DE102014002965A1 - Layer system of a transparent substrate and method for producing a layer system - Google Patents
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Abstract
Bei dem erfindungsgemäßen Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtsystem eines transparenten Substrats (100), umfassend in dieser Reihenfolge angeordnet: – eine auf dem transparenten Substrat (100) angeordnete erste dielektrische Schicht (D1), – eine auf der ersten dielektrischen Schicht (D1) angeordnete zweite dielektrische Schicht (D2), – ein erstes Metallschichtsystem (MS1), umfassend in dieser Reihenfolge: – eine erste Metallschicht (M1), vorzugsweise bestehend oder umfassend Ag, – eine erste Blockerschicht (B1), – ein dielektrisches Barrieredeckschichtsystem (BDS), ist vorgesehen, dass die erste dielektrische Schicht (D1) aus SiO2 und die zweite dielektrische Schicht (D2) aus TiO2 oder Al2O3 besteht oder umfasst, oder dass die erste dielektrische Schicht (D1) aus Al2O3 besteht oder umfasst und die zweite dielektrische Schicht (D2) aus TiO2 besteht oder umfasst. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Infrarot reflektierenden Schichtsystems auf einem bereitgestellten transparenten Substrat (100) ist vorgesehen, dass zumindest eine der aufgebrachten Einzelschichten durch Sputtern eines keramischen Targets oder reaktives Sputtern aufgebracht wird.In the infrared radiation-reflecting layer system according to the invention of a transparent substrate (100), arranged in this order: - a first dielectric layer (D1) arranged on the transparent substrate (100), - a second dielectric layer arranged on the first dielectric layer (D1) (D2), - a first metal layer system (MS1), comprising in this order: - a first metal layer (M1), preferably consisting or comprising Ag, - a first blocking layer (B1), - a dielectric barrier covering layer system (BDS), is provided in that the first dielectric layer (D1) consists of SiO2 and the second dielectric layer (D2) consists of or comprises TiO2 or Al2O3, or that the first dielectric layer (D1) consists of or comprises Al2O3 and the second dielectric layer (D2) consists of TiO2 consists or comprises. In the method for producing an infrared-reflecting layer system according to the invention on a provided transparent substrate (100), it is provided that at least one of the applied individual layers is applied by sputtering a ceramic target or reactive sputtering.
Description
Die Erfindung betrifft ein Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem eines transparenten Substrats sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarot reflektierenden Schichtsystems auf einem bereitgestellten transparenten Substrat, jeweils nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to an infrared radiation-reflecting layer system of a transparent substrate and to a method for producing an infrared-reflecting layer system on a provided transparent substrate, in each case according to the preambles of the independent patent claims.
Schichtsysteme auf transparenten Substraten mit einer niedrigen thermischen Emissivität (sog. Low-E-Systeme) liefern einen wesentlichen Beitrag zur ökologischen Reduktion des Energieeinsatzes, insbesondere bei Gebäudeverglasungen. Um erfolgreich vermarktet werden zu können, sollen derartige Systeme neben einer niedrigen Emissivität eine hohe Transmission für sichtbares Licht und eine hohe Farbneutralität aufweisen. Weitere relevante Eigenschaften derartiger Systeme sind ein geringes Streulicht (Haze) sowie eine hohe thermische und chemische Beständigkeit sowie Haftfestigkeit der Schichtsysteme auf dem Substrat sowie nicht zuletzt wettbewerbsfähige Herstellungskosten, insbesondere aufgrund der eingesetzten Verbrauchsmaterialien zur Herstellung der Schichten. Beschichtungsmaterialien wie Au, ITO, W, Ta, Zr und Hf scheiden insbesondere aus Kostengründen als Materialien für wettbewerbsfähige Systeme gegenwärtig aus.Layer systems on transparent substrates with a low thermal emissivity (so-called low-E systems) make a significant contribution to the ecological reduction of energy use, especially in building glazings. In order to be marketed successfully, such systems should have, in addition to a low emissivity, a high transmission for visible light and a high color neutrality. Other relevant properties of such systems are a low scattered light (Haze) and a high thermal and chemical resistance and adhesion of the layer systems on the substrate and not least competitive manufacturing costs, especially due to the consumables used to produce the layers. Coating materials such as Au, ITO, W, Ta, Zr, and Hf are currently eliminated, especially for cost reasons, as materials for competitive systems.
Typische Low-E-Schichtsysteme nach dem Stand der Technik beinhalten heute zumindest eine dünne Metallschicht, üblicherweise eine Silberschicht, als Infrarotreflektor sowie zwei oder mehr dielektrische Schichten, zwischen denen die Metallschicht angeordnet ist. Ferner ist es bekannt, weitere Funktionsschichten einzusetzen, die das Low-E-Schichtsystem, insbesondere die Metallschicht schützen.Typical prior art low-E layer systems today include at least one thin metal layer, typically a silver layer, as an infrared reflector and two or more dielectric layers sandwiching the metal layer. Furthermore, it is known to use further functional layers which protect the low-E layer system, in particular the metal layer.
Neben Low-E-Schichtsystemen mit einer Metallschicht (Single-Low-E) gibt es auch solche mit zwei (Double-Low-E), drei (Triple-Low-E) oder mehr (Mehrfach-Low-E) Metallschichten, üblicherweise mit einer Schichtstruktur, bei der auf ein Glassubstrat ein Metalloxid, auf dieses wiederum eine Metallschicht, auf diese wiederum ein Metalloxid, auf dieses eine Metallschicht, auf diese eine Metalloxidschicht usw. folgt, wobei ferner üblicherweise Interface-Schichten als Saatschichten und Blockerschichten für die Metallschichten eingesetzt werden.In addition to low-E layer systems with a metal layer (single-low E), there are also those with two (double-low-E), three (triple-low-E) or more (multi-low-E) metal layers, usually with a layer structure in which on a glass substrate, a metal oxide, this in turn a metal layer, this in turn followed by a metal oxide, on this a metal layer, on this a metal oxide layer, etc., further usually interface layers as seed layers and blocking layers for the metal layers be used.
Aus dem Dokument
Um eine hohe Farbneutralität der Schichtsysteme zu erreichen, ist in der
Wesentlich für den Einsatz als Architekturglas oder bei temper-geformten Gläsern ist die Stabilität des auf das zu tempernde Substrat aufgebrachten Schichtsystems bei einer Wärmebehandlung (Tempern) gegenüber der Einwirkung von die Metallschicht beeinflussenden oder zerstörenden Stoffen, wie beispielsweise Sauerstoff aus der Umgebungsluft und Natrium aus dem Substrat. Typischerweise werden hierzu Diffusionsbarrieren oder Antimigrationsschichten eingesetzt, die Sauerstoff oder Natrium bei einer Wärmebehandlung mit Temperaturen von ca. 650°–700°C für ca. 10 Minuten von der Silberschicht fernhalten.Essential for use as architectural glass or in temper-shaped glasses is the stability of the applied to the substrate to be tempered layer system in a heat treatment (annealing) against the action of the metal layer affecting or destroying substances, such as oxygen from the ambient air and sodium from the substrate. Typically, this diffusion barrier or anti-migration layers are used, the oxygen or sodium in a heat treatment at temperatures of about 650 ° -700 ° C for about 10 minutes away from the silver layer.
Typischerweise beinhalten bekannte temperbare Schichtsysteme stickstoffhaltige Einzelschichten, insbesondere aus Si3N4, SixNyOz, oder ZnSnOx. Die Silizium verwendenden Lösungen bedürfen neben Sauerstoff und Argon auch noch Stickstoff als Prozessgas. Die ZnSn verwendenden Lösungen werden üblicherweise als Gradientenschichten oder als Mehrfachschichten mit unterschiedlichen Zn:Sn Verhältnissen aufgebraucht, um die Haftung, Stabilität und Farbneutralität des Schichtpakets nicht zu gefährden. Beispiele derartiger Schichtsysteme und ihrer Nachteile sind aus der
Ein Verfahren zum Aufbringen von Schichten mittels Sputtern eines keramischen Targets, insbesondere durch Mittelfrequenzsputtern, ist beispielsweise in der
Ferner ist es aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Infrarotstrahlung reflektierendes Schichtsystem sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schichtsystems nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche zur Verfügung zu stellen, das keine SixNyOz- und keine ZnSnOx-Einzelschichten aufweist, eine niedrige Emissivität zumindest im Wellenlängenbereich von 3 μm bis ca. 35 μm und eine hohe Transparenz und Farbneutralität aufweist. The object of the present invention is to provide an infrared radiation-reflecting layer system and a method for producing such a layer system according to the preamble of the independent claims, which does not have any Si x N y O z and ZnSnO x single layers, a low emissivity at least in the wavelength range of 3 microns to about 35 microns and has a high transparency and color neutrality.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is achieved with the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Bei der Darstellung der Erfindung werden folgende Definitionen verwendet.In the description of the invention, the following definitions are used.
Als dielektrische Schicht wird eine Schicht bezeichnet, die einen Flächenwiderstand von ≥ 1 MΩ aufweist.As the dielectric layer is referred to a layer having a sheet resistance of ≥ 1 MΩ.
Als Blockerschicht wird eine Schicht bezeichnet, die als Antimigrations- oder Pufferschicht für diffundierende Stoffe aus dem Substrat, der Umgebungsluft oder anderen Schichten, insbesondere der Barrieredeckschicht zum Schutz der Metallschicht bzw. der Metallschichten vor Sauerstoff- und oder Natriumdiffusion dient.A blocking layer is a layer which serves as an anti-migration or buffer layer for diffusing substances from the substrate, the ambient air or other layers, in particular the barrier covering layer for protecting the metal layer or layers from oxygen and / or sodium diffusion.
Als Saatschicht wird eine Schicht bezeichnet, die das Wachstum einer kristallinen Silberschicht optimiert und damit den Einsatz von relativ dünnen Metallschichten mit hohem selektivem Reflexionsvermögen im Infrarotbereich ermöglicht.The seed layer is a layer which optimizes the growth of a crystalline silver layer and thus allows the use of relatively thin metal layers with high selective infrared reflectivity.
Als Barrieredeckschichtsystem wird eine Anzahl von optisch aktiven Schichten mit hoher mechanischer und chemischer Beständigkeit bezeichnet, wobei dieses System auch aus nur einer, ggf. relativ dicken Einzelschicht bestehen kann. Das Barrieredeckschichtsystem der vorliegenden Erfindung kann auch eine Farbkorrekturschicht beinhalten, über der eine oder mehrere dielektrische Teilschichten angeordnet sind.A barrier cover layer system is a number of optically active layers with high mechanical and chemical resistance, which system may also consist of only one, possibly relatively thick single layer. The barrier cover layer system of the present invention may also include a color correction layer over which one or more dielectric sublayers are disposed.
Als AZO wird im Folgenden mit vorzugsweise 1 at.%. bis 2 at.%, Aluminium dotiertes Zinkoxid bezeichnet.As AZO is in the following with preferably 1 at.%. up to 2 at.%, called aluminum doped zinc oxide.
Die AZO-Schichten werden erfindungsgemäß vorzugsweise von einem weitgehend durchoxidierten AZO-Target, bestehend aus ZnOx und AlOx, bei einer Dotierung mit 1% bis 2% at. Al, gesputtert.According to the invention, the AZO layers are preferably sputtered from a largely fully oxidized AZO target consisting of ZnOx and AlOx at a doping with 1% to 2% at. Al.
Als Znax:Al X% wird ein von einem metallischen Zn:Al-Target mit X at.% Al-Dotierung unter Zugabe von Sauerstoff reaktiv gesputtertes Material bezeichnet. Falls keine Angabe des Dotierungsgrades gemacht ist, kann auch ein anderer Wert der Dotierung mit Al vorgesehen sein, vorzugsweise 1 at.% bis 2 at.% Al betragen, soweit nichts anderes angegeben ist.Znax: Al X% is a material reactively sputtered from a metallic Zn: Al target with X at.% Al doping with the addition of oxygen. If no indication of the degree of doping is made, another value of the doping with Al may also be provided, preferably 1 at.% To 2 at.% Al, unless stated otherwise.
Das erfindungsgemäße Schichtsystem mit in dieser Reihenfolge angeordneten Einzelschichten, umfasst
- – eine auf dem transparenten Substrat angeordnete erste dielektrische Schicht, auf der eine zweite dielektrische Schicht angeordnet ist,
- – ein erstes Metallschichtsystem, umfassend in dieser Reihenfolge:
- – eine erste Metallschicht, bestehend oder umfassend Ag,
- – eine erste Blockerschicht,
- – ein dielektrisches Barrieredeckschichtsystem,
- A first dielectric layer arranged on the transparent substrate, on which a second dielectric layer is arranged,
- A first metal layer system comprising in this order:
- A first metal layer consisting of or comprising Ag,
- A first blocking layer,
- A dielectric barrier cover layer system,
Die Schichten umfassen vorzugsweise gegebenenfalls jeweils mindestens 80 Gew.-% SiO2 TiO2 oder Al2O3. Auch Schichten mit abweichender Stöchiometrie, also SiOx, TiOx AlxOy können im folgenden mit SiO2 ,TiO2 oder Al2O3 bezeichnet sein, soweit nicht ausdrücklich anderes erklärt ist.The layers preferably each optionally comprise at least 80% by weight of SiO 2 TiO 2 or Al 2 O 3 . Also layers with deviating stoichiometry, ie SiO x , TiO x Al x O y may be denoted below by SiO 2 , TiO 2 or Al 2 O 3 , unless expressly stated otherwise.
Die Metallschicht, bestehend oder umfassend Ag, weist vorzugsweise zumindest 99,95 at.% Silber auf.The metal layer, consisting of or comprising Ag, preferably has at least 99.95 at.% Silver.
Die Verwendung von SiO2 für die erste dielektrische Schicht und von TiO2 oder Al2O3 für die zweite dielektrische Schicht wirkt sich vorteilhaft im Hinblick darauf aus, Natriumdiffusion aus dem Substrat in das Metallschichtsystem zu verhindern, die Haftfestigkeit des Schichtsystems auf dem Substrat zu erhöhen, die Farborteinstellung des aufgebrachten Schichtsystems zu verbessern und die Sauerstoffdiffusion beim Tempern zu vermeiden. Insbesondere ist auch ein niedriger Schichtwiderstand nach dem Tempern des beschichteten Substrats zu erreichen.The use of SiO 2 for the first dielectric layer and TiO 2 or Al 2 O 3 for the second dielectric layer is advantageous in terms of allowing sodium diffusion from the substrate into the substrate To prevent metal layer system, to increase the adhesion of the layer system on the substrate, to improve the Farborteinstellung of the applied layer system and to avoid the oxygen diffusion during annealing. In particular, it is also possible to achieve a low sheet resistance after the tempering of the coated substrate.
Die erwähnten Vorteile werden analog auch durch die Verwendung von Al2O3 als erste dielektrische Schicht und von TiO2 als zweite dielektrische Schicht erreicht.The mentioned advantages are achieved analogously also by the use of Al 2 O 3 as first dielectric layer and of TiO 2 as second dielectric layer.
Vorteilhaft können die erste dielektrische Schicht und die zweite dielektrische Schicht bei Verwendung der angegebenen Schichtmaterialien mit reaktiven Mittelfrequenz-Sputtern oder mittels Sputtern von metallischen oder keramischen Targets mit einer hohen Sputterrate hergestellt werden.Advantageously, the first dielectric layer and the second dielectric layer can be produced using the specified layer materials with reactive medium frequency sputtering or by sputtering metallic or ceramic targets with a high sputtering rate.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Metallschicht auf einer ersten Saatschicht angeordnet ist, die zwischen der zweiten dielektrischen Schicht und der ersten Metallschicht vorgesehen ist, womit Inselwachstum der ersten Metallschicht reduziert/vermieden werden kann und so bei gleicher Dicke der Metallschicht ein niedrigerer Flächenwiderstand erreicht werden kann.A further layer system according to the invention is characterized in that the first metal layer is arranged on a first seed layer which is provided between the second dielectric layer and the first metal layer, whereby island growth of the first metal layer can be reduced / avoided and thus with the same thickness of the metal layer a lower sheet resistance can be achieved.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Saatschicht entweder aus AZO, NiCrOx, TiOx oder Ti besteht oder diese umfasst.A further layer system according to the invention is characterized in that the first seed layer consists of or comprises either AZO, NiCrO x , TiO x or Ti.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Blockerschicht auf der ersten Metallschicht angeordnet ist, um Sauerstoffdiffusion bei nachfolgenden Beschichtungsprozessen oder beim Tempern zu vermeiden.A further layer system according to the invention is characterized in that the first blocking layer is arranged on the first metal layer in order to avoid oxygen diffusion during subsequent coating processes or during tempering.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Blockerschicht entweder aus NiCrOx, NiCr, TiOx, Ti oder AZO besteht oder diese umfasst.Another inventive coating system is characterized in that the first blocker layer is either made of NiCrO x, NiCr, TiO x, Ti, or AZO or comprises.
Ferner kann die erste Blockerschicht aus ZnOx:Al bestehen oder dieses umfassen, was vorteilhaft ist, weil in ihnen die Stöchiometrie der Schicht in einem großen Bereich, nämlich zwischen 100% metallisch bis 100% oxidisch variiert sein oder variiert werden kann. Erfindungsgemäß kann eine aus ZnOx:Al bestehende oder dieses umfassende Blockerschicht eine Dicke in einem Bereich von 1,0 nm bis 5,0 nm aufweisen. Bevorzugt sind derartige Blockerschichten mit einer Dicke zwischen 1,3 nm und 4,8 nm. Erfindungsgemäß kann mittels einer Variation der Stöchiometrie und/oder Dicke der ZnOx:Al Schicht die Aufnahme von beim Tempern diffundierendem Sauerstoff eingestellt und somit die blockende Wirkung, d. h. der Schutz der Metallschicht, beispielsweise Ag, vor Oxidation optimiert werden. Dazu werden verschiedene Schichtsysteme mit Blockerschichten aus ZnOx:Al oder dieses umfassend, mittels reaktivem Sputtern unter Zugabe von Sauerstoff mit unterschiedlicher Stöchiometrie und/oder Dicke abgeschieden und für das entsprechende Schichtsystem Parameter, wie beispielsweise die Transmission, der Flächenwiderstand oder die Emissivität gemessen und in Abhängigkeit von der Stöchiometrie Schichtsysteme mit optimalen Werte der Parameter ausgewählt.Further, the first blocking layer may consist of or comprise ZnOx: Al, which is advantageous because in it the stoichiometry of the layer can be varied or varied in a wide range, namely between 100% metallic to 100% oxidic. In the present invention, a blocker layer composed of or including ZnOx: Al may have a thickness in a range of 1.0 nm to 5.0 nm. Such blocking layers are preferred with a thickness between 1.3 nm and 4.8 nm. According to the invention, by means of a variation of the stoichiometry and / or thickness of the ZnOx: Al layer, the uptake of oxygen diffusing during annealing can be adjusted and thus the blocking effect, ie. H. the protection of the metal layer, for example Ag, be optimized against oxidation. For this purpose, different layer systems with blocker layers of ZnOx: Al or this comprehensive, deposited by reactive sputtering with the addition of oxygen of different stoichiometry and / or thickness and measured for the corresponding layer system parameters, such as transmission, sheet resistance or emissivity and depending selected from the stoichiometry layer systems with optimal values of the parameters.
ZnOx:Al erfüllt die Funktion der Blockerschicht besonders gut in Kombination mit AZO. Ein Schichtsystem mit einer ZnOx:Al-Blockerschicht oder einer ZnOx:Al-AZO Doppelschicht weist eine geringere Absorption, d. h. eine höhere Transmission auf, als ein Schichtsystem mit einer NiCrOx Blockerschicht. Die Blockerwirkung ist dabei auch besser, als wenn man nur AZO verwendet.ZnOx: Al performs the blocker layer function particularly well in combination with AZO. A layer system comprising a ZnOx: Al blocker layer or a ZnOx: Al-AZO bilayer has less absorption, i. H. a higher transmission than a layer system with a NiCrOx blocking layer. The blocking effect is also better than using only AZO.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das dielektrische Barrieredeckschichtsystem auf der ersten Blockerschicht angeordnet ist, womit auf einfache Weise eine weitere Verbesserung der Farborteinstellung erreicht und Sauerstoffdiffusion beim Tempern sowie Alterung des Schichtsystems durch Sauerstoffdiffusion reduziert wird.A further layer system according to the invention is characterized in that the dielectric barrier cover layer system is arranged on the first blocker layer, which achieves a further improvement of the color locus adjustment in a simple manner and oxygen diffusion during annealing and aging of the layer system is reduced by oxygen diffusion.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass ein zweites Metallschichtsystem vorgesehen ist, umfassend in dieser Reihenfolge:
- – eine dritte dielektrische Schicht,
- – eine zweite Saatschicht,
- – eine zweite Metallschicht, bestehend aus oder umfassend Ag,
- – eine zweite Blockerschicht,
- A third dielectric layer,
- A second seed layer,
- A second metal layer consisting of or comprising Ag,
- A second blocker layer,
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Metallschicht auf der zweiten Saatschicht und die zweite Saatschicht auf der dritten dielektrischen Schicht angeordnet sind.A further layer system according to the invention is characterized in that the second metal layer is arranged on the second seed layer and the second seed layer on the third dielectric layer.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass ein drittes Metallschichtsystem vorgesehen ist, umfassend in dieser Reihenfolge:
- – eine vierte dielektrische Schicht,
- – eine dritte Saatschicht,
- – eine dritte Metallschicht, bestehend aus oder umfassend Ag,
- – eine dritte Blockerschicht,
- A fourth dielectric layer,
- A third seed layer,
- A third metal layer consisting of or comprising Ag,
- A third blocker layer,
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die dritte Metallschicht auf der dritten Saatschicht angeordnet ist und die dritte Saatschicht auf der vierten dielektrischen Schicht angeordnet ist.A further layer system according to the invention is characterized in that the third metal layer is arranged on the third seed layer and the third seed layer is arranged on the fourth dielectric layer.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die dritte dielektrische Schicht oder die vierte dielektrische Schicht aus TiO2 oder Al2O3 besteht oder diese aufweist.A further layer system according to the invention is characterized in that the third dielectric layer or the fourth dielectric layer consists of or comprises TiO 2 or Al 2 O 3 .
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Saatschicht oder die dritte Saatschicht aus AZO, NiCrOx, TiOx oder Ti besteht oder diese aufweist.A further layer system according to the invention is characterized in that the second seed layer or the third seed layer consists of or comprises AZO, NiCrO x , TiO x or Ti.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Blockerschicht oder die dritte Blockerschicht aus NiCrOx, NiCr, TiOx, Ti, ZnOx:Al oder AZO besteht oder diese aufweist.Another inventive coating system is characterized in that the second blocking layer or the third blocker layer of NiCrO x, NiCr, TiO x, Ti, ZnO x: Al or AZO consisting of or comprising.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das dielektrische Barrieredeckschichtsystem eine dielektrische Farbkorrekturteilschicht umfasst, bestehend aus oder aufweisend TiO2, womit eine bessere Einstellung des Farbortes erreicht werden kann. Bei Zwei- und Mehrfach Low-E Schichtsystemen kann zur Farbeinstellung relativ leichter auf TiO2 im dielektrischen Barrieredeckschichtsystem verzichtet werden.A further layer system according to the invention is characterized in that the dielectric barrier cover layer system comprises a dielectric color correction sub-layer consisting of or comprising TiO 2 , whereby a better adjustment of the color locus can be achieved. In the case of two- and multiple low-E layer systems, it is relatively easier to dispense with
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass die Einzelschichten stickstoffrei sind oder weniger als 5 at% Stickstoff aufweisen. Vorteilhaft wird bei der Herstellung auf Stickstoff als Prozessgas verzichtet und damit der Aufwand für Prozessgas, Prozessgasversorgung verringert. Ferner verringert sich vorteilhaft die geometrische Länge der Herstellungsanlage für die Schichtsysteme, da die Anzahl an Prozessstationen und der zwischen ihnen notwendigen Gastrenneinrichtungen geringer ist.Another layer system according to the invention is characterized in that the individual layers are nitrogen-free or have less than 5 at% nitrogen. Advantageously, nitrogen is dispensed with as process gas in the production and thus the cost of process gas, process gas supply is reduced. Furthermore, the geometric length of the manufacturing system for the layer systems is advantageously reduced, since the number of process stations and the gas separation devices required between them is lower.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das dielektrische Barrieredeckschichtsystem in dieser Reihenfolge umfasst:
- – eine erste dielektrische Teilschicht, angeordnet auf der dielektrischen Farbkorrekturschicht, bestehend aus oder aufweisend Al2O3,
- – eine zweite dielektrische Teilschicht, angeordnet auf der ersten dielektrischen Teilschicht, bestehend aus oder aufweisend SiO2,
- A first dielectric sublayer disposed on the dielectric color correction layer consisting of or comprising Al 2 O 3 ,
- A second dielectric sublayer disposed on the first dielectric sublayer, consisting of or comprising SiO 2 ,
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das dielektrische Barrieredeckschichtsystem in dieser Reihenfolge umfasst:
- – eine erste dielektrische Teilschicht, angeordnet auf der dielektrischen Farbkorrekturschicht, bestehend aus oder aufweisend Al2O3,
- – eine zweite dielektrische Teilschicht, angeordnet auf der ersten dielektrischen Teilschicht, bestehend aus oder aufweisend AlN oder AlOxNy.
- A first dielectric sublayer disposed on the dielectric color correction layer consisting of or comprising Al 2 O 3 ,
- A second dielectric sublayer disposed on the first dielectric sublayer, consisting of or comprising AlN or AlO x N y .
Auch bei der Herstellung dieses Schichtsystems kann vorteilhaft auf Stickstoff als Prozessgas verzichtet und damit der Aufwand an Prozessgasen und Pumpeinrichtungen verringert werden, falls die stickstoffhaltigen Schichten AlN oder AlOxNy mittels eines Stickstoff aufweisenden keramischen Targets hergestellt sind. Also in the production of this layer system can advantageously be dispensed with nitrogen as the process gas and thus the cost of process gases and pumping devices can be reduced if the nitrogen-containing layers AlN or AlO x N y are made by means of a ceramic target having nitrogen.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das transparente Substrat aus einem Glasmaterial besteht oder dieses beinhaltet; dabei handelt es sich üblicherweise um ein Rohglas, insbesondere um Floatglas.Another layer system according to the invention is characterized in that the transparent substrate consists of or includes a glass material; this is usually a raw glass, in particular float glass.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das Glasmaterial durch Tempern härtbar ist. Als Tempern wird eine Wärmebehandlung, beispielweise bei Temperaturen von 650°C oder auch etwa 700°C für etwa 10 Minuten bezeichnet.Another layer system according to the invention is characterized in that the glass material is curable by tempering. As annealing, a heat treatment, for example, at temperatures of 650 ° C or about 700 ° C for about 10 minutes.
Das erfindungsgemäße Schichtsystem zeichnet sich insbesondere durch folgende Farbwerte aus:
–5 ≤ a* ≤ 0; –12 ≤ b* ≤ –2; bei einer Reflexion von der Film- und Glasseite aus.The layer system according to the invention is characterized in particular by the following color values:
-5 ≤ a * ≤ 0; -12 ≤ b * ≤ -2; at a reflection from the film and glass side.
Das erfindungsgemäße Schichtsystem zeichnet sich dadurch aus, dass das auf das Glassubstrat aufgebrachte Schichtsystem temperbar ist bzw. dass das Substrat bei aufgebrachtem Schichtsystem temperbar ist, wobei die optischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften des aufgebrachten Schichtsystems in einen vorgegebenen Toleranzbereich von
Δa* ≤ 2; Δb* ≤ 2; ΔRsq ≤ 2 Ohm/sq liegen undThe layer system according to the invention is characterized in that the layer system applied to the glass substrate can be tempered or that the substrate can be tempered when the layer system is applied, the optical, thermal and mechanical properties of the applied layer system falling within a predetermined tolerance range of
Δa * ≤ 2; Δb * ≤ 2; ΔR sq ≤ 2 ohms / sq and
Werte von
Rsq ≤ 5 (Einzelsilber); Rsq ≤ 4 (Doppelsilber); Rsq ≤ 3 (Tripelsilber);
Ty > 80% (Einzelsilberschicht); Ty > 70% (Doppelsilberschicht); Ty > 60% (Tripelsilberschicht); Streuung Tvis < 0,5%
aufweisen.Values of
R sq ≤ 5 (single silver); R sq ≤ 4 (double silver); R sq ≤ 3 (triple silver);
T y > 80% (single silver layer); T y > 70% (double silver layer); T y > 60% (triple silver layer); Scattering T vis <0.5%
exhibit.
Der Flächenwiderstand ρ☐ einer Schicht der Dicke d ist bei isotropem spezifischem Widerstand ρ gemäß
Die Farbwerte werden aus spektralphotometrisch aufgenommenen Reflexions- und Transmissionsspektren berechnet.The color values are calculated from spectrophotometrically recorded reflection and transmission spectra.
Für die Charakterisierung des Farbeindrucks wurde dabei das L*a*b*-Farbsystem herangezogen. Das von der CIE-Kommission entwickelte Standard-L*a*b*-Farbsystem zur psychophysikalischen Farbstimulusspezifizierung (
Die Streuung in Transmission Tvis (engl. Haze) ist definiert als das Verhältnis zwischen der diffusen Transmission und der Gesamttransmission einer Probe gemäß
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Infrarotstrahlung reflektierenden Schichtsystems auf einem bereitgestellten transparenten Substrat, beinhaltet in dieser Reihenfolge:
- – Aufbringen einer auf dem transparenten Substrat angeordneten ersten dielektrischen Schicht, die als Diffusionsbarriereschicht ausgebildet ist,
- – Aufbringen einer zweiten dielektrischen Schicht,
- – Aufbringen eines ersten Metallschichtsystems, umfassend in dieser Reihenfolge:
- – eine erste Metallschicht, bestehend oder umfassend Ag,
- – eine erste Blockerschicht,
- – Aufbringen eines dielektrischen Barrieredeckschichtsystem,
- Applying a first dielectric layer arranged on the transparent substrate and being formed as a diffusion barrier layer,
- Applying a second dielectric layer,
- Applying a first metal layer system comprising in this order:
- A first metal layer consisting of or comprising Ag,
- A first blocking layer,
- Application of a dielectric barrier cover layer system,
Ferner zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung eines Infrarot reflektierenden Schichtsystems auf einem bereitgestellten transparenten Substrat dadurch aus, dass zumindest eine der aufgebrachten Einzelschichten von erfindungsgemäßen Schichtsystemen durch Sputtern eines keramischen Targets, durch reaktives Sputtern eines metallischen Targets, durch Mittelfrequenz-Sputtern oder durch DC-Sputtern aufgebracht wird.Furthermore, the method for producing an infrared-reflecting layer system on a provided transparent substrate is characterized in that at least one of the applied individual layers of layer systems according to the invention by sputtering a ceramic target, by reactive sputtering of a metallic target, by medium-frequency sputtering or by DC sputtering is applied.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Verwendung von Zeichnungen. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages will become apparent from the following description using drawings. In the drawings, embodiments of the present invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen beispielhaft:They show by way of example:
D1 bezeichnet eine dielektrische Schicht, welche aus SiO2 besteht und eine Dicke zwischen 1 nm und 30 nm aufweist. D2 bezeichnet eine dielektrische Schicht, die aus TiO2 oder Al2O3 besteht und eine Dicke zwischen 5 nm und 40 nm aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann die dielektrische Schicht D1 aus Al2O3 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 50 nm bestehen, wobei die dielektrische Schicht D2 aus TiO2 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 50 nm besteht.D1 denotes a dielectric layer which consists of SiO 2 and has a thickness between 1 nm and 30 nm. D2 denotes a dielectric layer consisting of TiO 2 or Al 2 O 3 and having a thickness between 5 nm and 40 nm. In a further embodiment, the dielectric layer D1 may consist of Al 2 O 3 with a thickness of between 5 nm and 50 nm, wherein the dielectric layer D2 consists of TiO 2 with a thickness of between 5 nm and 50 nm.
Die Metallschicht M1 ist auf einer optionalen Saatschicht S1 mit einer Dicke zwischen 3 nm und 30 nm angeordnet, die zwischen der zweiten dielektrischen Schicht D2 und der ersten Metallschicht M1 vorgesehen ist. Die Metallschicht M1 besteht aus oder umfasst metallisches Ag.The metal layer M1 is disposed on an optional seed layer S1 having a thickness between 3 nm and 30 nm, which is provided between the second dielectric layer D2 and the first metal layer M1. The metal layer M1 consists of or comprises metallic Ag.
Die erste Saatschicht S1 mit einer Dicke zwischen 1 nm und 20 nm besteht entweder aus AZO, NiCrOx, TiOx oder Ti oder umfasst diese.The first seed layer S1 with a thickness between 1 nm and 20 nm consists of or comprises either AZO, NiCrO x , TiO x or Ti.
Die dielektrische Blockerschicht B1 mit einer Dicke zwischen 1 nm und 20 nm ist auf der ersten Metallschicht M1 angeordnet, wobei die Blockerschicht B1 entweder aus NiCrOx, NiCr, TiOx, Ti, ZnOx:Al oder AZO besteht oder diese umfasst.The blocker dielectric layer B1 having a thickness between 1 nm and 20 nm is arranged on the first metal layer M1, wherein the blocking layer B1 consists of or comprises either NiCrO x , NiCr, TiO x , Ti, ZnO x: Al or AZO.
Das dielektrische Barrieredeckschichtsystem BDS mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm ist auf der Blockerschicht B1 angeordnet und umfasst eine dielektrische Teilschicht BD1 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm, bestehend aus oder aufweisend Al2O3, und eine dielektrische Teilschicht BD2 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm, angeordnet auf der ersten dielektrischen Teilschicht BD1, bestehend aus oder aufweisend SiO2. Die dielektrische Farbkorrekturschicht FK besteht oder umfasst TiO2 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm. Die dielektrische Teilschicht BD1 ist auf der Farbkorrekturschicht FK angeordnet.The barrier barrier dielectric system BDS with a thickness between 5 nm and 100 nm is arranged on the blocking layer B1 and comprises a dielectric sub-layer BD1 with a thickness between 5 nm and 100 nm, consisting of or comprising Al 2 O 3 , and a
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die dielektrische Teilschicht BD1 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm, aus AlN oder AlOxNy besteht oder dieses aufweist.In a further embodiment it is provided that the dielectric sub-layer BD1 with a thickness between 5 nm and 100 nm, consists of AlN or AlO x N y or has this.
In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform fehlt die Saatschicht S1 und/oder die Farbkorrekturschicht FK.In a further embodiment, not shown, the seed layer S1 and / or the color correction layer FK is missing.
Ferner kann das Barrieredeckschichtsystem BDS aus nur einer dielektrischen Teilschicht aus SiO2 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm oder Al2O3 mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm bestehen.Furthermore, the barrier barrier layer system BDS can consist of only one dielectric sub-layer of SiO 2 with a thickness between 5 nm and 100 nm or Al 2 O 3 with a thickness between 5 nm and 100 nm.
Die zweite Metallschicht M2 besteht aus oder umfasst metallisches Ag und ist auf der zweiten Saatschicht S2 und die zweite Saatschicht S2 auf der dritten dielektrischen Schicht D3 angeordnet. Die Saatschicht, mit einer Dicke zwischen 1 nm und 20 nm besteht aus oder umfasst AZO, NiCrOx, TiOx oder Ti.The second metal layer M2 consists of or comprises metallic Ag and is disposed on the second seed layer S2 and the second seed layer S2 on the third dielectric layer D3. The seed layer, with a thickness between 1 nm and 20 nm, consists of or comprises AZO, NiCrO x , TiO x or Ti.
In den Schichtsystemen der
Nachfolgend werden in tabellarischer Form repräsentative Ergebnisse für ein bevorzugtes stickstofffreies Schichtsystem sowie ein bevorzugtes Schichtsystem mit einer nitridischen Diffusionsbarriere wiedergegeben. Tabelle 1
Ferner werden nachfolgend in tabellarischer Form repräsentative Ergebnisse für weitere bevorzugte nitridfreie Schichtsysteme, und zwar Einfach-Low-E-, Doppel-Low-E- und Dreifach-Low-E- Schichtsysteme wiedergegeben, sämtlich vor und nach einem Tempern mit 650°C über eine Zeitdauer von 10 Minuten. RF und RG bezeichnen die Reflexionsfaktoren zur Schichtseite bzw. Glasseite der Schichtsysteme. Tabelle 2 Further, in tabular form, representative results for further preferred nitride-free layer systems, namely single-low-E, double-low-E, and triple-low-E layer systems, are given below, all before and after annealing at 650 ° C a period of 10 minutes. RF and RG denote the reflection factors to the layer side or glass side of the layer systems. Table 2
Bei dem Einfach-Low-E-Schichtsystem #3704 ist eine dielektrische Blockerschicht ZnOx:Al 2% mit einer Dicke von 1,3 nm auf einer Silberschicht von 14,2 nm angeordnet. Als dielektrische Barriereschicht ist eine Doppelschicht aus AZO mit einer Dicke von 46,0 nm und Al2O3 mit einer Dicke von 24,0 nm vorgesehen.In the single low E layer system # 3704, a blocker dielectric layer ZnOx:
Bei der Low-E-Schicht#3661 ist eine Silberschicht von 13,5 nm, eine ZnOx:Al Schicht von 4,0 nm, eine AZO-Schicht von 37,2 nm und eine Al2O3-Schicht von 23,6 nm vorgesehen.The low-E layer # 3661 has a silver layer of 13.5 nm, a ZnOx: Al layer of 4.0 nm, an AZO layer of 37.2 nm and an Al2O3 layer of 23.6 nm.
Bei der Doppel-Low-E-Schicht#3694 ist auf einer Silberschicht von 10,9 nm eine ZnOx:Al Blockerschicht von 1,3 nm, auf dieser einen Saatschicht aus AZO von 95,0 nm, auf dieser eine Silberschicht von 2,6 nm und auf dieser eine ZnOx:Al Blockerschicht mit einer Dicke 1,5 nm und dielektrische Barriereschichtsystem bestehend aus einer Al2O3-Schicht mit einer Dicke von 45,0 nm, vorgesehen.In the case of the double low-
Bei der Dreifach-Low-E-Schicht#3689 ist auf einer Silberschicht mit einer Dicke von 13,0 nm eine ZnOx:Al Schicht von 1,3 nm, auf dieser eine AZO-Schicht mit 84,9 nm, auf dieser eine Silberschicht von 14,5 nm, auf dieser eine Blockerschicht aus ZnOx:Al mit einer Dicke von 1,3 nm, auf dieser eine AZO-Saatschicht mit einer Dicke von 86,0 nm, auf dieser eine Silberschicht von 15,5 nm und auf dieser eine ZnOx:Al Blockerschicht mit einer Dicke vn 1,5 nm und ein dielektrisches Barriereschichtsystem bestehend aus einer Al2O3-Schicht von 49,0 nm vorgesehen.In the case of the triple low
Es versteht sich, daß auch Schichtssysteme mit von den in der Tabelle 2 abweichenden Parameterwerten, wie Dicke oder Zusammensetzung der Einzelschichten von der Erfindung umfaßt sind. Ferner kann das dielektrische Barriereschichtsystem jeweils statt einer Al2O3-Schicht auch ein Al2O3-SiO2-Schichtsystem umfassen oder aus einem solchen bestehen.It is understood that layer systems are also included with the parameter values differing from Table 2, such as thickness or composition of the individual layers of the invention. Furthermore, instead of an Al 2 O 3 layer, the dielectric barrier layer system may also comprise or consist of an Al 2 O 3-
Bevorzugt sind ZnOx:Al Blockerschichten mit 2 at.% Al eingesetzt worden, wobei es sich versteht, daß auch andere Dotierungen vorstellbar sind.ZnOx: Al blocker layers having 2 at.% Al were preferably used, it being understood that other dopings are also conceivable.
Die Daten der Tabelle 2 zeigen, daß die beschriebenen Schichtsysteme sämtlich eine geringe Farbverschiebung nach dem Tempern aufweisen. Insbesondere auf der Glasseite RG ist festzustellen, daß der Farbort stabil ist. Das Sinken des Flächenwiderstands von dem Schichtsystem #3704 zu #3661, zu #3694 und schließlich #3689 ist ein erwünschter Effekt, weil damit die Emissivität des jeweiligen Systems verringert wird.The data of Table 2 show that the layer systems described all have little color shift after annealing. In particular, on the glass side RG is to be noted that the color locus is stable. The decrease in sheet resistance from layer system # 3704 to # 3661, # 3694 and finally # 3689 is a desirable effect because it reduces the emissivity of the particular system.
Bei allen Schichtsystemen #3704, #3661, #3694 und #3689 ist eine Erhöhung der Transmission TV nach dem Tempern mit 650°C über eine Zeitdauer von 10 Minuten zu beobachten, die aus einer beim Tempern ausgelösten Nachoxydation der ZnOx:Al-Schichten resultiert. Diese sind auf dem Silber als Blockerschicht für diffundierenden Sauerstoff aufgebracht und verhindern eine Oxydation und ggf. Zerstörung der insbesondere gegenüber Sauerstoff empfindlichen Silberschichten während des Temperprozesses. For all layer systems # 3704, # 3661, # 3694 and # 3689, an increase in the transmission TV after annealing at 650 ° C. over a period of 10 minutes is evident, which results from a post-oxidation of the ZnOx: Al layers initiated in the annealing , These are applied to the silver as a blocking layer for diffusing oxygen and prevent oxidation and possibly destruction of the particular sensitive to oxygen silver layers during the annealing process.
Im folgenden werden Schaubilder von Reflexionsspektren der Schichten #3704, #3694, #3689 für die wellenlängenabhängige Reflexion schichtseitig und glasseitig sowie für die Transmission vor und nach Tempern mit 650°C für 10 Minuten gezeigt.Shown below are graphs of reflection spectra of layers # 3704, # 3694, # 3689 for wavelength-dependent reflection on the layer side and on the glass side, and for transmittance before and after annealing at 650 ° C for 10 minutes.
Die Darstellung der
Die erfindungsgemäßen Schichtsysteme erfüllen die optischen und elektrischen Anforderungen an temperbare Low-E-Beschichtungen, wobei ein Kompromiss aus möglichst hoher Transmission bei niedrigem Schichtwiderstand und farbneutraler bis bläulicher Reflektion erzielt werden konnte.The layer systems according to the invention meet the optical and electrical requirements for temperable low-E coatings, with a compromise of the highest possible transmission with low sheet resistance and color-neutral to bluish reflection could be achieved.
In der nachfolgenden Tabelle werden für die einzelnen Messgrößen die verwendeten Messgeräte und deren Messgenauigkeit angegeben: Tabelle 3 The following table shows the measuring instruments used and their measuring accuracy for the individual measured quantities: Table 3
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- transparentes Substrattransparent substrate
- B1B1
- erste Blockerschichtfirst blocker layer
- B2B2
- zweite Blockerschichtsecond blocking layer
- B3B3
- dritte Blockerschichtthird blocker layer
- BD1BD1
- dielektrische Teilschichtdielectric sublayer
- BD2BD2
- dielektrische Teilschichtdielectric sublayer
- BDSBDS
- dielektrisches Barrieredeckschichtsystemdielectric barrier cover layer system
- D1 D1
- erste dielektrische Schichtfirst dielectric layer
- D2D2
- zweite dielektrische Schichtsecond dielectric layer
- D3D3
- dritte dielektrische Schichtthird dielectric layer
- D4D4
- vierte dielektrische Schichtfourth dielectric layer
- DTDT
- dielektrische Zwischenschichtdielectric interlayer
- FKFK
- FarbkorrekturschichtColor correction layer
- M1M1
- erste Metallschichtfirst metal layer
- M2M2
- zweite Metallschichtsecond metal layer
- M3M3
- dritte Metallschichtthird metal layer
- MS1MS1
- erstes Metallschichtsystemfirst metal layer system
- MS2MS2
- zweites Metallschichtsystemsecond metal layer system
- MS3MS3
- drittes Metallschichtsystemthird metal layer system
- RGRG
- Reflexionsfaktor glasseitigReflection factor glass side
- RFRF
- Reflexionsfaktor schichtseitigReflection factor on the coating side
- S1S1
- erste Saatschichtfirst seed layer
- S2S2
- zweite Saatschichtsecond seed layer
- S3S3
- dritte Saatschichtthird seed layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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