WO2012168628A1 - Element chauffant a couche - Google Patents

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WO2012168628A1
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layer
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oxide
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Stephane Laurent
Emilie Charlet
Bernard Nghiem
Emmanuelle Peter
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • the invention relates to a heating element comprising a substrate provided with a stack of thin layers, the stack of thin layers comprising a layer adapted to be heated.
  • heating elements as heating windshields of motor vehicles in order to demist and / or defrost the windshield.
  • the glazing When the glazing is mounted on a vehicle and is connected to an electrical installation, the layer adapted to heat becomes heated.
  • the power dissipated P by a heated windshield is equal to the voltage
  • the effective dissipated power to demist and / or de-ice a windscreen shall be greater than 500 W / m 2 .
  • the voltage on board is of the order of 12 or 42 volts.
  • the heating layers used are based on silver. They have a surface electrical resistance of the order of 1 or 4 ohms per square respectively.
  • heating elements with a silver heating layer as an electric building radiator.
  • the same problem of high electrical voltage arises since the voltage available in buildings is that of the national electricity grid, namely 220 or 230 volts in Europe or 120 volts in the United States, much higher than 12 or 42 volts.
  • the electric resistance of the heating layer is increased by etching the heating layer so that the electrons travel a longer path. This process is however complex and expensive.
  • a heating element comprising a substrate provided with a stack of thin layers, the thin film stack comprising a layer adapted to heat, which can be easily installed on an electric vehicle or connected to the national power grid. and that is simple to manufacture.
  • the invention proposes a heating element comprising a substrate provided with a stack of thin layers, the thin film stack comprising a layer adapted to heat, having an overcurrent electrical resistance of between 20 and 200 ⁇ per square.
  • the heating element also comprising two collector conductors adapted to be supplied with electrical voltage, the layer adapted to heat being an electrically conductive transparent oxide layer and the layer adapted to heat being not machined by etching and being electrically connected to the two collector conductors, the layer adapted to heat having a thickness between 50 and 300 nm.
  • the electrically conductive transparent oxide layer is:
  • the electrically conductive transparent oxide layer is deposited by cathodic sputtering, in particular assisted by magnetic field (magnetron), or by chemical vapor deposition (CVD).
  • the thin film stack further comprises a non-metallic dielectric underlayer located under the layer adapted to heat, the non-metallic dielectric layer being nitride or oxy-nitride or oxide or mixed oxide, for example Si 3 N 4 or SiO x N y or SiOC or SiOSn.
  • the thin film stack further comprises, in particular when the electrically conductive transparent oxide layer is doped zinc oxide or niobium doped titanium oxide, a nonmetallic dielectric overlying layer located above the layer adapted to heat, the non-metallic dielectric layer being nitride, for example Si 3 N 4 .
  • the collector conductors are disposed near two opposite edges of the heating element.
  • the substrate provided with a stack of thin layers is organic or inorganic glass.
  • the substrate provided with a stack of thin layers is transparent.
  • the heating element further comprises a spacer and a second substrate, the spacer being between the two substrates to form a laminate, the layer adapted to heat being opposite the spacer.
  • the heating element further comprises a third substrate separated from the laminate by a gas blade.
  • the heating element comprises at least a second substrate, the substrates being separated two by two by a gas strip to form a multiple insulating glazing unit, the layer adapted to heat being opposite the blade gas.
  • the second substrate is made of organic or inorganic glass.
  • the second substrate is transparent.
  • the invention also relates to a building glazing comprising a heating element described above.
  • the invention also relates to a glazing of an electric motor vehicle comprising a heating element described above.
  • the invention also relates to an electric motor vehicle comprising a glazing described above, including a windshield, a front side glazing, a rear side glazing, a rear window or a roof glazing.
  • the invention also relates to an electric building radiator consisting of a heating element described above.
  • Figure 1 shows a cross sectional view of a heating element according to one embodiment of the invention.
  • the invention relates to a heating element comprising at least one substrate provided with a stack of thin layers, the thin film stack comprising a layer suitable for heating.
  • the layer suitable for heating has a surface electrical resistance of between 20 and 200 ⁇ per square.
  • the layer adapted to heat is an electrically conductive transparent oxide layer.
  • the heating element also comprises two collector conductors adapted to be supplied with electrical voltage, the layer adapted to heat being electrically connected to the two collector conductors so as to be able to heat.
  • the layer adapted to heat is full, that is to say that it is not machined by etching, that is to say that it does not contain etching to increase the electrical resistance of the heating layer. Thus, no zone is removed from the layer and no geometric path for increasing the effective resistance of the glazing is etched in the layer adapted to heat.
  • the surface electrical resistance of the layer adapted to heat is between 20 and 200 ⁇ per square without the need to machine it by engraving. This simplifies the manufacturing process of the heating element. In addition, it allows a dissipated power that is controlled and is compatible with conventional electrical installations. The invention therefore makes it easy to install on an electric vehicle or to easily connect to the national power grid a heating element according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a heating element according to one embodiment of the invention.
  • the heating element comprises a substrate 1 on which is deposited a stack of thin layers comprising a layer 3 adapted to heat.
  • the thin layers of the stack are deposited for example by cathodic sputtering, in particular assisted by magnetic field ("magnetron" deposition) or by chemical vapor deposition (CVD).
  • the substrate 1 is for example organic or inorganic glass. For example, it is transparent, especially when it is used in an application that needs to be viewed through, for example, a vehicle or building glazing.
  • the substrate 1 is preferably, but not limited to, a glass sheet.
  • the layer 3 adapted to heat is an electrically conductive transparent oxide (TCO).
  • TCO electrically conductive transparent oxide
  • the TCO layer may be zinc oxide doped with an element selected from the group Al, Ga, In, B, Ti, V, Y, Zr, Ge or by a combination of these different elements.
  • the TCO layer is for example:
  • zinc oxide doped with aluminum AZO
  • indium IZO
  • gallium GZO
  • the TCO layer is for example boron doped zinc oxide (BZO) or fluorine doped tin oxide (SnO2: F).
  • BZO boron doped zinc oxide
  • SnO2: F fluorine doped tin oxide
  • the BZO layer is for example deposited by LPCVD ("Low Pressure CVD" in English - CVD at low pressure).
  • the thin film stack also includes a nonmetallic dielectric underlayer layer 4 beneath the heatable layer 3.
  • This non-metallic dielectric underlayer 4 is made of nitride or oxy-nitride or mixed oxide or oxide, for example Si 3 N 4 or SiO x N y for magnetron depositions or SiOC or SiOSn for CVD deposits.
  • This underlying layer 4 has an alkaline barrier function which otherwise could migrate during bending of the stack and destroy the conductivity of the TCO layer when the deposition is made by magnetron.
  • the underlying layer also has the function of adjusting the colors.
  • An underlying dielectric layer 4 SiOSn composite oxide metal allows in particular good adhesion of a layer 3 adapted to heat SnO 2 : F and good resistance to delamination during bending of the glazing.
  • the underlying non-metallic dielectric layer 4 is deposited for example by sputtering, in particular by magnetic field or CVD.
  • the underlying non-metallic dielectric layer 4 has a thickness of between 10 and 100 nm, for example between 40 and 70 nm, preferably of the order of 50 nm.
  • the thin film stack For use of the heating element in automotive glazing, intended to be curved, the thin film stack must be sufficiently thermally and mechanically resistant to withstand the bending operations.
  • a non-metallic nitride overlying layer for example of Si 3 N 4 , is deposited on the TCO layer.
  • the non-metallic dielectric layer 5 is deposited for example by cathode sputtering, in particular assisted by magnetic field.
  • the overlying layer 5 can be used to adjust the colors of the substrate.
  • the overlying non-metallic dielectric layer has a thickness of between 10 and 100 nm, preferably of the order of 10 nm. A thickness of 10 nm is in principle sufficient to provide the required protection.
  • the thickness of the layer 3 adapted to heat is between 50 and 300 nm, preferably between 50 and 200 nm. This thickness range is both easily achievable technically and makes it possible to obtain a layer of controlled thickness over the entire surface of the glass sheet with a surface electrical resistance of the layer adapted to heat of between 20 and 200 ⁇ by square.
  • the heating element also comprises two collector conductors (not shown) disposed near two opposite edges of the heating element.
  • the layer 3 adapted to heat is electrically connected to these collector conductors.
  • the collector conductors are voltage supply terminals of the layer 3 adapted to heat.
  • the collecting conductors are arranged for example at the top and bottom of the windshield.
  • the heating element preferably comprises a second substrate 2 and a spacer 6, the spacer being between the two substrates 1, 2 so as to form a laminate.
  • the face of substrate 1 on which is deposited the stack of thin layers is preferably vis-à-vis the interlayer 6 and not directed towards the outside of the heating element, so as to protect the stack of thin layers against external aggression.
  • the interlayer is for example standard PVB (polyvinyl butyral) or material adapted to acoustically dampen waves. The material adapted to acoustically dampen waves is then preferably between two layers of standard PVB.
  • the second substrate 2 is for example organic or inorganic glass.
  • it is transparent, especially when it is used in an application that needs to be viewed through, for example, a vehicle or building glazing.
  • the substrate 2 is preferably, but not limited to, a glass sheet.
  • a heating element according to this first variant can be used as glazing of a motor vehicle, in particular an electric vehicle.
  • the glazing is a windshield or a front side glazing, it is subject to visibility constraints. Indeed, the light transmission must be at least 70%, or even at least 75%, to comply with the standards in force. This light transmission is achieved with a heated glazing as defined above.
  • the glazing is a rear side glazing, a rear window or a roof glazing, it is not subject to any light transmission constraint.
  • the substrate may be colored or the stack may comprise an absorbent layer, for example NiCr or NbN.
  • a heating element according to this first variant can also be used as building glazing, for example in a partition between two rooms or in an outer building wall in combination with a third substrate separated from the heating element by a gas strip.
  • the third substrate is for example organic or inorganic glass.
  • the third substrate is, for example, transparent.
  • a heating element according to this first variant can also be used as an electric building radiator.
  • the heating element comprises at least a second substrate 2.
  • the substrates 1, 2 are separated in pairs by a gas strip so as to form an insulating multiple glazing unit.
  • the stack of thin layers is preferably vis-à-vis the gas plate and not directed towards the outside of the heating element, so as to protect the stack of thin layers against external aggression.
  • a heating element according to this second variant can be used as building glazing.
  • the invention therefore also relates to a glazing of an electric motor vehicle, in particular a windshield or a front side glazing which are subjected to light transmission constraints of at least 70%, or even at least 75%, or a rear side glazing, a rear window or a roof glazing, which are not subject to any light transmission constraint.
  • the invention also relates to an electric motor vehicle with such a glazing unit.
  • the invention also relates to a building glazing or an electric building radiator.
  • the collector conductors are connected in known manner to an electrical installation and are supplied with voltage via this electrical installation.
  • the layer adapted to heat becomes a heating layer. Thanks to the invention, conventional electrical installations can be used.
  • the layer adapted to heat has a purpose of defogging and / or defrosting of the glazing.
  • the layer adapted for heating has essentially a home heating purpose but may also have a purpose of defogging, especially when used in a bathroom.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • material Glass Si 3 N 4 AZO Si 3 N 4 PVB Glass thickness 2 mm 50 nm 160 nm 50 nm 0.76 mm 2 mm has a surface resistance of 30 ohms per square.
  • the AZO layer is the layer suitable for heating.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • the SnO 2 : F layer is the layer suitable for heating.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • the SnO 2 : F layer is the layer suitable for heating.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • the GZO layer is the layer adapted to heat.
  • a 75 cm high heating element powered by a 220 V voltage, dissipates a pfd of 1434 W / m 2 and has a transmission of 83%.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • the AZO layer is the layer suitable for heating.
  • a 75 cm high heating element powered by a 220 V voltage, dissipates a pfd of 1434 W / m 2 and has a transmission of 83%.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • the TiO 2: Nb layer is the layer suitable for heating.
  • a 75 cm high heating element powered by 220 V then dissipates a pfd of 574 W / m 2 and has a 75% transmission.
  • a heating element according to the invention having the following stack:
  • the ITO layer is the layer adapted to heat.
  • a 75 cm high heating element powered by a 220 V voltage, dissipates a pfd of 2458 W / m 2 and has a transmission of 83%.

Landscapes

  • Surface Heating Bodies (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

L'invention concerne un élément chauffant comprenant un substrat (1 ) mu- ni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces compre- nant une couche (3) adaptée à chauffer, ayant une résistance électrique surfaci- que comprise entre 20 et 200 Ω par carré, l'élément chauffant comprenant égale- ment deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électri- que, la couche adaptée à chauffer étant une couche d'oxyde transparent électri- quement conducteur et la couche (3) adaptée à chauffer n'étant pas usinée et étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs, la couche (3) adaptée à chauffer ayant une épaisseur comprise entre 50 nm et 300 nm. L'invention permet d'installer facilement sur un véhicule électrique ou de connecter facilement au réseau électrique national un élément chauffant avec une couche adaptée à chauffer qui soit simple à fabriquer.

Description

ELEMENT CHAUFFANT A COUCHE
L'invention concerne un élément chauffant comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces compre- nant une couche adaptée à chauffer.
Il est connu d'utiliser de tels éléments chauffants comme pare-brises chauffants de véhicules automobiles afin de désembuer et/ou dégivrer le pare-brise. Lorsque le vitrage est monté sur un véhicule et qu'il est branché sur une installation électrique, la couche adaptée à chauffer devient chauffante.
La puissance dissipée P par un pare-brise chauffant est égale à la tension
U alimentant le pare-brise, au carré, divisée par la résistance électrique R de la couche chauffante (P=U2/R). La puissance dissipée efficace pour désembuer et/ou dégivrer un pare-brise doit être supérieure à 500 W/m2. Dans les véhicules à moteur à combustion, la tension à bord est de l'ordre de 12 ou de 42 volts. Les couches chauffantes utilisées sont à base d'argent. Elles ont une résistance électrique surfacique de l'ordre de 1 ou 4 ohms par carré respectivement.
Il y a un besoin pour équiper les véhicules électriques en vitrages chauffants. Toutefois, la tension à bord d'un véhicule électrique est bien plus élevée qu'à bord d'un véhicule à moteur à combustion : elle est de l'ordre de 100 volts ou plus, et peut même aller jusqu'à plusieurs centaines de volts. Ainsi, si l'on essayait d'installer un pare-brise chauffant de véhicule à moteur à combustion dans un véhicule électrique, la puissance dissipée par le pare-brise serait très élevée. Or, les installations électriques classiques, telles que celles présentes à bord des véhicules à moteur à combustion, ne supporteraient pas les puissances électri- ques dissipées très élevées qui pourraient être générées par un tel pare-brise chauffant installé sur un véhicule électrique. Des installations électriques spécifiques auraient toutefois un coût très important et seraient complexes à mettre en œuvre.
De plus, il est également connu d'utiliser des éléments chauffants avec une couche chauffante en argent comme radiateur électrique de bâtiment. Le même problème de tension électrique élevée se pose puisque la tension disponible dans les bâtiments est celle du réseau électrique national, à savoir 220 ou 230 volts en Europe ou encore 120 volts aux Etats-Unis, soit bien plus élevée que 12 ou 42 volts. Pour diminuer la puissance dissipée (afin d'éviter que le radiateur ne chauffe trop), la résistance électrique de la couche chauffante est augmentée en gravant la couche chauffante de façon à faire parcourir aux électrons un chemin plus long. Ce procédé est toutefois complexe et coûteux.
II y a donc un besoin pour un élément chauffant comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche adaptée à chauffer, qui puisse être facilement installé sur un véhicule électrique ou connecté au réseau électrique national et qui soit simple à fabriquer.
Pour cela, l'invention propose un élément chauffant comprenant un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche adaptée à chauffer, ayant une résistance électrique sur- facique comprise entre 20 et 200 Ω par carré, l'élément chauffant comprenant également deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électrique, la couche adaptée à chauffer étant une couche d'oxyde transparent électriquement conducteur et la couche adaptée à chauffer n'étant pas usinée par gravure et étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs, la couche adaptée à chauffer ayant une épaisseur comprise entre 50 et 300 nm.
Selon une autre particularité, la couche d'oxyde transparent électriquement conducteur est :
- en oxyde de zinc dopé par un élément choisi dans le groupe Al, Ga, In, B, Ti, V, Y, Zr, Ge ou par une combinaison de ces différents éléments, de préférence en oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO), à l'indium (IZO) au gallium (GZO) ou au bore (BZO) ; ou
- en oxyde d'étain et d'indium (ITO), ou en oxyde d'étain dopé au fluor (SnO2:F) ou à l'antimoine (SnO2:Sb) ; ou
- en oxyde de titane dopé au niobium.
Selon une autre particularité, la couche d'oxyde transparent électriquement conducteur est déposé par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique (magnétron), ou par dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Selon une autre particularité, l'empilement de couches minces comprend en outre une couche sous-jacente diélectriques non métallique située sous la couche adaptée à chauffer, la couche diélectrique non métallique étant en nitrure ou oxy-nitrure ou en oxyde ou en oxyde mixte, par exemple en Si3N4 ou SiOxNy ou SiOC ou SiOSn.
Selon une autre particularité, l'empilement de couches minces comprend en outre, en particulier lorsque la couche d'oxyde transparent électriquement conducteur est en oxyde de zinc dopé ou en oxyde de titane dopé au niobium, une couche sus-jacente diélectrique non métallique située au-dessus de la couche adaptée à chauffer, la couche diélectriques non métallique étant en nitrure, par exemple en Si3N4.
Selon une autre particularité, les conducteurs collecteurs sont disposés à proximité de deux bords opposés de l'élément chauffant.
Selon une autre particularité, le substrat muni d'un empilement de couches minces est en verre organique ou inorganique.
Selon une autre particularité, le substrat muni d'un empilement de couches minces est transparent.
Selon une autre particularité, l'élément chauffant comprend en outre un intercalaire et un deuxième substrat, l'intercalaire étant entre les deux substrats pour former un feuilleté, la couche adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de l'intercalaire.
Selon une autre particularité, l'élément chauffant comprend en outre un troisième substrat séparé du feuilleté par une lame de gaz.
Selon une autre particularité, l'élément chauffant comprend au moins un deuxième substrat, les substrats étant séparés deux à deux par une lame de gaz pour former un vitrage multiple isolant, la couche adaptée à chauffer étant en vis- à-vis de la lame de gaz.
Selon une autre particularité, le deuxième substrat est en verre organique ou inorganique.
Selon une autre particularité, le deuxième substrat est transparent.
L'invention concerne également un vitrage de bâtiment comprenant un élément chauffant décrit ci-dessus.
L'invention concerne également un vitrage de véhicule automobile électrique comprenant un élément chauffant décrit ci-dessus. L'invention concerne également un véhicule automobile électrique comprenant un vitrage décrit ci-dessus, notamment un pare-brise, un vitrage latéral avant, un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou encore un vitrage de toit.
L'invention concerne également un radiateur électrique de bâtiment consti- tué d'un élément chauffant décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention vont à présent être décrits en regard des dessins sur lesquels :
• La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un élément chauffant selon un mode de réalisation de l'invention.
L'invention se rapporte à un élément chauffant comprenant au moins un substrat muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche adaptée à chauffer. La couche adaptée à chauffer a une résistance électrique surfacique comprise entre 20 et 200 Ω par carré. La couche adaptée à chauffer permet de désembuer/dégivrer un vitrage ou encore et chauffer une pièce. La couche adaptée à chauffer est une couche d'oxyde transparent électriquement conducteur. L'élément chauffant comprend également deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électrique, la couche adaptée à chauffer étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs de façon à pouvoir chauffer. La couche adaptée à chauffer est pleine, c'est- à-dire qu'elle n'est pas usinée par gravure, c'est-à-dire qu'elle ne contient pas de gravure permettant d'augmenter la résistance électrique de la couche chauffante. Ainsi, aucune zone n'est enlevée de la couche et aucun chemin géométrique permettant d'augmenter la résistance effective du vitrage n'est tracé par gravure dans la couche adaptée à chauffer.
Ainsi, la résistance électrique surfacique de la couche adaptée à chauffer est comprise entre 20 et 200 Ω par carré sans qu'il y ait besoin de l'usiner en la gravant. Cela simplifie le procédé de fabrication de l'élément chauffant. De plus, cela permet d'avoir une puissance dissipée qui soit contrôlée et qui soit compatible avec des installations électriques classiques. L'invention permet donc d'installer facilement sur un véhicule électrique ou de connecter facilement au réseau électrique national un élément chauffant selon l'invention.
La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un élément chauffant selon un mode de réalisation de l'invention. L'élément chauffant comprend un substrat 1 sur lequel est déposé un empilement de couches minces comprenant une couche 3 adaptée à chauffer. Les couches minces de l'empilement sont déposées par exemple par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique (dépôt « magnétron ») ou par dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
Le substrat 1 est par exemple en verre organique ou inorganique. Il est par exemple transparent, en particulier lorsqu'il est utilisé dans une application nécessitant de voir à travers comme par exemple un vitrage de véhicule ou de bâtiment. Le substrat 1 est de préférence, mais de façon non limitative, une feuille de verre.
La couche 3 adaptée à chauffer est en oxyde transparent électriquement conducteur (TCO). De façon générale, la couche en TCO peut être en oxyde de zinc dopé par un élément choisi dans le groupe Al, Ga, In, B, Ti, V, Y, Zr, Ge ou par une combinaison de ces différents éléments. Lorsque la couche adaptée à chauffer est déposée par magnétron, la couche en TCO est par exemple :
- en oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO), à l'indium (IZO) ou au gallium (GZO) ; ou
- en oxyde d'étain et d'indium (ITO) ou en oxyde d'étain dopé à l'antimoine (SnO2:Sb) ou au fluor (SnO2:F) ; ou
en oxyde de titane dopé au niobium.
Lorsque la couche adaptée à chauffer est déposée par CVD, la couche en TCO est par exemple en oxyde de zinc dopé au bore (BZO) ou en oxyde d'étain dopé au fluor (SnO2:F). La couche en BZO est par exemple déposée par LPCVD (« Low Pressure CVD » en anglais - CVD à basse pression).
L'empilement de couches minces comprend également une couche sous- jacente 4 diélectrique non métallique située en-dessous de la couche 3 adaptée à chauffer. Cette couche sous-jacente 4 diélectrique non métallique est en nitrure ou oxy-nitrure ou oxyde ou oxyde mixte, par exemple en Si3N4 ou SiOxNy pour les dépôts par magnétron ou en SiOC ou SiOSn pour les dépôts par CVD. Cette cou- che sous-jacente 4 a une fonction de barrière aux alcalins qui sinon pourraient migrer lors du bombage de l'empilement et détruire la conductivité de la couche TCO lorsque le dépôt est réalisé par magnétron. La couche sous-jacente a aussi pour fonction d'ajuster les couleurs. Une couche sous-jacente 4 diélectrique non métallique en oxyde mixte SiOSn permet en particulier une bonne adhésion d'une couche 3 adaptée à chauffer en SnO2 :F et une bonne résistance à la délamina- tion lors du bombage du vitrage. La couche sous-jacente 4 diélectrique non métallique est déposée par exemple par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique ou par CVD. La couche sous-jacente 4 diélectrique non métallique a une épaisseur comprise entre 10 et 100 nm, par exemple entre 40 et 70 nm, de préférence de l'ordre de 50 nm.
Pour une utilisation de l'élément chauffant dans un vitrage automobile, destiné à être bombé, l'empilement de couches minces doit être suffisamment résis- tant thermiquement et mécaniquement pour supporter les opérations de bombage. Si la couche en TCO n'est pas suffisamment résistante, une couche sus- jacente 5 diélectrique non métallique en nitrure, par exemple en Si3N4, est déposée sur la couche en TCO. La couche 5 diélectrique non métallique est déposée par exemple par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magné- tique. La couche sus-jacente 5 peut permettre d'ajuster les couleurs du substrat. La couche sus-jacente 5 diélectrique non métallique a une épaisseur comprise entre 10 et 100 nm, de préférence de l'ordre de 10 nm. Une épaisseur de 10 nm est en principe suffisante pour assurer la protection requise.
L'épaisseur de la couche 3 adaptée à chauffer est comprise entre 50 et 300 nm, de préférence entre 50 et 200 nm. Cette gamme d'épaisseur est à la fois facilement réalisable techniquement et permet d'obtenir une couche d'épaisseur contrôlée sur toute la surface de la feuille de verre avec une résistance électrique surfacique de la couche adaptée à chauffer comprise entre 20 et 200 Ω par carré.
L'élément chauffant comprend également deux conducteurs collecteurs (non représentés) disposés à proximité de deux bords opposés de l'élément chauffant. La couche 3 adaptée à chauffer est connectée électriquement à ces conducteurs collecteurs. Les conducteurs collecteurs sont des bornes d'alimentation en tension de la couche 3 adaptée à chauffer. Dans le cas d'un pare-brise chauffant, les conducteurs collecteurs sont disposés par exemple en haut et en bas du pare-brise.
Dans une première variante, l'élément chauffant comprend de préférence un deuxième substrat 2 et un intercalaire 6, l'intercalaire étant entre les deux substrats 1 , 2 de façon à former un feuilleté. Dans cette configuration, la face du substrat 1 sur laquelle est déposée l'empilement de couches minces est de préférence en vis-à-vis de l'intercalaire 6 et non orientée vers l'extérieur de l'élément chauffant, de façon à protéger l'empilement de couches minces contre les agressions extérieures. L'intercalaire est par exemple en PVB (polyvinylbutyral) stan- dard ou en matériau adapté à amortir acoustiquement des ondes. Le matériau adapté à amortir acoustiquement des ondes est alors de préférence entre deux couches de PVB standard.
Dans cette première variante, le deuxième substrat 2 est par exemple en verre organique ou inorganique. Il est par exemple transparent, en particulier lors- qu'il est utilisé dans une application nécessitant de voir à travers comme par exemple un vitrage de véhicule ou de bâtiment. Le substrat 2 est de préférence, mais de façon non limitative, une feuille de verre.
Un élément chauffant selon cette première variante peut être utilisé comme vitrage de véhicule automobile, en particulier de véhicule électrique. Lorsque le vitrage est un pare-brise ou un vitrage latéral avant, il est soumis à des contraintes de visibilité. En effet, la transmission lumineuse doit être d'au moins 70%, voire d'au moins 75%, pour respecter les normes en vigueur. Cette transmission lumineuse est atteinte avec un vitrage chauffant tel que défini plus haut. En revanche, lorsque le vitrage est un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou un vitrage de toit, il n'est soumis à aucune contrainte de transmission lumineuse. Pour diminuer la transmission lumineuse tout en respectant les normes en vigueur, qui peut être proche de 100%, le substrat peut être coloré ou bien l'empilement peut comporter une couche absorbante, par exemple en NiCr ou NbN.
Un élément chauffant selon cette première variante peut également être utilisé comme vitrage de bâtiment, par exemple dans une cloison entre deux pièces ou en paroi extérieure de bâtiment en combinaison avec un troisième substrat séparé de l'élément chauffant par une lame de gaz. Le troisième substrat est par exemple en verre organique ou inorganique. Le troisième substrat est par exem- pie transparent.
Un élément chauffant selon cette première variante peut également être utilisé comme radiateur électrique pour bâtiment. Dans une deuxième variante, l'élément chauffant comprend au moins un deuxième substrat 2. Les substrats 1 , 2 sont séparés deux à deux par une lame de gaz de façon à former un vitrage multiple isolant. L'empilement de couches minces est de préférence en vis-à-vis de la lame de gaz et non orientée vers l'extérieur de l'élément chauffant, de façon à protéger l'empilement de couches minces contre les agressions extérieures.
Un élément chauffant selon cette deuxième variante peut être utilisé comme vitrage de bâtiment.
L'invention concerne donc également un vitrage de véhicule automobile électrique, en particulier un pare-brise ou un vitrage latéral avant qui sont soumis à des contraintes de transmission lumineuse d'au moins 70%, voire d'au moins 75%, ou encore un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou encore un vitrage de toit, qui ne sont soumis à aucune contrainte de transmission lumineuse. L'invention concerne également un véhicule automobile électrique avec un tel vitrage. L'invention concerne également un vitrage de bâtiment ou encore un radiateur électrique de bâtiment.
Dans le cas d'un vitrage de véhicule ou de bâtiment ou d'un radiateur électrique de bâtiment, les conducteurs collecteurs sont connectés de façon connue à une installation électrique et sont alimentés en tension via cette installation élec- trique. Lorsqu'elle est mise sous tension, la couche adaptée à chauffer devient une couche chauffante. Grâce à l'invention, des installations électriques classiques peuvent être utilisées.
Dans le cas d'un vitrage de véhicule ou de bâtiment, la couche adaptée à chauffer a un but de désembuage et/ou dégivrage du vitrage.
Dans le cas d'un radiateur, la couche adaptée à chauffer a essentiellement un but de chauffage domestique mais peut également avoir un but de désembuage, en particulier lorsqu'il est utilisé dans une salle de bain.
Des exemples sont donnés ci-dessous. Ils peuvent tous être utilisés dans toutes les applications prévues par l'invention, même si les calculs de puissance dissipée sont réalisés pour un pare-brise après bombage.
Un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/AZO/Si3N4/PVBA/erre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes : matériau Verre Si3N4 AZO Si3N4 PVB Verre épaisseur 2 mm 50 nm 160 nm 50 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 30 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en AZO est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 2870 W/m2 et a une transmission lumineuse de 82,5%.
De même, un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/SnO2:F/ PVBA/erre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes :
Figure imgf000011_0001
a une résistance électrique surfacique de 100 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en SnO2:F est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 860 W/m2 et a une transmission lumineuse de 85%.
De même, un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/SnO2: F/ PVBA/erre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes :
Figure imgf000011_0002
a une résistance électrique surfacique de 70 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en SnO2:F est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 1 129 W/m2 et a une transmission lumineuse de 84,5%.
Un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/GZO/ Si3N4/PVB/Verre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes :
matériau Verre Si3N4 GZO Si3N4 PVB Verre
(5% pds)
épaisseur 2 mm 50 nm 100 nm 50 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 60 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en GZO est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 1434 W/m2 et a une transmission de 83%.
Un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/AZO/ Si3N4/PVBA/erre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes :
Figure imgf000012_0001
a une résistance électrique surfacique de 60 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en AZO est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 1434 W/m2 et a une transmission de 83%.
Un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/AZO/ Si3N4/PVBA/erre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes :
Figure imgf000012_0002
a une résistance électrique surfacique de 150 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en TiO2:Nb est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 574 W/m2 et a une transmission de 75%.
Un élément chauffant selon l'invention ayant l'empilement suivant :
Verre/Si3N4/AZO/ Si3N4/PVB/Verre
avec, dans l'ordre, les épaisseurs suivantes :
matériau Verre Si3N4 ITO Si3N4 PVB Verre
(90% In
et 10%
Sn)
épaisseur 2 mm 50 nm 60 nm 50 nm 0,76 mm 2 mm a une résistance électrique surfacique de 35 ohms par carré. Dans cet exemple, la couche en ITO est la couche adaptée à chauffer. Un élément chauffant de 75 cm de haut, alimenté par une tension de 220 V dissipe alors une puissance surfacique de 2458 W/m2 et a une transmission de 83%.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Elément chauffant comprenant un substrat (1 ) muni d'un empilement de couches minces, l'empilement de couches minces comprenant une couche (3) adaptée à chauffer, ayant une résistance électrique surfacique comprise entre 20 et 200 Ω par carré, l'élément chauffant comprenant également deux conducteurs collecteurs adaptés à être alimentés en tension électrique, la couche adaptée à chauffer étant une couche d'oxyde transparent électriquement conducteur et la couche (3) adaptée à chauffer n'étant pas usinée par gravure et étant électriquement connectée aux deux conducteurs collecteurs, la couche (3) adaptée à chauf- fer ayant une épaisseur comprise entre 50 nm et 300 nm.
2. Elément chauffant selon la revendication 1 , dans lequel la couche d'oxyde transparent électriquement conducteur est :
- en oxyde de zinc dopé par un élément choisi dans le groupe Al, Ga, In, B, Ti, V, Y, Zr, Ge ou par une combinaison de ces différents éléments, de pré- férence en oxyde de zinc dopé à l'aluminium (AZO), à l'indium (IZO) au gallium (GZO) ou au bore (BZO) ; ou
- en oxyde d'étain et d'indium (ITO), ou en oxyde d'étain dopé au fluor (SnO2:F) ou à l'antimoine (SnO2:Sb) ; ou
- en oxyde de titane dopé au niobium.
3. Elément chauffant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche d'oxyde transparent électriquement conducteur est déposé par pulvérisation cathodique, notamment assistée par champ magnétique (magnétron), ou par dépôt chimique en phase vapeur (CVD).
4. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'empilement de couches minces comprend en outre une couche sous-jacente (4) diélectriques non métallique située sous la couche (3) adaptée à chauffer, la couche (4) diélectrique non métallique étant en nitrure ou oxy-nitrure ou en oxyde ou en oxyde mixte, par exemple en Si3N4 ou SiOxNy ou SiOC ou SiOSn.
5. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'empilement de couches minces comprend en outre, en particulier lorsque la cou- che d'oxyde transparent électriquement conducteur est en oxyde de zinc dopé ou en oxyde de titane dopé au niobium, une couche sus-jacente (5) diélectrique non métallique située au-dessus de la couche (3) adaptée à chauffer, la couche (5) diélectriques non métallique étant en nitrure, par exemple en Si3N4.
6. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les conducteurs collecteurs sont disposés à proximité de deux bords opposés de l'élément chauffant.
7. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le substrat (1 ) muni d'un empilement de couches minces est en verre organique ou inorganique.
8. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le substrat (1 ) muni d'un empilement de couches minces est transparent.
9. Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un intercalaire (6) et un deuxième substrat (2), l'intercalaire (6) étant entre les deux substrats (1 , 2) pour former un feuilleté, la couche (3) adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de l'intercalaire (6).
10. Elément chauffant selon la revendication 9, comprenant en outre un troisième substrat séparé du feuilleté par une lame de gaz.
1 1 . Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre au moins un deuxième substrat (2), les substrats (1 , 2) étant séparés deux à deux par une lame de gaz pour former un vitrage multiple isolant, la couche (3) adaptée à chauffer étant en vis-à-vis de la lame de gaz.
12. Elément chauffant selon l'une des revendications 9 à 1 1 , dans lequel le deuxième substrat (2) est en verre organique ou inorganique.
13. Elément chauffant selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel le deuxième substrat (2) est transparent.
14. Vitrage de bâtiment comprenant un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15. Vitrage de véhicule automobile électrique comprenant un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et 12 ou 13 lorsqu'elles dépendent de la revendication 9.
16. Véhicule automobile électrique comprenant un vitrage selon la re- vendication 15, notamment un pare-brise, un vitrage latéral avant, un vitrage latéral arrière, une lunette arrière ou encore un vitrage de toit.
17. Radiateur électrique de bâtiment constitué d'un élément chauffant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et 1 1 ou 12 lorsqu'elles dépendent de la revendication 9.
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