JP4768722B2 - ハイブリッド被覆積層体 - Google Patents
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- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
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- C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
- C03C17/3681—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer the multilayer coating being used in glazing, e.g. windows or windscreens
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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Description
本発明は、一般に被覆及び被覆された物品に関し、特に耐久性を向上させるトップコート（ｔｏｐｃｏａｔ）を有する太陽光調節被覆を有する被覆、及びそれで被覆された物品に関する。
太陽光調節被覆は、建物、乗り物、及び他の構造物中に入る太陽輻射線の量を調節するために知られている。これらの太陽光調節被覆は、選択された電磁波を遮断又は反射することができ、加熱及び／又は冷却のコストを減少するのに役立たせることができる。
慣用的太陽光調節被覆は、二つの誘電体層の間に配置された赤外線反射性金属層を含むのが典型的である。慣用的誘電体層は、金属酸化物を含むのが典型的である。チタニアのような薄い保護性外側被覆が、下にある層を化学的及び機械的損傷から保護するのに役立つように、最も外側の誘電体層を覆って堆積されている。既知の太陽光調節被覆の例は、米国特許第４，６１０，７７１号、第４，７１６，０８６号、及び第４，８９８，７８９号明細書に記載されている。
太陽光調節被覆で被覆されたガラス基体のような被覆された基体は、積層又は非積層物品で用いることができる。積層物品の一例は、慣用的自動車風防ガラスである。非積層物品の一例は、慣用的建築窓である。既知の太陽光調節被覆は、被覆された物品の太陽光調節性を修正するそれらの意図する目的によく適している。
しかし、従来の太陽光調節被覆は、慣用的保護性外側被覆を有する場合でも、取扱い中機械的又は化学的損傷を受け易いことがある。保護性外側被覆の厚さを増大することにより、慣用的太陽光調節被覆積層体の機械的及び／又は化学的耐久性を増大することはできるであろうが、そのような厚さの増大は、物品の反射性、透過性、又は放射性のような被覆物品の他のパラメーターに影響を与えることもあり、被覆物品の透過特性、太陽光調節能性特性、及び美的外観を著しく変化させることがある。このことは、透過性及び／又は反射性のような太陽光調節性が行政条例に合うように調節される自動車の分野で用いることを目的とした被覆ガラス物品の場合には、不利になるであろう。更に、保護性外側被覆の厚さを増大すると、曲げ、アニール、強化、又は積層処理に悪影響を与えるように、被覆物品の処理パラメーターにも悪影響を与えるであろう。
太陽光調節を目的としていない被覆積層体が知られている。例えば、慣用的カメラレンズは、高屈折率及び低屈折率の材料の一連の層から構成された反射防止被覆を含むのが典型的である。これらの層は写真を撮るとき、可視光の反射を減少する。これらの反射防止レンズ被覆は、可視光反射を減少するそれらの意図する目的には適切であるが、それらは赤外線反射性金属層を持たず、従って、太陽光調節性は殆ど又は全く与えない。慣用的太陽光調節被覆積層体に慣用的レンズ被覆を追加することは考えられるかも知れないが、そのような組合せは、得られる被覆積層体が自動車透明体及び建築透明体のような太陽光調節物品に典型的に要求される光学的及び／又は太陽光反射特性を満足しないであろう。
従って、太陽光調節性のみならず、被覆積層体の太陽光調節及び／又は美的性質に悪影響を与えることなく、向上した耐久性を有する被覆積層体を与えることが有利であろう。
被覆は、少なくとも一つの金属層を含む太陽光調節被覆のような機能性被覆を含む。トップコートを、機能性被覆の少なくとも一部分を覆って形成する。トップコートは、５５０ｎｍの基準波長に関して０．５の１／４波長光学的厚さ（Ｑｕａｒｔｅｒ Ｗａｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）（ＱＷＯＴ）から１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さ及び第一屈折率を有する第一トップコート層、及び５５０ｎｍの基準波長に関して０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さ及び前記第一屈折率とは異なる第二屈折率を有する第二トップコート層を含む。一つの非限定的態様として、第一トップコート層又は第二トップコート層の一方は、アルミニウム、珪素、イットリウム、錫、及びそれらの混合物の酸化物から選択された少なくとも一種類の金属酸化物を含み、第一トップコート層又は第二トップコート層の他方が、チタン、ジルコニウム、ニオブ、ビスマス、タングステン、亜鉛、錫、及びそれらの混合物の酸化物から選択された少なくとも一種類の金属酸化物を含む。トップコートは、更に、０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さを有する第三トップコート層を含んでいてもよい。一つの非限定的態様として、第三トップコート層はシリカを含む。
別の被覆は、少なくとも一つの積層体反射性金属層を含む太陽光調節被覆のような機能性被覆を含む。その機能性被覆の少なくとも一部分を覆ってトップコートを形成する。トップコートは、前記機能性被覆の少なくとも一部分を覆って堆積した第一トップコート層と、前記第一トップコート層の少なくとも一部分を覆って堆積した第二トップコート層を含む。第一トップコート層の屈折率は、第二トップコート層の屈折率とは、０．２〜１の範囲の値だけ異なることができる。
被覆した物品は、基体、及びその基体の少なくとも一部分を覆って堆積した上で定義した被覆を含む。
別の被覆物品は、基体及びその基体の少なくとも一部分を覆って堆積した被覆含む。その被覆は：（ａ）第一金属酸化物層、第二金属酸化物層、及び前記第一金属酸化物層と前記第二金属酸化物層との間に配置された赤外線反射性金属層を含む官能性被覆、及び（ｂ）前記官能性被覆を覆って形成された、第一トップコート層と第二トップコート層を含むトップコート；を含み、然も、第一トップコート層が、５５０ｎｍの基準波長に関して０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、（ｉ）２に等しいか又はそれより小さいか、又は（ｉｉ）２より大きい第一屈折率を有し、前記第二トップコート層が、５５０ｎｍの基準波長に関して０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、（ｉ）第一屈折率が２に等しいか又はそれより小さい場合、２より大きいか、又は（ｉｉ）第一屈折率が２より大きい場合、２に等しいか又はそれより小さい第二屈折率を有する。
好ましい態様についての説明
ここで用いられる、「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「より上に（ａｂｏｖｅ）」、「より下に（ｂｅｌｏｗ）」、等のような空間又は方向的用語は、図面に示されているような本発明に関する。しかし、本発明は、種々の別な配位を取ることもでき、従ってそのような用語は限定するものとして考えるべきではないことを理解すべきである。更に、本明細書及び特許請求の範囲の範囲で用いられている大きさ、物理的特徴、等を表現する全ての数字は、どの場合でも用語「約」によって修正できるものとして理解すべきである。従って、反対のことが指示されていない限り、次の明細書及び特許請求の範囲中に記載された数値は、本発明によって得られるように求められる希望の性質に依存して変化させることができる。最低限、特許請求の範囲と同等の教義の適用を制限しようとする意図としてではなく、各数値パラメーターは、少なくとも、多数の報告された重要な数値を参照し、通常の端数を丸める方法を適用することにより得られたものと見做すべきである。更に、ここに記載した多くの範囲は、その中に含まれるどのような小さい範囲でも全て包含されるものと理解すべきである。例えば、「１〜１０」と述べた範囲は、１の最小値と１０の最大値の間に入る（それらの数値をも含めて）どのような小さい範囲でも全て包含するものと考えるべきである。即ち、１以上の最小値で始まり、１０以下の最大値で終わる全ての小範囲、例えば幾つかを挙げるとすれば、１〜３．７、５．５〜１０、或は６．５〜９．５のような範囲が含まれる。ここで用いられる用語、「を覆って堆積した（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｖｅｒ）」、「を覆って適用した（ａｐｐｌｉｅｄ ｏｖｅｒ）」、或は「を覆って形成した（ｆｒｏｍｅｄ ｏｖｅｒ）」、とは、上ではあるが、必ずしも表面と接触しないで堆積、適用、或は形成されていることを意味する。例えば、基体「を覆って堆積した」材料とは、堆積した材料と基体との間に位置する同じか又は異なる組成物の一つ以上の他の材料が存在することを排除するものではない。更に、ここで言及する文献は、全て参考のため全体的に入れてあるものと理解されたい。用語「可視領域」又は「可視光」とは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長の電磁波を指す。用語「赤外領域」又は「赤外線」とは、７００ｎｍより大きく、１００，０００ｎｍまでの範囲の波長を有する電磁波を指す。用語「紫外領域」又は「紫外線」とは、３００ｎｍ〜４００ｎｍ未満の範囲の波長を有する電磁波エネルギーを意味する。用語「フイルム」とは、希望の又は選択された組成を有する被覆の領域を指す。「層」は、一つ以上の「フイルム」を含む。「被覆」又は「被覆積層体」とは、一つ以上の「層」から構成されている。ここでの１／４波長光学的厚さの値は、全て５５０ｎｍの基準波長に対して決定されている。
ここで用いられる、「内側（ｉｎｎｅｒ）」、「外側（ｏｕｔｅｒ）」、「より上に（ａｂｏｖｅ）」、「より下に（ｂｅｌｏｗ）」、等のような空間又は方向的用語は、図面に示されているような本発明に関する。しかし、本発明は、種々の別な配位を取ることもでき、従ってそのような用語は限定するものとして考えるべきではないことを理解すべきである。更に、本明細書及び特許請求の範囲の範囲で用いられている大きさ、物理的特徴、等を表現する全ての数字は、どの場合でも用語「約」によって修正できるものとして理解すべきである。従って、反対のことが指示されていない限り、次の明細書及び特許請求の範囲中に記載された数値は、本発明によって得られるように求められる希望の性質に依存して変化させることができる。最低限、特許請求の範囲と同等の教義の適用を制限しようとする意図としてではなく、各数値パラメーターは、少なくとも、多数の報告された重要な数値を参照し、通常の端数を丸める方法を適用することにより得られたものと見做すべきである。更に、ここに記載した多くの範囲は、その中に含まれるどのような小さい範囲でも全て包含されるものと理解すべきである。例えば、「１〜１０」と述べた範囲は、１の最小値と１０の最大値の間に入る（それらの数値をも含めて）どのような小さい範囲でも全て包含するものと考えるべきである。即ち、１以上の最小値で始まり、１０以下の最大値で終わる全ての小範囲、例えば幾つかを挙げるとすれば、１〜３．７、５．５〜１０、或は６．５〜９．５のような範囲が含まれる。ここで用いられる用語、「を覆って堆積した（ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｖｅｒ）」、「を覆って適用した（ａｐｐｌｉｅｄ ｏｖｅｒ）」、或は「を覆って形成した（ｆｒｏｍｅｄ ｏｖｅｒ）」、とは、上ではあるが、必ずしも表面と接触しないで堆積、適用、或は形成されていることを意味する。例えば、基体「を覆って堆積した」材料とは、堆積した材料と基体との間に位置する同じか又は異なる組成物の一つ以上の他の材料が存在することを排除するものではない。更に、ここで言及する文献は、全て参考のため全体的に入れてあるものと理解されたい。用語「可視領域」又は「可視光」とは、４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長の電磁波を指す。用語「赤外領域」又は「赤外線」とは、７００ｎｍより大きく、１００，０００ｎｍまでの範囲の波長を有する電磁波を指す。用語「紫外領域」又は「紫外線」とは、３００ｎｍ〜４００ｎｍ未満の範囲の波長を有する電磁波エネルギーを意味する。用語「フイルム」とは、希望の又は選択された組成を有する被覆の領域を指す。「層」は、一つ以上の「フイルム」を含む。「被覆」又は「被覆積層体」とは、一つ以上の「層」から構成されている。ここでの１／４波長光学的厚さの値は、全て５５０ｎｍの基準波長に対して決定されている。
本発明の特徴を組込んだ被覆物品１０の例が、図１に示してある。物品１０は、少なくとも一つの主要表面を有する基体１２を含む。本発明のハイブリッド被覆１４は、基体１２の少なくとも一部分を覆って形成することができる。図１に例示した態様では、ハイブリッド被覆１４は、基体１２の少なくとも一部分を覆って、例えば、主要表面の少なくとも一部分を覆って形成された少なくとも一つの機能性被覆１６及び前記機能性被覆１６の少なくとも一部分を覆って形成された本発明の反射防止性トップコート１８を含む。物品１０は、図１に示したように、一体的（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）物品にすることができる。「一体的」とは、単一構造の基体又は主要層（ｐｒｉｍａｒｙ ｐｌｙ）を有することを意味する。「主要層」とは、主要な支持体又は構造部材を意味する。或は、図２に関して記述するように、本発明は、積層物品を形成するように実施することができる。
本発明の広義の実施法として、基体１２はどのような希望の形状、例えば、長さ、幅、形、又は厚さのものでもよく、どのような希望の特性を持つ、例えば、可視光に対し不透明、半透明、又は透明であるような、どのような希望の材料からなっていてもよい。「透明」とは、０％より大きく、１００％までの、基体を通る可視光透過率を有することを意味する。「半透明」とは、電磁波エネルギー（例えば、可視光）が基体を通過するが、見る人の側とは反対の基体側にある目的物がはっきりとは見えない位にそのエネルギーを拡散させることを意味する。「不透明」とは、可視光透過率が０．００１％より小さいことを意味する。適当な基体の例には、プラスチック基体〔例えば、ポリアクリレートのようなアクリル重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート等のようなポリアルキルメタクリレート；ポリウレタン；ポリカーボネート；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のようなポリアルキルテレフタレート；ポリシロキサン含有重合体；又はそれらを製造するための単量体の共重合体、又はそれらの混合物〕；金属基体、例えば、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、及びアルミニウム（それらに限定されるものではない）；セラミック基体；タイル基体；ガラス基体；ハァイバーガラス基体；それらのいずれかの混合物又は組合せ；が含まれるが、それらに限定されるものではない。例えば、基体は、慣用的無色ソーダ・石灰・シリカガラス、即ち、「透明ガラス」でもよく、或は有色又は他の仕方で着色したガラス、硼珪酸塩ガラス、鉛ガラス、強化ガラス、非強化ガラス、アニールしたガラス、又は熱強化ガラスにすることができる。ガラスはどのような種類のものでもよく、例えば、慣用的フロート法ガラス又は平板ガラスでもよく、どのような光学的性質、例えば、可視光透過率、紫外線透過率、赤外線透過率、及び／又は全太陽エネルギー透過率のどのような値でも、それらを持つどのような組成物からなっていてもよい。典型的な自動車用ガラスは、ブルー、グリーン、ブロンズ、グレイのような色をもっていてもよく、それらのガラスの例には、ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＰＧインダストリーズ社（ＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）から、ソレックス（Ｓｏｌｅｘ）（登録商標名）ガラス、ソーラーグリーン（Ｓｏｌａｒｇｒｅｅｎ）（登録商標名）ガラス、ソレクストラ（Ｓｏｌｅｘｔｒａ）（登録商標名）ガラス、及びビスタグレイ（ＶｉｓｔａＧｒａｙ）（商標名）ガラスの名前で市販されているガラスが含まれるが、それらに限定されるものではない。ガラスは、非強化ガラス、熱処理ガラス、又は熱強化ガラスにすることができる。ここで用いられる用語「熱処理」とは、ガラスを曲げ、又はアニール、又は強化するのに充分な温度に加熱されていることを意味する。用語「熱強化」とは、アニールされ、強化され、又は少なくともある程度強化されていることを意味する。本発明に対する限定ではないが、本発明の実施に適したガラスの例は、米国特許第４，７４６，３４７号、第４，７９２，５３６号、第５，２４０，８８６号、第５，３８５，８７２号、及び第５，３９３，５９３号明細書に記載されている。
本発明を特別に実施した一つとして、基体１２はガラスであるか、又はガラスを含み、それは、平らなガラス又は窓ガラスのシートようなガラスシートであるが、それらに限定されるものではない。慣用的自動車透明体として、ガラス基体は、典型的には１０ｍｍまでの厚さ、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の厚さ、例えば約１０ｍｍ未満の厚さ、例えば１ｍｍ〜５ｍｍの厚さ、例えば１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ、例えば１．６ｍｍ〜２．３ｍｍの範囲にすることができる。基体１２は、平らな基体でもよく、或は成形、曲げ、又は湾曲したものでもよい。用語「平らな基体」とは、例えば、慣用的フロートガラス法によって製造された一枚の平らなガラスのように、本来単一の幾何学的平面内に横たわる基体を意味する。「成形した」又は「曲げた」とは、平らでない基体を意味する。
上で述べた如く、機能性被覆１６は、基体１２の少なくとも一部を覆って形成することができる。「機能性被覆」とは、基体の上に堆積され、その基体の一つ以上の物理的又は光学的性質、例えば、光学的、熱的、化学的、又は機械的性質を変え、後の処理中に基体から完全に除去することは意図されていない被覆を意味する。機能性被覆１６は、同じか又は異なる組成又は機能性を持つ一つ以上の機能性被覆フイルム又は層を有することができる。
機能性被覆１６は、例えば、米国特許第５，６５３，９０３号及び第５，０２８，７５９号明細書に記載されているような加熱可能な窓を作るのに用いられる電気伝導性被覆であるか、又はアンテナとして用いられる単一フイルム又は多層フイルム被覆にすることができる。同様に、機能性被覆１６は、太陽光調節被覆にすることができる。ここで用いられている用語「太陽光調節被覆（ｓｏｌａｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏａｔｉｎｇ）」及び／又は「低放射率被覆（ｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ ｃｏａｔｉｎｇ）」とは、被覆物品１０から反射するか且つ／又はそれを通過する太陽輻射線、例えば、可視光、赤外（ＩＲ）線、又は紫外（ＵＶ）線の遮光係数及び／又は量（それらに限定されるものではない）のような、被覆物品の太陽光に対する性質に影響を与える一つ以上の層又はフイルムから構成された被覆を指す。太陽光調節被覆は、ＩＲ、ＵＶ、及び／又は可視スペクトル（それらに限定されるものではない）のような太陽スペクトルの選択された部分を遮蔽、吸収、又は濾波（ｆｉｌｔｅｒ）することができる。本発明の実施で用いることができる太陽光調節被覆の例は、米国特許第４，８９８，７８９号、第５，８２１，００１号、第４，７１６，０８６号、第４，６１０，７７１号、第４，９０２，５８０号、第４，７１６，０８６号、第４，８０６，２２０号、第４，８９８，７９０号、第４，８３４，８５７号、第４，９４８，６７７号、第５，０５９，２９５号、及び第５，０２８，７５９号明細書及び米国特許出願Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．０９／０５８，４４０及びＮｏ．６０／３５５，９１２に見出されるが、それらに限定されるものではない。
機能性被覆１６は、被覆物品の放射性に影響を与えることができ、即ち、低放射率被覆にすることができることは、当業者には認められている通りである。低放射率被覆は、短波長エネルギー、例えば可視又は紫外線エネルギーは被覆を透過できるが、一層長い波長のエネルギー、例えば赤外線エネルギーは反射する。「低放射率（ｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）」とは、０．４より小さい放射率、例えば０．３より小さく、例えば０．２より小さく、例えば０．１より小さく、例えば０．０５に等しいか又はそれより小さい放射率を意味する。放射率が低くなるほど、反射される赤外波長のエネルギーは多くなる。低放射率被覆の例は、米国特許第４，９５２，４２３号及び第４，５０４，１０９号、及び英国特許ＧＢ２，３０２，１０２に見出されるが、それらに限定されるものではない。
機能性被覆１６は、可視光に対し透明である誘電体又は反射防止性材料、例えば、金属酸化物、金属合金の酸化物、又はドープした金属酸化物及び／又はドープした金属合金を含む一つ以上の反射防止性被覆フイルムを含むことができる。機能性被覆１６は、反射性金属、例えば、金のような貴金属、銅、又は銀、又はそれらの組合せ又は合金を含む一つ以上の赤外線反射性フイルムを含むこともでき、更に、金属反射性層（単数又は複数）を覆って且つ／又はその下に位置する、チタン、ニッケル、クロム、ニッケル・クロム合金、ニオブ、ジルコニウム、又は当分野で知られている他の下地のような、一つ以上の下地フイルム又は障壁フイルムを含むことができる。本発明で用いるのに適した機能性被覆１６の例は、ペンシルバニア州ピッツバーグのＰＰＧインダストリーズ社から、被覆のサンゲート（ＳＵＮＧＡＴＥ）（登録商標名）及びソーラーバン（ＳＯＬＡＲＢＡＮ）（登録商標名）系のものとして市販されている。
一つの実施として、機能性被覆１６は、図１に示したように、一つ以上の被覆ユニット２６を含むことができる。被覆ユニット（単数又は複数）２６は、第一誘電体層２８、赤外線反射性金属層３０、下地層３２、及び第二誘電体層３４を含むことができる。第一及び／又は第二誘電体層２８、３４、及び反射性金属層３０は、上に記載した一般的材料のいずれからなっていてもよく、どのような希望の厚さのものでもよい。機能性被覆１６は、一つの被覆ユニット２６を含んでいてもよく、或は基体１２を覆って形成された複数の被覆ユニット２６を含んでいてもよい。
機能性被覆１６は、慣用的物理的蒸着（ＰＶＤ）、又は化学蒸着（ＣＶＤ）法のようなどのような慣用的方法によって基体１２を覆って堆積してもよい。適当な堆積法には、噴霧熱分解、ゾル・ゲル法、電子ビーム蒸着、又は真空スパッタリング、例えば、マグネトロンスパッター蒸着（ＭＳＶＤ）が含まれるが、それらに限定されるものではない。一つの態様として、機能性被覆１６は、ＭＳＶＤにより蒸着することができる。ＭＳＶＤ被覆装置及び方法の例は、当業者によってよく理解されるであろうが、例えば、米国特許第４，３７９，０４０号、第４，８６１，６６９号、第４，８９８，７８９号、第４，８９８，７９０号、第４，９００，６３３号、第４，９２０，００６号、第４，９３８，８５７号、第５，３２８，７６８号、及び第５，４９２，７５０号明細書に記載されている。
一つの特別な態様として、誘電体層２８及び／又は３４の一方又は両方は、反射防止性材料及び／又は誘電体材料の一つ以上のフイルムを含むことができ、それら材料は、例えば、金属酸化物、金属合金の酸化物、窒化物、酸窒化物、又はそれらの混合物であるが、それらに限定されるものではない。誘電体層は可視光に対し透明にすることができる。適当な金属酸化物の例には、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブ、亜鉛、ビスマス、鉛、インジウム、錫、及びそれらの混合物の酸化物が含まれるが、それらに限定されるものではない。これらの金属酸化物は、酸化ビスマス、インジウム錫酸化物等の中のマンガンのように、他の物質（例えば、ドーパント）を少量含んでいてもよい。更に、金属合金又は金属混合物の酸化物を用いることができ、例えば、亜鉛と錫とを含む酸化物（例えば、錫酸亜鉛）、インジウム錫合金の酸化物、珪素窒化物、珪素アルミニウム窒化物、酸窒化物、又はアルミニウム窒化物を用いることができる。更に、ドープした金属酸化物又はドープした金属合金酸化物、例えば、アンチモン又はインジウムをドープした錫酸化物、或はニッケル又は硼素をドープした珪素酸化物、或は錫をドープした亜鉛酸化物を用いることができるが、それらに限定されるものではない。誘電体層２８、３４は、金属合金酸化物フイルム、例えば、錫酸亜鉛のような実質的に単一相のフイルムでもよく、或は亜鉛と錫の酸化物から構成された相の混合物でもよく、或は複数の金属酸化物フイルムから構成されていてもよく、例えば、米国特許第５，８２１，００１号、第４，８９８，７８９号、及び第４，８９８，７９０号明細書に開示されているものにすることができるが、それらに限定されるものではなく、或はドープした金属酸化物フイルム又はドープした金属合金酸化物フイルムにすることができる。
一つの態様として、第一誘電体層２８は、５００Åに等しいか又はそれより小さく、例えば、４００Åに等しいか又はそれより小さく、例えば、２８０Åに等しいか又はそれより小さい全厚さを持つことができる。例えば、金属合金酸化物フイルム２８は、１００Å〜５００Åの範囲、例えば、１５０Å〜４００Å、例えば、２００Å〜４００Åの範囲の厚さを持つことができる。反射性層３０は、ＩＲ反射性金属、例えば、金、銅、銀、又はそれらの混合物、合金、又は組合せでもよいが、それらに限定されるものではなく、５０Å〜２００Å、例えば、７５Å〜１５０Åの範囲の厚さ、例えば、１００Åの厚さを持つことができる。本発明の一つの特別な態様として、ＩＲ反射性層３０は、銀を含む。金属合金酸化物フイルム２８、３４は、夫々亜鉛／錫合金酸化物を含んでいてもよい。亜鉛／錫合金は、１０重量％〜９０重量％の亜鉛、９０重量％〜１０重量％の錫の割合で亜鉛と錫とを含むことができる。本発明で用いられる一つの適当な金属合金酸化物は、錫酸亜鉛である。「錫酸亜鉛」とは、ＺｎｘＳｎ１−ｘＯ２−ｘ（式１）（式中、ｘは０より大きく、１より小さい範囲で変動する）の組成物を意味する。例えば、数ｘは、０より大きくすることができ、０より大きく、数１までの間のどのような分率又は小数でもよい。例えば、ｘ＝２／３である場合、式１は、Ｚｎ２／３Ｓｎ１／３Ｏ４／３になり、これは一層一般的には「Ｚｎ２ＳｎＯ４」として記述される。錫酸亜鉛含有フイルムは、フイルム中の主要な量として式１の形のものを一種類以上含む。金属酸化物フイルムは、酸化亜鉛のような亜鉛含有フイルムを含むことができる。酸化亜鉛フイルムは、付随するカソードのスパッター特性を改良するため他の材料を含んでいてもよく、例えば、酸化亜鉛は、０〜２０重量％の錫、例えば、０〜１５重量％の錫、例えば、０〜１０重量％の錫を含んでいてもよい。
下地フイルム３２は、スパッター処理中、反射性層３０の劣化又は酸化を防ぐため、蒸着処理中犠牲になることができるチタンのような酸素捕捉材料にすることができる。酸素捕捉性材料は、反射性層３０の材料より前に酸化するように選択することができる。
ハイブリッド被覆１４は、更に、機械的及び化学的侵食に対し保護を与えるのに役立たせるため、保護性被覆又はトップコート１８を含む。図１に示したように、一体的物品１０の場合、トップコート１８は、第一トップコート層４０、第二トップコート層４２、及び第三トップコート層４４を含む。このように、典型的には薄い単一部品フイルムである慣用的保護性外側被覆とは異なり、本発明のトップコート１８は多層構造を有する。しかし、慣用的レンズ被覆とは異なり、トップコート１８の層の数は遥かに少ない。
一つの態様として、第一トップコート層４０は、低屈折率を有し、第二トップコート層４２が高屈折率を有し、第三トップコート層４４が低屈折率を有するようにすることができる。「低屈折率」とは、「高屈折率」材料の屈折率よりも小さな屈折率を有する材料を意味する。即ち、用語「低」及び「高」とは、トップコート層のために選択された材料に関して相対的な用語であるものとする。例えば「低屈折率」材料は、２以下の屈折率を持つことができるが、それは限定的なものとして考えるべきではない。幾つかの適当な材料の例には、アルミニウム、珪素、イットリウム、錫、又はそれらの混合物又は組合せを含む酸化物が含まれるが、それらに限定されるものではない。「高屈折率」材料は、低屈折率材料の屈折率よりも大きな屈折率を有する。例えば、高屈折率材料は、２より大きな屈折率を持つことができる。幾つかの適当な材料の例には、チタン、ジルコニウム、ニオブ、ビスマス、タングステン、亜鉛、錫、又はそれらの混合物又は組合せを含む酸化物が含まれるが、それらに限定されるものではない。一つの非限定的態様として、第一トップコート層４０がシリカを含み、第二トップコート層４２が酸化亜鉛を含み、第三トップコート層４４がシリカを含む。上で述べたように、トップコート層の幾つかは、例えば、それらを堆積させるためのカソードの伝導度を増大するために与えられた少量の他の物質、例えば、ドーパントを含んでいてもよい。これらの他の物質には、幾つかを挙げれば、アルミニウム、珪素、及び／又は錫の一種類以上が含まれる。隣り合った低屈折率材料と高屈折率材料は、少なくとも０．２の屈折率差を持つことができる。「屈折率差」とは、二つの隣接するトップコート層の屈折率の差を意味する。例えば、屈折率差は、０．２〜１、例えば、０．２〜０．６の範囲内、例えば、０．４にすることができる。別法として、第一トップコート層４０が高屈折率材料を含み、第二トップコート４２が低屈折率材料を含み、場合による第三トップコート層４４が高屈折率材料を含むことができる。
一つ以上のトップコート層が、それらを堆積するためのカソードの伝導度を増大するためにドーパントを含んでいてもよい。例えば、一つ以上のトップコート層は、アルミニウムをドープした、例えば、０．１重量％〜２５重量％のアルミニウム、例えば、５重量％〜２０重量％のアルミニウム、例えば、１０重量％〜２０重量％のアルミニウム、例えば、１０重量％のアルミニウムをドープしたシリカを含んでいてもよい。更に非限定的例として、一つ以上のトップコート層は、錫をドープした、例えば、１重量％〜１５重量％の錫、例えば、２重量％〜１０重量％の錫、例えば、５重量％の錫をドープした酸化亜鉛を含んでいてもよい。
トップコート層４０、４２、及び４４は、どのような希望の厚さになっていてもよい。しかし、一つの特別な態様として、第一トップコート層４０及び第二トップコート層４２は、５５０ｎｍの基準波長に関して約１の１／４波長光学的厚さ（即ち、１ ＱＷＯＴ）の厚さを有し、第三トップコート層４４が１より小さなＱＷＯＴを持つことができる。当業者には認められるように、ここで用いられる、材料の「光学的厚さ」とは、材料の厚さを材料の屈折率で割ったものとして定義する。例えば、５５０ｎｍの基準波長に関して２の屈折率を有する材料の１の１／４波長光学的厚さ（ＱＷＯＴ）は、０．２５×（５５０ｎｍ÷２）になり、それは６８．７５ｎｍに等しくなる。別の例として、５５０ｎｍの基準波長に関して、１．７５の屈折率を有する材料の０．３３ＱＷＯＴは、０．３３×［０．２５×（５５０ｎｍ÷１．７５）］、即ち２５．９３ｎｍに等しくなるであろう。逆に言えば、２．２の屈折率を有し、５０ｎｍの厚さを有する材料は、５５０ｎｍの波長に基づき、［（５０ｎｍ÷５５０ｎｍ）×２．２］÷０．２５、即ち、０．８ＱＷＯＴになるであろう。二つの材料の１／４波長光学的厚さが同じになっても、それら材料の屈折率が異なれば、それら層の実際の物理的厚さが異なることがあることは認められるであろう。次の論述で、ＱＷＯＴ値は、５５０ｎｍの基準波長に関して定義されたものである。
別の態様として、第一トップコート層４０は、０．１〜１、例えば、０．５〜０．６の範囲のＱＷＯＴを有することができる。第二トップコート層４２は、０．５〜１．５、例えば、１〜１．５、例えば、１．２〜１．４の範囲のＱＷＯＴを持つことができる。第三トップコート層４４は、０．５〜１、例えば、０．６〜０．８の範囲のＱＷＯＴを有することができる。
一つの特別な態様として、ハイブリッド被覆１４は、０．１〜１、例えば、０．２〜０．７の範囲のＱＷＯＴを有する、亜鉛と錫の合金、例えば、錫酸亜鉛を含む第一フイルムを含む第一誘電体層２８を有する機能性被覆１６を含むことができる。第一誘電体層２８は、第一フイルムを覆って形成された第二フイルムも含むことができる。一つの態様として、第二フイルムは酸化亜鉛を含む。必要なことではないが、酸化亜鉛第二フイルムに、他の材料、例えば、１重量％〜１０重量％の錫、例えば、２重量％〜７重量％の錫、例えば、５重量％の錫をドープしてもよい。第二フイルムは０．０１〜１、例えば、０．０５〜０．５、例えば、０．１〜０．１５の範囲のＱＷＯＴを持つことができる。ＩＲ反射性層３０は銀を含み、０．００５ＱＷＯＴ〜０．１ＱＷＯＴ、例えば、０．００７ＱＷＯＴ〜０．０３ＱＷＯＴ、例えば、０．０１ＱＷＯＴ〜０．０１５ＱＷＯＴの範囲の厚さ、例えば、０．０１２５ＱＷＯＴの厚さを持つことができる。下地３２はチタニアにすることができ、０．０１ＱＷＯＴ〜０．０６ＱＷＯＴ、例えば、０．０２ＱＷＯＴ〜０．０４ＱＷＯＴの範囲の厚さ、例えば、０．０３ＱＷＯＴの厚さを持つことができる。第二誘電体層３４は、錫、例えば、１重量％〜１０重量％の錫、例えば、２重量％〜７重量％の錫、例えば、５重量％の錫をドープした酸化亜鉛を含む第一フイルムを含むことができる。第一フイルムは、０．０５ＱＷＯＴ〜０．５ＱＷＯＴ、例えば、０．１ＱＷＯＴ〜０．１５ＱＷＯＴの範囲の厚さを持つことができる。第二誘電体フイルムを、第一フイルムを覆って形成することができる。第二フイルムは、錫酸亜鉛のような亜鉛錫合金を含むことができ、０．１〜１．５ＱＷＯＴ、例えば、０．２〜１ＱＷＯＴの範囲の厚さを持つことができる。
例として、ハイブリッド被覆１４は、更に、０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴ、例えば、０．８ＱＷＯＴ〜１．３ＱＷＯＴ、例えば、０．９ＱＷＯＴ〜１．２ＱＷＯＴの範囲の厚さ、例えば、１ＱＷＯＴの厚さを有するシリカを含む第一トップコート層を有するトップコート１８を含む。第二トップコート層４２は、酸化錫を含むことができ、０．０５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴ、例えば、０．０８ＱＷＯＴ〜１．３ＱＷＯＴ、例えば、０．０９ＱＷＯＴ〜１．２ＱＷＯＴの範囲の厚さ、例えば、１ＱＷＯＴの厚さを持つことができる。第三トップコート層４４は、シリカを含むことができ、０．１ＱＷＯＴ〜１ＱＷＯＴ、例えば、０．２ＱＷＯＴ〜０．９ＱＷＯＴ、例えば、０．３ＱＷＯＴ〜０．８ＱＷＯＴ、例えば、０．４ＱＷＯＴ〜０．８ＱＷＯＴ、例えば、０．５ＱＷＯＴ〜０．８ＱＷＯＴ、例えば、０．６ＱＷＯＴ〜０．８ＱＷＯＴの範囲の厚さ、例えば、０．７ＱＷＯＴの厚さを持つことができる。
積層物品５０が図２に示されている。積層物品５０では、被覆基体１２を、慣用的接着性層５４により別の基体５２に積層することができる。基体５２は、基体１２に関して上で述べた材料のいずれからなっていてもよく、基体１２と同じでも、又は異なっていてもよい。接着性層５４は、一種類以上のプラスチック、又は重合体材料、例えば、ポリビニルブチラール、可塑化ポリ塩化ビニル、又はポリエチレンテレフタレートを含む多層熱可塑性材料を含むことができる。適当な接着性材料は、米国特許第４，２８７，１０７号、及び第３，７６２，９８８号明細書に記載されている。自動車用の目的では、接着性層５４は、典型的には、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲の厚を有するポリビニルブチラールである。機能性被覆１６は、上に記載したものと同じでもよい。しかし、最も外側のトップコート層４４（図１に示されている）は、積層物品５０の場合、省略することができる。
本発明を次の例で例示するが、それらは本発明をその特別に開示した詳細な点に限定するものと考えるべきではない。
例１
この例は、本発明のトップコートを有する一つの銀層太陽光調節被覆及び本発明のトップコートを持たないものとの太陽光反射性を例示している。
この例は、本発明のトップコートを有する一つの銀層太陽光調節被覆及び本発明のトップコートを持たないものとの太陽光反射性を例示している。
表１は、一つの銀赤外線反射性層を有する太陽光調節被覆の層構造を示す。第一誘電体層は、二つの誘電体フイルム（１及び２）を含む。第一誘電体フイルム（フイルム１）は錫酸亜鉛を含むが、第二誘電体（フイルム２）は錫をドープした酸化亜鉛を含む。錫は、その層を堆積するためのスパッターカソードが、その亜鉛カソードのスパッター特性を改良するためいくらかの錫を含んでいることによる。従って、第二誘電体フイルムは、主として酸化亜鉛であり、カソードからのいくらかの錫が、酸化亜鉛構造体中へ導入されたものとして、又は酸化錫として存在することもある。第二誘電体層は二つの誘電体フイルム（５及び６）を含む。第一誘電体フイルム（フイルム５）は、錫をドープした酸化亜鉛を含むのに対し、第二誘電体フイルム（フイルム６）は、錫酸亜鉛を含む。
表２は、同様な被覆であるが、本発明のトップコート（フイルム７、８、及び９）も組込んだ構造体を示している。トップコートは、アルミナも僅かに含むシリカの第一トップコート層を含む。アルミナは、珪素スパッター・ターゲット中にアルミニウムが存在していたことにより存在している。第二トップコート層は、錫を僅かに含む酸化亜鉛を含む。第三トップコート層は、アルミナを僅かに含むシリカを含む。
図３は、表１の被覆（曲線８０）及び表２の被覆（曲線８２）についての反射率％対波長を示している。図３に示した反射率値は、ニュージャージー州プリンストンのＦＴＧソフトウェアー・アソシエーツ（ＦＴＧ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）から市販されているフイルムスター・デザイン（ＦｉｌｍＳｔａｒ ＤＥＳＩＧＮ）・ソフトウェアーを用いて計算した。図３に示されているように、曲線８２のハイブリッド被覆は、本発明のトップコートを持たない曲線８０の被覆よりも、スペクトルの近赤外領域で実質的に一層よい太陽光反射率を有する。ハイブリッド被覆は、電磁波スペクトルの可視領域に隣接した太陽光近赤外領域で増大した太陽光赤外反射率の領域を与えている。そのような増大した赤外反射性領域は、単に多層トップコートを追加するだけでは予想されなかったものである。従って、本発明による低屈折率材料及び高屈折率材料を有するトップコートを使用することは、そのトップコートを持たない同様な機能性被覆と比較して、太陽光調節性能を改良していることが明らかである。更に、本発明のトップコートは、既知の技術による慣用的一層薄いチタニア被覆と比較して、改良された機械的及び／又は化学的耐久性を与えるものと予想することができる。
例２
この例は、二つの銀赤外反射性金属層を有する機能性被覆について、本発明のトップコートの効果を例示している。
この例は、二つの銀赤外反射性金属層を有する機能性被覆について、本発明のトップコートの効果を例示している。
二つの赤外反射性銀層を有する被覆積層体を、表３に記載する。
本発明のトップコートを有する同様な被覆を表４に示す。
両方の被覆で、誘電体層の厚さは、
（数１）
Ｌ★＝２５．８５、 ａ★＝−１．００、 及び ｂ★＝−２．００
Ｌ★＝２５．８５、 ａ★＝−１．００、 及び ｂ★＝−２．００
の反射色を有するフイルムを生ずるように調節されていた。
表３及び４に示した被覆の太陽光反射性は、図４に描かれている。その図から分かるように、本発明のトップコートを有する被覆（曲線８４）は、本発明のトップコートのない被覆（曲線８６）と比較して近赤外領域で改良された太陽光反射性を示している。
上の記載で開示した概念から離れることなく、本発明に修正を加えることができることは当業者には容易に認められるであろう。従って、ここに詳細に記述した特別の態様は、単に例示のためであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらと同等のあらゆるものの全範囲に与えられるべきである。
Claims (10)
- 機能性被覆で：
第一金属酸化物層；
第二金属酸化物層；及び
前記第一金属酸化物層と第二金属酸化物層との間に配置した赤外線反射性金属層；
を含む機能性被覆；及び
前記機能性被覆の少なくとも一部分を覆って形成したトップコートで：
５５０ｎｍの波長に関して、０．５ １／４波長光学的厚さ（ＱＷＯＴ）〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、（ｉ）シリカ又は、（ｉｉ）酸化亜鉛又は酸化錫を含む第一トップコート層；及び
５５０ｎｍの波長に関して、０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、（ｉ）第一トップコート層がシリカを含む場合、酸化亜鉛又は酸化錫、（ｉｉ）第一トップコート層が酸化亜鉛又は酸化錫を含む場合、シリカを含む第二トップコート層；
を含むトップコート；
を含む被覆。 - ５５０ｎｍの波長に関して、０．５ＱＷＯＴ〜１ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、（ｉ）第二トップコート層が酸化亜鉛又は酸化錫を含む場合、シリカ、
（ｉｉ）第二トップコート層がシリカを含む場合、酸化亜鉛又は酸化錫を含む第三トップコート層を含む、請求項１に記載の被覆。 - 前記第一トップコート層と前記第二トップコート層とが、０．２〜１の範囲の屈折率差を有する、請求項１に記載の被覆。
- 金属層が、金、銅、銀、又はそれらの少なくとも一種類を含む混合物、合金、又は組合せの少なくとも一種類を含む、請求項１に記載の被覆。
- 第一金属酸化物層が、亜鉛、錫、又はそれらの合金又は混合物の少なくとも一種類の酸化物を含み、第二金属酸化物層が、亜鉛、錫、又はそれらの合金又は混合物の少なくとも一種類の酸化物を含み、金属層が銀を含む、請求項１に記載の被覆。
- 第三トップコート層が二酸化珪素を含む、請求項２に記載の被覆。
- 屈折率の差が０．２〜０．６の範囲にある、請求項３に記載の被覆。
- 基体；及び
前記基体の少なくとも一部分を覆って堆積した、請求項１に記載の被覆；
を含む被覆物品。 - 更に、第一基体に積層した第二基体を含む、請求項８に記載の被覆物品。
- 基体；
前記基体の少なくとも一部分を覆って堆積した被覆で：
第一誘電体金属酸化物層；
第二誘電体金属酸化物層；及び
前記第一誘電体金属酸化物層と第二誘電体金属酸化物層との間に配置した
赤外線反射性金属層；
を含む機能性被覆；及び
５５０ｎｍの波長に関して、０．５〜１．５ １／４波長光学的厚さ（ＱＷＯＴ）の範囲の厚さを有し、シリカを含む第一トップコート層；
５５０ｎｍの波長に関して、０．５ＱＷＯＴ〜１．５ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、酸化亜鉛又は酸化錫を含む第二トップコート層；及び
５５０ｎｍの波長に関して、０．５ＱＷＯＴ〜１ＱＷＯＴの範囲の厚さを有し、シリカを含む第三トップコート層；
を含むトップコート；
を含む被覆；
を含み、然も、前記第一誘電体金属酸化物層が錫酸亜鉛層上の酸化亜鉛層を含み、第二誘電体金属層が酸化亜鉛層上の錫酸亜鉛層を含み、前記赤外線反射性金属層が銀を含む、
被覆物品。
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