JP5899696B2 - 反射防止物品 - Google Patents
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Description
上記微細凹凸は、可視光の波長帯域の最大波長をλMAXとし、該微細凹凸表面の頂部に於ける周期をPMAXとしたときに、
PMAX≦λMAX
なる関係が成立し、
且つ、
該微細凹凸が、その凹凸方向と直交する面で切断したと仮定したときの断面内に於ける微細凹凸層の材料部分の断面積占有率が、該微細凹凸の頂部から最深部に行くに従って連続的に漸次増加して行く形状を有する微細凹凸であり、
前記微細凹凸層は、ラテックス系バインダーよりなる群から選ばれる微細凹凸形成材料に光触媒の微粒子を含む材料を用いて形成したものであり、
当該微細凹凸層の内部に光触媒の微粒子が分散していることを特徴とする。
また、光触媒が微細凹凸の表面に吸着した水分を分解して、遊離基状態の水素基(OH)、遊離した酸素(O)等を生成して表面の濡れ性が促進され、表面が水の薄膜で被覆され、汚れ自体が付着し難くなるという効果もある。
なお、上記微細凹凸によって光反射が防止されるのは、簡単に言えば、物質表面に、反射防止すべき光の波長以下のサイズの微細凹凸を設けると、該表面と空気間の屈折率変化を、実質的に穏やかで連続的なものにできるので、急激で不連続な屈折率変化の場合に生じる現象である光反射を防げるからである。しかも、この様な微細凹凸を設けた反射防止物品が備える反射防止機能は、粗化処理等の様な乱反射による鏡面反射光を低減する光拡散性の反射防止ではなく、物品表面と空気との界面の急激な屈折率変化を緩和する事によって実現している為に非光拡散性であり、光反射率が低減した分、光透過率が向上する。
また、光触媒が微細凹凸の表面に吸着した水分を分解して、OH、O等を生成して表面の濡れ性が促進され、表面が水の薄膜で被覆され、汚れ自体が付着し難くなるという効果もある。
図1に示すように、本発明の反射防止物品1は、表面に微細凹凸2を有する微細凹凸層3を含む反射防止物品1であって、
上記微細凹凸2は、可視光の波長帯域の最大波長をλMAXとし、該微細凹凸2表面の頂部4に於ける周期をPMAXとしたときに、
PMAX≦λMAX
なる関係が成立し、
且つ、
該微細凹凸2が、その凹凸方向と直交する面で切断したと仮定したときの断面内に於ける微細凹凸層3の材料部分の断面積占有率が、該微細凹凸2の頂部2tから最深部2bに行くに従って連続的に漸次増加して行く形状を有する微細凹凸であり、
該微細凹凸の凸部4の表面及び/又は内部に光触媒が存在していることを特徴とする。
また、光触媒が微細凹凸の表面に吸着した水分を分解して、OH、O等を生成して表面の濡れ性が促進され、表面が水の薄膜で被覆され、汚れ自体が付着し難くなるという効果もある。
本発明の微細凹凸の形状の第1の条件「可視光の波長帯域の最大波長をλMAXとし、該微細凹凸表面の頂部に於ける周期をPMAXとしたときに、PMAX≦λMAXなる関係」を説明する。本発明の反射防止物品は、その微細凹凸によって反射防止効果を発揮しているが、微細凹凸2が、反射防止効果を有するのは、次の様な理由による。
該微細凹凸2によって、反射防止物品の表面を構成する微細凹凸層3と、外界(通常は空気。但し、反射防止物品1の使用携帯によっては、水、真空、或いは接着剤等の樹脂等になる場合もある)との間の急激で不連続な屈折率変化を、連続的で漸次変化する屈折率変化に変えることが可能となるからである。それは、光の反射は、物質界面の不連続な急激な屈折率変化によって生じる現象であるから、物品表面に於ける屈折率変化を、空間的に連続的に変化する様にすることによって、該物品表面に於ける光反射が減るのである。尚、微細凹凸層3は、通常は透明で光は透過する物となるが、不透明の物であっても、その表面反射を低下する反射防止効果は得られる。
図2は、微細凹凸層3の表面に賦形された微細凹凸2によって得られる屈折率分布を、概念的に説明する概念図である。先ず、図2は、反射防止物品として、支持体5(図示時せず)上に積層され表面に微細凹凸2が付与された微細凹凸層3について、微細凹凸2の高さをZ軸で表し、微細凹凸層3の最深部tbを含む高さを0、微細凹凸層3の頂部2tを含む高さ(厚さ)を1とした場合、該微細凹凸層3の微細凹凸を含まない部分(凸部4以外の部分)が、Z≦0の部分の空間を占め、該微細凹凸層3の表面、すなわちZ=0に於けるXY平面上に、Z軸方向を凹凸方向とする多数の微細凹凸2が配置された状態を示す。
可視光の波長が2種以上乃至はスペクトルを有する場合でPMAX≦λMAXである場合、上述したように光の波長以下の大きさである微細凹凸がその光の反射を防止することができることから、PMAX=λMAXのときは、PMAXの微細凹凸は最大波長λMAXを反射防止できるが、PMAXより小さい波長を反射防止できない。PMAX=λMAXは、反射防止効果を発揮する最低限の条件である。
より反射防止効果を発揮させたい場合は、PMAX<λMAX、更に好ましくはPMAX<λMINとすればよい。ここで、λMINとは、可視光の波長帯域の最短波長である。これにより、可視光の波長が2種以上乃至はスペクトルを有する場合も、微細凹凸の大きさは全ての波長以下になり、全ての波長の光を反射防止することができる。
ところが実際には、光にとっては、その波長(反射防止の対象とする光の波長が分布を有する場合は、その波長帯域の最大波長λMAX、好ましくはその波長帯域の最小波長λMINを考えれば良い)よりも小さな空間的スケールの屈折率分布は、平均化されたものとして作用する結果、平均化された結果の有効屈折率は、前記XY平面内に於いて、屈折率分布f(x,y,z)をXY平面内に於いて積分したもの、
Δz→0 ならば、n1→n0
となり(連続関数の定義より)、よって、式(2)より、
R→0となる。
PMAX≦λMAX、好ましくは、PMAX≦λMIN
の条件を満たすとき、屈折率平均化による反射率低減効果が期待出来る。
但し、λMIN/nb≦PMAX≦λMIN
である場合は、微細凹凸層の部分(微細凹凸2の凸部4)の寄与について見れば、屈折率平均化による反射率低減効果は、少なくとも完全には期待出来ないことになる。しかし、それでも、空気部分に於ける寄与の為、全体としては反射防止効果を有する。
そして、
PMAX≦λMIN/nb、より好ましくはPMAX<λMIN/nb
の条件までも満たす場合は、空気部分、微細凹凸層部分とも、周期PMAXが、最大波長は勿論、更には最短波長よりも小さいと言う条件が完全に満たされる為、屈折率平均化による反射防止効果は、より完全となる。
具体的には、λMAXを可視光波長帯域の上限780nm、nbを仮に1.5とすれば、λMAX/nbは520nm、つまりPMAXは520nm以下とすれば、最低限、可視光線の全波長帯域中の最大波長λMAXの光に対してい十分な反射防止効果を発現する。λMINを可視光波長帯域の下限380nm、nbを仮に1.5とすれば、λMIN/nbは250nm、つまりPMAXは250nm以下とすれば、可視光線の全波長帯域の光に対して十分な反射防止効果を発現する。
微細凹凸2の形状は、微細凹凸2をその凹凸方向と直交する面(XY平面)で切断したと仮定したときの断面(水平断面)内に於ける微細凹凸層の材料部分の断面積占有率が、該微細凹凸の頂部2t(頂上)から最深部2b(谷底)に行くに従って連続的に漸次増加して行く形状とする。この為には、微細凹凸2の山は少なくともその一部の側面が斜めの斜面を有するものとすれば良いが、下記する図5(C)の様に斜面と共に垂直側面がある形状の微細凹凸でも良い。特に、好ましくは、頂部2tに於いて完全に断面積占有率が0に収束し、且つ最深部に於いて完全に断面積占有率が1に収束する形状とする。具体的には例えば、図5(B)、図5(C)の如き形状が挙げられる。但し、図5(D)、或いは図5(E)の如く、頂部に於いては、断面積占有率がほぼ0に漸近した形状、或いは、最深部に於いてほぼ1に漸近する様な形状であれば、或る程度の効果は得られる。微細凹凸の形状は、この様な条件を満たせば、どんな形状でも良い。
尚、微細凹凸2(の凸部4)の垂直断面形状は、図5(A)の如く頂部近傍が外方(図面では上方)に向かって凸の滑らかな曲線となる形状の方が、図5(B)の如く頂部近傍が外方に向かってとがった不連続点(尖点)となる形状に比べて、微細凹凸層の頂部又は最深部に於いて、有効屈折率nefの厚み方向(図5(B)では上下方向)に対する変化の不連続性がより少なく、光の反射率がより低減する為、好ましい。
すなわち、
HMIN≧0.2λMAX
HMIN≧0.4λMAX
とするのが好ましい。
なお、ここで、λMAXは、可視光波長帯域の最大波長である。微細凹凸の高さHは、ゼロから高くなるに従って反射率が低下して行くが、上記不等号条件を満足させる高さまで達すると、有為な効果が得られる様になる。具体的には、例えば、発光スペクトルの最大波長が、λMAX=640nmの蛍光灯を用いたとすれば、HMIN≧0.2λMAX=128nmとかなる。すなわち、HMINは128nm以上とすれば良い。また、スペクトルの最大波長がλMAX=780nmの太陽光線を考えるならば、HMIN≧0.2λMAX=156nm、すなわち、HMINは156nm以上とすれば良い。また、最小高さHMINと周期PMAXとの関係では、最小高さHMIN/周期PMAXの比を、1/2〜4/1程度とする。
尚、支持体5上の微細凹凸層3には、最低限、凸部4のみ存在すれば良い。但し、現実的には凸部4を支持体5上に十分強固に密着固定するため、また押し型加工により微細凹凸2を賦形する場合には、被賦形層には押込む凸部4の高さ以上の厚みが必要なため、通常は微細凹凸層3の凸部4と支持体5との間に、厚さ1〜5μm程度の凸部4と同じ材料からなる層(図1参照)を有する。
〔光触媒〕
本発明における光触媒としては、皮脂、汚れ等の有機物、塵、水などを分解することができるものが用いられ、例えば、アナターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、三酸化二ビスマス、三酸化タングステン、酸化第二鉄、チタン酸ストロンチウム等が挙げられる。特に、本発明における光触媒は、酸化チタンを含む光触媒であることが好ましい。酸化チタンを含む光触媒としては、アナターゼ型二酸化チタン(TiO2)、ルチル型二酸化チタン(TiO2)が挙げられるが、好ましくは、アナターゼ型酸化チタンからなる光触媒である。これは、現在、工業的に量産技術が確立しており、市場にて適当な価格で入手が容易であり、且つ光触媒機能も高度で安定している為である。
尚、本発明において、微粒子の平均粒径とは、組成物における微粒子の場合は、日機装(株)製のMicrotrac粒度分析計を用いて測定した値を意味し、硬化膜中の微粒子の場合は、硬化膜の断面の透過型電子顕微鏡(TEM)写真により観察される粒子10個の平均値を意味する。
光触媒を微細凹凸の凸部の内部に存在させる場合、その量は、(微細凹凸形成組成物の全固形分100質量%に対して、70〜97質量%とすれば良い)。
支持体5としては、特に限定されないが、ガラス(含むセラミックス)等の無機質材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の合成樹脂を用いることができる。なお、塗布膜を焼成する場合は、焼成時の耐熱性の点で支持体としては無機質材料が好ましい。支持体の材料には、反射防止物品の用途に応じた材料を使用すれば良い。本発明の反射防止物品は、微細凹凸層を透明基材の表面に設けたものであることが好ましい。この場合、微細凹凸層も透明であることが好ましく、ガラスに反射防止物品を貼りつけるとまるでガラスが存在しないかのような効果を発揮する。
有機質材料の支持体としては、熱可塑性樹脂が代表的であり、例えば、ポリ(メタ)アクリル酸メチル、ポリ(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸メチル−(メタ)アクリル酸ブチル共重合体等のアクリル樹脂(但し、(メタ)アクリルとはアクリル、或いはメタクリルを意味する)、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、環状オレフィン系高分子(代表的にはノルボルネン系樹脂等があるが、例えば、日本ゼオン株式会社製の製品名「ゼオノア」、JSR株式会社製の「アートン」等がある)等のポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の熱可塑性ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、セルロース系樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリウレタン等が挙げられる。
微細凹凸の構成材料は、微細凹凸を形成できる加工性に加えて、光触媒の分解作用に対して優れた抵抗性を有する材料であることが好ましい。
特に微細凹凸を形成できる加工性については、押し型加工(プレス加工、エンボス加工)、キャスティング加工(鋳込成形、注型成形)、射出成形など、微細凹凸の鋳型を用いる賦形プロセスによって微細凹凸を形成できる成形材料であることが好ましい。
更に、ケイ素系アルコキシド化合物の具体例を挙げれば、メチルトリエトキシシラン〔(CH3)Si(OC2H5)3〕、メチルトリプロポキシシラン〔(CH3)Si(OC3H7)3〕、ジメチルジエトキシシラン〔(CH3)2Si(OC2H5)2〕等が挙げられる。
また、ゾルゲル液には、水、或いは、メタノール、エタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル等の溶剤を適宜使用する。また、ゾルゲル液には、塩酸等の酸やアルカリを、有機金属化合物やその加水分解物等の加水分解反応を促進する触媒として適宜使用する。
次に、本発明の反射防止物品の製造方法について説明する。
本発明の反射防止物品は、支持体を用意し、その上に微細凹凸形成材料を設けてから微細凹凸を形成した後、微細凹凸の表面に光触媒を付与する方法、又は、支持体を用意し、その上に、光触媒を含む微細凹凸形成材料を設けた後、微細凹凸を形成する方法によって製造することができる。
(1)前記の如く微細凹凸形成用材料に光触媒の微粒子を含有させて、微細凹凸の形成に用いる方法、
(2)微細凹凸形成用材料を用いて微細凹凸を形成した後、微細凹凸の表面に光触媒の成分を蒸着、CVDなどのドライプロセスによって付着させる方法、
(3)微細凹凸形成用材料に光触媒微粒子を含有させて塗膜を形成し、この塗膜にフォトプロセスによって微細なレジストパターンを形成し、エッチング加工することによって微細凹凸を形成する方法、
(4)光触媒そのものからなる塗膜にフォトプロセスによって微細なレジストパターンを形成し、エッチング加工することによって微細凹凸を形成する方法等が挙げられる。
(a)実開平5−7394号公報、特開平8−108075号公報、特開平8−182019号公報等に開示の、チタネートテトラエトキシド等のチタンアルコキシドのエチルアルコール等のアルコールに溶解せしめた溶液を塗工し、乾燥時の脱水縮合反応で生じた無定形酸化チタン微粒子(粒徑3〜150nm程度)を室温〜500℃で焼成する方法(一種のゾルゲル法)、
(b)特許第3732247号公報に開示の、0.001〜0.5μmの平均粒径を持つチタン酸化物、一般式SinOn−1(OR)2n+2(ただし、nは2〜6、RはC1〜C4のアルキル基)で表わされる低級アルキルシリケート縮合物の加水分解物を塗工し、100〜300℃で乾燥乃至焼成する方法、
(c)特開平8−182019号公報等に上記(a)とは別実施形態として開示の、TiCl4又はTi(SO4)2の酸性水溶液をスプレーコーティング、フローコーティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ロールコーティングにより塗工し、次いで無機チタン化合物を約100℃〜200℃の温度で乾燥させて加水分解と脱水縮重合に付すことにより形成すること方法を挙げることができる。
(1)微細凹凸の内部に光触媒粒子が分散されている態様。
(2)微細凹凸の表面に光触媒層が被覆されている態様。
(3)微細凹凸が光触媒そのもので形成されている態様。
中でも、(1)の形態が、製造工程が容易で量産性が高いことから好ましい。
本発明による反射防止物品としては、形状は、三次元形状、板、シート等任意であり、用途も特に限定れるものではない。尚、本発明が適用し得る用途は、これから例示される用途に限定されるものではない。
また、本発明の反射防止物品は、各種光学部品としての用途も挙げられる。例えば、写真機のレンズ、写真機のファインダの窓材、眼鏡のレンズ、オーバーヘッドプロジェクタのフレネルレンズ、レーザ装置の出力取出窓、光センサの光入力窓、望遠鏡のレンズ等が挙げられる。
また、高額商品のショーケース、美術品の保護板等の用途が挙げられる。
また、特に本発明は、微細凹凸に付着した汚れを分解して低減或いは除去できるため、デパートなど店舗のショーウィンドウ、大窓、一般商品のショーケース等の用途が挙げられる。その場合には、支持体として透明基材を用いることが視認性が高いため好ましい。
また、光触媒が微細凹凸の表面に吸着した水分を分解して、OH、O等を生成して表面の濡れ性が促進され、表面が水の薄膜で被覆され、汚れ自体が付着し難くなるという効果もある。
2…微細凹凸
2t…(微細凹凸2の)頂部
2b…(微細凹凸2の)最深部
3…微細凹凸層
4…凸部
5…支持体
n…屈折率
na…屈折率(空気)
nb…屈折率(支持体)
n0…屈折率
n1…屈折率
nef(Z)…有効屈折率
PMAX…周期
Claims (4)
- 表面に微細凹凸を有する微細凹凸層を有機質材料の支持体上に設けた反射防止物品であって、
上記微細凹凸は、可視光の波長帯域の最大波長をλMAXとし、該微細凹凸表面の頂部に於ける周期をPMAXとしたときに、
PMAX≦λMAX
なる関係が成立し、
且つ、
該微細凹凸が、その凹凸方向と直交する面で切断したと仮定したときの断面内に於ける微細凹凸層の材料部分の断面積占有率が、該微細凹凸の頂部から最深部に行くに従って連続的に漸次増加して行く形状を有する微細凹凸であり、
前記微細凹凸層は、ラテックス系バインダーよりなる群から選ばれる微細凹凸形成材料に光触媒の微粒子を含む材料を用いて形成したものであり、
当該微細凹凸層の内部に光触媒の微粒子が分散していることを特徴とする、反射防止物品。 - 前記支持体が透明支持体である、請求項1に記載の反射防止物品。
- 前記光触媒の微粒子は、平均一次粒経が前記微細凹凸の高さ未満且つ頂部に於ける周期PMAX未満の光触媒微粒子である、請求項1又は2に記載の反射防止物品。
- 前記光触媒の微粒子が、酸化チタンを含む光触媒である、請求項1〜3に記載の反射防止物品。
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