(57)【要約】  本明細書では、ＮｂＴａＺｒ酸化物を含む高い屈折率の材料を使用した、光干渉多層コーティングが開示される。このようなコーティングは、好ましい光学的および物理的特性の高温での維持を強化する。本明細書ではまた、光透過性外囲器を備えるランプが開示され、光透過性外囲器の表面の少なくとも一部分に上記の光干渉多層コーティングが設けられる。このようなコーティングがランプに用いられた場合は、このようなランプに対する改善されたエネルギー効率を有利にもたらすことができる。【選択図】図１
2013512462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の交互の第１および第２の層であって、前記第１の層は比較的低い屈折率を有し、前記第２の層は前記第１の層より比較的高い屈折率を有する、第１および第２の層を備え、前記第２の層は、
Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０
および
Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０
の原子比を満足するＮｂＴａＺｒ酸化物を含む、光干渉多層コーティング。
【請求項２】
前記ＮｂＴａＺｒ酸化物内の残りの金属がほぼＺｒである、請求項１記載の光干渉多層コーティング。
【請求項３】
前記第２の層が、
約５＜Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約１０
および
約７５＞Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約６５
および
約２０＜Ｚｒ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約２５
の原子比を満足するＮｂＴａＺｒ酸化物を含む、請求項１記載の光干渉多層コーティング。
【請求項４】
前記コーティングが約１から約２０ミクロンの幾何学的厚さを有する、請求項１記載の光干渉多層コーティング。
【請求項５】
前記コーティングが４から２５０の層の総数を有する、請求項１記載の光干渉多層コーティング。
【請求項６】
前記コーティングが、４００〜７５０ｎｍの波長の可視光にて約６０％より大きな平均透過率を有する、請求項１記載の光干渉多層コーティング。
【請求項７】
前記コーティングが、８００〜１５００ｎｍの波長の電磁スペクトルの赤外領域にて約５０％より大きな平均反射率を有する、請求項６記載の光干渉多層コーティング。
【請求項８】
前記コーティングが、１５００〜２５００ｎｍの波長の電磁スペクトルの赤外領域にて約４０％より大きな平均反射率を有する、請求項６記載の光干渉多層コーティング。
【請求項９】
前記コーティングが、２５００〜３５００ｎｍの波長の電磁スペクトルの赤外領域にて約３０％より大きな平均反射率を有する、請求項６記載の光干渉多層コーティング。
【請求項１０】
表面を有する光透過性外囲器と、
前記外囲器が少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１つの光源と
を備えるランプであって、
前記光透過性外囲器の前記表面の少なくとも一部分には、複数の交互の第１および第２の層を備える光干渉多層コーティングが設けられ、前記第１の層は比較的低い屈折率を有し、前記第２の層は前記第１の層より比較的高い屈折率を有し、
前記第２の層は、
Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０
および
Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０
の原子比を満足するＮｂＴａＺｒ酸化物を含む、ランプ。
【請求項１１】
前記第２の層が、
約５＜Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０
および
約８０＞Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０
の原子比を満足するＮｂＴａＺｒ酸化物を含む、請求項１０記載のランプ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの光源はフィラメントを備え、前記コーティングは４００〜７５０ｎｍの波長の可視光にて約６０％より大きな平均透過率を有し、８００〜１５００ｎｍの波長の電磁スペクトルの赤外領域にて約５０％より大きな平均反射率を有する、請求項１０記載のランプ。
【請求項１３】
前記コーティングは、第１および第２の層の顕著な機械的劣化なしに、室温と約７５０℃の間の繰り返しサイクルの能力がある、請求項１０記載のランプ。
【請求項１４】
前記コーティングが、約８００℃で約４日間のアニーリング後に、４００〜７５０ｎｍの波長の可視光にて約５％未満の透過損失を示す、請求項１０記載のランプ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの光源はフィラメントを備え、前記ランプは熱いフィラメント温度に電圧供給されたときに、前記コーティングなしで同じ熱いフィラメント温度に電圧供給された同じランプと比べて、約２０％から約１５０％のＬＰＷ利得を示す、請求項１０記載のランプ。
【請求項１６】
前記外囲器内に配置され、前記外囲器を通って延びる電流供給導体に接続された少なくとも１つの電気要素をさらに備える、請求項１０記載のランプ。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの光源は電気アークまたは放電を含み、前記コーティングは可視光にて６０％より大きな平均透過率をもたらし、３００〜３７０ｎｍの波長の電磁スペクトルの紫外領域にて約３０％より大きな平均反射率をもたらすように構成された、請求項１０記載のランプ。
【請求項１８】
前記外囲器がハロゲンを含んだガスを含む充填ガスを封入する、請求項１０記載のランプ。
【請求項１９】
前記外囲器が、ガラス、石英、石英ガラス、およびほぼ透明なセラミックの少なくとも１つを含む、請求項１０記載のランプ。
【請求項２０】
前記光干渉多層コーティングが、前記外囲器の内面上および外面上の一方または両方に設けられる、請求項１０記載のランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に光学多層コーティングに関する。具体的には本明細書でのいくつかの実施形態は、高温耐性を有する光学多層コーティング、ならびにランプおよび他の用途におけるそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
光干渉コーティングは、薄膜光コーティングまたはフィルタと呼ばれることもあり、異なる屈折率の２つ以上の材料の交代層を備える。一部のこのようなコーティングまたは膜は、紫外、可視、および赤外放射など、電磁放射スペクトルの様々な部分からの光放射を選択的に反射または透過するために用いられている。例として光干渉コーティングは、反射器およびランプ外囲器を被覆するためにランプ産業において一般に用いられる。光干渉コーティングが有用となる１つの用途は、（たとえばフィラメントまたはアークによって）放出されるエネルギーをフィラメントまたはアークに向かって戻すように反射し、一方、光源から放出される電磁スペクトルの可視光を透過することによってランプの視感度効率（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ、またはｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃａｃｙ）を改善することである。これにより光源がその動作温度を維持するのに必要な電気エネルギーの大きさが低減する。
【０００３】
光干渉コーティングは一般に、２つの異なるタイプの交代層を備え、一方は低い屈折率を有し、他方は高い屈折率を有する。異なる屈折率を有するこれら２つの材料を用いて、ランプ外囲器の表面に堆積することができる光干渉コーティングを設計することができる。一部の場合にはコーティングまたはフィルタは、光源から放出された可視スペクトル領域の光を透過し、赤外線を反射する。ランプ動作時には戻された赤外線は光源を加熱し、結果として被覆されたランプのルーメン出力は、被覆されないランプのルーメン出力よりも大幅に大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許第４４０７０６７Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
白熱ランプおよびハロゲンランプに対するエネルギー規制の可能性の到来と共に、エネルギー効率の良い製品を開発し導入することがますます重要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、第１の層は比較的低い屈折率を有し、第２の層は第１の層より比較的高い屈折率を有する、複数の交互の第１および第２の層を備える光干渉多層コーティングを対象とする。第２の層は、Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０、Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０の原子比を満足する、少なくともＮｂＴａＺｒ酸化物を含む。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、表面を有する光透過性外囲器と、外囲器が少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１つの光源とを備えるランプを対象とする。光透過性外囲器の表面の少なくとも一部分には、光干渉多層コーティングが設けられる。コーティングは、第１の層は比較的低い屈折率を有し、第２の層は第１の層より比較的高い屈折率を有する、複数の交互の第１および第２の層を備える。第２の層は、Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０、Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０の原子比を満足する、少なくともＮｂＴａＺｒ酸化物を含む。
【０００８】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明からより良く理解されるであろう。
【０００９】
次に本発明の実施形態について添付の図を参照してより詳しく述べる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による例示のランプの概略図である。
【図２】比較材料の正透過率をプロットしたグラフである。
【図３】本発明の実施形態による例示の材料の正透過率をプロットしたグラフである。
【図４】本発明の実施形態による例示の材料のＸ線による結晶学的データを表す図である。
【図５】比較材料および例示の材料の顕微鏡写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態によれば、複数の交互の第１および第２の層を備える光干渉多層コーティングが提供される。第１の層は比較的低い屈折率を有し、第２の層は第１の層より比較的高い屈折率を有する。特性的には、第２の層の一部またはすべては、少なくともいくらかのＮｂＴａＺｒ酸化物を含む。一部の実施形態では第２の層のすべては、ほぼ完全にＮｂＴａＺｒ酸化物から構成される。
【００１２】
本発明の実施形態によるコーティングは、光干渉コーティングが望ましいまたは通常用いられる、多種多様な用途のいずれにも利用することができる。これらはたとえば、照明用途（たとえばランプ）、光導波路、反射器、装飾材料、証券印刷などを含む。本発明の実施形態によるコーティングの高温耐性の結果として、これらはまたレーザ用途または他の高温光学系（高速航空機またはミサイルなど）などの高温耐性を必要とする多くの用途に使用することができる。
【００１３】
一部の実施形態ではコーティングは、電磁スペクトルの一部分を選択的に反射し、電磁スペクトルの別の部分を透過するように構成される。例としてコーティングは、「コールドミラー」または「ホットミラー」として用いることができる。「コールドミラー」は、可視光は反射し、同時に長い波長の赤外エネルギーはフィルタを通過させる光フィルタである。「ホットミラー」は、赤外放射は反射し、同時に短い波長の可視光はフィルタを通過させる光フィルタである。本明細書におけるホットミラーの１つの非限定的な用途は、赤外熱をランプのフィラメントに戻してランプ効率を向上することである。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、用いられるＮｂＴａＺｒ酸化物の化学組成は、次の原子比、Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０、およびＴａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０の両方を同時に満足する。ＮｂＴａＺｒ酸化物の残りの金属は、ほぼＺｒである。より具体的な実施形態では、用いられるＮｂＴａＺｒ酸化物は、次の原子比、約５＜Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約３０、および約８０＞Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約５０の両方を同時に満足することができる。ここでもＮｂＴａＺｒ酸化物内の残りの金属は、ほぼＺｒとすることができる。他のより具体的な実施形態では、ＮｂＴａＺｒ酸化物は原子比、約５＜Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約１０、約７５＞Ｔａ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＞約６５、および約２０＜Ｚｒ／（Ｎｂ＋Ｔａ＋Ｚｒ）＜約２５を満足することができる。
【００１５】
使用されるＮｂＴａＺｒ酸化物は、混合金属酸化物と呼ぶことができる。本明細書で用いる「混合金属酸化物」という用語は、金属酸化物の混合物、金属酸化物の固溶体、金属酸化物の化学量論的または非化学量論的化合物、またはそれらの組み合わせであることにより定義することができる。例としてかつ例示のみとしてＮｂＴａＺｒ酸化物は、次のいずれか１つまたは複数を指すものであり、すなわち（１）酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウムを含む混合物、（２）Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、およびＺｒＯ2の固溶体、（３）化合物ＮｂaＴａbＺｒcＯd、ただしａ、ｂ、およびｃは正の実数で、ｄ＝２．５ａ＋２．５ｂ＋２ｃ（Ｎｂが五価のとき）、もしくはｄ＝１．５ａ＋２．５ｂ＋２ｃ（Ｎｂが三価のとき）、（４）酸素欠乏非化学量論的化合物ＮｂaＴａbＺｒcＯd-δ、ただしａ、ｂ、ｃ、ｄは上記の通り、δは約０．２未満、（５）酸素過剰非化学量論的化合物ＮｂaＴａbＺｒcＯd+δ、ただしａ、ｂ、ｃ、ｄ、およびδは上記の通り、またはこれらの組み合わせ、または同様のものである。例として「ＮｂＴａＺｒ酸化物」は、それぞれの酸化物（たとえば混合物にて）の分離した分子を含むことができ、またはＮｂ／Ｔａ／Ｚｒ基材の酸化物とすることができる。
【００１６】
上記のように光干渉多層コーティングの第１の層は、比較的低い屈折率を有し、したがって「低屈折率」層と呼ぶことがある。これらの第１の層は一般に、少なくともスペクトル的に第２の層に隣接し、より典型的にはまた物理的に第２の層に隣接する。常に必要ではないが典型的には、第１および第２の層は交互でありかつ隣接する。一般に低屈折率層は、波長が５５０ｎｍの光で測定したときに、約１．３５から約１．７の屈折率を有する材料から構成することができる。典型的にはこれらの低屈折率層は、セラミック材料、高融点材料、シリコン、金属または半金属の酸化物、金属または半金属の窒化物、金属または半金属のフッ化物などから独立に選択された材料を含むことができる。金属のフッ化物はＭｇＦ2などの化合物を含むことができる。しばしばこれらの低屈折率層は、ガラスまたは石英、または他の形の非晶質または結晶シリカなどの、酸化シリコンを含むことができる。その低い屈折率、低コスト、および好ましい熱特性により、最も一般に使用される低屈折率材料は、１つまたは複数の形のＳｉＯ2（シリカ）である。
【００１７】
一般に第２の層（「高屈折率」層と呼ぶことがある）は、約５５０ｎｍにて約１．７から約２．８の屈折率を有する材料から構成される。上述の第２の層のＮｂＺｒＴａ酸化物成分に加えて、追加の高屈折率材料をＴｉ、Ｈｆ、Ｗ、Ｍｏ、およびＩｎからなる群から選択された１つまたは複数の金属の１つまたは複数の酸化物（または混合酸化物）または同様のものから独立に選択することができる。
【００１８】
実施形態によれば光干渉多層コーティングは、約０．００１マイクロメータ（「ミクロン」）から約２５ミクロンの幾何学的厚さを有することができる。より典型的には幾何学的厚さは、約１から約２０ミクロン、または約３から約１８ミクロンとすることができる。このようなコーティングの厚さの測定値は、一般に基板の厚さを含まない。比較的厚い全体コーティングは、光干渉多層コーティングが赤外放射を反射し可視放射を透過するバンドパスフィルタとして働くように構成される用途の場合に、効率の高いものとなり得る。
【００１９】
個々の高い屈折率の層および低い屈折率の層は、典型的には約２０ｎｍから約５００ｎｍ、時には約１０ｎｍから約２００ｎｍの厚さを有することができる。実施形態によれば光干渉多層コーティングは、任意の数の層、またはより具体的には両端を含めて約４から約２５０層の任意の整数の層の総数を有することができる。それらの間のすべての整数値も具体的に企図される。異なる用途はそれぞれの個々の第１および第２の層の異なる厚さを有して、異なる数の層が必要となる。一部の特定の実施形態では光干渉多層コーティングは、約１１ミクロンの幾何学的厚さを有して約１２０の層の総数を有することができ、または約１８ミクロンの幾何学的厚さを有して約２１０の層の総数を有することができる。
【００２０】
一部の実施形態によれば光干渉多層膜は、ホットミラーとして働き、すなわち光源から放出された可視スペクトル領域内の光を透過し、赤外線を反射する。このような実施形態では光干渉多層コーティングは、４００〜７５０ｎｍの波長の可視光にて約６０％より大きな平均透過率を有することができる。光干渉多層コーティングは、ホットミラーとして構成されたときは、次のように赤外領域での平均反射率の値を有することができ、すなわち、８００〜１５００ｎｍの波長の電磁スペクトルの赤外領域では約５０％より大きく、１５００〜２５００ｎｍの波長の赤外領域では約４０％より大きく、２５００〜３５００ｎｍの波長の赤外領域では約３０％より大きい。
【００２１】
一部の実施形態では光干渉多層コーティングは、可視光を透過し、スペクトルの紫外領域の部分を反射する能力を有するように構成することができる。たとえばコーティングは、可視光にて６０％より大きな平均透過率をもたらし、３００〜３７０ｎｍの波長の電磁スペクトルの紫外領域にて約３０％より大きな（さらには約６０％より大きな）平均反射率をもたらすように構成することができる。
【００２２】
本明細書で開示される高い屈折率の材料を光干渉コーティングの高屈折率層に用いることによって、頻繁な温度変化、特に８００℃さらにはそれより高くまでの増加を含む変化に耐える材料を得ることができる。このような高温耐性を表すものとして、本発明の実施形態によるコーティングはしばしば、過度の層間剥離または亀裂の影響を受けない。例として光干渉多層コーティングは典型的には、第２の（高屈折率）層、または第１の層、または両方の顕著な機械的劣化なしで、室温と約８００℃以上の間の繰り返しサイクルの能力がある。他の強化された温度耐性を表すものとしては、本発明の実施形態によるコーティングはしばしば、約８００℃程度さらにはそれより高い温度（たとえばおよそ８２５℃）への暴露の後にも、可視領域での過度の光の散乱の影響を受けない。
【００２３】
本発明の実施形態による多層コーティングは、コーティング材料を堆積するための知られている任意の適当な堆積技法によって堆積することができる。たとえば多層コーティングは、物理蒸着法（ＰＶＤ）、または化学気相成長法（ＣＶＤ）によって堆積することができる。一般に、使用されるＰＶＤ法は、熱蒸着、ＲＦ蒸着、電子ビーム蒸着、反応性蒸着、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリング、マイクロ波スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、マイクロ波強化ＤＣマグネトロンスパッタリング、アークプラズマ蒸着、反応性スパッタリング、レーザアブレーション、およびそれらの組み合わせなどからなる群から選択することができる。典型的には使用されるＣＶＤ法は、常圧ＣＶＤ、低圧ＣＶＤ、高真空ＣＶＤ、超高真空ＣＶＤ、エアロゾル支援ＣＶＤ、直接液体注入ＣＶＤ、マイクロ波プラズマ支援ＣＶＤ、プラズマ強化ＣＶＤ、リモートプラズマ強化ＣＶＤ、原子層ＣＶＤ、熱線ＣＶＤ、金属有機ＣＶＤ、複合型物理蒸着−化学気相成長、急速熱ＣＶＤ、気相エピタキシ、およびそれらの組み合わせなどからなる群から選択することができる。
【００２４】
一般に理解されるように通常の化学気相成長法では、基板は１つまたは複数の揮発性またはガス状前駆体（通常は分子前駆体）に曝され、前駆体は基板表面に対して反応しかつ／または分解して望ましい堆積を生成する。多様な異なるタイプのＣＶＤ法が存在し、それらの動作圧力、蒸気の特性、エネルギー入力のタイプ、その他の特徴によって分類することができる。本明細書でその用語が用いる場合は、以下のすべては「ＣＶＤ」法の範囲に含まれるものとする。例としていくつかのＣＶＤ法は、常圧ＣＶＤ、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）（この場合、化学気相成長は通常は常圧より低い圧力で生じる）、通常は約１０-6Ｐａ未満で行われる高真空または超高真空ＣＶＤを含む。他の形のＣＶＤでは前駆体は厳密に気体ではなく、エアロゾル支援ＣＶＤは液体−気体エアロゾルとして前駆体を使用し、直接液体注入ＣＶＤ（ＤＬＩＣＶＤ）は注入され基板へ輸送される液状前駆体を用いる。いくつかのＣＶＤ法は、マイクロ波プラズマ支援ＣＶＤ（ＭＰＣＶＤ）、プラズマ強化（またはプラズマ支援）ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、およびリモートプラズマ強化ＣＶＤ（ＲＰＥＣＶＤ）など、高エネルギー手段によって補助される。他のタイプのＣＶＤとしては原子層ＣＶＤ（ＡＬＣＶＤ）、熱線ＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ）、金属有機ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、複合型物理蒸着−化学気相成長（ＨＰＣＶＤ）、急速熱ＣＶＤ（ＲＴＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）などを含むことができる。これらのそれぞれのタイプのＣＶＤは常には相互に排他的ではなく、したがって上記のＣＶＤ法の２つ以上を使用する組み合わせも企図される。
【００２５】
多層コーティングを堆積するのにＬＰＣＶＤが用いられる場合は、典型的には米国特許第５，１４３，４４５号に記載されているプロセスを使用することができる。さらに本出願の権利者が所有する米国特許第５，４１２，２７４号に示されるいずれの条件および前駆体も本開示に用いるのに適し得る。さらに例示の化学気相成長法および低圧化学気相成長法は、たとえば米国特許第４，９４９，００５号、第５，１４３，４４５号、第５，５６９，９７０号、第６，４４１，５４１号、および第６，７１０，５２０号に述べられている。記載したこれらの特許は、関連する部分において参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
当業者なら一般に理解されるように、通常の物理蒸着（ＰＶＤ）法では、材料が物理プロセスによって蒸発され、その後に基板に凝縮されて堆積を形成する。時には蒸発された材料は、酸化（酸素との反応による）などの反応を受けることができる。しばしば堆積は、堆積すべき材料を物理的手段によって蒸気に変換するステップと、蒸気をその供給源から基板に輸送するステップと、蒸気を基板上に凝縮するステップとによって基板上に作製される。本明細書で用いるＰＶＤ法とは、熱蒸着、ＲＦ蒸着、電子ビーム蒸着、反応性蒸着、ＤＣスパッタリング、ＲＦスパッタリング、マイクロ波スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、マイクロ波強化ＤＣマグネトロンスパッタリング、アークプラズマ蒸着、反応性スパッタリング、レーザアブレーションなどを含むことができる。
【００２７】
これらのそれぞれのタイプのＰＶＤは常には相互に排他的ではなく、したがって上記のＰＶＤ法の２つ以上を使用する組み合わせも企図される。たとえば「マグネトロンスパッタリング」は、ＤＣおよびＲＦマグネトロンスパッタリングの両方を含み得ることが理解されよう。同様に「ＤＣマグネトロンスパッタリング」は、「マイクロ波強化ＤＣマグネトロンスパッタリング」を含み得ることが理解されよう。多層コーティングを堆積するのにＲＦマグネトロンスパッタリングが用いられる場合は、関連する部分が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，４９４，９９７号に示されるプロセスを適切に使用することができる。マグネトロンスパッタリングでは、ターゲットに衝突させるのに高エネルギーの不活性ガスプラズマが用いられる。スパッタされた原子は、冷温のガラスまたは石英ハウジング上に凝縮する。ＤＣ（直流）、パルス式ＤＣ（４０〜４００ＫＨｚ）、またはＲＦ（無線周波数、１３．６５ＭＨｚ）法を用いることができる。
【００２８】
スパッタリングが使用されるときは、高い屈折率の層の混合金属酸化物を形成するために用いられる、合金および／または金属の混合物を保持する単一のターゲットを用いることができる。別法として、それぞれが１つまたは複数の金属を保持する複数のターゲットを用いることができる。さらには金属酸化物または他の化合物を含んだ１つまたは複数のターゲットを用いることもできる。一般にこのようなスパッタリング操作は、通常は酸素／アルゴン雰囲気中で実行される。コーティングの意図される用途が光源またはランプ用のバンドパスフィルタとして動作することである場合は、被覆される基板としては典型的にはランプの光透過性外囲器を含むことができる。
【００２９】
一部の実施形態では光干渉多層コーティングは、基板上に堆積することができる。このような基板は、ガラス、石英、石英ガラス、またはほぼ透明なセラミックなどの少なくとも１つから選択された材料を含むことができる。ほぼ透明なセラミックを含む基板が使用される場合は、基板は、多結晶アルミナ、サファイア、およびＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）などの１つまたは複数から構成される材料から選択することができる。基板の一実施例は、石英、ガラス、または任意の上述の基板物質などの、任意の透明または半透明の材料から作製されたランプ外囲器とすることができる。基板の形状は特に限定されないが、たとえば円筒形または楕円形などの形状を含むことができる。
【００３０】
本発明の実施形態によればまた、本開示の光干渉多層コーティングを含む１つまたは複数のランプが提供される。このようなランプは一般に、表面を有する光透過性外囲器と、外囲器が少なくとも部分的に取り囲む光源とを有する。光透過性外囲器の表面の少なくとも一部分には、上述の光干渉多層コーティングが設けられる。一般に知られているようにこのような光透過性外囲器は、感知できる程度の光透過性であり、比較的高い（たとえば約８００℃、さらにはそれより高い）温度に耐えることができる任意の材料から構成することができ、たとえばガラス、石英、石英ガラス、またはほぼ透明なセラミック、または任意の上記の基板物質から構成することができる。
【００３１】
光源は、白熱光源（たとえば、フィラメントの抵抗性発熱により光を生じる）とすることができ、および／または高輝度放電（ｈｉｇｈ−ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＨＩＤ））光源などの電気アーク放電光源とすることができ、および／または他のタイプの光源とすることができる。通常はフィラメントが使用される場合は、良く知られているようにタングステンなどの通常はコイル状の形の高融点金属から構成される。ランプに電圧供給するために通常は、外囲器内に配置され、外囲器を通って延びる電流供給導体（または電気リード）に接続された少なくとも１つの電気要素がある。
【００３２】
通常は外囲器は、充填ガスを封入する。好ましい充填ガスは、ランプ寿命、品質、および／または性能を向上するように選択される任意のガスまたはガス状混合物を含む。いくつかの充填ガスとしては、少なくとも１つの希ガス（たとえばクリプトンまたはキセノン）などのイオン化可能な充填ガス、および／またはハロゲン化アルキル化合物（たとえば臭化メチル）などの蒸発可能なハロゲン物質を含むことができる。ハロゲンを含んだガスは、しばしば使用される。金属ハロゲン化物、水銀、およびそれらの組み合わせを含むことができる多くの他の充填組成も企図される。
【００３３】
本開示によるランプは、ランプ外囲器の内面上または外面上のいずれかに光干渉多層コーティングを有することができる。別法としてランプは、ランプ外囲器の内面上および外面上の両方に光干渉多層コーティングを有することができる。
【００３４】
次に図１を参照すると、本発明の実施形態による例示のランプの概略図が示される。これは限定するものではく、原寸に比例して描かれていない。この例示的実施形態ではランプ１０は、気密封止されたガラス質の光透過性石英外囲器１１を備え、その外面は光干渉多層コーティング１２で被覆される。外囲器１１は、内部電気リード１４、１４’によって電圧供給することができるコイル状タングステンフィラメント１３を取り囲む。内部電気リード１４、１４’は金属箔片１５、１５’に溶接され、外部電気リード１６，１６’は金属箔片の反対側の端部に溶接される。外囲器１１の内部１７には、ハロゲンまたはハロゲン化合物を含むイオン化可能な充填物が配置される。
【００３５】
上述の光干渉コーティングは、ランプ上のコーティングとして用いられたときは有利なことにこのようなランプたとえばハロゲンランプに対して、改善されたエネルギー効率をもたらすことができる。このような改善は、増加したＬＰＷ（ワット当たりルーメン）の値に現れ得る。パーセントで表した場合、ＬＰＷの増加は「利得」と呼ばれる。本発明の実施形態による光干渉膜で被覆された場合はハロゲンランプは、被覆されないランプに対して約２０％から約１５０％（たとえば約９０％から約９５％）の利得を示すことができる。このような比較は、通常は同じ熱いフィラメント温度、たとえば通常動作の温度まで電圧供給された同じランプに対して行われる。
【００３６】
少なくとも１つの光源がフィラメントを備える実施形態の場合、コーティングは、４００〜７５０ｎｍの波長の可視光にて約６０％より大きな平均透過率を有し、８００〜１５００ｎｍの波長の電磁スペクトルの赤外領域にて約５０％より大きな平均反射率を有するように構成することができる。少なくとも１つの光源が電気アークまたは放電を備える実施形態の場合はコーティングは、可視光にて６０％より大きな平均透過率をもたらし、３００〜３７０ｎｍの波長の電磁スペクトルの紫外領域にて約３０％より大きな平均反射率をもたらすように構成することができる。
【００３７】
さらに上述の光干渉膜はまた、高温に曝された後でも高い構造的および光学的完全性を示すことができる。本発明の実施形態は、第１および第２の層の顕著な機械的劣化なしに室温と約７５０℃以上（たとえば約８００℃）の間の繰り返しサイクルの能力を有する光干渉多層コーティングを有するランプを実現することができる。本発明の実施形態により被覆されたランプは典型的には、約８００℃で約４日間のコーティングのアニーリング後に、４００〜７５０ｎｍの波長の可視光にて約５％未満の透過損失を示すことができる。
【００３８】
さらに本発明の実施形態による光干渉コーティングで被覆されたランプは、改善された堅牢性および性能安定性を示すことができ、改善された外観（円滑で透明なコーティング表面）を有することができる。
【００３９】
本発明のさらなる理解を進めるために以下の実施例を示す。これらの実施例は例示であり、特許請求される本発明の範囲を何らかの形で限定すると解釈されるべきではない。
【実施例】
【００４０】
比較例１、２、および実施例３
これらの比較実験は、各タイプのコーティングに対して同一の条件を用いて、イオン衝撃下でＲＦマグネトロンスパッタリングによって堆積させた厚い多層コーティング（ＩＲを反射するように構成された１２０層のバンドパスフィルタ、幾何学的厚さは約１１ミクロン）の最大熱安定性温度を求めるために行った。サンプルは、低屈折率材料としてシリカを用い、１．２７ｃｍｘ２．５４ｃｍｘ１ｍｍの石英インゴット上に堆積させた。試験の温度条件は、それぞれ累進的に増加する温度で４時間の空気炉ベーキング、２５℃ごとの増分で続行される５５０〜８００℃の温度範囲である。すなわちサンプルを空気炉において５５０℃で４時間保持し、次いで試験し、次いで２５℃の増分だけ温度を増加させて再び空気炉において４時間保持し、次いで試験し、次いで２５℃の増分だけ温度を増加させる、といったものある。
【００４１】
これらの例では、堆積直後の材料の好ましい光学的および物理的特性を維持する能力の観点から熱安定性が試験される。光学的および物理的特性は、（１）各温度にて測定された発光効率（ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＰＥ、正透過率および球透過率の両方）、（２）各温度での明視野顕微鏡検査（倍率５０倍）、（３）最初に「堆積直後」に、次いでコーティングの破損の直前に、次いで破損の直後に測定したＸ線回折（ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）により測定した。４００〜５００ｎｍの間のＰＥ透過率（正透過率）の低下が、堆積直後の膜に対して１％未満の場合は、所与の測定温度で「熱的に安定」であるとして肯定的な評価がコーティングに与えられる。ＸＲＤおよび／または顕微鏡検査により測定温度にて非晶質のままである場合は、肯定的な評価がコーティングに与えられる。基板上で物理的に損傷なしのままである場合は、肯定的な評価がコーティングに与えられる。
【００４２】
表Ｉに示すように、これらの判定基準でシリカとＮｂＴａ酸化物の多層膜（比較例１）は６２５℃で不合格となり、これらの判定基準でシリカとＴａ酸化物の多層膜（比較例２）は６７５℃で不合格となった。これと対照的に低屈折率材料としてシリカ、および高い屈折率の層としてＮｂＴａＺｒ酸化物を用いた多層膜（実施例３）は、８００℃まで熱的に安定であった。ＮｂＴａＺｒ酸化物は、金属ベースにて８．９原子％のＮｂ、６９．５原子％のＴａ、および２１．６原子％のＺｒから（すなわち酸素を除いて）構成された。
【００４３】
【表１】
2013512462.tif 000003
ＮｂＴａ酸化物およびＴａ酸化物材料は不合格となったので（それぞれ６２５℃および６７５℃から）、より高い温度では試験せず、表Ｉの空欄はそのためである。
【００４４】
図２は高屈折率層にＮｂＴａ酸化物を用いた材料（比較例１）の正透過率をプロットしたグラフを示す。図２の実線のトレースは堆積直後の状態での材料の場合の透過率データを示し、破線のトレースは６２５℃で４時間後の同じ材料を示す。温度エージングされた材料の場合の可視領域での透過率の低下が著しい。特に堆積直後のものと比べてエージングされた材料では、４００〜５００ｎｍの領域での平均透過率は１６．４％低下した。これと対照的に図３は、高屈折率層にＮｂＴａＺｒ酸化物を用いた材料（実施例３）の正透過率をプロットしたグラフを示す。この図では実線のトレースは堆積直後の材料を指し、破線のトレースは温度エージングされた（４時間、８００℃に曝された）材料である。示される可視領域の透過率の減少は可視領域全体にわたってほとんどゼロであり、優れた温度安定性を示す。
【００４５】
光学膜の透過率は、光を散乱する傾向がある晶子の有無に大きく依存すると考えられる。したがって一般に、層には非晶質の組成が望ましい。図４は、実施例３のＮｂＴａＺｒ酸化物材料の場合の、堆積直後の形（図４Ａ）、８００℃でのエージング（図４Ｂ）、および８２５℃でのエージング（図４Ｃ）におけるＸ線による結晶学的グラフを表す。この材料は、図４ＢのＸ線による結晶学的プロットにおいて明確な構造がないことで示されるように、８００℃でもほぼ非晶質状態を維持する。８２５℃でのみ顕著な結晶性が生じた（図４Ｃ）。
【００４６】
比較例１および２、および実施例３の光干渉多層コーティングの顕微鏡写真（５０倍の明視野画像の結果）を図５に示す。図から分かるように６７５℃でのエージングの後に、比較例１および２の材料は顕著な亀裂を生じ始めるが、実施例３の材料には亀裂はなかった。実施例３の材料では、８００℃まで加熱されない限り亀裂の発生は見られなかった。
【００４７】
本明細書で用いられる近似する用語は、それが関係する基本機能における変化を結果として生じることなく変化し得る任意の定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「約」、「ほぼ」などの１つまたは複数の用語によって修飾される値は、一部の場合には指定された正確な値に限定されない。量と共に用いられる「約」という修飾語は述べられる値を含み、文脈によって決められる意味を有する（たとえば、特定の量の測定値に関連する誤差の程度を含む）。「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「適宜（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」とは、後続して述べられる事象または状況が生じても生じなくてもよく、後続して特定される材料が存在しても存在しなくてもよく、その記述は事象もしくは状況が生じまたは材料が存在する場合、および事象もしくは状況が生じず、または材料が存在しない場合を含む。単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、明らかに言及されない限り複数の指示対象を含む。本明細書で開示されるすべての範囲は、記載の端点を含み、独立に組み合わせることができる。
【００４８】
本明細書で用いられる「適応される（ａｄａｐｔｅｄ  ｔｏ）」、「構成される（ｃｏｎｆｉｇｕｒｅｄ  ｔｏ）」などの語句は、特定の構造を形成するように、または特定の結果を達成するようにサイズ設定され、配置され、または製造される要素を指す。本発明について限られた数の実施形態のみに関して詳細に述べてきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されるべきである。むしろ本発明は、任意の数の変更、変形、置換、またはこれまで述べていないが本発明の趣旨および範囲と同等である等価な構成を組み入れるように変更することができる。さらに本発明の様々な実施形態について述べたが、本発明の態様は、述べられた実施形態の一部のみを含み得ることを理解されたい。したがって本発明は、上記の説明によって限定されると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【００４９】
新規として請求され、米国特許証による保護を望むものは添付の特許請求の範囲の通りである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ランプ
１１  光透過性石英外囲器、外囲器
１２  光干渉多層コーティング
１３  コイル状フィラメント
１４  内部電気リード
１５  金属箔片
１６  外部電気リード
１７  外囲器の内部
【図１】
2013512462.tif 000004
【図２】
2013512462.tif 000005
【図３】
2013512462.tif 000006
【図４】
2013512462.tif 000007
【図５】
2013512462.tif 000008
【国際調査報告】
2013512462.tif 000009
2013512462.tif 000010
2013512462.tif 000011