TW201707957A - 紅外反射膜 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種紅外反射膜，其包括可撓性聚合物基板；位於所述基板上之熱鏡堆疊，所述熱鏡堆疊包括第一介電氧化物層、第二介電氧化物層及位於所述第一與第二介電氧化物層之間的含銀層；及位於所述熱鏡堆疊上之光學堆疊，所述光學堆疊包括至少一個第一類型之層與至少一個第二類型之層的交替層，其中在550nm下量測的所述第一類型之各層之折射率為1.6或小於1.6，且在550nm下量測的所述第二類型之各層之折射率為2.3或大於2.3。
Description
本發明之實施例係關於紅外反射膜及其用於改良窗用玻璃之太陽能控制功能的用途。
太陽能控制窗膜廣泛用於汽車及建築行業以用於改良窗用玻璃之隔熱且提供美學修改之新可能性。太陽能控制功能係基於近IR光吸收或反射。熱反射體通常為最佳選擇且係基於交替介電層及金屬層之堆疊。
US 2006/0057399揭示了一種太陽能控制膜，其包括三個金屬氧化物層及各插入於金屬氧化物層之兩者之間的兩個含銀層。與包括具有較大厚度之單一含銀層的堆疊相比，此類紅外反射分層結構具有優良效能。實際上，含銀層之厚度的增加會導致可見光反射率快速增加，其對於汽車行業之窗膜功能化尤其為不可接受的，因為其可見光反射率必須維持在小於15%。然而，此堆疊之生產較為昂貴，特定言之，歸因於使用較高量之銀。此外，銀量愈高，膜之抗腐蝕性愈低。
因此，本發明之某些實施例之目標在於藉由提供一種紅外反射膜來避免先前技術之缺陷，所述紅外反射膜包括一個單一含銀層且具有改進之太陽能控制特性。
根據本發明之第一態樣，提供一種紅外反射膜。所述紅外反射膜包括：可撓性聚合物基板；位於基板上之熱鏡堆疊，所述熱鏡堆疊包括第一介電氧化物層、第二介電氧化物層及位於第一與第二介電氧化物層之間的含銀層；及位於熱鏡堆疊上之光學堆疊，所述光學堆疊包括至少一個第一類型之層與至少一個第二類型之層的交替層，其中第一類型之各層的折射率為1.6或小於1.6，且第二類型之各層的折射率為2.3或大於2.3。
熱鏡堆疊以及膜可僅包括一個具有紅外反射特性之金屬層，亦即熱鏡堆疊之含銀層。實際上，本申請人意外地發現，若熱鏡堆疊與特定光學堆疊之組合並不優於如例如US 2006/0057399中所揭示的包括兩個或大於兩個具有紅外反射特性之金屬層的膜，則所述組合亦可提供相似光學及太陽能控制特性。
在某些實施例中，膜之可見光透射率為70%或大於70%，諸如73%或大於73%；太陽能總阻隔率為50%或大於50%，諸如55%或大於55%；可見光反射率為14%或小於14%；光至太陽熱得量係數(a light to solar heat gain coefficient)為1.50或大於1.50，諸如1.65或大於1.65，或甚至1.70或大於1.70；且太陽熱得量係數為0.5或小於0.5，
諸如0.44或小於0.44。
可見光透射率(VLT)為可見光穿過窗用玻璃系統之量，表示為總可見光之百分比。較高比率可改良自然光透射率。
太陽能總阻隔率(TSER)為經膜阻隔的呈可見光、紅外輻射及紫外光形式之太陽能的百分比。TSER數值愈高，自窗戶阻隔掉之太陽能愈多。
可見光反射率(VLR)為由窗用玻璃系統反射的可見光之量，表示為總可見光之百分比。具有較高比率之膜往往會愈具有反射性及/或較暗。
光至太陽熱得量係數(LSHGC)定義為VLT/(100-TSER)，其提供不同玻璃或窗用玻璃類型在透射日光同時阻斷熱得量方面之相關功效的量規。數值愈高，在不添加過量熱量之情況下透射之光愈多。
太陽熱得量係數(SHGC)定義為(100-TSER)/100，其代表經直接透射或經吸收且再輻射的太陽能之一部分。其表示為0與1之間的數。SHGC愈低，膜之太陽能控制特性愈佳。
根據標準ISO 9050：2003量測VLT與VLR(亦分別稱為透光率與光反射率)及TSER，其相當於1g，其中g為總太陽能透射率。
在本發明之上下文中，當術語「位於……上(on)」及「位於……下(under)」係關於一個層或堆疊與另一層或堆疊之相對位置時，其意謂所述層或堆疊要比另一層或堆疊距基板更遠(相應地更近)。並非意謂所述層或堆疊彼此直接接
觸，但不排除此可能性。特定言之，在所述層或堆疊之間可能會存在附加層。相反地，當表述「直接接觸(direct contact)」係關於一個層或堆疊與另一層或堆疊之相對位置時，其意謂所述層或堆疊之間並未安置有附加層。
當表述「基於」係指層之組成時，其意謂所述層包括超過80重量%，諸如超過90重量%，或甚至超過95重量%之所述材料。所述層可基本上由所述材料組成。
在本申請案中，在550nm下量測折射率。
在特定實施例中，堆疊可安置於基板，諸如可撓性聚合物基板上。可撓性聚合物基板可例如由選自由以下組成之群的聚合物製成：聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephtalate)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphtalate)、聚胺基甲酸酯、聚乙烯醇縮丁醛、乙烯-乙酸乙烯酯、諸如乙烯四氟乙烯之氟化聚合物或纖維素樹脂。可撓性聚合物基板在至少一個表面，通常下表面，亦即不與熱鏡堆疊接觸之表面上可包括例如基於丙烯酸酯聚合物及/或二氧化矽奈米粒子之硬塗層。可撓性聚合物基板之厚度可5μm至200μm。
熱鏡堆疊可包含第一介電氧化物層、第二介電氧化物層及位於第一與第二介電氧化物層之間的含銀層。第一及第二介電氧化物層之反射指數可為1.7至2.6，諸如2.3至2.6。其可獨立地基於氧化鈦、氧化鈮、氧化鉍、氧化鉛、氧化鋯或鈦酸鋇。第一及第二介電氧化物層可基本上由相同材料組成。第一及第二介電層中之每一者之厚度可為20nm至60nm。兩個介電氧化物層之厚度可相同或不同。
含銀層含有超過80重量%，諸如超過90重量%，
或甚至超過95重量%之銀。其可包括選自以下之其他金屬：金、鋅、銅、鋁、錫、銦、鈦、鉻、鎳、鈮、銠、鉑及鈀。在一實施例中，含銀層可基本上由銀組成。在另一實施例中，含銀層由超過90重量%之銀及至多10重量%之金組成。含銀層之物理厚度可為12至20nm，諸如13至14nm。
熱鏡堆疊可進一步包括阻擋層，其位於含銀層與第一及第二介電氧化物層中之至少一者之間。在一特定實施例中，熱鏡堆疊可包含位於第一介電氧化物層與含銀層之間的第一阻擋層，及位於含銀層與第二介電氧化物層之間的第二阻擋層。阻擋層可與含銀層直接接觸。第一及/或第二阻擋層可基於金、鈦、鈮、鎳、鉻或其合金，諸如鎳與鉻之合金。第一及/或第二阻擋層之物理厚度可為0.1至2nm，諸如0.5至1nm。如本文所用，應注意，歸因於阻擋層之低厚度，可能不會將其視為具有紅外反射特性之金屬層。
熱鏡堆疊在含銀層下及/或含銀層上可進一步包含潤濕層。在第一實施例中，一個潤濕層安置於第一介電氧化物層與含銀層之間。在一實施例中，第一潤濕層可安置於第一介電氧化物層與含銀層之間，且第二潤濕層可安置於含銀層與第二介電氧化物層之間。當安置在含銀層下時，潤濕層可改良含銀層之品質。當安置於含銀層上時，潤濕層可在沈積上層期間促成保護含銀層。潤濕層可與含銀層直接接觸。然而，若存在，則阻擋層可插入於潤濕層與含銀層之間且因此與彼等兩個層直接接觸。潤濕層可基於氧化鋅。較佳地，潤濕層可基於摻鋁氧化鋅。各潤濕層之物理厚度可為1至10nm。
光學堆疊可包含至少一個第一類型之層與至少一個第二類型之層的交替層，其中第一類型之各層的折射率為1.6或小於1.6且第二類型之各層的折射率為2.3或大於2.3。其可包括至少兩個第一類型之層及至少兩個第二類型之層。光學堆疊在熱鏡堆疊上可由第一類型之層開始。在一個實施例中，光學堆疊由位於熱鏡堆疊上的第一類型之層及位於第一類型之層上的第二類型之層組成。在另一實施例中，光學堆疊由位於熱鏡堆疊上的第一類型之第一層、位於第一類型之第一層上的第二類型之第一層、位於第二類型之第一層上的第一類型之第二層及位於第一類型之第二層的第二類型之第二層組成。較佳地，第一類型之第一層可與熱鏡堆疊之第二介電氧化物層直接接觸。
第一類型之層之折射率可為1.6或小於1.6，通常為1.3至1.55。第一類型之層可由基於氧化矽或氟化鎂之材料組成。較佳地，第一類型之所有層可基本上由相同材料組成。第一類型之各層的厚度可為60至170nm。當光學堆疊僅包括第一類型之一個層時，所述第一類型之層的厚度形式宜可為60至130nm。當光學堆疊包括兩個第一類型之層時，第一類型之第一層的厚度形式宜可為60至120nm，且第一類型之第二層之厚度可為100至170nm。
第二類型之層的折射率可為2.3或大於2.3，諸如2.4至2.6。第二類型之層可由基於氧化鈦、氧化鈮、氧化鉍、氧化鉛、氧化鋯或鈦酸鋇之材料組成。在一實施例中，第二類型之所有層基本上由相同材料組成。第二類型之各層的厚度可為50至120nm。當光學堆疊僅包括第二類型之一個
層時，所述第二類型之層之厚度可為70至120nm。當光學堆疊包括第二類型之兩個層時，第二類型之第一層的厚度形式可為50至110nm，且第二類型之第二層的厚度宜為70至120nm。
在一特定實施例中，膜自可撓性聚合物基板開始按以下次序可包含：第一介電氧化物層；視情況存在之第一潤濕層；第一阻擋層；含銀層；第二阻擋層；視情況存在之第二潤濕層；第二介電氧化物層；第一類型之層，其折射率為1.6或小於1.6；第二類型之層，其折射率為2.3或大於2.3；視情況存在之第一類型之第二層，其折射率為1.6或小於1.6，及第二類型之第二層，其折射率為2.3或大於2.3；膜在光學堆疊上可包含相對可撓性聚合物基板。當包括含銀層之堆疊囊封在兩個可撓性聚合物基板之間時，膜之耐用性可顯著得到改良。與可撓性聚合物基板類似，相對可撓性聚合物基板可由選自由以下組成之群的聚合物組成：聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚胺基甲酸酯、聚乙烯醇縮丁醛、乙烯-乙酸乙烯酯、諸如乙烯四氟乙烯之氟化聚合物或纖維素樹脂。可撓性聚合物基板及相對可撓性聚合物基板可由相同材料組成或可由不同材料組成。相對可撓性聚合
物基板可包括UV吸收劑。相對可撓性聚合物基板在其上表面，亦即不與光學堆疊接觸之表面上可進一步包括例如基於丙烯酸酯聚合物及/或二氧化矽奈米粒子之硬塗層。相對可撓性聚合物基板之厚度可為10至100μm。
可經壓敏黏著層將膜提供於其表面中之一者，通常與可撓性聚合物基板相對之表面上。
根據本發明之具體實施例之紅外反射膜之實例可包括以下層之堆疊：
PET/TiOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al：ZnOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al：ZnOx/Au/Ag/Au/Al：ZnOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al：ZnOx/Au/Ag/Au/TiOx/SiOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
PET/TiOx/Al：ZnOx/Au/Ag/Au/Al：ZnOx/TiOx/SiOx/TiOx/SiOx/TiOx/PET
在另一態樣中，本發明之某些實施例係關於一種用於製造本文所述之紅外反射膜的方法。所述方法可包含以下步驟：提供可撓性聚合基板；將熱鏡堆疊沈積於所述基板上，所述熱鏡堆疊包括第一介電氧化物層、第二介電氧化物層及位於第一與第二介電氧化物層之間的含銀層；將光學堆疊沈積於所述熱鏡堆疊上，所述光學堆疊包括至少一個第一類型之層與至少一個第二類型之層的交替層，其
中第一類型之各層的折射率為1.6或小於1.6，且第二類型之各層的折射率為2.3或大於2.3；可用合適之塗佈機藉由濺鍍法或化學氣相沈積(CVD)沈積形成熱鏡堆疊及光學堆疊之薄層。在濺鍍法，尤其磁控濺鍍法中，受激電漿物質會撕掉面向待塗佈之基板置放的靶向物之原子。CVD法為基於氣態前驅體之熱解方法，所述前驅體會在基板之熱量的作用下分解。可藉由CVD法，特定言之，電漿增強CDV(PECVD)或磁控電漿增強CVD(magPECVD)以較高沈積速率沈積第一及第二類型之層。
可通常以合適次序(亦即自基板開始：第一介電氧化物層、含銀層、第二介電氧化物層，且隨後可替代地第一類型之層及第二類型之層)將薄層沈積於可撓性聚合物基板上。當膜包括相對可撓性聚合物基板時，可經由黏著層將相對可撓性聚合物基板層壓於光學堆疊上。在一替代實施例中，可以倒序將形成熱鏡堆疊及光學堆疊之薄層沈積於相對可撓性聚合物基板上，且可經由黏著層將可撓性聚合物基板層壓於熱鏡堆疊上。在另一替代方案中，可將形成熱鏡堆疊之薄層沈積於可撓性聚合物層上，可將形成光學堆疊之薄層沈積於相對可撓性聚合物基板下，隨後可經由黏著層將兩個堆疊層壓在一起以便使熱鏡堆疊與光學堆疊接觸。
在另一態樣中，本發明之某些實施例係關於一種窗用玻璃，諸如建築窗用玻璃或車輛窗用玻璃，其包括本文所述之紅外反射膜。窗用玻璃可為單層或多層窗用玻璃，尤其雙層或三層窗用玻璃。可將本發明之膜提供於面向外的窗用玻璃之表面上或面向內的窗用玻璃之表面上，其限制條件
為前面之光學堆疊比熱鏡堆疊更接近入射太陽輻射。因此，可藉由使最接近於可撓性聚合物基板的膜之表面與面向外的窗用玻璃之表面接觸，或藉由使距可撓性聚合物基板最遠的膜之表面與面向內的窗用玻璃之表面接觸來將膜提供於窗用玻璃上。
在另一態樣中，本發明之某些實施例係關於一種用於製造窗用玻璃之方法，所述方法包括以下步驟：提供如本文所述之紅外反射膜；且將所述紅外反射膜沈積於窗用玻璃之表面上。可將膜層壓於窗用玻璃上且經由壓敏黏著層黏著於窗用玻璃。
在另一態樣中，本發明之某些實施例係關於一種用於改良窗用玻璃，諸如建築窗用玻璃或車輛窗用玻璃之太陽能控制的方法，該方法包括以下步驟：提供如本文所述之紅外反射膜；且將所述紅外反射膜沈積於窗用玻璃之表面上。
在另一態樣中，本發明之某些實施例係關於一種用於著色窗用玻璃，諸如建築窗用玻璃或車輛窗用玻璃之方法，所述方法包括以下步驟：提供如本文所述之紅外反射膜；且將所述紅外反射膜沈積於窗用玻璃之表面上。
許多不同態樣及實施例均為可能的。下文描述彼等態樣及實施例中之一些。在閱讀本說明書後，熟習此項技術者應瞭解，彼等態樣及實施例僅為說明性的且不會限制本發明之範疇。實施例可根據如下所列實施例中之任何一或多者。
實施例1.一種紅外反射膜，其包括：可撓性聚合物基板；位於基板上之熱鏡堆疊，所述熱鏡堆疊包括第一介
電氧化物層、第二介電氧化物層及位於第一與第二介電氧化物層之間的含銀層；及位於熱鏡堆疊上之光學堆疊，所述光學堆疊包括至少一個第一類型之層與至少一個第二類型之層的交替層，其中在550nm下量測的第一類型之各層之折射率為1.6或小於1.6，且在550nm下量測的第二類型之各層之折射率為2.3或大於2.3。
實施例2.根據實施例1之膜，其中第一類型之各層的厚度為60至170nm。
實施例3.根據實施例1或2中任一項之膜，其中第二類型之各層的厚度為50至120nm。
實施例4.根據實施例1至3中任一項之膜，其中光學堆疊包括至少兩個第一類型之層及至少兩個第二類型之層。
實施例5.根據實施例1至4中任一項之膜，其中第一及第二介電氧化物層中之每一者的厚度為20至60nm。
實施例6.根據實施例1至5中任一項之膜，其中熱鏡堆疊包括阻擋層，其位於含銀層與第一及第二介電氧化物層中之至少一者之間，所述阻擋層與含銀層直接接觸。
實施例7.根據實施例6之膜，其中阻擋層之物理厚度為0.1至1nm。
實施例8.根據實施例1至7中任一項之膜，其中熱鏡堆疊在含銀層下及/或含銀層上包括潤濕層，且與含銀層，或與若存在之阻擋層直接接觸。
實施例9.根據實施例8之膜，其中潤濕層之物理厚度為1至10nm。
實施例10.根據實施例1至9中任一項之膜，其在光學堆疊上包括相對聚合物可撓性基板。
實施例11.根據實施例1至10中任一項之膜，其中第一類型之各層係基於氧化矽或氟化鎂。
實施例12.根據實施例1至11中任一項之膜，其中第二類型之各層係基於氧化鈦、氧化鈮、氧化鉍、氧化鉛、氧化鋯或鈦酸鋇。
實施例13.根據實施例1至12中任一項之膜，其中第一及第二介電氧化物層係基於氧化鈦、氧化鈮、氧化鉍、氧化鉛、氧化鋯或鈦酸鋇。
實施例14.根據實施例1至13中任一項之膜，其中含銀層之物理厚度為12至20nm。
實施例15.一種窗用玻璃，其包括根據實施例1至14中任一項之紅外反射膜。
現將用以下非限制性實例說明根據本發明之特定實施例之紅外反射膜。
實例
已製備四個紅外反射膜。實例A及B為包括熱鏡堆疊及光學堆疊的根據本發明之紅外反射膜。比較實例C-1為僅包括一個熱鏡堆疊(亦即僅一個具有紅外反射特性之金屬層)而不含光學堆疊之紅外反射膜。比較實例C-2為根據US 2006/0057399之紅外反射薄膜(亦即包括兩個具有紅外反射反射之金屬層)。
已藉由磁控濺鍍將薄層沈積於PET基板上且已將相對PET基板層壓於PET基板之相對表面上。
表1顯示針對各類型之層之磁控濺鍍沈積的操作條件。表2顯示各樣本之堆疊的各層之組成、次序及厚度以及在550nm下量測的材料之折射率(IR)。
根據標準ISO 9050：2003測定各膜之VLT、VLR、TSER、LSHGC及SHGC。
使用照明體D65及參考觀測器CIE-1931量測膜在透射中及反射中之顏色(針對PET基板面上之反射稱為「int」且針對相對PET基板面上之反射稱為「ext」)。
結果概述於表3中。
與比較實例C-1之紅外反射膜相反，根據本發明之實施例的實例之紅外反射膜的VLR值低於15%。此外，VLT值及TSER值亦得到顯著改良。
尤其就VLT而言，若根據本發明之實施例的實例之紅外反射性膜並不優於比較實例C-2之根據US 2006/0057399之膜，則其具有相似光學及太陽能控制特性，產生極高LSHGC及極低SHGC。
最後發現，所有比較實例之膜及根據本發明之實施例之膜在反射中之顏色為可接受的。
Claims (10)
- 一種紅外反射膜，其包括：可撓性聚合物基板；位於所述基板上之熱鏡堆疊，所述熱鏡堆疊包括第一介電氧化物層、第二介電氧化物層及位於所述第一與第二介電氧化物層之間的含銀層；及位於所述熱鏡堆疊上之光學堆疊，所述光學堆疊包括至少一個第一類型之層與至少一個第二類型之層的交替層，其中在550nm下量測的所述第一類型之各層之折射率為1.6或小於1.6，且在550nm下量測的所述第二類型之各層之折射率為2.3或大於2.3。
- 如申請專利範圍第1項所述的膜，其中所述第一類型之各層的厚度為60至170nm。
- 如申請專利範圍第1項所述的膜，其中所述第二類型之各層的厚度為50至120nm。
- 如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的膜，其中所述光學堆疊包括至少兩個所述第一類型之層及至少兩個所述第二類型之層。
- 如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的膜，其中所述第一及第二介電氧化物層中之每一者的厚度為20至60nm。
- 如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的膜，其中所述熱鏡堆疊包括阻擋層，其位於所述含銀層與所述第一及第二介電氧化物層中之至少一者之間，所述阻擋層與所述含銀層直接接觸。
- 如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的膜，其中所述熱鏡堆疊在所述含銀層下及/或所述含銀層上包括潤濕層，且與所述含銀層，或與若存在之所述阻擋層直接接觸。
- 如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的膜，其中所述第一類型之各層係基於氧化矽或氟化鎂。
- 如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的膜，其中所述第二類型之各層係基於氧化鈦、氧化鈮、氧化鉍、氧化鉛、氧化鋯或鈦酸鋇。
- 一種窗用玻璃，其包括如申請專利範圍第1項、第2項及第3項中任一項所述的紅外反射膜。
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