JP2014094448A - 積層体 - Google Patents

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Abstract

【課題】可視光透過率が比較的低く、かつ斜めから見たときの外観が赤または紫色でなく、中性色または青色となる積層体を提供すること。
【解決手段】透明基体上に3層の透明誘電体層12、14、16と2層のAg層13、15とが該透明誘電体層12、14、16間に該Ag層13、15が介在するように交互に積層されてなる積層体1であって、該Ag層13、15を前記透明基体側から順に第1のAg層13、第2のAg層15としたとき、該第1のAg層13に対する該第2のAg層15の物理的膜厚の比が1.05以上、かつ前記積層体1の可視光透過率が50%以下であるもの。
【選択図】図1

Description

本発明は、積層体に係り、特に複層ガラスに好適に使用され、斜めから見たときの外観が中性色または青色となる積層体に関する。
Ag薄膜は可視域で透過色、反射色が中性色(ニュートラル色)であり、また低抵抗率を示す。厚さ10nm程度のAg薄膜は可視域での吸収が少なく、反射率は数10%である。波長が長くなるにつれて反射率は増加し、赤外域では高反射率を示す。Ag薄膜を誘電体薄膜で挟み、可視域で低反射率、赤外域で高反射率としたAg系多層膜は、一般的なガラスと同等の外観を示し、低放射率、高熱線反射率を示すことから、高断熱Low−Eガラス、高透過率の熱線反射ガラスに用いられる。近年では省エネ意識の高まりとともにこれらのガラスの需要が増大している。また、低抵抗率であるために、透明導電膜として用いることも可能である。
Low−Eガラス、例えばビル用窓ガラスとして、強化ガラスが用いられることがある。また、自動車用窓ガラスでは、曲げガラスが用いられる。強化ガラスも曲げガラスも、550℃〜750℃の温度において熱処理が行われる。Ag系多層膜を有する強化ガラスまたは曲げガラスを製造する方法は2種類ある。一方は強化したガラスまたは曲げたガラスに製膜する方法である。他方は平板ガラスに製膜し、後から切断、強化または曲げのための熱処理を行なう方法である。
強化または曲げたガラスに製膜するよりも、先に製膜を行い、後から切断、強化または曲げのための熱処理を行った方が製造コストは安くなる。熱処理後に、劣化のない高性能のAg系多層膜を安定的に製造することは難しく、様々なノウハウが必要とされる。しかし、最近は、膜材料開発、膜構成開発が進み、熱処理後の欠点の少ないAg系多層膜も商品化されるに至っている。
2層のAg層を有するLow−Eガラス(2層系Low−Eガラス)は、1層のAg層を有するLow−Eガラス(1層系Low−Eガラス)に比べてAg層の合計膜厚が厚く、遮熱性能に優れる。通常、2層系Low−E膜では、ガラス板等の透明基体に近いAg層(第1のAg層)と該透明基体から遠いAg層(第2のAg層)との物理的膜厚はほぼ等しい。
なお、第1のAg層と第2のAg層との物理的膜厚を意図的に異なるものとしたものも知られている。例えば、第1のAg層の物理的膜厚を第2のAg層の物理的膜厚の50〜80%としたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、第1のAg層の物理的膜厚を第2のAg層の物理的膜厚の60〜70%としたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。さらに、第2のAg層の物理的膜厚に対する第1のAg層の物理的膜厚の比(第1のAg層の物理的膜厚/第2のAg層の物理的膜厚)を1.05以上としたものが知られている。
物理的膜厚を調整する目的として、上記特許文献1には、透過率、ソーラーファクターの増加、およびニュートラルな反射色、垂直から見たときと斜めから見たときの反射色の少ない変化が挙げられている。上記特許文献2には、透過率、ソーラーファクターの増加、およびニュートラルな反射色、垂直から見たときと斜めから見たときの反射色の少ない変化が挙げられている。上記特許文献3には、斜めから見たときのニュートラルな反射色と、小さいソーラーファクター、大きなセレクティビティとの共存が挙げられている。
また、窓ガラスについては、デザインの意匠性の観点から色調が重要となる。Ag系多層膜を設けた窓ガラスは、可視域において低反射率であり、また反射色および透過色が中性であり、高遮熱性を保持しながら、素ガラスと同等な外観が得られる。しかしながら、例えば高層ビルの窓ガラスについては下から見上げられるために、下から見上げたとき、すなわち斜めから見たときの外観が重要となる。一般に、窓ガラスについては、外観、すなわち反射色が赤色、特に紫色のものは好まれず、素ガラスと同様な中性色または青色のものが好まれる。同様に、自動車用窓ガラスについても傾斜して取り付けられるために、正面から見たとき、すなわち斜めから見たときの外観が重要となる。
また、低緯度〜中緯度の地域は昼間の日射が強いため、特にビル用の窓ガラスについて防眩の目的から可視光透過率が低いことが求められる。すなわち、赤外域での遮熱性とともに、可視域での低透過性、例えば50%以下の可視光透過率が求められる。
なお、上記特許文献では、物理的膜厚の調整に限定条件が付されている。特許文献1では、Ag層に隣接するプライマー層またはバリア層はNiCrまたはTaの酸化膜とされている。特許文献2では、透過率は60〜70%、ソーラーファクターは0.32〜0.42とされている。特許文献3では、ソーラーファクターは27.5以下、セレクティビティは1.75以上に限定されている。また、上記特許文献では、可視光透過率については言及されていない。
米国特許US6673427号公報 米国特許US6287675号公報 米国特許US7419725号公報
上記特許文献では、2層のAg薄膜を有するものにおいて、斜めから見たときのガラス面反射色が中性色に保たれる場合のAg薄膜の膜厚比について述べられている。しかし、可視光透過率が比較的低い場合については述べられていない。本発明は、特に可視光透過率が比較的低いものにおいて、斜めから見たときの外観が赤色や紫色でなく、中性色または青色となるものを提供することを目的としている。
本発明の積層体は、透明基体上に3層の透明誘電体層と2層のAg層とが該透明誘電体層間に該Ag層が介在するように交互に積層されてなる積層体であって、該Ag層を透明基体側から順に第1のAg層、第2のAg層としたとき、第1のAg層に対する第2のAg層の物理的膜厚の比が1.05以上、かつ積層体の可視光透過率が50%以下であることを特徴とする。
本発明によれば、透明基体上に3層の透明誘電体層と2層のAg層とが該透明誘電体層間に該Ag層が介在するように交互に積層されてなる積層体において、第1のAg層に対する第2のAg層の物理的膜厚の比を1.05以上とすることで、可視光透過率が50%以下のものにおいて、斜めから見たときの外観、特に透明基体面の外観が赤または紫色ではなく、中性色または青色のものを提供することができる。なお、本発明の積層体は、非熱処理品または熱処理可能品を問わない。
本発明の積層体の一実施形態を示す概略断面図。 本発明の積層体の変形例を示す概略断面図。 CIE−Lab表色法におけるaが1以下となるときの第1のAg層および第2のAg層の物理的膜厚の計算結果を示す図。 本発明の積層体を用いた複層ガラスの一例を示す概略断面図。
以下、本発明の積層体の実施形態について説明する。
図1は、実施形態の積層体の一例を示す断面図である。
積層体1は、透明基体11上に、第1の透明誘電体層12、第1のAg層13、第2の透明誘電体層14、第2のAg層15、第3の透明誘電体層16が順に積層されてなるものであり、3層の透明誘電体層12、14、16と2層のAg層13、15とが透明誘電体層12、14、16の各間にAg層13、15が介在するように交互に積層されてなるものである。この積層体1は、可視光透過率が50%以下であり、かつ第1のAg層13に対する第2のAg層15の物理的膜厚の比(第2のAg層15の物理的膜厚/第1のAg層13の物理的膜厚、以下単に膜厚比ともいう)が1.05以上であることを特徴とする。
このような積層体1によれば、膜厚比を1.05以上とすることで、可視光透過率が50%以下のものについて、斜めから見たときの外観(反射色)を赤色や紫色でなく、中性色または青色とすることができる。既に説明したように、低緯度〜中緯度の地域では昼間の日射が強く、このような地域で用いられる窓ガラスについては、防眩の目的から可視光透過率が低いことが求められる。また、高層ビルの窓ガラスまたは外壁のように、下から見上げられるものについては下から見上げたときの外観、すなわち斜めから見たときの外観が重要となる。同様に、自動車の窓ガラスについても傾斜して取り付けられるために、正面、すなわち斜めから見たときの外観が重要となる。
一般に、窓ガラス等については、外観が赤色、特に紫色のものは好まれず、素ガラスと同等な中性色または青色のものが好まれる。積層体1によれば、可視光透過率が50%以下のものにおいて、斜めから見たときの外観を中性色または青色、具体的にはCIE−Lab表色法におけるaを1以下とすることができる。これにより、高層ビルの窓ガラスや外壁、自動車の窓ガラスに好適なものとすることができる。なお、可視光透過率は50%以下であれば必ずしも限定されるものではないが、通常、30%以上が好ましく、40%以上がより好ましい。
透明基体11は、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラスなどのガラス板、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の樹脂フィルムからなるものである。透明基体11の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば1〜20mmが好ましい。
第1〜第3の透明誘電体層12、14、16は、可視域での反射率、透過率を調整するために設けられ、例えばZnO、AlドープZnO、SnドープZnO、SnO、InドープSnO、TiO、NbOx等の金属酸化物、またはSi、AlN等の金属窒化物からなるものである。なお、第1〜第3の透明誘電体層12、14、16は、それぞれ同一材料からなるものであってもよいし、異なる材料からなるものであってもよい。また、第1〜第3の透明誘電体層12、14、16は、それぞれ単一層であってもよいし、複数層であってもよい。
第1〜第3の透明誘電体層12、14、16の屈折率は、1.7〜2.5が好ましく、1.8〜2.2がより好ましく、1.9〜2.1がさらに好ましい。このような屈折率とすることにより、第1、第2のAg層13、15との干渉効果で可視光透過率を50%以下としやすくなる。なお、屈折率は、波長550nmにおける屈折率を意味する。
第1の透明誘電体層11の厚さは、25〜50nmが好ましく、30〜45nmがより好ましく、35〜45nmがさらに好ましい。また、第2の透明誘電体層13の厚さは、60〜100nmが好ましく、70〜95nmがより好ましく、85〜95nmがさらに好ましい。さらに、第3の透明誘電体層16の厚さは、10〜40nmが好ましく、10〜30nmがより好ましく、10〜20nmがさらに好ましい。第1〜第3の透明誘電体層12、14、16の厚さをこのような範囲に調整することで、より可視光透過率を50%以下としやすくなる。
一方、第1、第2のAg層13、15は、Agのみからなるもの、Pd等を添加したAg合金からなるものである。Ag合金からなるものとする場合、Ag合金の全体中、Ag以外の金属元素の含有量は0.2〜10質量%が好ましく、0.2〜5質量%がより好ましい。Ag以外の金属元素の含有量をこのような範囲内とすることで、例えばAgの拡散を抑制し、これにより耐湿性を向上させることができ、また比抵抗を100μΩcm以下にすることができる。
膜厚比(第2のAg層15の物理的膜厚/第1のAg層13の物理的膜厚)は1.05以上である。膜厚比が1.05未満の場合、斜めから見たときの積層体1の外観が赤色や紫色となり、CIE−Lab表色法におけるaが1を超えるおそれがある。膜厚比は、1.09以上が好ましい。上記膜厚比を1.09以上とすることで、より確実に斜めから見たときの積層体1の外観を中性色または青色とすることができる。なお、膜厚比の上限は必ずしも限定されるものではないが、1.70以下が好ましく、1.60以下がより好ましく、1.50以下がさらに好ましい。
第1のAg層13の厚さは、5〜15nmが好ましく、5〜13nmがより好ましく、5〜10nmがさらに好ましい。また、第2のAg層15の厚さは、5〜16nmが好ましく、5〜14nmがより好ましく、5〜12nmがさらに好ましい。第1のAg層13、第2のAg層15の厚さをこのような範囲に調整することで、より確実に斜めから見たときの外観を中性色または青色、具体的にはCIE−Lab表色法におけるaを1以下とすることができる。
図2は、積層体1の変形例を示す断面図である。
積層体1は、例えば図2に示すように、光吸収層17、18、バリア層19、21、保護層22を有することができる。光吸収層17、18は、可視光線の吸収を補助し、可視光透過率をより容易に50%以下とするために設けられる。光吸収層17、18の位置は、必ずしも限定されるものではないが、例えば第1のAg層13や第2のAg層15の表面上が挙げられる。
光吸収層17、18は、可視領域で光吸収性の金属膜、金属酸化膜、金属窒化膜とすることができ、例えばTi、Nb、NiCr等の金属、SiNxまたはAlNxのストイキオメトリーから金属側によっており、可視領域で光吸収性である材料からなるものとすることができる。光吸収層17、18を設ける場合、その厚さは、それぞれ0.5〜10nmが好ましく、1〜8nmが好ましい。0.5nmより薄いと吸収層として十分に機能しないおそれがあり、10nmより厚いと可視光透過率が過度に低下するおそれがある。なお、光吸収層17、18は一方のみを設けてもよく、その場合の厚さは1〜20nmが好ましく、2〜18nmがより好ましい。
バリア層19、21は、第1のAg層13、第2のAg層15、または光吸収層17、18の酸化を抑制するために設けられる。例えば、第2の透明誘電体層14、第3の透明誘電体層16がZnO等の金属酸化物からなる場合、その成膜時に下地層となる第1のAg層13、第2のAg層15、または光吸収層17、18が酸化される。第1のAg層13、第2のAg層15、または光吸収層17、18の上にバリア層19、21を設けることで、これらの酸化を抑制し、光学特性の低下等を抑制することができる。
バリア層19、21は、金属膜からなるものであり、具体的にはTi、Zn、AlZn、TiZn、NiCr等からなるものである。バリア層19、21の厚さは、それぞれ1〜10nmの範囲が好ましい。1nmより薄いとバリア層として十分に機能せず、10nmより厚いと積層体1の可視光透過率が過度に低下するおそれがある。
なお、バリア層19、21は金属膜として製膜されるが、例えば第2の透明誘電体層14や第3の透明誘電体層16を酸化雰囲気で製膜する際、または後強化あるいは後曲げ処理中に酸化されて金属酸化膜に変化する。このため、バリア層19、21は、必ずしも積層体1としたときに金属膜である必要はない。
保護層22は、表面の耐擦傷性を向上させるために設けられ、積層体1の最表面、一般には第3の透明誘電体層16の表面に設けられる。保護層22は、例えばTiNx、SiNx、TiO等を主成分とする金属窒化物膜、金属酸化物膜から選ばれる1または2以上が積層されてなるものである。保護層22の膜厚は、合計膜厚で1〜20nmが好ましく、2〜10nmがより好ましい。保護層22の膜厚を1nm以上とすることで、耐擦傷性を効果的に向上させることができる。また、保護層22の膜厚を20nm以下とすることで、可視光透過率の過度な低下も抑制することができる。
次に、膜厚比の規定の有効性について、計算結果を挙げて説明する。
まず、基本となる膜構成は表1に示すように、透明基体11(ガラス板、3mm)/第1の誘電体層12(5AZO、35nm、屈折率2.0)/第1のAg層13(Ag、13nm)/光吸収層17(Ti、5nm)/バリア層19(TiO、3.4nm、屈折率2.5)/第2の誘電体層14(5AZO、75nm、屈折率2.0)/第2のAg層15(Ag、12nm)/吸収層18(Ti、3nm)/バリア層21(TiO、3.4nm、屈折率2.5)/第3の誘電体層16(5AZO、20nm、屈折率2.0)/保護層22(TiO、5nm、屈折率2.5)とした。ここで、5AZOは、Al添加ZnO(Znに対するAlの含有割合が5.0原子%)のターゲットを用いて成膜されたAlドープZnOを意味する。
Figure 2014094448
Figure 2014094448
このような膜構成(基本膜厚)を基本とし、同表に示す最大値(倍)および最小値(倍)の範囲内において同表に示す刻み幅で各層の膜厚を順次変更し、表2に示す光学特性を満足する解を求める計算を行った。ここで、バリア層19、21、保護層22の膜厚は固定し、その他の層についてのみ膜厚を変更した。なお、第1〜第3の誘電体層12、14、16の膜厚範囲は、それぞれ24.5〜52.5nm、60〜90nm、10〜40nmである。また、第1、第2のAg層13、15の膜厚範囲は、それぞれ10.4nm〜15.6nm、9.6nm〜15.6nmである。さらに、第1、第2の光吸収層17、18の膜厚範囲は、それぞれ1〜10nm、0.6nm〜6nmである。
また、計算は、表2に示すように、特に可視光透過率が40〜50%、かつ斜めから見たとき(法線方向からの角度(入射角)が75°のとき)の透明基体11側の表面における反射色のCIE−Lab表色法におけるaが1以下となる解を求めた。ここで、CIE−Lab表色法におけるaが1以下との規定は、一般的に赤色が確認されない範囲として採用した。表2中、Rfは多層膜側、すなわち透明基体11とは反対側の主面における反射特性、Rgは透明基体11側の主面における反射特性、Tは可視光透過特性を示す。また、Yは反射率あるいは透過率を示し、aはCIE−Lab表色法におけるa、bはCIE−Lab表色法におけるbを示す。結果を図3に示す。
図3中、菱形の点は、上記光学特性を満足する解が得られる第1のAg層13および第2のAg層15の物理的膜厚を示す。なお、各点は、必ずしも1つの解のみが存在するわけではなく、通常、第1〜第3の誘電体層12、14、16、光吸収層17、18の物理的膜厚が異なる複数の解が存在する。また、左下から右上に延びる点線は、膜厚比(第2のAg層の物理的膜厚/第1のAg層の物理的膜厚)が1.05となる位置を示す。
図3から明らかなように、膜厚比が1.05以上の場合に、可視光透過率が40〜50%のものについて、斜めから見たときのCIE−Lab表色法におけるaを1以下にできることがわかる。なお、この計算では、可視光透過率40〜50%という制限を設けたが、必ずしもこのような範囲に限らない。例えば、可視光透過率30〜50%の範囲についても、斜めから見たときのCIE−Lab表色法におけるaを1以下にできる。
一方、表3、4は、上記膜厚範囲内において膜厚比を1.05未満とした場合の一例を示したものである。この膜構成は、表4に示すように膜厚比が0.81のものである。この膜構成においては、斜めから見たときのCIE−Lab表色法におけるaが1を超え、外観が好ましくないことがわかる。
Figure 2014094448
Figure 2014094448
本発明の積層体1は、複層ガラスとして好適に用いることができる。
図4は、積層体1は、複層ガラス2の一例を示したものである。複層ガラス2は、例えば積層体1とガラス板3とがスペーサ4を介して所定の間隔となるように配置されたものである。積層体1とスペーサ4との間、ガラス板3とスペーサ4との間は1次シール材5によりシールされている。また、積層体1とガラス板3との間の周縁部は2次シール材6によりシールされている。スペーサ4内には、貫通孔7を通して中空層8内の結露を抑制するための乾燥剤9が充填されている。また、中空層8には、アルゴンガス等が封入されている。
通常、積層体1は、透明基体11側が室外側となるようにガラス板3に対して室外側に配置される。このような複層ガラス2によれば、可視光透過率が50%以下、かつ斜めから見たときの外観が中性色または青色である積層体1を有するために、高層ビル、特に低緯度〜中緯度の地域の高層ビルの窓ガラスや外壁に好適に用いることができる。
上記計算結果をもとに、表5に示す膜構成を有する積層体をスパッタリング法により製造した。スパッタ装置には、スパッタ室に、Al添加Zn(Znに対するAlの含有割合が5.0原子%)、48質量%Sn52質量%Zn、Ti、Agの各ターゲットが装着されたインライン型スパッタ装置を使用した。
まず、洗浄した厚さ3mmのソーダライムガラス板をインライン型スパッタ装置に導入し、ロードロック室において、真空度が2×10-6Torr以下になるまで真空排気した。引き続いて、ガラス板をスパッタ室に導入し、表5に示す膜構成となるように、順次、誘電体層としてAlドープZnO膜(屈折率2.0)または/およびSnZnOx膜(屈折率2.0)、Ag層として純Ag膜、バリア層としてTi膜、保護層としてTiNx膜、TiO膜(屈折率2.5)を製膜した。
なお、AlドープZnO膜は、Al添加Znターゲットを用い、ガス流量比をAr/O=10/9、パワー密度を8.8W/cmとして成膜を行った。SnZnOx膜は、48質量%Sn52質量%Znターゲットを用い、ガス流量比をAr/O=10/9、パワー密度を8.8W/cmとして成膜を行った。Ag膜は、Agターゲットを用い、導入ガスをAr100%、パワー密度を4.0W/cmとして成膜を行った。Ti膜は、Tiターゲットを用い、導入ガスをAr100%、パワー密度を4.2W/cmとして成膜を行った。TiNx膜は、Tiターゲットを用い、ガス流量比をAr/N=3/7、パワー密度を2.9W/cmとして成膜を行った。TiO膜は、Tiターゲットを用い、ガス流量比をAr/O=6/4、パワー密度を23.5W/cmとして成膜を行った。なお、製膜圧力はいずれも3〜5mTorrとした。
製膜後、730℃、空気中で4分間熱処理した。なお、バリア層となるTi膜は、その上に誘電体層となるAlドープZnO膜またはSnZnOx膜を製膜後、また熱処理後においても全てTiOとはならず、下部はTi金属として残っていた。
得られた積層体について、垂直入射の可視光透過率、斜め入射(法線方向からの角度(入射角)75°)の透明基体(ガラス板)側の表面の反射色のCIE−Lab表色法におけるaを求めた。なお、可視光透過率は、日立U−4100分光光度計を用い、波長300〜2500nmにおいて測定した。また、斜め入射の透明基体側表面の反射色(CIE−Lab表色法におけるa)は、日本分光製ART−25GTを用いて斜め入射の分光透過率、透明基体(ガラス板)側表面反射率、膜側表面反射率を測定し、これらの測定値より算出した。
Figure 2014094448
Figure 2014094448
表5、6から明らかなように、膜厚比を1.32としたものは、可視光透過率が42.10%のものにおいて、斜めから見たときの反射色をCIE−Lab表色法におけるaで0にできることが認められた。
1…積層体、11…透明基体、12…第1の透明誘電体層、13…第1のAg層、14…第2の透明誘電体層、15…第2のAg層、16…第3の透明誘電体層、17、18…吸収層、19、21…バリア層、22…保護層

Claims (5)

  1. 透明基体上に3層の透明誘電体層と2層のAg層とが前記透明誘電体層間に前記Ag層が介在するように交互に積層されてなる積層体であって、
    前記Ag層を前記透明基体側から順に第1のAg層、第2のAg層としたとき、前記第1のAg層に対する前記第2のAg層の物理的膜厚の比が1.05以上、かつ前記積層体の可視光透過率が50%以下であることを特徴とする積層体。
  2. 前記積層体は、光吸収層を有することを特徴とする請求項1記載の積層体。
  3. 前記光吸収層は、金属膜、金属酸化膜、または金属窒化膜であることを特徴とする請求項2記載の積層体。
  4. 前記Ag層上に金属膜バリア層を介して前記透明誘電体層が積層されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の積層体。
  5. 前記透明誘電体層のうち最上層となる透明誘電体層上に保護層を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の積層体。
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