JP2010500270A

JP2010500270A - 焼入れ可能な赤外線反射層系およびその製造方法

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Publication number: JP2010500270A
Application number: JP2009523302A
Authority: JP
Inventors: ケッカート・クリストフ; プレール・ホルガー
Original assignee: フオン・アルデンネ・アンラーゲンテヒニク・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: DE102006037909A1; CN101563302A; WO2008017722A1; JP5328649B2

Abstract

本発明は、透明基板上の赤外線反射層系およびこのような層系の製造方法に関する。本発明の課題は、基板の熱処理の厳しい雰囲気条件および／又はガラス基板の場合の不定の状態でも十分な質、特に可視域で約１０〜８０％の調整可能な透過率と低い放射率を保証し、同時に層系の色度座標の十分な安定性を可能にする層系とその製造方法を提供することであり、誘電基板Ｓ０をコーティングするための焼入れ可能で赤外線反射性であり且つ可視光域で的確に調整可能な吸収性を有する層系によって解決されるが、この層系は、本発明によれば基板Ｓ０上に次の順序で、透明な高屈折率誘電体層Ｓ２、基板側の吸収又は遮蔽層Ｓ３、機能性金属反射層Ｓ４、上部吸収又は遮蔽層Ｓ５、および透明な高屈折率誘電体層Ｓ６を有する。本発明による層系は、ガラス基板上の焼入れ可能なＩＲ反射層系（低放射）の性質と、可視光域における透過率が約１０％〜約８０％の間で調整可能である焼入れ可能なソーラーコントロールシステムの性質を併せ持つことができる。

Description

本発明は、基板上に形成されている赤外線反射性の一連の層を有する透明基板上の焼入れ可能な赤外線反射層系、およびその製造方法に関する。一連の層は少なくとも１つの選択的機能層を含む。

本発明は、また、このような層系の製造方法にも関し、本方法では、透明基板上に適切な方法で赤外線反射性の一連の層が形成される。

一般に赤外線反射層系（低放射（Ｌｏｗ−Ｅ）層系）は、機能層、機能層の接着を改善する基層、および反射防止被覆層からなり、ここで、個々の層が層系内で繰り返されてもよい。通常は貴金属（たいていは銀）又はその合金からなる機能層は、層厚が小さくても赤外域で良好な選択的反射性を有する。層系に機能層が１つしか配置されていない場合、これらは「単一低放射（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｌｏｗ−Ｅ）」と称されることが多い。

被覆層は、反射防止の他に、特に機械的および化学的耐久性の改善にも役立つ。それは、通常、高屈折率で誘電性がありケイ素を含有する材料からなる。可視域における層系の透過率を向上させるため、この反射防止層は選択的機能層の上および／又は下に配置される。

基板を硬化および／又は成形するために、このような赤外線反射性で透明な層系は焼入れプロセスで処理される。この場合、それらは、層系を支持する基板に熱処理を施すこと、およびそのときに起こる層系の光学的、機械的および化学的特性の変化を一定の範囲内に保つことを可能にする層特性を有する一連の層を有する。この層系は、コーティングされた基板の用途に応じて、焼入れプロセスで異なる時間、異なる雰囲気条件に曝される。

既に形成された一連の層の様々な熱負荷により、その上に続く層系の層の製造中や焼入れプロセス中に、機能層の反射性や層系の透過率を変化させる様々な現象、特に反射防止層の成分の機能層の中への拡散、およびその逆の拡散が起こる。このような拡散現象を回避するため、反射防止層と機能層との間に、拡散成分の緩衝材として役立つ遮蔽層が挿入される。この遮蔽層は、生じる熱負荷に対応した構造化及び配置されており、そして非常に薄いことが多い感受性の高い１つ又は複数の機能層が隣接する層の影響を受けないように保護する。１つ又は複数の遮蔽層を挿入するによって、特に、焼入れプロセスによる層系のカラーシフトおよび層系の表面抵抗の増加が減少する。

焼入れ可能な層系の遮蔽層として、特にＮｉＣｒ又はＮｉＣｒＯｘ層が知られている。例えば、特許文献１および特許文献２では、この遮蔽層は（１つ以上の）銀層を包囲するか、又はその少なくとも一面を保護する。しかし、遮蔽層によって、（１つ以上の）銀層の導電率は減少する。約５Ω／Ｓｑ．の表面抵抗を有する銀層を堆積させ、これを２つのＮｉＣｒＯｘ−層の中に埋設すると、この埋設によって表面抵抗は約１．５Ω／Ｓｑ．高くなり６．５Ω／Ｓｑ．になり得る。

特許文献３には、選択的機能層として銀層を含み、その両面にニッケル又はニッケルクロムからなる遮蔽層が設けられている層系が記載されている。そこでは、単一低放射の場合、機能性銀層の中にＮｉＣｒＯｘ層を挿入することによって、層系は熱処理時に安定化される。欠点は、この層系の場合、銀部分層の島形成（Ｉｎｓｅｌｂｉｌｄｕｎｇ）を回避するために、両方の銀部分層のそれぞれが約７〜８ｎｍの厚さでなければならないことである。このため層系の透過率は低くなる。更に、特許文献３では、遮蔽層と銀層との間に化学量論組成未満の（ｕｎｔｅｒｓｔｏｅｃｈｉｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅｎ）ＴｉＯｘ層を使用することが記載されており、それは、いわゆるヘーズの発生、即ち、機能層への拡散プロセスによる機能層の光学的特性の変化を減少させる。しかし、この吸収性ＴｉＯｘ層は熱処理時に酸化し、ここで、透過率の実質的な変化と予め調節された色度座標のシフトが起こる。

特許文献４には、感受性の高い層である銀層の両側にＮｉＣｒＯｘ層が遮蔽層として設けられている、焼入れ可能な層系が記載されている。更に、この層系には誘電体境界面層がそれぞれ遮蔽層の上下に設けられている。このような層は、層系に様々な安定化作用を及ぼし、焼入れプロセス中に拡散バリアとしても機能する。

更に、特許文献４には、熱処理可能な層系の安定化に勾配層を使用することが記載されている。この場合の欠点は、ＳｉＮｘ層が遮蔽層の下にあり、そのため層系の電気的表面抵抗、従って放射率が減少しないことである。この解決法では、また、感受性の高い銀層と下層および各銀層を包囲する各２つの遮蔽層からなる複数の一連の層が設けられる。

特許文献５からは金属遮蔽層を形成することも知られており、この金属遮蔽層は両方の層の間の移行領域に機能層の銀と共に勾配層を形成する。また、反射防止層は、複数の金属酸化物層からなることができ、隣接する両方の単層からなる勾配層が各層間に存在する。

反射防止層に金属酸化物を使用することは最適な解決ではないため、特許文献６の反射防止層は、異なる金属窒化物の複数の単層からなり、ここで、１つの層の材料の割合は、初めの１００％から０％に減少し、隣接する単層の材料の割合は０％から１００％の規模で増加する。しかし、この層系でも所望の透過率が保証されないことが明らかになった。

この様々な種類の層構造物は、様々な処置にもかかわらず、雰囲気条件に対してまだ感受性が高過ぎ、そして特定の焼入れプロセスにしか適応できないため、それらは厳しいか又は大きく異なる雰囲気条件では十分な質又は収量で製造できないことが分かった。

出発状態が不定の、即ち、特にナトリウムの割合に関して一定でない化学的ガラス組成を有する原料ガラスの場合も、この層系は製造時に質の問題がある。更に、目視検査により確認できないことが多く、通常の洗浄によって取り除くことができない、別のガラスの影響（腐食又はガラスの取り扱いに使用される吸引手段（Ｓａｕｇｅｒ）の跡など）は、望ましくない層系の特性の変化の原因となる。このようなガラスの影響がある場合、層系の特性に対するその影響が焼入れプロセス後に初めて明らかになることは特に不利である。

独国特許発明第０３５４３１７８号明細書欧州特許第１１７４３７９号明細書欧州特許第０９９９１９２Ｂ１号明細書欧州特許第１２３８９５０Ａ２号明細書独国特許発明第１００４６８１０号明細書独国特許発明第１０１３１９３２号明細書

従って、本発明の課題は、基板の熱処理の厳しい雰囲気条件下におよび／又はガラス基板の場合の不定の状態下に十分な質、特に可視域における約１０〜８０％の調整可能な透過率、並びに低い放射率を保証し、同時に層系の色度座標の十分な安定性を可能にする、層系およびその製造方法を提供することである。

本発明の課題は、請求項１に記載の特徴を有する層系および請求項２３に記載の特徴を有する方法によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属項の対象である。

誘電基板（Ｓ０）をコーティングするための焼入れ可能で赤外線反射性であり且つ可視光域で的確に調整可能な吸収性を有する層系は、本発明によれば基板（Ｓ０）上に次の順序で、少なくとも１つの透明な高屈折率誘電体層Ｓ２、１つの基板側吸収又は遮蔽層Ｓ３、１つの機能性金属反射層Ｓ４、１つの上部吸収又は遮蔽層Ｓ５、および１つの透明な高屈折率誘電体層Ｓ６を有する。

本発明による層系は、ガラス基板上の焼入れ可能なＩＲ反射層系（低放射）の性質と、可視光域における透過率が約１０％〜約８０％の間で調整可能である焼入れ可能なソーラーコントロールシステムの性質とを併せ持つことを可能にする。

有利には、層Ｓ４は銀又は銀合金からなる。

本発明の一実施形態によれば、層Ｓ２とＳ６のうちの少なくとも１つの屈折率は、５５０ｎｍの波長の光では、２．０〜２．５である。

そのとき層Ｓ２は、金属、半導体、又は半導体合金の酸化物又は窒化物からなることができる。更に、層６はケイ素を含んでもよい。

本発明の別の実施形態では、層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つは、金属、金属酸化物、金属窒化物、又は合金からなる。

更に、層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つは、クロム又はクロム化合物を含むことができる。例えば、層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つはＣｒＮｘを含むことができる。

本発明の別の形態によれば、層Ｓ３およびＳ５は、同じ材料を使用する場合、同じ化学量論組成と層厚を有する（対称系）。

或いは、層Ｓ３およびＳ５は、同じ材料を使用する場合に、異なる化学量論組成および／又は層厚を有してもよい（非対称系）。

本発明の一実施形態では、層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つは、ＳｉＯｘＮｙ（１．５＜ｎ＜２．１）、ＮｉＣｒ又はＮｉＣｒ化合物（ＮｉＣｒＮｘ又はＮｉＣｒＮｘ）からなる。

本発明の別の形態によれば、基板Ｓ０と層Ｓ２との間に透明な中〜低屈折率の誘電バリアおよび／又は接着層Ｓ１が配置されている。

本発明の更に別の形態によれば、層Ｓ６上に、透明な中〜低屈折率の誘電バリアおよび／又は接着層Ｓ７が配置されている。

有利には、層Ｓ１の屈折率は層Ｓ２の屈折率よりも小さい値であることができる。

更に有利には、層Ｓ７の屈折率は層Ｓ６の屈折率よりも小さい値であることができる。

特に有利には、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つの屈折率は、波長５５０ｎｍの光では、１．６０〜１．７５である。

更に、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つの材料は、その屈折率が基板Ｓ０の屈折率に近いように選択することができる。

更に、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つは、金属、半導体、又は半導体合金の酸窒化物を含むことができる。有利には、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つは酸窒化ケイ素を含む。

特に有利には、Ｓ１の光学的厚さ（ｎ^＊ｄ）がλ／４より小さく、ここでλは透明なスペクトル領域の重心波長である。

本発明の更に別の形態によれば、層Ｓ１とＳ７との間に少なくとも１つの他の金属反射層が配置されている。

有利には、少なくとも１つの他の金属反射層は銀を含む。

このような層系の本発明による製造方法は、少なくとも１つの層をスパッタリング、好ましくはＤＣ−又はＭＦ−マグネトロンスパッタリングによって形成することを特徴とする。

有利には、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つは、ＣＶＤ−又はプラズマを用いたＣＶＤ−プロセスによって形成される。

好ましくは、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つは、酸素および／又は窒素を含有する雰囲気中でのケイ素又はケイ素アルミニウム合金の反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。

特に好ましくは、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つは、酸素および／又は窒素を含有するアルゴン雰囲気中でのケイ素又はケイ素アルミニウム合金の反応性マグネトロンスパッタリングによって形成される。

更に、本発明によれば、層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つは、酸素および／又は窒素および／又はアルゴンを含有する雰囲気中でのケイ素又はケイ素アルミニウム合金の反応性マグネトロンスパッタリングによって、異なる化学量論組成を有する勾配層として形成される。

本発明による可能な層系の例は、次の通りである：
Ｓ０／Ｓ１／Ｓｉ３Ｎ４／ＣｒＮｘ／Ａｇ／ＣｒＮｘ／Ｓｉ３Ｎ４／Ｓ７
Ｓ０／Ｓ１／Ｓｉ３Ｎ４／ＮｉＣｒＮｘ／Ａｇ／ＣｒＮｘ／Ｓｉ３Ｎ４／Ｓ７
Ｓ０／Ｓ１／Ｓｉ３Ｎ４／ＣｒＮｘ／Ａｇ／ＮｉＣｒＮｘ／Ｓｉ３Ｎ４／Ｓ７
Ｓ０／Ｓ１／Ｓｉ３Ｎ４／ＳｉＯｘＮｙ／Ａｇ／ＣｒＮｘ／Ｓｉ３Ｎ４／Ｓ７

層Ｓ３およびＳ５は、吸収性と反射性を有する層として機能し、その厚さで層系の透過率を調整することができる。所望の透過率を達成するために少なくとも１つの吸収層に厚さの異なるＣｒ又はＣｒＮｘ化合物を使用することにより、焼入れ後のカラーシフトを非常に小さく保つことができる。Ｃｒ又はＣｒＮｘは、Ａｇ層を保護するための優れた遮蔽材である。Ｃｒ又はＣｒＮｘ層が銀の一面だけに形成される場合、Ａｇ層を保護するために他面に別の薄い遮蔽層を形成しなければならない（例えば、ＳｉＯｘＮｙ、ＮｉＣｒＮｘ、．．．）。典型的なＮｉＣｒ又はＮｉＣｒ化合物（ＮｉＣｒＯｘ）の代わりにＣｒ又はＣｒＮｘ化合物を使用する場合の別の利点は、焼入れ後のヘーズの発生が少ないことであり、そうでない場合、とりわけニッケルが隣接する層の中に拡散することによってヘーズの発生が起こる。

任意の層Ｓ１は、Ｎａ＋がガラス基板から層系の中に拡散すること、および、層の特性に対するガラスの影響（腐食又は吸引手段の跡（Ｓａｕｇｅｒａｂｄｒｕｅｃｋｅ）など）を防止するバリア層である。更に、層Ｓ１を堆積することによって、ガラス基板から一緒にコーティング装置の中に持ち込まれる水が基板から取り除かれる。

同様に任意の層Ｓ７は、通常の被覆層Ｓ６に対してより低いその屈折率のために反射防止層となり、これは、高い透過率が望まれる場合に、層系の透過率を更に大きく上昇させる。

Claims

誘電基板（Ｓ０）をコーティングするための焼入れ可能で赤外線反射性であり且つ的確に調整可能な吸収性を有する層系であって、前記基板（Ｓ０）上に次の順序で、少なくとも１つの透明な高屈折率誘電体層Ｓ２、１つの基板側吸収又は遮蔽層Ｓ３、１つの機能性金属反射層Ｓ４、１つの上部吸収又は遮蔽層Ｓ５、および透明な高屈折率誘電体層Ｓ６を含む上記層系。
前記層４が銀又は銀合金からなることを特徴とする、請求項１に記載の層系。
前記層Ｓ２とＳ６のうちの少なくとも１つの屈折率が、５５０ｎｍの波長の光では、２．０〜２．５であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の層系。
前記層Ｓ２が金属、半導体、又は半導体合金の酸化物又は窒化物からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ６がＳｉを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つが、金属、金属酸化物、金属窒化物、又は合金からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つが、クロム又はクロム化合物を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つがＣｒＮｘを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ３およびＳ５が、同じ材料を使用するとき、同じ化学量論組成および層厚を有する（対称系）ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ３およびＳ５が、同じ材料を使用するとき、異なる化学量論組成および／又は層厚を有する（非対称系）ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ３とＳ５のうちの少なくとも１つが、ＳｉＯｘＮｙ（１．５＜ｎ＜２．１）、ＮｉＣｒ、又はＮｉＣｒ−化合物（ＮｉＣｒＮｘ又はＮｉＣｒＮｘ）からなることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の層系。
前記基板Ｓ０と前記層Ｓ２との間に、透明な中〜低屈折率の誘電バリアおよび／又は接着層Ｓ１が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の層系。
前記層Ｓ６の上に、透明な中〜低屈折率の誘電バリアおよび／又は接着層Ｓ７が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の層系。
前記層Ｓ１の屈折率が、前記層Ｓ２の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ７の屈折率が、前記層Ｓ６の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つの屈折率が、５５０ｎｍの波長の光では、１．６０〜１．７５であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つの材料は、その屈折率が前記基板Ｓ０の屈折率に近いように選択されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つが、金属、半導体、又は半導体合金の酸窒化物を含むことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つが、酸窒化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の層系。
Ｓ１の光学的厚さ（ｎ^＊ｄ）がλ／４より小さく、ここでλは透明なスペクトル領域の重心波長であることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の層系。
前記層Ｓ１とＳ７との間に、少なくとも１つの他の金属反射層が配置されていることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の層系。
少なくとも１つの他の金属反射層が銀を含むことを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の層系。
少なくとも１つの層がスパッタリングによって形成されることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の層系の製造方法。
少なくとも１つの層が、ＤＣ−又はＭＦ−マグネトロンスパッタリングによって形成されることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つが、ＣＶＤ−又はプラズマを用いたＣＶＤ−プロセスによって形成されることを特徴とする、請求項２３又は２４に記載の方法。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つが、酸素および／又は窒素を含有する雰囲気中でのケイ素又はケイ素−アルミニウム合金の反応性マグネトロンスパッタリングによって形成されることを特徴とする、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つが、酸素および／又は窒素を含有するアルゴン雰囲気中でのケイ素又はケイ素−アルミニウム合金の反応性マグネトロンスパッタリングによって形成されることを特徴とする、請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の方法。
前記層Ｓ１とＳ７のうちの少なくとも１つが、酸素および／又は窒素および／又はアルゴンを含有する雰囲気中でのケイ素又はケイ素−アルミニウム合金の反応性マグネトロンスパッタリングによって、異なる化学量論組成を有する勾配層として形成されることを特徴とする、請求項２３〜２７のいずれか一項に記載の方法。