JPH07257941A - Metal oxide film and production thereof - Google Patents

Metal oxide film and production thereof

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JPH07257941A
JPH07257941A JP7022894A JP7022894A JPH07257941A JP H07257941 A JPH07257941 A JP H07257941A JP 7022894 A JP7022894 A JP 7022894A JP 7022894 A JP7022894 A JP 7022894A JP H07257941 A JPH07257941 A JP H07257941A
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oxide film
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metal
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勝人 中塚
Takashi Shinko
貴史 新子
Akira Kishimoto
章 岸本
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Abstract

PURPOSE:To obtain a metal oxide film having a controlled film thickness and excellent in optical property by gelating and film forming a metallic alkoxide stuck to the surface of a substrate by dipping into a solution and shrinking the metal oxide film by heating. CONSTITUTION:The substrate is dipped into the metal alkoxide solution and after pulled up, the metal alkoxide on the substrate surface is geleted by hydrolysis. Next, the metal oxide is film formed by removing a solvent and after that, by shrinking the metal oxide film by heating to control the film thickness, the desired metal oxide film is obtained. In this way, the thickness of the metal oxide film is finely adjusted by keeping the concentration of the metal alkoxide coating solution constant through a full period for pulling up the substrate, regulating the pulling-up rate of the substrate and further shrinking the film by heating after drying the coating film of the coating solution. As a result, the film having desired optical property is precisely and efficiently formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光遮蔽材や反射鏡、光
波長選択透過材等に好適な金属酸化物膜並びにその製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal oxide film suitable for a light shielding material, a reflecting mirror, a light wavelength selective transmitting material and the like, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、建築物用ガラスや反射鏡、レ
ンズ、各種光学フィルタにおいては、ガラス基板上に酸
化チタンや酸化珪素をはじめとする金属酸化物からなる
薄膜を形成して、所望の光学特性を付与したり、機械的
強度や熱的強度を増強させることが行われている。この
金属酸化物薄膜を成膜する方法としては、真空蒸着法や
化学蒸着法、高周波スパッタリング法等の蒸着によりガ
ラス基板上に金属酸化物を堆積する方法や、金属アルコ
キシド溶液中にガラス基板を浸漬して該基板を引き上げ
るディップコーティング法が広く使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in building glass, reflecting mirrors, lenses, and various optical filters, a thin film made of a metal oxide such as titanium oxide or silicon oxide is formed on a glass substrate to obtain a desired film. Optical properties have been imparted and mechanical strength and thermal strength have been enhanced. The method for forming this metal oxide thin film includes a method of depositing a metal oxide on a glass substrate by vapor deposition such as a vacuum vapor deposition method, a chemical vapor deposition method, and a high frequency sputtering method, or a glass substrate immersed in a metal alkoxide solution. Then, the dip coating method of pulling up the substrate is widely used.

【0003】前記蒸着法は、例えば特開昭51−117
981号公報や特開昭54−58717号公報に記載さ
れているように、真空チャンバ内にガラス基板を配置
し、このガラス基板を所定の温度に加熱保持した状態
で、チャンバ内に原料ガスを導入するとともにプラズマ
や電子ビーム等により原料ガスを励起したり、あるいは
蒸着材料が充填された坩堝を加熱して金属蒸気を発生さ
せ、これにより生成された金属酸化物微粒子を基板上に
堆積させて金属酸化物膜を成膜するものである。また、
前記ディップコーティング法は、例えば特開昭60−7
1547号公報や特開昭63−162549号公報に記
載されているように、金属アルコキシド溶液にガラス基
板を浸漬して所定速度で引き上げることにより、ガラス
基板表面に金属アルコキシド溶液の薄い塗膜が形成さ
れ、この塗膜中の金属アルコキシドを加水分解によりゲ
ル化し、さらに溶媒を除去することによりガラス基板上
に金属酸化物膜を成膜するものである。
The vapor deposition method is described in, for example, JP-A-51-117.
As described in JP-A-981 and JP-A-54-58717, a glass substrate is placed in a vacuum chamber, and a raw material gas is placed in the chamber while the glass substrate is heated and held at a predetermined temperature. Introducing and exciting the raw material gas by plasma or electron beam, or heating the crucible filled with the vapor deposition material to generate metal vapor, and deposit the metal oxide fine particles generated by this on the substrate. A metal oxide film is formed. Also,
The dip coating method is described in, for example, JP-A-60-7.
As described in JP-A-1547 and JP-A-63-162549, a thin coating film of the metal alkoxide solution is formed on the surface of the glass substrate by immersing the glass substrate in the metal alkoxide solution and pulling it up at a predetermined speed. The metal alkoxide in the coating film is hydrolyzed to gel, and the solvent is removed to form a metal oxide film on the glass substrate.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記蒸
着法においては、成膜のために基板を真空状態の下に置
かなければならず、大面積の基板に蒸着するためには大
規模な真空チャンバや真空装置が必要となるため、処理
可能な基板の大きさにはおのずと限界がある。また、蒸
着源からの距離により成膜される膜厚に変化が生じるた
め、広い範囲に均一な厚さで蒸着することが困難であ
る。従って、特に建築物用ガラスや太陽電池の光遮蔽膜
のように比較的大面積の部材には適応できないという問
題がある。更に、真空チャンバ内の真空度の調整や原料
ガスの導入量(ガス圧)の制御、あるいは基板や蒸着源
の温度等の蒸着条件に多くの制約がある。特に、金属酸
化物の種類の異なる多層膜を成膜するためには、各層の
成膜毎に真空を引き直してチャンバ内を清浄にしたり、
前記蒸着条件を設定し直す必要があり、このことは生産
性の低下に繋がり好ましくない。
However, in the above vapor deposition method, the substrate must be placed under a vacuum state for film formation, and a large-scale vacuum chamber is required for vapor deposition on a large area substrate. Therefore, the size of the substrate that can be processed is naturally limited because a vacuum device is required. Further, since the film thickness to be formed changes depending on the distance from the vapor deposition source, it is difficult to vapor deposit a uniform thickness over a wide range. Therefore, there is a problem that it cannot be applied to a member having a relatively large area such as a glass for buildings or a light shielding film of a solar cell. Further, there are many restrictions on the adjustment of the degree of vacuum in the vacuum chamber, the control of the introduction amount (gas pressure) of the source gas, and the vapor deposition conditions such as the temperature of the substrate and the vapor deposition source. In particular, in order to form a multi-layered film with different kinds of metal oxides, the vacuum is redrawn to clean the inside of the chamber after each layer is formed,
It is necessary to reset the vapor deposition conditions, which is not preferable because it leads to a decrease in productivity.

【0005】一方、前記ディップコーティング法によれ
ば、大面積の基板を処理することが可能であるものの、
現実には50〜100nm程度の薄膜になるとその膜厚
制御が困難であり、引上げ時の雰囲気やコーティング溶
液の濃度の僅かな変化によっても膜厚が大きく変化する
ことがあるとともに、膜の表面性も充分良好であるとは
いえない状況にある。従って、特に光反射膜や光学フィ
ルタ等のように選択的に入射光を透過または遮断する用
途においては、目的とする光学特性が得られ難く、製品
の品質並びに歩留りに問題がある。
On the other hand, according to the dip coating method, although a large area substrate can be processed,
In reality, it is difficult to control the film thickness when it becomes a thin film of about 50 to 100 nm, and even if the atmosphere at the time of pulling up or a slight change in the concentration of the coating solution changes the film thickness significantly, However, the situation is not good enough. Therefore, particularly in applications such as a light-reflecting film and an optical filter that selectively transmit or block incident light, it is difficult to obtain desired optical characteristics, and there is a problem in product quality and yield.

【0006】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、膜厚が制御され且つ光学特性に優れた金属酸
化物膜を提供すること、並びに大面積の基板に対しても
均一な膜厚の金属酸化物膜を成膜できるとともに、膜厚
の制御も正確にしかも容易に行うことが可能な金属酸化
物膜の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, provides a metal oxide film having a controlled film thickness and excellent optical characteristics, and is uniform even on a large-area substrate. An object of the present invention is to provide a method for producing a metal oxide film, which can form a metal oxide film having a film thickness and can accurately and easily control the film thickness.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の研究者らは、上
記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ディッ
プコーティング法により成膜される金属酸化物膜の膜厚
が、金属アルコキシド溶液から基板を引き上げた後の加
熱処理、引き上げ時の金属アルコキシド溶液の濃度管理
並びに引上げ速度により制御されることを見出し本発明
を完成するに至った。即ち、上記の目的は金属アルコキ
シドを原料としてディップコーティング法により形成さ
れる金属酸化物膜であって、前記金属酸化物膜の膜厚が
成膜後の熱処理により制御されることを特徴とする金属
酸化物膜により達成される。同様の目的は、金属アルコ
キシドを原料としてディップコーティング法により形成
される金属酸化物膜であって、前記金属酸化物膜の膜厚
が金属アルコキシド溶液の濃度により制御されることを
特徴とする金属酸化物膜によっても達成される。尚、前
記金属酸化物膜は、高屈折率物質および低屈折率物質か
らなる薄膜を交互に積層してなる多層膜であっても良
い。また、同様の目的は、基板を金属アルコキシド溶液
中に浸漬して引き上げ、基板表面の金属アルコキシドを
加水分解によりゲル化し、更に溶媒を除去して金属酸化
物膜を成膜した後、前記金属酸化物膜を加熱収縮させる
ことによりその膜厚を制御することを特徴とする金属酸
化物膜の製造方法によっても達成される。同様に、基板
を金属アルコキシド溶液中に浸漬して引き上げ、基板表
面の金属アルコキシドを加水分解によりゲル化し、更に
溶媒を除去して金属酸化物膜を成膜する方法であって、
前記金属酸化物膜の膜厚を前記金属アルコキシド溶液の
濃度により制御することを特徴とする金属酸化物膜の製
造方法によっても達成される。
The researchers of the present invention have conducted earnest studies to achieve the above object, and as a result, the metal oxide film formed by the dip coating method has a metal alkoxide The inventors have completed the present invention by finding that it is controlled by heat treatment after pulling up the substrate from the solution, concentration control of the metal alkoxide solution at the time of pulling up, and pulling rate. That is, the above object is a metal oxide film formed by a dip coating method using a metal alkoxide as a raw material, and the film thickness of the metal oxide film is controlled by a heat treatment after film formation. This is achieved with an oxide film. A similar object is a metal oxide film formed by a dip coating method using a metal alkoxide as a raw material, wherein the film thickness of the metal oxide film is controlled by the concentration of the metal alkoxide solution. It is also achieved by a physical film. The metal oxide film may be a multi-layer film in which thin films made of a high refractive index substance and a low refractive index substance are alternately laminated. In addition, the same purpose is to immerse the substrate in a metal alkoxide solution and pull it up, gel the metal alkoxide on the surface of the substrate by hydrolysis, further remove the solvent to form a metal oxide film, It is also achieved by a method for producing a metal oxide film, which is characterized in that the film thickness is controlled by heat-shrinking the film. Similarly, a method of forming a metal oxide film by dipping the substrate in a metal alkoxide solution and pulling it up, gelling the metal alkoxide on the substrate surface by hydrolysis, and further removing the solvent,
It is also achieved by a method for producing a metal oxide film, characterized in that the film thickness of the metal oxide film is controlled by the concentration of the metal alkoxide solution.

【0008】本発明に係る金属酸化物膜は、ガラスや金
属、セラミックスなどの基板を金属アルコキシドを含有
するコーティング溶液に浸漬し、所定速度で引き上げて
基板上にコーティング溶液の塗膜を形成し(ディップコ
ーティング)、前記塗膜を加水分解して金属アルコキシ
ドのゲル化を行い、次いで加熱処理することにより前記
基板上に成膜される。前記金属アルコキシドとしては、
膜構成や目的とする光学特性に応じて適宜選択可能であ
り、例えばチタンやシリコン、タンタル、ジルコニウム
等の金属アルコキシドを用いることができる。
The metal oxide film according to the present invention is formed by immersing a substrate such as glass, metal or ceramics in a coating solution containing a metal alkoxide and pulling it up at a predetermined speed to form a coating film of the coating solution on the substrate ( (Dip coating), the coating film is hydrolyzed to gel the metal alkoxide, and then heat treatment is performed to form a film on the substrate. As the metal alkoxide,
It can be appropriately selected depending on the film configuration and the desired optical characteristics, and for example, metal alkoxides such as titanium, silicon, tantalum, zirconium, etc. can be used.

【0009】これら金属アルコキシドは、ノルマルヘキ
サンやシクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、トルエ
ン、アセトンなどの炭化水素、あるいはメタノールやエ
タノール、ブタノール、プロパノール、イソプロパノー
ル、アセチルアルコールなどのアルコールを用いて希釈
される。ここで、金属アルコキシドと溶媒との割合は、
金属アルコシキド1molに対して溶媒0.5〜200
molが好ましい。そして、加水分解を行うために前記
金属アルコキシド1molに対して**〜**molの
蒸留水並びに少量の酸を添加して、コーティング溶液が
得られる。尚、前記金属アルコキシドにおいて、チタン
などの酸化が容易な金属のアルコキシドに関しては、引
き上げと同時に空気により酸化されて加水分解が進行す
るために、特に蒸留水並びに酸を添加する必要がなく、
単に金属アルコキシドを溶媒で希釈してコーティング溶
液とすることも可能である。また、コーティング溶液の
ゾル濃度を安定化させるために、酢酸や蟻酸、硝酸、塩
酸、アンモニア、アミンなどの反応調整剤を適量添加し
てもよい。
These metal alkoxides are diluted with hydrocarbons such as normal hexane, cyclohexane, benzene, xylene, toluene and acetone, or alcohols such as methanol, ethanol, butanol, propanol, isopropanol and acetyl alcohol. Here, the ratio of the metal alkoxide and the solvent is
Solvent 0.5-200 for 1 mol of metal alkoxide
mol is preferred. Then, in order to carry out hydrolysis, **-** mol of distilled water and a small amount of acid are added to 1 mol of the metal alkoxide to obtain a coating solution. Incidentally, in the metal alkoxide, with respect to an alkoxide of a metal such as titanium that is easily oxidized, it is not necessary to add distilled water and an acid in particular, because the oxidation is performed by air and the hydrolysis proceeds at the same time when the metal is pulled up.
It is also possible to simply dilute the metal alkoxide with a solvent to form a coating solution. Further, in order to stabilize the sol concentration of the coating solution, an appropriate amount of a reaction modifier such as acetic acid, formic acid, nitric acid, hydrochloric acid, ammonia or amine may be added.

【0010】このコーティング溶液中に基板を浸漬し
て、引き上げることにより基板表面に金属アルコキシド
の溶液が塗膜される。引上げ装置は、図示は省略する
が、コーティング溶液が充填された容器と基板を所定速
度で引き上げるホイスト機構とから構成され、基板はコ
ーティング溶液から略垂直方向に引き上げられる。本発
明ではコーティング溶液中の原料アルコキシド濃度を制
御しているので、所望の膜厚を得るためには引上げ速度
は一定でなければならない。しかし、従来技術のように
引上げ速度によっても膜厚の制御は可能である。この場
合には、液濃度を一定に保つ必要があり、本発明のコー
ティング溶液中の原料アルコキシド濃度を制御するとい
う本発明の主旨と異なるものではない。酸化物膜を形成
する場合、コーティング溶液の濃度を一定とすると引上
げ速度の変化とともに膜厚は変化するので、速度のバラ
ツキを20%以内、好ましくは10%以内に押さえなけ
ればならない。また引上げ速度は、膜の光学特性を均一
に保つために0.005〜100mm/秒、好ましくは
0.01〜80mm/秒である。ここで、速すぎると膜
が白濁することがあり、また遅すぎると膜が不均一にな
ることがある。
By immersing the substrate in this coating solution and pulling it up, a solution of metal alkoxide is coated on the surface of the substrate. Although not shown, the pulling device includes a container filled with the coating solution and a hoist mechanism for pulling up the substrate at a predetermined speed, and the substrate is pulled up from the coating solution in a substantially vertical direction. In the present invention, since the raw material alkoxide concentration in the coating solution is controlled, the pulling rate must be constant in order to obtain the desired film thickness. However, the film thickness can be controlled by the pulling speed as in the conventional technique. In this case, it is necessary to keep the liquid concentration constant, which is not different from the gist of the present invention of controlling the raw material alkoxide concentration in the coating solution of the present invention. When forming an oxide film, if the concentration of the coating solution is kept constant, the film thickness changes with changes in the pulling rate, so the variation in the rate must be kept within 20%, preferably within 10%. The pulling rate is 0.005 to 100 mm / sec, preferably 0.01 to 80 mm / sec in order to keep the optical properties of the film uniform. Here, if it is too fast, the film may become cloudy, and if it is too slow, the film may become uneven.

【0011】引上げ時の雰囲気温度は15〜60℃の範
囲が適当であり、これより高温になると膜が白濁し、ま
た低すぎても膜が不均一になる。また、湿度は90%以
下、更には40%以下が好ましく、低くなるほど後述さ
れる膜厚制御が容易になる。尚、金属アルコキシドの種
類を変えて多種類のコーティング溶液を作成し、基板を
それらのコーティング溶液に交互に浸漬して引き上げる
作業を繰り返し行うことにより、その繰り返し回数に応
じた多層構造の金属酸化物膜が得られる。
The atmosphere temperature during pulling is suitably in the range of 15 to 60 ° C. When the temperature is higher than this, the film becomes cloudy and when it is too low, the film becomes non-uniform. The humidity is preferably 90% or less, more preferably 40% or less. The lower the humidity, the easier the film thickness control described later. It should be noted that various kinds of metal alkoxide are prepared to prepare various kinds of coating solutions, and the steps of alternately dipping the substrate in these coating solutions and pulling up the same are repeatedly carried out to obtain a metal oxide having a multi-layered structure according to the number of repetitions. A film is obtained.

【0012】ところで、上記コーティング溶液の金属ア
ルコキシド濃度は、溶媒の蒸発のために引き上げ期間中
経時的に変化して、基板上のコーティング塗膜に濃度勾
配が発生する。その結果、生成金属酸化膜の膜厚が均一
にならず、特に長尺な基板や大面積の基板においては、
光学特性が基板上の場所により異なることとなり好まし
くない。そこで、本発明においては、基板引き上げの全
期間を通じてコーティング溶液の金属アルコキシド濃度
をモニターして、前記濃度勾配の発生を防止することを
特徴とする。このモニター方法としては、ICP発光分
析装置等の分析装置を用いて瞬時に金属アルコキシド濃
度の測定を行い、測定結果をもとに溶媒を添加して常に
一定の濃度範囲に維持することが行われる。これによ
り、基板の全表面にわたり均一な濃度の塗膜を形成する
ことができる。
By the way, the metal alkoxide concentration of the coating solution changes with time during the pulling up period due to the evaporation of the solvent, and a concentration gradient occurs in the coating film on the substrate. As a result, the film thickness of the produced metal oxide film is not uniform, and especially on a long substrate or a large-area substrate,
The optical characteristics differ depending on the location on the substrate, which is not preferable. Therefore, the present invention is characterized in that the concentration gradient of the metal alkoxide in the coating solution is monitored during the entire period of pulling up the substrate to prevent the concentration gradient from occurring. As the monitoring method, the concentration of metal alkoxide is instantaneously measured using an analyzer such as an ICP emission spectrometer, and a solvent is added based on the measurement result to constantly maintain a constant concentration range. . As a result, a coating film having a uniform concentration can be formed on the entire surface of the substrate.

【0013】また、コーティング塗膜中のゾル粒子が巨
大化して膜が白濁することがあるが、それを回避するた
めに塗膜表面を電子顕微鏡を用いて観察してゾル粒子の
巨大化の進行程度を観察し、ゾル粒子が15nm以上に
なっていればコーティング溶液を交換することにより光
学特性を維持する必要がある。ゾル粒子の巨大化の進行
具合を押さえるためには、ジエタノールアミンやトリエ
タノールアミンなどのアミン類を反応制御剤として用い
ることによりコーティング溶液を長時間使用することも
可能である。前記アミン類の添加量は、金属アルコキシ
ド1molに対して0.01〜5molが好ましい。以
上の如く金属アルコキシド濃度並びにゾル粒子の粒径を
制御して基板上にコーティング溶液の塗膜を形成した
後、乾燥して塗膜中に含まれる溶媒を除去し、更に基板
を空気中あるいは不活性ガス雰囲気中で加熱処理するこ
とにより金属酸化物膜が得られる。
The sol particles in the coating film may become huge and the film may become cloudy. To avoid this, the surface of the coating film is observed with an electron microscope to make the sol particles larger. It is necessary to maintain the optical characteristics by observing the degree and exchanging the coating solution when the sol particles are 15 nm or more. In order to suppress the progress of sol particle growth, it is possible to use the coating solution for a long time by using amines such as diethanolamine and triethanolamine as reaction control agents. The addition amount of the amines is preferably 0.01 to 5 mol with respect to 1 mol of the metal alkoxide. As described above, the metal alkoxide concentration and the particle size of the sol particles are controlled to form a coating film of the coating solution on the substrate, which is then dried to remove the solvent contained in the coating film. A metal oxide film is obtained by heat treatment in an active gas atmosphere.

【0014】乾燥は、0〜300℃の温度で、3分〜8
時間程度行われる。乾燥時間が長すぎると乾燥後雰囲気
中の水分によって吸湿膨脹することがあり、また短いと
膜の乾燥が不十分で膜厚が変動したり、膜が不均一にな
る。
Drying is performed at a temperature of 0 to 300 ° C. for 3 minutes to 8 minutes.
It takes about an hour. If the drying time is too long, moisture in the atmosphere after drying may cause hygroscopic swelling. If the drying time is too short, the film may be insufficiently dried and the film thickness may fluctuate or the film may become non-uniform.

【0015】本発明は、乾燥後、加熱処理を行うことに
より金属酸化物膜をより強固な膜とするとともに、金属
酸化物膜の膜厚の制御を行うことを特徴とする。平滑な
基板上に高屈折率の透明な誘電体膜と低屈折率の透明な
誘電体膜とを交互に積層させると、膜厚と誘電体の屈折
率および目標波長の関係が下記(1)式を満足する時
に、目標波長の垂直入射光を反射する誘電体反射膜とな
ることが知られている(木内正蔵;「薄膜の光学的研
究」岩波科学文献抄、1954、p77)。 nd=(2m−1)λ/4 ・・・・・ (1) ここで、nは屈折率、dは誘電体膜の膜厚、λは垂直入
射光の波長、mは整数であり、屈折率と実際の誘電体膜
の膜厚との積(nd)は光学膜厚と呼ばれ、分光曲線
(波長対透過率)においてこの波長を持つ反射ピークが
現れる。
The present invention is characterized in that the metal oxide film is made stronger by heating after drying, and the film thickness of the metal oxide film is controlled. When a transparent dielectric film having a high refractive index and a transparent dielectric film having a low refractive index are alternately laminated on a smooth substrate, the relationship between the film thickness, the refractive index of the dielectric and the target wavelength is as follows (1). It is known that when it satisfies the formula, it becomes a dielectric reflection film that reflects vertically incident light of a target wavelength (Kiuchi, Masazo; “Optical Research on Thin Films”, Iwanami Scientific Literature, 1954, p77). nd = (2m−1) λ / 4 (1) Here, n is the refractive index, d is the film thickness of the dielectric film, λ is the wavelength of the vertically incident light, and m is an integer. The product (nd) of the index and the actual film thickness of the dielectric film is called the optical film thickness, and a reflection peak having this wavelength appears in the spectral curve (wavelength vs. transmittance).

【0016】本発明は、金属酸化物膜を加熱して収縮さ
せることにより、その膜厚を変化させて所望の光学特性
を得ることを特徴とする。そして、その時の膜厚の制御
は、加熱後の金属酸化物膜の分光曲線を求め、その反射
ピークの波長を測定することにより行われる。例えば、
ある温度で加熱処理した金属酸化物膜が目的とする波長
よりも長波長側に反射ピークを持つ場合には、再度の熱
処理により目的とする反射ピークを持つように膜の収縮
を行う。この加熱処理の温度は300℃〜1300℃、
好ましくは400℃〜1200℃であり、低すぎると炭
化物が残存して褐色を帯びて光透過性を低下させ、逆に
高すぎると基板と反応して膜の組成変化が起こる。何れ
の場合も光学特性を劣化させるため好ましくない。ま
た、加熱時間は10分から24時間が好ましく、加熱時
間が短いと膜厚の収縮が起こらず、膜厚の制御ができな
いばかりでなく、炭化物が残存して光透過性を低下させ
る。一方、24時間以上加熱しても加熱時間に対する膜
厚の変化率は少なく、加熱収縮による膜厚制御の効果が
見られなくなる。更に、この加熱処理は、多層構造の金
属酸化物膜の場合、各層の成膜毎に行ってもよいし、多
層を積層した後に行ってもよい。あるいは、複数層毎に
行ってもよい。
The present invention is characterized in that the metal oxide film is heated and shrunk to change the film thickness to obtain desired optical characteristics. Then, the control of the film thickness at that time is performed by obtaining a spectral curve of the metal oxide film after heating and measuring the wavelength of the reflection peak thereof. For example,
When the metal oxide film heat-treated at a certain temperature has a reflection peak on the longer wavelength side than the target wavelength, the film is shrunk so as to have the target reflection peak by heat treatment again. The temperature of this heat treatment is 300 ° C to 1300 ° C,
The temperature is preferably 400 ° C. to 1200 ° C. If it is too low, the carbide remains and becomes brown and the light transmittance is lowered. On the contrary, if it is too high, the composition reacts with the substrate and the composition of the film changes. In either case, the optical characteristics are deteriorated, which is not preferable. Further, the heating time is preferably 10 minutes to 24 hours. When the heating time is short, the film thickness does not shrink, the film thickness cannot be controlled, and carbides remain to reduce the light transmittance. On the other hand, even if heating is performed for 24 hours or more, the change rate of the film thickness with respect to the heating time is small, and the effect of controlling the film thickness due to heat shrinkage cannot be seen. Furthermore, in the case of a metal oxide film having a multi-layer structure, this heat treatment may be performed every time each layer is formed, or may be performed after stacking the multi-layers. Alternatively, it may be performed every plural layers.

【0017】以上説明したように、本発明は金属酸化物
膜の膜厚をコーティング溶液の濃度管理、基板の引上げ
速度並びに成膜後の加熱処理により制御することを特徴
とするものであるが、これらを総合的に組み合わせるこ
とにより、より精密な膜厚制御が可能となる。
As described above, the present invention is characterized in that the film thickness of the metal oxide film is controlled by controlling the concentration of the coating solution, the pulling rate of the substrate and the heat treatment after the film formation. By combining these comprehensively, more precise film thickness control becomes possible.

【0018】[0018]

【実施例】【Example】

○実施例1 2cm×4cmの石英ガラス板2枚を合わせ、片面にコ
ーティングされるようにクリップで保持し、更に内部に
液が侵入しないように端部を接着する。このガラス基板
を、先ず予め調製しておいたチタニアコート液1(チタ
ンイソプロポキシド30g:ノルマルヘキサン50g)
に浸液する。そして、引上げ速度59mm/分で引上
げ、30分間乾燥した後500℃に保持した電気炉に投
入し、10分間保持した後、炉外に取り出し放令する。
これを試料1−1とする。次に試料1−1を、更に予め
調製しておいたシリカコート液(テトラエチルシリケー
ト20g:蒸留水12g:エタノール37.5g)に浸
液し、速度0.98mm/秒で引上げ、500℃に保持
した電気炉に投入して10分間保持する。保持後炉内か
ら取り出し冷却する。得られた試料を試料1−2とす
る。この試料1−2は、石英ガラス上にチタニア薄膜、
更にその上にシリカ薄膜が成膜された2層構造の薄膜を
有する。
Example 1 Two 2 cm × 4 cm quartz glass plates are put together, held by a clip so that one side is coated, and the ends are bonded so that the liquid does not enter inside. This glass substrate was prepared by first preparing a titania coating solution 1 (30 g of titanium isopropoxide: 50 g of normal hexane) prepared in advance.
Immerse in. Then, it is pulled up at a pulling rate of 59 mm / min, dried for 30 minutes, placed in an electric furnace maintained at 500 ° C., held for 10 minutes, and then taken out of the furnace and discharged.
This is designated as Sample 1-1. Next, the sample 1-1 was dipped in a silica coating solution (tetraethyl silicate 20 g: distilled water 12 g: ethanol 37.5 g) prepared in advance, pulled up at a speed of 0.98 mm / sec, and kept at 500 ° C. It is put in the electric furnace and held for 10 minutes. After holding, take out from the furnace and cool. The obtained sample is referred to as sample 1-2. This sample 1-2 is a titania thin film on quartz glass,
Further, it has a two-layer structure thin film having a silica thin film formed thereon.

【0019】また、この試料1−2に前記試料1−1を
得た条件でチタニアコートを施し試料1−3とする。こ
の試料1−3は、(チタニア−シリカ−チタニア)3層
構造である。更に、試料1−3に前記試料1−2と同様
の条件でシリカコートを施し試料1−4とする。この試
料1−4は、(チタニア−シリカ−チタニア−シリカ)
4層構造である。続いて、試料1−4に前記試料1−1
を得た条件でチタニアコートを施し試料1−5とする。
この試料1−5は、(チタニア−シリカ−チタニア−シ
リカ−チタニア)5層構造である。そして更に、前記試
料1−1および1−2の操作を更に1回ずつ繰り返した
試料を1−7とする。この試料1−7は、(チタニア−
シリカ−チタニア−シリカ−チタニア−シリカ−チタニ
ア)7層構造である。このようにして得られた試料1−
1、1−3および1−7の反射率は、表1の通りであっ
た。
Further, a titania coat is applied to the sample 1-2 under the conditions of obtaining the sample 1-1 to obtain a sample 1-3. This sample 1-3 has a (titania-silica-titania) three-layer structure. Further, a silica coat is applied to the sample 1-3 under the same conditions as the sample 1-2 to obtain a sample 1-4. The samples 1-4 are (titania-silica-titania-silica).
It has a four-layer structure. Subsequently, the sample 1-1 is added to the sample 1-1.
A titania coat is applied under the conditions obtained above to obtain Sample 1-5.
This sample 1-5 has a (titania-silica-titania-silica-titania) five-layer structure. Further, a sample obtained by repeating the operations of the samples 1-1 and 1-2 once more is referred to as a sample 1-7. This sample 1-7 is (titania-
(Silica-titania-silica-titania-silica-titania) 7-layer structure. Sample 1 obtained in this way
The reflectances of 1, 1-3 and 1-7 were as shown in Table 1.

【0020】[0020]

【表1】 [Table 1]

【0021】また、前記試料1−1、1−3、1−5お
よび1−7の分光曲線を日立製作所製分光光度計で測定
した結果を、図1(a)〜(d)に示す。図示されるよ
うに、試料1−3で反射ピークが出現し始め、試料1−
5および1−7では540nm付近に大きな反射ピーク
が確認された。このようにして得られた多層膜は、He
−Neレーザの波長である543nmの反射膜として好
適である。このように、各層の形成毎に加熱処理を行っ
て膜厚を制御して作成することにより、所望の波長を選
択的に反射する多層膜を得ることができる。
The results of measuring the spectroscopic curves of Samples 1-1, 1-3, 1-5 and 1-7 with a spectrophotometer manufactured by Hitachi Ltd. are shown in FIGS. 1 (a) to 1 (d). As shown in the figure, a reflection peak starts to appear in Sample 1-3, and Sample 1-
In 5 and 1-7, a large reflection peak was confirmed around 540 nm. The multi-layer film thus obtained is He
It is suitable as a reflective film having a wavelength of 543 nm of the -Ne laser. In this way, a multilayer film that selectively reflects a desired wavelength can be obtained by performing the heat treatment each time each layer is formed and controlling the film thickness to form it.

【0022】○実施例2 実施例1のチタンコート溶液1に代えて、(チタンイソ
プロポキシド27g:ノルマルヘキサン50g)からな
るチタンコート溶液2、更にシリカコート溶液1を(テ
トラエチルシリケート25g:蒸留水12g:エタノー
ル37.5g)からなるシリカコート溶液2とし、実施
例1と同様の引き上げ方法並びに加熱処理を行い多層膜
を作成した。チタニア単層(試料2−1)、(チタニア
−シリカ−チタニア)3層膜(試料2−3)並びに(チ
タニア−シリカ−チタニア−シリカ−チタニア)5層膜
(試料2−5)の反射率は、表2の通りであった。
Example 2 Instead of the titanium coating solution 1 of Example 1, a titanium coating solution 2 composed of (titanium isopropoxide 27 g: normal hexane 50 g) and a silica coating solution 1 (tetraethyl silicate 25 g: distilled water) were used. A silica coating solution 2 consisting of 12 g: ethanol 37.5 g) was used, and the same pulling method and heat treatment as in Example 1 were performed to form a multilayer film. Reflectance of titania single layer (Sample 2-1), (titania-silica-titania) 3-layer film (Sample 2-3) and (titania-silica-titania-silica-titania) 5-layer film (Sample 2-5) Was as shown in Table 2.

【0023】[0023]

【表2】 [Table 2]

【0024】また、試料2−1、2−3、3−5および
2−7の分光曲線を、図2(a)〜(d)に示す。実施
例1と同様に、試料2−3で反射ピークが出現し始め、
試料1−5および1−7では600nm付近に大きな反
射ピークが確認された。これにより、各コーティング溶
液の濃度の違いにより、膜厚が変化することが判明し
た。
The spectral curves of Samples 2-1, 2-3, 3-5 and 2-7 are shown in FIGS. 2 (a)-(d). As in Example 1, a reflection peak began to appear in Sample 2-3,
In Samples 1-5 and 1-7, a large reflection peak was confirmed near 600 nm. As a result, it was found that the film thickness changes depending on the difference in the concentration of each coating solution.

【0025】○ 実施例3 実施例2と同じ条件で作成した試料を、更に電気炉中で
800℃で1時間熱処理を行い、炉外で放冷した。この
熱処理による薄膜の収縮により、表3並びに図3に示さ
れるように、反射ピークを540nmまで変化させるこ
とができた。
Example 3 A sample prepared under the same conditions as in Example 2 was further heat-treated in an electric furnace at 800 ° C. for 1 hour and allowed to cool outside the furnace. Due to the shrinkage of the thin film due to this heat treatment, the reflection peak could be changed up to 540 nm as shown in Table 3 and FIG.

【0026】[0026]

【表3】 [Table 3]

【0027】○ 実施例4 石英ガラス基板上に酸化チタンの薄膜を形成する際に、
コーティング溶液の濃度を表4の如く変化させて成膜
し、光学膜厚の変化を調べた。同表においてTPTはコ
ーティング溶液中のテトライソプロポキシチタネートの
量であり、nHxはノルマルヘキサンの量である。
Example 4 When forming a titanium oxide thin film on a quartz glass substrate,
The concentration of the coating solution was changed as shown in Table 4 to form a film, and the change in optical film thickness was examined. In the table, TPT is the amount of tetraisopropoxy titanate in the coating solution and nHx is the amount of normal hexane.

【0028】[0028]

【表4】 [Table 4]

【0029】目標の光学膜厚を4分の1波長600nm
とし、各溶液に基板を浸漬して1.33mm/秒の一定
速度で引き上げ、500℃で10分間加熱処理を行い、
放冷後分光曲線から反射ピークを求めた。試料4−5ま
では反射ピークは見られず、試料4−6で440nmに
反射ピークが出現し始め、試料4−7で目標とする反射
ピークである600nmに反射ピークが現れた。このこ
とから、コーティング溶液の濃度により、光学膜厚の調
製が可能であることがわかる。
The target optical film thickness is set to a quarter wavelength of 600 nm.
The substrate is immersed in each solution, pulled up at a constant rate of 1.33 mm / sec, and heat-treated at 500 ° C. for 10 minutes,
After cooling, the reflection peak was obtained from the spectral curve. No reflection peak was observed up to Sample 4-5, a reflection peak began to appear at 440 nm in Sample 4-6, and a reflection peak appeared at 600 nm which is the target reflection peak in Sample 4-7. From this, it is understood that the optical film thickness can be adjusted depending on the concentration of the coating solution.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属アルコキシドコーティング溶液の濃度を基板引上げ
の全期間にわたり一定に維持し、また基板引上げ速度を
調製し、更にコーティング溶液の塗膜を乾燥した後の加
熱処理により膜の収縮を行うことにより金属酸化物膜の
膜厚の微調整が可能となり、目的とする光学特性を有す
る膜を精度よく、しかも効率的に作成することができ
る。また、ディップコーティング法を用いたことによ
り、装置を大型化することなく大面積の基板に対応で
き、特に建築物用ガラスや太陽電池などに適した大面積
の光遮蔽板を容易に作成できる。
As described above, according to the present invention,
By keeping the concentration of the metal alkoxide coating solution constant over the entire period of pulling up the substrate, adjusting the substrate pulling rate, and further shrinking the film by heat treatment after drying the coating film of the coating solution. The film thickness of the film can be finely adjusted, and the film having the desired optical characteristics can be formed accurately and efficiently. Further, by using the dip coating method, it is possible to cope with a large-area substrate without increasing the size of the device, and it is possible to easily produce a large-area light-shielding plate particularly suitable for glass for buildings, solar cells, and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例1において作成された金属酸化物膜の
分光曲線を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a spectral curve of a metal oxide film prepared in Example 1.

【図2】 実施例2において作成された金属酸化物膜の
分光曲線を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a spectral curve of a metal oxide film prepared in Example 2.

【図3】 実施例2において作成された試料2−7の加
熱処理後の分光曲線を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a spectral curve after heat treatment of Sample 2-7 prepared in Example 2.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新子 貴史 東京都三鷹市下連雀8丁目10番16号 日鉄 鉱業株式会社内 (72)発明者 岸本 章 宮城県仙台市太白区桜木町21−20−202 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Shinko 8-10-16 Shimorenjaku, Mitaka City, Tokyo Nittetsu Mining Co., Ltd. −202

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属アルコキシドを原料としてディップ
コーティング法により形成される金属酸化物膜であっ
て、前記金属酸化物膜の膜厚が成膜後の熱処理により制
御されることを特徴とする金属酸化物膜。
1. A metal oxide film formed by a dip coating method using a metal alkoxide as a raw material, wherein the film thickness of the metal oxide film is controlled by heat treatment after film formation. Physical film.
【請求項2】 金属アルコキシドを原料としてディップ
コーティング法により形成される金属酸化物膜であっ
て、前記金属酸化物膜の膜厚が金属アルコキシド溶液の
濃度により制御されることを特徴とする金属酸化物膜。
2. A metal oxide film formed by a dip coating method using a metal alkoxide as a raw material, wherein the film thickness of the metal oxide film is controlled by the concentration of the metal alkoxide solution. Physical film.
【請求項3】 前記金属酸化物膜は、高屈折率物質およ
び低屈折率物質からなる薄膜を交互に積層してなる多層
膜であることを特徴とする請求項1または2記載の金属
酸化膜。
3. The metal oxide film according to claim 1, wherein the metal oxide film is a multilayer film in which thin films made of a high refractive index substance and a low refractive index substance are alternately laminated. .
【請求項4】 基板を金属アルコキシド溶液中に浸漬し
て引き上げ、基板表面の金属アルコキシドを加水分解に
よりゲル化し、更に溶媒を除去して金属酸化物膜を成膜
した後、前記金属酸化物膜を加熱収縮させることにより
その膜厚を制御することを特徴とする金属酸化物膜の製
造方法。
4. The substrate is immersed in a metal alkoxide solution and pulled up, the metal alkoxide on the surface of the substrate is hydrolyzed to gel, and the solvent is removed to form a metal oxide film. A method for producing a metal oxide film, comprising controlling the film thickness by heating and shrinking the film.
【請求項5】 基板を金属アルコキシド溶液中に浸漬し
て引き上げ、基板表面の金属アルコキシドを加水分解に
よりゲル化し、更に溶媒を除去して金属酸化物膜を成膜
する方法であって、前記金属酸化物膜の膜厚を前記金属
アルコキシド溶液の濃度により制御することを特徴とす
る金属酸化物膜の製造方法。
5. A method for forming a metal oxide film by immersing a substrate in a metal alkoxide solution and pulling it up to hydrolyze the metal alkoxide on the surface of the substrate and further removing the solvent to form a metal oxide film. A method for producing a metal oxide film, wherein the film thickness of the oxide film is controlled by the concentration of the metal alkoxide solution.
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