JP4231685B2 - Method for producing pattern forming body - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタをはじめとして各種の用途に使用可能な、表面に特性の異なるパターンを有するパターン形成体の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、基材上に図案、画像、文字、回路等の種々のパターンを形成するパターン形成体の製造方法としては、各種のものが製造されている。
【0003】
このような、高精細なパターン形成体としては、本発明者等による光触媒を利用したパターン形成体およびその製造方法が提案されている(例えば、特許文献1)。これによれば、パターン露光により特性の異なるパターンが形成されたパターン形成体を得ることが可能であるため、容易にかつ精度良くパターン形成体を得ることができる。このような特性の異なるパターンを有するパターン形成体の特性の差を利用して種々の機能性素子を製造することができるので、カラーフィルタやマイクロレンズ等の機能性素子を効率よくかつ高品質で得ることができるという効果を奏するものである。
【0004】
しかしながら、上記の方法においては、光触媒とパターン形成体との間に間隙があるため、光触媒の作用により発生する活性酸素種が拡散し、パターン形成体上に得られるパターンのコントラストあるいは輪郭がぼやけるという精度面の問題点を有する場合もあった。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−249821号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のことから、高精細なパターンを容易に形成可能なパターン形成体の製造方法を提供することが望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、請求項1に記載するように、光触媒を含有する光触媒含有層および基材を有する光触媒含有層側基板と、上記光触媒含有層中の光触媒の作用により特性が変化する特性変化層を有するパターン形成体用基板とを、上記光触媒含有層および上記特性変化層の間に、所望のパターン状に小孔を有する厚さ2mm以下のマスクを介在させて配置した後、所定の方向からエネルギーを照射することにより、エネルギー照射された部分の上記特性変化層の特性を変化させ、次いで上記光触媒含有層側基板および上記マスクを取り外すことにより、上記特性変化層上に特性の変化したパターンを有するパターン形成体を得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。
【0008】
本発明によれば、光触媒含有層および特性変化層の間に所定のパターンを有したマスクを介在させて配置した後、エネルギーを照射することにより、上記光触媒含有層から発生する活性酸素種が、上記マスクの小孔を通して拡散せずに上記特性変化層に到達する。これにより、活性酸素種が到達した部分のみの特性を変化させることが可能となる。また、発生した活性酸素種の濃度が高い状態で、特性変化層の特性を変化させることが可能であることから、短時間で効率よく、高精細に特性の変化したパターンを有するパターン形成体とすることが可能となるのである。
【0009】
上記請求項1に記載の発明においては、請求項2に記載するように、上記光触媒層および上記特性変化層の間に、上記マスクを密着させて配置することが好ましい。これにより、より活性酸素種の濃度が高い状態で、特性変化層の特性を変化させることができ、より効率よく特性の変化したパターンを有するパターン形成体とすることが可能となるからである。
【0010】
また、上記請求項1または請求項2に記載された発明においては、請求項3に記載するように、上記マスクが、金属からなることが好ましい。上記マスクが金属であれば、目的とするパターン状に小孔を形成することが容易となるからである。
【0011】
上記請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項4に記載するように、上記光触媒含有層が、光触媒からなる層であってもよい。上記光触媒含有層が、光触媒のみからなる層であれば、特性変化層の特性を効率的に変化させることが可能となるからである。
【0012】
上記請求項4に記載された発明においては、請求項5に記載するように、上記光触媒含有層が、光触媒を真空成膜法により基材上に成膜してなる層であることが好ましい。このように真空成膜法により光触媒含有層を形成することにより、表面の凹凸が少なく均一な膜厚の均質な光触媒含有層とすることができ、特性変化層表面の特性を均一にかつ高効率で変化させることが可能となるからである。
【0013】
また、上記請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項6に記載するように、上記光触媒含有層が、光触媒とバインダとを有する層であってもよい。このようにバインダを用いることにより、比較的容易に光触媒含有層を形成することが可能となり、結果的に低コストでパターン形成体の製造を行うことができるからである。
【0014】
上記請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項7に記載するように、上記光触媒が、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、および酸化鉄(Fe2O3)から選択される1種または2種以上の物質であることが好ましく、中でも請求項8に記載するように、上記光触媒が酸化チタン(TiO2)であることが好ましい。これは、二酸化チタンのバンドギャップエネルギーが高いため光触媒として有効であり、かつ化学的にも安定で毒性もなく、入手も容易だからである。
【0015】
上記請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項9に記載するように、上記パターン形成体用基板が、基体と、上記基体上に形成された特性変化層とを有するものであってもよい。特性変化層の強度が弱く、また上記特性変化層が自己支持性を有さないような場合は、基体上に形成されていることが好ましいからである。
【0016】
上記請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項10に記載するように、上記特性変化層が、上記光触媒含有層中の光触媒の作用により、エネルギー照射された際に、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ってもよい。上記特性変化層が、濡れ性変化層であることにより、エネルギー照射された領域を親液性領域、エネルギー未照射の領域を撥液性領域とすることが可能となる。これにより、この濡れ性の差を利用して、親液性領域のみに、例えば機能性部を形成する機能性部用組成物等を付着させることが可能となるからである。
【0017】
上記請求項10に記載された発明においては、請求項11に記載するように、上記濡れ性変化層上における表面張力40mN/mの液体との接触角が、エネルギー照射されていない部分において10°以上であり、エネルギー照射された部分において9°以下であることが好ましい。上記濡れ性変化層のエネルギーが照射されていない部分の液体との接触角が、10°以下である場合は、撥液性が不十分であり、エネルギーが照射された部分の液体との接触角が、9°以上である場合には、例えばパターン形成体上に、上記濡れ性の差を利用して機能性素子を形成する場合に、機能性部を形成する機能性部用組成物等の広がりが劣る等の可能性があるからである。
【0018】
上記請求項10または請求項11に記載された発明においては、請求項12に記載するように、上記濡れ性変化層が、オルガノポリシロキサンを含有する層であることが好ましい。本発明において、濡れ性変化層に要求される特性としては、エネルギー照射されていない場合は撥液性であり、エネルギー照射された場合は対向する光触媒含有層中の光触媒の作用により親液性となるといった特性である。このような特性を濡れ性変化層に付与する材料として、オルガノポリシロキサンを用いることが好ましいからである。
【0019】
上記請求項12に記載された発明においては、請求項13に記載するように、上記オルガノポリシロキサンが、フルオロアルキル基を含有するポリシロキサンであることが好ましい。このようにフルオロアルキル基を含有するものであれば、エネルギー照射部分とエネルギー未照射部分との濡れ性の差を大きくすることが可能となるからである。
【0020】
上記請求項12または請求項13に記載された発明においては、請求項14に記載するように、上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、フェニル基またはエポキシ基を示し、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が好ましい。このようなオルガノポリシロキサンを用いることにより、上述したような濡れ性の変化に対する特性を発揮することができるからである。
【0021】
上記請求項10から請求項14までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項15に記載するように、上記パターン形成体用基板が、自己支持性を有する濡れ性変化層からなるものであってもよい。濡れ性変化層が自己支持性を有するものであれば、基体等を用いる必要がなく、例えば市販の樹脂板を用いれば、安価にパターン形成体を製造することができるからである。
【0022】
上記請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項16に記載するように、上記特性変化層が、上記光触媒含有層中の光触媒の作用により、エネルギー照射された際に、分解除去される分解除去層であることが好ましい。上記特性変化層が分解除去層であることにより、上記エネルギー照射により、表面に凹凸を形成することが可能となる。これにより、この凹凸を利用して、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する際に、インクジェット法等により、容易に機能性部用組成物を付着させることが可能となるのである。
【0023】
上記請求項16に記載された発明においては、請求項17に記載するように、上記分解除去層に対する液体の接触角と、上記分解除去層が分解除去されて露出する上記基体に対する液体の接触角とが、異なるものであることが好ましい。これにより、例えば上記エネルギー照射されて露出した基体を親液性領域、エネルギー未照射の分解除去層が残存する部分を撥液性領域とすることが可能となり、容易に上記凹凸だけでなく、濡れ性の差も利用して、例えばパターン形成体上に機能性部を形成することが可能となるからである。
【0024】
上記請求項16または請求項17に記載された発明においては、請求項18に記載するように、上記分解除去層が、自己組織化単分子膜、ラングミュア−ブロジェット膜、もしくは交互吸着膜のいずれかであることが好ましい。上記分解除去層が、上記の膜であることにより、比較的高い強度を有する欠陥のない膜を容易に形成することが可能となるからである。
【0025】
上記請求項16から請求項18までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項19に記載するように、上記分解除去層が分解除去されて露出した上記基体の濡れ性が、表面張力40mN/mの液体との接触角として9°以下であり、かつ上記分解除去層上においては10°以上であることが好ましい。
【0026】
本発明においては、上記分解除去層は撥液性が要求される領域であることから、上記分解除去層上の上記液体との接触角が10°以下である場合には、撥液性が十分ではないからである。また、上記エネルギーの照射に伴う光触媒の作用により上記分解除去層が分解除去されて露出する上記基体は、親液性が要求される領域であり、上記液体との接触角が10°以上ある場合には、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する際に、親液性領域に機能性部を形成する機能性部用組成物が塗れ広がらない可能性が高いからである。
【0027】
上記請求項1から請求項19までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項20に記載するように、上記エネルギー照射が、光触媒含有層を加熱しながらなされることが好ましい。光触媒を加熱することにより、光触媒の感度が向上し、特性変化層上の特性を効率的に変化させることが可能となるからである。
【0028】
上記請求項1から請求項20までのいずれかの請求項に記載された発明においては、請求項21に記載するように、上記特性変化層が、光触媒を含まない層であることが好ましい。上記特性変化層が、光触媒を含まない層であることにより、パターン形成体が、経時的に光触媒の影響を受ける心配をする必要がなく、長期間に渡り問題なく使用することが可能だからである。
【0029】
【発明の実施の形態】
本発明は、パターン形成体の製造方法に関するものであり、以下詳細に説明する。
【0030】
本発明のパターン形成体の製造方法は、光触媒を含有する光触媒含有層および基材を有する光触媒含有層側基板と、上記光触媒含有層中の光触媒の作用により特性が変化する特性変化層を有するパターン形成体用基板とを、上記光触媒含有層および上記特性変化層の間に、所望のパターン状に小孔を有する厚さ2mm以下のマスクを介在させて配置した後、所定の方向からエネルギーを照射することにより、エネルギー照射された部分の上記特性変化層の特性を変化させ、次いで上記光触媒含有層側基板および上記マスクを取り外すことにより、上記特性変化層上に特性の変化したパターンを有するパターン形成体を得ることを特徴とするものである。
【0031】
本発明のパターン形成体の製造方法は、例えば図1に示すように、まず基材1および基材1上に形成された光触媒含有層2を有する光触媒含有層側基板3と、基体4および基体4上に形成された特性変化層5を有するパターン形成体用基板6とを用意する(図1(a))。
【0032】
次に、上記光触媒含有層2と上記特性変化層5との間に、小孔7を有するマスク8を配置して、所定の方向からエネルギー9を照射する(図1(b))。このエネルギー9が照射されたことにより、光触媒含有層2中の光触媒が活性化され、活性酸素種が発生する。この際、上記光触媒含有層2および上記特性変化層5の間にマスク8が配置されていることから、光触媒含有層2上で発生した活性酸素種は、拡散せずに特性変化層5に到達し、特性を変化させる。これにより、高濃度の活性酸素種の存在下で、特性変化層5の特性を変化させることができ、効率よく特性変化層5の特性を変化させることが可能となる。また特性変化層5上のマスク8とを密着させた場合には、小孔7のパターン形成部以外には活性酸素種が到達しないことから、より高精細なパターンを形成することが可能となる。
【0033】
その後、光触媒含有層側基板3およびマスク8を取り外すことにより、特性変化層5上に特性の変化したパターン10が形成されたパターン形成体とすることが可能となる(図1(c))。
【0034】
以下、本発明のパターン形成体の製造方法における各構成について説明する。
【0035】
1.パターン形成体用基板
まず、本発明に用いられるパターン形成体用基板について説明する。本発明に用いられるパターン形成体用基板は、光触媒の作用により特性が変化する特性変化層を有するものであれば、その構造等は特に限定されるものではなく、特性変化層のみで形成されていてもよく、また図1に示すように、基体4上に特性変化層5が形成されたものであってもよい。以下、本発明に用いられるパターン形成体用基板の各構成について説明する。
【0036】
(1)特性変化層
まず、本発明における特性変化層について説明する。本発明の特性変化層とは、後述する光触媒含有層の作用により特性が変化する層であれば、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンなどのポリマー材料等を用いることにより、エネルギー照射した部分が光触媒の作用により、極性基が導入されたり、表面の状態が粗い状態となったりして種々の物質との接着性が向上するようにした層を特性変化層としてもよい。このように特性変化層を接着性が変化する接着性変化層とすることにより、エネルギー照射により接着性の良好なパターンを形成することが可能となり、機能性部を容易に形成することが可能なパターン形成体とすることが可能となるからである。
【0037】
また、本発明における特性変化層は、自己支持性を有するものであっても、自己支持性のないものであってもよい。なお、本発明でいう自己支持性を有するとは、他の支持材無しで有形な状態で存在し得ることをいうこととする。特性変化層が自己支持性を有するものである場合には、特性変化層を後述する基体上に形成する必要がなく、市販の樹脂製フィルムを用いることが可能であり、コスト面で有利であるといえる。
【0038】
しかしながら、特性が大幅に変化する材料で形成される特性変化層は、通常自己支持性のある材料が少なく、このような自己支持性のない材料においては、上記特性変化層を基体上に形成することが必要である。また、特性変化層を基体上に形成することにより、強度等が増し、様々なパターン形成体として使用することが可能となる。
【0039】
上述した特性変化層を基体上に形成する方法としては、乾式法、すなわち真空蒸着法等により形成されたものであってもよく、また湿式法、すなわちスピンコート法やディップコート法等の方法により形成されたものであってもよい。
【0040】
このように、特性変化層は光触媒の作用により変化する種々の特性を有する層であれば特に限定されないのであるが、本発明においては中でも特性変化層が光触媒の作用により濡れ性が変化して濡れ性によるパターンが形成される濡れ性変化層である場合、および特性変化層が光触媒の作用により分解除去され凹凸によるパターンが形成される分解除去層である場合の二つの場合が、特に得られる機能性素子等の関係からより本発明の有効性を引き出すものであるので好ましい。
【0041】
なお、本発明に用いられる特性変化層は、上述したように光触媒の作用により特性の変化する層であれば特に限定されるものではないが、特に、光触媒を含まない層であることが好ましい。このように濡れ性変化層内に光触媒が含まれなければ、その後パターン形成体を、経時的な光触媒の影響を心配する必要がなく、長期間に渡り問題なく使用することが可能だからである。
【0042】
以下、この濡れ性変化層および分解除去層について説明する。
【0043】
a.濡れ性変化層
本発明における濡れ性変化層は、上記光触媒の作用により表面の濡れ性が変化する層であれば特に限定されるものではないが、一般にはエネルギー照射に伴う光触媒の作用により、その濡れ性変化層表面における液体との接触角が低下するように濡れ性が変化する層であることが好ましい。
【0044】
このように、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とすることにより、エネルギー照射により液体との接触角の小さい親液性領域のパターンを形成することが可能となる。これにより、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する際に、この親液性領域に例えばインクジェット法等により、機能性部用組成物等を付着させることにより、容易に機能性素子を形成することが可能となるのである。
【0045】
ここで、親液性領域とは、液体との接触角が小さい領域であり、例えば機能性部用組成物等に対する濡れ性の良好な領域をいうこととする。また、撥液性領域とは、液体との接触角が大きい領域であり、機能性部を形成する機能性部用組成物等に対する濡れ性が悪い領域をいうこととする。
【0046】
なお、本発明においては、隣接する領域の液体との接触角より、液体との接触角が1°以上低い場合には親液性領域、隣接する領域の液体との接触角より、液体との接触角が1°以上高い場合には撥液性領域とすることとする。
【0047】
ここで、上記エネルギー照射により形成される親液性領域と、エネルギー未照射の撥液性領域との、機能性部を形成する機能性部用組成物に対する接触角が、少なくとも1°以上、好ましくは5°以上、特に10°以上異なることが好ましい。
【0048】
また、上記濡れ性変化層は、エネルギー照射していない部分、すなわち撥水性領域においては、表面張力40mN/mの液体との接触角が10°以上、好ましくは表面張力30mN/mの液体との接触角が10°以上、特に表面張力20mN/mの液体との接触角が10°以上の濡れ性を示すことが好ましい。エネルギー照射していない部分は、本発明においては撥液性が要求される部分であることから、液体との接触角が小さい場合は、撥液性が十分でなく、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する際に、上記機能性部用組成物が残存する可能性が生じるため好ましくないからである。
【0049】
また、上記濡れ性変化層は、エネルギー照射すると液体との接触角が低下して、表面張力40mN/mの液体との接触角が9°以下、好ましくは表面張力50mN/mの液体との接触角が10°以下、特に表面張力60mN/mの液体との接触角が10°以下となるような層であることが好ましい。エネルギー照射した部分、すなわち親液性領域における液体との接触角が高いと、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する際に、この部分での機能性部用組成物の広がりが劣る可能性があり、機能性部の欠け等の問題が生じる可能性があるからである。
【0050】
なお、ここでいう液体との接触角は、種々の表面張力を有する液体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。また、この測定に際して、種々の表面張力を有する液体としては、純正化学株式会社製のぬれ指数標準液を用いた。
【0051】
また、本発明において上述したような濡れ性変化層を用いた場合、この濡れ性変化層中にフッ素が含有され、さらにこの濡れ性変化層表面のフッ素含有量が、濡れ性変化層に対しエネルギー照射した際に、上記光触媒の作用によりエネルギー照射前に比較して低下するように上記濡れ性変化層が形成されていてもよい。
【0052】
このような特徴を有する濡れ性変化層であれば、エネルギーをパターン照射することにより、容易にフッ素の含有量の少ない部分からなるパターンを形成することができる。ここで、フッ素は極めて低い表面エネルギーを有するものであり、このためフッ素を多く含有する物質の表面は、臨界表面張力がより小さくなる。したがって、フッ素の含有量の多い部分の表面の臨界表面張力に比較してフッ素の含有量の少ない部分の臨界表面張力は大きくなる。これはすなわち、フッ素含有量の少ない部分はフッ素含有量の多い部分に比較して親液性領域となっていることを意味する。よって、周囲の表面に比較してフッ素含有量の少ない部分からなるパターンを形成することは、撥液性領域内に親液性領域のパターンを形成することとなる。
【0053】
したがって、このような濡れ性変化層を用いた場合は、エネルギーをパターン照射することにより、撥液性領域内に親液性領域のパターンを容易に形成することができるので、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する際に、この親液性領域のみに機能性部を形成することが容易に可能とすることができる。
【0054】
上述したような、フッ素を含む濡れ性変化層中に含まれるフッ素の含有量としては、エネルギー照射されて形成されたフッ素含有量が低い親液性領域におけるフッ素含有量が、エネルギー照射されていない部分のフッ素含有量を100とした場合に10以下、好ましくは5以下、特に好ましくは1以下であることが好ましい。
【0055】
このような範囲内とすることにより、エネルギー照射部分とエネルギー未照射部分との濡れ性に大きな違いを生じさせることができる。したがって、このような濡れ性変化層に例えば機能性部を形成することにより、フッ素含有量が低下した親液性領域のみに正確に機能性部を形成することが可能となり、精度良く機能性素子を得ることができるからである。なお、この低下率は重量を基準としたものである。
【0056】
このような濡れ性変化層中のフッ素含有量の測定は、一般的に行われている種々の方法を用いることが可能であり、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy,ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)とも称される。)、蛍光X線分析法、質量分析法等の定量的に表面のフッ素の量を測定できる方法であれば特に限定されるものではない。
【0057】
このような濡れ性変化層に用いられる材料としては、上述した濡れ性変化層の特性、すなわちエネルギー照射により接触する光触媒含有層中の光触媒により濡れ性が変化する材料で、かつ光触媒の作用により劣化、分解しにくい主鎖を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、(1)ゾルゲル反応等によりクロロまたはアルコキシシラン等を加水分解、重縮合して大きな強度を発揮するオルガノポリシロキサン、(2)撥水牲や撥油性に優れた反応性シリコーンを架橋したオルガノポリシロキサン等のオルガノポリシロキサンを挙げることができる。
【0058】
上記の(1)の場合、一般式:
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、フェニル基またはエポキシ基を示し、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Yで示される基の炭素数は1〜20の範囲内であることが好ましく、また、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。
【0059】
また、特にフルオロアルキル基を含有するオルガノポリシロキサンが好ましく用いることができ、具体的には、下記のフルオロアルキルシランの1種または2種以上の加水分解縮合物、共加水分解縮合物が挙げられ、一般にフッ素系シランカップリング剤として知られたものを使用することができる。
【0060】
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3;
CF3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4Si(OCH3)3;
CF3(CF2)3CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)9CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7(C6H4)C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH2CH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH2CH3)3;および
CF3(CF2)7SO2N(C2H5)C2H4CH2Si(OCH3)3。
【0061】
上記のようなフルオロアルキル基を含有するポリシロキサンをバインダとして用いることにより、濡れ性変化層のエネルギー未照射部の撥液性が大きく向上し、例えばパターン形成体上に画素部を形成し、カラーフィルタとする場合に、画素部着色用のインクといった機能性部用組成物の付着を妨げる機能を発現する。
【0062】
また、上記の(2)の反応性シリコーンとしては、下記一般式で表される骨格をもつ化合物を挙げることができる。
【0063】
【化1】
【0064】
ただし、nは2以上の整数であり、R1,R2はそれぞれ炭素数1〜10の置換もしくは非置換のアルキル、アルケニル、アリールあるいはシアノアルキル基であり、モル比で全体の40%以下がビニル、フェニル、ハロゲン化フェニルである。また、R1、R2がメチル基のものが表面エネルギーが最も小さくなるので好ましく、モル比でメチル基が60%以上であることが好ましい。また、鎖末端もしくは側鎖には、分子鎖中に少なくとも1個以上の水酸基等の反応性基を有する。
【0065】
また、上記のオルガノポリシロキサンとともに、ジメチルポリシロキサンのような架橋反応をしない安定なオルガノシリコーン化合物を混合してもよい。
【0066】
本発明においては、このようにオルガノポリシロキサン等の種々の材料を濡れ性変化層に用いることができるのであるが、上述したように、濡れ性変化層にフッ素を含有させることが、濡れ性のパターン形成に効果的である。したがって、光触媒の作用により劣化・分解しにくい材料にフッ素を含有させる、具体的にはオルガノポリシロキサン材料にフッ素を含有させて濡れ性変化層とすることが好ましいといえる。
【0067】
本発明における濡れ性変化層には、さらに界面活性剤を含有させることができる。具体的には、日光ケミカルズ(株)製NIKKOL BL、BC、BO、BBの各シリーズ等の炭化水素系、デュポン社製ZONYL FSN、FSO、旭硝子(株)製サーフロンS−141、145、大日本インキ化学工業(株)製メガファックF−141、144、ネオス(株)製フタージェントF−200、F251、ダイキン工業(株)製ユニダインDS−401、402、スリーエム(株)製フロラードFC−170、176等のフッ素系あるいはシリコーン系の非イオン界面活性剤を挙げることができ、また、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、両性界面活性剤を用いることもできる。
【0068】
また、濡れ性変化層には上記の界面活性剤の他にも、ポリビニルアルコール、不飽和ポリエステル、アクリル樹脂、ポリエチレン、ジアリルフタレート、エチレンプロピレンジエンモノマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリベンズイミダゾール、ポリアクリルニトリル、エピクロルヒドリン、ポリサルファイド、ポリイソプレン等のオリゴマー、ポリマー等を含有させることができる。
【0069】
このような濡れ性変化層は、上述した成分を必要に応じて他の添加剤とともに溶剤中に分散して塗布液を調製し、この塗布液を基体上に塗布することにより形成することができる。使用する溶剤としては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶剤が好ましい。塗布はスピンコート、スプレーコート、ディッブコート、ロールコート、ビードコート等の公知の塗布方法により行うことができる。また、紫外線硬化型の成分を含有している場合、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより濡れ性変化層を形成することができる。
【0070】
また、上述したように、本発明の濡れ性変化層は自己支持性を有する材料であってもよく、自己支持性を有する材料としては、上述した材料を成膜したものが自己支持性を有するものであれば、これを用いることも可能であるが、例えば、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリビニルフロライド、アセタール樹脂、ナイロン、ABS、PTFE、メタクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリ弗化ビニリデン、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、シリコーン等を挙げることができる。
【0071】
b.分解除去層
次に分解除去層について説明する。本発明に用いられる分解除去層は、エネルギー照射された際に光触媒含有層中の光触媒の作用により、エネルギー照射された部分の分解除去層が分解除去される層であれば、特に限定されるものではない。
【0072】
このように分解除去層は、エネルギー照射した部分が光触媒の作用により分解除去されることから、現像工程や洗浄工程を行うことなく分解除去層のある部分と無い部分からなるパターン、すなわち凹凸を有するパターンを形成することができる。
【0073】
なお、この分解除去層は、エネルギー照射による光触媒の作用により酸化分解され、気化等されることから、現像・洗浄工程等の特別な後処理なしに除去されるものであるが、分解除去層の材質によっては、洗浄工程等を行ってもよい。
【0074】
また、本発明に用いられる分解除去層は、凹凸を形成するのみならず、この分解除去層が、上記基体表面と比較して、液体との接触角が高いことが好ましい。これにより、分解除去層が分解除去され、基体が露出した領域を親液性領域、上記分解除去層が残存する領域を撥液性領域とすることが可能となり、種々のパターンを形成することが容易となるからである。
【0075】
ここで、上記エネルギー照射により基体が露出した領域である親液性領域と、エネルギー未照射の残存する分解除去層からなる領域である撥液性領域との特性が、例えばパターン形成体上に機能性部を形成する場合、その機能性部を形成する機能性部用組成物が有する表面張力と同等の表面張力の液体に対する接触角において、少なくとも1°以上、好ましくは5°以上、特に10°以上異なる親液性領域および撥液性領域から形成されたパターンであることが好ましい。
【0076】
また、本発明の分解除去層表面の液体との接触角は、表面張力40mN/mの液体との接触角が10°以上、好ましくは表面張力30mN/mの液体との接触角が10°以上、特に表面張力20mN/mの液体との接触角が10°以上の値を示すことが好ましい。
【0077】
また、本発明において、特性変化層が分解除去層である場合には、後述する基体が親液性であることが好ましく、具体的には、表面張力40mN/mの液体との接触角として9°以下であることが好ましく、さらに好ましくは、表面張力40mN/mの液体との接触角として5°以下、特に好ましくは1°以下であることである。
【0078】
分解除去層および基体の濡れ性が、上記範囲内であることにより、基体が露出した領域を親液性領域、分解除去層が残存する領域を撥液性領域とすることが可能となり、高精細なパターンの形成が容易となるからである。ここで、液体との接触角は、上述した方法により測定した値である。
【0079】
この場合、後述する基体は表面を親液性となるように、表面処理したものであってもよい。材料の表面を親液性となるように表面処理した例としては、アルゴンや水などを利用したプラズマ処理による親液性表面処理が挙げられ、基体上に形成する親液性の層としては、例えばテトラエトキシシランのゾルゲル法によるシリカ膜等を挙げることができる。本発明においては、通常基体が露出した部分が親液性領域とされる。
【0080】
上記のような分解除去層に用いることができる膜としては、具体的にはフッ素系や炭化水素系の撥液性を有する樹脂等による膜を挙げることができる。これらのフッ素系や炭化水素系の樹脂は、撥液性を有するものであれば、特に限定されるものではなく、これらの樹脂を溶媒に溶解させ、例としてスピンコート法等の一般的な成膜方法により形成することが可能である。
【0081】
また、本発明においては、機能性薄膜、すなわち、自己組織化単分子膜、ラングミュア−ブロジェット膜、および交互吸着膜等を用いることにより、欠陥のない膜を形成することが可能であることから、このような成膜方法を用いることがより好ましいといえる。
【0082】
ここで、本発明に用いられる自己組織化単分子膜、ラングミュア−ブロジェット膜、および交互吸着膜について具体的に説明する。
【0083】
(i)自己組織化単分子膜
自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer)の公式な定義の存在を発明者らは知らないが、一般的に自己組織化膜として認識されているものの解説文としては、例えばAbraham Ulmanによる総説“Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers”, Chemical Review, 96, 1533-1554 (1996)が優れている。本総説を参考にすれば、自己組織化単分子膜とは、適当な分子が適当な基体表面に吸着・結合(自己組織化)した結果生じた単分子層のことと言える。自己組織化膜形成能のある材料としては、例えば、脂肪酸などの界面活性剤分子、アルキルトリクロロシラン類やアルキルアルコキシド類などの有機ケイ素分子、アルカンチオール類などの有機イオウ分子、アルキルフォスフェート類などの有機リン酸分子などが挙げられる。分子構造の一般的な共通性は、比較的長いアルキル鎖を有し、片方の分子末端に基体表面と相互作用する官能基が存在することである。アルキル鎖の部分は分子同士が2次元的にパッキングする際の分子間力の源である。もっとも、ここに示した例は最も単純な構造であり、分子のもう一方の末端にアミノ基やカルボキシル基などの官能基を有するもの、アルキレン鎖の部分がオキシエチレン鎖のもの、フルオロカーボン鎖のもの、これらが複合したタイプの鎖のものなど様々な分子から成る自己組織化単分子膜が報告されている。また、複数の分子種から成る複合タイプの自己組織化単分子膜もある。また、最近では、デンドリマーに代表されるような粒子状で複数の官能基(官能基が一つの場合もある)を有する高分子や直鎖状(分岐構造のある場合もある)の高分子が一層基体表面に形成されたもの(後者はポリマーブラシと総称される)も自己組織化単分子膜と考えられる場合もあるようである。本発明は、これらも自己組織化単分子膜に含める。
【0084】
(ii)ラングミュア−ブロジェット膜
本発明に用いられるラングミュア−ブロジェット膜(Langmuir-Blodgett Film)は、基体上に形成されてしまえば形態上は上述した自己組織化単分子膜との大きな相違はない。ラングミュア−ブロジェット膜の特徴はその形成方法とそれに起因する高度な2次元分子パッキング性(高配向性、高秩序性)にあると言える。すなわち、一般にラングミュア−ブロジェット膜形成分子は気液界面上に先ず展開され、その展開膜がトラフによって凝縮されて高度にパッキングした凝縮膜に変化する。実際は、これを適当な基体に移しとって用いる。ここに概略を示した手法により単分子膜から任意の分子層の多層膜まで形成することが可能である。また、低分子のみならず、高分子、コロイド粒子なども膜材料とすることができる。様々な材料を適用した最近の事例に関しては宮下徳治らの総説“ソフト系ナノデバイス創製のナノテクノロジーへの展望” 高分子 50巻 9月号 644-647 (2001)に詳しく述べられている。
【0085】
(iii)交互吸着膜
交互吸着膜(Layer-by-Layer Self-Assembled Film)は、一般的には、最低2個の正または負の電荷を有する官能基を有する材料を逐次的に基体上に吸着・結合させて積層することにより形成される膜である。多数の官能基を有する材料の方が膜の強度や耐久性が増すなど利点が多いので、最近ではイオン性高分子(高分子電解質)を材料として用いることが多い。また、タンパク質や金属や酸化物などの表面電荷を有する粒子、いわゆる“コロイド粒子”も膜形成物質として多用される。さらに最近では、水素結合、配位結合、疎水性相互作用などのイオン結合よりも弱い相互作用を積極的に利用した膜も報告されている。比較的最近の交互吸着膜の事例については、静電的相互作用を駆動力にした材料系に少々偏っているがPaula T. Hammondによる総説“Recent Explorations in Electrostatic Multilayer Thin Film Assembly”Current Opinion in Colloid & Interface Science, 4, 430-442 (2000)に詳しい。交互吸着膜は、最も単純なプロセスを例として説明すれば、正(負)電荷を有する材料の吸着−洗浄−負(正)電荷を有する材料の吸着−洗浄のサイクルを所定の回数繰り返すことにより形成される膜である。ラングミュア−ブロジェット膜のように展開−凝縮−移し取りの操作は全く必要ない。また、これら製法の違いより明らかなように、交互吸着膜はラングミュア−ブロジェット膜のような2次元的な高配向性・高秩序性は一般に有さない。しかし、交互吸着膜及びその作製法は、欠陥のない緻密な膜を容易に形成できること、微細な凹凸面やチューブ内面や球面などにも均一に成膜できることなど、従来の成膜法にない利点を数多く有している。
【0086】
また、分解除去層の膜厚としては、後述するエネルギー照射工程において照射されるエネルギーにより分解除去される程度の膜厚であれば特に限定されるものではない。具体的な膜厚としては、照射されるエネルギーの種類や分解除去層の材料等により大きく異なるものではあるが、一般的には、0.001μm〜1μmの範囲内、特に0.01μm〜0.1μmの範囲内とすることが好ましい。
【0087】
(2)基体
次に、本発明における基体について説明する。本発明においては、上記特性変化層が自己支持性のない材料である場合、分解除去層である場合、またはパターン形成体用基板に強度が必要な場合等に、例えば図1に示すように、基体4上に特性変化層5が設けられる。
【0088】
この基体としては、上述した特性変化層が形成されるものであれば、特に限定されるものでなく、パターン形成体の用途に応じて、可撓性を有するものであっても、可撓性を有さないものであってもよい。
【0089】
また、特に材料等は限定されるものではなく、必要に応じて種々の材料を用いることができる。具体的には、ガラス、アルミニウム、およびその合金等の金属、プラスチック、織物、不織布等を挙げることができる。
【0090】
2.光触媒含有層側基板
次に、本発明に用いられる光触媒含有層側基板について説明する。本発明のパターン形成体の製造方法に用いられる光触媒含有層側基板は、少なくとも光触媒含有層と基材とを有するものであり、通常は基材上に所定の方法で形成された薄膜状の光触媒含有層が形成されてなるものである。以下、この光触媒含有層側基板の各構成について説明する。
【0091】
(光触媒含有層)
本発明に用いられる光触媒含有層は、光触媒含有層中の光触媒が、特性変化層の特性を変化させるような構成であれば、特に限定されるものではなく、光触媒とバインダとから構成されているものであってもよく、光触媒単体で成膜されたものであってもよい。また、その表面の特性は、特に親液性であっても撥液性であってもよい。
【0092】
また、光触媒含有層と特性変化層との間にマスクを介在させてエネルギー照射を行うことにより、光触媒による作用が拡散せず、効率よく特性変化層の特性を変化させることができる。さらに、エネルギー照射方向は、上記光触媒含有層と特性変化層とがマスクを介して対向するマスク中の小孔部分にエネルギー照射されるものであれば、いかなる方向から照射されてもよく、さらには、照射されるエネルギーも特に平行光等の平行なものに限定されないという利点を有するものとなる。
【0093】
このような光触媒含有層における、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、このキャリアが光触媒含有層と対向する特性変化層中の化合物に作用を及ぼすものであると思われる。
【0094】
本発明で使用する光触媒としては、光半導体として知られる例えば二酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化タングステン(WO3)、酸化ビスマス(Bi2O3)、および酸化鉄(Fe2O3)を挙げることができ、これらから選択して1種または2種以上を混合して用いることができる。
【0095】
本発明においては、特に二酸化チタンが、バンドギャップエネルギーが高く、化学的に安定で毒性もなく、入手も容易であることから好適に使用される。二酸化チタンには、アナターゼ型とルチル型とがあり本発明ではいずれも使用することができるが、アナターゼ型の二酸化チタンが好ましい。アナターゼ型二酸化チタンは励起波長が380nm以下にあるからである。
【0096】
このようなアナターゼ型二酸化チタンとしては、例えば、塩酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル(石原産業(株)製STS−02(平均粒径7nm)、石原産業(株)製ST−K01)、硝酸解膠型のアナターゼ型チタニアゾル(日産化学(株)製TA−15(平均粒径12nm))等を挙げることができる。
【0097】
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。
【0098】
本発明における光触媒含有層は、上述したように光触媒単独で形成されたものであってもよく、またバインダと混合して形成されたものであってもよい。光触媒のみからなる光触媒含有層の場合は、特性変化層上の特性の変化に対する効率が向上し、処理時間の短縮化等のコスト面で有利である。一方、光触媒とバインダとからなる光触媒含有層の場合は、光触媒含有層の形成が容易であるという利点を有する。
【0099】
光触媒のみからなる光触媒含有層の他の形成方法としては、例えば、スパッタリング法、CVD法、真空蒸着法等の真空成膜法を用いる方法を挙げることができる。真空成膜法により光触媒含有層を形成することにより、均一な膜でかつ光触媒のみを含有する光触媒含有層とすることが可能であり、これにより特性変化層上の特性を均一に変化させることが可能であり、かつ光触媒のみからなることから、バインダを用いる場合と比較して効率的に特性変化層上の特性を変化させることが可能となる。
【0100】
また、光触媒のみからなる光触媒含有層の形成方法としては、例えば光触媒が二酸化チタンの場合は、基材上に無定形チタニアを形成し、次いで焼成により結晶性チタニアに相変化させる方法等が挙げられる。ここで用いられる無定形チタニアとしては、例えば四塩化チタン、硫酸チタン等のチタンの無機塩の加水分解、脱水縮合、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−n−プロポキシチタン、テトラブトキシチタン、テトラメトキシチタン等の有機チタン化合物を酸存在下において加水分解、脱水縮合によって得ることができる。次いで、400℃〜500℃における焼成によってアナターゼ型チタニアに変性し、600℃〜700℃の焼成によってルチル型チタニアに変性することができる。
【0101】
また、バインダを用いる場合は、バインダの主骨格が上記の光触媒の光励起により分解されないような高い結合エネルギーを有するものが好ましく、例えば上述した特性変化層の、濡れ性変化層の説明の欄で詳しく説明したオルガノポリシロキサン等を挙げることができる。
【0102】
このようにオルガノポリシロキサンをバインダとして用いた場合は、上記光触媒含有層は、光触媒とバインダであるオルガノポリシロキサンとを必要に応じて他の添加剤とともに溶剤中に分散して塗布液を調製し、この塗布液を基材上に塗布することにより形成することができる。使用する溶剤としては、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系の有機溶剤が好ましい。塗布はスピンコート、スプレーコート、ディップコート、ロールコート、ビードコート等の公知の塗布方法により行うことができる。バインダとして紫外線硬化型の成分を含有している場合、紫外線を照射して硬化処理を行うことにより光触媒含有層を形成することができる。
【0103】
また、バインダとして無定形シリカ前駆体を用いることができる。この無定形シリカ前駆体は、一般式SiX4で表され、Xはハロゲン、メトキシ基、エトキシ基、またはアセチル基等であるケイ素化合物、それらの加水分解物であるシラノール、または平均分子量3000以下のポリシロキサンが好ましい。
【0104】
具体的には、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメトキシシラン等が挙げられる。また、この場合には、無定形シリカの前駆体と光触媒の粒子とを非水性溶媒中に均一に分散させ、基材上に空気中の水分により加水分解させてシラノールを形成させた後、常温で脱水縮重合することにより光触媒含有層を形成できる。シラノールの脱水縮重合を100℃以上で行えば、シラノールの重合度が増し、膜表面の強度を向上できる。また、これらの結着剤は、単独あるいは2種以上を混合して用いることができる。
【0105】
バインダを用いた場合の光触媒含有層中の光触媒の含有量は、5重量%〜60重量%、好ましくは20重量%〜40重量%の範囲で設定することができる。また、光触媒含有層の厚みは、0.05μm〜10μmの範囲内が好ましい。
【0106】
また、光触媒含有層には上記の光触媒、バインダの他に、界面活性剤を含有させることができる。具体的には、日光ケミカルズ(株)製NIKKOL BL、BC、BO、BBの各シリーズ等の炭化水素系、デュポン社製ZONYL FSN、FSO、旭硝子(株)製サーフロンS−141、145、大日本インキ化学工業(株)製メガファックF−141、144、ネオス(株)製フタージェントF−200、F251、ダイキン工業(株)製ユニダインDS−401、402、スリーエム(株)製フロラードFC−170、176等のフッ素系あるいはシリコーン系の非イオン界面活性剤を挙げることができ、また、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、両性界面活性剤を用いることもできる。
【0107】
さらに、光触媒含有層には上記の界面活性剤の他にも、ポリビニルアルコール、不飽和ポリエステル、アクリル樹脂、ポリエチレン、ジアリルフタレート、エチレンプロピレンジエンモノマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリブタジエン、ポリベンズイミダゾール、ポリアクリルニトリル、エピクロルヒドリン、ポリサルファイド、ポリイソプレン等のオリゴマー、ポリマー等を含有させることができる。
【0108】
(基材)
本発明においては、図1(a)に示すように、光触媒含有層側基板3は、少なくとも基材1とこの基材1上に形成された光触媒含有層2とを有するものである。
【0109】
この際、用いられる基材を構成する材料は、後述するパターンの形成におけるエネルギーの照射方向や、得られるパターン形成体が透明性を必要とするか等により適宜選択される。
【0110】
すなわち、例えばパターン形成体用基板が、紙基材フェノール樹脂積層板といった不透明なものを基体として用いる場合においては、エネルギー照射方向は必然的に光触媒含有層側基板側からとなり、図1(b)に示すように、エネルギー照射をする必要がある。このような場合においては、基材は透明性を有するものであることが必要となる。
【0111】
一方、パターン形成体用基板の基体が、例えば透明樹脂フィルムである場合等であれば、パターン形成体用基板側からエネルギー照射することも可能である。このような場合においては、基材の透明性は特に必要とされない。
【0112】
また、本発明に用いられる基材は、可撓性を有するもの、例えば樹脂製フィルム等であってもよいし、可撓性を有さないもの、例えばガラス基板等であってもよい。これは、後述する特性変パターンの形成におけるエネルギー照射方法により適宜選択される。
【0113】
このように、本発明における光触媒含有層側基板に用いられる基材は、特にその材料を限定されるものではないが、本発明においては、この光触媒含有層側基板は、繰り返し用いられるものであることから、所定の強度を有し、かつその表面と光触媒含有層との密着性が良好である材料が好適に用いられる。
【0114】
具体的には、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができる。
【0115】
なお、基材表面と光触媒含有層との密着性を向上させるために、基材上にアンカー層を形成するようにしてもよい。このようなアンカー層としては、例えば、シラン系、チタン系のカップリング剤等を挙げることができる。
【0116】
3.マスク
次に、本発明に用いられるマスクについて説明する。本発明において用いられるマスクは、後述するエネルギー照射の際に、上述した光触媒含有層側基板における光触媒含有層と、上述したパターン形成体用基板における特性変化層との間に配置され、エネルギー照射による光触媒の作用により発生した活性酸素種を特性変化層にパターン状に到達させるためのものである。
【0117】
本発明に用いられるマスクは、特性変化層の特性を変化させるパターン状に小孔を有するものであり、上記マスクの厚さは、2mm以下、中でも100μm以下であることが好ましい。本発明においてマスクは、上記光触媒含有層と上記濡れ性変化層との間隔を決定するものであることから、上記値よりマスクの厚さが厚い場合は、生じた活性酸素種が特性変化層に届き難くなり、特性変化の速度を遅くしてしまう可能性があるからである。また、マスクの厚さの下限は1μmである。これは、マスクの厚さが上記値より薄い場合には、高精細なマスクを形成することが困難となるからである。
【0118】
また、本発明のマスクに形成される小孔は、目的とするパターン形成体のパターンにより、その形状や大きさ等は適宜選択される。
【0119】
ここで、本発明に用いられるマスクは、その材料等はエネルギー照射による光触媒の作用により発生する活性酸素種を透過させるものでなければ、特に限定されるものではなく、透明なものでも不透明なものであってもよく、また可撓性を有するものであってもよい。
【0120】
本発明に用いられるマスクの材料として、具体的には金属、ガラスやセラミック等の無機物、またはプラスチック等の有機物等を挙げることができ、中でも金属であることが好ましい。本発明においては、上記マスクが金属からなるものであることにより、容易に特性変化層の特性を変化させるパターン状に小孔を形成することが可能であり、また繰り返し用いることが可能な強度を持ち合わせているからである。また、シャドウマスク等も用いることが可能である。
【0121】
また、マスクの小孔の形成方法は、マスクの材料により左右されるものであり、特に限定されるものではないが、例えばエッチング法等が挙げられる。
【0122】
4.特性性変化層、光触媒含有層およびマスクの配置
次に、特性変化層、光触媒含有層およびマスクの配置について説明する。本発明においては、例えば図1(b)に示すように、光触媒含有層2および特性変化層5の間にマスク8が配置される。
【0123】
これにより、後述するエネルギー照射時に、光触媒含有層中の光触媒の作用により発生した活性酸素種が、拡散することなく、小孔内を通じて特性変化層上に届き、高濃度の活性酸素種の存在下で特性変化層の特性が変化され、効率的にパターンの形成を行うことが可能となるのである。この際、マスクは、光触媒含有層および特性変化層の間に介在するように配置されていれば、光触媒含有層および特性変化層と密着して配置されてもよく、また密着しない状態で配置されてもよいが、本発明においては、光触媒含有層および特性変化層と密着して配置されることが好ましい。これにより、より活性酸素種の濃度が高い状態で、特性変化層の特性を変化させることができ、より効率よく特性の変化したパターンを有するパターン形成体とすることが可能となるからである。また、上記マスクが特性変化層と密着していることから、特性変化層上においてマスクと接触している面は、特性の変化が起こらず、マスクに形成された小孔のパターン状により高精細に特性の変化したパターンを形成することが可能となるのである。
【0124】
本発明においては、このような配置状態は、少なくとも露光の間だけ維持されればよい。
【0125】
4.パターンの形成
本発明においては、上述したような配置を維持した状態で、エネルギー照射が行われる。なお、本発明でいうエネルギー照射とは、光触媒含有層による特性変化層表面の特性を変化させることが可能ないかなるエネルギー線の照射をも含む概念であり、可視光の照射に限定されるものではない。
【0126】
通常このような露光に用いる光の波長は、400nm以下の範囲、好ましくは380nm以下の範囲から設定される。これは、上述したように光触媒含有層に用いられる好ましい光触媒が二酸化チタンであり、この二酸化チタンにより光触媒作用を活性化させるエネルギーとして、上述した波長の光が好ましいからである。
【0127】
このような露光に用いることができる光源としては、水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、エキシマランプ、その他種々の光源を挙げることができる。
【0128】
また、露光に際してのエネルギーの照射量は、特性変化層表面が光触媒含有層中の光触媒の作用により特性変化層表面の特性の変化が行われるのに必要な照射量とする。
【0129】
この際、光触媒含有層を加熱しながら露光することにより、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。
【0130】
本発明においては、上記マスクの小孔が形成された部分の光触媒含有層にエネルギーを照射することが可能であれば、そのエネルギー照射方向は特に限定されるものではなく、パターン形成体用基板の基体や特性変化層の透明性、または光触媒含有層側基板の基材の透明性等により、適宜選択されるものである。
【0131】
5.光触媒含有層側基板およびマスクの取り外し
上述したようなエネルギー照射が終了すると、光触媒含有層側基板およびマスクが特性変化層との接触位置から離され、これにより図1(c)に示すように特性が変化したパターン10を有するパターン形成体が得られる。
【0132】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0133】
【実施例】
以下、本発明について、実施例を通じてさらに詳述する。
【0134】
[実施例1]
1.光触媒含有層側基板の形成
イソプロピルアルコール30gとトリメトキシメチルシラン(GE東芝シリコーン(株)製、TSL8113)3gと光触媒無機コーティング剤であるST−K03(石原産業(株)製)20gとを混合し、100℃で20分間撹拌した。これをイソプロピルアルコールにより3倍に希釈し光触媒含有層用組成物とした。
【0135】
上記光触媒含有層用組成物を、石英ガラス基板上にスピンコーターにより塗布し、150℃で10分間の乾燥処理を行うことにより、透明な光触媒含有層(厚み0.15μm)を形成した。
【0136】
2.分解除去層の形成
ポリカーボネートが主成分のユーピロンZ400(三菱ガス化学製)2gをジクロロメタン30gと112トリクロロエタン70gとに溶解し分解層除去層用組成物とした。
【0137】
上記分解除去層用組成物を、ガラス基板上にスピンコーターにより塗布し、100℃で60分間の乾燥処理を行うことにより、透明な分解除去層(厚み0.01μm)を形成した。
【0138】
3.露光
100μmφの穴が200μmピッチで空いた厚さ500μmのステンレスを用意し、これを光触媒含有層側基板と分解除去層との間に介在させ配置した。次に光触媒含有層基板側から超高圧水銀灯(波長365nm)により40mW/cm2の照度で600秒間露光し、分解除去層を分解除去し、ガラス基板上にポリカーボネートをパターン状に形成した。
【0139】
[実施例2]
1.光触媒含有層側基板の形成
イソプロピルアルコール30gとトリメトキシメチルシラン(GE東芝シリコーン(株)製、TSL8113)3gと光触媒無機コーティング剤であるST−K03(石原産業(株)製)20gとを混合し、100℃で20分間撹拌した。これをイソプロピルアルコールにより3倍に希釈し光触媒含有層用組成物とした。
【0140】
上記光触媒含有層用組成物を、石英ガラス基板上にスピンコーターにより塗布し、150℃で10分間の乾燥処理を行うことにより、透明な光触媒含有層(厚み0.15μm)を形成した。
【0141】
2.分解除去層の形成
カチオン性高分子であるポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド(PDDA、平均分子量100,000-200,000、アルドリッチ)と、アニオン性高分子であるポリスチレンスルホン酸ナトリウム塩(PSS、平均分子量70,000、アルドリッチ)とをガラス基材上に交互吸着させ厚さを約2nmとした。
【0142】
3.露光
100μmφの穴が200μmピッチで空いた厚さ500μmのステンレスを用意し、これを光触媒含有層側基板と分解除去層との間に介在させ配置し、光触媒含有層側基板側から超高圧水銀灯(波長365nm)により40mW/cm2の照度で120秒間露光し、分解除去層を分解除去し、ガラス基板上に交互吸着膜をパターン状に形成した。
【0143】
[実施例3]
1.光触媒含有層側基板の形成
イソプロピルアルコール30gとトリメトキシメチルシラン(GE東芝シリコーン(株)製、TSL8113)3gと光触媒無機コーティング剤であるST−K03(石原産業(株)製)20gとを混合し、100℃で20分間撹拌した。これをイソプロピルアルコールにより3倍に希釈し光触媒含有層用組成物とした。
【0144】
上記光触媒含有層用組成物を、石英ガラス基板上にスピンコーターにより塗布し、150℃で10分間の乾燥処理を行うことにより、透明な光触媒含有層(厚み0.15μm)を形成した。
【0145】
2.濡れ性変化層の形成
イソプロピルアルコール30gとフルオロアルキルシラン(GE東芝シリコーン(株))とテトラメトキシシラン(GE東芝シリコーン(株))3gと0.5規定塩酸2.5gとを混合し8時間攪拌した。これをイソプロピルアルコールにより100倍に希釈し濡れ性変化層用組成物とした。
【0146】
上記濡れ性変化層用組成物を、ガラス基板上にスピンコーターにより塗布し、150℃で10分間の乾燥処理を行うことにより、透明な濡れ性変化層(厚み0.1μm)を形成した。
【0147】
3.露光
100μmφの穴が200μmピッチで空いた厚さ50μmのポリイミドフィルムを用意し、これを光触媒含有層側基板と分解除去層との間に介在させて配置した後、光触媒含有層側基板側から超高圧水銀灯(波長365nm)により40mW/cm2の照度で90秒間露光し、ガラス基板上に濡れ性変化パターンを形成した。
【0148】
このとき、未露光部及び露光部とぬれ標準試薬(40mN/m)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)した結果、それぞれ、75°と7°であった。
【0149】
【発明の効果】
本発明によれば、光触媒含有層および特性変化層の間に所定のパターンを有したマスクを介在させて配置した後、エネルギーを照射することにより、上記光触媒含有層から発生する活性酸素種が、上記マスクの小孔を通して拡散せずに上記特性変化層に到達する。これにより、活性酸素種が到達した部分のみの特性を変化させることが可能となる。また、発生した活性酸素種の濃度が高い状態で、特性変化層の特性を変化させることが可能であることから、短時間で効率よく、高精細に特性の変化したパターンを有するパターン形成体とすることが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパターン形成体の製造方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
1 … 基材
2 … 光触媒含有層
3 … 光触媒含有層側基板
4 … 基体
5 … 特性変化層
6 … パターン形成体用基板
7 … 小孔
8 … マスク
9 … エネルギー
10… パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a pattern forming body having a pattern with different characteristics on the surface, which can be used for various applications including a color filter.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various methods for producing a pattern forming body for forming various patterns such as designs, images, characters, and circuits on a substrate have been produced.
[0003]
As such a high-definition pattern forming body, a pattern forming body using a photocatalyst by the present inventors and a manufacturing method thereof have been proposed (for example, Patent Document 1). According to this, since it is possible to obtain a pattern formed body on which patterns having different characteristics are formed by pattern exposure, the pattern formed body can be obtained easily and accurately. Since various functional elements can be manufactured by utilizing the difference in characteristics of pattern forming bodies having patterns having different characteristics, functional elements such as color filters and microlenses can be efficiently and high-quality. There is an effect that it can be obtained.
[0004]
However, in the above method, since there is a gap between the photocatalyst and the pattern forming body, active oxygen species generated by the action of the photocatalyst diffuse, and the contrast or contour of the pattern obtained on the pattern forming body is blurred. In some cases, there were problems with accuracy.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-249821 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, it is desired to provide a method for producing a pattern forming body capable of easily forming a high-definition pattern.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a photocatalyst-containing layer side substrate having a photocatalyst-containing layer and a substrate containing a photocatalyst, and a characteristic change layer whose characteristics change due to the action of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer are provided. A substrate for a pattern forming body having a mask having a thickness of 2 mm or less having small holes in a desired pattern interposed between the photocatalyst-containing layer and the characteristic change layer, and then energy from a predetermined direction. By changing the characteristics of the characteristic change layer of the portion irradiated with energy, and then removing the photocatalyst-containing layer side substrate and the mask, a pattern with changed characteristics is formed on the characteristic change layer. Provided is a method for producing a pattern forming body, which is characterized by obtaining a pattern forming body.
[0008]
According to the present invention, the active oxygen species generated from the photocatalyst-containing layer by irradiating energy after arranging a mask having a predetermined pattern between the photocatalyst-containing layer and the characteristic change layer is The characteristic change layer is reached without being diffused through the small holes of the mask. This makes it possible to change the characteristics of only the portion where the active oxygen species has reached. In addition, since it is possible to change the characteristics of the characteristic change layer in a state where the concentration of the generated active oxygen species is high, a pattern forming body having a pattern whose characteristics have been changed with high definition in a short time efficiently It becomes possible to do.
[0009]
In the invention described in claim 1, as described in claim 2, it is preferable that the mask is disposed in close contact between the photocatalyst layer and the characteristic change layer. This is because the characteristics of the characteristic change layer can be changed in a state where the concentration of active oxygen species is higher, and a pattern forming body having a pattern whose characteristics have been changed more efficiently can be obtained.
[0010]
In the invention described in claim 1 or 2, as described in
[0011]
In the invention described in any one of claims 1 to 3, as described in claim 4, the photocatalyst-containing layer may be a layer made of a photocatalyst. This is because if the photocatalyst-containing layer is a layer composed only of a photocatalyst, the characteristics of the characteristic change layer can be changed efficiently.
[0012]
In the invention described in claim 4, as described in
[0013]
In the invention described in any one of claims 1 to 3, as described in claim 6, the photocatalyst-containing layer is a layer having a photocatalyst and a binder. Also good. By using the binder in this manner, it becomes possible to form the photocatalyst-containing layer relatively easily, and as a result, the pattern formed body can be manufactured at a low cost.
[0014]
In the invention described in any one of claims 1 to 6, as described in
[0015]
In the invention described in any one of claims 1 to 8, as described in
[0016]
In the invention described in any one of claims 1 to 9, as described in
[0017]
In the invention described in the tenth aspect, as described in the eleventh aspect, the contact angle with the liquid having a surface tension of 40 mN / m on the wettability changing layer is 10 ° in a portion not irradiated with energy. It is above, and it is preferable that it is 9 degrees or less in the part irradiated with energy. When the contact angle between the wettability-changing layer and the portion where the energy is not irradiated is 10 ° or less, the liquid repellency is insufficient, and the contact angle between the portion where the energy is irradiated and the liquid However, when it is 9 ° or more, for example, when a functional element is formed on the pattern forming body using the difference in wettability, a composition for a functional part that forms a functional part, etc. This is because the spread may be inferior.
[0018]
In the invention described in the tenth or eleventh aspect, as described in the twelfth aspect, the wettability changing layer is preferably a layer containing an organopolysiloxane. In the present invention, the properties required for the wettability changing layer are liquid repellency when not irradiated with energy, and lyophilic by the action of the photocatalyst in the opposing photocatalyst containing layer when irradiated with energy. The characteristic is. This is because it is preferable to use organopolysiloxane as a material for imparting such characteristics to the wettability changing layer.
[0019]
In the invention described in claim 12, as described in claim 13, the organopolysiloxane is preferably a polysiloxane containing a fluoroalkyl group. This is because if it contains a fluoroalkyl group, the difference in wettability between the energy-irradiated portion and the energy-unirradiated portion can be increased.
[0020]
In the invention described in claim 12 or claim 13, as described in claim 14, the organopolysiloxane is YnSiX(4-n)Wherein Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group, X represents an alkoxyl group or a halogen, and n is an integer from 0 to 3. It is preferable that it is the organopolysiloxane which is a 1 type, or 2 or more types of hydrolyzed condensate or cohydrolyzed condensate of the silicon compound. This is because by using such an organopolysiloxane, it is possible to exhibit the characteristics against the change in wettability as described above.
[0021]
In the invention described in any one of
[0022]
In the invention described in any one of claims 1 to 9, as described in claim 16, the characteristic change layer has energy generated by the action of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer. A decomposition removal layer that is decomposed and removed when irradiated is preferable. When the characteristic change layer is a decomposition removal layer, it is possible to form irregularities on the surface by the energy irradiation. Thereby, when forming a functional part on a pattern formation body using this unevenness | corrugation, it becomes possible to adhere the composition for functional parts easily by the inkjet method etc., for example.
[0023]
In the invention described in claim 16, as described in claim 17, the contact angle of the liquid with respect to the decomposition removal layer and the contact angle of the liquid with respect to the substrate exposed by the decomposition removal layer being decomposed and removed. Are preferably different from each other. As a result, for example, the substrate exposed by the energy irradiation can be made a lyophilic region, and the portion where the non-energy-irradiated decomposition and removal layer remains can be made a liquid repellent region. This is because the functional part can be formed on the pattern forming body by utilizing the difference in properties, for example.
[0024]
In the invention described in claim 16 or claim 17, as described in claim 18, the decomposition / removal layer is any of a self-assembled monolayer, a Langmuir-Blodgett film, and an alternating adsorption film. It is preferable that This is because, when the decomposition / removal layer is the film described above, a defect-free film having a relatively high strength can be easily formed.
[0025]
In the invention described in any one of claims 16 to 18, as described in claim 19, the wettability of the substrate exposed by the decomposition removal layer being decomposed and removed is The contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m is preferably 9 ° or less, and preferably 10 ° or more on the decomposition removal layer.
[0026]
In the present invention, the decomposition / removal layer is an area where liquid repellency is required. Therefore, when the contact angle with the liquid on the decomposition / removal layer is 10 ° or less, the liquid repellency is sufficient. It is not. In addition, the substrate exposed by decomposing and removing the decomposition removal layer by the action of the photocatalyst accompanying the irradiation of energy is a region where lyophilicity is required, and the contact angle with the liquid is 10 ° or more This is because, for example, when the functional part is formed on the pattern forming body, there is a high possibility that the composition for the functional part that forms the functional part in the lyophilic region is not spread and spread.
[0027]
In the invention described in any one of claims 1 to 19, as described in claim 20, it is preferable that the energy irradiation is performed while heating the photocatalyst containing layer. This is because by heating the photocatalyst, the sensitivity of the photocatalyst is improved and the characteristics on the characteristic change layer can be changed efficiently.
[0028]
In the invention described in any one of claims 1 to 20, it is preferable that the characteristic change layer is a layer not containing a photocatalyst as described in claim 21. This is because the characteristic change layer is a layer that does not contain a photocatalyst, so that the pattern forming body does not have to worry about being affected by the photocatalyst over time, and can be used without problems for a long period of time. .
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a pattern formed body, and will be described in detail below.
[0030]
The method for producing a pattern forming body of the present invention comprises a photocatalyst-containing layer-side substrate having a photocatalyst-containing layer and a substrate, and a pattern having a characteristic-changing layer whose characteristics change due to the action of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer. The formed body substrate is disposed between the photocatalyst-containing layer and the property change layer with a mask having a small hole having a thickness of 2 mm or less in a desired pattern, and then irradiated with energy from a predetermined direction. By changing the characteristics of the characteristic change layer in the portion irradiated with energy, and then removing the photocatalyst-containing layer side substrate and the mask, a pattern having a pattern with a changed characteristic on the characteristic change layer is formed. It is characterized by obtaining a body.
[0031]
For example, as shown in FIG. 1, the method for producing a pattern forming body of the present invention includes a substrate 1 and a photocatalyst containing
[0032]
Next, a
[0033]
Thereafter, by removing the photocatalyst-containing
[0034]
Hereinafter, each structure in the manufacturing method of the pattern formation body of this invention is demonstrated.
[0035]
1. Pattern forming substrate
First, the substrate for a pattern forming body used in the present invention will be described. The substrate for the pattern forming body used in the present invention is not particularly limited as long as it has a characteristic change layer whose characteristics change due to the action of the photocatalyst, and is formed of only the characteristic change layer. Alternatively, as shown in FIG. 1, the
[0036]
(1) Characteristic change layer
First, the characteristic change layer in the present invention will be described. The characteristic change layer of the present invention is not particularly limited as long as the characteristic changes by the action of the photocatalyst-containing layer described later. For example, a polymer material such as polyolefin such as polyethylene or polypropylene is used. As a result, a layer in which the part irradiated with energy is introduced with a polar group by the action of a photocatalyst or the surface state becomes rough and the adhesion to various substances is improved can be used as a characteristic change layer. Good. Thus, by making the characteristic change layer an adhesive change layer whose adhesiveness changes, it becomes possible to form a pattern with good adhesiveness by energy irradiation, and a functional part can be easily formed. This is because a pattern forming body can be obtained.
[0037]
In addition, the characteristic change layer in the present invention may be self-supporting or non-self-supporting. In addition, having self-supporting property as used in the field of this invention means that it can exist in a tangible state without another support material. When the characteristic change layer has a self-supporting property, it is not necessary to form the characteristic change layer on a substrate described later, and a commercially available resin film can be used, which is advantageous in terms of cost. It can be said.
[0038]
However, the characteristic change layer formed of a material whose characteristics change significantly is usually less self-supporting material. In such a non-self-supporting material, the characteristic change layer is formed on the substrate. It is necessary. Further, by forming the characteristic change layer on the substrate, the strength and the like are increased, and it can be used as various pattern forming bodies.
[0039]
As a method for forming the above-described property change layer on the substrate, it may be formed by a dry method, that is, a vacuum deposition method or the like, or by a wet method, that is, a method such as a spin coating method or a dip coating method. It may be formed.
[0040]
As described above, the characteristic change layer is not particularly limited as long as it has various characteristics that change due to the action of the photocatalyst. However, in the present invention, the characteristic change layer changes the wettability due to the action of the photocatalyst. Functions that can be obtained in particular are the wettability changing layer in which a pattern due to the property is formed and the decomposition changing layer in which the property changing layer is decomposed and removed by the action of the photocatalyst to form a pattern due to unevenness. This is preferable because the effectiveness of the present invention can be further extracted from the relationship of the active elements and the like.
[0041]
The characteristic change layer used in the present invention is not particularly limited as long as the characteristic change layer is changed by the action of the photocatalyst as described above, but is particularly preferably a layer not containing the photocatalyst. This is because if the photocatalyst is not contained in the wettability changing layer in this way, it is not necessary to worry about the influence of the photocatalyst over time, and the pattern formed body can be used without any problem for a long time.
[0042]
Hereinafter, the wettability changing layer and the decomposition removal layer will be described.
[0043]
a. Wetting change layer
The wettability changing layer in the present invention is not particularly limited as long as the wettability of the surface is changed by the action of the photocatalyst, but in general, the wettability changing layer by the action of the photocatalyst accompanying energy irradiation. A layer whose wettability changes so that the contact angle with the liquid on the surface decreases is preferable.
[0044]
In this way, a pattern of a lyophilic region having a small contact angle with the liquid is formed by the energy irradiation by forming the wettability changing layer in which the wettability is changed so that the contact angle with the liquid is lowered by the energy irradiation. It becomes possible. Thus, for example, when a functional part is formed on a pattern forming body, a functional element can be easily formed by attaching a functional part composition or the like to the lyophilic region by, for example, an inkjet method. It becomes possible to do.
[0045]
Here, the lyophilic region is a region having a small contact angle with the liquid, for example, a region having good wettability with respect to the functional part composition or the like. The liquid repellent region is a region having a large contact angle with the liquid, and refers to a region having poor wettability with respect to the functional part composition or the like that forms the functional part.
[0046]
In the present invention, when the contact angle with the liquid in the adjacent region is 1 ° or more lower than the contact angle with the liquid in the adjacent region, the contact with the liquid is determined from the contact angle with the liquid in the lyophilic region or the adjacent region. When the contact angle is higher than 1 °, the liquid repellent region is used.
[0047]
Here, the contact angle between the lyophilic region formed by energy irradiation and the liquid repellent region not irradiated with energy with respect to the functional part composition forming the functional part is at least 1 ° or more, preferably Is preferably 5 ° or more, and more preferably 10 ° or more.
[0048]
Further, the wettability changing layer has a contact angle with a liquid with a surface tension of 40 mN / m of 10 ° or more, preferably a liquid with a surface tension of 30 mN / m, in a portion not irradiated with energy, that is, in a water-repellent region. It is preferable to exhibit wettability with a contact angle of 10 ° or more, particularly 10 ° or more with a liquid having a surface tension of 20 mN / m. The portion not irradiated with energy is a portion that requires liquid repellency in the present invention. Therefore, when the contact angle with the liquid is small, the liquid repellency is not sufficient and, for example, functions on the pattern forming body. This is because the functional part composition may remain when forming the functional part, which is not preferable.
[0049]
Further, the wettability changing layer has a contact angle with a liquid that is lowered when irradiated with energy, and a contact angle with a liquid with a surface tension of 40 mN / m is 9 ° or less, preferably with a liquid with a surface tension of 50 mN / m. A layer having an angle of 10 ° or less, particularly a contact angle with a liquid having a surface tension of 60 mN / m is preferably 10 ° or less. When the contact angle with the energy irradiated part, that is, the liquid in the lyophilic region is high, for example, when the functional part is formed on the pattern forming body, the spread of the functional part composition in this part may be inferior. This is because there is a possibility that problems such as lack of functional parts may occur.
[0050]
In addition, the contact angle with the liquid here is measured using a contact angle measuring instrument (Kyowa Interface Science Co., Ltd. CA-Z type) with a liquid having various surface tensions (from the microsyringe to the liquid. 30 seconds after dropping), and the result was obtained or the result was graphed. In this measurement, as a liquid having various surface tensions, a wetting index standard solution manufactured by Pure Chemical Co., Ltd. was used.
[0051]
Further, when the wettability changing layer as described above is used in the present invention, fluorine is contained in the wettability changing layer, and the fluorine content on the surface of the wettability changing layer is more energy than the wettability changing layer. The wettability changing layer may be formed so that, when irradiated, the wettability changing layer is lowered by the action of the photocatalyst as compared with that before energy irradiation.
[0052]
In the wettability changing layer having such characteristics, a pattern composed of a portion having a small fluorine content can be easily formed by pattern irradiation with energy. Here, fluorine has an extremely low surface energy. Therefore, the surface of a substance containing a large amount of fluorine has a smaller critical surface tension. Therefore, the critical surface tension of the portion having a small fluorine content is larger than the critical surface tension of the surface of the portion having a large fluorine content. This means that the portion with a low fluorine content is a lyophilic region compared to the portion with a high fluorine content. Therefore, forming a pattern composed of a portion having a smaller fluorine content than the surrounding surface forms a pattern of the lyophilic region in the liquid repellent region.
[0053]
Therefore, when such a wettability changing layer is used, the pattern of the lyophilic region can be easily formed in the liquid repellent region by irradiating the pattern with energy. When forming the functional part, it is possible to easily form the functional part only in the lyophilic region.
[0054]
As described above, the fluorine content contained in the wettability changing layer containing fluorine is not irradiated with energy in the lyophilic region having a low fluorine content formed by energy irradiation. When the fluorine content of the part is 100, it is preferably 10 or less, preferably 5 or less, particularly preferably 1 or less.
[0055]
By setting it within such a range, it is possible to make a great difference in wettability between the energy irradiated portion and the energy non-irradiated portion. Therefore, by forming, for example, a functional part in such a wettability changing layer, it is possible to accurately form the functional part only in the lyophilic region having a reduced fluorine content, and the functional element with high accuracy. It is because it can obtain. This rate of decrease is based on weight.
[0056]
The fluorine content in such a wettability changing layer can be measured by various commonly used methods. For example, X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA) (Electron Spectroscopy, ESCA) Spectroscopy for Chemical Analysis)), and any method capable of quantitatively measuring the amount of fluorine on the surface, such as X-ray fluorescence analysis and mass spectrometry.
[0057]
The material used for such a wettability changing layer is a material whose wettability changing layer has the characteristics described above, that is, a material whose wettability is changed by the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer that is contacted by energy irradiation, and deteriorated by the action of the photocatalyst The main chain is not particularly limited as long as it has a main chain that is difficult to be decomposed. For example, (1) an organo group that exhibits high strength by hydrolysis and polycondensation of chloro or alkoxysilane by sol-gel reaction or the like Examples include polysiloxanes and (2) organopolysiloxanes such as organopolysiloxanes crosslinked with reactive silicones having excellent water and oil repellency.
[0058]
In the case of (1) above, the general formula:
YnSiX(4-n)
(Here, Y represents an alkyl group, a fluoroalkyl group, a vinyl group, an amino group, a phenyl group or an epoxy group, X represents an alkoxyl group, an acetyl group or a halogen. N is an integer from 0 to 3. )
It is preferable that it is the organopolysiloxane which is a 1 type, or 2 or more types of hydrolysis condensate or cohydrolysis condensate of the silicon compound shown by these. Here, the number of carbon atoms of the group represented by Y is preferably in the range of 1 to 20, and the alkoxy group represented by X is a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, or a butoxy group. preferable.
[0059]
In particular, an organopolysiloxane containing a fluoroalkyl group can be preferably used, and specific examples thereof include one or two or more hydrolytic condensates and cohydrolytic condensates of the following fluoroalkylsilanes. In general, those known as fluorine-based silane coupling agents can be used.
[0060]
CF3(CF2)3CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si (OCH3)3;
(CF3)2CF (CF2)4CH2CH2Si (OCH3)3;
(CF3)2CF (CF2)6CH2CH2Si (OCH3)3;
(CF3)2CF (CF2)8CH2CH2Si (OCH3)3;
CF3(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)3(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)5(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)7(C6H4) C2H4Si (OCH3)3;
CF3(CF2)3CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)9CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF (CF2)4CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF (CF2)6CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
(CF3)2CF (CF2)8CH2CH2SiCH3(OCH3)2;
CF3(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)5(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)7(C6H4) C2H4SiCH3(OCH3)2;
CF3(CF2)3CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)5CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)7CH2CH2Si (OCH2CH3)3;
CF3(CF2)9CH2CH2Si (OCH2CH3)3;and
CF3(CF2)7SO2N (C2H5) C2H4CH2Si (OCH3)3.
[0061]
By using a polysiloxane containing a fluoroalkyl group as described above as a binder, the liquid repellency of the non-irradiated part of the wettability changing layer is greatly improved. For example, a pixel part is formed on a pattern forming body, When used as a filter, it exhibits a function of preventing adhesion of a functional part composition such as a pixel part coloring ink.
[0062]
Examples of the reactive silicone (2) include compounds having a skeleton represented by the following general formula.
[0063]
[Chemical 1]
[0064]
However, n is an integer greater than or equal to 2, R1, R2Each represents a substituted or unsubstituted alkyl, alkenyl, aryl or cyanoalkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and 40% or less of the total is vinyl, phenyl or phenyl halide in a molar ratio. R1, R2Is preferably a methyl group because the surface energy becomes the smallest, and the methyl group is preferably 60% or more by molar ratio. In addition, the chain end or side chain has at least one reactive group such as a hydroxyl group in the molecular chain.
[0065]
Moreover, you may mix the stable organosilicone compound which does not carry out a crosslinking reaction like dimethylpolysiloxane with said organopolysiloxane.
[0066]
In the present invention, various materials such as organopolysiloxane can be used in the wettability changing layer as described above. However, as described above, it is possible to include fluorine in the wettability changing layer. It is effective for pattern formation. Therefore, it can be said that it is preferable that fluorine be contained in a material that is not easily deteriorated or decomposed by the action of the photocatalyst, specifically, that the organopolysiloxane material contains fluorine to form a wettability changing layer.
[0067]
The wettability changing layer in the present invention may further contain a surfactant. Specifically, hydrocarbons such as NIKKOL BL, BC, BO, BB series manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd., ZONYL FSN, FSO manufactured by DuPont, Surflon S-141, 145 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Dainippon Megafac F-141, 144 manufactured by Ink Chemical Industry Co., Ltd., Footgent F-200, F251 manufactured by Neos Co., Ltd., Unidyne DS-401, 402 manufactured by Daikin Industries, Ltd., Fluorard FC-170 manufactured by 3M Co., Ltd. Fluorine-based or silicone-based nonionic surfactants such as 176, and cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants can also be used.
[0068]
In addition to the above surfactants, the wettability changing layer includes polyvinyl alcohol, unsaturated polyester, acrylic resin, polyethylene, diallyl phthalate, ethylene propylene diene monomer, epoxy resin, phenol resin, polyurethane, melamine resin, polycarbonate. , Polyvinyl chloride, Polyamide, Polyimide, Styrene butadiene rubber, Chloroprene rubber, Polypropylene, Polybutylene, Polystyrene, Polyvinyl acetate, Polyester, Polybutadiene, Polybenzimidazole, Polyacrylonitrile, Epichlorohydrin, Polysulfide, Polyisoprene, etc. Can be contained.
[0069]
Such a wettability changing layer can be formed by preparing a coating solution by dispersing the above-described components in a solvent together with other additives as necessary, and coating the coating solution on a substrate. . As the solvent to be used, alcohol-based organic solvents such as ethanol and isopropanol are preferable. The coating can be performed by a known coating method such as spin coating, spray coating, dip coating, roll coating or bead coating. In the case where an ultraviolet curable component is contained, the wettability changing layer can be formed by performing a curing treatment by irradiating ultraviolet rays.
[0070]
Further, as described above, the wettability changing layer of the present invention may be a material having self-supporting property, and as the material having self-supporting property, a material obtained by depositing the above-described material has self-supporting property. However, for example, polyethylene, polycarbonate, polypropylene, polystyrene, polyester, polyvinyl fluoride, acetal resin, nylon, ABS, PTFE, methacrylic resin, phenol resin, polyvinylidene fluoride , Polyoxymethylene, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, silicone and the like.
[0071]
b. Decomposition removal layer
Next, the decomposition removal layer will be described. The decomposition / removal layer used in the present invention is particularly limited as long as the decomposition / removal layer of the portion irradiated with energy is decomposed and removed by the action of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer when irradiated with energy. is not.
[0072]
As described above, since the portion irradiated with energy is decomposed and removed by the action of the photocatalyst, the decomposition / removal layer has a pattern composed of a portion with and without the decomposition / removal layer without performing a development process or a washing step, that is, has an unevenness A pattern can be formed.
[0073]
This decomposition / removal layer is oxidatively decomposed and vaporized by the action of the photocatalyst by energy irradiation, and is therefore removed without any special post-treatment such as development / washing process. Depending on the material, a cleaning process or the like may be performed.
[0074]
In addition, the decomposition / removal layer used in the present invention not only forms irregularities, but the decomposition / removal layer preferably has a higher contact angle with the liquid as compared with the surface of the substrate. As a result, the decomposition / removal layer is decomposed and removed, and the region where the substrate is exposed can be made a lyophilic region, and the region where the decomposition / removal layer remains can be made a liquid repellent region, thereby forming various patterns. This is because it becomes easy.
[0075]
Here, the characteristics of the lyophilic region, which is the region where the substrate is exposed by the energy irradiation, and the lyophobic region, which is the region composed of the remaining decomposition-removed layer that has not been irradiated with energy, function on the pattern forming body, for example When forming the functional part, the contact angle with respect to the liquid having a surface tension equivalent to the surface tension of the functional part composition forming the functional part is at least 1 °, preferably 5 ° or more, particularly 10 °. A pattern formed from different lyophilic regions and lyophobic regions is preferable.
[0076]
The contact angle with the liquid on the surface of the decomposition removal layer of the present invention is 10 ° or more, preferably 10 ° or more with a liquid with a surface tension of 40 mN / m, preferably 10 ° or more with a liquid with a surface tension of 30 mN / m. In particular, the contact angle with a liquid having a surface tension of 20 mN / m preferably exhibits a value of 10 ° or more.
[0077]
In the present invention, when the characteristic change layer is a decomposition removal layer, the substrate described later is preferably lyophilic, specifically, the contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m is 9 The contact angle with a liquid having a surface tension of 40 mN / m is more preferably 5 ° or less, and particularly preferably 1 ° or less.
[0078]
Since the wettability of the decomposition removal layer and the substrate is within the above range, the region where the substrate is exposed can be made a lyophilic region, and the region where the decomposition removal layer remains can be made a liquid repellent region. This is because a simple pattern can be easily formed. Here, the contact angle with the liquid is a value measured by the method described above.
[0079]
In this case, the substrate described later may be surface-treated so that the surface becomes lyophilic. Examples of the surface treatment so that the surface of the material is lyophilic include lyophilic surface treatment by plasma treatment using argon or water, and the lyophilic layer formed on the substrate is as follows: For example, a silica film obtained by a sol-gel method of tetraethoxysilane can be used. In the present invention, the portion where the substrate is usually exposed is regarded as the lyophilic region.
[0080]
Specific examples of the film that can be used for the above-described decomposition removal layer include a film made of a fluorine-based or hydrocarbon-based resin having liquid repellency. These fluorine-based and hydrocarbon-based resins are not particularly limited as long as they have liquid repellency, and these resins are dissolved in a solvent, for example, a general composition such as a spin coating method. It can be formed by a film method.
[0081]
In the present invention, since a functional thin film, that is, a self-assembled monomolecular film, a Langmuir-Blodgett film, and an alternating adsorption film can be used, a film having no defect can be formed. It can be said that it is more preferable to use such a film forming method.
[0082]
Here, the self-assembled monolayer film, the Langmuir-Blodgett film, and the alternating adsorption film used in the present invention will be specifically described.
[0083]
(I) Self-assembled monolayer
Although the inventors do not know the existence of an official definition of self-assembled monolayer, a commentary on what is generally recognized as a self-assembled membrane is, for example, a review by Abraham Ulman. “Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers”, Chemical Review, 96, 1533-1554 (1996) is excellent. With reference to this review article, the self-assembled monolayer can be said to be a monolayer formed as a result of adsorbing and bonding (self-organizing) appropriate molecules to the appropriate substrate surface. Examples of materials capable of forming a self-assembled film include surfactant molecules such as fatty acids, organosilicon molecules such as alkyltrichlorosilanes and alkylalkoxides, organic sulfur molecules such as alkanethiols, and alkyl phosphates. And organic phosphoric acid molecules. The common commonality of molecular structure is that there is a functional group that has a relatively long alkyl chain and that interacts with the substrate surface at one molecular end. The portion of the alkyl chain is a source of intermolecular force when molecules are packed two-dimensionally. However, the example shown here has the simplest structure, having a functional group such as an amino group or a carboxyl group at the other end of the molecule, an alkylene chain part having an oxyethylene chain, or a fluorocarbon chain. Self-assembled monolayers composed of various molecules such as those of complex type chains have been reported. There is also a composite type self-assembled monolayer composed of a plurality of molecular species. In addition, recently, a polymer having a plurality of functional groups (which may have one functional group) or a linear polymer (which may have a branched structure) as represented by dendrimers has been developed. One layer formed on the surface of the substrate (the latter is collectively referred to as a polymer brush) may be considered as a self-assembled monolayer. In the present invention, these are also included in the self-assembled monolayer.
[0084]
(Ii) Langmuir-Blodgett membrane
If the Langmuir-Blodgett film used in the present invention is formed on a substrate, there is no significant difference in form from the above-described self-assembled monolayer. It can be said that the Langmuir-Blodgett film is characterized by its formation method and the advanced two-dimensional molecular packing properties (high orientation and high order). That is, in general, Langmuir-Blodgett film-forming molecules are first developed on the gas-liquid interface, and the developed film is condensed by the trough to change into a highly packed condensed film. In practice, this is transferred to a suitable substrate and used. It is possible to form a monomolecular film to a multilayer film of an arbitrary molecular layer by the method outlined here. Further, not only low molecules but also polymers and colloidal particles can be used as the film material. Recent examples of the application of various materials are described in detail in the review by Tokuharu Miyashita et al. “Prospects for Nanotechnology for the Creation of Soft Nanodevices” Polymer Vol. 50, September, 644-647 (2001).
[0085]
(Iii) Alternate adsorption film
Alternating adsorption film (Layer-by-Layer Self-Assembled Film) is generally laminated by adsorbing and bonding at least two materials with positive or negative functional groups sequentially onto the substrate. It is a film | membrane formed by doing. Since a material having a large number of functional groups has many advantages such as increased strength and durability of the membrane, recently, an ionic polymer (polymer electrolyte) is often used as a material. Further, particles having surface charges such as proteins, metals and oxides, so-called “colloid particles” are also frequently used as film-forming substances. More recently, membranes that actively utilize weaker interactions than ionic bonds such as hydrogen bonds, coordination bonds, and hydrophobic interactions have been reported. A relatively recent example of alternating adsorption films is slightly biased towards materials with electrostatic interaction as the driving force, but a review by Paula T. Hammond “Recent Explorations in Electrostatic Multilayer Thin Film Assembly” Current Opinion in Colloid & Interface Science, 4, 430-442 (2000). The alternate adsorption film can be described by taking the simplest process as an example, by repeating the adsorption-washing of a material having a positive (negative) charge-adsorption-washing of a material having a negative (positive) charge a predetermined number of times. It is a film to be formed. As with Langmuir-Blodgett membranes, no development-condensation-transfer operations are required. Further, as apparent from the difference in these production methods, the alternate adsorption film generally does not have a two-dimensional high orientation / high order like the Langmuir-Blodgett film. However, the alternate adsorption film and its manufacturing method have advantages over conventional film formation methods, such as the ability to easily form a dense film without defects and the ability to form even fine irregular surfaces, tube inner surfaces, and spherical surfaces. Have many.
[0086]
Further, the thickness of the decomposition / removal layer is not particularly limited as long as it is a thickness that can be decomposed and removed by energy irradiated in an energy irradiation step described later. The specific film thickness varies greatly depending on the type of energy to be irradiated, the material of the decomposition removal layer, and the like, but is generally within the range of 0.001 μm to 1 μm, particularly 0.01 μm to 0.001. It is preferable to be within the range of 1 μm.
[0087]
(2) Substrate
Next, the substrate in the present invention will be described. In the present invention, when the characteristic change layer is a material having no self-supporting property, when it is a decomposition removal layer, or when the pattern forming body substrate requires strength, for example, as shown in FIG. A
[0088]
The substrate is not particularly limited as long as the above-described characteristic change layer is formed. Even if the substrate has flexibility according to the use of the pattern forming body, the substrate is flexible. It may be a thing which does not have.
[0089]
In addition, the material and the like are not particularly limited, and various materials can be used as necessary. Specific examples include metals such as glass, aluminum, and alloys thereof, plastics, woven fabrics, and nonwoven fabrics.
[0090]
2. Photocatalyst containing layer side substrate
Next, the photocatalyst containing layer side substrate used in the present invention will be described. The photocatalyst-containing layer side substrate used in the method for producing a pattern forming body of the present invention has at least a photocatalyst-containing layer and a base material, and is usually a thin film photocatalyst formed on the base material by a predetermined method. A content layer is formed. Hereinafter, each structure of this photocatalyst containing layer side board | substrate is demonstrated.
[0091]
(Photocatalyst containing layer)
The photocatalyst-containing layer used in the present invention is not particularly limited as long as the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer changes the characteristics of the characteristic change layer, and includes a photocatalyst and a binder. It may be a thing, and the thing formed into a film by the photocatalyst simple substance may be used. The surface characteristics may be particularly lyophilic or lyophobic.
[0092]
In addition, by performing energy irradiation with a mask interposed between the photocatalyst-containing layer and the characteristic change layer, the action of the photocatalyst is not diffused, and the characteristic of the characteristic change layer can be changed efficiently. Furthermore, the energy irradiation direction may be applied from any direction as long as the photocatalyst-containing layer and the characteristic change layer are irradiated with energy to the small hole portion in the mask facing each other through the mask. The energy to be irradiated is not particularly limited to parallel light such as parallel light.
[0093]
The action mechanism of a photocatalyst represented by titanium dioxide as described later in such a photocatalyst-containing layer is not necessarily clear, but a carrier generated by light irradiation reacts directly with a nearby compound, or It is considered that the active oxygen species generated in the presence of oxygen and water change the chemical structure of organic matter. In the present invention, it is considered that this carrier acts on the compound in the characteristic change layer facing the photocatalyst containing layer.
[0094]
As the photocatalyst used in the present invention, for example, titanium dioxide (TiO 2) known as an optical semiconductor.2), Zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO)2), Strontium titanate (SrTiO)3), Tungsten oxide (WO3), Bismuth oxide (Bi2O3), And iron oxide (Fe2O31) or a mixture of two or more selected from these.
[0095]
In the present invention, titanium dioxide is particularly preferably used because it has a high band gap energy, is chemically stable, has no toxicity, and is easily available. Titanium dioxide includes anatase type and rutile type, and both can be used in the present invention, but anatase type titanium dioxide is preferred. This is because anatase type titanium dioxide has an excitation wavelength of 380 nm or less.
[0096]
Examples of such anatase type titanium dioxide include hydrochloric acid peptizer type anatase type titania sol (STS-02 manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd. (
[0097]
The smaller the particle size of the photocatalyst, the more effective the photocatalytic reaction occurs. The average particle size is preferably 50 nm or less, and the photocatalyst of 20 nm or less is particularly preferable.
[0098]
The photocatalyst-containing layer in the present invention may be formed by a photocatalyst alone as described above, or may be formed by mixing with a binder. In the case of a photocatalyst-containing layer composed only of a photocatalyst, the efficiency with respect to the change in characteristics on the characteristic change layer is improved, which is advantageous in terms of cost such as shortening the processing time. On the other hand, in the case of a photocatalyst-containing layer comprising a photocatalyst and a binder, there is an advantage that the formation of the photocatalyst-containing layer is easy.
[0099]
Examples of other methods for forming the photocatalyst-containing layer composed only of the photocatalyst include a method using a vacuum film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a vacuum deposition method. By forming the photocatalyst-containing layer by a vacuum film formation method, it is possible to obtain a photocatalyst-containing layer that is a uniform film and contains only the photocatalyst, and this can uniformly change the characteristics on the characteristic change layer. Since it is possible and consists only of a photocatalyst, it is possible to change the characteristics on the characteristic change layer more efficiently than in the case of using a binder.
[0100]
Examples of a method for forming a photocatalyst-containing layer consisting of only a photocatalyst include a method in which amorphous titania is formed on a substrate and then phase-changed to crystalline titania by firing when the photocatalyst is titanium dioxide. . As the amorphous titania used here, for example, hydrolysis, dehydration condensation, tetraethoxytitanium, tetraisopropoxytitanium, tetra-n-propoxytitanium, tetrabutoxytitanium, titanium inorganic salts such as titanium tetrachloride and titanium sulfate, An organic titanium compound such as tetramethoxytitanium can be obtained by hydrolysis and dehydration condensation in the presence of an acid. Next, it can be modified to anatase titania by baking at 400 ° C. to 500 ° C. and modified to rutile type titania by baking at 600 ° C. to 700 ° C.
[0101]
In the case of using a binder, it is preferable that the binder main skeleton has a high binding energy so that it is not decomposed by photoexcitation of the photocatalyst. For example, in the description of the wettability changing layer of the property changing layer described above, The described organopolysiloxane can be mentioned.
[0102]
When organopolysiloxane is used as a binder in this way, the photocatalyst-containing layer is prepared by dispersing the photocatalyst and the binder organopolysiloxane in a solvent together with other additives as necessary. It can be formed by applying this coating solution on a substrate. As the solvent to be used, alcohol-based organic solvents such as ethanol and isopropanol are preferable. The application can be performed by a known application method such as spin coating, spray coating, dip coating, roll coating, or bead coating. When an ultraviolet curable component is contained as a binder, the photocatalyst-containing layer can be formed by irradiating with ultraviolet rays and performing a curing treatment.
[0103]
An amorphous silica precursor can be used as the binder. This amorphous silica precursor has the general formula SiX4X is preferably a silicon compound such as halogen, methoxy group, ethoxy group, or acetyl group, a hydrolyzate thereof, silanol, or a polysiloxane having an average molecular weight of 3000 or less.
[0104]
Specific examples include tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetrabutoxysilane, and tetramethoxysilane. In this case, the amorphous silica precursor and the photocatalyst particles are uniformly dispersed in a non-aqueous solvent, and hydrolyzed with moisture in the air on the substrate to form silanol, and then at room temperature. A photocatalyst-containing layer can be formed by dehydration-condensation polymerization. If dehydration condensation polymerization of silanol is carried out at 100 ° C. or higher, the degree of polymerization of silanol increases and the strength of the film surface can be improved. Moreover, these binders can be used individually or in mixture of 2 or more types.
[0105]
When the binder is used, the content of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer can be set in the range of 5% to 60% by weight, preferably 20% to 40% by weight. The thickness of the photocatalyst containing layer is preferably in the range of 0.05 μm to 10 μm.
[0106]
In addition to the photocatalyst and the binder, the photocatalyst containing layer can contain a surfactant. Specifically, hydrocarbons such as NIKKOL BL, BC, BO, BB series manufactured by Nikko Chemicals Co., Ltd., ZONYL FSN, FSO manufactured by DuPont, Surflon S-141, 145 manufactured by Asahi Glass Co., Ltd., Dainippon Megafac F-141, 144 manufactured by Ink Chemical Industry Co., Ltd., Footgent F-200, F251 manufactured by Neos Co., Ltd., Unidyne DS-401, 402 manufactured by Daikin Industries, Ltd., Fluorard FC-170 manufactured by 3M Co., Ltd. Fluorine-based or silicone-based nonionic surfactants such as 176, and cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants can also be used.
[0107]
In addition to the above surfactants, the photocatalyst-containing layer includes polyvinyl alcohol, unsaturated polyester, acrylic resin, polyethylene, diallyl phthalate, ethylene propylene diene monomer, epoxy resin, phenol resin, polyurethane, melamine resin, polycarbonate, Polyvinyl chloride, polyamide, polyimide, styrene butadiene rubber, chloroprene rubber, polypropylene, polybutylene, polystyrene, polyvinyl acetate, polyester, polybutadiene, polybenzimidazole, polyacrylonitrile, epichlorohydrin, polysulfide, polyisoprene, oligomers, polymers, etc. It can be included.
[0108]
(Base material)
In this invention, as shown to Fig.1 (a), the photocatalyst containing layer side board |
[0109]
Under the present circumstances, the material which comprises the base material used is suitably selected by the irradiation direction of the energy in the pattern formation mentioned later, whether the pattern formation body obtained requires transparency, etc.
[0110]
That is, for example, when an opaque substrate such as a paper base phenolic resin laminate is used as the substrate for the pattern forming body, the energy irradiation direction is necessarily from the photocatalyst containing layer side substrate side, and FIG. As shown in Fig. 2, it is necessary to irradiate energy. In such a case, the base material needs to have transparency.
[0111]
On the other hand, if the substrate of the pattern forming substrate is, for example, a transparent resin film, it is possible to irradiate energy from the pattern forming substrate side. In such a case, the transparency of the substrate is not particularly required.
[0112]
In addition, the base material used in the present invention may be a flexible material such as a resin film, or may be a non-flexible material such as a glass substrate. This is appropriately selected depending on the energy irradiation method in forming the characteristic change pattern described later.
[0113]
Thus, the base material used for the photocatalyst-containing layer side substrate in the present invention is not particularly limited in its material, but in the present invention, this photocatalyst-containing layer side substrate is used repeatedly. For this reason, a material having a predetermined strength and good adhesion between the surface and the photocatalyst containing layer is preferably used.
[0114]
Specific examples include glass, ceramic, metal, and plastic.
[0115]
An anchor layer may be formed on the substrate in order to improve the adhesion between the substrate surface and the photocatalyst containing layer. Examples of such an anchor layer include silane-based and titanium-based coupling agents.
[0116]
3. mask
Next, the mask used in the present invention will be described. The mask used in the present invention is arranged between the photocatalyst-containing layer in the photocatalyst-containing layer side substrate described above and the characteristic change layer in the substrate for a pattern forming body described above during energy irradiation described later. This is to allow the active oxygen species generated by the action of the photocatalyst to reach the characteristic change layer in a pattern.
[0117]
The mask used in the present invention has small holes in a pattern that changes the characteristics of the characteristic change layer, and the thickness of the mask is preferably 2 mm or less, particularly preferably 100 μm or less. In the present invention, the mask determines the distance between the photocatalyst-containing layer and the wettability changing layer. Therefore, when the thickness of the mask is thicker than the above value, the generated active oxygen species are in the characteristic changing layer. This is because it may become difficult to reach and slow down the characteristic change. The lower limit of the mask thickness is 1 μm. This is because it is difficult to form a high-definition mask when the mask thickness is thinner than the above value.
[0118]
Further, the shape, size, etc. of the small holes formed in the mask of the present invention are appropriately selected according to the pattern of the target pattern forming body.
[0119]
Here, the mask used in the present invention is not particularly limited as long as the material or the like is not capable of transmitting the active oxygen species generated by the action of the photocatalyst by energy irradiation, and is transparent or opaque. It may also be flexible.
[0120]
Specific examples of the mask material used in the present invention include metals, inorganic substances such as glass and ceramics, and organic substances such as plastics. Among these, metals are preferred. In the present invention, since the mask is made of a metal, it is possible to easily form small holes in a pattern that changes the characteristics of the characteristic change layer, and to have strength that can be used repeatedly. Because I have it. A shadow mask or the like can also be used.
[0121]
The method for forming the small holes in the mask depends on the material of the mask and is not particularly limited, and examples thereof include an etching method.
[0122]
4). Arrangement of characteristic change layer, photocatalyst containing layer and mask
Next, the arrangement of the characteristic change layer, the photocatalyst containing layer, and the mask will be described. In the present invention, for example, as shown in FIG. 1B, a
[0123]
This allows the active oxygen species generated by the action of the photocatalyst in the photocatalyst-containing layer to reach the characteristic change layer through the small holes without diffusing, and in the presence of a high concentration of active oxygen species. Thus, the characteristics of the characteristic change layer are changed, and the pattern can be formed efficiently. At this time, the mask may be disposed in close contact with the photocatalyst containing layer and the characteristic change layer, or may be disposed in a non-adherent state as long as the mask is disposed so as to be interposed between the photocatalyst containing layer and the characteristic change layer. However, in the present invention, it is preferably disposed in close contact with the photocatalyst-containing layer and the characteristic change layer. This is because the characteristics of the characteristic change layer can be changed in a state where the concentration of active oxygen species is higher, and a pattern forming body having a pattern whose characteristics have been changed more efficiently can be obtained. In addition, since the mask is in close contact with the characteristic change layer, the surface in contact with the mask on the characteristic change layer does not change the characteristic, and the pattern shape of the small holes formed in the mask increases the definition. Therefore, it is possible to form a pattern with changed characteristics.
[0124]
In the present invention, such an arrangement need only be maintained at least during exposure.
[0125]
4). Pattern formation
In the present invention, energy irradiation is performed while maintaining the above-described arrangement. The energy irradiation referred to in the present invention is a concept including irradiation of any energy ray capable of changing the characteristics of the surface of the characteristic change layer by the photocatalyst-containing layer, and is not limited to visible light irradiation. Absent.
[0126]
Usually, the wavelength of light used for such exposure is set in the range of 400 nm or less, preferably in the range of 380 nm or less. This is because, as described above, the preferred photocatalyst used in the photocatalyst-containing layer is titanium dioxide, and light having the above-described wavelength is preferable as the energy for activating the photocatalytic action by the titanium dioxide.
[0127]
Examples of light sources that can be used for such exposure include mercury lamps, metal halide lamps, xenon lamps, excimer lamps, and various other light sources.
[0128]
In addition, the irradiation amount of energy at the time of exposure is set to an irradiation amount necessary for the characteristic change layer surface to change the characteristic of the characteristic change layer surface by the action of the photocatalyst in the photocatalyst containing layer.
[0129]
At this time, it is preferable in that the photocatalyst-containing layer is exposed while being heated, so that the sensitivity can be increased and the characteristic can be changed efficiently. Specifically, it is preferable to heat within a range of 30 ° C to 80 ° C.
[0130]
In the present invention, the energy irradiation direction is not particularly limited as long as it is possible to irradiate the photocatalyst-containing layer in the portion where the small holes of the mask are formed. It is appropriately selected depending on the transparency of the substrate and the property changing layer, the transparency of the substrate of the photocatalyst-containing layer side substrate, or the like.
[0131]
5). Removal of photocatalyst containing layer side substrate and mask
When the energy irradiation as described above is completed, the photocatalyst-containing layer side substrate and the mask are separated from the contact position with the property change layer, thereby forming a pattern having a
[0132]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0133]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.
[0134]
[Example 1]
1. Formation of photocatalyst containing layer side substrate
30 g of isopropyl alcohol, 3 g of trimethoxymethylsilane (manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., TSL8113) and 20 g of ST-K03 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) which is a photocatalytic inorganic coating agent are mixed and stirred at 100 ° C. for 20 minutes. did. This was diluted 3 times with isopropyl alcohol to obtain a composition for a photocatalyst-containing layer.
[0135]
The said composition for photocatalyst containing layers was apply | coated with the spin coater on the quartz glass substrate, and the transparent photocatalyst containing layer (thickness 0.15 micrometer) was formed by performing a drying process for 10 minutes at 150 degreeC.
[0136]
2. Formation of decomposition removal layer
2 g of Iupilon Z400 (Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.) mainly composed of polycarbonate was dissolved in 30 g of dichloromethane and 70 g of 112 trichloroethane to obtain a composition for a decomposition layer removal layer.
[0137]
The said composition for decomposition | disassembly removal layers was apply | coated with the spin coater on the glass substrate, and the transparent decomposition removal layer (thickness 0.01 micrometer) was formed by performing the drying process for 60 minutes at 100 degreeC.
[0138]
3. exposure
A stainless steel having a thickness of 500 μm in which holes of 100 μmφ were formed at a pitch of 200 μm was prepared, and this was interposed between the photocatalyst containing layer side substrate and the decomposition removal layer. Next, 40 mW / cm from the photocatalyst containing layer substrate side by an ultra high pressure mercury lamp (wavelength 365 nm).2The film was exposed for 600 seconds at an illuminance of, the decomposition removal layer was decomposed and removed, and a polycarbonate was formed in a pattern on the glass substrate.
[0139]
[Example 2]
1. Formation of photocatalyst containing layer side substrate
30 g of isopropyl alcohol, 3 g of trimethoxymethylsilane (manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., TSL8113) and 20 g of ST-K03 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) which is a photocatalytic inorganic coating agent are mixed and stirred at 100 ° C. for 20 minutes. did. This was diluted 3 times with isopropyl alcohol to obtain a composition for a photocatalyst-containing layer.
[0140]
The said composition for photocatalyst containing layers was apply | coated with the spin coater on the quartz glass substrate, and the transparent photocatalyst containing layer (thickness 0.15 micrometer) was formed by performing a drying process for 10 minutes at 150 degreeC.
[0141]
2. Formation of decomposition removal layer
Polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA, average molecular weight 100,000-200,000, Aldrich), a cationic polymer, and polystyrene sulfonate sodium salt (PSS, average molecular weight 70,000, Aldrich), an anionic polymer, on a glass substrate Were alternately adsorbed to a thickness of about 2 nm.
[0142]
3. exposure
A stainless steel with a thickness of 500 μm with holes of 100 μmφ formed at a pitch of 200 μm is prepared and placed between the photocatalyst containing layer side substrate and the decomposition removal layer. 365 nm) to 40 mW / cm2The film was exposed for 120 seconds at an illuminance of, the decomposition removal layer was decomposed and removed, and an alternating adsorption film was formed in a pattern on the glass substrate.
[0143]
[Example 3]
1. Formation of photocatalyst containing layer side substrate
30 g of isopropyl alcohol, 3 g of trimethoxymethylsilane (manufactured by GE Toshiba Silicone Co., Ltd., TSL8113) and 20 g of ST-K03 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) which is a photocatalytic inorganic coating agent are mixed and stirred at 100 ° C. for 20 minutes. did. This was diluted 3 times with isopropyl alcohol to obtain a composition for a photocatalyst-containing layer.
[0144]
The said composition for photocatalyst containing layers was apply | coated with the spin coater on the quartz glass substrate, and the transparent photocatalyst containing layer (thickness 0.15 micrometer) was formed by performing a drying process for 10 minutes at 150 degreeC.
[0145]
2. Formation of wettability changing layer
30 g of isopropyl alcohol, 3 g of fluoroalkylsilane (GE Toshiba Silicone), 3 g of tetramethoxysilane (GE Toshiba Silicone) and 2.5 g of 0.5 N hydrochloric acid were mixed and stirred for 8 hours. This was diluted 100 times with isopropyl alcohol to obtain a wettability changing layer composition.
[0146]
The said composition for wettability change layers was apply | coated with the spin coater on the glass substrate, and the transparent wettability change layer (thickness 0.1 micrometer) was formed by performing a drying process for 10 minutes at 150 degreeC.
[0147]
3. exposure
A polyimide film having a thickness of 50 μm in which holes of 100 μmφ are formed at a pitch of 200 μm is prepared and disposed between the photocatalyst containing layer side substrate and the decomposition removal layer, and then the ultra high pressure is applied from the photocatalyst containing layer side substrate side. 40 mW / cm with a mercury lamp (wavelength 365 nm)2Was exposed for 90 seconds to form a wettability change pattern on the glass substrate.
[0148]
At this time, the contact angle between the unexposed part and the exposed part and the wetting standard reagent (40 mN / m) was measured using a contact angle measuring device (CA-Z type manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) 30 seconds after dropping, the result was 75 ° and 7 °, respectively.
[0149]
【The invention's effect】
According to the present invention, the active oxygen species generated from the photocatalyst-containing layer by irradiating energy after arranging a mask having a predetermined pattern between the photocatalyst-containing layer and the characteristic change layer is The characteristic change layer is reached without being diffused through the small holes of the mask. This makes it possible to change the characteristics of only the portion where the active oxygen species has reached. In addition, since it is possible to change the characteristics of the characteristic change layer in a state where the concentration of the generated active oxygen species is high, a pattern forming body having a pattern whose characteristics have been changed with high definition in a short time efficiently It becomes possible to do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing an example of a method for producing a pattern-formed body of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Base material
2 ... Photocatalyst containing layer
3 ... Photocatalyst containing layer side substrate
4 ... Base
5 ... Characteristic change layer
6 ... Substrate for pattern forming body
7 ... Small hole
8 ... Mask
9… Energy
10 ... Pattern
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