JPH01271707A - 紫外線カットフィルタの製法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、紫外線を特異的にカットする紫外線カット
フィルタの製法に関する。

〔従来の技術〕

従来、水銀灯等を用いた照明器具のカバーガラスやメガ
ネ用レンズ、ビルの窓ガラス等において、ランプ光や自
然光中に含まれる紫外線から人体（特に目）および被照
射物を保護するため、紫外線カツトフィルタが用いられ
ている。とりわけ最近では、照明の光源として、高輝度
化のためにＩ］Ｑｌランプ（高輝度放電灯；Ｈ：水銀灯
、Ｑ：高圧放電灯、■：ヨウ化物混合放電灯）が使用さ
れるようになっているが、このＨＱＩランプにおいても
、使用時に発せられる紫外線をカッｌ−Ｌ、被照射物の
変色、変質等を防ぐ働きをする紫外線カツトフィルタが
必要とされている。

このような紫外線カツトフィルタとしては、従来、以下
のようなものが用いられてきた。

■　紫外線カツトガラス；ガラス組成中にＣｅ、Ｖ、Ｆ
ｅ、Ｐｂ、”ｒ’ｉ等の紫外線を吸収する元素を混入さ
せたもの。たとえば、ＣｅＯ，、ＶｚＯｓ　、Ｆｅ２０
ｘ　、ＰｂＯ，Ｔｉ０ｚ等の紫外線吸収剤をガラス組成
に添加し、溶融、成形することにより作製される。

■　紫外線カツト多層干渉膜（多重干渉膜）；第２図に
みるように、ガラス等の透明基材１表面に、互いに屈折
率の異なる２種類の物質（たとえば、金属酸化物；Ｔｌ
０ｚ、ＳｉＯ□等）からなる誘電体薄膜（光学的厚さλ
／４）４および５が交互に何層も積層されてなるもの。

■　紫外線吸収剤含有塗膜；透明性のある塗料中に有機
または無機の紫外線吸収剤を分散させたものを、基材に
塗布してなるもの。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の従来技術には、いずれも一長一短
があって、それぞれに下記のような問題点が残されてい
た。

はじめに、上記■の紫外線カツトガラスでは、ガラス自
体の組成を変えなければならないためコストが高くつく
、という問題がある。さらに、この紫外線カットガラス
作製中に、ガラス内に不純物やゴミ等が混入することが
多く、その結果、たとえばこれを照明器具に使用した場
合には、ランプの熱による熱衝撃でガラスが自爆してし
まう恐れがある。また、上記のような紫外線吸収元素（
あるいは紫外線吸収剤）が含まれているために、可視光
線の吸収が生じてガラス生地が着色し、可視光域の透過
率が低下してしまう。

■の紫外線カツト多層干渉膜（第２図）は、近年、多用
されるようになってきたものであるが、第１に、基材表
面に凹凸があるものには、この多層膜を形成できない、
あるいは、形成できても効果が得られない、という問題
がある。すなわち、この多層干渉膜の場合は、積層され
た各層の膜厚が所定の値から少しでも外れると、可視域
の透過率低下あるいは紫外域のカット率の低下につなが
ってしまうため、厳密に所定の膜厚のものを均一に積層
する必要がある。ところが、基材表面に凹凸があると、
たとえば膜形成に有機金属浸漬焼成法（ディッピング法
）を採用した場合、開部分に塗料が溜まって所定の膜厚
を付けることができなかったり、また物理的蒸着法を採
用した場合は、表面凹凸に応して膜厚にバラツキが生じ
たり、あるいは凹凸が陰になって、蒸着物質が付着する
部分としない部分ができてしまったりするため、所期の
効果が得られなくなってしまうのである。第２には、膜
作製のための物理的または化学的蒸着法等を実施する際
の設備コストが高いことから、製造コストも高価になっ
てしまうことに加え、多層干渉膜にするための積層が相
当数必要であって、工数がかかる、という難点がある。

加えて、異種の薄膜を交互に積層するため、互いの膨張
率の違いから、耐熱衝撃性に劣り、積層膜にクラックが
生じやすい、という問題もある。

■の紫外線吸収剤含有塗膜には、分散される紫外線吸収
剤として有機系のものが用いられることが多いが、この
有機系の吸収剤は、使用に伴って光源等の熱あるいは紫
外線により劣化して、紫外線吸収作用を失ってしまう、
という問題を有している。他方、無機系の紫外線吸収剤
は、可視光域にも大きな不透過ピークがある（つまり、
膜が着色しでいる）ことから、実用的でない。

以上の事情に鑑み、この発明は、可視光領域の光透過率
は高いが紫外線の透過率は極めて低く、かつ、耐熱衝撃
性、耐候性等に優れ、基材の表面性状等にも制約を受け
ない紫外線カットフィルタの製法を提供することを課題
とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記課題を解決するため、この発明は、透明基材の少な
くとも片面に酸化亜鉛からなる薄膜が設けられている紫
外線カツトフィルタを得るにあたり、亜鉛化合物を下記
（Ａｌ−（ト））；（Ａ）　　芳香族系炭化水素類 ０３）　　アルコール類 （Ｃ）　ケトン類 （Ｄｉ　　精油系テルペン炭化水素類 （Ｅ）含窒素化合物 のいずれかに属する化合物のうちの少なくとも１種を含
む溶剤に溶かして得られるコーティング液を前記基材上
に塗布した後、焼付けるようにしている。

〔作　　　用〕

コーティング液中の亜鉛化合物（有機系あるいは無機系
）は、焼付け（焼成）により酸化されて酸化亜鉛を生じ
、基材上には均一な酸化亜鉛薄膜が形成される。この酸
化亜鉛は、３８０ｎｍ以下の紫外域の光透過率はほぼ０
％であるが、可視光線の吸収はなく、この領域の光透過
率は非常に高い、という特性を有している。したがって
、得られる紫外線カットフィルタは、極めて高度な紫外
線カツト性能（紫外線カット率９８〜９９％以上）およ
び可視光線透過性能（可視光域透過率低下５％以内）を
備えたものとなる。この両特性は、基材の表面性状の影
響を受けることなく、たとえば、サンドプラス１〜処理
等を受けた凹凸のあるガラス板上においても、何ら低下
することなく発揮される。

さらに、酸化亜鉛薄膜は、優れた耐熱衝撃性。

耐候性、耐久性等を有している。

〔実　施　例〕

原料となる亜鉛化合物は、分子中に亜鉛を含んだ化合物
であれば、有機系、無機系のいずれであってもよく、特
に限定はされない。たとえば、有機系のものとしては、 ■　オクチル酸亜鉛、２−エチルヘキサン酸亜鉛。

ナフテン酸亜鉛等のカルボン酸塩（金属石鹸）、■　ア
セチルアセトナト亜鉛等のキレート化合物（錯体）、 ■　各種亜鉛アルコキシド、 ■　ジアルキル亜鉛、ジフェニル亜鉛等の有機亜鉛化合
物、 等が、好ましい一例として挙げられる。無機系のものと
しては、硝酸亜鉛、塩化亜鉛等の一般的な塩を用いるこ
とができる。これらの亜鉛化合物は、単独で用いてもよ
いし、複数種を併用してもよい。

上記亜鉛化合物を溶かず溶剤としては、下記（Ａｌ−（
む 囚　芳香族系炭化水素類（ベンゼン、トルエン。

キシレン、シメン、ナフタレン等） ０３）　　アルコール類（イソプロピルアルコール、ブ
チルアルコール等） （ａ　ケトン類（アセＩ〜ン、アセチルアセトン、ジエ
チルケトン等） ｔＤｌ　　精油系テルペン炭化水素類（ジペンテン、α
−ピネン、テレピン油、ミルセン等） （転））含窒素化合物（ピリジン、キノリン等の窒素複
素環化合物、各種アミン類等） のいずれかに属する化合物のうちの少なくとも１種を含
むものを用いる。これらは、溶質である亜鉛化合物の熔
解性、沸点、基材に対する濡れ性などの点から選ばれた
ものである。さらに、高温（Ｅ００℃以上程度）で亜鉛
化合物と反応、もしくは溶剤自身が重合してタール状に
なり、塗膜を形成することもできる。なお、上記＋Ａ１
〜（転）の化合物が、各々、括弧内に示された具体例に
限定されないことは言うまでもない。

上記溶剤は、上記化合物のうちの１種からなる単独溶剤
でもよいが、それが低沸点溶剤の場合にば、形成される
膜が白濁する恐れもあるため、必要に応じて、適宜、高
沸点溶剤との混合溶剤を調整して用いることが好ましい
。これらの手狭／混合溶剤の沸点は、たとえば、１００
〜２００℃程度であることが好ましいが、これに限定さ
れることはない。

また、溶剤沸点を上げるという上記同様の理由から、上
記（Ａ）〜（Ｅ）以外の溶剤として、不飽和脂肪酸（た
とえば、オレイン酸、リノール酸等）を−部添加するこ
とも好ましい。その場合の添加量についても、上記（Ａ
）〜（Ｅ）の主となる溶剤の種類等に応じて適宜設定さ
れることが好ましく、特に限定はされないが、たとえば
、コーティング液全体に対し、１０〜２０重量％程度含
まれていることが好ましい。

コーティング液の濃度は、特に限定はされないが、おお
よその目安として、ＺｎＯ濃度換算で５重量％前後であ
ることが最も好ましい。あまり濃度が高いと、得られる
膜が白濁したり、剥離したりする恐れがあり、一方、あ
まり低すぎるようでは、紫外線をカットするために必要
とされる所定な膜厚が得られない傾向が見られる。

以上のようにして調製される、この発明におけるコーテ
ィング液には、さらに、必要に応じて、その他の各種添
加剤が含まれていてもよい。たとえば、基材への塗布状
態を向上させるために、スクリーン油等のレベリング剤
を添加することも好ましい。

透明幕村上へのコーティング液の塗布（塗装）方法は、
特に限定はされず、要は均一な塗膜が得られればよい。

たとえば、コーティング液中に基材を浸漬し、それを一
定速度で引き上げたのち乾燥して焼成を行う、ディッピ
ング法（有機金属浸漬焼成法）等により実施することが
好ましい。もちろん、その他の方法（たとえば、静電塗
装、スプレー塗装等）を採用することもできる。

焼付は条件（温度１時間等）についても、特に限定され
ることはなく、用いる亜鉛化合物、溶剤等に応じて、適
宜設定されることが好ましい。具体的に例を示すと、上
記のような亜鉛化合物を用いる場合、４７０℃以上の温
度で、３０〜６０分間程度の焼付けを行うことが一般的
に好ましい。

これにより、亜鉛化合物の分解、酸化反応が完全に行わ
れ、その結果、基材上に透明な酸化亜鉛薄膜が形成され
る。

酸化亜鉛薄膜の膜厚は、特に限定はされないが、充分な
紫外線カツト効果が得られるために、５００Å以上（乾
燥膜厚；以下同様）であることが好ましい。ここで、こ
の酸化亜鉛薄膜は、単層構造であってもよいし、何層も
積層された多層構造となっていてもよい。このように、
薄膜の積層数は１層に限定されるものではないため、た
とえば、ＩＮでは紫外線カット効率が低い（膜が薄ずぎ
る）場合などには、何層も積層して多層膜にして厚みを
かせぐこともできる。そして、そのようにして得られた
酸化亜鉛薄膜全体の厚みが５００Å以上であれば、この
発明における効果が充分に得られるのである。また、１
層の膜厚は、３０００Å以下程度であることが好ましく
、これを越えると、薄膜にクラックが生じたり、基材と
の密着性が低下して剥離が起こったりする恐れがある。

さらに、多層構造にする場合でも、可視光線の透過率低
下を防止するために、最終的な全体の膜厚は、５０００
Å以下程度にしておくことが適切であ１す るが、これに限定されることはない。

第１図は、以上のようにして製造された紫外線カツトフ
ィルタの一実施例の断面を、模式的にあられしている。

同図（ａ）にみるように、この発明の紫外線カットフィ
ルタにおいて、酸化亜鉛薄膜２は、ガラス等の任意の透
明基材１の片面に形成されていてもよいし、同図（ｂ）
にみるように、基材１の両面に形成されていてもよい。

さらに、第１図（Ｃ１にみるように、この酸化亜鉛薄膜
２上に重ねて、ＳｉＯ□、Ａｌ□Ｏｘ　、　Ｍ　ｇＦ２
等からなる透明保護膜３を形成してもよい。

それにより、酸化亜鉛薄膜２単独の場合よりも表面硬度
を向上させることができ、清掃時等に傷が入るような心
配も解消される。また、酸化亜鉛は両性酸化物であって
、酸性、アルカリ性のいずれの溶液にも可溶であるが、
この透明保護膜３を積層することにより、紫外線カツト
フィルタの耐薬品性（耐酸性、耐アルカリ性）を向上さ
せることも可能となる。さらに、基材１上に酸化亜鉛薄
膜２が設けられた場合、未処理ガラスに比べて、可視光
線透過率がやや低下する傾向が見られるが、酸化亜鉛薄
膜２よりも屈折率の小さい同透明保護膜３が積層される
ことにより、反射防止膜の効果が得られ、可視光線透過
率が向上する、という利点もある。

上記透明保護膜の形成は、電子ビーム等を用いた真空蒸
着、スパンタリング、イオンブレーティング等の各種物
理的蒸着法（ＰＶＤ）　、化学的蒸着法（ＣＶＤ）、あ
るいはディッピング法などの一般的方法により行われ、
特に限定はされない。

その膜厚は、上記のように可視光線の透過率を増加させ
るために、７００〜１２００人程度であることが最も適
切である。

第３図には、未処理並板ガラス（実線）、ＺｎＯ薄膜形
成ガラス（破線）、ＺｎＯ薄膜およびＳｉＯ２透明保護
膜形成ガラス（−点鎖線）の分光透過率特性をそれぞれ
示す。同図にみるように、ＺｎＯ薄膜が形成されたガラ
スは、波長３８０ｎｍ以下の紫外線を非常に良くカット
している。また、ＺｎＯ薄膜上に透明保護膜を設けた場
合は、可視光線透過率も一層良好なものとなっている。

なお、この発明における酸化亜鉛としては、通常は、Ｚ
ｎＯ組成のものを用いることが好ましいが、これに限定
されることはなく、ＺｎｚＯ等の酸化形態の異なるもの
を併せて、または単独で用いることもできる。また、透
明基材としても、特に限定されることはなく、任意の形
状および表面性状を有する一般的な各種ガラスなどが、
自由に選択されうる。

つぎに、さらに具体的な実施例を、比較例と併せて説明
する。

一実施例１− 縦横１００＋＋ｍ、厚さ４龍のガラス板を充分に洗浄し
、これを基材とした。

下記成分からなるコーティング？＆（以下、％は重量％
をあられす）； を調製し、その中に上記基材を浸漬し、毎分３００ｍ１
の速度で引き上げた後、１５０℃×１０分間の乾燥、つ
いで５００℃×３０分の焼成を行って、酸化亜鉛薄膜を
得た（第１図（ａｌ参照）。

一実施例２− 下記配合からなるコーティング液； を用いるようにする他は、上記実施例１と同様にしてデ
ィッピング法による塗布を行い、１２０°Ｃ×１０分の
乾燥、６００℃×３０分の焼成により酸化亜鉛薄膜を得
た。

一実施例３− 下記配合からなるコーティング液； を用いるようにする他は、上記実施例１と同様に塗布お
よび焼成を行い、酸化亜鉛薄膜を得た。

一実施例４− 下記配合からなるコーティング液； を用いるようにする他は、上記実施例１と同様に塗布お
よび焼成を行い、酸化亜鉛薄膜を得た。

一実施例５一 実施例４において、引き上げ速度を１００ｍｍ／分にし
て、得られる酸化亜鉛薄膜の厚みを変えるようにした。

一実施例６一 実施例４において、引き上げ速度を４００１１／分にし
て、得られる酸化亜鉛薄膜の厚みを変えるようにした。

上記実施例４と同様にして酸化亜鉛薄膜を形成した後、
さらにこれを、下記配合からなるコーティング液； の中に浸漬し、１００ｍｍ／分の速度で引き上げた。つ
いで、８０℃×１０分の乾燥、５００℃×３０分の焼成
を行い、膜厚９００人のＳｉＯ□透明保護膜を形成した
（第１図（Ｃｌ参照）。

−比較例１− 組成中にＣｅＯ□，ＴｉＯ□を含む紫外線カントガラス
　（Ｓｉｎ□：５　８．４，＾ＩｚＯｉ：　１．６，Ｃ
ａＯ：　４．３，　ＭｇＯ：２、７，ＮａｔＯ：１　４
．４＋ＫｉＯ：　０．９，ＣｅＯ−：１　６．６　、Ｔ
ｉＯｚ：　１．１（％）〕を用い、下記の特性評価を行
った。

−比較例２− 第２図にみるように、実施例と同様のガラス基材１に、
電子ビーム蒸着法により、ＴｉＯ□層４（膜厚１１４０
人）とＳ　ｉＯｘ層５（膜厚１８１０人）が交互に合計
１２層積層された多層干渉膜（基材上の第１ＮがＴｉＯ
□薄膜、最上層が３４０ｇ薄膜）を作製した。

上記実施例および比較例の各サンプルにつき、下記■、
■の特性評価を行った。

■　分光■挫 各サンプルの２００〜７８０ｎｍにおける分光透過率（
％）を、自記分光光度計（日立製作所部；Ｕ−３４００
）により測定し、第４図に示したようなチ中−トを得た
。これに基づき、以下のようにして、紫外線カツト率お
よび可視光線透過率を算出した。

★紫外線カット率（ＣＰ） ・第４図中のＢの面積を求める。

・　（Ａ＋Ｂ）の面積は、図にみるように、（３８０−
２００）　ｎｍ　Ｘ　１００％−１８０００であるから
、Ａの面積は（１８０００−Ｂ）で求められる。

・したがって、紫外線カツト率ＣＰ（％）は、下記式に
より算出される。

ＣＰ＝　（Ａ／　（Ａ＋Ｂ）：］　ｘｌｏｏ−（１８０
００−Ｂ）　／　１８０ ★可視光線透過率（Ｔ） ・第４図中のＤの面積を求める。

・　（Ｃ＋Ｄ）の面積は、図にみるように、（７８０３
８０）ｎｍｘ　１００％＝　４００００である。

・したがって、可視光線透過率Ｔ　（％）は、下記式に
より算出される。

Ｔ−（Ｄ／／　（Ｃ＋Ｄ）　）　ｘｌｏｏ−Ｄ／４００ ■　薮慇血撃仕 各サンプルに対して急熱急冷による熱衝撃試験を行い、
試験後の膜状態を目視により観察、評価した。なお、急
熱急冷は、１０分間で６００℃まで等速昇温し、その温
度を１０分間保った後、１０分間かけて常温にまで等速
で冷却する、という条件で行った。

以上の結果を、第１表に示す。

第１表 第１表にみるように、比較例に比べて実施例では、単層
の酸化亜鉛薄膜により、３８０ｎｍ以下の紫外線に対し
ていずれも９８％以上という高度な紫外線カツト率が達
成できた。可視光線透過率についても、もともとの未処
理ガラス基材の同透過率が約９２％であることから、酸
化亜鉛薄膜における可視光線透過率は非常に高（、透過
率の低下は５％以内であることが判明した。この可視光
線透過率は、酸化亜鉛薄膜上に透明保護膜を形成するこ
とにより（実施例７）、より一層高度なものとなった。

また、実施例の紫外線カツトフィルタは、いずれも、耐
熱衝撃性が良好であり、熱衝撃による割れ等が発生する
ことはなかった。加えて、それらは耐久性に優れ、熱あ
るいは紫外線による劣化等とも無縁であった。

〔発明の効果〕

この発明にかかる紫外線カツトフィルタの製法は、基材
の表面性状（凹凸）等の制約を受けることなく適用され
るものであり、複雑な工程等を必要とせず、容易かつ安
価に、均一な酸化亜鉛薄膜が形成されることを可能にす
る。

得られる紫外線カットフィルタは、酸化亜鉛薄膜が単層
構造であっても、従来の多層干渉膜や紫外線カントガラ
ス等を用いたフィルタよりも一層高度に紫外線をカット
でき、同時に可視光線の透過を妨げることもない。さら
に、従来に比べ、耐熱衝撃性、耐候性、耐久性等が向上
し、熱や紫外線等による劣化のない紫外線カツトフィル
タとなっている。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜ｆＣ）は、この発明にかかる製法により
得られる紫外線カットフィルタの一実施例を模式的にあ
られす断面図、第２図は従来の紫外線カット多層干渉膜
の一例を模式的にあられす断面図、第３図はｉＭられた
紫外線カツトフィルタ（処理ガラス板）および未処理ガ
ラス板の分光透過率特性をあられずグラフ、第４図は実
施例および比較例において紫外線カツト率および可視光
線透過率の算出法を説明するグラフである。 １・・・透明基材　２・・・酸化亜鉛薄膜代理人　弁理
士　　松　本　武　彦 ＾ 濱圃条（メ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　透明基材の少なくとも片面に酸化亜鉛からなる薄膜
   が設けられている紫外線カットフィルタを得るにあたり
   、亜鉛化合物を下記（Ａ）〜（Ｅ）；（Ａ）芳香族系炭
   化水素類 （Ｂ）アルコール類 （Ｃ）ケトン類 （Ｄ）精油系テルペン炭化水素類 （Ｅ）含窒素化合物 のいずれかに属する化合物のうちの少なくとも１種を含
   む溶剤に溶かして得られるコーティング液を前記基材上
   に塗布した後、焼付けるようにすることを特徴とする紫
   外線カットフィルタの製法。