JP2003267756A - 光触媒機能と低放射率特性を併せ持つガラス基材及びその製造方法 - Google Patents
光触媒機能と低放射率特性を併せ持つガラス基材及びその製造方法Info
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Landscapes
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- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 実質的に無色透明で、光触媒機能と低放射率
特性を併せ持つ構造の新規ガラス基材及びその製造方法
を提供する。 【解決手段】 ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放
射率特性薄膜を形成し、該低放射率特性薄膜上に、表面
凹凸を有する光触媒層としての金属酸化物半導体膜を形
成する工程を有することを特徴とするガラス基材の製造
方法、及び当該方法によって作製された光触媒機能と低
放射率特性を併せ持つガラス基材。
特性を併せ持つ構造の新規ガラス基材及びその製造方法
を提供する。 【解決手段】 ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放
射率特性薄膜を形成し、該低放射率特性薄膜上に、表面
凹凸を有する光触媒層としての金属酸化物半導体膜を形
成する工程を有することを特徴とするガラス基材の製造
方法、及び当該方法によって作製された光触媒機能と低
放射率特性を併せ持つガラス基材。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒機能と低放
射率特性を併せ持つガラス基材及びその製造方法に関す
るものであり、更に詳しくは、光触媒活性を有する酸化
チタン薄膜の結晶性や配向性を高精度に制御して低放射
率特性薄膜の最表面に形成することを可能とする新規ガ
ラス基材及びその製造方法に関するものである。本発明
は、省エネルギーと環境浄化の広範囲な分野に適用可能
な、低放射率特性と光触媒機能を併せ持つガラス基材及
びその製造方法を提供するものとして有用である。
射率特性を併せ持つガラス基材及びその製造方法に関す
るものであり、更に詳しくは、光触媒活性を有する酸化
チタン薄膜の結晶性や配向性を高精度に制御して低放射
率特性薄膜の最表面に形成することを可能とする新規ガ
ラス基材及びその製造方法に関するものである。本発明
は、省エネルギーと環境浄化の広範囲な分野に適用可能
な、低放射率特性と光触媒機能を併せ持つガラス基材及
びその製造方法を提供するものとして有用である。
【０００２】
【従来の技術】近年、太陽熱は受け入れ、しかも、建造
物の室内からの熱線放射を抑制し、暖房負荷を軽減する
ための低放射ガラス、いわゆるＬｏｗＥガラスの開発が
盛んである。このＬｏｗＥガラスは、可視域及び近赤外
域の光は透過し、中赤外域及び遠赤外域の光は反射する
特性を持つ薄膜をガラス表面に被覆して形成される。通
常、スパッタリング法や化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用
いて、低放射率特性薄膜がガラス表面に被覆される。
物の室内からの熱線放射を抑制し、暖房負荷を軽減する
ための低放射ガラス、いわゆるＬｏｗＥガラスの開発が
盛んである。このＬｏｗＥガラスは、可視域及び近赤外
域の光は透過し、中赤外域及び遠赤外域の光は反射する
特性を持つ薄膜をガラス表面に被覆して形成される。通
常、スパッタリング法や化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用
いて、低放射率特性薄膜がガラス表面に被覆される。
【０００３】主なものとしては、例えば、膜厚数十ｎｍ
程度のＡｇなどの金属薄膜が、低放射層として用いら
れ、更に、金属薄膜の可視光透過率を引き上げるため
に、屈折率が２〜２．５程度の、例えば、酸化チタンや
ＺｎＯなどの金属酸化物膜を、該金属薄膜の上下層とし
て介在させたサンドウィッチ構成が用いられる。例え
ば、ニューガラスハンドブック編集委員会編「ニューガ
ラスハンドブック」（１９９１年、丸善）の４８９ペー
ジに記載されているように、例えば、サンレーヌグリー
ン（登録商標）（（株）旭ガラス）という商品名で販売
されているＬｏｗＥガラスは、ＺｎＯ／Ａｇ／ＺｎＯＡ
ｇ／ＺｎＯからなる５層膜系ＬｏｗＥガラスであり、赤
外反射率９０％以上、放射率０．１以下を実現してい
る。
程度のＡｇなどの金属薄膜が、低放射層として用いら
れ、更に、金属薄膜の可視光透過率を引き上げるため
に、屈折率が２〜２．５程度の、例えば、酸化チタンや
ＺｎＯなどの金属酸化物膜を、該金属薄膜の上下層とし
て介在させたサンドウィッチ構成が用いられる。例え
ば、ニューガラスハンドブック編集委員会編「ニューガ
ラスハンドブック」（１９９１年、丸善）の４８９ペー
ジに記載されているように、例えば、サンレーヌグリー
ン（登録商標）（（株）旭ガラス）という商品名で販売
されているＬｏｗＥガラスは、ＺｎＯ／Ａｇ／ＺｎＯＡ
ｇ／ＺｎＯからなる５層膜系ＬｏｗＥガラスであり、赤
外反射率９０％以上、放射率０．１以下を実現してい
る。
【０００４】ＬｏｗＥガラスは、複層ガラスとして用い
られることが多い。また、例えば、ＦもしくはＳｂをド
ープしたＳｎＯ2 膜や、ＳｎをドープしたＩｎＯ3 膜な
どの、いわゆる透明導電膜も、ＬｏｗＥガラスに用いら
れている。一方で、近年、ＬｏｗＥガラス以外にも、様
々な機能を呈するガラスが開発されている。特に、建材
から発生するホルムアルデヒドなどの揮発性有機化合物
による頭痛、めまい、アレルギー疾患などの、いわゆる
シックハウス症候群が問題となっており、これらの有害
物質を分解し、室内環境を浄化できる光触媒薄膜を被覆
したガラスが盛んに開発されている。
られることが多い。また、例えば、ＦもしくはＳｂをド
ープしたＳｎＯ2 膜や、ＳｎをドープしたＩｎＯ3 膜な
どの、いわゆる透明導電膜も、ＬｏｗＥガラスに用いら
れている。一方で、近年、ＬｏｗＥガラス以外にも、様
々な機能を呈するガラスが開発されている。特に、建材
から発生するホルムアルデヒドなどの揮発性有機化合物
による頭痛、めまい、アレルギー疾患などの、いわゆる
シックハウス症候群が問題となっており、これらの有害
物質を分解し、室内環境を浄化できる光触媒薄膜を被覆
したガラスが盛んに開発されている。
【０００５】光触媒として最も優れた材料は酸化チタン
であることは、広く知られている。酸化チタンは、高活
性であると同時に化学的安定性に優れ、その光触媒活性
は半永久的に持続する。したがって、ガラス表面に低放
射率特性薄膜を被覆した後、酸化チタン膜を最表面に被
覆することができれば、光触媒機能を兼ね備えるＬｏｗ
Ｅガラスを作製でき、省エネルギーと環境浄化を同時に
実現することができると期待される。
であることは、広く知られている。酸化チタンは、高活
性であると同時に化学的安定性に優れ、その光触媒活性
は半永久的に持続する。したがって、ガラス表面に低放
射率特性薄膜を被覆した後、酸化チタン膜を最表面に被
覆することができれば、光触媒機能を兼ね備えるＬｏｗ
Ｅガラスを作製でき、省エネルギーと環境浄化を同時に
実現することができると期待される。
【０００６】しかしながら、従来の低放射率特性薄膜の
最表面に酸化チタン薄膜を被覆しても、室内浄化機能を
発現するのに十分な光触媒活性を得ることはできなかっ
た。その理由として、高い光触媒特性を得るためには、
薄膜の結晶性や配向性が精密制御されている必要があ
り、かつ有効表面積を増加させるべく表面形態を制御す
る必要があり、単に、従来の低放射率特性薄膜の最表面
に酸化チタン薄膜を被覆しても、前記の表面形態の制御
ができないためであるものと考えられる。
最表面に酸化チタン薄膜を被覆しても、室内浄化機能を
発現するのに十分な光触媒活性を得ることはできなかっ
た。その理由として、高い光触媒特性を得るためには、
薄膜の結晶性や配向性が精密制御されている必要があ
り、かつ有効表面積を増加させるべく表面形態を制御す
る必要があり、単に、従来の低放射率特性薄膜の最表面
に酸化チタン薄膜を被覆しても、前記の表面形態の制御
ができないためであるものと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の問題点を踏まえ、従来の低放射率特性薄膜の最表面
に酸化チタン薄膜を被覆しても、室内浄化機能を発現す
るのに十分な光触媒活性が得られることを可能とする新
しい構造のガラス基材を開発することを課題としてなさ
れたものであり、低放射率特性薄膜の最表面に、十分高
い光触媒活性を有する酸化チタン薄膜を被覆し、低放射
率特性と光触媒機能を併せ持つ多機能ガラスを実現化す
ることを可能とする新規な構造を有するガラス基材及び
その製造方法を提供することを目的とするものである。
術の問題点を踏まえ、従来の低放射率特性薄膜の最表面
に酸化チタン薄膜を被覆しても、室内浄化機能を発現す
るのに十分な光触媒活性が得られることを可能とする新
しい構造のガラス基材を開発することを課題としてなさ
れたものであり、低放射率特性薄膜の最表面に、十分高
い光触媒活性を有する酸化チタン薄膜を被覆し、低放射
率特性と光触媒機能を併せ持つ多機能ガラスを実現化す
ることを可能とする新規な構造を有するガラス基材及び
その製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術手段から構成される。 （１）ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放射率特性
薄膜を形成し、該低放射率特性薄膜上に、表面凹凸を有
する光触媒層としての金属酸化物半導体膜を形成する工
程を有することを特徴とするガラス基材の製造方法。 （２）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、酸
化チタンである前記（１）記載のガラス基材の製造方
法。 （３）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、ガ
ラス基板の表面と反対の方向に延びている角錐形状の凸
部を多数含む表面形態を有し、前記光触媒層たる金属酸
化物半導体膜の表面に露出している凸部の高さが５０〜
２００ｎｍである前記（１）記載のガラス基材の製造方
法。 （４）前記低放射率特性薄膜が、透明導電性材料からな
り、フッ素が添加された酸化錫、アンチモンが添加され
た酸化錫、アンチモンが添加されたインジウム錫酸化
物、アルミニウムが添加された酸化亜鉛のうちのいずれ
かである前記（１）記載のガラス基材の製造方法。 （５）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上の
金属酸化物層と、低放射率金属層と、屈折率が２．０以
上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎはゼ
ロもしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、該
低放射率金属層は、銀、銅もしくは金又はこれらを主成
分とする合金であり、該金属酸化物層は、酸化亜鉛、酸
化錫、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化ハフニウム、酸
化ジルコニウムのうちのいずれかである前記（１）記載
のガラス基材の製造方法。 （６）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上の
金属酸化物層と、金属窒化物層と、屈折率が２．０以上
の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎはゼロ
もしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、該金
属酸化物層及び金属窒化物層は、チタン、亜鉛、錫、ビ
スマス、ハフニウム、ジルコニウムのうちのいずれかを
主成分とする酸化物層及び窒化物層である前記（１）記
載のガラス基材の製造方法。 （７）ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放射率特性
薄膜が形成され、該低放射率特性薄膜上に、表面凹凸を
有する光触媒層としての金属酸化物半導体膜が形成され
ていることを特徴とするガラス基材。 （８）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、酸
化チタンからなる前記（７）記載のガラス基材。 （９）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、ガ
ラス基板の表面と反対の方向に延びている角錐形状の凸
部を多数含む表面形態を有し、前記光触媒層たる金属酸
化物半導体膜の表面に露出している凸部の高さが５０〜
２００ｎｍである前記（７）記載のガラス基材。 （１０）前記低放射率特性薄膜が、透明導電性材料から
なり、フッ素が添加された酸化錫、アンチモンが添加さ
れた酸化錫、アンチモンが添加されたインジウム錫酸化
物、アルミニウムが添加された酸化亜鉛のうちのいずれ
かである前記（７）記載のガラス基材。 （１１）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上
の金属酸化物層と、低放射率金属層と、屈折率が２．０
以上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎは
ゼロもしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、
該低放射率金属層は、銀、銅もしくは金又はこれらを主
成分とする合金であり、該金属酸化物層は、酸化亜鉛、
酸化錫、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化ハフニウム、
酸化ジルコニウムのうちのいずれかである前記（７）記
載のガラス基材。 （１２）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上
の金属酸化物層と、金属窒化物層と、屈折率が２．０以
上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎはゼ
ロもしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、該
金属酸化物層及び金属窒化物層は、チタン、亜鉛、錫、
ビスマス、ハフニウム、ジルコニウムのうちのいずれか
を主成分とする酸化物層及び窒化物層である前記（７）
記載のガラス基材。
の本発明は、以下の技術手段から構成される。 （１）ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放射率特性
薄膜を形成し、該低放射率特性薄膜上に、表面凹凸を有
する光触媒層としての金属酸化物半導体膜を形成する工
程を有することを特徴とするガラス基材の製造方法。 （２）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、酸
化チタンである前記（１）記載のガラス基材の製造方
法。 （３）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、ガ
ラス基板の表面と反対の方向に延びている角錐形状の凸
部を多数含む表面形態を有し、前記光触媒層たる金属酸
化物半導体膜の表面に露出している凸部の高さが５０〜
２００ｎｍである前記（１）記載のガラス基材の製造方
法。 （４）前記低放射率特性薄膜が、透明導電性材料からな
り、フッ素が添加された酸化錫、アンチモンが添加され
た酸化錫、アンチモンが添加されたインジウム錫酸化
物、アルミニウムが添加された酸化亜鉛のうちのいずれ
かである前記（１）記載のガラス基材の製造方法。 （５）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上の
金属酸化物層と、低放射率金属層と、屈折率が２．０以
上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎはゼ
ロもしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、該
低放射率金属層は、銀、銅もしくは金又はこれらを主成
分とする合金であり、該金属酸化物層は、酸化亜鉛、酸
化錫、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化ハフニウム、酸
化ジルコニウムのうちのいずれかである前記（１）記載
のガラス基材の製造方法。 （６）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上の
金属酸化物層と、金属窒化物層と、屈折率が２．０以上
の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎはゼロ
もしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、該金
属酸化物層及び金属窒化物層は、チタン、亜鉛、錫、ビ
スマス、ハフニウム、ジルコニウムのうちのいずれかを
主成分とする酸化物層及び窒化物層である前記（１）記
載のガラス基材の製造方法。 （７）ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放射率特性
薄膜が形成され、該低放射率特性薄膜上に、表面凹凸を
有する光触媒層としての金属酸化物半導体膜が形成され
ていることを特徴とするガラス基材。 （８）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、酸
化チタンからなる前記（７）記載のガラス基材。 （９）前記光触媒層としての金属酸化物半導体膜が、ガ
ラス基板の表面と反対の方向に延びている角錐形状の凸
部を多数含む表面形態を有し、前記光触媒層たる金属酸
化物半導体膜の表面に露出している凸部の高さが５０〜
２００ｎｍである前記（７）記載のガラス基材。 （１０）前記低放射率特性薄膜が、透明導電性材料から
なり、フッ素が添加された酸化錫、アンチモンが添加さ
れた酸化錫、アンチモンが添加されたインジウム錫酸化
物、アルミニウムが添加された酸化亜鉛のうちのいずれ
かである前記（７）記載のガラス基材。 （１１）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上
の金属酸化物層と、低放射率金属層と、屈折率が２．０
以上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎは
ゼロもしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、
該低放射率金属層は、銀、銅もしくは金又はこれらを主
成分とする合金であり、該金属酸化物層は、酸化亜鉛、
酸化錫、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化ハフニウム、
酸化ジルコニウムのうちのいずれかである前記（７）記
載のガラス基材。 （１２）前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．０以上
の金属酸化物層と、金属窒化物層と、屈折率が２．０以
上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１（ｎはゼ
ロもしくは正の整数）層堆積された積層体からなり、該
金属酸化物層及び金属窒化物層は、チタン、亜鉛、錫、
ビスマス、ハフニウム、ジルコニウムのうちのいずれか
を主成分とする酸化物層及び窒化物層である前記（７）
記載のガラス基材。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明について更に詳細に
説明する。本発明の第１の態様は、ガラス表面上に、表
面凹凸を有する低放射率透明導電膜を形成し、該低放射
率透明導電膜上に、表面凹凸を有する光触媒層たる金属
酸化物半導体膜を形成する工程を有することを特徴とす
る。上記構成において、表面凹凸を有する低放射率特性
薄膜を形成し、更に、該低放射率透明導電膜上に光触媒
層たる金属酸化物半導体膜を形成する手段により、該金
属酸化物半導体膜は自己整合的に該低放射率透明導電膜
と同様の表面凹凸を有し、従来よりも高活性な光触媒特
性を発現するという作用をもたらす。上記作用をもたら
す理由は、光触媒活性に寄与する金属酸化物半導体膜の
有効表面積が増大するためであると考えられる。
説明する。本発明の第１の態様は、ガラス表面上に、表
面凹凸を有する低放射率透明導電膜を形成し、該低放射
率透明導電膜上に、表面凹凸を有する光触媒層たる金属
酸化物半導体膜を形成する工程を有することを特徴とす
る。上記構成において、表面凹凸を有する低放射率特性
薄膜を形成し、更に、該低放射率透明導電膜上に光触媒
層たる金属酸化物半導体膜を形成する手段により、該金
属酸化物半導体膜は自己整合的に該低放射率透明導電膜
と同様の表面凹凸を有し、従来よりも高活性な光触媒特
性を発現するという作用をもたらす。上記作用をもたら
す理由は、光触媒活性に寄与する金属酸化物半導体膜の
有効表面積が増大するためであると考えられる。
【００１０】一般に、透明導電膜を太陽電池用基板とし
て用いる場合には、膜表面に凹凸を発現させることによ
り光閉じこめ効果を発揮させ、光電変換効率を向上させ
ることが行われている。しかし、光触媒材料について
は、低放射率特性薄膜との関係で検討された例は見当た
らない。そこで、本発明者らは、ガラス基板表面に凹凸
を有する低放射率透明導電膜を形成し、更に、該低放射
率透明導電膜上に、光触媒層としての金属酸化物半導体
膜を積層形成することにより、該低放射率透明導電膜の
表面凹凸に倣って、該金属酸化物半導体薄膜も同様の表
面凹凸を形成できることを実験的に検証した。
て用いる場合には、膜表面に凹凸を発現させることによ
り光閉じこめ効果を発揮させ、光電変換効率を向上させ
ることが行われている。しかし、光触媒材料について
は、低放射率特性薄膜との関係で検討された例は見当た
らない。そこで、本発明者らは、ガラス基板表面に凹凸
を有する低放射率透明導電膜を形成し、更に、該低放射
率透明導電膜上に、光触媒層としての金属酸化物半導体
膜を積層形成することにより、該低放射率透明導電膜の
表面凹凸に倣って、該金属酸化物半導体薄膜も同様の表
面凹凸を形成できることを実験的に検証した。
【００１１】図３は、ガラス表面に、常圧化学気相堆積
（ＡＰＣＶＤ）法により、膜厚４００ｎｍのＦドープし
たＳｎＯ2 膜を形成した後の走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）による鳥瞰像である。図３（ａ）より、このＳｎＯ
2 膜は、多数の角錐形状の結晶粒からなり、かつＳｎＯ
2 膜表面は、高さ５０〜１５０ｎｍの角錐形状の凸部を
有することが明らかである。
（ＡＰＣＶＤ）法により、膜厚４００ｎｍのＦドープし
たＳｎＯ2 膜を形成した後の走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）による鳥瞰像である。図３（ａ）より、このＳｎＯ
2 膜は、多数の角錐形状の結晶粒からなり、かつＳｎＯ
2 膜表面は、高さ５０〜１５０ｎｍの角錐形状の凸部を
有することが明らかである。
【００１２】図３（ｂ）は、図３（ａ）のＳｎＯ2 膜の
表面に、直流（ＤＣ）反応性マグネトロンスパッタリン
グ法により、膜厚２００ｎｍの酸化チタン膜を形成した
後のＳＥＭによる鳥瞰像である。図３（ｂ）中３１は、
ＳｎＯ2 膜の断面であり、図３（ｂ）中３２は、酸化チ
タン膜の断面である。図３（ｂ）より、この酸化チタン
膜の表面は、ＳｎＯ2 膜の表面形態に倣って、自己整合
的に高さ５０〜１５０ｎｍの角錐形状の凸部を有するこ
とが明らかである。
表面に、直流（ＤＣ）反応性マグネトロンスパッタリン
グ法により、膜厚２００ｎｍの酸化チタン膜を形成した
後のＳＥＭによる鳥瞰像である。図３（ｂ）中３１は、
ＳｎＯ2 膜の断面であり、図３（ｂ）中３２は、酸化チ
タン膜の断面である。図３（ｂ）より、この酸化チタン
膜の表面は、ＳｎＯ2 膜の表面形態に倣って、自己整合
的に高さ５０〜１５０ｎｍの角錐形状の凸部を有するこ
とが明らかである。
【００１３】図３（ｃ）は、図３（ｂ）と比較するため
のものであり、ガラス表面に、ＤＣ反応性マグネトロン
スパッタリング法により、膜厚２００ｎｍの酸化チタン
膜を形成した後のＳＥＭによる鳥瞰像である。図３
（ｃ）より、この酸化チタン膜は、多数の細長い円柱状
の結晶粒からなり、かつ酸化チタン膜表面は、平坦な形
態であり、実質的な膜表面積が、図３（ｂ）のそれより
も小さいことが明らかである。
のものであり、ガラス表面に、ＤＣ反応性マグネトロン
スパッタリング法により、膜厚２００ｎｍの酸化チタン
膜を形成した後のＳＥＭによる鳥瞰像である。図３
（ｃ）より、この酸化チタン膜は、多数の細長い円柱状
の結晶粒からなり、かつ酸化チタン膜表面は、平坦な形
態であり、実質的な膜表面積が、図３（ｂ）のそれより
も小さいことが明らかである。
【００１４】本発明の第２の態様は、ガラス表面上に、
屈折率が２．０以上の金属酸化物膜と、低放射率金属膜
と、屈折率が２．０以上の金属酸化物膜を、この順に交
互に２ｎ＋１（ｎは正の整数）層堆積し、低放射率特性
積層体とせしめ、更に、最上層の金属酸化物膜は凹凸を
有する表面形態とせしめ、更に、該表面凹凸を有する金
属酸化物膜上に、表面凹凸を有する光触媒層たる金属酸
化物半導体膜を形成する工程を有することを特徴とす
る。
屈折率が２．０以上の金属酸化物膜と、低放射率金属膜
と、屈折率が２．０以上の金属酸化物膜を、この順に交
互に２ｎ＋１（ｎは正の整数）層堆積し、低放射率特性
積層体とせしめ、更に、最上層の金属酸化物膜は凹凸を
有する表面形態とせしめ、更に、該表面凹凸を有する金
属酸化物膜上に、表面凹凸を有する光触媒層たる金属酸
化物半導体膜を形成する工程を有することを特徴とす
る。
【００１５】上記構成において、表面凹凸を有する低放
射率特性積層体最上層の金属酸化物膜を形成し、更に、
最上層の金属酸化物膜上に、光触媒層たる金属酸化物半
導体膜を形成する手段により、該光触媒層たる金属酸化
物半導体膜は自己整合的に該低放射率特性積層体最上層
の金属酸化物膜と同様の表面凹凸を有し、従来よりも高
活性な光触媒特性を発現するという作用をもたらす。上
記作用をもたらす理由は、光触媒活性に寄与する金属酸
化物半導体膜の有効表面積が増大することであると考え
られる。
射率特性積層体最上層の金属酸化物膜を形成し、更に、
最上層の金属酸化物膜上に、光触媒層たる金属酸化物半
導体膜を形成する手段により、該光触媒層たる金属酸化
物半導体膜は自己整合的に該低放射率特性積層体最上層
の金属酸化物膜と同様の表面凹凸を有し、従来よりも高
活性な光触媒特性を発現するという作用をもたらす。上
記作用をもたらす理由は、光触媒活性に寄与する金属酸
化物半導体膜の有効表面積が増大することであると考え
られる。
【００１６】以下、本発明を図面に基づいて具体的に説
明する。まず、図１を参照して本発明の第１の実施形態
について説明する。図１（ａ）に示すように、ガラスな
どから成る基板１１に、例えば、常圧化学気相堆積（Ａ
ＰＣＶＤ）法により、低放射率特性薄膜たる透明導電膜
１２を形成する。該透明導電膜１２は、例えば、角錐状
の凸部を有する、ＦドープされたＳｎＯ2 であり、例え
ば、膜厚５００ｎｍ、表面の算術平均荒さが５０ｎｍ、
シート抵抗値は１０Ω／スクエアである。
明する。まず、図１を参照して本発明の第１の実施形態
について説明する。図１（ａ）に示すように、ガラスな
どから成る基板１１に、例えば、常圧化学気相堆積（Ａ
ＰＣＶＤ）法により、低放射率特性薄膜たる透明導電膜
１２を形成する。該透明導電膜１２は、例えば、角錐状
の凸部を有する、ＦドープされたＳｎＯ2 であり、例え
ば、膜厚５００ｎｍ、表面の算術平均荒さが５０ｎｍ、
シート抵抗値は１０Ω／スクエアである。
【００１７】ＡＰＣＶＤ法の成膜条件は、ガス原料とし
ては、例えば、窒素ガスによってバブリングされたＳｎ
Ｃｌ4 と、酸素ガスと、ＣＦ3 Ｂｒガスが用いられ、ガ
ス流量は、例えば、ＳｎＣｌ4 が０．１ｇ／ｍｉｎ、酸
素ガスが０．５Ｌ／ｍｉｎ、ＣＦ3 Ｂｒガスが２Ｌ／ｍ
ｉｎであり、例えば、成膜時の基板温度は３５０℃であ
る。凹凸形状は、ＳｎＯ2 膜の結晶粒に起因するもので
あるために、その凸部は底辺を多角形とする角錐台又は
角錐の形状となる。当該ＳｎＯ2 膜においては、前記成
膜条件を制御することにより、これら形状、特に、結晶
粒の斜辺の角度及び高さを任意に変化させることが可能
となる。
ては、例えば、窒素ガスによってバブリングされたＳｎ
Ｃｌ4 と、酸素ガスと、ＣＦ3 Ｂｒガスが用いられ、ガ
ス流量は、例えば、ＳｎＣｌ4 が０．１ｇ／ｍｉｎ、酸
素ガスが０．５Ｌ／ｍｉｎ、ＣＦ3 Ｂｒガスが２Ｌ／ｍ
ｉｎであり、例えば、成膜時の基板温度は３５０℃であ
る。凹凸形状は、ＳｎＯ2 膜の結晶粒に起因するもので
あるために、その凸部は底辺を多角形とする角錐台又は
角錐の形状となる。当該ＳｎＯ2 膜においては、前記成
膜条件を制御することにより、これら形状、特に、結晶
粒の斜辺の角度及び高さを任意に変化させることが可能
となる。
【００１８】続いて、図１（ｂ）に示すように、該透明
導電膜１２上に、例えば、直流（ＤＣ）反応性マグネト
ロンスパッタリング法により、光触媒機能薄膜たる酸化
チタン膜１３を形成する。該酸化チタン膜１３は、該透
明導電膜１２と同様の角錐状の凸部を有する表面形態を
なし、例えば、膜厚２００ｎｍ、表面の算術平均荒さが
５０ｎｍである。スパッタリング法の成膜条件は、ター
ゲット材料としては、例えば、純度９９．９％の金属チ
タンタブレットが用いられる。ガスは、アルゴンと酸素
の混合ガスが導入され、例えば、成膜時の全ガス圧は、
０．５Ｐａであり、そのうち酸素の分圧は１５％であ
る。また、例えば、成膜時の基板温度は３５０℃である
が、無加熱で非晶質酸化チタン薄膜を成膜した後、３５
０℃で熱処理を施して多結晶の酸化チタン薄膜を形成さ
せても良い。しかし、これらに制限されるものではな
い。
導電膜１２上に、例えば、直流（ＤＣ）反応性マグネト
ロンスパッタリング法により、光触媒機能薄膜たる酸化
チタン膜１３を形成する。該酸化チタン膜１３は、該透
明導電膜１２と同様の角錐状の凸部を有する表面形態を
なし、例えば、膜厚２００ｎｍ、表面の算術平均荒さが
５０ｎｍである。スパッタリング法の成膜条件は、ター
ゲット材料としては、例えば、純度９９．９％の金属チ
タンタブレットが用いられる。ガスは、アルゴンと酸素
の混合ガスが導入され、例えば、成膜時の全ガス圧は、
０．５Ｐａであり、そのうち酸素の分圧は１５％であ
る。また、例えば、成膜時の基板温度は３５０℃である
が、無加熱で非晶質酸化チタン薄膜を成膜した後、３５
０℃で熱処理を施して多結晶の酸化チタン薄膜を形成さ
せても良い。しかし、これらに制限されるものではな
い。
【００１９】前記実施形態１の工程によって作製された
試料の透過率及び反射率の分光特性を図４に示す。図４
中において、破線はＦドープされたＳｎＯ2 膜のみを形
成した試料の特性であり、実線はＦドープされたＳｎＯ
2 膜上に酸化チタン膜を積層して形成した試料の特性で
ある。図４中破線で示したＦドープされたＳｎＯ2 膜の
みの試料は、従来LowEガラスに用いられてきたＦドープ
されたＳｎＯ2 膜の特性と同等であり、可視域及び近赤
外域において透過率が高く、且つ中赤外域及び遠赤外域
の反射率が高いことが明らかである。図４実線で示した
ＦドープされたＳｎＯ2 膜と酸化チタン膜を積層して形
成した試料は、可視域の透過率が、破線よりも低下する
ものの、実質的には無色透明である。更に、近赤外域の
透過率は、破線と同様であり、太陽熱を十分に受け入れ
ることができることが明らかである。
試料の透過率及び反射率の分光特性を図４に示す。図４
中において、破線はＦドープされたＳｎＯ2 膜のみを形
成した試料の特性であり、実線はＦドープされたＳｎＯ
2 膜上に酸化チタン膜を積層して形成した試料の特性で
ある。図４中破線で示したＦドープされたＳｎＯ2 膜の
みの試料は、従来LowEガラスに用いられてきたＦドープ
されたＳｎＯ2 膜の特性と同等であり、可視域及び近赤
外域において透過率が高く、且つ中赤外域及び遠赤外域
の反射率が高いことが明らかである。図４実線で示した
ＦドープされたＳｎＯ2 膜と酸化チタン膜を積層して形
成した試料は、可視域の透過率が、破線よりも低下する
ものの、実質的には無色透明である。更に、近赤外域の
透過率は、破線と同様であり、太陽熱を十分に受け入れ
ることができることが明らかである。
【００２０】更に、中赤外域及び遠赤外域での反射率
は、破線よりも向上しており、暖房負荷の軽減効果は十
分であることが明らかである。前記実施形態１の工程に
より、良好な低放射率特性と十分高い光触媒機能を併せ
持つ多機能ガラスを製造することができる。なお、前記
実施形態１は、２０ｍｍ×４０ｍｍに切断した短冊状の
ガラスを基板とし、小型のＡＰＣＶＤ装置及びＤＣマグ
ネトロンスパッタリング装置を使用して行われたが、も
ちろん建築用ガラス量産に使用される大型成膜装置を用
いても行うことができる。すなわち、１００インチ×１
４４インチ程度の建築用ガラスを基板とし、ガラス溶融
炉と結合し、容易に高温成膜が行えるオンラインＡＰＣ
ＶＤ装置と、ベルトコンベア駆動のインライン式ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置を用いても実施可能であ
る。
は、破線よりも向上しており、暖房負荷の軽減効果は十
分であることが明らかである。前記実施形態１の工程に
より、良好な低放射率特性と十分高い光触媒機能を併せ
持つ多機能ガラスを製造することができる。なお、前記
実施形態１は、２０ｍｍ×４０ｍｍに切断した短冊状の
ガラスを基板とし、小型のＡＰＣＶＤ装置及びＤＣマグ
ネトロンスパッタリング装置を使用して行われたが、も
ちろん建築用ガラス量産に使用される大型成膜装置を用
いても行うことができる。すなわち、１００インチ×１
４４インチ程度の建築用ガラスを基板とし、ガラス溶融
炉と結合し、容易に高温成膜が行えるオンラインＡＰＣ
ＶＤ装置と、ベルトコンベア駆動のインライン式ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置を用いても実施可能であ
る。
【００２１】続いて、図２を参照して、本発明の第２の
実施形態について説明する。図２（ａ）に示すように、
ガラスなどから成る基板２１上に、例えば、直流（Ｄ
Ｃ）反応性マグネトロンスパッタリング法により、膜厚
１００ｎｍのＺｎＯ膜２２を、ＤＣマグネトロンスパッ
タリング法により、膜厚２０ｎｍのＡｇ膜２３を、順次
堆積する。ＺｎＯ膜２２のスパッタリング法の成膜条件
は、ターゲット材料としては、例えば、純度９９．９％
以上の金属Ｚｎタブレットを用いる。ガスは、アルゴン
と酸素の混合ガスを導入し、例えば、成膜時の全ガス圧
は、０．５Ｐａであり、そのうち酸素の分圧は１０％で
ある。成膜時の基板温度は、例えば、室温である。Ａｇ
膜２３のスパッタリング法の成膜条件は、ターゲット材
料としては、例えば、純度９９．９９％のＡｇタブレッ
トを用いる。ガスは、アルゴンを導入し、ガス圧は、例
えば、０．５Ｐａである。しかし、これらに制限される
ものではない。
実施形態について説明する。図２（ａ）に示すように、
ガラスなどから成る基板２１上に、例えば、直流（Ｄ
Ｃ）反応性マグネトロンスパッタリング法により、膜厚
１００ｎｍのＺｎＯ膜２２を、ＤＣマグネトロンスパッ
タリング法により、膜厚２０ｎｍのＡｇ膜２３を、順次
堆積する。ＺｎＯ膜２２のスパッタリング法の成膜条件
は、ターゲット材料としては、例えば、純度９９．９％
以上の金属Ｚｎタブレットを用いる。ガスは、アルゴン
と酸素の混合ガスを導入し、例えば、成膜時の全ガス圧
は、０．５Ｐａであり、そのうち酸素の分圧は１０％で
ある。成膜時の基板温度は、例えば、室温である。Ａｇ
膜２３のスパッタリング法の成膜条件は、ターゲット材
料としては、例えば、純度９９．９９％のＡｇタブレッ
トを用いる。ガスは、アルゴンを導入し、ガス圧は、例
えば、０．５Ｐａである。しかし、これらに制限される
ものではない。
【００２２】次に、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波
（ＲＦ）マグネトロンスパッタリング法により膜厚２０
０ｎｍのＡｌドープされたＺｎＯ膜２４を順次堆積す
る。該ＡｌドープされたＺｎＯ膜２４は、角錐状の表面
凸部を有し、表面の算術平均荒さが３０ｎｍ、シート抵
抗値は１０Ω／スクエアである。該ＡｌドープされたＺ
ｎＯ膜２４のスパッタリング法の成膜条件は、ターゲッ
トとしては、例えば、３重量％のＡｌが添加されたＺｎ
Ｏタブレットを用いる。ガスは、アルゴンと酸素の混合
ガスを導入し、例えば、成膜時の全ガス圧は、０．５Ｐ
ａであり、そのうち酸素の分圧は５％である。成膜時の
基板温度は、例えば、室温である。しかし、これらに制
限されるものではない。
（ＲＦ）マグネトロンスパッタリング法により膜厚２０
０ｎｍのＡｌドープされたＺｎＯ膜２４を順次堆積す
る。該ＡｌドープされたＺｎＯ膜２４は、角錐状の表面
凸部を有し、表面の算術平均荒さが３０ｎｍ、シート抵
抗値は１０Ω／スクエアである。該ＡｌドープされたＺ
ｎＯ膜２４のスパッタリング法の成膜条件は、ターゲッ
トとしては、例えば、３重量％のＡｌが添加されたＺｎ
Ｏタブレットを用いる。ガスは、アルゴンと酸素の混合
ガスを導入し、例えば、成膜時の全ガス圧は、０．５Ｐ
ａであり、そのうち酸素の分圧は５％である。成膜時の
基板温度は、例えば、室温である。しかし、これらに制
限されるものではない。
【００２３】凹凸形状は、ＺｎＯ膜の結晶粒に起因する
ものであるため、その凸部は底辺を多角形とする角錐台
又は角錐の形状となる。当該ＡｌドープされたＡｎＯ膜
２４について、Ａｌの添加量を０．５〜５重量％の範囲
で制御することにより、これらの形状、特に、結晶粒の
斜辺の角度及び高さを任意に変化させることが可能とな
る。
ものであるため、その凸部は底辺を多角形とする角錐台
又は角錐の形状となる。当該ＡｌドープされたＡｎＯ膜
２４について、Ａｌの添加量を０．５〜５重量％の範囲
で制御することにより、これらの形状、特に、結晶粒の
斜辺の角度及び高さを任意に変化させることが可能とな
る。
【００２４】続いて、図２（ｂ）に示すように、該Ａｌ
ドープされたＺｎＯ膜２４上に、例えば、ＤＣ反応性マ
グネトロンスパッタリング法により、光触媒機能薄膜た
る酸化チタン薄膜２５を形成する。該酸化チタン薄膜２
５は、該ＡｌドープされたＺｎＯ膜２４と同様の角錐状
の凸部を有する表面形態をなし、例えば、膜厚２００ｎ
ｍ、表面の算術平均荒さが５０ｎｍである。また、例え
ば、成膜時の基板温度は３５０℃であるが、無加熱で非
晶質酸化チタン膜を成膜した後、３５０℃で熱処理を施
して多結晶の酸化チタン薄膜を形成させても良い。しか
し、これらに制限されるものではない。前記実施形態２
の工程により、良好な低放射率特性と十分な光触媒活性
を併せ持つ多機能ガラスを製造することができる。
ドープされたＺｎＯ膜２４上に、例えば、ＤＣ反応性マ
グネトロンスパッタリング法により、光触媒機能薄膜た
る酸化チタン薄膜２５を形成する。該酸化チタン薄膜２
５は、該ＡｌドープされたＺｎＯ膜２４と同様の角錐状
の凸部を有する表面形態をなし、例えば、膜厚２００ｎ
ｍ、表面の算術平均荒さが５０ｎｍである。また、例え
ば、成膜時の基板温度は３５０℃であるが、無加熱で非
晶質酸化チタン膜を成膜した後、３５０℃で熱処理を施
して多結晶の酸化チタン薄膜を形成させても良い。しか
し、これらに制限されるものではない。前記実施形態２
の工程により、良好な低放射率特性と十分な光触媒活性
を併せ持つ多機能ガラスを製造することができる。
【００２５】
【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定さ
れるものではない。 実施例１ ガラスから成る基板に、常圧化学気相堆積（ＡＰＣＶ
Ｄ）法により、低放射率特性薄膜たる透明導電膜を形成
した。該透明導電膜は、角錐状の凸部を有する、Ｆドー
プされたＳｎＯ2 であり、膜厚５００ｎｍ、表面の算術
平均荒さが５０ｎｍ、シート抵抗値は１０Ω／スクエア
とした。ＡＰＣＶＤ法の成膜条件は、原料として、窒素
ガスによってバブリングされたＳｎＣｌ4 と、酸素ガス
と、ＣＦ3 Ｂｒガスを使用し、ガス流量は、ＳｎＣｌ4
が０．１ｇ／ｍｉｎ、酸素ガスが０．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｃ
Ｆ3 Ｂｒガスが２Ｌ／ｍｉｎ、成膜時の基板温度は３５
０℃とした。その凸部は底辺を多角形とする角錐台又は
角錐の形状とした。当該ＳｎＯ2 膜においては、前記成
膜条件を制御することにより、これらの形状、特に、結
晶粒の斜辺の角度及び高さを任意に変化させた。
明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定さ
れるものではない。 実施例１ ガラスから成る基板に、常圧化学気相堆積（ＡＰＣＶ
Ｄ）法により、低放射率特性薄膜たる透明導電膜を形成
した。該透明導電膜は、角錐状の凸部を有する、Ｆドー
プされたＳｎＯ2 であり、膜厚５００ｎｍ、表面の算術
平均荒さが５０ｎｍ、シート抵抗値は１０Ω／スクエア
とした。ＡＰＣＶＤ法の成膜条件は、原料として、窒素
ガスによってバブリングされたＳｎＣｌ4 と、酸素ガス
と、ＣＦ3 Ｂｒガスを使用し、ガス流量は、ＳｎＣｌ4
が０．１ｇ／ｍｉｎ、酸素ガスが０．５Ｌ／ｍｉｎ、Ｃ
Ｆ3 Ｂｒガスが２Ｌ／ｍｉｎ、成膜時の基板温度は３５
０℃とした。その凸部は底辺を多角形とする角錐台又は
角錐の形状とした。当該ＳｎＯ2 膜においては、前記成
膜条件を制御することにより、これらの形状、特に、結
晶粒の斜辺の角度及び高さを任意に変化させた。
【００２６】次に、該透明導電膜上に、直流（ＤＣ）反
応性マグネトロンスパッタリング法により、光触媒機能
薄膜としての酸化チタン膜を形成した。該酸化チタン膜
は、該透明導電膜と同様の角錐状の凸部を有する表面形
態とし、膜厚２００ｎｍ、表面の算術平均荒さは５０ｎ
ｍとした。スパッタリング法の成膜条件は、ターゲット
材料としては、純度９９．９％の金属チタンタブレット
を使用し、ガスとしては、アルゴンと酸素の混合ガスを
導入し、成膜時の全ガス圧は、０．５Ｐａ、そのうち酸
素の分圧は１５％とした。
応性マグネトロンスパッタリング法により、光触媒機能
薄膜としての酸化チタン膜を形成した。該酸化チタン膜
は、該透明導電膜と同様の角錐状の凸部を有する表面形
態とし、膜厚２００ｎｍ、表面の算術平均荒さは５０ｎ
ｍとした。スパッタリング法の成膜条件は、ターゲット
材料としては、純度９９．９％の金属チタンタブレット
を使用し、ガスとしては、アルゴンと酸素の混合ガスを
導入し、成膜時の全ガス圧は、０．５Ｐａ、そのうち酸
素の分圧は１５％とした。
【００２７】前記工程によって作製された試料の透過率
及び反射率の分光特性を図４に示す。図４中において、
破線はＦドープされたＳｎＯ2 膜のみを形成した試料の
特性であり、実線はＦドープされたＳｎＯ2 膜上に酸化
チタン膜を積層して形成した試料の特性である。図４中
破線で示したＦドープされたＳｎＯ2 膜のみの試料は、
従来ＬｏｗＥガラスに用いられてきたＦドープされたＳ
ｎＯ2 膜の特性と同等であり、可視域及び近赤外域にお
いて透過率が高く、且つ中赤外域及び遠赤外域の反射率
が高いことは明らかである。
及び反射率の分光特性を図４に示す。図４中において、
破線はＦドープされたＳｎＯ2 膜のみを形成した試料の
特性であり、実線はＦドープされたＳｎＯ2 膜上に酸化
チタン膜を積層して形成した試料の特性である。図４中
破線で示したＦドープされたＳｎＯ2 膜のみの試料は、
従来ＬｏｗＥガラスに用いられてきたＦドープされたＳ
ｎＯ2 膜の特性と同等であり、可視域及び近赤外域にお
いて透過率が高く、且つ中赤外域及び遠赤外域の反射率
が高いことは明らかである。
【００２８】図４実線で示したＦドープされたＳｎＯ2
膜と酸化チタン膜を積層して形成した試料は、可視域の
透過率が、破線よりも低下するものの、実質的には無色
透明である。更に、近赤外域の透過率は、破線と同様で
あり、太陽熱を十分に受け入れることができることが明
らかである。更に、中赤外域及び遠赤外域での反射率
は、破線よりも向上しており、暖房負荷の軽減効果は十
分であることが明らかである。
膜と酸化チタン膜を積層して形成した試料は、可視域の
透過率が、破線よりも低下するものの、実質的には無色
透明である。更に、近赤外域の透過率は、破線と同様で
あり、太陽熱を十分に受け入れることができることが明
らかである。更に、中赤外域及び遠赤外域での反射率
は、破線よりも向上しており、暖房負荷の軽減効果は十
分であることが明らかである。
【００２９】次に、前記実施形態１の工程によって作製
された試料の光触媒機能を、メチレンブルーの分解性能
で評価した。内容積が１０ｍｍ（Ｗ）×５ｍｍ（Ｄ）×
３０ｍｍ（Ｈ）の石英製の透明セルに、酸化チタン膜を
被覆したガラス基板を１０ｍｍ（Ｗ）×１５ｍｍ（Ｈ）
にカットしたものを入れ、酸化チタン膜の表面全体がち
ょうど浸されるだけの所定量の５ｐｐｍのメチレンブル
ー水溶液を注入し、紫外光照射した場合のメチレンブル
ーの分解性能を、波長６６０ｎｍにおけるメチレンブル
ー水溶液の吸光度の変化として測定することによって行
った。照射光源には１００ＷのＸｅランプを用いた。そ
の結果を図５に示す。
された試料の光触媒機能を、メチレンブルーの分解性能
で評価した。内容積が１０ｍｍ（Ｗ）×５ｍｍ（Ｄ）×
３０ｍｍ（Ｈ）の石英製の透明セルに、酸化チタン膜を
被覆したガラス基板を１０ｍｍ（Ｗ）×１５ｍｍ（Ｈ）
にカットしたものを入れ、酸化チタン膜の表面全体がち
ょうど浸されるだけの所定量の５ｐｐｍのメチレンブル
ー水溶液を注入し、紫外光照射した場合のメチレンブル
ーの分解性能を、波長６６０ｎｍにおけるメチレンブル
ー水溶液の吸光度の変化として測定することによって行
った。照射光源には１００ＷのＸｅランプを用いた。そ
の結果を図５に示す。
【００３０】図５中（ａ）は、前記工程によって作製さ
れた試料であり、図５中（ｂ）は、比較対照として、ガ
ラス表面上に、本実施例の酸化チタン膜の成膜条件と同
様の条件で、酸化チタン膜を形成した試料であり、図５
中（ｃ）は、比較対照として、ガラス表面上に、ゾルゲ
ル法を用いて酸化チタン膜を形成した試料である。ゾル
ゲル法の成膜条件として、所定量のチタンテトライソプ
ロポキシドにイソプロピルアルコールとジエタノールア
ミンと水を加えてチタニアゾルを調整し、これをガラス
表面にディップコートした後、５５０℃にて加熱焼成
し、更に、前記コーティングと加熱の工程を３回繰り返
して、酸化チタン膜を形成した。
れた試料であり、図５中（ｂ）は、比較対照として、ガ
ラス表面上に、本実施例の酸化チタン膜の成膜条件と同
様の条件で、酸化チタン膜を形成した試料であり、図５
中（ｃ）は、比較対照として、ガラス表面上に、ゾルゲ
ル法を用いて酸化チタン膜を形成した試料である。ゾル
ゲル法の成膜条件として、所定量のチタンテトライソプ
ロポキシドにイソプロピルアルコールとジエタノールア
ミンと水を加えてチタニアゾルを調整し、これをガラス
表面にディップコートした後、５５０℃にて加熱焼成
し、更に、前記コーティングと加熱の工程を３回繰り返
して、酸化チタン膜を形成した。
【００３１】図５から明らかなように、図５（ａ）の本
実施例の工程により作製した試料は、図５（ｂ）のガラ
ス表面に酸化チタン膜のみを形成した試料よりも、大き
な光触媒活性を示している。また、一般に、スパッタリ
ング法により形成した酸化チタン膜は、ゾルゲル法によ
り形成した酸化チタン膜よりも光触媒活性が劣ることは
よく知られている。しかし、図５（ａ）の本実施例の工
程により作製した試料は、図５（ｃ）のゾルゲル法によ
りガラス表面に酸化チタン膜を形成した試料と、ほぼ同
等の光触媒活性を示していることが明らかである。
実施例の工程により作製した試料は、図５（ｂ）のガラ
ス表面に酸化チタン膜のみを形成した試料よりも、大き
な光触媒活性を示している。また、一般に、スパッタリ
ング法により形成した酸化チタン膜は、ゾルゲル法によ
り形成した酸化チタン膜よりも光触媒活性が劣ることは
よく知られている。しかし、図５（ａ）の本実施例の工
程により作製した試料は、図５（ｃ）のゾルゲル法によ
りガラス表面に酸化チタン膜を形成した試料と、ほぼ同
等の光触媒活性を示していることが明らかである。
【００３２】以上の光学特性及び光触媒活性の評価の結
果からも明らかなように、前記工程により、良好な低放
射率特性と十分高い光触媒機能を併せ持つ多機能ガラス
を製造することができることが分かった。
果からも明らかなように、前記工程により、良好な低放
射率特性と十分高い光触媒機能を併せ持つ多機能ガラス
を製造することができることが分かった。
【００３３】実施例２
ガラスから成る基板上に、直流（ＤＣ）反応性マグネト
ロンスパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＺｎＯ
膜を、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、膜厚
２０ｎｍのＡｇ膜を、順次堆積した。ＺｎＯ膜のスパッ
タリング法の成膜条件は、ターゲット材料として、純度
９９．９％以上の金属Ｚｎタブレットを用いた。ガスと
しては、アルゴンと酸素の混合ガスを導入し、成膜時の
全ガス圧は、０．５Ｐａ、そのうち酸素の分圧は１０％
とした。成膜時の基板温度は、室温とした。Ａｇ膜のス
パッタリング法の成膜条件は、ターゲット材料として、
純度９９．９９％のＡｇタブレットを用いた。ガスとし
ては、アルゴンを導入し、ガス圧は、０．５Ｐａとし
た。成膜時の基板温度は、室温とした。
ロンスパッタリング法により、膜厚１００ｎｍのＺｎＯ
膜を、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、膜厚
２０ｎｍのＡｇ膜を、順次堆積した。ＺｎＯ膜のスパッ
タリング法の成膜条件は、ターゲット材料として、純度
９９．９％以上の金属Ｚｎタブレットを用いた。ガスと
しては、アルゴンと酸素の混合ガスを導入し、成膜時の
全ガス圧は、０．５Ｐａ、そのうち酸素の分圧は１０％
とした。成膜時の基板温度は、室温とした。Ａｇ膜のス
パッタリング法の成膜条件は、ターゲット材料として、
純度９９．９９％のＡｇタブレットを用いた。ガスとし
ては、アルゴンを導入し、ガス圧は、０．５Ｐａとし
た。成膜時の基板温度は、室温とした。
【００３４】次に、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）
マグネトロンスパッタリング法により膜厚２００ｎｍの
ＡｌドープされたＺｎＯ膜を順次堆積した。該Ａｌドー
プされたＺｎＯ膜は、角錐状の表面凸部を有し、表面の
算術平均荒さが３０ｎｍ、シート抵抗値は１０Ω／スク
エアとした。該ＡｌドープされたＺｎＯ膜のスパッタリ
ング法の成膜条件は、ターゲットとして、３重量％のＡ
ｌが添加されたＺｎＯタブレットを用いた。ガスとして
は、アルゴンと酸素の混合ガスを導入し、成膜時の全ガ
ス圧は、０．５Ｐａ、そのうち酸素の分圧は５％とし
た。成膜時の基板温度は、室温とした。
マグネトロンスパッタリング法により膜厚２００ｎｍの
ＡｌドープされたＺｎＯ膜を順次堆積した。該Ａｌドー
プされたＺｎＯ膜は、角錐状の表面凸部を有し、表面の
算術平均荒さが３０ｎｍ、シート抵抗値は１０Ω／スク
エアとした。該ＡｌドープされたＺｎＯ膜のスパッタリ
ング法の成膜条件は、ターゲットとして、３重量％のＡ
ｌが添加されたＺｎＯタブレットを用いた。ガスとして
は、アルゴンと酸素の混合ガスを導入し、成膜時の全ガ
ス圧は、０．５Ｐａ、そのうち酸素の分圧は５％とし
た。成膜時の基板温度は、室温とした。
【００３５】その凸部は底辺を多角形とする角錐台又は
角錐の形状となった。当該ＡｌドープされたＡｎＯ膜に
ついて、Ａｌの添加量を０．５〜５重量％の範囲で制御
することにより、これらの形状、特に、結晶粒の斜辺の
角度及び高さを任意に変化させた。続いて、該Ａｌドー
プされたＺｎＯ膜上に、ＤＣ反応性マグネトロンスパッ
タリング法により、光触媒機能薄膜としての酸化チタン
薄膜を形成した。該酸化チタン薄膜は、該Ａｌドープさ
れたＺｎＯ膜と同様の角錐状の凸部を有する表面形態と
し、膜厚２００ｎｍ、表面の算術平均荒さは５０ｎｍと
した。
角錐の形状となった。当該ＡｌドープされたＡｎＯ膜に
ついて、Ａｌの添加量を０．５〜５重量％の範囲で制御
することにより、これらの形状、特に、結晶粒の斜辺の
角度及び高さを任意に変化させた。続いて、該Ａｌドー
プされたＺｎＯ膜上に、ＤＣ反応性マグネトロンスパッ
タリング法により、光触媒機能薄膜としての酸化チタン
薄膜を形成した。該酸化チタン薄膜は、該Ａｌドープさ
れたＺｎＯ膜と同様の角錐状の凸部を有する表面形態と
し、膜厚２００ｎｍ、表面の算術平均荒さは５０ｎｍと
した。
【００３６】前記工程によって作製した試料の光学的特
性を調べた結果、３５０〜８００ｎｍの波長の可視光領
域において、７０％以上の高い透過率を示し、２マイク
ロメートル以上の波長の赤外領域において８０％以上の
高い反射率を示した。続いて、前記工程によって作製し
た試料の光触媒機能をメチレンブルーの分解性能で評価
した。詳細な評価方法は、前記実施例１と同様とした。
比較対照として、ガラス表面上に、ゾルゲル法を用いて
酸化チタン膜を形成した試料を作製した。詳細な作製方
法は、前記実施例１の比較対照試料と同様とした。その
結果、本実施例２の工程によって作製した試料は、ゾル
ゲル法によりガラス表面に酸化チタン膜を形成した試料
と、ほぼ同等の高い光触媒活性度を示した。 以上の光
学特性及び光触媒活性の評価からも明らかなように、本
発明の工程により、良好な低放射率特性と十分な光触媒
活性を併せ持つ多機能ガラスを製造することができるこ
とが分かった。
性を調べた結果、３５０〜８００ｎｍの波長の可視光領
域において、７０％以上の高い透過率を示し、２マイク
ロメートル以上の波長の赤外領域において８０％以上の
高い反射率を示した。続いて、前記工程によって作製し
た試料の光触媒機能をメチレンブルーの分解性能で評価
した。詳細な評価方法は、前記実施例１と同様とした。
比較対照として、ガラス表面上に、ゾルゲル法を用いて
酸化チタン膜を形成した試料を作製した。詳細な作製方
法は、前記実施例１の比較対照試料と同様とした。その
結果、本実施例２の工程によって作製した試料は、ゾル
ゲル法によりガラス表面に酸化チタン膜を形成した試料
と、ほぼ同等の高い光触媒活性度を示した。 以上の光
学特性及び光触媒活性の評価からも明らかなように、本
発明の工程により、良好な低放射率特性と十分な光触媒
活性を併せ持つ多機能ガラスを製造することができるこ
とが分かった。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光触媒
機能と低放射率特性を併せ持つ新規ガラス基材及びその
製造方法に係るものであり、本発明によれば、以下のよ
うな格別の効果が奏される。 （１）酸化チタン薄膜の結晶性や配向性を精密に制御し
て成膜することができる。 （２）酸化チタン薄膜の表面形態を高精度に制御するこ
とができる。 （３）良好な低放射率特性と十分高い光触媒機能を併せ
持つ多機能ガラスを製造することができる。 （４）このような多機能ガラスを、ビルや住宅の窓ガラ
スに用いることにより、暖房負荷軽減などの省エネルギ
ー効果と、有害物質の除去や防汚などの環境浄化効果は
絶大なものになる。
機能と低放射率特性を併せ持つ新規ガラス基材及びその
製造方法に係るものであり、本発明によれば、以下のよ
うな格別の効果が奏される。 （１）酸化チタン薄膜の結晶性や配向性を精密に制御し
て成膜することができる。 （２）酸化チタン薄膜の表面形態を高精度に制御するこ
とができる。 （３）良好な低放射率特性と十分高い光触媒機能を併せ
持つ多機能ガラスを製造することができる。 （４）このような多機能ガラスを、ビルや住宅の窓ガラ
スに用いることにより、暖房負荷軽減などの省エネルギ
ー効果と、有害物質の除去や防汚などの環境浄化効果は
絶大なものになる。
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る製造工
程によって作製された積層構造の概略図である。
程によって作製された積層構造の概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係る製造工
程によって作製された積層構造の概略図である。
程によって作製された積層構造の概略図である。
【図３】図３は、ガラス表面に、所定の膜厚のＳｎＯ2
膜を形成した後の走査型電子顕微鏡による鳥瞰像であ
る。
膜を形成した後の走査型電子顕微鏡による鳥瞰像であ
る。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る製造工
程によって作製された試料の透過率及び反射率の分光特
性を示す。
程によって作製された試料の透過率及び反射率の分光特
性を示す。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る製造工
程によって作製されて試料、及び比較試料の光触媒活性
度を示す。
程によって作製されて試料、及び比較試料の光触媒活性
度を示す。
１１ ガラスなどから成る基板
１２ 透明導電膜、例えば、ＦドープされたＳｎＯ2 膜
１３ 光触媒層たる酸化チタン膜
２１ ガラスなどからなる基板
２２ ＺｎＯ膜
２３ Ａｇ膜
２４ ＡｌドープされたＺｎＯ膜
２５ 光触媒層たる酸化チタン膜
３１ ＳｎＯ2 膜の断面
３２ 酸化チタン膜の断面
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G059 AA01 AB11 AC06 AC12 AC30
EA01 EA02 EA03 EA04 EA12
EB02 EB04 GA02 GA12
4G069 AA02 AA08 BA04A BA04B
BA14A BA14B BA48A CA10
EA11 EB05 EB15Y EC28
EE06 FA03 FB02
Claims (12)
- 【請求項１】 ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放
射率特性薄膜を形成し、該低放射率特性薄膜上に、表面
凹凸を有する光触媒層としての金属酸化物半導体膜を形
成する工程を有することを特徴とするガラス基材の製造
方法。 - 【請求項２】 前記光触媒層としての金属酸化物半導体
膜が、酸化チタンである請求項１記載のガラス基材の製
造方法。 - 【請求項３】 前記光触媒層としての金属酸化物半導体
膜が、ガラス基板の表面と反対の方向に延びている角錐
形状の凸部を多数含む表面形態を有し、前記光触媒層た
る金属酸化物半導体膜の表面に露出している凸部の高さ
が５０〜２００ｎｍである請求項１記載のガラス基材の
製造方法。 - 【請求項４】 前記低放射率特性薄膜が、透明導電性材
料からなり、フッ素が添加された酸化錫、アンチモンが
添加された酸化錫、アンチモンが添加されたインジウム
錫酸化物、アルミニウムが添加された酸化亜鉛のうちの
いずれかである請求項１記載のガラス基材の製造方法。 - 【請求項５】 前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．
０以上の金属酸化物層と、低放射率金属層と、屈折率が
２．０以上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１
（ｎはゼロもしくは正の整数）層堆積された積層体から
なり、該低放射率金属層は、銀、銅もしくは金又はこれ
らを主成分とする合金であり、該金属酸化物層は、酸化
亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化ハフニ
ウム、酸化ジルコニウムのうちのいずれかである請求項
１記載のガラス基材の製造方法。 - 【請求項６】 前記低放射率特性薄膜が、屈折率が２．
０以上の金属酸化物層と、金属窒化物層と、屈折率が
２．０以上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋１
（ｎはゼロもしくは正の整数）層堆積された積層体から
なり、該金属酸化物層及び金属窒化物層は、チタン、亜
鉛、錫、ビスマス、ハフニウム、ジルコニウムのうちの
いずれかを主成分とする酸化物層及び窒化物層である請
求項１記載のガラス基材の製造方法。 - 【請求項７】 ガラス表面上に、表面凹凸を有する低放
射率特性薄膜が形成され、該低放射率特性薄膜上に、表
面凹凸を有する光触媒層としての金属酸化物半導体膜が
形成されていることを特徴とするガラス基材。 - 【請求項８】 前記光触媒層としての金属酸化物半導体
膜が、酸化チタンからなる請求項７記載のガラス基材。 - 【請求項９】 前記光触媒層としての金属酸化物半導体
膜が、ガラス基板の表面と反対の方向に延びている角錐
形状の凸部を多数含む表面形態を有し、前記光触媒層た
る金属酸化物半導体膜の表面に露出している凸部の高さ
が５０〜２００ｎｍである請求項７記載のガラス基材。 - 【請求項１０】 前記低放射率特性薄膜が、透明導電性
材料からなり、フッ素が添加された酸化錫、アンチモン
が添加された酸化錫、アンチモンが添加されたインジウ
ム錫酸化物、アルミニウムが添加された酸化亜鉛のうち
のいずれかである請求項７記載のガラス基材。 - 【請求項１１】 前記低放射率特性薄膜が、屈折率が
２．０以上の金属酸化物層と、低放射率金属層と、屈折
率が２．０以上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ
＋１（ｎはゼロもしくは正の整数）層堆積された積層体
からなり、該低放射率金属層は、銀、銅もしくは金又は
これらを主成分とする合金であり、該金属酸化物層は、
酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、酸化ビスマス、酸化ハ
フニウム、酸化ジルコニウムのうちのいずれかである請
求項７記載のガラス基材。 - 【請求項１２】 前記低放射率特性薄膜が、屈折率が
２．０以上の金属酸化物層と、金属窒化物層と、屈折率
が２．０以上の金属酸化物層を、この順に交互に２ｎ＋
１（ｎはゼロもしくは正の整数）層堆積された積層体か
らなり、該金属酸化物層及び金属窒化物層は、チタン、
亜鉛、錫、ビスマス、ハフニウム、ジルコニウムのうち
のいずれかを主成分とする酸化物層及び窒化物層である
請求項７記載のガラス基材。
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