JPH0389201A

JPH0389201A - 多層光干渉膜

Info

Publication number: JPH0389201A
Application number: JP22567089A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Oishi; 大石　正浩
Original assignee: Toshiba Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Techno Glass Co Ltd
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1991-04-15
Anticipated expiration: 2013-01-14
Also published as: JP2696758B2

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）本発明は耐熱性と耐候性とを向上した多層光干渉膜に関
する。

（従来の技術）従来、反射鏡付きハロゲン電球はガラス製反射鏡の内面
に可視光反射赤外線透過膜を形成し、かつ反射鏡内にハ
ロゲン電球を配設したもので、ハロゲン電球から放射さ
れた光のうち可視光を可視光反射赤外線透過膜で反射し
て前方に投射し、赤外線は可視光反射赤外線透過膜を透
過して後方に向かうようにしたものである。この結果、
この反射鏡付きハロゲン電球は赤外線の少ない可視光い
わゆる冷光を放射し、投光器、店舗照明あるいは医療照
明などに多用されている。

しかして、上記可視光反射赤外線透過膜は反射鏡面に硫
化亜鉛（ＺｎＳ）などからなる高屈折率層とふっ化マグ
ネシウム（ＭｇＦｚ　）　ｔシリカ（ＳｉＯｚ）などか
らなる低屈折率層とをたとえば１５〜２５層交互積層し
てなるもので、光の干渉により可視光を反射し、赤外線
を透過するものである。

また、電子式複写機やファクシミリなどの露光用光源と
して、石英製管形バルブの中心線に沿ってフィラメント
を配設し、かつバルブ外面に可視光透過赤外線反射膜を
形成したハロゲン電球が用いられている。このものはフ
ィラメントから放射された光のうち可視光は可視光透過
赤外線反射膜を透過して外界に放射し、赤外線は可視光
透過赤外線反射膜で反射してフィラメントに帰還してこ
れを加熱して効率を向上したことによって、赤外線の少
ない可視光いわゆる冷光を放射し、かつ発光効率の高い
利点がある。

そして、上述の可視光透過赤外線反射膜は上述の可視光
反射赤外線透過膜と同様バルブ外面に硫化亜鉛などから
なる高屈折率層とふり化マグネシウム、シリカなどから
なる低屈折率層とを１５〜２１層交互積層してなるもの
で、層の厚さを変えたことにより可視光を透・過し赤外
線を反射するものである。

このように、可視光反射赤外線透過膜と可視光透過赤外
線反射膜とは同じ構成で、たんに層の厚さを変えること
により、光の干渉を利用して所望の波長域の光を透過し
、所望の波長域の光を反射するものである。そこで、こ
のような可視光反射赤外線透過膜と可視光透過赤外線反
射膜とを総合して多層光干渉膜と称する。

（発明が解決しようとする課題）上述のＺｎＳ／ＭｇＦｉ交互層光干渉膜やＺｎＳ／Ｓｉ
ｎ、交互層光干渉膜を形成した反射鏡付ハロゲン電球は
ランプ点灯による熱負荷や高温多湿の雰囲気によって剥
離しやすい欠点がある。そこで、このような条件に対す
る耐熱性と耐候性とを第１表に示す条件下で光干渉膜が
剥離するまでの時間によって評価した、この結果を第１
表に示した。

第１表この表から明らかなとおり、ＺｎＳ／ＭｇＦ、系光干渉
膜は耐候性は良いが耐熱性に劣るため、比較的熱負荷が
低く長寿命形のハロゲン電球に適する。また、Ｚｎｓ／
Ｓｉｎ、系干渉膜は耐熱性は良いが耐候性に劣るため、
熱負荷が高く、短寿命の光源たとえば高出力短寿命のハ
ロゲン電球に適する。このため、化、高効率化および長
寿命化が要求され、耐熱性と耐候性を高いレベルで同時
に満足する多層光干渉膜が求められるようになった。

そこで、本発明の課題は多層光干渉膜の耐熱性と耐候性
とを同時に向上することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明はＺｎＳ／ＭｇＦ、系多層光干渉膜の改良に関し
、請求項の第１は亜鉛元素（Ｚｎ）と硫黄元素（Ｓ）と
の組成比Ｓ／Ｚｎが０．６０以上０．９０以下であり、
かつマグネシウム元素（Ｎｇ）とふっ素元素（Ｆ）との
組成比Ｆ、／Ｍｇが０．６０以上０．９０以下であるよ
うにして耐熱性と耐候性とを向上したものである。また
、請求項の第２は高屈折率層の層密度を０．９６以上と
し、かつ低屈折率層の層密度を０．９８以上にして耐熱
性と耐候性とを向上したものである。

（作　用）多層光干渉膜を構成する硫化亜鉛とふっ化マグネシウム
とは通常化学式ＺｎＳ、　ＭｇＦ、で表わすが、現実の
各層を構成する物質は必ずしも上述の整数比になってい
るわけでなく、これを化学式で表すと、Ｚｎ５（１−Ｘ
）　＃　ＭｇＦｔ　（ｘ−ｙ＞　（０＜ｚ＜ｌ、Ｑ＜ｙ
＜ｌ）の状態となっている。そこで、現実の層を構成す
る両元素の割合い、たとえば硫黄の原子数÷原子価を亜
鉛の原子数÷原子価で割って得た商を組成比という。

また、層密度とは層の密度（１ａＪ当りのη数）を層を
構成する物質本来の密度換言すればその物質の結晶体の
密度（ｌｃｊ当りの子数）で割って得た商をいう。多層
光干渉膜においても高屈折率層と低屈折層との層密度が
１に近づくほど結晶構造がち密になって化学的にも物理
的にも安定する。

そして、各層の組成比の適正化と層密度の向上とを同時
に実施すれば得られた多層光干渉膜の耐熱性と耐候性と
は飛躍的に向上する。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の各実施例によって説明する
。第１図は第１の実施例を適用してなる反射鏡付きハロ
ゲン電球を示し、ωは反射鏡、■はこの反射鏡（１）内
面に形成された多層光干渉膜の１種である可視光反射赤
外線透過膜、（３）は反射鏡のに取付けられたハロゲン
電球、■はこのハロゲン電球■を反射鏡のに固定する耐
熱性接着剤である。

上記反射鏡（１）は硬質ガラスからなり、内面が回転放
物面をなす反射部（１１）の背後に筒形の口金部（１２
）を一体に連設したものである。

上記可視光反射赤外線透過膜■は第２図に模型的に拡大
して示すように、硫化亜鉛（ＺｎＳ）からなる高屈折率
層（２Ｈ）とふっ化マグネシウム（ＭｇＦｉ　）からな
る低屈折率層（２Ｌ）とを合計２５層反射部（１１）内
面に交互積層してなるもので、各層の光学膜厚は１／４
λである。このうち第１層から第１３層まではλ、〜ｉ
ａ＝６００ｎｍに制御しである。すなわちλ＝６００ｎ
ｍの高屈折率層（２Ｈ）とλ＝６００ｒｖ＋の低屈折率
層（２Ｌ）とをそれぞれ６層づつ交互に積層し、さらに
そのうえにλ＝６００ｎｍの高屈折率層（２Ｈ）を１層
付加して１３層としである。さらにその上に第１４層か
ら第２５層までをλ１．〜ｉｉ＝４５０ｎｍに制御しで
ある。

すなわちλ＝４５０ｎｍの高屈折率層（２Ｈ）とλ＝　
４５０ｎｍの低屈折率層（２Ｌ）とをそれぞれ６層づつ
交互に積層したものである。そして、実施例の第１の特
徴はＳ／Ｚｎの組成比が０．６（１”０．９０．　Ｆｚ
／Ｍｇの組成比が０．６０〜０．９０であることである
。また、本実施例の第２の特徴は高屈折率層（２Ｈ）の
層密度が０．９６以上でかつ低屈折率層（２Ｌ）の層密
度の０．９８以上であることである。

上記ハロゲン電球■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（３１）の基部を圧潰して封止
部（３２）を形成してフィラメント（３３）を封装して
なり、封止部（３２）を口金部（１２）内に位置させて
接着剤■で固定し、フィラメント（３３）を反射部（１
１）の焦点に位置させである。

次に、上記可視光反射赤外線透過膜■の形成方法を説明
する。高屈折率層（２Ｈ）および低屈折率層（２Ｌ）は
いずれもイオンプレーテング法およびイオンアシスト法
とを同時に行なう形成法によって得られ、イオンアシス
ト法によるイオンや電子の衝撃によって層密度が向上す
る。また、蒸着母材の組成比と蒸着条件とによって層（
２Ｈ）、　（２Ｌ）の組成比が定まる。すなわち、第３
図に示す電子ビーム戒膜装置■において、複数個の蒸着
母材が収容可能なるつぼ（５１）中にぶつ化マグネシウ
ムが収容されており、電子銃（５２）からの電子ビーム
によって加熱蒸発される。この場合、加速電圧は６ＫＶ
である。また、エミッション電流値は４２■Ａｍある。

硫化亜鉛はボート（５３）による抵抗加熱によって加熱
蒸発させる。ちなみに、このボート（５３）はタングス
テン製で、通電時の電流値はたとえば２９０Ａである。

そして、反射鏡ω用ガラス（１３）はドーム（５４）上
に複数個取付けられており、このドームは回転機構（５
５）によって工時間当り９００〜１５００回転の速度で
自転して反射鏡用ガラス（１３）を移動させる。

このとき、ガラス（１３）はヒータ（５６）のふく射に
よって１００〜３００℃に加熱される。イオン銃（５７
）はエンドホール型イオン銃で、イオン化のための導入
ガスは硫化亜鉛層、ぶつ化マグネシウム層の成膜時いず
れもアルゴンを共通に用いた。このイオン化のためおよ
び背景としてのアルゴンの全圧を８Ｘ１０−”１．０Ｘ
１０−’Ｔｏｒｒとした。６は膜厚制御装置で、光源（
６１）からの光を回転機構（６２）からなる複数個収容
可能なモニタ基板（６３）で反射させ、この反射光を制
御波長λｎ朧なる干渉フィルタ（６４）を通してモニタ
基板（６３）　ＩＩＩにつき数層ずつ光学的膜厚を製御
し、これによって反射鏡ガラス（１３）に可視光反射赤
外線透過膜■の各層（２Ｈ）、　（２Ｌ）を形成するも
のである。つまり本実施例では光学方式の膜厚制御方法
を用いている。上述のイオン銃（５７）の条件は、導入
ガスを陽イオン化させるために熱電子を放出させるため
のカソード電流を２ＯＡ。

放電のための加速電圧を１００ｖ、放電電流を４．５Ａ
とする。また、成層中の雰囲気はプラズマ雰囲気である
。このプラズマは周波数１３．５６ＭＨ２なる高周波電
源（５８）から高周波出力５０ｖ〜１０にＶの高周波電
圧を整合器（５８ａ）を介して装置■内のコイル（５９
）へ出力させることによって生じる。

テつぎに、この実施例の反射鏡へハロゲン電球の作用を説
明する。ハロゲン電球■を点灯すると、フィラメント（
３３）から可視光とともに大量の赤外線が放射される。

そして、これらの光が可視光反射赤外線透過膜■に入射
すると、可視光は可視光反射赤外線透過膜■で反射して
前方に投射され、赤外線は可視光反射赤外線透過膜■を
透過し、さらに反射部（１１）を透過して後方に向かう
、したがそって、この反射鏡軸）ロゲン電球は赤外線の少な、い可
視光いわゆる冷光を放射する。また、このとき、ハロゲ
ン電球■からの伝熱と光の吸収とにより、可視光反射赤
外線透過膜■および反射部（１１）が高温に熱せられる
が本寒施例の可視光反射赤外線透過膜■は耐熱性に優れ
ているので剥離することがない、さらに、本実施例可視
光反射赤外線透過膜■は耐候性にも優れているので湿潤
雰囲気中に長期間放置しても剥離することがない。

つぎに、このようにして形成された反射鏡ωの可視光反
射赤外線透過膜■の両層（２Ｈ）、　（２Ｌ）の組成比
および層密度を上述のように限定した理由を説明する。

まず、高屈折率層（２Ｈ）、および低屈折率層（２Ｌ）
の層密度をそれぞれ０．９８に保ち高周波をかけて各層
（２Ｈ）、　（２Ｌ）の組成比を種々変化させて、耐熱
性と耐候性とを調査した。耐熱性はランプ点灯時、反射
鏡反射部（１１）が通常負荷される温度である３００℃
と３５０℃とをとり、耐候性は５０℃で関係湿度（Ｈ）
９０％をとり、剥離が発生するまでの時間で表現した。

この結果を第２表に示す。

（以下余白）第表（時間）第２表から明らかなとおり、Ｓ／Ｚｎの組成比が０゜６
０以上０．９０以下で、カッＦａ／Ｍｇノ組成比が０．
６０以上０．９０以下のとき耐熱性および耐候性が優れ
ている。

つぎに、可視光反射赤外線透過膜■の高屈折率層（２Ｈ
）のＳ／Ｚｎの組成比および低屈折率層（２Ｌ）のＦ２
／Ｍｇの組成比をいずれも１．０とし、高周波をかけな
い場合の膜密度を変化させたものについて耐熱性および
耐候性を調査した。調査は第２表と同様にした。この結
果を第３表に示す。

第３表（時間）第３表から明らかなとおり、高屈折率層（２Ｈ）の層密
度が０．９６以上かつ低屈折率層（２Ｌ）の層密度が０
．９８以上のとき耐熱性および耐候性が優れている。

以上を要約して再言すれば、高屈折率層（２Ｈ）および
低屈折率層（２Ｌ）は組成的に真空蒸着したものよりも
イオンプレーテングのように硫黄やふっ素が若干減った
組成の方が耐熱性や耐候性が高く、さらに層密度をより
高くすることにより優れた耐熱性および耐候性が得られ
る。そして、各層（２Ｈ）　。

（２Ｌ）のＳ／Ｚｎ、　Ｆｚ／Ｍｇの組成比が上述の範
囲にありさらに層密度が上述の数値以上であるときは、
組成比および層密度のいずれか一方だけの条件を具備し
た場合に比較して耐熱性および耐候性が格段に向上する
。

つぎに、第４図に第２の実施例を示す、このものは複写
機やファクシミリなどの露光用に用いられるハロゲン電
球で、石英ガラス製管形バルブ０の中心線に沿ってフィ
ラメント■を配設し、バルブ０の外面に多層光干渉膜の
他の例である可視光透過赤外線反射膜■を形成したもの
で、プイラメント■から放射された光のうち可視光は可
視光透過赤外線反射膜０を透過して外界に放射され、赤
外線は可視光透過赤外線反射膜０で反射してフィラメン
ト■に帰還してこれを加熱する。したがって、このハロ
ゲン電球は冷光を放射し、かつ高効率である。

上記可視光透過赤外線反射膜■は上述の可視光反射赤外
線透過膜■と同様硫化亜鉛からなる高屈折率層とふつ化
マグネシウムからなる抵屈折率層とを交互積層してなる
もので層の厚さを変えたことにより可視光を透過し、赤
外線を反射するものである。

そして、本可視光透過赤外線反射膜■においても前述の
可視光反射赤外線透過膜と同様Ｓ／Ｚｎ組成比が０．６
０〜０．９０で、かつＦ、　／Ｎｇが０．６０〜０．９
０であるとき耐熱性、耐候性が優れ、また高屈折率層の
層密度が０．９６以上で、かつ抵屈折率層の層密度が０
．９８以上であるとき耐熱性、耐候性が優でいる。

さらに、上述の組成比の条件と層密度の条件とが併有さ
れるとき、耐熱性と耐候性とはそれぞれの条件を単独に
満したときに比較してその効果は格段に大きなものとな
る。

なお、前述の両実施例は多層光干渉膜の例として可視光
反射赤外線透過膜と可視光透過赤外線反射膜を上げたが
、本発明はこれに限らず、他の波長域の光を反射し他の
波長域の光を透過するものでもよく、要は光の干渉を利
用して所望の波長域の光を反射し、所望の波長域の光を
透過するものであればよい。さらに、本発明の多層光干
渉膜の適用例は前述のほか、干渉色フィルタ、紫外線遮
断フィルタなどにも適用できる。そして、基体はセラミ
クスなどでもよく、その形状は問わない。

〔発明の効果〕

このように、本発明はＺｎＳ／ＭｇＦｘ系多暦光干渉膜
に関し、請求項の第１は高屈折率層を構成する硫化亜鉛
の組成比Ｓ／Ｚｎを０．６０以上０．９０以下に限定し
、かつ低屈折率層を構成するぶつ化マグネシウムの組成
比Ｆ、　／Ｍｇを０．６０以上０．９０以下に限定した
ので、耐熱性および耐候性が向上し、長期使用しても剥
離しにくく、苛酷な条件に耐えられる。また、請求項の
第２は高屈折率層の層密度を０．９６以上とし、かつ低
屈折率層の層密度を０．９８以上に限定したので耐熱性
および耐候性が向上し、長期使用しても剥離しにくく、
苛酷な条件に耐えられる。

さらに、両請求項の発明を同時に実施すれば耐熱性と耐
候性とがさらに格段に向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多層光干渉膜の第１の実施例を適用し
てなる反射鏡付きハロゲン電球の断面図、第２図は要部
の模型的拡大断面図、第３図は上記多層光干渉膜の形成
方法を示す説明図、第４図は第２の実施例を適用してな
るハロゲン電球の断面図である。（１）・・・反射鏡（基体の一例）（１１）・・・反射部　　　　　（１３）・・・反射鏡
用ガラス■・・・可視光反射赤外線透過膜（多層光干渉
膜の一例）（２Ｌ）・・・低屈折率層（３１）・・・バルブ ■・・・接着剤（２Ｈ）・・・高屈折率層 ■・・・ハロゲン電球（３３）・・・フィラメント ■・・・電子ビーム成膜装置 ■・・・膜厚制御装置０・・・バルブ（基体の他の例） ■・・・フィラメント ■・・・可視光透過赤外線反射膜（多層光干渉膜の他の
例）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基体面に硫化亜鉛からなる高屈折率層とふっ化マ
グネシウムからなる低屈折率層とを交互積層してなり、
上記硫化亜鉛を構成する亜鉛元素と硫黄元素との組成比
が０．６０以上０．９０以下であり、かつ上記ふっ化マ
グネシウムを構成するマグネシウム元素とふっ素元素と
の組成比が０．６０以上０．９０以下であることを特徴
とする多層光干渉膜。
（２）基体面に硫化亜鉛からなる高屈折率層とふっ化マ
グネシウムからなる低屈折率層とを交互積層してなり、
上記高屈折率層は層密度が０．９６以上であり、かつ上
記低屈折率層は層密度が０．９８以上であることを特徴
とする多層光干渉膜。