ПОДЛОЖКА, СНАБЖЕННАЯ СИСТЕМОЙ ТОНКИХ СЛОЕВ С ТЕРМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
SUBSTRATE, HAVING SYSTEM OF THIN LAYERS WITH THERMAL PROPERTIES

Изобретение относится к материалу, такому как стекло/оконное стекло, содержащему прозрачную подложку, покрытую системой тонких слоев, содержащей несколько функциональных слоев, которые могут воздействовать на солнечную радиацию и/или инфракрасное излучение. Изобретение относится к также к стеклам/оконным стеклам, содержащим эти материалы, а также к применению таких материалов для получения теплоизоляционных и/или солнцезащитных оконных стекол.
Эти оконные стекла могут предназначаться для оснащения как зданий, так и транспортных средств, в частности, для снижения нагрузки на кондиционирование, и/или чтобы воспрепятствовать чрезмерному перегреву (такие стекла называются солнцезащитными), и/или чтобы уменьшить количество энергии, рассеиваемой наружу (такие стекла называются низкоэмиссионными), что обусловлено все возрастающим значением застекленных поверхностей в зданиях и кабинах транспортных средств.
В зависимости от климата в странах, где установлены эти оконные стекла, их характеристики, что касается желаемых светопропускания и солнечного фактора, могут меняться в определенном диапазоне. Светопропускание должно быть достаточно низким, чтобы подавить слепящее действие, и достаточно высоким, чтобы уменьшение количества света, проникающего внутрь объема, ограниченного указанным оконным стеклом, не заставляло использовать искусственное освещение. Например, в странах с высоким уровнем инсоляции существует большой спрос на стекла, имеющие светопропускание порядка 50% и достаточно низкие значения солнечного фактора.
Предлагались оконные стекла, содержащие прозрачные подложки, покрытые системой тонких слоев, содержащей три функциональных металлических слоя, каждое из которых находится между двумя диэлектрическими покрытиями, чтобы улучшить защиту от солнечной радиации при сохранении достаточного светопропускания. Эти системы тонких слоев обычно получают путем последовательного осаждения, осуществляемого катодным распылением, возможно с поддержкой магнитным полем. Эти остекления называются селективными, так как они позволяют:
- уменьшить количество солнечной энергии, проникающей внутрь зданий, имея низкий солнечный фактор (FS или g),
- гарантировать достаточное светопропускание,
- иметь низкий коэффициент излучения, чтобы снизить потери тепла за счет инфракрасного излучения большой длины волны.
В соответствии с изобретением:
- под солнечным фактором g понимается отношение, в процентах, полной энергии, входящей в помещение через окно, к падающей солнечной энергии,
- под селективностью "s" понимается отношение коэффициента светопропускания к солнечному фактору, TL/g.
Материалы прежнего уровня позволяют получать значения светопропускания, солнечного фактора и коэффициента излучения в искомых диапазонах. Однако такие оконные стекла не являются полностью удовлетворительными в отношении внешнего вида и свойств в отражении и имеют, в частности, следующие недостатки:
- не нейтральные цвета в отражении с наружной стороны и
- слишком низкий уровень отражения с наружной стороны.
Наконец, в настоящее время существует большая потребность в оконных стеклах, отливающих серебром в отражении с наружной стороны.
Материалы, имеющиеся в настоящее время на рынке, которые позволяют получить такой эффект блестящего серебра в отражении с наружной стороны, содержат:
- подложки, покрытые тонкослойными системами, осажденными химическим способом (CVD),
- подложки, покрытые тонкослойными системами, осажденными методом катодного распыления и содержащими функциональные слои, имеющие в основе не серебро, а, например, ниобий.
Эти материалы не позволяют получить желаемых оптических и энергетических характеристик. Действительно, эти материалы не имеют одновременно низкого солнечного фактора (FS или g), достаточного светопропускания и высокой селективности.
Целью изобретения является разработать материал, одновременно отливающий серебром и имеющий исключительные солнцезащитные свойства. Таким образом, согласно изобретению стремятся минимизировать солнечный фактор и повысить селективность, одновременно сохраняя подходящее светопропускание, чтобы позволить хорошую изоляцию и хороший обзор.
Из-за сложности систем с тонкими слоями с тремя функциональными слоями улучшение этих свойств в отражении без ухудшения солнцезащитной способности является проблематичным.
Таким образом, существует потребность в создании оконного стекла, позволяющего:
- минимизировать солнечный фактор,
- повысить отражение с наружной стороны, в частности, для сохранения приватности (эффект "privacy"),
- получить в отражении приятный внешний вид с эффектом блестящего серебра,
- гарантировать подходящее светопропускание, чтобы позволить хорошую изоляцию и хороший обзор.
Авторы заявки неожиданно обнаружили, что оптимизируя толщины трех функциональных слоев и выбирая относительно толстое диэлектрическое покрытие, находящееся между подложкой и первым функциональным слоем, можно получить материал с искомыми свойствами. В частности, можно получить внешний вид с эффектом блестящего серебра и высокое отражение с наружной стороны.
Предлагаемое изобретением решение является отличным компромиссом между оптическими, термическими характеристиками, прозрачностью и внешним видом.
Объектом изобретения является материал, содержащий прозрачную подложку, покрытую системой тонких слоев, содержащей последовательно, начиная от подложки, чередование трех функциональных металлических слоев на основе серебра, обозначенных, считая от подложки, первым, вторым и третьим функциональными слоями, и четырех диэлектрический покрытий, обозначенных, в направление от подложки, M1, M2, M3 и M4, причем каждое диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой, так что каждый функциональный металлический слой находится между двумя диэлектрическими покрытиями, причем материал отличается тем, что:
- толщина первого функционального слоя меньше толщины второго функционального слоя,
- толщина первого функционального слоя меньше толщины третьего функционального слоя,
- диэлектрические покрытия M1 и M2 имеют оптическую толщину Eo1 и Eo2, соответственно, которые удовлетворяют следующему соотношению: Eo2<1,1·Eo1, предпочтительно Eo2 < Eo1.
Изобретение относится также к:
- способу получения материала согласно изобретению,
- стеклу/оконному стеклу, содержащему по меньшей мере один материал согласно изобретению,
- применению стекла/оконного стекла по изобретению в качестве солнцезащитного остекления для зданий или транспортных средств,
- зданию или транспортному средству, содержащему оконное стекло согласно изобретению.
Изменяя толщину функциональных слоев и диэлектрических покрытий, можно контролировать прозрачность остекления, чтобы получить значения TL порядка 50%, что является особенно подходящим диапазоном для оконных стекол, предназначенных для применения в регионах с высокой инсоляцией. Но главным преимуществом изобретения является то, что удовлетворительный внешний вид, в частности, с особыми цветами в отражении с наружной стороны, а также достаточно высокие значения наружного отражения достигаются не в ущерб солнцезащитным характеристикам.
Предпочтительные характеристики, которые представлены дальше в описании, применимы в равной степени к способу согласно изобретению, а также, при необходимости, к продуктам, то есть к материалам или оконным стеклам, содержащим указанный материал.
Все световые характеристики, приводимые в описании, получены в соответствии с принципами и методами, описанными в европейской стандарте EN 410, относящемся к определению световых и солнечных характеристик оконных стекол, использующихся в строительстве.
Как правило, показатели преломления измеряют на длине волны 550 нм. Коэффициенты пропускания TL и отражения RL света измеряют с излучателем D65 при поле обзора 2°.
Если не указано иное, все значения и диапазоны значений оптических и термических характеристик приводятся для однокамерного стеклопакета, состоящего из подложки типа обычного известково-натриевого стекла толщиной 6 мм, несущей систему тонких слоев, промежутка толщиной 16 мм, заполненного смесью из 90% аргона и 10% воздуха, и другой основы типа известково-натриевого стекла толщиной 4 мм, не содержащей покрытия. Подложку с покрытием размещают так, чтобы система тонких слоев находилась на стороне 2 стеклопакета. Наружное отражение Rext определяют со стороны подложки, содержащей систему тонких слоев, тогда как отражение со стороны подложки, не содержащей системы тонких слоев, называют внутренним отражением. Светопропускание (TL) подложек типа обычного известково-натриевого стекла без системы тонких слоев больше 89%, предпочтительно составляет 90%.
Если не указано иное, толщины, упоминаемые в настоящем документе без других уточнений, являются физическими толщинами, т.е. реальными, или геометрическими (но не оптическими толщинами), они обозначаются Ep и выражаются в нанометрах. Оптическая толщина Eo определена как физическая толщина рассматриваемого слой, умноженная на его показатель преломления на длине волны 550 нм: Eo=n*Ep. Так как показатель преломления является безразмерным параметром, можно считать, что размерность оптической толщины такая же, какая выбрана для физической толщины.
Если диэлектрическое покрытие состоит из нескольких диэлектрических слоев, оптическая толщина диэлектрического покрытия соответствует сумме оптических толщин разных диэлектрических слоев, составляющих диэлектрическое покрытие.
Во всем описании считается, что подложка согласно изобретению размещена горизонтально. Систему тонких слоев осаждают выше подложки. Смысл выражений "выше" и "ниже" и "нижний " и "верхний" следует рассматривать относительно этой ориентации. Если особо не указано иное, выражения "выше" и "ниже" не обязательно означают, что два слоя и/или покрытия находятся в контакте друг с другом. Когда уточняется, что слой "находится в контакте" с другим слоем или покрытием, это означает, что между этими двумя слоями (или слоем и покрытием) не может находиться ни одного (тем более нескольких) промежуточных слоев.
В контексте настоящего изобретения обозначения "первый", "второй", "третий" и "четвертый" для функциональных слоев или диэлектрических покрытий определены, начиная от подложки, несущей систему тонких слоев, и относятся к слоям или покрытиям, выполняющим одну и ту же функцию. Например, ближайший к подложке функциональный слой является первым функциональным слоем, следующий по удалению от подложки слой является вторым функциональным слоем, и т.д.
Изобретение относится также к оконному стеклу, содержащему материал согласно изобретению. Обычно стороны оконного стекла обозначают, начиная снаружи здания, и нумеруют стороны подложки снаружи внутрь жилища или помещения, которое остекляется. Это означает, что падающий солнечный свет проходит сквозь стороны в порядке возрастания их номера.
Систему тонких слоев предпочтительно располагают в оконном стекле так, чтобы падающий свет, поступающий снаружи, проходил сначала через первое диэлектрическое покрытие, прежде чем пройти через первый функциональный металлический слой. Систему тонких слоев осаждают не на сторону подложки, задающую наружную поверхность остекления, а на внутреннюю сторону этой подложки. Таким образом, система тонких слоев предпочтительно находится на стороне 2, а сторона 1 остекления является, как обычно, самой внешней его стороной.
Если выбрать такой тип установки оконного стекла, то первое относительно толстое диэлектрическое покрытие (M1) будет находиться между наружным пространством и всеми функциональными слоями на основе серебра системы тонких слоев. Удивительно, но такое покрытие, если его разместить в указанном месте, позволяет получить комбинацию искомых свойств, в частности, высокое отражение и внешний вид с эффектом блестящего серебра с наружной стороны при сохранении отличных энергетических характеристик, причем без необходимости существенного изменении других параметров системы тонких слоев, таких, как природа, толщина и последовательность составляющих ее слоев.
Предпочтительно, систему тонких слоев осаждают путем катодного распыления с поддержкой магнитным полем (магнетронный способ). В этом предпочтительном варианте осуществления все слои системы тонких слоев осаждают катодным распылением с поддержкой магнитным полем.
Изобретение относится также к способу получения материала согласно изобретению, в соответствии с которым слои системы тонких слоев осаждают путем магнетронного распыления.
Функциональные металлические слои на основе серебра содержат по меньшей мере 95,0%, предпочтительно по меньшей мере 96,5%, лучше по меньшей мере 98,0% серебра по массе от массы функционального слоя. Предпочтительно, функциональный металлический слой на основе серебра содержит менее 1,0 мас.% других металлов, кроме серебра, от массы функционального металлического слоя на основе серебра.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения функциональные металлические слои удовлетворяют одному или нескольким из следующих условий:
- три функциональных металлических слоя соответствуют первому, второму и третьему функциональному металлическому слою, считая от подложки,
- отношение толщины третьего функционального металлического слоя к толщине второго функционального слоя составляет от 0,90 до 10, включая граничные значения, предпочтительно от 0,95 до 1,05, и/или
- отношение толщины третьего функционального металлического слоя к толщине второго функционального слоя меньше 1,0, предпочтительно меньше 0,99, и/или
- толщина первого функционального металлического слоя составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 6 до 12 нм, от 7 до 11 нм, от 8 до 10 нм, и/или
- толщина второго функционального слоя больше 15 нм, и/или
- толщина второго функционального металлического слоя составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 13 до 20 нм, от 14 до 18 нм, от 15 до 17 нм, и/или
- толщина третьего функционального металлического слоя составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 13 до 20 нм, от 14 до 18 нм, от 15 до 17 нм.
Эти диапазоны толщин функциональных металлических слоев являются диапазонами, для которых получаются наилучшие результаты в отношении светопропускания в однокамерном стеклопакете, примерно 50%, а также высокое отражение света и низкий солнечный фактор. Таким образом, получается высокая селективность.
Стекло имеет светопропускание меньше 60,0% и/или отражение света с наружной стороны больше или равное 20,0%.
Кроме того, система тонких слоев может содержать по меньшей мере один блокирующий слой, находящийся в контакте с функциональным слоем.
Функцией блокирующих слоев традиционно являлась защита функциональных слоев от возможного разложения при осаждении верхнего противоотражательного покрытия и при возможной высокотемпературной термообработке типа отжига, гибки и/или закалки.
Блокирующие слои выбраны из металлических слоев на основе металла или металлического сплава, металлонитридных слоев, металлоксидных слоев и металло-оксинитридных слоев с одним или несколькими элементами, выбранными из титана, никеля, хрома и ниобия, таких, как слои Ti, TiN, TiOx, Nb, NbN, Ni, NiN, Cr, CrN, NiCr, NiCrN. Когда эти блокирующие слои осаждают в форме элементарных металлов, нитридов или оксинитридов, они могут испытывать окисление, частичное или полное в зависимости от толщины и природы слоев, которые их окружают, например, в момент осаждения следующего слоя, или окисляться в контакте с нижележащим слоем.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения блокирующий слой или слои удовлетворяют одному или нескольким из следующих условий:
- каждый функциональный металлический слой находится в контакте по меньшей мере одним блокирующим слоем, выбранным из нижнего блокирующего слоя и верхнего блокирующего слоя, и/или
- толщина каждого блокирующего слой больше или равна 0,1 нм, предпочтительно составляет от 0,1 до 1,0 нм, и/или
- полная толщина всех блокирующих слоев, находящихся в контакте с функциональными слоями, составляет 0,1 до 2 нм, включая граничные значения, предпочтительно от 0,3 до 1,5 нм и даже от 0,5 до 1,0 нм.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения диэлектрические покрытия удовлетворяют одному или нескольким следующим условиям по толщине:
- оптическая толщина первого диэлектрического покрытия M1 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 85 до 150 нм, от 100 до 145 нм, от 110 до 140 нм, и/или
- физическая толщина первого диэлектрического покрытия M1 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 40 до 80 нм, от 50 до 75 нм, от 55 до 70 нм, и/или
- оптическая толщина второго диэлектрического покрытия M2 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 80 до 150 нм, от 90 до 145 нм, от 100 до 135 нм, и/или
- физическая толщина второго диэлектрического покрытия M2 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 40 до 80 нм, от 50 до 75 нм, от 55 до 70 нм, и/или
- оптическая толщина третьего диэлектрического покрытия M3 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 135 до 220 нм, от 150 до 210 нм, от 160 до 200 нм, и/или
- физическая толщина третьего диэлектрического покрытия M3 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 60 до 110 нм, от 70 до 105 нм, от 80 до 100 нм, и/или
- оптическая толщина четвертого диэлектрического покрытия M4 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 65 до 120 нм, от 75 до 110 нм, от 85 до 105 нм, и/или
- физическая толщина четвертого диэлектрического покрытия M4 составляет, в порядке возрастания предпочтения, от 30 до 60 нм, от 35 до 55 нм, от 40 до 50 нм.
В предпочтительных вариантах осуществления изобретения диэлектрические покрытия удовлетворяют одному или нескольким из следующих условий:
- диэлектрические покрытия содержат по меньшей мере один диэлектрический слой на основе оксида или нитрида одного или нескольких элементов, выбранных из кремния, титана, циркония, алюминия, олова, цинка, и/или
- по меньшей мере одно диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой с функцией барьера, и/или
- каждое диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой с функцией барьера, и/или
2
2
3
3
4
x
y
x
y
- диэлектрические слои с функцией барьера имеют в основе соединения кремния и/или алюминия, выбранные из оксидов, таких, как SiO и AlO, нитридов кремния SiN и AlN и оксинитридов SiON и AlON, и/или
- диэлектрические слои с функцией барьера, имеющие в основе соединения кремния и/или алюминия, необязательно содержат по меньшей мере один другой элемент, как алюминий, гафний и цирконий, и/или
- по меньшей мере одно диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой со стабилизирующей функцией, и/или
- каждое диэлектрическое покрытие содержит по меньшей мере один диэлектрический слой со стабилизирующей функцией, и/или
- диэлектрические слои со стабилизирующей функцией предпочтительно имеют в основе оксид, выбранный из оксида цинка, оксида олова, оксида циркония или смеси по меньшей мере двух из них,
- диэлектрические слои со стабилизирующей функцией предпочтительно являются слоями на основе кристаллического оксида, в частности, на основе оксида цинка, необязательно легированного по меньшей мере одним другим элементом, таким как алюминий, и/или
- каждый функциональный слой находится выше диэлектрического покрытия, у которого верхний слой является диэлектрическим слоем со стабилизирующей функцией, предпочтительно на основе оксида цинка, и/или ниже диэлектрического покрытия, нижний слой которого является диэлектрическим слоем со стабилизирующей функцией, предпочтительно на основе оксида цинка.
Предпочтительно, каждое диэлектрическое покрытие состоит только из одного или нескольких диэлектрических слоев. Таким образом, предпочтительно, чтобы в диэлектрических покрытиях не было поглощающего слоя, чтобы не снижать светопропускание.
Системы тонких слоев согласно изобретению могут содержать диэлектрические слои с функцией барьера. Под диэлектрическими слоями с функцией барьера понимается слой из материала, способного образовать при высокой температуре барьер для диффузии кислорода и воды из окружающей атмосферы или из прозрачной подложки в функциональный слой. Таким образом, вещества, из которых образован диэлектрический слой с функцией барьера, не должны испытывать химическую или структурную модификацию при высокой температуре, которая вела бы к изменению его оптических свойств. Слой или слои с функцией барьера предпочтительно также выбирать из материала, способно образовать барьер для материала, из которого образован функциональный слой. Таким образом, диэлектрические слои с функцией барьера позволяют подвергать систему тонких слоев термической обработке типа отжига, закалки или гибки без слишком значительного изменения оптических свойств.
Системы тонких слоев согласно изобретению могут содержать диэлектрические слои со стабилизирующей функцией. В контексте изобретения "стабилизирующий" означает, что природа слоя выбрана так, чтобы стабилизировать границу раздела между функциональным слоем и этим слоем. Эта стабилизация приводит к повышению адгезии функционального слоя со слоями, которые его окружают, таким образом, он будет препятствовать миграции его компонентов.
Диэлектрический слой или слои со стабилизирующей функцией могут находиться непосредственно в контакте с функциональным слоем или быть отделены от него блокирующим слоем.
Предпочтительно, чтобы последний диэлектрический слой каждого диэлектрического покрытия, находящийся ниже функционального слоя, был диэлектрическим слоем со стабилизирующей функцией. Действительно, выгодно иметь слой со стабилизирующей функцией, например, на основе оксида цинка, ниже функционального слоя, так как он способствует адгезии и облегчает кристаллизацию функционального слоя на основе серебра и улучшает его качество и стабильность при высокой температуре.
Предпочтительно также иметь слой со стабилизирующей функцией, например, на основе оксида цинка, над функциональным слоем, для повышения его адгезии и для оптимального сопротивления диффузии со стороны системы тонких слоев напротив подложки.
Таким образом, диэлектрический слой или слои со стабилизирующей функцией могут находиться выше и/или ниже по меньшей мере одного функционального слоя или каждого функционального слоя, то есть находиться в прямом контакте с ним или быть отделенным блокирующим слоем.
Предпочтительно, каждый диэлектрический слой с функцией барьера отделен от функционального слоя по меньшей мере одним диэлектрическим слоем со стабилизирующей функцией.
Этот диэлектрический слой со стабилизирующей функцией может иметь толщину по меньшей мере 4 нм, в частности, его толщина составляет от 4 до 10 нм, лучше от 8 до 10 нм.
Система тонких слоев необязательно может содержать защитный слой. Защитный слой предпочтительно является последним слоем системы тонких слоев, то есть слоем, наиболее удаленным от подложки, покрытой системой тонких слоев. Считается, что эти верхние защитные слои находятся в четвертом диэлектрическом покрытии. Эти слои обычно имеют толщину от 2 до 10 нм, предпочтительно от 2 до 5 нм. 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.
Защитный слой может быть выбран, например, из слоя оксида титана, слоя оксида цинка и олова или слоя оксида титана и циркония.
Один особенно предпочтительный вариант осуществления относится к подложке, покрытой системой тонких слоев, содержащей, в направлении от прозрачной подложки:
- первое диэлектрическое покрытие, содержащее по меньшей мере один диэлектрический слой с функцией барьера и диэлектрический слой со стабилизирующей функцией,
- необязательно, блокирующий слой,
- первый функциональный слой,
- необязательно, блокирующий слой,
- второе диэлектрическое покрытие, содержащее по меньшей мере один нижний диэлектрический слой со стабилизирующей функцией, диэлектрический слой с функцией барьера и верхний диэлектрический слой со стабилизирующей функцией,
- необязательно, блокирующий слой,
- второй функциональный слой,
- необязательно, блокирующий слой,
- третье диэлектрическое покрытие, содержащее по меньшей мере один нижний диэлектрический слой со стабилизирующей функцией, диэлектрический слой с функцией барьера и верхний диэлектрический слой со стабилизирующей функцией,
- необязательно, блокирующий слой,
- третий функциональный слой,
- необязательно, блокирующий слой,
- четвертое диэлектрическое покрытие, содержащее по меньшей мере один диэлектрический слой со стабилизирующей функцией, диэлектрический слой с функцией барьера и, необязательно, защитный слой.
Прозрачные подложки согласно изобретению предпочтительно выполнены из жесткого неорганического материала, как стекло, или из органического материала на основе полимеров (или из полимера).
Прозрачные органические подложки согласно изобретению могут быть также полимерными, жесткими или гибкими. Примеры полимеров, подходящих для использования согласно изобретению, включают, в частности:
- полиэтилен,
- сложные полиэфиры, такие, как полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PBT), полиэтиленнафталат (PEN),
- полиакрилаты, такие, как полиметилметакрилат (PMMA),
- поликарбонаты,
- полиуретаны,
- полиамиды,
- полиимиды,
- фторполимеры, как сложные фторэфиры, такие, как этилентетрафторэтилен (ETFE), поливинилиденфторид (PVDF), полихлортрифторэтилен (PCTFE), этиленхлортрифторэтилен (ECTFE), фторированные сополимеры этилена с пропиленом (FEP);
- фотосшивающиеся и/или фотополимеризующиеся смолы, такие, как тиоленовая, полиуретановая, уретан-акрилатная, полиэфир-акрилатная смолы, и
- политиоуретаны.
Подложка предпочтительно представляет собой стеклянный или стеклокерамический лист.
Подложка предпочтительно является прозрачной, бесцветной (в таком случае говорят о прозрачном или экстрапрозрачном стекле) или окрашенной, например, синей, серой или бронзовой. Стекло предпочтительно является стеклом известково-натриево-силикатного типа, но может представлять собой также стекло боросиликатного или алюмоборосиликатного типа.
Подложка предпочтительно имеет по меньшей мере один размер больше или равный 1 м и даже 2 м или 3 м. Толщина подложки обычно варьируется в интервале от 0,5 мм до 19 мм, предпочтительно от 0,7 до 9 мм, в частности, от 2 до 8 мм и даже от 4 до 6 мм. Подложка может быть плоской или выпуклой и даже гибкой.
Материал, то есть, подложку, покрытую системой тонких слоев, можно подвергнуть высокотемпературной термообработке, такой как отжиг, например, мгновенный отжиг (отжиг лазером или газопламенная обработка), закалка и/или гибка. Температура при термообработке превышает 400°C, предпочтительно выше 450°C и еще лучше выше 500°C. Таким образом, подложку, покрытую системой тонких слоев, можно гнуть и/или закаливать.
Стекло согласно изобретению может иметь вид монолитного остекления, многослойного стекла или стеклопакета, в частности, однокамерного или двухкамерного стеклопакета.
В случае монолитного остекления или стеклопакета систему тонких слоев предпочтительно осаждают на стороне 2, то есть, она находится на подложке, задающей наружную поверхность остекления, более точно, на внутренней стороне этой подложки.
Монолитное остекление содержит 2 стороны: сторона 1 обращена наружу здания и, следовательно, образует наружную поверхность остекления, а сторона 2 обращена внутрь здания и, следовательно, образует внутреннюю поверхность остекления.
Стеклопакет содержит по меньшей мере две подложки, удерживаемые на расстоянии, чтобы образовать полость, заполненную изолирующим газом. Материалы согласно изобретению очень хорошо подходят для применения в однокамерных стеклопакетах с усиленной звукоизоляцией (ITR).
Однокамерный стеклопакет имеет 4 стороны: сторона 1 обращена наружу здания и, следовательно, образует наружную поверхность остекления, сторона 4 обращена внутрь здания и, следовательно, образует внутреннюю поверхность остекления, а стороны 2 и 3 обращены внутрь стеклопакета.
Аналогично, двухкамерный стеклопакет имеет 6 сторон: сторона 1 обращена наружу здания (наружная поверхность остекления), сторона 6 обращена внутрь здания (внутренняя поверхность остекления), а стороны 2-5 находятся внутри двухкамерного стеклопакета.
Многослойное стекло содержит по меньшей мере одну структуру типа первая подложка/лист(ы)/вторая подложка. Система тонких слоев помещена на по меньшей мере одну из сторон одной из подложек. Система тонких слоев может находится на стороне второй подложки, не контактирующей с листом, предпочтительно полимерным. Этот вариант осуществления предпочтителен, когда многослойное стекло установлено в стеклопакет с третьей подложкой.
Стекло/оконное стекло согласно изобретению, используемое как монолитное остекление или в стеклопакете типа однокамерного стеклопакета, имеет нейтральные, приятные и мягкие цвета в отражении с наружной стороны, в гамме голубого или сине-зеленого (значения доминантной длины волны порядка 470-500 нанометров). Кроме того, этот внешний вид остается почти неизменным, каким бы ни был угол падения, при котором рассматривается стеклопакет (падение по нормали и под углом). Это означает, что наблюдатель не будет ощущать значительной неоднородности оттенка или внешнего вида.
Под "цветом в сине-зеленой гамме" в контексте настоящего изобретения следует понимать, что в колориметрической системе L*a*b*, a* составляет от -10,0 до 0,0, предпочтительно от -5,0 до 0,0, и b* составляет от -10,0 до 0,0, предпочтительно от -5,0 до 0,0.
Стекло согласно изобретению имеет в отражении с наружной стороны следующие цвета в колориметрической системе L*a*b*:
- a* от -5,0 до 0,0, предпочтительно от -4,0 до 0,0 и/или
- b* от -6,0 до 0,0, предпочтительно от -5,0 до -1,0.
Стекло согласно изобретению имеет в пропускании цветовой параметр a* колориметрической системы L*a*b* в интервале от -6,0 до 0,0, предпочтительно от -5,0 до 0,0.
В предпочтительных вариантах осуществления стекло по изобретению в виде однокамерного стеклопакета, содержащего систему тонких слоев, расположенную на стороне 2, позволяет достичь, в частности, следующих характеристик:
- солнечный фактор g меньше или равный 27,5%, предпочтительно меньше или равный 25,0%, и/или
- светопропускание ниже 60,0%, предпочтительно от 40,0% до 60,0%, даже от 45,0 до 55,0%, и/или
- высокая селективность, предпочтительно по меньшей мере 1,8, по меньшей мере 1,9 и, лучше, по меньшей мере 2,0, и/или
- низкий коэффициент излучения, в частности, ниже 1%, и/или
- отражение света с наружной стороны, в порядке возрастания предпочтения, больше или равное 20,0%, больше или равное 25,0%, больше или равное 27,5% и даже больше или равное 30,0%, и/или
- нейтральные цвета при отражении с наружной стороны.
Детали и предпочтительные характеристики изобретения выявляются из следующих неограничивающих примеров, проиллюстрированных на прилагаемой фигуре.
Для облегчения изучения чертежей пропорции между разными элементами не соблюдаются.
Фигура 1 показывает структуру системы тонких слоев с тремя функциональными металлическими слоями 40, 80, 120, эта структура осаждена на прозрачную стеклянную подложку 10. Каждый функциональный слой 40, 80, 120 расположен между двумя диэлектрическими покрытиями 20, 60, 100, 140 таким образом, что:
- первый, в направлении от подложки, функциональный слой 40 находится между диэлектрическими покрытиями 20, 60,
- второй функциональный слой 80 находится между диэлектрическими покрытиями 60, 100, и
- третий функциональный слой 120 находится между диэлектрическими покрытиями 100, 140.
Эти диэлектрические покрытия 20, 60, 100, 140 содержат, каждый, по меньшей мере один диэлектрический слой 24, 25, 26, 28; 62, 63, 64, 66, 68; 102, 103, 104, 106, 108; 142, 144.
Система тонких слоев может содержать также:
- нижние блокирующие слои 30, 70 и 110 (не показаны), находящиеся в контакте с функциональным слоем,
- верхние блокирующие слои 50, 90 и 130, находящиеся в контакте с функциональным слоем,
- защитный слой 160 (не показан).
Примеры
I. Получение подложек: системы тонких слоев, условия осаждения и термообработки
Системы тонких слоев, указанные ниже, осаждали на подложки из бесцветного известково-натриевого стекла толщиной 6 мм.
В примерах согласно изобретению:
- функциональные слои являются слоями серебра (Ag),
- блокирующие слои являются слоями металлического сплава никеля и хрома (NiCr),
3
4
- барьерные слои имеют в основе нитрид кремния, легированный алюминием (SiN:Al),
- стабилизирующие слои состоят из оксида цинка (ZnO), легированного алюминием.
Условия осаждения слоев, которые осаждали распылением (так называемое магнетронное распыление), указаны в таблице 1.
Таблица 1
Используемая мишень
Давление осаждения
Газ
n, 550 нм
Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
Si:Al=92:8 вес.%
3,2·10<sup>-3</sup> мбар
Ar/(Ar+N<sub>2</sub>)=55%
2,03
ZnO
Zn:Al=98:2 вес.%
1,8·10<sup>-3</sup> мбар
Ar/(Ar+O<sub>2</sub>)=63%
1,95
TiZrO
TiZrO<sub>x</sub>
2-4·10<sup>-3</sup> мбар
Ar 90%- O<sub>2</sub> 10%
2,32
NiCr
Ni(80 ат%.):Cr(20% ат.)
2-3·10<sup>-3</sup> мбар
Ar 100%
-
Ag
Ag
3·10<sup>-3</sup> мбар
Ar 100%
-
ат.% - атомные проценты
В таблице 2 перечислены материалы и физические толщины в нанометрах (если не указано иное) для каждого слоя или покрытия, из которых состоят системы тонких слоев, в зависимости от положения слоя или покрытия относительно подложки, несущей систему тонких слоев (последняя строка внизу таблицы). Числа в графе "Поз." соответствуют позициям на фигуре 1.
Таблица 2
Поз.
Из.1
Из.2
Из.3
Диэлектрическое покрытие M4
140
43
42
50
- TiZrO<sub>x</sub>
160
2
2
2
- Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
144
33
32
40
- ZnO
142
8
8
8
Блокирующий слой NiCr
130
0,1
0,1
0,4
Функциональный слой Ag3
120
15,5
15,4
14
Блокирующий слой NiCr
110
0
0
0,3
Диэлектрическое покрытие M3
100
84
82
98
- ZnO
108
8
8
8
- Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
104
68
66
82
- ZnO
102
8
8
8
Блокирующий слой NiCr
90
0,6
0,6
0,2
Функциональный слой Ag2
80
15,8
15,6
15,5
Блокирующий слой NiCr
70
0
0
0,1
Диэлектрическое покрытие M2
60
56
55
67
- ZnO
68
8
8
8
- Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
64
40
39
51
- ZnO
62
8
8
8
Блокирующий слой NiCr
50
0,1
0,1
0,1
Функциональный слой Ag1
40
7
7
7
Блокирующий слой NiCr
30
0
0
0,1
Диэлектрическое покрытие M1
20
56
57
66
- ZnO
28
8
8
8
- Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>
24
48
49
58
Стеклянная подложка (мм)
10
6
6
6
Из. -пример по изобретению
Каждое диэлектрическое покрытие 20, 60, 100 ниже функционального слоя 40, 80, 120 содержит последним стабилизирующий слой 28, 68, 108 на основе кристаллического оксида цинка, находящийся в контакте с функциональным слоем 40, 80, 120, осажденным непосредственно сверху него.
Каждое диэлектрическое покрытие 60, 100, 140 выше функционального слоя 40, 80, 120 содержит первым стабилизирующий слой 62, 102, 142 на основе кристаллического оксида цинка, который находится в контакте с функциональным слоем 40, 80, 120, осажденным непосредственно на него сверху.
3
4
Каждое диэлектрическое покрытие 20, 60, 100, 140 содержит диэлектрический слой с функцией барьера 24, 64, 104, 144, на основе нитрида кремния, легированного алюминием, обозначенного здесь SiN.
Каждый функциональный металлический слой 40, 80, 120 находится ниже и в контакте с блокирующим слоем 50, 90 и 130.
Каждый функциональный металлический слой 40, 80, 120 может находиться выше блокирующего слоя 30, 70 и 110 (не показаны на фигуре 1).
Кроме того, система тонких слоев содержит защитный слой 160 из оксида титана и циркония (на фигуре 1 не показан).
В таблице 3 приведены характеристики, связанные с толщинами функциональных слоев и диэлектрических покрытий.
Таблица 3
Из.1
Из.2
Из.3
Диэлектрическое покрытие
Ep
Eo
Ep
Eo
Ep
Eo
M1
56
113,04
57
115,07
66
133,34
M2
56
112,4
55
110,37
67
134,73
M3
84
169,24
82
165,18
98
197,66
M4
43
87,23
42
85,2
50
101,44
1,1*Eo1
124,34
126,58
146,67
Eo2<1,1*Eo1
да
да
да
Ag1 < Ag2 и Ag3
да
да
да
Ag3/Ag2
0,98
0,99
0,90
Ep: физическая толщина (нм), Eo: оптическая толщина (нм).
II. Солнцезащитные и колориметрические характеристики
В таблице 4 приведены основные оптические характеристики, измеренные для оконных стекол, являющихся частью однокамерного стеклопакета структуры 6/16/4: стекло 6 мм/промежуток 16 мм, заполненный газом с концентрацией аргона 90%/ стекло 4 мм, причем система тонких слоев находится на стороне 2 (сторона 1 стеклопакета является, как обычно, внешней стороной стеклопакета).
Для этих однокамерных стеклопакетов:
- TL указывает светопропускание видимого света в %, измеренное с осветителем D65 при поле зрения 2°;
- a*T и b*T указывают цвета a* и b* системы L*a*b* в пропускании, измеренные с осветителем D65 при поле зрения 2° перпендикулярно стеклопакету;
- RLext указывает отражение видимого света в%, измеренное с осветителем D65 при поле зрения 2°, с самой внешней стороны (т.е. стороны 1);
- a*Rext и b*Rext указывают цвета a* и b* системы L*a*b* в отражении, измеренные с осветителем D65 при поле зрения 2° с самой внешней стороны, при измерении перпендикулярно стеклопакету,
- Rint указывает отражение видимого света в %, измеренное с осветителем D65 при поле зрения 2° с внутренней стороны (стороны 4);
- a*Rint и b*Rint указывают цвета a* и b* системы L*a*b* в отражении, измеренные с осветителем D65 при поле зрения 2° с внутренней стороны, также при измерении перпендикулярно стеклопакету.
Колориметрические параметры a*g60° и b*g60° измерены на простом остеклении при падении света под углом 60°. Это отражает нейтральность цвета при наблюдении под углом.
Таблица 4
Целевое значение
Из.1
Из.2
Из.3
Солнечный фактор "g"
≤ 27,5%
25%
25%
25%
Селективность "s"
> 1,8
2,0
2,0
2,0
TL%
≈ 50%
50
50
50
- a*T
<0
-5,0
-4,9
-1,7
- b*T
-
4,5
3,0
2,5
RLext%
>25
30
30
30
- a*Rext
<0
-1,0
-1,0
-3,4
- b*Rext
<0
-4,0
-2,0
-3,2
RLint%
-
26
25
29
- a*Rint
<0
-4,0
-4,0
-1,7
- b*Rint
<0
-6,4
-4,7
-4,2
- a*g60°
-
-4,0
-4,0
-4,2
- b*g60°
-
-4,4
-3,1
-2,4
Согласно изобретению, можно получить стекло, содержащее систему тонких слоев с тремя функциональными металлическими слоями, которое в отражении с наружной стороны отливает серебром, имеет светопропускание примерно 50%, высокую селективность, высокое отражение света и низкий солнечный фактор.
Все примеры согласно изобретению имеют приятную и мягкую окраску в пропускании, предпочтительно в диапазоне голубого или сине-зеленого.
Оконные стекла согласно изобретению имеют одновременно солнечный фактор меньше или равный 25% и селективность выше 1,80. Кроме того, эти оконные стекла имеют отражение с наружной стороны больше 25% и даже ниже 27,5%. Эти оконные стекла имеют также нейтральные цвета в пропускании.