JPH09174751A - 薄層積重体で被覆した透明基材 - Google Patents
薄層積重体で被覆した透明基材Info
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Abstract
ることができる金属層を少なくとも一つ含み、熱的及び
光学的特性が向上して、特に放射率が小さく且つ光透過
率が大きい薄層の積重体で被覆された透明基材を提供す
る。 【解決手段】 この透明基材は、誘電材料を基にした
「上方」及び「下方」の二つのコーティングの間に配置
された、赤外領域での特性及び/又は太陽放射線に関し
ての特性を持つ「機能性」層、とりわけ低放射率の金属
層を少なくとも一つ含む薄層積重体を備えており、当該
機能性層の下にある「下方」コーティングが、ケイ素又
は金属の窒化物又は酸化物の少なくとも一つの層と厚さ
が16nmに等しいかそれより厚くて当該機能性層と直
接接する酸化亜鉛を基にした層とを含めて、誘電材料製
の少なくとも二つの異なる層を含むものである。
Description
ラス製又はポリカーボネート(PC)もしくはポリメチ
ルメタクリレート(PMMA)タイプの硬質プラスチッ
ク製の基材に関し、これらの基材は、太陽放射線及び/
又は長波長赤外線に作用することができる金属層を少な
くとも一つ含む薄層の積重体で被覆される。
ラスパネル及び/又は日射遮蔽(anti−sola
r)窓ガラスを製造するために使用することに関する。
これらは、空調の負荷を低下させること及び/又は車室
のガラスをはめた面がますます増加することにより引き
起こされる過剰の加熱を減少させることを特に目的とし
て、建物にも車両にも取り付けようとするものである。
する既知のタイプの薄層積重体は、金属酸化物の層ある
いは例えばSi3 N4 の如き窒化物の層といったような
誘電材料の二つの層の間に少なくとも一つの金属層、例
えば銀層の如きものを配置したものからなる。この積重
体は一般に、必要に応じ磁場により支援される、例えば
スパッタリングのような、真空技術を使って行われる連
続の成長(堆積)により得られる。一般に、銀層は上の
誘電性コーティングを成長させる前に、「犠牲」層と呼
ばれる薄い金属層で覆われる。
された窓ガラスパネルの放射率に関して、決定する一方
で、誘電材料の層は、第一にそれらは基材の光学的外観
に干渉的に作用するので、更にそれらは銀層を化学的及
び/又は機械的な攻撃から保護するのを可能にすること
から、いくつかの役割を果たす。
窓ガラスパネルには、特に断熱窓ガラスの用途がある。
予め決定された構造の断熱窓ガラスパネルの場合には、
実際のところ、熱透過率は特に、ガラス板の間の空間の
範囲を定めている二つのガラス表面の放射率により決定
される。未被覆のガラス表面の放射率εは比較的高く、
およそ0.85である。ガラス表面の間の放射線の交換
は、中間のガス空間に向けられる面に放射率ε≦0.1
の放射性の弱いコーティングを施したガラス板を用いる
ことにより、多少なくすことができる。このようにし
て、熱伝導率Kが1.3W/m2 ・K以下の断熱窓ガラ
スパネルを製造することが可能であり、それらの小さい
値のおかげでエネルギーを節約することができる。熱伝
導率Kが小さいことに加えて、最適な断熱窓ガラスパネ
ルはまたできる限り大きい太陽エネルギー係数(sol
ar factor)、すなわち太陽エネルギーの受け
身の利用が多くなるように、従って建物のエネルギー収
支に都合がよいように、できるだけ大きい、標準規格D
IN 67507で定義された係数Gにより表されるも
のを持たなくてはならない。この係数Gは、窓ガラスパ
ネルを通って直接透過したエネルギーと吸収により熱く
なる窓ガラスパネルにより建物の室内又は車室内に再放
射されるエネルギーの合計である。更に、外部の空間へ
のこの窓ガラスパネルの反射の色は、通常の断熱窓ガラ
スパネルのそれと同じように中性(無色相)でなくては
ならない。
放射率の低下は、実際問題としてはより厚い銀層を用い
ることで行うことができる。ところが、銀層の厚さを増
すことは、この場合においては低下する光透過率により
制限される。これに、厚い銀層はもはや中性の反射色を
持つことができないという事実が付加される。それにも
かかわらず、十分に高い光透過率をなおも維持し且つ同
時に中性の反射色を維持しながら比較的厚い銀層で低放
射率を得ることが所望される場合には、これは誘電材料
のコーティングを、とりわけいくつかの異なる誘電材料
層から作ることにより、適切に選ぶという条件で可能で
あるに過ぎない。
とができる上述の種類の多層系は、ヨーロッパ特許第0
332177号明細書から知られている。この既知の多
層系では、二つの誘電性コーティングのうちの一方はお
のおのが屈折率がおよそ2.35の1以上の層からな
り、そして他方のコーティングは屈折率がそれより著し
く低い1以上の層からなる。酸化ビスマスが、屈折率が
およそ2.35の層としての必要を満たす。
系も、ドイツ特許出願公開第3941027号明細書及
びフランス特許出願公開第2641271号明細書から
知られている。この積重体においては、「下方」誘電性
コーティング(すなわち基材に一番近いコーティング)
が、酸化スズ、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ビ
スマス及びこれらの酸化物のうちの2種以上のものの混
合物により形成される群に属する金属酸化物の少なくと
も一つの層と、厚さが最高で15nm、好ましくは5〜
13nmであり、銀層と隣接する、酸化亜鉛層とからな
る。銀層の下の薄い酸化亜鉛層は、銀層に都合のよい影
響を及ぼすが、とは言えそれは酸化亜鉛層の厚さが最高
許容値の15nm未満である場合に認められるだけであ
る、と述べられている。もっと厚いZnOの層は、なお
もこれらの刊行物によれば、化学的により脆いと述べら
れており、その結果として、それらは薄層積重体全体の
耐久性の低下を招く。
は、熱的及び光学的な特性が両方とも向上しており、と
りわけ放射率が小さく且つ光透過率が大きい、1以上の
機能性層を有する新しいタイプの積重体を明らかにする
ことである。
タイプの薄層積重体であって、銀層の下に配置されてい
る酸化亜鉛層を含み、そして一方においてはこの酸化亜
鉛層の都合のよい効果を活用し、そして他方において高
い化学的耐性と高い物理的強度、なお且つ低輻射率と高
い全エネルギー透過率を、透過と反射の両方における色
の高度の中立性とともに、同時に得るのを可能にする薄
層積重体を明らかにすることである。好ましくは、本発
明の目的はまた、必要に応じて磁場により支援される、
とりわけスパッタリングの方法を利用して、技術的な製
造上の困難なしに速い成長(堆積)速度で、そのような
積重体を工業的規模で製造できるようにすることであ
る。
けガラス製(又はポリカーボネートもしくはPMMAタ
イプの任意の他の硬質プラスチック製)の、透明基材で
あって、赤外領域での特性及び/又は太陽放射線に関し
ての特性を持つ層、とりわけ低放射率の金属層を少なく
とも一つ含む薄層の積重体を備えた透明基材である。こ
の層は、以下において「機能性」層という用語で表さ
れ、そしてこれはとりわけ、銀で又は銀を基にした材料
で製作される。
ティングの間、すなわち基材に一番近いいわゆる「下
方」コーティングと基材から一番遠いいわゆる「上方」
コーティングの間に配置される。機能性層の下にあるコ
ーティング、従って「下方」コーティングは、ケイ素又
は金属の窒化物又は酸化物の少なくとも一つの層と厚さ
が16nmに等しいかそれより厚くて機能性層と直接接
する酸化亜鉛を基にした層とを含めて、誘電材料製の少
なくとも二つの異なる層を含む。
を基礎材料とし、とりわけ厚さが7〜25nm、好まし
くは10〜14nm、特におよそ12nmのものであ
る。
基にした層は、好ましくは、16〜35nmの間で選ば
れた厚さ、とりわけ16〜25nm、特におよそ22n
mの厚さを有する。
酸化亜鉛層の下に、酸化ビスマスもしくは酸化スズタイ
プの金属酸化物を基にした、あるいは窒化ケイ素を基に
した、別の層を含む。この第二の層は有利には、厚さが
5〜35nm、好ましくは15〜25nmである。
チタン、スズ又はタンタルタイプの金属を基にした、あ
るいはニッケル−クロム、タンタル−クロム又はニオブ
−クロムタイプの金属合金を基にした、とりわけ厚さが
0.5〜6nm、好ましくは1〜3nmの、犠牲層と呼
ばれる薄層を配置することができる。それは、その役割
が機能性層の上に後に誘電材料を成長(堆積)させる際
に、通常は反応性スパッタリングにより行われる成長
(堆積)の際、すなわちそれが金属酸化物である場合酸
素の存在下で行われる成長(堆積)の際に、機能性層を
酸化から保護することであるので、「犠牲」層と呼ばれ
る。従って、最終製品において、この犠牲層はその厚さ
と成長条件に依存して、部分的あるいは完全に酸化され
ている。
ーティングは、有利には、酸化スズ、酸化タンタル、酸
化亜鉛、酸化ニオブ、酸化チタンもしくは酸化ビスマス
を基にした層を少なくとも一つ、及び/又は窒化ケイ素
の層を含む。
化スズを基にした、とりわけ厚さが2〜35nm、好ま
しくは5〜30nmの層を少なくとも一つと、酸化ビス
マスを基にした、とりわけ厚さが5〜35nm、好まし
くは15〜30nmの層を含む。
〜25nm、とりわけ5〜15nmのものが特に選ばれ
る。同じことが酸化ビスマスを基にした層について言え
る。
つの態様を提案する。すなわち、酸化ビスマス層が酸化
スズ層の上にあるか、あるいはそれは酸化ビスマス層の
上にある酸化スズ層である。
に含むことができ、その最後のものは耐久性がより高
い。それはとりわけ酸化チタンを基にした層でよい。そ
の厚さは好ましくは3〜10nmの間で選ばれる。
被覆した基材を少なくとも一つ取り入れた低放射率の断
熱タイプの多重窓ガラスパネルである。それが二重窓ガ
ラスパネルである場合、多重層は好ましくは面3として
及び/又は面2として配置され、一方それが三重窓ガラ
スパネルである場合、それは積重体を面3として又は面
5としてあるいはこれらの面の両方に有するとすること
ができる。(慣用的に、面には、窓ガラスパネルが取り
付けられたとして外側から番号がつけられることが思い
出されよう。)
れた基材を少なくとも一つ取り入れた積層窓ガラスパネ
ルにも関する。それらは、日射遮蔽窓ガラスとして有利
に使用することができ、そして特に、それらの光透過率
が高いことを条件に、自動車に取り付けるのに有用であ
る。銀タイプの、赤外領域での特性を有する層に電流導
線を配線することにより、それらを加熱窓ガラスとして
使用することも可能である。これは、放射率が小さいそ
のような層はまた導電率が高いためである。
多重窓ガラスパネルの製造と積層窓ガラスパネルの製造
の両方に使用することができるため、このように非常に
様々である。
未満であり、とりわけ0.045未満であるが、それに
もかかわらず光の透過率が非常に高いままであり、実際
に75%に等しいかそれより高くなることができる二重
窓ガラスパネルを製造することが可能である。これらの
二重窓ガラスパネルはまた、およそ1.1W/m2 ・K
の熱伝導率K及び/又はおよそ58〜60%の係数Gを
有することもできる。
機能性層を有する、例えば誘電材料を基にした三つのコ
ーティングの間に挟まれた二つの機能性層を有する基材
に対して有利に適用することもできることは言うまでも
ない。この場合には、機能性層のうちの少なくとも一方
に本発明による「下方」コーティングを設ける。銀層の
厚さとこれらの銀層の各面の誘電性コーティングの全体
の厚さは、有利には、ヨーロッパ特許出願公開第063
8528号明細書で推奨されている範囲内で選ぶことが
できる。
近い銀層上の「上方」コーティングは、実際のところ、
二つの銀層を分離する誘電性コーティングになる。)
より詳しく説明する。
体の構造は、下方コーティングの金属酸化物の二つの層
が厚さ15〜25nmの酸化ビスマス層と、銀層に隣接
した厚さ16〜22nmの酸化亜鉛層からなること、そ
して上方コーティングの金属酸化物の二つの層が厚さ5
〜30nm、好ましくは5〜25nmの酸化スズ層と、
厚さ15〜30nm、好ましくは15〜25nmの酸化
ビスマス層とからなることを特徴とする。
スマスからなる必要はない。それらは、場合により、少
量の他の金属酸化物又は金属化合物を、これらの層の光
学的特性、特に屈折率が結果として実質的に変更されな
いことを条件に、含有してもよい。同じことが、誘電材
料のコーティングのこのほかの全ての層について、とり
わけZnOを基にする層について言える。
耐性を低下させ、そして銀層の下の酸化亜鉛層の厚さを
増加させる場合に予期された銀層が物理的に弱くなるこ
とに関連する欠点は、多重層が本発明による構造を有す
る場合には予想に反して具体的に現れないということが
分かった。詳しく言えば、厚さが15nmより厚い酸化
亜鉛層において起こる酸化亜鉛層の結晶成長は、銀層の
放射率にとって最終的に非常に有利であることが分かっ
た。実際に、少なくとも部分的に結晶性の酸化亜鉛層の
おかげで、その後でスパッタリングされる銀も実質的に
結晶状態で成長するようである。銀層の結晶構造は電荷
キャリヤの移動度を上昇させ、こうして放射率εを更に
低下させる。と言うのは、放射率εは次の数式
するからである。この式のeは素電荷に相当する定数で
あり、nは電荷キャリヤの密度であり、μは電荷キャリ
ヤの移動度であり、dは銀層の厚さである。
亜鉛から作られた低屈折率の層と組み合わせる「下方」
コーティングを使用することにより、積重体は、製造公
差の範囲内で層の厚さが少し変動しても変わらない非常
に中性の透過の色と非常に中性の反射の色を基材の全体
に与えると規定することが可能である。この中立性は、
「上方」コーティングとして、酸化ビスマス層とSnO
2 タイプの屈折率がより低い層との組み合わせも使用す
る場合になお一層著しい。
層の両側で酸化ビスマスを基にした層を使用する好まし
い態様によれば、屈折率が高い材料のこの層のおかげ
で、厚さが12nm以上の銀層が適用される場合におい
ても、銀層の上下において、銀層に最適な中性色(無彩
色)の効果を及ぼし、このことからできるだけ低い放射
率を得るのに都合がよくなるという追加の利点をもたら
し、こうして、測色目標値を被覆された基材の熱的性能
特性に関連したものと一致させることが可能である。
酸化ビスマス層は、「上方」コーティングにおいて、犠
牲層と酸化スズ層との間かあるいは酸化スズ層の上に、
配置することができる。可能性のあるこれらの配置の両
方とも、両方の場合において所望の方向の多層積重体の
性質を向上させるため活用することができる特別な利点
を提供することが分かった。こうして、例えば、酸化ビ
スマス層が銀層に隣接している場合により大きくなる効
果が係数Gに及ぼされるのに対し、酸化スズ層を上層と
して配置すると多層積重体の化学的耐性が特に高くな
る、と述べることができる。
配置することにより、酸化ビスマス層及び銀層間の可能
性のある交換によって銀の酸化の危険が低下し、そのた
めこの場合には、金属の犠牲層をより薄くなるように選
ぶことができるという利点がもたらされる。その上に、
既知の「ソラリゼーション(solarizatio
n)」効果を避けるため取られる対策を省くことができ
る。「ソラリゼーション」とは、紫外線の影響により銀
層が黒くなることを意味し、これは酸化ビスマス層が銀
層と隣合っている場合に現れることがある。
対するよりも酸素に対する親和性の方が高い、この目的
のために普通に使用されている既知の金属を使用するこ
とが可能であり、これらの金属は金属の形態であるいは
亜酸化物として銀層の上に成長(堆積)させられる。厚
さが1〜3nmのニッケル−クロムの層が特に有効であ
ることが分かった。
法は、本発明による多層系の光学的性質を決定するのに
いかなる役割も演じることがない。とは言え、下記に示
す例においては、層は例外なくスパッタリング法を使用
して成長させ、そして全体を通して、最良の結果は工業
的条件下でこの方法を用いることで得られるように見え
る。
を以下に示す。
リングを使用して連続式のコーティング工場で製造す
る。これらの酸化物層は金属ターゲットを使って、既知
のやり方でもって、すなわち酸素を含有するアルゴン雰
囲気中で反応スパッタリングさせる。金属の銀層のスパ
ッタリングは水素を5体積%添加したアルゴン雰囲気で
行い、金属の犠牲層のスパッタリングは純粋アルゴン中
で行う。ガラス板は、厚さ4mmの透明なソーダ−石灰
ケイ酸塩フロートガラスである。
率)が0.03であり、DIN 67507による光の
透過率が77%であるという光学的特性を有する。
り且つ16mmの中間のガス空間を含み、この中間のガ
ス空間にアルゴンが満たされていて、そして被覆された
ガラス表面が内側のガス空間の方に向いている断熱用窓
ガラスパネルは、標準規格DIN 67507による係
数Gが58%であり、そして標準規格DIN 5261
2による熱伝導率Kが1.1W/m2 ・Kである。
ロートガラス板に下記の積重体を被覆した。
層積重体のための保護層として働く。TiO2 は下にあ
るBi2 O3 層とほぼ同じ光学的特性を持つので、Bi
2 O 3 層の厚さはTiO2 層の厚さと同じ量だけ減少す
る。こうして、Bi2 O3 /TiO2 の連続したものの
光学的厚さは一定のままである(層の光学的厚さはその
幾何学的な厚さとその屈折率との積である)。この多層
積重体の耐蝕性は、二酸化チタンの層によって明らかに
増大する。
り、DIN 67507による光の透過率が77%であ
るという光学的特性を有する。
実施例1におけるのと同じ構造を持ち且つ同じようにア
ルゴンを充填した断熱用窓ガラスパネルは、標準規格D
IN67507による係数Gが58%であり、そして標
準規格DIN 52612による熱伝導率Kが1.1W
/m2 ・Kである。
厚さが4mmの同じフロートガラスの板に適用する。
ら、εが0.03であり、DIN 67507による光
の透過率が77%であるという結果が得られる。
使い、アルゴンを満たして、先の例におけるのと同じよ
うに作った断熱用窓ガラスパネルは、標準規格DIN
67507による係数Gが60%であり、そして標準規
格DIN 52612による熱伝導率Kが1.1W/m
2 ・Kである。
Claims (15)
- 【請求項1】 誘電材料を基にした「上方」及び「下
方」の二つのコーティングの間に配置された、赤外領域
での特性及び/又は太陽放射線に関しての特性を持つ
「機能性」層、とりわけ低放射率の金属層を少なくとも
一つ含む薄層の積重体を備えた透明基材、とりわけガラ
ス製の透明基材であって、上記赤外領域での特性を持つ
層の下にある上記「下方」コーティングが、ケイ素又は
金属の窒化物又は酸化物の少なくとも一つの層と厚さが
16nmに等しいかそれより厚くて上記機能性層と直接
接する酸化亜鉛を基にした層とを含めて、誘電材料製の
少なくとも二つの異なる層を含むことを特徴とする透明
基材。 - 【請求項2】 前記赤外領域での特性を持つ層が銀を基
礎材料としており、とりわけ厚さが7〜25nm、好ま
しくは10〜14nmであることを特徴とする、請求項
1記載の基材。 - 【請求項3】 前記「下方」コーティングにおいて前記
酸化亜鉛を基にする層の厚さが16〜35nm、とりわ
け16〜25nm、特におよそ22nmであることを特
徴とする、請求項1又は2記載の基材。 - 【請求項4】 誘電材料製の前記「下方」コーティング
が前記酸化亜鉛層の下に、酸化ビスマスもしくは酸化ス
ズタイプの金属酸化物を基にした、あるいはSi3 N4
タイプの窒化ケイ素を基にした、とりわけ厚さが5〜3
5nm、好ましくは15〜25nmの層を含むことを特
徴とする、請求項1から3までのいずれか一つに記載の
基材。 - 【請求項5】 前記機能性層が、ニオブ、チタン、ス
ズ、タンタルといった金属あるいはニッケル−クロム、
タンタル−クロムもしくはニオブ−クロムといった金属
合金を基にしていてとりわけ厚さが0.5〜6nm、好
ましくは1〜3nmの犠牲層で覆われていることを特徴
とする、請求項1から4までのいずれか一つに記載の基
材。 - 【請求項6】 前記機能性層より上の誘電材料を基にし
た前記「上方」コーティングが、酸化スズ、酸化亜鉛、
酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル及び酸化ビスマ
スからなる群より選ばれた金属酸化物の薄層を少なくと
も一つ、及び/又は窒化ケイ素の層を含むことを特徴と
する、請求項1から5までのいずれか一つに記載の基
材。 - 【請求項7】 前記「上方」の誘電性コーティングが、
酸化スズを基にし、とりわけ厚さが2〜35nm、好ま
しくは5〜30nmの層を少なくとも一つ、そして酸化
ビスマスを基にし、とりわけ厚さが5〜35nm、好ま
しくは15〜30nmの層を含むことを特徴とする、請
求項6記載の基材。 - 【請求項8】 誘電材料製の前記「上方」コーティング
の酸化スズを基にした層の厚さが5〜25nmであり、
とりわけ5〜15nmであること、当該コーティングの
前記酸化ビスマス層の厚さが5〜15nmであることを
特徴とする、請求項7記載の基材。 - 【請求項9】 前記酸化ビスマス層が誘電材料製の前記
「上方」コーティングの前記酸化スズ層の上にあること
を特徴とする、請求項7又は8記載の基材。 - 【請求項10】 前記酸化スズ層が誘電材料製の前記
「上方」コーティングの前記酸化ビスマス層の上にある
ことを特徴とする、請求項7又は8記載の基材。 - 【請求項11】 前記誘電材料のコーティングが複数の
薄層を含み、それらのうちの最後のものがより高い耐久
性を有し、とりわけ酸化チタンを基礎材料としており、
好ましくは3〜10nmの厚さであることを特徴とす
る、請求項1から10までのいずれか一つに記載の基
材。 - 【請求項12】 二つの「機能性」層を含む薄層の積重
体を備えていることを特徴とする、請求項1から11ま
でのいずれか一つに記載の基材。 - 【請求項13】 請求項1から12までのいずれか一つ
に記載の基材を少なくとも一つ取り入れていることを特
徴とする、低放射率の多重窓ガラスパネル。 - 【請求項14】 請求項1から12までのいずれか一つ
に記載の基材を取り入れていて、且つ、放射率が0.0
5に等しいかそれ未満、とりわけ0.045未満であ
り、光の透過率TL が75%に等しいかそれより高いこ
とを特徴とする、低放射率の二重窓ガラスパネル。 - 【請求項15】 請求項1から12までのいずれか一つ
に記載の基材を取り入れていて、且つ、熱伝導率Kがお
よそ1.1W/m2 ・K及び/又は係数Gがおよそ58
〜60%であることを特徴とする、低放射率の二重窓ガ
ラスパネル。
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