JP2011167924A - Material with low reflection conductive surface and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、反射防止特性および表面導電性を備えた低反射導電性表面を有する材料とその製造方法に関する。 The present invention relates to a material having a low reflective conductive surface having antireflection properties and surface conductivity, and a method for producing the same.
表面の微細凹凸構造により反射防止機能が付与された反射防止膜は種々知られており、例えば、陽極酸化ポーラスアルミナを用いその細孔の形状に対応した微細凹凸パターンを高分子材料の表面に形成するようにした反射防止膜の製造方法が知られている（特許文献１）。陽極酸化ポーラスアルミナは、簡便なプロセスにて、その条件を適切に設定することで、表面に形成される微細凹凸構造を、精度良くかつ高規則性を持たせて制御可能なものであり、これらの利点を活かして、種々の展開が図られつつある。 Various anti-reflection coatings with anti-reflective function provided by the fine concavo-convex structure on the surface are known. For example, anodized porous alumina is used to form a fine concavo-convex pattern corresponding to the shape of the pores on the surface of the polymer material. A method for manufacturing an antireflection film is known (Patent Document 1). Anodized porous alumina can be controlled with precision and high regularity, with a fine uneven structure formed on the surface, by appropriately setting the conditions in a simple process. Taking advantage of this, various developments are being made.
一方、反射防止機能を有する導電性表面は、有機太陽電池の基板材料をはじめ様々な分野への応用が期待できる。特に、ITO、酸化亜鉛、酸化スズ等の酸化物半導体や有機導電性ポリマー、金属薄膜などの透明導電膜として機能する導電層がコートされた光透過可能な板材やシート材は、液晶ディスプレイ、太陽電池、タッチパネルなど様々な分野で使用されている。これら導電膜が付与された基板は、透明電極として用いられるため、導電性とともに光透過特性が重要となる。現在、各種応用に用いられている透明電極は、平滑な基板の表面に酸化物半導体をスパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法などの様々な手法で形成することにより作製されている。 On the other hand, the conductive surface having an antireflection function can be expected to be applied to various fields including substrate materials for organic solar cells. In particular, light-transmissive plates and sheets coated with conductive layers that function as transparent conductive films such as ITO, zinc oxide, tin oxide, and other oxide semiconductors, organic conductive polymers, and metal thin films are used for liquid crystal displays, solar It is used in various fields such as batteries and touch panels. Since the substrate provided with these conductive films is used as a transparent electrode, the light transmission characteristics as well as the conductivity are important. Currently, transparent electrodes used for various applications are manufactured by forming an oxide semiconductor on the surface of a smooth substrate by various methods such as sputtering, vacuum deposition, and sol-gel.
透明導電膜として機能する酸化物半導体は、一般に、高い屈折率を示すことから、これらの薄膜が形成された基板では、表面反射が増大し、結果として光透過率が減少することになる。また、タッチパネル等の用途では、用いる透明電極の表面反射が大きい場合には、屋外や照明下でのパネル表面への写りこみによる見難さも問題となる。これらの問題点を改善するために、多層膜を利用した反射防止構造などが検討されている。しかしながら、多層膜の形成には、プロセスが煩雑になることに加え、光干渉を利用して反射防止効果を得るためには透明導電膜層の厚みを制御する必要があり、厚くなると十分な効果が得られなくなるために形成可能な厚みに制限が生じる等の問題点があった。また、多層膜に基づく反射防止膜では、特定の波長の光の反射を抑制する効果は得られるが広い波長領域において反射防止を行うことは難しいといった問題点もあった。 Since an oxide semiconductor that functions as a transparent conductive film generally exhibits a high refractive index, surface reflection increases in the substrate on which these thin films are formed, resulting in a decrease in light transmittance. Also, in applications such as a touch panel, when the surface reflection of the transparent electrode to be used is large, difficulty in viewing due to reflection on the panel surface outdoors or under illumination is also a problem. In order to improve these problems, an antireflection structure using a multilayer film has been studied. However, in forming a multilayer film, in addition to the process becoming complicated, it is necessary to control the thickness of the transparent conductive film layer in order to obtain an antireflection effect using optical interference. There is a problem that the thickness that can be formed is limited because the film cannot be obtained. In addition, the antireflection film based on the multilayer film has an effect of suppressing the reflection of light of a specific wavelength, but has a problem that it is difficult to prevent reflection in a wide wavelength region.
また、本発明に関連する技術として、フレキシブル透明基材の表面にモスアイ構造を形成し、その上に透明電極、半導体槽を積層した光電変換素子が知られているが（特許文献２）、モスアイ構造の形成方法が、基板上にレジストを塗布し、電子線や紫外線により凹凸パターンを形成し、該凹凸パターン上に電鋳によりＮｉを積層し、原版を作製し、該原版の凹凸形成面上に、紫外線硬化性の樹脂を流し込み、紫外線を照射し剥がすことでモスアイ構造を形成する方法を用いており、工程が多くプロセスが極めて複雑であるのに加え、凹凸パターンの制御が、例えば前述の陽極酸化ポーラスアルミナの場合に比べ、容易性に欠けるといった問題がある。 As a technique related to the present invention, a photoelectric conversion element in which a moth-eye structure is formed on the surface of a flexible transparent substrate and a transparent electrode and a semiconductor tank are laminated thereon is known (Patent Document 2). The structure is formed by applying a resist on a substrate, forming a concavo-convex pattern with an electron beam or ultraviolet light, laminating Ni on the concavo-convex pattern by electroforming, producing a master, and on the concavo-convex formation surface of the master In addition, a method for forming a moth-eye structure by pouring an ultraviolet curable resin and irradiating and removing ultraviolet rays is used. In addition to the many processes, the process is extremely complicated. There is a problem that it is not easy compared with the case of anodized porous alumina.
そこで本発明の課題は、上述のような従来技術における問題を解消し、容易に所望の表面形態に形成され、所望の反射防止特性を有する導電性表面、更には光透過可能な低反射導電性表面を有する材料と、その製造方法に関する技術を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art, easily form a desired surface form, have a desired antireflection characteristic, and further have a low reflection conductivity capable of transmitting light. The object is to provide a technique relating to a material having a surface and a method for producing the material.
上記課題を解決するために、本発明に係る低反射導電性表面を有する材料は、モールドを用いて形成された、反射防止特性を備えた凹凸パターンを有する表面上に、透明な導電性材料からなる透明導電性薄膜が形成されている（例えば、コートされている）ことを特徴とするものからなる。この薄膜を形成する材料としては、例えば、透明導電膜や導電性高分子を用いることができる。また、上記凹凸パターンを有する表面の形成材には、樹脂材、ガラス材など様々な材料を用いることができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネートのいずれかから選択できる。 In order to solve the above problems, a material having a low reflective conductive surface according to the present invention is formed from a transparent conductive material on a surface having a concavo-convex pattern having an antireflection characteristic, formed using a mold. A transparent conductive thin film is formed (for example, coated). As a material for forming this thin film, for example, a transparent conductive film or a conductive polymer can be used. Various materials such as a resin material and a glass material can be used as the surface forming material having the uneven pattern, and for example, any of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, acrylic resin, and polycarbonate can be selected.
すなわち、本発明は、所定の凹凸構造を有するモールドの凹凸構造を材料の表面に転写するという簡便なプロセスにて形成される微細凹凸パターンは簡単にかつ精度良くしかも高規則性を持たせて制御可能であるという利点を活かし、この微細凹凸パターンによる反射防止特性と、その凹凸パターンを有する表面上に形成される透明導電性薄膜との組み合わせ構成を初めて試み、完成されたものである。つまり、本発明に係る材料においては、主としてモールドの凹凸構造の転写を利用して形成された基材表面の凹凸パターンにより所望の反射防止機能が付与され、かつ、該表面上に形成された透明導電性薄膜により、反射防止機能が維持されつつ、表面導電機能が付与され、表面の導電性と反射防止特性とを兼ね備えた低反射導電性表面を有する材料が簡単な製造プロセスにて実現される。 That is, according to the present invention, a fine concavo-convex pattern formed by a simple process of transferring a concavo-convex structure of a mold having a predetermined concavo-convex structure to the surface of a material is controlled easily, accurately and with high regularity. Utilizing the advantage of being possible, the first attempt was made to combine the antireflection characteristics of this fine concavo-convex pattern with the transparent conductive thin film formed on the surface having the concavo-convex pattern, and it was completed. That is, in the material according to the present invention, a desired antireflection function is imparted by the concavo-convex pattern on the surface of the substrate mainly formed by transferring the concavo-convex structure of the mold, and the transparent formed on the surface The conductive thin film provides a surface conductive function while maintaining the antireflective function, and realizes a material having a low reflective conductive surface having both surface conductivity and antireflective characteristics by a simple manufacturing process. .
上記本発明に係る低反射導電性表面を有する材料においては、上記透明導電性薄膜は単独で前記凹凸パターンを有する表面上に設けることもできるし、他の薄膜とともに設けることもできる。例えば、上記表面に形成された凹凸パターン上に直接、上記透明導電性薄膜が形成されている形態とすることができる。この場合、低反射導電性表面を有する材料全体が光透過可能に構成されていると、透明導電性薄膜側から表面に凹凸パターンを有する基材側への光の取り込みが可能であり、また、表面に凹凸パターンを有する基材側から透明導電性薄膜側への光の取り出しも可能であり、光透過性の高い（つまり、透明性に優れた）導電性材料として有効な構造となる。つまり、材料外側からの光取り込みや材料内側からの光取り出しに有利な導電性表面を有する材料、例えば、光透過率の高い導電性基板等に有効な材料を作製することができる。光の透過率としては、例えば、波長550nm の光の透過率が80％以上であることが好ましい。 In the material having a low reflective conductive surface according to the present invention, the transparent conductive thin film can be provided alone on the surface having the concavo-convex pattern or can be provided together with other thin films. For example, the transparent conductive thin film can be directly formed on the uneven pattern formed on the surface. In this case, if the entire material having a low reflective conductive surface is configured to transmit light, light can be taken from the transparent conductive thin film side to the substrate side having a concavo-convex pattern on the surface, Light can be taken out from the side of the substrate having a concavo-convex pattern to the side of the transparent conductive thin film, and the structure is effective as a conductive material having high light transmission (that is, excellent transparency). That is, a material having a conductive surface that is advantageous for taking in light from the outside of the material and taking out light from the inside of the material, such as a conductive substrate having a high light transmittance, can be manufactured. As the light transmittance, for example, the light transmittance at a wavelength of 550 nm is preferably 80% or more.
また、上記表面に形成された凹凸パターン上に不透明な材料からなる不透明薄膜が形成されており、該不透明薄膜上の層の最外層として上記透明導電性薄膜が形成されている形態も採り得る。このような形態では、下地、つまり基材表面の凹凸パターンが反射防止特性を備えた構造の凹凸パターンとして形成されているので、その上面側に積層された薄膜構造もそのまま反射防止特性を備えた構造となり、最外層として形成された透明導電性薄膜も反射防止特性を備えた構造となる。そのため、材料外側から光が入射された場合には、入射された光は透明導電性薄膜を通して上記不透明薄膜までの層内に効率よく取り込まれることになる。このような構造は、例えば太陽電池などに有効な構造である。不透明薄膜としては、例えば導電性材料からなる層、例えば、金属電極層から構成できる。 In addition, an opaque thin film made of an opaque material may be formed on the uneven pattern formed on the surface, and the transparent conductive thin film may be formed as the outermost layer on the opaque thin film. In such a form, the concavo-convex pattern on the base, that is, the surface of the base material is formed as an concavo-convex pattern having a structure with antireflection characteristics, so the thin film structure laminated on the upper surface side also has antireflection characteristics as it is The transparent conductive thin film formed as the outermost layer also has a structure having antireflection characteristics. Therefore, when light is incident from the outside of the material, the incident light is efficiently taken into the layers up to the opaque thin film through the transparent conductive thin film. Such a structure is an effective structure for solar cells, for example. The opaque thin film can be composed of a layer made of a conductive material, for example, a metal electrode layer.
さらに、上記表面に形成された凹凸パターン上に上記透明導電性薄膜が形成されており、該透明導電性薄膜上の層の最外層として不透明な材料からなる不透明薄膜が形成されている形態も採り得る。このような形態では、表面に凹凸パターンを有する基材の裏側から光を取り込む場合、透明導電性薄膜を通して上記不透明薄膜まで効率よく光を取り込むことができる。不透明薄膜としては、例えば導電性材料からなる層、例えば、金属電極層から構成できる。 Furthermore, the transparent conductive thin film is formed on the uneven pattern formed on the surface, and an opaque thin film made of an opaque material is formed as the outermost layer of the layer on the transparent conductive thin film. obtain. In such a form, when taking in light from the back side of the base material which has an uneven | corrugated pattern on the surface, light can be taken in efficiently to the said opaque thin film through a transparent conductive thin film. The opaque thin film can be composed of a layer made of a conductive material, for example, a metal electrode layer.
上記のような不透明薄膜を有する構成においては、上記透明導電性薄膜と不透明薄膜との間に少なくとも１層の光透過層が介在されている構成を採用することができ、例えば、太陽電池等を想定した構造として適用できる。例えば、不透明薄膜としての金属電極層と透明導電性薄膜との間に、Ｐ型半導体層、Ｎ型半導体層などを介在させれば、太陽電池等に好適な構造を実現でき、この構造により、透明導電性薄膜から金属電極層にかけて効率良く光の取り込みを行うことができる。 In the configuration having the opaque thin film as described above, a configuration in which at least one light transmission layer is interposed between the transparent conductive thin film and the opaque thin film can be adopted. It can be applied as an assumed structure. For example, if a P-type semiconductor layer, an N-type semiconductor layer, or the like is interposed between a metal electrode layer as an opaque thin film and a transparent conductive thin film, a structure suitable for a solar cell or the like can be realized. Light can be efficiently taken in from the transparent conductive thin film to the metal electrode layer.
材料表面の所望の凹凸パターンは、モールドを材料の表面に押し付けるインプリントプロセスにより簡便に形成することが可能である。とくに、上記表面の凹凸パターンが、陽極酸化ポーラスアルミナまたはそれを鋳型として作製したネガ型モールドを用いて形成されていると、陽極酸化ポーラスアルミナの作製プロセスにおける条件を適切に設定することで、ポーラスアルミナの表面に形成される微細凹凸構造を、精度良くかつ高規則性を持たせて制御可能であるという利点を活かすことができ、これを材料の表面に転写して、所望の微細凹凸パターンの形成がより確実に可能となり、陽極酸化ポーラスアルミナの表面微細凹凸構造を利用して形成された基材表面の凹凸パターンにより所望の反射防止機能が付与され、かつ、該表面上に形成された導電性薄膜により、反射防止機能が維持されつつ、表面導電機能が付与され、目標とする表面の導電性と反射防止特性とを兼ね備えた低反射導電性表面を有する材料が比較的簡単な製造プロセスにて実現される。 The desired concavo-convex pattern on the material surface can be easily formed by an imprint process in which the mold is pressed against the surface of the material. In particular, when the concavo-convex pattern on the surface is formed using an anodized porous alumina or a negative mold made using the same as a mold, by appropriately setting the conditions in the anodized porous alumina production process, The advantage that the fine uneven structure formed on the surface of alumina can be controlled with high accuracy and high regularity can be utilized, and this can be transferred to the surface of the material to obtain a desired fine uneven pattern. It is possible to form more reliably, and a desired antireflection function is imparted by the concavo-convex pattern on the surface of the substrate formed by utilizing the surface fine concavo-convex structure of the anodized porous alumina, and the conductive material formed on the surface The surface conductive function is imparted by the conductive thin film while maintaining the antireflection function, and it combines the target surface conductivity and antireflection characteristics. Material having a low reflective conductive surface had example can be realized with a relatively simple fabrication process.
良好な反射防止特性を確保するためには、上記凹凸パターンが、テーパー形状の突起アレーまたはテーパー形状のホールアレーからなる構造を採用できる。このような凹凸パターンは、電子ビームリソグラフィーとドライエッチングを用いた汎用の微細加工技術でも作製することは可能であるが、とくに陽極酸化ポーラスアルミナの表面微細凹凸構造を利用して作製した鋳型を用いるナノインプリントプロセスを用いることで効率良く形成することが可能となる。このインプリントプロセスでは、熱可塑性樹脂に加温条件下でモールドを押し付け微細パターンの転写を行う熱インプリント法や、光硬化性樹脂を用いた光インプリント法等を用いることができる。インプリントプロセスによる凹凸パターンの形成は、基板上に製膜した樹脂層に適用することも、樹脂板に直接処理することも可能である。また、また、シリカや酸化チタンをはじめとする金属酸化物の前駆体にインプリントを行う手法も用いることができる。 In order to ensure good antireflection characteristics, it is possible to employ a structure in which the concavo-convex pattern is a tapered protrusion array or a tapered hole array. Such a concavo-convex pattern can be produced by general-purpose microfabrication technology using electron beam lithography and dry etching, but in particular, a mold produced using the surface fine concavo-convex structure of anodized porous alumina is used. By using the nanoimprint process, it can be formed efficiently. In this imprint process, a thermal imprint method in which a mold is pressed against a thermoplastic resin under a heating condition to transfer a fine pattern, a photoimprint method using a photocurable resin, or the like can be used. The formation of the concavo-convex pattern by the imprint process can be applied to the resin layer formed on the substrate, or can be directly processed on the resin plate. Moreover, the method of imprinting on the precursor of metal oxides including silica and titanium oxide can also be used.
また、凹凸パターン上の透明導電性薄膜の形成には、スパッタ法、蒸着法、CVD法、キャスト法など様々な手法を用いることができ、中でも、スパッタ法または真空蒸着法により透明導電性薄膜が形成されていることが好ましい。 Various methods such as sputtering, vapor deposition, CVD, and casting can be used to form the transparent conductive thin film on the concavo-convex pattern. Among them, the transparent conductive thin film is formed by sputtering or vacuum vapor deposition. Preferably it is formed.
また、例えば、凹凸パターン上に格子状に透明導電性薄膜をパターニングすることで、光透過特性に優れたタッチパネル用基板を作製することも可能である。パターニングを行う手法としては、全面に透明導電性薄膜を形成し、その後、部分的に除去する手法や、マスクを用いて凹凸基板状にコーティングする手法を用いることができる。 In addition, for example, by patterning the transparent conductive thin film in a lattice pattern on the concavo-convex pattern, it is possible to produce a touch panel substrate having excellent light transmission characteristics. As a method for patterning, a method of forming a transparent conductive thin film on the entire surface and then removing it partially, or a method of coating a concavo-convex substrate using a mask can be used.
上記透明導電性薄膜の厚さとしては、10nm以上、1 μm以下であることが好ましく、より好ましくは30nm以上、500nm以下であり、さらに好ましくは50nm以上、500nm以下であり、さらに好ましくは50nm以上、200nm以下である。透明導電性薄膜が10nm未満の厚みでは、十分な導電性を確保することが難しく、また、１μmを超えて厚く導電層を堆積させると、凹凸パターンの形状が変化し、十分な反射防止特性を得ることが難しくなる。 The thickness of the transparent conductive thin film is preferably 10 nm or more and 1 μm or less, more preferably 30 nm or more and 500 nm or less, further preferably 50 nm or more and 500 nm or less, and more preferably 50 nm or more. 200 nm or less. When the transparent conductive thin film has a thickness of less than 10 nm, it is difficult to ensure sufficient conductivity, and when the conductive layer is deposited thickly exceeding 1 μm, the shape of the concavo-convex pattern changes and sufficient antireflection properties are obtained. It becomes difficult to obtain.
また、凹凸パターンの表面には幾つかの材料を積層して複数の薄膜層の積層構造を形成することも可能である。この場合、少なくとも最外層を形成する薄膜の材料が導電性を有することで、様々な応用に適した低反射導電性表面を構成することが可能である。太陽電池を例にとれば、凹凸基板上に電極として機能する金属薄膜を堆積させた後、その上に各種電解質層を積層し、最表面に透明導電膜を堆積することで、デバイス内部への光取り込み効率の高い太陽電池を作製することができる。 It is also possible to form a laminated structure of a plurality of thin film layers by laminating several materials on the surface of the concavo-convex pattern. In this case, at least the material of the thin film forming the outermost layer has conductivity, so that a low reflection conductive surface suitable for various applications can be formed. Taking a solar cell as an example, after depositing a metal thin film that functions as an electrode on a concavo-convex substrate, various electrolyte layers are laminated on it, and a transparent conductive film is deposited on the outermost surface. A solar cell with high light capturing efficiency can be manufactured.
このような本発明に係る低反射導電性表面を有する材料は、前述したように、例えばタッチパネルや太陽電池に適用可能である。例えばタッチパネルに適用する場合、上記低反射導電性表面を有する２枚のシート状材料が、それらの透明導電性薄膜同士を互いに対向させて配置されてなる構成を採用することができ、この場合、透明導電性薄膜が所定の形態に、例えば格子状に、パターニングされて形成されていることが好ましい。 Such a material having a low reflective conductive surface according to the present invention can be applied to, for example, a touch panel and a solar cell as described above. For example, when applied to a touch panel, it is possible to employ a configuration in which the two sheet-like materials having the low reflective conductive surface are arranged with their transparent conductive thin films facing each other. It is preferable that the transparent conductive thin film is formed in a predetermined form, for example, in a lattice pattern.
本発明に係る低反射導電性表面を有する材料の製造方法は、モールドを用いて材料の表面に反射防止特性を備えた凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターン上に、透明な導電性材料からなる透明導電性薄膜を形成することを特徴とする方法からなる。この方法においても、薄膜を形成する材料としては、例えば、透明導電膜や導電性高分子を用いることができる。また、凹凸パターンを有する表面形成基材には、樹脂材、ガラス材など様々な材料を用いることができる。 A method for producing a material having a low reflective conductive surface according to the present invention includes forming a concavo-convex pattern having antireflection characteristics on the surface of a material using a mold, and forming a transparent conductive material on the formed concavo-convex pattern. And forming a transparent conductive thin film. Also in this method, as a material for forming the thin film, for example, a transparent conductive film or a conductive polymer can be used. Moreover, various materials, such as a resin material and a glass material, can be used for the surface formation base material which has an uneven | corrugated pattern.
上記本発明に係る低反射導電性表面を有する材料の製造方法においては、前述したのと同様、透明な基材の表面に上記凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターン上に直接、上記透明導電性薄膜を形成することができる。また、基材の表面に上記凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターン上に不透明な材料からなる不透明薄膜を形成し、該不透明薄膜上の層の最外層として上記透明導電性薄膜を形成することもできる。さらに、基材の表面に上記凹凸パターンを形成し、形成された凹凸パターン上に上記透明導電性薄膜を形成し、該透明導電性薄膜上の層の最外層として不透明な材料からなる不透明薄膜を形成することもできる。不透明薄膜としては、例えば導電性材料からなる層（例えば、金属電極層）から構成できる。 In the method for producing a material having a low reflective conductive surface according to the present invention, as described above, the concavo-convex pattern is formed on the surface of a transparent substrate, and the transparent directly on the formed concavo-convex pattern. A conductive thin film can be formed. Further, the uneven pattern is formed on the surface of the substrate, an opaque thin film made of an opaque material is formed on the formed uneven pattern, and the transparent conductive thin film is formed as the outermost layer on the opaque thin film. You can also. Furthermore, the said uneven | corrugated pattern is formed in the surface of a base material, the said transparent conductive thin film is formed on the formed uneven | corrugated pattern, and the opaque thin film which consists of an opaque material as an outermost layer of the layer on this transparent conductive thin film It can also be formed. As an opaque thin film, it can comprise from the layer (for example, metal electrode layer) which consists of an electroconductive material, for example.
上記表面の凹凸パターンはインプリントプロセスにより形成することができる。さらには、連続インプリントを可能にするために、連続インプリント用モールドとしてロール状モールドを用いることもできる。 The uneven pattern on the surface can be formed by an imprint process. Furthermore, in order to enable continuous imprinting, a roll-shaped mold can be used as a mold for continuous imprinting.
また、本発明に係る低反射導電性表面を有する材料の製造方法においては、上記表面の凹凸パターンを陽極酸化ポーラスアルミナまたはそれを鋳型として作製したネガ型モールドを用いて形成することができる。例えば、上記連続インプリント用モールドとしてロール状モールドを用いる場合、アルミニウム丸棒を陽極酸化すれば、表面に規則的なホールアレーパターンが形成されたロール形状のナノインプリント用モールドの作製が可能であり、これを回転させながらインプリントを行えば、より高スループットにナノピラーアレーパターンの形成が可能となる。こうして得られたナノパターンに連続的に透明導電性薄膜の形成を行うことで、より高スループットに低反射透明導電性薄膜の形成を行うことも可能となる。 Further, in the method for producing a material having a low reflective conductive surface according to the present invention, the uneven pattern on the surface can be formed using an anodized porous alumina or a negative mold produced using the same. For example, when using a roll-shaped mold as the above-mentioned continuous imprint mold, if an aluminum round bar is anodized, a roll-shaped nanoimprint mold having a regular hole array pattern formed on the surface can be produced. If imprinting is performed while rotating this, a nanopillar array pattern can be formed with higher throughput. By continuously forming a transparent conductive thin film on the nanopattern obtained in this way, it is possible to form a low reflective transparent conductive thin film with higher throughput.
上記のような陽極酸化ポーラスアルミナはアルミニウムを酸性浴中で陽極酸化することで得られ、本発明では、これをモールドとしたナノインプリント法を用いることができる。陽極酸化ポーラスアルミナは、適切な条件の設定により、細孔に高規則性を持たせることが可能であり、その作製の際に陽極酸化とウエットエッチングを繰り返し行う手法により細孔形状をテーパー形状に制御可能であることから、これをモールドとしてナノインプリントを行えば、樹脂または金属酸化物からなるテーパー形状ピラーアレーの作製が可能となる。また、陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型として金属や樹脂に構造転写を行うことでネガ型モールドを作製し、これを用いてインプリント処理を行えば、樹脂や金属酸化物からなるテーパー状ホールアレーパターンも得ることができる。 The anodized porous alumina as described above is obtained by anodizing aluminum in an acidic bath. In the present invention, a nanoimprint method using this as a mold can be used. Anodized porous alumina can make pores highly regular by setting appropriate conditions, and the pore shape is tapered by the method of repeated anodization and wet etching during its production. Since it is controllable, if a nanoimprint is performed using this as a mold, a tapered pillar array made of resin or metal oxide can be produced. In addition, if a negative mold is made by transferring the structure to metal or resin using anodized porous alumina as a mold, and imprint processing is performed using this, a tapered hole array pattern made of resin or metal oxide can be obtained. Obtainable.
陽極酸化ポーラスアルミナとしては、例えば、硫酸を電解液として用い、化成電圧10V〜120Vにおいて作製した細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナや、シュウ酸を電解液として用い、化成電圧30V 〜130Vにおいて作製した細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナ、リン酸を電解液として用い、化成電圧180V〜220Vにおいて作製した細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることができる。このような陽極酸化を用いることで、サイズの均一な細孔が規則的に配列したポーラスアルミナの作製が可能となることから、これらのポーラスアルミナをナノインプリント用モールドとして採用することにより、サイズおよび形状が高度に制御されたピラーまたはホールが規則配列した微細パターンの作製が可能となる。このような規則性を備えた凹凸パターンを有する基材を用いることで、場所むらもなく全面均一な反射防止特性を示す低反射導電性表面を有する材料を得ることが可能となる。 As anodized porous alumina, for example, sulfuric acid is used as an electrolyte, anodized porous alumina in which pores are regularly arranged at an formation voltage of 10 V to 120 V, or oxalic acid is used as an electrolyte, and an formation voltage of 30 V to Anodized porous alumina with pores regularly arranged at 130V, and anodized porous alumina with pores regularly arranged at a chemical conversion voltage of 180V to 220V using phosphoric acid as an electrolyte can be used. . By using such anodization, it becomes possible to produce porous alumina in which pores of uniform size are regularly arranged. By adopting these porous alumina as a mold for nanoimprinting, size and shape can be obtained. It is possible to fabricate a fine pattern in which pillars or holes with a high degree of control are regularly arranged. By using a base material having an irregular pattern with such regularity, it is possible to obtain a material having a low reflective conductive surface that exhibits uniform antireflection characteristics over the entire surface without unevenness in location.
また、定電圧条件下で陽極酸化を施した後、一旦酸化膜を溶解除去し、再び陽極酸化を施すことで（例えば、再度同一の条件下で陽極酸化を行うことで）細孔が規則的に配列した陽極酸化ポーラスアルミナを得ることができ、その陽極酸化ポーラスアルミナを用いることもできる。 Also, after anodizing under constant voltage conditions, the oxide film is once dissolved and removed, and then anodized again (for example, by anodizing again under the same conditions), the pores are regular. Anodized porous alumina can be obtained, and the anodized porous alumina can also be used.
また、陽極酸化に先立ち、アルミニウムの表面に微細な窪みを形成し、これを陽極酸化時の細孔発生の開始点として作製した陽極酸化ポーラスアルミナを用いることもでき、このような高規則性ポーラスアルミナを用いることで、場所むらもなく全面均一な反射防止特性を示す低反射導電性表面を有する材料を得ることも可能である。 Prior to anodic oxidation, anodized porous alumina prepared by forming a fine depression on the surface of aluminum and using this as a starting point for pore generation during anodic oxidation can also be used. By using alumina, it is also possible to obtain a material having a low reflection conductive surface that exhibits uniform antireflection characteristics over the entire surface without unevenness in place.
本発明に係る低反射導電性表面を有する材料およびその製造方法によれば、良好な反射防止特性と表面導電性とを兼ね備えた、更には良好な光透過性も兼備することが可能な、液晶ディスプレイや太陽電池、タッチパネルなど様々な分野での要求特性を高いレベルで満たすことができる優れた材料を提供でき、しかもこの優れた材料を比較的簡便なプロセスで作製することができる。 According to the material having a low reflective conductive surface and a method for producing the same according to the present invention, a liquid crystal having both good antireflection characteristics and surface conductivity, and also having good light transmittance. An excellent material that can satisfy the required characteristics in various fields such as a display, a solar cell, and a touch panel can be provided at a high level, and the excellent material can be manufactured by a relatively simple process.
以下、図面を参照して、本発明の各実施形態に係る低反射導電性表面を有する材料およびその製造方法について詳細に説明する。
図１は、凹凸パターン表面上に透明導電性薄膜を形成することで得られる低反射導電性表面を有する材料の製造方法を模式的に示したものである。図１において、１は、モールドとして、例えば、後述のような陽極酸化ポーラスアルミナまたはそれを鋳型として作製したネガ型モールドを用いて形成された、反射防止特性を備えた凹凸パターン２を表面に有する材料を示している。この凹凸パターン２を有する表面上に、導電性を有する透明材料からなる薄膜の層３（透明導電性薄膜層）がコーティング等により形成されて、低反射導電性表面を有する材料４が製造される。
Hereinafter, with reference to drawings, the material which has the low reflective conductive surface concerning each embodiment of the present invention, and its manufacturing method are explained in detail.
FIG. 1 schematically shows a method for producing a material having a low reflective conductive surface obtained by forming a transparent conductive thin film on the surface of a concavo-convex pattern. In FIG. 1, 1 has a concavo-
このような基本構成を有する本発明に係る低反射導電性表面を有する材料は、より具体的には、図２、図４、図５に示すような形態を採ることができる。図２は、光透過可能な材料からなる基材５の凹凸パターン形成層５ａ上に形成された凹凸パターン２の表面上に直接、上記透明導電性薄膜層３が単独で設けれらた形態を示している。この場合、図２（Ａ）に示すように、透明導電性薄膜層３側から基材５側への光の通過が可能であり、また、図２（Ｂ）に示すように、基材５側から透明導電性薄膜層３側への光の通過も可能であり、低反射特性を有し、かつ、光透過性の高い導電性基板等として優れた構造を実現できる。
More specifically, the material having such a basic structure and having a low reflective conductive surface according to the present invention can take a form as shown in FIGS. 2, 4, and 5. FIG. 2 shows a form in which the transparent conductive
図２に示したような透明導電性薄膜層３が設けれらた２枚のシート状材料４を用いることで、例えば図３に示すようにタッチパネルとして好適な構造を構成できる。すなわち、図３に示すように、表面に透明導電性薄膜層３を有する低反射導電性表面を有する２枚のシート状材料４を、それらの透明導電性薄膜層３同士を互いに対向させて配置させることで、透明性に優れたタッチパネル１０を実現できる。透明導電性薄膜層３は、凹凸パターン２の表面上に格子状にパターニングされてコートされている。このようなタッチパネル１０においては、対向したシート４を指で押すと、反対側のシート４と接するために、その部分の位置を検出することができる。透明導電性薄膜層３が格子状にパターニングされていることにより、このような位置検出が可能となる。
By using the two sheet-
また、図４は、基材６の凹凸パターン形成層６ａ上に形成された凹凸パターン２の表面上に、不透明な材料からなる不透明薄膜としての金属電極層７が形成されており、該金属電極層７上の最外層として上記透明導電性薄膜層３が形成された形態を示している。金属電極層７と透明導電性薄膜層３との間には、他の透明材料からなる層８（例えば、前述したようなＰ型半導体層、Ｎ型半導体層など）を介在させることもできる。このような形態では、前述したように、基材６表面の凹凸パターン２による反射防止構造が最外層として形成された透明導電性薄膜層３まで転写されて透明導電性薄膜層３も反射防止特性を備えた構造となる。この材料外側から入射された光（矢印）は透明導電性薄膜層３を通して上記不透明薄膜としての金属電極層７まで効率よく取り込まれることになり、反射防止特性が維持されつつ、表面の導電性が確保されることになる。
FIG. 4 shows that a
さらに、図５は、光透過可能な材料からなる基材５の凹凸パターン形成層５ａ上に形成された凹凸パターン２の表面上に、直接あるいは他の透明材料からなる層を介して上記透明導電性薄膜層３が形成されており、該透明導電性薄膜層３上の最外層として不透明な材料からなる不透明薄膜としての金属電極層７が形成された形態を示している。図示例における９は他の透明材料からなる層（例えば、前述したようなＰ型半導体層、Ｎ型半導体層など）を示している。このような形態では、前述したように、基材５の裏側から光（矢印）を取り込む場合、透明導電性薄膜層３を通して上記不透明薄膜としての金属電極層７まで効率よく光を取り込むことができる。図４や図５に示した構造は、例えば、太陽電池などに好適な構造である。
Furthermore, FIG. 5 shows the transparent conductive material directly on the surface of the concavo-
図６は、インプリントプロセスにもとづく低反射導電性表面を有する材料の製造方法を模式的に示したものである。図６においては、基材１１上に設けられた、表面凹凸を形成するための凹凸形成層１２に対し、所定の凹凸パターンを有するインプリント用モールド１３が押し付けられ、凹凸形成層１２の表面にインプリント用モールド１３の凹凸パターンが転写される。転写後にインプリント用モールド１３が除去され、基材１１上に、表面に反射防止特性を備えた凹凸パターンを有する材料１４が形成される。この凹凸パターンを有する材料１４の表面上に、導電性を有する透明材料からなる薄膜の層１５（透明導電性薄膜層）が形成されて、低反射導電性表面を有する材料１６が製造される。
FIG. 6 schematically shows a method for producing a material having a low reflective conductive surface based on an imprint process. In FIG. 6, an
図７は、インプリントプロセスに基づく低反射透明導電性材料の製造方法を模式的に示したものである。図７においては、透明基材２１上に設けられた、表面凹凸を形成するための透明材料からなる凹凸形成層２２に対し、所定の凹凸パターンを有するインプリント用モールド２３が押し付けられ、凹凸形成層２２の表面にインプリント用モールド２３の凹凸パターンが転写される。転写後にインプリント用モールド２３が除去され、透明基材２１上に、表面に反射防止特性を備えた凹凸パターンを有する透明の材料２４が形成される。この凹凸パターンを有する材料２４の表面上に、導電性を有する透明材料からなる薄膜の層２５（透明導電性薄膜層）が形成されて、低反射導電性表面を有する透明材料２６が製造される。
FIG. 7 schematically shows a method for producing a low-reflection transparent conductive material based on an imprint process. In FIG. 7, the
図８は、凹凸パターンを有する表面上に幾つかの物質の層を積層させて形成した低反射導電性表面を有する材料の製造方法を模式的に示したものである。図８において、３１は表面に反射防止特性を備えた凹凸パターン３２を有する材料を示している。この凹凸パターン３２を有する表面上に、薄膜層３３が複数層積層され、最外層として、導電性を有する透明材料からなる薄膜の層３４（透明導電性薄膜層）が積層されて、多層膜堆積層３５が形成された、低反射導電性表面を有する材料３６が製造される。
FIG. 8 schematically shows a method for producing a material having a low reflective conductive surface formed by laminating several substance layers on a surface having an uneven pattern. In FIG. 8,
図９は、陽極酸化ポーラスアルミナ自体をモールドとしたナノインプリントプロセスに基づく低反射導電性表面を有する材料の製造方法を模式的に示したものである。図９において、４１は、所定の凹凸パターン（例えば、規則的な所定の細孔配列）を有する陽極酸化ポーラスアルミナモールドを示しており、この陽極酸化ポーラスアルミナモールド４１の凹凸パターンが、凹凸形成層４２の表面にインプリントプロセスにより転写されて、表面に反射防止特性を備えた凹凸パターン４３を有する材料４４が形成される。この表面凹凸パターン４３上に、導電性を有する透明材料からなる薄膜の層４５（透明導電性薄膜層）がコーティング等により形成されて、低反射導電性表面を有する材料４６が製造される。
FIG. 9 schematically shows a method for producing a material having a low reflective conductive surface based on a nanoimprint process using anodized porous alumina itself as a mold. In FIG. 9, reference numeral 41 denotes an anodized porous alumina mold having a predetermined uneven pattern (for example, a regular predetermined pore arrangement). The uneven pattern of the anodized porous alumina mold 41 is an uneven forming layer. A material 44 having a concavo-
図１０は、陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型として作製したネガ型モールドによるナノインプリントプロセスにより凹凸パターンを形成し、これを用いて低反射導電性表面を有する材料を製造する方法を模式的に示したものである。図１０において、５１は、所定の凹凸パターン（例えば、規則的な所定の細孔配列）を有する陽極酸化ポーラスアルミナを示しており、この陽極酸化ポーラスアルミナ５１の表面に充填物質５２を充填して、陽極酸化ポーラスアルミナ５１の凹凸パターンが、充填物質５２の表面に転写される。転写後に陽極酸化ポーラスアルミナ５１を除去することで、上記凹凸パターンが転写されたネガ型モールド５３が得られる。このネガ型モールド５３の凹凸パターンが、凹凸形成層の表面にインプリントプロセスにより転写されて、表面に反射防止特性を備えた凹凸パターン５４を有する材料５５が形成される。この表面凹凸パターン５４上に、導電性を有する透明材料からなる薄膜の層５６（透明導電性薄膜層）がコーティング等により形成されて、低反射導電性表面を有する材料５７が製造される。
FIG. 10 schematically shows a method of forming a concavo-convex pattern by a nano-imprint process using a negative mold produced using anodized porous alumina as a mold, and using this to manufacture a material having a low reflective conductive surface. is there. In FIG. 10, reference numeral 51 denotes anodized porous alumina having a predetermined uneven pattern (for example, a regular predetermined pore arrangement). The surface of the anodized porous alumina 51 is filled with a filling material 52. The concavo-convex pattern of the anodized porous alumina 51 is transferred to the surface of the filling material 52. By removing the anodized porous alumina 51 after the transfer, a
実施例１〔突起高さ200nm、ピッチ100nmテーパー状ポリマーピラーアレーへのITOの製膜〕
純度99.99％のアルミニウム板表面に、0.3Mシュウ酸浴、浴温17度、化成電圧40Vの条件下で３時間陽極酸化したのち、試料をクロム酸リン酸混合溶液に浸漬し、酸化皮膜のみ選択的に溶解除去し、同一条件下で再度25秒間陽極酸化を行った後、5wt%リン酸水溶液中で７分間エッチングを行う操作を５回繰り返すことでテーパー状細孔を有する陽極酸化ポーラスアルミナを形成した。作製したポーラスアルミナ表面をフルオロアルキルシラン溶液に浸漬し、表面の離型処理を行いインプリント用モールドとした。得られたモールドを用いてポリエチレンナフタレート（PEN）シート上で光硬化性樹脂にインプリントを行うことで、直径70nm、突起高さ200nmのテーパー状ポリマーピラーアレーの形成を行った。作製したナノパターンの表面に導電性薄膜としてITOを80nmスパッタにより製膜した。得られた試料の抵抗率は1.2kΩ□であり、透過率は波長550nmにおいて86％であった。このとき、平坦なPEN基板にITOを80nmスパッタした場合には波長550nmにおいて透過率は70％であり、微細パターン表面にITOを製膜することにより透過率が向上することが確認された。
Example 1 (ITO film formation on protrusion-shaped polymer pillar array with projection height of 200 nm and pitch of 100 nm)
After anodizing for 3 hours under the condition of 0.3M oxalic acid bath, bath temperature 17 ° C, formation voltage 40V on the surface of 99.99% pure aluminum plate, the sample is immersed in chromic acid phosphoric acid mixed solution and only oxide film is selected Anodized porous alumina having tapered pores is obtained by repeating the operation of dissolving and removing the sample and performing anodic oxidation again for 25 seconds under the same conditions and then performing etching for 7 minutes in a 5 wt% phosphoric acid aqueous solution five times. Formed. The surface of the produced porous alumina was immersed in a fluoroalkylsilane solution, and the surface was subjected to mold release treatment to obtain an imprint mold. A taper-shaped polymer pillar array having a diameter of 70 nm and a protrusion height of 200 nm was formed by imprinting a photocurable resin on a polyethylene naphthalate (PEN) sheet using the obtained mold. ITO was deposited on the surface of the fabricated nanopattern as a conductive thin film by 80 nm sputtering. The resistivity of the obtained sample was 1.2 kΩ □, and the transmittance was 86% at a wavelength of 550 nm. At this time, when ITO was sputtered to 80 nm on a flat PEN substrate, the transmittance was 70% at a wavelength of 550 nm, and it was confirmed that the transmittance was improved by depositing ITO on the surface of the fine pattern.
実施例２〔突起高さ150nm、ピッチ100nmテーパー状ポリマーピラーアレーへのITOの製膜〕
純度99.99％のアルミニウム板表面に、0.3Mシュウ酸浴、浴温17度、化成電圧40Vの条件下で３時間陽極酸化したのち、試料をクロム酸リン酸混合溶液に浸漬し、酸化皮膜のみ選択的に溶解除去し、同一条件下で再度20秒間陽極酸化を行った後、5wt%リン酸水溶液中で７分間エッチングを行う操作を５回繰り返すことでテーパー状細孔を有するポーラスアルミナを形成した。作製したポーラスアルミナ表面をフルオロアルキルシラン溶液に浸漬し、表面の離型処理を行いインプリント用モールドとした。得られたモールドを用いてポリエチレンナフタレート（PEN）シート上で光硬化性樹脂にインプリントを行うことで、直径70nm、突起高さ150nmのテーパー状ポリマーピラーアレーの形成を行った。作製したナノパターンの表面にITOを80nmスパッタにより製膜した。得られた試料の抵抗率は550Ω□であり、透過率は波長550nmにおいて86％であった。このとき、平坦なPEN基板にITOを80nmスパッタした場合には波長550nmにおいて透過率は70％であり、微細パターン表面にITOを製膜することにより透過率が向上することが確認された。
Example 2 (ITO film formation on protrusion-shaped 150 nm, pitch 100 nm tapered polymer pillar array)
After anodizing for 3 hours under the condition of 0.3M oxalic acid bath, bath temperature 17 ° C, formation voltage 40V on the surface of 99.99% pure aluminum plate, the sample is immersed in chromic acid phosphoric acid mixed solution and only oxide film is selected The porous alumina having tapered pores was formed by repeating the operation of dissolving and removing for 20 seconds under the same conditions and then performing the etching for 7 minutes in a 5 wt% phosphoric acid
実施例３〔突起高さ250nm、ピッチ200nmテーパー状ポリマーピラーアレーへのITOの製膜〕
純度99.99％のアルミニウム板表面に、ピッチ200nmで規則配列した突起パターンを有するモールドによりテクスチャリング処理を行い、窪みパターンの形成を行った。0.05Mシュウ酸浴、浴温17度、化成電圧80Vの条件下で２秒間陽極酸化を行った後、5wt%リン酸水溶液中で20分間エッチングを行う操作を５回繰り返すことでテーパー状細孔を有するポーラスアルミナを形成した。作製したポーラスアルミナ表面をフルオロアルキルシラン溶液に浸漬し、表面の離型処理を行いインプリント用モールドとした。得られたモールドを用いてポリエチレンナフタレート（PEN）シート上で光硬化性樹脂にインプリントを行うことで、直径70nm、突起高さ150nmのテーパー状ポリマーピラーアレーの形成を行った。作製したナノパターンの表面にITOを80nmスパッタにより製膜した。得られた試料の抵抗率は550Ω□であり、透過率は波長550nmにおいて86％であった。このとき、平坦なPEN基板にITOを80nmスパッタした場合には波長550nmにおいて透過率は70％であり、微細パターン表面にITOを製膜することにより透過率が向上することが確認された。
Example 3 [Production of ITO on Tapered Polymer Pillar Array with Projection Height of 250 nm and Pitch of 200 nm]
The surface of the aluminum plate having a purity of 99.99% was subjected to texturing using a mold having a protrusion pattern regularly arranged at a pitch of 200 nm, thereby forming a recess pattern. Tapered pores are obtained by repeating the anodizing process for 2 seconds under conditions of 0.05M oxalic acid bath, bath temperature of 17 ° C and formation voltage of 80V, followed by etching for 5 minutes in 5wt% phosphoric acid
本発明に係る低反射導電性表面を有する材料は、表面の反射防止特性と導電性の両方が要求されるあらゆる分野に適用可能であり、更には、光透過性が要求される分野においても好適なものである。 The material having a low reflective conductive surface according to the present invention can be applied to all fields where both antireflection characteristics and conductivity of the surface are required, and is also suitable in fields where light transmittance is required. It is a thing.
１、１４、２４、３１、４４、５５ モールドとしての凹凸パターンを有する材料
２、３２、４３、５４ 凹凸パターン
３、１５、２５、３４、４５、５６ 透明導電性薄膜層
４、１６、２６、３６、４６、５７ 低反射導電性表面を有する材料
５、６、１１ 基材
５ａ、６ａ 凹凸パターン形成層
７ 不透明薄膜としての金属電極層
８、９ 他の透明材料からなる層
１０ タッチパネル
１２ 凹凸形成層
１３、２３ インプリント用モールド
２１ 透明基材
２２ 透明材料からなる凹凸形成層
３３ 薄膜層
３５ 多層膜堆積層
４１ 陽極酸化ポーラスアルミナモールド
４２ 凹凸形成層
５１ 陽極酸化ポーラスアルミナ
５２ 充填物質
５３ ネガ型モールド
1, 14, 24, 31, 44, 55 Material having an uneven pattern as a
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