ポリマーレリーフ構造体を作製する方法
本発明は、１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆基材を局所処理して潜像を形成するステップと、得られた被覆基材を重合および／または架橋するステップとを有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、前記コーティング組成物は１または複数のＲＡＦＴ剤を含む、方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティングで基材を被覆することと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆基材を局所処理して潜像を形成することと、
ｃ）得られた被覆基材を重合および／または架橋することと
によりポリマーレリーフ構造体を作製する方法に関する。
【０００２】
そのような方法（これ以降では「光エンボス加工」とも呼ばれる）は、「複雑な表面レリーフ構造体を得るツールとしての光エンボス加工（ｐｈｏｔｏ−ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ ａｓ ａ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｌｉｅｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」 ド・ヴィッツ・クリスティアーネ（Ｄｅ Ｗｉｔｚ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｅ）；ブリュア・ディルク（Ｂｒｏｅｒ，Ｄｉｒｋ）著 論文抄録誌（Ｊ．，Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ Ｐａｐｅｒｓ），第２２６回ＡＣＳ全国大会（２２６ｔｈ ＡＣＳ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ），米国ニューヨーク州ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ），２００３年９月７〜１１日から知られている。
【０００３】
表面レリーフ構造体を持つポリマーは、広範囲のアプリケーションを有する。たとえば、データの伝送、保存、および表示に供される光学系で使用されるポリマーに、現在、大きな関心が寄せられている。ポリマーのフィルムまたは層の表面を構造化することにより、これらの層を通過する光を制御することが可能である。たとえば、表面構造体が小さい半球状の素子を含有していれば、透過光を集束させうるレンズアレイが得られる。そのような素子は、たとえば、ディスプレイの透明領域に光を集束させる液晶ディスプレイのバックライトに有用である。これらのタイプの用途では、多くの場合、マイクロメートルの領域まで表面プロファイルの形状を制御することが必要である。さらに、規則的パターンの表面構造体は、透過時にシングルビームをマルチビームに分割するように光を回折しうるので、たとえば、通信機器でビームスプリッタとして使用可能である。表面構造体はまた、光の反射を制御するうえでも重要である。これは、表面の正反射を抑制するように首尾よく適用可能である。このいわゆるアンチグレア効果は、たとえば、テレビのフロントスクリーンに利用される。しかし、板ガラス、車仕上げ材などの用途にも、使用される。輪郭の明瞭な表面プロファイルを有するポリマーフィルムに、蒸着アルミニウムやスパッター銀などのコンフォーマル反射膜を設けることが可能である。このミラーに当たった入射光は、反射されると非常に制御された形で空間内に分配される。これは、たとえば、反射型液晶ディスプレイ用の内部拡散リフレクターを作製するために使用される。表面プロファイルの他の用途は、ロータス効果として知られる防汚構造体を作製するためのものである。それには、１マイクロメートル未満の寸法を有する表面プロファイルが必要とされる。
【０００４】
ＵＶ光重合のような電磁放射線誘起重合は、たとえば２種の（メタ）アクリレートモノマーと光開始剤との混合物からデバイスを作製する方法である。重合反応は、ＵＶ光が光開始剤を活性化しうる領域でのみ開始される。このほか、光強度を空間的に変化させてそれに応じて重合速度を変化させることが可能である。モノマーの反応性、サイズもしくは長さ、架橋能力、およびエネルギー相互作用の差異は、結果として、モノマーの化学ポテンシャルの勾配を生じる。これらの化学ポテンシャルは、照射領域におけるモノマーの移動およびポリマーの膨潤の原動力となる。モノマーの拡散係数は、この移動が起こるタイムスケールを決定する。その後、パターン化ＵＶ照射時よりも高い強度を有する均一なＵＶ照射が用いられて膜全体が重合される。
【０００５】
特別な場合には、２つの液体モノマーの混合物のパターン化ＵＶ光重合を行うことにより、ポリマーレリーフ構造体が生成される。これは、例えばホログラフィーまたはリソグラフィーにより行うことが可能である。パターン化された方法で重合を誘起させる他の方法は、電子またはイオンのビームによる書き込みに基づく。ホログラフィーの場合、２つのコヒーレント光ビームの干渉パターンにより、高低光強度の領域が形成される。リソグラフィーの場合、フォトマスクを用いてこれらの強度差を生成させる。たとえば、ストライプ状マスクを使用すれば、グレーティングが作製される。円孔を有するマスクを使用すれば、マイクロレンズ構造体が形成される。物質移動により表面プロファイルを作製することのほかに、屈折率も変調することができる。屈折率の差は、ポリマー中のモノマー単位濃度の横方向変動により引き起こされる。屈折率プロファイルは、表面形状から得られるレンズ機能をさらにサポートしうる。
【０００６】
これらの技術を用いることにより、相−レリーフ構造体を作製することが可能である。モノマーが、照射された領域に向かってまたはそこから離れて移動するようなシステムを設計することも可能である。グレーティングの形成を説明する２つの機構を区別することができる。第一に、全体的な重量移動が起こりえ、このとき両方のモノマーが照射された領域に向かって拡散する。これは、暗い領域からのモノマーの吸い込みによる、照射された領域における成長するポリマーの膨潤により達成される。この機構は、レリーフグレーティングの形成を説明する。第二に、膨潤が起こらない場合、反応性の差によって引き起こされる二方向拡散が、照光されたおよび照光されていない領域におけるモノマーユニット濃度の差異を有する平坦な表面を有するフィルムの形成を説明する。この機構は、フェーズグレーティングの形成を説明する。
【０００７】
表面構造体を作製するより良好な方法は、ポリマーとモノマーと開始剤とから基本的になるブレンドを使用することである。ポリマーは、単一のポリマー材料でありうるが、２つ以上のポリマーのブレンドであってもよい。同様に、モノマーは、単一の化合物でありうるが、いくつかのモノマー材料を有してもよい。開始剤は、好ましくはＵＶ光への曝露によりラジカルを生成する光開始剤である。あるいは、光開始剤は、ＵＶ光への曝露に際してカチオンを生成する。開始剤は、さらに、光開始剤と熱開始剤との混合物であってもよい。この混合物は、一般的には、加工（たとえば、スピン被覆による薄膜の形成）を促進するために有機溶媒に溶解される。ブレンド条件ならびにポリマーおよびモノマーの性質は、溶媒の蒸発後に固体膜が形成されているように選択される。一般的には、これは、ＵＶ光によるパターン化照射時に潜像の形成を可能にするものである。加熱して潜像を現像することにより表面プロファイルを形成することが可能であり、この際、重合と拡散が同時に起こるので、照射領域における材料の体積が増大され、結果として、表面の変形を生じる。
【０００８】
この方法の弱点は、そのような光エンボス加工法を用いて製造され得られたレリーフ構造体がいくらか低いアスペクト比を依然として有し、特定のアプリケーションのためには更なる向上を必要とすることである。アスペクト比（ＡＲ）は、レリーフの高さと構造体幅との比として定義される。この結果として、目標とする光学的機能または他の機能は、それほど最適なものではない。
【０００９】
フォトエンボスプロセスは、たとえば国際公開第２００５／０８１０７１号、国際公開第２００６／０８５７４１号および国際公開第２００５／００８３２１号から知られている。
【００１０】
ＵＳ２００５／０３２９９７は、フォトレジストを作製するための組成物を記載する。ＸＰ００２４５７７４１は、有機硫黄化合物、チタノセン化合物および重合可能な化合物を含む光反応性組成物を記載する。これら硫黄化合物は、本願において用いられる化合物とは異なる。
【００１１】
可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）剤の存在が、予期しない態様でポリマーレリーフ構造体のＡＲに影響を与えることがわかった。ＡＲが或る量のＲＡＦＴ剤の適用によって向上することができることがわかった。ＲＡＦＴ剤の不在および多すぎる量のＲＡＦＴ剤の存在の両方が、低いＡＲを有するレリーフ構造体を生じる。
【００１２】
さらに、驚くべきことに、本発明による方法は、環境条件（空気中、室温において）および不活性大気中で実行可能であることがわかった。両方の場合において、これらの条件下で高いアスペクト比が得られることができる。
【００１３】
本発明は、
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆された基材を局所処理して潜像を形成するステップと、
ｃ）得られた被覆された基材を重合および／または架橋するステップと
を有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、
前記コーティング組成物は式Ｉの化合物を含み、
【化１】
ここでＲは置換または非置換アリールまたはアルキル基であり、Ｚは１〜１００のＣ原子を有する有機基である、方法に関する。
【００１４】
本発明の他の実施形態は、
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆された基材を局所処理して潜像を形成するステップと、
ｃ）得られた被覆された基材を重合および／または架橋するステップと
を有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、
前記コーティング組成物は、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのモノマー、光開始剤、場合により溶媒、および０．５〜２０重量％（ポリマー、モノマー、開始剤の混合物に対して）の１または複数の有機ＲＡＦＴ剤の混合物を含む、方法である。
【００１５】
ＲＡＦＴ剤は、いくつかの文献、たとえば国際公開第９９／３１１４４号またはＰｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ４９：９９３−１００１ （２０００）に記載されている。これらの文献において、ＲＡＦＴ剤は、種々のモノマーの制御されたラジカル重合のために用いられている。ポリマーレリーフ構造体を作製するための方法におけるＲＡＦＴ剤の適用は開示されていない。本発明の方法におけるＲＡＦＴ剤の存在は、作製されるべきポリマーレリーフ構造体のＡＲを増加させるという予期されない効果をもたらす。
【００１６】
本発明において用いられるべきＲＡＦＴ剤は、式Ｉに従う一般構造を有する：
【化２】
ここで、Ｒは置換または非置換アリールまたはアルキル基であり、Ｚは１〜１００のＣ原子および場合によりＯ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉなどのヘテロ原子を有する有機基である。有機基Ｚの例は、アルキル、アリール、チオール、アミン、ピロール、ピリジン、アルコキシである。本発明の好ましい実施形態において、Ｒは式−Ｃ−（Ｒ１）２−Ｙを持つ化合物であり、ここでＲ１はアルキル基、たとえばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチルであり、Ｙは芳香族基、たとえばフェニル、トルイル、ナフチル基、ＣＮ、エーテルまたはエステルである。より好ましくは、Ｒは、−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ、−Ｃ−（ＣＨ３）２−Ｙ２であり、ここで、Ｙ２は、フェニル、トルイルもしくはナフチルまたは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ２基であり、ここでＲ２はＣ１−Ｃ１０置換または非置換アルキル基である。もっとも好ましくは、Ｒは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ−（ＣＨ３）２−フェニル、−Ｃ−（ＣＨ３）２−トルイルおよび−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ３からなる群から選択され、ここでＲ３はメチル、エチル、プロピルまたはブチルである。
【００１７】
好ましくはＺはフェニル、トルイル、ナフチル、チオール、１から１０の炭素原子を有するアルキル、ピロール基からなる群から選択されることがわかった。より好ましくは、Ｚは６〜２０の炭素原子を有する芳香族基である。もっとも好ましくはＺはフェニルまたはトルイル基である。
【００１８】
用いられるべきＲＡＦＴ剤の量は、ポリマー、モノマーおよび開始剤の混合物に対して一般的に０．１〜２０重量％である。
【００１９】
組成物に加えられるＲＡＦＴ剤の最適な量は、本発明の組成物中に存在する光開始剤の量およびポリマーレリーフ構造体を作製するのに用いられる放射量に依存することがわかった。ここで、これらの関係を説明するのにＲ係数が規定される。
Ｒ係数＝［ＲＡＦＴ］／（［開始剤］＊放射線量）
ここで、［ＲＡＦＴ］は組成物（または式Ｉの化合物）中のＲＡＦＴ剤の重量％、［開始剤］は該組成物中の光開始剤の重量％、放射線量は該構造体の形成の最中に該組成物に適用される放射線量（ｍＪ．ｃｍ−２）である。
【００２０】
Ｒ係数が０．０００１〜０．００５の範囲（好ましくは０．０００５〜０．００４）にあるときに最高のＡＲ値が得られることがわかった。
【００２１】
曲線因子０．５を有するラインマスクは、表面の５０％が不透明である、平行な線を有するマスクである。
【００２２】
本方法のステップａ）で使用されるコーティングは、１または複数の放射線感受性成分を含み、この成分は、一般的には、電磁放射線により重合可能なＣ＝Ｃ不飽和モノマーである。これらの成分は、そのままの状態で使用可能であるが、溶液の形態で使用することも可能である。
【００２３】
コーティングは、（湿式）被覆堆積の技術分野で公知の任意の方法により基材上に適用可能である。好適な方法の例は、スピン被覆法、ディップ被覆法、スプレー被覆法、フロー被覆法、メニスカス被覆法、ドクターブレード被覆法、キャピラリー被覆法、およびロール被覆法である。
【００２４】
典型的には、放射線感受性成分を好ましくは少なくとも１つの溶媒と場合により架橋開始剤と混合して、選択された適用方法を用いて基材に適用するのに好適な混合物を調製する。
【００２５】
原理的には、多種多様な溶媒を使用しうる。しかしながら、溶媒と混合物中に存在するすべての他の材料との組合せは、選択的に安定な懸濁液または溶液を形成するものでなければならない。
【００２６】
好ましくは、使用した溶媒は、基材上にコーティングを適用した後で蒸発させる。本発明に係る方法では、場合により、溶媒の蒸発を促進するために、基材への適用後、コーティングを加熱したりまたは真空中で処理したりすることが可能である。
【００２７】
好適な溶媒の例は、１，４−ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、クロロホルム、クロロフェノール、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、ジエチルアセテート、ジエチルケトン、ジメチルカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、エタノール、エチルアセテート、ｍ−クレゾール、モノ−およびジ−アルキル置換グリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ｐ−クロロフェノール、１，２−プロパンジオール、１−ペンタノール、１−プロパノール、２−ヘキサノン、２−メトキシエタノール、２−メチル−２−プロパノール、２−オクタノン、２−プロパノール、３−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、ヘキサフルオロイソプロパノール、メタノール、メチルアセテート、ブチルアセテート、メチルアセトアセテート、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、ｎ−メチルピロリドン−２、ｎ−ペンチルアセテート、フェノール、テトラフルオロ−ｎ−プロパノール、テトラフルオロイソプロパノール、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、および水である。アルコール、ケトン、およびエステルをベースとする溶媒を使用してもよいが、高分子量アルコールを用いた場合にはアクリレートの溶解性が問題になる可能性がある。ハロゲン化溶媒（たとえば、ジクロロメタンおよびクロロホルム）および炭化水素（たとえば、ヘキサンおよびシクロヘキサン）は好適である。
【００２８】
混合物は、好ましくは、ポリマー材料を含有する。実際には、他の成分と共に均一混合物を形成する各ポリマーを使用することが可能である。十分に研究されたポリマーは、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリスチレン、ポリベンジルメタクリレート、ポリイソボルニルメタクリレートである。しかしまた、多くの他のポリマーも適用可能である。混合物はまた、反応性粒子すなわちフリーラジカルまたはカチオン性粒子に接触したときに重合する比較的低分子量すなわち１５００未満の分子量の化合物であるモノマー化合物をも含有する。好ましい実施形態では、モノマーまたはモノマー混合物のモノマーのうちの１種は、重合時にポリマー網状構造が形成されるように２個以上の重合性基を含有する。さらに、好ましい実施形態では、モノマーは、次のクラス：ビニル、アクリレート、メタクリレート、エポキシド、ビニルエーテル、またはチオール−エンの反応基を含有する分子である。混合物はまた、化学線を照射したときに反応性粒子すなわちフリーラジカルまたはカチオン性粒子を発生する化合物である感光性成分を含有する。
【００２９】
重合性成分として使用するのに好適でありかつ１分子あたり少なくとも２個の架橋性基を有するモノマーの例としては、（メタ）アクリロイル基を含有するモノマー、たとえば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトール（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ポリブタンジオールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、リン酸モノおよびジ（メタ）アクリレート、Ｃ７〜Ｃ２０アルキルジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリトリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート、トリシクロデカンジイルジメチルジ（メタ）アクリレート、および前述のモノマーのいずれかのアルコキシル化体、好ましくはエトキシル化体および／またはプロポキシル化体、さらにはビスフェノールＡへのエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドの付加物であるジオールのジ（メタ）アクリレート、水素化ビスフェノールＡへのエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドの付加物であるジオールのジ（メタ）アクリレート、ジグリシジルエーテルのビスフェノールＡへの（メタ）アクリレート付加物であるエポキシ（メタ）アクリレート、ポリオキシアルキル化ビスフェノールＡのジアクリレート、およびトリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキシエチルアクリレートとイソホロンジイソシアネートとヒドロキシエチルアクリレートとの付加物（ＨＩＨ）、ヒドロキシエチルアクリレートとトルエンジイソシアネートとヒドロキシエチルアクリレートとの付加物（ＨＴＨ）、ならびにアミドエステルアクリレートが挙げられる。
【００３０】
１分子あたりただ１つの架橋基を有する好適なモノマーの例としては、ビニル基を含有するモノマー、たとえば、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン；イソボルニル（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、４−ブチルシクロヘキシル（メタ）アクリレート、アクリロイルモルホリン、（メタ）アクリル酸、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、アミル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、カプロラクトンアクリレート、イソアミル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ヘプチル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、デシル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ウンデシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソステアリル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシジエチレングリコール（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、ベータ−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、フタル酸（メタ）アクリレート、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ブチルカルバミルエチル（メタ）アクリレート、ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、フッ素化（メタ）アクリレート、７−アミノ−３，７−ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、セチルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル；および次式
ＣＨ２＝Ｃ（Ｒ６）−ＣＯＯ（Ｒ７Ｏ）ｍ−Ｒ８
〔式中、Ｒ６は、水素原子またはメチル基であり；Ｒ７は、２〜８個、好ましくは２〜５個の炭素原子を含有するアルキレン基であり；そしてｍは、０〜１２、好ましくは１〜８の整数であり；Ｒ８は、水素原子もしくは１〜１２個、好ましくは１〜９個の炭素原子を含有するアルキル基であるか；またはＲ８は、１〜２個の炭素原子を有するアルキル基で場合により置換されていてもよい４〜２０個の炭素原子を有するテトラヒドロフラン基含有アルキル基であるか；またはＲ８は、メチル基で場合により置換されていてもよい４〜２０個の炭素原子を有するジオキサン基含有アルキル基であるか；またはＲ８は、Ｃ１〜Ｃ１２アルキル基（好ましくはＣ８〜Ｃ９アルキル基）で場合により置換されていてもよい芳香族基である〕により表される化合物、およびアルコキシル化脂肪族単官能性モノマー、たとえば、エトキシル化イソデシル（メタ）アクリレート、エトキシル化ラウリル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００３１】
放射線感受性成分として使用するのに好適なオリゴマーは、たとえば、芳香族もしくは脂肪族のウレタンアクリレートまたはフェノール樹脂をベースとするオリゴマー（たとえば、ビスフェノールエポキシジアクリレート）、およびエトキシレートで連鎖延長された上記のオリゴマーのいずれかである。ウレタンオリゴマーは、たとえば、ポリオール主鎖、たとえば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、アクリルポリオールなどをベースとするものでありうる。これらのポリオールは、単独でまたは２種以上の組合せで使用可能である。これらのポリオール中の構造ユニットの重合方法には、とくに制限はない。ランダム重合、ブロック重合、またはグラフト重合のいずれも許容しうる。ウレタンオリゴマーの形成に好適なポリオール、ポリイソシアネート、およびヒドロキシル基含有（メタ）アクリレートの例は、国際公開第００／１８６９６号パンフレット（参照により本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【００３２】
一緒になって架橋相の形成を引き起こしうる、したがって、組み合わせて反応性希釈剤として使用するのに好適である化合物の組合せは、たとえば、エポキシと組み合わされたカルボン酸および／またはカルボン酸無水物、ヒドロキシ化合物（とくに２−ヒドロキシアルキルアミド）と組み合わされた酸、イソシアネート（たとえば、ブロック化イソシアネート、ウレトジオン、カルボジイミド）と組み合わされたアミン、アミンまたはジシアンジアミドと組み合わされたエポキシ、イソシアネートと組み合わされたヒドラジンアミド、イソシアネート（たとえば、ブロック化イソシアネート、ウレトジオン、カルボジイミド）と組み合わされたヒドロキシ化合物、無水物と組み合わされたヒドロキシ化合物、（エーテル化）メチロールアミド（「アミノ樹脂」）と組み合わされたヒドロキシ化合物、イソシアネートと組み合わされたチオール、アクリレートまたは他のビニル系種と組み合わされたチオール（場合によりラジカル開始）、アクリレートと組み合わされたアセトアセテート、およびカチオン性架橋が用いられる場合にはエポキシ化合物とエポキシまたはヒドロキシ化合物である。
【００３３】
放射線感受性成分として使用しうるさらなる可能な化合物は、湿分硬化性イソシアネート、アルコキシ／アシルオキシ−シラン、アルコキシチタネート、アルコキシジルコネート、またはウレア−、ウレア／メラミン−、メラミン−ホルムアルデヒド、もしくはフェノール−ホルムアルデヒド（レゾールタイプおよびノボラックタイプ）の湿分硬化性混合物、あるいはラジカル硬化性（過酸化物開始または光開始）エチレン性不飽和単官能性および多官能性モノマーならびにポリマー、たとえば、アクリレート、メタクリレート、マレエート／ビニルエーテル、あるいはスチレンおよび／またはメタクリレート中のラジカル硬化性（過酸化物開始または光開始）不飽和（たとえば、マレイン酸またはフマル酸）ポリエステルである。
【００３４】
好ましくは、適用されるコーティングはまた、ポリマー（好ましくは、放射線感受性成分の架橋から得られるポリマーと同一の性質のポリマー）を含む。好ましくは、このポリマーは、少なくとも２０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。
【００３５】
ポリマーは、被覆工程ａ）で使用する場合、好ましくは、少なくとも３００Ｋのガラス転移温度を有する。好ましくは、工程ａ）で使用されるコーティング中のポリマーは、工程ａ）の放射線感受性コーティング中に存在するモノマーに溶解されるか、または本発明に係る方法の工程ａ）のコーティングで使用される溶媒に溶解される。
【００３６】
多種多様な基材を本発明に係る方法で基材として使用することが可能である。好適な基材は、たとえば、フラットなもしくは湾曲した、剛性もしくは可撓性のポリマー基材、たとえば、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン（ｐｙｒｏｌｌｉｄｏｎｅ）、ポリビニルクロリド、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロ−エチレン、ナイロン、ポリノルボルネンのフィルム、またはアモルファス固体たとえばガラス、あるいは結晶性材料たとえばシリコンまたはヒ化ガリウムなどである。金属基材を使用することも可能である。ディスプレイ用途に使用するのに好ましい基材は、たとえば、ガラス、ポリノルボルネン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ポリイミド、セルローストリアセテート、ポリカーボネート、およびポリエチレンナフタレートである。
【００３７】
架橋反応を開始するために、コーティング中に開始剤を存在させることが可能である。開始剤の量は、広範にわたりさまざまでありうる。開始剤の好適量は、架橋反応に関与する化合物の全重量を基準にして、たとえば０超〜５重量％である。
【００３８】
ＵＶ架橋を用いて架橋を開始する場合、混合物は、好ましくは、ＵＶ光開始剤を含む。光開始剤は、光を吸収したときに架橋反応を開始することが可能であり；したがって、ＵＶ光開始剤は、スペクトルの紫外領域で光を吸収する。任意の公知のＵＶ光開始剤を本発明に係る方法で使用することが可能である。
【００３９】
好ましくは、重合開始剤は、光開始剤と熱開始剤との混合物を含む。
【００４０】
最終コーティングが形成されるようにコーティングの重合および／または架橋を引き起こしうる架橋方法はいずれも、本発明に係る方法で使用するのに好適である。架橋を開始する好適な方法は、たとえば、電子ビーム線、電磁放射線（ＵＶ、可視、および近ＩＲ）、熱、および湿分硬化性化合物を使用する場合には湿分添加によるものである。好ましい実施形態では、架橋はＵＶ線により達成される。ＵＶ架橋は、フリーラジカル機構を介してもしくはカチオン機構によりまたはそれらの組合せにより行われうる。他の好ましい実施形態では、架橋は熱により達成される。
【００４１】
本発明に係る方法の工程ｂ）において、方法工程ａ）から得られた被覆基材は、周期的もしくは潜在的な放射線強度パターンを有する電磁放射線で局所処理され、その結果として、潜像が形成される。好ましい一実施形態では、この処理は、ＵＶ光をマスクと組み合わせて用いて行われる。他の好ましい実施形態では、この処理は、光干渉／ホログラフィーを用いることにより行われる。さらに他の実施形態は、電子ビームリソグラフィーを用いることによる。
【００４２】
本発明の必須の特徴は、適切な量のＲＡＦＴ剤を使用して重合の速度もしくは阻害時間またはその両方を精密に調節し、高いアスペクト比を有するレリーフ構造体を生成することである。
【００４３】
方法工程ａ）−ｄ）を行うべき条件は、放射線重合の技術分野で知られているとおりである。該方法工程に適した温度として、工程ｂ）では好ましくは１７５〜３７５Ｋの温度が使用され、工程ｃ）では好ましくは３００〜５７５Ｋの温度が使用される。
【００４４】
ポリマーレリーフ構造体のＡＲがＵＶ露出放射量を増加させることによりさらに向上させられることができることがわかった。ＲＡＦＴ剤の最適量は、より高い露出放射量が用いられると一般的に増加する。より高い露出放射量およびより高いＲＡＦＴ剤濃度の組み合わせが、本発明の方法のさらなる改良を生じた。
【００４５】
本発明に係るポリマーレリーフ構造体は、改良されたアスペクト比を有する。本発明に係るレリーフのアスペクト比（ＡＲは、レリーフの高さと構造体幅との比であり、いずれもμｍ単位である）は、一般的には少なくとも０．０７５、より好ましくは少なくとも０．１２であり；さらにより好ましくは、ＡＲは少なくとも０．２である。
【００４６】
本発明に係るポリマーレリーフ構造体は、光学素子に適用可能である。その例は、たとえばＬＣＤまたはＬＥＤで利用される１／４波長フィルムおよびワイヤグリッド偏光子である。自己清浄性表面に供されるモスアイ構造体またはロータスフラワー構造体もまた、これにより達成可能である。他のおよび好ましい実施形態は、有機物または無機物における複製目的のマスターとしてのポリマーレリーフ構造体の使用である。他のアプリケーションは、反射防止／グレア防止層、垂直整列ディスプレイ（ＬＣの整列のための突起を作製するために光エンボスが用いられる）、マイクロレンズ、リフレクタ、トランスフレクタ、偏光体、たんぱく質アレイ、ＤＮＡアレイおよびマイクロ接触印刷を含む。
【００４７】
以下の実施例および比較実験により、本発明についてさらに明確に説明するが、それらにより本発明を限定しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】放射線量の関数としての最大構造高さ（２０μｍピッチ）についてのＲＡＦＴ剤対開始剤比。
【実施例】
【００４９】
以下のＲＡＦＴ剤で実施例を実行した。
１）２−シアノブチ−２−イルジチオベンゾアート
【化３】
２）２−（メトキシカルボニル）プロプ−２−イルジチオベンゾアート
【化４】
３）２−フェニルプロプ−２−イルフェニルジチオアセテート
【化５】
４）２−ｎ−ドデシルスルファニルチオカルボニルスルファニル−２−メチルプロピオン酸
【化６】
【００５０】
比較実験１（空気）
フォトポリマーは、ポリマー（ポリベンジルメタクリレート（Ｍｗ＝７０ｋｇ／ｍｏｌ））５０重量％と、多官能性モノマー（ジ−ペンタエリトリトールペンタ／ヘキサアクリレート）５０重量％とを含有する混合物よりなるものであった。このフォトポリマーに、光開始剤（イルガキュア８１９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９）５重量％を添加した。フォトポリマーおよび光開始剤の混合物をプロピレングリコールメチルエーテルアセテートおよびエトキシプロピルアセテートの１：１混合物（５０重量％）に溶解させた。以下ではこの混合物をフォトポリマー溶液と呼ぶ。
【００５１】
フォトポリマー溶液をガラス基材上に８００ＲＰＭでスピンコーティングした。スピンコーティング後、サンプルを８０℃に加熱して残留する痕跡量の溶媒を除去し、約１６μｍのフィルムを得た。
【００５２】
次に、複数のグレーティング（ピッチ５、８、１０、１５、２０、３０および４０μｍ）を有するフォトマスクを固体ポリマー膜に直接接触させた状態で使用した。紫外光（ＥＸＦＯ ＯｍｎｉＣｕｒｅＴＭ Ｓｅｒｉｅｓ ２０００， Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．， Ｏｎｔａｒｉｏ， Ｃａｎａｄａ）の照射をエネルギー照射量２．３４Ｊ．ｃｍ−２で行った。ＵＶ光への曝露の後、サンプルを１１０℃で２０分加熱してレリーフ構造体を生成した。最後に、ＵＶランプ（Ｅ＝０．８Ｊ．ｃｍ−２）でフラッド露光を１１０℃で実行してサンプルを固定した。
【００５３】
最終的に形成されたレリーフ構造体を白色光スキャニング共焦点顕微鏡（μＳｕｒｆ， Ｎａｎｏｆｏｃｕｓ， Ｇｅｒｍａｎｙ）によって２０ｘ対物レンズを用いて特徴付けた。プロファイルを走査型プローブイメージプロセッサ、ＳＰＩＰ（商標）ソフトウェア、バージョン４．１を用いてさらに特徴付けた。レリーフ構造体を表１にまとめる。レリーフ構造体の高さの値はｎｍで示されている。最大アスペクト比は約０．１３である。
【表１】
【００５４】
比較例２：（窒素）
比較例１の実験条件を用いた。照射中および加熱ステップ中の両方において、フィルムは窒素雰囲気下に維持した。構造体の最大高さを光学表面形状測定装置で測定し、表２に結果を示す。最大アスペクト比は約０．０５であった。
【００５５】
【表２】
ＲＡＦＴ剤の存在しない比較例１および２においては、最大アスペクト比０．０５〜０．１３を達成することができる。
【００５６】
例１：（２−シアノブチ−２−イルジチオベンゾアート）
比較例１の実施条件を用いた。処理前に、或る量の２−シアノブチ−イルジチオベンゾアートをフォトポリマー溶液に添加した。ＲＡＦＴ剤対開始剤の比は連続的に０．１〜８に変化させた。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。ＲＡＦＴ対開始剤比０．１、０．２、０．５、１、２、４および８のときの光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表３〜９にそれぞれ示される。ＲＡＦＴ対開始剤比２を用いたときに、レリーフ構造体は最大アスペクト比の約０．３２を示した。
【００５７】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【００５８】
さらに、最大構造高さ（２０μｍピッチ）についてＲＡＦＴ剤対開始剤比をドーズ（ｄｏｓｅ）の関数としてプロットすると、線形関係が得られる。グラフは、より高いドーズの使用は、最適な結果を得るのにより高い濃度のＲＡＦＴ剤（開始剤に対して）を必要とすることを示す。より高い放射ドーズはより多い開始剤ラジカルを開始させ、したがって、より多くのＲＡＦＴ剤が、モノマー種と反応する際にラジカルを遅くさせるのに必要であると、考えられる。
【００５９】
例２：２−シアノブチ−イルジチオベンゾアート
実験の最中に不活性雰囲気を用いた以外は例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−シアノブチ−イルジチオベンゾアートをフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が０．２：１になるようにした。
【００６０】
照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは不活性雰囲気に維持した。ＲＡＦＴ対開始剤比０．２、０．５および１についての光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１０〜１２にそれぞれ示される。レリーフ構造体は、ＲＡＦＴ剤対開始剤比０．５を用いたときに最大アスペクト比０．４２を示した。
【００６１】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００６２】
例３：２−（メトキシカルボニル）プロプ−２−イルジチオベンゾアート
比較例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−（メトキシカルボニル）プロプ−２−イルジチオベンゾアートをフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が２：１になるようにした。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１３に示される。Ｒ最大アスペクト比は約０．２３であった。
【００６３】
【表１３】
【００６４】
例４：（２−フェニルプロプ−２−イルフェニルジチオアセタート）
比較例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−フェニルプロプ−２−イルフェニルジチオアセタートをフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が２：１になるようにした。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１４に示される。最大アスペクト比は約０．０８であった。
【００６５】
【表１４】
【００６６】
例５：（２−ｎ−ドデシルスルファニルチオカルボニルスルファニル−２−メチルプロピオン酸）
比較例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−ｎ−ドデシルスルファニルチオカルボニルスルファニル−２−メチルプロピオン酸をフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が２：１になるようにした。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１５に示される。最大アスペクト比は約０．１１であった。
【００６７】
【表１５】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティングで基材を被覆することと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆基材を局所処理して潜像を形成することと、
ｃ）得られた被覆基材を重合および／または架橋することと
によりポリマーレリーフ構造体を作製する方法に関する。
【０００２】
そのような方法（これ以降では「光エンボス加工」とも呼ばれる）は、「複雑な表面レリーフ構造体を得るツールとしての光エンボス加工（ｐｈｏｔｏ−ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ ａｓ ａ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｌｉｅｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）」 ド・ヴィッツ・クリスティアーネ（Ｄｅ Ｗｉｔｚ，Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｅ）；ブリュア・ディルク（Ｂｒｏｅｒ，Ｄｉｒｋ）著 論文抄録誌（Ｊ．，Ａｂｓｔｒａｃｔｓ ｏｆ Ｐａｐｅｒｓ），第２２６回ＡＣＳ全国大会（２２６ｔｈ ＡＣＳ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ），米国ニューヨーク州ニューヨーク（Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ），２００３年９月７〜１１日から知られている。
【０００３】
表面レリーフ構造体を持つポリマーは、広範囲のアプリケーションを有する。たとえば、データの伝送、保存、および表示に供される光学系で使用されるポリマーに、現在、大きな関心が寄せられている。ポリマーのフィルムまたは層の表面を構造化することにより、これらの層を通過する光を制御することが可能である。たとえば、表面構造体が小さい半球状の素子を含有していれば、透過光を集束させうるレンズアレイが得られる。そのような素子は、たとえば、ディスプレイの透明領域に光を集束させる液晶ディスプレイのバックライトに有用である。これらのタイプの用途では、多くの場合、マイクロメートルの領域まで表面プロファイルの形状を制御することが必要である。さらに、規則的パターンの表面構造体は、透過時にシングルビームをマルチビームに分割するように光を回折しうるので、たとえば、通信機器でビームスプリッタとして使用可能である。表面構造体はまた、光の反射を制御するうえでも重要である。これは、表面の正反射を抑制するように首尾よく適用可能である。このいわゆるアンチグレア効果は、たとえば、テレビのフロントスクリーンに利用される。しかし、板ガラス、車仕上げ材などの用途にも、使用される。輪郭の明瞭な表面プロファイルを有するポリマーフィルムに、蒸着アルミニウムやスパッター銀などのコンフォーマル反射膜を設けることが可能である。このミラーに当たった入射光は、反射されると非常に制御された形で空間内に分配される。これは、たとえば、反射型液晶ディスプレイ用の内部拡散リフレクターを作製するために使用される。表面プロファイルの他の用途は、ロータス効果として知られる防汚構造体を作製するためのものである。それには、１マイクロメートル未満の寸法を有する表面プロファイルが必要とされる。
【０００４】
ＵＶ光重合のような電磁放射線誘起重合は、たとえば２種の（メタ）アクリレートモノマーと光開始剤との混合物からデバイスを作製する方法である。重合反応は、ＵＶ光が光開始剤を活性化しうる領域でのみ開始される。このほか、光強度を空間的に変化させてそれに応じて重合速度を変化させることが可能である。モノマーの反応性、サイズもしくは長さ、架橋能力、およびエネルギー相互作用の差異は、結果として、モノマーの化学ポテンシャルの勾配を生じる。これらの化学ポテンシャルは、照射領域におけるモノマーの移動およびポリマーの膨潤の原動力となる。モノマーの拡散係数は、この移動が起こるタイムスケールを決定する。その後、パターン化ＵＶ照射時よりも高い強度を有する均一なＵＶ照射が用いられて膜全体が重合される。
【０００５】
特別な場合には、２つの液体モノマーの混合物のパターン化ＵＶ光重合を行うことにより、ポリマーレリーフ構造体が生成される。これは、例えばホログラフィーまたはリソグラフィーにより行うことが可能である。パターン化された方法で重合を誘起させる他の方法は、電子またはイオンのビームによる書き込みに基づく。ホログラフィーの場合、２つのコヒーレント光ビームの干渉パターンにより、高低光強度の領域が形成される。リソグラフィーの場合、フォトマスクを用いてこれらの強度差を生成させる。たとえば、ストライプ状マスクを使用すれば、グレーティングが作製される。円孔を有するマスクを使用すれば、マイクロレンズ構造体が形成される。物質移動により表面プロファイルを作製することのほかに、屈折率も変調することができる。屈折率の差は、ポリマー中のモノマー単位濃度の横方向変動により引き起こされる。屈折率プロファイルは、表面形状から得られるレンズ機能をさらにサポートしうる。
【０００６】
これらの技術を用いることにより、相−レリーフ構造体を作製することが可能である。モノマーが、照射された領域に向かってまたはそこから離れて移動するようなシステムを設計することも可能である。グレーティングの形成を説明する２つの機構を区別することができる。第一に、全体的な重量移動が起こりえ、このとき両方のモノマーが照射された領域に向かって拡散する。これは、暗い領域からのモノマーの吸い込みによる、照射された領域における成長するポリマーの膨潤により達成される。この機構は、レリーフグレーティングの形成を説明する。第二に、膨潤が起こらない場合、反応性の差によって引き起こされる二方向拡散が、照光されたおよび照光されていない領域におけるモノマーユニット濃度の差異を有する平坦な表面を有するフィルムの形成を説明する。この機構は、フェーズグレーティングの形成を説明する。
【０００７】
表面構造体を作製するより良好な方法は、ポリマーとモノマーと開始剤とから基本的になるブレンドを使用することである。ポリマーは、単一のポリマー材料でありうるが、２つ以上のポリマーのブレンドであってもよい。同様に、モノマーは、単一の化合物でありうるが、いくつかのモノマー材料を有してもよい。開始剤は、好ましくはＵＶ光への曝露によりラジカルを生成する光開始剤である。あるいは、光開始剤は、ＵＶ光への曝露に際してカチオンを生成する。開始剤は、さらに、光開始剤と熱開始剤との混合物であってもよい。この混合物は、一般的には、加工（たとえば、スピン被覆による薄膜の形成）を促進するために有機溶媒に溶解される。ブレンド条件ならびにポリマーおよびモノマーの性質は、溶媒の蒸発後に固体膜が形成されているように選択される。一般的には、これは、ＵＶ光によるパターン化照射時に潜像の形成を可能にするものである。加熱して潜像を現像することにより表面プロファイルを形成することが可能であり、この際、重合と拡散が同時に起こるので、照射領域における材料の体積が増大され、結果として、表面の変形を生じる。
【０００８】
この方法の弱点は、そのような光エンボス加工法を用いて製造され得られたレリーフ構造体がいくらか低いアスペクト比を依然として有し、特定のアプリケーションのためには更なる向上を必要とすることである。アスペクト比（ＡＲ）は、レリーフの高さと構造体幅との比として定義される。この結果として、目標とする光学的機能または他の機能は、それほど最適なものではない。
【０００９】
フォトエンボスプロセスは、たとえば国際公開第２００５／０８１０７１号、国際公開第２００６／０８５７４１号および国際公開第２００５／００８３２１号から知られている。
【００１０】
ＵＳ２００５／０３２９９７は、フォトレジストを作製するための組成物を記載する。ＸＰ００２４５７７４１は、有機硫黄化合物、チタノセン化合物および重合可能な化合物を含む光反応性組成物を記載する。これら硫黄化合物は、本願において用いられる化合物とは異なる。
【００１１】
可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）剤の存在が、予期しない態様でポリマーレリーフ構造体のＡＲに影響を与えることがわかった。ＡＲが或る量のＲＡＦＴ剤の適用によって向上することができることがわかった。ＲＡＦＴ剤の不在および多すぎる量のＲＡＦＴ剤の存在の両方が、低いＡＲを有するレリーフ構造体を生じる。
【００１２】
さらに、驚くべきことに、本発明による方法は、環境条件（空気中、室温において）および不活性大気中で実行可能であることがわかった。両方の場合において、これらの条件下で高いアスペクト比が得られることができる。
【００１３】
本発明は、
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆された基材を局所処理して潜像を形成するステップと、
ｃ）得られた被覆された基材を重合および／または架橋するステップと
を有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、
前記コーティング組成物は式Ｉの化合物を含み、
【化１】
ここでＲは置換または非置換アリールまたはアルキル基であり、Ｚは１〜１００のＣ原子を有する有機基である、方法に関する。
【００１４】
本発明の他の実施形態は、
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆された基材を局所処理して潜像を形成するステップと、
ｃ）得られた被覆された基材を重合および／または架橋するステップと
を有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、
前記コーティング組成物は、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのモノマー、光開始剤、場合により溶媒、および０．５〜２０重量％（ポリマー、モノマー、開始剤の混合物に対して）の１または複数の有機ＲＡＦＴ剤の混合物を含む、方法である。
【００１５】
ＲＡＦＴ剤は、いくつかの文献、たとえば国際公開第９９／３１１４４号またはＰｏｌｙｍｅｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ４９：９９３−１００１ （２０００）に記載されている。これらの文献において、ＲＡＦＴ剤は、種々のモノマーの制御されたラジカル重合のために用いられている。ポリマーレリーフ構造体を作製するための方法におけるＲＡＦＴ剤の適用は開示されていない。本発明の方法におけるＲＡＦＴ剤の存在は、作製されるべきポリマーレリーフ構造体のＡＲを増加させるという予期されない効果をもたらす。
【００１６】
本発明において用いられるべきＲＡＦＴ剤は、式Ｉに従う一般構造を有する：
【化２】
ここで、Ｒは置換または非置換アリールまたはアルキル基であり、Ｚは１〜１００のＣ原子および場合によりＯ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉなどのヘテロ原子を有する有機基である。有機基Ｚの例は、アルキル、アリール、チオール、アミン、ピロール、ピリジン、アルコキシである。本発明の好ましい実施形態において、Ｒは式−Ｃ−（Ｒ１）２−Ｙを持つ化合物であり、ここでＲ１はアルキル基、たとえばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチルであり、Ｙは芳香族基、たとえばフェニル、トルイル、ナフチル基、ＣＮ、エーテルまたはエステルである。より好ましくは、Ｒは、−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ、−Ｃ−（ＣＨ３）２−Ｙ２であり、ここで、Ｙ２は、フェニル、トルイルもしくはナフチルまたは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ２基であり、ここでＲ２はＣ１−Ｃ１０置換または非置換アルキル基である。もっとも好ましくは、Ｒは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ−（ＣＨ３）２−フェニル、−Ｃ−（ＣＨ３）２−トルイルおよび−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ３からなる群から選択され、ここでＲ３はメチル、エチル、プロピルまたはブチルである。
【００１７】
好ましくはＺはフェニル、トルイル、ナフチル、チオール、１から１０の炭素原子を有するアルキル、ピロール基からなる群から選択されることがわかった。より好ましくは、Ｚは６〜２０の炭素原子を有する芳香族基である。もっとも好ましくはＺはフェニルまたはトルイル基である。
【００１８】
用いられるべきＲＡＦＴ剤の量は、ポリマー、モノマーおよび開始剤の混合物に対して一般的に０．１〜２０重量％である。
【００１９】
組成物に加えられるＲＡＦＴ剤の最適な量は、本発明の組成物中に存在する光開始剤の量およびポリマーレリーフ構造体を作製するのに用いられる放射量に依存することがわかった。ここで、これらの関係を説明するのにＲ係数が規定される。
Ｒ係数＝［ＲＡＦＴ］／（［開始剤］＊放射線量）
ここで、［ＲＡＦＴ］は組成物（または式Ｉの化合物）中のＲＡＦＴ剤の重量％、［開始剤］は該組成物中の光開始剤の重量％、放射線量は該構造体の形成の最中に該組成物に適用される放射線量（ｍＪ．ｃｍ−２）である。
【００２０】
Ｒ係数が０．０００１〜０．００５の範囲（好ましくは０．０００５〜０．００４）にあるときに最高のＡＲ値が得られることがわかった。
【００２１】
曲線因子０．５を有するラインマスクは、表面の５０％が不透明である、平行な線を有するマスクである。
【００２２】
本方法のステップａ）で使用されるコーティングは、１または複数の放射線感受性成分を含み、この成分は、一般的には、電磁放射線により重合可能なＣ＝Ｃ不飽和モノマーである。これらの成分は、そのままの状態で使用可能であるが、溶液の形態で使用することも可能である。
【００２３】
コーティングは、（湿式）被覆堆積の技術分野で公知の任意の方法により基材上に適用可能である。好適な方法の例は、スピン被覆法、ディップ被覆法、スプレー被覆法、フロー被覆法、メニスカス被覆法、ドクターブレード被覆法、キャピラリー被覆法、およびロール被覆法である。
【００２４】
典型的には、放射線感受性成分を好ましくは少なくとも１つの溶媒と場合により架橋開始剤と混合して、選択された適用方法を用いて基材に適用するのに好適な混合物を調製する。
【００２５】
原理的には、多種多様な溶媒を使用しうる。しかしながら、溶媒と混合物中に存在するすべての他の材料との組合せは、選択的に安定な懸濁液または溶液を形成するものでなければならない。
【００２６】
好ましくは、使用した溶媒は、基材上にコーティングを適用した後で蒸発させる。本発明に係る方法では、場合により、溶媒の蒸発を促進するために、基材への適用後、コーティングを加熱したりまたは真空中で処理したりすることが可能である。
【００２７】
好適な溶媒の例は、１，４−ジオキサン、アセトン、アセトニトリル、クロロホルム、クロロフェノール、シクロヘキサン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、ジエチルアセテート、ジエチルケトン、ジメチルカーボネート、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、エタノール、エチルアセテート、ｍ−クレゾール、モノ−およびジ−アルキル置換グリコール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ｐ−クロロフェノール、１，２−プロパンジオール、１−ペンタノール、１−プロパノール、２−ヘキサノン、２−メトキシエタノール、２−メチル−２−プロパノール、２−オクタノン、２−プロパノール、３−ペンタノン、４−メチル−２−ペンタノン、ヘキサフルオロイソプロパノール、メタノール、メチルアセテート、ブチルアセテート、メチルアセトアセテート、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、ｎ−メチルピロリドン−２、ｎ−ペンチルアセテート、フェノール、テトラフルオロ−ｎ−プロパノール、テトラフルオロイソプロパノール、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、および水である。アルコール、ケトン、およびエステルをベースとする溶媒を使用してもよいが、高分子量アルコールを用いた場合にはアクリレートの溶解性が問題になる可能性がある。ハロゲン化溶媒（たとえば、ジクロロメタンおよびクロロホルム）および炭化水素（たとえば、ヘキサンおよびシクロヘキサン）は好適である。
【００２８】
混合物は、好ましくは、ポリマー材料を含有する。実際には、他の成分と共に均一混合物を形成する各ポリマーを使用することが可能である。十分に研究されたポリマーは、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリスチレン、ポリベンジルメタクリレート、ポリイソボルニルメタクリレートである。しかしまた、多くの他のポリマーも適用可能である。混合物はまた、反応性粒子すなわちフリーラジカルまたはカチオン性粒子に接触したときに重合する比較的低分子量すなわち１５００未満の分子量の化合物であるモノマー化合物をも含有する。好ましい実施形態では、モノマーまたはモノマー混合物のモノマーのうちの１種は、重合時にポリマー網状構造が形成されるように２個以上の重合性基を含有する。さらに、好ましい実施形態では、モノマーは、次のクラス：ビニル、アクリレート、メタクリレート、エポキシド、ビニルエーテル、またはチオール−エンの反応基を含有する分子である。混合物はまた、化学線を照射したときに反応性粒子すなわちフリーラジカルまたはカチオン性粒子を発生する化合物である感光性成分を含有する。
【００２９】
重合性成分として使用するのに好適でありかつ１分子あたり少なくとも２個の架橋性基を有するモノマーの例としては、（メタ）アクリロイル基を含有するモノマー、たとえば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトール（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、テトラエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、ポリブタンジオールジ（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセロールトリ（メタ）アクリレート、リン酸モノおよびジ（メタ）アクリレート、Ｃ７〜Ｃ２０アルキルジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリオキシエチル（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートトリ（メタ）アクリレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレートジ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールトリ（メタ）アクリレート、ペンタエリトリトールテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリトリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、ジペンタエリトリトールヘキサアクリレート、トリシクロデカンジイルジメチルジ（メタ）アクリレート、および前述のモノマーのいずれかのアルコキシル化体、好ましくはエトキシル化体および／またはプロポキシル化体、さらにはビスフェノールＡへのエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドの付加物であるジオールのジ（メタ）アクリレート、水素化ビスフェノールＡへのエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドの付加物であるジオールのジ（メタ）アクリレート、ジグリシジルエーテルのビスフェノールＡへの（メタ）アクリレート付加物であるエポキシ（メタ）アクリレート、ポリオキシアルキル化ビスフェノールＡのジアクリレート、およびトリエチレングリコールジビニルエーテル、ヒドロキシエチルアクリレートとイソホロンジイソシアネートとヒドロキシエチルアクリレートとの付加物（ＨＩＨ）、ヒドロキシエチルアクリレートとトルエンジイソシアネートとヒドロキシエチルアクリレートとの付加物（ＨＴＨ）、ならびにアミドエステルアクリレートが挙げられる。
【００３０】
１分子あたりただ１つの架橋基を有する好適なモノマーの例としては、ビニル基を含有するモノマー、たとえば、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルピリジン；イソボルニル（メタ）アクリレート、ボルニル（メタ）アクリレート、トリシクロデカニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、４−ブチルシクロヘキシル（メタ）アクリレート、アクリロイルモルホリン、（メタ）アクリル酸、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、アミル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、カプロラクトンアクリレート、イソアミル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、ヘプチル（メタ）アクリレート、オクチル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ノニル（メタ）アクリレート、デシル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、ウンデシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、ステアリル（メタ）アクリレート、イソステアリル（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシジエチレングリコール（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェノキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、メトキシエチレングリコール（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、メトキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、ジアセトン（メタ）アクリルアミド、ベータ−カルボキシエチル（メタ）アクリレート、フタル酸（メタ）アクリレート、イソブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、ｔ−オクチル（メタ）アクリルアミド、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ブチルカルバミルエチル（メタ）アクリレート、ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、フッ素化（メタ）アクリレート、７−アミノ−３，７−ジメチルオクチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、ヒドロキシブチルビニルエーテル、ラウリルビニルエーテル、セチルビニルエーテル、２−エチルヘキシルビニルエーテル；および次式
ＣＨ２＝Ｃ（Ｒ６）−ＣＯＯ（Ｒ７Ｏ）ｍ−Ｒ８
〔式中、Ｒ６は、水素原子またはメチル基であり；Ｒ７は、２〜８個、好ましくは２〜５個の炭素原子を含有するアルキレン基であり；そしてｍは、０〜１２、好ましくは１〜８の整数であり；Ｒ８は、水素原子もしくは１〜１２個、好ましくは１〜９個の炭素原子を含有するアルキル基であるか；またはＲ８は、１〜２個の炭素原子を有するアルキル基で場合により置換されていてもよい４〜２０個の炭素原子を有するテトラヒドロフラン基含有アルキル基であるか；またはＲ８は、メチル基で場合により置換されていてもよい４〜２０個の炭素原子を有するジオキサン基含有アルキル基であるか；またはＲ８は、Ｃ１〜Ｃ１２アルキル基（好ましくはＣ８〜Ｃ９アルキル基）で場合により置換されていてもよい芳香族基である〕により表される化合物、およびアルコキシル化脂肪族単官能性モノマー、たとえば、エトキシル化イソデシル（メタ）アクリレート、エトキシル化ラウリル（メタ）アクリレートなどが挙げられる。
【００３１】
放射線感受性成分として使用するのに好適なオリゴマーは、たとえば、芳香族もしくは脂肪族のウレタンアクリレートまたはフェノール樹脂をベースとするオリゴマー（たとえば、ビスフェノールエポキシジアクリレート）、およびエトキシレートで連鎖延長された上記のオリゴマーのいずれかである。ウレタンオリゴマーは、たとえば、ポリオール主鎖、たとえば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、アクリルポリオールなどをベースとするものでありうる。これらのポリオールは、単独でまたは２種以上の組合せで使用可能である。これらのポリオール中の構造ユニットの重合方法には、とくに制限はない。ランダム重合、ブロック重合、またはグラフト重合のいずれも許容しうる。ウレタンオリゴマーの形成に好適なポリオール、ポリイソシアネート、およびヒドロキシル基含有（メタ）アクリレートの例は、国際公開第００／１８６９６号パンフレット（参照により本明細書に組み込まれる）に開示されている。
【００３２】
一緒になって架橋相の形成を引き起こしうる、したがって、組み合わせて反応性希釈剤として使用するのに好適である化合物の組合せは、たとえば、エポキシと組み合わされたカルボン酸および／またはカルボン酸無水物、ヒドロキシ化合物（とくに２−ヒドロキシアルキルアミド）と組み合わされた酸、イソシアネート（たとえば、ブロック化イソシアネート、ウレトジオン、カルボジイミド）と組み合わされたアミン、アミンまたはジシアンジアミドと組み合わされたエポキシ、イソシアネートと組み合わされたヒドラジンアミド、イソシアネート（たとえば、ブロック化イソシアネート、ウレトジオン、カルボジイミド）と組み合わされたヒドロキシ化合物、無水物と組み合わされたヒドロキシ化合物、（エーテル化）メチロールアミド（「アミノ樹脂」）と組み合わされたヒドロキシ化合物、イソシアネートと組み合わされたチオール、アクリレートまたは他のビニル系種と組み合わされたチオール（場合によりラジカル開始）、アクリレートと組み合わされたアセトアセテート、およびカチオン性架橋が用いられる場合にはエポキシ化合物とエポキシまたはヒドロキシ化合物である。
【００３３】
放射線感受性成分として使用しうるさらなる可能な化合物は、湿分硬化性イソシアネート、アルコキシ／アシルオキシ−シラン、アルコキシチタネート、アルコキシジルコネート、またはウレア−、ウレア／メラミン−、メラミン−ホルムアルデヒド、もしくはフェノール−ホルムアルデヒド（レゾールタイプおよびノボラックタイプ）の湿分硬化性混合物、あるいはラジカル硬化性（過酸化物開始または光開始）エチレン性不飽和単官能性および多官能性モノマーならびにポリマー、たとえば、アクリレート、メタクリレート、マレエート／ビニルエーテル、あるいはスチレンおよび／またはメタクリレート中のラジカル硬化性（過酸化物開始または光開始）不飽和（たとえば、マレイン酸またはフマル酸）ポリエステルである。
【００３４】
好ましくは、適用されるコーティングはまた、ポリマー（好ましくは、放射線感受性成分の架橋から得られるポリマーと同一の性質のポリマー）を含む。好ましくは、このポリマーは、少なくとも２０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）を有する。
【００３５】
ポリマーは、被覆工程ａ）で使用する場合、好ましくは、少なくとも３００Ｋのガラス転移温度を有する。好ましくは、工程ａ）で使用されるコーティング中のポリマーは、工程ａ）の放射線感受性コーティング中に存在するモノマーに溶解されるか、または本発明に係る方法の工程ａ）のコーティングで使用される溶媒に溶解される。
【００３６】
多種多様な基材を本発明に係る方法で基材として使用することが可能である。好適な基材は、たとえば、フラットなもしくは湾曲した、剛性もしくは可撓性のポリマー基材、たとえば、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアセテート、ポリビニルピロリドン（ｐｙｒｏｌｌｉｄｏｎｅ）、ポリビニルクロリド、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリテトラフルオロ−エチレン、ナイロン、ポリノルボルネンのフィルム、またはアモルファス固体たとえばガラス、あるいは結晶性材料たとえばシリコンまたはヒ化ガリウムなどである。金属基材を使用することも可能である。ディスプレイ用途に使用するのに好ましい基材は、たとえば、ガラス、ポリノルボルネン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ポリイミド、セルローストリアセテート、ポリカーボネート、およびポリエチレンナフタレートである。
【００３７】
架橋反応を開始するために、コーティング中に開始剤を存在させることが可能である。開始剤の量は、広範にわたりさまざまでありうる。開始剤の好適量は、架橋反応に関与する化合物の全重量を基準にして、たとえば０超〜５重量％である。
【００３８】
ＵＶ架橋を用いて架橋を開始する場合、混合物は、好ましくは、ＵＶ光開始剤を含む。光開始剤は、光を吸収したときに架橋反応を開始することが可能であり；したがって、ＵＶ光開始剤は、スペクトルの紫外領域で光を吸収する。任意の公知のＵＶ光開始剤を本発明に係る方法で使用することが可能である。
【００３９】
好ましくは、重合開始剤は、光開始剤と熱開始剤との混合物を含む。
【００４０】
最終コーティングが形成されるようにコーティングの重合および／または架橋を引き起こしうる架橋方法はいずれも、本発明に係る方法で使用するのに好適である。架橋を開始する好適な方法は、たとえば、電子ビーム線、電磁放射線（ＵＶ、可視、および近ＩＲ）、熱、および湿分硬化性化合物を使用する場合には湿分添加によるものである。好ましい実施形態では、架橋はＵＶ線により達成される。ＵＶ架橋は、フリーラジカル機構を介してもしくはカチオン機構によりまたはそれらの組合せにより行われうる。他の好ましい実施形態では、架橋は熱により達成される。
【００４１】
本発明に係る方法の工程ｂ）において、方法工程ａ）から得られた被覆基材は、周期的もしくは潜在的な放射線強度パターンを有する電磁放射線で局所処理され、その結果として、潜像が形成される。好ましい一実施形態では、この処理は、ＵＶ光をマスクと組み合わせて用いて行われる。他の好ましい実施形態では、この処理は、光干渉／ホログラフィーを用いることにより行われる。さらに他の実施形態は、電子ビームリソグラフィーを用いることによる。
【００４２】
本発明の必須の特徴は、適切な量のＲＡＦＴ剤を使用して重合の速度もしくは阻害時間またはその両方を精密に調節し、高いアスペクト比を有するレリーフ構造体を生成することである。
【００４３】
方法工程ａ）−ｄ）を行うべき条件は、放射線重合の技術分野で知られているとおりである。該方法工程に適した温度として、工程ｂ）では好ましくは１７５〜３７５Ｋの温度が使用され、工程ｃ）では好ましくは３００〜５７５Ｋの温度が使用される。
【００４４】
ポリマーレリーフ構造体のＡＲがＵＶ露出放射量を増加させることによりさらに向上させられることができることがわかった。ＲＡＦＴ剤の最適量は、より高い露出放射量が用いられると一般的に増加する。より高い露出放射量およびより高いＲＡＦＴ剤濃度の組み合わせが、本発明の方法のさらなる改良を生じた。
【００４５】
本発明に係るポリマーレリーフ構造体は、改良されたアスペクト比を有する。本発明に係るレリーフのアスペクト比（ＡＲは、レリーフの高さと構造体幅との比であり、いずれもμｍ単位である）は、一般的には少なくとも０．０７５、より好ましくは少なくとも０．１２であり；さらにより好ましくは、ＡＲは少なくとも０．２である。
【００４６】
本発明に係るポリマーレリーフ構造体は、光学素子に適用可能である。その例は、たとえばＬＣＤまたはＬＥＤで利用される１／４波長フィルムおよびワイヤグリッド偏光子である。自己清浄性表面に供されるモスアイ構造体またはロータスフラワー構造体もまた、これにより達成可能である。他のおよび好ましい実施形態は、有機物または無機物における複製目的のマスターとしてのポリマーレリーフ構造体の使用である。他のアプリケーションは、反射防止／グレア防止層、垂直整列ディスプレイ（ＬＣの整列のための突起を作製するために光エンボスが用いられる）、マイクロレンズ、リフレクタ、トランスフレクタ、偏光体、たんぱく質アレイ、ＤＮＡアレイおよびマイクロ接触印刷を含む。
【００４７】
以下の実施例および比較実験により、本発明についてさらに明確に説明するが、それらにより本発明を限定しようとするものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】放射線量の関数としての最大構造高さ（２０μｍピッチ）についてのＲＡＦＴ剤対開始剤比。
【実施例】
【００４９】
以下のＲＡＦＴ剤で実施例を実行した。
１）２−シアノブチ−２−イルジチオベンゾアート
【化３】
２）２−（メトキシカルボニル）プロプ−２−イルジチオベンゾアート
【化４】
３）２−フェニルプロプ−２−イルフェニルジチオアセテート
【化５】
４）２−ｎ−ドデシルスルファニルチオカルボニルスルファニル−２−メチルプロピオン酸
【化６】
【００５０】
比較実験１（空気）
フォトポリマーは、ポリマー（ポリベンジルメタクリレート（Ｍｗ＝７０ｋｇ／ｍｏｌ））５０重量％と、多官能性モノマー（ジ−ペンタエリトリトールペンタ／ヘキサアクリレート）５０重量％とを含有する混合物よりなるものであった。このフォトポリマーに、光開始剤（イルガキュア８１９（Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９）５重量％を添加した。フォトポリマーおよび光開始剤の混合物をプロピレングリコールメチルエーテルアセテートおよびエトキシプロピルアセテートの１：１混合物（５０重量％）に溶解させた。以下ではこの混合物をフォトポリマー溶液と呼ぶ。
【００５１】
フォトポリマー溶液をガラス基材上に８００ＲＰＭでスピンコーティングした。スピンコーティング後、サンプルを８０℃に加熱して残留する痕跡量の溶媒を除去し、約１６μｍのフィルムを得た。
【００５２】
次に、複数のグレーティング（ピッチ５、８、１０、１５、２０、３０および４０μｍ）を有するフォトマスクを固体ポリマー膜に直接接触させた状態で使用した。紫外光（ＥＸＦＯ ＯｍｎｉＣｕｒｅＴＭ Ｓｅｒｉｅｓ ２０００， Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ Ｉｎｃ．， Ｏｎｔａｒｉｏ， Ｃａｎａｄａ）の照射をエネルギー照射量２．３４Ｊ．ｃｍ−２で行った。ＵＶ光への曝露の後、サンプルを１１０℃で２０分加熱してレリーフ構造体を生成した。最後に、ＵＶランプ（Ｅ＝０．８Ｊ．ｃｍ−２）でフラッド露光を１１０℃で実行してサンプルを固定した。
【００５３】
最終的に形成されたレリーフ構造体を白色光スキャニング共焦点顕微鏡（μＳｕｒｆ， Ｎａｎｏｆｏｃｕｓ， Ｇｅｒｍａｎｙ）によって２０ｘ対物レンズを用いて特徴付けた。プロファイルを走査型プローブイメージプロセッサ、ＳＰＩＰ（商標）ソフトウェア、バージョン４．１を用いてさらに特徴付けた。レリーフ構造体を表１にまとめる。レリーフ構造体の高さの値はｎｍで示されている。最大アスペクト比は約０．１３である。
【表１】
【００５４】
比較例２：（窒素）
比較例１の実験条件を用いた。照射中および加熱ステップ中の両方において、フィルムは窒素雰囲気下に維持した。構造体の最大高さを光学表面形状測定装置で測定し、表２に結果を示す。最大アスペクト比は約０．０５であった。
【００５５】
【表２】
ＲＡＦＴ剤の存在しない比較例１および２においては、最大アスペクト比０．０５〜０．１３を達成することができる。
【００５６】
例１：（２−シアノブチ−２−イルジチオベンゾアート）
比較例１の実施条件を用いた。処理前に、或る量の２−シアノブチ−イルジチオベンゾアートをフォトポリマー溶液に添加した。ＲＡＦＴ剤対開始剤の比は連続的に０．１〜８に変化させた。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。ＲＡＦＴ対開始剤比０．１、０．２、０．５、１、２、４および８のときの光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表３〜９にそれぞれ示される。ＲＡＦＴ対開始剤比２を用いたときに、レリーフ構造体は最大アスペクト比の約０．３２を示した。
【００５７】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【００５８】
さらに、最大構造高さ（２０μｍピッチ）についてＲＡＦＴ剤対開始剤比をドーズ（ｄｏｓｅ）の関数としてプロットすると、線形関係が得られる。グラフは、より高いドーズの使用は、最適な結果を得るのにより高い濃度のＲＡＦＴ剤（開始剤に対して）を必要とすることを示す。より高い放射ドーズはより多い開始剤ラジカルを開始させ、したがって、より多くのＲＡＦＴ剤が、モノマー種と反応する際にラジカルを遅くさせるのに必要であると、考えられる。
【００５９】
例２：２−シアノブチ−イルジチオベンゾアート
実験の最中に不活性雰囲気を用いた以外は例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−シアノブチ−イルジチオベンゾアートをフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が０．２：１になるようにした。
【００６０】
照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは不活性雰囲気に維持した。ＲＡＦＴ対開始剤比０．２、０．５および１についての光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１０〜１２にそれぞれ示される。レリーフ構造体は、ＲＡＦＴ剤対開始剤比０．５を用いたときに最大アスペクト比０．４２を示した。
【００６１】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
【００６２】
例３：２−（メトキシカルボニル）プロプ−２−イルジチオベンゾアート
比較例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−（メトキシカルボニル）プロプ−２−イルジチオベンゾアートをフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が２：１になるようにした。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１３に示される。Ｒ最大アスペクト比は約０．２３であった。
【００６３】
【表１３】
【００６４】
例４：（２−フェニルプロプ−２−イルフェニルジチオアセタート）
比較例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−フェニルプロプ−２−イルフェニルジチオアセタートをフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が２：１になるようにした。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１４に示される。最大アスペクト比は約０．０８であった。
【００６５】
【表１４】
【００６６】
例５：（２−ｎ−ドデシルスルファニルチオカルボニルスルファニル−２−メチルプロピオン酸）
比較例１の実験条件を用いた。処理前に、或る量の２−ｎ−ドデシルスルファニルチオカルボニルスルファニル−２−メチルプロピオン酸をフォトポリマー溶液に添加して、ＲＡＦＴ剤対開始剤の比が２：１になるようにした。照射および加熱ステップの両方の最中に、フィルムは空気雰囲気に維持した。光学表面形状測定装置を用いて決定した構造体高さが、以下に表１５に示される。最大アスペクト比は約０．１１であった。
【００６７】
【表１５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆基材を局所処理して潜像を形成するステップと、
ｃ）得られた被覆基材を重合および／または架橋するステップと
を有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、前記コーティング組成物は式Ｉの化合物を含み、
【化１】
ここでＲは置換または非置換アリールまたはアルキル基であり、Ｚは１〜１００のＣ原子を有する有機基である、方法。
【請求項２】
Ｒは式−Ｃ−（Ｒ１）２−Ｙを持つ化合物であり、ここでＲ１はメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル基のようなアルキル基であり、Ｙはフェニル、トルイル、ナフチル基のような芳香族基、ＣＮ基、エーテル基またはエステル基である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｒは、−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ、−Ｃ−（ＣＨ３）２−Ｙ２であり、ここで、Ｙ２は、フェニル、トルイルもしくはナフチルまたは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ２基であり、ここでＲ２はＣ１−Ｃ１０置換または非置換アルキル基である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｒは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ、−（ＣＨ３）２−フェニル、−Ｃ−（ＣＨ３）２−トルイルおよび−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ３からなる群から選択され、ここでＲ３はメチル、エチル、プロピルまたはブチルである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
Ｚはフェニル、トルイル、ナフチル、チオール、１から１０の炭素原子を有するアルキルおよびピロール基からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
Ｚは６から２０の炭素原子を有する芳香族基である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
Ｚはフェニルまたはトルイル基である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記コーティング組成物は、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのモノマー、光開始剤および０．１〜２０重量％（ポリマー、モノマー、開始剤の混合物に対して）の式Ｉの化合物の混合物を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
式Ｉの化合物の量、光開始剤濃度および電磁放射線の量は、以下の式
Ｒ係数＝［ＲＡＦＴ］／（［開始剤］＊放射線量）
にしたがって互いに関連し、ここで［ＲＡＦＴ］は式Ｉの化合物の重量％、［開始剤］は該組成物中の光開始剤の重量％であり、放射線量は該構造体の形成の最中に該組成物に適用される放射線量（ｍＪ．ｃｍ−２）であり、Ｒ係数は０．０００１〜０．００５の範囲にある、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｒ係数は０．０００５から０．００４の範囲にある、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｂ）およびｃ）が組み合わされる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
溶媒がステップａ）とｂ）との間に除去される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により作製されたポリマーレリーフ構造体を有する物品。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により作製されたポリマーレリーフ構造体を有する光学部品。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により作製されたポリマーレリーフ構造体を有する有機または無機物質の複製のためのマスタ。
【請求項１】
ａ）１または複数の放射線感受性成分を含むコーティング組成物で基材を被覆するステップと、
ｂ）周期的またはランダムな放射線強度パターンを有する電磁放射線でこの被覆基材を局所処理して潜像を形成するステップと、
ｃ）得られた被覆基材を重合および／または架橋するステップと
を有する、ポリマーレリーフ構造体を作製する方法であって、前記コーティング組成物は式Ｉの化合物を含み、
【化１】
ここでＲは置換または非置換アリールまたはアルキル基であり、Ｚは１〜１００のＣ原子を有する有機基である、方法。
【請求項２】
Ｒは式−Ｃ−（Ｒ１）２−Ｙを持つ化合物であり、ここでＲ１はメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル基のようなアルキル基であり、Ｙはフェニル、トルイル、ナフチル基のような芳香族基、ＣＮ基、エーテル基またはエステル基である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｒは、−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ、−Ｃ−（ＣＨ３）２−Ｙ２であり、ここで、Ｙ２は、フェニル、トルイルもしくはナフチルまたは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ２基であり、ここでＲ２はＣ１−Ｃ１０置換または非置換アルキル基である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
Ｒは−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＮ、−（ＣＨ３）２−フェニル、−Ｃ−（ＣＨ３）２−トルイルおよび−Ｃ−（ＣＨ３）２−ＣＯＯＲ３からなる群から選択され、ここでＲ３はメチル、エチル、プロピルまたはブチルである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
Ｚはフェニル、トルイル、ナフチル、チオール、１から１０の炭素原子を有するアルキルおよびピロール基からなる群から選択される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
Ｚは６から２０の炭素原子を有する芳香族基である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
Ｚはフェニルまたはトルイル基である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記コーティング組成物は、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのモノマー、光開始剤および０．１〜２０重量％（ポリマー、モノマー、開始剤の混合物に対して）の式Ｉの化合物の混合物を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
式Ｉの化合物の量、光開始剤濃度および電磁放射線の量は、以下の式
Ｒ係数＝［ＲＡＦＴ］／（［開始剤］＊放射線量）
にしたがって互いに関連し、ここで［ＲＡＦＴ］は式Ｉの化合物の重量％、［開始剤］は該組成物中の光開始剤の重量％であり、放射線量は該構造体の形成の最中に該組成物に適用される放射線量（ｍＪ．ｃｍ−２）であり、Ｒ係数は０．０００１〜０．００５の範囲にある、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
Ｒ係数は０．０００５から０．００４の範囲にある、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｂ）およびｃ）が組み合わされる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
溶媒がステップａ）とｂ）との間に除去される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により作製されたポリマーレリーフ構造体を有する物品。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により作製されたポリマーレリーフ構造体を有する光学部品。
【請求項１５】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により作製されたポリマーレリーフ構造体を有する有機または無機物質の複製のためのマスタ。
【図１】
【公表番号】特表２０１０−５３２３９４（Ｐ２０１０−５３２３９４Ａ）
【公表日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１１５６８（Ｐ２０１０−５１１５６８）
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５６３７３
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１５１９１５
【国際公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５０５３０７８０６）スティッチング ダッチ ポリマー インスティテュート (18)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２３日（２００８．５．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０５６３７３
【国際公開番号】ＷＯ２００８／１５１９１５
【国際公開日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【出願人】（５０５３０７８０６）スティッチング ダッチ ポリマー インスティテュート (18)
【Ｆターム（参考）】
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