JP2813427B2 - 電波反射抑制型の透明熱線反射ガラス - Google Patents

電波反射抑制型の透明熱線反射ガラス

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、テレビ電波反射障害を起こさず建築意匠性
が高い透明熱線反射ガラスに関し、更に詳しく述べる
と、ガラス基板の表面にSiC膜とTiNX膜、またはSiC膜と
CrNX膜を形成することにより、テレビ電波の反射減衰量
を増大させた透明熱線反射ガラスに関するものである。
[従来の技術] 建築意匠性の向上と冷房負荷の軽減のため、近年、ビ
ル等の建築物に透明熱線反射ガラスが多用されている。
なかでも高性能熱線反射ガラスは、ガラス基板の表面に
金属や金属酸化物、金属窒化物などの薄膜を真空中でス
パッタリング法などによりコーティングしたものであ
り、次のような優れた特徴がある。
シルバー、ブロンズ、ブルー、グリーンなど豊富なカ
ラーバリエーションをもつので建築意匠性が優れてい
る。
可視光透過率8〜40%、可視光反射率10〜45%と可視
光線のバランスが良いので快適な室内空間を作り出し、
またプライバシーの保護に有効である。
優れた日射光線の遮蔽性能を呈するため冷房負荷の低
減に役立つ。
[発明が解決しようとする課題] 従来の高性能熱線反射ガラスは、コーティング薄膜と
して前記のように金属や金属窒化物を用いており、その
表面抵抗値が低いため入射するテレビ電波に対して金属
板に近い性質をもち反射減衰量が低くなる傾向にある。
例えば従来の代表的な高性能熱線反射ガラスは、コー
ティング薄膜の表面抵抗値が250Ω/□以下であり、こ
のガラスの反射減衰量はVHF帯とUHF帯とで7dB以下であ
った。反射減衰量は、入射した電波エネルギーに対する
反射した電波エネルギーの割合を表しており、その値が
大きいほど反射が少なく、ゴースト障害は発生し難くな
る。ガラスの反射減衰量が上記のようにVHF帯とUHF帯と
で7dB以下であると、使用環境によっては(特に高層ビ
ルに大面積使用された場合)テレビ電波のゴースト障害
を起こす。
本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、優れた建築意匠性を維持したままテレビ電波のゴー
スト障害を起こさない新しい透明熱線反射ガラスを提供
することである。
[課題を解決するための手段] 透明熱線反射ガラスは、その反射減衰量が15dB以上で
あれば問題になるようなゴースト障害は起こさないとさ
れている。そこで、まず理論からゴースト障害を起こさ
ない薄膜の表面抵抗値を求めた。第4図に示すように裏
面に薄膜の付いたガラスにテレビ電波が入射するモデル
を考える。このモデルは一般に第5図のような分布定数
回路に等価的に書き換え得る。端子A−Bから右側を見
た入力インピーダンスZinは(1)式で表される。
またガラスの固有インピーダンスと伝搬定数は
それぞれ(2)式と(3)式で表される。
Z0:空間のインピーダンス,Z0=377Ω j:虚数単位 :ガラスの誘電率,=7−0.1j t:ガラスの厚さ λ0:電波の波長 一方、薄膜は金属板のような完全反射体ではないので
RとZ0の並列抵抗で表され、その入射特性インピーダン
は(4)式のようになる。
以上よりガラスによる反射率Γは(5)式で表され
る。
従って反射減衰量ηは(6)式のようになる。
η=20logΓ …(6) ここで波長λ=300cm(周波数f=100MHz)、ガラ
スの厚さt=10mmの時、ゴースト障害を起こさないため
に必要な反射減衰量η≧15dBを得るためには、薄膜の表
面抵抗は1000Ω/□以上あればよいことになる。
そこで、このように表面抵抗値が1000Ω/□以上で且
つ優れた熱線反射性能と建築意匠性をもつ薄膜材料を検
討した結果、SiC膜が有用であることが判明した。しか
しSiC単層膜ではシルバー、ブロンズ反射色をだすのは
容易であるが、ブルー、グリーン反射色をだすのは難し
い。そのためSiC膜とTiNX膜またはCrNX膜を組み合わせ
た。
即ち本発明は、ガラス基板の表面に、幾何学的厚さd
が10nm≦d≦100nmのSiC膜と1nm≦d≦5nmのTiNX膜、ま
たは1nm≦d≦100nmのSiC膜と1nm≦d≦40nmのCrNX膜と
を形成した電波反射抑制型の透明熱線反射ガラスであ
る。更に本発明は、それら2層膜に光学的厚さndが2nm
≦nd≦400nmの透明誘電体膜を加えて全体として3〜5
層膜とした電波反射抑制型の透明熱線反射ガラスであ
る。
CrNX膜と組み合わせる場合は、SiC膜の厚さは1nm以上
である。その理由はCrNX膜が40nm以下と厚いのでSiC膜
が薄くても熱線反射ガラスとして機能するからである。
一方TiNX膜と組み合わせる場合はTiNXの膜厚範囲が1nm
≦d≦5nmと薄く、SiC膜を10nm以上にしないと熱線反射
ガラスとして機能しなくなるからである。
TiNX膜とCrNX膜の膜厚上限値は表面抵抗によって決ま
る。つまりTiNX膜の表面抵抗値は5nmで1000Ω/□、CrN
X膜の表面抵抗値は40nmで1000Ω/□であり、これ以上
厚くすると電波障害を起こす。SiC膜は、いくら厚くて
も表面抵抗値は1000Ω/□以上であるが、膜厚の上限を
100nmとしたのは、これ以上厚くなると透過光の色が黄
色〜橙色となり好ましくないこと、成膜時間が長くなり
コストアップになること、等のためである。
本発明においてSiC膜と、TiNX膜またはCrNX膜はどち
らかがガラス基板側に位置してもよい。透明誘電体膜を
含む場合の順序も任意であってもよい。3層構造の場合
は透明誘電体膜が1層、4層構造の場合は透明誘電体膜
が2層、5層構造の場合は透明誘電体膜が3層となる。
3層構造及び4層構造の場合、透明誘電体膜はどの位置
にあってもよい。
ガラス基板の厚さを6〜12mm程度とし、各膜を直流ス
パッタリングで成膜するのが好ましい。透明誘電体膜と
してはTiO2,ZrO2,Ta2O5,Nb2O5等が好ましい。
[作用] ガラス基板の表面に形成した上記のSiC膜とTiNX膜、
またはSiC膜とCrNX膜の複合膜は、表面抵抗値が1000Ω
/□以上になり、入射するテレビ電波に対して反射減衰
量が15dB以上になるため、ゴースト障害は実質的に発生
しない。またこれらの膜は優れた熱線反射特性を呈す
る。更にSiC膜とTiNX膜、またはSiC膜とCrNX膜とを組み
合わせることで、ブルー、グリーンなどの反射色も容易
にだせるようになる。
透明誘電体膜は、電気的特性とは無関係であり、色や
透過率、反射率などの調整を行い、また耐久性を向上さ
せる。
[実施例1] 第1図は本発明に係る透明熱線反射ガラスの一実施例
を示す断面図である。ガラス基板10の表面に幾何学的厚
さ(物理的厚さ)dが50nmのTiNX膜12と、10nmのSiC膜1
4と、光学的厚さndが37nmのTiO2膜16を直流スパッタリ
ング法により形成した例である。
ここで用いた直流スパッタリング装置の概略を第3図
に示す。アースされた真空槽20の一部にバリアブルバル
ブ22を設けた排気口24を形成し、この排気口24を介して
真空ポンプ26に接続し、真空槽20内を減圧できるように
している。また真空槽20の上部には、マグネトロンカソ
ード28a,28b,28cを設け、直流電源30a,30b,30cに接続し
ている。またマグネトロンカソード28a,28bの間にはバ
ルブ32を備えたガス供給管34を設け、真空槽20内にガス
を供給できるようにしている。更に各マグネトロンカソ
ード28a,28b,28cの下方には往復可能な搬送ベルト36を
配置している。
まずカソード28aの下面にSiCをターゲット38aとし
て、またカソード28bの下面にTiをターゲット38bとして
取り付ける。そして搬送ベルト36上の基板ホルダ39に洗
浄したガラス基板10を載置し、バリアブルバルブ22を開
け、真空槽20内を5×10-6Torr以下まで減圧する。次い
でガス供給管34により窒素ガスを供給して、バリアブル
バルブ22を閉じ、真空槽20内の圧力が2×10-3Torrにな
るようにする。次にカソード28bに500Vの負電圧を印加
し、ガラス基板10をカソード28b下を移動させることで
ガラス基板10の表面にTiNX膜12を第1層として形成す
る。
そしてカソード28bのパワーをきり、バリアブルバル
ブ22を開き、再び5×10-6Torr以下まで減圧した後、ガ
ス供給管34からアルゴンガスを導入し、バリアブルバル
ブ22を閉じ、真空層20内の圧力が2×10-3Torrになるよ
うにする。次にカソード28aに600Vの負電圧を印加し、
ガラス基板10をカソード28a下を移動させることでTiNX
膜12の上に第2層としてSiC膜14を形成する。
カソード28aのパワーをきり、再び5×10-6Torr以下
まで減圧した後、ガス供給管34から窒素ガスを内圧2×
10-3Torrになるまで導入する。次にカソード28bに500V
の負電圧を印加し、ガラス基板10をカソード28b下を移
動させることでSiC膜14の上に第3層としてTiO2膜16を
形成する。
得られた透明体の並列抵抗値は1000Ω/□であった。
また可視光透過率は45%、で、非膜面反射は2゜視野C
光(JIS Z8729)でL=62.6,a=−3.4,b=−9.3
でありブルー反射色であった。
[実施例2] 第2図は本発明に係る透明熱線反射ガラスの他の実施
例を示す断面図である。ガラス基板40の表面に、幾何学
的厚さ(物理的厚さ)dが30nmのSiC膜42と、10nmのCrN
X膜44と、光学的厚さndが13nmのTiO2膜46を直流スパッ
タリング法により形成した例である。
ここで用いたスパッタリング装置も前記第3図に示し
たものである。まずカソード28aの下面にSiCをターゲッ
ト38aとして、カソード28bの下面にTiをターゲット38b
として、カソード28cの下面にCrをターゲットとして取
り付ける。そして実施例1と同様の方法で真空槽20内を
5×10-6Torr以下まで減圧する。次いでガス供給管34か
らアルゴンガスを導入し、バリアブルバルブ22を閉じ、
真空槽20内の圧力が2×10-3Torrになるようにする。次
にカソード28bに600Vの負電圧を印加し、ガラス基板を
カソード28a下を移動させることでSiC膜上に第1層とし
て形成する。
そしてカソード28aのパワーをきり、バリアブルバル
ブ22を開き、再び5×106Torr以下まで減圧した後、ガ
ス供給管34から窒素ガスを導入し、バリアブルバルブ22
を閉じ、真空槽20内の圧力が2×10-3Torrになるように
する。次にカソード28cに500Vの負電圧を印加し、ガラ
ス基板をカソード28c下を移動させることでSiC膜上に第
2層としてCrNX膜を形成する。
そしてカソード28cのパワーをきり、バリアブルバル
ブ22を開き、再び5×10-6Torr以下まで減圧した後、ガ
ス供給管34から酸素ガスを内圧2×10-3Torrになるまで
導入する。次にカソード28bに500Vの負電圧を印加し、
ガラス基板をカソード28b下を移動させることでCrNX
の上に第3層としてTiO2膜を形成する。
なおCrNXの成膜において特に窒素100%あるいは窒素
とアルゴンの混合ガスの体積に対してアルゴンを16vol
%以下の割合〔Ar/(N2+Ar)≦16%〕で含有する混合
ガス中でスパッタリングすると、高い抵抗率をもつCrNX
膜が得られるため有利である。
得られた透明体の並列抵抗値は4000Ω/□であった。
可視光透過率は25%で、非膜面反射は2゜視野C光でL
=62.7,a=−6.1,b=−3.6であり、グリーン反射
色であった。
なお上記の実施例では膜形成方法として直流スパッタ
リング法を使用した。この方法は、高周波スパッタリン
グのようなマッチングが不要であり、また成膜速度も大
きくコスト上有利であり好ましい。その他、真空蒸着
法、イオンプレーティング法、アーク蒸着法、CVD法な
どを用いてもよい。また透明誘電体膜としてはSnO2,Al2
O3,ZnO,Bi2O3,ZrO2,Ta2O5,Nb2O5,AlN等もあるが、耐久
性と色調などからTiO2,ZrO2,Ta2O5,Nb2O5が好ましい。
[発明の効果] 本発明は上記のようにガラス基板に適正な膜圧のSiC
膜と、TiNXまたはCrNX膜を形成する構成だから、表面抵
抗値が1000Ω/□以上になり、入射するテレビ電波に対
して反射減衰量が大きく、ゴースト障害の発生を防止で
きる。またブルーやグリーンなどの反射色をだすことが
でき優れた建築意匠性と熱線反射特性を発現させうる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る透明熱線反射ガラスの一実施例を
示す断面図、第2図は本発明の他の実施例を示す断面図
である。第3図は本発明の実施に好適な直流スパッタリ
ング装置の説明図である。第4図は透明熱線反射ガラス
への電波入射モデル説明図、第5図はその等価回路図で
ある。 10,40……ガラス基板、12……TiNX膜、14,42……SiC
膜、16,46……TiO2膜、44……CrNX膜。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガラス基板の表面に、幾何学的厚さdが10
    nm≦d≦100nmのSiC膜と、1nm≦d≦5nmのTiNX膜を形成
    した電波反射抑制型の透明熱線反射ガラス。
  2. 【請求項2】ガラス基板の表面に、幾何学的厚さdが1n
    m≦d≦100nmのSiC膜と、1nm≦d≦40nmのCrNX膜を形成
    した電波反射抑制型の透明熱線反射ガラス。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の2層膜に、更に光学
    的厚さndが2nm≦nd≦400nmの透明誘電体膜を加えて全体
    として3〜5層膜とした電波反射抑制型の透明熱線反射
    ガラス。
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