Brevet FR2504955A1 — publié le 19821105

La présente invention concerne un vitrage permettant de contrôler l'ensoleillement comprenant au moins une feuille de verre clair portant un revêtement destiné à la protection contre le rayonnement solaire. Il est connu de munir une feuille de verre d'un revêtement capable de former un écran contre une partie du rayonnement solaire inci- dent Lorsqu'on l'utilise comme vitrage, le revêtement réduit l'éblouisse- ment et/ou l'effet de chauffage d'un fort ensoleillement à l'intérieur du bâtiment. Un tel revêtement peut être constitué d'un ou de plusieurs oxydes Des revêtements d'oxyde peuvent fournir une protection utilc contre le rayonnement solaire tout en ayant une transmission de la lumière visible apte à satisfaire la plupart des exigences pour des vitrages De tels revêtements d'oxyde ont une résistance assez élevée à l'abrasion et ils peuvent Ptre formés sur de grandes surfaces de verre avec un degré élevé d'uniformité Ces possibilités des revêtements d'oxyde sont bien connues dans les techniques de fabrication de verres à couches et différents revêtements d'oxyde sont en usage. Un désavantage de tels revêtements optiques d'oxyde est l'échauffement associé avec leur fonction de protection La protection contre le rayonnement solaire offerte par de tels revêtements dépend principalement de leur absorption de rayonnement lumineux et/ou infra- rouge Cette absorption d'énergie entraîne l'échauffement du vitrage revêtu et la réémission d'énergie sous forme de rayonnement infra-rouge de grande longueur d'onde Une partie de cette énergie reemise est rayonnée vers l'intérieur du bâtiment et par conséquent amoindrit l'ef- ficacité de protection solaire du vitrage. Les effets néfastes de l'absorption d'énergie par le re- vêtement d'oxyde peuvent être réduits en filtrant le rayonnement infra- rouge émis vers l'intérieur du bâtiment Ceci peut Ztre réalisé au moyen d'é autre revêtement, qui peut être appliqué sur la même feuille de verre ou, si une telle feuille fait partie d'un vitrage comprenant plusieurs feuilles de verre, sur une autre feuille du vitrage Malheureusement cependant, la seconde protection offerte par un tel autre revêtement tel qu'on l'a proposé jusqu'à présent est incompatible avec les performances qui sont parfois préférées par des utilisateurs potentiels En termes généraux, le problème a été de fournir une isolation adéquate contre l'échauffement dû au revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie sans 2 04955 provoquer une atténuation de la transmission de la lumière visible plus élevée que celle de la transmission totale de l'énergie solaire et sans modifications inacceptables de la teinte apparente du vitrage. La présente invention est basée sur la découverte que des revêtements transmettant la lumière consistant en ou comprenant une ou plusieurs couches métalliques minces, utilisés en combinaison avec un revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie, peuvent atténuer la transmission d'énergie solaire dans le domaine spectral invisible Ce résultat peut être réalisé sans concession à une modification de teinte ou de teinte spécifique parce que la sélection du revêtement métallique ou contenant un métal peut être opérée parmi plusieurs métaux. La présente invention fournit un vitrage permettant de contrôler l'ensoleillement comprenant au moins une feuille de verre clair portant un revêtement destiné à la protection contre le rayon- nement solaire, caractérisé en ce qu'une face de la ou d'une dite feuille de verre clair porte un revêtement absorbant de l'énergie composé d'un ou de plusieurs oxydes, les propriétés de ce revêtement d'oxydes) étant telles que la feuille de verre et son revetement ont ensemble un facteur d'absorption énergétique d'au moins 16 %, et du c 6 té d'une telle feuille portant le revêtement, opposé à une telle face revetue d'oxyde(s), cette feuille ou une face d'une seconde feuille de verre clair porte un second revêtement qui consiste en ou comporte une ou plusieurs couche(s) métal- lique(s) et a une émissivité inférieure ou égale à 0,25, la(les) feuille(s) de verre et les dits revêtements étant composés de telle manière que, lorsque le vitrage est disposé avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, le facteur de transmission lumineuse du vitrage est plus élevé que son facteur de transmission énergétique to- tale. Dans la présente description, le terme "facteur de transmission lumineuse" représente le rapport entre la quantité de lumière visible transmise et la quantité de lumière visible incidente, ces quantités résultant de l'intégration pondérée des transmissions lu- mineuses et du flux lumineux incident respectivement, sur la totalité du spectre de la lumière visible, les intégrations étant pon- dérées pour tenir compte de la répartition spectrale de la source de rayonnement et de la sensibilité spectrale de l'oeil humain Les mesures sont effectuées au moyen d'un spectrophotomètre et on utilise une source lumineuse dont la répartition spectrale est celle de l'Illuminant D 65 tel eue défini par la Commission Internationale de l'Eclairage (référence CIE 17 sections 45 15 145) Cet illuminant représente la lumière du jour avec une température de couleur d'environ 6504 K Le facteur de correction pour la sensibilité de l'oeil est également normalisé par la Commission Internationale de l'Eclairage. Le terme "facteur de transmission énergétique totale" tel qu'il est utilisé ici, représente le rapport entre le rayonnement énergétique transmis et le rayonnement solaire incident Le terme "facteur d'absorption énergétique" tel qu'il est utilisé ici représente la fraction du rayonnement solaire incident qui est absorbée Pour la détermination de ces deux facteurs on utilise un radiateur dont la répar- tition spectrale est celle de la lumière solaire directe sous une élévation de 300 au-dessus de l'horizon La répartition spectrale est donnée par la table de Moon pour une masse d'air égale à 2 Le facteur d'absorption énergétique d'une feuille de verre revetue telle que citée dans la présente description, de même que le facteur de transmission énergétique totale d'un panneau, est toujours mesuré avec la face portant le revêtement absorbant de l'énergie dirigé vers la source de rayonne- ment Le facteur de transmission lumineuse est indépendant de l'orienta- tion de la face portant le revêtement absorbant de l'énergie vers la source lumineuse ou en direction opposée. L'invention permet l'exploitation des diverses propriétés avantageuses des revêtements optiques d'oxydes métalliques dans un vi- trage qui comprend une ou plusieurs feuille(s) de verre clair et dans lequel l'effet d'isolation thermique est amélioré sans atténuation pro- portionnelle de la transmission de la lumière visible. L'expression "verre clair" tel qu'on l'utilise ici représente du verre dont la composition est telle qu'une feuille de ce verre de 6 mm d'épais- seur a un facteur de transmission lumineuse de 85 % au moins. Dans certaines formes de réalisation de l'invention, le -vitrage comprend des feuilles de verre maintenues face-à-face en relation espacée, et les deux revêtements sont portés par les faces opposées de la-même feuille de verre, le revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie étant situé sur une face extérieure du vitrage Un vitrage multiple ayant ces caractéristiques est particulièrement efficace pour le contrôle du rayonnement solaire Le second revêtement, qui comprend une couche métallique aura un certain effet s'il est déposé sur l'autre ou une autre feuille du vitrage, mais l'efficacité de la protection contre le rayon- nement solaire est plus grande si ce revêtement est déposé sur la face interne de la feuille portant le revêtement extérieur d'oxyde Un tel vitrage multiple est évidemment destiné à être installé avec sa face revêtue d'oxyde métallique orientée vers l'extérieur du bâtiment. Le revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie peut être d'un type connu en soi dans les techniques de fabrication de verre à couches et ayant une couleur neutre et une transmission de la lumière visible raisonnablement bonne. De préférence, le revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie est un revêtement comprenant un ou plusieurs oxyde(s) métallique(s) choisi(s) parmi les oxydes d'étain, de titane, de cobalt, de fer et de chrome, et de préférence, le revêtement est composé d'oxydes de cobalt de fer et de chrome Il convient par exemple d'utiliser un tel revête- ment à trois constituants dans lequel les oxydes de cobalt, de fer et de chrome sont dans le rapport de 62/26/12 en poids Il est avantageux d'utiliser un revêtement absorbant de l'énergie de couleur neutre pré- sentant un facteur de transmission lumineuse favorable formé en utilisant un mélange d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome et de constituer un re'vetement ayant une épaisseur comprise entre 20 et 100 nm; et de préfé- rence comprise entre 30 et 50 nm. Le dit second revêtement devrait présenter une transmis- sion de la lumière visible relativement élevée De préférence, le dit second revêtement est tel que ce revêtement et la feuille de verre clair qui le porte ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 60 % au moins. Une combinaison appropriée de l'émissivité et du facteur de transmission lumineuse peut aisément être obtenue en formant un second revêtement à basse émissivité comprenant une couche métallique selon l'invention On peut obtenir une combinaison voulue de propriétés à l'aide d'un certain nombre de métaux différents Le choix de la composition du second revêtement peut être effectué en tenant compte entre autres des caractéristiques de transmission spectrale voulues du vitrage. De préférence le second revêtement comprend une couche d'or, d'argent, de cuivre, de platine ou de palladium. L'invention comprend des vitrages dans lesquels une couche métallique est la seule couche ou la couche supérieure du second revêtement Un tel revêtement convient en particulier s'il n'est pas nécessaire que le second revêtement présente une résistance substantielle à la détérioration mécanique C'est le cas par exemple si le second revêtement est disposé à l'intérieur d'un vitrage multiple La produc- tion est facilitée si l'on peut omettre une couche surmontant la couche métallique Cependant le revêtement de la couche métallique peut offrir des propriétés optiques améliorées telles que décrites ci-après et peut améliorer la résistance au vieillissement du revêtement. Dans certaines formes de réalisation de l'invention, en-dessous de la couche métallique se trouve une sous-couche, de préfé- rence une sous-couche d'oxyde La qualité d'une couche métallique peut souvent être améliorée par application sur le verre d'une sous-couche appropriée Dans certaines formes de réalisation de l'invention, le second revêtement comprend une couche métallique déposée sur une sous- couche d'oxyde métallique. La formation du second revêtement par combinaison d'une couche métallique avec une ou plusieurs autre(s) couche(s), en particulier une couche supérieure d'oxyde, est utile non seulement pour améliorer la qualité de la couche métallique et/ou pour lui offrir une protection mais aussi pour influencer favorablement les propriétés optiques En raison des effets d'interférence, une telle combinaison de couches peut donner un facteur de transmission lumineuse plus élevé qu'un revêtement de même émissivité consistant seulement en une couche de ce métal. Avantageusement, le second revêtement comprend une cou- che métallique en combinaison avec au moins une couche d'un composé métallique choisi parmi l'oxyde de zinc, l'oxyde de bismuth, l'oxyde de titane, l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium et le sulfure de zinc Des combinaisons spécifiques de couches du second revêtement qui ont donné de très bons résultats dans des vitrages dans lesquels le revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie est composé d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome sont: i) une couche d'argent déposée sur une sous-couche d'oxyde de zirconium et ii) une couche de cuivre déposée sur une-sous-couche d'oxyde de zirconium. Certains vitrages selon l'invention, choisis à titre d'exemple, seront maintenant décrits en se référant au dessin annexé qui est une section transversale d'un vitrage double. Le vitrage illustré comprend deux feuilles de verre clair 1,2 maintenues enlrelation espacée par un châssis 3. La feuille 1 porte sur sa face externe un revêtement 4 absorbant de l'énergie composé d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome. Le revêtement 4 et la feuille de verre I sont de préférence composés de telie manière qu'ensemble, ils présentent un facteur de transmission lumineuse d'au moins 40 %, et un facteur de transmission énergétique totale qui ne dépasse pas 60 % et un facteur d'absorption énergétique d'au moins 16 %. Sur sa face opposée, la feuille 1 porte un revêtement 5 à faible émissivité (émissivité inférieure ou égale à 0,25) qui consiste J O en ou comprend une couche métallique Le revêtement 5 est composé de telle manière que ce revêtement et la feuille de verre I aient ensemble un facteur de transmission lumineuse favorablement élevé, ce facteur étant de préférence de 60 % au moins. Suivent des exemples spécifiques de vitrages selon l'in- vention et construits de manière telle que décrite en se référant au dessin. Exemple I Les feuilles 1, 2 sont des feuilles de verre flotté clair ordinaire de 6 mm d'épaisseur chacune. Le revêtement 4 absorbant de l'énergie comprend 62 % Co O, 26 % Fe 203 et 12 % Cr 203 et son épaisseur est comprise entre 35 et nm La feuille 1 et son revêtement d'oxyde ont ensemble un facteur d'absorption énergétique de 25 %. Le revêtement 5 est un revêtement à deux couches compre- nant une couche d'argent de 20 nm d'épaisseur recouverte d'une couche de Zr O 2 de 30 nm d'épaisseur Ce revêtement a une émissivité d'environ 0,05 Le facteur de transmission lumineuse de la feuille avec son re- vêtement 5 est environ 63 %. Le panneau dans son ensemble a un facteur de transmission lumineuse de 28, 4 % et un facteur de transmission énergétique totale (mesuré avec le revêtement 4 orienté vers la source de rayonnement) de 22,3 %. Exemple 2 Le panneau est le même que celui selon l'exemple 1, excepté que le revêtement 5 est un revêtement à trois couches comprenant une couche de cuivre de 15 nm d'épaisseur prise en sandwich entre deux cou- ches de Zr O 2, la sous-couche d'oxyde de zirconium ayant 8 nm d'épaisseur et la couche supérieure d'oxyde de zirconium ayant 26 nm d'épaisseur. Ce revêtement à trois couches a une émissivité d'environ 0,05 La feuille 1 et son revêtement 5 ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 60 % environ Le vitrage dans son entièreté a un facteur de transmission lumineuse de 25,6 % et un facteur de transmission éner- gétique totale (mesuré avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement) de 22,7 %. Exemple 3 Les feuilles 1 et 2 sont des feuilles de verre flotté clair ordinaire de 4 mm et 8 rm d'épaisseurs respectives Le revête- JO ment d'oxyde 4 est le même que dans l'exemple 1 La feuille 1 et son revêtement d'oxyde 4 ont ensemble un facteur d'absorption énergétique de 22 % Le revêtement 5 est un revêtement à deux couches comprenant une couche d'or de 11-12 nm d'épaisseur déposée sur une sous-couche de Bi 203 de 1,5-2,0 nm d'épaisseur Ce revêtement a une émissivité d'environ 0,2 Le facteur de transmission lumineuse de la feuille 1 avec le revêtement 5 est environ 60 % Le vitrage dans son ensemble a un facteur de transmission lumineuse de 24,1 % et un facteur de trans- mission énergétique totale (mesuré avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement) de 23,3 % Dans des conditions ordinaires d'observation, le vitrage est de couleur neutre, le revêtement d'or n'ayant pas d'effet de modification de couleur perceptible La pureté de teinte réelle du vitrage regardé en réflexion est inférieure à 3 %. Le terne "pureté de teinte" se réfère ici à la pureté de teinte réfléchie par la feuille 1 lorsqu'elle est éclairée par l'Illuminant D 65 défini par la Commission Internationale de l'Eclairage (référence CIE 17 section 45-15-145) du côté de la face opposé au revêtement d'or, la pureté étant déterminée de la manière spécifiée par la CIE. Exemple 4 Le vitrage est le même que celui selon l'exemple 3, excep- té que la couche d'or a une épaisseur de 15 nm Le facteur de transmis- sion lumineuse du vitrage est dans ce cas également plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale, mais une légère coloration causée par la couche d'or est perceptible dans le vitrage La pureté de couleur du vitrage vu en réflexion, déterminée de la façon indiquée dans l'exemple 3, est au moins 3 % et la légère coloration du panneau provoquée par la couche d'or est perceptible dans les conditions normales d'observation. Dans les exemples précédents 1 à-4, les feuilles 1 et 2 sont des feuilles de verre non trempé Si on le désire une ou chacune de ces feuilles peut être trempée. 2 504955 REVENDICATIONS J Vitrage permettant de contrôler-l'ensoleillement comprenant au moins une feuille de verre clair portant un revêtement destiné à la protection contre le rayonnement solaire, caractérisé en ce qu'une face de la ou d'une dite feuille de verre clair porte un re- vêtement absorbant de l'énergie compose d'un ou de plusieurs oxydes, les propriétés de ce revêtement d'oxyde(s) étant telles que la feuille de verre et son revetement ont ensemble un facteur d'absorption énergé- tique d'au moins 16 %, et du côté d'une telle feuille portant le revê- tement, opposé à une telle face revêtue d'oxyde(s), cette feuille ou une face d'une seconde feuille de verre clair porte un second revête- ment qui consiste en ou comporte une ou plusieurs couche(s) métallique(s) et a une émissivité inférieure ou égale à 0,25, la(les) feuille(s) de verre et les dits revêtements étant composés de telle manière que, lorsque le vitrage est disposé avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, le facteur de transmission lumineuse du vitrage est plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale. 2 Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que des feuilles de verre sont maintenues face-à-face en relation espa- cée, en ce que les deux revêtements sont portés par les faces opposées de la même feuille de verre et en ce que le revêtement d'oxyde absor- bant de l'énergie est situé sur une face extérieure du vitrage. 3 Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le revêtement absorbant de l'énergie est composé d'un ou de plusieurs oxyde(s) choisi(s) parmi les oxydes d'étain, de titane, de cobalt, de fer et de chrome. 4 Vitrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le revêtement d'oxyde est composé d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome. 5 Vitrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'oxydes absorbant de l'énergie est com- prise entre 20 et 100 nm. 6 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce que le dit second revêtement est tel que ce rev Dtement et la feuille de verre clair qui le porte ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 60 % au moins. 7 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 6, ca- ractérisé en ce que le second revêtement comprend une couche d'or, d'argent, de cuivre, de platine ou de palladium. 8 Vitrage selon l'une des revendications I à 7, carac- térisé en ce que le second revêtement comprend une couche métallique déposée sur une sous-couche d'oxyde métallique. 9 Vitrage selon l'une des revendications I à 8, carac- térisé en ce qu'une couche métallique est la seule couche ou la couche supérieure du second revêtement. JO 10 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 9, carac- térisé en ce que le second revêtement comprend une couche métallique en combinaison avec au moins une couche d'un composé métallique choisi parmi l'oxyde de zinc, l'oxyde de bismuth, l'oxyde de titane, l'oxyde de cérium, l'oxyde de zirconium et le sulfure de zinc.