FR3107056A1 - Vitrage à couches et sa fabrication - Google Patents

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Abstract

VITRAGE À COUCHES ET SA FABRICATION Un aspect de l’invention concerne un vitrage à couches (2) comportant: un substrat transparent (2) présentant une surface intérieure (3) et une surface extérieure (4), de préférence en verre, un empilement de couches comportant : sur une desdites surfaces (3, 4), un revêtement basse émissivité (10) comprenant au moins une couche (10.3) à base d'oxyde transparent conducteur, dite couche TCO, sur ledit revêtement basse émissivité (10), une première couche  antireflet (20) dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1

Description

VITRAGE À COUCHES ET SA FABRICATION
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine des vitrages.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un vitrage à couches, et selon un deuxième aspect, se rapporte également à une méthode de fabrication d’un tel vitrage à couches.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
On sait que le rendement de culture d’une serre agricole est proportionnel à la transmission lumineuse des parois et du toit la constituant. Afin d’améliorer les performances d’une telle serre agricole, il est notamment connu d’utiliser des vitrages munis d’une couche antireflet ou d’utiliser un verre diffusant permettant, grâce aux pentes des structures en surface du verre, de maximiser la transmission lumineuse dans le domaine visible.
La demande de brevet EP-A1-2340706 divulgue un vitrage transparent permettant d’optimiser le rendement d’une serre agricole. La figure 1 de cette demande de brevet illustre un vitrage transparent 100 muni d’un substrat transparent 108, un revêtement d'oxyde conducteur104 SnO2:F et d’un multicouches antireflet alternant deux fois TiO2et SiO2, déposées par pulvérisation magnétron. Cet agencement particulier permet de réduire la transmission de la lumière dans le spectre proche infrarouge tout en maintenant une transmission relativement bonne de la lumière dans la gamme spectrale de rayonnement photosynthétique actif et résultant ainsi en un bon rendement de la serre.
Toutefois ce produit est d’une grande complexité optique impliquant un réglage très précis des épaisseurs et indices de réfraction des couches et fastidieux à fiabiliser sur une ligne industrielle.
L’invention offre une solution au problème évoqué précédemment, tout en maintenant une exigence de haute la transmission lumineuse et une bonne isolation thermique, notamment pour des applications batiment, en particulier pour un vitrage de serre ou encore un vitrage d’équipement réfrigéré ou un vitrage extérieur de type toit ou véranda ou fenêtre ou encore une porte de four.
Un aspect de l’invention concerne un vitrage à couches comportant:
  • un substrat transparent présentant une surface intérieure et une surface extérieure, de préférence en verre,
  • un empilement de couches comportant:
  • sur une desdites surfaces intérieure ou extérieure, un revêtement basse émissivité comprenant au moins une couche à base d'oxyde transparent conducteur, dite couche TCO,
  • sur ledit revêtement basse émissivité, une première couche antireflet dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
Grâce à la première couche antireflet à base de silice nanoporeuse présentant intrinsèquement par sa porosité un faible indice de réfraction dans le visible, la transmission lumineuse est augmentée de façon simple (une seule couche suffit) et reproductible par exemple en mettant en œuvre un dépôt par voie liquide. L’utilisation d’une première couche antireflet dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse permet non seulement d’augmenter considérablement le facteur de transmission lumineuse TL ou en particulier le facteur de transmission hémisphérique TLH, parfois notée THEM, dans le cas des serres, mais de conserver aussi une transmission énergétique constante.
On peut définir l’émissivité suivant la norme EN 12898. En particulier l’émissivité du vitrage à couches selon l’invention est d’au plus 0,4 ou d’au plus 0,3.
Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le vitrage à couches selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Dans la présente description les indices de réfraction sont mesurés dans le visible.
Selon un aspect de l’invention, le vitrage comporte sur l’autre des surfaces intérieure ou extérieure, une deuxième coucheantireflet dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
Selon un aspect de l’invention, la première couche antireflet et/ou la deuxième couche antireflet est un revêtement de type sol-gel, de préférence présentant une série de nanopores fermés, notamment avec un taux de nanopores d’au plus 70%, de préférence de 35% à 70% et plus préférentiellement de 45% à 70%.
Selon un aspect de l’invention, la première couche antireflet et/ou la deuxième couche antireflet présente une série de nanopores fermés dont la dimension caractéristique, inférieure à l’épaisseur, est en moyenne de préférence supérieure ou égale à 20 nm et de préférence inférieure ou égale à 250 nm,de préférence inférieure ou égale à 150nm ou 100 nm.
Selon un aspect de l’invention, la première couche antireflet et/ou la deuxième couche antireflet comporte une couche comprenant un ensemble de nanoparticules de silice de taille d’au plus 100 nm et de préférence d’au moins 10 nm éventuellement dans un liant de silice sur une fraction de l’épaisseur, laissant ainsi émerger les nanoparticules.
Selon un aspect de l’invention, la première couche antireflet et/ou la deuxième couche antireflet présente un indice de réfraction dans le domaine visible inférieur à 1,4 ou ou inférieur ou égal à 1,35, ou même ou inférieur ou égal à 1,3 et une épaisseur d’au plus 150 nm notamment de 50 nm à 150 nm.
Selon un aspect de l’invention, la première couche antireflet et/ou la deuxième couche antireflet peuvent être dopées.
Selon un aspect de l’invention, le substrat transparent est une feuille de verre, par exemple flotté, sodocalcique, notamment clair ou extraclair, notamment plane ou bombée et de préférence trempé thermiquement (notamment avec l’empilement dessus).
Selon un aspect de l’invention, en particulier pour le vitrage de serre, la face extérieure du substrat notamment verre est texturée, notamment telle que si n est l’indice de réfraction du substrat, Pm est la pente moyenne en degré de la face texturée, Y(q) est le pourcentage de la surface texturée de pente supérieure à q/(n-1) en degré, alors on a les deux conditions cumulatives
  • Y(q) > 3% + f(q)%.Pm.(n-1)
  • et Y(q)>10%
  • avec f(q)=24-(3.q)
  • et q = 2 ou 3 .
Pour un verre texturé on peut se référer à la demande de brevet WO2016170261. On peut choisir un verre albarino® de la société Demanderesse.
Le substrat de verre selon l’invention est de préférence du type flotté, c’est-à-dire susceptible d’avoir été obtenu par un procédé consistant à déverser le verre fondu sur un bain d’étain en fusion (bain «float»). Dans ce cas, l’empilement selon l’invention peut aussi bien être déposé sur la face «étain» que sur la face «atmosphère» du substrat. On entend par faces « atmosphère » et « étain », les faces du substrat ayant été respectivement en contact avec l’atmosphère régnant dans le bain float et en contact avec l’étain fondu. La face étain contient une faible quantité superficielle d’étain ayant diffusé dans la structure du verre.
Au moins une feuille de verre, dont celle munie de l’empilement selon l’invention, peut être trempée ou durcie, pour lui impartir des propriétés de résistance mécanique améliorée. Comme décrit par la suite, la trempe thermique peut également être utilisée pour améliorer les propriétés d’émissivité d’une couche TCO. Pour améliorer les propriétés acoustiques ou de résistance à l’effraction du vitrage selon l’invention, au moins une feuille de verre du vitrage peut être feuilletée à une autre feuille au moyen d’une feuille intercalaire en un polymère tel que le polyvinlybutyral (PVB). Comme intercalaire de feuilletage usuel, outre le PVB, on peut citer le polyuréthane PU utilisé souple, un thermoplastique sans plastifiant tel que le copolymère éthylène/acétate de vinyle (EVA), une résine ionomère. Ces plastiques ont par exemple une épaisseur entre 0,2mm et 1,1 mm, notamment 0,3 et 0,7 mm.
Le vitrage de serre (toit de serre) peut être monolithique ou même en double vitrage et même feuilleté. De préférence le vitrage de serre est incliné entre 20° et 25° par rapport à l’horizontale. Ce peut être un ouvrant.
Selon un aspect de l’invention, le vitrage est trempé thermiquement.
Par convention, pour un vitrage (avec au moins un substrat de verre) on numérote en partant de l’extérieur face extérieure, F1; face intérieure, F2 dans le cas d’un vitrage monolithique.
Dans le cas d’un vitrage feuilleté (deux verres liés par un intercalaire de feuilletage en matière polymère notamment thermoplastique comme le PVB ou l’EVA), l’incrémentation est poursuivie de sorte qu’une face F3 ajoutée et une face F4 est ajoutée.
Dans le cas d’un double vitrage, l’incrémentation est poursuivie de sorte qu’une face F3 interne ajoutée et une face F4 exposé est ajoutée, les faces intérieures F2 et F3 sont espacées par une première lame de gaz (air ou gaz inerte) ou de vide et reliées (scellées) en périphérie par un premier joint.
Dans le cas d’un triple vitrage, les faces F5 et F6 (face exposée) sont ajoutées par l’apport d’une troisième feuille de verre.
S’agissant du joint ou des joints, on préfère une matière polymérique qui tout en tenant bien sur le verre (minéral notamment) pour sa fonction d’étanchéité ne sèche pas immédiatement, par exemple en au moins 15min ou en au moins 30min, par exemple quelques heures. Pour la matière du joint (assurant la tenue mécanique du vitrage et l’étanchéité à l’eau) on choisit de préférence:
  • du silicone
  • du polyuréthane (bi-composant),
  • du polysulfure (bi-composant), ou
  • une matière thermofusible (monocomposant).
On connaît un vitrage isolant destiné à l’ouvrant d’une enceinte ou armoire réfrigérée, enceinte dans laquelle sont exposés des produits froids ou surgelés, tels que des produits alimentaires ou boissons, ou tous autres produits nécessitant une conservation dans le froid, par exemple des produits pharmaceutiques ou même des fleurs. Le vitrage isolant est constitué d’au moins deux substrats verriers séparés par une lame de gaz et pourvus pour au moins l’un d’eux d’un revêtement bas émissif.
Lorsque des produits conservés dans une enceinte réfrigérée doivent rester visibles comme c’est le cas dans de nombreux locaux commerciaux actuels, on équipe l’enceinte réfrigérée de parties vitrées qui la transforment en une ”vitrine” réfrigérée dont la dénomination commune est ”meuble frigorifique de vente”. Il existe plusieurs variantes de ces ”vitrines”. Certaines ont la forme d’armoire et alors, c’est la porte elle-même qui est transparente, d’autres constituent des coffres et c’est le couvercle horizontal (porte à l’horizontale) qui est vitré pour permettre l’observation du contenu.
Selon un aspect de l’invention:
  • pour un vitrage notamment de serre (toit), monolithique, l’empilement est positionné sur la surface extérieure qui est la face F1 ou la surface intérieure qui est la face F2, éventuellement la deuxième couche antireflet sur la face F2
  • ou pour un vitrage feuilleté, notamment de serre, l’empilement est positionné sur la surface extérieure exposée qui est la face F1 et éventuellement la deuxième couche antireflet sur la face F2, ou la surface intérieure exposée qui est la face F4 et éventuellement la deuxième couche antireflet sur la face F1
  • ou pour une porte d’équipement de réfrigération (commerciale) notamment en position montée verticale, en vitrage monolithique, plane ou bombée, de préférence trempé, l’empilement est positionné sur la surface intérieure qui est la face F2,
  • ou pour un couvercle de congélateur notamment en position montée horizontale, en vitrage monolithique, l’empilement est positionné sur la surface intérieure exposée qui est la face F2,
  • pour un double vitrage comportant un premier vitrage extérieur, de préférence trempé, un deuxième vitrage plus intérieur, de préférence trempé, l’empilement est positionné sur la face intérieure F2 du premier vitrage ou une face F3 du deuxième vitrage ou sur une face intérieure exposé F4 du deuxième vitrage monolithique ou F6 si deuxième vitrage feuilleté, en particulier double vitrage formant porte d’équipement de réfrigération notamment une armoire réfrigérée présentant une porte en position montée verticale ou vitrage de serre
  • pour un couvercle de congélateur notamment en position montée horizontale qui est un double vitrage, comportant un premier vitrage extérieur, de préférence trempé, un deuxième vitrage plus intérieur, de préférence trempé, l’empilement est positionné sur une face intérieure exposée F4 du deuxième vitrage et de préférence également sur la face intérieure F2 du premier vitrage,
  • pour un vitrage extérieur qui est un double ou triple vitrage, l’empilement est positionné sur la face F1 du premier vitrage, ou la face F4 du deuxième vitrage ou une face F6 du troisième vitrage et éventuellement est positionné sur les faces intérieure F2 du premier vitrage ou F3 du deuxième vitrage, un empilement basse émissivité à l’argent,
  • pour une porte de four avec un verre extérieur et deux ou trois verres intérieurs, l’empilement est positionné sur l’une des faces F3, F4, F5, ou F6 des verres intérieurs.
Le substrat de verre, toute feuille de verre selon l’invention (d’un vitrage feuilleté, d’un double ou triple vitrage) peut avoir une épaisseur de 2 à 8 mm, de préférence de 3 à 5 mm pour la réfrigération commerciale, les serres et les portes de four.
Selon un aspect de l’invention, le substrat transparent est un double ou triple vitrage et l’empilement est positionné sur la surface intérieure du premier ou deuxième vitrage.
Selon un aspect de l’invention, pour un vitrage en extérieur de bâtiment, notamment une fenêtre, une fenêtre de toit, ou une véranda, l’empilement est positionné surface extérieure.
Selon un aspect de l’invention, le substrat transparent est un vitrage feuilleté formée de deux verres liés par un intercalaire de feuilletage:
  • sur la face extérieure F1 la deuxième couche antireflet disposée est un revêtement de type sol-gel,
  • sur la face intérieure exposée F4 du substrat transparent, le revêtement basse émissivité est disposé et la première couche antireflet dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse disposée sur le revêtement basse émissivité est un revêtement de type sol-gel.
Selon un aspect de l’invention, la couche TCO comporte une couche à base d'oxyde d'étain dopé de préférence au fluor ou à l’antimoine sur tout ou partie de son épaisseur et présente une épaisseur comprise d’au plus 600 nm, notamment de 100 nm à 600 nm.
Selon un aspect de l’invention, le vitrage comporte entre la couche TCO et la première couche antireflet une ou des couches présentant une épaisseur maximale cumulée d’au plus 100nm,d’au plus 70nm.
Selon un aspect de l’invention, le revêtement basse émissivité comporte, débutant du substrat transparent, les couches suivantes:
  • une première couche, diélectrique, optionnelle, notamment de blocage aux alcalins lorsque le substrat est un verre;
  • la couche TCO formée de préférence d'oxyde d'indium-étain, de préférence disposée directement sur la couche diélectrique;
  • une couche barrière à l’oxygène, diélectrique, notamment présentant un indice de réfraction d'au moins 1,7, de préférence disposée directement sur la couche TCO.
La première couche notamment de blocage contient de préférence un oxyde, un nitrure ou un carbure, de préférence en tungstène, chrome, niobium, tantale, zirconium, hafnium, titane, silicium ou aluminium, par exemple, des oxydes tels que WO3, Nb2O5, Bi2O3, TiO2, Ta2O5, Y2O3, ZrO2, HfO2 SnO2, or ZnSnOx ou des nitrures tels que AlN, TiN, TaN, ZrN ou NbN. La couche contient de manière particulièrement préférée du SiON ou du nitrure de silicium Si3N4, avec lequel des résultats pour le blocage aux alcalins particulièrement bons sont obtenus. Le nitrure de silicium peut être dopé et est, de préférence, dopé à l'aluminium Si3N4:AI, au titane Si3N4:Ti, au zirconium Si3N4:Zr ou au bore Si3N4:B.
Selon un aspect de l’invention, le revêtement basse émissivité, comporte, débutant du substrat transparent, les couches suivantes:
  • une première couche, diélectrique, notamment de blocage aux alcalins lorsque le substrat transparent est un verre, ladite première couche étant diélectrique et présente un indice de réfraction d’au moins 1,7 notamment d'au moins 1,8;
  • une deuxième couche, diélectrique, présentant un indice de réfraction d’au plus 1,7, voire 1,6, de préférence directement sur la première couche;
  • la couche TCO de préférence formée d'oxyde d'indium-étain, de préférence directement sur la deuxième couche diélectrique;
  • une couche barrière à l’oxygène, diélectrique, présentant un indice de réfraction d'au moins 1,7, de préférence directement sur la couche TCO.
Selon un aspect de l’invention:
  • la première couche comprend un nitrure ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence un nitrure de silicium lorsque la couche TCO est formée à base d'oxyde d'indium-étain, ou un carbure de silicium lorsque la couche TCO est formée à base de (SnO2) /SnO2 :F ou SnO2 :Sb,
  • et/ou la deuxième couche diélectrique comprend, un nitrure, un oxyde un oxynitrure ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence un nitrure ou oxynitrure de silicium lorsque la couche TCO est formée à base d'oxyde d'indium-étain, ou un carbure de silicium lorsque la couche TCO est formée à base de (SnO2) /SnO2 :F ou SnO2 :Sb,
  • et/ou la couche barrière à l’oxygène diélectrique comprend, un nitrure, ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence un nitrure ou oxynitrure de silicium lorsque la couche TCO est formée à base d'oxyde d'indium-étain ou un carbure de silicium lorsque la couche TCO est formée à base de (SnO2 /)SnO2 :F ou SnO2 :Sb.
Dans un mode de réalisation préféré, la couche barrière diélectrique contient du nitrure de silicium Si3N4 ou du carbure de silicium, en particulier du nitrure de silicium Si3N4, avec lesquels des résultats particulièrement bons sont obtenus. Le nitrure de silicium peut être dopé et est, dans un développement préféré, dopé à l'aluminium Si3N4: Al, au zirconium Si3N4: Zr, au titane Si3N4: Ti ou au bore Si3N4: B. Dans un traitement thermique après application du revêtement selon l'invention, le nitrure de silicium peut être partiellement oxydé. Donc, après le traitement thermique, une couche barrière diélectrique déposée sous forme de Si3N4 contient du SixNyOz, dans laquelle la teneur en oxygène est typiquement de 0% atomique à 35% atomique. L'épaisseur de la couche barrière diélectrique est choisie en fonction de la diffusion d'oxygène, moins en fonction des propriétés optiques du vitrage à couches. Cependant, il a été montré que les couches barrières diélectriques d'épaisseurs dans la gamme indiquée sont compatibles avec le revêtement antireflet selon l'invention et ses exigences optiques.
En particulier pour l’ITO, le revêtement basse émissivité peut comporter une dernière couche de SiO2voire SiON (avec une teneur faible en azote) d’indice optique d’au moins 1,4 et d’au plus 1,8 voire d’au plus 1,7. Cette couche peut permettre d’optimiser l’accroche de la première couche antireflet notamment déposée par voie liquide. Cette couche peut être très fine d’au plus 50nm, et même d’au plus 20nm.
Le revêtement basse émissivité peut ainsi comprend directement sous la première couche antireflet, notamment sur la couche barrière à l’oxygène, une couche supérieure diélectrique d’indice optique d’au moins 1,4 et d’au plus 1,8 voire d’au plus 1,7 notamment un oxyde ou oxynitrure d’un métal ou de silicium, préférablement de la silice, de préférence d’au plus 50nm et même d’au plus 20nm.
Selon un aspect de l’invention:
  • la couche de blocage présente une épaisseur d’au plus 50nm même comprise entre 10 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 20 nm et 40 nm,
  • et/ou la couche diélectrique présente une épaisseur comprise d’au plus 100nm ou 50nm, même entre 5 nm et 100 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 50 nm,
  • et/ou la couche TCO présente une épaisseur d’au plus 130nm, même comprise entre 50 nm et 130 nm, de préférence comprise entre 60 nm et 100 nm,
  • et/ou la couche barrière diélectrique présente une épaisseur d’au plus 20nm, même comprise entre 5 nm et 20 nm, de préférence comprise entre 7 nm et 12 nm.
Selon un aspect de l’invention, l’empilement basse émissivité coporte ou est constitué de l’un des empilements suivants :
  • SiOC (/ SnO2/) SnO2:F ou SnO2:Sb (/SiO2ou SiON)
  • SiSnOx/( SnO2)/)SnO2:Fou SnO2:Sb
  • SiO2/ SiON / ITO / SiN (/SiO2ou SiON)
  • SiO2/ SiN / SiO2/ ITO / SiN (/SiO2ou SiON)
  • SiN / SiO2/ ITO / SiN (/SiO2ou SiON)
  • SiON / ITO / SiN / (/SiO2ou SiON)
  • SiON / ITO / SiON (/SiO2ou SiON)
  • SiN / ITO / SiON (/SiO2ou SiON)
  • SiN / ITO / SiN/ SiON(/SiO2ou SiON)
  • SiON / ITO / SiN/SiON(/SiO2ou SiON)
SiN / SiO2/ ITO / SiN/ SiON (/SiO2ou SiON).
En particulier pour l’ITO, le revêtement basse émissivité peut comporter une dernière couche d’accroche de SiO2voire SION (avec une teneur faible en azote) d’indice optique d’au moins 1,4 et d’au plus 1,8 voire 1,7. Cette couche optimise l’accroche de la couche antireflet déposée par voie liquide. Cette couche peut être très fine d’au plus 50nm, et même au plus 20nm.
En particulier selon l’invention, le revêtement basse émissivité peut être dénué de couche à l’argent ou plus largement de couche(s) métallique(s) qui peuvent absorber de la lumière.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur une méthode de production d’un vitrage à couches comportant les étapes de:
  • déposer, sur une surface intérieure ou une surface extérieure d’un substrat transparent, un revêtement basse émissivité comprenant au moins une couche à base d'oxyde transparent conducteur, et de préférence par dépôt physique en phase vapeur ou chimique en phase vapeur;
  • formation, sur ledit revêtement basse émissivité, d’une première couche antireflet dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
Selon un aspect de l’invention, la formation implique un dépôt par voie liquide.
Selon un aspect de l’invention, le dépôt par voie liquide est un dépôt par voie sol-gel comprenant un sol comportant des précurseurs de silice, un solvant et un agent porogène, notamment avec un taux d’ agent porogène d’au plus 70%, de préférence de 35% à 70% et plus préférentiellement de 45% à 70%.
Selon un aspect de l’invention, l’agent porogène comporte des nanoparticules de polymère, notamment des nanoparticules de polyméthacrylate de méthyle, et en ce que le retrait de l’agent porogène est réalisé par un traitement thermique à une température d'au moins 450°C et même 580°C suivi d’une opération de trempe (soufflage air froid etc).
Selon un aspect de l’invention, le revêtement basse émissivité est déposé par dépôt chimique en phase vapeur.
Selon un aspect de l’invention, le revêtement basse émissivité est déposé par dépôt physique par phase vapeur.
Un autre aspect de l’invention porte sur une utilisation du vitrage à couches selon un des modes de réalisation précédent selon laquelle le vitrage à couches est utilisé pour une porte de réfrigérateur, une porte de four, une paroi d’une serre agricole, un toit d’une serre agricole ou d’un vitrage extérieur notamment d’une fenêtre de toit ou d’un bâtiment.
En effet, pour des raisons environnementales et liées au souci d’économiser l’énergie, les habitations sont désormais munies de vitrage à couches multiples, doubles, voire triples, souvent dotés de couches à propriétés de faible émissivité, destinées à limiter les transferts de chaleur vers l’extérieur de l’habitation. Ces vitrages à couches à très faible coefficient de transmission thermique sont toutefois sujets à l’apparition de condensation d’eau sur leur surface extérieure, sous la forme de buée ou de givre. En cas de ciel dégagé durant la nuit, les échanges de chaleur par rayonnement avec le ciel entraînent une baisse de température qui n’est plus suffisamment compensée par les apports de chaleur provenant de l’intérieur de l’habitation. Lorsque la température de la surface extérieure du vitrage à couches passe en dessous du point de rosée, l’eau condense sur ladite surface, gênant la visibilité au travers du vitrage à couches le matin, parfois pendant plusieurs heures. En disposant, le revêtement basse émissivité du côté de la surface extérieure ainsi que la première couche antireflet, la transmission de lumière naturelle à l’intérieur du bâtiment est favorisée, et la température de la surface intérieure diminue plus lentement. Ainsi le phénomène de condensation s’en trouve diminué.
Il convient de noter que de manière générale le vitrage à couches selon l’invention est de préférence obtenu par un procédé en plusieurs étapes. Les couches de l’empilement sont déposées sur le substrat de verre, qui se présente alors généralement sous la forme d’une grande feuille de verre de 3,2*6m², ou directement sur le ruban de verre pendant ou juste après le processus de flottage, puis le substrat est découpé aux dimensions finales du vitrage à couches. Après façonnage des bords, on fabrique ensuite le vitrage à couches multiple en associant le substrat à d’autres feuilles de verre, elles-mêmes éventuellement munies au préalable de revêtements fonctionnels, par exemple du type bas-émissif.
Les différentes couches de l’empilement peuvent être déposées sur le substrat en verre par tout type de procédé de dépôt de couche mince. Il peut par exemple s’agir de procédés de type sol-gel, pyrolyse (liquide ou solide), dépôt chimique en phase vapeur (CVD), notamment assisté par plasma (APCVD), éventuellement sous pression atmosphérique (APPECVD), évaporation.
Selon un mode de réalisation préféré, les couches de l’empilement sont obtenues par dépôt chimique en phase vapeur, directement sur la ligne de production de la feuille de verre par flottage. C’est de préférence le cas lorsque la couche de TCO est une couche d’oxyde d’étain dopé au fluor. Le dépôt est réalisé par pulvérisation de précurseurs au travers de buses, sur le ruban de verre chaud. Le dépôt des différentes couches peut se faire à différents endroits de la ligne : dans l’enceinte de flottage, entre l’enceinte de flottage et l’étenderie, ou dans l’étenderie. Les précurseurs sont généralement des molécules organométalliques ou du type halogénures. A titre d’exemples, on peut citer pour l’oxyde d’étain dopé au fluor le tétrachlorure d’étain, le trichlorure de mono-butyl étain (MTBCL), l’acide trifluoroacétique, l’acide fluorhydrique. La silice peut être obtenu à l’aide de silane, de tétraéthoxysilane (TEOS), ou encore d’hexamethyldisiloxane (HDMSO), en utilisant éventuellement un accélérateur tel que le triéthylphosphate.
Selon un autre mode de réalisation préféré, les couches de l’empilement sont obtenues par pulvérisation cathodique, notamment assistée par un champ magnétique (procédé magnétron). C’est de préférence le cas lorsque la couche de TCO est une couche d’ITO. Dans ce procédé, un plasma est créé sous un vide poussé au voisinage d’une cible comprenant les éléments chimiques à déposer. Les espèces actives du plasma, en bombardant la cible, arrachent lesdits éléments, qui se déposent sur le substrat en formant la couche mince désirée. Ce procédé est dit « réactif » lorsque la couche est constituée d’un matériau résultant d’une réaction chimique entre les éléments arrachés de la cible et le gaz contenu dans le plasma. L’avantage majeur de ce procédé réside dans la possibilité de déposer sur une même ligne un empilement très complexe de couches en faisant successivement défiler le substrat sous différentes cibles, ce généralement dans un seul et même dispositif.
Le procédé magnétron présente toutefois un inconvénient lorsque le substrat n’est pas chauffé lors du dépôt : la couche de TCO est faiblement cristallisée si bien que l’émissivité n’est pas optimisée. Un traitement thermique se révèle alors nécessaire.
Ce traitement thermique, destiné à améliorer la cristallisation de TCO, est de préférence choisi parmi les traitements de trempe, de recuit (avec éventuellement trempe). Dans le cas d’une couche de type TCO, l’émissivité diminue, de préférence d’au moins 5% en relatif, voire d’au moins 10% ou 15%, de même que son absorption lumineuse et énergétique.
Le traitement de trempe ou de recuit est généralement mis en œuvre dans un four, respectivement de trempe ou de recuisson. L’intégralité du substrat, est portée à une température élevée, d’au moins 300°C dans le cas de la recuisson, et d’au moins 500°C, voire d’au moins 580°C, dans le cas d’une trempe.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un premier aspect de l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un deuxième aspect de l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un troisième aspect de l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un quatrième aspect de l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un cinquième aspect de l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un sixième aspect de l’invention.
illustre des exemples comparatifs de réalisations de vitrage à couches selon l’invention.
illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’une méthode de fabrication d’un vitrage à couches conforme à l’invention.
illustre une représentation schématique des faces d’un vitrage de serre.
] illustre une représentation schématique des faces d’un vitrage de porte de réfrigérateur commercial.
] illustre une représentation schématique des faces d’un vitrage de porte de réfrigérateur commercial.
] illustre une représentation schématique des faces d’un vitrage de porte de réfrigérateur en position verticale.
] illustre une représentation schématique des faces d’un bac à glace.
] illustre une représentation schématique des faces d’un vitrage de type triple vitrage.
DESCRIPTION DETAILLEE
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
La figure 1 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un premier aspect de l’invention. Plus particulièrement, la figure 1 illustre un vitrage à couches 1 comportant un substrat transparent 2 présentant une surface intérieure 3 dite F2 et une surface extérieure 4 dite F1. Ce substrat transparent 2 peut par exemple être en plastique mais est préférentiellement en verre. Dans un exemple de réalisation, le substrat transparent 2 est formé par une feuille de verre monolithique, notamment clair ou extraclair. Dans ce cas, le verre est transparent et incolore.
L’épaisseur du substrat transparent 2 est généralement comprise dans un domaine allant de 0,5 mm à 19 mm, de préférence de 0,7 à 9 mm, notamment de 2 à 8 mm, voire de 4 à 6 mm.
Le substrat transparent 2 est en un matériau électriquement isolant, notamment rigide. Le substrat contient, dans un mode de réalisation préféré, du verre sodocalcique, mais peut, en principe, également contenir d'autres types de verre, par exemple du verre borosilicaté ou du verre de quartz.
Dans un exemple de réalisation, la surface extérieure 4 est texturée. Plus particulièrement, la surface extérieure 4 présente une texture en relief sur une première de ses faces principales, telle que si n est l’indice de réfraction du verre, Pm est la pente moyenne en degré de la face texturée, Y(q) est le pourcentage de la surface texturée de pente supérieure à q/(n-1) en degré, alors on a les deux conditions cumulatives suivantes:
  • Y(q) > 3% + f(q)%.Pm.(n-1)
  • et Y(q)>10%
  • avec f(q)=24-(3.q)
  • et q = 2 ou 3.
Dans un exemple, Y(q) > 5% (voire 10%) + f(q)%.Pm.(n-1).
Dans un exemple, f(q)=27-(3.q) voire même f(q)=30-(3.q).
Dans un exemple, q=2 ou q=3.
Il est par exemple possible d’obtenir les combinaisons suivantes:
  • Y(q)>5%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=27-(3.q) et q=2; ou
  • Y(q)>5%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=27-(3.q) et q=3; ou
  • Y(q)>5%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=30-(3.q) et q=2; ou
  • Y(q)>5%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=30-(3.q) et q=3; ou
  • Y(q)>10%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=27-(3.q) et q=2; ou
  • Y(q)>10%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=27-(3.q) et q=3; ou
  • Y(q)>10%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=30-(3.q) et q=2; ou
  • Y(q)>10%+f(q)%.Pm.(n-1) avec f(q)=30-(3.q) et q=3.
Par exemple, l’absorption du substrat transparent 2 dans le domaine spectral compris dans le domaine allant de 400 à 700 nm est inférieure à 2% et de préférence inférieur à 1 % et même inférieure à 0,5%.
Une telle surface extérieure 4 texturée permet d’augmenter la diffusion de la lumière, ce qui a un impact positif pour la production horticole. En effet, l’effet de diffusion évite les points chauds sur les plantes, permet une meilleure pénétration de la lumière dans toutes les zones de la serre et permet d’obtenir un éclairage plus homogène.
Le vitrage à couches 1 comporte en outre un empilement de couches. Plus particulièrement, sur la face intérieure 3 est disposée une couche 10.3. Cette couche 10.3 peut être une couche 10.3 à base d'oxyde transparent conducteur. Une telle couche 10.3 permet notamment de réduire les échanges radiatifs avec le ciel.
La couche 10.3 à base d'oxyde transparent conducteur peut par exemple être formée à base d'oxyde d'étain fluoré SnO2: F et présenter une épaisseur comprise entre 100 nm et 400 nm.
En outre, afin de renforcer le vitrage à couches 1, le revêtement basse émissivité 10 et même avec la première couche antireflet peuvent être trempés thermiquement.
Dans cet exemple, le revêtement basse émissivité 10 sur la surface intérieure 3 ou F2. Cette configuration est particulièrement adaptée pour une utilisation en serre agricole. Dans ce cas, la surface intérieure de trouve à l’intérieur de la serre agricole. En effet, cet agencement particulier autorise une transmission lumineuse importante au sein de la serre et permet en outre de diminuer les déperditions de chaleur à l’extérieur de la serre agricole. La luminosité associée à la chaleur est fortement profitable aux végétaux situés sous le vitrage à couches de la serre agricole. Toutefois on peut aussi envisager de déposer le revêtement basse émissivité 10 sur la surface intérieure 3 ou F2
Cet empilement comporte également sur le revêtement basse émissivité 10, une première couche antireflet 20 dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse. La première couche antireflet 20 dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse peut alternativement être formée suivant différentes techniques de l’art antérieur.
Dans un premier mode de réalisation, les pores sont les interstices d’un empilement non compact des billes nanométriques, notamment de silice, cette couche étant décrite par exemple dans le document US20040258929.
Dans un deuxième mode de réalisation, la première couche antireflet nanoporeux est obtenu par le dépôt d’un sol de silice condensé (oligomères de silice) et densifié par des vapeurs de type NH3, cette couche étant décrite par exemple dans le document WO2005049757.
Par exemple, la première couche antireflet 20 présente une série de nanopores fermés dont la dimension caractéristique est en moyenne supérieure ou égale à 20 nm et inférieure ou égale à 500 nm, de préférence inférieure ou égale à 100 nm.
Selon d’autres exemples, la première couche antireflet 20 présente une série de nanopores fermés dont la dimension caractéristique est en moyenne supérieure ou égale à 20 nm et inférieure ou égale à 200 ou 120 nm.
En outre, dans un exemple de réalisation, la première couche antireflet 20 présente un indice de réfraction inférieur à 1,45 dans le domaine visible et une épaisseur comprise entre 50 nm et 150 nm. Selon un autre exemple, la première couche antireflet 20 présente un indice de réfraction inférieur à 1,35, voir inférieur à 1,25.
Cette première couche antireflet 20 dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse SiO2 présente un facteur de transmission lumineux élevé.
La résistance carré du vitrage à couches selon l'invention est de préférence de 10 ohms/carré à 100 ohms/carré, de manière particulièrement préférée de 15 ohms/carré à 35 ohms/carré.
La figure 2 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches 1 conforme à un deuxième aspect de l’invention.
Plus particulièrement, le vitrage à couches 1 comporte un substrat transparent 2, un revêtement basse émissivité 10 disposé sur la surface intérieure 3 dite F2 et une première couche antireflet 20 disposé sur le revêtement basse émissivité 10. Dans cet exemple de réalisation, le vitrage à couches 1 comporte en outre sur la surface extérieure 4 dite F1, une deuxième couche antireflet 20 dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse. Ce deuxième revêtement antireflet 20 permet de réduire le coefficient de réflexion de l‘interface air-verre, et étant parfaitement transparent, il maximise la transmission lumineuse hémisphérique.
Dans un exemple de réalisation, la première couche antireflet 20 et/ou la deuxième couche antireflet 20 est un revêtement de type Sol-Gel présentant une série de nanopores fermés. Le document EP1329433 décrit par exemple une couche antireflet nanoporeuse de type sol gel. Le premier et/ou la deuxième couche antireflet nanoporeuse peut par exemple être obtenu avec des agents porogènes connus: des micelles de molécules tensioactives cationiques en solution et, éventuellement, sous forme hydrolysée, ou de tensioactifs anioniques, non ioniques, ou des molécules amphiphiles, par exemple des copolymères blocs. Les couches antireflets 20 confèrent notamment des propriétés optiques avantageuses au vitrage à couches 1. Elles réduisent la réflectance et augmentent ainsi la transparence du vitrage à couches et assurent une impression de couleur neutre. Le silice peut être dopée et est de préférence dopé à l'aluminium SiO2: Al, au bore SiO2: B, au titane SiO2: Ti ou au zirconium SiO2: Zr.
La figure 3 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un troisième aspect de l’invention. Dans cet exemple, le revêtement basse émissivité 10 est disposé du côté de la surface extérieure 4. Cette configuration est particulièrement adaptée pour une utilisation pour une porte de réfrigérateur commerciale ou de couvercle vitré d’un congélateur. Dans ce cas, la surface intérieure 3 munie du revêtement basse émissivité se trouve à l’intérieur du réfrigérateur ou congélateur. Cet agencement particulier autorise une transmission lumineuse optimisée au sein réfrigérateur ou congélateur et permet en outre de diminuer les déperditions de froid à l’extérieur du réfrigérateur. Ainsi, cet agencement permet de diminuer la consommation énergétique du réfrigérateur pour assurer l’éclairage et la conservation des aliments.
Un tel agencement peut avantageusement alternativement être utilisé pour un vitrage de serre. Avantageusement on utilise aussi une deuxième couche antireflet similaire (on peut modifier l’épaisseur et/ou la porosité) sur la face F1.
La figure 4 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches 1 conforme à un quatrième aspect de l’invention. Dans cet exemple, le revêtement basse émissivité 10 comporte trois couches. Plus particulièrement, débutant du substrat transparent 2, et plus particulièrement de la surface intérieure 3, le revêtement basse émissivité 10 est constitué:
  • d’une couche diélectrique 10.2, notamment barrière aux alcalins, (qui en variante est une couche supprimée) par exemple SiON ou SIN
  • d’une couche 10.3 à base d'oxyde transparent conducteur, formée par exemple à base d'oxyde d'indium-étain,
  • d’une couche barrière à l’oxygène, diélectrique, 10.4 présentant, par exemple, un indice de réfraction d'au moins 1,7.
Cette couche barrière diélectrique 10.4 permet de réguler la diffusion de l'oxygène (barrière à l’oxygène). Avantageusement on utilise aussi une deuxième couche antireflet similaire (on peut modifier l’épaisseur et/ou la porosité) sur la face F1. Alternativement le revêtement basse émissivité 10 à deux ou trois couches est sur la face F1 et même une deuxième couche antireflet sur la face F1.
La couche de blocage 10.2 réduit ou empêche la diffusion des ions alcalins hors du substrat en verre dans le système de couches. Les ions alcalins peuvent nuire aux propriétés du revêtement. De plus, la couche de blocage 10.2 en interaction avec la couche antireflet 20, contribue avantageusement au réglage de l'optique de la structure de revêtement dans son ensemble. L'indice de réfraction de la couche de blocage 10.2 est de préférence d'au moins 1,9.
L'épaisseur de la couche de blocage est de préférence de 10 nm à 50 nm, de manière particulièrement préférée de 20 nm à 40 nm, par exemple de 25 nm à 35 nm. La couche de blocage est de préférence la couche la plus basse de l'empilement de couches, c'est-à-dire qu'elle a un contact direct avec la surface du substrat, où elle peut avoir un effet optimal.
La figure 5 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un cinquième aspect de l’invention. Dans cet exemple, le revêtement basse émissivité 10 est constitué de cinq couches. Plus particulièrement, débutant du substrat transparent 2, le revêtement basse émissivité 10 comporte notamment une première couche de blocage 10.1 permettant de diminuer la diffusion alcaline du substrat transparent 2. Une telle couche de blocage 10.1 peut par exemple comprendre, un nitrure ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence du nitrure ou oxynitrure de silicium ou du carbure de silicium.
La couche de blocage 10.1 réduit ou empêche la diffusion des ions alcalins hors du substrat en verre dans le système de couches. Les ions alcalins peuvent nuire aux propriétés du revêtement. De plus, la couche de blocage 10.1 en interaction avec la couche antireflet 20, contribue avantageusement au réglage de l'optique de la structure de revêtement dans son ensemble. L'indice de réfraction de la couche de blocage 10.1 est de préférence d'au moins 1,9. Des résultats particulièrement bons sont obtenus lorsque l'indice de réfraction de la couche de blocage est de 1,9 à 2,5.
L'épaisseur de la couche de blocage est de préférence de 10 nm à 50 nm, de manière particulièrement préférée de 20 nm à 40 nm, par exemple de 25 nm à 35 nm. La couche de blocage est de préférence la couche la plus basse de l'empilement de couches, c'est-à-dire qu'elle a un contact direct avec la surface du substrat, où elle peut avoir un effet optimal.
La couche de blocage aux alcalins 10.1 présente par exemple une épaisseur comprise entre 10 nm et 50 nm, et de préférence comprise entre 20 nm et 40 nm.
Le revêtement basse émissivité 10 comporte également sur la couche de blocage aux alcalins une deuxième couche diélectrique 10.2 présentant par exemple un indice de réfraction maximal de 1,8. Cette couché diélectrique 10.2 peut par exemple comporter un oxyde ou oxynitrure d’un métal ou de silicium, et préférablement une silice.
La deuxième couche diélectrique 10.2 peut par exemple présenter une épaisseur comprise entre 5 nm et 100 nm, et de préférence comprise entre 10 nm et 50 nm,
Le revêtement basse émissivité 10 comporte en outre une couche 10.3 à base d'oxyde conducteur transparent (plus connue sous l’acronyme TCO en anglais) formée d'oxyde d'indium-étain, également connu sous l’acronyme ITO (pour Indium tin oxyde en anglais).
La couche 10.3 à base d'oxyde conducteur transparent présente par exemple une épaisseur comprise entre 50 nm et 130 nm, et de préférence comprise entre 60 nm et 100 nm.
Par ailleurs, il a été démontré que la teneur en oxygène de la couche électriquement conductrice, en particulier lorsqu'elle est basée sur un TCO, a une influence significative sur ses propriétés, notamment sur la transparence et la conductivité. La production du vitrage à couches comprend généralement un traitement thermique, par exemple, un processus de trempe thermique, dans lequel l'oxygène peut diffuser vers la couche conductrice et l'oxyder. Dans un mode de réalisation avantageux, le revêtement entre la couche électriquement conductrice et la couche antireflet comprend une couche barrière diélectrique 10.4 pour réguler la diffusion d'oxygène ayant un indice de réfraction d'au moins 1,9. La couche barrière sert à ajuster l'apport d'oxygène à un niveau optimal. Des résultats particulièrement bons sont obtenus lorsque l'indice de réfraction de la couche barrière 10.4 est de 1,9 à 2,5.
La couche barrière diélectrique 10.4 peut par exemple comporter, un nitrure ou oxynitrure ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence du nitrure ou oxynitrure de silicium ou du carbure de silicium.
La couche barrière diélectrique 10.4 présente par exemple une épaisseur comprise entre 5 nm et 20 nm, et de préférence comprise entre 7 nm et 12 nm.
Cette couche barrière diélectrique 10.4 bloque la diffusion de l’oxygène venant de l’atmosphère lors du recuit de l’ITO pour améliorer sa conductivité ou la diffusion de l’oxygène présent dans le cas du dépôt d’une surcouche d’oxyde.
S’agissant de la couche 10.3, d’autres couches sont possibles, parmi lesquelles les couches minces à base d’oxydes mixtes d’indium et de zinc (appelées « IZO »), à base d’oxyde de zinc dopé au gallium ou à l’aluminium, à base d’oxyde de titane dopé au niobium, à base de stannate de cadmium ou de zinc, à base d’oxyde d’étain dopé à l’antimoine. Dans le cas de l’oxyde de zinc dopé à l’aluminium, le taux de dopage (c’est-à-dire le poids d’oxyde d’aluminium rapporté au poids total) est de préférence inférieur à 3%. Dans le cas du gallium, le taux de dopage peut être plus élevé, typiquement compris dans un domaine allant de 5 à 6%. Dans le cas de l’ITO, le pourcentage atomique de Sn est de préférence compris dans un domaine allant de 5 à 70%, notamment de 10 à 60%. Pour les couches à base d’oxyde d’étain dopé au fluor, le pourcentage atomique de fluor est de préférence d’au plus 5%, généralement de 1 à 2%.
La couche 10.3 à base d'oxyde conducteur peut, en variante, contenir également, par exemple, de l'oxyde mixte d'indium zinc (IZO), de l'oxyde d'étain dopé au gallium (GTO), de l'oxyde d'étain dopé au fluor (SnO2: F) ou dopé à l'antimoine. oxyde d'étain (SnO2: Sb).
Dans une variante des précédents modes de réalisation, Le revêtement basse émissivité 10 comporte en outre une couche supérieure diélectrique (ou surcouche) 10.5 présentant un indice de réfraction maximal de 1,8. La couche supérieure diélectrique 10,5 peut par exemple comporter un oxyde ou oxynitrure d’un métal ou de silicium, préférablement de la silice. Cette couche 10,5 peut présenter une teneur faible en azote et d’indice optique d’au moins 1,4 et d’au plus 1,8 voire 1,7. Cette couche supérieure diélectrique 10,5 présente par exemple une épaisseur comprise entre 10 nm et 100 nm, et de préférence comprise entre 30 nm et 70 nm.
Cette couche 10.5 permet optimiser l’accroche de la couche antireflet 20 déposée par voie liquide. Cette couche 10.5 peut être très fine d’au plus 50nm, et même au plus 20nm.
La figure 6 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’un vitrage à couches conforme à un sixième aspect de l’invention.
Dans cet exemple, le revêtement basse émissivité 10 est constitué de quatre couches. Plus particulièrement, débutant du substrat transparent 2, le revêtement basse émissivité 10 comporte:
  • une première couche diélectrique de blocage 10.1 permettant de diminuer la diffusion alcaline du substrat transparent 2,
  • une deuxième couche diélectrique 10.2 présentant par exemple un indice de réfraction maximal de 1,8,
  • une couche 10.3 à base d'oxyde conducteur transparent TCO, et
  • une couche barrière diélectrique 10.4 pour réguler la diffusion d'oxygène ayant un indice de réfraction d'au moins 1,9.
La figure 7 est un tableau comparatif de différents modes de réalisation d’un vitrage conforme à l’invention. On s’aperçoit que l’utilisation d’une couche antireflet dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse permet non seulement d’augmenter considérablement le facteur de transmission lumineuse TL et en particulier le facteur de transmission hémisphérique TLH, tout en conservant une émissivité constante.
La figure 8 illustre une représentation schématique d’un exemple de réalisation d’une méthode 200 de fabrication d’un vitrage à couches 1 conforme à l’invention.
Cette méthode 200 comporte une étape 201 de dépôt, sur une surface intérieure 3 ou une surface extérieure 4 d’un substrat transparent 2, un revêtement basse émissivité 10 comprenant au moins une couche 10.3 à base d'oxyde transparent conducteur.
Par exemple, lorsque la couche 10.3 à base d'oxyde transparent conducteur est formée par du dioxyde d'étain dopé Fluor SnO2:F alors, la couche 10.3 est déposée par dépôt chimique en phase vapeur CVD.
De manière générale, les empilements qui utilisent une couche TCO en oxyde d’étain dopé au fluor sont de préférence obtenus par dépôt chimique en phase vapeur, généralement directement sur la ligne de flottage du verre.
Selon un autre exemple, lorsque la couche 10.3 à base d'oxyde transparent conducteur est formée par de l’oxyde d'indium-étain, ITO, alors la couche 10.3 est déposée par dépôt physique par phase vapeur PVD, de préférence obtenus par pulvérisation cathodique magnétron.
Cette méthode 200 comporte en outre une étape 202 de formation, sur le revêtement basse émissivité 10, une première couche antireflet 20 dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
Dans une mise en œuvre non limitative, la première couche antireflet 20 est formée par voie humide.
Dans une autre mise en œuvre, la première couche antireflet 20 est formée par voie solution-gélification comprenant un sol comportant des précurseurs de silice, un solvant et un agent porogène.
Dans un exemple de réalisation, l’agent porogène comporte des nanoparticules de polymère, notamment des nanoparticules de polyméthacrylate de méthyle, PMMA.
Il convient de noter que le % en volume de billes (ou plus largement d’agent porogène) est ajustable pour obtenir l’indice souhaité et de préférence d’au moins 35% et d’au plus 70%.
Le retrait de l’agent porogène est par exemple réalisé par un traitement thermique à une température d'au moins 500 °C pendant cinq minutes.
Dans une mise en œuvre différente, le retrait de l’agent porogène est réalisé au moyen d’un solvant, notamment du tétrahydrofurane, THF.
Dans un exemple de formation de la première couche antireflet sur l’empilement basse émissivité, on prépare une composition liquide appelée ci-après «sol» en mélangeant 20,8 g de tétraéthoxysilane, 18,4 g d’éthanol absolu et 7,2 g d’une solution aqueuse (pH 2,5 par ajout d’HCl). Le rapport molaire des composants est 1:1:4. On agite ce mélange pendant 4 h à température ambiante de manière à hydrolyser le tétraéthoxysilane. On ajoute ensuite à ce sol des billes submicroniques de poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) ayant un diamètre moyen de 80 nm ± 10 nm (diffusion dynamique de la lumière, Malvern Nano ZS), sous forme d’une dispersion à 20 % dans de l’éthanol, de manière à obtenir une dispersion contenant 55 % en volume de billes PMMA. On filtre la dispersion à travers un filtre de 0,45 µm et on la dépose par centrifugation (spin coating) à 1000 tour par minute, sur l’ empilement basse émissivité lui-même par exemple sur la face atmosphère d’un verre sodo-calcique d’épaisseur 4 mm. On procède ensuite à un recuit et de préférence à une opération de trempe.
Les figures 9 à14 illustrent différentes implémentation d’un vitrage à couches selon l’invention.
Si on se réfère à la figure 9, pour un vitrage de serre (toit incliné), l’empilement est positionné sur la surface extérieure 4 qui est la face F1 (qui est exposée) ou la surface intérieure 3 qui est la face F2 (qui est exposée).
Si on se réfère aux figures 10 et 11, pour une porte vitrée de réfrigération commerciale en position verticale (figure 10), ou un congélateur (figure 11) comportant un couvercle vitré (plan ou bombé) en position horizontale, l’empilement est positionné sur la surface intérieure 3 qui est la face F2 (qui est coté produits).
Si on se réfère à la figure 12, pour une porte de réfrigérateur en position verticale, qui est double vitrage comportant un premier vitrage extérieur (de préférence trempé), un deuxième vitrage plus intérieur (de préférence trempé), l’empilement est positionné sur la face intérieure F2 ou sur la face F3 du deuxième vitrage ou en face intérieure exposé F4 du deuxième vitrage.
La figure 13 illustre un couvercle de congélateur comportant un empilement. C’est un double vitrage comportant un premier vitrage extérieur (de préférence trempé), un deuxième vitrage plus intérieur (de préférence trempé), l’empilement est positionné sur la face intérieure exposé F4 (côté produits) du vitrage intérieur et même sur la face F2 du vitrage extérieur.
Si on se réfère à la figure 14, pour un vitrage extérieur 1 qui est un double ou triple vitrage par exemple une fenêtre, l’empilement en positionné en face F1 ou face F4 ou face F6 et éventuellement en F2 ou F3 est positionné un empilement basse émissivité à l’argent.

Claims (27)

  1. Vitrage à couches (1) comportant:
    • un substrat transparent (2) présentant une surface intérieure (3) et une surface extérieure (4), de préférence en verre,
    • un empilement de couches comportant:
      • sur une desdites surfaces intérieure ou extérieure (3, 4), un revêtement basse émissivité (10) comprenant au moins une couche (10.3) à base d'oxyde transparent conducteur, dite couche TCO,
    • ledit vitrage à couches (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte sur ledit revêtement basse émissivité (10), une première couche antireflet (20) dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
  2. Vitrage à couches (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu’il comporte sur l’autre des surfaces intérieure ou extérieure (3, 4), une deuxième coucheantireflet (20) dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
  3. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la première couche antireflet (20) et/ou la deuxième couche antireflet (20) est un revêtement de type sol-gel, de préférence présentant une série de nanopores fermés, notamment avec un taux de nanopores d’au plus 70%, de préférence de 35% à 70% et plus préférentiellement de 45% à 70%.
  4. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première couche antireflet (20) et/ou la deuxième couche antireflet (20) présente une série de nanopores fermés dont la dimension caractéristique, inférieure à l’épaisseur, est même en moyenne inférieure ou égale à 250 nm, de préférence inférieure ou égale à 150 ou 100nnm et de préférence supérieure ou égale à 20 nm.
  5. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première couche antireflet (20) et/ou la deuxième couche antireflet (20) comporte une couche comprenant un ensemble de nanoparticules de silice de taille d’au plus 100 nm et de préférence d’au moins 10 nm éventuellement dans un liant de silice sur une fraction de l’épaisseur, laissant ainsi émerger les nanoparticules.
  6. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la première couche antireflet (20) et/ou la deuxième couche antireflet (20) présente un indice de réfraction dans le domaine visible inférieur à 1,4 ou inférieur ou égal à 1,35, ou même inférieur ou égal à 1,3 et une épaisseur d’au plus 250 nm ou d’au plus 150 nm de préférence de 50 nm à 150 nm.
  7. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat transparent (2) est une feuille de verre, notamment clair ou extraclair, notamment plane ou bombée.
  8. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la face extérieure (4) du substrat, dite face F1, notamment de verre, est texturée, notamment telle que si n est l’indice de réfraction du substrat, Pmest la pente moyenne en degré de la face texturée, Y(q) est le pourcentage de la surface texturée de pente supérieure à q/(n-1) en degré, alors on a les deux conditions cumulatives:
    • Y(q) > 3% + f(q)%.Pm.(n-1)
    • et Y(q)>10%
    • avec f(q)=24-(3.q)
    • et q = 2 ou 3 .
  9. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il est trempé thermiquement.
  10. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que:
    • pour un vitrage de serre, monolithique, l’empilement est positionné sur la surface extérieure (4) qui est la face F1 ou la surface intérieure (3) qui est la face F2,
    • pour un vitrage feuilleté notamment de verre, l’empilement est positionné sur la surface extérieure exposée (4) qui est la face F1 ou sur la surface intérieure exposée (3) qui est la face F4,
    • ou pour une porte d’équipement de réfrigération, en vitrage monolithique, plane ou bombée, de préférence trempé, l’empilement est positionné sur la surface intérieure (3) qui est la face F2,
    • ou pour un couvercle de congélateur, en vitrage monolithique, l’empilement est positionné sur la surface intérieure exposée (3) qui est la face F2,
    • ou pour double vitrage comportant un premier vitrage extérieur, de préférence trempé, un deuxième vitrage plus intérieur, de préférence trempé, l’empilement est positionné sur la face intérieure F2 du premier vitrage ou une face F3 du deuxième vitrage ou sur une face intérieure exposée F4 du deuxième vitrage monolithique ou F6 si deuxième vitrage feuilleté, en particulier double vitrage formant porte d’équipement de réfrigération ou vitrage de serre,
    • ou pour un couvercle de congélateur qui est un double vitrage, comportant un premier vitrage extérieur, de préférence trempé, un deuxième vitrage plus intérieur, de préférence trempé, l’empilement est positionné sur une face intérieure exposée F4 du deuxième vitrage et de préférence également sur la face intérieure F2 du premier vitrage,
    • pour un vitrage extérieur qui est un double ou triple vitrage, l’empilement est positionné sur la face F1 du premier vitrage, ou la face F4 du deuxième vitrage ou une face F6 du troisième vitrage et optionnellement est positionné sur les faces F2 du premier vitrage ou F3 du deuxième vitrage, un empilement basse émissivité à l’argent,
    • pour une porte de four comportant un verre extérieur et deux ou trois verres intérieurs, l’empilement est positionné sur l’une des faces F3, F4, F5, ou F6 des verres intérieurs.
  11. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le substrat transparent (2) fait partie d’un double ou triple vitrage et l’empilement est positionné sur la surface intérieure F3 (3) du vitrage intérieur ou sur la face intérieure F2 du vitrage extérieur et de préférence la deuxième couche antireflet est sur la face F1 et/ou F4.
  12. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que le substrat transparent (2) est un vitrage feuilleté formé de deux verres liés par un intercalaire de feuilletage en matière polymère et:
    • une deuxième couche antireflet (20) dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse, est sur la face extérieure (4) dite face F1,
    • l’empilement est sur la face intérieure exposée (3) dite F4.
  13. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche (10.3) TCO comporte une couche à base d'oxyde d'étain dopé de préférence au fluor ou à l’antimoine sur tout ou partie de son épaisseur et présente une épaisseur comprise d’au plus 600 nm, notamment comprise entre 100 nm et 600 nm.
  14. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comporte entre la couche (10.3) TCO et la première couche antireflet (20) une ou des couches présentant une épaisseur maximale cumulée d’au plus 100nm ou d’au plus 70nm.
  15. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement basse émissivité (10) comporte, débutant du substrat transparent (2), les couches suivantes :
    • une première couche diélectrique (10.1) optionnelle, notamment de blocage aux alcalins lorsque le substrat est un verre
    • la couche (10.3) TCO formée de préférence d'oxyde d'indium-étain, de préférence directement sur la couche diélectrique (10.2)
    • une couche barrière à l’oxygène, diélectrique, (10.4), notamment présentant un indice de réfraction d'au moins 1,7, de préférence directement sur la couche (10.3) TCO.
  16. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le revêtement basse émissivité (10), comporte, débutant du substrat transparent (2), les couches suivantes:
    • une première couche (10.1), notamment de blocage aux alcalins lorsque le substrat transparent (2) est un verre, ladite première couche (10.1) étant diélectrique et présente un indice de réfraction d’au moins 1,7 notamment d'au moins 1,8
    • une deuxième couche diélectrique (10.2) présentant un indice de réfraction d’au plus 1,7, voire d’au plus 1,6, de préférence directement sur la première couche de blocage (10.1);
    • la couche TCO (10.3) de préférence formée d'oxyde d'indium-étain, de préférence directement sur la deuxième couche diélectrique (10.2);
    • une couche barrière à l’oxygène diélectrique (10.4) présentant un indice de réfraction d'au moins 1,7, de préférence directement sur la couche (10.3) TCO.
  17. Vitrage à couches (1) selon la revendication 15 ou 16 caractérisé en ce que:
    • la première couche (10.1) comprend, un nitrure ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence un nitrure de silicium lorsque la couche TCO (10.3) est formée à base d'oxyde d'indium-étain, ou un carbure de silicium lorsque la couche TCO (10.3) est formée à base de (SnO2 /)SnO2 :F ou SnO2 :Sb,
    • et/ou la deuxième couche diélectrique (10.2) comprend, un nitrure, un oxyde un oxynitrure ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence un nitrure ou oxynitrure de silicium lorsque la couche TCO (10.3) est formée à base d'oxyde d'indium-étain, ou un carbure de silicium lorsque la couche TCO (10.3) est formée à base de (SnO2 /)SnO2 :F ou SnO2 :Sb,
    • et/ou la couche barrière à l’oxygène diélectrique (10.4) comprend, un nitrure, ou un carbure d’un métal ou de silicium, de préférence un nitrure ou oxynitrure de silicium lorsque la couche TCO (10.3) est formée à base d'oxyde d'indium-étain ou un carbure de silicium lorsque la couche TCO (10.3) est formée à base de (SnO2 /)SnO2 :F ou SnO2 :Sb.
  18. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend directement sous la première couche antireflet, notamment sur la couche barrière à l’oxygène, une couche supérieure diélectrique (10,5), notamment un oxyde ou oxynitrure d’un métal ou de silicium, préférablement de la silice, de préférence d’au plus 50nm et même d’au plus 20nm, d’indice optique d’au moins 1,4 et d’au plus 1,8 voire d’au plus 1,7.
  19. Vitrage à couches (1) selon l’une des revendications 15 à 18 caractérisé en ce que:
    • la première couche (10.1) présente une épaisseur d’au plus 50nm même comprise entre 10 nm et 50 nm, de préférence comprise entre 20 nm et 40 nm,
    • et/ou la deuxième couche diélectrique (10.2) présente une épaisseur comprise d’au plus 100nm ou 50nm, même entre 5 nm et 100 nm, de préférence comprise entre 10 nm et 50 nm,
    • et/ou la couche TCO (10.3) présente une épaisseur d’au plus 130nm, même comprise entre 50 nm et 130 nm, de préférence comprise entre 60 nm et 100 nm,
    • et/ou la couche barrière diélectrique (10.4) présente une épaisseur d’au plus 20nm, même comprise entre 5 nm et 20 nm, de préférence comprise entre 7 nm et 12 nm.
    • et/ou la couche supérieure diélectrique (10.5) présente une épaisseur d’au plus 50nm et même d’au plus 20 nm.
  20. Vitrage à couches (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’empilement basse émissivité comporte ou est constitué de l’un des empilements suivants :
    • SiOC (/ SnO2/) SnO2:F ou SnO2:Sb (/SiO2ou SiON)
    • SiSnOx/( SnO2)/)SnO2:Fou SnO2:Sb
    • SiO2/ SiON / ITO / SiN (/SiO2ou SiON)
    • SiO2/ SiN / SiO2/ ITO / SiN (/SiO2ou SiON)
    • SiN / SiO2/ ITO / SiN (/SiO2ou SiON)
    • SiON / ITO / SiN / (/SiO2ou SiON)
    • SiON / ITO / SiON (/SiO2ou SiON)
    • SiN / ITO / SiON (/SiO2ou SiON)
    • SiN / ITO / SiN/ SiON(/SiO2ou SiON)
    • SiON / ITO / SiN/ SiON(/SiO2ou SiON)
    • SiN / SiO2/ ITO / SiN/ SiON (/SiO2ou SiON).
  21. Méthode (200) de production d’un vitrage à couches (1) comportant les étapes de:
    • déposer (201), sur une surface intérieure (3) ou une surface extérieure (4) d’un substrat transparent (2), un revêtement basse émissivité (10) comprenant au moins une couche (10.3) à base d'oxyde transparent conducteur, et de préférence par dépôt physique en phase vapeur ou chimique en phase vapeur
    • formation (202), sur ledit revêtement basse émissivité (10), d’une première couche antireflet (20) dans le domaine visible à base de silice nanoporeuse.
  22. Méthode (200) selon la revendication précédente caractérisée en ce que la formation (202) implique un dépôt par voie liquide.
  23. Méthode (200) selon la revendication 22 caractérisée en ce que le dépôt par voie liquide est un dépôt par voie sol-gel comprenant un sol comportant des précurseurs de silice, un solvant et un agent porogène, notamment avec un taux d’ agent porogène d’au plus 70%, de préférence de 35% à 70% et plus préférentiellement de 45% à 70%..
  24. Méthode (200) selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’agent porogène comporte des nanoparticules de polymère, notamment des nanoparticules de polyméthacrylate de méthyle, et en ce que le retrait de l’agent porogène est réalisé par un traitement thermique à une température d'au moins 450°C et même 580°C suivi d’une opération de trempe.
  25. Méthode (200) selon l’une des revendications 21 à 24 caractérisée en ce que le revêtement basse émissivité (10) est déposé par dépôt chimique en phase vapeur.
  26. Méthode (200) selon l’une quelconque des revendications 21 à24 caractérisée en ce que le revêtement basse émissivité (10) est déposé par dépôt physique par phase vapeur.
  27. Utilisation du vitrage à couches (1) selon l’une des revendications de vitrage à couches précédentes caractérisée en ce que le vitrage à couches (1) est utilisé pour une porte de réfrigérateur, un couvercle de congélateur, une porte de four, un toit d’une serre agricole, un vitrage extérieur notamment d’une fenêtre de toit ou d’un bâtiment.
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