CN105481266A

CN105481266A - 层侧具有中性反射色的日光控制涂层系统以及玻璃部件

Info

Publication number: CN105481266A
Application number: CN201510642173.8A
Authority: CN
Inventors: C·可科特; M·贝伦特
Original assignee: Feng Adena Co Ltd
Current assignee: Feng Adena Co Ltd; Von Ardenne GmbH
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: CN105481266B; DE102014114330B4; DE102014114330A1

Abstract

本发明涉及一种绝缘性透明基底上的日光控制涂层系统以及一种玻璃部件。为使这种涂层系统具有尽可能中性的涂层侧反射色值以及透射色值，该涂层系统从基底向上观看具有至少下列涂层：含硅的介电底层GS、第一功能层FS？1、介电中间层ZS？1、第二功能层FS？2和含硅的介电顶层(DS)，其中中间层ZS和/或顶层DS构造成低折射率。

Description

层侧具有中性反射色的日光控制涂层系统以及玻璃部件

技术领域

本发明大体涉及一种绝缘性透明基底上的日光控制涂层系统以及一种玻璃部件。

背景技术

这种日光控制涂层系统(下文亦仅称作涂层系统)例如借助真空涂装而涂覆于玻璃上，主要用于窗体和立面设计的建筑玻璃工业以及汽车工业。其目的是降低总能量透射度g。总能量由太阳辐射能量通过可见光(380nm至780nm)的透射以及近红外光(约780nm至3μm)波长范围内的辐射直接透过玻璃射入室内的部分以及由于先前玻璃升温而向内散发的能量组成，其中至多可能散发之前吸收的部分。g值越小，则遮阳效果越佳。

标准的涂层系统由于其结构而无法选择性减少透射，即无法在太阳辐射的整个波长范围内同样减少透射，其中根据具体应用可能需要特定的透射度。

此外，对于可见光谱以及近红外光谱区内的辐射可能要求一定程度的反射和/或吸收能力，以便减少来自外部的热量输入。

常规的日光控制涂层系统一般包括三层涂层，其中功能层通常嵌入例如由氮化硅Si₃N₄组成的两层绝缘层(底层和顶层)之间，这两层例如用于抗反射、防止散射过程、提高粘附性并且/或者增强涂层系统的机械稳定性。在此，功能层用作在日光谱区(可见光和直至λ<3μm的近红外光)内吸收率较高且反射率较低的涂层。在涂层系统内主要通过例如由金属或金属氮化物功能层(下文仅称为功能层)实现这种红外辐射的反射和/或吸收，该功能层例如由CrN、NiCr、Cr、Ni、NiNx、CrNx或NiCrNx制成。

举例而言，在建筑及汽车领域的安全玻璃的制备和成型过程中，例如制备挡风玻璃，所述涂层系统的另一性能是其适于热处理(退火)。出于工艺及成本因素，多半在热处理之前进行基底的涂覆，因此首选采用通过热处理而不会或不显著降低机械及光学性能的涂层系统。

在该实施例中，为避免在多数情况下由高温引起功能层出现不良的散射及氧化过程，功能层的一侧或两侧可沉淀阻隔层，该阻隔层用作散射部分的缓冲层。这些阻隔层根据所发生的热应力来布置并防护敏感的功能层(通常极薄)受到相邻涂层的影响。

在建筑用玻璃化物的领域内，日光控制涂层系统通常涂覆至部位2，即双层玻璃部件的外部第一片的内侧。然而，在特殊情况下亦可涂覆至部位1，即双层玻璃部件的外部第一片的外侧。

尤其针对建筑用玻璃化物而言，经镀层基底的彩色压痕发挥重要作用。在CIEL*a*b*颜色体系中，由约为零的a*和b*色值来表示中性颜色，而由负a*色值表征绿色，由负b*色值表征蓝色，由正a*色值表征红色并且由正b*色值表征黄色。

还可提供Yxy体系作为CIEL*a*b*颜色体系的替选，其中Y坐标描述亮度或明度值。颜色所对应的Y值越大，则颜色显现的亮度越大。

然而，例如针对涂覆建筑玻璃面而言，基底侧需要由确定的a*(Rg)和b*(Rg)值表征的十分确定的反射颜色(亦时而为深色)，以便形成特定的色彩组合，即特定的情感和心理效应，或者对周围环境产生协调适应性。举例而言，在目前尚未公开的第DE102013112990号德国专利申请文件中描述了一种利用深色压痕的日光控制涂层系统。

特别地，在涂层系统具有特定颜色Rg值的情况下，例如在基底侧具有绿色、绿色或黄色的压痕，意即从外部观看建筑玻璃面的情况下，则通常表现不佳，例如涂层侧色值(反射色值a*(Rf)和b*(Rf)以及透射色值a*(T)和b*(T))呈黄棕色或浅红色。这在视觉上十分不美观并由此极不理想。

发明内容

本发明的目的是，提出一种沉淀于基底上的日光控制涂层系统，该涂层系统在涂层侧具有尽可能呈中性的反射色值以及透射色值。此外，这种涂层系统的透射度及基底侧的色值是可调的。

特别地，若需要提供其Y(Rg)值尽可能高的涂层系统，基底侧的彩色压痕的颜色则尽可能深。所述涂层系统还应具有高化学及机械稳定性，这同样与颜色相关，并且能够在可退火且成本低廉的情况下制备所述涂层系统。

此外，所述体层系统的放射率应尽量最小，意即尽量减少表面能够吸收的热量又作为辐射散发的可能性。

根据本发明的日光控制涂层系统布置于透明的介电基底上，该基底特别由玻璃或聚合物材料制成。

所述涂层系统包括含硅介电底层。其特别用于减少从基底散射至其上所置的涂层系统并在此特别射入功能层的不理想散射过程，由此有助于整个涂层系统的稳定性。此外，底层还为后续涂层提供良好的粘附性。底层与顶层利用其层厚度及其折射指数和消光系数的光学数据的散射曲线一起以较高的程度影响颜色设置。

良好的阻隔效应十分重要，特别是对于待退火的涂层系统由于在较高温度下而散射趋势升高，这尤其通过除具有特别用于钠离子的离子捕获功能之外还具有致密结构的涂层来实现。

基于增强结构的致密结构以及与之相关的对钠离子扩散的良好阻隔性能及其温度稳定性，Si₃N₄特别适用于可退火的涂层系统。

底层的层厚度介于9至115nm范围内，优选在9至110nm范围内。

在底层之上布置第一功能层，该第一功能层至少部分吸收和/或反射已射入的日光辐射。第一功能层的层厚度介于1至15nm范围内，优选在1至10nm范围内，更优选在3至7nm的范围内。

在第一功能层之上布置介电中间层。中间层的层厚度介于30至120nm范围内，优选在30至100nm范围内，更优选在45至100nm的范围内。

在中间层之上布置第二功能层，该第二功能层同样至少部分吸收和/或反射已射入的日光辐射。第二功能层的层厚度介于10至40nm范围内，优选在10至35nm范围内，更优选在15至30nm的范围内。

可选地，在第二功能层之上可布置一层或多层附加功能层，其中各功能层分别通过介电中间层而彼此相隔。

所述涂层系统借助含硅介电顶层在顶部封闭，该顶层例如可由Si₃N₄或氮氧化硅组成。顶层特别用于在机械和化学方面防护涂层系统以及调色。利用Si₃N₄作为顶层的材料，可由于其致密结构而制造特别稳定的涂层系统。顶层的层厚度介于25至100nm范围内，优选在30至100nm范围内，更优选在35至70nm的范围内。

根据本发明，所述的介电中间层或含硅的介电顶层或者这两层是低折射率层。该低折射率至少相对于底层来设定。这表示，在550nm波长中，中间层和/或顶层的折射指数至少小于底层的折射指数。在替选实施方式中，仅有中间层实现低折射率，则中间层在550nm波长中的折射指数小于底层和顶层的折射指数。

在某些实施方式中，其中布置两层以上功能层并相应为各补充功能层布置附加中间层，所述附加中间层中的一层或多层可构造成低折射率。若多层介电中间层中并非每层都实现低折射率，则非低折射率的中间层可布置于中间层的每一可能位置。优选地，低折射率的介电中间层至少处于第一与第二功能层之间。

单层的上述层厚度基于涂层系统的不同参数及属性而在上述范围内变化。举例而言，其变化取决于涂层系统中所结合的涂层材料或者取决于功能层的数目。预期的透射或颜色的细微差别同样会影响到各涂层的厚度。通过实验或公知的计算测试表明，能够确定对于特定层厚所需的层厚度。

根据本发明的涂层系统可选择其他涂层，例如包含粘接层、胚层和/或阻隔层，这些涂层支持所述涂层的功能。

所述涂层例如可借助物理性气相分离沉淀于基底上。较佳地，借助磁控溅射实现沉淀，这种工艺可制造致密且层厚度较薄的各层。

在此，涂层性能尤佳并且可借助诸如DC(直流)、MF(中频)、脉冲DC(脉冲直流)或DAS(双靶溅射)溅射的溅射方法类型及其溅射参数对涂层性能进行可复制性调整。此外，即可采用管状溅射靶，亦可采用板状溅射靶。

针对涂层系统的全部层，“由……组成”包括可能包含受技术限定的污染物或受技术限定的混杂物，这在沉淀期间有助于过程控制或者例如在阴极溅射中有助于溅射靶的制备。这种污染物或受技术限定的混杂物大体在小于1At.-％的范围内，但亦可占更小百分比。在基本上不改变属性的前提下，所述化学计量的化合物可包括些微化学计量偏差。此外，还可采用所谓的渐变层，即其组成关于层厚度有所改变。替选地，特别是功能层可由不同材料的多部分层构成。

根据本发明的涂层系统的特征在于尽可能中性的涂层侧反射色及透射色，即a*(Rf)、b*(Rf)、a*(T)及b*(T)近似于零。优选地，色值a*(Rf)介于-4至4范围内，优选在-4至0范围内。色值b*(Rf)介于-7至0范围内，优选在-4至0范围内。涂层系统的透射色值以-4≤a*(T)≤0以及-6≤b*(T)≤2的实际值同样位于中性范围内。此外，可调整透射度及基底侧的反射色，其中首先通过底层及顶层的厚度调整基底侧的反射色，而各涂层的材料仅对实际的彩色压痕发挥次要作用。利用所述的层厚度，可实现区别极大的基底侧反射色，例如蓝色、绿色以及黄色。

此外，根据本发明的涂层系统具有高Y(Rg)值，其使基底侧的反射色显色尤深。相较于如图1所示公知涂层系统的16Y(Rg)，根据本发明的涂层系统的Y(Rg)值能够高达23。

根据目前标准，根据本发明的涂层系统还在化学及机械方面保持稳定并且由于结构简单而在时间及材料所需量方面高效并由此降低制造成本。在经济效益方面的进一步优势在于，利用如此材料制备带有理想颜色的涂层系统能够实现了解其处理及变化性且通过试验确定可行并且可将其用于标准的工厂布局中。借此，在理想反射色的情况下，甚至经常还放弃改建，这也提高了设施的充分利用性。

在使用Si₃N₄作为底层材料的情况下，根据本发明的涂层系统还能够经受退火，其包括经退火的涂层系统的反射色与未退火的涂层系统相比相同或者包括至少在视觉上不可察觉的变化。

所述涂层系统的功能层可选择由相同材料或由不同材料组成。

作为用于功能层的材料，特别适用金属、金属合金、半导体或者金属、金属合金或半导体的化合物组成，尤其是化学计量或亚化学计量的氮。优选地，功能层例如由铬、镍铬(NiCr)、钛或其化学计量或亚化学计量的氮化物组成。

特别适用化学计量的氮化钛(TiN)，其原因在于这种涂层系统与现有技术相比能够实现显著增高的导电性。由此，随之按预期降低涂层系统的放射率。举例而言，根据涂层系统的具体实施方式在退后之后能够实现放射率小于0.6并且在使用附加阻隔层的情况下甚至小于0.5。与之相反，常规日光控制涂层系统的传导性则低得多并由此呈现与未涂装基底相同的发射率，就玻璃而言约为0.87。

根据变化方案，低折射率的介电中间层由Al₂O₃、氮氧化铝、SiO₂或在550nm波长中折射指数小于2.0的氮氧化硅组成。优选地，中间层由在550nm波长中折射指数在1.75至1.95之间的氮氧化硅组成。对于涂层系统包括多层中间层的情况，多层或全部中间层也可由上述材料组成。

可选地，所述涂层系统包括一层或多层阻隔层，所述阻隔层布置成毗邻至少一层功能层，特别布置成直接触及功能层。这种阻隔层防止由于退火过程而发生色彩变化。阻隔层能够例如由镍铬或氮化镍铬组成。该阻隔层的层厚度优选介于1至5nm的范围内。

根据优选的实施方式，仅在最后功能层的正上方布置由镍铬或氮化镍铬组成的阻隔层，该阻隔层可在退火处理期间更好地防护涂层系统，尤其是利用环境空气进行氧化处理。

根据本发明的玻璃部件具有至少两个玻璃基底，这两个玻璃基底以一定间隔或无间隔方式经由用于连接的适当介质而彼此相连。举例而言，玻璃部件可用作绝缘玻璃部件或者还可用作多层玻璃部件，例如用作汽车玻璃或防盗玻璃，其中作为无间隙玻璃片的两个玻璃基底通过连接介质(例如薄膜)而直接彼此相连。

所述玻璃基底中之一包括根据本发明的涂层系统，其中在玻璃部件内经涂装的玻璃基底通常布置成使涂层位于基底之间，优选位于玻璃部件的部位2。

本领域技术人员能够将目前已在本发明各种实施方式中实现的特征与其他实施方式适当结合。

附图说明

下面根据两种具体实施方式详细阐明本发明。在附图中：

图1表示根据现有技术的日光控制涂层系统的示意结构；

图2表示根据不同实施例的日光控制涂层系统的示意结构；

图3表示根据其他实施例的日光控制涂层系统的示意结构；以及

图4表示未退火单片实际色值、阻值及发射率的对比图。

附图标记列表

S基底

GS底层

FS功能层

ZS中间层

BS阻隔层

DS顶层

具体实施方式

根据现有技术的日光控制涂层系统(图1)自基底S(6mm厚的玻璃)向上观看包括以下涂层：层厚度介于18至228nm范围内由Si₃N₄组成的底层GS、层厚度介于9至17nm范围内由碳化铬CrN_x组成的功能层FS以及层厚度介于18至54nm范围内同样由Si3N4组成的顶层DS。这种涂层系统取得如图4所给出的色值以及大于1000Ω的阻值，从而根据现有技术的涂层系统归为无传导能力。

根据本发明涂层系统的第一实施例(图2)，在6mm厚的玻璃基底S上布置层厚度介于9至15nm范围内由Si₃N₄组成的底层GS。在其正上方紧接着层厚度介于4至7nm范围内由氮化镍铬(NiCrN_x)或碳化铬(CrN_x)组成的第一功能层FS1。在第一功能层FS1的正上方布置层厚度介于90至100nm范围内由氮氧化硅(SiO_xN_y)组成的低折射率的介电中间层ZS。中间层ZS的折射指数在550nm的波长中介于1.75与1.95之间。

中间层ZS的正上方是层厚度介于25至30nm之间由氮化钛(TiN_x)组成的第二功能层FS2。在第二功能层FS2的正上方布置层厚度介于30至45nm范围内由Si₃N₄组成的顶层DS。

利用上述的涂层结构，能够实现在图4中“实施例1”下给出的用于基底侧和涂层侧反射以及用于透射的色值。在涂层厚度于预定范围内的变化中，例如可以看出，在中性涂层侧反射色保持恒定的情况下，随着基底层厚度的增加，基底侧的色值b*(Rg)趋于正值方向。与之相反，顶层以最大的层厚度获得最小的a*(Rg)及最大的Y(Rg)值。

与现有技术相比，根据本发明的涂层系统包括中性的涂层侧反射色及透射色，即a*(Rf)、b*(Rf)、a*(T)及b*(T)近似于零。此外，根据实施例1的涂层系统具有明显减小的阻值，阻值减小反映出放射率减小。

如图2所示的第一实施例的替选实施方式与前述实施例的不同之处在于，将含硅介电顶层而非介电中间层ZS构造成低折射率。在此，顶层DS由氮氧化硅(SiO_xN_y)组成，其层厚度介于30至100nm范围内。顶层DS的折射指数在550nm的波长中介于1.75与1.95之间并由此低于Si₃N₄的折射指数，Si₃N₄的折射指数在550nm的波长中通常介于2.05至2.20范围内。不同于上述实施例，中间层在该实施方式中由Si₃N₄组成并具有介于30至120nm范围内的层厚度。

由此，根据图2的替选涂层系统自基底S向上观看具有以下涂层及以下层厚度：层厚度介于9至110nm范围内由Si₃N₄组成的底层GS；层厚度介于1至10nm范围内由NiCrN_x组成的第一功能层FS1；层厚度介于30至120nm范围内由Si₃N₄组成的中间层ZS；层厚度介于10至35nm范围内由TiN_x组成的第二功能层FS2；层厚度介于30至100nm范围内由SiO_xN_y组成的顶层DS。

第二实施例(图3)与第一实施例的不同之处在于，在第二功能层FS与顶层DS之间设置由NiCr或氮化镍铬(NiCrN_x)组成的阻隔层BS。阻隔层BS的层厚度介于1至3nm范围内，其他层厚度对应于实施例1的结构。

从图4同样可获取与第二实施例相关的色值。可类似于实施例1来调整基底侧的反射色。与实施例1相比，阻值再次减小，由此放射率更小。

Claims

1.一种在透明介电基底(S)上的日光控制涂层系统，该涂层系统从所述基底(S)向上观看具有至少下列涂层：

-含硅的介电底层(GS)，

-第一功能层(FS1)，

-介电中间层(ZS1)，

-第二功能层(FS2)，

-含硅的介电顶层(DS)，

-其中所述中间层(ZS1)或所述顶层(DS)或者所述中间层(ZS1)和所述顶层(DS)是低折射率层。

2.根据权利要求1所述的涂层系统，其中：所述功能层(FS)由金属、金属合金、半导体或者金属或半导体化合物组成，特别是化学计量或亚化学计量的氮。

3.根据权利要求2所述的涂层系统，其中：所述功能层(FS)由铬、镍铬、钛或其化学计量或亚化学计量的氮化物组成，特别是氮化钛。

4.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：所述功能层(FS)由同种材料或由不同种材料组成。

5.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：所述低折射率的介电中间层(ZS)中至少一层由Al₂O₃、氮氧化铝、SiO₂或550nm波长中折射指数小于2.0的氮氧化硅组成，特别其折射指数介于1.75至1.95之间。

6.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：所述底层及顶层(GS、DS)由Si₃N₄组成。

7.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：一层或多层阻隔层(BS)布置成毗邻至少一层功能层(FS)。

8.根据权利要求7所述的涂层系统，其中：仅在最后功能层(FS)的正上方布置由镍铬或氮化镍铬组成的阻隔层(BS)。

9.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：所述涂层系统的色值a*(Rf)介于-4≤a*(Rf)≤4的区间内并且所述涂层系统的色值a*(T)介于-4≤a*(T)≤0的区间内。

10.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：所述涂层系统的色值b*(Rf)介于-7≤b*(Rf)≤0的区间内并且所述涂层系统的色值b*(T)介于-6≤b*(T)≤2的区间内。

11.根据权利要求1、2或3所述的涂层系统，其中：所述第二功能层(FS2)之上布置一层或多层附加功能层(FSx，x＝3,4,…)，所述附加功能层与各自下方的功能层(FSx-1)由另一低折射率的介电中间层(ZS)所分隔。

12.一种具有至少两个玻璃基底(S、S1)的玻璃部件，所述玻璃基底(S、S1)以一定间隔或无间隔方式经由用于连接所述玻璃基底(S、S1)的介质而彼此相连，其中所述玻璃基底(S、S1)中之一具有根据前述权利要求中任一项所述的涂层系统。