ОСТЕКЛЕНИЕ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ В СЕБЯ ПАКЕТ ТОНКИХ СЛОЕВ
GLAZING, INCLUDING A PACKAGE OF THIN LAYERS

Изобретение относится к материалу и способу получения материала, такого как остекление, содержащего прозрачную подложку, покрытую пакетом тонких слоев, содержащих функциональный слой на основе серебра.
Более конкретно, изобретение относится к применению таких материалов для изготовления армированных термоизолирующих остеклений, имеющих высокий солнечный фактор. Такие остекления предназначены, например, для оснащения зданий в холодном климате, в частности, с целью снижения термических напряжений зимой («низкоизлучающее» остекление) и максимизации вклада свободного солнца.
Солнечный фактор g определяется как отношение энергии, поступающей в помещение через остекление, к падающей солнечной энергии. Его можно вычислить путем суммирования потока энергии, проходящего непосредственно сквозь остекление, и потока энергии, поглощаемого остеклением и затем повторно излучаемого внутрь. Солнечный фактор g, также известный как СФ коэффициент, измеряют в понимании данного изобретения согласно условиям, описанным в международном стандарте ISО 9050.
Известно, что пакет тонких слоев для придания таких термоизолирующих свойств образован из функционального слоя на основе серебра (или серебряного слоя).
Функциональные слои на основе серебра проявляют эффективность несколькими способами: путем отражения теплового или солнечного инфракрасного излучения они придают материалу низкоизлучающие или солнцезащитные свойства. Электропроводящие, они также позволяют получать проводящие материалы, например, нагреваемые остекления или электроды.
Функциональные слои на основе серебра наносят между покрытиями на основе диэлектрических материалов (далее диэлектрическое покрытие), которые обычно содержат несколько диэлектрических слоев, позволяющих регулировать оптические свойства данного пакета и сохранять высокое пропускание в видимой области. Эти диэлектрические слои дополнительно позволяют защищать серебряные слои от химического или механического воздействия.
Заявка WО 2012/127162, которая принадлежит данному заявителю, раскрывает материал, содержащий прозрачную подложку, обеспеченную пакетом тонких слоев, содержащим серебряный слой, расположенный между двумя особыми неметаллическими диэлектрическими покрытиями, который позволяет увеличивать солнечный фактор остекления, обеспеченного таким материалом, и получать приемлемое окрашивание, в частности в пропускании. Для этой цели пакет предпочтительно содержит:
- нижнее диэлектрическое покрытие, расположенное под серебряным слоем, содержащее по меньшей мере один слой, имеющий высокий показатель преломления, изготовленный из материала с показателем преломления, большим или равным 2,20, имеющее толщину предпочтительно более 10 нм,
- верхнее диэлектрическое покрытие, расположенное над серебряным слоем, содержащее по меньшей мере последовательность тонких слоев с высоким и низким показателем, нанесенных в следующем порядке над слоем на основе серебра:
- по меньшей мере один слой, имеющий высокий показатель преломления, изготовленный из материала с показателем преломления, большим или равным 2,20, причем физическая толщина слоя, имеющего высокий показатель преломления, или сумма физических толщин слоев, имеющих высокий показатель преломления, составляет от 15 до 40 нм,
- по меньшей мере один слой, имеющий низкий показатель преломления, изготовленный из материала с показателем преломления, меньшим или равным 1,70, причем физическая толщина слоя, имеющего низкий показатель преломления, или сумма физических толщин слоев, имеющих низкий показатель преломления, составляет от 40 до 120 нм.
Эти материалы, содержащие тонкие слои с высоким и низким показателем, предпочтительно демонстрируют высокий солнечный фактор, высокое пропускание света и приемлемые цвета в пропускании и отражении.
С другой стороны, когда эти материалы подвергаются высокотемпературной термической обработке, часто наблюдается изменение колориметрических и оптических свойств, в частности увеличение доли рассеянного света, что не подходит для определенных применений.
После термической обработки типа закаливания наблюдается значительное рассеяние света, а также изменение цвета, что особенно заметно в отражении, а также заметно в пропускании. Явление рассеяния света визуально проявляется в появлении светового ореола, известного как «туман», видимого, в основном, при интенсивном свете.
Стабильность колориметрических и оптических свойств преимущественно позволяет одновременно использовать материалы, в одной и той же сборке, которые не подвергались термической обработке, и материалы, которые подвергались термической обработке, без избыточно видимых отличий, которые могут происходить от этого. Материалы этого типа могут быть описаны как подходящие и закаливаемые в такой степени, что изменения цвета до и после термической обработки не заметны для невооруженного глаза.
Следовательно, материалы, описанные в заявке WО 2012/127162, не демонстрируют, в определенных применениях, колориметрические и возможно оптические свойства, которые являются достаточно одинаковыми до и после термической обработки при совместном применении, и, таким образом, описываются как подходящий или закаливаемый материал. Внешний вид данных материалов до и после термической обработки недостаточно близок.
Таким образом, существует необходимость разработать материал, проявляющий:
- оптические и колориметрические свойства, которые являются по существу одинаковыми до и после термической отработки, и возможно
- высокий солнечный фактор, высокое пропускание света и приемлемые цвета в пропускании и в отражении.
Согласно настоящему изобретению материалы, демонстрирующие изменения параметров яркости после термической обработки, не исключаются из определения подходящего материала. Однако предпочтительно, когда изменения параметров яркости после термической обработки остаются как можно меньшими.
Следовательно, материал по данному изобретению должен быть способен выдерживать высокотемпературную термическую обработку, такую как отжиг, изгиб и/или закаливание, без появления изменений в пакете тонких слоев.
Свойства пакетов на основе серебра, такие как уровни энергетических или оптических свойств, непосредственно зависят от качества серебряных слоев, такое как их кристаллическое состояние и их однородность, и от их окружения, например, от природы слоев, расположенных выше и ниже. Кроме того, эти свойства также являются результатом точного контроля эффектов оптической интерференции между разными слоями, составляющими данный пакет.
Решения для улучшения качества серебряных слоев и, в частности, их кристаллизации были обеспечены задолго до подачи заявки WО 2012/127162, раскрывающей пакеты, содержащие, в частности, последовательность тонких слоев с высоким и низким показателями преломления.
Например, из заявки WО 2007/042688 известны материалы, демонстрирующие высокое пропускание света, содержащие в нижнем диэлектрическом покрытии слой с высоким показателем преломления и смачивающий слой. Такие материалы имеют недостатком легкое затуманивание после высокотемпературной термической обработки. Чтобы преодолеть эту проблему, решение, обеспеченное в заявке WО 2007/042688, состоит в использовании диэлектрического покрытия, расположенного под серебряным слоем, содержащего:
- слой с высоким показателем преломления, например, слой диоксида титана,
х
х
- антидиффузионный слой на основе смешанного оксида никеля и хрома (NiСrО) или индия и олова (InSnО), расположенный выше слоя с высоким показателем преломления,
- смачивающий слой, по существу образованный из оксида цинка, расположенный выше антидиффузионного слоя.
Решение, предложенное в данной патентной заявке для ограничения тумана после термической обработки, состоит, таким образом, в использовании низкодиэлектрического покрытия, то есть покрытия, расположенного под серебряным слоем, содержащего последовательность следующих слоев: слой с высоким показателем преломления/антидиффузионный слой на основе особых смешанных оксидов/смачивающий слой.
Материалы, описанные и показанные в заявке WО 2007/042688, не содержат последовательности слоев с высоким и низким показателем преломления в верхнем диэлектрическом покрытии.
Заявка WО 2007/101964 раскрывает, в случае, когда диэлектрическое покрытие, расположенное под серебряным слоем, содержит по меньшей мере один диэлектрический слой на основе нитрида, в частности на основе нитрида кремния и/или алюминия, применение диэлектрических покрытий, содержащих:
- смачивающие слои, предназначенные способствовать смачиванию и зародышеобразованию серебряного слоя, например, слой на основе кристаллического оксида цинка,
- сглаживающие слои, сделанные из смешанного оксида, расположенные под смачивающим слоем, способствующие надлежащему росту серебряного слоя над смачивающим слоем.
Слои на основе нитрида кремния и/или алюминия, присутствующие в диэлектрическом покрытии, расположенном ниже серебряного слоя, имеют толщину по меньшей мере 10 нм, в частности 30 нм и 20 нм в примерах 2-4 (таблица 1).
Согласно заявке WО 2007/101964, эти материалы позволяют получать удовлетворительные оптические свойства независимо от того, подвергалась ли подложка термической обработке после нанесения. Однако описанные и представленные материалы не содержат последовательностей слоев с высокими и низкими показателями преломления.
В обоих этих документах все тонкие слои верхнего диэлектрического покрытия, имеющего толщину более 5 нм, имеют по существу одинаковые показатели преломления.
По этой причине диэлектрические слои, образованные из таких тонких слоев, формируют среду с по существу однородным показателем преломления, хотя материалы, из которых они образованы, являются разными.
Согласно данному изобретению два тонких слоя имеют по существу одинаковые показатели преломления, когда абсолютная величина разности между показателями преломления двух материалов, составляющих упомянутые слои, при 550 нм меньше или равна 0,15.
Заявитель неожиданно обнаружил, что изменение, после высокотемпературной термической обработки типа закаливания, оптических свойств пакетов, содержащих нижнее диэлектрическое покрытие, содержащее последовательность следующих слоев:
- по меньшей мере один слой на основе оксида, такой как сглаживающий слой на основе смешанных оксидов и/или смачивающий слой,
происходит вследствие взаимной диффузии элементов слоев с высокими показателями преломления и оксидных слоев, когда слой с высоким показателем преломления имеет толщину более 5 нм.
х
х
Например, в случае диэлектрического слоя, содержащего последовательность следующих слоев: ТiО/SnZnО/ZnО:
- наблюдается миграция олова и цинка в направлении слоя оксида титана,
- миграция титана в направлении слоя смешанного оксида олова и цинка,
- миграция кислорода из слоя оксида олова цинка в направлении слоя оксида титана.
Однако, хотя явление взаимной диффузии происходит при протекании высокотемпературной термической обработки, существенное изменение цветов возникает только, когда верхнее диэлектрическое покрытие не образует среду с гомогенным показателем преломления. Значительное изменение цветов присутствует, в частности, когда верхнее диэлектрическое покрытие содержит несколько слоев с толщиной более 5 нм, разница показателей преломления которых составляет по меньшей мере более 0,30.
Например, когда верхнее диэлектрическое покрытие:
- по существу образовано из слоя нитрида кремния и/или алюминия,
- образовано из нескольких слоев из смешанного оксида олова цинка и нитрида кремния, которые имеют по существу одинаковые показатели преломления,
показатель преломления диэлектрических покрытий являет гомогенным, и небольшая диффузия наблюдается после термической обработки. Когда верхнее диэлектрическое покрытие содержит последовательность высокого и низкого показателей преломления, его показатель преломления является неоднородным и существенная диффузия наблюдается после термической обработки.
Таким образом, ясно, что явление взаимной диффузии оказывает заметный отрицательный эффект на изменение цвета, когда слои, составляющие верхнее диэлектрическое покрытие, образованы из материалов с разными показателями преломления.
Чтобы преодолеть эту проблему, данное изобретение состоит в добавлении особого антидиффузионного слоя, который предотвращает взаимную диффузию элементов слоев с высоким показателем преломления и оксидных слоев. Этот антидиффузионный слой предотвращает материалы, соответственно составляющие эти два слоя, от смешения путем блокировки, например, диффузии титана в слой смешанного оксида олова цинка, и олова и цинка в слой оксида титана.
Ясно, что путем предотвращения этого явления предотвращается изменение показателей преломления слоев, составляющих пакет, которое отвечает за колориметрические и возможно оптические изменения рассеяния света, делая неподходящими продукты с термической обработкой и без нее, например, закаленные и не закаленные.
Таким образом, данное изобретение позволяет снижать оптические изменения после высокотемпературной термической обработки закаливающего типа благодаря присутствию слоя с высоким показателем преломления, оксидного слоя, такого как сглаживающий слой на основе смешанных оксидов, и/или смачивающего слоя в одном и том же диэлектрическом покрытии.
Таким образом, данное изобретение относится к материалу, содержащему прозрачную подложку, покрытую пакетом тонких слоев, содержащих функциональный металлический слой на основе серебра и два диэлектрических покрытия, где каждое диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой, так что функциональный металлический слой находится между двумя диэлектрическими покрытиями, отличающимися тем, что нижнее диэлектрическое покрытие, расположенное под функциональным слоем на основе серебра, содержит:
- слой с высоким показателем преломления на основе оксида металла, имеющий показатель преломления более 2,3 и толщину более 5 нм,
- антидиффузионный слой на основе кремния и/или алюминия, выбранный из оксидного, нитридного и оксинитридного слоя, расположенный над слоем с высоким показателем преломления, имеющий толщину от 1 до 10 нм,
- по меньшей мере один слой на основе оксида, расположенный над антидиффузионным слоем и имеющий состав, отличный от антидиффузионного слоя.
Данное изобретение также относится к:
- способу получения материала согласно данному изобретению,
- остеклению, содержащему по меньшей мере один материал согласно данному изобретению,
- применению остекления согласно данному изобретению в качестве термоизолирующего остекления для строительной промышленности или транспортных средств,
- сооружению или транспортному средству, содержащему остекление согласно данному изобретению.
Решение данного изобретения содержит в нижнем диэлектрическом покрытии:
- слой с высоким показателем преломления, который позволяет получать высокое пропускание света и способствует получаемому высокому солнечному фактору,
- антидиффузионный слой, расположенный между оксидным слоем и слоем с высоким показателем преломления, который позволяет снижать оптические изменения после высокотемпературной термической обработки.
Решение данного изобретения особенно применимо, когда верхнее диэлектрическое покрытие не образует среду с гомогенным показателем преломления. Согласно этому варианту осуществления, верхнее диэлектрическое покрытие, расположенное над функциональным слоем на основе серебра, содержит по меньшей мере два тонких слоя, каждый толщиной более 5 нм, разница показателей преломления которых составляет более 0,30.
Хотя антидиффузионный слой позволяет значительно снижать затуманивание после термической обработки, иногда наблюдаются изменения в электрических и термических свойствах, увеличивающие поверхностное сопротивление. Эти изменения могут не приводить затем к изменениям показателей преломления слоев, составляющих диэлектрические покрытия, но приводить к появлению дефектов в серебряном слое после термической обработки.
Согласно предпочтительному варианту осуществления диэлектрическое покрытие, расположенное под функциональным слоем на основе серебра, дополнительно содержит слой с высоким показателем преломления, имеющий толщину менее 5 нм, расположенный над антидиффузионным слоем и под функциональным слоем на основе серебра. Этот слой согласно данному изобретению известен как «промежуточный слой».
Этот промежуточный слой предпочтительно расположен над антидиффузионным слоем и под слоями на основе оксида, заданными выше. В противоположность слоям с высоким показателем преломления толщиной более 5 нм, взаимная диффузия элементов, способная генерировать значительное рассеяние света после термической обработки, не наблюдается для этих толщин. Состав этого слоя с высоким показателем преломления, имеющего толщину менее 5 нм, очевидно отличается от состава антидиффузионного слоя и слоя на основе оксида.
Даже если определенное количество элементов мигрирует из этих слоев с высоким показателем преломления или в них, данные доли являются недостаточными, чтобы модифицировать показатели преломления слоев, в которых происходят эти миграции. Неожиданно оказалось, что присутствие такого промежуточного слоя ограничивает возникновение определенных дефектов из-за термической обработки, таких как появление затуманивания, приписываемое росту дефектов в серебряном слое (дендриты или купола). Получается очень хорошее оптическое качество, что может быть приписано пониженному нежелательному изменению в функциональном слое на основе серебра после термической обработки притом, что очень слабые оптические изменения привносятся за счет этой термической обработки.
Данное изобретение не предназначено ограничивать материалы, содержащие в верхнем диэлектрическом покрытии конкретную последовательность тонких слоев с высоким и низким показателями преломления.
Поэтому решение данного изобретения, которое состоит в оптимизации нижнего диэлектрического покрытия, чтобы предотвратить изменение показателей преломления диэлектрических слоев, из которых оно образовано, а также возможно появление дефектов в серебряном слое во время термической обработки, особенно применимо, когда верхний диэлектрический слой содержит последовательность слоев с высокими и низкими показателями преломления. Однако это решение может разумно применяться, когда данные пакеты содержат верхние диэлектрические покрытия с негомогенными показателями преломления.
Материал, то есть прозрачная подложка, покрытая пакетом слоев, предназначен подвергаться высокотемпературной термической обработке типа закаливания, отжига или изгиба.
Материал согласно данному изобретению отличается тем, что величины поглощения света, пропускания света и коэффициента излучения по существу не меняются во время термической обработки.
Предпочтительные параметры, которые появляются на протяжении данного описания, применимы к способу согласно данному изобретению и, если подходит, к продукту, то есть материалу, до и после термической обработки.
Все световые характеристики, представленные в настоящем описании, получают согласно принципам и способам, описанным в европейском стандарте ЕN 410, относящемся к определению световых и солнечных характеристик остеклений, используемых стекле для строительной промышленности.
Все показатели преломления обычно измеряли при длине волны 550 нм.
Следует понимать, что термин «толщина» без оговорок в понимании данного изобретения означает геометрическую или реальную физическую толщину слоя с показателем преломления, измеренным при 550 нм.
Следует понимать, что термин «оптическая толщина» в понимании данного изобретения означает обычно произведение физической (или реальной) толщины слоя на показатель преломления, измеренный при 550 нм.
Следует понимать, что термин «полная оптическая толщина» в понимании данного изобретения означает сумму всех оптических толщин рассматриваемых слоев, где каждая оптическая толщина, как объясняется выше, является произведением физической (или реальной) толщины слоя на показатель преломления, измеренный при 550 нм.
Таким образом, полная оптическая толщина антиотражающего покрытия состоит из суммы всех оптических толщин диэлектрических слоев, составляющих это покрытие.
Пакет наносят путем катодного распыления с помощью магнитного поля (магнетронный способ). Согласно предпочтительному варианту осуществления все слои пакета наносят путем катодного распыления с помощью магнитного поля.
Если не указано иное, толщины, указанные в настоящем документе, являются физическими толщинами, а слои являются тонкими слоями. Подразумевается, что тонкий слой является слоем, имеющим толщину от 0,1 нм до 100 микрометров.
На протяжении данного описания подложка согласно данному изобретению считается расположенной горизонтально. Пакет тонких слоев наносят поверх подложки. Значение выражений «выше» и «ниже», а также «нижний» и «верхний» следует рассматривать относительно этой ориентации. Если не оговорено особо, выражения «выше» и «ниже» не обязательно означают, что два слоя и/или покрытия находятся в контакте друг с другом. Когда указано, что слой нанесен «в контакте» с другим слоем или покрытием, это означает, что между этими двумя слоями не может быть помещен один или более слоев.
Функциональный металлический слой на основе серебра содержит по меньшей мере 95,0%, предпочтительно по меньшей мере 96,5% и лучше по меньшей мере 98,0% серебра по массе в расчете на массу функционального слоя. Функциональный металлический слой на основе серебра предпочтительно содержит менее 1,0% по массе металлов, иных чем серебро в расчете на массу функционального металлического слоя на основе серебра.
Толщина функционального слоя на основе серебра составляет, в порядке увеличения предпочтения, от 5 до 20 нм, от 8 до 15 нм.
Пакет тонких слоев может содержать только один функциональный слой.
Функциональный металлический слой на основе серебра может быть защищен слоем, описанным как блокирующий слой. Согласно этому варианту осуществления пакет тонких слоев дополнительно содержит по меньшей мере один блокирующий слой, находящийся в контакте с функциональным металлическим слоем, выбранным из металлических слоев, металлнитридных слоев, металлоксидных слоев и металлоксинитридных слоев на основе одного или более элементов, выбранных из ниобия Nb, тантала Та, титана Тi, хрома Сr или никеля Ni, или основанных на сплаве, полученном из по меньшей мере двух из этих металлов, в частности на сплаве никеля и хрома (NiСr). Когда эти блокирующие слои нанесены на металл в металлической, нитридной или оксинитридной форме, эти слои могут подвергаться частичному или полному окислению соответственно их толщине и природе слоев, которые обрамляют их, например, во время отложения следующего слоя или путем окисления в контакте с нижележащим слоем.
Предпочтительно, блокирующие слои основаны на никеле и/или хроме и представляют собой металлические слои или металлоксидные слои, предпочтительно стехиометрические по кислороду.
Согласно предпочтительному варианту осуществления пакет содержит блокирующий слой, расположенный над функциональным металлическим слоем на основе серебра и в контакте с ним. С другой стороны, пакет предпочтительно не содержит блокирующий слой, расположенный под функциональным металлическим слоем на основе серебра и в контакте с ним.
Каждый блокирующий слой имеет толщину от 0,1 до 5,0 нм. Толщина этих блокирующих слоев предпочтительно составляет:
- по меньшей мере 0,1 нм или по меньшей мере 0,5 нм и/или
- самое большее 5,0 нм или самое большее 2,0 нм, самое большее 1,0 нм.
Пример подходящего пакета согласно данному изобретению содержит:
- нижнее диэлектрическое покрытие, расположенное под функциональным металлическим слоем на основе серебра,
- функциональный металлический слой на основе серебра,
- блокирующий слой,
- верхнее диэлектрическое покрытие, расположенное над функциональным металлическим слоем на основе серебра,
- возможный защитный слой.
Диэлектрические покрытия имеют толщину более 15 нм, предпочтительно от 15 до 100 нм.
Диэлектрические слои диэлектрических покрытий имеют следующие характеристики, по одиночке или в комбинации:
- их наносят путем катодного распыления с помощью магнитного поля,
- их выбирают из оксидов, нитридов или оксинитридов одного или более элементов, выбранных из титана, кремния, алюминия, циркония, олова и цинка,
- они имеют толщину больше или равно 1 нм, предпочтительно от 5 до 100 нм.
Слой или слои на основе оксида, расположенные выше антидиффузионного слоя в нижнем диэлектрическом покрытии, могут содержать сглаживающий слой на основе смешанных оксидов и/или смачивающий слой.
Сумма толщин слоев на основе оксида, расположенных выше антидиффузионного слоя в нижнем диэлектрическом покрытии, составляет, в порядке увеличения предпочтения:
- более 3,0 нм, более 5,0 нм, более 8,0 нм, более 10 нм, более 12 нм, более 15 нм,
- менее 50 нм, менее 40 нм, менее 30 нм, менее 20 нм.
Следует понимать, что смачивающий слой означает слой, сделанный из материала, способного стабилизировать границу раздела с функциональным слоем. Смачивающие слои основаны на оксиде цинка, при необходимости легированном по меньшей мере одним другим элементом, таким как алюминий. Оксид цинка является кристаллическим. Слой на основе оксида цинка содержит, в порядке увеличения предпочтения по меньшей мере 90,0% по меньшей мере 92% по меньшей мере 95% по меньшей мере 98,0% цинка по массе в расчете на массу элементов кроме кислорода в слое на основе оксида цинка.
Смачивающие слои имеют, в порядке увеличения предпочтения, толщину:
- по меньшей мере 3,0 нм по меньшей мере 5,0 нм и/или
- самое большее 25 нм, самое большее 10 нм, самое большее 8,0 нм.
Смачивающий слой может быть в непосредственном контакте с функциональным металлическим слоем на основе серебра.
В предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере один слой на основе оксида, расположенный над антидиффузионным слоем и имеющий состав, отличный от антидиффузионного слоя, представляет собой смачивающий слой, предпочтительно на основе оксида цинка, предпочтительно расположенный в непосредственном контакте с металлическим слоем на основе серебра.
Следует понимать, что сглаживающий слой означает слой, функция которого состоит в том, чтобы способствовать росту смачивающего слоя вдоль предпочтительной кристаллографической ориентации, которая способствует кристаллизации серебряного слоя посредством явления эпитаксии. Сглаживающий слой расположен ниже смачивающего слоя и предпочтительно в контакте с ним.
Сглаживающий слой на основе смешанного оксида может быть описан как "некристаллический" в том смысле, что он может быть полностью аморфным по всей его толщине или частично аморфным и, таким образом, частично кристаллическим, но он не может быть полностью кристаллическим. Он не может иметь металлическую природу, так как он основан на смешанном оксиде (смешанный оксид это оксид по меньшей мере двух элементов).
Кристаллографическое проявление сглаживающего слоя отличается от проявления смачивающего слоя, так как сглаживающий слой является некристаллическим, тогда как смачивающий слой является по существу кристаллическим; таким образом, их нельзя перепутать с этой точки зрения. Преимущество такого сглаживающего слоя в том, что он позволяет получать границу раздела со смачивающим слоем, которая является не очень шероховатой. Эту низкую шероховатость можно наблюдать в просвечивающем электронном микроскопе. Кроме того, смачивающий слой лучше текстурирован и дополнительно имеет более выраженную, предпочтительную кристаллографическую ориентацию.
Таким образом, каждый сглаживающий слой сделан из другого материала, с кристаллографической и стехиометрической точек зрения, чем смачивающий слой, под которым он непосредственно находится.
Сглаживающий слой имеет состав, отличный от антидиффузионного слоя. Это означает, что в одном и том же диэлектрическом покрытии, содержащем сглаживающий слой на основе смешанного оксида и антидиффузионный слой, эти два слоя не содержат одни и те же элементы в одних и тех же пропорциях.
Предпочтительно, сглаживающий слой представляет собой слой из смешанного оксида по меньшей мере двух металлов, выбранных из Sn, Zn, In и Gа. Предпочтительным смешанным оксидом является оксид олова цинка. Сглаживающий слой предпочтительно является возможно легированным слоем смешанного оксида олова цинка.
Показатель преломления сглаживающего слоя предпочтительно меньше, чем 2,2. Кроме того, сглаживающий слой предпочтительно имеет толщину от 0,1 до 30 нм и более предпочтительно от 0,2 до 10 нм.
Сглаживающие слои имеют, в порядке увеличения предпочтения, толщину:
- по меньшей мере 0,5 нм, по меньшей мере 1,0 нм, по меньшей мере 5,0 нм, по меньшей мере 8,0 нм и/или
- самое большее 25 нм, самое большее 20 нм, самое большее 15 нм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления диэлектрическое покрытие, расположенное ниже функционального слоя на основе серебра, содержит в качестве слоев на основе оксида:
- сглаживающий слой на основе смешанного оксида, предпочтительно на основе цинка и олова, расположенный выше антидиффузионного слоя и имеющий другой состав; предпочтительно, сглаживающий слой находится в контакте с антидиффузионным слоем или отделен от антидиффузионного слоя слоем, имеющим толщину менее 5 нм, и/или
- смачивающий слой на основе оксида цинка, расположенный выше сглаживающего слоя.
Сглаживающий слой и/или смачивающий слой преимущественно находятся в непосредственном контакте с металлическим слоем на основе серебра. Это означает, что пакет не содержит блокирующего слоя между этими оксидными слоями и металлическим слоем на основе серебра.
Следует понимать, что антидиффузионный слой означает слой, сделанный из материала, способного формировать барьер для диффузии элементов, происходящих из слоев, находящихся в контакте с ним.
Согласно данному изобретению слой на основе кремния и/или алюминия содержит, в порядке увеличения предпочтения по меньшей мере 30% по меньшей мере 40% по меньшей мере 50% по меньшей мере 60% по меньшей мере 70% по меньшей мере 80% по меньшей мере 90,0% кремния и/или алюминия по массе в расчете на массу элементов кроме кислорода и азота в слое на основе кремния и/или алюминия.
Антидиффузионный слой на основе кремния и/или алюминия может быть выбран из слоев:
2
2
3
- оксида кремния, такого как SiО, оксида алюминия, такого как АlО, и оксида алюминия-кремния,
3
4
х
- нитрида кремния, такого как SiN, нитрида алюминия, такого как АlN, нитрида алюминия-кремния, такого как SiАlN, нитридов циркония-кремния, таких как SiZrN,
х
у
х
у
- оксинитридов кремния, таких как SiОN, оксинитридов алюминия, таких как АlОN, и оксинитридов алюминия-кремния.
Предпочтительно, антидиффузионный слой на основе кремния и/или алюминия выбирают из слоя нитрида кремния или нитрида циркония-кремния.
Антидиффузионный слой имеет толщину:
- меньше или равно 10,0 нм, меньше или равно 6,0 нм, меньше или равно 5,0 нм или меньше или равно 4,0 нм и/или
- больше или равно 1,5 нм, больше или равно 2,0 нм или больше или равно 2,5 нм.
Следует понимать, что слой с высоким показателем преломления означает слой на основе оксида металла, имеющего показатель преломления, измеренный при 550 нм, в порядке увеличения предпочтения, более 2,30, более 2,35, более 2,40.
Слой с высоким показателем преломления на основе оксида металла выбирают из слоев на основе оксида титана, оксида циркония или оксида ниобия, или слоев из сплава, полученного из титана и другого компонента, выбранного из группы, состоящей из Zn, Zr и Sn.
Толщина слоя с высоким показателем преломления или сумма толщин слоев, имеющих высокий показатель преломления, имеющих толщину более 5 нм, которые расположены в нижнем диэлектрическом покрытии, составляет, в порядке увеличения предпочтения, от 5 до 100 нм, от 8 до 40 нм, от 10 до 30 нм, от 15 до 25 нм.
В случае, когда в нижнем покрытии есть несколько слоев, имеющих высокий показатель преломления, имеющих толщину более 5 нм, слои, имеющие высокий показатель преломления, предпочтительно все находятся в прямом контакте друг с другом. Однако, если они не находятся в прямом контакте друг с другом, они разделены слоем, показатель преломления которого составляет ни меньше или равно 1,70, ни больше или равно 2,20, физическая толщина этого разделяющего слоя (каждого из этих разделяющих слоев) меньше или равна 30 нм, предпочтительно меньше или равна 20 нм.
Предпочтительно:
- функциональный металлический слой на основе серебра расположен над смачивающим слоем и в контакте с ним, и/или
- смачивающий слой расположен над сглаживающим слоем и в контакте с ним, и/или
- сглаживающий слой расположен над антидиффузионным слоем или слоем с высоким показателем преломления, имеющем толщину менее 5 нм (или промежуточным слоем), и в контакте с ним, и/или
- антидиффузионный слой расположен над слоем с высоким показателем преломления, имеющем толщину более 5 нм (или промежуточным слоем), и в контакте с ним, и/или
- слой с высоким показателем преломления, имеющий толщину более 5 нм, расположен над подложкой и в контакте с ней.
Слой или слои на основе оксида, такие как смачивающий слой и сглаживающий слой, находятся в контакте с антидиффузионным слоем или отделены от антидиффузионного слоя промежуточным слоем, имеющим толщину менее 5 нм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления слой на основе оксида, предпочтительно сглаживающий слой, отделяется от антидиффузионного слоя промежуточным слоем, имеющим толщину менее 5 нм, выбранным из слоев с высоким показателем преломления. Этот промежуточный слой преимущественно выбирают из слоев с высоким показателем преломления на основе оксида металла, такого, как описано выше. Промежуточный слой, в частности, предпочтительно выбирают из слоев на основе оксида титана.
Промежуточный слой имеет, в порядке увеличения предпочтения, толщину:
- по меньшей мере 1,0 нм, по меньшей мере 2,0 нм и/или
- самое большее 5,0 нм, самое большее 4,0 нм, самое большее 3,0 нм.
Промежуточный слой может быть расположен:
- выше антидиффузионного слоя и ниже функционального слоя на основе серебра, и/или
- выше антидиффузионного слоя и ниже по меньшей мере одного оксидного слоя, и/или
- выше антидиффузионного слоя и ниже всех оксидных слоев, и/или
- выше антидиффузионного слоя и ниже сглаживающего слоя на основе смешанного оксида, и/или
- выше сглаживающего слоя на основе смешанного оксида и ниже смачивающего слоя на основе оксида цинка, и/или
- выше смачивающего слоя на основе оксида цинка и ниже функционального слоя на основе серебра.
Диэлектрическое покрытие, расположенное ниже функционального металлического слоя на основе серебра, может содержать по меньшей мере один диэлектрический слой, например, на основе нитрида кремния и/или алюминия, расположенный выше подложки и ниже слоя с высоким показателем преломления. Одной из функций этого слоя является улучшение адгезии пакета тонких слоев к материалу подложки. Этот слой имеет физическую толщину от 5 до 40 нм.
Согласно одному варианту осуществления данное изобретение относится к материалу, содержащему прозрачную подложку, покрытую пакетом тонких слоев, содержащих функциональный металлический слой на основе серебра и два диэлектрических покрытия, где каждое диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой, так что функциональный металлический слой расположен между двумя диэлектрическими покрытиями, отличающегося тем, что:
нижнее диэлектрическое покрытие, расположенное ниже функционального слоя на основе серебра, содержит:
- слой с высоким показателем преломления на основе оксида металла, имеющий показатель преломления более 2,3 и толщину более 5 нм,
- антидиффузионный слой на основе кремния и/или алюминия, выбранный из оксидного, нитридного и оксинитридного слоя, расположенный выше слоя с высоким показателем преломления и в контакте с ним, имеющий толщину от 1 до 10 нм,
- сглаживающий слой на основе смешанного оксида олова цинка, расположенный выше антидиффузионного слоя, где сглаживающий слой находится в контакте с антидиффузионным слоем или отделен от антидиффузионного слоя слоем, имеющий толщину менее 5 нм, и/или
- смачивающий слой на основе оксида цинка, расположенный выше сглаживающего слоя и ниже металлического слоя на основе серебра и предпочтительно в контакте с ним,
верхнее диэлектрическое покрытие, расположенное выше функционального слоя на основе серебра, содержит по меньшей мере два тонких слоя, каждый толщиной более 5 нм, разница показателей преломления которых составляет более 0,30.
Согласно другому варианту осуществления данное изобретение относится к материалу, содержащему прозрачную подложку, покрытую пакетом тонких слоев, содержащих функциональный металлический слой на основе серебра и два диэлектрических покрытия, причём каждое диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой, так что функциональный металлический слой расположен между двумя диэлектрическими покрытиями, отличающемуся тем, что:
нижнее диэлектрическое покрытие, расположенное ниже функционального слоя на основе серебра, содержит:
- слой с высоким показателем преломления на основе оксида металла, имеющий показатель преломления более 2,3 и толщину более 5 нм,
- антидиффузионный слой на основе кремния и/или алюминия, выбранный из оксидного, нитридного и оксинитридного слоя, расположенный выше слоя с высоким показателем преломления и в контакте с ним, имеющий толщину от 1 до 10 нм,
- слой с высоким показателем преломления, имеющий толщину менее 5 нм, расположенный выше антидиффузионного слоя и ниже функционального слоя на основе серебра,
- сглаживающий слой на основе смешанного оксида олова цинка, расположенный выше антидиффузионного слоя, предпочтительно выше слоя с высоким показателем преломления, имеющий толщину менее 5 нм, и
- смачивающий слой на основе оксида цинка, расположенный выше сглаживающего слоя и ниже металлического слоя на основе серебра и в контакте с ним.
Верхнее диэлектрическое покрытие имеет толщину более 15 нм, предпочтительно от 15 до 100 нм, фактически даже от 50 до 100 нм или от 75 до 100 нм.
Диэлектрические слои верхних диэлектрических покрытий имеют следующие характеристики, по одиночке или в комбинации:
- их осаждают путем катодного распыления с помощью магнитного поля и/или
- их выбирают из оксидов, нитридов или оксинитридов одного или более элементов, выбранных из титана, кремния, алюминия, циркония, олова и цинка,
- они имеют толщину больше или равно 1 нм, предпочтительно от 5 до 100 нм.
Предпочтительно, верхнее диэлектрическое покрытие не образует среду с гомогенным показателем преломления. Согласно этому варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере два тонких слоя, каждый толщиной более 5 нм, предпочтительно толщиной более 10 нм, фактически даже более 15 нм, разница показателей преломления которых составляет, в порядке увеличения предпочтения, более 0,30, более 0,50, более 0,70, более 0,80.
Таким образом, верхнее диэлектрическое покрытие может содержать два тонких слоя, каждый толщиной более 5 нм, разница показателей преломления которых предпочтительно составляет от 0,30 до 1,20.
Согласно одному варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере два тонких слоя, для которых разница показателей преломления между двумя слоя составляет: от 0,70 до 1,20.
Согласно другому варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие содержит тонкие слои толщиной более 5 нм, предпочтительно более 8 нм или 10 нм, для которых разница показателей преломления между всеми этими слоя составляет от 0,30 до 0,65.
Преимущественно, верхнее диэлектрическое покрытие или покрытия содержит по меньшей мере один слой, имеющий низкий показатель преломления меньше или равно 1,7, предпочтительно меньше или равно 1,6, фактически даже меньше или равно 1,5.
Физическая толщина слоя, имеющего низкий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия или сумма толщин слоев, имеющих низкий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия составляет, в порядке увеличения предпочтения, более 5 нм, более 8 нм, более 10 нм или более 15 нм, более 40 нм, более 50 нм, более 55 нм.
Физическая толщина слоя, имеющего низкий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия или сумма толщин слоев, имеющих низкий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия составляет, в порядке увеличения предпочтения, менее 120 нм, менее 100 нм, менее 80 нм, менее 70 нм.
2
2
Слои, имеющие низкий показатель преломления, предпочтительно являются слоями оксида кремния, то есть они образованы более чем на 80 масс.% из оксида кремния в расчете на формулу простого оксида SiО и, при необходимости, по меньшей мере одного другого элемента, предпочтительно выбранного из группы, состоящей из Аl, С, N, В, Sn и Zn и особенно предпочтительно из Аl, В или С. Предпочтительно, упомянутые слои по существу образованы из оксида кремния более чем на 90 масс.% в расчете на формулу простого оксида SiО.
Слои оксида кремния осаждают путем катодного распыления, при необходимости катодного распыления с помощью магнитного поля.
Согласно одному варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере два тонких слоя, каждый толщиной более 10 нм, один из которых представляет собой слой, имеющий низкий показатель преломления, для которых разница показателей преломления между этими двумя слоями составляет:
- более 0,30, предпочтительно более 0,5, или
- от 0,30 до 0,65.
Согласно одному варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие или покрытия, расположенные выше функционального металлического слоя или слоев на основе серебра, могут содержать по меньшей мере один слой с высоким показателем преломления. Этот слой с высоким показателем преломления может быть основан на оксиде металла и имеет толщину более 5 нм. Этот слой с высоким показателем преломления является слоем, определенным выше.
Согласно этому варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один слой с высоким показателем преломления на основе оксида металла, имеющий показатель преломления более 2,2, предпочтительно более 2,3, и толщину более 5 нм, предпочтительно более 8 нм, фактически более 10 нм.
Физическая толщина слоя, имеющего высокий показатель преломления, или сумма толщин слоев, имеющих высокий показатель преломления, расположенных в верхнем диэлектрическом покрытии, составляет от 10 до 40 нм, предпочтительно от 15 до 35 нм.
Верхнее диэлектрическое покрытие может содержать по меньшей мере один диэлектрический слой, имеющий показатель преломления менее 2,2, предпочтительно менее 2,1, и толщину более 5 нм, предпочтительно более 8 нм, фактически даже более 10 нм. Этот слой предпочтительно расположен выше слоя с высоким показателем преломления, заданным выше.
Диэлектрический слой, имеющий показатель преломления менее 2,2, может быть выбран из слоев оксидов, нитридов или оксинитридов одного или более элементов, выбранных из титана, кремния, алюминия, циркония, олова и цинка. Предпочтительно, этот слой выбирают из слоев, имеющих низкий показатель преломления, слоев на основе нитрида кремния и/или алюминия, и слоев из смешанных оксидов олова цинка.
Предпочтительно верхний диэлектрический слой или слои могут содержать по меньшей мере один слой с высоким показателем преломления и один слой, имеющий низкий показатель преломления. Слой, имеющий низкий показатель преломления, предпочтительно расположен выше слоя, имеющего высокий показатель преломления.
Разность показателей преломления между слоем или слоями, имеющими высокий показатель преломления, и слоем или слоями, имеющими низкий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия предпочтительно составляет от 0,70 до 1,20, предпочтительно от 0,80 до 1,10.
Согласно предпочтительному варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере последовательность тонких слоев, осажденных в следующем порядке выше функционального слоя:
- по меньшей мере один слой, имеющий высокий показатель преломления, сделанный из материала с показателем преломления больше или равно 2,20, причем физическая толщина слоя, имеющего высокий показатель преломления, или сумма физических толщин слоев, имеющих высокий показатель преломления, составляет от 10 до 40 нм,
- по меньшей мере один слой, имеющий низкий показатель преломления, сделанный из материала с показателем преломления меньше или равно 1,70, причем физическая толщина слоя, имеющего низкий показатель преломления, или сумма физических толщин слоев, имеющих низкий показатель преломления, составляет от 40 до 120 нм.
Применение этой последовательности тонких слоев, имеющих высокие и низкие показатели преломления, в верхнем диэлектрическом покрытии способствует получению остекления, которое имеет улучшенный солнечный фактор и низкое изменение цвета в отражении и в пропускании после высокотемпературной термической обработки.
В случае, когда есть несколько слоев, имеющих высокий показатель преломления, в верхнем покрытии, предпочтительно все слои, имеющие высокий показатель преломления, находятся ниже (начиная от стекла) слоя или слоев, имеющих низкий показатель преломления, и предпочтительно все слои, имеющие высокий показатель преломления, находятся в прямом контакте друг с другом. Однако, если они не находятся в прямом контакте друг с другом, они разделены слоем, показатель преломления которого ни меньше или равен 1,70, ни больше или равен 2,20, причем физическая толщина этого разделяющего слоя (или каждого их этих слоев) меньше или равна 30 нм, предпочтительно меньше или равна 20 нм.
Аналогично, в случае, когда есть несколько слоев, имеющих низкий показатель преломления, в верхнем покрытии, предпочтительно все слои, имеющие низкий показатель преломления, находятся выше (начиная от стекла) слоя или слоев, имеющих высокий показатель преломления, и предпочтительно все слои, имеющие низкий показатель преломления, находятся в прямом контакте друг с другом. Однако, если они не находятся в прямом контакте друг с другом, они разделены слоем, показатель преломления которого ни меньше или равен 1,70, ни больше или равен 2,20, причем физическая толщина этого разделяющего слоя (или каждого их этих слоев) меньше или равна 30 нм, предпочтительно меньше или равна 20 нм.
Слой или группа слоев верхнего диэлектрического покрытия, имеющие высокий показатель преломления, могут быть отделены от слоя или группы слоев верхнего диэлектрического покрытия, имеющих низкий показатель преломления, одним или более другими слоями.
Однако, предпочтительно, данные слои или группы слоев находятся в прямом контакте. В случае, когда данные слои или группы слоев не находятся в прямом контакте, слои или группы слоев разделены слоем, показатель преломления которого ни меньше или равен 1,70, ни больше или равен 2,20, причем физическая толщина этого разделяющего слоя меньше или равна 30 нм, предпочтительно меньше или равна 20 нм.
Чтобы получить высокий солнечный фактор и низкое изменение цветов, предпочтительно, когда отношение Е физической толщины слоя, имеющего низкий показатель преломления, или суммы физических толщин слоев, имеющих низкий показатель преломления, к физической толщине слоя, имеющего высокий показатель преломления, или сумме физических толщин слоев, имеющих высокий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия составляет от 2,5 до 5,0, предпочтительно от 2,5 до 4,0. Когда Е составляет от 3,0 до 5,0, цвет в пропускании является более нейтральным. Изобретатели также показали, что солнечный фактор является максимальным, когда отношение Е составляет от 2,2 до 4,0.
Отношение физической толщины слоя, имеющего низкий показатель преломления, или суммы физических толщин слоев, имеющих низкий показатель преломления, к физической толщине слоя, имеющего высокий показатель преломления, или сумме физических толщин слоев, имеющих высокий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия составляет от 2,2 до 5,0, предпочтительно от 2,4 до 4,0.
Чтобы получить высокий солнечный фактор и нейтральные цвета в пропускании, также предпочтительно, когда отношение F полной оптической толщины верхнего диэлектрического покрытия к полной оптической толщине нижнего диэлектрического покрытия составляет от 1,3 до 2,0, предпочтительно от 1,5 до 1,8.
Отношение полной оптической толщины верхнего диэлектрического покрытия к полной оптической толщине нижнего покрытия составляет, в порядке увеличения предпочтения, от 1,3 до 2,0, от 1,4 до 1,9, от 1,5 до 1,8.
Верхнее диэлектрическое покрытие может содержать слой, сделанный из материала с показателем преломления, меньшего или равного 2,20 и большего или равного 1,80, расположенный между функциональным металлическим слоем и слоем, имеющим высокий показатель преломления, верхнего диэлектрического покрытия. Слой, сделанный из материала с показателем преломления, меньшим или равным 2,20 и большим или равным 1,80, предпочтительно основан на оксиде цинка, оксиде олова или смешанном оксиде олова цинка. Слой, сделанный из материала с показателем преломления, меньшим или равным 2,20 и большим или равным 1,80, имеет физическую толщину от 4 до 15 нм. Предпочтительно, этот слой представляет собой слой на основе оксида цинка, расположенный выше функционального металлического слоя, толщина которого предпочтительно составляет по меньшей мере 4 нм, в частности от 4 до 25 нм, еще лучше от 5 до 10 нм.
Согласно предпочтительному варианту осуществления верхнее диэлектрическое покрытие, расположенное выше функционального металлического слоя на основе серебра, содержит:
- слой на основе оксида цинка,
- слой с высоким показателем преломления,
- слой, имеющий показатель преломления менее 2,2, предпочтительно слой с низким показателем преломления.
Пакет тонких слоев может содержать защитный слой. Защитный слой предпочтительно представляет собой конечный слой пакета, то есть слой, самый дальний от подложки, покрытой данным пакетом (до термической обработки). Эти слои обычно имеют толщину от 2 до 10 нм, предпочтительно от 2 до 5 нм. Этот защитный слой может быть выбран из слоя титана, циркония, гафния, цинка и/или олова, причем этот или эти металлы находятся в форме металла, оксида или нитрида.
Согласно одному варианту осуществления защитный слой основан на оксиде циркония и/или титана, предпочтительно основан на оксиде циркония или оксиде титана циркония.
Прозрачные подложки согласно данному изобретению предпочтительно сделаны из жесткого неорганического материала, такого как стекло, или являются органическими на основе полимеров (или сделаны из полимера).
Прозрачные органические подложки согласно данному изобретению, которые являются жесткими или гибкими, также могут быть сделаны из полимера. Примеры полимеров, подходящих для данного изобретения, содержат, в частности:
- полиэтилен;
- полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ), полибутилентерефталат (ПБТ) или полиэтиленнафталат (РЭН);
- полиакрилаты, такие как полиметилметакрилат (ПММА);
- поликарбонаты;
- полиуретаны;
- полиамиды;
- полиимиды;
- фторполимеры, такие как фтороэфиры, например, этилен-тетрафторэтилен (ЭТФЭ), поливинилиденфторид (ПВДФ), полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ), этилен-хлортрифторэтилен (ЭХТФЭ) или фторированные сополимеры этилена-пропилена (ФЭП);
- фотосшиваемые и/или фотополимеризуемые смолы, такие как тиолен, полиуретан, уретан-акрилатные или полиэфир-акрилатные смолы и
- политиоуретаны.
Подложка предпочтительно представляет собой лист стекла или стеклокерамики.
Подложка предпочтительно является прозрачной, бесцветной (тогда это прозрачное или сверхпрозрачное стекло) или окрашенной, например, синей, серой или бронзовой. Стекло предпочтительно является натриево-кальциево-силикатным стеклом, но также может быть стеклом боросиликатного или алюмоборосиликатного типа.
Подложка преимущественно имеет по меньшей мере один размер, больший или равный 1 м, фактически даже 2 м или даже 3 м. Толщина подложки обычно варьирует от 0,5 мм до 19 мм, предпочтительно от 0,7 до 9 мм, особенно от 2 до 8 мм, на практике даже от 4 до 6 мм. Подложка может быть плоской или изогнутой, на практике даже гибкой.
Данный материал, то есть прозрачная подложка, покрытая пакетом слоев, предназначен подвергаться высокотемпературной термической обработке, выбранной из отжига, например, мгновенного отжига, такого как лазерный или пламенный отжиг, закаливания и/или изгиба. Температура термической обработки составляет более 300°С, предпочтительно более 400°С, а лучше более 500°С. Подложка, покрытая пакетом слоев, может, таким образом, изгибаться и/или закаливаться.
Данный материал может быть в форме монолитного остекления, слоистого остекления или множественного остекления, в частности двойного остекления или тройного остекления. Таким образом, данное изобретение также относится к остеклению, содержащему по меньшей мере один материал данного изобретения, приспособленный в монолитном остеклении или в множественном остеклении типа двойного остекления или слоистого остекления. По меньшей мере подложка, покрытая пакетом слоев, может изгибаться или закаливаться.
Двойное остекление образовано из по меньшей мере двух подложек, например, стеклянных листов, разделенных попарно полостью, заполненной газом. Это обозначается, например, последовательностью 4/12/4, двойное остекление, образованное из двух стеклянных листов толщиной 4 мм и 12-мм полости, заполненной газом, и как 4/12/4/12/4, тройное остекление, образованное из трех стеклянных листов толщиной 4 мм и двух 12-мм полостей, заполненных газом.
Таким образом, двойное остекление имеет 4 стороны; сторона 1 находится вне здания, сторона 4 находится внутри здания, а стороны 2 и 3 находятся внутри двойного остекления. Аналогично, тройное остекление имеет 6 сторон: сторона 1 находится вне здания, сторона 6 находится внутри здания, стороны 2 и 3 находятся на каждой стороне первой полости, заполненной газом, внутри тройного остекления, и стороны 4 и 5 находятся на каждой стороне второй полости, заполненной газом, внутри тройного остекления.
Кроме того, эти материалы могут быть внедрены в остекления дополнительно, имея особые функции, такие как, например, нагреваемое остекление.
Данное изобретение также относится к способу получения материала, содержащего прозрачную подложку, покрытую пакетом тонких слоев согласно данному изобретению. Тонкие слои наносят путем катодного напыления, при необходимости катодного напыления с помощью магнитного тока. Предпочтительно, для упомянутой подложки выполняют высокотемпературную термическую обработку типа изгиба, закаливания или отжига. Таким образом, данный способ может дополнительно содержать стадию, во время которой упомянутую подложку подвергают высокотемпературной термической обработке типа изгиба, закаливания или отжига.
Эта термическая обработка может выполняться при температуре более 300°С или более 400°С, предпочтительно более 500°С.
Во время обработки типа закаливания или отжига, выполняемой в печи, соответственно печи для закаливания или отжига, весь материал, включая подложку, доводят до высокой температуры по меньшей мере 300°С в случае отжига или по меньшей мере 500°С, на практике даже 600°С, в случае закаливания.
Материал данного изобретения пригоден во всех приложениях, требующих использования низкоизлучающего пакета, содержащего серебряные слои, для которого высокий солнечный фактор, низкое излучение и хорошее пропускание света являются ключевыми параметрами. Материалы согласно данному изобретению в особенности подходят в качестве закаливаемых низкоизлучающих материалов, имеющих малые изменения цвета после высокотемпературной термической обработки, или в качестве закаливаемых низкоизлучающих материалов, имеющих малое затуманивание после закаливания.
Последующие примеры иллюстрируют данное изобретение, однако не ограничивая его.
Примеры
Несколько типов пакетов тонких слоев, заданных ниже, наносили на подложки, сделанные из прозрачного натрий-известкового стекла толщиной 3,9 мм известным образом на линии катодного распыления (магнетронный способ), в которой подложка продвигается вперед под разными мишенями.
Для этих примеров условия нанесения слоев, наносимых распылением («магнетронное катодное» распыление), суммированы в таблице 1 ниже.
<b>Таблица 1 </b>
Применяемые мишени
Давление при нанесении
Газ
Показатель
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
Si:Al (92:8 масс.%)
2-15*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 47% - N<sub>2</sub> 53%
2,00
ZrO<sub>2</sub>
ZrO<sub>2</sub>
8*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 90% - O<sub>2</sub> 10%
2,1
SiZrAlN
Si:Al:Zr (70:8:22 ат.%)
2*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 55% - N<sub>2</sub> 45%
2,22
SnZnO<sub>x</sub>
Sn:Zn (60:40 масс.%)
1.5*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 39% - O<sub>2</sub> 61%
2,09
ZnO
ZnAlO (98:2 масс.%)
1.5*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 91% - O<sub>2</sub> 9%
2,04
Ag
Ag
8*10<sup>-3</sup> мбар
100% Ar
-
NiCr
Ni:Cr (80:20 ат.%)
2*10<sup>-3</sup> мбар
100% Ar
-
SiO<sub>2</sub>
Si:Al (92:8 масс.%)
2-5*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 70% - O<sub>2</sub> 30%
1,55
TiO<sub>2</sub>
TiO<sub>x</sub>
1.5*10<sup>-3</sup> мбар
Ar 88% - O<sub>2</sub> 12%
2,32
ат.: атомный; масс.: массовый; показатель: при 550 нм.
Таблица 1 для каждого тестированного материала показывает физические толщины слоев пакета, выраженные в нм (если не указано иное). Первая строка соответствует слою, самому дальнему от подложки, находящемуся в контакте с открытым воздухом.
Материалы, обеспеченные данным пакетом, подвергали термической обработке закаливающего типа, которая состояла, в частности, в нагреве при 620°С в течение 10 минут.
I. Оценка пригодности
Пригодность согласно данному изобретению отличается отсутствием изменения до и после термической обработки:
- рассеяния, которое выражается в отсутствии затуманивания или дефектов,
- цветов.
Для каждого материала, описанного в таблицах 2 и 3, приведены наблюдения, которые позволяют оценить затуманивание, дефекты и колориметрические изменения.
Эти определения дают оценки изменений из-за высокотемпературной термической обработки.
1. Определение рассеяния путем измерения затуманивания
Явление рассеяния света визуально выражается появлением светового ореола, известного как «туман», видимого обычно при интенсивном освещении.
Туман визуально оценивали с помощью группы из нескольких человек, которые наблюдали присутствие или отсутствие белой вуали или светового ореола, возникающих после термической обработки. Группа для каждого остекления устанавливала оценочный показатель, выбранный из:
«-»: присутствие выраженной белой вуали, отражающее сильно рассеяние,
«0»: легкая белая вуаль, отражающая слабое рассеяние,
«+»: отсутствие белой вуали, отражающее отсутствие рассеяния.
Туман соответствует количеству пропускаемого света, который рассеивается под углами более 2,5°. Этот туман может также определяться путем измерения среднего видимого диффузного отражения с помощью спектрометра Perkin-Elmer L900. Измерение состоит в получении средней величины рассеянной части отражения в видимой области, причем зеркальное отражение исключается из измерения, а базовая линия, полученная от сравнительного образца без тумана, вычитается. Оно выражается в процентах относительно полного отражения, измеренного на сравнительном зеркале.
2. Определение наличия дефектов в серебряном слое
Анализ с помощью оптической микроскопии или сканирующей электронной микроскопии позволяет продемонстрировать наличие дефектов после термической обработки.
Представляли следующие оценки после микроскопического наблюдения:
«-»: присутствие многочисленных дефектов в серебряном слое,
«0»: присутствие немногочисленных дефектов в серебряном слое,
«+»: отсутствие дефектов,
«Х»: нет доступной информации.
Наконец, тип дефекта описывали следующим образом:
- "D": дефект типа «купол»,
- "Н": дефект типа «дырка»,
- "0": нет видимых дефектов
- "Х": нет доступной информации.
3. Определение колориметрических изменений
Колориметрические изменения в пропускании и отражении до и после термической обработки определяли визуально с помощью группы из нескольких человек. Для каждого остекления группа присваивала оценочный показатель, выбранный из:
«-»: изменения цвета, видимые глазу, материал не подходит,
«0»: слабые изменения цвета, материал не подходит,
«+»: нет изменений цвета, видимых глазу, материал подходит.
<b>Таблица 2: Остекление</b>
<b>Ср. 0</b>
<b>Ср. 1</b>
<b>Ср. 2</b>
<b>Ср. 2'</b>
<b>Ср. 2''</b>
<b>Ср. 2'''</b>
<b>Ср. 3</b>
<b>Ср. 3'</b>
<b>Ср. 3''</b>
Защитный слой
ZrO<sub>2</sub>
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
2,5
Верхний ДС- Диэлектрический слой- Слой с низким показателем- Слой с высоким показателем- Диэлектрический слой
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>SnZnOSiO<sub>2</sub>TiO<sub>x</sub>ZnO
37---7
--62207
37---5
37---5
37---5
2017--5
--60205
--60205
--62207
Блокирующий слой
NiCr
0,5
0,5
1
1
1
1
1
1
0,5
Функциональный слой
Ag
9,2
9,2
9
9
9
9
9
9
9,2
Нижний ДС- Смачивающий слой- Сглаживающий слой- Промежуточный слой- Антидиффузионный слой- Слой с высоким показателем- Диэлектрический слой
ZnOSnZnOTiO<sub>x</sub>SiZrNSi<sub>3</sub>N<sub>4</sub>TiO<sub>x</sub>Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
623---26
623---26
5----105
-10---105
510---105
510---105
5----105
-10---105
618--106
Подложка (мм)
Стекло
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
<b>Наблюдения</b>
Колориметрия
+
+
+
+
+
+
-
-
-
Рассеяние
+
+
0
0
0
0
-
-
-
Визуальные дефекты
0
-
0
0
0
0
-
X
-
Тип дефекта
D
X
<b>H</b>
D
D
D
<b>H</b>
X
H
<b>Таблица 3: Остекление</b>
<b>Из. 1</b>
<b>Из. 1'</b>
<b>Из. 1''</b>
<b>Из. 2</b>
<b>Из. 2'</b>
<b>Из. 2''</b>
<b>Из. 4</b>
<b>Из. 4'</b>
<b>Из. 5</b>
<b>Из. 5'</b>
<b>Из. 6</b>
<b>Из. 6'</b>
<b>Из. 7</b>
Защитный слой
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Верхний ДС- Диэлектрический слой- Слой с низким показателем- Слой с высоким показателем- Диэлектрический слой
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>SnZnOSiO<sub>2</sub>TiO<sub>x</sub>ZnO
--60205
--60205
--60205
--60205
--60205
--60205
-37-205
-37-205
--60-5
--60-5
---205
---205
37--205
Блокирующий слой
NiCr
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Функциональный слой
Ag
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Нижний ДС- Смачивающий слой- Сглаживающий слой- Промежуточный слой- Антидиффузионный слой- Слой с высоким показателем- Диэлектрический слой
ZnOSnZnOTiO<sub>x</sub>SiZrNSi<sub>3</sub>N<sub>4</sub>TiO<sub>x</sub>Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
5--3-105
-10-3-105
510-3-105
5-2-3-3105
-102-3-3105
5102-3-3105
510--3105
5102-3-3105
510--3105
5102-3-3105
510--3105
5102-3-3105
5102-3-3105
Подложка (мм)
Стекло
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
3,8
<b>Наблюдения</b>
Колориметрия
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Рассеяние
0
0
0
+
+
+
0
+
0
+
0
+
+
Визуальные дефекты
0
0
0
+
+
+
0
0
0
0
0
+
+
Тип дефекта
D
X
D
X
X
0
X
X
X
X
X
X
X
Эти примеры показывают, что рассеяние, видимое для глаза, не наблюдается:
- в отсутствие слоя с высоким показателем преломления или последовательности слоев с высокими и низкими показателями преломления в верхнем диэлектрическом покрытии и в отсутствие слоя с высоким показателем преломления толщиной более 5 нм в нижнем диэлектрическом покрытии (Ср. 0),
- в присутствие последовательности слоев с высокими и низкими показателями преломления в верхнем диэлектрическом покрытии без слоя с высоким показателем преломления толщиной более 5 нм в нижнем диэлектрическом покрытии (Ср. 1).
Для этого за основу можно взять Ср. 0 и Ср.1 в сравнении с Ср.3".
Значительные изменения оптических и колориметрических свойств наблюдали, когда:
- нижнее диэлектрическое покрытие содержит слой с высоким показателем преломления более 10 нм и
- верхнее диэлектрическое покрытие с негомогенным показателем преломления содержит слои с разными показателями преломления.
Диэлектрические покрытия с негомогенными показателями преломления могут быть соответственно образованы из последовательности слоев с разными показателями преломления, предпочтительно на основе оксида, таких как:
2
2
- слой ТiО с высоким показателем преломления и слой SiО с низким показателем преломления,
х
- слой с высоким показателем преломления и слой SnZnО,
2
- слой ZnО и слой SiО,
2
- слой ZnО и слой ТiО.
Для этого можно сравнить:
- пример Ср. 2 (слабое рассеяние и нет изменения цвета) с примером Ср. 3 (рассеяние и изменение цвета),
- пример Ср. 2' (слабое рассеяние и нет изменения цвета) с примером Ср. 3' (рассеяние и изменение цвета),
- пример Ср. 2" (слабое рассеяние и нет изменения цвета) с примером Ср. 3" (рассеяние и изменение цвета).
Решение данного изобретения, которое состоит в добавлении антидиффузионного слоя, например на основе нитрида кремния и/или алюминия, расположенного выше слоя с высоким показателем преломления и ниже оксидного слоя, позволяет снижать затуманивание (улучшение рассеяния от «-» до «0») и колориметрические изменения после высокотемпературной термической обработки (улучшение в колориметрии от «-» до «+»). Некоторые дефекты в серебряном слое все еще наблюдаются.
Еще более преимущественное решение, которое состоит в добавлении и антидиффузионного слоя, и промежуточного слоя с высоким показателем преломления, имеющего толщину менее 5 нм, расположенного выше антидиффузионного слоя и ниже функционального слоя на основе серебра, позволяет дополнительно улучшать качество серебряного слоя (улучшение в рассеянии от «-» до «+» и уменьшение дефектов).
Для этого можно сравнить:
- пример Ср. 3 с примерами Из. 1 и Из. 2,
- пример Ср. 3' с примерами Из. 1' и Из. 2',
- пример Ср. 3" с примерами Из. 1" и Из. 2".
Некоторые примеры объединены в таблице 4 для облегчения понимания преимущества данного изобретения.
<b>Таблица 4: Остекление</b>
<b>Cp. 3</b>
<b>Из. 1</b>
<b>Из. 2</b>
<b>Cp. 3'</b>
<b>Из. 1'</b>
<b>Из. 2'</b>
<b>Cp. 3''</b>
<b>Из. 1''</b>
<b>Из. 2''</b>
Защитный слой
ZrO<sub>2</sub>
2,5
-
-
2,5
-
2,5
-
-
Верхний ДС- Диэлектрический слой- Слой с низким показателем преломления- Слой с высоким показателем преломления- Диэлектрический слой
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>SnZnOSiO<sub>2</sub>TiO<sub>x</sub>ZnO
--60205
--60205
--60205
--60205
--60205
--60205
--62207
--60205
--60205
Блокирующий слой
NiCr
1
1
1
1
1
1
0,5
1
1
Функциональный слой
Ag
9
9
9
9
9
9
9,2
9
9
Нижний ДС- Смачивающий слой- Сглаживающий слой- Промежуточный слой- Антидиффузионный слой- Слой с высоким показателем преломления- Диэлектрический слой
ZnOSnZnOTiO<sub>x</sub>SiZrNSi<sub>3</sub>N<sub>4</sub>TiO<sub>x</sub>Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
5----105
5--3-105
5-2-3-3105
-10---105
-10-3-105
-102-3-3105
618--106
510-3-105
5102-3-3105
Подложка (мм)
Стекло
3,9
3,8
3,8
3,9
3,8
3,8
3,9
3,8
3,8
<b>Наблюдения</b>
Колориметрия
-
+
+
-
+
+
-
+
+
Рассение
-
0
+
-
0
+
-
0
+
Визуальные дефекты
-
0
+
X
0
+
-
0
+
Тип деффекта
<b>H</b>
D
X
X
X
X
<b>H</b>
D
0
II. Изучение явления взаимной диффузии
Профили элемента титана в сравнительном материале Ср. 3" и в материале согласно данному изобретению Из. 1" определяли, чтобы показать явление взаимной диффузии между слоем с высоким показателем преломления и оксидным слоем, таким как сглаживающий слой. Графики, изображающие эти концентрационные профили, получали с помощью SIМS (масс-спектрометрия вторичных ионов) и отложили по абсциссе измерение глубины D, соответствующей удалению иона, и по ординате концентрацию, соответствующую анализируемому элементу титану, в произвольных единицах.
Фиг. 1 представляет для сравнительного материала Ср. 3" профиль элемента титана до (кривая с непрерывной линией) и после (кривая с пунктирной линией) термической обработки типа закаливания. Ясно наблюдается миграция титана из слоя с высоким показателем преломления в направлении сглаживающего слоя, соответствующая смещению влево кривой, полученной после термической обработки, относительно кривой, полученной до термической обработки.
Фиг. 2 представляет для материала согласно данному изобретению Из. 1" профиль элемента титана до (кривая с непрерывной линией) и после (кривая с пунктирной линией) термической обработки типа закаливания. Явная миграция титана в сглаживающий слой не наблюдается. Две кривые не имеют заметного смещения. Антидиффузионный слой на основе нитрида циркония-кремния явно предотвращает миграцию титана из слоя с высоким показателем преломления в сглаживающий слой.
III. Оптические уровни
Следующие параметры измеряли и объединили в таблице ниже:
- LТ показывает пропускание света в видимой области в %, измеренное с помощью источника света D65 при 2° наблюдателе,
- ЕТ соответствует пропусканию энергии,
- ЕR соответствует отражению энергии,
- g соответствует солнечному фактору,
- L*N, а*Т и b*Т показывают цвета в пропускании L*, а* и b* в системе L*а*b*, измеренные с помощью источника света D65 при 2° наблюдателе на стороне пакета слоев и, таким образом, измеренные перпендикулярно остеклению,
- LR показывает слабое отражение в видимой области в %, измеренное с помощью источника света D65 при 2° наблюдателе на стороне пакета слоев или на стороне подложки, соответствующей стороне, противоположной стороне пакета слоев,
- L*R, а*R и b*R показывают цвета в отражении L*, а* и b* в системе L*а*b*, измеренные с помощью источника света D65 при 2° наблюдателе на стороне пакета слоев и, таким образом, измеренные перпендикулярно остеклению,
2
2
2
½
- ΔЕ представляет изменения между величинами L*, а* и b*, которые получаются для покрытой подложки до и после воздействия термической обработки. Изменение вычисляли следующим образом: ΔЕ=(Δа*+Δb*+ΔL*).
Эти характеристики измеряли для материала, обеспеченного пакетом слоев, сначала на выходе из магнетронной линии и затем после термической обработки типа закаливания.
<b>Пропускание</b>
<b>g</b>
LT
ET
L*T
a*L
b*L
ΔEL
Cp, 0
BT
86,8
68,1
94,6
-1,2
1,1
0,5
0,70
AT
88,2
68,9
94,8
-0,6
1,9
0,70
Cp, 0
BT
88
69,7
95,2
-1,5
2,1
1,2
-
AT
90,3
71,6
96,1
-0,9
1,6
-
Cp, 3''
BT
85,4
69,2
94,1
-1,8
2,6
1,0
-
AT
85,8
70,2
94,2
-1,1
0,7
-
Cp, 3''
BT
84
-
93,4
-1,3
1,1
2,2
-
AT
85,6
-
94,1
-0,8
-0,9
-
Из, 1''
BT
82,6
-
92,8
-1,4
1,4
1,0
-
AT
83,7
-
93,3
-1,8
2,2
-
Из, 2''
BT
86,8
68,1
94,7
-2,6
3,7
1,2
0,705
AT
89,4
69,3
95,8
-3
4,1
0,698
ВТ: до термической обработки, АТ: после термической обработки.
<b>Отражение на стороне пакета </b>
<b>Отражение на стороне стекла </b>
LR
ER
LR
a*R
b*R
ΔER
LR
ER
LR
a*R
b*R
ΔER
Cp, 0
BT
4,8
19,2
26,2
0,9
-9,2
2,1
6,6
16,5
30,8
-1,0
-7,3
2,1
AT
5,5
19,8
29,3
-2,6
-10,1
7,7
17,2
33,3
-3,6
-8,1
Cp, 0
BT
5,1
18,6
27,1
0,6
-8,2
2,1
6,4
16,4
30,5
-0,1
-8,6
1,4
AT
5,4
20,1
27,7
-1,4
-8,5
6,2
17,6
29,9
-1,4
-8,5
Cp, 3''
BT
6,5
16,4
30,7
2,7
-11,1
6,4
8,3
15,9
34,5
2,5
4,3
4,9
AT
7,7
17
32,7
-0,3
-0,4
9,3
16,2
36,5
-0,5
4,1
Cp, 3''
BT
8,7
-
35,4
1
-3,6
8,5
10,2
-
38,2
1,1
1,1
4,8
AT
10,1
-
37,9
-0,4
4,4
10,9
-
39,5
-0,3
5,5
Из, 1''
BT
8,7
-
35,4
0,8
4,6
2,6
10,1
-
37,9
1,0
0,7
0,8
AT
10,1
-
38
1
4,4
10,4
-
38,5
0,4
0,7
Из, 2''
BT
4,4
18,6
24,9
8,2
-16,8
0,9
5,5
15,3
28,1
5,9
-15,2
2,6
AT
4,6
19,7
25,6
8,6
-16,4
5,2
16
27,4
5,9
-12,7
Эти примеры показывают, что:
- немногочисленные колориметрические изменения не наблюдаются в отсутствие последовательности слоев с высоким и низким показателем преломления в верхнем диэлектрическом покрытии и в отсутствие слоя с высоким показателем преломления толщиной более 5 нм в нижнем диэлектрическом покрытии (Ср. 0),
- значительные изменения не наблюдаются в присутствие последовательности слоев с высоким и низким показателем преломления в верхнем диэлектрическом покрытии и в присутствие слоя с высоким показателем преломления толщиной более 5 нм в нижнем диэлектрическом покрытии (Ср. 3").
Эти колориметрические изменения сильно снижаются посредством антидиффузионного слоя на основе нитрида кремния, в частности ΔЕ в отражении:
- на стороне пакета, которые уменьшаются от более чем 6 (Ср. 3") до 2,6 (Из. 1") или 0,9 (Из. 2"),
- на стороне стекла, которые уменьшаются от приблизительно 5 (Ср. 3") до 0,8 (Из. 1") или 2,6 (Из. 2").
Пример согласно изобретению 1" демонстрирует высокое пропускание света и слабые колориметрические изменения.
Пример согласно изобретению 2", содержащий и антидиффузионный слой, и промежуточный слой, демонстрирует еще более высокое пропускание света, слабые колориметрические изменения и очень высокий солнечный фактор.