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JP2716330B2 - 低反射ガラスおよびその製法 - Google Patents

低反射ガラスおよびその製法

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JP2716330B2
JP2716330B2 JP4303711A JP30371192A JP2716330B2 JP 2716330 B2 JP2716330 B2 JP 2716330B2 JP 4303711 A JP4303711 A JP 4303711A JP 30371192 A JP30371192 A JP 30371192A JP 2716330 B2 JP2716330 B2 JP 2716330B2
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Central Glass Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロピット状表面
または凹凸状表面を有し、ピットまたは凹凸の孔の径
コントロールすることができるゾルゲル膜である低反射
ガラスならびにその製法に関し、該低反射ガラスは、刺
激純度、反射の低下率等の光学特性が高性能であって、
しかも単純かつ安全な工程でもって製造できるので安価
であり、また大面積化も可能で均一な膜となり、強固
密着力で耐摩耗性あるいは耐久性等が優れたものとな
り、ことに建築用窓材をはじめ、ことに屋内用の各種膜
付きガラス物品において有用となる低反射ガラスおよび
その製法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術とその問題点】従来、大面積のガラスの反
射率を低下させる方法として代表的なものとしては例え
ば、ガラス表面に、厚さ約100nm程度で屈折率がガ
ラスより低い層を形成する方法、あるいは2層以上に積
層した薄膜の多重干渉を利用して予め計算により設計さ
れた高屈折率膜・低屈折率膜を交互に積層した多層膜を
形成する方法等がある。
【0003】先ず、前者の例としては、特公昭41ー6
66号公報あるいは特公平2ー14300号公報等に開
示されているように、弗化水素等により、ガラス表面を
エッチングする方法および珪弗化水素酸のシリカ過飽和
水溶液によりシリカのポーラスな被膜を形成する方法が
ある。
【0004】これらの方法は、製造工程が簡単とは必ず
しも言えず製造時間がかかる方法であり、低反射特性は
よいとしても大面積化した際に製品面内あるいは製品間
の光学特性のバラツキが多いといった問題点があり、比
較的高価格な低反射ガラスとなるものである。さらに原
料として弗酸を用いるため、人体に対して危険であり、
取扱いが厄介である。
【0005】また、その他の方法としては、加熱処理に
より、燃焼や分解する有機高分子を金属アルコキシド溶
液中に添加する方法があり、一度形成されたマイクロピ
ット状が例えば400℃程度以上の加熱処理により緻密
化を起こすため、熱処理条件をきびしく制御する必要が
あって、均一で頑固なマイクロピット状の被膜を得るこ
とが非常に困難である。
【0006】さらに、前記した高屈折率膜・低屈折率膜
を交互に積層し、薄膜の多重干渉を利用した反射の低い
ガラスを製造する方法は、実際に建築用あるいは産業用
または車両用等に広く採用されているものの、複雑な作
業工程を伴い、必ずしも高効率で経済性が良いとは言え
ないものであり、また多重干渉を利用した低反射ガラス
は斜入射での反射率が高く、しかも刺激純度が高いた
め、ギラツキ感があるといった問題点もあるものであ
る。さらにまた、例えば特公平3ー23493号公報には防
汚性を有する低反射率ガラスが記載されているが、該膜
の最終加熱温度は400℃以下、例えば160〜200℃程度に
することとなり、最上膜の硬度や強度が低いものしか得
ることができないという問題点がある。本発明は、高い
密着性であって耐久性や耐摩耗性とを併せ持ち、薄膜の
屈折率が低く、従って反射防止特性に優れてギラツキ感
もない低反射ガラスを提供すること、また、前記薄膜の
成膜に際して安全で厄介な作業工程がなく、安価に効率
よく生産できる低反射ガラスの製法を提供することを目
的とする
【0007】
【問題点を解決するための手段】本発明は、従来のかか
る問題点に鑑みてなしたものであって、Siアルコキシ
ド系化合物および/またはSiアセチルアセトネート系
化合物を出発原料とし、 その縮重合度の相違から平均分
子量が著しく異なる2種以上のSi系ゾルを組み合わ
せ、その混合割合を調整したコーティング溶液を用い、
また、膜付けに際し塗布環境の相対湿度を調整して該コ
ーティング溶液をガラス基板に塗布し、更に加熱し焼成
することによって充分に加熱焼成しても型崩れせず独
立してしっかりしたマイクロピット状または凹凸状表面
あるいはこれらが適宜共存した特定の膜厚ならびにピッ
トまたは凹凸の孔の特定の径を有するゾルゲル膜を形成
する。
【0008】すなわち、本発明は、ガラス基板の表面に
形成した薄膜において、該薄膜、Siアルコキシド系
化合物及び/又はSiアセチルアセトネート系化合物
出発原料とするSiO 2 系のゾルであって、その縮重合
度の相違により平均分子量を著しく異ならせ、一種のゾ
ルの平均分子量が数千、他の一種以上のゾルの平均分子
量が数万乃至数十万とした二種以上のSiO 2 系ゾル
を、その混合割合を調整して溶剤に溶解してコーティン
グ溶液とし、また該コーティング溶液を、常温下塗布環
境の相対湿度を調整して膜付けすることにより、加熱成
のままでマイクロピット状または凹凸状表面を形成し
ゾルゲル膜であり、その膜厚が60〜160nm、
マイクロピット状または凹凸状表面のピットまたは凹
凸の孔の径が50〜200nm、かつ膜の屈折率が1.
21〜1.40でガラス基板より低屈折率とした低反射
ガラスである
【0009】前記二種以上のSiO 2 系のゾルの混合割
において、高平均分子量のゾル1molに対して、低
平均分子量のゾルが酸化物換算で0.1〜30mol
するとよい
【0010】また、本発明はガラス基板の表面に薄膜を
形成した低反射ガラスの製法においてa)Siアルコキシド系化合物及び/またはSiアセチル
アセトネート系化合物を出発原料とし、縮重合させるこ
とにより平均分子量数千の低平均分子量のSiO 2 系ゾ
ルと、Siアルコキシド系化合物及び/またはSiアセ
チルアセトネート系化合物を出発原料とし、縮重合させ
ることにより平均分子量数万乃至数十万の 高平均分子量
のSiO 2 系ゾルを製造し、前記低平均分子量のSiO
2 系ゾルと前記高平均分子量のSiO 2 系ゾルからなる
少なくとも二種のゾルを、前記高平均分子量のゾル1m
olに対して、低平均分子量のゾルが酸化物換算で0.
1〜30molとなるべく混合し、溶剤に溶解してコー
ティング溶液とし、 b)該コーティング溶液を、常温下相対湿度40〜90%
における適宜湿度のもと、ガラス基板上に塗布し、 c)乾燥後、100℃以上に加熱し、膜の厚みが60〜1
60nm、マイクロピット状または凹凸状表面のピット
または凹凸の孔の径が50〜200nm、膜の屈折率が
1.21〜1.40の範囲にあるゾルゲル薄膜を形成し
てなる低反射ガラスの製法、から構成される。
【0011】なお、前記したコーティング溶液は1〜1
0cp(s)に粘度調整するのがよい。
【0012】また、前記コーティング溶液の酸化物換算
固形分濃度が0.01〜10wt%であるのが望まし
【0013】なお、成膜に際し、最終的には、膜を強固
にするため 500℃以上で加熱焼成しても、ピット状また
は凹凸状の表面は消失しない
【0014】前記したように、Siアルコキシド系化合
および/またはSiアセチルアセトネート系化合物
出発原料とするのは、両化合物は安定性があって、溶液
調製の際、例えば縮重合による平均分子量の制御が容易
であり、成膜した前記マイクロピット状表層、凹凸状表
層の種々の表面形状を有する酸化物薄膜の透明性や硬度
が高く、耐久性にも優れたものとなり、原料として比較
的安価で入手し易いものであるので両化合物を用いるこ
ととした。
【0015】また、Siアルコキシド系化合物として
は、Siにすべてアルコキシ基のみが結合した場合、す
なわちメトキシド、エトキシド、イソプロポキシド等の
みならず、その一部がメチル基、エチル基等に置換した
もの、例えばモノメチルアルコキシド、モノエチルアル
コキシド等を含むものである。さらにまた、Siアセチ
ルアセトネート系化合物としては、Siにすべてアセチ
ルアセトン基のみが結合した場合のみならず、その一部
がメチルアルコキシ基、エチルアルコキシ基等に置換し
たものを含むものである。
【0016】さらに、具体的は、例えばテトラメトキ
シシラン〔Si(OMe)4 Me:CH3 〕、テトラエ
トキシシラン〔Si(OEt)4 Et:C25 〕、メ
チルトリエトキシシラン〔MeSi(OEt)3 〕、メ
チルトリメトキシシラン〔MeSi(OMe)3 〕等が
好適であり、また例えばジメチルジエトキシシラン、ジ
メチルジメトキシシラン等がある。
【0017】前記Siアルコキシド及び/又はSiアセ
チルアセトナートを出発原料とする平均分子量が著しく
異なる二種以上のSiO 2 系ゾルを採用することによ
、被膜形成した薄膜の表面をマイクロピット状、凹凸
表面とすることができる。混合する2種以上のSiO
2 系ゾルの平均分子量は数千(具体的には800〜5,
000程度、好ましくは2,000〜3,000程度)
のものと、数万から数十万(具体的には50,000〜
400,000程度)のものとの組み合わせとするのが
よい
【0018】なお、平均分子量の制御は、溶液を調製す
る際において、触媒の種類(例えば塩酸、硝酸、酢酸
等)、その添加量すなわちpH値(例えばpH1〜6、
好ましくは2〜4)および反応温度(例えば20〜80
°C、好ましくは25〜70°C)等によって、加水分
解反応過程あるいは縮重合過程をコントロールすること
により行うものである。ただし、化合物の種類によって
反応速度、時間等も異なるが、それは設計者が予め実験
のうえ適宜設計すればよい
【0019】また、マイクロピット状表面、凹凸状表面
の形状の制御は、混合する2種以上のSiO 2 系ゾル
平均分子量が数千と数万から数十万であるゾルの混合割
合が、モル比(酸化物換算)で1:0.1〜30程度で
あり、0.1未満あるいは30を超えると平坦な平面形
状となる傾向にある。なかでも1〜20程度が好まし
く、より好ましくはマイクロピット状表面では2〜5.
5程度、凹凸状表面では5.5〜7程度である。また、
前記表面におけるマイクロピットあるいは凹凸の孔の径
は、常温下(20℃前後)で膜付けする場合に、塗布環
境の相対湿度に影響される兆候があり、相対湿度約40
%程度の場合約50nm程度となり、約90%程度の場
合約200nm程度となる。
【0020】また、前記Siアルコキシド系化合物ある
いはSiアセチルアセトネート系化合物を基とするゾル
はアルコール溶媒に溶解するのが一般的であり、該アル
コール溶液中の化合物濃度については、0.1wt%程
度以上が好ましく、これ未満であれば均一な前記表面形
状を有する被膜を形成し難くなり、他方、10wt%程
度を超えると、溶液が粘稠となり、クラックの発現等が
あり、加えて膜付け自体が困難となる。さらにアルコー
ル溶媒としては、イソプロパノールあるいは1ーブタノ
ール等が採用できる。
【0021】ガラス基板への膜付け法としては、ディッ
ピング法、スプレー法、フローコート法あるいはスピン
コート法等既知の塗布手段が適宜採用し得る。SiO 2
系被膜を積層形成する場合は、前記したようなコーティ
ング溶液を膜付け後、約100°C程度の雰囲気温度下
で約30分以内程度の乾燥を行い、さらに次のコーティ
ング溶液を同様に膜付け、乾燥する、という操作を繰返
し、最終的には加熱焼成する。
【0022】本発明の2種類の表面形状については、縮
重合度の違いにより形成されるものであって、膜を強固
にするための加熱焼成(例えば約500°C以上)によ
っても消失することもなく、しかも独立したピットの溝
部あるいは凹部は膜表面から深く形成され、それらピッ
トや凹凸は肉眼では全くの平坦面に見えるが、鏡下(例
えば走査電子顕微鏡)観察(倍率5千倍)で明確に認め
られる。
【0023】膜厚は60〜160nm程度とするのがよ
く、この範囲外では膜強度および低反射作用をともに満
足することができない。マイクロピットまたは凹凸の
径は50〜200nmになるようにするのがよく、
0nm未満では低反射作用を発揮し得ず、200nmを
超えると膜強度が低下する傾向にあり、望ましくは10
0〜150nm程度が好ましい。また、膜の屈折率を
1.21〜1.40にするのがよく、低反射作用を呈す
最適な屈折率は1.21程度であって該数値未満では
著しくポーラスとなり、膜強度が充分満足し得ず、1.
40を超えると低反射の効果を得難い。より望ましく
、1.3〜1.39程度とするのが好ましい。なお、
これら膜厚、マイクロピットや凹凸の孔の径、ならびに
屈折率が前記範囲内で適宜巧みに組み合わさることによ
って、所期の低反射ガラスを得ることができる。
【0024】なお、公知の例えばHF等によるエッチン
グでは、膜厚もピットの孔の径の調整も困難であり、ま
た例えばゾルゲル膜での有機高分子物、溶媒、水分の
等による多孔質化では、通常250〜300°C付近
加熱で膜全体が一度多孔質化するが、500°C以上
加熱焼成した場合、膜の緻密化、無孔化が起こるもの
で、いずれのケースにおいても5千倍程度の鏡下(走査
電子顕微鏡)観察では明瞭なピットまたは凹凸を確認し
難い
【0025】ガラス基板としては、屈折率1. 5以上の
無機質の透明板ガラスであって、無色または着色色調
や、形状等に特に限定されるものではなく、さらに曲げ
板ガラス、各種強化ガラス等が採用でき、単板として
勿論、複層ガラスあるいは合せガラスとしても使用でき
ることは言うまでもない。なお、合せガラスに使用する
際には空気側となる片面のみ成膜することが好ましい。
【0026】
【作用】本発明のマイクロピット状表面あるいは凹凸状
表面を有するゾルゲル法により形成した薄膜は、500
℃以上の高温加熱に際しても、平坦化することなく、従
来のものより独立性があって深みのある、明確なマイク
ロピット状あるいは凹凸状表面を呈し、しかも表面形状
ピットまたは凹凸の孔の径を調整でき、ガラス基板に
強固に付着した堅固な薄膜とすることでき、優れた耐久
性を有し、透明で反射防止特性に優れ、また膜形成にあ
たり、安全性が高く厄介な作業工程がなく、安価に効率
よく得られる。
【0027】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。ただし本発明は係る実施例に限定されるものではな
い。
【0028】実施例1 大きさ約100mmx100mm、厚さ約3mmのクリ
ア・フロートガラス基板(n=1.52)を中性洗剤で
洗浄後、水濯ぎし、乾燥した後、被膜用のガラス基板と
した。
【0029】メチルトリエトキシシランを出発原料と
し、その縮重合により生成したSiO 2 ゾルの平均分子
量が約3,000で固形分濃度が約30wt%の溶液2
0.0gと、テトラエトキシシランを出発原料とし、そ
の縮重合により生成したSiO 2 ゾルの平均分子量が約
100,000で固形分濃度が約6wt%の溶液28.
6gをビーカーに入れ、低平均分子量のSiO2 分/高
平均分子量のSiO2 分を約3.5/1のmol比と
し、次いで1ーブタノール約150gで希釈し、8時間
撹拌後、約2週間熟成してコーティング溶液を得た。
【0030】次に、成膜ブースで囲まれた温度約23
℃、相対湿度約60%の環境下で、前記ガラス基板を前
記コーティング溶液中に浸漬し引き上げ速度が約2.3
mm/sのスピードで引き上げるディッピング法によ
り、該溶液を前記ガラス基板の両表面に塗布し、3分間
程度静置した後、約270°Cで10分間加熱して乾燥
ゲル膜を形成した。さらに550℃程度で10分加熱し
成膜した。
【0031】得られたSiO2 薄膜は、走査電子顕微鏡
(SEM)により、約2万倍の倍率で表面形状状態を観
察したところ、図1に示すように、その径が約100〜
150nm程度のマイクロピット状の表層を呈し、ポー
ラスな薄膜であり、またエリプソメータによる測定か
ら、屈折率が1.33であって、膜厚が105nmであ
った。
【0032】該両面薄膜付ガラス基板の反射率は、JI
S Z 8722に基づき求めたところ、図4に示すよ
うに、波長約550nmで1.1%、可視光線平均反射
率(D65光線ーY値)は1.2%と、反射性能に優れ
ていたさらに該薄膜は布等で強く擦過してもキズを発
生するようなことはなかった。
【0033】実施例2 実施例1と同様なガラス基板とコーティング溶液を用
い、他は実施例1と同様にし、引き上げ速度を3mm/
sでディッピング法により膜付けし、3分間静置した
後、270℃で10分加熱してゲル膜を形成した。これ
を600℃で10分間加熱処理して成膜した。
【0034】得られたSiO2 薄膜は、実施例1と比べ
て緻密化が少々進んでいるものの、実施例1と同一条件
で表面形状を観察したところ、図2に示すように、その
孔の径が約100nm前後程度のマイクロピット状表面
を呈しており、ポーラスな薄膜であった。また実施例1
と同様の測定から、屈折率が約1.395であって眼鏡
等に広く使われている弗化マグネシウム膜に近い屈折率
であり、膜厚が約100nmであった
【0035】該両面薄膜付ガラス基板の反射率は、図4
に示すように、約550nmで約3%、可視光線反射率
(D65光線ーY値)は約3.1%であって実施例1に
比べると低反射特性はやや低いものの、良好な反射性能
を示した
【0036】さらに、テーバー摩耗特性は、摩耗輪がC
Sー10Fで荷重が500gfの条件により、100回
の回転でヘーズ(△H)値が約0.8%であって、耐摩
耗性に優れていた。
【0037】比較例1 実施例1と同様なガラス基板に、実施例1の平均分子量
が約100,000で溶質濃度が約0.4mol%のシ
リコンエトキシドのブタノール溶液を、実施例1と同様
の環境下で、引き上げ速度を約3.5mm/sのスピー
ドでガラス基板の両面にディッピング法で膜付けし、実
施例1と同様な条件で加熱処理し成膜した。
【0038】得られた薄膜は、実施例1と同様な測定と
評価により、図3に示すように、非常に平坦な表面であ
って、その屈折率が約1.45と高く、膜厚が約95n
mの両面膜付ガラスとなって、その反射率は、図4に示
すように、約550nmで最低となり、可視光線反射率
(D65光線ーY値)は約5.2%であり、低反射性能
においても実施例より劣っていた
【0039】比較例2 実施例2と同様な方法において、ディッピングの引き上
げスピードを約0.5mm/sにして膜付けし、実施例
2と同条件で加熱成膜したところ、屈折率が約1.40
で膜厚が約50nmであって、実施例2に近い表面を有
する両面膜付ガラスではあるが、その反射率は400n
m以下の波長で最低となり、可視光線反射率(D65光
線ーY値)は約5.7%であり、低反射性能においても
実施例より劣っていた
【0040】比較例3 実施例2と同様な方法において、ディッピングの引き上
げスピードを約6mm/sにして被膜し、実施例2と同
条件で加熱成膜したところ、屈折率が約1.39で膜厚
が約170nmであって、実施例2に近い表面を有する
両面膜付ガラスではあるが、その反射率は780nm以
上の波長で最低となり、可視光線反射率(D65光線ー
Y値)は約7.1%であり、低反射性能においても実施
例より劣っていた
【0041】比較例4 実施例1と同様な方法において、1ーブタノールを約5
0g再添加した溶液を使用し、ディッピングの引き上げ
スピードを約1mm/sにして被膜し、実施例1と同条
件で加熱成膜したところ、屈折率が約1.33で膜厚が
約50nmであって、実施例1に近い表面を有する両面
膜付ガラスではあるが、その反射率は400nm以下の
波長で最低となり、可視光線反射率(D65光線ーY
値)は約5%であり、低反射性能において実施例より劣
っていた
【0042】比較例5 実施例1と同様な方法において、ディッピングの引き上
げスピードを約8mm/sにして被膜し、実施例1と同
条件で加熱成膜したところ、屈折率が約1.33で膜厚
が約180nmの実施例1に近い表面を有する両面膜付
ガラスではあるが、その反射率は780nm以上の波長
で最低となり、可視光線反射率(D65光線ーY値)は
約6.9%であり、低反射性能において実施例より劣っ
ていた
【0043】
【発明の効果】本発明によれば、容易な膜形成手段でも
って薄膜を安価に効率よく得られ、該薄膜において特異
な形状のマイクロピット状あるいは凹凸状表面を呈し
しかもその孔の径を調整することができ、反射防止特性
に優れており、密着性、耐候性等に優れる。得られる低
反射ガラスは、建築用窓材等をはじめ、各種ガラス物品
などに採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の低反射ガラスの走査電子顕微鏡写真
で、薄膜表面形状を示した図である。
【図2】実施例2の低反射ガラスの走査電子顕微鏡写真
で、薄膜表面形状を示した図である。
【図3】比較例1の低反射ガラスの走査電子顕微鏡写真
で、薄膜表面形状を示した図である。
【図4】実施例1、実施例2、比較例1、および通常の
ガラスにおける、分光反射率(%)を示すグラフであ
る。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス基板の表面に形成した薄膜におい
    て、該薄膜、Siアルコキシド系化合物及び/又は
    iアセチルアセトネート系化合物を出発原料とするSi
    2 系のゾルであって、その縮重合度の相違により平均
    分子量を著しく異ならせ、一種のゾルの平均分子量が数
    千、他の一種以上のゾルの平均分子量が数万乃至数十万
    とした二種以上のSiO 2 系ゾルを、その混合割合を調
    整して溶剤に溶解してコーティング溶液とし、また該コ
    ーティング溶液を、常温下塗布環境の相対湿度を調整し
    て膜付けすることにより、加熱成膜のままでマイクロピ
    ット状または凹凸状表面を形成したゾルゲル膜であり、
    その膜厚が60〜160nm、前記マイクロピット状ま
    たは凹凸状表面のピットまたは凹凸の孔の径が50〜2
    00nm、かつ膜の屈折率が1.21〜1.40でガラ
    ス基板より低屈折率としたことを特徴とする低反射ガラ
    ス。
  2. 【請求項2】 二種以上のSiO 2 系のゾルの混合割合
    において、高平均分子量のゾル1molに対して、低平
    均分子量のゾルが酸化物換算で0.1〜30molであ
    ることを特徴とする請求項1記載の低反射ガラス。
  3. 【請求項3】 ガラス基板の表面に薄膜を形成した低反
    射ガラスの製法において、 a)Siアルコキシド系化合物及び/またはSiアセチル
    アセトネート系化合物を出発原料とし、縮重合させるこ
    とにより平均分子量数千の低平均分子量のSiO 2 系ゾ
    ルと、Siアルコキシド系化合物及び/またはSiアセ
    チルアセトネート系化合物を出発原料とし、縮重合させ
    ることにより平均分子量数万乃至数十万の高平均分子量
    のSiO 2 系ゾルを製造し、前記低平均分子量のSiO
    2 系ゾルと前記高平均分子量のSiO 2 系ゾルからなる
    少なくとも二種のゾルを、前記高平均分子量のゾル1m
    olに対して、低平均分子量のゾルが酸化物換算で0.
    1〜30molとなるべく混合し、溶剤に溶解してコー
    ティング溶液とし、 b)該コーティング溶液を、常温下相対湿度40〜90%
    における適宜湿度のもと、ガラス基板上に塗布し、 c)乾燥後、100℃以上に加熱し、膜の厚みが60〜1
    60nm、マイクロピット状または凹凸状表面のピット
    または凹凸の孔の径が50〜200nm、膜の屈折率が
    1.21〜1.40の範囲にあるゾルゲル薄膜を形成す
    ること、 を特徴とする低反射ガラスの製法。
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