Brevet FR2542728A1 — publié le 19840921

i La présente invention concerne un vitrage compre- nant une feuille transmettant la lumière portant sur une de ses faces un revêtement d'oxyde métallique conducteur de l'électricité et transmet- tant la lumière, qui réduit l'émissivité du rayonnement infra-rouge de cette face du vitrage. De tels vitrages sont largement utilisés lorsqu'on désire profiter autant que possible du rayonnement solaire et réduire la perte calorifique par émission de rayonnement infra-rouge de longueur d'onde moyenne et longue Par exemple, pour un collecteur solaire vitré, il est très important pour obtenir un rendement élevé, que le vitrage transmlette une proportion aussi élevée que possible de rayonnement solaire tout en émettant une pproportion aussi faible que possible de rayonnement à cldes ongueurs d'onde correspondant à la température dul co Ilecteur li-meêi, idéalement pour cette raison, un tel vitrage devrait transmettre tout le rayonnement dans le spectre solaire tout en éebtant aucun rayonem-ent à des longueurs d'onde supérieures à; disons, 000 nmo ou 3 o 000 nm_ De t's wvitrages sont également utilisés dans les constructions horticoles par erepe des serres, des chassis de cou. Z O chec, es d cle S S ou il est avantagenn de réduire la perte calorifique tout en pern-kzttant '"e-Dsition maximu Lm des végétaui à la lumière vin sible, de àalière 2 en Favoriser la cr-oissance. Une autre utilisation de tels vitrages réside dans les b 9thir eni:s d'habitation, de nouveau avec pour objectif principal la réduc- Z 5 tion des pertes c 1 o rioiques et ici une considération légeèrement différend te apparaft, en ce sens que la qualité de la lumière visible transmise peut être aussi importante que sa quantité En particulier, il est sou- haitable que le vitrage permette une vision claire, c'est-à-dire qu'il transmette la lumière de nlanière non diffuse. Un des objets principaux de la présente invention est de favoriser le facteur de transrnission lumineuse des vitrages compre- nant un revêtement de faible émissivité dans l'infra-rougeo La présente invention fournit un vitrage comprenant une feuille transmettant la lumière portant sur une de ses faces un re- vêtement d'oxyde métallique conducteur de l'électricité et transmettant la lumière, qui réduit l'émissivité du rayonnement infra-rouge de cette z face du vitrage, caractérisé en ce que les compositions et les épaisseurs de la feuille transmettant la lumière et du revêtement conducteur de l'électricité sont telles que seuls ils auraient un facteur de transmis- sion lumineuse d'au moins 70 %, et en ce que le revêtement conducteur de l'électricité est surmonté d'un revêtement diélectrique dont l'épais- seur est inférieure à 160 nm et qui augmente le facteur de transmission lumrnineuse du vitrage. Tel qu'il est utilisé dans la présente description le terme "facteur de transmission lumineuse" correspond au rapport de la quantité de lumière visible transmise à la quantité de lumière visible incidente, ces quantités étant des intégrations corrigées des quantités de lumière transmise et incidente sur la totalité du spectre de la lumière visible, les intégrations étant corrigées pour tenir compte de la distri- bution spectrale de la source de rayonnement et des caractéristiques de sensibilité srectrale de l'oeil humaino Les mesures sont effectuées avec la lumière dirigée vers la face du vitrage portant le revêtement, au moyen d'un spectrophotoètre et la source lumineuse considérée a la composition spectrale de l'illuminant C tel que défini par la Cornission internationale de l Eclairage Cet illuminant peut etre considéré C Onrmne représentant la lumière du jour moyenne Le facteur de correction pour lz sensibilité de l'oeil que l'on applique, est également normalisé par la Commaission Internationale de 1 'Eclairage. L'invention offre l'avantage d'augmenter le facteur de transrission lumnineuse à travers le vitrage Il est bien connu, dans Z la technique que la réduction de l'érúLissivité due à un revêtemeht con- duicteur est liée à la présence de porteurs de charge libres à la surface du vitrage Nous avons cependant trouvé que, même si un tel revêtement diélectrique augmente l Pé_issivité de la surface portant le revêtement conducteura pourvu que l'épaisseur du revêtement diélectrique soit inférieure à 160 nrna l'augmentation de l'émissivité peut être parfaite- ment acceptable et le vitrage selon l'invention présente un compromis favorable entre son facteur de transmission de la lumière visible et ses propriétés d'émission de 1 ' infra-rouge. On a trouvé en fait que l'émissivité du vitrage selon l' invention dans 1 ' infra rouge>augmente substantiellement proportionnel- lement avec l'épaisseur du revêtement diélectrique On préfère dès lors que le revêtement diélectrique ait une épaisseur inférieure à 140 nm et de préférence n'excédant pas 110 nm. Dans les formes préférées de réalisation de l'inven- tion, le revêtement diélectrique a une épaisseur optique en transmission d'au moins 60 et de préférence d'au moins 70 nm L'épaisseur optique en transmission d'un revêtement est définie comme son épaisseur géométrique multipliée par son indice de réfraction En utilisant cette caractéristique de l'invention, on peut obtenir des avantages considéra- bles au point de vue du facteur de transmission lumineuse, par extinc- tion interférentielle de la lumière visible réfléchie On a pensé que, pour obtenir l'avantage maximum de ces effets d'interférence, le reva- tement devrait avoir une épaisseur optique égale à un quart de la lon- gueur d'onde de la lumière dont la transmission doit être la plus élevée. En fait, on a trouvé que ceci n'est pas vrai dans le cas o l'on applique selon l'invention des revêtements de deux matières différentes. L'épaisseur optimale du revêtement diélectrique destiné à augmenter le facteur de transmission lumineuse est aussi fonction de l'épaisseur du revêtement conducteur sous-jacent La variation de l'épaisseur op- timale, qui est substantiellement sinusoïdale, est explicitée par le tableau ci-dessous qui donne l'épaisseur géométrique optimale d'un revêtement diélectrique de silice déposé sur des revêtements d'oxyde d'étain dopé, de différentes épaisseurs géométriques, déposés sur un substrat de verre sodo-calcique La composition du rev 8 tement de silice est Si Ox ox se situe entre environ 1,95 et Z,0, mais pour la fa- cilité on s'y référera comme étant un revêtement de dioxyde de silicium (Si O 2) De manière similaire, les revêtements d' oxyde d'étain dopé seront mentionnés sous la formule d'oxyde stannique (Sn O 2). Sn O 2 350 nm 385 nm 420 nm 455 nm 490 nm Si O 2 100 nm 55 nm 100 nm 55 nm 100-nm. Les revêtements de Si OZ ont un indice de réfraction d'environ 1,41, de sorte que les valeurs correspondantes de l'épais- seur optique sont 141 nm et 77,5 nm. De préférence, l'indice de réfraction du revêtement diélectrique équivaut, à dix pour cent près, à la racine carrée de l'in- dice de réfraction du revêtement conducteur de l'électricité L'adop- tion de cette caractéristique préférée de la présente invention réduit la quantité totale de lumière réfléchie aux interfaces entre le revêtement diélectrique et, d'une part l'air, et d'autre part le revêtement conduc- teur A titre d'exemple, les revêtements de Sn O 2 cités ci-dessus ont un indice de réfraction d'environ 2, 0 L'indice de réfraction des revg- tements de Si O 2, 1,41, est substantiellement égal à la racine carrée de 2. Il est surprenant que le respect de cette condition donne également des avantages importants en réduisant la proportion de lumière transmise qui est transmise de manière diffuse. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, le revêtement conducteur de l'électricité comprend de l'oxyde d'étain L'utilisation de revêtements à basse émissivité infra- rouge constitués d'oxyde d'étain est bien connue en soi et on peut former de tels revêtements qui ont une bonne transmission lumineuse et une bonne émissivité infra-rouge De plus, de tels revêtements peuvent être très résistants à l'abrasion. Dans d'autres formes préférées de réalisation de l'invention, le revêtement conducteur de l'électricité comprend de l'oxyde d'indium Les revêtements d'oxyde d'indium sont également bien connus en soi et ces rev 8 tements peuvent présenter de meilleures propriétés que l'oxyde d'étain, en ce qui concerne le facteur de trans- mission lumineuse élevé et la faible émissivité infra-rouge, mais ont l'inconvénient d'être relativement facilement abîmés par abrasion. Pour cette raison, les revêtements d'oxyde d'indium ne sont pas lar- gement utilisés dans des circonstances o ils sont exposés Puisque, selon la présente invention, le revêtement conducteur de l'électricité, par exemple d'oxyde d'indium, est surmonté d'un autre revêtement, un tel manque relatif de résistance à l'abrasion ne doit plus présenter de désavantages. Dans des formes préférées de réalisation de l'in- vention, le revêtement diélectrique a une résistance à l'abrasion plus forte que le revêtement conducteur de l'électricité L'expression "résistance à l'abrasion" est utilisée ici pour désigner la résistance à l'abrasion telle que mesurée selon l'American National Standard N O Z 26 1-1977 Test N O 18 pour du verre de sécurité. De préférence, le revêtement diélectrique est cons- titué de silice La silice peut former des revêtements hautement transparents qui ont une excellente résistance à l'abrasion et une bon- ne stabilité chimique De plus, on peut fabriquer aisément des revê- tements de silice ayant un indice de réfraction d'environ 1,41 Ceci est spécialement utile, ainsi qu'on l'a mentionné plus haut, lorsque l'indice de réfraction du revêtement conducteur de l'électricité sous- jacent est approximativement égal à ( 1,41)Z, ainsi que c'est le cas pour l'oxyde d'étain. Un tel revêtement de silice peut être formé de dif- férentes manières Dans un de ces procédés, une feuille transparente de verre portant un reveternent conducteur de l'électricité est plongée dans une soluation d'un composé organo-silicesu telle qu'une solution de tétran 2 éylyorthosilicate Si(OCH 3)4 dans du méthanol Exposé à l'air, le 5,( C-I 3) 4 e converti en Si(O 1-H)4, et celui-ci à son tour est converti n ïï S' 02 par chauffage à l'air, de préférence à 500-600 'C L'épaisseur youlue du z-eten%:_en% peut gtre atteinte en règlant la vitesse à laquelle l F sitle est retirée de la solution Dans un autre procédé particuliè zeznet adapft à la Zê tnd'un revatenent continu sur du verre n-, t -un' -,,,;- w conducteur, par e Xemple un ruban continu re ',a'che ntn ormf:_é portant ce lev'eeentl revterent diélc- t iueest àoran par dépot à partir de réactif en phase vapeur, par erzpe parz contact du verr"e chaud portant un reveter ent avec de la s'a:-ur dqhydr:uze de s-ticiurn en présence d'oxygène atmosphérique Des revdterents ayant des surfaces très lisses e-10 de la suriaace 2 peuenttre forniées de ces deux rmnières La rugosité de la surface to des nfo reu fateurs ayant ueffet sur la proportion de trans= inouse diffuse / non diffuse Lorsqu'on utilise des -evgte- ninct S conducteurs assez épais, par ezemple dont l'épaisseur appro- clic l O % O ncra, il etdfiled'éliminer toute rugosité de la surface ?C O du r=vdtemento Cette rugosité favorise la diffusion de la lumière trans mise L'application d'un r supplémentaire ayant une surface plus lisse peut aréliorer ce phénomène, de sorte qu'une proportion plus élevée de la lunière transmise est non-diffuse Il faut noter que ce phénomène ne dépend pas de l'indice de réfraction du revêtement diéiectriqueo Parrmi d'autres matières que l'on peut utiliser pour former le revêtement diélectrique se trouve nt les fluorure de calcium et de magnésium On notera cependant que ces matières ne sont pas très résistantes à l'abrasion, quoique l'on puisse avantageusement les utiliser pour la formation d'un revêtement qui doit être déposé sur une face interne d'un vitrage multiple. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, le revêtement diélectrique est un revêtement de matière polymère De tels revêtements, par exemple d'un silicone ou d'un polyuréthane, peuvent être formés en plongeant une feuille de verre revêtue de matière conductrice dans une solution de la matière diélec- trique souhaitée, tandis que la face non revêtue de la feuille de verre est protégée De tels revêtements sont de préférence utilisés sur urne face interne d'un vitrage multiple de manière à être protégés contre 1 'abrasion. i 5 Des forrmes préférées de réalisation de la présente invention seront maintenant décrites à titre d'exenple en se référant aux dessins schémnatiques annexés dans lesquels La figure 1 est une vue en coupe d'un détail d'un vitrage selon linvention et La figure 2 est une vue en coupe d'un détail d'un panneau crex comportant un vitrage selon l'inventiono Dans la figure 1, une feuille I transrnettant la lu- mière, par exemple de verre, porte un revêtement Z 2 sur une de ses faces Ce revêtement 2 est un revêterment d'oxyde nmétallique conduc- teur de l'électricité qui réduit l'éissivité de la face portant le r-eve- ternent vis-à-vis du rayonnement infra-rouge, en particulier du rayon- nernent infr 2 a-rouge ayant des longueurs d'onde supérieures à 30 000 n__n Le revêtement conducteur 2 est surmonté d'un revêtement diélectrique 3 dont l'épaisseur n'excède pas 160 nrmn et qui augmente le facteur de transrmission lumineuse du vitrage. Dans la figure 2, une feuille de vitrage 4 transmet- tant la lumière porte sur une de ses faces un revêtement conducteur 5 d'oxyde métallique transmettant la lumière qui réduit l'émissivité du vitrage vis-à-vis du rayonnement infra-rouge, qui est à son tour sur- mrnonté d'un revêtement diélectrique 6 dont l'épaisseur est inférieure à nm et qui augmente le facteur de transmission lumineuse du vitrage. La feuille de matière vitreuse 4 est solidarisée via un intercalaire periphérique 7 à une seconde feuille de vitrage 8 qui peut porter un revêtement ou non Les revêtements 5, 6 sont disposés à l'intérieur du panneau de manière à 8 tre protégés de l'abrasion. Le tableau 1 suivant donne les propriétés de feuil- les 1 de verre flotté de 6 mm d'épaisseur portant des revêtements Z d'oxyde d'étain dopé au fluor qui sont surmontés de revêtements dié- lectriques 3 de silice. Les revêtements de silice sont chimiquement stables et résistants à l'abrasion, de sorte qu'ils peuvent 8 tre exposés aux conditions atmosphériques Un tel vitrage peut 8 tre incorporé dans un panneau creux par exemple tel que décrit en se référant à la figure Z avec la face portant les revêtements dirigée vers l'intérieur ou l'ex- térieur du panneau L'indice de réfraction des revêtements d'oxyde d'étain est environ 2, O et celui des revêtements de silice est environ 1,41. Dans le tableau 1, les différentes colonnes concer- nent les propriétés suivantes: I Epaisseur réelle du revêtement de Sn O 2 (nm) II Emissivité infra-rouge du verre portant le revêtement de Sn O 2 (%) III Facteur de transmission lumineuse du verre portant le revête- ment de Sn O 2 (%) IV Epaisseur réelle optimale du revêtement de Si O 2 (nm) V Emissivité infra-rouge du verre revêtu de Sn O 2 et Si O 2 () VI Facteur de transmission lumineuse du verre revêtu de Sn O 2 et Si O 2 (%) TABLEAU 1 1 II III IV V VI 350 29 83 100 35 90 420 21 85 100 25 90 5 490 16 82 100 20 90 3 840 12 75 100 17 90 3 Le dépôt des revêtements d'oxyde d'étain tels que cités ci-dessus est bien connu et ne nécessite pas d'être détaillé ici. Des exemrples spécifiques de procédés appropriés de dépôt de tels revê- tements peuvent être trouvés dans la demande de brevet britannique publiée sous le n' Z 119 360 A. Suivent maintenant des exemples de deux procédés de dépôt de revêtement de silice, l'un étant un procédé par lot, l'autre un procédé continu. Procédé par lot de dépôt de silice On réalise une solution dans les proportions suivantes tétraméthylorthosilicate Si(OCH 3)4 0 55 mole Eau 0 75 m L H Cl 1 O m L Méthanol ad 1 0 L Le verre portant le revêtement d'oxyde métallique est plongé dans une telle solution et en est retiré sans à-coups Le verre portant le revêtement est ensuite chauffé dans l'air à une tempé- rature aussi élevée que l'on peut (par exemple comprise entre 500 'C et 6000 C) pour convertir le Si(OCH 3)4 d'abord en Si(OH)4 et finalement en sio 2 L'épaisseur du revêtement de Si O 2 résultant est règlée en variant la vitesse à laquelle la feuille est retirée de la solution. Un tel procédé produit une feuille de verre portant une couche d'oxyde métallique et dont les deux faces portent un revê- tement de silice, à moins évidemment que la face ne portant pas de revêtement ait été protégée pendant l'immersion ou nettoyée après l'im- mersion et avant le chauffage Le second revêtement de silice a un effet négligeable sur les propriétés de la feuille-de verre. Procédé continu de dépôt de silice Des -feuilles ou un ruban continu de verre chaud revêtu(es) d'oxyde métal- lique est/sont mise en contact avec de l'hydrure de silicium en phase vapeur Si le verre est suffisamment chaud, par exemple à une tempé- rature supérieure à 500 C, l'hydrure de silicium pyrolyse en présence d'oxygène pour former un revêtement adhèrent de silice. L'exemple 6 du brevet britannique N O 1 524 326 donne un procédé de formation d'un revêtement de silicium sur un ruban de verre en exposant le ruban à de la vapeur d'fiydrure de silicium dans une atmosphère sans oxygène Ce procédé peut facilement être modifié, simplement en exécutant le revêtement à l'air, pour former un revêtement de silice (Si O 2). L'influence de la variation de l'épaisseur d'un revê- tement de Si O diélectrique déposé sur un revêtement de Sn O 2 de 840 nm d'épaisseur sur le facteur de transmission lumineuse et l'émis- sivité infra-rouge est représenté dans le tableau Z suivant (verre flotté de 6 mm d'épaisseur). TABLEAU 2 Epaisseur Si O 2 Facteur de transmission Emissivité (nm) lumineuse infrarouge (%) O 75 12 86 7 14 5 89 6 15 8 90 3 17 85 4 19 5 On notera que l'émissivité infra-rouge du vitrage augmente linéairement avec l'épaisseur du revêtement diélectrique tandis que le facteur de transmission lumineuse atteint un maximum lorsque le revêtement diélectrique a une épaisseur de 100 nm (épaisseur optique 141 nm) Ceci est dû à des effets d'interférence. Au lieu de former un revêtement conducteur, d'oxyde d'étain, il est possible d'utiliser un autre oxyde métallique, par exem- ple de l'oxyde d'indium Des revêtements d'oxyde d'indium dopé peu- vent être formés de la même manière que des revêtements d'oxyde d'étain au moyen d'une solution de chlorure d'indium En fait, les revêtements d'oxyde d'indium aussi minces que 100 nm ont une excellen- te basse émissivité infra-rouge Les revêtements d'oxyde d'indium eux-mêmes n'ont pas une résistance élevée à l'abrasion, mais ils peu- vent être protégés par un revêtement superficiel dur, par exemple de silice qui a une meilleure résistance à l'abrasion Sans cela, ils sont utilisés de préférence ainsi qu'on le représente à la figure 2, à l'intérieur de vitrages multiples. Dans le cas o le revêtement diélectrique n'est pas exposé, tel le revêtement 6 à l'intérieur du vitrage creux représenté à la figure Z, le revêtement peut être constitué d'une matière fragile. Des exemples de telles matières relativement fra- giles sont les fluorures de magnésium et de calcium qui peuvent être 2 54272-8 déposés sous forme de revêtements minces ayant un indice de réfrac- tion de 1,38 et 1,43 respectivement. En variante, le revêtement diélectrique peut être constitué de matière polymère De nombreuses telles matières ont un indice de réfraction d'environ 1, 5 De telles matières peuvent être appliquées sur des feuilles de verre portant un revêtement d'oxyde métal- lique par immersion dans une solution de la matière polymère voulue. Des revêtements diélectriques de silicone ou de polyuréthane peuvent être appliqués de cette manière. Il faut cependant noter que de tels revêtements ne doivent pas avoir une épaisseur supérieure à 160 nm afin de ne pas per- dre le bénéfice de l'application du rev 8 tement conducteur à basse émis- sivité A titre d'exemple, si un revêtement de Sn O 2 de 840 nm est sur- monté d'une couche diélectrique polymère de 1 000 nm d'épaisseur, l'émissivité infra-rouge du vitrage sera d'environ 90 %, substantielle- ment la même que celle du verre sans revêtement. 2542 î 28 il REVENDICATIONS 1 Vitrage comprenant une feuille transmettant la lumière portant sur une de ses faces un revêtement d'oxyde métallique conducteur de l'électricité et transmettant la lumière, qui réduit l'émis- sivité du rayonnement infra-rouge de cette face du vitrage, caractérisé en ce que les compositions et les épaisseurs de la feuille transmettant la lumière et du revêtement conducteur de l'électricité sont telles que seuls ils auraient un facteur de transmission lumineuse d'au moins 70 %, et en ce que le revêtement conducteur de l'électricité est surmonté d'un revêtement diélectrique dont l'épaisseur est inférieure à 160 nm et qui augmente le facteur de transmission lumineuse du vitrage. Z Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement diélectrique a une épaisseur inférieure à 140 nm et de préférence n'excédant pas 110 nm. 3 Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que le revêtement diélectrique a une épaisseur optique en transmission d'au moins 60 et de préférence d'au moins 70 nm. 4 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que l'indice de réfraction du revêtement diélectrique équivaut à dix pour cent près, à la racine carrée de l'indice de réfrac- tion du revêtement conducteur de l'électricité. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que le revêtement conducteur de l'électricité comprend de l'oxyde d'étain. 6 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que le revêtement conducteur de l'électricité comprend de l'oxyde d'indium. 7 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 6, ca- ractérisé en ce que le revêtement diélectrique a une résistance à l'abra- sion plus forte que le revêtement conducteur de l'électricité. 8 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 7, ca- ractérisé en ce que le revêtement diélectrique est constitué de silice 9 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 6, ca- ractérisé en ce que le revêtement diélectrique est un revêtement de matière polymère. l 2 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la feuille transmettant la lumière est une feuille de verre.