JP5833763B2 - Mold manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、型の製造方法に関し、特に、表面にポーラスアルミナ層を有する型に関する。ここでいう「型」は、種々の加工方法(スタンピングやキャスティング)に用いられる型を包含し、スタンパということもある。また、印刷(ナノプリントを含む)にも用いられ得る。 The present invention relates to a mold manufacturing method, and more particularly to a mold having a porous alumina layer on the surface. The “mold” here includes molds used in various processing methods (stamping and casting), and is sometimes referred to as a stamper. It can also be used for printing (including nanoprinting).
テレビや携帯電話などに用いられる表示装置やカメラレンズなどの光学素子には、通常、表面反射を低減して光の透過量を高めるために反射防止技術が施されている。例えば、空気とガラスとの界面に光が入射する場合のように屈折率が異なる媒体の界面を光が通過する場合、フレネル反射などによって光の透過量が低減し、視認性が低下するからである。 In general, an optical element such as a display device or a camera lens used in a television or a mobile phone is provided with an antireflection technique in order to reduce surface reflection and increase light transmission. For example, when light passes through the interface of a medium with a different refractive index, such as when light enters the interface between air and glass, the amount of transmitted light is reduced due to Fresnel reflection, etc., and visibility is reduced. is there.
近年、反射防止技術として、凹凸の周期が可視光(λ=380nm〜780nm)の波長以下に制御された微細な凹凸パターンを基板表面に形成する方法が注目されている(特許文献1から4を参照)。反射防止機能を発現する凹凸パターンを構成する凸部の2次元的な大きさは10nm以上500nm未満である。なお、2次元的な大きさとは、凹凸パターンが形成された表面に垂直な方向から観察したときの凸部の形状を円に近似したときの直径に相当する。 In recent years, attention has been paid to a method for forming a fine uneven pattern on the substrate surface, in which the period of the unevenness is controlled to a wavelength of visible light (λ = 380 nm to 780 nm) or less as an antireflection technique (see Patent Documents 1 to 4). reference). The two-dimensional size of the convex portions constituting the concavo-convex pattern expressing the antireflection function is 10 nm or more and less than 500 nm. Note that the two-dimensional size corresponds to the diameter when the shape of the convex portion when observed from a direction perpendicular to the surface on which the concave / convex pattern is formed approximates a circle.
この方法は、いわゆるモスアイ(Motheye、蛾の目)構造の原理を利用したものであり、基板に入射した光に対する屈折率を凹凸の深さ方向に沿って入射媒体の屈折率から基板の屈折率まで連続的に変化させることによって反射防止したい波長域の反射を抑えている。 This method utilizes the principle of a so-called moth-eye structure, and the refractive index for light incident on the substrate is determined from the refractive index of the incident medium along the depth direction of the irregularities, to the refractive index of the substrate. The reflection in the wavelength region that is desired to be prevented from being reflected is suppressed by continuously changing the wavelength.
モスアイ構造は、広い波長域にわたって入射角依存性の小さい反射防止作用を発揮できるほか、多くの材料に適用でき、凹凸パターンを基板に直接形成できるなどの利点を有している。その結果、低コストで高性能の反射防止膜(または反射防止表面)を提供できる。 The moth-eye structure has an advantage that it can exhibit an antireflection effect with a small incident angle dependency over a wide wavelength range, can be applied to many materials, and can directly form an uneven pattern on a substrate. As a result, a low-cost and high-performance antireflection film (or antireflection surface) can be provided.
モスアイ構造の製造方法として、アルミニウムを陽極酸化することによって得られる陽極酸化ポーラスアルミナ層を用いる方法が注目されている(特許文献2から4)。
As a method for producing a moth-eye structure, a method using an anodized porous alumina layer obtained by anodizing aluminum has attracted attention (
ここで、アルミニウムを陽極酸化することによって得られる陽極酸化ポーラスアルミナ層について簡単に説明する。従来から、陽極酸化を利用した多孔質構造体の製造方法は、規則正しく配列されたナノオーダーの円柱状の細孔(微細な凹部)を形成できる簡易な方法として注目されてきた。硫酸、蓚酸、または燐酸等の酸性電解液またはアルカリ性電解液中にアルミニウム基材を浸漬し、これを陽極として電圧を印加すると、アルミニウム基材の表面で酸化と溶解が同時に進行し、その表面に細孔を有する酸化膜を形成することができる。この円柱状の細孔は、酸化膜に対して垂直に配向し、一定の条件下(電圧、電解液の種類、温度等)では自己組織的な規則性を示すため、各種機能材料への応用が期待されている。 Here, the anodized porous alumina layer obtained by anodizing aluminum will be briefly described. Conventionally, a method for producing a porous structure using anodization has attracted attention as a simple method capable of forming regularly ordered nano-sized cylindrical pores (fine concave portions). When an aluminum substrate is immersed in an acidic or alkaline electrolyte such as sulfuric acid, oxalic acid, or phosphoric acid, and a voltage is applied using the aluminum substrate as an anode, oxidation and dissolution proceed simultaneously on the surface of the aluminum substrate. An oxide film having pores can be formed. These cylindrical pores are oriented perpendicular to the oxide film and exhibit self-organized regularity under certain conditions (voltage, type of electrolyte, temperature, etc.). Is expected.
特定の条件下で形成されたポーラスアルミナ層は、膜面に垂直な方向から見たときに、ほぼ正六角形のセルが二次元的に最も高密度で充填された配列をとっている。それぞれのセルはその中央に細孔を有しており、細孔の配列は周期性を有している。セルは局所的な皮膜の溶解および成長の結果形成されるものであり、バリア層と呼ばれる細孔底部で、皮膜の溶解と成長とが同時に進行する。このとき、隣接する細孔間の距離(中心間距離)は、バリア層の厚さのほぼ2倍に相当し、陽極酸化時の電圧にほぼ比例することが知られている。また、細孔の直径は、電解液の種類、濃度、温度等に依存するものの、通常、セルのサイズ(膜面に垂直な方向からみたときのセルの最長対角線の長さ)の1/3程度であることが知られている。このようなポーラスアルミナの細孔は、特定の条件下では高い規則性を有する(周期性を有する)配列、また、条件によってはある程度規則性の乱れた配列、あるいは不規則(周期性を有しない)な配列を形成する。 The porous alumina layer formed under specific conditions has an array in which almost regular hexagonal cells are two-dimensionally filled with the highest density when viewed from the direction perpendicular to the film surface. Each cell has a pore in the center, and the arrangement of the pores has periodicity. The cell is formed as a result of local dissolution and growth of the film, and dissolution and growth of the film proceed simultaneously at the bottom of the pores called a barrier layer. At this time, it is known that the distance between adjacent pores (center-to-center distance) corresponds to approximately twice the thickness of the barrier layer and is approximately proportional to the voltage during anodization. In addition, although the diameter of the pores depends on the type, concentration, temperature, etc. of the electrolytic solution, it is usually 1/3 of the cell size (the length of the longest diagonal line when viewed from the direction perpendicular to the film surface). It is known to be a degree. The pores of such porous alumina have an arrangement with high regularity (having periodicity) under a specific condition, an arrangement with irregularity to some extent or an irregularity (having no periodicity) depending on the conditions. ).
特許文献2は、陽極酸化ポーラスアルミナ膜を表面に有するスタンパを用いて、反射防止膜(反射防止表面)を形成する方法を開示している。
また、特許文献3に、アルミニウムの陽極酸化と孔径拡大処理を繰り返すことによって、連続的に細孔径が変化するテーパー形状の凹部を形成する技術が開示されている。 Patent Document 3 discloses a technique for forming a tapered recess having a continuously changing pore diameter by repeating anodization of aluminum and a pore diameter enlargement process.
本出願人は、特許文献4に、微細な凹部が階段状の側面を有するアルミナ層を用いて反射防止膜を形成する技術を開示している。 The present applicant discloses in Patent Document 4 a technique for forming an antireflection film using an alumina layer in which fine concave portions have stepped side surfaces.
また、特許文献1、2および4に記載されているように、モスアイ構造(ミクロ構造)に加えて、モスアイ構造よりも大きな凹凸構造(マクロ構造)を設けることによって、反射防止膜(反射防止表面)にアンチグレア(防眩)機能を付与することができる。アンチグレア機能を発揮する凹凸を構成する凸部の2次元的な大きさは1μm以上100μm未満である。
Further, as described in
このように陽極酸化ポーラスアルミナ膜を利用することによって、モスアイ構造を表面に形成するための型(以下、「モスアイ用型」という。)を容易に製造することができる。特に、特許文献2および4に記載されているように、アルミニウムの陽極酸化膜の表面をそのまま型として利用すると、製造コストを低減する効果が大きい。モスアイ構造を形成することができるモスアイ用型の表面の構造を「反転されたモスアイ構造」ということにする。
Thus, by using the anodized porous alumina film, a mold for forming a moth-eye structure on the surface (hereinafter referred to as “moth-eye mold”) can be easily manufactured. In particular, as described in
モスアイ用型を用いた反射防止膜の製造方法としては、光硬化性樹脂を用いる方法が知られている。まず、基板上に光硬化性樹脂を付与する。続いて、離型処理を施したモスアイ用型の凹凸表面を真空中で光硬化性樹脂に押圧することにより、モスアイ用型の表面の凹凸構造中に光硬化性樹脂が充填される。続いて、凹凸構造中の光硬化性樹脂に紫外線を照射し、光硬化性樹脂を硬化する。その後、基板からモスアイ用型を分離することによって、モスアイ用型の凹凸構造が転写された光硬化性樹脂の硬化物層が基板の表面に形成される。光硬化性樹脂を用いた反射防止膜の製造方法は、例えば特許文献4に記載されている。
As a method for producing an antireflection film using a moth-eye mold, a method using a photocurable resin is known. First, a photocurable resin is applied on the substrate. Subsequently, the uneven surface of the surface of the moth-eye mold is filled with the photocurable resin by pressing the uneven surface of the moth-eye mold subjected to the release treatment against the photocurable resin in a vacuum. Subsequently, the photocurable resin in the concavo-convex structure is irradiated with ultraviolet rays to cure the photocurable resin. Thereafter, by separating the moth-eye mold from the substrate, a cured product layer of a photocurable resin to which the concavo-convex structure of the moth-eye mold is transferred is formed on the surface of the substrate. A method for producing an antireflection film using a photocurable resin is described in
上述のモスアイ用型は、アルミニウムで形成された基板またはアルミニウムで形成された円筒で代表されるアルミニウム基材や、ガラス基板に代表されるアルミニウム以外の材料で形成された支持体の上に形成されたアルミニウム膜を用いて製造され得る。しかしながら、ガラス基板やプラスチックフィルムの上に形成されたアルミニウム膜を用いて、モスアイ用型を製造すると、アルミニウム膜(一部は陽極酸化膜となっている)と、ガラス基板やプラスチックフィルムとの接着性が低下することがある。本出願人は、ガラスやプラスチックで形成された基材の表面に、無機下地層(例えばSiO2層)と、アルミニウムを含む緩衝層(例えば、AlOx層)とを形成することによって、上記の接着性の低下を抑制することを見出し、特許文献5に開示している。The moth-eye mold described above is formed on an aluminum substrate represented by a substrate formed of aluminum or a cylinder formed of aluminum, or a support formed of a material other than aluminum typified by a glass substrate. It can be manufactured using an aluminum film. However, when a moth-eye mold is manufactured using an aluminum film formed on a glass substrate or plastic film, the aluminum film (partially an anodized film) is bonded to the glass substrate or plastic film. May decrease. The applicant of the present invention forms the inorganic underlayer (for example, SiO 2 layer) and the buffer layer (for example, AlO x layer) containing aluminum on the surface of the substrate formed of glass or plastic. It discovered that the fall of adhesiveness was suppressed and it is disclosing in
また、本出願人は、例えば、特許文献7に、円筒状(ロール状)のモスアイ用型を用いて、ロール・ツー・ロール方式により反射防止膜を効率良く製造する方法を開発している。円筒状のモスアイ用型は、例えば、金属製の円筒の外周面に有機絶縁層を形成し、この有機絶縁層上に形成したアルミニウム膜に対して陽極酸化とエッチングとを交互に繰り返すことによって形成される。この場合にも、特許文献5に開示されている無機下地層および緩衝層を形成することによって接着性を向上させることができる。
The applicant has developed a method for efficiently producing an antireflection film by a roll-to-roll method using, for example, a cylindrical (roll-shaped) moth-eye mold in Patent Document 7. A cylindrical moth-eye mold is formed, for example, by forming an organic insulating layer on the outer peripheral surface of a metal cylinder and alternately repeating anodization and etching on the aluminum film formed on the organic insulating layer. Is done. Also in this case, the adhesiveness can be improved by forming the inorganic underlayer and the buffer layer disclosed in
特許文献1、2、4、5および7の開示内容の全てを参考のために本明細書に援用する。
The entire disclosures of
本発明者は、金属製の円筒の外周面に有機絶縁層を形成する方法として、アニオン電着法を検討したところ、図12に光学顕微鏡像を示すように、異物が生成されることがあった。なお、図12は、482μm×688μmの視野を示しており、線状の異物は、約370μm×約250μmに広がっている。この異物は、一般的な、アニオン電着塗装においては特に問題にならないが、上述のサブミクロンオーダーの凹凸を有するモスアイ用型を形成する際に問題となる。すなわち、上記の異物が存在する有機絶縁層上に形成されたアルミニウム膜に対して陽極酸化とエッチングとを交互に繰り返すことによってモスアイ用型を形成すると、モスアイ用型の表面に異物の形状が反映されてしまう。その結果、このようなモスアイ用型を用いて形成された反射防止表面に、異物に起因する欠陥(異常な形状)が形成され、局所的に反射防止機能が低下することがある。 The present inventor examined the anion electrodeposition method as a method for forming an organic insulating layer on the outer peripheral surface of a metal cylinder. As shown in an optical microscope image in FIG. 12, foreign matter may be generated. It was. FIG. 12 shows a field of view of 482 μm × 688 μm, and the linear foreign matter extends to about 370 μm × about 250 μm. This foreign matter is not particularly problematic in general anion electrodeposition coating, but becomes a problem when forming a moth-eye mold having irregularities of the above-mentioned submicron order. That is, when the moth-eye mold is formed by alternately repeating anodization and etching on the aluminum film formed on the organic insulating layer on which the above-mentioned foreign substance exists, the shape of the foreign substance is reflected on the surface of the moth-eye mold. Will be. As a result, a defect (abnormal shape) due to a foreign substance is formed on the antireflection surface formed using such a moth-eye mold, and the antireflection function may be locally degraded.
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、モスアイ用型を形成するための金属基材の表面上にアニオン電着法によって有機絶縁層を形成する際に異物の生成を抑制すること、および、それによって、表面の反転されたモスアイ構造に欠陥が少ないモスアイ用型の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to form an organic insulating layer on the surface of a metal substrate for forming a moth-eye mold by an anionic electrodeposition method. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a moth-eye mold that suppresses the generation of foreign matter and thereby has few defects in the moth-eye structure having an inverted surface.
本発明の実施形態による型の製造方法は、表面の法線方向から見たときの2次元的な大きさが10nm以上500nm未満の複数の凹部を有する、反転されたモスアイ構造を表面に有する型の製造方法であって、可視光を拡散反射させる表面を有する金属基材を用意する工程(a1)と、前記金属基材の前記表面上にアニオン電着法によって有機絶縁層を形成する工程(a2)と、前記有機絶縁層の上にアルミニウム合金層を形成する工程(a3)とを包含する、型基材を用意する工程(a)と、前記アルミニウム合金層を部分的に陽極酸化することによって、複数の微細な凹部を有するポーラスアルミナ層を形成する工程(b)と、前記工程(b)の後に、前記ポーラスアルミナ層を、エッチング液に接触させることによって、前記ポーラスアルミナ層の前記複数の微細な凹部を拡大させる工程(c)と、前記工程(c)の後に、さらに陽極酸化することによって、前記複数の微細な凹部を成長させる工程(d)とを包含する。 A mold manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a mold having an inverted moth-eye structure on the surface having a plurality of recesses having a two-dimensional size of 10 nm or more and less than 500 nm when viewed from the normal direction of the surface. And a step (a1) of preparing a metal substrate having a surface that diffusely reflects visible light, and a step of forming an organic insulating layer on the surface of the metal substrate by anion electrodeposition ( a step (a) of preparing a mold substrate, including a2) and a step (a3) of forming an aluminum alloy layer on the organic insulating layer, and partially anodizing the aluminum alloy layer The step (b) of forming a porous alumina layer having a plurality of fine recesses, and the porous alumina layer is brought into contact with an etching solution after the step (b). A step (c) of enlarging the plurality of fine recesses of the alumina layer, and a step (d) of growing the plurality of fine recesses by further anodizing after the step (c). .
ある実施形態において、前記金属基材の前記表面は、前記表面に8°の入射角で入射した波長が550nmの光に対する拡散反射率が10%以上45%以下である。 In one embodiment, the surface of the metal substrate has a diffuse reflectance of 10% to 45% for light having a wavelength of 550 nm incident on the surface at an incident angle of 8 °.
ある実施形態において、前記工程(a2)における電圧は、60V以上120V以下である。 In one embodiment, the voltage in the step (a2) is not less than 60V and not more than 120V.
ある実施形態において、前記工程(a2)における通電時間は、200秒以下である。 In one embodiment, the energization time in the step (a2) is 200 seconds or less.
ある実施形態において、前記工程(a2)は、艶消しアニオン塗料を用いて行われる。 In one embodiment, the step (a2) is performed using a matte anionic paint.
ある実施形態において、前記工程(a)は、前記工程(a2)の後、かつ、前記工程(a3)の前に、前記有機絶縁層の上に無機下地層を形成する工程(a4)をさらに包含する。前記無機下地層は、例えば、酸化シリコン層、酸化タンタル層または酸化チタン層である。前記無機下地層の厚さは例えば50nm以上500nm以下である。 In one embodiment, the step (a) further includes a step (a4) of forming an inorganic underlayer on the organic insulating layer after the step (a2) and before the step (a3). Include. The inorganic underlayer is, for example, a silicon oxide layer, a tantalum oxide layer, or a titanium oxide layer. The thickness of the inorganic underlayer is, for example, not less than 50 nm and not more than 500 nm.
ある実施形態において、前記工程(a)は、前記工程(a4)の後、かつ、前記工程(a3)の前に、前記無機下地層の上に、アルミニウムと、酸素または窒素とを含む緩衝層を形成する工程(a5)をさらに包含する。前記緩衝層の厚さは例えば10nm以上500nm以下である。前記緩衝層におけるアルミニウムの含有率が前記無機下地層側よりも前記アルミニウム合金層側において高いプロファイルを有する。 In one embodiment, the step (a) includes a buffer layer containing aluminum and oxygen or nitrogen on the inorganic underlayer after the step (a4) and before the step (a3). The step (a5) of forming is further included. The buffer layer has a thickness of not less than 10 nm and not more than 500 nm, for example. The aluminum content in the buffer layer has a higher profile on the aluminum alloy layer side than on the inorganic underlayer side.
ある実施形態において、前記金属基材は円筒状であり、前記金属基材の前記表面は、前記金属基材の円筒の外周面である。 In one embodiment, the metal substrate is cylindrical, and the surface of the metal substrate is an outer peripheral surface of a cylinder of the metal substrate.
ある実施形態において、前記金属基材は、メタルスリーブである。前記メタルスリーブは、ニッケルスリーブ、ステンレススリーブ、アルミニウムスリーブまたは銅スリーブである。 In one embodiment, the metal substrate is a metal sleeve. The metal sleeve is a nickel sleeve, a stainless steel sleeve, an aluminum sleeve or a copper sleeve.
ある実施形態において、前記工程(d)の後に、前記工程(b)および前記工程(c)をさらに行う。陽極酸化とエッチングとを交互に繰り返す回数等によって、微細な凹部の大きさ、形状を調整することができる。なお、陽極酸化で終わらせることが好ましい。 In one embodiment, the step (b) and the step (c) are further performed after the step (d). The size and shape of the fine recesses can be adjusted by the number of times that the anodic oxidation and etching are repeated alternately. In addition, it is preferable to end by anodizing.
本発明の実施形態によると、モスアイ用型を形成するための金属基材の表面上にアニオン電着法によって有機絶縁層を形成する際に異物の生成を抑制することが可能となり、表面の反転されたモスアイ構造に欠陥が少ないモスアイ用型の製造方法が提供される。 According to an embodiment of the present invention, it is possible to suppress the generation of foreign matters when forming an organic insulating layer by an anionic electrodeposition method on the surface of a metal substrate for forming a moth-eye mold. A method for manufacturing a moth-eye mold with few defects in the moth-eye structure formed is provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による型の製造方法を説明する。本実施形態の型は、モスアイ用型であり、表面の法線方向から見たときの2次元的な大きさが10nm以上500nm未満の複数の凹部を有する、反転されたモスアイ構造を表面に有する。 Hereinafter, a method for manufacturing a mold according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The mold of the present embodiment is a moth-eye mold, and has an inverted moth-eye structure on the surface having a plurality of recesses having a two-dimensional size of 10 nm or more and less than 500 nm when viewed from the normal direction of the surface. .
本発明による実施形態の型の製造方法は、図1(a)に示すように、金属基材72mと、金属基材72m上に形成された有機絶縁層13と、有機絶縁層13上に形成されたアルミニウム合金層18とを有する型基材10を用意する工程を包含する。金属基材72mと有機絶縁層13とを合わせて支持体12ということがある。
A mold manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a
ここで、金属基材72mは、後に実験例を示して詳述するように、可視光を拡散反射させる表面を有し、この表面の上に有機絶縁層13がアニオン電着法によって形成されている。その結果、有機絶縁層13の表面に線状の異物(図12参照)の生成が抑制される。有機絶縁層13の厚さは例えば4μm以上10μm以下である。有機絶縁層13の厚さが4μm未満であると、十分な絶縁性を得られないことがあり、10μmを超えると生産性が低下する。
Here, the
アルミニウム合金層18は、アルミニウムを主成分として含む層であって、アルミニウム以外の金属元素Mおよび/または他の非金属元素を含む層を包含する。アルミニウム合金層18は、バルブ金属層としての性質(典型的には、陽極酸化性)を有していればよく、純アルミニウム(例えば、純度が99.99質量%以上)で構成されている層を含む。アルミニウム合金層18は、公知の方法(例えば電子線蒸着法またはスパッタ法)で形成される。アルミニウム合金層18の厚さは、モスアイ用型となる表面構造を有する陽極酸化アルミナ層を得るために、100nm以上であることが好ましく、生産性の観点から3000nm以下であることが好ましい。典型的には、約1000nm(1μm)である。
The
ここで、厚さが約1μmのアルミニウム合金層18は、一度に堆積するよりも複数回に分けて堆積する方が好ましい。すなわち、所望の厚さ(例えば1μm)まで連続して堆積するよりも、ある厚さまで堆積した段階で中断し、ある時間が経過した後に、堆積を再開するという工程を繰り返し、所望の厚さのアルミニウム合金層18を得ることが好ましい。例えば、厚さが50nmのアルミニウム合金層を堆積するたびに中断し、それぞれの厚さが50nmの20層のアルミニウム合金層で、厚さが約1μmのアルミニウム合金層18を得ることが好ましい。このように、アルミニウム合金の堆積を複数回に分けることによって、最終的に得られるアルミニウム合金層18の品質(例えば、耐薬品性や接着性)を向上させることができる。アルミニウム合金を連続的に堆積すると、基材(アルミニウム合金層が堆積される表面を有するものを指す)の温度が上昇し、その結果、アルミニウム合金層18内に熱応力の分布が生じ、膜の品質を低下させるためと考えられる。
Here, it is preferable that the
ここで、図1(a)に示す型基材10のように、有機絶縁層13とアルミニウム合金層18との間には、無機下地層14を有することが好ましい。無機下地層14は、有機絶縁層13の表面に直接形成され、有機絶縁層13とアルミニウム合金層18の間の密着性を向上させるように作用する。無機下地層14は、無機酸化物または無機窒化物で形成されることが好ましく、無機酸化物を用いる場合、例えば酸化シリコン層、酸化タンタル層または酸化チタン層が好ましく、無機窒化物を用いる場合、例えば窒化シリコン層が好ましい。また、無機酸化物層または無機窒化物層に不純物を添加することによって、熱膨張係数を調整してもよい。例えば、酸化シリコン層を用いる場合には、ゲルマニウム(Ge)、リン(P)またはボロン(B)を添加することによって、熱膨張係数を増大させることができる。
Here, it is preferable to have the
無機下地層14の厚さは、40nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがさらに好ましい。無機下地層14の厚さが40nm未満であると無機下地層14を設けた効果が十分に発揮されないことがある。無機下地層14の厚さは、500nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがさらに好ましい。無機下地層14の厚さが500nm超であると、無機下地層14の形成時間が不必要に長くなる。また、曲面や可撓性を有する面に形成された無機下地層14は厚いほど割れが発生しやすい。
The thickness of the
型基材10は、無機下地層14とアルミニウム合金層18との間に、緩衝層16をさらに有することが好ましい。緩衝層16は、無機下地層14とアルミニウム合金層18との間の接着性を向上させるように作用する。ここでは、緩衝層16が、無機下地層14上に直接形成されている例を示しているがこれに限られない。例えば、アルミニウム合金層18を均一に陽極酸化するために下地に導電層(好ましくはバルブ金属層)を設ける場合、無機下地層14と緩衝層16との間、または、緩衝層16とアルミニウム合金層18との間に導電層を設けてもよい。
The
緩衝層16は、アルミニウム(および金属元素M)と、酸素または窒素とを含むことが好ましい。酸素または窒素の含有率は一定であってもよいが、特に、アルミニウム(および金属元素M)の含有率が無機下地層14側よりもアルミニウム合金層18側において高いプロファイルを有することが好ましい。熱膨張係数などの物性値の整合に優れるからである。緩衝層16の厚さは、10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがさらに好ましい。また、緩衝層16の厚さは、500nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがさらに好ましい。緩衝層16の厚さが10nm未満であると無機下地層14とアルミニウム合金層18との間に十分な密着性が得られないことがある。また、緩衝層16の厚さが500nm超であると、緩衝層16の形成時間が不必要に長くなるので好ましくない。
The
緩衝層16内のアルミニウムの含有率の厚さ方向におけるプロファイルは、段階的に変化してもよいし、連続的に変化しても良い。例えば、緩衝層16をアルミニウムと、金属元素Mと、酸素とで形成する場合、酸素含有率が漸次低下する複数の酸化アルミニウム合金層を形成し、最上層の上にアルミニウム合金層18を形成する。緩衝層16の酸素含有率は、最も高いところで60at%以下であることが好ましい。酸素に代えて窒素を含む緩衝層16を形成する場合も同様である。
The profile in the thickness direction of the aluminum content in the
図1(a)に示した型基材10を用いて、従来の方法と同様に、アルミニウム合金層18を部分的に陽極酸化することによって、複数の微細な凹部22を有するポーラスアルミナ層20を形成する工程と、その後に、ポーラスアルミナ層20を、エッチング液に接触させることによって、ポーラスアルミナ層20の複数の微細な凹部22を拡大させる工程と、さらにその後に、さらに陽極酸化することによって複数の微細な凹部22を成長させる工程とを行うことによって、図1(b)に示すモスアイ用型100を得ることができる。
A
モスアイ用型100は、反射防止膜(反射防止表面)の製造に好適に用いられる。反射防止膜の製造に用いられるポーラスアルミナ層20の微細な凹部(細孔)22の形状は概ね円錐状である。図1(b)に誇張して示すように、微細な凹部22は、階段状の側面を有してもよい。微細な凹部22の二次元的な大きさ(開口部径:Dp)は10nm以上500nm未満で、深さ(Ddepth)は10nm以上1000nm(1μm)未満程度であることが好ましい。また、微細な凹部22の底部は尖っている(最底部は点になっている)ことが好ましい。さらに、微細な凹部22は密に充填されていることが好ましく、ポーラスアルミナ層20の法線方向から見たときの微細な凹部22の形状を円と仮定とすると、隣接する円は互いに重なり合い、隣接する微細な凹部22の間に鞍部が形成されることが好ましい。なお、略円錐状の微細な凹部22が鞍部を形成するように隣接しているときは、微細な凹部22の二次元的な大きさDpは平均隣接間距離Dintと等しいとする。したがって、反射防止膜を製造するためのモスアイ用型100のポーラスアルミナ層20は、Dp=Dintが10nm以上500nm未満で、Ddepthが10nm以上1000nm(1μm)未満程度の微細な凹部22が密に不規則に配列した構造を有していることが好ましい。なお、微細な凹部22の開口部の形状は厳密には円ではないので、Dpは表面のSEM像から求めることが好ましい。ポーラスアルミナ層20の厚さtpは約1μm以下である。The moth-
モスアイ用型100の有機絶縁層13の表面における線状の異物の生成が抑制されているので、モスアイ用型100の表面の反転されたモスアイ構造に欠陥が少ない。このモスアイ用型100を用いると、反射防止表面のモスアイ構造に、異物に起因する欠陥(異常な形状)が形成されることが防止されるので、局所的な反射防止機能の低下や、局所的なヘイズの増大のない、反射防止表面を形成することができる。
Since the generation of linear foreign matters on the surface of the organic insulating
以下に、円筒状の型基材を用いたロール状型の製造方法の例を説明する。 Below, the example of the manufacturing method of the roll type | mold using a cylindrical type | mold base material is demonstrated.
ロール状型は、特許文献7に記載されている方法で作製した。ここでは、ニッケルのメタルスリーブ(ニッケルスリーブということがある。)を用いた。メタルスリーブとは、厚さが0.02mm以上1.0mm以下である金属製の円筒をいう。なお、メタルスリーブとしては、ニッケルスリーブに限られず、ステンレス製、アルミニウム製、または銅製のメタルスリーブを用いることができる。これらのメタルスリーブは、例えば、株式会社ディムコから入手できる。 The roll mold was produced by the method described in Patent Document 7. Here, a nickel metal sleeve (also referred to as a nickel sleeve) was used. The metal sleeve refers to a metal cylinder having a thickness of 0.02 mm to 1.0 mm. The metal sleeve is not limited to a nickel sleeve, and a metal sleeve made of stainless steel, aluminum, or copper can be used. These metal sleeves can be obtained from, for example, Dimco Corporation.
実験に用いたメタルスリーブを用いたロール型の作製方法を、図2を参照して簡単に説明する。 A roll-type manufacturing method using a metal sleeve used in the experiment will be briefly described with reference to FIG.
まず、図2(a)に示すように、メタルスリーブ72mを用意する。メタルスリーブ72mは、可視光を拡散反射させる表面(外周面)を有する。後に、実験例を示して説明するように、メタルスリーブ72mの表面は、表面に8°の入射角で入射した波長が550nmの光に対する拡散反射率が10%以上45%以下であることが好ましい。メタルスリーブは一般に金属を電着することよって形成される。電着の条件、例えば、金属膜の成長速度を制御することによって、メタルスリーブの表面の粗さを調整することができる。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)に示すように、メタルスリーブ72mの外周面上に、アニオン電着法によって、有機絶縁層13を形成する(図6参照)。アニオン電着法としては、公知のアニオン電着法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 2B, the organic insulating
例えば、まず、メタルスリーブ72mを洗浄する。次に、メタルスリーブ72mを、アニオン電着樹脂を含む電着液が貯留された電着槽に浸漬する。電着槽には、電極が設置されている。アニオン電着により絶縁性樹脂層を形成するときは、メタルスリーブ72mを陽極とし、電着槽内に設置された電極を陰極として、メタルスリーブ72mと陰極との間に電流を流し、メタルスリーブ72mの外周面上に電着樹脂を析出させることによって、絶縁性樹脂層を形成する。その後、洗浄工程、焼付工程等を行うことにより、有機絶縁層13が形成される。電着樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、アクリル樹脂とメラミン樹脂との混合物を用いることができる。
For example, first, the
有機絶縁層13は、表面を平坦化する効果が高く、メタルスリーブ72mなどの表面の傷等がアルミニウム合金層18の表面形状に反映するのを抑制することができる。逆に、艶消しアニオン塗料を用いることによって、表面にアンチグレア性を有する有機絶縁層13を形成することができる。アンチグレア性を有する有機絶縁層13上に形成されたアルミニウム合金層18を用いてモスアイ用型を形成すると、アンチグレア性を備えた反射防止表面を形成できるモスアイ用型を得ることができる。
The organic insulating
次に、必要に応じて、図2(c)に示すように、有機絶縁層13の上に、無機下地層14を形成する。例えば、厚さが約100nmのSiO2層14を形成する。Next, if necessary, an
次に、図2(d)に示すように、緩衝層16およびアルミニウム合金層18とを連続して形成する。緩衝層16は必要に応じて形成される。緩衝層16およびアルミニウム合金層18の形成には、同じターゲットを用いる。従って、ここでは、アルミニウム合金層18が金属元素Mを含む場合、アルミニウムおよび金属元素Mとの比率は、緩衝層16およびアルミニウム合金層18において一定である。緩衝層16の厚さは、例えば、約100nmで、アルミニウム合金層18の厚さは約1μmである。なお、無機下地層14の形成からアルミニウム合金層18の形成までは、薄膜堆積法(例えばスパッタリング)で行われ、全て同一のチャンバー内で行うことが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2D, the
続いて、図2(e)に示すように、アルミニウム合金層18の表面に対して、陽極酸化とエッチングとを交互に繰り返すことによって、複数の微細な凹部を有するポーラスアルミナ層20を形成することにより、型100aが得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 2 (e), the
次に、図3を参照して、ポーラスアルミナ層20を形成する方法を説明する。図3では、型基材10として、支持体12上にアルミニウム合金層18が直接形成されているものを示している。
Next, a method for forming the
まず、図3(a)に示すように、型基材10を用意する。型基材10は、金属基材と、金属基材上に形成された有機絶縁層13と、有機絶縁層13上に堆積されたアルミニウム合金層18とを有する。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、型基材10の表面(アルミニウム合金層18の表面18s)を陽極酸化することによって複数の微細な凹部22(細孔)を有するポーラスアルミナ層20を形成する。ポーラスアルミナ層20は、微細な凹部22を有するポーラス層と、バリア層とを有している。ポーラスアルミナ層20は、例えば、酸性の電解液中で表面18sを陽極酸化することによって形成される。ポーラスアルミナ層20を形成する工程で用いられる電解液は、例えば、蓚酸、酒石酸、燐酸、クロム酸、クエン酸、リンゴ酸からなる群から選択される酸を含む水溶液である。陽極酸化条件(例えば、電解液の種類、印加電圧)を調整することにより、細孔間隔、細孔の深さ、細孔の形状等を調節できる。なお、ポーラスアルミナ層の厚さは適宜変更され得る。アルミニウム合金層18を完全に陽極酸化してもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a
次に、図3(c)に示すように、ポーラスアルミナ層20をアルミナのエッチャントに接触させることによって所定の量だけエッチングすることにより微細な凹部22の孔径を拡大する。ここで、ウェットエッチングを採用することによって、細孔壁およびバリア層をほぼ等方的にエッチングすることができる。エッチング液の種類・濃度、およびエッチング時間を調整することによって、エッチング量(すなわち、微細な凹部22の大きさおよび深さ)を制御することができる。エッチング液としては、例えば10質量%の燐酸や、蟻酸、酢酸、クエン酸などの有機酸の水溶液やクロム燐酸混合水溶液を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3 (c), the
次に、図3(d)に示すように、再び、アルミニウム合金層18を部分的に陽極酸化することにより、微細な凹部22を深さ方向に成長させるとともにポーラスアルミナ層20を厚くする。ここで微細な凹部22の成長は、既に形成されている微細な凹部22の底部から始まるので、微細な凹部22の側面は階段状になる。
Next, as shown in FIG. 3D, the
さらにこの後、必要に応じて、ポーラスアルミナ層20をアルミナのエッチャントに接触させることによってさらにエッチングすることにより微細な凹部22の孔径をさらに拡大する。エッチング液としては、ここでも上述したエッチング液を用いることが好ましく、現実的には、同じエッチング浴を用いればよい。
Thereafter, if necessary, the
このように、上述した陽極酸化工程およびエッチング工程を繰り返すことによって、図3(e)に示すように、所望の凹凸形状を有するポーラスアルミナ層20を有するモスアイ用型100Aが得られる。陽極酸化工程およびエッチング工程のそれぞれの条件、時間、回数を調整することによって、微細な凹部22の側面は、階段状にもできるし、滑らかな曲面あるいは斜面にもできる。
Thus, by repeating the anodizing step and the etching step described above, a moth-
次に、本発明による実施形態のロール状モスアイ用型を用いた反射防止膜の製造方法を説明する。ロール状型は、軸を中心にロール状型を回転させることによって、型の表面構造を被加工物(反射防止膜が形成される表面を有する物)に連続的に転写できるという利点がある。 Next, the manufacturing method of the antireflection film using the roll type moth-eye mold of the embodiment according to the present invention will be described. The roll-shaped mold has an advantage that the surface structure of the mold can be continuously transferred to a work piece (having a surface on which an antireflection film is formed) by rotating the roll-shaped mold about an axis.
本発明によるある実施形態の反射防止膜の製造方法は、上記の型を用意する工程と、被加工物とを用意する工程と、型と被加工物の表面との間に光硬化樹脂を付与した状態で、光硬化樹脂に光を照射することによって光硬化樹脂を硬化させる工程と、硬化させられた光硬化樹脂で形成された反射防止膜から型を剥離する工程とを包含する。 An antireflection film manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing the mold, a step of preparing a workpiece, and applying a photocurable resin between the mold and the surface of the workpiece. In this state, it includes a step of curing the photocurable resin by irradiating the photocurable resin with light and a step of peeling the mold from the antireflection film formed of the cured photocurable resin.
被加工物として、ロール状のフィルムを用いると、ロール・ツー・ロール方式で、反射防止膜を製造することができる。フィルムとしては、ベースフィルムと、ベースフィルム上に形成されたハードコート層とを有し、反射防止膜は、ハードコート層の上に形成されていることが好ましい。ベースフィルムとしては、例えば、TAC(トリアセチルセルロース)フィルムを好適に用いることができる。ハードコート層としては、例えば、アクリル系のハードコート材料を用いることができる。 When a roll-shaped film is used as a workpiece, an antireflection film can be produced by a roll-to-roll method. The film preferably includes a base film and a hard coat layer formed on the base film, and the antireflection film is preferably formed on the hard coat layer. As the base film, for example, a TAC (triacetyl cellulose) film can be suitably used. As the hard coat layer, for example, an acrylic hard coat material can be used.
図2(e)に示した型100aが有するメタルスリーブ72mは、容易に変形するので、型100aをそのまま用いることは難しい。そこで、図4に示すように、型100aのメタルスリーブ72mの内部にコア材50を挿入することによって、ロール・ツー・ロール方式による反射防止膜の製造方法に用いることができる型100Aを得る。なお、図4に示す型100Aは支持体12の上に形成された緩衝層16を有している。
Since the
次に、図5を参照して、本発明による実施形態の反射防止膜の製造方法を説明する。図5は、ロール・ツー・ロール方式により反射防止膜を製造する方法を説明するための模式的な断面図である。 Next, with reference to FIG. 5, the manufacturing method of the anti-reflective film of embodiment by this invention is demonstrated. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for producing an antireflection film by a roll-to-roll method.
まず、図4に示したロール状のモスアイ用型100Aを用意する。
First, the roll-shaped moth-
次に、図5に示すように、紫外線硬化樹脂32’が表面に付与された被加工物42を、モスアイ用型100Aに押し付けた状態で、紫外線硬化樹脂32’に紫外線(UV)を照射することによって紫外線硬化樹脂32’を硬化する。紫外線硬化樹脂32’としては、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。被加工物42は、例えば、TAC(トリアセチルセルロース)フィルムである。被加工物42は、図示しない巻き出しローラから巻き出され、その後、表面に、例えばスリットコータ等により紫外線硬化樹脂32’が付与される。被加工物42は、図5に示すように、支持ローラ62および64によって支持されている。支持ローラ62および64は、回転機構を有し、被加工物42を搬送する。また、ロール状のモスアイ用型100Aは、被加工物42の搬送速度に対応する回転速度で、図5に矢印で示す方向に回転させられる。
Next, as illustrated in FIG. 5, the ultraviolet
その後、被加工物42からモスアイ用型100Aを分離することによって、モスアイ用型100Aの凹凸構造(反転されたモスアイ構造)が転写された硬化物層32が被加工物42の表面に形成される。表面に硬化物層32が形成された被加工物42は、図示しない巻取りローラにより巻き取られる。
Thereafter, by separating the moth-
上記では金属基材としてメタルスリーブを用いる例を説明したが、メタルスリーブに代えて、バルクの金属基材(例えば、パイプ)を用いることもできる。 Although the example which uses a metal sleeve as a metal base material was demonstrated above, it replaced with a metal sleeve and a bulk metal base material (for example, pipe) can also be used.
以下、実験例を示して、本発明の実施形態によるモスアイ用型の製造方法を説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the moth-eye mold according to the embodiment of the present invention will be described with reference to experimental examples.
実験には、厚さが約150μmで、直径が300mm、長さが1510mmのニッケルスリーブを用いた。表面を粗さの異なるニッケルスリーブを用意した。 In the experiment, a nickel sleeve having a thickness of about 150 μm, a diameter of 300 mm, and a length of 1510 mm was used. Nickel sleeves with different surface roughness were prepared.
アニオン電着は、図6に模式的に示す装置を用いて行った。電着槽(幅2220mm、深さ860mm、長さ790mm)に約1000Lの電着液を満たし、電着液の温度は約23℃に調整した。なお、フィルターは電着液が劣化した際に生成されるゲル化した樹脂粒子を除去するために設けられており、必要に応じて、2つのコックを開放して、電着液をフィルターを通して循環させる。なお、本検討では、2つのコックを閉じ、電着液を循環させない状態で行う。 Anion electrodeposition was performed using an apparatus schematically shown in FIG. The electrodeposition tank (width 2220 mm, depth 860 mm, length 790 mm) was filled with about 1000 L of electrodeposition liquid, and the temperature of the electrodeposition liquid was adjusted to about 23 ° C. The filter is provided to remove the gelled resin particles generated when the electrodeposition solution deteriorates. If necessary, the two cocks are opened and the electrodeposition solution is circulated through the filter. Let In this study, the two cocks are closed and the electrodeposition solution is not circulated.
上述したように、洗浄したメタルスリーブ72mを、電着槽内の電着液に浸漬する。電着液は、アニオン電着樹脂(固形分)、純水、ブタノール、イソプロピルアルコール(IPA)、中和剤(NH4 +)およびブチルセルソルブ(造膜助剤)を含む。アニオン電着樹脂としては、アクリル樹脂とメラミン樹脂との混合系(関西ペイント株式会社製HEGコート2000)を用いた。この電着液は、主剤としてのアクリル樹脂を5.3〜6.0質量%、架橋剤としてのメラミン樹脂を3.6〜3.9質量%、中和剤を0.3質量%、機能性付与のための添加助剤を0.1質量%、溶剤を5.0〜7.5質量%、脱イオン水を82.2〜85.7質量%含む。この電着液を用いると、メラミン樹脂でアクリル樹脂が架橋されたゲル粒子(直径が概ね0.20μm)が形成され、艶消し樹脂層が得られる。なお、上記電着液中のアクリル樹脂およびメラミン樹脂の配合量を少なくする等によって、艶のある樹脂層を形成することもできる。このときに形成されるゲル粒子の直径は概ね0.15μm以下である。この他、特開2003−49112号公報に記載のアニオン電着塗料など、公知の材料を用いることがきる。また、電着液中にフィラー分散させる方法も知られている。As described above, the cleaned
メタルスリーブ72mを陽極とし、電着槽内に設置された電極を陰極として、メタルスリーブ72mと陰極との間に直流電圧を印加し、電流を流す。電圧は、いわゆるガスピンを防止するために120V以下であることが好ましく。通電時間は、200秒以下であることが好ましい。
Using the
アニオン電着樹脂を含む電着液に直流電圧を印加すると、負の電荷を持ったアニオン電着樹脂(例えば図6(b)に示すCOO-基を有する樹脂)は、陽極に移動し、陽極であるメタルスリーブ72m上でH+を受け取り、イオン性を消失し不溶性となり、メタルスリーブ72m上に析出する。析出した樹脂は、ジュール熱によって融着し、有機絶縁層13を形成する。有機絶縁層13の厚さは例えば4μm以上10μm以下である。以下の実験例では、厚さが約6μmの有機絶縁層13を形成した。When a DC voltage is applied to the electrodeposition liquid containing the anion electrodeposition resin, the anion electrodeposition resin having a negative charge (for example, the resin having a COO − group shown in FIG. 6B) moves to the anode, and the anode H + is received on the
図7を参照して、アニオン電着時の処理電圧の大きさ、電着膜の厚さ、表面形状との関係を説明する。 With reference to FIG. 7, the relationship between the magnitude of the treatment voltage during anion electrodeposition, the thickness of the electrodeposition film, and the surface shape will be described.
図7(a)に示すように、処理電圧が大きくなると(電着液の濃度は一定)、成膜速度が大きくなる。例えば、処理電圧が40Vのとき、6μmの膜を得るには約300秒を要するが、処理電圧を80Vにすると、約100秒で6μmの膜を得ることができる。 As shown in FIG. 7A, when the processing voltage is increased (the concentration of the electrodeposition liquid is constant), the film formation rate is increased. For example, when the processing voltage is 40 V, it takes about 300 seconds to obtain a 6 μm film. However, when the processing voltage is 80 V, a 6 μm film can be obtained in about 100 seconds.
また、電着膜の表面形状は、電着膜の膜厚に強く依存しており、処理電圧が異なっても(処理時間が異なっても)、膜厚が同じ限り、ほぼ同じ表面形状を有していることがわかった。 In addition, the surface shape of the electrodeposition film strongly depends on the film thickness of the electrodeposition film. Even if the processing voltage is different (even if the processing time is different), the surface shape is almost the same as long as the film thickness is the same. I found out.
図7(b)に、厚さの異なる電着膜を形成し、それぞれの表面形状を硬化性樹脂膜に転写し、転写された表面形状を有する硬化性樹脂膜を黒色のアクリル板上に固定し、分光拡散反射率を測定した結果を示す。分光拡散反射率の測定は、コニカミノルタ製CM2006を用いて、SCE方式で行った。試料に照射する光の入射角は8°とし、トータルの反射光(正反射光および拡散反射光を含む)の内、正反射光を除いた反射光(すなわち、拡散反射光のみ)の強度を積分球で測定し、波長ごとに求めた拡散反射率を図7(b)のグラフに示している。 In FIG. 7B, electrodeposition films having different thicknesses are formed, the respective surface shapes are transferred to the curable resin film, and the curable resin film having the transferred surface shape is fixed on the black acrylic plate. The results of measuring the spectral diffuse reflectance are shown below. The spectral diffuse reflectance was measured by the SCE method using CM2006 manufactured by Konica Minolta. The incident angle of the light irradiating the sample is 8 °, and the intensity of the reflected light (that is, only the diffuse reflected light) is excluded from the total reflected light (including regular reflected light and diffuse reflected light). The diffuse reflectance measured with an integrating sphere and obtained for each wavelength is shown in the graph of FIG.
図7(b)に示すように、上記の電着樹脂を用いて形成した電着膜は、厚くなるにつれて、拡散反射率が大きくなっている。反射防止膜に望まれるアンチグレア性は用途によって異なる。図7(b)から、電着膜の厚さを調整することによって、アンチグレア性を調整できることがわかる。ここで例示した電着材料を用いる場合、電着膜の厚さが6μm〜7μmの範囲で、適度なアンチグレア性が得られる。 As shown in FIG. 7B, the diffuse reflectance increases as the electrodeposition film formed using the above-mentioned electrodeposition resin becomes thicker. The antiglare property desired for the antireflection film varies depending on the application. FIG. 7B shows that the antiglare property can be adjusted by adjusting the thickness of the electrodeposition film. When the electrodeposition material exemplified here is used, an appropriate antiglare property is obtained when the thickness of the electrodeposition film is in the range of 6 μm to 7 μm.
一般に市販されている鏡面を有するニッケルスリーブ(直径300mm、長さ1510mm)に、上記のアニオン電着によって絶縁性樹脂層を形成した結果を下記の表1に示す。電着時の処理電圧は、40Vと80Vとし、絶縁性樹脂層の厚さは6μmとした。表1は、得られた絶縁性樹脂層の表面を観察し、図12に示したような、異物の個数を求めた。異物の大きさが、1mm以上、500μm以上1mm未満、300μm以上500μm以下の3レベルについて、それぞれ異物の個数を求めた。ここで、異物の大きさは、顕微鏡像において、線状の異物が広がっている領域の直交する2つの方向の長さの平均(2軸平均)とした。ただし、直交する2つの方向の一方は、領域の長さが最小となる方向(短軸方向)である。この定義によると、図12に示した異物の大きさは、320μmとなる。なお、異物は、赤外線分光分析の結果、電着膜と同じ組成を有していることが確認され、電着時の樹脂の異常析出物であることがわかった。 Table 1 below shows the results obtained by forming an insulating resin layer on a commercially available nickel sleeve (diameter 300 mm, length 1510 mm) having a mirror surface by the anion electrodeposition described above. The treatment voltage during electrodeposition was 40 V and 80 V, and the thickness of the insulating resin layer was 6 μm. In Table 1, the surface of the obtained insulating resin layer was observed, and the number of foreign matters as shown in FIG. 12 was obtained. The number of foreign matters was determined for each of three levels of foreign matters of 1 mm or more, 500 μm or more and less than 1 mm, or 300 μm or more and 500 μm or less. Here, the size of the foreign matter was defined as an average (biaxial average) of lengths in two orthogonal directions of a region where the linear foreign matter spreads in the microscope image. However, one of the two orthogonal directions is a direction (short axis direction) in which the length of the region is minimized. According to this definition, the size of the foreign matter shown in FIG. 12 is 320 μm. As a result of infrared spectroscopic analysis, the foreign matter was confirmed to have the same composition as the electrodeposition film, and was found to be an abnormal precipitate of resin during electrodeposition.
表1の結果からわかるように、アニオン電着時の処理電圧を80Vにすると、異物の生成が抑制される。この理由は、以下のように考えられる。以下の説明は、本発明者による考察であり、本発明を限定するものではない。 As can be seen from the results in Table 1, when the treatment voltage during anion electrodeposition is 80 V, the generation of foreign matter is suppressed. The reason is considered as follows. The following description is a consideration by the inventor and does not limit the present invention.
アニオン電着においては、図6(b)に示したように、陽極においてアニオン電着樹脂がH+を受け取り不溶化することによって膜が形成される。すなわち、膜が形成されるためには、アニオン電着樹脂が陽極付近に存在する必要がある。従って、成膜速度は、陽極においてアニオン電着樹脂がH+を受け取り不溶化する析出反応速度(Ra)と、アニオン電着樹脂が陽極付近に電気泳動によって移動する速度(Re)とに依存する。In the anion electrodeposition, as shown in FIG. 6B, a film is formed when the anion electrodeposition resin receives H + and insolubilizes at the anode. That is, in order to form a film, the anion electrodeposition resin needs to be present near the anode. Therefore, the deposition rate depends on the deposition reaction rate (Ra) at which the anion electrodeposition resin receives H + and insolubilizes at the anode, and the rate (Re) at which the anion electrodeposition resin moves by electrophoresis near the anode.
処理電圧が40Vのときに、約300秒で厚さが6μmの膜が形成されるのに対し、処理電圧が80Vのときには、約100秒で厚さが6μmの膜が形成される。すなわち、処理電圧が80Vのときの成膜速度は、40Vのときの成膜速度の約3倍であり、非常に大きい。 When the processing voltage is 40 V, a film having a thickness of 6 μm is formed in about 300 seconds, whereas when the processing voltage is 80 V, a film having a thickness of 6 μm is formed in about 100 seconds. That is, the film formation rate when the processing voltage is 80 V is about three times the film formation rate when the processing voltage is 40 V, which is very large.
処理電圧が40Vのときには、陽極における析出反応の速度(Ra)に比べて、移動速度(Re)が十分に大きく、図8(a)に示すように、電着樹脂の濃度の局所的なゆらぎ等で異常析出が起った後も、陽極にアニオン電着樹脂(R−COO−)が均一に供給される結果、電着が進行し、異常析出の形状が維持される。 When the treatment voltage is 40 V, the moving speed (Re) is sufficiently larger than the deposition reaction speed (Ra) at the anode, and as shown in FIG. 8A, local fluctuations in the concentration of the electrodeposition resin are observed. Even after abnormal deposition occurs, the anion electrodeposition resin (R-COO-) is uniformly supplied to the anode, so that electrodeposition proceeds and the shape of abnormal deposition is maintained.
これに対し、処理電圧が40Vのときには、図8(b)に示すように、陽極における析出反応の速度(Ra)が移動速度(Re)よりも大きく、その結果、異常析出が起きた付近では、局所的にアニオン電着樹脂が不足した状況が生まれる。このとき、異常析出が起きていない箇所では、析出反応が進行する。したがって、異常析出が生じた部分(凸部)とその周辺とで、析出量の差が小さくなる。 On the other hand, when the treatment voltage is 40V, as shown in FIG. 8 (b), the deposition reaction rate (Ra) at the anode is larger than the moving rate (Re), and as a result, in the vicinity where abnormal deposition occurs. The situation where local anion electrodeposition resin is insufficient is born. At this time, the precipitation reaction proceeds at a location where no abnormal precipitation occurs. Therefore, the difference in the amount of precipitation is small between the portion where the abnormal precipitation has occurred (convex portion) and its periphery.
このように、処理電圧は、40Vよりも高いことが好ましく、80V以上であることが好ましい。なお、ここには実験結果を示していないが、処理電圧が60Vのときの異常析出の発生数は、40Vのときの半分以下であり、処理電圧を60V以上にすることによって、異常析出を抑制することができる。なお、よく知られているように、電着時の処理電圧が大きすぎると、生成したガスに起因する欠陥(ガスピン)が生じることがある。したがって、処理電圧は120V以下であることが好ましい。 Thus, the processing voltage is preferably higher than 40V, and more preferably 80V or higher. Although the experimental results are not shown here, the number of occurrences of abnormal deposition when the processing voltage is 60 V is less than half of that when the processing voltage is 40 V, and the abnormal deposition is suppressed by setting the processing voltage to 60 V or more. can do. As is well known, if the processing voltage during electrodeposition is too large, defects (gas pins) due to the generated gas may occur. Therefore, the processing voltage is preferably 120 V or less.
次に、表面を粗さの異なるニッケルスリーブを用いて、アニオン電着における異常析出と表面粗さとの関係を検討した結果を説明する。 Next, the results of examining the relationship between abnormal precipitation and surface roughness in anion electrodeposition using nickel sleeves having different surface roughness will be described.
図9に、5つのニッケルスリーブの分光拡散反射率の測定結果を示す。分光拡散反射率の測定は、上記と同様に、コニカミノルタ製CM2006を用いて、SCE方式で行った。試料に照射する光の入射角は8°とし、トータルの反射光(正反射光および拡散反射光を含む)の内、正反射光を除いた反射光(すなわち、拡散反射光のみ)の強度を積分球で測定し、波長ごとに求めた拡散反射率を図9のグラフに示している。図9中の試料A、BおよびCは、表1に示した鏡面を有する試料A、BおよびCである。図9中の試料GおよびHは、粗い表面を有するニッケルスリーブで、目視で白濁して見える。 FIG. 9 shows the measurement results of the spectral diffuse reflectance of five nickel sleeves. The spectral diffuse reflectance was measured by the SCE method using CM2006 manufactured by Konica Minolta in the same manner as described above. The incident angle of the light irradiating the sample is 8 °, and the intensity of the reflected light (that is, only the diffuse reflected light) is excluded from the total reflected light (including regular reflected light and diffuse reflected light). The diffuse reflectance measured by an integrating sphere and obtained for each wavelength is shown in the graph of FIG. Samples A, B and C in FIG. 9 are samples A, B and C having the mirror surfaces shown in Table 1. Samples G and H in FIG. 9 are nickel sleeves having a rough surface and appear cloudy visually.
図9からわかるように、鏡面を有する試料A〜Cの拡散反射率は、測定波長範囲(360nm〜740nm)において、約5%以下と低い。これに対し、粗面を有する試料GおよびHの拡散反射率は、測定波長範囲のほとんどにおいて、10%以上の値を有している。なお、可視光に対する拡散反射率として、550nmの光に対する拡散反射率を代表値として用いることがある。550nmの光に対する拡散反射率は、試料A〜Cはいずれも5%以下であり、試料GおよびHは10%以上である。 As can be seen from FIG. 9, the diffuse reflectance of the samples A to C having a mirror surface is as low as about 5% or less in the measurement wavelength range (360 nm to 740 nm). On the other hand, the diffuse reflectance of samples G and H having a rough surface has a value of 10% or more in most of the measurement wavelength range. In addition, as a diffuse reflectance with respect to visible light, a diffuse reflectance with respect to 550 nm light may be used as a representative value. The diffuse reflectance with respect to light of 550 nm is 5% or less for all of the samples A to C, and 10% or more for the samples G and H.
上記と同様にして、各ニッケルスリーブの粗面上にアニオン電着によって絶縁性樹脂層を形成したときの結果を下記の表2に示す。電着時に処理電圧は40Vとした。表2には、表1について上述したのと同様にして求めた異物の個数を示している。比較のために、試料A〜Cの結果を併せて示している。 The results when an insulating resin layer is formed on the rough surface of each nickel sleeve by anionic electrodeposition in the same manner as described above are shown in Table 2 below. The treatment voltage was 40 V during electrodeposition. Table 2 shows the number of foreign matters obtained in the same manner as described above for Table 1. For comparison, the results of samples A to C are also shown.
表2の結果からわかるように、アニオン電着の下地表面であるニッケルスリーブの表面を粗面化すると、異物の生成が抑制される。異物の生成を抑制する程度は、アニオン電着時の電圧を80Vにするのと同等である。下地の粗面化によって、異物の生成を抑制できる理由は、よくわからないが、以下のように推察される。以下の説明は、本発明者による推察であり、本発明を限定するものではない。 As can be seen from the results in Table 2, when the surface of the nickel sleeve, which is the base surface for anion electrodeposition, is roughened, the generation of foreign matter is suppressed. The extent to which foreign matter generation is suppressed is equivalent to setting the voltage during anion electrodeposition to 80V. The reason why the generation of foreign matter can be suppressed by roughening the base is not well understood, but is presumed as follows. The following description is a guess by the present inventor and does not limit the present invention.
図10(a)に示すように、下地の表面が鏡面であると、電着樹脂の濃度の局所的なゆらぎ等によって異常析出が起り、図8(a)を参照して説明したように、その後も電着が進行し、異常析出の形状が維持される。 As shown in FIG. 10A, when the surface of the base is a mirror surface, abnormal precipitation occurs due to local fluctuations in the concentration of the electrodeposition resin, and as described with reference to FIG. Thereafter, electrodeposition proceeds, and the shape of abnormal precipitation is maintained.
これに対し、下地の表面が粗面であると、図10(b)に示すように、電着樹脂の濃度の局所的なゆらぎ、および/または、下地の表面における電気分解反応の局所的な進行が、妨げられると思われる。 On the other hand, when the surface of the base is rough, as shown in FIG. 10B, local fluctuations in the concentration of the electrodeposition resin and / or local electrolysis reaction on the surface of the base Progress seems to be hindered.
なお、この粗面の表面粗さを触針式の表面粗さ計(JIS B 0651-1976による触針式表面粗さ測定器)で測定した例を以下に示す。なお、基準長は250μmとした。 In addition, the example which measured the surface roughness of this rough surface with the stylus type surface roughness meter (The stylus type surface roughness measuring device by JIS B 0651-1976) is shown below. The reference length was 250 μm.
表3からわかるように、Ra(算術平均粗さ)、Ry(最大高さ)およびRz(十点平均粗さ)の値にそれほど大きな差はなく、2次元的な凹凸の分布が影響していると考えられる。先に示した拡散反射率は、2次元的な凹凸の分布を含めて、表面の粗さを適切に評価できていると考えられる。 As can be seen from Table 3, the values of Ra (arithmetic mean roughness), Ry (maximum height) and Rz (ten-point mean roughness) are not so large, and the two-dimensional uneven distribution influences. It is thought that there is. It is considered that the diffuse reflectance shown above can appropriately evaluate the surface roughness including the two-dimensional uneven distribution.
次に、粗面化した表面を有するニッケルスリーブを用い、さらに電着時の処理電圧を80Vとしたときの異物の生成を検討した結果を説明する。 Next, the result of examining the generation of foreign matter when a nickel sleeve having a roughened surface is used and the treatment voltage during electrodeposition is 80 V will be described.
図11に、今回用いた粗面を有する試料I、JおよびKの分光拡散反射率の測定結果を示す。図11には、これまでの試料A〜Hの分光拡散反射率の測定結果を併せて示している。 FIG. 11 shows the measurement results of the spectral diffuse reflectance of samples I, J and K having a rough surface used this time. FIG. 11 also shows the measurement results of the spectral diffuse reflectance of the samples A to H thus far.
図11からわかるように、試料I、JおよびKの拡散反射率は、測定波長範囲の全領域に亘って、先の試料GおよびHの拡散反射率よりもさらに高く、20%を超えている。試料Kの拡散反射率が最も高く、550nmにおける拡散反射率は40%超45%以下である。 As can be seen from FIG. 11, the diffuse reflectances of samples I, J, and K are higher than the diffuse reflectances of the previous samples G and H and exceed 20% over the entire measurement wavelength range. . Sample K has the highest diffuse reflectance, and the diffuse reflectance at 550 nm is more than 40% and 45% or less.
上記と同様にして、各ニッケルスリーブの粗面上にアニオン電着によって絶縁性樹脂層を形成したときの結果を下記の表4に示す。電着時の処理電圧は80Vとした。表4には、表1について上述したのと同様にして求めた異物の個数を示している。比較のために、試料A〜Cの結果を併せて示している。 The results when an insulating resin layer is formed on the rough surface of each nickel sleeve by anionic electrodeposition in the same manner as described above are shown in Table 4 below. The processing voltage during electrodeposition was 80V. Table 4 shows the number of foreign matters obtained in the same manner as described above for Table 1. For comparison, the results of samples A to C are also shown.
表4の結果からわかるように、粗面を有するニッケルスリーブを用い、かつ、アニオン電着時の処理電圧を80Vにしても、異物の生成が抑制される。異物の生成を抑制する程度は、鏡面のニッケルスリーブを用いてアニオン電着時の電圧を80Vにする場合(表1)、または、アニオン電着時の電圧は40Vで、粗面を有するニッケルスリーブを用いる場合(表2)と同等である。 As can be seen from the results in Table 4, the generation of foreign matter is suppressed even when a nickel sleeve having a rough surface is used and the treatment voltage at the time of anion electrodeposition is 80 V. The extent to which foreign matter generation is suppressed is when the voltage during anion electrodeposition is set to 80 V using a mirror-surface nickel sleeve (Table 1), or the voltage during anion electrodeposition is 40 V and the nickel sleeve has a rough surface. Is equivalent to the case of using (Table 2).
しかしながら、サンプル数を増やして、鏡面のニッケルスリーブを用いてアニオン電着時の電圧を80Vにする場合と、粗面を有するニッケルスリーブを用いてアニオン電着時の電圧を80Vにする場合とを比較した結果、鏡面のニッケルスリーブを用いると、約20%の確率で、表1の結果よりも高い割合で異物の生成があった。このことから、粗面を有するニッケルスリーブを用い、かつ、アニオン電着時の処理電圧を80Vにすることが好ましく、異物の生成を安定的に抑制するには、アニオン電着時の処理電圧を高くするよりも、ニッケルスリーブの表面を粗面化する方が有効であると言える。 However, when the number of samples is increased and the voltage at the time of anion electrodeposition is set to 80V using a mirror-like nickel sleeve, and the voltage at the time of anion electrodeposition is set to 80V using a nickel sleeve having a rough surface. As a result of comparison, when a mirror-like nickel sleeve was used, foreign matter was generated at a higher rate than the results in Table 1 with a probability of about 20%. For this reason, it is preferable to use a nickel sleeve having a rough surface and set the treatment voltage at the time of anion electrodeposition to 80 V. In order to stably suppress the generation of foreign matter, the treatment voltage at the time of anion electrodeposition is set to Roughening the surface of the nickel sleeve is more effective than increasing it.
本発明の実施形態による型の製造方法で製造された型は、表面の反転されたモスアイ構造に欠陥が少ないので、これを用いて形成された反射防止膜(または反射防止表面)は優れた反射防止機能を有する。また、艶消しアニオン塗料を用いて有機絶縁層を形成すると、アンチグレア性を均一に発現する反射防止膜(または反射防止表面)を形成することができる。 Since the mold manufactured by the mold manufacturing method according to the embodiment of the present invention has few defects in the inverted moth-eye structure, the antireflection film (or antireflection surface) formed using this has excellent reflection. Has a prevention function. Further, when the organic insulating layer is formed using a matte anion paint, an antireflection film (or an antireflection surface) that uniformly exhibits antiglare properties can be formed.
本発明は、型の製造方法に関し、特に、モスアイ用型の製造方法に広く適用できる。モスアイ用型は、反射防止膜の形成に用いられ得る。 The present invention relates to a mold manufacturing method, and in particular, can be widely applied to a moth-eye mold manufacturing method. The moth-eye mold can be used to form an antireflection film.
10 型基材
12 支持体
13 有機絶縁層
14 無機下地層
16 緩衝層
18 アルミニウム合金層
18s 表面
20 ポーラスアルミナ層
22 凹部
32 硬化物層
32’ 紫外線硬化樹脂
42 被加工物
50 コア材
62 支持ローラ
70 ターゲット
72m メタルスリーブ(金属基材)
100、100a、100A モスアイ用型10
100, 100a, 100A Moss eye mold
Claims (10)
可視光を拡散反射させる表面を有する金属基材を用意する工程(a1)と、前記金属基材の前記表面上にアニオン電着法によって有機絶縁層を形成する工程(a2)と、前記有機絶縁層の上にアルミニウム合金層を形成する工程(a3)とを包含する、型基材を用意する工程(a)と、
前記アルミニウム合金層を部分的に陽極酸化することによって、複数の微細な凹部を有するポーラスアルミナ層を形成する工程(b)と、
前記工程(b)の後に、前記ポーラスアルミナ層を、エッチング液に接触させることによって、前記ポーラスアルミナ層の前記複数の微細な凹部を拡大させる工程(c)と、
前記工程(c)の後に、さらに陽極酸化することによって、前記複数の微細な凹部を成長させる工程(d)とを包含する、型の製造方法。A method for producing a mold having a reversed moth-eye structure on the surface, having a plurality of recesses having a two-dimensional size of 10 nm or more and less than 500 nm when viewed from the normal direction of the surface,
A step (a1) of preparing a metal substrate having a surface that diffusely reflects visible light, a step (a2) of forming an organic insulating layer on the surface of the metal substrate by anion electrodeposition, and the organic insulation Including a step (a3) of forming an aluminum alloy layer on the layer, a step (a) of preparing a mold substrate,
(B) forming a porous alumina layer having a plurality of fine recesses by partially anodizing the aluminum alloy layer;
After the step (b), the step (c) of enlarging the plurality of fine recesses of the porous alumina layer by bringing the porous alumina layer into contact with an etching solution;
After the step (c), the method further comprises a step (d) of growing the plurality of fine recesses by further anodizing.
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