(57)【要約】本発明は、３５０℃を超える動作温度にあっても被膜が一定で安定した高特性のまま保持される被覆物に関する。これは、被膜を意図的に遮断し、それによって被膜の形態を安定化させる中間層を用いて達成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの機能層を有する基板を含む被覆物であって、少なくとも１つの機能層中に少なくとも１つの中間層が配されており、該中間層がｄz≦１０ｎｍの層厚を有しており、かつ該中間層が該機能層を形態的に遮断していることを特徴とする被覆物。
【請求項２】
少なくとも１つの機能層が、ｄz≦１０ｎｍの層厚を有する中間相によって、形成された前記機能層の各部分層Ｔsが、もはや前記機能層の相転移が生じない所定層厚以下の厚さであるように、前記機能層を形態的に少なくとも１度遮断している請求項１記載の被覆物。
【請求項３】
前記機能層が主として結晶質の層であり、かつ前記中間層が、各部分層Ｔsが形成され、前記機能層が、横方向に隙間なく凝集し、基板表面に垂直に成長し、広がろうとする傾向を実質的に有さない稠密な柱状物を有するように、前記機能層を形態的に少なくとも１度遮断している請求項１記載の被覆物。
【請求項４】
前記機能層が、少なくとも１種の酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物、塩化物、セレン化物、テルル化物または硫化物を含んでいる請求項１〜３のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項５】
前記機能層が、元素Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉおよび／またはＴｈを含んでいる請求項１〜４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項６】
前記機能層が、元素の酸化物および／または窒化物および／または炭化物および／またはフッ化物および／または塩化物および／またはセレン化物および／またはテルル化物および／または硫化物化合物を含む混合系を含有している請求項４および５に記載の被覆物。
【請求項７】
前記機能層が、少なくとも１種の金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物および／または金属酸窒化物および／または金属炭窒化物および／または金属酸炭窒化物を有する混合系を含んでいる請求項６記載の被覆物。
【請求項８】
前記機能層が少なくとも２種の金属成分を有する混合系を含んでいる請求項６または７に記載の被覆物。
【請求項９】
所望数の異なる機能層が基板に付されている請求項１〜８のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項１０】
前記中間層が、遮断している機能層とは異なる化学組成を有している請求項１〜９のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項１１】
前記中間層が、少なくとも１種の酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物、塩化物、セレン化物、テルル化物または硫化物を含んでいる請求項１〜１０のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項１２】
前記中間層が、元素Ｌｉ、Ｂｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉおよび／またはＴｈを含んでいる請求項１〜１１のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項１３】
前記中間層が、元素の酸化物および／または窒化物および／または炭化物および／またはフッ化物および／または塩化物および／またはセレン化物および／またはテルル化物および／または硫化物化合物を含む混合系を含有している請求項１１および１２に記載の被覆物。
【請求項１４】
前記中間層が、少なくとも１種の金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物および／または金属酸窒化物および／または金属炭窒化物および／または金属酸炭窒化物を有する混合系を含んでいる請求項１３記載の被覆物。
【請求項１５】
前記中間層が、少なくとも２種の金属成分を有する混合系を含んでいる請求項１３または１４に記載の被覆物。
【請求項１６】
遮断された機能層が光学機能層であり、その層厚が１０〜１０００ｎｍ、好ましくは３０〜５００ｎｍの範囲にある請求項１〜１５のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項１７】
前記各部分層Ｔsの層厚が、１０〜７０ｎｍ、好ましくは２０〜４５ｎｍである請求項１６記載の被覆物。
【請求項１８】
前記中間層の層厚ｄzが、０．３〜１０ｎｍ、好ましくは１〜３ｎｍ、特に好ましくは１．５〜２．５ｎｍである請求項１６または１７に記載の被覆物。
【請求項１９】
高い屈折率を有する機能層と低い屈折率を有する機能層とからなる交互光学層系を含む請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項２０】
高い屈折率を有する機能層が低い屈折率を有する中間層によって遮断されており、かつ／または低い屈折率を有する機能層が高い屈折率を有する中間層によって遮断されている請求項１９に記載の被覆物。
【請求項２１】
前記の高い屈折率を有する機能層および／または高い屈折率を有する中間層が酸化チタンを含んでいる請求項１９および２０に記載の被覆物。
【請求項２２】
前記の高い屈折率を有する機能層および／または高い屈折率を有する中間層がチタンアルミニウム酸化物を含んでいる請求項１９および２０に記載の被覆物。
【請求項２３】
前記の高い屈折率を有する機能層および／または高い屈折率を有する中間層が酸化ジルコニウムを含んでいる請求項１９および２０に記載の被覆物。
【請求項２４】
前記の低い屈折率を有する機能層および／または低い屈折率を有する中間層が酸化ケイ素を含んでいる請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項２５】
金属から構成される機能層を含んでいる請求項１〜３のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項２６】
前記機能層がクロムを含んでいる請求項２５に記載の被覆物。
【請求項２７】
前記機能層が金属酸化物で構成された中間層によって遮断されている請求項２５または２６に記載の被覆物。
【請求項２８】
前記中間層が酸化クロムを含んでいる請求項２７記載の被覆物。
【請求項２９】
前記基板が金属である請求項１６〜２８のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３０】
前記基板が誘電性基板である請求項１６〜２８のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３１】
前記誘電性基板が、ガラス、ガラス−セラミック、複合材またはプラスチックである請求項３０記載の被覆物。
【請求項３２】
光学素子として、好ましくは反射材、レンズ、ミラー、またはデジタル映写用照明手段として使用される請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３３】
光学素子として、好ましくは反射材、レンズ、または舞台もしくは建築物照明用照明手段として使用される請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３４】
光学素子として、好ましくはプリズム、レンズ、ミラー、反射材、フィルターとして、またはＵＶもしくはＩＲ波長領域用照明手段として使用される請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３５】
監視装置または表示装置用のディスプレイとして使用される請求項１６〜２４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３６】
部品として、好ましくはリソグラフィー法のためのキャリア素子として使用される請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３７】
遮断された機能層が保護層であり、その層厚が１００〜２００００ｎｍ、好ましくは５００〜１００００ｎｍ、特に好ましくは１５００〜５０００ｎｍの範囲にある請求項１〜１５のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項３８】
部分層Ｔsの層厚が、３０〜５００ｎｍ、好ましくは１００〜２５０ｎｍである請求項３７に記載の被覆物。
【請求項３９】
中間層の層厚ｄzが、０．３〜１０ｎｍ、好ましくは１〜５ｎｍである請求項３７または３８に記載の被覆物。
【請求項４０】
中間層によって遮断された機能層が、横方向広がりが平均で１μｍ未満、好ましくは２００ｎｍ未満である柱状物を有している請求項３７〜３９のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４１】
表面粗さＲaが、１００ｎｍ未満、好ましくは５０ｎｍ未満、特に好ましくは２０ｎｍ未満である請求項３７〜４０のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４２】
前記機能層が窒化ケイ素を含んでいる請求項３７〜４１のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４３】
前記機能層が金属酸化物を含んでいる請求項３７〜４２のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４４】
前記機能層が熱的に安定な結晶相の酸化ジルコニウムを含んでいる請求項４３記載の被覆物。
【請求項４５】
前記中間層が窒化ジルコニウムを含んでいる請求項４４に記載の被覆物。
【請求項４６】
前記中間層が酸化ケイ素を含んでいる請求項３７〜４４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４７】
前記中間層がチタンアルミニウム酸化物を含んでいる請求項３７〜４４のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４８】
前記基板が、ガラス、ガラス−セラミック、または他の非金属結晶質材料から構成されている請求項３７〜４７のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項４９】
調理ホブ用のクッキングプレートとして使用される請求項３７〜４８のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項５０】
少なくとも１つの機能層を有する基板を含む被覆物であって、前記機能層と異なる少なくとも１つの中間層が少なくとも１つの機能層中に配されており、該中間層が該機能層と同じ屈折率を有しており、かつ該中間層が該機能層を形態的に遮断する層を形成していることを特徴とする被覆物。
【請求項５１】
前記機能層が金属酸化物を含んでいる請求項５０記載の被覆物。
【請求項５２】
前記機能層が酸化ジルコニウムを含んでいる請求項５１記載の被覆物。
【請求項５３】
前記中間層が少なくとも２種の金属成分を有する金属酸化物を含んでいる請求項５０〜５２のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項５４】
前記中間層がチタンアルミニウム酸化物を含んでいる請求項５３記載の被覆物。
【請求項５５】
前記中間層が金属酸化物を含んでいる請求項５０記載の被覆物。
【請求項５６】
前記中間層が酸化ジルコニウムを含んでいる請求項５５記載の被覆物。
【請求項５７】
前記機能層が少なくとも２種の金属成分を有する金属酸化物を含んでいる請求項５５および５６のいずれかに記載の被覆物。
【請求項５８】
前記機能層がチタンアルミニウム酸化物を含んでいる請求項５７記載の被覆物。
【請求項５９】
層の屈折率を、各金属成分の量比を調節することによって変化させることができる請求項５３、５４、５７および５８のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項６０】
少なくとも１つの機能層を有する基板を含んでおり、少なくとも１つの機能層中に、該機能層とは異なり、かつ好ましくは、該機能層とは異なる形態を有する少なくとも１つの中間層が配されている特に請求項５０に記載の被覆物。
【請求項６１】
散乱阻止容器として使用される請求項１〜６０のいずれか一項に記載の被覆物。
【請求項６２】
ＣＶＤまたはＰＶＤ法を利用して被膜を付することを特徴とする請求項１〜６１のいずれか一項に記載の被覆物の製造方法。
【請求項６３】
好ましくは次の群、
ＰＩＣＶＤ（プラズマインパルス化学気相蒸着）
ＰＥＣＶＤ（プラズマ強化化学気相蒸着）
ＰＡＣＶＤ（プラズマ補助化学気相蒸着）
ＴＣＶＤ（熱化学蒸着）
から選択される反応性ＣＶＤ法を利用して前記被膜を付与する請求項６２記載の被覆物の製造方法。
【請求項６４】
前記被膜をパルスサイクル方式で不連続的に付着させ、サイクルの数によって個々の機能層および中間層の厚さを設定する請求項６３記載の被覆物の製造方法。
【請求項６５】
正確に１つのパルスサイクルで付与される最も薄い層の厚さが、それぞれの場合に０．１〜０．３ｎｍに設定される請求項６４に記載の被覆物の製造方法。
【請求項６６】
反応性ＰＶＤ法、好ましくはマグネトロンスパッタリングを利用して被膜を付与する請求項６２記載の被覆物の製造方法。
【請求項６７】
反応性イオンビーム補助ＰＶＤ法、好ましくはイオンビーム補助イオンビームスパッタリングまたはイオンビーム補助電子ビーム蒸着コーティングを利用して前記被膜を付与する請求項６２記載の被覆物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板と光学機能および／または保護機能を有する少なくとも１つの機能層とを有する被覆物、かかる被覆物を製造するための方法、ならびにかかる被覆物の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる被覆物は、従来から知られており、実際に広く使用されている。その多くの用途では、最大数ミクロンまでの範囲で薄い層を付着させることが不可欠である。これら被膜は広範囲の様々な機能を有することができる。そのような例としては、機械的負荷から「耐引掻層」などの形態で物体を保護するための数多くの極薄保護層がある。これらの層は光学的に好ましい設計を有すること、あるいは完全に透明であることを想定されていることも多い。多くの機能や用途を有する光学被膜は、被膜に対するさらに広範な応用分野の構成要素となる。
【０００３】
しかし、上述した物の多くは、約３５０℃より高い動作温度に暴露されると問題を生ずる。
例えば、反射材は、約４００〜５００℃の動作温度を有し、一方調理ホブは最大で８００℃までの動作温度を有する。
【０００４】
非晶質の形態で付着された層は、これらの高温で変化する。温度が上昇すると、層は、被覆物の機能化に対して極めて有害である相転移を受ける。例えばＴｉＯ2の場合、相転移は、非晶質相から結晶性アナタース相に、さらにはアナタース相からルチル相に進行する。この相転移は、容積の縮小を伴い、積層体全体に対して極端に有害な影響を与える。この容積縮小により、層内部に微小亀裂が形成される。例えば、反射材の場合、これらの微小亀裂は入射光を散乱させ、結果として、達成可能な最大反射光束が低下する。その上、被膜の反射率も低下する。また、個々の層の表面構造も結果として変化し、交互層方式の場合には、このことがさらに、例えば（部分）層間剥離などの有害な影響を与える可能性がある。
【０００５】
この問題を解決するために、層を結晶質の形態で直接付着させることが知られている。しかし、これらの層は、きめが粗く、やや不透明であることが多く、反射特性が劣る。
【０００６】
問題を回避するさらに１つの可能な方法は、機能層をＳｉＯ2ガラス形成剤でドープすることである。この方法の欠点は、機能層の屈折率がより小さくなることと、実施手順がより複雑になることである。層がより多いほど、あるいは層がより厚いほど、当然の結果として同一の光学的効果（反射）を達成するには、積層体を作り上げるのにより多くの時間が必要になる。
【０００７】
薄い（交互）層の相転移および結晶化特性に関する研究がある。例えば、非特許文献１から、結晶化特性は一方では温度に、他方では個々の層の層厚に左右されることが知られている。層がより厚いほど、層をより加熱するほど結晶化がより起こりやすい。
【０００８】
Ｈ．ＳａｎｋｕｒおよびＷ．Ｇｕｎｎｉｎｇは、ＴｉＯ2層が約３５０℃で非晶質層からアナタース相に結晶化し、次いで約６００℃以上でルチル相に結晶化することを発見した。彼らの研究により、極めて純粋な層の場合、ある層厚未満すなわち約５０ｎｍ未満では、比較的高温においても結晶化が阻害され、実際に、結晶化は実質上始まらないことが判った。
【０００９】
この問題に関するＤ．Ｇ．ＨｏｗｉｔｔおよびＡ．Ｂ．Ｈａｒｋｅｒによるさらなる研究によれば［非特許文献２］、比較的薄い層（＜５０ｎｍ）は、高められた温度で比較的長時間加熱した場合にも結晶化しない、すなわち非晶質状態のままであることが判っている。例えば、薄い層（＜５０ｎｍ）を４５０℃で１００時間加熱してもいかなる結晶化も示さなかった。かかる条件下では、より厚い層であれば数分以内で結晶化するであろう。
【００１０】
しかし、光学設計の観点からは５０ｎｍを超える厚さを有する層を付着させることが一般に必要になる。この点に関し、光学設計においては、一定の層構造すなわち交互積層体におけるそれぞれ物理的層厚ｄの精密に規定された配列が要求され、その各層厚の値は可視スペクトル領域の用途では一般に２００ｎｍにまで及ぶ。相当する光学層厚ｎ・ｄは、λ／４程度の大きさである（ｎ：屈折率、λ：光の波長）。
【００１１】
さらには、硬く稠密でかつ耐引掻性のある、熱的に十分安定な層を生成することは、特に長期間に亘って好ましい光学的外観を有しかつ／または透明であることも要求される場合には、既知の方法を用いるかぎり不可能であることが判っている。
【００１２】
例えば、特許文献１および２によれば、スーパーマーケットや他の消費者市場の精算レジに設置された走差装置において、製品包装に付されているバーコードを上方の光透過性硬質材料層で記録するためにガラスまたはガラス−セラミック製の走差ウィンドーを設けること、およびこれらの走差ウィンドーをより耐磨耗性にするために硬質材料層に滑り性を有する光透過性被膜を付することが知られている。硬質材料層用の材料としては、とりわけ、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＳｎＯ2、Ｙ2Ｏ3などの金属酸化物を挙げることができる。特に適したものとしては、非晶質の形態で堆積された酸化アルミニウムを挙げることができる。特に、このような金属酸化物の非晶質堆積物は保護層の硬度および滑動特性の所望どおりの改善を促進する。ここに記載した硬質材料層は、室温領域での応用には適しているが、高温で、例えば調理ホブによく起こる層特性の変化によって、高温での使用に適さないようになる。調理面用の保護層としては、８００℃までの温度に耐えることが可能で、かつガラス−セラミックと保護層との間に発生する大きな熱機械的応力に耐えることのできる材料が要求される。
【００１３】
特許文献３には、クッキングプレートとして、とりわけ硬質材料層で形成できる透明で耐引掻性のある層を備えたガラス−セラミック板を有する調理面が開示されている。この透明層用の材料には、とりわけ、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化スズ、酸化インジウムなどの金属酸化物やこれらの組合せが含まれる。この文献によれば、これら材料は例えばゾルゲル技術、ＣＶＤ法、特にＰＩＣＶＤ法やスパッタリングによって堆積できる。
【００１４】
例えば前記特許文献１および３に記載されたような硬質材料層を作製するための既知の方法によれば、層は一般的に非晶質形態または部分的結晶質構造で堆積される。この種の層は高温区域で長期使用される場合や最大熱負荷に達している場合には好ましくない変化を受けることがある。例えば、層はこれらの区域で熱誘起緻密化によって変色することがあり、あるいは結晶化のために一部が不透明になり、結果として高温区域が目につき易くなる可能性がある。さらに、１〜１０００ｎｍの範囲での粗面化が発生する。粗面化それ自体はその光学的存在を感知され、追加的に形成された凹部により清浄がより困難になる。高温領域における結晶化の問題は、耐引掻き層の機械的破損の機構を進行させる。結晶化の過程で層の構造が変化し、その結果、層内に亀裂が形成される。横方向凝集力の低下はその層が引掻きに対する十分な保護をもはや提供し得ないことを意味する。
【００１５】
タービン技術の応用分野では柱状に成長した層は急速な交互熱負荷に対して著しく高い抵抗性を有することが知られている。例えば、特許文献４には、柱状形態に成長させたセラミック層の、タービン構造物の金属部品に対する熱保護への使用について記載されている。しかし、この文献に記載されている層はその粗い結晶構造のために相当な粗さおよび／または空隙を有している。
【００１６】
粗く、孔の多い表面は汚れるのが早く、掃除が困難である。さらに、それらは光学的にいって完全な透明ではなく、むしろ強い散乱作用を有し、視覚的に好ましい表面を必要とする応用分野には適していない。
【非特許文献１】Ｈ．Ｓａｎｋｕｒ  ａｎｄ  Ｗ．Ｇｕｎｎｉｎｇ、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６６（１９８９年）
【非特許文献２】Ｊ．Ｍａｔｅｒ，Ｒｅｓ．２（２），Ｍａｒ／Ａｐｒ  １９８７
【特許文献１】ＤＥ４２０１９１４Ａ１
【特許文献２】米国特許第５，５９４，２３１号
【特許文献３】ＤＥ２０１０６１６７Ｕ１
【特許文献４】米国特許第４，３２１，３１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従って、本発明は、被膜が３５０℃以上の動作温度でも構造的に安定であり、光学的および／機械的特性がさらに改善された、高い品質を有する被覆物を最小コストで提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的は、請求項１から６６までに記載された技術内容によって達成される。
本発明によれば、被覆物の少なくとも１つの機能層は少なくとも１つの中間層を有しており、該中間層は機能層に比べ極めて薄いｄz≦１０ｎｍの層厚を有する層であり、該中間層は機能層を形態的に遮断（分断）しており、その結果、従来技術の欠点は発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本願特許請求の範囲および明細書において「機能層」とは、光学的機能を実現し（すなわち、これらの層は、屈折率および層厚を選択することによって限定された領域内での電磁スペクトル放射に作用するという意味での機能を有する）、および／または例えば熱的、化学的または機械的作用からの基板の保護に関する保護機能を有する層を意味している。
【００２０】
機能層が主として非晶質層または不安定な結晶相状態の層である場合、中間層は、形成された機能層の部分層Ｔsが、この種の機能層の例えば非晶質相からアナタース結晶相への相転移あるいはアナタース相からルチル結晶相への相転移がもはや生じない所定の層厚以下の厚さであるように、機能層の形態を少なくとも一回遮断できる。
【００２１】
驚くべきことに、薄い層は、これら機能層の本来の機能に悪影響を与えることなく、例えばその熱安定性に関して本質的に知られている機能層の形態に対して有利な変化を生じさせることが明らかになった。これによって、例えば、有利な機械的および光学的特性を有する非晶質機能層または熱的に不安定な結晶相状態の機能層を、さらに構造的、熱的にも安定化することが可能になり、その結果これら機能層を高温領域においても使用できるようになる。
【００２２】
機能層が主として結晶質の層であり、好ましい熱的に安定な結晶相の状態である場合、中間層は、この種の機能層の形態を少なくとも一度遮断することができ、その結果、部分層Ｔsが形成される。この遮断の結果、横方向にしっかりと凝集し、基板表面に対して垂直に成長し、かつ広がろうとする傾向を実質的に有しない稠密な柱状物が機能層中に形成される。
【００２３】
中間層は、層の成長につれて広がろうとする傾向を有する結晶配向を抑制するよう結晶質層の形態に影響を及ぼし、その結果、機能層は非常に稠密であり、かつ極めて平坦な表面を有するようになる。結果として、高い熱安定性を有する結晶質層に高品質の光学特性を付与し、それによって非常に稠密で、耐引掻性に富み、かつ熱的に安定な層を生成することが可能である。
さらに、機能層に対する上記中間層の影響を組み合わせた機能も可能である。
【００２４】
機能層は、酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物、塩化物、セレン化物、テレル化物または硫化物を含んでいてもよく、かつ／または次の元素、Ｌｉ（リチウム）、Ｂｅ（ベリリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｔｅ（テルル）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｌ（タリウム）、Ｐｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）および／またはＴｈ（トリウム）の１種または複数と組み合わされてもよい。
【００２５】
しかし、さらに、機能層は、上記元素の純粋な材料から、あるいは、その元素の酸化物および／または窒化物および／または炭化物および／またはフッ化物および／または塩化物および／またはセレン化物および／またはテルル化物および／または硫化物化合物を含む混合系からなること、例えば少なくとも１種の金属酸化物および／または金属窒化物および／または金属炭化物および／または金属酸窒化物および／または金属炭窒化物および／または金属酸炭窒化物を有する混合系からなることもできる。また、上記混合系が、複数の金属製分を含むこと、例えばチタンアルミニウム酸化物からなることも可能である。
【００２６】
本被膜は、ただ１つの機能層あるいは複数の異なる機能層を含むことができる。材料および材料の組合せ、個々の機能層の構造および組成の選択は、実質上個々の層に課せられた要求によって決められる。
【００２７】
本中間層は、機能層について上述した元素、化合物および混合系を同様に含むことができる。
【００２８】
薄い中間層による機能層の形態に対する有効な遮断（分断）は、中間層が遮断すべき機能層と異なる化学組成および／または異なる形態を有する場合に有利に達成できる。
【００２９】
光学機能層の場合、層厚は１０〜１０００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜５００ｎｍの範囲である。光学機能層は光学的変化を生じさせる層であり、換言すれば、これらの層は、定められた領域内の電磁スペクトル放射に対して影響を与えるという点で機能を有する。
【００３０】
驚くべきことに、極めて薄い中間層（≦１０ｎｍ）は、ほとんどの場合、層構造の光学的設計およびスペクトル反射特性に影響を与えないことが見出された。しかしながら、これらの層は光学機能層が望ましくない結晶形態学的構造を形成することを阻止する。従って、光学機能層を極薄の中間層によって反射特性に影響を与えることなく分割することができ、この場合機能層は比較的高温でも構造的に安定である。
【００３１】
部分層の厚さは、いくつかの試験に基づいて当業者が容易に設定できる。厚さは、第一に光学機能層に使用する材料、第二に使用中に層に対して予想される熱負荷によって決まる。光学機能層を分割した場合に生じる部分層Ｔsの層厚は、１０〜７０ｎｍ、好ましくは２０〜４５ｎｍであるべきである。機能層に対する単一の遮断によっては、部分層の厚さが大きすぎて、あるいは他の理由によって満足できる機能を得られない場合には、複数の中間層を使用する。形成される各部分層は同一の厚さを有する必要はなく、異なる厚さを有していても、すなわち非対称的に形成されてもよい。個々の光学機能層の機能は、実質的にその各部分層を合計した厚さによってのみ決定される。各部分層が所望の用途に必要な（薄い）厚さを有するに至ると直ぐさらに中間層を付加して各部分層の厚さを低減したとしてもいかなる意味ある改善にも結びつかない。４５〜７０ｎｍの範囲の部分層の層厚は３５０℃近辺の熱負荷に曝される物体にのみ使用されるべきである。２０〜４５ｎｍの層厚範囲では３５０℃以上の極めて高い温度においても特性の低下は無い。
【００３２】
光学機能層用中間層の層厚は、０．３〜１０ｎｍ、好ましくは１〜３ｎｍ、特に好ましくは１．５〜２．５ｎｍの範囲であるべきである。これらのパラメータは、中間層が層の形態にのみ影響を与え光学設計には影響を与えないことを保証する。０．３ｎｍ未満では中間層が殆ど効果を発揮せず、一方１０ｎｍを超えると中間層が光学的に活性を帯びる傾向があり望ましくない。
【００３３】
中間層で機能層を遮断する原理は、機能層におけるあらゆる所望材料の組合せに対して適用することができる。例えば、交互光学層系においては、屈折率の小さな機能層を屈折率の大きな材料で形成した中間層で分割することができ、また屈折率の大きな機能層を屈折率の小さな材料で形成した中間層で分割することができる。しかし、この手法は絶対的に必要なものではなく、単にプロセス工学の観点から意味があるだけである。従って、屈折率の大きな機能層を同様に大きな屈折率を有する異なる中間層で遮断すること、例えば酸化チタン機能層をチタンアルミニウム酸化物中間層で遮断することも可能である。
【００３４】
光学機能層に適した材料は、屈折率の大きな機能層に対しては、主として金属酸化物、特に、熱的に安定な結晶相の状態にある酸化チタン、チタンアルミニウム酸化物および酸化ジルコニウムであり、屈折率の小さな機能層に対しては、特に酸化ケイ素である。
【００３５】
本発明のさらに有利な側面は、例えば結晶性の形態で付着させた光学機能層の場合、これらの機能層を中間層で遮断するとその表面性が著しく改善されることである。熱安定性の向上に加え、高い光沢性を有する表面、光学性の向上、および機械的負荷に対する耐性の向上が達成される。
【００３６】
例えば部品、特にリソグラフィー法で使用されるキャリア素子の表面被覆のために、金属で形成した機能層を、有利には金属酸化物、特に同一金属の金属酸化物で形成した中間層によって遮断することができる。例えば、クロム機能層を酸化クロム中間層で遮断すると、著しく平坦な表面を提供でき、この種の被膜の品質を著しく向上させることができる。
【００３７】
被覆できる対象物は、金属でも、誘電性基板すなわちガラス、ガラス−セラミックまたは複合材でもよい。しかし、基板としては、例えば、ＣＯＣ（シクロ−オレフィン−コポリマー）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＣＯＰ（シクロ−オレフィンポリマー）またはその誘導体、混合物、コポリマーなど、使用温度で安定であるプラスチックやこれら物質のブレンドを使用することも可能である。
【００３８】
しかし、本発明による被覆物のための基板としては、他のあらゆるプラスチック類を使用することもまた可能である。
【００３９】
本発明は、また、この種の被覆物の使用にも関するものであり、この被覆物は高い熱負荷の下での使用に特に適している。この種の被覆物は典型的には光学素子に使用される。これらは、反射材、レンズ、フィルター、プリズム、およびミラーであることができる。デジタル映写、舞台照明または建築物照明用の照明手段も考えられる。本発明によれば、これら光学素子はＵＶ波長領域用やＩＲ波長領域用としても使用することもできる。基板と層の材料を適切に選択すれば、監視装置や表示装置用のディスプレイとして使用することも可能である。
【００４０】
機能層が、保護層、例えば「耐引掻層」として知られているような硬質材料保護層である場合には、その層厚は、一般に１００〜２００００ｎｍ、好ましくは５００〜１００００ｎｍ、特に好ましくは１５００〜５０００ｎｍの範囲内である。
【００４１】
部分層の厚さもまたいくつかの試験に基づいて当業者が容易に設定することができる。その厚さは主として保護層に使用する材料によって決まる。この種の機能層を中間層で分割した場合に生ずる各部分層の厚さは３０〜５００ｎｍ、好ましくは１００〜２５０ｎｍである必要がある。機能層を一度遮断しただけでは部分層が厚すぎるといった理由や他の理由のために満足できる効果を達成し得ない場合には、複数の中間層を使用する。形成される各部分層は同一の層厚を有する必要はなく、異なる層厚を有していてもよく、すなわち非対称的に形成されてもよい。
【００４２】
保護層中の中間層は、機能層に較べて極めて薄い、厚さが０．３〜１０ｎｍの範囲内、好ましくは１〜５ｎｍの範囲内である層でなければならない。
【００４３】
結晶質保護層の場合には、例えば、成長中の柱状構造を中間層で遮断することによって、柱状物の横方向広がりを１μｍ未満、好ましくは２００ｎｍ未満の範囲に制限することが可能であり、その結果、各層は極めて稠密になる。
【００４４】
保護層、特に透明保護層用としてのこの種の機能層に適した材料は、窒化ケイ素と金属酸化物、特に熱的に安定な結晶相の状態にある酸化ジルコニウム、例えばイットリウム安定化ジルコニアである。例えば、窒化ジルコニウム、酸化ケイ素またはチタンアルミニウム酸化物が上記遮断を形成する中間層のために使用される。
【００４５】
被覆対象物はガラス、ガラス−セラミックあるいは複合材のいずれでもよい。しかし、他の適切な材料を本発明による被覆物用の基板として使用することも可能である。
【００４６】
本発明はまた、この種の被覆物の使用にも関するものであり、この被覆物は高い熱負荷の下での使用に特に適している。この種の被覆物は典型的には調理ホブ用のクッキングプレートとして使用される。
【００４７】
少なくとも１つの機能層を有する基板を含む本発明によるさらなる被覆物は、少なくとも１つの機能層が該機能層とは異なる少なくとも１つの中間層を有するように設計され、該中間層は該機能層と同じ屈折率を有しており、かつ該中間層は該機能層を形態的に遮断している。
【００４８】
基本的には、ここで言及している中間層による機能層の遮断は機能層の形態に上述したのと同様の効果を与えるが、中間層は１０ｎｍ未満の薄さを有することはもはや必要とされない。この中間層は機能層と同一の屈折率を有するので機能層の光学機能を変化させることはない。このことは、特に保護機能を有する透明機能層にとっても光学機能層にとっても重要である。
【００４９】
保護機能を有する透明機能層および／または光学機能層は主として金属酸化物で構成されている。同一屈折率を有する中間層を用いる遮断は、少なくとも２種の金属成分を有する適当な金属酸化物類から構成される中間層を使用することによって達成され、該各成分間の量比を調和させることで特定の屈折率を設定することが可能である。
【００５０】
同様に、少なくとも２種の金属成分を有する金属酸化物類から構成される機能層は、金属酸化物から構成される中間層で遮断される。
【００５１】
ひとつの可能で適切な実施形態は、例えば酸化ジルコニウム機能層をチタンアルミニウム酸化物中間層で遮断することであり、その逆も含まれる。
【００５２】
酸化ジルコニウムの屈折率は約２．１であり、チタンアルミニウム酸化物の屈折率は、アルミニウム対チタンの比率を調節することによって約１．５５〜２．５０の範囲内で変化させることができる。これら２つの金属成分の目標とする量比を用いて、チタンアルミニウム酸化物層の屈折率を酸化ジルコニウム層の屈折率に合わせることが可能である。
この手法は、他の金属酸化物に対しても同様に適用できる。
【００５３】
本発明に係る被覆物を製造するのに適した方法は、化学気相蒸着（ＣＶＤ）または物理気相蒸着（ＰＶＤ）である。
【００５４】
ＣＶＤで使用される３つの主な技術は、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤおよびレーザーＣＶＤである。これらは層材料の各成分のための気化可能なキャリアとして機能する化学前駆体の励起および分解の性質の点で相違している。
【００５５】
上述した物を製造する場合、特に非晶質機能層を製造する場合には、プラズマＣＶＤの変形の１つ、すなわちプラズマ補助化学気相蒸着（ＰＡＣＶＤ）、プラズマ強化化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）、および特に有利なプラズマインパルス化学気相蒸着（ＰＩＣＶＤ）が有利に用いられる。後の方法においては、パルス化されたマイクロ波照射によって励起されたプラズマ中で層の堆積が不連続的に起こる。各機能層および中間層による目標積層は、パルスサイクルの数によって制御される。正確に１回のパルスサイクル中に堆積させることのできる最も薄い層の厚さはパルス当たり０．１〜０．３ｎｍに設定することができる。
【００５６】
ＰＩＣＶＤの場合、製造経費は異なる層の数よりもむしろ全積層体の厚さによって決まる。ＰＩＣＶＤの場合の層から層への切替え時間はほぼ１０ミリ秒である。これは特に経済的に有利な方法である。なぜなら、他の製造方法では製造コストは異なる層の数と共に増大する、すなわち層の数が製造コストの中核を形成するからである。
【００５７】
例えばスパッタリング法などの、高レベルのエネルギーを導入する物理気相蒸着法は結晶質の層形態を製造するのに適している。
【００５８】
しかし、すべてのスパッタリング法が工業的被覆に経済的に適している訳ではない。この点で、本発明に係る被覆物の製造にはマグネトロン法が特に適している。マグネトロンスパッタリング装置は、基板を比較的少量加熱するだけで低圧力領域で大きな被覆速度を可能にし、かつプロセスパラメータを良好に制御し得るという特徴を有する。
【００５９】
スパッタリング法は、異なるターゲット材料を取り付けた２つのスパッタリング源を使用する同時スパッタリング（共スパッタリング）を実施できる混合系からの層製造に特に適している。
【００６０】
以下、本発明に係る被覆物の代表的な実施形態を記載するが、本被覆物はこれらの実施形態に限定されない。
【００６１】
図面中、図１は、本発明の特に好ましい実施形態に係る被覆基板（１）の厚さ方向断面を示している。基板に直接付された層（２）は機能層Ｂを形成しており、この層の形態や寸法はいずれも本発明の構成要素ではない。この層に、中間層（４）によって部分層Ｔs（３ａおよび３ｂ）に分割された機能層Ａ（３）が続いている。
【００６２】
図１から明らかなように、この分割された機能層Ａにさらに機能層Ｂを付すことができる。層のこの連続が所望の被膜機能が達成されるまで繰り返される。
【００６３】
図２は、機能層Ａ（３）が部分層Ｔs（３ｃおよび３ｄ）に非対称的に分割された、さらなる実施形態を示している。また、図２は、機能層Ａを複数回、ここでは部分層Ｔs（３ｅ、３ｆ、３ｇ）に分割することができることをも示している。
【００６４】
以下、中間層を有する被膜の一例（表２）および中間層を有さない被膜の一例（表１）を反射材の冷光層設計基準に従って比較する。
ここで、表中に記された層１が基板に最も近いものとする。
【００６５】
【表１】
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【００６６】
【表２】
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【００６７】
図３に示したグラフは、中間層を有さない反射材（表１）のスペクトル特性を点線として、中間層を有する反射材（表２）のスペクトル特性を実線として示している。明らかに、中間層はスペクトルに対し極めて微小な変化を与えるだけであり、いずれの場合も、この変化は層の厚さをわずかに変更することによって実質上補償することができる。しかも、中間層を有する反射材は、かなり高い動作温度で、同じ光学特性を保持しつつ使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】対称分割された機能層を有する被覆基板の断面図である。
【図２】非対称分割された機能層を有する被覆基板の断面図である。
【図３】中間層を有する反射材の一例および中間層を有しない反射材の一例の反射特性を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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