TWI508872B - 奈米壓印用模具的製造裝置以及奈米壓印用模具的製造方法 - Google Patents

奈米壓印用模具的製造裝置以及奈米壓印用模具的製造方法 Download PDF

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Description

奈米壓印用模具的製造裝置以及奈米壓印用模具的製 造方法
本發明是有關於一種奈米壓印用模具的製造裝置、以及表面具有多孔質構造的奈米壓印用模具的製造方法。
本案基於2010年7月26日在日本申請的日本專利特願2010-167139號並主張優先權,且將其內容引用於本案中。
近年來,已知表面具有可見光的波長以下的週期的微細凹凸構造(多孔質構造)的物品表現出抗反射效果、及蓮花效應(Lotus effect)等。尤其,已知被稱為蛾眼(moth-eye)構造的凹凸構造藉由折射率自空氣的折射率朝物品的材料的折射率連續地增大而成為有效的抗反射的手段。
作為於物品的表面形成微細凹凸構造的方法,使用表面形成有上述微細凹凸構造的反轉構造的模具,將上述模具的微細凹凸構造轉印至物品的表面的方法(奈米壓印法)正受到矚目。
作為製造奈米壓印用的模具的方法,藉由微影法於基材的表面製作微細凹凸構造的反轉構造的方法較普遍。
近年來,就大面積化較容易、且製造較簡便的觀點而言,提出有利用電解液對鋁基材進行陽極氧化處理,形成表面具有多個細孔(凹部)的陽極氧化鋁的方法(例如專利文獻1)。
另外,亦提出有使用具備聚氯乙烯等的塑膠製的陽極氧化槽等的陽極氧化處理裝置進行陽極氧化處理的方法(例如專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-5841號公報
[專利文獻2]日本專利特開2007-224369號公報
然而,於如專利文獻1所記載般形成陽極氧化鋁的方法中,作為構成陽極氧化處理裝置的陽極氧化槽或熱交換器等各構件,一般使用具有耐蝕性的鈦或鈮等的金屬製的構件、或利用該些金屬進行塗佈而成者。
但是,於陽極氧化處理中,通常使用草酸水溶液等酸性的電解液,因此若反覆使用陽極氧化處理裝置,則存在陽極氧化槽等與電解液接觸的部分產生腐蝕的問題。若陽極氧化槽等產生腐蝕,則鈦或鈮等金屬溶出至電解液中,電解液變得容易著色。其結果,所溶出的金屬附著於所獲得的模具上,成為模具的污染、或奈米壓印時的異物混入的原因。
於專利文獻2所記載的方法中,因使用塑膠製的陽極氧化槽等,故具有對於電解液的耐性,但由於強度較弱,因此耐久性欠佳。另外,當利用塑膠對熱交換器的表面進行塗佈時,存在熱交換效率或溫度控制下降等問題。
因此,當對鋁基材進行陽極氧化處理時,要求使用具備金屬製的陽極氧化槽或熱交換器等各構件的陽極氧化處 理裝置,並且金屬不溶出至電解液中。
本發明是鑒於上述情況而完成的發明,其目的在於提供一種於進行陽極氧化處理時可抑制金屬朝電解液溶出的奈米壓印用模具的製造裝置、以及奈米壓印用模具的製造方法。
本發明如下。
(1)一種奈米壓印用模具的製造裝置,其是利用電解液對鋁基材進行陽極氧化處理的奈米壓印用模具的製造裝置,其特徵在於:至少與電解液接觸的部分的表面的材質為下述條件的金屬或其合金,
[條件]
在室溫下已浸漬於80mL的電解液中450小時的情況下的金屬的每單位表面的溶出量為0.2ppm/cm2 以下。
(2)如(1)所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中上述電解液為草酸。
(3)如(2)所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鋯或其合金。
(4)如(2)所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
(5)如(1)所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中上述電解液為硫酸。
(6)如(5)所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鈮或其合金。
(7)如(5)所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
(8)一種奈米壓印用模具的製造方法,其是利用電解液對鋁基材進行陽極氧化處理,製造表面形成有多孔質構造的奈米壓印用模具的方法,其特徵在於:使用至少與電解液接觸的部分的表面的材質為下述條件的金屬或其合金的奈米壓印用模具的製造裝置,進行陽極氧化處理,
[條件]
在室溫下已浸漬於80mL的電解液中450小時的情況下的金屬的每單位表面的溶出量為0.2ppm/cm2 以下。
(9)如(8)所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中上述電解液為草酸。
(10)如(9)所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鋯或其合金。
(11)如(9)所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
(12)如(8)所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中上述電解液為硫酸。
(13)如(12)所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鈮或其合金。
(14)如(12)所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
根據本發明,可提供一種於進行陽極氧化處理時可抑制金屬朝電解液溶出的奈米壓印用模具的製造裝置、以及奈米壓印用模具的製造方法。
以下,對本發明進行詳細說明。
再者,於本說明書中,「(甲基)丙烯酸酯」表示丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯。另外,「活性能量線」表示可見光線、紫外線、電子束、電漿、及熱線(紅外線等)。
本發明的奈米壓印用模具的製造裝置是對鋁基材實施陽極氧化處理,而於鋁基材的表面形成用於奈米壓印的奈米凹凸形狀的陽極氧化處理裝置。
本發明中的「室溫」是指25℃。
本發明中的「在室溫下已浸漬於80mL的電解液中450小時的情況下的金屬的每單位表面的溶出量為0.2ppm/cm2 以下」,是指使金屬片已浸漬於室溫為25℃時的80mL的電解液中450小時的情況下的每單位面積的溶出量為上述範圍內。
[奈米壓印用模具的製造裝置]
圖1是表示本發明的奈米壓印用模具的製造裝置的一例的剖面圖。
該奈米壓印用模具的製造裝置10包括:陽極氧化槽12,其充滿了電解液;上蓋16,其覆蓋陽極氧化槽12的上部,且周緣形成有用於接收自陽極氧化槽12所溢出的電 解液的流槽部14;儲存槽18,其暫時儲存電解液;流下流路20,其使由流槽部14所接收的電解液朝儲存槽18流下;送回流路24,其將儲存槽18的電解液朝較鋁基材30更下側的形成於陽極氧化槽12的底部附近的供給口22送回;泵26,其設置於送回流路24的中途;整流板28,其調整自供給口22所噴出的電解液的流動;軸心34,其插入於成為陽極的中空圓柱狀的鋁基材30中,且中心軸32被水平地保持;驅動裝置(省略圖示),其以軸心34的中心軸32(即鋁基材30的中心軸)為旋轉軸使軸心34及鋁基材30旋轉;2片陰極板36,該些夾持鋁基材30而對向配置;電源38,其電性連接於軸心34的中心軸32及2片陰極板36;以及調溫機構40,其調節儲存槽18的電解液的溫度。
泵26是形成自儲存槽18通過送回流路24而朝向陽極氧化槽12的電解液的流動,並且自供給口22施壓而使電解液噴出,藉此形成自陽極氧化槽12的底部朝上部上昇的電解液的流動者。
整流板28是以使自供給口22所噴出的電解液自陽極氧化槽12的整個底部大致均勻地上昇的方式調整電解液的流動、且形成有2個以上的貫穿孔的板狀構件,其以表面變得大致水平的方式配置在鋁基材30與供給口22之間。
驅動裝置(省略圖示)是藉由環狀的鏈條或齒輪等構件(省略圖示)而連接於軸心34的中心軸32的馬達等。
2片陰極板36是相對於鋁基材30的中心軸平行地配 置,且以自水平方向夾持鋁基材30的方式,自鋁基材30隔開間隙而對向配置的金屬板。
作為調溫機構40,可列舉將水或油等作為熱媒的熱交換器、以及電加熱器等。
先前,作為奈米壓印用模具的製造裝置所具備的陽極氧化槽或熱交換器等各構件的材質,使用聚氯乙烯等塑膠,但存在耐久性欠佳的問題。另外,例如當利用塑膠對熱交換器的表面進行了塗佈時,存在熱交換效率或溫度控制下降等問題。
另外,即便於使用具有耐蝕性的鈦等的金屬製的陽極氧化槽或熱交換器等各構件的情況下,若反覆使用,則亦存在與電解液接觸的部分產生腐蝕等問題。若與電解液接觸的部分產生腐蝕,則鈦等金屬溶出至電解液中,電解液變得容易著色。可認為這是由所溶出的金屬與電解液的酸成分形成錯合物所引起的。
電解液著色會導致所溶出的金屬附著於所獲得的模具上,成為模具的污染或奈米壓印時的異物混入的原因。
進而,當金屬大量地溶出至電解液中時,所形成的陽極氧化皮膜有可能不會成為所期望的形狀這一點藉由本發明者等人的研究而變得明確。藉由抑制金屬朝電解液溶出,可有效率地製造形成有所期望的形狀的陽極氧化皮膜的奈米壓印模具。另外,若模具寬度變寬,則製造上述模具的裝置亦變得大型,因此金屬性的各構件與電解液接觸的部分亦變得更大。就穩定地生產奈米壓印用的模具的觀 點而言,較佳為使包含用於金屬製的各構件的金屬材料的金屬片浸漬於80mL的電解液時所溶出的溶出量為0.2ppm/cm2 以下,更佳為0.1ppm/cm2 以下。若溶出量大於0.2ppm/cm2 ,則亦存在所溶出的金屬對陽極氧化皮膜的形成造成不良影響的情況。進而,存在自使用由包含溶出量大於0.2ppm/cm2 的金屬製的各構件的裝置所製造的模具所轉印的成型體中,檢測出金屬的附著物等的情況,故而不佳。
就穩定地生產奈米壓印用的模具的觀點而言,自金屬製的各構件溶出至80mL的電解液中的溶出量較佳為0ppm/cm2 ~0.2ppm/cm2 ,更佳為0ppm/cm2 ~0.1ppm/cm2
本發明的奈米壓印用模具的製造裝置在使用例如草酸作為電解液的情況下,至少與電解液接觸的部分的表面的材質可列舉鉭或其合金、或者鋯或其合金。另外,在使用例如硫酸作為電解液的情況下,至少與電解液接觸的部分的表面的材質可列舉鉭或其合金、或者鈮或其合金。因此,本發明的奈米壓印用模具的製造裝置對於電解液的耐性優異,且可抑制金屬的溶出。
一般而言,鈦、鉭、鋯、及鈮是具有耐酸性及耐蝕性的材料,但其耐性根據酸的種類等而差別較大。進而,所要求的性能亦根據所使用的用途而不同,尤其在如藉由陽極氧化來製造奈米壓印用模具的情況下,由於必需高度地控制模具的形狀來製造精密的成型體,因此若為具有一般的耐酸性及耐蝕性的材料,則存在其性能並不充分的情 況。本發明者進行努力研究的結果,明確了在藉由陽極氧化來製造奈米壓印用模具的情況下,特佳為使用規定的金屬,進而明確了較佳的金屬亦根據用於陽極氧化的電解液的種類而不同。
本發明的奈米壓印用模具的製造裝置只要至少與電解液接觸的部分的表面的材質為上述的具有特定物性的金屬(以下,稱為「特定金屬」)或其合金即可,尤其,較佳為容易與電解液接觸的部分的構件是特定金屬或其合金製造的構件。
即,本發明的特定金屬是指溶出至80mL的電解液中的溶出量為0.2ppm/cm2 以下的金屬。在使用例如草酸作為電解液的情況下,作為特定金屬,可列舉鉭或鋯。另外,在使用例如硫酸作為電解液的情況下,作為特定金屬,可列舉鉭或鈮。
此處,所謂「與電解液接觸的部分」,例如可列舉圖1所示的陽極氧化槽12、上蓋16、儲存槽18、流下流路20、供給口22、送回流路24、及泵26的內側,或者整流板28、中心軸32、軸心34、陰極板36、及調溫機構40的側面。
尤其,較佳為熱交換器等調溫機構40的與電解液接觸的部分由特定金屬或其合金形成。調溫機構40用於控制電解液的溫度,但若由樹脂形成該調溫機構40,則存在導熱率較差,難以精密地控制電解液的濃度的可能性。
另外,本發明中,在與電解液接觸的部分,亦可利用特定金屬或其合金對包含其他材質的構件的表面進行塗佈 後使用。當進行塗佈時,包含特定金屬或其合金的層的厚度較佳為1μm以上,更佳為10μm以上。若厚度為1μm以上,則抑制金屬朝電解液溶出的效果容易持續。另外,即便構件受損,內部的材質亦不易露出。
作為合金較佳者是上述特定金屬的氧化物、或者於上述特定金屬中添加必要量的鎢、矽、及碳等元素而成者。具體而言,可例示:氧化鋯、鎢酸鋯、鋯英石、鉭鎢合金、鉭矽合金、碳化鉭、鈮矽合金、以及鈮酸鋰等。
於以上所說明的本發明的奈米壓印用模具的製造裝置中,至少與電解液接觸的部分的表面的材質為特定金屬或其合金,因此於進行陽極氧化處理時可抑制金屬朝電解液溶出,從而可防止電解液的著色。
本發明的奈米壓印用模具的製造裝置作為用於製造表面形成有多孔質構造的奈米壓印用模具的裝置較合適,可製造金屬的附著減輕的奈米壓印用模具。另外,於金屬已溶解的電解液中,有時難以形成規定的形狀的陽極氧化皮膜,但藉由抑制金屬朝電解液溶出,可高效地製造所期望的形狀的陽極氧化皮膜。進而,藉由本發明的奈米壓印用模具的製造裝置所獲得的奈米壓印用模具的污染少,並可抑制奈米壓印時的異物混入。
另外,本發明的奈米壓印用模具的製造裝置的與電解液接觸的部分的表面的材質使用金屬,因此可確保耐久性。進而,與利用塑膠進行塗佈的情況相比,熱交換器的熱交換率或溫度控制亦更優異,因此可高效地對鋁基材進 行陽極氧化處理。
[奈米壓印用模具的製造方法]
本發明的奈米壓印用模具(以下,簡稱為「模具」)的製造方法是使用至少與電解液接觸的部分的表面的材質為特定金屬或其合金的奈米壓印用模具的製造裝置,以電解液對鋁基材進行陽極氧化處理。因此,對於電解液的耐性優異,可抑制金屬的溶出。
本發明的奈米壓印用模具的製造方法是包含利用電解液對鋁基材進行陽極氧化處理,而於上述鋁基材的表面形成具有2個以上的細孔的多孔質構造這一步驟的製造方法,此處,上述製造方法是於如下的裝置內進行上述陽極氧化處理:至少與上述電解液接觸的部分的表面的材質是在室溫下已浸漬於80mL的電解液中450小時的情況下的金屬的每單位表面的溶出量為0.2ppm/cm2 以下的金屬或其合金的裝置。
本發明的模具的製造方法只要使用至少與電解液接觸的部分的表面的材質為特定金屬或其合金的奈米壓印用模具的製造裝置,以電解液對鋁基材進行陽極氧化處理,則其他步驟並無特別限定,但較佳為具有以下的步驟(a)~步驟(f)。
(a)於電解液中,在恆定電壓下對鋁基材進行陽極氧化而於鋁基材的表面形成氧化皮膜的步驟。
(b)去除氧化皮膜,於鋁基材的表面形成陽極氧化的細孔產生點的步驟。
(c)於電解液中,再次對鋁基材進行陽極氧化,而於細孔產生點中形成具有細孔的氧化皮膜的步驟。
(d)使細孔的直徑擴大的步驟。
(e)步驟(d)之後,於電解液中再次進行陽極氧化的步驟。
(f)反覆進行步驟(d)與步驟(e),獲得鋁基材的表面形成有具有2個以上的細孔的陽極氧化鋁的模具的步驟。
以下,對各步驟進行說明。
再者,當於步驟(a)、步驟(c)、及步驟(e)中進行陽極氧化時,使用至少與電解液接觸的部分的表面的材質為特定金屬或其合金的奈米壓印用模具的製造裝置。
步驟(a):
如圖2所示,若對鋁基材30進行陽極氧化,則形成具有細孔42的氧化皮膜44。
作為鋁基材的形狀,可列舉:輥狀、圓管狀、平板狀、及片材狀等。
為了使表面狀態平滑化,較佳為藉由機械研磨、拋光(buffing)、化學研磨、及電解研磨處理(蝕刻處理)等對鋁基材進行研磨。另外,鋁基材有時附著有加工成規定的形狀時所使用的油,因此較佳為於陽極氧化之前事先進行脫脂處理。
鋁的純度較佳為99%以上,更佳為99.5%以上,特佳為99.8%以上。若鋁的純度低,則於已進行陽極氧化時, 存在形成因雜質的偏析而使可見光散射的大小的凹凸構造、或者由陽極氧化所獲得的細孔的規則性下降的情況。
作為電解液,可列舉:草酸、及硫酸等的水溶液。
該些電解液可單獨使用一種,亦可併用兩種以上。
將草酸水溶液用作電解液的情況:草酸水溶液的濃度較佳為0.7M以下。若草酸水溶液的濃度超過0.7M,則存在電流值變得過高,氧化皮膜的表面變粗的情況。
於化成電壓為30V~60V時,可獲得具有週期為100nm的規則性高的細孔的陽極氧化鋁。無論化成電壓高於該範圍還是低於該範圍,均存在規則性下降的傾向。
電解液的溫度較佳為60℃以下,更佳為45℃以下。若電解液的溫度超過60℃,則存在產生所謂的「燃燒」的現象、細孔破裂、或者表面熔化且細孔的規則性紊亂的情況。
將硫酸水溶液用作電解液的情況:硫酸水溶液的濃度較佳為0.7M以下。若硫酸水溶液的濃度超過0.7M,則存在電流值變得過高,無法維持恆定電壓的情況。
於化成電壓為25V~30V時,可獲得具有週期為63nm的規則性高的細孔的陽極氧化鋁。無論化成電壓高於該範圍還是低於該範圍,均存在規則性下降的傾向。
電解液的溫度較佳為30℃以下,更佳為20℃以下。若電解液的溫度超過30℃,則存在產生所謂的「燃燒」的現象、細孔破裂、或者表面熔化且細孔的規則性紊亂的情況。
與將硫酸用作電解液的情況相比,在將草酸用作電解液的情況下,可容易地獲得細孔以100nm以上的比較大的間隔排列的陽極氧化鋁。當將陽極氧化鋁用作模具時,若細孔間隔小,則難以確保脫模性,因此較佳為將草酸用作電解液。
步驟(b):
如圖2所示,將氧化皮膜44暫時去除,使其變成陽極氧化的細孔產生點46,藉此可提昇細孔的規則性。
作為去除氧化皮膜的方法,可列舉使其溶解於不溶解鋁,而選擇性地溶解氧化皮膜的溶液中來去除的方法。作為此種溶液,例如可列舉:鉻酸/磷酸混合液等。
步驟(c):
如圖2所示,若對已去除氧化皮膜的鋁基材30再次進行陽極氧化,則形成具有圓柱狀的細孔42的氧化皮膜44。
陽極氧化只要在與步驟(a)相同的條件下進行即可。陽極氧化的時間越長,可獲得越深的細孔。
步驟(d):
如圖2所示,進行使細孔42的直徑擴大的處理(以下,記作細孔直徑擴大處理)。細孔直徑擴大處理是浸漬於溶解氧化皮膜的溶解液中來使由陽極氧化所獲得的細孔的直徑擴大的處理。作為此種溶解液,例如可列舉5質量%左右的磷酸水溶液等。
細孔直徑擴大處理的時間越長,細孔直徑越大。
於步驟(d)中,較佳為使用至少與溶解液接觸的部分 的表面的材質為上述特定金屬或其合金的細孔直徑擴大處理裝置。藉由使用此種裝置,亦可抑制於細孔直徑擴大處理時金屬朝溶解液溶出。其結果,可防止溶解液的著色或金屬對於模具的附著,因此可更有效地抑制模具的污染或奈米壓印時的異物混入。
此外,因與溶解液接觸的部分的材質使用金屬,故亦可確保細孔直徑擴大處理裝置的耐久性。
步驟(e):
如圖2所示,若再次進行陽極氧化,則進而形成自圓柱狀的細孔42的底部向下延伸的直徑小的圓柱狀的細孔42。
陽極氧化只要在與步驟(a)相同的條件下進行即可。陽極氧化的時間越長,可獲得越深的細孔。
步驟(f):
如圖2所示,若重複步驟(d)的細孔直徑擴大處理與步驟(e)的陽極氧化,則形成具有直徑自開口部朝深度方向連續地減少的形狀的細孔42的氧化皮膜44,從而可獲得鋁基材30的表面具有陽極氧化鋁(鋁的多孔質的氧化皮膜(氧皮鋁))的模具本體48。最後,較佳為以步驟(d)結束。
重複次數較佳為合計為3次以上,更佳為5次以上。若重複次數為2次以下,則細孔的直徑不連續地減少,因此使用具有此種細孔的陽極氧化鋁所形成的多孔質構造(蛾眼構造)的反射率降低效果並不充分。
作為細孔42的形狀,可列舉:大致圓錐形狀、角錐形狀、及圓柱形狀等,較佳為如圓錐形狀及角錐形狀等般,與深度方向正交的方向的細孔剖面面積自最表面朝深度方向連續地減少的形狀。
細孔42間的平均間隔為可見光的波長以下,即400nm以下。細孔42間的平均間隔較佳為20nm以上。
細孔42間的平均間隔的範圍較佳為20nm以上、400nm以下,更佳為50nm以上、300nm以下,進而更佳為90nm以上、250nm以下。
細孔42間的平均間隔是藉由電子顯微鏡觀察來測定鄰接的細孔42間的間隔(自細孔42的中心至鄰接的細孔42的中心為止的距離),並將測定50個上述間隔所得的值加以平均而成者。
細孔42的深度於平均間隔為100nm的情況下,較佳為80nm~500nm,更佳為120nm~400nm,特佳為150nm~300nm。
細孔42的深度是於藉由電子顯微鏡以30000倍的倍率進行觀察時,測定細孔42的最底部與細孔42間所存在的凸部的最頂部之間的距離所得的值。
細孔42的縱橫比(細孔的深度/細孔間的平均間隔)較佳為0.8~5.0,更佳為1.2~4.0,特佳為1.5~3.0。
於本發明中,可將由步驟(f)所獲得的模具本體48直接作為模具,但亦可利用脫模劑對模具本體48的形成有多孔質構造之側的表面進行處理。
作為脫模劑,較佳為具有可與鋁基材的陽極氧化鋁形成化學鍵的官能基的脫模劑。具體而言,可列舉:聚矽氧樹脂、氟樹脂、及氟化合物等,就脫模性優異的觀點、及與模具本體的密接性優異的觀點而言,較佳為具有矽醇基或水解性矽基,其中,特佳為具有水解性矽基的氟化合物。
作為具有水解性矽基的氟化合物的市售品,可列舉:氟烷基矽烷,KBM-7803(信越化學工業股份有限公司製造),「Optool」系列(大金工業股份有限公司製造),以及Novec EGC-1720(Sumitomo 3M股份有限公司製造)等。
作為利用脫模劑的處理方法,可列舉下述的方法(I)、及方法(II),就可藉由脫模劑均勻地對模具本體的形成有多孔質構造之側的表面進行處理的觀點而言,特佳為方法(I)。
(I)將模具本體浸漬於脫模劑的稀釋溶液中的方法。
(II)將脫模劑或其稀釋溶液塗佈於模具本體的形成有多孔質構造之側的表面的方法。
作為方法(I),較佳為具有下述的步驟(g)~步驟(l)的方法。
(g)對模具本體進行水洗的步驟。
(h)對模具本體吹附空氣,去除附著於模具本體的表面的水滴的步驟。
(i)將模具本體浸漬於利用溶劑對具有水解性矽基的氟化合物進行稀釋而成的稀釋溶液中的步驟。
(j)將經浸漬的模具本體自溶液中緩慢地提起的步 驟。
(k)視需要,於較步驟(j)更後段,對模具本體進行加熱加濕的步驟。
(l)對模具本體加以乾燥的步驟。
步驟(g):
因於模具本體上附著有形成多孔質構造時所使用的藥劑(用於細孔直徑擴大處理的磷酸水溶液等)、及雜質(埃等)等,故藉由水洗來將其去除。
步驟(h):
對模具本體吹附空氣,將可看見的水滴大致去除。
步驟(i):
作為稀釋用的溶劑,只要使用氟系溶劑及醇系溶劑等公知的溶劑即可。其中,就可均勻地塗佈外部脫模劑溶液的觀點而言,氟系溶劑因具有適度的揮發性及濕潤性等而較佳。作為氟系溶劑,可列舉:氫氟聚醚、全氟己烷、全氟甲基環己烷、全氟-1,3-二甲基環己烷、及二氯五氟丙烷等。
於稀釋溶液(100質量%)中,具有水解性矽基的氟化合物的濃度較佳為0.01質量%~0.2質量%。
浸漬時間較佳為1分鐘~30分鐘。
浸漬溫度較佳為0℃~50℃。
步驟(j):
當將經浸漬的模具本體自溶液中提起時,較佳為使用電動提起機等,以固定速度提起,並抑制提起時的擺動。 藉此,可減少塗佈不均。
提起速度較佳為1mm/秒~10mm/秒。
步驟(k):
於較步驟(j)更後段,在加熱加濕下放置模具本體,藉此將氟化合物(脫模劑)的水解性矽基水解而生成矽醇基,上述矽醇基與模具本體的表面的羥基的反應充分地進行,氟化合物的定著性得到提昇。
加熱溫度較佳為40℃~100℃。
加濕條件較佳為相對濕度為85%以上。
放置時間較佳為10分鐘~1日。
步驟(l):
於對模具本體加以乾燥的步驟中,可使模具本體風乾,亦可利用乾燥機等強制性地進行加熱乾燥。
乾燥溫度較佳為30℃~150℃。
乾燥時間較佳為5分鐘~300分鐘。
藉由測定模具本體的表面的水接觸角,可確認模具本體的表面已由脫模劑進行了處理。已由脫模劑進行了處理的模具本體的表面的水接觸角較佳為60°以上,更佳為90°以上。若水接觸角為60°以上,則模具本體的表面由脫模劑充分地進行了處理,脫模性變得良好。
於以上所說明的本發明的模具的製造方法中,使用至少與電解液接觸的部分的表面的材質為特定金屬或其合金的奈米壓印用模具的製造裝置,因此於進行陽極氧化處理時可抑制金屬朝電解液溶出。藉此,可防止電解液的著色 或金屬對於模具的附著,故而可抑制模具的污染或奈米壓印時的異物混入。
另外,根據本發明,因與電解液接觸的部分的表面的材質使用金屬,故可確保奈米壓印用模具的製造裝置的耐久性。進而,與利用塑膠進行塗佈的情況相比,熱交換器的熱交換率或溫度控制亦更優異,因此可高效地製造形成有所期望的形狀的陽極氧化鋁的奈米壓印用模具。
[表面具有多孔質構造的物品]
表面具有多孔質構造的物品例如使用圖3所示的製造裝置,以下述方式來製造。
自罐52將活性能量線硬化性樹脂組成物供給至表面具有多孔質構造(省略圖示)的輥狀模具50與沿著輥狀模具50的表面移動的帶狀的膜72之間。
在輥狀模具50與藉由氣壓缸54調整了夾持壓的夾輥56之間,夾持膜72及活性能量線硬化性樹脂組成物,使活性能量線硬化性樹脂組成物均勻地遍布膜72與輥狀模具50之間,同時將其填充至輥狀模具50的多孔質構造的凹部內。
自設置於輥狀模具50的下方的活性能量線照射裝置58,透過膜72來對活性能量線硬化性樹脂組成物照射活性能量線,並使活性能量線硬化性樹脂組成物硬化,藉此形成轉印有輥狀模具50的表面的多孔質構造的硬化樹脂層74。
藉由剝離輥60將表面形成有硬化樹脂層74的膜72 自輥狀模具50上剝離,藉此獲得如圖4所示的物品70。
作為活性能量線照射裝置58,較佳為高壓水銀燈、及金屬鹵化物燈等,此情況下的光照射能量較佳為100mJ/cm2 ~10000mJ/cm2
膜72是透光性膜。作為膜的材料,可列舉:丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯、苯乙烯系樹脂、聚酯、纖維素系樹脂(三乙酸纖維素(triacetylcellulose)等)、聚烯烴、及脂環式聚烯烴等。
硬化樹脂層74是包含後述的活性能量線硬化性樹脂組成物的硬化物的膜,其表面具有多孔質構造。
使用陽極氧化鋁的模具時的物品70的表面的多孔質構造是轉印陽極氧化鋁的表面的多孔質構造而形成者,其具有包含活性能量線硬化性樹脂組成物的硬化物的2個以上的凸部76。
作為多孔質構造,較佳為大致圓錐形狀、或角錐形狀等的突起(凸部)並排2個以上而成的所謂的蛾眼構造。已知突起間的間隔為可見光的波長以下的蛾眼構造藉由折射率自空氣的折射率朝材料的折射率連續地增大而成為有效的抗反射的手段。
凸部間的平均間隔較佳為可見光的波長以下,即400nm以下。當使用本發明的模具形成了凸部時,凸部間的平均間隔達到100nm左右,因此更佳為200nm以下,特佳為150nm以下。
凸部間的平均間隔就容易形成凸部的觀點而言,較佳 為20nm以上。
凸部間的平均間隔的範圍較佳為20nm~400nm,更佳為50nm~300nm,進而更佳為90nm~250nm。
凸部間的平均間隔是藉由電子顯微鏡觀察來測定鄰接的凸部間的間隔(自凸部的中心至鄰接的凸部的中心為止的距離),並將測定50個上述間隔所得的值加以平均而成者。
凸部的高度於平均間隔為100nm的情況下,較佳為80nm~500nm,更佳為120nm~400nm,特佳為150nm~300nm。若凸部的高度為80nm以上,則反射率充分地降低,且反射率的波長依存性較少。若凸部的高度為500nm以下,則凸部的耐擦傷性變得良好。
凸部的高度是於藉由電子顯微鏡以30000倍的倍率進行觀察時,測定凸部最頂部與凸部間所存在的凹部的最低部之間的距離所得的值。
凸部的縱橫比(凸部的高度/凸部間的平均間隔)較佳為0.8~5.0,更佳為1.2~4.0,特佳為1.5~3.0。若凸部的縱橫比為1.0以上,則反射率充分地降低。若凸部的縱橫比為5.0以下,則凸部的耐擦傷性變得良好。
凸部的形狀較佳為與高度方向正交的方向的凸部剖面面積自最表面朝深度方向連續地增加的形狀,即,凸部的高度方向的剖面形狀為三角形、梯形、及吊鐘型等形狀。
硬化樹脂層74的折射率與膜72的折射率的差較佳為0.2以下,更佳為0.1以下,特佳為0.05以下。若折射率 差為0.2以下,則硬化樹脂層74與膜72的界面上的反射得到抑制。
已知當於表面具有多孔質構造時,若該表面由疏水性的材料形成,則藉由蓮花效應而可獲得超撥水性,若該表面由親水性的材料形成,則可獲得超親水性。
硬化樹脂層74的材料為疏水性時的多孔質構造的表面的水接觸角較佳為90°以上,更佳為110°以上,特佳為120°以上。若水接觸角為90°以上,則水污難以附著,因此發揮充分的防污性。另外,由於水難以附著,因此可期待防止結冰。
硬化樹脂層74的材料為疏水性時的微細凹凸構造的表面的水接觸角的範圍較佳為90°以上、180°以下,更佳為110°以上、180°以下,特佳為120°以上、180°以下。
硬化樹脂層74的材料為親水性時的多孔質構造的表面的水接觸角較佳為25°以下,更佳為23°以下,特佳為21°以下。若水接觸角為25°以下,則藉由水沖走附著於表面的污垢,另外,油污難以附著,因此發揮充分的防污性。上述水接觸角就抑制由硬化樹脂層74的吸水所引起的多孔質構造的變形、伴隨於此的反射率的上昇的觀點而言,較佳為3°以上。
硬化樹脂層74的材料為親水性時的微細凹凸構造的表面的水接觸角的範圍較佳為3°以上、30°以下,更佳為3°以上、23°以下,特佳為3°以上、21°以下。
(活性能量線硬化性樹脂組成物)
活性能量線硬化性樹脂組成物包含聚合性化合物及聚合起始劑。
作為聚合性化合物,可使用公知的化合物,例如可列舉:分子中具有自由基聚合性鍵及/或陽離子聚合性鍵的單體、寡聚物、以及反應性聚合物等。另外,活性能量線硬化性樹脂組成物亦可包含非反應性的聚合物、及活性能量線溶膠凝膠反應性組成物。
另一方面,作為聚合起始劑,可列舉:公知的光聚合起始劑、熱聚合起始劑、以及利用電子束硬化反應的聚合起始劑等。
再者,為了使硬化樹脂層74的多孔質構造的表面的水接觸角為90°以上,較佳為使用含有含氟化合物或聚矽氧系化合物的組成物作為可形成疏水性材料的活性能量線硬化性樹脂組成物。
另外,為了使硬化樹脂層74的多孔質構造的表面的水接觸角為25°以下,較佳為使用至少含有親水性單體的組成物作為可形成親水性材料的活性能量線硬化性樹脂組成物。另外,就賦予耐擦傷性或耐水性的觀點而言,更佳為含有可進行交聯的多官能單體者。再者,親水性單體與可進行交聯的多官能單體亦可相同(即,親水性多官能單體)。進而,活性能量線硬化性樹脂組成物亦可含有其他單體。
[用途]
作為物品70的用途,可列舉:抗反射物品、防霧性物 品、防污性物品、及撥水性物品,更具體而言,可列舉:顯示器用抗反射膜、汽車儀錶罩、汽車鏡、汽車窗、有機或無機電致發光的光出射效率提昇構件、及太陽電池構件等。
再者,表面具有多孔質構造的物品並不限定於圖示例的物品70。例如,亦可不設置硬化樹脂層74而於膜72的表面直接形成多孔質構造。但是,就使用輥狀模具50高效地形成多孔質構造的觀點而言,較佳為於硬化樹脂層74的表面形成多孔質構造。
[實例] [試驗例]
以下,對試驗例進行說明。
以下的試驗例1-1~試驗例1-4、試驗例2-1~試驗例2-4中,為了確認成為奈米壓印用模具的製造裝置所具備的陽極氧化槽或熱交換器等各構件的材質的金屬對於電解液的耐性、或成為細孔直徑擴大處理裝置所具備的各構件的材質的金屬對於溶解液的耐性,於使用一般具有耐蝕性的鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈦(Ti)與鈮(Nb),並使其浸漬於電解液或溶解液(以下,將該些總稱為「處理液」)中時,測定溶出至處理液中的金屬濃度。
再者,本試驗例中,作為用於陽極氧化處理的電解液,使用草酸水溶液,作為用於細孔直徑擴大處理的溶解液,使用磷酸水溶液。該些的濃度只要是用於實際的陽極氧化處理或細孔直徑擴大處理時的濃度即可,將草酸水溶液的 濃度調整為2.7質量%,將硫酸水溶液的濃度調整為15質量%。
另外,當使金屬片浸漬於處理液中時,處理液的溫度越高,金屬的溶出促進效果越高,但本試驗例是於室溫下進行。此處,「室溫」是指25℃。
另外,於金屬濃度的測定中,使用高感光度且可於短時間內高精度地進行測定的感應耦合電漿(Inductively Coupled Plasma,ICP)發光分光質量分析裝置(高頻感應耦合質量分析裝置)。
<試驗例1-1>
於室溫下,使鉭單體的試驗片(5.0cm×2.5cm,厚度1mm)在作為處理液的2.7質量%的草酸水溶液中浸漬450小時。其後,自處理液中取出金屬片,以如下方式測定溶出至處理液中的金屬濃度。
首先,提取1mL的取出金屬片後的處理液,然後將該處理液移入50mL的量測瓶中並以50mL的純水進行稀釋,從而製成測定用試樣。
繼而,使用CID高頻電漿發光分光分析裝置(Thermo Fisher Scientific股份有限公司製造,「IRIS Advantage AP」)作為ICP發光分光質量分析裝置,選擇對於各金屬而言感光度最佳的波長,對測定用試樣中的金屬濃度進行測定。將結果示於表1。
<試驗例1-2~試驗例1-4(表1中為實例1~實例4)、試驗例2-1~試驗例2-4(表1中為比較例1~比較例4) >
除將處理液及金屬的種類如表1所示般變更以外,以與試驗例1-1相同的方式製備測定用試樣,並測定金屬濃度。再者,作為硫酸水溶液,使用15質量%的硫酸水溶液。將其結果示於表1。再者,表1的溶出量的「-」表示金屬為檢測極限以下的濃度。
如根據表1可明確般,相對於草酸水溶液,鉭及鋯的每單位面積的溶出量為0.2ppm以下而較少。另外,可明確相對於硫酸水溶液,鈮及鋯的每單位面積的溶出量為0.2ppm以下而較少。
因此,於將草酸用作電解液的奈米壓印用模具的製造裝置中,作為與電解液接觸的部分的材質,鉭或鋯較合適,可推測於進行陽極氧化處理時可抑制金屬朝電解液溶出。另外,於將硫酸用作電解液的奈米壓印用模具的製造裝置中,作為與電解液接觸的部分的材質,鉭或鈮較合適,可 推測於進行陽極氧化處理時可抑制金屬朝電解液溶出。
鈮及鈦於草酸液中的金屬濃度高,金屬容易溶出至處理液中。同様地,鋯及鈦於硫酸液中的金屬濃度高,金屬容易溶出。
因此,鈦或鈮於將草酸用作電解液進行陽極氧化處理的奈米壓印模具的製造裝置中,不適合作為與電解液接觸的部分的材質。另外,鈦或鋯於將硫酸用作電解液進行陽極氧化處理的奈米壓印模具的製造裝置中,不適合作為與電解液接觸的部分的材質。
實際上,使用以2.7質量%的草酸溶液將浸漬有上述金屬片的草酸溶液稀釋成3倍所得的溶液作為電解液,進行鋁的陽極氧化。
於過氯酸/乙醇混合溶液(體積比為1/4)中,對作為鋁基材的50mm×50mm×厚度0.3mm的鋁板(純度為99.99%)進行電解研磨。
利用以2.7質量%的草酸溶液將浸漬有各個金屬片的草酸水溶液稀釋成3倍所得的電解液,於直流40V、溫度16℃的條件下對上述鋁板進行6小時的陽極氧化。削去陽極氧化處理後的陽極氧化鋁的一部分,於剖面蒸鍍鉑1分鐘,然後使用場發射型掃描電子顯微鏡(日本電子股份有限公司製造,「JSM-7400F」),於加速電壓3.00kV的條件下觀察剖面,並測定氧化皮膜的厚度(圖5)。
如圖5所示,使用浸漬有鉭或鋯的草酸溶液的陽極氧化鋁與使用剛調整後的草酸溶液進行陽極氧化的情況大致 相同。使用浸漬有鈦的草酸水溶液的陽極氧化鋁與使用剛調整後的草酸水溶液的情況相比,陽極氧化皮膜更薄,無法形成所期望的形狀及厚度的陽極氧化皮膜。於浸漬有鈮的草酸水溶液中,確認到鈮的懸浮物,該懸浮物附著於陽極氧化鋁上。
利用鈦製作奈米壓印用模具的製造裝置的熱交換器,並以如下方式製造模具。
[試驗例3]
作為鋁基材,使用於過氯酸/乙醇混合溶液(體積比為1/4)中對50mm×50mm×厚度0.3mm的鋁板(純度為99.99%)進行電解研磨而成者。
步驟(a):
於0.3M草酸水溶液中,在直流40V、溫度16℃的條件下對上述鋁板進行6小時的陽極氧化。
步驟(b):
將形成有氧化皮膜的鋁板於6質量%磷酸/1.8質量%鉻酸混合水溶液中浸漬3小時,然後去除氧化皮膜。
步驟(c):
於0.3M草酸水溶液中,在直流40V、溫度16℃的條件下對上述鋁板進行30秒的陽極氧化。
步驟(d):
將形成有氧化皮膜的鋁板於32℃的5質量%磷酸水溶液中浸漬8分鐘,然後進行細孔直徑擴大處理。
步驟(e):
於0.3M草酸水溶液中,在直流40V、溫度16℃的條件下對上述鋁板進行30秒的陽極氧化。
步驟(f):
將上述步驟(d)及步驟(e)合計重複4次,最後進行步驟(d),獲得表面形成有具有平均間隔:100nm、深度:240nm的大致圓錐形狀的細孔的陽極氧化鋁的模具本體。
步驟(g):
利用噴淋輕輕地沖走模具本體的表面的磷酸水溶液後,將模具本體於流水中浸漬10分鐘。
步驟(h):
自氣槍對模具本體吹附空氣,將附著於模具本體的表面的水滴去除。
步驟(i):
於室溫下,將模具本體於利用稀釋劑HD-ZV(Harves股份有限公司製造)將Optool DSX(大金化成品銷售股份有限公司製造)稀釋成0.1質量%所得的溶液中浸漬10分鐘。
步驟(j):
自稀釋溶液中以3mm/秒緩慢地提起模具本體。
步驟(l):
將模具本體風乾15分鐘,獲得由脫模劑進行了處理的模具。
再者,於步驟(a)、步驟(c)、及步驟(e)中,使用 具備利用鈦所製作的熱交換器的奈米壓印用模具的製造裝置進行陽極氧化處理。
另外,針對模具的細孔,以如下方式進行測定。
削去陽極氧化鋁的一部分,於剖面蒸鍍鉑1分鐘,然後使用場發射型掃描電子顯微鏡(日本電子股份有限公司製造,「JSM-7400F」),於加速電壓3.00kV的條件下觀察剖面,並測定細孔的間隔及細孔的深度。各測定分別進行50次,並求出平均值。
於試驗例3的情況下,對製造模具後的電解液(草酸水溶液)進行確認,結果有黃變。以與試驗例1-1相同的方式測定電解液中的鈦濃度,結果為0.4ppm。黃變的原因可認為是鈦溶出至電解液中,與草酸形成了錯合物。
另外,使用所獲得的模具進行奈米壓印的結果,自所轉印的膜表面檢測出包含鈦的異物。
[產業上之可利用性]
本發明的奈米壓印用模具的製造裝置及奈米壓印用模具的製造方法於進行陽極氧化處理時抑制金屬朝電解液溶出,藉此可高效地製造所期望的形狀的陽極氧化皮膜,因此對於抗反射物品、防霧性物品、防污性物品、及撥水性物品的有效率的量產有用。
10‧‧‧奈米壓印用模具的製造裝置
12‧‧‧陽極氧化槽
14‧‧‧流槽部
16‧‧‧上蓋
18‧‧‧儲存槽
20‧‧‧流下流路
22‧‧‧供給口
24‧‧‧送回流路
26‧‧‧泵
28‧‧‧整流板
30‧‧‧鋁基材
32‧‧‧中心軸
34‧‧‧軸心
36‧‧‧陰極板
38‧‧‧電源
40‧‧‧調溫機構
42‧‧‧細孔
44‧‧‧氧化皮膜
46‧‧‧細孔產生點
48‧‧‧模具本體
50‧‧‧輥狀模具
52‧‧‧罐
54‧‧‧氣壓缸
56‧‧‧夾輥
58‧‧‧活性能量線照射裝置
60‧‧‧剝離輥
70‧‧‧物品
72‧‧‧膜
74‧‧‧硬化樹脂層
76‧‧‧凸部
圖1是表示本發明的奈米壓印用模具的製造裝置的一例的剖面圖。
圖2是表示表面具有陽極氧化鋁的模具的製造步驟的 一例的剖面圖。
圖3是表示表面具有多孔質構造的物品的製造裝置的一例的構成圖。
圖4是表示表面具有多孔質構造的物品的一例的剖面圖。
圖5是利用電子顯微鏡拍攝陽極氧化處理後的陽極氧化鋁的剖面所得的圖。
10‧‧‧奈米壓印用模具的製造裝置
12‧‧‧陽極氧化槽
14‧‧‧流槽部
16‧‧‧上蓋
18‧‧‧儲存槽
20‧‧‧流下流路
22‧‧‧供給口
24‧‧‧送回流路
26‧‧‧泵
28‧‧‧整流板
30‧‧‧鋁基材
32‧‧‧中心軸
34‧‧‧軸心
36‧‧‧陰極板
38‧‧‧電源
40‧‧‧調溫機構

Claims (14)

  1. 一種奈米壓印用模具的製造裝置,其是利用電解液對鋁基材進行陽極氧化處理的奈米壓印用模具的製造裝置,其特徵在於:至少與電解液接觸的部分的表面的材質為下述條件的金屬或其合金,[條件]在室溫下已浸漬於80mL的電解液中450小時的情況下的金屬的每單位表面的溶出量為0.2ppm/cm2 以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中上述電解液為草酸。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鋯或其合金。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中上述電解液為硫酸。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鈮或其合金。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之奈米壓印用模具的製造裝置,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
  8. 一種奈米壓印用模具的製造方法,其是利用電解液對鋁基材進行陽極氧化處理,製造表面形成有多孔質構造的奈米壓印用模具的方法,其特徵在於:使用至少與電解液接觸的部分的表面的材質為下述條件的金屬或其合金的奈米壓印用模具的製造裝置,進行陽極氧化處理,[條件]在室溫下已浸漬於80mL的電解液中450小時的情況下的金屬的每單位表面的溶出量為0.2ppm/cm2 以下。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中上述電解液為草酸。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鋯或其合金。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中上述電解液為硫酸。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鈮或其合金。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之奈米壓印用模具的製造方法,其中與上述電解液接觸的部分的表面的材質為鉭或其合金。
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