JP5645435B2

JP5645435B2 - 酸化アルミニウム前駆体ゾル及び光学用部材の製造方法

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Description

本発明は、酸化アルミニウム前駆体ゾル及びそれを用いた反射防止性能を有する光学用部材の製造方法に関し、さらに詳述すると可視領域を含む広い領域で高い反射防止性能を安定して得るのに適した光学用部材の製造方法に関する。

可視光領域の波長以下の微細周期構造を用いた反射防止構造体は、適切なピッチ、高さの微細周期構造を形成することにより、広い波長領域ですぐれた反射防止性能を示すことが知られている。

微細周期構造を形成する方法としては、可視光波長以下の粒径の微粒子を分散した膜の塗布などが知られている。また、電子線描画装置やレーザー干渉露光装置，半導体露光装置，エッチング装置などの微細加工装置によるパターン形成によって微細周期構造を形成する方法は、ピッチ、高さの制御が可能であり、またすぐれた反射防止性を持つ微細周期構造を形成することが出来ることが知られている（特許文献１）。

それ以外の方法として、アルミニウムの水酸化酸化物であるベーマイトを基材上に成長させて反射防止効果を得ることも知られている。これらの方法では、液相法（ゾルゲル法）により成膜したアルミニウム（酸化アルミニウム）の膜を水蒸気処理あるいは温水浸漬処理により、表層をベーマイト化して微細周期構造を形成し、反射防止膜を得ている（特許文献２）。

ベーマイトの微細周期構造を用いて反射防止膜を形成する方法では、垂直入射による反射率が極めて低く、高い反射防止性が得られることが知られている。しかしながら高い反射防止性を維持するためには微細周期構造の高さや周期を一定にすることが求められ、前記の真空製膜法で微細周期構造を形成する方法では曲面上や広い面での膜厚制御が困難であった。一方、液相法（ゾルゲル法）により酸化アルミニウム膜を形成し温水浸漬処理する方法では、各種面形状に微細周期構造を形成できる。しかしながら、アルミニウム化合物の加水分解により合成される酸化アルミニウム前駆体ゾルは、コーティング用としては必ずしも安定ではない。そのため、基材上にムラ無く塗布した上、温水処理後に反射率のばらつきの小さい反射防止膜を得ることは困難であった。

特開昭５０-７００４０号公報特開平０９-２０２６４９号公報

上記の様な酸化アルミニウム前駆体ゾルを用いて反射防止膜を形成する液相法（ゾルゲル法）において、凝集などによりコーティング用としての安定性が損なわれない酸化アルミニウム前駆体ゾルと、それを用いたより簡便でバラツキの少ない高性能な反射防止膜の製造方法が望まれている。

本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、コーティング用としての安定性の高い酸化アルミニウム前駆体ゾル、および高い反射防止性能を示し、反射率のばらつきの少ない反射防止膜を有する光学用部材の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決する酸化アルミニウム前駆体ゾルは、アルミニウム化合物の加水分解物および／またはその縮合物を成分として含有する粒子と、溶媒を含み、前記粒子の平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下であり、前記溶媒は、炭素数５以上８以下の一価のアルコールを５０重量％以上９０重量％以下、沸点１１０℃以上１７０℃以下の水溶性溶媒を１０重量％以上５０重量％以下の割合で含有することを特徴とする。

上記の課題を解決する光学用部材の製造方法は、
（１）基材の少なくとも一方の面上に上記の酸化アルミニウム前駆体ゾルを供給する工程、
（２）前記酸化アルミニウム前駆体ゾルを基材上に広げる工程、
（３）基材を乾燥および／または焼成を行うことにより酸化アルミニウム膜を形成する工程、
（４）前記酸化アルミニウム膜を６０℃以上１００℃以下の温水中に浸漬して酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を形成する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、液中で凝集などが起こり難くコーティング用としての安定性の高い酸化アルミニウム前駆体ゾルを提供することができる。またその酸化アルミニウム前駆体ゾルを用いることにより、高い反射防止性能を示し、反射率のばらつきの少ない反射防止膜を有する光学用部材の製造方法を提供することができる。

本発明に係る酸化アルミニウム前駆体ゾルに含有されている粒子の粒度分布曲線の一例を示す図である。本発明の光学用部材の製造方法の一実施形態を示す工程図である。本発明の光学用部材の一実施態様を示す概略図である。本発明の光学用部材の一実施態様を示す概略図である。本発明の光学用部材の一実施態様を示す概略図である。本発明の光学用部材の一実施態様を示す概略図である。実施例３における酸化アルミニウム前駆体ゾル５の粒度分布曲線である。比較例１における酸化アルミニウム前駆体ゾル１の粒度分布曲線である。比較例３における酸化アルミニウム前駆体ゾル７の粒度分布曲線である。実施例１から４および比較例１から３における酸化アルミニウム前駆体ゾル１から７の触媒水量と粘度との関係を表す曲線である。実施例１から４および比較例１から３における酸化アルミニウム前駆体ゾル１から７の触媒水量と平均粒子径との関係を表す曲線である。実施例１から４および比較例１から３における、酸化アルミニウム前駆体ゾル１から７の触媒水量と主なピーク面積との関係を表す曲線である。実施例９、１０および比較例９、１０における光学膜の波長４００から７００ｎｍの絶対反射率を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係る酸化アルミニウム前駆体ゾルは、アルミニウム化合物の加水分解物および／またはその縮合物を成分として含有する粒子と、溶媒を含み、前記粒子の平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下であることを特徴とする。

本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルは、基材上に塗布、乾燥してから温水中に浸漬すると酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を形成することができ、後述する本発明の光学用部材の製造方法に用いるのに適している。

本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルは、アルミニウム化合物を溶媒中で水と接触させて得られるアルミニウム化合物の加水分解物および／またはその縮合物を主成分として含んでいる。アルミニウム化合物をＡｌ−Ｘ_３（Ｘはアルコキシル基、アシロキシル基、ハロゲン基、硝酸イオンを表す）とした時に、その加水分解物とはＡｌ−Ｘ_２（ＯＨ）、Ａｌ−Ｘ（ＯＨ）_２、あるいはＡｌ−（ＯＨ）_３で表される化合物である。前記加水分解物はその−ＯＨ基同士あるいは−Ｘ基と−ＯＨ基が反応してＨ_２ＯあるいはＸＨの脱離を伴いながらＡｌ−Ｏ−Ａｌ結合を形成する。その結果得られる１個以上のＡｌ−Ｏ−Ａｌ結合を有し、直鎖構造または枝分かれ構造を持った化合物がアルミニウム化合物の縮合物である。前記粒子が非晶質であることが好ましい。

その縮合物はゲルおよび／または粒子として存在すると考えられ、そのため酸化アルミニウム前駆体ゾルを動的光散乱法により測定すると、散乱光強度から粒度分布曲線が得られる。さらに粒度分布曲線に見られる各山からは平均粒子径が、各山の面積からある平均粒子径を持つ粒子の割合を求めることができる。

本発明に係る酸化アルミニウム前駆体ゾルの粒度分布曲線に見られる各山から求められる粒子の平均粒子径は２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下である。前記範囲の粒子径を有する酸化アルミニウム前駆体ゾルは基材への塗工性に優れ、膜厚均一性が高い。
好ましくは、本発明に係る酸化アルミニウム前駆体ゾルの粒度分布曲線が単独のピークを持つ少なくとも１つ以上の山を有し、前記山の内一つの山の平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下であり、かつ平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下の山の面積が粒度分布曲線の総面積に対して９０％以上である。より好ましくは９８％以上である。

図１は、本発明に係る酸化アルミニウム前駆体ゾルに含有されている粒子の粒度分布曲線の一例を示す図である。図１における粒度分布曲線は、横軸に粒子径を対数で表し、縦軸に散乱強度を表す。この粒度分布曲線はピーク１を持つ山とピーク２を持つ山の２つの山を有する。Ａはピーク１を持つ山の平均粒子径を、Ｂはピーク２を持つ山の平均粒子径を表す。本発明における酸化アルミニウム前駆体ゾル中の粒子は、ピーク１を持つ山の平均粒子径Ａで、２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上６ｎｍ以下の範囲にある。その上、ピーク１を持つ山の面積の割合が、ピーク１を持つ山およびピーク２を持つ山の面積の和、つまり粒度分布曲線の総面積に対して９０％以上であることが好ましい。

アルミニウム化合物の加水分解縮合物は単一のピーク１を持つ山として現れるが、水と接触させる際に副生成物として僅かに不溶物を生成する。この不溶物由来と思われる数１００ｎｍから数１０μｍに広がるブロードなピークがピーク２を持つ山として観測される。

酸化アルミニウム前駆体ゾル中の加水分解縮合物は成長初期には微細なゲルであり、さらに成長すると粒子になる。ゲルから粒子への形態変化が起こる初期の段階では粒子径は２ｎｍ前後であり大きな粒子径の増加は起こらない。ところが、ゲルから粒子への形態変化に伴い、ゲル同士の凝集が起こり難くなり酸化アルミニウム前駆体ゾルの粘度が低下する。ゾルから粒子への変化が完全に進むと粒子径の増加が始まり、酸化アルミニウム前駆体ゾルの粘度は極小値をとる。粘度が極小になる領域の粒子径が２．５ｎｍ程度であり、さらに粒子が成長すると粒子径の増加に伴い酸化アルミニウム前駆体ゾルの粘度は上昇する。粒子径が７ｎｍを超えると、粒子の成長が加速し粒子径が急激に増加して凝集が起こり易くなる。つまり、酸化アルミニウム前駆体ゾル中の縮合物がある程度成長して凝集が起こり難い粒子の状態になり、さらに成長して再び凝集が起こり易くなるまでの間の状態が平均粒子径２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲である。

本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルを用いて酸化アルミニウム膜を製膜し温水処理すると、平均粒子径２．５ｎｍ未満の粒子が９０％以上含まれる酸化アルミニウム前駆体ゾルを用いた時に比べて反射防止特性の優れた反射防止膜を得ることができる。さらに平均粒子径が２．５ｎｍ未満の粒子は発達が不十分なため酸化アルミニウム前駆体ゾル中のゲル状物質と浮遊する副生成物が多く、特に数１００ｎｍから数１０μｍに広がる副生成物由来のブロードな山がメンブレンフィルターによる濾過後も残留する。このような酸化アルミニウム前駆体ゾルは塗工液としては不安定であり好ましくない。一方、平均粒子径が７ｎｍを超える粒子は粒子同士の凝集力が強くなるため、独立した粒子と凝集した粒子が混在することになる。凝集した粒子を多く含む場合、濾過時のフィルターの目詰まりを招く。また凝集した粒子が少ない場合でも酸化アルミニウム前駆体ゾルの粘度は高く、塗工から指触乾燥までの間に凝集が進み急激な粘度上昇を引き起こす。

また、酸化アルミニウム前駆体ゾルが副生成物や凝集物を多く含み、先述した１００ｎｍから数１０μｍに広がる副生成物由来のブロードな山の面積が１０％以上になると、酸化アルミニウム膜を製膜し、温水処理すると反射率が安定しない場合がある。
酸化アルミニウム前駆体ゾルには、アルミニウム化合物とともに少量のＺｒ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｇの各々の化合物の少なくとも１種からなる金属化合物とを用いることができる。これらの金属化合物としては各々の金属アルコキシドや塩化物や硝酸塩などの金属塩化合物を用いることができる。ゾルを調製時の副生成物がコーティングの際の製膜性に与える影響が小さいなどの理由から、特に金属アルコキシドを用いるのが好ましい。また、金属化合物の総量１００モル％中のアルミニウム化合物の含まれる量は９０モル％以上が好ましい。

本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルに含有されるアルミニウム化合物の加水分解物および／またはその縮合物を成分として含有する粒子の含有量は、金属酸化物に換算して１重量％以上７重量％以下、好ましくは２．５重量％以上６重量％以下が望ましい。

アルミニウム化合物などの金属化合物の具体例は以下に例示する。
アルミニウム化合物としては、例えば、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウム−ｎ−ブトキシド、アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシド、アルミニウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、またこれらのオリゴマー、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。

ジルコニウムアルコキシドの具体例として、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラｎ−プロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシド、ジルコニウムテトラｔ−ブトキシド等などが挙げられる。

シリコンアルコキシドとしては、一般式Ｓｉ（ＯＲ）_４で表される各種のものを使用することができる。Ｒはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基等の同一または別異の低級アルキル基が挙げられる。

チタニウムアルコキシドとしては、例えば、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラｎ−プロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラｎ−ブトキシチタン、テトライソブトキシチタン等が挙げられる。

亜鉛化合物としては、例えば酢酸亜鉛、塩化亜鉛、硝酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、オレイン酸亜鉛、サリチル酸亜鉛などが挙げられ、特に酢酸亜鉛、塩化亜鉛が好ましい。
マグネシウム化合物としてはジメトキシマグネシウム、ジエトキシマグネシウム、ジプロポキシマグネシウム、ジブトキシマグネシウム等のマグネシウムアルコキシド、マグネシウムアセチルアセトネート、塩化マグネシウム等が挙げられる。

上記の金属化合物の中でもアルミニウム−ｎ−ブトキシド、アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラｎ−ブトキシド、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシチタン、テトラｎ−ブトキシチタン、ジプロポキシマグネシウム、ジブトキシマグネシウムなどの金属アルコキシドを原材料に用いることが好ましい。

前記金属化合物の内、特にアルミニウム、ジルコニウム、チタニウムのアルコキシドは水に対する反応性が高く、空気中の水分や水の添加により急激に加水分解され溶液の白濁、沈殿を生じる。また、アルミニウム塩化合物、亜鉛塩化合物、マグネシウム塩化合物は有機溶媒のみでは溶解が困難で、溶液の安定性が低い。これらを防止するために安定化剤を添加し、溶液の安定化を図ることが好ましい。

安定化剤としては、例えば、アセチルアセトン、ジピロバイルメタン、トリフルオロアセチルアセトン、ヘキサフルオロアセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、ジベンゾイルメタンなどのβ−ジケトン化合物類。アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸アリル、アセト酢酸ベンジル、アセト酢酸−ｉｓｏ−プロピル、アセト酢酸−ｔｅｒｔ−ブチル、アセト酢酸−ｉｓｏ−ブチル、アセト酢酸−２−メトキシエチル、３−ケト−ｎ−バレリック酸メチルなどの、β−ケトエステル化合物類。さらには、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの、アルカノールアミン類等を挙げることができる。

安定化剤の添加量は金属化合物の種類によって異なるが、アルミニウムアルコキシド１モルに対して０．２モル以上２モル以下が好ましい。また、安定化剤は水を加える前に、一定時間アルコキシドと混合することによって効果を発揮する。

加水分解を引き起こすためには、水を適量添加する必要がある。水の添加量は溶媒や濃度によって適量が変化する。水の添加量は、アルミニウム化合物１モルに対し１．２モル以上２モル未満であることが好ましい。

また、加水分解反応の一部を促進する目的で水に触媒を加えることができる。触媒として塩酸、リン酸などを０．１ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度で用いることが好ましい。
溶媒としては、アルミニウム化合物などの原料が均一に溶解し、かつ粒子が凝集などしない有機溶媒であれば良い。例えばメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、２−メチルプロパノール、１−ペンタノール、２−ペンタノール、シクロペンタノール、２−メチルブタノール、３−メチルブタノール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノール、３−ヘキサノール、４−メチル−２―ペンタノール、２−メチル−１―ペンタノール、２−エチルブタノール、２，４−ジメチル−３―ペンタノール、３−エチルブタノール、１−ヘプタノール、２−ヘプタノール、１−オクタノール、２−オクタノールなどの１価のアルコール類：エチレングリコール、トリエチレングリコールなどの２価以上のアルコール類：メトキシエタノール（沸点１２５℃）、エトキシエタノール（沸点１３６℃）、プロポキシエタノール（沸点１５１℃）、イソプロポキシエタノール（沸点１４１℃）、ブトキシエタノール（沸点１７０℃）、１−メトキシ−２−プロパノール（沸点１２０℃）、１―エトキシ−２−プロパノール（沸点１３２℃）、１−プロポキシ−２−プロパノール（沸点１４０から１６０℃）などのグリコールエーテル類：ジメトキシエタン、ジグライム、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジイソプロピルエーテル、シクロペンチルメチルエーテルのようなエーテル類：ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類：ｎ−ヘキサン、ｎ−オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、シクロオクタンのような各種の脂肪族系ないしは脂環族系の炭化水素類：トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの各種の芳香族炭化水素類：アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどの各種のケトン類：クロロホルム、メチレンクロライド、四塩化炭素、テトラクロロエタンのような、各種の塩素化炭化水素類：Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルフォルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、エチレンカーボネートのような非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。

上記溶媒の中でもアルミニウム化合物の溶解性が高く、吸湿し難い点で炭素数５以上８以下の一価のアルコールが好ましい。溶媒の吸湿によりアルミニウム化合物の加水分解が進行すると粒径の制御が困難になる。また塗工時の吸湿は粒子の凝集を招き、光学特性の安定性を損なう。さらに、一般的な低沸点アルコールを用いると溶媒の揮発が早く、前述した安定化剤が膜中に残存するため光学特性に影響を与えるが、炭素数５以上８以下の一価のアルコールは用いると乾燥および／または焼成時に溶媒が安定化剤を伴って揮発するため安定化剤が残存し難い。一方、前記炭素数５以上８以下の一価のアルコールは疎水性が高く、加水分解に必要な水を均一に混合できず粒径を一定にすることが困難である。そのため炭素数５以上８以下の一価のアルコールに対し水溶性溶媒を併用することが好ましい。ここで述べる水溶性溶媒とは２３℃の溶媒に対する水の溶解度が８０重量％以上である溶媒を指す。

本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルに含有される溶媒の含有量は、５０重量％以上９８重量％以下、好ましくは６０重量％以上９３重量％以下が望ましい。
前記溶媒の混合比としては、炭素数５以上８以下の一価のアルコールを５０重量％以上９０重量％以下、沸点１１０℃以上１７０℃以下の水溶性溶媒を１０重量％以上５０重量％以下の割合で含有することが好ましい。水溶性溶媒は１１０℃以上１７０℃以下の沸点を有する水溶性溶媒である。沸点１１０℃未満の水溶性溶媒を用いると、揮発による吸湿や白化が起こり易い。沸点１７０℃を超える水溶性溶媒を用いると、乾燥後も酸化アルミニウム膜中に残存して反射率のばらつきを生じる。前記水溶性溶媒がグリコールエーテルであることが好ましい。

本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルを調製するにあたり、アルミニウムアルコキシドの加水分解と縮合反応を促進するために加熱することができる。加熱温度は溶媒の沸点にも依るが６０℃以上１５０℃以下が好ましく、加熱することによって粒子が成長し粒子性が向上する。

本発明の光学用部材の製造方法について詳細を説明する。
本発明に係る光学用部材の製造方法は、
（１）基材の少なくとも一方の面上に前記の酸化アルミニウム前駆体ゾルを供給する工程、
（２）前記酸化アルミニウム前駆体ゾルを基材上に広げる工程、
（３）基材を乾燥および／または焼成を行うことにより酸化アルミニウム膜を形成する工程、
（４）前記酸化アルミニウム膜を６０℃以上１００℃以下の温水中に浸漬して酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を形成する工程
を有することを特徴とする。

上記（１）から（４）の工程を順に含み、かつ前記酸化アルミニウム前駆体ゾルを供給する工程に前述の酸化アルミニウム前駆体ゾルを用いることを特徴とする。
前記光学用部材が、基材の少なくとも一方の面上に酸化アルミニウムベーマイトを成分として含有する板状結晶から形成される板状結晶層からなる反射防止膜を有することが好ましい。

図２は本発明の光学用部材の製造方法の一実施形態を示す工程図である。
図２（ａ）は、工程（１）において、基材１に前述の酸化アルミニウム前駆体ゾル２が供給された状態を表す。酸化アルミニウム前駆体ゾル２を供給する方法には、細管や一個または複数の細孔から酸化アルミニウム前駆体ゾル２を滴下するなどによって供給する方法、スリットを介して基材１上に酸化アルミニウム前駆体ゾル２を付着させる方法、あるいは版に一旦酸化アルミニウム前駆体ゾル２を付着させてから基材１に転写させる方法などが挙げられる。また、基材１を酸化アルミニウム前駆体ゾル２に浸漬することで、基材１にゾル２を供給することができる。

基材上に供給する前に予め酸化アルミニウム前駆体ゾルを濾過することが好ましい。濾過には1μｍ以下の細孔を有するメンブレンフィルターを用いることで異物などと数％含まれる大きな粒子を取り除くことができる。濾過方法としては吸引濾過や加圧濾過、あるいはフィルターを繰り返し通過させる循環濾過などが挙げられる。また、先述した細管を介して基材に供給する方法では細管途中にフィルターを設け、濾過しながらゾルを供給することもできる。

図２（ｂ）は、工程（２）において、工程（１）で供給された酸化アルミニウム前駆体ゾル２が基材１上に広げられた状態を表す。酸化アルミニウム前駆体ゾル２を基材１上に広げる方法としては、基材１を回転することによって滴下したゾル２を広げるスピンコート法、基材１上をブレードやロールを移動させて滴下したゾル２を広げるブレードコート法やロールコート法などが挙げられる。また、酸化アルミニウム前駆体ゾル２を供給しながら広げることも可能である。スリットから酸化アルミニウム前駆体ゾル２を供給しながらスリットまたは基材１を移動させてゾル２を広げるスリットコート法や、一旦版に付着させたゾル２を版または基材１を移動させながら転写する印刷法などである。

基材１を酸化アルミニウム前駆体ゾル２に一旦浸漬してから基材１を等速で引き上げるディップコート法なども一例である。凹面などの立体的に複雑な形状を有する光学用部材を製造する場合、酸化アルミニウム前駆体ゾル２の供給源を接近することが困難であるためスピンコート法が好ましい。

図２（ｃ）は、工程（３）において、基材１を乾燥および／または焼成を行うことにより酸化アルミニウム膜３を形成した状態を表す。基材１の加熱乾燥を行うと，工程（２）で基材１上に広げた酸化アルミニウム前駆体ゾル２は溶媒が揮発して、ゾル２中の粒子が堆積した酸化アルミニウム膜３が形成される。さらに加熱すると安定化剤の揮散、未反応のアルコキシドや水酸基の縮合反応が進行する。加熱温度は安定化剤の揮散に必要な１５０℃以上が好ましく、基材やその他の部材への影響を考慮に入れると３００℃以下が好ましい。加熱方法としては熱風循環オーブン、マッフル炉、ＩＨ炉中で加熱する方法、ＩＲランプで加熱する方法などが挙げられる。

図２（ｄ）は、工程（４）において、基材１上に酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造５を有する層４が形成された状態を表す。凹凸構造５は工程（３）で得られた酸化アルミニウム膜３を６０℃以上１００℃以下の温水に接触し形成される。形成される酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を有する層４は、アルミニウムの酸化物または水酸化物またはそれらの水和物の結晶からなり、主な結晶としてはベーマイトである。酸化アルミニウム膜３を温水に接触する方法は、基材１を温水に浸漬する方法、温水を流水もしくは霧状にして酸化アルミニウム膜３に接触させる方法などが挙げられる。

酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造５を有する層４は、酸化アルミニウムベーマイトを主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層であることが好ましい。その場合の本実施形態に係る光学用部材を示す模式的な概略断面図を図３に示す。

図３において、本発明の製造方法によって得られる光学用部材は、基材１上に、酸化アルミニウムベーマイトを主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層６が積層されている。酸化アルミニウムベーマイトを主成分とする板状結晶層６は、アルミニウムの酸化物または水酸化物またはそれらの水和物の結晶から形成され、主な結晶としてはベーマイトである。板状結晶層６は、本発明の酸化アルミニウム前駆体ゾルを基材上に塗布し、加熱することによって形成された酸化アルミニウム膜を温水に接触させることにより形成された酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を有する層である。板状結晶層６には、板状結晶の下部（根元部分）に非晶質の酸化アルミニウムが残っていてもよい。

また、これらの板状結晶を配することで、その端部が微細な凹凸形状７を形成するので、微細な凹凸の高さを大きくし、その間隔を狭めるために板状結晶は選択的に基材の表面に対して特定の角度で配置される。

基材１の表面が平板、フィルムないしシートなどの平面の場合には、図４に示すように、板状結晶は基材の表面に対して、すなわち板状結晶の傾斜方向８と基材表面との間の角度θ１の平均角度が４５°以上９０°以下、好ましくは６０°以上９０°以下となるように配置されることが望ましい。

また、基材１の表面が二次元あるいは三次元の曲面を有する場合には、図５で示すように、板状結晶は基材の表面に対して、すなわち板状結晶の傾斜方向８と基材表面の接線９との間の角度θ２の平均角度が４５°以上９０°以下、好ましくは６０°以上９０°以下となるように配置されることが望ましい。

板状結晶層６の層厚は、好ましくは２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。凹凸を形成する層厚が２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下では、微細な凹凸構造による反射防止性能が効果的であり、また凹凸の機械的強度が損なわれる恐れが無くなり、微細な凹凸構造の製造コストも有利になる。また、層厚が５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることにより、反射防止性能をさらに高めることとなり、より好ましい。

本発明の微細凹凸の面密度も重要であり、これに対応する中心線平均粗さを面拡張した平均面粗さＲａ’値が５ｎｍ以上、より好ましく１０ｎｍ以上、さらに好ましくは１５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、また表面積比Ｓｒが１．１以上である。より好ましくは１．１５以上、さらに好ましくは１．２以上３．５以下である。

得られた微細凹凸組織の評価方法の一つとして、走査型プローブ顕微鏡による微細凹凸組織表面の観察があり、該観察により該膜の中心線平均粗さＲａを面拡張した平均面粗さＲａ’値と表面積比Ｓｒが求められる。すなわち、平均面粗さＲａ’値（ｎｍ）は、ＪＩＳＢ０６０１で定義されている中心線平均粗さＲａを、測定面に対し適用し三次元に拡張したもので、「基準面から指定面までの偏差の絶対値を平均した値」と表現し、次の式（１）で与えられる。

Ｒａ’：平均面粗さ値（ｎｍ）、
Ｓ_０：測定面が理想的にフラットであるとした時の面積、｜Ｘ_Ｒ−Ｘ_Ｌ｜×｜Ｙ_Ｔ−Ｙ_Ｂ｜、Ｆ（Ｘ，Ｙ）：測定点（Ｘ，Ｙ）における高さ、ＸはＸ座標、ＹはＹ座標、
Ｘ_ＬからＸ_Ｒ：測定面のＸ座標の範囲、
Ｙ_ＢからＹ_Ｔ：測定面のＹ座標の範囲、
Ｚ_０：測定面内の平均の高さ。

また、表面積比Ｓｒは、Ｓｒ＝Ｓ／Ｓ_０〔Ｓ_０：測定面が理想的にフラットであるときの面積。Ｓ：実際の測定面の表面積。〕で求められる。なお、実際の測定面の表面積は次のようにして求める。先ず、最も近接した３つのデータ点（Ａ，Ｂ，Ｃ）より成る微小三角形に分割し、次いで各微小三角形の面積△Ｓを、ベクトル積を用いて求める。△Ｓ（△ＡＢＣ）＝［ｓ（ｓ−ＡＢ）（ｓ−ＢＣ）（ｓ−ＡＣ）］０．５〔但し、ＡＢ、ＢＣおよびＡＣは各辺の長さで、ｓ≡０．５（ＡＢ＋ＢＣ＋ＡＣ）〕となり、この△Ｓの総和が求める表面積Ｓになる。微細凹凸の面密度がＲａ’が５ｎｍ以上で、Ｓｒが１．１以上になると、凹凸構造による反射防止を発現することができる。また、Ｒａ’が１０ｎｍ以上で、Ｓｒが１．１５以上であると、その反射防止効果は前者に比べ高いものとなる。そしてＲａ’が１５ｎｍ以上で、Ｓｒが１．２以上になると実際の使用に耐えうる性能となる。しかしＲａ’が１００ｎｍ以上で、Ｓｒが３．５以上になると反射防止効果よりも凹凸構造による散乱の効果が勝り十分な反射防止性能を得ることが出来ない。

基材１と酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造５を有する層４との間に酸化アルミニウム以外を主成分とする層を設けることができる。図６は基材１上に酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０、さらにその上に酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造５を有する層４が形成された光学用部材の例である。

酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０は、主に基材１と酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造５を有する層４との屈折率差を調整する目的で設けられる。そのため酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０は無機材料もしくは有機材料からなる透明膜であることが好ましい。

酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０に用いられる無機材料の例としては、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５などの金属酸化物が挙げられる。無機材料からなる酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０を形成する方法は蒸着やスパッタなどの真空製膜法、金属酸化物前駆体ゾルの塗布によるゾル−ゲル法などが挙げられる。

一方、酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０に用いられる有機材料の例としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、オキセタン樹脂、マレイミド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、フェノール樹脂、レゾール樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアリレート、ポリエーテル、ポリウレア、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリケトン、ポリスルホン、ポリフェニレン、ポリキシリレン、ポリシクロオレフィンなどの有機ポリマーが挙げられる。有機材料からなる酸化アルミニウム以外を主成分とする層１０を形成する方法は、主にその溶液を塗布により形成するウェットコート法などが挙げられる。

その他、酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造５の表面に、反射防止性を損なわない程度に処理を施すことができる。耐擦傷性や防汚性を付与するためにＳｉＯ_２薄膜、ＦＡＳ（フッ素化アルキルシラン）やフッ素樹脂の極めて薄い層を設ける例を挙げることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし本発明はかかる実施例に限定されるものではない。各実施例、比較例で得られた、表面に微細な凹凸を有する光学膜について、下記の方法で評価を行った。

（１）酸化アルミニウム前駆体ゾル１から７の調製
１７．２ｇのアルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシド（ＡＳＢＤ、川研ファインケミカル製）と、４．５６ｇの３−オキソブタン酸エチルエステルと、４−メチル−２−ペンタノールとを均一になるまで混合攪拌した。０．０１Ｍ希塩酸を４−メチル−２−ペンタノール／１−エトキシ−２−プロパノール（沸点１３２℃）の混合溶媒に溶解してから、前記アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシドの溶液にゆっくり加え、暫く攪拌した。溶媒は最終的に５３ｇの４−メチル−２−ペンタノールと、２３ｇの１−エトキシ−２−プロパノールの混合溶媒になるように調整した。さらに１２０℃のオイルバス中で２から３時間以上攪拌することによって酸化アルミニウム前駆体ゾルを調製した。０．０１Ｍ希塩酸の量を０．８８から２．０２ｇまで段階的に量を変えた酸化アルミニウム前駆体ゾル１から７を調製した。

（２）酸化アルミニウム前駆体ゾル８から１１の調製
２４．６ｇのアルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシド（ＡＳＢＤ、川研ファインケミカル製）と、６．５１ｇの３−オキソブタン酸エチルエステルと、１−ペンタノールとを混合し、当初白濁するものの均一になるまで混合攪拌した。０．０１Ｍ希塩酸を１−ペンタノール／１−エトキシ−２−プロパノールの混合溶媒に溶解してから、前記アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシドの溶液にゆっくり加え、暫く攪拌した。溶媒は最終的に４９ｇの１−ペンタノールと、２１ｇの１−エトキシ−２−プロパノールの混合溶媒になるように調整した。さらに１２０℃のオイルバス中で２から３時間以上攪拌することによって酸化アルミニウム前駆体ゾルを調製した。０．０１Ｍ希塩酸の量が１．８ｇ、２．２５ｇ、２．７ｇ、３．０６ｇと異なる酸化アルミニウム前駆体ゾル８から１１を調製した。

（３）酸化アルミニウム前駆体ゾル１２の調製
１７．２ｇのアルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシド（ＡＳＢＤ、川研ファインケミカル製）と、４．５６ｇの３−オキソブタン酸エチルエステルと、２−プロパノールとを均一になるまで混合攪拌した。１．２６ｇの０．０１Ｍ希塩酸を２−プロパノールに溶解してから、前記アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシドの溶液にゆっくり加え、暫く攪拌した。２−プロパノールは最終的に７６ｇになるように調整した。さらにオイルバス中で２から３時間以上還流することによって酸化アルミニウム前駆体ゾル１２を調製した。

（４）粘度測定
標準ローター（１°３４‘、Ｒ２４）を装備したコーンプレートタイプ回転粘度計（ＲＥ−１０５Ｌ、東機産業製）を使用し、２５℃、５０ｒｐｍの時の粘度を測定した。

（５）粒度分布測定
粒度分布計（ゼータサイザーナノＳ、マルバーン製）を用い、ガラス製セルに約１ｍｌの酸化アルミニウム前駆体ゾルを入れて２５℃で測定した。屈折率を１．５、吸収を０．０１、溶液粘度に上記測定粘度として解析を行った。

（６）基材の洗浄
片面だけ研磨され、もう一方の面がスリガラス状の大きさ約φ３０ｍｍ、厚さ約１ｍｍの円盤状ガラス基板をアルカリ洗剤中で超音波洗浄した後、オーブン中で乾燥した。

（７）反射率測定
絶対反射率測定装置（ＵＳＰＭ−ＲＵ、オリンパス製）を用い、４００ｎｍから７００ｎｍの範囲の入射角０°時の反射率測定を行った。

（８）基板の表面観察
基板表面をＰｄ／Ｐｔ処理を行い、ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−４８００、日立ハイテク製）を用いて加速電圧２ｋＶで表面観察を行った。

実施例１から４
酸化アルミニウム前駆体ゾル３から６の粘度測定と粒度分布測定を行った。その結果を表１に示した。酸化アルミニウム前駆体ゾル５を用いた実施例３の時の粒度分布曲線を図７に示した。また、アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシドに対する触媒水（０．０１Ｍ希塩酸）のモル等量と粘度、主なピークの平均粒子径、および主なピークの面積％をそれぞれグラフにして、図１０から図１２に示した。

実施例５
洗浄したＬａ_２Ｏ_５を主成分とするｎｄ＝１．７７、νｄ＝５０のガラス基材（φ３０ｍｍ）の研磨面上に酸化アルミニウム前駆体ゾル３を適量滴下し、３５００ｒｐｍで２０秒スピンコートを行った。その際にスピンコートによるムラは観察されなかった。その後、２００℃の熱風循環オーブンで１２０分間焼成し、ガラス基板上に非晶性酸化アルミニウム膜を被膜した。

次に、８０℃の温水中に３０分間浸漬したのち、６０℃で１５分間乾燥させた。
得られた膜表面のＦＥ−ＳＥＭ観察を行ったところ、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶がランダム状にかつ複雑に入り組んだ微細な凹凸組織が観測された。

反射率の測定を行ったところ中心部１点と周辺部２点の反射率を測定し、６００ｎｍの反射率差の大小からばらつきの有無を確認した。その結果、反射率差は０．１％未満であり反射防止性のばらつきが小さいことが確認された。

実施例６
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を４に変えた以外は実施例５と同様の操作を行った。
その結果、スピンコートの際のムラは観察されなかった。温水浸漬後の反射率差は０．１％未満であり反射防止性のばらつきが小さいことが確認された。

実施例７
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を５に変えた以外は実施例５と同様の操作を行った。
その結果、スピンコートの際のムラは観察されなかった。温水浸漬後の反射率差は０．１％未満であり反射防止性のばらつきが小さいことが確認された。

実施例８
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を６に変えた以外は実施例５と同様の操作を行った。
その結果、スピンコートの際のムラは観察されなかった。温水浸漬後の反射率差は０．１％未満であり反射防止性のばらつきが小さいことが確認された。

実施例９
酸化アルミニウム前駆体ゾル１０（平均粒子径とピーク面積はそれぞれ３．５ｎｍ、９３％）を洗浄したＬａ_２Ｏ_５を主成分とするｎｄ＝１．７７、νｄ＝５０のガラス基材（φ３０ｍｍ）の研磨面上に適量滴下し、３０００ｒｐｍで２０秒スピンコートを行った。その後、２００℃の熱風循環オーブンで１２０分間焼成し、ガラス基板上に非晶性酸化アルミニウム膜を被膜した。

次に、８０℃の温水中に３０分間浸漬したのち、６０℃で１５分間乾燥させた。
得られた膜表面のＦＥ−ＳＥＭ観察を行ったところ、酸化アルミニウムを主成分とする板状結晶がランダム状にかつ複雑に入り組んだ微細な凹凸組織が観測された。
反射率の測定を行った結果を図１３に示した。粒子径の増加によって反射率を下げる効果が確認された。

実施例１０
酸化アルミニウム前駆体ゾル１０を１１（平均粒子径とピーク面積はそれぞれ６．８ｎｍ、９６％）に変えた以外は実施例９と同様の操作を行った。
反射率の測定を行った結果を図１３に示した。粒子径の増加によって反射率を下げる効果が確認された。

比較例１から４
酸化アルミニウム前駆体ゾル１、２、７、１２それぞれの粘度測定と粒度分布測定を行った。その時の結果を表１に示した。酸化アルミニウム前駆体ゾル１または７を用いた比較例１および３の時ぞれぞれの粒度分布曲線を図８と９に示した。また、ゾル１、２、７についてアルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシドに対する触媒水（０．０１Ｍ希塩酸）のモル等量と粘度、主なピークの平均粒子径、および主なピークの面積％をそれぞれグラフにし図１０から１２に示した。

比較例５
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を１に変えた以外は実施例５と同様の操作を行った。
その結果、酸化アルミニウム前駆体ゾル１をスピンコートした時点で、基材中心から周辺にかけて放射状に伸びるスジ状のムラが確認された。温水浸漬後の反射率差は０．２％と反射防止性の面内のばらつきが確認された。

比較例６
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を２に変えた以外は実施例５と同様の操作を行った。
その結果、酸化アルミニウム前駆体ゾル２をスピンコートした時点で、基材中央部に大きな星型のムラが確認された。温水浸漬後の反射率差は０．２％と反射防止性の面内のばらつきが確認された。

比較例７
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を７に変えた以外は実施例５と同様の操作を行った。
その結果、酸化アルミニウム前駆体ゾル７をスピンコートした時点で、基材中心から周辺にかけて放射状に伸びるスジ状のムラが確認された。温水浸漬後の反射率差は０．２％であり反射防止性の面内のばらつきが確認された。

比較例８
酸化アルミニウム前駆体ゾル３を１２に変えた以外は実施例４と同様の操作を行った。
その結果、酸化アルミニウム前駆体ゾル１２をスピンコートした時点で、基材中心から周辺にかけて放射状に伸びるスジ状のムラと無数のクラックが確認された。温水浸漬後の反射率差は０．２％であり反射防止性の面内のばらつきが確認された。

比較例９
酸化アルミニウム前駆体ゾル８（平均粒子径とピーク面積はそれぞれ１．７ｎｍ、８４％）に変えた以外は実施例７と同様の操作を行った。
その結果、反射率の測定を行った結果を図１３に示した。

比較例１０
酸化アルミニウム前駆体ゾル９（平均粒子径とピーク面積はそれぞれ２．２ｎｍ、８８％）に変えた以外は実施例７と同様の操作を行った。

その結果、反射率の測定を行った結果を図１３に示した。

（注１）＊触媒水（モル等量）は、アルミニウム−ｓｅｃ−ブトキシドに対する触媒水のモル等量を示す。
（注２）＊主なピーク面積は、全ピークの面積に対する、表中の平均粒子径のピークの面積の割合を示す。

〔性能評価〕
実施例１から４から特定の領域の粒子径を有する酸化アルミニウム前駆体ゾル３から６の粘度の低減効果や副生成物の減少が確認された。また実施例５から８からそれらの酸化アルミニウム前駆体ゾルを用いることで反射率のばらつきの少ない光学膜が得られた。さらに実施例９、１０では反射率を下げる効果も確認された。一方、比較例５から８では酸化アルミニウム前駆体ゾルの塗布性が悪く、反射率のばらつきも大きい光学膜が得られた。

本発明により製造される光学用部材は、任意の屈折率を有する透明基材に対応でき、可視光に対して優れた反射防止効果を示すとともに、長期的な耐候性を有するので、ワープロ、コンピュータ、テレビ、プラズマディスプレイパネル等の各種ディスプレイ：液晶表示装置に用いる偏光板、各種光学硝材及び透明プラスチック類からなるサングラスレンズ、度付メガネレンズ、カメラ用ファインダーレンズ、プリズム、フライアイレンズ、トーリックレンズ、各種光学フィルター、センサーなどの光学部材：さらにはそれらを用いた撮影光学系、双眼鏡などの観察光学系、液晶プロジェクタなどに用いる投射光学系：レーザービームプリンターなどに用いる走査光学系等の各種光学レンズ：各種計器のカバー、自動車、電車等の窓ガラスなどの光学部材に利用することができる。

１基材
２酸化アルミニウム前駆体ゾル
３酸化アルミニウム膜
４酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を有する層
５酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造
６酸化アルミニウムベーマイトを主成分とする板状結晶から形成されている板状結晶層
７凹凸形状
８傾斜方向
９基材表面の接線
１０酸化アルミニウム以外を主成分とする層

Claims

アルミニウム化合物の加水分解物および／またはその縮合物を成分として含有する粒子と、溶媒とを含み、
前記粒子の平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下であり、
前記溶媒は、炭素数５以上８以下の一価のアルコールを５０重量％以上９０重量％以下、沸点１１０℃以上１７０℃以下の水溶性溶媒を１０重量％以上５０重量％以下の割合で含有することを特徴とする酸化アルミニウム前駆体ゾル。
前記粒子の粒度分布曲線が単独のピークを持つ少なくとも１つ以上の山を有し、前記山の内一つの山の平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下であり、かつ平均粒子径が２．５ｎｍ以上７ｎｍ以下の山の面積が粒度分布曲線の総面積に対して９０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の酸化アルミニウム前駆体ゾル。
前記水溶性溶媒がグリコールエーテルであることを特徴とする請求項２記載の酸化アルミニウム前駆体ゾル。
前記粒子が非晶質であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の酸化アルミニウム前駆体ゾル。
（１）基材の少なくとも一方の面上に請求項１乃至４のいずれか一項に記載の酸化アルミニウム前駆体ゾルを供給する工程、
（２）前記酸化アルミニウム前駆体ゾルを基材上に広げる工程、
（３）基材を乾燥および／または焼成を行うことにより酸化アルミニウム膜を形成する工程、
（４）前記酸化アルミニウム膜を６０℃以上１００℃以下の温水中に浸漬して酸化アルミニウムベーマイトの凹凸構造を形成する工程を有することを特徴とする光学用部材の製造方法。