JP4824150B2 - 薄膜の積層体を具備した透明基材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体に基づく２つのコーティングの間に配置され、赤外線を反射する性質を持ち、特に低放射率である少なくとも１つの金属層を有する薄膜の積層体を具備した透明基材、特にガラスで作られた透明基材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
本発明が目的とする主な用途は、断熱性及び／又は太陽光防護窓の製造のためのそのような基材の使用である。
【０００３】
これらは建築物及び乗り物の両方に適用することを意図している。特に、空調の負荷の減少及び／又は部屋と乗員区画の窓ガラス領域の継続的な増大による過剰な熱を減少させることを目的としている。
【０００４】
透明基材に熱的な性質、特に低放射率の性質を与えるために、あるタイプの薄膜の積層体がよく知られている。これは上述の必要とされる用途にふさわしく、また金属層、特に銀層で作られており、金属酸化物又は金属窒化物タイプの誘電体に基づく２つのコーティングの間に配置された金属層を有している。この積層体は通常、真空技術、例えばカソードスパッタリングを使用する一連の堆積によって製造する。また、これは磁場によって補助することができる。
【０００５】
銀層の劣化を防止するための保護をする金属オーバーコーティングを、この積層体に具備させてもよい。
【０００６】
このタイプの積層体において、銀層は本質的に、完成した窓の熱的、太陽光防護、及び／又は低放射率の性質を支配しており、誘電体層は主に、干渉によって得られる窓の光学的な外観に影響を与える。更にそれらは、銀層を化学的及び／又は機械的攻撃から保護する機能を持つ。
【０００７】
上述のタイプの積層体を具備した窓の製造に関する改良は、それらを熱的及び光学的な性能に関して満足できるものに維持しつつ、それらの用途を増加させた。しかしながら、光学的な点に関して、色彩的な外観には更に改良の余地があり、特に反射の中立的な色に関しては改良の余地がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、改良された色彩的な外観、特に反射における比較的中立な色を持つ上述のタイプの薄膜の積層体を具備した基材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、請求項１による透明基材、特にガラスで作られた透明基材に関し、この基材は、誘電体に基づく２つのコーティングの間に配置され、赤外線を反射する性質を持ち、特に低放射率の少なくとも１つの金属層を有する薄膜の積層体を具備している。本発明によれば、この金属層の上のこの誘電体に基づくコーティングは、
（ａ）屈折率ｎ_i-2が約２で且つ最大で２．２の高屈折率である１又は複数の材料を伴う１又は複数の層、
（ｂ）屈折率ｎ_i-1が後記最後の層の屈折率ｎ_iよりも０．３以上小さい１又は複数の材料を伴う１又は複数の層、
（ｃ）屈折率ｎ_iが実質的にｎ_i-2に等しい高屈折率である１又は複数の材料を伴う１又は複数の最後の層、
の順序で配置された一連の層を有する。
【００１０】
本発明の明細書の記載においては、「積層体の１又は複数の最後の層」とは基材から最も離れた積層中の１又は複数の層を意味しており、これは周囲雰囲気、例えば空気とと直接に接触している層を含む。
【００１１】
本発明の解決手段は、全く予想外の利点を与える。
【００１２】
本発明が意図するタイプの積層体に大きな反射防止効果を与えるためには、直接に保護金属層に接触する層が、高屈折率の材料に基づく層である誘電体の基づく上側コーティングを得ることが必要である。ここで、この高屈折率の材料は赤外線を反射する性質を持つ金属層の「反射防止」をする利点を持つ。この上側のコーティングは、好ましくは「屈折率勾配（ｉｎｄｅｘ ｇｒａｄｉｎｇ）」で終わる。ここでこの「屈折率勾配」は、周囲雰囲気、例えば空気と接触する最後の層が、１．７程度の最も周囲雰囲気に近い屈折率を持つようにする。
【００１３】
これは、積層体の最後の層の物質と空気の間の屈折率の差が小さくなると、積層体の最後の層と空気の界面での反射も小さくなるという事実によって認められる。
【００１４】
意外にも、本発明が意図するタイプの積層体では、周囲雰囲気、例えば空気と接触している高屈折率の最後の層の存在にも関わらず、本発明の順序を使用することによって、所望の反射防止効果が得られた。
【００１５】
更に、結果として、本発明の積層体を具備した基材は反射において中立的な色を持ち、金属機能層、例えば銀の厚さが幾何学的に大きい形状においてもこのことがいえる。
【００１６】
従って、そのような基材を組み合わせた窓は、非常に美しく、且つ熱的に非常に良好な性能を持つ。
【００１７】
反射において満足できる色を得るために、屈折率の勾配を有することが必要である従来技術の順序と比較すると、本発明の積層体の順序には多くの利点がある。
【００１８】
特に、本発明によれば最後の層が最も大きい屈折率を持つので、積層体の機械的耐久性をかなり改良する構成材料、例えばＳｎＺｎＯ_x に基づく材料、又はその性質を変更しないで「温度処理が可能な（ｔｅｍｐｅｒａｂｌｅ）」特徴を与える構成材料、例えばＳｉ₃ Ｎ₄ に基づく材料を選択することが容易に可能である。
【００１９】
機能金属層は銀で作ることが有利である。低放射率で光透過率が高い窓（特に、Ｔ_L が少なくとも７０〜８０％）を得ることが望まれている場合、特に寒冷地域での建築物に適応させることを意図した窓の場合、この層の厚さは７〜２０ｎｍでよく、特に９〜１５ｎｍでよい。反対に、暖かい地域での建築物に適応させることを意図しており、太陽光防護機能を持つ反射窓が望ましい場合、銀層は比較的厚く、例えば２０〜２５ｎｍでよい（これは明らかに、かなり低い光透過率、例えば６０％未満の光透過率を持つ窓を結果としてもたらす）。
【００２０】
好ましくは、赤外光線を反射する性質を持つ層のすぐ上に接触して配置される保護金属層を本発明の積層体に提供する。
【００２１】
提供される保護層は、ニオブＮｂ、チタンＴｉ、クロムＣｒ、ニッケルＮｉから選択される１つの金属、又はこれらの金属の少なくとも２つの合金、特にニッケルとクロムの合金（Ｎｉ／Ｃｒ）に基づいており、且つ幾何学的な厚さが２ｎｍ以下であることが有利である。この態様では、層を構成している金属又は合金は、パラジウムＰｄでドープすることができる。反応性スパッタリングによって次の層を堆積させる場合、この保護層は機能層を保護する「犠牲」層としての機能を果たす。
【００２２】
赤外線を反射する機能を持つ金属層の下に配置される誘電体に基づくコーティングは、少なくとも２つの層の重なりである。これは２つの層でよく、特に２つの金属酸化物層が重なり、又は窒化物層、例えばＡｌＮ又はＳｉ₃Ｎ₄と金属酸化物層、例えばＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＴｉＯ₂との重なりでよい。好ましくは、前記コーティングと前記金属反射層とは直接接触している。好ましい態様は、赤外線を反射する性質を持つ前記層と接触している酸化亜鉛ＺｎＯ、随意にアルミニウムでドーピングした酸化亜鉛ＺｎＯ：Ａｌに基づく濡れ（ｗｅｔ）層を持つコーティングからなる。好ましくは、コーティングは濡れ層を有する２つの層を持っている。濡れ層の幾何学的な厚さは、好ましくは５〜４０ｎｍ、特に１５〜３０ｎｍである。そのような厚さでは、その濡れ機能に加えて、この濡れ層は、機能層の上側に配置された第１の誘電体コーティングと組み合わさって積層体の光学的な外観を調整する機能を果たす。この濡れ層は、部分的に結晶化した酸化亜鉛に基づいていることが有利なことがある。
【００２３】
そのような層は、キャリアー基材を曲げ又は温度処理タイプの熱処理にかけた場合に、積層体が光学的な損傷を受けることを避けられるようにする。
【００２４】
本発明の１つのかなり有利な特徴では、積層体の１又は複数の最後の層は、酸化スズＳｎＯ₂ 、酸化亜鉛、スズ及び亜鉛の混合酸化物ＳｎＺｎＯ_x のうちのいずれか１つから選択される金属酸化物の層であってもよい。またこれは、窒化ケイ素Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、随意にアルミニウムでドープした窒化ケイ素Ｓｉ₃ Ｎ₄ ：Ａｌ、窒化アルミニウムＡｌＮのうちのいずれか１つから選択される金属窒化物でよく、随意に酸素拡散バリアーであってよい。
【００２５】
最後に、これはキャリアー層、随意に酸素拡散バリアーであってよい。これはＳｉＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＴａＣのうちのいずれか１つの材料から選択される。
【００２６】
上述のように、そのような層は積層体の耐久性を改良し及び／又は「温度処理が可能な」特徴を与えることを可能にする。
【００２７】
この最後の層の幾何学的な厚さは好ましくは、５〜２０ｎｍである。有利には、積層体の最後の層のうちの１つに接触させてそのすぐ下側に配置された層の屈折率ｎ_i-1 は、１．７５未満である。
【００２８】
この層は好ましくは、酸化ケイ素ＳｉＯ₂ 、酸化アルミニウムＡｌ₂ Ｏ₃ 、又はこれら２つの酸化物の混合物Ａｌ₂ Ｏ₃ ：ＳｉＯ₂ に基づいている。
【００２９】
本発明の他の特徴では、最後の層のうちの１つのすぐ下に接触して配置された層の下の層の屈折率ｎ_i-2は、積層体の最後の層の屈折率に近くなるように選択し、２程度である。
【００３０】
従って、本発明の定義を満たす積層は以下のようなタイプである。
ガラス／ＳｎＯ₂ 又はＳｉ₃ Ｎ₄ ：Ａｌ又はＡｌＮ／ＺｎＯ又はＺｎＯ：Ａｌ／Ａｇ／Ｔｉ又はＮｉＣｒ／ＺｎＯ又はＳｎＯ₂ ／ＳｉＯ₂ 又はＡｌ₂ Ｏ₃ 又はＳｉＯ₂ ：Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＳｎＯ₂ 又はＺｎＯ又はＳｎＺｎＯ_X 又はＡｌＮ又はＳｉ₃ Ｎ₄ ：Ａｌ又は（ＡｌＮ／Ｓｉ₃ Ｎ₄ ：Ａｌ）又は（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ：Ａｌ／ＡｌＮ）又は（ＳｎＯ₂ ／ＳｎＺｎＯ_X ）
【００３１】
本発明の基材では、放射率が最大で０．０５であることも重要である。
【００３２】
ここまでで説明してきた発明は、非常に多くの用途に適用することができる。これは特に、低放射率の太陽光防護多重ガラス、特に２重ガラスであって、上述の基材を有し、本発明の積層体が面２及び／又は面３に、また適用できる場合には面５にあるガラスを包含する。
【００３３】
本発明は、上述の少なくとも１つの基材を有する低放射率又は太陽光防護２重ガラス、特に光透過率Ｔ_L が少なくとも７２％の２重ガラスにも関する。
【００３４】
２つのガラス板を有するそのような２重ガラスは、この２つのガラス板を空気の層によって隔てたときは係数Ｋが１．４Ｗ／Ｋ・ｍ² 以下であり、これらのガラス板をアルゴンの層によって隔てたときはこの係数Ｋが１．１Ｗ／Ｋ・ｍ² 以下であることも注目される。
【００３５】
【発明の実施の形態】
他の細部及び有利な特徴は、以下の限定をしない例の詳細な説明を読むことによって明らかになる。以下の例は図１及び図２を参照しながら説明する。ここで、例１は比較例であり、例２は本発明に従って行った。
【００３６】
これらの２つの例において、連続的な薄層の堆積は、磁場で補助するカソードスパッタリング技術を使用して行った。本発明の範囲では、得られる層の厚さを適当に制御する任意の他の技術を使用して行うことも当然に可能である。
【００３７】
ここでは、薄膜の積層体を堆積させる基材は、ＰＬＡＮＩＬＵＸという名称でＳＡＩＮＴ−ＧＯＢＡＩＮ ＶＩＴＲＡＧＥ社が販売しているタイプのシリカ−ソーダ−ライムガラスで作られた基材である。
【００３８】
［例１］−（比較例）
ヨーロッパ特許出願第０７１８２５０号明細書の記載によれば、図１では、基材１の上に、酸素及びＮａ⁺イオンの拡散に対するＳｎＯ₂に基づくバリアー層２、酸化亜鉛ＺｎＯに基づく濡れ層３、そして銀の層４、チタンＴｉの保護層５、酸化亜鉛ＺｎＯに基づく層６、そして最後にＳｉ₃Ｎ₄に基づく酸素バリアー層７がある。物質の厚さの割合は様々な値でよいことに注意すべきである。
【００３９】
従って、この積層体は以下のタイプである。
ガラス／ＳｎＯ₂ ／ＺｎＯ／Ａｇ／Ｔｉ／ＺｎＯ／Ｓｉ₃ Ｎ₄
【００４０】
以下の表１は、厚さが４ｍｍの基材上の積層のそれぞれの層の厚さをナノメートル単位で示している。
【表１】

【００４１】
この積層体を作るために、それぞれの層の堆積に推薦される堆積条件は以下のようなものである。
→酸化スズＳｎＯ₂ に基づく層２は、アルゴン／酸素雰囲気において１．５×１０^-3ｍｂａｒ（１．５×１０^-1Ｐａ）の圧力で、スズターゲットを使用して堆積させた。
→酸化亜鉛ＺｎＯに基づく層３及び６は、アルゴン／酸素雰囲気において８×１０^-3ｍｂａｒ（８×１０^-1Ｐａ）の圧力で、亜鉛ターゲットを使用して堆積させた。
→銀Ａｇの層４は、アルゴン雰囲気において８×１０^-3ｍｂａｒ（８×１０^-1Ｐａ）の圧力で、銀ターゲットを使用して堆積させた。
→チタンＴｉの層５は、アルゴン雰囲気において８×１０^-3ｍｂａｒ（８×１０^-1Ｐａ）の圧力で、チタンターゲットを使用して堆積させた。
→窒化ケイ素Ｓｉ₃ Ｎ₄ の層７は、アルゴン／窒素雰囲気において８×１０^-3ｍｂａｒ（８×１０^-1Ｐａ）の圧力で、８％のアルミニウムでドープしたケイ素ターゲットを使用して堆積させた。
【００４２】
出力及び基材を動かす速度は、上述の所望の厚さを得るために、それ自体は既知の様式で調節した。
【００４３】
以下の表２は、光透過率の値Ｔ_L をパーセントで、光反射の値Ｒ_L をパーセントで、反射について（Ｌ、ａ^* 、ｂ^* ）表色系のａ^* （Ｒ）及びｂ^* （Ｒ）の値を無次元で、並びに、放射率の値εを無次元で表す。これらの測定の全ては、Ｄ₆₅光源を参照して行った。
【表２】

【００４４】
上記の基材１をその後、厚さが４ｍｍのもう１つの裸のガラス基材と共に二重ガラスとして組み立てて、中間のアルゴン層を１５ｍｍにして、薄膜の積層体を面（ｆａｃｅ）３にした。
【００４５】
以下の表３は、この二重ガラスに関して、同じ特徴Ｔ_L 、Ｒ_L 、ａ^* （Ｒ）、ｂ^* （Ｒ）、及びεの値を示し、並びに係数Ｋの値をＷ／Ｋ・ｍ² を表す。
【表３】

【００４６】
［例２］−（本発明の態様）
図２で示される薄膜の積層体は、比較例１のものと同様であるが、但し、屈折率が１．４５に等しいＳｉＯ₂ に基づく層８を、酸化亜鉛ＺｎＯに基づく層６と積層体の窒化ケイ素Ｓｉ₃ Ｎ₄ に基づく最後の層７との間に配置している。
【００４７】
従って、この積層体は以下のタイプである。
ガラス／ＳｎＯ₂ ／ＺｎＯ／Ａｇ／Ｔｉ／ＺｎＯ／ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ₃ Ｎ₄
【００４８】
本発明のＳｉＯ₂ に基づく層８の厚さは１７ｎｍである。ここではＳｉ₃ Ｎ₄ オーバーコーティングの厚さが１２ｎｍであることを除いて、他の層の厚さは比較例１の層の厚さと同じである。
【００４９】
ＳｉＯ₂ に基づくこの層８は、アルゴン／酸素雰囲気において約１．５×１０^-3ｍｂａｒ（１．５×１０^-1Ｐａ）の圧力で、プラズマ補助反応性スパッタリングによって堆積させた。
【００５０】
以下の表４は、この例に関するモノリシック基材１のＴ_L 、Ｒ_L 、ａ^* （Ｒ）、ｂ^* （Ｒ）、及びεの値をそれぞれ表す。
【表４】

【００５１】
この基材１をその後、同じ厚さ、つまり４ｍｍのもう１枚の透明ガラス基材と共に二重ガラスとして組み立てて、中間のアルゴン層を１５ｍｍにして、本発明の積層体がこの二重ガラスの面３になるようにした。
【００５２】
以下の表５は、この二重ガラスに関して、同じ特徴Ｔ_L 、Ｒ_L 、ａ^* （Ｒ）、ｂ^* （Ｒ）、及びεの値を示し、並びに係数Ｋの値をＷ／Ｋ・ｍ² を表す。
【表５】

【００５３】
分光光度的な値及び熱的な性能に関する様々な表の値を、従来技術による比較例と本発明による例のそれぞれに関して比較することによって、以下のことが容易に理解できる。
→本発明の積層体は、反射が比較的中立的な色の、色彩的な外観が比較的良好なガラス基材を与える。これは、非常に小さいａ^* 及びｂ^* の値によって裏付けられる。
→光学的な改良は、熱的な性能に好ましくない影響を与えない。
【００５４】
更に、機械的な耐久性試験は、本発明の積層体が比較的良い耐久性を持つことを示した。
【００５５】
最後に、本発明の積層体は劣化を伴わずに、曲げ及び／又は温度処理タイプの熱処理を受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術の薄膜の積層体を具備した基材を示す図である。
【図２】図２は、本発明の薄膜の積層体を具備した基材を示す図である。
【符号の説明】
１…基材
２…ＳｎＯ₂ のバリアー層
３…酸化亜鉛ＺｎＯに基づく濡れ層
４…銀の層
５…チタンの保護層
６…酸化亜鉛に基づく層
７…Ｓｉ₃ Ｎ₄ に基づく酸素バリアー層
８…ＳｉＯ₂ の層

Claims (19)

1. 誘電体に基づく２つのコーティングの間に配置された赤外線を反射する性質を持つ少なくとも１つの金属層を有し、赤外線を反射する性質を持つ前記金属層の下側に配置された誘電体に基づく前記コーティングが少なくとも２つの層の重なりである薄膜の積層体を具備した透明基材であって、
   前記金属層の上に配置された前記誘電体に基づくコーティングが、
   （ａ）屈折率ｎ_i-2 が２で且つ最大で２．２の高屈折率である１又は複数の材料の１又は複数の層、
   （ｂ）屈折率ｎ_i-1が後記最後の層の屈折率ｎ_iよりも０．３以上小さい１又は複数の材料の１又は複数の層、
   （ｃ）屈折率ｎ_iがｎ_i-2に等しい高屈折率である１又は複数の材料の１又は複数の最後の層、
   の順序で堆積した一連の層を有することを特徴とする、薄膜の積層体を具備した透明基材。
2. 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層が、銀Ａｇに基づく層であることを特徴とする請求項１に記載の基材。
3. 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層が、下側の誘電体に基づくコーティングに直接に接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の基材。
4. 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層の幾何学的な厚さが７〜２０ｎｍであって低放射率の性質を基材に与え、又は２０〜２５ｎｍで太陽光防護の性質を基材に与えることを特徴とする請求項１〜３のうちの１項に記載の基材。
5. 保護金属層が、赤外線を反射する性質を持つ前記金属層のすぐ上に接触して配置されたことを特徴とする請求項１〜４のうちの１項に記載の基材。
6. 前記保護金属層が、ニオブＮｂ、チタンＴｉ、クロムＣｒ、又はニッケルＮｉから選択される単一の金属、又はこれらの金属のうちの少なくとも２つのものの合金に基づいていることを特徴とする請求項５に記載の基材。
7. 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層の下側に配置された誘電体に基づく前記コーティングが、少なくとも２つの金属酸化物層の重なりであるか、又は少なくとも窒化物層と金属酸化物層との重なりであることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載の基材。
8. 赤外線を反射する性質を持つ前記金属層の下の誘電体に基づくコーティングが、赤外線を反射する性質を持つ前記金属層と接触している酸化亜鉛ＺｎＯに基づく濡れ層を持つことを特徴とする請求項７に記載の基材。
9. 前記濡れ層の幾何学的な厚さが、５〜４０ｎｍであることを特徴とする請求項８に記載の基材。
10. 前記濡れ層が、少なくとも部分的に結晶化した酸化亜鉛に基づいていることを特徴とする請求項８及び９のいずれか１項に記載の基材。
11. 前記積層体の最後の層が、窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄、窒化アルミニウムＡｌＮ、酸化スズＳｎＯ₂、スズと亜鉛の混合酸化物ＳｎＺｎＯ_x、及びＳｉＣ、ＴｉＣ、ＣｒＣ、ＴａＣを包含する炭化物のうちのいずれか１つから選択される材料の層であることを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の基材。
12. 前記積層体の最後の層の幾何学的な厚さが、５〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の基材。
13. 前記積層体の最後の層に接触してすぐ下側に配置された層の屈折率ｎ_i-1が、１．７５未満であることを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の基材。
14. 前記最後の層に接触してすぐ下側に配置された層が、酸化ケイ素ＳｉＯ₂、酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃、又はこれら２つの酸化物の混合物Ａｌ₂Ｏ₃：ＳｉＯ₂に基づくことを特徴とする請求項１〜１３のうちのいずれか１項に記載の基材。
15. 前記積層体が、
    ガラス／ＳｎＯ₂又はＳｉ₃Ｎ₄：Ａｌ又はＡｌＮ／ＺｎＯ又はＺｎＯ：Ａｌ／Ａｇ／Ｔｉ又はＮｉＣｒ／ＺｎＯ又はＳｎＯ₂／ＳｉＯ₂又はＡｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂：Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｎＯ₂又はＺｎＯ又はＳｎＺｎＯ_X又はＡｌＮ又はＳｉ₃Ｎ₄：Ａｌ又は（ＡｌＮ／Ｓｉ₃Ｎ₄：Ａｌ）又は（Ｓｉ₃Ｎ₄：Ａｌ／ＡｌＮ）又は（ＳｎＯ₂／ＳｎＺｎＯ_X）
    であることを特徴とする請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の基材。
16. 放射率εが最大で０．０５であることを特徴とする請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の基材。
17. 請求項１〜１６のうちのいずれか１項に記載の基材を有し、前記薄膜の積層体が面２及び／又は面３にされている低放射率又は太陽光防護の多重ガラス。
18. 光透過率Ｔ_Lが少なくとも７２％であることを特徴とする請求項１〜１６のうちのいずれか１項に記載の基材を少なくとも１つ有する低放射率２重ガラス。
19. ２枚のガラス板を空気の層によって隔てたときは係数Ｋが１．４Ｗ／Ｋ・ｍ²以下であり、２枚のガラス板をアルゴンの層によって隔てたときはこの係数Ｋが１．１Ｗ／Ｋ・ｍ²以下である請求項１８に記載の２重ガラス。

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