JP2000159547A

JP2000159547A - 低反射熱線遮蔽ガラス

Info

Publication number: JP2000159547A
Application number: JP10330290A
Authority: JP
Inventors: Toyo Otsuki; 東洋大槻
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】可視光線透過率を約７０％以上の高い値に保持
しつつ、ガラス面の可視光線反射率を低減させること。【解決手段】ガラス基板上に、酸化亜鉛膜及び銀膜を積
層してなる積層体において、該酸化亜鉛膜は、バンドギ
ャップエネルギーが３.５eVより大きい透明酸化物を１
〜１０重量％含むように、金属亜鉛に該透明酸化物とな
る金属が添加されたターゲットを用いて、反応スパッタ
リング法により成膜する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、住宅やオフィス等
の建築用はもちろん車両用等の窓ガラス、さらには船舶
用や航空機用の窓ガラス等各種の窓ガラスとして有用な
低反射熱線遮蔽ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、例えばオフィスや住宅等におい
て、断熱性、保温性、遮熱等に優れた熱線遮蔽ガラスが
寒冷地を中心に用いられている。この寒冷地の住宅等の
窓ガラスに用いられている熱線遮蔽ガラスは、高い可視
光透過率を有するとともに、日射エネルギーの内でも温
熱効果の高い波長１μｍ程度までの赤外線は透過する
が、室内の暖房機器から放射される波長２〜４μｍの赤
外線から、室温程度の物体から放射される１０〜２０μ
ｍ程度の長い波長の赤外線に対しては反射率が高い特性
を有する。そのために、このガラスを用いると、外部か
らの日射エネルギーは室内に取り入れつつ、室内から室
外に放射される熱線を遮蔽することができるので、室内
環境が快適になり、暖房負荷も軽減されるという利点を
有する。また、寒冷地と同様に最近、温暖地の夏季冷房
負荷を軽減するための熱線遮蔽ガラスも用いられつつあ
る。

【０００３】これらの熱線遮蔽ガラスは、一般に銀膜を
挟む形で透明誘電体膜をガラス基板に積層したものが主
に用いられているが、該透明誘電体膜としては、銀膜と
の密着力が高く、また酸素との高い結合力によって膜内
の酸素のポテンシャルが低いため、銀膜内に酸素が拡散
しにくく、低い放射率が達成しやすい特性を有する酸化
亜鉛膜が多く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
前記酸化亜鉛膜として純粋な酸化亜鉛からなる膜を単独
で用いたものは、可視光線の透過率は高いものの、特に
可視光線のガラス面側可視光線の反射率が高く、ギラギ
ラ感が強く、外観上落ち着いた感じがなく、好ましいも
のではなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のこれら
の問題点に鑑みてなしたものであり、酸化亜鉛膜及び銀
膜を積層してなる積層体において、該酸化亜鉛膜として
バンドギャップエネルギー(Ｅg)が３.５ｅＶより大きい
透明酸化物を１〜１０重量％含む酸化亜鉛膜とすること
により、可視光線の透過率を高い値に保持しつつ、可視
光の反射率（ガラス面）を低減させ、ギラギラ感の少な
い、非常に落ち着きのあるバランスのとれた快適な居住
性と省エネルギーに寄与する低反射熱線遮蔽ガラスが得
られることを見い出した。また、該ガラスのガラス面及
び膜面の反射をシルバーないしは淡い紫色がかったブル
ー色にし、透過色調を淡いイエロー色にすることで、透
明感と同時に優れた意匠性をも付与するものである。

【０００６】すなわち、本発明は、ガラス基板上に、酸
化亜鉛膜及び銀膜を積層してなる積層体において、該酸
化亜鉛膜はバンドギャップエネルギー(Ｅg)が３.５ｅＶ
より大きい透明酸化物を１〜１０重量％含むように、金
属亜鉛に該透明酸化物となる金属を添加した合金ターゲ
ットを用いて、反応スパッタリング法により成膜された
被膜であることを特徴とする低反射熱線遮蔽ガラスに関
する。

【０００７】また、本発明は、バンドギャップエネルギ
ーが３.５ｅＶ以上の透明酸化物は、Ａl₂Ｏ₃、ＳiＯ₂、
ＭgＯ、ＣaＯ、ＳrＯ、ＢaＯ、Ｇa₂Ｏ₃、Ｉn₂Ｏ₃、Ｓn
Ｏ₂、ＴiＯ₂のうちの少なくとも１種類であることを特
徴とする低反射熱線遮蔽ガラスに関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の態様につい
て説明するが、これらに限定するものではない。

【０００９】本発明で用いられる酸化亜鉛膜は、銀膜と
の密着力が高く、また酸素との高い結合力によって膜内
の酸素のポテンシャルが低いため、銀膜内に酸素が拡散
しにくく、低い放射率が達成しやすい特性を有する誘電
体膜である。本発明は、酸化亜鉛膜にバンドギャップエ
ネルギーが３.５ｅＶ以上の透明酸化物を添加するする
ものであり（以下、添加型酸化亜鉛膜と略す）、これは
通常金属亜鉛に該透明酸化物となる金属が添加されたタ
ーゲットを用いて、反応スパッタリング法により成膜し
被膜を形成するものであり、これら透明酸化物が酸化亜
鉛中に添加されていることにより、純粋な酸化亜鉛膜を
用いる場合に比較して、特にガラス面の反射率が低くな
る傾向を示す。この理由は明白ではないが、次のように
考えられる。すなわち、金属亜鉛にバンドギャップエネ
ルギーが３.５ｅＶ以上の透明酸化物となる金属が添加
されたターゲットを用いて、反応スパッタリング法によ
り成膜し被膜を形成した酸化亜鉛は、Ａｌ、Ｇａ等の元
素よりなる酸化物を添加した場合にはドーパント効果に
よりキャリア密度の増加が生じて、紫外域では、Ｂｕｒ
ｓｔｅｉｎ−Ｍｏｓｓ（ＢＭ）効果により光学的バンド
ギャップが拡がり、吸収端波長が短波長側にずれる。こ
の時のバンドギャップ増加量は、次式で示される。 △Ｅg^BM＝Ｅg⁰−Ｅg₀＝（ｈ/２ｍ_VC）（３π²ｎ_e）^2/3 ここで、△Ｅg^BM：ＢＭ効果による光学的バンドギャッ
プの増加量Ｅg⁰：光学的バンドギャップＥg₀：縮退していない場合のバンドギャップｈ：プランク定数ｍ_VC：電子の有効質量ｎ_e：キャリア密度上式より、△Ｅg^BM∝ｎ_e ^2/3の関係にあり、光学的バン
ドギャップＥg⁰はキャリア密度ｎ_eの２/３乗に比例して
増加し、吸収端波長は短波長側にずれる。

【００１０】例えば、Ａｌを酸化亜鉛に添加した添加型
酸化亜鉛膜の場合、透明基材／添加型酸化亜鉛膜／銀膜
／添加型酸化亜鉛膜からなる熱線遮蔽膜を試作して光学
特性を測定したところ、同等の反射色調を有する膜構成
では、純粋な酸化亜鉛膜を用いた場合に比べて添加型酸
化亜鉛膜を用いた場合には、可視域のガラス面反射率が
３％以上低くなり、Ａｌ添加の導電性酸化亜鉛膜を用い
ることにより、可視光低反射の熱線遮蔽ガラスが得られ
た。これは、キャリア密度の増加に伴い吸収端波長が短
波長側にずれるために、３８０ｎｍ付近の可視光透過率
が増すためであると考えられる。また一方、前記のキャ
リア密度の増加に寄与する元素からなるＡl₂Ｏ₃、Ｇa₂
Ｏ₃以外の、酸化亜鉛（Ｅg＝３.３ｅＶ）よりもバンド
ギャップエネルギーの大きい透明酸化物であるＳiＯ₂、
ＭgＯ、ＣaＯ、ＳrＯ、ＢaＯ、Ｉn₂Ｏ₃、ＳnＯ₂、ＴiＯ
₂などを、これら透明酸化物となる金属が添加された金
属亜鉛ターゲットを用いて、反応スパッタリング法によ
り成膜し被膜を形成された酸化亜鉛の場合には、導電性
が無くても添加量の増加にともなって吸収端波長が短波
長側に移動し、これらの透明酸化物を用いることでも無
添加の酸化亜鉛膜を用いた場合よりもガラス面反射の低
い、低反射熱線遮蔽ガラスが得られる。

【００１１】以上のように、酸化亜鉛に添加される前記
バンドギャップエネルギーが３.５ｅＶ以上の透明酸化
物としては、Ａl₂Ｏ₃、ＳiＯ₂、ＭgＯ、ＣaＯ、ＳrＯ、
ＢaＯ、Ｇa₂Ｏ₃、Ｉn₂Ｏ₃、ＳnＯ₂、ＴiＯ₂のうちの少
なくとも１種類を用いることが出来る。これら透明酸化
物の添加量は１〜１０重量％が適当であり、１重量％よ
りも添加量が少ない場合には、反射率低減効果が少な
く、また、１０重量％以上添加すると、ガラス面、およ
び膜面反射の刺激純度が高くなり、外観が悪化する。

【００１２】銀層は、熱線を遮蔽する作用を有する層で
あり、その膜厚は、放射率と可視光線透過率及び反射色
調に影響し、放射率が約０．１程度以下の低放射ガラス
においては少なくとも９ｎｍが必要である。又高い可視
光線透過率、とりわけ７０％以上を確保し、且つ赤い反
射光を避けるためには２０ｎｍ以下とすることが好まし
い。なお、銀層は銀を主成分とし、銀に金、銅、白金、
イリジウム等の通常被膜の成分として公知の元素を含ん
でいても構わない。。

【００１３】添加型酸化亜鉛膜は、酸素との高い結合力
によって膜内の酸素のポテンシャルが低いために、銀層
内に酸素が拡散しにくく、低い放射率が達成しやすい。
さらに、緻密で大気中の腐食性ガスの拡散を防ぐ効果が
あり、また太陽光線に含まれる紫外線を吸収する働きが
あるが、化学的耐久性が低いので、特に外部にさらされ
る一番外層には、酸化亜鉛膜の上に非晶質酸化物である
酸化錫及び／または酸化チタンを設けることが好まし
く、その場合の酸化錫膜の膜厚は１ｎｍ以上が好まし
い。銀膜の下層には、基板側から銀層への酸素や水分の
拡散を防ぐために、添加型酸化亜鉛膜を設けることが好
ましく、該添加型酸化亜鉛膜の厚みは少なくとも３ｎｍ
は必要である。なお、添加型酸化亜鉛膜には、銀膜内に
酸素が拡散しにくくするような被膜の成分として公知の
元素が含まれても良い。

【００１４】また、銀膜に接触する酸化物膜中の酸素の
化学ポテンシャルはできる限り低く保つことが肝要で、
銀膜に接触して設けられる添加型酸化亜鉛膜を成膜する
時の雰囲気は、酸素と共にできるだけ多くのアルゴンを
添加するのが望ましい。望ましいアルゴンの添加率は設
備によって異なるが、概ね１０〜３０％である。この値
は酸素雰囲気から徐々にアルゴンを添加していき、ター
ゲットに掛かる電圧が急に上がるか、電流が急に下がる
現象を観測し、そこからアルゴンを若干減らすことで決
められる。

【００１５】銀膜の直上部には保護金属膜を設けること
が好ましい。銀膜と酸化物膜の両方に高い密着性をもつ
亜鉛、亜鉛／アルミニュウム合金、ニクロム、またはチ
タンよりなる金属膜が望ましい。なお、ここでいう保護
金属膜とは、銀膜の直上に保護金属膜を成膜した直後は
全厚が金属膜であるが、次いで該金属膜の上層に酸化物
膜を成膜する時、酸化性雰囲気（例えば酸素８０％、ア
ルゴン２０％）で成膜するため、該金属膜の上層部の一
部が酸化物に変換されるが、この上層部が酸化された酸
化物膜と残った金属膜を含めて保護金属膜と呼ぶ。該保
護金属膜の作用は、酸化物膜を成膜する際に、その酸化
性雰囲気の影響が下部の銀膜に及ばないように該保護金
属膜を介在させて銀膜が酸化されるのを保護するための
ものである。亜鉛、亜鉛／アルミニュウム合金、ニクロ
ム、またはチタンよりなる金属は、酸素との結合力が高
く、銀膜中に進入しようとする酸素その他の腐食性イオ
ンを最も効果的にトラップする機能を有し、また仮に該
有害イオンを含む水分が侵入したときは、銀のマイグレ
ーションを抑制し、斑点状欠陥の発生を抑制するので特
に好ましい。保護金属膜の厚みは厚いほど強い効果が長
続きすることは当然であるが、厚すぎると可視光線透過
率を下げてしまう。しかし次に酸化物膜を成膜する際、
該保護金属膜の一部は酸化されるので、その酸化前の最
初の金属膜の厚みは５ｎｍ以下であれば高い透過率が得
られる。

【００１６】添加型酸化亜鉛膜と銀膜とは、交互に積層
することが好ましく、銀膜は１層或いは２層以上の多層
に設けることは、用途により適宜選択出来る。また、銀
膜と添加型亜鉛膜の間に他の酸化物を介在させることも
できる。

【００１７】本発明の低反射熱線反射ガラスは、その透
過主波長は、５６５ｎｍ〜５７５ｎｍの範囲の場合には
イエロー色となり、５６５ｎｍ以下の場合にはグリーン
がかったイエロー色となり、５７５ｎｍ以上では赤味が
かったイエロー色となる。また、ガラス面と膜面の反射
主波長は、４７０ｎｍから４８５ｎｍの範囲の場合には
ブルー色ないしは紫色となり、４７０ｎｍ以下の場合に
赤味がかった紫色となり、４８５ｎｍ以上であるとグリ
ーンがかったブルー色となり、適宜用途に応じて選択出
来るが、何れもそれぞれ刺激性のないニュ−トラルな落
ち着いた色調を呈す。

【００１８】ガラス基板としては、自動車用ならびに建
築用ガラス等に通常用いられている普通板ガラス、所謂
フロート板ガラスなどであり、クリアをはじめグリ−
ン、ブロンズ等各種着色ガラスや各種機能性ガラス、強
化ガラスやそれに類するガラス、合せガラスのほか複層
ガラス等、さらに平板あるいは曲げ板等各種板ガラス製
品として使用できることは言うまでもない。また、ガラ
スは透明プラスチック板等との積層体であってもよい。
なお、ガラスの組成は、ソーダ石灰ガラス、アルミノシ
リケートガラス等であるが、これらに限定されないこと
は、言うまでもない。

【００１９】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２０】実施例１下記の手順により、本発明の低反射熱線遮蔽ガラスを製
造した。洗浄した厚さ３ｍｍのフロートガラス板を反応スパッ
タ装置内に入れて真空度が２〜４×１０^-4Ｐａに達する
まで排気した。装置内に酸素ガスを流して真空度を２〜３×１０^-1Ｐ
ａにした後、４重量％のＡｌを含有したＺｎターゲット
に６００ＷのＤＣ電力を印加して放電させ、ガラス板を
１９０mm／minの速度で搬送してＺｎターゲット上方の
プラズマ中を２回通過させ、膜厚２５ｎｍの下部保護酸
化物膜である添加型ＺｎＯ膜（６重量％のＡｌ₂Ｏ₃含
有）を形成した。同様の真空度および雰囲気中で、Ｔｉターゲットに２
ＫＷの電力を印加して放電させ、ガラス板を１４０mm／
minの速度で搬送して、Ｔｉターゲット上方を１回通過
させ、前記下部添加型ＺｎＯ膜上に膜厚１０ｎｍの下部
ＴｉＯを形成した後、電力と酸素ガスの供給を停止し
た。アルゴンガスを流して装置内の真空度が２〜３×１０
^-1Ｐａになった時点で、今度はＡｇターゲットに１４５
Ｗの電力を印加して放電させ、ガラス板を２５５mm／mi
nの速度で搬送して、Ａｇターゲット上方を１回通過さ
せ、前記下部ＴｉＯ膜上に膜厚１８．５ｎｍのＡｇ膜を
形成した。形成後、電力供給を停止した。同様の真空度および雰囲気中で、Ｔｉターゲットに４
７７Ｗの電力を印加して放電させ、ガラス板を８５０mm
／minの速度で搬送して、Ｔｉターゲット上方を１回通
過させ、Ａｇ膜の上に膜厚３ｎｍの保護金属膜であるＴ
ｉ膜を形成した後、電力とアルゴンガスの供給を停止し
た。酸素ガスを流し装置内の圧力が２〜３×１０^-1Ｐａに
なった時点で、再度Ｔｉターゲットに２ｋＷのＤＣ電力
を印加して放電させ、ガラス板を１１０mm／minの速度
で２回搬送して、前記保護金属膜であるＴｉ膜上に膜厚
２５ｎｍの上部酸化チタン膜であるＴｉＯ膜を形成し
た。なお、上部酸化チタン膜を形成する際に、保護金属
膜であるＴｉの上層部の少なくとも一部はＴｉの酸化物
であるＴiＯ_Xに酸化されている。同様の真空度および雰囲気中で、再び上記で用いた
Ｚｎターゲット（４重量％のＡｌ含有）に６００Ｗの電
力を印加させ、ガラス板を１３５mm／minの速度で搬送
して、Ｚｎターゲット上方を１回搬送して、上部酸化チ
タン膜上に膜厚１５ｎｍの上部保護酸化物膜である添加
型ＺｎＯ膜（６重量％のＡｌ₂Ｏ₃含有）を形成した。

【００２１】このようにして得られたガラス板は、表１
の実施例１に示したように、可視光透過率が７１.３
％、日射透過率が４６.６％で、優れた日射熱軽減効果
を示すものであった。また、ガラス面の可視光反射率は
１８．０％と低く、ギラギラ感の少ない、落ち着いた外
観を示すとともに、反射色調はニュートラルであり、高
い透明感を有していた。さらに、表面抵抗値は熱線遮蔽
ガラスの性能を示す放射率と比例関係にあり、値が小さ
いほど優れた断熱性能を持つことを意味するが、このガ
ラス板の表面抵抗値は３.５Ω／□で、高い断熱性能を
有するものであった。

【００２２】さらに、得られたガラス板のガラス面と膜
面の反射色調はニュートラルであり、高い透明感を有す
ると同時に優れた意匠性も有している。なお、得られた
熱線遮蔽ガラスの光学特性は、分光光度計（日立製作所
製Ｕ４０００型自記分光光度計）によって測定した。ま
た、表面抵抗は、四端針抵抗率測定装置（ＮＡＰＳＯＮ
製ＲＴ−８Ｓ型）により測定した。さらに、表１におけ
る各膜組成での（）内の数字は各成分の膜厚（単位：
ｎｍ）を示し、保護金属膜については、酸化物に変換さ
れた膜と残った金属膜とを合わせた合計の膜厚を（）
内に示した。

【００２３】実施例２２重量％のＡｌを含有したＺnターゲットを用い、実施
例１と同様な方法で添加型ＺｎＯ（３重量％のＡｌ
₂Ｏ₃）を含む、表１に示す膜構成の多層膜を作製した。

【００２４】以上の実施例２は、可視光線透過率７０％
以上と高く、且つ日射透過率が４３．９％と低く、高い
日射熱軽減性能を有し、またガラス面の可視光反射率は
１８．１％と低く、ギラギラ感の少ない、落ち着いた外
観を示すとともに、反射色調は淡い紫色ががったブル
ー色、透過色調は淡いイエローであり、高い透明感を有
すると同時に優れた意匠性も有している。

【００２５】比較例１実施例１と比較し、第１層及び第６層に用いたＺｎター
ゲットはＡｌを含有しないＺｎターゲットを用い、表１
に示すような膜構成になるように成膜した。

【００２６】結果、表１に示す通り、可視光線のガラス
面反射の主波長が同じ（４８０ｎｍ）である実施例１に
比較して、可視光透過率は約２．４％低く、ガラス面の
可視光反射率は３．４％高く、また膜面の可視光反射率
も３．０高く、ギラギラ感が強く、好ましいものではな
かった。

【００２７】比較例２酸化亜鉛膜（金属無添加）、酸化チタン膜、Ａｇ膜およ
び保護金属膜のそれぞれは、実施例２と同様な方法で表
１に示す膜厚に成膜した。

【００２８】結果、表１に示す通り、可視光線のガラス
面反射の主波長が同じ（約４７７ｎｍ）である実施例２
に比較して、可視光透過率は殆ど同等であるにも係わら
ず、ガラス面の可視光反射率は４．４％高く、膜面の可
視光反射率は６．３％高く、比較例１と同様にギラギラ
感が強く、好ましいものではなかった。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明は、酸化亜鉛膜及び銀膜を積層し
てなる積層体において、該酸化亜鉛膜としてバンドギャ
ップエネルギー(Ｅg)が３.５ｅＶより大きい透明酸化物
を１〜１０重量％含む酸化亜鉛膜とすることにより、可
視光線の透過率を約７０％以上の高い値に保持しつつ、
可視光の反射率（ガラス面）を低減させ、ギラギラ感の
少ない、非常にバランスのとれた快適な居住性と省エネ
ルギーに寄与する低反射熱線遮蔽ガラスが得られ、ま
た、該ガラスのガラス面及び膜面の反射をシルバーない
しは淡い紫色がかったブルー色にし、透過色調を淡いイ
エロー色にすることで、透明感と同時に優れた意匠性を
も兼備した優れた低反射熱線遮蔽ガラスである。

フロントページの続きＦターム(参考） 2E039 AB00 AB07 4F100 AA17B AA18B AA19B AA20B AA21B AA25B AA28B AB24C AG00A BA03 BA05 BA07 BA10A BA10C EH66B GB07 GB32 HB00 JD10 JG10B JL10 JN01B JN06 YY00B 4G059 AA01 AC04 AC06 AC20 EA01 EA02 EA03 EA04 EA05 EB04 GA01 GA04 GA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス基板上に、酸化亜鉛膜及び銀膜を積
層してなる積層体において、該酸化亜鉛膜は、バンドギ
ャップエネルギー(Ｅg)が３.５ｅＶより大きい透明酸化
物を１〜１０重量％含むように、金属亜鉛に該透明酸化
物となる金属が添加されたターゲットを用いて、反応ス
パッタリング法により成膜された被膜であることを特徴
とする低反射熱線遮蔽ガラス。
【請求項２】バンドギャップエネルギーが３.５ｅＶ以
上の透明酸化物は、Ａl₂Ｏ₃、ＳiＯ₂、ＭgＯ、ＣaＯ、
ＳrＯ、ＢaＯ、Ｇa₂Ｏ₃、Ｉn₂Ｏ₃、ＳnＯ₂、ＴiＯ₂のう
ちの少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１
記載の低反射熱線遮蔽ガラス。