JP3110131B2

JP3110131B2 - 高耐久性薄膜

Info

Publication number: JP3110131B2
Application number: JP04050989A
Authority: JP
Inventors: 尚康近藤
Original assignee: 旭テクノグラス株式会社
Priority date: 1992-03-10
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 2000-11-20
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: JPH05254885A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的多層膜（以下、
多層膜と称す）からなる薄膜における高屈折率膜として
硫化亜鉛を用い、この硫化亜鉛に所定の添加物を含有さ
せて薄膜の耐久性を向上させた高耐久性薄膜に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハロゲン電球用反射鏡におけるガ
ラス基板の内面側に薄膜として被膜される多層膜は、均
一性が得られやすい硫化亜鉛（ＺｎＳ）で高屈折率膜を
形成し、また、弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）あるいは
二酸化珪素（ＳｉＯ₂）で低屈折率膜を形成し、これら
を交互に積層した構成により、ハロゲン電球の中央に光
源として装着されているハロゲンランプからの可視光を
反射鏡でに反射させ、かつ熱線を反射鏡から透過させて
いる。

【０００３】ところが、光源として高出力ハロゲンラン
プ、例えば、１００Ｖ・３６０Ｗタイプのハロゲンラン
プを使用したときには、ハロゲンランプから発せられる
高熱により上記多層膜に膜の剥離、膜クラックなどが発
生し、多層膜は耐久性の面で問題がある。このような高
熱による問題を解消するため、以下のような対応が採用
されている。すなわち、 (1) 多層膜を保護膜で被膜する。 (2) 真空蒸着後の多層膜に加熱処理を施す。 (3) 酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化ジルコニウ
ム（ＺｒＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化タンタ
ル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの酸化膜を多層膜に導入する。 (4) 多層膜の膜構成を高耐久性の二酸化チタン−二酸化
珪素（ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂）系あるいは酸化ジルコニウ
ム−二酸化珪素（ＺｒＯ₂−ＳｉＯ₂）系の多層膜に変
更する。 (5) 低屈折率膜を二酸化珪素で形成する場合、この二酸
化珪素に酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チ
タン、酸化タンタル、あるいは酸化すず（ＳｎＯ₂）な
どの酸化物を添加する。などである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たいずれの対応であっても、以下に示す欠点を有してい
る。すなわち、 (1) 多層膜に被膜される保護膜として酸化珪素、酸化ジ
ルコニウム、酸化チタン、酸化タンタルなどがあるが、
これらを単に被膜するだけでは不十分であり、多層膜の
初期層側から膜剥離、膜クラックが発生する。 (2) 多層膜のある程度の耐久性の向上は達成できるが、
高出力ハロゲンランプに対しては不十分である。 (3) 酸化膜を多層膜のどの層に導入するかで膜応力が変
化しやすく、必ずしも耐久性の向上にはつながらない。
さらに、酸化物は屈折率の調整がやや不安定であり、多
層膜の設計が複雑となる。 (4) ・基板の形状が深い凹面である場合には、多層膜を
構成する膜の回り込みが少なく、均一な膜の被膜が得ら
れない。・硫化亜鉛−弗化マグネシウム（ＺｎＳ−ＭｇＦ₂）あ
るいは硫化亜鉛−二酸化珪素（ＺｎＳ−ＳｉＯ₂）系の
多層膜と比較して、層数が１．３〜１．５倍必要とな
り、コストアップとなる。・酸化チタン、酸化ジルコニウム、および酸化タンタル
は被膜する条件によっては多層膜に吸収が発生し、この
ため低級酸化膜となって被膜の特性が不安定となる。・被膜を除去して再生基板として使用することができな
い。 (5) 例えば特開昭５７−１２４３０１号公報には低屈折
率を有する酸化珪素に対し各種酸化物を添加して耐久性
の向上を図ることが開示されているが、同様の添加を低
屈折率を有する弗化マグネシウムに適用した場合には、
酸化物の添加によりマグネシウムが酸化されて酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）が形成され、屈折率が高くなってし
まうため、低屈折率層として適用できなくなり、同様の
効果が得られない。などである。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、高出力ハロゲンランプの点灯時に熱線を照射されて
も、膜剥れ、膜クラックなどが発生することがなく、耐
久性を向上させた高耐久性薄膜を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、光学的多層膜からなる薄膜において、高
屈折率膜を硫化亜鉛で形成するとともにこの硫化亜鉛に
添加物として酸化タンタルを０．５〜５重量％含有させ
たことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明は上記のように構成したので、高出力の
ハロゲンランプを装着・点灯した際の高熱によっても薄
膜に何ら変化を生じることなく、高効率の点灯が維持さ
れ、薄膜の耐久性が向上される。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【０００９】図１において、1 はガラス基板、例えばハ
ロゲン電球用反射体のガラス基板であり、一面を回転放
物面からなる凹面2 で形成されている。この凹面2 の中
央には光源としてハロゲンランプ3 が装着されており、
さらに凹面2 上には高耐久性薄膜としての多層膜4 が被
膜され反射鏡5 が形成される。反射鏡5 に被膜されてい
る多層膜4 によりハロゲンランプ3 から出射される可視
光が反射され、熱線が反射鏡5 を透過する多層膜4 は、０．２〜７重量％の酸化タンタル（Ｔａ₂
Ｏ₅）を含有させた硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる高屈折
率膜（Ｈ）と弗化マグネシウム（ＭｇＦ₂）からなる低
屈折率膜（Ｌ）を２１層交互に積層したＺｎＳ−ＭｇＦ
₂系多層膜である。すなわち、ＨとＬを交互に６層ずつ
合計１２層積層し、次にこの上にＨとＬを交互に４層ず
つ、さらにＨを１層付加し合計２１層積層した多層膜
で、それぞれの光学膜厚は１／４λ設計で、それぞれの
設計波長は、λ_1〜12＝６００ｎｍおよびλ_13〜21＝４
５０ｎｍ）である。この多層膜4 は真空蒸着法により、 (1) 真空度１×１０^-4〜５×１０^-4Torr (2) 基板温度１５０〜２５０℃ (3) 蒸発源エレクトロビーム（電子銃）の蒸着条件で成膜した。

【００１０】さらに、多層膜4 の蒸着完了後、多層膜4
が蒸着された反射鏡5 を電気炉中で４００℃１時間のに
熱処理を施し、多層膜4 を硬化した。

【００１１】次に、多層膜4 の耐久性について、高屈折
率膜（Ｈ）に添加される酸化タンタルの重量比を変化さ
せ、点灯テスト、熱衝撃テスト、煮沸テスト、および引
張りテストを行なった。その結果のテストデータを表１
に示す。

【００１２】

【表１】表１に示すテストの試験方法を以下に示す。すなわち、 (1) 点灯テスト…反射鏡5 に１００Ｖ・３６０Ｗのハロ
ゲンランプ3 を装着して、１０分間点灯、１０分間冷却
を反復し、最高１００時間経過間までの膜剥れ・膜クラ
ック・スプラッシュ（突沸現象）などについて評価 (2) 熱衝撃テスト…反射鏡5 を５００℃の中性雰囲気の
電気炉中に５分間放置した後、大気中に放置冷却し、膜
剥れ・膜クラック・スプラッシュなどについて評価 (3) 煮沸テスト…反射鏡5 を１００℃の市水中に１０分
間浸漬後、膜剥れ・膜クラック・スプラッシュなどにつ
いて評価 (4) 引張りテスト…多層膜4 に幅１／２インチ、長さ１
０ｍｍの＃６００のスコッチテープ（商品名）を貼着し
急激に引剥した後、膜剥れ・スプラッシュについて評価であり、これらのテスト後の評価については、以下の評
価記号、すなわち、 ○＝膜剥れ・膜クラックなし △＝わずかな膜クラックあり ×＝膜剥れ・膜クラックあり ※＝スプラッシュありで表１に示している。

【００１３】ハロゲン電球用反射鏡5 に使用される多層
膜4 は、可視光線反射・赤外線透過の特性を十分に発揮
させるためには、凹面状の基板1 に多層膜4 を均一に被
膜することが要求されている。また、硫化亜鉛は、多層
膜の設計上、高屈折率材料として使用される他の材料の
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタルなどと比
較して極めて回り込みがよく膜の均一性が得られやすい
という利点を有している反面、吸水性が大きく耐久性の
面で劣るという欠点を有している。

【００１４】ところで、表１の太線で囲んだ部分から明
らかなように、硫化亜鉛に酸化タンタルを添加、特に、
０．５〜５重量％を含有させることにより、硫化亜鉛膜
の耐久性、さらには、多層膜4 全体の耐久性が向上する
ことが上記各種テストから判明した。さらに、この各種
テスト結果および以下の理由により酸化タンタルの含有
量を０．５〜５重量％とするのが好ましい。すなわち、Ａ．光学的に硫化亜鉛の屈折率が低下しない範囲であ
る。Ｂ．添加物である酸化タンタルが硫化亜鉛膜中に充填さ
れ、膜の緻密化が進み結合力が増大する。Ｃ．成膜する際、被膜しやすい。などの理由による。例えば、酸化タンタルの含有量を
０．５重量％を下回る場合には、上記Ａ項とＣ項を満足
させることができるが、Ｂ項の点で劣り耐久性が十分で
なく、また、５重量％を上回る場合には、Ｃ項に問題が
あり、真空蒸着法で被膜する際、エレクトロンビームと
の適合性が悪くなり、スプラッシュが発生し蒸着ブツと
なるためである。

【００１５】また、酸化タンタルを添加物として選択し
た理由としては、硫化亜鉛との屈折率を比較すると、Ｚ
ｎＳ＝２．３、Ｔａ₂Ｏ₅＝２．１であり、酸化タンタ
ルの屈折率が硫化亜鉛の屈折率に近く、光学的な影響を
与えないとともに酸化タンタルは耐久性、特に、耐熱性
においては他の酸化物よりも優れていることが確認され
ており、その上硫化亜鉛との適合性も良好であることに
よる。さらに、付言すると、硫化亜鉛は熱衝撃を受ける
と、硫化亜鉛の酸化膜に変化することがＸ線回析法によ
り判明しているが、添加物である酸化タンタルはこの酸
化膜への変化を防止するバリヤー効果を有している。

【００１６】なお、上記実施例では、高耐久性薄膜をハ
ロゲン電球用反射鏡5 について適用したが、これに限る
ことはなく、バンドパスフィルター、コールドミラー、
カラーフィルターなどの光学的多層膜にも適用できるこ
とは勿論である。

【００１７】また、多層膜4 の被膜を真空蒸着法により
成膜したが、これに限定されることはなく、スパッタリ
ング法やイオンプレーティング法など他の方法でもよ
く、同様の作用効果が得られる。

【００１８】また、本発明は上記実施例に限定されるこ
となく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々
変形可能なことは勿論である。

【００１９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の高耐久性
薄膜によれば、硫化亜鉛に添加物として酸化タンタルを
０．５〜５重量％含有させることにより、高耐久性薄膜
を容易に得ることができるとともに熱的影響によっても
変化することのない高耐久性を得ることができる。

【００２０】また、光学的にも安定していることによ
り、光学的特性に影響を与えることがなく、さらには、
被膜条件や使用条件にも何らの困難性がなく、容易に成
膜が可能であるとともに安価に得られるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高耐久性薄膜を適用したハロゲン電球
の一部切欠断面図である。

【符号の説明】

4 …光学的多層膜（高耐久性薄膜）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C03C 17/00 - 17/44 F21V 7/22 G03B 5/08 H01J 61/35 H01K 1/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的多層膜からなる薄膜において、高
屈折率膜を硫化亜鉛で形成するとともにこの硫化亜鉛に
添加物として酸化タンタルを０．５〜５重量％含有させ
たことを特徴とする高耐久性薄膜。