WO2003074440A2 - Substrat transparent a revetement antireflets ayant proprietes de resistance a l'abrasion - Google Patents

Substrat transparent a revetement antireflets ayant proprietes de resistance a l'abrasion Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to transparent substrates, particularly glass substrates, which are provided with an anti-reflective coating with abrasion resistance properties. It also relates to their use as glazing or filters for display screens, for example plasma screens.
  • an anti-reflective coating has the function of reducing its light reflection, therefore increasing its light transmission.
  • a substrate thus coated therefore sees an increase in its transmitted light / reflected light ratio, which improves the visibility of the objects placed behind it.
  • an anti-reflective coating can be measured or evaluated according to different criteria.
  • criteria First, of course, are the optical criteria. It can be considered that a “good” anti-reflection coating must be able to lower the light reflection of a standard clear glass substrate up to a given value, for example 2%, or even 1% and less.
  • Coating by stacking layers is often used for glazing in the building and automotive industries. These are thin interference layers deposited on the substrate, in general an alternation of layers with high and low refractive indices.
  • an anti-reflection coating by stacking of layers which meets the criterion of good optical quality and which also has the advantage of keeping this quality in a wider range of angles of incidence oblique to the vertical, which can range from 50 to 70 ° inclination.
  • This type of coating is particularly appreciated for glazing of the windshield type, store counters.
  • Another anti-reflective coating is known as an anti-reflective plastic film which, on the other hand, is used for display screens of all types, and for example plasma screens. Such a film is generally associated with a transparent window which serves as a filter for the display screen.
  • a plasma screen comprises a plasma gas trapped between two sheets of glass, and phosphors arranged on the internal face of the back sheet of the screen.
  • the interactions between the particles of the plasma gas and the phosphors generate a radiation of electromagnetic waves which are located in the near infrared between 800 and 1000 nm and whose propagation, mainly through the face front of the screen, can be the source of very annoying disturbances, in particular for equipment located nearby and controlled by infrared, for example by means of remote controls.
  • plasma screens have addressing systems (drivers) which can generate parasitic radiation vis-à-vis other devices with which they must not interfere such as microcomputers, mobile phones. ..
  • this shielding can comprise one or more metallic layers, in particular silver, and / or one or more metallic grids.
  • This shielding can advantageously be ensured by a stack of at least two metallic silver layers which are either directly deposited on the glass substrate constituting the window and facing the screen, or deposited on an adhesive film bonded to the substrate. next to the screen.
  • this adhesive film has an anti-reflection function (vis-à-vis the light radiation coming from the screen) to improve the brightness of the screen by reducing the light reflection.
  • the window substrate can be tempered glass or non-tempered glass.
  • an adhesive film capable of retaining the pieces of glass in the event of breakage and fragmentation of the tempered glass. and also carrying an anti-reflection function for the comfort of the spectator. The film is placed last on the substrate because it could not withstand the various treatments that the substrate can undergo with a view to depositing functional elements, such as the stacking of metal layers.
  • the film being placed on the external face of the protective window which is intended to be associated with a display screen, the repeated actions of cleaning the protective window end up damaging this anti-reflective film, which generates loss of anti-reflection properties and blurring of vision, the film then having to be replaced.
  • the object of the invention is to provide a substrate, intended in particular for filters for display screens, which comprises on one side at least one functional element and on its opposite side an anti-reflective coating, being ensured that the substrate does not has no scratches type defects at the end of its manufacturing process and that the anti-reflective coating is durable and resistant to abrasion.
  • the substrate in particular glass, comprising on one side at least one functional element of the metallic element type, and on the opposite side an anti-reflection coating, is characterized in that the substrate comprises an anti-scratch coating and resistant to abrasion, said coating consisting of the antireflection coating made of a stack of thin layers of dielectric material with alternately strong and weak refractive indices.
  • the invention also relates to a transparent substrate, in particular a glass substrate, comprising on at least one face an anti-reflection coating, characterized in that the substrate comprises an anti-scratch coating with a resistance of at least 3 hours and with a resistance to abrasion such as blurring of the substrate which may to be generated remains less than 1.5%, said coating consisting of the anti-reflection coating made of a stack of thin layers of dielectric material with alternately strong and weak refractive indices.
  • the antireflection coating by stacking of layers is deposited on the substrate before the deposition of the functional element.
  • the substrate coated first with the stack of antireflection layers effectively exhibits its antireflection function as desired, and makes it possible to treat the substrate to deposit on one of the faces of the functional elements without risking damaging the opposite face because the latter is already coated with an anti-scratch layer constituted by the stack of anti-reflective layers.
  • the stack is based on layers of Si 3 N or Sn0 2 and of Si0 2 . It has indeed been found that this type of combination of layers is particularly resistant to abrasion and for relatively large surfaces, that is to say well beyond 10 cm 2 .
  • the stack comprises:
  • a first layer (d) with high index, of refractive index neither between 1, 8 and 2.2 and of a geometric thickness ei between 5 and 50 nm, * ⁇ - a second layer (c2), at low index, of refractive index n 2 between 1.35 and 1.65 and of geometric thickness e 2 between 5 and 50 nm, * ⁇ - a third layer (c3), at high index, of refractive index n 3 between 1, 8 and 2.2 and of geometric thickness e 3 between 70 and 120 nm, * -> a fourth layer (c4), at low index, of index of refraction n 4 between 1.35 and 1.65 and of geometric thickness e 4 of at least 80 nm.
  • the invention also relates to a glazing or filter, characterized in that it is composed of the only substrate provided on one of its faces with the stack of anti-reflective layer and on its other face of the element functional consisting of a metal element for shielding electromagnetic.
  • the application is particularly intended for the manufacture of filters for display screens such as plasma screens.
  • the metallic element consists, for example, of at least one conductive metallic layer, and rather of a stack of thin layers comprising at least two silver layers.
  • the conductive metal layer is based on silver and is part of a stack of layers having the following sequence, Si3N 4 / ZnO / Ag / Ti / Si3N 4 / ZnO / Ag / Ti / ZnO / Si3N4.
  • the functional element may consist of a network of metallic wires in the form of a grid, or alternatively of a combination of a stack of thin layers based on silver and a network of metallic wires. in the form of a grid.
  • the functional element may be deposited on the substrate or on a plastic film made integral with the substrate, or else be laminated between two plastic films, one of which is made integral with the substrate while the other is made integral with a other substrate.
  • the functional element is preferably associated with an antireflection coating which can be either a stack of antireflection layers or an adhesive antireflection film.
  • non-tempered glass substrate for the application of display screens, because the substrate equipped with one or more functional elements and with the stack of anti-reflective layers can thus be produced on large surfaces and easily cut to size. dimensions of filters for display screen without risk of breakage of the fully equipped substrate.
  • FIG. 1 is a schematic sectional drawing of a filter according to the invention associated with a plasma screen
  • FIG. 2 illustrates a comparative graph of different anti-reflective coatings
  • FIG. 3 shows two images of a coating respectively, of the film type and of the layer stacking type
  • FIG. 4 shows a sectional view of a variant filter according to the invention associated with a plasma screen.
  • FIG. 1 illustrates a transparent window 1 intended to be assembled on the front face of a plasma screen E.
  • This window constitutes an electromagnetic shielding protection and anti-reflection protection filter.
  • the transparent window 1 consists of a single substrate, such as a glass sheet 10, on which is deposited on the one hand against the internal face, facing the screen, a first functional element 20 consisting of a stack of metal layers with electromagnetic shielding properties and a second functional element 21 constituted by an internal anti-reflection coating covering the stack of layers 20, and on the other hand against the external face, opposite the screen and facing d 'A possible spectator, a stack of anti-reflective layers 11 which constitutes not only an anti-reflective coating but also an anti-scratch and abrasion resistant coating.
  • the substrate 10 is made of clear soda-lime-silica glass of the Planilux type 3 to 6 mm thick, for example 4 mm. This product is marketed by SAINT-GOBAIN GLASS.
  • the stack of metal layers 20 is constituted, for example, by at least two electrically conductive functional layers, of the Ag type. These metal layers are inserted in a stack of thin protective layers, the preferred sequence of which is as follows:
  • the Ti layer constitutes a metallic protective layer against silver, in particular preventing the oxidation of silver.
  • a layer of TiO 2 can be interposed between the layers of Si 3 N 4 and ZnO close to the glass so as to "wash" the color in reflection of the substrate.
  • the layers of the stack are deposited by a known sputtering technique on the internal face of the substrate intended to be opposite the screen.
  • the layers are in any case directly deposited on the glass substrate and not on a plastic film as it is sometimes produced in the prior art because as we will see by the results of Example 3 below, a support film of these metallic layers create more blur.
  • the first metallic layer of Ag placed closest to the substrate has a thickness ei substantially equivalent to the thickness e 2 of the
  • the thickness ratio - is e 2 between 0.8 and 1.1, and preferably between 0.9 and 1.
  • the total thickness e ⁇ + e 2 of the metal layers is between 27 and 30 nm.
  • a total thickness of the metal layers will preferably be chosen between 28 and 29.5 nm, the radiation transmission thus reaching no more than 13% for a wavelength of 800 nm.
  • metallic elements for electromagnetic shielding can be envisaged, such as metallic grids or a combination of grids and layers.
  • the functional element 20 of electromagnetic shielding is deposited directly on the glass but can alternatively be deposited on an adhesive plastic film made integral with the internal face of the window, or else be laminated between two plastic inserts I made integral by adhesion of two substrates such as the substrate 10 and a glass substrate 10a facing the screen, the substrate 10 being provided with the internal coating 21 (FIG. 4).
  • the internal anti-reflective coating 21 covering the stack of layers 20 can, according to a first embodiment, be a conventional anti-reflective plastic film 21a or a stack of layers 21b of the stack 11 type.
  • the stack of layers 21 b of type 11 makes it possible, with respect to the film, which can be fragile, to protect very well from corrosion the silver layers of the stack 20 due to the covering with silica and nitride of silicon.
  • the advantage of a film for the functional element 21, except that in the event of breakage of the window all the shards of glass are maintained by this one, is that one can act on the contrast of the 'screen.
  • we can take a film of 80% light transmission marketed by the company CALSAK or lower transmission to improve the contrast of the screen such as a film of 70% light transmission marketed by the company SOUTHWALL (product referenced ARA2-70).
  • the stack of anti-reflective layers 11 is a stack of at least two layers based on Si 3 N 4 or Sn0 2 and Si0 2 which are particularly suitable for their hardness property. These layers have all been deposited in a conventional manner by sputtering assisted by magnetic field and reactive, in an oxidizing atmosphere from target of Si or metal to make layers of SiO2 or metal oxide, from target of Si or of metal in a nitriding atmosphere to make nitrides, and in a mixed oxidizing / nitriding atmosphere to make oxynitrides.
  • Si targets can contain another metal in small quantities, in particular Zr, Al, in particular in order to make them more conductive.
  • a preferred anti-reflective stack is as follows:
  • the purpose of this example is to minimize as much as possible the value of the light reflection RL of the glass (on the spectator side) at 60 ° incidence.
  • the table below summarizes the results in light reflection from the viewer side and in optical blur of the screen-filter product according to the example of the invention (example 1) and according to two examples of comparative configuration (examples 2 and 3).
  • the filters both have, as a functional element 21 and anti-reflection coating 11, anti-reflection films on either side of the substrate, but the stack 20 of layers of Ag is for one directly deposited on glass (example 2), and for the other on a plastic film (example 3).
  • Example 1 adhesive anti-reflective film 21a / stacking of layers Ag / Glass / stacking of layers 11;
  • Example 2 adhesive anti-reflective film / stacking of Ag / Glass layers / adhesive anti-reflective film;
  • Example 3 Adhesive anti-reflective film / stacking of Ag layers on plastic film / Glass / adhesive anti-reflective film.
  • Example 1 of the invention is indeed that to be retained because the anti-reflective coating 11 by stacking of layers has the advantage of reducing the light reflection on the external face of the window, on the spectator side, while producing a less blurred product. at the end of manufacturing.
  • the reduction in blur (diffuse light) improves the quality of the image and the quality of vision of the spectator, the colors are notably more vivid.
  • the stack of anti-reflective layers also constitutes an anti-scratch and abrasion-resistant coating.
  • the graph in FIG. 2 shows that the window of the invention has an abrasion behavior according to the taber test much better than the window of the state of the art.
  • the coating with a stack of layers is practically not scratched, while the coating with the plastic film is completely torn off, which causes a complete loss of the anti-reflective properties and generates significant blurring.
  • the micrographs of Figure 3 with a magnification of 80 times show the appearance of the two products after testing; the window with stacked layers is much sharper.
  • the measurements made concerning the scratch resistance shows that the resistance with stacking of layers is much higher than that with film. It is only 2 to 3 hours for the film while it is more than 3 hours for the stacking of layers.
  • H is the classification used in the field of surface coatings and organic substrates; it is a scratch test using a pencil hardness of 2 or 3H.
  • the window associated with a plasma screen was taken by way of example but the invention obviously applies to any type of substrate which must optionally have on one side at least one functional element and on its opposite side an anti- scratches and resistant to abrasion and which optionally has the advantage of constituting an antireflection.

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Abstract

Substrat transparent, notamment verrier (10), comportant sur une face au moins un élément fonctionnel (20) et sur la face opposée un revêtement antireflets (11), fait d'un empilement de couches minces de matériau diélectrique d'indices de réfraction alternativement forts et faibles, caractérisé en ce que le revêtement anti-rayures et résistant revêtement antireflets est utilisé en tant que à l'abration.

Description

SUBSTRAT TRANSPARENT A REVETEMENT ANTIREFLETS AVEC PROPRIETES DE RESISTANCE A L'ABRASION
L'invention concerne les substrats transparents, tout particulièrement verriers, qui sont munis d'un revêtement antireflets avec propriétés de résistance à l'abrasion. Elle concerne également leur utilisation en tant que vitrages ou filtres pour écrans de visualisation, par exemple les écrans plasma.
Déposé sur un substrat transparent, un revêtement antireflets a pour fonction d'en diminuer sa réflexion lumineuse, donc d'en augmenter sa transmission lumineuse. Un substrat ainsi revêtu voit donc s'accroître son ratio lumière transmise/lumière réfléchie, ce qui améliore la visibilité des objets placés derrière lui. Lorsqu'on cherche à atteindre un effet antireflets maximal, il est alors préférable de munir les deux faces du substrat de ce type de revêtement.
On peut alors l'employer dans de nombreuses applications, par exemple pour protéger un tableau éclairé par une lumière placée derrière l'observateur, ou pour constituer ou faire partie d'une vitrine de magasin, afin de mieux distinguer ce qui se trouve dans la vitrine, même lorsque l'éclairage intérieur est faible par rapport à l'éclairage extérieur.
Les performances d'un revêtement antireflets peuvent être mesurées ou évaluées suivant différents critères. Viennent en premier, bien sûr, les critères optiques. On peut considérer qu'un « bon » revêtement antireflets doit pouvoir abaisser la réflexion lumineuse d'un substrat en verre clair standard jusqu'à une valeur donnée, par exemple 2%, voire 1 % et moins.
Le revêtement par empilement de couches est souvent utilisé pour les vitrages dans le bâtiment et l'automobile. Il s'agit de couches minces interférentielles déposées sur le substrat, en général une alternance de couches à haut et bas indices de réfraction.
On connaît d'après la demande de brevet internationale WO 01/37006 un revêtement antireflets par empilement de couches qui répond au critère d'une bonne qualité optique et qui présente en outre l'avantage de garder cette qualité dans une plage élargie d'angles d'incidence oblique par rapport à la verticale, pouvant aller de 50 à 70° d'inclinaison. Ce type de revêtement est en particulier apprécié pour les vitrages du type pare-brise, comptoirs de magasin. On connaît comme autre revêtement antireflets, un film plastique antireflets qui est en revanche utilisé pour les écrans de visualisation de tout type, et par exemple les écrans plasma. Un tel film est généralement associé à une fenêtre transparente qui sert de filtre à l'écran de visualisation.
Un écran plasma comporte un gaz plasmagène emprisonné entre deux feuilles de verre, et des luminophores disposés sur la face interne de la feuille arrière de l'écran. En fonctionnement de l'écran, les interactions entre les particules du gaz plasmagène et les luminophores engendrent un rayonnement d'ondes électromagnétiques qui sont situées dans le proche infra-rouge entre 800 et 1000 nm et dont la propagation, principalement au travers de la face avant de l'écran, peut être à l'origine de perturbations très gênantes, notamment pour les équipements situés à proximités et commandés par infra-rouge, par exemple au moyen de télécommandes.
Par ailleurs, comme tous les appareils électroniques, les écrans plasma possèdent des systèmes d'adressage (drivers) qui peuvent générer un rayonnement parasite vis-à-vis d'autres dispositifs avec lesquels ils ne doivent pas interférer tels que microordinateurs, téléphones portables...
Afin d'annihiler, et pour le moins réduire, la propagation de ces rayonnements, une solution consiste à disposer contre la face avant de l'écran une fenêtre à la fois transparente et métallisée pour assurer un blindage électromagnétique. Ainsi, ce blindage peut comprendre une ou plusieurs couches métalliques, notamment argent, et/ou une ou plusieurs grilles métalliques. Ce blindage peut avantageusement être assuré par un empilement d'au moins deux couches métalliques en argent qui sont, soit directement déposées sur le substrat en verre constituant la fenêtre et en regard de l'écran, soit déposées sur un film adhésif collé sur le substrat en regard de l'écran. Généralement, ce film adhésif a une fonction d'antireflets (vis-à-vis du rayonnement lumineux provenant de l'écran) pour améliorer la luminosité de l'écran par réduction de la réflexion lumineuse. Il joue également un rôle de protection anti-corrosion chimique des couches conductrices en argent. Le substrat de la fenêtre peut être en verre trempé ou en verre non trempé. Sur la face externe du substrat, c'est-à-dire à l'opposé de l'écran et en regard du spectateur, on prévoit également un film adhésif apte à retenir les morceaux de verre en cas de casse et fragmentation du verre trempé et portant en outre une fonction antireflets pour le confort du spectateur. Le film est disposé en dernier sur le substrat car il ne pourrait pas résister aux divers traitements que peut subir le substrat en vue de dépôts d'éléments fonctionnels, tels que l'empilement des couches métalliques. Or, il peut arriver que malgré toutes les précautions prises, la face devant recevoir ce film soit rayée par les diverses manipulations du substrat lors des étapes de traitement ou même par les traitements eux-mêmes, ce qui est préjudiciable à la qualité de surface et à la solidité du substrat lui-même. Le substrat ne pourra alors pas être utilisé et sera mis au rebut.
En outre, le film étant mis en place sur la face externe de la fenêtre de protection qui est destinée à être associée à un écran de visualisation, les actions répétées de nettoyage de la fenêtre de protection finissent par endommager ce film antireflets, ce qui engendre une perte des propriétés antireflets et un flou incommodant la vision, le film devant alors être remplacé.
Aussi, l'invention a pour but de fournir un substrat, destiné en particulier à des filtres pour écran de visualisation, qui comporte sur une face au moins un élément fonctionnel et sur sa face opposée un revêtement antireflets, en étant assuré que le substrat ne présente pas de défauts du type rayures en sortie de son procédé de fabrication et que le revêtement antireflets soit durable et résistant à l'abrasion. Selon l'invention, le substrat, notamment verrier, comportant sur une face au moins un élément fonctionnel du type éléments métalliques, et sur la face opposée un revêtement antireflets, est caractérisé en ce que le substrat comporte un revêtement anti-rayures et résistant à l'abrasion, ledit revêtement étant constitué par le revêtement antireflets fait d'un empilement de couches minces de matériau diélectrique d'indices de réfraction alternativement forts et faibles.
L'invention est également relative à substrat transparent, notamment verrier, comportant sur au moins une face un revêtement antireflets, caractérisé en ce que le substrat comporte un revêtement anti-rayures d'une résistance d'au moins 3 H et avec une résistance à l'abrasion telle que le flou du substrat pouvant être engendré reste inférieur à 1 ,5%, ledit revêtement étant constitué par le revêtement antireflets fait d'un empilement de couches minces de matériau diélectrique d'indices de réfraction alternativement forts et faibles.
Selon une caractéristique, le revêtement antireflets par empilement de couches est déposé sur le substrat avant le dépôt de l'élément fonctionnel.
Ainsi, le substrat revêtu en premier de l'empilement de couches antireflets présente effectivement sa fonction antireflets comme désiré, et permet de traiter le substrat pour déposer sur l'une des faces des éléments fonctionnels sans risquer d'abîmer la face opposée car cette dernière est déjà revêtue d'une couche anti- rayures constituée par l'empilement de couches antireflets.
Selon une caractéristique, l'empilement est à base de couches de Si3N ou Sn02 et de Si02. Il s'est avéré en effet que ce type de combinaison de couches est particulièrement résistant à l'abrasion et pour des surfaces relativement grandes, c'est-à-dire bien au-delà de 10 cm2. De préférence, l'empilement comporte :
*-»- une première couche (d), à haut indice, d'indice à réfraction ni compris entre 1 ,8 et 2,2 et d'une épaisseur géométrique ei comprise entre 5 et 50 nm, *→- une seconde couche (c2), à bas indice, d'indice de réfraction n2 compris entre 1 ,35 et 1 ,65 et d'épaisseur géométrique e2 comprise entre 5 et 50 nm, *→- une troisième couche (c3), à haut indice, d'indice de réfraction n3 compris entre 1 ,8 et 2,2 et d'épaisseur géométrique e3 comprise entre 70 et 120 nm, *-> une quatrième couche (c4), à bas indice, d'indice de réfraction n4 compris entre 1 ,35 et 1 ,65 et d'épaisseur géométrique e4 d'au moins 80 nm.
Les inventeurs ont ainsi eu l'idée de manière non-évidente d'utiliser l'empilement à couches antireflets en tant que revêtement antirayures et résistant à l'abrasion pour des substrats de dimensions déjà importantes tels que des vitrages ou filtres d'écran de visualisation qui jusque là utilisaient des films plastiques comme revêtement antireflets et ne présentaient aucune propriétés antirayures. Par conséquent, l'invention a également trait à un vitrage ou filtre, caractérisé en ce qu'il est composé du seul substrat muni sur l'une de ses faces de l'empilement de couche antireflets et sur son autre face de l'élément fonctionnel constitué d'un élément métallique en vue d'un blindage électromagnétique. L'application est notamment destinée à la fabrication de filtres pour écran de visualisation tel qu'écran plasma.
L'élément métallique consiste par exemple en au moins une couche métallique conductrice, et plutôt en un empilement de couches minces comportant au moins deux couches en argent. Avantageusement, la couche métallique conductrice est à base d'argent et fait partie d'un empilement de couches présentant la séquence suivante, Si3N4/ZnO/Ag/Ti/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si3N4.
En variante, l'élément fonctionnel peut consister en un réseau de fils métalliques se présentant sous la forme d'une grille, ou encore en une association d'un empilement de couches minces à base d'argent et d'un réseau de fils métalliques se présentant sous la forme d'une grille.
L'élément fonctionnel peut être déposé à même le substrat ou sur un film plastique rendu solidaire du substrat, ou bien encore être feuilleté entre deux films plastiques dont l'un est rendu solidaire du substrat tandis que l'autre est rendu solidaire d'un autre substrat.
Pour des écrans de visualisation, l'élément fonctionnel est de préférence associée à un revêtement antireflets qui peut être soit un empilement de couches antireflets, soit un film antireflets adhésif.
Enfin, on préférera utiliser un substrat en verre non trempé quant à l'application des écrans de visualisation, car le substrat équipé de ou des éléments fonctionnels et de l'empilement de couches antireflets peut ainsi être fabriqué selon de grandes surfaces et facilement découpé aux dimensions de filtres pour écran de visualisation sans risque de casse du substrat tout équipé.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un dessin schématique en coupe d'un filtre selon l'invention associé à un écran plasma;
- la figure 2 illustre un graphique comparatif de différents revêtements anti reflets; - la figure 3 montre deux images d'un revêtement respectivement, de type film et de type empilement de couches;
- la figure 4 montre une vue en coupe d'une variante de filtre selon l'invention associé à un écran plasma. On précise tout d'abord que les proportions relatives aux différentes grandeurs, notamment épaisseurs, des éléments de l'invention ne sont pas respectées sur les dessins afin que la lecture en soit facilitée.
La figure 1 illustre une fenêtre transparente 1 destinée à être assemblée sur la face avant d'un écran plasma E. Cette fenêtre constitue un filtre de protection de blindage électromagnétique et de protection antireflets.
La fenêtre transparente 1 est constituée d'un unique substrat, tel qu'une feuille de verre 10, sur laquelle est déposée d'une part contre la face interne, en regard de l'écran, un premier élément fonctionnel 20 constitué par un empilement de couches métalliques aux propriétés de blindage électromagnétique et un second élément fonctionnel 21 constitué par un revêtement interne antireflets recouvrant l'empilement de couches 20, et d'autre part contre la face externe, à l'opposé de l'écran et en regard d'un éventuel spectateur, un empilement de couches antireflets 11 qui constitue non seulement un revêtement antireflets mais aussi un revêtement anti-rayures et résistant à l'abrasion.
Le substrat 10 est en verre silico-sodo-calcique clair du type Planilux de 3 à 6 mm d'épaisseur, par exemple de 4 mm. Ce produit est commercialisé par la société SAINT-GOBAIN GLASS.
L'empilement de couches métalliques 20 est constitué à titre d'exemple par au moins deux couches fonctionnelles conductrices électriquement, du type Ag. Ces couches métalliques sont insérées dans un empilement de couches minces de protection, dont une séquence préférentielle est la suivante :
Verre/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si3N4. La couche de Ti constitue une couche de protection métallique de l'argent évitant notamment l'oxydation de l'argent.
Une couche de Ti02 peut être intercalée entre les couches de Si3N4 et ZnO proches du verre de manière à "laver" la couleur en réflexion du substrat.
Toutes les couches de l'empilement sont déposées par une technique connue de pulvérisation cathodique sur la face interne du substrat destinée à être en regard de l'écran. Les couches sont en tout cas directement déposées sur le substrat en verre et non sur un film plastique comme il est parfois réalisé dans l'art antérieur car comme nous le verrons par les résultats de l'exemple 3 plus loin, un film support de ces couches métalliques engendre plus de flou. La première couche métallique en Ag disposée la plus proche du substrat présente une épaisseur ei sensiblement équivalente à l'épaisseur e2 de la
seconde couche métallique en Ag, de façon que le rapport des épaisseurs — soit e2 compris entre 0,8 et 1 ,1 et de préférence entre 0,9 et 1. Ainsi, la transmission lumineuse est très convenable, supérieure à 67%. L'épaisseur totale eι+e2 des couches métalliques est comprise entre 27 et 30 nm. Pour obtenir une bonne réflexion du rayonnement infra-rouge vers l'écran, c'est-à-dire que le rayonnement traverse le moins possible le substrat, on choisira de préférence une épaisseur totale des couches métalliques entre 28 et 29,5 nm, la transmission du rayonnement n'atteignant ainsi pas plus de 13% pour une longueur d'onde de 800 nm.
Le tableau ci-après donne un exemple des valeurs en épaisseur des différentes couches minces de l'empilement, avec des épaisseurs e-i et e2 égales à 14 nm :
Figure imgf000008_0001
Bien entendu, d'autres variantes d'éléments métalliques pour un blindage électromagnétique sont envisageables, telles que des grilles métalliques ou une association grilles et couches. On peut ainsi se référer à la demande de brevet internationale WO 01 /81262. En outre, l'élément fonctionnel 20 de blindage électromagnétique est déposé directement sur le verre mais peut en variante être déposé sur un film plastique adhésif rendu solidaire de la face interne de la fenêtre, ou encore être feuilleté entre deux intercalaires en plastique I rendus solidaire par adhésion de deux substrats tels que le substrat 10 et un substrat en verre 10a en regard de l'écran, le substrat 10 étant pourvu du revêtement interne 21 (figure 4).
Le revêtement interne 21 antireflets recouvrant l'empilement de couches 20 peut selon un premier mode de réalisation être un film plastique antireflets usuel 21a ou un empilement de couches 21b de type l'empilement 11.
L'empilement de couches 21 b du type 11 permet par rapport au film, qui peut être fragile, de protéger très convenablement de la corrosion les couches d'argent de l'empilement 20 en raison du recouvrement par de la silice et du nitrure de silicium.
Par contre l'avantage d'un film pour l'élément fonctionnel 21 , hormis qu'en cas de casse de la fenêtre tous les éclats de verre sont maintenus par celui-ci, est que l'on peut agir sur le contraste de l'écran. Différents types de films qui sont fonction de leur transmission lumineuse existent. Ainsi, on pourra prendre un film de 80 % de transmission lumineuse commercialisé par la société CALSAK ou encore de transmission plus basse pour améliorer le contraste de l'écran tel qu'un film de 70% de transmission lumineuse commercialisé par la société SOUTHWALL (produit référencé ARA2-70).
Enfin, l'empilement de couches antireflets 11 selon l'invention est un empilement d'au moins deux couches à base de Si3N4 ou Sn02 et de Si02 qui conviennent particulièrement pour leur propriété de dureté. Ces couches ont toutes été déposées de façon conventionnelle par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique et réactive, en atmosphère oxydante à partir de cible de Si ou de métal pour faire des couches en Si02 ou en oxyde métallique, à partir de cible de Si ou de métal en atmosphère nitrurante pour faire des nitrures, et dans une atmosphère mixte oxydante/nitrurante pour faire les oxynitrures. Les cibles en Si peuvent contenir un autre métal en faible quantité, notamment Zr, Al, notamment afin de les rendre plus conductrices.
Un empilement antireflets préféré est le suivant :
Verre/SnO2(ou Si3N4)/SiO2/Snθ2(ou Si3N4)/SiO2 Le tableau ci-dessous résumé l'indice n, et l'épaisseur géométrique e,- en nanomètres de chacune des couches, la couche d étant celle contre le verre:
Figure imgf000010_0001
Cet exemple a pour but de minimiser au maximum la valeur de la réflexion lumineuse RL du verre (du côté spectateur) à incidence 60° . Le tableau ci-après résume des résultats en réflexion lumineuse du côté du spectateur et en flou optique du produit écran-filtre selon l'exemple de l'invention (exemple 1) et selon deux exemples de configuration comparatifs (exemples 2 et 3). Pour les exemples comparatifs, les filtres présentent tous deux en tant qu'élément fonctionnel 21 et revêtement antireflets 11 des films antireflets de part et d'autre du substrat, mais l'empilement 20 de couches en Ag est pour l'un déposé directement sur le verre (exemple 2), et pour l'autre sur un film plastique (exemple 3).
Exemple 1 : film antireflets adhésif 21a / empilement de couches Ag / Verre / empilement de couches 11 ; Exemple 2 : film antireflets adhésif / empilement de couches Ag / Verre / film antireflets adhésif;
Exemple 3 : : film antireflets adhésif / empilement de couches Ag sur film plastique / Verre / film antireflets adhésif.
Figure imgf000010_0002
L'exemple 1 de l'invention est bien celui à retenir car le revêtement antireflets 11 par empilement de couches a l'avantage de diminuer la réflexion lumineuse sur la face externe de la fenêtre, du côté spectateur, tout en réalisant un produit moins flou en sortie de fabrication. La diminution du flou (lumière diffuse) améliore la qualité de l'image et la qualité de vision du spectateur, le couleurs sont notamment plus vives. Selon l'invention, l'empilement de couches antireflets constitue également un revêtement antirayures et résistant à l'abrasion. Ci-après un tableau comparatif et, en regard de la figure 2, un graphique comparatif, de l'exemple de l'invention (exemple 1) avec l'exemple 2 quant au test de durabilité, ou encore test de vieillissement accéléré, et respectivement au test à l'abrasion.
Pour le test de durabilité, il s'agit de mesurer la variation de transmission lumineuse TL et de flou après un séjour pour la fenêtre de 500 heures en chaleur sèche, et de 120 heures en chaleur humide.
Figure imgf000011_0001
Les deux produits ont un comportement identique au test de vieillissement accéléré.
Pour le test à l'abrasion, on mesure la variation de flou après abrasion de manière bien connue par des meules du type Taber Abraser® CS 10 F chargées à 250 grammes sur une fenêtre d'exemple 1 et sur une fenêtre d'exemple 2.
Le graphique en figure 2 montre que la fenêtre de l'invention à un comportement à l'abrasion suivant le test taber bien meilleur que la fenêtre de l'état de la technique. Au bout de 500 tours, le revêtement avec empilement de couches n'est pratiquement pas rayé alors que le revêtement par le film plastique est complètement arraché ce qui provoque une perte complète des propriétés antireflets et engendre un flou important. Les microphotographies de la figure 3 avec un grossissement de 80 fois montrent l'aspect des deux produits après test; la fenêtre avec empilement de couches est bien plus nette.
En outre, les mesures faites concernant la résistance à la rayure montre que la résistance avec empilement de couches est bien supérieure à celle avec film. Elle n'est que de 2 à 3 H pour le film alors qu'elle est de plus de 3H pour l'empilement de couches. On rappelle que H est la classification utilisée dans le domaine des revêtements de surface et des substrats organiques; il s'agit d'un test de rayure par une mine de crayon de dureté 2 ou 3H. La fenêtre associée à un écran plasma a été prise à titre d'exemple mais l'invention s'applique bien entendu à tout type de substrat qui doit éventuellement présenter sur une face au moins un élément fonctionnel et sur sa face opposée un revêtement anti-rayures et résistant à l'abrasion et qui de manière optionnelle présente l'avantage de constituer un antireflets.

Claims

REVENDICATIONS
1. Substrat transparent, notamment verrier (10), comportant sur une face au moins un élément fonctionnel (20) et sur la face opposée un revêtement antireflets (11) fait d'un empilement de couches minces de matériau diélectrique d'indices de réfraction alternativement forts et faibles, caractérisé en ce que le revêtement antireflets est utilisé en tant que revêtement antirayures et résistant à l'abrasion .
2. Substrat transparent selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le revêtement anti-rayures et résistant à l'abrasion constitué par le revêtement antireflets (11) présente une résistance d'au moins 3 H et avec une résistance à l'abrasion telle que le flou du substrat pouvant être engendré reste inférieur à 1 ,5%.
3. Substrat selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le revêtement antireflets par empilement de couches est déposé sur le substrat avant le dépôt de l'élément fonctionnel.
4. Substrat selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'empilement de couches est à base de Si3N4 ou Sn02, et de Si02.
5. Substrat selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'empilement comporte successivement :
*→- une première couche (d), à haut indice, d'indice à réfraction ni compris entre 1 ,8 et 2,2 et d'une épaisseur géométrique ei comprise entre 5 et 50 nm, *→- une seconde couche (c2), à bas indice, d'indice de réfraction n2 compris entre 1 ,35 et 1 ,65 et d'épaisseur géométrique e2 comprise entre 5 et 50 nm, ^ une troisième couche (c3), à haut indice, d'indice de réfraction n3 compris entre 1 ,8 et 2,2 et d'épaisseur géométrique e3 comprise entre 70 et 120 nm, *->• une quatrième couche (c4), à bas indice, d'indice de réfraction n4 compris entre 1 ,35 et 1 ,65 et d'épaisseur géométrique e4 d'au moins 80 nm.
6. Substrat selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'empilement est le suivant : SisN^SiOa/SisN^SiOa.
7. Substrat selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) est un élément métallique de blindage électromagnétique.
8. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) consiste en au moins une couche métallique conductrice.
9. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) consiste en un empilement de couches minces comportant au moins deux couches en argent.
10. Substrat selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'empilement de couches présente la séquence suivante:
Si3N4/ZnO/Ag/Ti/Si3N4/ZnO/Ag/Ti/ZnO/Si3N4.
11. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) consiste en un réseau de fils métalliques se présentant sous la forme d'une grille.
12. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) consiste en l'association d'un empilement de couches minces à base d'argent et d'un réseau de fils métalliques se présentant sous la forme d'une grille.
13. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) est déposé à même le substrat (10).
14. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) est déposé sur un film plastique rendu solidaire du substrat (10).
15. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) est feuilleté entre deux films plastiques dont l'un est rendu solidaire du substrat (10) tandis que l'autre est rendu solidaire d'un autre substrat (10a).
16. Substrat selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément fonctionnel (20) est associé à un second élément fonctionnel (21) fait d'un revêtement antireflets.
17. Substrat selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second élément fonctionnel (21) est un empilement de couches antireflets (21 b).
18. Substrat selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second élément fonctionnel (21) est un film antireflets adhésif (21a).
19. Substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat est en verre non trempé.
20. Application du substrat selon l'une quelconque des revendications précédentes à la fabrication de vitrage ou de filtre pour écran de visualisation.
21. Application selon la revendication 20 pour écran plasma.
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