Brevet FR3038598A1 — publié le 20170113

- 1 - SUBSTRAT MUNI D'UN EMPILEMENT A PROPRIETES THERMIQUES L'invention concerne un matériau, tel qu'un vitrage, comprenant un substrat transparent revêtu d'un empilement de couches minces comprenant plusieurs couches fonctionnelles pouvant agir sur le rayonnement solaire et/ou le rayonnement infrarouge. L'invention concerne également les vitrages comprenant ces matériaux ainsi quel l'utilisation de tels matériaux pour fabriquer des vitrages d'isolation thermique et/ou de protection solaire. Ces vitrages peuvent être destinés aussi bien à équiper les bâtiments que les véhicules, en vue notamment de diminuer l'effort de climatisation et/ou d'empêcher une surchauffe excessive, vitrages dits « de contrôle solaire » et/ou diminuer la quantité d'énergie dissipée vers l'extérieur, vitrages dits « bas émissifs » entraînée par l'importance toujours croissante des surfaces vitrées dans les bâtiments et les habitacles de véhicules. Selon les climats des pays où sont installés ces vitrages, les performances en termes de transmission lumineuse et de facteur solaire recherchées peuvent varier dans une certaine gamme. La transmission lumineuse doit être suffisamment faible pour supprimer l'éblouissement et suffisamment élevée pour que la diminution de la quantité de lumière pénétrant à l'intérieur de l'espace délimité par ledit vitrage ne rende pas obligatoire l'utilisation de la lumière artificielle. Par exemple, dans les pays où les niveaux d'ensoleillement sont élevés, il existe une demande forte de vitrage présentant une transmission lumineuse de l'ordre de 50 % et des valeurs de facteur solaire suffisamment basses. Des vitrages comprenant des substrats transparents revêtus d'un empilement de couches minces comprenant trois couches fonctionnelles métalliques, chacune disposée entre deux revêtements diélectriques ont été proposés afin d'améliorer la protection solaire tout en conservant une transmission lumineuse suffisante. Ces empilements sont généralement obtenus par une succession de dépôts effectués par pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique. Ces vitrages sont qualifiés de sélectifs car ils permettent : - de diminuer la quantité d'énergie solaire pénétrant à l'intérieur des bâtiments en présentant un faible facteur solaire (FS ou g), - de garantir une transmission lumineuse suffisante, - de présenter une faible émissivité pour réduire la déperdition de chaleur par le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde. Selon l'invention, on entend : - facteur solaire « g », le rapport en pourcentage entre l'énergie totale entrant dans le local à travers le vitrage et l'énergie solaire incidente, 3038598 - 2 - - sélectivité « s », le rapport entre la transmission lumineuse et le facteur solaire TL/g. Les matériaux de l'art antérieur permettent d'obtenir des valeurs de transmission lumineuse, de facteur solaire et d'émissivité dans les gammes recherchées. Cependant, l'aspect esthétique et les propriétés en réflexion de tels vitrages ne 5 donnent pas entière satisfaction et présentent notamment les inconvénients suivants : - des couleurs en réflexion extérieure non neutres, et - des niveaux de réflexion extérieure trop faible. Enfin, il existe actuellement une forte demande pour des vitrages présentant un aspect argent brillant en réflexion extérieure. 10 Les matériaux actuellement sur le marché permettant d'obtenir cet aspect argent brillant en réflexion côté extérieure comprennent : - des substrats revêtus d'empilements déposés par voie chimique (CVD), - des substrats revêtus d'empilements déposés par pulvérisation cathodique comprenant des couches fonctionnelles qui ne sont pas à base d'argent mais par 15 exemple à base de niobium. Ces matériaux ne permettent pas d'obtenir les performances optiques et énergétiques recherchées. En effet, ces matériaux ne présentent pas à la fois un faible facteur solaire (FS ou g), une transmission lumineuse suffisante et une sélectivité élevée. 20 L'objectif de l'invention est de développer un matériau présentant à la fois un aspect argent brillant et des propriétés de contrôle solaire exceptionnelles. Selon l'invention, on cherche donc à minimiser le facteur solaire et à augmenter la sélectivité, tout en gardant une transmission lumineuse adaptée pour permettre une bonne isolation et une bonne vision. 25 La complexité des empilements comprenant trois couches fonctionnelles rend difficile l'amélioration de ces propriétés en réflexion sans nuire aux performances de contrôle solaire. Il existe donc un besoin de développer un vitrage permettant : - de minimiser le facteur solaire, 30 - d'augmenter la réflexion côté extérieur pour notamment préserver l'intimité (effet « privacy ») - d'obtenir en réflexion un aspect argent brillant pour l'esthétique, - de garantir une transmission lumineuse adaptée pour permettre une bonne isolation et une bonne vision. 35 Le demandeur a découvert de manière surprenante qu'en optimisant les épaisseurs des trois couches fonctionnelles et en choisissant un revêtement diélectrique situé entre le substrat et la première couche fonctionnelle relativement épais, on obtient un matériau susceptible de présenter les propriétés recherchées. 3038598 - 3 - L'aspect brillant argent et une réflexion côté extérieur élevée peuvent notamment être obtenus. La solution de l'invention représente un excellent compromis entre les performances optiques, thermiques, la transparence et l'aspect esthétique. 5 L'invention a pour objet un matériau comprenant un substrat transparent revêtu d'un empilement de couches minces comportant successivement à partir du substrat une alternance de trois couches métalliques fonctionnelles à base d'argent dénommées en partant du substrat première, deuxième et troisième couches fonctionnelles et de quatre revêtements diélectriques dénommés en partant du 10 substrat Ml, M2, M3 et M4, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche métallique fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce que : l'épaisseur de la première couche fonctionnelle est inférieure à l'épaisseur de la deuxième couche fonctionnelle, 15 l'épaisseur de la première couche fonctionnelle est inférieure à l'épaisseur de la troisième couche fonctionnelle, - les revêtements diélectriques M1 et M2 ont chacun une épaisseur optique Eo1 et Eo2 satisfaisant la relation suivante : Eo2 1,8 2,0 2,0 2,0 TL% ge 50 % 50 50 50 - a*T 25 30 30 30 - a*Rext REVENDICATIONS1. Matériau comprenant un substrat transparent revêtu d'un empilement de couches minces comportant successivement à partir du substrat une alternance de trois couches métalliques fonctionnelles à base d'argent dénommées en partant du substrat première, deuxième et troisième couches fonctionnelles et de quatre revêtements diélectriques dénommés en partant du substrat M1, M2, M3 et M4, chaque revêtement diélectrique comportant au moins une couche diélectrique, de manière à ce que chaque couche métallique fonctionnelle soit disposée entre deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce que : - l'épaisseur de la première couche fonctionnelle est inférieure à l'épaisseur de la deuxième couche fonctionnelle, - l'épaisseur de la première couche fonctionnelle est inférieure à l'épaisseur de la troisième couche fonctionnelle, - les revêtements diélectriques M1 et M2 ont chacun une épaisseur optique Eo1 et Eo2 satisfaisant la relation suivante : Eo2 2. Matériau selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport de l'épaisseur de la troisième couche métallique fonctionnelle sur l'épaisseur de la deuxième couche fonctionnelle est compris entre 0,90 et 1,10 en incluant ces valeurs. 3. Matériaux selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trois couches métalliques fonctionnelles satisfont les caractéristiques suivantes : - l'épaisseur de la première couche métallique fonctionnelle est comprise entre 6 et 12 nm, - l'épaisseur de la deuxième couche métallique fonctionnelle est comprise entre 13 et 20 nm, - l'épaisseur de la troisième couche métallique fonctionnelle est comprise entre 13 et 20 nm. 4. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'empilement comprend en outre au moins une couche de blocage située au contact d'une couche fonctionnelle choisies parmi les couches métalliques à base d'un métal ou d'un alliage métallique, les couches de nitrure métallique, les couches d'oxyde métallique et les couches d'oxynitrure métallique d'un ou plusieurs éléments choisis parmi le titane, le nickel, le chrome et le niobium telles qu'une couche de Ti, TiN, TiOx, Nb, NbN, Ni, NiN, Cr, CrN, NiCr, NiCrN. 5. Matériau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'épaisseur totale de toutes les couches de blocage au contact des couches fonctionnelles est comprise entre 0,1 et 2 nm en incluant ces valeurs. 3038598 -19- 6. Matériaux selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les revêtements diélectriques satisfont les caractéristiques suivantes : - l'épaisseur optique du premier revêtement diélectrique M1 est comprise de 85 à 150 nm, 5 - l'épaisseur optique du deuxième revêtement diélectrique M2 est comprise de 80 à 150 nm, - l'épaisseur optique du troisième revêtement diélectrique M3 est comprise de 135 à 220 nm, - l'épaisseur optique du quatrième revêtement diélectrique M4 est comprise de 65 à 10 120 nm. 7. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque des revêtements diélectrique comporte au moins une couche diélectrique à fonction barrière à base de composés de silicium et/ou d'aluminium choisis parmi les oxydes tels que SiO2 et A1203, les nitrures de silicium Si3N4 et AIN et 15 les oxynitures SiOxNy et Al0xNy. 8. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque revêtement diélectrique comporte au moins une couche diélectrique à fonction stabilisante à base d'oxyde cristallisé, notamment à base d'oxyde de zinc, éventuellement dopé à l'aide d'au moins un autre élément, comme l'aluminium. 20 9. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque couche fonctionnelle est au-dessus d'un revêtement diélectrique dont la couche supérieure est une couche diélectrique à fonction stabilisante, de préférence à base d'oxyde de zinc et/ou en-dessous d'un revêtement diélectrique dont la couche inférieure est une couche diélectrique à fonction stabilisante, de préférence 25 à base d'oxyde de zinc. 10. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un empilement défini en partant du substrat transparent comprenant : - un premier revêtement diélectrique comprenant au moins une couche diélectrique à 30 fonction barrière et une couche diélectrique à fonction stabilisante, - éventuellement une couche de blocage, - une première couche fonctionnelle, - éventuellement une couche de blocage, - un deuxième revêtement diélectrique comprenant au moins un couche diélectrique 35 à fonction stabilisante inférieure, une couche diélectrique à fonction barrière et une couche diélectrique à fonction stabilisante supérieure, - éventuellement une couche de blocage, - une deuxième couche fonctionnelle, 3038598 -20- - éventuellement une couche de blocage, - un troisième revêtement diélectrique comprenant au moins un couche diélectrique à fonction stabilisante inférieure, une couche diélectrique à fonction barrière et une couche diélectrique à fonction stabilisante supérieure, 5 - éventuellement une couche de blocage, - une troisième couche fonctionnelle, - éventuellement une couche de blocage, - un quatrième revêtement diélectrique comprenant au moins une couche diélectrique à fonction stabilisante, une couche diélectrique à fonction barrière et éventuellement 10 une couche de protection. 11. Matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu'il présente une transmission lumineuse inférieure à 60,0 % et/ou une réflexion lumineuse côté extérieur supérieure ou égale à 20,0 %. 12. Procédé d'obtention d'un matériau selon l'une des revendications 15 précédentes, dans lequel on dépose les couches de l'empilement par pulvérisation cathodique magnétron. 13. Vitrage comprenant au moins un matériau selon l'une des revendications 1 à 11 précédentes. 14. Vitrage selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'empilement 20 est positionné dans le vitrage de sorte que la lumière incidente provenant de l'extérieur traverse le premier revêtement diélectrique avant de traverser la première couche métallique fonctionnelle. 15. Vitrage selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en qu'il est sous forme de vitrage monolithique, feuilleté ou multiple, en particulier double 25 vitrage ou triple vitrage.