JP2013105846A - Optical component having antifogging film and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical component, easy to adjust refractive index, easy to design optics, and having an antifogging film.SOLUTION: The optical component comprises a transparent base material and an optical thin film, laminated on the transparent base material and at least a part of which is composed of hydrophilic metal oxide. The optical thin film has a porous structure in which a metal oxide fine particles having voids inside its matrix are combined.

Description

本発明は、防曇性膜を有する光学部品、該光学部品を用いた半導体装置に関する。   The present invention relates to an optical component having an antifogging film and a semiconductor device using the optical component.

CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(complementary metal-oxide semiconductor)などの固体撮像素子を有する半導体装置パッケージ(以下、半導体パッケージともいう)は、中空構造であることが多い。例えば、樹脂やセラミクス等からなるパッケージの底面付近に受光部が設置され、上部には、ガラスや樹脂などの光学的に光透過性があり、かつ平坦な光学部品であるカバーが設置され、カバーが半導体パッケージの枠部分(以下、枠ともいう)と接着剤などで一体化されて閉じた構造とされる。   A semiconductor device package (hereinafter, also referred to as a semiconductor package) having a solid-state imaging device such as a charge-coupled device (CCD) or a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) is often a hollow structure. For example, a light receiving unit is installed near the bottom of a package made of resin, ceramics, etc., and a cover that is an optically light-transmissive and flat optical component such as glass or resin is installed on the top. However, the structure is integrated with a frame portion (hereinafter also referred to as a frame) of the semiconductor package with an adhesive or the like to be closed.

このような半導体パッケージが長期にわたって安定に動作するためには、半導体パッケージ内に水分が極力存在しないことが重要である。しかし、半導体パッケージの製造過程において、空気中の水分が、上記の半導体パッケージの枠や、半導体パッケージとカバーとを接着している接着剤などの各部材に、ある程度吸着されてしまう。これを防ぐには、例えば、パッケージ内に固体撮像素子を収容し、窒素や乾燥空気を充填して気密封止する方法があるが、固体撮像素子用としてはきわめて高価である。   In order for such a semiconductor package to operate stably over a long period of time, it is important that moisture is not present in the semiconductor package as much as possible. However, in the process of manufacturing a semiconductor package, moisture in the air is adsorbed to some extent by each member such as the frame of the semiconductor package and an adhesive that bonds the semiconductor package and the cover. In order to prevent this, there is, for example, a method in which a solid-state imaging device is accommodated in a package and hermetically sealed by filling with nitrogen or dry air, but this is extremely expensive for a solid-state imaging device.

このように、半導体パッケージ内には水分が含まれてしまうことが多い。このため、半導体装置の製造工程の中で、リフロー工程、リペア工程など特に高温になる工程において、それ以前に半導体パッケージ内に吸着された水分が蒸発し、その後最初に常温付近に戻る部品上において結露することがある。この最初に常温付近に戻る部品がカバーの場合、品質検査において光が十分に透過しないので、本来は問題ないものまで透過率不良となってしまう場合がある。   As described above, the semiconductor package often contains moisture. For this reason, in the manufacturing process of the semiconductor device, in the process that becomes particularly high temperature such as the reflow process and the repair process, the moisture adsorbed in the semiconductor package before it evaporates, and then on the part that first returns to near normal temperature after that. Condensation may occur. When the part that first returns to the vicinity of room temperature is a cover, light is not sufficiently transmitted in quality inspection, and thus there may be a case where the transmittance is poor even if there is no problem.

これに対して、例えば、水分吸湿剤を固体撮像素子の下に配置する方法がある(特許文献1)。このように、パッケージ内部に水分吸着剤または除湿剤、防湿剤を外部からの光を遮断しない場所に設ける方法のほか、パッケージの構成部材に水分を吸着させる方法、パッケージに小さな開口部を設けておいてそこから水分を逃がす構成とする方法など、多数提案されている。また、固体撮像素子を有する半導体装置では、カバー上に酸化チタン膜を成膜して防曇効果を得る方法がある(特許文献2)。   On the other hand, for example, there is a method of disposing a moisture hygroscopic agent under the solid-state imaging device (Patent Document 1). In this way, in addition to the method of providing a moisture adsorbent or dehumidifier inside the package in a place where light from the outside is not blocked, a method for adsorbing moisture on the components of the package, and providing a small opening in the package Many methods have been proposed, such as a method for escaping moisture therefrom. In addition, in a semiconductor device having a solid-state imaging element, there is a method for obtaining an antifogging effect by forming a titanium oxide film on a cover (Patent Document 2).

さらに、窓ガラス、ショーウインド用ガラス、計器のカバーガラス、時計のカバーガラス、眼鏡用レンズ、カメラ用レンズ、自動車用ミラー、浴室の鏡等のような透明基材表面は、親水性を有する表面を持つものがほとんどである。しかし、この親水性は透明基材表面が汚染されていない状態において発揮されうるものであって、通常は、透明基材表面に設置環境からくる汚染物質、例えば、土、埃、油等の付着により親水性が損なわれ、疎水性表面となっている。このように表面の親水性が損なわれて疎水性表面となった透明基材表面では、空気中の水分が細かな水滴となって付着することにより光を乱反射する曇り現象が生じ、透明性が低下する場合がある。これに対して、酸化チタン膜を成膜して防曇効果を得る方法や、二酸化ケイ素微粉末を含む凹凸膜により、水滴の発生を防止し、防曇効果を得る方法等がある(特許文献3)。   Furthermore, transparent substrate surfaces such as window glass, glass for show windows, instrument cover glass, watch cover glass, eyeglass lenses, camera lenses, automobile mirrors, bathroom mirrors, etc. are hydrophilic surfaces. Most have. However, this hydrophilicity can be exhibited when the surface of the transparent substrate is not contaminated. Usually, contaminants such as dirt, dust, oil, etc. coming from the installation environment are attached to the surface of the transparent substrate. As a result, the hydrophilicity is impaired and the surface becomes hydrophobic. In this way, on the surface of the transparent base material that has become hydrophobic due to the loss of hydrophilicity of the surface, the water in the air adheres in the form of fine water droplets, causing a clouding phenomenon that irregularly reflects light, resulting in transparency. May decrease. On the other hand, there are a method for obtaining an antifogging effect by forming a titanium oxide film, a method for obtaining an antifogging effect by preventing the generation of water droplets by an uneven film containing fine silicon dioxide powder (Patent Documents) 3).

特開2007−305811号公報JP 2007-305811 A 特開2009−182008号公報JP 2009-182008 A 特開平11−217560号公報JP-A-11-217560

しかし、吸湿剤等を配置する方法は、いずれも完全な課題解決にはいたっておらず、用途によって方法を使い分けたり、複数の方法を適宜組み合わせたりするなどして所望の防曇効果を得ている。また、酸化チタンの適用は高価であること、また高い防曇効果を得るには紫外線が必要であること、さらに酸化チタンのような高屈折率膜を光学部品用に光学多層膜の最表面に配置するのは、光学設計上困難等の課題があった。二酸化ケイ素微粉末による膜では、低屈折率の実現、例えばカバーへの要求特性の1つである可視光領域の反射率低減の達成が困難であった。   However, none of the methods for arranging the hygroscopic agent has been used to solve the complete problem, and the desired anti-fogging effect is obtained by properly using the methods depending on the application or by appropriately combining a plurality of methods. . In addition, the application of titanium oxide is expensive, and ultraviolet light is necessary to obtain a high antifogging effect. Further, a high refractive index film such as titanium oxide is used on the outermost surface of the optical multilayer film for optical parts. Arrangement has problems such as difficulty in optical design. With a film made of fine silicon dioxide powder, it has been difficult to achieve a low refractive index, for example, to achieve a reduction in reflectance in the visible light region, which is one of the required characteristics of the cover.

本発明は、このような課題を鑑み、屈折率調整が容易で光学設計がしやすいとともに、防曇性膜を有する光学部品を提供する。また、半導体装置の製造工程中の特に高温の工程において、安価かつ簡便に、カバーが曇ることがないようにする方法とその製造方法を提供する。   In view of such a problem, the present invention provides an optical component having an anti-fogging film as well as easy refractive index adjustment and easy optical design. Further, the present invention provides a method and a manufacturing method for preventing the cover from being fogged at low cost and in a simple and particularly high temperature step during the manufacturing process of the semiconductor device.

本発明の光学部品は、透明基材上に、実質的に親水性を有する金属酸化物からなり、光透過性の光学薄膜が積層されることを特徴とする。   The optical component of the present invention is characterized in that a light-transmitting optical thin film is laminated on a transparent base material, which is substantially made of a metal oxide having hydrophilicity.

本発明の光学部品によれば、優れた防曇性能と、光学設計が容易となるような、光吸収がほとんど無い低屈折率性能とを同時に、かつ安価で効果的に付与できる。   According to the optical component of the present invention, excellent anti-fogging performance and low refractive index performance with almost no light absorption that facilitates optical design can be provided at the same time at low cost.

本発明の半導体装置の一例を示す概略図。1 is a schematic diagram illustrating an example of a semiconductor device of the present invention. 本発明の光学部品の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the optical component of this invention. 接触角の測定方法を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the measuring method of a contact angle. 接触角の測定工程を示す図。The figure which shows the measurement process of a contact angle. 接触角の測定工程を示す図。The figure which shows the measurement process of a contact angle. 本発明の光学部品の変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of the optical component of this invention. 本発明の光学部品による可視光域の反射特性の比較図。The comparison figure of the reflection characteristic of the visible light range by the optical component of this invention. 本発明の光学部品による可視光域の反射特性の比較図。The comparison figure of the reflection characteristic of the visible light range by the optical component of this invention. 外殻厚さによる屈折率調整を示す概略図。Schematic which shows refractive index adjustment by outer shell thickness.

以下、本発明の防曇性膜を有する光学部品、半導体装置の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of an optical component and a semiconductor device having an antifogging film according to the present invention will be described.

図1は、本発明の半導体装置の一例を示す概略図である。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of a semiconductor device of the present invention.

図2は、本発明の光学部品の一例として、図1の光学部品20の断面図を示す。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the optical component 20 of FIG. 1 as an example of the optical component of the present invention.

半導体装置10は、例えば、固体撮像素子であって、光学部品20、受光部(受光チップ)1、パッケージ2、外部端子3、ボンディングワイヤ4、接着剤7等を有する。   The semiconductor device 10 is, for example, a solid-state imaging device, and includes an optical component 20, a light receiving unit (light receiving chip) 1, a package 2, an external terminal 3, a bonding wire 4, an adhesive 7, and the like.

半導体装置10は、受光部1がパッケージ2の内部に収容されるとともに、パッケージ2の開口部を覆うように光学部品20が設けられ、パッケージ2と接着剤7により密着される。   In the semiconductor device 10, the light receiving unit 1 is accommodated in the package 2, and the optical component 20 is provided so as to cover the opening of the package 2, and is closely attached to the package 2 by the adhesive 7.

半導体装置10に入射した光は、光学部品20を通して受光部1に入射する。光学部品20は、透明基材6と、この透明基材6に積層された光学薄膜5とを少なくとも有する。また、光学薄膜5は、光学部品20の、少なくとも光学部品20の受光部1に対向する内面に設けられる。   The light incident on the semiconductor device 10 enters the light receiving unit 1 through the optical component 20. The optical component 20 includes at least a transparent substrate 6 and an optical thin film 5 laminated on the transparent substrate 6. The optical thin film 5 is provided on the inner surface of the optical component 20 that faces at least the light receiving portion 1 of the optical component 20.

なお、半導体装置10の外側の入射光側には、図示されてないが、さらにレンズ群、視感度補正部品、モアレ解消部品等が配置され、全体として撮像装置を構成してもよい。レンズ群としては各種レンズ、視感度補正部品としては赤外吸収フィルタ、モアレ解消部品としては複屈折板等があげられる。このような場合は、これらの部品を通過した光が、光学部品20を通して受光部1に入射する。さらに本発明の光学部品は、このような撮像装置の光学部品に限られず、例えばプロジェクターのような投影装置、光ピックアップ等におけるレンズ群やミラー等の光学部品としても使用できる。   Although not shown in the figure, on the incident light side outside the semiconductor device 10, a lens group, a visibility correction component, a moire eliminating component, and the like may be further arranged to constitute the imaging device as a whole. The lens group includes various lenses, the visibility correction component includes an infrared absorption filter, and the moire elimination component includes a birefringent plate. In such a case, the light that has passed through these components enters the light receiving unit 1 through the optical component 20. Furthermore, the optical component of the present invention is not limited to the optical component of such an imaging apparatus, and can be used as an optical component such as a lens group or a mirror in a projection device such as a projector or an optical pickup, for example.

透明基材6は、例えば可視光を含む受光部1の感度範囲にある特定波長領域の光に対して透明性を有するものであれば特に制限されず、ガラス、無機結晶、有機樹脂等からなるものが挙げられる。具体的には、レンズ、視感度補正部品としての赤外吸収フィルタ、カバーガラス等としての赤外吸収機能等を有しないブランクガラス、またはモアレ解消部品としての複屈折板等が挙げられる。   The transparent substrate 6 is not particularly limited as long as it has transparency with respect to light in a specific wavelength region in the sensitivity range of the light receiving unit 1 including visible light, and is made of glass, inorganic crystal, organic resin, or the like. Things. Specific examples include a lens, an infrared absorption filter as a visibility correction component, a blank glass having no infrared absorption function as a cover glass, or a birefringent plate as a moire eliminating component.

光学薄膜5としては、透明基材同様に、可視光など特定波長領域の光に対して良好な透過率を有する必要がある。そのためには、空気層や透明基材との界面における反射や、光学薄膜内での吸収を可能な限り抑制することが好ましい。このような光学薄膜として、例えば、可視光の反射率を抑制する反射防止膜等が挙げられる。また、光学薄膜5は、透明基材6に直接積層されてもよいし、他の機能膜を介して間接的に積層されてもよい。他の機能膜としては、光学多層膜や透明導電膜等が挙げられる。このような光学薄膜は屈折率調整が容易で、光学部品20全体として光学設計がしやすい。このような光学薄膜の屈折率として、少なくとも上記特定波長領域において、光学部品20の透明基材の屈折率と空気層の屈折率の間が好ましい。例えば透明基材6がガラスであれば、1.15〜1.43(波長550nmでの屈折率、以下、特に断りのない限り同様)が好ましく、1.2〜1.4がより好ましい。光学薄膜の屈折率が、空気層との界面側において透明基材との界面側より低いと、より反射が抑制でき好ましい。   The optical thin film 5 needs to have a good transmittance with respect to light in a specific wavelength region such as visible light like the transparent substrate. For this purpose, it is preferable to suppress reflection at the interface with the air layer and the transparent substrate and absorption within the optical thin film as much as possible. Examples of such an optical thin film include an antireflection film that suppresses the reflectance of visible light. Moreover, the optical thin film 5 may be laminated | stacked directly on the transparent base material 6, and may be laminated | stacked indirectly via another functional film. Examples of other functional films include an optical multilayer film and a transparent conductive film. Such an optical thin film easily adjusts the refractive index, and the optical component 20 as a whole can be easily optically designed. The refractive index of such an optical thin film is preferably between the refractive index of the transparent substrate of the optical component 20 and the refractive index of the air layer at least in the specific wavelength region. For example, if the transparent substrate 6 is glass, 1.15 to 1.43 (refractive index at a wavelength of 550 nm, hereinafter the same unless otherwise specified) is preferable, and 1.2 to 1.4 is more preferable. When the refractive index of the optical thin film is lower on the interface side with the air layer than on the interface side with the transparent substrate, it is preferable because reflection can be further suppressed.

なお、本発明の光学薄膜は、半導体装置に限られず、例えばプロジェクターのような投影装置内部の光学部品、光ピックアップ等におけるレンズ群やミラー等の光学部品に設けてもよいし、窓ガラス、車載用ガラス等、閉じた構造以外の透明基材表面に設けてもよい。   The optical thin film of the present invention is not limited to a semiconductor device, and may be provided on an optical component inside a projection device such as a projector, an optical component such as a lens group or a mirror in an optical pickup, a window glass, an in-vehicle It may be provided on the surface of a transparent substrate other than a closed structure such as glass for use.

光学薄膜5は、少なくとも一部が親水性を有する金属酸化物からなる。親水性を有する金属酸化物によれば、大気中の水分の吸着等により接触角を低減できる。これにより、空気中の水分は光学薄膜に吸着されるとともに、吸着量が一定量に達したとしても、水滴にならずに光学薄膜表面に広がり、水滴による曇りの発生が抑制される。親水性を有する金属酸化物としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化スズ等が好適なものとして挙げられ、これらは1種のみを使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。   The optical thin film 5 is made of a metal oxide having at least a part of hydrophilicity. According to the metal oxide having hydrophilicity, the contact angle can be reduced by adsorption of moisture in the atmosphere. Thereby, moisture in the air is adsorbed to the optical thin film, and even if the adsorption amount reaches a certain amount, it does not form water droplets but spreads on the surface of the optical thin film, and clouding due to water droplets is suppressed. As the metal oxide having hydrophilicity, for example, silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, tin oxide and the like are preferable, and these may be used alone. Two or more kinds may be used in combination.

光学薄膜5は、大気中の水分の吸着等により発生する曇りを抑制することから、気体中の水分と接触できる位置に配置されることが好ましく、通常、光学部品20の最表面に配置されることが好ましい。特に、防曇機能の効果を直接的に得る観点から、光学部品20を半導体装置10等の光学装置に装着したときに装置内側となる最表面に配置されることが好ましい。   The optical thin film 5 is preferably disposed at a position where it can come into contact with moisture in the gas, and is usually disposed on the outermost surface of the optical component 20 because it suppresses fogging caused by adsorption of moisture in the atmosphere. It is preferable. In particular, from the viewpoint of directly obtaining the effect of the anti-fogging function, it is preferable that the optical component 20 is disposed on the outermost surface that is on the inner side of the device when the optical component 20 is mounted on an optical device such as the semiconductor device 10.

光学薄膜5は、多孔質構造を有することがより好ましい。多孔質構造によれば、表面凹凸や内部の空隙の存在によって大気中の水分が接触しうる面積が大幅に増大し、強い親水性を発揮するので、膜全体として防曇性能を向上できる。すなわち強い親水性を有する表面では、吸着した水分は、微小な水玉にならずに均一に濡れることにより、空気と付着した水分の界面が平滑となり曇りが抑制される。また、多孔質構造によれば、内部に有する空隙に空気層を蓄えることから、空隙のない緻密な構造のものと比べて実効的な屈折率を低くできる。空隙部分と金属酸化物部分との割合によって屈折率を調整でき、光学部品としての要求特性と満たすような光学設計がしやすくなる。   More preferably, the optical thin film 5 has a porous structure. According to the porous structure, the area where moisture in the atmosphere can contact is greatly increased due to the presence of surface irregularities and internal voids, and strong hydrophilicity is exhibited. Therefore, the antifogging performance of the entire film can be improved. That is, on the surface having strong hydrophilicity, the adsorbed moisture does not become a minute polka dot but gets wet uniformly, thereby smoothing the interface between the air and the adhering moisture and suppressing fogging. Further, according to the porous structure, since the air layer is stored in the voids inside, the effective refractive index can be lowered as compared with a dense structure without voids. The refractive index can be adjusted by the ratio between the gap portion and the metal oxide portion, and optical design that satisfies the required characteristics as an optical component is facilitated.

多孔質構造は、微小な空隙が多数分散されているものもよいし、部分的に空隙が連なっているものもよい。多孔質構造としては、マトリックス(以下、バインダともいう)により金属酸化物微粒子が結合されたものが挙げられる。このような多孔質構造によれば、湿式法によって形成でき、乾式法、例えば真空蒸着法等の物理蒸着法や熱CVD等の化学蒸着法に比べて安価に形成できる。   The porous structure may be one in which many minute voids are dispersed, or one in which voids are partially connected. Examples of the porous structure include a structure in which metal oxide fine particles are bound by a matrix (hereinafter also referred to as a binder). Such a porous structure can be formed by a wet method, and can be formed at a lower cost than a dry method, for example, a physical vapor deposition method such as a vacuum vapor deposition method or a chemical vapor deposition method such as thermal CVD.

光学薄膜5における金属酸化物微粒子の割合は、特に限定されないが、光学薄膜5の全体、すなわちマトリックスと金属酸化物微粒子との合計量に対して、50〜95質量%が好ましい。50%未満であると光学薄膜5の屈折率が上昇し、光学部品としての要求特性を満たすような光学設計が困難になる。また、95%を超えると光学薄膜5の耐摩耗性強度が劣化する。60〜95質量%がより好ましく、70〜90質量%がさらに好ましい。このような範囲とすることで、多孔質構造中に大気中の水分を吸着させるための空隙を効果的に形成でき、また透明基材6、図示しない他の機能膜等との密着性も良好にできる。   The ratio of the metal oxide fine particles in the optical thin film 5 is not particularly limited, but is preferably 50 to 95% by mass with respect to the entire optical thin film 5, that is, the total amount of the matrix and the metal oxide fine particles. If it is less than 50%, the refractive index of the optical thin film 5 increases, and optical design that satisfies the required characteristics as an optical component becomes difficult. If it exceeds 95%, the wear resistance strength of the optical thin film 5 deteriorates. 60-95 mass% is more preferable, and 70-90 mass% is further more preferable. By setting it as such a range, the space | gap for adsorb | sucking the water | moisture content in air | atmosphere can be effectively formed in a porous structure, and adhesiveness with the transparent base material 6, other functional films not shown, etc. is also favorable. Can be.

マトリックスは、金属酸化物が好ましく、マトリックスの金属酸化物と金属酸化物微粒子の金属酸化物とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。マトリックスを構成する金属酸化物としては、親水性を有する金属酸化物であれば特に制限されないが、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化スズ等が好適なものとして挙げられる。マトリックスは、金属酸化物のみからなることが好ましいが、例えば有機樹脂等の成分を30質量%以下、好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下含有してもよい。   The matrix is preferably a metal oxide, and the metal oxide of the matrix and the metal oxide of the metal oxide fine particles may be the same or different. The metal oxide constituting the matrix is not particularly limited as long as it is a hydrophilic metal oxide, but preferred examples include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, and tin oxide. . The matrix is preferably composed only of a metal oxide, but may contain, for example, a component such as an organic resin of 30% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.

金属酸化物微粒子の平均一次粒子径(以下、平均粒子径ともいう)は、0.1〜1000nmが好ましく、より好ましくは2〜500nm、さらに好ましくは10〜100nmである。このような平均粒子径によれば、多孔質構造中に大気中の水分を吸着するための空隙を効果的に形成できるとともに、光学薄膜5の透明性も良好にできる。   The average primary particle size (hereinafter also referred to as the average particle size) of the metal oxide fine particles is preferably 0.1 to 1000 nm, more preferably 2 to 500 nm, and still more preferably 10 to 100 nm. According to such an average particle diameter, voids for adsorbing moisture in the atmosphere can be effectively formed in the porous structure, and the transparency of the optical thin film 5 can be improved.

金属酸化物微粒子の形状は、特に限定されず、例えば球状、円筒状、直方体状等が挙げられる。その金属酸化物についても、親水性を有するものであれば特に制限されないが、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化スズ等が挙げられる。金属酸化物微粒子は、必ずしも1種の形状もしくは金属酸化物からなるものに限られず、2種類以上の形状もしくは金属酸化物からなるものを併用できる。   The shape of the metal oxide fine particles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a cylindrical shape, and a rectangular parallelepiped shape. The metal oxide is not particularly limited as long as it has hydrophilicity, and examples thereof include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, and tin oxide. The metal oxide fine particles are not necessarily limited to those having a single shape or metal oxide, and those having two or more shapes or metal oxides can be used in combination.

金属酸化物微粒子は、内部に空隙を有する構造のものが好ましい。空隙の大きさは平均粒子径の1/3を上回る構造が好ましい。このような構造のものを無機中空微粒子ともいう。金属酸化物微粒子は、外殻の内部に空隙を有する構造のものがより好ましい。外殻は必ずしも空隙全体を覆うように形成される必要はなく、一部の空隙は外殻から露出していてもよい。無機中空微粒子の例として、シリカ、炭素、炭化ケイ素、チタニア、酸化鉄等や、これらの複合体等が挙げられる。例えばシリカからなる無機中空微粒子(以下、中空シリカ粒子ともいう)は、酸化シリコンを主成分とする外殻を有し、その外殻の内部に空隙を有する。中空状の場合、内部が完全に充填されたものと異なり、その外殻の厚さ調整により実効的な屈折率を調整できるために好ましい。中空シリカ粒子を有するものによれば、それ自体が多孔質なので好ましく、例えば、光学薄膜5の屈折率を1.2〜1.4にできる。   The metal oxide fine particles preferably have a structure having voids inside. A structure in which the size of the voids exceeds 1/3 of the average particle diameter is preferable. Such a structure is also called inorganic hollow fine particles. The metal oxide fine particles preferably have a structure having voids inside the outer shell. The outer shell does not necessarily need to be formed so as to cover the entire gap, and a part of the gap may be exposed from the outer shell. Examples of the inorganic hollow fine particles include silica, carbon, silicon carbide, titania, iron oxide and the like, and composites thereof. For example, inorganic hollow fine particles made of silica (hereinafter also referred to as hollow silica particles) have an outer shell mainly composed of silicon oxide, and have voids inside the outer shell. The hollow shape is preferable because the effective refractive index can be adjusted by adjusting the thickness of the outer shell, unlike the case where the inside is completely filled. Those having hollow silica particles are preferable because they themselves are porous. For example, the refractive index of the optical thin film 5 can be 1.2 to 1.4.

金属酸化物微粒子の平均粒子径または、金属酸化物微粒子の内部空隙の大きさ(以下、内径ともいう)の何れか一方を固定し、外殻を厚くすると屈折率は上昇し、外殻を薄くすると屈折率は減少する。一例として、中空シリカ粒子の平均粒子径を40nmに固定し、外殻の厚さを変化させたときの屈折率の変動(屈折率変動比)を見積もったものを図9に示す。なお、縦軸は外殻の内部に空隙を有しないシリカ微粒子の屈折率に対する相対値であり、金属酸化物微粒子の内部の空隙中および周辺は空気層として見積もったものである。   When either the average particle diameter of the metal oxide fine particles or the size of the internal voids of the metal oxide fine particles (hereinafter also referred to as the inner diameter) is fixed and the outer shell is thickened, the refractive index increases and the outer shell is thinned. Then, the refractive index decreases. As an example, FIG. 9 shows an estimation of refractive index fluctuation (refractive index fluctuation ratio) when the average particle diameter of hollow silica particles is fixed at 40 nm and the thickness of the outer shell is changed. The vertical axis represents a relative value with respect to the refractive index of the silica fine particles having no voids in the outer shell, and the inside and the surroundings of the voids inside the metal oxide fine particles are estimated as an air layer.

中空シリカ粒子の平均粒子径は、0.1〜1000nmが好ましく、より好ましくは2〜500nm、さらに好ましくは10〜100nmである。このような平均粒子径によれば、光学薄膜5、すなわち多孔質構造中に大気中の水分を吸着するための空隙を効果的に形成できるとともに、光学薄膜5の透明性も良好にできる。   The average particle diameter of the hollow silica particles is preferably 0.1 to 1000 nm, more preferably 2 to 500 nm, and still more preferably 10 to 100 nm. According to such an average particle diameter, the optical thin film 5, that is, a void for adsorbing moisture in the atmosphere can be effectively formed in the porous structure, and the transparency of the optical thin film 5 can be improved.

中空シリカ粒子の外殻の厚さは、特に限定されず、平均粒子径によっても異なるが、0.01〜100nmが好ましく、0.5〜50nmがより好ましく、1〜20nmがさらに好ましい。なお、外殻の厚さは、平均粒子径に対して1/50〜1/3程度の厚さが好ましく、1/5〜1/3程度の厚さがより好ましい。このようにすると、光学薄膜5の屈折率を上記の範囲に調整できる。   The thickness of the outer shell of the hollow silica particles is not particularly limited, and varies depending on the average particle diameter, but is preferably 0.01 to 100 nm, more preferably 0.5 to 50 nm, and further preferably 1 to 20 nm. The thickness of the outer shell is preferably about 1/50 to 1/3 of the average particle diameter, and more preferably about 1/5 to 1/3. If it does in this way, the refractive index of the optical thin film 5 can be adjusted to said range.

また、中空シリカ粒子は、親水性金属酸化物膜22中で凝集していてもよい。例えば2〜10個程度凝集していてもよい。この場合、親水性金属酸化物膜22の強度や磨耗耐性が高まる傾向がある。また、凝集体としての粒径(以下、平均凝集粒子径ともいう)が10〜1000nmであることが好ましく、30〜700nmであることがより好ましく、60〜400nmであることがさらに好ましく、70〜200nmであることが特に好ましい。また、平均凝集粒子径が、凝集していない状態での平均粒子径(平均一次粒子径)の1.5倍以上であることが好ましい。   Further, the hollow silica particles may be aggregated in the hydrophilic metal oxide film 22. For example, about 2 to 10 pieces may be aggregated. In this case, the strength and wear resistance of the hydrophilic metal oxide film 22 tend to increase. Further, the particle size (hereinafter also referred to as average aggregate particle size) as an aggregate is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 30 to 700 nm, still more preferably 60 to 400 nm, and 70 to Particularly preferred is 200 nm. Moreover, it is preferable that an average aggregated particle diameter is 1.5 times or more of the average particle diameter (average primary particle diameter) in the state which is not aggregated.

なお、平均一次粒子径は、透過型電子顕微鏡(日立製作所社製、商品名:H−9000)により観察した値であり、平均凝集粒子径は、動的光散乱法(日機装社製、商品名:マイクロトラックUPA)により測定した値である。   The average primary particle diameter is a value observed with a transmission electron microscope (manufactured by Hitachi, Ltd., trade name: H-9000), and the average aggregate particle diameter is a dynamic light scattering method (trade name, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). : Value measured by Microtrack UPA).

光学薄膜5は、必ずしも単層構造に限られず、2層以上の多層構造であってもよい。多層構造としては、同一の金属酸化物微粒子でマトリクス中の割合の異なる2種の層が交互に積層されたものであってもよいし、金属酸化物微粒子の種類の異なるものが分散された層、金属酸化物微粒子の平均粒子径や外殻の厚さが異なるものが分散された層等が適宜積層されたものであってもよく、特に制限されるものではない。光学薄膜自体の厚さ方向に屈折率分布がある場合には、空気層との界面により近い光学薄膜ほど、より空気に近い屈折率であることが好ましい。   The optical thin film 5 is not necessarily limited to a single layer structure, and may be a multilayer structure of two or more layers. The multilayer structure may be the same metal oxide fine particles in which two types of layers having different ratios in the matrix are alternately laminated, or a layer in which different types of metal oxide fine particles are dispersed. A layer in which metal oxide fine particles having different average particle diameters or different outer shell thicknesses are dispersed may be appropriately laminated, and is not particularly limited. When there is a refractive index distribution in the thickness direction of the optical thin film itself, it is preferable that the optical thin film closer to the interface with the air layer has a refractive index closer to air.

光学薄膜5の厚さは、防曇機能以外に含まれうる機能や用途によっても異なるが、例えば単層構造または多層構造の全体の厚さで50〜2000nmが好ましい。厚さを50nm以上とすることで、十分な膜厚を得て反射光の発生を抑制できる。2000nm以下とすることで、成膜性が良好にできるほか、光学特性の変動を長期にわたって抑制できるので好ましい。例えば温度85℃湿度85%の高温高湿環境下で1000時間放置した後、再び初期と同じ条件で分光特性を測定したときに、光学特性の変動がほとんどないようにできる。光学薄膜5の厚さは、1000nm以下がより好ましく、500nm以下がさらに好ましい。   Although the thickness of the optical thin film 5 varies depending on functions and applications that can be included in addition to the antifogging function, for example, the total thickness of the single layer structure or the multilayer structure is preferably 50 to 2000 nm. By setting the thickness to 50 nm or more, a sufficient film thickness can be obtained and generation of reflected light can be suppressed. The film thickness of 2000 nm or less is preferable because the film formability can be improved and the change in optical characteristics can be suppressed over a long period of time. For example, when the spectral characteristics are measured again under the same conditions as the initial stage after being left for 1,000 hours in a high-temperature and high-humidity environment with a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%, the optical characteristics hardly change. The thickness of the optical thin film 5 is more preferably 1000 nm or less, and further preferably 500 nm or less.

また、光学薄膜5は、2マイクロリットルの純水からなる液滴を滴下したときの接触角が15度以下であることが好ましい。ここで、測定対象となる光学薄膜5(光学部品20)は、常温常湿(20℃、相対湿度35%)の環境下に3週間放置したものとする。また、接触角は、滴下直後に測定したものとする。このような光学薄膜5によれば、強い親水性を有する表面の存在により、長期にわたって親水性が維持できる。すなわち、このような光学薄膜5によれば、初期状態だけでなく、例えば3週間以上の間、良好な親水性を維持でき、防曇性能を効果的に維持できる。   The optical thin film 5 preferably has a contact angle of 15 degrees or less when a droplet made of 2 microliters of pure water is dropped. Here, it is assumed that the optical thin film 5 (optical component 20) to be measured is left for 3 weeks in an environment of normal temperature and normal humidity (20 ° C., relative humidity 35%). The contact angle is measured immediately after dropping. According to such an optical thin film 5, hydrophilicity can be maintained over a long period of time due to the presence of a surface having strong hydrophilicity. That is, according to such an optical thin film 5, not only the initial state but also, for example, good hydrophilicity can be maintained for 3 weeks or more, and the antifogging performance can be effectively maintained.

ここで、接触角とは、一般に固層の表面上に液層が接触している場合において、固液気の3層の接点における液層表面に対する接線と固液接触面との間の角度を意味し、大きくなるほど液層が略球状となるために親水性が低くなることを意味する。   Here, in general, when the liquid layer is in contact with the surface of the solid layer, the contact angle is the angle between the tangent to the liquid layer surface and the solid-liquid contact surface at the three-layer contact point of the solid-liquid gas. It means that the larger the size, the lower the hydrophilicity because the liquid layer becomes substantially spherical.

接触角は、以下のようにして測定できる。すなわち、図3に示すように、被測定部材31に対する純水からなる液滴32の接触角θは、被測定部材31と液滴32とが接触する点33における液滴32の表面カーブに対する接線と被測定部材31の表面31sとが成す角である。   The contact angle can be measured as follows. That is, as shown in FIG. 3, the contact angle θ of the droplet 32 made of pure water with respect to the member to be measured 31 is tangent to the surface curve of the droplet 32 at the point 33 where the member to be measured 31 and the droplet 32 contact each other. And the angle formed by the surface 31s of the member 31 to be measured.

測定装置は、例えば接触角計(協和界面科学社製、商品名:FACE CA−X型)を使用する。まず、図4に示すように、マイクロシリンジ34を用いて純水の液滴32を形成する。液滴32の量は、2マイクロリットルである。   As the measuring device, for example, a contact angle meter (manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd., trade name: FACE CA-X type) is used. First, as shown in FIG. 4, pure water droplets 32 are formed using a microsyringe 34. The amount of droplet 32 is 2 microliters.

次に、図5に示すように、液滴32の底部を測定対象である被測定部材31の表面31sに接触させる。そして、マイクロシリンジ34を被測定部材31から離すと、被測定部材31の表面31sに図6に示すような液滴32が付着する。この状態で、液滴32の高さhと、液滴32の半径r(あるいは図3に示した液滴32の両端間の距離もしくは液滴32の直径2r)を測定する。   Next, as shown in FIG. 5, the bottom of the droplet 32 is brought into contact with the surface 31 s of the member 31 to be measured which is a measurement target. When the microsyringe 34 is separated from the member 31 to be measured, a droplet 32 as shown in FIG. 6 adheres to the surface 31 s of the member 31 to be measured. In this state, the height h of the droplet 32 and the radius r of the droplet 32 (or the distance between both ends of the droplet 32 shown in FIG. 3 or the diameter 2r of the droplet 32) are measured.

接触角θは、図3に示すθ1(=arctan(r/h))の2倍に等しいことから、測定された液滴32の高さhおよび半径rから、下記の式(1)を用いて接触角θの値が算出される。接触角θは、その値が大きいほど測定対象の親水性が低く、反対に小さいほど測定対象の親水性が高いことを示す。   Since the contact angle θ is equal to twice θ1 (= arctan (r / h)) shown in FIG. 3, the following equation (1) is used from the measured height h and radius r of the droplet 32. Thus, the value of the contact angle θ is calculated. The larger the value of the contact angle θ, the lower the hydrophilicity of the measurement object, and the smaller the contact angle θ, the higher the hydrophilicity of the measurement object.

θ= 2 arctan(r/h) ・・・(1)
次に、光学薄膜5の形成方法について説明する。
θ = 2 arctan (r / h) (1)
Next, a method for forming the optical thin film 5 will be described.

一例として、金属酸化物微粒子として中空シリカ粒子を有する光学薄膜5の形成方法について説明する。   As an example, a method for forming the optical thin film 5 having hollow silica particles as metal oxide fine particles will be described.

コア−シェル型微粒子は、例えば、コアとなるコア微粒子を分散媒に分散させ、その後に外殻の前駆物質を反応させて製造する。コア微粒子としては、中空シリカ粒子の製造方法によっても異なるが、熱、酸、または光によって溶解、分解、または昇華するものが挙げられる。例えば、界面活性剤ミセル、水溶性有機重合体、スチレン樹脂、アクリル樹脂等の熱分解性有機重合体微粒子;アルミン酸ナトリウム、炭酸カルシウム、塩基性炭酸亜鉛、酸化亜鉛等の酸溶解性無機微粒子;硫化亜鉛、硫化カドミウム等の金属カルコゲナイド半導体、および酸化亜鉛等の光溶解性無機微粒子等より選ばれる1種または2種以上の混合物を使用できる。これらの中でも、コアを除去するときの作業性や生産性が良好であり、またコア除去中に中空シリカ粒子の急激な凝集を抑制でき、透明性の高い親水性金属酸化物膜22が得られることから酸化亜鉛が好ましい。   The core-shell type fine particles are produced, for example, by dispersing core fine particles serving as a core in a dispersion medium, and then reacting a precursor of the outer shell. The core fine particles include those that are dissolved, decomposed, or sublimated by heat, acid, or light, depending on the production method of the hollow silica particles. For example, thermally decomposable organic polymer fine particles such as surfactant micelles, water-soluble organic polymers, styrene resins and acrylic resins; acid-soluble inorganic fine particles such as sodium aluminate, calcium carbonate, basic zinc carbonate and zinc oxide; One or a mixture of two or more selected from metal chalcogenide semiconductors such as zinc sulfide and cadmium sulfide, and light-soluble inorganic fine particles such as zinc oxide can be used. Among these, workability and productivity when removing the core are good, and rapid agglomeration of the hollow silica particles can be suppressed during the core removal, and a highly transparent hydrophilic metal oxide film 22 is obtained. Therefore, zinc oxide is preferable.

コア微粒子は、気相法等による乾式法、液相法等による湿式法のどちらで合成されたものでもよく、単分散体であっても凝集体であってもよい。コア微粒子の大きさや形状は、特に限定されず、コア微粒子の溶解速度、中空シリカ粒子における空隙の大きさ等を考慮して適宜選択する。   The core fine particles may be synthesized by either a dry method such as a gas phase method or a wet method such as a liquid phase method, and may be a monodisperse or an aggregate. The size and shape of the core fine particles are not particularly limited, and are appropriately selected in consideration of the dissolution rate of the core fine particles, the size of the voids in the hollow silica particles, and the like.

分散媒についても、特に限定されず、例えば、水、アルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル類、グリコールエーテル類、含窒素化合物類、含硫黄化合物類が挙げられる。分散媒は、必ずしも水を含有する必要はないが、外殻の前駆物質を加水分解・重縮合する場合にそのまま使用できることを考慮すると、分散媒は水単独または水と有機溶媒との混合溶媒が好ましい。   The dispersion medium is not particularly limited, and examples thereof include water, alcohols, ketones, esters, ethers, glycol ethers, nitrogen-containing compounds, and sulfur-containing compounds. The dispersion medium does not necessarily contain water, but considering that it can be used as it is when hydrolysis and polycondensation of the precursor of the outer shell, the dispersion medium is water alone or a mixed solvent of water and an organic solvent. preferable.

分散媒へのコア微粒子の分散は、好ましくは分散剤を加えて、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、ホモミキサー、ペイントシェーカー等の分散機で解膠することにより行う。このコア微粒子の分散液に、酸やアルカリ等の加水分解触媒を添加し、例えばpH8以上で外殻の前駆物質を反応させる。これにより、コア微粒子の表面に外殻を形成し、コア−シェル型微粒子を得る。外殻の前駆物質としては、例えば、ケイ酸、ケイ酸塩、ケイ酸アルコキサイドより選ばれる1種または2種以上の混合物が挙げられ、これらの加水分解物または重合物であってもよい。   The dispersion of the core fine particles in the dispersion medium is preferably performed by adding a dispersant and peptizing with a dispersing machine such as a ball mill, a bead mill, a sand mill, a homomixer, or a paint shaker. A hydrolysis catalyst such as acid or alkali is added to the core fine particle dispersion, and the precursor of the outer shell is reacted at a pH of 8 or higher, for example. Thereby, an outer shell is formed on the surface of the core fine particles, and core-shell type fine particles are obtained. Examples of the outer shell precursor include one or a mixture of two or more selected from silicic acid, silicate, and alkoxide silicate, and may be a hydrolyzate or polymer thereof.

外殻の厚さは、外殻の形成時間の調整で制御できる。形成時間を長くすると、外殻は厚くなり、屈折率が上昇する。一方、形成時間を短くすると、外殻は薄くなり、屈折率が低下する。   The thickness of the outer shell can be controlled by adjusting the formation time of the outer shell. If the formation time is increased, the outer shell becomes thicker and the refractive index increases. On the other hand, when the formation time is shortened, the outer shell becomes thinner and the refractive index decreases.

屈折率調整の別の方法として、所定の一次粒子径の金属酸化物微粒子の内部空隙の大きさ、すなわち内径を調整する方法もある。金属酸化物微粒子の内径は、コア微粒子の粒子径の調整で制御できる。粒子径の大きいコア微粒子を使用して外殻を形成すると、外殻の内径は大きくなり、所定サイズの金属酸化物微粒子の外殻の厚さは相対的に薄くなり、屈折率は低下する。   As another method of adjusting the refractive index, there is a method of adjusting the size of the internal voids of the metal oxide fine particles having a predetermined primary particle diameter, that is, the inner diameter. The inner diameter of the metal oxide fine particles can be controlled by adjusting the particle diameter of the core fine particles. When the outer shell is formed using core fine particles having a large particle diameter, the inner diameter of the outer shell is increased, the thickness of the outer shell of the metal oxide fine particles having a predetermined size is relatively reduced, and the refractive index is lowered.

所定の外殻厚さであっても、外殻の形成時間を短縮するために、コア微粒子の分散液の混合時のpHは9〜11が好ましく、温度は20〜100℃が好ましい。コア微粒子の分散液には、イオン強度を高めて外殻の形成を容易とするために、水酸化マグネシウム等の電解質を添加し、これらの電解質によりpHを調整することもできる。   Even when the thickness of the outer shell is predetermined, in order to shorten the time for forming the outer shell, the pH at the time of mixing the core fine particle dispersion is preferably 9 to 11, and the temperature is preferably 20 to 100 ° C. In order to increase the ionic strength and facilitate the formation of the outer shell, the core fine particle dispersion may be added with an electrolyte such as magnesium hydroxide, and the pH may be adjusted with these electrolytes.

その後、例えば、コア−シェル型微粒子内のコア微粒子を溶解させて中空シリカ粒子とする。コア微粒子は、例えば、pH8以下でイオンとなって溶解する。コア微粒子がZnO微粒子の場合はZn2+イオンとなって溶解する。コア微粒子の溶解は、酸の添加、または酸性カチオン交換樹脂の使用によって実施できる。酸性カチオン交換樹脂によれば、コア微粒子の溶解が緩やかに進行することから、イオン濃度の急激な上昇を抑制し、中空シリカ粒子の急激な凝集を抑制できる。急激な凝集が起こると、凝集粒子径が大きくなりすぎ、光学薄膜5の透明性が低下するおそれがある。 Thereafter, for example, the core fine particles in the core-shell type fine particles are dissolved to form hollow silica particles. The core fine particles dissolve as ions, for example, at pH 8 or lower. When the core fine particles are ZnO fine particles, they are dissolved as Zn 2+ ions. The core fine particles can be dissolved by adding an acid or using an acidic cation exchange resin. According to the acidic cation exchange resin, since the dissolution of the core fine particles proceeds slowly, it is possible to suppress a rapid increase in ion concentration and to suppress rapid aggregation of the hollow silica particles. If the agglomeration is abrupt, the aggregated particle diameter becomes too large, and the transparency of the optical thin film 5 may be reduced.

酸性カチオン交換樹脂は、少なくともコア微粒子を溶解し、分散液のpHを8以下、好ましく6以下の範囲とするものが好ましい。ここで酸性カチオン交換樹脂の酸性度は官能基によって決まり、強酸性では−SOH基、弱酸性では−COOH基が挙げられる。酸性カチオン交換樹脂の添加量は、少なくとも発生する上記のZn2+のようなイオンの量よりも総交換容量が大きい範囲であることが好ましい。樹脂量は、必要量の1.1〜5倍の範囲が好ましい。酸性カチオン交換樹脂の添加量が多いほどコア微粒子の溶解速度が速まる傾向がある。 The acidic cation exchange resin preferably dissolves at least the core fine particles, and the dispersion has a pH of 8 or less, preferably 6 or less. Here, the acidity of the acidic cation exchange resin is determined by the functional group, and includes —SO 3 H group for strong acidity and —COOH group for weak acidity. The addition amount of the acidic cation exchange resin is preferably in a range where the total exchange capacity is larger than at least the amount of ions such as Zn 2+ generated. The resin amount is preferably in the range of 1.1 to 5 times the required amount. There is a tendency that the dissolution rate of the core fine particles increases as the amount of the acidic cation exchange resin added increases.

溶解温度は、特に限定されず、室温であっても基本的に溶解反応が進行する。温度は、高い方が溶解反応および溶解イオン等の拡散速度が増大するために好ましく、例えば10〜100℃が好ましく、20〜80℃がより好ましい。コア微粒子の溶解後、ろ過等の固液分離操作によりカチオン交換樹脂を分離して中空シリカ粒子の分散液を得ることができる。   The dissolution temperature is not particularly limited, and the dissolution reaction basically proceeds even at room temperature. The higher the temperature, the higher the dissolution rate and the diffusion rate of dissolved ions and the like, and the higher the temperature, for example, preferably 10 to 100 ° C, more preferably 20 to 80 ° C. After dissolution of the core fine particles, the dispersion of the hollow silica particles can be obtained by separating the cation exchange resin by solid-liquid separation operation such as filtration.

なお、無機中空微粒子の製造法としては上記に限らない。例えば高温焼成でコアを気化させることで空隙を生じさせる方法等、必要に応じて既知の方法が利用できる。   The method for producing inorganic hollow fine particles is not limited to the above. For example, a known method can be used as necessary, such as a method of generating voids by vaporizing the core by high-temperature firing.

次に、中空シリカ粒子と、マトリックスの前駆物質とを混合し、光学薄膜5となる塗工液を調製する。マトリックスの前駆物質の固形分換算量は、中空シリカ粒子の質量に対して0.05〜15倍が好ましい。このような割合とすることで、良好な多孔質構造を有するとともに、高い硬度を有し、耐摩耗性に優れた光学薄膜5を形成できる。   Next, the hollow silica particles and the matrix precursor are mixed to prepare a coating liquid to be the optical thin film 5. The amount of solid content of the matrix precursor is preferably 0.05 to 15 times the mass of the hollow silica particles. By setting it as such a ratio, while having a favorable porous structure, the optical thin film 5 which has high hardness and was excellent in abrasion resistance can be formed.

マトリックスの前駆物質としては、マトリックスに含まれる金属の金属アルコキサイドおよび/またはその加水分解重縮合物等が挙げられる。金属アルコキサイドとしては、ケイ酸アルコキサイドが好ましく、例えばケイ酸エチルの他、パーフルオロポリエーテル基および/またはパーフルオロアルキル基等のフッ素含有官能基を含むケイ酸アルコキサイド、ビニル基およびエポキシ基より選ばれる官能基の1種または2種以上を含有するケイ酸アルコキサイドでもよい。   Examples of the matrix precursor include metal alkoxides of metals contained in the matrix and / or hydrolyzed polycondensates thereof. As the metal alkoxide, silicate silicate is preferable, and is selected from, for example, silicate alkoxide having a fluorine-containing functional group such as perfluoropolyether group and / or perfluoroalkyl group, vinyl group and epoxy group in addition to ethyl silicate. Silicate alkoxides containing one or more functional groups may be used.

パーフルオロポリエーテル基を含有するケイ酸アルコキサイドとしては、例えばパーフルオロポリエーテルトリエトキシシラン;パーフルオロアルキル基を含有するケイ酸アルコキサイドとしては、パーフルオロエチルトリエトキシシラン;ビニル基を含有するケイ酸アルコキサイドとしては、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン;エポキシ基を含有かるケイ酸アルコキサイドとしては、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。   Examples of the silicate alkoxide containing a perfluoropolyether group include perfluoropolyether triethoxysilane; and examples of the silicate alkoxide containing a perfluoroalkyl group include perfluoroethyltriethoxysilane; silicic acid containing a vinyl group. As alkoxide, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane; As silicate alkoxide containing epoxy group, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, Examples include 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane and 3-glycidoxypropyltriethoxysilane.

また、マトリックスの一部に有機樹脂を用いる場合、紫外線硬化型有機樹脂が好ましく、例えば、アクリル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。   When an organic resin is used for part of the matrix, an ultraviolet curable organic resin is preferable, and examples thereof include acrylic resins, urethane acrylate resins, epoxy acrylate resins, polyester acrylates, polyether acrylates, epoxy resins, and silicone resins. .

塗工液は、中空シリカ粒子、マトリックスの前駆物質の他、塗布表面へのぬれ性を向上させるための界面活性剤を含むことができる。界面活性剤はアニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤のいずれも使用できる。界面活性剤としては、−CHCHO−、−SO−、−NR−(Rは水素原子または有機基)、−NH−、−SOY、−COOY(Yは水素原子、ナトリウム原子、カリウム原子またはアンモニウムイオン)の構造単位を有するノニオン性界面活性剤が好ましい。 The coating liquid can contain a surfactant for improving the wettability to the coating surface in addition to the hollow silica particles and the matrix precursor. As the surfactant, any of an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant can be used. As the surfactant, —CH 2 CH 2 O—, —SO 2 —, —NR— (R is a hydrogen atom or an organic group), —NH 2 —, —SO 3 Y, —COOY (Y is a hydrogen atom, Nonionic surfactants having a structural unit of sodium atom, potassium atom or ammonium ion are preferred.

ノニオン系の界面活性剤としては、例えば、アルキルポリオキシエチレンエーテル、アルキルポリオキシエチレン−ポリプロピレンエーテル、脂肪酸ポリオキシエチレンエステル、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビタンエステル、脂肪酸ポリオキシエチレンソルビトールエステル、アルキルポリオキシエチレンアミン、アルキルポリオキシエチレンアミド、ポリエーテル変性のシリコーン系界面活性剤等が挙げられる。   Nonionic surfactants include, for example, alkyl polyoxyethylene ether, alkyl polyoxyethylene-polypropylene ether, fatty acid polyoxyethylene ester, fatty acid polyoxyethylene sorbitan ester, fatty acid polyoxyethylene sorbitol ester, alkyl polyoxyethylene amine , Alkyl polyoxyethylene amide, polyether-modified silicone surfactants, and the like.

塗工液は、界面活性剤以外にも、必要に応じて各種添加剤を含むことができる。例えば、着色、導電、偏光、紫外線遮蔽、赤外線遮蔽、防汚、防曇、光触媒、抗菌、蓄光、電池、屈折率制御、撥水、撥油、指紋除去、滑り性等より選ばれる1種または2種以上の機能を付与するものを含んでもよい。   The coating liquid can contain various additives as required in addition to the surfactant. For example, one selected from coloring, conductivity, polarization, ultraviolet shielding, infrared shielding, antifouling, antifogging, photocatalyst, antibacterial, phosphorescent, battery, refractive index control, water repellency, oil repellency, fingerprint removal, slipperiness, etc. What gives 2 or more types of functions may be included.

塗工液の塗布は、例えば、ローラー塗布、手塗り、刷毛塗り、ディッピング、回転塗布、浸漬塗布、各種印刷方式による塗布、カーテンフロー、バーコート、ダイコート、グラビアコート、マイクログラビアコート、リバースコート、ロールコート、フローコート、スプレーコート、インクジェット、ディップコート等により行うことができる。   Application of the coating liquid is, for example, roller coating, hand coating, brush coating, dipping, spin coating, dip coating, coating by various printing methods, curtain flow, bar coating, die coating, gravure coating, micro gravure coating, reverse coating, Roll coating, flow coating, spray coating, ink jet, dip coating or the like can be used.

塗布後、塗膜を乾燥させることにより、光学薄膜5が形成できる。乾燥は、溶媒を除去できるとともに、前駆物質をマトリックスに変換できればよく、例えば室温〜200℃程度で保持すればよいが、より高い硬度を有するものとするために、500〜700℃で1〜60分間程度の熱処理が好ましい。このようにすることで、より耐擦傷性の高い光学薄膜とすることができる。   After coating, the optical thin film 5 can be formed by drying the coating film. Drying is not limited as long as the solvent can be removed and the precursor can be converted into a matrix. For example, it may be maintained at room temperature to about 200 ° C., but in order to have higher hardness, it is 1 to 60 at 500 to 700 ° C. A heat treatment of about a minute is preferred. By doing in this way, it can be set as an optical thin film with higher abrasion resistance.

また、必要に応じて、例えば機械的強度を高めるために、紫外線や電子線等による照射を行ってもよい。さらに、密着性を高めるために、プラズマ処理、コロナ処理、UV処理、オゾン処理等の放電処理、水、酸やアルカリ等の化学処理、または研磨剤を用いた物理的処理を施すことができる。   Moreover, you may perform irradiation by an ultraviolet-ray, an electron beam, etc. as needed, for example, in order to raise mechanical strength. Furthermore, in order to improve adhesion, discharge treatment such as plasma treatment, corona treatment, UV treatment, ozone treatment, chemical treatment such as water, acid or alkali, or physical treatment using an abrasive can be performed.

次に、図6を参照して光学部品20の変形例について説明する。   Next, a modification of the optical component 20 will be described with reference to FIG.

この光学部品20は、第1の透明基材6aと第2の透明基材6bとを有し、第1の透明基材6aと第2の透明基材6bとが透明接着層8によって接着されるとともに、第2の透明基材6b上に、機能膜としての光学多層膜9b、光学薄膜5が順に積層されている。また、第1の透明基材6a上に、機能膜としての光学多層膜9aが積層されたものである。   The optical component 20 includes a first transparent substrate 6a and a second transparent substrate 6b, and the first transparent substrate 6a and the second transparent substrate 6b are bonded by the transparent adhesive layer 8. In addition, the optical multilayer film 9b and the optical thin film 5 as functional films are laminated in this order on the second transparent substrate 6b. Further, an optical multilayer film 9a as a functional film is laminated on the first transparent substrate 6a.

第1の透明基材6aは、例えば赤外吸収フィルタとでき、第2の透明基材6bは、例えば赤外吸収機能を有しないガラス基板や有機樹脂基板とできる。また、光学部品20は、透明基材6、光学薄膜5のほかに、必要に応じて光学多層膜9を有してもよい。光学多層膜9を有する光学部品20は、例えば視感度補正機能と、防曇特性機能とを有するカバーガラスとして好適に使用されるものである。   The first transparent substrate 6a can be, for example, an infrared absorption filter, and the second transparent substrate 6b can be, for example, a glass substrate or an organic resin substrate that does not have an infrared absorption function. Moreover, the optical component 20 may have an optical multilayer film 9 in addition to the transparent substrate 6 and the optical thin film 5 as necessary. The optical component 20 having the optical multilayer film 9 is suitably used as a cover glass having, for example, a visibility correction function and an antifogging characteristic function.

赤外吸収フィルタとしては、可視光を透過させるとともに、赤外光を吸収できるものであれば特に制限されるものではなく、例えばガラス型や有機樹脂型等が挙げられる。ガラス型としては、例えばCuOを含有するフツリン酸塩系ガラスもしくはCuOを含有するリン酸塩系ガラスが挙げられる。   The infrared absorption filter is not particularly limited as long as it transmits visible light and can absorb infrared light, and examples thereof include a glass mold and an organic resin mold. Examples of the glass mold include fluorophosphate glass containing CuO or phosphate glass containing CuO.

赤外吸収機能を有しないガラス基板としては、例えば可視光など特定波長領域の光に対して透明性を有するものであれば特に制限されず、例えば、石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、などが挙げられる。また、有機樹脂型としては、例えば、有機樹脂中に赤外光を吸収する色素または顔料を分散させたものが挙げられる。有機樹脂型としては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエステル、ポリビニルエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、セルロース、ポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ノルボルネン系樹脂、フッ素系樹脂、またはこれらの共重合体等に、赤外光を吸収する色素等、例えばジイモニウム系色素、フタロシアニン系色素、ジチオール錯体系色素、スクアリリウム系色素、酸化タングステン系色素等を分散させたものが挙げられる。   The glass substrate having no infrared absorption function is not particularly limited as long as it has transparency to light in a specific wavelength region such as visible light, for example, quartz glass, soda glass, borosilicate glass, etc. Is mentioned. Moreover, as an organic resin type | mold, what disperse | distributed the pigment | dye or pigment which absorbs infrared light in organic resin is mentioned, for example. Organic resin types include polyacrylate, polymethacrylate, polyester, polyvinyl ether, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polystyrene, polyvinyl chloride, polysulfone, cellulose, polyimide, polyamide, polyurethane, epoxy resin, norbornene resin, fluorine resin, or Examples of these copolymers include dyes that absorb infrared light, such as diimonium dyes, phthalocyanine dyes, dithiol complex dyes, squarylium dyes, tungsten oxide dyes, and the like.

光学多層膜は、例えば赤外吸収フィルタのみでは受光部1の分光感度を視感度に一致させることができないことから、特定の波長領域をカットするために設けられる。光学多層膜は、例えば以下の波長領域のカット効果を有する。すなわち、撮像装置に入射した光が通過するレンズ群の青色のにじみを改善するために、400nm近傍をカットする。赤外吸収フィルタが赤色700nm近傍で緩やかな吸収、減光をするのをシャープにカットする。1000nmを超えた赤外領域にて赤外吸収フィルタの透過率が徐々に高くなるのをカットする。このような光学多層膜としては、例えば赤外光および紫外光のカット効果を有するダイクロイック多層膜が挙げられる。   The optical multilayer film is provided to cut a specific wavelength region because, for example, only the infrared absorption filter cannot make the spectral sensitivity of the light receiving unit 1 coincide with the visual sensitivity. The optical multilayer film has, for example, the following wavelength region cut effect. That is, in order to improve the blue blur of the lens group through which the light incident on the imaging device passes, the vicinity of 400 nm is cut. The infrared absorption filter sharply cuts the gentle absorption and dimming in the vicinity of 700 nm red. Cut off the gradually increasing transmittance of the infrared absorption filter in the infrared region exceeding 1000 nm. Examples of such an optical multilayer film include a dichroic multilayer film having an infrared light and ultraviolet light cutting effect.

光学多層膜は、例えば、透明基材6側から高屈折率金属酸化物と低屈折率金属酸化物とが交互に各膜厚100nm程度となるように全部で40層程度積層されたものである。高屈折率金属酸化物は、屈折率が1.9以上、好ましくは1.9〜2.5であり、例えば酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等が好ましい。一方、低屈折率金属酸化物は、屈折率が1.5以下、好ましくは1.2〜1.5であり、例えば酸化シリコン、フッ化マグネシウム等が好ましい。光学多層膜の最表面層は低屈折率金属酸化物、高屈折率金属酸化物のいずれでも良いが、特に酸化シリコンが好ましい。光学多層膜の最表面層を酸化シリコンとすることで、親水性金属酸化物膜22の密着性を向上できるためである。   For example, the optical multilayer film is formed by laminating about 40 layers in total such that a high refractive index metal oxide and a low refractive index metal oxide are alternately about 100 nm in thickness from the transparent substrate 6 side. . The high refractive index metal oxide has a refractive index of 1.9 or more, preferably 1.9 to 2.5. For example, niobium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide and the like are preferable. On the other hand, the low refractive index metal oxide has a refractive index of 1.5 or less, preferably 1.2 to 1.5. For example, silicon oxide, magnesium fluoride and the like are preferable. The outermost surface layer of the optical multilayer film may be either a low refractive index metal oxide or a high refractive index metal oxide, but silicon oxide is particularly preferable. This is because the adhesion of the hydrophilic metal oxide film 22 can be improved by using silicon oxide as the outermost surface layer of the optical multilayer film.

光学多層膜は、公知の成膜方法を適用して形成でき、例えばマグネトロンスパッタリング法、電子線蒸着法、真空蒸着法、化学蒸着法等により形成できる。   The optical multilayer film can be formed by applying a known film forming method, for example, a magnetron sputtering method, an electron beam evaporation method, a vacuum evaporation method, a chemical vapor deposition method, or the like.

(例1)
透明基材6としてのガラス基板上に、光学薄膜5としてマトリックスにより中空シリカ粒子を結合した中空シリカ膜を形成して、光学部品Aを製造した。なお、中空シリカ膜は、以下に示すように形成した。
(Example 1)
On the glass substrate as the transparent substrate 6, a hollow silica film in which hollow silica particles are bonded by a matrix as the optical thin film 5 was formed to produce an optical component A. The hollow silica membrane was formed as shown below.

まず、以下の手順により中空シリカゾルを得た。   First, a hollow silica sol was obtained by the following procedure.

容量200mlのガラス製反応容器に、エタノール60g、ZnO微粒子水分散ゾル(境化学工業社製、製品名:NANOFINE−50、平均1次粒子径20nm、平均凝集粒子径100nm、固形分換算濃度10質量%)30g、テトラエトキシシラン(SiO固形分濃度29質量%)10gを加えた後、アンモニア水溶液を添加してpH=10として、20℃で6時間撹拌して、コア−シェル型微粒子分散液(固形分濃度6質量%)100gを得た。 In a glass reaction vessel with a capacity of 200 ml, ethanol 60 g, ZnO fine particle water dispersion sol (product of Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name: NANOFINE-50, average primary particle size 20 nm, average aggregated particle size 100 nm, solid content equivalent concentration 10 mass) %) 30 g and tetraethoxysilane (SiO 2 solid content concentration 29 mass%) 10 g were added, then an aqueous ammonia solution was added to adjust pH = 10, and the mixture was stirred at 20 ° C. for 6 hours to obtain a core-shell type fine particle dispersion. 100 g (solid content concentration 6 mass%) was obtained.

得られたコア−シェル型微粒子分散液に強酸性カチオン交換樹脂(三菱化学社製、商品名:ダイヤイオン、総交換容量2.0meq/ml以上)を100g加え、1時間撹拌してpH=4となった後、ろ過により強酸性カチオン交換樹脂を除去することで、内部に空隙を有する中空状SiO微粒子分散液(以下、中空シリカゾルともいう)100gを得た。該当中空状SiO微粒子(以下、中空シリカ粒子ともいう)の平均一次粒子径は40nm(日立ハイテク社製、商品名:日立走査電子顕微鏡S−3700N)、空孔径はZnO微粒子の平均一次粒子径に等しいため20nm、よって外殻の厚さは計算により10nmであった。また、当該SiO微粒子は凝集体粒子であり、平均凝集粒子径100nmであった。 100 g of strongly acidic cation exchange resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Co., Ltd., trade name: Diaion, total exchange capacity of 2.0 meq / ml or more) was added to the obtained core-shell type fine particle dispersion, and the mixture was stirred for 1 hour to pH = 4. Then, the strongly acidic cation exchange resin was removed by filtration to obtain 100 g of a hollow SiO 2 fine particle dispersion (hereinafter, also referred to as hollow silica sol) having voids therein. The average primary particle diameter of the hollow SiO 2 fine particles (hereinafter also referred to as hollow silica particles) is 40 nm (manufactured by Hitachi High-Tech, trade name: Hitachi Scanning Electron Microscope S-3700N), and the pore diameter is the average primary particle diameter of ZnO fine particles. Therefore, the thickness of the outer shell was calculated to be 10 nm. The SiO 2 fine particles were aggregate particles, and the average aggregate particle size was 100 nm.

以上の手順で得た中空シリカゾル(0.7g、固形分濃度:15質量%)、マトリックスの前駆物質であるテトラエトキシシランの硝酸部分加水分解物(2g、固形分濃度:2.25質量%)、イソプロパノール(7.3g)を室温で混合し塗工液を調整した。塗工液に含まれる中空シリカ粒子とマトリックスとの比は、SiO換算で7:3(質量比)である。 Hollow silica sol obtained by the above procedure (0.7 g, solid content concentration: 15% by mass), nitrate partial hydrolyzate of tetraethoxysilane which is a matrix precursor (2 g, solid content concentration: 2.25% by mass) , Isopropanol (7.3 g) was mixed at room temperature to prepare a coating solution. The ratio between the hollow silica particles and the matrix contained in the coating liquid is 7: 3 (mass ratio) in terms of SiO 2 .

その後、上記したガラス基板上に、スピンコート法により塗工液を塗布した。その後、200℃で45分間の熱処理を行い、前駆物質の脱水反応を行い、光学薄膜として中空シリカ膜を形成した。光学薄膜の膜厚は走査電子顕微鏡で測定し、102nmとした(日立ハイテク社製、商品名:S−3700N)。なお、このようにして得られた光学薄膜の反射率を分光光度計(日立ハイテク社製、商品名:U4100)で測定し、計算により光学薄膜の屈折率は1.22であった。   Then, the coating liquid was apply | coated by the spin coat method on the above-mentioned glass substrate. Thereafter, a heat treatment was performed at 200 ° C. for 45 minutes to perform a dehydration reaction of the precursor, and a hollow silica film was formed as an optical thin film. The film thickness of the optical thin film was measured with a scanning electron microscope and was 102 nm (manufactured by Hitachi High-Tech, trade name: S-3700N). The reflectance of the optical thin film thus obtained was measured with a spectrophotometer (trade name: U4100, manufactured by Hitachi High-Tech), and the refractive index of the optical thin film was 1.22 by calculation.

(例2)
透明基材6としてのガラス基板上に、光学薄膜5として酸化チタン膜を105nm成膜した光学部品Bを製造した。酸化チタン膜の成膜には、ターゲットにチタン(Ti)を用い、スパッタガスにアルゴン(Ar)と酸素(O)の混合ガスを用いたDCマグネトロンスパッタ装置を使用した。
(Example 2)
An optical component B in which a titanium oxide film having a thickness of 105 nm was formed as the optical thin film 5 on a glass substrate as the transparent base 6 was manufactured. In forming the titanium oxide film, a DC magnetron sputtering apparatus using titanium (Ti) as a target and a mixed gas of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) as a sputtering gas was used.

(例3)
透明基材6としてのガラス基板上に、光学薄膜5として、マトリックスにより、平均粒子径の1/3を上回る空隙を有さない、いわゆる一般的なシリカ粒子を結合したシリカ粒子膜を形成して、光学部品Cを製造した。シリカ粒子膜は以下のようにして形成した。
(Example 3)
On the glass substrate as the transparent substrate 6, a silica particle film in which so-called general silica particles are bonded as the optical thin film 5 without a void exceeding 1/3 of the average particle diameter is formed by a matrix. An optical component C was manufactured. The silica particle film was formed as follows.

まず平均粒子径の1/3を上回る空隙を有さないシリカ粒子(境化学工業社製、製品名:球状シリカ、平均1次粒子径50nm)と、マトリックスの前駆物質であるテトラエトキシシランの硝酸部分加水分解物(2g、固形分濃度:2.25質量%)、イソプロパノール(7.3g)を室温で混合し塗工液を調整した。塗工液に含まれるシリカ粒子とマトリックスとの比はSiO換算で9:1から7:3の間で調整可能であるが、ここではSiO換算で8:2(質量比)とした。この塗工液を、上記したガラス基板上に、スピンコート法により塗布した。その後、200℃で45分間の熱処理を行い、前駆物質の脱水反応を行い、光学薄膜としてシリカ膜を形成した。膜厚は111nmだった。 First, silica particles having no voids exceeding 1/3 of the average particle size (product of Sakai Chemical Industry Co., Ltd., product name: spherical silica, average primary particle size 50 nm), and nitric acid of tetraethoxysilane which is a matrix precursor A partial hydrolyzate (2 g, solid content concentration: 2.25% by mass) and isopropanol (7.3 g) were mixed at room temperature to prepare a coating solution. The ratio of the silica particles and the matrix contained in the coating liquid in terms of SiO 2 9: is adjustable between 3, wherein in terms of SiO 2 with 8: 1 to 7 was set to 2 (mass ratio). This coating solution was applied onto the above glass substrate by a spin coating method. Thereafter, a heat treatment was performed at 200 ° C. for 45 minutes to perform a dehydration reaction of the precursor, and a silica film was formed as an optical thin film. The film thickness was 111 nm.

(接触角)
上記例1〜3によって製造された光学部品A、B、C各々の光学薄膜5表面の接触角について、それぞれ製造直後(20℃)、および常温常湿(20℃、相対湿度35%)の環境下で3週間放置後に測定した。測定は、対象となる表面に2マイクロリットルの純水からなる水滴を滴下し、接触角計(協和界面化学社製、商品名:FACE CA−X型)を用いて測定を行った。製造直後の光学部品A、光学部品Bおよび光学部品Cの光学薄膜表面の接触角は、すべて測定限界以下(7度以下)であった。しかし3週間放置した光学部品Aと光学部品Cの光学薄膜表面の接触角は、測定限界以下となったのに対し、光学部品Bの光学薄膜表面の接触角は、17度を示した。すなわち、中空シリカまたはシリカ粒子による光学薄膜面があると、酸化チタン膜を有するときと比べて親水性が長期にわたりきわめて良好であった。
(Contact angle)
About the contact angle of the optical thin film 5 surface of each of the optical components A, B, and C manufactured according to Examples 1 to 3 above, the environment immediately after manufacturing (20 ° C.) and normal temperature and normal humidity (20 ° C., relative humidity 35%), respectively. It was measured after standing for 3 weeks at the bottom. The measurement was performed using a contact angle meter (manufactured by Kyowa Interface Chemical Co., Ltd., trade name: FACE CA-X type) by dropping a water droplet of 2 microliters of pure water on the target surface. The contact angles of the optical thin film surfaces of the optical component A, the optical component B, and the optical component C immediately after manufacture were all below the measurement limit (7 degrees or less). However, the contact angle between the optical thin film surfaces of the optical component A and the optical component C left for 3 weeks was less than the measurement limit, whereas the contact angle of the optical thin film surface of the optical component B was 17 degrees. That is, when there was an optical thin film surface made of hollow silica or silica particles, the hydrophilicity was very good over a long period of time compared with the case of having a titanium oxide film.

(防曇試験)
上記例1〜3によって製造された光学部品A、B、C各々の光学薄膜5表面に対して、ビーカー内に純水を入れ、80℃に熱し水蒸気を発生させ、30秒間の水蒸気暴露試験を行った。試験は製造直後(20℃)、および常温常湿(20℃、相対湿度35%)の環境下で3週間放置後に行った。その後、目視検査にて曇りの発生の有無を確認したところ、製造直後の光学部品A、光学部品Bおよび光学部品Cはすべて表面において水が均一に濡れて曇りは発生しなかった。しかし上記環境下で3週間放置した光学部品Aおよび光学部品Cでは表面において水が均一に濡れて曇りは発生しなかったのに対して、光学部品Bでは曇りが発生した。すなわち、中空シリカまたはシリカ粒子による光学薄膜面があると、酸化チタン膜を有するときと比べて防曇性能が長期にわたりきわめて良好であった。
(Anti-fogging test)
Pure water is put in a beaker on the surface of each optical thin film 5 of each of the optical parts A, B, and C manufactured according to Examples 1 to 3, heated to 80 ° C. to generate water vapor, and subjected to a water vapor exposure test for 30 seconds. went. The test was performed immediately after production (20 ° C.) and after standing for 3 weeks in an environment of normal temperature and normal humidity (20 ° C., relative humidity 35%). Thereafter, the presence or absence of fogging was confirmed by visual inspection. As a result, all of the optical parts A, B, and C immediately after production were uniformly wetted on the surface, and no fogging occurred. However, in the optical parts A and C left for 3 weeks in the above environment, water was uniformly wet on the surface and no fogging occurred, whereas in the optical part B, fogging occurred. That is, when there was an optical thin film surface made of hollow silica or silica particles, the antifogging performance was very good over a long period of time compared to the case of having a titanium oxide film.

(反射率測定)
上記例1〜3によって製造された光学部品A、B、Cについて、常温常湿(20℃、相対湿度35%)の環境下で、分光光度計(日立ハイテク社製、商品名:U4100)を用いて400〜1200nmにおける透過率を測定した(図7)。図8は、図7の反射率1%以下の部分の拡大図である。図7、図8に示すように、光学部品Bの反射率が少なくとも3%以上と高いのに対して、光学部品Aの反射率は、波長400〜800nmにおける反射率が概ね1%以下であった。特に視感度の高い500〜600nm付近では反射率0.1%以下と、可視光領域ではきわめて良好な反射防止特性を得られることが認められた。光学部品Cの反射率については、波長400〜800nmにおいて概ね1%以下であるが、400〜800nmの波長域において反射率が0.1%以上であり、光学部品Aと比較すると十分な低反射率を実現することができなかった。
(Reflectance measurement)
About the optical components A, B, and C manufactured according to Examples 1 to 3 above, a spectrophotometer (trade name: U4100, manufactured by Hitachi High-Tech) was used in an environment of normal temperature and normal humidity (20 ° C., relative humidity 35%). The transmittance at 400 to 1200 nm was measured using this (FIG. 7). FIG. 8 is an enlarged view of a portion having a reflectance of 1% or less in FIG. As shown in FIGS. 7 and 8, while the reflectance of the optical component B is as high as at least 3%, the reflectance of the optical component A is approximately 1% or less at a wavelength of 400 to 800 nm. It was. In particular, it was confirmed that the reflectance is 0.1% or less in the vicinity of 500 to 600 nm where the visibility is high, and that an extremely good antireflection characteristic can be obtained in the visible light region. The reflectance of the optical component C is approximately 1% or less at a wavelength of 400 to 800 nm, but the reflectance is 0.1% or more in the wavelength region of 400 to 800 nm, which is sufficiently low as compared with the optical component A. The rate could not be realized.

このように、中空シリカによる光学薄膜面は、良好な防曇性能と良好な光学特性とを兼ね備える。なお、3週間放置後、再度同様に反射率測定を行っても、光学部品A、B、C各々において反射率に有意な変動は認められない。   Thus, the optical thin film surface made of hollow silica has both good anti-fogging performance and good optical characteristics. Even if the reflectance measurement is performed again after leaving for three weeks, no significant change is observed in the reflectance in each of the optical components A, B, and C.

1 固体撮像素子
2 半導体パッケージ
3 外部端子
4 ボンディングワイヤ
5 光学薄膜
6、6a、6b 透明基材
7 接着剤
8 透明接着剤
9、9a、9b 光学多層膜
10 半導体装置
20 光学部品
31 被測定部材
32 液滴
34 マイクロシリンジ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state image sensor 2 Semiconductor package 3 External terminal 4 Bonding wire 5 Optical thin film 6, 6a, 6b Transparent base material 7 Adhesive 8 Transparent adhesives 9, 9a, 9b Optical multilayer film 10 Semiconductor device 20 Optical component 31 Measured member 32 Droplet 34 Micro syringe

Claims (11)

透明基材と、
前記透明基材上に積層され、少なくとも一部が親水性金属酸化物からなる光透過性の光学薄膜と、を有する光学部品であって、
前記光学薄膜が、マトリックスによって内部に空隙を有する金属酸化物微粒子が結合された多孔質構造であることを特徴とする、光学部品。
A transparent substrate;
An optical component having a light-transmitting optical thin film laminated on the transparent base material and comprising at least a part of a hydrophilic metal oxide,
An optical component characterized in that the optical thin film has a porous structure in which metal oxide fine particles having voids inside are bonded by a matrix.
前記金属酸化物微粒子が中空シリカ粒子である、請求項1に記載の光学部品。   The optical component according to claim 1, wherein the metal oxide fine particles are hollow silica particles. 前記金属酸化物微粒子は、透過型電子顕微鏡にて観察される平均一次粒子径が0.1〜1000nmである、請求項1〜2に記載の光学部品。   The optical component according to claim 1, wherein the metal oxide fine particles have an average primary particle diameter of 0.1 to 1000 nm observed with a transmission electron microscope. 前記金属酸化物微粒子は、外殻の内部に空隙を有し、前記外殻の厚さは、前記平均一次粒子径の1/50〜1/3である、請求項1〜3に記載の光学部品。   4. The optical according to claim 1, wherein the metal oxide fine particles have voids inside an outer shell, and the thickness of the outer shell is 1/50 to 1/3 of the average primary particle diameter. parts. 前記マトリックスが主として親水性金属酸化物からなる、請求項1〜4に記載の光学部品。   The optical component according to claim 1, wherein the matrix is mainly made of a hydrophilic metal oxide. 前記金属酸化物微粒子の割合が、前記光学薄膜全体に対して5〜95質量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光学部品。   The optical component as described in any one of Claims 1-5 whose ratio of the said metal oxide microparticles | fine-particles is 5-95 mass% with respect to the said whole optical thin film. 前記光学薄膜が、前記光学部品の最表面に形成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学部品。   The optical component according to claim 1, wherein the optical thin film is formed on an outermost surface of the optical component. 前記透明基材は、ガラス、無機結晶、および有機樹脂から選ばれる少なくとも1種からなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の光学部品。   The optical component according to claim 1, wherein the transparent substrate is made of at least one selected from glass, inorganic crystals, and organic resins. 透明基材と、
前記透明基材上に積層され、高屈折率金属酸化物膜と低屈折率金属酸化物膜とが交互に積層されてなる光学多層膜と、
前記光学多層膜上に積層され、光透過性で、マトリックスによって内部に空隙を有する金属酸化物微粒子が結合された多孔質構造の光学薄膜と、
を有する光学部品。
A transparent substrate;
An optical multilayer film laminated on the transparent substrate, wherein a high refractive index metal oxide film and a low refractive index metal oxide film are alternately laminated;
An optical thin film having a porous structure laminated on the optical multilayer film, light-transmissive, and bonded with metal oxide fine particles having voids inside by a matrix;
An optical component.
前記光学多層膜の最表面は酸化シリコンからなり、その上に前記光学薄膜が積層される、請求項9に記載の光学部品。   The optical component according to claim 9, wherein an outermost surface of the optical multilayer film is made of silicon oxide, and the optical thin film is laminated thereon. 請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学部品と受光部とを有し、
前記光学部品の受光部に対向する内面に、前記光学薄膜が設けられる、
半導体装置。
The optical component according to any one of claims 1 to 10 and a light receiving unit,
The optical thin film is provided on the inner surface facing the light receiving portion of the optical component,
Semiconductor device.
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