反射紅外射線的層式系統(tǒng)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及一種在透明介電基底上的透明的、反射紅外射線(IR)的層式系統(tǒng)以及一種制造這種層式系統(tǒng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在功能上反射IR的層式系統(tǒng)(以下也只稱為層式系統(tǒng))的突出之處在于其低發(fā)射率和與之有關(guān)的高反射率以及在IR光譜范圍(波長>>3μπι)中的小透射性。同時(shí)應(yīng)實(shí)現(xiàn)在可見光范圍中高的(Low-E層式系統(tǒng))，或者有目的地減小透射性(Low-E太陽層式系統(tǒng))。所述層式系統(tǒng)因此在從可見光到近紅外光的過渡區(qū)中具有透射性的陡峭下降和反射性的急劇上升?；谄浒l(fā)射性能，這種層式系統(tǒng)一般稱為Low-E層式系統(tǒng)。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)所述特征，層式系統(tǒng)具有透明的、功能不同的層結(jié)構(gòu)。
[0004]術(shù)語“層結(jié)構(gòu)”通常包括一個(gè)以上的層，但是同樣包括的是:一個(gè)層結(jié)構(gòu)僅僅由一個(gè)單層組成，所述層自身實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。這樣的層結(jié)構(gòu)可以不僅包括均勻的單層，而且包括具有組分在層厚度上的逐級波動(dòng)的這種所謂的梯度層。單個(gè)層與層結(jié)構(gòu)的配置不是在每種情況下都可以唯一地進(jìn)行，因?yàn)槊總€(gè)層不僅對相鄰的層而且對整個(gè)系統(tǒng)都具有影響。根據(jù)其功能將層配置到特定的層結(jié)構(gòu)。
[0005]一般地，層式系統(tǒng)從基底向上看去首先包括基本層結(jié)構(gòu)，所述基本層結(jié)構(gòu)主要用作在基底與另外的層序列之間的過渡，尤其是將該系統(tǒng)附著在基底上。基本層結(jié)構(gòu)的各層也可以作為整體影響層式系統(tǒng)的特性(例如化學(xué)和/或機(jī)械穩(wěn)定性)，以及用于調(diào)節(jié)光學(xué)性能以及防反光。
[0006]在基本層結(jié)構(gòu)上緊接著是功能層結(jié)構(gòu)，所述功能層結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)金屬功能層作為IR反射層，以及直接與功能層鄰接的可選擇的其它攔截層，所述攔截層通常可以金屬地(EP 1463689 BI)或者介電地(EP 1851354 BI)構(gòu)成。如果想要非常高的透射性，那么采用后者。補(bǔ)充的層支持IR反射層的功能并且影響光學(xué)特性和與之關(guān)聯(lián)的電氣特性以及功能層的化學(xué)和機(jī)械特性，和/或用于改善粘附。因此特別已知的是，借助于胚層降低沉積在其上的功能層的表面電阻，并由此其IR反射性可以受正面地影響。
[0007]IR范圍中的高度反射對于所述層式系統(tǒng)來說一般是通過一個(gè)或多個(gè)金屬功能層實(shí)現(xiàn)。通常，在光譜的透射性能和反射性能中上面所述的側(cè)面(Flanke)隨著反射IR的功能層的數(shù)量的增多而變陡，也就是說，選擇性上升，因此越來越能夠應(yīng)用具有兩個(gè)或多個(gè)功能層的層式系統(tǒng)。這當(dāng)然對制造和加工條件提出了更高的要求，并且在對涂布的基底進(jìn)行進(jìn)一步加工時(shí)對后繼的工藝步驟提出了更高的要求。
[0008]為了給建筑物玻璃制造低發(fā)射的層式系統(tǒng)，通常應(yīng)用純銀或銀合金作為功能層的材料。該材料在層厚薄的情況下尤其在紅外線范圍內(nèi)具有高的反射性，并且同時(shí)在光線的可見光譜范圍內(nèi)具有少的吸附率。簡單的Low-E-層式系統(tǒng)通常包含約10-15nm厚的銀層。
[0009]在沉積、應(yīng)用過程中以及在不同的應(yīng)用情況下，還在沉積的層式系統(tǒng)的后繼加工過程中，由于與之相關(guān)的溫度負(fù)荷，通常會(huì)出現(xiàn)各種不同的情況，即改變功能層的反射能力和層式系統(tǒng)的透射性，尤其將基本層結(jié)構(gòu)或覆蓋層結(jié)構(gòu)的層的組成部分?jǐn)U散到功能層中以及反過來。出于此原因，氧化過程可能會(huì)對功能層的功能產(chǎn)生不利的影響。
[0010]為了避免這種擴(kuò)散和氧化過程，與功能層鄰接地插入攔截層，該攔截層作為擴(kuò)散元件的緩沖器來用。這些攔截層根據(jù)待出現(xiàn)的溫度負(fù)荷來構(gòu)造和設(shè)置，并且保護(hù)敏感的、經(jīng)常非常薄的功能層，免受相鄰層的影響。通過插入攔截層，尤其阻止了功能層的氧化以及與之相關(guān)的表面阻力的增大，亦或阻止了層式系統(tǒng)的明顯的顏色轉(zhuǎn)移。
[0011]例如已知包含鎳和/或鉻的層作為攔截層，它包圍著反射IR的銀層。
[0012]此外已確定的是，層式系統(tǒng)的反射和透射性能也受擴(kuò)散過程的影響，該擴(kuò)散過程以基底為出發(fā)點(diǎn)。為了對此產(chǎn)生影響，尤其為了可退火的層式系統(tǒng)，當(dāng)在功能層結(jié)構(gòu)的下方應(yīng)用玻璃作為基底材料時(shí)，經(jīng)常在基本層結(jié)構(gòu)中插入阻擋層，其應(yīng)該減少玻璃成份(例如堿金屬一離子)在層式系統(tǒng)中的擴(kuò)散。借助這種阻擋層能夠減少質(zhì)量問題，該質(zhì)量問題的原因是生玻璃中(即指玻璃的波動(dòng)的化學(xué)成份)的未定義的原始狀態(tài)或其它玻璃影響因素。
[0013]此外，其它的玻璃影響因素還會(huì)不期望地改變層式系統(tǒng)的特性，該玻璃影響因素例如指用來操作玻璃的吸氣裝置的腐蝕或壓痕，其經(jīng)常無法通過視覺控制來確定并且無法通過常規(guī)清潔方法來消除。在這種玻璃影響因素中尤其不利的是，隨后才能看到它對層式系統(tǒng)的性能的影響。
[0014]覆蓋層結(jié)構(gòu)的各層朝上封閉了層式系統(tǒng)，并且基本層結(jié)構(gòu)還在功能上涉及整個(gè)系統(tǒng)。覆蓋層結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)機(jī)械和/或化學(xué)穩(wěn)定的保護(hù)層。它能夠自身或者通過補(bǔ)充的層影響層式系統(tǒng)的光學(xué)性能，例如通過防反光。
[0015]覆蓋層結(jié)構(gòu)通常由金屬、半導(dǎo)體或半導(dǎo)體合金的介電的氧化物、氮化物或氮氧化物的一層或多層構(gòu)成，其大多具有高折射率。
[0016]“由……構(gòu)成”意思是指主要的組成部分，其決定了功能方面的特性。可能額外地含有由技術(shù)引起的污染或由技術(shù)引起的雜質(zhì)，它們?yōu)榱藢?shí)施工藝在沉積過程中或者例如在陰極濺射時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。這種污染或技術(shù)雜質(zhì)大多在小于1%的范圍內(nèi)，但也可達(dá)10%。
[0017]將反射IR的層式系統(tǒng)朝上封閉的保護(hù)層應(yīng)妨礙保護(hù)層式系統(tǒng)，以避免機(jī)械或化學(xué)變化。出于此原因，應(yīng)這樣來選擇覆蓋層結(jié)構(gòu)的防反光的層的材料，即應(yīng)用具有高機(jī)械和/或化學(xué)強(qiáng)度的材料。但由于期望的防反光效果，材料選擇還取決于覆蓋層結(jié)構(gòu)的層，尤其取決于直接鄰接的層。
[0018]通過插入一個(gè)或多個(gè)其它功能層結(jié)構(gòu)(雙-Low-E、三-Low-E或者多重-Low-E)，來補(bǔ)充這樣構(gòu)成的層式系統(tǒng)(其只包含功能層結(jié)構(gòu))，它們通過耦合或中間層結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一功能層結(jié)構(gòu)上。通過兩個(gè)功能層結(jié)構(gòu)在功能方面的分離以及它們相互間的連接，這些中間層結(jié)構(gòu)尤其在可見區(qū)域中用來防反光。此外，在材料組合合適的情況下，通過中間層結(jié)構(gòu)還能夠?qū)崿F(xiàn)層式系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性。
[0019]Low-E-層式系統(tǒng)也可這樣修改，即它除了低的發(fā)射率以外還可用來防曬。為此目的，有目的性地減少層式系統(tǒng)的透射性，否則希望該透射性非常高。
[0020]建筑物玻璃的另一要求是顏色印象及其穩(wěn)定性?；讉?cè)的反射顏色通常是中性的或者灰色至藍(lán)色的，它們應(yīng)該與觀察角度無關(guān)。中性顏色在CIE L*a*b*_顏色系統(tǒng)中通過約為O的a* (Rg)-和b* (Rg) —色調(diào)表示，而藍(lán)色通過陰性的b*_色調(diào)表示，紅色以及紫色通過陽性的a*_色調(diào)表示。此外在一些應(yīng)用情況下還可能需要其它反射顏色或定義的透射顏色。
[0021]通常借助噴鍍來沉積不同的層式系統(tǒng)，這能生成合適的單，其只具有非常小的層厚以及所需的均勻度，它的組成成份以及性能能夠借助目標(biāo)材料、噴鍍方式、噴鍍參數(shù)以已知的方式非常有效且可復(fù)制地調(diào)節(jié)。
[0022]已示出，所述的不同種類的Low-E —層式系統(tǒng)盡管具有各種各樣的造型，但在機(jī)械方面還總是很敏感，并且相應(yīng)很難加工。尤其如果所需的加工條件對于后繼的處理步驟(例如切割、磨碎或例如借助含酒精的清潔劑進(jìn)行的清洗)由于設(shè)備老化且設(shè)備不完全合適不能或者不能完整地實(shí)現(xiàn)，則經(jīng)常會(huì)引起層破壞以及相應(yīng)高的廢品率。因此在加工條件不完善的情況下，該層可能很快被擦壞和/或局部剝離。此外，這種層在制造商和后繼加工商之間傳輸時(shí)還可能加倍地?fù)p壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]因此本發(fā)明的目的是，說明一種低反射的層系統(tǒng)，其在高的透射性和顏色穩(wěn)定方面具有迄今可達(dá)到的光學(xué)性能，還說明一種制造方法，該方法具有機(jī)械方面的抵抗力并且既使在加工條件不充份的情況下也能無損壞地進(jìn)行加工。
[0024]按本發(fā)明，此目的通過具有權(quán)利要求1的特征的層式系統(tǒng)以及按權(quán)利要求10所述的方法得以實(shí)現(xiàn)。各從屬權(quán)利要求描述了這些按本發(fā)明的解決方案的實(shí)施方案。
[0025]按本發(fā)明的層式系統(tǒng)包含基本層結(jié)構(gòu)，其具有至少一個(gè)介電基本層，所述介電基本層由金屬的、半導(dǎo)體的氮化物、氧化物或氮氧化物組成或由半導(dǎo)體合金組成；它適合減少從基底到位于其上的層式系統(tǒng)中(在此尤其是功能層結(jié)構(gòu)中)的擴(kuò)散過程，并且還能用來防反光。
[0026]按本發(fā)明，氧化的含金屬的攔截物(按本發(fā)明的構(gòu)造方案是鎳鉻的亞化學(xué)計(jì)量氧化物)直接從上方與功能層鄰接地與胚層結(jié)合起來，該胚層具有固有或摻雜的氧化鋅作為重要組成部分并且直接從下方鄰接到所述功能層上。與具有下方攔截物的已知層式系統(tǒng)相比，通過省略下方的攔截物(其經(jīng)常減少透射性)，能夠達(dá)到更高的透射性。
[0027]通過覆蓋層結(jié)構(gòu)的按本發(fā)明的構(gòu)造，其具有至少一個(gè)氮氧化矽層并且與沉積到它上面的、由二氧化鈦構(gòu)成的保護(hù)層結(jié)合起來，所以盡管沒有下方的攔截物，也能達(dá)到該層式系統(tǒng)的期望的機(jī)械抵抗性。
[0028]為了實(shí)現(xiàn)基本層結(jié)構(gòu)，能夠應(yīng)用已知的層，其是合適的阻擋層以防止來自基底的迀移過程，和/或提高了透射性，和/或調(diào)節(jié)了顏色外觀。例如錫酸鋅是基本層的合適材料。
[0029]只要層式系統(tǒng)應(yīng)該能夠淬火或彎曲，也就是說，溫度負(fù)荷超過600°C (甚至超過6800C )且經(jīng)過多分鐘(甚至達(dá)10分鐘)，但光學(xué)功率不應(yīng)產(chǎn)生明顯的改變，則例如氮化硅也可當(dāng)作直接設(shè)置于基底上的基本層。該基本層還在很大程度上阻止了鈉離子擴(kuò)散到位于其上的層中，尤其在退火期間，并且還有利于層式系統(tǒng)的穩(wěn)定性。也可應(yīng)用其它介電的氧化物、氮化物或氧氮