨｚの電磁波に作用する、請求項１に記載の電磁波制御用素子。
3. 　前記中間層の厚さが５０μｍ以下である、請求項１または２に記載の電磁波制御用素子。
4. 　前記メタサーフェス部材の前記中間層とは反対側、または、前記液晶フィルムの前記中間層とは反対側に、反射層を有する、請求項１または２に記載の電磁波制御用素子。
5. 　前記中間層と前記液晶層とが接している、請求項１または２に記載の電磁波制御用素子。
6. 　前記中間層と前記メタサーフェス構造体とが接している、請求項１または２に記載の電磁波制御用素子。

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