JP2005062499A - Method for forming electrodeposition film and electrodeposition film forming apparatus - Google Patents

Method for forming electrodeposition film and electrodeposition film forming apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming an electrodeposition film with excellent controlling property for film thickness by which growth of a film due to deposition of the electrodeposition component in an unexpected region is suppressed and a desired pattern can be formed with high definition at low cost. <P>SOLUTION: In a film forming substrate 5 having successive layers of a conductive film 2, a hydrophilic optical semiconductor thin film 3 having both of photocatalytic and photovoltaic functions, and a water repellent film 4 containing an organic material in contact with the optical semiconductor thin film 3, the optical semiconductor thin film 3 of the substrate 5 is selectively irradiated with light. After the water repellent film 4 in the selected irradiated region is removed to form a hydrophilic part 6, the hydrophilic part 6 is brought into contact with an aqueous electrolyte liquid containing a film forming material the solubility or dispersibility of which with an aqueous liquid decreases by changes in pH, and further the substrate is irradiated with light to form an electrodeposition film in the hydrophilic part 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電着膜形成方法および電着膜形成装置に関し、フォトリソ工程によることがなく、特にCCDカメラや液晶表示装置等の各種表示素子やカラーセンサに用いるカラーフィルタやマイクロレンズ、光回路等に用いる導光路等の作製に好適な電着膜形成方法及び電着膜形成装置に関する。   The present invention relates to an electrodeposition film forming method and an electrodeposition film forming apparatus, and is not based on a photolithographic process, and in particular, a color filter, a microlens, an optical circuit, etc. used in various display elements and color sensors such as a CCD camera and a liquid crystal display The present invention relates to an electrodeposited film forming method and an electrodeposited film forming apparatus suitable for producing a light guide used in the invention.

電着法は、均一な膜厚の薄膜形成が可能な方法として広く用いられているが、例えばカラーフィルタの作製においては、予めパターニングした電極を形成するなど、フォトリソグラフィによるパターニング工程を要することからパターン形状が限定され、しかも70Vから200V程度の高い電圧を要することから、TFTを備えた基板には適用できないという欠点がある。そこで、カラーフィルタの製造方法に用いられる電着法として、液晶モニター用駆動基板の画素電極に直接着色層を形成可能な安価な方法の研究が進められている。   The electrodeposition method is widely used as a method capable of forming a thin film with a uniform film thickness. However, for example, in the production of a color filter, a patterning step by photolithography is required such as forming a pre-patterned electrode. Since the pattern shape is limited and a high voltage of about 70V to 200V is required, there is a disadvantage that it cannot be applied to a substrate having TFTs. Therefore, as an electrodeposition method used in a method for manufacturing a color filter, research on an inexpensive method capable of directly forming a colored layer on a pixel electrode of a liquid crystal monitor drive substrate is underway.

本発明者等は、既に、水溶性であって、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化合物に着目し、該化合物を含む電解液に基板を接触させて露光することにより、所望の薄膜パターンに成膜し得る光電着技術(以下、「光電着法」ということがある。)を提案している(例えば、特許文献1〜2参照)。この光電着法では、有機又は無機の光半導体を基板に利用し、これをパターン状に光照射することによって電解液中の光半導体界面において部分的にpHを変化させ、高分子の膜を析出形成する。続いて基板を電解液から引き上げた際に表面張力等により基板に付着した電解液を、純水への浸漬や流水など、膜損傷が生じない程度の弱圧水流で洗浄する(例えば、特許文献3参照)。   The inventors of the present invention have focused on a compound that is already water-soluble and whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH, and by exposing the substrate to contact with an electrolytic solution containing the compound. Have proposed a photo-deposition technique (hereinafter also referred to as “photo-deposition method”) that can form a desired thin film pattern (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In this photo-deposition method, an organic or inorganic optical semiconductor is used as a substrate, and this is irradiated with light in a pattern to partially change the pH at the optical semiconductor interface in the electrolytic solution, thereby depositing a polymer film. Form. Subsequently, when the substrate is pulled up from the electrolytic solution, the electrolytic solution adhering to the substrate due to surface tension or the like is washed with a low-pressure water flow that does not cause film damage, such as immersion in pure water or flowing water (for example, Patent Literature 3).

前記光電着法による膜形成技術は、フォトリソグラフィ工程が不要であり、低電圧での成膜が可能で、例えばカラーフィルタの場合には透明性及び色純度に優れ、高精細で複雑な画素パターンにも対応でき、ブラックマトリックスの形成も容易に行なえ、低コスト化をも実現することができる。近年における、映像情報や通信情報の更なる高解像度化、高精細化への要求に対応する技術として、高解像度でパターン精度に優れたカラーフィルタ等の安定的製造が可能な点で好ましく、煩雑な工程を含まず工程数の少ない簡易な方法で低コスト化をも同時に満たすことができる。   The film formation technique based on the photo-deposition method does not require a photolithography process and can be formed at a low voltage. For example, in the case of a color filter, it has excellent transparency and color purity, and has a high-definition and complicated pixel pattern. The black matrix can be easily formed and the cost can be reduced. As a technology to meet the demand for higher resolution and higher resolution of video information and communication information in recent years, it is preferable in that stable production of color filters with high resolution and excellent pattern accuracy is possible and complicated. The cost reduction can be satisfied at the same time by a simple method that does not include a number of processes and has a small number of processes.

しかし、前記光電着法においては、光半導体薄膜の持つ光触媒能により電解液中から析出した電着成分が、活性光の照射により形成されたパターンの外周部にも成長し、洗浄によっても完全には除去し得ず(例えば、特許文献4参照)、所望のパターン形状のエッジをぼやけさせてしまったり、親水性である非露光の光半導体薄膜に析出した電着成分が付着してしまい、所望の形状を満たし得なかった。   However, in the photo-deposition method, the electrodeposition component deposited from the electrolytic solution due to the photocatalytic ability of the photo-semiconductor thin film also grows on the outer periphery of the pattern formed by irradiation with active light, and is completely removed even by washing. Cannot be removed (see, for example, Patent Document 4), the edge of the desired pattern shape is blurred, or the electrodeposition component deposited on the hydrophilic non-exposed photo-semiconductor thin film adheres to the desired The shape of could not be satisfied.

一方、従来より光触媒活性を利用したファインパターニング形成技術については報告がある(例えば、特許文献5〜7参照)。すなわち、光触媒膜表面に撥水性物質を塗布し、所望パターンの活性光を照射することで、光触媒膜表面に非常に大きな酸化力をもつ活性酸素を生成し、これと接する有機物を酸化分解させ、所望のパターンに親水性の光触媒膜を表出させ、表出した光触媒膜の表面に水性インクを担持させて画像を得る。また、光触媒膜は両親媒性であることが知られており、撥水性物質の代わりに撥油性物質を用いることで油性インクでも画像を得ることもできる。   On the other hand, there has been a report on a fine patterning formation technique using photocatalytic activity (see, for example, Patent Documents 5 to 7). That is, by applying a water-repellent substance on the surface of the photocatalyst film and irradiating with a desired pattern of active light, active oxygen having a very large oxidizing power is generated on the surface of the photocatalyst film, and organic substances in contact with this are oxidatively decomposed, A hydrophilic photocatalyst film is exposed in a desired pattern, and an aqueous ink is carried on the surface of the exposed photocatalyst film to obtain an image. The photocatalyst film is known to be amphiphilic, and an oil-based ink can be used to obtain an image by using an oil-repellent substance instead of a water-repellent substance.

上記技術では、両親媒性の光触媒膜部と撥水性膜部もしくは撥油膜部の可逆性からインクを担持させており、印刷用途において所望パターンが形成されていればよいため、膜厚制御性は考慮されておらず、実際には膜厚制御は困難である。
特許第3152192号明細書 特許第3257474号明細書 特開2002−317297号公報 特開2002−317297号公報 特開平9−131914号公報 特開2000−343848号公報 特開2000−280437号公報
In the above technique, the ink is supported from the reversibility of the amphiphilic photocatalyst film part and the water-repellent film part or the oil-repellent film part, and it is sufficient that a desired pattern is formed in the printing application. This is not taken into consideration, and the film thickness control is actually difficult.
Japanese Patent No. 3152192 Japanese Patent No. 3257474 JP 2002-317297 A JP 2002-317297 A JP-A-9-131914 JP 2000-343848 A JP 2000-280437 A

上記したように、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化合物を含む電解液を用いて電着膜を形成するに際し、電着成分の不要部への付着を回避し、パターンエッジの精細さが損なわれるのを効果的に防止でき、かつ膜厚制御をも行ない得る電着膜形成技術は未だ確立されていないのが現状である。   As described above, when forming an electrodeposition film using an electrolytic solution containing a compound whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH, adhesion of the electrodeposition component to unnecessary portions is avoided, At present, an electrodeposition film forming technique that can effectively prevent the fineness of the edge from being lost and can also control the film thickness has not been established yet.

本発明は、上記に鑑み成されたものであり、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化合物(膜形成材料)を含む水系電解液を用いた光電着法により電着膜を形成する場合において、前記従来におけるパターン形状の精細さが損なわれる問題を解消し、所望のパターンを高精細にかつ低コストで成膜でき、かつ膜厚制御性に優れた電着膜形成方法及び電着膜形成装置を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above, and an electrodeposition film by a photo-deposition method using an aqueous electrolyte solution containing a compound (film-forming material) whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH. In the case of forming an electrodeposition film, the above-mentioned problem that the fineness of the pattern shape is impaired is solved, and a desired pattern can be formed with high definition and at low cost, and the electrodeposition film forming method having excellent film thickness controllability It is another object of the present invention to provide an electrodeposition film forming apparatus and to achieve the object.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 導電性膜と光触媒能及び光起電力能を有する親水性の光半導体薄膜と該光半導体薄膜に接した有機材料を含む撥水性膜とを順次有する膜形成用基板の、前記光半導体薄膜に活性光を選択的に照射し、照射された光半導体薄膜の選択領域における前記撥水性膜を除去して親水部を形成する像形成工程と、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膜形成材料を含む水系電解液(以下、単に「電解液」ともいう。)に少なくとも前記親水部が接触するように前記膜形成用基板を配置した状態で、前記親水部に更に活性光を照射することによって前記親水部と対向電極との間に電圧を印加し、前記親水部に前記膜形成材料を析出させて電着膜を形成する電着工程と、を有する電着膜形成方法である。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> The said optical semiconductor of the film | membrane formation board | substrate which has an electroconductive film, the hydrophilic optical semiconductor thin film which has a photocatalytic capability, and a photovoltaic capability, and the water-repellent film containing the organic material which touched this optical semiconductor thin film in order An image forming step of selectively irradiating the thin film with active light and removing the water-repellent film in a selected region of the irradiated optical semiconductor thin film to form a hydrophilic portion; and solubility or dispersion in aqueous liquid by changing pH In the state where the film-forming substrate is disposed so that at least the hydrophilic part is in contact with an aqueous electrolytic solution containing a film-forming material whose properties are lowered (hereinafter also simply referred to as “electrolytic solution”), An electrodeposition step of applying an voltage between the hydrophilic portion and the counter electrode by irradiating active light, and depositing the film-forming material on the hydrophilic portion to form an electrodeposited film. It is a forming method.

<2> 前記像形成工程は、活性光が照射されたときの前記光半導体薄膜の光触媒作用により前記撥水性膜を分解すると共に分解生成物を洗浄除去して親水部を形成するようにした前記<1>に記載の電着膜形成方法である。
<3> 前記像形成工程は、前記活性光をフォトマスクを用いて選択的に照射するようにした前記<1>又は<2>に記載の電着膜形成方法である。
<4> 少なくとも前記導電性膜が光透過性であって、前記像形成工程及び/又は電着工程は、前記膜形成用基板の撥水性膜非形成面側(光半導体薄膜からみて撥水性膜が設けられていない側;以下同様。)から前記活性光を照射するようにした前記<1>〜<3>のいずれかに記載の電着膜形成方法である。
<5> 前記膜形成用基板の撥水性膜の膜面に無機物を密着しない状態で前記活性光を選択的に照射するようにした前記<1>〜<4>のいずれかに記載の電着膜形成方法である。膜形成用基板の撥水性膜非形成面側にフォトマスクを配置して、あるいはレーザーにより照射するようにし、撥水性膜の表面を露出した状態にすることにより撥水性膜の酸化分解をより速やかに行なうことができる。
<2> In the image forming step, the hydrophilic layer is formed by decomposing the water-repellent film by photocatalytic action of the optical semiconductor thin film when irradiated with active light and washing and removing the decomposition product. It is an electrodeposition film forming method as described in <1>.
<3> The image forming step is the electrodeposition film forming method according to <1> or <2>, wherein the active light is selectively irradiated using a photomask.
<4> At least the conductive film is light-transmitting, and the image forming step and / or electrodeposition step is performed on the non-water repellent film-forming side of the film forming substrate (the water repellent film as viewed from the optical semiconductor thin film). Is the electrodeposition film forming method according to any one of <1> to <3>, wherein the active light is irradiated from the side on which no is provided;
<5> The electrodeposition according to any one of <1> to <4>, wherein the active light is selectively irradiated in a state where an inorganic substance is not adhered to the film surface of the water repellent film of the film forming substrate. This is a film forming method. A photomask is placed on the non-water repellent film-forming side of the film forming substrate, or laser irradiation is performed so that the surface of the water repellent film is exposed so that the oxidative decomposition of the water repellent film can be accelerated. Can be done.

<6> 導電性膜と光触媒能及び光起電力能を有する親水性の光半導体薄膜と該光半導体薄膜に接した有機材料を含む撥水性膜とを順次有する膜形成用基板の、前記光半導体薄膜に活性光を選択的に照射し、照射された光半導体薄膜の選択領域に親水部を形成する第1照射手段と、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膜形成材料を含む水系電解液を収容する電着槽、及び少なくとも前記第1照射手段により形成された親水部が前記水系電解液と接触するように前記膜形成用基板を配置する配置機構を備えた着膜手段と、少なくとも前記親水部が前記水系電解液に接触するように前記着膜手段に配置された前記膜形成用基板の該親水部に更に活性光を照射する第2照射手段と、前記電着槽の水系電解液と接触する位置に配設され前記親水部と通電可能な対向電極を備え、前記第2照射手段により照射されたときに親水部と対向電極との間に電圧を印加する通電手段と、を備えた電着膜形成装置である。   <6> The optical semiconductor of the film forming substrate, comprising a conductive film, a hydrophilic optical semiconductor thin film having a photocatalytic ability and a photovoltaic ability, and a water repellent film containing an organic material in contact with the optical semiconductor thin film in order. First irradiation means for selectively irradiating a thin film with active light and forming a hydrophilic portion in a selected region of the irradiated optical semiconductor thin film, and a film forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is lowered due to pH change An electrodeposition tank that contains an aqueous electrolyte solution containing the film, and a film deposition mechanism that includes an arrangement mechanism that arranges the film-forming substrate so that at least a hydrophilic portion formed by the first irradiation means is in contact with the aqueous electrolyte solution Means, second irradiation means for further irradiating the hydrophilic part of the film forming substrate disposed on the film forming means so that at least the hydrophilic part is in contact with the aqueous electrolyte, and the electrodeposition In contact with the aqueous electrolyte of the tank An electrodeposition electrode provided with a counter electrode that can be energized with the hydrophilic portion, and that applies a voltage between the hydrophilic portion and the counter electrode when irradiated by the second irradiation means. A film forming apparatus.

<7> 前記第1照射手段による照射後、照射された選択領域を洗浄する洗浄手段を更に備えた前記<6>に記載の電着膜形成装置である。
<8> 前記第1照射手段は、活性光を選択的に照射若しくは遮断するマスク手段を更に備えた前記<6>又は<7>に記載の電着膜形成装置である。
<9> 前記第1照射手段は、前記マスク手段を前記膜形成用基板の撥水性膜非形成面側に配置するようにした前記<8>に記載の電着膜形成装置である。
<10> 少なくとも前記導電性膜が光透過性であって、前記第1照射手段及び/又は第2照射手段は、前記膜形成用基板の撥水性膜非形成面側から前記活性光を照射するようにした前記<6>〜<9>のいずれかに記載の電着膜形成装置である。
<7> The electrodeposition film forming apparatus according to <6>, further including a cleaning unit configured to clean the irradiated selected region after irradiation by the first irradiation unit.
<8> The electrodeposition film forming apparatus according to <6> or <7>, wherein the first irradiation unit further includes a mask unit that selectively irradiates or blocks active light.
<9> The electrodeposition film forming apparatus according to <8>, wherein the first irradiation unit is configured such that the mask unit is disposed on a water repellent film non-forming surface side of the film forming substrate.
<10> At least the conductive film is light transmissive, and the first irradiation unit and / or the second irradiation unit irradiates the active light from the water repellent film non-formation side of the film forming substrate. The electrodeposition film forming apparatus according to any one of <6> to <9>.

<11> 前記第1照射手段及び前記第2照射手段に代えて、前記第1照射手段及び前記第2照射手段を兼ねた露光手段を備えた前記<6>〜<10>のいずれかに記載の電着膜形成装置である。これにより、フォトマスクを用いて所望のパターンに活性光を照射する場合に、撥水性膜の酸化分解を行なうため照射と電着膜の形成を行なうための照射に同一のフォトマスク及び光源を使用することが可能であり、装置構成上既述の第1照射手段及び第2照射手段をこれらを兼ねる単一の露光手段に構成してよりコスト低減することも可能である。また、第1照射手段が後述のように分解処理槽を備える場合には該槽に収容される水系液を電解液に代えて電着槽として兼用することもできる。   <11> In any one of <6> to <10>, in place of the first irradiation unit and the second irradiation unit, an exposure unit also serving as the first irradiation unit and the second irradiation unit. This is an electrodeposition film forming apparatus. As a result, when irradiating a desired pattern with active light using a photomask, the same photomask and light source are used for irradiating to oxidatively decompose the water repellent film and to form an electrodeposited film. It is possible to reduce the cost by configuring the first irradiation means and the second irradiation means described above in the apparatus configuration as a single exposure means that also serves as these. In addition, when the first irradiation means includes a decomposition treatment tank as described later, the aqueous liquid contained in the tank can be used as an electrodeposition tank instead of the electrolytic solution.

本発明によれば、光電着法により電着膜を形成する場合において、予定していない領域への電着成分の付着による膜成長を抑止して、所望のパターンを高精細にかつ低コストで成膜でき、かつ膜厚制御性に優れた電着膜形成方法及び電着膜形成装置を提供することができる。   According to the present invention, when an electrodeposition film is formed by a photo-deposition method, film growth due to adhesion of an electrodeposition component to an unplanned region is suppressed, and a desired pattern can be formed with high definition and at low cost. It is possible to provide an electrodeposition film forming method and an electrodeposition film forming apparatus that can form a film and have excellent film thickness controllability.

[電着膜形成方法]
本発明の電着膜形成方法は、膜形成用基板の撥水性膜を選択的に除去して親水部を像様に形成する像形成工程と、形成された親水部(即ち光半導体薄膜の露出部)に膜形成材料を析出させて電着膜を形成する電着工程とで構成したものである。これに更に、像形成工程で分解生成された分解生成物を洗浄除去したり、あるいは電着工程で付着した不要な電解液を洗浄除去する洗浄工程や、膜形成用基板を乾燥させる乾燥工程などの他の工程を適宜設けることもできる。
[Electrodeposition film forming method]
The electrodeposition film forming method of the present invention comprises an image forming step of selectively removing a water-repellent film on a film-forming substrate to form a hydrophilic portion in an image-like manner, and the formed hydrophilic portion (that is, exposing an optical semiconductor thin film). And an electrodeposition step of forming an electrodeposition film by depositing a film forming material on the part). In addition, the decomposition product decomposed and generated in the image forming process is washed or removed, or the unnecessary electrolytic solution adhering in the electrodeposition process is washed and removed, or the drying process for drying the film forming substrate, etc. Other processes may be provided as appropriate.

−膜形成用基板−
まず、膜形成用基板について詳述する。本発明に係る膜形成用基板は、(場合により絶縁性の基板上に該基板側から)導電性膜と光半導体薄膜と該光半導体薄膜と接した撥水性膜とを順次積層して構成されたものである。導電性膜としては、ITO、酸化インジウム、ニッケル、アルミニウム、銅などが好適であり、後述(図1−(b)参照)のように導電性膜が支持機能を兼ねるように構成することもできる。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等が、撥水性膜としては、撥水性を有すると共に隣接する光半導体薄膜の光触媒能によって分解され得る以下で述べるような化合物が好適である。また、絶縁性の基板(以下、「絶縁性基板」ともいう。)を有する場合の該基板としては、ガラス板、石英板、プラスチックフィルム、エポキシ基板等が好適である。
-Substrate for film formation-
First, the film forming substrate will be described in detail. The film forming substrate according to the present invention is formed by sequentially laminating a conductive film, an optical semiconductor thin film, and a water-repellent film in contact with the optical semiconductor thin film (in some cases, from the substrate side on an insulating substrate). It is a thing. As the conductive film, ITO, indium oxide, nickel, aluminum, copper, and the like are suitable, and the conductive film can also be configured to have a supporting function as described later (see FIG. 1- (b)). . Further, as the optical semiconductor thin film, a titanium oxide thin film as described below is suitable, and as the water repellent film, a compound as described below is suitable which has water repellency and can be decomposed by the photocatalytic ability of the adjacent optical semiconductor thin film. It is. In addition, a glass plate, a quartz plate, a plastic film, an epoxy substrate, or the like is preferable as the substrate in the case where an insulating substrate (hereinafter also referred to as “insulating substrate”) is provided.

膜形成用基板の撥水性膜非形成面側から光照射する場合、すなわち導電性膜及び場合により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、導電性膜及び絶縁性基板は光透過性であることが必要であり、逆に電解液を通して光半導体薄膜に光照射する場合には、撥水性膜が光透過性であることが必要となり、導電性膜及び絶縁性基板については必ずしも光透過性である必要はない。   When light is irradiated from the non-water repellent film-forming side of the film forming substrate, that is, when light is irradiated to the optical semiconductor thin film through the conductive film and possibly the insulating substrate, the conductive film and the insulating substrate transmit light. Conversely, when light is irradiated to the optical semiconductor thin film through the electrolytic solution, the water repellent film needs to be light transmissive, and the conductive film and the insulating substrate are not necessarily light. It need not be permeable.

図1に本発明に係る膜形成用基板の構成例を示す。図1−(a)では、膜形成用基板5は、絶縁性基板1の上に、絶縁性基板1側から導電性膜2と光半導体薄膜3と撥水性膜4とを順次積層して構成したものである。また、図1−(b)に示す膜形成用基板5’のように、絶縁性基板を設けずに、支持機能を兼ねる導電性膜2の上に光半導体薄膜3と撥水性膜4とを順次積層して構成することもできる。   FIG. 1 shows a configuration example of a film forming substrate according to the present invention. In FIG. 1- (a), a film forming substrate 5 is configured by sequentially laminating a conductive film 2, an optical semiconductor thin film 3, and a water repellent film 4 on an insulating substrate 1 from the insulating substrate 1 side. It is a thing. Further, unlike the film forming substrate 5 ′ shown in FIG. 1- (b), the optical semiconductor thin film 3 and the water repellent film 4 are formed on the conductive film 2 that also serves as a support function without providing an insulating substrate. It can also be configured by sequentially stacking.

次に、本発明に係る光半導体薄膜について説明する。
光半導体薄膜としては、基本的には、光照射による光触媒作用を有すると共に、光照射により起電力を発生する(好ましくは透明性の)親水性を有する薄膜半導体であれば全て使用することができる。ここでの親水性は、撥水性膜に対しより水になじみやすく濡れやすい性状をいい、一般には水に対する接触角でその程度を表すことができ、本発明においては特に光照射時での接触角が20°以下である状態をいう。具体的には、TiO2(酸化チタン)、ZnOなどがある。中でも酸化チタンは、吸収が400nm以下にしかなく、透明で、容易にn型半導体を作ることができるため、光学デバイス作製用の基板としてはそのまま使用することが可能である。
Next, the optical semiconductor thin film according to the present invention will be described.
As the optical semiconductor thin film, basically, any thin film semiconductor having hydrophilicity (preferably transparent) having photocatalytic action by light irradiation and generating electromotive force by light irradiation can be used. . The hydrophilicity here refers to a property that is more familiar with water and easier to get wet with the water-repellent film, and can generally be expressed as a contact angle with water. In the present invention, the contact angle particularly during light irradiation. Is a state of 20 ° or less. Specific examples include TiO 2 (titanium oxide) and ZnO. Among these, titanium oxide has an absorption of only 400 nm or less, is transparent, and can easily form an n-type semiconductor. Therefore, it can be used as it is as a substrate for manufacturing an optical device.

酸化チタン半導体薄膜を設ける方法としては、熱酸化法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法(EB法)、イオンプレーティング法、ゾル・ゲル法などの方法があり、これらの方法によりn型半導体として特性のよいものが得られる。   Methods for providing a titanium oxide semiconductor thin film include thermal oxidation methods, sputtering methods, electron beam evaporation methods (EB methods), ion plating methods, sol-gel methods, etc., and these methods can be used as an n-type semiconductor. Good one is obtained.

ただし、例えばプラスチックフィルムのように耐熱性の低いものの上に設ける場合には、プラスチックフィルムに悪影響を与えない成膜法を選択する必要がある。ゾル・ゲル法は光半導体として光学活性が高い酸化チタンを形成できるが、500℃で焼結させる必要があるため、200℃程度の耐熱性しかもたないプラスチックフィルム基板上に酸化チタン膜を作製することは困難である。したがって、プラスチックフィルム基板を用いる場合には、なるべく低温で、できれば200℃以下で製膜することが可能であり、また比較的基板に対するダメージが小さい成膜方法であるスパッタリング法、特にRFスパッタリング法が好ましく用いられる。RFスパッタリング法は、光学活性の高いアナタース型の酸化チタン薄膜が得られる点からも好ましい方法である(電子ビーム法やイオンプレーティング法は200℃前後で基板を加熱するので好ましくない)。   However, when it is provided on a material having low heat resistance such as a plastic film, it is necessary to select a film forming method that does not adversely affect the plastic film. Although the sol-gel method can form titanium oxide with high optical activity as an optical semiconductor, it needs to be sintered at 500 ° C., so a titanium oxide film is formed on a plastic film substrate having only heat resistance of about 200 ° C. It is difficult. Therefore, when a plastic film substrate is used, it is possible to form a film at a temperature as low as possible, preferably at 200 ° C. or less, and a sputtering method, particularly an RF sputtering method, which is a film forming method with relatively little damage to the substrate. Preferably used. The RF sputtering method is also preferable from the viewpoint that an anatase-type titanium oxide thin film having high optical activity can be obtained (the electron beam method and the ion plating method are not preferable because the substrate is heated at around 200 ° C.).

次に、本発明に係る撥水性膜について説明する。
撥水性膜は、基本的に撥水性を有すると共に前記光半導体薄膜の光触媒能(光触媒作用)により分解されるものであれば使用することができる。ここでの撥水性は、水系である電解液の濡れ性を低下させて電着工程で析出した膜形成材料が付着しにくい撥水作用を示す性状をいい、前記親水性と同様に接触角で表すことができ、本発明においては接触角が70°以上である状態をいう。例えば、酸化チタンで光半導体薄膜を構成した場合、酸化チタンは非照射時の接触角は通常65°程度であるが紫外光照射で親水化し、これに更に撥水性膜(接触角70℃以上)を積層することで、光照射時における酸化チタン面と撥水性膜面との間に親水性の程度に大きな差を設けることができる。
Next, the water-repellent film according to the present invention will be described.
The water-repellent film can be used as long as it basically has water repellency and is decomposed by the photocatalytic ability (photocatalytic action) of the optical semiconductor thin film. The water repellency herein refers to a property that exhibits a water repellency that reduces the wettability of the aqueous electrolyte solution and makes it difficult for the film-forming material deposited in the electrodeposition process to adhere to it. In the present invention, the contact angle is 70 ° or more. For example, when an optical semiconductor thin film is composed of titanium oxide, the contact angle of titanium oxide when it is not irradiated is usually about 65 °, but it becomes hydrophilic when irradiated with ultraviolet light, and further, a water repellent film (contact angle of 70 ° C. or more). By laminating, it is possible to provide a large difference in hydrophilicity between the titanium oxide surface and the water repellent film surface during light irradiation.

撥水性膜は有機材料を主成分として構成され、該有機材料としては、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸や、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸等の不飽和脂肪酸、などが好適に挙げられる。
また、撥水性膜を設ける方法としては、スピンコート法、ノズルによる塗布方法などが挙げられ、これら方法により均一厚な撥水性の膜が得られる。
The water-repellent film is composed mainly of an organic material. Examples of the organic material include saturated fatty acids such as caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, oleic acid, and linoleic acid. Suitable examples include unsaturated fatty acids such as linolenic acid.
Examples of the method of providing the water repellent film include a spin coating method and a coating method using a nozzle. A uniform water repellent film can be obtained by these methods.

上記の中でも、カプロン酸、カプリル酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸は常温で液体であり、前記スピンコート法による膜形成が容易であるので好適である。更に、後述する光半導体薄膜の光触媒機能による酸化分解を考慮すると、直鎖が相対的に短く、二重結合の少ない飽和脂肪酸や不飽和脂肪酸が好ましく、特にカプロン酸、カプリル酸、オレイン酸がより好適である。   Among these, caproic acid, caprylic acid, oleic acid, linoleic acid, and linolenic acid are preferable because they are liquid at room temperature and film formation by the spin coating method is easy. Furthermore, in view of the oxidative degradation due to the photocatalytic function of the optical semiconductor thin film described later, saturated fatty acids and unsaturated fatty acids having a relatively short straight chain and few double bonds are preferred, and caproic acid, caprylic acid, and oleic acid are particularly preferred. Is preferred.

撥水性膜の膜厚としては、2nm〜10μmの範囲が好ましい。該膜厚が、2nm未満であると撥水性膜が酸化分解により除去された部位(即ち親水部)の外周部にある撥水性膜上に成長した電着膜を、該撥水性膜を酸化分解すると共に除去することが困難となることがあり、10μmを超えると撥水性膜の酸化分解に多大な時間を要し、生産効率が低下することがある。より好ましくは、10nm〜1μmである。この範囲であれば、撥水性膜上への電着膜の成長が特に少なくなり、また撥水性膜の酸化分解も相対的に短時間で行なえるため、高精細な電着膜を高い生産効率で形成することができる。   The thickness of the water repellent film is preferably in the range of 2 nm to 10 μm. When the film thickness is less than 2 nm, an electrodeposited film grown on the water-repellent film on the outer periphery of the portion where the water-repellent film has been removed by oxidative decomposition (that is, the hydrophilic portion) is oxidized and decomposed. However, if it exceeds 10 μm, it takes a long time for the oxidative decomposition of the water-repellent film, which may reduce the production efficiency. More preferably, it is 10 nm-1 micrometer. Within this range, the growth of the electrodeposited film on the water-repellent film is particularly small, and the water-repellent film can be oxidatively decomposed in a relatively short time. Can be formed.

−像形成工程−
像形成工程では、(場合により絶縁性基板に該基板側から)導電性膜と光触媒能及び光起電力能を有する親水性の光半導体薄膜と該光半導体薄膜に接した有機材料を含む撥水性膜とを順次有する膜形成用基板の、前記光半導体薄膜に活性光を選択的に照射することにより、選択的に照射された光半導体薄膜の該選択領域における撥水性膜を除去し、光半導体薄膜が表出した親水部を形成する。
-Image formation process-
In the image forming step, a water-repellent material containing a conductive film, a hydrophilic photo-semiconductor thin film having photocatalytic ability and photovoltaic ability, and an organic material in contact with the photo-semiconductor thin film (in some cases, from the substrate side to an insulating substrate) And selectively irradiating the photo-semiconductor thin film with active light on the film-forming substrate having a film sequentially, thereby removing the water-repellent film in the selected region of the photo-semiconductor thin film selectively irradiated. The hydrophilic part which the thin film exposed is formed.

像形成工程においては、光半導体薄膜に活性光が所望パターンで選択的に照射されると、選択的に照射された領域(選択領域)では光半導体薄膜の光触媒作用により撥水性膜が酸化分解されるため、選択領域に属する撥水性膜が除去されて撥水性膜に比して親水性の高い光半導体薄膜が表出する。酸化分解は光半導体薄膜を水系液に接触させた状態で行なうのが好適である。撥水性膜が酸化分解する過程では分解生成物が生成され得るが、特に本発明に好適な酸化チタンを光半導体薄膜として用いた場合に酸化分解を水と接触させた状態で行なうようにすると、酸化チタンの超親水機能により該酸化チタンに水が吸着しようとして分解生成物を浮かせ、活性光が照射された選択領域における撥水性膜の除去を速やかに行なうことができる。前記水系液は、水や水と親水性有機溶媒の混合液等である。   In the image forming process, when active light is selectively irradiated in a desired pattern onto the optical semiconductor thin film, the water repellent film is oxidized and decomposed in the selectively irradiated region (selected region) by the photocatalytic action of the optical semiconductor thin film. Therefore, the water-repellent film belonging to the selected region is removed, and an optical semiconductor thin film having higher hydrophilicity than the water-repellent film appears. The oxidative decomposition is preferably performed in a state where the optical semiconductor thin film is in contact with an aqueous liquid. In the process of oxidative decomposition of the water-repellent film, a decomposition product can be generated, but particularly when titanium oxide suitable for the present invention is used as an optical semiconductor thin film, when oxidative decomposition is performed in contact with water, Due to the superhydrophilic function of titanium oxide, water is adsorbed to the titanium oxide, causing the decomposition products to float, and the water-repellent film in the selected region irradiated with active light can be quickly removed. The aqueous liquid is water or a mixed liquid of water and a hydrophilic organic solvent.

前記酸化分解とは、活性光が光触媒能(光触媒作用)を有する光半導体薄膜に照射されることで該薄膜に電子と正孔の対ができ、該薄膜表面に正孔が現れると正孔がその近辺に存在する有機物である撥水性膜を酸化させて分解することをいう。この酸化力は非常に強力であり、ほとんど全ての有機物を最終生成物まで酸化することが可能である。また、光半導体薄膜の表面を水に接触させて行なった場合は、水は水酸基ラジカル(OH)として捕捉される。OHはいわゆる活性酸素で、他物質と非常に反応しやすい性質を持つため、更に撥水性膜の分解が促進される。また一方、膜形成用基板の撥水性膜が設けられた側に無機物、例えばフォトマスクを密着させて撥水性膜側からフォトマスクを通して光半導体薄膜に活性光を照射しようとすると、無機物であるフォトマスクが密着していることで撥水性膜の酸化分解が阻害され、また活性酸素も生成されず、酸化分解の進行がより遅くなり好ましくない。   The oxidative decomposition means that an active light is irradiated onto a photo-semiconductor thin film having photocatalytic activity (photocatalytic action) to form a pair of electrons and holes on the thin film. It means that the water repellent film which is an organic substance existing in the vicinity is oxidized and decomposed. This oxidizing power is very strong and it is possible to oxidize almost all organic substances to the final product. Further, when the surface of the optical semiconductor thin film is brought into contact with water, the water is captured as hydroxyl radicals (OH). Since OH is so-called active oxygen and has a property of being very easily reacted with other substances, the decomposition of the water-repellent film is further promoted. On the other hand, when an inorganic material such as a photomask is brought into close contact with the side of the film forming substrate on which the water repellent film is provided, and an active light is irradiated from the water repellent film side through the photomask to the active semiconductor thin film, the inorganic photo When the mask is in close contact, the oxidative decomposition of the water-repellent film is inhibited, and active oxygen is not generated.

また、上記の超親水機能とは、前記OHが水と非常になじみやすい性質を持っていることをいう。この性質により、撥水性膜が酸化されてなる分解生成物などの間に水膜を生じさせて、撥水性膜の除去が促進される。但し、酸化分解の過程で分解生成物が水膜を挟んで付着している場合があり、そのまま光電着を行なうと電着膜中に取りこまれてしまう可能性が高く、電着膜の高精細さを欠いてしまうので、後述するように、撥水性膜や電着膜形成途中であれば電着膜に損傷を生じないように洗浄を行なうことが更に好ましい。   Moreover, said superhydrophilic function means that the said OH has the property which is easy to become familiar with water. This property promotes the removal of the water-repellent film by forming a water film between decomposition products formed by oxidizing the water-repellent film. However, in the process of oxidative decomposition, decomposition products may adhere with a water film in between, and if photodeposition is performed as it is, there is a high possibility that it will be incorporated into the electrodeposition film. Since the fineness is lost, as described later, it is more preferable to perform cleaning so as not to damage the electrodeposition film during the formation of the water-repellent film or the electrodeposition film.

−洗浄工程−
前記像形成工程と後述の電着工程との間、および後述の電着工程後には必要に応じて洗浄工程を設けることができる。上記のように酸化分解の過程で分解生成物が水膜を挟んで付着している場合等や、光電着後の膜形成用基板に表面張力等によって不要な電解液が付着している場合など、最終的に得られる電着膜が精細さを欠いたり、打撃圧力が加わって損傷が生じたり、乾燥固着することがないように洗浄することが望ましい。
-Washing process-
A cleaning step can be provided as necessary between the image forming step and the electrodeposition step described later and after the electrodeposition step described later. As described above, when decomposition products are attached with a water film in the process of oxidative decomposition, or when unnecessary electrolytic solution is attached to the film-forming substrate after photodeposition due to surface tension, etc. It is desirable to wash the electrodeposition film so that the final electrodeposition film does not lack fineness, is damaged by the impact pressure applied, or does not dry and adhere.

洗浄方法としては、純水等の水系液への浸漬や流水、水系液や加湿空気の噴出・噴射による方法などが挙げられ、好ましくは水系液若しくは加湿空気を0.01〜1000KPaの低圧に加圧供給して、膜形成用基板に付着した分解生成物や電解液をノズルを用いて除去するようにすることができる。この詳細については、特開2002−317297号公報に記載がある。   Examples of the cleaning method include immersion in pure water or other aqueous liquids, flowing water, and a method of jetting or jetting aqueous liquids or humidified air. Preferably, the aqueous liquid or humidified air is applied to a low pressure of 0.01 to 1000 KPa. It is possible to remove the decomposition products and the electrolytic solution adhering to the film forming substrate using a nozzle by supplying pressure. Details thereof are described in JP-A No. 2002-317297.

−電着工程−
電着工程では、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膜形成材料を含む水系電解液に少なくとも前記像形成工程で形成された親水部が接触するように膜形成用基板を配置した状態で、前記親水部に更に活性光を照射することによって親水部と対向電極との間に電圧を印加し、前記親水部に膜形成材料を析出させて電着膜を形成する。具体的には電着膜は、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号公報等に記載の光電着法を用いて形成される。
-Electrodeposition process-
In the electrodeposition step, the film-forming substrate is placed so that at least the hydrophilic part formed in the image forming step is in contact with an aqueous electrolyte solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH. In the placed state, the hydrophilic portion is further irradiated with active light to apply a voltage between the hydrophilic portion and the counter electrode, and a film forming material is deposited on the hydrophilic portion to form an electrodeposition film. Specifically, the electrodeposition film is disclosed in JP-A-10-119414, JP-A-11-189899, JP-A-11-15418, JP-A-11-174790, JP-A-11-133224, It is formed using the photo-deposition method described in Kaihei 11-335894.

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、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材料を含む水系電解液に膜形成用基板を、光半導体薄膜(即ち親水部)が電解液に接触するように配置した状態で該光半導体薄膜(親水部)に光を照射することによって親水部である光半導体薄膜と対向電極との間に電圧を印加し、該光半導体薄膜(親水部)に膜形成材料を析出させる方法である。この光電着法は、従来の電着法に比し低電圧(5V以下)で均一な膜厚の膜を精度よく形成できることを特徴とする。   The photo-deposition method uses a photovoltaic force generated in an optical semiconductor thin film, and a film-forming substrate is applied to an aqueous electrolyte containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid is lowered by changing pH. By irradiating light to the optical semiconductor thin film (hydrophilic portion) in a state where the optical semiconductor thin film (that is, the hydrophilic portion) is in contact with the electrolytic solution, the optical semiconductor thin film (hydrophilic portion) is irradiated between the optical semiconductor thin film and the counter electrode. In this method, a film forming material is deposited on the optical semiconductor thin film (hydrophilic portion) by applying a voltage. This photo-deposition method is characterized in that a film having a uniform film thickness can be accurately formed at a low voltage (5 V or less) as compared with the conventional electrodeposition method.

(水系電解液)
本発明に係る光電着法に用いる水系電解液は、少なくともpHの変化、つまり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て、電解液から光半導体薄膜上に析出して着膜する膜形成材料を含む。1種類以上の膜形成材料がこのような着膜性を持っていれば、単体では膜形成能力が無い種々の屈折率制御材料(後述する)を電解液中に分散させても、膜形成時において前記着膜性材料に取り込まれて電着膜中に固定されることになる。
(Aqueous electrolyte)
The aqueous electrolytic solution used in the photo-deposition method according to the present invention has at least a change in pH, that is, the solubility or dispersibility in an aqueous liquid is lowered due to the change in pH, and is deposited on the optical semiconductor thin film from the electrolytic solution. Includes film-forming material to be deposited. If one or more kinds of film forming materials have such a film forming property, even when various refractive index control materials (which will be described later) having no film forming ability alone are dispersed in the electrolytic solution, Then, it is taken into the film-forming material and fixed in the electrodeposition film.

前記水系電解液としては、水性液体(水又はこれに親水性有機溶媒を混合したもの、以下同じ)中に、膜形成材料としてそれ自身が電着性を有する着色材(染料等)を溶解又は分散させたもの、あるいは膜形成材料として電着性高分子材料をそれ自体に電着性がない着色材と共に分散させたものを用いることができる。後者では、高分子材料が凝集・析出して着膜する際にその膜に取り込まれて膜を着色する。ここで「電着性」とは、電解液に電流や電界を付与することに伴う電解液のpH変化により、電解液に対する溶解性あるいは分散性が低下して着色材や高分子材料が析出することを意味する。   As the aqueous electrolyte solution, a coloring material (dye or the like) having electrodeposition properties as a film-forming material itself is dissolved in an aqueous liquid (water or a mixture of a hydrophilic organic solvent and water). A dispersed material or a film-forming material in which an electrodepositable polymer material is dispersed together with a colorant that does not have electrodeposition by itself can be used. In the latter, when the polymer material aggregates and precipitates to form a film, it is taken into the film and colors the film. “Electrodeposition” as used herein means that a colorant or a polymer material precipitates due to a decrease in solubility or dispersibility in the electrolyte due to a change in pH of the electrolyte accompanying application of an electric current or electric field to the electrolyte. Means that.

pH条件の変化により溶解性あるいは分散性が低下する染料(膜形成材料)としては、イオン性染料が挙げられる。また、イオン性染料と顔料を組み合わせて使用することもできる。
イオン性染料としては、トリフェニルメタンフタリド系、フェノサジン系、フェノチアジン系、フルオレセイン系、インドリルフタリド系、スピロピラン系、アザフタリド系、ジフェニルメタン系、クロメノピラゾール系、ロイコオーラミン系、アゾメチン系、ローダミンラクタル系、ナフトラクタム系、トリアゼン系、トリアゾールアゾ系、チアゾールアゾ系、アゾ系、オキサジン系、チアジン系、ベンズチアゾールアゾ系、キノンイミン系の染料、及びカルボキシル基、アミノ基、又はイミノ基を有する親水性染料等が挙げられる。
Examples of the dye (film forming material) whose solubility or dispersibility is lowered by changing the pH condition include ionic dyes. Further, an ionic dye and a pigment can be used in combination.
Examples of ionic dyes include triphenylmethane phthalide, phenosadine, phenothiazine, fluorescein, indolylphthalide, spiropyran, azaphthalide, diphenylmethane, chromenopyrazole, leucooramine, azomethine, Rhodamine lactal, naphtholactam, triazene, triazole azo, thiazole azo, azo, oxazine, thiazine, benzthiazole azo, quinoneimine dyes, and hydrophilic with carboxyl, amino, or imino groups Sexual dyes and the like.

酸性染料として、例えばゼネカ社製のPro Jet Farst Yellow 2は、純水(pH6〜8)に容易に溶解しアニオンとして水溶液中に存在しているが、pHが6以下になると不溶化して析出する性質を持つ。また、pH4以上では還元状態をとり水に溶解するが、pH4未満の領域では酸化されて中性状態となり析出、沈殿するフルオレセイン系の色素であるローズベンガルやエオシン、また、構造変化を伴わなくても溶液の水素イオン濃度(pH)によって溶解度が大きく変化するカルボキシル基をもった色素材料(具体的には、pH6以上では水に溶けるがそれ以下では沈殿する耐水性改良インクジェット染料)等が挙げられる。   As an acidic dye, for example, Pro Jet Farst Yellow 2 manufactured by Zeneca is easily dissolved in pure water (pH 6 to 8) and exists as an anion in an aqueous solution, but becomes insoluble and precipitates when the pH is 6 or less. Has properties. At pH 4 or higher, it takes a reduced state and dissolves in water, but in the region below pH 4, it is oxidized and becomes a neutral state. And pigment materials having carboxyl groups whose solubility varies greatly depending on the hydrogen ion concentration (pH) of the solution (specifically, water-resistant improved inkjet dyes that dissolve in water at pH 6 or higher but precipitate below it). .

塩基性染料としては、アミノ基またはその誘導基を有するものがあり、キノンイミン染料の一つであるオキサジン系の塩基性染料Cathilon Pure Blue 5GH(C.I.Basic Blue 3)や、チアジン系の塩基性染料メチレンブルー(C.I.Basic Blue 9)が挙げられ、これらはpHが10以下では酸化状態を取り発色しているがそれ以上になると還元されて不溶化し析出する。塩基性染料としてはこの他にビクトリアブル−B、ロ−ダミン6G等が挙げられる。   Some basic dyes have amino groups or derivatives thereof. One of the quinoneimine dyes is an oxazine-based basic dye, Cathilon Pure Blue 5GH (CIBasic Blue 3), and a thiazine-based basic dye, methylene blue. (CIBasic Blue 9), and these are in an oxidized state and develop color when the pH is 10 or less, but are reduced and insolubilized and precipitated when the pH is higher. Other basic dyes include Victoria Bull-B and Rhodamine 6G.

また、それ自体電着性をもたないが、電着性高分子材料と共に水性液体に分散させて用いる着色材としては、公知の赤色、緑色、青色等の顔料を特に制限なく使用することができるが、顔料の粒子径が小さい程色相の再現性がよい。カラーフィルターを作製する場合には、カラーフィルター層の透明性及び分散性の観点からは、特に顔料の平均粒子径が200nm(0.2μm)以下であるのが好ましく、100nm(0.1μm)以下であるのが好ましい。また、カラーフィルター用着色材としては、本発明者らが、光電着方法に適する材料として先に、特開平11−105418号公報、特開平11−157198号公報に記載の着色材なども用いることができる。   In addition, as a coloring material that does not have electrodeposition itself but is dispersed in an aqueous liquid together with an electrodeposition polymer material, a known pigment such as red, green, and blue can be used without any particular limitation. However, the smaller the pigment particle size, the better the hue reproducibility. In the case of producing a color filter, from the viewpoint of transparency and dispersibility of the color filter layer, the average particle diameter of the pigment is particularly preferably 200 nm (0.2 μm) or less, and 100 nm (0.1 μm) or less. Is preferred. In addition, as the colorant for the color filter, the present inventors also use the colorants described in JP-A-11-105418 and JP-A-11-157198 as materials suitable for the photo-deposition method. Can do.

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電着性高分子材料(膜形成材料)としては、疎水性基を有するモノマーからの単位(疎水性単位)とイオン解離する基を有するモノマーからの単位(イオン解離単位)を含み、前記疎水性単位とイオン解離性単位の和に対する疎水性単位の割合が55〜70%である共重合体が好ましい。イオン解離する基としてはカルボキシル基、アミノ基、スルホ基、第4アンモニウム基等が挙げられる。   Electrodepositable polymer materials (film-forming materials) whose solubility or dispersibility in aqueous liquids decreases due to changes in pH have a group that ionically dissociates from a unit having a hydrophobic group (hydrophobic unit) A copolymer containing a unit (ion dissociation unit) from a monomer and having a hydrophobic unit ratio of 55 to 70% with respect to the sum of the hydrophobic unit and the ion dissociation unit is preferable. Examples of the ion dissociating group include a carboxyl group, an amino group, a sulfo group, and a quaternary ammonium group.

好ましい電着性高分子材料としては例えば、1)アルケン、スチレン及びその誘導体ならびにビニルナフタレン及びその誘導体から選ばれるモノマー(疎水性基を有するモノマー)の1種以上と、2)イオン解離する酸性基を含有するモノマーの1種以上からの各構成単位を含む共重合体が好ましく用いられる。また、前記モノマーの他にさらに他のモノマー、例えばα,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル(その他のモノマー)の1種以上からの各構成単位を含む共重合体が好ましく用いられる。   Preferred electrodepositable polymer materials include, for example, 1) one or more monomers (monomers having a hydrophobic group) selected from alkenes, styrene and derivatives thereof, and vinylnaphthalene and derivatives thereof, and 2) acidic groups capable of ion dissociation. A copolymer containing each constitutional unit from one or more monomers containing is preferably used. In addition to the above-mentioned monomers, other monomers, for example, a copolymer containing each structural unit from one or more of α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester (other monomers) are preferably used.

前記1)のモノマーである、アルケン、スチレン及びその誘導体ならびにビニルナフタレン及びその誘導体から選ばれるモノマーから構成される単位は疎水性が強く、顔料微粒子を強く吸着して顔料分散を安定化する。さらに前記構成単位はその疎水性により形成画像の耐水性に寄与し、また、画像部に堅牢性を与える。さらに前記構成単位は共重合体のイオン解離する酸性基を含有するモノマーのイオン解離機能の抑制にも影響を与える。
アルケンは炭素数が2〜20程度のものが好ましく、より好ましくは2〜10 であり、疎水性が大きく損なわれない限り他の置換基を有していてもよい。
スチレン及びこの誘導体としてはスチレン、α−メチルスチレン、α−エチルスチレンや、これらのスチレン及びその誘導体のベンゼン環に疎水性を大きく損なわない置換基あるいはさらに疎水性を増す置換基が置換したものなどを挙げることができる。また、ビニルナフタレン及びその誘導体としてはビニルナフタレンの他、ナフタレン環に疎水性を大きく損なわない置換基あるいはさらに疎水性を増す置換基が置換したビニルナフタレンが挙げられる。
中でも、アルケン、スチレン及びその誘導体は、共重合体製造時の制御性が高く有用な疎水性モノマ−である。
Units composed of monomers selected from alkene, styrene and derivatives thereof, and vinyl naphthalene and derivatives thereof, which are monomers of 1), are highly hydrophobic and strongly adsorb pigment fine particles to stabilize pigment dispersion. Further, the structural unit contributes to the water resistance of the formed image due to its hydrophobicity, and also gives the image portion fastness. Furthermore, the structural unit also affects the suppression of the ion dissociation function of the monomer containing an acidic group capable of ion dissociation of the copolymer.
Alkenes preferably have about 2 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms, and may have other substituents as long as the hydrophobicity is not significantly impaired.
Styrene and its derivatives include styrene, α-methyl styrene, α-ethyl styrene, and those in which the benzene ring of these styrene and its derivatives is substituted with a substituent that does not significantly impair the hydrophobicity, or further increases the hydrophobicity. Can be mentioned. Examples of vinyl naphthalene and derivatives thereof include vinyl naphthalene, vinyl naphthalene in which the naphthalene ring is substituted with a substituent that does not greatly impair the hydrophobicity or a substituent that further increases hydrophobicity.
Among them, alkenes, styrene and derivatives thereof are useful hydrophobic monomers having high controllability during the production of the copolymer.

前記2)のモノマーである、イオン解離する酸性基を含有するモノマーからの構成単位は、共重合体をアルカリ性の水性媒体に溶解させる機能を有し、該モノマーとしては、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸が好ましく挙げられ、例えばメタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸又はそのモノエステル、フマル酸又はそのモノエステル、イタコン酸又はそのモノエステル、クロトン酸などが挙げられる。特に、メタクリル酸、アクリル酸は前記機能の点からみて好ましい。   The constitutional unit from the monomer containing an acidic group capable of ion dissociation, which is the monomer of 2), has a function of dissolving the copolymer in an alkaline aqueous medium, and the monomer includes α, β-ethylenic monomers. Unsaturated carboxylic acid is mentioned preferably, for example, methacrylic acid, acrylic acid, maleic anhydride or its monoester, fumaric acid or its monoester, itaconic acid or its monoester, crotonic acid and the like. In particular, methacrylic acid and acrylic acid are preferable from the viewpoint of the above functions.

他のモノマーである、α,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステルからの構成単位は共重合体に屈曲性を与える成分である。α,β−エチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステルのアルキル基は炭素数1〜20が好ましく、より好ましくは2〜10である。例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル等のマレイン酸エステル類、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル等のフマル酸エステル類等が挙げられる。   The structural unit from the α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester, which is another monomer, is a component that imparts flexibility to the copolymer. The alkyl group of the α, β-ethylenically unsaturated carboxylic acid alkyl ester preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms. For example, methacrylic acid esters such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate and butyl methacrylate, acrylic acid esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate and butyl acrylate, maleic acid esters such as dimethyl maleate and diethyl maleate And fumaric acid esters such as dimethyl fumarate and diethyl fumarate.

また、前記のごときモノマーにさらに、架橋性基を有するモノマーを加えると膜の強度、耐熱性等を向上させることができる。前記架橋性基を有するモノマーとしては、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アジド、メタクリル酸2−(O−〔1’−メチルプロピリデンアミノ〕カルボキシアミノ)エチル(昭和電工(株)製、商品名:カレンズMO1−BN)、4−((メタ)アクリロイルオキシメチル)エチレンカーボネート、(メタ)アクリロイルメラミン等が挙げられる。これらの架橋性モノマーは、用いるモノマーの種類によっても異なるが、一般的に電着性高分子化合物中1〜20モル%含まれる。   Further, when a monomer having a crosslinkable group is further added to the monomer as described above, the strength and heat resistance of the film can be improved. Examples of the monomer having a crosslinkable group include glycidyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid azide, 2- (O- [1′-methylpropylideneamino] carboxyamino) ethyl methacrylate (Showa Denko K.K. Product name: Karenz MO1-BN), 4-((meth) acryloyloxymethyl) ethylene carbonate, (meth) acryloylmelamine, and the like. Although these crosslinkable monomers differ depending on the type of monomer used, they are generally contained in an electrodepositable polymer compound in an amount of 1 to 20 mol%.

前記1)及び2)のモノマーから得られる共重合体は、液のpHを変化させることにより、良溶解状態(均一透明溶液液)から白濁状態(溶解から沈殿に至る過渡状態)を経て上澄みを生じる沈殿(2層分離)に至るが、前記共重合体は酸性基の他特定の構成単位を有するため、前記白濁液を生ずるpH領域が狭く、良溶解状態から沈殿析出への移行が急峻である。そのため、わずかなpHの低下、すなわち、微少電圧印加によっても共重合体の溶解性が劇的に減少し、電着膜が析出する。   The copolymer obtained from the monomers 1) and 2) can be obtained by changing the pH of the liquid, and then passing the supernatant through a well-dissolved state (homogeneous transparent solution) to a cloudy state (transient state from dissolution to precipitation). This results in precipitation (two-layer separation), but the copolymer has a specific structural unit in addition to an acidic group, so the pH region where the cloudy liquid is generated is narrow, and the transition from a well-dissolved state to precipitation is steep. is there. Therefore, even when the pH is lowered slightly, that is, even when a minute voltage is applied, the solubility of the copolymer is drastically reduced, and an electrodeposited film is deposited.

共重合体等の電着性高分子材料の、溶解状態から上澄みを生じる沈殿の現象は、pH変化量が2以内、好ましくは1.0以内であることが好ましい。pH変化量が、2以内であると急峻なpH変化に対しても瞬時に膜の析出が可能となり、また析出する膜の凝集力が高く、電解液への再溶解速度が低減するなどの効果が優れている。一方、2より大きいと、十分な薄膜構造を得るための着膜速度の低下や、膜の耐水性の欠如(解像度の低下を招く)などが起こりやすい。   The precipitation phenomenon that causes a supernatant from a dissolved state of an electrodepositable polymer material such as a copolymer or the like is such that the amount of change in pH is within 2 and preferably within 1.0. When the amount of pH change is within 2, the film can be deposited instantly even when the pH changes sharply, the cohesive force of the deposited film is high, and the re-dissolution rate in the electrolyte is reduced. Is excellent. On the other hand, when the ratio is larger than 2, the film deposition speed for obtaining a sufficient thin film structure is decreased, and the water resistance of the film is insufficient (resulting in a decrease in resolution).

前記共重合体のpH特性は、電気化学的現象解析法である「EQCM法」により評価することができる。EQCM測定装置は、容器の中にpH特性を測定すべき共重合体溶液を収納し、溶液中にセンサー(水晶振動子と作用電極を有する)、対向電極及び参照電極を置き、これらを電圧印加装置に連結したもので、対向電極と作用電極の間にかける印加電圧を変化させて、作用電極上への共重合体の付着量の変化を調べるものである。
共重合体溶液の、良溶解状態から上澄みを生じる沈殿の現象が、pH変化量が小さくても生ずることに加え、一旦沈殿した共重合体が、pHの上昇にもかかわらずその沈殿状態を維持して再溶解しないこと、すなわちヒステリシス特性を示すことが好ましい。この特性を示すものは、前記EQCM法による印加電圧−共重合体付着量の変化において、わずかに水素イオン濃度を高くした場合でも急激に共重合体膜の析出(例えば+1.8Vの陽極電極上)が生じ、液の水素イオン濃度をこれより低くした場合(例えば+1.0Vから+0.2Vへ電圧低下させた場合)や、更にpHが変化して高い水酸イオン濃度域(例えば−0.5Vから−1.5Vへ上昇させた場合)になった場合でも、陽極電極上に析出した共重合体膜が溶解することなく維持される。
本発明において好適な共重合体は前記のような構成単位を有するので、ヒステリシス特性を示し、この特性は微細パターンを精度よく作製することに大きく寄与する。共重合体の酸性基がカルボキシル基の場合、このヒステリシス特性への寄与が大きい。
The pH characteristics of the copolymer can be evaluated by an “EQCM method” which is an electrochemical phenomenon analysis method. The EQCM measuring device stores a copolymer solution whose pH characteristics are to be measured in a container, and a sensor (having a crystal resonator and a working electrode), a counter electrode and a reference electrode are placed in the solution, and voltage is applied to these. It is connected to the apparatus, and the applied voltage applied between the counter electrode and the working electrode is changed to examine the change in the amount of the copolymer deposited on the working electrode.
In addition to the phenomenon of precipitation in the copolymer solution that causes a supernatant from a well-dissolved state to occur even if the amount of pH change is small, the once precipitated copolymer maintains its precipitation state despite the increase in pH. Thus, it is preferable not to redissolve, that is, to exhibit hysteresis characteristics. What shows this characteristic is that, in the change of applied voltage-copolymer adhesion amount by the EQCM method, even when the hydrogen ion concentration is slightly increased, the copolymer film is rapidly deposited (for example, on the +1.8 V anode electrode). ) And the hydrogen ion concentration of the liquid is lowered (for example, when the voltage is decreased from +1.0 V to +0.2 V), or the pH is changed to a higher hydroxyl ion concentration range (for example, −0. Even when the voltage is increased from 5 V to -1.5 V), the copolymer film deposited on the anode electrode is maintained without being dissolved.
The copolymer suitable in the present invention has the above-described structural units, and thus exhibits hysteresis characteristics, which greatly contribute to the production of fine patterns with high accuracy. When the acidic group of the copolymer is a carboxyl group, the contribution to this hysteresis characteristic is large.

また、このようなヒステリシス特性を有する共重合体を含む電解液のpHが、その溶解状態から上澄みを発生して沈殿を生じるpH点(白濁開始pH点)から、好ましくは、0.5から4.0高いpH領域、より好ましくは、1.0から3.0高いpH領域にあることが好ましい。   Further, the pH of the electrolytic solution containing the copolymer having such hysteresis characteristics is preferably from 0.5 to 4 from the pH point (white turbidity starting pH point) at which the supernatant is generated from the dissolved state and precipitation occurs. It is preferable to be in the pH range higher than 0.0, more preferably in the pH range higher than 1.0 to 3.0.

膜形成材料として用いる高分子材料の重合度としては、6,000〜25,000の範囲が良好な着膜性能を得る点で好ましい。また、より好ましくは9,000〜20,000である。前記重合度が、6,000より低いと再溶解し易くなることがあり、25,000より高いと水系液体への溶解性が不十分となり、液体が濁ったり沈殿物が生じたりすることがある。   As the degree of polymerization of the polymer material used as the film forming material, a range of 6,000 to 25,000 is preferable from the viewpoint of obtaining good film forming performance. Moreover, More preferably, it is 9,000-20,000. If the degree of polymerization is lower than 6,000, it may be easily re-dissolved, and if it is higher than 25,000, solubility in an aqueous liquid may be insufficient, and the liquid may become cloudy or precipitate may be formed. .

また、膜形成材料として用いる高分子材料の酸価としては、60〜300の範囲が良好な着膜特性が得られる点で好ましい。特に90〜195の範囲がより好ましい。前記酸価が、60より小さいと水系液体への溶解性が不十分となり、電解液の固形分濃度を適正値まで上げることができなくなったり、液体が濁ったり沈殿物が生じたり、液粘度が上昇したりすることがあり、300を超えると形成された膜が再溶解しやすくなることがある。   In addition, the acid value of the polymer material used as the film forming material is preferably in the range of 60 to 300 from the viewpoint of obtaining good film forming characteristics. The range of 90-195 is more preferable. If the acid value is less than 60, the solubility in an aqueous liquid becomes insufficient, the solid content concentration of the electrolytic solution cannot be increased to an appropriate value, the liquid becomes cloudy or precipitates are formed, and the liquid viscosity is low. If it exceeds 300, the formed film may be easily dissolved again.

ヒステリシス特性を有する高分子材料は、親水基と疎水基の種類、親水基と疎水基のバランス、酸価、分子量等を適宜、調節することにより得られる。本発明に係る電解液に含まれる高分子材料は、薄膜形成性を損なわない限り、上記した材料を任意に組合わせて構成することができ、2種類以上のアニオン性分子の混合物のような同極性分子の混合物、あるいはアニオン性分子とカチオン性分子の混合物のような異極性分子の混合物が挙げられる。   A polymer material having hysteresis characteristics can be obtained by appropriately adjusting the type of hydrophilic group and hydrophobic group, the balance between hydrophilic group and hydrophobic group, acid value, molecular weight, and the like. The polymer material contained in the electrolytic solution according to the present invention can be composed of any combination of the above materials as long as the thin film formability is not impaired, and can be the same as a mixture of two or more types of anionic molecules. Mention may be made of mixtures of polar molecules or mixtures of heteropolar molecules such as mixtures of anionic and cationic molecules.

(屈折率)
次に、電着膜を析出形成する際の屈折率制御について説明する。
電着膜は、上記の電着性高分子材料などの膜形成材料のみからなるものでもよいが、この場合の屈折率は1.4〜1.6程度であるため、さらに屈折率の高いマイクロレンズアレー等を得るためには電解液に高分子材料のほかに更に光透過性で屈折率の高い無機酸化物微粒子(屈折率制御材料)を分散させ、高分子材料と共に着膜させて膜自体の屈折率を制御することもできる。
(Refractive index)
Next, the refractive index control at the time of depositing the electrodeposition film will be described.
The electrodeposition film may be composed only of a film-forming material such as the above-mentioned electrodepositable polymer material. In this case, since the refractive index is about 1.4 to 1.6, the microscopic refractive index is higher. In order to obtain a lens array, in addition to the polymer material, inorganic electrolyte fine particles (refractive index control material) having a high light refractive index are dispersed in the electrolyte, and the film itself is deposited together with the polymer material. It is also possible to control the refractive index.

前記無機酸化物微粒子としては、屈折率が1.8〜2.8程度のものを用いることが好ましく、例えば、TiO2、ZnO、ZrO2、ITO等がいずれも利用可能である。屈折率の制御範囲が大きいことと安定性が高いことからルチル型酸化チタン微粒子が好ましい。また、低屈折率を得る場合に、弗化マグネシウムに代表される弗素化合物が好適に使用できる。該無機酸化物微粒子の数平均粒子径としては、電解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未満であると該微粒子の製造及び電解液製造時のコストが高くなると共に、品質を安定させることが困難となることがあり、150nmを超えると例えば通信波長帯である1.5μmの1/10を超えるため、透明性の低下や内部乱反射を招いて透過光損失が増大することがある。また、その添加量は、マイクロレンズアレー等の光学部品に要求される屈折率及び該光学部品の機械的強度等を考慮に入れて適宜決められる。なお、着膜性の高分子材料に置換基を付けて高分子の屈折率を変えるこも可能である。 As the inorganic oxide fine particles, those having a refractive index of about 1.8 to 2.8 are preferably used. For example, TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , ITO and the like can be used. Rutile-type titanium oxide fine particles are preferred because they have a large refractive index control range and high stability. Moreover, when obtaining a low refractive index, a fluorine compound typified by magnesium fluoride can be preferably used. The number average particle diameter of the inorganic oxide fine particles is preferably from 0.2 to 150 nm, more preferably from 2 to 20 nm, from the viewpoint of dispersibility in the electrolytic solution and transparency of the electrodeposition film. When the number average particle diameter is less than 0.2 nm, the production costs of the fine particles and the electrolyte solution may increase, and it may be difficult to stabilize the quality. Since it exceeds 1/10 of 1.5 μm which is a band, the loss of transmitted light and internal diffuse reflection may be caused and the transmitted light loss may increase. The amount of addition is appropriately determined in consideration of the refractive index required for an optical component such as a microlens array and the mechanical strength of the optical component. It is also possible to change the refractive index of the polymer by attaching a substituent to the film-forming polymer material.

(導電率)
電解液の導電率は、着膜スピード、換言すれば着膜量に関連するものであり、導電率が高くなればなるほど一定時間に付着する膜の膜厚が厚くなり約20mS/cmで飽和する。したがって、高分子材料だけでは導電率が足りない場合には、着膜に影響を与えないイオン、例えばNH4 +イオンやCl-イオンを加えることで着膜スピードをコントロールすることができる。通常、電解液は、支持塩を加えて導電率を高める。電気化学の分野で一般的に使われる支持塩は、NaClやKCl等のアルカリ金属塩や、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、テトラエチルアンモニウムパークロレート(Et4NClO4)等のテトラアルキルアンモニウム塩が用いられる。本発明でもこれらの支持塩を使用できる。
(conductivity)
The conductivity of the electrolyte is related to the deposition speed, in other words, the amount of deposition, and the higher the conductivity, the thicker the film deposited in a given time and saturates at about 20 mS / cm. . Therefore, when the electrical conductivity is insufficient with the polymer material alone, the deposition speed can be controlled by adding ions that do not affect the deposition, such as NH 4 + ions or Cl ions. Usually, the electrolytic solution increases the conductivity by adding a supporting salt. Supporting salts generally used in the field of electrochemistry include alkali metal salts such as NaCl and KCl, and tetraalkylammonium salts such as ammonium chloride, ammonium nitrate, and tetraethylammonium perchlorate (Et 4 NClO 4 ). These supporting salts can also be used in the present invention.

(pH)
電解液のpHも当然ながら薄膜の形成に影響するものである。例えば、着膜前には着膜性分子の溶解度が飽和するような条件で着膜を行えば薄膜形成後には再溶解しにくい。ところが、未飽和状態の溶液のpHで膜の形成を行なうと、薄膜が形成されても、光照射を止めた途端に膜が再溶解し始める。したがって、溶解度が飽和するような溶液のpHで薄膜の形成を行なう方が望ましいことから、所望のpHに酸やアルカリを用いて電解液を調整することができる。
(PH)
Naturally, the pH of the electrolyte also affects the formation of the thin film. For example, if the film is deposited under the condition that the solubility of the film-forming molecule is saturated before the film is deposited, it is difficult to redissolve after the thin film is formed. However, when the film is formed at the pH of the unsaturated solution, even if a thin film is formed, the film starts to redissolve as soon as light irradiation is stopped. Therefore, since it is desirable to form the thin film at a pH of the solution that saturates the solubility, it is possible to adjust the electrolyte using acid or alkali at the desired pH.

特に光電着法では上記のように、電解液のpHと析出開始点との関係を考慮したり、あるいはヒステリシス特性を有する電解液を用いることにより、低電圧での膜形成が可能である。
通常の電着塗装では70V以上の印加電圧をかけ、電解液のpH設定は電着材料の析出開始点よりかなり高いpH設定を行ないコルベ反応に基づく不可逆反応を電着基板上で起こさせることにより膜形成を行なっている。しかし、このような高電圧の膜形成においては気泡が発生する結果、電極表面の電界分布が不均一になって膜自体の膜質が不均一になったり、気泡の脱泡現象により膜表面に凹凸が生じたりして、解像度及び平滑性が良好な微細パターンを再現性よく形成することができない。一方、この場合は単に電圧を低くしても、電圧印加を停止すると直ちに膜が再溶解を起こし、解像度のよい微細なパターンを形成することはできない。これに対して、上記のような特性を有する電解液を用いることで、低電圧印加でも容易に析出し、電圧の印加を止めても直ぐに再溶解しないというメリットを有する。ここでいう電圧印加とは、光照射により光半導体薄膜に生ずる光起電力あるいはこれに補助的に足すバイアス電圧の和を意味する。印加電圧は9V以下が好ましく、より好ましくは5V以下である。光起電力だけで膜形成が可能な場合にはバイアス電圧の印加は不要である。なお、使用する半導体によっては、半導体のバンドギャップに依存した電圧以上のバイアス電圧を印加すると、光起電力の形成に必要な半導体と溶液の間のショトキーバリアが壊れてしまうという問題があり、印加できるバイアス電圧には限界がある。
In particular, in the photo-deposition method, as described above, a film can be formed at a low voltage by considering the relationship between the pH of the electrolytic solution and the deposition start point, or by using an electrolytic solution having hysteresis characteristics.
In ordinary electrodeposition coating, an applied voltage of 70 V or more is applied, and the pH of the electrolyte is set to be considerably higher than the deposition start point of the electrodeposition material, thereby causing an irreversible reaction based on the Kolbe reaction on the electrodeposition substrate. Film formation is performed. However, in the formation of such a high voltage film, bubbles are generated, resulting in non-uniform electric field distribution on the electrode surface, non-uniform film quality, and irregularities on the film surface due to bubble defoaming. Or a fine pattern with good resolution and smoothness cannot be formed with good reproducibility. On the other hand, in this case, even if the voltage is simply lowered, the film re-dissolves immediately when the voltage application is stopped, and a fine pattern with good resolution cannot be formed. On the other hand, by using the electrolytic solution having the above characteristics, there is an advantage that it easily deposits even when a low voltage is applied and does not immediately re-dissolve even when the voltage application is stopped. The voltage application referred to here means the sum of the photovoltaic voltage generated in the optical semiconductor thin film by light irradiation or the bias voltage supplementarily added thereto. The applied voltage is preferably 9 V or less, more preferably 5 V or less. In the case where a film can be formed only by photovoltaic power, it is not necessary to apply a bias voltage. Depending on the semiconductor to be used, when a bias voltage higher than the voltage depending on the semiconductor band gap is applied, there is a problem that the Schottky barrier between the semiconductor and the solution necessary for the formation of photovoltaic power is broken, There is a limit to the bias voltage that can be applied.

本発明の電着膜形成方法は光電着法によるが、光電着法を利用した着膜では、得られる膜厚が光半導体薄膜に照射された光の量に対応するので、これを利用することで断面形状に対応した膜厚が得られるように、光半導体薄膜の選択領域(親水部)に所定の調節した量の活性光を照射する。   Although the electrodeposition film forming method of the present invention is based on the photo-deposition method, the film thickness obtained by the photo-deposition method corresponds to the amount of light irradiated to the optical semiconductor thin film. The selected region (hydrophilic portion) of the optical semiconductor thin film is irradiated with a predetermined adjusted amount of active light so that a film thickness corresponding to the cross-sectional shape can be obtained.

光半導体薄膜への光の選択的照射は、フォトマスクを介しての光照射あるいはレーザー光照射等により行なうことができる。
例えばマイクロレンズの形成を行なう場合には、光が透過する各部分(以下、開口部ということがある。)が円形であるフォトマスクを通して光照射を行なった場合、光半導体薄膜に照射される光強度はフォトマスクの各開口部の円周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とでは、円周縁部に相当する部分の方が中央部に相当する部分よりも光強度が弱くなるという、各パターンにおける露光強度の差が生ずる。したがって、光半導体薄膜に生ずる光起電力においても、円周縁部に相当する部分と中央部に相当する部分とで光起電力に差が生じ、それに対応して形成される膜厚に差が生ずる。すなわち、得られる膜パターンは、円形の平面形状を有し、かつ断面形状における膜厚が円の周縁に向かって減少するレンズ様形状の膜が形成されることになる。
The selective irradiation of light to the optical semiconductor thin film can be performed by light irradiation through a photomask or laser light irradiation.
For example, in the case of forming a microlens, when light is irradiated through a photomask in which each portion through which light is transmitted (hereinafter referred to as an opening) is circular, the light irradiated on the optical semiconductor thin film. The intensity of the portion corresponding to the circumferential edge and the portion corresponding to the central portion of each opening of the photomask is less light intensity than the portion corresponding to the central portion. A difference in exposure intensity occurs in each pattern. Therefore, even in the photovoltaic power generated in the optical semiconductor thin film, a difference occurs in the photovoltaic power between the portion corresponding to the circumferential edge portion and the portion corresponding to the central portion, and the corresponding film thickness is generated. . That is, the obtained film pattern has a circular planar shape, and a lens-like film is formed in which the film thickness in the cross-sectional shape decreases toward the periphery of the circle.

前記フォトマスクにおいて、開口部を通って透過する光強度が開口部中央から円周縁部にかけて小さくなるように諧調性をもたせることにより、各レンズ断面の形状あるいは曲率を自由に制御することができる。例えば、フォトマスクの開口部に光を通さない微少なドットを形成し、このとき開口部の周縁から中心にかけてドットの密度を減少させることにより各開口部を通る光強度を中心から周縁に向けて減少させる方法により行なえる。その際、ドット密度の分布をレンズの曲率に対応した膜厚が形成されるように調節することができる。また、光半導体薄膜への選択的な光照射をレーザー光により行なった場合、レーザー光の照射強度を所望により、特にマイクロレンズアレーの形成に際してはレンズ形状あるいは曲率に対応した膜厚が形成されるように変化させて照射することにより、設定したレンズ形状あるいは曲率を有するマイクロレンズアレーが得られるように制御することができる。この場合、レーザー光は、所定のレンズ形状パターンにしたがって変化する強度分布を有するもの、例えばレーザー光のガウシアンビーム、すなわちビームの中央部から周縁にかけて光強度が減少するレーザー光ビームをそのまま用いることにより、目的とするレンズ形状のパターンが得られる。   In the photomask, the shape or curvature of each lens cross section can be freely controlled by providing gradation so that the intensity of light transmitted through the opening decreases from the center of the opening to the periphery of the circle. For example, a minute dot that does not transmit light is formed in the opening of the photomask, and at this time, the light intensity passing through each opening is directed from the center to the periphery by decreasing the density of the dots from the periphery to the center of the opening. This can be done by a method of decreasing. At that time, the distribution of the dot density can be adjusted so that a film thickness corresponding to the curvature of the lens is formed. Further, when selective light irradiation to the optical semiconductor thin film is performed with laser light, the film thickness corresponding to the lens shape or curvature is formed when the laser light irradiation intensity is desired, particularly when forming a microlens array. By irradiating in such a manner, it is possible to control so as to obtain a microlens array having a set lens shape or curvature. In this case, the laser light has an intensity distribution that changes according to a predetermined lens shape pattern, for example, a Gaussian beam of laser light, that is, a laser light beam whose light intensity decreases from the center to the periphery of the beam as it is. A target lens-shaped pattern can be obtained.

また、均一厚の電着膜を形成しようとする際の光照射にフォトマスクを用いる場合には、撥水性膜を酸化分解させて除去するための光照射と、電着膜形成のための光照射とを同一のフォトマスク及び光源を用いて行なうことができ、これにより個々にフォトマスクや光源を準備する必要がなく経済的である。   When a photomask is used for light irradiation when forming an electrodeposition film having a uniform thickness, light irradiation for removing the water-repellent film by oxidative decomposition and light for forming the electrodeposition film Irradiation can be performed using the same photomask and light source, which is economical because it is not necessary to prepare a photomask or light source individually.

電着工程では、電解液の液面から水が蒸発し、液面に高分子化合物等の固形分が析出して基板に付着して残渣となったり、該固形分が形成膜内に取りこまれて均一膜の形成を妨げる等の不都合を生ずることがあるので、電解液の液面近傍の相対湿度を50%以上に保つことが好ましい。また更に、電着膜を析出形成する間は電解液に接触している側部において接触部分近傍で電解液が乾燥・付着し、薄く狭い帯状の乾燥残渣が残ることがあり、乾燥残渣が残った場合には側部を切除することも可能であるが、切除工程が加わるだけコストアップの要因となるので、膜形成用基板の電解液に接触する部分近傍の相対湿度を高めておくことが好ましい。この場合に乾燥残渣の発生を防止する点を加味すると相対湿度を70%以上に保つことが好ましい。
すなわち例えば、電着膜の形成後に更に洗浄を行なう場合には、膜形成用基板近傍の相対湿度を、少なくとも電着膜を形成した基板を電解液から引き上げる直前から洗浄が終了するまでの間一貫して50%以上に保つことが好ましい。更には70%以上に保つことで、基板側部に狭い帯状の乾燥残渣が生ずることも有効に防止することができる。
In the electrodeposition process, water evaporates from the liquid surface of the electrolytic solution, and solids such as polymer compounds are deposited on the liquid surface and adhere to the substrate to form residues, or the solids are taken into the formed film. In rare cases, it may cause inconveniences such as preventing the formation of a uniform film. Therefore, it is preferable to maintain the relative humidity in the vicinity of the electrolyte surface at 50% or more. Furthermore, during the deposition of the electrodeposited film, the electrolyte may dry and adhere near the contact portion on the side in contact with the electrolyte, and a thin, narrow strip-like dry residue may remain. In this case, it is possible to cut the side part, but since the cost increases as the cutting process is added, it is possible to increase the relative humidity in the vicinity of the part in contact with the electrolytic solution of the film forming substrate. preferable. In this case, it is preferable to keep the relative humidity at 70% or higher in consideration of preventing the generation of dry residue.
That is, for example, when further cleaning is performed after the electrodeposition film is formed, the relative humidity in the vicinity of the film-forming substrate is consistent from at least immediately before the electrode-coated film-formed substrate is pulled up from the electrolyte until the cleaning is completed. Therefore, it is preferable to keep it at 50% or more. Furthermore, by maintaining the ratio at 70% or more, it is possible to effectively prevent the formation of a narrow strip-like residue on the side of the substrate.

[電着膜形成装置]
本発明の電着膜形成装置は、既述した導電性膜と親水性の光半導体薄膜と該光半導体薄膜に接した撥水性膜とを順次有する膜形成用基板の前記光半導体薄膜に活性光を選択的に照射し、照射された光半導体薄膜の選択領域に撥水性膜が除去された親水部を像様に形成する第1照射手段と、水系電解液を収容する電着槽、及び少なくとも前記第1照射手段により形成された親水部が水系電解液と接触するように膜形成用基板を配置する配置機構を備えた着膜手段と、少なくとも前記親水部が前記水系電解液に接触するように前記着膜手段に配置された前記膜形成用基板の該親水部に更に活性光を照射する第2照射手段と、電着槽の水系電解液と接触する位置に配設され前記親水部と通電可能な対向電極を備え、前記第2照射手段により照射されたときに親水部と対向電極との間に電圧を印加する通電手段と、で構成したものである。
[Electrodeposition film forming device]
The electrodeposition film forming apparatus according to the present invention provides active light on the optical semiconductor thin film of the film forming substrate, which has the conductive film, the hydrophilic optical semiconductor thin film, and the water-repellent film in contact with the optical semiconductor thin film. A first irradiation means for image-forming a hydrophilic portion from which the water-repellent film is removed in a selected region of the irradiated optical semiconductor thin film, an electrodeposition bath containing an aqueous electrolyte, and at least A film forming means having an arrangement mechanism for disposing a film forming substrate so that the hydrophilic portion formed by the first irradiation means is in contact with the aqueous electrolyte, and at least the hydrophilic portion is in contact with the aqueous electrolyte. A second irradiating means for further irradiating the hydrophilic portion of the film forming substrate disposed on the film forming means with active light; and the hydrophilic portion disposed at a position in contact with the aqueous electrolyte in the electrodeposition tank; It has a counter electrode that can be energized and is irradiated by the second irradiation means. Voltage in which the current supply means for applying, in the structure of between hydrophilic part and the counter electrode when.

電着膜の形成は、光電着法すなわち、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膜形成材料を含む水系電解液に、着膜手段によって第1照射手段により親水部が形成された膜形成用基板を該親水部(光半導体薄膜)が接触するように配置した状態で、第2照射手段によって前記親水部(光半導体薄膜)に光照射すると通電手段によって該親水部(光半導体薄膜)と対向電極との間に電圧を印加し、前記親水部に膜形成材料を析出させることにより行なわれる。   The electrodeposition film is formed by a photo-deposition method, that is, a hydrophilic part is formed by the first irradiation means by the film-forming means in an aqueous electrolyte solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is reduced by pH change. When the hydrophilic portion (photosemiconductor thin film) is placed in contact with the hydrophilic portion (photosemiconductor thin film) and the hydrophilic portion (photosemiconductor thin film) is irradiated with light by the second irradiating means, the hydrophilic portion (light A voltage is applied between the semiconductor thin film) and the counter electrode to deposit a film forming material on the hydrophilic portion.

第1照射手段は、例えば図2に示すように好適に構成することができる。図2は、光半導体薄膜の選択領域に光照射して親水部6を形成しているところを説明するための概略断面図である。すなわち、図2に示すように、紫外線を照射するための図示しない光源並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ11及び第一の結像光学レンズ13を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ13と第二の結像光学レンズ11との間に設けられたフォトマスク12と、で構成することができる。   The first irradiation means can be suitably configured as shown in FIG. 2, for example. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining that the hydrophilic portion 6 is formed by irradiating the selected region of the optical semiconductor thin film with light. That is, as shown in FIG. 2, a light source (not shown) for irradiating ultraviolet rays and a second image-forming optical lens 11 and a first light source that are sequentially provided from the light source toward the irradiation direction and image the received light. The image forming optical system including the image forming optical lens 13 and the photomask 12 provided between the first image forming optical lens 13 and the second image forming optical lens 11 can be configured. .

親水部6を形成しようとする膜形成用基板5は、その絶縁性基板1の表面と第一の結像光学レンズ13とが対向するように配置されており、絶縁性基板1の撥水性膜4が設けられていない側(撥水性膜非形成面側)から絶縁性基板1を通して光半導体薄膜3の撥水性膜側の膜面に結像させて活性光を照射できるようになっている。光照射して光半導体薄膜の光触媒作用によって撥水性膜を酸化分解させて親水部を形成する場合、図2−(b)に示すように、水系液20aを収容する分解処理槽14及び導電性膜2と接続されて水系液20aとの通電を可能にする電極板15を更に設けて構成された形態がより好ましい。この形態では酸化分解を水と接触させた状態で行なうことができ、既述の酸化チタンの超親水機能により分解生成物を浮かせて光照射された選択領域における撥水性膜をより速やかに除去することができる。   The film-forming substrate 5 on which the hydrophilic portion 6 is to be formed is arranged so that the surface of the insulating substrate 1 and the first imaging optical lens 13 face each other, and the water-repellent film of the insulating substrate 1 The active light can be irradiated by forming an image on the water repellent film side of the optical semiconductor thin film 3 through the insulating substrate 1 from the side where 4 is not provided (the water repellent film non-formed surface side). When the hydrophilic portion is formed by oxidative decomposition of the water-repellent film by photocatalytic action of the optical semiconductor thin film when irradiated with light, as shown in FIG. 2- (b), the decomposition treatment tank 14 containing the aqueous liquid 20a and the conductivity A configuration in which an electrode plate 15 that is connected to the membrane 2 and enables energization with the aqueous liquid 20a is further provided is more preferable. In this embodiment, the oxidative decomposition can be performed in contact with water, and the water-repellent film in the selected region irradiated with light is floated more rapidly by the superhydrophilic function of titanium oxide as described above. be able to.

また、上記の結像光学系に代えて、ミラー反射光学系を用いて構成することも可能である。後述する第2照射手段においても同様である。   Further, instead of the imaging optical system described above, a mirror reflection optical system may be used. The same applies to the second irradiation means described later.

図1−(a)の膜形成用基板5を用いた図2−(b)に示す構成により親水部を形成する場合、まず親水部を形成するための膜形成用基板5を撥水性膜4と共に光半導体薄膜3が水系液20aと接触するように分解処理槽14に配置し、さらに導電性膜2に水系液20a中に配設された電極板15と接続した状態で、膜形成用基板5の光半導体薄膜3に結像/ミラー反射光学系を通過したパターン光が選択的に結像されると、パターン光が結像された光半導体薄膜の選択領域では撥水性膜が酸化分解を起こして除去され、凹状となって光半導体薄膜が表出した親水部6が形成される。   When the hydrophilic portion is formed by the configuration shown in FIG. 2- (b) using the film forming substrate 5 of FIG. 1- (a), the film forming substrate 5 for forming the hydrophilic portion is first used as the water repellent film 4. In addition, the optical semiconductor thin film 3 is disposed in the decomposition treatment tank 14 so as to be in contact with the aqueous liquid 20a, and is further connected to the electrode plate 15 disposed in the aqueous liquid 20a on the conductive film 2 in a state where the film forming substrate is connected. When the pattern light that has passed through the imaging / mirror reflection optical system is selectively imaged on the optical semiconductor thin film 3, the water repellent film undergoes oxidative decomposition in the selected region of the optical semiconductor thin film on which the pattern light is imaged. It is lifted and removed, and a hydrophilic portion 6 is formed in which the optical semiconductor thin film is exposed as a concave shape.

着膜手段は、例えば図4に示すように、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膜形成材料を含む水系電解液20bを収納する電着槽14’と、膜形成用基板5をその縁端を握持あるいは吸引等して保持し、移動させて少なくとも前記第1照射手段により形成された親水部6が電解液20bと接触するように配置する配置機構(不図示)とで構成することができる。   For example, as shown in FIG. 4, the film forming means includes an electrodeposition tank 14 ′ containing an aqueous electrolyte solution 20 b containing a film forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid is lowered due to a change in pH, and a film forming means. An arrangement mechanism (not shown) for holding the substrate 5 by holding or sucking the edge thereof and moving the substrate 5 so that at least the hydrophilic portion 6 formed by the first irradiation means is in contact with the electrolytic solution 20b. And can be configured.

配置機構は図示しないが、膜形成用基板を握持・吸引等して少なくとも親水部6で表出する光半導体薄膜が電解液と接触するように所定の向きに配置できる機構に構成されていればよく、例えば、膜形成用基板の縁端を握持し、あるいは親水部が形成されていない撥水性膜非形成面(例えば図1−(a)の絶縁性基板1の露出表面)を吸盤等を用いて吸引する等して保持、移動が可能な機構を設けて構成することができる。   Although the arrangement mechanism is not shown in the drawing, the arrangement mechanism is configured so that the optical semiconductor thin film exposed at least by the hydrophilic portion 6 can be arranged in a predetermined direction so as to come into contact with the electrolytic solution by gripping and sucking the film forming substrate. For example, the edge of the film forming substrate is gripped, or the water repellent film non-formed surface (for example, the exposed surface of the insulating substrate 1 in FIG. 1- (a)) in which the hydrophilic portion is not formed is sucked. For example, a mechanism that can be held and moved by sucking using a mechanism such as the like can be provided.

また、着膜手段を構成する電着槽には更に通電手段が設けられる。この通電手段は、電着槽の水系電解液と接触する位置に配設され膜形成用基板の親水部と通電可能な対向電極を備え、前記第2照射手段により照射されたときに該親水部と対向電極との間の電圧印加を可能とするものである。例えば図4に示すように、バイアス電圧を印加するポテンショスタット18と収容された電解液20bと接触可能なように電着槽に配置された対向電極17とリファレンス電極としての飽和カロメル電極16とで三極式に構成することができる。これにより、必要に応じてバイアス電圧を印加することができると共に、バイアス電圧を印加しあるいは印加しない状態で活性光が照射されると親水部と対向電極との間に起電力が発生し、親水部に電着膜を形成することができる。   The electrodeposition tank constituting the film forming means is further provided with an energizing means. The energizing means includes a counter electrode capable of energizing the hydrophilic portion of the film forming substrate disposed at a position in contact with the aqueous electrolyte in the electrodeposition tank, and the hydrophilic portion when irradiated by the second irradiating means. Voltage application between the electrode and the counter electrode. For example, as shown in FIG. 4, a potentiostat 18 for applying a bias voltage, a counter electrode 17 disposed in an electrodeposition tank so as to be in contact with an electrolytic solution 20b accommodated, and a saturated calomel electrode 16 as a reference electrode. It can be configured in a tripolar manner. As a result, a bias voltage can be applied as required, and an electromotive force is generated between the hydrophilic portion and the counter electrode when irradiated with active light with or without the bias voltage applied. An electrodeposition film can be formed on the portion.

第2照射手段は、前記第1照射手段により親水部が形成された膜形成用基板を該親水部が電解液と接触するように配置した状態で、更に該親水部に活性光を照射する。第2照射手段は、第1照射手段とは別にさらに設けるようにしてもよいし、第1照射手段と第2照射手段とを単一の露光手段で構成し、両手段による機能を兼用させるようにすることもできる。単一に構成した場合には、装置構成を簡易化でき、更なる低コスト化を図ることが可能となる。   The second irradiating means further irradiates the hydrophilic part with active light in a state where the film forming substrate on which the hydrophilic part has been formed by the first irradiating means is disposed so that the hydrophilic part is in contact with the electrolytic solution. The second irradiating means may be further provided separately from the first irradiating means, or the first irradiating means and the second irradiating means may be constituted by a single exposure means, and the functions of both means may be combined. It can also be. In the case of a single configuration, the device configuration can be simplified and further cost reduction can be achieved.

第2照射手段は、上記した第1照射手段と同様(図2参照)にして好適に構成することができる。すなわち、例えば図2に示すように、紫外線を照射するための図示しない光源並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ11及び第一の結像光学レンズ13を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ13と第二の結像光学レンズ11との間に設けられたフォトマスク12と、で構成することができる。   The second irradiation means can be suitably configured in the same manner as the first irradiation means described above (see FIG. 2). That is, as shown in FIG. 2, for example, a light source (not shown) for irradiating ultraviolet rays and a second imaging optical lens 11 and a second imaging optical lens 11 that are sequentially provided from the light source toward the irradiation direction and image the received light. An image forming optical system including one image forming optical lens 13 and a photomask 12 provided between the first image forming optical lens 13 and the second image forming optical lens 11. it can.

第1及び第2照射手段において、結像光学系を構成する第二の結像光学レンズ11と、膜形成用基板5の撥水性膜非形成面(例えば図1−(a)の場合は絶縁性基板(光透過性)1)との距離は、取扱い上の観点から1mm〜50cmの範囲が好ましく、また、第二の結像光学レンズの焦点深度としては、精度と取扱い上の点で±10〜±100μmの範囲であるのが好ましい。
また、装置構成上フォトマスクと光半導体薄膜とを近接させることが可能な場合には、上記のような結像光学系やミラー反射光学系を備えた装置を用いる必要はなく、平行光あるいは密着型の露光装置により光照射をすることができる。
In the first and second irradiation means, the second imaging optical lens 11 constituting the imaging optical system and the non-water-repellent film-forming surface of the film-forming substrate 5 (for example, in the case of FIG. 1- (a), insulating) From the viewpoint of handling, the distance from the conductive substrate (light transmissive) 1) is preferably in the range of 1 mm to 50 cm, and the focal depth of the second imaging optical lens is ± from the point of accuracy and handling It is preferably in the range of 10 ± 100 μm.
In addition, when the photomask and the optical semiconductor thin film can be brought close to each other due to the device configuration, it is not necessary to use a device equipped with an imaging optical system or a mirror reflection optical system as described above, and parallel light or close contact Light irradiation can be performed by a mold exposure apparatus.

第1及び第2照射手段において活性光の照射に用いる光源としては、例えば、水銀灯、水銀キセノンランプ、高圧水銀ランプ等が挙げられる。
また、光源にHg−Xeの均一照射光源を用いる場合は、例えば図2に示す結像/ミラー反射光学系に代えて、Hg−Xe均一照射光源を膜形成用基板5の上部に配置し、かつフォトマスクを膜形成用基板5の絶縁性基板1に密着させ、あるいは密着させると共に絶縁性の基板厚を0.2mm以下することによって、光の回折が防止されて電着膜(例:集積度の高いマイクロレンズアレー)の形成が可能となる。
Examples of the light source used for the irradiation of active light in the first and second irradiation means include a mercury lamp, a mercury xenon lamp, and a high-pressure mercury lamp.
Further, when a Hg-Xe uniform irradiation light source is used as the light source, for example, instead of the imaging / mirror reflection optical system shown in FIG. 2, an Hg-Xe uniform irradiation light source is arranged on the upper part of the film forming substrate 5; In addition, the photomask is brought into close contact with the insulating substrate 1 of the film forming substrate 5, or the insulating substrate thickness is set to 0.2 mm or less, so that light diffraction is prevented and an electrodeposited film (eg, integrated) is obtained. High-precision microlens array) can be formed.

長時間にわたる露光が可能な場合には安価な走査型レーザ書き込み装置によっても光照射は可能である。この場合には、図2に示す結像/ミラー反射光学系及びフォトマスクに代えて、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用いることができる。レーザビームとしては、ガウシアンビーム、すなわちビーム中心ほど光強度が強く中心から周縁に広がるに従って弱くなるもの等が挙げられ、例えばレーザ光をON/OFFすることで所定の位置にレーザ光を照射させるとビーム径にしたがって曲率等が定まるマイクロレンズがアレー状に形成される。このほか、パターン解像度の許す範囲ならばプロキシミティ型露光装置も使用可能である。   When exposure over a long period of time is possible, light irradiation is possible even with an inexpensive scanning laser writing apparatus. In this case, instead of the imaging / mirror reflection optical system and the photomask shown in FIG. 2, a scanning laser writing device for laser beam irradiation such as a He—Cd laser can be used. Examples of the laser beam include a Gaussian beam, that is, a beam having a light intensity that is stronger toward the center of the beam and becomes weaker as it spreads from the center to the periphery. For example, when a laser beam is irradiated on a predetermined position by turning on / off the laser beam. Microlenses whose curvature and the like are determined according to the beam diameter are formed in an array. In addition, a proximity type exposure apparatus can be used as long as the pattern resolution allows.

上記では、膜形成用基板5の撥水性膜が形成されていない撥水性膜非形成面側から光照射を行なう場合を説明したが、撥水性膜形成面側から露光するようにしてもよい。撥水性膜側から露光する場合には、膜形成用基板は水系液又は電解液中に浸漬されることになるが、水系液のみならず本発明に係る電解液も照射される紫外線を吸収しないように構成され、水系液又は電解液を通して光半導体薄膜に光照射することができる。しかし、所望形状の親水部を形成できなかったり、膜成長して膜厚が厚くなってくると光の吸収が無視できなくなるため、撥水性膜非形成面側から光照射するようにすることが望ましい。   Although the case where light irradiation is performed from the water repellent film non-formation surface side where the water repellent film is not formed on the film forming substrate 5 has been described above, exposure may be performed from the water repellent film formation surface side. In the case of exposure from the water-repellent film side, the film-forming substrate is immersed in an aqueous solution or an electrolytic solution, but does not absorb ultraviolet rays that are irradiated not only by the aqueous solution but also by the electrolytic solution according to the present invention. The optical semiconductor thin film can be irradiated with light through an aqueous solution or an electrolytic solution. However, light absorption cannot be ignored if the hydrophilic part of the desired shape cannot be formed or the film grows and becomes thicker. Therefore, it is possible to irradiate light from the surface where the water repellent film is not formed. desirable.

以下、本発明の電着膜形成装置の一例を図3〜4を参照して更に説明する。
図3及び図4に示す電着膜形成装置は、図3のように撥水性膜を酸化分解除去する像形成工程を行なう像形成部100、洗浄工程を行なう洗浄部110、及び乾燥工程を行なう乾燥部120と、図4のように光電着法による電着工程及び洗浄工程を行なう電着ブース200及び乾燥工程を行なう乾燥部210と、を膜形成用基板の搬送路に配置し、膜形成用基板に対し各工程処理を連続的に行なえるように構築したものである。なお、電着ブース200は外部と区画されており、膜形成用基板を搬入出するための搬入出口と該搬入出口を閉塞する扉(いずれも不図示)が設けられている。
Hereinafter, an example of the electrodeposition film forming apparatus of the present invention will be further described with reference to FIGS.
The electrodeposition film forming apparatus shown in FIGS. 3 and 4 performs an image forming unit 100 for performing an image forming process for oxidizing and removing the water-repellent film as shown in FIG. 3, a cleaning unit 110 for performing a cleaning process, and a drying process. The drying unit 120, the electrodeposition booth 200 for performing the electrodeposition process and the cleaning process by the photo-deposition method and the drying unit 210 for performing the drying process as shown in FIG. It is constructed so that each process can be continuously performed on the substrate. The electrodeposition booth 200 is partitioned from the outside, and is provided with a loading / unloading port for loading / unloading the film forming substrate and a door (both not shown) for closing the loading / unloading port.

像形成部100は、水を収容した分解処理槽14及び導電性膜2と接続されて水20aとの通電を可能にする電極板15を備え、膜形成用基板5の選択領域に親水部を形成する露光装置10(第1照射手段)で構成されている。露光装置10は、分解処理槽14及び電極板15に更に、紫外線を照射するための光源(不図示)並びに光源から照射方向に向かって順次設けられ、受けた光を結像するための第二の結像光学レンズ11及び第一の結像光学レンズ13を備えた結像光学系と、第一の結像光学レンズ13と第二の結像光学レンズ11との間に設けられたフォトマスク12とを設けて構成されている。   The image forming unit 100 includes a decomposition treatment tank 14 containing water and an electrode plate 15 that is connected to the conductive film 2 and enables energization with the water 20 a, and has a hydrophilic portion in a selected region of the film forming substrate 5. The exposure apparatus 10 (first irradiation means) is formed. The exposure apparatus 10 is further provided with a light source (not shown) for irradiating ultraviolet light to the decomposition treatment tank 14 and the electrode plate 15, and a second light source for imaging the received light. An imaging optical system including the imaging optical lens 11 and the first imaging optical lens 13, and a photomask provided between the first imaging optical lens 13 and the second imaging optical lens 11. 12 is provided.

分解処理槽14は、水系液20aを収容すると共に、その上部開口部において膜形成用基板5をその撥水性膜4と共に光半導体薄膜3が水系液20aと接触するように配置可能なようになっている。   The decomposition treatment tank 14 accommodates the aqueous liquid 20a, and can arrange the film forming substrate 5 together with the water repellent film 4 so that the optical semiconductor thin film 3 is in contact with the aqueous liquid 20a in the upper opening. ing.

ここで例示した結像光学系はプロジェクション型露光装置であり、光源からの光は第二の結像光学レンズ11を通してフォトマスク12に結像され、フォトマスク12を介してパターン化された光は、さらに第一の結像光学レンズ13を介して膜形成用基板5の光半導体薄膜3の表面に結像されるように構成されている。   The imaging optical system exemplified here is a projection type exposure apparatus, and light from the light source is imaged on the photomask 12 through the second imaging optical lens 11, and the light patterned through the photomask 12 is Further, an image is formed on the surface of the optical semiconductor thin film 3 of the film forming substrate 5 via the first imaging optical lens 13.

像形成部100の基板搬送方向下流には洗浄部110が設けられている。洗浄部110には、その下方部に洗浄装置21が設置されており、撥水性膜4が選択的に除去されて親水部6が形成された側の膜形成用基板5の表面(親水部形成面)に略垂直に噴出して洗浄できるようになっている。洗浄装置21は、その噴射ノズルから水系液を噴出可能なようになっており、加湿空気等を噴出するようにすることもできる。また図3に示すように、膜形成用基板5は矢印方向B又はB’に、洗浄装置21は矢印方向A又はA’に各々独立して移動可能なように構成されており、膜形成用基板及び洗浄装置の一方を固定して他方を移動させることにより、あるいは両方を異方向に移動させ又は同方向に異なる速度で移動させることにより洗浄することができる。
また、噴出ノズルから水系液を噴出させる場合には、膜形成工程と洗浄工程との間に扉や仕切り(不図示)を設けることができ、このようにして電解液20aに洗浄用の水系液が混入しないようにすることが望ましい。
A cleaning unit 110 is provided downstream of the image forming unit 100 in the substrate transport direction. The cleaning unit 110 is provided with a cleaning device 21 below the cleaning unit 110, and the surface of the film-forming substrate 5 on the side where the hydrophilic part 6 is formed by selectively removing the water-repellent film 4 (hydrophilic part formation). It can be cleaned by jetting almost perpendicularly to the surface. The cleaning device 21 can eject the aqueous liquid from the ejection nozzle, and can eject humidified air or the like. Further, as shown in FIG. 3, the film forming substrate 5 is configured to be independently movable in the arrow direction B or B ′, and the cleaning device 21 is configured to be independently movable in the arrow direction A or A ′. Cleaning can be performed by fixing one of the substrate and the cleaning apparatus and moving the other, or by moving both in different directions or at different speeds in the same direction.
Further, when the aqueous liquid is ejected from the ejection nozzle, a door or a partition (not shown) can be provided between the film forming process and the cleaning process, and thus the aqueous liquid for cleaning is added to the electrolytic solution 20a. It is desirable to prevent contamination.

洗浄部110の基板搬送方向の更に下流には乾燥部120が設けられている。乾燥部120には、その下方部にノズルから気体(窒素ガスや空気など)の送風が可能な乾燥装置22が設置されており、洗浄された膜形成用基板の親水部形成面に送風して乾燥できるようになっている。乾燥装置22は、洗浄装置21と同様に移動可能に構成することができる。   A drying unit 120 is provided further downstream of the cleaning unit 110 in the substrate transport direction. The drying unit 120 is provided with a drying device 22 capable of blowing gas (nitrogen gas, air, etc.) from a nozzle at the lower part thereof, and blows air to the hydrophilic portion forming surface of the cleaned film forming substrate. It can be dried. Similarly to the cleaning device 21, the drying device 22 can be configured to be movable.

乾燥部120において乾燥された膜形成用基板5は、引き続き基板搬送路下流に設けられた、図4のように構成された電着ブース200に搬送される。電着ブース200は、親水部6が形成された膜形成用基板5の該親水部6に電着膜を形成する電着装置9と、膜形成用基板5に付着した不要な電解液を除去する洗浄装置23と、膜形成用基板5近傍の相対湿度を50%以上に保つための湿度センサ19及び加湿器20とで構成されている。湿度センサ19及び加湿器20は制御装置21と接続されており、少なくとも電着膜が形成された膜形成用基板5を電解液から引き上げる直前から洗浄が終了するまでの間において所定の相対湿度(50%以上)に保ち得るようになっている。   The film forming substrate 5 dried in the drying unit 120 is continuously transported to the electrodeposition booth 200 configured as shown in FIG. 4 provided downstream of the substrate transport path. The electrodeposition booth 200 removes an electrodeposition apparatus 9 for forming an electrodeposition film on the hydrophilic portion 6 of the film forming substrate 5 on which the hydrophilic portion 6 is formed, and an unnecessary electrolytic solution adhering to the film forming substrate 5. And a humidity sensor 19 and a humidifier 20 for keeping the relative humidity in the vicinity of the film forming substrate 5 at 50% or more. The humidity sensor 19 and the humidifier 20 are connected to the control device 21, and at least a predetermined relative humidity (from the time immediately before the film forming substrate 5 on which the electrodeposition film is formed to the time when the film is pulled up from the electrolytic solution to the time when the cleaning is completed. 50% or more).

電着装置9は、電着槽14’に膜形成用基板5を親水部6が電解液と接触するように配置した状態で該親水部に更に活性光を照射する露光装置10’(第2照射手段)と、電着槽14’及び膜形成用基板を電解液と接触させて配置する不図示の吸盤(配置機構)を備えた電着膜を形成するための着膜装置20と、バイアス電圧を印加するポテンショスタット18並びに収容された電解液20b中に配置された対向電極17及び飽和カロメル電極(リファレンス電極)16を備え、前記露光装置10’により照射されたときに親水部と対向電極との間に電圧を印加する三極式通電系(通電手段)とで構成されている。また、露光装置10’は、上記した露光装置10(第1照射手段)と同様に構成されており、電着ブース200内において電着槽14’の上部開口部で電解液20bと接触させて配置された膜形成用基板5に対し光透過性窓201(少なくとも照射光を透過する合成石英ガラス板等)を通して光照射可能なように構成されている。   The electrodeposition apparatus 9 is an exposure apparatus 10 ′ (second exposure device) that further irradiates the hydrophilic portion with active light in a state where the film-forming substrate 5 is disposed in the electrodeposition tank 14 ′ so that the hydrophilic portion 6 is in contact with the electrolytic solution. A film deposition apparatus 20 for forming an electrodeposition film having a suction cup (arrangement mechanism) (not shown) for placing the electrodeposition tank 14 'and the film forming substrate in contact with the electrolytic solution; A potentiostat 18 for applying a voltage, a counter electrode 17 and a saturated calomel electrode (reference electrode) 16 disposed in an electrolyte 20b accommodated therein, and a hydrophilic portion and a counter electrode when irradiated by the exposure apparatus 10 ′ And a three-pole energization system (energization means) for applying a voltage between the two. The exposure apparatus 10 ′ is configured in the same manner as the exposure apparatus 10 (first irradiation means) described above, and is brought into contact with the electrolytic solution 20b at the upper opening of the electrodeposition tank 14 ′ in the electrodeposition booth 200. It is configured such that light can be irradiated to the disposed film forming substrate 5 through a light transmitting window 201 (at least a synthetic quartz glass plate or the like that transmits irradiated light).

電着槽14’は、pH(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膜形成材料を含む電解液20bを収容すると共に、その上部開口部において膜形成用基板をその親水部における光半導体薄膜が電解液20bと接触するように配置可能なようになっている。また、電着槽の底部には、電解液20bに浸漬させて対向電極15と飽和カロメル電極16とが設けられており、対向電極15及び飽和カロメル電極16並びに膜形成用基板の導電性膜は各々ポテンショスタット18と電気的に接続され、必要に応じて制御装置21による制御を受けて適宜バイアス電圧を印加できるようになっている。   The electrodeposition tank 14 ′ accommodates an electrolytic solution 20 b containing a film forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid is reduced due to a change in pH (hydrogen ion concentration), and a film forming substrate is formed in the upper opening thereof. The optical semiconductor thin film in the hydrophilic portion can be arranged so as to be in contact with the electrolytic solution 20b. Further, a counter electrode 15 and a saturated calomel electrode 16 are provided at the bottom of the electrodeposition tank so as to be immersed in the electrolytic solution 20b. The conductive film of the counter electrode 15 and the saturated calomel electrode 16 and the film forming substrate is as follows. Each of them is electrically connected to the potentiostat 18 so that a bias voltage can be appropriately applied under the control of the control device 21 as necessary.

ここでの結像光学系も上記同様にプロジェクション型露光装置であり、光源からの光は第二の結像光学レンズ11を通してフォトマスク12に結像され、フォトマスク12を介してパターン化された光は、さらに第一の結像光学レンズ13を介して光透過性窓201を通って親水部6で露出した光半導体薄膜の露出面に結像されるように構成されている。   The imaging optical system here is also a projection type exposure apparatus as described above, and the light from the light source is imaged on the photomask 12 through the second imaging optical lens 11 and patterned through the photomask 12. The light is further imaged on the exposed surface of the optical semiconductor thin film exposed at the hydrophilic portion 6 through the light transmissive window 201 via the first imaging optical lens 13.

電着ブース200は外部と隔離されており、室内に設けられた湿度センサ19及び加湿器20によって相対湿度が50%以上(好ましくは70%以上)に保持されるようになっている。また図4に示すように、結像光学系は電着ブース200の外側に配置されており、電着ブース200の内部湿度を高くした場合でもレンズに結露や曇りが生じて光学性能が低下したり、露光器等で用いられている精密部品に錆び等を生じて機器寿命や性能の低下、機器故障などの不具合を来すことがないようになっている。特に製造設備機器は高額であるため、その不具合はそのままコストアップ要因となる。   The electrodeposition booth 200 is isolated from the outside, and the relative humidity is maintained at 50% or more (preferably 70% or more) by the humidity sensor 19 and the humidifier 20 provided in the room. Further, as shown in FIG. 4, the imaging optical system is disposed outside the electrodeposition booth 200, and even when the internal humidity of the electrodeposition booth 200 is increased, condensation or fogging occurs on the lens and the optical performance deteriorates. In addition, the precision parts used in the exposure device or the like are not rusted to cause troubles such as equipment life, performance degradation, equipment failure and the like. In particular, since manufacturing equipment is expensive, the defects directly increase costs.

湿度センサ19及び加湿器20は、制御装置21と接続されており、湿度センサ19で計測された湿度に基づいて電着ブース200内を適正な相対湿度範囲に制御できるようになっている。加湿器20としては、例えば、公知の超音波加湿器、加熱式加湿器、気化式加湿器等から適宜選択して用いることができる。また、加湿器を用いる代わりに、洗浄工程で用いる水系液や加湿空気等の洗浄用流体を用いて、例えばブース内に膜形成用基板を搬入する前に洗浄ノズルから洗浄用流体をブース内に噴出させる等するようにしてもよい。この場合には装置構成がより簡易となる点で有利である。   The humidity sensor 19 and the humidifier 20 are connected to a control device 21 so that the electrodeposition booth 200 can be controlled in an appropriate relative humidity range based on the humidity measured by the humidity sensor 19. As the humidifier 20, for example, a known ultrasonic humidifier, a heating humidifier, a vaporizing humidifier, or the like can be appropriately selected and used. Also, instead of using a humidifier, using a cleaning fluid such as an aqueous liquid or humidified air used in the cleaning process, for example, before the film forming substrate is carried into the booth, the cleaning fluid is supplied from the cleaning nozzle into the booth. You may make it eject. This is advantageous in that the device configuration is simpler.

また、電着ブース200の内部には更に洗浄装置23が併設されており、電着膜が形成された側の膜形成用基板5の表面に略垂直に噴出して洗浄できるようになっている。洗浄装置23は、上記の洗浄装置21と同様に構成されており、膜形成用基板及び洗浄装置の一方を固定して他方を移動させることにより、あるいは両方を異方向に移動させ又は同方向に異なる速度で移動させることにより洗浄することができる。
洗浄装置23により洗浄を行なう場合は、電着工程と洗浄工程との間に扉や仕切り(不図示)を設けることができ、このようにして電解液20bに洗浄用の水系液が混入しないようにすることが望ましい。
In addition, a cleaning device 23 is further provided inside the electrodeposition booth 200 so that it can be cleaned by being ejected substantially perpendicularly to the surface of the film forming substrate 5 on the side where the electrodeposition film is formed. . The cleaning device 23 is configured in the same manner as the cleaning device 21 described above, and either one of the film forming substrate and the cleaning device is fixed and the other is moved, or both are moved in different directions or in the same direction. Cleaning can be accomplished by moving at different speeds.
When cleaning is performed by the cleaning device 23, a door or a partition (not shown) can be provided between the electrodeposition process and the cleaning process, and thus the aqueous solution for cleaning is not mixed into the electrolytic solution 20b. It is desirable to make it.

前記電着ブース200の基板搬送路下流には、更にこれに隣接させて乾燥部210が設置されている。乾燥部210は上記した乾燥部120と同様に構成されており、洗浄された膜形成用基板5の電着面に気体(窒素ガスや空気など)を送風して乾燥できるようになっている。   A drying unit 210 is installed downstream of the electrodeposition booth 200 adjacent to the substrate conveyance path. The drying unit 210 is configured in the same manner as the drying unit 120 described above, and can be dried by blowing gas (nitrogen gas, air, etc.) onto the cleaned electrodeposition surface of the film forming substrate 5.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
−膜形成用基板の作製−
まず、厚さ0.4mmの無アルカリガラス基板(7059ガラス)に、ITOよりなる導電成薄膜をRFスパッタリングで75nm厚に成膜し、更に該膜上に膜厚110nmのアナターゼ型の酸化チタン薄膜(光半導体薄膜)を成膜した。次に、メタノールに3質量%となる量のオレイン酸を加えたオレイン酸3質量%溶液を調製し、この溶液をスピンコータを用いて酸化チタン薄膜上に更に塗布し、その後70℃で5分間加熱してメタノールを揮発させることにより、膜厚50nmの撥水性のオレイン酸膜を成膜した。以上のようにして、ガラス基板1上に順次ITO膜2、酸化チタン薄膜3、オレイン酸膜4が積層された、図1−(a)に示す構成の膜形成用基板5を得た。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.
(Example 1)
-Production of substrate for film formation-
First, a conductive thin film made of ITO is formed to a thickness of 75 nm by RF sputtering on a non-alkali glass substrate (7059 glass) having a thickness of 0.4 mm, and an anatase-type titanium oxide thin film having a thickness of 110 nm is further formed on the film. (Photo semiconductor thin film) was formed. Next, a 3% by mass solution of oleic acid in which 3% by mass of oleic acid is added to methanol is prepared. This solution is further applied onto the titanium oxide thin film using a spin coater, and then heated at 70 ° C. for 5 minutes. Then, by evaporating methanol, a water-repellent oleic acid film having a thickness of 50 nm was formed. As described above, a film-forming substrate 5 having the structure shown in FIG. 1A was obtained, in which the ITO film 2, the titanium oxide thin film 3, and the oleic acid film 4 were sequentially laminated on the glass substrate 1.

−電解液の調製−
次に、以下のようにして顔料含有の電解液K,R,G,Bを調製した。
スチレン−アクリル酸共重合体(分子量13,000、疎水基(親水基+疎水基)のモル比65%、酸価150)とカーボンブラック粉末(粒径50nm)とを体積比率1:1で分散させ、更にエチレングリコールを5質量%加えた後、これに更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを加えてpH7.8、導電率6mS/cmに調整し、電解液Kを得た。次いで、該電解液Kの調製において、カーボンブラック粉末に代えて、アゾ系赤色超微粒子顔料(粒径80nm)、フタロシアニングリーン系緑色超微粒子顔料(粒径80nm)、又はフタロシアニンブルー系超微粒子顔料(粒径80nm)を各々用いたこと以外、電解液Kと同様にして電解液R、G、及びB(いずれもpH7.8、導電率6mS/cmである)を得た。
-Preparation of electrolyte solution-
Next, pigment-containing electrolytes K, R, G, and B were prepared as follows.
Disperse styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 13,000, hydrophobic group (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio 65%, acid value 150) and carbon black powder (particle size 50 nm) at a volume ratio of 1: 1. Further, 5% by mass of ethylene glycol was added, and then tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride were further added to adjust the pH to 7.8 and the conductivity of 6 mS / cm to obtain an electrolytic solution K. Next, in the preparation of the electrolytic solution K, instead of carbon black powder, an azo red ultrafine pigment (particle size 80 nm), a phthalocyanine green ultrafine pigment (particle size 80 nm), or a phthalocyanine blue ultrafine pigment ( Electrolytic solutions R, G, and B (all having a pH of 7.8 and an electrical conductivity of 6 mS / cm) were obtained in the same manner as the electrolytic solution K, except that each particle size was 80 nm.

−電着膜形成装置の準備−
電着膜形成装置として、一例として既述した図3及び図4に示すものと同様に構成(像形成部100と洗浄部110と乾燥部120と電着ブース200と乾燥部210とで構成)された装置を準備した。この装置は、二つの結像光学系に各々プロジェクション型露光装置(結像光学レンズ13と結像面(酸化チタン薄膜3の撥水成膜側の膜面)との焦点距離=100mm、焦点深度は±50μm、波長365nmの光強度100mW/cm2;ウシオ電気(株)製)を備え、親水部形成時には図3に示すように撥水成膜4及び酸化チタン薄膜3が水20aと接するように配置された膜形成用基板5の選択領域に親水部を形成し、電着時には形成された親水部の酸化チタン薄膜3が図4に示すように電解液20bと接するようにし該酸化チタン薄膜3の液接触面に電着膜を形成できるように構成されている。プロジェクション型露光装置はいずれも、膜形成用基板5からみて順に、第一の結像光学レンズ13とフォトマスク12と第二の結像光学レンズ11と図示しない光源とが配置されてなる。
-Preparation of electrodeposition film forming device-
The electrodeposition film forming apparatus has the same configuration as that shown in FIGS. 3 and 4 described above as an example (configured by the image forming unit 100, the cleaning unit 110, the drying unit 120, the electrodeposition booth 200, and the drying unit 210). Prepared equipment. This apparatus includes a projection type exposure apparatus (focal length between the imaging optical lens 13 and the imaging surface (film surface on the water-repellent film-forming side of the titanium oxide thin film 3)) = 100 mm, and the focal depth, respectively. Has a light intensity of 100 mW / cm 2 with a wavelength of 365 nm and a wavelength of 365 nm; manufactured by Ushio Electric Co., Ltd., and when the hydrophilic portion is formed, the water-repellent film 4 and the titanium oxide thin film 3 are in contact with the water 20a as shown in FIG. A hydrophilic portion is formed in a selected region of the film-forming substrate 5 arranged in the substrate, and the titanium oxide thin film 3 in the hydrophilic portion formed at the time of electrodeposition is brought into contact with the electrolytic solution 20b as shown in FIG. The electrodeposition film can be formed on the three liquid contact surfaces. In any of the projection type exposure apparatuses, a first imaging optical lens 13, a photomask 12, a second imaging optical lens 11, and a light source (not shown) are arranged in order from the film forming substrate 5.

本装置の電着ブース200では、膜形成用基板5はITO膜2を介してポテンショスタット18と接続されると共に、更にポテンショスタット18は飽和カロメル電極(リファレンス電極)16及び対向電極17とも接続された三極式通電形態に構成されており、膜形成用基板5(酸化チタン薄膜3)を対向電極(白金電極)17に対する作用電極として利用する。電着槽14’には、調製された電解液20bを収納できるようになっている。   In the electrodeposition booth 200 of this apparatus, the film forming substrate 5 is connected to the potentiostat 18 via the ITO film 2, and the potentiostat 18 is also connected to the saturated calomel electrode (reference electrode) 16 and the counter electrode 17. The film forming substrate 5 (titanium oxide thin film 3) is used as a working electrode for the counter electrode (platinum electrode) 17. The electrodeposition tank 14 'can accommodate the prepared electrolyte 20b.

−電着膜によるパターン形成−
(像形成工程)
まず、膜形成用基板5を図示しない吸盤を備えた保持機構により絶縁性基板面を吸引して保持しながらオレイン酸膜と共に酸化チタン薄膜3が水20aと接触するように配置し、この状態のまま紫外線を、膜形成用基板5の絶縁性基板1側(膜形成用基板のオレイン酸膜を有しない側)から酸化チタン薄膜3のオレイン酸膜側の膜面に結像するように15分間照射した後、水20aから離した。このとき、フォトマスクには下記電着工程で黒色パターンを形成するためのフォトマスク12Kが配置されている。紫外線が照射された領域(選択領域)ではオレイン酸膜が酸化チタン薄膜の光触媒作用により分解除去されており、凹状となって酸化チタン薄膜3が露出した親水部6が形成されていた。
-Pattern formation by electrodeposition film-
(Image forming process)
First, the film forming substrate 5 is disposed so that the titanium oxide thin film 3 comes into contact with the water 20a together with the oleic acid film while sucking and holding the insulating substrate surface by a holding mechanism having a suction cup (not shown). As it is, the ultraviolet rays are imaged for 15 minutes from the insulating substrate 1 side of the film forming substrate 5 (the side having no oleic acid film of the film forming substrate) to the film surface of the titanium oxide thin film 3 on the oleic acid film side. After irradiation, it was separated from the water 20a. At this time, a photomask 12K for forming a black pattern in the following electrodeposition process is disposed on the photomask. In the region irradiated with ultraviolet rays (selected region), the oleic acid film was decomposed and removed by the photocatalytic action of the titanium oxide thin film, and a hydrophilic portion 6 was formed in which the titanium oxide thin film 3 was exposed in a concave shape.

(洗浄工程及び乾燥工程)
そして、オレイン酸膜が酸化分解して生成された分解生成物が膜形成用基板に水と共に残存しているため、この膜形成用基板5を洗浄装置21の噴出ノズルの噴出口と、膜形成用基板5の親水部が形成された側の表面(親水部形成面)とが対向するように搬送し配置した。膜形成用基板5は、図示しない移動機構と接続された前記保持機構により矢印方向B又はB’の方向に移動可能であり、洗浄装置21は矢印方向A又はA’に移動可能であり、噴出ノズルのノズル形状はスリット状に構成されている。噴出ノズルの噴出口を親水部形成面に対向させて上方に向け、純水の噴出方向が略水平に配置された膜形成用基板5の親水部形成面の法線方向と略平行となるようにカーテン膜状に噴出させると共に、膜形成用基板5をカーテン膜状の水に100m/秒の定速で通過させた。このとき、できるだけオレイン酸のプロファイルが崩れないように、オレイン酸膜の膜面における純水の打撃圧を2KPaに調整した。その結果、膜形成用基板に水と共に残存していた分解生成物は一様に除去されていた。
(Washing process and drying process)
And since the decomposition product produced by oxidative decomposition of the oleic acid film remains on the film-forming substrate together with water, the film-forming substrate 5 is formed at the outlet of the jet nozzle of the cleaning device 21 and the film formation. The substrate 5 was transported and arranged so as to face the surface on which the hydrophilic portion was formed (hydrophilic portion forming surface). The film forming substrate 5 can be moved in the direction of the arrow B or B ′ by the holding mechanism connected to a moving mechanism (not shown), and the cleaning device 21 can be moved in the direction of the arrow A or A ′. The nozzle shape of the nozzle is configured in a slit shape. The ejection port of the ejection nozzle faces the hydrophilic portion forming surface and faces upward, so that the ejection direction of pure water is substantially parallel to the normal direction of the hydrophilic portion forming surface of the film forming substrate 5 arranged substantially horizontally. The film forming substrate 5 was passed through the curtain film water at a constant speed of 100 m / second. At this time, the striking pressure of pure water on the surface of the oleic acid film was adjusted to 2 KPa so that the oleic acid profile was not destroyed as much as possible. As a result, the decomposition products remaining with the water on the film forming substrate were uniformly removed.

洗浄後、親水部形成面を重力方向側に向けたまま膜形成用基板5を乾燥部120に搬送し、乾燥部の下方に設けた乾燥装置22の噴出ノズルと親水部形成面とが対向するように膜形成用基板5を配置した。そして、噴出ノズルから電着面に窒素を吹き付け、水滴を飛ばすようにして乾燥させた。なお、ここでの乾燥はクリーンエアを用いても行なうことが可能であった。   After cleaning, the film forming substrate 5 is transported to the drying unit 120 with the hydrophilic portion forming surface facing the gravity direction side, and the ejection nozzle of the drying device 22 provided below the drying unit and the hydrophilic portion forming surface face each other. Thus, the film forming substrate 5 was arranged. Then, nitrogen was blown onto the electrodeposition surface from the ejection nozzle, and drying was performed so as to blow off water droplets. In addition, it was possible to perform the drying here using clean air.

(電着工程)
次いで、電着ブース200において電着工程を以下のようにして行なった。
電着槽14’に電解液Kを収容し、収容された電解液Kに少なくとも親水部6における酸化チタン薄膜3が接触するように膜形成用基板5を配置した。フォトマスクには上記の像形成工程で用いたものと同じフォトマスク12Kを用いた。そして、飽和カロメル電極16に対して酸化チタン薄膜3を作用電極として利用し、作用電極に印加するバイアス電圧が1.8Vとなるようにポテンショスタット18から電圧印加し、膜形成用基板5の絶縁性基板1側(膜形成用基板の親水部非形成面側)から親水部で露出している酸化チタン薄膜3の液接触面においてパターン光が結像するように紫外線を4秒間照射した。このとき、酸化チタン薄膜3の表面には黒色パターンが形成された。
(Electrodeposition process)
Next, the electrodeposition process was performed in the electrodeposition booth 200 as follows.
The electrolytic solution K was accommodated in the electrodeposition tank 14 ′, and the film forming substrate 5 was arranged so that at least the titanium oxide thin film 3 in the hydrophilic portion 6 was in contact with the accommodated electrolytic solution K. As the photomask, the same photomask 12K as that used in the image forming process was used. Then, the titanium oxide thin film 3 is used as the working electrode with respect to the saturated calomel electrode 16, and a voltage is applied from the potentiostat 18 so that the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V, so that the insulating film 5 is insulated. UV light was applied for 4 seconds so that the pattern light was imaged on the liquid contact surface of the titanium oxide thin film 3 exposed at the hydrophilic portion from the conductive substrate 1 side (the hydrophilic portion non-forming surface side of the film forming substrate). At this time, a black pattern was formed on the surface of the titanium oxide thin film 3.

続いて、この膜形成用基板5を電解液Kから離したところ、電着膜7K及びオレイン酸膜4の表面に不要な電解液Kが付着していたため、電着膜7Kが形成された面(電着面)が重力方向(下面)となる略水平状態で膜形成用基板5を、同じ室内の洗浄装置23が設置された洗浄工程へ搬送した。   Subsequently, when the film-forming substrate 5 was separated from the electrolytic solution K, unnecessary electrolytic solution K was attached to the surfaces of the electrodeposition film 7K and the oleic acid film 4, and thus the surface on which the electrodeposition film 7K was formed. The film-forming substrate 5 was transported to a cleaning process in which the cleaning device 23 in the same room was installed in a substantially horizontal state where the (electrodeposition surface) was in the direction of gravity (bottom surface).

なお本実施例では、[1]像形成部、洗浄部及び乾燥部と、[2]電着ブース及び乾燥部とを別個に設けた装置を用いて像形成工程と電着工程とを行なったが、前記[1]と[2]を別個に設けるのではなく、像形成(洗浄・乾燥を含む)及び電着(洗浄・乾燥を含む)の各工程を単一のブースで行なえるように、単一のブース内において前記[1]及び[2]を行ない得るようにし、像形成(及び洗浄・乾燥)を終えた後に分解処理槽を電着槽に代えて電着(及び洗浄・乾燥)を行なうようにすることもできる。この場合には、結像光学系及びフォトマスク並びに洗浄装置は共通に用いることができ、装置構成のより簡易化、低コスト化を図ることができる。   In this example, the image forming process and the electrodeposition process were performed using an apparatus in which [1] an image forming unit, a cleaning unit, and a drying unit, and [2] an electrodeposition booth and a drying unit were separately provided. However, instead of providing [1] and [2] separately, each process of image formation (including cleaning and drying) and electrodeposition (including cleaning and drying) can be performed in a single booth. The above [1] and [2] can be performed in a single booth, and after completion of image formation (and washing / drying), the decomposition treatment tank is replaced with the electrodeposition tank and electrodeposition (and washing / drying) is performed. ) Can also be performed. In this case, the imaging optical system, the photomask, and the cleaning apparatus can be used in common, and the apparatus configuration can be simplified and the cost can be reduced.

(洗浄工程及び乾燥工程)
そして、電着ブース200の右下方に配置された洗浄装置23の噴出ノズルの噴出口と膜形成用基板5の電着面とが対向するように膜形成用基板5を配置した。膜形成用基板5及び洗浄装置23は、洗浄部110と同様に各々移動可能であり、噴出ノズルのノズル形状はスリット状に構成されている。噴出ノズルの噴出口を電着面に対向させて上方に向け、純水の噴出方向が略水平に配置された膜形成用基板5の電着面の法線方向と略平行となるようにカーテン膜状に噴出させると共に、膜形成用基板5と噴出ノズルとを相互に逆方向に100m/秒の定速で移動させて10往復通過させた。このとき、できるだけ電着膜のプロファイルが崩れないように、膜面における純水の打撃圧を2KPaに調整した。その結果、膜形成用基板5の電着面に付着していた電解液Kは一様に除去され、膜形成用基板の選択領域(オレイン酸膜が除去された領域)には膜厚1.2μmの黒色パターンが形成されていることが確認された。また、非パターン部及び外縁部に電解液が固着した残渣もなく、高精細に膜形成できた。
(Washing process and drying process)
Then, the film forming substrate 5 was disposed so that the ejection port of the ejection nozzle of the cleaning device 23 disposed on the lower right side of the electrodeposition booth 200 and the electrodeposition surface of the film forming substrate 5 face each other. The film forming substrate 5 and the cleaning device 23 can be moved in the same manner as the cleaning unit 110, and the nozzle shape of the ejection nozzle is formed in a slit shape. Curtain so that the ejection port of the ejection nozzle faces the electrodeposition surface and faces upward, and the ejection direction of pure water is substantially parallel to the normal direction of the electrodeposition surface of the film-forming substrate 5 arranged substantially horizontally While being ejected in a film shape, the film-forming substrate 5 and the ejection nozzle were moved in 10 directions reciprocally by moving them in opposite directions at a constant speed of 100 m / sec. At this time, the striking pressure of pure water on the film surface was adjusted to 2 KPa so that the profile of the electrodeposition film was not broken as much as possible. As a result, the electrolytic solution K adhering to the electrodeposition surface of the film forming substrate 5 is uniformly removed, and a film thickness of 1.% is applied to a selected region (region from which the oleic acid film is removed) of the film forming substrate. It was confirmed that a 2 μm black pattern was formed. Moreover, there was no residue in which the electrolyte solution adhered to the non-pattern part and the outer edge part, and a film could be formed with high definition.

洗浄後、電着ブース200から搬出し、電着面を重力方向に向けたまま膜形成用基板5を乾燥部210に搬送し、上記の洗浄部110と同様にして噴出ノズルから電着面に窒素を吹き付け、水滴を飛ばすようにして乾燥させた。なお、上記同様にクリーンエアでも行なうことが可能であった。   After cleaning, the electrodeposition booth 200 is taken out, the film forming substrate 5 is transported to the drying unit 210 while the electrodeposition surface is directed in the direction of gravity, and from the ejection nozzle to the electrodeposition surface in the same manner as the cleaning unit 110 described above. Nitrogen was blown and dried by blowing off water droplets. In addition, it was possible to carry out with clean air as well.

続いて、像形成部及び電着ブースに配置されたフォトマスク12Kを赤色膜形成用のフォトマスク12Rに代え、前記黒色パターン形成の場合と同様にして、紫外線を照射してオレイン酸膜を酸化分解除去する(像形成工程)と共に残存する分解生成物を洗浄により除去し、さらに水滴を飛ばすように乾燥させて、赤色パターンを形成するための親水部6を新たに形成した。その後電着ブース200において、電解液Kに代えて電解液Rを電着槽14’に収容し、前記黒色パターン形成の場合と同様に膜形成用基板5を配置して紫外線を4秒間照射した後、電解液Rから膜形成用基板5を離した(電着工程)。そして更に、黒色パターン形成の場合と同条件で洗浄を行なった後、さらに水滴を飛ばすように5分間乾燥させた。以上により、新たに形成された親水部には膜厚1.2μmの均一厚の赤色パターンが形成された。   Subsequently, the photomask 12K disposed in the image forming section and the electrodeposition booth is replaced with the photomask 12R for forming the red film, and the oleic acid film is oxidized by irradiating ultraviolet rays in the same manner as in the case of forming the black pattern. In addition to the decomposition and removal (image forming step), the remaining decomposition products were removed by washing, and further dried to fly off water droplets, thereby newly forming a hydrophilic portion 6 for forming a red pattern. Thereafter, in the electrodeposition booth 200, the electrolyte solution R was accommodated in the electrodeposition tank 14 'instead of the electrolyte solution K, and the film-forming substrate 5 was placed and irradiated with ultraviolet rays for 4 seconds as in the case of the black pattern formation. Thereafter, the film-forming substrate 5 was separated from the electrolytic solution R (electrodeposition process). Further, after cleaning was performed under the same conditions as in the case of forming the black pattern, it was further dried for 5 minutes so as to blow off water droplets. As a result, a red pattern having a uniform thickness of 1.2 μm was formed on the newly formed hydrophilic portion.

続いて、像形成部及び電着ブースに配置されたフォトマスク12Rを緑色膜形成用のフォトマスク12Gに代え、前記黒色パターン形成の場合と同様にして、紫外線を照射してオレイン酸膜を酸化分解除去する(像形成工程)と共に残存する分解生成物を洗浄により除去し、さらに水滴を飛ばすように乾燥させて、緑色パターンを形成するための親水部6を新たに形成した。その後電着ブース200において、電解液Rに代えて電解液Gを電着槽14’に収容し、前記黒色パターン形成の場合と同様に膜形成用基板5を配置して紫外線を4秒間照射した後、電解液Gから膜形成用基板5を離した(電着工程)。そして更に、黒色パターン形成の場合と同条件で洗浄を行なった後、さらに水滴を飛ばすように5分間乾燥させた。以上により、新たに形成された親水部には膜厚1.2μmの均一厚の緑色パターンが形成された。   Subsequently, the photomask 12R disposed in the image forming section and the electrodeposition booth is replaced with the green film forming photomask 12G, and the oleic acid film is oxidized by irradiating ultraviolet rays in the same manner as in the case of forming the black pattern. In addition to the decomposition and removal (image forming step), the remaining decomposition products were removed by washing, and further dried to fly off water droplets, thereby newly forming a hydrophilic portion 6 for forming a green pattern. Thereafter, in the electrodeposition booth 200, the electrolyte solution G was accommodated in the electrodeposition tank 14 'instead of the electrolyte solution R, and the film forming substrate 5 was placed and irradiated with ultraviolet rays for 4 seconds as in the case of the black pattern formation. Thereafter, the film-forming substrate 5 was separated from the electrolytic solution G (electrodeposition process). Further, after cleaning was performed under the same conditions as in the case of forming the black pattern, it was further dried for 5 minutes so as to blow off water droplets. As a result, a green pattern having a uniform thickness of 1.2 μm was formed on the newly formed hydrophilic portion.

続いて、像形成部及び電着ブースに配置されたフォトマスク12Gを青色膜形成用のフォトマスク12Bに代え、前記黒色パターン形成の場合と同様にして、紫外線を照射してオレイン酸膜を酸化分解除去する(像形成工程)と共に残存する分解生成物を洗浄により除去し、さらに水滴を飛ばすように乾燥させて、青色パターンを形成するための親水部6を新たに形成した。その後電着ブース200において、電解液Gに代えて電解液Bを電着槽14’に収容し、前記黒色パターン形成の場合と同様に膜形成用基板5を配置して紫外線を4秒間照射した後、電解液Bから膜形成用基板5を離した(電着工程)。そして更に、黒色パターン形成の場合と同条件で洗浄を行なった後、さらに水滴を飛ばすように5分間乾燥させた。以上により、新たに形成された親水部には膜厚1.2μmの均一厚の青色パターンが形成された。   Subsequently, the photomask 12G disposed in the image forming section and the electrodeposition booth is replaced with the photomask 12B for forming the blue film, and the oleic acid film is oxidized by irradiating ultraviolet rays in the same manner as in the case of forming the black pattern. The remaining decomposed product was removed by washing while being decomposed and removed (image forming step), and further dried to fly off water droplets, thereby newly forming a hydrophilic portion 6 for forming a blue pattern. Thereafter, in the electrodeposition booth 200, the electrolyte solution B was accommodated in the electrodeposition tank 14 'instead of the electrolyte solution G, and the film-forming substrate 5 was placed and irradiated with ultraviolet rays for 4 seconds as in the case of the black pattern formation. Thereafter, the film-forming substrate 5 was separated from the electrolytic solution B (electrodeposition process). Further, after cleaning was performed under the same conditions as in the case of forming the black pattern, it was further dried for 5 minutes so as to blow off water droplets. As a result, a blue pattern having a uniform thickness of 1.2 μm was formed on the newly formed hydrophilic portion.

最後に、像形成部100に配置されたフォトマスク12Bを、膜形成用基板5の各色パターンの非形成領域に照射できるマスクに代え、前記黒色パターン形成の場合と同様にして、紫外線を照射してオレイン酸膜を酸化分解除去し、さらに残存する分解生成物を洗浄により除去し、その後水滴を飛ばすように乾燥させた。   Finally, the photomask 12B arranged in the image forming unit 100 is replaced with a mask that can irradiate the non-formation regions of each color pattern of the film forming substrate 5, and ultraviolet rays are irradiated in the same manner as in the case of the black pattern formation. Then, the oleic acid film was removed by oxidative decomposition, and the remaining decomposition product was removed by washing, followed by drying so as to blow off water droplets.

以上のようにして、膜形成用基板5にR,G,B,及びKのパターンで構成されたカラーフィルタ膜を形成することができた。形成されたカラーフィルタ膜は、エッジプロファイルがシャープでかつ均一厚であり、また、カラーフィルタ膜外縁部には残渣がなく、高精細であり、外観不良による歩留まりが回避され、装置構成の簡易化も含めて低コスト化を達成することができた。   As described above, a color filter film composed of R, G, B, and K patterns could be formed on the film forming substrate 5. The formed color filter film has a sharp edge profile and a uniform thickness. There is no residue on the outer edge of the color filter film, it is high-definition, the yield due to poor appearance is avoided, and the device configuration is simplified. In addition, we were able to reduce costs.

(実施例2)
実施例1において、「−膜形成用基板の作製−」に用いたオレイン酸をカプロン酸に代えて酸化チタン薄膜上にカプロン酸膜を成膜したこと以外、実施例1と同様にして、カラーフィルタ膜を形成した。
本実施例で形成されたカラーフィルタ膜も、エッジプロファイルがシャープでかつ均一厚であり、また同様に残渣がなく、高精細で、外観不良による歩留まりが回避されると共に、撥水性膜(カプロン酸膜)を除去する際の照射を12分間で完了できたことで更なる生産性向上が図られ、より低コスト化を達成することができた。
(Example 2)
In Example 1, the oleic acid used in “-Production of substrate for film formation” was replaced with caproic acid, and a caproic acid film was formed on the titanium oxide thin film in the same manner as in Example 1. A filter membrane was formed.
The color filter film formed in this example also has a sharp edge profile and a uniform thickness. Similarly, the color filter film has no residue, is highly fine, avoids yield due to poor appearance, and is water-repellent (caproic acid film). The irradiation at the time of removing the film) was completed in 12 minutes, so that the productivity was further improved and the cost could be further reduced.

(実施例3)
実施例1において、像形成工程にて行なったオレイン酸膜の除去を、オレイン酸膜が水20aと接触しない状態で行なったこと以外、実施例1と同様にして、カラーフィルタ膜を形成した。その結果、オレイン酸膜の除去は可能であったが、除去に2時間を要した。このように実施例1及び2に比して生産タクトタイムが必要となるものの、エッジプロファイルがシャープでかつ均一厚なカラーフィルタ膜が形成され、また、形成されたカラーフィルタ膜の外縁部には残渣がなく、高精細であった。
(Example 3)
In Example 1, a color filter film was formed in the same manner as in Example 1 except that the oleic acid film was removed in the image forming step while the oleic acid film was not in contact with the water 20a. As a result, it was possible to remove the oleic acid film, but it took 2 hours to remove it. Thus, although a production tact time is required as compared with Examples 1 and 2, a color filter film having a sharp edge profile and a uniform thickness is formed, and an outer edge portion of the formed color filter film is formed. There was no residue and high definition.

(実施例4)
実施例2において、電着工程で用いた電解液(K,R,G,B)及びフォトマスク(12K,12R,12G,12B)を下記電解液W及びフォトマスク12Wa,12Wbに代え、以下のようにしてマイクロレンズアレーを形成したこと以外、実施例2と同様の操作を行なった。具体的には以下の通りである。なお、電着膜形成装置は実施例1に示すのと同様に構成してある。
Example 4
In Example 2, the electrolytic solution (K, R, G, B) and photomask (12K, 12R, 12G, 12B) used in the electrodeposition process were replaced with the following electrolytic solution W and photomasks 12W a , 12W b , The same operation as in Example 2 was performed except that the microlens array was formed as follows. Specifically, it is as follows. The electrodeposition film forming apparatus is configured in the same manner as shown in the first embodiment.

−電解液Wの調製−
ルチル型の酸化チタン微粒子(粒径10nm、屈折率2.7)とスチレン−アクリル酸共重合体(分子量13,000、疎水基(親水基+疎水基)のモル比65%、酸価150)とを体積比率で1:5に分散させ、これに更にエチレングリコールを5質量%加えた後、更にテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド及び塩化アンモニウムを用いてpH7.8、導電率6mS/cmになるように調整し、透明微粒子を含む水分散液(固形分含有率10質量%)である電解液Wを調製した。
-Preparation of electrolyte W-
Rutile-type titanium oxide fine particles (particle size 10 nm, refractive index 2.7) and styrene-acrylic acid copolymer (molecular weight 13,000, hydrophobic group (hydrophilic group + hydrophobic group) molar ratio 65%, acid value 150) And 5% by mass of ethylene glycol, and further using tetramethylammonium hydroxide and ammonium chloride so that the pH is 7.8 and the conductivity is 6 mS / cm. The electrolyte solution W which was adjusted and was an aqueous dispersion (solid content rate 10 mass%) containing transparent fine particles was prepared.

−フォトマスクの準備−
像形成工程用として、所定のマイクロレンズ形状に露光可能なように円形状の光透過部分を有するフォトマスク12Waを、また電着工程用として、所定のマイクロレンズ形状となるように、円形状の光透過部分に黒い微小ドットを中央部から円周縁に向かって密度が高くなるように形成されて濃度階調(光透過性の階調)を有するフォトマスク12Wbをそれぞれ準備した。
-Preparation of photomask-
For the image forming process, a photomask 12W a having a circular light transmitting portion so that exposure to a predetermined microlens shape can be performed, and for the electrodeposition process, a circular shape so as to have a predetermined microlens shape. of black fine dots on the light transmission portion from the central portion is formed such that the density is higher towards the peripheral edge of the photomask 12W b having a density gradation (optical transparency gradations) were prepared, respectively.

−電着膜によるマイクロレンズアレーの形成−
(像形成工程)
像形成部100において実施例2で用いたフォトマスク12Kをフォトマスク12Waに代えた後、実施例2と同様にして像形成工程(カプロン酸膜の除去のための照射は12分間)を行ない、これに更に洗浄工程及び乾燥工程を施して、酸化チタン薄膜3が露出した親水部6を形成した。次いで、電着ブース200に搬入し、以下のようにして電着工程を行なった。
-Formation of microlens array by electrodeposition film-
(Image forming process)
After replacing the photomask 12K used in Example 2 in the photomask 12W a in the image forming unit 100, the image forming process in the same manner as in Example 2 (irradiation for removal of caproic acid film is 12 minutes) performs This was further subjected to a washing step and a drying step to form a hydrophilic portion 6 where the titanium oxide thin film 3 was exposed. Subsequently, it was carried into the electrodeposition booth 200 and an electrodeposition process was performed as follows.

(電着工程)
電着ブース200において、電着槽14’に電解液Wを収容し、収容された電解液Wに少なくとも親水部における酸化チタン薄膜が接触するように膜形成用基板5を配置すると共に、前記像形成工程と異なるフォトマスクWbを配置した。そして、飽和カロメル電極16に対して酸化チタン薄膜3を作用電極として利用し、作用電極に印加するバイアス電圧が1.8Vとなるようにポテンショスタット18から電圧印加し、膜形成用基板5の絶縁性基板1側(膜形成用基板の親水部非形成面側)から親水部6に露出した酸化チタン薄膜3の液接触面においてパターン光が結像するように紫外線を30秒間照射した。このとき、酸化チタン薄膜3の表面にはマイクロレンズアレーが形成された。続いて、この膜形成用基板5を電解液Wから離したところ、マイクロレンズアレー及びカプロン酸膜4の表面に不要な電解液Wが付着していたため、実施例2と同様にして洗浄し、更に窒素を吹き付けて水滴を飛ばすようにして乾燥させた。
(Electrodeposition process)
In the electrodeposition booth 200, the electrolytic solution W is accommodated in the electrodeposition tank 14 ', and the film-forming substrate 5 is disposed so that at least the titanium oxide thin film in the hydrophilic portion is in contact with the accommodated electrolytic solution W. the formation process different photomasks W b is arranged. Then, the titanium oxide thin film 3 is used as the working electrode with respect to the saturated calomel electrode 16, and a voltage is applied from the potentiostat 18 so that the bias voltage applied to the working electrode is 1.8 V, so that the insulating film 5 is insulated. UV light was irradiated for 30 seconds so that the pattern light was imaged on the liquid contact surface of the titanium oxide thin film 3 exposed to the hydrophilic portion 6 from the conductive substrate 1 side (the hydrophilic portion non-forming surface side of the film forming substrate). At this time, a microlens array was formed on the surface of the titanium oxide thin film 3. Subsequently, when the film-forming substrate 5 was separated from the electrolytic solution W, unnecessary electrolytic solution W was adhered to the surfaces of the microlens array and the caproic acid film 4, and thus was washed in the same manner as in Example 2. Further, nitrogen was blown to dry the water droplets.

膜形成用基板5に付着した電解液Wは一様に除去され、選択領域である親水部には曲率半径20μm(屈折率1.65,焦点距離31μm)のマイクロレンズアレーが形成されているのを確認した。マイクロレンズアレーの非形成領域及び外縁部には電解液が固着しできた残渣もなく、形成されたマイクロレンズアレーは所望の膜厚に制御されて高精細に形成されていた。   The electrolytic solution W adhering to the film forming substrate 5 is uniformly removed, and a microlens array having a radius of curvature of 20 μm (refractive index: 1.65, focal length: 31 μm) is formed in the hydrophilic portion, which is a selected region. It was confirmed. There was no residue in which the electrolytic solution could adhere to the non-formation region and the outer edge of the microlens array, and the formed microlens array was controlled to a desired film thickness and formed with high definition.

(a)は絶縁性基板を設けて構成された膜形成用基板の一例を示す断面図であり、(b)は絶縁性基板を設けずに構成された膜形成用基板の一例を示す断面図である。(A) is sectional drawing which shows an example of the film | membrane formation board | substrate comprised by providing an insulating substrate, (b) is sectional drawing which shows an example of the film | membrane formation board | substrate comprised without providing an insulating board | substrate. It is. (a)は光半導体薄膜の選択領域に光照射して親水部を形成しているところを説明するための概略図であり、(b)は水系液に接触させて(a)と同様に親水部を形成しているところを説明するための概略図である。(A) is the schematic for demonstrating the place which light-irradiates the selection area | region of an optical semiconductor thin film, and forms the hydrophilic part, (b) makes it contact with aqueous liquid and is hydrophilic like (a). It is the schematic for demonstrating the place which forms the part. 本発明の電着膜形成装置を構成する露光装置10を用いて親水部を形成しているところを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the place which forms the hydrophilic part using the exposure apparatus 10 which comprises the electrodeposition film forming apparatus of this invention. 本発明の電着膜形成装置を構成する露光装置10’を備えた電着装置9を用いて親水部に電着膜を形成しているところを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the place which forms the electrodeposition film | membrane in the hydrophilic part using the electrodeposition apparatus 9 provided with exposure apparatus 10 'which comprises the electrodeposition film forming apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…絶縁性基板
2…導電性膜
3…光半導体薄膜
4…撥水性膜
5,5’…膜形成用基板
6…親水部
10…露光装置(第1照射手段)
10’ …露光装置(第2照射手段)
12…フォトマスク
16…リファレンス電極
17…対向電極
18…ポテンショスタット
20…着膜手段
21,23…洗浄装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Insulating substrate 2 ... Conductive film 3 ... Optical semiconductor thin film 4 ... Water-repellent film 5, 5 '... Film-forming substrate 6 ... Hydrophilic part 10 ... Exposure apparatus (1st irradiation means)
10 '... exposure apparatus (second irradiation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Photomask 16 ... Reference electrode 17 ... Counter electrode 18 ... Potentiostat 20 ... Film-forming means 21, 23 ... Cleaning apparatus

Claims (11)

導電性膜と光触媒能及び光起電力能を有する親水性の光半導体薄膜と該光半導体薄膜に接した有機材料を含む撥水性膜とを順次有する膜形成用基板の、前記光半導体薄膜に活性光を選択的に照射し、照射された光半導体薄膜の選択領域における前記撥水性膜を除去して親水部を形成する像形成工程と、
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膜形成材料を含む水系電解液に少なくとも前記親水部が接触するように前記膜形成用基板を配置した状態で、前記親水部に更に活性光を照射することによって前記親水部と対向電極との間に電圧を印加し、前記親水部に前記膜形成材料を析出させて電着膜を形成する電着工程と、
を有する電着膜形成方法。
A film-forming substrate comprising a conductive film, a hydrophilic photo-semiconductor thin film having photocatalytic ability and photovoltaic ability, and a water-repellent film containing an organic material in contact with the photo-semiconductor thin film in order. An image forming step of selectively irradiating light and removing the water-repellent film in a selected region of the irradiated optical semiconductor thin film to form a hydrophilic portion;
In the state where the film-forming substrate is disposed so that at least the hydrophilic part is in contact with an aqueous electrolyte solution containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in aqueous liquid decreases due to a change in pH, the hydrophilic part is further activated. An electrodeposition step in which a voltage is applied between the hydrophilic portion and the counter electrode by irradiating light, and the film forming material is deposited on the hydrophilic portion to form an electrodeposition film;
An electrodeposition film forming method comprising:
前記像形成工程は、活性光が照射されたときの前記光半導体薄膜の光触媒作用により前記撥水性膜を分解すると共に分解生成物を洗浄除去して親水部を形成するようにした請求項1に記載の電着膜形成方法。   2. The image forming step according to claim 1, wherein the water-repellent film is decomposed by the photocatalytic action of the optical semiconductor thin film when irradiated with active light, and the decomposition product is washed away to form a hydrophilic portion. The electrodeposition film forming method as described. 前記像形成工程は、前記活性光をフォトマスクを用いて選択的に照射するようにした請求項1又は2に記載の電着膜形成方法。   The electrodeposition film forming method according to claim 1, wherein in the image forming step, the active light is selectively irradiated using a photomask. 少なくとも前記導電性膜が光透過性であって、前記像形成工程及び/又は電着工程は、前記膜形成用基板の撥水性膜非形成面側から前記活性光を照射するようにした請求項1〜3のいずれか1項に記載の電着膜形成方法。   At least the conductive film is light transmissive, and the image forming step and / or electrodeposition step irradiates the active light from the water repellent film non-forming surface side of the film forming substrate. The electrodeposition film forming method according to any one of 1 to 3. 前記膜形成用基板の撥水性膜の膜面に無機物を密着しない状態で前記活性光を選択的に照射するようにした請求項1〜4のいずれか1項に記載の電着膜形成方法。   5. The electrodeposition film forming method according to claim 1, wherein the active light is selectively irradiated in a state where an inorganic substance is not adhered to the film surface of the water repellent film of the film forming substrate. 導電性膜と光触媒能及び光起電力能を有する親水性の光半導体薄膜と該光半導体薄膜に接した有機材料を含む撥水性膜とを順次有する膜形成用基板の、前記光半導体薄膜に活性光を選択的に照射し、照射された光半導体薄膜の選択領域に親水部を形成する第1照射手段と、
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膜形成材料を含む水系電解液を収容する電着槽、及び少なくとも前記第1照射手段により形成された親水部が前記水系電解液と接触するように前記膜形成用基板を配置する配置機構を備えた着膜手段と、
少なくとも前記親水部が前記水系電解液に接触するように前記着膜手段に配置された前記膜形成用基板の該親水部に更に活性光を照射する第2照射手段と、
前記電着槽の水系電解液と接触する位置に配設され前記親水部と通電可能な対向電極を備え、前記第2照射手段により照射されたときに親水部と対向電極との間に電圧を印加する通電手段と、
を備えた電着膜形成装置。
A film-forming substrate comprising a conductive film, a hydrophilic photo-semiconductor thin film having photocatalytic ability and photovoltaic ability, and a water-repellent film containing an organic material in contact with the photo-semiconductor thin film in order. First irradiation means for selectively irradiating light and forming a hydrophilic portion in a selected region of the irradiated optical semiconductor thin film;
An electrodeposition tank containing an aqueous electrolyte containing a film-forming material whose solubility or dispersibility in an aqueous liquid decreases due to a change in pH, and at least a hydrophilic portion formed by the first irradiation means is in contact with the aqueous electrolyte A film forming means provided with an arrangement mechanism for arranging the film forming substrate,
Second irradiation means for further irradiating the hydrophilic part of the film-forming substrate disposed on the film-forming means so that at least the hydrophilic part is in contact with the aqueous electrolyte;
The electrodeposition tank includes a counter electrode that is disposed at a position in contact with the aqueous electrolyte solution and can be energized with the hydrophilic portion, and a voltage is applied between the hydrophilic portion and the counter electrode when irradiated by the second irradiation means. Energizing means to apply;
An electrodeposition film forming apparatus comprising:
前記第1照射手段による照射後、照射された選択領域を洗浄する洗浄手段を更に備えた請求項6に記載の電着膜形成装置。   The electrodeposition film forming apparatus according to claim 6, further comprising a cleaning unit that cleans the irradiated selected region after the irradiation by the first irradiation unit. 前記第1照射手段は、活性光を選択的に照射若しくは遮断するマスク手段を更に備えた請求項6又は7に記載の電着膜形成装置。   The electrodeposition film forming apparatus according to claim 6, wherein the first irradiation unit further includes a mask unit that selectively irradiates or blocks active light. 前記第1照射手段は、前記マスク手段を前記膜形成用基板の撥水性膜非形成面側に配置するようにした請求項8に記載の電着膜形成装置。   The electrodeposition film forming apparatus according to claim 8, wherein the first irradiating unit is configured to dispose the mask unit on a non-water repellent film forming surface side of the film forming substrate. 少なくとも前記導電性膜が光透過性であって、前記第1照射手段及び/又は第2照射手段は、前記膜形成用基板の撥水性膜非形成面側から前記活性光を照射するようにした請求項6〜9のいずれか1項に記載の電着膜形成装置。   At least the conductive film is light transmissive, and the first irradiation means and / or the second irradiation means irradiates the active light from the water repellent film non-forming surface side of the film forming substrate. The electrodeposition film forming apparatus according to any one of claims 6 to 9. 前記第1照射手段及び前記第2照射手段に代えて、前記第1照射手段及び前記第2照射手段を兼ねた露光手段を備えた請求項6〜10のいずれか1項に記載の電着膜形成装置。   The electrodeposition film according to any one of claims 6 to 10, further comprising an exposure unit serving as the first irradiation unit and the second irradiation unit in place of the first irradiation unit and the second irradiation unit. Forming equipment.
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