JPH0239107A

JPH0239107A - 多層干渉膜

Info

Publication number: JPH0239107A
Application number: JP18824788A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Oishi; 大石　正浩
Original assignee: Toshiba Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Priority date: 1988-07-29
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1990-02-08

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
互重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）従来、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、酸化ジルコニウムなどから
なる高屈折率層とふっ化マグネシウムや二酸化けい素な
どからなる低屈折率層とを反射器内面に真空蒸着などの
手段によって交互に形成して重層したものである。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
れぞれ適当にすることによって、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、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
に対し均一に成層するのに有利である。（３）原材料の
入手が容易でかつ安価に得られるためである。そして、
このような赤透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、可視光は透過して
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、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、上述の赤透膜と同様、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
ネシウムや二酸化けい素などからなる低屈折率層とをバ
ルブ面に交互重層したもので、各層の厚さを赤透膜と異
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、」二連の赤透
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透膜と同
様な理由により低屈折率Ｊケ材料としてふっ化マグネシ
ウムが多用されている。

（発明が解決しようとする課題）上述の反射鏡付ハロゲン電球は点灯すると反射器が高温
に熱せられ、赤透膜もまた高温に曝され、しかも点滅す
るたびに激しい熱衝撃を受ける。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
あるいは膜外化などのおそれがあり、耐久性に問題を有
していた。

従来、このようなふっ化マグネシウムを使用した多層干
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）格別な酸化物層を多層干渉膜の層間に導入する。

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が知ら扛でいるが、これ
らを単に被覆しただけでは不充分であり、多層干渉膜の
最下層から膜剥れ、膜クラツクが生じる欠点がある。ま
た、（ｂ）の方法は成る程度の向上は認められるが効果
が不充分で実用性に乏しい。（ｃ）の方法は酸化物層と
しては酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタ
ンなどがあるが、これを多層干渉膜中のどの層間に導入
するかで膜応力が変化しゃすく、必ずしも耐久性向」二
に寄与しない。また、これらの酸化物には本質的に高屈
折率物質も含まれており、保Ｓ層の厚さとその位置によ
っては光干渉特性に悪影響を及ぼすおそれがあり、干渉
膜設計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Ｎ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）本発明は多層干渉膜において、低屈折率層を二酸化けい
素を３〜３０重量％含有したふっ化マグネシウムで構成
したことによって多層干渉膜の耐高温特性と耐熱衝撃性
とを向上したものである。

（作　用）二酸化けい素はふっ化マグネシウムとの適合性が極めて
良好で、二酸化けい素を含有させたことによりふっ化マ
グネシウム層が緻密化できる。また、二酸化けい素は高
温耐久性に優れ、これを含有させたことによりふっ化マ
グネシウムの高温耐久性も改善される。さらに二酸化け
い素は基体や各種成分の高屈折率層との密着性が良いた
め、これを含有させることによりふっ化マグネシウムの
密着性が向上し、剥離やき裂が防止できる。さらに、二
酸化けい素はふっ化マグネシウムと光屈折率が近似して
いるので、ふっ化マグネシウムの光屈折率を変化させる
ことが少なく、干渉膜の光学設計が容易である。

（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はハロゲン電球に適用し
たもので、多層干渉膜として赤透膜を用いた。その詳細
を第１図によって説明する。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）はこのガラス反射鏡（２）内面に
形成した赤透膜、（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）の端面から外導線（１４）　、　（１４）を導
出しである。

上記ガラス反射鏡（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）で接着定して、フィラメント（１
３）を反射部（２１）の焦点に位置させである。

上記赤透膜（３）は第２図に模型的に拡大して示すよう
に１反射部（２１）の面に硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる
高屈折率！　（３１（）　（右下リハッチング）と二酸
化けい素（ＳｉＯ□）を３〜３０重量％含有するふっ化
マグネシウム（ＭｇＦｚ）からなる低屈折率層（３Ｌ）
　（右上りハツチング）とを多数層交互重層しである。

ここで、二酸化けい素の含有率とは二酸化けい素とふっ
化マグネシウムとの合計を１００とした重量％をいう。

そして、各層（３８）、（３Ｌ）の光学的膜厚は１／４
λ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・（ＨＬ）’・（Ｈｒ、）′″・空気λ□　　　
　λ２ここで、Ｈは硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる高屈折率層、
Ｌは二酸化けい素（ＳｉＯｚ）を３〜３０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．λ２は設計波長である。

なお、第２図には示してないが赤透膜（３）の最表層た
とえば低屈折率層（３Ｌ）表面にほうけい酸ガラスから
なる保護層を形成してもさしつかえない。

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：　１．３　Ｘ　１０−２〜６．７　Ｘ　
１０−″２パスカル（：　Ｉ　Ｘ　１０”−’−５Ｘ　
１０−’Ｔｏｒｒ）（２）反射鏡蒸着面温度＝１２０〜
２００℃（３）蒸着源：抵抗加熱または電子銃また、本実施例では蒸着処理終了後に電気炉中で３５０
〜５５０℃１時間の熱処理を施こして定着させた。

この反射鏡付きハロゲン電球を点灯するとフィラメント
（１３）から放射された光のうち可視光が赤透膜（３）
で反射して前方に向かい、赤外線は赤透膜（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。

このとき、ガラス反射鏡（２）はハロゲン電球（１）か
らの放熱によって高温に熱せられるが、赤透膜（３）の
低屈折率層（３Ｌ）を構成するふっ化マグネシウムに二
酸化けい素を含有させたので、高温耐久性に優れ、反覆
点灯に耐えられる。

つぎに、このようにして得られた多層干渉膜における低
屈折率層（３Ｌ）中の二酸化けい素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２時間放
置し、そののち取出し冷却後の干渉膜の状態について調
査する。

（２）点灯試験：　１００Ｖ　３６０１ｉ１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
覆し、累計１００時間までの干渉膜の経時変化について
検査する。

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

（４）引張り試験：＃６００のスコッチテープを１／２
インチＸ１００ｍｍの大きさにして貼着し、急激に引き
剥して、そのときの干渉膜の状態について調査する。

上述の検査は試験前後の多層干渉膜について、膜表面観
察、分光特性測定、膜厚測定、膜強度測定など、多方面
の観察と測定とを行なって評価した。そして、評価の結
果は下記の記号によって表現した。

Ｏ・・・極めて良好 ○・・・良好 Δ・・・普通 ×・・・悪いこの結果を次表に示す。

この表からふっ化マグネシウムに二酸化けい素を全く含
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特に高温耐久性において劣るこ
とが認められる。すなわち、二酸化けい素の含有量が３
重量％を下回ると高温耐久性向上の効果が得られず、ま
た、３０重量％を上回ると層中の二酸化けい素とふっ化
マグネシウムとの適合性が悪くなり、特に熱衝撃性に対
して弱くなり、不都合が生じる。そこで、本発明におい
て低屈折率層を構成するふっ化マグネシウムの二酸化け
い素含有量を３〜３０重量％に限定した。

このように、二酸化けい素を含有させて得られる効果は
、二酸化けい素とふっ化マグネシウムとの適合性が極め
て良好なため、これを含有させたふっ化マグネシウム層
が緻密化し、また、二酸化けい素の特性とする高温耐久
性がぶつ化マグネシウム層を保護することによる。また
、真空蒸着などの成層時に二酸化けい素は反射鏡のガラ
スあるいは高屈折率層成分との付着力が強いため、これ
を含有させたふっ化マグネシウムＪ１イの付着力と密着
性とを強化することも理由である。さらに、二酸化けい
素はふつ化マグネシウムと光屈折率が近似しているので
、二酸化けい素を含有させても光屈折率があまり変化せ
ず、光干渉膜の光学設計が容易な利点もある。

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管形バルブ、
（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１で説明しかつ第２図
で示した赤透膜（３）と同様な構造と同様な成分からな
り、形成方法もほとんど同じであるが、ただ各層の光学
的厚さを前述の赤透膜（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。

そうして、本実施例２においても赤反膜（６）の低屈折
率層が赤道膜のそれと同様二酸化けい素を３〜３０重景
％含有したふっ化マグネシウムで構成され、赤道膜と同
様、高温度で反覆使用しても剥離、き裂、昇華などの不
良が発生するおそれがほとんどなく耐久性に優れ、経時
変化が少ない利点がある。

なお、本発明の多層干渉膜は上述の冷光反射鏡や冷光電
球に限定されることなく、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、本発明は二酸化けい素を含
有したふっ化マグネシウム層が膜の表面側の２層以上で
あれば良好な結果が得られる。そこで、本発明において
反射鏡、バルブ、フィルタ基板などを総称して透光性基
体と称する。

〔発明の効果〕

このように本発明の多層干渉膜は低屈折率層を二酸化け
い素を３〜３０重量％分有するふっ化マグネシウムで構
成したもので、高温耐久性に優れ、高温条件で反覆使用
しても剥離やき裂などがほとんど発生しな利点がある。

【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）・・・ガラス反射器（３）・・・多層干渉膜の一例である赤道膜（３Ｈ）・
・・高屈折率層（３Ｌ）・・・低屈折率層（５）・・・バルブ（６）・・・多層干渉膜の他の例である赤反膜（７）・
・・フィラメントハロゲン電球′ 代理人　弁理人　大　胡　典　夫第　　１　図第　　２　　図第図

Claims

【特許請求の範囲】

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重層してなり、上記低屈折
率層は二酸化けい素を３〜３０重量％含有したふっ化マ
グネシウムからなることを特徴とする多層干渉膜。