-
Bereich der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungen für Glas und andere Substrate.
Die vorliegende Erfindung stellt spezieller Beschichtungen mit niedrigem
Emissionsvermögen
bereit. Es werden auch Verfahren zum Absetzen von Beschichtungen
mit niedrigem Emissionsvermögen
und von Substraten bereitgestellt, die diese Beschichtungen tragen.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Beschichtungen
mit niedrigem Emissionsvermögen
sind in der derzeitigen Technik gut bekannt. Sie beinhalten typischerweise
eine oder mehrere Infrarotlicht reflektierende Lagen, die sich jeweils
zwischen zwei oder mehr dielektrischen Lagen befinden. Die Infrarotlicht
reflektierenden Lagen reduzieren die Transmission von Strahlungswärme durch
die Beschichtung. Die Infrarotlicht reflektierenden Lagen umfassen
typischerweise elektrisch leitende Metalle wie z. B. Silber, Gold
oder Kupfer. Die dielektrischen Lagen reduzieren den Reflexionsgrad
von sichtbarem Licht der Beschichtung und regulieren andere Beschichtungseigenschaften
wie z. B. Farbe. Zu üblicherweise
eingesetzten Dielektrika gehören
Zink-, Zinn- und Titanoxide sowie Nitride wie z. B. Siliciumnitrid.
-
Hersteller
haben traditionell eine einzelne, dicke dielektrische Lage auf jeder
Seite jeder Infrarotlicht reflektierenden Lage vorgesehen. Es wird
auf das
US-Patent 4,859,532 verwiesen.
Dicke dielektrische Lagen sind jedoch in mehreren Hinsichten nicht
ideal. So nimmt beispielsweise die Belastung in einer dielektrischen Lage
mit zunehmender Lagendicke zu. Dies ist besonders bei dielektrischen
Filmen problematisch, die von Natur aus stark belastet sind, wie
z. B. Siliciumnitrid. Ferner wurde entdeckt, dass es bei wärmebehandelbaren (z.
B temperierbaren) Beschichtungen, die dicke dielektrische Lagen
umfassen, wahrscheinlich zu Schleierbildung kommt (
US 2002/0102352 mit dem Titel „Haze-Resistant").
-
Transparente
Filmstapel gehen dieses Problem an und ersetzen dicke dielektrische
Lagen durch mehrere dünne
dielektrische Lagen.
-
Die
dielektrischen Lagen in einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen sind
typischerweise homogen. Das heißt,
jede dielektrische Lage hat typischerweise eine Zusammensetzung,
die über
die Dicke der Lage gleichförmig
ist. Während
homogene dielektrische Lagen weit verbreitet Anklang gefunden haben, haben
sie erhebliche Beschränkungen.
So sind z. B. die Haftungseigenschaften für eine Beschichtung mit niedrigem
Emissionsvermögen
begrenzt, in der alle dielektrischen Lagen homogen sind. Dies ist
teilweise auf die diskreten Grenzflächen zurückzuführen, die zwischen homogenen
dielektrischen Lagen vorliegen. Spannungen neigen sich an jeder
diskreten Grenzfläche
in einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen aufzustauen
(d. h. sich zu konzentrieren). Daher ist jede solche Grenzfläche ein
potentieller Delaminierungsort, der vorzugsweise zu vermeiden ist.
-
Ferner
sind die optischen Möglichkeiten
für eine
Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen begrenzt, in der alle dielektrischen
Lagen homogen sind. Eine Beschichtung dieser Art kann aufgrund der
optischen Beschränkungen,
dass jede dielektrische Lage in der Beschichtung homogen sein muss,
möglicherweise
nur begrenzte Farb- und Antireflexionseigenschaften erzielen.
-
Wie
oben erwähnt,
besteht die primäre
optische Funktion der dielektrischen Filme in einer Beschichtung
mit niedrigem Emissionsvermögen
darin, den Infrarotlicht reflektierenden Film (z. B. Silber) in
der Beschichtung zu entspiegeln. Die dielektrischen Filme bieten
jedoch wünschenswerterweise
noch weitere Funktionen. Man betrachte eine Doppeltyp-Silberbeschichtung,
die eine dielektrische innere Schicht (zwischen dem Substrat und
der ersten Silberlage), eine dielektrische mittlere Schicht (zwischen
den beiden Silberlagen) und eine dielektrische äußere Schicht (weiter vom Substrat
weg als die zweite Silberlage) aufweist. Jede dieser Schichten hat
vorzugsweise spezielle Eigenschaften, wie auch die Innen- und Außenflächen jeder
Schicht.
-
Was
die dielektrische innere Schicht betrifft, so bietet die innere
Grenzfläche
dieser Schicht vorzugsweise eine gute Haftung auf dem Substrat.
Es ist wünschenswert
zu gewährleisten,
dass die Grundschicht gut auf dem Substrat haftet, da diese Schicht
als Grundierung für
die Beschichtung dient. In einigen Fällen ist es auch wünschenswert,
dass die äußere Grenzfläche der
inneren Schicht gute Wachstumsbedingungen für einen Silberfilm bietet.
Die elektrische Leitfähigkeit
(und somit das Emissionsvermögen)
eines Silberfilms variiert je nach der Oberfläche, auf der das Silber abgesetzt
wird. Wenn also ein Silberfilm direkt über der dielektrischen inneren
Schicht vorgesehen wird, dann hat die innere Schicht wünschenswerterweise
eine äußere Grenzfläche, die
eine gute Keimbildungsfläche
bietet, auf der Silberfilm aufwachsen gelassen werden kann. In solchen
Fällen
haftet diese äußere Grenzfläche vorzugsweise
auch gut an dem darüberliegenden
Silberfilm. Ferner immobilisiert die äußere Grenzfläche in solchen
Fällen
vorzugsweise das darüber
liegende Silber so weit wie möglich
(besonders bei einer Wärmebehandlung).
Es ist zu verstehen, dass in einigen Fällen alternativ ein Metallsperrfilm
oder ein anderer nicht dielektrischer Film unter einem Silberfilm
platziert werden kann, um eine erwünschte Haltbarkeit und/oder
optische und/oder isolierende Eigenschaften zu erzielen. Die dielektrische
innere Schicht verhindert vorzugsweise, dass Natriumionen und sonstiges
Metall aus einem Glassubstrat ausdiffundiert (d. h. sie versiegelt
das Glas vorzugsweise). Dies ist wünschenswert, um die erste Silberlage
vor Korrosion von unten zu schützen.
-
Leider
ist es schwierig, alle diese Eigenschaften mit einer inneren Schicht
bestehend aus einer einzelnen Lage aus irgendeinem Material zu optimieren.
Als eine Alternative kann die innere Schicht aus zwei oder mehr
diskreten Lagen aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein,
die jeweils so gewählt
werden, dass eine oder mehrere der gewünschten Beschichtungseigenschaften
optimiert werden. Dabei bleibt jedoch an der inneren Schicht eine
zusätzliche
Grenzfläche,
die, wie oben erwähnt,
vorzugsweise zu vermeiden ist.
-
Die
Situation ist für
die dielektrische äußere Schicht ähnlich.
So definiert beispielsweise die äußere Schicht
vorzugsweise eine innere Grenzfläche,
die gut an dem darunter liegenden Film haftet (z. B. an der zweiten
Silberlage oder der zweiten Sperrlage). Die äußere Schicht trägt wünschenswerterweise
zur mechanischen und chemischen Haltbarkeit der Beschichtung bei.
So umfasst die äußere Schicht
vorzugsweise ein chemisch haltbares Material. In Kombination definiert
die äußere Schicht
vorzugsweise eine glatte Außenfläche, um
die physikalische Abriebempfindlichkeit der Beschichtung zu reduzieren.
Schließlich
umfasst die äußere Schicht
vorzugsweise einen Film, der verhindert, dass Feuchtigkeit, Sauerstoff
und andere reaktive Agenzien auf das darunter liegende Silber diffundieren
(besonders bei Wärmebehandlungen
und im Laufe der Zeit). Dies ist wünschenswert, um die zweite
Silberlage vor Korrosion von oben zu schützen. Wie bei der inneren Schicht,
ist es schwierig, alle gewünschten
Eigenschaften mit einer aus einer einzelnen Lage aus einem einzigen
Material gebildeten äußeren Schicht
zu optimieren, und doch ergibt die Bildung der äußeren Schicht aus zwei oder
mehr diskreten Lagen aus unterschiedlichen Materialien eine zusätzliche
Grenzfläche,
was vorzugsweise zu vermeiden ist.
-
Mit
Bezug auf die dielektrische mittlere Schicht ist es besonders wünschenswert,
die Eigenschaften und Funktionen des in dieser Schicht verwendeten
dielektrischen Films zu optimieren. Dies ist teilweise auf die große Dicke
der mittleren Schicht zurückzuführen (die
mittlere Schicht ist charakteristischerweise dicker als die innere
und die äußere Schicht).
Es ist besonders wünschenswert,
beispielsweise die Spannung in der mittleren Schicht zu minimieren.
Dies wird vorzugsweise durch Begrenzen der Dicke jeder Lage in der
mittleren Schicht erzielt. Wie oben erwähnt, neigt die Spannung in
einer dielektrischen Lage dazu, mit zunehmender Lagendicke zuzunehmen.
Also kann Spannung durch Begrenzen der Dicke jeder Lage in der mittleren
Schicht (oder wenigstens denjenigen Lagen, die Material mit hoher
Spannung umfassen), vorteilhafterweise reduziert werden.
-
Es
ist auch wünschenswert,
eine mittlere Schicht bereitzustellen, die verhindert, dass sich
Defekte über
die gesamte Dicke der mittleren Schicht ausbreiten. Dies kann erzielt
werden, indem eine mittlere Schicht bereitgestellt wird, die mehrere
dielektrische Lagen umfasst. In einer solchen mittleren Schicht
ist es weniger wahrscheinlich, dass sich Defekte (z. B. feine Löcher und
dergleichen) von einer Lage zur anderen ausbreiten, besonders dann,
wenn aneinander grenzende Lagen aus unterschiedlichen Materialien
gebildet sind. So ist es durch Bereitstellen einer mittleren Schicht,
die mehrere dielektrische Lagen umfasst, weniger wahrscheinlich, dass
Defekte über
die gesamte Dicke der mittleren Schicht wachsen.
-
Ferner
ist es vorteilhaft, eine mittlere Schicht bereitzustellen, die beständig gegen
Schleierbildung ist, die beispielsweise bei der Wärmebehandlung
auftreten kann. Dies kann dadurch erzielt werden, dass eine mittlere
Schicht bereitgestellt wird, die mehrere besonders dünne dielektrische
Lagen umfasst, die vorzugsweise aus bestimmten Materialien gebildet
sind. Diese Lösung
hat zwar große
Vorteile, aber sie ist deshalb nicht ideal, weil sie zusätzliche
Grenzflächen
in der mittleren Schicht erzeugt.
-
Darüber hinaus
definiert die mittlere Schicht vorzugsweise eine innere Grenzfläche, die
gut auf dem darunter liegenden Film haftet (z. B. auf der ersten
Silberlage oder der ersten Sperrlage). In Kombination bietet, wo
Silber direkt über
der mittleren Schicht liegt, die äußere Grenzfläche der
mittleren Schicht vorzugsweise gute Wachstumsbedingungen für die darüber liegende
Silberlage. In solchen Fällen
haftet die äußere Grenzfläche vorzugsweise
gut auf dem darüber
liegenden Silberfilm und immobilisiert den darüber liegenden Silberfilm so
weit wie möglich.
-
Es
ist äußerst schwierig,
alle diese Eigenschaften mit einer mittleren Schicht zu optimieren,
die aus einer einzelnen Lage aus einem einzigen Material gebildet
ist. So kann die mittlere Schicht alternativ aus mehreren diskreten
Lagen mit unterschiedlichen Dielektrika gebildet werden, die jeweils
so gewählt
werden, dass eine oder mehrere Eigenschaften optimiert wird/werden.
Dies ist jedoch deshalb nicht ideal, weil die mittlere Schicht zusätzliche
Grenzflächen
behält,
was vorzugsweise zu vermeiden ist.
-
Es
wäre wünschenswsert,
eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen bereitzustellen, die die
obigen Beschränkungen
minimiert und die obigen Eigenschaften und Funktionen optimiert.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
In
bestimmten Ausgestaltungen bietet die Erfindung ein Substrat, das
eine Beschichtung mit einem niedrigen Emissionsvermögen trägt. In diesen
Ausgestaltungen umfasst die Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen in Folge
nach außen
Folgendes: eine dielektrische innere Schicht; eine erste Infrarotlicht
reflektierende Lage (die z. B. Material umfasst, das Sonnenstrahlung
stark reflektiert); eine konzentrationsmodulierte mittlere Schicht
mit einer ersten gradierten Filmregion mit einer im Wesentlichen
kontinuierlich abnehmenden Konzentration eines ersten dielektrischen
Materials und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Konzentration
eines zweiten dielektrischen Materials, wobei das erste und das
zweite dielektrische Material unterschiedliche Materialien sind;
eine zweite Infrarotlicht reflektierende Lage (die z. B. Material
umfasst, das Sonnenstrahlung stark reflektiert); und eine dielektrische äußere Schicht.
Die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht hat im Wesentlichen
einen gleichförmigen
Brechungsindex von etwa 2,0 und die Infrarotlicht reflektierenden
Lagen sind im Wesentlichen aus reinem Silber mit diskreten inneren
und äußeren Grenzflächen mit
den darunter liegenden und darüber
liegenden Filmen.
-
In
bestimmten Ausgestaltungen stellt die Erfindung ein Substrat bereit,
das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen trägt. In diesen
Ausgestaltungen umfasst die Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen in Folge
nach außen
gehend Folgendes: eine konzentrationsmodulierte innere Schicht, die
eine erste gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Zinnoxidkonzentration und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Zinkoxid-(oder Zinkzinnoxid-)Konzentration hat, wobei
die erste gradierte Filmregion von einem zinnoxidreichen inneren
Bereich zu einem zinkoxidreichen (oder zinkzinnoxidreichen) äußeren Bereich
verläuft;
eine erste Infrarotlicht reflektierende Lage (die z. B. Material
umfasst, das Sonnenstrahlung stark reflektiert); eine dielektrische
mittlere Schicht; eine zweite Infrarotlicht reflektierende Lage
(die z. B. Material umfasst, das Sonnenstrahlung stark reflektiert);
und eine dielektrische äußere Schicht.
-
Die
konzentrationsmodulierte mittlere Schicht wird als Film mit einem
Brechungsindex abgesetzt, der im Wesentlichen gleichförmig über die
gesamte Dicke der mittleren Schicht ist, mit einem Brechungsindex
von etwa 2,0. Die Infrarotlicht reflektierenden Lagen sind im Wesentlichen
aus reinem Silber mit diskreten inneren und äußeren Grenzflächen mit
den darunter liegenden und darüber
liegenden Filmen.
-
Die
konzentrationsmodulierte mittlere Schicht wird vorzugsweise als
ein Film abgesetzt, bei dem es keine diskrete Grenzfläche zwischen
homogenen dielektrischen Lagen gibt. In einigen Fällen wird
die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht als ein Film abgesetzt,
bei dem es keine homogene Filmregion mit einer Dicke von 200 Ångström oder mehr
gibt. Die erste gradierte Filmregion wird vorzugsweise als ein Film
abgesetzt, bei dem die Konzentration des ersten dielektrischen Materials
allmählich
abnimmt, während
die Konzentration des zweiten dielektrischen Materials allmählich zunimmt.
In einigen Fällen
ist das erste dielektrische Material Zinnoxid und das zweite dielektrische
Material Zinkoxid und die erste gradierte Filmregion wird so abgesetzt, dass
sie von einem zinnoxidreichen inneren Bereich zu einem zinkoxidreichen äußeren Bereich
verläuft.
In diesen Fällen
kann der zinnoxidreiche innere Bereich direkt über einer ersten Sperrlage
abgesetzt werden, und die erste Sperrlage kann direkt über der
ersten Infrarotlicht reflektierenden Lage abgesetzt werden. Dieser zinkoxidreiche äußere Bereich
kann als ein Film abgesetzt werden, der wenigstens etwa 40 Ångström aus im Wesentlichen
reinem Zinkoxid direkt unter der zweiten Infrarotlicht reflektierenden
Lage umfasst, und die zweite Infrarotlicht reflektierende Lage kann
als ein Silber umfassender Film abgesetzt werden. In einigen Fällen wird
die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht als ein Film abgesetzt,
der in einer kontinuierlichen Folge nach außen gehend Folgendes umfasst:
einen ersten Hochkonzentrationsbereich, wobei der erste Hochkonzentrationsbereich
reich an dem ersten dielektrischen Material ist; die erste gradierte
Filmregion; einen zweiten Hochkonzentrationsbereich, wobei der zweite
Hochkonzentrationsbereich reich an dem zweiten dielektrischen Material
ist; eine zweite gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen
kontinuierlich abnehmenden Konzentration des zweiten dielektrischen
Materials und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Konzentration
eines dritten dielektrischen Materials, wobei das zweite und das
dritte dielektrische Material unterschiedliche Materialien sind;
und einen dritten Hochkonzentrationsbereich, wobei der dritte Hochkonzentrationsbereich
reich an dem dritten dielektrischen Material ist. In diesen Fällen kann
das dritte dielektrische Material Zinkoxid sein, so dass der dritte
Hochkonzentrationsbereich als ein zinkoxidreicher Bereich abgesetzt
wird. Dieser zinkoxidreiche Bereich kann als ein Film abgesetzt
werden, der wenigstens etwa 40 Ångström von im Wesentlichen
reinem Zinkoxid direkt unter der zweiten Infrarotlicht reflektierenden
Lage umfasst, und die zweite Infrarotlicht reflektierende Lage kann
als ein Silber umfassender Film abgesetzt werden. Das zweite und
das dritte dielektrische Material können bei Bedarf beide dasselbe
Material sein, so dass der erste und der dritte Hochkonzentrationsbereich
beide als ein an demselben Material reicher Film abgesetzt werden.
So können beispielsweise
das erste und das dritte dielektrische Material beide Zinkoxid sein,
so dass der erste und der dritte Hochkonzentrationsbereich beide
als zinkoxidreiche Bereiche abgesetzt werden. Ferner kann das zweite dielektrische
Material als ein Oxid abgesetzt werden, das ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Zinkoxid und Titanoxid. In
einigen Fällen
wird der erste Hochkonzentrationsbereich als ein Film abgesetzt,
der eine erste homogene Filmregion umfasst, die im Wesentlichen
aus dem ersten dielektrischen Material besteht, und der zweite Hochkonzentrationsbereich
wird als ein Film abgesetzt, der eine zweite homogene Filmregion
umfasst, die im Wesentlichen aus dem zweiten dielektrischen Material
besteht, und der dritte Hochkonzentrationsbereich wird als ein Film
abgesetzt, der eine dritte homogene Filmregion umfasst, die im Wesentlichen
aus dem dritten dielektrischen Material besteht. In diesen Fällen wird
jede homogene Filmregion vorzugsweise mit einer Dicke von weniger
als 200 Ångström abgesetzt.
Ferner wird die zweite homogene Filmregion vorzugsweise mit einer
Dicke von weniger als etwa 180 Ångström abgesetzt.
In einigen Fällen
wird die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht als ein Film
abgesetzt, der in einer kontinuierlichen Folge nach außen gehend
Folgendes umfasst: einen ersten Hochkonzentrationsbereich, wobei
der erste Hochkonzentrationsbereich reich an dem ersten dielektrischen
Material ist; die erste gradierte Filmregion; einen zweiten Hochkonzentrationsbereich,
wobei der zweite Hochkonzentrationsbereich reich an dem zweiten
dielektrischen Material ist; eine erste gradierte Filmregion mit
einer im Wesentlichen kontinuierlich abnehmenden Konzentration des
zweiten dielektrischen Materials und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Konzentration eines dritten dielektrischen Materials,
wobei das zweite und das dritte dielektrische Material unterschiedliche
Materialien sind; einen dritten Hochkonzentrationsbereich, wobei
der dritte Hochkonzentrationsbereich reich an dem dritten dielektrischen
Material ist; eine dritte gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen
kontinuierlich abnehmenden Konzentration des dritten dielektrischen
Materials und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Konzentration
eines vierten dielektrischen Materials, wobei das dritte und das
vierte dielektrische Material unterschiedliche Materialien sind;
einen vierten Hochkonzentrationsbereich, wobei der vierte Hochkonzentrationsbereich
reich an dem vierten dielektrischen Material ist; eine vierte gradierte
Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich abnehmenden
Konzentration des vierten dielektrischen Materials und einer im Wesentlichen
kontinuierlich zunehmenden Konzentration eines fünften dielektrischen Materials,
wobei das vierte und das fünfte
dielektrische Material unterschiedliche Materialien sind; und einen
fünften
Hochkonzentrationsbereich, wobei der fünfte Hochkonzentrationsbereich
reich an dem fünften
dielektrischen Material ist. Das fünfte dielektrische Material
ist vorzugsweise Zinkoxid, so dass der fünfte Hochkonzentrationsbereich
als ein zinkoxidreicher Bereich abgesetzt wird. Dieser zinkoxidreiche
Bereich kann vorteilhafterweise als ein Film abgesetzt werden, der
wenigstens etwa 40 Ångström von im
Wesentlichen reinem Zinkoxid direkt unter der zweiten Infrarotlicht
reflektierenden Lage umfasst, und die zweite Infrarotlicht reflektierende
Lage kann vorteilhafterweise als ein Silber umfassender Film abgesetzt
werden. Falls gewünscht,
können
das erste, das dritte und das fünfte
dielektrische Material alle dasselbe Material sein, so dass der
erste, der dritte und der fünfte Hochkonzentrationsbereich
alle als ein an demselben Material reicher Film abgesetzt werden.
So können
beispielsweise das erste, das dritte und das fünfte dielektrische Material
alle Zinkoxid sein, so dass der erste, der dritte und der fünfte Hochkonzentrationsbereich
alle als zinkoxidreiche Bereiche abgesetzt werden. Ferner können das
zweite und das vierte dielektrische Material beide dasselbe Material
sein, so dass der zweite und der vierte Hochkonzentrationsbereich
beide als ein an demselben Material reicher Film abgesetzt werden.
So können
beispielsweise das zweite und das vierte dielektrische Material
beide als ein Oxid abgesetzt werden, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus Zinnoxid, Zinkzinnoxid und Titanoxid. In einigen Fällen wird der
erste Hochkonzentrationsbereich als ein Film abgesetzt, der eine
erste homogene Filmregion umfasst, die im Wesentlichen aus dem ersten
dielektrischen Material besteht, wobei der zweite Hochkonzentrationsbereich als
ein Film abgesetzt wird, der eine zweite homogene Filmregion umfasst,
die im Wesentlichen aus dem zweiten dielektrischen Material besteht,
der dritte Hochkonzentrationsbereich als ein Film abgesetzt wird,
der eine dritte homogene Filmregion umfasst, die im Wesentlichen
aus dem dritten dielektrischen Material besteht, der vierte Hochkonzentrationsbereich
als ein Film abgesetzt wird, der eine vierte homogene Filmregion
umfasst, die im Wesentlichen aus dem vierten dielektrischen Material
besteht, und der vierte Hochkonzentrationsbereich als ein Film abgesetzt
wird, der eine fünfte
homogene Filmregion umfasst, die im Wesentlichen aus dem fünften dielektrischen
Material besteht. Vorzugsweise wird jede homogene Filmregion mit
einer Dicke von weniger als 200 Ångström abgesetzt. Ferner werden
die zweite und die vierte homogene Filmregion vorzugsweise jeweils
mit einer Dicke von weniger als etwa 180 Ångström abgesetzt. In einigen Fällen wird
die dielektrische innere Schicht als eine konzentrationsmodulierte
innere Schicht abgesetzt, die eine zweite gradierte Filmregion mit
einer im Wesentlichen kontinuierlich abnehmenden Konzentration eines
dritten dielektrischen Materials und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Konzentration eines vierten dielektrischen Materials
umfasst, wobei das dritte und das vierte dielektrische Material
unterschiedliche Materialien sind. Zusätzlich (oder alternativ) kann
die dielektrische äußere Schicht
als eine konzentrationsmodulierte äußere Schicht abgesetzt werden,
die eine dritte gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Konzentration eines fünften dielektrischen Materials
und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Konzentration
eines sechsten dielektrischen Materials umfasst, wobei das fünfte und
das sechste dielektrische Material unterschiedliche Materialien
sind. In einigen Fällen
dieser Art werden die konzentrationsmodulierte innere, mittlere
und äußere Schicht
jeweils als ein Film abgesetzt, der keine diskrete Grenzfläche zwischen
homogenen dielektrischen Lagen hat.
-
In
bestimmten Ausgestaltungen stellt die Erfindung ein Verfahren zum
Erzeugen von beschichteten Substraten bereit. In diesen Ausgestaltungen
umfasst das Verfahren das Absetzen einer Beschichtung mit niedrigem
Emissionsvermögen
auf ein Substrat, wobei die Beschichtung in Folge nach außen Folgendes
umfasst: eine konzentrationsmodulierte innere Schicht mit einer
ersten gradierten Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Zinnoxidkonzentration und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Zinkoxid- oder Zinkzinnoxidkonzentration, wobei die
erste gradierte Filmregion von einem zinnoxidreichen inneren Bereich
zu einem zinkoxidreichen oder zinkzinnoxidreichen äußeren Bereich
verläuft;
eine erste Infrarotlicht reflektierende Lage, die Material umfasst,
das Sonnenstrahlung stark reflektiert; eine dielektrische mittlere
Schicht; eine zweite Infrarotlicht reflektierende Lage, die Material
umfasst, das Sonnenstrahlung stark reflektiert; und eine dielektrische äußere Schicht.
Die Infrarotlicht reflektierenden Lagen sind im Wesentlichen reines
Silber mit diskreten inneren und äußeren Grenzflächen ohne
darunter liegende und darüber
liegende Filme.
-
Der
zinnoxidreiche innere Bereich der ersten gradierten Filmregion wird
vorzugsweise als ein Film abgesetzt, der im Wesentlichen aus Zinnoxid
besteht. In einigen Fällen
wird der zinnoxidreiche innere Teil der ersten gradierten Filmregion
direkt über
dem Substrat abgesetzt. In anderen Fällen beinhaltet die Beschichtung
mit niedrigem Emissionsvermögen
ferner eine Basislage, die Siliciumdioxid umfasst, das direkt über dem Substrat
abgesetzt wird, wobei der zinnoxidreiche innere Bereich der ersten
gradierten Filmregion direkt über der
Basislage abgesetzt wird. Vorzugsweise wird die erste Infrarotlicht reflektierende
Lage direkt über
dem äußeren Bereich
der ersten gradierten Filmregion abgesetzt. Der äußere Bereich der ersten gradierten
Filmregion kann vorteilhafterweise als ein Film abgesetzt werden,
der wenigstens etwa 40 Ångström von im
Wesentlichen reinem Zinkoxid direkt unter der ersten Infrarotlicht
reflektierenden Lage umfasst, und die erste Infrarotlicht reflektierende
Lage kann vorteilhafterweise als ein Silber umfassender Film abgesetzt
werden. In einigen Fällen
wird die konzentrationsmodulierte innere Schicht als ein Film abgesetzt,
der in einer kontinuierlichen Folge nach außen gehend Folgendes umfasst:
einen ersten Hochkonzentrationsbereich, wobei der erste Hochkonzentrationsbereich
reich an Zinnoxid ist; die erste gradierte Filmregion; einen zweiten
Hochkonzentrationsbereich, wobei der zweite Hochkonzentrationsbereich
reich an Zinkoxid oder Zinkzinnoxid ist; eine zweite gradierte Filmregion
mit einer im Wesentlichen kontinuierlich abnehmenden Zinkoxid- oder Zinkzinnoxidkonzentration
und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Zinnoxidkonzentration;
einen dritten Hochkonzentrationsbereich, wobei der dritte Hochkonzentrationsbereich
reich an Zinnoxid ist; eine dritte gradierte Filmregion mit einer
im Wesentlichen kontinuierlich abnehmenden Zinnoxidkonzentration
und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Zinkoxid- oder
Zinkzinnoxidkonzentration; und einen vierten Hochkonzentrationsbereich,
wobei der vierte Hochkonzentrationsbereich reich an Zinkoxid oder
Zinkzinnoxid ist.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine teilweise abgebrochene schematische Querschnittsansicht einer
Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen gemäß bestimmten Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine abgebrochene schematische Querschnittsseitenansicht eines mittleren
Abschnitts einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen gemäß bestimmten
Ausgestaltungen der Erfindung;
-
3 ist
eine abgebrochene schematische Querschnittsseitenansicht eines mittleren
Abschnitts einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen gemäß bestimmten
Ausgestaltungen der Erfindung;
-
4 ist
eine schematische Seitenansicht einer Sputtervorrichtung;
-
5A ist
eine schematische Seitenansicht einer Sputtervorrichtung; und
-
5B ist
eine schematische Seitenansicht einer Sputtervorrichtung.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSGESTALTUNGEN
-
Die
nachfolgende ausführliche
Beschreibung ist mit Bezug auf die Zeichnungen zu lesen, in denen gleiche
Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen dieselben Bezugsziffern
erhielten. Die Zeichnungen, die nicht unbedingt maßstabsgetreu
sind, veranschaulichen gewählte
Ausgestaltungen und sollen den Umfang der Erfindung nicht begrenzen.
Die Fachperson wird erkennen, dass die darin gegebenen Beispiele
viele nützliche
Alternativen haben, die in den Rahmen der Erfindung fallen.
-
Es
können
in der vorliegenden Erfindung Substrate verschiedener Größen verwendet
werden. Gewöhnlich
werden großflächige Substrate
verwendet. Bestimmte Ausgestaltungen beinhalten ein Substrat mit einer
Breite von wenigstens etwa 0,5 Meter, vorzugsweise von wenigstens
etwa 1 Meter, evtl. stärker
bevorzugt von wenigstens etwa 1,5 Meter (z. B. zwischen etwa 2
Metern und etwa 4 Metern), und in einigen Fällen von wenigstens etwa 3
Metern.
-
In
der vorliegenden Erfindung können
Substrate verschiedener Dicken zum Einsatz kommen. Gewöhnlich werden
Substrate (z. B. Glasplatten) mit einer Dicke von etwa 1–5 mm verwendet.
Bestimmte Ausgestaltungen beinhalten ein Substrat mit einer Dicke
zwischen etwa 2,3 mm und etwa 4,8 mm und evtl. bevorzugter zwischen
etwa 2,5 mm und etwa 4,8 mm. In einigen Fällen wird eine Glasplatte (z.
B. Sodakalkglas) mit einer Dicke von etwa 3 mm verwendet.
-
In
bestimmten Ausgestaltungen stellt die Erfindung ein Substrat 10 bereit,
das eine Beschichtung 40 mit niedrigem Emissionsvermögen trägt. Es ist
eine Reihe verschiedener Substrate für den Einsatz in der vorliegenden
Erfindung geeignet. In den meisten Fällen ist das Substrat eine
Platte aus einem transparenten Material (d. h. eine transparente
Platte). Das Substrat braucht aber nicht unbedingt transparent zu
sein. Für
die meisten Anwendungen wird das Substrat ein transparentes oder
transluzentes Material wie Glas oder klares Plastik umfassen. In
vielen Fällen
ist das Substrat 10 eine Glasscheibe. Es kann eine Vielfalt
bekannter Glastypen verwendet werden und Sodakalkglas wird vermutlich
bevorzugt werden.
-
In
bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Beschichtung 40 mit
niedrigem Emissionsvermögen
eine konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90. Hier
beinhaltet die Beschichtung 40 zwei Infrarotlicht reflektierende
Lagen 50, 150 (die z. B. Silber umfassen), zwischen
denen die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90 positioniert
ist. Bestimmte Ausgestaltungen dieser Art sind in 1 exemplifiziert,
wo die illustrierte Beschichtung 40 in Folge nach außen gehend
(d. h. in einer Folge vom Substrat weg gehend) Folgendes umfasst:
eine dielektrische innere Schicht 30; eine erste Infrarotlicht
reflektierende Lage 50; eine fakultative erste Sperrlage 80;
die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90; eine
zweite Infrarotlicht reflektierende Lage 150; eine fakultative
zweite Sperrlage 180; und eine dielektrische äußere Schicht 70.
In diesen Ausgestaltungen können
die inneren und äußeren Schichten
aus beliebigen gewünschten
dielektrischen Filmen gebildet sein, wie z. B. aus konventionellen
homogenen dielektrischen Lagen (d. h. nichtgradierte Lagen). Alternativ
können
eine oder beide der inneren und äußeren Schichten
auch eine gradierte Zusammensetzung wie nachfolgend beschrieben
haben.
-
Die
konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90 kann in verschiedenen
Formen vorliegen. Diese mittlere Schicht 90 beinhaltet
vorzugsweise wenigstens eine gradierte Filmregion. Mit anderen Worten,
wenigstens ein Abschnitt der konzentrationsmodulierten mittleren
Schicht hat vorzugsweise eine gradierte Zusammensetzung (z. B. eine
Zusammensetzung, die sich mit zunehmendem Abstand vom Substrat allmählich ändert).
Durch Versehen der mittleren Schicht 90 mit einer oder
mehreren gradierten Filmregionen kann die Beschichtung 40 so
ausgelegt werden, dass ein außergewöhnlicher
Bereich von Farb- und Antireflexionseigenschaften erzielt wird.
Ferner können
spezielle optische Effekte mit gradiertem Film erzielt werden. Zudem
ist die gradierte Zusammensetzung der konzentrationsmodulierten
mittleren Schicht im Hinblick auf niedrige Spannungs- und gute Hafteigenschaften
wünschenswert.
Sie eliminiert beispielsweise diskrete Grenzflächen, die sonst Delaminierungskandidaten
wären.
In bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen beinhaltet die mittlere
Schicht 90 keine (d. h. ist gänzlich frei von) diskreten
Grenzflächen
zwischen dielektrischen Lagen (z. B. zwischen homogenen dielektrischen
Lagen). So kann beispielsweise die gesamte mittlere Schicht 90 so
ausgelegt werden, dass sie eine sich allmählich ändernde Zusammensetzung hat,
mit glatten Übergängen von
einem dielektrischen Material zum nächsten.
-
Ausführlicher,
die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90 beinhaltet
eine erste gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen (oder
wenigstens allgemein) kontinuierlich abnehmenden Konzentration eines ersten
dielektrischen Materials und einer im Wesentlichen (oder wenigstens
allgemein) kontinuierlich zunehmenden Konzentration eines zweiten
dielektrischen Materials. Hier sind das erste und das zweite dielektrische Material
unterschiedliche Materialien. So geht die gradierte Filmregion (mit
zunehmendem Abstand vom Substrat) von einem dielektrischen Material
auf ein anderes dielektrisches Material über. Die Konzentration des ersten
dielektrischen Materials nimmt vorzugsweise allmählich ab, während die Konzentration des
zweiten dielektrischen Materials allmählich zunimmt. So gibt es vorzugsweise
einen glatten Übergang
von einem dielektrischen Material zum anderen. Eine mittlere Schicht 90 dieser
Art ist (im Hinblick auf Spannung, Haftung sowie Farb- und Antireflexionsmöglichkeiten)
einer herkömmlichen
mittleren Schicht überlegen,
die durch mehrere diskrete homogene Lagen gebildet wird.
-
So
beinhaltet die mittlere Schicht 90 wünschenswerterweise eine gradierte
Filmregion mit einer Zusammensetzung, die (in Abhängigkeit
von der Filmdicke) von einem dielektrischen Material auf ein anderes übergeht.
Es kann eine Reihe verschiedener dielektrischer Materialien in der
gradierten Filmregion zum Einsatz kommen. Der Begriff „dielektrisch" bezieht sich hierin
auf jede nichtmetallische (d. h. weder ein reines Metall noch eine
Metalllegierung) Verbindung, die ein oder mehrere Metalle enthält. In bestimmten
Ausgestaltungen ist jedes Dielektrikum ein transparentes Dielektrikum,
das allgemein oder im Wesentlichen transparent ist, wenn es als
ein dünner
Film abgesetzt wird. In der Definition von „Dielektrikum" wäre jedes
Metalloxid, Metallnitrid, Metallcarbid, Metallsulfid, Metallborid
und jede Kombination davon (z. B. ein Oxynitrid) enthalten. Ferner ist
der Begriff „Metall" so zu verstehen,
dass er alle Metalle und Halbmetalle (d. h. Metalloide) beinhaltet.
Nützliche
Metalloxide sind u. a. Oxide von Zink, Zinn, Indium, Bismuth, Titan,
Hafnium, Zirkonium und Gemische davon. Metalloxide sind zwar aufgrund
ihrer einfachen und kostenarmen Applikation wünschenswert, aber es können auch
bekannte Metallnitride (z. B. Siliciumnitrid) zum Einsatz kommen.
Der Fachperson werden andere nützliche
Materialien bekannt sein.
-
Mit
Bezug auf die gradierte Natur des Films, in bevorzugten Ausgestaltungen
ist der Film in jeder gradierten Filmregion auf gewöhnliche
Weise über
den gesamten Bereich der beschichteten Oberfläche gradiert. Somit gibt es
an jedem „x,
y" Ort auf der beschichteten
Oberfläche
(wobei x und y Dimensionen auf zwei jeweiligen lotrechten Achsen
auf der beschichteten Oberfläche
sind) den gradierten Film (d. h. den beschriebenen Übergang
von einem Dielektrikum zu einem anderen). Der Bereich der „z"-Dimension (d. h. die Filmdickendimension), über den
die gradierte Filmregion vorliegt, kann geringfügig von einem x, y-Ort zum
anderen variieren, z. B. aufgrund von lokalen Variationen der Oberflächenrauheit
des Substrats. Dies könnte
z. B. vom Aufsputtern der Beschichtung auf ein Glassubstrat mit
vorexistierender Oberflächenrauheit
herrühren.
-
Der
Brechungsindex ist über
die gradierte Filmregion vorzugsweise im Wesentlichen konstant.
Das heißt,
die gradierte Filmregion geht vorzugsweise von einem dielektrischen
Material mit einem bestimmten Brechungsindex auf ein anderes dielektrisches
Material mit im Wesentlichen demselben Brechungsindex über. Dieser
Brechungsindex beträgt
im Allgemeinen etwa 2,0.
-
In
bestimmten besonders bevorzugten Ausgestaltungen ist der Brechungsindex über die
gesamte Dicke der konzentrationsmodulierten mittleren Schicht 90 im
Wesentlichen konstant. Hier bleibt der Brechungsindex, obwohl sich
die Zusammensetzung der mittleren Schicht 90 mit zunehmendem
Abstand vom Substrat ändert
(wenigstens über
einen Abschnitt der mittleren Schicht 90), über die
gesamte Dicke der mittleren Schicht 90 im Wesentlichen
gleichförmig.
Dieser Brechungsindex beträgt
im Allgemeinen etwa 2,0.
-
In
bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen wird die konzentrationsmodulierte
mittlere Schicht 90 gänzlich
aus Oxidfilm oder aus Nitridfilm usw. gebildet. So kann die mittlere
Schicht 90 z. B. mit einem einzigen reaktiven Gastyp (oxidierend,
nitrierend usw.) abgesetzt werden. Man wird verstehen, dass Dotierungsgase ebenfalls
in geringen Mengen beim Absetzen vorliegen können, so dass die mittlere
Schicht Spurenunreinheiten aufweisen kann. Besonders favorisiert
werden Methoden, bei denen die mittlere Schicht wenigstens eine gradierte
Filmregion aufweist und nur in einer oxidierenden Atmosphäre abgesetzt
wird, so dass die mittlere Schicht gänzlich aus Oxidfilm gebildet
ist. Die mittlere Schicht beinhaltet vorzugsweise wenigstens eine
Filmregion, die Zinnoxid oder Zinkzinnoxid umfasst, die beide u.
a. aufgrund ihrer Morphologie besonders wünschenswert sind.
-
In
bestimmten Ausgestaltungen sind das erste und das zweite dielektrische
Material zwei unterschiedliche Oxide, die aus der Gruppe bestehend
aus Zinkoxid, Zinnoxid, Zinkzinnoxid (z. B. Zn2SnO4), Zinkaluminiumoxid (z. B. ZnOAl2O3) und Titanoxid
ausgewählt
sind. Vorzugsweise ist wenigstens eines der ersten und zweiten dielektrischen
Materialien Zinnoxid oder Zinkzinnoxid. So können beispielsweise das erste
und das zweite dielektrische Material zwei verschiedene Oxide sein,
die aus der Gruppe bestehend aus Zinkoxid, Zinnoxid und Zinkzinnoxid
ausgewählt
sind. Es ist jedoch zu verstehen, dass in anderen Ausgestaltungen
beliebige zwei dielektrische Materialien verwendet werden können. So
können
z. B. das erste und das zweite dielektrische Material gemäß den Anforderungen
vieler verschiedener Anwendungen ausgewählt und variiert werden.
-
So
beinhaltet die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht wenigstens
eine gradierte Filmregion, die durch einen Übergang von einem dielektrischen
Material auf ein anderes gekennzeichnet ist. In einigen Fällen beinhaltet
diese mittlere Schicht nur eine gradierte Filmregion. In solchen
Fällen
ist das zweite Dielektrikum vorzugsweise Zinkoxid, während das
erste Dielektrikum vorzugsweise ein Oxid ist, das ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Zinkzinnoxid und Titanoxid,
evtl. optimal aus Zinnoxid oder Zinkzinnoxid. In einer Ausgestaltung
ist das erste Dielektrikum Zinnoxid und die erste gradierte Filmregion
verläuft
von einem zinnoxidreichen inneren Bereich (neben der ersten Infrarotlicht
reflektierenden Lage 50, z. B. ggf. über die Sperrlage 80)
zu einem zinkoxidreichen äußeren Bereich
(neben der zweiten Infrarotlicht reflektierenden Lage 150).
Hier wird der zinnoxidreiche innere Bereich vorzugsweise direkt über einer
ersten Sperrlage 80 abgesetzt und die zweite Infrarotlicht
reflektierende Lage 150 wird vorzugsweise direkt über dem
zinkoxidreichen äußeren Bereich
abgesetzt. Dieser zinkoxidreiche äußere Bereich umfasst vorzugsweise
wenigstens etwa 40 Ångström aus im
Wesentlichen reinem Zinkoxid direkt unter der zweiten Infrarotlicht
reflektierenden Lage 150, wenigstens dann, wenn diese Lage 150 Silber
umfasst.
-
So
kann die mittlere Schicht 90 eine einzelne gradierte Filmregion
umfassen, die von einem zinnoxidreichen inneren Bereich zu einem
zinkoxidreichen äußeren Bereich
verläuft.
In solchen Ausgestaltungen beinhaltet die mittlere Schicht wenigstens
zwei Hochkonzentrationsbereiche (der zinnoxidreiche innere Bereich ist
ein erster Hochkonzentrationsbereich und der zinkoxidreiche äußere Bereich
ist ein zweiter Hochkonzentrationsbereich). Jeder Hochkonzentrationsbereich
ist eine Filmdicke mit einer lokalen Maximalkonzentration eines
gewünschten
dielektrischen Materials. In einigen Fällen hat jeder Hochkonzentrationsbereich
eine größere Konzentration
(d. h. 50% oder mehr) des gewünschten
dielektrischen Materials. Falls gewünscht, kann jeder Hochkonzentrationsbereich
eine Filmdicke haben, die im Wesentlichen aus dem gewünschten
dielektrischen Material besteht. So kann z. B. jeder Hochkonzentrationsbereich
eine homogene Filmregion umfassen, die im Wesentlichen aus dem gewünschten
dielektrischen Material besteht.
-
Tabelle
1 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der die mittlere Schicht 90 in
einer kontinuierlichen Folge nach außen gehend Folgendes umfasst:
(1) eine erste homogene Filmregion, die im Wesentlichen aus Zinnoxid besteht;
(2) eine erste gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Zinnoxidkonzentration und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Zinkzinnkonzentration; und (3) eine zweite homogene
Filmregion, die im Wesentlichen aus Zinkoxid besteht. Hier umfasst
die zweite homogene Filmregion wünschenswerterweise
wenigstens etwa 40 Ångström von im
Wesentlichen reinem Zinkoxid direkt unter der zweiten Infrarotlicht
reflektierenden Lage 150, die ein Silberfilm ist.
-
Das
Symbol (d. h. ein Pfeil) weist hierin auf eine Änderung (z. B. eine allmähliche Änderung)
in der Filmzusammensetzung mit zunehmendem Abstand vom Substrat
von dem an der Basis des Pfeils angegebenen dielektrischen Material
zu dem an der Spitze des Pfeils angegebenen dielektrischen Material
hin. Tabelle
1
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
-
So
beinhaltet die mittlere Schicht in bestimmten Ausgestaltungen wenigstens
eine homogene Filmregion. Der Film in jeder homogenen Filmregion
hat keine Zusammensetzung, die in Abhängigkeit von der Filmdicke/Distanz
vom Substrat gradiert oder anderweitig variiert ist. Stattdessen
hat jede solche Region eine Filmdicke mit einer homogenen Zusammensetzung
(einem gewünschten
dielektrischen Material). Vorzugsweise wird jede homogene Filmregion
durch eine oder zwei gradierte Filmregionen begrenzt (oder geht
allmählich darin über). Im
Gegensatz dazu wird eine herkömmliche
diskrete homogene dielektrische Lage durch zwei diskrete Grenzflächen mit
anderen Lagen begrenzt. In einigen Fällen beinhaltet die mittlere
Schicht 90 mehrere homogene Filmregionen, die jeweils aus
einem gewünschten
dielektrischen Material gebildet sind. In diesen Fällen hat
jede homogene Filmregion vorzugsweise eine Dicke von weniger als
200 Ångström und evtl.
bevorzugter weniger als etwa 180 Ångström und evtl. optimalerweise
weniger als etwa 175 Ångström. Diese
Dickengrenzen sind zur Spannungsminimierung, zur Haftungsmaximierung,
zur Begrenzung von Defektausbreitung und zur Vermeiden von Schleierbildung,
z. B. bei Wärmebehandlung,
wünschenswert.
So beinhaltet die mittlere Schicht 90 in einigen Ausgestaltungen
keine homogene Filmregion mit einer Dicke von 200 Ångström oder mehr.
-
Unabhängig von
dem oben Gesagten ist zu verstehen, dass die mittlere Schicht 90 keine
homogene(n) Filmregion(en) zu haben braucht. So bietet die Erfindung
beispielsweise Ausgestaltungen, bei denen sich die Konzentration
der gesamten mittleren Schicht 90 mit zunehmendem Abstand
vom Substrat ständig ändert. In vielen
Ausgestaltungen umfasst die mittlere Schicht jedoch wenigstens eine
homogene Filmregion (z. B. wenigstens etwa 40 Ångström von im Wesentlichen reinem
Zinkoxid direkt unter der zweiten Infrarotlicht reflektierenden
Lage 150).
-
Die
Erfindung stellt mehrere besonders wünschenswerte Designs der mittleren
Schicht bereit. Ein erstes Design ergibt eine mittlere Schicht 90,
die zwei gradierte Filmregionen umfasst, die zwischen drei Hochkonzentrationsbereichen
liegen. 2 zeigt Beispiele für Ausgestaltungen
dieser Art. Ein zweites Design ergibt eine mittlere Schicht 90,
die drei gradierte Filmregionen umfasst, die sich zwischen fünf Hochkonzentrationsbereichen
befinden. 3 zeigt Beispiele für Ausgestaltungen
dieser Art. In den 2 und 3 ist jeder Hochkonzentrationsbereich
mit der Bezugsziffer 90' bezeichnet
und jede Reihe Pfeile kennzeichnet eine gradierte Filmregion. Jedes
dieser beiden Designs ergibt eine außergewöhnliche „Doppeltyp"-Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen (d.
h. eine Beschichtung mit zwei Infrarotlicht reflektierenden Lagen).
Diese Designs haben beispielsweise eine symmetrische Konfiguration,
die außergewöhnliche
optische Eigenschaften ergibt.
-
Im
ersten Design beinhaltet die konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90 drei
Hochkonzentrationsbereiche und zwei gradierte Filmregionen. Zum
Beispiel, die mittlere Schicht 90 kann in einer zusammenhängenden
Folge nach außen
gehend Folgendes umfassen: einen ersten Hochkonzentrationsbereich;
eine erste gradierte Filmregion; einen zweiten Hochkonzentrationsbereich;
eine zweite gradierte Filmregion; und einen dritten Hochkonzentrationsbereich.
Hier ist der erste Hochkonzentrationsbereich reich an einem ersten
dielektrischen Material, der zweite Hochkonzentrationsbereich ist
reich an einem zweiten dielektrischen Material und der dritte Hochkonzentrationsbereich
ist reich an einem dritten dielektrischen Material. Die erste gradierte
Filmregion hat eine im Wesentlichen kontinuierlich abnehmende Konzentration
des ersten Dielektrikums und eine im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmende Konzentration des zweiten Dielektrikums. Die zweite gradierte Filmregion
hat eine im Wesentlichen kontinuierlich abnehmende Konzentration
des zweiten Dielektrikums und eine im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmende Konzentration des dritten Dielektrikums. In diesen Ausgestaltungen
sind das erste und das zweite Dielektrikum unterschiedliche Materialien
und das zweite und das dritte Dielektrikum sind unterschiedliche
Materialien, aber das erste und das dritte Dielektrikum können dasselbe Material
sein. Vorzugsweise ist wenigstens eines aus dem ersten, zweiten
und dritten dielektrischen Material Zinnoxid oder Zinkzinnoxid.
-
In
bevorzugten Ausgestaltungen dieser Art ist das dritte dielektrische
Material Zinkoxid, so dass der dritte Hochkonzentrationsbereich
ein zinkoxidreicher Bereich ist. Tabelle 2 enthält ein Beispiel für solche
Beschichtungen. Die zweite Infrarotlicht reflektierende Lage 150 umfasst
vorzugsweise Silber, das direkt über dem
zinkoxidreichen dritten Hochkonzentrationsbereich liegt, der wünschenswerterweise
wenigstens etwa 40 Ångström von im
Wesentlichen reinem Zinkoxid umfasst.
-
In
den Ausgestaltungen von 2 können das erste und das dritte
Dielektrikum beide dasselbe Material sein, so dass der erste und
der dritte Hochkonzentrationsbereich beide reich an demselben Material
sind. In bevorzugten Ausgestaltungen dieser Art sind das erste und
das dritte Dielektrikum beide Zinkoxid, so dass der erste und der
dritte Hochkonzentrationsbereich beide zinkoxidreiche Bereiche sind.
In diesen Ausgestaltungen ist das zweite dielektrische Material
wünschenswerterweise
ein Oxid, das ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Zinkzinnoxid, Zinkaluminiumoxid
und Titanoxid, vorzugsweise Zinnoxid oder Zinkzinnoxid.
-
In
einigen Fällen
umfassen der erste, der zweite und der dritte Hochkonzentrationsbereich
90' alle homogene
Filmregionen. Das heißt,
der erste Hochkonzentrationsbereich umfasst eine erste homogene
Filmregion, die im Wesentlichen aus einem ersten dielektrischen
Material besteht, der zweite Hochkonzentrationsbereich umfasst eine
zweite homogene Filmregion, die im Wesentlichen aus einem zweiten
dielektrischen Material besteht, und der dritte Hochkonzentrationsbereich
umfasst eine dritte homogene Filmregion, die im Wesentlichen aus
einem dritten dielektrischen Material besteht. In diesen Ausgestaltungen
hat jede homogene Filmregion wünschenswerterweise
eine Dicke von weniger als 200 Ångström. In Kombination
hat die zweite homogene Filmregion wünschenswerterweise eine Dicke
von weniger als etwa 180 Ångström. Tabelle
2
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Zinkzinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkzinnoxid → Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkzinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkzinnoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkaluminiumoxid → Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkaluminiumoxid → Zinkzinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkaluminiumoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
-
In
den Ausgestaltungen von 3 beinhaltet die konzentrationsmodulierte
mittlere Schicht 90 fünf Hochkonzentrationsbereiche
und vier gradierte Filmregionen. Hier umfasst die mittlere Schicht 90 in
einer zusammenhängenden
Folge nach außen
gehend Folgendes: einen ersten Hochkonzentrationsbereich; eine erste
gradierte Filmregion; einen zweiten Hochkonzentrationsbereich; eine
zweite gradierte Filmregion; einen dritten Hochkonzentrationsbereich;
eine dritte gradierte Filmregion; einen vierten Hochkonzentrationsbereich; eine
vierte gradierte Filmregion; und einen fünften Hochkonzentrationsbereich.
Ausführlicher,
der erste Hochkonzentrationsbereich ist reich an einem ersten dielektrischen
Material, der zweite Hochkonzentrationsbereich ist reich an einem
zweiten dielektrischen Material, der dritte Hochkonzentrationsbereich
ist reich an einem dritten dielektrischen Material, der vierte Hochkonzentrationsbereich
ist reich an einem vierten dielektrischen Material und der fünfte Hochkonzentrationsbereich
ist reich an einem fünften
dielektrischen Material. Die erste gradierte Filmregion hat eine
im Wesentlichen kontinuierlich abnehmende Konzentration des ersten
Dielektrikums und eine im Wesentlichen kontinuierlich zunehmende
Konzentration des zweiten Dielektrikums. Die zweite gradierte Filmregion
hat eine im Wesentlichen kontinuierlich abnehmende Konzentration
des zweiten Dielektrikums und eine im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmende Konzentration des dritten Dielektrikums. Die dritte gradierte
Filmregion hat eine im Wesentlichen kontinuierlich abnehmende Konzentration
des dritten Dielektrikums und eine im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmende Konzentration des vierten Dielektrikums. Die vierte gradierte
Filmregion hat eine im Wesentlichen kontinuierlich abnehmende Konzentration
des vierten Dielektrikums und eine im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmende Konzentration des fünften
Dielektrikums. In diesen Ausgestaltungen sind das erste und das
zweite Dielektrikum unterschiedliche Materialien, das zweite und
das dritte Dielektrikum sind unterschiedliche Materialien, das dritte
und das vierte Dielektrikum sind unterschiedliche Materialien und
das vierte und das fünfte
Dielektrikum sind unterschiedliche Materialien. Das erste und das
fünfte
Dielektrikum können
jedoch dasselbe Material sein, das zweite und das vierte Dielektrikum
können
dasselbe Material sein usw. Vorzugsweise ist wenigstens das erste,
das zweite, das dritte, das vierte oder das fünfte dielektrische Material
Zinnoxid oder Zinkzinnoxid.
-
In
bevorzugten Ausgestaltungen dieser Art ist das fünfte dielektrische Material
Zinkoxid, so dass der fünfte
Hochkonzentrationsbereich ein zinkoxidreicher Bereich ist. Tabelle
3 exemplifiziert Beschichtungen dieser Art. Die zweite Infrarotlicht
reflektierende Lage 150 umfasst vorzugsweise Silber, das
direkt über
dem zinkoxidreichen fünften
Hochkonzentrationsbereich positioniert ist, der wünschenswerterweise
wenigstens etwa 40 Å von
im Wesentlichen reinem Zinkoxid umfasst.
-
In
den Ausgestaltungen von
3 können das erste, das dritte
und das fünfte
Dielektrikum alle dasselbe Material sein, so dass der erste, der
dritte und der fünfte
Hochkonzentrationsbereich alle reich an demselben Material sind.
In bevorzugten Ausgestaltungen dieser Art sind das erste, das dritte
und das fünfte
Dielektrikum alle Zinkoxid (d. h. der erste, der dritte und der
fünfte
Hochkonzentrationsbereich sind alle zinkoxidreiche Bereiche). Alternativ
oder zusätzlich
können
das zweite und das vierte Dielektrikum beide dasselbe Material sein,
so dass der zweite und der vierte Hochkonzentrationsbereich beide
reich an demselben Material sind. So können beispielsweise das zweite
und das vierte dielektrische Material ein Oxid sein, das ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Zinnoxid, Zinkzinnoxid, Zinkaluminiumoxid
und Titanoxid, evtl. optimalerweise Zinnoxid oder Zinkzinnoxid. Tabelle
3
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Zinnoxid → Zinkoxid → Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkoxid → Titanoxid → Zinkoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkzinnoxid → Zinnoxid → Zinkzinnoxid → Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkzinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkzinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkzinnoxid → Titanoxid → Zinkzinnoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkaluminiumoxid → Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkaluminiumoxid → Zinkzinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkzinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinkaluminiumoxid → Titanoxid → Zinkaluminiumoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinnoxid → Zinkzinnoxid → Zinnoxid → Zinkzinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid → Zinkoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/innere
Schicht/Silber/Sperre/Zinnoxid → Titanoxid → Zinnoxid → Titanoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
-
In
bestimmten Ausgestaltungen umfassen der erste, zweite, dritte, vierte
und fünfte
Hochkonzentrationsbereich alle homogene Filmregionen. Das heißt, der
erste Hochkonzentrationsbereich umfasst eine erste homogene Filmregion,
die im Wesentlichen aus einem ersten dielektrischen Material besteht,
der zweite Hochkonzentrationsbereich umfasst eine zweite homogene
Filmregion, die im Wesentlichen aus einem zweiten dielektrischen
Material besteht, der dritte Hochkonzentrationsbereich umfasst eine
dritte homogene Filmregion, die im Wesentlichen aus einem dritten
dielektrischen Material besteht, der vierte Hochkonzentrationsbereich umfasst
eine vierte homogene Filmregion, die im Wesentlichen aus einem vierten
dielektrischen Material besteht, und der fünfte Hochkonzentrationsbereich
umfasst eine fünfte
homogene Filmregion, die im Wesentlichen aus einem fünften dielektrischen
Material besteht. In diesen Ausgestaltungen hat jede homogene Filmregion
vorzugsweise eine Dicke von weniger als 200 Å. In Kombination haben die
zweite und die vierte homogene Filmregion jeweils wünschenswerterweise
eine Dicke von weniger als etwa 180 Å.
-
In
einer Ausgestaltung ist das erste dielektrische Material Zinkoxid,
das zweite dielektrische Material ist Zinnoxid, das dritte dielektrische
Material ist Titanoxid (oder Zinkzinnoxid), das vierte dielektrische
Material ist Zinnoxid und das fünfte
dielektrische Material ist Zinkoxid. In einer anderen Ausgestaltung
ist das erste dielektrische Material Zinkoxid, das zweite dielektrische
Material ist Titanoxid, das dritte dielektrische Material ist Zinnoxid
(oder Zinkzinnoxid), das vierte dielektrische Material ist Titanoxid
und das fünfte
dielektrische Material ist Zinkoxid. In noch einer anderen Ausgestaltung ist
das erste dielektrische Material Zinkoxid, das zweite dielektrische
Material ist Zinkzinnoxid, das dritte dielektrische Material ist
Zinnoxid (oder Titanoxid), das vierte dielektrische Material ist
Zinkzinnoxid und das fünfte
dielektrische Material ist Zinkoxid. In noch einer anderen Ausgestaltung
ist das erste dielektrische Material Zinkzinnoxid, das zweite dielektrische
Material ist Zinnoxid, das dritte dielektrische Material ist Titanoxid,
das vierte dielektrische Material ist Zinnoxid und das fünfte dielektrische
Material ist Zinkoxid. In noch einer anderen Ausgestaltung ist das
erste dielektrische Material Zinkzinnoxid, das zweite dielektrische
Material ist Titanoxid, das dritte dielektrische Material ist Zinnoxid,
das vierte dielektrische Material ist Titanoxid und das fünfte dielektrische
Material ist Zinkoxid. In noch einer anderen Ausgestaltung ist das
erste dielektrische Material Zinnoxid, das zweite dielektrische
Material ist Titanoxid, das dritte dielektrische Material ist Zinkzinnoxid,
das vierte dielektrische Material ist Titanoxid und das fünfte dielektrische
Material ist Zinkoxid. In einer weiteren Ausgestaltung ist das erste
dielektrische Material Zinnoxid, das zweite dielektrische Material
ist Zinkzinnoxid, das dritte dielektrische Material ist Titanoxid,
das vierte dielektrische Material ist Zinnoxid und das fünfte dielektrische
Material ist Zinkoxid. Es werden für die Fachperson viele andere
Variationen offensichtlich sein.
-
Es
wird besonders bevorzugt, die Beschichtung 40 mit einer
konzentrationsmodulierten mittleren Schicht 90 zu versehen.
Die mittlere Schicht 90 einer Doppeltyp-Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen hat
charakteristischerweise eine relativ große Dicke. So ist es beispielsweise üblich, dass
die mittlere Schicht wenigstens etwa zweimal so dick ist wie die
innere Schicht und/oder wenigstens etwa zweimal so dick wie die äußere Schicht.
Infolgedessen werden die mit dicken dielektrischen Lagen assoziierten
Nachteile mit Bezug auf die mittlere Schicht besonders akut. Es
wird somit besonders bevorzugt, insbesondere im Hinblick auf reduzierte
Spannungen, die mittlere Schicht mit der/den oben beschriebenen
gradierten Filmregion(en) zu versehen.
-
Es
wurden verschiedene Ausgestaltungen beschrieben, bei denen die Beschichtung 40 eine
konzentrationsmodulierte mittlere Schicht 90 hat. In einigen
dieser Ausgestaltungen ist die Beschichtung auch mit einer konzentrationsmodulierten
inneren Schicht 30 versehen. Hier beinhaltet die innere
Schicht eine gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Konzentration eines gewünschten Dielektrikums und einer
im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Konzentration eines anderen
gewünschten
Dielektrikums. In Ausgestaltungen dieser Art kann die Beschichtung
auch mit einer konzentrationsmodulierten äußeren Schicht versehen werden.
Hier beinhaltet die äußere Schicht
eine dritte gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Konzentration eines Dielektrikums und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Konzentration eines anderen Dielektrikums. In diesen
Ausgestaltungen beinhalten die konzentrationsmodulierte innere,
mittlere und äußere Schicht
vorzugsweise keine diskreten Grenzflächen zwischen homogenen dielektrischen
Lagen.
-
So
bietet die Erfindung wünschenswerte
Ausgestaltungen, bei denen die Beschichtung
40 eine konzentrationsmodulierte
innere Schicht
30, eine konzentrationsmodulierte mittlere
Schicht
90 und eine konzentrationsmodulierte äußere Schicht
70 aufweist. Tabelle
4 enthält
Beispiele für
Beschichtungen dieser Art. Hier beziehen sich die Begriffe „D1", „D2" usw. jeweils auf
ein erstes dielektrisches Material, ein zweites dielektrisches Material
usw. (D1 und D2 sind unterschiedliche Materialien usw., aber D1
und D3 könnte
dasselbe Material sein usw.). Wie oben erwähnt, repräsentiert jeder Pfeil einen
Filmzusammensetzungsgradienten, bei dem die Zusammensetzung des
Films mit zunehmendem Abstand vom Substrat von einem Material (dem
links von dem Pfeil gekennzeichneten Material) auf ein anderes Material
(das rechts von dem Pfeil gekennzeichnete Material) übergeht.
Diese Ausgestaltungen erfordern keine Verwendung besonderer dielektrischer
Materialien. Stattdessen können
beliebige gewünschte
Dielektrika verwendet werden. Bestimmte Dielektrika werden jedoch
bevorzugt. Bevorzugterweise wird der gesamte Film in der Grundschicht
30 mit
demselben reaktiven Gastyp abgesetzt (oxidierend oder nitrierend
usw.), so dass die Grundschicht im Wesentlichen aus Oxidfilm oder
Nitridfilm usw. besteht. Dies wird auch für die mittlere Schicht
90 und
die äußere Schicht
70 bevorzugt, da
dies besonders praktische Absetzmethoden zulässt. In besonders bevorzugten
Ausgestaltungen beinhaltet die gesamte Beschichtung
40 (oder
wenigstens die innere Schicht
30, die mittlere Schicht
90 und
die äußere Schicht
70)
keine diskreten Grenzflächen
zwischen homogenen dielektrischen Lagen. Tabelle
4
Glas/D1 → D2/Silber/Sperre/D3 → D4/Silber/Sperre/D5 → D6 |
Glas/D1 → D2/Silber/Sperre/D3 → D4 → D5/Silber/Sperre/D6 → D7 |
Glas/D1 → D2/Silber/Sperre/D3 → D4 → D5 → D6 → D7/Silber/Sperre/D8 → D9 |
Glas/D1 → D2 → D3/Silber/Sperre/D4 → D5 → D6/Silber/Sperre/D7 → D8 |
Glas/D1 → D2/Silber/Sperre/D3 → D4 → D5/Silber/Sperre/D6 → D7 → D8 |
-
Die
Erfindung stellt eine Reihe von Ausgestaltungen bereit, bei denen
die Beschichtung eine besonders wünschenswerte konzentrationsmodulierte
innere Schicht umfasst. Hier hat die modulierte innere Schicht einen
inneren Bereich, der Zinnoxid umfasst, und einen äußeren Bereich,
der Zinkoxid, Zinkzinnoxid oder Zinkaluminiumoxid umfasst. In einigen
Ausgestaltungen dieser Art ist die Beschichtung 40 eine
Doppeltyp-Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen, die
in Folge nach außen
gehend Folgendes umfasst: eine konzentrationsmodulierte innere Schicht 30;
eine erste Infrarotlicht reflektierende Lage 50; eine fakultative
erste Sperrschicht 80; eine dielektrische mittlere Schicht 90;
eine zweite Infrarotlicht reflektierende Lage 150; eine fakultative
zweite Sperrlage 180; und eine dielektrische äußere Schicht 70.
Hier können
die mittlere und die äußere Schicht
aus beliebigen gewünschten
dielektrischen Folien einschließlich
konventionellen homogenen dielektrischen Lagen gebildet sein. Alternativ
können
eine oder beide der mittleren und äußeren Schichten eine gradierte
Zusammensetzung wie oben erwähnt
haben. In anderen Ausgestaltungen dieser Art ist die Beschichtung
eine „Einzeltyp"-Beschichtung mit
niedrigem Emissionsvermögen
(d. h. eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen, die
eine einzelne Infrarotlicht reflektierende Lage hat), die in Folge
nach außen
gehend Folgendes umfasst: eine konzentrationsmodulierte innere Schicht;
eine Infrarotlicht reflektierende Lage; eine fakultative Sperrlage;
und eine dielektrische äußere Schicht.
Hier kann die äußere Schicht
aus beliebigen gewünschten
dielektrischen Filmen, einschließlich konventionellen homogenen
dielektrischen Lagen gebildet sein. Alternativ kann die äußere Schicht
eine gradierte Zusammensetzung haben.
-
Die
konzentrationsmodulierte innere Schicht beinhaltet vorzugsweise
eine erste gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Zinnoxidkonzentration und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Zinkoxid-, Zinkzinnoxid- oder Zinkaluminiumoxidkonzentration.
Tabelle 5 enthält
Beispiele für
Beschichtungen dieser Art. Hier hat die erste gradierte Filmregion
einen inneren Bereich, der reich an Zinnoxid ist, und einen äußeren Bereich,
der reich an Zinkoxid, Zinkzinnoxid oder Zinkaluminiumoxid ist. Der äußere Bereich
ist evtl. optimalerweise reich an Zinkoxid. Eine innere Schicht
dieser Art kann z. B. mit der in
5 gezeigt
Sputtervorrichtung produziert werden. In Ausgestaltungen dieser
Art wird die Infrarotlicht reflektierende Lage
50 wünschenswerterweise
direkt über
dem zinkoxidreichen äußeren Bereich
der inneren Schicht abgesetzt. In Kombination umfasst dieser zinkoxidreiche äußere Bereich
wünschenswerterweise
wenigstens etwa 40 Ångström von im
Wesentlichen reinem Zinkoxid, während
die Infrarotlicht reflektierende Lage
50 am liebsten ein
Silberfilm ist. Tabelle
5
Glas/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Zinnoxid → Zinkzinnoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Zinnoxid → Zinkzinnoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
-
In
den Ausgestaltungen von
5 kann der
zinnoxidreiche innere Bereich (der vorzugsweise im Wesentlichen
aus Zinnoxid besteht) direkt über
dem Substrat abgesetzt werden. Alternativ kann die Beschichtung ferner
eine transparente Basislage beinhalten, die Siliciumdioxid umfasst,
das direkt über
dem Substrat abgesetzt wird (vorzugsweise mit weniger als 100 Å und vorzugsweise
optimal mit etwa 50 Å–100 Å). In solchen Fällen wird
der zinnoxidreiche innere Bereich vorzugsweise direkt über dem
Siliciumdioxid abgesetzt. Tabelle 6 zeigt anhand der ersten sechs
Beschichtungen einige bevorzugte Beispiele für Ausgestaltungen dieser Art. Andere
bevorzugte Ausgestaltungen werden durch die letzten sechs Beschichtungen
in Tabelle 6 exemplifiziert, wobei das Siliciumdioxid direkt über dem
Substrat abgesetzt wird, und dieses Siliciumdioxid geht in Zinnoxid über, das
im Wesentlichen in Zinkoxid, Zinkzinnoxid oder Zinkaluminiumoxid übergeht.
Diese Ausgestaltungen bieten eine außergewöhnlich haltbare Grundierung
für die
Beschichtung. Tabelle
6
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkzinnoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkzinnoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinzinkoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid/Silber/Sperre/mittlere
Schicht/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkzinnoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
Glas/Siliciumdioxid/Zinnoxid → Zinkaluminiumoxid/Silber/Sperre/äußere Schicht |
-
In
bestimmten bevorzugten Ausgestaltungen stellt die Erfindung eine
konzentrationsmodulierte innere Schicht bereit, die in einer zusammenhängenden
Folge nach außen
gehend Folgendes umfasst: (i) einen ersten Hochkonzentrationsbereich,
wobei der erste Hochkonzentrationsbereich reich an Zinnoxid ist;
(ii) eine erste gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen kontinuierlich
abnehmenden Zinnoxidkonzentration und einer im Wesentlichen kontinuierlich
zunehmenden Zinkoxidkonzentration; (iii) einen zweiten Hochkonzentrationsbereich,
wobei der zweite Hochkonzentrationsbereich reich an Zinkoxid ist;
(iv) eine zweite gradierte Filmregion mit einer im Wesentlichen
kontinuierlich abnehmenden Zinkoxidkonzentration und einer im Wesentlichen
kontinuierlich zunehmenden Zinnoxidkonzentration; (v) einen dritten
Hochkonzentrationsbereich, wobei der dritte Hochkonzentrationsbereich
reich an Zinnoxid ist; (vi) eine dritte gradierte Filmregion mit
einer im Wesentlichen kontinuierlich abnehmenden Zinnoxidkonzentration
und einer im Wesentlichen kontinuierlich zunehmenden Zinkoxidkonzentration;
und (vii) einen vierten Hochkonzentrationsbereich, wobei der vierte
Hochkonzentrationsbereich reich an Zinkoxid ist. Eine innere Schicht
dieser Art kann beispielsweise mit der Sputtervorrichtung von 5A produziert
werden.
-
Mit
Bezug auf den Infrarotlicht reflektierenden Film wird Silber verwendet.
Es können
zwar auch andere mit Infrarotlicht reagierende Metalle (z. B. Kupfer,
Gold, Platin, Palladium, Nickel und Legierungen) verwendet werden
können,
aber Silber bietet das niedrigste Emissionsvermögen und beste Farbneutralität. In anderen
Fällen
umfasst der Infrarotlicht reflektierende Film ein anderes Material
als Silber, ist aber gänzlich
metallisch oder im Wesentlichen metallisch (enthält nicht mehr als ein Atomprozent
an nichtmetallischem Material). Vorzugsweise wird jedoch reines
Silber oder im Wesentlichen reines Silber (das nicht mehr als fünf Atomprozent
eines anderen Materials enthält)
verwendet. Dies ergibt das niedrigstmögliche Emissionsvermögen. Jeder Infrarotlicht
reflektierende Film kann z. B. durch Sputtern eines Silbertargets
in einer Inertatmosphäre
abgesetzt werden. Jeder Infrarotlicht reflektierende Film kann diskrete
innere und äußere Grenzflächen jeweils
mit dem darunter liegenden und dem darüber liegenden Film haben. In
einer Doppeltyp-Beschichtung
mit niedrigem Emissionsvermögen
kann ein erster Silberfilm beispielsweise eine diskrete innere Grenzfläche mit
einer darunter liegenden inneren Schicht 30 und eine diskrete äußere Grenzfläche mit
einem darüber
liegenden Film (der eine Sperrlage 80 oder die mittlere
Schicht 90 sein kann) haben, und ein zweiter Silberfilm
kann eine diskrete innere Grenzfläche mit einer darunter liegenden
mittleren Schicht 90 und eine diskrete äußere Grenzfläche mit
einem darüber
liegenden Film (der eine Sperrlage 180 oder die äußere Schicht 70 sein
kann) haben. Diese Ausgestaltungen werden unter anderem deshalb
bevorzugt, weil sie der Beschichtung 40 ein außergewöhnlich niedriges
Emissionsvermögen
verleihen.
-
Die
physikalische Gesamtdicke der inneren Schicht beträgt vorzugsweise
weniger als 200 Ångström. Jeder
Infrarotlicht reflektierende (z. B. Silber-)Film hat vorzugsweise
eine physikalische Dicke zwischen etwa 40 Ångström und etwa 190 Ångström. In Ausgestaltungen,
bei denen die Beschichtung zwei Infrarotlicht reflektierende Filme
beinhaltet, hat die mittlere Schicht wünschenswerterweise eine physikalische
Gesamtdicke zwischen etwa 180 Ångström und etwa
700 Ångström. Die physikalische
Gesamtdicke der äußeren Schicht liegt,
ob die Beschichtung eine oder mehrere Infrarotlicht reflektierende
Lagen hat, vorzugsweise zwischen etwa 100 Ångström und etwa 300 Ångström. Es ist
jedoch zu verstehen, dass die in diesem Absatz angegebenen Dickenbereiche
lediglich bevorzugt sind, und es wird erwartet, dass die tatsächlichen
Dicken in vielen Ausgestaltungen außerhalb dieser Bereiche liegen
werden.
-
In
bestimmten Ausgestaltungen beinhaltet die Beschichtung eine oder
mehrere gradierte Filmregionen, die jeweils von einem ersten Zink-
und Zinnoxid zu einem zweiten Zink- und Zinnoxid übergehen.
Zum Beispiel kann eine solche gradierte Filmregion durch aufeinander folgendes
Befördern
eines Substrats an den folgenden Sputtertargets vorbei gebildet
werden: ein erstes Target, das aus reinem oder im Wesentlichen reinem
Zinn besteht, ein zweites Target, das aus einem Zinkzinnmaterial
mit hohem Zinngehalt (z. B. etwa 40% Zinn oder mehr) gebildet ist,
ein drittes Target, das aus einem Zinkzinnmaterial mit niedrigem
Zinngehalt (z. B. etwa 20% Zinn oder weniger) gebildet ist, und
ein viertes Target, das aus reinem oder im Wesentlichen reinem Zink
gebildet ist. Eine gradierte Filmregion dieser Art kann in der inneren
Schicht, der mittleren Schicht oder der äußeren Schicht verwendet werden.
-
Die
Erfindung stellt auch wünschenswerte
Verfahren zum Erzeugen von beschichteten Substraten bereit. Diese
Verfahren beinhalten im Allgemeinen das Absetzen einer Beschichtung 40,
die eine dielektrische innere Schicht 30, eine dielektrische
mittlere Schicht 90 und eine dielektrische äußere Schicht 70 beinhaltet, von
denen wenigstens eine eine gradierte Filmregion aufweist. Verschiedene
geeignete Beschichtungen dieser Art wurden beschrieben und die vorliegenden
Methoden erstrecken sich auf das Absetzen beliebiger der beschriebenen
Beschichtungen.
-
Die
vorliegenden Verfahren beinhalten vorzugsweise das Absetzen eines
gradierten Films, ohne dass eine abrupte Änderung der Zinnzusammensetzung
entsteht (so dass die Zusammensetzung des Films in jeder gradierten
Filmregion keine plötzliche
Diskontinuität
aufweist). Die gradierte Filmregion wird vorzugsweise so abgesetzt,
dass ein allmählicher Übergang
von einem dielektrischen Material zum nächsten entsteht (in Abhängigkeit
von Filmdicke/Abstand vom Substrat). Dies wird wünschenswerterweise mit einem
Sputterprozess erzielt, der die Verwendung eines üblichen Targetmaterials
für das
letzte Target in einer gewünschten
Sputterstation und für
das erste (oder einzige) Target in der nachfolgenden Station beinhaltet,
und durch Verwenden eines üblichen
Targetmaterials für
das erste Target in der gewünschten
Station und für
das letzte (oder einzige) Target in der vorherigen Station beinhaltet.
In bestimmten Ausgestaltungen wird jede Sputterstation von jeder benachbarten
Station durch wenigstens eine Kammerwand getrennt. Diese Wand definiert
charakteristischerweise einen engen Kanal, durch den Substrate von
einer Station zur nächsten
befördert
werden können
(z. B. über
Rollen oder andere Substratauflagen, die einen Transportweg für das Substrat
definieren). Die vorliegenden Verfahren erlauben es Herstellern,
die Eigenschaften der inneren, mittleren und/oder äußeren dielektrischen
Schicht zu optimieren und gleichzeitig diskrete Grenzflächen zu
vermeiden, wo sich sonst oft Spannungen aufstauen (d. h. konzentrieren).
-
In
bestimmten Ausgestaltungen umfasst das Verfahren das Befördern eines
Substrats durch wenigstens drei benachbarte Sputterstationen, die
jeweils zum Absetzen von dielektrischem Film gestaltet sind (z.
B. jeweils eine reaktive Sputteratmosphäre und/oder ein Keramik-Target
enthalten). Der hierin verwendete Begriff „benachbarte Sputterstationen" bezieht sich auf
Sputterstationen, durch die ein Substrat nacheinander befördert wird,
ohne durch eine andere Station zu passieren. Wenigstens eine dieser
drei Stationen ist mit zwei oder mehr Sputtertargets ausgestattet,
von denen wenigstens zwei unterschiedliche sputterfähige Materialien
tragen. Das erste Target in dieser Station (die „Übergangs"-Station) trägt dasselbe sputterfähige Material
wie das letzte (oder einzige) Target in der vorherigen Station.
Das letzte Target in der Übergangsstation
trägt dasselbe sputterfähige Material
wie das erste (oder einzige) Target in der nachfolgenden Station.
Dies lässt
sich möglicherweise
am besten mit Bezug auf die 4–5B verstehen.
(Es ist zu verstehen, dass die Targets in der Übergangsstation in einer gemeinsamen
Sputteratmosphäre
gesputtert werden.)
-
4 stellt
eine besondere Sputtervorrichtung dar, die zum Absetzen einer konzentrationsmodulierten mittleren
Schicht 90 verwendet werden kann. Diese Anordnung von Sputtertargets
kann z. B. zum Erzeugen der mittleren Schicht der ersten Beschichtung
in Tabelle 3 verwendet werden. Hier wird das Substrat durch zwei
Sputterstationen befördert,
die jeweils mit zwei Zinktargets ausgestattet sind. Diese beiden
Stationen sind vorzugsweise mit einer oxidierenden Atmosphäre versehen,
wie in allen Stationen bevorzugt wird. Der innerste Bereich der
mittleren Schicht wird somit als eine erste homogene Filmregion
abgesetzt, die im Wesentlichen aus Zinkoxid besteht. Als Nächstes wird
das Substrat durch eine Station geführt, in der das erste Target
Zink und das zweite Target Zinn ist. Während sich das Substrat durch
diese Station bewegt (über
den Substratweg 99), wird das Substrat zunächst einer
relativ großen
Menge an Zinkoxidfluss ausgesetzt, dann einer allmählich abnehmenden
Menge von Zinkoxidfluss und einer allmählich zunehmenden Menge an
Zinnoxidfluss ausgesetzt und gegen Ende der Station einer relativ
großen
Menge von Zinnoxidfluss ausgesetzt. So wird eine erste gradierte
Filmregion in dieser Station abgesetzt. Das Substrat wird dann durch
eine Station geführt,
die mit zwei Zinntargets ausgestattet ist. In diesen beiden Stationen
wird eine zweite homogene Filmregion abgesetzt, die im Wesentlichen
aus Zinnoxid besteht. Als Nächstes
wird das Substrat durch eine Station geführt, in der das erste Target
Zinn und das zweite Target Zink ist. Eine zweite gradierte Filmregion wird
in dieser Station abgesetzt. Das Substrat wird dann durch zwei Sputterstationen
geführt,
die jeweils mit zwei Zinktargets ausgestattet sind. In diesen beiden
Stationen wird eine dritte homogene Filmregion abgesetzt, die im
Wesentlichen aus Zinkoxid besteht. Dann wird das Substrat durch
eine Station geführt,
in der das erste Target Zink und das zweite Target Zinn ist. Hier
wird eine dritte gradierte Filmregion abgesetzt. Das Substrat wird
dann durch eine Station geführt,
die mit zwei Zinntargets ausgestattet ist. In diesen beiden Stationen
wird eine vierte homogene Filmregion abgesetzt, die im Wesentlichen
aus Zinnoxid besteht. Als Nächstes
wird das Substrat durch eine Station geführt, in der das erste Target
Zinn und das zweite Target Zink ist. Hier wird eine vierte gradierte
Filmregion abgesetzt. Schließlich
wird das Substrat durch zwei Sputterstationen befördert, die
jeweils mit zwei Zinktargets ausgestattet sind, so dass der äußerste Bereich
der mittleren Schicht als eine fünfte
homogene Filmregion abgesetzt wird, die im Wesentlichen aus Zinkoxid
besteht.
-
So
erfährt
das Substrat keine abrupten Änderungen
der Zusammensetzung des Flusses, dem es ausgesetzt wird, während es
durch die Sputterlinie geführt
wird. Man wird erkennen, dass 4 nur einen
Teil der Sputterlinie oder des Beschichters zeigt, durch die/den
das Substrat geführt
wird. Die Linie oder der Beschichter beinhaltet noch andere Sputterstationen
(in 4 nicht zu sehen), in denen die übrigen Teile
der Beschichtung 40 abgesetzt werden. Sputterlinien und
Beschichter sind gut bekannt und daher werden bestimmte konventionelle
Details (z. B. die Rollen oder sonstige Substratauflagen, der Boden
des Beschichters usw.) hier nicht illustriert.
-
5A stellt
eine besondere Sputtervorrichtung dar, die zum Absetzen einer konzentrationsmodulierten
inneren Schicht 30 verwendet werden kann. Diese Anordnung
von Sputtertargets kann beispielsweise zum Erzeugen einer mittleren
Schicht mit der folgenden Struktur verwendet werden: Zinnoxid → Zinkoxid → Zinnoxid → Zinkoxid.
Hier wird das Substrat durch eine Sputterstation geführt, in
der das erste Target Zinn und das zweite Target Zink ist. Als Nächstes wird
das Substrat durch eine Station geführt, in der das erste Target
Zink und das zweite Target Zinn ist. Das Substrat wird dann durch
eine Station geführt,
in der das erste Target Zinn und das zweite Target Zink ist. Schließlich wird
das Substrat durch eine Station geführt, in der das erste Target
Zink und das zweite Target Zinn ist.
-
Es
ist zu verstehen, dass die in den Tabellen der vorliegenden Offenbarung
dargestellten Filmstapel nicht nur aus den illustrierten Filmen
zu bestehen brauchen. Stattdessen können sich die Filme unter (d.
h. z. B. zwischen, unterhalb und/oder oberhalb) den illustrierten
Filmen befinden. Somit sind die Filme in den Tabellen in einer Folge,
aber nicht unbedingt in einer zusammenhängenden Folge. In bevorzugten
Ausgestaltungen sind die illustrierten Filme jedoch in einer zusammenhängenden
Folge. Ferner zeigen die Tabellen Infrarotlicht reflektierende Silberlagen 50, 150,
obwohl zu verstehen ist, dass auch andere reflektierende Materialien
verwendet werden können.
Ferner ist in den tabulierten Beschichtungen angegeben, dass sie
Sperrlagen enthalten, obwohl die Sperrlagen nicht unbedingt erforderlich
sind. Für
die Zwecke dieser Offenbarung wird die Sperrlage 80 ggf.
nicht als ein Bestandteil der mittleren Schicht 90 angesehen,
noch wird die Sperrlage 180 ggf. als Teil der äußeren Schicht 70 angesehen.
Vorzugsweise ist, wenn die Sperrlagen vorgesehen sind, jede Sperrlage
keine homogene dielektrische Lage, sondern stattdessen ein metallischer
innerer Bereich und ein dielektrischer äußerer Bereich. Wenn nichts
Gegenteiliges angegeben ist, sind die hier angegebenen Dicken physikalische
Dicken anstatt optische Dicken. Die hierin verwendeten Begriffe „im Wesentlichen
kontinuierlich abnehmende Konzentration", „im
Wesentlichen kontinuierlich zunehmende Konzentration" und dergleichen beziehen
sich auf einen Übergang
mit zunehmendem Abstand vom Substrat von einem dielektrischen Material auf
ein anderes, wobei der Übergang über die
Dicke der gradierten Filmregion und nicht an einer diskreten Grenzfläche erfolgt,
wo ein Material abrupt auf ein anderes wechselt. Jeder solcher Übergang
ist vorzugsweise, aber nicht unbedingt, ein allmählicher Übergang. In den offenbarten
Ausgestaltungen unter Beteiligung eines Zinkzinnoxidfilms können die
Zinnatome beispielsweise weniger als etwa 5–10 Atomprozent relativ zu
allen Metallatomen in dem Film ausmachen. Mit Bezug auf das Aluminium
in dem offenbarten Zinkaluminiumfilm, können die Aluminiumatome beispielsweise
weniger als etwa 2 Atomprozent relativ zu allen Metallatomen im Film
ausmachen.
-
Es
wurden zwar bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung
beschrieben, aber es ist zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen,
Adaptionen und Modifikationen hierin vorgenommen werden können, ohne
vom Wesen der Erfindung und dem Umfang der beiliegenden Ansprüche abzuweichen.
-
QUELLENANGABEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Die
von der Anmelderin angeführten
Quellen werden lediglich zur Information gegeben. Sie stellen keinen
Bestandteil des europäischen
Patentdokuments dar. Obschon größte Sorgfalt
bei der Zusammenstellung der Quellenangaben angewendet wurde, können Fehler
oder Auslassungen nicht ausgeschlossen werden. Das EPA übernimmt
diesbezüglich
keine Haftung.
-
In
der Beschreibung werden die folgenden Patentdokumente genannt:
-
Transl. Notes:
-
- Page 12, line 23: I haue assumed that „arid best color neutrality" should read „and best
color neutrality".