(57)【要約】  【課題】  表面に微粒子が配列された基板の製造法であって、微粒子を基板上に規則的に配列させることも可能な方法であり、微粒子薄膜を高精度で大量に連続生産することができる方法を提供するものである。  【解決手段】  微粒子を含む懸濁液に基板を浸し、基板を懸濁液から所定角度で引き抜くことにより微粒子を基板上に集積することを特徴とする表面に微粒子が配列された基板の製造法。微粒子が単層で集積されることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を含む懸濁液に基板を浸し、基板を懸濁液から所定角度で引き抜くことにより微粒子を基板上に集積することを特徴とする表面に微粒子が配列された基板の製造法。
【請求項２】
微粒子が単層で集積されることを特徴とする請求項１記載の表面に微粒子が配列された基板の製造法。
【請求項３】
基板が、親水部と疎水部で構成され、親水部のみに微粒子が集積されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面に微粒子が配列された基板の製造法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法により製造された表面に微粒子が配列された基板。
【請求項５】
請求項４記載の表面に微粒子が配列された基板の表面微細構造が転写された表面を有する物品。
【請求項６】
微粒子を含む懸濁液に基板を浸し、基板を懸濁液から所定角度で引き抜くことにより微粒子を基板上に配列させることを特徴とする微粒子の配列方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に微粒子が配列された基板の製造法、その方法により製造された表面に微粒子が配列された基板及びその基板の表面構造が転写された物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、微粒子を基板上に整列させる方法は、干渉膜、反射膜、反射防止膜、２次元マルチレンズ、調光膜等の各種光学材料、電導膜、電磁遮蔽膜、ＬＳＩ用基板、半導体レーザー固体素子、光記録媒体、磁気記憶媒体等の各種電子材料、高感度感光紙等の写真材料、高機能触媒などの各種分野において有用な微粒子薄膜又は微粒子結晶化膜の大量連続製造方法に利用が期待できる技術である。
微粒子を基板上に整列させる方法としては、エマルジョンやサスペンション等の微粒子分散系から微粒子の薄膜を乾燥固化により得る分散系の方法として、スピンコート法、塗布法、ディピング法などが知られており、実用的にも一般的に用いられている。
【０００３】
しかしながら、実情においては、このスピンコート法、塗布法およびディピング法等の微粒子分散系の薄膜作成方法の場合には、微粒子薄膜の厚さ、層数、微粒子密度を精度よく、かつ、同時に制御することは困難であった。
たとえば、スピンコート法は非常に薄い微粒子膜を作成することが可能ではあるが、その微粒子密度は非常に制御しにくいという欠点がある。
また塗布法は微粒子密度を高くすることは可能ではあるが、通常は、１０μｍ以上の非常に厚い膜しか作成することができないという欠点がある。
【０００４】
このような欠点を解決する方法として、微粒子分散系の薄膜形成を制御する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２８２８３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の分散薄膜系に薄膜作成方法の問題点を解決するものとして、まったく異なる原理で、表面に微粒子が配列された基板の製造法であって、微粒子を基板上に規則的に配列させることも可能な方法、その方法により製造される特定の表面構造を有する基板及びその表面構造が転写された物品を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、次のものに関する。
１．  微粒子を含む懸濁液に基板を浸し、基板を懸濁液から所定角度で引き抜くことにより微粒子を基板上に集積することを特徴とする表面に微粒子が配列された基板の製造法。
２．  微粒子が単層で集積されることを特徴とする項１記載の表面に微粒子が配列された基板の製造法。
３．  基板が、親水部と疎水部で構成され、親水部のみに微粒子が集積されることを特徴とする項１又は項２記載の表面に微粒子が配列された基板の製造法。
４．  項１〜３のいずれかに記載の方法により製造された表面に微粒子が配列された基板。
５．  項４記載の表面に微粒子が配列された基板の表面微細構造が転写された表面を有する物品。
６．  微粒子を含む懸濁液に基板を浸し、基板を懸濁液から所定角度で引き抜くことにより微粒子を基板上に配列させることを特徴とする微粒子の配列方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る製造法によれば、基板上に微粒子を容易に配列されることができ、特に所望の位置や向きへ規則的に整列させることができ、また、微粒子薄膜を高精度で大量に連続生産することができる。これにより製造された基板は、表面に微粒子が配列されており、種々の機能性基板として有用である。また、この基板の表面構造を転写された物品も機能性表面を有するものとして有用である。たとえば、表面に規則的凹凸を持たせ、光の回折を利用した色材や、親水や超撥水などに機能化された製品に応用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
まず、微粒子の基板上への整列方法を説明する。
図１は、表面に微粒子が配列された基板の製造法の概要を示す図である。図１において、右の図は、左の図の四角で囲った部分の拡大図である。
図１に示すように、微粒子１を含む懸濁液２に基板３を浸し、その後、基板３を懸濁液２から一定の角度θ（図１参照）で引き抜く。このとき、水面付近では毛細管力が働くため、懸濁液２が基板３に引き付けられ、結果として微粒子１が基板３上に集積される。引き付けられた液体の膜厚は次第に薄くなるため、微粒子１は単層で集積化される。角度θはこの集積化の状況に応じて適宜決定されるが、好ましくは３０〜７５度の範囲から適宜選択される。集積化された微粒子１間の液体を乾燥させる過程において、微粒子１間に働く液架橋力により、微粒子１はさらに高密度に整列する。
【０００９】
本発明における微粒子１とは、平均粒径（直径）が０．３〜１．５μｍのものが好ましく、より好ましくは平均粒径が０．９９２〜０．９９４μｍである。材質は樹脂が一般的であり、特に大きさがそろい、水と比重が近いポリスチレン微粒子が好ましい。微粒子としては、ポリスチレン粒子以外に、ポリメチルメタクリレート等の熱可塑性樹脂の粒子等がある。
【００１０】
分散媒体としては、水又は水とアセトニトリル等の水溶性有機溶剤の混合物などの水性媒体が好ましい。しかし、これらに限られず、場合により有機溶媒その他の溶媒を用いてもよい。
【００１１】
本発明における懸濁液２は、水中に微粒子１が分散されたものであり、微粒子１が体積で０．１〜１０％の濃度で含まれることが好ましく、より好ましくは０．９〜１．１％である。微粒子の分散のために、必要なら、分散剤を添加してもよい。分散剤として、水溶性の高分子コロイド、難溶性リン酸塩、界面活性剤等の水性媒体に溶解又は分散するものが好ましい。水溶性高分子コロイドとしては、ポリビニルアルコール、アクリロニトリル、アルキルセルロース、カルボキシアルキルセルロース等のセルロース誘導体が挙げられる。また、難溶性リン酸塩としては、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられる。分散剤は、樹脂粒子に対して０．１〜１重量％使用するのが好ましい。界面活性剤は、樹脂粒子に対して０．００５〜０．５重量％使用することが好ましい。分散剤として難溶性リン酸塩を使用する場合は、同時に、ドデシルベンゼンスルフォン酸ソーダ等の陰イオン界面活性剤を使用することが好ましい。
【００１２】
図２は、懸濁液の媒体として、水性媒体を使用した場合、親水部４と疎水部５で構成された基板３の例である。親水部４と疎水部５が隣接して交互に配列されている。このような基板３を前記したように懸濁液２から引き抜くと、懸濁液２が親水部４にトラップされ、親水部４にのみ微粒子１が配列し、疎水部５には微粒子１が並ばない。
【００１３】
本発明において、基板としては、シリコン（例えば、シリコンウェハー等）、鉄（例えば鉄板等）などの金属その他の材質のものが使用でき、形状としては任意であるが、懸濁液に浸漬しやすい形状が好ましい。
図３は、表面が親水部４と疎水部５で構成された基板３の製法を示す説明図である。シリコン６上に感光性のレジスト７を一様に塗布する。レジスト７にＵＶ光９を選択的に照射するために、ガラスマスク８を疎水部５に相当する箇所がＵＶ光９を通すようにパターン形成し、ＵＶ光９をレジスト７に照射し、現像すると、疎水部５に相当する箇所のレジスト７が剥がれた状態になる。さらに、一様に疎水材料１０を塗布し、レジスト７を除去し、さらに親水部４に相当する箇所に親水処理して親水性膜１１を作製した。
【００１４】
本発明における疎水材料１０とは、平らな表面に水を静かに滴下したときの接触角が９０〜１５０度である材料であり、特に、ポリ（トテラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）は１０４〜１０５度で好適に用いられる。
【００１５】
本発明における親水性膜１１とは、シリコン表面上を酸化させ親水化し、接触角が２０度以下にすることである。特にＳＰＭ処理と呼ばれる硫酸と水の比を適宜調整した溶液に所定時間浸漬させ、表面をＳｉＯ２化させる処理が好ましい。
【００１６】
本発明における親水部４と疎水部５は隣接され交互に配列されているが、その形状や配列には特に制約がない。たとえば疎水部５を点在させ、その周囲に連続させて親水部４を配列させることもできる。
【００１７】
図４は、微粒子１が整列された基板３の表面構造を転写した物品の製造の概略説明図である。基板３上の微粒子１は、基板３と微粒子１の界面や微粒子１のわずかに存在する水分子が大きな付着力として作用するため、微粒子１は基板３をたたいたり振ったりしたぐらいでは落下することはなく、この状態で、放置したり加熱するなど何らかの方法により乾燥固化させることによって、微粒子を定着させることができる。このように、表面に微粒子が配列された基板をマスター品１２として使用することができる。
【００１８】
マスター品１２を型として表面状態を転写した物品を製造するには、ニッケルや銅を素材として電鋳法を用いて、マスター品１２の表面を忠実に反転した電鋳型１３を製作し、さらにこの電鋳型１３で樹脂材料１４を加熱しながら押し付け成形することで、電鋳型１３の表面を樹脂材料１４に転写し、マスター品１２で得られていた通りの表面形状の製品を製造することができるのである。尚、樹脂材料１４としてはポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂や、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂などが用いられる。加熱する温度や加圧力などは製品によってことなる。
【実施例１】
【００１９】
はじめに、懸濁液２を基板３上に滴下し、親水性４と疎水性５の境界付近における微粒子１の振る舞いを調べた。図５は、その方法と結果を示す。
【００２０】
親水部４と疎水部５に二分された基板３は、シリコンからなる基板にＰＴＦＥをアルゴンイオンを用いたスパッタ法により蒸着して塗布することにより疎水部に１０ｎｍ厚さのＰＴＦＥ層（厚さは原始間顕微鏡により確認）を形成し、この後、ＰＴＦＥで被覆されなかった面は、希硫酸で表面処理した。
【００２１】
親水部４と疎水部５に二分された基板３の境界部に懸濁液２を滴下したところ、懸濁液２は表面張力により疎水部５から親水部４に引き寄せられ、濡れ拡がり、その後、水分を自然乾燥させた（図５（ａ）参照）。ここでは、平均粒径（直径）が０．９９３±０．０２１μｍのポリスチレン微粒子を含む懸濁液（濃度１％、Duke Scientific Corporation製粒子径標準ポリスチレン）を用いた。また、気温２０℃、湿度５０％の環境に保たれたクリーンルームで行った。
【００２２】
その結果、境界に沿って、微粒子１が親水部４側に自己整列していることがわかり、微粒子列がほぼ直線性を有している（図５（ｂ）の電子顕微鏡写真参照）。図５（ｂ）において、右の写真は、左の写真の四角で囲った部分の拡大写真である。したがって、このように親水部４と疎水部５を配列することにより、微粒子１の自己整列位置と向きを制御できることがわかった。
【００２３】
図６は、本発明に係る一実施例の基板３上での微粒子１の整列状態を示す電子顕微鏡写真である。図６において、右の写真は、左の写真の四角で囲った部分の拡大写真である。
親水部４と疎水部５の配列は、ピッチ１２μｍ、親水部４の幅４μｍとした。引き上げ角度は６０度とし、引き上げ速度は３．３μｍ／ｓとした。
微粒子１は、広範囲にわたって親水部４と疎水部５の境界線に沿って整列していることがわかる。
さらに、引き上げ角度や引き上げ速度を変化させることで、微粒子の整列を変化させることができるので、角度と速度を調整することで、微粒子の供給量が調整可能になり、整列精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】表面に微粒子が配列された基板の製造法の概要を示す断面図。
【図２】親水部と疎水部で構成された基板の例を示す斜視図。
【図３】親水部と疎水部で構成された基板の製法を示す説明図。
【図４】微粒子が整列された基板の表面構造を転写した物品の製造の概略説明図。
【図５】懸濁液の滴下による微粒子の整列状態の試験方法及び結果を示す概略図及び電子顕微鏡写真。
【図６】一実施例の基板上での微粒子の整列状態を示す電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００２５】
１：微粒子
２：懸濁液
３：基板
４：親水部
５：疎水部
６：シリコン
７：レジスト
８：ガラスマスク
９：ＵＶ光
１０：疎水材料
１１：親水性膜
１２：マスター品
１３：電鋳型
１４：樹脂材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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