CN101367620B - 日照控制低辐射涂层 - Google Patents

Abstract

本发明提供具有日照控制低辐射涂层的基底。该日照控制低辐射涂层包括一层或多层介电吸收膜。在一些实施方案中，所述介电吸收膜具有小于1.9的吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}。

Description

日照控制低辐射涂层

发明领域

本发明提供用于基底的涂层：具体为具有遮蔽性能的低辐射涂层。本发明还提供制备这种涂层和IG单元、单片板(monolithic panes)及具有这些涂层的其它基底的方法。

背景技术

低辐射涂层是公知的。典型的，其包括一层或多层红外反射膜，每层所述反射膜位于两层或多层透明介电膜之间。红外反射膜(典型的为导电金属(如银))通过涂层降低辐射热传导。透明介电膜用于降低可见光反射率并控制其它的涂层性质，比如颜色。

可以设计低辐射涂层，使其具有理想的遮蔽性能。众所周知，窗户的日照得热量系数(SHGC)是入射太阳辐射通过窗户接收的百分比。在多种应用中，具有低日照得热量的窗户具有独特的优点。在温暖的气候下，具有低日照得热量的窗户特别理想。例如，对美国南部的建筑物的日照得热量系数一般推荐为约0.4及其以下。另外，暴露在大量不需要的日照下的窗户也得益于低日照得热量系数。例如，建筑物东侧或西侧的窗户在早上和下午往往得到大量的日照。对于这些和其它各种应用，窗户的日照得热量系数对于保持建筑物内部舒适的环境来说起到关键作用。因此，提供具有低日照得热量系数涂层(即高遮蔽能力的涂层)的窗户或其它的玻璃制品(glazings)非常有益。

在制造高遮蔽能力的涂层时常常要权衡利弊，这是因为，选择实现低SHGC的膜组合物和/或厚度具有限制可见光反射率高于理想水平的作用。因此，具有这些涂层的窗户多少具有一些类似镜子的外观。此外，传统的高遮蔽能力涂层的透射和反射颜色可能并不理想。例如，这些涂层的色调(hue)与期望的色调相比偏红。这些涂层的彩度(chroma)也比期望的彩度大。在大多数情况下，优选提供颜色尽可能呈中性(即无色)的涂层。因此，传统低日照得热量涂层的反射和透射颜色在色度和彩度上不理想。

始终如一地制备出具有上述理想性能的任何低辐射涂层很有挑战性。一些低辐射涂层在各银膜上具有厚金属阻隔层(blocker layer)。这些厚阻隔层用于形成遮蔽性能，同时保护银膜并保持其它性能(例如，颜色)的平衡。但是，已经发现，当使用厚金属阻隔层时，透射和反射颜色则显得有些难以控制。当生产能够控制，以得到具有优良颜色性能的产品时，则可以理想地提供高遮蔽能力的涂层，并且特别容易制备具有一致颜色性能的所述涂层。

玻璃回火一般将玻璃加热到680℃左右的高温。低辐射涂层(包括具有厚金属阻隔层的涂层)会在回火中显著变化。为了适应发生在回火中的变化，有时成对提供低辐射涂层，包括回火型和非回火型。在这些情况下，回火型的膜层叠体(film stack)不同于非回火型膜层叠体。这些涂层的设计使得回火型涂层在回火后具有和非回火型涂层相配的性质。

另外，一些已知的回火型涂层在回火前耐久性方面有局限。尽管可以通过采取合适的处理和储存来解决该问题，提供回火前耐久性特别优良的回火型高遮蔽能力的涂层是理想的。

提供能够实现下列特征的低辐射涂层是理想的：遮蔽性能、低可见光反射率、令人满意的颜色特征(包括颜色稳定性，其将在下文中述及)、优良的耐久性(包括非回火型产品的优良耐久性、回火型产品回火前的优良耐久性，以及回火型产品回火后的优良耐久性)以及优良的热稳定性(例如，在回火型产品的情况中)。

发明概述

在某些实施方案中，本发明提供具有日照控制低辐射涂层的透明基底。所述涂层包括最内层的红外反射膜(优选包含银)和最外层的红外反射膜(优选包含银)。在本发明的实施方案中，第一介电吸收膜位于基底和最内层的红外辐射膜之间，第二介电吸收膜比最外层红外反射膜距离基底更远。在本发明的实施方案中，第一介电吸收膜具有小于2的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}，优选在0.52和1.9之间，第二介电吸收膜具有小于2的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}，优选在0.52和1.9之间。

一组实施方案中提供了具有双型低辐射涂层的透明基底。所述涂层包括第一红外反射膜(优选包含银)和第二红外反射膜(优选包含银)。第一红外反射膜比第二红外反射膜更接近基底。在本实施方案组中，所述涂层在第一和第二红外反射膜之间具有中间涂层，且该中间涂层主要由透明介电膜组成。在本发明的实施方案组中，第一介电吸收膜位于基底和第一红外反射膜之间，第二介电吸收膜比第二红外反射膜距离基底更远。

在一些实施方案中，本发明提供具有三型低辐射涂层的透明基底。这里，所述涂层向外依次包括：包含氮化物的第一吸收膜、第一红外反射膜(优选包含银)、第一间隔涂层(spacer coat)、第二红外反射膜(优选包含银)、第二间隔涂层、第三红外反射膜(优选包含银)及包含氮化物的第二吸收膜。在本发明的实施方案中，第一和第二间隔涂层优选主要由透明介电膜组成。

附图说明

图1为根据本发明的一些实施方案具有低辐射涂层的基底的横截面示意图；

图2为根据本发明的一个实施方案组具有双型低辐射涂层的基底的横截面示意图；

图3为根据本发明的另一个实施方案组具有三型低辐射涂层的基底的横截面示意图；

图4为包括板材的多块隔热玻璃单元(multiple-pane insulating glazingunit)的部分剥离的横截面侧视图，所述板材具有根据本发明的一些实施方案的低辐射涂层；

图5为具有低辐射涂层的板材的部分剥离透视图，根据本发明一些实施方案所述板材安装在建筑物外墙上；

图6为用于本发明的某些方法中的溅射室的侧视示意图；

图7的曲线图显示了根据本发明的某些实施方案的两种不同介电吸收剂组合物的消光系数与波长的关系。

图8的曲线图显示了图7的两种介电吸收剂组合物的反射率与波长的关系；

图9的曲线图显示了根据本发明的某些实施方案的具有低辐射涂层的单片基底的透射颜色性质和玻璃侧反射；

图10的曲线图显示了具有根据本发明某些实施方案的低辐射涂层的单片基底的透射颜色性质和膜侧反射；

图11的曲线图显示了具有根据本发明某些实施方案的低辐射涂层的单片基底的透射和玻璃侧反射数据。

图12为图11中数据的可见光波谱部分的详细曲线图；

图13的曲线图显示了具有根据本发明某些实施方案的低辐射涂层的单片基底的透射和膜侧反射数据；

图14为图13中数据的可见光波谱部分的详细曲线图。

具体实施方式

下面的详细说明参考附图来理解，其中不同附图中相同的元件具有相同的数字标记。这些附图不需要标度，描述了选择的实施方案，并且不限制本发明的范围。本领域技术人员可以知道，给出的实例具有多种变化，但都落入本发明的范围内。

图1显示出基底10具有表面(例如主表面)14，其具有日照控制低辐射涂层20。日照控制低辐射涂层20具有有利的遮蔽性质。在一些情况中，所述涂层用作回火型和非回火型两种低辐射涂层。在这种情况中，该涂层优选在回火前后具有相同或基本相同的性能。

适合的基底类型非常广泛。在一些情况中，所述基底为片状基底，其具有一般为相对的第一主表面12和第二主表面14。例如，基底可以为片状的透明材料(即透明片)。但是，基底在所有实施方案中并不严格要求为片状，也不要求为透明。

对于许多应用，所述基底包括透明(或至少半透明)材料，例如玻璃或塑料。例如，在某些实施方案中基底为玻璃片(例如窗玻璃)。可以使用很多类型的玻璃，通常优选为钠-钙玻璃(soda-lime glass)。在某些实施方案中，基底为窗户、天窗、门或其它玻璃装配件(例如车用玻璃)的一部分。

可以使用各种尺寸的基底。通常使用大面积的基底。某些实施方案中使用主要尺寸(如，长度或宽度)至少为约0.5m的基底，优选至少为约1m，可能更优选为至少为约1.5米(例如在约2米和约4米之间)，在一些情况中，为至少约3米。在一些情况中，基底为长度和/或宽度在约3米和约10米之间的大型玻璃片材(jumbo glass sheet)，例如，宽度约3.5m，长度约6.5米的玻璃片材。也可以预期长度和/或宽度大于约10米的基底。

在一些实施方案中，基底通常为方形或矩形玻璃片。这些实施方案中的基底具有前一段中和/或下一段中描述的任意尺寸。在一个实施方案中，基底为矩形玻璃片材，其宽度在约3米和约5米之间，例如约3.5米，并且，长度在约6米和约10米之间，例如约6.5米。

可以使用各种厚度的基底。在一些情况中，基底厚度约为1-5mm。某些实施方案中的基底厚度在约2.3mm和约4.8mm之间，可能更优选在约2.5mm和约4.8mm之间。当基底为浮法玻璃时，通常具有约4mm和约19mm的厚度。在其它实施方案中，基底为厚度在约0.35mm和约1.9mm之间的薄片。

如图1所示，日照控制低辐射涂层20沉积在基底10的表面14上。涂层20可具有两层红外反射膜(参见图2)、三层红外反射膜(参见图3)，或更多层红外反射膜。优选地，各红外反射膜包含银。

图2显示了双型低辐射涂层20，其具有两层红外反射膜。这里，涂层20包括基底涂层30、第一红外反射膜50、中间涂层70、第二红外反射膜150，以及外涂层90。在一些情况中，向图示的膜层叠体上添加阻隔层，如下文所述。

基底涂层30包括至少一个介电膜。这里使用的术语“介电”指用于薄膜玻璃件应用中的任何非金属(即非纯金属也非金属合金)化合物类型。包括金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属硫化物、金属硼化物及它们的组合(例如氧氮化物)。另外，术语“金属”在此处的定义包括适当的金属和半金属(即准金属)。可用的金属氧化物包括锌、锡、铟、铝、铋、钛、铪、锆的氧化物及其混合物。虽然金属氧化物由于方便和低成本而有利，但也可以有利地使用金属氮化物(例如氮化硅)。本领域技术人员熟知其它可用的介电材料。

基底涂层的光学厚度应当适合于抵抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。该光学厚度例如在约

到约

的范围内，如在约

到约

之间。

优选地，基底涂层30包括介电吸收膜。所述介电吸收膜具有足够的吸收率，对光学设计来说是重要的。因此，它由介电材料形成，所述介电材料至少部分吸收可见光辐射。例如，550nm的消光系数(k)可任选地大于0.1、大于0.4、大于0.6，或者甚至大于0.75.例如，氮化钛在550nm处的消光系数大于0.1。介电吸收膜有助于涂层20形成理想的可见光透射率和遮蔽能力，同时也对于涂层的稳定性(颜色稳定性、热稳定性或者两者)以及耐久性有利。

在一些情况中，介电吸收膜包含氮化物。例如，介电吸收膜可包含氮化钛和/或氮化铌。任选地，该膜主要由氮化钛和/或氮化铌组成。

在某些实施方案中，介电吸收膜包含氧氮化物。例如，可以使用包含(或主要组成为)氧氮化钛和/或氧氮化铌的膜。在一个实施方案中，氧氮化物包含钛和铝。

如上所述，某些实施方案使用了同时包含氮化钛和氮化铌的介电吸收膜。一些这样的实施方案使用的吸收膜主要由氮化钛和氮化铌组成。在一个这种实施方案中，氮化钛的含量百分比大于氮化铌。这样可以优选得到特别的颜色性质。

在其它的实施方案中，介电吸收膜包含铝、铬、锆、镍-铬或其它金属的氮化物。这里，吸收膜可任选地主要由所需金属的氮化物组成。可选地，主要由所需金属的氧氮化物组成。

在一组实施方案中，介电吸收膜包含部分氮化膜(partially nitrided film)、部分氧化膜(partially oxidized film)或者部分氧氮化膜(partially oxynitridedfilm)。部分氧化膜(例如，低价氧化物)例如，可以使用陶瓷低价氧化物靶材(如美国专利No.6461686、6468402和6511587(在此各篇文献的教导被引为参考)中描述的那些)沉积。这种靶材也可选择条件(例如在气体混合物中)进行溅射，以沉积部分氧氮化膜。其它实施方案提供了包含锌和铝的部分氮化膜、部分氧化膜或者部分氧氮化膜。术语“部分氮化”、“部分氧化”、和“部分氧氮化”指不完全氮化、不完全氧化或不完全氧氮化的膜。

某些实施方案提供了透明介电材料和贵金属的混合物作为介电吸收膜。举例有例如，透明介电膜可以为氮化硅，贵金属可以为金或铱。当使用透明介电材料和贵金属的混合物时，需要避免沉积期间贵金属的氧化。

在一些实施方案中，介电吸收膜包含透明介电材料和至少部分吸收性的介电材料的混合物。实例包括氮化硅和氮化钛的混合物、氮化硅和氮化铝和氮化钛的混合物、氧化铌和氮化铌的混合物以及这些混合物的氧氮化物。可以使用许多其它的吸收和非吸收电介质的混合物。

一组实施方案使用了包含氮化硅和至少一种其它氮化物(优选为部分吸收性的)的混合物。如上所述，氮化钛可以和氮化硅混合。另一个实例是包含氮化硅和氮化铌的混合物。也可以使用包含氮化硅、氮化钛和氮化铌的膜。另一个实例是包含氮化硅和氮化铬的混合物。还有另一个实例是包含氮化硅和氮化锆的混合物。氮化硅也可以和多种镍-铬氮化物混合。任选地，可以在上述任意的混合物中使用氮化铝。另外，所需混合物可以包括附加组分，例如，混合物可以包括任意三种或更多种提到的氮化物。混合的氮化物可任选地主要由氮化物膜(nitride film)组成。或者，它可以包括有效量的氧化物和/或者氧氮化物。另外，上述提到的任何混合的氮化物可以由特定元素的氧氮化物代替。

在一组优选的实施方案中，介电吸收膜是中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}在0.52和1.9之间(例如在0.55和1.8之间)的有利的中性吸收剂。中性吸收剂使生产商可以采用颜色相对中性的基本层叠体，例如，相对的呈颜色中性的银基层叠体，并在没有吸收效应的条件下实现各种水平的遮蔽性能，所述吸收效应会严重影响基本层叠体的颜色性质。这可以得到具有不同水平的遮蔽能力的涂敷基底，从两侧得到优良的反射颜色、优良的透射颜色以及优良的颜色稳定性(以下述及)。

图7和8显示了氮化硅和氮化钛混合的两种混合物的消光系数(k)和反射率(n)与波长的关系的曲线图。在这些图中，虚线的曲线表示45％的氮化钛和55％的氮化硅，而实线曲线表示71％的氮化钛和29％的氮化硅的混合物。

在图7中，45％的氮化钛/55％的氮化硅具有等于约0.88-1.41的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}，71％的氮化钛/29％的氮化硅具有等于约0.69-1.02的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}。可以这样测定：(1)在380nm和450nm的范围取最高k值，在650nm和760nm的范围取最低k值，然后测定最高k值对最低k值的比值；(2)在380nm和450nm的范围取最低k值，在650nm和760nm的范围取最高k值，然后测定所述最低k值对最高k值的比值。这两个比值必须在本发明实施方案的中性吸收比的指定范围内。

图7显示了具有几乎相等比例的钛和硅的混合的氮化物在可见光谱内(380nm-780nm)的消光系数几乎不分散。这意味着非常中性的吸收。但是这些混合物仅仅是实例。在本发明的实施方案中，可以使用具有特定中性吸收比的任何中性吸收混合物。

在一些情况中，介电吸收膜直接位于基底10的表面14上。另外或者可选地，第一红外反射膜50可以直接位于该吸收膜上。因此在一个实施方案中，基底涂层30是(例如主要组成为，或者组成为)单个介电吸收膜(可任选地为氮化物或氧氮化物吸收膜)，而没有任何透明介电膜。下面的表1-3示例了这种实施方案。

在其它情况中，氧化锌、氧化锌锡、氧化锌铝、或者其它透明介电材料膜位于第一红外反射膜50和下面的介电吸收膜之间。如下文所述，术语“透明介电”指基本上对可见光辐射没有吸收的介电材料。

另外，可理想地在基底和基底涂层中的介电吸收膜之间提供透明介电膜。例如，可以使用包含氮化硅、二氧化硅、氧化锡、或者其它透明介电材料的膜。一个实施方案包括：玻璃/透明介电氮化物膜(如氮化硅)/氮化物吸收膜/透明介电氧化物膜/第一红外反射膜(其后为其余的涂层)。该实施方案有利于防止在对涂覆基底进行回火时有害的化学作用(不要求涂层在所有实施方案中可回火)。

在某些实施方案中，介电吸收膜具有小于

的光学厚度和/或小于

小于小于

或甚至小于

例如的物理厚度。另外或者可选地，介电吸收膜可以具有至少约

至少约

至少约

或至少约

的物理厚度。在一个实施方案中，介电吸收膜具有约

和约

之间的物理厚度，如在约

和约

之间。

内层红外反射膜50位于基底涂层30上。内层红外反射膜50可由任意所需的红外反射材料形成。优选为银。但是，可以使用金、铜和其它红外反射材料。类似的，可使用这些材料的合金或混合物。在多数情况中，优选使用银或含银层。这里使用的术语“含银”指至少含有一些银的任意膜。例如，可以以银与少量金(如约5％的金或更少)组合的形式提供红外反射膜。

内层红外反射膜的厚度选择为满足所需性质(所需的辐射性、可见光透射率等)。在某些实施方案中，物理厚度在约

和约

之间，如在约

和约

之间。在一些情况中，内层红外反射膜50的厚度基本上和第二红外反射膜150相同。但是，并非要求如此。在一个具体实施方案中(参见下表1)，内层红外反射膜50的厚度约为

参考图2，中间涂层70在内层红外反射膜50上。中间涂层包括至少一个透明介电膜。如上所述，这里使用的术语“透明介电膜”用于描述对可见光辐射基本不吸收的任意介电膜。对于这种类型的膜，消光系数并未高到对膜层叠体的光学设计有明显影响的程度。例如，这种膜在550nm的消光系数(k)小于0.1，如对于一些材料来说约为零。

中间涂层的光学厚度应适合于抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。例如，中间涂层的光学厚度可以在约

到约的范围，如在约

和约

之间。

优选地，中间涂层不包括任何介电吸收膜，而主要由透明介电膜组成。发现这种情况在颜色稳定性方面具有出人意料的优点。特别的，发现在涂层的上层和底层具有部分吸收膜时，可以在光学设计方面得到出人意料的自由度(latitude)，因为，相对于膜厚度的变化涂层非常稳定。这也意味着随视角变化的优良的颜色稳定性。相比之下，在红外反射膜之间具有吸收剂层几乎没有设计自由度。

在一些实施方案中，低价氧化物膜(而不是传统金属阻隔层)直接沉积在红外反射膜50上。优选地，陶瓷低价氧化物靶材用于实施方案中，其中，低价氧化物膜直接溅射沉积到红外反射膜50上。陶瓷低价氧化物靶材的实例包括钛的低价氧化物、锌铝低价氧化物以及铌低价氧化物。虽然这样的低价氧化物膜的厚度并无限制，但任选地，物理厚度小于(同时可能大于

)，如约

。例如，在本发明涂层的非回火实施方案中可以使用直接位于红外反射膜上的低价氧化物阻隔层。

在另一可选形式中，金属阻隔层可直接沉积在红外反射膜上。这样的阻隔层，例如，可沉积金属钛、铌、镍-铬等。在本涂层中，任何以金属形式沉积的阻隔层的物理厚度优选小于

小于

小于

或者可能甚至小于

对于回火型实施方案，提供两部分阻隔涂层是理想的。例如，薄金属膜直接位于各红外反射膜上(任选地＜

或者甚至＜

如约为

)，在其上面可直接沉积低价氧化物膜。这里，再次指出，低价氧化物膜的厚度不受限制(任选地＜

)。

另一可选形式是，在第一红外反射膜50上直接(即接触)沉积透明介电氮化物膜。下面的表1和2示例了氮化硅直接沉积在第一银膜上的实施方案。也可以使用其它氮化物材料。

在中间涂层70中几乎可以使用任意数量的透明介电膜。在一个实施方案中，使用了两层透明介电膜。中间涂层70，例如，可以包含第一透明电介质的第一膜和第二透明电介质的第二膜。一个示例性两层中间涂层70具有包含氮化物(如氮化硅)的第一透明介电膜和包含氧化物(如氧化锌、氧化锌锡或氧化锌铝)的第二透明介电膜。

如上所述，中间涂层(无论是一层或多层膜)优选主要由透明介电膜组成。因此，中间涂层优选并不具有明显(如光学上重要)厚度的任何介电吸收膜。在某些实施方案中，中间涂层的所有膜都不是介电吸收膜，而全部都是透明介电膜。

在图2中，第二红外反射膜150位于中间涂层70上。膜150可以包括上述任意的红外反射材料。第二红外反射膜的厚度选择使得满足所需辐射性、可见光透射率等。在某些实施方案中，物理厚度在约和约之间，或者在约和约

之间。在一些情况中，第二红外反射膜150的厚度基本上和内层红外反射膜50相同。例如在下表1中的膜层叠体中(其中，各银层的厚度为

)就是这种情况。但是，并非要求如此。

图2描述了涂层为双型低辐射涂层的实施方案。因此，第二红外反射膜150是涂层中的最外层红外反射膜。但是，如后文所讨论的，并非所有实施方案都是这种情况。

在图2中，外涂层90位于第二红外反射膜150上。外涂层90包括一层或多层介电膜。对于内层和中间层涂层，外涂层的光学厚度应当适合于抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。该光学厚度，例如，可以从约

到约

，例如在约

和约

之间。

优选地，外涂层90包含介电吸收膜。可以使用上述的任意介电吸收材料。

在设有介电吸收膜时，外涂层的介电吸收膜可任选地具有小于

的光学厚度，和/或小于小于

小于

或小于

例如约

的物理厚度。另外或可选地，该层可以具有至少约

至少约

至少约

或至少约

的物理厚度。在一个实施方案中，该层具有在约

和约

之间的物理厚度，例如在约

和约

之间。

在很多情况中，传统的阻隔层直接沉积在第二红外反射膜150上。在其它情况中，使用陶瓷低价氧化物靶材在第二红外反射膜上直接溅射沉积低价氧化物膜。在另一可选形式中，可使用两部分阻隔层。如上所述，这包括首先沉积薄金属膜，然后在该膜薄金属膜上直接沉积低价氧化物膜。如果需要，可选地，在第二红外反射膜150上直接沉积氮化物吸收膜。这种示例实施方案显示在下表1和2中。

优选的，在外涂层的介电吸收剂上至少设置一层膜(任选地为介电膜)。例如，可使用氮化硅最外层，如在美国专利No.6652974中所述的，其中有关最外层氮化硅的教导在此引入作为参考。在一些情况中，设置的氮化硅最外层具有小于约

小于约

或小于约

例如为约

的物理厚度。最外层可选地以部分氧化膜沉积。如果具有最外层氮化物层的涂覆基底被回火，那么最外层可能发生部分氧化。另一方面，如果最外层以部分氧化膜沉积，那么回火可能导致该层完全氧化(或者至少较多的氧化)。

下面描述双型低辐射涂层的一个实例。参考下面表1，低辐射涂层20包括以下顺序的膜：基底/(氮化钛和/或氮化铌)/银/氮化硅/氧化锌锡/(氮化钛和/或氮化铌)/氮化硅。表1中显示的厚度仅仅为示例。

表1

图3示出了三型低辐射涂层20，其具有三层红外反射膜。这里，涂层20包括基底涂层110、第一红外反射膜50、第一间隔膜涂层130、第二红外反射膜150、第二间隔涂层170、第三红外反射膜250及外涂层190。在一些情况中，向上述层叠体添加阻隔层，如此处所述。

基底层110包括至少一层介电膜。这里再次指出，基底涂层的光学厚度应当适合于抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。该光学厚度例如，可以在约

到约

范围内，例如在约

和约

之间。

优选地，基底涂层包括介电吸收膜。该介电吸收膜可以包含已经讨论的任何介电吸收材料。在某些实施方案中，该介电吸收膜具有小于的光学厚度，和/或小于

小于

小于

或小于

例如约的物理厚度。另外或可选地，该介电吸收膜可以具有至少约

至少约

至少约

或至少约

的物理厚度。在一个实施方案中，该介电吸收膜具有在约和约

之间的物理厚度，例如在约

和约

之间。

在某些实施方案中，基底涂层110(如主要组成为，或组成为)为单层介电吸收膜，没有任何透明介电膜。在其它实施方案中，氧化锌、氧化锌锡、氧化锌铝、或者其它透明介电材料的膜位于第一红外反射膜和下面的介电吸收膜之间。另外，一些实施方案在基底和上面的介电吸收膜之间设有氮化硅膜、二氧化硅膜、氧化锡膜、或其它介电膜。一个实施方案包括了以下各层：玻璃/透明介电氮化物膜(如氮化硅)/氮化物吸收膜/透明介电氧化物膜/第一红外反射膜(其后为其余的涂层)。该实施方案可有利于防止涂覆基底上进行任何回火过程中的有害化学作用。

内层红外反射膜50位于基底涂层110上。该膜50可以包括任何上述的红外反射材料。该内层红外反射膜50的厚度选择为可满足所需要的辐射性、可见光透射率等。在某些实施方案中，物理厚度在约

和约

之间。在一个实施方案中，内层红外反射膜的厚度约为

第一间隔涂层130设在第一红外反射膜50上。第一间隔涂层130可包括与图2中的中间涂层70相应的上述任意膜。在某些实施方案中，第一间隔涂层30主要由透明介电膜组成，并且优选地不包括任何介电吸收膜。

第一间隔涂层的光学厚度应当适合于抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。该光学厚度例如，可以在约

到约

范围内，例如在约

和约

之间。

第一间隔涂层130可以任选地包括直接位于第一红外反射膜50上的氮化物膜，例如氮化硅。当设有氮化物膜时，该氮化物膜可任选地具有在约

到约

之间的物理厚度，如约

但是并非要求这样的厚度范围。

在许多情况中，传统的阻隔层直接沉积于第一红外反射膜上。在其它情况中，低价氧化物层直接沉积在第一红外反射膜50上。对于另一种可选形式，可以使用两部分阻隔层，其在上文中有更详细的描述。

第二红外反射膜150位于第一间隔涂层130上。膜150可包括上述讨论过的任何红外反射材料。第二红外反射膜150的厚度选择为可满足所需的辐射性、可见光透射率等。在一些情况中，光学厚度在约

和约之间，如在约

和约

之间，在一个实施方案中，第二红外反射膜150具有约

的厚度。第二红外反射膜150可以任选地比内层和外层红外反射膜都厚。

第二间隔涂层170位于第二红外反射膜150上。第二间隔涂层170可包括包括与图2中的中间涂层70相应的上述任意膜。在一些情况中，第二间隔涂层70主要由透明介电膜组成。在这些情况中，第二间隔涂层优选地不包括任何介电吸收膜。更为一般地，在一些实施方案中，涂层中在任意两个红外反射层之间的所有介电膜都是透明介电膜。

第二间隔涂层的光学厚度应当适合于抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。该光学厚度例如，可以在约

到约

范围内，例如在约

和约

之间。

在一些情况中，第二间隔涂层170包括直接位于第二红外反射膜150上的氮化物膜，例如氮化硅。当设有氮化物膜时，该氮化物膜可任选地具有在约

到约

之间的光学厚度，如约

这样的厚度范围仅仅是示例。

在许多情况中，传统的阻隔层直接沉积于第二红外反射膜上。在另一个可选情况中，低价氧化物层可以直接沉积在第二红外反射膜上。对于另一种可选形式，可以使用两部分阻隔涂层。

第三红外反射膜250位于第二间隔涂层170上。该膜250可包括上述讨论过的任何红外反射材料。第三红外反射膜250的厚度选择为可满足所需的辐射性、可见光透射率等。在一些情况中，物理厚度在约

和约

之间，如约

和约

之间，在一个实施方案中，第三红外反射膜250具有约

的厚度。第三红外反射膜250的厚度可任选地与内层红外反射膜50基本相同。

在图3中，第三红外反射膜250为涂层中的最外层红外反射膜250。但是，并非所有实施方案中都是如此。例如，该涂层可以具有四个或更多个红外反射膜。

继续参照图3，外涂层190设在第三红外反射膜250上。这里外涂层190可以包括相应于图2的外涂层90的上述已经讨论过的任何膜。

外涂层的光学厚度应当适合于抗银膜反射(或者可以使用的任何其它红外反射膜)。该光学厚度例如，可以在约

到约

的范围内，例如在约

和约

之间。

优选地，外涂层190包含介电吸收膜。可以使用上面已经讨论过的任意介电吸收材料。在设有介电吸收膜时，外涂层的介电吸收膜具有小于

的光学厚度，和/或小于

小于

小于

或甚至小于

的物理厚度。另外或可选地，该层可以具有至少约

至少约

至少约

至少约

的物理厚度。在一个实施方案中，该层具有在约

和约

之间的物理厚度，例如在约

和约

之间。

在某些实施方案中，外涂层包括氮化硅最外层或其它膜，任选地光学厚度小于约75埃，如约50埃。

在很多情况中，在第三红外反射膜上直接沉积有传统的阻隔层。在其它的情况中，在第三红外反射膜上直接沉积低价氧化物层。作为另一种可选形式，可以使用两部分阻隔层。

下面描述与图3中所示相似的低辐射涂层的一个实例。参考表2，如下所示，低辐射涂层20包括以下顺序的膜：基底/(氮化钛和/或氮化铌)/银/氮化硅/氧化锌锡/银/氮化硅/氧化锌锡/银/(氮化钛和/或氮化铌)/氮化硅。表2的厚度仅仅是示例性的。

表2

某些实施方案提供了日照控制低辐射涂层20，其中低价氧化物层直接位于两层或更多层红外反射膜上。虽然对这些低价氧化物层的厚度没有限制，但各层任选地大于

大于大于

和/或小于

小于

或小于

陶瓷低价氧化物靶材可有利地用于沉积这种阻挡层(barrier layer)。已经说明过可用的这种靶材和方法。下表3显示了根据本发明实施方案的一个示例性涂层。这里，钛的低价氧化物阻挡层通过溅射陶瓷低价氧化物靶材(如包含TiO和TiO₂)进行沉积。这些靶材可任选地在使膜不被完全氧化(如，使得膜同时包含TiO和TiO₂)的条件下溅射。低价氧化物阻挡层的优点在于其具有优良的预回火耐久性和对光学性质的良好控制性。

在本发明实施方案中，直接在各低价氧化物阻挡层上可任选地有透明介电膜。在表3中，使用氧化锌锡，但是可以使用其它很多电介质。(表3中的厚度仅是示例性的。)图9-14示显示了具有表3中的示例性涂层的单片基底的光学性质。

表3

在一个实施方案中，陶瓷低价氧化物靶材用于在涂层20中的最外层红外反射膜上溅射沉积低价氧化物膜。虽然该低价氧化物层的厚度不受限制，但其可任选地大于

大于

大于

和/或小于

小于

或小于

可任选地使用包含钛低价氧化物(如同时包含TiO和TiO₂)的陶瓷靶材。对于靶材，锌铝的低价氧化物是另一种选择，和铌的低价氧化物一样，此处仅列举一些实例。可任选地直接在低价氧化物阻挡膜上施加介电吸收膜。这种设置可在银膜、低价氧化物阻挡膜和介电吸收膜中提供特别优良的耐久性。也可提供对光学性质特别优良的可控性。如，可将下面顺序的膜结合到本发明涂层的任意实施方案中：最外层含银膜/钛的低价氧化物膜/氮化物吸收膜(可任选地后面为氮化硅最外层或者其它膜)。钛的低价氧化物膜可以同时包含TiO和TiO₂。更为一般的，可将下面顺序的膜结合到本发明涂层的任意实施方案中：最外层含银膜/部分氧化膜/介电吸收膜(可任选地后面为最外层或其它层)。在这些实施方案中，可用部分氮化膜、部分氧氮化膜等来代替部分氧化膜。

图4为根据本发明某些实施方案的多块隔热玻璃单元的部分剥离横截面侧视图。在图4中，单元110具有由板间空间800分开的外板10和内板10’。隔离件900(其可任选地为窗扇的一部分)用来将板10和10’隔开。隔离件可使用密封层700固定在各板的内表面上。在一些情况中，还设有端部密封层600。在所示的实施方案中，外板10具有外表面12和内表面14。内表面14具有已经描述过的根据本发明实施方案的日照控制低辐射涂层20。内板10’具有内表面16和外表面18。板10可安装在框架内(如图5所示的窗框)，使得外表面12暴露在户外环境中。内表面14和16均暴露在板间空间800的环境中。虽然在图示的实施方案中内表面14具有日照控制低辐射涂层，但任何其它表面12、16和18上也可选地或另外具有这种涂层。另外，该单元可任选地为三板玻璃装配件单元。

具有低辐射涂层20的基底10可装在玻璃框架中(如窗框)。在一些情况中，基底首先被装入到隔热玻璃单元中，已参考图4进行了描述，然后将得到的单元安装到玻璃框中。在其它情况中，基底单独(如单板玻璃)安装入玻璃框中。图5显示了一种板，其可任选地为IG单元的一部分，安装在框架95上(如在建筑物99的外墙98上)。表面12暴露在户外环境下。

本发明的日照控制低辐射涂层具有特别理想的性质。随后的讨论报道了一部分这些性质。所报道的性质为单块3mm钠-钙浮法玻璃(一侧未涂覆，在另一侧上具有涂层20)。基底当然可以由浮法玻璃以外的材料形成，也可具有其它的厚度。另外，基底可以为多块玻璃(如IG单元)的一部份，这一点已有说明。

在某些实施方案中，涂覆基底具有低可见光透射率和低可见光反射率。术语“可见光透射率”和“可见光反射率”在本领域中已知，并且在美国专利申请公开US2007/0082206中有详细论述，其关于这些性质的教导在此引入作为参考。

在一些实施方案中，具有日照控制低辐射涂层20的基底10具有小于0.5的可见光透射率。例如，可见光透射率可任选地在0.34和0.46之间，如在0.36和0.44之间。在一个实施方案中，可见光透射率约为0.39。

此外，涂覆基底任一表面的可见光反射率R_v优选小于约0.2。涂覆基底可以具有小于约0.18、小于0.15、或者甚至小于0.1的可见光反射率R_v(玻璃侧或者膜侧)。尽管可以根据本发明的教导选择或变化可见光反射率的精确水平，但某些优选实施方案得到约0.08-0.09的可见光反射率R_v。

本发明的涂层20还具有优异的颜色性质。例如，可以在涂覆基底的两侧实现优良的颜色(透射和反射)。在一些实施方案中，涂覆基底的透射颜色特征可由下列色坐标表示：0.2＜x＜0.35(优选0.25＜x＜0.33)和0.2＜y＜0.35(优选0.25＜y＜0.33)。此外，涂覆基底可任选地具有反射玻璃侧和/或膜侧，其可由下列色坐标表示：0.2＜x＜0.35(如0.25＜x＜0.33)和0.2＜y＜0.35(如0.25＜y＜0.33)。这是根据已知的1931CIE颜色标准(如图9和10中所示)。当然，为适应特定应用，其它颜色可能是理想的。

设计了颜色性质在上表3所显示的范围内的一个示例涂层。这里，涂层为三型低辐射涂层。但是，本发明中的涂层双型实施方案的颜色性质也在一个或多个(如所有)这些范围内。

在图9中，靠近颜色空间中心的一小簇点表示透射，而较大簇的点表示玻璃侧的反射。每簇具有100个点(但它们由于重叠故并非全部可见)，表示涂层的厚度变化达到3％。这里，可以看出，透射颜色为最淡的绿色。(中性色坐标为0.33、0.33。)透射数据点的非常紧密的集簇表明透射颜色非常稳定。玻璃侧的反射颜色为蓝色，它也非常稳定。

在图10中，表示透射的100个点的小簇群再次出现在靠近颜色空间的中心。100个点的较大集簇表示膜侧的反射。此处的反射为蓝到紫色/蓝色，并且散射较大。但是，在涂覆基底为IG单元的一部分的实施方案中，该颜色容易被颜色淡的覆盖层(cover lite)冲淡。

图11和12表示根据本发明的一个实施方案，具有上表3中涂层的单片基底的透射率和玻璃侧反射数据。这里，可以看出，最大可见光透射率小于60％，例如，在约35％和约50％之间，如约40-44％。

图13和14表示与图11和12相关的上述单片基底的透射和膜侧反射数据。再次出现了最大可见光透射小于60％的情况，例如，在约35％和约50％之间，如约40-44％。

本发明的日照控制低辐射涂层可通过多种已知的涂布技术来施用。如，这些涂层可用溅射沉积(即溅射)法施用。可选地，可以使用其它涂布技术，包括化学气相沉积(CVD)、等离子增强化学气相沉积(plasma-enhancedchemical vapor)和热解沉积法。

溅射在本领域中是公知的。图6描述了示例性的磁电管溅射室200。磁电管溅射室和相关的设备可从多种来源商购(如Leybold)。授予Chapin的美国专利4166018中描述了可用的磁电管溅射技术和设备，其关于溅射技术和设备的全部教导在此引入作为参考。

所示的溅射室200包括基底(或“底板”)220、多个侧壁222，以及顶板(或“顶盖”或“盖”230)，它们一起形成溅射腔202。在图6中，两个上部靶材180安装在基底运行路径45上方。在膜沉积期间，基底10可任选地在多个空间隔开的传送辊210上沿着基底运行途径45传送。在图6中，具有两个上部靶材，但并非要求如此。例如，在各室中可选地使用单个靶材。另外，虽然显示的是圆柱形靶，但该室也可包括一个或多个平面靶。

本发明的涂层例如可使用具有锁紧件(lock)的在线系统制造，其中涂覆区具有被通道分开的不同气体组分，其中使用一种或多种靶材来沉积各层，其中使用AC或DC溅射，并且压力为约3-5mTorr。本领域技术人员熟知可使用的各种方法和可选的设备。

在某些实施方案中，涂层20并不包括任何不锈钢氧化物膜。在一些情况中，涂覆玻璃被压碎并用于碎玻璃，优选在碎玻璃中避免不锈钢。

虽然描述了本发明的一些优选实施方案，但应当理解，可以在不超出本发明主旨和所附权利范围的范围下进行各种变化、变形或者修改。

Claims (33)

1.具有日照控制低辐射涂层的透明基底，该涂层包含：

包含银的最内层红外反射膜和包含银的最外层红外反射膜；

位于基底和最内层红外反射膜之间的第一介电吸收膜，该第一介电吸收膜具有在0.52和1.9之间的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}；和

比最外层红外反射膜距离基底更远的第二介电吸收膜，该第二介电吸收膜具有在0.52和1.9之间的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}。

2.权利要求1的基底，其中所述涂层为在最内层和最外层红外反射膜之间具有中间涂层的双型低辐射涂层，其中所述中间涂层不包括任何介电吸收膜，而主要由透明介电膜组成。

3.权利要求1的基底，其中所述涂层是三型低辐射涂层，其还包括包含银的中间层红外辐射膜，该涂层在最内层和中间层红外反射膜之间具有第一间隔涂层，在中间层和最外层红外反射膜之间具有第二间隔涂层，其中所述间隔涂层并不包括任何介电吸收膜，而主要由透明介电膜组成。

4.权利要求1的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜都包含氮化物膜。

5.权利要求1的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜中的至少之一包含氮化物混合物，该氮化物混合物包括氮化硅与另一种氮化物的混合。

6.权利要求1的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜都包含氮化物混合物，该氮化物混合物包括氮化硅和至少一种选自氮化钛、氮化铌、氮化锆、氮化铬和氮化镍-铬的氮化物的混合。

7.权利要求1的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜中的至少之一包含氮化钛和/或氮化铌。

8.权利要求1的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜各具有小于

的光学厚度。

9.权利要求1的基底，其中所述涂覆基底具有小于0.60的单片可见光透射率。

10.权利要求9的基底，其中所述单片可见光透射率在0.30和0.50之间。

11.权利要求1的基底，其中所述涂覆基底的单片透射颜色的特征为根据1931CIE颜色标准的下列色坐标：0.2＜x＜0.35，0.2＜y＜0.35。

12.权利要求1的基底，其中所述透明基底为玻璃板，该玻璃板为多块隔热玻璃单元的一部分。

13.具有日照控制低辐射涂层的透明基底，该涂层为双型低辐射涂层，其包含：

包含银的第一红外反射膜和包含银的第二红外反射膜，第一红外反射膜比第二红外反射膜更接近基底；

位于第一和第二红外反射膜之间的中间涂层，其中该中间涂层不包括任何介电吸收膜，而主要由透明介电膜组成；

位于基底和第一红外反射膜之间的第一介电吸收膜；并且

第二介电吸收膜比第二红外反射膜距离基底更远，

其中所述第一和第二介电吸收膜中的至少之一具有在0.52和1.9之间的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}。

14.权利要求13的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜都包含氮化物膜。

15.权利要求13的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜中的至少之一包含氮化物混合物，该氮化物混合物包括氮化硅与另一种氮化物的混合。

16.权利要求13的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜包含氮化物混合物，该氮化物混合物包括氮化硅和至少一种选自氮化钛、氮化铌、氮化锆、氮化铬和氮化镍-铬的氮化物的混合。

17.权利要求13的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜中至少之一包含氮化钛和/或氮化铌。

18.权利要求13的基底，其中所述第一和第二介电吸收膜各具有小于

的光学厚度。

19.权利要求13的基底，其中所述涂覆基底的单片可见光透射率在0.30和0.50之间。

20.权利要求13的基底，其中所述涂覆基底的单片透射颜色的特征为根据1931CIE颜色标准的下列色坐标：0.2＜x＜0.35，0.2＜y＜0.35。

21.权利要求13的基底，其中第一低价氧化物阻挡层直接位于第一红外反射膜上，第二低价氧化物阻挡层直接位于第二红外反射膜上，并且其中第一和第二低价氧化物阻挡层的最内层部分由低价氧化物膜限定而不是由金属膜限定。

22.权利要求21的基底，其中所述第一低价氧化物阻挡层直接位于透明介电层下面。

23.权利要求13的基底，其中钛的低价氧化物层直接位于第二红外反射层上，第二介电吸收膜直接位于钛的低价氧化物层上。

24.具有日照控制低辐射涂层的透明基底，该涂层为三型低辐射涂层，其向外依次包含：

包含氮化物的第一吸收膜；

包含银的第一红外反射膜；

第一间隔涂层，其中第一间隔涂层不包括任何介电吸收剂膜，而主要由透明介电膜组成；

包含银的第二红外反射膜；

第二间隔涂层，其中第二间隔涂层不包括任何介电吸收剂膜，而主要由透明介电膜组成；

包含银的第三红外反射膜；和

包含氮化物的第二吸收膜，

其中所述第一和第二吸收膜中的至少之一具有在0.52和1.9之间的中性吸收比k_{380＜λ＜450nm}/k_{650＜λ＜760nm}。

25.权利要求24的基底，其中所述第一和第二吸收膜中的至少之一包含氮化物混合物，该氮化物混合物包括氮化硅与另一种氮化物的混合。

26.权利要求24的基底，其中所述第一和第二吸收膜包含氮化物混合物，该氮化物混合物包括氮化硅和至少一种选自氮化钛、氮化铌、氮化锆、氮化铬和氮化镍-铬的氮化物的混合。

27.权利要求24的基底，其中所述第一和第二氮化物吸收膜中都包含氮化钛和/或氮化铌。

28.权利要求24的基底，其中所述第一、第二和第三低价氧化物阻挡层分别直接位于第一、第二和第三红外反射层上，并且其中所述三个低价氧化物阻挡层的最内层部分由低价氧化物膜形成而不是由金属膜形成。

29.权利要求28的基底，其中所述第一和第二低价氧化物阻挡层直接位于相应的透明介电层下面。

30.权利要求24的基底，其中所述钛的低价氧化物层直接位于第三红外反射层上，第二氮化物吸收膜直接位于钛的低价氧化物层上。

31.权利要求24的基底，其中所述涂覆的基底的单片可见光透射率在0.30和0.50之间。

32.权利要求24的基底，其中所述涂覆基底的单片透射颜色的特征为根据1931CIE颜色标准的以下色坐标：0.2＜x＜0.35，0.2＜y＜0.35。

33.权利要求32的基底，其中所述单片透射颜色的特征为根据1931CIE颜色标准的下列色坐标：0.25＜x＜0.33，0.25＜y＜0.33。

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