WO2013140061A1 - Vitrage de controle solaire - Google Patents

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WO2013140061A1
WO2013140061A1 PCT/FR2013/050490 FR2013050490W WO2013140061A1 WO 2013140061 A1 WO2013140061 A1 WO 2013140061A1 FR 2013050490 W FR2013050490 W FR 2013050490W WO 2013140061 A1 WO2013140061 A1 WO 2013140061A1
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layers
thickness
glazing
ito
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PCT/FR2013/050490
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Laura Jane Singh
Augustin PALACIOS-LALOY
Etienne Sandre-Chardonnal
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Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
Original Assignee
Saint Gobain Glass France SAS
Compagnie de Saint Gobain SA
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    • C03C2218/156—Deposition methods from the vapour phase by sputtering by magnetron sputtering

Definitions

  • the invention relates to the field of substrates or glass articles, in particular of the glazing type of buildings or automobiles, comprising on their surface coatings obtained by stacking a succession of thin layers, conferring on them solar control properties, particularly antisolar.
  • Glazing means for the purposes of the present invention any glass product consisting of one or more glass substrates, especially single glazing, double glazing, triple glazing etc.
  • antisolar means the faculty of glazing to selectively limit the incident energy flux, in particular infrared radiation (IR) originating from solar radiation, passing through it from the outside towards the interior of the dwelling or of the passenger compartment, while maintaining a sufficient light transmission, that is to say typically greater than 40, even 50 or even 55%.
  • IR infrared radiation
  • the present invention relates to glazings provided with stacks whose functional or active layer, that is to say that which confers on said stack the bulk of such properties, is constituted by a mixed oxide of tin and of indium, often called ITO in the field.
  • Such glazings provided with stacks of thin layers thus act on the solar radiation and allow solar protection and / or thermal insulation.
  • These coatings are conventionally deposited by CVD deposition techniques for the simplest or most often at the present time by deposition techniques. vacuum sputtering a target, often called magnetron in the field, especially when the coating consists of a more complex stack of successive layers.
  • active layer is meant a layer acting substantially on the solar radiation flow through said glazing.
  • active layer in known manner, can operate either mainly in the infrared radiation reflection mode, or mainly in the Infrared radiation absorption mode.
  • the most efficient stacks marketed at present incorporate at least one silver-like metal layer operating essentially in the mode of reflection of the IR radiation. These stacks are often called low-e (low-e in English). These layers, however, are very sensitive to moisture and are therefore exclusively used in double glazing, facing 2 or 3 of it to be protected from moisture. Stacks according to the invention do not include such layers.
  • the solar radiation is this time absorbed but in a non-selective manner, that is to say that the IR radiation (in particular that whose wavelength is between about 780 nm and 2500 nm) and visible radiation are also non-selectively absorbed.
  • Such glazings thus have selectivities, as illustrated by the ratio T L / g, less than or at best close to 1.
  • the selectivity is equal to the ratio of light transmission factor / solar factor g, as determined according to the international standard ISO 9050 (2003).
  • the light transmission factor (often called light transmission T L ) corresponds to the percentage of the incident light flux, that is to say in the wavelength range 380 to 780 nm, crossing the glazing, according to the illuminant D65 and according to the criteria determined in the international standard ISO 9050 (2003).
  • the solar factor FS is equal to the ratio of the energy passing through the glazing (that is to say entering the room) and incident solar energy . More particularly, it corresponds to the sum of the flux transmitted directly through the glazing and the flux absorbed by the glazing (including the stacks of layers possibly present at one of its surfaces) and then reemitted towards the inside (the local ).
  • the solar factor is also determined according to the indications described in the international standard ISO 9050 (2003).
  • US patent application 2009/0320824 alternately describes stacks based on the use of tin-doped indium (ITO) layers as an infrared barrier layer.
  • ITO tin-doped indium
  • the application of a silicon oxide layer S1O 2 or silicon nitride S1 3 N 4 above the ITO layer substantially improves the durability of the stack when it is subjected to temperatures that can go up to 500 ° C.
  • the insertion of a silicon oxide layer S1O 2 or silicon nitride S1 3 N 4 below the ITO layer makes it possible to prevent alkali migration from the substrate to the substrate layer. ITO, and therefore its deterioration.
  • the main object of the present invention is first of all to provide glazings comprising a stack of layers conferring on them solar control properties, and in particular of infrared reflection of solar radiation, but having a high selectivity, as previously understood. described, that is to say a ratio T L / g greater than 1.1 or even greater than 1.2, said stack being otherwise durable in time without special precautions.
  • Another object of the present invention is to provide solar control glazing whose stack of layers is capable, especially after a heat treatment such as quenching or bending, to keep T L values sufficiently high for use.
  • "clear" glazing and in particular a T L of the order of at least 40%, especially of the order of at least 50% and ideally greater than 55%, without significant degradation of the properties of reflection of the IR of the stack.
  • a thermal treatment on the glazing unit is generally necessary to allow the improvement of the reflection properties of the IR radiation of the face of the glazing equipped with the stack of layers, as measured by the normal emissivity ⁇ ⁇ described in ISO 10292 (1994), Appendix A.
  • this reflection property is a direct function of the emissivity of the face of the glazing provided with the stack comprising the reflective layer in the IR.
  • the functional layers according to the invention of the type ITO (Indium Tin Oxide or mixed oxide of Indium and tin), after their sputtering deposition, must most often undergo a heat treatment. at temperatures of the order of 620 ° C for a few minutes to improve the crystallinity and thereby reduce the emissivity.
  • the invention thus proposes glazings whose normal emissivity ⁇ ⁇ is minimal after such a heat treatment, in particular less than 20% and preferably less than 15%.
  • the stacks of thin layers equipping the glazing according to the invention must also be sufficiently resistant mechanically, especially if they must be positioned on an outer face of the glazing. In particular, they must be resistant to scratches that may be caused by the various means used for their cleaning.
  • a glazing unit according to the invention thus advantageously makes it possible to select the radiation passing therethrough, by promoting the transmission of light waves, that is to say the wavelength of which is between approximately 380 and 780 nm, all by selectively reflecting a larger portion of infrared radiation, that is to say whose wavelength is greater than 780 nm, in particular near infrared, that is to say whose wavelength is between about 780 nm and about 1400 nm.
  • they are also much less sensitive chemically, particularly to moisture and can therefore be positioned on an outer face of a multiple glazing unit or on one of the faces of a single glazing unit, in particular its surface. face 2 (that is, turned inward).
  • the present invention relates to a solar control glazing unit comprising a glass substrate provided on one of its faces with a stack of layers with an antisolar function, in which the stack comprises the succession of the following layers, starting from the surface of the glass substrate:
  • a lower layer for protecting the upper layers against the migration of alkaline ions originating from the glass substrate of thickness between
  • ITO indium and tin
  • a top layer for protecting the ITO layer against oxygen in the air, in particular during a heat treatment such as quenching or annealing the upper layer being between 25 and 100 nm thick, preferably between 40 and 90 nm,
  • said upper and lower layers consist essentially of a dielectric material chosen from a silicon nitride, an aluminum nitride or their mixture, - Intermediate layers made of a metal comprising chromium, optionally partially or fully oxidized and / or nitrided, are disposed on either side and in contact with said ITO layer, the thickness of said intermediate layers being between 0 , 5 and 3 nanometers.
  • oxidized and / or nitrided is understood to mean that the intermediate layers, conventionally initially deposited in the form of all-metal layers by conventional sputtering techniques, can then potentially be oxidized or nitrided, partially or totally, under the effect of the different deposits of layers or heat treatments performed later.
  • nitriding of the metal intermediate layer is possible according to the invention when a nitride layer of the stack is subsequently deposited by reactive sputtering in the presence of nitrogen, as in the case of the deposition of the upper protective layer nitride nitride. silicon.
  • a subsequent oxidation of the metal intermediate layer is possible during the magnetron deposition of the ITO layer in the presence of oxygen or during a subsequent heat treatment, after deposition of complete stacking as previously indicated.
  • indium-tin oxide (or tin-doped indium oxide or ITO for the English name: Indium tin oxide) is understood to mean a mixed oxide or a mixture obtained from oxides.
  • a Typical mass proportion is about 90% by weight of In 2 O 3 for about 10% by weight of SnO 2 .
  • the thickness of said intermediate layers is between 1 and 2.5 nanometers.
  • the metal comprises at least 10% by weight of Cr, preferably at least 20% by weight of Cr.
  • the metal is an alloy of nickel and chromium.
  • the mass ratio Cr / Ni in the alloy is between 10/90 and 40/60, in particular about 20/80.
  • the lower and upper protective layers consist essentially of a nitride of
  • Silicon possibly doped with an element chosen from Al, Zr or B.
  • the stack further comprises, above the upper layer, a layer of a dielectric oxide selected from silicon oxide or a titanium oxide, the thickness of the dielectric oxide layer is between 1 and 15 nanometers, more preferably between 2 and 10 nanometers.
  • a preferred solar control glazing unit comprises a stack formed by the succession of the following layers, starting from the surface of the glass substrate:
  • a lower layer consisting essentially of silicon nitride and possibly comprising aluminum, with a thickness of between 30 and 100 nm, preferably between 40 and 90 nm,
  • a first intermediate layer of a nickel and chromium alloy optionally partially or completely oxidized and / or nitrided, of thickness between 0.5 and 3 nm, preferably between 1 and 2.5 nm,
  • Nickel and chromium optionally partially or completely oxidized and / or nitrided, having a thickness of between 0.5 and 3 nm, preferably between 1 and 2.5 nm,
  • the preceding stack further comprises, above the upper layer, a layer of a dielectric oxide selected from silicon oxide or a titanium oxide, having a thickness of between 1 and 10 nm.
  • the stack is deposited on a substrate consisting of a glass sheet marketed by Saint-Gobain Glass France under the reference Parsol H®, whose initial light transmission is equal to 0.74 and the factor g is equal to 0, 60.
  • the successive layers are deposited in the specific and successive compartments of the sputtering device, each compartment being specifically provided, according to the layer to be deposited, with an atmosphere and targets made of metallic Si. , in a nickel-chromium alloy of adjusted ratio or in ITO.
  • the silicon nitride layers (often noted S1 3 N 4 in the accompanying formulations for convenience, even if this stoichiometry is not necessarily complied with) are deposited in a first compartment of the device from a metal silicon target. doped with 8% by weight of aluminum, in a reactive atmosphere containing argon and nitrogen according to the processes and operating conditions well known in the art.
  • the layers S1 3 N 4 therefore contain a little aluminum.
  • the metallic NiCr layers are obtained by sputtering a NiCr alloy target (80 wt.% Ni and 20 wt.% Cr) with a plasma consisting exclusively of Argon, according to the processes and operating conditions well known in the art.
  • the ITO layers are obtained by sputtering a target (90% by weight of Indium oxide and 10% by weight of tin oxide) in an atmosphere containing mainly argon and a small part of oxygen, according to the process and operating conditions well known in the art.
  • the substrate with its stack was then subjected to heat treatment consisting of heating at 620 ° C for 8 minutes followed by quenching.
  • the factors T L and g are measured in order to determine their selectivity.
  • the emissivity at normal incidence ⁇ ⁇ is also measured on the inside face of the substrate covered with the stack of layers, according to the conditions described in ISO 10292 (1994), Appendix A.
  • Example 2 it was practiced identically to Example 1 in the same device and following the same processes and obtained a substantially identical stack, except that the NiCr layers were not deposited.
  • the stack is constituted by the following sequence of layers:
  • Example 2 it was practiced identically to Example 1 and obtained a substantially identical stack, except that the NiCr layers have a thickness of 1.6 nm.
  • the stack is constituted by the following sequence of layers:
  • Example 2 it was practiced identically to Example 1 and obtained a substantially identical stack, except that the NiCr layers have a thickness of 2.5 nm.
  • the stack is constituted by the following sequence of layers:
  • Example 2 it was practiced identically to Example 1 and obtained a substantially identical stack, except that the NiCr layers have a thickness of 4.0 nm.
  • the stack is constituted by the following sequence of layers:
  • Thickness (nm) 175 175 175 175 175 175 175 175 175 Ref.
  • the scratch resistance of the stacks according to Examples 1 to 5 is measured according to the EST technique (Erichsen Scratch Test). It is a question of postponing the value of the applied force necessary, in Newton, to realize a scratch in the stack during the realization of the test (tip of Van Laar, steel ball). The value chosen is the first value that led to a continuous scratch visible to the naked eye.
  • Example 2 The value reported in the following table 2 is therefore the force exerted (in newtons) having caused the appearance of continuous scratches.
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 The value reported in the following table 2 is therefore the force exerted (in newtons) having caused the appearance of continuous scratches.
  • Example 1 it was practiced identically to the example and obtained a substantially identical stack, except that the NiCr layers of Example 1 are replaced by metal titanium layers respectively 1.6 and 4.0 nm, obtained by sputtering targets this time in titanium, in an argon atmosphere.
  • the stack according to Example 6 consists of the following sequence of layers:
  • the stack according to Example 7 is constituted by the following sequence of layers:

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Description

VITRAGE DE CONTROLE SOLAIRE
L' invention se rapporte au domaine des substrats ou articles verriers, notamment du type vitrage de bâtiments ou automobiles, comprenant à leur surface des revêtements obtenus par l'empilement d'une succession de couches minces, leur conférant des propriétés de contrôle solaire, en particulier antisolaires. Par vitrage, on entend au sens de la présente invention tout produit verrier constitué par un ou plusieurs substrats verriers, en particulier les simples vitrages, les doubles vitrages, les triples vitrages etc. Par antisolaire, on entend au sens de la présente invention la faculté du vitrage de limiter sélectivement le flux énergétique incident, notamment du rayonnement Infrarouge (IR) issu du rayonnement solaire, le traversant depuis l'extérieur vers l'intérieur de l'habitation ou de l'habitacle, tout en conservant une transmission lumineuse suffisante, c'est-à-dire typiquement supérieure à 40, voire 50 ou même 55%. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à des vitrages munis d'empilements dont la couche fonctionnelle ou active, c'est-à-dire celle conférant audit empilement l'essentiel de telles propriétés, est constitué par un oxyde mixte d' étain et d' indium, souvent appelé ITO dans le domaine .
De tels vitrages munis d'empilements de couches minces agissent ainsi sur le rayonnement solaire et permettent une protection solaire et/ou une isolation thermique. Ces revêtements sont de façon classique déposés par des techniques de dépôt du type CVD pour les plus simples ou le plus souvent à l'heure actuelle par des techniques de dépôt par pulvérisation sous vide d'une cible, souvent appelé magnétron dans le domaine, notamment lorsque le revêtement est constitué d'un empilement plus complexe de couches successives .
Le plus souvent les empilements en couches minces ayant des propriétés de contrôle solaire comprennent une, voire plusieurs, couches actives. Par couche active on entend une couche agissant de manière sensible sur le flux de rayonnement solaire traversant ledit vitrage. Une telle couche active, de façon connue, peut fonctionner soit principalement en mode de réflexion du rayonnement Infrarouge, soit principalement en mode d'absorption du rayonnement Infrarouge.
Notamment, les empilements les plus performants commercialisés à l'heure actuelle incorporent au moins une couche métallique du type Argent fonctionnant essentiellement sur le mode de la réflexion du rayonnement IR. On qualifie le plus souvent ces empilements de bas émissifs (low-e en anglais) . Ces couches sont cependant très sensibles à l'humidité et sont donc exclusivement utilisées dans des doubles vitrages, en face 2 ou 3 de celui-ci pour être protégées de l'humidité. Les empilements selon l'invention ne comprennent pas de telles couches.
Les brevets et demandes de brevets US 5,800,933, EP 456487 A2 , EP 560534 Al et EP 622645 Al décrivent des empilements des couches intermédiaires de NiCr ou de Ni entourant une couche bas émissive d'argent. Selon ces publications, l'emploi de telles couches intermédiaires permet de résoudre les problèmes d'adhésion de la couche métallique Ag aux couches diélectriques disposées de part et d'autre de l'empilement, comme il est également indiqué dans la publication « Airca Coating Technology, Procceddings of the 2nd Coating Technilogy Symposium, March 12-14, 1990. » D'autres couches métalliques à fonction antisolaire ont également été décrites dans le domaine, comprenant des couches fonctionnelles du type Nb, Ta ou W ou des nitrures de ces métaux, tel que décrit par exemple dans la demande WO01/21540. Cependant, au sein de telles couches, le rayonnement solaire est cette fois absorbé mais de manière non sélective, c'est-à-dire que le rayonnement IR (en particulier celui dont la longueur d'onde est compris entre environ 780 nm et 2500 nm) et le rayonnement visible sont également absorbés de manière non sélective. De tels vitrages présentent ainsi des sélectivités, telles qu'illustrées par le ratio TL/g, inférieures à ou au mieux proche de 1.
Selon l'invention et conventionnellement , la sélectivité est égale au rapport facteur de Transmission Lumineuse/facteur solaire g, tels que déterminés selon la norme internationale ISO 9050 (2003) .
De manière connue et classique, dans le rapport précédent, le facteur de transmission lumineuse (souvent appelé transmission lumineuse TL) correspond au pourcentage du flux lumineux incident, c'est-à-dire dans le domaine de longueurs d'onde 380 à 780 nm, traversant le vitrage, selon l'illuminant D65 et selon les critères déterminés dans la norme internationale ISO 9050 (2003) .
De manière connue, dans le rapport précédent, le facteur solaire FS, souvent également appelé g, est égal au rapport de l'énergie traversant le vitrage (c'est-à-dire entrant dans le local) et de l'énergie solaire incidente. Plus particulièrement, il correspond à la somme du flux transmis directement à travers le vitrage et du flux absorbé par le vitrage (en y incluant les empilements de couches éventuellement présents à l'une de ses surfaces) puis réémis vers l'intérieur (le local) . Le facteur solaire est également déterminé selon les indications décrites dans la norme internationale ISO 9050 (2003) .
D'une manière générale, toutes les caractéristiques lumineuses présentées dans la présente description sont obtenues selon les principes et méthodes décrits dans la norme internationale ISO 9050 (2003) se rapportant à la détermination des caractéristiques lumineuses et solaires des vitrages utilisés dans le verre pour la construction.
La demande de brevet US 2009/0320824 décrit alternativement des empilements basés sur l'utilisation de couches d' indium dopé à l'étain (ITO) comme couche barrière aux infrarouges. Selon cette publication, l'apposition d'un couche en oxyde de silicium S1O2 ou en nitrure de silicium S13N4 au dessus de la couche ITO améliore sensiblement la durabilité de l'empilement lorsque celui-ci est soumis à des températures pouvant aller jusqu'à 500°C. De même, il est indiqué que l'insertion d'une couche en oxyde de silicium S1O2 ou en nitrure de silicium S13N4 en dessous de la couche ITO permet de prévenir la migration des alcalins depuis le substrat vers la couche d' ITO, et donc sa détérioration. L'utilisation de couches en oxyde de silicium, d'épaisseur au minimum égale, mais le plus souvent très supérieure à 100 nm comme il est indiqué dans cette publication, pose cependant un problème de rentabilité économique, en raison de la trop faible vitesse de dépôt de la couche S1O2 par la technique dite de pulvérisation cathodique magnétron. L'utilisation de couches en nitrure de silicium apparaît donc préférable d'un point de vue économique, sa vitesse de dépôt étant environ trois fois plus élevé que celle de l'oxyde de silicium. Comme il sera expliqué plus en détail par la suite, les travaux de la société déposante ont cependant montré que l'utilisation de telles couches nitrurées, notamment si le vitrage muni de l'empilement doit subir un traitement thermique à plus haute température, se traduit par l'apparition d'un flou sur le vitrage, qui le rend impropre notamment à une utilisation en tant que vitrage pour bâtiment. Egalement, il a été trouvé qu'un tel empilement présente des propriétés de résistance mécanique notoirement insuffisantes, notamment à la rayure, comme il sera décrit dans la suite de la présente description.
Le principal but de la présente invention est tout d'abord de fournir des vitrages comprenant un empilement de couches leur conférant des propriétés de contrôle solaire, et notamment de réflexion de l'Infrarouge du rayonnement solaire, mais présentant une sélectivité élevée, au sens précédemment décrit, c'est-à-dire un rapport TL/g supérieur à 1,1 ou même supérieur à 1,2, ledit empilement étant par ailleurs durable dans le temps sans précaution particulière.
Un autre but de la présente invention est de fournir des vitrages de contrôle solaire dont l'empilement de couches est capable, notamment après un traitement thermique tel qu'une trempe ou un bombage, de conserver des valeurs de TL suffisamment élevées pour une utilisation comme vitrage « clair », et en particulier une TL de l'ordre d'au moins 40%, notamment de l'ordre d'au moins 50% et dans l'idéal supérieure à 55%, sans dégradation notable des propriétés de réflexion de l'IR de l'empilement.
Ainsi, selon un autre aspect de la présente invention, un traitement thermique sur le vitrage est généralement nécessaire pour permettre l'amélioration des propriétés de réflexion du rayonnement IR de la face du vitrage équipée avec l'empilement de couche, tel que mesurées par l'émissivité normale εΝ décrite dans la norme ISO 10292 (1994), annexe A. De façon bien connue, par exemple décrite dans la publication de référence « Les techniques de l'ingénieur, Vitrage à isolation thermique renforcée, C3635 (2004)», cette propriété de réflexion est directement fonction de l'émissivité de la face du vitrage munie de l'empilement comprenant la couche réfléchissante dans l'IR. En particulier, de façon connue, les couches fonctionnelles selon l'invention, du type ITO (Indium Tin Oxide ou encore oxyde mixte d' Indium et d'étain), après leur dépôt par pulvérisation cathodique, doivent le plus souvent subir un traitement thermique à des températures de l'ordre de 620 °C pendant quelques minutes pour en améliorer la cristallinité et ainsi en réduire l'émissivité. L'invention propose ainsi des vitrages dont l'émissivité normale εΝ est minimale après un tel traitement thermique, en particulier inférieur à 20% et de préférence inférieure à 15%.
Bien entendu, selon une propriété essentielle à leur potentiel d'utilisation, les empilements de couches minces équipant les vitrages selon l'invention doivent également être suffisamment résistants mécaniquement, notamment s'ils doivent être positionnés sur une face externe du vitrage. Ils doivent en particulier être résistants aux rayures qui pourront être occasionnées par les différents moyens utilisés pour leur nettoyage.
Au final, un vitrage selon l'invention permet ainsi avantageusement de sélectionner le rayonnement le traversant, en favorisant la transmission des ondes lumineuses, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est comprise entre environ 380 et 780 nm, tout en réfléchissant sélectivement une partie plus importante des radiations infrarouges, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est supérieure à 780 nm, en particulier les Infrarouges proches, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est comprise entre environ 780nm et environ 1400 nm.
Selon l'invention, il est ainsi possible de maintenir une forte illumination de la pièce ou de l'habitacle protégé par le vitrage tout en minimisant la quantité de chaleur y entrant à cause du rayonnement solaire par temps ensoleillé, dont le caractère bas émissif permet en outre par temps froid de minimiser la perte de chaleur à travers le vitrage.
Selon un autre avantage de la présente invention, ils sont également bien moins sensible chimiquement, notamment à l'humidité et peuvent donc être positionné sur une face externe d'un vitrage multiple ou sur une des faces d'un vitrage simple, en particulier sa face 2 (c'est-à-dire celle tournée vers l'intérieur).
Plus précisément, la présente invention se rapporte à un vitrage de contrôle solaire comprenant un substrat verrier muni sur une de ses faces d'un empilement de couches à fonction antisolaire, dans lequel l'empilement comprend la succession des couches suivantes, à partir de la surface du substrat verrier :
- une couche inférieure de protection des couches supérieures contre la migration des ions alcalins issus du substrat verrier, d'épaisseur comprise entre
25 et 100 nm, de préférence entre 40 et 90 nm,
- une couche d'un oxyde mixte d' Indium et d' étain (ITO), d'épaisseur comprise entre 100 et 250 nm, de préférence entre 100 et 200 nm,
- une couche supérieure de protection de la couche ITO contre l'oxygène de l'air, notamment lors d'un traitement thermique tel qu'une trempe ou un recuit, la couche supérieure étant d'épaisseur comprise entre 25 et 100 nm, de préférence entre 40 et 90 nm,
- lesdites couches supérieure et inférieure sont constituées essentiellement par un matériau diélectrique choisi parmi un nitrure de silicium, un nitrure d'aluminium ou leur mélange, - des couches intermédiaires faites dans un métal comprenant du chrome, éventuellement partiellement ou entièrement oxydées et/ou nitrurées, sont disposées de part et d'autre et au contact de ladite couche d' ITO, l'épaisseur desdites couches intermédiaires étant comprise entre 0,5 et 3 nanomètres.
On entend par l'expression « éventuellement partiellement ou entièrement oxydées et/ou nitrurées » que les couches intermédiaires, classiquement déposées initialement sous la forme de couches entièrement métalliques par les techniques classiques de pulvérisation cathodique, peuvent ensuite potentiellement s'oxyder ou se nitrurer, partiellement ou totalement, sous l'effet des différents dépôts des couches ou encore des traitements thermiques effectués ultérieurement. Par exemple, une nitruration de la couche intermédiaire métallique est possible selon l'invention quand une couche nitrurée de l'empilement est déposée ultérieurement par pulvérisation réactive en présence d'azote, comme pour le cas du dépôt de la couche protectrice supérieure en nitrure de silicium. De même, sans sortir du cadre de l'invention, une oxydation ultérieure de la couche intermédiaire métallique est possible lors du dépôt magnétron de la couche d' ITO en présence d'oxygène ou encore lors d'un traitement thermique ultérieur, après dépôt de l'empilement complet comme il est indiqué précédemment.
Au sens de la présente invention on entend par oxyde d ' indium-étain (ou encore oxyde d'indium dopé à l'étain ou ITO pour l'appellation anglaise : Indium tin oxide) un oxyde mixte ou un mélange obtenu à partir des oxydes d ' indium ( 111 ) (In203) et d'étain (IV) (Sn02) , de préférence dans les proportions massiques comprises entre 70 et 95% pour le premier oxyde et 5 à 20% pour le second oxyde. Une proportion massique typique est d'environ 90 % massique d' In2Û3 pour environ 10 % massique de Sn02.
Selon des modes ayant donné de bonnes performances : L'épaisseur desdites couches intermédiaires est comprise entre 1 et 2,5 nanomètres.
Le métal comprend au moins 10% massique de Cr de préférence au moins 20% massique de Cr.
Le métal est un alliage de Nickel et de Chrome.
Le rapport massique Cr/Ni dans l'alliage est compris entre 10/90 et 40/60, notamment d'environ 20/80.
les couches de protection inférieure et supérieure sont constituées essentiellement par un nitrure de
Silicium, éventuellement dopé par un élément choisi parmi Al, Zr ou B.
l'empilement comprend en outre, au dessus de la couche supérieure, une couche en un oxyde diélectrique choisi parmi l'oxyde de silicium ou un oxyde de titane, l'épaisseur de la couche en oxyde diélectrique est comprise entre 1 et 15 nanomètres, de préférence encore entre 2 et 10 nanomètres.
A titre d'exemple, un vitrage de contrôle solaire préféré selon l'invention comprend un empilement constitué par la succession des couches suivantes, à partir de la surface du substrat verrier :
- une couche inférieure constituée essentiellement de nitrure de silicium et comprenant éventuellement de l'aluminium, d'épaisseur comprise entre 30 et 100 nm, de préférence entre 40 et 90 nm,
- une première couche intermédiaire d'un alliage de Nickel et de Chrome, éventuellement partiellement ou entièrement oxydée et/ou nitrurée, d'épaisseur comprise entre 0,5 et 3 nm, de préférence entre 1 et 2 , 5nm,
- une couche d' ITO d'épaisseur comprise entre 100 et 250 nm,
- une deuxième couche intermédiaire d'un alliage de
Nickel et de Chrome, éventuellement partiellement ou entièrement oxydée et/ou nitrurée, d'épaisseur comprise entre 0,5 et 3 nm, de préférence entre 1 et 2 , 5nm,
- une couche supérieure constituée essentiellement de nitrure de silicium et comprenant éventuellement de l'aluminium, d'épaisseur comprise entre 30 et 100 nm. De préférence, l'empilement précédent comprend en outre, au dessus de la couche supérieure, une couche en un oxyde diélectrique choisi parmi l'oxyde de silicium ou un oxyde de titane, d'épaisseur comprise entre 1 et 10 nm.
Les exemples qui suivent sont donnés à titre purement illustratifs et ne limitent sous aucun des aspects décrits la portée de la présente invention. A des fins de comparaison, tous les empilements des exemples qui suivent sont synthétisés sur des substrats verriers simples. Toutes les couches des empilements ont été déposées selon les techniques classiques de dépôts sous vide par pulvérisation magnétron.
Exemple 1 :
Dans cet exemple selon l'invention, on a déposé, selon les techniques classiques magnétrons, une succession de couches pour l'obtention d'un empilement constitué par la séquence de couches suivante :
Verre /Si3N4 /NiCr / ITO /NiCr /Si3N4
(56nm) (lnm) (175nm) (lnm) (70nm) L'empilement est déposé sur un substrat constitué par une feuille de verre commercialisée par la société Saint- Gobain Glass France sous la référence Parsol H®, dont la transmission lumineuse initiale est égale à 0,74 et le facteur g est égal à 0,60.
Plus précisément et conformément aux techniques habituelles dans le domaine, les couches successives sont déposées dans les compartiments spécifiques et successifs du dispositif de pulvérisation cathodique, chaque compartiment étant muni spécifiquement, suivant la couche à déposer, d'une atmosphère et de cibles en Si métallique, en un alliage Nickel-Chrome de ratio ajusté ou en ITO.
Les couches en nitrure de silicium (souvent notées S13N4 dans les formulations ci-jointes par commodité, même si cette stœchiométrie n'est pas forcément respectée) sont déposées dans un premier compartiment du dispositif à partir d'une cible de silicium métallique dopé avec 8% en masse d'aluminium, dans une atmosphère réactive contenant de l'argon et de l'azote selon les processus et conditions opératoires bien connus dans le domaine. Les couches en S13N4 contiennent donc un peu d'aluminium.
Les couches de NiCr métalliques sont obtenues par pulvérisation d'une cible en alliage NiCr (80% poids de Ni et 20% poids de Cr) par un plasma constitué exclusivement d'Argon, selon les processus et conditions opératoires bien connus dans le domaine.
Les couches en ITO sont obtenues par pulvérisation d'une cible (90% poids d'oxyde Indium et 10% poids d'oxyde d'étain) dans une atmosphère contenant essentiellement de l'argon et une faible part d'oxygène, selon les processus et conditions opératoires bien connus dans le domaine. Le substrat muni de son empilement a ensuite été soumis à un traitement thermique consistant en un chauffage à 620 °C pendant 8 minutes suivi d'une trempe.
Sur le vitrage selon l'invention, on mesure les facteurs TL et g afin d'en déterminer la sélectivité.
L'émissivité à incidence normale εΝ est également mesurée sur la face intérieure du substrat recouverte de l'empilement de couches, selon les conditions décrites dans la norme ISO 10292 (1994), annexe A.
Exemple 2 (comparatif) :
Selon cette réalisation, on a pratiqué de façon identique à l'exemple 1 dans le même dispositif et suivant les mêmes processus et obtenu un empilement sensiblement identique, à l'exception que les couches en NiCr n'ont pas été déposées. L'empilement est donc constitué par la séquence de couches suivante :
Verre /Si3N4 / ITO / Si3N4
(56nm) (175nm) (70nm) Sur ce vitrage, on a mesuré dans les mêmes conditions que précédemment les facteurs TL, g et εΝ.
Exemple 3 (selon l'invention) :
Dans cet exemple, on a pratiqué de façon identique à l'exemple 1 et obtenu un empilement sensiblement identique, à l'exception que les couches en NiCr présentent une épaisseur de 1,6 nm. L'empilement est donc constitué par la séquence de couches suivante :
Verre /Si3N4 /NiCr / ITO /NiCr /Si3N4
(56nm) (l,6nm) (175nm) (l,6nm) (70nm) Sur ce vitrage, on a mesuré dans les mêmes conditions que précédemment les facteurs TL, g et εΝ.
Exemple 4 (selon l'invention) :
Dans cet exemple, on a pratiqué de façon identique à l'exemple 1 et obtenu un empilement sensiblement identique, à l'exception que les couches en NiCr présentent une épaisseur de 2,5 nm. L'empilement est donc constitué par la séquence de couches suivante :
Verre /Si3N4 /NiCr / ITO /NiCr /Si3N4
(56nm) (2,5nm) (175nm) (2,5nm) (70nm)
Sur ce vitrage, on a mesuré dans les mêmes conditions que précédemment les facteurs TL, g et εΝ. Exemple 5 (comparatif) :
Dans cet exemple, on a pratiqué de façon identique à l'exemple 1 et obtenu un empilement sensiblement identique, à l'exception que les couches en NiCr présentent une épaisseur de 4,0 nm. L'empilement est donc constitué par la séquence de couches suivante:
Verre /Si3N4 /NiCr / ITO /NiCr /Si3N4
(56nm) (4,0nm) (175nm) (4,0nm) (70nm)
Sur ce vitrage, on a mesuré dans les mêmes conditions que précédemment les facteurs TL, g et εΝ.
Les caractéristiques des différents vitrages obtenus, sont reportées dans le tableau 1 qui suit : Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 Exemple 5
Couche réfl. IR ITO ITO ITO ITO ITO
Epaisseur (nm) 175 175 175 175 175 Couche réfl.
Couches NiCr oui non oui oui oui
Epaisseur (nm)
1 - 1,6 2,5 4,0 couches NiCr
TL (%) 55 63 49 46 34 g (%) 42 46 39 38 31
Sélectivité
1,31 1,37 1,25 1,21 1,10 (TL/g)
¾ (% ) 13 16 13 16 13
Très léger
Flou sur Flou sur
Aspect visuel transparent transparent flou sur
les bords les bords les bords
Tableau 1
La comparaison des données reportées dans le tableau 1 montre que l'empilement comparatif selon l'exemple 2 présente la meilleure sélectivité mais également un flou parfaitement visible sur les bords de l'échantillon, qui rend l'utilisation d'un tel vitrage impossible. Le dépôt d'une couche plus épaisse de NiCr selon l'exemple 4 se traduit en outre par diminution sensible de la sélectivité, due à une chute sensible de la transmission lumineuse.
Tests de résistance à la rayure :
On mesure la résistance à la rayure des empilements selon les exemples 1 à 5, selon la technique EST (Erichsen Scratch Test) . Il s'agit de reporter la valeur de la force appliquée nécessaire, en Newton, pour réaliser une rayure dans l'empilement lors de la réalisation du test (pointe de Van Laar, bille d'acier) . La valeur retenue est la première valeur ayant conduit à une rayure continue et visible à l'œil nu.
La valeur reportée dans le tableau 2 qui suit est donc la force exercée (en newtons) ayant entraînée l'apparition de rayures continues. Exemple 2 Exemple 3 Exemple 4 Exemple 5
Force exercée (N) 0,2 0,6 2,0 2,0
Tableau 2
Les données reportées dans le tableau 2 montrent que les empilements munis des couches NiCr présentent une résistance mécanique sensiblement améliorée par comparaison avec l'empilement selon l'exemple 2 dépourvu de telles couches .
Exemples 6 et 7 (comparatifs) :
Dans ces exemples, on a pratiqué de façon identique à l'exemple et obtenu un empilement sensiblement identique, à l'exception que les couches en NiCr de l'exemple 1 sont remplacées par des couches en titane métallique d'épaisseur respectivement 1,6 et 4,0 nm, obtenues par pulvérisation de cibles cette fois en titane, dans une atmosphère d'argon.
L'empilement selon l'exemple 6 est constitué par la séquence de couches suivante :
Verre /Si3N4 /Ti / ITO /Ti /Si3N4
(56nm) (l,6nm) (175nm) (l,6nm) (70nm)
L'empilement selon l'exemple 7 est constitué par la séquence de couches suivante :
Verre /Si3N4 /Ti / ITO /Ti /Si3N4
(56nm) (4,0nm) (175nm) (4,0nm) (70nm)
Sur ce vitrage, on a mesuré dans les mêmes conditions que précédemment les facteurs TL, g et εΝ et la résistance des revêtements aux rayures. Les résultats sont réunis dans le tableau 3 ci-dessous : Exemple 6 Exemple 7
Couche réfl. IR ITO ITO
Epaisseur (nm) 175 175
Couche réfl.
Couches Ti oui oui
Epaisseur (nm)
1,6 4,0
couches Ti
TL (%) 53 30
g (%) 40 29
Sélectivité
1, 32 1,05
(TL/g)
¾ (% ) 14 15
flou+points
Aspect visuel transparent
marrons
Force exercée
0,2 0,1
pour rayure (N)
Tableau 3
On voit clairement que contrairement aux couches en NiCr, les couches en Ti disposées de part et d'autre de la couche active réfléchissante d' ITO n'apportent cette fois aucun gain dans les performances de résistance à la rayure de l'empilement.

Claims

REVENDICATIONS
Vitrage de contrôle solaire comprenant un substrat verrier muni sur une de ses faces d'un empilement de couches à fonction antisolaire, dans lequel l'empilement comprend la succession des couches suivantes, à partir de la surface du substrat verrier :
- une couche inférieure de protection des couches supérieures contre la migration des ions alcalins issus du substrat verrier, d'épaisseur comprise entre 25 et 100 nm,
- une couche d'un oxyde mixte d' Indium et d'étain (ITO), d'épaisseur comprise entre 100 et 250 nm,
- une couche supérieure de protection de la couche ITO contre l'oxygène de l'air, notamment lors d'un traitement thermique tel qu'une trempe ou un recuit, la couche supérieure étant d'épaisseur comprise entre 25 et 100 nm,
ledit vitrage étant caractérisé en ce que :
- lesdites couches supérieure et inférieure sont constituées essentiellement par un matériau diélectrique choisi parmi un nitrure de silicium, un nitrure d'aluminium ou leur mélange,
- des couches intermédiaires faites dans un métal comprenant du chrome, éventuellement partiellement ou entièrement oxydées et/ou nitrurées, sont disposées de part et d' autre et au contact de ladite couche d' ITO, l'épaisseur desdites couches intermédiaires étant comprise entre 0,5 et 3 nanomètres.
2. Vitrage selon la revendication précédente, dans lequel l'épaisseur desdites couches intermédiaires est comprise entre 1 et 2,5 nanomètres.
Vitrage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le métal comprend au moins 10% massique de Cr .
Vitrage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le métal est un alliage de Nickel et de Chrome .
5. Vitrage selon la revendication précédente, dans lequel le rapport massique Cr/Ni dans l'alliage est compris entre 10/90 et 40/60.
Vitrage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les couches de protection inférieure et supérieure sont constituées essentiellement par un nitrure de Silicium, éventuellement dopé par un élément choisi parmi Al, Zr ou B.
Vitrage selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre, au dessus de la couche supérieure, une couche en un oxyde diélectrique choisi parmi l'oxyde de silicium ou un oxyde de titane.
Vitrage selon la revendication précédente, dans lequel l'épaisseur de la couche en oxyde diélectrique est comprise entre 1 et 15 nanomètres.
9. Vitrage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'empilement est constitué par la succession des couches suivantes, à partir de la surface du substrat verrier :
- une couche inférieure constituée essentiellement de nitrure de silicium et comprenant éventuellement de l'aluminium, d'épaisseur comprise entre 30 et 100 nm, de préférence entre 40 et 90 nm,
- une première couche intermédiaire d'un alliage de Nickel et de Chrome, éventuellement partiellement ou entièrement oxydée et/ou nitrurée, d'épaisseur comprise entre 0,5 et 3 nm, de préférence entre 1 et
2 , 5nm,
- une couche d' ITO d'épaisseur comprise entre 100 et 250 nm,
- une deuxième couche intermédiaire d'un alliage de Nickel et de Chrome, éventuellement partiellement ou entièrement oxydée et/ou nitrurée, d'épaisseur comprise entre 0,5 et 3 nm, de préférence entre 1 et 2 , 5nm,
- une couche supérieure constituée essentiellement de nitrure de silicium et comprenant éventuellement de l'aluminium, d'épaisseur comprise entre 30 et 100 nm.
Vitrage selon la revendication précédente, comprenant en outre, au dessus de la couche supérieure, une couche en un oxyde diélectrique choisi parmi l'oxyde de silicium ou un oxyde de titane, d'épaisseur comprise entre 1 et 10 nm.
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