JPH0423633B2

JPH0423633B2 -

Info

Publication number: JPH0423633B2
Application number: JP58172787A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Ito; Yasunori Taga
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1992-04-22
Also published as: JPS6064843A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は熱線遮蔽積層体、特に多層膜の干渉に
よる色むら発生を防止しかつ可視域における透過
率を任意の値に設定可能な改良された熱線遮蔽積
層体に関する。

背景技術可視光透過性基板、例えばガラス板あるいはプ
ラスチツク板は通常良好な可視光透過性を有する
が半面において可視領域より長波長側の光線（赤
外線）に対しても良好な透過性を有し、このため
基板を透過した熱線のエネルギーを適当な手段に
より処理する必要が種々生じていた。

例えば、この種の基板を自動車用ガラスに用い
た場合には、太陽光による室内温度上昇などが問
題となり、このため大容量の冷房装置を必要とす
る等の欠点があつた。

このため、従来よりこの種の基板に所定のコー
テイングを施して熱線を反射又は吸収しての遮蔽
を行うものが実用化されている。例えば、ガラ
ス、プラスチツクなどの透明な基板上に、赤外線
反射条件を満たす膜厚のTiO₂又はCeO₂などから
成る高屈折率透明誘電体薄膜層と、赤外線反射条
件を満たす膜厚約のSiO₂、MgF₂又はCeF₃などか
ら成る低屈折率透明誘電体薄膜層とを交互に積層
した熱線遮蔽積層体が周知であり、この積層体は
優れた可視光透過性及び熱線反射特性を有するこ
とから、自動車及び建築物の窓ガラス及びその他
の用途に幅広く用いられている。

しかし、この様な従来の熱線遮蔽積層体は、基
板表面に積層された多層膜内において光干渉作用
による色むらが生じ該積層体を自動車、建築物用
のガラス上に成膜し使用すると、反射光による周
辺環境への光公害を引き起し、更にガラス表面の
色釈が周囲の者に不快感を与える等の問題を引き
起しその有効な対策が望まれていた。

また、熱線遮蔽の対象となる太陽光の熱エネル
ギーは可視域に約50パーセント、赤外域に約50パ
ーセント存在している。従つて、熱線遮蔽積層体
の可視光透過率を向上することはその半面ガラス
基板を介して熱エネルギーの内部への侵入を増加
につながる。

しかし、従来の熱線遮蔽積層体は、赤外域の熱
エネルギーを効率良く遮蔽するが、可視域の熱エ
ネルギーはほとんどこれを透過させてしまい、そ
のため熱線遮蔽特性に限界があるという欠点があ
つた。

特に近年自動車、建築物用の窓ガラス等を介し
て侵入する太陽光熱エネルギーを極力遮蔽し、熱
負荷の低域を図ろうとする動きが非常に活発であ
るが、従来の熱線遮蔽積層体では、以上説明した
ような熱線遮蔽効果の限界があり、その有効な対
策が望まれていた。

発明の目的本発明はこの様な従来の課題に鑑み為されたも
のであり、その目的は、多層膜の干渉による色む
らの発生を防止し、かつ使用目的に応じて可視光
透過率を任意の値に設定可能な熱線遮蔽積層体を
提供することにある。

発明の構成本発明の積層体は、可視光透過性基板の熱源側
表面に、可視光透過性物質からなる高屈折率薄膜
層及び低屈折率薄膜層を交互に積層し、最表面の
薄膜層は低屈折率薄膜層とするとともに低屈折率
薄膜層に所定の金属を添加し、可視光透過率を任
意の値に設定することを特徴とする。

この様に本発明によれば、低屈折率薄膜層に所
定の金属を添加することにより赤外域の干渉反射
特性を維持しつつ、可視域の透過率をその使用目
的に応じて任意の値に設定することが可能とな
る。

また、この際添加する金属の種類及び状態を制
御することにより積層体表面の色合いを調整し該
積層体の設けられたガラス基板などの付加価値を
向上することが可能となる。

実施例次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明
する。

本発明は、可視光透過性基板の熱源側表面に、
可視光透過性物質から成る高屈折率薄膜層と、可
視光透過性物質から成る低屈折率薄膜とを交互に
積層して熱線遮蔽積層体を形成したものである。

実施例において可視光透過性基板は、例えばガ
ラスやプラスチツク等からなり、該基板の熱源側
表面に被覆された各高屈折率薄膜層は、赤外線反
射条件を満たす膜厚のTiO₂、CeO₂、ZnS、CdS
又はZrO₂を用いて形成されている。また、この
高屈折率薄膜層と交互に積層される低屈折率薄膜
層は、赤外線反射条件を満たす膜厚のSiO₂、
MgF₂、LiF、CeF₃又はCaF₂を用いて形成されて
いる。

本発明の第１の特徴的事項はこの様にして交互
に積層された多層膜の最表面薄膜層を低屈折率薄
膜層とすることにある。

実施例において、この最表面の低屈折率薄膜層
は、可視光の反射防止条件を満たす膜厚のSiO₂、
MgF₂、LiF、CeF₃又はCaF₂を用いて形成されて
いる。

以上の構成とすることにより、本発明の熱線遮
蔽積層体は、赤外線反射率をほとんど低下させる
ことなく、多層膜の干渉反射による色むらの発生
を抑制することが可能となる。

基本構成例第１図には本発明の熱線遮蔽積層体の基本構成
例が示されている。この例の熱線遮蔽積層体は、
厚さ0.8mm、屈折率約1.5でかつ可視域及び近赤外
線領域で透明なコーニング社製No.7059ガラスから
成る基板１０の熱源側表面に、TiO₂から成る高
屈折率薄膜層２０，２２，２４とSiO₂から成る
低屈折率薄膜層３０，３２とを交互に積層被覆
し、最表面に更にSiO₂から成る低屈折率薄膜層
４０を干渉反射防止層として積層被覆して、計６
層の多層膜構造に形成されている。

ここにおいて各薄膜層２０，２２，２４，３
０，３２，４０の膜厚は、予め実測したTiO₂膜
あるいはSiO₂膜の屈折率及び干渉反射しようと
する赤外線の中心波長（λ＝1000nｍ）などを考
慮して、計算機シユミレーシヨンにより推定さ
れ、TiO₂薄膜層２０，２２，２４は103±5nｍの
範囲に設定され、同様にSiO₂薄膜層３０，３２
は172±8nｍ、最表面のSiO₂薄膜層４０は86±5n
ｍの範囲に設定されている。

この例の熱線遮蔽積層体の製造に際しては、基
板１０はRFスパツタ法により十分に洗浄される。
その後、該基板１０表面に高屈折率薄膜層２０，
２２，２４及び低屈折率薄膜層３０，３２，４０
が交互に順次積層被覆して形成される。

ここにおいて、高屈折率薄膜層２０、すなわち
TiO₂薄膜層は、TiO₂ターゲツトを用い、５パー
セントの酸素を含む全圧２×10^-2TORRのアルゴ
ン雰囲気中で特別な基板加熱をせずにRFスパツ
タ法により形成される。

また、低屈折率薄膜層３０、すなわちSiO₂薄
膜層は、高屈折率薄膜層２０の形成後、その真空
を破ることなく、TiO₂膜の成膜条件と同一の条
件の下で、SiO₂ターゲツトを用いて形成される。

この様な成膜手順を繰返し、基板１０上に
TiO₂から成る高屈折率薄膜層２０，２２，２４
及びSiO₂から成る低屈折率薄膜層３０，３２，
４０を順次積層被覆してTiO₂／SiO₂6層膜を形成
する。

第２図には、この様にして形成されたこの例の
熱線遮蔽積層体の分光特性、すなわち波長に対す
る透過率の特性が示されている。

比較例次に、本発明の熱線遮蔽積層体の特性を、従来
の熱線遮蔽積層体の特性と対比して説明する。

第３図には、従来の熱線遮蔽積層体が示されて
おり、この熱線遮蔽積層体は、前記第１図に示す
実施例と同一のガラス基板１０の熱源側表面に本
実施例の場合と同一の高屈折率薄膜層２０，２
２，２４及び低屈折率薄膜層３０，３２を交互に
５層積層被覆して形成されている。従つて、この
従来の熱線遮蔽積層体は、その最表面に高屈折率
薄膜層２４が積層被覆して形成されている。

ここにおいて、各薄膜層２０，２２，２４およ
び３０，３２の膜厚及び製法は前記第１図に示す
本発明の実施例と同じである。

第４図には、前記第３図に示す比較例の分光特
性すなわち波長に対する透過率特性が示されてい
る。

第４図に示す比較例の分光特性から従来の熱線
遮蔽積層体は380〜780nｍの可視域の平均透過率
が約81パーセント程度でかつ1000nｍにおける赤
外線反射率が約86パーセントの良好な熱線反射特
性を有することが理解される。

しかしこの熱線遮蔽積層体は、第４図に示すご
とく可視域内において透過率の変動が見られる。
ここにおいて、高屈折率薄膜層２０，２２，２４
を形成するTiO₂薄膜及び低屈折率薄膜層３０，
３２を形成するSiO₂薄膜自体には、可視光に対
しなんらの吸収特性がないので第４図に見られる
透過率の極小は反射率の極大を意味する。

この様に、従来の熱線遮蔽積層体は、可視域の
特定な波長の光を反射するため、多層膜表面に色
むらの発生を引起こし、従つてこの様な熱線遮蔽
積層体を自動車、建築用ガラス上に成膜し使用す
る場合に、該色むらの発生は、反射光による周辺
環境への光公害を引起こし、時としてガラス表面
の色彩が不快感を与える色彩となり膜の付加価値
低下を引起こしていた。

これに対し、基本構成例の熱線遮蔽積層体は、
第２図に示す分光特性からも明らかなごとく、
380〜780nｍの可視域においてほぼフラツトな透
過率を示すため色むらの発生が十分抑制されてい
る。また、可視光透過率も平均91パーセント以上
を示し、更に赤外線反射率は1000nｍで83パーセ
ントを維持している。

この様に、本発明の熱線遮蔽積層体では、最表
面の薄膜層を低屈折率薄膜層４０とすることによ
り、赤外線反射率をほとんど低下させることなく
可視光の透過率を向上させ、しかも色むらの発生
を効果的に抑制できるので例えば、自動車、建築
物窓ガラス及びその他の用途に幅広く適用可能で
あることが理解される。

実施例次に本発明の実施例を図面に基づき説明する。

本基本構成例は、前記実施例と同様に可視光透
過性基板の熱源側表面に、可視光透過性物質から
成る高屈折率薄膜層及び低屈折率薄膜層を交互に
積層し、最表面の薄膜層は低屈折率薄膜層とする
ものである。

本発明の特徴的事項は、この様にして形成され
た薄膜層の、低屈折率薄膜層に所定金属を添加し
たことにある。

この様に、低屈折率薄膜層に異種金属元素を添
加することにより、該金属添加量又は金属が添加
された薄膜層の成膜条件を調整し熱線遮蔽積層体
の可視光透過率を任意の値に設定することが可能
となる。

特に、低屈折率薄膜層に金属元素を添加したた
め、金属元素の添加による可視光吸収波長の設定
自由度が大きくなり、透過光の色調を任意のもの
に設定することができる。

ここにおいて、低屈折率薄膜層に添加する金属
としては、Ag、Pd、Au、Co、Fe、又はCuなど
の金属元素が好適であり、実施例においてはこの
様な金属元素の添加量を１〜10aパーセントの範
囲で調整し、可視光透過率を任意の値に設定して
いる。

第５図には、この様な本発明の具体的な実施例
が示されており、実施例の熱線遮蔽積層体は、ガ
ラス基板１０の熱源側表面に可視光透過性物質か
らなる高屈折率薄膜層２０，２２，２４及び低屈
折率薄膜層３０，３２，４０を交互に６層積層
し、前記実施例同様最表面の薄膜層４０を低屈折
率薄膜層としたものである。

ここにおいて、基板１０及び各薄膜の２０，２
２，２４及び３０，３２，４０構成、材料等は基
本的に前記第１図に示す実施例の場合と同様であ
り、従つて高屈折率薄膜層２０，２２，２４は
TiO₂薄膜層からなり、低屈折率薄膜層３０，３
２，４０はSiO₂薄膜層となる。

本実施例の特徴的事項は、SiO₂からなる低屈
折率薄膜層３０，３２及び４０内に、1atパーセ
ントの金属Agを添加したことにある。

実施例の熱線遮蔽積層体の製造に際しては、基
板１０上に、TiO₂ターゲツトを用いたRFスパツ
タ法により５パーセントの酸素を含む全圧２×
10^-2TORRのアルゴン雰囲気中でTiO₂からなる
高屈折率薄膜層２０を膜厚103±5nｍの範囲で成
膜する。

これに続いて、真空を破ることなく、SiO₂タ
ーゲツト上に金属片Agを面積比で１対0.0017の
割合で均一に配置し、５パーセントの酸素を含む
アルゴン雰囲気中でRFスパツタし、Agを約1at
パーセント含有する低屈折率薄膜層、すなわち
SiO₂薄膜層３０を膜厚約172±8nｍの範囲で成膜
する。

この様な成膜動作を繰返し、基板１０の表面に
高屈折率薄膜層２０，２２，２４及び金属元素
Agを含む低屈折率薄膜層３０，３２，４０を交
互に積層被覆する。

なお、最表面の低屈折率薄膜層４０はその膜厚
が前記実施例の場合と同様86±5nｍの範囲で成
膜される。

第６図にはこの様にして形成された本実施例の
熱線遮蔽積層体の分光特性、すなわち波長に対す
る透過率特性が示されている。

同図からも明らかなように、本実施例によつて
得られた熱線遮蔽積層体は、約1000nｍにおける
赤外線反射率を損うことなく、しかも波長380〜
780nｍの可視域における透過率がほぼフラツト
であり、透過率変動により引き起される色むらを
効果的に抑制することができる。

これに加え、本実施例の熱線遮蔽積層体では、
可視域の平均透過率を77パーセントまで抑制する
ことが理解される。

すなわち、本実施例のごとく、低屈折率薄膜層
３０，３２，４０に1atパーセント金属を添加し
た熱線遮蔽積層体では、これら金属を何等添加し
ない前記基本構成例の積層体に比し、可視光透過
率が約14パーセント以上低下し、可視域に含まれ
る熱エネルギーの遮蔽率が14パーセント以上向上
していることが理解される。

なお、この様な可視光透過率の低下は主として
金属Agを含む低屈折率薄膜層３０，３２，４０
の吸収により生じている。このため、この熱吸収
がこれら各薄膜層３０，３２，４０、すなわちガ
ラス基板１０の表面温度の上昇を招き熱線反射特
性を若干低下させることも考えられるが、この様
な熱線反射特性の低下は実用上全く問題とはなら
ず無視することができる。

この様に、本発明によれば、低屈折率薄膜層３
０，３２，４０を成膜するに際し添加する金属添
加量及び成膜中のガス組成を制御することにより
その可視光透過率を任意の値に設定することが可
能であり、例えばSiO₂膜厚を430nｍとしこれに
添加するAg量を1atパーセントから10atパーセン
トに増加することにより、その可視光透過率を75
〜30パーセントの範囲で制御することができる。

従つて、本発明の熱線遮蔽積層体は、該積層体
が被覆されるガラス基板の目的及び用途に応じて
可視光透過率を任意の値に設定することが可能で
ありその応用は極めて広範囲であると言える。

例えば、自動車用ムーンルーフ、建築用窓ガラ
スの可視光透過率には法定基準はなく、むしろ車
室内、住居内の秘密を守る目的からは可視光透過
率が50パーセント以下の方が望ましい場合もあ
る。この様な場合に、本発明による熱線遮蔽積層
体を用いれば、可視光透過率が所望の値に設定さ
れた熱線遮蔽ガラスを得ることができる。

また、この様にして得られた熱線遮蔽ガラスは
前述したごとく優れた赤外線遮蔽特性を有し、更
に可視域での熱線も任意の割合で遮蔽できること
から車室内、住居内の冷房熱負荷の低減に優れた
効果を発揮することが可能となる。

また、本実施例のように低屈折率薄膜層３０，
３２，４０に金属Agが添加された熱線遮蔽積層
体は、全体として美しいブロンズ色を呈すること
が実験より確認された。

この着色機構は低屈折率薄膜層３０，３２，４
０、すなわちSiO₂薄膜中に分散するAg粒子によ
る吸収作用に基因すると推定され、この様にして
得られた色調は、自動車用ブロンズガラスのそれ
と酷似しており深みのある格調を有することから
その利用価値は非常に高いものと考えられる。

すなわち、ここ２〜３年ブロンズ色ガラスを装
備した自動車は急増する傾向にあり高級車のシン
ボルとなりつつある。半面、現実にはガラス素材
に極微量のSe、Cd等を添加して着色する号口ブ
ロンズガラスは、色調の統一が困難なこと、添加
物の歩留が不安定であることから非常に高価なも
のとなつている。

しかし、前述したように本実施例の熱線遮蔽積
層体では、従来の自動車用ブロンズガラスとほぼ
同様の色調を有し、かつ安全運転上自動車用窓ガ
ラスに求められる可視光透過率の最低基準75パー
セントを十分に上回つている。従つて、本実施例
の熱線遮蔽積層体をガラス表面に積層被覆するだ
けで、号口の自動車用ブロンズガラスと全く遜色
のない格調を有し、高級感溢れた自動車用ガラス
を得ることができる。

更に、本発明においては、低屈折率薄膜層に添
加する金属、実施例においてはAgの添加量を制
御することにより再現性よくその色調を揃えるこ
とが可能であり、かつ単に薄膜をガラス表面に積
層被覆することによりこれらの色調を得ることが
できることから、本発明の熱線遮蔽積層体を自動
車用ブロンズガラスに適用した場合には、従来の
自動車用ブロンズガラスを製造する場合に比し大
幅なコストダウンを図ることが可能となる。

また、本実施例において、低屈折率薄膜層３
０，３２，４０、すなわちSiO₂薄膜中に添加さ
れた金属Agを顕微鏡により観察すると、該金属
Agは大きさが約1nｍ程度の粒子として分散して
おりその量も少ないことが確認され、従つてこの
様にSiO₂薄膜中に金属Agを添加することはSiO₂
薄膜の耐食性、耐摩性、耐熱性に全く影響を与え
ず実用上差支えないことが理解される。

しかし、本実施例の熱線遮蔽積層体が特別激し
い環境下で使用される場合には、前述したよう
に、各SiO₂薄膜３０，３２，４０の全てに均一
に金属Agを分散させず、ガラス基板１０に近い
SiO₂薄膜中にのみ金属Agを添加することが好ま
しい。例えばガラス基板１０に近いSiO₂薄膜３
０中にのみ3atパーセントのAgを添加すれば、約
170nｍのSiO₂薄膜で1atパーセントのAgを含む
430nｍのSiO₂薄膜に相当する透過率を得ること
ができる。

従つて、熱線遮蔽積層体が激しい環境下で使用
されることが予想される場合には、ガラス基板１
０に近い方のSiO₂薄膜層に金属Agを添加する構
造とすることにより、Agを含むSiO₂薄膜層が直
接外気に触れることが防止され、その特性劣化を
有効に防止することが可能となる。

また、前記実施例においては、熱線遮蔽積層体
をRFスパツタリング法を用いて形成したが、本
発明はこれに限らず、その他の手法、例えば真空
蒸着、イオンプレーテイング等の物理的手法や、
デイツピング法、スプレー法などの化学的手法に
より形成することも可能である。

また、本発明において使用する基板１０として
は、前記実施例のようにガラス基板以外に例えば
アクリル、ポリカーボネート等の透明樹脂基板を
用いることも可能である。

また、本実施例においては各薄膜の材料として
高屈折率薄膜層としてTiO₂を用い、低屈折率薄
膜層としてSiO₂を用いたが、本発明はこれに限
らず、例えば高屈折率薄膜層としてTiO₂以外に、
CeO₂、ZnS、CdS又はZrO₂を用い、また低屈折
率薄膜層としてSiO₂以外にCaF₂、LiF、MgF₂又
はCeF₃を用い、これらを適当に組合わせて干渉
条件を満たす膜厚に積層被覆し、前記実施例の場
合と同様の光学特性を得ることが可能である。

また、前記実施例では、いづれも高屈折率薄膜
層及び低屈折率薄膜層を交互に６層積層して熱線
遮蔽積層体を形成したものを示したが、本発明は
これに限らず、使用目的に応じて任意の層数とす
ることが可能である。

また、前記各実施例は、SiO₂薄膜に添加する
元素の種類とその量、RFスパツタリング諸条件
等の添加方法、膜厚と可視光透過率及び色調との
関係、等について極めて広範囲に行つた実験デー
タに基づき説明した。以上の説明から、本発明の
熱線遮蔽積層体では、可視光透過率を金属添加量
の調整により任意の値に設定可能であることが確
認された。しかし、これ以外にも、膜の色調につ
いては成膜条件によつてまた金属添加量及びその
分散状態、化学的結合状態により著しい影響を受
けることが確認されている。例えば、分散添加す
る金属元素としてはAg以外に、Au、Cu、Pd、
Co、Fe等を薄膜層の構成材料中に１〜10atパー
セントの範囲で金属そのものの状態で分散添加す
ることによりブロンズ色、黄色、赤茶色、青色、
等の色調を自由に得ることができる。

発明の効果以上説明したように、本発明によれば、前記多
層膜を形成する低屈折率薄膜層に所定金属を分散
添加することにより熱線遮蔽積層体の目的及び用
途に対応してその可視光透過率を任意の値に設定
し、有効な可熱線遮蔽効果を得ることが可能とな
る。

更に、本発明によれば、低屈折率薄膜層への金
属添加により多層膜全体として深みのある所望の
色調を得ることができ、これにより熱線遮蔽積層
体が設けられたガラス基板の美観を高めその付加
価値を向上することが可能となる。特に、低屈折
率薄膜層への金属添加によれば、金属の添加量や
粒径によつて任意の色調を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱線遮蔽積層体の基本構成例
を示す説明図、第２図は第１図に示す熱線遮蔽積
層体の分光特性図、第３図は比較例の構造説明
図、第４図は第３図に示す比較例の分光特性図、
第５図は本発明の熱線遮蔽積層体の実施例を示す
説明図、第６図は第５図に示す熱線遮蔽積層体の
分光特性図である。１０……基板、２０……高屈折率薄膜層、２２
……高屈折率薄膜層、２４……高屈折率薄膜層、
３０……低屈折率薄膜層、３２……低屈折率薄膜
層、４０……低屈折率薄膜層。

Claims

【特許請求の範囲】１可視光透過性基板の熱源側表面に、可視光透
過性物質からなる高屈折率薄膜層及び低屈折率薄
膜層を交互に積層し、最表面の薄膜層は低屈折率
薄膜層とするとともに低屈折率薄膜層に所定の金
属を添加し、可視光透過率を任意の値に設定する
ことを特徴とする熱線遮蔽積層体。２特許請求の範囲１記載の熱線遮蔽積層体にお
いて、低屈折率薄膜層にAg、Pd、Au、Co、Fe
又はCuの金属を添加し、該金属添加量を１〜
10atパーセントの範囲で調整し可視光透過率を90
〜30パーセントの範囲で任意の値に設定すること
を特徴とする熱線遮蔽積層体。３特許請求の範囲１、２のいずれかに記載の熱
線遮蔽積層体において、可視光透過性基板は、ガ
ラス又はプラスチツクを用いて形成され、高屈折
率薄膜層は、赤外線反射条件を満たす膜厚TiO₂、
CeO₂、ZnS、CdS又はZrO₂を用いて形成され、
低屈折率薄膜層は、最表面薄膜層のみが可視光反
射防止条件を満たす膜厚、他が赤外線反射条件を
満たす膜厚のSiO₂、MgF₂、LiF、CeF₃又はCaF₂
を用いて形成されたことを特徴とする熱線遮蔽積
層体。