WO2012141311A1 - 反射防止性ガラス基体 - Google Patents

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WO2012141311A1
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glass
sio
area
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直樹 岡畑
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旭硝子株式会社
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    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/22Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with other inorganic material
    • C03C17/23Oxides
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/10Optical coatings produced by application to, or surface treatment of, optical elements
    • G02B1/11Anti-reflection coatings
    • G02B1/118Anti-reflection coatings having sub-optical wavelength surface structures designed to provide an enhanced transmittance, e.g. moth-eye structures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00Glasses, glazes or enamels with special properties
    • C03C2204/08Glass having a rough surface

Definitions

  • the present invention relates to an antireflection glass substrate having a layer having an uneven glass portion and a layer having a refractive index lower than that of glass (hereinafter also referred to as “low refractive index layer”).
  • an antireflection film may be formed on the surface of the glass substrate.
  • a fluoride film such as MgF 2 is formed on the surface by a method such as dry coating such as vapor deposition or sputtering, or wet coating such as coating or spin coating.
  • An antireflection film made of a hollow SiO 2 film has been formed.
  • Patent Documents 1 to 3 There is known a method of forming an antireflection film by bringing an agent into contact with each other to form a porous structure on the glass surface (hereinafter also referred to as “etching”) (Patent Documents 1 to 3).
  • fluorinating agent fluorine alone (F 2 ) or fluorine capable of forming a bond between a fluorine atom and a metal atom by cutting a bond between an oxygen atom and a metal atom in the glass skeleton.
  • fluorine alone F 2
  • Compounds such as hydrogen fluoride (HF), silicon tetrafluoride, phosphorus pentafluoride, phosphorus trifluoride, boron trifluoride, nitrogen trifluoride, chlorine trifluoride are mentioned, among others It is described that fluorine alone is most preferable because it has high reactivity and can shorten the reaction time.
  • the concentration of the fluorinating agent it is described that if the concentration is too low, the reaction rate becomes slow and the treatment time becomes long, and if the concentration is too high, the reaction becomes fast and the control of the reaction becomes difficult. It is described that the fluorine atom concentration on the glass surface can be increased by increasing the temperature of the fluorinating agent and / or increasing the pressure. Specifically, in forming the porous structure, When fluorine alone is used as the fluorinating agent and the F 2 concentration is 20 mol%, the surface treatment is performed at 20 to 80 ° C. for 1 to 8 hours, and when the F 2 concentration is 2 mol%, 550 Surface treatment is performed at ⁇ 600 ° C. for 15 minutes.
  • Patent Document 2 discloses that by controlling the hydrogen fluoride concentration on the glass surface to 1 mol% or less, the surface of the glass is adhered at low cost without causing deterioration of surface characteristics due to excessive etching action. In order to control the above-mentioned hydrogen fluoride concentration to 1 mol% or less, it is described that hydrogen fluoride is not used as a fluorinating agent. In Patent Document 3, surface treatment is performed on a glass substrate at 10 ° C. to 60 ° C. using a gas containing hydrogen fluoride and water.
  • the power generation layer used in the thin film silicon solar cell has a wavelength dependency that light in a specific wavelength region increases the power generation efficiency,
  • the amorphous silicon layer efficiently absorbs 400 to 700 nm of sunlight, it has been desired to realize an antireflection glass substrate with improved transmittance in this wavelength region.
  • the present invention has the following configuration.
  • At least one surface of the glass substrate has a plurality of projections and depressions, and the glass portion on the surface has a projection and depression, and after the plurality of projections and depressions are approximated by two-dimensional Fourier transform,
  • the size of the convex part When the size indicating the maximum frequency is Rp, the size Rp of the convex portion is 37 nm or more and 200 nm or less,
  • the inclination angle ⁇ p indicating the maximum frequency in the frequency distribution of the inclination angle ⁇ of the convex part is 20 ° or more and 75 ° or less,
  • the relative specific surface area of the specific surface area measured by the BET adsorption method using krypton gas is 1.1 or more.
  • a glass substrate having an antireflection property of at least 1.0% over a wide wavelength range of 400 to 1100 nm with respect to the uneven surface can be obtained. Further, the transmittance in the wavelength range of 400 to 700 nm can be improved by 1.0% or more, and it can be expected that the power generation efficiency in the amorphous silicon layer in the thin film silicon solar cell is greatly improved.
  • the inventor has found that “the recess is deep”, that is, the length R of the projection is not less than 37 nm and not more than 200 nm, and the inclination angle ⁇ of the projection is It has been found that the antireflection effect increases when the angle is 20 ° or more and 75 ° or less.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus used in the example.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the irregular shape definition.
  • FIG. 3 is an AFM image of the glass substrate obtained in Example 1.
  • 4 is a secondary electron image of a cross-sectional SEM image of the glass substrate obtained in Example 1.
  • FIG. 5 is a diagram obtained by tracing the concavo-convex cross-sectional shape of the electronic image obtained in FIG.
  • the glass substrate used in the present invention is not necessarily flat and plate-like, and may be curved or irregular, for example, a glass substrate called a template having a surface formed with a molding roller surface pattern during glass molding.
  • a transparent glass plate made of colorless and transparent soda lime silicate glass, aluminosilicate glass, borate glass, lithium aluminosilicate glass, quartz glass, borosilicate glass substrate, alkali-free glass substrate, and other various glasses. Can do.
  • the glass substrate when used for a solar cell substrate, the glass substrate preferably has a thickness of 0.2 to 6.0 mm. In this range, the glass substrate has high strength and high transmittance.
  • the substrate preferably has a high transmittance in the wavelength region of 350 to 800 nm, for example, a transmittance of 80% or more. Moreover, it is desirable that it is sufficiently insulating and has high chemical and physical durability.
  • a porous structure is formed on the surface of the glass substrate, and the refractive index of the glass substrate surface is lower than the refractive index of bulk glass. Can be formed.
  • the refractive index (mixed refractive index) of two materials composed of a convex portion made of a glass material and air that occupies the space of the concave portion, It must be lower than the refractive index of the glass.
  • FIG. 1 A schematic diagram of the concavo-convex structure is illustrated in FIG.
  • the concavo-convex structure refers to a structure having a plurality of concavo-convex portions including a plurality of concave portions and convex portions.
  • the “depth of the concave portion” can be measured from a cross-sectional SEM image or the like, but in the present invention, the length Rp of one side of the bottom surface when the convex portion is approximated to a regular quadrangular pyramid, , The inclination angle ⁇ p when the convex part is approximated as an isosceles triangle is obtained.
  • the length R of one side represents the size of the convex portion, in other words, the width of the concave portion entrance, and the convex portion size R approximated as described above is convex to indicate the maximum frequency in the frequency distribution.
  • the size of the part was Rp.
  • the length Rp of one side of the convex part is preferably 37 nm or more and 200 nm or less.
  • the concavo-convex structure becomes very fine and the concave portion becomes shallow, so that it is difficult to obtain a sufficient antireflection effect. If it is larger than 200 nm, the concavo-convex structure becomes very large and the concave portion is very large. Since it becomes deep, it is very weak to external force and sufficient wear resistance cannot be obtained. More preferably, they are 37 nm or more and 180 nm or less, More preferably, they are 40 nm or more and 150 nm or less. Even more preferably, it is 60 nm or more and 130 nm or less.
  • the inclination angle ⁇ p indicates the height of the convex portion together with Rp, in other words, the depth of the concave portion, and means the inclination angle ⁇ indicating the maximum frequency in the frequency distribution of the inclination angle ⁇ .
  • the inclination angle ⁇ p is preferably 20 ° or more and 75 ° or less. When the angle is less than 20 °, the concavo-convex structure has a gentle inclination and the concave portion becomes shallow, so that it is difficult to obtain a sufficient antireflection effect. When the angle is greater than 75 °, the concavo-convex structure has a very steep inclination. Therefore, it is weak against external force and sufficient wear resistance cannot be obtained.
  • a more preferable range of ⁇ p is 20 ° or more and 70 ° or less, and more preferably 25 ° or more and 70 ° or less.
  • the absolute value of the difference between ⁇ p and ⁇ 50 ( ⁇ p ⁇ 50 ) when the value ⁇ 50 indicating 50% in the cumulative frequency distribution of the inclination angle ⁇ is preferably 30 ° or less.
  • ( ⁇ p ⁇ 50 ) exceeds 30 °, the height of the convex portion of the concavo-convex structure and the depth of the concave portion are not uniform, and the in-plane uniformity of the antireflection effect of the glass substrate having the concavo-convex structure is deteriorated. Therefore, it is not preferable.
  • the absolute value of ( ⁇ p ⁇ 50 ) is more preferably 20 ° or less. More preferably, it is 13 ° or less.
  • FIG. 3 Means a state where a plurality of irregularities exist.
  • the surface roughness (Ra) defined in JIS B 0601 (1994) in the surface shape observed by AFM is preferably 2 nm or more and 100 nm or less. . If it is less than 2 nm, the antireflection effect is not sufficient, and if it exceeds 100 nm, the irregularities on the surface of the glass substrate become severe, and the wear resistance is greatly reduced.
  • Ra is preferably 2 nm or more and 70 nm or less, and more preferably 2 to 50 nm.
  • the PV (maximum height difference) in the surface shape observed by AFM is preferably 35 nm or more and 400 nm or less, more preferably 35 to 350 nm, and further preferably 35 to 200 nm. Note that PV (maximum height difference) is the same as Rz defined in JIS B 0601 (2001).
  • the S-ratio area ratio obtained by dividing the area including irregularities by the observation area in the surface shape observed by AFM is preferably 1.1 or more and 3.0 or less.
  • the area increase rate with respect to the original glass substrate is less than 10%, and it cannot be said that the uneven structure is sufficiently formed. Further, if it exceeds 3.0, the antireflection effect is sufficient, but the size R of the convex portion of the concavo-convex structure is very small, the inclination angle ⁇ is very large, and the glass substrate is compared with metal or the like. Therefore, the wear resistance on the surface is very small, which is not preferable.
  • the S-ratio is more preferably 1.1 or more and 2.7 or less, and further preferably 1.1 or more and 2.5 or less.
  • the relative specific surface area of the specific surface area measured by the specific surface area measurement method is preferably 1.1 or more and 5.0 or less, More preferably, it is 1.1 or more and 3.0 or less.
  • the value t (nm) obtained from the sectional electron micrograph of the depth of the concavo-convex structure of the glass substrate having the concavo-convex structure is preferably 30 nm or more and 400 nm.
  • the depth t is an average value of values measured at arbitrary three points on a cross-sectional electron micrograph taken at a magnification of 100,000. It is more preferably 30 to 350 nm, and further preferably 30 to 300 nm.
  • the shape of the concave portion is widened inside the concave portion, so that the antireflection effect is increased.
  • “Expanding inside the concave portion” means that when a normal line perpendicular to the glass surface is drawn from the glass / air interface on the glass surface having irregularities, one or more normal lines other than the air layer on the upper surface of the glass substrate The air layer is provided closer to the glass substrate than the untreated glass substrate surface.
  • the cross-sectional shape obtained by tracing the uneven shape of the cross-sectional SEM image obtained by observing the glass substrate at a magnification of 100,000 times see FIG. 5
  • the shape in which the normal line k passes through one or more air layers m in addition to the air layer on the upper surface of the glass substrate is unprocessed by HF treatment (described later). It means that it has a shape having one or more air layers partitioned by the normal line k on the glass substrate side relative to the untreated glass substrate surface.
  • the untreated glass substrate surface s indicates the surface position of the glass before being subjected to the concavo-convex treatment (etching).
  • etching concavo-convex treatment
  • the back surface of the plate-like body and the untreated glass substrate surface s are parallel to create an uneven structure in which one surface of the plate-like body is processed to be uneven.
  • a normal line perpendicular to the back surface of the plate-like body may be drawn.
  • At least one surface of the glass substrate has a normal line k passing through one or more air layers on the glass substrate side with respect to the untreated glass substrate surface in the width direction in addition to the air layer on the upper surface of the glass substrate.
  • a concavo-convex structure having one or more, preferably three or more in the range of 1000 nm, an excellent antireflection effect can be obtained.
  • the glass / air interface is drawn so that the areas of peaks and valleys formed by lines connecting adjacent convex portions in the cross-sectional shape obtained by tracing a cross-sectional SEM image are the same area. Means the position of the straight line.
  • the glass surface before etching is a different surface, but the glass surface s and the glass / air interface are considered to be parallel. For this reason, the plate thickness of the glass before etching is constant, and when etching is performed only on the surface of the glass, it is the same as when the glass back surface is used as a reference.
  • the present invention it is possible to obtain a glass substrate having a high antireflection effect in which the average transmittance from 400 nm to 1100 nm is increased by 1.0% or more, and further by 1.5% or more, compared with an untreated glass substrate. Further, the glass substrate is in a state in which minute irregularities are formed.
  • the glass substrate showing hydrophilicity before the unevenness treatment is made more hydrophilic, and the glass substrate showing water repellency before the unevenness treatment is made more water-repellent. be able to.
  • the glass substrate in the present invention is preferably a glass substrate in which an alkali element, an alkaline earth element, or aluminum is contained in its component, and specific examples include soda lime silicate glass and alumino silicate glass. Zirconium may be contained in the components of the glass substrate.
  • a glass substrate containing an alkali element, an alkaline earth element or aluminum the surface thereof is treated with a fluorinating agent which is a gas or liquid containing a molecule having a fluorine atom in its structure, It is preferable because F tends to remain on the outermost surface layer of the glass and the transmittance of the glass substrate can be increased by taking advantage of the low refractive index that is characteristic of fluoride.
  • Alkali elements, alkaline earth elements, and Al are known to form compounds with F.
  • the compound of these elements and F has a refractive index (n 1 ) lower than that of glass, and when formed on the glass substrate surface, an intermediate refractive index between the refractive index (n 2 ) of the glass substrate and the refractive index of air (n 0 ). It becomes the film which has. That is, n 0 ⁇ n 1 ⁇ n 2 .
  • the glass substrate, coating with fluorine compound, and air are arranged in this order, resulting in low reflectance.
  • the transmittance of a glass substrate treated with a gas or liquid containing molecules in which fluorine atoms are present in the structure is untreated. Since the transmittance is higher than that of the glass substrate, it is suitable as the glass substrate of the present invention.
  • the glass substrate provided with the low refractive index layer preferably has a surface atom number concentration ratio F / Si of 0.05 or more.
  • the atomic number concentration on the surface refers to the concentration in the range from the glass surface to 5 nm.
  • fluorides are known to have many low refractive index compounds. Examples thereof include crystalline compounds such as NaF, KF, MgF 2 , and CaF 2 . There are also amorphous compounds having the same composition as NaF, KF, MgF 2 , CaF 2 and the like. Further, there are crystalline compounds and amorphous compounds containing two or more elements and F as typified by Na 3 AlF 6 , but are not limited thereto.
  • F / Si is less than 0.05, the low refractive index layer is not sufficiently formed, and as a result, a sufficient antireflection effect cannot be obtained.
  • a more preferable range of F / Si is 0.1 or more, and further preferably 0.15 or more.
  • the low refractive index layer of the present invention can be formed by surface-treating a high-temperature glass surface with a fluorinating agent.
  • This fluorinating agent contains a fluorine atom as part of its chemical structure and forms a bond between a fluorine atom and a metal atom by cutting the bond between an oxygen atom and a metal atom in the oxide glass skeleton.
  • a fluorine atom as a result of decomposition by heat or the like for example, as a part of its chemical structure, and breaks the bond between the oxygen atom and the metal atom in the skeleton of the glass substrate, It is a substance that can form a bond with.
  • fluorinating agent examples include fluorine compounds capable of forming a bond between a fluorine atom and a metal atom by cutting a bond between an oxygen atom and a metal atom in the skeleton of the glass substrate.
  • fluorine alone F 2
  • hydrogen fluoride HF
  • hydrofluoric acid trifluoroacetic acid
  • silicon tetrafluoride SiF 4
  • PF 5 phosphorus pentafluoride
  • phosphorus trifluoride examples thereof include (PF 3 ), boron trifluoride (BF 3 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), and chlorine trifluoride (ClF 3 ), but are not limited to these gases or liquids.
  • the liquid When using a liquid, the liquid may be supplied to the glass substrate surface by a surface treatment method such as spray coating, or may be supplied to the glass substrate surface after vaporizing the liquid. Moreover, you may dilute with other liquids, such as water, and gases, such as nitrogen, as needed.
  • fluorinating agents may be used alone or in a mixture of two or more.
  • hydrogen fluoride and hydrofluoric acid are preferable because of their high reactivity with the glass substrate surface.
  • hydrogen fluoride is preferable because it can be processed in a short time on glass conveyed at a high speed and productivity is very high.
  • the fluorine compound used in the present invention may contain a liquid or gas other than those liquids or gases, and is preferably a liquid or gas that does not react with the fluorine compound at room temperature.
  • a liquid or gas that does not react with the fluorine compound at room temperature.
  • examples thereof include N 2 , air, H 2 , O 2 , Ne, Xe, CO 2 , Ar, He, and Kr, but are not limited to these.
  • 2 or more types of these gases can also be mixed and used. It is preferable to use an inert gas such as N 2 or argon as the carrier of the fluorine compound and those diluted.
  • SO 2 may be mixed in the fluorine compound used in the present invention.
  • SO 2 is used when a glass substrate is continuously produced by a float process or the like, and has a function of preventing wrinkles from being generated on the glass due to the conveyance roller coming into contact with the glass substrate in the slow cooling region.
  • disassembled at high temperature may be included.
  • water vapor or water may be mixed with the fluorine compound.
  • the molar ratio of HF to water is preferably 10 or less.
  • [water] / [HF] exceeds 10
  • the amount of HF acting on the glass is very small.
  • the increase in average transmittance from 400 nm to 1100 nm compared with the untreated glass substrate is 1.0. %.
  • [Water] / [HF] is more preferably 5 or less from the viewpoint that HF acting on the glass substrate does not decrease.
  • the method of spraying on glass in the state of the gas containing HF gas is more preferable.
  • a method of spraying the glass in a gas state containing HF gas from a gas spraying device called an injector used in the CVD film forming method is preferable because the in-plane distribution of the processing surface is easily made uniform.
  • the glass substrate temperature is preferably 400 ° C. or higher. Since the upper limit of the glass substrate temperature varies with the glass transition temperature (Tg) of the glass substrate, Tg + 60 ° C. is preferable. A more preferable value of the upper limit is Tg + 40 ° C.
  • F / Si continuously decreases as it goes from the glass surface to the inside in the depth direction.
  • the presence of fluorine atoms only on the outermost surface of the glass substrate makes it possible to form a low refractive index layer. It is distributed in the bulk thickness direction, and the low-refractive-index layer becomes thicker because the layer whose refractive index is continuously changed becomes thicker, so it is more reflective than the presence of fluorine atoms only on the glass substrate surface. This is preferable because the prevention effect is increased.
  • F / Si continuously decreases when the numerical value obtained by normalizing the F atom number concentration at each depth obtained by the composition analysis in the depth direction of XPS with the Si atom concentration at the depth is Y
  • Y decreases monotonously as the numerical value of the X axis increases.
  • the glass substrate of the present invention itself has sufficient wear resistance and weather resistance, its surface has a porous structure, so if the layer thickness of the porous structure is too thick, the wear resistance is slightly reduced.
  • a film containing SiO 2 as a main component.
  • the film mainly composed of SiO 2 may be a film made of only an oxide, or may contain other compounds such as nitride, fluoride, and sulfide.
  • Oxide film, Na, Mg, Ca, Ti , Al, Sn, etc. containing Zr, are known various film, any if SiO 2 is a main component element mainly containing SiO 2 And may be combined.
  • an oxide film combined with two or more elements other than Si may be used.
  • a film in which a small amount of a lanthanoid element or an actinoid element is doped may be used.
  • a film made of any compound other than SiO 2 may be selected, but SiO 2 has a refractive index of glass substrate. This is preferable because the antireflection effect can be maintained.
  • the obtained SiO 2 film only needs to contain 50% by mass or more of SiO 2 , and in the case of a mixture or compound oxide with a compound having a high refractive index, the refractive index of the formed layer becomes high, and the concavo-convex structure or fluorine Since the antireflection effect obtained by introducing atoms is impaired, the content is preferably 70% by mass or more. Containing 50% by mass or more of this SiO 2 is called SiO 2 as a main component. Further, the formed film may be continuous or discontinuous. It is preferable to coat the uneven glass substrate surface with a film composed mainly of SiO 2 in terms of improving the wear resistance of the uneven glass substrate.
  • the surface of the concavo-convex glass substrate has a concave portion and a convex portion, and the ratio of the concave portion and the convex portion is distributed about 50% in the concave-convex structure. Even if the glass substrate is such that the concavo-convex structure is somewhat deformed by covering at least the convex portions with a dense film mainly composed of dense SiO 2 , that is, covering the surface of the glass approximately 50%. Since a dense and hard layer can be formed on the surface, it is possible to improve the wear resistance of the uneven glass substrate. More preferably, it is preferable to cover 70% or more of the uneven glass substrate surface.
  • the concave portion of the concavo-convex structure is covered with a film mainly composed of SiO 2 in terms of improving the weather resistance of the concavo-convex glass substrate.
  • a film mainly composed of SiO 2 in terms of improving the weather resistance of the concavo-convex glass substrate.
  • the surface composition changes due to the influence of chlorine atoms in the salt water, that is, the glass substrate deteriorates, but the inside of the recess is completely covered with a film containing SiO 2 as the main component.
  • SiO 2 portion of the film composed mainly of SiO 2 may be formed by a CVD method, or a liquid capable of forming a SiO 2, by over-coated on a glass substrate having an uneven structure Although it may be formed, it is not limited to these methods.
  • SiH 4 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , SiH 3 Cl, SiCl 4 , SiBr 4 , SiI 4 , SiF 4 , Si (OC 2 H 5 ) 2 or the like is used as the Si source. be able to.
  • oxidizing agent O 2 , O 3 , NO, NO 2 , N 2 O, CO, CO 2 and the like can be used, but neither the Si source nor the oxidizing agent is limited thereto.
  • Si source alkoxysilanes typified by Si (OC 2 H 5 ) 2 , Si (OCH 3 ) 2 , SiMe 2 Cl 2 , SiPh 2 Cl 2 , SiMe 2 EtCl Examples include chlorosilanes such as siloxane, polysiloxanes having a siloxane bond, various silicone resins, silazane, polysilazane, water glass, etc., but are not limited to any of them, such as oxygen in the air, UV, etc.
  • Coating liquid may be SiO 2 particles contained therein, and the hollow particles SiO 2 particles which have become cavity within the particles, and solid particles of all particle component is SiO 2, they optionally You may mix by ratio.
  • a film in which SiO 2 particles are contained in a liquid that forms TiO 2 after coating, and SiO 2 particles are dispersed in TiO 2 by heat treatment and light treatment after coating may be used.
  • a film mainly composed of SiO 2 may be formed only in the recesses in the concavo-convex structure to form a glass substrate having a very small surface unevenness as a whole and having a smooth plane similar to the original glass substrate.
  • the film thickness of the film mainly composed of SiO 2 is not particularly limited, but is preferably 100 nm or less. When the thickness is 100 nm or less, excellent mechanical strength and weather resistance can be achieved without adversely affecting the antireflection effect.
  • Example 1 A gas containing hydrogen fluoride was brought into contact with the surface of the glass substrate using the double-flow injector 10 used in the atmospheric pressure CVD method as shown in the schematic diagram of FIG. 1 (hereinafter, simply referred to as “HF treatment”). Call). That is, from the central slit 1 shown in FIG. 1, a gas in which HF 0.56 SLM (liters of gas in a standard state and liter per minute) and nitrogen 9 SLM are mixed is heated to 150 ° C., and the flow rate is 64 cm / s. 2 was heated to 150 ° C. and sprayed toward the glass substrate to obtain a glass substrate having a concavo-convex structure.
  • HF treatment a gas in which HF 0.56 SLM (liters of gas in a standard state and liter per minute) and nitrogen 9 SLM are mixed is heated to 150 ° C., and the flow rate is 64 cm / s. 2 was heated to 150 ° C. and sprayed toward the glass substrate to obtain a glass substrate having a
  • the gas flows on the substrate 20 through the flow path 4, and the exhaust slit 5 blows and exhausts twice the gas flow rate.
  • a hot-wire anemometer manufactured by Kanomax Co., Ltd., Kurimo Master 6543 was used for measurement of gas temperature and flow velocity.
  • Asa glass glass soda lime glass (thickness 1.8 mm, Tg: 560 ° C.) was used as the glass substrate.
  • the glass substrate is heated to 600 ° C. and the speed is 2 m / min. It was conveyed by.
  • the temperature of the glass substrate was measured by installing a radiation thermometer immediately before blowing the gas.
  • the etching time was as short as about 5 seconds.
  • the glass substrate obtained as described above was subjected to ultrasonic cleaning with pure water for 5 minutes, and then the transmittance, AFM physical properties, weather resistance and abrasion resistance were measured as follows. These results are shown in Tables 2 and 3.
  • Spectrophotometer manufactured by Shimadzu Corporation, model number UV-3100PC
  • Light was incident from the treated surface and measured as an integrating sphere transmittance.
  • the increase in transmittance relative to the untreated glass was obtained as the antireflection effect of the glass substrate, and the average value in each wavelength range of 400 to 1100 nm and 400 to 700 nm was obtained.
  • FIG. 2a A schematic diagram of the irregularities on the glass surface is shown in FIG. 2a.
  • the AFM image is subjected to two-dimensional Fourier transform image processing on the unevenness and the uneven structure is approximated as a regular quadrangular pyramid (FIGS. 2b and 2c)
  • the length of one side of the base is set to the size R of the unevenness.
  • the magnitude indicating the maximum frequency is Rp.
  • the frequency distribution after image processing has a large variation and is unsuitable for data analysis. Therefore, the frequency at a certain size R was calculated by averaging the frequencies at a total of nine points including the four points before and after that.
  • the frequency distribution graph of size R is smoothed, and data analysis can be easily performed.
  • the two-dimensional Fourier transform is generally expressed by an equation such as Equation 1.
  • the Fourier transform is generally a process of replacing the time space with the frequency space.
  • the frequency component ratio contained in the AFM image signal is reduced. can get.
  • ⁇ p inclination angle of convex portion>
  • a schematic diagram of a glass substrate having a concavo-convex structure is shown in FIG. 2.
  • the frequency distribution of the inclination angle ⁇ is 2 degrees.
  • the inclination angle indicating the maximum frequency in the frequency distribution was set to ⁇ p by adopting an intermediate value of the angle in increments of 2 degrees.
  • ⁇ 50 The average value of the inclination angles before and after the frequency distribution line of the inclination angle ⁇ passed through the cumulative frequency of 50% was used.
  • the cumulative frequency distribution curve passes through the cumulative frequency 50% between the angular distribution 28-30 ° and the angular distribution 30-32 ° (assuming that the angular distribution 28-30 ° is 47% and the angular distribution 30-32). ° is 51%) cases, theta 50 becomes 30 °.
  • ⁇ T Thickness of the concavo-convex structure> The film thickness of the concavo-convex structure portion calculated as a three-point average using the distance measurement function of the cross-sectional SEM image is shown.
  • XPS X-ray photoelectron spectrometer
  • a monochromatic AlK ⁇ ray was used as an X-ray source at 25 W
  • a photoelectron detection area was 100 ⁇ m ⁇
  • a photoelectron detection angle was 45 degrees
  • a pass energy was 224 eV
  • Ar ions were used as sputter ions.
  • Each atomic concentration profile was obtained from the peak intensity of each element detected by XPS analysis and normalized by the Si concentration. The depth from the surface was calculated from the value measured by the following method.
  • ⁇ Weather resistance> 5% by mass of saline was sprayed on the surface of the treated surface for 2 hours, and then left in a furnace at 60 ° C. and 95% RH for 7 days. This was repeated as 4 cycles, and then washed with pure water, and the transmittance was measured. Compared with the transmittance before the test, the decrease in average transmittance in the wavelength range of 400 to 700 nm was defined as weather resistance. Since the weather resistance indicates the degree of deterioration, it basically takes a negative numerical value. The larger the numerical value, the stronger the weather resistance, and the smaller the numerical value, the smaller the weather resistance.
  • ⁇ Abrasion resistance> A felt (10.3 mm ⁇ 15 mm ⁇ 49 mm) was placed so that the 10.3 mm ⁇ 49 mm surface was in contact with the glass substrate, and a load of 1 kg was applied and reciprocated on the substrate at a speed of 10 cm / s.
  • the transmittance after 100 reciprocations was measured, and the decrease in average transmittance in the wavelength range of 400 to 700 nm was defined as wear resistance compared to the transmittance before abrasion. Since the wear resistance indicates the degree of deterioration, the wear resistance basically takes a negative value. The larger the value, the stronger the wear resistance, and the smaller the value, the smaller the wear resistance.
  • the antireflective glass substrate prepared in Example 1 was cleaved perpendicular to the glass / air interface, and a cross-sectional SEM image was observed using a Hitachi ultra-high resolution analytical scanning electron microscope (SU-70).
  • An osmium coater (NL-OPC60N: manufactured by Nippon Laser and Electronic Lab) was used for the cross section to prepare a glass substrate on which 5 nm of metal osmium was formed.
  • a secondary electron image was obtained by setting WD to 3 mm and accelerating voltage to 3.0 kV. The obtained image is shown in FIG.
  • the concavo-convex shape of the cross-sectional portion in the obtained secondary electron image was copied on a separate sheet, and the outer contour of the concavo-convex shape (curved surface with the concavo-convex surface in contact with glass air) was obtained as the cross-sectional shape.
  • the resulting shape is shown in FIG.
  • the glass surface is cut out in the parallel direction with a viewing width of 1000 nm with respect to the cross-sectional shape, and a line (normal line k) perpendicular to the original glass / air interface before etching is drawn, the line is a glass substrate.
  • a place where a line passing through one or more air layers m can be drawn was measured. However, if another line can be drawn within 25 nm on the left and right of the drawn line, it is regarded as one line.
  • the number of normals that could be measured as described above was 7.
  • Example 2 A glass substrate having a concavo-convex structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the glass substrate was changed to 560 ° C. in Example 1.
  • Example 3 A glass substrate having a concavo-convex structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the glass substrate was 400 ° C. in Example 1.
  • Example 4 A glass substrate having a concavo-convex structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the glass substrate was changed to 620 ° C. in Example 1.
  • Example 5 A glass substrate having an uneven structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the HF flow rate was 1.12 SLM in Example 1.
  • Example 1 A glass substrate having a concavo-convex structure was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the glass substrate was changed to 350 ° C. in Example 1.
  • Example 6 On the glass substrate obtained in Example 5, the injector 10 used in the atmospheric pressure CVD method similar to that shown in FIG. 1 was used to bring a gas into contact with the surface of each glass substrate as shown below. That is, from the central slit 1, a gas obtained by mixing 30% SiH 4 in 0.12 SLM and nitrogen (N 2 ) 9.4 SLM is heated to 150 ° C. at a flow rate of 64 cm / s, and oxygen (O 2 ) is supplied from the outer slit 2. 3.6 SLM and nitrogen (N 2 ) 30.5 SLM were blown to obtain a glass substrate in which a film mainly composed of SiO 2 was formed on the concavo-convex portion of the glass substrate having the concavo-convex structure.
  • the gas flows on the substrate 20 through the flow path 4, and the exhaust slit 5 blows and exhausts twice the total gas flow rate.
  • the glass substrate was heated to 525 ° C. and the speed was 2 m / min. It was conveyed by. Note that film composed mainly of SiO 2 is considered to cover about 50% or more of the area of the concavo-convex portion surface of a glass substrate having an uneven structure.
  • Example 7 A glass substrate in which SiO 2 was formed on the glass substrate obtained in Example 1 in the same manner as in Example 6 was obtained.
  • Table 1 shows the processing conditions of Examples and Comparative Examples
  • Tables 2 and 3 show the physical properties of the obtained glass substrates.
  • the specific surface area of the glass substrate before treatment and the glass substrate obtained in Examples 1 and 5 was measured as follows. Table 4 shows the obtained results. It can be seen that the specific surface area measured using krypton gas by the BET adsorption method has been significantly increased by the HF treatment.
  • the surface-treated glass substrate obtained according to the present invention is used for light transmission of glass for building materials, glass for automobiles, glass for displays, optical elements, glass substrates for solar cells, show window glass, optical glass, eyeglass lenses, etc. It is widely used for applications that require high performance, and can be used particularly in the fields of TCO substrates for thin film silicon solar cells, cover glasses for crystalline silicon solar cells, displays and the like.
  • the TCO substrate for thin-film silicon solar cells has been tandemly used in order to efficiently use sunlight.
  • the light in the wavelength range of 400 to 700 nm has a particularly high quantum efficiency in the amorphous silicon layer, and the light in the wavelength range of 600 to 900 nm has a particularly high quantum efficiency in the microcrystalline silicon layer.
  • efficient solar power generation can be performed.
  • the wear resistance of a glass substrate having a roughened (roughened) glass surface is in a range where there is no problem in practical use, but in particular, those with SiO 2 coating have improved wear resistance. Further, from the viewpoint of weather resistance, those with SiO 2 coating have little change, and are particularly excellent when the antireflection glass substrate is used outdoors.

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Abstract

 優れた反射防止性能を有するガラス基体を提供する。 ガラス基体の少なくとも1面が、複数の凹凸を有するガラス基体であって、該凸部の大きさRpが37nm以上200nm以下であり、凸部の傾斜角θの度数分布における最大度数を示す傾斜角θpが20°以上75°以下であり、傾斜角θの累積度数分布において50%を示す値をθ50とした場合の、θpとθ50の差(θp-θ50)の絶対値が30°以下であり、かつ、該凹凸は、表面粗さ(Ra)が2nm以上100nm以下、最大高低差P-Vが35nm以上400nm以下、凹凸を含む面積を観察面積で除した面積比S-ratioが1.1以上3.0以下であるガラス基体。

Description

反射防止性ガラス基体
 本発明は、ガラス部分が凹凸化された、ガラスよりも屈折率の低い層(以下、「低屈折率層」とも称する)を有する反射防止性ガラス基体に関する。
 従来、建材用ガラス、自動車用ガラス、ディスプレイ用ガラス、光学素子、太陽電池用ガラス基体、ショーウィンドウガラス、光学ガラス、メガネレンズなどの光線透過性が要求される用途に用いられるガラス基体において、光線透過率を高めるためにガラス基体の表面に反射防止膜を形成する場合がある。例えば、高透過性のガラス製の部材を得るために、その表面に、蒸着、スパッタなどのドライコーティングや、塗布、スピンコートなどの湿式コーティング等の方法によって、MgF2等のフッ化物の膜や中空状のSiO2膜による反射防止膜を形成することが行われていた。
 しかしながら、ガラス基体と異なる性質の機能膜を成膜するため、ガラス基体と機能膜との密着性が悪く、拭き取り等の操作によって膜が容易に剥離する問題があったため、ガラス基体の表面にフッ素化剤を接触させて、ガラス表面に多孔質構造を形成(以下、「エッチング」とも称する)することで、反射防止膜を形成させる方法が知られている(特許文献1~3)。
 これは、ガラス表面において、フッ素系化合物がガラスの骨格構造であるSiOと反応してSiF(ガス)を生成し、その結果、骨格を失った残りの成分が珪フッ化物となって、表面に多孔質の領域を形成するものと推定される。
 上記特許文献1では、上記フッ素化剤として、フッ素単体(F)、またはガラスの骨格中の酸素原子と金属原子との結合を切断してフッ素原子と金属原子との結合を形成しうるフッ素化合物、例えば、フッ化水素(HF)、四フッ化ケイ素、五フッ化リン、三フッ化リン、三フッ化ホウ素、三フッ化窒素、三フッ化塩素が挙げられており、中でも、そのままでも反応性が高く、反応時間を短縮できるとしてフッ素単体が最も好ましいと記載されている。ここで、フッ素化剤の濃度として、濃度が低すぎると反応速度が遅くなり処理時間が長くなり、また、濃度が高すぎると反応が速くなり反応の制御が困難となると記載され、ガス状のフッ素化剤の温度を高くする、および/または、圧力を高くすることにより、ガラス表面のフッ素原子濃度を高くすることができると記載され、具体的には、上記多孔質構造を形成するに際して、フッ素化剤としてフッ素単体を用いて、F濃度が20モル%の場合には、20~80℃にて1~8時間の表面処理が、F濃度が2モル%の場合には、550~600℃にて15分間の表面処理が行われている。
 また、特許文献2には、ガラス表面におけるフッ化水素濃度を1モル%以下に制御することにより、過度のエッチング作用による表面特性の悪化を生じることなく、ガラスの表面を低コストで、かつ密着性に優れたフッ素化処理ができることが記載されており、上記フッ化水素濃度を1モル%以下に制御するためには、フッ素化剤としてフッ化水素を使用しないことが記載されている。また、特許文献3では、フッ化水素および水を含むガスを用いて、10℃~60℃のガラス基体に対して表面処理を行っている。
国際公開第08/156177号 国際公開第08/156176号 日本国特開平4-251437号公報
 しかしながら、ガラス基板表面にフッ素化剤を接触させて表面に多孔質構造(凹凸構造)を設けることにより、ガラスよりも屈折率の低い、低屈折率層を設ける技術は知られているが、上記のようにして種々の調整を行ってエッチングを行っても反射防止性は低く、高い反射防止性を有するガラス基板の実現が望まれていた。
 また、本反射防止性ガラス基体を薄膜シリコン太陽電池の基板に使用した場合、薄膜シリコン太陽電池において使用される発電層では、特定の波長領域の光が発電効率を上げるという波長依存性があり、特にアモルファスシリコン層は、太陽光のうち400~700nmの光を効率よく吸収するため、この波長領域の透過率が改善された、反射防止性ガラス基板の実現が望まれていた。
 本発明者らは、かかる状況の下、種々検討を重ねた結果、本発明に想到したものである。すなわち、本発明は下記の構成よりなるものである。
(1)ガラス基体の少なくとも1面が、複数の凹凸を有する、表面のガラス部分が凹凸化されたガラス基体であって、前記複数の凹凸を二次元フーリエ変換で近似処理した後に、前記複数の凹凸の凸部を正四角錐と近似した場合の底辺の一辺の長さを凸部の大きさとした場合の度数分布において、
 最大度数を示す大きさをRpとしたときに、前記凸部の大きさRpが37nm以上200nm以下であり、
 前記凸部の傾斜角θの度数分布における最大度数を示す傾斜角θpが20°以上75°以下であり、
 前記傾斜角θの累積度数分布において50%を示す値をθ50とした場合の、θpとθ50の差(θp-θ50)の絶対値が30°以下であり、
 かつ、該凹凸部は、JIS B 0601(1994)に規定された表面粗さ(Ra)が2nm以上100nm以下、最大高低差P-Vが35nm以上400nm以下、該凹凸を含む面積を観察面積で除した面積比S-ratioが1.1以上3.0以下であることを特徴とするガラス基体。
(2)前記凹凸化されたガラス基体の表面の原子数濃度比が深さ5nmまでの範囲で、F/Siが0.05以上であることを特徴とする、上記(1)に記載のガラス基体。
(3)前記表面から深さ方向内部にいくにしたがって、F/Siが連続的に減少していくことを特徴とする、上記(2)に記載のガラス基体。
(4)前記凹凸化されたガラス基体の表面のガラスと空気の界面から凹凸化処理前のガラス表面に垂直な法線を引いた際に、前記ガラス基体上面の空気層以外に、前記凹凸化処理前のガラス基体表面よりもガラス基体側にある空気層を1つ以上通過するような法線(ただし、該法線の左右25nm範囲に法線が引ける場合は合わせて同じ法線と数える)を、ガラス基体の幅方向1000nmの範囲に1つ以上有することを特徴とする上記(1)から(3)のいずれか1つに記載のガラス基体。
(5)クリプトンガスを用いたBETの吸着法で測定した比表面積の相対比表面積(未処理のガラス基体の比表面積に対する前記凹凸処理化後のガラス基体の比表面積)が1.1以上5.0以下であることを特徴とする上記(1)から(4)のいずれか1つに記載のガラス基体。
(6)前記凹凸化されたガラス表面の少なくとも50%以上の領域を、SiOを主成分とする膜で被覆されていることを特徴する、上記(1)から(5)のいずれか1つに記載のガラス基体。
(7)前記凹凸化されたガラス表面で、凹部の中までSiOを主成分とする膜で被覆されてことを特徴とする、上記(1)から(6)のいずれか1つに記載のガラス基体。
 本発明により、凹凸化された面に対して、400~1100nmという広い波長範囲にわたって、少なくとも1.0%以上の反射防止性を有するガラス基体が得られる。また波長範囲400~700nmの透過率を1.0%以上改善することができ、薄膜シリコン太陽電池におけるアモルファスシリコン層での発電効率が大きく改善されることが期待できる。
 本発明者は、凹凸が形成されたガラス基体のAFM像解析において、「凹部が深いこと」、すなわち、凸部の長さRが37nm以上200nm以下であり、かつ、凸部の傾斜角θが20°以上75°以下のときに、反射防止効果が増大することを見出した。
図1は、実施例で用いた装置の概念図である。 図2は、凹凸形状規定を説明するための概略図である。 図3は、実施例1で得られたガラス基体のAFM像である。 図4は、実施例1で得られたガラス基体の断面SEM像の二次電子像である。 図5は、図4で得られた電子像の凹凸断面形状をトレースした図である。
 以下、本発明を詳細に説明する。
<ガラス基板>
 本発明で用いられるガラス基体は、必ずしも平面で板状である必要はなく、曲面でも異型状でもよく、例えば表面にガラス成形時の成形ローラ表面模様が形成されている型板と呼ばれるガラス基体でもよい。ガラス基体としては、無色透明なソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボレートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス基体、無アルカリガラス基体、その他の各種ガラスからなる透明ガラス板を用いることができる。
 また、太陽電池用基体に用いる場合、ガラス基体の厚さは0.2~6.0mmであることが好ましい。この範囲において、前記ガラス基体の強度が強く、透過率が高い。また基体は、350~800nmの波長領域において高い透過率、例えば80%以上の透過率を有することが好ましい。また、十分絶縁性で、かつ化学的、物理的耐久性が高いことが望ましい。
 本発明では、ガラス基体の表面に多孔質構造が形成され、ガラス基体表面の屈折率がバルクガラスの屈折率よりも低くなることにより、ガラスよりも屈折率の低下した「低屈折率層」を形成することができる。ガラス面に凹凸構造を形成して反射防止効果を上げるためには、ガラス材料からなる凸部と、凹部の空間を占める空気から構成される、2つの材料の屈折率(混合屈折率)が、ガラスの屈折率よりも低いことが必要である。凹凸構造の概略図を図2に例示する。本発明において、凹凸構造は、複数の凹部及び凸部からなる複数の凹凸を有する構造のことをいう。
 「凹部の深さ」は、断面SEM像などから深さを測定することができるが、本発明では、凸部を正四角錐と近似した場合の底面の一辺の長さRpと、凸部を断面で見て、その凸部を二等辺三角形として近似した場合の傾斜角θpを求めることなどで表現している。一辺の長さRとは凸部の大きさ、言い換えると凹部入り口の広さを表しており、上記のとおりに近似した凸部の大きさRについて、度数分布における最大度数を示す大きさを凸部の大きさRpとした。凸部の一辺の長さRpは、37nm以上200nm以下であることが好ましい。37nmより小さい場合、凹凸構造が非常に細かくなり、凹部が浅くなるため、十分な反射防止効果を得ることが困難になり、200nmよりも大きい場合、凹凸構造が非常に大きくなり、凹部が非常に深くなるため、外力に非常に弱く、十分な耐摩耗性が得られない。より好ましくは37nm以上、180nm以下であり、さらに好ましくは40nm以上150nm以下である。さらにより好ましくは60nm以上130nm以下である。
 傾斜角θpとはRpと共に凸部の高さ、言い換えると凹部の深さを示しており、傾斜角θの度数分布における最大度数を示す傾斜角θのことをいう。傾斜角θpは20°以上、75°以下であることが好ましい。20°より小さい場合、凹凸構造の傾斜がなだらかになり、凹部が浅くなるため、十分な反射防止効果を得ることが困難になり、75°より大きい場合は凹凸構造の傾斜が非常に急峻になるため、外力に弱く、十分な耐摩耗性が得られない。θpのより好ましい範囲は20°以上、70°以下であり、より好ましくは25°以上、70°以下である。
 また傾斜角θの累積度数分布において50%を示す値θ50とした場合の、θpとθ50の差(θp-θ50)の絶対値は、30°以下であることが好ましい。(θp-θ50)が30°を超える場合、凹凸構造の凸部の高さや、凹部の深さが一様ではなく、凹凸構造を有するガラス基体の反射防止効果の面内均一性が悪化するので好ましくない。(θp-θ50)の絶対値は、20°以下であることがより好ましい。さらに好ましくは13°以下である。
 ここで、ガラス基体の表面に多孔質構造(凹凸構造)が形成されるとは、ガラス基体の表面に多数の孔(開放孔)が形成された状態になることをいい、図3(AFM像)で示されるような複数の凹凸が存在する状態のことをいう。ガラス基体の表面に低屈折率層を形成するためには、AFMで観察される表面形状におけるJIS B 0601(1994)に規定された表面粗さ(Ra)が2nm以上100nm以下であることが好ましい。2nm未満では反射防止効果が十分でなく、100nmを超えるとガラス基体表面の凹凸が激しくなり、耐摩耗性が大きく低下する。Raは2nm以上70nm以下であることがより好ましく、2~50nmであることがさらに好ましい。また、AFMで観察される表面形状におけるP-V(最大高低差)は35nm以上400nm以下であることが好ましく、35~350nmであることがより好ましく、35~200nmであることがさらに好ましい。なお、P-V(最大高低差)とは、JIS B 0601(2001)定義のRzと同じである。また、AFMで観察される表面形状におけるS-ratio(凹凸を含む面積を観察面積で除した面積比)は1.1以上3.0以下であることが好ましい。1.1未満であると、元のガラス基体に対する面積増加率が10%未満であり、凹凸構造が十分に形成されているとはいえず、そのため反射防止効果が小さいため好ましくない。また3.0を超えると反射防止効果は十分であるが、凹凸構造の凸部の大きさRが非常に小さく、傾斜角θが非常に大きい状態になり、なおかつ、ガラス基体は金属などに比べて非常に脆性が高いという性質を持つので、該表面での耐摩耗性は非常に小さくなるため、好ましくない。S-ratioは、1.1以上2.7以下であることがより好ましく、1.1以上2.5以下であることがさらに好ましい。
 また、BETの吸着法でクリプトンガスを用いて測定した比表面積測定法では、後述する凹部内側で広がっている凹部の形状を、AFMで求めるS-ratioより、より正確に測定ができるものあり、かかる比表面積測定法により測定した比表面積の相対比表面積(未処理のガラス基体の比表面積に対する凹凸処理化後のガラス基体の比表面積)は1.1以上5.0以下であることが好ましく、より好ましくは1.1以上3.0以下である。
 凹凸構造を有するガラス基体の凹凸構造の深さを断面電子顕微鏡写真から求めた値t(nm)は30nm以上400nmであることが好ましい。深さtは倍率10万倍で撮影した断面電子顕微鏡写真の任意の3点において測定した値の平均値である。30~350nmであることがより好ましく、30~300nmであることがさらに好ましい。
 また、凹部の形状は、凹部内側で広がっていることにより、反射防止効果が増大する。「凹部内側で広がっている」とは、凹凸を有するガラス表面のガラス/空気界面からガラス表面に垂直な法線を引いた場合に、法線がガラス基体上面の空気層以外に、1つ以上の空気層を未処理のガラス基体表面よりもガラス基体側に有することをいう。
 具体的には、ガラス基体を倍率10万倍で観察して得られた断面SEM像の凹凸形状をトレースして得られた断面形状において(図5参照)、元のガラス/空気界面に対して垂直に線(法線k)を描いた時に、該法線kがガラス基体上面の空気層以外に、1つ以上の空気層mを通過するような形状を、HF処理(後述)が未処理のガラス基体表面sよりもガラス基体側に有すること、すなわち、法線kによって仕切られる空気層を1つ以上、未処理のガラス基体表面よりもガラス基体側に有する形状であることを意味する。ここで、未処理のガラス基体表面sとは、凹凸処理化(エッチング)する前のガラスの表面位置を示す。この際に1本の法線を基準にした時に、法線の左右25nm範囲に法線が引ける場合は合せて同じ法線と数える。また、ガラス基体が板状の場合は、板状体の1つの表面を凹凸処理化してする凹凸構造を作るために、板状体の裏面と未処理のガラス基体表面sは平行になるために、板状体の裏面に垂直な法線を引いてもよい。
 このように、ガラス基体の少なくとも1面が、ガラス基体上面の空気層以外に、1つ以上の空気層を未処理のガラス基体表面よりもガラス基体側にて通過する法線kを、幅方向1000nmの範囲において1つ以上、好ましくは3つ以上有する凹凸構造である場合に、優れた反射防止効果を得ることができる。なお、ガラス/空気界面とは、断面SEM像のトレースにより得られた断面形状において、隣り合う凸部を順に結んだ線により形成される山と谷の面積が、同じ面積になるように描かれた直線の位置を意味する。エッチング前のガラス表面は異なる面であるが、ガラス表面sとガラス/空気界面は平行になっていると考えられる。このため、エッチング前のガラスの板厚が一定であり、エッチングがガラスの表面のみを行った場合、ガラス裏面を基準にした場合と同じになる。
 本発明により、未処理のガラス基体と比べて400nmから1100nmまでの平均透過率を1.0%以上、更には1.5%以上増加させた反射防止効果の高いガラス基体を得ることができる。またガラス基体は、微小な凹凸が形成された状態になっており、凹凸処理前に親水性を示すガラス基体をより親水性に、凹凸処理前に撥水性を示すガラス基体をより撥水性にすることができる。
 本発明におけるガラス基体は、アルカリ元素または、アルカリ土類元素、またはアルミニウムがその成分に含まれるガラス基体であることが好ましく、具体的には、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラスが挙げられる。またガラス基体の成分中にジルコニウムが含まれてもよい。アルカリ元素、アルカリ土類元素またはアルミニウムが含まれるガラス基体の場合には、その表面を、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体もしくは液体であるフッ素化剤で処理することにより、ガラス最表層にFが残存しやすくなり、フッ化物の特徴である低屈折率を生かしてガラス基体の透過率を増加させることができるため好ましい。
 アルカリ元素、アルカリ土類元素、AlはFと化合物をつくることが知られている。これらの元素とFの化合物は屈折率(n)がガラスより低く、ガラス基板表面に形成された場合、ガラス基板の屈折率(n)と空気の屈折率(n)の中間屈折率を有する被膜となる。すなわちn<n<nとなる。ガラス基板、フッ素化合物による被膜、空気がこの順に並んで反射率が低くなり、結果としてその構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体もしくは液体で処理したガラス基板の透過率は、未処理のガラス基板と比べて透過率が上がるため、本発明のガラス基板として適している。
 低屈折率層が設けられたガラス基体の表面原子数濃度比F/Siは0.05以上であることが好ましい。ここで、表面における原子数濃度とは、ガラス表面から5nmまでの範囲での濃度をいう。一般にフッ化物には低屈折率化合物が多いことが知られている。たとえば、NaF、KF、MgF,CaFなどの結晶性化合物が挙げられる。またNaF、KF、MgF,CaFなどと同じような組成のアモルファス化合物もある。またNaAlFに代表されるような、2つ以上の元素とFを含むような結晶性化合物ならびにアモルファス化合物があるが、これらに限定されるものではない。F/Siが0.05未満であると、低屈折率層が十分形成されておらず、その結果として十分な反射防止効果が得られないので、好ましくない。F/Siのより好ましい範囲は0.1以上であり、さらに好ましくは0.15以上である。
 本発明の低屈折率層は、フッ素化剤によって高温のガラス表面を表面処理されることによって形成することができる。このフッ素化剤とはフッ素原子をその化学構造の一部として含有し、酸化物ガラスの骨格中の酸素原子と金属原子との結合を切断してフッ素原子と金属原子との結合を形成することのできる物質、または、例えば熱等による分解の結果、フッ素原子をその化学構造の一部として含有し、ガラス基体の骨格中の酸素原子と金属原子との結合を切断してフッ素原子と金属原子との結合を形成することのできる物質である。
 このようなフッ素化剤としては、ガラス基体の骨格中の酸素原子と金属原子との結合を切断してフッ素原子と金属原子との結合を形成しうるフッ素化合物が挙げられる。具体例としては、フッ素単体(F2)、フッ化水素(HF)、フッ化水素酸、トリフルオロ酢酸、四フッ化ケイ素(SiF4)、五フッ化リン(PF5)、三フッ化リン(PF3)、三フッ化ホウ素(BF3)、三フッ化窒素(NF3)、三フッ化塩素(ClF3)が挙げられるが、これらの気体もしくは液体に限定されるものではない。液体を使用する場合は、液体のまま例えばスプレー塗布などの表面処理法でガラス基体表面に供給してもよいし、液体を気化してからガラス基体表面に供給してもよい。また必要に応じて水などの他の液体や窒素などの気体で希釈してもよい。これらのフッ素化剤は、1種のみ使用してもよいし、2種以上の混合物を使用してもよい。上記のフッ素化剤の中でも、フッ化水素やフッ化水素酸がガラス基体表面との反応性が高い点で好ましい。また高速で搬送しているガラスに短時間で処理できて生産性が非常に高いという点で、フッ化水素が好ましい。
 本発明で用いられるフッ素化合物としては、それらの液体や気体以外の液体や気体を含んでいてもよく、常温でそのフッ素化合物と反応しない液体や気体であることが好ましい。たとえばN、空気、H、O、Ne、Xe、CO、Ar、He、Krなどが挙げられるが、これらのものに限定されるものではない。またこれらのガスのうち、2種以上を混合して使用することもできる。フッ素化合物及びそれらを希釈したもののキャリアとしては、N、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。
 また、本発明で用いられるフッ素化合物には、SOを混合してもよい。SOはフロート法などで連続的にガラス基体を生産する際に使用されており、徐冷域において搬送ローラがガラス基体と接触して、ガラスに疵を発生させることを防ぐ働きがある。また、高温で分解するガスを含んでいてもよい。
 更に、フッ素化合物には水蒸気もしくは水を混合してもよい。フッ素化合物としてHFを用いる場合、HFと水のモル比([水]/[HF])は10以下であることが好ましい。HFと水を共存させると、HF分子と水分子の間で水素結合が形成されガラス基体に作用するHFが少なくなると考えられる。[水]/[HF]が10を超えるとガラスに作用するHFが非常に少なくなり、その結果として、未処理のガラス基体と比べた400nmから1100nmまでの平均透過率の増加分が1.0%未満となる。[水]/[HF]は5以下であることが、ガラス基体に作用するHFが少なくならない点で、より好ましい。また、HFガスを含む気体の状態でガラスに吹き付ける方法が、より好ましい。特に、CVD成膜法で使用されるインジェクタと呼ばれるガス吹き付け装置からHFガスを含む気体の状態でガラスに吹き付ける方法が、処理面の面内分布を均一にしやすく好ましい。
 HFガスを含む気体をガラス基体に吹き付ける際には、ガラス基体温度は400℃以上であることが好ましい。ガラス基体温度の上限はガラス基体のガラス転移温度(Tg)で変化するため、Tg+60℃が好ましい。上限のより好ましい値はTg+40℃である。
 上記のフッ素化剤でガラス基体表面を処理することで、バルクガラス中にフッ素原子が配置されることになり、未処理のガラスに比べて屈折率が低下した、低屈折率層がバルクガラス表面に形成されることにより、未処理のガラス基体と比べて400nmから1100nmまでの平均透過率を1.0%以上、更には1.5%以上増加させた反射防止効果の高いガラス基体を得ることができる。またガラス基体表面にフッ素原子が導入された、指紋が付着しづらい性質をもつガラス基体を得ることができる。
 本発明のガラス基体はガラス表面から深さ方向内部にいくにしたがって、F/Siが連続的に減少していくことが好ましい。ガラス基体最表面だけにフッ素原子が存在することで、低屈折率層を形成することが可能であるが、深さ方向内部にいくにしたがって連続的に減少していると、低屈折率物質がバルク厚み方向に広がって分布していることになり、低屈折率層がその屈折率を連続的に変化させた層が厚くなるので、ガラス基体表面のみにフッ素原子が存在するよりも、さらに反射防止効果が大きくなるので好ましい。F/Siが連続的に減少していくとは、XPSの深さ方向の組成分析で得られた、各深さにおけるF原子数濃度を該深さのSi原子濃度で規格化した数値をY軸、ガラス基体表面をゼロとして深さ方向をX軸としてプロットした曲線において、X軸の数値が大きくなるにつれて、Yが単調減少することを意味する。
 本発明のガラス基体はそれ自身で十分な耐摩耗性及び耐候性を有するが、その表面が多孔質構造になっているため、多孔質構造の層厚を厚くしすぎると耐摩耗性が若干低下するが、凹凸化されたガラス基体表面の少なくとも50%以上を、SiOを主成分とする膜で被覆することにより、さらに耐摩耗性や耐候性を向上させることが可能である。
 SiOを主成分とする膜は、酸化物だけからなる膜でも、窒化物、フッ化物、硫化物など、その他の化合物が含まれてもよい。SiOを主成分とする酸化物膜は、Na、Mg、Ca、Ti、Al、Sn、Zrを含むなど、様々な膜が知られているが、SiOが主成分であればいずれの元素と組み合わせてもよい。またSi以外の2種以上の元素と組み合わせた酸化物膜でもよい。またランタノイド系元素やアクチノイド系元素などが少量ドープされたような膜でもよい。
 凹凸化されたガラス基体の耐摩耗性や耐候性を向上するためには、SiO以外の成分が、いずれの化合物からなる膜を選択しても良いが、SiOはその屈折率がガラス基体の屈折率と近いため、反射防止効果を維持できるので好ましい。
 得られたSiO膜はSiOを50質量%以上含有していればよく、屈折率が高い化合物との混合物や複合酸化物では、形成される層の屈折率が高くなり、凹凸構造やフッ素原子導入によって得られた反射防止効果が損なわれるので、好ましくは70質量%以上である。このSiOを50質量%以上含有することを、SiOが主成分と称する。また、形成された膜は連続的であっても不連続であってもよい。
 SiOを主成分とする膜で、凹凸化されたガラス基体表面を被覆することが、凹凸化されたガラス基体の耐摩耗性を向上させる点で好ましい。凹凸化されたガラス基体表面は凹部と凸部を有しており、凹部と凸部の比は、凹凸構造の中においてはおよそ50%ずつに配分される。少なくとも凸部を全て緻密なSiOを主成分とする緻密な膜で被覆すること、つまりはガラスの表面をおおよそ50%被覆することにより、凹凸構造が多少くずれたようなガラス基体であっても、その表面に緻密で固い層を形成することができるため、凹凸化されたガラス基体の耐摩耗性を向上させることができる。より好ましくは凹凸化されたガラス基体表面の70%以上を被覆することが好ましい。
 また凹凸構造の凹部の内部までを連続的にSiOを主成分とする膜で被覆することが、凹凸化されたガラス基体の耐候性を向上させる点で好ましい。一般にガラス基体は海沿いに長期間放置されると透過率などの物性の劣化が著しくなる。フッ素化剤で凹凸構造を形成されたガラス基体は、凹凸構造の最表面においてフッ素原子が導入されているため、それに伴ってその他の原子のバランスが崩れてガラス組成が変質しており、たとえば塩水を長時間噴霧すると塩水中の塩素原子の影響で表面組成の変化が起こる、すなわち、ガラス基体が劣化するという現象が生じるが、凹部内部まで完全にSiOを主成分とする膜で覆い、凹凸構造の最表面をSiOを主成分とする緻密な膜にすることで、耐塩水噴霧性、ひいては耐候性を向上させることができる。
 SiOを主成分とする膜のSiO部分は、例えば、CVD法により形成してもよいし、あるいは、SiOを形成し得る液体を、凹凸構造を有するガラス基体上にオーバーコートすることにより形成してもよいが、これらの方法に限定されるものではない。CVD法で形成する場合は、Si源としてはSiH、SiHCl、SiHCl、SiHCl、SiCl、SiBr、SiI、SiF、Si(OCなどを用いることができる。酸化剤としては O、O、NO、NO、NO、CO、COなどを用いることができるが、Si源、酸化剤ともに、これらの限定されるものではない。液体塗布法で形成する場合は、Si源としてはSi(OC、Si(OCHなどに代表されるアルコキシシランや、SiMeCl、SiPhCl、SiMeEtClなどに代表されるクロロシランや、シロキサン結合を有するポリシロキサンや各種シリコーン樹脂、シラザン、ポリシラザン、水ガラスなどが挙げられるが、いずれかに限定されるものではなく、空気中の酸素や、UVなどに代表される特定波長の光、熱などにより、最終的にSiOが形成されるような、Si源と酸化剤の組み合わせであれば、本明細書の記載に限定されるものではない。塗布液体は、その中にSiO粒子が含まれてもよく、SiO粒子は粒子の中が空洞になっている中空粒子や、粒子成分が全てSiOである中実粒子や、それらを任意の比率で混合してもよい。例えば塗布後にTiOを形成するような液体中にSiO粒子を含み、塗布後の熱処理及び光処理により、TiO中にSiO粒子が分散したような膜でもよい。また凹凸構造中の凹部のみにSiOを主成分とする膜を形成し、全体として表面凹凸が非常に小さく、元のガラス基体と同じような平滑平面を有するガラス基体としても良い。
 SiOを主成分とする膜の膜厚は特に限定的ではないが、100nm以下であることが好ましい。100nm以下において、反射防止効果に悪影響を及ぼすことなく優れた機械的強度や耐候性が達成できる。
 以下に実施例を用いて、本発明を更に詳述するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
〔実施例1〕
 大気圧CVD法で用いる両流しインジェクタ10を用いて、図1に示す模式図のようにして、ガラス基体の表面に、フッ化水素を含むガスを接触させた(以下、単に「HF処理」とも呼ぶ)。
 すなわち、図1に示す中央スリット1から、HF0.56SLM(標準状態での気体で毎分リットル)と窒素9SLMを混合したガスを150℃に加熱して流速64cm/sで、外スリット2からNを45.5SLMを同じく150℃に加熱してガラス基板に向けて吹きつけて、凹凸構造を有するガラス基体を得た。ガスは基板20上を、流路4を通じて流れ、排気スリット5では吹きつけガス流量の2倍量を排気している。ガスの温度と流速の計測には、熱線風速計(カノマックス社製、クリモマスター6543)を用いた。ガラス基体は旭硝子製ソーダライムガラス(厚さ1.8mm、Tg:560℃)を使用した。ガラス基体は600℃に加熱して、速度2m/min.で搬送した。ガラス基体の温度は、ガスを吹き付ける直前に放射温度計を設置して測定した。エッチング時間は約5秒と短時間であった。
 上記のようにして得られたガラス基体について、純水で5分間超音波洗浄した後、透過率、AFM物性値、耐候性及び耐摩耗性を下記のとおりにして測定した。これらの結果を表2及び表3に示す。
 <透過率> 
装置: 分光光度計(島津製作所社製、型番UV-3100PC)
 処理面から光を入射させて積分球透過率として測定した。未処理のガラスに対する透過率の増加分を得られたガラス基体の反射防止効果とし、400~1100nm、400~700nmの各波長範囲での平均値で求めた。
<AFMの測定による、Ra,P-V,S-ratio>
 走査型プローブ顕微鏡(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、型番SPI3800N)を用いて、得られたガラス基体中の観察層を2μm角、取得データ数を1024×1024として、DFMモードで観察を行った時の表面粗さ(Ra)、最大高低差(P-V)、S-ratio(凹凸を含む面積を観察面積で除した値)を測定した。また、実施例1で得られたガラス基体を測定した表面は図3のとおりである。なお、本発明では最大高低差(P-V)とは、Rz (JIS B0601:2001)と同じである。
<Rp:凸部の大きさ>
 ガラス表面の凹凸の模式図を図2aに示す。この凹凸に対してAFM像を二次元フーリエ変換画像処理して、凹凸構造を正四角錐と近似した場合(図2b、図2c)の底辺の一辺の長さを凹凸の大きさRとした場合の度数分布において、最大度数を示す大きさをRpとした。通常、画像処理後の度数分布はバラツキが大きく、データ解析には不向きであるため、ある大きさRにおける度数は、その前後4点と合わせた計9点における度数を平均して算出した。これにより大きさRの度数分布グラフが平滑化され、データ解析を用意に行うことが可能になる。最大度数を示すRpは、平滑化されたグラフ及びそのデータから求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 二次元フーリエ変換は、一般に数式1のような式で表わされる。フーリエ変換とは一般に時間空間から周波数空間に置き換える処理であり、二次元画像においては画像上の縦方向と横方向に2回フーリエ変換をかけることにより、AFM画像信号に含まれる周波数の成分比が得られる。
<θp:凸部の傾斜角>
 凹凸構造を有するガラス基体の模式図を図2において、AFM像を画像処理して、凹凸構造を二等辺三角形として近似した場合(図2b、図2c)の傾斜角θの度数分布を角度2度ずつに分けて作成し、前記度数分布において最大度数を示す傾斜角を2度刻みの角度の中間値を採用して、θpとした。
<θ50
 傾斜角θの度数分布線が累積度数50%を通過する時の前後の傾斜角の平均値とした。例えば累積度数分布曲線が累積度数50%を通過するのが、角度分布28~30°と角度分布30~32°の間である(仮に角度分布28~30°が47%、角度分布30~32°が51%とする)場合、θ50は30°となる。
<t:凹凸構造の厚み>
 断面SEM像の距離測定機能を使用して3点平均として算出した凹凸構造部分の膜厚を示す。
<F/Si>
 X線光電子分光分析装置(XPS,アルバック・ファイ社製 QuanteraSXM)にて測定した。XPS分析の測定条件としては、X線源に単色化AlKα線を25Wで用い、光電子検出面積を100μmφ、光電子検出角を45度、パスエネルギーを224eVとし、スパッタイオンにはArイオンを用いた。XPS分析より検出される元素のそれぞれのピーク強度から、各原子濃度プロファイルを求め、Si濃度で規格化した。また、表面からの深さは、以下の方法で測定した値から算出した。膜厚測定用のSi基板上へスパッタ成膜法で作製した、酸化物ガラス(ガラス基体)と同一組成の膜厚既知の薄膜を、上記の測定方法と同条件下でXPS分析し、得られた深さ方向の組成プロファイルより見積もった薄膜のスパッタレートから求めた。
<耐候性>
 5質量%の食塩水を処理面表面に2時間噴霧し、その後60℃95%RHの炉に7日間放置した。これを1サイクルとして4サイクル繰り返した後に純水洗浄し、透過率を測定した。試験前の透過率と比較して、400~700nmの波長範囲における平均透過率の低下分を耐候性とした。耐候性は劣化度合いを示すので基本的に負の数値をとり、数値が大きいほど耐候性が強く、数値が小さいほど耐候性が小さいことを意味する。
<耐摩耗性>
 フェルト(10.3mm×15mm×49mm)を10.3mm×49mmの面がガラス基体に当たるように配置し、1kgの荷重をかけて速度10cm/sで基体上を往復させた。100回往復後の透過率を測定し、摩耗前の透過率と比較して、400~700nmの波長範囲における平均透過率の低下分を耐摩耗性とした。耐摩耗性は劣化度合いを示すので基本的に負の数値をとり、数値が大きいほど耐摩耗性が強く、数値が小さいほど耐摩耗性が小さいことを意味する。
 <凹部の内部形状評価>
 実施例1で作成した反射防止性ガラス基体をガラス/空気界面に対して垂直に割断し、断面SEM像を日立超高分解能分析走査電子顕微鏡 SU-70)を用いて観察した。 該断面に対してオスミウムコーター(NL-OPC60N:Nippon Laser and Electronic Lab社製)を使用して、金属オスミウムを5nm製膜したガラス基体を準備した。観察においてはWDを3mm、加速電圧を3.0kVに設定し、二次電子像を得た。得られた画像を図4に示す。
 次に得られた二次電子像における断面部分の凹凸形状を別紙に写し取り、その凹凸形状の外側の輪郭(凹凸表面がガラス空気に接する曲面)を断面形状として得た。得られ形状を図5に示す。
 断面形状に対して、ガラス表面も並行な方向に1000nmの視野幅で切り出し、エッチング前の元のガラス/空気界面に対して垂直な線(法線k)を描いた時に、その線がガラス基体上面の空気層以外に、1つ以上の空気層mを通過する線が引ける場所を測定した。ただし、線を引いた左右25nm以内に別の線が引ける場合は、1本の線とみなす。上記のようにして測定できた法線の数は、7本であった。
〔実施例2〕
 実施例1でガラス基体の温度を560℃とした以外は、全て実施例1と同様に凹凸構造を有するガラス基体を得た。
〔実施例3〕
 実施例1でガラス基体の温度を400℃とした以外は、全て実施例1と同様に凹凸構造を有するガラス基体を得た。
〔実施例4〕
 実施例1でガラス基体の温度を620℃とした以外は、全て実施例1と同様に凹凸構造を有するガラス基体を得た。
〔実施例5〕
 実施例1でHF流量を1.12SLMとした以外は、全て実施例1と同様に凹凸構造を有するガラス基体を得た。
〔比較例1〕
 実施例1でガラス基体の温度を350℃とした以外は、全て実施例1と同様に凹凸構造を有するガラス基体を得た。
〔実施例6〕
 実施例5で得られたガラス基体上に、図1で示したと同様の大気圧CVD法で用いるインジェクタ10を用いて、それぞれのガラス基体の表面に、以下に示すとおりにガスを接触させた。すなわち、中央スリット1から、30%SiHを0.12SLMと窒素(N)9.4SLMを混合したガスを150℃に加熱して流速64cm/sで、外スリット2から酸素(O)3.6SLM及び窒素(N)30.5SLMを吹きつけて、凹凸構造を有するガラス基体の凹凸部にSiOを主成分とする膜を形成したガラス基体を得た。ガスは基板20上を流路4を通じて流れ、排気スリット5では吹きつけガス総流量の2倍量を排気している。ガラス基板は525℃に加熱して、速度2m/min.で搬送した。なお、SiOを主成分とする膜は凹凸構造を有するガラス基体の凹凸部表面の約50%以上の面積を被覆していると考えられる。
〔実施例7〕
 実施例1で得られたガラス基体上に、実施例6と同様にしてSiOを形成したガラス基体を得た。
 実施例、比較例の処理条件を表1に、及び得られたガラス基板の物性値を表2、表3へ示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 処理前のガラス基体並びに実施例1及び5で得られたガラス基体について、下記のとおりにして比表面積を測定した。得られた結果を表4に示す。HF処理により、BETの吸着法でクリプトンガスを用いて測定した比表面積が格段と増大したことが分かる。
(比表面積測定方法)
装置:日本ベル株式会社製BELSORP-max
測定方法:
 HFで処理したガラス基体を25mm×3mmの短冊状に切断し、およそ11gとなるように秤量した。秤量した短冊ガラスをサンプル管に入れ、200℃3時間の条件で真空排気を行った後、77KでKr(クリプトン)ガスを吸着させた。
 吸着等温線から得られたBETプロットより、Kr吸着量を求めた。HF処理した基板については得られたKr吸着量から未処理基板の片面分を減じた値をHF処理面の吸着量とした。尚、切断されたガラスサンプルは、質量から見てほぼ同じであるために、3つのサンプルの未処理時の面積はほぼ同じと仮定した。なお相対比表面積とは、サンプルの同面積に対して、HF処理後の面積変化をHF処理前の面積を1.00として算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 本出願は、2011年4月15日出願の日本特許出願(特願2011-091436)及び2011年4月27日出願の日本特許出願(特願2011-099983)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明によれば、優れた反射防止効果を有するガラス基体が得られる。したがって、本発明に従い得られた表面処理されたガラス基体は、建材用ガラス、自動車用ガラス、ディスプレイ用ガラス、光学素子、太陽電池用ガラス基体、ショーウィンドウガラス、光学ガラス、メガネレンズなどの光線透過性が要求される用途に幅広く用いられ、特に薄膜シリコン太陽電池用TCO基板、結晶シリコン太陽電池用カバーガラス、ディスプレイ等の分野に用いることができる。薄膜シリコン太陽電池用TCO基板は、太陽光を効率的に利用するために電池のタンデム化が進んでいる。波長範囲400~700nmの光は、特にアモルファスシリコン層での量子効率が高く、また波長範囲600~900nmの光は、特に微結晶シリコン層での量子効率が高いため、本発明のガラス基体を使うことにより、効率的な太陽光発電を行うことが可能になる。
 また、ガラス表面が凹凸(粗面化)されたガラス基体の耐摩耗性は実用上問題ない範囲であるが、特にSiO被覆をしたものは、摩耗性の改善が行われている。更に耐候性視点では、SiO被覆をしたものは変化が少なく、反射防止性ガラス基体を野外で使う場合に特に優れている。
1:中央スリット
2:外スリット
4:流路
5:排気スリット
10:インジェクタ
20:ガラス基体
30:凸部
31:凹部
k:法線
m:空気層
s:未処理のガラス基体表面

Claims (7)

  1.  ガラス基体の少なくとも1面が、複数の凹凸を有する、表面のガラス部分が凹凸化されたガラス基体であって、前記複数の凹凸を二次元フーリエ変換で近似処理した後に、前記複数の凹凸の凸部を正四角錐と近似した場合の底辺の一辺の長さを凸部の大きさとした場合の度数分布において、
     最大度数を示す大きさをRpとしたときに、前記凸部の大きさRpが37nm以上200nm以下であり、
     前記凸部の傾斜角θの度数分布における最大度数を示す傾斜角θpが20°以上75°以下であり、
     前記傾斜角θの累積度数分布において50%を示す値をθ50とした場合の、θpとθ50の差(θp-θ50)の絶対値が30°以下であり、
     かつ、該凹凸部は、JIS B 0601(1994)に規定された表面粗さ(Ra)が2nm以上100nm以下、最大高低差P-Vが35nm以上400nm以下、該凹凸を含む面積を観察面積で除した面積比S-ratioが1.1以上3.0以下であることを特徴とするガラス基体。
  2.  前記凹凸化されたガラス基体の表面の原子数濃度比が深さ5nmまでの範囲で、F/Siが0.05以上であることを特徴とする、請求項1に記載のガラス基体。
  3.  前記表面から深さ方向内部にいくにしたがって、F/Siが連続的に減少していくことを特徴とする、請求項2に記載のガラス基体。
  4.  前記凹凸化されたガラス基体の表面のガラスと空気の界面から凹凸化処理前のガラス表面に垂直な法線を引いた際に、前記ガラス基体上面の空気層以外に、前記凹凸化処理前のガラス基体表面よりもガラス基体側にある空気層を1つ以上通過するような法線(ただし、該法線の左右25nm範囲に法線が引ける場合は合わせて同じ法線と数える)を、ガラス基体の幅方向1000nmの範囲に1つ以上有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載のガラス基体。
  5.  クリプトンガスを用いたBETの吸着法で測定した比表面積の相対比表面積(未処理のガラス基体の比表面積に対する前記凹凸処理化後のガラス基体の比表面積)が1.1以上5.0以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のガラス基体。
  6.  前記凹凸化されたガラス表面の少なくとも50%以上の領域を、SiOを主成分とする膜で被覆されていることを特徴する、請求項1から5のいずれか1つに記載のガラス基体。
  7.  前記凹凸化されたガラス表面で、凹部の中までSiOを主成分とする膜で被覆されてことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1つに記載のガラス基体。
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