JP2500152C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】 本発明は、主として防汚性、撥水撥油性に優れた光学部材及びその製造方法に
関するものである。さらに詳しくは、ディスプレー式タッチパネルスイッチ、複
写機のフェイスプレート、オーバーヘッドプロジェクター用フレネルプレート、
ディスプレー用ガラス、ディスプレー用光学フィルター、ハロゲンランプ、水銀
ランプ、ナトリウムランプ、電球、シャンデリア、各種レンズ等で代表される撥
水撥油防汚効果の高い高性能防汚性光学部材に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】 従来、ディスプレー式タッチパネルスイッチ、複写機のフェイスプレート、Ｏ
ＨＰのフレネルプレート、ハロゲンランプ、水銀ランプ、ナトリウムランプ、電
球、シャンデリア、レンズ等のガラスやプラスチック表面は人が手で触れたりす
ると、汗や垢で汚れてしまい性能が大幅に劣化する問題があった。またレンズな
どにおいては、水が付着して乾くと汚れが残り（水焼け現象という）、なかなか とれないという課題もあった。 【０００３】 この問題を解決するため、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなど
のオリゴマー及び／またはこれにシリカ、アンチモン等の微粒子を加えて基材表
面に塗布し、硬化させて薄くコーティングする技術が知られている。別の例とし
ては、シラザン化合物で基材表面を処理することが提案されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、前記ガラス表面やプラスチック表面の汚れを防止する公知技術
は、防汚性、撥水撥油性がそれ程優れているわけではなく、また耐久性に問題が
あるという課題があった。 【０００５】 本発明は、前記従来技術の課題を解決するため、汚れが付着しないか、付着し
ても簡単に除去されるような防汚効果の高い高性能光学部材であって、しかも耐
久性にも優れたコーティング薄膜を有する光学部材及びその製造方法を提供する
。 【０００６】 【課題を解決するための手段】 前記目的を達成するため、本発明の防汚性光学部材は、表面に薄膜が形成され
た光学部材であって、前記薄膜は光学部材本来の光学特性を損なうことがない厚
さのフッ化炭素基を含む化学吸着単分子膜からなり、かつ前記薄膜は部材と化学
結合によって形成されているとともに、前記薄膜を構成する分子は配向した状態
で形成されていることを特徴とする防汚性光学部材。 【０００７】 前記構成においては、フッ化炭素基を含む化学吸着単分子膜が、少なくともシ
ロキサン系単分子膜を介して表面に形成されてなることが好ましい。 【０００８】 また前記構成においては、光学部材の基材がガラスまたはプラスチック材料か
らなり、前記光学部材は、ディスプレー式タッチパネルスイッチ、複写機のフェ イスプレート、オーバーヘッドプロジェクター用フレネルプレート、ディスプレ
ー用ガラス、ディスプレー用光学フィルター、ハロゲンランプ、水銀ランプ、ナ
トリウムランプ、電球、シャンデリア、光学レンズで代表されるものである。 【０００９】 次に本発明の第１番目の製造方法は、表面が親水性を有するかまたは親水性に
処理された光学部材の基材を洗浄した後、一端にクロルシリル基（−ＳｉＣｌ_n
Ｘ_3-n基、ｎ＝１、２、３、Ｘは官能基）を有し、他の一端にフッ化炭素基を有
するクロロシラン系界面活性剤を溶かした有機溶媒に前記基材を接触させ、基材
本来の光学特性を損なうことがない厚さで、かつ構成する分子は配向した状態の
前記活性剤よりなる化学吸着単分子膜を基材表面全体に亘り化学結合により形成
することを特徴とする。 【００１０】 次に本発明の第２番目の製造方法は、表面が親水性を有するかまたは親水性に
処理された光学部材の基材を洗浄した後、クロル基を複数個含むシリル化合物を
混合した非水系溶媒に接触させ、前記基材表面の水酸基と前記クロル基とを反応
させて前記シリル化合物を前記基材表面に析出させる工程と、非水系有機溶媒を
用い前記基材上に残った未反応シリル化合物を洗浄除去した後、水と反応させて
、前記基材上にシラノール基を複数個含む物質よりなる単分子膜を形成する工程
と、一端にクロルシリル基（ＳｉＣｌ_nＸ_3-n基、ｎ＝１、２、３、Ｘは官能基）
を有し他の一端に直鎖状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤を基材上
の前記シラノール系単分子膜に接触させ、配向した状態で化学結合した化学吸着
単分子膜を累積する工程とを含むことを特徴とする。 【００１１】 前記第２番目の製造方法においては、クロル基を複数個含むシリル化合物とし
てＳｉＣｌ₄、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ₂Ｏ）_n−ＳｉＣｌ
₃（ｎは整数）を用いる請求項５に記載の防汚性光学部材の製造方法。 【００１２】 また前記両製造方法においては、一端にクロルシリル基を有し他の一端に直鎖
状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤としてＣＦ₃−（ＣＦ₂）_n− Ｒ−ＳｉＸ_pＣｌ_3-p（ｎは０または整数、Ｒはアルキレン基、エチレン基、アセ
チレン基（エチニレン基と同一）、ＳｉＯ−、または酸素原子を含む置換基を表
わすがなくとも良い、ＸはＨまたはアルキル基の置換基、ｐは０または１または
２）を用いることが好ましい。 【００１３】 【作用】 前記本発明の構成によれば、基材表面に薄膜が形成された光学部材であって、
前記薄膜はフッ化炭素基を含む化学吸着単分子膜を少なくとも含み、かつ前記薄
膜は基材と化学結合によって分子が並んだ状態（配向状態）で形成されてなるの
で、汚れが付着しないか、付着しても簡単に除去されるような防汚効果の高い高
性能光学部材とすることができる。また耐久性も高い。さらに、薄膜の最外表面
にフッ素が存在するので、光学部材表面の滑り性が向上し擦過傷が付きにくくな
る。 【００１４】 また本発明においては、きわめて薄いナノメータレベルの膜厚（薄膜）のフッ
化炭素系単分子膜を光学部材表面に形成するため、光学部材本来の光透過性など
の機能を全く損なうことがない。また、この膜は配向したフッ化炭素系単分子膜
であるので撥水撥油性にも優れており、表面の防汚効果を高めることが可能とな
る。従って、人間の汗や垢に対する防汚効果の高い高性能光学部材とすることが
できる。 【００１５】 さらに前記した本発明の製造方法は、本発明の薄膜を合理的に効率よく製造す
ることができる。 【００１６】 【実施例】 前記した光学部材の用途で使用される一例としてのガラスは、酸化物であるた
め表面に水酸基を含む。そこで、一端にクロルシリル基（ＳｉＣｌ_nＸ_3-n基、ｎ
＝１、２、３、Ｘは官能基）を有する直鎖状炭素鎖を含む分子、例えばフッ化炭
素基及びクロロシリル基を含むクロロシラン系界面活性剤混ぜた非水系溶媒に 接触させて前記ガラス表面の水酸基と前記クロロシリル基を複数個含む物質のク
ロロシリル基を反応させて前記物質よりなる単分子膜を前記ガラス表面に析出さ
せる、あるいはクロロシリル基を複数個含む物質を混ぜた非水系溶媒に接触させ
て前記ガラス表面の水酸基と前記クロロシリル基を複数個含む物質のクロロシリ
ル基を反応させて前記物質を前記ガラス表面に析出させる工程と、非水系有機溶
媒を用い前記ガラス表面に残った余分なクロロシリル基を複数個含む物質を洗浄
除去し、前記ガラス上にクロロシリル基を複数個含む物質よりなるシロキサン系
単分子膜を形成する工程と、一端にクロルシリル基を有する直鎖状炭素鎖を含む
シラン系界面活性剤をガラス上に化学吸着し単分子吸着膜を累積する工程とによ
り、ガラス表面にフッ化炭素系化学吸着単分子累積膜を形成できる。 【００１７】 また、プラスチック基材の様な表面に酸化膜を持たない基材であれば、予め表
面を酸素を含むプラズマ雰囲気中で、例えば１００Ｗで２０分程度の処理をして
親水性化即ち表面に水酸基を導入しておけばよい。 【００１８】 以下に本発明に関する光学基材として、ディスプレー式タッチパネルスイッチ
、複写機のフェイスプレート、ＯＨＰのフレネルプレート、ハロゲンランプ、水
銀ランプ、ナトリウムランプ、電球、シャンデリア、各種レンズ等で代表される
防汚効果の高い高性能ガラス・プラスチックがあるが、代表例として陰極管（Ｃ
ＲＴ）ディスプレー式タッチパネルスイッチとＯＨＰのフレネルプレートを取り
上げ順に説明する。なお以下の実施例において、％はとくに表示しない限り重量
％を意味する。 【００１９】 実施例１ まず、加工の終了したガラス製ディスプレー式タッチパネルスイッチ用ＣＲＴ
を用意し（組み立て前のフェースプレートでもよい）、有機溶媒で洗浄した後、
フッ化炭素基及びクロロシリル基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒、例えば、Ｃ
Ｆ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃を用い、１％程度の濃度で溶かした８０％ｎ
−ヘキサデカン（トルエン、キシレン、ジシクロヘキシルでもよい）、１ ２％四塩化炭素、８％クロロホルム溶液を調整し、前記ＣＲＴを２時間程度浸漬
すると、ＣＲＴの表面には水酸基が多数含まれているので、フッ化炭素基及びク
ロロシリル基を含む物質のＳｉＣｌ基と前記水酸基が反応し脱塩酸反応が生じＣ
ＲＴ表面全面に亘り、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（Ｏ−）₃の結合が生成さ
れ、フッ素を含む単分子膜２がＣＲＴの表面と化学結合した状態で約１５オング
ストローム（１．５ｎｍ）の膜厚で形成できた（図１）。なお、単分子膜はきわ
めて強固に化学結合しているので全く剥離することがなかった。 【００２０】 このＣＲＴを用い実使用を試みたが、処理しないものに比べ汚物の付着を大幅
に低減できた、またたとえ付着した場合にもティッシュでこする程度で簡単に指
紋等の油脂分を除去できた。また、このとき、傷は全く付かなかった。 【００２１】 実施例２ 親水性ではあるが水酸基を含む割合が少ない強化ガラス、例えばＯＨＰのフレ
ネルプレートの場合、トリクロロシリル基を複数個含む物質（例えば、ＳｉＣｌ
₄、またはＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ₂Ｏ）_n−ＳｉＣｌ₃（
ｎは整数）。特に、ＳｉＣｌ₄を用いれば、分子が小さく水酸基に対する活性も
大きいので、プレート表面を均一に親水化する効果が大きい）を混ぜた非水系溶
媒、例えばクロロホルム溶媒に１重量パーセント溶解した溶液に３０分間程度浸
漬すると、プレート表面１１には親水性のＯＨ基１２が多少とも存在する（図２
）ので表面で脱塩酸反応が生じトリクロロシリル基を複数個含む物質のクロロシ
ラン単分子膜が形成される。 【００２２】 例えば、トリクロロシリル基を複数個含む物質としてＳｉＣｌ₄を用いれば、
プレート表面１１には少量の親水性のＯＨ基が露出されているので、表面で脱塩
酸反応が生じ、下記［化１］の様に分子が−ＳｉＯ−結合を介して表面に固定さ
れる。 【００２３】 【化１】 その後、非水系の溶媒例えばクロロホルムで洗浄して、さらに水で洗浄すると
、器と反応していないＳｉＣｌ₄分子は除去され、プレート表面に下記［化２］
等のシロキサン単分子膜１３が得られる（図３）。 【００２４】 【化２】 なお、このときできた単分子膜１３はプレー卜とは−ＳｉＯ−の化学結合を介
して完全に結合されているので剥がれることが全く無い。また、得られた単分子
膜は表面にＳｉＯＨ結合を数多く持つ。当初の水酸基の約３倍程度の数が生成さ
れる。 【００２５】 そこでさらに、フッ化炭素基及びクロロシリル基を含む物質を混合した非水系
の溶媒、例えば、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃を用い、１０％程度の濃
度で溶かした８０％ｎ−ヘキサデカン、１２％四塩化炭素、８％クロロホルム溶
液を調整し、前記表面にＳｉＯＨ結合を数多く持つ単分子膜の形成されたプレー
トを１時間程度浸漬すると、プレート表面に ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇（ＣＨ₂）₂Ｓｉ
（Ｏ−）₃の結合が生成され、フッ素を含む単分子膜１４が下層のシロキサン単
分子膜と化学結合した状態でプレート表面全面に亘り約１５オングストローム（
１．５ｎｍ）の膜厚で形成できた（図４）。なお、単分子膜は剥離試験を行なっ
ても全く剥離することがなかった。 【００２６】 さらにまた、上記実施例では、フッ化炭素系界面活性剤としてＣＦ₃（ＣＦ₂ ）₇（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃を用いたが、アルキル鎖部分にエチレン基やエチニレン
基を付加したり組み込んでおけば、単分子膜形成後５メガラド程度の電子線照射
で架橋できるのでさらに単分子膜の硬度を向上させることも可能である。 【００２７】 なお、フッ化炭素系界面活性剤として上記のもの以外にもＣＦ₃ＣＨ₂Ｏ（ＣＨ
₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₁₅ＳｉＣｌ₃、Ｆ（
ＣＦ₂）₈（ＣＨ₂）₂Ｓｉ（ＣＨ₃）₂（ＣＨ₂）₉ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃ＣＯＯ（ＣＨ₂
）₁₅ＳｉＣｌ₃、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₅（ＣＨ₂）₂ＳｉＣｌ₃等が利用できる。 【００２８】 以上説明したように本発明の実施例によれば、きわめて薄いナノメータレベル
の膜厚のフッ化炭素系単分子膜を基材表面に形成するため、光学基材本来の光学
特性を損なうことが全くない。また、この膜はフッ化炭素系単分子膜は撥水撥油
性にも優れており、表面の防汚効果を高めることが可能となる。従って、人間の
汗や垢に対してきわめて防汚効果の高い高性能光学部材を提供することができる
。さらにこのことにより、洗浄回数を大幅に削減できる効果も大きい。 【００２９】 【発明の効果】 前記した通り本発明によれば、きわめて薄いナノメータレベルの膜厚のフッ化
炭素系単分子膜を光学基材の表面に配向して形成するため、光学部材本来の光学
特性を損なうことがなく、表面の防汚効果を高めることが可能となる。また、こ
のフッ化炭素系単分子膜は撥水撥油性にも優れている。従って、きわめて防汚効
果の高い高性能光学部材を提供することができる。さらにこのことにより、メン
テナンスを大幅に削減できる効果も大きい。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のＣＲＴの表面を分子レベルまで拡大した断面概念図である。 【図２】本発明のガラスの第２の実施例を説明するためにＯＨＰのフレネルプ
レートの表面を分子レベルまで拡大した処理工程前の断面概念図である。 【図３】本発明のガラスの第２の実施例を説明するためにＯＨＰのフレネルプ レートの表面を分子レベルまで拡大した処理工程中の断面概念図である。 【図４】本発明のガラスの第２の実施例を説明するためにＯＨＰのフレネルプ
レートの表面を分子レベルまで拡大した処理後の断面概念図である。 【符号の説明】 １ ＣＲＴ表面 １１ ＯＨＰプレート表面 ２，１４ 単分子膜 １２ 水酸基 １３ シロキサン単分子膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 表面に薄膜が形成された光学部材であって、前記薄膜は光学部
   材本来の光学特性を損なうことがない厚さのフッ化炭素基を含む化学吸着単分子
   膜からなり、かつ前記薄膜は部材と化学結合によって形成されているとともに、
   前記薄膜を構成する分子は配向した状態で形成されていることを特徴とする防汚
   性光学部材。 【請求項２】 フッ化炭素基を含む化学吸着単分子膜が、少なくともシロキサ
   ン系単分子膜を介して表面に形成されてなる請求項１に記載の防汚性光学部材。 【請求項３】 光学部材の基材がガラスまたはプラスチック材料からなり、前
   記光学部材は、ディスプレー式タッチパネルスイッチ、複写機のフェイスプレー
   ト、オーバーヘッドプロジェクター用フレネルプレート、ディスプレー用ガラス
   、ディスプレー用光学フィルター、ハロゲンランプ、水銀ランプ、ナトリウムラ
   ンプ、電球、シャンデリア、光学レンズから選ばれる請求項１または２に記載の
   防汚性光学部材。 【請求項４】 表面が親水性を有するかまたは親水性に処理された光学部材の
   基材を洗浄した後、一端にクロルシリル基（−ＳｉＣｌ_nＸ_3-n基、ｎ＝１、２、
   ３、Ｘは官能基）を有し、他の一端にフッ化炭素基を有するクロロシラン系界面
   活性剤を溶かした有機溶媒に前記基材を接触させ、基材本来の光学特性を損なう
   ことがない厚さで、かつ構成する分子は配向した状態の前記活性剤よりなる化学
   吸着単分子膜を基材表面全体に亘り化学結合により形成することを特徴とする防
   汚性光学部材の製造方法。 【請求項５】 表面が親水性を有するかまたは親水性に処理された光学部材の
   基材を洗浄した後、クロル基を複数個含むシリル化合物を混合した非水系溶媒に
   接触させ、前記基材表面の水酸基と前記クロル基とを反応させて前記シリル化合
   物を前記基材表面に析出させる工程と、非水系有機溶媒を用い前記基材上に残っ
   た未反応シリル化合物を洗浄除去した後、水と反応させて、前記基材上にシラノ
   ール基を複数個含む物質よりなるシラノール系単分子膜を形成する工程と、一端 にクロルシリル基（ＳｉＣｌ_nＸ_3-n基、ｎ＝１、２、３、Ｘは官能基）を有し他
   の一端に直鎖状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤を前記シラノール
   系単分子膜に接触させ、配向した状態で化学結合した化学吸着単分子膜を累積す
   る工程とを含むことを特徴とする防汚性光学部材の製造方法。 【請求項６】 クロル基を複数個含むシリル化合物としてＳｉＣｌ₄、ＳｉＨ
   Ｃｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ₂Ｏ）_n−ＳｉＣｌ₃（ｎは整数）を用い
   る請求項５に記載の防汚性光学部材の製造方法。 【請求項７】 一端にクロルシリル基を有し他の一端に直鎖状フッ化炭素基を
   含むクロロシラン系界面活性剤としてＣＦ₃−（ＣＦ₂）_n−Ｒ−ＳｉＸ_pＣｌ_3-p
   （ｎは０または整数、Ｒはアルキレン基、エチレン基、アセチレン基、ＳｉＯ−
   、または酸素原子を含む置換基を表わすがなくとも良い、ＸはＨまたはアルキル
   基の置換基、ｐは０または１または２）を用いる請求項４または５に記載の防汚
   性光学部材の製造方法。