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JP7396152B2 - Method for forming patterned film, patterned film and article - Google Patents
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Description

本発明は、パターン膜の形成方法、パターン膜及び物品に関する。 The present invention relates to a method for forming a patterned film, a patterned film, and an article.

パターン膜の形成方法として、紫外線や電子線などの活性エネルギー線の照射を利用する方法やブロック共重合体などの自己組織化材料を用いる方法など様々な方法が報告されている。 Various methods have been reported for forming patterned films, including methods using irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays and electron beams, and methods using self-organizing materials such as block copolymers.

特開2009-260330号公報JP2009-260330A 特開2016-197176号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-197176

未開拓の技術領域を切り開くためには、特殊な構造を有する新規なパターン膜の開発や、任意の形状、構造又はサイズを有するパターン膜を、高い自由度をもって簡便に提供することが可能な新規なパターン膜の形成方法を開発することが望まれる。 In order to open up unexplored technological fields, it is necessary to develop new patterned films with special structures, and new methods that can easily provide patterned films with arbitrary shapes, structures, or sizes with a high degree of freedom. It is desirable to develop a method for forming patterned films.

本発明は、このような事情に鑑み、特殊な構造を有しているパターン膜を簡便に製造することができるパターン膜の形成方法、並びに、特殊な構造を有しているパターン膜を提供することを目的とする。 In view of these circumstances, the present invention provides a method for forming a pattern film that can easily produce a pattern film having a special structure, and a pattern film having a special structure. The purpose is to

本発明の第1側面によると、基材上に、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む分散粒子と、上記活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む分散媒とを含むエマルジョンからなる膜を形成することと、
上記膜に上記活性エネルギー線を、上記活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量を超える積算光量でパターン状に照射して、上記活性エネルギー線を照射した領域に存在する上記第1液体を硬化させることと、
上記活性エネルギー線の照射後に、上記膜から上記第2液体の少なくとも一部を除去することと、
上記第2液体の少なくとも一部を除去した上記膜が含んでいる未硬化の上記第1液体を硬化させることと
を含むパターン膜の形成方法が提供される。
According to the first aspect of the present invention, the base material includes dispersed particles containing a first liquid that hardens upon irradiation with active energy rays, and a dispersion medium containing a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays. forming a film consisting of an emulsion;
The film was irradiated with the active energy rays in a pattern at an integrated light intensity that exceeded the integrated light intensity that maximized the difference in height of the pattern between the irradiated area and the non-irradiated area of the active energy rays. hardening the first liquid present in the region;
removing at least a portion of the second liquid from the film after irradiation with the active energy ray;
A method for forming a patterned film is provided, which includes curing the uncured first liquid contained in the film from which at least a portion of the second liquid has been removed.

本発明の第2側面によると、基材上に、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む分散粒子と、上記活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む分散媒とを含むエマルジョンからなる膜を形成することと、
上記膜に上記活性エネルギー線を、上記活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量を超える積算光量でパターン状に照射して、上記活性エネルギー線を照射した領域に存在する上記分散粒子を硬化させ、上記分散粒子の硬化物からなる粒状層を形成することと、
上記活性エネルギー線の照射後に、上記膜から上記第2液体の少なくとも一部を除去して、未硬化の上記第1液体の少なくとも一部を、上記活性エネルギー線を照射していない領域から上記粒状層へと移動させることと、
上記第2液体の少なくとも一部を除去した上記膜が含んでいる未硬化の上記第1液体を硬化させることと
を含むパターン膜の形成方法が提供される。
According to the second aspect of the present invention, the base material includes dispersed particles containing a first liquid that hardens upon irradiation with active energy rays, and a dispersion medium containing a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays. forming a film consisting of an emulsion;
The film was irradiated with the active energy rays in a pattern at an integrated light intensity that exceeded the integrated light intensity that maximized the difference in height of the pattern between the irradiated area and the non-irradiated area of the active energy rays. Curing the dispersed particles present in the region to form a granular layer consisting of a cured product of the dispersed particles;
After irradiation with the active energy rays, at least a portion of the second liquid is removed from the film, and at least a portion of the uncured first liquid is transferred from the region not irradiated with the active energy rays to the particles. moving to a layer;
A method for forming a patterned film is provided, which includes curing the uncured first liquid contained in the film from which at least a portion of the second liquid has been removed.

本発明の第3側面によると、第1側面又は第2側面に係るパターン膜の形成方法により形成されたパターン膜が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a patterned film formed by the method for forming a patterned film according to the first or second aspect.

本発明の第4側面によると、第1側面又は第2側面に係るパターン膜の形成方法により形成されたパターン膜と、上記パターン膜を支持する基材を備えた物品が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an article that includes a patterned film formed by the method for forming a patterned film according to the first or second side, and a base material that supports the patterned film.

本発明によれば、特殊な構造を有しているパターン膜を簡便に製造することができるパターン膜の形成方法、並びに、特殊な構造を有しているパターン膜を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for forming a patterned film that can easily produce a patterned film that has a special structure, and a patterned film that has a special structure.

第1実施形態に係るパターン膜の形成方法により形成された、パターン膜を備えた物品の一例を概略的に示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an article including a patterned film formed by the patterned film forming method according to the first embodiment. 第1実施形態に係るパターン膜の形成方法により形成された、パターン膜を備えた物品の他の例を概略的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another example of an article including a patterned film formed by the patterned film forming method according to the first embodiment. エマルジョンからなる膜が基材上に形成された状態の一例を概略的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a state in which a film made of an emulsion is formed on a base material. 紫外線のパターン照射により、紫外線の照射領域に存在する分散粒子が硬化し、分散粒子の硬化物からなる粒状層が形成された状態の一例を概略的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of a state in which dispersed particles existing in an ultraviolet irradiation area are cured by patterned ultraviolet irradiation, and a granular layer made of a cured product of the dispersed particles is formed. 膜から第2液体の除去を開始することにより、紫外線の非照射領域において分散粒子の合一が起こった状態の一例を概略的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a state in which dispersed particles coalesce in a region not irradiated with ultraviolet rays by starting removal of the second liquid from the film. 紫外線の非照射領域において分散粒子の合一が更に進行し、分散粒子の合一体が、分散粒子の硬化物からなる粒状層に浸透し、拡散していく状態の一例を概略的に示す断面図。A cross-sectional view schematically showing an example of a state in which the coalescence of dispersed particles further progresses in a non-irradiated region of ultraviolet rays, and the coalescence of dispersed particles penetrates and diffuses into a granular layer made of a cured product of dispersed particles. . 第2液体の除去が完了し、分散粒子の合一体が粒状層に完全に移動した状態の一例を概略的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a state in which the removal of the second liquid has been completed and the coalescence of dispersed particles has completely moved to the granular layer. 紫外線の全面照射により、未硬化の第1液体を硬化させた状態の一例を概略的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of a state in which an uncured first liquid is cured by irradiating the entire surface with ultraviolet rays. 活性エネルギー線の積算光量と、活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターン高低差との関係を模式的に示すグラフ。2 is a graph schematically showing the relationship between the integrated light amount of active energy rays and the pattern height difference between the active energy ray irradiation area and the non-irradiation area. 活性エネルギー線の積算光量と、パターン側壁部の傾きとの関係を模式的に示すグラフ。A graph schematically showing the relationship between the integrated light amount of active energy rays and the inclination of a pattern side wall portion. 実施例で調製した第1乃至第3エマルジョンの粒度分布を示すグラフ。Graph showing the particle size distribution of the first to third emulsions prepared in Examples. ラインアンドスペースパターン膜の厚さ方向の断面プロファイル(a)と、断面プロファイル(a)を微分処理して得られる微分波形ピーク(b)。A cross-sectional profile (a) in the thickness direction of the line-and-space pattern film and a differential waveform peak (b) obtained by differentially processing the cross-sectional profile (a). 活性エネルギー線の積算光量と、活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターン高低差との関係を示すグラフ。2 is a graph showing the relationship between the integrated light amount of active energy rays and the pattern height difference between the active energy ray irradiation area and the non-irradiation area. 活性エネルギー線の積算光量と、パターン側壁部の傾きとの関係を示すグラフ。A graph showing the relationship between the integrated light amount of active energy rays and the slope of the pattern side wall portion. 実施例で調製した第1乃至第3エマルジョンを使用し、積算光量(露光量)を変更して形成されたラインアンドスペースパターン膜の光学顕微鏡写真。Optical micrographs of line-and-space pattern films formed using the first to third emulsions prepared in Examples and varying the cumulative light amount (exposure amount). 第1液体を含む分散粒子(エマルジョン液滴)の重合熱による液膜内対流の発生を時系列で示す写真。3 is a photograph showing, in chronological order, the occurrence of convection in a liquid film due to heat of polymerization of dispersed particles (emulsion droplets) containing a first liquid. 第1液体を含む分散粒子(エマルジョン液滴)の重合熱による液膜内対流の発生のメカニズムを説明するための模式図。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the mechanism of generation of convection in a liquid film due to heat of polymerization of dispersed particles (emulsion droplets) containing the first liquid.

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、上記側面の何れかをより具体化したものである。なお、同様又は類似した機能を有する要素については、同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiments described below are more specific implementations of any of the above aspects. Note that elements having the same or similar functions are given the same reference numerals, and redundant explanations will be omitted.

[第1実施形態]
図1は、本発明の実施形態に係る物品の一例を概略的に示す断面図である。図2は、本発明の実施形態に係る物品の他の例を概略的に示す断面図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an article according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another example of the article according to the embodiment of the present invention.

図1及び図2に示す物品は、基材1とパターン膜2とを含んでいる。
基材1の材質及び形状は任意である。基材1は、滑らかな表面を有していることが望ましい。基材1としては、例えばフィルムやシートを使用することができる。
The article shown in FIGS. 1 and 2 includes a base material 1 and a patterned film 2. The article shown in FIGS.
The material and shape of the base material 1 are arbitrary. It is desirable that the base material 1 has a smooth surface. As the base material 1, for example, a film or a sheet can be used.

パターン膜2は、基材1によって支持されている。図1及び図2に示す例では、パターン膜2は、ラインアンドスペースパターンを形成している。パターン膜2は、ラインアンドスペースパターン以外のパターンを形成していてもよい。 The pattern film 2 is supported by the base material 1. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the pattern film 2 forms a line and space pattern. The pattern film 2 may form a pattern other than a line and space pattern.

パターン膜2は、例えば、後述する本発明の実施形態に係るパターン膜の形成方法(以下において、「本実施形態に係るパターン形成方法」又は単に「本実施形態」ともいう。)により形成することができる。この方法は、パターン膜形成用組成物としてエマルジョンを使用し、エマルジョンの自己組織化による相分離構造を利用してパターン膜を形成する技術(以下において、エマルジョン形質変化型パターニング技術(Emulsion Transforming Method for Patterning)又はET法と称する。)を利用したものである。 The patterned film 2 may be formed, for example, by a patterned film forming method according to an embodiment of the present invention described below (hereinafter also referred to as "pattern forming method according to this embodiment" or simply "this embodiment"). I can do it. This method uses an emulsion as a composition for forming a patterned film, and uses a phase separation structure resulting from self-organization of the emulsion to form a patterned film. This method uses the ET method (patterning) or ET method.

ET法では、エマルジョンとして、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む分散粒子と、活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む分散媒とを含むエマルジョンが用いられる。 In the ET method, an emulsion containing dispersed particles containing a first liquid that hardens upon irradiation with active energy rays and a dispersion medium containing a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays is used.

詳細は後述するが、ET法は、基本工程として、このエマルジョンからなる膜を形成すること、上記膜に活性エネルギー線をパターン状に照射して、活性エネルギー線を照射した領域に存在する第1液体を硬化させることと、活性エネルギー線の照射後に、上記膜から第2液体の少なくとも一部を除去することと、第2液体の少なくとも一部を除去した上記膜が含んでいる未硬化の第1液体を硬化させることとを含む。 Although the details will be described later, the basic steps of the ET method include forming a film made of this emulsion, irradiating the film with active energy rays in a pattern, and removing the first curing the liquid; removing at least a portion of the second liquid from the film after irradiation with active energy rays; and curing uncured liquid contained in the film from which at least a portion of the second liquid has been removed. 1. Curing the liquid.

また、ET法は換言すると、基本工程として、上記エマルジョンからなる膜を形成すること、上記膜に活性エネルギー線をパターン状に照射して、活性エネルギー線を照射した領域に存在する上記分散粒子を硬化させ、上記分散粒子の硬化物からなる粒状層を形成すること、活性エネルギー線の照射後に、上記膜から第2液体の少なくとも一部を除去して、未硬化の第1液体の少なくとも一部を、活性エネルギー線を照射していない領域から上記粒状層へと移動させること、第2液体の少なくとも一部を除去した上記膜が含んでいる未硬化の第1液体を硬化させることを含む。 In other words, the basic steps of the ET method include forming a film made of the emulsion, irradiating the film with active energy rays in a pattern, and dispersing the dispersed particles present in the area irradiated with the active energy rays. curing to form a granular layer made of a cured product of the dispersed particles; removing at least a portion of the second liquid from the film after irradiation with active energy rays; and removing at least a portion of the uncured first liquid. from a region not irradiated with active energy rays to the granular layer, and curing the uncured first liquid contained in the film from which at least a portion of the second liquid has been removed.

図1及び図2のパターン膜2は、上記ET法において、活性エネルギー線の積算光量を調整することにより形成することができる。パターン膜2は、後述する分散粒子の硬化物21b1と重合相21b2とを含み、硬化物21b1は、粒状層21bを形成している。 The patterned film 2 shown in FIGS. 1 and 2 can be formed by adjusting the cumulative amount of active energy rays in the ET method described above. The pattern film 2 includes a cured product 21b1 of dispersed particles, which will be described later, and a polymerized phase 21b2, and the cured product 21b1 forms a granular layer 21b.

また、パターン膜2は、活性エネルギー線の非照射領域Rに、傾斜を有する側壁2cを備えている。側壁2cの傾きを構成している分散粒子の硬化物21b1は、活性エネルギー線の照射領域Rから非照射領域Rに移動してきた分散粒子の硬化物である。この硬化物21b1の移動は、活性エネルギー線の照射により生じる重合発熱に起因する、上記エマルジョンからなる膜内の流れ(液膜内対流)によるものであり、詳細は詳述する。 Further, the patterned film 2 includes a side wall 2c having an inclination in the non-irradiated region R S of active energy rays. The cured product 21b1 of dispersed particles forming the inclination of the side wall 2c is a cured product of dispersed particles that has moved from the active energy ray irradiation region R L to the non-irradiation region R S. This movement of the cured product 21b1 is due to the flow within the film made of the emulsion (convection within the liquid film) caused by polymerization heat generated by irradiation with active energy rays, and the details will be described in detail.

このように、パターン膜2の側壁2cは、照射領域Rから非照射領域Rに移動してきた分散粒子の硬化物21b1が堆積することにより形成され、硬化物21b1の堆積厚みが連続的に変化してなる傾斜を有している。このような側壁2cを備えるパターン膜は、上記の通り、活性エネルギー線の積算光量を調整することにより形成することができる。すなわち、活性エネルギー線の積算光量(以下において、「露光量」ともいう。)が、所定の積算光量を超えるように、活性エネルギー線を上記エマルジョンからなる膜にパターン照射することにより形成することができる。ここで、所定の積算光量とは、活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量を超える積算光量(以下において、“E”とも表記する。)であり、詳細は後述する。 In this way, the side wall 2c of the pattern film 2 is formed by depositing the cured material 21b1 of dispersed particles that has moved from the irradiated area RL to the non-irradiated area RS , and the deposited thickness of the cured material 21b1 is continuously increased. It has a varying slope. A patterned film having such a side wall 2c can be formed by adjusting the cumulative amount of active energy rays, as described above. That is, it can be formed by irradiating a film made of the emulsion with active energy rays in a pattern such that the cumulative amount of active energy rays (hereinafter also referred to as "exposure amount") exceeds a predetermined cumulative amount of light. can. Here, the predetermined cumulative light amount is the cumulative light amount (hereinafter also referred to as " EM ") that exceeds the cumulative light amount at which the difference in height of the pattern between the active energy ray irradiation area and the non-irradiation area is maximum. , details will be described later.

図1及び図2のパターン膜2は、いずれも、非照射領域Rに、分散粒子の硬化物21b1の堆積厚みが連続的に変化してなる側壁2cを有するが、その傾きは、図2のパターン膜2の方が、図1のパターン膜2よりなだらかである。これは、上記ET法における活性エネルギー線の積算光量の相違に起因するものである。すなわち、図1のパターン膜2において使用した積算光量をE、図2のパターン膜2において使用した積算光量をEとしたとき、EとEは上記積算光量Eより大きく(E>E、E>E)、且つ、第2積算光量Eは第1積算光量Eより大きい(E<E)関係にある。 The pattern film 2 in FIGS. 1 and 2 both has a side wall 2c in the non-irradiation region R S in which the deposited thickness of the cured product 21b1 of dispersed particles changes continuously, and the slope thereof is as shown in FIG. The patterned film 2 of is more gentle than the patterned film 2 of FIG. This is due to the difference in the cumulative amount of active energy rays in the ET method. That is, when the cumulative amount of light used in the pattern film 2 of FIG. 1 is E 1 and the cumulative amount of light used in the pattern film 2 of FIG . 1 >E M , E 2 >E M ), and the second integrated light amount E 2 is larger than the first integrated light amount E 1 (E 1 <E 2 ).

このように、後述する本実施形態に係るパターン形成方法によれば、活性エネルギー線の積算光量を変化させるだけで、硬化物21b1の堆積により形成される側壁2cの傾きが異なるパターン膜を得ることができる。 As described above, according to the pattern forming method according to the present embodiment, which will be described later, it is possible to obtain a patterned film in which the side walls 2c formed by depositing the cured material 21b1 have different inclinations simply by changing the integrated light amount of active energy rays. I can do it.

パターン膜2は、例えば、以下に説明する本実施形態に係るパターン形成方法により形成することができる。まず、ET法に含まれる基本的な工程について、図3~図8を参照しながら、エマルジョンの調製、膜の形成、活性エネルギー線の照射、第2液体の除去、及び、パターンの定着の順に説明する。 The pattern film 2 can be formed, for example, by a pattern forming method according to the present embodiment described below. First, the basic steps included in the ET method will be explained in the order of emulsion preparation, film formation, active energy ray irradiation, second liquid removal, and pattern fixation, with reference to FIGS. 3 to 8. explain.

<エマルジョンの調製>
先ず、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む分散粒子と、活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む分散媒とを含むエマルジョンを調製する。
エマルジョンは、水中油型(O/W型)エマルジョンであってもよいし、油中水型(W/O型)エマルジョンであってもよい。
<Preparation of emulsion>
First, an emulsion is prepared that includes dispersed particles containing a first liquid that hardens upon irradiation with active energy rays and a dispersion medium containing a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays.
The emulsion may be an oil-in-water (O/W) emulsion or a water-in-oil (W/O) emulsion.

分散粒子は、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む。活性エネルギー線としては、例えば、可視光、紫外線、電子線、及びX線が挙げられる。第1液体としては、例えば、アクリル系モノマー若しくはオリゴマー、メタクリル系モノマー若しくはオリゴマー、エポキシ系モノマー若しくはオリゴマー、又はそれらの1以上を含んだ混合物を用いることができる。第1液体としては、選択肢が広いことや物性調整の自由度が大きいことなどの利点から、アクリル系モノマー若しくはオリゴマー、又は、メタクリル系モノマー若しくはオリゴマーを用いることが好適である。第1液体としては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレートなどを用いることができる。第1液体中にモノマー及びオリゴマーが占める割合は、例えば30乃至100質量%である。 The dispersed particles contain a first liquid that is cured by irradiation with active energy rays. Examples of active energy rays include visible light, ultraviolet rays, electron beams, and X-rays. As the first liquid, for example, an acrylic monomer or oligomer, a methacrylic monomer or oligomer, an epoxy monomer or oligomer, or a mixture containing one or more of these can be used. As the first liquid, it is preferable to use an acrylic monomer or oligomer or a methacrylic monomer or oligomer because of the advantages of a wide range of options and a high degree of freedom in adjusting physical properties. As the first liquid, for example, trimethylolpropane triacrylate or the like can be used. The proportion of the monomer and oligomer in the first liquid is, for example, 30 to 100% by mass.

なお、活性エネルギー線の照射により硬化する液体は、親油性であるもののほうが、親水性であるものよりも種類が多い。従って、O/W型エマルジョンのほうが、W/O型エマルジョンよりも材料選択の自由度が高い。 Note that there are more types of lipophilic liquids than hydrophilic liquids that harden upon irradiation with active energy rays. Therefore, the O/W type emulsion has a higher degree of freedom in material selection than the W/O type emulsion.

分散媒は、活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む。第1液体が親油性である場合、第2液体は、親水性液体、例えば水、メタノールやエタノールなどの低級アルコール、又はそれらの混合物とすることができる。他方、第1液体が親水性液体である場合、第2液体は、親油性液体、例えばイソパラフィン系溶剤やミネラルスピリットなどとすることができる。 The dispersion medium includes a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays. If the first liquid is lipophilic, the second liquid can be a hydrophilic liquid, such as water, a lower alcohol such as methanol or ethanol, or a mixture thereof. On the other hand, if the first liquid is a hydrophilic liquid, the second liquid can be a lipophilic liquid, such as an isoparaffinic solvent or mineral spirit.

分散粒子のサイズは、形成すべきパターンサイズにも依存するが、0.5μm乃至0.5mmの平均粒径を有することが好ましい。ここで、「平均粒径」は、レーザー回折・散乱法に従った粒度分布測定によって得られる重量平均径である。分散粒子が上記サイズを有すると、後の工程で、未硬化の第1液体を粒子間の隙間へ効率良く浸透させることができる。 The size of the dispersed particles depends on the pattern size to be formed, but preferably has an average particle size of 0.5 μm to 0.5 mm. Here, the "average particle size" is a weight average diameter obtained by particle size distribution measurement according to a laser diffraction/scattering method. When the dispersed particles have the above size, the uncured first liquid can be efficiently penetrated into the gaps between the particles in a later step.

また、エマルジョン中に分散粒子が占める割合は、好ましくは25質量%以上である。分散粒子がエマルジョン中で上記割合を占めると、活性エネルギー線を照射した領域の温度を、重合熱を有効に利用して上昇させることによって、第1液体を含む分散粒子の分散状態を不安定化させると同時に凝集層を形成させることができる。また、エマルジョン中に分散粒子が占める割合の上限は、エマルジョンの転相が生じない範囲であればよく、特に限定するものではない。一例によれば、この割合は70~80質量%以下である。 Further, the proportion of dispersed particles in the emulsion is preferably 25% by mass or more. When the dispersed particles occupy the above proportion in the emulsion, the temperature of the region irradiated with active energy rays is increased by effectively utilizing polymerization heat, thereby destabilizing the dispersion state of the dispersed particles containing the first liquid. At the same time, a cohesive layer can be formed. Further, the upper limit of the proportion of the dispersed particles in the emulsion is not particularly limited as long as the phase inversion of the emulsion does not occur. According to one example, this proportion is less than or equal to 70-80% by weight.

第1液体は、光重合開始剤を更に含んでいてもよい。光重合開始剤としては、公知の光重合開始剤、例えば、アルキルフェノン系光重合開始剤を用いることができる。アルキルフェノン系光重合開始剤としては、例えば、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが挙げられる。第1液体は、光重合開始剤を、モノマー及びオリゴマーの合計量100質量部に対して、例えば0.1乃至10質量部の量で含むことができる。 The first liquid may further contain a photopolymerization initiator. As the photopolymerization initiator, a known photopolymerization initiator such as an alkylphenone photopolymerization initiator can be used. Examples of the alkylphenone photopolymerization initiator include 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone. The first liquid can contain a photopolymerization initiator in an amount of, for example, 0.1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the total amount of monomers and oligomers.

エマルジョンが例えばO/W型である場合、分散粒子は、第1液体に加えて、ハイドロホーブを含んでいてもよい。ハイドロホーブとしては、例えば、セチルアルコールなど水への溶解性が低い高級アルコール、ヘキサデカン、炭化水素鎖の分子量が比較的大きいラウリルメタクリレートやステアリルメタクリレートなどの重合性モノマー、疎水性色素、ポリメチルメタクリレートやポリスチレンなどの高分子等が挙げられる。ハイドロホーブは、エマルジョンを安定化する役割を果たす。ハイドロホーブは、100質量部の第1液体に対して、例えば0.1乃至10質量部の量で含むことができる。 If the emulsion is of the O/W type, for example, the dispersed particles may contain hydrohobe in addition to the first liquid. Hydrohobes include, for example, higher alcohols with low solubility in water such as cetyl alcohol, hexadecane, polymerizable monomers with relatively large molecular weight hydrocarbon chains such as lauryl methacrylate and stearyl methacrylate, hydrophobic dyes, polymethyl methacrylate, etc. Examples include polymers such as polystyrene. The hydrohobe serves to stabilize the emulsion. The hydrohobe can be included in an amount of, for example, 0.1 to 10 parts by mass per 100 parts by mass of the first liquid.

分散媒は、界面活性剤を更に含んでいてもよい。界面活性剤としては、例えば、乳化重合の用途で市販されているものを使用することができる。界面活性剤としては、例えば、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウムなどのスルホサクシネート型界面活性剤を使用することができる。エマルジョンは、界面活性剤を、エマルジョンの総質量に対して、例えば0.1乃至5.0質量%の量で含むことができる。 The dispersion medium may further contain a surfactant. As the surfactant, for example, those commercially available for use in emulsion polymerization can be used. As the surfactant, for example, a sulfosuccinate type surfactant such as dioctyl sodium sulfosuccinate can be used. The emulsion may contain a surfactant in an amount of, for example, 0.1 to 5.0% by weight, based on the total weight of the emulsion.

O/W型エマルジョンの場合、エマルジョン化と分散粒子の安定性とを確保するために、分散媒は、界面活性剤を含むことが一般的である。また、O/W型エマルジョンは、エマルジョンの長期保存安定性を改善するために、分散媒中に水溶性の高分子やセルロースナノファイバ等を含むこともできる。更に必要に応じて、O/W型エマルジョンは、分散媒中に粘度調整剤や消泡剤を含むこともできる。 In the case of an O/W type emulsion, the dispersion medium generally contains a surfactant in order to ensure emulsification and stability of dispersed particles. Further, the O/W emulsion can also contain water-soluble polymers, cellulose nanofibers, etc. in the dispersion medium in order to improve the long-term storage stability of the emulsion. Furthermore, if necessary, the O/W emulsion can also contain a viscosity modifier and an antifoaming agent in the dispersion medium.

一方、W/O型エマルジョンの場合、安定なエマルジョンを調製するために、分散媒は、適した親水親油バランス(HLB)価を有するノニオン系界面活性剤や高分子系の分散安定剤を含むことができる。必要に応じて、W/O型エマルジョンは、分散媒中にイオン性の界面活性剤を含むことも有効である。 On the other hand, in the case of a W/O emulsion, in order to prepare a stable emulsion, the dispersion medium contains a nonionic surfactant and a polymeric dispersion stabilizer having an appropriate hydrophilic-lipophilic balance (HLB) value. be able to. If necessary, it is also effective for the W/O emulsion to contain an ionic surfactant in the dispersion medium.

エマルジョンは、公知の乳化・分散技術、例えば、ペイントシェイカ、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、ホモジナイザー、及び膜乳化法などを利用することで調製することができる。 The emulsion can be prepared by using known emulsification/dispersion techniques, such as a paint shaker, an ultrasonic homogenizer, a colloid mill, a homogenizer, and a membrane emulsification method.

<膜の形成>
次に、上記エマルジョンからなる膜を基材上に形成する。以下、「エマルジョンからなる膜」を液膜ともいう。具体的には、上記エマルジョンを基材上に塗布することにより液膜を基材上に形成することができる。基材としては、任意の基材を使用することができ、例えばフィルムやシートなどを使用することができる。
<Film formation>
Next, a film made of the above emulsion is formed on the base material. Hereinafter, the "film made of emulsion" will also be referred to as a liquid film. Specifically, a liquid film can be formed on a base material by applying the above emulsion onto the base material. As the base material, any base material can be used, such as a film or a sheet.

塗布方法は、特に限定されないが、液膜の厚みに応じて適切な塗布方法、例えば、ダイコート、コンマコート、又はカーテンコートなどを選択することができる。液膜の厚みは、例えば10乃至3000μmとすることができる。また、少量のエマルジョンを塗布して小さい面積の液膜を形成する場合には、必要に応じてディスペンサなどを利用することもできる。 The coating method is not particularly limited, but an appropriate coating method such as die coating, comma coating, or curtain coating can be selected depending on the thickness of the liquid film. The thickness of the liquid film can be, for example, 10 to 3000 μm. Further, when applying a small amount of emulsion to form a liquid film with a small area, a dispenser or the like may be used as necessary.

図3は、エマルジョンからなる膜が基材上に形成された状態の一例を概略的に示している。図3において、基材1の上に、分散粒子21aと分散媒22とから構成されるエマルジョンからなる膜2aが形成されている。 FIG. 3 schematically shows an example of a state in which a film made of an emulsion is formed on a base material. In FIG. 3, a film 2a made of an emulsion composed of dispersed particles 21a and a dispersion medium 22 is formed on a base material 1.

<活性エネルギー線の照射>
次に、形成された膜に活性エネルギー線をパターン状に照射する。
活性エネルギー線としては、上記の通り、例えば、紫外線、電子線、X線などが挙げられる。パターン照射は、例えば、マスクなどを介して活性エネルギー線を場所選択的に照射することや、レーザー光を位置選択的に照射することにより実施することができる。
<Irradiation of active energy rays>
Next, the formed film is irradiated with active energy rays in a pattern.
As mentioned above, examples of active energy rays include ultraviolet rays, electron beams, and X-rays. Pattern irradiation can be performed, for example, by selectively irradiating active energy rays through a mask or by selectively irradiating laser beams.

活性エネルギー線のパターン照射により、活性エネルギー線が照射された領域(以下において、単に「照射領域」ともいう。)では、分散粒子に含まれる第1液体が重合により硬化する。これにより、分散粒子の硬化物からなる粒状層を形成することができる。 By pattern irradiation of the active energy rays, the first liquid contained in the dispersed particles is cured by polymerization in the area irradiated with the active energy rays (hereinafter also simply referred to as "irradiation area"). Thereby, a granular layer consisting of a cured product of dispersed particles can be formed.

図4は、紫外線のパターン照射により、紫外線を照射した領域に存在する分散粒子が硬化し、分散粒子の硬化物からなる粒状層が形成された状態の一例を概略的に示している。 FIG. 4 schematically shows an example of a state in which the dispersed particles existing in the area irradiated with ultraviolet rays are cured by pattern irradiation of ultraviolet rays, and a granular layer consisting of a cured product of the dispersed particles is formed.

図4に示すように、紫外線が照射された領域では、分散粒子21aに含まれる第1液体が重合により硬化して、分散粒子21aは、分散粒子の硬化物21b1になる。分散粒子の硬化物21b1は凝集して積層し、結果として、分散粒子の硬化物21b1からなる粒状層21bが形成される。 As shown in FIG. 4, in the area irradiated with ultraviolet rays, the first liquid contained in the dispersed particles 21a is cured by polymerization, and the dispersed particles 21a become a cured product 21b1 of dispersed particles. The cured particles 21b1 of dispersed particles are aggregated and stacked, and as a result, a granular layer 21b consisting of the cured particles 21b1 of dispersed particles is formed.

紫外線が照射された領域において、分散媒22に含まれる第2液体は硬化しないため、分散媒22は粒状層21b内に、具体的には、硬化物21b1間の隙間に存在する。一方、図4において、紫外線が照射されなかった非照射領域(以下において、単に「非照射領域」ともいう。)において、分散粒子21aに含まれる第1液体は未硬化のままである。 In the area irradiated with ultraviolet rays, the second liquid contained in the dispersion medium 22 does not harden, so the dispersion medium 22 exists in the granular layer 21b, specifically, in the gaps between the cured materials 21b1. On the other hand, in FIG. 4, the first liquid contained in the dispersed particles 21a remains uncured in the non-irradiated area (hereinafter also simply referred to as "non-irradiated area") where the ultraviolet rays were not irradiated.

照射領域における硬化物21b1の凝集メカニズムについて、本発明者は、この理由を以下のように考えている。 Regarding the aggregation mechanism of the cured material 21b1 in the irradiation area, the present inventor considers the reason as follows.

活性エネルギー線の照射により、分散粒子21aは重合発熱し、これにより照射領域の温度が上昇する。この温度上昇により、分散粒子21a表面に吸着して分散粒子21aを分散安定化させていた界面活性剤が脱着する。これにより、重合が進行した分散粒子21aの表面電位が低下する。その結果、分散粒子21a又はその硬化物21b1の分散が不安定となり、粒子の凝集が促進される。また、粒子が凝集し、粒子同士が接触する過程において、粒子間で重合架橋を生じる可能性もある。 By irradiating the active energy rays, the dispersed particles 21a polymerize and generate heat, thereby increasing the temperature of the irradiated area. Due to this temperature rise, the surfactant that had been adsorbed onto the surface of the dispersed particles 21a to stabilize the dispersion of the dispersed particles 21a is desorbed. As a result, the surface potential of the dispersed particles 21a in which polymerization has progressed decreases. As a result, the dispersion of the dispersed particles 21a or their cured product 21b1 becomes unstable, and aggregation of the particles is promoted. Furthermore, in the process of particles agglomerating and coming into contact with each other, polymerization crosslinking may occur between particles.

また、この凝集は、重合発熱による温度上昇によって脱離した界面活性剤が粒子に再吸着する前に完了する。これにより、凝集した粒子は、再分散されずにその凝集状態を維持する。 Further, this aggregation is completed before the surfactant, which has been desorbed due to the temperature increase due to the heat generated by polymerization, is re-adsorbed onto the particles. This allows the aggregated particles to maintain their aggregated state without being redispersed.

照射領域における硬化物21b1の凝集は、予め分散媒中に架橋剤を配合しておくことで促進してもよい。こうすると、活性エネルギー線照射時に、粒子間での架橋形成を生じ易くなり、その結果、粒子の凝集が促進される。 Aggregation of the cured product 21b1 in the irradiation area may be promoted by adding a crosslinking agent to the dispersion medium in advance. This facilitates formation of crosslinks between particles during irradiation with active energy rays, and as a result, aggregation of particles is promoted.

<第2液体の除去>
活性エネルギー線の照射後に、膜から第2液体の少なくとも一部を除去する。この工程では、第2液体の少なくとも一部を除去すればよいが、第2液体の全てを除去してもよい。第2液体の除去は、例えば、膜を乾燥させることにより実施することができる。乾燥は、第2液体が、液膜を形成した直後の第2液体の量の30質量%以下の量になるまで行うことが好ましく、5質量%以下の量になるまで行うことがより好ましい。第2液体の除去は、膜を室温に放置することにより実施してもよいが、膜を加熱乾燥させることにより実施することが好ましい。加熱乾燥は、例えば、膜を40乃至100℃の範囲内の温度で0.1乃至1時間に亘って加熱することにより行うことができる。第2液体の除去により、未硬化の第1液体の少なくとも一部を、活性エネルギー線を照射していない領域から、分散粒子の硬化物からなる粒状層へと移動させることができる。
<Removal of second liquid>
After irradiation with the active energy rays, at least a portion of the second liquid is removed from the film. In this step, at least a portion of the second liquid may be removed, but all of the second liquid may be removed. Removal of the second liquid can be performed, for example, by drying the membrane. Drying is preferably performed until the amount of the second liquid becomes 30% by mass or less, more preferably 5% by mass or less of the amount of the second liquid immediately after forming the liquid film. Although the second liquid may be removed by leaving the membrane at room temperature, it is preferably carried out by heating and drying the membrane. Heat drying can be performed, for example, by heating the membrane at a temperature in the range of 40 to 100° C. for 0.1 to 1 hour. By removing the second liquid, at least a portion of the uncured first liquid can be moved from the area not irradiated with active energy rays to the granular layer made of the cured product of dispersed particles.

この工程では、第2液体の除去により、未硬化の第1液体の少なくとも一部を、非照射領域から分散粒子の硬化物からなる粒状層へと移動させる。非照射領域から粒状層への未硬化の第1液体の移動は、その全てが粒状層へと移動するように行ってもよく、その一部のみが粒状層へ移動するように行ってもよい。 In this step, by removing the second liquid, at least a portion of the uncured first liquid is moved from the non-irradiated area to the granular layer made of the cured product of the dispersed particles. The movement of the uncured first liquid from the non-irradiated area to the granular layer may be performed so that all of it moves to the granular layer, or only a part of it may move to the granular layer. .

なお、この方法では、活性エネルギー線の照射後に現像工程、即ち、未硬化の第1液体の現像液を用いた除去は行う必要はない。 Note that in this method, there is no need to perform a development step, that is, removal of the uncured first liquid using a developer after irradiation with active energy rays.

図5乃至図7は、第2液体の除去により起こる膜の状態変化の一例を概略的に示している。図5は、膜からの第2液体の除去を開始することにより、非照射領域において分散粒子の合一が起こった状態の一例を概略的に示している。図6は、非照射領域において分散粒子の合一が更に進行し、分散粒子の合一体が、分散粒子の硬化物からなる粒状層に浸透し、拡散していく状態の一例を概略的に示している。図7は、第2液体の除去が完了し、分散粒子の合一体が粒状層に完全に移動した状態の一例を概略的に示している。 5 to 7 schematically illustrate an example of a change in state of the membrane caused by removal of the second liquid. FIG. 5 schematically shows an example of a situation in which coalescence of dispersed particles has occurred in the non-irradiated region by initiating the removal of the second liquid from the membrane. FIG. 6 schematically shows an example of a state in which the coalescence of dispersed particles further progresses in the non-irradiated area, and the coalescence of dispersed particles penetrates into a granular layer consisting of a cured product of dispersed particles and diffuses. ing. FIG. 7 schematically shows an example of a state in which the removal of the second liquid has been completed and the aggregates of dispersed particles have completely moved into the granular layer.

分散媒22に含まれる第2液体の一部を膜2aから除去すると、図5に示すように、照射領域では、粒状層21b内の粒子間の隙間を満たしていた第2液体が減少し、非照射領域では、第2液体が減少するとともに、分散粒子21aの合一が起こり、それらの合一体21a’が形成される。そして、図6に示すように、これら合一体21a’を形成している未硬化の第1液体は、粒状層21b内の隙間へ浸透し、粒状層21b内へ拡散する。この浸透及び拡散は、毛細管力により進行すると考えられる。 When a part of the second liquid contained in the dispersion medium 22 is removed from the film 2a, as shown in FIG. In the non-irradiated region, as the second liquid decreases, the dispersed particles 21a coalesce to form a coalesced body 21a'. Then, as shown in FIG. 6, the uncured first liquid forming the combined body 21a' permeates into the gaps in the granular layer 21b and diffuses into the granular layer 21b. This penetration and diffusion is thought to proceed due to capillary force.

第2液体の除去が完了すると、非照射領域から粒状層21bへの未硬化の第1液体の移動は完了する。その結果、例えば、図7に示す構造が得られる。なお、膜から第2液体を完全に除去すると、膜中に残留している液体は、例えば、分散粒子21a又はそれらの合一体21a’を構成している液体のみになる。 When the removal of the second liquid is completed, the movement of the uncured first liquid from the non-irradiated area to the granular layer 21b is completed. As a result, for example, the structure shown in FIG. 7 is obtained. Note that when the second liquid is completely removed from the membrane, the liquid remaining in the membrane is, for example, only the liquid constituting the dispersed particles 21a or their combined bodies 21a'.

上記の通り、粒状層21bからなるパターンは、最終的に得られるパターン膜2と同様に、パターン密度が異なる複数の部分を含んでいる。以下に説明するように、粒状層21b内の隙間へ浸透する第1液体の量は、パターン密度がより低い部分と、パターン密度がより高い部分とで異なる。 As described above, the pattern made of the granular layer 21b includes a plurality of portions having different pattern densities, similar to the patterned film 2 finally obtained. As explained below, the amount of the first liquid that permeates into the gaps in the granular layer 21b differs between areas where the pattern density is lower and areas where the pattern density is higher.

即ち、パターン密度がより低い部分の周囲には、より広い非照射領域が存在し、それ故、より多量の第1液体が存在する。他方、パターン密度がより高い部分の周囲には、より狭い非照射領域が存在し、それ故、より少量の第1液体が存在する。 That is, there is a larger non-irradiated area around the portions where the pattern density is lower, and therefore a larger amount of the first liquid is present. On the other hand, around areas with higher pattern density there is a narrower non-irradiated area and therefore a smaller amount of first liquid.

その結果、パターン密度がより低い部分では、粒状層21b内の隙間に、より多量の第1液体が浸透する。例えば、隙間の全体が第1液体で満たされる。 As a result, in areas where the pattern density is lower, a larger amount of the first liquid permeates into the gaps within the granular layer 21b. For example, the entire gap is filled with the first liquid.

他方、パターン密度がより高い部分では、粒状層21b内の隙間に、より少量の第1液体が浸透する。例えば、隙間の一部のみが第1液体で満たされる。 On the other hand, in areas where the pattern density is higher, a smaller amount of the first liquid permeates into the gaps within the granular layer 21b. For example, only a portion of the gap is filled with the first liquid.

<パターンの定着>
最後に、第2液体を除去した膜が含んでいる未硬化の第1液体を硬化させる。未硬化の第1液体の硬化は、例えば、活性エネルギー線を膜全体に照射することにより行うことができる。これにより、パターン膜が形成される。
<Pattern fixation>
Finally, the uncured first liquid contained in the film from which the second liquid has been removed is cured. The uncured first liquid can be cured, for example, by irradiating the entire film with active energy rays. As a result, a patterned film is formed.

図8は、紫外線の全面照射により、未硬化の第1液体を硬化させた状態の一例を概略的に示している。図8に示すように、紫外線を膜全体に照射すると、未硬化の第1液体は、重合により硬化する。その結果、重合相21b2が形成される。また、粒状層21bを構成している硬化物21b1では、紫外線照射により更なる重合が進行する。これにより、分散粒子の硬化物21b1と重合相21b2とからなるパターン膜2が形成される。 FIG. 8 schematically shows an example of a state in which the uncured first liquid is cured by irradiating the entire surface with ultraviolet rays. As shown in FIG. 8, when the entire film is irradiated with ultraviolet rays, the uncured first liquid is cured by polymerization. As a result, a polymeric phase 21b2 is formed. Furthermore, in the cured product 21b1 constituting the granular layer 21b, further polymerization progresses due to ultraviolet irradiation. As a result, a patterned film 2 consisting of the cured product 21b1 of dispersed particles and the polymerized phase 21b2 is formed.

上記の通り、紫外線の全面照射前において、粒状層21bのうち、パターン密度がより低い部分は、その隙間の全体が第1液体で満たされており、パターン密度がより高い部分では、その隙間の一部のみが第1液体で満たされている。従って、紫外線の全面照射を行うことによって得られるパターン膜2では、パターン密度がより高い部分は、パターン密度がより低い部分と比較して、より高い多孔度を有している。 As mentioned above, before the entire surface is irradiated with ultraviolet rays, in the part of the granular layer 21b where the pattern density is lower, the entire gap is filled with the first liquid, and in the part where the pattern density is higher, the gap is filled with the first liquid. Only a portion is filled with the first liquid. Therefore, in the patterned film 2 obtained by irradiating the entire surface with ultraviolet rays, the portions where the pattern density is higher have a higher porosity than the portions where the pattern density is lower.

なお、未硬化の第1液体の硬化は、上述の通り、非照射領域に存在している未硬化の第1液体の全てが、この領域から粒状層へと移動した後に行うことができる。或いは、未硬化の第1液体の硬化は、非照射領域に存在している未硬化の第1液体の一部のみが、この領域から粒状層へと移動したときに行うこともできる。例えば、活性エネルギー線の膜全体への照射を、膜から第2液体を完全に除去する前(即ち、非照射領域の第1液体が粒状層に浸透し、粒状層内へと拡散していく途中の段階)、例えば図6の段階で行ってもよい。こうすると、非照射領域に厚さを有し、照射領域が非照射領域よりも厚いパターン膜を得ることができる。 Note that, as described above, the uncured first liquid can be cured after all of the uncured first liquid existing in the non-irradiated area has moved from this area to the granular layer. Alternatively, the curing of the uncured first liquid may occur when only a portion of the uncured first liquid present in the non-irradiated area moves from this area to the granular layer. For example, irradiation of the entire film with active energy rays is performed before the second liquid is completely removed from the film (i.e., the first liquid in the non-irradiated area penetrates into the granular layer and diffuses into the granular layer). (intermediate stage), for example, the stage shown in FIG. In this way, it is possible to obtain a patterned film that has a thickness in the non-irradiated area and in which the irradiated area is thicker than the non-irradiated area.

次いで、図1および図2に示される側壁2cを備えたパターン膜2を形成するための活性エネルギー線の積算光量について、図9、図10及び図17を参照しながら以下に説明する。
<活性エネルギー線の積算光量>
本実施形態に係るパターン膜の形成方法は、上述したET法が含む活性エネルギー線の照射工程において、積算光量を調整することにより、図1及び図2に示す非照射領域Rに側壁2cを有するパターン膜2を形成するものである。側壁2cは、上記の通り、分散粒子の硬化物21b1の堆積厚みが連続的に変化してなる傾斜を有する。このような側壁を備えたパターン膜は、活性エネルギー線を、照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量Eを超える積算光量でパターン照射することにより形成することができる。
Next, the cumulative amount of active energy rays for forming the patterned film 2 having the sidewalls 2c shown in FIGS. 1 and 2 will be described below with reference to FIGS. 9, 10, and 17.
<Accumulated light amount of active energy rays>
The method for forming a patterned film according to the present embodiment is to form a side wall 2c in the non-irradiated region R S shown in FIGS. This is to form a patterned film 2 having the same structure. As described above, the side wall 2c has an inclination formed by continuously changing the deposited thickness of the cured product 21b1 of dispersed particles. A patterned film having such sidewalls can be formed by pattern irradiation with active energy rays at an integrated light amount exceeding the integrated light amount E M at which the difference in height of the pattern between the irradiated area and the non-irradiated area is maximum. .

図9は、エマルジョンからなる膜(液膜)に対する活性エネルギー線の積算光量と、照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差との関係を模式的に示すグラフである。ここで、照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差とは、活性エネルギー線の照射領域におけるパターン凸部と、非照射領域におけるパターン凹部との高低差であり、以下において単に「パターン高低差」というときがある。 FIG. 9 is a graph schematically showing the relationship between the integrated light amount of active energy rays for a film (liquid film) made of an emulsion and the difference in height of a pattern between an irradiated area and a non-irradiated area. Here, the height difference of the pattern in the irradiated area and the non-irradiated area is the height difference between the pattern convex part in the active energy ray irradiation area and the pattern concave part in the non-irradiated area, and is simply referred to as "pattern height difference" below. There are times when that happens.

図9に示されるように、活性エネルギー線の積算光量を増大させていくと、パターン高低差が最大となる積算光量Eが存在する。これは照射領域における分散粒子の硬化物の凝集(後述する“1次凝集”)による堆積(固定化)が終了したことを示すと推測される。 As shown in FIG. 9, as the cumulative light amount of active energy rays is increased, there exists a cumulative light amount EM at which the pattern height difference is maximum. This is presumed to indicate that the deposition (fixation) of the dispersed particles in the irradiated area due to aggregation ("primary aggregation" to be described later) of the cured product has been completed.

積算光量がEを超えた領域では、積算光量の増大に伴いパターン高低差は減少する。このパターン高低差の減少は、積算光量の増大に伴い、照射領域から移動して非照射領域に堆積する分散粒子の硬化物の量が増大することによるものである。 In a region where the integrated light amount exceeds EM , the pattern height difference decreases as the integrated light amount increases. This decrease in pattern height difference is due to an increase in the amount of cured particles of dispersed particles that move from the irradiated area and deposit in the non-irradiated area as the cumulative amount of light increases.

更に積算光量を増大させると、パターンの高低差の変化がなくなり飽和に達する。このパターン高低差の変化がなくなり飽和に達するときの積算光量を、以下において“ES”(E<E)と表記する。 When the integrated light amount is further increased, the height difference of the pattern stops changing and saturation is reached. The cumulative amount of light when the pattern height difference stops changing and reaches saturation is hereinafter referred to as "E S " (E M <E S ).

活性エネルギー線の積算光量とパターン高低差との上記関係は、エマルジョンに含まれる分散粒子のサイズに関わらず、共通してみられる傾向であり、少なくとも分散粒子の平均粒径が0.5μm乃至0.5mmの範囲にあるエマルジョンについては上記関係がみられる。 The above relationship between the integrated light amount of active energy rays and the pattern height difference is a common tendency regardless of the size of the dispersed particles contained in the emulsion. The above relationship is observed for emulsions in the range of .5 mm.

なお、図9に示される模式的なグラフでは、積算光量がEを超えて更に増大されるときに生じ得る、分散粒子の硬化物の“2次凝集”(後述)による影響は示されていない。2次凝集により、積算光量Eを超えた領域においてパターン高低差が増大する現象がみられる場合がある。 Note that the schematic graph shown in FIG. 9 does not show the influence of "secondary agglomeration" (described later) of the cured material of dispersed particles, which may occur when the integrated light amount is further increased beyond ES . do not have. Due to secondary aggregation, a phenomenon may be observed in which the pattern height difference increases in a region exceeding the integrated light amount ES .

図10は、エマルジョンからなる膜(液膜)に対する活性エネルギー線の積算光量と、パターン側壁の傾きとの関係を模式的に示すグラフである。ここで、パターン側壁の傾きとは、パターン膜を支持する基材に対する凸部の側壁の傾きであり、側壁角度(基材と凸部の側壁とがなす角度)が鋭角側の傾きを意味する。ここでは、パターン側壁の傾きの最大値(以下において、「最大傾き」という。)の平均を、パターン側壁の傾きとする。 FIG. 10 is a graph schematically showing the relationship between the integrated light amount of active energy rays for a film (liquid film) made of an emulsion and the inclination of the pattern sidewall. Here, the inclination of the pattern side wall is the inclination of the side wall of the convex part with respect to the base material that supports the pattern film, and means that the side wall angle (the angle formed between the base material and the side wall of the convex part) is on the acute angle side. . Here, the average of the maximum values of the slopes of the pattern sidewalls (hereinafter referred to as "maximum slopes") is defined as the slope of the pattern sidewalls.

図10に示されるように、活性エネルギー線の積算光量とパターン側壁の傾きとの関係は、図9に示される活性エネルギー線の積算光量とパターン高低差との関係と同様の傾向を有する。 As shown in FIG. 10, the relationship between the cumulative amount of active energy rays and the inclination of the pattern sidewall has a similar tendency to the relationship between the cumulative amount of active energy rays and the pattern height difference shown in FIG.

すなわち、活性エネルギー線の積算光量を増大させていくと、パターン側壁の傾きは、パターン高低差が最大となる積算光量Eで最も大きくなり、シャープなパターンとなる。 That is, as the integrated light amount of active energy rays is increased, the slope of the pattern side wall becomes the largest at the integrated light amount EM where the pattern height difference is maximum, resulting in a sharp pattern.

積算光量がEを超えた領域では、積算光量の増大に伴いパターン側壁の傾きは減少する。このパターン側壁の傾きの減少は、積算光量の増大に伴い、照射領域から移動して非照射領域に堆積する分散粒子の硬化物の量が増大することによるものである。積算光量の増大に伴い、パターン側壁の傾きが連続的に小さくなる傾向を示す。 In a region where the integrated light amount exceeds EM , the slope of the pattern sidewall decreases as the integrated light amount increases. This decrease in the slope of the pattern sidewall is due to an increase in the amount of cured particles of the dispersed particles that move from the irradiated area and deposit in the non-irradiated area as the cumulative amount of light increases. As the cumulative amount of light increases, the slope of the pattern sidewall tends to decrease continuously.

更に積算光量を増大させると、パターン側壁の傾きの変化は、パターン高低差の変化が飽和するEで飽和に達する。 When the integrated light amount is further increased, the change in the slope of the pattern side wall reaches saturation at ES , where the change in the pattern height difference is saturated.

なお、図10に示される模式的なグラフでは、図9と同様、分散粒子の硬化物の“2次凝集”(後述)による影響は示されていない。2次凝集により、積算光量Eを超えた領域においてパターン側壁の傾きが増大する現象が見られる場合がある。 Note that the schematic graph shown in FIG. 10, like FIG. 9, does not show the influence of "secondary aggregation" (described later) of the cured product of dispersed particles. Due to secondary aggregation, a phenomenon may be observed in which the slope of the pattern sidewall increases in a region exceeding the integrated light amount E.sub.S.

ここで、照射領域と非照射領域のパターン高低差は、例えば、後述する3D形状測定機を使用して得られるパターン膜の断面プロファイル(図12(a)参照)から計測することができる。また、パターン側壁の最大傾きは、例えば、上記断面プロファイルを微分処理して得られる微分波形(図12(b)参照)のピークから計測することができる。 Here, the pattern height difference between the irradiated area and the non-irradiated area can be measured, for example, from the cross-sectional profile of the patterned film (see FIG. 12(a)) obtained using a 3D shape measuring device described later. Further, the maximum inclination of the pattern sidewall can be measured, for example, from the peak of a differential waveform (see FIG. 12(b)) obtained by performing differential processing on the cross-sectional profile.

本実施形態に係るパターン膜の形成方法において、活性エネルギー線の積算光量(露光量)は、パターンの高低差が最大となる積算光量Eを超えるものであればよく、特に限定されるものではない。Eを超える積算光量を選択することで、分散粒子の硬化物が堆積してなる傾斜を有する側壁を備えたパターン膜を得ることができる。 In the method for forming a patterned film according to the present embodiment, the integrated light amount (exposure amount) of the active energy rays is not particularly limited as long as it exceeds the integrated light amount E M at which the height difference of the pattern is maximum. do not have. By selecting an integrated light amount exceeding EM , it is possible to obtain a patterned film having inclined sidewalls formed by depositing cured particles of dispersed particles.

活性エネルギー線の積算光量Eは、一例において、Eより大きく、且つ、Eより小さい積算光量(E<E<E)であってよい。
また、活性エネルギー線の積算光量Eは、他の例において、[(E-E)×5%+E]乃至[(E-E)×95%+E]の範囲にある積算光量であってよい。
In one example, the cumulative light amount E of the active energy rays may be larger than E M and smaller than E S (E M <E<E S ).
In addition, in other examples, the integrated light amount E of active energy rays is an integrated amount in the range of [( ES - EM ) x 5% + EM ] to [( ES - EM ) x 95% + EM ]. It may be the amount of light.

また、活性エネルギー線の積算光量は、他の例において、[(E-E)×10%+E]乃至[(E-E)×80%+E]の範囲にある積算光量であってよい。
また、活性エネルギー線の積算光量は、他の例において、[(E-E)×20%+E]乃至[(E-E)×70%+E]の範囲にある積算光量であってよい。
In addition, in other examples, the cumulative light amount of active energy rays is within the range of [(E S - E M ) x 10% + E M ] to [(E S - E M ) x 80% + E M ]. It may be.
In addition, in other examples, the cumulative amount of active energy rays is within the range of [( ES - EM ) x 20% + EM ] to [( ES - EM ) x 70% + EM ]. It may be.

ここで、積算光量(mJ/cm)は、照射強度(mW/cm)を一定にして照射時間を変化させたときの積算光量であってもよいし、照射時間を一定にして照射強度を変化させたときの積算光量であってもよいし、双方を変化させたときの積算光量であってもよい。 Here, the cumulative light amount (mJ/cm 2 ) may be the cumulative light amount when the irradiation intensity (mW/cm 2 ) is kept constant and the irradiation time is changed, or the irradiation intensity is kept constant and the irradiation time is constant. It may be the cumulative amount of light when changing , or it may be the cumulative amount of light when changing both.

図9及び図10に示される上記現象のメカニズムは、活性エネルギー線の照射時におけるエマルジョンからなる液膜内の動的挙動(液膜内対流)により説明することができる。図17((A)から(D))を参照しながら以下に説明する。 The mechanism of the above phenomenon shown in FIGS. 9 and 10 can be explained by the dynamic behavior within the liquid film made of the emulsion (convection within the liquid film) during irradiation with active energy rays. This will be explained below with reference to FIGS. 17 ((A) to (D)).

エマルジョンからなる液膜表面(SUR)へ活性エネルギー線の照射を開始すると、図17(A)に示すように、活性エネルギー線の照射領域Rにおいて、エマルジョンの重合発熱に起因する浮力による上昇流aと、表面張力流bが発生する。 When irradiation of active energy rays is started on the liquid film surface (SUR) consisting of an emulsion, as shown in FIG . a and a surface tension flow b are generated.

活性エネルギー線の照射を継続すると、図17(B)に示すように、照射領域Rにおいて上昇流aに乗って第1液体を含む分散粒子(エマルジョン液滴)の重合による硬化と凝集が進行すると同時に、表面張力bが液面を伝うように非照射領域方向に発生する。 When irradiation with active energy rays is continued, as shown in FIG. 17(B), the dispersion particles (emulsion droplets) containing the first liquid progress in the irradiation area RL by polymerization and aggregation, riding on the upward flow a. At the same time, surface tension b is generated in the direction of the non-irradiated area so as to be transmitted along the liquid surface.

活性エネルギー線の照射を更に継続すると、照射領域Rのエマルジョン重合粒子の凝集(1次凝集)が完了し、図17(C)に示す“1次重合凝集固定域”dの上昇が止まり、温度は下がっていく。しかし重合熱は照射領域Rの周辺部(非照射領域)へ伝達しているため、1次重合凝集固定域dの周辺部に上昇流(自然対流e)が発生する。 When the irradiation with active energy rays is further continued, the aggregation (primary aggregation) of the emulsion polymer particles in the irradiation area RL is completed, and the rise of the "primary polymerization aggregation fixed area" d shown in FIG. 17(C) is stopped. The temperature is dropping. However, since the polymerization heat is transferred to the periphery (non-irradiated area) of the irradiated region R L , an upward flow (natural convection e) is generated in the periphery of the primary polymerization aggregation fixed region d.

活性エネルギー線の照射を更に継続すると、1次重合凝集固定域dの周辺部に発生する上昇流(自然対流e)に乗った未硬化エマルジョン液滴が、液膜表面(SUR)付近に達し、一部が照射領域Rに被ることで分散粒子の硬化物(硬化エマルジョン液滴)となる。 When the irradiation with active energy rays is further continued, the uncured emulsion droplets riding on the upward flow (natural convection e) generated around the primary polymerization agglomeration fixing zone d reach near the liquid film surface (SUR). A part of the dispersed particles covers the irradiation area RL , resulting in a cured product of dispersed particles (cured emulsion droplets).

液膜表面(SUR)付近で硬化した上記分散粒子の一部は、1次重合凝集固定域dの上部に積み上がり、図17(D)に示すように、新たに“2次重合凝集固定域”fを形成すると考えられる。 A part of the dispersed particles hardened near the liquid film surface (SUR) accumulates on the top of the primary polymerization agglomeration fixation zone d, and forms a new "secondary polymerization cohesion fixation zone d" as shown in FIG. 17(D). ``It is considered to form f.

一方、非照射領域への流れ(表面張力流b)も発生し続け、図17(D)に示すように、自然対流eと表面張力bの複合による対流gが発生する。液膜表面(SUR)付近で硬化した上記分散粒子の他の一部は、この対流gによって非照射領域へ移動し堆積する。この硬化エマルジョン液滴の堆積により側壁の傾斜が形成され、照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差を小さくしていると推測される。 On the other hand, a flow (surface tension flow b) to the non-irradiated area continues to occur, and as shown in FIG. 17(D), a convection g is generated due to a combination of the natural convection e and the surface tension b. Another part of the dispersed particles hardened near the liquid film surface (SUR) moves to the non-irradiated area by this convection g and is deposited thereon. It is presumed that the deposition of the cured emulsion droplets forms a slope in the sidewall, thereby reducing the difference in height of the pattern between the irradiated area and the non-irradiated area.

[第2実施形態]
本実施形態に係るパターン形成方法において、エマルジョンからなる膜(液膜)に照射する活性エネルギー線の積算光量は、1種に限定されるものではない。すなわち、Eより大きく、且つ、互いに異なる2種以上の積算光量を、同一面内に場所選択的に照射してもよい。
[Second embodiment]
In the pattern forming method according to the present embodiment, the cumulative amount of active energy rays irradiated onto the film (liquid film) made of the emulsion is not limited to one type. In other words, two or more types of integrated light amounts that are larger than EM and different from each other may be selectively irradiated onto the same plane.

一例として、活性エネルギー線として2種の積算光量を用いる場合を説明する。2種の積算光量として、第1積算光量及び第2積算光量を選択する。これら2種の積算光量は、Eより大きく、且つ、互いに異なる関係を満たす。そして、エマルジョンからなる膜(液膜)への活性エネルギー線の照射工程は、液膜の1つ又は複数の第1領域に対して第1積算光量で活性エネルギー線を照射すること、及び、1つ又は複数の第2領域に対して第2積算光量で活性エネルギー線を照射することを含む。 As an example, a case will be described in which two types of integrated light amounts are used as active energy rays. A first integrated light amount and a second integrated light amount are selected as the two types of integrated light amounts. These two types of integrated light amounts are larger than EM and satisfy different relationships. The step of irradiating the film made of the emulsion (liquid film) with active energy rays includes irradiating one or more first regions of the liquid film with active energy rays at a first integrated light amount; The method includes irradiating the one or more second regions with active energy rays at a second integrated light amount.

このように活性エネルギー線の積算光量として、Eを超え、且つ、互いに異なる2種以上の積算光量を選択し、同一面内で場所選択的に異なる積算光量で活性エネルギー線を照射することにより、パターン側壁の傾きが異なる複数種のパターンを同一面内に簡便に形成することができる。 In this way, by selecting two or more types of cumulative light amount of active energy rays that exceed EM and are different from each other, and irradiating active energy rays with different cumulative light amounts selectively within the same plane. , multiple types of patterns having different pattern sidewall inclinations can be easily formed within the same plane.

2種以上の積算光量を用いる場合、2種以上の積算光量は、上記の通り、いずれもEより大きく、且つ、互いに異なるものであればよいが、一例において、少なくとも1種の積算光量は、Eを超え、且つ、E未満であってよく、また、すべての積算光量がEを超え、且つ、E未満であってよい。 When using two or more types of cumulative light amounts, the two or more types of cumulative light amounts only need to be larger than EM and different from each other, as described above, but in one example, at least one type of cumulative light amount is , E M and less than E S , and all integrated light amounts may exceed E M and less than E S.

また、2種以上の積算光量を用いる場合、他の例において、少なくとも1種の積算光量が[(E-E)×5%+E]乃至[(E-E)×95%+E]の範囲にあればよく、又は、[(E-E)×10%+E]乃至[(E-E)×80%+E]の範囲にあればよく、又は、[(E-E)×20%+E]乃至[(E-E)×70%+E]の範囲にあればよい。あるいは、これらの組み合わせからなる2種以上の積算光量を用いてもよい。 In addition, when using two or more types of integrated light amount, in other examples, at least one type of integrated light amount is [(E S - E M ) x 5% + E M ] to [(E S - E M ) x 95% +E M ], or in the range of [(E S - E M ) x 10%+E M ] to [(E S - E M ) x 80% + E M ], or, It is sufficient if it is in the range of [(E S - E M )×20%+E M ] to [(E S - E M )×70%+ E M ]. Alternatively, two or more kinds of integrated light amounts consisting of a combination of these may be used.

また、2種以上の積算光量を用いる場合、他の例において、すべての積算光量が[(E-E)×5%+E]乃至[(E-E)×95%+E]の範囲にあってよく、又は、[(E-E)×10%+E]乃至[(E-E)×80%+E]の範囲にあってよく、又は、[(E-E)×20%+E]乃至[(E-E)×70%+E]の範囲にあってよい。 In addition, when using two or more types of integrated light amounts, in other examples, all integrated light amounts are [(E S - E M ) x 5% + E M ] to [(E S - E M ) x 95% + E M ], or may be in the range of [(E S - E M ) x 10% + E M ] to [(E S - E M ) x 80% + E M ], or [( It may be in the range of [(E S - E M ) x 70% + E M ] to [(E S - E M ) x 70% + E M ].

<効果>
上記の通り、本実施形態によれば、活性エネルギー線を、Eを超える積算光量で照射することで、分散粒子の硬化物が堆積してなる傾斜を有する側壁を、非照射領域に備えたパターン膜を得ることができる。更に、本実施形態によれば、積算光量を変化させることで、パターン側壁の傾き(硬化物の堆積厚み)を変化させることができる。このため、Eを超える2種以上の積算光量を、同一面内で場所選択的に照射するだけで、パターン側壁の傾きが異なる複数種のパターンを同一面内で場所選択的に形成することができる。これは、“にじみ”、“ぼかし”、“すかし”などの特殊な表現を要するパターン膜を、版などを用いずに非接触で場所選択的に形成することができることを意味する。
<Effect>
As described above, according to the present embodiment, by irradiating active energy rays with an integrated light amount exceeding EM , the non-irradiated area is provided with an inclined side wall formed by depositing a cured product of dispersed particles. A patterned film can be obtained. Furthermore, according to this embodiment, by changing the integrated light amount, the inclination of the pattern sidewall (the deposited thickness of the cured material) can be changed. Therefore, it is possible to selectively form multiple types of patterns with different pattern sidewall inclinations within the same plane by selectively irradiating two or more types of integrated light intensity exceeding EM in the same plane. I can do it. This means that pattern films that require special expressions such as "bleeding", "blurring", and "watermarking" can be selectively formed in a non-contact manner without using a printing plate or the like.

また、本実施形態に係るパターン膜の形成方法は、エマルジョンの膜に対して、活性エネルギー線をパターン照射し、その後、第2液体を除去するだけで、自己組織化的に形成することができる。この方法では、ガイドパターンを予め基材上に設ける必要はないし、現像工程も必要としない。従って、このパターン膜2は、簡便な方法で製造することができる。 In addition, the method for forming a patterned film according to this embodiment can be formed in a self-organized manner by simply irradiating the emulsion film with active energy rays in a pattern and then removing the second liquid. . This method does not require a guide pattern to be provided on the base material in advance, nor does it require a developing step. Therefore, this pattern film 2 can be manufactured by a simple method.

また、従来技術により実現できるパターンサイズは、例えば、数nm乃至数百μmの線幅や数nm乃至数百μmの高低差であったところ、本実施形態に係るパターン膜の形成方法はによれば、幅広い範囲のパターンサイズを実現可能である。例えば、本実施形態に係るパターン膜の形成方法によると、線幅や高低差が大きいパターン膜、例えば、マイクロオーダーからミリオーダーまでの線幅やマイクロオーダーからミリオーダーまでの高低差を有するパターン膜を形成することが可能である。一例によれば、上記方法によると、線幅が10μm乃至5mmの範囲内にあるパターン膜や高低差が10μm乃至2mmの範囲内にあるパターン膜を形成することができる。 Further, while the pattern size that can be realized by the conventional technology is, for example, a line width of several nanometers to several hundred micrometers and a height difference of several nanometers to several hundred micrometers, the pattern film forming method according to the present embodiment is different. For example, a wide range of pattern sizes can be realized. For example, according to the method for forming a patterned film according to the present embodiment, a patterned film having a large line width or height difference, for example, a patterned film having a line width from a micro order to a millimeter order and a height difference from a micro order to a millimeter order. It is possible to form According to one example, according to the above method, a patterned film having a line width within a range of 10 μm to 5 mm and a pattern film having a height difference within a range of 10 μm to 2 mm can be formed.

更に、本実施形態に係るパターン膜の形成方法は、パターンの形やサイズの制御性に優れており、種々の形やサイズのパターン膜を形成することが可能である。 Furthermore, the method for forming a patterned film according to the present embodiment has excellent controllability of the shape and size of the pattern, and it is possible to form patterned films of various shapes and sizes.

[例1]
<第1エマルジョンの調製>
以下の材料を用いてO/W型エマルジョンを調製した。
モノマー又はオリゴマー:トリメチロールプロパントリアクリレート(共栄社化学社製ライトアクリレート(登録商標)TMP-A)
光重合開始剤:1-ベンゾイルシクロヘキサノール(DKSHジャパン社から市販されているLunacure(登録商標)200)
界面活性剤:ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム(三洋化成工業社製サンモリン(登録商標)OT-70<86.7%水溶液>)
第2液体:蒸留水
先ず、容量が50mLの褐色バイアル瓶に、0.375gのLunacure(登録商標)200、0.259gのサンモリン(登録商標)OT-70、及び7.5gのライトアクリレート(登録商標)TMP-Aをこの順に投入し、これをボールミルロール上での回転混合処理に供した。次に、このバイアル瓶に9gの蒸留水を更に投入し、これを乳化分散処理に供した。乳化分散処理は、ホモジナイザー(HSIANGTAI MODEL HG200 シャフトジェネレーターK-12S(AS ONE))を用いて行った。シャフトの回転数は4000rpmとし、撹拌時間は1分間とした。乳化分散処理時の室温は24.8℃であった。その後、バイアル瓶を30分の回転混合に供した。以上のようにして、第1エマルジョンを調製した。
[Example 1]
<Preparation of first emulsion>
An O/W emulsion was prepared using the following materials.
Monomer or oligomer: Trimethylolpropane triacrylate (Light Acrylate (registered trademark) TMP-A manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.)
Photoinitiator: 1-benzoylcyclohexanol (Lunacure (registered trademark) 200, commercially available from DKSH Japan)
Surfactant: Sodium dioctyl sulfosuccinate (Sanmorin (registered trademark) OT-70 manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd. <86.7% aqueous solution>)
Second liquid: distilled water First, in a brown vial with a capacity of 50 mL, 0.375 g of Lunacure (registered trademark) 200, 0.259 g of Sanmorin (registered trademark) OT-70, and 7.5 g of light acrylate (registered trademark) Trademark) TMP-A were added in this order and subjected to rotational mixing treatment on a ball mill roll. Next, 9 g of distilled water was further added to this vial, and this was subjected to emulsification and dispersion treatment. The emulsification and dispersion treatment was performed using a homogenizer (HSIANGTAI MODEL HG200 Shaft Generator K-12S (AS ONE)). The rotation speed of the shaft was 4000 rpm, and the stirring time was 1 minute. The room temperature during the emulsification and dispersion treatment was 24.8°C. Thereafter, the vial was subjected to rotational mixing for 30 minutes. The first emulsion was prepared as described above.

<第2エマルジョンの調製>
乳化分散処理におけるシャフト回転数を5000rpmに変更したこと以外は、第1エマルジョンについて上述したのと同様の方法により、第2エマルジョンを調製した。
<Preparation of second emulsion>
A second emulsion was prepared in the same manner as described above for the first emulsion, except that the shaft rotation speed in the emulsification and dispersion treatment was changed to 5000 rpm.

<第3エマルジョンの調製>
乳化分散処理におけるシャフト回転数を7000rpmに変更したこと以外は、第1エマルジョンについて上述したのと同様の方法により、第3エマルジョンを調製した。
<Preparation of third emulsion>
A third emulsion was prepared in the same manner as described above for the first emulsion, except that the shaft rotation speed in the emulsification and dispersion treatment was changed to 7000 rpm.

<粒度分布の測定>
第1乃至第3エマルジョンの各々について、粒度分布及び平均粒径を測定した。この測定には、日機装社製の粒度分布計測装置Microtrac MT3300EXIIに、日機装社製の液循環ポンプMicrotrac USVRを装着した計測システムを使用し、平均粒径としては質量平均径を求めた。なお、得られたエマルジョンは、第1液体を含む分散粒子(以下、エマルジョン液滴ともいう)と、第2液体を含む分散媒とから構成される。第1乃至第3エマルジョンの平均粒径を、以下の表1に纏める。また、第1乃至第3エマルジョンの粒度分布を図11に示す。
<Measurement of particle size distribution>
Particle size distribution and average particle diameter were measured for each of the first to third emulsions. For this measurement, a measurement system was used in which a particle size distribution measuring device Microtrac MT3300EXII manufactured by Nikkiso Co., Ltd. was equipped with a liquid circulation pump Microtrac USVR manufactured by Nikkiso Co., Ltd., and the mass average diameter was determined as the average particle size. Note that the obtained emulsion is composed of dispersed particles (hereinafter also referred to as emulsion droplets) containing the first liquid and a dispersion medium containing the second liquid. The average particle diameters of the first to third emulsions are summarized in Table 1 below. Further, the particle size distribution of the first to third emulsions is shown in FIG.

<膜の形成>
第1乃至第3エマルジョンの各々を用いて、以下の方法により複数の膜を形成した。 先ず、顕微鏡用スライドグラスの表面に、幅が20mmであり、厚みが80μmのスリーエム社製マスキングテープを5層貼り付けた。この5層の積層体の中心部を長方形状に切り抜き、これにより、深さが400μmであり、開口部の寸法が10mm×30mmである液溜めを有するセル(以下、液溜めセルという)を作製した。
<Film formation>
A plurality of films were formed using each of the first to third emulsions by the following method. First, five layers of 3M masking tape having a width of 20 mm and a thickness of 80 μm were pasted on the surface of a microscope slide glass. The center of this five-layer laminate was cut out into a rectangular shape, thereby producing a cell having a liquid reservoir with a depth of 400 μm and an opening size of 10 mm x 30 mm (hereinafter referred to as a liquid reservoir cell). did.

次に、マイクロピペットによって112μLのエマルジョンを採取し、これを液溜めセルに展開、充填することで、比重を考慮した計算値としての厚みが約375μmのエマルジョンからなる膜(即ち液膜)を形成した。 Next, 112 μL of emulsion was collected with a micropipette, and this was expanded and filled into a liquid reservoir cell to form a film (i.e., liquid film) made of emulsion with a thickness of approximately 375 μm, calculated considering specific gravity. did.

<紫外線の照射>
上記液膜上に、ストライプ状開口を有する厚みが0.25mmの銅製マスクを、厚みが1mmのアルミ製スペーサを介して液面と接触しないように設置した。ここでは、銅製マスクとして、ラインアンドスペースパターン(ライン/スペース=2mm/2mm)に対応したストライプ状の開口部を有するマスクを使用した。
<Ultraviolet irradiation>
A 0.25 mm thick copper mask having striped openings was placed on the liquid film via a 1 mm thick aluminum spacer so as not to contact the liquid surface. Here, a mask having striped openings corresponding to a line-and-space pattern (line/space = 2 mm/2 mm) was used as the copper mask.

次に、UV平行光露光機(SAN-EI ELECTRONIC社製 UVC-2502S)を使用して、照射強度(以下において、「照度」という。)4.6mW/cmの紫外線をマスク上から所定時間照射した。照度一定で紫外線の照射時間を液膜毎に変更することにより、液膜毎に異なる任意の積算光量を照射した。これにより、紫外線を照射した領域に存在する第1液体を重合させて、分散粒子の硬化物からなる粒状層を形成した。 Next, using a UV parallel light exposure machine (UVC-2502S manufactured by SAN-EI ELECTRONIC), ultraviolet rays with an irradiation intensity (hereinafter referred to as "illuminance") of 4.6 mW/cm 2 are applied over the mask for a predetermined period of time. Irradiated. By changing the UV irradiation time for each liquid film while keeping the illuminance constant, each liquid film was irradiated with a different arbitrary integrated light amount. As a result, the first liquid present in the area irradiated with ultraviolet rays was polymerized to form a granular layer consisting of a cured product of dispersed particles.

<膜の乾燥>
次いで、紫外線露光後の膜に対して、室温下で90分間の自然乾燥(21℃、51%RH)を行った。これにより、膜から水を除去した。
<Drying of membrane>
Next, the film exposed to ultraviolet light was naturally dried for 90 minutes at room temperature (21° C., 51% RH). This removed water from the membrane.

<パターンの定着>
最後に、乾燥後の膜に対して、積算光量414mJ/cm(=4.6mW/cm×90秒)の紫外線を全面露光した。これによりパターンを定着させた。以上のようにして、パターン膜を形成した。
<Pattern fixation>
Finally, the entire surface of the dried film was exposed to ultraviolet light with an integrated light amount of 414 mJ/cm 2 (=4.6 mW/cm 2 ×90 seconds). This fixed the pattern. A patterned film was formed as described above.

<凹凸パターンの形状計測>
得られたパターン膜について、紫外線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差と、パターン側壁の最大傾きを、凹凸パターン(ラインアンドスペースパターン)の厚み方向の断面プロファイルから計測した。
<Measurement of shape of uneven pattern>
Regarding the obtained pattern film, the difference in height of the pattern between the ultraviolet irradiation area and the non-irradiation area and the maximum inclination of the pattern sidewall were measured from the cross-sectional profile in the thickness direction of the uneven pattern (line and space pattern).

断面プロファイルを得るために、試料であるパターン膜表面に、真空蒸着機(日本電子株式会社製VC-500P)を用いて厚み約80nmのアルミ蒸着を施した。次いで、3D形状測定機(キーエンス社製ワンショット3D形状測定機 VR3100)を使用して、試料の凹凸形状の断面プロファイルを取得した(図12(a)参照)。この凹凸パターンの断面プロファイルから得られる形状データから、(i)パターン高低差と,(ii)パターン側壁の最大傾きを計測した。 In order to obtain a cross-sectional profile, aluminum was deposited to a thickness of about 80 nm on the surface of the patterned film as a sample using a vacuum deposition machine (VC-500P manufactured by JEOL Ltd.). Next, a cross-sectional profile of the uneven shape of the sample was obtained using a 3D shape measuring machine (one-shot 3D shape measuring machine VR3100 manufactured by Keyence Corporation) (see FIG. 12(a)). From the shape data obtained from the cross-sectional profile of this uneven pattern, (i) the pattern height difference and (ii) the maximum inclination of the pattern sidewall were measured.

(i)パターン高低差
凹凸パターンの断面プロファイル(図12(a)参照)から、照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差を計測した。計測値のn=5平均値を図13に示す。
図13に示されるデータには、バラツキがみられるものの(その理由については後掲を参照)、エマルジョンの平均粒径に関わらず、おおよそ同様の傾向がみられることがわかる。すなわち、積算光量を増やしていくと、積算光量が約30mJ/cm~40mJ/cm付近でパターンの高低差が最大となる。さらに積算光量を増やしていくと、高低差が徐々に小さくなり、やがて高低差の変化がほとんど見られなくなる。
パターン高低差が最大となる積算光量を超える領域では、上述した液膜内対流の効果が大きくなり、紫外線照射領域から非照射領域へ分散粒子の硬化物が移動していく。この移動した硬化分散粒子の非照射部における堆積が高低差を小さくしている。
(i) Pattern height difference From the cross-sectional profile of the uneven pattern (see FIG. 12(a)), the pattern height difference between the irradiated area and the non-irradiated area was measured. FIG. 13 shows the average value of n=5 measured values.
Although there are variations in the data shown in FIG. 13 (see below for the reason), it can be seen that roughly the same trends are observed regardless of the average particle size of the emulsion. That is, as the integrated light amount increases, the height difference of the pattern becomes maximum when the integrated light amount is about 30 mJ/cm 2 to 40 mJ/cm 2 . As the cumulative amount of light is further increased, the difference in height gradually becomes smaller, and eventually almost no change in the difference in height can be seen.
In the region where the pattern height difference exceeds the maximum integrated light amount, the effect of the above-mentioned convection within the liquid film increases, and the cured particles of the dispersed particles move from the ultraviolet irradiation region to the non-irradiation region. The moved hardened dispersed particles accumulate in the non-irradiated area, reducing the height difference.

なお、平均粒径28.1μmのグラフでは、積算光量が約200mJ/cm以上になると、パターン高低差が若干大きくなる傾向を示す試料があるが、これは上述した2次重合凝集固定域が形成されたことによる影響と推測される。 In addition, in the graph for the average particle size of 28.1 μm, there is a sample that shows a tendency for the pattern height difference to become slightly larger when the integrated light amount is about 200 mJ/cm 2 or more, but this is due to the secondary polymerization aggregation fixation region mentioned above. It is assumed that this is due to the fact that it was formed.

(ii)パターン側壁の最大傾き
凹凸パターンの断面プロファイル(図12(a)参照)から得られるデータを微分することにより、微分波形を得た(図12(b)参照)。この微分波形のピーク値をパターン側壁の最大傾きとして計測した。最大傾きの計測値の平均値をパターン側壁の傾きとし、結果を図14に示す。
パターン側壁の傾き=パターン側壁の最大傾きの平均
=(Σf’(x)max-|Σf’(x)min)|/(Nmax+Nmin)
N;測定データ数
(ii) Maximum slope of pattern sidewall A differential waveform was obtained by differentiating the data obtained from the cross-sectional profile of the uneven pattern (see FIG. 12(a)) (see FIG. 12(b)). The peak value of this differential waveform was measured as the maximum slope of the pattern sidewall. The average value of the measured values of the maximum inclination was taken as the inclination of the pattern sidewall, and the results are shown in FIG.
Slope of pattern sidewall = average of maximum slope of pattern sidewall
=(Σf'(x)max-|Σf'(x)min)|/(Nmax+Nmin)
N: Number of measurement data

図14に示されるデータには、バラツキがみられるものの(その理由については後掲を参照)、図14より、紫外線の積算光量とパターン側壁の傾きとの関係は、図13の紫外線の積算光量とパターン高低差との関係と、おおよそ同様の傾向を示すことがわかる。
すなわち、積算光量を増やしていくと、パターン高低差が最大となる積算光量が約30mJ/cm~40mJ/cm付近で、パターン側壁の傾きが最大となる。さらに積算光量を増やしていくとパターン側壁の傾きが徐々に小さくなり、やがて変化がほとんど見られなくなる。そのメカニズムについては図17で説明した通りである。
Although there are variations in the data shown in FIG. 14 (see below for the reason), from FIG. 14, the relationship between the cumulative amount of ultraviolet light and the slope of the pattern sidewall is It can be seen that the relationship between the pattern height difference and the pattern height difference shows roughly the same tendency.
That is, as the cumulative amount of light is increased, the slope of the pattern sidewall becomes maximum when the cumulative amount of light at which the difference in height of the pattern becomes maximum is approximately 30 mJ/cm 2 to 40 mJ/cm 2 . As the integrated light amount is further increased, the slope of the pattern sidewall gradually becomes smaller, and eventually almost no change is observed. The mechanism is as explained in FIG. 17.

尚、図13及び図14に示したデータのバラツキが比較的大きい。これは、ひとつの試料について積算光量を変化させながらパターンの形成過程を連続的に追跡・計測できないため、データポイント毎に別の試料を用意してパターンを作製・評価せざるを得なかった為である。但し、バラツキがあっても本質的な傾向は上記の通り抽出できている。 Note that the data shown in FIGS. 13 and 14 have relatively large variations. This is because it is not possible to continuously track and measure the pattern formation process while changing the integrated light intensity for a single sample, so a separate sample must be prepared for each data point to create and evaluate the pattern. It is. However, even though there are variations, the essential trends can be extracted as described above.

<パターン膜表面の撮像>
USBカメラ(HOZAN社製L-835)を装着したマイクロスコープ(HOZAN社製L-815ズームレンズ)を用いて、各パターン膜の表面を撮影した。このようにして得られた画像の中からいくつかを図15に示す。図15から、平均粒径が異なる第1乃至第3エマルジョンを用いた場合における積算光量とパターン外観との関係がわかる。
<Image of pattern film surface>
The surface of each pattern film was photographed using a microscope (L-815 zoom lens manufactured by HOZAN) equipped with a USB camera (L-835 manufactured by HOZAN). Some of the images obtained in this way are shown in FIG. From FIG. 15, it can be seen that the relationship between the cumulative light amount and the pattern appearance when the first to third emulsions having different average particle diameters are used.

図15に示されたパターン膜の外観から、エマルジョンの平均粒径に関わらず、積算光量を約30mJ/cm~40mJ/cm付近から増大させるにしたがい、非照射領域に堆積する分散粒子の硬化物の量が増える傾向がわかる。そのため、図13に示したように、照射部と非照射部におけるパターン高低差が小さくなっていくことが外観からも確認することができた。 From the appearance of the patterned film shown in Figure 15, it can be seen that regardless of the average particle size of the emulsion, as the integrated light amount increases from around 30 mJ/cm 2 to 40 mJ/cm 2 , the amount of dispersed particles deposited in the non-irradiated area increases. It can be seen that the amount of cured material tends to increase. Therefore, as shown in FIG. 13, it could be confirmed from the appearance that the pattern height difference between the irradiated part and the non-irradiated part became smaller.

尚、図13乃至図15において共通してみられる本質的な傾向は、上記の通り、エマルジョンの平均粒径に関わらず同様であったが、エマルジョンの平均粒径の相違に起因する傾向として、以下の傾向が見られる。すなわち、エマルジョンの平均粒径が異なること以外は同様の条件下で、本実施形態に係るパターン膜の形成方法によりパターン膜を形成した場合、小粒径になるほどパターン側壁の傾きが小さくなり、パターンのシャープさが低下する傾向が見られる。その理由としては、例えば、小粒径ほど、光散乱などの影響で同一光源下での重合が進みにくく、それが凝集層の形成を難しくしていることなどが推測される。また、小粒径の場合、単位液膜厚あたりの照射光透過率が小さく、液膜深部が硬化不足の状態となる傾向がある。この場合、露光パターン部が基材と固着せず、液膜内で浮遊し、動き易くなることがあり、これも一因と考えられる。そのため、粒径に応じた適切な照度設定が必要と推察される。 As mentioned above, the essential trends commonly seen in FIGS. 13 to 15 were the same regardless of the average particle size of the emulsion, but as a tendency due to the difference in the average particle size of the emulsion, The following trends can be seen. That is, when a pattern film is formed by the method for forming a pattern film according to this embodiment under the same conditions except that the average particle size of the emulsion is different, the slope of the pattern sidewall becomes smaller as the particle size becomes smaller, and the pattern becomes smaller. There is a tendency for the sharpness to decrease. The reason for this is, for example, that the smaller the particle size, the more difficult it is for polymerization to proceed under the same light source due to the effects of light scattering, etc., which makes it difficult to form a cohesive layer. Furthermore, in the case of small particle sizes, the irradiation light transmittance per unit liquid film thickness is small, and the deep part of the liquid film tends to be insufficiently cured. In this case, the exposed pattern portion may not be fixed to the base material and may float within the liquid film and move easily, which is also considered to be a contributing factor. Therefore, it is assumed that appropriate illuminance setting is required according to the particle size.

[例2]
エマルジョン液滴の重合熱による液膜内対流の発生について、図16及び図17を参照しながら以下に説明する。露光時における液膜内でのエマルジョンの動きを以下の方法により観察した。
<第4エマルジョンの調製>
例1の第1乃至第3エマルジョンの調製に対し、青の着色剤(日本化薬社製 Kayaset Blue A-2R)を添加してエマルジョンを着色したこと、乳化分散処理条件を下記表2に記載の条件(間欠ハンドシェイク10回)に変更したこと、乳化分散処理後は2時間撹拌したこと以外は、同様の条件・方法により、第4のエマルジョンを調製した。
[Example 2]
The generation of convection within a liquid film due to heat of polymerization of emulsion droplets will be described below with reference to FIGS. 16 and 17. The movement of the emulsion within the liquid film during exposure was observed using the following method.
<Preparation of fourth emulsion>
The emulsion was colored by adding a blue coloring agent (Kayaset Blue A-2R manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd.) to the preparation of the first to third emulsions in Example 1, and the emulsion dispersion treatment conditions are listed in Table 2 below. A fourth emulsion was prepared under the same conditions and method, except that the conditions were changed to (intermittent handshake 10 times) and stirring was continued for 2 hours after the emulsification and dispersion treatment.

<膜の形成>
以下の方法により、露光時における液膜内でのエマルジョンの動きを観察した。
液溜セルと、マイクロスコープによる観察系を以下のように作製し、これらを用いて、エマルジョン液に紫外線(UV)の部分照射を施すことで生じる液膜内の動的な過程を直接観察した。
<Film formation>
The movement of the emulsion within the liquid film during exposure was observed using the following method.
A liquid storage cell and a microscope observation system were constructed as shown below, and these were used to directly observe the dynamic processes within the liquid film that occur when the emulsion liquid is partially irradiated with ultraviolet (UV) light. .

・液溜めセルの作製
スライドグラスの片面に、厚み0.8mmのスリーエム社製多用途強力両面テープを貼り付けた。離型フィルムを付けた状態で、長辺のエッジから中心部へ約5mm、液溜めセル底辺として8mm程度にカッターで切れ込みを入れた後、この部分を剥離除去した。尚、スライドグラスからはみ出た部分の両面テープはカットし、除去した。このようにして作製した両面テープ付きのスライドグラスから、残った離型フィルムを剥離し、もう一枚のスライドグラスを、長辺を揃えた状態で貼り合わせることで、観察用の液溜めセルを作製した。
・Preparation of liquid reservoir cell A 0.8 mm thick multipurpose strong double-sided tape made by 3M was attached to one side of a slide glass. With the release film attached, a cut was made with a cutter about 5 mm from the long edge to the center and about 8 mm as the bottom of the liquid reservoir cell, and then this part was peeled off. Note that the portion of the double-sided tape protruding from the slide glass was cut and removed. By peeling off the remaining release film from the slide glass with double-sided tape prepared in this way and attaching another slide glass with the long sides aligned, a liquid reservoir cell for observation is created. Created.

この2枚のスライドグラスを、上記切込みを入れた両面テープを介して貼り合わせてなる液溜めセルは、両面テープの厚み0.8mmをギャップとし、中央部に長さ約8mm、深さ約5mm、隙間の厚みが0.8mmの構造となっている。 The liquid reservoir cell is made by pasting these two glass slides together with the double-sided tape with the above cut in it, with a gap of 0.8 mm thick in the double-sided tape, and a length of about 8 mm and a depth of about 5 mm in the center. , the thickness of the gap is 0.8 mm.

・マイクロスコープによる観察系の作製
上記の液溜めセルを、光学実験台の角型素子ホルダーに固定した。このとき、水平に設置した光学実験台に対して垂直となるよう液溜めセルを固定した。次いで、幅1mmのスリットを設けた銅板(厚み0.25mm)をマスクとして、その直上からUV照射を行えるように、UV-LED照射器(後掲)を配置した。光学実験台に対して垂直に置いた液溜めセルの側面から撮影するために、マイクロスコープを、その光軸が光学実験台と平行になるように設置した。このようにしてマイクロスコープによる観察系を作製した。
- Preparation of observation system using a microscope The above liquid reservoir cell was fixed to a square element holder on an optical laboratory bench. At this time, the liquid reservoir cell was fixed so as to be perpendicular to the horizontally installed optical experimental table. Next, using a copper plate (thickness 0.25 mm) provided with a 1 mm wide slit as a mask, a UV-LED irradiator (described later) was placed so that UV irradiation could be performed from directly above it. In order to take pictures from the side of the liquid reservoir cell placed perpendicular to the optical laboratory table, a microscope was installed so that its optical axis was parallel to the optical laboratory table. In this way, an observation system using a microscope was prepared.

この液溜めセルに、マイクロピペットを用いて第4エマルジョンを展開、充填し、7分間放置することにより、エマルジョンからなる膜(即ち液膜)を形成した。この7分間の静置時間は、エマルジョンを少し沈降させ、上澄み層を設けることにより液の動きを観察しやすくするためである。 The fourth emulsion was expanded and filled into this liquid reservoir cell using a micropipette, and left for 7 minutes to form a film (ie, a liquid film) made of the emulsion. The purpose of this 7 minute standing time was to allow the emulsion to settle a little and form a supernatant layer, thereby making it easier to observe the movement of the liquid.

<紫外線の照射>
上記液膜上に、幅1mmのスリットを設けた厚みが0.25mmの銅製マスクの直上からUV-LED照射器(HOYA CANDED OPTRONICS社製 EXECURE-H-1VC II)を使用して、照度9.8mW/cmの紫外線(λ=365nm)を、57秒間照射した。このときの積算光量は558.6mJ/cmである。
<Ultraviolet irradiation>
A UV-LED irradiator (EXECURE-H-1VC II manufactured by HOYA CANDED OPTRONICS) was applied to the liquid film directly above a 0.25 mm thick copper mask with a 1 mm wide slit at an illuminance of 9. Ultraviolet light (λ=365 nm) of 8 mW/cm 2 was irradiated for 57 seconds. The cumulative amount of light at this time was 558.6 mJ/cm 2 .

紫外線の照射開始からの過程を、セルの側面(光学台と並行の方向)より、USBカメラ(HOZAN社製L-835)を装着したマイクロスコープ(HOZAN社製L-816ズームレンズ)を用いて動画撮影した。液の動きを動画から切り取った写真が図16である。図16に基づき、エマルジョン液滴の重合熱による液膜内流動現象およびエマルジョン液滴の凝集挙動を図17にイラストとしてまとめた。以下、図17を基に、本発明者が推測するエマルジョン液滴の重合熱による液膜内対流の発生メカニズムを説明する。 The process from the start of UV irradiation was observed from the side of the cell (in a direction parallel to the optical bench) using a microscope (L-816 zoom lens manufactured by HOZAN) equipped with a USB camera (L-835 manufactured by HOZAN). I shot a video. Figure 16 is a photograph taken from a video showing the movement of the liquid. Based on FIG. 16, the flow phenomenon in the liquid film due to the polymerization heat of the emulsion droplets and the agglomeration behavior of the emulsion droplets are summarized as an illustration in FIG. Hereinafter, based on FIG. 17, the mechanism of occurrence of convection in the liquid film due to the heat of polymerization of the emulsion droplets, as estimated by the present inventor, will be explained.

[図17(A):紫外線(UV)照射開始から3秒経過]
エマルジョンからなる液膜表面(SUR)への紫外線の照射開始から3秒後には、紫外線の照射領域Rにおいて、エマルジョンの重合発熱に起因する浮力による上昇流aと、表面張力流bが発生する。
[Figure 17(A): 3 seconds elapsed from the start of ultraviolet (UV) irradiation]
Three seconds after the start of ultraviolet irradiation on the liquid film surface (SUR) made of the emulsion, an upward flow a due to buoyancy due to the heat generated by polymerization of the emulsion and a surface tension flow b occur in the ultraviolet irradiation region R L. .

[図17(B):紫外線(UV)照射開始から4~6秒経過]
紫外線の照射を継続すると、エマルジョンの重合発熱で浮力による上昇流aが継続する。この上昇流aに乗ったエマルジョン沈降境界面cの盛り上がりが液面に到達するタイミングで、照射領域Rと非照射領域の温度差起因による大きい表面張力流bが液面を伝うように非照射領域方向に発生する。この過程で照射領域R(重合凝集進行域)のエマルジョン液滴の凝集も同時に進行する。
[Figure 17(B): 4 to 6 seconds elapsed from the start of ultraviolet (UV) irradiation]
When irradiation with ultraviolet rays is continued, the upward flow a continues due to buoyancy due to heat generated by polymerization of the emulsion. At the timing when the swelling of the emulsion settling interface c riding on this upward flow a reaches the liquid surface, the non-irradiated area R Occurs in the area direction. During this process, the aggregation of the emulsion droplets in the irradiation region R L (polymerization and aggregation progress region) also progresses at the same time.

[図17(C):紫外線(UV)照射開始から7秒経過]
紫外線の照射を継続すると、照射領域Rのエマルジョン重合粒子の凝集が完了し、“1次重合凝集固定域”dの上昇が止まる。このように照射領域Rの動きは凝集固定化することで止まり、温度は下がっていく。しかし重合熱は周辺部(非照射領域)へ伝達しているため、1次重合凝集固定域dの周辺部に存在する未硬化のエマルジョン液滴には、液膜表面SURに向かう自然対流eが発生する。
[Figure 17(C): 7 seconds have elapsed since the start of ultraviolet (UV) irradiation]
When irradiation with ultraviolet rays is continued, the aggregation of the emulsion polymer particles in the irradiation area RL is completed, and the rise of the "primary polymerization aggregation fixed area" d is stopped. In this way, the movement of the irradiated area RL stops when it is aggregated and fixed, and the temperature decreases. However, since the polymerization heat is transferred to the periphery (non-irradiated area), the uncured emulsion droplets existing in the periphery of the primary polymerization coagulation fixation zone d are affected by natural convection e toward the liquid film surface SUR. Occur.

[図17(D):紫外線(UV)照射開始から8秒~57秒経過]
1次重合凝集固定域dの周辺部に発生する上昇流(自然対流e)に乗った未硬化エマルジョン液滴が液膜表面SUR付近に達し、その一部が紫外線照射領域Rに被ることで、1次重合凝集固定域dの外周の上部において、新たに“2次重合凝集固定域”fが積み上がる。
[Figure 17(D): 8 seconds to 57 seconds elapsed from the start of ultraviolet (UV) irradiation]
The uncured emulsion droplets riding on the upward flow (natural convection e) generated around the primary polymerization agglomeration fixation zone d reach the vicinity of the liquid film surface SUR, and part of them covers the ultraviolet irradiation area RL . , a "secondary polymerization agglomeration fixation area" f is newly piled up above the outer periphery of the primary polymerization aggregation fixation area d.

一方、非照射領域への流れである表面張力流bも発生し続ける。この段階では上昇流(自然対流e)と表面張力流bの複合による対流gによって、非照射領域へエマルジョン液滴が移動する。この流れによって非照射領域へ移動するエマルジョン液滴は、表面付近でUV硬化したものと未硬化の状態のまま運ばれるものとの混合となっているものと考えられる。この流れに含まれる硬化エマルジョン液滴(分散粒子の硬化物)が非照射領域で堆積し、これが上述したパターン側壁の傾斜となる堆積層を形成するものと推察する。 On the other hand, surface tension flow b, which is a flow toward the non-irradiated area, continues to occur. At this stage, the emulsion droplets move to the non-irradiated area by convection g caused by a combination of upward flow (natural convection e) and surface tension flow b. It is thought that the emulsion droplets that move to the non-irradiated area due to this flow are a mixture of those that have been UV-cured near the surface and those that are carried in an uncured state. It is inferred that the cured emulsion droplets (cured material of dispersed particles) included in this flow are deposited in the non-irradiated area, and this forms the deposited layer that becomes the slope of the pattern sidewall described above.

[図17(E):紫外線(UV)照射停止]
紫外線の照射を止めると追加の重合発熱が発生しなくなるので、重合熱による浮力で持ち上がっていた重合凝集固定域が冷えて沈み込む(h)。これと並行して重合発熱凝集部の外周部で上昇を続けていた未硬化エマルジョン液滴も沈降していく動きiが観察された。
[Figure 17(E): Stopping ultraviolet (UV) irradiation]
When UV irradiation is stopped, additional polymerization heat is no longer generated, so the polymer coagulation and fixation zone, which had been raised by the buoyancy caused by the polymerization heat, cools and sinks (h). In parallel with this, uncured emulsion droplets that had continued to rise at the outer periphery of the polymerization exothermic aggregation zone were also observed to sink.

1…基材、2…パターン膜、2a…エマルジョンからなる膜、21a…分散粒子、21a’…合一体、21b…粒状層、21b1…分散粒子の硬化物、21b2…重合相、2c…側壁、22…分散媒。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Base material, 2... Patterned film, 2a... Film made of emulsion, 21a... Dispersed particles, 21a'... Combined body, 21b... Granular layer, 21b1... Cured product of dispersed particles, 21b2... Polymerized phase, 2c... Side wall, 22...Dispersion medium.

Claims (9)

基材上に、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む分散粒子と、前記活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む分散媒とを含むエマルジョンからなる膜を形成することと、
前記膜に前記活性エネルギー線を、前記活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量を超える積算光量でパターン状に照射して、前記活性エネルギー線を照射した領域に存在する前記第1液体を硬化させることと、
前記活性エネルギー線の照射後に、前記膜から前記第2液体の少なくとも一部を除去することと、
前記第2液体の少なくとも一部を除去した前記膜が含んでいる未硬化の前記第1液体を硬化させることと
を含むパターン膜の形成方法。
Forming on a substrate a film made of an emulsion containing dispersed particles containing a first liquid that hardens upon irradiation with active energy rays and a dispersion medium containing a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays. ,
The film was irradiated with the active energy rays by irradiating the active energy rays in a pattern with an integrated light amount exceeding the integrated light amount at which the height difference of the pattern between the irradiated area and the non-irradiated area of the active energy rays was maximum. curing the first liquid present in the region;
removing at least a portion of the second liquid from the film after irradiation with the active energy ray;
A method for forming a patterned film, the method comprising: curing the uncured first liquid contained in the film from which at least a portion of the second liquid has been removed.
基材上に、活性エネルギー線の照射により硬化する第1液体を含む分散粒子と、前記活性エネルギー線の照射により硬化しない第2液体を含む分散媒とを含むエマルジョンからなる膜を形成することと、
前記膜に前記活性エネルギー線を、前記活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量を超える積算光量でパターン状に照射して、前記活性エネルギー線を照射した領域に存在する前記分散粒子を硬化させ、前記分散粒子の硬化物からなる粒状層を形成することと、
前記活性エネルギー線の照射後に、前記膜から前記第2液体の少なくとも一部を除去して、未硬化の前記第1液体の少なくとも一部を、前記活性エネルギー線を照射していない領域から前記粒状層へと移動させることと、
前記第2液体の少なくとも一部を除去した前記膜が含んでいる未硬化の前記第1液体を硬化させることと
を含むパターン膜の形成方法。
Forming on a substrate a film made of an emulsion containing dispersed particles containing a first liquid that hardens upon irradiation with active energy rays and a dispersion medium containing a second liquid that does not harden upon irradiation with active energy rays. ,
The film was irradiated with the active energy rays by irradiating the active energy rays in a pattern with an integrated light amount exceeding the integrated light amount at which the height difference of the pattern between the irradiated area and the non-irradiated area of the active energy rays was maximum. Curing the dispersed particles present in the region to form a granular layer made of a cured product of the dispersed particles;
After irradiation with the active energy rays, at least a portion of the second liquid is removed from the film, and at least a portion of the uncured first liquid is transferred from the region not irradiated with the active energy rays to the granular particles. moving to a layer;
A method for forming a patterned film, the method comprising: curing the uncured first liquid contained in the film from which at least a portion of the second liquid has been removed.
前記パターン膜が、前記活性エネルギー線の非照射領域に、前記分散粒子の硬化物が堆積することにより形成された傾斜を有する側壁を備える、請求項2に記載のパターン膜の形成方法。 3. The method for forming a pattern film according to claim 2, wherein the pattern film includes an inclined side wall formed by depositing a cured product of the dispersed particles in a region not irradiated with the active energy ray. 前記活性エネルギー線の非照射領域に堆積し、前記側壁の傾きを形成する前記分散粒子の硬化物が、前記活性エネルギー線の照射領域から非照射領域に移動した前記分散粒子の硬化物である、請求項3に記載のパターン膜の形成方法。 The cured product of the dispersed particles deposited in the non-irradiation area of the active energy ray and forming the slope of the side wall is the cured product of the dispersed particles that have moved from the area irradiated with the active energy ray to the non-irradiation area. The method for forming a patterned film according to claim 3. 前記膜への活性エネルギー線の照射が、前記活性エネルギー線の照射領域と非照射領域におけるパターンの高低差が最大となる積算光量をEとし、前記活性エネルギー線の積算光量をEから増大したときに前記高低差の変化が飽和に達するときの積算光量をEとした場合に、Eより大きく、且つ、Eより小さい積算光量で活性エネルギー線を照射することを含む、請求項1~4のいずれか1項に記載のパターン膜の形成方法。 When the film is irradiated with active energy rays, the cumulative amount of light at which the difference in height of the pattern between the active energy ray irradiation area and the non-irradiation area is maximum is EM , and the cumulative light amount of the active energy rays is increased from EM . A claim comprising irradiating active energy rays with an integrated light amount greater than E M and smaller than E S , where E S is the integrated light amount when the change in height difference reaches saturation. 5. The method for forming a patterned film according to any one of 1 to 4. 前記膜への活性エネルギー線の照射が、[(E-E)×5%+E]乃至[(E-E)×95%+E]の範囲にある積算光量で活性エネルギー線を照射することを含む、請求項5に記載のパターン膜の形成方法。 The active energy rays are irradiated onto the film at an integrated light intensity in the range of [( ES - EM ) x 5% + EM ] to [( ES - EM ) x 95% + EM ]. The method for forming a patterned film according to claim 5, comprising irradiating with. 前記膜への活性エネルギー線の照射が、前記膜の1つ又は複数の第1領域に対して第1積算光量で活性エネルギー線を照射すること、及び、1つ又は複数の第2領域に対して前記第1積算光量とは異なる第2積算光量で活性エネルギー線を照射することを含み、前記第1積算光量及び前記第2積算光量は前記高低差が最大となる積算光量より大きい、請求項1~6のいずれか1項に記載のパターン膜の形成方法。 The irradiation of the active energy ray to the film includes irradiating the active energy ray to one or more first regions of the film at a first integrated light amount, and irradiating the active energy ray to one or more second regions of the film. irradiating active energy rays with a second integrated light amount different from the first integrated light amount, wherein the first integrated light amount and the second integrated light amount are larger than the integrated light amount at which the height difference is maximum. 7. The method for forming a patterned film according to any one of 1 to 6. 請求項1~7のいずれか1項に記載の方法で得られるパターン膜。 A patterned film obtained by the method according to any one of claims 1 to 7. 請求項1~7のいずれか1項に記載の方法で得られるパターン膜と、前記パターン膜を支持した基材を備えた物品。 An article comprising a patterned film obtained by the method according to any one of claims 1 to 7, and a base material supporting the patterned film.
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