KR20080104292A - 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재 및 그 제조 방법 - Google Patents

친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

콘트라스트가 높은 친수성 영역과 발수성 영역을 표면에 갖는 처리 기재를 제공한다. 또, 특별한 장치나 고에너지 광, 장시간의 광의 조사를 필수로 하지 않고, 저광량에 의해 단시간에 처리 기재를 제조하는 방법을 제공한다.
기재의 표면에 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재로서, 발수성 영역은 (메트)아크릴로일기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광중합 개시제를 함유하는 조성물 (A) 를 경화시킨 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막으로 이루어지는 처리 기재. 친수성의 기재를 사용하거나 또는 기재의 표면을 친수화 처리하여 표면을 친수성으로 하고, 그 표면에 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하고, 그 막의 표면의 일부에 광을 조사하여 조성물 (A) 를 경화시켜 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막을 형성하고, 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거하여 친수성의 표면을 노출시킴으로써, 처리 기재를 제조하는 방법.

Description

친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재 및 그 제조 방법{TREATED SUBSTRATUM WITH HYDROPHILIC REGION AND WATER-REPELLENT REGION AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 표면에 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재 및 그 제조 방법, 그 처리 기재를 사용하여 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자, 디스플레이, 발광 소자 등의 분야에 있어서, 많은 기능성 박막이 실용화되어 있다. 기능성 박막은 원하는 특성을 갖는 재료를 원하는 위치에 배치시켜 패턴화한 것이다. 그 박막은 배선, 전극, 절연층, 발광층 및 광 학 박막 등으로서 이용된다.
예를 들어, 포토리소그래피에 의해 얻은 포토레지스트 패턴은 그 일례이다. 그러나 포토리소그래피의 공정은 복잡하고, 에너지, 재료 등의 이용 효율이 낮다. 또, 클린룸 내에서 실시하기 때문에 설비 비용이 고가가 된다는 문제가 있다.
포토리소그래피의 문제를 해결하는 방법으로서 잉크젯법이 제안되어 있다. 그러나 잉크젯법은 위치 정밀도가 낮고, 고정세(高精細)한 패턴의 형성이 곤란하기 때문에, 미리 기재 표면 상에, 잉크를 수용하지 않는 발수성 영역과 잉크를 수용하 는 친수성 영역을 갖는 하지막(下地膜)을 형성시켜 위치 정밀도를 높이는 하기 (1) 및 (2) 의 방법이 제안되어 있다.
(1) 산화티탄 등의 광 촉매를 노광시에 작용시킴으로써 계면 활성제의 젖음성을 변화시키거나, 또는 광 촉매 분해성 물질을 분해 제거함으로써 인쇄 잉크나 토너를 수용 또는 반발하는 패턴을 형성하는 방법 (특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1 에는, 광 촉매의 결착제에 사용되는 실록산 결합 (-Si-0-) 을 주골격으로서 갖는 실리콘 수지는, 광 촉매 작용에 의해 규소 원자에 결합된 유기기가 산소 함유기로 치환됨으로써 젖음성이 향상된다는 것이 기재되어 있다.
(2) 기재 표면을 친수화 처리한 후, 화학 기상 증착법에 의해 불화알킬실란의 유기 단분자막의 패턴을 형성시키고, 그 단분자막을 에칭의 레지스트막으로 하는 방법 (특허 문헌 2 참조). 특허 문헌 2 에는, 친수화 처리로서 단결정 실리콘 (자연 산화막 표면 SiO2), 폴리에틸렌 필름, 유리 등의 기재의 표면을, Xe2 엑시머 램프의 자외광 (172㎚) 또는 산소 플라스마에 의해 친수화 처리하는 방법이 개시된다. 또 불화알킬실란의 유기 단분자막 형성은 자외광 (172㎚) 또는 전자빔을 조사함으로써 실시되는 것이 기재되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평11-344804호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 2000-282240호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
종래의 방법은 200㎚ 미만의 고에너지 광을 필요로 하고, 장시간의 광의 조사를 필요로 하는 방법이다. 또, 그 방법은 대규모 설비, 진공 장치, 고에너지 광원 등의 특별한 장치가 필요해진다. 또, 그 방법은 200㎚ 이하의 고에너지 광이 사용되기 때문에, 패턴의 박막 중의 유기물까지 분해하고, 친수성 영역과 발수성 영역의 콘트라스트가 낮은 패턴이 되는 경우가 있다.
본 발명은 콘트라스트가 높은 친수성 영역과 발수성 영역을 표면에 갖는 처리 기재의 제공을 목적으로 한다. 또 본 발명은 그 처리 기재를 특별한 장치나 고에너지 광, 장시간의 광의 조사를 필수로 하지 않고, 저 광량에 의해 단시간에 제조할 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 그 처리 기재를 사용하여, 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재를 제조하는 방법의 제공을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 목적은, 이하의 본 발명에 의해 달성할 수 있다.
<1> 기재의 표면에 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재로서, 발수성 영역은 하기의 조성물 (A) 를 경화시킨 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리 기재.
조성물 (A) : 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물.
<2> 상기 화합물 (a) 는 하기 식 (11), (12), (21) 또는 (22) 로 나타내는 화합물인 <1> 에 기재된 처리 기재. 단, 식 중, Q1 및 Q2 는 각각 독립적으로 1 가(價)의 유기기를 나타낸다. Q3 은 탄소수 4 이상의 알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기, 또는 탄소수 1 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기를 나타낸다. Q4 는 탄소수 4 이상의 알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기, 또는 탄소수 2 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기를 나타낸다. R1 은 수소 원자 또는 메틸기를 나타낸다. n 은 0 이상의 정수를, k 는 1 ∼ 5 의 정수를 나타낸다.
[화학식 1]
Figure 112008062905992-PCT00001
<3> 조성물 (A) 는 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 3 개 이상을 갖는 화합물 (b) (단, 그 화합물 (b) 는 상기 화합물 (a) 이어도 되고, 상기 화합물 (a) 이외의 화합물이어도 된다) 을 함유하는, <1> 또는 <2> 에 기재된 처리 기재.
<4> 친수성 영역의 물에 대한 접촉각이 50 도 이하이고, 발수성 영역의 물에 대한 접촉각이 80 도 이상인 <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재된 처리 기재.
<5> 친수성 영역과 발수성 영역이 원하는 패턴을 형성하여 이루어지는 <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 처리 기재.
<6> 친수성의 기재를 사용하거나 또는 기재의 표면을 친수화 처리하여 표면을 친수성으로 하고, 다음으로 그 표면에 하기 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하고, 이어서 그 막의 표면의 일부에 광을 조사하여 조성물 (A) 를 경화시켜 막두께가 0.1 ∼ l00㎚ 인 발수성의 막을 형성하고, 이어서 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거하고 친수성의 표면을 노출시킴으로써,
기재의 표면에 친수성 영역과 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막으로 이루어지는 발수성 영역을 갖는 처리 기재를 얻는 것을 특징으로 하는 처리 기재의 제조 방법.
조성물 (A) : 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물.
<7> 친수성의 기재의 표면을 습식 세정 또는 광 세정하거나, 또는 기재의 표면에 친수성 화합물을 도포함으로써, 기재의 표면을 친수화 처리하는 <6> 에 기재된 제조 방법.
<8> 기재의 표면에 친수성 화합물과 하기 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하고, 정치 (靜置) 시킴으로써 친수성 화합물을 기재측으로 이행시키고, 이어서 그 막의 표면의 일부에 광을 조사하여 조성물 (A) 를 경화시켜 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막을 형성하고, 이어서 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거하고 친수성의 표면을 노출시킴으로써, 기재의 표면에 친수성 영역과 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막으로 이루어지는 발수성 영역을 갖는 처리 기재를 얻는 것을 특징으로 하는 처리 기재의 제조 방법.
조성물 (A) : 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물.
<9> 200㎚ 이상의 파장을 갖는 광을 조사하는 <6> ∼ <8> 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
<10> <5> 에 기재된 처리 기재의 표면에 기능성 재료를 함유하는 친수성의 액을 도포하고, 처리 기재의 패턴을 형성한 친수성 영역에 그 친수성의 액을 부착시키고, 다음으로 건조시킴으로써 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴을 형성시키는 것을 특징으로 하는 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재의 제조 방법.
<11> <5> 에 기재된 처리 기재의 표면에 기능성 재료를 함유하는 친수성의 액을 도포하고, 처리 기재의 패턴을 형성한 친수성 영역에 그 친수성의 액을 부착시키고, 다음으로 건조시킴으로써 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴을 형성시킨 후, 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막을 제거하는 것을 특징으로 하는 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재의 제조 방법.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 콘트라스트가 높은 친수성 영역과 발수성 영역을 표면에 갖는 처리 기재가 얻어진다. 또, 대규모 설비, 진공 장치 및 고에너지 광원을 사용하지 않고 처리 기재를 제조할 수 있다. 즉, 간편한 장치 및 광원을 사용하여 저광량에 의해 단시간에 처리 기재를 제조할 수 있다.
또, 본 발명의 처리 기재를 사용하여, 간편하게 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재를 얻을 수 있고, 많은 용도에 사용할 수 있다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기를 의미하는 용어로서 (메트)아크릴로일기를 사용한다. (메트)아크릴레이트란 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 식 (11) 로 나타내는 화합물을 화합물 (11) 이라고 표기한다. 다른 식으로 나타내는 화합물도 동일하게 표기한다.
본 발명에서 사용되는 기재로는, 유리 ; 실리콘 웨이퍼 ; Pd, Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, Fe, Zn, Sn, Ta, W 또는 Pb 등의 금속 ; PdO, SnO2, In2O3, PbO, 또는 Sb2O3 등의 금속 산화물 ; HfB2, ZrB2, LaB6, CeB6, YB4, 또는 GdB4 등의 붕화물 ; TiC, ZrC, HfC, TaC, SiC, 또는 WC 등의 탄화물 ; TiN, ZrN, 또는 HfN 등의 질화물 : Si 또는 Ge 등의 반도체 ; 카본 ; 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 수지 ; 등의 재료로 이루어지는 기재에서 선택할 수 있다. 기재는 친수성의 재료로 이루어지는 표면이 친수성의 기재이어도 되고, 친수성이 아닌 (소수성의) 재료로 이루어지는 표면이 친수성이 아닌 기재이어도 된다. 유리, 실리콘 웨이퍼, 금속 산화물 또는 폴리이미드가 바람직하다. 이들 중, 유리, 실리콘 웨이퍼 및 금속 산화물은 통상 친수성의 재료이다.
기재의 형상으로는 특별히 한정되지 않고, 평면, 곡면 또는 부분적으로 곡면을 갖는 평면이 바람직하고, 평면이 보다 바람직하다. 또 기재의 면적도 특별히 한정되지 않고, 종래의 도포 방법을 적용할 수 있는 크기의 면을 갖는 기재이면 채용할 수 있다. 또, 본 발명에 있어서의 기재의 표면의 처리는, 평면상의 기재의 편면에서 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 처리 기재의 제조 방법은, 하기 [1] 의 공정 또는 하기 [2] 의 공정을 포함한다. [1] 먼저, 친수성의 기재를 사용하거나 또는 기재의 표면을 친수화 처리하여 표면을 친수성으로 하고, 다음으로 그 표면에 (메트)아크릴로일기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하는 공정.
[2] 기재의 표면에 친수성 화합물과 하기 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하고, 정치시킴으로써 친수성 화합물을 기재측으로 이행시키는 공정.
상기 [1] 의 공정 또는 상기 [2] 의 공정 후, 막의 표면의 일부에 광을 조사하여 조성물 (A) 를 경화시켜 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막을 형성하고, 이어서 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거하여 친수성의 표면을 노출시킴으로써 본 발명의 처리 기재를 얻을 수 있다.
먼저, 상기 [1] 의 공정에 대하여 설명한다. 기재는 미리 표면을 세정 등으로 청정화한 후 사용하는 것이 바람직하다. 친수성 재료로 이루어지는 표면이 친수성의 기재는 그대로 사용할 수 있다. 친수성이 아닌 표면을 갖는 기재는 표면을 친수화 처리하여 사용한다. 친수성의 표면을 갖는 기재이어도 표면을 친수화 처리하여 사용할 수 있다. 기재의 표면을 세정하는 방법으로는, 플라스틱, 금속, 유리, 세라믹스 등의 표면을 세정하는 일반적인 방법을 적용할 수 있다. 그 방법으로는 기재의 표면을 습식 세정하는 방법, 기재의 표면을 광 세정하는 방법 등이 바람직하다. 기재의 표면을 친수화 처리하는 방법으로는 플라스틱, 금속, 유리, 세라믹스 등의 표면을 친수화 처리하는 일반적인 방법을 적용할 수 있다. 그 방법으로는 표면에 반응하여 표면을 친수화할 수 있는 화합물을 반응시키는 방법, 또는 기재의 표면에 친수성 화합물을 도포하여 친수성 화합물의 층을 형성하는 방법, 또는 이들을 조합한 방법을 예시할 수 있다.
기재의 습식 세정에는 물, 수계 세정제, 또는 비수계 세정제 (유기 용제, 불소계 용제 등) 를 사용할 수 있다. 특히 기재를 물 또는 계면 활성제를 함유한 수계 세정제를 사용하여 세정한 후에, 이소프로필알코올이나 에틸알코올 등의 저비점의 유기 용제를 사용하여, 표면의 이물질이나 수분 등을 제거하면서 건조시키는 방법이 바람직하다. 또한 기재의 종류나 오염의 종류·정도에 따라, 공정의 추가, 또는 공정의 일부를 생략할 수 있다. 유기계의 오염이 부착된 기재의 습식 세정은, 먼저 그 오염을 제거하기 위해서, 디클로로펜타플루오로프로판 (아사히 가라스사 제조 AK-225 ; CF3CF2CHCl2 와 CClF2CF2CHClF 의 혼합물) 등의 불소계 용제로 미리 세정해 두고, 다음으로 수계 세정제 또는 유기 용제로 기재를 침지 세정하는 것이 바람직하다. 침지 세정할 때에는 초음파 세정을 병용해도 된다. 유리에 대해서는, 침지 세정 대신에, 또는 침지 세정과 함께, 산화 세륨계 미립자를 함유하는 연마제로 연마 세정하고, 순수로 헹구어서 풍건하여 사용하는 방법을 채용해도 된다.
기재를 광 세정하는 방법으로는, UV/O3 세정 (자외광, 오존, 또는 양자의 조합에 의한 광 세정) 이 바람직하다. UV/O3 세정의 원리는 (1) 포톤 에너지가 높은 자외광으로 오염의 주성분 (유기물) 의 결합을 끊어, 오염의 결합이 끊어지기 쉬워진 상태로 하고, (2) 이 상태에 추가로 오존이나 활성 산소종이 작용하여, 유기물을 산화시키고, 이산화탄소나 물로 하여 휘발시켜 세정한다는 것이다. 따라서, 자외광과 오존의 각각을 단독으로 또는 병용하여 표면을 청정화할 수 있어, 후자의 방법이 바람직하다. 시판되는 UV/O3 세정용 장치를 사용할 수 있다.
또, 습식 세정만으로는 미소한 유기물의 오염 (예를 들어, 중성 세제의 계면 활성제의 남은 찌꺼기, 클린룸의 부유물 등) 이 남기 쉽다. 이에 대하여, 상기 서술한 광 세정은 그 우려가 없다. 따라서, 최초로, 습식 세정으로 비교적 큰 오염을 제거하고, 그 후 광 세정에 의해 세정하는 방법도 바람직하다.
기재의 표면의 친수화 처리에 사용할 수 있는 친수성 화합물로는, 폴리(비닐 알코올), 폴리(비닐피롤리돈), 폴리(에틸렌글리콜) 등의 친수성 폴리머 ; 글리세린, 펜타에리트리톨, 소르비톨 등의 다가 알코올을 들 수 있다. 표면에 반응하여 표면을 친수화할 수 있는 화합물로는 H-Si(OCH2CH3)3, NH2CH2CH2CH2-Si(OCH2CH3)3 등의 가수 분해성 실란 화합물, 또는 그 화합물의 일부 또는 전부가 가수 분해된 화합물, 또는 그 화합물의 가수 분해 축합물을 들 수 있다.
친수성 화합물은 용매에 용해시킨 용액으로서 도포하고 건조시켜 친수성 화합물의 층을 형성하는 것이 바람직하다. 친수성 폴리머나 다가 알코올은 물에 용해시킨 수용액으로서 사용하는 것이 바람직하다. 가수 분해성 실란 화합물은 이소프로필알코올 등의 알코올계 용매에 용해시켜 사용하는 것이 바람직하다. 용액 중의 친수성 화합물이나 가수 분해성 실란 화합물의 농도는 0.01 ∼ 10 질량％ 가 바람직하고, 0.1 ∼ 1 질량％ 가 보다 바람직하다.
기재에 대한 도포 방법은 특별히 한정되지 않고, 스핀 코트법, 딥 코트법, 스프레이법, 롤 코트법, 메니스커스 코트법, 스크린 인쇄법 등을 채용할 수 있다.
기재의 표면이 상이한 재료로 형성되어 있는 경우에는, 기재의 표면을 친수화 처리하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 상이한 재료의 표면에 대하여, 동일한 친수성을 부여할 수 있기 때문이다.
다음으로, 기재의 친수성의 표면에 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성한다. 조성물 (A) 는 (메트)아크릴로일기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유한다. 화합물 (a) 의 (메트)아크릴로일기는, 분자 중의 어느 위치에 있어도 되지만, 분자 말단에 존재하는 것이 특히 바람직하다. 분자의 말단에 존재하는 것이 반응성이 높기 때문이다.
화합물 (a) 의 발수성 부분으로는, 1 가 또는 2 가의 발수성의 기가 바람직하다. 1 가의 발수성의 기로는, 오르가노폴리실록산 골격을 갖는 1 가의 기, 탄소수 4 이상의 알킬기 또는 탄소수 1 ∼ 12 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기가 바람직하다. 2 가의 발수성의 기로는, 오르가노폴리실록산 골격을 갖는 2 가의 기, 탄소수 4 이상의 알킬렌기, 또는 탄소수 2 ∼ l2 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기가 바람직하다.
그 오르가노폴리실록산 골격은 폴리실록산 골격과 그 골격을 형성하는 규소 원자에 결합된 유기기를 갖는다. 규소 원자에 결합된 유기기는, 탄소-규소 결합으로 결합되어 있다. 즉, 이 유기기는 규소 원자에 결합되는 말단 원자가 탄소 원자인 유기기이다. 오르가노폴리실록산 골격 중의 규소 원자에는 1 개 이상의 유기기가 결합되며, 대부분 경우, 말단 규소 원자를 제외하고 1 개 또는 2 개의 유기기가 결합되며, 오르가노폴리실록산 골격을 갖는 1 가의 기에서는 말단 규소 원자에는 3 개까지의 유기기가 결합되어 있다. 본 발명에 있어서는, 오르가노폴리실록산 골격은 분기가 없는 선 형상, 또는 소수의 분기를 갖는 선 형상의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 규소 원자에 결합되어 있는 유기기로는 탄화수소기, 또는 함불소 유기기가 바람직하다. 탄화수소기로는 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기가 바람직하다. 입수성의 관점에서, 규소 원자에 결합되어 있는 유기기로는 탄소수 4 이하의 알킬기, 탄소수 4 이하의 알케닐기나 알키닐기, 탄소수 8 이하의 아릴기가 바람직하다. 그 중에서도 메틸기, 에틸기 및 페닐기가 바람직하고, 특히 메틸기가 바람직하다. 또, 오르가노폴리실록산 골격의 발수성을 높이는 관점에서, 규소 원자에 결합되어 있는 유기기로는 탄소수가 5 ∼ 20 의 직사슬 형상의 알킬기나 알케닐기가 바람직하고, 특히 탄소수 6 ∼ 16 의 직사슬 형상의 알킬기가 바람직하다. 또, 오르가노폴리실록산 골격의 발수성을 특별히 높이는 관점에서, 규소 원자에 결합되어 있는 유기기로는 함불소 유기기가 바람직하고, 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 폴리플루오로알킬기가 보다 바람직하다. 특히, 디플루오로메틸렌 연쇄를 갖는 폴리플루오로알킬기, 퍼플루오로옥시알킬렌기를 갖는 폴리플루오로알킬기가 바람직하다.
화합물 (a) 로는, 1 개의 (메트)아크릴로일기와 1 가의 발수성의 기를 갖는 화합물, 2 개의 (메트)아크릴로일기와 2 가의 발수성의 기를 갖는 화합물을 들 수 있다. 전자의 예로는 화합물 (11) 또는 화합물 (12) 을 들 수 있고, 후자의 예로서 화합물 (21) 또는 화합물 (22) 을 들 수 있다. 단, 식 중의 기호는 상기 한 의미와 동일한 의미이다.
[화학식 2]
Figure 112008062905992-PCT00002
화합물 (11) 에서는 오르가노폴리실록산 골격을 갖는 1 가의 기가, 화합물 (12) 에서는 Q3 이, 화합물 (21) 에서는 오르가노폴리실록산 골격을 갖는 2 가의 기가, 화합물 (22) 에서는 Q4 가, 각각 발수성 부분에 상당한다.
상기의 식 중, Q1 및 Q2 는, 각각 독립적으로 1 가의 유기기이고, 불소 원자를 함유하고 있어도 되는 1 가의 탄화수소기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기가 보다 바람직하며, 메틸기가 특히 바람직하다. Q1 이 복수 존재하는 경우 (n 이 2 이상인 경우), 복수의 Q1 은 상이해도 된다. Q2 에 대해서도 동일하다.
R1 은 수소 원자 또는 메틸기이다. n 은 0 이상의 정수이고, 1 이상의 정수가 바람직하며, 화합물의 분자량이 500 ∼ 1,000,000 이 되는 정수인 것이 바람직하다. k 는 1 ∼ 5 의 정수이고, 2 ∼ 4 의 정수가 바람직하며, 3 이 보다 바람직하다.
상기의 식 중, Q3 은 탄소수 4 이상의 알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기, 또는 탄소수 1 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기이다.
Q3 이 탄소수 4 이상의 알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기인 경우, 탄소수 4 이상의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 18 의 알킬기가 보다 바람직하다. 탄소 원자수가 그 범위이면, 우수한 발수성을 발휘한다는 이점이 있다. 알킬기는 직사슬 구조, 분기 구조, 고리 구조 또는 부분적으로 고리를 갖는 구조를 들 수 있는데, 직사슬 구조가 바람직하다.
탄소수 4 이상의 알킬기인 Q3 의 구체예로는, 이하의 기를 들 수 있다.
Figure 112008062905992-PCT00003
Q3 이 탄소수 1 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기인 경우, Rf1-Y- 로 나타내는 기가 바람직하다 (Rf1 은 탄소수 1 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기를 나타내고, Y 는 불소 원자를 함유하지 않는 2 가 연결기를 나타낸다.).
Rf1 기는 탄소수 1 ∼ 12 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기가 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 12 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 퍼플루오로알킬기가 보다 바람직하며, 탄소수 3 ∼ 12 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 퍼플루오로알킬기가 특히 바람직하다. Rf1 기의 구조는 직사슬 구조, 분기 구조, 고리 구조, 또는 부분적으로 고리를 갖는 구조를 들 수 있는데, 직사슬 구조가 바람직하다.
Rf1 기의 구체예로는, 이하의 기를 들 수 있다.
Figure 112008062905992-PCT00004
Y 로는 -(CH2)m-, -SO2NR2-(CH2)m-, -(C=O)-NR2-(CH2)m- 로 나타내는 기가 바람직하다. 단, m 은 1 ∼ 5 의 정수를 나타내고, R2 는 수소 원자, 메틸기, 또는 에틸기를 나타낸다.
Q4 는 탄소수 4 이상의 알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기, 또는 탄소수 2 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기를 들 수 있다.
Q4 가 탄소수 4 이상의 알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기인 경우, 탄소수 4 이상의 알킬렌기가 바람직하고, 탄소수 4 ∼ 18 의 알킬렌기가 보다 바람직하다. 이들 기는 우수한 발수성을 발휘한다는 이점이 있다. 알킬렌기는 직사슬 구조, 분기 구조, 고리 구조, 또는 부분적으로 고리를 갖는 구조를 들 수 있는데, 직사슬 구조가 바람직하다.
탄소수 4 이상의 알킬렌기인 Q4 의 구체예로는, 이하의 기를 들 수 있다.
Figure 112008062905992-PCT00005
Q4 가 탄소수 2 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기인 경우, 탄소수 2 ∼ 12 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기인 것이 바람직하고, 탄소수 2 ∼ 12 의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 퍼플루오로알킬렌기인 것이 보다 바람직하다. 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기의 구조는 직사슬 구조, 분기 구조, 고리 구조, 또는 부분적으로 고리를 갖는 구조를 들 수 있는데, 직사슬 구조가 바람직하다.
탄소수 2 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬렌기인 Q4 의 구체예로는, 이하의 기를 들 수 있다.
Figure 112008062905992-PCT00006
화합물 (a) 로는 화합물 (11), 화합물 (12) 또는 화합물 (21) 이 바람직하다. 발수성이 우수하다는 점에서, Q1 및 Q2 가 메틸기인 화합물 (11), Q1 이 메틸기인 화합물 (21), Q3 이 Rf1-Y- 로 나타내는 기로서 Rf1 이 탄소수 1 ∼ 12 의 퍼플루오로알킬기인 화합물 (12) 을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, Q1 및 Q2 가 메틸기인 화합물 (11), Q1 가 메틸기인 화합물 (21) 로서, 분자량이 500 ∼ 1,000,000 인 화합물이 특히 바람직하고, 분자량이 1,000 ∼ 100,000 인 그 화합물이 가장 바람직하다. 화합물 (11) 또는 화합물 (21) 은 통상적으로는 n 이 상이한 2 종 이상의 화합물의 혼합물로서 입수되고, n 은 그 혼합물에 있어서의 n 의 평균치로 표현되는 경우도 있으며, 그 경우의 n 은 정수가 된다. 화합물 (11) 또는 화합물 (21) 에 있어서, 분자량이 500 이상이면, 기재 표면으로부터의 증발을 방지할 수 있다는 이점이 있고, 분자량이 1,000,000 보다 작으면 용매에 대한 용해성이 양호해지기 때문에, 작업성이 향상된다는 이점이 있다.
광 중합 개시제로는, 광을 흡수하여 라디칼을 발생시킴으로써 중합 반응을 개시시키는 물질로서, (메트)아크릴로일기의 중합을 개시시키는 물질에서 선택될 수 있다. 예를 들어 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온 (머크사 제조, 다로큐아 1173), 1-히드록시시클로헥실페닐케톤 (치바·가이기사 제조, 이르가큐아 184), 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온 (머크사 제조, 다로큐아 1116), 벤질디메틸케탈 (치바·가이기사 제조, 이르가큐아 651), 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온 (치바·가이기사 제조, 이르가큐아 907), 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부타논-1 (치바·가이기사 제조, 이르가큐아 369), 2,4-디에틸티옥산톤 (닛폰 화약사 제조, 카야큐아 DETX) 을 바람직한 예로서 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 광 중합 개시제의 양은 화합물 (a) 의 총량에 대하여 0.1 ∼ 50 질량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 10 질량％ 가 보다 바람직하다.
조성물 (A) 는 (메트)아크릴로일기의 3 개 이상을 갖는 화합물 (b) 를 함유하는 것이 바람직하다. 단, 그 화합물 (b) 는 상기 화합물 (a) 이어도 되고, 상기 화합물 (a) 이외의 화합물이어도 된다. 즉, 화합물 (a) 인 화합물 (b) 란, (메트)아크릴로일기의 3 개 이상과 발수성 부분을 갖는 화합물을 의미하고, 화합물 (a) 이외의 화합물인 화합물 (b) 란, (메트)아크릴로일기의 3 개 이상을 가지고, 발수성 부분을 가지지 않는 화합물을 의미한다. (메트)아크릴로일기의 3 개 이상을 갖는 화합물 (b) 의 사용은 조성물 (A) 의 경화를 촉진시키는데 유효하다.
화합물 (a) 이외의 화합물인 화합물 (b) 로는, 3 가 이상의 폴리올의 폴리(메트)아크릴레이트가 바람직하다. 1 분자 중의 (메트)아크릴로일기의 수는 8 개 이하가 바람직하다. 구체적으로는, 펜타에리트리톨트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메트)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메트)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메트)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 조성물 (A) 중의 화합물 (a) 이외의 화합물인 화합물 (b) 의 양은, 화합물 (a) 의 총량 에 대하여 0.1 ∼ 100 질량％ 가 바람직하고, 5 ∼ 50 질량％ 가 보다 바람직하다. 화합물 (b) 의 양이 지나치게 많으면, 조성물 (A) 를 경화시킨 막으로 이루어지는 발수성 영역의 발수성이 낮아질 우려가 있다.
다음으로 상기 [2] 의 공정에 대하여 설명한다. 상기 조성물 (A) 에 상기 친수성 화합물을 함유시키고, 기재의 표면에 도포하여 막을 형성하고, 정치시킴으로써 친수성 화합물을 기재측으로 이행시킨다. 친수성 부분을 갖는 화합물은 고표면 에너지의 재료라는 점에서 기재측으로 배향되고, 발수성 부분을 갖는 화합물은 저표면 에너지의 재료라는 점에서 기상 계면으로 배향되는 성질이 있다. 이 성질을 이용하여, 친수성 화합물과 화합물 (a) 의 바이레이어 구조를 형성시킬 수 있다.
친수성 화합물의 양은 화합물 (a) 의 양에 대하여 0.1 ∼ 100 질량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 60 질량％ 가 보다 바람직하다. 정치의 조건은, 화합물 (a) 의 종류, 친수성 화합물의 종류, 막두께에 따라 적절히 결정된다. 이 현상을 촉진시키기 위해서, 재료를 도포한 기재를 가열해도 된다. 도포한 친수성 화합물 및/또는 화합물 (a) 의 유리 전이 온도 이상으로 가열함으로써, 수십초 ∼ 수분 정도의 단시간에 바이레이어 구조를 형성할 수 있다.
친수성 화합물 대신에 표면에 반응하여 표면을 친수화할 수 있는 화합물을 사용하여 상기와 동일하게 그 화합물을 기재 표면으로 이행시켜서 기재 표면에 반응시켜, 기재 표면을 친수성으로 할 수 있다. 그 화합물의 사용량이나 사용 조건은 상기 친수성 화합물을 사용하는 경우와 동일하다.
상기 [1] 의 공정에 있어서의 조성물 (A), 상기 [2] 의 공정에 있어서의 친수성 화합물 등과 조성물 (A) 는, 용매를 함유하는 용액으로서 도포하는 것이 바람직하다. 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 알코올류, 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류, 헥산 등의 탄화수소류가 바람직하다. 용액 중의 고형분 농도는 0.01 ∼ 50 질량％ 가 바람직하고, 0.1 ∼ 10 질량％ 가 보다 바람직하다.
막을 형성하는 방법으로는, 상기 용액을 기재 표면에 도포하는 방법이 바람직하고, 스핀 코트, 딥 코트, 와이어바 코트, 블레이드 코트, 롤 코트 등의 방법을 채용할 수 있다. 도포는 실온하 또는 가열하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또 막을 형성한 기재는 대기 중 또는 질소 기류 중 등에서 건조되는 것이 바람직하다. 그 건조는 실온에서 실시하는 것이 바람직하다. 건조를 가열하에서 실시하는 경우에는, 기재의 재질의 내열성에 의해 온도 및 시간을 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
막을 형성한 후, 막의 표면의 일부에 광을 조사한다. 광 조사에 사용하는 광은 파장 200㎚ 이상의 광이 바람직하고, 파장 300㎚ 이상의 광이 보다 바람직하다. 또, 파장 380㎚ 이하의 광이 바람직하고, 파장 365㎚ 이하의 광이 보다 바람직하다. 파장 200㎚ 이상의 광은 기재를 분해시킬 우려가 적다는 이점이 있다. 또, 파장 380㎚ 이하의 광에 의해 중합을 개시시키는 광 중합 개시제는 입수하기 쉽고, 광원도 저렴하다. 조사 시간은 광의 파장, 광의 강도·광원의 종류, 조성물 (A) 의 종류 등에 따라 적절히 변경할 수 있다. 초고압 수은 램프의 경우, 2 ∼ 100mw/㎠ 로 5 ∼ 120 초 조사하면 된다. 고압 수은 램프의 경우에는 일반적으로 초고압 수은 램프보다 단시간의 조사로 충분하다.
광원으로는 저압 수은 램프, 고압 수은 램프, 초고압 수은 램프, 크세논 램프, 나트륨 램프, 질소 등의 기체 레이저, 유기 색소 용액의 액체 레이저, 무기 단결정에 희토류 이온을 함유시킨 고체 레이저 등을 들 수 있다. 또, 단색광이 얻어지는 레이저 이외의 광원으로는, 광대역의 선 스펙트럼, 연속 스펙트럼을 벤드 패스 필터, 컷오프 필터 등의 광학 필터를 사용하여 취출한 특정 파장의 광을 사용 해도 된다. 한번에 큰 면적을 조사할 수 있다는 점에서, 광원으로는 고압 수은 램프 또는 초고압 수은 램프가 바람직하다.
광의 조사는 포토 마스크를 개재하여 실시하는 것이 바람직하다. 이 방법에 의해, 막 표면의 원하는 영역에서만 경화 반응을 일으킬 수 있고, 친수성 영역과 발수성 영역이 원하는 패턴을 형성한 처리 기재를 얻을 수 있다.
광 조사하는 분위기는 임의로 선택할 수 있다. 막두께 100㎚ 이하의 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막을 형성하는 경우에는, 산소에 의한 경화 저해를 받는 경우가 있기 때문에, 질소 가스 분위기 등의 불활성 가스 분위기하에 광 조사하는 것이 바람직하다. 불활성 가스로는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 등에서 선택되는 가스를 들 수 있고, 염가로 입수할 수 있기 때문에 질소 가스가 가장 바람직하다.
광 조사는 기재가 광 조사에 사용하는 광을 투과하는 파장의 광이면, 기재의 어느 면측에서 실시해도 되고, 통상적으로는 기재의 조성물 (A) 를 함유하는 막의 면측에서부터 광 조사를 실시하는 것이 바람직하다.
조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막을 형성한 후, 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거한다. 미경화 조성물 (A) 를 제거함으로써, 친수성의 표면을 노출시키게 된다. 미경화 조성물 (A) 를 제거하는 방법으로는, 화합물 (a) 가 저분자량인 경우에는 질소 기류를 분사하여 제거하는 방법이 바람직하다. 화합물 (a) 가 고분자량인 경우에는 용이하게 증발되지 않기 때문에, 미반응의 화합물 (a) 가 잔존하는 표면을 유기 용매로 세정하는 것이 바람직하다. 세정에 사용하는 유기 용매로는, 화합물 (a) 을 용해하는 용매가 바람직하다. 그 유기 용매로는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 알코올류, 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류, 헥산 등의 탄화수소류 등을 들 수 있다.
발수성 막의 막두께는 0.1 ∼ 100㎚ 이고, 0.1 ∼ 50㎚ 가 바람직하고, 0.1 ∼ 10㎚ 가 보다 바람직하다. 특히 본 발명의 처리 기재를 전자 부재로서 사용하는 경우에는 발수성의 막은 얇은 편이 바람직하다. 본 발명의 처리 기재의 표면에 기능성 재료를 함유하는 친수성의 액을 도포하고, 처리 기재의 패턴을 형성한 친수성 영역에 그 친수성의 액을 부착시키고, 다음으로 건조시킴으로써, 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴을 형성시킨 후, 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막을 제거하여 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재를 제조할 수 있다. 그 부재는 전자 소자로서 유용하다. 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막을 제거하는 것은, 그 부재를 전자소자로서 사용하는 경우에 발수성의 막이 소자의 동작에 영향을 미칠 우려가 있기 때문이다. 따라서 발수성의 막은 제거하기 쉽다는 관점에서 얇은 편이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 기재의 표면에 친수성 영역과 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막으로 이루어지는 발수성 영역을 갖는 처리 기재가 제공된다. 친수성 영역과 발수성 영역은, 물에 대한 접촉각으로 구별할 수 있다. 본 명세서에서는 그 접촉각은, 실시예에 기재하는 정적 (靜滴) 법에 의한 측정치로 나타낸다. 친수성 영역의 물에 대한 접촉각은 50 도 이하가 바람직하고, 40 도 이하가 보다 바람직하며, 20 도 이하가 특히 바람직하다. 발수성 영역의 물에 대한 접촉각은 80 도 이상이 바람직하고, 100 도 이상이 보다 바람직하며, 110 도 이상이 특히 바람직하다. 발수성 영역과 친수성 영역의 물에 대한 접촉각의 차이는 40 도 이상이 바람직하고, 70 도 이상이 보다 바람직하다. 이 차이가 클수록 콘트라스트가 높은 패턴이 얻어진다.
또, 화합물 (a) 로서 함불소 화합물을 사용한 경우에는, 발수성 영역은 발유성 영역도 된다. 발유성 영역은 친유성 용매 (탄화수소계 용매 등) 를 튕겨낼 수 있고, 그로 인해 기능성 막을 형성하기 위해서 기능성 재료의 용매로서 친유성 용매를 사용해도 발수성 영역에 기능성 재료가 부착되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 친수성 영역에 있어서는 친유성 용매에 대해서도 친화성을 갖게 할 수 있다. 발유성 영역과 친수성 영역은, 탄화수소 화합물에 대한 접촉각으로 구별할 수 있다. 구체적으로는, 탄화수소 화합물로서 헥사데칸을 사용한 경우, 발유성 영역의 헥사데칸에 대한 접촉각은 40 도 이상이 바람직하고, 60 도 이상이 보다 바람직하며, 70 도 이상이 특히 바람직하다.
본 발명의 처리 기재의 제조 방법에 있어서, 광 중합 반응에 사용하는 광으로서 포토마스크를 개재한 광이나 레이저 광을 사용하여 광 조사를 실시한 경우에는, 친수성 영역과 발수성 영역이 원하는 패턴을 형성하여 이루어지는 처리 기재가 얻어진다. 또, 친수성 영역과 발수성 영역의 선폭이 10㎛ 이하인 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 처리 기재의 표면에 기능성 재료를 함유하는 친수성의 액을 도포하고, 처리 기재의 패턴을 형성한 친수성 영역에 그 친수성의 액을 부착시키고, 다음으로 건조시킴으로써, 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재를 제조할 수 있다.
기능성 재료로는, 금속 배선을 형성하는 금속 입자 분산 페이스트, 컬러 필터를 형성하는 색소 재료, 전자 디바이스·유기 디스플레이를 형성하는 세라믹 재료, 유기 반도체 재료 등을 들 수 있다.
기능성 재료를 함유하는 친수성을 갖는 액이란, 기능성 재료를 물 또는 극성이 높은 유기 용매에 용해시킨 액을 말한다. 극성이 높은 유기 용매는 물과 혼화할 수 있는 유기 용매이면 더욱 바람직하다.
액의 도포 방법으로는 스핀 코트, 딥 코트, 와이어바 코트, 블레이드 코트, 롤 코트 등의 도포 방법, 스크린 인쇄, 잉크젯법 등의 특정 영역에 대한 인쇄 방법을 들 수 있다. 이들 중에서 발수성 영역과 친수성 영역으로 이루어지는 패턴 상의 비발수성 영역에 선택적으로 도포하는 것이 가능하다는 점에서, 스크린 인쇄, 잉크젯법이 바람직하다.
건조는 대기 중 또는 질소 기류 중 등에서 실시하는 것이 바람직하다. 또, 건조는 실온 또는 가열하에서 실시하는 것이 바람직하다. 건조를 가열하에서 실시하는 경우에는, 기재의 재질의 내열성에 따라서 온도 및 시간을 적절히 변경하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 전자 소자 등에 있어서는, 발수성의 막이 제거된, 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재가 유용하다. 발수성의 막의 제거는, 부재를 UV/O3 처리함으로써 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들어, UV/O3 발생 장치로서 PL7-200 (센엔지니아링 (주) 제조) 을 사용하여, 부재를 1 ∼ 3 분 조사하는 것이 바람직하다.
본 발명의 처리 기재에, 기능성 재료로서 친수성의 잉크를 사용하여 부착시킨 경우에는, 그 부재는 스탬프가 될 수 있다. 또한 친수성 영역과 발수성 영역의 패턴을 정밀하게 형성한 경우에는, 마이크로 콘택트 프린팅용의 스탬프 등으로도 이용할 수 있다.
또, 본 발명에 있어서, 기재로서 플라스틱 기판 등의 플렉시블 기판을 사용한 경우에는, 롤투롤 법 (Roll to Roll 법) 을 실시할 수 있도록 설치한 복수의 롤과, 복수의 롤 사이에 노광기를 설치하여 기판으로의 광 조사를 실시함으로써, 높은 스루풋으로 광 처리 기재를 얻을 수 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다.
물에 대한 접촉각은 정적법에 의해, JIS R3257 「기판 유리 표면의 젖음성 시험 방법」에 준거하여, 기재 상의 측정 표면의 3 지점에 물방울을 탑재하고, 각 물방울에 대하여 측정하였다. 액적은 2㎕/적(滴) 이고, 측정은 20℃ 에서 실시하였다. 접촉각은 3 측정치의 평균치 (n = 3) 로 나타낸다.
[예 1]
(기판의 세정)
5㎝ 사방의 실리콘 웨이퍼를 에탄올로 세정 후, UV/O3 세정하였다.
(도포용 용액의 제작)
샘플병에 이소프로판올 (2.5g) 을 덜었다. 양 말단에 메타크릴로일옥시프로필기를 갖는 폴리디메틸실록산 (DMS-R18, Gelest 사 제조, 상기 식 (21) 에 있어서 R1 이 메틸기, Q1 이 메틸기, k 가 3 으로 나타내는 화합물, 분자량 4500 ∼ 5500) 의 10 질량％ 이소프로판올 용액 (0.1g) 을 첨가하였다. 트리메틸올프로판트리아크릴레이트의 1 질량％ 이소프로판올 용액 (0.2g) 을 첨가하였다. 광 중합 개시제로서 IRGACURE 369 (치바·가이기사 제조) 의 1％ 이소프로판올 용액 (0.06g) 을 첨가하였다. 샘플병을 몇 번 흔들어 용액을 혼합시켰다.
(용액의 도포)
제작한 도포 용액을 실리콘 웨이퍼에, 3000rpm, 20 초의 조건하에서 스핀 코 트하여 막을 형성하였다.
(광 조사)
얻어진 막의 표면에, 질소 분위기하, 막측으로부터 개공 (開孔) 패턴 (2.5㎝×5㎝) 을 갖는 포토마스크를 개재하여, 고압 수은 램프로부터의 자외선을 5mw/㎠ 에서 15 초 조사하였다.
(기재의 세정)
광 조사 후의 기재를 이소프로판올로 린스한 후, 에탄올로 린스하고, 질소 기류에서 건조시킨 것을 처리 기재로 하였다.
(막두께의 측정)
얻어진 처리 기재의 광 조사부의 막두께를 원자간력 현미경 (Atomic Force Microscope ; AFM) 으로 측정한 결과, 발수성 막의 두께는 8㎚ 였다.
(접촉각의 측정)
상기 공정에 의해 얻어진 처리 기재의 표면의 물에 대한 접촉각은, 비조사 부분이 28 도, 자외선 조사 부분이 100 도인 점에서, 친수성 영역 (접촉각 28 도) 과 발수성 영역 (접촉각 100 도) 을 갖는 발수 친수 패턴의 형성이 확인되었다. 발수성 영역의 막두께는 38㎚ 였다.
[예 2]
예 1 에 있어서, IRGACURE 369 를 IRGACURE 907 (치바·가이기사 제조) 로 변경한 것 이외에는 동일한 조작을 실시하였다. 얻어진 막의 두께는 8㎚ 였다.
얻어진 처리 기재의 표면의 물에 대한 접촉각은, 비조사 부분이 21 도, 자외 선 조사 부분이 100 도인 점에서, 친수성 영역 (접촉각 21 도) 과 발수성 영역 (접촉각 100 도) 을 갖는 발수 친수 패턴의 형성이 확인되었다.
[예 3]
예 2 에 있어서, 도포 용액에 폴리비닐알코올 (분자량 500, 칸토 화학 (주) 사 제조) 의 1％ 수용액 (0.5g) 을 첨가한 것, 스핀 코트의 후 5 분간 정치시킨 것 이외에는 동일한 조작을 실시하였다. 얻어진 막의 두께는 약 12㎚ 인 것으로 추측된다.
얻어진 처리 기재의 표면의 물에 대한 접촉각은, 비조사 부분이 29 도, 자외선 조사 부분이 100 도인 점에서, 친수성 영역 (접촉각 29 도) 과 발수성 영역 (접촉각 100 도) 을 갖는 발수 친수 패턴의 형성이 확인되었다.
[예 4]
예 2 에 있어서, 도포 용액을 도포하기 전에, 폴리비닐알코올 (분자량 500, 칸토 화학 (주) 사 제조) 의 1 질량％ 수용액 (2㎖) 을 스핀 코트 (3000rpm, 20 초) 로 도포하였다. 그 이외에는 동일한 조작을 실시하였다. 얻어진 막의 두께는 약 12㎚ 인 것으로 추측된다.
얻어진 처리 기재의 표면의 물에 대한 접촉각은, 비조사 부분이 29 도, 자외선 조사 부분이 100 도인 점에서, 친수성 영역 (접촉각 29 도) 과 발수성 영역 (접촉각 100 도) 을 갖는 발수 친수 패턴의 형성이 확인되었다.
[예 5]
NH2CH2CH2CH2-Si(OCH2CH3)3 (0.1g, 신에츠 화학사 제조) 을 이소프로판올 (100g) 에 용해한 후, 증류수 (0.025g) 를 넣고 실온에서 20 시간 교반하여, 아미노 실리콘 용액을 얻었다.
예 2 에 있어서, 도포 용액을 도포하기 전에, 상기에서 제조한 아미노 실리콘 용액 (2㎖) 을 스핀 코트 (3000rpm, 20 초) 로 도포하였다. 그 이외에는 동일한 조작을 실시하였다. 얻어진 막의 두께는 약 15㎚ 인 것으로 추측된다.
얻어진 처리 기재의 표면의 물에 대한 접촉각은, 비조사 부분이 11 도, 자외선 조사 부분이 102 도인 점에서, 친수성 영역 (접촉각 11 도) 과 발수성 영역 (접촉각 102 도) 을 갖는 발수 친수 패턴의 형성이 확인되었다.
[예 6]
예 1 에 있어서, IRGACURE 369 를 IRGACURE 907 로, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트를 디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트로 변경하고, 광 조사의 분위기를 질소 분위기에서 공기 분위기로 변경한 것 이외에는, 동일한 조작을 실시하였다. 얻어진 막두께는 약 8㎚ 이다.
얻어진 처리 기재의 표면의 물에 대한 접촉각은, 비조사 부분이 19 도, 자외선 조사 부분이 100 도인 점에서, 친수성 영역 (접촉각 19 도) 과 발수성 영역 (접촉각 100 도) 을 갖는 발수 친수 패턴의 형성이 확인되었다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 대규모 설비, 진공 장치 및 광원을 사용하지 않고 친수성 영역과 발수성 영역으로 이루어지는 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 그 패턴면에, 잉크젯을 이용하여 기능성 잉크를 분사한 경우에는, 친수성 영역에만 기능성 잉크가 유지되고 발수성 영역에는 유지되지 않는다는 점에서, 기재를 기능성 잉크로 패터닝할 수 있다. 또 본 발명은 전자 디바이스의 회로 형성에도 응용할 수 있다. 또, 발수 친수 패턴을 갖는 박막은, 친수성 영역에 기능성 잉크를 포함시켜 다른 기재에 전사함으로써, 마이크로 콘택트 프린팅용의 스탬프로서 사용할 수도 있다.
또, 본 발명의 기재의 표면에 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재는, 의료 분야에 있어서도 사용할 수 있다. 예를 들어, 모세 혈관의 혈관부가 친수부가 되는 패턴을 가진 마스크를 제작하고, 기재에 모세 혈관의 패턴을 전사한다. 그 위에 혈관피 (血管皮) 세포를 뿌리고, 친수성 영역에서만 세포 증식하여, 모세 혈관의 패턴을 재생할 수 있다.
또, 화합물 (a) 로서 발수성을 갖고 발유성을 갖지 않는 화합물 (예를 들어, 불소를 함유하지 않는 탄화수소계 발수성 화합물) 을 사용한 경우에는, 발수성 영역은 친유성 영역도 될 수 있기 때문에, 유성의 잉크를 친유부에 유지시킬 수 있고, 인쇄의 제판으로서 이용할 수 있다.
또, 본 발명의 기재의 표면에 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재는, 친수성 영역의 표면에 존재하는 수산기 등의 반응성을 이용하여, 그 친수성 영역의 표면에 다른 성질을 갖는 화합물을 반응시켜, 발수성과 다른 성질을 갖는 기재를 형성시킬 수도 있다.
또한, 2006년 3월 6일에 출원된 일본 특허출원 2006-059495호의 명세서, 특허 청구의 범위, 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하여, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims (11)

  1. 기재의 표면에 친수성 영역과 발수성 영역을 갖는 처리 기재로서, 발수성 영역은 하기의 조성물 (A) 를 경화시킨 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리 기재.
    조성물 (A) : 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물 (a) 는 하기 식 (11), (12), (21) 또는 (22) 로 나타내는 화합물인 처리 기재.
    단, 식 중의 기호는 이하의 의미를 나타낸다.
    Q1 및 Q2 는 각각 독립적으로 1 가(價)의 유기기.
    Q3 은 탄소수 4 이상의 알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기, 또는 탄소수 1 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오로알킬기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 1 가의 유기기.
    Q4 는 탄소수 4 이상의 알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기, 또는 탄소수 2 이상의 에테르성 산소 원자를 함유하고 있어도 되는 플루오 로알킬렌기 또는 그 기를 부분 구조로서 갖는 2 가의 유기기.
    R1 은 수소 원자 또는 메틸기.
    n 은 0 이상의 정수, k 는 1 ∼ 5 의 정수.
    [화학식 1]
    Figure 112008062905992-PCT00007
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    조성물 (a) 는 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 3 개 이상을 갖는 화합물 (b) (단, 그 화합물 (b) 는 상기 화합물 (a) 이어도 되고, 상기 화합물 (a) 이외의 화합물이어도 된다) 을 함유하는 처리 기재.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    친수성 영역의 물에 대한 접촉각이 50 도 이하이고, 발수성 영역의 물에 대한 접촉각이 80 도 이상인 처리 기재.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    친수성 영역과 발수성 영역이 원하는 패턴을 형성하여 이루어지는 처리 기재.
  6. 친수성의 기재를 사용하거나 또는 기재의 표면을 친수화 처리하여 표면을 친수성으로 하고, 다음으로 그 표면에 하기 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하고,
    이어서 그 막의 표면의 일부에 광을 조사하여 조성물 (A) 를 경화시켜 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막을 형성하고,
    이어서 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거하여 친수성의 표면을 노출시킴으로써,
    기재의 표면에 친수성 영역과 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막으로 이루어지는 발수성 영역을 갖는 처리 기재를 얻는 것을 특징으로 하는 처리 기재의 제조 방법.
    조성물 (A) : 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    친수성의 기재의 표면을 습식 세정 또는 광 세정하는, 또는 기재의 표면에 친수성 화합물을 도포함으로써, 기재의 표면을 친수화 처리하는 제조 방법.
  8. 기재의 표면에 친수성 화합물과 하기 조성물 (A) 를 함유하는 막을 형성하고, 정치시킴으로써 친수성 화합물을 기재측에 이행시키고,
    이어서 그 막의 표면의 일부에 광을 조사하고 조성물 (A) 를 경화시켜 막두께가 0.1 ∼ 100㎚ 인 발수성의 막을 형성하고,
    이어서 기재의 표면에 존재하는 미경화 조성물 (A) 를 제거하여 친수성의 표면을 노출시킴으로써,
    기재의 표면에 친수성 영역과 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막으로 이루어지는 발수성 영역을 갖는 처리 기재를 얻는 것을 특징으로 하는 처리 기재의 제조 방법.
    조성물 (A) : 아크릴로일기 및 메타크릴로일기로 이루어지는 군에서 선택되는 중합성 관능기의 1 개 이상 및 발수성 부분을 갖는 화합물 (a) 와 광 중합 개시제를 함유하는 조성물.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    200㎚ 이상의 파장을 갖는 광을 조사하는 제조 방법.
  10. 제 5 항에 기재된 처리 기재의 표면에 기능성 재료를 함유하는 친수성의 액을 도포하고, 처리 기재의 패턴을 형성한 친수성 영역에 그 친수성의 액을 부착시키고, 다음으로 건조시킴으로써 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴을 형성시키는 것을 특징으로 하는 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재의 제조 방법.
  11. 제 5 항에 기재된 처리 기재의 표면에 기능성 재료를 함유하는 친수성의 액을 도포하고, 처리 기재의 패턴을 형성한 친수성 영역에 그 친수성의 액을 부착시키고, 다음으로 건조시킴으로써 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴을 형성시킨 후, 조성물 (A) 를 경화시킨 발수성의 막을 제거하는 것을 특징으로 하는 기능성 재료의 막으로 이루어지는 패턴이 형성된 부재의 제조 방법.
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