JPH02161403A - 多層干渉膜 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は透光性基体面に高屈折率層と低屈折率層とを交
互積層してなる多層干渉膜において、高温耐久性を向上
して長寿命にしたものである。

（従来の技術） たとえば、映写機などの光源として使用される反射鏡付
きハロゲン電球はハロゲン電球の背後にガラス反射鏡を
対設し、この反射鏡内面に可視光反射赤外線透過膜（以
下赤道膜と略称する。）を形成したもので、この赤道膜
によって、ハロゲン電球から放射された光のうち可視光
を前方に反射し、赤外線を透過して後方に放射させるも
のである。この結果、この反射鏡付きハロゲン電球は赤
外線をほとんど含まない可視光、いわゆる冷光を放射し
、映写機の光源として用いればフィルムを熱損するおそ
れがなく、また、店舗照明に用いれば商品を熱損するお
それがないなどの利点がある。

上記の赤道膜は酸化チタン、酸化ジルコニウム。

硫化亜鉛などからなる高屈折率層と、ふっ化マグネシウ
ム、ふっ化カルシウム、二酸化けい素などからなる低屈
折率層とを反射鏡内面に真空蒸着などの手段によって交
互に形成して積層したものである。そして、赤道膜は高
屈折率層と低屈折率層との層の厚さをそれぞれ適当にし
たことによって、光の干渉を利用して可視光を反射し赤
外線を透過するものである。そして、層の厚さを正確に
管理することによって１反射または透過する波長域を正
確に決定し、かつシャープにすることができる。

しかして、赤道膜の形成方法として、種々の方法が知ら
れているが、特に真空蒸着法が蒸着厚さを正確に管理で
きるので賞用されている。また、低屈折率層材料として
ふっ化マグネシウムが多用されている。その理由は、 （１）蒸着法による薄膜形成が容易である。

（２）蒸着時基体に対する廻り込みが良好で、特に曲率
を有する基体面に対して均一に成層するのに有利である
。

（３）　ｇ材料の入手が容易でかつ安価に得られる。

など有利な条件を備えているためである。そして、この
ような赤道膜はバンドパスフィルタやカラーフィルタな
どの光学膜にも使用できる。

さらに、管形バルブの中心線に沿ってコイルフィラメン
トを封装してなるハロゲン電球において、バルブの外面
に可視光透過赤外線反射膜（以下赤反膜と略称する。）
を形成し、赤反膜によってフィラメントから放射された
光のうち赤外線を反射してフィラメントに帰還させてこ
れを加熱して発光効率を向上し、可視光を透過して外界
に放射させるものが多用されている。このハロゲン電球
は赤外線をフィラメントに帰還させて再利用するので発
光効率が良く、シかも放射可視光中に赤外線が少ないの
で、複写機用光源に用いた場合原稿を焦損しない利点が
ある。この赤反膜もまた、上述の赤道膜と同様に酸化チ
タンや酸化ジルコニウムなどからなる高屈折率層とふっ
化マグネシウム、ふっ化カルシウムあるいは二酸化けい
素などからなる低屈折率層とをバルブ面に交互積層した
もので、各層の厚さを赤道膜と異なる値にしたことによ
って光の干渉により可視光を透過し赤外線を反射するも
のである。そこで、上述の赤道膜や赤反膜のように、光
の干渉を利用して特定波長域の光を反射し、他の特定波
長域の光を透過する光学膜を多層干渉膜と総称する。そ
して、赤反膜においても赤道膜と同様な理由により、低
屈折率層材料としてふっ化マグネシウムが特に多用され
ている。

（発明が解決しようとする課り 上述の反射鏡付きハロゲン電球は点灯すると反射鏡が高
温に熱せられ、透過膜もまた高温に曝され、しかも点滅
するたびに激しい熱＃ｊ撃を受ける６同様に、上述した
ハロゲン電球においても、点灯するとバルブが高温に熱
せられ、赤反膜もまた高温に曝され、しかも点滅のたび
に激しい熱衝撃を受ける。このように、多層干渉膜はそ
の用途上高温度環境下で使用される場合が多く、また激
しい温度変化を受けることが多い。

このように、苛酷な温度条件で使用されると、従来の多
層干渉膜は剥離やクラックあるいは膜昇華などのおそれ
があり、耐久性に問題を有していた。従来、このような
多層干渉膜の高温耐久性を向上させる手段として下記の
手段が採用されている。

（ａ）多層干渉膜の表面を保護膜で被覆する。

（ｂ）熱処理を施こす。

（Ｃ）多層干渉膜の眉間に格別な酸化物層を導入する。

しかしながら、（ａ）の方法は保護膜として酸化ジルコ
ニウム、酸化アルミニウムなどの薄膜が知られているが
、これらを単に被覆しただけでは不充分であり、多ＩＩ
ＩＷ干渉膜の最下層から剥離やクラックが発生する欠点
がある。また、　（ｂ）の方法は成る程度の向上が認め
られるが、効果が不充分で実用性に乏しい。（ｃ）の方
法は酸化物層として酸化ジルコニウム層や酸化チタン層
などがあるが、これを多層干渉膜中のどの層間に導入す
るかでｊ膜応力が変化しやすく、必ずしも耐久性向上に
寄与しない。また、これらの酸化物には本質的にＫ１１
１折率物質も含まれており、保護層の厚さとその位置に
よって光干渉特性に悪影響をおよぼすおそれがあり、光
干渉膜が複雑になる欠点がある。

そこで、本発明の課題は耐高温特性と耐熱ｉ撃性とに優
れ、光学特性にも悪影響のない多層干渉膜を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は低屈折率層を低屈折率物質にはうけい酸ガラス
を５〜３０重址％含有させて構成したことによって熱耐
久性を向上し、しかも光学特性には何んの悪影響も与え
ないようにしたものである。

（作　用） ほうけい酸ガラスは一般に熱膨張率が２０〜４５×１０
−’　／　℃でかつ光屈折率が１．４６〜１．４７の間
にある。

そして、低屈折率層を構成する低屈折率物質にこのよう
なはうけい酸ガラスを含有させると、低屈折率物質と基
体または高屈折率層との付着力が格段に強化され、歪み
の集中を防ぎ、しかもほうけい酸ガラス自体の耐熱性も
高いので、低屈折率層の耐高温特性と耐熱衝撃性とを同
時に向上させ、しかもはうけい酸ガラス自体が低屈折率
物質と同程度の屈折率であるので、光学特性を低下させ
ることもない。

（実施例） 本発明の詳細を下記の各実施例によって説明する。

実施例１ 本実施例１は本発明を反射鏡付きハロゲン電球に適用し
たもので、多層干渉膜として赤道膜を用いた。その詳細
を第１図によって説明する０図中。

（１）はハロゲン電球、（２）はこのハロゲン電球（１
）の背後に対設したガラス反射鏡、（３）はガラス反射
鏡（２）内面に形成した赤道膜、（４）はハロゲン電球
（１）をガラス反射鏡（２）に結合する耐熱性接着剤で
ある。

上記ハロゲン電球（１）は石英ガラスなどの耐熱ガラス
からなる筒形（Ｔ形）バルブ（１１）の一端を圧潰封止
して封止部（１２）を形成し、バルブ（１１）内にタン
グステンコイルフィラメント（１３）を封装し、封止部
（１２）の端面から外導、ｍ（１４）、（１４）を導出
しである。

上記ガラス反射ｆｉ　（２）はガラスを一体成形したも
ので、内面が回転放物面をなす反射部（２１）の背後に
ハロゲン電球（１）の封止部（１２）を収容する筒形口
金部（２２）を一体に突設しである。そして、ハロゲン
電球（１）の封止部（１２）を口金部（２２）内に位置
させ、耐熱性接着剤（４）で接着固定して、フィラメン
ト（１３）を反射部（２１）の焦点に位置させである。

上記赤道１１！Ｊ　（３）は第２図に模型的に拡大して
示すように、反射部（２１）の面に硫化亜鉛（ＺｎＳ）
からなる高屈折率層（３＋１）（右下リハッチング）と
、ふツ化マグネシウム（ＭｇＦｚ　）を主成分とし、こ
れにはうけい酸ガラスを１０〜３０重量％含有させた低
屈折率層（３Ｌ）　（右上リハッチング）とを多数層交
互積層して構成されている。ここではうけい酸ガラスの
含有率とははうけい酸ガラスとふっ化マグネシウムとの
合計を１００とした重量％をいう。また、上述のはうけ
い酸ガラスは熱膨張率が２０　Ｘ　１０−’　／　’Ｃ
ないし４５　Ｘ　１０−７／’Ｃの範囲にあり、かつ屈
折率が１．４ナイＬ　１．４７（７）　８囲ニアル。ソ
シテ、各Ｊｆｌ　（３）１）　、　（３Ｌ）の光学的膜
厚は１／４λの交互層設計で、その構成は次のようにな
っている。

ガラス・（ｌ化）６・（）ＩＬ）＠・空気λ、　　λ２ ここで、Ｈは硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる高屈折率層、
Ｌはほうけい酸ガラスを５〜３０重量％含有するふっ化
マグネシウム（ＭｇＦ２）からなる低屈折率層。

λ４、λよは設計波長である。

このような多層干渉膜（３）を形成するには一般に真空
蒸着法が用いられる。その代表的な蒸着条件を示せば次
のとおりである。

（１）真空度：　１．３Ｘ１０−２〜６，７　Ｘ　１０
−”パスカル（Ｌ　Ｘ　１０−’　−５Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒ）（２）反射鏡蒸着面温度：　１１０−１５０℃
（３）蒸着源：抵抗加熱または電子銃 さらに、本実施例では蒸着処理終了後電気炉中で３５０
〜５５０°Ｃで１時間の熱処理を施して定着させた。

この反射鏡付きハロゲン電球を点灯する。すると、フィ
ラメント（１３）から放射された光のうち可視光が赤道
膜（３）で反射して前方に向かい、赤外線が赤道ｊ摸（
３）を透過して後方に向かう。この結果、この反射鏡付
きハロゲン電球は赤外線の少ない可視光、いわゆる冷光
を前方に放射するので、被照射物を加熱損傷するおそれ
のない光源として賞用される。

しかして、この反射鏡付きハロゲン電球は点灯中のハロ
ゲン電球（１）からの放熱によってガラス反射鏡（２）
が高温に熱せられるが、このものは低屈折率層（３Ｌ）
を構成するふっ化マグネシウムにはうけい酸ガラスを含
有させたので、ふっ化マグネシウムの微結晶がガラスに
よって結着されて強化され、かつこのガラスが反射鏡（
２）のガラスおよび高屈折率層（３Ｈ）に強く融着して
おり、この結果、低屈折率層（３Ｌ）と高屈折率層（３
Ｈ）との結合力が強く、熱衝撃による歪みが緩和されか
つ歪みに対する抵抗力が強化され、剥離やクラックのお
それが大幅に減少した。

特に、この多層干渉膜（３）は低屈折率層（３Ｌ）に含
有させるガラスとしてほうけい酸ガラスを用いたので、
ガラス自体の高温耐久性が低屈折率層を保護するように
作用し、膜の強度、耐久性を向上させる効果がある。こ
れは低屈折率物質、特にふっ化マグネシウムとはうけい
酸ガラスとの適合性が良好で、電子顕微鏡による観察に
よれば非常に緻密な膜が形成され、膜の安定性が向上す
るためである。

つぎに、この多層干渉膜（３）における低屈折率Ｍ　（
３Ｌ）中のはうけい酸ガラスの含有量と高温耐久性との
関係を調査した。耐熱性を評価する項目は次のとおりで
ある。

（１）高温耐久性試験：４８０℃の電気炉中で７２時間
放置し、そののち取出し冷却後の多層干渉膜の状態につ
いて調査した。

（２）点灯試験：　１００Ｖ３６０Ｗのハロゲン電球を
装着し、１５分点灯、１５分消灯のサイクルを反復し、
累計１００時間までの多層干渉膜（３）の経時変化につ
いて検査した。

（３）煮沸試験＝１００℃の沸騰水中に１０分間放置し
、取出した後の膜の状態について検査した。

（４）引張り試験：　　＃６００のスコッチテープを１
／２インチＸ　１１００ａの大きさに貼着し、急激に引
き剥してそのときの多層干渉膜の状態について調査した
。

これらの検査は試験前後の多層干渉膜について、膜表面
の観察、分光特性の測定、膜厚測定、膜強度測定など、
多方面のｗｔ祭と測定とを行なって評価した。そして、
評価の結果を下記の記号によって表現した。

Ｏ・・・極めて良好 ０・・・良好 Δ・・・普通 Ｘ・・・悪い この結果を次表に示す。

（以丁余白） この表からふっ化マグネシウムにはうけい酸ガラスを全
く含有させないもの、およびこれと反対に３３重量％以
上含有させたものについては高温耐久性と点灯試験にお
いて劣ることが認められる。

すなわち、はうけい酸ガラスの含有量が５重量％を下回
ると高温耐久性および耐点灯性向上の効果が得られず、
また、３０重量％を上回ると層（３Ｌ）中のほうけい酸
ガラスとふっ化マグネシウムとの適合性が悪くなり、特
に熱衝撃に対して弱くなり、不都合が生じる。そこで、
本発明において、ふっ化マグネシウムに代表される低屈
折率層に含有させるはうけい酸ガラスの量を５〜３０重
量％に限定した。

また、本発明において、低屈折率層（３Ｌ）に含有させ
るほうけい酸ガラスの熱膨張率は２０〜４５×１０−’
／℃であることが好ましい。通常１本実施例のガラス反
射鏡（２）のように光源近傍で熱履歴に曝されるガラス
部材には耐熱性に優れた低熱膨張率のガラスが使用され
る。このようなガラス基体上に形成される多層干渉膜は
光源の点消灯に伴つて加熱、冷却のたびに基体とともに
膨張、収縮を繰り返す。このため、基体との熱膨張率を
整合させることで熱履歴に伴なう多層干渉膜の歪みが生
じにくくなり長期的な耐熱性と耐久性とが向上する。

本実施例では熱膨張率３７　Ｘ　１０−’　／　℃のガ
ラスで反射鏡（２）を形成したが、上記（１）〜（４）
の各試験の結果、低屈折率層（３Ｌ）に含有させるほう
けい酸ガラスの熱膨張率が上記２０〜４５　Ｘ　１０’
″７／℃の範囲内にあるとき優れた結果が得られた。

また、多層干渉膜においては高屈折率層と低屈折率層と
の屈折率比が大きいほど少ない積層数で広い反射帯域を
得ることができる。一般にほうけい酸ガラスの屈折率は
１，４６以上であり、このガラスを低屈折率層に含有さ
せることで、従来のように低屈折率物質たとえばふっ化
マグネシウムを単体で用いた場合よりも低屈折率層の屈
折率が大きくなり、相対的に高屈折率層との屈折率比が
小さくなってしまう。このため１本発明に用いられるは
うけい酸ガラスの屈折率は低い方がよい。これは低屈折
率層へのほうけい酸ガラスの含有量とも関係し、屈折率
が低いほど低屈折率層へのほうけい酸ガラス含有量の自
由度が拡大し、広い反射帯域を少ない積層数で確保し、
かつ耐久性に優れた多層干渉膜を得ることができる。す
なわち、屈折率の高いガラスを使用する場合には低屈折
率層への含有量を減らし、低屈折率層全体の屈折率を調
整すればよいわけであるが、上記はうけい酸ガラス含有
量の限定範囲５〜３０重量％範囲内においては屈折率が
大きくとも、１．４８を越えないものを用いることが好
ましい。

実施例２ 本実施例２は本発明を複写機などに使用される管形ハロ
ゲン電球に適用したもので、多層干渉膜として赤反膜を
用いた。その詳細を第３図によって説明する。（５）は
石英ガラスなどの耐熱ガラスからなる円筒形バルブ、（
６）はこのバルブ（５）の外面に形成された赤反膜、（
７）はバルブ（５）の中心線に沿って張設されたタング
ステンコイルフィラメントである。

上記赤反膜（６）は前述の実施例で説明し、かつ第２図
で示した光透膜（３）と同様な構造と同様な成分からな
り、成形方法もほとんど同じであるが、ただ各層の光学
的厚さを前述の光透膜（３）と異ならせたことによって
、可視光を透過し、赤外線を反射するようにしたもので
ある。このハロゲン電球においては、フィラメント（７
）から放射された光のうち可視光は赤反膜（６）を透過
して外界に放射され、赤外線は赤反膜（６）で反射され
てフィラメント（７）に帰還してこれを加熱し、発光効
率を向上する。したがって、このハロゲン電球は高効率
で、しかも赤外線の少ないいわゆる冷光を放射する。そ
して１本実施例２においても、赤反膜の低屈折率層が光
透膜のそれと同様、はうけい酸ガラスを５〜３０重斌％
含有したふっ化マグネシウムで構成され光透膜と同様、
高温度で反復使用しても剥離、き裂、昇華などの不良が
ほとんど発生せず、耐久性に優れ、経時変化が少ない利
点がある。

なお、前述の両実施例において、低屈折率層の主成分と
してふっ化マグネシウムを用いたが、その理Ｕ口よふっ
化マグネシウムが上述のとおり安価で、人手しやすく、
薄膜形成およびその品質管理が容易で、得られた多）Ｆ
／Ｊ干渉膜の特性が良いなど多くの利点があり、最も好
ましい例としてあげたもので、もとより本発明はこれに
限られるものでなく、たとえば、ふっ化マグネシウム、
ふっ化アルミニウム、あるいはシリカなどを単独または
混合被着して低屈折率層の主成分としてもよく、いずれ
もはうけい酸ガラスを含有させることにより前述と同様
な効果が得られる。

さらに、本発明の多層干渉膜の用途については別設の制
限はなく、たとえばバンドパスフィルタなどのフィルタ
膜にも適用できる。また、多層干渉膜の形成方法は上述
の真空蒸着法に限らず、塗布焼成法、スパッタリング法
、イオンプレーテング法など既知のどのような手段であ
ってもよい。

さらに、本発明において、積層されたすべての低屈折率
層にことごとくはうけい酸ガラスを含有させることは必
ずしも必要なく、少なくとも表面側の２層にほうけい酸
ガラスを含有させれば上述した本発明の効果がある。そ
して、本発明において、ガラス反射鏡、ガラスバルブ、
フィルタ基体などを総称して透光性基体と称する。

〔発明の効果〕

このように１本発明の多層干渉膜は高屈折率層と低屈折
率層とを交互積ｌｄシたものにおいて、低屈折率層を低
屈折率物質にはうけい酸ガラスを５〜３０重量％含有さ
せて構成したので、低屈折率層の機械的強度が格段に向
上するとともに、基体や高屈折率層との付着強度が格段
に向上し、かつ層間の歪みが緩和されるとともに歪みに
対する抵抗力が向上し、さらに耐高温性も高く、したが
って、耐熱性、耐熱衝撃性、耐Ｈ５華性が高く、長期反
復使用しても剥離やき裂がほとんど生じることがなく、
しかも光学特性も良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多層干渉膜の一適用例の断面図、第２
図は本適用例に用いた多層干渉膜の模型的拡大断面図、
第３図は他の適用例の断面図である。 （１）・・ハロゲン電球　　　　（２）・・・ガラス反
射鏡（３）・・・多層干渉膜の一例である赤道膜（３１
＋）・・・高屈折率層　　　　（３Ｌ）・・・低屈折率
層（５）・・バルブ　　　　　　　（７）・・・フィラ
メント（６）・・多層干渉膜の他の例である赤反膜代理
人　弁理士　大　胡　典　夫 第１図 第２図 手 続 有ＩＪ 正 ＠Ｆ　（自発） １、事件の表示 昭和６３年 特 許 願 第３１６７４４号 ２、発明の名称 多 層 干 渉 膜 ３、補正をする者 フィー７メント 事件との関係

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 透光性基体面に高屈折率層とこの高屈折率層よりも屈折
   率の低い低屈折率層とを交互積層してなり、上記低屈折
   率層は低屈折率物質にほうけい酸ガラスを５〜３０重量
   ％含有させてなることを特徴とする多層干渉膜。