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JP2001089197A - 保護用窒化ケイ素フィルムを有する透明物品 - Google Patents

保護用窒化ケイ素フィルムを有する透明物品

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JP2001089197A
JP2001089197A JP2000223672A JP2000223672A JP2001089197A JP 2001089197 A JP2001089197 A JP 2001089197A JP 2000223672 A JP2000223672 A JP 2000223672A JP 2000223672 A JP2000223672 A JP 2000223672A JP 2001089197 A JP2001089197 A JP 2001089197A
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film
transparent
silicon nitride
metal
transparent article
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JP2000223672A
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English (en)
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Robert Bond
ボンド,ロバート
Roger P Stanek
ピー. スタネック,ロジャー
Wayne Hoffman
ホフマン,ウエイン
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Original Assignee
Cardinal IG Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 保護用窒化ケイ素フィルムを有する透明物品
を提供する。 【解決手段】 透明な非金属性基材と該基材上にスパッ
タ析出された透明なフィルムスタックとからなる透明物
品。該フィルムスタックは少なくとも1つの赤外線反射
金属フィルム、該金属フィルム上の誘電フィルム、およ
び該誘電フィルム上の厚さ10Åないし150Åの保護
用窒化ケイ素フィルムを包含することを特徴とする。誘
電フィルムは望ましくは窒化ケイ素と実質的に同じ屈折
率を有し、そして窒化ケイ素フィルムと相接している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基材のための透明コ
ーティングに関し、そして特に物理的および化学的に耐
性である透明コーティングに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ガラスおよび同様の透明基材はガラスの
光学的性質を変えるために透明フィルムでコーティング
され得る。高可視性の透過率で、低輻射率のコーティン
グは可視光を透過する能力を特徴とする一方、その他の
波長の光、特に赤外スペクトルの光の透過を最低限に抑
えることを特徴とする。この特徴は可視性を損なわずに
輻射熱移動を最低限に抑えるために有用であり、そして
このタイプのコーティングはガラスまたは自動車用ウイ
ンドウにおいて用途を見出す。コーティングが「無彩
(中性)」色、すなわち無色を有するように、可視スペ
クトルを介して比較的一定の反射率を維持することがし
ばしば望ましい。
【0003】一般的に言えば、高い透過率および低い輻
射率が付与されるガラス上へのコーティングは、通常金
属酸化物フィルムである反射防止性誘電層の間に積層さ
れる高い赤外線反射率および低い伝達性を有する1また
はそれ以上の薄い金属フィルムを有するフィルムの積み
重ね(スタック)からなる。上記の金属酸化物の層は透
過率を高めるフィルムのスタックの可視性の反射を低下
させる作用を示し、そして通常1.9またはそれ以上の
オーダーの比較的高い屈折率を特徴とする。
【0004】銀、銅等の薄い透明な金属フィルムは、そ
れらが湿気のある、または水気のある条件下で種々の汚
染物質、例えば大気中の塩化物、硫化物、二酸化硫黄等
と接触される場合、腐蝕(例えば汚染)を受けやすい。
このタイプのフィルムはマルチペインガラスユニット
(多層窓ガラスユニット)の内面に通常使用され、その
結果、フィルムはペイン間の空間から水分を除去する乾
燥剤等により乾燥状態に保持される。汚染はガラスの被
覆されたペインが後加工のために絶縁ガラスユニット中
に保存される場合に生じ得る。
【0005】フィルムスタックは頻繁に周囲との接触か
ら隔てられ、そして上記タイプのフィルムスタックはマ
ルチペイン絶縁ガラスユニットの内面の一方に設置され
得る。しかしながら、コーティングスタックを有するガ
ラスペインが移送されるか、またはマルチペインユニッ
ト中に組み込まれる際に、それらはしばしばフィルムス
タックの物理的な損傷を引き起こし得る比較的過酷な条
件に晒される。
【0006】通常、フィルムスタックは、例えばチャピ
ン(Chapin)の米国特許第4166018号に記載される
ようなマグネトロンスパッタリング法の使用により市販
の製品ベース上のガラスシート上に供給される。ギラリ
ー(Gillery) 等の米国特許第4786563号は保護層
として二酸化チタンの薄いオーバーコート(保護被膜)
の使用を示唆している。しかしながら、二酸化チタンの
オーバーコートは特に輸送および洗浄操作の間に引掻傷
や擦傷を生じ、ガラスペインが商品としての使用に不適
当なものになる傾向がある。オシャウフネシー(O'Shaug
hnessy) 等の米国特許第5296302号は酸化物、例
えば酸化亜鉛の保護用オーバーコートを供給することに
よりこの問題を解決しており、このオーバーコートはス
タックにおけるその他のフィルムに比べ相対的に非常に
薄く、そして10−40Åの範囲内の厚さを有するこの
タイプの保護用オーバーコートが開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】米国特許第52963
02号に記載されるタイプの高透過率の低輻射率フィル
ムスタックは引掻傷に対して優れた耐性にもかかわら
ず、それでも通常銀である反射金属層の曇りまたはその
他の変色に関連した問題を起こしていた。さらに、ある
種のフィルム、例えば酸化チタンのスパッタ積層は酸化
亜鉛に比べより遅いので、例えば30Åを越える厚さの
酸化チタンフィルムの存在を回避するのが望ましいであ
ろう。
【0008】物理的損傷(例えば引掻き)に対するだけ
でなく、フィルムスタックに使用される金属反射層の曇
りや変色に対しても保護されたフィルムスタックを提供
することが望ましい。
【0009】
【課題を解決するための手段】我々は、フィルムスタッ
クにおける保護フィルムとしてケイ素と窒素の化合物、
例えば窒化ケイ素の薄いスパッタオンフィルムの適用が
下層の金属(例えば銀)フィルムに腐蝕に対する優れた
耐性を与える一方、スタックの光学的性質に実質的に全
く影響を与えることなしに、下層のスタックに物理的損
傷に対する耐性を与えることを見出した。好ましくは、
窒化ケイ素保護フィルムのすぐ下のフィルムは窒化ケイ
素と実質的に同じ屈折率、すなわち約2.0±0.1の
屈折率を有する誘電フィルムである。窒化ケイ素フィル
ムのすぐ下のフィルムは金属酸化物、例えば亜鉛もしく
はスズの酸化物またはそれらの合金からなるものであっ
てよく、これらの酸化物は実質的に同じ屈折率を有す
る。このようにして、当該フィルムスタックの光学的性
質は相接して結合される酸化亜鉛/窒化ケイ素フィルム
の厚さを調整することにより調整され得る。望ましく
は、窒化ケイ素フィルムは少なくとも10Åの厚さであ
り、そして150Å未満、好ましくは100Å以下、そ
して最も好ましくは約50Å以下で存在する。フィルム
スタックはチタン化合物、例えば酸化チタンの薄い(通
常約20Å以下の)犠牲的または遮蔽用フィルムを有し
てもよいが、該スタックは約30Åを越える厚さを有す
るチタン含有フィルムがないことが望ましい。
【0010】一つの態様において、本発明は透明支持
体、例えばその上にスパッタ析出された透明なフィルム
スタックを有するガラスを有し、該フィルムスタックは
反射金属フィルム、該金属フィルム上の誘電フィルムお
よび該誘電フィルム上の薄い(10Å−150Å)保護
用窒化ケイ素フィルムからなる。もう一つの態様におい
て、本発明は誘電フィルムにより分断された一対の反射
金属フィルムを有し、フィルムスタックは外側誘電フィ
ルムと該外側誘電フィルム上の窒化ケイ素の薄い保護フ
ィルムとを包含する透明物品に関する。望ましくは、保
護用窒化ケイ素フィルムの直下の誘電フィルムは窒化ケ
イ素のものと実質的に同じ屈折率を有する金属酸化物フ
ィルム、例えば酸化亜鉛または酸化スズであり、その結
果、外側誘電フィルムおよび窒化ケイ素フィルムはスタ
ックの光学的性質を調整するための単一フィルムとして
処理され得る。
【0011】
【発明の実施の形態】まず図1を参照すると、透明物品
10はフィルムスタック14を持つガラスシート12を
含むものとして示されている。フィルムスタック14は
慣用の方法により製造され得るが、米国特許第4166
018号に記載されたタイプのマグネトロンスパッタリ
ング法(この方法は参照により本明細書に編入される)
が好ましい。この方法において、ガラスシート12はフ
ィルムスタック14を構成する種々のフィルムが順に適
用される一連の低圧ゾーンを介して移送される。金属性
フィルムは金属供給源または「ターゲット」からスパッ
タされる(スパッタリングが行われる)。金属酸化物ま
たは金属窒化物フィルムは反応性酸素または窒素雰囲気
中で金属をスパッタするか、または金属を基材上にスパ
ッタしてフィルムを形成し、次に金属フィルムを酸素ま
たは窒素の反応性雰囲気に晒すことにより形成され得
る。望ましいならば、異なる金属酸化物の2またはそれ
以上の相接するフィルムが単一の金属酸化物フィルムの
代わりに使用されてもよい。マグネトロンスパッタリン
グ法はこの分野で十分に公知であり、そしてここでは詳
細に説明する必要はない。
【0012】図1を参照すると、ガラスペイン12の表
面13上には、第1の反射防止フィルム16が、次の金
属フィルム18とガラス基材12との間の界面から生じ
得るあらゆる反射を減らすかまたは解消するために十分
な厚さにスパッタ析出されている。フィルム16に使用
される適当な金属酸化物は酸化亜鉛、酸化スズ、酸化イ
ンジウム、酸化ビスマス、酸化チタン、酸化ハフニウム
および酸化ジルコニウム、ならびにそれらの組合せを包
含するが、特に好ましい態様において、内部金属酸化物
フィルム16は120−700Åの範囲、好ましくは3
00−700Åの範囲の厚さの酸化亜鉛から構成され
る。
【0013】金属酸化物フィルム16のスパッタ析出に
続いて、反射金属フィルム18、例えば銀、金、銅また
はアルミニウムがスパッタ析出され、金属は好ましくは
約70Åないし約150Åの範囲の厚さに析出された銀
であり、約110Åの厚さが最も好ましい。保護されな
いならば、得られる金属性銀フィルムは酸素等の反応性
の気体と反応するであろう。従って、金属フィルム18
上に直接、薄い犠牲金属フィルム(本明細書では「遮
蔽」フィルムと記載する)、例えばチタンがスパッタ析
出され、その金属フィルム20は、この例では次の金属
酸化物フィルム22のスパッタ析出の間に下層の銀フィ
ルム18を遮蔽および保護し、そして銀フィルムが酸化
されるのを防止する。このようにして得られるフィルム
20は反射銀フィルム18に直接チタン金属の薄いフィ
ルムの適用、そしてそれに続いてチタンフィルムの酸化
により直接形成される。オーバーレイ金属酸化物フィル
ム22が金属を反応性酸素雰囲気中にスパッタすること
により適用される場合、チタン金属フィルムは酸化して
酸化チタンを形成し、そのようにして下層の銀フィルム
を遮蔽するように作用する。約20Åの遮蔽チタンフィ
ルムは十分に機能し、そして記載したように、酸化チタ
ンフィルム20の形成を導く。
【0014】図1に示された態様において、適用される
べき次のフィルムは金属酸化物であることが望ましく、
そして最も望ましくは窒化ケイ素と実質的に同じ屈折率
を有する誘電反射防止フィルムである。例えば、窒化ケ
イ素および酸化亜鉛または酸化スズの屈折率は実質的に
同じである。誘電反射防止フィルム22は150−35
0Åの範囲内の厚さを有してもよい。
【0015】最後に、反射防止誘電フィルム22の上に
は、窒化ケイ素の薄いフィルム24がスパッタ析出さ
れ、該フィルム24は望ましくは窒素雰囲気中のケイ素
ターゲット(適当にはドープされてそれを導電性にす
る)からスパッタ析出される。薄い窒化ケイ素フィルム
はシートの光学的性質を過度に妨げないあらゆる厚さで
存在し得、そして約10Åないし約150Åの範囲内の
窒化ケイ素の厚さが適当である。窒化ケイ素フィルムは
約50Åより厚くないことが一般に望ましい。
【0016】窒化ケイ素フィルム24および下層の誘電
層22が実質的に同じ屈折率を有し、そして相接してい
るならば、これらの2つのフィルムはフィルムスタック
14の光学的性質を決定および調整するための単一フィ
ルム26として処理され得る。すなわち、この例におけ
るフィルム22および24の相対的な厚さはフィルムス
タックの光学的性質にはたとえあるとしてもほとんど影
響を与えず、むしろ、それは所望の光学的性質を与える
ように調整され得るこれらのフィルムの合計の厚さであ
る。フィルム22およひ24の合計の厚さは約250な
いし約400Åの範囲内であることが望ましい。単一の
反射金属フィルムのみを有するフィルムスタック、例え
ば図1に示されるスタックの場合、フィルム22および
24の合計の厚さは300−350Åが好ましく、これ
に対し、2またはそれ以上の金属反射層を用いるフィル
ムスタック、例えば図2に示されるスタックの場合、フ
ィルム22’および24’の合計の厚さは275−32
5Åが好ましい。
【0017】次に図2を参照すると、同じ厚さである必
要はない一連のフィルム18,20および22が反復さ
れていることを除いて、図1のものと同様の態様が示さ
れている。図1に示されているものと同じ要素にはプラ
イム(’)が付された同じ数字が与えられている。
【0018】図2において、透明支持材12’、例えば
ガラスは第1の誘電反射防止フィルム16’と共に与え
られ、次に赤外線反射金属フィルム18’、例えば銀が
与えられる。銀フィルムの上には、引続き酸化チタンに
酸化される薄いチタン金属遮蔽フィルムがスパッタ析出
され、次いで次の反射防止誘電フィルム28が例えば酸
化亜鉛の形態で適用される。その後、フィルム18’と
同様である金属フィルム30が適用され、次に酸化チタ
ンに続いて酸化され、そして32で表示されるチタン遮
蔽フィルムが適用され、次いで誘電反射防止フィルム、
例えば酸化亜鉛フィルム22’が適用される。誘電フィ
ルム22’上には、24’で表示される薄い窒化ケイ素
保護フィルムが積層されている。
【0019】窒化ケイ素フィルム24,24’はフィル
ムスタックの最外層またはオーバーコート(保護被膜)
フィルムであることが望ましいけれども、場合によって
は、次の引掻き耐性が非常に高い薄いフィルム34、例
えばその教示は参照により本明細書に編入される米国特
許第5296302号に報告されたような酸化亜鉛のフ
ィルムを加えることが望ましい。後者のフィルム34は
望ましくは約10ないし約40Åの範囲内の厚さで適用
されるのが望ましく、そしてスタックの残りの光学的特
性には顕著に影響を与えない。オーバーコート34は酸
化亜鉛からなることが望ましいけれども、スズ、インジ
ウム、ビスマスおよびそれらの合金からなる群から選択
される金属の酸化物から形成されてもよい。
【0020】図1および2に示されたタイプのフィルム
スタックはスパッタ析出されて下の表1および2にまと
められているタイプおよび厚さの一連のフィルムを形成
され得る。酸化亜鉛は酸素含有雰囲気中の亜鉛ターゲッ
トからスパッタ析出され、そして窒化ケイ素は窒素含有
雰囲気中のドープされたケイ素ターゲットからスパッタ
析出される。もちろん、追加のフィルム、例えば窒化チ
タン、チタン、ステンレス鋼およびその他の金属および
金属の酸化物が所望通りに使用され得るが、表1および
2に列挙されたフィルムは互いに相接していることが望
ましい。
【0021】表1 材料 厚さ,Å ガラス 酸化亜鉛 370 銀 110 チタン* 20 酸化亜鉛 225 窒化ケイ素 100表2 材料 厚さ,Å ガラス 酸化亜鉛 120 銀 110 チタン* 20 酸化亜鉛 600 銀 110 チタン* 20 酸化亜鉛 230 窒化ケイ素 100* 引続き酸化チタンに変換される遮蔽フィルム
【0022】約10Åないし約150Åの範囲の厚さを
有する窒化ケイ素保護用オーバーコートを利用する記載
されたタイプのフィルムスタックは、米国特許第529
6302号に示されたタイプのフィルムスタックに比
べ、金属フィルムの変色に対する耐性に関し、優れた結
果が得られることが示されている。試験の一つの系にお
いて、表1および2に示されるようなほぼ同一の構成の
フィルムスタックを有するガラスシートは厳しい耐候性
試験に暴露された:小さいポリスチレンビーズにより分
断された被覆ガラスシートのラックが密閉された空間内
に設置され、そして高湿度および高温(各期間は90°
Fおよび60%の相対湿度で16時間である)と比較的
低温および低湿度(65−70°F,30%の相対湿
度)のサイクルに暴露する。21日(21サイクル)
後、窒化ケイ素オーバーコートを有するフィルムスタッ
クは目に見える変化はなかったが、その他のフィルムス
タックは銀層に対する損傷と関連する商品として不適切
な斑点を生じた。
【0023】これまで本発明の好ましい態様が記載され
てきたが、本発明の精神および添付の請求の範囲の範囲
から逸脱することなしに、種々の変更、付加および変形
が上記態様になされ得ることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、本発明の一態様に係る本発明のフィ
ルムスタックで被覆された基材の模式図である。
【図2】 図2は、本発明の別の態様に係るフィルムス
タックで被覆された基材の模式図である。
フロントページの続き (72)発明者 スタネック,ロジャー ピー. アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53588 スプリング グリーン シンシナチ ス トリート 633 (72)発明者 ホフマン,ウエイン アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53588 スプリング グリーン ローリング リ ッジ イー 4980

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明な非金属性基材と該基材上にスパッ
    タ析出された透明なフィルムスタックとからなり、該フ
    ィルムスタックは順に金属フィルム、誘電フィルムおよ
    び窒化ケイ素の保護フィルムからなる透明物品。
  2. 【請求項2】 誘電フィルムが窒化ケイ素の屈折率と実
    質的に同じ屈折率を有する請求項1記載の透明物品。
  3. 【請求項3】 前記誘電フィルムと窒化ケイ素オーバー
    コートとの合計の厚さが250ないし400Åの範囲で
    ある請求項2記載の透明物品。
  4. 【請求項4】 前記誘電フィルムと窒化ケイ素フィルム
    が相接している請求項2記載の透明物品。
  5. 【請求項5】 前記誘電フィルムが酸化亜鉛である請求
    項1ないし4のいずれか1項に記載の透明物品。
  6. 【請求項6】 金属フィルムが銀である請求項1記載の
    透明物品。
  7. 【請求項7】 透明な非金属性基材と該基材上にスパッ
    タ析出された透明なフィルムスタックとからなり、該フ
    ィルムスタックは順に透明基材に相接している誘電フィ
    ルム、金属フィルム、該金属フィルムに相接している遮
    蔽フィルム、金属酸化物フィルムおよび該金属酸化物フ
    ィルムに相接している窒化ケイ素からなる10Åないし
    150Åの保護フィルムからなる透明物品。
  8. 【請求項8】 金属フィルムが銀である請求項7記載の
    透明物品。
  9. 【請求項9】 金属酸化物フィルムの屈折率が窒化ケイ
    素と実質的に同一である請求項7記載の透明物品。
  10. 【請求項10】 遮蔽フィルムと金属酸化物フィルムと
    が相接している請求項7記載の透明物品。
  11. 【請求項11】 金属酸化物フィルムが酸化亜鉛である
    請求項10記載の透明物品。
  12. 【請求項12】 透明な非金属性基材と該基材上にスパ
    ッタ析出された透明なフィルムスタックとからなり、該
    フィルムスタックは順に金属フィルム、該金属フィルム
    に相接している第1の遮蔽フィルム、金属酸化物フィル
    ムおよび該金属酸化物フィルムに接触し、そして10Å
    ないし150Åの厚さを有する窒化ケイ素の保護用オー
    バーコートからなり、そして上記金属酸化物フィルムと
    オーバーコートフィルムの屈折率は実質的に同一である
    透明物品。
  13. 【請求項13】 第2の金属酸化物フィルムと窒化ケイ
    素オーバーコートとの合計の厚さが300ないし350
    Åの範囲である請求項12記載の透明物品。
  14. 【請求項14】 第3の金属酸化物フィルムと窒化ケイ
    素オーバーコートとの合計の厚さが275ないし325
    Åの範囲である請求項12記載の透明物品。
  15. 【請求項15】 金属酸化物フィルムが亜鉛の酸化物も
    しくは酸化スズまたはそれらの合金である請求項14記
    載の透明物品。
  16. 【請求項16】 透明な非金属性基材と該基材上にスパ
    ッタ析出された透明なフィルムスタックとからなり、該
    フィルムスタックは順に、透明基材上に析出された誘電
    ベースフィルム、金属フィルム、中間誘電フィルム、第
    2の金属フィルム、外側誘電フィルムおよび10Åない
    し150Åの厚さを有する窒化ケイ素の保護用オーバー
    コートからなる透明物品。
  17. 【請求項17】 外側誘電フィルムが窒化ケイ素と実質
    的に同じ屈折率を有する請求項16記載の透明物品。
  18. 【請求項18】 外側誘電フィルムが酸化亜鉛である請
    求項17記載の透明物品。
  19. 【請求項19】 外側誘電フィルムと窒化ケイ素オーバ
    ーコートの合計の厚さが250ないし400Åの範囲で
    ある請求項17記載の透明物品。
  20. 【請求項20】 フィルムスタックが約30Åを越える
    厚さを有するチタン含有フィルムを持たない請求項12
    および16のいずれかに記載の透明物品。
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