JP2005165014A - 光触媒性多層薄膜を形成した光学体 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な防曇作用を有するとともに水ヤケが生じにくく付着した汚れが拭き取りやすい光触媒性多層薄膜を形成した光学体を提供すること。
【解決手段】光学基材の表面に直接あるいは他のコート層を介して反射防止膜が形成された光学体であって、同反射防止膜は、低屈折率層及び高屈折率層を交互に積層して構成され、その層構成において最上層を非親水性の低屈折率層であるフッ化マグネシウムとし、かつ最上層の直下の高屈折率層が光触媒活性を有する金属酸化物層である二酸化チタンとした。これによって、水ヤケが生じにくく付着した汚れが拭き取りやすい光学体を提供することが可能となる。
【選択図】 なし

Description

本発明は各種レンズ、ガラス等の光学体に関するものである。

従来から光学体、例えば眼鏡レンズの曇りを防止するための技術がいくつか提案されてきている。曇り防止の作用の点から大きく分けてレンズ表面に吸水性樹脂を被覆することと、いわゆる濡れ現象を利用する２つのタイプが挙げられる。但し、近年では吸水性樹脂による防曇作用は吸水性樹脂を被覆すると表面硬度が低くなってしまうことと、その厚みから反射防止レンズには使用できないことから後者の濡れ現象を利用した防曇レンズの開発が主流である。濡れ現象とは要はレンズに付着する水分の表面張力による水滴化を防止するものである。具体的には、光触媒を使用してレンズ表面を超親水性にしたりレンズ表面に界面活性剤を塗布したりして濡れ性を発現させ曇りを防止させる技術である。

光触媒を使用した曇り防止処理においては二酸化チタン等の光触媒性半導体を主成分とする光触媒層によって曇り防止が実現されている。光触媒性半導体の光触媒反応によって膜表面が超親水化されるため曇り止め、水による油汚れの洗浄、セルフクリーニングなどの機能が発揮されるというものである。このような光触媒を使用してレンズの曇り防止を図った技術として特許文献１及び特許文献２に掲げるような技術がある。これら特許文献の技術は特に光触媒層の上層にトップ層として更に二酸化ケイ素のような金属酸化物からなる親水性の薄膜を被覆させ、光を当て続けなくとも比較的長時間の親水作用を維持させることを可能としたものである。
特許第２８６５０６５号公報 特開平１０−３３０１３１号公報

ところで、上記特許文献１又は２のようにトップ層に親水性の薄膜を被覆させた場合に留意しなければならない課題として水ヤケの問題がある。上記文献１又は２のようにレンズ表面を親水化すと水ヤケしやすくなってしまうからである。
また、親水性の薄膜は滑り性が必ずしもよくはないため拭き取りが必要な汚れが表面に付着した場合に簡単には布で拭き取ることが容易ではなく、強くこすった場合には薄膜を傷つけてしまう可能性もあった。この場合に親水性の薄膜の表面に更に撥水コート層を設けることも考えられるが、上記親水作用が損なわれてしまうという問題がある。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、十分な防曇作用を有するとともに水ヤケが生じにくく付着した汚れが拭き取りやすい光触媒性多層薄膜を形成した光学体を提供することにある。

上記課題を解決するために請求項１の発明では、光学基材の表面に直接あるいは他のコート層を介して反射防止膜が形成された光学体であって、同反射防止膜は、低屈折率層及び高屈折率層を交互に積層して構成され、その層構成において最上層を非親水性の低屈折率層とし、かつ少なくとも最上層の直下の高屈折率層が光触媒活性を有する金属酸化物層としたことを要旨とする。
請求項２の発明では請求項１に記載の発明の構成に加え、前記最上層の非親水性低屈折率層はフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウムから選ばれた少なくとも１つの化合物を主成分として形成されるようにしたことを要旨とする。
請求項３の発明では請求項１に記載の発明の構成に加え、前記最上層の非親水性低屈折率層はフッ化マグネシウムを主成分として形成されることを要旨とする。
請求項４の発明では請求項１〜３のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記光触媒活性を有する金属酸化物層は二酸化チタンを主成分とすることを要旨とする。
請求項５の発明では請求項１〜４のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記最上層を非親水性の低屈折率層の層厚は５〜１３０ｎｍであることを要旨とする。

ここに光触媒性多層薄膜を形成した光学体としては眼鏡用レンズ、双眼鏡、望遠鏡のレンズ、窓ガラス、車両用サイドミラー、ＣＲＴ等の光学ディスプレイ、光学フィルター等およそ曇り防止処理が必要と考えられる物品を広く含む概念である。
素材としては無機ガラス及びプラスチックに適用可能である。無機ガラスとしては二酸化ケイ素を主成分とするものが使用出来る。また、プラスチックとしては例えばアクリル樹脂、ポリカ−ボネ−ト樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エピスルフィド樹脂、ポリエ−テルサルホン樹脂ポリ4-メチルペンテン-1樹脂、ジエチレングリコ−ルビスアリルカ−ボネ−ト樹脂等が挙げられる。

ここに、反射防止膜は公知の蒸着法やイオンスパッタリング法等により形成されている。反射防止層は、光学理論に基づいた多層構造膜が採用される。膜材料としては、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム（アルミナ）、二酸化イットリウム、二酸化セリウム、二酸化ジルコニウム、二酸化タンタル、二酸化チタン等一般的な無機酸化物を使用することができる。
反射防止膜は特性の異なるこれらを材料とした薄膜を周知の手段（例えば蒸着）により定石に従って１層から順に蒸着して形成される。また、これら多層構造膜は反射防止膜としての機能を最適に発揮させるため低屈折率層及び高屈折率層が交互に配置されている。低屈折又は高屈折は隣接する層との相対的な屈折率によって決定されるものである。
反射防止膜において特に最上層（トップ層）は非親水性の低屈折率層（隣接する光触媒活性を有する金属酸化物層に対して低屈折率であること）とされ膜材料としては、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム等を主成分とすることが挙げられるが膜材料としてはフッ化マグネシウムが最も好適である。これら膜材料は単体あるいは複合して使用することが可能である。ここに主成分とは他の成分が含有されている場合だけではなく含有されていない場合をも含む概念である。
最上層（トップ層）の厚みは光触媒活性を有する金属酸化物層の親水作用を発現させるため５〜１３０ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍとするのがより好ましい。

光触媒反応とは二酸化チタン等の光触媒性半導体をそのエネルギーバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長で励起させ（活性化させ）、半導体内部に電子・正孔対を生成させ、この電子・正孔対が半導体表面に取り出されることで半導体表面に付着した物質に酸化還元反応を生じさせる現象である。従って、ここでは親水作用とは濡れ性の向上のみをいうのではなく広義には油等の有機物の分解作用までも含む定義である。
最上層の直下の層は光触媒活性を有する金属酸化物を主成分とする層とされている。ここに主成分とは他の成分が含有されている場合だけではなく含有されていない場合をも含む概念である。この光触媒活性を有する金属酸化物層の材料としては、二酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第二鉄、チタン酸ストロンチウム等を使用できる。二酸化チタン（ＴｉＯ₂）が反応性、持続性、安全性等の点で最も適している。二酸化チタンが光触媒活性を効率的に有するためには非晶質状態ではなく結晶型構造を構築する必要がある。二酸化チタンの結晶構造にはルチル型とアナターゼ型が一般的であるが、アナターゼ型の方が光触媒活性効果が大きいので、アナターゼ型に成膜させるのが望ましい。

反射防止膜は光学基材の表面に直接あるいは他のコート層を介して形成される。他のコート層とは例えばレンズ基材表面に形成されたハードコート膜等が該当する。ハードコート膜としてはオルガノシロキサン系ハードコート膜が好ましい。オルガノシロキサン系ハードコート膜はオルガノシロキサン系樹脂と無機酸化物微粒子から構成されている。ハードコート膜はコート用のハードコート液に浸漬し、その後公知の方法にて溶媒を蒸発させて形成される。ハードコート液は水又はアルコール系の溶媒にオルガノシロキサン系樹脂と無機酸化物微粒子ゾルを混合させた液である。

上記発明では、反射防止膜において最上層の直下の層を光触媒活性を有する金属酸化物層として最上層の表面の親水化を図るとともに最上層を非親水性とすることによって水ヤケが生じにくく付着した汚れが拭き取りやすい光学体を提供することが可能となる。

本発明について、実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
［基材］
基材として屈折率１．８０を有するガラスレンズ基板を用いた。
［ハードコート膜の形成］
本実施例１では、ガラスレンズ基板を真空槽内にセットし、５層の反射防止膜とし真空蒸着法によって成膜した。膜の構成は、光学膜厚で下から二酸化ケイ素層が５２ｎｍ、二酸化チタン層７３ｎｍ、二酸化ケイ素層４０ｎｍ、光触媒二酸化チタン層１１５ｎｍ（λ／２）、最上層のフッ化マグネシウム層８４ｎｍ（λ／４）で行った。ここで、λは５５０ｎｍに設定した。
真空蒸着の方法としては、真空槽内を少なくとも３×１０−３ｐａの真空圧に下げ、基材温度を適宜に選んだ。この基板温度において、光触媒二酸化チタン層の第４層目は３６０℃まで高めてアナターゼ型の柱状結晶構造にし、光触媒効果を発揮させた。
このようにして作製された反射防止コートレンズを１ｍＡ／ｃｍ２のＵＶ強度で２時間照射し光触媒の活性を発現させた。得られたレンズの性能を表１に示す。［結果］
防曇・防汚性を有し、水ヤケ性、メガネ拭き時の滑り性が優れている。

実施例２
［基材］
基材として屈折率１．８０を有するガラスレンズ基板を用いた。
［ハードコート膜の形成］
本実施例２では、ガラスレンズ基板を真空槽内にセットし、５層の反射防止膜とし真空蒸着法によって成膜した。膜の構成は、光学膜厚で下からフッ化マグネシウム層５２ｎｍ、二酸化ジルコニウム層が２３ｎｍ、フッ化マグネシウム層４１ｎｍ、光触媒二酸化チタン層１１５ｎｍ（λ／２）、最上層のフッ化マグネシウム層８４ｎｍ（λ／４）で行った（λは５５０ｎｍに設定）。
実施例１と同様にして光触媒を活性化させ、得られたレンズの性能を表１に示した。
［結果］
防曇・防汚性を有し、水ヤケ性、メガネ拭き時の滑り性が優れている。

実施例３
［基材］
基材として屈折率１．６０を有するガラスレンズ基板を用いた。
［ハードコート膜の形成］
本実施例２では、ガラスレンズ基板を真空槽内にセットし、３層の反射防止膜とし真空蒸着法によって成膜した。膜の構成は、光学膜厚で下から酸化アルミニウム層λ／４、光触媒性の二酸化チタン層がλ／２、最上層のフッ化マグネシウム層λ／４で行った（λは５５０ｎｍに設定）。
実施例１と同様にして光触媒を活性化させ、得られたレンズの性能を表１に示した。
［結果］
防曇・防汚性を有し、水ヤケ性、メガネ拭き時の滑り性が優れている。

比較例１
［基材］
基材として屈折率１．８０を有するガラスレンズ基板を用いた。
［ハードコート膜の形成］
比較例１では、ガラスレンズ基板を真空槽内にセットし、５層の反射防止膜とし真空蒸着法によって成膜した。膜の構成は、光学膜厚で下からフッ化マグネシウム層５２ｎｍ、酸化ジルコニウム層が２３ｎｍ、フッ化マグネシウム層４１ｎｍ、二酸化チタン層１１５ｎｍ（λ／２）、最上層のフッ化マグネシウム層８４ｎｍ（λ／４）で行った（λは５５０ｎｍに設定）。
実施例１と同様にしてＵＶ照射し、反射防止コートレンズを作製した。得られたレンズの性能を表１に示した。
［結果］
最上層の下の４層目が光活性のない非晶質の二酸化チタン層の場合には、接触角が高く防曇が劣り防曇レンズとしての機能が得られない。防汚性も劣った。

比較例２
［基材］
基材として屈折率１．８０を有するガラスレンズ基板を用いた。
［ハードコート膜の形成］
比較例２では、ガラスレンズ基板を真空槽内にセットし、５層の反射防止膜とし真空蒸着法によって成膜した。膜の構成は、光学膜厚で下からフッ化マグネシウム層５２ｎｍ、酸化ジルコニウム層が２３ｎｍ、フッ化マグネシウム層４１ｎｍ、光触媒性の二酸化チタン層１１５ｎｍ（λ／２）、最上層の二酸化ケイ素層８４ｎｍ（λ／４）で行った（λは５５０ｎｍに設定）。
実施例１と同様にしてＵＶ照射し、反射防止コートレンズを作製した。得られたレンズの性能を表１に示した。
［結果］
最上層の５層目が二酸化ケイ素層の場合には、接触角は低く、防曇効果は優れるものの、水ヤケ性が不良でめがね拭き時の滑り性も劣った。

比較例３
［基材］
基材として屈折率１．６０を有するガラスレンズ基板を用いた。
［ハードコート膜の形成］
比較例３では、ガラスレンズ基板を真空槽内にセットし、５層の反射防止膜とし真空蒸着法によって成膜した。膜の構成は、光学膜厚で下からフッ化マグネシウム層５２ｎｍ、酸化ジルコニウム層が２３ｎｍ、フッ化マグネシウム層４１ｎｍ、光触媒性の二酸化チタン層１１５ｎｍ（λ／２）、最上層のフッ化ナトリウム層８４ｎｍ（λ／４）で行った（λは５５０ｎｍに設定）。
実施例１と同様にしてＵＶ照射し、反射防止コートレンズを作製した。得られたレンズの性能を表１に示した。
［結果］
最上層の５層目がフッ化ナトリウム層の場合には、接触角が高く、防汚性、防曇性とも劣った。水ヤケ性とめがね拭き時の滑り性は良好であった。
［結果］

性能評価方法について
（ａ）接触角
協和界面科学社製 ＦＡＣＥＣＡ−Ｄ型接触角測定装置を用いて２３℃、６０％ＲＨ条件下にて行った。注射筒（注射針の直径約０．７ｍｍ）を使用して５ｍｇの重さの水滴を作った。サンプル台を上昇させてレンズ表面の中央部に該液滴を触れさせ、レンズ表面に水滴を移し、３０秒以内に接触角を測定した。
（ｂ）防曇性
レンズに東芝加湿器（ヒーター加熱式）ＫＡ−Ｂ３で発生する水蒸気に５秒間曝し、曇りの様子を肉眼判定した。
（ｃ）防汚性
反射防止コートレンズ上に人工指紋液を塗りつけ、その後、紫外線１ｍＡ／ｃｍ２×２ｈを照射し、接触角の低下の程度で防汚効果を判定した。
人工指紋液の組成は、塩化ナトリウム０．３５ｇ、尿素０．０５ｇ、乳酸０．２０ｇ、水２５ｇ、エタノール２５ｇの混合液。
（ｄ）水ヤケ性
レンズ上に水道水を１滴（約０．２ｃｃ）垂らし、室温下に放置して 蒸発乾固させ、布拭きしても水跡を目視した。
（ｅ）手擦り滑り性
レンズをピュアリーフ Ｌ１５０（小津産業社製）で手擦りし、滑り性を判定した。

Claims (5)

1. 光学基材の表面に直接あるいは他のコート層を介して反射防止膜が形成された光学体であって、同反射防止膜は、低屈折率層及び高屈折率層を交互に積層して構成され、その層構成において最上層を非親水性の低屈折率層とし、かつ少なくとも最上層の直下の高屈折率層が光触媒活性を有する金属酸化物層であることを特徴とする光触媒性多層薄膜を形成した光学体。
2. 前記最上層の非親水性低屈折率層はフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウムから選ばれた少なくとも１つの化合物を主成分として形成されることを特徴とする請求項１に記載の光触媒性多層薄膜を形成した光学体。
3. 前記最上層の非親水性低屈折率層はフッ化マグネシウムを主成分として形成されることを特徴とする請求項１に記載の光触媒性多層薄膜を形成した光学体。
4. 前記光触媒活性を有する金属酸化物層は二酸化チタンを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光触媒性多層薄膜を形成した光学体。
5. 前記最上層を非親水性の低屈折率層の層厚は５〜１３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光触媒性多層薄膜を形成した光学体。