DE69804592T2

DE69804592T2 - Wärmereflektierender schichtaufbau mit farbkorrektur

Info

Publication number: DE69804592T2
Application number: DE69804592T
Authority: DE
Inventors: Peter Maschwitz; L. Spraker
Original assignee: CPFilms Inc
Current assignee: CPFilms Inc
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: DE69804592D1; US6007901A; WO1999028258A1; EP0960077B1; EP0960077A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft allgemein wärmereflektierende Zusammensetzungen für Fensteranordnungen und insbesondere solche Zusammensetzungen vom Dielektrikum-Metall-Dielektrikum-Typ.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wärmereflektierende Produkte für Fensteranordnungen sind für die Verwendung bei Gebäude- und Fahrzeugfenstern zunehmend populär geworden. Es wurde herausgefunden, dass solche Produkte bei der Verminderung von Klimatisierungs-Kosten und bei der Verbesserung der Qualität des durchgelassenen sichtbaren Lichts äußerst wirksam sind.
Die meisten üblichen dieser Produkte für Fensteranordnungen sind Zusammensetzungen, die mehrere dünne Schichten aufweisen, die miteinander zusammenwirken, um das Durchlassen von Wellenlängen im Infrarot-Bereich und im nahen Infrarot-Bereich zu reduzieren, wohingegen ermöglicht wird, dass ein wesentlicher Prozentanteil von Licht in dem sichtbaren Spektrum durchgelassen wird. Eine typische Zusammensetzung enthält ein transparentes Substrat, wie zum Beispiel Glas oder eine flexible Kunststofffolie. Auf das Substrat sind mehrere Stapel aus diskreten Schichten aufgebracht, wobei jeder Stapel eine Aufeinanderfolge aus einer dünnen Folie aus dielektrischem Material und einem wärmereflektierenden Metall aufweist, wie zum Beispiel Silber, Gold oder Kupfer.
Jede dieser Schichten ist allgemein durch thermische Verdampfungsbeschichtung oder durch Zerstäubungsbeschichtung aufgebracht, wobei beide Techniken in der Technik bekannt sind. Zur Vereinfachung und Wirtschaftlichkeit der Herstellung wird jede dieser Schichten normalerweise durch Zerstäubungsbeschichtung aufgebracht. Bei Zerstäubungsbeschichtungsverfahren werden Metall-Moleküle von einer Metall-Quelle dazu gebracht, um bei Unterdruck durch ein starkes elektrische Feld auf ein bestimmtes Substrat "aufgestäubt" zu werden. Wenn die aufgebrachte Schicht reines Metall ist, wird ein solches Zerstäuben in einer inerten Atmosphäre durchgeführt. Wenn das Metall ein Metall-Oxid ist, wird ein solches Zerstäuben normalerweise in einer stark oxidativen Atmosphäre durchgeführt, zum Beispiel unter Verwendung von Sauerstoffplasma.
Ein übliches Problem bei der Herstellung solcher Zusammensetzungs-Strukturen ist die Degradation der infrarotreflektierenden Metallschicht, indem sie während der Aufbringung des dielektrischen Materials (allgemein ein Metalloxid) dem Sauerstoffplasma ausgesetzt ist. Durch eine solche Degradation des infrarotreflektierenden Metalls wird die Wirksamkeit der Zusammensetzung beträchtlich vermindert.
Ein weiteres Problem bei solchen Zusammensetzungs-Strukturen ist die Tendenz der infrarotreflektierenden Metalle, sich über längere Zeitperioden durch Langzeitkontakt mit Sauerstoff oder anderen Chemikalien aus der umgebenden Atmosphäre zu verschlechtern. Dieses Problem ist besonders akut, wenn die Strukturen flexible Folienstrukturen sind, die an bereits vorhandenen Gebäude- oder Fahrzeugfenstern befestigt sind. Die Aufbringung solcher Folien auf diese bereits vorhandenen Fenster erfolgt normalerweise unter Verwendung von Wasser, wie in dem US-Patent Nr. 3,891,486 beschrieben. Bei der Aufbringung solcher Folien bei solchen bereits existierenden Fenstern wird Wasser bei der Aufbringung verwendet, das dazu neigt, zwischen dem Fensterglas und der flexiblen Folie eingeschlossen zu werden. Über die Zeit diffundiert dieses eingeschlossene Wasser durch die flexible Folie, wodurch die reflektierenden Metallschichten in der Zusammensetzungs-Struktur wesentlich verschlechtert werden.
Ein weiteres Problem bei solchen Zusammensetzungs-Strukturen ist das allgemeine Unvermögen solcher Strukturen, das Durchlassen von übermäßigen Mengen an sichtbarem Licht erfolgreich zu verhindern. Durch das Durchlassen von übermäßigen Mengen an sichtbaren Licht werden unnötige Mengen von Wärme durchgelassen, was zu einer unangenehmen, "übermäßig hellen" Umgebung für den Benutzer führen.
Noch ein weiteres Problem bei solchen Zusammensetzungs- Strukturen gemäß Stand der Technik besteht darin, dass sie häufig einen ungeordneten Prozentsatz des sichtbaren Lichts reflektieren. Eine solch hohe Reflexion verleiht dem Fenster- Produkt eine unschöne spiegelähnliche Erscheinung. Bei Fenster- Produkten wird es allgemein als vorteilhaft erachtet, dass weniger als etwa 15% des Lichts in dem sichtbaren Spektrum durchgelassen werden.
Noch ein weiteres Problem bei Zusammensetzungs-Strukturen gemäß Stand der Technik besteht darin, dass sie häufig nicht an beiden Seiten von dem Fenster-Produkt Licht in "neutralen Farben" durchlassen und/oder reflektieren. Dies ist speziell ein Problem bei Produkten, die dazu ausgestaltet sind, um eine verminderte (< 60%) Durchlässigkeit für sichtbares Licht zur Verfügung zu stellen. Obwohl es bei einigen Fenster-Produkten als akzeptierbar erachtet wird, Licht durchzulassen, das eine leicht bläuliche oder leicht grünliche Farbe hat, werden alle anderen "Färbungen" allgemein als unerwünscht angesehen.
Es wurden Versuche unternommen, diese Probleme zu lösen, aber diese Versuche waren nicht vollständig erfolgreich. Man hat zum Beispiel herausgefunden, dass das Aufbringen einer schützenden Metallschicht auf die infrarotreflektierende Metallschicht geeignet ist, um die Beständigkeit gegen Degradation der infrarotreflektierenden Metallschicht während der Aufbringung der dielektrischen Schichten zu verbessern. Die Verwendung von solchen schützenden Metallschichten hat jedoch nicht - und war in vielen Fällen noch komplizierter - das Problem übermäßiger Licht-Durchlässigkeit, übermäßiger Licht-Reflexion und unerwünschter Färbung gelöst. Es wurde herausgefunden, dass solche Versuche in der Herstellung übermäßig teuer und/oder über lange Zeitperioden instabil waren.
Es besteht daher eine Forderung nach einer wärmereflektierenden Zusammensetzung für Fensteranordnungen, bei der wirkungsvoll die Degradation des infrarotreflektierenden Metalls verhindert wird und bei der die Menge an durchgelassenem sichtbaren Licht vermindert wird, ohne eine übermäßige Reflexion, Farbveränderungen oder Langzeit-Instabilitäten zu verursachen.

ZUSAMMENFASSUNG

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe. Die Erfindung ist eine wärmereflektierende Zusammensetzung für eine Fensteranordnung der Reihenfolge nach mit: (a) einem im Wesentlichen transparenten Substrat; (b) einer ersten äußeren dielektrischen Schicht; (c) einer infrarotreflektierenden Metallschicht; (d) einer farbkorrigierenden Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht verschieden ist; (e) einer schützenden Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht verschieden ist und von denen der farbkorrigierenden Schicht verschieden ist; und (f) einer zweiten äußeren dielektrischen Schicht.
Vorzugsweise enthält die Zusammensetzung außerdem eine oder mehrere Unterzusammensetzungen, jeweils mit: (i) einer inneren dielektrischen Unterzusammensetzungs-Schicht; (ii) einer infrarotreflektierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht; (iii) einer farbkorrigierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht verschieden ist; und (iv) einer schützenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht verschieden ist und von denen der farbkorrigierenden Unterzusammensetzungs-Schicht verschieden ist.
Die dielektrischen Schichten sind normalerweise Indium- Oxid, Indium-Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid oder Mischungen daraus. Die Dicke der außenseitigen dielektrischen Schichten liegt normalerweise zwischen etwa 0,15 Viertelwellen optischer Dicke und etwa 1 Viertelwellen optischer Dicke.
Die infrarotreflektierenden Metallschichten sind normalerweise Silber, Gold, Kupfer oder Legierungen daraus und sind mit einer Dicke von zwischen 7 nm und etwa 25 nm aufgebracht. Die farbkorrigierenden Metallschichten haben vorzugsweise einen Brechungsindex zwischen etwa 0,6 und etwa 4 sowie einen Extinktionskoeffizienten für Licht in dem sichtbaren Bereich von zwischen etwa 1,5 und etwa 7. Die farbkorrigierenden Metallschichten enthalten am meisten bevorzugt im Wesentlichen Indium.
Die schützenden Metallschichten sind aus einem Metall hergestellt, deren Oxid im Wesentlichen optisch nicht absorbierend ist, wie zum Beispiel Aluminium, Titan, Zirkon, Niob, Hafnium, Tantal, Wolfram und Legierungen daraus. Die schützenden Metallschichten haben normalerweise eine Dicke zwischen etwa 1 nm und etwa 5 nm.
In einer bevorzugten Form enthält die wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnungen außerdem eine im Wesentlichen transparente obere Schicht, die mit der zweiten äußeren dielektrischen Schicht verklebt ist.
Vorzugsweise umfasst die im Wesentlichen transparente obere Schicht ein im Wesentlichen transparentes Glas oder ein polymerisches Material.
In einer weiteren bevorzugten Form ist die erste äußere dielektrische Schicht aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt, die Indium-Oxid, Indium-Zink-Oxid, Indium- Zinn-Oxid und Mischungen davon umfaßt; die infrarotreflektierende Metallschicht enhält eine Legierung aus Silber und Kupfer; die farbkorrigierende Metallschicht enthält im Wesentlichen Indium; die schützende Metallschicht enthält ein Metall, dessen Oxid bei etwa 25ºC eine Wärmeverformung von weniger als -100,000 cal/gm Mol hat; und die zweite äußere dielektrische Schicht ist aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt, die Indium-Oxid, Indium-Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid und Mischungen davon enthält.
Durch die Zusammensetzung wird eine wärmereflektierende Zusammensetzung für eine Fensteranordnung zur Verfügung gestellt, die eine außerordentliche Widerstandsfähigkeit gegen Degradation hat. Diese Zusammensetzung ermöglicht es dem Hersteller, die Flexibilität bezüglich der Menge und der Qualität des physikalischen Lichts, das durch die Zusammensetzung durchgelassen wird, beträchtlich zu erhöhen. In allen Zusammensetzungen der Erfindung können Relexionswerte von weniger als 15% leicht erreicht werden.

ZEICHNUNGEN

Diese Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung, die angefügten Ansprüchen und die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
Fig. 1 eine Seitenansicht im Querschnitts von einer wärmereflektierenden Zusammensetzung für Fensteranordnungen mit den Merkmalen der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht im Querschnitt von einer zweiten wärmereflektierenden Zusammensetzung für Fensteranordnungen mit den Merkmalen der Erfindung ist;
Fig. 3 eine Seitenansicht im Querschnitt von einer dritten wärmereflektierenden Zusammensetzung für Fensteranordnungen mit den Merkmalen der Erfindung ist; und
Fig. 4 eine Seitenansicht im Querschnitt von einer vierten wärmereflektierenden Zusammensetzung für Fensteranordnungen mit den Merkmalen der Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die nachfolgende Diskussion beschreibt detailliert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und einige Abweichungen von diesem Ausführungsbeispiel. Diese Diskussion soll jedoch nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf diese bestimmten Ausführungsbeispiele betrachtet werden. Fachleute werden ebenfalls zahlreiche andere Ausführungsbeispiele erkennen.
Wie in Fig. 1 dargestellt, beinhaltet die Erfindung 10: (a) ein im Wesentlichen transparentes Substrat 12; (b) eine erste äußere dielektrische Schicht 14; (c) eine infrarotreflektierende Metallschicht 16; (d) einer farbkorrigierende Metallschicht 18, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 verschieden ist; (e) eine schützende Metallschicht 20, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 verschieden ist und von denen der farbkorrigierenden Schicht 18 verschieden ist; und (f) eine zweite äußere dielektrische Schicht 22.
Wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, kann die Erfindung 10 außerdem ein oder mehrere Unterzusammensetzungen 24 beinhalten, die zwischen der schützenden Metallschicht 20 und der zweiten äußeren dielektrischen Schicht 22 angeordnet sind. Jeder dieser Unterzusammensetzungen 24 enthält: (a) eine innere dielektrische Schicht 26; (b) eine infrarotreflektierende Unterzusammensetzungs-Metallschicht 28; (c) eine farbkorrigierende Unterzusammensetzungs-Metallschicht 30, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht 28 verschieden ist; und (d) eine schützende Unterzusammensetzungs-Metallschicht 32, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht 28 verschieden ist und von denen der farbkorrigierenden Unterzusammensetzungs- Schicht 30 verschieden ist.
Normalerweise ist jede Schicht unmittelbar angrenzend zu jeder zugehörigen benachbarten Schicht angeordnet. Jedoch können zwischenliegende Nukleierungsschichten oder andere Zwischenschichten vorgesehen sein, die wahlweise zwischen irgendwelchen der oben genannten Schichten angeordnet sein können, aber nicht zwischen der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 und der farbkorrigierenden Metallschicht 18, und nicht zwischen der farbkorrigierenden Metallschicht 19 und der schützenden Metallschicht 20.
Das transparente Substrat 12 umfasst ein Glas oder ein polymerisches Kunststoffmaterial. Wenn das transparente Substrat 12 ein Glasmaterial umfasst, dann hat die Zusammensetzung 10 allgemein eine starre Struktur. Wenn das transparente Substrat 12 ein polymerischer Kunststoff ist, ist die Zusammensetzung 10 allgemein eine dünne flexible Folienstruktur. Wenn das transparente Substrat 12 ein polymerischer Kunststoff ist, hat das transparente Substrat 12 eine Dicke von zwischen etwa 25 und etwa 300 im (Mikron). Geeignete polymerische Kunststoffmaterialien, die für das transparente Substrat 12 verwendbar sind, beinhalten einen großen Bereich von transparenten polymerischen Materialien. Polyethylen-Terephthalat (PET) ist ein polymerisches Kunststoffmaterial, das für die Herstellung des transparenten Substrats 12 geeignet ist.
Die dielektrischen Schichten 14, 22 und 26 sind vorzugsweise optisch nicht absorbierende, reflexionsvermindernde, dielektrische Schichten. In bevorzugten Ausführungsbeispielen haben die ersten und zweiten äußeren dielektrischen Schichten 14 und 22 einen Brechungsindex von zwischen 1,9 und etwa 2,5. Die inneren dielektrischen Schichten 26, die zwischen den ersten und zweiten äußeren dielektrischen Schichten 14 und 22 angeordnet sind, haben vorzugsweise einen Brechungsindex zwischen etwa 1,4 und 2,5. Typische Materialien, die als dielektrische Schichten 14, 22 und 26 verwendet werden können, sind Oxide von Magnesium, Indium, Indium/Zinn, Zinn, Tantal, Yttrium, Niob, Wolfram, Zink, Bismut, Titan oder Mischungen daraus. Als Materialien in den dielektrischen Schichten 14, 22 und 26 sind ebenfalls Nitride von Silicium und Aluminium verwendbar. Außerdem sind als Materialien in den dielektrischen Schichten 26, die zwischen den ersten und zweiten dielektrischen Schichten 14 und 22 angeordnet sind, Polymere geeignet, wie zum Beispiel Acrylate. Acrylat- Schichten können bequem durch Vakuum-Aufbrungungstechniken aufgebracht werden, wie sie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,842,893 offenbart sind.
Die am meisten bevorzugten Materialien, die in den dielektrischen Schichten 14, 22 und 26 verwendet werden, sind Indiumoxid, Indium-Zink-Oxid und Indium-Zinn-Oxid. Diese Materialien sind bevorzugt, da herausgefunden worden ist, dass die infrarotreflektierenden Metallschichten 16 in resultierenden Zusammensetzungen 10 eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber Langzeit- Degradation haben, und weil solche Materialien mit einer relativ hohen Rate aufgebracht werden können, im Vergleich zu vielen anderen geeigneten dielektrischen Materialien.
Jede äußere dielektrische Schicht 14 und 22 hat eine Dicke zwischen etwa 0,15 und etwa 1 Viertelwellen optischer Dicke ("QWOT"). Jede innere dielektrische Schicht 26 hat eine Dicke zwischen etwa 0,4 und etwa 2 QWOT.
Die infrarotreflektierende Metallschicht 16 kann aus einem der vielen Metalle gebildet werden, die in der Technik bekannt sind, die infrarotreflektierende Eigenschaften haben. Vorzugsweise enthält die infrarotreflektierende Metallschicht 16 Silber, Gold, Kupfer oder Legierungen daraus. Es wurde herausgefunden, dass mit diesen Metallen die insgesamt besten optischen Eigenschaften in der Erfindung 10 erreicht werden. Besonders bevorzugte Materialien für die infrarotreflektierende Metallschicht 16 sind Legierungen aus Silber und Kupfer. Es wurde herausgefunden, dass solche Legierungen wegen ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Degradation und wegen des allgemeinen Durchlassens von neutralen Farben bevorzugt sind.
Ein sehr bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung 10 hat eine infrarotreflektierende Metallschicht 16, die im Wesentlichen eine Silber/Kupfer-Legierung enthält, wobei der Prozentanteil von Kupfer in der Legierung zwischen etwa 3 und etwa 20 Gewichtsprozent, mehr bevorzugt zwischen etwa 5 und etwa 10 Gewichtsprozent beträgt.
Die infrarotreflektierende Metallschicht 16 hat normalerweise eine Dicke zwischen etwa 7 und etwa 25 nm.
Die farbkorrigierende Metallschicht 18 ist unmittelbar angrenzend zu der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 angeordnet. Die farbkorrigierende Metallschicht 18 ist vorzugsweise ein Metall oder eine Metallverbindung mit einem Brechungsindex für sichtbare Wellenlängen zwischen etwa 0,6 und etwa 4. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass die farbkorrigierende Metallschicht 18 mit zunehmender Wellenlänge für sichtbares Licht zwischen etwa 400 nm und etwa 750 nm einen allgemein steigenden Brechungsindex hat. Es ist außerdem bevorzugt, dass die farbkorrigierende Metallschicht 18 bei sichtbaren Wellenlängen einen Extinktionskoeffizienten zwischen etwa 1,5 und etwa 7 hat. Es ist schließlich bevorzugt, dass die farbkorrigierende Metallschicht 18 die Korrosionsbeständigkeit der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 erhöht, wenn sich die farbkorrigierende Metallschicht 18 in Kontakt mit der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 befindet.
Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die farbkorrigierende Metallschicht 16 auch als eine Nukleierungsschicht mit einer beträchtlichen Erhöhung der Adhäsion zwischen der schützenden Metallschicht 18 mit der infrarotreflektierenden Metallschicht 16 hat.
Es wurde herausgefunden, dass die Metalle, die für die farbkorrigierende Metallschicht 18 geeignet sind, Chrom, Kobalt, Nickel, Zink, Palladium, Indium, Zinn, Antimon, Platin, Bismut und Legierungen daraus sind.
Das bevorzugte Metall zur Verwendung in der farbkorrigierenden Metallschicht 18 ist Indium. Dieses Metall ist bevorzugt, da Zusammensetzungen 10, bei denen Indium verwendet wird, dazu neigen, Licht mit einer neutralen, bläulichen oder blaugrünen Färbung durchzulassen, und da Zusammensetzungen 10 unter Verwendung von Indium eine herausragende Widerstandsfähigkeit gegen Degradation haben. Außerdem sind Zusammensetzungen 10, bei denen Indium verwendet wird, wegen der relativen Leichtigkeit und der geringen Kosten der Herstellung solcher Zusammensetzungen 10 bevorzugt, insbesondere, wenn Indium-Oxid für die dielektrischen Schichten 14, 22 und 26 verwendet wird.
Die farbkorrigierende Metallschicht 18 ist auf die infrarotreflektierende Metallschicht 16 mit einer Dichte zwischen etwa 2 nm und etwa 15 nm aufgebracht.
Die schützende Metallschicht 20 ist unmittelbar angrenzend zu der farbkorrigierenden Metallschicht 18 angeordnet. Die schützende Metallschicht 20 enthält Metall oder eine metallische Verbindung, die wirksam die Oxidation der farbkorrigierenden Metallschicht 18 während der Aufbringung der dielektrischen Schichten 14, 22 und 26 verhindert. Es ist bevorzugt, dass die schützende Metallschicht 20 eine Schmelzwärme für dessen Oxid hat, die weniger (negativer) als etwa -100,000 cal/gm mol bei etwa 25ºC hat.
Die schützende Metallschicht 20 sollte ebenfalls Metalle enthalten, deren Oxide allgemein optisch nicht absorbieren.
Metalle, bei denen man herausgefunden hat, dass sie für die schützende Metallschicht 20 geeignet sind, sind Aluminium, Titan, Zirkonium, Niob, Hafnium, Tantal, Wolfram und Legierungen daraus. Es wurde herausgefunden, dass Titan das am meisten bevorzugte Metall für die Verwendung in der schützenden Metallschicht 20 ist, da herausgefunden worden ist, dass Zusammensetzungen 10 unter Verwendung von Titan eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Degradation haben. Titan ist außerdem bedeutend preiswerter als viele andere geeignete schützende Metalle.
Die schützende Metallschicht 20 ist auf die farbkorrigierende Metallschicht 18 mit einer Dicke zwischen etwa 1 nm und etwa 5 nm aufgebracht.
Die verschiedenen Schichten der Erfindung, die an dieser Stelle diskutiert werden, werden durch einige der verschiedenen Aufbringungstechniken aufgebracht, die in der Technik bekannt sind. Normalerweise werden solche Schichten durch thermische Verdämpfung oder durch Zerstäubungstechniken aufgebracht. Zerstäuben ist allgemein bevorzugt, aber thermische Verdampfung wird häufig verwendet, um die dielektrischen Schichten 14, 22 und 26 aufzubringen. Thermische Verdampfungstechniken beinhalten sowohl Elektronenstrahlverdampfung als auch Widerstandswärmeverdampfungstechniken. Beide thermischen Verdampfungstechniken sind in der Technik bekannt.
Zerstäubungstechniken, die in der Erfindung praktisch sind, sind in dem US-Patent Nr. 5,510,173 offenbart. Techniken zum Aufbringen von Schichten auf Glas sind außerdem in dem US-Patent Nr. 4,828,346 erläutert.
Bei einem normalen Zerstäubungsvorgang, der zum Aufbringen der verschiedenen Schichten der Erfindung 10 geeignet ist, wird ein Gerät verwendet, das allgemein im Handel als ein "Vacuum Roll Coater" bezeichnet wird. Normalerweise hat ein solcher Roll Coater 3-5 Zerstäubungsquellen, die um eine rotierende gekühlte Trommel angeordnet sind. Eine Länge von einer Polyesterbahn, die als das Substrat 12 verwendet wird, wird von einer Abwickelspule abgewickelt, um die Oberfläche der rotierenden gekühlten Trommel herumgeführt und dann auf eine Aufwickelspule geleitet. Während der Anordnung um die rotierende gekühlte Trommel bringen die 3-5 Zerstäubungsquellen eine Schicht aus Material auf die Bahn auf. Während der Aufbringung der Schichten befindet sich ein optisches Überwachungssystem in der Nähe der Bahn, und zwar in einem Bereich nahe der Stelle, an der die Bahn die rotierende gekühlte Trommel verlässt. Ein solches optisches Überwacbungssystem überwacht fortwährend sowohl die sichtbaren Transmissionsspektren durch die Bahn als auch die Reflektionsspektren weg von der Bahn und zeichnet diese auf.
Während der Aufbringung der Oxid-Schichten ist der Zerstäubungsprozess normalerweise ein DC-Magnetron-Zerstäubungsprozess, der in einer Gasmischung durchgeführt wird, und zwar beispielsweise aus 65% Argon, 34% Sauerstoff und 1% Wasserstoff. Der Zerstäubungs-Gasdruck beträgt etwa 0,27 Pa (2 um (Mikron) Quecksilbersäule). Wenn die Oxid-Schicht eine Indium-Oxid-Schicht ist, wird die Aufbringung von Indium in einem Oxidationszustand durchgeführt, bei dem durch das resultierende Material etwa eine maximale Konduktivität erreicht wird.
Die Metallschichten werden normalerweise unter Verwendung von DC-Magnetron-Zerstäuben in einer Atmosphäre aus beispielsweise 97,5% Argon und 2,5% Wasserstoff aufgestäubt. Der Druck wird bei etwa 0,2 Pa (1,5 um (Mikron) Quecksilbersäule) gehalten.
Wie in Fig. 2-4 dargestellt, kann die Erfindung 10 außerdem eine oder mehrere transparente obere Schichten 34 aufweisen, die im Wesentlichen aus Glas oder einem transparenten polymerischen Kunststoffmaterial bestehen. Die Verwendung dieser oberen Schicht 34 verleiht der Zusammensetzung 10 der Erfindung eine äußere Schicht, die deutlich die Widerstandsfähigkeit der Erfindung 10 gegen Korrosion, gegen andere Degradation aus der Atmosphäre und gegen physikalische Beschädigungen erhöht.
Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele, die speziell für das Nachrüsten auf bereits vorhandenen transparenten Strukturen ausgestaltet ist, wie zum Beispiel bereits existierende Gebäude- oder Fahrzeug-Glasflächen. In den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Substrat 12 ein dünnes Folienmaterial, wie zum Beispiel PET. Eine "Hartschicht"- Schicht 36 wird auf die Oberfläche des Substrats 12 gegenüber der Oberfläche aufgebracht, auf der die erste äußere dielektrische Schicht 14 aufgebracht ist. Die Hartschicht-Schicht 36 ist normalerweise ein Acryl-Material, das durch Lösungsmittel- Beschichtung mit einer Dicke von etwa 1,5 um (Mikron) aufgebracht wird. Die Hartschicht-Schicht 36 erzeugt eine kratzfeste Schicht, die das dünne Foliensubstrat 12 schützt.
Die Ausführungsbeispiele, die in Fig. 2 und 3 dargestellt sind, haben außerdem eine transparente obere Schicht 34, die typischerweise eine zweite Schicht aus PET mit einer Dicke von etwa 12 um (Mikron) ist und die normalerweise weitere geeignete Absorptionsmittel für ultraviolettes Licht enthält. Eine solche obere Schicht 34 wird auf die zweite äußere dielektrische Schicht 22 durch eine innenliegende Klebeschicht 38 mit einer Dicke von etwa 1,5 um (Mikron) aufgebracht. Eine äußere Klebeschicht 40 wird auf die gegenüberliegende Seite der transparenten oberen Schicht 34 aufgebracht, um das Anbringen der Zusammensetzung 10 auf eine bereits vorhandene Glasfläche oder eine andere transparente Struktur zu erleichtern. Eine "Abzieh"- Schicht 42 ist auf der äußeren Klebeschicht 40 angeordnet, um die äußere Klebeschicht 40 vor der Anbringung zu schützen.
Vorzugsweise sind die verschiedenen Schichten der Erfindung 10 so angeordnet, um zwischen etwa 40% und etwa 60% des Lichts in dem sichtbaren Spektrum durchzulassen. Es ist außerdem bevorzugt, dass Zusammensetzungen der Erfindung 10 ein Reflexionsvermögen für sichtbares Licht von weniger als etwa 15% haben, normalerweise zwischen etwa 5% und etwa 15%. Schließlich ist es bevorzugt, dass die Schichten der Erfindung 10 so zusammengesetzt sind, dass die Zusammensetzung 10 sichtbares Licht mit "neutralen Farben" oder "leicht bläulichen oder grünlichen" Farben durchlässt und reflektiert.
Transmissionen mit einer "neutralen" Farbe sind jene, bei denen sichtbares Licht mit gleichen Intensitäten über dem sichtbaren Spektrum durchgelassen wird. Licht, das mit einem leicht bläulichen oder leicht grünlichen Farbton durchgelassen wird, ist Licht, deren Komponenten mit Wellenlängen in dem Bereich von 380-500 nm eine etwas größere Intensität haben als anderen Wellenlängen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Zusammensetzung 10 eine erste Schicht aus Polyethylen- Terephthalat mit einer Dicke von etwa 25 um (Mikron). Auf dieser Schicht ist eine Schicht aus Indium-Oxid mit einer nominalen Dicke zwischen etwa 20 und etwa 40 nm, vorzugsweise etwa 30 nm, direkt aufgebracht. Auf dieser Schicht aus Indium-Oxid befindet sich eine Schicht aus einer Silber-Kupfer-Legierung mit einer Dicke zwischen etwa 9 und etwa 14 nm, vorzugsweise etwa 9 nm. Auf der Silber-Kupfer-Legierungsschicht ist eine Schicht aus Indium-Metall mit einer Dicke von zwischen etwa 1 und etwa 10 nm, vorzugsweise etwa 2 nm, direkt aufgebracht. Auf diese Schicht aus Indium-Metall ist eine Schicht aus Titan-Metall mit einer Dicke von zwischen etwa 0,5 und 5 nm, vorzugsweise etwa 2 nm, direkt aufgebracht. Auf diese Schicht aus Titan-Metall sind ein oder mehrere Unterzusammensetzungs-Stapel direkt aufgebracht. Jeder Unterzusammensetzungs-Stapel enthält eine Schicht aus Indium-Oxid mit einer Dicke zwischen etwa 50 und etwa 100 nm, vorzugsweise etwa 76 nm, eine Schicht aus Silber- Kupfer-Legierung mit einer Dicke zwischen etwa 9 und etwa 14 nm, vorzugsweise etwa 11 nm, eine Schicht aus Indium-Metall mit einer Dicke zwischen etwa 1 und etwa 10 nm, vorzugsweise etwa 3 nm, und eine Schicht aus Titan-Metall, mit einer Dicke von zwischen etwa 0,5 und etwa 5 nm, vorzugsweise etwa 2 nm. Auf der Oberseite von dem einen oder beiden Unterzusammensetzungs- Stapeln ist eine obere Schicht aus Indium-Oxid mit einer Dicke zwischen etwa 20 und etwa 40 nm, vorzugsweise etwa 30 nm, aufgebracht. Auf der Oberseite dieser Schicht aus Indium-Oxid ist eine obere Schicht aus Polyethylen-Terephthalat mit einer nominalen Dicke von etwa 23 um (0,92 mil) laminiert. Der Brechungsindex der Indium-Oxid-Schichten in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt zwischen etwa 2,0 und etwa 2,2. Die Silber-Kupfer-Legierung enthält etwa 7 Gewichtsprozent Kupfer.
Durch die Erfindung wird ein sehr gutes Fensteranordnungs- Produkt zur Verfügung gestellt, das eine Vielzahl von praktischen Anwendungen hat. Einige dieser Anwendungen sind in den US-Patenten Nr. 4,368,945 und 4,463,047 erläutert.
Eine andere Anwendung der Erfindung, das Fensteranordnungs- Produkt der Erfindung, beinhaltet eine Platte aus einer zweiteiligen Glaseinheit. Eine dieser beiden Glasplatten wird als das Substrat für die Erfindung verwendet. Die verschiedenen Schichten, die auf das Substrat aufgebracht werden, befinden sich zwischen den beiden Platten der Glaseinheit in einer Gaskammer zwischen den Platten.
Es wurde herausgefunden, dass durch die Erfindung ein in hohem Maße Degradations-beständiges, infrarotreflektierendes Fensteranordnungs-Produkt zur Verfügung gestellt wird, das wirksam das Durchlassen von Energie im Wellenlängenbereich von Infrarot oder im nahen Infrarot reduziert. Für Licht, das eine Wellenlänge von mehr als 1500 nm hat, wird weniger als etwa 7% der Infrarot-Energie durchgelassen. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass die Erfindung eine Zusammensetzung zur Verfügung stellt, die eine Transmission von etwa 40% bis 60% des Lichts in dem sichtbaren Wellenlängenbereich erlaubt. Darüber hinaus können die Zusammensetzungen der Erfindung einfach konstruiert werden, die ein Reflexionsvermögen von weniger als 15% haben und sowohl ein Transmissions- als auch ein. Reflexionsvermögen bei neutralen Farben von (falls bevorzugt) leichten Blautönen und leichten Grüntönen ermöglicht. Die Erfindung befriedigt die lange Forderung nach einem solchen infrarotreflektierenden Fensteranordnungs-Produkt.
Obwohl die Erfindung wie vorstehend beschrieben wurde, ist jedoch offensichtlich ist, das zahlreiche strukturelle Modifikationen und Anpassungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung und dem wahren Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung, der Reihenfolge nach mit:

(a) einem im Wesentlichen transparenten Substrat;

(b) einer ersten äußeren dielektrischen Schicht;

(c) einer infrarotreflektierenden Metallschicht;

(d) einer farbkorrigierenden Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht verschieden ist;

(e) einer schützenden Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht verschieden ist und von denen der farbkorrigierenden Schicht verschieden ist;

(f) einer zweiten äußeren dielektrischen Schicht.

2. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1, außerdem mit einer Unterzusammensetzung, die umfaßt:

(i) eine innere dielektrische Unterzusammensetzungs- Schicht;

(ii) eine infrarotreflektierende Unterzusammensetzungs- Metallschicht;

(iii) eine farbkorrigierende Unterzusammensetzungs-Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht verschieden ist; und

(iv) eine schützende Unterzusammensetzungs-Metallschicht, die ein Metall enthält, das von denen der infrarotreflektierenden Unterzusammensetzungs-Metallschicht verschieden ist und von denen der farbkorrigierenden Unterzusammensetzungs- Schicht verschieden ist.

3. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die äußeren dielektrischen Schichten einen Brechungsindex von zwischen etwa 1,9 und etwa 2,5 haben; oder

bei der die äußeren dielektrischen Schichten eine Dicke von zwischen etwa 0,15 Viertelwellen optischer Dicke und etwa 1 Viertelwellen optischer Dicke haben; oder

bei der die äußeren dielektrischen Materialien aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt sind, die (i) Oxide von Magnesium, Indium, Zinn, Indium und Zinn, Tantal, Yttrium, Niob, Wolfram, Zink, Wismut, Titan und Mischungen davon, und (ii) Nitrite von Silizium und Aluminium umfaßt; oder

bei der die innere dielektrische Unterzusammensetzungs- Schicht einen Brechungsindex von zwischen etwa 1,4 und etwa 2,5 hat, aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt ist, die (i) Oxide von Magnesium, Indium, Zinn, Indium und Zinn, Tantal, Yttrium, Niob, Wolfram, Zink, Wismut, Titan und Mischungen davon, (ii) Nitrite von Silizium und Aluminium, und (iii) polymerische Materialien umfaßt, und eine Dicke von zwischen etwa 0,3 Viertelwellen optischer Dicke und etwa 2 Viertelwellen optischer Dicke hat; oder

bei der die dielektrischen Schichten aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt sind, die Indium-Oxid, Indium-Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid und Mischungen davon umfaßt.

4. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die infrarotreflektierende Metallschicht eine Dicke von zwischen etwa 7 nm und etwa 25 nm hat; oder

bei der die infrarotreflektierenden Metallschichten aus der Liste von Materialien ausgewählt sind, die Silber, Gold, Kupfer und Legierungen davon umfaßt; oder

bei der die infrarotreflektierenden Metallschichten Silber enthalten; oder

bei der die infrarotreflektierenden Metallschichten im Wesentlichen eine Silber/Kupfer-Legierung enthalten, wobei der Prozentanteil von Kupfer in der Legierung zwischen 3 und etwa 20 Gewichtsprozent beträgt; oder

bei der die infrarotreflektierenden Metallschichten im Wesentlichen eine Silber/Kupfer-Legierung enthalten, wobei der Prozentanteil von Kupfer in der Legierung zwischen etwa 5 und etwa 10 Gewichtsprozent beträgt; oder

bei der jede infrarotreflektierende Metallschicht zwischen einem Paar von farbkorrigierenden Metallschichten angeordnet ist, die Metalle enthalten, die verschieden sind von denen der infrarotreflektierenden Metallschicht, und bei der jede farbkorrigierende Metallschicht mit einer schützenden Metallschicht durchgehend ist, die ein Metall enthält, das verschieden ist von denen der infrarotreflektierenden Metallschichten und verschieden ist von denen der farbkorrigierenden Metallschichten.

5. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die farbkorrigierenden Metallschichten in dem Bereich sichtbarer Lichtwellenlängen einen Brechungsindex von zwischen etwa 0,6 und 4 haben; oder

bei der der Brechungsindex für die farbkorrigierenden Metallschichten allgemein mit zunehmenden Wellenlängen für Lichtwellen zunimmt, die eine Wellenlänge zwischen etwa 400 nm und etwa 750 nm haben; oder

bei der die farbkorrigierenden Metallschichten einen Extinktionskoeffizienten für Licht in dem sichtbaren Bereich von zwischen etwa 1,5 und etwa 7 haben; oder

bei der die farbkorrigierenden Metallschichten eine Dicke von zwischen etwa 2 nm und etwa 15 nm haben; oder

bei der die farbkorrigierenden Metallschichten aus der Gruppe von Metallen ausgewählt sind, die Chrom, Kobalt, Nickel, Zink, Palladium, Indium, Zinn, Antimon, Platin, Wismut und Legierungen davon umfaßt; oder

bei der die farbkorrigierenden Metallschichten im Wesentlichen Indium enthalten.

6. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die schützenden Metallschichten im Wesentlichen ein Metall enthalten, deren Oxid im Wesentlichen optisch nicht absorbierend ist; oder

bei der die schützenden Metallschichten eine Dicke von zwischen etwa 1 nm und etwa 5 nm haben; oder

bei der die schützenden Metallschichten aus der Liste von Metallen ausgewählt sind, die Aluminium, Titan, Zirkon, Niob, Hafnium, Tantal, Wolfram und Legierungen davon umfaßt; oder

bei der die schützenden Metallschichten im Wesentlichen Titan enthalten.

7. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die Anzahl der Unterzusammensetzungen zwei ist.

8. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, außerdem mit einem im Wesentlichen transparenten Substrat, das mit der zweiten äußeren dielektrischen Schicht durchgehend ist.

9. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, außerdem mit einer im Wesentlichen transparenten oberen Schicht, die mit der zweiten äußeren dielektrischen Schicht verklebt ist.

10. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 9, bei der die im Wesentlichen transparente obere Schicht im Wesentlichen ein transparentes Glas oder polymerisches Material enthält.

11. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung nach Anspruch 1, bei der:

(i) die erste äußere dielektrische Schicht aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt ist, die Indium- Oxid, Indium-Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid und Mischungen davon umfaßt;

(ii) die infrarotreflektierende Metallschicht eine Legierung aus Silber und Kupfer enthält;

(iii) die farbkorrigierende Metallschicht im Wesentlichen Indium enthält;

(iv) die schützende Metallschicht ein Metall enthält, dessen Oxid bei etwa 25ºc eine Wärmeverformung von weniger als -100,000 cal/gm Mol hat; und

(v) die zweite äußere dielektrische Schicht aus der Gruppe von dielektrischen Materialien ausgewählt ist, die Indium- Oxid, Indium-Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid und Mischungen davon enthält.

12. Wärmereflektierende Zusammensetzung für Fensteranordnung, die zumindest eine Reihe von Metallen enthält, in folgender Reihenfolge: (i) eine infrarotreflektierende Metallschicht, (ii) eine farbkorrigierende Metallschicht; und (iii) eine schützende Metallschicht, wobei jede Schicht aus einem anderen Metall hergestellt ist.