JPS63206332A - 赤外線反射ガラスの製造方法 - Google Patents

赤外線反射ガラスの製造方法

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JPS63206332A
JPS63206332A JP3777787A JP3777787A JPS63206332A JP S63206332 A JPS63206332 A JP S63206332A JP 3777787 A JP3777787 A JP 3777787A JP 3777787 A JP3777787 A JP 3777787A JP S63206332 A JPS63206332 A JP S63206332A
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は赤外線反射ガラス、特に自動車の窓ガラスに適
した赤外線反射ガラスに関するものである。
[従来の技術] 従来、窓ガラスを通して自動車室内に流入する太陽光を
一部カットし、自動車室内部の温度上昇を低減し、冷房
負荷を軽減する目的で、あるいは、直射光を減らすこと
によって感覚的に暑さを低減して快適性を向上させるな
どの目的で、赤外線反射ガラス(ソーラーコントロール
ガラス)あるいは熱線吸収ガラスの採用が検討されてき
た。しかしながら、安全性の面から視認性を確保するた
めに可視光透過率70%以上という規格が日本及び米国
にあり、またヨーロッパでは75%以上という規格があ
るため、要求される特性を満足する赤外線反射ガラスに
被着される膜としては、透明酸化物膜/Ag膜(膜厚1
00〜200人)/透明酸化物膜の構成に限られていた
。(特公昭47−111315号公報参照)この構成に
用いられる透明酸化物膜としては、T1021ZrO2
,HfO2、5n02. ZnO,In2O3あるいは
これらの混合物などからなる膜が知られていた。この構
成を用いた場合には、可視光透過率が80%を超える赤
外線反射ガラスも容易に得られる。
しかしながら、このAg膜を用いた系の最大の欠点は、
耐擦傷強度や化学的耐久性が極端に悪いことである。大
気中に数日間放置するだけで劣化が始まる。ウェーザー
メーター試験や天然バクロ試験、恒温恒湿試験などでも
、1日とたたないうちに著しい膜の変質を生ずる。した
がって、このAg膜を用いた赤外線反射ガラスは、合せ
ガラス、または複層ガラスとしてしか用いることができ
ず、自動車の窓ガラス用の場合は通常合せガラスとして
用いざるを得ない。
しかしながら、合せガラスとじて用いられるのは、高級
車を除いては自動車の場合フロントガラスのみであり、
特に側面ガラス、リヤガラス用の赤外線反射ガラスとし
ては単板であることがコスト面から要求されている。こ
のような単板で用いられる側面ガラスやリヤガラスに使
える自動車用赤外線反射ガラスはこれまでは実現されて
いなかった。
一方、スウェーデンの研究グループの発表した文献(B
、Karlgson、 C,G、Ribbing : 
5PIEVo1.324  ”0ptical Coa
tings for Energy Effic−ie
ncy and 5olar App目cations
” (1982)p、52〜57)により、Tin、 
ZrN、 )lfN (1)薄膜を高屈折率透明誘電体
膜でサンドイッチすることにより、 Agなどの貴金属
薄膜を用いた3層系赤外綿反射膜に代わりうる赤外線反
射膜が得られる可能性があることが示唆されていた。し
かしながら、彼らのデータは、高温CVD法により作成
しだ厚膜のTie、 ZrN、 HfHの光学定数を用
いて透明誘電体膜(n−2,4)/ TiN膜、又はZ
rNll1、又は)HfH膜(膜厚:100人〜500
人)/透明誘電体膜(n=2.4)の構成で計算したも
のである。しかしながら、窒化膜を薄くしていくと、次
第にバルクの光学定数とは異なってくるので、計算どお
りの膜を作成することはきわめて困難である。
事実1通常のマグネトロンスパッタ法で1作成したTi
N薄膜の光学定数を用いて計算したところ、可視域での
視感度透過率は最適膜厚の組み合わせで最大70%であ
り、試作結果では80%ぐらいであった。
次に、本発明者らは、通常のマグネトロンスパッタに高
周波プラズマを付加することにより、スパッタ圧力を1
01Torrから10−’Torr台に下げた結果、高
品質のTiN IIIeZrN膜が得られることを見い
出した。その膜の光学定数は、通常のスパッタ膜よりは
バルクのそれに近く、高い赤外反射率を示した。その膜
を使用して、T i02/ TiN / TiO++の
膜構成で可視光透過率がどこまで向上するか調べたが、
実際上85%が限度であった0文献(R,P、Hows
on、 M、1.R4dge、K。
5uzuki :5PIE Vol、42B ”0pt
ical Materials andProcess
  Technology for  Energ7 
 Efficiencyand 5olar Appl
ications” p、14〜21参照)[発明の解
決しようとする問題点] 従来の自動車用高透過赤外線反射ガラス、即ちソーラー
コントロールガラスは前述のように 100〜200人
のAg薄膜を透明酸化物膜でサンドイッチした構成を有
しているので、耐擦傷強度、化学的な耐久性が著しく悪
く、よって合せガラスや複層ガラスとしてしか用いるこ
とができないという問題点を有していた。
また、Tie、 ZrN、 HfNなどの膜を透明酸化
物膜又は誘電体膜でサンドイッチした構成は、これまで
の蒸着やスパッタなどで作成した窒化物薄膜の光学定数
が、バルクのそれと大きくかけはなれているために、理
論的には、可視光透過率が70%以上になるということ
は知られていたにもかかわらず、実際には85%という
のが、実現されたにとどまっていた。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、本発明は、ガラス基板面に少なくとも透明誘電体膜
又は透明導電性酸化物膜からなる第1層と、窒化膜から
なる第2層と、透明誘電体膜又は透明導電性酸化物膜か
らなる第3層が形成されてなり、上記窒化膜はZr、 
Ti及びHfの少なくとも1種を含む窒素含有合金を主
成分とするものであって、該窒化膜はアーク蒸着法によ
り形成されていることを特徴とする赤外線反射ガラスを
提供するものである。
第1図は、本発明に係る赤外線反射ガラスの一部断面図
を示したものであり、lはソーダライムシリケートガラ
スからなる普通板ガラス。
フロート板ガラス、各種色調の熱線吸収ガラス、アルミ
ノシリケートガラス、リジウムアルミノシリケートガラ
ス、硼珪酸塩ガラスその他各種ガラスから選ばれるガラ
ス基板、2は透明誘電体膜又は透明導電性酸化物膜から
なる第1層、3は窒化膜からなる第2層、4は透明誘電
体膜又は透明導電性酸化物膜からなる第3層を示す。
本発明は、上記した様な3層構成の赤外反射性膜が形成
されるものであるが、場合によってはガラス基板と赤外
反射性膜との間に1層又は複数層のガラスからのアルカ
リ成分溶出防止膜や付着性向上膜やその他塔種機能膜を
形成してもよいし、あるいは又上記赤外反射性膜の上層
に1層又は複数層の保護膜や各種機能膜を形成してもよ
い。
本発明における最も大きな特徴は、窒化膜をアーク蒸着
法により形成していることにある。
文献(SPIE Vol、324 p、52〜57)に
記載されているTiO2膜/TiN膜/TiO2膜、Z
 r02膜/ZrN11i/ZrO2膜、HfO2膜/
HfN膜/HfO2膜の分光特性は、すべて高温CVD
法によって作成した厚11TtN、ZτN、 Hf14
の光学定数を用いて算出したものである。したがって、
可視光透過率が70%以上のものが、得られるように示
されているが、これに用いられるTiN、 HfN、 
ZrNの薄い膜で、バルクに近い高温CVD法で作成し
た膜の光学定数を再現することはきわめて困難である。
この場合要求されるのは 100〜200人の膜厚で平
坦で、かつ、バルクの特性に近いことであり、高温CV
D法では、このような膜を実現することは不可能である
。即ち、高温CVD法では粒成長しやすいため島状構造
をとりやすく、連続した薄い平坦性の優れた膜を作るこ
とはきわめて難しい、また、実際上、自動車に用いられ
る光学特性の均一性はきわめて厳しいので、面内分布が
生じやすく、しかも高温加熱が必要とされるCVD法は
適しているとは言えない。
次に考えられるのは、物理的な手法、即ち蒸着法やスパ
ッタ法やイオンブレーティング法を用いることである。
蒸着法は、反応性に乏しく、窒化膜を形成することはで
きない、生産性を考えると最も適しているのが、スパッ
タ法である。特に、プレーナーマグネトロンスパッタ法
は、建築用赤外線反射ガラス、自動車用赤外線反射ガラ
スの生産に使われており、優れた均一性と生産性を有し
ている。このスパッタ法により窒化膜を形成することは
可能である。しかしながら、このスパッタ法も光学的反
応性、エネルギーが不足しており、十分な特性を有した
窒化膜を得ることは困難である0図2に、この方法で試
作した中で最もバルクに近い特性を有すると考えられる
スパッタ法によるTiN膜(300ム)の光学定数を用
いて、計算したTiO2膜(屈折率2.3) / Ti
N膜/TiO2膜(屈折率2.3)の3層系膜を有した
ガラスの分光透過率(Ti値)を示した。これから明ら
かなように、300人の膜の光学定数を有した100人
のTiN膜の場合で可視光透過率(Ti)は70%にぎ
りぎり到達するが、実際には、実用を考えた場合、70
%を超えることは不可能と言わざるを得ない。
次に文献(SPIE Vol、428 p、14〜21
) ニ示される低圧力高周波プラズマ支110Cマグネ
トロンスパッタ法の場合について説明する。この方法は
、通常のマグネトロンスパッタ法の基板とターゲットの
間に高周波導入用コイルを設け、高周波プラズマを発生
させることによって、スパッタの作業圧力を2X 10
−’Torr近傍まで広げたものである。この方法の特
徴は、 10−’Torr台で得られるTie、 Zr
N膜などが、金色で高い赤外反射性能を示し、バルク特
性に近くなることにある、したがって、この方法で作成
した膜を用いることにより、前述の70%以上の可視光
透過率′ を有する赤外線反射膜を形成できるはずであ
る。しかしながら、図3に示すように、65%前後の可
視光透過率が得られたにとどまり、今のところ70%を
越えるものは実現されていない。
アーク蒸着法とは、文献(Proc、 IPAT ’8
5゜Munich 11385 p、205 : P、
Haffo and D、G、Teer。
文献)などに記載されている手法であり、その特徴は、
蒸発物質及びガスの著しく高いイオン化率にある0文献
によると、 100%の金属がイオン化されるとも言わ
れている。その結果、非常に高い反応性が得られ、金属
と窒素が十分反応し、しかも、イオン化率の影響により
、バルクに近い特性を有した緻密な硬い窒化膜(特にT
tN )が得られるとされている。
本発明においては、窒化膜のバルク特性を100〜20
0人前後の薄膜で実現するために上記のアーク蒸着法を
採用した。
透明誘電体膜又は透明電導性酸化物膜の形成方法として
は、特に規定するものではないが、アーク蒸着法との組
み合わせが可能なスパッタ法などが適している。
しかし、より硬い膜が必要な場合には、RFバイアスス
パッタ法や、イオンブレーティング法などを用いてもよ
いし、また、窒化膜と同じアーク蒸着法を用いてもかま
わない。光学特性面からは窒化膜の形成方法が問題であ
る。
ここでいうアーク蒸着法は、前記文献の方法のみではな
く、アーク放電を利用して作成した高密度のプラズマを
用いた薄膜形成手段でもかまわない、必要なことは、窒
化膜を形成する際に著しく高い密度のプラズマにより金
属がほとんどイオン化あるいは励起化されることが必要
なのである。
図4にT i02膜/ZrN膜/TiO2膜の構成で、
TiO2膜の屈折率2.50、吸収係数0、ZrN膜の
屈折率、吸収係数を高温CVD膜(文献値)の値と仮定
して光学特性(可視光透過率Tv+太陽光透過率TE)
を計算した結果を示している。横軸はTi0zll!厚
である0図から明らかなように、ZrN膜が10(1人
の場合、Tva+axs79%であり、その時、TE−
85%となる。また、ZrN IIIが200人の場合
はTvmax−75%であり、その時T[・54%とな
る。
図5は、Tih膜の屈折率が2.3の場合であり、Zr
N膜が100人のときはTV−79%となり、そのとき
↑E−66%、 ZrN IIIが200人のときは。
丁VIa11〜74%であり、そのとき TE寓53%
となる。
図2は、TiO2膜/スパッタ法により形成したTiN
膜/Ti0z膜の3層構成について、中間のTiNll
51でCVD法によるTiN膜の場合と比較して、Tv
値のTiCh膜厚依存性を示している0図から明らかな
ようにZrN膜100人で、 TBax館71%であり
、バルクに近いTiN膜を使った場合とTvmaiに大
きな違いがあることがわかる。よって、従来のスパッタ
法を使うかぎりにおいてはTv>70%を達成すことは
きわめて難しいと言わざるを得ない。
[作用] 本発明の透明誘電体膜又は透明導電性酸化物膜/窒化膜
/透明誘電体膜又は透明導電性酸化物膜の三層構成にお
いて、第2層の窒化膜は赤外線反射機能を受は持つもの
であり、できるだけバルク特性に近いことが必要とされ
る。バルクに近い窒化物薄膜は、高い赤外反射率を示し
、かつ適度な可視光透過率を有する。その膜厚は必要と
されるTV値にもよるが70〜400人の範囲から選択
される。特に、自動車用窓として要求されるTv≧70
%以上を得るためには、100〜300人が適当である
。アーク蒸着法は上記のようなバルクに近い窒化膜を7
0〜400人の厚さで作ることを可能にする。これは、
前にも述べたように、蒸発物質及び反応ガスのほぼ10
0%がイオン化あるいは活性化されるために、高い反応
性かつ、高密度、高硬度の膜が実現できる。
一方、第1層及び第3層の透明誘電体膜又は透明導電性
酸化物膜は窒化膜の可視域での反射防止機能を受は持つ
、必要とされる屈折率は高いほど望ましく、通常2.0
〜2.5の範囲で選択される。もちろん、この範囲外で
も使用可能である。その厚みは、屈折率、必要とされる
分光特性から決められ、通常250〜700人の範囲が
適当である。特に自動車用窓として要求されるTV≧7
0%以上を得るためには300〜600人が適当である
。具体的な材料としては、?i02.ZrO2゜HfO
2、Ta205.ダイヤモンドカーボン、c−BN。
などの透明誘電体膜が、又透明導電膜としては5110
2.1+1203. ZnOなどが適している。その製
法は規定するものではないが、生産性のすぐれたスパッ
タ法やそれを改良したRFバイアススパッタ法、イオン
ブレーティング法あるいはアーク蒸着法などが適してい
る。
本発明の赤外線反射ガラスは、高透過率でかつ、すぐれ
た耐久性を有することから、種々の用途に用いることが
できる。特に単板として用いることができる。又、自動
車以外の車両用窓ガラスや建築用赤外線反射ガラスやそ
の他高い可視光透過率を維持したまま、太陽光をカット
じたい用途に最適である。
また、本発明はガラスを基板としているが、プラスチッ
クの上に上記した3層構成の赤外線反射膜にコートした
プラスチックフィルムにも本発明と同じ要領で作成可能
である。
[実施例] 実施例1 ガラス基板をスパッタ装置の真空槽にセットし、 IX
 1O−6Torrまで排気した0次に酸素ガスを真空
槽内に導入し、圧力を 1.?X 1O−3Torrと
し、亜鉛ターゲットを高岡波マグネトロンスパッタして
、基板上に第一層としてZnOの膜を形、成した。この
ときの膜厚は約500人となるようにした0次にこのガ
ラスをアーク蒸着装置にセットし、 IX 1O−5T
orrまで排気した。次に窒素ガスを真空槽内に導入し
、圧力を2X 10−3↑orrとし、Tiをアークタ
ーゲットとして、アーク放電を開始させ、アーク蒸着法
によりTiN膜をZnO膜の上に形成した。このときの
アーク電流値は40Aであり、所定時間コートし、膜厚
は100人になるようにした0次いで第1層と同じ条件
でZnOの第3層を約500人形成した。
%を示しており、近赤外域では激減している。
このことから高い可視光透過率と有効な太陽光遮断性能
を有していることがわかる。このとき可視光透過率は7
4%、太陽光透過率は5O%、膜面側反射率5.0%と
いう性能が得られ、かつ、ウェザ−メーター800hr
、恒温恒湿テスト(80°C85%RH) 1週間でも
まったく変化は見られず、Ag膜系に比べて著しく耐久
性の優れた赤外線反射膜が得られた。
図7はスパッタ法によるZnO膜/アーク蒸着法による
TiN膜/スパッタ法によるZnO膜/ガラス基板にお
いてZ!10 II!の膜厚を変えたときの分光特性を
示している。このことから、可視光透過率を最大にする
ZnO膜の最適膜厚が存在することがわかる。
第8図はアーク蒸着法によるTiN膜の膜厚を変えた場
合のTiN単層膜の分光特性を示している。
実施例2 ガラス基板をスパッタ装置にセットし、 l×1O−6
Torrまで排気した0次に酸素ガスを導入し、圧力を
 3X 1O−3Torrとし、Tiターゲットを用い
て、反応性DCマグネトロンスパッタ法により、T i
02膜を500人形成した0次いで、このガラス基板を
アーク蒸着装置にセットし、 l×1O−5↑orrま
で排気したのち、窒素ガスを導入し、圧力を 5X 1
O−3Torrとしな、Zrをアークターゲットとして
、アーク放電を開始させ、アーク蒸着法により、 Zr
N膜をTiO2膜の上に形成した。このときのアーク電
流値は80Aであり、所定時間コートし、膜厚は100
人ぐらいになるようにした0次いで第1層と同じ要領で
、 TiO2膜の第3層を約500人形成した。
こうして得られた試料の分光透過率、反射率を図9に示
す、可視域の透過率の最高値は76%を示している。こ
のとき、視感透過率T、は73%、太陽エネルギー透過
率TEは48%である。
これらの膜は、耐久性や強度にすぐれ、ウェザ−メータ
ー800hr、恒温恒湿テスト(eo℃95%RH) 
1週間でもまったく外観には変化は見られず、すぐれた
特性を示した。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の膜構成を示す図である。 図2は、 RFプラズマ支援低圧力DCマグネトロンス
パッタ法で作成したTiO膜/TiN膜/T+02膜/
ガラス基板の分光特性を示す図である。 図3は、T i02膜/スパッタ法によるTiN膜/T
iO2膜のTマ値のT i02膜の膜厚依存性を、Ti
O2膜/CVD法ニヨ;b TiN膜/TiO2膜、及
びTiO2膜/CVD法によるZrN膜/TiO2膜の
場合と比較して示した図である。 図4は、T i02膜の屈折率が2.5の場合のT i
02膜/CVD法によるZrN膜/TiO2膜のTv、
 TEのTiO2膜の膜厚依存性を示す図である。 図5はTiO2膜の屈折率が2.3の場合のT i02
膜/CVD法によるZrN膜/TiO2膜のTV+ T
EのTlO2膜の膜厚依存性を示す図である。 図6は、試作したスパッタ法によるZnO膜/アーク法
によるTiN膜/スパッタ法によるZnO膜の分光特性
を示す、 a、b、c、dは測定場所による違いである
。 図7は、スパッタ法によるZnO膜/アーク蒸着法によ
るTiN膜/スパッタ法にょるZnO膜において、Zn
O膜の膜厚を変えた場合の分光特性を示す図である。 図8は、膜厚の異なるアークTiN膜の分光特性を示す
図である。 図9は、試作したスパッタ法によるTiO2膜/アーク
蒸着法によるZrN膜/スパッタ法によるTiO21t
lの分光特性を示す図である。 諏りびJ頭d  1 図面の浄書 凹 1 図2 図3 図4 図5 入しψリーン Cb) 図ム 図面の浄書                力紙3団
 7 国θ 図面の浄書      別fんr ン((〕−ン 回 q 手続補正指令書) %式% 1、事件の表示 昭和62年特許願第37777号 2、発明の名称 赤外線反射ガラス 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住 所  東京都千代田区丸の内二丁目1番2号名称 
(OO4)旭硝子株式会社 昭和62年4月28日(手続補正指令書の発送日)8、
補正により増加する発明の数    なし7、補正の対
象 (1)図面 8、補正の内容

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガラス基板面に、少なくとも透明誘電体膜又は透
    明導電性酸化物膜からなる第1層と、窒化膜からなる第
    2層と、透明誘電体膜又は透明導電酸化物膜からなる第
    3層が形成されてなり、上記窒化膜は、Zr、Ti及び
    Hfの少なくとも1種を含む窒素含有合金を主成分とす
    るものであって、該窒化膜はアーク蒸着法により形成さ
    れていることを特徴とする赤外線反射ガラス。
  2. (2)可視光透過率が70%以上、太陽光透過率が60
    %以下、膜面側可視光反射率が8%以下であることを特
    徴とする自動車の窓ガラスに適した赤外線反射ガラス。
JP3777787A 1987-02-23 1987-02-23 赤外線反射ガラスの製造方法 Granted JPS63206332A (ja)

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