JP2020511386A - 銀及び亜鉛系バリア層を有する赤外線(IR)反射系を有する低放射率(Low−E)コーティングを有するコーティングされた物品 - Google Patents
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Abstract
コーティングされた物品は、低放射率(Low-E)コーティングの化学的耐久特性を改善するために、少なくとも1つの、金属製又は実質的に金属製の亜鉛(Zn)を含むバリア層に隣接しかつ接触して設けられる、ガラス基材上の銀(Ag)系赤外線(IR)反射層を含む。特定の例示的実施形態では、銀系層は、ともに亜鉛からなる又は亜鉛(Zn)を含む、金属製の又は実質的に金属製の第1のバリア層と第2のバリア層との間に挟まれてもよい。IR反射層及び亜鉛系バリア層は、低放射率(Low−E)コーティングの一部である。
Description
本出願は、低放射率(Low−E)コーティングの化学的耐久特性を改善するために、少なくとも1つの金属製又は実質的に金属製の亜鉛(Zn)系バリア層に隣接して提供され、接触する銀(Ag)系赤外線(IR)反射層を含むコーティングされた物品に関する。特定の例示的実施形態では、銀系層は、ともに亜鉛(Zn)からなる又は亜鉛(Zn)を含む、第1及び第2の金属製又は実質的に金属製のバリア層どうしの間に挟まれてもよい。IR反射層及び亜鉛系バリア層は、Low−Eコーティングの一部であり、少なくとも透明な誘電体層どうしの間に挟まれてもよい。このようなLow−Eコーティングは、モノリシック窓、絶縁ガラス(IG)窓ユニットなどの用途に使用することができる。
コーティングされた物品は、絶縁ガラス(IG)ユニット、車両用窓、モノリシック窓、及び/又は同様の窓用途で使用することが当該技術分野において知られている。特定の例示的な事例では、コーティングされた物品の設計者は、多くの場合、高い可視透過率、実質的に中性の色、低い放射率(又は放射力)、低いシート抵抗(Rs)、IG窓ユニットの状況における低いU値、及び/又は低い比抵抗の組み合わせを得ようと努力している。高い可視透過率及び実質的に中性の色は、コーティングされた物品を、建築用窓用途又は車両用窓用途などのように、こうした特性が所望される用途で使用することを可能にする一方で、低い放射率(Low−E)、低いシート抵抗及び低い比抵抗といった特性により、かかるコーティングされた物品が著しい量のIR放射を遮断して、例えば車両又は建物内部が望ましくない程度に加熱されるのを低減することが可能になる。
少なくとも1つの銀系赤外線(IR)反射層を有するLow−Eコーティングは、当該技術分野において既知である。例えば、参照により本明細書に組み込まれる特許文献1〜8を参照されたい。ガラス上のLow−Eコーティングは、エネルギーを節約するために商業用及び住宅用建物に広く使用されている。二重銀(Ag)Low−Eコーティングは、その優れた低放射率特性及び優れた太陽熱利得の制御により、有力なLow−E製品である。
しかしながら、銀IR反射層を有する従来のLow−Eコーティングは、化学的耐久性及び/又は環境耐久性に関連する問題を有し、そのためそれらの用途は制限されてしまう。その理由は、銀IR反射層、特に、二重銀タイプのLow−Eコーティングがあまり安定的ではないことがその一因である。銀(Ag)が腐食又は損傷すると、銀の光学的、電気的、及び熱的(放射率)特性は劣化する。例えば、ガラス/Si3N4/NiCr/Ag/NiCr/Si3N4の積層体を有する太陽光制御Low−Eコーティングは、効率的な太陽光制御を提供するが、塩酸(HCl酸)環境条件などの化学的環境には、合理的に耐えることができない。市場にはいくつかの耐久性のあるLow−Eコーティングが存在するが、それらの性能は乏しいものであり、特に、その光透過率と太陽熱利得係数との比(light−to−solar gain ratio、LSG)は、約1.0以下の望ましくないほど低い値である。LSG値が高いほど、より多くのエネルギーが節約される。LSGはTvis/SHGCとして計算され、SHGCはNRFC 2001に準拠する。
本発明の例示的な実施形態は、高いLSG値を維持しながら銀の耐久性(例えば、化学的耐久性)を改善した、低反射率(Low-E)コーティングを提供することによってこれらの問題を解決する。本発明の例示的実施形態は、Low−Eコーティングの化学的耐久特性を改善するために、少なくとも1つの金属製又は実質的に金属製の亜鉛(Zn)系バリア層に隣接してかつ接触して提供される銀(Ag)系赤外(IR)反射層を含む、コーティングされた物品に関する。特定の例示的実施形態では、銀系層は、ともに亜鉛(Zn)からなる又は亜鉛(Zn)を含む、金属製の又は実質的に金属製の第1及び第2のバリア層どうしの間に挟まれてもよい。IR反射層及び亜鉛系バリア層は、低放射率(Low−E)コーティングの一部であり、少なくとも、透明な誘電体層どうしの間に挟まれていてもよい。驚くべきことに、ともに亜鉛からなる又は亜鉛を含む、金属製又は実質的に金属製の第1及び第2のバリア層間に直接、隣接させて銀系IR反射層を設けることにより、銀系IR反射層及び全体コーティングの耐腐食性及び化学耐久性が改善され、他方で、少なくとも1.10(より好ましくは少なくとも1.20、場合によっては少なくとも1.30)の高いLSG値などの、良好な光学特性及び放射率特性を維持することができることが判明した。
本発明の例示的実施形態では、ガラス基材で支持されたコーティングを含むコーティングされた物品の製造方法が提供され、この方法は、ガラス基材上に第1の誘電体層を堆積させることと、ガラス基材上に、少なくとも第1の誘電体層の上方に位置する、銀を含む赤外線(IR)反射層を堆積させることと、ガラス基材上に、銀を含むIR反射層の上方に位置し、IR反射層に直接接触している、金属製又は実質的に金属製である、亜鉛を含むバリア層を堆積させることと、ガラス基材上に、少なくとも赤外線(IR)反射層及び亜鉛を含むバリア層の上方に位置する、第2の誘電体層を堆積させることとを含み、コーティングは、11Ω/sq.以下のシート抵抗(Rs)と、0.2以下の垂直放射率(En)とを有する。
本発明の例示的実施形態では、ガラス基材で支持されたコーティングを含むコーティングされた物品が提供され、このコーティングは、ガラス基材上の第1の誘電体層と、ガラス基材上の、少なくとも第1の誘電体層の上方に位置する、亜鉛を含む、金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層と、ガラス基材上の銀を含む赤外線(IR)反射層であって、亜鉛を含む第1のバリア層の上方に位置し、第1のバリア層に直接接触しているIR反射層と、ガラス基材上の、銀を含むIR反射層の上方に位置し、IR反射層に直接接触している、亜鉛を含む金属製の又は実質的に金属製の第2のバリア層であって、銀を含む赤外線(IR)反射層が、ともに亜鉛を含む第1のバリア層と第2のバリア層との間に位置し、第1のバリア層と第2のバリア層とに直接接触するようになっている第2のバリア層と、ガラス基材上の第2の誘電体層であって、少なくとも第1及び第2のバリア層並びにIR反射層の上方に配置されている第2の誘電体層とを備え、コーティングが、11Ω/sq.以下(より好ましくは10Ω/sq.以下、最も好ましくは9Ω/sq.以下)のシート抵抗(Rs)と、0.2以下(より好ましくは0.15以下、最も好ましくは0.11以下)の垂直放射率(En)とを有する。
ここで図面を参照すると、同様の参照番号は、いくつかの図全体を通して同様の部分を示す。
本発明の例示的実施形態は、Low−Eコーティングを支持するガラス基材1を含む、コーティングされた物品に関する。Low−Eコーティングは、高いLSG値を維持しながら、銀の耐久性(例えば、化学的耐久性)を改善するように設計されている。本発明の例示的実施形態は、低反射率(Low-E)コーティングの化学的耐久特性を改善するために、少なくとも1つの金属製又は実質的に金属製の亜鉛(Zn)系バリア層10a及び/又は10bに隣接して、かつ接触するように提供された少なくとも1つの銀(Ag)系赤外(IR)反射層9を含むコーティングされた物品に関する。特定の例示的実施形態では、銀系IR反射層9は、ともに亜鉛(Zn)からなる又は亜鉛(Zn)を含む、金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層10aと第2のバリア層10bとの間に挟まれていてもよい。IR反射層9及び亜鉛系バリア層10a、10bは、低放射率(Low−E)コーティングの一部であり、層2、13、及び/又は15などの、少なくとも、透明な誘電体層どうしの間に挟まれていてもよい。驚くべきことに、ともに亜鉛からなる又は亜鉛を含む、金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層10a及び第2のバリア層10b間に直接、隣接させて銀系IR反射層9を設けることにより、銀系IR反射層9及び全体Low−Eコーティングの耐腐食性及び化学耐久性が改善され、他方で、少なくとも1.10(より好ましくは少なくとも1.20、場合によっては少なくとも1.30)の高いLSG値などの、良好な光学特性及び放射率特性を維持することができることが判明した。これらのLSG値は、モノリシック状態で測定される。このようなコーティングされた物品は、モノリシック窓、絶縁ガラス(IG)窓ユニットなどの用途で使用することができる。
本発明の例示的実施形態は、Low−Eコーティングを支持するガラス基材1を含む、コーティングされた物品に関する。Low−Eコーティングは、高いLSG値を維持しながら、銀の耐久性(例えば、化学的耐久性)を改善するように設計されている。本発明の例示的実施形態は、低反射率(Low-E)コーティングの化学的耐久特性を改善するために、少なくとも1つの金属製又は実質的に金属製の亜鉛(Zn)系バリア層10a及び/又は10bに隣接して、かつ接触するように提供された少なくとも1つの銀(Ag)系赤外(IR)反射層9を含むコーティングされた物品に関する。特定の例示的実施形態では、銀系IR反射層9は、ともに亜鉛(Zn)からなる又は亜鉛(Zn)を含む、金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層10aと第2のバリア層10bとの間に挟まれていてもよい。IR反射層9及び亜鉛系バリア層10a、10bは、低放射率(Low−E)コーティングの一部であり、層2、13、及び/又は15などの、少なくとも、透明な誘電体層どうしの間に挟まれていてもよい。驚くべきことに、ともに亜鉛からなる又は亜鉛を含む、金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層10a及び第2のバリア層10b間に直接、隣接させて銀系IR反射層9を設けることにより、銀系IR反射層9及び全体Low−Eコーティングの耐腐食性及び化学耐久性が改善され、他方で、少なくとも1.10(より好ましくは少なくとも1.20、場合によっては少なくとも1.30)の高いLSG値などの、良好な光学特性及び放射率特性を維持することができることが判明した。これらのLSG値は、モノリシック状態で測定される。このようなコーティングされた物品は、モノリシック窓、絶縁ガラス(IG)窓ユニットなどの用途で使用することができる。
図1は、本発明の例示的実施形態による、コーティングされた物品の断面図である。コーティングされた物品は、ガラス基材1(例えば、厚さ約1.0〜10.0mm、より好ましくは厚さ約1.0mm〜6.0mmの透明、緑色、青銅、又は青緑色のガラス基材)、及び基材1上に直接又は間接的に提供される多層Low−Eコーティング(又は層組織)25を含む。図1に示すように、Low−Eコーティング25は、窒化ケイ素(例えば、Si3N4又は他の何らかの好適な化学量論的組成物)からなるか又はそれを含む透明誘電体層2と、酸化亜鉛(例えば、ZnOx(例えば、「x」は約1であってもよい)又はZnAlOx)を含む透明誘電体層7と、銀からなる又は銀を含む、金属又は実質的に金属のIR(赤外線)反射層9と、銀系赤外線(IR)反射層9上に直接提供され、その両サイドで銀系赤外線(IR)反射層9に接触している、亜鉛系バリア層10a及び10bと、Ni及び/又はCrの酸化物及び/又は窒化物(例えば、NiCrOx)からなる又はそれを含むバリア層11と、酸化スズを含む透明誘電体層13及び窒化シリコンを含む透明誘電体層15からなる又はそれらを含むオーバーコートとからなるか又はそれらを含む。窒化シリコンを含む層2及び/又は15は、アルミニウム、酸素などを更に含んでもよく、同様に酸化スズ層13は、窒素、亜鉛などの他の材料を更に含んでもよい。本発明の特定の例示的実施形態では、他の層及び/又は材料がコーティングに提供されてもよく、特定の例示的事例では特定の層が除去又は分割され得ることも可能である。例えば、本発明の特定の例示的実施形態では、酸化ジルコニウムオーバーコート層(図示せず)が層15の上方に設けられてもよい。別の例として、層10a又は層10bは、本発明の特定の例示的実施形態において省略されてもよい。更に、上記の層のうちの1つ以上は、本発明の特定の例示的実施形態において、他の材料でドープされてもよい。
図2は、本発明の別の例示的実施形態による、コーティングされた物品の断面図である。図2の実施形態では、層7及び層11がNiCr及び/又はNiCrOxであり、図1にはある層13が省略されている点を除いて、図2は図1と同じである。図1及び図2の実施形態の両方において、Low−Eコーティング25は、Low−Eコーティングの化学的耐久性を改善するために、少なくとも1つの、金属製又は実質的に金属製の、亜鉛系バリア層10a及び/又は10bに隣接し、バリア層10a及び/又は10bに接触して提供される、少なくとも1つの銀系IR反射層9を含む。
従来の銀系Low−Eコーティングは、HCl及びCASS溶媒中で起こるもののような、上述したような化学的耐久性の問題を有する。腐食の起こるメカニズムは、ガルバニック腐食であり、異なる電位を有する2つの金属が、導電性のある腐食性液体中で互いに電気的に接触しているときに生じる異種金属接触腐食である。2つの金属の効果はともにアノードの腐食速度を増加させ、かつカソードの腐食を低減させ又は抑制しさえする。したがって、アノード材料ははるかに速く腐食され、カソードの腐食が抑制される。本発明の例示的実施形態では、銀IR反射層9はカソードのポジションにあり、カソードの銀9がアノード材料10a、10bによって保護されるようになっている。金属製又は実質的に金属製の亜鉛10a、10bは、本発明の例示的実施形態によるLow−E積層体における化学腐食から銀を保護するために、銀9に直接隣接して提供される。
なお、「実質的に」金属製とは、原子百分率で10%以下の酸素含有量、より好ましくは5%以下の酸素含有量を有する金属製であることを意味する。Zn系の実質的に金属層10a及び10bは、本発明の例示的実施形態においては、原子百分率で0〜10%の酸素及び/又は窒素、より好ましくは0〜5%の酸素及び/又は窒素を含有していてよい。
モノリシックの例では、コーティングされた物品は、ガラス基材1などの1つの基材のみを含む(図1〜2を参照)。しかしながら、本明細書のモノリシックコーティング物品は、複数のガラス基材を含む、例えば、IG窓ユニットなどのデバイスにおいて使用されてもよい。例示的なIG窓ユニットは、例えば、米国特許第5,770,321号、同第5,800,933号、同第6,524,714号、同第6,541,084号、及び米国特許出願公開第2003/0150711号に図示及び説明されており、これらの開示は全て参照により本明細書に組み込まれる。例示的なIG窓ユニットは、例えば、図1及び図2に図示されているコーティングされたガラス基材1を含み得るが、そのガラス基材1は、スペーサ、シーラント等を介して別のガラス基材に連結され、それらの間に間隙が画定されている。IGユニットの実施形態における基材間のこの間隙は、特定の事例では、アルゴン(Ar)などのガスで充填され得る。例示的なIG単位は、それぞれ約3〜4mmの厚さの一対の、互いに離間した実質的に透明なガラス基材を含んでもよく、そのうちの1つは、特定の例示的事例では本明細書におけるコーティングでコーティングされ、基材間の間隙は、約5〜30mmであってもよく、より好ましくは約10〜20mm、最も好ましくは約12〜16mmであってよい。特定の例示的事例では、コーティングは、内側又は外側ガラス基材1の、間隙に面する側面上に提供されていてもよい。
図1及び図2を参照すると、窒化ケイ素を含む透明誘電体層2は、反射防止目的のために提供され、色ずれを低減することが判明している。窒化ケイ素層2は、Si3N4からなっていてもよく、又はSi3N4を含んでいてもよい。あるいは、窒化ケイ素層2は、Si−リッチ型(完全に化学量論的ではない)のものであってもよい。更に、窒化ケイ素層2及び/又は15の一方又は両方は、アルミニウム又はステンレス鋼などのドーパント、及び/又は少量の酸素を更に含んでもよい。これらの層は、特定の例示的実施形態ではスパッタリングによって、又は任意の他の好適な技術を介して堆積されてもよい。酸化チタン、スズ酸亜鉛、又は酸化スズなどの他の材料を、透明誘電体層2及び/又は15に使用することもできる。
透明誘電体シード層7は、図1の実施形態における酸化亜鉛(例えば、ZnO)からなるか又はそれを含む。層7の酸化亜鉛は、特定の例示的実施形態において、他の材料、例えばAl(例えば、ZnAlOxを形成するため)を含有してもよい。例えば、本発明の特定の例示的実施形態では、酸化亜鉛層7は、約1〜10%Al(又はB)、より好ましくは約1〜5%のAl(又はB)、最も好ましくは約2〜4%のAl(又はB)をドープされてもよい。層9における銀の下での酸化亜鉛7の使用は、銀の優れた品質を実現するのを可能にする。特定の例示的実施形態(例えば、以下で説明する)において、酸化亜鉛を含む層7は、セラミックZnO又は金属の回転マグネトロンスパッタリングターゲットをスパッタリングすることによって形成されてもよい。特定の例示的実施形態におけるセラミックターゲットの使用(例えば、Al、FなどでドープされていてもされていなくてもよいZnO)は、高品質の銀が提供されるのを可能にし、それによってより低い放射率のコーティングをもたらすことが判明した。セラミックターゲット中のZn:Oは、特定の例示的実施形態においては化学量論的であってもよいが、ZnOx(例えば、0.25≦x≦0.99、より好ましくは0.50≦x≦0.97、更により好ましくは0.70≦x≦0.96)を含む少なくとも1つの準化学量論的セラミックターゲットを、特定の例において化学量論的であり得る酸化亜鉛を含む層7をスパッタ堆積させるのに使用してもよい。本発明の代替実施形態では、亜鉛スズ酸塩、NiCr、NiCrNx、NiCrMoNx、又はNiCrOxなどの他の材料を層7に使用してもよい。図1の実施形態においては、シード層7は、酸化亜鉛からなるか又はそれを含むが、この層は、スズ酸亜鉛、NiCr、又はNiCrOxなどの他の材料からなるか又はそれを含んでもよく、図2は、層7がNiCr及び/又はNiCrOxからなるか又はそれを含む、例示的な実施形態を示している。
透明な赤外線(IR)反射層9は、好ましくは導電性を有し、かつ金属製又は実質的に金属製であり、好ましくは銀(Ag)を含むか又は銀(Ag)から本質的になるものである。IR反射層9は、低放射力、低シート抵抗などのLow−E及び/又は良好な太陽制御特性を有することを可能にするのに役立つ。特定の例示的実施形態では、銀(Ag)IR反射層9は、図1〜2に示されるように、金属製又は実質的に金属製の、亜鉛(Zn)ベースの層10a及び10bの間に位置し、それらの層10a及び10bに直接接触する。バリア層10a及び10bは、本発明の特定の例示的実施形態では、その全部が亜鉛を堆積したものであってもよく、又は所望により1〜20%のAlをドープされた、より好ましくは1〜10%のAlをドープされた亜鉛を堆積したものであってもよい。したがって、層10a及び10bは、本発明の特定の例示的実施形態ではZn製であってもよく、又は本発明の他の例示的実施形態ではZnAl、ZnAg、又はZnAlAg製であってもよい。スパッタ堆積などを介して堆積される亜鉛系バリア層10a及び/又は10bは、好ましくは、原子百分率で10%以下の酸素を含有する金属製又は実質的に金属製のものであり、より好ましくは5%以下の酸素を含有する金属製又は実質的に金属製のものである。バリア層10bの上方に、NiCrOxなどの酸化物層11がスパッタリングにより堆積される場合、バリア層10bは、その上方に層11を堆積させる間に、ある程度酸化され得る可能性がある。しかしながら、層11が酸化物層ではなく、その代わりに窒化物層である場合には、その堆積により、バリア層10bの有意な程度の酸化を引き起こすことはないはずである。本明細書で説明されるように、驚くべきことに、ともに亜鉛からなる又は亜鉛を含む、金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層10a及び第2のバリア層10b間に直接、隣接させて銀系IR反射層9を設けることにより、銀系IR反射層9及び全体Low−Eコーティングの耐腐食性及び化学耐久性が改善され、他方で、高いLSG値などの、良好な光学特性及び放射率特性を維持することができることが判明した。バリア層の一方又は両方は、本発明の特定の例示的実施形態では、1〜15%のAgをドープされた亜鉛などの、ZnAgで形成されてもよい。更に、層10aは、本発明の特定の例示的実施形態では省略されてもよい。
なおも図1〜2を参照すると、二次バリア層11は、Ni及び/又はCrの酸化物からなる又はそれを含んでいてもよく、あるいは、金属製でありかつ、Ni及び/又はCrからなる又はNi及び/又はCrを含むものであってよく、かつ、例えば窒化物であってもよい。特定の例示的実施形態では、バリア層7及び/又は11はそれぞれ、NiCr、NiCrNx、NiCrMo、NiCrMoOx、NiCrMoNx、NiTiNbOx、ニッケル(Ni)酸化物、クロム/クロム(Cr)酸化物、TiOx、又はニッケルクロム酸化物(NiCrOx)などのニッケル合金酸化物、あるいは他の好適な材料からなっていてもよく、又はそれを含むものであってよい。層7及び11は、本発明の特定の例示的実施形態において、約0〜20%の窒素、より好ましくは約1〜10%の窒素を含有していてもよい。層11(例えば、Ni及び/又はCrの酸化物からなる又はそれを含むもの)は、本発明の異なる実施形態では、酸化等級付けされてもよく、又はされていなくてもよい。酸化等級付けとは、層の酸化度が層の厚さ方向に沿って変化することを意味するが、その結果、例えば、ある接触層は、その直接隣接する亜鉛系層との接触界面において、赤外線(IR)反射層からより遠く/最も遠くにあるその一部よりも、酸化の程度がより低いと等級付けされ得る。
オーバーコートは、特定の例示的実施形態では、透明誘電体層13及び/又は15からなるか、又は透明誘電体層13及び/又は15を含む。図1〜図2を参照されたい。誘電体層13は、本発明の特定の例示的実施形態では、酸化スズなどの金属酸化物からなるか、又はそれを含んでいてもよい。酸化スズ又はスズ酸亜鉛などの金属酸化物を含む層13は、反射防止目的のために提供され、また、コーティングされた物品の放射率及び製造プロセスの安定性及び効率性も改善する。酸化スズを含む層13は、本発明の特定の例示的実施形態において、窒素及び/又は亜鉛などの他の材料をドープされてもよい。酸化スズ系層13は、良好な耐久性をもたらし、光透過性を改善する。誘電体層15は、窒化ケイ素(例えば、Si3N4又は他の好適な化学量論的組成物)からなるか又はそれを含んでいてよく、あるいは本発明の特定の例示的実施形態においては、シリコンオキシナイトライドなどの任意の他の好適な材料であるか、又はそれを含んでいてもよい。窒化ケイ素層15は、本発明の特定の例示的実施形態において、ドーパントとしてアルミニウムなどの他の材料、又は少量の酸素を更に含んでもよい。特定の例の例において、所望により、酸化ジルコニウムオーバーコートなどの他の層が、オーバーコート中の層15の上方に設けられてもよい。層15は、耐久性向上のために提供され、下にある層を保護するために提供される。特定の例示的実施形態では、窒化ケイ素系層15は、約1.9〜2.2、より好ましくは約1.95〜2.05の屈折率(n)を有し得る。特定の例示的実施形態では、Zrが、層15(又は層2若しくは層5)の窒化ケイ素に提供されてもよい。したがって、本発明の特定の例示的実施形態では、層2及び/又は15のうちの1つ以上は、SiZrNx及び/又は酸化ジルコニウムからなるか、又はそれ(ら)を含んでいてもよい。
図示されたコーティングの下方又は上方の他の層も提供され得る。したがって、層組織又はコーティングが基材1「の上にある」か、又は基材1「により支持されている」(直接的又は間接的に)が、他の層を、それらの間に提供することが可能であり得る。したがって、例えば、図1のコーティングは、他の層が層3と基材1との間に提供されていても、基材1「の上にあり」かつ基材1「により支持されている」と考えることができる。更に、特定の実施形態では、図示されたコーティングの特定の層が除去され得る一方で、他の実施形態では、本発明の特定の実施形態の全体的な趣旨から逸脱することなく、他の層が様々な層間に追加され得るか、又は様々な層が分割部分間に追加された他の層とともに分割され得る。
様々な厚さが本発明の異なる実施形態で使用され得るが、図1の実施形態におけるガラス基材1上のそれぞれの層の厚さ及び材料の例は、ガラス基材から外側に向かって以下のとおりである(例えば、特定の例において、酸化亜鉛層及び窒化ケイ素層中のAl含有量は約1〜10%、より好ましくは約1〜3%であり得る):
様々な厚さが本発明の異なる実施形態で使用され得るが、図2の実施形態におけるガラス基材1上のそれぞれの層の厚さ及び材料の例は、ガラス基材から外側に以下のとおりである(例えば、特定の例示的事例においては、酸化亜鉛層及び窒化ケイ素層中のAl含有量は、約1〜10%、より好ましくは約1〜3%であり得る)。
驚くべきことに、及び予想外に、第1のバリア層10a及び第2のバリア層10bをそれぞれ、厚さ15〜40Å、より好ましくは厚さ17〜33Åの物理的厚さで提供することは、有利にも、熱焼戻しなどの任意の熱処理の際に、熱安定性を改善することが見出された。層10a、10bの厚さが40Åを超えると、熱安定性が低下し、熱処理による過度の色ずれ及び/又はコーティング損傷を示し、15Å未満しか厚さがなければ、化学的耐久性が不十分なものとなり得ることが判明した。したがって、上記の厚さ範囲は、特に有利であることが判明している。
また驚くべきことに、層7及び11の存在は、耐久性にとって特に重要であることも判明した。以下の実施例1〜3は、NiCr層7及び11がZn層と組み合わせて存在することで、Low−Eコーティングの化学的耐久性が予想外に改善されているという驚くべき事実を示す。NiCr層が存在しない場合(以下の実施例3を参照)、化学試験時に層間剥離が生じた。
本発明の特定の例示的実施形態では、本明細書のコーティングされた物品(例えば、図1及び図2を参照)は、熱焼戻しなどの任意の熱処理の前及び/又は後に、モノリシックに測定されたときに、表3に示されるLow−E(低放射率)、太陽光及び/又は光学特性を有し得る。
本明細書で論じられる本発明の特定の例示的実施形態では、IR反射層9とZn系バリア層10a、10bとの組み合わせは、図1及び図2のコーティングに使用される。他方で、IR反射層9とZn系バリア層10a、10bとの組み合わせのうちの1つ以上を、他のLow−Eコーティングにおいて使用することが可能である。例えば、限定するものではないが、米国特許第5,344,718号、同第6,576,349号、同第8,945,714号、同第9,371,684号、同第9,028,956号、同第9,556,070号、同第8,945,714号、及び/又は同第9,028,983号(全て参照により本明細書に組み込まれる)のいずれかにおけるLow−Eコーティング中の銀系IR反射層のそれぞれは、本発明の例示的実施形態では、本明細書で論じられるIR反射層9及びZn系バリア層10a、10bの組み合わせと置き換えられてもよい。換言すれば、例えば、米国特許第5,344,718号、同第6,576,349号、同第8,945,714号、同第9,371,684号、同第9,028,956号、同第9,556,070号、同第8,945,714号及び/又は同第9,028,983号のいずれかの銀系赤外線(IR)反射層は、本明細書で論じられるように、銀系赤外線(IR)反射層9及びZn系バリア層10a、10bと置き換えられてもよい。
3つの実施例のコーティングされた物品、本発明の実施形態による実施例1〜3、及び比較例(CE)を作製して試験したが、各々は、CEにおいて、Zn層10a及び10bは存在しなかったという点を例外として、同じLow−Eコーティングを有していた。したがって、本発明の実施例による3つの実施例では、銀IR反射層9は、Zn層10aと10bとの間に、両層と接するように位置し、一方、CEにおいては、層10a及び10bは存在しなかった。比較例(CE)は、ガラス/Si3N4/NiCr/Ag/NiCr/Si3N4の、Low−Eコーティングを有していた。一方、本発明の実施形態による第1及び第2の実施例は、ガラス/Si3N4/NiCr/Zn/Ag/Zn/NiCr/Si3N4の積層体を有した。実施例1は、ガラス/Si3N4(272Å)/NiCr(10Å)/Zn(20Å)/Ag(125Å)/Zn(20Å)/NiCr(10Å)/Si3N4(510Å)の積層体を有した。実施例3は、ガラス/Si3N4(272Å)/Zn(30Å)/Ag(125Å)/Zn(20Å)/Si3N4(510Å)の層積層体を有した。したがって、実施例3では、NiCr層7及び11が省略されていた。本発明の実施形態による実施例1及び実施例2からのデータを以下に示す。なお、以下の「垂直」とは、垂直放射率/放射力(En)を表す。
それぞれの化学的耐久特性を試験するために、実施例1及び実施例2及び比較例(CE)に対して、化学試験を実施した。全ての3つの試料を、HCl(80%)及びCASSの溶媒中において65℃で1時間浸漬した。結果は驚くべきものであった。
しかしながら、化学試験では、驚くべきことに、銀IR反射層にSi及びAlをドーピングすると、化学的耐久性が向上することが判明した。溶媒中にこれらを浸漬後、わずかなエッチングが実施例1及び実施例2の非常に外側の縁部でも見ることができたが、溶媒への浸漬によって、CE試料中には、より多くの欠陥が引き起こされていた。換言すれば、実施例1及び実施例2は実質的に欠陥がないが、CEは、溶媒への浸漬後に、有意な数の欠陥を有することとなった。したがって、驚くべきことに、Zn層10aと10bとの間に、それらに直接接触するように銀系IR反射層9を設けることによって、Low−Eコーティングの化学的耐久性が著しく改善されることが判明した。
また、驚くべきことに、及び予想外に、第1バリア層10a及び第2バリア層10bをそれぞれ、厚さ15〜40Å、より好ましくは15〜40Å厚の物理的厚さで設けることにより、有利なことに、熱焼戻しなどの所望により行われる熱処理の際に、熱安定性が改善されることも判明した。実施例1及び実施例2を約650℃で約12分間熱処理したところ、40Åを超える厚さの層10a、10bの場合には、熱安定性が低下し、熱処理による過度の色ずれ及び/又はコーティング損傷を示し、15Å未満の厚さの層10a、10bの場合には、不十分な化学的耐久性となり得ることが判明した。したがって、上記の厚さ範囲は、有利であることが判明している。
また驚くべきことに、層7及び11の存在は、耐久性にとって特に重要であることも判明した。上記に説明したように、実施例1及び実施例2は、わずかに窒化され、約5%の窒素を含んだNiCrバリア層7及び11を有していたが、実施例3では、NiCr層7及び11は省略されていた。実施例3は、上記のHCl及びCASSソーキング/浸漬試験に供されたときには層間剥離したが、実施例1及び実施例2は、同じこれらの試験に供したときにも優れた耐久性を示した。したがって、Zn層と組み合わせたNiCr又はNiCrNxバリア層7及び11の存在によって、Low−Eコーティングの化学的耐久性は、予想外に、驚くほど改善した。
本発明の例示的実施形態では、ガラス基材で支持されたコーティングを含むコーティングされた物品が提供され、このコーティングは、ガラス基材上の第1の誘電体層と、ガラス基材上の、少なくとも第1の誘電体層の上方に位置し、亜鉛を含む金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層と、ガラス基材上の、亜鉛を含む第1のバリア層の上方に位置し、第1のバリア層に直接接触している銀を含む赤外線(IR)反射層と、ガラス基材上の、銀を含むIR反射層の上方位置し、IR反射層に直接接触している亜鉛を含む、金属製の又は実質的に金属製の第2のバリア層であって、銀を含む赤外線(IR)反射層が、第1のバリア層と第2のバリア層との間に配置され、ともに亜鉛を含む第1のバリア層と第2のバリア層との間に、両者に直接接触して配置されるようになっている第2のバリア層と、ガラス基材上の、少なくとも第1及び第2のバリア層、並びにIR反射層の上方に位置している、第2の誘電体層とを備え、コーティングが、11Ω/sq.以下(より好ましくは10Ω/sq.以下、最も好ましくは9Ω/sq.以下)のシート抵抗(Rs)と、0.2以下(より好ましくは0.15以下、最も好ましくは0.11以下)の垂直放射率(En)とを有する。
直前の段落に記載のコーティングされた物品では、赤外線(IR)反射層は銀からなってもよく、又は銀から本質的になっていてもよい。
先行する2つの段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、IR反射層は、金属製又は実質的に金属製であってよい。
先行する2つの段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、IR反射層は、金属製又は実質的に金属製であってよい。
先行する3段落のいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングされた物品は、少なくとも40%の、より好ましくは少なくとも50%の可視透過率を有してもよい。
先行する4段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングされた物品は、少なくとも1.10の、より好ましくは少なくとも1.20の、最も好ましくは少なくとも1.30の光対太陽利得比(LSG)を有してもよい。
先行する5段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、第1及び/又は第2の誘電体層は、窒化ケイ素を含んでもよい。
先行する6段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、亜鉛を含む第1及び/又は第2のバリア層は、アルミニウムを更に含んでもよい。
先行する6段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、亜鉛を含む第1及び/又は第2のバリア層は、アルミニウムを更に含んでもよい。
先行する7段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングは、ともに亜鉛若しくは亜鉛アルミニウムからなるか又はそれを含む、金属製又は実質的に金属製の第3及び第4のバリア層との間に配置されている、銀を含む第2の赤外線(IR)反射層を更に含んでもよい。
先行する8段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、亜鉛を含む第1及び/又は第2のバリア層はそれぞれ、その厚さが15〜40Å、より好ましくはその厚さが17〜33Åであってもよい。
先行する9段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングは、亜鉛を含む第1のバリア層の下方に位置し、第1のバリア層に直接接触する、酸化亜鉛を含む誘電体層又はNi及び/又はCrを含む層を更に含んでもよい。
先行する10段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングは、亜鉛を含む第2のバリア層の上方に位置し、第2のバリア層に直接接触する、Ni及び/又はCrを含む層を更に含んでもよい。
先行する11段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、第1及び/又は第2のバリア層の金属成分は、少なくとも90%亜鉛であってもよい。
先行する12段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングは、第2の誘電体層の上方に位置する、酸化ジルコニウムからなる又はそれを含むオーバーコートを更に含んでもよい。
先行する12段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングは、第2の誘電体層の上方に位置する、酸化ジルコニウムからなる又はそれを含むオーバーコートを更に含んでもよい。
先行する13段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、コーティングは、亜鉛を含む第1のバリア層の直下に位置しかつそれに接触する、Ni及び/又はCrを含む第1の層と、亜鉛を含む第2のバリア層の真上に配置されかつそれに接触する、Ni及び/又はCrを含む第2の層とを更に含んでもよい。
先行する14段落のうちのいずれかに記載のコーティングされた物品において、バリア層の一方又は両方は、銀を更に含んでもよい。
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものと関連して説明されたが、本発明は、開示される実施形態に限定されるものではなく、寧ろ、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものであることを理解されたい。
本発明は、現在最も実用的で好ましい実施形態と考えられるものと関連して説明されたが、本発明は、開示される実施形態に限定されるものではなく、寧ろ、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる様々な修正及び同等の構成を網羅することを意図するものであることを理解されたい。
Claims (40)
- ガラス基材によって支持されたコーティングを含むコーティングされた物品であって、前記コーティングが、
前記ガラス基材上の第1の誘電体層と、
前記ガラス基材上で、少なくとも前記第1の誘電体層の上方に位置し、亜鉛を含む金属製又は実質的に金属製の第1のバリア層と、
ガラス基材上の、銀を含む赤外線(IR)反射層であって、亜鉛を含む前記第1のバリア層の上方に位置し、前記第1のバリア層に直接接触する赤外線(IR)反射層と、
ガラス基材上の、銀を含む前記IR反射層の上方に位置し、前記IR反射層と直接接触している、亜鉛を含む金属製の又は実質的に金属製の第2のバリア層であって、前記銀を含むIR反射層が、ともに亜鉛を含む前記第1のバリア層と前記第2のバリア層との間に、前記第1のバリア層と前記第2のバリア層とに直接接触して位置する第2のバリア層と、
前記ガラス基材上の、第2の誘電体層であって、少なくとも前記第1のバリア層、前記第2のバリア層、及び前記赤外線(IR)反射層の上方に位置する第2の誘電体層とを含み、
前記コーティングが11Ω/sq.以下のシート抵抗(Rs)及び0.2以下の垂直放射率(En)を有する、コーティングされた物品。 - 前記IR反射層が、銀から本質的になる、請求項1に記載のコーティングされた物品。
- 前記IR反射層が、金属製又は実質的に金属製である、請求項1又は2に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも40%の可視光透過率を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも50%の可視光透過率を有する、請求項4に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも1.10の光対太陽利得比(light−to−solar gain ratio、LSG)を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも1.20の光対太陽利得比(LSG)を有する、請求項6に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも1.30の光対太陽利得比(LSG)を有する、請求項7に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1の誘電体層が、窒化ケイ素を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記第1のバリア層が、アルミニウムを更に含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記第2のバリア層が、アルミニウムを更に含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記第2の誘電体層が、窒化ケイ素を含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングが、9Ω/sq.以下のシート抵抗(Rs)、及び/又は0.11以下の垂直放射率(En)を有する、請求項1〜12のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングが、ともに亜鉛を含む金属製又は実質的に金属製の、第3及び第4のバリア層の間に位置する、銀を含む第2の赤外線(IR)反射層を更に含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングが、亜鉛を含む前記第1のバリア層の下方に位置し、前記第1のバリア層に直接接触する、酸化亜鉛を含む誘電体層を更に含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングが、亜鉛を含む前記第1のバリア層の下方に位置し、前記第1のバリア層に直接接触する、Ni及び/又はCrを含む層を更に含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングが、亜鉛を含む前記第2のバリア層の上方に位置し、前記第2のバリア層に直接接触する、Ni及び/又はCrを含む別のバリア層を更に含む、請求項1〜16のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記第1及び第2のバリア層の金属成分が、少なくとも90%亜鉛である、請求項1〜17のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記第1及び第2のバリア層がそれぞれ、15〜40Åの厚さを有する、請求項1〜18のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記第1及び第2のバリア層がそれぞれ、17〜33Åの厚さを有する、請求項1〜19のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングが、亜鉛を含む前記第1のバリア層の直下に位置し、前記第1のバリア層に接触する、Ni及び/又はCrを含む第1の層と、亜鉛を含む前記第2のバリア層の真上に位置し、前記第2のバリア層に接触する、Ni及び/又はCrを含む第2の層と、を更に含む、請求項1〜20のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- ガラス基材によって支持されたコーティングを含むコーティングされた物品であって、前記コーティングが、
前記ガラス基材上の第1の誘電体層と、
前記ガラス基材上の銀を含む赤外線(IR)反射層であって、少なくとも前記第1の誘電体層の上方に位置する赤外線(IR)反射層と、
前記ガラス基材上の亜鉛を含む金属又は実質的に金属であるバリア層であって、銀を含む前記IR反射層の上方に位置し、前記IR反射層に直接接触するバリア層と、
前記ガラス基材上の、Ni及び/又はCrを含む別のバリア層であって、亜鉛を含む前記バリア層の上方に位置し、前記バリア層に直接接触する別のバリア層と、
前記ガラス基材上の第2の誘電体層であって、少なくとも前記IR反射層、亜鉛を含む前記バリア層、及びNi及び/又はCrを含む前記バリア層の上方に位置する、第2の誘電体層とを含み、
前記コーティングが、11Ω/sq.以下のシート抵抗(Rs)及び0.2以下の垂直放射率(En)を有する、コーティングされた物品。 - 前記バリア層の金属成分が、少なくとも90%亜鉛である、請求項22に記載のコーティングされた物品。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも40%の可視透過率及び/又は少なくとも1.10の光対太陽利得比(LSG)とを有する、請求項22又は23に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記バリア層が、アルミニウムを更に含む、請求項22〜24のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記バリア層が、15〜40Åの厚さを有する、請求項22〜25のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記バリア層が、17〜33Åの厚さを有する、請求項22〜26のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- Ni及び/又はCrを含む前記バリア層が窒化される、請求項22〜27のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 前記ガラス基材上の、少なくとも前記第1の誘電体層上方に位置する、亜鉛を含む層であって、前記IR反射層の下方に位置し、前記IR反射層に直接接触する層を更に含む、請求項22〜28のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- ガラス基材によって支持されたコーティングを含むコーティングされた物品の製造方法であって、前記方法が、
前記ガラス基材上に第1の誘電体層を堆積させることと、
前記ガラス基材上に、亜鉛を含む金属製又は実質的に金属製である第1のバリア層を、少なくとも前記第1の誘電体層の上方に堆積させることと、
前記ガラス基板上に、亜鉛を含む前記第1のバリア層の上に位置し、前記第1のバリア層に直接接触する、銀を含む赤外線(IR)反射層を堆積させることと、
前記ガラス基板上に、亜鉛を含む金属製又は実質的に金属製の第2のバリア層を、銀を含む前記IR反射層の上方に、前記IR反射層に直接接触させて堆積させることであって、銀を含む前記IR反射層が、ともに亜鉛を含む前記第1のバリア層と前記第2のバリア層との間に位置し、前記第1のバリア層と前記第2のバリア層とに直接接触するようにすることと、
前記ガラス基材上に、少なくとも前記第1及び第2のバリア層及び前記赤外線(IR)反射層の上方に位置する第2の誘電体層を堆積させることとを含み、
前記コーティングが11Ω/sq.以下のシート抵抗(Rs)及び0.2以下の垂直放射率(En)を有する、方法。 - 前記層のそれぞれがスパッタリングによって堆積される、請求項30に記載の方法。
- 亜鉛を含む前記第1及び第2のバリア層のうちの少なくとも1つが、15〜40Åの厚さを有する、請求項30又は31に記載の方法。
- 亜鉛を含む前記第1及び第2のバリア層が、それぞれ17〜33Åの厚さを有する、請求項30〜32のいずれか一項に記載の方法。
- ガラス基材によって支持されたコーティングを含むコーティングされた物品の製造方法であって、前記方法が、
前記ガラス基材上に第1の誘電体層を堆積させることと、
前記ガラス基材上に、少なくとも前記第1の誘電体層の上方に位置する、銀を含む赤外線(IR)反射層を堆積させることと、
前記ガラス基材上に、銀を含む前記IR反射層の上方に、前記IR反射層に直接接触させて、亜鉛を含む金属製又は実質的に金属製のバリア層を堆積させることと、
前記ガラス基材上、少なくとも前記赤外線(IR)反射層と亜鉛を含む前記バリア層との上方に、第2の誘電体層を堆積させることとを含み、
前記コーティングが11Ω/sq.以下のシート抵抗(Rs)及び0.2以下の垂直放射率(En)を有する、方法。 - 前記バリア層の金属成分が、少なくとも90%亜鉛である、請求項34に記載の方法。
- 前記コーティングされた物品が、少なくとも40%の可視透過率及び/又は少なくとも1.10の光対太陽利得比(LSG)を有する、請求項34又は35に記載の方法。
- 亜鉛を含む前記バリア層が、アルミニウムを更に含む、請求項34〜36のいずれか一項に記載のコーティングされた物品。
- 亜鉛を含む前記バリア層の上方に、前記バリア層に直接接触させて、Ni及び/又はCrを含む別のバリア層を堆積させることを更に含む、請求項34〜37のいずれか一項に記載の方法。
- 前記別のバリア層が、NiCrの窒化物を含む、請求項38に記載の方法。
- 亜鉛を含む前記バリア層が銀を更に含む、請求項34〜39のいずれか一項に記載の方法。
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