JP3739815B2 - 高反射性の銀鏡 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高反射性の銀鏡、特に耐環境性を有し、広いスペクトル領域にわたって極めて高い反射率を示す銀鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銀は、光学的性質の優れた物質である。銀は、他にも使用されるが、高反射性の鏡の製造、および特に、太陽エネルギーの透過を制御する部材、たとえば建築用積層ガラス、断熱層、自動車用ガラスなどの製造に使用される。光学的薄膜材料として銀を使用することは、たとえばＨ．Ａ．Ｍａｃｌｅｏｄの書物“Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒｓ”，Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ Ｌｔｄ、第２版に詳述されている。しかし、銀は耐環境性が弱い欠点がある。すなわち、一方において相対的に軟いので、機械的損傷を受け易く、他方において、銀鏡が環境に対して保護されていないか、または特殊な媒質に暴露されるときは、腐食によって、たとえば硫化銀を生じて、光学的性質が損なわれる。
【０００３】
そのために、銀層を他の層系で包み込むことがしばしば行われる。他の層系の物質を選ぶには、一方において所望の光学的性質、たとえばスペクトル特性によって決定され、他方において環境の影響に対する銀層の耐久性を高める必要によって決定される。勿論、これらの物質に銀の核を形成する性質も考慮する必要がある。
【０００４】
銀を包み込むために、酸化物、硫化亜鉛、窒化物または金属がしばしば使用される。特に酸化物は、光学的性質および耐久性、ならびに硬さを有するため使用される。しかし、酸化物層を被覆すると、銀を劣化させる原因となるので、当該技術分野ではこれを回避する手段が提案されている。
【０００５】
たとえば、ドイツ国特許出願公開第３３０７６６１号明細書の提案は、銀層をまず他の金属層、たとえばアルミニウム、チタン、タンタル、クロム、マンガンまたはジルコニウムの層で被覆し、その上に他の金属層、最後に酸化物層、たとえば酸化インジウム、酸化スズ、またはこれらの混合酸化物の層を被覆する。ドイツ国特許出願公開第３５４３１７８号明細書の提案は、銀層を、他の金属層、たとえばタンタル、タングステン、ニッケルまたは鉄の層で被覆し、さらに酸化物層、たとえばＳｎＯ，ＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，Ｔａ₂ Ｏ₅ またはＺｒＯ₂ で被覆する。
【０００６】
米国特許第３６８２５２８号明細書の提案は、同様に銀層を他の層で被覆するときは、薄いニッケル層で被覆する。
【０００７】
ドイツ国特許第３０２７２５６号明細書の提案する他の変形によれば、銀の上に少なくとも１つの亜化学量論比の（ｕｎｔｅｒｓｔｏｅｃｈｉｏｍｅｔｒｉｓｈｅ）酸化物層、たとえば酸化チタン、または窒化チタン、あるいはこれらの混合物からなる層を被覆する。
【０００８】
最後に、ドイツ国特許出願公開第３３２９５０４号明細書の提案は、銀層を誘電性層で被覆し、この層の物質組成を、遷移面領域において、徐々にかつ連続的に変化させる。誘電性層としては、たとえば酸化チタンを述べている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、耐環境性を有し、極めて広いスペクトル範囲にわたって極めて高い反射率を示す銀鏡を提案することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
本発明は、基材の上に設けられた少なくとも１つの銀層を含み、この銀層が硫化亜鉛層で被覆されている銀鏡であって、当該銀層と硫化亜鉛層との間に、少なくとも１つの遮蔽層または中間層が挿入されているものによって、このような高反射性の銀鏡を提供する。
【００１１】
高反射性の銀鏡は、基材の上に設けた少なくとも１つの銀層を有し、これは硫化亜鉛層で被覆されている。本発明によれば、銀層と硫化亜鉛層との間に少なくとも１つの中間層または遮蔽層を挿入する。この遮蔽層は誘電性物質とする。
【００１２】
遮蔽層または中間層に適する物質としては、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、元素周期律表第VIｂ族、第Ｖｂ族、第IVｂ族の元素、スカンジウム、イットリウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛、鉄、インジウム、スズ、セリウム、ホルミウムの酸化物、またはこれらの元素の混合物もしくは合金の酸化物（特にインジウム−スズの酸化物）、またはＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｈｆ、もしくはＡｌのオキシ窒化物、またはマグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、希土類元素もしくは鉛のフッ化物が実証されている。
【００１３】
遮蔽層または中間層の製造に優れた実施態様として、フッ化マグネシウムを使用し、その層厚は所望の光学的作用によって決定するが、一般には＜１μｍ、好ましくは＜１００nmとする。
【００１４】
他の実施態様としては、２つの遮蔽層または中間層を設け、１つの遮蔽層または中間層を酸化物またはオキシ窒化物とし、他をフッ化物とする。
【００１５】
両方の遮蔽層または中間層が、異なる物質の同一型の化合物（酸化物、オキシ窒化物、フッ化物）からなるものであってもよく、また両方の遮蔽層または中間層のそれぞれが、同一元素のオキシ窒化物であるが、窒素対酸素の原子比が異なるものであってもよい。
【００１６】
本発明の銀鏡には、さらに他の層を付加することもできる。
【００１７】
本発明によれば、基材と銀層との間に、さらに少なくとも１つの他の中間層を設け、これを防護層とすることも重要である。この中間層はたとえば硫化亜鉛または酸化イットリウムから形成する。特殊な用途には、この中間層の他に基材と銀層との間に、反射をさらに強化する層（光学的補正層、たとえばいわゆる後面鏡）、または目的によっては固着を媒介する層を設ける。
【００１８】
本発明によって製造される耐環境性の銀鏡、たとえば入射角４５°の転向鏡（Ｕｍｌｅｎｋｓｐｉｅｇｅｌｎ）は、極めて広いスペクトル範囲たとえば４００〜１２，５００nmにおいて、極めて高い反射率測定値を示した。反射率は９６％より高かった。波長範囲５００〜６００nmおよび波長＞１，２００nmにおいて、反射率は≧９８％と測定され、２，５００〜１２，５００nmおよび20,000〜50,000nmの範囲では、反射率は>98.5%であった。これらの値は非偏光にも適用される。
【００１９】
本発明による高反射性銀鏡の課題の解決は、層厚が所与の範囲である次の層構成によってなされる。
・基材：たとえばガラス。
・酸化イットリウム：硫化亜鉛に対する基層として、層厚約２０〜２５０nmのＹ₂ Ｏ₃ 。
・硫化亜鉛：銀のための生成基層として、層厚２０〜２００nmのＺｎＳ。
・銀鏡：層厚≧１５nmのＡｇ。
・フッ化マグネシウム：層厚５〜２００nmのＭｇＦ₂ 。
・酸化イットリウム：層厚５〜１００nm。
最後に述べた２つの層は、銀層が次の層の成分たとえばイオウと反応することを防止し、かつスペクトル補正層として作用する。
・硫化亜鉛：必要な光学的性質を有する外側の保護層として、層厚５〜５００nmのＺｎＳ。
【００２０】
このようにして製造した本発明の鏡は、耐環境性が極めて優れており、ＭＩＬ−Ｃ−１３５０８Ｃの規定を満たす。この規定は、正確に特定された順序で規定された環境試験を含む。この銀鏡は、特に硫化水素Ｈ₂ Ｓに耐えることを実証した。
【００２１】
硫化亜鉛は、耐久性を有する物質として知られており、銀に対して好ましい下層である。しかし硫化亜鉛を蒸着するときにイオウが遊離して銀層を侵食し、これによって積層方法を制御不可にするので、銀の上に硫化亜鉛を直接に設けてはならない。そうでないと、特に可視のスペクトル領域または波長領域において、反射を著しく低下させることになる。
【００２２】
本発明の本質的な特徴は、銀層の上にある保護層（ＺｎＳ）に対して、銀層が保護されており、これは遮蔽層または中間層によって達成される。先に述べたように、当業界で考えられていた解決方法は、銀層を金属層、または亜化学量論比の酸化物の層で包み込むことを提案するが、この方法は、一般に、光学的基準、特に前述のような極めて高い反射率を達成することはできないので、実施することができない。
【００２３】
遮蔽層または中間層としては、本発明によればマグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、希土類元素、もしくは鉛のフッ化物の薄層、また当業界の技術に反して驚くべきことに、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、元素周期律表第VIｂ族、第Ｖｂ族、第IVｂ族の元素、スカンジウム、イットリウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛、鉄、インジウム、スズ、セリウム、ホルミウムの酸化物、またはこれらの元素の混合物もしくは合金の酸化物（特にインジウム−スズの酸化物）、さらにＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｈｆ、Ａｌのオキシ窒化物の薄層である。
【００２４】
特にフッ化マグネシウムを銀の上の薄層として使用することは、当該技術分野において、たとえばＭａｃｌｅｏｄの文献に、良好なＭｇＦ₂ は高温度、すなわち２５０℃で適用しなければならないと記載されているが、この温度では一般に銀に損傷を与えてしまう。
【００２５】
これに反して、本発明は、たとえばフッ化マグネシウムを「低温」、たとえば約８０℃で適用し、しかも層厚は極めて薄くて、たとえば２００nmである。フッ化マグネシウムの適用は周知の通常の方法、たとえば小型の舟形容器からの蒸発または電子線による蒸発またはスパッタリングによって行うことができる。
【００２６】
銀層の上にある層が、実質的に吸収性を有しない、すなわち誘電性であって、光学的要求を満たすことができることも重要である。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明を具体的な例によって、かつ層構成の可能な態様について付加的に説明し、例として構成された鏡の反射率を、図１は４００〜２，５００nmの領域で、図２は２，５００〜１２，５００nmの領域で示す。
【００２８】
例
本発明によって構成された高反射性の銀鏡は次の層構成を有する。
ガラス基板（Ｃｏｒｎｉｎｇ ７０５９）
酸化イットリウム 約１４０nm
硫化亜鉛 ５５nm
銀 １２０nm
フッ化マグネシウム ５５nm
酸化イットリウム 約 ２０nm
硫化亜鉛 ４０nm
【００２９】
すべての物質は、貫用の積層装置で蒸着させ、硫化亜鉛は小型の舟形容器から蒸発させ、他の物質は電子線蒸発装置によって蒸発させた。なお使用したすべての物質を、小型の舟形容器から蒸発させることも、または電子鏡によって蒸発させることも可能である。
【００３０】
図１は、例として構成された銀鏡の入射角を４５°としたときの反射率を、スペクトル領域４００〜２，５００nmで図示する。５００〜６００nmの領域で極大値≧９８％、および７００〜９００nmの領域で極小値９６〜９７％を示す、この７００〜９００nmの領域における反射率の減少は、層系の特殊な設計の結果であった（また、付加的な層によって補正できるものであった）。
【００３１】
次に、本発明による層構成のいくつかの可能な態様を挙げる。これらの態様は、図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ），（ｂ）に断面を示す。
・態様１（図３（ａ））：
基材
銀のための生成基層の硫化亜鉛
銀：鏡
フッ化マグネシウム（フッ化バリウム、フッ化イットリウム、フッ化ランタン、フッ化セリウム、フッ化鉛なども可）：中間層または遮蔽層
硫化亜鉛：最外側の被覆層
【００３２】
・態様２（図３（ｂ））：
基材
硫化亜鉛
銀
酸化イットリウム（酸化ケイ素ＳｉＯ_x 、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウムなども可）
硫化亜鉛
【００３３】
・態様３（図３（ｃ））：
基材
硫化亜鉛
銀
フッ化マグネシウム
酸化イットリウム
硫化亜鉛
【００３４】
・態様４（図４（ａ））：
基材
硫化亜鉛
銀
酸化イットリウム
フッ化マグネシウム
硫化亜鉛
【００３５】
・態様５（図４（ｂ））：
基材
（任意の層系）
硫化亜鉛
銀
フッ化マグネシウム
インジウム−スズの酸化物
硫化亜鉛
【００３６】
なお、他の特定の光学的効果（反射のスペクトル経過の補正）を達成するために、態様１〜４は他の層の付加、場合によっては１つの態様自身の付加をも考慮することができる。
【００３７】
銀と基材との間に設ける硫化亜鉛層を設けないこともできるが、この層を設けることは極めて有利である。これは、銀層に小さな欠陥を生じたときに、その下に設けた硫化亜鉛層によって、欠陥を通ってくる腐食性媒質によって銀鏡が裏側からさらに攻撃されるのを防止するためである。
【００３８】
銀層の下に設けた硫化亜鉛層は、銀層が縁から侵食されるのを防止する。特に本発明による層系を積層した大きな基材を切り離さなければならないときに、その効果が大きい。
【００３９】
例および実施態様を挙げて説明した本発明による銀鏡は、本発明を説明するためだけのものであって、自明のように、特許請求の範囲の任意の請求項の記載に基づいて変更または変形することができる。
【００４０】
銀鏡と他の保護層との間に、遮蔽層または中間層を設けて、銀層を付加的に保護し、かつまた銀鏡の反射性を高めることができる。さらに銀層は硫化亜鉛層の上に設けることが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様による銀鏡の４００〜２，５００nm領域での反射率を示すグラフである。
【図２】図１に示したグラフの続きであって、２，５００〜１２，５００nm領域での反射率を示すグラフである。
【図３】本発明の銀鏡の実施例の層構成を説明する図であって、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ態様１〜３の層構成を示している。
【図４】本発明の銀鏡の実施例の層構成を説明する図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれ態様４，５の層構成を示している。

Claims (15)

1. 基材の上に設けられた少なくとも１つの銀層を含み、この銀層が硫化亜鉛層で被覆されている高反射性の銀鏡であって、当該銀層と硫化亜鉛層との間に、ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、元素周期律表第ＶＩｂ族、第Ｖｂ族、第ＩＶｂ族の元素、スカンジウム、イットリウム、カルシウム、ストロンチウム、亜鉛、鉄、インジウム、スズ、セリウム、ホルミウムの酸化物、またはこれらの元素の混合物もしくは合金の酸化物、またはＴｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｈｆ，Ａｌのオキシ窒化物、またはマグネシウム、バリウム、ストロンチウム、カルシウム、希土類元素もしくは鉛のフッ化物を含む少なくとも１つの遮蔽層または中間層が挿入されており、４５°の入射角および４００〜９００ｎｍのスペクトル範囲における反射率が＞９６％である高反射性の銀鏡。
2. 前記反射率が４００〜２，５００ｎｍのスペクトル範囲において＞９６％である、請求項１記載の銀鏡。
3. 前記反射率が４００〜１２，５００ｎｍのスペクトル範囲において＞９６％である、請求項１記載の銀鏡。
4. 前記遮蔽層または中間層が誘電性物質からなる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の銀鏡。
5. 前記遮蔽層または中間層がインジウム−スズの酸化物からなる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の銀鏡。
6. ２つの遮蔽層または中間層を備えている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の銀鏡。
7. １つの遮蔽層または中間層が酸化物またはオキシ窒化物であり、他がフッ化物である、請求項６記載の銀鏡。
8. 両方の遮蔽層が、異なる物質の同一型化合物（酸化物、オキシ窒化物、フッ化物）からなる、請求項６記載の銀鏡。
9. 両方の遮蔽層のそれぞれが、同一元素のオキシ窒化物であるが、窒素対酸素の原子比が異なっている、請求項６記載の銀鏡。
10. さらに他の層を付加してある、請求項１〜９のいずれか１つに記載の銀鏡。
11. 基材と銀層との間に、さらに少なくとも１つの他の中間層を備えている、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の銀鏡。
12. さらに設けた少なくとも１つの他の中間層が、硫化亜鉛層または酸化イットリウム層である、請求項１１に記載の銀鏡。
13. 基材と、少なくとも１つの中間層との間に、さらに他の層を挿入してある、請求項１１または１２に記載の銀鏡。
14. 銀層を基材の上に蒸着法または蒸発法またはスパッタリング法によって積層し、外側の硫化亜鉛層を設ける前に、この銀層の上に少なくとも１つの遮蔽層または中間層を積層して得られた、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の銀鏡。
15. 温度＜１００℃で薄いフッ化マグネシウム層を積層されている、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の銀鏡。

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