提供有包括高折射指数层的具有热性质的叠层的基材的制作方法

专利名称：提供有包括高折射指数层的具有热性质的叠层的基材的制作方法
提供有包括高折射指数层的具有热性质的叠层的基材本发明涉及透明基材，其特别地由硬无机材料(如玻璃)制成的透明基材，其中所述基材用包括可以作用于具有长波长的日光辐射和/或红外辐射的金属类型的功能层的薄层涂覆。本发明更特别地涉及这种基材用于制备隔热和/或防晒的窗玻璃的用途。这些窗玻璃可以打算用于装备建筑物和用于装备车辆，特别地以达到降低空调负荷和/或防止由于在建筑物和车辆客舱中由于日益增加的玻璃表面而导致的过量加热(被称为“日光控制”窗玻璃)和/或降低消散在外部的能量的量(被称为“低-E”或者“低-发射”窗玻
璃)ο这种窗玻璃还可集成到具有特定功能的窗玻璃中，如，例如加热窗玻璃或者电致变色窗玻璃。一种已知用于提供基材这类性质的类型的多层叠层由在红外线中和/或在日光辐射中具有反射性质的金属功能层，尤其基于银或者基于含银金属合金的金属功能层组成。在这类叠层中，该功能层因此被设置在两个减反射涂层之间，其每个减反射涂层包括多个层，该层每个由氮化物类型(尤其四氮化三硅或者氮化铝)或者氧化物类型的介电材料制成。从光学观点来看，这些围绕金属功能层的涂层的目的是使这种金属功能层“ 减反射"。然而；阻隔涂层有时被插入在一个或者每个减反射涂层和金属功能层之间；在基材方向上设置在功能层下方的阻隔涂层在任选的弯曲和/或淬火类型的高温热处理期间保护所述功能层，和在与基材相对侧上设置在功能层上方的阻隔涂层保护这种层在沉积上部减反射涂层期间和在任选的弯曲和/或淬火类型的高温热处理期间不受可能的降解。例如从专利申请EP 678 484已知在基材和金属功能层之间设置的高折射指数的介电层，例如由氧化铌或者二氧化钛制成的介电层可以使得金属功能层“减反射”。为了进一步改善光学特性，一个解决方案在于在金属功能层的每侧使用高折射指数的介电层。然而，这些高指数材料不能以与较低指数材料一样高的速度进行沉积，其一方面当连续进行沉积时产生制造工艺问题，在另一方面如果需要降低淀积涂层的机械装置的效率(在每单位运行时间制备的被涂覆基材的数目方面)时，增加生产成本的问题。而且，用于通过反应溅射(例如使用所谓的“磁控管“方法)，尤其反应性磁控管溅射沉积这些材料的靶通常是比可以沉积较低指数材料的靶更昂贵的。因此当这种类型材料存在金属功能层的每侧上时，需要使高折射指数材料的量减到最少。这种解决方案而且必须可以获得可接受的颜色，尤其反射颜色，特别地不在红色中。本发明的一个目的是通过开发包括单个功能层的新型叠层成功克服现有技术的缺点，该叠层具有低的表面电阻(并因此低发射率)，高光透射和相对中性的颜色，特别地在多层一侧(而且在相对侧“基材侧”上)的反射颜色，这些性质优选地保持在限定的范围内，不管该叠层是否经受一个或多个弯曲和/或淬火和/或退火类型的高温热处理。另一重要的目的是提供包括单个功能层的叠层，其具有低发射率同时具有在可见光中的低光反射，以及可接受的颜色，尤其反射颜色，特别地其不在红色中。因此，本发明的一个主题为，在它的最宽范围中，如权利要求1所述的玻璃基材。 这种基材在主要面上被提供有包括在红外线和/或在日光辐射中具有反射性质的金属功能层(尤其基于银或者含银金属合金)，和两个减反射涂层的薄层叠层，所述涂层每个包括至少两个介电层，所述功能层被设置在两个减反射涂层之间，其中一方面该功能层任选地被直接地沉积在下阻隔涂层(其被设置在下邻减反射涂层和功能层之间)上方，和在另一方面该功能层被任选地直接地沉积在上阻隔涂层(其被设置在功能层和上邻减反射涂层之间)下方。根据本发明
-每个减反射涂层包括至少一个与功能层接触或者与功能层接近的高折射指数介电
层，
-位于下邻减反射涂层中的高折射指数介电层的或者所有这些高折射指数介电层的总光学厚度占这种下邻减反射涂层的总光学厚度的30-75%，和
-位于上邻减反射涂层中的高折射指数介电层或者所有这些高折射指数介电层的总光学厚度占这种上邻减反射涂层的总光学厚度的10-60%。术语“涂层，，在本发明的意义上应该理解为在涂层内可以具有单个层或者多个不同材料层。术语“高折射指数介电层“在本发明意义上理解为其组成材料在550 nm波长测量的折射指数等于或者大于2. 2，甚至等于或者大于2. 3的层。这种在该波长测量的指数通常从用于在薄层叠层领域的通常材料的文献已知。术语“接触”在本发明意义中理解为没有层被插入在高折射指数层和金属功能层之间。在这种情况下，因此不存在阻隔涂层。术语“接近“在本发明意义上理解为至少一个层被插入在该高折射指数层和金属功能层之间，而该插入在高折射指数层和金属功能层之间的层(或者所有的层)的物理厚度不超过10 nm。术语“光学厚度“在本发明意义上被理解为通常表示该层的物理(或者实际)厚度乘以通常其在550 nm测量的折射指数的乘积。术语“总光学厚度“在本发明意义中被理解为通常表示所讨论的层的所有光学厚度的总和，该每个光学厚度如上面解释地为该层的物理(或者实际)厚度乘以其通常在550 nm测量的折射指数的乘积。因此，下邻减反射涂层的总光学厚度由这种设置在基材和金属功能层之间或者在基材和下阻隔涂层(如果其存在)之间的涂层的介电层的所有光学厚度的总和构成。同样地，上邻减反射涂层的总光学厚度由这种设置在与基材相对侧的金属功能层上面的或者在上阻隔涂层(如果其存在)上面的涂层的介电层的所有光学厚度的总和构成。实际上，根据本发明，在下邻或者上邻减反射涂层内，如果它是唯一高折射指数介电层，该高折射指数介电层的光学厚度，或者如果多个高折射指数介电层存在时，所有的高CN 102421720 A
说明书
3/11 页 折射指数介电层的光学厚度的总和
-对于下邻减反射涂层为该下邻减反射涂层的总光学厚度的30-75%，包括端点值，甚至35-55%，包括端点值；和
-对于上邻减反射涂层为该上邻减反射涂层的总光学厚度的10-60%，包括端点值，甚至15-35%，包括端点值。因此根据本发明重要的是，高折射指数材料与金属功能层接触或者接近于金属功能层(在该层的每侧上)，和这种高折射指数材料为足够量的(因此该百分比范围的起点值)然而不是过高量的(因此该百分比范围的末端值)。然而，已经观察到，一方面在上邻减反射涂层中的和在下邻减反射涂层中的高折射指数材料的最小厚度(分别地为10%和30%，甚至分别地15%和35%)之间，和在另一方面在上邻减反射涂层中的高折射指数材料的和在下邻减反射涂层中的高折射指数材料的最大厚度(分别地为60%和75%，甚至分别地35%和55%)之间存在一定不平衡。由于根据本发明的这种高折射指数材料的分布，因此可能限制高折射指数层的厚度。这些层在下邻涂层中可以具有至少5 nm、甚至至少8 nm的物理厚度并且可以具有最多 25 nm、甚至最多20 nm、甚至最多16 nm、甚至最多14 nm的物理厚度，所有这些最小值可以与这些最大值组合。特别地，一方面位于下邻减反射涂层中的高折射指数介电层或者所有的高折射指数介电层的总光学厚度因此可以为15-65 nm，包括端点值，甚至18-50 nm，包括端点值，在另一方面位于上邻减反射涂层中的高折射指数介电层或者所有的高折射指数介电层的总光学厚度因此可以为8-60 nm，包括端点值，甚至12-35 nm，包括端点值，对于下邻减反射涂层的这些范围可以与对于上邻减反射涂层的这些范围组合。而且，令人惊讶地证实，高折射指数介电层的高折射指数材料优选地主要在与金属功能层下邻的介电涂层中以使得高折射指数介电层或者所有的高折射指数介电层(它们位于下邻减反射涂层中)的总光学厚度与高折射指数介电层或者所有的高折射指数介电层(它们位于上邻减反射涂层中)的总光学厚度的比率为1.1-5(包括端点值)，甚至
1.2-4 (包括端点值)，甚至1. 3-3. 8 (包括端点值)。在下面被定义为R的这种比率特别地可以等于1.4或者1.5。每个高折射指数介电层的组成材料优选地选自二氧化钛、氧化铌或者四氮化三硅(其用锆掺杂，任选地还用Al掺杂)。通过冷反应性磁控管溅射沉积的薄层形式的二氧化钛TiO2根据该层的结晶度 (其与沉积条件，如，例如冷沉积或者热沉积有关)在550 nm具有2. 35-2. 5的指数，一对于指数的例子，参看刊登于杂志Applied Surface Science 175-176 Q001)第276-280 页中名为“Spectroellipsometric characterization of materials for multilayer coatings"文献。为薄层形式的氧化铌Nb2O5 根据名为〃Characterization of sputtered and annealed niobium oxide films using spectroscopic ellipsometry, Rutherford backscattering spectrometry and X-ray diffraction〃的文献在 550 nm 可以具有
2.25-2. 40的折射指数，该文献刊登于杂志Thin Solid Film, 516 (2008)第8096-8100页中。
6
还可以参看专利申请EP 1 656 328 A2，其公开了用于减反射涂层的Si3N4Ji 层的制备并且在第12页给出了根据ττ含量的Si3N4 = Zr的指数(和在第3页的TW2和Nb2O5 的指数)。根据本发明的高指数层可以不是严格地化学计量的，它们在氧化物情况下在氧方面可以是亚化学计量的或者超化学计量的和/或在氮化物情况下在氮方面可以是亚化学计量的或者超化学计量的。此外，为了获得可接受的在高光透射、反射中性色和相对高的选择性(即窗玻璃在可见光中的光透射IY与窗玻璃的太阳因子FS的比率，使得S= TLvis/FS)之间折衷，下邻减反射涂层的光学厚度(nm)与上邻减反射涂层的光学厚度(nm)的比率E优选地使得 0. 4 < E < 0. 9或0. 5 < E < 0. 8。在一个特别的实施方案中，所述下邻减反射涂层和所述上邻减反射涂层每个包括至少一个基于四氮化三硅的介电层，其任选地用至少一种其它元素(如铝)掺杂。在一个特别的实施方案中，该下邻减反射涂层的最后层(最远离基材的层)是基于任选地用至少一种其它元素(如铝)掺杂的氧化物的润湿层(couche de mouillage)，尤其基于氧化锌的润湿层。在一个特别的实施方案中，该下邻减反射涂层包括至少一个基于氮化物，尤其基于四氮化三硅和/或氮化铝的介电层和至少一个由混合氧化物制成的非结晶光滑层 (couche de lissage)，所述光滑层与结晶的上邻润湿层接触。优选地，该下阻隔涂层和/或上阻隔涂层包括基于镍或者钛的薄层，其具有物理厚度 e，使得 0. 2nm ^ e ^ 1. 8nm。在一种特别形式中，至少一个镍基薄层，尤其上阻隔涂层的镍基薄层包括铬，优选地包括按质量计80%Ni和20%Cr。在另一种特别的形式中，至少一个镍基薄层，尤其上阻隔涂层的镍基薄层包括钛， 优选地包括按质量计50%Ni和50%Ti。而且，下阻隔涂层和/或上阻隔涂层可以包括至少一个以金属形式存在的镍基薄层(如果提供有薄层叠层的基材在沉积该叠层之后还没经受弯曲和/或淬火热处理)，这种层至少部分地被氧化(如果提供有薄层叠层的基材在沉积该叠层之后已经受过至少一种弯曲和/或淬火热处理)。下阻隔涂层的镍基薄层和/或上阻隔涂层的镍基薄层，当它们存在时，优选地与功能层直接接触。该上邻减反射涂层的最后层(最远离基材的层)优选地基于氧化物，优选地以亚化学计量进行沉积，尤其基于氧化钛(TiOx)或者基于混合氧化锌锡(SnaiOx),任选地用最多10质量％量的另一种元素掺杂。该叠层因此可以包括最后层(英文为“overcoat”)，即保护层。这种保护层优选地具有0. 5-10 nm的物理厚度。根据本发明的窗玻璃至少包括带有根据本发明的叠层的基材，其任选地与至少一个其它基材结合。每个基底可以是明亮的或者着色的。至少一个基材可以特别地用主体着色玻璃制成。着色类型将根据对于窗玻璃希望的光透射水平和/或比色外观(一旦完成它的制备时)选择。
根据本发明的窗玻璃片可以具有层压结构，特别地使至少两个玻璃类型的刚性基底与至少一个热塑性聚合物片结合的层压结构，以便具有以下类型的结构玻璃/薄层叠层/ 一个或多个片/玻璃。该聚合物特别地可以基于聚乙烯醇缩丁醛PVB、乙烯基醋酸乙烯酯EVA、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚氯乙烯PVC。而且，该窗玻璃可以具有以下类型的结构玻璃/薄层叠层/ 一个或多个聚合物片。根据本发明的窗玻璃能够经受热处理而不损坏薄层叠层。任选地，它们因此进行弯曲和/或淬火。窗玻璃由于单个基材构成，可以进行弯曲和/或淬火，该基材提供有叠层。这时其是被称为“单片“的窗玻璃。如果它们进行弯曲，尤其为了构成车辆窗户，该薄层叠层优选地位于至少部分非平面的面上。该窗玻璃还可以是多层玻璃窗，特别地双层窗玻璃，至少该携带叠层的基材可以进行弯曲和/或淬火。在多重窗玻璃构造中该叠层优选地被设置以面对中间充气腔的一侧。在层压结构中，该叠层可以与该聚合物片接触。该窗玻璃还可以是由三个由充气腔成对分开的玻璃板组成的三层窗玻璃。在三重窗玻璃结构中，当认为日光的入射方向以面的编号递增次序穿过所述面时，携带该叠层的基材可以是在面2和/或面5上。当窗玻璃是单片或者双层窗玻璃，三层窗玻璃或者层压窗玻璃类型的多层窗玻璃时，至少该携带叠层的基材可以由弯曲或者淬火玻璃制成，这种基材可以在沉积该叠层之前或之后可以进行弯曲或者淬火。当这种窗玻璃以双层窗玻璃进行安装时，优选地其具有选择性S > 1.3，甚至 S彡1. 4，或S彡1. 5甚至S>1. 5。本发明还涉及根据本发明的基材用于生产双层窗玻璃的用途，该双层窗玻璃具有选择性S彡1. 3，甚至S>1. 4，或S彡1. 5甚至S>1. 5。根据本发明的基材特别地可以用于生产加热性窗玻璃或者电致变色窗玻璃或者照明装置或者显示设备或者光伏电池的透明电极。有利地，本发明因此可以制备包括单功能层的薄层叠层，其在多层窗玻璃(尤其双层窗玻璃)构造中具有高选择性(s ^ 1. 35)，低发射率(ε N < 3%)和吸引人的美学外观(TLvis彡70%, RLvis彡25%，反射中性色)。根据本发明的单功能层叠层制造成本比具有相似特征的双功能层叠层更低。本发明的细节和有利特征由以下通过本文附

图1图示的和通过图2图示的以下非限制性实施例显露出来，附图1图示包括沉积在基材10上的根据本发明的单一功能层的叠层12，其中该功能层被提供有下阻隔涂层和上阻隔涂层，并且该叠层此外提供有任选的保护涂层，图2图示由两个玻璃板构成的双层窗玻璃(DGU) 1的制备，每个玻璃板构成基材10、 30，并通过中间充气腔15进行分隔。玻璃板之一，离该建筑物内部最远的板(当考虑通过从左向右指向该图的双边箭头图示的进入该建筑物的日光入射方向时)构成基材10，其在它的朝向中间充气腔的内表面9上涂敷有由单功能层叠层12组成的绝缘涂层(该单功能层叠层因此在双层窗玻璃的称为“面3"的内部面上)；基材10的外部面11不用任何薄层叠层涂覆。
其它玻璃板，基材30，在它朝向中间充气腔的内表面31上不用绝缘涂层涂敷该最远离该建筑物外部的板(当考虑日光的入射方向时)；它的外表面四(被称为“面1")可以例如用自消洁涂层涂覆。在这些附图中，没有严格地遵循不同层的厚度之间的比例以便更容易观察它们。而且，在以下所有实施例中薄层叠层12被沉积在由明亮的钠钙玻璃制成的具有4 mm厚度的基材10上(来自Saint-Gobain的PLANILUX)。此外，对于这些实施例，在向该基材施加热处理的任何情况下，其为在约620°C的温度进行约8分钟的退火操作，然后冷却至室温(约20°C)以便模拟弯曲或者淬火热处理。对于以下所有实施例，在组装为双层窗玻璃形式的情况下，如在图2中图示地，薄层叠层被设置在面3 (即，当考虑进入该建筑物中的日光的入射方向时，在最远离该建筑物外部的板上，在它朝向充气腔的面)上，，其具有以下构造4-16 (90%Ar)-4，即由两个4 mm 透明玻璃板(其每个构成通过包含90%氩气和10%空气的厚16 mm的中间充气腔15分隔的基材10、30)构成，该整个装配件通过框架结构保持在一起。图1图示了沉积在透明玻璃基材10上的单功能层叠层的结构，其中单一功能层40 被设置在两个减反射涂层(即在基材10方向上位于功能层40下方的下邻减反射涂层20 和在与基材10相对侧上位于功能层40上面的上邻减反射涂层60)之间。这两个减反射涂层20、60每个包含至少一个介电层21、22、M、26 ；62、64、66、68、 69。任选地，一方面功能层40可以被沉积在设置于下邻减反射涂层20和功能层40之间的下阻隔涂层30上方，和在另一方面功能层40可以被直接地沉积在设置于功能层40和上邻减反射涂层60之间的上阻隔涂层50下方。在图1上观察到下减反射涂层20包括四个减反射涂层21、22、M和沈，上减反射涂层60包括四个减反射涂层62、64、66、68和该减反射涂层60以任选的保护层69，特别地基于氧化物(尤其亚化学计量氧)的保护层终止。根据本发明，每个减反射涂层20、60包括至少一个与功能层40接近或者接触设置的高折射指数介电层对、64，和一方面，该位于下邻减反射涂层20中的高折射指数介电层 24或者所有的高折射指数介电层的总光学厚度％占下邻减反射涂层20的总光学厚度％。 的30-75%，另一方面，该位于上邻减反射涂层60中的高折射指数介电层64和所有的高折射指数介电层的总光学厚度％占该上邻减反射涂层60的总光学厚度e6(l的10-60%。而且，每个减反射涂层20、60优选地包括至少一个与功能层40接近或者接触设置的高折射指数介电层对、64，和一方面，该位于下邻减反射涂层20中的高折射指数介电层 24或者所有的高折射指数介电层的总光学厚度％占下邻减反射涂层20的总光学厚度％。 的35-55%，另一方面，该位于上邻减反射涂层60中的高折射指数介电层64或所有的高折射指数介电层的总光学厚度％占该上邻减反射涂层60的总光学厚度e6(l的15-55%。此外，优选地该下邻减反射涂层20的以纳米表示的光学厚度与该上邻减反射涂层60的以纳米表示的光学厚度e6(l的比E优选地使得
0. 4 ≤ E ≤ 0. 9，或 0. 5 ≤ E ≤ 0. 8。首先进行了数值模拟(下面给出的根据本发明的实施例1-3和不根据本发明的对比例9-13)，然后实际上沉积两个薄层叠层实施例1和对比例11。
权利要求
1.透明基材(10)，其在主要面上被提供有包括在红外线和/或在日光辐射中具有反射性质的金属功能层(40)，尤其基于银或者含银金属合金的金属功能层，和两个减反射涂层00，60)的薄层叠层，所述涂层每个包括至少两个介电层02，24，26; 62，64，66， 68)，所述功能层00)被设置在两个减反射涂层00，60)之间，其中一方面该功能层GO) 任选地被直接地沉积在下阻隔涂层(30)上方，该下阻隔涂层(30)被设置在下邻减反射涂层O0)和功能层00)之间，和另一方面该功能层GO)被任选地直接地沉积在上阻隔涂层 (50)下方，该上阻隔涂层(50)被设置在功能层GO)和上邻减反射涂层(60)之间，特征在于每个减反射涂层00，60)包括至少一个与功能层G0)接触或者接近设置的高折射指数介电层04，64)，和特征还在于，一方面位于下邻减反射涂层O0)中的高折射指数介电层 (24)的或者所有高折射指数介电层的总光学厚度％占这种下邻减反射涂层OO)的总光学厚度的30-75%，和另一方面位于上邻减反射涂层(60)中的高折射指数介电层(64)或者所有高折射指数介电层的总光学厚度％占这种上邻减反射涂层(60)的总光学厚度e6(1的10-60%ο
2.根据权利要求1的基材(10)，特征在于高折射指数介电层04，64)的高折射指数材料主要在与金属功能层G0)下邻的介电涂层O0)中，以使得位于下邻减反射涂层O0)中的高折射指数介电层04)或者所有的高折射指数介电层的总光学厚度％与位于上邻减反射涂层(60)中的高折射指数介电层(64)或者所有的高折射指数介电层的总光学厚度％的比率R=e2/e6为1. 1-5，包括端点值，甚至1. 2_4，包括端点值。
3.根据权利要求1或2的基材(10)，特征在于每个高折射指数介电层04，64)的组成材料选自二氧化钛、氧化铌、用锆掺杂的四氮化三硅，其任选地还用Al掺杂。
4.根据权利要求1-3任一项的基材(10)，特征在于下邻减反射涂层OO)以nm计的光学厚度与上邻减反射涂层(60)以nm计的光学厚度的比率E使得0. 4彡E彡0. 9 或0. 5彡E彡0. 8。
5.根据权利要求1-4任一项的基材(10)，特征在于所述下邻减反射涂层O0)和上邻减反射涂层(60)每个包括至少一个基于四氮化三硅的介电层02，66)，其任选地用至少一种其它元素，如铝掺杂。
6.根据权利要求1-5任一项的基材(10)，特征在于该下邻减反射涂层OO)的最后层， 最远离基材的层，是基于任选地用至少一种其它元素，如铝掺杂的氧化物的，尤其基于氧化锌的润湿层06)。
7.根据权利要求1-6任一项的基材(10)，特征在于该下邻减反射涂层OO)包括至少一个基于氮化物，尤其基于四氮化三硅和/或氮化铝的介电层0 和至少一个由混合氧化物制成的非结晶光滑层(M)，其中所述光滑层04)与结晶的上邻润湿层06)接触。
8.根据权利要求1-7任一项的基材(10)，特征在于该上邻减反射涂层(60)的最后层， 最远离基材的层，基于氧化物，优选地以亚化学计量进行沉积，尤其基于氧化钛(TiOx)或者基于混合氧化锌锡(SnaiOx)。
9.包括至少一个根据权利要求1-8任一项的基材(10)的窗玻璃(1)，该基材(10)任选地与至少一个其它基材结合。
10.根据权利要求9的窗玻璃(1)，其以单片或双层窗玻璃或三层窗玻璃或层压窗玻璃类型的多层窗玻璃形式安装，特征在于至少一个带有叠层的基材进行弯曲和/或淬火。
11.以双层窗玻璃形式安装的根据权利要求9或10的窗玻璃(1)，特征在于其具有选择性S彡1.3，甚至S>1.4，或S彡1.5。
12.根据权利要求1-8任一项的基材的用途，其用于生产加热性窗玻璃或者电致变色窗玻璃或者照明装置或者显示设备或者光伏电池的透明电极。
全文摘要
本发明涉及玻璃基材(10)，其在主要面上被提供有包括在红外线和/或在日光辐射中具有反射性质的金属功能层(40)，尤其基于银或者含银金属合金的金属功能层，和两个减反射涂层(20,60)的薄层叠层，所述减反射涂层每个包括至少两个介电层(22,24,26;62,64,66)，所述功能层(40)被设置在两个减反射涂层(20,60)之间，特征在于每个减反射涂层(20,60)包含至少一个与功能层(40)接触或接近设置的高折射指数介电层(24,64)，即离功能层(40)10nm以下。
文档编号C03C17/36GK102421720SQ201080020382
公开日2012年4月18日 申请日期2010年3月8日 优先权日2009年3月9日
发明者热拉尔丹 H., 雷蒙 V. 申请人:法国圣戈班玻璃厂