DE69313144T2

DE69313144T2 - Verbesserte beschichtungen für substrate mit hoher durchlässigkeit und niedriger emission

Info

Publication number: DE69313144T2
Application number: DE69313144T
Authority: DE
Inventors: Robert Spring Green Wi 53588 Bond; Eric Spring Green Wi 53588 Eby; Roger Chaska Mn 55318 O'shaughnessy
Original assignee: Cardinal IG Co
Current assignee: Cardinal CG Co
Priority date: 1992-03-27
Filing date: 1993-03-25
Publication date: 1997-12-11
Anticipated expiration: 2013-03-26
Also published as: CA2132951A1; FI944454A0; DE69313144D1; US7060359B2; US20030104220A1; MX9301672A; NO943570L; CA2132951C; US5302449A; ES2108271T3; EP0705224B1; JPH08500061A; FI944454A; US6838159B2; EP0705224A1; DK0705224T3; JP2958664B2; US20050202256A1; WO1993019936A1; EP0705224A4

Description

Die gegenwärtige Erfindung betrifft im allgemeinen Beschichtungen für Substrate und insbesondere im wesentlichen transparente Beschichtungen für transparente Substrate wie Glas.
Beschichtungen mit sichtbar hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission, angebracht an transparente Substrate, wie Glas, sind gekennzeichnet durch ihre Fähigkeit, sichtbares Licht zu transmittieren, während die Durchlässigkeit von anderen Wellenlängen von Licht, wie Licht in dem Infrarotspektrum, minimiert ist. Diese Charakteristik ist besonders nützlich zum Reduzieren von Strahlungswärmetransfer ohne. Beeinträchtigung der Sichtbarkeit, so wie bei Bauglas oder Autofenstern. Aus ästhetischen Gründen ist es bei vielen solchen Anwendungen wichtig, Reflexion relativ gleichmäßig über das sichtbare Spektrum zu halten, so daß die Beschichtung eine "neutrale" Farbe hat, d.h. im wesentlichen farblos ist.
Allgemein gesprochen, solche Beschichtungen mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission umfassen einen "Filmstapel", der zumindest einen dünnen Metallfilm oder eine dünne Metallage mit hoher Infrarotreflexionsfähigkeit und niedriger Durchlässigkeit, angeordnet zwischen Metalloxydlagen, aufweist. Die Metallage kann effektiv jedes reflektive Metall, wie Silber oder Gold, sein, wobei Silber das am häufigsten verwendete Metall für diese Anwendung aufgrund seiner relativ neutralen Farbe ist. Metalloxyde sind in Filmen mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission nützlich, enthaltend Oxyde von Titan, Hafnium, Zirkon, Niobium, Zink, Wismut, Indium und Zinn. Bekannte Systeme haben auch Oxyde von Metallegierungen, wie Zinkstannat oder Oxyde aus Indium/Zinn-Legierungen verwendet.
Die Metalloxydlagen solcher Beschichtungen dienen zwei wichtigen Funktionen. Zum einen dienen sie der Reduktion der sichtbaren Reflexion des Filmstapels, was die Durchlässigkeit erhöht. Die in diesen Lagen verwendeten Metalloxyden sollten einen relativ hohen Brechungsindex, zum Beispiel von der Größenordnning von 2,0 oder mehr, aufweisen, um dies zu erreichen. Demgemäß muß nach allgemein akzeptierten Prinzipien in dem Stand der Technik die Metalloxydlage zwischen dem transparenten (z.B. Glas) Substrat und der ersten Metallage zumindest 300 Angstroms (A) haben, um eine neutrale Beschichtung mit hoher Durchlässigkeit zu erhalten; solche Lagen sind gebräuchlicher zwischen ungefähr 400 bis 700 Angstrom in Dicken (10A=1nm)
Zum anderen sollten die Metalloxydlagen dazu dienen, die reflektive Metallage vor der Umgebung zu schützen. Sobald so beschichtete Substrate zusammengebaut und zur Verwendung installiert sind, ist der Filmstapel häufig vom Kontakt der Umgebung isoliert, wie durch Anordnen des Filmstapels zwischen zwei räumlich getrennte Glasscheiben in einem Verbundglasaufbau. Jedoch ist der Filmstapel, bevor diese Produkte zusammengebaut sind, häufig relativ rauhen Bedingungen ausgesetzt, wie beim Handhaben, Verladen oder Waschen.
Eine Vielzahl von Versuchen ist unternommen worden, um die Fähigkeit der Metalloxydlagen zu erhöhen, die reflektive Metallage in solchen Filmstapeln zu stützen. Beispielsweise lehren Gillery et al. die Verwendung von Titanoxyd als eine Schutzbeschichtung in U.S. Patent 4,786,563. Obwohl Gillery et al. erklären, daß Titanoxyde die besten Resultate liefern, bemerken sie, daß solch eine Beschichtung aus einem Metall anstelle eines Metalloxyds ausgebildet sein könnte; Titan und Legierungen aus Eisen oder Nickel sind als Hauptkandidaten für solch eine Metallage aufgelistet. Gillery et al. lehren auch, daß es bestimmten anderen Oxyden einfach an der benötigten Haltbarkeit fehlt, um als Schutzbeschichtung verwendet zu werden. Zinkoxyd, Wismutoxyd und Zinnoxyd sind aufgelistet, als unerwünschte Eigensdhaften aufweisend, wie ein Fehlen an Haltbarkeit, was sie ungeeignet für eine Schutzbeschichtung macht.
Es ist jedoch festgestellt worden, daß die Verwendung einer Titanoxydbeschichtung, wie von Gillery et al. gelehrt, besonders dazu neigt, zu zerkratzen oder zu verschleißen während Verladungs- und Waschbedingungen. Wenn beschichtete Substrate, beispielsweise, gewaschen werden, bevor sie in ein Endprodukt eingebaut werden, kommt der Filmstapel in physischen Kontakt mit einer Waschvorrichtung. Es ist festgestellt worden, daß solch eine Waschstufe physisch eine Beschichtung aus Titanoxyd oder dergleichen abnutzen kann, sichtbar verschlechternd das Erscheinungsbild des fertiggestellten Artikels.
Die spezielle Zusammensetzung der Lagen eines Filmstapels, sowie deren relativen Dicken, müssen sorgfältig ausgewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften in dem beschichteten Substrat zu erhalten. Wie oben festgestellt, ist es in vielen Fällen wünschenswert, daß ein Filmstapel eine neutrale Farbe hat, zusätzlich zur Maximierung der sichtbaren Durchlässigkeit bei Minimierung der Emission. Es ist möglich gewesen, Beschichtungen für Substrate zu liefern, die eine akzeptierbare neutrale Farbe in Transmission aufweisen, wenn unter einem Einfallswinkel betrachtet, der im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Films ist. Jedoch, wenn der Einfallswinkel verkleinert ist, wird der Filmstapel dazu neigen, erhöhte Farbe in Transmission aufzuweisen. Es ist festgestellt worden, daß Filmstapel, die fast komplett neutral sind, wenn unter senkrechtem Blickwinkel betrachtet, dazu neigen werden, eine bestimmte sichtbare Farbe zu zeigen, wenn unter einem spitzen Winkel betrachtet. Fenster von Gebäuden oder Autos werden von verschiedenen Winkel aus, natürlich, betrachtet, so daß Variationen in Farbe der Filmstapel häufig im Gebrauch erfaßt werden können.
US-A-4,943,484 betrifft einen Solarsteuerglasaufbau. Die Lehre dieser Beschreibung betrifft keineswegs das Erscheinungsbild eines Glassubstrats, wenn in der beschriebenen Art beschichtet, soildern probiert lediglich, die komplette Solarreflexion, erhalten durch das beschichtete Glas, zu erhöhen. Verschiedene Ausführungsformen sind beschrieben. Bei einer Ausführungsform wird eine Beschichtung geliefert, die aus einer ersten Lage aus Zinkoxyd, einer zweiten Lage aus Silber, einer dritten Lage aüs Zinkoxyd, einer vierten Lage aus Zinkoxyd, einer fünften Lage aus Silber und einer sechsten Lage aus Zinkoxyd besteht. Die Lagen aus Silber können eine Dicke von 25 bis 250 A haben, und jede Lage aus Zinkoxyd kann eine Dicke von 100 bis 500 A aufweisen.
W090/05439 betrifft auch ein Solarsteuerbeschichtung, angebracht an ein transparentes Substrat, und liefert wieder keine Lehre, betreffend das Erscheinungsbild des beschichteten Substrats, insbesondere wenn über einen Bereich von Winkeln betrachtet. Die Beschreibung offenbart einen transparenten Filmstapel, angebracht als eine Beschichtung an eine transparente Glasschicht, wobei der Filmstapel zumindest Lagen aus Silber, zwischengeordnet zwischen Lagen aus dielektrischem Material, enthält. Das Silber hat eine Dicke zwischen 80 und 180 A, und die Lagen aus dielektrischem Material, außerhalb der Silberlagen, haben eine Dicke zwischen 200 und 500 A, und die Lagen aus dielektrischem Material zwischen den Silberlagen haben eine Dicke zwischen 400 und 1000 A. In den in dieser Beschreibung angegebenen Beispielen hat die Dicke der dielektrischen Lage außerhalb der silbernen Metallage eine Dicke von zumindest 300 A.
Es wäre wünschenswert, einen Stapel zu liefern, der als eine Beschichtung mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission für ein Substrat dient, während er im wesentlichen neutral über einen breiten Bereich von Einfallswinkel bleibt. Zusätzlich wäre es wünschenswert, den Filmstapel mit einer Schutzbeschichtung bereitzustellen, die den Rauheiten der normalen Handhabung, die mit solchen Substraten in Verbindung stehen, standhalten kann.
Gemäß dieser Erfindung wird ein beschichtes Substrat mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission geliefert, umfassend ein Substrat, das eine Beschichtung auf einer Oberfläche aufweist, wobei die Beschichtung eine Grundschicht aus einem antireflektiven Metalloxyd, aufgebracht auf eine Oberfläche besagten Substrats; eine erste reflektive Metallage, aufgebracht über besagte Grundschicht; eine Zwischenschicht aus einem antireflektiven Metalloxyd, aufgebracht über besagte erste reflektive Metallage; eine zweite reflektive Metallage, aufgebracht über besagte zwischengeschaltete, antireflektive Metallage, und eine äußere antireflektive Lage aus einem Metalloxyd, getragen über besagter zweiten reflektiven Metallage, umfaßt, wobei die Grundschicht eine Dicke von nicht mehr als 275 Angstroms aufweist; die Beschichtung das beschichtete Substrat mit einer im wesentlichen neutralen Farbe über einen Bereich von Einfallswinkel von bis zu 45 liefert.
Die gegenwärtige Erfindung liefert eine Filmstapel mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission, aufweisend eine Grundschicht, ausgebildet aus einem Metalloxyd, die nicht mehr als 275 Angstroms dick ist. Diese Dicke wird im allgemeinen im Stand der Technik betrachtet, als zu dünn seiend, um die notwendige Antireflexion zwischen dem Substrat und der darauf liegenden reflektiven Metallage zu liefern. Wir haben, überraschenderweise, festgestellt, daß eine Metalloxydgrundschicht, ausgebildet mit einer Dicke 275 A und niedriger, ihre Antireflexionsfunktion erfüllen kann. Zusätzlich dazu, daß offensichtlich wirtschaftliche Vorteile durch das Reduzieren der Materialien und der zum Anbringen der Grundschicht notwendigen Energie vorliegen, ist überraschenderweise festgetellt worden, daß Reduzieren der Grundschicht in übereinstimmung mit der gegenwärtigen Erfindung signifikante Verbesserungen der Farbneutralität des Filmstapels erzielt. Insbesondere ermöglicht diese relativ dünne Grundschicht einen Aufbau aus einem Filmstapel, der eine neutrale Farbe mit einem viel breiteren Bereich an Einfallswinkeln darbietet, als normalerweise bei Filmstapeln des Stands der Technik vorliegend
In der gegenwärtigen Erfindung enthält der Filmstapel, enthaltend die dünne Grundschicht der Erfindung, auch eine Außenschicht aus einem Oxyd eines Metalls, das aus der Gruppe aus Zink, Zinn, Indium oder Wismut oder einer Legierung, enthaltend solch ein Metall, ausgewählt werden kann. Diese Außenbeschichtungslage ist vorzugsweise mit einer Dicke aufgebracht, die nicht erheblich die optischen Eigenschaften des beschichteten Substrats beeinflussen wird, wenn die Außenbeschichtung beschädigt oder abgerieben ist. Es ist festgestellt worden, daß ein Filmstapel, der solch eine Außenbeschichtung enthält signifikant erhöhte physische Haltbarkeit im Vergleich zu einem Filmstapel ohne solch eine Außenbeschichtung aufweist.
Die Erfindung wird nun, beispielhaft, mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben wobei:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Substrats, beschichtete mit einem Filmstapel einer Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung, ist.
Eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Films mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission gemäß der Erfindung ist in Figur 1 gezeigt. Der Filmstapel der Erfindung ist über ein Substrat 10 aufgebracht, das aus irgendeinem gewünschten Material sein kann. Es ist gedacht, daß ein Filmstapel der Erfindung, dennoch, an ein im wesentlichen transparentes Substrat angebracht werden wird, wie Glas oder eine klares Plastikmaterial. Die gegenwärtige Erfindung hat besonderen Nutzen beim Beschichten von Glasscheiben zur Verwendung als Fenster bei Bauanwendungen oder im Zusammehhang mit Autos.
Eine Grundschicht 20 eines Metalloxyds der Erfindung ist über das Substrat aufgebaut. Es ist gedacht, daß das Metalloxyd dieser Grundschicht 20 zumindest ungefähr 150 A dick ist, jedoch nfcht mehr als 275 A dick sein sollte. Eine Dicke von ungefähr 220 A ist für diese Lage bevorzugt.
Metalloxydlagen analog zu der Grundschicht 20 der gegenwärtigen Erfindung verwenden bekannte Metalloxyde, wie Titanoxyd, Hafniumoxyd, Zirkonoxyd, Zinkoxyd, Zinnoxyd, Indiumoxyd und Wismutoxyd, sowie Kombinationen solcher Oxyde. Diese Oxyde werden durch Magnetronsputtern aufgebracht. Magnetronsputtertechniken sind im Stand der Technik gut bekannt und müssen hier nicht im Detail diskutiert werden.
Obwohl jeder der oben erwähnten Metalloxyde gebräuchlich für Grundschichtzwecke ist, kann die Dicke der Grundschicht variieren, abhängig davon, welches dieser Metalloxyde ausgewählt ist. Wenn ein Metalloxyd, das einen relativ niedrigen Brechungsindex (20 für Zinkoxyd) aufweist, verwendet wird, ist eine Grundschichtdicke von ungefähr zwischen 150 Angstroms und ungefähr 275 Angstroms bevorzugt. Dies führt zu einer gewünschten optischen Dicke (das Produkt der tatsächlichen Dicke mit dem Brechungsindex) zwischen ungefähr 300 Angstroms und 550 Angstroms. Wenn ein Material, das einen höheren Brechungsindex aufweist, verwendet wird, kann die tatsächliche Dicke der Grundschicht 20 reduziert werden, während noch stets die gleiche gewünschte optische Dicke behalten wird; wenn Titanoxyd, das einen Brechungsindex von 2,3 bis 2,6 aufweist, wobei ungefähr 2,4 am üblichsten ist, verwendet wird, ist die bevorzugte Dicke der Grundschicht 20 zwischen 125 und 230 A, was zu ungefähr der gleichen optischen Dicke führt, wie im Falle des aufgebrachten Zinkoxyds mit ungefähr 150 bis 275 A.
Wie oben erwähnt enthält ein Filmstapel der gegenwärtigen Erfindung eine reflektive Metallage 30, aufgebracht über die Grundschicht 20. Jede geeignete Metallage, die effektiv Infrarotstrahlung reflektiert, ohne signifikant die Durchlässigkeit im Sichtbaren zu beeinflussen, ist für diese Metallage geeignet. Obwohl Gold oder Kupfer verwendet werden können, wie oben bemerkt, ist Silber bevorzugt, da Farbneutralität des Filmstapels einfacher erhalten werden kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem zwei diskrete reflektive Metallagen verwendet werden, wie unten beschrieben, hat eine erwünschte, innere (am nähesten zu dem Substrat) reflektive Metallage 30 ein Dicke in der Größenordnung von ungefähr 100 bis 150 A, wobei eine Dicke von ungefähr 125 A bevorzugt ist.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ist ein äußere reflektive Metallage 50 auch enthalten. Wie im Stand der Technik bekannt, ist es wünschenswert, eine Zwischenlage 40, angeordnet zwischen der inneren und der äußeren reflektiven Metallage (30 bzw. 50) zu enthalten. Diese Zwischenlage 40 kann aus irgendeiner gewünschten Metalloxydzusammensetzung sein; Metalloxyde, von denen festgestellt worden ist, daß sie gut als solch eine Zwischenlage arbeiten, sind im wesentlichen die gleichen wie die, die sich als effektiv für die innere Metalloxydlage 20 herausgestellt haben, wie oben angegeben.
Bei der in Figur 1 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist die Silberlage mit einer Opferlage 42 eines Metalls, wie Titan, das oxidiert wird, wenn die nächst Oxydbeschichtung in Folge aufgebracht wird, beschichtet. Die Metallage 42 dient daher als eine Opferlage, um die darunterliegende, reflektive Lage 30 während des Auf sputterns der Metalloxydlage 44 zu schützen. Es ist festgestellt worden, daß Aufbringen des Titanmetalls in einer Dicke von ungefähr 20 A gut arbeitet.
Die Metalloxydlage 44 kann aus irgendeinem geeigneten Metalloxyd ausgebildet werden, wie ein Oxyd aus Zink, Zinn, Indium oder Wismut. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung ist die Dicke der Zwischenmetalloxydlage 44 zumindest ungefähr dreimal die der Grundschicht 20, d.h. das Verhältnis der Dicke der Grundschicht 20 zu der der Zwischenschicht 40 ist nicht mehr als ungefähr 0,33. Bei einem Filmstapel der Erfindung, der eine Grundschicht 20 mit einer Dicke von ungefähr 220 A, aufweist ist es, beispielsweise, bevorzugt, daß die Zwischenlage 40 zwischen ungefähr 660 und 900 dick ist, wobei ein Bereich von ungefähr 700 bis 750 A bevorzugt ist. Dies führt zu einem Verhältnis der Dicke der Grundschicht 20 zu der der zweiten Metalloxydlage 40 von zwischen ungefähr 0,33 und ungefähr 0,24, wobei ein bevorzugter Bereich zwischen ungefähr 0,31 (220 geteilt durch 700) und ungefähr 0,29 (220 geteilt durch 750) ist.
Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten Ausführungsform ist eine äußere reflektive Metalloxydlage 50 auch verwendet. Das Metall dieser reflektiven Lage kann das gleiche Metall sein wie das Metall, das für die innere reflektive Metallage 30 verwendet wird, oder sich davon unterscheiden. Die Dicke dieser zweiten reflektiven Metallage sollte so ausgewählt sein, daß die kombinierte Wirkung der inneren und äußeren reflektiven Metallage die gewünschte Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und die gewünschten Emissionseigenschaften sowie die gewünschten Farbeigenschaften für den Filmstapel liefert. Mit einer inneren reflektiven Lage 30 von ungefähr 125 A ist es bevorzugt, daß die äußere reflektive Lage 50 zwischen ungefähr 125 und ungefähr 175 A dick ist, wobei eine Dicke von ungefähr 150 A bevorzugt ist. Es ist festgestellt worden, daß die Verwendung solcher Dicken für die innere und äußere Metallage 30, 50 recht niedrige Emission bei Aufrechterhaltung relativ hoher Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und eine Farbneutralität erzielt. Eine äußere Metalloxydlage 60 ist über die äußere reflektive Metallage 50 aufgebracht. Es sollte verstanden werden, daß diese äußere Metalloxydlage 60 unabhängig von der Anzahl an reflektiven Metallagen, wie verwendet in dem Filmstapel, eingesetzt wird. Wenn ein Filmstapel drei oder mehr reflektive Metallagen verwendet, sollte die äußere Metalloxydlage 60 über die äußerste der Metalloxydlagen aufgebracht werden.
Eine äußere Metalloxydlage 60 gemäß der gegenwärtigen Erfindung kann irgendeinen geeigneten Aufbau aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Metalloxydlage 60 über eine Sperrlage 62, aufgebracht direkt auf der Metallage 50, mit einer oder mehreren zusätzlichen Oxydlage, die über der Sperrlage getragen werden, ausgebildet. Diese Sperrlage 62 kann im wesentlichen ähnlich der Sperrlage 42 sein, die oben im Zusammenhang mit der zwischenliegenden Metalloxydlage 40 beschrieben worden ist.
Die äußere Metalloxydlage 60 enthält wünschenswerterweise mindestens eine Metalloxydlage, getragen über der Sperrlage 62, um die sichtbare Relexionsfähigkeit des Filmstapels zu mmimieren und die Integrität der darunterliegenden Metallage oder -lagen zu schützen. Dieses Metalloxyd, getragen über der Sperrlage, kann in Zusammensetzung und Dicke variieren, um die spezifischen Durchführungsparameter, gewünscht von dem Filmstapel, zu treffen. Eine einzige Lage eines Oxyds aus Titan kann, beispielsweise, verwendet werden. Bei der bevorzugten, in Figur 1 gezeigten Ausführungsform, sind zumindest zwei Metalloxydlagen 60 und 62 über der Sperrlage 62 angeordnet.
Es ist wünschenswert, die erste und zweite Lage 64, 66 aus unterschiedlichen Metalloxyden auszubilden, anstatt daß beide Lagen mit der selben Zusammensetzung ausgebildet werden. Eine der beiden Lagen 64, 66 umfaßt vorzugsweise ein Oxyd von Titan, Hafnium, Zirkon oder Niobium, oder Legierung solch eines Metalls, wobei Titanoxyd besonders bevorzugt ist. Solch eine Lage liefert zusätzlich chemische Resistenz des Filmstapels, schützend die darunterliegenden Metallagen vor dem Angriff von chemischen Lösungsmitteln. Die Dicke dieser Lage kann innerhalb eines breiten Bereichs variiert werden. Es ist bevorzugt, daß diese Dicke zumindest ungefähr 5 bis 10 A dick, um eine effekttve chemische Sperre zu liefern, aber diese Lage kann auch signifikant über diese Minimaldicke erhöht werden. Titan, Hafnium, Zirkon und Niobium sputtern relativ langsam, und Oxydlagen solcher Metalle neigen daher dazu, relativ teuer in ihrer Anwendung zu sein. Es ist daher wirtschaftlich wünschenswert, solch eine Oxydlage mit einer Dicke von nicht mehr als 100 A anzubringen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Lage aus Titanoxyd mit einer Dicke von zwischen ungefähr 50 und 100 A ausgeformt, wobei ungefähr 55 bis 60 A besonders bevorzugt ist.
Die andere der beiden Metalloxydlagen 64, 66 und die äußere Lage 60 können aus irgendeinem gewünschten Metalloxyd ausgebildet sein. Es ist festgestellt worden, daß Zinkoxyd, Zinnoxyd, Indiumoxyd und Wismutoxyd in dieser Anwendung recht gut arbeiten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Lage aus Zinkoxyd in einer Dicke zwischen ungefähr 200 und 400 A ausgebildet, wobei eine Dicke von ungefähr 300 A bevorzugt ist. Obwohl die relative Reihenfolge der Titanoxyd- und Zinkoxydlagen variiert werden kann, wird in dieser Ausführungsform Zinkoxyd über eine Titanoxydsperrlage 62 als eine Oxydlage 64 aufgebracht, und ein Titanoxyd wird über die Zinkoxydlage als Oxydlage 66 aufgebracht.
Es ist auch wünschenswert, die Gesamtdicke dieses Filmstapels zu minimieren. Es wird geglaubt, daß Minimierung der kompletten Dicke dieses Filmstapels, in Kombination mit der Verwendung einer relativ dünnen Grundschicht 20, wie oben beschrieben, hilft, einen breiten Bereich von Einfallswinkeln zu erzielen, die eine neutrale Farbe anzeigen, wie im Anschluß vollständiger beschrieben. Es ist gedacht, daß die Gesamtdicke dieses Filmstapels nicht mehr als ungefähr 1700 A beträgt, wobei eine Gesamtdicke von ungefähr 1600 A bevorzugt ist, und eine Dicke von zwischen ungefähr 1500 bis 1600 besonders bevorzugt ist.
Obwohl die Verwendung einer inneren Metalloxydlage gut bekannt ist, ist allgemein akzeptiert, daß Filme mit effektiv hoher Durchlässigkeit im sichtbaren Bereich und niedriger Emission, die eine neutrale Farbe habe, eine innere Metalloxydlage benötigen, die zumindest 300 A dick ist. Wie oben bemerkt, ist die innere Metalloxydlage zwischen dem Substrat und der darüberliegenden refraktiven Metallage 30 angeordnet. Eine Dicke von zumindest ungefähr 300 A ist gedacht worden, als notwendig seiend, um die Reflexion zu reduzieren, während Licht von dem Substrat zu der reflektiven Metallage hindurchtritt, oder vice versa.
Wir haben entdeckt, daß adäquate Antireflexion erhalten werden kann durch Verwendung einer signifikanten dünneren Grundschicht 20. Deutlich wird die Verwendung von weniger Metalloxydmaterial beim Ausbilden dieser Grundschicht die mit der Herstellung des beschichteten Substrats in Verbindung stehenden Kosten reduzieren - es werden nicht nur Kosten der Rohmaterialien reduziert, sondern die Stromanforderungen und die Herstellungszeit, die notwendig sind zum Aufbringen solch eines Films, sind ebenso entsprechend reduziert. Recht überraschenderweise reduziert, dennoch, die Verwendung von weniger Metalloxydmaterial in der Grundschicht nicht signifikant die optischen Eigenschaften des beschichteten Substrats, wie herkömmlich akzeptierte Prinzipien des Stands der Technik nahelegen würden. Im Gegenteil, es ist festgestellt worden, daß die Verwendung einer Grundschicht gemäß der gegenwärtigen Erfindung tatsächlich die optischen Eigenschaften, insbesondere die Farbneutralität, des resultierenden Filmstapels verbessert.
Wie oben kurz erwähnt, ist es wichtig, daß beschichtete Substrate, verwendet in bestimmten Anwendungen, eine neutrale Farbe darbieten. Viel Mühe ist darauf verwendet worden, eine geeignetes Metalloxyd und geeignete Metalloxydlagen auszuwählen, um einen Filmstapel zu liefern, der eine neutrale Farbe aufweist. Farben des beschichteten Substrats werden routinegemäß unter Verwendung von Licht, das das beschichtete Substrat mit einem Winkel im wesentlichen senkrecht zu der Glasebene streift, gemessen. Beim Durchführen solch eines Tests wird eine Lichtquelle, die eine bekannte Wellenlängenverteilung über das sichtbare Spektrum aufweist, auf einer Seite des beschichteten Substrats angeordnet, und eine Detektor wird auf der anderen Seite des Substrats angeordnet, entlang einer Linie, die im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ist. Der Detektor mißt dann die Lichtintensität bei verschiedenen wellenlängen über das sichtbare Spektrum und vergleicht diese Messungen mit der bekannten Wellenlängenverteilung der Quelle, um die komplette "Neutralität" des beschichteten Substrats zu bestimmen. Solche Farbtests sind im Stand der Technik gut bekannt und müssen hier nicht im Detail erklärt werden.
Es ist wichtig zu bemerken, daß, jedoch, solche Tests ausgestaltet sind, um die Farbe des durch das Substrat mit einem Winkel im wesentlichen senkrecht zu dessen Oberfläche transmittierten Lichts zu messen. Wenn der Einfallswinkel, mit dem das Licht auf den Film fällt (α in Figur 1), von 90 reduziert wird, kann sich die Farbe des beschichteten Substrats ändern. Obwohl diese Veränderung recht schwer zu quantifizieren sein kann mit gegenwärtigen Testtechniken, ist es von den Fachmännern bemerkt worden, daß diese Veränderung recht signifikant sein kann. Insbesondere haben einige Beschichtungen, die hervorragende Neutralität aufgewiesen haben, als sie mit Licht mit einem senkrechten Einfallswinkel gemessen wurden, bestimmte, sichtbare Farben gezeigt, z.B. einen Gelbton, wenn unter einem spitzeren Einfallswinkel betrachtet.
Jedoch bewahren die Filmstapel in einem beschichteten Substrat gemaß der gegenwärtigen Erfindung im wesentlichen ihre Neutralität über einen breiten Bereich von Einfallswinkeln, z.B. bei Winkeln bis zu 45º.
Bei einem zusätzlichen Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung sind die Grundschicht 20, die reflektiven Metallagen 30,50 und die Zwischenmetalloxydlage 40 im wesentlichen wie oben beschrieben. Jedoch enthält gemäß dieser Ausführungsform die äußere Metalloxydlage 60 der Erfindung eine äußere Beschichtung 70, aufgebracht als die äußerste Lage des Filmstapels, d.h., an jeder Stelle, die am weitesten von der Grundschicht 20 entfernt angeordnet ist. Die Beschichtung 70 kann die darunterliegenden Lagen des Filmstapels vor Abnutzung schützen. In vielen Fällen wird das Substrat an einer Stelle beschichtet und muß dann zu einer anderen Stelle zum Zusammenbau in eine Endprodukt verladen werden. Glasscheiben können, beispielsweise, mit einer Beschichtung mit hoher Durchlässigkeit und niedriger Emission bei einer Beschichtungsausrüstung bereitgestellt werden und werden dann zu einer anderen entfernten Ausrüstung verladen, um zu isolierenden Glasfenstereinheiten zusammengebaut zu werden. Obwohl es möglich ist, beschichtete Substrate über relativ kurze Distanzen ohne übermäßige Beschädigung der Beschichtungen zu verladen, können die Produktverlust aufgrund von Abnutzungen recht hoch sein, wenn die Substrate über längere Distanzen verladen werden.
Ein Glasprodukt, bereitgestellt mit einer Beschichtung im wesentlichen wie oben angegeben und enthaltend Titanoxyd als eine äußerste Lage, wurde, beispielhaft von einer Beschichtungsausrüstung zu einer Zusammenbaufabrik gebracht, die weniger als 1000 Meilen entfernt war; fast 80% des verladenen Materials wurde als nicht akzeptierbar zur Verwendung in isolierenden Glaseinheiten aufgrund von Kratzern und Abnutzungen der Beschichtungen betrachtete. Durch Anbringen einer oberen Beschichtung der gegenwärtigen Erfindung an eine zweite Verladungsmenge an Glas, bereitgestellt mit im wesentlichen dem gleichen Filmstapel, war, jedoch, die Anzahl an nicht akzeptierbaren Scheiben vergleichsweise so, wie bei sehr kurzdistanzigen Verladungen und war innerhalb akzeptierbarer, erwarteter Bereiche von Herstellungsverlusten. Diese zweite Verladungsmenge an Glas, enthaltend eine obere Beschichtung, zeigte sehr wenige Kratzer und andere Abnutzung und war sichtbar besser als die erste Verladungsmenge, der es an der oberen Beschichtung fehlte.
Die obere Instantbeschichtung 70 ist wünschenswerterweise aus einem Material mit größerer mechanischer Haltbarkeit ausgebildet, d.h. einem Material, das besser resistent gegen Abnutzung und Verkratzen ist, als das Material, das direkt unter dieser oberen Beschichtung liegt. Materialien, die relativ hohe mechanische Haltbarkeit aufweisen, wenn als eine obere Beschichtung gemäß der Erfindung aufgesputtert, enthalten Oxyde von Zink, Zinn, Indium, Wismut, oder Oxyde der Legierung solcher Metalle wie Zinkstannat. Aufgrund seiner relativ niedriger Kosten und hoher Sputterrate ist Zinkoxyd, aufgebracht durch Magnetronsputtern aus einem Zinktarget in einer reaktiven Sauerstoffatmosphäre, besonders bevorzugt.
Nachteiligerweise ist, jedoch, festgestellt worden, daß die mechanisch haltbaren Metalloxydlagen dazu neigen, anfälliger auf chemische Angriffe zu sein, als andere herkömmlichere äußere Lagen, wie Titanoxyd. Wenn beschichtete Glasplatten von Arbeiten zum Zusammenbauen von Endglasprodukten gehandhabt werden, berühren die Arbeiter oft den Filmstapel 2.
Schweiß auf den Händen der Arbeiter oder Chemikalien, die bei dem Zusammenbauprozeß verwendet werden, können in Kontakt mit dem Filmstapel kommen und können den Film sichtbar mit Flecken versehen oder auf andere Weise verschlechtern. Zusätzlich werden solche Platten häufig vor dem Zusammenbau gewaschen; die Chemikalien in Waschlösungen können auch negative Auswirkungen auf deri Film haben.
Daher ist es wünschenswert, eine obere Lage 70 der Erfindung mit einer Dicke aufzubringen, die im wesentlichen nicht die optischen Eigenschaften, und insbesondere die Farbe, des beschichteten Substrats beeinflußt. Wenn ein Filmstapel der Erfindung einer harten chemischen Umgebung ausgesetzt wird, die die oberste Lage veschlechtert, werden die Effekte auf die obere Lage die optischen Eigenschaften des Films oder des beschichteten Substrat nicht signifikant beeinflussen. Selbst wenn das Waschverfahren so hart ist, das die komplette oberste Lage von dem Filmstapel weggewaschen wird, würden sich die optischen Eigenschaften des Films nicht erheblich ändern, sondem die oberste Lage würde dennoch dazu dienen, den darunterliegenden Film vor Abnutzung während der Handhabung, Verladung oder dergleichen vor dem Waschen zu schützen.
Die Dicke, in der die oberste Lage der Erfindung aufgebracht wird, wird variieren, abhängig von dem verwendeten Metalloxyd; die maximale Dicke der obersten Lage wird geringer sein bei Materialien, die einen relativ hohen Brechungsindex aufweisen, als bei Materialien, die einen relativ niedrigen Brechungsindex aufweisen. Es ist festgestellt worden, daß die oberste Lage, die eine optische Dicke von zwischen ungefähr 10 A und 40 A aufweist, ein geeignete Abnutzungsresistenz ohne signifikante Beeinflussung der optischen Eigenschaften liefert. Somit wird eine oberste Lage aus Zinkoxyd, das einen Brechungsindex von fast 2,0 aufweist, vorteilhafterweise in ungefähr 5 A bis 20 A Dicke aufgebracht.
Während ein bevorzugtes Ausführungsbespiel der gegenwärtigen Erfindung beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, daß verschiedene Veränderungen, Anpassungen und Modifikationen davon gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der anhängenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Beschichtetes Substrat mit hoher Durchlässsigkeit und niedriger Emission, umfassend ein Substrat, aufweisend eine Beschichtung auf einer Oberfläche, wobei die Beschichtung eine Grundschicht eines antireflektiven Metalloxyds, aufgebracht auf eine Fläche besagten Substrats; eine erste reflektive Metallage, aufgebracht über besagte Grundschicht; eine Zwischenlage aus einem antireflektiven Metalloxyd, aufgebracht über besagte erste reflektive Metallage; eine zweite reflektive Metallage, aufgebracht über besagte zwischenliegende antireflektive Metallage; und eine äußere antireflektive Lage eines Metalloxyds, getragen über besagter zweiten Metallage, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschicht eine Dicke von nicht mehr als 275 Angstroms aufweist; wobei die Beschichtung das beschichtete Substrat mit einer im wesentlichen neutralen Farbe über einen Bereich von Einfallswinkeln bis zu 45º liefert.

2. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicke der Grundschicht zu der Dicke der zwischenliegenden, antireflektiven Lage nicht mehr als 0,33 beträgt.

3. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Beschichtung nicht mehr als 1600 Angstroms beträgt.

4. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Beschichtung zwischen 1500 Angstroms und 1600 Angstroms liegt.

5. Beschichtetes Substrat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Beschichtung eine abnutzungsresistente Außenschicht als seine äußerste Lage aufweist, wobei die Außenschicht aus einem abnutzungsresistenten Metalloxyd ausgebildet ist.