(57)【要約】【課題】高い触媒活性を維持しながら表面の反射を抑制することができる光触媒体、光触媒体を有する光学部材およびその光学部材を備えたカメラを提供する。【解決手段】ガラス基板１２の表面に形成する光触媒体１１は、ガラス基板１２側の第１の光触媒層１１ａと、ガラス基板１２と反対側の第２の光触媒層１１ｂとからなる２層の光触媒層を含む。ここで、第２の光触媒層１１ｂは、第１の光触媒層１１ａの結晶度に比べて結晶度の低いものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体に形成された光触媒体において、
前記基体側の第１の光触媒層と、前記基体と反対側の第２の光触媒層とからなる２層の光触媒層を含み、
前記第２の光触媒層の結晶度は前記第１の光触媒層の結晶度より低いことを特徴とする光触媒体。
【請求項２】
請求項１に記載の光触媒体において、
前記第２の光触媒層は、光触媒粒子とバインダとを含むことを特徴とする光触媒体。
【請求項３】
請求項２に記載の光触媒体において、
前記バインダが金属酸化物であることを特徴とする光触媒体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光触媒体において、
前記第１の光触媒層は乾式法によって形成し、前記第２の光触媒層は湿式法によって形成したことを特徴とする光触媒体。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光触媒体において、
前記第１の光触媒層は窒素をドープした酸化チタンを含むことを特徴とする光触媒体。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光触媒体において、
前記第２の光触媒層は、酸化チタンと酸化ケイ素とを含むことを特徴とする光触媒体。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光触媒体において、
前記第２の光触媒層は、窒素をドープした酸化チタンと酸化ケイ素とを含むことを特徴とする光触媒体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光触媒体において、
前記第２の光触媒層の膜厚は５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする光触媒体。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光触媒体を表面に有することを特徴とする光学部材。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学部材を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒体、光触媒体を有する光学部材およびその光学部材を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
超微粒子分散液コーティング法によって作製した光触媒膜の表面に、反射防止膜として多数の貫通孔を備えた金属酸化物構造体層を形成した、光触媒体が従来技術として知られている（たとえば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−５６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の発明の光触媒体では、反射防止膜として形成された金属酸化物構造体には光触媒の触媒活性がないため、触媒活性が低いという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（１）請求項１の発明の光触媒体は、基体に形成された光触媒体において、基体側の第１の光触媒層と、基体と反対側の第２の光触媒層とからなる２層の光触媒層を含み、第２の光触媒層の結晶度は第１の光触媒層の結晶度より低いことを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の光触媒体において、第２の光触媒層は、光触媒粒子とバインダとを含むことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の光触媒体において、バインダが金属酸化物であることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光触媒体において、第１の光触媒層は乾式法によって形成し、第２の光触媒層は湿式法によって形成したことを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光触媒体において、第１の光触媒層は窒素をドープした酸化チタンを含むことを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光触媒体において、第２の光触媒層は、酸化チタンと酸化ケイ素とを含むことを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光触媒体において、第２の光触媒層は、窒素をドープした酸化チタンと酸化ケイ素とを含むことを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光触媒体において、第２の光触媒層の膜厚は５０ｎｍ以上、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
（９）請求項９の発明の光学部材は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光触媒体を表面に有することを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明のカメラは、請求項９に記載の光学部材を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、結晶度の高い光触媒層の高い触媒活性を維持しながら光触媒体の反射を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の実施形態によるガラス基板に形成した光触媒体の構成を図１（ａ）に示す。この実施形態では、光触媒体１１を、ガラス基板１２の表面に形成する。光触媒体１１は、２層からなり、ガラス基板１１側に第１の光触媒層１１ａを有し、ガラス基板１１と反対側に第２の光触媒層１１ｂを有する。
【０００７】
第１の光触媒層１１ａは、窒素がドープされた酸化チタンからなる。酸化チタンは、酸化チタンの酸素のサイトの一部が窒素によって置換され、可視光域において光触媒による反応が発生する。このため、太陽光の下のみならず、室内の蛍光灯やライトの下でも光触媒による反応が起こる。
【０００８】
第１の光触媒層１１ａは、ガラス基板１２上にスパッタリング法によって作製される。第１の光触媒層１１ａの作製方法をについて、図２を参照して説明する。図２は、ガラス基板１２上に第１の光触媒層１１ａを形成するためのスパッタリング装置２を説明するための図である。スパッタリング装置２は、チャンバ２１、電極２２、ＲＦ電源２３、ターゲット２４、基板ホルダ２５、ガス供給パイプ２６およびシャッタ２７より構成される。
【０００９】
チャンバ２１は、ガラス基板１２上に第１の光触媒層１１ａを形成するための反応室である。チャンバ２１の内部は、不図示の真空ポンプによって真空排気することができ、その後、所定のガスを導入することによって、スパッタリング処理の雰囲気を制御することができる。また、真空排気しながらガスを導入することによって、チャンバ２１内部の圧力を所定の圧力に保持することができる。
【００１０】
チャンバ２１の上部には電極２２が設けられる。電極２２は、ＲＦ電源２３に接続しており、チャンバ２１内に１３．５６ＭＨｚの電界を発生させる。この電界により、ガス供給パイプ２６から供給されたガスはイオン化し、プラズマが発生する。電極２２には酸化チタンからなるターゲット２４が取り付けられ、発生したプラズマによってターゲット２４はスパッタされる。
【００１１】
チャンバ２１の下部には基板ホルダ２５が設けられる。基板ホルダ２５は、第１の光触媒層１１ａを形成するガラス基板１２を保持する。基板ホルダ２５の内部には不図示のヒータが設けられ、ガラス基板１２の温度を制御することができる。
【００１２】
チャンバ２１の側面には、ガス供給パイプ２６が設けられる。ガス供給パイプ２６は、バルブＢ１〜Ｂ３を介して、アルゴンガスボンベ２８ａと窒素ガスボンベ２８ｂと接続している。ガス供給パイプ２６よりチャンバ２１内にアルゴンガスと窒素ガスとを供給する。
【００１３】
電極２２と基板ホルダ２５との間にはシャッタ２７が設けられる。ガラス基板１２に第１の光触媒層１１ａを形成するときはシャッタ２７を開き、第１の光触媒層１１ａの形成を終了するときはシャッタ２７を閉じる。
【００１４】
次に第１の光触媒層１１ａの作製方法について、具体的に説明する。基板ホルダ２５にガラス基板１２を設置した後、不図示の真空ポンプによってチャンバ２１内を所定の真空度まで真空排気する。そして、バルブＢ１〜Ｂ３を開き、アルゴンガスと窒素ガスをチャンバ２１内に供給する。
【００１５】
アルゴンガスと窒素ガスをチャンバ２１内に供給して、所定の圧力に保持した後、電極２２に１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を印加する。高周波電圧を電極に印加すると、アルゴンガスと窒素ガスとがイオン化され、プラズマが生成する。プラズマはターゲット２４をスパッタし、酸化チタン粒子を発生する。発生した酸化チタン粒子の一部は窒素ガスのプラズマによって窒化される。その結果、窒素がドープされた酸化チタン粒子が生成する。
【００１６】
シャッタ２７を開くと、窒素がドープされた酸化チタン粒子がガラス基板１２の表面に到達して、ガラス基板１２上に窒素がドープされた酸化チタン層、つまり第１の光触媒層１１ａが成膜される。そして、第１の光触媒層１１ａの膜厚が５００ｎｍの厚みに達した後、シャッタ２７を閉じる。
【００１７】
第１の光触媒層１１ａの成膜が完了した後、基板ホルダ２５の温度をガラス基板１２のガラス歪点、またはガラス移転点の温度にして熱処理を行う。この熱処理によって、第１の光触媒層１１ａの結晶度を高めることができる。一定時間保持後、ガラス基板１２を徐冷し、第１の光触媒層１１ａの作製は終了する。
【００１８】
図１（ａ）の第２の光触媒層１１ｂは、図１（ｂ）に示すように、酸化チタン粒子と酸化ケイ素粒子とからなる混合物層である。第２の光触媒層１１ｂは、第１の光触媒層１１ａ上にゾルゲル法によって、次のように作製される。
【００１９】
チタンのアルコキシドにシリカゾル（ TEOS ）を加える。そして、ポリビニルピロリドン（ PVP ）などの添加物および酸化チタン微粒子を添加し、ゾル溶液を調製する。第１の光触媒層１１ａを形成したガラス基板１２をスパッタリング装置２のチャンバ２１から取り出した後、第１の光触媒層１１ａを形成したガラス基板１２に調整したゾル溶液をスピンコートする。そして、ガラス基板１２を５００℃で１時間熱処理することにより、第２の光触媒層１１ｂが第１の光触媒層１１ａ上に形成される。
【００２０】
以上の実施形態による光触媒体１１は次のような作用効果を奏する。
（１）スパッタリング法によって形成した結晶度の高い第１の光触媒層１１ａの表面に、ゾルゲル法によって作製した第１の光触媒層１１ａより結晶度の低い第２の光触媒層１１ｂを形成した。結晶度が低くなると光触媒層の屈折率は小さくなるため、光触媒体１１の反射を抑制することができる。また、第２の光触媒層１１ｂは酸化チタンを有するため、第１の光触媒層１１ａから生成した正孔は、第２の光触媒層１１ｂ中の酸化チタンを伝わって光触媒体１１の表面に到達することができる。したがって、第１の光触媒層１１ａの高い触媒活性は、第２の光触媒層１１ｂに妨げられず、高い触媒活性を維持することができる。
【００２１】
（２）第２の光触媒層１１ｂには酸化ケイ素が含まれるため、光触媒体１１の表面層の屈折率を小さくすることができる。したがって、光触媒体１１の反射を抑制することができる。また、表面の硬度が高くなるので耐久性が上がる。
【００２２】
以上の実施形態による光触媒体１１を次のように変形することができる。
（１）光触媒体１１を構成する光触媒は、光触媒の効果を有する物質であれば酸化チタンまたは窒素ドープした酸化チタンに限定されない。たとえば、酸化亜鉛や三酸化タングステンなどでもよい。
【００２３】
（２）第２の光触媒層１１ｂは、酸化チタン粒子と酸化ケイ素粒子とからなる混合物層であったが、第１の光触媒層１１ａより結晶度が低い光触媒層であれば実施形態に限定されない。たとえば、第２の光触媒層１１ｂは、ゾルゲル法によって作製された酸化チタンまたは窒素ドープされた酸化チタンからなる光触媒層であってもよい。
【００２４】
（３）第２の光触媒層１１ｂは光触媒に酸化ケイ素を加えたものだが、光触媒の結晶度を低くする添加物であれば、酸化ケイ素に限定されない。
【００２５】
（４）第２の光触媒層１１ｂでは、光触媒に酸化ケイ素を加えたが、第２の光触媒層１１ｂの屈折率を小さくし、光触媒の機能を有する粒子同士を結合させる物質（以下、バインダと呼ぶ）であれば、酸化ケイ素に限定されない。特に、バインダは光触媒に反応されないことが望ましいので、金属酸化物が好ましい。たとえば、アルミノシリケイトやボロシリケイトなどでもよい。
【００２６】
（５）第１の光触媒層１１ａはスパッタリング法によって形成したが、乾式法であればスパッタリング法に限定されない。たとえば、ＣＶＤ法やイオンプレーティング法などでもよい。また、スパッタリング法も、ＲＦスパッタリングに限定されず、マグネトロンスパッタリングやイオンビームスパッタリング、ＥＣＲスパッタリングでもよい。
【００２７】
（６）ターゲット２４に酸化チタンを使用し、アルゴンガスと窒素ガスとをチャンバ２１に導入して、窒素をドープした酸化チタン層を第１の光触媒層１１ａとして形成したが、ターゲット２４にチタンを使用し、アルゴンガスと酸素ガスと窒素ガスとをチャンバ２１に導入して、窒素をドープした酸化チタン層を第１の光触媒層１１ａとして形成してもよい。
【００２８】
（７）第１の光触媒層１１ａとして窒素をドープした酸化チタン層を形成したが、酸化チタン層を第１の光触媒層１１ａとして形成してもよい。
【００２９】
（８）第２の光触媒層１１ｂとして酸化チタンと酸化ケイ素とからなる光触媒層を形成したが、窒素をドープした酸化チタンと酸化ケイ素とからなる光触媒層を第２の光触媒層１１ａとして形成してもよい。
【００３０】
（９）第２の光触媒層１１ｂの酸化チタンと酸化ケイ素の混合層はゾルゲル法によって形成したが、乾式法によって形成してもよい。たとえば、ターゲット２４に酸化チタンと酸化ケイ素とを混合した焼結体を使用して、スパッタリング法によって第１の光触媒層１１ａの上に酸化チタンと酸化ケイ素の混合層を形成するようにしてもよい。
【００３１】
（１０）第２の光触媒層１１ｂの酸化チタンと酸化ケイ素の混合層はゾルゲル法によって形成したが、湿式法によって形成するものであればゾルゲル法に限定されない。第２の光触媒層１１ｂを湿式法で形成することによって、乾式法によって形成した第１の光触媒層１１ａより結晶度を低くすることができるからである。
【００３２】
（１１）第２の光触媒層１１ｂは光を透過させる必要があるので、第２の光触媒層１１ｂの厚みは２５０ｎｍ以下であることが好ましい。また、第２の光触媒層１１ｂの反射を抑制する効果を実効あらしめるために、第２の光触媒層１１ｂの厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００３３】
（１２）本発明の光触媒体は、第１の光触媒層１１ａと第２の光触媒層１１ｂとからなる２層の触媒層を有するものであれば、実施形態に限定されない。たとえば、光触媒体を、表面側から、第２の光触媒層１１ｂと、第１の光触媒層１１ａと、第１の光触媒層１１ａの屈折率とガラス基板１２の屈折率との中間の屈折率を有する中間層とからなるようにしてもよい。
【００３４】
（１３）光触媒体１１を形成する対象物は、光を透過する光学部材であればガラス基板１２に限定されない。本発明の実施形態における光触媒体１１を光学部材の表面に形成することによって、光学部材の反射を抑制しつつ、光学部材に付着した汚れを分解することができる。これらの光学部材はカメラに応用できる。たとえば、図３に示すように、カメラ３の背面に設けられた液晶画面３１やファインダ接眼窓３２の表面に本発明の実施形態による触媒体１１を形成することによって、液晶画面３１やファインダ接眼窓３２に付着した指紋跡などを分解することができる。カメラ以外に、メガネや双眼鏡、望遠鏡、顕微鏡などに応用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施形態によるガラス基板に形成した光触媒体を説明するための図であり、図１（ｂ）は第２の光触媒層を説明するための図である。
【図２】第１の光触媒層をガラス基板上に形成するためのスパッタリング装置を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態による光学部材を設けたカメラを説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
２  スパッタリング装置
３  カメラ
１１  光触媒体
１１ａ  第１の光触媒層
１１ｂ  第２の光触媒層
１２  ガラス基板
２２  電極
２４  ターゲット
３１  液晶画面
３２  ファインダ接眼窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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