CA2630626A1 - Substrat muni d'un empilement a proprietes thermiques - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un substrat (10), notamment substrat verrier transparent, muni d'un empilement de couches minces comportant une alternance de « n » couches fonctionnelles (40) à propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire, notamment de couches fonctionnelles métalliques à base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent, et de « (n + 1 ) » revêtements diélectriques (20, 60), avec n >=
1 , lesdits revêtements étant composés d'une ou d'une pluralité de couches (22, 24, 62, 64), dont au moins une en matériau diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle (40) soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques (20, 60), caractérisé en ce qu'au moins une couche fonctionnelle (40) comporte un revêtement de blocage (30, 50) constitué d'au moins une couche d'interface (32, 52) immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle, cette couche d'interface étant à base d'oxyde de titane TiOx.
1 , lesdits revêtements étant composés d'une ou d'une pluralité de couches (22, 24, 62, 64), dont au moins une en matériau diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle (40) soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques (20, 60), caractérisé en ce qu'au moins une couche fonctionnelle (40) comporte un revêtement de blocage (30, 50) constitué d'au moins une couche d'interface (32, 52) immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle, cette couche d'interface étant à base d'oxyde de titane TiOx.
Description
SUBSTRAT MUNI D'UN EMPILEMENT A PROPRIETES THERMIQUES
L'invention concerne les substrats transparents, notamment en matériau rigide minéral comme le verre, lesdits substrats étant revêtus d'un empilement de couches minces comprenant au moins une couche fonctionnelle de type métallique pouvant agir sur le rayonnement solaire et/ou le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde.
L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation de tels substrats pour fabriquer des vitrages d'isolation thermique et/ou de protection solaire.
Ces vitrages sont destinés aussi bien à équiper les bâtiments que les véhicules, en vue notamment de diminuer l'effort de climatisation et/ou de réduire une surchauffe excessive (vitrages dits de contrôle solaire ) et/ou diminuer la quantité d'énergie dissipée vers l'extérieur (vitrages dits bas émissifs ) entraînés par l'importance toujours croissante des surfaces vitrées dans les bâtiments et les habitacles de véhicules.
Un type d'empilement de couches connu pour conférer aux substrats de telles propriétés est constitué d'au moins une couche fonctionnelle métallique, comme une couche à base d'argent, qui se trouve disposée entre deux revêtements en matériau diélectrique du type oxyde ou nitrure métallique. Cet empilement est généralement obtenu par une succession de dépôts effectués par une technique utilisant le vide comme la pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique. Peuvent aussi être prévus deux revêtement très fins, disposés un de chaque côté de la couche d'argent, le revêtement sous-jacent en tant que couche d'accrochage, de nucléation et/ou de protection lors d'un éventuel traitement thermique postérieurement au dépôt, et le revêtement sus-jacent en tant que revêtement de protection ou sacrificiel afin d'éviter l'altération de l'argent si la couche d'oxyde qui la surmonte est déposée par pulvérisation cathodique en présence d'oxygène et/ou si l'empilement subit postérieurement au dépôt un traitement thermique.
L'invention concerne les substrats transparents, notamment en matériau rigide minéral comme le verre, lesdits substrats étant revêtus d'un empilement de couches minces comprenant au moins une couche fonctionnelle de type métallique pouvant agir sur le rayonnement solaire et/ou le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde.
L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation de tels substrats pour fabriquer des vitrages d'isolation thermique et/ou de protection solaire.
Ces vitrages sont destinés aussi bien à équiper les bâtiments que les véhicules, en vue notamment de diminuer l'effort de climatisation et/ou de réduire une surchauffe excessive (vitrages dits de contrôle solaire ) et/ou diminuer la quantité d'énergie dissipée vers l'extérieur (vitrages dits bas émissifs ) entraînés par l'importance toujours croissante des surfaces vitrées dans les bâtiments et les habitacles de véhicules.
Un type d'empilement de couches connu pour conférer aux substrats de telles propriétés est constitué d'au moins une couche fonctionnelle métallique, comme une couche à base d'argent, qui se trouve disposée entre deux revêtements en matériau diélectrique du type oxyde ou nitrure métallique. Cet empilement est généralement obtenu par une succession de dépôts effectués par une technique utilisant le vide comme la pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique. Peuvent aussi être prévus deux revêtement très fins, disposés un de chaque côté de la couche d'argent, le revêtement sous-jacent en tant que couche d'accrochage, de nucléation et/ou de protection lors d'un éventuel traitement thermique postérieurement au dépôt, et le revêtement sus-jacent en tant que revêtement de protection ou sacrificiel afin d'éviter l'altération de l'argent si la couche d'oxyde qui la surmonte est déposée par pulvérisation cathodique en présence d'oxygène et/ou si l'empilement subit postérieurement au dépôt un traitement thermique.
-2-Il est ainsi connu des brevets européens EP-0 611 213, EP-0 678 484 et EP-0 638 528 des empilements de ce type, à une ou deux couches fonctionnelles métalliques à base d'argent.
On demande actuellement de plus en plus que ces vitrages bas-émissifs ou de protection solaire présentent aussi des caractéristiques inhérentes aux substrats eux-mêmes, notamment esthétiques (qu'ils puissent être bombés), mécaniques (qu'ils soient plus résistants), ou de sécurité (qu'ils ne blessent pas en cas de bris). Cela nécessite de faire subir aux substrats verriers des traitements thermiques connus en eux-mêmes du type bombage, recuit, trempe et/ou des traitements liés à la réalisation d'un vitrage feuilleté.
Il faut alors adapter l'empilement de couches pour préserver l'intégrité
des couches fonctionnelles du type couches en argent, notamment prévenir leur altération. Une première solution consiste à augmenter significativement l'épaisseur des fines couches métalliques évoquées précédemment et qui entourent les couches fonctionnelles : on s'assure ainsi que tout l'oxygène susceptible de diffuser à partir de l'atmosphère ambiante et/ou de migrer à
partir du substrat en verre à haute température soit capté par ces couches métalliques en les oxydant, sans atteindre la (les) couche(s) fonctionnelle(s).
Ces couches sont parfois nommées couches de blocage ou couches de bloqueur .
On pourra se reporter notamment à la demande de brevet EP-A-0 506 507 pour la description d'un empilement trempable avec une couche d'argent disposée entre une couche d'étain et une couche de nickel-chrome.
Mais il est clair que le substrat revêtu avant traitement thermique n'était considéré que comme un produit semi-fini , les caractéristiques optiques le rendaient fréquemment inutilisable tel quel. Il était donc nécessaire de développer et fabriquer, en parallèle, deux types d'empilement de couches, l'un pour les vitrages non bombés/non trempés, l'autre pour les vitrages destinés à être trempés ou bombés, ce qui peut être compliqué en termes de gestion de stocks et de production notamment.
On demande actuellement de plus en plus que ces vitrages bas-émissifs ou de protection solaire présentent aussi des caractéristiques inhérentes aux substrats eux-mêmes, notamment esthétiques (qu'ils puissent être bombés), mécaniques (qu'ils soient plus résistants), ou de sécurité (qu'ils ne blessent pas en cas de bris). Cela nécessite de faire subir aux substrats verriers des traitements thermiques connus en eux-mêmes du type bombage, recuit, trempe et/ou des traitements liés à la réalisation d'un vitrage feuilleté.
Il faut alors adapter l'empilement de couches pour préserver l'intégrité
des couches fonctionnelles du type couches en argent, notamment prévenir leur altération. Une première solution consiste à augmenter significativement l'épaisseur des fines couches métalliques évoquées précédemment et qui entourent les couches fonctionnelles : on s'assure ainsi que tout l'oxygène susceptible de diffuser à partir de l'atmosphère ambiante et/ou de migrer à
partir du substrat en verre à haute température soit capté par ces couches métalliques en les oxydant, sans atteindre la (les) couche(s) fonctionnelle(s).
Ces couches sont parfois nommées couches de blocage ou couches de bloqueur .
On pourra se reporter notamment à la demande de brevet EP-A-0 506 507 pour la description d'un empilement trempable avec une couche d'argent disposée entre une couche d'étain et une couche de nickel-chrome.
Mais il est clair que le substrat revêtu avant traitement thermique n'était considéré que comme un produit semi-fini , les caractéristiques optiques le rendaient fréquemment inutilisable tel quel. Il était donc nécessaire de développer et fabriquer, en parallèle, deux types d'empilement de couches, l'un pour les vitrages non bombés/non trempés, l'autre pour les vitrages destinés à être trempés ou bombés, ce qui peut être compliqué en termes de gestion de stocks et de production notamment.
-3-Une amélioration proposée dans le brevet EP-0 718 250 a permis de s'affranchir de cette contrainte ; l'enseignement de ce document consistant à
concevoir un empilement de couches minces tel que ses propriétés optiques, ainsi que thermiques, restaient pratiquement inchangées, que le substrat une fois revêtu de l'empilement subisse ou non un traitement thermique. On parvient à un tel résultat en combinant deux caractéristiques :
= d'une part, on prévoit au-dessus de la (des) couche(s) fonctionnelle(s) une couche en un matériau apte à faire barrière à la diffusion de l'oxygène à haute température, matériau qui lui-même ne subit pas à haute température une modification chimique ou structurelle qui entraînerait une modification de ses propriétés optiques ; Il peut ainsi s'agir de nitrure de silicium Si3N4 ou de nitrure d'aluminium AIN, = d'autre part, la (les) couche(s) fonctionnelle(s) est (sont) directement au contact du revêtement diélectrique sous-jacent, notamment en oxyde de zinc ZnO.
Une couche unique de blocage (ou revêtement de blocage monocouche) est, de préférence en outre, prévue sur la ou les couche(s) fonctionnelle(s).
Cette couche de blocage est à base d'un métal choisi parmi le niobium Nb, le tantale Ta, le titane Ti, le chrome Cr ou le nickel Ni ou d'un alliage à
partir d'au moins deux de ces métaux, notamment d'un alliage de niobium et de tantale (Nb/Ta), de niobium et de chrome (Nb/Cr) ou de tantale et de chrome (Ta/Cr) ou de nickel et de chrome (Ni/Cr).
Si cette solution permet effectivement de conserver au substrat après traitement thermique un niveau de TL et un aspect en réflexion extérieure assez constants, elle est encore susceptible d'amélioration.
Par ailleurs, la recherche d'une meilleure résistivité, c'est-à-dire d'une résistivité plus faible, de l'empilement est une recherche constante.
concevoir un empilement de couches minces tel que ses propriétés optiques, ainsi que thermiques, restaient pratiquement inchangées, que le substrat une fois revêtu de l'empilement subisse ou non un traitement thermique. On parvient à un tel résultat en combinant deux caractéristiques :
= d'une part, on prévoit au-dessus de la (des) couche(s) fonctionnelle(s) une couche en un matériau apte à faire barrière à la diffusion de l'oxygène à haute température, matériau qui lui-même ne subit pas à haute température une modification chimique ou structurelle qui entraînerait une modification de ses propriétés optiques ; Il peut ainsi s'agir de nitrure de silicium Si3N4 ou de nitrure d'aluminium AIN, = d'autre part, la (les) couche(s) fonctionnelle(s) est (sont) directement au contact du revêtement diélectrique sous-jacent, notamment en oxyde de zinc ZnO.
Une couche unique de blocage (ou revêtement de blocage monocouche) est, de préférence en outre, prévue sur la ou les couche(s) fonctionnelle(s).
Cette couche de blocage est à base d'un métal choisi parmi le niobium Nb, le tantale Ta, le titane Ti, le chrome Cr ou le nickel Ni ou d'un alliage à
partir d'au moins deux de ces métaux, notamment d'un alliage de niobium et de tantale (Nb/Ta), de niobium et de chrome (Nb/Cr) ou de tantale et de chrome (Ta/Cr) ou de nickel et de chrome (Ni/Cr).
Si cette solution permet effectivement de conserver au substrat après traitement thermique un niveau de TL et un aspect en réflexion extérieure assez constants, elle est encore susceptible d'amélioration.
Par ailleurs, la recherche d'une meilleure résistivité, c'est-à-dire d'une résistivité plus faible, de l'empilement est une recherche constante.
-4-L'état de la couche fonctionnelle a fait l'objet de nombreuses études car il est, bien évidemment, un facteur majeur de la résistivité de la couche fonctionnelle.
Les inventeurs ont choisi d'explorer une autre voie dans l'amélioration de la résistivité : la nature de l'interface entre la couche fonctionnelle et la couche de blocage immédiatement adjacente.
L'art antérieur connaît de la demande internationale de brevet N WO
2004/058660 une solution selon laquelle le revêtement de sur-blocage est une monocouche de NiCrOX et peut présenter un gradient d'oxydation. Selon ce document, la partie de la couche de blocage en contact avec la couche fonctionnelle est moins oxydée que la partie de cette couche la plus éloignée de la couche fonctionnelle en utilisant une atmosphère de dépôt particulière.
Le but de l'invention est de parvenir à remédier aux inconvénients de l'art antérieur, en mettant au point un nouveau type d'empilement à
couche(s) fonctionnelle(s) du type de ceux décrits précédemment, empilement qui puisse subir des traitements thermiques à haute température du type bombage, trempe ou recuit en préservant sa qualité optique et sa tenue mécanique et en présentant une résistivité améliorée.
L'invention constitue en particulier une solution adéquate à la problématique habituelle de l'application visée et qui consiste à élaborer un compromis entre les qualités thermiques et les qualités optiques de l'empilement de couches minces.
En effet, une amélioration de la résistivité, des propriétés de réflexion dans l'infrarouge et de l'émissivité d'un empilement a normalement pour effet une dégradation de la transmission lumineuse et des couleurs en réflexion de cet empilement.
L'invention a ainsi pour objet, dans son acception la plus large, un substrat, notamment substrat verrier transparent, muni d'un empilement de couches minces comportant une alternance de n couches fonctionnelles à
Les inventeurs ont choisi d'explorer une autre voie dans l'amélioration de la résistivité : la nature de l'interface entre la couche fonctionnelle et la couche de blocage immédiatement adjacente.
L'art antérieur connaît de la demande internationale de brevet N WO
2004/058660 une solution selon laquelle le revêtement de sur-blocage est une monocouche de NiCrOX et peut présenter un gradient d'oxydation. Selon ce document, la partie de la couche de blocage en contact avec la couche fonctionnelle est moins oxydée que la partie de cette couche la plus éloignée de la couche fonctionnelle en utilisant une atmosphère de dépôt particulière.
Le but de l'invention est de parvenir à remédier aux inconvénients de l'art antérieur, en mettant au point un nouveau type d'empilement à
couche(s) fonctionnelle(s) du type de ceux décrits précédemment, empilement qui puisse subir des traitements thermiques à haute température du type bombage, trempe ou recuit en préservant sa qualité optique et sa tenue mécanique et en présentant une résistivité améliorée.
L'invention constitue en particulier une solution adéquate à la problématique habituelle de l'application visée et qui consiste à élaborer un compromis entre les qualités thermiques et les qualités optiques de l'empilement de couches minces.
En effet, une amélioration de la résistivité, des propriétés de réflexion dans l'infrarouge et de l'émissivité d'un empilement a normalement pour effet une dégradation de la transmission lumineuse et des couleurs en réflexion de cet empilement.
L'invention a ainsi pour objet, dans son acception la plus large, un substrat, notamment substrat verrier transparent, muni d'un empilement de couches minces comportant une alternance de n couches fonctionnelles à
-5-propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire, notamment de couches fonctionnelles métalliques à base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent, et de (n + 1) revêtements diélectriques, avec n> 1 (n étant évidemment un nombre entier), lesdits revêtements étant composés d'une ou d'une pluralité de couches, dont au moins une en matériau diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques, caractérisé en ce qu'au moins une couche fonctionnelle comporte un revêtement de blocage constitué d'au moins une couche d'interface immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle, cette couche d'interface étant à base d'oxyde de titane TiOX.
L'invention a ainsi consisté à prévoir un revêtement de blocage pour la couche fonctionnelle à au moins une couche, ce revêtement de blocage étant situé sous (revêtement de sous-blocage ) et/ou sur (revêtement de sur-blocage ) la couche fonctionnelle.
Les inventeurs se sont ainsi rendus compte que l'état, et même le degré
d'oxydation de la couche immédiatement en contact avec la couche fonctionnelle pouvaient avoir une influence majeure sur la résistivité de la couche.
L'invention ne s'applique pas seulement à des empilements ne comportant qu'une seule couche fonctionnelle , disposée entre deux revêtements. Elle s'applique aussi à des empilements comportant une pluralité de couches fonctionnelles, notamment deux couches fonctionnelles alternées avec trois revêtements, ou de trois couches fonctionnelles alternées avec quatre revêtements, voire encore quatre couches fonctionnelles alternées avec cinq revêtements.
Dans le cas d'un empilement pluri-couches fonctionnelles, au moins une, et de préférence chaque, couche fonctionnelle est muni d'un revêtement de sous blocage et/ou de sur-blocage selon l'invention, c'est-à-dire d'un revêtement de blocage comprenant au moins deux couches distinctes.
L'invention a ainsi consisté à prévoir un revêtement de blocage pour la couche fonctionnelle à au moins une couche, ce revêtement de blocage étant situé sous (revêtement de sous-blocage ) et/ou sur (revêtement de sur-blocage ) la couche fonctionnelle.
Les inventeurs se sont ainsi rendus compte que l'état, et même le degré
d'oxydation de la couche immédiatement en contact avec la couche fonctionnelle pouvaient avoir une influence majeure sur la résistivité de la couche.
L'invention ne s'applique pas seulement à des empilements ne comportant qu'une seule couche fonctionnelle , disposée entre deux revêtements. Elle s'applique aussi à des empilements comportant une pluralité de couches fonctionnelles, notamment deux couches fonctionnelles alternées avec trois revêtements, ou de trois couches fonctionnelles alternées avec quatre revêtements, voire encore quatre couches fonctionnelles alternées avec cinq revêtements.
Dans le cas d'un empilement pluri-couches fonctionnelles, au moins une, et de préférence chaque, couche fonctionnelle est muni d'un revêtement de sous blocage et/ou de sur-blocage selon l'invention, c'est-à-dire d'un revêtement de blocage comprenant au moins deux couches distinctes.
6 PCT/FR2006/051152 Dans une variante particulière, la couche d'interface est partiellement oxydée. Elle n'est donc pas déposée sous forme stoechiométrique, mais sous forme non-stoechiométrique et de préférence sous- stoechiométrique, du type MOX, où M représente le matériau et x est un nombre différent de la stoechiométrie de l'oxyde de titane Ti02, c'est-à-dire différent de 2 et de préférence inférieur à 2, en particulier compris entre 0,75 fois et 0,99 fois la stoechiométrie normale de l'oxyde. TiOX peut être en particulier tel que 1,5 <_ x<_1,98ou1,5<x<1,7,voire1,7<_x<_1,95.
La couche d'interface présente, de préférence, une épaisseur géométrique inférieure à 5 nm et de préférence comprise entre 0,5 et 2 nm et le revêtement de blocage présente ainsi, de préférence, une épaisseur géométrique inférieure à 5 nm et de préférence comprise entre 0,5 et 2 nm.
Cette épaisseur peut toutefois être supérieure et en particulier être du double de l'épaisseur de la couche d'interface si une autre couche est prévue dans le revêtement de blocage.
L'effet sous-jacent à l'invention peut être confirmé par l'analyse chimique locale effectuée au contact de la couche fonctionnelle et du revêtement de blocage en utilisant la microscopie électronique en transmission (TEM) combinée avec la spectroscopie de déperdition d'énergie d'électron (EELS).
La couche d'interface selon l'invention peut comporter un (ou plusieurs) autre(s) élément(s) chimique(s) choisi parmi l'un au moins des matériaux suivants Ti, V, Mn, Co, Cu, Zn, Zr, Hf, Al, Nb, Ni, Cr, Mo, Ta, ou d'un alliage à
base d'au moins un de ces matériaux.
Par ailleurs, le revêtement de blocage selon l'invention peut comporter en outre une (ou plusieurs) autre(s) couche(s), plus éloignée(s) de la couche fonctionnelle que la couche d'interface en TiOX, comme par exemple une couche métallique, et en particulier une couche de titane métallique Ti.
La couche d'interface présente, de préférence, une épaisseur géométrique inférieure à 5 nm et de préférence comprise entre 0,5 et 2 nm et le revêtement de blocage présente ainsi, de préférence, une épaisseur géométrique inférieure à 5 nm et de préférence comprise entre 0,5 et 2 nm.
Cette épaisseur peut toutefois être supérieure et en particulier être du double de l'épaisseur de la couche d'interface si une autre couche est prévue dans le revêtement de blocage.
L'effet sous-jacent à l'invention peut être confirmé par l'analyse chimique locale effectuée au contact de la couche fonctionnelle et du revêtement de blocage en utilisant la microscopie électronique en transmission (TEM) combinée avec la spectroscopie de déperdition d'énergie d'électron (EELS).
La couche d'interface selon l'invention peut comporter un (ou plusieurs) autre(s) élément(s) chimique(s) choisi parmi l'un au moins des matériaux suivants Ti, V, Mn, Co, Cu, Zn, Zr, Hf, Al, Nb, Ni, Cr, Mo, Ta, ou d'un alliage à
base d'au moins un de ces matériaux.
Par ailleurs, le revêtement de blocage selon l'invention peut comporter en outre une (ou plusieurs) autre(s) couche(s), plus éloignée(s) de la couche fonctionnelle que la couche d'interface en TiOX, comme par exemple une couche métallique, et en particulier une couche de titane métallique Ti.
-7-Le vitrage selon l'invention incorpore au moins le substrat porteur de l'empilement selon l'invention, éventuellement associé à au moins un autre substrat. Chaque substrat peut être clair ou coloré. Un des substrats au moins notamment peut être en verre coloré dans la masse. Le choix du type de coloration va dépendre du niveau de transmission lumineuse et/ou de l'aspect colorimétrique recherché(s) pour le vitrage une fois sa fabrication achevée.
Ainsi pour des vitrages destinés à équiper des véhicules, des normes imposent que le pare-brise ait une transmission lumineuse TL d'environ 75 %
selon certaines normes ou 70 % selon d'autres normes, un tel niveau de transmission n'étant pas exigé pour les vitrages latéraux ou le toit-auto, par exemple. Les verres teintés que l'on peut retenir sont par exemple ceux qui, pour une épaisseur de 4 mm, présentent une TL de 65 % à 95 %, une transmission énergétique TE de 40 % à 80 %, une longueur d'onde dominante en transmission de 470 nm à 525 nm associée à une pureté de transmission de 0,4 % à 6 % selon l'Illuminant D65, ce que l'on peut traduire dans le système de colorimétrie (L, a*, b*) par des valeurs de a* et b* en transmission respectivement comprises entre -9 et 0 et entre -8 et +2.
Pour des vitrages destinés à équiper des bâtiments, le vitrage présente, de préférence, une transmission lumineuse TL d'au moins 75% voire plus pour des applications bas-émissif , et une transmission lumineuse TL d'au moins 40% voire plus pour des applications contrôle solaire .
Le vitrage selon l'invention peut présenter une structure feuilletée, associant notamment au moins deux substrats rigides du type verre par au moins une feuille de polymère thermoplastique, afin de présenter une structure de type verre/empilement de couches minces/feuille(s)/verre. Le polymère peut notamment être à base de polyvinylbutyral PVB, éthylène vinylacétate EVA, polyéthylène téréphtalate PET, polychlorure de vinyle PVC.
Le vitrage peut aussi présenter une structure de vitrage feuilleté dit asymétrique, associant un substrat rigide de type verre à au moins une feuille
Ainsi pour des vitrages destinés à équiper des véhicules, des normes imposent que le pare-brise ait une transmission lumineuse TL d'environ 75 %
selon certaines normes ou 70 % selon d'autres normes, un tel niveau de transmission n'étant pas exigé pour les vitrages latéraux ou le toit-auto, par exemple. Les verres teintés que l'on peut retenir sont par exemple ceux qui, pour une épaisseur de 4 mm, présentent une TL de 65 % à 95 %, une transmission énergétique TE de 40 % à 80 %, une longueur d'onde dominante en transmission de 470 nm à 525 nm associée à une pureté de transmission de 0,4 % à 6 % selon l'Illuminant D65, ce que l'on peut traduire dans le système de colorimétrie (L, a*, b*) par des valeurs de a* et b* en transmission respectivement comprises entre -9 et 0 et entre -8 et +2.
Pour des vitrages destinés à équiper des bâtiments, le vitrage présente, de préférence, une transmission lumineuse TL d'au moins 75% voire plus pour des applications bas-émissif , et une transmission lumineuse TL d'au moins 40% voire plus pour des applications contrôle solaire .
Le vitrage selon l'invention peut présenter une structure feuilletée, associant notamment au moins deux substrats rigides du type verre par au moins une feuille de polymère thermoplastique, afin de présenter une structure de type verre/empilement de couches minces/feuille(s)/verre. Le polymère peut notamment être à base de polyvinylbutyral PVB, éthylène vinylacétate EVA, polyéthylène téréphtalate PET, polychlorure de vinyle PVC.
Le vitrage peut aussi présenter une structure de vitrage feuilleté dit asymétrique, associant un substrat rigide de type verre à au moins une feuille
-8-de polymère de type polyuréthane à propriétés d'absorbeur d'énergie, éventuellement associée à une autre couche de polymères à propriétés auto-cicatrisantes . Pour plus de détails sur ce type de vitrage, on pourra se reporter notamment aux brevets EP-0 132 198, EP-0 131 523, EP-0 389 354.
Le vitrage peut alors présenter une structure de type verre/empilement de couches minces/feuille(s) de polymère.
Dans une structure feuilletée, le substrat porteur de l'empilement est de préférence en contact avec une feuille de polymère.
Les vitrages selon l'invention sont aptes à subir un traitement thermique sans dommage pour l'empilement de couches minces. Ils sont donc éventuellement bombés et/ou trempés.
Le vitrage peut être bombé et/ou trempé en étant constitué d'un seul substrat, celui muni de l'empilement. On parle alors de vitrage monolithique . Dans le cas où ils sont bombés, notamment en vue de constituer des vitrages pour véhicules, l'empilement de couches minces se trouve de préférence sur une face au moins partiellement non plane.
Le vitrage peut aussi être un vitrage multiple, notamment un double-vitrage, au moins le substrat porteur de l'empilement étant bombé et/ou trempé. Il est préférable dans une configuration de vitrage multiple que l'empilement soit disposé de manière à être tourné du côté de la lame de gaz intercalaire.
Lorsque le vitrage est monolithique ou en vitrage multiple du type double-vitrage ou vitrage feuilleté, au moins le substrat porteur de l'empilement peut être en verre bombé ou trempé, le substrat pouvant être bombé ou trempé avant ou après le dépôt de l'empilement.
L'invention concerne également le procédé de fabrication des substrats selon l'invention, qui consiste à déposer l'empilement de couches minces sur son substrat, notamment en verre, par une technique sous vide du type pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique. Il
Le vitrage peut alors présenter une structure de type verre/empilement de couches minces/feuille(s) de polymère.
Dans une structure feuilletée, le substrat porteur de l'empilement est de préférence en contact avec une feuille de polymère.
Les vitrages selon l'invention sont aptes à subir un traitement thermique sans dommage pour l'empilement de couches minces. Ils sont donc éventuellement bombés et/ou trempés.
Le vitrage peut être bombé et/ou trempé en étant constitué d'un seul substrat, celui muni de l'empilement. On parle alors de vitrage monolithique . Dans le cas où ils sont bombés, notamment en vue de constituer des vitrages pour véhicules, l'empilement de couches minces se trouve de préférence sur une face au moins partiellement non plane.
Le vitrage peut aussi être un vitrage multiple, notamment un double-vitrage, au moins le substrat porteur de l'empilement étant bombé et/ou trempé. Il est préférable dans une configuration de vitrage multiple que l'empilement soit disposé de manière à être tourné du côté de la lame de gaz intercalaire.
Lorsque le vitrage est monolithique ou en vitrage multiple du type double-vitrage ou vitrage feuilleté, au moins le substrat porteur de l'empilement peut être en verre bombé ou trempé, le substrat pouvant être bombé ou trempé avant ou après le dépôt de l'empilement.
L'invention concerne également le procédé de fabrication des substrats selon l'invention, qui consiste à déposer l'empilement de couches minces sur son substrat, notamment en verre, par une technique sous vide du type pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique. Il
-9-est possible ensuite d'effectuer sur le substrat revêtu un traitement thermique de bombage/trempe ou recuit sans dégradation de sa qualité
optique et/ou mécanique.
Il n'est toutefois pas exclu que la première ou les premières couches puissent être déposée(s) par une autre technique, par exemple par une technique de décomposition thermique de type pyrolyse.
La couche d'interface estdéposée à partir d'une cible céramique, dans une atmosphère non oxydante (c'est-à-dire sans introduction volontaire d'oxygène) constituée de préférence de gaz noble(s) (He, Ne, Xe, Ar, Kr).
Les détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent des exemples non limitatifs suivants, illustrés à l'aide des figures ci-jointes :
- la figure 1 illustre un empilement monocouche fonctionnelle dont la couche fonctionnelle est revêtue d'un revêtement de blocage selon l'invention ;
- la figure 2 illustre un empilement monocouche fonctionnelle dont la couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de blocage selon l'invention ;
- la figure 3 illustre un empilement monocouche fonctionnelle dont la couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de sur-blocage selon l'invention et sous un revêtement de sous-blocage selon l'invention ;
- la figure 4 illustre la résistivité en ohms par carré d'un empilement selon l'exemple 5 en fonction de l'épaisseur en angstrôms de la couche d'interface selon l'invention.
- la figure 5 illustre un empilement bicouches fonctionnelles dont chaque couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de sous-blocage selon l'invention ; et - la figure 6 illustre un empilement quadricouches fonctionnelles dont chaque couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de sous-blocage selon l'invention.
optique et/ou mécanique.
Il n'est toutefois pas exclu que la première ou les premières couches puissent être déposée(s) par une autre technique, par exemple par une technique de décomposition thermique de type pyrolyse.
La couche d'interface estdéposée à partir d'une cible céramique, dans une atmosphère non oxydante (c'est-à-dire sans introduction volontaire d'oxygène) constituée de préférence de gaz noble(s) (He, Ne, Xe, Ar, Kr).
Les détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent des exemples non limitatifs suivants, illustrés à l'aide des figures ci-jointes :
- la figure 1 illustre un empilement monocouche fonctionnelle dont la couche fonctionnelle est revêtue d'un revêtement de blocage selon l'invention ;
- la figure 2 illustre un empilement monocouche fonctionnelle dont la couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de blocage selon l'invention ;
- la figure 3 illustre un empilement monocouche fonctionnelle dont la couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de sur-blocage selon l'invention et sous un revêtement de sous-blocage selon l'invention ;
- la figure 4 illustre la résistivité en ohms par carré d'un empilement selon l'exemple 5 en fonction de l'épaisseur en angstrôms de la couche d'interface selon l'invention.
- la figure 5 illustre un empilement bicouches fonctionnelles dont chaque couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de sous-blocage selon l'invention ; et - la figure 6 illustre un empilement quadricouches fonctionnelles dont chaque couche fonctionnelle est déposée sur un revêtement de sous-blocage selon l'invention.
- 10-Les figures d'empilements ne respectent pas les proportions entre les épaisseurs des différentes couches afin que leur lecture en soit facilitée.
Les figures 1 et 2 illustrent des schémas d'empilements monocouche fonctionnelle, respectivement lorsque la couche fonctionnelle est munie d'un revêtement de sur-blocage et lorsque la couche fonctionnelle est munie d'un revêtement de sous-blocage.
Dans les exemples 1 à 5 et 11 à 13 qui suivent, l'empilement est déposé
sur le substrat 10, qui est un substrat en verre silico-sodo-calcique clair de 2,1 mm d'épaisseur. L'empilement comporte une couche fonctionnelle unique à
base d'argent 40.
Sous la couche fonctionnelle 40 se trouve un revêtement diélectrique 20 constitué d'une pluralité de couches superposées à base de matériau diélectrique référencées 22, (23), 24 et sur la couche fonctionnelle 40 se trouve un revêtement diélectrique 60 constitué d'une pluralité de couches superposées à base de matériau diélectrique référencées 62, 64.
Dans les exemples 1 à 3 et 11 à 13 :
= les couches 22 sont à base de Si3N4 et présentent une épaisseur physique de 20 nm ;
= les couches 24 sont à base de ZnO et présentent une épaisseur physique de 8 nm ;
= les couches 62 sont à base de ZnO et présentent une épaisseur physique de 8 nm ;
= les couches 64 sont à base de Si3N4 et présentent une épaisseur physique de 20 nm ;
= les couches 40 sont à base d'argent et présentent une épaisseur physique de 10 nm.
Seules changent, dans les différents exemples 1 à 3 et 11 à 13, la nature et l'épaisseur du revêtement de blocage.
Les figures 1 et 2 illustrent des schémas d'empilements monocouche fonctionnelle, respectivement lorsque la couche fonctionnelle est munie d'un revêtement de sur-blocage et lorsque la couche fonctionnelle est munie d'un revêtement de sous-blocage.
Dans les exemples 1 à 5 et 11 à 13 qui suivent, l'empilement est déposé
sur le substrat 10, qui est un substrat en verre silico-sodo-calcique clair de 2,1 mm d'épaisseur. L'empilement comporte une couche fonctionnelle unique à
base d'argent 40.
Sous la couche fonctionnelle 40 se trouve un revêtement diélectrique 20 constitué d'une pluralité de couches superposées à base de matériau diélectrique référencées 22, (23), 24 et sur la couche fonctionnelle 40 se trouve un revêtement diélectrique 60 constitué d'une pluralité de couches superposées à base de matériau diélectrique référencées 62, 64.
Dans les exemples 1 à 3 et 11 à 13 :
= les couches 22 sont à base de Si3N4 et présentent une épaisseur physique de 20 nm ;
= les couches 24 sont à base de ZnO et présentent une épaisseur physique de 8 nm ;
= les couches 62 sont à base de ZnO et présentent une épaisseur physique de 8 nm ;
= les couches 64 sont à base de Si3N4 et présentent une épaisseur physique de 20 nm ;
= les couches 40 sont à base d'argent et présentent une épaisseur physique de 10 nm.
Seules changent, dans les différents exemples 1 à 3 et 11 à 13, la nature et l'épaisseur du revêtement de blocage.
-11-Pour les exemples 1 et 11, qui sont des contre-exemples, le revêtement de blocage respectivement 50, 30 comporte une seule couche respectivement en métal, ici du titane métallique ni oxydé, ni nitruré, cette couche étant déposée dans une atmosphère d'argon pur.
Dans le cas des exemples 2 et 12, qui sont des exemples selon l'invention, le revêtement de blocage respectivement 50, 30 comporte une couche une couche d'interface, respectivement 52, 32 en oxyde, ici de l'oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur de 1 nm, déposée dans une atmosphère d'argon pur à l'aide d'une cathode en céramique.
Dans le cas des exemples 3 et 13, qui sont des exemples selon l'invention, le revêtement de blocage respectivement 50, 30 comporte une couche d'interface, respectivement 52, 32 en oxyde, ici de l'oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur de 2 nm, déposée dans une atmosphère d'argon pur à l'aide d'une cathode en céramique.
Dans tous ces exemples, les dépôts successifs des couches de l'empilement s'effectuent par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique, mais toute autre technique de dépôt peut être envisagée à partir du moment où elle permet un bon contrôle et une bonne maîtrise des épaisseurs des couches à déposer.
L'installation de dépôt comprend au moins une chambre de pulvérisation munie de cathodes équipées de cibles en matériaux appropriés sous lesquels le substrat 1 passe successivement. Ces conditions de dépôt pour chacune des couches sont les suivantes :
= les couches 40 à base d'argent sont déposées à l'aide d'une cible en argent, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère d'argon pur, = les couches 24 et 62 à base de ZnO sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible de zinc, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène,
Dans le cas des exemples 2 et 12, qui sont des exemples selon l'invention, le revêtement de blocage respectivement 50, 30 comporte une couche une couche d'interface, respectivement 52, 32 en oxyde, ici de l'oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur de 1 nm, déposée dans une atmosphère d'argon pur à l'aide d'une cathode en céramique.
Dans le cas des exemples 3 et 13, qui sont des exemples selon l'invention, le revêtement de blocage respectivement 50, 30 comporte une couche d'interface, respectivement 52, 32 en oxyde, ici de l'oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur de 2 nm, déposée dans une atmosphère d'argon pur à l'aide d'une cathode en céramique.
Dans tous ces exemples, les dépôts successifs des couches de l'empilement s'effectuent par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique, mais toute autre technique de dépôt peut être envisagée à partir du moment où elle permet un bon contrôle et une bonne maîtrise des épaisseurs des couches à déposer.
L'installation de dépôt comprend au moins une chambre de pulvérisation munie de cathodes équipées de cibles en matériaux appropriés sous lesquels le substrat 1 passe successivement. Ces conditions de dépôt pour chacune des couches sont les suivantes :
= les couches 40 à base d'argent sont déposées à l'aide d'une cible en argent, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère d'argon pur, = les couches 24 et 62 à base de ZnO sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible de zinc, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène,
- 12-= les couches 22 et 64 à base de Si3N4 sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible en silicium dopée au à
l'aluminium, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère argon/azote.
Les densités de puissance et les vitesses de défilement du substrat 10 sont ajustées de manière connue pour obtenir les épaisseurs de couches voulues.
Pour chacun des exemples, la résistance de chaque empilement a été
mesurée, avant un traitement thermique (BHT) et après ce traitement thermique (AHT).
Le traitement thermique appliqué a constitué à chaque fois en un réchauffement à 620 C pendant 5 minutes, puis un refroidissement rapide à
l'air ambiant (environ 25 C).
Les résultats des mesures de résistance ont été transformés en résistivités R en ohms par carré et ont été rassemblées dans les tableaux ci-après.
Revêtement de sur-blocap ,e 50 R BHT(ohms/~) R AHT(ohms/~) Ex. 1 8,3 4,8 Ex. 2 5,1 4 Ex. 3 5 4 Tableau 1 Pour la couche d'interface en TiOX, la comparaison des valeurs de résistivité avant traitement thermique de l'exemple 1 avec les valeurs de résistivité avant traitement thermique des exemples 2 et 3 montre clairement une amélioration de la résistivité des exemples 2 et 3 avec des valeurs de résistivité bien inférieures à celles de l'exemple 1.
l'aluminium, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère argon/azote.
Les densités de puissance et les vitesses de défilement du substrat 10 sont ajustées de manière connue pour obtenir les épaisseurs de couches voulues.
Pour chacun des exemples, la résistance de chaque empilement a été
mesurée, avant un traitement thermique (BHT) et après ce traitement thermique (AHT).
Le traitement thermique appliqué a constitué à chaque fois en un réchauffement à 620 C pendant 5 minutes, puis un refroidissement rapide à
l'air ambiant (environ 25 C).
Les résultats des mesures de résistance ont été transformés en résistivités R en ohms par carré et ont été rassemblées dans les tableaux ci-après.
Revêtement de sur-blocap ,e 50 R BHT(ohms/~) R AHT(ohms/~) Ex. 1 8,3 4,8 Ex. 2 5,1 4 Ex. 3 5 4 Tableau 1 Pour la couche d'interface en TiOX, la comparaison des valeurs de résistivité avant traitement thermique de l'exemple 1 avec les valeurs de résistivité avant traitement thermique des exemples 2 et 3 montre clairement une amélioration de la résistivité des exemples 2 et 3 avec des valeurs de résistivité bien inférieures à celles de l'exemple 1.
-13-La présence de la couche de TiOx déposée sur la couche fonctionnelle métallique à base d'argent à la place de la couche de titane métallique améliore donc la résistivité avant ou sans traitement thermique.
La comparaison des valeurs de résistivité après traitement thermique de l'exemple 1 avec les valeurs de résistivité après traitement thermique des exemples 2 et 3 montre également clairement une amélioration de la résistivité dans le cas des exemples 2 et 3 avec des valeurs de résistivité
inférieures à celles obtenues avec l'exemple 1.
Ces résultats prouvent l'influence forte de l'état d'oxydation à l'interface avec la couche métallique fonctionnelle à base d'argent dans le revêtement de sur-blocage.
Ainsi, pour le revêtement de sur-blocage, un état oxydé du titane à cette interface avec la couche à base d'argent améliore la résistivité alors qu'un état métallique est néfaste pour la résistivité.
Pour s'en assurer, nous avons par la suite procédé à un dépôt identique à
celui de l'exemple 3 à ceci près que l'atmosphère de dépôt de la couche d'interface 52 en TiOx a été modifiée : d'une atmosphère non oxydante, nous sommes passé à une atmosphère très légèrement oxydante avec une flux d'oxygène de 1 sccm pour un flux d'argon de 150 sccm.
Nous avons observé qu'avec un état pourtant seulement très légèrement oxydant la résistivité de l'empilement était encore bien plus grande que dans le cas de l'exemple 1.
Le mécanisme fondamental de cette réduction de la résistivité à
l'interface avec l'argent n'est pas complètement compris. Il est possible qu'il se produise une réaction chimique et/ou une diffusion de l'oxygène.
Un profil en spectrométrie de perte d'énergie des électrons (EELS) a été
réalisé à travers le revêtement de blocage de ce contre-exemple de l'exemple 3. Cette expérience a montré qu'à proximité de la couche fonctionnelle le signal de l'oxygène est détecté pour ce contre-exemple.
La comparaison des valeurs de résistivité après traitement thermique de l'exemple 1 avec les valeurs de résistivité après traitement thermique des exemples 2 et 3 montre également clairement une amélioration de la résistivité dans le cas des exemples 2 et 3 avec des valeurs de résistivité
inférieures à celles obtenues avec l'exemple 1.
Ces résultats prouvent l'influence forte de l'état d'oxydation à l'interface avec la couche métallique fonctionnelle à base d'argent dans le revêtement de sur-blocage.
Ainsi, pour le revêtement de sur-blocage, un état oxydé du titane à cette interface avec la couche à base d'argent améliore la résistivité alors qu'un état métallique est néfaste pour la résistivité.
Pour s'en assurer, nous avons par la suite procédé à un dépôt identique à
celui de l'exemple 3 à ceci près que l'atmosphère de dépôt de la couche d'interface 52 en TiOx a été modifiée : d'une atmosphère non oxydante, nous sommes passé à une atmosphère très légèrement oxydante avec une flux d'oxygène de 1 sccm pour un flux d'argon de 150 sccm.
Nous avons observé qu'avec un état pourtant seulement très légèrement oxydant la résistivité de l'empilement était encore bien plus grande que dans le cas de l'exemple 1.
Le mécanisme fondamental de cette réduction de la résistivité à
l'interface avec l'argent n'est pas complètement compris. Il est possible qu'il se produise une réaction chimique et/ou une diffusion de l'oxygène.
Un profil en spectrométrie de perte d'énergie des électrons (EELS) a été
réalisé à travers le revêtement de blocage de ce contre-exemple de l'exemple 3. Cette expérience a montré qu'à proximité de la couche fonctionnelle le signal de l'oxygène est détecté pour ce contre-exemple.
-14-Revétement de sous-blocape 30 R BHT(ohms/~) R AHT(ohms/~) TL(%) BHT TL(%) AHT
Ex. 11 8 4,8 81,4 84,5 Ex. 12 7,7 5 Ex. 13 6,7 4,7 82,9 87,3 Tableau 2 Le cas du revêtement de sous-blocage est plus complexe que celui de sur-blocage car ce revêtement influence l'hétéro-épitaxie de l'argent sur la couche sous-jacente d'oxyde, en l'occurrence à base d'oxyde de zinc.
Contrairement au revêtement de sur-blocage, le revêtement de sous-blocage n'est en général pas exposé à une atmosphère de plasma contenant de l'oxygène. Ceci implique que lorsque le revêtement de sous-blocage est en titane métallique non oxydé et/ou non nitruré, il ne sera bien sûr pas oxydé
ni nitruré à l'interface avec la couche fonctionnelle à base d'argent.
Le dépôt d'une couche d'interface en oxyde entre la couche de blocage métallique et la couche fonctionnelle métallique est ainsi la seule manière de commander le contenu d'oxygène à l'interface entre le revêtement de sous-blocage et la couche métallique fonctionnelle.
Pour la couche d'interface en TiOx, la comparaison des valeurs de résistivité avant traitement thermique de l'exemple 11 avec les valeurs de résistivité avant traitement thermique des exemples 12 et 13 montre clairement une amélioration de la résistivité des exemples 12 et 13, avec des valeurs de résistivité bien inférieures à celles de l'exemple 11.
La présence de la couche de TiOx déposée à la place de la couche de titane métallique et sous la couche fonctionnelle métallique à base d'argent améliore donc la résistivité avant ou sans traitement thermique.
Ex. 11 8 4,8 81,4 84,5 Ex. 12 7,7 5 Ex. 13 6,7 4,7 82,9 87,3 Tableau 2 Le cas du revêtement de sous-blocage est plus complexe que celui de sur-blocage car ce revêtement influence l'hétéro-épitaxie de l'argent sur la couche sous-jacente d'oxyde, en l'occurrence à base d'oxyde de zinc.
Contrairement au revêtement de sur-blocage, le revêtement de sous-blocage n'est en général pas exposé à une atmosphère de plasma contenant de l'oxygène. Ceci implique que lorsque le revêtement de sous-blocage est en titane métallique non oxydé et/ou non nitruré, il ne sera bien sûr pas oxydé
ni nitruré à l'interface avec la couche fonctionnelle à base d'argent.
Le dépôt d'une couche d'interface en oxyde entre la couche de blocage métallique et la couche fonctionnelle métallique est ainsi la seule manière de commander le contenu d'oxygène à l'interface entre le revêtement de sous-blocage et la couche métallique fonctionnelle.
Pour la couche d'interface en TiOx, la comparaison des valeurs de résistivité avant traitement thermique de l'exemple 11 avec les valeurs de résistivité avant traitement thermique des exemples 12 et 13 montre clairement une amélioration de la résistivité des exemples 12 et 13, avec des valeurs de résistivité bien inférieures à celles de l'exemple 11.
La présence de la couche de TiOx déposée à la place de la couche de titane métallique et sous la couche fonctionnelle métallique à base d'argent améliore donc la résistivité avant ou sans traitement thermique.
-15-La comparaison des valeurs de résistivité après traitement thermique de l'exemple 11 avec les valeurs de résistivité après traitement thermique des exemples 12 et 13 ne montre pas d'amélioration de la résistivité dans le cas des exemples 12 et 13 avec des valeurs de résistivité similaires à celles obtenues avec l'exemple 11.
Ces résultats prouvent également l'influence forte de l'état d'oxydation à
l'interface avec la couche métallique fonctionnelle à base d'argent dans le revêtement de sous-blocage.
Ainsi, pour le revêtement de sous-blocage aussi, un état oxydé du titane à cette interface avec la couche à base d'argent améliore la résistivité alors qu'un état métallique est néfaste pour la résistivité.
Par ailleurs, la présence de la couche d'interface en TiOx 32 améliore la transmission lumineuse, tant avant le traitement thermique que après ce traitement.
Enfin, les mesures de colorimétrie en réflexion côté empilement ont montré que dans le cas de l'exemple 13, les valeurs de a* et b* dans le système LAB restaient dans la boîte de couleur préférée, c'est-à-dire avec des valeurs de a* de l'ordre de 0 et des valeurs de b* de l'ordre de -3,5 alors que dans le cas de l'exemple 11, les valeurs de a* étaient de l'ordre de 1,2 et les valeurs de b* étaient de l'ordre de -6,8.
Les résultats de résistance mécanique aux différents tests habituellement appliqués aux empilements de couche minces (test Taber, test Erichsen brosse, ...) ne sont pas très bon, mais ces résultats sont améliorés par la présence d'une couche de protection sur le dessus de l'empilement.
Dans les exemples 4 et 5 selon l'invention, une configuration similaire à
celle de la figure 1 a été employée, avec dans l'ordre, sur le substrat 0 une couche 22 à base de Sn02 ;
Ces résultats prouvent également l'influence forte de l'état d'oxydation à
l'interface avec la couche métallique fonctionnelle à base d'argent dans le revêtement de sous-blocage.
Ainsi, pour le revêtement de sous-blocage aussi, un état oxydé du titane à cette interface avec la couche à base d'argent améliore la résistivité alors qu'un état métallique est néfaste pour la résistivité.
Par ailleurs, la présence de la couche d'interface en TiOx 32 améliore la transmission lumineuse, tant avant le traitement thermique que après ce traitement.
Enfin, les mesures de colorimétrie en réflexion côté empilement ont montré que dans le cas de l'exemple 13, les valeurs de a* et b* dans le système LAB restaient dans la boîte de couleur préférée, c'est-à-dire avec des valeurs de a* de l'ordre de 0 et des valeurs de b* de l'ordre de -3,5 alors que dans le cas de l'exemple 11, les valeurs de a* étaient de l'ordre de 1,2 et les valeurs de b* étaient de l'ordre de -6,8.
Les résultats de résistance mécanique aux différents tests habituellement appliqués aux empilements de couche minces (test Taber, test Erichsen brosse, ...) ne sont pas très bon, mais ces résultats sont améliorés par la présence d'une couche de protection sur le dessus de l'empilement.
Dans les exemples 4 et 5 selon l'invention, une configuration similaire à
celle de la figure 1 a été employée, avec dans l'ordre, sur le substrat 0 une couche 22 à base de Sn02 ;
- 16-= une couche intermédiaire 23 (non illustrée sur la figure 1) à base deTi02i = une couche 24 à base de Zn0 ;
= une couche métallique fonctionnelle 40 à base d'argent ;
= une couche d'interface 52 en oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur physique de 2 nm = une couche 62 à base de Zn0 ;
= une couche 64 à base de Si3N4 ;
= une couche de protection à base d'oxyde mixte d'étain et de zinc d'une épaisseur physique de 3 nm.
Dans le cas des exemples 4 et 5, qui sont des exemples selon l'invention, le revêtement de blocage respectivement 50 comporte une couche d'interface 52 en oxyde, ici de l'oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur de 2 nm, déposée dans une atmosphère d'argon pur à l'aide d'une cathode en céramique.
Les couches 24, 40, 52, 62 et 64 sont déposées comme précédemment.
La couche 22 à base de Sn02 est déposée par pulvérisation réactive à
l'aide d'une cible métallique d'étain, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène et la couche 23 à base de Ti02 est déposée par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible métallique d'étain, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène.
Le tableau 3 ci-après résume les épaisseurs physiques en nanomètres des couches des deux exemples 4 et 5 selon l'invention et le tableau 4 les caractéristiques essentielles de ces exemples.
= une couche métallique fonctionnelle 40 à base d'argent ;
= une couche d'interface 52 en oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur physique de 2 nm = une couche 62 à base de Zn0 ;
= une couche 64 à base de Si3N4 ;
= une couche de protection à base d'oxyde mixte d'étain et de zinc d'une épaisseur physique de 3 nm.
Dans le cas des exemples 4 et 5, qui sont des exemples selon l'invention, le revêtement de blocage respectivement 50 comporte une couche d'interface 52 en oxyde, ici de l'oxyde de titane sous-stoechiométrique TiOx, d'une épaisseur de 2 nm, déposée dans une atmosphère d'argon pur à l'aide d'une cathode en céramique.
Les couches 24, 40, 52, 62 et 64 sont déposées comme précédemment.
La couche 22 à base de Sn02 est déposée par pulvérisation réactive à
l'aide d'une cible métallique d'étain, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène et la couche 23 à base de Ti02 est déposée par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible métallique d'étain, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène.
Le tableau 3 ci-après résume les épaisseurs physiques en nanomètres des couches des deux exemples 4 et 5 selon l'invention et le tableau 4 les caractéristiques essentielles de ces exemples.
- 17-Couches Ex. 4 Ex. 5 40 14 10,5 Tableau 3 Par ailleurs, un contre-exemple de l'exemple 5 a été réalisé en déposant un empilement identique à celui de l'exemple 5 sauf en ce que la couche 52 n'a pas été déposée sous forme d'oxyde de titane d'une épaisseur de 2 nm, mais sous forme de titane métallique d'une épaisseur de 0,5 nm, déposé sous atmosphère neutre (argon).
R BHT(ohms/~) TL(%) BHT a* b*
Ex. 4 2 78, 5 1 -5 Ex. 5 3,5 88 1,5 -6,5 Contre-ex. 5 3,8 88 2,5 -6 (les couleurs sont celle observées en réflexion côté couches) Tableau 4 Les caractéristiques de ce contre-exemple montrent bien l'effet positif de la couche d'interface selon l'invention sur la résistivité de l'empilement, ainsi que sur la colorimétrie.
R BHT(ohms/~) TL(%) BHT a* b*
Ex. 4 2 78, 5 1 -5 Ex. 5 3,5 88 1,5 -6,5 Contre-ex. 5 3,8 88 2,5 -6 (les couleurs sont celle observées en réflexion côté couches) Tableau 4 Les caractéristiques de ce contre-exemple montrent bien l'effet positif de la couche d'interface selon l'invention sur la résistivité de l'empilement, ainsi que sur la colorimétrie.
- 18-Pour mieux comprendre encore cet effet, une série d'essais a été
réalisée sur la base de l'exemple 5 en faisant varier l'épaisseur de la couche d'interface entre 0,5 et 3 nanomètres.
La résistivité obtenue est reportée sur la figure 4. Cette figure montre ainsi que la résistivité obtenue est assez constante, quelle que soit l'épaisseur de la couche d'interface dans l'intervalle testé : elle se situe environ entre 3,5 et 3,7 0/~.
Il se trouve qu'en utilisant le même type d'empilement mais utilisant une couche de blocage en Ti métallique à la place de la couche d'interface comme dans le cas du contre-exemple 5 et en faisant varier l'épaisseur de la couche de blocage en Ti métallique sur la même plage d'épaisseur, une variation de plusieurs ohms est observée d'une extrémité à l'autre de la plage.
Revêtement de sous-blocape 30 et de sur-blocape 50 La figure 3 illustre une variante de l'invention correspondant à un empilement monocouche fonctionnelle, dont la couche fonctionnelle 40 est munie d'un revêtement de sous-blocage 30 et d'un revêtement de sur-blocage 50.
On a constaté que les effets obtenus pour les empilements des exemples 2 et 3 d'une part et 12 et 13 d'autre part étaient cumulables et que la résistivité de l'empilement était encore améliorée.
Pour améliorer la résistance mécanique, l'empilement est recouvert d'une couche de protection 200 à base d'oxyde mixte, comme un oxyde mixte d'étain et de zinc.
Des exemples à plusieurs couches fonctionnelles ont également été
réalisés. Ils conduisent aux mêmes conclusions que précédemment.
réalisée sur la base de l'exemple 5 en faisant varier l'épaisseur de la couche d'interface entre 0,5 et 3 nanomètres.
La résistivité obtenue est reportée sur la figure 4. Cette figure montre ainsi que la résistivité obtenue est assez constante, quelle que soit l'épaisseur de la couche d'interface dans l'intervalle testé : elle se situe environ entre 3,5 et 3,7 0/~.
Il se trouve qu'en utilisant le même type d'empilement mais utilisant une couche de blocage en Ti métallique à la place de la couche d'interface comme dans le cas du contre-exemple 5 et en faisant varier l'épaisseur de la couche de blocage en Ti métallique sur la même plage d'épaisseur, une variation de plusieurs ohms est observée d'une extrémité à l'autre de la plage.
Revêtement de sous-blocape 30 et de sur-blocape 50 La figure 3 illustre une variante de l'invention correspondant à un empilement monocouche fonctionnelle, dont la couche fonctionnelle 40 est munie d'un revêtement de sous-blocage 30 et d'un revêtement de sur-blocage 50.
On a constaté que les effets obtenus pour les empilements des exemples 2 et 3 d'une part et 12 et 13 d'autre part étaient cumulables et que la résistivité de l'empilement était encore améliorée.
Pour améliorer la résistance mécanique, l'empilement est recouvert d'une couche de protection 200 à base d'oxyde mixte, comme un oxyde mixte d'étain et de zinc.
Des exemples à plusieurs couches fonctionnelles ont également été
réalisés. Ils conduisent aux mêmes conclusions que précédemment.
- 19-La figure 5 illustre ainsi une variante à deux couches métalliques fonctionnelles à base d'argent 40 ; 80 ; et de trois revêtements diélectriques 20 ; 60 ; 100 ; lesdits revêtements étant composés d'une pluralité de couches, respectivement 22, 24 ; 62, 64, 66 ; 102, 104, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques.
= les couches 40 ; 80 ; à base d'argent sont déposées à l'aide d'une cible en argent, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère d'argon pur, = les couches 24 ; 62, 66 ; 102, sont à base de ZnO et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible de zinc, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène, = les couches 22, 64, et 104, sont à base de Si3N4 et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible en silicium dopée à
l'aluminium, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère argon/azote.
L'empilement est recouvert d'une couche de protection 200 à base d'oxyde mixte, comme un oxyde mixte d'étain et de zinc.
Chaque couche fonctionnelle 40, 80 est déposée sur un revêtement de sous-blocage 30, 70 constitué respectivement d'une couche d'interface 32, 72 en oxyde de titane TiOX immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle.
La figure 6 illustre par ailleurs une variante à quatre couches métalliques fonctionnelles à base d'argent 40 ; 80 ; 120 ; 160 ; et de cinq revêtements diélectriques 20 ; 60 ; 100 ; 140 ; 180 ; lesdits revêtements étant composés d'une pluralité de couches, respectivement 22, 24 ; 62, 64, 66 ; 102, 104, 106 ; 142, 144, 146 ; 182, 184 ; de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques.
= les couches 40 ; 80 ; à base d'argent sont déposées à l'aide d'une cible en argent, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère d'argon pur, = les couches 24 ; 62, 66 ; 102, sont à base de ZnO et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible de zinc, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène, = les couches 22, 64, et 104, sont à base de Si3N4 et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible en silicium dopée à
l'aluminium, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère argon/azote.
L'empilement est recouvert d'une couche de protection 200 à base d'oxyde mixte, comme un oxyde mixte d'étain et de zinc.
Chaque couche fonctionnelle 40, 80 est déposée sur un revêtement de sous-blocage 30, 70 constitué respectivement d'une couche d'interface 32, 72 en oxyde de titane TiOX immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle.
La figure 6 illustre par ailleurs une variante à quatre couches métalliques fonctionnelles à base d'argent 40 ; 80 ; 120 ; 160 ; et de cinq revêtements diélectriques 20 ; 60 ; 100 ; 140 ; 180 ; lesdits revêtements étant composés d'une pluralité de couches, respectivement 22, 24 ; 62, 64, 66 ; 102, 104, 106 ; 142, 144, 146 ; 182, 184 ; de manière à ce que chaque couche fonctionnelle soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques.
- 20 -= les couches 40 ; 80 ; 120 ; 160 à base d'argent sont déposées à
l'aide d'une cible en argent, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère d'argon pur, = les couches 24 ; 62, 66 ; 102, 106 ;142, 146 ; 182 sont à base de ZnO et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible de zinc, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène, = les couches 22, 64, 104, 144 et 184 sont à base de Si3N4 et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible en silicium dopée au bore ou à l'aluminium, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère argon/azote.
L'empilement est également recouvert d'une couche de protection 200 à
base d'oxyde mixte, comme un oxyde mixte d'étain et de zinc.
Chaque couche fonctionnelle 40 ; 80 ; 120 ; 160 est déposée sur un revêtement de sous-blocage 30 ; 70 ; 110 ; 150 constitué respectivement d'une couche d'interface 32 ; 72 ; 112 ; 152 en oxyde de titane TiOX
immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle.
La présente invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple.
Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet tel que défini par les revendications.
l'aide d'une cible en argent, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère d'argon pur, = les couches 24 ; 62, 66 ; 102, 106 ;142, 146 ; 182 sont à base de ZnO et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible de zinc, sous une pression de 0,3 Pa et dans une atmosphère argon/oxygène, = les couches 22, 64, 104, 144 et 184 sont à base de Si3N4 et sont déposées par pulvérisation réactive à l'aide d'une cible en silicium dopée au bore ou à l'aluminium, sous une pression de 0,8 Pa dans une atmosphère argon/azote.
L'empilement est également recouvert d'une couche de protection 200 à
base d'oxyde mixte, comme un oxyde mixte d'étain et de zinc.
Chaque couche fonctionnelle 40 ; 80 ; 120 ; 160 est déposée sur un revêtement de sous-blocage 30 ; 70 ; 110 ; 150 constitué respectivement d'une couche d'interface 32 ; 72 ; 112 ; 152 en oxyde de titane TiOX
immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle.
La présente invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple.
Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet tel que défini par les revendications.
Claims (11)
1. Substrat (10), notamment substrat verrier transparent, muni d'un empilement de couches minces comportant une alternance de n couches fonctionnelles (40) à propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire, notamment de couches fonctionnelles métalliques à
base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent, et de (n + 1) revêtements diélectriques (20, 60), avec n >= 1, lesdits revêtements étant composés d'une ou d'une pluralité de couches (22, 24, 62, 64), dont au moins une en matériau diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle (40) soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques (20, 60), caractérisé en ce qu'au moins une couche fonctionnelle (40) comporte un revêtement de blocage (30, 50) constitué d'au moins une couche d'interface (32, 52) immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle, cette couche d'interface étant à base d'oxyde de titane TiO x.
base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent, et de (n + 1) revêtements diélectriques (20, 60), avec n >= 1, lesdits revêtements étant composés d'une ou d'une pluralité de couches (22, 24, 62, 64), dont au moins une en matériau diélectrique, de manière à ce que chaque couche fonctionnelle (40) soit disposée entre au moins deux revêtements diélectriques (20, 60), caractérisé en ce qu'au moins une couche fonctionnelle (40) comporte un revêtement de blocage (30, 50) constitué d'au moins une couche d'interface (32, 52) immédiatement en contact avec ladite couche fonctionnelle, cette couche d'interface étant à base d'oxyde de titane TiO x.
2. Substrat (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'empilement comporte deux couches fonctionnelles (40, 80) alternées avec trois revêtements (20, 60, 100).
3. Substrat (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la couche d'interface (32, 52) en TiO x est partiellement oxydée avec 1,5 <= x <= 1,98.
4. Substrat (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'interface (32, 52) présente une épaisseur géométrique inférieure à 5 nm et de préférence comprise entre 0,5 et 2 nm.
5. Substrat (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'interface (32, 52) comporte un (ou plusieurs) autre(s) élément(s) chimique(s) choisi parmi l'un au moins des matériaux suivants Ti, V, Mn, Co, Cu, Zn, Zr, Hf, Al, Nb, Ni, Cr, Mo, Ta, ou d'un alliage à base d'au moins un de ces matériaux.
6. Substrat (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'interface (32, 52) est déposée à partir d'une cible céramique, dans une atmosphère non oxydante.
7. Substrat (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement de blocage (30, 50) comporte en outre une (ou plusieurs) autre(s) couche(s).
8. Substrat (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement de blocage (30, 50) présente une épaisseur géométrique comprise entre 0,5 et 5 nm, voire entre 1 et 10 nm s'il comporte au moins deux couches.
9. Vitrage incorporant au moins un substrat (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, éventuellement associé à au moins un autre substrat.
10. Vitrage selon la revendication précédente monté en monolithique ou en vitrage multiple du type double-vitrage ou vitrage feuilleté, caractérisé en ce qu'au moins le substrat porteur de l'empilement est en verre bombé ou trempé.
11. Procédé de fabrication du substrat (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on dépose l'empilement de couches minces sur le substrat (10) par une technique sous vide du type pulvérisation cathodique éventuellement assistée par champ magnétique, et en ce que la couche d'interface (32, 52) est déposée à partir d'une cible céramique, dans une atmosphère non oxydante.
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