JP6616408B2 - 熱特性および金属製最終膜を有する積層体を備えた基板 - Google Patents

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Description

本発明は、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基板であり、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少なくとも一つの金属機能膜と少なくとも二つの反射防止コーティングを有し、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を有し、前記機能膜が、二つの反射防止コーティングの間に配置され、前記積層体が、前記面から最も離れた積層体の膜である最終膜をさらに有する基板に関する。
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、上に積層体が堆積されている基板の面から最も離れた膜である、積層体の最終膜の使用、および放射源、特に赤外放射源を使った、完全な薄膜積層体の処理の実施に関する。
特に国際公開第2010/142926号により、積層体の最終膜に吸収性膜を準備すること、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公知である。金属製最終膜の使用により、吸収を増大させること、および処理に必要な電力を低減させることが可能になる。最終膜が処理の際に酸化し透明になるため、処理後の積層体の光学特性は興味深いものである(高い光線透過率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、処理のために使用される放射源の不均質性、および/または速度が決して一定であることのない搬送システムの不完全性を理由として、特定の用途については完全に満足すべきものではない。
これは、目に見える光学的不均質性となって現れる(光線透過率/光線反射率および色の点から点の変動)。
本発明の目的は、単数または複数の機能膜を有する膜積層体の新しいタイプ、すなわち処理後に低いシート抵抗(つまり低い放射率)、高い光線透過率、ならびに外観の均質性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。
もう一つの重要な目的は、均質性をはるかに増した、透過および反射における外観を得ることを可能にすることである。
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少なくとも一つの金属機能膜と少なくとも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、前記積層体は、前記面から最も離れた積層体の膜である最終膜をさらに有する。積層体で覆われている基板は、前記最終膜が、0.1≦x/y≦2.4の比率を伴うSnxZnyの状態での亜鉛とスズから成り、0.5nmと5.0nmとの間に含まれこれらの値を含まない、さらには0.6nmと2.7nmとの間に含まれこれらの値を含まない物理的な厚さを有する金属膜であるという点で注目すべきでものである。
通例通り、本発明の趣旨での「誘電体膜」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。
本発明の趣旨での「吸収性膜」とは、膜が、可視光波長域(380nm〜780nm)の全範囲に渡って0.5より大きい平均係数kを有し、また10-6Ω・cmより高い、固体状態での電気抵抗率(文献において知られている通りのもの)を有する材料であることを理解しなければならない。
nが、所定の波長での材料の実際の屈折率を示すこと、また係数kが、所定の波長での屈折率の虚部を示すことが喚起され、n/k比率は、nについてとkについて同一の所定の波長で計算される。
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。
本発明の趣旨での「金属膜」とは、膜が、上に示されるように吸収性であること、また膜が、酸素原子も窒素原子も有さないことを理解しなければならない。
本発明による積層体はこのように、任意に導入される酸素も窒素も有さない雰囲気において、ターゲット金属から、金属の状態で堆積される最後の膜(英語で「overcoat」)、すなわち保護膜を有する。この膜は、放射源、特に赤外放射源を使った処理後の積層体において、化学量論的に大部分が酸化した状態である。
本発明の趣旨において、最終膜がスズと亜鉛から成るということは、これら二つの元素が、最終膜を堆積するために使用されるターゲット(したがってこのように堆積される最終膜)の98重量%〜100重量%を占めるということを意味する。また該膜が、例えばアルミニウムおよび/またはアンチモンなどの単数または複数の金属元素を、ターゲットの伝導性を改善するためのドーパントとして、または不純物として有し得ることも考えられる。
本発明によると、前記金属製最終膜は好ましくは、1ではないx/yの比率を伴うSnxZny製である。
本発明によると、前記金属製最終膜は好ましくは、0.55≦x/y≦0.83の比率を伴うSnxZny製である。
本発明の特定の一つのバージョンにおいて、前記最終膜は、窒化ケイ素ベースでありかつ酸素を有さない誘電体膜の上に直接位置する。この窒化ケイ素ベースの誘電体膜は、10nm〜50nm、さらには10nm〜30nmの物理的な厚さを好ましくは有し、この膜は、好ましくはアルミニウムをドープされた窒化ケイ素Si34製である。
本発明の別の特定の一つのバージョンにおいて、前記面とは反対側にある、前記金属機能膜の上に配置される反射防止コーティングは、2.3〜2.7の屈折率を有する材料製の高屈折率の誘電体膜を有し、この膜は、好ましくは酸化物ベースである。本明細書において示される屈折率の値は、通例通り550nmの波長で測定された値である。
この高屈折率膜は、好ましくは5nm〜15nmの物理的な厚さを有する。
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。
本発明の別の特定の一つのバージョンにおいて、機能膜は、機能膜と、機能膜より下の誘電体コーティングとの間に配置される下方阻止コーティングの上に直接堆積され、かつ/または機能膜は、機能膜と、機能膜および下方阻止コーティングより上の誘電体コーティングとの間に配置される上方阻止コーティングの下に直接堆積され、かつ/または上方阻止コーティングは、0.2nm≦e’ ≦2.5nmのような物理的な厚さを有するニッケルベースまたはチタンベースの薄い膜を含む。
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少なくとも一つ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少なくとも一つの金属機能膜と少なくとも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
−酸素を含む雰囲気における、放射源、特に赤外放射源を使った前記薄膜積層体の処理であって、最終膜の前記x/y比率は、前記処理前と前記処理後とで同様である。
0.1≦x/y≦2.4の比率を伴うSnxZnyの状態での亜鉛とスズから成り、また0.5nmと5.0nmとの間に含まれこれらの値を含まない物理的な厚さ、さらには0.6nmと2.7nmとの間に含まれこれらの値を含まない物理的な厚さを有する本発明による金属製最終膜を、上に薄膜積層体が堆積されている基板の前記面から最も離れた積層体の膜として利用することを想定することが、さらに可能である。
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を準備することがさらに可能であり、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薄膜積層体によって覆われている。
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。
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、本発明はこのように、放射源、特に赤外放射源を使った積層体の処理後に、低い放射率(特に≦1%)と、均質な光学的外観を示す高い日射透過率とを有する、単数または複数の機能膜を有する薄膜積層体を実現することを可能にする。
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の一つの面11の上に堆積される、本発明による単層機能膜の積層体14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、二つの反射防止コーティング、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反射防止コーティング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反射防止コーティング160との間に配置されている。
これらの二つの反射防止コーティング120、160はそれぞれ、少なくとも一つの誘電体膜122、128また162、164、166を有する。
場合によっては、一方では機能膜140は、下方反射防止コーティング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と上方反射防止コーティング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。
金属機能膜の上に位置する(または、複数の金属機能膜がある場合には、基板から最も離れた金属機能膜の上に位置することになる)反射防止コーティング160は、面11から最も離れた積層体の膜である、最終膜168で終わる。
図2で示されるように、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。
六つの例が、図1で示される積層体構造に基づいて実現され、1から6の番号がつけられた。
これらの例1から6について、反射防止コーティング120は、二つの誘電体膜122、128を有し、面11と接触している誘電体膜122は、高屈折率の膜であり、また該膜は、金属機能膜140の真下に配置されている湿潤誘電体膜128と接触している。
例1から6において、下方阻止コーティング130はない。
高屈折率の誘電体膜122は、酸化チタンベースであり、該膜は、2.3〜2.7、ここで正確には2.46である屈折率を有する。
これらの例1から6について、誘電体膜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。この誘電体膜128は、酸化亜鉛ZnO製である(50原子%の亜鉛と50原子%の酸素とから成るセラミックのターゲットから堆積される)。
上方反射防止コーティング160は、酸化亜鉛製である誘電体膜162(50原子%のドープされた亜鉛と50原子%の酸素とから成るセラミックのターゲットから堆積される)、次いで誘電体膜122と同じ材料の、高屈折率の誘電体膜164を含む。
次の誘電体膜166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Si製のターゲット金属から堆積される。
以降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 0006616408
堆積膜は、このように四つのカテゴリーに分類することができる:
i−可視光波長域の全範囲に渡って5より大きいn/k比率を有する反射防止性/誘電性の材料、すなわちSi34、TiO2、ZnO製の膜、
ii−可視光波長域の全範囲に渡って0.5より大きい平均係数kを有し、10-6Ω・cmより高い固体状態での電気抵抗率を有する吸収性材料、すなわちSnxZny製の金属膜、
iii−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、すなわちAg製の金属機能膜、
iv−積層体の堆積の際に機能膜をその性質の変更から守ることを目的とする下方阻止膜および上方阻止膜であり、
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。
これらの基板について、
−Rは、オームパースクエアでの、積層体のシート抵抗を示す、
−ALは、2度視野でのD65光源によって測定される、%表示での可視吸光度を示す、
−A980は、2度視野でのD65光源によって測定される、%表示での、980nmの波長で特に測定される吸光度を示す、
−Vは、線の可視度を示すものであり、それはオペレータによって割り当てられる1、2、3、または4の色調である。色調1は、いかなる不均質性も目に見えないとき、色調2は、サンプルの特定の領域に限定された局所的な不均質性が強力な拡散照明下(>800lux)で目に見えるとき、色調3は、サンプルの特定の領域に限定された局所的な不均質性が標準照明下(<500lux)で目に見えるとき、そして色調4は、サンプルの全表面に広がっている不均質性が標準照明下(<500lux)で目に見えるときである、
−ΔEmは、処理後の光学的不均質性の特徴づけであり、それは、La**表色系において、2度視野でのD65光源によって、積層体側の反射色を、積層体の堆積区域内における基板の通過方向および向きにしたがって、1センチメートルごとに測定することによって計算される、反射色の色差である。このように、この方向にしたがって位置づけされる点x、およびこの同じ方向にしたがってxから1センチメートルの所に位置づけされる点x+1、また積層体側の反射色の色差Δa*、Δb*およびΔLが計算されるこれらの点について、計算式は次の通りである。
ΔEm=((Δa*2+(Δb*2+(ΔL)21/2
満足のいくものにするためには、この差は0.3未満でなければならない。
これらの例は全て、約1%の低い放射率、および約60%の高い率gに達することを可能にする。
以下の表1は、例1から6の膜それぞれの、図1を参照した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 0006616408
以下の表2は、例1から6の最終膜168についてテストされた材料、ならびに該材料のそれぞれの厚さ(単位はnm)を示す。
Figure 0006616408
例2および例3の最終膜168は、0.1≦x/y≦2.4の比率を伴うSnxZnyの状態での亜鉛とスズから成り、かつ0.5nmと5.0nmとの間に含まれこれらの値を含まない物理的な厚さ、さらに0.6nmと2.7nmとの間に含まれこれらの値を含まない物理的な厚さを有する金属膜である。
以下の表3は、それぞれ処理前(BT)および処理後(AT)の、これらの例1から6の主な光学特性およびエネルギー特性を要約している。
Figure 0006616408
例2および例3についての金属製最終膜168の存在は、これらの最終膜が処理前に金属状態であることから、誘電体最終膜を有する例1の吸収と比べてそれぞれ4.5%および12.1%(絶対値での表示)の、980nmでの吸収の増大をもたらす。
ここで処理は、幅45μmおよび電力25W/mmのラインレーザー20の下における7m/分の基板10の通過から成るものであり、ラインレーザーは、面11に垂直に、最終膜168の方向に向けられている、すなわち図1で可視のように、ラインレーザー(垂直な黒い矢印で示されている)は積層体の上に置かれて、レーザーは積層体の方向に向けられている。
処理は、積層体の放射率をおよそ4%低減させる。
例2および例3は、最終膜168の処理および酸化の後、処理後の例1と同様のシート抵抗および吸光度を示すが、しかし光学的にはより均質であり、その線の可視度Vは、3以下である。
最終膜の厚さが厚すぎると(例4)、線は目立ち過ぎるようになり、可視度Vは3を超える。残留吸収が処理後に存在し、この吸収はそれ自体が不均質である。
金属製最終膜168に、SnxZnyの代わりにチタン製が選択される場合(例5および例6)、レーザー処理前の積層体の吸収は増大し、したがって処理に必要な電力は低減する。最終膜は、レーザー処理で同様に完全に酸化され、また積層体の吸収は、参照の積層体の吸収と同様である。けれども、積層体は、膜側が反射の状態で観察されるとき、線のある外観を示す。
例2および例3について、金属製最終膜はいったん閾値温度に達するとすぐに酸化することが確認された。そのとき吸収は低減し、その結果温度は上限に達する。達する温度および加熱時間は、このように酸化によって調節され、入射する光束変動による影響はもはや受けない。
例2および例3の最終膜が、大気の酸素が積層体の中へ移動するのを予防する障壁のように作用すること、および下の膜の光学特性の変化を制限することが推定される。
さらにSnxZny製の最終膜168が、窒化ケイ素ベースであり酸素を有さない誘電体膜の上に直接位置することは、酸化されたSnxZnyの屈折率と窒化ケイ素の屈折率が近いという理由から、光学的安定性に恐らく寄与するであろう。
30:68:2重量%のSn:Zn:Sb製のターゲットから堆積された最終膜もまたテストされ、類似の結果を得た。
本発明はまた、複数の機能膜を有する薄膜積層体のために利用されることもできる。本発明による最終膜は、上に積層体が堆積されている基板の面から最も離れた積層体の膜である。
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
140 金属機能膜
160 反射防止コーティング
164 誘電体膜
168 最終膜

Claims (7)

  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少なくとも一つの金属機能膜(140)と少なくとも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、前記積層体が、前記面(11)から最も離れた積層体の膜である最終膜(168)をさらに有する基板であって、前記最終膜(168)が、0.55≦x/y≦0.83の比率を伴うSnZnの状態での亜鉛とスズから成り、0.5nmと5.0nmとの間に含まれこれらの値を含まない、さらには0.6nmと2.7nmとの間に含まれこれらの値を含まない物理的な厚さを有する金属膜であることを特徴とする基板
  2. 前記最終膜(168)が、窒化ケイ素ベースでありかつ酸素を有さない誘電体膜の上に直接位置することを特徴とする、請求項1に記載の基板(10)。
  3. 前記窒化ケイ素ベースの誘電体膜が、10nm〜50nmの物理的な厚さを有することを特徴とする、請求項に記載の基板(10)。
  4. 前記面(11)とは反対側にある、前記金属機能膜(140)の上に配置される前記反射防止コーティング(160)が、2.3〜2.7の屈折率を有する材料製の高屈折率の誘電体膜(164)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、請求項またはに記載の基板(10)。
  5. 前記高屈折率の膜(164)が、5nm〜15nmの物理的な厚さを有することを特徴とする、請求項に記載の基板(10)。
  6. 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。
  7. 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少なくとも一つの金属機能膜(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少なくとも一つの金属機能膜(140)と少なくとも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、
    −酸素を含む雰囲気においての、放射源、特に赤外放射源を使った前記薄膜積層体(14)の処理であって、最終膜(168)の前記x/y比率は、前記処理前と前記処理後とで同一である。
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