JPH02164744A

JPH02164744A - 耐久性の優れた熱線反射性を有する光学体

Info

Publication number: JPH02164744A
Application number: JP63319395A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Takemasa; 武政　康史; Hisakazu Tsuchitani; 槌谷　久和
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1990-06-25
Anticipated expiration: 2010-07-12
Also published as: JPH0764599B2

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］本発明は各種光学的機能を有する耐久性の優れた光学体
に関するものである。

［従来の技術］従来からガラス、プラスチックなどの透明基板に薄膜を
形成して光学的機能を付加したものとして、ミラー、熱
線反射ガラス、低放射ガラス、干渉フィルター、カメラ
レンズやメガネレンズの反射防止コートなどがある。

通常のミラーでは、無電解メツキ法でＡｇが、または真
空蒸着法、スパッタリング法などでＡ１やＣｒなどが形
成される。これらの中でＣｒ膜は比較的丈夫なのでコー
ト面が露出した表面鏡としても一部用いられている。

熱線反射ガラスは、酸化チタンや酸化錫などがスプレー
法、ＣＶＤ法あるいは浸漬法などで形成されてきた。最
近では、金属膜、窒化膜、錫をドープした酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）などがスパッタリング法でガラス板面に形
成されたものが熱線反射ガラスとして使われるようにな
ってきた。スパッタリング法は膜厚コントロールが容易
で且つ複数の膜を連続して形成でき、透明酸化膜と組み
合せて、透過率、反射率、色調などを設計することが可
能である。このため意匠性を重視する建築用などに需要
が伸びている。

室内の暖房機や壁からの輻射熱を室内側に反射する低放
射ガラス（低放射率ガラス）は、銀を酸化亜鉛で挟んだ
ＺｎＯ／Ａｇ／ＺｎＯの３層系またはＺｎＯ／Ａｇ／Ｚ
ｎＯ／Ａｇ／ＺｎＯの５１ｉｌ系（特願昭６１−２８０
６４４号参照）などの構成を持ち、複層ガラスか合わせ
ガラスの形で使われる。近年ヨーロッパの寒冷地での普
及が目ざましい。

レンズなどの反射防止コートは、酸化チタン、酸化ジル
コニウムなどの高屈折率膜と酸化シリコン、フッ化マグ
ネシウムなどの低屈折率膜を交互に積層している。通常
は真空蒸着法が用いられ、成膜時は基板加熱をして耐擦
傷性の向上を図っている。

［発明が解決しようとする課題］表面鏡や、単板の熱線反射ガラス及びレンズなどの反射
防止コートなどは、コートされた膜が空気中に露出した
状態で使用される。このため、化学的な安定性や耐摩耗
性に優れていなければならない。一方、低放射ガラスで
も複層ガラスまたは合わせガラスになる前の運搬や取り
扱い時の傷などにより不良品が発生する。このため安定
で耐摩耗性に優れた保護膜も兼ねた光学薄膜が望まれて
いる。

耐久性向上のためには通常化学的に安定で透明な酸化膜
が空気側に設けられる。これらの酸化膜としては酸化チ
タン、酸化錫、酸化ジルコニウム、酸化珪素などがあり
、必要な性能に応じて選択され、使用されてきた。

しかし、酸化チタン、酸化ジルコニウムは化学的安定性
に優れているが、結晶質の膜になりやすく表面の凹凸が
大きくなる傾向があり、このため擦ったときの摩擦が大
きくなり耐摩耗性に劣る。

一方、酸化錫、酸化珪素はそれぞれ酸、アルカリに弱く
長期間の浸漬には耐えない。

このように、単板で使用できる程度の高い耐久性を持っ
た薄膜は知られていない。

［課題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
、基板上に少なくとも２層からなる光学薄膜が形成され
た光学体において、空気側の最外層が酸化タンタル膜か
らなることを特徴とする耐久性の優れた光学体を提供す
るものである。

第１図は、本発明に係わる光学体の一例の断面図を示し
たものであり、１は透明あるいは着色したガラスやプラ
スチックなどからなる基板、２は金属、窒化物、炭化物
、酸化物あるいはこれらの複合物などからなる第１層、
３は空気側の最外層となる酸化タンタル膜からなる第２
層を示す。

第２図は、本発明に係わる光学体の別の一例の断面図を
示したものであり、１０は上記基板１と同様の各種基板
、１１は透明誘電体膜からなる第１層、１２は窒化物膜
からなる第２層、１３は空気側の最外層となる酸化タン
タル膜からなる第３層を示す。

本発明は上記したように少なくとも２層構成よりなるが
、場合によっては第１図の基板１と第１層２、第１層２
と第２層３、あるいは、第２図の基板１０と第１層１１
、第１層１１と第２層１２、又は第２層１２と第３層１
３との間に１層、又は複数の層を形成して付着力向上や
光学特性の調整の機能、又はその他各種能を持たしても
良い。本発明における最も大きな特徴は、空気側の最外
層に酸化タンタル膜を形成することであり、これによっ
て耐摩耗性と化学的安定性に優れた光学体を可能にして
いる。酸化タンタル膜は、耐擦傷性に優れていると同時
に、十分な化学的安定性を有しているので耐久性の優れ
た光学体の最外層として大変好ましい。

かかる酸化タンタル膜は、タンタル、酸素の２成分だけ
に限定されるものではな（、耐久性向上、光学定数調整
、成膜時の安定性、あるいは成膜速度の向上などのため
に他の成分を含んでいても差し支えない。また本発明の
酸化タンタル膜は必ずしも透明である必要はなく、酸素
欠損の状態の吸収性膜や、一部窒素を含有していても同
様に有効である。

最外層である酸化タンタル膜（第２層３又は第３層１３
）の膜厚は特に限定されるものではない。用途に応じて
透過色や反射色を考慮して決定すればよいが、あまり薄
いと十分な耐久性が得られないため、用途にもよるが、
５０Å以上であることが望ましい。

一方、酸化タンタル膜は比較的屈折率が高いため、あま
り厚（なると干渉効果が生じてきて反射色も強（なるの
で、外観をニュートラルにしたい場合には、１０００人
未満、好ましくは７００人、特に５００Å以下であるこ
とが好ましい。

特に、自然な色、即ちニュートラル色で低い反射率、か
つ７０％以上の可視光線透過率が要求される自動車用ガ
ラスに応用する場合には、酸化タンタル膜３は膜厚は５
０〜２００人であることが好ましい。

第２層３又は第３層１３の膜形成法も特に限定されない
。真空蒸着法、イオンブレーティング法、スパッタリン
グ法などいずれも可能であるが、熱線反射ガラスなど、
自動車や建築用などの大面積コーティングが必要な場合
は、均一性に優れる反応性スパッタリング法が好ましい
。

第１層２の膜材料は特に限定されず、用途によって、あ
るいは要求仕様によって金属、窒化物、炭化物、硼化物
、酸化物、珪化物あるいはこれらの複合物から選択され
る。

熱線反射ガラスの場合は第１層２として熱線吸収膜、例
えば窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、
窒化クロム、窒化タンクルなどの窒化物、または錫をド
ープした酸化インジウム（ＩＴＯ）　、Ａｇ％Ａｕ、　
Ｐｄ等の金属等が主に選ばれる。

第１層２の窒化物膜の膜厚は、希望する透過率にもよる
が、１０００Å以下、好ましくは５００Å以下が望まれ
る。１０００人を超えると窒化物膜の吸収が大きくなり
過ぎ、又、内部応力のため剥離が生じ易（なる。

窒化物膜を用いる場合、ガラス界面との付着力を増すた
めに基板と窒化物膜間にもう１層を形成し第２図のよう
な３層構成とするのは有効である。かかる第１層１１と
しては、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化錫、酸化タンタル、酸化インジウムなどの酸化
物や、硫化亜鉛などからなる透明誘電体膜が好ましい。

第２層１２の窒化物膜との付着力やスパッタリングでの
生産性を考えると、第２層の窒化物膜と同様な元素を含
む誘電体膜が好ましいが、特にこれだけに限定されるも
のではなく、第１層１１／第２１１８１１２の組み合わ
せは酸化タンタル／窒化チタン、酸化ジルコニウム／窒
化チタン、あるいは酸化錫／窒化ジルコニウムなど種々
となりつる。

かかる誘電体膜１１の膜厚は特に限定されないが、これ
らの誘電体は屈折率も大きく、適当な膜厚を選択すれば
、干渉効果も利用して反射率や色調の調節も可能である
。特に、干渉効果を利用して可視域での高透過、低反射
を目的とする熱線反射ガラスに用いる場合は、第１層ｌ
ｌの膜厚は光学的膜厚で１０００〜１８００人の範囲で
調節されるのが好ましい。第１層１１の屈折率は２．０
〜２．５の範囲で選択されるのが望ましいが、この範囲
外でも、光学的膜厚が適正な範囲内であればよい。又、
第２層１２の窒化物膜の膜厚は、希望する透過率にもよ
るが、１０００Å以下が好ましく、３０〜５００人の範
囲が最適である。１０００人を超えると窒化物膜の吸収
が大きくなり過ぎ、透過率が低下するとともに、内部応
力のため剥離が生じ易くなる。

第１層２として錫をドープした酸化インジウム（ＩＴＯ
）を用いる場合、熱線反射性能を上げるためにはキャリ
ア濃度と移動度が大きく、且つ４０００Å以上の膜厚の
ＩＴＯが望ましい。干渉による反射色を抑えるためには
、ＩＴＯを少なくとも７０００Å以上形成するのが好ま
しい。その上に保護層として酸化タンタル膜（第２層３
）を形成する。このような低抵抗で透過率が高く、且つ
耐久性のある光学薄膜は熱線反射ガラスとしてばかりで
はなく、単板で電磁波シールド用の窓ガラス、自動車の
フロントガラスの電熱風防、リアガラスの曇り止め、あ
るいは透明アンテナとしても用いることが出来る。更に
、化学的耐久性を利用してエレクトロクロミック表示素
子のＩＴＯ（給電電極）の保護コートとしても使える。

低反射ガラスの場合は、空気側の最外Ｍ３（酸化タンタ
ル膜）より高屈折率を有する膜を第１層２として形成す
るか、又は３層、あるいはそれ以上の多層膜構成をとる
。３層膜の場合は、第１図の基板ｌと第１層２、又は第
１贋２と第２層３の間にもう一層形成して、屈折率と膜
厚を調整することにより、反射率を低減させる。

低放射ガラスの場合は、基板／酸化膜／Ａｇ／酸化タン
タル膜の３Ｍ構成、又は、基板／酸化膜／Ａｇ／酸化膜
／Ａｇ／酸化タンタル膜の５層構成にすると有効である
。かかる酸化膜としては、特に限定はされないが、Ｚｎ
Ｏが一例として上げられる。又、酸化タンタル膜を用い
ても良い。

表面鏡に応用する場合は、基板上に、金属としてガラス
との接着力の良好なりロムなどを第１層２として形成し
、その上に第２Ｈ３として本発明の酸化タンタル膜を形
成すれば良い。

基板ｌ又は１０は、通常ガラス、プラスチックなどが用
いられる。ミラーとして用いる場合は、これに限定され
ず、平滑であれば金属、セラミックスなどの不透明基板
であっても構わない。

その他の応用として、光学薄膜ではないが、サーマルヘ
ッドや磁気ディスクなどのメモリーディスクの保護膜と
して用いることもできる。

又、本発明においては、第１図及び第２図に示したよう
に基板の片面だけに光学薄膜を形成してもよいし、基板
の両面に形成してもよい。

［作　用］本発明における光学体の空気側の最外Ｍ、即ち、第１図
第２層３又は第２図第３層１３は、酸化タンタル膜から
なっており、表面が平滑で、摩擦抵抗が低く、これによ
って高い耐久性を有しているので、本発明の光学体にお
いて、耐摩耗性や耐薬品性を向上させるための保護層の
役割を持つ。更にその屈折率、膜厚などの調整により、
光学的な機能、即ち、透過率、反射率、色調などの調整
機能を有する。

本発明において最外層以外の層は主に光学的な面での作
用を有し、透過や反射性能などを担っている。

又、熱線反射性能を有する光学体において、窒化物膜は
熱線反射機能を受は持つものである。又、干渉効果を利
用して可視域での高透過、低反射を目的とした熱線反射
ガラスにおいては、第２図の第２層１２は熱線反射機能
を受は持ち、第１Ｎ１１及び第３層１３は、窒化物膜の
可視域での反射を防止する機能を有する。

［実施例］（実施例１）ガラス基板をスパッタリング装置の真空槽にセットしＩ
　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒまで排気した。アルゴンと窒
素の混合ガスを導入して圧力を２×ｌＯ°３Ｔｏｒｒと
した後、チタンを反応性スパッタリングして窒化チタン
（第１層）を約４０人形成した。

次にアルゴンと酸素の混合ガスに切り替え圧力を２　Ｘ
　１０−”　Ｔｏｒｒにして、タンタルを反応性スパッ
タリングして酸化タンタル（第２層）を約１００人形成
した。

こうして得られた熱線反射ガラスの可視光透過率ＴＶ、
太陽光線透過率ＴＥ、コート面可面光視光反射率Ｆ、ガ
ラス面可視光反射率ＲＶＧは、それぞれ？１．１．６１
．６．１１．４．９．１　　（％）であった。膜の外観
は干渉色が見られずニュートラルな色調であった。膜の
耐久性を調べるために０．１規定の硫酸、水酸化ナトリ
ウム中に１２０時間、あるいは沸騰水中に２時間浸漬し
たが、いずれも透過率、反射率の変化は１％以内であっ
た。

砂消しゴムによる擦り試験でも、傷は殆どつかず極めて
すぐれた耐摩耗性を示した。

（実施例２）実施例１と同様にして、窒化チタン膜を約４０人形成し
た後、酸素タンタルを約１０００人形成した。

こうして得られた試料は、実施例１と同様の耐薬品性、
耐水性、耐摩耗性を示したが、外観は強い干渉色が見ら
れた。

（比較例）実施例の耐久性の効果を見るために、実施例１と同様に
して窒化チタン膜を約４０人形成し、次にアルゴンと酸
素の混合ガスに切り替え、圧力を２　Ｘ　１０−”Ｔｏ
ｒｒにして錫を反応性スパッタリングして酸化錫を約２
００人形成した。

こうして得られた試料を、硫酸に浸漬したところ、透過
率、反応率ともに大きく変化した。

［発明の効果］本発明は、基板からみて一番外側、即ち、空気側の最外
層に酸化タンタル膜を用いることにより、実施例１及び
２に示すように、化学的安定性と耐摩耗性に優れた光学
体を得ることを可能にするものである。これにより従来
は使用できなかった苛酷な用途にも本発明の光学体を使
用することができる。

又、最外層の酸化タンタル膜の膜厚を５０〜２００人と
することにより、上述した優れた化学安定性及び耐摩耗
性に加えて、外観がニュートラルで、高透過率、低反射
率の、自動車用に最適な熱線反射ガラスを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる光学体の一例の一部断面図を
示したものであり、第２図は本発明に係わる熱線反射性
能を有する光学体の一例の一部断面図を示す。１．１０：基板２：金属、窒化物、炭化物、硼化物、酸化膜、珪化物、
あるいはこれらの複合物からなる膜（第１層）３　：１１：１２：１３：酸化タンタル膜（第２層）透明誘電体膜（第１層）窒化膜（第２Ｍ）酸化タンタル膜（第３Ｎ）第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に少なくとも２層からなる光学薄膜が形成
された光学体において、空気側の最外層が酸化タンタル
膜からなることを特徴とする耐久性の優れた光学体。
（２）基板上に熱線吸収膜、酸化タンタル膜が順次形成
されていることを特徴とする耐久性の優れた熱線反射ガ
ラス。
（３）基板上に窒化物膜、酸化タンタル膜が順次形成さ
れていることを特徴とする請求項２記載の耐久性の優れ
た熱線反射ガラス。
（４）酸化タンタル膜が膜厚が５０〜２００Åであるこ
とを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の耐久性
の優れた光学体又は熱線反射ガラス。