JP2006117501A - ガラス・コーティング - Google Patents

Abstract

【課題】 熱放射線を反射する層を厚くしないで、可視光線をよく透過する基板コーティングの断熱性を改善すること。
【解決手段】 本発明は、ガラス・コーティングおよびガラス・コーティングを形成するための方法に関する。ガラス・コーティングは、ＺｎＯの第１の層と、その上に堆積されたＡｇの第２の層からなる。ＺｎＯ層上にＡｇ層を塗布する前に、ＺｎＯがイオンにより照射される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、請求項１の前文記載のガラス・コーティングに関する。

建築用ガラスのコーティングは、窓を通して室内に入ってくる光が室外の光と異なるように、日光のある波長または波長範囲を反射または吸収するために行われる。

このようなコーティングの重要な機能は、夏に室内があまり熱くならないように、また冬にあまり寒くならないように、熱放射線を反射することである。しかし、この場合、可視光線の透過を有意に低減すべきではない。すなわち、コーティングは、可視光線範囲の放射線をよく透過し、熱または赤外線をよく反射するものでなければならない。

この機能を行うコーティング・システムは、低放射率（Ｌｏｗ−Ｅ）コーティング・システムと呼ばれる。ここで、「Ｅ」は「放射率」を意味する。

重ねて５つの個々の層が堆積される鉱物ガラスのガラス板を基板として含む、低放射率コーティング・システムは周知である（ＤＥ４２ １１３ ６３ Ａ１）。この基板上には、厚さ４００ÅのＺｎＯの第１の層が堆積される。この第１の層上に厚さ９０ÅのＡｇの第２の層が塗布される。第２の層上に堆積された第３の層は、厚さ約１５Åの金属ＴｉまたはにＮｉＣｒからなる。この第３の層上に厚さ３２０ÅのＺｎＯの第４の層が塗布される。第４の層上には厚さ７０ÅのＴｉＯ_２の第５の層が塗布される。この場合、銀の薄い層は本質的には赤外線を反射する層である。

ＷＯ９５／２９８８３号には、可視光線を透過し赤外線を反射するもう１つのコーティングが開示されている。このコーティングはガラス基板上に塗布され、また、少なくとも５つの層からなる。このガラス基板上には、第１の層として例えば、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム等のような酸化物が塗布される。第２の層は銀膜により形成され、第３の層は、スパッタ・プロセス中、下に位置する銀層を保護する金属層である。第３の層上には銀層が酸化するのを防止するためのもう１つの酸化金属層が位置する。第５の層すなわち最後の層は窒化珪素層により形成される。

もう１つの周知のコーティング・システムとしては、湾曲窓ガラスに適している断熱コーティング・システムがある（ＤＥ １９８ ５０ ０２３ Ａ１＝ＵＳ ６１８ ０２ ４７ Ｂ１）。このコーティング・システムは、保護層で囲まれている貴金属の少なくとも１つのコーティングからなる。このようなコーティング・システムは、特にＴｉＯ_２−ＮｉＣｒＯ_ｘ−ＴｉＯ_２−Ａｇ−ＮｉＣｒＯ_ｘ−Ｓｉ_３Ｎ_４から形成することができる。

今までのところ、断熱効果の改善は、複雑な二重銀システムまたは分割銀コーティング・システムだけにより行われてきた。
ＤＥ４２ １１３ ６３ Ａ１ ＤＥ １９８ ５０ ０２３ Ａ１ ＵＳ ６１８ ０２ ４７ Ｂ１

本発明の目的は、熱放射線を反射する層を厚くしないで、可視光線をよく透過する基板コーティングの断熱性を改善することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴により達成される。

本発明は、ガラス・コーティングおよびこのガラス・コーティングを形成するための方法に関する。ガラス・コーティングは、ＺｎＯの第１の層およびその上に堆積されたＡｇの第２の層からなる。ＺｎＯ層上にＡｇ層を塗布する前に、Ｚｎｏ層がイオンにより照射される。

本発明により達成される利点は、特に、銀層が塗布される層の特殊な前処理により、それ以上材料を塗布しなくても、その表面の抵抗を最大２０％低減するように、熱放射線を反射する層のエピタキシャル成長に影響を与えることにある。この場合、熱放射線を反射する層は、好適には、銀であることが好ましく、銀が塗布される層は、好適には、ＺｎＯであることが好ましい。このＺｎＯの前処理は、好適には、イオン衝撃により行うことが好ましい。

銀には、少量の、すなわち１０重量％未満のＣｕ、Ａｌ、Ｎｄ、Ｉｎ、Ｙｔ、Ｓｂ、Ｖ等を混合することができる。ＺｎＯまたはＺｎＯ：Ａｌの代わりに、例えば、ＮｉＣｒ、ＮｉＣｒＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＴｉＯ_２、Ｗ、ＷＯ、ＷＯ_ｘ、Ｚｒ、ＺｒＯ_ｘ、ＺｒＯをエピタキシャル成長層用に使用することができる。

二重銀または分割銀低放射率コーティング・システムと比較すると、本発明を使用した場合には生産性を向上することができる。何故なら、個々の層の数が少なくてすみ、プロセスが簡単であるからである。この層形成方法は、またコスト・パフォーマンスの点でも優れている。何故なら、ターゲット材料が少なくてすみ、カソードの数が少なくてすむからである。コーティング設備全体を小形にすることができる。コーティング・システムが簡単だと、不合格品が少なくなり、保守作業が簡単になり、支出が少なくてすみ、消耗材料が少なくてすむ。単一銀低放射率コーティング・システムと比較すると、本発明により製造した製品の方が機能の点で優れている。焼戻しを行ったコーティング・システムの場合には、表面抵抗が最大１５％低減する。それにより、透過率を０．０４０未満にすることができ、特に透過性を８８％を超えるようにすることができる。

図面に本発明の例示としての実施形態を示し、以下にさらに詳細に説明する。

図１は、コーティング設備１の略図である。このコーティング設備１は、内部移送ロック・チャンバ２と、第１のコーティング・チャンバ３と、第２のコーティング・チャンバ４と、作業チャンバ５と、第３のコーティング・チャンバ６と、第４のコーティング・チャンバ７と、第５のコーティング・チャンバ８とを備える。

基板９は、移送手段（図示せず）により、内部移送ロック・チャンバ２から第１のコーティング・チャンバ３内に移動し、そこでＴｉＯ_２は交流電源１０によりスパッタされる。この場合、セラミックＴｉＯ_ｘは、直流によってもスパッタすることができる。参照番号１１は、対応するＴｉＯ_２ターゲットを示す。ガラス板であってもよい基板９は、すでにＴｉＯ_２層によりコーティングされていて、この基板９は第２のコーティング・チャンバ４に移送され、そこでＺｎＯターゲット１３は、直流電源１２を用いてスパッタされる。ＴｉＯ_２層上に必要なＺｎＯ層が堆積されるとすぐに、基板９は作業チャンバ５内に移送される。この作業チャンバ５内にはイオン源１４が位置していて、基板９のＺｎＯ層をイオンで放射する。その後で、基板は、第３のコーティング・チャンバ６内に移送され、そこで銀のターゲット１６が直流源１５によりスパッタされる。

銀の下のＺｎＯ層は底部阻止層として機能する。この層は銀層の特性に大きく影響する。例えば、この層は銀の層抵抗を低減するが、このことは導電性を改善するのと同じ効果がある。

これにより、光を反射する銀の性能が向上する。何故なら、透過率とコーティング・システムの表面抵抗との間には直接的な相関関係があるからである。表面抵抗が低ければ低いほど、コーティングの断熱性がよくなる。

下に位置するＺｎＯ層を通しての銀の表面抵抗の周知の低減は、本発明によりさらに改善され、それによりＺｎＯ層がイオン・ビームで照射される。それにより、銀層の放射率が改善され、可視範囲内の波長に対する高い透過性が同様に改善される。

イオンによりＺｎＯ表面を修正すると、以降の銀層のエピタキシャル成長に強力に影響する。銀の表面抵抗は、さらに銀を塗布しなくても最大２０％低減する。

イオン・ビーム源１４のイオンは、アルゴン・イオンであっても、および／または酸素イオンであってもよい。イオンの貫通深さは、ＺｎＯ層の下の層がイオン照射による影響を受けないようにあまり深いものであってはならない。この理由のために、例えば、電子ビームまたはＸ線のような他のタイプの放射線は、ＺｎＯの処理には適していない。

イオンの線量は、イオン・ビーム源１４のガス流を調整することにより、またはイオン・ビーム源１４の下の基板９の移送速度を変化させることにより変更することができる。イオンがＺｎＯ層に衝突するエネルギーは、加速電圧により設定される。

特に、エネルギーを設定することにより、ＺｎＯ層の表面の形態を変えることができる。表面の粗さを変えることができ、密度を変更することができる。表面はさらに化学的に活性化することもできるし、非活性化することもできる。またＺｎＯ層の表面内に少量のアルゴン原子および／または酸素原子を挿入することもできる。

特に、層の表面上において、例えば、一定であるか、ガスのタイプおよびその量（例えば、３５ｓｃｃｍＡｒ）、加速電圧（例えば、Ｕ＝１ｋＶ〜Ｕ＝３ｋＶ）、電流（Ｉ＝０．５Ａ）、および基板からイオン源までの距離（１３０ｍｍ）により決まるイオン電流が加速される。ｓｃｃｍは（６０ｍｂａｒ ｌ）／秒を意味する。ここで、ｌはリットルである。

それにより、ガスのタイプ、単位時間当たりのその量、および加速電圧が設定される。電流源の結果としての電流出力は、これらの仕様により決定される。基板９とイオン源１４との間の幾何学的距離はいつでも一定である。

電力源の電流および電圧は測定装置により入手される。イオン電流の実際のエネルギーを測定することはできない。

基板９の速度が、イオン・ビームが基板９に衝突する面積要素当たりの平均時間を決定する。イオンの平均貫通深さが分からないので、体積要素への変換はできない。量的効果は問題ではない。重要なことは表面への効果である。表面の粗さは、明らかに低放射率コーティングの透過率に間接的な影響を持つ。

イオン電流が一定に維持され、基板速度が半分になると、平均的に２倍のイオンが同じ平均エネルギーで同じ面積要素に衝突する。それ故、イオン線量が２倍になる。それにより、サンプル上に加わるエネルギーも２倍になる。加速電圧が３倍になると、第１の近似値の平均イオン・エネルギーも３倍になる。

それ故、エネルギーは加速電圧と基板速度の逆数値との積になる。

処理したＺｎＯ層上に銀層をスパッタした後で、基板はコーティング・チャンバ７に移送され、そこで直流源１７によりＮｉＣｒＯ_ｘターゲットがスパッタされる。コーティング・チャンバ８においては、その後でＳｉ_３Ｎ_４ターゲット２０が交流源１９によりスパッタされる。

図２は完全にコーティングされた基板９を示す。比較的厚いＴｉＯ_２層２１上に比較的薄いＺｎＯ層２２が堆積されるのは明らかである。この堆積が行われたＺｎＯ層２２上に、比較的薄いＡｇ層２３が塗布される。このＡｇ層上に非常に薄いＮｉＣｒＯ_ｘ層２４が塗布される。比較的厚いＳｉ_３Ｎ_４層２５が、最後の層を形成する。

図２は、５つの異なる層２１〜２５を示すが、本発明にとって重要なのは、実質的には層２２および２３だけである。それ故、ガラスの２層システム、すなわちＺｎＯ−Ａｇにより試験を行った。表１にその結果の要約を示す。すべての試験において、銀層の厚さは正確に同じであり、約７．６ｎｍであった。

線量およびエネルギーは「任意の単位」で表示してある。分かりやすくするために、すべての値はエネルギー１により基準試験に対して正規化した。キログラム当たりのクーロンによる線量のＳＩ単位、およびニュートン・メートルによるエネルギーのＳＩ単位は測定しなかった。イオン７、イオン１等は、行った試験の試験番号を示す。Ｒ／ｓｑは表面抵抗である。

７回の試験すべての場合に、ガスとしてアルゴン・ガスを使用した。加速電圧は１または３ｋＶであり、ガス流は２０または４１ｓｃｃｍであった。基板９が移動した速度Ｖ（イオン）は毎秒１〜２メートルであった。イオンの線量は１０〜８２単位であり、運動エネルギーは２１〜１２３単位であった。

ＺｎＯを処理しなかった銀層の表面抵抗は１０．８オームであり、ＺｎＯを処理した場合の表面抵抗は少なくとも８％〜２７％低減した。

また、５つの層からなるコーティングを使用して試験を行った。表２は、明度（ｃｏｌｏｒ ｖａｌｕｅ）および表面抵抗についてのこれらの試験の結果を示す。

この表の場合、ＣＩＥ ＬＡＢ ＤＩＮ ６１７４（１９７６）により、各記号は下記の意味を持つ。

Ｔｙ＝可視光範囲で平均した百分率による透過性
ａ＊＝赤−緑軸上の明度
ｂ＊＝黄−青軸上の明度
ＲＧｙ＝可視範囲内で平均したサンプルのガラス側からの百分率による反射
ＲＦｙ＝可視範囲内で平均したサンプルのコーティング側からの百分率による反射
Ｈａｚｅ＝半透明
上記データは、焼戻し前のコーティングした基板に関するものである。これらのデータに基づいて、イオン処理後の層抵抗は、イオン処理を行わなかった層の層抵抗と比較すると有意に低減しているのは明らかである。

タイプ１、タイプ２、タイプ３は、イオン・エネルギーであり、タイプ１は高エネルギー、タイプ２は中程度のエネルギー、タイプ３は、低エネルギーを示す。

下記の表３は、焼戻しを行った後に得られた値を示す。

すべての場合に、ＺｎＯ層をイオンで処理した後に、層抵抗の低減が認められた。反射カラー内の最小カラーのずれは、ＺｎＯの変化した層の厚さまで追跡することができる。

下記の表４に示す一連の試験の結果も、透過性および表面抵抗もＺｎＯ層のイオン処理により改善されたことを確認している。

本発明は、上記の例示としての実施形態に限定されないことを理解されたい。例えば、上記酸化物の代わりに、酸素が供給された場合に酸化物だけを形成する金属も反応によりスパッタすることができる。

コーティング設備の略図である。 基板上の層構造を示す。

Claims (14)

1. 可視光線に対してほぼ透明であり、他の層の上に位置する少なくとも１つの赤外放射線反射層を備えるガラス・コーティングであって、前記他の層がイオン照射により処理された層であることを特徴とするガラス・コーティング。
2. 前記赤外放射線反射層が、少なくとも５０％の銀成分を含む材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のガラス・コーティング。
3. 前記赤外放射線反射層が、純粋な銀からなることを特徴とする、請求項２に記載のガラス・コーティング。
4. イオン照射により処理された前記層が、少なくとも５０％のＺｎＯ成分を含む材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のガラス・コーティング。
5. イオン照射により処理された前記層が、純ＺｎＯからなることを特徴とする、請求項４に記載のガラス・コーティング。
6. イオン照射により処理された前記層が、ＺｎＯ_ｘまたはＺｎＯ：ＡｌまたはＺｎ：ＡｌＯ_ｘからなることを特徴とする、請求項１に記載のガラス・コーティング。
7. 前記イオン照射がＡｒイオンからなることを特徴とする、請求項１に記載のガラス・コーティング。
8. 前記イオン照射が酸素イオンからなることを特徴とする、請求項１に記載のガラス・コーティング。
9. 前記イオン照射が、Ｏ_２およびＡｒの混合物からなることを特徴とする、請求項１に記載のガラス・コーティング。
10. 基板上にコーティングを形成するための方法であって、
    ａ）第１の層を前記基板上に塗布するステップと、
    ｂ）前記第１の層をイオン照射により処理するステップと、
    ｃ）前記第１の層上に、赤外放射線を反射する第２の層を塗布するステップとを含むことを特徴とする方法。
11. 前記第１の層が、主にスパッタリングにより塗布されたＺｎＯ層であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第２の層が、主にスパッタリングにより塗布されたＡｇ層であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
13. ＺｎＯ−Ａｇ−ＮｉＣｒＯ_ｘ−Ｓｉ_３Ｎ_４で処理したイオン照射による層シーケンス・ガラス−ＴｉＯ_２−を特徴とするガラス・コーティング。
14. ガラス・コーティングを形成するための方法であって、下記のステップ、すなわち、
    ａ）スパッタリングにより前記ガラス上にＴｉＯ_２層を塗布するステップと、
    ｂ）スパッタリングにより前記ＴｉＯ_２層上にＺｎＯ層を塗布するステップと、
    ｃ）イオン照射によりＺｎＯ層を処理するステップと、
    ｄ）スパッタリングにより前記ＺｎＯ層上にＡｇ層を塗布するステップと、
    ｅ）スパッタリングにより前記Ａｇ層上にＮＩＣｒＯ_ｘ層を塗布するステップと、
    ｆ）スパッタリングにより前記ＮｉＣｒＯ_ｘ層上にＳｉ_３Ｎ_４層を塗布するステップとを特徴とする方法。

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