JP4185195B2 - 赤外線反射被膜付き光学物品及び電球 - Google Patents
赤外線反射被膜付き光学物品及び電球 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は透光性の赤外線反射被膜を設けた光学物品に関するもので、特に、電球のガラスバルブ表面に赤外線反射被膜を設け、電球内に向かって赤外線を反射させることで、電球フィラメントの消費電力を低減させてランプ効率の向上を図った白熱電球等の電球の構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の赤外線反射被膜付き白熱電球９０の構成の例を一部を拡大して模式的に示すものが図８である。透光性のガラスバルブ９１の底部には口金９２が設けてあり、ガラスバルブ９１内部には口金９２に取り付けられたフィラメント９３が配設されている。また、ガラスバルブ９１の表面には赤外線反射被膜９４が設けられている。赤外線反射被膜９４はフィラメント９３から発生した赤外線をフィラメント９３に帰還する目的で設けられ、これによりフィラメントと９３の消費電力が抑えられ、ランプ効率が向上する。
【０００３】
図９は赤外線反射被膜９４を更に詳細に示すものである。ガラスバルブ９１の外側表面に光学的膜厚ｎ・ｄをλ／４としたＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の高屈折率材料層９５とＳｉＯ２、ＭｇＦなどの低屈折率材料層９６とを交互に積層、例えば８層〜２０層程度積層した構成とされている。例えば反射する赤外線の設計波長λを１０００ｎｍとし、高屈折率材料層９５として屈折率ｎＨ＝２．２のＴａ２Ｏ５をλ／４（＝２５０ｎｍ）、低屈折率材料層９６としてｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２をλ／４（＝２５０ｎｍ）の光学的膜厚して、ガラスバルブ９１表面上に低屈折率材料層９６、高屈折率材料層９５・・と合計１０層となるように交互に積層した場合には図１０に示したような分光透過率特性の赤外線反射被膜９４となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の構成の赤外線反射被膜付き電球の場合には、図１０に示したように光学的膜厚として設定した波長である１０００ｎｍ付近にのみ反射特性を有する赤外線反射被膜であって、１５００ｎｍ付近の赤外線を反射することはできない。
【０００５】
そこで、この赤外線反射被膜の上に、更に光学的膜厚を設定する際の設計波長を１５００ｎｍとした赤外線反射被膜を設けることが考えられる。図１１はこのようにして形成した赤外線反射被膜の分光透過特性を示すものである。具体的には、図１０にて形成した被膜、すなわち、光学的膜厚ｎ・ｄを設定する波長λを１０００ｎｍとし、高屈折率材料層９５として屈折率ｎＨ＝２．２のＴａ２Ｏ５をλ／４（＝２５０ｎｍ）、低屈折率材料層９６としてｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２をλ／４（＝２５０ｎｍ）の厚みとして計１０層交互に積層した被膜の上に、光学的膜厚を設定する設計波長λを１５００ｎｍとし、高屈折率材料層９５として同じくＴａ２Ｏ５をλ／４（＝３７５ｎｍ）、低屈折率材料層９６として同じくＳｉＯ２をλ／４（＝３７５ｎｍ）の厚みとして計１０層交互に積層し、合計で２０層設けた赤外線反射被膜９４の場合である。
【０００６】
この場合には、波長１５００ｎｍ付近の波長域の赤外線も反射できるものとなり、図１０の場合に比べて赤外線反射特性は向上した。しかしながら、可視域の透過率を低下させ、５００ｎｍ付近の透過率は著しく減衰した。これは、設計波長として１５００ｎｍの波長を用いて作成した赤外線反射被膜を設けたことで可視光域の一部を反射するようになったためである。
【０００７】
一般に多用されている白熱電球の放射エネルギースペクトルは、約４００ｎｍ〜２８００ｎｍの広い範囲の波長の光をブロードに放射している。赤外線領域の１０００ｎｍ付近に放射エネルギーのピークを有し、２４００ｎｍではピーク強度の３０％程度の強度の光を放射する。そのため、この白熱電球に図１０のような特性の赤外線反射被膜９４を設けた場合には、１２００ｎｍ以上の波長の放射光を反射できず効率の向上が思うように図れないという問題がある。また、その上に高屈折率材料層と低屈折率材料層のλ／４とした交互積層膜で１４００ｍ以上の波長の赤外線を反射するようにした赤外線反射被膜を設けると図１１のように可視域の透過率が低下し、着色するという問題点がある。
【０００８】
本発明は前記した問題点を解決し、可視領域の透過率に優れ、且つ、赤外領域の反射特性に優れた赤外線反射被膜を形成した光学物品、特に高効率の電球を提供することを目的とする。また、具体的には白熱電球から放射される４００〜７５０ｎｍにおいて全波長域の光に対し７０％以上の光を透過し、且つ、８００〜１８００ｎｍの赤外域の光に対し平均して５０％以上の光を反射する赤外線反射被膜を設けた白熱電球を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明により、屈折率が約１．５の基体表面上に複数の多層膜からなる透光性赤外線反射被膜が形成されてなる光学物品において、
前記透光性赤外線反射被膜は、高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）の多層構造とした第１多層膜と、
高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）と中間の屈折率の中間屈折率材料（Ｍ）とからなる多層構造とした第２多層膜とを有し、
多層膜を形成する高屈折率材料（Ｈ）層の光学的膜厚：ｎＨｄＨ＝λｗ／４をＨとして表し、低屈折率材料（Ｌ）層の光学的膜厚：ｎＬｄＬ＝λｗ／４をＬとして表し、中間屈折率材料（Ｍ）層の光学的膜厚：ｎＭｄＭ＝λｗ／４をＭとして表したとき（ここでｎＨ、ｎＬ、ｎＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の屈折率、ｄＨ、ｄＬ、ｄＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の物理的膜厚、λｗは光学的膜厚の設計波長を示し、λ１は第１多層膜の設計波長、λ２は第２多層膜の設計波長である）、以下の条件（ａ）〜（ｄ）を満足する赤外線反射被膜付き光学物品が提供される。
（ａ）第１多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／２）とした第１層、光学的膜厚をＨとした第２層および光学的膜厚を（Ｌ／２）とした第３層の３層構造を基本構成とし、該基本構成をｘ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕ｘ、（ｘは２以上の整数）
（ｂ）第２多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／ａ２）とした第１層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ２）とした第２層、光学的膜厚を（Ｈ／ｃ２）とした第３層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ２）とした第４層および光学的膜厚を（Ｌ／ａ２）とした第５層の５層構造を基本構成とし、該基本構成をｙ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／ａ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｈ／ｃ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｌ／ａ２）〕ｙ
ここで、ｙは２以上の整数、２＜ａ２＜４、２．５＜ｂ２＜４．５、１＜ｃ２＜２とする。
（ｃ）第１多層膜の設計波長λ１、第２多層膜の設計波長λ２は、７８０≦λ１≦１２００ｎｍ、１２００ｎｍ≦λ２≦２２００ｎｍとする。
（ｄ）中間屈折率材料（Ｍ）の屈折率ｎＭを、０．３２（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬ＜ｎＭ＜０．６０（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬとする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学物品について、図１〜図７に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に係る電球の要部であり、この電球はガラスバルブ２の表面に赤外線反射被膜３が形成されており、ガラスバルブ内面には図示しないフィラメントが配設されている。
【００１１】
本発明では、基体となるガラスバルブ２の表面側から第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３とが順に積層された赤外線反射被膜３とされている。第１多層膜３１は低屈折率材料層（Ｌ）、高屈折率材料層（Ｈ）、低屈折率材料層（Ｌ）の交互積層構造を１周期とし、これを複数周期設けた多層膜としている。第２多層膜３２及び第３多層膜３３は低屈折率材料層（Ｌ）、中間屈折率材料層（Ｍ）、高屈折率材料層（Ｈ）、中間屈折率材料層（Ｍ）、低屈折率材料層（Ｌ）の５層構造を１周期としている。このような多層膜からなる赤外線反射被膜３を形成するには、洗浄したガラスバルブ２を真空装置内に載置し、所望の屈折率を呈する金属酸化物等の材料を蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により膜厚を制御しながら順次成膜する等の方法で得ることができる。
【００１２】
以下、具体的な実施例に沿って説明する。
（実施例１）
図２に、赤外線反射被膜３を拡大して示す。赤外線反射被膜３は屈折率が１．５２のガラスバルブ２表面側から第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３とが順に積層されている。
【００１３】
第１多層膜３１は、ガラスバルブ側から〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕４の構成としている。ここで、Ｌとは前述したように低屈折率材料層（Ｌ）をλ３１／４の光学的膜厚ｎ・ｄとして形成したことを示し、（Ｌ／２）は低屈折率材料層の膜厚を光学的膜厚λ３１／４の１／２倍、すなわち（λ３１／４）×（１／２）＝λ３１／８の光学的膜厚となるように設けることを意味している。Ｈは高屈折率材料層（Ｈ）を示し、λ３１／４の光学的膜厚として形成したことを示す。また、〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕４の４とは〔 〕内記載の３層の交互積層構造を１周期とする基本構成を４周期積層したことを表す。なお、λ３１は第１多層膜３１による反射特性を設計する際に用いた設計波長で、ここでは９５０ｎｍの赤外線とした。また、複数周期積層する時に前の周期の上層と次の周期の下層の低屈折率材料層（Ｌ）が繰り返して形成されるが、その際は同一の低屈折率材料層（Ｌ／２）×２の光学的膜厚、即ちＬ＝λ３１／４の光学的膜厚にて形成したものとすれば良い。
【００１４】
第２多層膜３２は、ガラスバルブ２の表面側から〔（Ｌ／３．２） （Ｍ／３．２） （Ｈ／１．６） （Ｍ／３．２） （Ｌ／３．２）〕４の基本構成とした。ここでＭとは、低屈折率材料層（Ｌ）と高屈折率材料層（Ｈ）の中間の屈折率を持つ中間屈折率材料層（Ｍ）をλ３２／４の光学的膜厚にて形成したこと示す。他の設計条件は第１多層膜３１と同様に示している。したがって、例えば（Ｌ／３．２）とは（λ３２／４）×（１／３．２）＝λ３２／１２．８の光学的膜厚として形成したことを意味している。なお、λ３２は第２多層膜３２による反射特性を設計する際に用いた設計波長で、ここでは１２８０ｎｍの赤外線とした。また、〔 〕内記載の５層の交互積層構造を１周期として４周期積層している。
【００１５】
第３多層膜３３は、ガラスバルブ２表面側から〔（Ｌ／３．２） （Ｍ／３．２） （Ｈ／１．６） （Ｍ／３．２） （Ｌ／３．２）〕４の基本構成としている。低屈折率材料層（Ｌ）、中間屈折率材料層（Ｍ）、高屈折率材料層（Ｈ）等は前記した第１多層膜３１、第２多層膜３２と同様に表記している。但し、ここでは光学的膜厚を設計する際に用いた設計波長λ３３は１６００ｎｍの赤外線とした。
【００１６】
上記条件に基づいてガラスバルブ２上に所定の光学的膜厚となるようにして第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３を連続して赤外線反射被膜３を成膜した。具体的には、図示しない真空蒸着装置内にガラスバルブを設置し、第１多層膜３１、３２、３３における低屈折率材料層（Ｌ）の蒸着源として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用い、高屈折率材料層（Ｈ）の蒸着源として屈折率２．２のＴａ２Ｏ５を用いた。中間屈折率材料層（Ｍ）は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の両方の材料を蒸着源として用い、屈折率が１．８となるように夫々の蒸着速度等を調整して同時に蒸着することにより形成した。また、各層の厚みは、真空蒸着装置内に設けた光学的測定装置により所定波長の光を形成している膜面に照射し、その反射率を測定しながら蒸着を行なうことで制御した。例えば、第１多層膜３１の高屈折率材料層（Ｈ）の物理的な厚みｄＨは、光学的膜厚ｎ・ｄをλ３１／４として形成するものであるから、（９５０ｎｍ／４）÷２．２＝約１０８ｎｍとした。なお、図３はこのようにして形成する赤外線反射被膜３の分光透過率カーブを示すもので、赤外線反射被膜３を形成したガラス基体２の大気中における分光透過率を計算により求めたものである。
【００１７】
測定用のサンプルとして同じ材質のガラス基体上に、上記条件にて赤外線反射被膜３を形成し、大気中における分光透過率及び反射率をガラス基体側から測定光を照射して測定した。可視光領域４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域の全ての波長において８０％以上の高い透過率とフラットな特性を示し、着色のない良好な透過特性が得られた。赤外光域においては９００〜１８００ｎｍという広い赤外光領域の光に対して平均して５０％以上の反射率を示した。透過率の測定結果は図３の計算結果とよく一致し、また、［１−反射率≒透過率］であり、赤外線反射被膜での吸収は殆どなかった。また、第１多層膜３１のガラスバルブ１と接する（Ｌ／２）の低屈折率材料層（Ｌ）を省略して形成した場合についても作成したが、その場合においても同様の特性を示した。
【００１８】
（実施例２）
赤外線反射被膜３の第１多層膜３１、第２多層膜３２を実施例１と同一構成にてガラスバルブ２上に成膜し、第３多層膜を省略して第１多層膜と第２多層膜のみからなる赤外線反射被膜３とした。その際、低屈折率材料層（Ｌ）として屈折率１．４６のＳｉＯ２を蒸着源として用い、高屈折率材料層（Ｈ）として屈折率２．２のＴａ２Ｏ５を蒸着源とした。中間屈折率材料層（Ｍ）としては、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の両方の材料を蒸着源として用いて屈折率が１．８となるように調整した。また、第１多層膜３１における各層の光学的膜厚を規定するための設計波長λ３１は実施例１と同じ９５０ｎｍとしたが、第２多層膜３２の設計波長λ３２は１５００ｎｍとした。他の条件は実施例１と全く同一とした。
【００１９】
上記条件の場合の赤外線反射被膜の分光透過率特性の計算結果を図４に示す。ガラスバルブ２上に上記条件にて形成した赤外線反射被膜は、４００ｎｍ〜７５０ｎｍにかけてフラットな８０％以上の透過率を示し、９００〜１６００ｎｍにかけて５０％以上の反射率を示し、１６００〜１８００ｎｍにおいても約４０％の反射率を示し、広い赤外線波長領域において平均して５０％以上の反射特性を示し、計算結果と良く一致した。
【００２０】
（実施例３）
赤外線反射被膜３の第１多層膜３１、第２多層膜３２を実施例１と同一の基本構成とし、第３多層膜３３を、〔（Ｌ／３．１） （Ｍ／３．２） （Ｈ／１．６） （Ｍ／３．２） （Ｌ／３．１）〕４の基本構成とした。第１〜３層の低屈折率材料層（Ｌ）として、実施例１、２と同じ屈折率１．４６のＳｉＯ２を蒸着源として用い、高屈折率材料層（Ｈ）としては、実施例１、２の場合より大きな屈折率２．４６を示すＴｉＯ２を蒸着源として用いた。また、中間屈折率材料層（Ｍ）は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の両方の材料を蒸着源として用いて屈折率が１．９６となるように調整して２元蒸着により形成した。更に、第１多層膜３１、第２多層膜３２及び第３多層膜３３における各多層膜の光学的膜厚を規定するための設計波長λ３１、λ３２及びλ３３は、夫々９５０ｎｍ、１２８０ｎｍ、１６００ｎｍとした。
【００２１】
上記条件にて設計した赤外線反射被膜の分光透過率特性を図５に示す。ガラスバルブ上に上記条件にて形成した赤外線反射被膜は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの全ての波長光に対してほぼ８０％以上の透過率という良好な透過特性を示し、８００〜１８００ｎｍという広い赤外線領域において平均して５０％という高い反射特性を示し、計算結果と良く一致した。なお、高屈折率膜（Ｈ）を実施例１、２と同じＴａ２Ｏ５を用いても同様の反射特性を示した。
【００２２】
（実施例４）
実施例２の赤外線反射被膜３の第１多層膜３１、第２多層膜３２の各多層膜における基本構成、積層する周期数、多層膜内での積層順、設計波長等には変更を加えずに、多層膜の積層順を逆にして形成した。すなわち、ガラスバルブ２上に設計波長λ３２を１２８０ｎｍとした第２多層膜３２、設計波長λ３１を９５０ｎｍとした第１多層膜３１を順に積層するものとした。
【００２３】
上記条件にて設計した赤外線反射被膜の分光透過率特性を図６に示す。ガラスバルブ上に上記条件にて形成した赤外線反射被膜は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにかけてほぼ８０％以上の良好な透過特性を示し、８００〜１８００ｎｍという広い赤外線領域において高い反射特性を示した。
【００２４】
（実施例５）
また、実施例１の多層膜の積層順を逆にして形成した。すなわち、ガラスバルブ２表面上に第３多層膜３３を形成し、次いで第２多層膜３２、第１多層膜３１を順に積層した。その場合の分光透過率特性を図７に示す。この場合においても３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにかけて良好な透過特性を示し、８００〜１８００ｎｍという広い赤外線領域において高い反射特性を示し、計算結果と良く一致した。
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、ガラスバルブ上に形成する赤外線反射被膜として、従来は低屈折率材料と高屈折率材料の光学的膜厚ｎｄをλ／４を基本膜厚としたｎ・ｄ＝ｍ・（λ／４） （ｍ＝０、１、２・・）として交互に重ねた多重反射膜として形成していたが、本発明においては、上記低屈折率材料（Ｌ）と高屈折率材料（Ｈ）以外に中間屈折率材料層（Ｍ）を加えた３層構造を基本構成とし、且つ、その光学的膜厚ｎｄを（λ／４）の整数倍ではなく、所定の範囲内のものとした多層膜を併設したことで、単に整数倍とした多重反射膜を積層したものに比べ、広い範囲で良好な反射特性を示すことができた。
【００２６】
本発明の赤外線反射被膜を多層膜を形成する高屈折率材料（Ｈ）層の光学的膜厚：ｎＨｄＨ＝λｗ／４をＨとして表し、低屈折率材料（Ｌ）層の光学的膜厚：ｎＬｄＬ＝λｗ／４をＬとして表し、中間屈折率材料（Ｍ）層の光学的膜厚：ｎＭｄＭ＝λｗ／４をＭとして表したとき（ここでｎＨ、ｎＬ、ｎＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の屈折率、ｄＨ、ｄＬ、ｄＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の物理的膜厚、ｗは１、２、３でλ１は第１多層膜の設計波長、λ２は第２多層膜の設計波長、λ３は第３多層膜の設計波長である）、一般式により表現すると次のように表すことができる。
【００２７】
〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕ｘ〔（Ｌ／ａ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｈ／ｃ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｌ／ａ２）〕ｙ〔（Ｌ／ａ３） （Ｍ／ｂ３） （Ｈ／ｃ３） （Ｍ／ｂ３） （Ｌ／ａ３）〕ｚ
【００２８】
ここで、ｘおよびｙは２以上の整数、ｚは０以上の整数（ｘ＝０とは、その多層膜を形成しないことを示す）で、２＜ａ２、ａ３＜４、２．５＜ｂ２、ｂ３＜４．５、１＜ｃ２、ｃ３＜２、第１多層膜、第２多層膜、第３多層膜の設計波長λ１、λ２、λ３は、７８０≦λ１≦１２００ｎｍ、１２００ｎｍ≦λ２、λ３≦２２００ｎｍ（但し、λ２≠λ３）とし、中間屈折率材料（Ｍ）の屈折率ｎＭを、０．３２（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬ＜ｎＭ＜０．６０（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬとし、ｎＨは被膜を形成する光学物品屈折率より大きくｎＬは光学物品屈折率より小さいものとする。
【００２９】
第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３を積層する順は、前記した実施例に記載した順に限るものではない。要は、少なくとも第１多層膜と第２多層膜を形成して、少なくとも４５０〜７００ｎｍの可視域光のすべての波長域の光に対し７０％以上の光を透過率を示し、且つ、９５０〜１４５０ｎｍの赤外域光のすべての波長域の光に対し４０％以上、平均して５０％以上の光を反射する光学特性を満たすような構造ならば良い。なお、その際にガラスバルブ基体２表面に該基体と接するように設ける低屈折率膜（Ｌ）を省略することもできる。また、好ましくは、ガラス基体表面上に設計波長を１２００ｎｍ以下とし、低屈折率材料層（Ｌ）の材料をＳｉＯ２とした第１多層膜を形成し、その上に設計波長を１２００ｎｍ以上とした第２多層膜、第３多層膜を順に形成するものとすると、光学特性およびガラス基体との密着性に優れた赤外線反射被膜が形成でき好ましいものとなる。
【００３０】
さらに、第１多層膜３１において使用する高屈折率材料層（Ｈ）及び低屈折率材料層（Ｌ）と、第２多層膜３２もしくは第３多層膜３３において使用する高屈折率材料層（Ｈ）、低屈折率材料層（Ｌ）及び中間屈折率材料層（Ｍ）を同じ材料により形成すると、蒸着源を２種類のみ用意すればよく、形成工程、蒸着装置が簡略化され好ましいものであるが、例えば、応力等の関係から第１多層膜にて用いる低屈折率材料層（Ｌ）と第２多層膜にて用いる低屈折率材料層（Ｌ）とを異なる材料により形成するものとしても良い。また、中間屈折率材料層として２源蒸着により形成する例を示したがＳｉＮやＳｉＯ材料のように、１．８前後の屈折率を示す他の単一材料を用いるものであっても良い。また、基体は屈折率が約１．５のものならば、ガラス以外の他の材料、例えば屈折率１．６３のＡｌ２Ｏ３結晶基体や、屈折率１．４６のＳｉＯ２結晶基体等でも良く、赤外線反射被膜と基体との物理的特性が近似する透光性材料を用いることが好ましい。
【００３１】
また、前記した実施形態においては、白熱電球におけるガラスバルブ表面に赤外線反射被膜を形成したものとしたが、ガラスバルブ内に不活性ガスとともに微量のハロゲン元素を封入したハロゲン電球と称す白熱電球の場合であっても、フィラメントからガラスバルブに放射される媒体である不活性ガスの屈折率は空気と略等しい約１．０であるから同様の赤外線反射被膜を形成することで、高い赤外線反射特性と、良好な可視光透過率特性を得ることができる。また、赤外線反射被膜は電球内側表面に設けることも、外側に設けることもできるが、外側に設ける場合の方が成膜工程を施し易く好ましい。
【００３２】
更にまた、赤外線反射被膜を電球以外の光学物品、例えば、ミラー等に形成してコールドミラーとすることもでき、電球以外の他の光学物品にも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の赤外線反射被膜付き光学物品によれば、従来のように可視域の分光透過特性において色付きを示すようなことのない、高い透過率と無着色性を有し、且つ、少なくとも９００ｎｍから１５００ｎｍの広い赤外線領域において５０％以上の高い反射特性を有するものとすることができる。
【００３４】
該赤外線反射被膜を白熱電球のガラスバルブに設けた場合には、高い可視域透過率特性と、高い赤外域反射特性を有することから、フィラメントにて発せられたエネルギーをフィラメントに有効に帰還させることができる。特に、白熱電球の放射エネルギーが高い１０００ｎｍ付近を中心に８００〜１８００ｎｍの広い範囲内で高い反射率を有するようにしているので、白熱電球の効率をより一層向上できる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の赤外線反射被膜を設けた電球の要部を示す説明図である。
【図２】 赤外線反射被膜を設けた要部を拡大して示す説明図である。
【図３】 実施例１の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図４】 実施例２の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図５】 実施例３の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図６】 実施例４の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図７】 実施例５の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図８】 従来の赤外線反射被膜を設けた電球の説明図である。
【図９】 図８の電球の赤外線反射被膜を設けた箇所を拡大して示す説明図である。
【図１０】 従来の赤外線反射被膜の透過率特性の説明図である。
【図１１】 従来の別の赤外線反射被膜の透過率特性の説明図である。
【符号の説明】
１ 電球
２ ガラスバルブ
３ 赤外線反射被膜
３１ 第１多層膜
３２ 第２多層膜
３３ 第３多層膜
９０ 白熱電球
９１ ガラスバルブ
９２ 口金
９３ フィラメント
９４ 赤外線反射被膜
９５ 高屈折率材料層
９６ 低屈折率材料層
【産業上の利用分野】
本発明は透光性の赤外線反射被膜を設けた光学物品に関するもので、特に、電球のガラスバルブ表面に赤外線反射被膜を設け、電球内に向かって赤外線を反射させることで、電球フィラメントの消費電力を低減させてランプ効率の向上を図った白熱電球等の電球の構成に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の赤外線反射被膜付き白熱電球９０の構成の例を一部を拡大して模式的に示すものが図８である。透光性のガラスバルブ９１の底部には口金９２が設けてあり、ガラスバルブ９１内部には口金９２に取り付けられたフィラメント９３が配設されている。また、ガラスバルブ９１の表面には赤外線反射被膜９４が設けられている。赤外線反射被膜９４はフィラメント９３から発生した赤外線をフィラメント９３に帰還する目的で設けられ、これによりフィラメントと９３の消費電力が抑えられ、ランプ効率が向上する。
【０００３】
図９は赤外線反射被膜９４を更に詳細に示すものである。ガラスバルブ９１の外側表面に光学的膜厚ｎ・ｄをλ／４としたＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ等の高屈折率材料層９５とＳｉＯ２、ＭｇＦなどの低屈折率材料層９６とを交互に積層、例えば８層〜２０層程度積層した構成とされている。例えば反射する赤外線の設計波長λを１０００ｎｍとし、高屈折率材料層９５として屈折率ｎＨ＝２．２のＴａ２Ｏ５をλ／４（＝２５０ｎｍ）、低屈折率材料層９６としてｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２をλ／４（＝２５０ｎｍ）の光学的膜厚して、ガラスバルブ９１表面上に低屈折率材料層９６、高屈折率材料層９５・・と合計１０層となるように交互に積層した場合には図１０に示したような分光透過率特性の赤外線反射被膜９４となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の構成の赤外線反射被膜付き電球の場合には、図１０に示したように光学的膜厚として設定した波長である１０００ｎｍ付近にのみ反射特性を有する赤外線反射被膜であって、１５００ｎｍ付近の赤外線を反射することはできない。
【０００５】
そこで、この赤外線反射被膜の上に、更に光学的膜厚を設定する際の設計波長を１５００ｎｍとした赤外線反射被膜を設けることが考えられる。図１１はこのようにして形成した赤外線反射被膜の分光透過特性を示すものである。具体的には、図１０にて形成した被膜、すなわち、光学的膜厚ｎ・ｄを設定する波長λを１０００ｎｍとし、高屈折率材料層９５として屈折率ｎＨ＝２．２のＴａ２Ｏ５をλ／４（＝２５０ｎｍ）、低屈折率材料層９６としてｎＬ＝１．４６のＳｉＯ２をλ／４（＝２５０ｎｍ）の厚みとして計１０層交互に積層した被膜の上に、光学的膜厚を設定する設計波長λを１５００ｎｍとし、高屈折率材料層９５として同じくＴａ２Ｏ５をλ／４（＝３７５ｎｍ）、低屈折率材料層９６として同じくＳｉＯ２をλ／４（＝３７５ｎｍ）の厚みとして計１０層交互に積層し、合計で２０層設けた赤外線反射被膜９４の場合である。
【０００６】
この場合には、波長１５００ｎｍ付近の波長域の赤外線も反射できるものとなり、図１０の場合に比べて赤外線反射特性は向上した。しかしながら、可視域の透過率を低下させ、５００ｎｍ付近の透過率は著しく減衰した。これは、設計波長として１５００ｎｍの波長を用いて作成した赤外線反射被膜を設けたことで可視光域の一部を反射するようになったためである。
【０００７】
一般に多用されている白熱電球の放射エネルギースペクトルは、約４００ｎｍ〜２８００ｎｍの広い範囲の波長の光をブロードに放射している。赤外線領域の１０００ｎｍ付近に放射エネルギーのピークを有し、２４００ｎｍではピーク強度の３０％程度の強度の光を放射する。そのため、この白熱電球に図１０のような特性の赤外線反射被膜９４を設けた場合には、１２００ｎｍ以上の波長の放射光を反射できず効率の向上が思うように図れないという問題がある。また、その上に高屈折率材料層と低屈折率材料層のλ／４とした交互積層膜で１４００ｍ以上の波長の赤外線を反射するようにした赤外線反射被膜を設けると図１１のように可視域の透過率が低下し、着色するという問題点がある。
【０００８】
本発明は前記した問題点を解決し、可視領域の透過率に優れ、且つ、赤外領域の反射特性に優れた赤外線反射被膜を形成した光学物品、特に高効率の電球を提供することを目的とする。また、具体的には白熱電球から放射される４００〜７５０ｎｍにおいて全波長域の光に対し７０％以上の光を透過し、且つ、８００〜１８００ｎｍの赤外域の光に対し平均して５０％以上の光を反射する赤外線反射被膜を設けた白熱電球を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明により、屈折率が約１．５の基体表面上に複数の多層膜からなる透光性赤外線反射被膜が形成されてなる光学物品において、
前記透光性赤外線反射被膜は、高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）の多層構造とした第１多層膜と、
高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）と中間の屈折率の中間屈折率材料（Ｍ）とからなる多層構造とした第２多層膜とを有し、
多層膜を形成する高屈折率材料（Ｈ）層の光学的膜厚：ｎＨｄＨ＝λｗ／４をＨとして表し、低屈折率材料（Ｌ）層の光学的膜厚：ｎＬｄＬ＝λｗ／４をＬとして表し、中間屈折率材料（Ｍ）層の光学的膜厚：ｎＭｄＭ＝λｗ／４をＭとして表したとき（ここでｎＨ、ｎＬ、ｎＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の屈折率、ｄＨ、ｄＬ、ｄＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の物理的膜厚、λｗは光学的膜厚の設計波長を示し、λ１は第１多層膜の設計波長、λ２は第２多層膜の設計波長である）、以下の条件（ａ）〜（ｄ）を満足する赤外線反射被膜付き光学物品が提供される。
（ａ）第１多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／２）とした第１層、光学的膜厚をＨとした第２層および光学的膜厚を（Ｌ／２）とした第３層の３層構造を基本構成とし、該基本構成をｘ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕ｘ、（ｘは２以上の整数）
（ｂ）第２多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／ａ２）とした第１層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ２）とした第２層、光学的膜厚を（Ｈ／ｃ２）とした第３層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ２）とした第４層および光学的膜厚を（Ｌ／ａ２）とした第５層の５層構造を基本構成とし、該基本構成をｙ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／ａ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｈ／ｃ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｌ／ａ２）〕ｙ
ここで、ｙは２以上の整数、２＜ａ２＜４、２．５＜ｂ２＜４．５、１＜ｃ２＜２とする。
（ｃ）第１多層膜の設計波長λ１、第２多層膜の設計波長λ２は、７８０≦λ１≦１２００ｎｍ、１２００ｎｍ≦λ２≦２２００ｎｍとする。
（ｄ）中間屈折率材料（Ｍ）の屈折率ｎＭを、０．３２（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬ＜ｎＭ＜０．６０（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬとする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学物品について、図１〜図７に示す実施例に基づいて詳細に説明する。図１に符号１で示すものは本発明に係る電球の要部であり、この電球はガラスバルブ２の表面に赤外線反射被膜３が形成されており、ガラスバルブ内面には図示しないフィラメントが配設されている。
【００１１】
本発明では、基体となるガラスバルブ２の表面側から第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３とが順に積層された赤外線反射被膜３とされている。第１多層膜３１は低屈折率材料層（Ｌ）、高屈折率材料層（Ｈ）、低屈折率材料層（Ｌ）の交互積層構造を１周期とし、これを複数周期設けた多層膜としている。第２多層膜３２及び第３多層膜３３は低屈折率材料層（Ｌ）、中間屈折率材料層（Ｍ）、高屈折率材料層（Ｈ）、中間屈折率材料層（Ｍ）、低屈折率材料層（Ｌ）の５層構造を１周期としている。このような多層膜からなる赤外線反射被膜３を形成するには、洗浄したガラスバルブ２を真空装置内に載置し、所望の屈折率を呈する金属酸化物等の材料を蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等により膜厚を制御しながら順次成膜する等の方法で得ることができる。
【００１２】
以下、具体的な実施例に沿って説明する。
（実施例１）
図２に、赤外線反射被膜３を拡大して示す。赤外線反射被膜３は屈折率が１．５２のガラスバルブ２表面側から第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３とが順に積層されている。
【００１３】
第１多層膜３１は、ガラスバルブ側から〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕４の構成としている。ここで、Ｌとは前述したように低屈折率材料層（Ｌ）をλ３１／４の光学的膜厚ｎ・ｄとして形成したことを示し、（Ｌ／２）は低屈折率材料層の膜厚を光学的膜厚λ３１／４の１／２倍、すなわち（λ３１／４）×（１／２）＝λ３１／８の光学的膜厚となるように設けることを意味している。Ｈは高屈折率材料層（Ｈ）を示し、λ３１／４の光学的膜厚として形成したことを示す。また、〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕４の４とは〔 〕内記載の３層の交互積層構造を１周期とする基本構成を４周期積層したことを表す。なお、λ３１は第１多層膜３１による反射特性を設計する際に用いた設計波長で、ここでは９５０ｎｍの赤外線とした。また、複数周期積層する時に前の周期の上層と次の周期の下層の低屈折率材料層（Ｌ）が繰り返して形成されるが、その際は同一の低屈折率材料層（Ｌ／２）×２の光学的膜厚、即ちＬ＝λ３１／４の光学的膜厚にて形成したものとすれば良い。
【００１４】
第２多層膜３２は、ガラスバルブ２の表面側から〔（Ｌ／３．２） （Ｍ／３．２） （Ｈ／１．６） （Ｍ／３．２） （Ｌ／３．２）〕４の基本構成とした。ここでＭとは、低屈折率材料層（Ｌ）と高屈折率材料層（Ｈ）の中間の屈折率を持つ中間屈折率材料層（Ｍ）をλ３２／４の光学的膜厚にて形成したこと示す。他の設計条件は第１多層膜３１と同様に示している。したがって、例えば（Ｌ／３．２）とは（λ３２／４）×（１／３．２）＝λ３２／１２．８の光学的膜厚として形成したことを意味している。なお、λ３２は第２多層膜３２による反射特性を設計する際に用いた設計波長で、ここでは１２８０ｎｍの赤外線とした。また、〔 〕内記載の５層の交互積層構造を１周期として４周期積層している。
【００１５】
第３多層膜３３は、ガラスバルブ２表面側から〔（Ｌ／３．２） （Ｍ／３．２） （Ｈ／１．６） （Ｍ／３．２） （Ｌ／３．２）〕４の基本構成としている。低屈折率材料層（Ｌ）、中間屈折率材料層（Ｍ）、高屈折率材料層（Ｈ）等は前記した第１多層膜３１、第２多層膜３２と同様に表記している。但し、ここでは光学的膜厚を設計する際に用いた設計波長λ３３は１６００ｎｍの赤外線とした。
【００１６】
上記条件に基づいてガラスバルブ２上に所定の光学的膜厚となるようにして第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３を連続して赤外線反射被膜３を成膜した。具体的には、図示しない真空蒸着装置内にガラスバルブを設置し、第１多層膜３１、３２、３３における低屈折率材料層（Ｌ）の蒸着源として屈折率１．４６のＳｉＯ２を用い、高屈折率材料層（Ｈ）の蒸着源として屈折率２．２のＴａ２Ｏ５を用いた。中間屈折率材料層（Ｍ）は、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の両方の材料を蒸着源として用い、屈折率が１．８となるように夫々の蒸着速度等を調整して同時に蒸着することにより形成した。また、各層の厚みは、真空蒸着装置内に設けた光学的測定装置により所定波長の光を形成している膜面に照射し、その反射率を測定しながら蒸着を行なうことで制御した。例えば、第１多層膜３１の高屈折率材料層（Ｈ）の物理的な厚みｄＨは、光学的膜厚ｎ・ｄをλ３１／４として形成するものであるから、（９５０ｎｍ／４）÷２．２＝約１０８ｎｍとした。なお、図３はこのようにして形成する赤外線反射被膜３の分光透過率カーブを示すもので、赤外線反射被膜３を形成したガラス基体２の大気中における分光透過率を計算により求めたものである。
【００１７】
測定用のサンプルとして同じ材質のガラス基体上に、上記条件にて赤外線反射被膜３を形成し、大気中における分光透過率及び反射率をガラス基体側から測定光を照射して測定した。可視光領域４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域の全ての波長において８０％以上の高い透過率とフラットな特性を示し、着色のない良好な透過特性が得られた。赤外光域においては９００〜１８００ｎｍという広い赤外光領域の光に対して平均して５０％以上の反射率を示した。透過率の測定結果は図３の計算結果とよく一致し、また、［１−反射率≒透過率］であり、赤外線反射被膜での吸収は殆どなかった。また、第１多層膜３１のガラスバルブ１と接する（Ｌ／２）の低屈折率材料層（Ｌ）を省略して形成した場合についても作成したが、その場合においても同様の特性を示した。
【００１８】
（実施例２）
赤外線反射被膜３の第１多層膜３１、第２多層膜３２を実施例１と同一構成にてガラスバルブ２上に成膜し、第３多層膜を省略して第１多層膜と第２多層膜のみからなる赤外線反射被膜３とした。その際、低屈折率材料層（Ｌ）として屈折率１．４６のＳｉＯ２を蒸着源として用い、高屈折率材料層（Ｈ）として屈折率２．２のＴａ２Ｏ５を蒸着源とした。中間屈折率材料層（Ｍ）としては、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の両方の材料を蒸着源として用いて屈折率が１．８となるように調整した。また、第１多層膜３１における各層の光学的膜厚を規定するための設計波長λ３１は実施例１と同じ９５０ｎｍとしたが、第２多層膜３２の設計波長λ３２は１５００ｎｍとした。他の条件は実施例１と全く同一とした。
【００１９】
上記条件の場合の赤外線反射被膜の分光透過率特性の計算結果を図４に示す。ガラスバルブ２上に上記条件にて形成した赤外線反射被膜は、４００ｎｍ〜７５０ｎｍにかけてフラットな８０％以上の透過率を示し、９００〜１６００ｎｍにかけて５０％以上の反射率を示し、１６００〜１８００ｎｍにおいても約４０％の反射率を示し、広い赤外線波長領域において平均して５０％以上の反射特性を示し、計算結果と良く一致した。
【００２０】
（実施例３）
赤外線反射被膜３の第１多層膜３１、第２多層膜３２を実施例１と同一の基本構成とし、第３多層膜３３を、〔（Ｌ／３．１） （Ｍ／３．２） （Ｈ／１．６） （Ｍ／３．２） （Ｌ／３．１）〕４の基本構成とした。第１〜３層の低屈折率材料層（Ｌ）として、実施例１、２と同じ屈折率１．４６のＳｉＯ２を蒸着源として用い、高屈折率材料層（Ｈ）としては、実施例１、２の場合より大きな屈折率２．４６を示すＴｉＯ２を蒸着源として用いた。また、中間屈折率材料層（Ｍ）は、ＳｉＯ２とＴｉＯ２の両方の材料を蒸着源として用いて屈折率が１．９６となるように調整して２元蒸着により形成した。更に、第１多層膜３１、第２多層膜３２及び第３多層膜３３における各多層膜の光学的膜厚を規定するための設計波長λ３１、λ３２及びλ３３は、夫々９５０ｎｍ、１２８０ｎｍ、１６００ｎｍとした。
【００２１】
上記条件にて設計した赤外線反射被膜の分光透過率特性を図５に示す。ガラスバルブ上に上記条件にて形成した赤外線反射被膜は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの全ての波長光に対してほぼ８０％以上の透過率という良好な透過特性を示し、８００〜１８００ｎｍという広い赤外線領域において平均して５０％という高い反射特性を示し、計算結果と良く一致した。なお、高屈折率膜（Ｈ）を実施例１、２と同じＴａ２Ｏ５を用いても同様の反射特性を示した。
【００２２】
（実施例４）
実施例２の赤外線反射被膜３の第１多層膜３１、第２多層膜３２の各多層膜における基本構成、積層する周期数、多層膜内での積層順、設計波長等には変更を加えずに、多層膜の積層順を逆にして形成した。すなわち、ガラスバルブ２上に設計波長λ３２を１２８０ｎｍとした第２多層膜３２、設計波長λ３１を９５０ｎｍとした第１多層膜３１を順に積層するものとした。
【００２３】
上記条件にて設計した赤外線反射被膜の分光透過率特性を図６に示す。ガラスバルブ上に上記条件にて形成した赤外線反射被膜は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにかけてほぼ８０％以上の良好な透過特性を示し、８００〜１８００ｎｍという広い赤外線領域において高い反射特性を示した。
【００２４】
（実施例５）
また、実施例１の多層膜の積層順を逆にして形成した。すなわち、ガラスバルブ２表面上に第３多層膜３３を形成し、次いで第２多層膜３２、第１多層膜３１を順に積層した。その場合の分光透過率特性を図７に示す。この場合においても３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにかけて良好な透過特性を示し、８００〜１８００ｎｍという広い赤外線領域において高い反射特性を示し、計算結果と良く一致した。
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、ガラスバルブ上に形成する赤外線反射被膜として、従来は低屈折率材料と高屈折率材料の光学的膜厚ｎｄをλ／４を基本膜厚としたｎ・ｄ＝ｍ・（λ／４） （ｍ＝０、１、２・・）として交互に重ねた多重反射膜として形成していたが、本発明においては、上記低屈折率材料（Ｌ）と高屈折率材料（Ｈ）以外に中間屈折率材料層（Ｍ）を加えた３層構造を基本構成とし、且つ、その光学的膜厚ｎｄを（λ／４）の整数倍ではなく、所定の範囲内のものとした多層膜を併設したことで、単に整数倍とした多重反射膜を積層したものに比べ、広い範囲で良好な反射特性を示すことができた。
【００２６】
本発明の赤外線反射被膜を多層膜を形成する高屈折率材料（Ｈ）層の光学的膜厚：ｎＨｄＨ＝λｗ／４をＨとして表し、低屈折率材料（Ｌ）層の光学的膜厚：ｎＬｄＬ＝λｗ／４をＬとして表し、中間屈折率材料（Ｍ）層の光学的膜厚：ｎＭｄＭ＝λｗ／４をＭとして表したとき（ここでｎＨ、ｎＬ、ｎＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の屈折率、ｄＨ、ｄＬ、ｄＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の物理的膜厚、ｗは１、２、３でλ１は第１多層膜の設計波長、λ２は第２多層膜の設計波長、λ３は第３多層膜の設計波長である）、一般式により表現すると次のように表すことができる。
【００２７】
〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕ｘ〔（Ｌ／ａ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｈ／ｃ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｌ／ａ２）〕ｙ〔（Ｌ／ａ３） （Ｍ／ｂ３） （Ｈ／ｃ３） （Ｍ／ｂ３） （Ｌ／ａ３）〕ｚ
【００２８】
ここで、ｘおよびｙは２以上の整数、ｚは０以上の整数（ｘ＝０とは、その多層膜を形成しないことを示す）で、２＜ａ２、ａ３＜４、２．５＜ｂ２、ｂ３＜４．５、１＜ｃ２、ｃ３＜２、第１多層膜、第２多層膜、第３多層膜の設計波長λ１、λ２、λ３は、７８０≦λ１≦１２００ｎｍ、１２００ｎｍ≦λ２、λ３≦２２００ｎｍ（但し、λ２≠λ３）とし、中間屈折率材料（Ｍ）の屈折率ｎＭを、０．３２（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬ＜ｎＭ＜０．６０（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬとし、ｎＨは被膜を形成する光学物品屈折率より大きくｎＬは光学物品屈折率より小さいものとする。
【００２９】
第１多層膜３１、第２多層膜３２、第３多層膜３３を積層する順は、前記した実施例に記載した順に限るものではない。要は、少なくとも第１多層膜と第２多層膜を形成して、少なくとも４５０〜７００ｎｍの可視域光のすべての波長域の光に対し７０％以上の光を透過率を示し、且つ、９５０〜１４５０ｎｍの赤外域光のすべての波長域の光に対し４０％以上、平均して５０％以上の光を反射する光学特性を満たすような構造ならば良い。なお、その際にガラスバルブ基体２表面に該基体と接するように設ける低屈折率膜（Ｌ）を省略することもできる。また、好ましくは、ガラス基体表面上に設計波長を１２００ｎｍ以下とし、低屈折率材料層（Ｌ）の材料をＳｉＯ２とした第１多層膜を形成し、その上に設計波長を１２００ｎｍ以上とした第２多層膜、第３多層膜を順に形成するものとすると、光学特性およびガラス基体との密着性に優れた赤外線反射被膜が形成でき好ましいものとなる。
【００３０】
さらに、第１多層膜３１において使用する高屈折率材料層（Ｈ）及び低屈折率材料層（Ｌ）と、第２多層膜３２もしくは第３多層膜３３において使用する高屈折率材料層（Ｈ）、低屈折率材料層（Ｌ）及び中間屈折率材料層（Ｍ）を同じ材料により形成すると、蒸着源を２種類のみ用意すればよく、形成工程、蒸着装置が簡略化され好ましいものであるが、例えば、応力等の関係から第１多層膜にて用いる低屈折率材料層（Ｌ）と第２多層膜にて用いる低屈折率材料層（Ｌ）とを異なる材料により形成するものとしても良い。また、中間屈折率材料層として２源蒸着により形成する例を示したがＳｉＮやＳｉＯ材料のように、１．８前後の屈折率を示す他の単一材料を用いるものであっても良い。また、基体は屈折率が約１．５のものならば、ガラス以外の他の材料、例えば屈折率１．６３のＡｌ２Ｏ３結晶基体や、屈折率１．４６のＳｉＯ２結晶基体等でも良く、赤外線反射被膜と基体との物理的特性が近似する透光性材料を用いることが好ましい。
【００３１】
また、前記した実施形態においては、白熱電球におけるガラスバルブ表面に赤外線反射被膜を形成したものとしたが、ガラスバルブ内に不活性ガスとともに微量のハロゲン元素を封入したハロゲン電球と称す白熱電球の場合であっても、フィラメントからガラスバルブに放射される媒体である不活性ガスの屈折率は空気と略等しい約１．０であるから同様の赤外線反射被膜を形成することで、高い赤外線反射特性と、良好な可視光透過率特性を得ることができる。また、赤外線反射被膜は電球内側表面に設けることも、外側に設けることもできるが、外側に設ける場合の方が成膜工程を施し易く好ましい。
【００３２】
更にまた、赤外線反射被膜を電球以外の光学物品、例えば、ミラー等に形成してコールドミラーとすることもでき、電球以外の他の光学物品にも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の赤外線反射被膜付き光学物品によれば、従来のように可視域の分光透過特性において色付きを示すようなことのない、高い透過率と無着色性を有し、且つ、少なくとも９００ｎｍから１５００ｎｍの広い赤外線領域において５０％以上の高い反射特性を有するものとすることができる。
【００３４】
該赤外線反射被膜を白熱電球のガラスバルブに設けた場合には、高い可視域透過率特性と、高い赤外域反射特性を有することから、フィラメントにて発せられたエネルギーをフィラメントに有効に帰還させることができる。特に、白熱電球の放射エネルギーが高い１０００ｎｍ付近を中心に８００〜１８００ｎｍの広い範囲内で高い反射率を有するようにしているので、白熱電球の効率をより一層向上できる等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の赤外線反射被膜を設けた電球の要部を示す説明図である。
【図２】 赤外線反射被膜を設けた要部を拡大して示す説明図である。
【図３】 実施例１の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図４】 実施例２の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図５】 実施例３の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図６】 実施例４の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図７】 実施例５の赤外線反射被膜の透過率特性を示す説明図である。
【図８】 従来の赤外線反射被膜を設けた電球の説明図である。
【図９】 図８の電球の赤外線反射被膜を設けた箇所を拡大して示す説明図である。
【図１０】 従来の赤外線反射被膜の透過率特性の説明図である。
【図１１】 従来の別の赤外線反射被膜の透過率特性の説明図である。
【符号の説明】
１ 電球
２ ガラスバルブ
３ 赤外線反射被膜
３１ 第１多層膜
３２ 第２多層膜
３３ 第３多層膜
９０ 白熱電球
９１ ガラスバルブ
９２ 口金
９３ フィラメント
９４ 赤外線反射被膜
９５ 高屈折率材料層
９６ 低屈折率材料層
Claims (6)
- 屈折率が約１．５の基体表面上に複数の多層膜からなる透光性赤外線反射被膜が形成されてなる光学物品において、
前記透光性赤外線反射被膜は、高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）の多層構造とした第１多層膜と、
高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）と中間の屈折率の中間屈折率材料（Ｍ）とからなる多層構造とした第２多層膜とを有し、
多層膜を形成する高屈折率材料（Ｈ）層の光学的膜厚：ｎＨｄＨ＝λｗ／４をＨとして表し、低屈折率材料（Ｌ）層の光学的膜厚：ｎＬｄＬ＝λｗ／４をＬとして表し、中間屈折率材料（Ｍ）層の光学的膜厚：ｎＭｄＭ＝λｗ／４をＭとして表したとき（ここでｎＨ、ｎＬ、ｎＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の屈折率、ｄＨ、ｄＬ、ｄＭは高屈折率材料層、低屈折率材料層、中間屈折率材料層の物理的膜厚、λｗは光学的膜厚の設計波長を示し、λ１は第１多層膜の設計波長、λ２は第２多層膜の設計波長である）、以下の条件（ａ）〜（ｄ）を満足することを特徴とする赤外線反射被膜付き光学物品。
（ａ）第１多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／２）とした第１層、光学的膜厚をＨとした第２層および光学的膜厚を（Ｌ／２）とした第３層の３層構造を基本構成とし、該基本構成をｘ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／２） Ｈ （Ｌ／２）〕ｘ、（ｘは２以上の整数）
（ｂ）第２多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／ａ２）とした第１層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ２）とした第２層、光学的膜厚を（Ｈ／ｃ２）とした第３層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ２）とした第４層および光学的膜厚を（Ｌ／ａ２）とした第５層の５層構造を基本構成とし、該基本構成をｙ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／ａ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｈ／ｃ２） （Ｍ／ｂ２） （Ｌ／ａ２）〕ｙ
ここで、ｙは２以上の整数、２＜ａ２＜４、２．５＜ｂ２＜４．５、１＜ｃ２＜２とする。
（ｃ）第１多層膜の設計波長λ１、第２多層膜の設計波長λ２は、７８０≦λ１≦１２００ｎｍ、１２００ｎｍ≦λ２≦２２００ｎｍとする。
（ｄ）中間屈折率材料（Ｍ）の屈折率ｎＭを、０．３２（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬ＜ｎＭ＜０．６０（ｎＨ−ｎＬ）＋ｎＬとする。 - 前記光学物品に形成した赤外線反射被膜は、前記第１多層膜及び第２多層膜と共に、高屈折率材料（Ｈ）と低屈折率材料（Ｌ）と中間の屈折率の中間屈折率材料（Ｍ）とからなる多層構造とした第３多層膜とを有し、
前記（ａ）〜（ｄ）の条件と共に以下の条件（ｅ）〜（ｆ）を満足することを特徴とする請求項１記載の赤外線反射被膜付き光学物品。
（ｅ）第３多層膜は、前記基体表面側から順に光学的膜厚を（Ｌ／ａ３）とした第１層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ３）とした第２層、光学的膜厚を（Ｈ／ｃ３）とした第３層、光学的膜厚を（Ｍ／ｂ３）とした第４層および光学的膜厚を（Ｌ／ａ３）とした第５層の５層構造を基本構成とし、該基本構成をｚ周期繰り返した以下の式により表現される膜。
〔（Ｌ／ａ３） （Ｍ／ｂ３） （Ｈ／ｃ３） （Ｍ／ｂ３） （Ｌ／ａ３）〕ｚ
ここで、ｚは１以上の整数、２＜ａ３＜４、２．５＜ｂ３＜４．５、１＜ｃ３＜２とする。
（ｆ）第３多層膜の設計波長λ３は、１２００ｎｍ≦λ３≦２２００ｎｍとする（但し、λ２≠λ３）。 - 前記赤外線反射被膜が、第１多層膜と第２多層膜を積層したものであり、
第１多層膜の設計波長λ１が約９５０ｎｍ、第２多層膜の設計波長λ３が約１５００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の赤外線反射被膜付き光学物品。 - 前記赤外線反射被膜が、第１多層膜、第２多層膜及び第３多層膜を連続して積層したものであり、
第１多層膜の設計波長λ１が約９５０ｎｍ、第２多層膜の設計波長λ２が約１２８０ｎｍ、第３多層膜の設計波長λ３が約１６００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の赤外線反射被膜付き光学物品。 - 前記赤外線反射被膜は、前記基体と接する低屈折率材料層（Ｌ）が省略された多層膜とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか記載の赤外線反射被膜付き光学物品。
- 前記基体が電球のバルブであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか記載の赤外線反射被膜付き電球。
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