JPH01201021A - 熱線遮蔽材料及び熱線遮蔽ガラス - Google Patents

熱線遮蔽材料及び熱線遮蔽ガラス

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JPH01201021A
JPH01201021A JP2472288A JP2472288A JPH01201021A JP H01201021 A JPH01201021 A JP H01201021A JP 2472288 A JP2472288 A JP 2472288A JP 2472288 A JP2472288 A JP 2472288A JP H01201021 A JPH01201021 A JP H01201021A
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heat ray
ray shielding
heat
film
zno
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JP2472288A
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Setsuo Akiyama
秋山 節夫
Hideyuki Niwa
英之 丹羽
Itsuo Tanuma
逸夫 田沼
Hideo Takechi
秀雄 武市
Masashi Segawa
正志 瀬川
Toshio Naito
内藤 壽夫
Toshio Honda
壽男 本田
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 良束上夏机反立夏 本発明は、建築物や自動車の窓等に適用される熱線遮蔽
ガラス(ここで、ガラスは、ガラス材にて形成されてい
るもの、透明プラスチック材にて形成されているもの、
更に両者の複合体よりなるものを含む広義の意味で用い
る)の製造に好適に用いられる熱線遮蔽材料及び熱線遮
蔽ガラスに関する。
従来の技術及び IIが解 しようとするU最近におい
て、エネルギー節約等の見地から建築物や自動車の窓に
熱線遮蔽ガラスを使用することが要求されているが、こ
のような熱線遮蔽ガラスの製造には、可視光はよく透過
させる一方、近赤外から中・遠赤外線(熱線)を効果的
に遮蔽する材料が必要である。
従来、透過率の急峻な変化を実現させるものとしては、
精密多層膜による干渉法が知られているが、これは主に
精密光学機器等に適用されるものであり、今考えている
建築物、自動車の窓用等の大面積のものに低コストで適
用するのは難しい。
このため、このような用途に使用される熱線遮蔽ガラス
としては、ガラス材や透明プラスチック材の表面に銀等
の金属薄層(数百人)を形成することが行なわれている
。しかし、この種の金属薄層を形成したガラスは、熱線
遮蔽効果は大きいものの、同時に可視光の透過も妨げて
しまい、金属薄層を形成した面が鏡面のように光って見
え、このためこれをビルの窓などに使用するとビル全体
がまぶしく光ってしまうというようなある種の公害を引
き起こす。
これに対し、このような金属薄膜と異なり、可視光域の
高透過率を維持しつつ熱線遮蔽効果が期待されるものと
しては透明導電膜があり、代表的なものとして5no2
やインジウム・スズ・オキサイド(ITO)が知られて
いる。しかし、SnO2は抵抗率が高く(〜10−3Ω
・cm)、即ち導電性が小さく、ITOは高価である等
の問題があり、このため5no2やITOに代わる透明
導電膜として最近酸化亜鉛(ZnO)が注目されている
また、従来よりZnOにAQ等を添加した透明導電性膜
も知られている〔文献A「ジャパニーズ・ジャーナル・
オブ・アプライド・フィジックス(Jpn、J  、A
ppl、Phys、Lett、)2 4  (1985
)L781に文献B「マグネトロンスパッタ法によるZ
nO透明導電性膜の作成」(電気通信学会CPM84−
8);文献C「シン・ソリド・フィルムス(Thin 
5olid Fil+*s)124(1985)43」
:特開昭61−96609号公報など〕。
しかしながら、上述した文献は透明導電性膜の性状につ
いて記載はあるものの、AQ等を含有する7、 n O
膜の熱線遮蔽材料としての利用については噴に可能性を
示唆した程度であり、かかるAQ等を含有するZnO膜
を使用した具体的な熱線遮蔽材料、実際にAQ等を含有
するZnO膜を熱線遮蔽材料として用いる場合の材料パ
ラメーターについては示されていない。
実際、本発明者らの検討によると、かかるAQ等を含有
するZnO膜を熱線遮蔽材料として使用した場合、40
0nm〜800nmの可視域における透過性は良好であ
るが、800nm〜24の近赤外域の波長をかなり透過
させ、また2P〜4−の中赤外域や4−〜1mの遠赤外
域の波長の遮蔽性も十分でない場合があり、なお効果が
不十分な場合があることがわかった。
熱線といっても熱源によりその強度のスペクトル分布は
非常に広い波長範囲に亘っており、例えば太陽光では可
視域は勿論、800nm〜2−の近赤外域にまで及んで
おり、また各種暖房器具では中赤外域から遠赤外域にか
けて拡がっており、従って熱線遮蔽材料としては可視領
域の透過性は保持したまま、中・遠赤外線を効果的に遮
蔽する一方、熱効果の大きい近赤外領域の透過を可及的
に遮断することが望まれる。
するだめの−L生爪 このため、本発明者らは、AQ等を含有するZnO膜を
熱線遮蔽材料として有効に使用することについて更に検
討を進めた結果、ZnO膜中のAQ等の量に加えてその
膜厚が重要なパラメーターであることを知見した。
即ち、熱線遮蔽材料にとって最も重要な特性はどこの波
長の光(電磁波)から遮蔽することができるかという遮
蔽波長であるが、これを示す指標はプラズマ波長である
。プラズマ波長λpは、分光分度針で入射光を短波長か
ら長波長に変化させて行く時、短波長側では光の透過率
が100〜90%であったものが、ある波長から急に透
過率が低下しはじめ、透過曲線が急に折れ曲がりをはじ
める波長の位置を決定するが、プラズマ波長λpは電子
密度Nの値に大きく依存し、電子密度Nが遮蔽波長を支
配すること、従ってより短波長の光(電磁波)から遮蔽
する必要がある場合は電子密度Nを大きな値にする必要
がある。
なお、体積固有抵抗ρは、プラズマ波長λpでの透過曲
線の勾配を決定しており、体積固有抵抗ρが小さくなる
程勾配は急になり、よりシャープに光を遮蔽することが
できるが、熱線遮蔽性能に及ぼす影響では、電子密度N
の方が体積固有抵抗ρよりも大きく、それ放熱線遮蔽効
果の点からは電子密度Nを大きくすることが要求される
ところで、上述した文献B「マグネトロンスパッタ法に
よるZnO透明導電性膜の作成」(電気通信学会CPM
  84−8)にはZnOにAQを添加した場合におけ
る体積固有抵抗ρと電子密度Nと移動度μとの関係が記
述されており、AQを添加したZnO膜はその膜Jld
が厚くなると体積固有抵抗ρが減少すると共に移動度μ
が増大し、電子密度Nは膜厚dと関係なく一定となるこ
とが示されている。従って、従来はAQ等を含有するZ
nO膜の膜厚は電気特性である体積固有抵抗に関係する
(実際には膜厚と移動度が関係するものであるが)とし
ても電子密度には関係せず、それ故光学特性である熱線
遮蔽特性には関係しないと考えられてきたものであるが
、本発明者らの検討によると、後述する実験の結果から
も明らかな通り、意外にも第■族金属元素や第■族金属
元素を含有するZnO膜の膜厚が熱線遮蔽特性を大きく
規定していること、この場合膜厚が2000人より薄い
と近赤外域はもとより中・遠赤外域においても十分な熱
線遮蔽効果がないにもかかわらず、膜厚が2000Å以
上、特に3000Å以上では熱線遮蔽特性が急激に向上
し、中・遠赤外線を有効に遮蔽すると共に、かなり波長
の短い近赤外線をも効果的に遮蔽することを知見した。
更に、膜厚が2000人より薄いと体積固有抵抗が10
−”〜10−3Ω・■と大きいが、2000Å以上にな
ると導電性が急に向上し、10−4Ω・】オーダーとな
ること、その電子密度の測定から第■族又は第■族金属
元素含有ZnO膜の電子密度は高い膜厚依存性を有して
いること、膜厚が2000Å以上では電子密度が飛躍的
に増大して5X10”/a+?以上に達すること、それ
故第■族又は第■族金属元素含有ZnO膜は従来技術の
予測とは全く異なり、その膜厚と電子密度が正の相関関
係を有し、膜厚が2000Å以上になると電子密度も5
X 10”/coi以上に増大し、熱線遮蔽効果が顕著
に増大すること、しかも膜厚が200oÅ以上になって
も可視光透過率は維持され、6000人の膜厚でも90
%以上であることを知見した。
即ち、上述した文献においてはAQ等を含有するZnO
膜の熱線遮蔽材料への応用は単に可能性を示唆した程度
のものであり、熱線遮蔽材料としての材料パラメーター
、特に膜厚については全く示されていないものであった
が、膜厚を2000Å以上にすると熱線遮蔽特性が飛躍
的に向上するという上述した本発明者らの知見に基づき
、更に第■族、第■族金属元素の添加量の検討から、第
111族元素及び第■族元素から選ばれる1種又は2種
以上の金属元素を亜鉛に対して0.1〜lO原子%含有
するZnO膜を2000Å以上形成することにより、建
築物や自動車の窓等の熱線遮蔽ガラスに実際に使用され
るのに適し、可視光をよく透過させる一方、かなり波長
の短い近赤外線から中・遠赤外線をも効果的に遮断し、
熱線遮蔽効果に優れた熱線遮蔽材料が得られることを見
い出し、本発明をなすに至ったものである。
従って、本発明は第■族元素及び第■族元濃から選ばれ
る1種又は2種以上の金属元素を亜鉛に対してO,1〜
10原子%含有する酸化亜鉛膜からなり、かつ該膜の厚
さが2o00Å以上であることを特徴とする熱線遮蔽材
料及び該材料を用いた熱線遮蔽ガラスを提供する。
本発明の熱線遮蔽材料は、このように第■族。
第■族金属元素をZnO膜中に含有させるものであるが
、かかる金属元素としては八〇、 In、 Ga。
SL、TIT Zr、Hf+ Ge等が好適に用いられ
、中でもAQ、Si、Ti、Geが最も好ましい。なお
、これらの金属元素は元素単体として含有させても酸化
物等の化合物として含有させてもよい。これら元素の含
有量は0.1〜10原子%であるが、より好ましくは2
〜4原子%である。更に、膜厚は2000Å以上である
が、より好ましくは3000Å以上、特に3500Å以
上である。
ここで、AQ等の第■族又は第■族金3元素を含有する
ZnO膜を製膜する方法としては、プラズマドライプロ
セスが優れており、これには蒸看法、イオンブレーティ
ング法、CVD法も含まれるが、特に各種スパッタリン
グ法が好適に採用される。このスパッタリング法の中に
は、直流の二極又は二極又は四極スパッタ方式、高周波
スパッタ方式、直流又は高周波のマグネトロンスパッタ
方式、更にイオンビームスパッタ方式等が含まれる。
ZnOへの第■族又は第■族金属元素の添加法としては
、スパッタリング法においてはターゲット中に金属元素
を添加してお(ことで行なわれる。この場合、ターゲッ
トがZn○焼結体の時にはA12201等の酸化物の形
で添加し、金属ZnO時には金属AQ等の金属元素単体
の形で添加するのがよく、この際スパッタリングは直流
又は高周波で行なわれるが、ターゲットが前者の場合は
Arガスでスパッタし、後者の場合はArとo2の混合
ガスで反応性スパッタを行なうことが好適である。
なお、金属元素を添加する方法としては、無添加のZn
O膜を作り、その表面にA[等の金属元素単体を蒸着し
て熱拡散させる方法や、あるいはテトラメチルアルミニ
ウム、テトラエチルアルミニウムのような化合物ガスで
製膜中に導入する方法等も採用することができる。
上記の第■族又は第■族金属元素含有ZnO膜は、その
用途等に応じた適宜な基板上に製膜されて用いられる。
例えば、建築物や自動車用窓等の熱線遮蔽ガラスを得る
場合であれば、ガラス材や透明プラスチック材などに製
膜することができる。
この場合、スパッタリング法を採用して製膜するに際し
ては、SnO,やITOに比べ低温基板での製膜がより
容易であるため、プラスチックフィルム上へも簡単に製
膜することができる。例えば、ポリエステルフィルムの
ような厚みが1m以下、特に数十−から数百−の透明プ
ラスチックフィルム上に上記の方法で2000Å以上の
膜厚の第■族又は第■族金属元素含有ZnO膜を形成す
ることが容易である。なお、基板材料として使用し得る
プラスチック材としては、ポリエステル、ポリアミド、
ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン。
ポリエチレン、エチレン−ビニルアセテート共重合体、
ケン化エチレン−ビニルアセテート共重合体、ポリメタ
クリル酸メチル、ポリビニルブチラール、エチレン−エ
チルアクリレート共重合体。
エチレン−メチルアクリレート共重合体、金属イオン架
橋エチレン−メタクリル酸共重合体、ポリスチレン、ポ
リウレタン、ポリカーボネート、セルロース誘導体等含
まれるが、最も好ましいものはポリエステルフィルム、
ポリアミドフィルムである。
以下、実施例と比較例を示し、本発明を更に具体的に説
明する。
〔実施例1.比較例〕 マグネトロンスパッタ装置により、直径10a11の円
形状でA(2,0,を3.4AQ/Zn原子%含有する
ZnO焼結ターゲットを用い、圧力5mTorrの条件
下に500VX0.5Aの直流で3〜3Q分間スパッタ
を行ない、透明ポリエチレンテレフタート(PET)基
板(100nnX 100+nmX 100−)上に表
に示す膜厚のAQを含有するZnO膜からなる熱線遮蔽
材料を形成した。この場合、基板はターゲットの端にタ
ーゲットに対し垂直に配置し、加熱及びプレスパツタを
行なうことなく製膜を実施した。
次いで、得られた各熱線遮蔽材料につき光学的測定を行
なった。即ち、島津マルチパーパス自動分光光度計MP
S−5000を用いて400〜800nmの可視光領域
及び800〜2500nmの近赤外領域の透過率を測定
し、また2、5〜30癖の中・遠赤外領域については日
本分光赤外分光光度計A−3と正反射測定装置RF−1
1を用いて反射率を測定した。結果を第1表〜第3表に
示す。
第 1 表 可視光透過率(%) 第1〜3表の結果から、AQ含有ZnO膜からなる熱線
遮蔽材料は、光学特性、特に赤外領域における光学特性
がyA厚依存性を示し、膜厚を2000Å以上、特に3
000Å以上にすることにより、中・遠赤外線を効果的
に遮蔽すると共に、近赤外線も可視域にかなり近い波長
のものを遮蔽することが認められ、またこの場合、膜厚
を厚くしても可視光を良好に透過させ1色づき等の問題
もないことが知見された。
次に、各熱線遮蔽材料から10+no+X10IIm+
のサンプルを切り出し、BIORAD社製HALLME
ASUREMEN’l’  SYSTEM HL200
の装置を使用し、ファンデルパラ(van dcr P
auv)法により各熱線遮蔽材料の体積固有抵抗ρ及び
移動度μを測定した。結果を第4表に示す。
また、各熱線遮蔽材料の電子密度Nを測定し、その値よ
りプラズマ波長λpを算出した。この場合、電子の有効
質量としてはm車=0.4及びm*=1.0の2つの場
合について算出した。結果を第5表に示す。
第   4   表 第4,5表の結果から明らかなように、AQ含有ZnO
膜からなる熱線遮蔽材料の体積固有抵抗は大きな膜厚依
存性を有し、体積固有抵抗の変化に伴い移動度も変化す
ると共に、電子密度も膜厚依存性を有し、11!3厚が
20oOÅ以上になると体積固有抵抗が非常に小さくな
り、移動度が大きくなること、また電子密度も大きくな
り、それにつれてプラズマ波長も約5μ前後から約1μ
+1?I後へと大きくシフトしていることがわかる。
従って、上述した光学特性の結果から認められるように
、従来の予期に反して膜厚と電子密度とは正の相関関係
を有し、膜厚が大きくなると電子密度が増大し、しかも
体積固有抵抗が減少し、これにより2000Å以上の膜
厚とすることにより熱線遮蔽効果が顕著に増大すること
が知見された。
〔実施例2〕 実施例1と同様にしてAQ含有量の異なるZnO膜から
なる熱線遮蔽材料を製造した。なおこの場合、膜厚は5
000人とした。
次に、得られたサンプルの体積固有抵抗を測定した。結
果を第6表に示す。
第6表の結果から、AQ含有量は2〜4AQ/Zn原子
%がより好ましいことが知見された。
発明の効果 本発明に係る熱線遮蔽材料は、可視光線透過性に優れて
いると同時に、優れた熱線遮蔽効果を有し、従って建築
物や自動車用窓などの熱線遮蔽ガラスの製造に好適に用
いられると共に、得られた熱線遮蔽ガラスは熱線を効果
的に遮蔽し、可視光線を良好に透過させるものである。
出願人  株式会社  ブリデストン 代理人  弁理士  小 島 隆 司

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第III族元素及び第IV族元素から選ばれる1種又は
    2種以上の金属元素を亜鉛に対して0.1〜10原子%
    含有する酸化亜鉛膜からなり、かつ該膜の厚さが200
    0Å以上であることを特徴とする熱線遮蔽材料。 2、請求項1記載の熱線遮蔽材料を用いた熱線遮蔽ガラ
    ス。
JP2472288A 1988-02-04 1988-02-04 熱線遮蔽材料及び熱線遮蔽ガラス Pending JPH01201021A (ja)

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