(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中に酸化チタン薄膜が形成された基板を配置し、
ヘキサメチルジシロキサンを薄膜材料とし、
前記真空雰囲気中に前記薄膜材料の蒸気を放出させ、前記酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成した後、
前記薄膜に紫外線を照射し、前記薄膜を多孔質のシリコン酸化物薄膜とすることを特徴とする多孔質薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記薄膜材料の蒸気をプラズマ化して前記真空雰囲気中に放出させることを特徴とする請求項１記載の多孔質薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記紫外線の波長は１８００Å〜２６００Åである請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の多孔質薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機能性薄膜の技術分野にかかり、特に、多孔質薄膜を有する機能性薄膜の技術分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、超親水性と防汚効果が得られる薄膜材料として、酸化チタン(ＴｉＯ2)が注目されている。
【０００３】
酸化チタンの結晶系は、アナターゼ型、ルチル型、及びブルッカイト型があるが、アナターゼ型が最も高い光学活性を示すことが知られている。アナターゼ型の酸化チタン薄膜は光触媒の一種であり、紫外線が照射されると活性化し、空気中の酸素からヒドロキシラジカルやスーパーオキサイドアニオンを生成し、酸化チタン薄膜表面に付着した有機汚染物質を分解すると、セルフクリーニング効果が発現する。また、汚染物質が分解されることにより、表面が清浄になる結果、超親水性が得られる。
【０００４】
図５は、酸化チタン薄膜が表面に形成された基板１７０上に水滴１７１を載せた場合の接触角θを示している。酸化チタン薄膜表面に紫外線を照射した後、水滴１７１を載せると、照射しない場合に比べ、接触角θは小さくなる。図６のグラフに示すように、照射時間が長くなると接触角θは小さくなり、特に、照射時間が４０分以上の場合に、接触角θは１０°以下になる(接触角θが２０°以下の場合を親水性、１０°以下の場合を超親水性であるものとする)。
【０００５】
図７の符号１１０は、上記のような酸化チタンを応用した鏡である。
この鏡１１０は、ソーダライムガラスから成る基板１１１を有しており、その裏面には反射層(クロム層)１１８が形成され、表面にはシリコン酸化物薄膜から成るバリア薄膜１１２が形成されている。
【０００６】
そのバリア薄膜１１２の表面には、酸化チタン粉末の分散液が吹き付けられた後、焼成され、膜厚約３０００Å程度の酸化チタン薄膜１１３が形成されている(ゾル・ゲル法)。
【０００７】
バリア薄膜１１２はナトリウム等の基板１１１中の不純物拡散を防止するための薄膜であり、基板１１１表面に直接酸化チタン薄膜１１３を形成した場合、酸化チタン薄膜１１３の焼成の際に、基板１１１中に含まれるナトリウム成分が酸化チタン薄膜１１３中に侵入し、チタン−ナトリウム化合物が生成されてしまい、酸化チタン薄膜１１３の光触媒機能が失われてしまう。
【０００８】
この酸化チタン薄膜１１３の表面には、更にシリコン酸化物から成る親水性薄膜１１４が形成されている。この親水性薄膜１１４は８０〜１５０Å程度とごく薄く形成されているため、下層の酸化チタン薄膜１１３の光触媒能力が親水性薄膜１４表面でも発現し、セルフクリーニング効果や超親水性効果を得ることができる。
【０００９】
近年では、酸化チタン薄膜の車両等への応用が期待されており、表面に親水性薄膜１１４を有していることから、紫外線が照射されない環境でもある程度の親水性を確保でき、紫外線が照射されると酸化チタン薄膜１１３のセルフクリーニング効果が得られるメンテナンスフリーのドアミラーが得られている。
【００１０】
しかしながら、上記のような親水性薄膜１１４では、膜厚を厚くすると酸化チタン１１３の光触媒効果が得られなくなってしまうため、親水性薄膜１１３は、ごく薄くしか形成できず、そのため、膜厚制御が困難であり、また、耐久性が悪いという問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、酸化チタン薄膜の光触媒機能を損なわない機能性薄膜を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空雰囲気中に酸化チタン薄膜が形成された基板を配置し、ヘキサメチルジシロキサンを薄膜材料とし、前記真空雰囲気中に前記薄膜材料の蒸気を放出させ、前記酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成した後、前記薄膜に紫外線を照射し、前記薄膜を多孔質のシリコン酸化物薄膜とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の多孔質薄膜の製造方法であって、前記薄膜材料の蒸気をプラズマ化して前記真空雰囲気中に放出させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２のいずれか１項記載の多孔質薄膜の製造方法であって、前記紫外線の波長は１８００Å〜２６００Åであることを特徴とする。
【００１８】
本発明は上記のように構成されており、無機元素を構造中に有する有機化合物を薄膜材料とし、その薄膜材料の蒸気を真空雰囲気中に放出させ、先ず、酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成した後、その薄膜に紫外線を照射し、薄膜中に含まれる有機化合物を分解除去し、無機化合物を主成分とする薄膜を形成している。
【００１９】
紫外線で有機化合物を分解すると、分解生成物が気体となって薄膜中から放出される。放出後は空孔が形成されるので、薄膜が多孔質化する。
【００２０】
有機化合物を含む薄膜の下層には酸化チタン薄膜が形成されているので、紫外線が照射されると酸化チタン薄膜が活性化し、光触媒機能によって有機化合物を分解するので、有機化合物が残ることはなく、薄膜の多孔質化が促進される。
【００２１】
酸化チタン表面の薄膜は、無機元素を構造中に含む有機化合物を蒸着材料とし、蒸着法によって形成してもよいし、ＣＤＶ法によって形成してもよい。いずれの場合でも、蒸着材料蒸気をプラズマ化し、薄膜を形成することができる。
【００２２】
薄膜材料にヘキサメチルジシロキサンを用いると、先ず、酸化チタン表面に有機化合物を含むシリコン酸化物薄膜が形成され、紫外線照射により、多孔質のシリコン酸化物薄膜が形成される。一般的に、有機化合物を含む薄膜は疎水性であるが、紫外線照射で有機化合物が分解除去されると親水性になる。
【００２３】
多孔質薄膜の底面下には下層の酸化チタン薄膜が露出しているので、表面には両方の性質が発現される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の機能性薄膜と機能性基板を、本発明の酸化チタン薄膜製造方法と共に説明する。
【００２５】
図２を参照し、符号９は、本発明方法に用いることができる成膜装置の一例である。この成膜装置９は、基板搬出入室４０と、第１〜第３の成膜室４１〜４３と、搬送室４４とを有している。
【００２６】
図１(ａ)〜(ｅ)の符号１１は、成膜対象の基板(ガラス基板)を示している。
上記成膜装置９を用い、機能性薄膜を形成する場合、予め図示しない真空ポンプによって各室４０〜４４を真空雰囲気にしておき、基板搬出入室４０だけを大気に開放し、図１(ａ)に示した基板１１を搬入する。基板搬出入室４０内を真空排気した後、内部を搬送室４４と接続し、搬送室４４を通して、基板１１を第１の成膜室４１内に搬入する。
【００２７】
第１の成膜室４１はスパッタリング装置であり、内部には、シリコン酸化物から成るターゲットが配置されている。第１の成膜室４１内にスパッタリングガスを導入し、ターゲットをスパッタリングし、基板１１表面にシリコン酸化物薄膜から成るバリア薄膜１２を成長させる(図１(ｂ))。
【００２８】
バリア薄膜１２が所定膜厚に形成された後、基板１１を、第１の成膜室４１内から第２の成膜室４２内へ移動させる。
【００２９】
第２の成膜室４２もスパッタリング装置であり、内部には酸化チタンターゲットが配置されている。第２の成膜室４２内にアルゴンガスと酸素ガスとを導入し、酸化チタンターゲットをスパッタリングし、バリア薄膜１２表面に酸化チタン薄膜１３を成長させる(図１(ｃ))。
【００３０】
酸化チタン薄膜１４が所定膜厚に形成された後、基板１１を第２の成膜室４２から第３の成膜室４３に移動させる。
【００３１】
第３の成膜室４３は蒸着装置であり、図３に示すように、真空槽７１を有している。真空槽７１の底壁側には、プラズマ発生源５０が配置されている。プラズマ発生源５０は、プラズマ容器５１と、該プラズマ容器５１周囲に巻回されたコイル５２を有している。このコイル５２は、真空槽７１の外部に配置された高周波電源５３に接続されている。
【００３２】
また、真空槽７１の外部には、蒸着材料源６０が配置されている。蒸着材料源６０は、筺体６１と、該筺体６１内に収容された原料容器６２とを有しており、容器６０内には、液体状の薄膜材料６３が封入されている。ここでは薄膜材料６３として、下記化学式で示されるヘキサメチルジシロキサン(ＨＭＤＳＯ)が封入されている。
【００３３】
【化１】
0004212703.tif 000002
【００３４】
原料容器６２は、パイプ６４によって蒸着材料源６０に接続されている。筺体６１内には、図示しないヒータが配置されており、原料容器６２を加熱することで、薄膜材料６３を昇温させ、薄膜材料６３の蒸気を生成できるように構成されている。
【００３５】
第３の成膜室４３内に搬入された基板１１は、酸化チタン薄膜１３をプラズマ発生源５０側に向け、真空槽７１内の天井側に配置される。
【００３６】
筺体６１内のヒータにより、薄膜材料６３を８０℃程度に昇温させ、薄膜材料６３の蒸気を発生させた後、パイプ６４に設けられたバルブ６５を開けると、薄膜材料６３の蒸気はプラズマ容器５１内に導入される。このとき、真空槽７１は真空排気しておく。
【００３７】
次に、高周波電源５３を起動し、コイル５２に高周波電圧(１３．５６ＭＨｚ)を印加すると、プラズマ容器５１内で、薄膜材料６３の蒸気のプラズマが生成される。符号５４は、そのプラズマを示している。
【００３８】
薄膜材料６３の蒸気はプラズマ５４中で分解され、その生成物が真空槽７１内に放出される。基板１１方向に向かった生成物が酸化チタン薄膜１３表面に付着するとその部分に薄膜が成長する。
【００３９】
図１(ｄ)の符号１４は、その薄膜を示しており、所定膜厚に形成された後、第３の成膜室４３から基板搬出入室４０に移動させ、大気中に取り出す。
【００４０】
この薄膜１４は、メチル基を多量に含有するので疎水性を有している。薄膜１４が形成された基板１１を、図４に示すような紫外線照射装置４６に搬入する。
【００４１】
この紫外線照射装置４６は、反応槽７３を有しており、該反応槽７３内には、紫外線ランプ７４が配置されている。薄膜１４を紫外線ランプ７４側に向け、基板１１を反応槽７３内に配置し、薄膜１４表面に紫外線を照射すると、薄膜１４中に含まれるメチル基が分解除去され、シリコン酸化物薄膜が形成される。シリコン酸化物薄膜は親水性であり、従って、薄膜１４の性質は、疎水性から親水性に変化する。
【００４２】
また、有機化合物が分解されると、生成物は気体となって放出されるので、その結果、薄膜１４は、図１(ｅ)の符号１５で示すように孔１９が多数形成された多孔質薄膜になる。従って、薄膜１４を５０Å〜１２０Å程度に形成しておくと、孔１９底面に酸化チタン薄膜１３表面が露出し多孔質薄膜１５が形成される。このような多孔質薄膜１５と、その下層の酸化チタン薄膜１３とで構成された機能性薄膜２は、紫外線が照射される環境下では、酸化チタン薄膜１３のセルフクリーニング機能と超親水性とが発現する。他方、多孔質薄膜１５は親水性性を有しているので、紫外線が照射されない環境下でも機能性薄膜２表面には水滴が形成されない。
【００４３】
従って、基板１１上に上記機能性薄膜２が形成された機能性基板５を用いてドアミラー等の鏡を作製した場合、夜間でも水滴が形成されないため、視認性のよいドアミラーが得られる。
【００４４】
なお、薄膜１４中に含まれる有機化合物を分解するために紫外線を照射しているので、薄膜１４底面下の酸化チタン薄膜１３が活性化し、メチル基等の有機化合物を分解するので、薄膜１４は短時間で多孔質化し、また、多孔質薄膜１５中の残留炭素成分も少なくなる。特に波長３５００Å以下(１８００〜２６００Å程度)の紫外線を用いると、光触媒機能が強く発現される。
【００４５】
以上は、酸化チタン薄膜をスパッタリング法で形成したが、本発明はスパッタリング法に限定されるものではなく、蒸着法で形成してもよい。また、酸化チタン粒子を含む溶液を塗布・焼成することにより形成した酸化チタン薄膜も含まれる。要するに、光触媒機能を有する酸化チタン薄膜であればよい。
【００４６】
また、上記多孔質薄膜は、薄膜材料の蒸気をプラズマ化し、酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成したが、酸化チタン薄膜表面に、ＣＶＤ法で薄膜を形成し、その薄膜に紫外線を照射して有機化合物を分解除去し、多孔質化してもよい。要するに、酸化チタン薄膜表面に無機元素と有機化合物とを含む薄膜を形成し、紫外線照射によって有機化合物を分解除去し、多孔質化された多孔質薄膜であればよい。
【００４７】
更に、上記多孔質薄膜は親水性であったが、本発明の多孔質薄膜形成方法は、親水性の多孔質薄膜を形成する場合に限定されるものではない。要するに、紫外線の照射により、多孔質化できる薄膜に広く適用することができる。その場合、酸化チタン薄膜の光触媒機能が発現できる紫外線を利用すると効果的である。
【００４８】
【発明の効果】
酸化チタン薄膜表面に親水性の多孔質薄膜を形成できるので、紫外線が照射されない環境下でも親水性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)〜(ｅ)：本発明の機能性薄膜及び機能性基板の製造方法の一例を説明するための図
【図２】本発明の機能性薄膜製造に用いることができる成膜装置の一例
【図３】酸化チタン薄膜表面に薄膜を形成する装置の一例
【図４】本発明の機能性薄膜製造に用いることができる紫外線照射装置の一例
【図５】接触角θを説明するための図
【図６】紫外線照射時間と接触角θの関係を示すグラフ
【図７】従来技術の機能性薄膜を説明するための図
【符号の説明】
２……機能性薄膜
５……機能性基板
１１……ガラス基板
１３……酸化チタン薄膜
１４……無機元素と有機化合物を含む薄膜
１５……多孔質薄膜
５４……薄膜材料蒸気のプラズマ
６３……薄膜材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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