JP2005257918A - パターン形成体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上記目的を達成するために、本発明は、基材と、前記基材上に形成され、少なくとも光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有し、かつエネルギー照射により特性が変化する特性変化層とを有し、前記特性変化層は前記特性変化層の特性がパターン状に変化した特性変化パターンを有することを特徴とするパターン形成体を提供する。
【選択図】 図1
Description
基材上に、上記パターン形成体用塗工液を塗布する塗工液塗布工程と、
上記塗工液塗布工程により塗布されたパターン形成体用塗工液を乾燥させて、上記光触媒と、金属化合物微粒子と、上記特性付与剤とを含有する特性変化層を形成する乾燥工程と、
上記特性変化層にエネルギーを照射して、上記特性変化層の特性が変化した特性変化パターンを形成する特性変化パターン形成工程と
を有することを特徴とするパターン形成体の製造方法を提供する。
以下、それぞれについて説明する。
まず、本発明のパターン形成体用塗工液について説明する。本発明のパターン形成体用塗工液は、光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有するものである。
まず、本発明のパターン形成体用塗工液中に含有される金属化合物微粒子について説明する。本発明のパターン形成体用塗工液中に含有される金属化合物微粒子としては、後述する光触媒の感度を向上させることが可能なものであれば、その種類は特に限定されるものではなく、例えば金属塩化物や金属の硝酸化合物、金属酸化物、金属の過酸化物、金属の炭酸化合物、金属の酢酸化合物、金属の過塩素酸化合物等を挙げることができる。
次に、本発明に用いられる光触媒について説明する。本発明に用いられる光触媒は、エネルギー照射されることにより励起されて、後述する特性付与剤を分解または変性等させることが可能なものであれば、特に限定されるものではない。後述するような二酸化チタンに代表される光触媒の作用機構は、必ずしも明確なものではないが、光の照射によって生成したキャリアが、近傍の化合物との直接反応、あるいは、酸素、水の存在下で生じた活性酸素種によって、有機物の化学構造に変化を及ぼすものと考えられている。本発明においては、このキャリアが後述する特性付与剤に作用を及ぼすものであると考えられる。
光触媒の粒径は小さいほど光触媒反応が効果的に起こるので好ましく、平均粒径が50nm以下であることが好ましく、20nm以下の光触媒を使用するのが特に好ましい。
次に、本発明のパターン形成体用塗工液に用いられる特性付与剤について説明する。本発明のパターン形成体用塗工液に用いられる特性付与剤とは、パターン形成体用塗工液が塗布されて層が形成された際に、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により、例えば分解または変性等されて、層表面の特性を変化させるものであり、このように特性を変化させることが可能なものであれば、特にその種類等は限定されるものではない。例えば、撥液性の官能基を有する材料であり、エネルギー照射に伴う光触媒の作用によって表面の官能基が分解や置換等されることによって、表面の濡れ性が変化するものであってもよく、また感光性保護基で保護された官能基を有する分子であり、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により脱保護されて細胞との接着性が変化するもの等であってもよい。
YnSiX(4−n)
(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基、クロロアルキル基、イソシアネート基、もしくはエポキシ基、またはこれらを含む有機基であり、Xはアルコキシル基、アセチル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)
で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることが好ましい。なお、ここでXで示されるアルコキシ基は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基であることが好ましい。また、Yで示される有機基全体の炭素数は1〜20の範囲内、中でも5〜10の範囲内であることが好ましい。
なお、ここでいう機能性部形成用塗工液との接触角は、パターン形成体用塗工液が塗布された層と機能性部形成用塗工液との接触角を接触角測定器(協和界面科学(株)製CA−Z型)を用いて測定(マイクロシリンジから液滴を滴下して30秒後)し、その結果から、もしくはその結果をグラフにして得たものである。
本発明のパターン形成体用塗工液は、上述した金属化合物微粒子、光触媒、および特性付与剤を含有しているものであれば、特に限定されるものではなく、例えば必要に応じて適宜添加剤等を有するもの等であってもよい。
次に、本発明のパターン形成体について説明する。本発明のパターン形成体は、基材と、上記基材上に形成され、少なくとも光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有し、エネルギー照射により特性が変化する特性変化層とを有し、上記特性変化層は、上記特性変化層の特性がパターン状に変化した特性変化パターンを有するものである。
以下、本発明のパターン形成体の各構成ごとに詳しく説明する。
まず、本発明のパターン形成体に用いられる特性変化層について説明する。本発明のパターン形成体に用いられる特性変化層は、後述する基材上に形成され、少なくとも光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有し、エネルギー照射により特性が変化するものであれば特性の変化の種類は特に限定されるものではない。本発明においては、特性変化層の特性の変化は、上記特性付与剤により決定されるものである。本発明に用いられる特性変化層を、例えば撥液性の官能基を有する材料を特性付与剤として用い、エネルギー照射に伴う光触媒の作用によって表面の官能基を分解や置換等することによって、表面の濡れ性が変化する濡れ性変化層としてもよく、また感光性保護基で保護された官能基を有する分子を特性付与剤として用い、エネルギー照射に伴う光触媒の作用により脱保護して細胞との接着性が変化する細胞接着性変化層等としてもよい。
なお、ここでいう機能性部形成用塗工液との接触角は、上述した方法により測定されたものである。
ここで、本発明に用いられる特性変化層中に含有される光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤については、上述した「A.パターン形成体用塗工液」で説明したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明の特性変化パターンについて説明する。本発明における特性変化パターンとは、上記特性変化層の特性が変化したものである。
この際、特性変化層を加熱しながらエネルギー照射することにより、より感度を上昇させることが可能となり、効率的な特性の変化を行うことができる点で好ましい。具体的には30℃〜80℃の範囲内で加熱することが好ましい。
次に、本発明に用いられる基材について説明する。本発明に用いられる基材は、上記特性変化層が形成可能であれば、特に限定されるものではなく、パターン形成体の用途や種類等によって適宜選択されるものである。また、透明性や可撓性についても適宜選択される。
次に、本発明のパターン形成体について説明する。本発明のパターン形成体は、上述した基材上に特性変化層が形成されており、その特性変化層の特性が変化した特性変化パターンが形成されているものであれば、特に限定されるものではなく、例えば必要に応じて基材上に遮光部等が形成されていてもよい。
次に、本発明の機能性素子について説明する。本発明の機能性素子は、上述したパターン形成体の上記特性変化パターン上に機能性部が形成されたものである。
次に、本発明のカラーフィルタについて説明する。本発明のカラーフィルタは、上述した機能性素子の機能性部が画素部であることを特徴とするものである。
本発明によれば、上記特性変化層が例えば濡れ性変化層である場合、インクジェット法等によって容易に表面の濡れ性の差を利用して画素部を形成することが可能となり、高精細な画素部を形成することができるのである。また、本発明においては、上記特性変化パターンの色が変化したものとすることができることから、画素部を形成する位置の識別が容易であり、アライメントを取ること等を容易に行うことができる。したがって、製造効率よく、さらに高精細な画素部が形成された高品質なカラーフィルタとすることができるのである。
なお、本発明におけるカラーフィルタの各部材の材料や製造方法等については、一般的なカラーフィルタにおけるものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明の導電性パターンについて説明する。本発明の導電性パターンは、上述した機能性素子の機能性部が金属配線であることを特徴とするものである。本発明によれば、金属配線を、上述した特性変化パターンに沿って、例えば電界ジェット法等を用いて金属ペースト等を塗布することにより、高精細な金属配線が形成された導電性パターンとすることができる。また、本発明においては、上述した特性変化パターンの色が変化しているものとすることができることから、金属配線を形成する位置の識別が容易となり、高精細な金属配線を形成することができ、高品質な導電性パターンとすることができるのである。
ここで、本発明における導電性パターンの各部材の材料や製造方法等については、一般的な導電性パターンにおけるものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明の有機EL素子について説明する。本発明の有機EL素子は、上述した機能性素子における機能性部が有機EL層であることを特徴とするものである。本発明によれば、上記機能性部が有機EL層であることにより、上述した特性変化パターンを利用して、容易に有機EL層の塗り分け等を行うことが容易であり、高精細な有機EL素子を製造することが可能となる。またこの塗りわけの際、目的とするパターン状に特性変化層の色が変化しているものとすることができることから、より高精細に有機EL層を形成することができるのである。
次に、本発明におけるバイオチップ用基材について説明する。本発明のバイオチップ用基材は、上述した機能性素子における機能性部が、生体物質と付着性を有することを特徴とするものである。本発明においては、例えば上述した特性変化パターン上に生体物質と付着性を有する材料を付着等させることにより、得ることができる。
なお、本発明におけるバイオチップ用基板の各部材の材料や製造方法等については、一般的なバイオチップ用基板におけるものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
次に、本発明のパターン形成体の製造方法について説明する。
本発明のパターン形成体の製造方法は、光触媒と、金属微粒子または金属化合物微粒子と、特性付与剤とを混合してパターン形成体用塗工液を調整する塗工液調整工程と、
基材上に、上記パターン形成体用塗工液を塗布する塗工液塗布工程と、
上記塗工液塗布工程により塗布されたパターン形成体用塗工液を乾燥させて、上記光触媒と、金属化合物微粒子と、上記特性付与剤とを含有する特性変化層を形成する乾燥工程と、
上記特性変化層にエネルギーを照射して、上記特性変化層の特性が変化した特性変化パターンを形成する特性変化パターン形成工程と
を有するものである。
以下、本発明のパターン形成体の製造方法の各工程ごとに詳しく説明する。
まず、本発明のパターン形成体の製造方法における塗工液調整工程について説明する。本発明における塗工液調整工程は、光触媒と、金属微粒子または金属化合物微粒子と、特性付与剤とを混合してパターン形成体用塗工液を調整する工程であり、上記光触媒と、金属微粒子または金属化合物微粒子と、特性付与剤とを安定に混合して調整することが可能であって、後述する乾燥工程において最終的に得られる特性変化層が、光触媒、特性付与剤、および金属化合物微粒子を含有するようものとすることが可能なものであれば、その方法等は特に限定されるものではない。
次に、本発明のパターン形成体の製造方法における塗工液塗布工程について説明する。本工程は、上記塗工液調整工程により調整されたパターン形成体用塗工液を、基材等の上に塗布する工程である。
次に、本発明のパターン形成体の製造方法における乾燥工程について説明する。本発明における乾燥工程は、上述した塗工液塗布工程により塗布されたパターン形成体用塗工液を乾燥させて、上記光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有する特性変化層を形成する工程である。
次に、本発明のパターン形成体の製造方法における特性変化パターン形成工程について説明する。本発明のパターン形成体の製造方法における特性変化パターン形成工程は、上記特性変化層上にパターン状にエネルギーを照射することにより、上記特性変化層上に特性の変化した特性変化パターンを形成する工程である。
本発明のパターン形成体の製造方法においては、上述した工程以外にも必要に応じて、例えばパターン形成体用塗工液をろ過する工程や、遮光部を形成する工程等を有するものであってもよい。このような工程については、一般的にパターン形成体を製造する際に用いられる方法と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。
<パターン形成体用塗工液調整方法>
フルオロアルキルシラン(TSL8233 GE東芝シリコーン製)1.5g、テトラメトキシシラン(TSL8114 GE東芝シリコーン製)5.0g、及び0.01N塩酸2.5gを24時間常温にて攪拌して撥液性付与剤を作製した。
次に、チタニアゾル(STS‐01 石原産業製)を水とイソプロパノールとの混合液(重量比=1:1)にてTiO2濃度が0.5wt%となるように希釈した。この希釈液45gに酸化銅コロイド水分散液(平均粒径が50nm、酸化銅固形分0.2wt%)を5g添加し、10分間攪拌した。
この液に上記撥液性付与剤を0.2g添加して、10分間攪拌しパターン形成体用塗工液とした。
パターン形成体塗工液をガラス基板上に塗布後、200℃で乾燥し、厚さ0.15μmの特性変化層を形成した。
この特性変化層の水との接触角を測定したところ、102°であった。次に、超高圧水銀ランプ(365nm、37mW/cm2)を用いて露光すると30秒で水の接触角が10°以下になった。
実施例1と同様に撥液性付与剤を作製した。
次に、チタニアゾル(STS‐01 石原産業製)を水とイソプロパノールとの混合液(重量比=1:1)にてTiO2濃度が0.5wt%となるように希釈した。
この液に撥液性付与剤を2gと水5gとを添加して、10分間攪拌しパターン形成体用塗工液とした。
実施例1と同様にガラス基板上に特性変化層を形成し、この特性変化層と水の接触角を測定したところ105°であった。次に、超高圧水銀ランプ(365nm 37mW/cm2)を用いて露光すると30秒で水の接触角が80°であり、70秒で水との接触角が10°以下になった。
実施例1と同様に撥水液性付与剤を作製した。
次にチタニアゾル(STS-01 石原産業製)を水とイソプロパノールとの混合液(重量比1:1)にてTiO2濃度が0.5wt%となるように希釈した。この希釈液48gに酸化銅水分散液(平均粒径130nm、酸化銅固形分0.2wt%)を0.2g添加し、10分間攪拌した。この液に撥液性付与剤を0.2g添加して、10分間攪拌しパターン形成体用塗工液とした。
実施例1と同様にガラス基板上に特性変化性層を形成し、この特性変化層の水との接触角を測定したところ、72°であった。次に超高圧水銀ランプ(365nm、37mW/cm2)を用いて露光すると、40秒で水との接触角が10°以下になった。
ここで、上記酸化銅水分散液を用いた場合、添加しない場合と比較すると、感度は向上したが、粒径が100nm以上であったため、光触媒の感度は100nm以下の金属化合物を添加した場合と比較すると、感度の向上が少なく、また分散液の分散安定性も低下するため、24時間後に酸化銅が沈殿した。
<パターン形成体用塗工液調整方法>
フルオロアルキルシラン(TSL8233 GE東芝シリコーン製)1.5g、テトラメトキシシラン(TSL8114 GE東芝シリコーン製)5.0g、及び0.01N塩酸2.5gを24時間常温にて攪拌して撥液付与剤を作製した。
次に、酸化チタン無機コーティング剤(ST―K03 石原産業製)を水とイソプロパノールとの混合液(重量比=1:1)にてTiO2濃度が0.5wt%となるように希釈した。この希釈液45gに銀コロイド水分散液(平均粒径が30nm、銀固形分0.5wt%)を5g添加し、10分間攪拌した。
この液に撥液性付与剤を0.15g添加して、10分間攪拌しパターン形成体用塗工液とした。
パターン形成体塗工液をガラス基板状に塗布後、200℃で乾燥し、厚さ0.15μmの特性変化層を形成した。
この特性変化層の水との接触角を測定したところ、98°であった。また、XPS(ESCALAB 220I−XL)を用いて特性変化層に含有される銀の存在状態を解析した。その結果、銀の光電子ピーク(Ag 3d 5/2)の結合エネルギー値は、酸化銀に帰属される367.8eV(割合:72%)と銀に帰属される368.4eV(割合:28%)の2つのピークが検出され、銀コロイドの一部は酸化銀として膜中に存在していた。
次に、超高圧水銀ランプ(365nm、37mW/cm2)を用いて露光すると18秒で水の接触角が10°以下になった。XPS(ESCALAB 220I−XL)を用いて露光後の特性変化層に含有される銀の存在状態を解析した。その結果、銀の光電子ピーク(Ag 3d 5/2)の結合エネルギー値は銀に帰属される368.4eVのみで、露光により酸化銀は銀に還元された。
実施例3と同様に撥液性付与剤を作製した。
次に、酸化チタン無機コーティング剤(ST―K03 石原産業製)を水とイソプロパノールとの混合液(重量比=1:1)にてTiO2濃度が0.5wt%となるように希釈した。この液に撥液性付与剤を0.15gと水5gとを添加して、10分間攪拌しパターン形成体用塗工液とした。
実施例2と同様にガラス基板上に特性変化層を形成し、この特性変化層の水との接触角を測定したところ、98°であった。次に、超高圧水銀ランプ(365nm、37mW/cm2)を用いて露光すると18秒では水の接触角は75°であり、57秒で水との接触角が10°以下になった。
実施例3と同様にガラス基板上に特性変化層を形成した。次にフォトマスク(20μmのライン、80μmのスペース)を介して超高圧水銀ランプ(365nm、37mW/cm2)を用いて18秒露光することにより、フォトマスクに順じた濡れ性パターンを得た。
この際、カラーフィルタ用赤色顔料分散熱硬化型樹脂組成物との接触角を測定したところ、未露光部は60°であり、露光部は10°以下であった。
この濡れ性が変化した部位にインクジェット法により赤色顔料分散熱硬化型樹脂組成物を塗出することにより濡れ性が変化した部位に濡れ広がった。緑、青色顔料分散熱硬化型樹脂組成物を同様に吐出し、200℃、30分加熱することによりカラーフィルタを得た。
2…特性変化層
3…特性変化パターン
Claims (23)
- 基材と、前記基材上に形成され、少なくとも光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有し、かつエネルギー照射により特性が変化する特性変化層とを有し、前記特性変化層は前記特性変化層の特性がパターン状に変化した特性変化パターンを有することを特徴とするパターン形成体。
- 前記金属化合物微粒子の粒径が、1nm〜100nmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のパターン形成体。
- 前記金属化合物微粒子中に含有される金属が、パラジウム、銀、銅、白金、鉛、スズ、ニッケル、コバルト、およびカドミウムから選択される1種または2種以上の物質であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパターン形成体。
- 前記金属化合物微粒子が、金属酸化物微粒子であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体。
- 前記特性付与剤が、前記特性変化層のバインダとして用いられることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体。
- 前記特性付与剤が、オルガノポリシロキサンであることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体。
- 前記オルガノポリシロキサンが、YnSiX(4−n)(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基、クロロアルキル基、イソシアネート基、もしくはエポキシ基、またはこれらを含む有機基であり、Xはアルコキシル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることを特徴とする請求項6に記載のパターン形成体。
- 前記特性付与剤が、撥液性を有する撥液性付与剤であり、前記特性変化層がエネルギー照射により、液体との接触角が低下するように濡れ性が変化する濡れ性変化層であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体。
- 請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体の前記特性変化パターン上に機能性部が形成されていることを特徴とする機能性素子。
- 請求項9に記載の機能性素子の前記機能性部が画素部であることを特徴とするカラーフィルタ。
- 請求項9に記載の機能性素子の前記機能性部が金属配線であることを特徴とする導電性パターン。
- 請求項9に記載の機能性素子の前記機能性部が有機エレクトロルミネッセント層であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
- 請求項9に記載の機能性素子の前記機能性部が生体物質と付着性を有することを特徴とするバイオチップ用基材。
- 光触媒、金属化合物微粒子、および特性付与剤を含有することを特徴とするパターン形成体用塗工液。
- 前記金属化合物微粒子の平均粒径が1nm〜100nmの範囲内であることを特徴とする請求項14に記載のパターン形成体用塗工液。
- 前記金属化合物微粒子に含有される金属が、パラジウム、銀、銅、白金、鉛、スズ、ニッケル、コバルト、およびカドミウムから選択される1種または2種以上の物質であることを特徴とする請求項14または請求項15に記載のパターン形成体用塗工液。
- 前記金属化合物微粒子が、金属酸化物であることを特徴とする請求項14から請求項16までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体用塗工液。
- 前記特性付与剤が、オルガノポリシロキサンであることを特徴とする請求項14から請求項17までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体用塗工液。
- 前記オルガノポリシロキサンが、YnSiX(4−n)(ここで、Yはアルキル基、フルオロアルキル基、ビニル基、アミノ基、フェニル基、クロロアルキル基、イソシアネート基、もしくはエポキシ基、またはこれらを含む有機基であり、Xはアルコキシル基またはハロゲンを示す。nは0〜3までの整数である。)で示される珪素化合物の1種または2種以上の加水分解縮合物もしくは共加水分解縮合物であるオルガノポリシロキサンであることを特徴とする請求項18に記載のパターン形成体用塗工液。
- 前記特性付与剤が、撥液性を有し、かつエネルギー照射に伴う光触媒の作用により分解または変性される撥液性付与剤であることを特徴とする請求項14から請求項19までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体用塗工液。
- 前記金属化合物微粒子が、金属化合物コロイド液として添加されたものであることを特徴とする請求項14から請求項20までのいずれかの請求項に記載のパターン形成体用塗工液。
- 光触媒と、金属微粒子または金属化合物微粒子と、特性付与剤とを混合してパターン形成体用塗工液を調整する塗工液調整工程と、
基材上に、前記パターン形成体用塗工液を塗布する塗工液塗布工程と、
前記塗工液塗布工程により塗布されたパターン形成体用塗工液を乾燥させて、前記光触媒と、金属化合物微粒子と、前記特性付与剤とを含有する特性変化層を形成する乾燥工程と、
前記特性変化層にエネルギーを照射して、前記特性変化層の特性が変化した特性変化パターンを形成する特性変化パターン形成工程と
を有することを特徴とするパターン形成体の製造方法。 - 前記塗工液調整工程の前記金属微粒子または金属化合物微粒子が、金属コロイド液または金属化合物コロイド液として添加されることを特徴とする請求項22に記載のパターン形成体の製造方法。
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