СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОЭМИССИОННОГО ПОКРЫТИЯ С ВЫСОКИМ ОТНОШЕНИЕМ LSG И НЕИЗМЕННЫМ ЦВЕТОМ ПОСЛЕ ТЕРМООБРАБОТКИ Российский патент 2018 года по МПК C03C17/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в целом к пленкам, обеспечивающим высокий коэффициент пропускания и низкий коэффициент излучения, более конкретно, к таким пленкам, осажденным на прозрачные основы.

Предпосылки изобретения

Солнцезащитные стекла широко используются в таких областях, как оконные стекла в зданиях и автомобилях, типично предлагая высокое пропускание видимого света и низкую излучательную способность. Высокое пропускание в диапазоне видимого спектра позволяет пропускать через стеклянные окна больше солнечного света, что желательно во многих сферах применениях окон. Низкая излучательная способность может блокировать инфракрасное (ИК) излучение, снижая нежелательный нагрев внутренних помещений.

В низкоэмиссионных стеклах ИК-излучение в основном отражается при минимальном поглощении и излучении (эмиссии), тем самым снижая количество тепла, переносимого к и от низкоэмиссионной поверхности. Низкоэмиссионные, или low-e панели часто получают, осаждая отражающий слой (например, из серебра) на основу, такую как стекло. Совокупное качество отражающего слоя, например, в отношении текстурирования и кристаллографической ориентации, важно для достижения желаемых характеристик, таких как высокое пропускание видимого света и низкая эмиссионная способность (т.е., высокое отражение тепла). Чтобы обеспечить адгезию, а также защиту, как ниже, так и выше отражающего слоя типично образуют несколько других слоев. Эти различные слои типично включают диэлектрические слои, такие, как нитрид кремния, оксид олова и оксид цинка, чтобы создать барьер между системой слоев и основой, а также окружающей средой, а также чтобы действовать как оптические наполнители и выполнять функцию противоотражательных слоев покрытия в целях улучшения оптических характеристик панели.

Низкоэмиссионные покрытия могут также быть разработаны так, чтобы давать желаемые затеняющие свойства. Когда солнечный свет достигает окна, часть его может пройти через окно, часть может отразиться назад, а часть может поглотиться, что может нагреть различные зоны окна. Часть поглощенного тепла может попасть внутрь дома, нагревая воздух в здании. Таким образом, помимо освещения внутреннего помещения, солнечный свет падает затем на стеклянное окно, и падающее солнечное излучение также может пройти через окно, нагревая дом. Так, коэффициент Solar Heat Gain Coefficient (SHGC) определен как доля солнечной энергии, падающей на окно, которая в конечном счете идет на нагревание здания. Можно применять и другие термины, такие, как солнечное затенение (solar shading) или отношение Light to Solar Gain (LSG), которые используются для описания соотношения между освещением и нагреванием от солнечного излучения. Коэффициент Light to Solar Gain определяется как отношение пропускания видимого света к коэффициенту SHGC. В жаркую погоду желательно иметь стекла с высоким значением LSG. Например, для выпускаемых промышленно покрытий стекла обычно рекомендуется иметь LSG больше 1,8.

Может потребоваться найти компромисс между высоким пропусканием видимого света и высоким отношением LSG. Прозрачные стекла могут давать высокое светопропускание, но также высокий солнечный нагрев, то есть, низкое отношение LSG. Темное стекло может давать низкий солнечный нагрев, но также низкое светопропускание. Стекло с низкоэмиссионным покрытием, содержащим Ag, может обеспечить значительные улучшения в отношении как пропускания видимого света, так и параметра LSG. Однако дальнейшее улучшение LSG затруднительно: например, низкоэмиссионные покрытия, имеющие более толстый слой Ag или содержащие несколько слоев Ag, например, два или три слоя Ag, могут снижать нагрев солнечным светом, но за счет более низкого светопропускания.

Другой желаемой характеристикой покрытий стекла является нейтральность окраски, например, бесцветное стекло. Покрытие стекла не должно обнаруживать видимых оттенков, например, больше красного или синего, чем желательно.

Другой желаемой характеристикой покрытия стекла является температурное соответствие, то есть, близкие характеристики и внешний вид до и после термообработки. Так как стекло может подвергаться, например, закалке, что влечет нагрев стекла до 600-700°C, низкоэмиссионные покрытия могут значительно изменяться в процессе термообработки. Чтобы приспособиться к изменениям при закалке, низкоэмиссионные покрытия могут быть разработаны в варианте, выдерживающем закалку (например, термообработанные) и не подлежащие закалке (не обрабатывавшиеся термически). Пленочная система на выдерживающих закалку вариантах покрытия может быть разработана так, чтобы иметь свойства, совпадающие со свойствами не подлежащих закалке вариантов.

Было бы желательным разработать низкоэмиссионные покрытия, которые могут обеспечивать высокое пропускание видимого света, высокое отношение LSG, нейтральность цвета и термостабильность цветовых и оптических характеристик.

Сущность изобретения

В некоторых вариантах осуществления раскрываются способы получения многослойных покрытий, например, нескольких слоев, отражающих инфракрасное излучение, а также панели с покрытием, полученные этими способами, обнаруживающие минимальное изменение цвета до и после термообработки. Например, добавляя подходящие разделяющие слои между слоями, отражающими инфракрасное излучение, можно снизить интерференцию между покрытиями, что ведет к стойкому отражению цвета, несмотря на высокотемпературные процессы. Разделяющие слои могут включать металлоксидный слой наряду с барьерным слоем из сплава Ni-Nb для слоев, отражающих инфракрасное излучение. Кроме того, металлоксидные слои можно окружить отражающими инфракрасное излучение слоями, например, образуя базовый слой под нижним слоем, отражающим инфракрасное излучение, и защитный слой поверх верхнего слоя, отражающего инфракрасное излучение, что может еще больше улучшить стойкость цвета к тепловому воздействию.

В некоторых вариантах осуществления металлоксидный слой может включать цинк, олово и кислород, образующий оксид цинка-олова такой как Zn₂SnO_x, где x меньше или равен примерно 4. Толщина металлоксидного слоя может составлять от 50 до 100 нм, что, например, достаточно для уменьшения любого взаимодействия между верхней и нижней ИК-отражающими слоистыми системами.

В некоторых вариантах осуществления барьерный слой из сплава Ni-Nb может включать никель, ниобий, титан и кислород, образуя оксид никеля-ниобия-титана, такой как NiNbTiO_x, где x составляет от 10 до 30 ат.%. Например, слой NiNbTiO_x может быть осажден распылением при парциальном давлении кислорода, например, в смеси кислорода и аргона, чтобы контролировать количество кислорода, содержащегося в оксидном барьерном слое. Толщина барьерного слоя из сплава Ni-Nb может составлять от 1 до 5 нм, что, например, достаточно для защиты нижележащего слоя, отражающего инфракрасное излучение.

В некоторых вариантах осуществления металлоксидный слой, например, Zn₂SnO_x, может использоваться как базовый слой для многослойного покрытия, например, под первым отражающим инфракрасное излучение слоем, и как защитный слой для многослойного покрытия, например, на втором отражающем инфракрасное излучение слое. Толщина базового слоя или защитного слоя может составлять от 10 до 40 нм.

Краткое описание чертежей

Для облегчения понимания одинаковые числовые позиции используются, где это возможно, для обозначения одинаковых элементов, общих для фигур. Чертежи выполнены без соблюдения масштаба, и относительные размеры различных элементов на чертежах изображены схематически и не обязательно в масштабе.

Методы согласно настоящему изобретению можно легко понять из рассмотрения следующего подробного описания в сочетании с приложенными чертежами, на которых:

Фиг.1 показывает низкоэмиссионную прозрачную панель 100 согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.2A-2B показывают системы физического осаждения из паровой фазы (PVD) согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.3 показывает типичную поточную систему осаждения согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.4A-4B иллюстрируют другие конфигурации для получения низкоэмиссионных многослойных систем согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.5A-5B иллюстрируют другие конфигурации для получения низкоэмиссионных многослойных систем согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.6 иллюстрируют низкоэмиссионную многослойную систему согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.7 показывает пропускание и отражение для низкоэмиссионной многослойной системы перед и после высокотемпературной обработки, согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.8 показывает блок-схему напыления слоев покрытия согласно некоторым вариантам осуществления.

Фиг.9 показывает блок-схему напыления слоев покрытия согласно некоторым вариантам осуществления.

Подробное описание изобретения

Ниже в сочетании с приложенными фигурами приводится подробное описание одного или более вариантов осуществления. Детальное описание дается в связи с таким вариантами осуществления, но не ограничивается каким-то частным примером. Объем изобретения ограничен только формулой и охватывает многочисленные альтернативы, модификации и эквиваленты. В следующем описании приводится много конкретных деталей, чтобы обеспечить полное понимание. Эти детали приводятся для примера, и описанные методы могут быть осуществлены на практике в соответствии с формулой изобретения без некоторых или без всех этих конкретных деталей. Для ясности технический материал, который известен в областях техники, относящихся к вариантам осуществления, подробно не описывался, чтобы не затруднять понимание описания.

В некоторых вариантах осуществления описываются способы получения низкоэмиссионных покрытий, которые могут обеспечить высокое пропускание видимого света, высокое отношение LSG и минимальное изменение цвета до и после термообработки, а также описываются панели с покрытием, полученные указанными способами. Низкоэмиссионные покрытия могут включать несколько слоев, отражающих инфракрасное излучение, чтобы повысить коэффициент LSG. Низкоэмиссионные покрытия могут включать оптимизированные материал и толщину, чтобы увеличить способность пропускания видимого света. Кроме того, низкоэмиссионные покрытия могут включать разделяющий слой между несколькими отражающими инфракрасное излучение слоями, например, чтобы уменьшить интерференцию между покрытиями, что приводит к единообразному отражению цвета, несмотря на высокотемпературные процессы.

В некоторых вариантах осуществления разделяющий слой может включать металлоксидный слой, такой как оксид цинка-олова Zn₂SnO_x, где x меньше или равен примерно 4. Толщина металлоксидного слоя может составлять от 50 до 100 нм, что, например, достаточно для уменьшения любого взаимодействия между верхней и нижней отражающими инфракрасное излучение слоистыми системами без значительного ухудшения пропускания видимого света.

В некоторых вариантах осуществления низкоэмиссионные покрытия могут включать барьерный слой из сплава Ni-Nb для отражающих инфракрасное излучение слоев. Барьерный слой из сплава Ni-Nb может включать никель, ниобий и кислород, вместе с титаном, алюминием или хромом. Например, барьерный слой из сплава Ni-Nb может включать оксид никеля-ниобия-титана, такой, как NiNbTiO_x, где x составляет от 10 до 30 ат.%. Например, слой NiNbTiO_x может быть осажден напылением при парциальном давлении кислорода, например, в смеси кислорода и аргона, чтобы контролировать количество кислорода в оксидном барьерном слое. Толщина барьерного слоя из сплава Ni-Nb может составлять от 1 до 5 нм, что, например, достаточно для защиты нижележащего отражающего инфракрасное излучение слоя.

В некоторых вариантах осуществления низкоэмиссионные покрытия могут включать металлоксидный разделяющий слой вместе с барьерным слоем из сплава Ni-Nb.

Низкоэмиссионные покрытия имеют высокое пропускание видимого света и улучшенное отношение LSG (например, LSG > 2), разрешая пройти свету, но блокируя тепло, связанное с солнечным светом. Далее, низкоэмиссионные покрытия могут быть термостойкими, например, обеспечивая минимальное изменение цвета покрытий стекла после воздействия высокой температуры, например, R_gΔΕ<3 (изменение цвета при отражении со стороны стекла).

В некоторых вариантах осуществления описаны способы и устройства для получения панелей с покрытием. Панели с покрытием могут включать образованные на них слои, такие, как отражающий инфракрасное излучение тонкий слой с низким удельным сопротивлением, содержащий проводящий материал, такой, как серебро. Отражающий инфракрасное излучение слой может включать проводящий материал, причем степень отражения пропорциональна удельной проводимости. Таким образом, металлический слой, например, серебро, может использоваться как слой, отражающий инфракрасное излучение, в низкоэмиссионных покрытиях. Чтобы предотвратить снижение проводимости отражающего инфракрасное излучение слоя, например, слоя серебра, например, вследствие окисления при осаждении следующих слоев или из-за последующего высокотемпературного отжига, на слое серебра можно сформировать барьерный слой.

В некоторых вариантах осуществления описываются улучшенные прозрачные панели с покрытием, такие, как стекло с покрытием, которые имеют приемлемое пропускание видимого света и отражение инфракрасного излучения. Описаны также способы получения улучшенных прозрачных панелей с покрытием, которые содержат особые слои в многослойной системе покрытия.

Прозрачные панели с покрытием могут включать стеклянную основу или любые другие прозрачные основы, такие, как основы, изготовленные из органических полимеров. Прозрачные панели с покрытием могут использоваться для окон, например, окон в автомобилях и зданиях, в остекленных крышах или в стеклянных дверях, как в монолитном остеклении, так и в стеклопакетах с или без пластмассового промежуточного слоя или наполненного газом изолированного пространства.

Фиг.1 показывает пример низкоэмиссионной прозрачной панели 100 согласно некоторым вариантам осуществления. Прозрачная низкоэмиссионная панель может содержать стеклянную основу 110 и низкоэмиссионную (low-e) многослойную систему 105, образованную поверх стеклянной основы 110. Стеклянная основа 110 в некоторых вариантах осуществления сделана из стекла, такого, как боросиликатное стекло, и имеет толщину, например, от 1 до 10 миллиметров (мм). Основа 110 может быть квадратной или прямоугольной и иметь в ширину примерно 0,5-2 метра (м). В некоторых вариантах осуществления основа 110 может быть сделана, например, из пластмассы или поликарбоната.

Низкоэмиссионная многослойная система 105 может содержать нижний защитный слой 120, отражающую инфракрасное излучение слоистую систему 107, верхний оксидный слой 170, слой оптического наполнителя 180 и верхний защитный слой 190. Отражающая инфракрасное излучение слоистая система 107 может включать нижний оксидный слой 130, затравочный слой 140, отражающий слой 150 и барьерный слой 160. Некоторые слои могут быть факультативными, и можно добавлять другие слои, такие, как граничные слои или адгезионные слои. Характерные детали относительно функций, обеспечиваемых каждым слоем 120-190, приводятся ниже.

Различные слои в многослойной low-e системе 105 могут быть образованы последовательно (т.е., снизу вверх) на стеклянной основе 110, применяя метод физического осаждения из паровой фазы (PVD) и/или механизм реактивного (или плазменного) напыления. Например, слои можно осадить напылением, используя различные способы и оборудование, например, мишени могут распыляться в условиях постоянного тока (DC), импульсного DC, переменного тока (AC), радиочастотного напряжения (RF) или в любых других подходящих условиях. В некоторых вариантах осуществления многослойная low-e система 105 образована поверх всей стеклянной основы 110. Однако в других вариантах осуществления многослойная low-e система 105 может быть образована только на отдельных участках стеклянной основы 110.

Нижний защитный слой 120 образован на верхней поверхности стеклянной основы 110. Нижний защитный слой 120 может включать нитрид кремния, оксинитрид кремния или другой нитридный материал, такой, например, как SiZrN, чтобы защитить другие слои в системе 105 от диффузии из основы 110 или чтобы улучшить способность снижать мутность. В некоторых вариантах осуществления нижний защитный слой 120 выполнен из нитрида кремния и имеет толщину, например, примерно от 10 нм до 50 нм, например, 25 нм.

Базовый слой 130 образован на нижнем защитном слое 120 и выше стеклянной основы 110. Нижний оксидный слой предпочтительно состоит из металла или металлического сплава и может служить противоотражательным слоем. Нижний металлоксидный слой 130 может повысить степень кристалличности отражающего слоя 150, например, повышая кристалличность затравочного слоя 140 для отражающего слоя 150, как будет подробнее описано ниже.

Слой 140 может использоваться, чтобы дать затравку для ИК-отражающего слоя: например, слой оксида цинка, осаждаемый перед осаждением серебряного отражающего слоя, может обеспечить слою серебра более низкое удельное сопротивление, что может улучшить его отражающую способность. Затравочный слой 140 может содержать металл, такой, как титан, цирконий и/или гафний, или металлический сплав, как оксид цинка, оксид никеля, оксид никеля-хрома, оксиды никелевых сплавов, оксиды хрома или оксиды хромовых сплавов.

В некоторых вариантах осуществления затравочный слой 140 может состоять из металла, такого как титан, цирконий и/или гафний, и иметь толщину, например, 50 Å или меньше. Обычно затравочные слои являются относительно тонкими слоями материалов, образованными на поверхности (например, основы), чтобы способствовать получению особых характеристик последующего слоя, образуемого на поверхности (например, на затравочном слое). Например, затравочные слои могут использоваться, чтобы повлиять на кристаллическую структуру (или кристаллографическую ориентацию) следующего слоя, что иногда называется "темплетированием." Более конкретно, взаимодействие материала следующего слоя с кристаллической структурой затравочного слоя заставляет кристаллы следующего слоя формироваться в особой ориентации.

Например, металлический затравочный слой используется, чтобы облегчить рост отражающего слоя в особой кристаллографической ориентации. В некоторых вариантах осуществления металлический затравочный слой является материалом с гексагональной кристаллической структурой, который образован в кристаллографической ориентации (002), промотирующей рост отражающего слоя в ориентации (111), когда отражающий слой имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку (например, серебро), что предпочтительно в области low-e панелей.

В некоторых вариантах осуществления кристаллографическая ориентация может быть охарактеризована методом рентгеновской дифракции, который основан на исследовании интенсивности рассеянного рентгеновского излучения, падающего на слой, например, слой серебра или затравочный слой, как функции таких характеристик рентгеновского излучения, как угол падения и угол рассеяния. Например, затравочный слой из оксида цинка может обнаруживать выраженный пик (002) и более высокие порядки на дифрактограмме θ-2Θ. Это предполагает присутствие кристаллитов оксида цинка в соответствующих плоскостях, ориентированных параллельно поверхности основы.

В некоторых вариантах осуществления выражения "слой серебра, имеющий кристаллографическую ориентацию (111)", или "затравочный слой из оксида цинка, имеющий кристаллографическую ориентацию (002)", подразумевают, что существует кристаллографическая ориентация (111) в слое серебра или кристаллографическая ориентация (002) в затравочном слое оксида цинка, соответственно. Кристаллографическую ориентацию можно определить, например, наблюдая выраженные кристаллографические пики при рентгенодифракционном исследовании.

В некоторых вариантах осуществления затравочный слой 140 может быть сплошным и покрывать всю основу. Альтернативно, затравочный слой 140 может быть образован не совсем сплошным. Затравочный слой может быть распределен по поверхности основы таким образом, чтобы каждая зона затравочного слоя была отделена по горизонтали от других зон затравочного слоя по поверхности основы и не полностью покрывала поверхность основы. Например, толщина затравочного слоя 150 может соответствовать монослою или быть меньше, например, составлять от 2,0 до 4,0 Å, и разделение между участками слоя может быть результатом образования такого тонкого затравочного слоя (т.е., такой тонкий слой не может образовать сплошной слой).

Отражающий слой 150 образован на затравочном слое 140. ИК-отражающий слой может быть металлической отражающей пленкой, как серебро, золото или медь. Обычно ИК-отражающая пленка содержит хороший проводник электрического тока, блокирующий прохождение тепловой энергии. В некоторых вариантах осуществления отражающий слой 150 выполнен из серебра и имеет толщину, например, 100 Å. Так как отражающий слой 150 образован на затравочном слое 140, например, благодаря кристаллографической ориентации (002) затравочного слоя 140 облегчается рост серебряного отражающего слоя 154 в кристаллографической ориентации (111), что приводит к низкому поверхностному сопротивлению, дающему низкий коэффициент излучения панели.

Благодаря промотированию кристаллографической ориентации (111) отражающего слоя 150 затравочным слоем 140, улучшаются удельная проводимость и коэффициент излучения отражающего слоя 150. В результате можно образовать более тонкий отражающий слой 150, который все еще обеспечивает достаточные отражающие свойства и пропускание видимого света. Кроме того, уменьшенная толщина отражающего слоя 150 позволяет использовать меньше материала для каждой изготавливаемой панели, тем самым улучшая производительность и эффективность производства, повышая продолжительность эксплуатации мишени (например, из серебра), используемой для образования отражающего слоя 150, и снижая совокупные производственные расходы.

Кроме того, затравочный слой 140 может обеспечить барьер между металлоксидным слоем 130 и отражающим слоем 150, снижая вероятность любых реакций материала отражающего слоя 150 и кислорода в нижнем металлоксидном слое 130, особенно во время последующих процессов нагревания. В результате можно снизить удельное сопротивление отражающего слоя 150, улучшая, таким образом, характеристики отражающего слоя 150 в результате снижения коэффициента излучения.

На отражающем слое 150 образован барьерный слой 160. Барьерный слой 160 может включать никель, ниобий, титан, алюминий, хром и кислород. Чтобы слой серебра был как можно более чистым, очень важен слой, находящийся непосредственно на слое серебра (например, барьерный слой), для защиты серебра от окисления, например, в процессе реактивного распыления в присутствии кислорода при осаждении последующих слоев. Кроме того, этот барьерный слой может защищать слой серебра от реакций с кислородом, диффундирующим в процессе закалки стекла, или при длительном использовании, когда стеклянная деталь может подвергаться действию влаги или окружающей среды.

Помимо способности препятствовать диффузии кислорода, для барьерного слоя желательны и другие свойства. Например, так как барьерный слой находится непосредственно на слое серебра, желательна низкая растворимость или отсутствие растворимости барьерного материала в серебре, чтобы минимизировать взаимодействие между барьерным слоем и серебром на границе раздела. Реакция между барьерным слоем и серебром может вводить примеси в слой серебра, потенциально снижая его удельную проводимость.

В некоторых вариантах осуществления на слое, отражающем инфракрасное излучение, могут быть сформированы барьерные структуры, чтобы защитить отражающий инфракрасное излучение слой от диффузии примесей, одновременно обнаруживая хорошую адгезию и хорошие оптические свойства, например, в процессе изготовления.

На барьерном слое 160 образован верхний оксидный слой 170, который может действовать как противоотражательная пленочная система, содержащая единственный слой или несколько слоев разного функционального назначения. Противоотражательный слой 170 может служить для снижения отражения видимого света и выбирается на основе коэффициента светопропускания, показателя преломления, адгезии, химической стойкости и термостабильности. В некоторых вариантах осуществления противоотражательный слой 170 содержит оксид олова, предлагая высокую термостабильность свойств. Противоотражательный слой 170 может также включать диоксид титана, нитрид кремния, диоксид кремния, оксинитрид кремния, оксид ниобия, SiZrN, оксид олова, оксид цинка или любой другой подходящий диэлектрический материал.

Слой 180 оптического наполнителя можно использовать, чтобы обеспечить надлежащую толщину многослойной low-e системы, например, чтобы придать противоотражательные свойства. Слой оптического наполнителя предпочтительно имеет высокое пропускание видимого света. В некоторых вариантах осуществления слой 180 оптического наполнителя может быть выполнен из оксида олова и иметь толщину, например, 100 Å. Слой оптического наполнителя может использоваться для тонкой подстройки оптических свойств low-e панели 100. Например, толщина и показатель преломления слоя оптического наполнителя могут использоваться для увеличения толщины слоя до нескольких длин волн падающего света, эффективно снижая отражение и улучшая светопропускание.

Верхний защитный слой 190 можно использовать для защиты всей системы пленочных слоев, например, чтобы защитить панель от физического или химического истирания. Верхний защитный слой 190 может быть наружным защитным слоем, таким, как нитрид кремния, оксинитрид кремний, оксид титана, оксид олова, оксид цинка, оксид ниобия или SiZrN.

В некоторых вариантах осуществления можно использовать адгезионные слои, чтобы обеспечить адгезию между слоями. Адгезионные слои могут быть выполнены из металлического сплава, такого, как никель-титан, и иметь толщину, например, 30 Å.

В зависимости от используемых материалов некоторые слои многослойной low-e системы 105 могут иметь несколько общих элементов. Например, такая многослойная система может использовать материал на основе цинка в оксидных диэлектрических слоях 130 и 170. В результате, для получения многослойной low-e системы 105 можно использовать относительно малое число разных мишеней.

Далее, при изготовлении низкоэмиссионных панелей с покрытием могут применяться высокотемпературные процессы, например, чтобы отжечь осажденные пленки или чтобы закалить стеклянную основу. Высокотемпературные процессы могут отрицательно влиять на низкоэмиссионное покрытие, например, изменяя структуру или оптические свойства, например, показатель преломления n или коэффициент поглощения k пленок покрытия. Таким образом, желательна стабильность оптических свойств при повышенных температурах, например, барьерный материал мог бы иметь низкий коэффициент экстинкции, например, низкое поглощение видимого света, как в металлической, так и в оксидной форме.

В некоторых вариантах осуществления покрытие может включать несколько отражающих инфракрасное излучение слоистых систем 107, например, две или три отражающие инфракрасное излучение слоистые системы с двумя, соответственно тремя отражающими инфракрасное излучение слоями серебра.

В некоторых вариантах осуществления описывается влияние способа осаждения слоев, наносимых на серебряный проводящий слой, на качество серебряного проводящего слоя. Так как проводящий слой серебра желательно является тонким, например, толщиной менее 20 нм, чтобы обеспечить высокое пропускание видимого света, на качество проводящего слоя серебра можно повлиять осаждением следующего слоя, такого, как барьерный слой или противоотражательный слой.

В некоторых вариантах осуществления описываются способы нанесения покрытия распылением, которые могут применяться для осаждения барьерного слоя на проводящий слой. Например, барьерный слой может защищать слой, отражающий инфракрасное излучение, от окисления. Оксидный слой может действовать как противоотражательный слой. Материалы барьерного слоя могут ослаблять реакции в нижележащем проводящем слое, такие, как окисление, не допуская ухудшения удельного сопротивления и коэффициента излучения.

В некоторых вариантах осуществления барьерный слой из сплава может напыляться из сплавной мишени или совместно распыляться из разных элементарных мишеней на одну и ту же основу. В способе может использоваться кислород, чтобы сделать пленку окисленной, или он может проводиться в чистом Ar (при этом будет осаждаться чисто металлический барьерный слой) с последующим воздействием кислородной среды, например, при осаждении следующего металлоксидного слоя или при следующем процессе окислительного отжига.

Фигуры 2A-2B иллюстрируют системы физического осаждения из паровой фазы (PVD) согласно некоторым вариантам осуществления. На Фиг.2A PVD-система 200, обычно называемая также распылительной системой или системой распылительного осаждения, включает корпус, который задает или ограничивает технологическую камеру 240, основу 230, сборку-мишень 210 и химически активные соединения, доставляемые из внешнего источника 220. Во время осаждения мишень бомбардируют ионы аргона, которые выбивают частицы и распыляют их на основу 230. Распылительная система 200 может осуществлять пластовое осаждение на основу 230, образуя напыленный слой, который покрывает всю основу, например, площадь основы, которую могут достигать распыляемые частицы, образованные из сборки-мишени 210.

Материалы, используемые в мишени 210, могут включать в себя, например, никель, ниобий и титан для барьерного слоя, серебро для слоя, отражающего инфракрасное излучение, и другие металлы для других слоев. Кроме того, материалы, используемые в мишенях, могут включать кислород, азот или комбинацию кислорода и азота, чтобы образовать оксиды, нитриды и оксинитриды вышеописанных металлов. Другие мишени могут использоваться для осаждения различных слоев low-e покрытия, в дополнение к барьерному слою. Кроме того, хотя показана всего одна сборка-мишень 210, могут использоваться дополнительные сборки-мишени. По существу, можно использовать различные комбинации мишеней, чтобы получить, например, описанные выше диэлектрические слои. Например, в некоторых вариантах осуществления, в которых диэлектрическим материалом является оксид цинка-олова, цинк и олово могут обеспечиваться по отдельности цинковой и оловянной мишенями, или они могут обеспечиваться единственной мишенью из сплава цинк-олово. Сборка-мишень 210 может содержать серебряную мишень, и вместе с ионами аргона напылять слой серебра на основу 230. Сборка-мишень 210 может включать мишень из металла или металлического сплава и вместе с химически активными соединениями кислорода осаждать напылением слой металлоксидного сплава.

Система 200 распылительного осаждения может включать другие компоненты, такие, как опора основы для поддержания основы. Опора основы может включать вакуумный присос, электростатический держатель или другие известные механизмы. Опора основы может быть способна вращаться вокруг своей оси, которая перпендикулярна поверхности основы. Кроме того, опора основы может двигаться в вертикальном направлении или в горизонтальном направлении. Следует понимать, что вращение и движение в вертикальном или горизонтальном направлениях могут быть достигнуты с известными приводными механизмами, которые включают в себя электромагнитные приводы, линейный приводы, червячные механизмы, ходовые винты, ротационный проходной привод с дифференциальным насосом и т.д.

В некоторых вариантах осуществления опора основы содержит электрод, который соединен с источником питания, например, чтобы обеспечить на основе радиочастотное или постоянное напряжение смещения, или чтобы создать среду плазмы в технологической камере 240. Сборка-мишень 210 может содержать электрод, который соединен с источником питания, чтобы создавать плазму в технологической камере. Сборка-мишень 210 предпочтительно ориентирована к основе 230.

Система 200 распылительного осаждения может также содержать источник питания, соединенный с электродом мишени. Источник питания подает мощность на электроды, вызывая, по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления, распыление материала из мишени. Во время распыления в технологическую камеру 240 можно вводить инертные газы, такие, как аргон или криптон, через газовпускной патрубок 220. В вариантах осуществления, в которых используется реактивное распыление, могут также вводиться химически активные газы, такие, как кислород и/или азот, которые взаимодействуют с частицами, выбрасываемыми из мишеней, образуя оксиды, нитриды и/или оксинитриды на основе.

Система 200 распылительного осаждения может также содержать систему управления (не показана), содержащую, например, процессор и память и функционально связанную с другими компонентами, которая предназначена для регулирования их действий в целях осуществления описанных здесь способов.

Фиг.2B показывает распылительную систему, содержащую мишени совместного распыления, согласно некоторым вариантам осуществления. Камера 205 распылительного осаждения может включать две мишени 212 и 214, помещенные в среду плазмы 245, содержащую химически активные соединения, доставляемые из внешнего источника 225. Например, мишени 212 и 214 могут содержать первый металлические элементы базового слоя из оксидного сплава, например, Zn и Sn, вместе с химически активным соединением кислорода, чтобы осадить базовый слой из оксидного сплава цинк-олово на основу 230. Эта конфигурация служит лишь примером, и можно использовать другие конфигурации распылительной системы, такие, как единственная мишень, содержащая сплав.

В некоторых вариантах осуществления описаны способы и устройства для получения низкоэмиссионных панелей, включающие формирование слоя, отражающего инфракрасное излучение, ниже или выше барьерной структуры, которая содержит оксидный сплав титана и алюминия. Панели могут иметь оптимальное отражение инфракрасного излучения, улучшенную нейтральность цвета, термостабильность и долговечность, например, благодаря барьерному слою, защищающему слой, отражающий инфракрасное излучение, не ухудшая характеристики low-e покрытия.

В некоторых вариантах осуществления раскрываются способы получения низкоэмиссионных панелей в устройствах для нанесения покрытия большой площади. Можно предусмотреть транспортный механизм для перемещения основы под одной или несколькими распыляемыми мишенями, чтобы нанести слой ниже проводящего слоя перед осаждением барьерного слоя, противоотражательного слоя, вместе с другими слоями, такими, как поверхностный защитный слой.

В некоторых вариантах осуществления описываются поточные системы осаждения, содержащие транспортный механизм для передвижения основ между пунктами осаждения.

Фиг.3 показывает типичную поточную систему осаждения согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Транспортный механизм 370, такой как ленточный конвейер или совокупность роликов, может перемещать основу 330 между разными пунктами распылительного осаждения. Например, основу можно поместить в пункте #1, имеющем сборку-мишень 310A, затем переместить в пункт #2, имеющий сборку-мишень 310B, и затем переместить в пункт #3, имеющий сборку-мишень 310C. Пункт #1, содержащий мишень 310A, может быть пунктом нанесения серебра, где напыляется отражающий инфракрасное излучение слой, содержащий серебро. Пункт #2, содержащий мишень 310B, может быть пунктом осаждения барьерного слоя, где напыляется металлический сплав, содержащий титан, никель и ниобий. Как показано, пункт #2 содержит единственную мишень 310B. Однако можно использовать и другие конфигурации, такие, как система совместного распыления, содержащая две разные мишени. Пункт #3, содержащий мишень 310C, может использоваться для осаждения других слоев, таких, как противоотражательный слой или защитный слой.

В некоторых вариантах осуществления описаны способы получения многослойных покрытий, например, нескольких отражающих инфракрасное излучение слоев, с минимальным изменением цвета до и после термообработки, описаны также панели с покрытием, полученные этими способами. Способы могут включать образование разделяющего слоя между двумя отражающими инфракрасное излучение слоистыми системами, например, чтобы предотвратить интерференцию между покрытиями в целях улучшения термостабильности, такой, как стойкости цвета к воздействию тепла. Разделяющие слои могут включать металлоксидный слой, такой, как слой оксида цинка-олова.

Фиг.4A-4B иллюстрируют различные конфигурации для получения многослойных низкоэмиссионных систем согласно некоторым вариантам осуществления. На Фиг.4A низкоэмиссионная многослойная система 400 включает разделяющий слой 430, действующий как промежуточный слой для разделения двух соседних отражающих инфракрасное излучение слоистых систем 420 и 440, образованных на основе 410. Верхний защитный слой 450 может включаться для защиты слоев покрытия. Каждая отражающая инфракрасное излучение слоистая система 420 и 440 может включать базовый слой, затравочный слой, слой серебра и барьерный слой.

В некоторых вариантах осуществления разделяющий слой может включать оксидный сплав цинка-олова, такой как Zn₂SnO_x, где x меньше или равен примерно 4. Толщина разделяющего слоя может составлять от 50 до 100 нм, что достаточно для уменьшения любого взаимодействия между верхней и нижней отражающими инфракрасное излучение слоистыми системами.

В некоторых вариантах осуществления разделяющий слой может включать материал, использовавшийся для образования базового слоя в отражающей инфракрасное излучение слоистой системе 420 и/или 440. Например, используя один и тот же материал для разделяющего слоя 430 и базового слоя для верхней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 440, можно образовать единственный слой комбинированной толщины вместо двух отдельных слоев: разделяющего слоя и базового слоя.

На Фиг.4B низкоэмиссионная многослойная система 405 включает разделяющий слой 435, действующий как промежуточный слой для разделения двух соседних отражающих инфракрасное излучение слоистых систем 425 и 445, образованных на основе 415. Верхний защитный слой 455 может включаться для защиты слоев покрытия. Каждая отражающая инфракрасное излучение слоистая система 425 и 445 может включать базовый слой, затравочный слой, слой серебра и барьерный слой. Базовый слой 442 отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 445 может быть образован из того же материала, что и разделяющий слой 430, например, Zn₂SnO_x, получая, таким образом, более толстый базовый слой 443 для отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 445. Толщина базового слоя 443 может равняться сумме толщин разделяющего слоя 430 и базового слоя 442.

В некоторых вариантах осуществления низкоэмиссионная многослойная система может включать две соседние отражающие инфракрасное излучение слоистые системы без разделяющего слоя (например, без слоя 430), если только базовый слой верхней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы намного толще, чем обычный базовый слой, например, базовый слой нижней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы.

В некоторых вариантах осуществления низкоэмиссионная многослойная система может включать две соседних отражающих инфракрасное излучение слоистых систем без какого-либо разделяющего слоя, причем базовый слой верхней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы толще, чем базовый слой нижней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы.

В некоторых вариантах осуществления оксид металла, использующийся для разделяющего слоя, например, Zn₂SnO_x, может использоваться как базовый слой и оксидный защитный слой 450. Низкоэмиссионная многослойная система может включать вторую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему, расположенную на первой отражающей инфракрасное излучение слоистой системе. Отражающие инфракрасное излучение слоистые системы могут включать базовый слой Zn₂SnO_x, затравочный слой, такой как ZnO, отражающий инфракрасное излучение слой, такой как серебро, и барьерный слой. Оксидный защитный слой из Zn₂SnO_x может использоваться на отражающих инфракрасное излучение слоистых системах. Толщина базового слоя и/или оксидного защитного слоя может составлять от 10 до 40 нм. Таким образом, каждый слой серебра может быть окружен сверху и снизу слоем Zn₂SnO_x.

В некоторых вариантах осуществления низкоэмиссионная многослойная система может включать барьерные слои из сплава Ni-Nb для отражающих инфракрасное излучение слоистых систем. Например, барьерный слой из сплава Ni-Nbs может включать оксид никеля-ниобия вместе с добавкой таких элементов как титан, алюминий или хром. Например, барьерный слой может включать слой NiNbTiO_x, где x составляет от 10 до 30 ат.%.

В некоторых вариантах осуществления низкоэмиссионная многослойная система может включать металлоксидный разделяющий слой, наряду с барьерным слоем из сплава Ni-Nb для отражающих инфракрасное излучение слоистых систем, например, нижней отражающей ИК-излучение слоистой системы. Оксидный разделяющий слой и барьер из сплава Ni-Nb могут обеспечить улучшенную термостабильность, особенно в отношении сохранения близкого цвета слоев покрытия до или после процесса термообработки.

Фиг. 5A-5B иллюстрируют различные конфигурации многослойных низкоэмиссионных систем согласно некоторым вариантам осуществления. На Фиг.5A низкоэмиссионная многослойная система 500 включает разделяющий слой 530, действующий как промежуточный слой, разделяющий две соседние отражающие инфракрасное излучение слоистые системы 520 и 540, образованные на основе 510. Верхний защитный слой 550 может быть включен для защиты слоев покрытия. Каждая отражающая инфракрасное излучение слоистая система 520 и 540 может включать базовый слой, затравочный слой, слой серебра и барьерный слой. Барьерный слой 528 нижней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 520 может включать сплав Ni-Nb, такой как NiNbTiO_x, где x составляет от 10 до 30 ат.%. В некоторых вариантах осуществления барьерные слои для обеих отражающих инфракрасное излучение слоистых систем 520 и 540 включают NiNbTiO_x, где x составляет от 10 до 30 ат.%. Разделяющий слой 530 может включать Zn₂SnO_x, в котором x меньше примерно 4. Толщина разделяющего слоя 530 из Zn₂SnO_x может составлять от 50 до 100 нм. Толщина барьерного слоя NiNbTiO_x 528 может составлять от 1 до 5 нм. Комбинация разделяющего слоя 530 и барьерного слоя NiNbTiO_x 528 может улучшить термостабильность слоев покрытия, в дополнение к высокому пропусканию видимого света и высокому отношению LSG.

На Фиг.5B низкоэмиссионная многослойная система 505 содержит разделяющий слой 535, действующий как промежуточный слой для разделения двух соседних отражающих инфракрасное излучение слоистых систем 525 и 545, образованных на основе 515. Верхний защитный слой 555 может быть включен для защиты слоев покрытия. Каждая отражающая инфракрасное излучение слоистая система 525 и 545 может включать базовый слой, затравочный слой, слой серебра и барьерный слой. Базовый слой 542 отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 545 может быть образован из того же материала, что и разделяющий слой 530, например, из Zn₂SnO_x, получая в результате более толстый базовый слой 543 для отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 545. Толщина разделяющего слоя 535 из Zn₂SnO_x может составлять от 40 до 90 нм. Толщина базового слоя Zn₂SnO_x 542 может составлять от 10 до 40 нм. Толщина базового слоя 543 может равняться сумме толщин разделяющего слоя 530 и базового слоя 542, например, от 50 до 100 нм. Барьерный слой 529 нижней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы 525 может включать сплав Ni-Nb, такой как NiNbTiO_x, с x от 10 до 30 ат.%. В некоторых вариантах осуществления барьерные слои обеих отражающих инфракрасное излучение слоистых систем 525 и 545 включают NiNbTiO_x, где x составляет от 10 до 30 ат.%. Толщина барьерного слоя NiNbTiO_x 529 может составлять от 1 до 5 нм. Комбинация разделяющего слоя 535 и барьерного слоя NiNbTiO_x 529 может улучшить термостабильность слоев покрытия, в дополнение к высокому пропусканию видимого света и высокому отношению LSG.

В некоторых вариантах осуществления дается низкоэмиссионная многослойная система, которая может иметь высокое пропускание видимого света, высокое отношение LSG, нейтральность цвета и высокую стойкость к тепловым циклам. Низкоэмиссионная многослойная система может включать нижний защитный слой, такой, как нитрид кремния, на стеклянной основе. Толщина нитрида кремния может составлять от 10 до 30 нм. На слое нитрида кремния находится первая отражающая инфракрасное излучение слоистая система, содержащая барьерный слой, такой как NiNbTiO_x, находящийся на слое, отражающем инфракрасное излучение, таком, как серебро, находящемся на затравочном слое, таком, как ZnO, находящемся на базовой слое, таком, как Zn₂SnO_x. Толщина барьерного слоя NiNbTiO_x может составлять от 1 до 5 нм. Толщина слоя серебра может составлять от 8 до 12 нм. Толщина затравочного слоя ZnO может составлять от 3 до 10 нм. Толщина the базового слоя Zn₂SnO_x может составлять от 10 до 40 нм. На первой отражающей инфракрасное излучение слоистой системе находится вторая отражающая инфракрасное излучение слоистая система, содержащая барьерный слой, такой как NiNbTiO_x, на отражающем инфракрасное излучение слое, таком, как серебро, на затравочном слое, таком, как ZnO, на базовом слое, таком, как Zn₂SnO_x. Толщина барьерного слоя NiNbTiO_x может составлять от 1 до 5 нм. Толщина слоя серебра может составлять от 14 до 18 нм. Толщина затравочного слоя ZnO может составлять от 3 до 10 нм. Толщина базового слоя Zn₂SnO_x может составлять от 50 до 100 нм. Базовый слой второй отражающей инфракрасное излучение слоистой системы может также функционировать как разделяющий слой, отделяя первую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему от второй. На второй отражающей инфракрасное излучение слоистой системе находится оксидный защитный слой, такой, как Zn₂SnO_x. Толщина оксидного защитного слоя Zn₂SnO_x может составлять от 10 до 40 нм. На оксидном защитном слое находится слоистая защитная система, такая, как нитрид кремния. Толщина нитрида кремния может составлять от 10 до 30 нм.

Фиг.6 показывает низкоэмиссионную многослойную систему согласно некоторым вариантам осуществления. Низкоэмиссионная многослойная система 600 включает стеклянную основу 610. На основе 610 образован слой 620 нитрида кремния толщиной 20 нм. На слое нитрида кремния образован базовый слой 630 из Zn₂SnO_x толщиной 20 нм. Базовый слой 630 из Zn₂SnO_x имеет концентрацию кислорода 50 ат.%. Затравочный слой ZnO 640 толщиной 5 нм образован на базовом слое 630. На затравочном слое 640 образован слой серебра 650 толщиной 10 нм. Барьерный слой 660 из NiNbTiO_x толщиной 3 нм образован на слое серебра 650. Барьерный слой NiNbTiO_x 660 имеет концентрацию кислорода 20 ат.%. Базовый слой 630, затравочный слой 640, слой серебра 650 и барьер 660 образуют первую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему 607. На барьерном слое 660 образован базовый слой 635 из Zn₂SnO_x толщиной 80 нм. Базовый слой 635 из Zn₂SnO_x имеет концентрацию кислорода 50 ат.%. Затравочный слой ZnO 645 шириной 5 нм образован на базовом слое 635. Слой серебра 655 толщиной 16 нм образован на затравочном слое 645. Барьерный слой NiNbTiO_x 665 толщиной 3 нм образован на слое серебра 655. Барьерный слой NiNbTiO_x 665 имеет концентрацию кислорода 20 ат.%. Базовый слой 635, затравочный слой 645, слой серебра 655 и барьер 665 образуют вторую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему 608. На барьерном слое 665 образован защитный оксидный слой 670 из Zn₂SnO_x толщиной 20 нм. Защитный оксидный слой 670 из Zn₂SnO_x имеет концентрацию кислорода 50 ат.%. На защитном оксидном слое 670 образован слой 690 нитрида кремния толщиной 20 нм. Низкоэмиссионную многослойную систему подвергали термообработке при 680°C в течение 30 минут.

Оптические и цветовые характеристики низкоэмиссионной многослойной системы измеряли до и после термообработки. Фиг.7 показывает пропускание и отражение низкоэмиссионной многослойной системы до и после высокотемпературной термообработки согласно некоторым вариантам осуществления. Сплошные и пунктирные кривые 710 показывают зависимость пропускания низкоэмиссионной многослойной системой. Высокое пропускание, например, с максимумом выше 80%, может быть достигнуто для диапазона видимого спектра, например, от 400 до 750 нм. Сплошные и пунктирные кривые 720 показывают зависимость отражения со стороны покрытия. Для диапазона видимого спектра, например, от 400 до 750 нм, может достигаться низкое отражение, например, с минимумом ниже 5%. Высокое отражение, например, с максимумом выше 90%, может достигаться для инфракрасного диапазона, например, от 800 до 2300 нм. Сплошные и пунктирные кривые 730 показывают зависимость отражения со стороны стекла. Низкое отражение, например, с минимумом ниже 5%, может также достигаться для диапазона видимого спектра, например, от 400 до 750 нм. Высокое отражение, например, с максимумом выше 80%, может достигаться для инфракрасного диапазона, например, от 800 до 2300 нм.

Сплошные кривые показывают оптические спектры для низкоэмиссионной многослойной системы сразу после нанесения покрытия. Пунктирные кривые показывают оптические спектры низкоэмиссионной многослойной системы после высокотемпературной термообработки. Как можно видеть, разница между оптическими спектрами пропускания и отражения для низкоэмиссионной многослойной системы до и после термообработки минимальна.

Другие характеристики низкоэмиссионной многослойной системы приведены в следующей таблице. AC означает данные для низкоэмиссионной многослойной системы сразу после покрытия. HT означает данные для низкоэмиссионной многослойной системы после высокотемпературной обработки. Приведены также данные для монолитных систем покрытия и для изоляционных стеклопакетов (IGU), которые обнаруживают характеристики, близкие к характеристикам монолитных систем. Из-за распределения колбочек в сетчатке глаза восприятие цвета может зависеть от поля зрения наблюдателя. Используется стандартный (колориметрический) наблюдатель, цветовые характеристики которого считаются соответствующими хроматическим реакциям среднего человека, рассматривающего объект под углом 2°, полагая, что цветочувствительные колбочки заключены в пределах дуги 2° центральной ямки (фовеа). Таким образом, измерения проведены для стандартного наблюдателя при угле 2°.

Интенсивность отраженного излучения длиной волны в видимом диапазоне, то есть степень отражения, определяется со стороны стекла "g" или со стороны пленки "f". Интенсивность отражения со стороны стекла, R_gY, показывает интенсивность света, измеренную со стороны стеклянной основы, противоположной стороне, на которую нанесено покрытие. Интенсивность со стороны пленки, R_fY, показывает интенсивность света, измеренную со стороны стеклянной основы, на которой образовано покрытие. Что касается пропускания, параметр TY показывает измеренную интенсивность пропущенного света.

Приводимые здесь цветовые характеристики были измерены с использованием координат a*, b* и шкалы колориметрической системы CIELAB (т.е., диаграмма CIE a*b*, III. CIE-C, наблюдатель 2 градуса). В колориметрической системе CIELAB параметр L* характеризует яркость цвета, a* характеризует позицию между пурпурным и зеленым (более отрицательные значения указывают на более сильный зеленый, а более положительные значения указывают на более сильный пурпурный), и параметр b* указывает позицию между желтым и синим (более отрицательные значения указывают на более сильный синий, а более положительные значения указывают на более сильный желтый).

Коэффициент излучения E является характеристикой как поглощения, так и отражения света заданных длин волн. Обычно его можно представить как дополнение к отражению со стороны пленки, т.е. E=1-R_f. Для архитектурных целей могут быть важны значения коэффициента излучения в дальней ИК-области спектра излучения, т.е., примерно 2500-40000 нм. Таким образом, приводимые здесь значения коэффициента излучения включают стандартный коэффициент излучения (EN), измеренный для дальнего диапазона ИК-спектра. Мутность означает долю света, отклоняющегося от падающего пучка более чем на 2,5 градуса в среднем.

Приведены также данные для разности между термообработанными низкоэмиссионными многослойными системами и низкоэмиссионными многослойными системами сразу после нанесения покрытия. Величина ΔΕ* (и Δa*, Δb*, ΔΥ) важна для определения того, имеется ли совпадение или по существу совпадение после термообработки (HT) панелей с покрытием. Для примера, член Δa*, например, указывает, насколько изменился параметр a* из-за термообработки. Аналогично, ΔΕ* указывает изменение коэффициента отражения и/или пропускания (включая восприятие цвета) у панели с покрытием после термообработки. ΔΕ* соответствует шкале CIELAB L*, a*, b*, и измеряет цветовые характеристики перед термообработкой (L₀*, a₀*, b₀*) и после термообработки (L₁*, a₁*, b₁*):

где

ΔL* = L₁* - L₀*

Δa* = a₁* - a₀*

Δb* = b₁* - b₀*

Изменение цвета при отражении со стороны стекла можно рассчитать как R_gΔΕ*. Изменение цвета при светопропускании можно рассчитать как TΔΕ*, T|Δa*| и T|Δb*|. Изменение яркости при светопропускании можно рассчитать как TΔΥ.

Термические характеристики низкоэмиссионной многослойной системы также можно узнать, используя стандарт, разработанный Национальным советом оценки систем остекления (National Fenestration Rating Counsel, NFRC). Коэффициент пропускания видимого света T_vis означает пропускание излучения с длинами волн видимого спектра. Коэффициент пропускания солнечного света T_sol соответствует пропусканию солнечного излучения, включая пропускание видимого света (T_vis), пропускание инфракрасного излучения и пропускание ультрафиолетового излучения.

Параметр U, являющийся синонимом "коэффициента теплового пропускания", дает скорость теплопереноса через окно на единицу площади и единицу разности температур. Чем ниже величина U, тем ниже теплопотери и тем лучше степень теплоизоляции стеклянной панели. Коэффициент SHGC (Solar Heat Gain Coefficient) определяется как доля солнечной энергии, падающей на окно, которая идет на нагревание здания. Параметр LSG (Light to Solar Gain) определяется как отношение коэффициента пропускания видимого света к коэффициенту SHGC.

Таблица 1
Результаты измерений многослойных систем сразу после нанесения и после термообработки AC HT Монолитная оптика (IIIC', набл.2º) T Y(%) 79,1 82,2 a* -6,25 -5,60 b* 0,94 1,25 R_g Y(%) 5,51 5,91 a* 9,26 8,22 b* -4,96 -4,37 R_f Y(%) 4,67 5,46 a* 8,07 10,46 b* 3,94 1,40 A[vis] (100-TT-R_f) 16,2 12,4 Изоляционный стеклопакет (IIIC', набл.2º) T Y(%) 71,7 74,5 a* -6,64 -5,98 b* 1,05 1,32 R_g Y(%) 10,70 11,50 a* 3,25 2,78 b* -3,09 -2,53 R_f Y(%) 12,00 12,60 a* 3,10 4,51

b* 1,22 0,24 Стандартный коэффициент излучения (EN) 0,019 0007 Мутность (%) 0,17 0,58 HT-AC R_gΔE* 1,6 TΔE* 1,5 T|Δb*| 0,3 TΔY% (HT>AC) 3,1 Тепловые характеристики согласно NFRC 2001 T_vis(%) 32 33,6 T_sol(%) 71,8 74,6 SHGC(3) 0,235 0,228 SHGC(2) 0,428 0,425 параметр U 0,345 0,36 LSG(3) 1,68 1,75 LSG(2) 2,08 2,07

Как можно видеть из таблицы 1, вышеуказанная структура низкоэмиссионной многослойной системы может иметь пропускание видимого света (TY%) примерно 70-80%, степень отражения (со стороны стекла R_gY или со стороны пленки R_fY) примерно 5,5-6,6%, и желательную нейтральность цвета (низкие значения a* и b*). Вышеуказанная структура низкоэмиссионной многослойной системы может также достигать высоких значений параметра LSG. Например, значения LSG больше 1,8 могут быть достигнуты для систем сразу после нанесения покрытия и после термообработки, что позволяет индивидуальное производство продуктов с высоким LSG.

Так как low-e стекло было покрыто в двойной панели, может быть важен цвет как в отражении со стороны стекла (наблюдатели в большинстве приложений рассматривают продукты преимущественно со стороны стекла), так и цвет в пропускании. Изменения цвета незначительны, например, R_gΔΕ* = 1,6, ΤΔΕ* = 1,5, и T|Δb*| = 0,3. Такое слабое изменение цвета не может ощущаться человеческим глазом, так что вышеуказанная низкоэмиссионная многослойная система может применяться в схеме индивидуального производства продуктов сразу после нанесения и термообработанных продуктов. Например, значений R_gΔΕ* меньше 3 можно достичь для многослойных систем сразу после нанесения и после термообработки.

Фиг.8 показывает блок-схему распылительного осаждения слоев согласно некоторым вариантам осуществления. На основе последовательно образуют два или более отражающих инфракрасное излучение слоев серебра вместе с разделяющим слоем между отражающими инфракрасное излучение слоями серебра. Разделяющий слой может включать оксидный сплав цинка-олова. Кроме того, сплав NiNb можно использовать в качестве барьерного слоя для слоев серебра.

На этапе 800 готовится основа. Основа может быть прозрачной, как стеклянная основа или полимерная основа. Можно использовать и другие основы. На этапе 810 на основе образуют первый слой. Первый слой может действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение. Первый слой может включать проводящий материал или металлический материал, такой, как серебро. Толщина первого слоя меньше или равна примерно 20 нм, или меньше или равна примерно 10 нм.

На этапе 820 на первый слой напылением осаждают второй слой. Второй слой может действовать как барьерный слой. Второй слой может включать оксидный сплав цинка, олова и титана. Содержание кислорода в барьерном слое может составлять от 10 до 30 ат.%.

В некоторых вариантах осуществления ниже первого слоя могут быть образованы один или более нижележащих слоев, например, защитный слой нитрида кремния, базовый слой оксида цинка-олова и затравочный слой ZnO.

На этапе 830 на второй слой напылением осаждают третий слой. Третий слой может действовать как разделяющий слой. Третий слой может включать оксидный сплав цинка и олова, такой, как Zn₂SnO_x, где x меньше 4. Толщина разделяющего слоя может составлять от 50 до 100 нм.

В некоторых вариантах осуществления третий слой может действовать как базовый слой для следующего слоя, отражающего инфракрасное излучение. Толщина третьего слоя может быть больше, чем у типичного базового слоя, например, 10-40 нм, например, чтобы он мог действовать как разделяющий слой.

На этапе 840 на третьем слое образуют четвертый слой. Четвертый слой может действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение. Четвертый слой может включать проводящий материал или металлический материал, такой как серебро. Толщина четвертого слоя меньше или равна примерно 20 нм. Толщина четвертого слоя может быть больше толщины первого слоя.

В некоторых вариантах осуществления под четвертым слоем можно образовать один или более слоев, например, затравочный слой из ZnO. В некоторых вариантах осуществления на четвертом слое можно образовать один или более слоев, например, барьерный слой NiNbTiO_x, с x от 10 до 30 ат.%, оксидный защитный слой Zn₂SnO_x, где x меньше 4, и верхний защитный слой из нитрида кремния.

Фиг.9 показывает блок-схему напыления слоев покрытия согласно некоторым вариантам осуществления. На основе, последовательно формируют две или более отражающих инфракрасное излучение слоистых систем, причем базовый слой верхней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы толще, чем базовый слой нижней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы. Базовый слой может включать оксидный сплав цинка и олова. Кроме того, можно использовать сплав NiNb в качестве барьерного слоя для слоев серебра, по меньшей мере для нижней отражающей инфракрасное излучение слоистой системы.

На этапе 900 готовится основа. Основа может быть прозрачной, как стеклянная основа или полимерная основа. Можно использовать и другие основы. На этапе 910 на основе формируют первый защитный слой. Первый защитный слой может включать нитрид кремния при толщине от 10 до 30 нм. В некоторых вариантах осуществления первый защитный слой может быть необязательным.

На этапе 920 первую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему формируют на первом защитном слое. Первая отражающая инфракрасное излучение слоистая система может включать базовый слой Zn₂SnO_x, затравочный слой ZnO, отражающий инфракрасное излучение слой серебра и барьерный слой NiNbTiO_x. Базовый слой Zn₂SnO_x может иметь x менее 4, при толщине от 10 до 40 нм. Затравочный слой ZnO может иметь толщину от 3 до 10 нм. Слой Ag может иметь толщину от 8 до 12 нм. Барьерный слой NiNbTiO_x может иметь содержание кислорода от 10 до 30 ат.% при толщине от 1 до 5 нм.

На этапе 930 на первой отражающей инфракрасное излучение слоистой системе образуют вторую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему. Вторая отражающая инфракрасное излучение слоистая система может включать базовый слой Zn₂SnO_x, затравочный слой ZnO, отражающий инфракрасное излучение слой серебра и барьерный слой NiNbTiO_x. Базовый слой Zn₂SnO_x может иметь x меньше 4 при толщине от 50 до 100 нм. Затравочный слой ZnO может иметь толщину от 3 до 10 нм. Слой Ag может иметь толщину от 14 до 18 нм. Барьерный слой NiNbTiO_x может иметь содержание кислорода от 10 до 30 ат.% при толщине от 1 до 5 нм.

На этапе 940 на вторую отражающую инфракрасное излучение слоистую систему наносят второй защитный слой. Второй защитный слой может включать слой Zn₂SnO_x, где x меньше 4, толщиной от 10 до 40 нм. Второй защитный слой может включать слой нитрида кремния толщиной от 10 до 30 нм.

Хотя приведенные выше примеры были описаны подробно для лучшего понимания, изобретение не ограничено приведенными деталями. Существует много альтернативных способов осуществления изобретения. Описанные примеры являются иллюстративными, но не ограничивающими.

Изобретение относится к низкоэмиссионным покрытиям. Изделие с покрытием содержит следующие слои в порядке их удаления от стекла: первый слой, содержащий серебро и отражающий инфракрасное излучение, второй барьерный слой, содержащий никель, ниобий, титан и кислород, причем содержание кислорода во втором слое составляет от 10 до 30 ат.%, разделяющий третий слой, содержащий цинк, олово и кислород, четвертый слой, содержащий серебро и отражающий инфракрасное излучение. Технический результат – повышение пропускания видимого света, отражения тепла и стойкости цвета к тепловому воздействию. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

1. Способ получения термообработанного изделия с покрытием, включающий:

- формирование первого слоя на основе, причем первый слой содержит серебро и способен действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение;

- формирование второго слоя на первом слое, причем второй слой содержит никель, ниобий, титан и кислород, причем содержание кислорода во втором слое составляет от 10 до 30 ат.%, причем второй слой способен действовать как барьерный слой;

- формирование третьего слоя на втором слое, причем третий слой содержит цинк, олово и кислород и способен действовать как разделяющий слой;

- формирование четвертого слоя на третьем слое, причем четвертый слой содержит серебро и способен действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение.

2. Способ по п. 1, причем толщина второго слоя составляет от 1 до 5 нм.

3. Способ по п. 1, причем третий слой содержит Zn₂SnO_x, и причем толщина третьего слоя составляет от 50 и 100 нм.

4. Способ получения термообработанного изделия с покрытием, причем способ включает:

- формирование первого слоя на основе, причем первый слой содержит цинк, олово и кислород и способен действовать как базовый слой;

- формирование второго слоя на первом слое, причем второй слой содержит серебро и способен действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение;

- формирование третьего слоя на втором слое, причем третий слой содержит никель, ниобий, титан и кислород, и причем содержание кислорода в третьем слое составляет от 10 до 30 ат.%, и третий слой способен действовать как барьерный слой;

- формирование четвертого слоя на третьем слое, причем четвертый слой содержит цинк, олово и кислород и способен действовать как разделяющий слой;

- формирование пятого слоя на четвертом слое, причем пятый слой содержит серебро и способен действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение;

- формирование шестого слоя на пятом слое, причем шестой слой содержит никель, ниобий, титан и кислород и способен действовать как барьерный слой;

- формирование седьмого слоя на шестом слое, причем седьмой слой содержит цинк, олово и кислород и способен действовать как защитный слой.

5. Способ по п. 4, причем первый слой, четвертый слой или седьмой слой содержит Zn₂SnO_x.

6. Способ по п. 4, причем первый слой, четвертый слой и седьмой слой содержат Zn₂SnO_x.

7. Способ по п. 4, причем толщина первого слоя или четвертого слоя составляет от 10 до 40 нм.

8. Способ по п. 4, дополнительно включающий образование

- восьмого слоя между первым и вторым слоями, причем восьмой слой содержит оксид цинка и способен действовать как затравочный слой для второго слоя, и

- девятого слоя между пятым и шестым слоями, причем девятый слой содержит оксид цинка и способен действовать как затравочный слой для пятого слоя.

9. Способ по п. 4, причем толщины восьмого слоя и девятого слоя составляют от 3 до 10 нм.

10. Способ по п. 4, причем толщина третьего слоя или шестого слоя составляет от 1 до 5 нм.

11. Способ по п. 4, причем толщина четвертого слоя составляет от 50 до 100 нм.

12. Изделие с покрытием, содержащее

- первый слой, находящийся на основе,

причем первый слой является аморфным слоем,

причем первый слой содержит цинк, олово и кислород,

причем первый слой способен действовать как базовый слой;

- второй слой, находящийся на первом слое,

причем второй слой содержит серебро,

причем второй слой способен действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение;

- третий слой, находящийся на втором слое,

причем третий слой содержит никель, ниобий, титан и кислород,

причем содержание кислорода в третьем слое составляет от 10 до 30 ат.%,

причем третий слой способен действовать как барьерный слой;

- четвертый слой, расположенный на третьем слое,

причем четвертый слой содержит цинк, олово и кислород,

причем четвертый слой способен действовать как разделяющий слой;

- пятый слой, расположенный на четвертом слое,

причем пятый слой содержит серебро,

причем пятый слой способен действовать как слой, отражающий инфракрасное излучение;

- шестой слой на пятом слое,

причем шестой слой содержит никель, ниобий, титан и кислород,

причем шестой слой способен действовать как барьерный слой;

- седьмой слой, расположенный на шестом слое,

причем седьмой слой содержит цинк, олово и кислород,

причем седьмой слой способен действовать как защитный слой.

13. Изделие с покрытием по п. 12, причем первый слой, четвертый слой или седьмой слой содержит Zn₂SnO_x.

14. Изделие с покрытием по п. 12, причем первый слой, четвертый слой и седьмой слой содержат Zn₂SnO_x.

15. Изделие с покрытием по п. 12, причем толщина первого слоя или четвертого слоя составляет от 10 до 40 нм.

16. Изделие с покрытием по п. 12, дополнительно содержащее:

- восьмой слой между первым и вторым слоями, причем восьмой слой содержит оксид цинка, причем восьмой слой способен действовать как затравочный слой для второго слоя, и

- девятый слой между пятым и шестым слоями, причем девятый слой содержит оксид цинка, причем девятый слой способен действовать как затравочный слой для пятого слоя.

17. Изделие с покрытием по п. 12, причем толщины восьмого слоя и девятого слоя составляют от 3 до 10 нм.

18. Изделие с покрытием по п. 12, причем толщина второго слоя или пятого слоя составляет от 8 до 12 нм.

19. Изделие с покрытием по п. 12, причем коэффициент light-to-solar gain (LSG) изделий сразу после нанесения покрытия и термообработанных изделий больше 1,8.

20. Изделие с покрытием по п. 12, причем изменение цвета изделий сразу после покрытия и термообработанных изделий меньше 3.