JP2017537044A - 熱特性および超化学量論的な中間膜を有する積層体を備えた基板 - Google Patents

熱特性および超化学量論的な中間膜を有する積層体を備えた基板 Download PDF

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Abstract

本発明は、一つの面(11)が、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体(14)で覆われる基板(10)であり、該積層体が、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜(140)と二つの反射防止コーティング(120、160)とを有し、前記コーティングがそれぞれ、少なくとも一つの誘電体膜(122、164)を有し、前記機能膜(140)が、二つの反射防止コーティング(120、160)の間に配置されている基板であって、前記反射防止コーティング(120、160)のうちの少なくとも一つが、0.05<x<0.3である酸化亜鉛Zn1O1+xを含む、0.5nm〜20nm、さらには2.5nm〜10nmの物理的な厚さを有する中間膜を有することを特徴とする基板に関する。【選択図】図1

Description

本発明は、シャーシ構造によって一つにまとめて保持される、ガラス基板タイプの少なくとも二つの基板を有する複層グレージングユニットに関しており、前記グレージングユニットは、外部空間と内部空間との間の仕切りを実現するものであり、該グレージングユニットの中には、少なくとも一つのガスの中間層が二つの基板の間に配置されている。
既知の方法では、基板のうちの一つは、ガスの中間層と接触している内側面が、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜と二つの反射防止コーティングとを有する、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体で覆われ得、前記コーティングはそれぞれ、少なくとも一つの誘電体膜を有し、前記機能膜は、二つの反射防止コーティングの間に配置されている。
本発明はより詳細には、断熱グレージングユニットおよび/またはサンプロテクショングレージングユニットを製造するためのそのような基板の使用に関する。これらのグレージングユニットは建物に取り付けられるためのものであり得、空気調節のための労力を減少させること、および/または極端な過熱を防ぐこと(いわゆる「ソーラーコントロール」グレージングユニット)、および/または建物において増え続けている多数のガラス面によってもたらされる、外部へ消散するエネルギー量を減少させること(いわゆる「低放射」グレージングユニット)を特に目的としている。
また、これらのグレージングユニットは、例えば電熱グレージングユニットまたはエレクトロクロミックグレージングユニットのような、特定の機能性を有するグレージングユニット内に組み込まれ得る。
そのような特性を基板に付与することで知られているタイプの膜積層体は、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する金属機能膜、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースの金属機能膜を有する。
このタイプの積層体において、機能膜はこのように二つの反射防止コーティングの間に配置されており、該二つの反射防止コーティングは、一般にそれぞれ複数の膜を有し、該複数の膜は、それぞれが窒化物タイプ、特に窒化ケイ素または窒化アルミニウム、または酸化物タイプの誘電体材料製である。光学的観点において、金属機能膜を挟むこれらのコーティングの目的は、この金属機能膜の「反射を防止する」ことである。
ただし阻止コーティングが、一つまたは各々の反射防止コーティングと金属機能膜との間に挿入されることが時としてあり、基板の方向にある機能膜の下に配置される阻止コーティングは、場合によっては行われ得る型押しおよび/または焼入れタイプの高温での熱処理の際に該膜を保護し、また基板とは反対側にある機能膜の上に配置される阻止コーティングは、上方誘電体コーティングの堆積の際、また場合によっては行われ得る型押しおよび/または焼入れタイプの高温での熱処理の際に、場合によっては起こり得る損傷からこの膜を保護する。
本発明はより詳細には、積層体の内部で中間膜を使用すること、および完全な薄膜積層体を放射源、特に赤外放射源を使って処理することに関する。
特に国際公開第2010/142926号により、積層体の吸収性中間膜を準備すること、および低放射積層体の放射率を低減するためまたは光学特性を改善するために積層体の堆積後の処理を行うことが知られている。処理は、金属機能膜の質を改善すること、したがって放射率(シート抵抗に直接結びつくもの)を低減することを可能にし、また吸収性中間膜の使用は、処理中の積層体の吸収を増大させ、処理が短くても効果的になることを可能にする。吸収性中間膜が処理の際に透明になるため、処理後の積層体の光学特性は興味深いものである(高い光線透過を特に得ることができる)。
国際公開第2010/142926号
しかしながら、この解決案は完全に満足すべきものではなく、というのも、金属機能膜の質がさらに改善されること、したがってシート抵抗がさらに低減されることが望まれているからである。
本発明の目的は、単一機能膜を有する膜積層体の新しいタイプ、すなわち処理後にさらにより低いシート抵抗(つまりさらにより低い放射率)を有する積層体を開発することによって、先行技術の不都合の解決に至ることである。
本発明はこのように、その最も広い意味において、一つの面が、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体で覆われている、請求項1による基板を目的としている。この積層体は、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜と二つの反射防止コーティングとを有し、前記コーティングはそれぞれ、少なくとも一つの誘電体膜を有し、前記機能膜は、二つの反射防止コーティングの間に配置されている。
本発明によると、前記反射防止コーティングのうちの少なくとも一つは、0.05<x<0.3である酸化亜鉛Zn11+xを含む、0.5nm〜20nm、さらには2.5nm〜10nm、またさらには2.5nm〜4nmの物理的な厚さを有する中間膜を有する。
実際、超化学量論的な酸化亜鉛ベースの中間膜が、放射源を使った処理の後に、さらにより低いシート抵抗を得ることを可能にすることを発見した。
本発明の趣旨での「コーティング」とは、コーティング内に単一の膜または異なる材料の複数の膜があり得ることを理解しなければならない。
通例通り、本発明の趣旨での「誘導体膜」とは、その性質の観点から、膜の材料が「非金属」であること、すなわち金属ではないことを理解しなければならない。本発明の文脈において、この用語は、可視光波長域(380nm〜780nm)の全範囲に渡って5以上であるn/k比率を有する材料を示す。
本明細書において示される屈折率の値は、通例通り550nmの波長で測定される値である。
本発明の趣旨での「〜ベースの膜」とは、膜が、言及される材料を50原子%より多く含むことを理解しなければならない。
前記中間膜は、0.1<x<0.3、さらには0.15<x<0.25である酸化亜鉛Zn11+xを好ましくは含む。
特定の一つのバージョンにおいて、前記中間膜は酸化亜鉛Zn11+xから成り、いかなる他の元素も含まない。
本発明の特定の一つのバージョンにおいて、前記中間膜は、基板を起点として考えて、機能膜より上方の反射防止コーティング内に、好ましくは前記機能膜の上に直接位置する上方阻止コーティングの上に直接位置する。
機能膜より上方の反射防止コーティング内に位置する中間層が、この機能膜が基板の方向に、下に位置することから、この機能膜の質についての有益な効果をもたらすことができること、またしたがって積層体のシート抵抗についての有益な効果をもたらすことができることは、とりわけ驚くべきことである。
本発明の別の特定の一つのバージョンにおいて、前記中間膜は、前記金属機能膜の下に配置される前記誘電体コーティング内に、好ましくは前記機能膜の下に直接位置する。
上記のバージョンのいずれにせよ、前記中間膜は、好ましくは別の面で、10nm〜50nmの物理的な厚さを有する窒化物ベースの誘電体膜と直接接触して位置しており、この膜は好ましくは窒化ケイ素Si34ベースである。
前記金属機能膜の下に配置される前記反射防止コーティングは、好ましくは、2.3〜2.7の屈折率を有する材料製の高屈折率膜を有し、この膜は好ましくは酸化物ベースである。
この高屈折率膜は、積層体の可視光線の高透過率を最大にすることを可能にし、また透過色においても反射色においても、中性色の獲得について有利な影響を及ぼす。
この高屈折率膜は、好ましくは5nm〜25nmの物理的な厚さを有する。
本発明の別の特定の一つのバージョンにおいて、基板から最も離れた膜である、上方誘電体コーティングの最後の膜は、好ましくは準化学量論的に堆積される酸化物ベースであり、特に酸化チタン(TiOx)ベースである。
積層体はこのように、好ましくは準化学量論的に堆積される最後の膜(英語で「overcoat」)、すなわち保護膜を有し得る。この膜は、堆積後の積層体において、化学量論的に大部分が酸化された状態である。
0.05<x<0.3である酸化亜鉛Zn11+xを含む、0.5nm〜20nm、さらには2.5nm〜10nm、またさらには2.5nm〜4nmの物理的な厚さを有する本発明による膜を、単一機能膜を有する薄膜積層体の反射防止コーティング内の中間膜として使用することを想定することがさらに可能である。
本発明は、一つの面が、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜と二つの反射防止コーティングを有する、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体で覆われている、基板の獲得方法にさらに関しており、該方法は以下の工程を順番に含む:
−特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜と二つの反射防止コーティングを有する、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する本発明による薄膜積層体の、前記基板の一つの面への堆積、次いで
−放射源、特に赤外放射源を使った、前記薄膜積層体の処理。
本発明は、シャーシ構造によって一つにまとめて保持される少なくとも二つの基板を有する複層グレージングユニットにさらに関しており、前記グレージングユニットは、外部空間と内部空間との間の仕切りを実現するものであり、該グレージングユニットの中には、少なくとも一つのガスの中間層が二つの基板の間に配置され、一つの基板は本発明によるものである。
好ましくは、少なくとも二つの基板を有する複層グレージングユニット、または少なくとも三つの基板を有する複層グレージングユニットの単一の基板のみが、ガスの中間層と接触している内側面で、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する本発明による薄膜積層体によって覆われている。
本発明によるグレージングユニットは、本発明による積層体を備える基板を少なくとも包含するが、該積層体は場合によっては少なくとも別の一つの基板に結びついている。各基板は、クリアであるかまたは着色されていてよい。少なくとも基板のうちの一つは特に、全体が着色されたガラス製であってよい。着色タイプの選択は、製造完了後のグレージングユニットに求められる光線透過レベル、および/または比色定量アスペクトに依るであろう。
本発明によるグレージングユニットは積層構造を有することができ、該積層構造は、少なくとも一つの熱可塑性ポリマーフィルムによって少なくとも二つのガラスタイプの硬質基板を特に結びつけて、ガラス/薄膜積層体/シート(単数または複数)/ガラス/ガスの中間層/ガラスシートのタイプの構造を示す。ポリマーは特に、ポリビニルブチラールPVB、エチレン酢酸ビニルEVA、ポリエチレンテレフタレートPET、ポリ塩化ビニルPVCベースであり得る。
有利には本発明はこうして、放射源を使った処理の後に、透明基板上に堆積された状態で、さらにより低いシート抵抗を有する単層機能膜の薄膜積層体を実現することができる。
有利には、放射源を使った処理とは、基板と積層体から成るセット全体の高温熱処理ではない。つまり基板は、放射源を使ったこの処理によって熱処理されない(型押し、焼入れ、または焼きなましではない)。
本発明の詳細および有利な特徴は、以下のような添付の図面を使って説明される、後続の非限定例から明らかになる。
本発明による単層機能膜の積層体であって、機能膜は、下方阻止コーティングの上に直接、また上方阻止コーティングの下に直接堆積され、積層体は、放射源を使った処理が図示されている。 単層機能膜の積層体を組み入れる二重グレージングユニットの一解決案。
これらの図において、様々な膜または様々な構成要素の厚さ間の比は、それらの読み取りを容易にするために厳密には順守されていない。
図1は、透明なガラス基板10の上に堆積される、先行技術の単層機能膜の積層体の構造を示しており、該構造において、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースの単一の機能膜140は、二つの誘電体コーティング、すなわち、基板10の方向にある機能膜140の下方に位置する下方誘電体コーティング120と、基板10とは反対側にある機能膜140の上方に配置される上方誘電体コーティング160との間に配置されている。
これらの二つの誘電体コーティング120、160はそれぞれ、少なくとも二つの誘電体膜122、126、128また162、164を有する。
場合によっては、一方では機能膜140は、下方誘電体コーティング120と機能膜140との間に配置される下方阻止コーティング130の上に直接堆積され得、また他方では機能膜140は、機能膜140と上方誘電体コーティング160との間に配置される上方阻止コーティング150の下に直接堆積され得る。
下方阻止膜および/または上方阻止膜は、金属の形態で堆積されまた金属膜のようであるにも拘らず、実際には酸化膜であるということがあり、というのは、それらの機能(特に上方阻止膜について)のうちの一つが、積層体が堆積する間に酸化して機能膜を保護することだからである。
この誘電体コーティング160は、とりわけ酸化物ベースの、特に酸素の量が準化学量論的な、任意の保護膜168で終わり得る。
図2で示されるように、単層機能膜の積層体が、二重グレージングユニット構造の複層グレージングユニット100において使用されるとき、このグレージングユニットは、シャーシ構造90によって一つにまとめて保持され、ガスの中間層15によって互いに分離されている二つの基板10、30を有する。
グレージングユニットは、外部空間ESと内部空間ISとの間の仕切りをこのように実現する。
積層体は、面2(建物内に入り込む太陽光の入射方向を考慮して建物の最も外部側のシートの上、かつガスの層の方に向けられているその面の上)に位置づけされ得る。
図2は、ガスの中間層15と接触している基板10の内側面11の上に位置づけられる薄膜積層体14の、面2へのこの位置づけを示しており(建物内に入り込む太陽光の入射方向は、二重矢印で示されている)、基板10のもう一方の面9は、外部空間ESと接触している。
しかしながら、二重グレージングユニットのこの構造において、基板のうちの一つが積層構造を有することもまた検討され得る。
例1〜3の3つの例が実現された。
これらの3つの例について、機能膜140より下の反射防止コーティング120は、3つの反射防止膜122、124、128を有し、積層体の第一の膜であり面11と接触している膜122は、中屈折率の膜である。該膜は、窒化物Si34:Al製であり、8質量%のアルミニウムをドープされたターゲット金属から堆積される。中屈折率の第一の反射防止膜122は、1.9〜2.1、ここで正確には2.0である屈折率を有する。
反射防止コーティング120の第二の反射防止膜である膜124は、高屈折率の膜である。該膜は、酸化チタンベースであり、2.3〜2.7、ここで正確には2.46である屈折率を有する。
反射防止コーティング120の第三の反射防止膜は、金属機能膜140の真下に配置される湿潤膜128である。
例において、下方阻止コーティング130はない。
これらの例について、反射防止膜128は「湿潤膜」と呼ばれる。というのも該膜は、ここでは銀製である金属機能膜140の結晶化を改良することを可能にするからであり、これにより、その伝導率は向上する。この反射防止膜128は、アルミニウムをドープされた酸化亜鉛ZnO:Al製である(2質量%のアルミニウムをドープされた亜鉛から成るターゲット金属から堆積される)。
上方反射防止コーティング160は、以下を含む:
−アルミニウムをドープされた酸化亜鉛ZnO:Al製である誘電体膜162(2質量%のアルミニウムをドープされた亜鉛から成るターゲット金属から堆積される)、
−8質量%のアルミニウムをドープされたターゲット金属から堆積される、窒化ケイ素Si34:Al製の膜である膜164、および
−酸化物ベースの保護膜168。
以下の全ての例について、膜の堆積条件は以下の通りである。
Figure 2017537044
堆積膜は、このように3つのカテゴリに分類されることができる:
i−可視光波長域の全範囲に渡って5より大きいn/k比率を有する、誘電性の材料製膜、すなわちSi34:Al製、TiO2製、ZnO:Al製の膜、
ii−赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する材料製すなわちAg製の金属機能膜、
iii−積層体を堆積する際に機能膜をその性質の変更から保護することを目的とする上方阻止膜および下方阻止膜であり、
それらの光学特性およびエネルギー特性への影響は一般に認められていない。
銀もまた、可視光波長域の全範囲に渡って0より大きく5未満であるn/k比率を有するが、しかし固体状態でのその電気抵抗率が、10-6Ω・cm未満であることが確認された。
以降の全ての例において、薄膜積層体は、SAINT−GOBAIN社によって供給される、商標Planiluxの厚さ4mmのクリアなソーダ石灰ガラス製の基板の上に堆積される。
これらの積層体について、Rは、オームパースクエアで測定される、積層体のシート抵抗を示す。
さらにこれらの例について、積層体を備える基板が二重グレージングユニットの中に組み込まれるとき、二重グレージングユニットは、4−16−4の構造(Ar90%)を有する。すなわちそれぞれの厚さが4mmである二つのガラス製基板が、16mmの厚さを有するアルゴン90%および空気10%から成るガスの層によって分離されている。
これらの例は全て、二重グレージングユニットのこの形状において、EN673規格に従って算出されるおよそ1.0W/(m2・K)のU値またはK値に達することを可能にした(これはグレージングユニットを通過する熱貫流率であり、外部空間と接触しているグレージングユニットの面と内部空間と接触しているグレージングユニットの面との間に一度の温度差があるときの、単位あたりの、定常状態の基板を通過する熱量を示すものである)。
3つの例が、図1に示される積層体構造であるが下方阻止コーティング130のないものにしたがって実現された。
以下の表1は、一連の例の膜それぞれの、ナノメートルでの幾何学的または物理的な厚さ(つまり光学上の厚さではない)を示す。
Figure 2017537044
例1について、膜162を堆積するための酸素流量は、400sccmであり、これは、この膜の堆積条件において、Zn11の安定した化学量論を有する膜を堆積することを可能にする流量である。それは、この膜についての通常の割合O/Zn=1を意味し、例1は、したがって本発明の反例である。
例2について、膜162を堆積するための酸素流量は、450sccmであり、この流量は、Zn11.125の化学量論を有する膜を堆積することを可能にする。O/Zn比は、通常の割合よりも高く、堆積膜はしたがって、酸素の超化学量論を有する。
例3について、膜162を堆積するための酸素流量は、500sccmであり、この流量は、Zn11.25の安定した化学量論を有する膜を堆積することを可能にする。堆積膜は、例2の膜よりも酸素の量がさらにより超化学量論である。
以下の表2は、積層体の処理後のこれらの例1〜3について測定される、オームパースクエアで表される、シート抵抗Rを示す。
Figure 2017537044
このように、中間膜162における、12.5%(例2)および25%(例3)の酸化増加率によって、積層体のシート抵抗は、積層体の処理後に改善され、つまりシート抵抗は低減する。
積層体の処理は、全ての膜の堆積後に、積層体をダイオードレーザーカーテンの下に通すことから成り、ダイオードは、図1を参照すると積層体の上に位置づけされ、また積層体に向かって発光する。ダイオードは、980nmの波長で発光し、それぞれのダイオードは、12mmの長さおよび50μmの幅で発光する。完全な積層体で覆われた基板の通過速度は、7m/分である。
本発明による中間膜が、目的とする超化学量論に達するために必要な酸素を有するセラミックのターゲットから、酸素のない雰囲気において堆積されることも可能であるし、または目的とする超化学量論に達するために必要な酸素すべては有さないセラミックのターゲットから、酸素のある雰囲気において堆積されることも可能であることに注目することが重要である。
本発明は、上記部分において例として記述されている。本発明のさまざまな変形例を当業者が実現することができると理解されるが、だからといって請求項によって定義されているような特許範囲を逸脱するわけではない。
10 基板
11 面
14 薄膜積層体
120 反射防止コーティング
122 誘電体膜
128 反射防止膜
140 金属機能膜
160 反射防止コーティング
164 誘電体膜

Claims (9)

  1. 一つの面(11)が、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体(14)で覆われている基板(10)であり、該積層体が、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜(140)と二つの反射防止コーティング(120、160)とを有し、前記コーティングがそれぞれ、少なくとも一つの誘電体膜(122、164)を有し、前記機能膜(140)が、二つの反射防止コーティング(120、160)の間に配置されている基板であって、前記反射防止コーティング(120、160)のうちの少なくとも一つが、0.05<x<0.3である酸化亜鉛Zn11+xを含む、0.5nm〜20nm、さらには2.5nm〜10nmの物理的な厚さを有する中間膜を有することを特徴とする基板。
  2. 前記中間膜が、0.1<x<0.3、さらには0.15<x<0.25である酸化亜鉛Zn11+xを含むことを特徴とする、請求項1に記載の基板(10)。
  3. 前記中間膜が、機能膜(140)より上方の反射防止コーティング(160)内に、好ましくは前記機能膜(140)の上に直接位置する上方阻止コーティング(150)の上に直接位置することを特徴とする、請求項1または2に記載の基板(10)。
  4. 前記中間膜が、前記金属機能膜(140)の下に配置される前記誘電体コーティング(120)内に、好ましくは前記機能膜(140)の下に直接位置することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一つに記載の基板(10)。
  5. 前記中間膜が、別の一つの面で、10〜15nmの物理的な厚さを有する窒化物ベースの誘電体膜と直接接触して位置しており、この膜が好ましくは窒化ケイ素Si34ベースであることを特徴とする、請求項3または4に記載の基板(10)。
  6. 前記金属機能膜(140)の下に配置される前記反射防止コーティング(120)が、2.3〜2.7の屈折率を有する材料製の高屈折率膜(124)を有し、この膜が好ましくは酸化物ベースであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一つに記載の基板(10)。
  7. 前記高屈折率膜(164)が、5〜25nmの物理的な厚さを有することを特徴とする、請求項6に記載の基板(10)。
  8. シャーシ構造(90)によって一つにまとめて保持される、少なくとも二つの基板(10、30)を有する複層グレージングユニット(100)であって、前記グレージングユニットが、外部空間(ES)と内部空間(IS)との間の仕切りを実現するものであり、該グレージングユニットの中には、少なくとも一つのガスの中間層(15)が二つの基板の間に配置され、一つの基板(10)が請求項1から7のいずれか一つに記載のものである複層グレージングユニット。
  9. 一つの面(11)が、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一の金属機能膜(140)と二つの反射防止コーティング(120、160)を有する、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体(14)で覆われている、基板(10)の獲得方法であって、以下の工程を順番に含む方法:
    −請求項1から7のいずれか一つに記載の、特に銀ベースまたは銀を含む金属合金ベースである単一金属機能膜(140)と二つの反射防止コーティング(120、160)を有する、赤外線および/または太陽放射における反射特性を有する薄膜積層体(14)の、前記基板(10)の一つの面(11)への堆積、
    −放射源、特に赤外放射源を使った、前記薄膜積層体(14)の処理。
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