使用膜状模具的光学基板的制造方法、制造装置以及所得到的光学基板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于使用长尺寸的膜状模具制造具有用于光的散射、衍射的微细图案 的光学基板的制造方法以及用于实施该制造方法的装置。
【背景技术】
[0002] 作为形成半导体集成电路等微细图案的方法，已知光刻法。通过光刻法形成的图 案的分辨率取决于光源的波长、光学系统的数值孔径，为了应对近年来微细化器件的需要， 要求波长更短的光源。但是，短波长光源的价格昂贵，其开发并不容易，还需要开发透射这 种短波长光的光学材料。另外，通过现有的光刻法制造大面积的图案需要大型的光学元件， 在技术方面和经济方面均伴随有困难。因此，正在研宄形成具有大面积的所期望的图案的 新型方法。
[0003] 作为不使用现有的光刻装置形成微细图案的方法，已知纳米压印法。纳米压印法 是能够通过利用模具（模）和基板夹住树脂来转印纳米级图案的技术，根据使用材料，正在 研宄热纳米压印法、光纳米压印法等。其中，光纳米压印法包括i)树脂层的涂布、ii)利用 模具进行压制、iii)光固化和iv)脱模这四个工序，从通过这样简单的工艺能够实现纳米 尺寸的加工的方面而言，该方法是优良的。特别是，树脂层使用通过光照射而固化的光固化 性树脂，因此图案转印工序所花费的时间短，能够期待高生产能力。因此，不仅期待在半导 体器件的领域中得到实用，也期待在有机电致发光（EL)元件、LED等光学构件；MEMS、生物 芯片等众多领域中得到实用。
[0004] 例如，在有机EL元件（有机发光二极管）中，由空穴注入层进入的空穴和由电子 注入层进入的电子分别被输送至发光层，它们在发光层内的有机分子上复合而激发有机分 子，由此发出光。因此，将有机EL元件用作显示装置、照明装置时，需要高效地从元件表面 提取来自发光层的光，因此，在专利文献1中已知在有机EL元件的光提取面上设置衍射光 栅基板。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :日本特开2006-236748
[0008] 专利文献 2 :W02011/007878A1
[0009] 另外，本申请人在专利文献2中公开了如下方法：为了制造有机EL元件用衍射光 栅基板的凹凸图案，将满足规定条件的嵌段共聚物溶解于溶剂中而得到的溶液涂布于基材 上，利用嵌段共聚物的自组装现象而形成嵌段共聚物的微相分离结构，由此得到形成有微 细且不规则的凹凸图案的母模（金属基板）。向所得到的母模滴加聚硅氧烷类聚合物与固 化剂的混合液并使其固化从而得到作为模具的转印图案，然后在该转印图案上按压涂布有 固化性树脂的玻璃基板并利用紫外线使固化性树脂固化，由此制作复印有转印图案的衍射 光栅。在该衍射光栅上层叠透明电极、有机层和金属电极，由此得到有机EL元件。
[0010] 但是，为了量产如上所述的有机EL元件用衍射光栅，需要使用作为模具的转印图 案对固化性树脂等材料高效地进行转印。
[0011]因此，期望在使用纳米压印法以高生产能力量产用于有机EL元件等的衍射光栅 基板等光学基板的方面适合的转印工艺和转印装置。
[0012] 但是，如上所述的光固化性树脂通常耐热性低，在高温下发生分解、黄变。因此，如 果在后续的工序中存在高温处理，则有可能具有微细图案的膜会分解。另外，光固化性树脂 对玻璃基板的密合性低，进而将图案转印后的树脂层用于有机EL元件等元件时，有可能杂 质从树脂层溶出而对元件带来不良影响。因此，为了使用纳米压印法以高生产能力量产有 机EL元件用衍射光栅基板等光学基板，还需要对用于在玻璃基板上形成凹凸图案的材料、 模具材料进行优化。
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的问题
[0014] 因此，本发明的目的在于提供一种能够以高生产能力量产对基板具有高密合性并 且具有耐热性和耐候性的、具有微细凹凸图案的光学基板的新型制造方法和制造装置，以 及由它们得到的新型光学基板。
[0015] 用于解决问题的手段
[0016] 根据本发明的第一方式，提供一种光学基板的制造方法，其为制造具有凹凸图案 的光学基板的方法，其特征在于，包括：准备具有凹凸图案面的长尺寸的膜状模具的工序； 在所述膜状模具的凹凸图案面上形成溶胶凝胶材料的涂膜的工序；使形成有所述溶胶凝胶 材料的涂膜的膜状模具的所述凹凸图案面与基板相对，并将压辊按压在膜状模具的与所述 凹凸图案面相反侧的面上，从而使形成在所述凹凸图案面上的所述涂膜与所述基板密合的 工序；将所述膜状模具从涂膜剥离的工序；以及将与所述基板密合的涂膜固化的工序。
[0017] 在所述制造光学基板的方法中，所述准备长尺寸的膜状模具的工序可以包括：在 长尺寸的膜状基材上涂布凹凸形成材料；将具有凹凸图案的转印辊在旋转的同时按压在所 述涂布的凹凸形成材料上，从而将所述凹凸图案辊转印到凹凸形成材料上；以及通过将辊 转印所述凹凸图案后的凹凸形成材料固化而得到卷筒形态的所述长尺寸的膜状模具。另 外，可以使用膜卷取辊卷取具有所述固化后的凹凸形成材料的膜状基材，和/或可以使用 放出所述膜状基材的膜放出辊和卷取所述膜状基材的膜卷取辊，在传送所述膜状基材的同 时转印所述转印辊的凹凸图案。在任意一种情况下，可以使卷取在所述膜卷取辊上的卷筒 形态的所述长尺寸的膜状模具向所述压辊放出并移动。此外，可以使用模具卷取辊卷取所 述剥离后的所述长尺寸的膜状模具。
[0018] 在所述制造光学基板的方法中，可以在加热形成在所述凹凸图案面上的所述涂膜 的同时，将所述压辊按压在与所述凹凸图案面相反侧的面上。通过这样的方式，也同时进行 溶胶凝胶材料的预烘烤，能够可靠地形成凹凸图案，并且能够使按压后的凹凸图案面从涂 膜上的剥离变得容易。另外，在所述密合工序与所述剥离工序之间或者在所述剥离工序中， 通过加热所述按压后的涂膜，能够使按压后的图案面从涂膜上的剥离变得更容易。
[0019] 在所述制造光学基板的方法中，可以在所述长尺寸的膜状模具上连续地涂布溶胶 凝胶材料的同时，将所述膜状模具送入压辊的下方，并且将多炔基板传送至所述压辊，使用 压辊依次将形成在所述膜状模具的凹凸图案面上的涂膜按压在所述多炔基板上。由于使用 长尺寸的膜状模具，因而能够实现这种基板的连续处理，从而能够提升基板制造的生产能 力。膜状模具的长度可以调节为足以制造1批次量的光学基板、例如数百片~数千片的光 学基板的长度，例如数百米至数千米。
[0020] 在所述制造光学基板的方法中使用的所述膜状模具的所述凹凸图案，例如可以为 不规则的凹凸图案，凹凸的平均间距可以为100~1500nm的范围，凹凸的深度分布的平均 值可以为20~200nm的范围，所述基板可以为玻璃基板。由于溶胶凝胶材料由无机材料形 成，折射率与玻璃基板接近，因而优选。所述溶胶凝胶材料可以包含二氧化硅前体。
[0021] 根据本发明的第二方式，提供一种有机EL元件的制造方法，其特征在于，使用第 一方式的制造光学基板的方法制作作为光学基板的具有凹凸表面的衍射光栅基板，并在所 述衍射光栅基板的凹凸表面上或者在与凹凸表面相反侧的面上依次层叠透明电极、有机层 和金属电极。
[0022] 根据本发明的第三方式，提供一种光学基板的制造装置，其为制造光学基板的装 置，其特征在于，具有：
[0023] 涂膜形成部，用于在具有凹凸图案面的长尺寸的膜状模具的凹凸图案面上形成溶 胶凝胶材料的涂膜；
[0024] 基板传送部，用于将基板传送至规定位置；
[0025] 模具传送部，具有放出膜状模具的模具放出辊，通过将所述膜状模具从所述放出 辊连续地放出至所述规定位置，从而向所述规定位置传送所述膜状模具；以及
[0026] 压辊，设置在所述规定位置，用于将由所述模具传送部放出至所述规定位置的所 述长尺寸的膜状模具的凹凸图案面上形成的涂膜的一部分按压在由所述基板传送部传送 至所述规定位置的所述基板上。
[0027] 为了促进将所述长尺寸的膜状模具的凹凸图案面的一部分从利用所述压辊按压 后的所述涂膜剥离，所述光学基板的制造装置可以还具有剥离辊。
[0028] 在所述光学基板的制造装置中，所述模具传送部可以还具有卷取所述膜状模具的 模具卷取辊。通过将所述膜状模具从所述模具放出辊连续地放出至所述规定位置，并且利 用所述模具卷取辊卷取所述膜状模具，能够向所述规定位置传送所述膜状模具。
[0029] 为了将利用所述压辊按压在所述基板上的膜状模具的一部分切断，所述光学基板 的制造装置可以具有切刀。
[0030] 所述光学基板的制造装置可以还具有加热按压在所述基板上的所述涂膜的加热 单元；该加热单元可以以加热器的方式设置在所述压辊内。可以还具有在将所述膜状模具 从所述涂膜剥离时加热所述涂膜的加热单元。
[0031] 所述光学基板的制造装置可以还具有设置在与所述压辊相对的位置并从下侧支 撑基板的支撑辊。
[0032] 在所述光学基板的制造装置中使用的所述膜状模具的所述凹凸图案，例如可以是 用于光的衍射或散射的不规则的凹凸图案，凹凸的平均间距可以为100~1500nm的范围， 凹凸的深度分布的平均值可以为20~200nm的范围。另外，所述基板可以为玻璃基板，所 述溶胶凝胶材料可以包含二氧化硅前体。
[0033] 所述光学基板的制造装置可以还具有形成所述长尺寸的膜状模具的辊工艺装置， 该辊工艺装置可以具有：传送系统，用于传送基板膜；涂布机，用于在传送中的基板膜上涂 布凹凸形成材料；转印辊，位于涂布机的下游侧，用于转印图案；以及照射光源，用于对所 述基板膜照射光。所述传送系统可以具有：膜放出辊，用于放出所述基板膜；夹辊，用于使 所述基板膜施力于（付勢）所述转印辊；剥离辊，用于促进所述基板膜从转印辊剥离；以及 膜卷取辊，用于卷取转印有所述图案的基板膜。在这种情况下，卷取有所述基板膜的膜卷取 辊可以作为所述放出膜状模具的模具放出辊使用。
[0034] 根据本发明的第四方式，提供一种光学基板，其具有：
[0035] 基板；
[0036] 溶胶凝胶材料层，具有使用具有凹凸图案的膜状模具转印在所述基板上的凹凸图 案；以及
[0037] 具有所述凹凸图案的膜状模具，在所述膜状模具的凹凸图案与所述溶胶凝胶材料 层的凹凸图案嵌合的状态下，配置在所述溶胶凝胶材料层上。
[0038] 发明效果
[0039] 在本发明的制造光学基板的方法中，使用溶胶凝胶材料作为凹凸图案形成材料， 为了使用这种溶胶凝胶材料来形成凹凸图案，使用基于长尺寸的膜状模具的辊工艺，由此 能够准确且可靠地进行图案转印，同时能够以高生产能力制造光学基板。根据本发明的制 造方法所制造的光学基板的凹凸图案由溶胶凝胶材料形成，因此耐热性、耐候性（包含耐 光性的概念）和耐腐蚀性优良，而且在组装有该光学基板的元件的制造工艺中也具有耐 性，另外，能够延长这些元件的寿命。因此，根据本发明的制造方法得到的光学基板在有机 EL元件、太阳能电池等各种器件中是极其有效的，可以使用如此得到的光学基板来制造耐 热性、耐候性和耐腐蚀性优良的有机EL元件。在实施本发明的光学基板的制造方法方面， 本发明的光学基板的制造装置最适合。
[0040] 另外，在本发明中，使用长尺寸的膜状模具，因此具有以下的优点。由金属、石英等 形成的硬质模具，发现其凹凸图案有缺陷时，能够进行该缺陷部的清洗、修复（缺陷修补）， 由此能够防止因缺陷部被转印至基板所导致的不良。但是，在膜状模具的情况下，这种清 洗?修复是不容易的。另一方面，金属、石英等的模具为卷筒状，模具因堵塞等而产生缺陷 时，必须立刻停止转印装置并进行模具的更换。与此相对，对于膜状模具而言，由于在使其 逐片与玻璃基板对应的同时进行转印，因此可以将存在堵塞等不良的部位在检査阶段预先 标记，在该不良部位通过按压玻璃基板与涂膜的规定位置之前，使玻璃基板侧的传送待机。 因此，整体上来看，能够减少不良品的产生，由此能够提高生产能力。此外，从金属、石英等 硬质模具直接将凹凸图案转印至基板时，如下所示，有时产生各种限制致使无法充分地发 挥所需要的性能。例如使用玻璃等硬质基板作为基板时，由于彼此为硬质，因此如果增强模 具的按压，则基板会产生破裂等破坏，相反地，如果减弱模具的按压，则凹凸图案转印变浅 等，按压的调节是困难的。因此，强制将柔软的材料用于基板，或者将柔软的材料用于模具。 使用膜状模具（软模具）的情况下，从金属模具开始暂时分开为两个工序：制造膜状模具的 工序；以及使用其转印至溶胶凝胶侧的工序；通过选择适合各自的工序的材料，能够将所 需要的材料用于所需要的基板，进行不仅具备必要特性、而且无图案缺陷且