JP3670193B2 - 多層膜フィルタ及び多層膜フィルタ付ハロゲンランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用のテールランプやストップランプその他装飾用ランプの光源等として用いられるランプのガラスバルブ表面に成膜され、６００ｎｍ以下の可視光波長域の光を選択的にカットし、所望の色の光を選択的に透過させる多層膜フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の多層膜フィルタ９１は、例えば図１３に示すように構成されており、ガラスバルブ９０の外側表面に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ等の金属酸化膜による高屈折率膜９１ａと、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ６等の金属酸化膜による低屈折率膜９１ｂとがそれぞれ目的とする反射波長（以下設計波長という）λの１／４を光学膜厚として交互に複数層積層されて構成され、ガラスバルブ９０の内面には図示しないフィラメントが配設されている。こうして積層された膜によって、フィラメントから発せれた光のうち設計波長λを中心とする波長領域の光は、光の干渉によって反射されるようになり、この波長領域以外の光が透過されるようになるものである。なお、光学膜厚とはその層の物理的膜厚×屈折率の値である。
【０００３】
上記の成膜に当たっては、真空蒸着法、スパッタ法、ディップ法、イオンプレーティング法など適宜な成膜法によって形成されるものである。
【０００４】
表１は従来の多層膜フィルタ９１の具体的構成例を示すもので、例えば反射する可視光線の設計波長λを４００〜６００ｎｍの範囲とし、高屈折率膜９１ａとして屈折率ｎＨ＝２．３の金属酸化膜ＴｉＯ２を光学膜厚λ／４＝１００〜１５０ｎｍの範囲内で設定し、同様に低屈折率膜９１ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を光学膜厚λ／４＝１００〜１５０ｎｍの範囲内で設定したものである。また、層番号はバルブ９０の表面に近い側から順番にふられている。
【０００５】
本従来例において、まず、層番号２〜１７層は高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂが交互に光学膜厚をそれぞれ１００ｎｍに設定されて積層されている。次に、層番号１８〜３５層は低屈折率膜９１ｂと高屈折率膜９１ａとが交互に光学膜厚をそれぞれ１１２．５ｎｍに設定され、さらにその上の層番号３６〜４８層は低屈折率膜９１ｂと高屈折率膜９１ａとが交互に光学膜厚をそれぞれ１３７．５ｎｍに設定されて積層されている。なお、バルブ９０表面に最も近い層番号１の高屈折率膜９１ａの光学膜厚はλ／８＝５０ｎｍとして形成され、最上層である層番号４９の高屈折率膜９１ａの光学膜厚はλ／８＝６８．８ｎｍとして形成されている。この構成は一般的にＬＷ（ｌｏｎｇ ｗａｖｅ ｐａｓｓ）型と呼ばれ、これにより膜全体の透過率特性の長波長側（赤色光）の波長部分をフラットで且つ高い透過率特性とすることができる。なお、表中の図の符号は図１３の符号に対応している。
【表１】
【０００６】
こうして形成された多層膜フィルタ９１は、まず層番号１〜１７層の部分によって設計波長λ＝１００×４＝４００ｎｍを中心とする波長域の光を反射し、次に層番号１８〜３５層の部分によって設計波長λ＝１１２．５×４＝４５０ｎｍを中心とする波長域の光を反射し、層番号３６層〜４９層の部分によって設計波長λ＝１３７．５×４＝５５０ｎｍを中心とする波長域の光を反射することで、膜全体（１〜４９層）として可視光線の波長範囲である４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の光を反射するものである。
【０００７】
ここで、４００ｎｍ〜６００ｎｍの可視光線の色の範囲について説明すると、４５５ｎｍ〜４９２ｎｍの範囲が青色光、４９２ｎｍ〜５７７ｎｍの範囲が緑色光、５７７ｎｍ〜６００ｎｍの範囲が黄色光に相当し、６００ｎｍ以上の可視光線は赤色光に相当するものである。
【０００８】
図１４は、こうして実際に形成された多層膜フィルタ９１の透過率特性を示すものであり、４００〜６００ｎｍの範囲の可視光即ち青色、緑色、黄色の光がカットされ、６００ｎｍ以上の赤色光のみが選択的に透過される。
【０００９】
また、こうした赤色光透過型の多層膜フィルタ９１以外にも反射する可視光線の設計波長λを３００〜５００ｎｍとして、高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂの光学膜厚をλ／４＝７５〜１２５ｎｍの範囲内で設定したものによれば、３００〜５００ｎｍの範囲の紫色、青色の光をカットし、５００ｎｍ以上の緑色、黄色、赤色を選択的に透過してこれらの混色である橙黄色透過型の多層膜フィルタが得られ、これら高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂの光学膜厚をカット（反射）する可視光線の波長範囲で設定すれば、これらの色の光を選択的に透過する多層膜フィルタが得られるものである。
【００１０】
また、こうした多層膜フィルタ以外にも、単に赤色や橙黄色の着色顔料をスプレー法やディップ法等によって成膜したものもある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の多層膜フィルタ９１の場合、例えば４００〜６００ｎｍの波長範囲の可視光を確実にカットするのには、高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂとを全部で４９層積層する必要があり、莫大な成膜時間を要し作業性が悪いといった問題を生じている。また、膜の層数も５０層近くになると、ガラスバルブ９０表面上に直接成膜しているため、ランプ点灯時に熱ストレスが加わって、膜剥がれやクラックが発生してランプに色むらが生じてしまうといった問題もある。また、着色顔料を成膜したものでは、点灯時にガラスバルブ表面が高温になるため顔料が劣化して透過率が低下するといった問題があり、こうした問題の解決が課題とされるものとなっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、Ｓｉ膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタを提供することで課題を解決するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る多層膜フィルタ２の第一実施形態の要部を示す断面図であり、従来例と同様にガラスバルブ１上に高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂとが交互に積層されて構成されている。
【００１５】
ここで本発明においては、高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂとは、反射する光の中心波長λが４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲となるように光学膜厚がλ／４＝１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されていると共に、高屈折率膜２ａのうち少なくとも一層、本実施例においては高屈折率膜２ａの全てが６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜３によって構成されている。
【００１６】
表２は本発明多層膜フィルタ２の第一実施形態における具体的な膜の構成例を示すものであり、高屈折率膜として屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを、低屈折率膜として屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。なお、層番号とは、ガラスバルブ１の表面に近い側から順番にふられており、図の符号は図１および上記説明に対応している。
【表２】
【００１７】
Ｓｉ膜は一般的に６００ｎｍ以下の短波長光を吸収する光吸収膜としての特性を有している。従って、上記表２の構成例のように、このＳｉ膜３を高屈折率膜として低屈折率膜２ｂと交互に、設計波長λを４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の例えば４７０ｎｍの値に設定するように光学膜厚をそれぞれλ／４＝１１７．５ｎｍとして１層目〜９層目まで積層すれば、６００ｎｍ以下の光はＳｉ膜３による吸収と共に、高屈折率膜としてのＳｉ膜３と低屈折率膜２ｂとの多層膜による光の反射によってカットされ、６００ｎｍ以上の赤色光のみが選択的に透過される赤色光透過型の多層膜フィルタ２が形成される。
【００１８】
ここで、バルブ１表面に最も近い層番号１の高屈折率膜（Ｓｉ膜３）の光学膜厚はλ／８＝５８．８ｎｍとして形成され、最上層である層番号９の高屈折率膜（Ｓｉ膜３）の光学膜厚もλ／８＝５８．８ｎｍとしてＬＷ型に形成されている。これにより膜全体の透過率特性の赤色光の波長部分をフラットなものとし、なお且つ高い透過率特性とすることができる。
【００１９】
以上のような多層膜フィルタ２を形成するには、まず洗浄したガラスバルブ１を真空蒸着装置やプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置等の装置内に載置し、高屈折率膜としてＳｉ、低屈折率膜としてＳｉＯ２を蒸着源として用いて、これらの装置によって各々周知の真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法によって膜厚を制御しながら交互に成膜する方法で得ることができる。
【００２０】
以下、本発明多層膜フィルタ２の具体的な成膜方法を真空蒸着法を用いた例で説明する。
【００２１】
まず、洗浄したガラスバルブ１を真空蒸着装置内の基板上に固定し、蒸着材料としてＳｉをるつぼに載せ、装置内を真空に引いて、ガラスバルブ１上にＳｉ膜３を成膜する。ここで、ガラスバルブ１を固定している基板は、ガラスバルブ１の中心（フィラメント位置）を軸として回転するようになっており、ガラスバルブ１の表面全体にむらなく成膜できるようになっている。
【００２２】
このときのＳｉ膜３の成膜条件は、基板温度（バルブ１の表面温度）を３５０℃、成膜速度３Å／ｓ、無酸素中、到達真空度１×１０−４Ｐａとして、Ｓｉ膜３をガラスバルブ１上に成膜する。その後、このＳｉ膜３が形成されたガラスバルブ１に対し、同じく真空蒸着装置内のるつぼに載せられた低屈折率膜２ｂとしてのＳｉＯ２を蒸着させて成膜する。このときのＳｉＯ２の成膜条件は基板温度３５０℃、成膜速度１０Å／ｓ、無酸素中、到達真空度５×１０−４Ｐａとする。以後同じ条件でＳｉ膜３と低屈折率膜２ｂとを交互に順番に蒸着させて積層していく。
【００２３】
こうして実際に形成された多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものが図２であり、６００ｎｍ以下の可視光領域の光は確実にカットされ、６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の赤色光領域の光に対する透過率が６０％以上の赤色光透過型多層膜フィルタとして良好な特性が得られた。
【００２４】
なお、Ｓｉ膜３の成膜条件としては、基板温度が常温〜５００℃、成膜速度が１〜１０Å／ｓの範囲内であればほぼ同様の特性が得られることが確認されている。また、ＳｉＯ２膜の成膜条件としては、基板温度が常温〜５００℃、成膜速度が１〜１５Å／ｓ、酸素分圧５×１０−３Ｐａ以下であればほぼ同様の特性が得られることが実験の結果確認された。
【００２５】
図３は本発明に係る多層膜フィルタ２の第二実施形態の要部を示す断面図であり、表３はその具体的な膜構成を示すものである。膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜３である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。
【表３】
【００２６】
ここで、本実施形態においてはバルブ１表面から最も遠い外側の９層目を前記高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂの間の屈折率を有する中間屈折率膜４としている。この中間屈折率膜４として本実施形態では、屈折率ＮＯ＝２．１のＴａ２Ｏ５を用いている。これは、第一実施形態のバルブ１表面が３００℃以上の高温となった場合にＳｉの酸化が起こり劣化が始まってしまうため、その酸化を防止するために最も外側の９層目に酸化のない金属酸化膜Ｔａ２Ｏ５を中間屈折率膜４として成膜したものである。
【００２７】
なお、Ｔａ２Ｏ５膜の成膜条件としては、バルブ１の表面温度を３５０℃（常温〜５００℃でも良い）、成膜速度１０Å／ｓ（１〜１０Å／ｓでも良い）、Ｏ２分圧０．０３Ｐａ雰囲気中（０．０１〜０．０６Ｐａでも良い）、到達真空度５×１０−４Ｐａとしてガラスバルブ１上に成膜する。その他の膜の成膜条件については、上記第一実施形態と同様であるのでここでは省略する。
【００２８】
なお、この中間屈折率膜４としては、屈折率がＳｉとＳｉＯ２の間の金属酸化膜であれば良く、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等でもあっても良い。
【００２９】
図４はこうして形成された第二実施形態の多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものであり、第一実施形態に比べて６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性のより良いものが得られた。
【００３０】
図５は本発明に係る多層膜フィルタ２の第三実施形態の要部を示す断面図であり、表４はその具体的な膜構成を示すものである。膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜３である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。
【表４】
【００３１】
ここで、本実施形態においてはバルブ１表面に最も近い１層目と最も遠い外側の９層目とを前記高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂの間の屈折率を有する中間屈折率膜４としている。この中間屈折率膜４としては、第二実施形態と同様に屈折率ＮＯ＝２．１のＴａ２Ｏ５を用いている。これにより、図６に示すように第二実施形態よりもさらに６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性の良好な多層膜フィルタ２が得られた。
【００３２】
図７は本発明に係る多層膜フィルタ２の第四実施形態の要部を示す断面図であり、表５はその具体的な膜構成を示すものである。膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜３である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。
【表５】
【００３３】
ここで、本実施形態においてはバルブ１表面に最も近い１層目と最も遠い外側の９層目とを低屈折率膜２ｂとしたものであり、第二実施形態及び第三実施形態のように中間屈折率膜４を特別設けずに低屈折率膜２ｂによってＳｉ膜の酸化防止を図っている。これにより、図８に示すような透過率特性の多層膜フィルタ２が得られ、６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性としては第一実施形態〜第三実施形態の多層膜フィルタ２に比べては劣るものの、赤色光透過型の多層膜フィルタの透過率特性としては充分なものであり、Ｓｉ膜の酸化による劣化も防ぐことができる。なお、本実施形態でバルブ１表面に最も近い１層目の低屈折率膜２ｂは省いてもほぼ同等の透過率特性は得られる。
【００３４】
表６は本発明に係る多層膜フィルタ２の第五実施形態の具体的な膜構成を示すものであり、膜材料としては、第一実施形態〜第四実施形態の高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）であるＳｉに代えて屈折率ｎＨ＝２．５のＳｉｘＯｙを用い、低屈折率膜２ｂは同様に屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。また、バルブ１表面に最も近い１層目と最も遠い外側の９層目とを第三実施形態と同様に中間屈折率膜４としている。なお、本第五実施形態の要部を示す断面図としては図５と同じものであるため図示は省略する。また、表６中の図の符号については図５の符号に対応している。
【表６】
【００３５】
このとき、ＳｉｘＯｙ膜３の成膜条件は、バルブ１の表面温度を３５０℃（常温〜５００℃でも良い）、成膜速度３Å／ｓ（１〜１０Å／ｓでも良い）、Ｏ２分圧２×１０−３Ｐａ雰囲気中（３×１０−４〜５×１０−２Ｐａでも良い）、到達真空度１×１０−４Ｐａとして、ＳｉｘＯｙ膜３をガラスバルブ１上に成膜する。なおＳｉとＯの組成比率は、ｘ＝０〜１、ｙ＝１〜０であり、酸素分圧を上げるとＯの比率ｙは増え、Ｏ２分圧が約１×１０−２ＰａでＳｉＯが成膜される。その他の膜の成膜条件については、上記他の実施形態と同様であるのでここでは省略する。
【００３６】
こうして形成された第五実施形態の多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものが図９であり、第一実施形態〜第四実施形態に比べて６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性が良く、６００ｎｍ以下の光の遮断特性に優れた多層膜フィルタが得られた。これは、ＳｉｘＯｙ膜がＳｉ膜に比べて６００ｎｍ以下の波長の光に対する吸収特性に優れているためである。これにより、透過率特性は６００ｎｍ付近で急激に立ち上がり、赤色光のみを透過させるフィルタとしては、より特性の優れたものが得られた。
【００３７】
なお、上記各実施形態における光吸収膜３としてアモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉという）膜やポリシリコン（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉという）膜を用いても良く、このときａ−Ｓｉ膜の成膜条件は、バルブ１の表面温度を３５０℃（常温〜５００℃でも良い）、成膜速度３Å／ｓ（１〜１０Å／ｓでも良い）、水素雰囲気中３×１０−４〜１×１０−２Ｐａ、到達真空度１×１０−４Ｐａとして、ａ−Ｓｉ膜をガラスバルブ１上に成膜する。また、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜は同じ条件で成膜したａ−Ｓｉ膜を、基板温度を７００℃に上げた状態で、大気中に４時間以上置くことによって得られる。
【００３８】
ａ−Ｓｉ膜やｐｏｌｙ−Ｓｉ膜は、Ｓｉ膜やＳｉｘＯｙに比べ６００ｎｍ以下の波長の光の吸収特性がさらに優れているため、透過率特性の６００ｎｍ付近における立ち上がりはより急激なものとなり、赤色光のみを透過させるフィルタとしてはさらに優れたものが得られる。
【００３９】
なお、前記実施形態ではいずれも光吸収膜３を複数層設けるものとして説明してきたが、光吸収膜３は少なくとも一層形成されていれば良く、光吸収膜３の数が増えるほど６００ｎｍ以下の波長の光に対する吸収性は高くなって、多層膜フィルタ２全体としての赤色光に対する透過率特性は向上する。
【００４０】
また、前記各実施形態ではいずれも光吸収膜３として、Ｓｉ膜、ＳｉｘＯｙ膜、ａ−Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を用いたが、本発明はこれに限定されず、他の光吸収膜として、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する膜であれば良く、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３等の金属酸化膜であっても良く、これらの膜は、それぞれ以下の条件で成膜することで上記特性を有する光吸収膜となるものである。
【００４１】
上記光吸収膜としてのＩＴＯ膜は、基板温度２００℃（常温〜５００℃の範囲内）、成膜速度５Å／ｓ（１〜１０Å／ｓの範囲内）、無酸素中、到達真空度１×１０−３Ｐａの条件で成膜することによって得られ、ＺｎＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜も同じ条件によって得ることができる。また、Ｆｅ２Ｏ３膜については、基板温度２００℃（常温〜５００℃の範囲内）、成膜速度５Å／ｓ（１〜１０Å／ｓの範囲内）、無酸素〜０．０２Ｐａ雰囲気中、到達真空度１×１０−３Ｐａの条件で成膜することによってそれぞれ得られる。
【００４２】
なお、上記いずれの実施形態も赤色光透過型の多層膜フィルタ２の例で説明してきたが、反射する可視光線の設計波長λを５００ｎｍ以下として、高屈折率膜２ａと低屈折率膜２ｂの光学膜厚をλ／４＝３０〜１２５ｎｍの範囲内で設定したものによれば、３００〜５００ｎｍの範囲の紫色、青色の光をカットし、５００ｎｍ以上の緑色、黄色、赤色を選択的に透過してこれらの混色である橙黄色透過型の多層膜フィルタが得られ、これら高屈折率膜２ａと低屈折率膜２ｂの光学膜厚をカット（反射）する可視光線の波長範囲で設定すれば、これらの色の光を選択的に透過する多層膜フィルタが得られるものである。
【００４３】
こうした橙黄色透過型の多層膜フィルタは、第一実施形態と同じ膜構成のものに対し、光学膜厚のみを変更することによって得られる。例えば、設計波長λが３５０ｎｍとなるように光学膜厚λ／４＝８７．５ｎｍに設定すれば、図１０に示す透過率特性のように、約４８０ｎｍ（緑色光）から徐々に透過し始め、黄色光、橙色光、赤色光の波長領域になるに従って透過率が増加していき、全体として橙黄色に透過する多層膜フィルタが得られるものである。なお、第二実施形態〜第五実施形態の膜構成のものについても同じように光学膜厚λ／４＝８７．５に設定すれば、図１０と同様に約４８０ｎｍ（緑色光）から徐々に透過し始め、黄色光、橙色光、赤色光の波長領域になるに従って透過率が増加していき、全体として橙黄色に透過する特性のものが得られる。
【００４４】
このとき、橙黄色透過型多層膜フィルタの透過率特性としては、上記各実施例のように４８０ｎｍ付近から徐々に透過し始めるものが望ましいが、薄い橙黄色光、赤色がかった橙黄色を透過する特性のものを得たい場合等には、４００〜５５０ｎｍの範囲内で透過し始めても良く、その場合には高屈折率膜２ａ及び低屈折率膜２ｂの光学膜厚を３０〜１３７．５ｎｍの範囲内で適宜設定すれば良いものである。
【００４５】
表７は、本発明に係る第六実施形態の具体的膜構成を示すものであり、膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。ここで、本実施形態においては、光吸収膜３は真ん中の５層目のみとし、残りの高屈折率膜２ａは全て中間屈折率膜４として、ｎＨ＝２．１の金属酸化膜Ｔａ２Ｏ５を用いている。また、本実施例においては、層毎に光学膜厚を変化させており、１層目、２層目、８層目、９層目は、光学膜厚を１３５ｎｍとし、設計波長λ＝１３５×４＝５４０ｎｍを中心とする波長域の光を反射し、３層目、４層目、６層目、７層目は、光学膜厚を６０ｎｍとし、設計波長λ＝６０×４＝２４０ｎｍを中心とする波長域の光を反射するように設定されている。
【表７】
【００４６】
図１１はこうして実際に形成された多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものであり、他の実施形態よりも全体としての透過率は低くなり光量は若干落ちるが、上記のように光学膜厚を層毎に設定したことで、橙黄色光の波長領域以外の光の透過率を抑え橙黄色の波長領域の透過率が際立って高い特性の膜が得られた。
【００４７】
なお、これまで本発明多層膜フィルタ２は透光性基板１上に設けるとして説明してきたが、透光性基板１をハロゲンランプのバルブ表面とすれば、ハロゲンランプの発光スペクトルは図１２に示すような特性となっており、即ち橙、赤色成分の発光スペクトルがほとんどを占めているため、赤色透過型の多層膜フィルタを設ければ、赤色に発光するランプとして、例えば自動車用のテールランプ、ストップランプ等の信号灯に用いることができ、橙黄色透過型の多層膜フィルタを設ければ、橙黄色に発光するランプとして、自動車用の補助前照灯や装飾用のランプとして用いることができる。
【００４８】
以上のように、多層膜フィルタ２の高屈折率膜２ａと低屈折率膜２ｂの光学膜厚を３０〜１５０ｎｍの範囲内で各々設定すれば、上記赤色、橙黄色、赤色かかった橙黄色、薄い橙黄色等の所望の光を選択的に透過させる多層膜フィルタ２を得ることができ、こうした多層膜フィルタ２をハロゲンランプの表面に設ければ、これらの色に発光するランプを得ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、Ｓｉ膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタとしたことで、６００ｎｍ以下の可視光即ち青色、緑色、黄色を選択的にカットし、赤色、橙黄色、赤色かかった橙黄色、薄い橙黄色等の所望の光を選択的に透過させることができる多層膜フィルタを少ない膜構成で実現できるため、従来に比べ成膜時間を大幅に短縮することができ、作業性が大幅に改善される。また、膜構成が少ない上、Ｓｉ、ＳｉＯ２等の材料を使用しているため、従来に比べ耐熱性も格段に向上し、ランプ点灯時にバルブ表面に熱ストレスが加わっても膜剥がれやクラックが発生しにくくなり、ランプ点灯時の色ムラが防止でき、この種の多層膜フィルタのコスト低減と性能の向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層膜フィルタの第一実施形態を示す断面図である。
【図２】第一実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る多層膜フィルタの第二実施形態を示す断面図である。
【図４】第二実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る多層膜フィルタの第三実施形態を示す断面図である。
【図６】第三実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る多層膜フィルタの第四実施形態を示す断面図である。
【図８】第四実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図９】第五実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図１０】橙黄色透過型の多層膜フィルタの透過率特性を示すグラフである。
【図１１】第六実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図１２】ハロゲンランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図１３】従来例における多層膜フィルタを示す断面図である。
【図１４】従来例の多層膜フィルタの透過率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１……基板
２……多層膜フィルタ
２ａ……高屈折率膜
２ｂ……低屈折率膜
３……光吸収膜
４……中間屈折率膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用のテールランプやストップランプその他装飾用ランプの光源等として用いられるランプのガラスバルブ表面に成膜され、６００ｎｍ以下の可視光波長域の光を選択的にカットし、所望の色の光を選択的に透過させる多層膜フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の多層膜フィルタ９１は、例えば図１３に示すように構成されており、ガラスバルブ９０の外側表面に、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ等の金属酸化膜による高屈折率膜９１ａと、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＡｌＦ６等の金属酸化膜による低屈折率膜９１ｂとがそれぞれ目的とする反射波長（以下設計波長という）λの１／４を光学膜厚として交互に複数層積層されて構成され、ガラスバルブ９０の内面には図示しないフィラメントが配設されている。こうして積層された膜によって、フィラメントから発せれた光のうち設計波長λを中心とする波長領域の光は、光の干渉によって反射されるようになり、この波長領域以外の光が透過されるようになるものである。なお、光学膜厚とはその層の物理的膜厚×屈折率の値である。
【０００３】
上記の成膜に当たっては、真空蒸着法、スパッタ法、ディップ法、イオンプレーティング法など適宜な成膜法によって形成されるものである。
【０００４】
表１は従来の多層膜フィルタ９１の具体的構成例を示すもので、例えば反射する可視光線の設計波長λを４００〜６００ｎｍの範囲とし、高屈折率膜９１ａとして屈折率ｎＨ＝２．３の金属酸化膜ＴｉＯ２を光学膜厚λ／４＝１００〜１５０ｎｍの範囲内で設定し、同様に低屈折率膜９１ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を光学膜厚λ／４＝１００〜１５０ｎｍの範囲内で設定したものである。また、層番号はバルブ９０の表面に近い側から順番にふられている。
【０００５】
本従来例において、まず、層番号２〜１７層は高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂが交互に光学膜厚をそれぞれ１００ｎｍに設定されて積層されている。次に、層番号１８〜３５層は低屈折率膜９１ｂと高屈折率膜９１ａとが交互に光学膜厚をそれぞれ１１２．５ｎｍに設定され、さらにその上の層番号３６〜４８層は低屈折率膜９１ｂと高屈折率膜９１ａとが交互に光学膜厚をそれぞれ１３７．５ｎｍに設定されて積層されている。なお、バルブ９０表面に最も近い層番号１の高屈折率膜９１ａの光学膜厚はλ／８＝５０ｎｍとして形成され、最上層である層番号４９の高屈折率膜９１ａの光学膜厚はλ／８＝６８．８ｎｍとして形成されている。この構成は一般的にＬＷ（ｌｏｎｇ ｗａｖｅ ｐａｓｓ）型と呼ばれ、これにより膜全体の透過率特性の長波長側（赤色光）の波長部分をフラットで且つ高い透過率特性とすることができる。なお、表中の図の符号は図１３の符号に対応している。
【表１】
こうして形成された多層膜フィルタ９１は、まず層番号１〜１７層の部分によって設計波長λ＝１００×４＝４００ｎｍを中心とする波長域の光を反射し、次に層番号１８〜３５層の部分によって設計波長λ＝１１２．５×４＝４５０ｎｍを中心とする波長域の光を反射し、層番号３６層〜４９層の部分によって設計波長λ＝１３７．５×４＝５５０ｎｍを中心とする波長域の光を反射することで、膜全体（１〜４９層）として可視光線の波長範囲である４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の光を反射するものである。
【０００７】
ここで、４００ｎｍ〜６００ｎｍの可視光線の色の範囲について説明すると、４５５ｎｍ〜４９２ｎｍの範囲が青色光、４９２ｎｍ〜５７７ｎｍの範囲が緑色光、５７７ｎｍ〜６００ｎｍの範囲が黄色光に相当し、６００ｎｍ以上の可視光線は赤色光に相当するものである。
【０００８】
図１４は、こうして実際に形成された多層膜フィルタ９１の透過率特性を示すものであり、４００〜６００ｎｍの範囲の可視光即ち青色、緑色、黄色の光がカットされ、６００ｎｍ以上の赤色光のみが選択的に透過される。
【０００９】
また、こうした赤色光透過型の多層膜フィルタ９１以外にも反射する可視光線の設計波長λを３００〜５００ｎｍとして、高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂの光学膜厚をλ／４＝７５〜１２５ｎｍの範囲内で設定したものによれば、３００〜５００ｎｍの範囲の紫色、青色の光をカットし、５００ｎｍ以上の緑色、黄色、赤色を選択的に透過してこれらの混色である橙黄色透過型の多層膜フィルタが得られ、これら高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂの光学膜厚をカット（反射）する可視光線の波長範囲で設定すれば、これらの色の光を選択的に透過する多層膜フィルタが得られるものである。
【００１０】
また、こうした多層膜フィルタ以外にも、単に赤色や橙黄色の着色顔料をスプレー法やディップ法等によって成膜したものもある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の多層膜フィルタ９１の場合、例えば４００〜６００ｎｍの波長範囲の可視光を確実にカットするのには、高屈折率膜９１ａと低屈折率膜９１ｂとを全部で４９層積層する必要があり、莫大な成膜時間を要し作業性が悪いといった問題を生じている。また、膜の層数も５０層近くになると、ガラスバルブ９０表面上に直接成膜しているため、ランプ点灯時に熱ストレスが加わって、膜剥がれやクラックが発生してランプに色むらが生じてしまうといった問題もある。また、着色顔料を成膜したものでは、点灯時にガラスバルブ表面が高温になるため顔料が劣化して透過率が低下するといった問題があり、こうした問題の解決が課題とされるものとなっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、Ｓｉ膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタを提供することで課題を解決するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る多層膜フィルタ２の第一実施形態の要部を示す断面図であり、従来例と同様にガラスバルブ１上に高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂとが交互に積層されて構成されている。
【００１５】
ここで本発明においては、高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂとは、反射する光の中心波長λが４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲となるように光学膜厚がλ／４＝１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に設定されていると共に、高屈折率膜２ａのうち少なくとも一層、本実施例においては高屈折率膜２ａの全てが６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜３によって構成されている。
【００１６】
表２は本発明多層膜フィルタ２の第一実施形態における具体的な膜の構成例を示すものであり、高屈折率膜として屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを、低屈折率膜として屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。なお、層番号とは、ガラスバルブ１の表面に近い側から順番にふられており、図の符号は図１および上記説明に対応している。
【表２】
Ｓｉ膜は一般的に６００ｎｍ以下の短波長光を吸収する光吸収膜としての特性を有している。従って、上記表２の構成例のように、このＳｉ膜３を高屈折率膜として低屈折率膜２ｂと交互に、設計波長λを４００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内の例えば４７０ｎｍの値に設定するように光学膜厚をそれぞれλ／４＝１１７．５ｎｍとして１層目〜９層目まで積層すれば、６００ｎｍ以下の光はＳｉ膜３による吸収と共に、高屈折率膜としてのＳｉ膜３と低屈折率膜２ｂとの多層膜による光の反射によってカットされ、６００ｎｍ以上の赤色光のみが選択的に透過される赤色光透過型の多層膜フィルタ２が形成される。
【００１８】
ここで、バルブ１表面に最も近い層番号１の高屈折率膜（Ｓｉ膜３）の光学膜厚はλ／８＝５８．８ｎｍとして形成され、最上層である層番号９の高屈折率膜（Ｓｉ膜３）の光学膜厚もλ／８＝５８．８ｎｍとしてＬＷ型に形成されている。これにより膜全体の透過率特性の赤色光の波長部分をフラットなものとし、なお且つ高い透過率特性とすることができる。
【００１９】
以上のような多層膜フィルタ２を形成するには、まず洗浄したガラスバルブ１を真空蒸着装置やプラズマＣＶＤ装置、スパッタ装置等の装置内に載置し、高屈折率膜としてＳｉ、低屈折率膜としてＳｉＯ２を蒸着源として用いて、これらの装置によって各々周知の真空蒸着法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法によって膜厚を制御しながら交互に成膜する方法で得ることができる。
【００２０】
以下、本発明多層膜フィルタ２の具体的な成膜方法を真空蒸着法を用いた例で説明する。
【００２１】
まず、洗浄したガラスバルブ１を真空蒸着装置内の基板上に固定し、蒸着材料としてＳｉをるつぼに載せ、装置内を真空に引いて、ガラスバルブ１上にＳｉ膜３を成膜する。ここで、ガラスバルブ１を固定している基板は、ガラスバルブ１の中心（フィラメント位置）を軸として回転するようになっており、ガラスバルブ１の表面全体にむらなく成膜できるようになっている。
【００２２】
このときのＳｉ膜３の成膜条件は、基板温度（バルブ１の表面温度）を３５０℃、成膜速度３Å／ｓ、無酸素中、到達真空度１×１０−４Ｐａとして、Ｓｉ膜３をガラスバルブ１上に成膜する。その後、このＳｉ膜３が形成されたガラスバルブ１に対し、同じく真空蒸着装置内のるつぼに載せられた低屈折率膜２ｂとしてのＳｉＯ２を蒸着させて成膜する。このときのＳｉＯ２の成膜条件は基板温度３５０℃、成膜速度１０Å／ｓ、無酸素中、到達真空度５×１０−４Ｐａとする。以後同じ条件でＳｉ膜３と低屈折率膜２ｂとを交互に順番に蒸着させて積層していく。
【００２３】
こうして実際に形成された多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものが図２であり、６００ｎｍ以下の可視光領域の光は確実にカットされ、６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の赤色光領域の光に対する透過率が６０％以上の赤色光透過型多層膜フィルタとして良好な特性が得られた。
【００２４】
なお、Ｓｉ膜３の成膜条件としては、基板温度が常温〜５００℃、成膜速度が１〜１０Å／ｓの範囲内であればほぼ同様の特性が得られることが確認されている。また、ＳｉＯ２膜の成膜条件としては、基板温度が常温〜５００℃、成膜速度が１〜１５Å／ｓ、酸素分圧５×１０−３Ｐａ以下であればほぼ同様の特性が得られることが実験の結果確認された。
【００２５】
図３は本発明に係る多層膜フィルタ２の第二実施形態の要部を示す断面図であり、表３はその具体的な膜構成を示すものである。膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜３である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。
【表３】
ここで、本実施形態においてはバルブ１表面から最も遠い外側の９層目を前記高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂの間の屈折率を有する中間屈折率膜４としている。この中間屈折率膜４として本実施形態では、屈折率ＮＯ＝２．１のＴａ２Ｏ５を用いている。これは、第一実施形態のバルブ１表面が３００℃以上の高温となった場合にＳｉの酸化が起こり劣化が始まってしまうため、その酸化を防止するために最も外側の９層目に酸化のない金属酸化膜Ｔａ２Ｏ５を中間屈折率膜４として成膜したものである。
【００２７】
なお、Ｔａ２Ｏ５膜の成膜条件としては、バルブ１の表面温度を３５０℃（常温〜５００℃でも良い）、成膜速度１０Å／ｓ（１〜１０Å／ｓでも良い）、Ｏ２分圧０．０３Ｐａ雰囲気中（０．０１〜０．０６Ｐａでも良い）、到達真空度５×１０−４Ｐａとしてガラスバルブ１上に成膜する。その他の膜の成膜条件については、上記第一実施形態と同様であるのでここでは省略する。
【００２８】
なお、この中間屈折率膜４としては、屈折率がＳｉとＳｉＯ２の間の金属酸化膜であれば良く、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３等でもあっても良い。
【００２９】
図４はこうして形成された第二実施形態の多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものであり、第一実施形態に比べて６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性のより良いものが得られた。
【００３０】
図５は本発明に係る多層膜フィルタ２の第三実施形態の要部を示す断面図であり、表４はその具体的な膜構成を示すものである。膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜３である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。
【表４】
ここで、本実施形態においてはバルブ１表面に最も近い１層目と最も遠い外側の９層目とを前記高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）と低屈折率膜２ｂの間の屈折率を有する中間屈折率膜４としている。この中間屈折率膜４としては、第二実施形態と同様に屈折率ＮＯ＝２．１のＴａ２Ｏ５を用いている。これにより、図６に示すように第二実施形態よりもさらに６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性の良好な多層膜フィルタ２が得られた。
【００３２】
図７は本発明に係る多層膜フィルタ２の第四実施形態の要部を示す断面図であり、表５はその具体的な膜構成を示すものである。膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜３である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。
【表５】
ここで、本実施形態においてはバルブ１表面に最も近い１層目と最も遠い外側の９層目とを低屈折率膜２ｂとしたものであり、第二実施形態及び第三実施形態のように中間屈折率膜４を特別設けずに低屈折率膜２ｂによってＳｉ膜の酸化防止を図っている。これにより、図８に示すような透過率特性の多層膜フィルタ２が得られ、６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性としては第一実施形態〜第三実施形態の多層膜フィルタ２に比べては劣るものの、赤色光透過型の多層膜フィルタの透過率特性としては充分なものであり、Ｓｉ膜の酸化による劣化も防ぐことができる。なお、本実施形態でバルブ１表面に最も近い１層目の低屈折率膜２ｂは省いてもほぼ同等の透過率特性は得られる。
【００３４】
表６は本発明に係る多層膜フィルタ２の第五実施形態の具体的な膜構成を示すものであり、膜材料としては、第一実施形態〜第四実施形態の高屈折率膜２ａ（光吸収膜３）であるＳｉに代えて屈折率ｎＨ＝２．５のＳｉｘＯｙを用い、低屈折率膜２ｂは同様に屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。また、バルブ１表面に最も近い１層目と最も遠い外側の９層目とを第三実施形態と同様に中間屈折率膜４としている。なお、本第五実施形態の要部を示す断面図としては図５と同じものであるため図示は省略する。また、表６中の図の符号については図５の符号に対応している。
【表６】
このとき、ＳｉｘＯｙ膜３の成膜条件は、バルブ１の表面温度を３５０℃（常温〜５００℃でも良い）、成膜速度３Å／ｓ（１〜１０Å／ｓでも良い）、Ｏ２分圧２×１０−３Ｐａ雰囲気中（３×１０−４〜５×１０−２Ｐａでも良い）、到達真空度１×１０−４Ｐａとして、ＳｉｘＯｙ膜３をガラスバルブ１上に成膜する。なおＳｉとＯの組成比率は、ｘ＝０〜１、ｙ＝１〜０であり、酸素分圧を上げるとＯの比率ｙは増え、Ｏ２分圧が約１×１０−２ＰａでＳｉＯが成膜される。その他の膜の成膜条件については、上記他の実施形態と同様であるのでここでは省略する。
【００３６】
こうして形成された第五実施形態の多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものが図９であり、第一実施形態〜第四実施形態に比べて６００ｎｍ以上の赤色光に対する透過率特性が良く、６００ｎｍ以下の光の遮断特性に優れた多層膜フィルタが得られた。これは、ＳｉｘＯｙ膜がＳｉ膜に比べて６００ｎｍ以下の波長の光に対する吸収特性に優れているためである。これにより、透過率特性は６００ｎｍ付近で急激に立ち上がり、赤色光のみを透過させるフィルタとしては、より特性の優れたものが得られた。
【００３７】
なお、上記各実施形態における光吸収膜３としてアモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉという）膜やポリシリコン（以下ｐｏｌｙ−Ｓｉという）膜を用いても良く、このときａ−Ｓｉ膜の成膜条件は、バルブ１の表面温度を３５０℃（常温〜５００℃でも良い）、成膜速度３Å／ｓ（１〜１０Å／ｓでも良い）、水素雰囲気中３×１０−４〜１×１０−２Ｐａ、到達真空度１×１０−４Ｐａとして、ａ−Ｓｉ膜をガラスバルブ１上に成膜する。また、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜は同じ条件で成膜したａ−Ｓｉ膜を、基板温度を７００℃に上げた状態で、大気中に４時間以上置くことによって得られる。
【００３８】
ａ−Ｓｉ膜やｐｏｌｙ−Ｓｉ膜は、Ｓｉ膜やＳｉｘＯｙに比べ６００ｎｍ以下の波長の光の吸収特性がさらに優れているため、透過率特性の６００ｎｍ付近における立ち上がりはより急激なものとなり、赤色光のみを透過させるフィルタとしてはさらに優れたものが得られる。
【００３９】
なお、前記実施形態ではいずれも光吸収膜３を複数層設けるものとして説明してきたが、光吸収膜３は少なくとも一層形成されていれば良く、光吸収膜３の数が増えるほど６００ｎｍ以下の波長の光に対する吸収性は高くなって、多層膜フィルタ２全体としての赤色光に対する透過率特性は向上する。
【００４０】
また、前記各実施形態ではいずれも光吸収膜３として、Ｓｉ膜、ＳｉｘＯｙ膜、ａ−Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を用いたが、本発明はこれに限定されず、他の光吸収膜として、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する膜であれば良く、ＩＴＯ膜やＺｎＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３等の金属酸化膜であっても良く、これらの膜は、それぞれ以下の条件で成膜することで上記特性を有する光吸収膜となるものである。
【００４１】
上記光吸収膜としてのＩＴＯ膜は、基板温度２００℃（常温〜５００℃の範囲内）、成膜速度５Å／ｓ（１〜１０Å／ｓの範囲内）、無酸素中、到達真空度１×１０−３Ｐａの条件で成膜することによって得られ、ＺｎＯ膜、Ｉｎ２Ｏ３膜も同じ条件によって得ることができる。また、Ｆｅ２Ｏ３膜については、基板温度２００℃（常温〜５００℃の範囲内）、成膜速度５Å／ｓ（１〜１０Å／ｓの範囲内）、無酸素〜０．０２Ｐａ雰囲気中、到達真空度１×１０−３Ｐａの条件で成膜することによってそれぞれ得られる。
【００４２】
なお、上記いずれの実施形態も赤色光透過型の多層膜フィルタ２の例で説明してきたが、反射する可視光線の設計波長λを５００ｎｍ以下として、高屈折率膜２ａと低屈折率膜２ｂの光学膜厚をλ／４＝３０〜１２５ｎｍの範囲内で設定したものによれば、３００〜５００ｎｍの範囲の紫色、青色の光をカットし、５００ｎｍ以上の緑色、黄色、赤色を選択的に透過してこれらの混色である橙黄色透過型の多層膜フィルタが得られ、これら高屈折率膜２ａと低屈折率膜２ｂの光学膜厚をカット（反射）する可視光線の波長範囲で設定すれば、これらの色の光を選択的に透過する多層膜フィルタが得られるものである。
【００４３】
こうした橙黄色透過型の多層膜フィルタは、第一実施形態と同じ膜構成のものに対し、光学膜厚のみを変更することによって得られる。例えば、設計波長λが３５０ｎｍとなるように光学膜厚λ／４＝８７．５ｎｍに設定すれば、図１０に示す透過率特性のように、約４８０ｎｍ（緑色光）から徐々に透過し始め、黄色光、橙色光、赤色光の波長領域になるに従って透過率が増加していき、全体として橙黄色に透過する多層膜フィルタが得られるものである。なお、第二実施形態〜第五実施形態の膜構成のものについても同じように光学膜厚λ／４＝８７．５に設定すれば、図１０と同様に約４８０ｎｍ（緑色光）から徐々に透過し始め、黄色光、橙色光、赤色光の波長領域になるに従って透過率が増加していき、全体として橙黄色に透過する特性のものが得られる。
【００４４】
このとき、橙黄色透過型多層膜フィルタの透過率特性としては、上記各実施例のように４８０ｎｍ付近から徐々に透過し始めるものが望ましいが、薄い橙黄色光、赤色がかった橙黄色を透過する特性のものを得たい場合等には、４００〜５５０ｎｍの範囲内で透過し始めても良く、その場合には高屈折率膜２ａ及び低屈折率膜２ｂの光学膜厚を３０〜１３７．５ｎｍの範囲内で適宜設定すれば良いものである。
【００４５】
表７は、本発明に係る第六実施形態の具体的膜構成を示すものであり、膜材料としては第一実施形態と同様に高屈折率膜２ａとして光吸収膜である屈折率ｎＨ＝３．３のＳｉを用い、低屈折率膜２ｂとして屈折率ｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２を用いている。ここで、本実施形態においては、光吸収膜３は真ん中の５層目のみとし、残りの高屈折率膜２ａは全て中間屈折率膜４として、ｎＨ＝２．１の金属酸化膜Ｔａ２Ｏ５を用いている。また、本実施例においては、層毎に光学膜厚を変化させており、１層目、２層目、８層目、９層目は、光学膜厚を１３５ｎｍとし、設計波長λ＝１３５×４＝５４０ｎｍを中心とする波長域の光を反射し、３層目、４層目、６層目、７層目は、光学膜厚を６０ｎｍとし、設計波長λ＝６０×４＝２４０ｎｍを中心とする波長域の光を反射するように設定されている。
【表７】
図１１はこうして実際に形成された多層膜フィルタ２の透過率特性を示すものであり、他の実施形態よりも全体としての透過率は低くなり光量は若干落ちるが、上記のように光学膜厚を層毎に設定したことで、橙黄色光の波長領域以外の光の透過率を抑え橙黄色の波長領域の透過率が際立って高い特性の膜が得られた。
【００４７】
なお、これまで本発明多層膜フィルタ２は透光性基板１上に設けるとして説明してきたが、透光性基板１をハロゲンランプのバルブ表面とすれば、ハロゲンランプの発光スペクトルは図１２に示すような特性となっており、即ち橙、赤色成分の発光スペクトルがほとんどを占めているため、赤色透過型の多層膜フィルタを設ければ、赤色に発光するランプとして、例えば自動車用のテールランプ、ストップランプ等の信号灯に用いることができ、橙黄色透過型の多層膜フィルタを設ければ、橙黄色に発光するランプとして、自動車用の補助前照灯や装飾用のランプとして用いることができる。
【００４８】
以上のように、多層膜フィルタ２の高屈折率膜２ａと低屈折率膜２ｂの光学膜厚を３０〜１５０ｎｍの範囲内で各々設定すれば、上記赤色、橙黄色、赤色かかった橙黄色、薄い橙黄色等の所望の光を選択的に透過させる多層膜フィルタ２を得ることができ、こうした多層膜フィルタ２をハロゲンランプの表面に設ければ、これらの色に発光するランプを得ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、Ｓｉ膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタとしたことで、６００ｎｍ以下の可視光即ち青色、緑色、黄色を選択的にカットし、赤色、橙黄色、赤色かかった橙黄色、薄い橙黄色等の所望の光を選択的に透過させることができる多層膜フィルタを少ない膜構成で実現できるため、従来に比べ成膜時間を大幅に短縮することができ、作業性が大幅に改善される。また、膜構成が少ない上、Ｓｉ、ＳｉＯ２等の材料を使用しているため、従来に比べ耐熱性も格段に向上し、ランプ点灯時にバルブ表面に熱ストレスが加わっても膜剥がれやクラックが発生しにくくなり、ランプ点灯時の色ムラが防止でき、この種の多層膜フィルタのコスト低減と性能の向上に極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多層膜フィルタの第一実施形態を示す断面図である。
【図２】第一実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図３】本発明に係る多層膜フィルタの第二実施形態を示す断面図である。
【図４】第二実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る多層膜フィルタの第三実施形態を示す断面図である。
【図６】第三実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図７】本発明に係る多層膜フィルタの第四実施形態を示す断面図である。
【図８】第四実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図９】第五実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図１０】橙黄色透過型の多層膜フィルタの透過率特性を示すグラフである。
【図１１】第六実施形態の透過率特性を示すグラフである。
【図１２】ハロゲンランプの発光スペクトルを示すグラフである。
【図１３】従来例における多層膜フィルタを示す断面図である。
【図１４】従来例の多層膜フィルタの透過率特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１……基板
２……多層膜フィルタ
２ａ……高屈折率膜
２ｂ……低屈折率膜
３……光吸収膜
４……中間屈折率膜
Claims (6)
- 透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、Ｓｉ膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタ。
- 前記透光性基板に最も遠い外側の層が前記高屈折率膜と低屈折率膜の間の屈折率を有する金属酸化膜によって形成された中間屈折率膜であることを特徴とする請求項１記載の多層膜フィルタ。
- 前記透光性基板に最も近い層と最も遠い外側の層とが前記高屈折率膜と低屈折率膜の間の屈折率を有する金属酸化膜によって形成された中間屈折率膜であることを特徴とする請求項１記載の多層膜フィルタ。
- 透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、ＳｉｘＯｙ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタ。
- 透光性基板上に高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に複数層積層して成る多層膜フィルタにおいて、前記高屈折率膜と低屈折率膜とは光学膜厚が３０〜１５０ｎｍの範囲に各々設定され交互に複数層積層された層を含んでいると共に、前記高屈折率膜のうち複数層は、アモルファスシリコン膜もしくはポリシリコン膜によって形成された、６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する特性を有する光吸収膜よって構成されていることを特徴とする多層膜フィルタ。
- 前記請求項１乃至請求項５記載の多層膜フィルタをハロゲンランプのガラスバルブ表面に形成したことを特徴とする多層膜フィルタ付ハロゲンランプ。
Priority Applications (1)
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