JP2993870B2

JP2993870B2 - 多層干渉膜

Info

Publication number: JP2993870B2
Application number: JP7204630A
Authority: JP
Inventors: 孝博阿井
Original assignee: 旭テクノグラス株式会社
Priority date: 1995-08-10
Filing date: 1995-08-10
Publication date: 1999-12-27
Anticipated expiration: 2015-08-10
Also published as: JPH0949923A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高屈折率層と低屈
折率層とを透光性基体面に交互重層してなる多層干渉膜
に関し、その光学特性を安定化し長寿命化したものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、投影器や店舗用照明装置、
あるいは医療用照明装置等の投光照明装置は反射鏡付光
源を備えて構成されており、これは光源である電球等の
背後に多層干渉膜を有する反射鏡が対設されている。こ
の反射鏡では、光源から放射された可視光の多くを前方
に反射すると共に長波長の赤外域の光については後方に
透過させるようにしている。このため、このような投光
照明装置では赤外域の光をほとんど含まない可視光、い
わゆる冷光を前方に放射するので、照明された対象物の
加熱が少なく、例えば店舗用照明装置では商品の熱損を
少なくした照明を実現し、プロジェクタでは光学系やフ
ィルムの熱損を少なくしている。

【０００３】そして、上記の投光照明装置等に用いられ
る反射鏡は、例えばガラス基体などの透光性基体面に高
屈折率材料でなる高屈折率層と低屈折率材料でなる低屈
折率層とを交互重層して多層干渉膜が形成されている。
高屈折率層は酸化チタン（ＴｉＯ₂）や硫化亜鉛（Ｚｎ
Ｓ）などの高屈折率材料が用いられ、低屈折率層は二酸
化珪素（ＳｉＯ₂）や弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）な
どの低屈折率材料が用いられている。

【０００４】また各層の形成は透光性基体面に真空蒸着
法などにより行い、高屈折率層と低屈折率層とを交互に
形成し、それぞれの層厚を所定の厚さとなるよう制御す
ることにより光の干渉作用が発生し可視光を反射し赤外
線を透過する多層干渉膜が形成される。

【０００５】この膜形成時に層厚を正確に管理すること
によって、反射又は透過する波長域を正確に決定し、か
つシャープにすることができる。なお、透光性基体面へ
の各層の形成には主に真空蒸着法が用いられる。これは
蒸着厚さが正確に制御でき、さらに形成に要するコスト
が安いことにより慣用される。

【０００６】そして、このような多層干渉膜はそれぞれ
の層厚や積層数を変更することによりカラーフィルタや
バンドパスフィルタ、さらには可視光反射赤外線透過膜
の逆の特性を有する赤外線反射可視光線透過膜などとし
て各種の光学膜に使用できる。

【０００７】また、この様な多層干渉膜の従来技術とし
ては特開平２−３９１０７号公報に示されたものがあ
る。この公報に示された多層干渉膜は、透光性基体面に
交互重層した高屈折率層と低屈折率層のうち、低屈折率
層が二酸化珪素を３〜３０重量％含有した弗化マグネシ
ウムからなるもので、弗化マグネシウム単体で低屈折率
層を形成したものに比較して光学的な諸特性が優れてい
るが二酸化珪素単体で低屈折率層を形成したものに比較
して耐熱性において劣っている。

【０００８】この比較対象とした二酸化珪素は耐熱性が
高いこと以外に次に示す理由により低屈折率層の形成材
料として多用されている。すなわち、（１）真空蒸着法による層形成が容易である。

【０００９】（２）形成層の屈折率が低い。

【００１０】（３）蒸着材料の入手が容易でかつ安価に
得られる。

【００１１】（４）無害である。

【００１２】しかしながら二酸化珪素を低屈折率材料と
して用いた場合には次の欠点がある。それは、（１）形成層が粗くなりやすい。

【００１３】（２）形成層が湿気を吸着しやすい。

【００１４】（３）形成層の耐水性が低い。

【００１５】等である。

【００１６】そして、これらの欠点に基づき多層干渉膜
とした場合には次のような不都合が生ずる場合がある。
すなわち、投光照明装置の反射鏡付光源に使用した場合
には、点灯することによって光源の電球等から発生する
熱により多層干渉膜は高温にさらされる。

【００１７】また消灯の際には多層干渉膜は激しい熱衝
撃を受けることになる。さらに多層干渉膜は消灯後の温
度が下がる過程で空気中の水分を膜内に吸着し、次の点
灯開始時には膜内に吸着していた水分によって高温高湿
状態にさらされることになる。これにより多層干渉膜の
二酸化珪素層自体、あるいは積層された高屈折率層が徐
々に変質し、光の反射及び透過特性が変化してしまう。

【００１８】さらにまた、カラーフィルタにおいては用
いられている光学系内に未使用時と使用時の間に温度変
化（上昇）が生じると、温度変化によって膜中の水分の
脱着が発生してカラーが若干変化する場合がある。この
ため、使用の際には初期段階で水分の脱着が完了するま
でカラーが安定せず、用途によっては問題となる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の低
屈折率層を弗化マグネシウムに二酸化珪素を含有させて
構成したものでは光学的な諸特性が優れているが耐熱性
において劣っており、二酸化珪素単体では湿気を吸着し
やすくて耐水性が低い。このような状況に鑑みて本発明
はなされたもので、二酸化珪素に弗化マグネシウムを含
有させて低屈折率層を構成することにより光学特性が安
定化し長寿命化した多層干渉膜を提供することを目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の多層干渉膜は、
透光性基体面に高屈折率層と、この高屈折率層よりも屈
折率の低い低屈折率層とを交互重層してなり、低屈折率
層は弗化マグネシウムを０．５〜３０重量％含有した二
酸化珪素からなることを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
を参照して説明する。図１は本発明の多層干渉膜を適用
した反射鏡付ランプの断面図であり、図２は反射鏡付ラ
ンプの反射鏡の模式的に示す部分拡大断面図である。

【００２２】図１及び図２において、１は光源にハロゲ
ン電球２を使用した投光照明装置の反射鏡付ランプであ
り、３はハロゲン電球２の背後に対設された反射鏡であ
る。反射鏡３は、硬質ガラスで一体に成形された内面が
回転放物面をなす透光性の基体反射基体４によって構成
され、その内表面５には多層干渉膜６が被着されてい
る。また反射鏡３は、その後部に口金部７が突設されて
おり、この口金部７にはハロゲン電球２を取り付けるた
めの取付孔８が形成されている。

【００２３】一方、ハロゲン電球２は、石英ガラス等の
耐熱性ガラスからなるバルブ９内にタングステンコイル
フィラメント１０を封装し、その一端を圧潰封止して封
止部１１としている。そして、封止部１１を取付孔８に
挿入し耐熱性接着剤１２により接着、固定することによ
り、ハロゲン電球２は反射鏡３に取り付けられている。
なお、１３はハロゲン電球２のタングステンコイルフィ
ラメント１０の両端に接続された導線で、口金部７の端
部に露出する封止部１１から外部に導出されている。

【００２４】また、反射鏡３に設けられた多層干渉膜６
は、反射基体４の内表面５に硫化亜鉛（ＺｎＳ）からな
る高屈折率層Ｈと、弗化マグネシウムを０．５〜３０重
量％含有した二酸化珪素からなる低屈折率層Ｌとを交互
に多層に積層させた交互層である。ここで弗化マグネシ
ウムの含有率は二酸化珪素と弗化マグネシウムとの合計
を１００とした重量％をいう。

【００２５】そして各層Ｈ，Ｌは、その光学的層厚を１
／４λとした交互層設計で、その構成は次のような全２
４層となっている。

【００２６】ここで、Ｈは硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる高屈折率層、
Ｌは弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）を１〜３０重量％含
有した二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる低屈折率層、λ
は設計波長でλ₁が長波長側を、λ₂が短波長側を表
す。

【００２７】また、この多層干渉膜６の形成には真空蒸
着法を用い、その蒸着条件は、真空度：１．３×１０⁻²〜６．７×１０
⁻²Ｐａ反射基板蒸着面温度：１５０〜２００℃ 蒸着源：抵抗加熱または電子銃であり、蒸着処理後は電気炉中にて３５０℃〜５５０
℃、１時間の熱処理を施して定着させた。

【００２８】そして上記のようにして多層干渉膜６を設
けた反射鏡３について次の項目の試験を行い、被着され
た多層干渉膜６の耐久性を評価した。

【００２９】（１）点灯試験：１２Ｖ、７５Ｗのハロゲ
ン電球を装着し、１６時間点灯、８時間消灯のサイクル
を反復し点灯時間の累計が２０００時間までの多層干渉
膜６の経時変化を評価する。

【００３０】（２）耐水試験：１００℃の沸騰水中に１
０分間浸し、取り出した後の多層干渉膜６の経時変化を
評価する。

【００３１】（３）吸湿試験：１２Ｖ、７５Ｗのハロゲ
ン電球を装着し、点灯前と点灯５分後の分光透過率の経
時変化を評価する。

【００３２】（４）引張試験：＃６１０のスコッチテー
プ（商品名、住友３Ｍ製）を多層干渉膜６の表面に貼り
付け、急激に引き剥がした後の多層干渉膜６の経時変化
を評価する。

【００３３】（５）耐熱試験：６００℃の電気炉中に２
５分間放置し、取り出した後の多層干渉膜６の経時変化
を評価する。

【００３４】ここで試験後の耐久性評価は、吸湿試験を
除き外観観察や分光透過率特性測定、強度測定、電子顕
微鏡による観察などにより行った。

【００３５】そして上記各試験による低屈折率層Ｌ中の
弗化マグネシウムの含有率（重量％）と耐久性の関係は
次表に示す通りである。

【００３６】なお、◎＝極めて良好 ○＝良好 △＝普通 ×＝悪い

【表１】

【００３７】この表より、弗化マグネシウムの含有率が
０．５％を越えると、含有率が増加するにしたがって耐
水性が向上する（耐水試験）と共に耐吸湿性が向上する
（吸湿試験）ことが判る。また含有率が３０％を越える
と耐熱性が低下し（耐熱試験）、多層干渉膜６自体の強
度が低下する（引張試験）ことが判る。

【００３８】そして点灯試験の結果によると、耐水性と
耐吸湿性及び耐熱性と引張試験における結果が普通以上
の良好な結果が得られ、バランスしているのは弗化マグ
ネシウムの含有率が０．５〜３０重量％の範囲で、この
含有率の範囲で点灯特性が向上し、長寿命化している。
なお、好ましくは１〜３０重量％、より好ましくは５〜
３０重量％である。

【００３９】このような二酸化珪素に弗化マグネシウム
を含有させ、その含有率が所定の範囲である場合に上述
の効果が得られるのは、次のような理由によるものと考
えられる。

【００４０】（１）弗化マグネシウムを含有する二酸化
珪素は、二酸化珪素と弗化マグネシウムの適合性が良好
なために二酸化珪素単体よりも緻密になる。

【００４１】（２）弗化マグネシウムを含有することで
弗化マグネシウムの持つ高い耐水性と耐吸湿性（弗素の
高い電気陰性度に基づく撥水性による）が付与される。

【００４２】（３）弗化マグネシウムは酸化物の二酸化
珪素よりも耐熱性は劣り酸化されやすいので、弗化マグ
ネシウムの含有率が高いと耐熱性は低下する。弗化マグ
ネシウムの含有率が低い場合には構成主体である二酸化
珪素の特性から耐熱性が高い。

【００４３】なお、本発明の多層干渉膜６は上述の可視
光反射赤外線透過の反射鏡３に限定されるものではな
く、例えばカラーフィルタやバンドパスフィルタにおい
ても耐吸湿性の付与により使用開始時の水分脱着による
カラーのシフトを押さえることができる。また、多層干
渉膜６の形成方法はスパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法など既知のどのような方法であってもよい。

【００４４】さらに、多層干渉膜を構成する低屈折率層
のうち、その表面側の２層以上のみに弗化マグネシウム
を０．５〜３０重量％含有した二酸化珪素からなる低屈
折率層Ｌとするようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、弗化マグネシウムを０．５〜３０重量％含有した二
酸化珪素で低屈折率層を構成するようにしたことによ
り、光学特性が安定化したものとなると共に長寿命化す
る等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を適用した反射鏡付ランプ
の断面図である。

【図２】本発明の一実施形態を適用した反射鏡付ランプ
の反射鏡の模式的に示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

３…反射鏡４…反射基体６…多層干渉膜Ｈ…高屈折率層Ｌ…低屈折率層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性基体面に高屈折率層と、この高屈
折率層よりも屈折率の低い低屈折率層とを交互重層して
なり、前記低屈折率層は弗化マグネシウムを０．５〜３
０重量％含有した二酸化珪素からなることを特徴とする
多層干渉膜。