DE112018000835B4

DE112018000835B4 - Beschichteter Artikel mit Low-E Beschichtung mit IR-reflektierender Schicht(en) und Yttrium umfassende nitrierter dielektrischer Hoch-Index-Schicht und Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands

Info

Publication number: DE112018000835B4
Application number: DE112018000835.5T
Authority: DE
Inventors: Cesar Clavero; Guowen Ding; Daniel Lee; Scott Jewhurst; Daniel Schweigert; Gaurav SARAF; Guizhen Zhang; Minh Le; Marcus Frank; Nestor P. Murphy
Original assignee: Guardian Glass LLC
Current assignee: Guardian Glass LLC
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: US10287673B2; CN110520391A; US20180258524A1; WO2018165136A1; DE112018000835T5; BR112019018624A2; BR112019018624B1

Abstract

Beschichteter Gegenstand, der eine Beschichtung aufweist, die von einem Glassubstrat getragen wird, die Beschichtung Folgendes umfassend:eine erste dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat;eine Silber umfassende Infrarot-(IR)-reflektierende Schicht auf dem Glassubstrat, die mindestens über der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist;eine zweite dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat, die sich mindestens über der IR-reflektierenden Schicht befindet; undwobei mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ein Yttrium-(Y)-Nitrid umfasst, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthält, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm aufweist, und ferner zumindest eins von Zr, Si und AI enthält, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015 bei 400 nm aufweist.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf einen beschichteten Gegenstand mit einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad (Low-E), die mindestens eine Infrarot-(IR)-reflektierende Schicht aus einem Material wie Silber oder Gold oder dergleichen und mindestens eine Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht aufweist. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen können die Yttrium-haltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschichten eines oder mehrere von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN sein oder einschließen. In bevorzugten Ausführungsformen kann die Hochindexschicht eine transparente dielektrische Hochindexschicht mit einem hohen Brechungsindex (n) und einem niedrigen k-Wert sein und für Entspiegelungszwecke und/oder Sichtdurchlässigkeitszwecke und/oder zur Verbesserung der thermischen Stabilität vorgesehen sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Low-E-Beschichtung in Anwendungen wie etwa monolithischen oder Isolierglasfenstern (IG), Fahrzeugfenstern oder dergleichen verwendet werden.
HINTERGRUND UND KURZDARSTELLUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Beschichtete Gegenstände sind im Stand der Technik bekannt zur Verwendung bei Anwendungen wie Isolierglasfenstern (IG), Fahrzeugscheiben, monolithischen Fenstern und/oder dergleichen.
Herkömmliche Low-E-Beschichtungen werden zum Beispiel und ohne Einschränkung in den US-Patenten Nr. US 6,576,349 B2 , US 9,212,417 B2 , US 9,297,197 B2 , US 7,390,572 B2 , US 7,153,579 B2 und US 9,403,345 B2 offenbart, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
Bestimmte Low-E-Beschichtungen verwenden mindestens eine transparente dielektrische Schicht aus Titanoxid (z. B. TiO₂), die einen hohen Brechungsindex (n) zur Entspiegelung und/oder Farbgebung aufweist. Siehe zum Beispiel die US-Patente Nr. US 9,212,417 B2 , US 9,297,197 B2 , US 7,390,572 B2 , US 7,153,579 B2 und US 9,403,345 B2 . Obwohl dielektrische Materialien mit hohem Brechungsindex wie TiO₂ bekannt sind und in Low-E-Beschichtungen verwendet werden, sind diese Materialien nicht thermisch stabil und in der Regel nach dem Tempervorgang bei etwa 650 °C für 8 Minuten infolge von Kristallisation (oder Änderung der Kristallinität) im abgeschiedenen oder dem Zustand nach dem Tempern nicht hitzestabil, was wiederum zu thermischer Belastung oder Gitterdefekten an benachbarten Schichten im Schichtstapel führen kann. Diese Belastung kann ferner eine Änderung der physikalischen oder Materialeigenschaften des Stapels und somit Einfluss auf die Ag-Schicht nehmen, was zu einer verschlechterten Low-E-Stapelleistung führt. Darüber hinaus weisen dielektrische TiO₂-Schichten in Low-E-Beschichtungen eine sehr niedrige Abscheiderate während der Sputter-Abscheidung von niederohmigen E Beschichtungen auf, was zu signifikant hohen Kosten in Verbindung mit der Herstellung von Low-E-Beschichtungen führt.
WO 2018/017329 A2 beschreibt beschichtete Gegenstände, die hochentropische Nitrid- und/oder Oxidfilme einschließlich Beschichtungen tragen, und/oder Verfahren zu deren Herstellung.
DE 10 2015103 494 A1 beschreibt Verfahren zur Herstellung eines Reflektorelements, bei dem eine Schichtenfolge abgeschieden wird, die mindestens eine Spiegelschicht und mindestens ein reaktives Multischichtsystem umfasst.
US 2016/0146990 A1 beschreibt einen IR-Steuerungsfilm mit einem IR-Steuerungsstapel, der synergistisch zuschneidbare optische Eigenschaften bereitstellt.
DUPONT, G. Et al: Structural Properties of N-rich a-Si-N:H films with a low electrontrapping rate beschreibt hydrogeniertes amorphes Siulisium-Nitrid-Filme mit hohem Stickstoffanteil.
Während die Erfindung in den unabhängigen Ansprüchen definiert ist, sind weitere Aspekte der Erfindung in den abhängigen Ansprüchen, den Figuren und der folgenden Beschreibung dargelegt.
Beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung lösen diese Probleme durch Bereitstellen eines hohen Indexwerts (hoher Brechungsindex n, gemessen bei 550 nm) und einer geringen Absorption (geringer k-Wert, gemessen bei 400 nm) Yttrium (y) einschließlich der nitrierten dielektrischen Schicht zur Verwendung in Low-E-Beschichtungen. Anders als bei dielektrischen TiO₂-Schichten stellte sich heraus, dass die Yttrium-haltigen dielektrischen Hochindexschichten wärmebehandelbar sind, sodass sie im Wesentlichen bei der Wärmebehandlung (HT) thermisch stabil sind und durch Sputtern mit viel höheren Sputterabscheidungsraten abgeschieden werden können als kann TiO₂. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen können die Yttrium-haltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschichten eines oder mehrere von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN sein oder einschließen. Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe von Y zu ZrSiAlN beispielsweise eine Erweiterung seiner Bandlücke ermöglicht und somit die optische Absorption (k) erheblich senkt, während es einen hohen Brechungsindex (n) aufweist. Dasselbe gilt für das Hinzufügen von Y zu ZrSiN, SiN und SiAlN in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen. Diese Materialien haben sich auch als hitzestabil erwiesen (z. B. kann die Variation des Brechungsindexes n aufgrund von HT, wie thermischem Tempern bei etwa 650 °C, nicht größer sein als 0,1). In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Low-E-Beschichtung in Anwendungen wie etwa monolithischen oder Isolierglasfenstern (IG), Fahrzeugfenstern oder dergleichen verwendet werden. Während Y-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschichten, wie hierin erörtert, vorzugsweise bei Low-E-Beschichtungen verwendet werden, ist diese Erfindung nicht derart begrenzt und diese Schichten können in anderen dünnen Folienbeschichtungen, wie beispielsweise in Hochindexschichten in Antireflex-(AR)-Beschichtungen verwendet werden.
„Wärmebehandlung“ (HT) und ähnliche Begriffe wie „Wärmebehandeln“ und „wärmebehandelt“, wie thermisches Tempern, thermische Verfestigung, und/oder Wärmebiegung, wie hierin verwendet, bezieht sich auf eine Wärmebehandlung des Glassubstrats und die Beschichtung bei einer Temperatur von mindestens 580 °C für mindestens 5 Minuten. Eine beispielhafte Wärmebehandlung ist die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von etwa 600-650 °C für mindestens 8 Minuten.
In einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung wird ein beschichteter Gegenstand bereitgestellt, der eine Beschichtung umfasst, die von einem Glassubstrat getragen wird, wobei die Beschichtung umfasst: eine erste dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat; eine Silber umfassende Infrarot-(IR)-reflektierende Schicht auf dem Glassubstrat, die mindestens über der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist; eine zweite dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat, die sich mindestens über der IR-reflektierenden Schicht befindet; und wobei mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ein Yttrium-(Y)-Nitrid umfasst, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthält, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm aufweist und ferner zumindest entweder Zr, Si und Al enthält, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015 bei 400 nm aufweist.
In einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem ein beschichteter Gegenstand hergestellt wird, der von einem Glassubstrat getragen wird, wobei das Verfahren umfasst: eine Sputter-Abscheidung einer ersten dielektrischen Schicht auf dem Glassubstrat; Sputter-Abscheidung einer zweiten dielektrischen Schicht auf dem Glassubstrat, die über mindestens der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist; Sputter-Abscheidung einer dritten dielektrischen Schicht auf dem Glassubstrat, die über mindestens der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist; und wobei mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ein Yttrium-(Y)-Nitrid, Si und ferner mindestens entweder Zr oder Al umfasst, und wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015 bei 400 nm aufweist. Die Beschichtung kann eine Low-E-Beschichtung oder Antireflex-(AR)-Beschichtung sein.
Figurenliste
Diese Patent- oder Anmeldungsdatei enthält mindestens farbige Zeichnung. Kopien dieser Patent- oder Anmeldungsveröffentlichung mit Farbzeichnung(en) werden vom Büro nach Anforderung und Bezahlung der notwendigen Gebühr zur Verfügung gestellt.

1 ist eine Querschnittansicht eines beschichteten Gegenstands nach einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung.
2 ist eine Querschnittansicht eines beschichteten Gegenstands gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung.
3 zeigt den Prozentanteil (%) im Vergleich zur Wellenlängen (nm), die Durchlässigkeit (t) %, Glasseitenreflexion (G) % und Beschichtungsseitenreflexion (F) % eines Schichtstapels einschließlich einer Hochindex-TiO₂-Schicht im Vergleich zur Wellenlänge (nm) im beschichteten (AC) Zustand sowie nach der HT.
4 zeigt den Prozentanteil (%) im Vergleich zur Wellenlänge (nm), die Durchlässigkeit (T) %, Glasseitenreflexion (G) % und Beschichtungsseitenreflexion (F) % eines Schichtstapels mit einer hochbrechenden YSiN-Schicht im Vergleich zur Wellenlänge (nm) im beschichteten (AC) Zustand sowie nach der HT.
5 zeigt den Prozentanteil (%) im Vergleich zur Wellenlänge (nm), die die Durchlässigkeit (T) %, Glasseitenreflexion (G) % und Beschichtungsseitenreflexion (F) % eines Schichtstapels einschließlich einer hochbrechenden YSiAlN-Schicht im Vergleich zur Wellenlänge (nm) im beschichteten (AC) Zustand sowie nach der HT.
6 ist ein Diagramm mit optischen/thermischen Daten für einen beispielhaften beschichteten Gegenstand gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung.
7 ist ein Diagramm mit optischen/thermischen Daten für den beschichteten Gegenstand von Beispiel 4.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
Nun wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile bezeichnen.
Beschichtete Gegenstände hierin können in Anwendungen wie monolithischen Fenstern, IG-Fenstern, z. B. Wohnfenstern, Glasterassentüren, Fahrzeugfenstern und/oder jeder anderen geeigneten Anwendung verwendet werden, die ein einziges oder mehrere Substrate, wie Glassubstrate, umfasst.
Herkömmliches Material mit hohem Brechungsindex, wie TiO₂ mit geringer oder keiner Lichtabsorption im sichtbaren Bereich, wird häufig in Low-E-Beschichtungen in Fensteranwendungen verwendet. TiO₂ ist jedoch in der Regel nach einem thermischen Temperprozess, wie mit HT bei etwa 650 °C für 8 Minuten, infolge von Kristallisation (oder Änderung der Kristallinität) im abgeschiedenen Zustand oder nach dem Tempern nicht hitzestabil, was wiederum zu thermischer Belastung oder Gitterdefekten an benachbarten Schichten im Schichtstapel führen kann. Solch eine Belastung kann ferner eine Änderung der physikalischen oder Materialeigenschaften des Stapels verursachen und somit Einfluss auf die Ag-basierte Schicht nehmen, was zu einer verschlechterten Low-E-Stapelleistung führt. TiO₂-Schichten weisen auch eine sehr geringe Sputter-Abscheidungsrate auf.
3 zeigt, dass TiO₂ thermisch nicht stabil und somit praktisch nicht wärmebehandelbar ist. 3 zeigt einen Prozentanteil (%) im Vergleich zur Wellenlänge (nm), die Durchlässigkeit (T) %, Glasseitenreflexion (G) % und Beschichtungsseitenreflexion (F) % eines Schichtstapels einschließlich einer Hochindex-Titanoxid-Schicht im Vergleich zur Wellenlänge (nm) im beschichteten (AC) Zustand sowie nach der HT. Der Schichtstapel war
Glas/TiO₂(27 nm)/ZnO(4 nm)/Ag(11 nm)/NiTiNbO_x(2,4 nm)/ZnSnO(10 nm)/ZnO(4 nm)/Si N(10 nm), wobei die ZnO-Schichten in diesem Vergleichsbeispiel-(CE)-Stapel mit Al dotiert waren. Somit liegen die AC-Kurven vor der HT, und die HT-Kurven liegen nach der Wärmebehandlung für etwa acht Minuten bei etwa 650 °C. In 3 zeigen die obersten drei der rechts aufgeführten Kurven die AC-Beschichtung vor der HT und die unteren drei nach der Wärmebehandlung. Sie sind deshalb mit „HT“ gekennzeichnet. 3 zeigt, dass der Schichtstapel mit dem kristallinen TiO₂ nicht thermisch stabil und somit praktisch nicht wärmebehandelbar ist. Insbesondere zeigt das Vergleichsbeispiel (CE) in 3 eine signifikante Verschiebung im IR-Bereich der Durchlässigkeits- und der Reflexionsspektren, und es wurden auch Anstiege im Emissionsgrad und der Trübung gefunden. 3 zeigt im Wellenbereich von ca. 1500 bis 2400 nm eine Verschiebung von der „AC T“-Kurve (Durchlässigkeit, beschichtet vor HT) zur „HT T“-Kurve (Durchlässigkeit, nach HT) von etwa 6 % aufgrund der HT; es gab eine Verschiebung aufgrund der Wärmebehandlung von der „AC G“-Kurve (glasseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT G“-Kurve (glasseitige Reflexion nach HT) von etwa 12-14 %; und es wurde eine Verschiebung der „AC F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion nach HT) von etwa 12-13 % aufgrund der Wärmebehandlung nachgewiesen. Insgesamt ergibt sich in Kombination eine deutliche Verschiebung der Durchlässigkeits- und Reflexionsspektren bei HT, was auf eine mangelnde thermische Stabilität hinweist.
Beispielhafte Ausführungsformen dieser Erfindung lösen diese Probleme durch Bereitstellen eines hohen Indexwerts (hoher Brechungsindex n, gemessen bei 550 nm) und einer geringen Absorption (geringer k-Wert, gemessen bei 400 nm) Yttrium-(y)-haltigen nitrierten dielektrischen Schicht 2 (und möglicherweise Schicht 6) zur Verwendung bei Low-E-Beschichtungen. Anders als dielektrischen TiO₂-Schichten, stellte sich heraus, dass die Yttrium-haltigen dielektrischen Hochindexschichten 2 (und möglicherweise 6) hierin wärmebehandelbar sind, sodass sie im Wesentlichen bei der Wärmebehandlung (HT) thermisch stabil sind und durch Sputtern bei viel höheren Sputterabscheidungsraten abgeschieden werden können als TiO₂. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht 2 (und möglicherweise 6) eines oder mehrere von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN sein oder einschließen (in verschiedenen Stöchiometrien). Die chemischen Darstellungen hierin, in denen jedes von Y, Zr und/oder N enthalten ist/sind, werden zum Zweck der Einfachheit und des Verständnisses bereitgestellt und sind nicht notwendigerweise stöchiometrisch. Zum Beispiel bedeutet YZrSiAlN nicht, dass gleiche Mengen an Y, Zr, Si, Al und N vorgesehen sind. Stattdessen, als Beispiel und ohne Einschränkung, kann eine YZrSiAlN-Schicht mehr oder weniger Y als irgendeines von Zr, Si oder Al einschließen.
Es hat sich gezeigt, dass die Zugabe von Y zu ZrSiAlN beispielsweise eine Erweiterung seiner Bandlücke ermöglicht und somit die optische Absorption (k) erheblich senkt, während es einen hohen Brechungsindex (n) aufweist. Dasselbe gilt für das Hinzufügen von Y zu ZrSiN, SiN und SiAlN in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen. Diese Materialien haben sich auch als hitzestabil erwiesen (z. B. kann die Variation des Brechungsindexes n aufgrund von HT, wie thermischem Tempern bei etwa 650 °C, nicht größer sein als 0,1). In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die Low-E-Beschichtung in Anwendungen wie etwa monolithischen oder Isolierglasfenstern (IG), Fahrzeugfenstern oder dergleichen verwendet werden. Während Y-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschichten, wie hierin erörtert, vorzugsweise bei Low-E-Beschichtungen verwendet werden, ist diese Erfindung nicht derart begrenzt und diese Schichten können in anderen dünnen Folienbeschichtungen, wie beispielsweise in Hochindexschichten in Antireflex-(AR)-Beschichtungen verwendet werden.
ZrSiAIN weist einen Absorptionskoeffizienten k auf, der für bestimmte optische Beschichtungsanwendungen zu groß sein kann. In bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung wurde nachgewiesen, dass die Zugabe von Y zu ZrSiAlN (oder zu SiAlN oder zu SiN oder zu ZrSiN) eine Erweiterung seiner Bandlücke ermöglicht und somit die optische Absorption beträchtlich senkt, während ein hoher Brechungsindex bereitgestellt wird. Der Extinktionskoeffizient k bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm (3,1 eV) in diesen Nitriden steht in Beziehung zu ihrer Bandlücke. Photonen mit Wellenlängen um 400 nm können in Materialien mit Bandlücken von mehr als 3,1 eV nicht angemessen absorbiert werden, was zu geringer oder keiner Absorption führt. Auf der anderen Seite führen Bandlücken um 3,1 eV oder niedriger zu einer signifikanten optischen Absorption. Die Breite der Bandlücke korreliert mit dem Unterschied in der Elektronegativität zwischen dem Metallelement und dem Stickstoff. Y weist einen großen Unterschied in der Elektronegativität mit einem Wert von 1,82 (N=3,04) auf, wodurch es zu einem Anstieg der Bandlücke von ZrSiAlN und anderen Nitriden kommt und somit zu einer geringeren Absorption, wodurch die Durchlässigkeit erhöht wird. Während YN ein nicht stabiles salzartiges Nitrid ist, haben wir herausgefunden, dass die Zugabe von Y zu ZrSiAlN und ähnlichen Nitriden zu einem thermisch stabilen Nitrid mit hohem Brechungsindex und niedriger optischer Absorption und damit höherer Durchlässigkeit führt.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung kann die Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht 2 (und möglicherweise 6) aus oder einschließlich YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN einen hohen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21, vorzugsweise von mindestens 2,23, besser von mindestens 2,25, optimalerweise von mindestens 2,30 (bei 550 nm), und einen geringen Absorptionkoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,02, vorzugsweise nicht mehr als 0,015, optimalerweise nicht mehr als 0,010 (bei 400 nm) aufweisen. Zusätzlich sind beschichtete Gegenstände gemäß beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung thermisch stabil und realisieren eine Brechungsindexänderung (n) nach einerWärmebehandlung bei 650 °C für 8 Minuten von nicht mehr als 0,10, vorzugsweise nicht mehr als 0,04 und optimalerweise nicht mehr 0,01. Solche Yttriumhaltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschichten aus oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN können zum Austausch von TiO₂- oder Niobiumoxid- (z. B. Nb₂O₅) Hochindexschichten in jedem Low-E- oder AR-Beschichtungsstapel in beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet werden, um die hierin beschriebenen Vorteile zu erzielen.
Es hat sich herausgestellt, dass sich die hierin erörterten Vorteil am besten durch einen verhältnismäßig hohen Yttrium-(Y)-Gehalt erzielen lassen. Beispielsweise, und ohne Einschränkung, beträgt der Metallgehalt einer beispielhaften YZrSiAlN-Schicht 2 und/oder 6 37 % Y, 54,4 % Si, 5,6 % Zr und 2,7 % Al (Atom-%). Es ist zu beachten, dass Si hierin als Metall betrachtet wird. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung kann der Metallgehalt der Yttrium-haltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschicht 2 und/oder 6, aus oder mit einem oder mehreren von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN eine oder mehrere des Folgenden umfassen: (i) 20-70 % Y, vorzugsweise 25-65 % Y, besser 30-50 % Y, und optimalerweise 33-45 % Y (Atom-%); (ii) 0-30 % Zr, vorzugsweise 1-30 % Zr, besser 3-13 % Zr, und optimalerweise 4-10 % Zr (Atom-%); (iii) 30-80 % Si, vorzugsweise 40-70 % Si, optimalerweise 45-65 % Si (Atom-%); und (iv) 0-30 % Al, vorzugsweise 1-30 % Al, besser 1-8 % Al, und optimalerweise 2-6 % Al (Atom-%); In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen enthält die Y-haltige Schicht mehr Si als Y, z. B. mindestens 10 % mehr Si als Y (Atom-%). In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen weist Y den höchsten Atomprozentmetallgehalt eines Metalls in Schicht 2 und/oder 6 auf, wenn die Schicht ein Y-Nitrid, wie YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN und/oder YSiAlNm umfasst.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung kann der Metallgehalt der Yttrium-haltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschicht 2 und/oder 6 aus oder mit einem oder mehreren von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN frei oder im Wesentlichen frei von Ti und Nb sein. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen enthält die nitrierte Schicht 2 und/oder 6 aus oder mit einem oder mehreren von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAIN, 0-10 % Ti, vorzugsweise 0-5 % Ti, und optimalerweise 0-2 % Ti. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen enthält die nitrierte dielektrische Schicht 2 und/oder 6 aus oder mit einem oder mehreren von YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAIN, 0-10 % Nb, vorzugsweise 0-5 % Nb, und optimalerweise 0-2 % Nb.
Obwohl Sauerstoff in der Yttrium-haltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschicht 2 (und möglicherweise 6) aus oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN und/oder YSiAlN, wie hierin erörtert, nicht bevorzugt wird, ist es möglich, dass diese Schichten eine geringe Menge Sauerstoff enthalten. Zum Beispiel kann die Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht 2 (und möglicherweise 6) aus oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN 0-10 % Sauerstoff, vorzugsweise 0-5 % Sauerstoff, und optimalerweise 0-2 % Sauerstoff (Atom-%) enthalten.
1 ist eine Querschnittansicht eines beschichteten Gegenstands nach einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung. Der beschichtete Gegenstand umfasst Glassubstrat 1 (z. B. klares, grünes, bronzefarbenes oder blaugrünes Glassubstrat von etwa 1,0 bis 10,0 mm Dicke, vorzugsweise etwa 1,0 bis 6,0 mm Dicke), und eine mehrschichtige Beschichtung (oder ein Schichtsystem), das entweder direkt oder indirekt auf dem Substrat 1 vorgesehen ist. Das Beispiel der Low-E-Beschichtung nach der Ausführungsform in 1 kann beispielsweise Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht 2 aus oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN, wie hierin erörtert, eine Zinkoxid- und/oder Zinkstannat-haltige Kontaktschicht 3 (z. B. ZnO_x enthalten, wobei „x“ etwa 1 betragen kann; oder ZnAlO_x), die Infrarot-(IR)-reflektierende Schicht 4 einschließlich oder aus Silber, Gold oder dergleichen, der oberen Kontaktschicht 5 aus oder einschließlich eines Ni- und/oder Cr-Oxids (z. B. NiCrO_x) oder einem anderen geeigneten Material, und eine dielektrische Deckschicht aus oder einschließlich einer dielektrischen Schicht 6, die eine Schicht mit mittlerem Brechungsindex wie Zinkoxid oder Zinkstannat sein kann, oder eine Hochindexschicht, wie Titanoxid (z. B. TiO₂), Zirkon-dotiertes Titanoxid, oder eine Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht aus oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN, wie hierin erörtert, einem optionalen mittleren Brechungsindex 7 aus oder mit Zinkoxid, Zinnoxid, Siliziumnitrid und/oder Zinkstannat oder einem anderen geeigneten Material, und der dielektrischen Schicht 8 aus oder mit Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxynitrid oder einem anderen geeigneten Material. Die Siliziumnitridschichten (z. B. Schicht 8) können ferner Al, Sauerstoff oder dergleichen umfassen, und die Schichten auf Zinkoxidbasis können auch Zinn und/oder Aluminium enthalten. Andere Schichten und/oder Materialien können in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung auch in der Beschichtung vorgesehen werden, und es ist auch möglich, dass bestimmte Schichten in bestimmten Beispielfällen entfernt oder geteilt werden können. Beispielsweise könnte eine Zirkonoxidschicht oder eine AlSiBO_x-Schicht (nicht gezeigt) direkt über und in Kontakt mit der Siliziumnitridschicht 8 vorgesehen sein. Als ein weiteres Beispiel kann ein mittlerer Brechungsindex wie Siliziumnitrid zwischen dem Glassubstrat 1 und der Hochindexschicht 2 vorgesehen sein. Als ein weiteres Beispiel können dabei zwei silberbasierte I- reflektierende Schichten, beabstandet z. B. durch einen dielektrischen Schichtstapel mit Zinnoxid vorgesehen sein, und die Deckschicht und/oder Grundschicht aus 1 kann darin verwendet werden. Darüber hinaus können eine oder mehrere der oben erörterten Schichten in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung mit anderen Materialien dotiert sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den in 1 gezeigten Schichtstapel beschränkt, da der Stapel in 1 nur zu Beispielszwecken bereitgestellt wird, um (einen) Beispielort(e) für die Y-haltige Hochindexschicht 2 (und möglicherweise 6) zu veranschaulichen.
Bei monolithischen Fällen schließt der beschichtete Gegenstand nur ein Substrat wie das Glassubstrat 1 ein (siehe 1). Jedoch können monolithisch beschichtete Gegenstände hierin in Vorrichtungen, wie zum Beispiel IG-Fenstereinheiten, verwendet werden. In der Regel kann eine IG-Fenstereinheit zwei oder mehr beabstandete Substrate mit einem dazwischen definierten Luftspalt umfassen. Beispielhafte IG-Fenstereinheiten sind zum Beispiel in den US-Patenten Nr. US 5,770,321 A , US 5,800,933 A , US 6,524,714 B1 , US 6,541,084 B2 und US 2003/0150711 A1 dargestellt und beschrieben, deren Offenbarungen hierin alle durch Bezugnahme aufgenommen sind. Zum Beispiel kann das in 1 gezeigte beschichtete Glassubstrat über (einen) Abstandshalter, (ein) Dichtmittel oder dergleichen mit einem anderen Glassubstrat gekoppelt werden, wobei in einer IG-Fenstereinheit dazwischen ein Spalt definiert ist. In bestimmten Beispielfällen kann die Beschichtung auf der dem Spalt zugewandten Seite des Glassubstrats 1 vorgesehen sein, d. h. Oberfläche Nr. 2 oder Oberfläche Nr. 3. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die IG-Fenstereinheit weitere Glasscheiben einschließen kann (z. B. kann die IG-Einheit anstelle von zwei Scheiben drei voneinander beabstandete Glasscheiben einschließen).
Die transparente dielektrische untere Kontaktschicht 3 kann Zinkoxid (z. B. ZnO), Zinkstannat oder ein anderes geeignetes Material sein oder umfassen. Das Zink Oxid der Schicht 3 kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen andere Materialien als auch Al (z. B. zur Bildung von ZnAlO_x) oder Sn umfassen. Zum Beispiel kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung die Zinkoxidschicht 3 mit etwa 1 bis 10 % Al (oder B) dotiert sein, vorzugsweise etwa 1 bis 5 % Al (oder B) und optimalerweise etwa 2 bis 4 % Al (oder B). Durch Verwendung von Zinkoxid 3 unter dem Silber in Schicht 4 kann eine ausgezeichnete Qualität von Silber erreicht werden. Die Zinkoxidschicht 3 wird in der Regel in einem kristallinen Zustand abgeschieden. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen (z. B. untenstehend zu erörtern) kann die Zinkoxid-haltige Schicht 3 durch Sputtern eines keramischen ZnO- oder drehbaren Metallmagnetron-Sputterziels gebildet werden.
Die infrarot-(IR)-reflektierende Schicht 4 ist vorzugsweise im Wesentlichen oder vollständig metallisch und/oder leitend und kann Silber (Ag), Gold oder jedes andere geeignete IR-reflektierende Material umfassen oder im Wesentlichen daraus bestehen. Das Silber der IR-reflektierenden Schicht 4 kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen mit anderen Materialien (n) dotiert sein, wie beispielsweise mit Pd, Zn oder Cu. Die IR-reflektierende Schicht 4 trägt dazu bei, dass die Beschichtung Low-E- und/oder gute Sonnenschutzeigenschaften aufweist, wie eine niedrige Abstrahlung, einen niedrigen Flächenwiderstand und so weiter. Die IR-reflektierende Schicht kann jedoch in bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung leicht oxidiert sein. Mehrere Silberbasierte IR-reflektierende Schichten 4 können in einer Low-E-Beschichtung beabstandet durch mindestens eine dielektrische Schicht in Doppel- oder Dreifachsilberstapeln einschließlich Hochindexschichten, die hierin in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung erörtert werden, vorgesehen sein.
Die obere Kontaktschicht 5 befindet sich über und in direktem Kontakt mit der IR-reflektierenden Schicht 4, und kann in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen ein ein Ni und/oder er-Oxid sein oder dieses einschließen. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann die obere Kontaktschicht 5 aus Nickeloxid (NI-Oxid), Chrom/Chrom-(Cr)-Oxid oder einem Nickellegierungsoxid wie Nickel-Chromoxid (NiCrO_x), oder anderen geeigneten Materialien, wie NiCrMoO_x, NiCrMo, Ti, NiTiNbO_x, TiO_x, metallischem NiCr oder bestehen oder dieses einschließen. Die Kontaktschicht 5 kann in verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung oxidationsgradiert sein oder nicht. Oxidationsgrading bedeutet, dass sich der Oxidationsgrad in der Schicht durch die Dicke der Schicht ändert, so dass beispielsweise eine Kontaktschicht an der Kontaktgrenzfläche mit der unmittelbar benachbarten IR-reflektierenden Schicht 4 gradiert sein kann und weniger oxidiert wird als an einem Abschnitt der Kontaktschicht, der weiter oder mehr/am weitesten von der unmittelbar benachbarten IR-reflektierenden Schicht entfernt ist. Die Kontaktschicht 5 kann in verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung über die gesamte IR-reflektierende Schicht 4 kontinuierlich verlaufen oder nicht.
Unterhalb oder oberhalb der in 1 gezeigten Schichten können auch weitere Schichten bereitgestellt werden. Somit kann/können, während sich das Schichtsystem „auf“ dem Substrat 1 (direkt oder indirekt) befindet oder von diesem „gestützt“ wird, (eine) andere Schicht(en) dazwischen bereitgestellt werden. Somit kann beispielsweise die Beschichtung von 1 als „auf“ oder „gestützt von“ dem Substrat 1 angesehen werden, selbst wenn (eine) andere Schicht(en) zwischen Schicht 2 und Substrat 1 vorgesehen sind. Darüber hinaus können bestimmte Schichten der dargestellten Beschichtung in bestimmten Ausführungsformen entfernt werden, während andere zwischen den verschiedenen Schichten hinzugefügt werden, oder die verschiedenen Schicht(en) können zwischen den geteilten Abschnitten in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hinzugefügt werden, ohne von dem allgemeinen Gedanken bestimmter Ausführungsformen dieser Erfindung abzuweichen.

Obwohl verschiedene Dicken in verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet werden können, können die beispielhaften Dicken und Materialien für die jeweiligen Schichten auf dem Glassubstrat 1 in der Ausführungsform der 1 wie folgt liegen, von dem Glassubstrat nach außen (z. B. kann der Al-Gehalt in den Zinkoxidschichten und den Siliziumnitridschichten in bestimmten Beispielsfällen etwa 1-10 %, vorzugsweise etwa 1-5 % betragen): Dicke in Angström-Einheiten (Å). Tabelle 1 (Beispielmaterialien/-dicken; Fig. 1 Ausführungsform)

Schicht	bevorzugter Bereich (Å)	Besser (Å)	Beispiel (Ä)
Y-haltig (Schicht 2)	40-500 Å	150-350 Å	270 Å
ZnO oder ZnAlO_x (Schicht 3)	10-240 Å	35-120 Å	40 Ä
Ag (Schicht 4)	40-160 Å	65-125 Å	110 Å
Kontakt (Schicht 5)	10-70 Å	20-50 Å	34 Å
Schicht 6	30-350 Å	80-200 Å	100 Å
ZnO oder ZnAlO_x oder SiN (Schicht 7)	10-240 Å	35-120 Å	40 Å
Si_xN_y (Schicht 8)	50-250 Å	80-180 Å	100 Å

In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung können beschichtete Gegenstände hierin (z. B. siehe 1) bei der monolithischen Messung folgende in Tabelle 2 aufgeführte Low-E (niedriger Emissionsgrad), solaren und/oder optischen Eigenschaften aufweisen. Tabelle 2 Low-E/Solareigenschaften (monolithisch)

Eigenschaft Allgemein Bevorzugt Optimal

R_s (Ohms/sq.): <= 11,0 <= 10 <= 9

En: <= 0,2 <= 0,15 <= 0,10

T_vis (%): >= 50 >= 60 >= 70

SHGC: >= 50 >= 53 >= 55
Während die hochbrechende transparente dielektrische Y-haltige Schicht 2 (und möglicherweise 6) in Verbindung mit der Low-E-Beschichtung, wie sie in 1 oben gezeigt und beschrieben ist, ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschicht 2 (und gegebenenfalls 6) aus oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN, wie hierin beschrieben, kann als eine Schicht mit hohem Brechungsindex in jeder geeigneten Low-E-Beschichtung verwendet werden, entweder oberhalb oder unterhalb der IR-reflektierenden Schicht(en). Eine oder mehrere solcher Yttriumhaltigen nitrierten dielektrischen Hochindexschichten oder mit YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN, und/oder YSiAlN kann/können in jeder geeigneten Low-E-Beschichtung bereitgestellt werden. Zum Beispiel und ohne Einschränkung können Yttrium-haltige nitrierte dielektrische Hochindexschichten, die hierin erörtert werden und aus YZrSiAlN, YZrSiN, YSiN und/oder YSiAlN bestehen bzw. diese einschließen, verwendet werden, um jede Hochindexschicht (z. B TiO_x oder TiO₂) in irgendeiner der Low-E-Beschichtungen in einem der US-Patente Nr. US 9,212,417 B2 , US 9,297,197 B2 , US 7,390,572 B2 , US 7,153,579 B2 , US 9,365,450 B2 und US 9,403,345 B2 zu ersetzen, die alle hierin durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
2 ist eine Querschnittsansicht eines beschichteten Gegenstands gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung. 2 ist ähnlich 1, außer dass in der Ausführungsform in 2 eine Schicht mit mittlerem Brechungsindex (n) 23 aus oder einschließlich Material wie Siliziumnitrid oder Zinkoxid zwischen und direkt in Kontakt mit dem Glassubstrat 1 und der Y-haltigen Schicht 2 bereitgestellt wird, und anstelle der Schicht 8 eine Niedrigindexschicht 21 aus einem Material wie beispielsweise SiO₂ bereitgestellt wird.
Beispiele gemäß bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung sind wie folgt.
BEISPIEL 1
Beispiel 1 umfasste einen Schichtstapel wie folgt, gemäß einem Beispiel der Ausführungsform der 1, mit Schichtdicken in nm-Einheiten.

Bsp. 1 Material Schichtdicke (mm)

Si₃N₄ 29,1

ZnAlO 3

TiZrO₂ 9,7

NiTiNbOx 2,6

Ag 12

ZnAlO 4

YZrSiAlN 31,7

Klares Glas (4 mm)
6 zeigt die optischen/thermischen Daten für den beschichteten Gegenstand aus Beispiel 1. „AC“ in 6 steht für beschichtet (d. h. vor HT), und „HT“ in 6 steht für den Zustand nach der Wärmebehandlung, die in Beispiel 1 eine Wärmebehandlung bei etwa 650 Grad für etwa 8 Minuten war. Die Leistung war ausgezeichnet. Die Farbe ist nahezu neutral, und die Farbverschiebung war sehr klein, sodass es durch die Wärmebehandlung zu keiner signifikanten Farbveränderung kam. Die thermische Stabilität wird auch durch die Tatsache belegt, dass sich das normale Emissionsvermögen (E_n) aufgrund der Wärmebehandlung nur von 0,044 bis 0,037 verändert, was eine Änderung von 0,007 darstellt. Außerdem waren SHGC AT 55,7 (AC) und 55,8 (HT) höher als herkömmliche Beschichtungen unter Verwendung von TiO₂ als Hochindexmaterial (49), was bei Anwendungen in kaltem Klima wünschenswert ist. In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen dieser Erfindung sind beschichtete Gegenstände mit einer Y-haltigen Schicht in der Lage, einen SHGC-Wert von mindestens 50, vorzugsweise mindestens 53 und optimalerweise mindestens 55 zu erreichen.
BEISPIEL 2
Beispiel 2 war eine Low-E-Beschichtung auf einem Glassubstrat nach der Ausführungsform in 1, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel (CE) von 3. Der Schichtstapel in Beispiel 2 war ähnlich dem Schichtstapel der CE in 3, außer dass die TiO₂-Schicht im CE in Beispiel 2 durch eine YSiN-Schicht ersetzt wurde. 4 zeigt die Daten aus Beispiel 2 vor und nach der Wärmebehandlung, und sollte mit dem CE aus 3 verglichen werden. In 3 und 4 zeigen die obersten drei der rechts aufgeführten Kurven die AC-Beschichtung vor der HT und die unteren drei nach der Wärmebehandlung. Sie sind deshalb mit „HT“ gekennzeichnet. Somit liegen die AC-Kurven vor der HT, und die HT-Kurven liegen nach der Wärmebehandlung für etwa acht Minuten bei etwa 650 °C.
Vergleicht man 4 mit dem Vergleichsbeispiel (CE) in 3, werden signifikante unerwartete Unterschiede offensichtlich, die sich aus der Verwendung der YSiN-Schicht 2 ergeben. 3 zeigt im Wellenbereich von ca. 1500 bis 2400 nm eine Verschiebung von der „AC T“-Kurve (Durchlässigkeit, beschichtet vor HT) zur „HT T“-Kurve (Durchlässigkeit, nach HT) von etwa 6 % aufgrund der HT; es gab eine Verschiebung aufgrund der Wärmebehandlung von der „AC G“-Kurve (glasseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT G“-Kurve (glasseitige Reflexion nach HT) von etwa 12-14 %; und es wurde eine Verschiebung der „AC F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion nach HT) von etwa 12-13 % aufgrund der Wärmebehandlung nachgewiesen. Insgesamt ergibt sich in Kombination eine deutliche Verschiebung der Durchlässigkeits- und Reflexionsspektren bei HT, was auf eine mangelnde thermische Stabilität des CE in 3 hinweist. Das Vergleichsbeispiel (CE) in 3 zeigt eine signifikante Verschiebung im IR-Bereich der Durchlässigkeits- und der Reflexionsspektren, und es wurden auch Anstiege im Emissionsgrad und der Trübung gefunden. Im Gegensatz dazu zeigt 4 nach dem Austausch der Titanoxidschicht des CE durch die YSiN-Schicht aus Beispiel 2, dass im Wellenlängenbereich von etwa 1500 bis 2400 nm eine sehr geringe Verschiebung von der „AC T“-Kurve (Durchlässigkeit, beschichtet, vor HT) zur „HT T“-Kurve (Durchlässigkeit nach HT) aufgrund der HT von weniger als 2 % vorlag. es gab eine Verschiebung aufgrund der Wärmebehandlung von der „AC G“-Kurve (glasseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT G“-Kurve (glasseitige Reflexion nach HT) von etwa 3 %; und es wurde eine Verschiebung der „AC F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion nach HT) aufgrund der Wärmebehandlung von weniger als 2-3 % nachgewiesen. Diese viel kleineren Verschiebungen für Beispiel 2 in 4 (verglichen mit dem CE in 2) zeigen eine unerwartete Verbesserung der thermischen Stabilität und Wärmebehandelbarkeit der Beschichtung. Dementsprechend ist zu sehen, dass im Vergleich von 4 zu 3, das Beispiel 2 verglichen mit dem CE in Bezug auf thermische Stabilität und Wärmebehandelbarkeit (z. B. thermisches Tempern), überraschenderweise und unerwartet verbessert wurde.
BEISPIELE 3-4
Beispiel 3 war eine Low-E-Beschichtung auf einem Glassubstrat nach der Ausführungsform in 1, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel (CE) in 3. Der Schichtstapel in Beispiel 3 war ähnlich dem Schichtstapel aus CE in 3, außer dass die TiO₂-Schicht im CE in Beispiel 3 durch eine YSiN-Schicht ersetzt wurde. 5 zeigt die Daten aus Beispiel 3 vor und nach der Wärmebehandlung, und sollte mit dem CE in 3 verglichen werden. In 3 und 5 zeigen die obersten drei der rechts aufgeführten Kurven die AC-Beschichtung vor der HT und die unteren drei nach der Wärmebehandlung. Sie sind deshalb mit „HT“ gekennzeichnet. Somit liegen die AC-Kurven vor der HT, und die HT-Kurven liegen nach der Wärmebehandlung für etwa acht Minuten bei etwa 650 °C.
Vergleicht man 5 mit dem Vergleichsbeispiel (CE) in 3, werden signifikante unerwartete Unterschiede offensichtlich, die sich aus der Verwendung der YSiAlN-Schicht 2 ergeben. 3 zeigt im Wellenbereich von ca. 1500 bis 2400 nm eine Verschiebung von der „AC T“-Kurve (Durchlässigkeit, beschichtet vor HT) zur „HT T“-Kurve (Durchlässigkeit, nach HT) von etwa 6 % aufgrund der HT; es gab eine Verschiebung aufgrund der Wärmebehandlung von der „AC G“-Kurve (glasseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT G“-Kurve (glasseitige Reflexion nach HT) von etwa 12-14 %; und es wurde eine Verschiebung der „AC F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion nach HT) von etwa 12-13 % aufgrund der Wärmebehandlung nachgewiesen. Insgesamt ergibt sich in Kombination eine deutliche Verschiebung der Durchlässigkeits- und Reflexionsspektren bei HT, was auf eine mangelnde thermische Stabilität des CE in 3 hinweist. Das Vergleichsbeispiel (CE) in 3 zeigt eine signifikante Verschiebung im IR-Bereich der Durchlässigkeits- und der Reflexionsspektren, und es wurden auch Anstiege im Emissionsgrad und der Trübung gefunden. Im Gegensatz dazu zeigt 5 nach dem Austausch der Titanoxidschicht des CE durch die YSiAlN-Schicht aus Beispiel 3, dass im Wellenlängenbereich von etwa 1500 bis 2400 nm eine sehr geringe Verschiebung von der „AC T“-Kurve (Durchlässigkeit, beschichtet, vor HT) zur „HT T“-Kurve (Durchlässigkeit nach HT) aufgrund der HT von weniger als 2 % vorlag. es gab eine Verschiebung aufgrund der Wärmebehandlung von der „AC G“-Kurve (glasseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT G“-Kurve (glasseitige Reflexion nach HT) von etwa 4 %; und es wurde eine Verschiebung der „AC F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion, beschichtet, vor HT) zur „HT F“-Kurve (beschichtungsseitige Reflexion nach HT) aufgrund der Wärmebehandlung von weniger als 4 % nachgewiesen. Diese viel kleineren Verschiebungen für Beispiel 3 in 5 (verglichen mit dem CE in 2) zeigen eine unerwartete Verbesserung der thermischen Stabilität und Wärmebehandelbarkeit der Beschichtung. Dementsprechend ist zu sehen, dass im Vergleich von 5 zu 3, das Beispiel 3 verglichen mit dem CE in Bezug auf thermische Stabilität und Wärmebehandelbarkeit (z. B. thermisches Tempern) überraschenderweise und unerwartet verbessert wurde.
Beispiel 4 umfasste folgenden Schichtstapel.

SiAlBOx

Si₃N₄

YiZrAlN

NiTiNbOx

Ag

ZnAlO

YiZrAlN

Klares Glas (4 mm)
7 legt die optischen/thermischen Daten für den beschichteten Gegenstand in Beispiel 4 dar. Zusätzlich zu den Vorteilen der Y-haltigen Dielektrika, wie oben erörtert, stellte sich heraus, dass die Siliziumnitridschicht in der Deckschicht in Beispiel 4 ebenfalls besonders vorteilhaft war. Erstens ist die Siliziumnitridschicht (siehe Schicht 7 in 1-2) in der Deckschicht eine ausgezeichnete Feuchtigkeits- und Sauerstoffbarriere, die Silber effizient vor Sauerstoff- oder Feuchtigkeitsanhaftung schützt, selbst unter Bedingungen mit hohen Temperaturen und Feuchtigkeiten. Zweitens lag eine gute Haftung zwischen dem Siliziumnitrid und sowohl SiBAlO_x und YZrAlN vor. Drittens benötigt das SiBAlO ohne 16 nm Siliziumnitrid in Beispiel 4 deutlich mehr Dicke, um die optimierte Leistung zu erreichen, was den Durchsatz signifikant verringern würde. Viertens war die optische Leistung, insbesondere SHGC, mit der Siliziumnitridschicht etwas besser als ohne. Somit ergab sich, dass die eindeutige Stapelkonstruktion aus einer Kombination aus YZrSiN /Si3N4/ SiAlBO_x Materialien gute optische und thermische Eigenschaften ergab und den Durchsatz extrem erhöht.
In einer beispielhaften Ausführungsform dieser Erfindung wird ein beschichteter Gegenstand bereitgestellt, der eine Beschichtung umfasst, die von einem Glassubstrat getragen wird, wobei die Beschichtung umfasst: eine erste dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat; eine Silber umfassende Infrarot-(IR)-reflektierende Schicht auf dem Glassubstrat, die mindestens über der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist; eine zweite dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat, die sich mindestens über der IR-reflektierenden Schicht befindet; und wobei mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ein Yttrium-(Y)-Nitrid umfasst, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthält, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm aufweist und ferner zumindest entweder Zr, Si und Al enthält, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015 bei 400 nm aufweist.
Bei dem beschichteten Gegenstand des unmittelbar vorstehenden Absatzes kann die Schicht aus dem Y-Nitrid weiterhin Si umfassen.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden beiden Absätze kann die Schicht aus dem Y-Nitrid ferner Si und Al umfassen.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden drei Absätze umfasst die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr.
Bei dem beschichteten Gegenstand aus einem der vorstehenden vier Absätze kann die Schicht aus dem Y-Nitrid weiterhin Zr und Si umfassen.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden fünf Absätze kann die Schicht aus dem Y-Nitrid ferner Zr, Si und Al umfassen.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden sechs Absätze weist die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Brechungsindex von mindestens 2,25 auf.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden sieben Absätze weist die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015, bevorzugt von nicht mehr als 0,010 (bei 400 nm) auf.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden acht Absätze kann der beschichtete Gegenstand aufgrund einer Wärmebehandlung bei 650 °C für 8 Minuten eine Änderung des Brechungsindex (n) bei 550 nm von nicht mehr als 0,10 (vorzugsweise nicht mehr als 0,04 und optimalerweise nicht mehr als 0,01) durchlaufen.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden neun Absätze kann die Y-Nitrid-haltige Schicht 0-5 % Sauerstoff, vorzugsweise 0-2 % Sauerstoff (Atom-%) enthalten.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden zehn Absätze kann es sich bei der Beschichtung um eine Low-E-Beschichtung handeln und er kann einen normalen Emissionsgrad (E_n) von nicht mehr als 0,2, vorzugsweise nicht mehr als 0,10 aufweisen.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden elf Absätze kann die Y-Nitrid-haltige Schicht amorph oder im Wesentlichen amorph sein.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden zwölf Absätze kann die erste dielektrische Schicht das Yttrium-(Y)-Nitrid enthalten, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthalten, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm aufweisen, einen Absorprionskoeffizienten k von nicht mehr als 0,02 bei 400 nm aufweisen und weiterhin mindestens entweder Zr, Si oder Al umfassen und mindestens zwischen dem Glassubstrat und der IR-reflektierenden Schicht angeordnet sein.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden dreizehn Absätze kann die zweite dielektrische Schicht das Yttrium-(Y)-Nitrid, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthalten, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm aufweisen, einen Absorprionskoeffizienten k von nicht größer als 0,02 bei 400 nm aufweisen und weiterhin mindestens entweder Zr, Si oder Al umfassen und auf dem Glassubstrat über mindestens der IR-reflektierenden Schicht angeordnet sein.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden vierzehn Absätze kann die Beschichtung ferner eine Schicht aus Siliziumnitrid umfassen, die sich über und in direktem Kontakt mit der Y-Nitrid-haltigen Schicht befinden. Die Beschichtung kann ferner eine Deckschicht umfassend ein Si- und Al-Oxid aufweisen, und weiterhin B umfassen, angeordnet über und in direktem Kontakt mit der Siliziumnitrid-haltigen Schicht.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden fünfzehn Absätze kann die Beschichtung ferner eine Schicht umfassen, die Siliziumnitrid umfasst, das sich zwischen zumindest dem Glassubstrat und der ersten transparenten dielektrischen Schicht befindet.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden sechzehn Absätze kann die Beschichtung ferner eine Zinkoxid-haltige Schicht unterhalb und in direktem Kontakt mit der IR-reflektierenden-Schicht umfassen.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden siebzehn Absätze kann die Beschichtung ferner eine ein Ni- und/oder Cr-Oxid-haltige Schicht unterhalb und in direktem Kontakt mit der IR-reflektierenden Schicht umfassen.
Der beschichtete Gegenstand nach einem der vorstehenden achtzehn Absätze kann thermisch temperiert sein.
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden neunzehn Absätze kann der beschichtete Gegenstand einen Sichtdurchlässigkeitswert von mindestens 50 % aufweisen, vorzugsweise mindestens 60 %, und optimalerweise mindestens 70 %.
Der beschichtete Gegenstand nach einem der vorstehenden zwanzig Absätze kann einen SHGC-Wert von mindestens 50, bevorzugt mindestens 55 aufweisen.
In dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden einundzwanzig Absätze weist die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Metallanteil auf, der eines oder mehrere der Folgenden enthält: (i) 20-70 % Y, vorzugsweise 25-65 % Y, besser 30-50 % Y, und optimalerweise 33-45 % Y (Atom-%); (ii) 0-30 % Zr, vorzugsweise 1-30 % Zr, besser 3-13 % Zr, und optimalerweise 4-10 % Zr (Atom-%); (iii) 30-80 % Si, vorzugsweise 40-70 % Si, optimalerweise 45-65 % Si (Atom-%); und (iv) 0-30 % Al, vorzugsweise 1-30 % Al, besser 1-8 % Al, und optimalerweise 2-6 % Al (Atom-%); Die Y-Nitrid-haltige Schicht kann mehr Si als Y aufweisen, z. B. mindestens 10 % mehr Si als Y (Atom-%).
Bei dem beschichteten Gegenstand nach einem der vorstehenden zweiundzwanzig Absätze kann die Y-Nitrid-haltige Schicht frei, oder im Wesentlichen frei von Ti und/oder Nb sein. Die Y-Nitrid-haltige Schicht kann 0-10 % Ti, vorzugsweise 0-5 % Ti, und optimalerweise 0-2 % Ti (Atom-%) enthalten. Die Y-Nitrid-haltige Schicht kann 0-10 % Nb, vorzugsweise 0-5 % Nb, und optimalerweise 0-2 % Nb enthalten.

Claims

Beschichteter Gegenstand, der eine Beschichtung aufweist, die von einem Glassubstrat getragen wird, die Beschichtung Folgendes umfassend: eine erste dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat; eine Silber umfassende Infrarot-(IR)-reflektierende Schicht auf dem Glassubstrat, die mindestens über der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist; eine zweite dielektrische Schicht auf dem Glassubstrat, die sich mindestens über der IR-reflektierenden Schicht befindet; und wobei mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ein Yttrium-(Y)-Nitrid umfasst, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthält, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm aufweist, und ferner zumindest eins von Zr, Si und AI enthält, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015 bei 400 nm aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus der Y-Nitrid-haltigen Schicht ferner Si umfasst.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Si und AI umfasst.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr umfasst.
Der beschichtete Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr und Si umfasst.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr, Si und Al umfasst.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Brechungsindex von mindestens 2,25 bei 550 nm aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,010 bei 400 nm aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beschichtete Gegenstand aufgrund einer Wärmebehandlung bei 650 °C für 8 Minuten eine Änderung des Brechungsindex (n) bei 550 nm von nicht mehr als 0,04 durchläuft.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beschichtete Gegenstand aufgrund einer Wärmebehandlung bei 650 °C für 8 Minuten eine Änderung des Brechungsindex (n) bei 550 nm von nicht mehr als 0,01 durchläuft.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht 0-5 % Sauerstoff (Atom-%) enthält.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht 0-2 % Sauerstoff (Atom-%) enthält.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Beschichtung um eine Low-E-Beschichtung mit einem normalen Emissionsgrad (En) von nicht mehr als 0,2 handelt.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beschichtete Gegenstand einen normalen Emissionsgrad (En) von nicht mehr als 0,10 aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Absätze, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht amorph oder im Wesentlichen amorph ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste dielektrische Schicht das Yttrium-(Y)-Nitrid umfasst, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthält, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm und einen Absorprionskoeffizienten k von nicht größer als 0,02 bei 400 nm aufweist und weiterhin mindestens entweder Zr, Si oder AI umfasst und mindestens zwischen dem Glassubstrat und der IR-reflektierenden Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite dielektrische Schicht das Yttrium-(Y)-Nitrid umfasst, 0-10 % Sauerstoff (Atom-%) enthält, einen Brechungsindex (n) von mindestens 2,21 bei 550 nm und einen Absorprionskoeffizienten k von nicht größer als 0,02 bei 400 nm aufweist und weiterhin mindestens entweder Zr, Si oder AI umfasst und auf dem Glassubstrat über mindestens der IR-reflektierenden Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Gegenstand nach Anspruch 17, wobei die Beschichtung ferner eine Siliziziumnitrid-haltige Schicht umfasst, die über und in direkten Kontakt mit der Schicht aus dem Y-Nitrid angeordnet ist.
Beschichteter Gegenstand nach Anspruch 18, wobei die Beschichtung ferner eine Deckschicht mit einem Si- und Al-Oxid und ferner B umfasst, und über und in direktem Kontakt mit der Siliziumnitrid-haltigen Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung ferner eine Schicht aus Siliziumnitrid umfasst, die zwischen mindestens dem Glassubstrat und der ersten transparenten dielektrischen Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung ferner eine Zinkoxid-haltige Schicht umfasst, die unterhalb und in direktem Kontakt mit der IR-reflektierenden Schicht angeordnet ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beschichtete Gegenstand wärmebehandelt ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der beschichtete Gegenstand eine Sichtdurchlässigkeit von mindestens 50 % aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Metallgehalt mit 25-65 % Y aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Metallgehalt mit 30-50 % Y aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Metallgehalt mit 33-45 % Y aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Metallgehalt mit 25-65 % Y, 1-30 % Zr, 30-80 % Si und 0-30 % AI (Atom-%) aufweist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Absätze, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht mehr Si als Y (Atom-%) enthält.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht im Wesentlichen frei von Ti und Nb ist.
Beschichteter Gegenstand nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht 0-5 % Ti und 0-5 % Nb enthält.
Ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands, der eine Beschichtung aufweist, die von einem Glassubstrat getragen wird, wobei das Verfahren Folgendes umfassend: Sputter-Abscheidung einer ersten dielektrischen Schicht auf dem Glassubstrat; Sputter-Abscheidung einer zweiten dielektrischen Schicht auf dem Glassubstrat, die über mindestens der ersten dielektrischen Schicht angeordnet ist; Sputter-Abscheidung einer dritten dielektrischen Schicht auf dem Glassubstrat, die über mindestens der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht angeordnet ist; wobei mindestens eine der ersten oder zweiten dielektrischen Schicht ein Yttrium-(Y)-Nitrid, Si und ferner mindestens eins von Zr oder AI umfasst; und wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Absorptionskoeffizienten (k) von nicht mehr als 0,015 bei 400 nm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei die dritte dielektrische Schicht Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-32, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Si umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-33 wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Si und AI umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-34 wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-35, wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr und Si umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-36 wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht ferner Zr, Si und AI umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-37 wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht einen Brechungsindex von mindestens 2,25 bei 550 nm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 31-38 wobei die Y-Nitrid-haltige Schicht im Wesentlichen frei von Ti und Nb ist.