JP2021133523A - Super-hydrophilic membrane and method for producing the same, and optical member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超親水膜とその製造方法及びそれを用いた光学部材に関する。より詳しくは、高温高湿耐性及びヒートサイクル耐性に優れた超親水膜とその製造方法及びそれを用いた光学部材に関する。 The present invention relates to a superhydrophilic film, a method for producing the same, and an optical member using the same. More specifically, the present invention relates to a superhydrophilic film having excellent high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance, a method for producing the same, and an optical member using the same.
近年、レンズ、抗菌カバー部材、防カビコーティング部材又はミラー等の光学部材においては、耐環境性への保証要求が厳しい。例えば、レンズへの塩水噴霧試験において、レンズ表面にある反射防止層の成分である二酸化ケイ素(以下、「SiO2」と表示。)が塩水に溶解することで光反射率が変化すると、ゴーストやフレアの発生の原因となる。 In recent years, there have been strict requirements for guaranteeing environmental resistance in optical members such as lenses, antibacterial cover members, antifungal coating members, and mirrors. For example, in a salt spray test on a lens, when silicon dioxide (hereinafter referred to as "SiO 2 "), which is a component of the antireflection layer on the lens surface, dissolves in salt water and the light reflectance changes, ghosts or It causes flare.
また、当該レンズ上には、水滴や泥等の汚れがしばしば付着する。レンズに付着した水滴の度合によっては、カメラで撮像された画像が不鮮明となるおそれがある。また、光学部材の最表層に対しては、長期間にわたり、高温高湿環境下で保存された際に、超親水性を維持できることが要求され、各種光学部材の表面に、耐久性を備えた親水膜を付与する方法の検討がなされてきた。 In addition, dirt such as water droplets and mud often adheres to the lens. Depending on the degree of water droplets adhering to the lens, the image captured by the camera may become unclear. Further, the outermost layer of the optical member is required to be able to maintain superhydrophilicity when stored in a high temperature and high humidity environment for a long period of time, and the surface of various optical members is provided with durability. A method for imparting a hydrophilic film has been studied.
代表的な親水膜の形成方法としては、
1)無機材料を用いて、湿式法により親水膜を形成する方法、
2)有機材料を用いて、湿式法により親水膜を形成する方法、
3)無機材料を用いて、ドライ成膜法により親水膜を形成する方法、
等が挙げられる。
As a typical method for forming a hydrophilic film,
1) A method of forming a hydrophilic film by a wet method using an inorganic material,
2) A method of forming a hydrophilic film by a wet method using an organic material,
3) A method of forming a hydrophilic film by a dry film forming method using an inorganic material,
And so on.
上記1)項及び2)項に係る形成方法としては、例えば、特許文献1には、特定のアルコール系溶剤とオルガノシリカゾルを含有する有機基材用の曇防汚材を有機基材に接触又は塗布して、当該溶剤により有機基材の表面を膨潤させ、その膨潤面にオルガノシリカゾルを侵入させて、親水性を示すシリカ皮膜を形成する方法が開示されている。特許文献1に記載の方法によれば、水接触角が低く、防汚性、防曇性、密着性及び耐久性に優れる有機基材が得られるとされている。 As the forming method according to the above items 1) and 2), for example, in Patent Document 1, an antifogging material for an organic base material containing a specific alcohol solvent and an organosilica sol is brought into contact with the organic base material. A method of coating, swelling the surface of an organic base material with the solvent, and invading the swelled surface with an organosilica sol to form a hydrophilic silica film is disclosed. According to the method described in Patent Document 1, it is said that an organic base material having a low water contact angle and excellent antifouling property, antifog property, adhesiveness and durability can be obtained.
しかしながら、表面に形成される当該シリカ皮膜を、光学部材、例えば、車載カメラ等に適用しようとすると、潮風に含まれる塩水、酸性雨、洗車等の際に使用される洗剤やワックス等の薬剤等による表面劣化や変質を生ずるおそれがある。例えば、特許文献1に開示されているような塗布系のシリカ(SiO2)皮膜では表面がポーラスで脆いため、塩水噴霧試験でSiO2が溶解し、結果皮膜が薄くなり、上記性能を維持することは困難である。また、当該シリカ皮膜はポーラスな表面のため、耐摩耗性が低下するという問題もある。 However, when the silica film formed on the surface is applied to an optical member, for example, an in-vehicle camera, salt water contained in sea breeze, acid rain, chemicals such as detergents and waxes used for car washing, etc. There is a risk of surface deterioration and deterioration due to the above. For example, since the surface of a coated silica (SiO 2 ) film as disclosed in Patent Document 1 is porous and brittle, SiO 2 is dissolved in a salt spray test, resulting in a thin film and maintaining the above performance. That is difficult. Further, since the silica film has a porous surface, there is a problem that the wear resistance is lowered.
また、特許文献1に記載の方法は、湿式塗布方式による成膜方式であり、形成される親水膜は、密着性が低く、塩水噴霧や耐摩耗性に対する耐久性にも乏しかった。また、塗布工程から乾燥工程が安定しにくいために、形成される親水膜の耐久性性能のバラツキが生じていた。 Further, the method described in Patent Document 1 is a film forming method by a wet coating method, and the formed hydrophilic film has low adhesion and poor durability against salt spray and abrasion resistance. In addition, since the drying process is difficult to stabilize from the coating process, the durability performance of the formed hydrophilic film varies.
一方、3)項に係る親水膜のドライ成膜法としては、例えば、特許文献2に開示されている。特許文献2には、基材上に下地層及びリン酸(P2O5)を含む親水層を有する多層膜が開示されており、親水性能の持続性に優れるとされている。しかしながら、特許文献2で提案されている方法では、高温高湿環境耐性(例えば、温度:85℃、湿度:85%RH)に問題を抱えていた。
On the other hand, as a method for forming a dry film of a hydrophilic film according to item 3), for example,
また、その他のドライ成膜による親水層の形成方法が、特許文献3に開示されている。特許文献3には、基材/誘電体多層膜/TiO2含有層(光触媒層)/SiO2含有層の積層体を作製し、蒸着法によって多孔質状で比較的粗い膜であるSiO2膜を成膜することで原子レベルの穴を開け、TiO2含有層からの光触媒機能を表面に取り出すことを開示しているが、これには下記5つの問題を抱えている。
Further, another method for forming a hydrophilic layer by dry film formation is disclosed in
1)上記SiO2膜の隙間が原子レベルの隙間であり、不十分なため光触媒機能を効率よく取り出せず、光触媒層であるTiO2を増量するしか方法がなかった。この方法ではTiO2層の厚さが厚くなるため、反射防止性が劣り、かつ反射防止性能の製造誤差感度が高くなり量産性に問題があった。 1) Since the gap between the SiO 2 films is an atomic level gap and is insufficient, the photocatalyst function cannot be efficiently taken out, and there is no other way but to increase the amount of TiO 2 which is a photocatalyst layer. In this method, since the thickness of the TiO 2 layer is increased, the antireflection property is inferior, and the manufacturing error sensitivity of the antireflection performance is increased, which causes a problem in mass productivity.
2)また、上記SiO2膜の隙間は原子レベルの細孔であるため、80℃・90%RHでの高温高湿試験1h以内で穴が詰まり、光触媒効果が失活する。 2) Further, since the gaps between the SiO 2 films are atomic-level pores, the holes are clogged within 1 hour of the high-temperature and high-humidity test at 80 ° C. and 90% RH, and the photocatalytic effect is inactivated.
3)さらに、上記SiO2膜であると、原子レベルの空孔があるため膜が弱くなり、前記したように塩水耐性が低下し車載カメラなどの厳しい環境下では使用できない。 3) Further, in the case of the SiO 2 film, the film becomes weak due to the holes at the atomic level, and as described above, the salt water resistance is lowered and the film cannot be used in a harsh environment such as an in-vehicle camera.
4)上記SiO2膜の親水性機能は、長時間の高温高湿試験時に水接触角が大きくなり撥水化してしまう問題があった。 4) The hydrophilic function of the SiO 2 film has a problem that the water contact angle becomes large and the water becomes water repellent during a long-time high-temperature and high-humidity test.
5)最後に、上記SiO2膜で有ると耐傷性に劣り剥がれやすくなり、光反射率が変化する。 5) Finally, if the SiO 2 film is used, it is inferior in scratch resistance and easily peeled off, and the light reflectance changes.
したがって、密着性に優れ、高温高湿耐性とヒートサイクル耐性を同時に満たす超親水膜の出現が待たれる状況にある。 Therefore, the appearance of a super-hydrophilic film having excellent adhesion and satisfying both high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance at the same time is awaited.
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、高温高湿耐性及びヒートサイクル耐性に優れた超親水膜とその製造方法及びそれを用いた光学部材を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems and situations, and the problem to be solved thereof is to provide a superhydrophilic film having excellent high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance, a method for producing the same, and an optical member using the same. That is.
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、基板上に、ナトリウム含有層面側の最表面層として、水接触角制御層を形成することにより、ナトリウム含有層から表面部へのナトリウムの移動を、例えば、マグネシウム、カルシウム、セリウム、リン等を含む水接触角制御層により防止することにより、ヒートサイクル耐性を向上させると共に、ナトリウム含有層による高温高湿耐性に優れた超親水膜
が得られることを見出し、本発明を成すに至った。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has formed a sodium-containing control layer as the outermost surface layer on the surface side of the sodium-containing layer on the substrate in the process of examining the cause of the above-mentioned problems. Heat cycle resistance is improved by preventing the movement of sodium from the layer to the surface by a water contact angle control layer containing, for example, magnesium, calcium, cerium, phosphorus, etc., and high temperature and high humidity resistance by the sodium-containing layer. It has been found that an excellent superhydrophilic film can be obtained, and the present invention has been achieved.
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。 That is, the above problem according to the present invention is solved by the following means.
1.基板上に、少なくとも一層のナトリウム含有層を有する超親水膜であって、
前記ナトリウム含有層からみて表面側に、少なくとも一層の水接触角制御層を有する
ことを特徴とする超親水膜。
1. 1. A superhydrophilic membrane having at least one sodium-containing layer on the substrate.
A superhydrophilic membrane characterized by having at least one water contact angle control layer on the surface side of the sodium-containing layer.
2.前記水接触角制御層が、ナトリウム非含有層であることを特徴とする第1項に記載の超親水膜。 2. The superhydrophilic membrane according to item 1, wherein the water contact angle control layer is a sodium-free layer.
3.前記水接触角制御層が、マグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素を含有することを特徴とする第1項又は第2項に記載の超親水膜。
3. 3. The superhydrophilic membrane according to
4.前記ナトリウム含有層の層厚が、1〜500nmの範囲内であることを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の超親水膜。 4. The superhydrophilic film according to any one of items 1 to 3, wherein the thickness of the sodium-containing layer is in the range of 1 to 500 nm.
5.前記水接触角制御層の層厚が、0.1〜50nmの範囲内であることを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載の超親水膜。 5. The superhydrophilic film according to any one of items 1 to 4, wherein the layer thickness of the water contact angle control layer is in the range of 0.1 to 50 nm.
6.前記ナトリウム含有層と前記水接触角制御層より構成されるユニットが、1ユニット以上積層されていることを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の超親水膜。 6. The superhydrophilic membrane according to any one of items 1 to 5, wherein one or more units composed of the sodium-containing layer and the water contact angle control layer are laminated.
7.前記ナトリウム含有層におけるナトリウム含有量が、1.0〜20質量%の範囲内であることを特徴とする第1項から第6項までのいずれか一項に記載の超親水膜。 7. The superhydrophilic membrane according to any one of items 1 to 6, wherein the sodium content in the sodium-containing layer is in the range of 1.0 to 20% by mass.
8.少なくとも一層の前記水接触角制御層におけるマグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素の含有量が、0.1〜20質量%の範囲内であることを特徴とする第3項から第7項までのいずれか一項に記載の超親水膜。
8. From the third item, the content of at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus in the water contact angle control layer of at least one layer is in the range of 0.1 to 20% by mass. The superhydrophilic membrane according to any one of items up to
9.前記基板と前記ナトリウム含有層との間に、少なくとも一つの反射率調整層ユニットを有し、波長450〜780nmの範囲内における平均光反射率が、3.0%以下であることを特徴とする第1項から第8項までのいずれか一項に記載の超親水膜。 9. A reflectance adjusting layer unit is provided between the substrate and the sodium-containing layer, and the average light reflectance in the wavelength range of 450 to 780 nm is 3.0% or less. The superhydrophilic membrane according to any one of items 1 to 8.
10.さらに、前記水接触角制御層上に耐摩耗性向上層を有することを特徴とする第1項から第9項までのいずれか一項に記載の超親水膜。 10. The superhydrophilic film according to any one of items 1 to 9, further comprising an wear resistance improving layer on the water contact angle control layer.
11.基板上に、前記反射率調整層ユニットとして、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットと、
低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で有し、
前記第1反射率調整層ユニットの基板から最も遠い位置にある層が光触媒機能を有する金属酸化物を含有する光触媒層であることを特徴とする第9項又は第10項に記載の超親水膜。
11. On the substrate, as the reflectance adjusting layer unit, a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer.
A second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer is provided in this order.
The superhydrophilic film according to
12.最表面層から前記光触媒層上面部まで貫通し、前記光触媒層の表面を露出させる細孔を有することを特徴とする第11項に記載の超親水膜。 12. The superhydrophilic film according to Item 11, wherein the superhydrophilic film has pores that penetrate from the outermost surface layer to the upper surface of the photocatalyst layer and expose the surface of the photocatalyst layer.
13.第1項から第12項までのいずれか一項に記載の超親水膜を製造することを特徴とする超親水膜の製造方法。 13. A method for producing a superhydrophilic film, which comprises producing the superhydrophilic film according to any one of items 1 to 12.
14.基板上に、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットを形成する工程と、
少なくとも、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットを形成する工程と、
前記反射率調整層ユニット上に、少なくとも一層のナトリウム含有層と、前記ナトリウム含有層からみて表面側に、少なくとも一層の水接触角制御層を形成する工程を有することを特徴とする第13項に記載の超親水膜の製造方法。
14. A step of forming a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer on the substrate.
At least, a step of forming a second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer, and
15.前記第1反射率調整層ユニットの基板から最も遠い位置に、光触媒機能を有する金属酸化物を含有する光触媒層を形成する工程を有することを特徴とする第13項又は第14項に記載の超親水膜の製造方法。 15. 13. A method for producing a hydrophilic film.
16.前記水接触角制御層を、ナトリウム非含有層として形成することを特徴とする第13項から第15項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
16. The method for producing a superhydrophilic film according to any one of
17.前記ナトリウム含有層及び前記水接触角制御層の少なくとも一層を、ドライ成膜法により形成することを特徴とする第13から第16項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
17. The method for producing a superhydrophilic film according to any one of
18.さらに、反射率調整層ユニットを形成し、前記ナトリウム含有層、前記水接触角制御層及び前記反射率調整層ユニットの少なくとも一層を、蒸着法を用い、ガス導入量が5sccm以上の条件下で成膜することを特徴とする第13項から第17項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
18. Further, a reflectance adjusting layer unit is formed, and at least one layer of the sodium-containing layer, the water contact angle control layer, and the reflectance adjusting layer unit is formed by a vapor deposition method under a condition where the amount of gas introduced is 5 sccm or more. The method for producing a superhydrophilic film according to any one of
19.前記反射率調整層ユニットとして、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットと、
低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で形成することを特徴とする第13項から第18項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
19. As the reflectance adjusting layer unit, a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer.
The item according to any one of
20.少なくとも一層の前記ナトリウム含有層の成膜に用いる原材料中のナトリウム含有量が、1.0〜20質量%の範囲内であることを特徴とする第13項から第19項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
20. Any one of
21.少なくとも一層の前記水接触角制御層の成膜に用いる原材料中のマグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素の含有量が、0.1〜20質量%の範囲内であることを特徴とする第13項から第20項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
21. The content of at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus in the raw material used for forming the film of the water contact angle control layer of at least one layer is in the range of 0.1 to 20% by mass. The method for producing a superhydrophilic membrane according to any one of
22.最表面層から前記光触媒層の上面部まで貫通し、前記光触媒層の表面を部分的に露出させる複数の細孔を形成する工程を有することを特徴とする第13項から第21項までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。
22.
23.第1項から第12項までのいずれか一項に記載の超親水膜を具備することを特徴とする光学部材。 23. An optical member comprising the superhydrophilic film according to any one of items 1 to 12.
24.前記光学部材が、レンズ、抗菌カバー部材、防カビコーティング部材又はミラーであることを特徴とする第23項に記載の光学部材。 24. The optical member according to item 23, wherein the optical member is a lens, an antibacterial cover member, an antifungal coating member, or a mirror.
本発明の上記手段により、密着力、高温高湿耐性及びヒートサイクル耐性に優れた超親水膜とその製造方法及びそれを用いた光学部材を提供することができる。 By the above means of the present invention, it is possible to provide a superhydrophilic film having excellent adhesion, high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance, a method for producing the same, and an optical member using the same.
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、以下のように推察している。 The mechanism of expression or mechanism of action of the effect of the present invention is inferred as follows.
本発明の超親水膜は、上記問題に対し鋭意検討を進めた結果、高温高湿耐性及びヒートサイクル耐性を両立させる構成として、基板上に、ナトリウム含有層からみて表面側に、水接触角制御層、より詳しくは、ナトリウムを含有していない層を形成することにより、前記ナトリウム含有層から表面側へのナトリウムの移動を水接触角制御層により防止することにより、ヒートサイクル耐性を向上させると共に、ナトリウム含有層による優れた高温高湿耐性を発現させることができる超親水膜が得られること見出したものである。 As a result of diligent studies on the above problems, the superhydrophilic membrane of the present invention has a structure that achieves both high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance. By forming a layer, more specifically, a sodium-free layer, the water contact angle control layer prevents the movement of sodium from the sodium-containing layer to the surface side, thereby improving heat cycle resistance and improving heat cycle resistance. , It has been found that a superhydrophilic film capable of exhibiting excellent high temperature and high humidity resistance due to the sodium-containing layer can be obtained.
従来、親水膜として、図1(特許文献3参照)で示すように、基板2上に、低屈折率層及び高屈折率層から構成され、最上層にTiO2含有層(光触媒層)を有する第1反射率調整層ユニット5と、最表層にSiO2含有する低屈折率層11Aより構成される積層体(超親水膜1)では、ナトリウムを含有していないため、85℃・85%RHという高温高湿試験により、表面の接触角が上昇し、高温高湿耐性に問題があった。また、SiO2膜の隙間は分子レベルの細孔であるため、光触媒が目詰まりしていた。
Conventionally, as a hydrophilic film, as shown in FIG. 1 (see Patent Document 3), the
一方、基板上に低屈折率層及び高屈折率層から構成され、最上層にTiO2含有層(光触媒層)を有する第1反射率調整層ユニットを形成し、更にその上に最表層としてナトリウム成分を含有するナトリウム含有層を積層した構成では、高温高湿耐性にはきわめて優れた効果を発揮するが、ナトリウム含有層を構成するナトリウム成分が表面に存在すると、より過酷な条件下でのヒートサイクル耐性(例えば、高温環境(65℃)と極低温環境(−15℃)を一定のサイクルで繰り返す処理)がやや低下し、より高品位の超親水膜を実現するためには、更なる技術改良が求められている。 On the other hand, a first reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer and a high refractive index layer on the substrate and having a TiO 2 containing layer (photocatalyst layer) on the uppermost layer is formed, and sodium is further formed as the outermost layer on the first reflectance adjusting layer unit. A structure in which a sodium-containing layer containing a component is laminated exerts an extremely excellent effect on high-temperature and high-humidity resistance, but when the sodium component constituting the sodium-containing layer is present on the surface, heat under more severe conditions is obtained. Further techniques for achieving a higher quality ultrahydrophilic film with slightly reduced cycle resistance (for example, a process of repeating a high temperature environment (65 ° C) and an extremely low temperature environment (-15 ° C) in a constant cycle). Improvement is required.
また、図2で示すように、基板上に低屈折率層及び高屈折率層から構成され、最上層にTiO2含有層(光触媒層)を有する第1反射率調整層ユニット5を形成し、更にその上に最表層として水接触制御層4を単独で形成した構成の超親水膜1でも、高温高湿耐性と耐摩耗性が低下し、表面の接触角を上昇させ、親水性が劣化しまうことが判明した。
Further, as shown in FIG. 2, a first reflectance
本発明者らは、高温高湿耐性及び過酷環境下でのヒートサイクル耐性を両立させる方法について、実験等により鋭意検討を進めた結果、高温高湿特性を向上させる観点から、ナトリウム成分は表面側に存在していることが必須ではなく、表面から深さ50nm以下の領域に存在することにより、高温高湿耐性を発現させることができることが判明した。上記知見に基づき、更に検討を進めた結果、薄膜の水接触角制御層、具体的にはナトリウム非含有層を、ナトリウム含有層より表面側に設けることにより、ナトリウム含有層中のナトリウム成分の表層部への拡散を防止することができ、ナトリウム含有層による高温高湿耐性を発現させる同時に、過酷なヒートサイクル条件下でも強い高耐久な超親水膜を得ることができた。 As a result of diligent studies through experiments and the like on a method for achieving both high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance in a harsh environment, the present inventors have conducted a diligent study, and as a result, the sodium component is on the surface side from the viewpoint of improving high temperature and high humidity characteristics. It was found that it is not essential that it is present in, and that it is possible to develop high temperature and high humidity resistance by being present in a region having a depth of 50 nm or less from the surface. As a result of further studies based on the above findings, the water contact angle control layer of the thin film, specifically, the sodium-free layer is provided on the surface side of the sodium-containing layer, so that the surface layer of the sodium component in the sodium-containing layer is provided. It was possible to prevent diffusion into the part, develop high-temperature and high-humidity resistance due to the sodium-containing layer, and at the same time, obtain a highly durable superhydrophilic film that is strong even under severe heat cycle conditions.
更に、上記水接触角制御層の設計においては、上記効果を発現させることができる構成材料について検討を進めた結果、水接触角制御層としては、ナトリウム含有層の親水性を損なわない材料でありながら、ナトリウムが表面に移動してくることを薄い層厚で抑制できる材料である必要であり、このような材料として、マグネシウム、カルシウム、セリウム又はリンが有効であることを見出したものである。 Further, in the design of the water contact angle control layer, as a result of studying a constituent material capable of exhibiting the above effect, the water contact angle control layer is a material that does not impair the hydrophilicity of the sodium-containing layer. However, it is necessary to use a material that can suppress the movement of sodium to the surface with a thin layer thickness, and it has been found that magnesium, calcium, cerium or phosphorus are effective as such a material.
本発明の超親水膜は、基板上に、少なくとも一層のナトリウム含有層を有する超親水膜であって、前記ナトリウム含有層からみて水表面側に、少なくとも一層の接触角制御層を有することを特徴とする。この特徴は、下記実施態様に共通する又は対応する技術的特徴である。 The superhydrophilic membrane of the present invention is a superhydrophilic membrane having at least one layer of sodium-containing layer on the substrate, and is characterized by having at least one layer of contact angle control layer on the water surface side with respect to the sodium-containing layer. And. This feature is a technical feature common to or corresponding to the following embodiments.
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記水接触角制御層が、ナトリウム非含有層であることが、ヒートサイクル耐性を更に向上させることができる点で好ましい。 As an embodiment of the present invention, from the viewpoint of exhibiting the effect of the present invention, it is preferable that the water contact angle control layer is a sodium-free layer in that heat cycle resistance can be further improved.
また、前記水接触角制御層が、マグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素を含むことが、微量であってもナトリウム成分の移動を抑制する効果を発現でき、薄膜でありながら、ナトリウムのトラップ能に優れた水接触角制御層を形成することができ、かつ、下層部のナトリウム含有層による耐熱耐湿耐性を効果的に引き出すことができる点で好ましい。 Further, when the water contact angle control layer contains at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus, the effect of suppressing the movement of the sodium component can be exhibited even in a trace amount, and even though it is a thin film. It is preferable in that a water contact angle control layer having an excellent sodium trapping ability can be formed, and the heat and moisture resistance resistance of the lower sodium-containing layer can be effectively brought out.
また、ナトリウム含有層の層厚が、1〜500nmの範囲内であることが、反射防止の設計が可能となり、かつ、高温高湿耐性の発現の両立を図ることができる点で好ましい。 Further, it is preferable that the thickness of the sodium-containing layer is in the range of 1 to 500 nm, because it is possible to design antireflection and to achieve both high temperature and high humidity resistance.
また、水接触角制御層の層厚が、0.1〜50nmの範囲内であることが、下層に位置するナトリウム含有層の高温高湿耐性を維持でき、かつ十分なヒートサイクル耐性を発現することができる点で好ましい。 Further, when the layer thickness of the water contact angle control layer is in the range of 0.1 to 50 nm, the high temperature and high humidity resistance of the sodium-containing layer located in the lower layer can be maintained, and sufficient heat cycle resistance is exhibited. It is preferable in that it can be done.
また、ナトリウム含有層と水接触角制御層より構成されるユニットを、1ユニット以上積層する構成とすることが、より優れたヒートサイクル耐性を発現させることができる点で好ましい。 Further, it is preferable that one or more units composed of the sodium-containing layer and the water contact angle control layer are laminated, because more excellent heat cycle resistance can be exhibited.
また、少なくとも一層の前記ナトリウム含有層におけるナトリウム含有量が、1.0〜20質量%の範囲内であることが、十分の高温高湿耐性を得ることができ、かつヘイズの発生を抑制することができる点で好ましい。 Further, when the sodium content in at least one layer of the sodium-containing layer is in the range of 1.0 to 20% by mass, sufficient high-temperature and high-humidity resistance can be obtained and the occurrence of haze is suppressed. It is preferable in that it can be used.
また、水接触角制御層におけるマグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素の含有量が、0.1〜20質量%の範囲内とすることが、所望の高温高湿耐性とヒートサイクルを得ることができる点で好ましい。 Further, it is desired that the content of at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus in the water contact angle control layer is within the range of 0.1 to 20% by mass for the desired high temperature and high humidity resistance and heat. It is preferable in that a cycle can be obtained.
また、前記基板と前記ナトリウム含有層との間に、少なくとも一つの反射率調整層ユニットを有し、波長450〜780nmの範囲内における平均光反射率が、3.0%以下であることが、光透過性に優れた超親水膜とすることができる点で好ましい。 Further, it is necessary that at least one reflectance adjusting layer unit is provided between the substrate and the sodium-containing layer, and the average light reflectance in the wavelength range of 450 to 780 nm is 3.0% or less. It is preferable in that it can be a superhydrophilic film having excellent light transmittance.
また、最表層に耐摩耗性向上層を設けることが、ヒートサイクル処理後でも、優れた耐摩耗性を得ることができる点で好ましい。 Further, it is preferable to provide a wear resistance improving layer on the outermost surface layer from the viewpoint that excellent wear resistance can be obtained even after the heat cycle treatment.
本発明の超親水膜の製造方法においては、基板上に、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットを形成する工程と、少なくとも、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットを形成する工程と、前記反射率調整層ユニット上に、少なくとも一層のナトリウム含有層と、前記ナトリウム含有層からみて表面側に、少なくとも一層の水接触角制御層を形成する工程を有することが、所望の構成からなる超親水膜を形成することができる点で好ましい。 In the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, a step of forming a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer on the substrate, and at least A step of forming a second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer, and at least one layer of sodium and the sodium on the reflectance adjusting layer unit. It is preferable to have a step of forming at least one layer of the water contact angle control layer on the surface side of the containing layer in that a superhydrophilic film having a desired constitution can be formed.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、水接触角制御層を、ナトリウムを含有しないナトリウム非含有層として形成することが、十分なヒートサイクル耐性を発現することができる点で好ましい。 Further, in the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, it is preferable to form the water contact angle control layer as a sodium-free layer containing no sodium, because sufficient heat cycle resistance can be exhibited.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、ナトリウム含有層及び前記水接触角制御層の少なくとも一層を、ドライ成膜法により形成することが、各層間の密着性が向上し、水の噴霧試験や耐摩耗性が向上する点で好ましい。 Further, in the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, forming at least one layer of the sodium-containing layer and the water contact angle control layer by a dry film forming method improves the adhesion between the layers and makes water. It is preferable in that it improves the spray test and wear resistance.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、さらに、反射率調整層ユニットを形成し、前記ナトリウム含有層、前記水接触角制御層及び前記反射率調整層ユニットの少なくとも一層を、蒸着法を用い、ガス導入量が5sccm以上の条件下で成膜することが、緻密な層を形成することができる点で好ましい。 Further, in the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, a reflectance adjusting layer unit is further formed, and at least one layer of the sodium-containing layer, the water contact angle control layer and the reflectance adjusting layer unit is vapor-deposited. It is preferable to form a film under the condition that the amount of gas introduced is 5 sccm or more, because a dense layer can be formed.
本発明において、「sccm」とは、standard cc/minの略であり、1気圧(大気圧1×1013hPa)、0℃で1分間あたりに何cc流れたかを示す単位である。 In the present invention, "sccm" is an abbreviation for standard cc / min, and is a unit indicating how many cc flowed per minute at 1 atm (atmospheric pressure 1 × 10 13 hPa) and 0 ° C.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、前記反射率調整層ユニットとして、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットと、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で形成することが、より優れた特性を備えた超親水膜を形成することができる点で好ましい。 Further, in the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, the reflectance adjusting layer unit includes a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer. By forming the second reflectance adjusting layer unit composed of the low refractive index layer, the high refractive index layer and the sodium-containing layer in this order, a superhydrophilic film having better characteristics can be formed. It is preferable in that.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、少なくとも一層の前記ナトリウム含有層の成膜に用いる原材料中のナトリウム含有量を1.0〜20質量%の範囲内とすることが、所望のナトリウム含有層を形成することができる点で好ましい。 Further, in the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, it is desirable that the sodium content in the raw material used for forming at least one layer of the sodium-containing layer is in the range of 1.0 to 20% by mass. It is preferable in that a sodium-containing layer can be formed.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、少なくとも一層の前記水接触角制御層の成膜に用いる原材料中のマグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素の含有量が、0.1〜20質量%の範囲内とすることが、所望の構成からなり、ナトリウムの表面への露出を抑制することができる水接触角制御層を形成することができる点で好ましい。 Further, in the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, the content of at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus in the raw materials used for forming the film of the water contact angle control layer of at least one layer is determined. The content is preferably in the range of 0.1 to 20% by mass because it has a desired configuration and can form a water contact angle control layer capable of suppressing exposure of sodium to the surface.
また、本発明の超親水膜の製造方法においては、最表面層から前記光触媒層上面部まで貫通し、前記光触媒層の表面を部分的に露出させる複数の細孔を形成する工程を有することが、優れた光触媒効果を発現させることができる点で好ましい。 Further, the method for producing a superhydrophilic film of the present invention includes a step of forming a plurality of pores that penetrate from the outermost surface layer to the upper surface of the photocatalyst layer and partially expose the surface of the photocatalyst layer. , It is preferable in that an excellent photocatalytic effect can be exhibited.
本発明の超親水膜は、光学部材に好適に具備され、当該光学部材が、レンズ、抗菌カバー部材、防カビコーティング部材又はミラーであることが、本発明の効果を十分に利用する観点から、好ましい。 The superhydrophilic film of the present invention is suitably provided for an optical member, and the fact that the optical member is a lens, an antibacterial cover member, an antifungal coating member or a mirror is from the viewpoint of fully utilizing the effects of the present invention. preferable.
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。 Hereinafter, the present invention, its constituent elements, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail. In the present application, "~" is used to mean that the numerical values described before and after the value are included as the lower limit value and the upper limit value.
《超親水膜の基本構成》
本発明の超親水膜は、基板上に、少なくとも一層のナトリウム含有層を有し、前記ナトリウム含有層からみて表面側に、少なくとも一層の水接触角制御層を有する構成であることを特徴とする。
<< Basic composition of superhydrophilic membrane >>
The superhydrophilic membrane of the present invention is characterized by having at least one layer of sodium on the substrate and at least one layer of water contact angle control layer on the surface side of the sodium-containing layer. ..
図3は、本発明の超親水膜の基本構成の一例を示す断面図である(実施形態1)。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the basic configuration of the superhydrophilic membrane of the present invention (Embodiment 1).
図3で示す超親水膜1は、基板上2に、図4で一例を示す第1反射率調整層5を設け、その上に、ナトリウム含有層3を形成し、当該ナトリウム含有層3の上層側に、少なくとも一層の水接触角制御層4を有する構成である。
本発明の超親水膜においては、上記のとおり、ナトリウム含有層3の上層側に、少なくとも一層の水接触角制御層4を有することを特徴とするが、より具体的には、下記の層配置を挙げることができる。
1)本発明に係るナトリウム含有層3の表面側に、直接隣接した位置に水接触角制御層4が配置されている構成、
2)本発明に係るナトリウム含有層3の表面側に、水接触角制御層4を有し、ナトリウム含有層3と水接触角制御層4との間に、中間層、例えば、SiO2含有層等が配置されている構成
3)ナトリウム含有層3と水接触角制御層4から構成されるユニットを複数セット積層し、ナトリウム含有層3の下部にも水接触角制御層4を有する構成、
4)本発明に係るナトリウム含有層3の表面側に、水接触角制御層4を有し、当該水接触制御層表面側に、更に、機能層、例えば、耐摩耗性向上層を有する構成で、水接触角制御層4が最表層ではない構成、
等を挙げることができる。
In the superhydrophilic film 1 shown in FIG. 3, a first
As described above, the superhydrophilic membrane of the present invention is characterized by having at least one water contact
1) A configuration in which a water contact
2) A water contact
4) A configuration in which a water contact
And so on.
本発明の超親水膜においては、前記水接触角制御層としては、ナトリウム非含有層であることが好ましい態様であり、更には、水接触角制御層が、マグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素を含む構成であることが好ましい態様である。 In the superhydrophilic film of the present invention, it is preferable that the water contact angle control layer is a sodium-free layer, and further, the water contact angle control layer is selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus. It is a preferable embodiment that the composition contains at least one element.
本発明でいう「水接触角制御層」とは、超親水膜のヒートサイクル耐性を発現するために当該超親水膜の水接触角を、下記で規定する所定の範囲内に制御することができる機能を有する層をいう。なお、当該水接触角制御層は、本発明の効果を阻害しない限り、前記機能の外に、種々の目的・機能を有していてもよい。 The "water contact angle control layer" referred to in the present invention can control the water contact angle of the superhydrophilic membrane within a predetermined range specified below in order to develop the heat cycle resistance of the superhydrophilic membrane. A layer that has a function. The water contact angle control layer may have various purposes and functions in addition to the above functions as long as the effects of the present invention are not impaired.
具体的には、「高温環境(65℃で4時間処置)→1℃/1分で−15℃まで降温→極低温環境(−15℃で4時間処理)→1℃/1分で65℃まで昇温」を1サイクルとし、これを6サイクル繰り返したのちでの水接触角が、20°以下を維持すること、加えて、上記ヒートサイクル処理を施したのちの水接触角Aが、未処理の超親水膜の水接触角Bに対し、水接触角の変化幅(主には、上昇幅)が+20°以内の特性を有している層と定義する。 Specifically, "high temperature environment (treatment at 65 ° C for 4 hours) → temperature lowering to -15 ° C at 1 ° C / 1 minute → ultra-low temperature environment (treatment at -15 ° C for 4 hours) → 65 ° C at 1 ° C / minute. The water contact angle after repeating this for 6 cycles is maintained at 20 ° or less, and the water contact angle A after the heat cycle treatment is not yet set. It is defined as a layer having a characteristic that the change width (mainly the rising width) of the water contact angle is within + 20 ° with respect to the water contact angle B of the treated superhydrophilic membrane.
なお、本発明でいう水接触角は、温度23℃、湿度50%RHにおいて、前記標準液体である純水をサンプル上に約10μL滴下して、例えば、エルマ株式会社製G−1装置を用いて、サンプル上の5か所を測定し、測定値の平均から平均接触角を求め、これを水接触角とする。なお、接触角測定までの時間は、標準液体を滴下してから5秒後に測定する。 The water contact angle referred to in the present invention is such that at a temperature of 23 ° C. and a humidity of 50% RH, about 10 μL of pure water, which is the standard liquid, is dropped onto the sample, and for example, a G-1 device manufactured by Elma Co., Ltd. is used. Then, 5 points on the sample are measured, the average contact angle is obtained from the average of the measured values, and this is used as the water contact angle. The time until the contact angle measurement is measured 5 seconds after the standard liquid is dropped.
本発明に係る水接触角制御層は、例えば、ナトリウム含有層のナトリウムが超親水膜の表面に移動して超親水膜の表面の水接触角を変化させ、その結果として、超親水膜のヒートサイクル耐性を劣化させるという現象を防止することできる制御(調整)機能を有する層であることが好ましい。 In the water contact angle control layer according to the present invention, for example, the sodium in the sodium-containing layer moves to the surface of the superhydrophilic membrane to change the water contact angle on the surface of the superhydrophilic membrane, and as a result, the heat of the superhydrophilic membrane is changed. It is preferable that the layer has a control (adjustment) function that can prevent the phenomenon of deteriorating the cycle resistance.
また、本発明でいう「ナトリウム非含有層」とは、ナトリウム非含有層の全質量に対するナトリウムの含有量が1.0質量%未満であることをいい、この条件を満たすナトリウム非含有層において、上記で定義した水接触角制御層のヒートサイクル耐性を実現することができ、好ましくは0を含む0.1質量%未満であり、特には、ナトリウムを全く含有しない、0質量%であることが好ましい。また、ナトリウム非含有層の形成に用いる材料としては、ナトリウムを全く含有しない材料を適用することが好ましい。 Further, the "sodium-free layer" in the present invention means that the content of sodium with respect to the total mass of the sodium-free layer is less than 1.0% by mass, and in the sodium-free layer satisfying this condition, The heat cycle resistance of the water contact angle control layer defined above can be realized, preferably less than 0.1% by mass including 0, and in particular, 0% by mass containing no sodium at all. preferable. Further, as the material used for forming the sodium-free layer, it is preferable to apply a material containing no sodium at all.
また、本発明でいう「ナトリウム含有層」とは、ナトリウム含有層の全質量に対するナトリウムの含有量が1.0質量%以上であり、好ましくは1.0〜20質量%の範囲内である。 Further, the "sodium-containing layer" in the present invention means that the content of sodium with respect to the total mass of the sodium-containing layer is 1.0% by mass or more, preferably in the range of 1.0 to 20% by mass.
また、本発明でいう「超親水膜」とは、標準液体(純水)と最上層である水接触角制御層との接触角を、JIS R3257で規定される方法に準拠して測定しときに、水接触角が20°以下である場合を、本発明では「超親水膜」と定義し、好ましくは15°以下、さらに好ましくは10°以下である。 The term "superhydrophilic film" as used in the present invention means that the contact angle between the standard liquid (pure water) and the water contact angle control layer, which is the uppermost layer, is measured in accordance with the method specified by JIS R3257. In addition, the case where the water contact angle is 20 ° or less is defined as "superhydrophilic film" in the present invention, and is preferably 15 ° or less, more preferably 10 ° or less.
《超親水膜の具体的な構成及び構成要素》
以下、本発明の超親水膜の具体的な構造とその構成要素の詳細について説明する。
<< Specific components and components of superhydrophilic membrane >>
Hereinafter, the specific structure of the superhydrophilic membrane of the present invention and the details of its components will be described.
〔実施形態1〕
図3は、本発明の超親水膜の代表的な基本構成の一例を示す断面図である(実施形態1)。
[Embodiment 1]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a typical basic configuration of the superhydrophilic membrane of the present invention (Embodiment 1).
本発明の超親水膜は、基板上に、少なくとも一層のナトリウム含有層を有し、前記ナトリウム含有層からみて最表面側に、水接触角制御層を有することを特徴とする。 The superhydrophilic membrane of the present invention is characterized by having at least one sodium-containing layer on the substrate and a water contact angle control layer on the outermost surface side of the sodium-containing layer.
図3に示す超親水膜1では、基板2上に、超親水膜の光反射率を制御する目的の複数の層から構成される第1反射率調整層ユニット5を形成した後、その上に、本発明に係るナトリウム含有層3を形成し、その上に、最表層として、本発明に係るに水接触角制御層4を有している。
In the superhydrophilic film 1 shown in FIG. 3, a first reflectance
以下、図3に記載の超親水膜を構成する各構成要素の詳細について説明する。 Hereinafter, details of each component constituting the superhydrophilic membrane shown in FIG. 3 will be described.
(ナトリウム含有層)
本発明に係るナトリウム含有層としては、具体的には、主要成分としてSiO2を含有し、電気陰性度がSiより小さい元素として、ナトリウムを含有すること、より詳しくは、ナトリウムを1.0〜20質量%の範囲内で含有することが好ましい。
(Sodium-containing layer)
Specifically, the sodium-containing layer according to the present invention contains SiO 2 as a main component and contains sodium as an element having an electronegativity smaller than Si. More specifically, sodium is 1.0 to 1.0 to It is preferably contained in the range of 20% by mass.
高温高湿(85℃・85%RH)環境下でのSiO2含有層の耐久性(親水性の維持)に関しては、本発明に係るナトリウム含有層は、電気陰性度がSiより小さい元素としてナトリウムを含有することによって、親水機能がより向上し、低水接触角を備えた超親水膜を形成することができる。純粋なSiO2の場合に比べ、ナトリウム元素を取り込んだSiO2は電子の配置に極性が発現してくるものと考えられ、これが極性分子であるH2Oと親和すると考えられる。すなわち、SiとOの電気陰性度差分より、ナトリウム元素とOの電気陰性度差分の方が大きく電気的な偏りが発生する。このナトリウム元素の含有量としては1.0〜20質量%の範囲が最も良く電気的な偏りを発生させ、極性分子である水を引き付け、超親水性を得ることができるものと推察される。中でもナトリウム酸化物であるNa2Oは、融点がSiO2の融点と比較的近い為、混合蒸着材としてSiO2と同時成膜しやすい利点がある。蒸着された膜の組成比の点でも狂いが少ない。 Regarding the durability (maintenance of hydrophilicity) of the SiO 2- containing layer in a high-temperature and high-humidity (85 ° C., 85% RH) environment, the sodium-containing layer according to the present invention is sodium as an element having an electronegativity smaller than Si. By containing the above, the hydrophilic function is further improved, and a superhydrophilic film having a low water contact angle can be formed. Compared with the case of pure SiO 2 , it is considered that SiO 2 incorporating a sodium element develops polarity in the arrangement of electrons, and this is considered to be compatible with H 2 O, which is a polar molecule. That is, the electronegativity difference between the sodium element and O is larger than the electronegativity difference between Si and O, and an electrical bias occurs. It is presumed that the content of this sodium element is best in the range of 1.0 to 20% by mass, which causes an electrical bias, attracts water which is a polar molecule, and can obtain superhydrophilicity. Na 2 O is inter alia a sodium oxide, melting point since relatively close to the melting point of SiO 2, there is SiO 2 and simultaneously formed as likely benefit as a mixed vapor deposition material. There is little deviation in terms of the composition ratio of the vapor-filmed film.
また、ナトリウムを含有させた場合は、ナトリウム由来のNaOHは潮解性があるため、外部環境の水分を取り込んで水溶液になろうとする性質が有り、高温高湿環境下で水を取り込むために親水性を長期間維持できるものと推察される。 In addition, when sodium is contained, NaOH derived from sodium is deliquescent, so it has the property of taking in water from the external environment and trying to become an aqueous solution, and is hydrophilic to take in water in a high temperature and high humidity environment. It is presumed that it can be maintained for a long period of time.
本発明に係るナトリウム含有層を形成する材料としては、特に制限はないが、例えば、市販品として、株式会社豊島製作所のSiO2−Na2O(Na含有量:5質量%、10質量%)等を適用することができる。
また、ナトリウムを混合したターゲットを作製し、スパッタリング法により、ナトリウム含有層を形成することもできる。
The material for forming the sodium-containing layer according to the present invention is not particularly limited. For example, as a commercially available product, SiO 2- Na 2 O (Na content: 5% by mass, 10% by mass) manufactured by Toyoshima Seisakusho Co., Ltd. Etc. can be applied.
It is also possible to prepare a target mixed with sodium and form a sodium-containing layer by a sputtering method.
本発明に係るナトリウム含有層の層厚は、1〜500nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは1〜100nmの範囲内であり、更に好ましくは1〜10nmの範囲内である。ナトリウム含有層の層厚が1nm以上であれば、所望の高温高湿耐性を得るためのナトリウム成分を付与することができ、500nm以下であれば、ヘイズの発生を抑制することができる。 The layer thickness of the sodium-containing layer according to the present invention is preferably in the range of 1 to 500 nm, more preferably in the range of 1 to 100 nm, and further preferably in the range of 1 to 10 nm. When the layer thickness of the sodium-containing layer is 1 nm or more, a sodium component for obtaining desired high-temperature and high-humidity resistance can be imparted, and when it is 500 nm or less, the occurrence of haze can be suppressed.
本発明に係るナトリウム含有層の形成方法としては、特に制限はないが、ドライ製膜法により形成することが好ましく、より好ましくは、蒸着法を用い、ガス導入量が5sccm以上の条件下で成膜することが好ましい。 The method for forming the sodium-containing layer according to the present invention is not particularly limited, but it is preferably formed by a dry film forming method, and more preferably, it is formed by a vapor deposition method under the condition that the amount of gas introduced is 5 sccm or more. It is preferable to form a film.
(水接触角制御層)
本発明に係る水接触角制御層は、より詳しくは、ナトリウムを含有していない層として形成することにより、下層部に位置するナトリウム含有層から表面部へのナトリウムの移動を水接触角制御層により防止することにより、特に、ヒートサイクル耐性を向上させると共に、ナトリウム含有層による優れた高温高湿耐性を発現させることができる超親水膜が得られる。
(Water contact angle control layer)
More specifically, the water contact angle control layer according to the present invention is formed as a sodium-free layer to move sodium from the sodium-containing layer located in the lower layer to the surface portion. In particular, a superhydrophilic film capable of improving heat cycle resistance and exhibiting excellent high-temperature and high-humidity resistance due to the sodium-containing layer can be obtained.
本発明に係る「水接触角制御層」とは、前述の通り、超親水膜のヒートサイクル耐性を発現するために当該超親水膜の水接触角を所定の範囲内に制御することができる機能を有する層をいう。なお、当該水接触角制御層は、本発明の効果を阻害しない限り、前記機能の外に、種々の目的・機能を有していてもよい。具体的には、「高温環境(65℃で4時間処置)→1℃/1分で−15℃まで降温→極低温環境(−15℃で4時間処理)→1℃/1分で65℃まで昇温」を1サイクルとし、これを6サイクル繰り返したのちでの水接触角が、20°以下を維持すること、加えて、上記ヒートサイクル処理を施したのちの水接触角Aが、未処理の超親水膜の水接触角Bに対し、水接触角の変化幅(上昇幅)が+20°以内の特性を有している層と定義する。 As described above, the "water contact angle control layer" according to the present invention has a function of controlling the water contact angle of the superhydrophilic membrane within a predetermined range in order to develop the heat cycle resistance of the superhydrophilic membrane. Refers to a layer having. The water contact angle control layer may have various purposes and functions in addition to the above functions as long as the effects of the present invention are not impaired. Specifically, "high temperature environment (treatment at 65 ° C for 4 hours) → temperature lowering to -15 ° C at 1 ° C / 1 minute → ultra-low temperature environment (treatment at -15 ° C for 4 hours) → 65 ° C at 1 ° C / minute. The water contact angle after repeating this for 6 cycles is maintained at 20 ° or less, and the water contact angle A after the heat cycle treatment is not yet set. It is defined as a layer having a characteristic that the change width (rise width) of the water contact angle is within + 20 ° with respect to the water contact angle B of the treated superhydrophilic membrane.
本発明に係る水接触角制御層としては、ナトリウム非含有層であることが好ましい。本発明でいうナトリウム非含有層とは、ナトリウム非含有層の全質量に対するナトリウムの含有量が1.0質量%未満であることをいい、好ましくは0を含む0.1質量%以下であり、特には、ナトリウムを全く含有しない、0質量%であることが好ましい。また、ナトリウム非含有層の形成に用いる材料としては、ナトリウムを全く含有しない材料を適用することが好ましい。
本発明において、本発明に係る水接触角制御層中のナトリウム含有量を測定する方法としては、従来公知の元素成分の分析法を適用して、求めることができる。
例えば、水接触角制御層の層厚が極めて薄いため、一つの方法としては、基板上に水接触角制御層の形成方法と同様にして、層厚として200nm程度の厚さのナトリウム含有量測定用の水接触角制御層の単層を形成し、これを水接触角制御層中のナトリウム含有量の測定用サンプルとし、下記に示すXPS組成分析により、ナトリウム含有量を測定することができる。
〈XPS組成分析〉
・装置名称:X線光電子分光分析装置(XPS)
・装置型式:Quantera SXM
・装置メーカー:アルバック・ファイ
・測定条件:X線源=単色化AlKα線25W−15kV
・真空度:5.0×10−8Pa
また、他の方法としては、シリコン基板上に水接触角制御層を所定の層厚で形成した後、上記と同様にして、XPS組成分析により、ナトリウム含有量を測定することができる。
The water contact angle control layer according to the present invention is preferably a sodium-free layer. The sodium-free layer as used in the present invention means that the content of sodium with respect to the total mass of the sodium-free layer is less than 1.0% by mass, preferably 0.1% by mass or less including 0. In particular, it is preferably 0% by mass that does not contain sodium at all. Further, as the material used for forming the sodium-free layer, it is preferable to apply a material containing no sodium at all.
In the present invention, as a method for measuring the sodium content in the water contact angle control layer according to the present invention, a conventionally known method for analyzing elemental components can be applied to obtain the sodium content.
For example, since the layer thickness of the water contact angle control layer is extremely thin, one method is to measure the sodium content with a thickness of about 200 nm in the same manner as the method of forming the water contact angle control layer on the substrate. A single layer of the water contact angle control layer for use is formed, and this is used as a sample for measuring the sodium content in the water contact angle control layer, and the sodium content can be measured by the XPS composition analysis shown below.
<XPS composition analysis>
-Device name: X-ray photoelectron spectroscopy analyzer (XPS)
-Device model: Quantera SXM
・ Equipment manufacturer: ULVAC-PHI ・ Measurement conditions: X-ray source = monochromatic AlKα ray 25W-15kV
・ Vacuum degree: 5.0 × 10-8 Pa
As another method, after forming a water contact angle control layer on a silicon substrate with a predetermined layer thickness, the sodium content can be measured by XPS composition analysis in the same manner as described above.
本発明においては、水接触角制御層の設計においては、上記効果を発現させることができる構成材料について検討を進めた結果、水接触角制御層としては、ナトリウム含有層の親水性を損なわない材料でありながら、ナトリウムが表面に移動してくることを薄い層厚で抑制できる材料である必要であり、このような材料として、マグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素を含有することが好ましい。 In the present invention, in the design of the water contact angle control layer, as a result of studying a constituent material capable of exhibiting the above effect, the water contact angle control layer is a material that does not impair the hydrophilicity of the sodium-containing layer. However, it is necessary to use a material that can suppress the movement of sodium to the surface with a thin layer thickness, and such a material contains at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus. Is preferable.
本発明に係る水接触角制御層の層厚としては、0.1〜50nmの範囲内であることが好ましい。これは、高温高湿耐性及び過酷環境下でのヒートサイクル耐性を両立させる観点から、超親水性を実現するナトリウム成分は最表面に存在していることが必須ではなく、最表面から深さ50nm以下の領域に存在することにより、高温高湿耐性を発現させることができる。薄膜の水接触角制御層、具体的には非ナトリウム含有層を、ナトリウム含有層上に設けることにより、ナトリウム成分の最表層への拡散を防止することができ、ナトリウム含有層による高温高湿耐性を発現させる同時に、過酷なヒートサイクル条件下でも強い高耐久な超親水膜を得ることができる。 The layer thickness of the water contact angle control layer according to the present invention is preferably in the range of 0.1 to 50 nm. From the viewpoint of achieving both high temperature and high humidity resistance and heat cycle resistance in a harsh environment, it is not essential that the sodium component that realizes superhydrophilicity is present on the outermost surface, and the depth is 50 nm from the outermost surface. By being present in the following regions, high temperature and high humidity resistance can be exhibited. By providing a thin water contact angle control layer, specifically a non-sodium-containing layer, on the sodium-containing layer, diffusion of the sodium component to the outermost layer can be prevented, and the high-temperature and high-humidity resistance of the sodium-containing layer can be prevented. At the same time, it is possible to obtain a highly durable superhydrophilic film that is strong even under severe heat cycle conditions.
本発明に係る水接触角制御層の形成材料としては、ナトリウム成分が非含有であれば特に制限はなく、例えば、マグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも元素を単独、又は2種以上含有する材料を適用することができる。 The material for forming the water contact angle control layer according to the present invention is not particularly limited as long as it does not contain a sodium component, and for example, it contains at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus, or two or more kinds thereof. The material to be applied can be applied.
また、水接触角制御層の形成材料としては、市販品としても入手することができ、代表的な材料としては、キヤノンオプトロン社製の商品名:HP−3を挙げることができる。HP−3の組成は、C:13.9原子数%、O:60.5原子数%、P:15.4原子数%、Ca:5.0原子数%、Ce:5.3原子数%である。 Further, as a material for forming the water contact angle control layer, it can be obtained as a commercially available product, and as a typical material, a trade name: HP-3 manufactured by Canon Optron Co., Ltd. can be mentioned. The composition of HP-3 is C: 13.9 atom number%, O: 60.5 atom number%, P: 15.4 atom number%, Ca: 5.0 atom number%, Ce: 5.3 atom number. %.
本発明に係る水接触角制御層の層厚は、0.1〜50nmの範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.5〜10nmの範囲内であり、更に好ましくは1〜10nmの範囲内である。水接触角制御層の層厚が0.1nm以上であれば、下層部に位置するナトリウム含有層から表層部へのナトリウムの拡散を防止でき、良好なヒートサイクル耐性を得ることができる。また、50nm以下であれば、下層部に位置するナトリウム含有層の高温・高湿耐性の効果及び水接触角低下能を阻害することがない。 The layer thickness of the water contact angle control layer according to the present invention is preferably in the range of 0.1 to 50 nm, more preferably in the range of 0.5 to 10 nm, and further preferably in the range of 1 to 10 nm. Inside. When the layer thickness of the water contact angle control layer is 0.1 nm or more, it is possible to prevent the diffusion of sodium from the sodium-containing layer located in the lower layer portion to the surface layer portion, and it is possible to obtain good heat cycle resistance. Further, if it is 50 nm or less, the effect of high temperature / high humidity resistance and the ability to lower the water contact angle of the sodium-containing layer located in the lower layer are not impaired.
本発明に係る水接触角制御層の形成方法としては、特に制限はないが、ドライ製膜法により形成することが好ましく、より好ましくは、蒸着法を用い、ガス導入量が5sccm以上の条件下で成膜することが好ましい。 The method for forming the water contact angle control layer according to the present invention is not particularly limited, but it is preferably formed by a dry film forming method, and more preferably, a vapor deposition method is used and the gas introduction amount is 5 sccm or more. It is preferable to form a film with.
(ナトリウム含有層と水接触角制御層との積層構造)
本発明の超親水膜においては、ナトリウム含有層と水接触角制御層より構成される水接触角制御層ユニットUが、1ユニット以上積層されていることが好ましい形態であり、より好ましくは、後述の図8、図9及び図14で例示するような3ユニットが積層されている構成であることが好ましい。
(Laminated structure of sodium-containing layer and water contact angle control layer)
In the superhydrophilic membrane of the present invention, it is preferable that one or more water contact angle control layer units U composed of a sodium-containing layer and a water contact angle control layer are laminated, and more preferably described later. It is preferable that the three units as illustrated in FIGS. 8, 9 and 14 are laminated.
(ナトリウム含有層と水接触角制御層との成膜方法)
本発明において、ナトリウム含有層と水接触角制御層との成膜方法としては、特に制限はなく、湿式法であっても乾式法であってもよいが、乾式法であることが好ましい。
(Method of forming a film between the sodium-containing layer and the water contact angle control layer)
In the present invention, the film forming method of the sodium-containing layer and the water contact angle control layer is not particularly limited and may be a wet method or a dry method, but a dry method is preferable.
本発明に適用可能な乾式法としては、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等、スパッタ系ではスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等が挙げられるが、その中でも、イオンアシスト蒸着法(以下、本発明では「IAD」ともいう。)又はスパッタリング法であることが好ましい。 Examples of the dry method applicable to the present invention include a vacuum vapor deposition method, an ion beam deposition method, an ion plating method, and the like, and in the sputtering system, a sputtering method, an ion beam sputtering method, a magnetron sputtering method, and the like. The assisted vapor deposition method (hereinafter, also referred to as "IAD" in the present invention) or the sputtering method is preferable.
(基板)
本発明の超親水膜の形成に適用が可能な基板としては、特に制限はないが、例えば、ガラス、ポリカーボネート樹脂やシクロオレフィン樹脂等の樹脂が挙げられ、車載用レンズであることが好ましい。
(substrate)
The substrate that can be applied to the formation of the superhydrophilic film of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include resins such as glass, polycarbonate resin, and cycloolefin resin, and an in-vehicle lens is preferable.
(第1反射率調整層ユニット)
本発明においては、超親水膜の光反射率を制御する観点から、基板と本発明に係るナトリウム含有層との間に、少なくとも一つの反射率調整層ユニットを設け、波長450〜780nmの範囲内における平均光反射率を、3.0%以下に制御することが好ましい。
(1st reflectance adjustment layer unit)
In the present invention, from the viewpoint of controlling the light reflectance of the superhydrophilic film, at least one reflectance adjusting layer unit is provided between the substrate and the sodium-containing layer according to the present invention, and the wavelength is within the range of 450 to 780 nm. It is preferable to control the average light reflectance in the above to 3.0% or less.
図4は、図3に記載した第1反射率調整層ユニット5の具体的構成の一例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of the first reflectance
図4で示す第1反射率調整層ユニット5の構成例では、下記の第1低屈折率層11A、高屈折率層12、第2低屈折率層11B及び光触媒層13で構成されている。
The configuration example of the first reflectance
1)第1低屈折率層11A:構成材材料=SiO2、層厚=22mn
2)高屈折率層12:構成材料=Ta2O5、層厚=22nm
3)第2低屈折率層11B:構成材料=SiO2、層厚=29mn
4)光触媒層13:構成材料=TiO2、層厚=112nm
次いで、第1反射率調整層ユニットの各構成要素の詳細を説明する。
1) First low
2) High refractive index layer 12: constituent material = Ta 2 O 5 , layer thickness = 22 nm
3) Second low
4) Photocatalyst layer 13: constituent material = TiO 2 , layer thickness = 112 nm
Next, the details of each component of the first reflectance adjusting layer unit will be described.
〈第1低屈折率層11A及び第2低屈折率層11B〉
本発明に係る第1低屈折率層及び第2低屈折率層は、屈折率が1.7未満の材料から構成され、本発明においては、主成分としてSiO2を含有する層であることが好ましい。但し、その他の金属酸化物を含有することも好ましく、SiO2と一部Al2O3の混合物やMgF2などであることも光反射率の観点から好ましい。
<First low
The first low refractive index layer and the second low refractive index layer according to the present invention are made of a material having a refractive index of less than 1.7, and in the present invention, the layer may contain SiO 2 as a main component. preferable. However, it is also preferable to contain other metal oxides, and it is also preferable from the viewpoint of light reflectance that it is a mixture of SiO 2 and a part of Al 2 O 3 or Mg F 2.
〈高屈折率層12〉
本発明に係る高屈折率層は、屈折率が1.7以上の材料から構成され、例えば、Taの酸化物とTiの酸化物の混合物や、その他、Tiの酸化物、Taの酸化物、Laの酸化物とTiの酸化物の混合物等であることが好ましい。高屈折率層に用いられる金属酸化物は、屈折率が1.9以上であることがより好ましい。本発明においては、Ta2O5やTiO2であることが好ましく、より好ましくはTa2O5である。
<High
The high refractive index layer according to the present invention is composed of a material having a refractive index of 1.7 or more, for example, a mixture of Ta oxide and Ti oxide, Ti oxide, Ta oxide, and the like. It is preferably a mixture of La oxide and Ti oxide. The metal oxide used for the high refractive index layer preferably has a refractive index of 1.9 or more. In the present invention, it is preferably Ta 2 O 5 or TiO 2 , and more preferably Ta 2 O 5 .
本発明において、高屈折率層及び低屈折率層で構成される第1反射率調整層ユニットの厚さは、特に制限されるものではないが、反射防止性能の観点から500nm以下であることが好ましく、より好ましくは、50〜500nmの範囲内である。厚さが50nm以上であれば、反射防止の光学特性を発揮させることができ、厚さが500nm以下であれば、誤差感度が下がり、レンズの分光特性良品率を向上させることができる。 In the present invention, the thickness of the first reflectance adjusting layer unit composed of the high refractive index layer and the low refractive index layer is not particularly limited, but may be 500 nm or less from the viewpoint of antireflection performance. It is preferably and more preferably in the range of 50 to 500 nm. When the thickness is 50 nm or more, the optical characteristics of antireflection can be exhibited, and when the thickness is 500 nm or less, the error sensitivity is lowered and the good quality ratio of the spectral characteristics of the lens can be improved.
〈光触媒層13〉
本発明に係る第1反射率調整層ユニット5においては、最表層として光触媒機能を有する光触媒層を設ける態様が好ましい。
<
In the first reflectance
本発明に係る光触媒層には、光触媒機能を有する金属酸化物としてTiO2で構成することが好ましく、高い屈折率を有し、誘電体多層膜の光反射率を低減することができる点で好ましい。 The photocatalytic layer according to the present invention is preferably composed of TiO 2 as a metal oxide having a photocatalytic function, has a high refractive index, and is preferable in that the light reflectance of the dielectric multilayer film can be reduced. ..
本発明でいう「光触媒機能」とは、本発明においては光触媒による有機物分解効果をいう。これは、光触媒性を有するTiO2に紫外光が照射されたときに、電子が放出された後に活性酸素やヒドロキシルラジカル(・OHラジカル)が生じ、それの強い酸化力によって有機物を分解するものである。本発明の誘電体多層膜にTiO2を含有する機能層を加えることで、光学部材に付着した有機物等が汚れとして光学系を汚染するのを防止することができる。 The "photocatalytic function" in the present invention means the organic matter decomposition effect by the photocatalyst in the present invention. This is because when the photocatalytic TiO 2 is irradiated with ultraviolet light, active oxygen and hydroxyl radicals (.OH radicals) are generated after electrons are emitted, and organic substances are decomposed by the strong oxidizing power of the active oxygen and hydroxyl radicals (.OH radicals). be. By adding a functional layer containing TiO 2 to the dielectric multilayer film of the present invention, it is possible to prevent organic substances and the like adhering to the optical member from contaminating the optical system as stains.
光触媒効果を有するか否かは、例えば、20℃・80%RHの環境下において、ペンで色づけした試料に対して紫外光を積算20Jの光量で照射し、ペンの色変化を段階的に評価することで判断できる。具体的な光触媒性能試験方法として、紫外光照射によるセルフクリーニングに関しては、例えば、メチレンブルー分解法(ISO 10678(2010))や、レザズリンインク分解法(ISO 21066(2018))を挙げることができる。 Whether or not it has a photocatalytic effect is determined by, for example, in an environment of 20 ° C. and 80% RH, a sample colored with a pen is irradiated with ultraviolet light with an integrated light amount of 20 J, and the color change of the pen is evaluated stepwise. You can judge by doing. As a specific photocatalyst performance test method, for self-cleaning by ultraviolet light irradiation, for example, a methylene blue decomposition method (ISO 10678 (2010)) and a resazurin ink decomposition method (ISO 21066 (2018)) can be mentioned.
本発明においては、基板上に、前記反射率調整層ユニットとして、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットと、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で有し、前記第1反射率調整層ユニットの基板から最も遠い位置にある層が光触媒機能を有する金属酸化物を含有する光触媒層である構成の超親水膜を形成した後、最表面層から前記光触媒層上面部まで貫通し、前記光触媒層の表面を露出させる細孔を有する構成とすることが、光触媒効果を発現させることができる点で好ましい。 In the present invention, as the reflectance adjusting layer unit, a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer, at least one high refractive index layer, and a low refractive index layer on the substrate. A second reflectance adjusting layer unit composed of a high refractive index layer and a sodium-containing layer is provided in this order, and the layer farthest from the substrate of the first reflectance adjusting layer unit is a metal having a photocatalytic function. After forming a superhydrophilic film having a structure of a photocatalyst layer containing an oxide, the structure may have pores that penetrate from the outermost surface layer to the upper surface of the photocatalyst layer and expose the surface of the photocatalyst layer. It is preferable in that a photocatalytic effect can be exhibited.
〔実施形態2〕
図5は、本発明の超親水膜の基本構成の他の一例で、図3に示す構成に対し、更に第2反射率構成層ユニット6を形成した構成を示す断面図である(実施形態2)。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is another example of the basic configuration of the superhydrophilic film of the present invention, and is a cross-sectional view showing a configuration in which a second reflectance
図5に記載の超親水膜1は、実施形態1(図3)と同様に、基板2上に、第1反射率調整層ユニット5を形成し、第1反射率調整層ユニット5と水接触角制御層ユニットUとの間に、反射率を制御する第2反射率調整層ユニット6を有する構成である。
Similar to the first embodiment (FIG. 3), the superhydrophilic film 1 shown in FIG. 5 forms a first reflectance
図6に、上記第2反射率調整層ユニット6の具体的な構成例1を示す。
FIG. 6 shows a specific configuration example 1 of the second reflectance
図6に記載の第2反射率調整層ユニット6の構成例1では、下部(基板側)より、下記の各構成層(6層)が積層された構成の一例を示してある。
In the configuration example 1 of the second reflectance
1)低屈折率層7:構成材材料=SiO2、層厚=14mn
2)ナトリウム含有層3A:構成材料=SiO2−Na2O、層厚=24nm
3)高屈折率層8:構成材材料=TiO2、層厚=2mn
4)ナトリウム含有層3A:構成材料=SiO2−Na2O、層厚=11nm
5)高屈折率層8:構成材材料=TiO2、層厚=2mn
6)ナトリウム含有層3A:構成材料=SiO2−Na2O、層厚=5nm
上記構成例1からなる第2反射率調整層ユニット6を、第1反射率調整層ユニット5と水接触角制御層ユニットUとの間に設けることにより、超親水膜の平均光反射率を所望の条件、例えば、3.0%以下に制御することができる。加えて、ナトリウムを含有するナトリウム含有層3Aを、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3の下層部に配置することにより、高温高湿環境下で、ナトリウム含有層3が含有するナトリウム成分の下層部への拡散を抑制し、高温高湿耐性の低下を防止することができる。
1) Low refractive index layer 7: constituent material = SiO 2 , layer thickness = 14 mn
2) Sodium-containing
3) High refractive index layer 8: constituent material = TiO 2 , layer thickness = 2 mn
4) Sodium-containing
5) High refractive index layer 8: constituent material = TiO 2 , layer thickness = 2 mn
6) Sodium-containing
By providing the second reflectance
図7に、上記第2反射率調整層ユニット6の具体的な他の構成として、構成例2を示す。
FIG. 7 shows a configuration example 2 as another specific configuration of the second reflectance
図7に示す構成例2では、上記構成例1に対し、第2反射率調整層ユニット6を、第2反射率調整層ユニット6Aと第2反射率調整層ユニット6Bの2つのユニットに分割して構成する例を示してある。第2反射率調整層ユニット6Aと第2反射率調整層ユニット6Bでは、それぞれのSiO2−Na2Oで構成されるナトリウム含有層3A及び3Bにおけるナトリウム濃度を変化させている。
In the configuration example 2 shown in FIG. 7, the second reflectance
以下に、図7で示す第2反射率調整層ユニット6Aと第2反射率調整層ユニット6Bの基板側からの具体的な構成を示す。
The specific configurations of the second reflectance
〈第2反射率調整層ユニット6A〉
1A)ナトリウム含有層3A:構成材料=SiO2−Na2O(ナトリウム含有量:5質量%)、層厚=5nm
2A)低屈折率層7:構成材材料=SiO2、層厚=2nm
上記1A)及び2A)から構成されるセットを4セット積層して、第2反射率調整層ユニット6Aを形成している。
<Second reflectance
1A) Sodium-containing
2A) Low refractive index layer 7: constituent material = SiO 2 , layer thickness = 2 nm
The second reflectance
〈第2反射率調整層ユニット6B〉
1B)ナトリウム含有層3B:構成材料=SiO2−Na2O(ナトリウム含有量:10質量%)、層厚=5nm
2B)低屈折率層7:構成材材料=SiO2、層厚=2nm
上記1B)及び2B)から構成されるセットを3セット積層して、第2反射率調整層ユニット6Bを形成している。
<Second reflectance
1B) Sodium-containing
2B) Low refractive index layer 7: constituent material = SiO 2 , layer thickness = 2 nm
The second reflectance
第2反射率調整層ユニットを上記の構成とすることにより、超親水膜の平均光反射率を所望の条件、例えば、3.0%以下に制御することができる。加えて、ナトリウムを含有するナトリウム含有層3A及び3Bを、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3の下層部に配置することにより、高温高湿環境下で、ナトリウム含有層3が含有するナトリウム成分の下層部への拡散を抑制し、高温高湿耐性の低下を防止することができる。さらに、各ナトリウム含有層間に、SiO2で構成される低屈折率層を設けることにより、ナトリウム含有層内において、ナトリウム成分が結晶化し、超親水膜としてのヘイズの発生や光散乱を防止することができる。また、基板側のナトリウム含有量を下げることにより、高温高湿環境下でのコート面の曇り又は散乱を防止することができる。
By configuring the second reflectance adjusting layer unit as described above, the average light reflectance of the superhydrophilic film can be controlled to a desired condition, for example, 3.0% or less. In addition, by arranging the sodium-containing sodium-containing
〔実施形態3〕
上記説明した以外の超親水膜の具体的な構成例について説明する。
[Embodiment 3]
Specific configuration examples of superhydrophilic membranes other than those described above will be described.
図8は、本発明の超親水膜の具体的構成の他の一例を示す断面図で、図5で示す構成に対し、水接触角制御層ユニットUを3ユニット積層した構成を示してある。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing another specific configuration of the superhydrophilic membrane of the present invention, showing a configuration in which three water contact angle control layer units U are laminated with respect to the configuration shown in FIG.
具体的には、図8で示すように、基板2上に、図4でその詳細な構成を説明した第1屈折率制御層ユニット5を形成し、その上に、図6でその詳細な構成を説明した第2屈折率制御層ユニット6を積層し、最後に、その上に下記のナトリウム含有層3及び水接触角制御層4からなる水接触角制御層ユニットUを3ユニット積層して、超親水膜1を形成している。
Specifically, as shown in FIG. 8, a first refractive index
(水接触角制御層ユニットU)
1)ナトリウム含有層3:構成材料=SiO2−Na2O(ナトリウム含有量:10質量%)、層厚=3nm
2)水接触角制御層4:構成材料=HP−3(前出)、層厚=5nm
〔実施形態4:耐摩耗性向上層の付与〕
図9に示す超親水膜は、上記図8で説明した構成の超親水膜に対し、更に、最表層に耐摩耗性向上層14を形成した構成を示してある。
(Water contact angle control layer unit U)
1) Sodium-containing layer 3: Constituent material = SiO 2- Na 2 O (sodium content: 10% by mass), layer thickness = 3 nm
2) Water contact angle control layer 4: Constituent material = HP-3 (above), layer thickness = 5 nm
[Embodiment 4: Addition of wear resistance improving layer]
The superhydrophilic film shown in FIG. 9 shows a structure in which an abrasion
最表層に耐摩耗性向上層を形成することにより、過酷な条件のヒートサイクル処理後でも、優れた耐摩耗性を得ることができる。 By forming the wear resistance improving layer on the outermost surface layer, excellent wear resistance can be obtained even after heat cycle treatment under severe conditions.
本発明に係る耐摩耗性向上層は、例えば、耐摩耗性向上層の成膜材料としてSiO2を用い、真空蒸着装置により形成することができる。 The wear resistance improving layer according to the present invention can be formed by, for example, a vacuum vapor deposition apparatus using SiO 2 as a film forming material for the wear resistance improving layer.
《超親水膜の製造方法》
次いで、上記構成からなる本発明の超親水膜の製造方法の詳細について、図を交えて説明する。
<< Manufacturing method of superhydrophilic membrane >>
Next, the details of the method for producing the superhydrophilic membrane of the present invention having the above structure will be described with reference to the drawings.
本発明の超親水膜の製造方法としては、基板上に、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットを形成する工程と、少なくとも、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットを形成する工程と、前記反射率調整層ユニット上に、少なくとも一層のナトリウム含有層と、前記ナトリウム含有層からみて最表面側に、水接触角制御層を形成する工程を有することが好ましい形態である。 The method for producing the superhydrophilic film of the present invention includes a step of forming a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer on the substrate, and at least. A step of forming a second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer, and at least one layer of sodium and the sodium on the reflectance adjusting layer unit. It is a preferable form to have a step of forming a water contact angle control layer on the outermost surface side of the containing layer.
さらに、水接触角制御層を、ナトリウム非含有層として形成することが好ましい形態である。 Further, it is a preferable form to form the water contact angle control layer as a sodium-free layer.
また、少なくとも一層のナトリウム含有層の成膜に用いる原材料中のナトリウム含有量が、1.0〜20質量%の範囲内であること、あるいは、水接触角制御層の成膜に用いる原材料中のマグネシウム、カルシウム、セリウム及びリンから選ばれる少なくとも一種の元素の含有量が、0.1〜20質量%の範囲内であることが好ましい形態である。 Further, the sodium content in the raw material used for forming the film of at least one layer of the sodium-containing layer is in the range of 1.0 to 20% by mass, or in the raw material used for forming the water contact angle control layer. The content of at least one element selected from magnesium, calcium, cerium and phosphorus is preferably in the range of 0.1 to 20% by mass.
本発明の超親水膜の製造方法にいては、ナトリウム含有層と前記水接触角制御層より構成される水接触角制御層ユニット、低屈折率層と高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニット、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットの成膜方法としては、特に制限はなく、例えば、湿式法であっても乾式法であってもよいが、乾式法であることが好ましい。 In the method for producing a superhydrophilic film of the present invention, a water contact angle control layer unit composed of a sodium-containing layer and the water contact angle control layer, and a first reflection composed of a low refractive index layer and a high refractive index layer. The method for forming the second reflectance adjusting layer unit composed of the rate adjusting layer unit, the low refractive index layer, the high refractive index layer and the sodium-containing layer is not particularly limited, and for example, a dry method may be used even if it is a wet method. Although it may be a method, a dry method is preferable.
本発明に適用可能な乾式法(ドライ成膜法ともいう。)としては、蒸着系としては、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法、イオンプレーティング法等、スパッタ系ではスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法等が挙げられるが、その中でも、イオンアシストデポジット法(以下、本発明では「IAD」、又は「IAD法」ともいう。)又はスパッタリング法であることが好ましい。 As the dry method (also referred to as dry film forming method) applicable to the present invention, the vapor deposition system includes a vacuum vapor deposition method, an ion beam vapor deposition method, an ion plating method, and the like, and the sputtering system includes a sputtering method and an ion beam sputtering method. , Magnetron sputtering method, etc. Among them, the ion assist deposit method (hereinafter, also referred to as "IAD" or "IAD method" in the present invention) or the sputtering method is preferable.
(イオンアシストデポジット法)
IAD法は、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて緻密な膜とし、膜の密着力を高める方法であり、例えばイオンビームによる方法は、イオンソースから照射されるイオン化されたガス分子により被着材料を加速し、基板表面に成膜する方法である。
(Ion assist deposit method)
The IAD method is a method in which the high kinetic energy of ions acts during film formation to form a dense film and enhances the adhesion of the film. For example, the ion beam method is an ionized gas irradiated from an ion source. This is a method of accelerating the adherend material with molecules to form a film on the surface of the substrate.
図10は、IAD法を用いた真空蒸着装置の一例を示す模式図である。 FIG. 10 is a schematic view showing an example of a vacuum vapor deposition apparatus using the IAD method.
IAD法を用いた真空蒸着装置101(以下、本発明ではIAD蒸着装置ともいう。)は、チャンバー102内にドーム103を具備し、ドーム103に沿って基板104が配置される。蒸着源105は蒸着物質を蒸発させる電子銃、又は抵抗加熱装置を具備し、蒸着源105から蒸着物質106が、基板4に向けて飛散し、基板104上で凝結、固化する。その際、IADイオンソース107より基板に向けてイオンビーム108を照射し、成膜中にイオンの持つ高い運動エネルギーを作用させて緻密な膜としたり、膜の密着力を高めたりする。
The vacuum
ここで本発明に用いられる基板104は、ガラス、ポリカーボネート樹脂やシクロオレフィン樹脂等の樹脂が挙げられ、車載用レンズであることが好ましい。
Here, the
チャンバー102の底部には、複数の蒸着源105が配置されている。ここでは、蒸着源105として1個の蒸着源を示しているが、蒸着源105の個数は複数あってもよい。蒸着源105の成膜材料(蒸着材料)を電子銃や抵抗加熱によって蒸着物質106を発生させ、チャンバー102内に設置される基板104に成膜材料を飛散、付着させることにより、成膜材料からなる低屈折率層、高屈折率層、光触媒層、ナトリウム含有層、水接触角制御層等(例えば、低屈折率素材である、SiO2等や、高屈折率素材である、Ta2O5やTiO2等、ナトリウム含有層形成材料であるSiO2−Na20、水接触角制御層形成材料であるHP-3等)が基板104上に成膜される。
A plurality of thin-
本発明に係るSiO2を含有する構成層(例えば、低屈折率層等)を形成する場合は、蒸着源105にSiO2ターゲットを配置し、主成分としてSiO2を含有する膜を形成することが好ましい。さらに親水機能をより向上させるために、電気陰性度がSiより小さい元素としてナトリウムを前記SiO2に混合させることが好ましい。
When forming a constituent layer containing SiO 2 according to the present invention (for example, a low refractive index layer), a SiO 2 target is arranged on the
ナトリウム元素を加える場合は、ナトリウム含有SiO2ターゲットを調製し、このターゲットを蒸着源に配置し、直接蒸着することができる。別法として、SiO2ターゲットとナトリウムターゲット(Na2O)を個別に配置し、SiO2とナトリウムを共蒸着によって蒸着することもできる。本発明においては、ナトリウム含有SiO2ターゲットを調製し、このターゲットを蒸着源に配置し、直接蒸着することが、ナトリウムの含有精度を高める上から、好ましい。 When adding a sodium element, a sodium-containing SiO 2 target can be prepared, placed in a vapor deposition source, and directly vapor-deposited. Alternatively, the SiO 2 target and the sodium target (Na 2 O) can be arranged separately and the SiO 2 and sodium can be vapor-deposited by co-depositing. In the present invention, it is preferable to prepare a sodium-containing SiO 2 target, place the target on a vapor deposition source, and directly vapor-deposit the target from the viewpoint of improving the sodium content accuracy.
ナトリウムとしては、Na2Oを用いることが好ましく、市販されているものを使用することができる。 As the sodium, it is preferable to use Na 2 O, and commercially available sodium can be used.
また、チャンバー102には、図示しない真空排気系が設けられており、これによってチャンバー102内が真空引きされる。チャンバー内の減圧度は、通常1×10−4〜1×10−1Pa、好ましくは1×10−3〜1×10−2Paの範囲内である。
Further, the
ドーム103は、基板104を保持するホルダー(不図示)を、少なくとも1個保持するものであり、蒸着傘とも呼ばれる。このドーム103は、断面円弧状であり、円弧の両端を結ぶ弦の中心を通り、その弦に垂直な軸を回転対称軸として回転する回転対称形状となっている。ドーム103が軸を中心に例えば一定速度で回転することにより、ホルダーを介してドーム103に保持された基板104は、軸の周りに一定速度で公転する。
The
このドーム103は、複数のホルダーを回転半径方向(公転半径方向)及び回転方向(公転方向)に並べて保持することが可能である。これにより、複数のホルダーによって保持された複数の基板104上に同時に成膜することが可能となり、積層体の製造効率を向上させることができる。
The
IADイオンソース107は、本体内部にアルゴンガスや酸素ガスを導入してこれらをイオン化させ、イオン化されたガス分子(イオンビーム108)を基板104に向けて照射する機器である。アルゴンガスや酸素ガスは、イオン銃から照射された正のイオンが基板に蓄積することにより、基板全体が正に帯電する現象(いわゆる、チャージアップ)を防止するため、基板に蓄積した正の電荷を電気的に中和するニュートラライザーの用途としても用いられる。
The
イオン源としては、カウフマン型(フィラメント)、ホローカソード型、RF型、バケット型、デュオプラズマトロン型等を適用することができる。IADイオンソース107から上記のガス分子を基板104に照射することにより、例えば複数の蒸発源から蒸発する成膜材料の分子を基板104に押し付けることができ、密着性及び緻密性の高い膜を基板104上に成膜することができる。IADイオンソース107は、チャンバー102の底部において基板104に対向するように設置されているが、対向軸からずれた位置に設置されていても構わない。
As the ion source, Kaufmann type (filament), hollow cathode type, RF type, bucket type, duoplasmatron type and the like can be applied. By irradiating the
IAD法では、例えば、加速電圧が100〜2000Vのイオンビーム、電流密度が1〜120μA/cm2のイオンビーム、又は加速電圧が500〜1500Vで電流密度が1〜120μA/cm2のイオンビームを用いることができる。成膜工程において、イオンビームの照射時間は例えば1〜800秒とすることができ、またイオンビームの粒子照射数は例えば1×1013〜5×1017個/cm2とすることができる。成膜工程に用いられるイオンビームは、酸素のイオンビーム、アルゴンのイオンビーム、又は酸素とアルゴンの混合ガスのイオンビームとすることができる。本発明では、ガス導入量として5sccm以上の条件下で成膜することが好ましい。例えば、酸素導入量を30〜60sccmの範囲内とすることが好ましい。「SCCM」は、standard cc/minの略であり、1気圧(大気圧1013hPa)、0℃で1分間あたりに何cc流れたかを示す単位であり、モニターシステム(不図示)は、真空成膜中に各蒸着源105から蒸発して自身に付着する層を監視することにより、基板104上に成膜される層の波長特性を監視するシステムである。このモニターシステムにより、基板104上に成膜される層の光学特性(例えば分光透過率、光反射率、光学層厚など)を把握することができる。また、モニターシステムは、水晶層厚モニターも含んでおり、基板104上に成膜される層の物理層厚を監視することもできる。このモニターシステムは、層の監視結果に応じて、複数の蒸発源105のON/OFFの切り替えやIADイオンソース7のON/OFFの切り替え等を制御する制御部としても機能する。
In the IAD method, for example, an ion beam having an acceleration voltage of 100 to 2000 V and an ion beam having a current density of 1 to 120 μA / cm 2 or an ion beam having an acceleration voltage of 500 to 1500 V and a current density of 1 to 120 μA / cm 2 are used. Can be used. In the film forming step, the irradiation time of the ion beam can be set to, for example, 1 to 800 seconds, and the number of particles irradiated by the ion beam can be set, for example, 1 × 10 13 to 5 × 10 17 pieces / cm 2 . The ion beam used in the film forming step can be an oxygen ion beam, an argon ion beam, or an ion beam of a mixed gas of oxygen and argon. In the present invention, it is preferable to form a film under the condition that the amount of gas introduced is 5 sccm or more. For example, the amount of oxygen introduced is preferably in the range of 30 to 60 sccm. "SCCM" is an abbreviation for wavelength cc / min, and is a unit indicating how many cc flowed per minute at 1 atm (atmospheric pressure 10 13 hPa) and 0 ° C. The monitor system (not shown) is a vacuum. It is a system that monitors the wavelength characteristics of the layer formed on the
(スパッタリング法)
スパッタリング法による成膜は、2極スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、中間的な周波数領域を用いたデュアルマグネトロンスパッタリング(DMS)、イオンビームスパッタリング、ECRスパッタリングなどを単独で又は2種以上組み合わせて用いることができる。また、ターゲットの印加方式はターゲット種に応じて適宜選択され、DC(直流)スパッタリング、及びRF(高周波)スパッタリングのいずれを用いてもよい。
(Sputtering method)
For the film formation by the sputtering method, bipolar sputtering, magnetron sputtering, dual magnetron sputtering (DMS) using an intermediate frequency region, ion beam sputtering, ECR sputtering and the like can be used alone or in combination of two or more. Further, the target application method is appropriately selected according to the target type, and either DC (direct current) sputtering or RF (radio frequency) sputtering may be used.
スパッタリング法は、複数のスパッタリングターゲットを用いた多元同時スパッタリングであってもよい。これらのスパッタリングターゲットを作製する方法や、これらのスパッタリングターゲットを用いて薄膜を作製する方法については、例えば、特開2000−160331号公報、特開2004−068109号公報、特開2013−047361号公報などの記載が適宜参照されうる。 The sputtering method may be multiple simultaneous simultaneous sputtering using a plurality of sputtering targets. Regarding the method for producing these sputtering targets and the method for producing a thin film using these sputtering targets, for example, JP-A-2000-160331, JP-A-2004-068109, and JP-A-2013-047361. Etc. can be referred to as appropriate.
《細孔の形成》
本発明の超親水膜においては、基板上に、前記反射率調整層ユニットとして、少なくとも一層の低屈折率層と、少なくとも一層の高屈折率層から構成される第1反射率調整層ユニットと、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で有し、前記第1反射率調整層ユニットの基板から最も遠い位置にある層が光触媒機能を有する金属酸化物を含有する光触媒層を形成し、最表面層から光触媒層上面部まで貫通し、前記光触媒層の表面を露出させる細孔を有することが好ましい態様の一つである。
<< Formation of pores >>
In the superhydrophilic film of the present invention, as the reflectance adjusting layer unit, a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer is provided on the substrate. A second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer is provided in this order, and the layer farthest from the substrate of the first reflectance adjusting layer unit is a photocatalyst. One of the preferred embodiments is to form a photocatalyst layer containing a functional metal oxide and have pores that penetrate from the outermost surface layer to the upper surface of the photocatalyst layer and expose the surface of the photocatalyst layer.
はじめに、本発明の超親水膜に対し、細孔を形成する製造工程フローについて、図を交えて説明する。 First, the manufacturing process flow for forming pores in the superhydrophilic membrane of the present invention will be described with reference to the drawings.
図11は、超親水膜の製造ステップ及び細孔の形成する工程の一例を示すフローチャートである。本発明では、以下で説明する製造方法に限定されるものではない。 FIG. 11 is a flowchart showing an example of a step of manufacturing a superhydrophilic film and a step of forming pores. The present invention is not limited to the manufacturing method described below.
(ステップS11)
基板2上に、例えば、ドライ成膜法により、低屈折率層、高屈折率層等から構成される第1反射率調整層ユニット5を形成する。
(Step S11)
A first reflectance
(ステップS12)
更に、第1反射率調整層ユニット5の最表層に、ドライ成膜法により、光触媒層13を形成する。
(Step S12)
Further, a
(ステップS13)
次いで、第1反射率調整層ユニット5を構成する光触媒層13上に、ドライ成膜法により、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニット6を形成する。この時、第2反射率調整層ユニット6は、図6で説明したように、高屈折率層8及びナトリウム含有層3Aが複数層積層された構成であってもよく、また、図7で説明したように、低屈折率層7及びナトリウム含有層3Aと3Bが複数層積層された構成であってもよい。
(Step S13)
Next, on the
(ステップS14)
次いで、第2反射率調整層ユニット6上に、例えば、ドライ成膜法を用いて、ナトリウム含有層3を形成する。
(Step S14)
Next, the sodium-containing
(ステップS15)
次いで、ナトリウム含有層3上に、水接触角制御層4、より好ましくはナットリウム成分を含有しない層を、例えば、ドライ成膜法を用いて形成して、超親水膜を形成する。
(Step S15)
Next, a water contact
なお、上記ステップS14とステップS15を繰り返して行い、複数のナトリウム含有層3/水接触角制御層4より構成されるユニットを複数セット積層して、水接触角制御層ユニットUを形成することができる。
The steps S14 and S15 may be repeated to form a water contact angle control layer unit U by laminating a plurality of sets of units composed of a plurality of sodium-containing
(ステップS16)
次いで、超親水膜の最表層上に、マスクを形成する。マスクとしては、例えば、金属部と露出部とで構成される金属マスクが挙げられる。
(Step S16)
Next, a mask is formed on the outermost layer of the superhydrophilic film. Examples of the mask include a metal mask composed of a metal portion and an exposed portion.
(ステップS17)
次いで、マスクを介して、表面側よりエッチング装置を用いて最表面層から光触媒層13の上面部までエッチングにより貫通し、光触媒層の表面を露出させる細孔10を形成する。
(Step S17)
Next, through the mask, the
(ステップS18)
最後に、表面に形成したマスクを除去することにより、細孔を有する超親水膜を得ることができる。
(Step S18)
Finally, by removing the mask formed on the surface, a superhydrophilic film having pores can be obtained.
次いで、細孔を有する超親水膜の具体的な構成について説明する。 Next, a specific configuration of the superhydrophilic membrane having pores will be described.
図12は、超親水膜に細孔を形成し、光触媒層を露出させる構成の一例を示す断面図(実施形態5)である。 FIG. 12 is a cross-sectional view (embodiment 5) showing an example of a configuration in which pores are formed in the superhydrophilic membrane to expose the photocatalyst layer.
図12に示すように、上述した超親水膜の形成方法に従って、基板2上に、最上層に光触媒層13を有する第1反射率調整層ユニット5を形成し、次いで、その上に、第2反射率調整層ユニット6を積層し、その上に、水接触角制御層ユニットUとして、ナトリウム含有層3と水接触角制御層4を積層し、前記図5に記載の超親水膜1を形成する。
As shown in FIG. 12, a first reflectance
次いで、下記の方法に従って、マスクを用いて、反応性エッチング処理又は物理エッチング処理により、最表面層から光触媒層13の上面部まで貫通し、光触媒層の表面を露出させる細孔10を形成する。
Then, according to the following method, pores 10 are formed by a reactive etching treatment or a physical etching treatment using a mask to penetrate from the outermost surface layer to the upper surface portion of the
このような構成の細孔を形成することにより、優れた光触媒機能を発現させることができる。 By forming the pores having such a structure, an excellent photocatalytic function can be exhibited.
以下、本発明に係る細孔の製造フローについて、図を交えて説明する。 Hereinafter, the flow of producing pores according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図13は、超親水膜に細孔を形成する方法の一例を示す製造フロー図である。 FIG. 13 is a production flow chart showing an example of a method of forming pores in a superhydrophilic membrane.
図13のステップ1で、上記図12で説明した構成の超親水膜1を準備する。 In step 1 of FIG. 13, the superhydrophilic membrane 1 having the structure described in FIG. 12 is prepared.
次いで、ステップ2で、最上層である水接触角制御層4の表面に金属マスク9を成膜する。金属マスク9は、金属部と、露出部とで構成される。金属マスク9の層厚は、1〜30nmの範囲となっている。成膜条件にもよるが、例えば蒸着法を用いて層厚を2nmとなるように金属マスク9を成膜すると粒子状となる。また、例えば、蒸着法を用いて層厚を12〜15nmとなるように金属マスク50を成膜すると、金属マスク50は葉脈状になりやすい。さらに、例えばスパッタリング法を用いて層厚を10nmとなるように成膜すると、金属マスク50はポーラス状になりやすい。
Next, in
本発明においては、金属マスク9は、例えば、AgやAl等で形成され、特に、銀であり、成膜温度を20℃〜400℃の範囲内、厚さを1〜30nmの範囲内に制御することが、細孔の形状を制御する観点から好ましい。 In the present invention, the metal mask 9 is formed of, for example, Ag, Al, or the like, and is particularly silver, and the film formation temperature is controlled within the range of 20 ° C. to 400 ° C. and the thickness is controlled within the range of 1 to 30 nm. It is preferable from the viewpoint of controlling the shape of the pores.
次いで、ステップ3で、エッチング装置Eを用いて最表面層から光触媒層13の上面部までエッチングにより貫通し、光触媒層の表面を露出させる細孔10を形成する。
Next, in
ステップ3で示すように、エッチングには、エッチング装置Eを用いた反応性ドライエッチング、又はIAD蒸着装置にエッチングガスを導入した装置を用いる。細孔形成工程において、エッチングガスとしては、例えば、CHF3、CF4、COF2及びSF6等を用いる。これにより、最表面層から光触媒層13の上面部まで所定のサイズでエッチングし、光触媒層13の表面を露出させる複数の細孔10が形成される。つまり、金属マスク9の露出部に対応する構成層がエッチングされて細孔10が形成され、部分的に光触媒層13の表面が露出した状態となる。
As shown in
最後に、ステップ4として、金属マスク9を除去する。具体的には、金属マスク9は、酢酸等の薬剤を用いたウェットエッチングによって除去される。また、金属マスク9は、例えば、ArやO2をエッチングガスとして用いたドライエッチングによって除去してもよい。
Finally, as
以上の工程により、複数の細孔10を有する超親水膜1を得ることができる。
By the above steps, a superhydrophilic membrane 1 having a plurality of
上記超親水膜の製造方法及び細孔の形成方法によれば、各構成層を形成後、最表面層から光触媒層13の上面部まで貫通し、光触媒層の光触媒機能を発現させるための複数の細孔10を形成することにより、超親水性と光触媒機能とを両立させることができる。
According to the method for producing a superhydrophilic film and the method for forming pores, after forming each constituent layer, a plurality of layers for penetrating from the outermost surface layer to the upper surface of the
《超親水膜の応用分野:光学部材》
本発明の超親水膜は、低い光反射率、親水性及び光触媒性を有し、塩水耐性又は耐傷性などの特性にも優れる超親水膜であり、本発明においては、本発明の超親水膜を具備した光学部材であることを特徴とし、更には、光学部材が、レンズ、抗菌カバー部材、防カビコーティング部材又はミラーであることが好ましく、例えば、車載用レンズや通信用レンズ、内視鏡用抗菌レンズ、PCやスマホの親水性部材や抗菌カバー部材、眼鏡、トイレや食器などの陶器、風呂やシンクの防カビコーティング、又は建材(窓ガラス)に好適に用いられ、中でも車載用レンズとして好適である。
<< Application field of superhydrophilic membrane: Optical member >>
The superhydrophilic film of the present invention is a superhydrophilic film having low light reflectance, hydrophilicity and photocatalytic properties, and also excellent in properties such as salt water resistance and scratch resistance. In the present invention, the superhydrophilic film of the present invention The optical member is preferably a lens, an antibacterial cover member, an antifungal coating member or a mirror, for example, an in-vehicle lens, a communication lens, or an endoscope. Antibacterial lenses for PCs and smartphones, hydrophilic members and antibacterial cover members, glasses, pottery such as toilets and tableware, antifungal coatings for baths and sinks, or building materials (window glass). Suitable.
以下、実施例を挙げて本発明を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。なお、実施例において「部」又は「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」又は「質量%」を表す。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In the examples, the indication of "parts" or "%" is used, but unless otherwise specified, it indicates "parts by mass" or "% by mass".
《超親水膜の作製》
[超親水膜1の作製]
下記の方法に従って、図14に記載の基板2、第1反射率調整層ユニット5、第2反射率調整層ユニット6及び水接触角制御層ユニットUから構成される超親水膜1を作製した。
<< Preparation of superhydrophilic membrane >>
[Preparation of superhydrophilic membrane 1]
According to the following method, a superhydrophilic film 1 composed of the
〔基板の準備〕
基板として、SCHOTT社製の白板ガラス基板(屈折率:1.523)を準備した。
[Preparation of board]
As a substrate, a white plate glass substrate (refractive index: 1.523) manufactured by SCHOTT was prepared.
〔第1反射率調整層ユニット5の形成〕
白板ガラス基板上に、下記の真空蒸着法により、図14で示すように、基板2側より、
1)第1低屈折率層11A(SiO2、層厚:22nm)、
2)高屈折率層12(Ta2O5+TiO2、22nm)、
3)第1低屈折率層11B(SiO2、層厚:29nm)、
4)光触媒層13(TiO2、層厚:112nm)
を順次積層して、第1反射調整層ユニット5を形成した。
[Formation of First Reflectance Adjusting Layer Unit 5]
On a white plate glass substrate, by the following vacuum vapor deposition method, as shown in FIG. 14, from the
1) First low
2) High refractive index layer 12 (Ta 2 O 5 + TiO 2 , 22 nm),
3) First low
4) Photocatalyst layer 13 (TiO 2 , layer thickness: 112 nm)
Was sequentially laminated to form the first reflection adjusting
(成膜条件・使用装置)
〈チャンバー内条件〉
加熱温度 370℃
開始真空度 5.0×10−3Pa
〈成膜材料の蒸発源〉
電子銃
〈IADイオンソース〉
シンクロン社RFイオンソースNIS−175−3
(Film formation conditions / equipment used)
<Conditions in the chamber>
Heating temperature 370 ° C
Starting vacuum degree 5.0 × 10 -3 Pa
<Evaporation source of film-forming material>
Electron gun <IAD ion source>
Syncron RF Ion Source NIS-175-3
(第1反射率調整層ユニット5の形成)
〈第1低屈折率層11Aの形成〉
第1低屈折率層11Aの成膜材料:SiO2(キヤノンオプトロン社 商品名 SiO2)
上記の基板をIAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に成膜材料としてSiO2を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、層厚が22nmの第1低屈折率層11Aを形成した。
(Formation of First Reflectance Adjusting Layer Unit 5)
<Formation of the first low
Film formation material for the first low
The above substrate is installed in an IAD vacuum vapor deposition apparatus, SiO 2 is loaded as a film forming material in the first evaporation source, vapor deposition is carried out at a film forming speed of 3 Å / sec, and the first low
IAD条件は、加速電圧1000V、加速電流1000mA、サプレッサー電圧500V、中和電流1500mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で行った。 IAD conditions, an acceleration voltage 1000V, acceleration current 1000 mA, suppressor voltage 500V, neutralization current 1500 mA, IAD introduced gas was carried out O 2 50 sccm, Ar gas 0 sccm, under the condition of the neutral gas Ar10sccm.
〈高屈折率層12の形成〉
高屈折率層12の成膜材料:Ta2O5(キャノンオプトロン社 商品名 OA-600)
IAD真空蒸着装置の第2蒸発源に、上記成膜材料を装填し、成膜速度4Å/secで蒸着し、上記第1低屈折率層11A上に層厚が22nmの高屈折率層12を形成した。
<Formation of high
Film-forming material for the high-refractive index layer 12: Ta 2 O 5 (Canon Optron trade name OA-600)
The film-forming material is loaded into the second evaporation source of the IAD vacuum vapor deposition apparatus, vapor-deposited at a film-forming rate of 4 Å / sec, and a high-
当該高屈折率層12の形成は、上記と同様にIAD法により、370℃加熱条件によって行った。
The high
IAD条件は、加速電圧1000V、加速電流1000mA、サプレッサー電圧500V、中和電流1500mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で行った。この際、ガス制御を行いチャンバー圧力が2×10−2Paになるようにオートプレッシャーコントローラー(以下、「APC」と略記する。)からO2ガスを導入している。 IAD conditions, an acceleration voltage 1000V, acceleration current 1000 mA, suppressor voltage 500V, neutralization current 1500 mA, IAD introduced gas was carried out O 2 50 sccm, Ar gas 0 sccm, under the condition of the neutral gas Ar10sccm. At this time, O 2 gas is introduced from the auto pressure controller (hereinafter, abbreviated as “APC”) so that the chamber pressure becomes 2 × 10 -2 Pa by controlling the gas.
〈第2低屈折率層11Bの形成〉
第2低屈折率層11Bの成膜材料:SiO2(キヤノンオプトロン社 商品名 SiO2)
上記の基板をIAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に成膜材料としてSiO2を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、層厚が29nmの第2低屈折率層11Bを形成した。
<Formation of the second low
Film formation material for the second low
The above substrate is installed in an IAD vacuum vapor deposition apparatus, SiO 2 is loaded as a film forming material in the first evaporation source, vapor deposition is carried out at a film forming speed of 3 Å / sec, and a second low
IAD条件は、加速電圧1000V、加速電流1000mA、サプレッサー電圧500V、中和電流1500mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で行った。 IAD conditions, an acceleration voltage 1000V, acceleration current 1000 mA, suppressor voltage 500V, neutralization current 1500 mA, IAD introduced gas was carried out O 2 50 sccm, Ar gas 0 sccm, under the condition of the neutral gas Ar10sccm.
〈光触媒層13の形成〉
光触媒層13の成膜材料:TiO2(富士チタン工業株式会社 商品名 T.O.P(Ti3O5))
上記基板を真空蒸着装置に設置して、第3蒸発源に上記成膜材料を装填し、成膜速度2Å/secで蒸着し、上記第2低屈折率層11B上に厚さが112nmの光触媒層を形成した。当該光触媒層の形成は、同様にIAD法、370℃加熱条件によって行った。
<Formation of
Film-forming material of photocatalyst layer 13: TiO 2 (Fuji Titanium Industry Co., Ltd. trade name TOP (Ti 3 O 5 ))
The substrate is installed in a vacuum vapor deposition apparatus, the film forming material is loaded into the third evaporation source, vapor deposition is carried out at a film forming rate of 2 Å / sec, and a photocatalyst having a thickness of 112 nm is deposited on the second low
IAD条件は、加速電圧300V、加速電流300mA、サプレッサー電圧1000V、中和電流600mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス10sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で行った。この際、ガス制御を行いチャンバー圧力が3×10−2PaになるようにAPCからO2ガスを導入した。
IAD conditions, acceleration voltage 300 V, accelerating current 300 mA, suppressor voltage 1000V, neutralization current 600 mA, IAD introduced gas was carried out by O 2 50 sccm,
〔第2反射率整層ユニット6の形成〕
上記作製した第1反射率調整層ユニット5上に、下記の真空蒸着法により、図14で示すように、8層から構成される第2反射率調整層ユニット6Aと、その上に、6層から構成される第2反射率調整層ユニット6Bを積層して、第2反射率整層ユニット6を形成した。
[Formation of Second Reflectance Layering Unit 6]
On the first reflectance
1)第2反射率調整層ユニット6Aの構成
第2反射率調整層ユニット6Aは、ナトリウム含有層3A(SiO2−Na2O(Na含有量:5質量%)、層厚:5nm)/低屈折率層7(SiO2、層厚:2nm)のユニットを4セット積層して形成した。
1) Configuration of Second Reflectance
2)第2反射率調整層ユニット6Bの構成
第2反射率調整層ユニット6Bは、ナトリウム含有層3B(SiO2−Na2O(Na含有量:10質量%)、層厚:5nm)/低屈折率層7(SiO2、層厚:2nm)のユニットを3セット積層して形成した。
2) Configuration of Second Reflectance
(成膜条件・使用装置)
〈チャンバー内条件〉
加熱温度 50℃
開始真空度 3.0×10−3Pa
〈成膜材料の蒸発源〉
電子銃
〈IADイオンソース〉
シンクロン社RFイオンソースNIS−175−3
(Film formation conditions / equipment used)
<Conditions in the chamber>
Heating temperature 50 ° C
Starting vacuum degree 3.0 × 10 -3 Pa
<Evaporation source of film-forming material>
Electron gun <IAD ion source>
Syncron RF Ion Source NIS-175-3
(第2反射率調整層ユニット6Aの形成)
下記の方法に従って、第1反射率調整層ユニット5上に、下記の方法により、ナトリウム含有層3Aと低屈折率層7から構成されるユニットを4セット積層して、第2反射率調整層ユニット6Aを形成した。
(Formation of the second reflectance
According to the following method, four sets of units composed of the sodium-containing
〈ナトリウム含有層3Aの形成〉
ナトリウム含有層3Aの成膜材料:株式会社豊島製作所、商品名:SiO2−Na2O(Na含有量:5質量%)
第1反射率調整層ユニット5まで形成した基板を、IAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に上記ナトリウム含有層3Aの成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、層厚が5nmで、Na含有量が5質量%のナトリウム含有層3Aを形成した。
<Formation of sodium-containing
Film formation material for sodium-containing
The substrate formed up to the first reflectance
IAD条件は、加速電圧1000V、加速電流1000mA、サプレッサー電圧500V、中和電流1500mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で、50℃の加熱条件によって行った。 IAD conditions, an acceleration voltage 1000V, acceleration current 1000 mA, suppressor voltage 500V, neutralization current 1500 mA, IAD introduced gas is O 2 50 sccm, Ar gas 0 sccm, under the condition of the neutral gas Ar10sccm, was carried out by heating conditions 50 ° C..
〈低屈折率層7の形成〉
低屈折率層の成膜材料:SiO2(キヤノンオプトロン社 商品名 SiO2)
上記の基材をIAD真空蒸着装置に設置して、第2蒸発源に前記成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、層厚が2nmの低屈折率層7を形成した。
<Formation of low
Film formation material for low refractive index layer: SiO 2 (Canon Optron trade name SiO 2 )
The above-mentioned base material was installed in an IAD vacuum vapor deposition apparatus, the film-forming material was loaded into a second evaporation source, and vapor deposition was performed at a film-forming rate of 3 Å / sec to form a low
IAD条件は、加速電圧1000V、加速電流1000mA、サプレッサー電圧500V、中和電流1500mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で行った。50℃加熱条件によって行った。 IAD conditions, an acceleration voltage 1000V, acceleration current 1000 mA, suppressor voltage 500V, neutralization current 1500 mA, IAD introduced gas was carried out O 2 50 sccm, Ar gas 0 sccm, under the condition of the neutral gas Ar10sccm. This was done under 50 ° C. heating conditions.
(第2反射率調整層ユニット6Bの形成)
下記の方法に従って、第2反射率調整層ユニット6A上に、下記の方法により形成したナトリウム含有層3Bと低屈折率層7から構成されるユニットを3セット積層して、第2反射率調整層ユニット6Bを形成した。
(Formation of the second reflectance
According to the following method, three sets of units composed of the sodium-containing
〈ナトリウム含有層3Bの形成〉
ナトリウム含有層3Bの成膜材料:株式会社豊島製作所、商品名:SiO2−Na2O(Na含有量:10質量%)
第2反射率調整層ユニット6Aまで形成した基板を、IAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に上記成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、層厚が5nmで、Na含有量が10質量%のナトリウム含有層3Bを形成した。
<Formation of sodium-containing
Film formation material for sodium-containing
The substrate formed up to the second reflectance
IAD条件は、加速電圧1000V、加速電流1000mA、サプレッサー電圧500V、中和電流1500mAで、IAD導入ガスはO250sccm、Arガス0sccm、ニュートラルガスAr10sccmの条件で、50℃の加熱条件によって行った。 IAD conditions, an acceleration voltage 1000V, acceleration current 1000 mA, suppressor voltage 500V, neutralization current 1500 mA, IAD introduced gas is O 2 50 sccm, Ar gas 0 sccm, under the condition of the neutral gas Ar10sccm, was carried out by heating conditions 50 ° C..
〈低屈折率層7の形成〉
第2反射率調整層ユニット6Aの形成に用いたのと同様にして、層厚が2nmの低屈折率層7を形成した。
<Formation of low
A low
〔水接触角制御層ユニットUの形成〕
上記形成した第2反射率調整層ユニット6上に、下記の真空蒸着法により、図14で示すように、ナトリウム含有層3B(SiO2−Na2O(Na含有量:10質量%)、層厚:3nm)/水接触角制御層4(形成材料:HP−3、層厚:5nm)のユニットを3セット積層して、水接触角制御層ユニットUを形成し、超親水膜1を作製した。
[Formation of water contact angle control layer unit U]
On the second reflectance
(成膜条件・使用装置)
〈チャンバー内条件〉
加熱温度 50℃
開始真空度 3.0×10−3Pa
〈成膜材料の蒸発源〉
電子銃
〈IADイオンソース〉
シンクロン社RFイオンソースNIS−175−3
(ナトリウム含有層3Bの形成)
上記第2反射率調整層ユニット6Bの形成に用いたナトリウム含有層3Bの形成と同様にして、層厚が3nmのナトリウム含有層3Bを形成した。
(Film formation conditions / equipment used)
<Conditions in the chamber>
Heating temperature 50 ° C
Starting vacuum degree 3.0 × 10 -3 Pa
<Evaporation source of film-forming material>
Electron gun <IAD ion source>
Syncron RF Ion Source NIS-175-3
(Formation of sodium-containing
The sodium-containing
(水接触角抑制層4の形成)
水接触角制御層4の成膜材料:HP−3(キヤノンオプトロン社 商品名 HP−3)
第2反射率調整層ユニット6まで形成した基板を、IAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に上記水接触角制御層4の成膜材料を装填し、上記形成したナトリウム含有層3B上に、成膜速度2Å/secで蒸着し、水接触角抑制層4を形成した。
(Formation of water contact angle suppressing layer 4)
Film-forming material for the water contact angle control layer 4: HP-3 (Canon Optron trade name HP-3)
The substrate formed up to the second reflectance
HP−3の組成は、C:13.9原子数%、O:60.5原子数%、P:15.4原子数%、Ca:5.0原子数%、Ce:5.3原子数%である。 The composition of HP-3 is C: 13.9 atom number%, O: 60.5 atom number%, P: 15.4 atom number%, Ca: 5.0 atom number%, Ce: 5.3 atom number. %.
(平均光反射率の測定)
上記作製した超親水膜の波長450〜780nmの範囲内における平均光反射率を、オリンパス社製の微小領域の分光反射率測定装置であるUSPM−RUを用いて測定した結果、3.1%であった。
(Measurement of average light reflectance)
The average light reflectance of the prepared superhydrophilic film in the wavelength range of 450 to 780 nm was measured using USPM-RU, which is a microscopic spectral reflectance measuring device manufactured by Olympus Corporation, and found to be 3.1%. there were.
(水接触角制御層のナトリウム含有量の測定)
上記超親水膜1の作製において、基板上に水接触角制御層4の形成方法と同様にして、シリコン基板上に層厚が5nmのナトリウム含有量測定用の水接触角制御層4単層を形成し、下記に示すXPS組成分析により、ナトリウム含有量を測定した結果、水接触角制御層4におけるナトリウム含有量は0.01質量%未満で、ほぼ未含有であることを確認した。表Iの「ナトリウム含有有無」の欄には「無」と表示した。
(Measurement of sodium content of water contact angle control layer)
In the production of the superhydrophilic film 1, a single layer of the water contact
〈XPS組成分析〉
・装置名称:X線光電子分光分析装置(XPS)
・装置型式:Quantera SXM
・装置メーカー:アルバック・ファイ
・測定条件:X線源=単色化AlKα線25W−15kV
・真空度:5.0×10−8Pa
<XPS composition analysis>
-Device name: X-ray photoelectron spectroscopy analyzer (XPS)
-Device model: Quantera SXM
・ Equipment manufacturer: ULVAC-PHI ・ Measurement conditions: X-ray source = monochromatic AlKα ray 25W-15kV
・ Vacuum degree: 5.0 × 10-8 Pa
[超親水膜2の作製]
上記超親水膜1の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3Bの層厚を0.05nmに変更し、積層するユニット数を3から1に変更した以外は同様にして、光反射率が2.4%の超親水膜2を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 2]
In the production of the superhydrophilic film 1, the same applies except that the layer thickness of the sodium-containing
なお、超親水膜2の作製において、ナトリウム含有層3Bの層厚変更及びユニット数の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.2%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜3の作製]
上記超親水膜1の作製において、水接触角制御層ユニットUのユニット数を3から1に変更した以外は同様にして、光反射率が2.2%の超親水膜3を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 3]
In the preparation of the superhydrophilic film 1, the
なお、超親水膜3の作製において、ユニット数の変更に対する光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.2%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜4の作製]
上記超親水膜2の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3Bの層厚を500nmに変更した以外は同様にして、光反射率が10.1%の超親水膜4を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 4]
In the preparation of the
なお、超親水膜4の作製において、ナトリウム含有層3Bの層厚変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が10.1%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜5の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3Bのナトリウム含有量を0.05質量%に変更した以外は同様にして、光反射率が2.4%の超親水膜5を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 5]
In the production of the
なお、超親水膜5の作製において、ナトリウム含有層3Bのナトリウム含有量の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.4%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜6の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3Bのナトリウム含有量を25質量%に変更した以外は同様にして、光反射率が2.2の超親水膜6を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 6]
In the preparation of the
なお、超親水膜6の作製において、ナトリウム含有層3Bのナトリウム含有量の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.2%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜7の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成する水接触角制御層4の層厚を0.05nmに変更した以外は同様にして、光反射率が2.1%の超親水膜7を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 7]
In the production of the
なお、超親水膜7の作製において、水接触角制御層4の層厚の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.1%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜8の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成する水接触角制御層4の層厚を60nmに変更した以外は同様にして、光反射率が6.2%の超親水膜8を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 8]
In the production of the
なお、超親水膜8の作製において、水接触角制御層4の層厚の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が6.2%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜9の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成する水接触角制御層4の構成材料をSiO2に変更した以外は同様にして、光反射率が2.4%の超親水膜9を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 9]
In the production of the
なお、超親水膜9の作製において、水接触角制御層4の構成材料の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.4%となるように調整した。
In the production of the superhydrophilic film 9, the film thickness of each layer constituting the second reflectance adjusting layer unit is appropriately changed in response to a change in the light reflectance due to a change in the constituent material of the water contact
[超親水膜10の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成する水接触角制御層4の構成材料をTiO2に変更した以外は同様にして、光反射率が2.5%の超親水膜10を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 10]
In the production of the
なお、超親水膜10の作製において、水接触角制御層4の構成材料の変更に伴う光反射率の変化に対しては、第2反射率調整層ユニットを構成する各層の膜厚を適宜変更し、光反射率が2.5%となるように調整した。
In the production of the
[超親水膜11の作製]
上記超親水膜3の作製において、水接触角制御層ユニットU上に、下記の方法に従って耐摩擦性向上層を形成した以外は同様にして、光反射率が1.5の超親水膜11を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 11]
In the production of the
(耐摩擦性向上層の成膜条件・使用装置)
〈チャンバー内条件〉
加熱温度 50℃
開始真空度 3.0×10−3Pa
〈成膜材料の蒸発源〉
電子銃
〈IADイオンソース〉
(耐摩擦性向上層の形成)
耐摩耗性向上層の成膜材料:SiO2(キヤノンオプトロン社 商品名 SiO2)
超親水膜3をIAD真空蒸着装置に設置して、第3蒸発源に上記成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、耐摩耗性向上層を形成した。
(Film formation conditions and equipment used for the abrasion resistance improving layer)
<Conditions in the chamber>
Heating temperature 50 ° C
Starting vacuum degree 3.0 × 10 -3 Pa
<Evaporation source of film-forming material>
Electron gun <IAD ion source>
(Formation of abrasion resistance improving layer)
Film-forming material for the wear resistance improving layer: SiO 2 (Canon Optron trade name SiO 2 )
The
IADは使用せず、50℃加熱条件によって行った。この際、ガス制御を行いチャンバー圧力が3×10−2PaになるようにAPCからO2ガスを導入している。 IAD was not used and it was carried out under 50 ° C. heating conditions. At this time, gas is controlled and O 2 gas is introduced from the APC so that the chamber pressure becomes 3 × 10 -2 Pa.
[超親水膜12の作製]
上記超親水膜11の作製において、図12に記載の方法に従って、下記の方法に従って、光触媒層13が露出するまでエッチングを行って、細孔10を形成した以外は同様にして、超親水膜12を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 12]
In the preparation of the superhydrophilic film 11, the
〔細孔の形成〕
水接触角制御層4を形成した後、図12に示した細孔形成方法にしたがい、マスク材料としてAg、マスク成膜9として蒸着法、マスク厚さ12nm、エッチングガスCHF3、及びエッチング時間60secの条件で、図12で示される細孔10を形成し、細孔を有する超親水膜12を作製した。
[Formation of pores]
After forming the water contact
詳細な細孔形成条件は以下のとおりである。 The detailed pore formation conditions are as follows.
図13に記載のステップ2で、Ag成膜には成膜装置(BES−1300)(株式会社シンクロン製)を用い、下記の条件で成膜し、Agマスクを形成した。
In
加熱温度 25℃
開始真空度 1.33×10−3Pa
成膜レート 7Å/sec
図13に記載のステップ3では、エッチングとしてエッチング装置(CE−300I)(アルバック社製)を用い、下記の条件で成膜した。エッチング時間を変更することで、細孔の幅長、深さを調整した。
Heating temperature 25 ° C
Starting vacuum 1.33 × 10 -3 Pa
In
アンテナRF 400W
バイアスRF 38W
APC圧力 0.5Pa
CHF3流量 20sccm
エッチング時間 60sec
次いで、図13のステップ4として、薬剤を用いた銀マスクの除去を行った。
Antenna RF 400W
Bias RF 38W
APC pressure 0.5Pa
CHF 3 flow rate 20 sccm
Etching time 60 sec
Then, as
[超親水膜13の作製]
上記超親水膜12の作製において、水接触角制御層ユニットUを構成するナトリウム含有層3Bのナトリウム含有量を5質量%に変更した以外は同様にして、光反射率が1.5の超親水膜13を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 13]
In the preparation of the
[超親水膜14の作製:比較例]
前記超親水膜1の作製において、第1反射率調整層ユニット5までは同様にして成膜した。次いで、第1反射率調整層ユニット5上に、下記の方法に従って、真空蒸着法により、層厚が15nmのSiO2膜から構成される低屈折率層11Aを形成し、図1に記載の構成からなる、超親水膜14を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 14: comparative example]
In the preparation of the superhydrophilic film 1, the first reflectance
(成膜条件)
〈チャンバー内条件〉
加熱温度 200℃
開始真空度 5.0×10−3Pa
〈成膜材料の蒸発源〉
電子銃
(低屈折率層11Aの形成)
低屈折率層の成膜材料:SiO2(キヤノンオプトロン社 商品名:SiO2)
上記の第1反射率調整層ユニット5まで形成した基板を、IAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に前記成膜材料を装填し、成膜速度0.5Å/secで蒸着し、素厚が15nmの低屈折率層11Aを形成した。
(Film formation conditions)
<Conditions in the chamber>
Heating temperature 200 ° C
Starting vacuum degree 5.0 × 10 -3 Pa
<Evaporation source of film-forming material>
Electron gun (formation of low
Film formation material for low refractive index layer: SiO 2 (Canon Optron trade name: SiO 2 )
The substrate formed up to the first reflectance
成膜時には、IAD条件は使用しない状態でガス制御を行い、チャンバー圧力が2×10−2PaになるようにAPCからO2ガスを導入している。 At the time of film formation, gas control is performed without using the IAD condition, and O 2 gas is introduced from the APC so that the chamber pressure becomes 2 × 10 -2 Pa.
[超親水膜15の作製:比較例]
前記超親水膜1の作製において、第1反射率調整層ユニット5までは同様にして成膜した。次いで、第1反射率調整層ユニット5上に、下記の方法に従って、真空蒸着法により、層厚が100nmのHP−3から構成される水接触角制御層4を形成し、図2に記載の構成からなる、超親水膜15を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 15: comparative example]
In the preparation of the superhydrophilic film 1, the first reflectance
(成膜条件)
〈チャンバー内条件〉
加熱温度 50℃
開始真空度 5.0×10−3Pa
〈成膜材料の蒸発源〉
電子銃
(水接触角制御層4の形成)
水接触角制御層4の成膜材料:HP−3(キヤノンオプトロン社 商品名 HP−3)
上記の第1反射率調整層ユニット5まで形成した基板を、IAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に上記水接触角制御層4の成膜材料を装填し、成膜速度2Å/secで蒸着し、水接触角抑制層4を形成した。この時、IAD条件は使用しなかった。
(Film formation conditions)
<Conditions in the chamber>
Heating temperature 50 ° C
Starting vacuum degree 5.0 × 10 -3 Pa
<Evaporation source of film-forming material>
Electron gun (formation of water contact angle control layer 4)
Film-forming material for the water contact angle control layer 4: HP-3 (Canon Optron trade name HP-3)
The substrate formed up to the first reflectance
HP−3の組成は、C:13.9原子数%、O:60.5原子数%、P:15.4原子数%、Ca:5.0原子数%、Ce:5.3原子数%である。 The composition of HP-3 is C: 13.9 atom number%, O: 60.5 atom number%, P: 15.4 atom number%, Ca: 5.0 atom number%, Ce: 5.3 atom number. %.
[超親水膜16の作製:比較例]
前記超親水膜1の作製において、第1反射率調整層ユニット5までは同様にして成膜した。次いで、第1反射率調整層ユニット5上に、下記の方法に従って、真空蒸着法により、ナトリウム含有層のみ形成して、超親水膜16を作製した。
[Preparation of superhydrophilic membrane 16: comparative example]
In the preparation of the superhydrophilic film 1, the first reflectance
〈ナトリウム含有層の形成〉
ナトリウム含有層の成膜材料:株式会社豊島製作所、商品名:SiO2−Na2O(Na含有量:10質量%)
第1反射率調整層ユニット5まで形成した基板を、IAD真空蒸着装置に設置して、第1蒸発源に上記成膜材料を装填し、成膜速度3Å/secで蒸着し、層厚が90nmで、Na含有量が10質量%のナトリウム含有層を形成した。
Sodium-containing layer film-forming material: Toyoshima Seisakusho Co., Ltd., trade name: SiO 2- Na 2 O (Na content: 10% by mass)
The substrate formed up to the first reflectance
《超親水膜の評価》
上記作製した超親水膜について、下記に記載の方法に従って、各性能評価を行った。
<< Evaluation of superhydrophilic membrane >>
The performance of each of the prepared superhydrophilic membranes was evaluated according to the method described below.
〔接触角Aの測定:作製直後の接触角〕
上記作製した各超親水膜について、下記の方法に従って、接触角Aを測定した。
[Measurement of contact angle A: contact angle immediately after fabrication]
The contact angle A of each of the prepared superhydrophilic membranes was measured according to the following method.
エルマ社製の接触角測定装置G−1を用い、23℃、50%RHの環境下で、超親水膜表面に純水を10μL滴下し、滴下5秒後の静的接触角を測定し、これを接触角Aとした。
Using the contact angle measuring device G-1 manufactured by Elma, 10 μL of pure water was dropped on the surface of the superhydrophilic membrane in an environment of 23 ° C. and 50% RH, and the
次いで、測定した接触角Aについて、下記の基準に従って、ランク分けした。 Next, the measured contact angle A was ranked according to the following criteria.
◎:接触角Aが、5°未満である
〇:接触角Aが、5°以上、10°未満である
△:接触角Aが、10°以上、20°以下である
×:接触角Aが、20°を超えている
⊚: Contact angle A is less than 5 ° 〇: Contact angle A is 5 ° or more and less than 10 ° Δ: Contact angle A is 10 ° or more and 20 ° or less ×: Contact angle A is , Over 20 °
〔ヒートサイクル耐性の評価〕
(接触角Bの測定:ヒートサイクル処理後の接触角)
各超親水膜について、高温環境として65℃で4時間維持した後、1℃/1分の条件で65℃から−15℃まで降温した後、極低温環境として−15℃で4時間維持した後、1℃/1分の条件で65℃まで昇温し、これを1サイクルとし、0〜6サイクルまで繰り返した。
次いで、サイクルごとに下記の方法で接触角Bを測定し、接触角Bとして15°以下を保つことができるサイクル数を求め、下記の基準に従ってヒートサイクル耐性を評価した。
[Evaluation of heat cycle resistance]
(Measurement of contact angle B: contact angle after heat cycle processing)
For each superhydrophilic membrane, after maintaining at 65 ° C. for 4 hours as a high temperature environment, lowering the temperature from 65 ° C. to -15 ° C. under the condition of 1 ° C./1 minute, and then maintaining at -15 ° C. for 4 hours as a cryogenic environment. The temperature was raised to 65 ° C. under the condition of 1 ° C./1 minute, and this was set as one cycle and repeated from 0 to 6 cycles.
Next, the contact angle B was measured for each cycle by the following method, the number of cycles capable of maintaining the contact angle B of 15 ° or less was determined, and the heat cycle resistance was evaluated according to the following criteria.
接触角Bの測定は、エルマ社製の接触角測定装置G−1を用い、23℃、50%RHの環境下で、超親水膜表面に純水を10μL滴下し、滴下5秒後の接触角を測定し、これを接触角Bとした。 The contact angle B is measured by using a contact angle measuring device G-1 manufactured by Elma Co., Ltd., in an environment of 23 ° C. and 50% RH, 10 μL of pure water is dropped on the surface of the superhydrophilic membrane, and contact is performed 5 seconds after the dropping. The angle was measured and used as the contact angle B.
◎:6サイクルでも接触角Bが20°以下であった
〇:3サイクル以上、5サイクル以下で接触角Bが20°以下であった
△:1サイクル以上、2サイクル以下で接触角Bが20°以下であった
×:1サイクルでも接触角Bが20°を超えていた
⊚: Contact angle B was 20 ° or less even in 6 cycles 〇: Contact angle B was 20 ° or less in 3 cycles or more and 5 cycles or less Δ: Contact angle B was 20 in 1 cycle or more and 2 cycles or less It was less than ° ×: The contact angle B exceeded 20 ° even in one cycle.
(接触角変化幅の測定)
上記測定した作製直後の接触角Aに対する、ヒートサイクル処理後の接触角Bの接触角変化幅を下式より求め、下記の基準に従ってランク分けを行った。
接触角変化率=接触角B−接触角A
◎:接触角変化幅が、5°未満である
〇:接触角変化幅が、5°以上、10°未満である
△:接触角変化幅が、10°以上、20°未満である
×:接触角変化幅が、20°以上である
(Measurement of contact angle change width)
The contact angle change width of the contact angle B after the heat cycle treatment with respect to the measured contact angle A immediately after production was obtained from the following formula and ranked according to the following criteria.
Contact angle change rate = contact angle B-contact angle A
⊚: Contact angle change width is less than 5 ° 〇: Contact angle change width is 5 ° or more and less than 10 ° Δ: Contact angle change width is 10 ° or more and less than 20 ° ×: Contact The angle change width is 20 ° or more.
〔高温高湿耐性の評価〕
各超親水膜について、高温高湿環境として85℃、85%RHの環境下で、50〜150時間まで保存した後の水接触角を、上記と同様の方法で測定し、接触角として20°以下を保つことができる時間を求め、下記の基準に従って、高温高湿耐性を評価した。
◎:150時間以上でも接触角が20°以下であった
〇:100時間以上、150時間未満で接触角が20°以下であった
△:50時間以上、100時未満で接触角が20°以下であった
×:50時間で接触角が20°を超えていた
[Evaluation of high temperature and high humidity resistance]
For each superhydrophilic membrane, the water contact angle after storage for 50 to 150 hours in a high temperature and high humidity environment of 85 ° C. and 85% RH was measured by the same method as above, and the contact angle was 20 ° C. The time during which the following can be maintained was determined, and the high temperature and high humidity resistance was evaluated according to the following criteria.
⊚: The contact angle was 20 ° or less even after 150 hours or more. 〇: The contact angle was 20 ° or less after 100 hours or more and less than 150 hours. X: The contact angle exceeded 20 ° in 50 hours.
〔耐摩耗性の評価〕
上記の方法によりヒートサイクル処理を3サイクル行った後、超親水膜の表面を、水で濡らしたキムワイプを用いて表面を1〜30回往復擦ったのちの接触角を測定し、接触角として20°以下を保つことができる摩擦回数を求め、下記の基準に従って、耐摩擦性を評価した。
◎:摩擦回数が30回でも接触角が20°以下であった
〇:摩擦回数が10回以上、30回未満で接触角が20°以下であった
△:摩擦回数が3回以上、10回未満で接触角が20°以下であった
×:摩擦回数が3回でも接触角が20°を超えていた
[Evaluation of wear resistance]
After performing the heat cycle treatment for 3 cycles by the above method, the surface of the superhydrophilic film was rubbed back and forth 1 to 30 times with a Kimwipe moistened with water, and then the contact angle was measured and the contact angle was 20. The number of frictions that can be maintained below ° was determined, and the friction resistance was evaluated according to the following criteria.
⊚: The contact angle was 20 ° or less even when the number of frictions was 30. 〇: The number of frictions was 10 times or more and less than 30 times and the contact angle was 20 ° or less. Less than, the contact angle was 20 ° or less ×: The contact angle exceeded 20 ° even if the number of frictions was 3 times.
〔光触媒機能の評価〕
各超親水膜表面にマジックインキ(Inkintelligen社製 The Visualiser)により記号を付け、85℃・85%RHの環境下で10時間保存した後、20℃・80%RHの環境下で、積算紫外線量として,20Jとなる条件で、紫外線照射し、超親水膜表面のマジックインクが消失していれば、光触媒機能が「有」と判定した。
[Evaluation of photocatalytic function]
The surface of each superhydrophilic film is marked with magic ink (The Visualiser manufactured by Inkintilegen), stored for 10 hours in an environment of 85 ° C. and 85% RH, and then accumulated ultraviolet rays in an environment of 20 ° C. and 80% RH. As a result, if the magic ink on the surface of the superhydrophilic film disappears after irradiation with ultraviolet rays under the condition of 20J, it is determined that the photocatalytic function is "presence".
以上により得られた結果を表IIに示す。
表IIに記載の結果より明らかなように、本発明の超親水膜は、比較例に対し、ヒートサイクル耐性と高温高湿耐性のいずれにも優れた効果を発揮していることを確認することができた。また、最表層に耐摩耗性向上層を形成した超親水膜11〜13は、耐摩耗性が向上していることが分かる、更に表面部から光触媒層の上面部まで貫通した細孔を形成した超親水膜12及び13は、優れた光触媒機能を有していることを確認することができた。
As is clear from the results shown in Table II, it is confirmed that the superhydrophilic membrane of the present invention exerts an excellent effect on both heat cycle resistance and high temperature and high humidity resistance with respect to the comparative example. Was made. Further, it can be seen that the superhydrophilic films 11 to 13 having the wear resistance improving layer formed on the outermost surface layer have improved wear resistance, and further formed pores penetrating from the surface portion to the upper surface portion of the photocatalyst layer. It was confirmed that the
1 超親水膜
2 基板
3、3A、3B ナトリウム含有層
4 水接触角制御層
5 第1反射率調整層ユニット
6、6A、6B 第2反射率調整層ユニット
7 低屈折率層
8、12 高屈折率層
9 金属マスク
10 細孔
11A 第1低屈折率層
11B 第2低屈折率層
13 光触媒層
14 耐摩耗性向上層
E エッチング装置
U 水接触角制御層ユニット
101 IAD蒸着装置
102 チャンバー
103 ドーム
104 基板
105 蒸着源
106 蒸着物質
107 IADイオンソース
108 イオンビーム
1 Super
Claims (24)
前記ナトリウム含有層からみて表面側に、少なくとも一層の水接触角制御層を有する
ことを特徴とする超親水膜。 A superhydrophilic membrane having at least one sodium-containing layer on the substrate.
A superhydrophilic membrane characterized by having at least one water contact angle control layer on the surface side of the sodium-containing layer.
低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で有し、
前記第1反射率調整層ユニットの基板から最も遠い位置にある層が光触媒機能を有する金属酸化物を含有する光触媒層であることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の超親水膜。 On the substrate, as the reflectance adjusting layer unit, a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer.
A second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer is provided in this order.
The superhydrophilic film according to claim 9 or 10, wherein the layer farthest from the substrate of the first reflectance adjusting layer unit is a photocatalytic layer containing a metal oxide having a photocatalytic function. ..
少なくとも、低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットを形成する工程と、
前記反射率調整層ユニット上に、少なくとも一層のナトリウム含有層と、前記ナトリウム含有層からみて表面側に、少なくとも一層の水接触角制御層を形成する工程を有することを特徴とする請求項13に記載の超親水膜の製造方法。 A step of forming a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer on the substrate.
At least, a step of forming a second reflectance adjusting layer unit composed of a low refractive index layer, a high refractive index layer and a sodium-containing layer, and
15. The method for producing a superhydrophilic membrane according to the above.
低屈折率層、高屈折率層及びナトリウム含有層から構成される第2反射率調整層ユニットをこの順で形成することを特徴とする請求項13から請求項18までのいずれか一項に記載の超親水膜の製造方法。 As the reflectance adjusting layer unit, a first reflectance adjusting layer unit composed of at least one low refractive index layer and at least one high refractive index layer.
The invention according to any one of claims 13 to 18, wherein the second reflectance adjusting layer unit composed of the low refractive index layer, the high refractive index layer and the sodium-containing layer is formed in this order. A method for producing a superhydrophilic film.
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