JP3991829B2 - パターン形成方法およびこのパターン形成方法を用いて製造されたデバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材の表面に微細な凹凸を形成するのに好適なパターン形成方法およびこれを用いたデバイスおよびデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば特開２００１−３０１２６７号公報には、硬化性または発泡性のインクを積層印刷することによって、凹凸を有する画像を形成する方法が記載されている。
しかしながらこの方法では、基材上にインクを部分的に重ね塗りすることによってインク表面に標高差を設けるため、微細な凹凸形状や複雑な凹凸形状を形成することが難しかった。
【０００３】
本発明の課題は、基材の表面に微細な凹凸形状や複雑な凹凸形状を自在に形成できるようにしたパターンの形成方法およびこれによって得られるデバイスを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のパターン形成方法は、基材の表面上に、液体材料からなる複数の液滴を設ける工程と、前記液滴を硬化させてパターンを形成する工程を有し、前記複数の液滴の、前記基材の表面に対する接触角に差を設けることによって前記パターンに高低差を設けるパターン形成方法であって、前記複数の液滴を構成する液体材料として、界面活性剤の種類および含有量の少なくとも１つが異なる複数の液体材料を用いることを特徴とする。
【０００５】
かかる方法によれば、基材の表面上に設けられた複数の液滴の立体形状が、各液滴の基材表面に対する接触角に応じて異なるので、基材の表面上には立体形状が異なる液滴が複数設けられる。したがって、これらの液滴を硬化させることにより高低差を有するパターンが形成され、基材の表面に凹凸が形成される。
また、パターンの高低差は、個々の液滴の立体形状を変えることによって容易に制御でき、液滴の立体形状は該液滴と基材表面との接触角によって制御できるので、基材上に微細な凹凸形状や複雑な凹凸形状を自在に形成することができる。
ここで、基材の表面に対する液滴の接触角とは、図２に示すように、基材（固体）Ｓと液滴（液体）Ｌと蒸気の３者が接触する点Ａにおいて、液滴（液体）Ｌの表面の接線と基材（固体）Ｓの表面とがなす角度θをいう。
【０００６】
基材表面に対する液滴の接触角は、液滴を構成する液体材料の組成、液滴の液量（体積）、基材表面の改質処理、およびこれらの組み合わせによって制御可能である。
すなわち、基材の表面上に設けられる複数の液滴を構成する液体材料として、組成が異なる複数の液体材料を用いることによって、基材表面に対する液滴の接触角に差を設けることができる。
液体材料の組成を異ならせるとは、例えば溶剤の種類および含有量の少なくとも１つを異ならせるのが接触角に差を設けるうえで有効であり、界面活性剤を含有する場合にはその種類および含有量の少なくとも１つを異ならせるのも有効である。溶剤および界面活性剤の両方を異ならせてもよい。
また、組成が異なる複数の液体材料として、色調が異なる複数の液体材料を用いれば、基材表面に凹凸を形成できるだけでなく、所望の画像を描画することができるので、表面に凹凸を有し立体感のある画像を形成することができる。
【０００７】
また、基材の表面上に設けられる複数の液滴の液量に差を設けることによっても、基材表面に対する液滴の接触角に差を設けることができる。液体材料の組成を異ならせるとともに、液滴の液量を異ならせてもよい。
【０００８】
また、基材の表面に対して、予め改質処理を行うとともに、該改質処理を面内不均一に行うことによっても、基材表面に対する液滴の接触角に差を設けることができる。液体材料の組成および液量の少なくとも１つを異ならせるとともに、基材に対して面内不均一な改質処理を行ってもよい。
【０００９】
また本発明は、基材の表面上に、本発明のパターン形成方法を用いてパターンを形成することにより製造されるデバイスを提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。図１は本発明のパターン形成方法を説明するための図で、基材１の表面上に複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…が設けられた状態を模式的に示す断面図である。
本発明の方法によりパターンを形成するには、まず基材１を用意する。
基材１は、その表面上に液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…からなるパターンを形成可能なものであればよく、表面が平坦な基材や、表面が曲面状の基材であってもよい。また基材の材質は、パターンを形成する表面の硬度が硬い必要はなく、ガラスやプラスチック、金属以外に、フィルム、紙、ゴム等可撓性を有するものであってもよい。
【００１１】
基材１の表面上に液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を設ける工程に先立って、基材１の表面に対して改質処理を行ってもよい。この改質処理は、基材１の表面エネルギーを増加または減少させて基材１の表面の親液性を増大または低減させるもので、周知の手法を適宜用いることができる。液滴の物性が一定である場合、基材１の表面エネルギーが増大するほど液滴の基材１表面に対する接触角θは小さくなり、基材１の表面エネルギーが減少するほど前記接触角θは大きくなる。
基材１表面の改質処理の手法としては、例えば、紫外線を照射する方法、オゾン雰囲気中に曝す方法、各種ガスを適宜用いた真空プラズマ照射を行う方法、各種ガスを適宜用いた常圧（大気圧）プラズマ照射を行う方法、カップリング剤を用いて表面処理する方法等が挙げられる。
【００１２】
基材１の表面に対する改質処理は、表面全体に均一に行ってもよいが、面内において不均一とすれば、これによって基材１の表面上に設けられる複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…の、基材１表面に対する接触角θに差を設けることができる。
前記改質処理を面内不均一に行う場合、得ようとするパターンの立体形状に応じて、基板１上の所定の箇所で所定の接触角θが達成されるように、基材１の表面を改質することが好ましい。具体的には、基材１の表面を略液滴１個分の領域（ドット）毎に分割したドットマップを仮想的に形成し、該ドットマップとパターン形状に関するデータとを対応させて、各ドット単位で基材１の改質状態を設定することが好ましい。
なお、本発明において、前記改質処理を面内均一に行った場合は、複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を構成する液体材料の組成を変えることによって、液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…の、基材１表面に対する接触角θに差を設けることが必要である。
【００１３】
次に、基材１の表面上に、液体材料からなる複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を設ける。好ましくは、インクジェットヘッド等の液滴吐出手段を用いて液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を設ける。具体的には、基材１の表面を略液滴１個分の領域（ドット）毎に分割したドットマップを仮想的に形成し、各ドットに対応して液滴を設けることが好ましい。
液体材料は、液滴吐出手段から吐出可能で、基材１の表面上に所望の接触角θで液滴２ａ（２ｂ、２ｃ）を形成し得る物性を有するものであればよい。
例えば液滴吐出手段としてインクジェットヘッドを用いる場合、液体材料は、周知のインクジェット用インクの調製方法に従って調製することができる。既知のインクジェット用インクを適宜用いてもよく、要求される物性を満たす範囲で既知のインクジェット用インクの組成の一部を変更して用いてもよい。
【００１４】
液体材料には種々の物質が利用できるが、エネルギーの付与により硬化可能であり、吐出直後と硬化後の体積や形状が大きく変化しない物質であることが好ましい。このような物質としては、例えば、紫外線硬化型樹脂がある。紫外線硬化型樹脂としては、アクリル系樹脂が好適である。紫外線硬化型アクリル系樹脂の基本組成の具体例としては、プレポリマーまたはオリゴマー、モノマー、光重合開始剤があげられる。
インクジェット法における吐出特性の改善や、基材１上での液滴の形状の調整のために、溶剤を加えて粘度を調整してもよい。溶剤成分としては、特に限定されるものではなく、種々の有機溶剤、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、メトキシメチルプロピオネート、エトキシエチルプロピオネート、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、エチルラクテート、エチルピルビネート、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、キシレン、トルエン、アセトン、ブチルアセテート等から選ばれる一種または複数種の利用が可能である。
【００１５】
本発明においては、複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…の、基材１表面に対する接触角θに差を設けるために、組成が異なる複数の液体材料を用いて複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を設けることが好ましい。また液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…の液量を異ならせることによっても接触角θに差を設けることができる。
具体的には、前記ドットマップとパターン形状に関するデータとを対応させて、各ドット単位で所望の液滴の立体形状が得られるように、液体材料の組成や液滴の液量を設定することが好ましい。
【００１６】
液体材料の組成を異ならせる際、液体材料中の溶剤、界面活性剤、および色調の少なくとも１つの組成を異ならせることが好ましい。
液体材料中の溶剤の種類および含有量を変化させると、液体材料の粘度が変化し、これによって液体材料を基板１上に吐出して形成される液滴２ａ（２ｂ、２ｃ…）の表面張力が変化するので、前記接触角θを変化させることができる。
【００１７】
液体材料には界面活性剤が含有されていなくてもよいが、界面活性剤を添加することにより、液体材料を基板１上に吐出して形成される液滴２ａ（２ｂ、２ｃ…）の前記接触角θを小さくすることができる。界面活性剤としては、例えば、従来のインクジェット用インクに用いられている界面活性剤を使用することができ、具体例としては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系、陰イオン系、陽イオン系、フッソ系、シリコン系、高分子系等の界面活性剤等が挙げられる。液体材料における界面活性剤の含有量が多いほど前記接触角θは小さくなる。
【００１８】
液体材料の色調は、液体材料に添加する顔料あるいは染料の種類や組成を変えることによって変化させることができる。顔料としては、例えば、従来のインクジェット用インクに用いられている顔料を使用することができ、具体例としては、白黒用としては、ファーネスブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック類、または銅、鉄、酸化チタン等の金属類あるいは金属酸化物、オルトニトロアニリンブラック等の有機顔料が挙げられる。更にカラー用としては、トルイジンレッド、パーマネントカーミンＦＢ、ファストイエロＡＡＡ、ジスアゾオレンジＰＭＰ、レーキレッドＣ、ブリリアントカーミン６Ｂ、フタロシアニンブルー、キナクリドンレッド、ジオキサンバイオレット、ピクトリアピュアブルー、アルカリブルートナー、ファーストイエロー１０Ｇ、ジスアゾエローＡＡＭＸ、ジスアゾエローＡＡＯＴ、ジスアゾエローＡＡＯＡ、黄色酸化鉄、ジスアゾエローＨＲ、オルトニトロアニリンオレンジ、ジニトロアニリンオレンジ、バルカンオレンジ、トルイジンレッド、塩素化パラレッド、ブリリアントファーストスカーレット、ナフトールレッド２３、ピラゾロンレッド、バリウムレッド２Ｂ、カルシウムレッド２Ｂ、ストロンチウムレッド２Ｂ、マンガンレッド２Ｂ、バリウムリソームレッド、ピグメントスカーレッド３Ｂレーキ、レーキボルドー１０Ｂ、アンソシン３Ｂレーキ、アンソシン５Ｂレーキ、ローダミン６Ｇレーキ、エオシンレーキ、べんがら、ファフトールレッドＦＧＲ、ローダミンＢレーキ、メチルバイオレッドレーキ、ジオキサジンバイオレッド、ベーシックブルー５Ｂレーキ、ベーシックブルー６Ｇレーキ、ファストスカイブルー、アルカリブルーＲトナー、ピーコックブルーレーキ、紺青、群青、レフレックスブルー２Ｇ、レフレックスブルーＲ、ブリリアントグリーンレーキ、ダイアモンドグリーンチオフラビンレーキ、フタロシアニングリーンＧ、グリーンゴールド、フタロシアニングリーンＹ、酸化鉄粉、さびこ、亜鉛華、酸化チタン、炭酸カルシウム、クレー、硫酸バリウム、アルミナホワイト、アルミニウム粉、ブロンズ粉、昼光けい光顔料、パール顔料、ナフトールカーミンＦＢ、ナフトールレッドＭ、パーマネントカーミンＦＢ、ファストエロＧ、ジスアゾエローＡＡＡ、ジスアゾオレンジＰＭＰ、レーキレッドＣ、ジオキサンバイオレッド、アルカリブルーＧトナー等、その他顔料表面を樹脂等で処理したグラフトカーボン等の加工顔料等が使用できる。また、染料としては例えば、アクリジン染料、アニリンブラック染料、アントラキノン染料、アジン染料、アゾメチン染料、ベンゾー及びナフトキノン染料、インジゴイド染料、インドフェノール染料、インドアニリン染料、インダミン染料、ロイコ染料、ナフタールイミド染料、ニグロシン染料、インジュリン染料、ニトロ及びニトロソ染料、オキサジン及びジオキサジン染料、酸化染料、フタロシアニン染料、ポリメチン染料、キノフタロン染料、硫化染料、トリ及びジアクリルメタン染料、チアジン染料、チアゾール染料、キサンテン染料、シアニン染料、等の染料が使用できる。
【００１９】
例えば、組成が異なる第１の液体材料、第２の液体材料、第３の液体材料…を用いる場合、液体材料の種類の数と同じ数のインクジェットヘッド３ａ、３ｂ、３ｃ…を使用し、まず第１のインクジェットヘッド３ａにより第１の液体材料を前記ドットマップ上の所定位置に所定の液量で吐出して、基板１の表面上に第１の液滴２ａを１以上設ける。続いて、第２のインクジェットヘッド３ｂにより、基板１の表面上の前記第１の液滴２ａを設けた位置とは異なる所定の位置に所定の液量で、第２の液体材料を吐出して第２の液滴２ｂを１以上設ける。さらに、第３のインクジェットヘッド３ｃにより、基板１の表面上の前記第１の液滴２ａおよび第２の液滴２ｂを設けた位置とは異なる所定の位置に所定の液量で、第３の液体材料を吐出して第３の液滴２ｃを１以上設けるというように、複数種の液体材料をそれぞれ異なるインクジェットヘッドにより吐出して、前記パターンデータに対応する複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を設けることが好ましい。
【００２０】
次に、基材１の表面上に設けられた液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を硬化させる。液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…の硬化は、液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を構成している液体材料の組成に応じて周知の手法を適宜用いて行うことができる。例えば、複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を吐出した後に、放置または積極的に加熱して、液滴に含まれる溶剤を揮発させることによって液滴を硬化させることができる。
また、先に設けられた液滴に隣接して他の液滴を設ける際には、液滴どうしが接触しても所望の接触角が得られるようにする。そのためには隣接する液滴どうしが接触したときに液滴が変形しないことが好ましく、必要であれば、任意の液滴を吐出する工程と、他の液滴を吐出する工程との間に、吐出直後の液滴中の溶剤を揮発させて、該液滴を半硬化状態または硬化状態とする乾燥工程を設けてもよい。
【００２１】
基材１上に設けられた複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…を全て硬化させることにより、基材１上には硬化した複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…からなるパターンが形成される。基材１上に設けられた複数の液滴２ａ、２ｂ、２ｃ…の立体形状は、各液滴の基材表面に対する接触角θに応じて異なるので、基材１上に形成されたパターンは高低差を有する形状となる。
【００２２】
したがって、基材１の表面に、各種形状の凹凸を自在に形成することができ、基材１の表面の質感や手触りを自在に変化させることができる。
特に、個々の液滴毎に基材表面との接触角θを制御することができ、したがって前記ドットマップ上の各ドット単位でパターンの高低差を制御可能であるので、なだらかな凹凸形状や複雑な凹凸形状を有するパターンを形成することができる。
また、液体材料を変化させずに液量を変化させて、同じ液体材料で接触角θが異なる液滴を形成すれば、材質が同じで凹凸形状が異なるパターンが形成される。そして、該液体材料が着色されている場合には、凹凸形状が異なることによって光の反射状態が異なるので、これにより色調や光沢を微妙に変化させることができ、つや消し効果を得ることもできる。
【００２３】
本発明のパターン形成方法は、ガラス、プラスチック、金属、フィルム、紙、ゴム、セラミック等の各種の基材に適用可能であり、本発明のパターン形成方法により形成されたパターン有するガラス加工品、プラスチック加工品、金属加工品、フィルム加工品、紙加工品、ゴム加工品、セラミック加工品等、各種のデバイスが得られる。例えば基材１として紙材を用い、和紙のような手触りを有する紙加工品を得ることが可能である。
【００２４】
また、本発明のパターン形成方法は、基材上に所定のパターンが形成された構成を有するデバイスの製造に好適に用いることができ、特に形成しようとするパターンに高低差や微細な凹凸があるものに好適である。
本発明におけるデバイスの具体例としては、プラスチック製のパネル等が挙げられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基材上に設ける複数の液滴の、基材の表面に対する接触角に差を設けることによってパターンに高低差を設けるので、基材の表面に微細な凹凸形状や複雑な凹凸形状を自在に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るパターンの形成方法を説明するための断面模式図である。
【図２】 接触角を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基材
２ａ、２ｂ、２ｃ…液滴
３ａ、３ｂ、３ｃ…インクジェットヘッド

Claims (6)

1. 基材の表面上に、液体材料からなる複数の液滴を設ける工程と、前記液滴を硬化させてパターンを形成する工程を有し、
   前記複数の液滴の、前記基材の表面に対する接触角に差を設けることによって前記パターンに高低差を設けるパターン形成方法であって、
   前記複数の液滴を構成する液体材料として、界面活性剤の種類および含有量の少なくとも一つが異なる複数の液体材料を用いることを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記複数の液体材料として、溶剤の種類および含有量のすくなくとも１つが異なる複数の液体材料を用いることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
3. 前記複数の液体材料として、色調が異なる複数の液体材料を用いることを特徴とする請求項１または２に記載のパターン形成方法。
4. 前記基材の表面上に設けられる前記複数の液滴の液量に差を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパターン形成方法。
5. 前記基材の表面に対して、改質処理を、面内不均一に行う工程を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパターン形成方法。
6. 基材の表面上に、請求項１〜５のいずれかの方法を用いてパターンを形成することにより製造されたことを特徴とするデバイス。

Images