JP3760570B2

JP3760570B2 - 防汚性薄膜の形成方法

Info

Publication number: JP3760570B2
Application number: JP16707397A
Authority: JP
Inventors: 弘樹渡辺; 典俊富川; 学伊藤
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JPH1112375A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防汚性を必要とする各種基材の表面に、防汚性薄膜を形成する方法に関する。特に、光学部材（例えば、反射防止膜、光学フィルター、光学レンズ、液晶ディスプレー、テレビモニター等）の表面に、各光学部材の光学性能を損なわせることなく、防汚性薄膜を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射防止膜、光学フィルター、光学レンズ、液晶ディスプレー、テレビモニター等の光学部材には、汗や指紋等による汚れが付着する場合が多い。そのような汚れは、一度付着すると除去することは容易でなく、特に、反射防止膜付き光学部材では、付着した汚れが目立つために問題となる。
【０００３】
そこで、これら汚れの問題を解決する手段として、防汚性あるいは撥水性のあるフルオロアルキルシランの薄膜を、光学部材の表面に形成する方法が考案されている。
【０００４】
例えば、特開平６−１２２７７８号公報には、プラズマＣＶＤ法を用いてフルオロアルキルシランの撥水性薄膜を形成する方法が開示されている。それによれば、次式（１）で表されるフルオロアルキルシランが重合するための反応促進のエネルギーとしてプラズマが用いられている。ここでプラズマが使用される理由としては、プラズマを使用しなければ、気化したフルオロアルキルシランのモノマー分子が被処理基材表面に単に入射するだけであり、再蒸発はおこるが重合反応は起こらないと考えられているためである。
【０００５】
【化１】
ＣＦ₃（ＣＦ₂）_n（ＣＨ₂）_mＳｉＡ₃ （１）
（ｎは正の整数、ｍは０以上の整数、Ａは加水分解可能な置換基を表す。）
【０００６】
このプラズマＣＶＤ法は、より具体的には、図２に示すようなプラズマＣＶＤ装置２０を使用して次のように行われる。即ち、プラズマＣＶＤ装置２０の反応室２１内に被処理基材１を載置し、反応室２１内を真空ポンプで矢印Ａのように排気する。次に、蒸着源であるフルオロアルキルシラン２を充填したボトル２２をボトルヒーター２３で加熱し、別の配管ヒーター２４でボトル２２よりも高温に加熱した配管２５を通してフルオロアルキルシラン２の蒸気を反応室２１内に導入する。一方、被処理基材１の上方に配されているコイル２６にＲＦ電源２７から高周波を印加し、反応室２１内にプラズマを発生させる。そしてこのプラズマの作用により、被処理基材１上に、フルオロアルキルシラン２の重合による薄膜を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のプラズマを用いてフルオロアルキルシランの薄膜を形成する方法では、プラズマ自身がフルオロアルキルシランのモノマー蒸気の電解・解離等のメカニズムで維持される。このプラズマ中の電子エネルギーは、平均で一般に５ｅＶ程度である。しかし、そのエネルギー分布が広いため、プラズマ中の電子には１０ｅＶを超える高エネルギーのものも相当量含まれている。この高エネルギー電子が有するエネルギー値は、フルオロアルキルシランのモノマー分子内の化学結合エネルギーよりもはるかに高い。
【０００８】
そのため、フルオロアルキルシランの重合と共にそのモノマー自身の破壊や分解も同時に進行する。したがって、この方法では制御性よくフルオロアルキルシランを成膜することが困難であり、得られた薄膜には予期できない不均一性が生じ、被処理基材の光学的性質が損なわれたり、この蒸着材料が本来有する防汚性や撥水性が発現しないという問題があった。
【０００９】
本発明は以上のような従来技術の課題を解決しようとするものであり、被処理基材の光学的性質を損なうことなく、制御性よく、安定的に防汚性薄膜を形成できるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成するため、被処理基材の表面をフルオロアルキルシランのモノマー蒸気に曝しながら該表面に真空紫外光を照射し、フルオロアルキルシランの薄膜を形成することを特徴とする防汚性薄膜の形成方法を提供する。
【００１１】
特に、この方法において、フルオロアルキルシランのモノマー蒸気温度を７０〜２００℃とし、照射する真空紫外光の中心波長を１００ｎｍ〜２００ｎｍとする方法を提供する。
【００１２】
また、被処理基材として、反射防止膜などの光学部材に上述の薄膜を形成する方法を提供する。
【００１３】
さらに、このような方法で形成した防汚性薄膜それ自体や、このような防汚性薄膜を表面に有する反射防止膜等の光学部材を提供する。
【００１４】
本発明の防汚性薄膜の形成方法によれば、被処理基材の表面をフルオロアルキルシランのモノマー蒸気に曝し、そこに真空紫外光を照射するので、この被処理基材の表面では、フルオロアルキルシランの重合が進行し、フルオロアルキルシランの薄膜が形成される。
【００１５】
この被処理基材へのフルオロアルキルシランのモノマーの蒸着と真空紫外光の照射により薄膜を形成する方法は、所謂光ＣＶＤ法に属する方法であり、この薄膜の形成工程においてプラズマは使用しない。したがって、フルオロアルキルシランの重合時にそのモノマー自身の破壊や分解が生じることはなく、制御性よく、均一な薄膜を形成することができる。
【００１６】
一方、フルオロアルキルシランの薄膜は、汗、指紋、油性ペン等の汚れに対して優れた防汚効果を発揮する。
【００１７】
よって、本発明の防汚性薄膜の形成方法によれば、反射防止膜等の光学部材を被処理基材とした場合でも、その光学部材の光学的性質を損なうことなく、防汚性を付与することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施に好適に使用することのできる光ＣＶＤ装置１０の構成図である。本発明の方法は、同図のような光ＣＶＤ装置１０を使用する場合、次のように行うことができる。
【００２０】
まず、被処理基材１をその反応室１１内に載置し、真空ポンプで矢印Ａのように排気する。次いで、蒸着源とするフルオロアルキルシラン２をボトルヒーター１３付のボトル１２に充填し、配管ヒーター１４付の配管１５で反応室１１内にそのモノマーの加熱蒸気を導入し、このモノマー蒸気に被蒸着基材１の表面を曝す。そして、光源１６から光学窓１７を通して真空紫外線Ｌを照射する。なお、この光学窓１７としては、照射波長に対して透過率の高い光学材料から形成されているものを使用する。例えば、波長１００〜２００ｎｍの真空紫外光Ｌに対しては合成石英製のものを使用することができる。
【００２１】
このような操作により被処理基材１の表面にフルオロアルキルシランの重合による薄膜を形成することができる。
【００２２】
ここで、使用するフルオロアルキルシランとしては、従来のプラズマＣＶＤ法により防汚性薄膜を形成する場合と同様の、次式（１）
【００２３】
【化２】
ＣＦ₃（ＣＦ₂）_n（ＣＨ₂）_mＳｉＡ₃ （１）
（ｎは正の整数、ｍは０以上の整数、Ａは加水分解可能な置換基を表す。）
【００２４】
で表される化合物を使用することができる。
【００２５】
式中、Ａの置換基としては、具体的には、エトキシ基、メトキシ基等をあげることができる。
【００２６】
式（１）で表されるフルオロアルキルシランの中でも、ｎ＝５〜１０、ｍ＝２〜５、Ａがメトキシ基である化合物を使用することが好ましい。
【００２７】
また、被処理基材１に供給するフルオロアルキルシランのモノマー蒸気温度は、低すぎると蒸気圧が不足であり、高すぎると蒸気圧過剰となり、分解の可能性が生じるため、蒸気圧が１Ｔｏｒｒ程度となる温度が好ましい。このような温度は、材料によっても異なるが、通常７０〜２００℃である。
【００２８】
真空紫外光Ｌとしては、その中心波長が１００ｎｍ〜２００ｎｍにあり、この範囲に強度をもつものが好ましい。真空紫外光Ｌの波長が長すぎるとフルオロアルキルシランの重合膜が形成されにくく、短すぎるとプラズマを使用した場合と同様に分解が起こるので好ましくない。また、上記の波長よりも短い短波長の光を発する実用的な光源は入手できないことからも真空紫外光Ｌの好ましい波長範囲は上記の通り、１００ｎｍ〜２００ｎｍとすることが好ましい。、
この他、この薄膜形成時の条件としては、反応室１１内を１×１０^-5Ｔｏｒｒ〜１×１０^-2Ｔｏｒｒ程度の真空とすることが好ましく、特に、５×１０^-4Ｔｏｒｒ程度とすることが好ましい。
【００２９】
反応時間としては、材料の種類、圧力、真空紫外光の強度にもよるが、通常、１０秒〜６００秒とすることが好ましい。
【００３０】
このような方法でフルオロアルキルシランの薄膜を形成する被処理基材１自体には特に制限はないが、所期の設計通りの厳密な表面性が必要とされる反射防止膜を被処理基材とする場合に、本発明の効果を顕著に得ることができる。このような反射防止膜としては、例えば、ＭｇＦ₂、ＬｉＦ₂、ＴｈＦ₄、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＣｅＯ₂、ＡＩ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｔａ₃Ｏ₆などのフッ化物、酸化物を単層で、あるいは積層したものをあげることができる。この他、本発明を適用する好ましい被処理基材１としては、偏光板、あるいはこれらを貼り付けたメガネ等の光学レンズや液晶ディスプレイ等の光学部材をあげることができる。
【００３１】
以上、図１に示した光ＣＶＤ装置１０を使用して本発明を実施する場合について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、被処理基材１がフィルム状である場合には、巻き取り式真空成膜装置を使用し、その成膜室を１０Ｅ−４Ｔｏｒｒ以下に排気し、次いで加熱気化したフルオロアルキルシランのモノマー蒸気を導入し、その成膜室にフィルム状被処理基材を走行させながら光学窓を通して真空紫外光を照射することが好ましい。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００３３】
実施例１
図１の光ＣＶＤ装置１０を使用し、次のようにフルオロアルキルシランの薄膜を被処理基材１に形成した。
【００３４】
まず、被処理基材１として、１００ｍｍ角で厚さ８０μｍのトリアセチルセルロースフィルム上に、アクリル樹脂からなるハードコート層と無機酸化物の積層体からなる反射防止膜とを積層した光学部材を反応室１１内に設置した。このときの設置位置は、光源１６のランプ面から３０ｍｍの距離とした。そして反応室１１内を真空排気した。
【００３５】
一方、式（１）のフルオロアルキルシラン（信越化学製：ＫＢＭ７８０３）をステンレス製のボトル１２に５００ｃｃ仕込み、これをボトルヒーター１３で９０℃に加熱し、気化させてモノマー蒸気とした。別の配管ヒーター１４で配管１５を１１０℃に加熱保温し、この配管１５を通して上述のモノマー蒸気を反応室１１に導入した。このとき、反応室１１の内圧力はダイヤフラム式圧力計ではかったところ１Ｅ−３Ｔｏｒｒであった。
【００３６】
次に、光源１６としてキセノンエキシマランプ（ウシオ電機製：ＵＥＲ２０−１７２）を使用し、中心波長１７２ｎｍ、半値幅１４ｎｍの真空紫外光源Ｌを合成石英製の光学窓１７を通して１０分間照射し、これにより被処理基材１の表面に防汚性薄膜を形成した。
【００３７】
薄膜形成後、被処理基材１を取り出してその被処理基材１表面の水に対する接触角を協和界面科学製ＦＡＣＥＣＡ−Ｚ型試験器を用いて測定した。この場合、測定は５回繰り返し、その５回の測定値の最高値と最低値を除去した残り３つの測定値の平均を当該被処理基材１の接触角とした。その結果、表１に示すように、水の接触角は１１５．８度であった。
【００３８】
次に、薄膜形成した被処理基材１の表面をクリーニングペーパー（旭化成社製、ベンコットンＣＴ−８）を用いて軽く１００往復拭き取り、その後上記と同様に接触角を測定した。その結果、表１に示すように接触角の低下はほとんど無く、耐久性のある良好な撥水性が確認された。また、被処理基材１の上につけた指紋をクリーニングペーパーで拭き取る指紋の拭き取り試験ったところ、指紋を完全に拭き取ることができ、被処理基材１の表面に形成された薄膜の良好な防汚性が確認できた。
【００３９】
比較例１
実施例１と同様の被処理基材１をプラズマＣＶＤ装置の反応室に設置し、その反応室内を真空排気してそこにフルオロアルキルシラン（信越化学製：ＫＢＭ７８０３）のモノマーを導入し、その反応室に設置した電極に１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を５０Ｗ印加してプラズマを発生させ、そのプラズマを１分間維持させることにより被処理基材１の表面に薄膜を形成した。
【００４０】
その後、実施例１と同様に、被処理基材１の表面をクリーニングペーパーで１００往復拭き取る前後の水の接触角をそれぞれ測定した。この結果を表１に示す。
【００４１】
表１の結果から、比較例１の薄膜はクリーニングペーパーで拭き取った後の水の接触角が大きく低下し、初期撥水性においても耐久性においても、上記実施例１の薄膜より劣っていることが確認できた。また、実施例１と同様に指紋の拭き取り試験を行ったところ、比較例１の薄膜では拭き残りが生じ、指紋を完全に拭き取ることはできなかった。
【００４２】
【表１】

【００４３】
【発明の効果】
本発明の防汚性薄膜の形成方法によれば、制御性よく安定的に、耐久性、撥水性に優れた防汚性薄膜を形成することができる。また、この方法により形成される防汚性薄膜は均一性に優れた薄膜となるので、反射防止膜等の光学部材を被処理基材とした場合に、その光学部材の光学的性質が損なわれることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用する光ＣＶＤ装置の説明図である。
【図２】従来のプラズマＣＶＤ装置の説明図である。
【符号の説明】
１被処理基材
２フルオロアルキルシラン
１０光ＣＶＤ装置
１１反応室
１２ボトル
１３ボトルヒーター
１４配管ヒーター
１５配管
１６光源
１７光学窓
Ｌ真空紫外光

Claims

被処理基材の表面をフルオロアルキルシランのモノマー蒸気に曝しながら該表面に真空紫外光を照射し、フルオロアルキルシランの薄膜を形成することを特徴とする防汚性薄膜の形成方法。
フルオロアルキルシランのモノマー蒸気温度が７０〜２００℃である請求項１記載の防汚性薄膜の形成方法。
真空紫外光の中心波長が１００ｎｍ〜２００ｎｍである請求項１又は２に記載の防汚性薄膜の形成方法。
被処理基材がフィルム状である場合に、巻き取り式真空成膜装置の成膜室を排気し、次いで加熱気化したフルオロアルキルシランのモノマー蒸気を導入し、その成膜室にフィルム状被処理基材を走行させながら光学窓を通して真空紫外光を照射する請求項１〜３のいずれかに記載の防汚性薄膜の形成方法。
被処理基材が光学部材である請求項１〜４のいずれかに記載の防汚性薄膜の形成方法。
光学部材が反射防止膜である請求項５記載の防汚性薄膜の形成方法。
表面に請求項５記載の方法で形成された防汚性薄膜を有する光学部材。
表面に請求項６記載の方法で形成された防汚性薄膜を有する反射防止膜。