Изделия, включающие противоконденсатные и/или низкоэмиссионные покрытия, и/или способы их изготовления
Изобретение относится к изделиям с противоконденсатным покрытием. Технический результат – повышение прочности покрытия и предотвращение образования конденсата. Изолирующий стеклопакет содержит первую и вторую стеклянные пластины. На первую поверхность первой стеклянной пластины наносят множество слоев. Множество слоев включают в порядке, следуя от первой стеклянной пластины: слой оксинитрида кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1; слой, включающий ITO, имеющий показатель преломления 1,7-2,1; слой оксинитрида кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1. Термообрабатывают первую стеклянную пластину с множеством слоев лазерным отжигом. Вторая стеклянная пластина расположена параллельно первой и на некотором расстоянии от нее. Первая основная поверхность первой стеклянной пластины в собранном состоянии обращена в сторону, противоположную второй стеклянной пластине. Первая стеклянная пластина с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной пластины после термической обработки имеет коэффициент полусферического излучения, меньший или равный около 0,20, и поверхностное сопротивление слоя, меньшее или равное около 20 Ом/квадрат. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил., 7 табл.
Эта заявка является частичным продолжением (CIP) заявок на патент США № 12/923082, поданной 31 августа 2010 г., и № 12/662894, последняя из которых является частичным продолжением заявки 12/659196, поданной 26 февраля 2010 г., содержание каждой из которых включено настоящим в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения относятся к изделиям, включающим противоконденсатные и/или низкоэмиссионные (low-E) покрытия, и/или способам их изготовления. Более конкретно некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения относятся к изделиям, включающим противоконденсатные и/или низкоэмиссионные покрытия, которые открыты для воздействия внешней окружающей среды, и/или способам их изготовления. В некоторых типичных вариантах осуществления противоконденсатные и/или низкоэмиссионные покрытия могут сохранять свои свойства в условиях внешней окружающей среды и также могут обладать низкой полусферической излучательной способностью, так что стеклянная поверхность более пригодна для удержания тепла, поступающего из внутреннего пространства, посредством чего конденсация на ней уменьшается (и иногда полностью устраняется). Изделия в некоторых типичных вариантах осуществления могут, например, быть застекленными крышами, окнами транспортных средств или ветровыми стеклами, стеклопакетами с изоляционными стеклами (IG), вакуумными стеклопакетами с изоляционными стеклами (VIG), дверцами холодильников/морозильных камер и/или т.п.
Предшествующий уровень техники и сущность типичных вариантов осуществления изобретения
Как известно, влага конденсируется на застекленных крышах, дверцах холодильников/морозильных камер, окнах транспортных средств и других стеклянных изделиях. Конденсат, осажденный на застекленных крышах, снижает эстетическую привлекательность стекла. Сходным образом конденсат, осажденный на дверцах холодильников/морозильных камер в супермаркетах или т.п., иногда затрудняет для покупателей выявление быстрым и простым образом продуктов, которые они ищут. А конденсат, осажденный на автомобилях, часто вызывает раздражение утром, когда водитель часто должен счищать иней или лед или приводить в действие стеклообогреватель и/или стеклоочистители ветрового стекла транспортного средства, чтобы сделать более безопасной езду. Влага и дымка на ветровом стекле часто вызывают подобное раздражение, хотя они могут также потенциально представлять более значительную угрозу безопасности, когда водитель пересекает холмистую местность, когда происходит резкое снижение температуры и т.д.
Различные противоконденсатные изделия, направленные на эти и/или другие проблемы, были разработаны на протяжении ряда лет для широкого диапазона применений. См., например, патенты США №№ 6818309, 6606833, 6144017, 6052965 и 4910088, все содержание каждого из которых включено настоящим в данный документ посредством ссылки. Как указано выше, некоторые подходы используют активные нагревательные элементы, чтобы уменьшить осаждение конденсата, например, как в стеклообогревателях транспортных средств, активно обогреваемых дверцах холодильников/морозильных камер и т.д. Эти активные решения, к сожалению, требуют времени на выполнение в ситуациях с транспортными средствами и соответственно решают проблему, когда она уже возникла. В случае дверец холодильников/морозильных камер такие активные решения могут быть дорогостоящими и/или энергетически неэффективными.
Некоторые попытки были сделаны, чтобы объединить тонкопленочное противоконденсатное покрытие с окном. Эти попытки в основном включали пиролитическое осаждение покрытия толщиной 4000-6000 ангстрем из оксида олова, легированного фтором, (FTO) на наружную поверхность (например, поверхность 1) окна, такого как, например, застекленная крыша. Хотя методы пиролитического осаждения известны как предоставляющие «твердые покрытия», оксид олова, легированного фтором, (FTO), к сожалению, довольно легко царапается, изменяет цвет с течением времени и имеет другие недостатки.
Таким образом, очевидно, что в данной области имеется потребность в изделиях, включающих улучшенные тонкопленочные противоконденсатные и/или низкоэмиссионные покрытия, и/или способах их изготовления.
Один аспект в некоторых типичных вариантах осуществления относится к противоконденсатным и/или низкоэмиссионным покрытиям, которые применимы для нахождения под воздействием внешней окружающей среды, и/или способам их изготовления. Внешняя окружающая среда в конкретных примерах может являться средой с наружной стороны и/или внутри транспортного средства или здания (в противоположность, например, более защищенной области между соседними подложками).
Другой аспект в некоторых типичных вариантах осуществления относится к противоконденсатным и/или низкоэмиссионным покрытиям, которые имеют низкое удельное поверхностное сопротивление и низкую полусферическую излучательную способность, так что стеклянная поверхность более пригодна для сохранения тепла, поступающего из внутреннего пространства, посредством чего уменьшается (и иногда полностью устраняется) наличие на ней конденсата.
Еще один аспект в некоторых типичных вариантах осуществления относится к покрытым изделиям, имеющим противоконденсатное и/или низкоэмиссионное покрытие, сформированное на внешней поверхности, и одно или несколько низкоэмиссионных покрытий, сформированных на одной или нескольких соответствующих внутренних поверхностях изделия. В некоторых типичных вариантах осуществления противоконденсатное покрытие может быть термически закалено (например, при температуре по меньшей мере 580°C в течение по меньшей мере примерно 2 минут, более предпочтительно по меньшей мере примерно 5 минут) или отожжено (например, при температуре ниже той, что требуется для закалки).
Изделия в некоторых типичных вариантах осуществления могут, например, быть застекленными крышами, окнами транспортных средств или ветровыми стеклами, стеклопакетами с изоляционными стеклами (IG), вакуумными стеклопакетами с изоляционными стеклами (VIG), дверцами холодильников/морозильных камер и/или т.п.
Некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения, относящиеся к застекленной крыше, содержат: первую и вторую по существу параллельные, отделенные одна от другой стеклянные подложки; множество прокладок, расположенных таким образом, чтобы поддерживать первую и вторую подложки в по существу параллельном, отделенном одна от другой положении; краевое уплотнение, уплотняющее совместно первую и вторую подложки; и противоконденсатное покрытие, предусмотренное на наружной поверхности первой подложки, открытой во внешнюю по отношению к застекленной крыше окружающую среду, противоконденсатное покрытие содержит следующие слои, начиная от первой подложки: слой, содержащий нитрид кремния и/или оксинитрид кремния, слой, содержащий прозрачный электропроводный оксид (TCO), слой, содержащий нитрид кремния, и слой, содержащий по меньшей мере один материал из оксида циркония, нитрида циркония, оксида алюминия и нитрида алюминия, при этом противоконденсатное покрытие имеет полусферическую излучательную способность менее чем 0,23 и удельное поверхностное сопротивление менее чем 30 Ом/квадрат. Слой прозрачного электропроводного оксида (TCO) может, в некоторых типичных вариантах осуществления данного изобретения, являться или включать оксид индия-олова (ITO) или т.п.
Некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения относятся к застекленной крыше. При этом предусматриваются первая и вторая, по существу параллельные, отделенные одна от другой стеклянные подложки. Множество прокладок расположено, чтобы способствовать поддержанию первой и второй подложек в по существу параллельном, отделенном одна от другой положении. Краевое уплотнение способствует взаимному уплотнению первой и второй подложки. Противоконденсатное покрытие предоставлено на наружной поверхности первой подложки, открытой во внешнюю по отношению к застекленной крыше окружающую среду. Противоконденсатное покрытие содержит следующие тонкопленочные слои, осажденные в указанном ниже порядке, начиная от первой подложки: кремнийсодержащий барьерный слой, первый кремнийсодержащий контактный слой, слой, содержащий прозрачный электропроводный оксид (TCO), второй кремнийсодержащий контактный слой и слой оксида циркония. Противоконденсатное покрытие имеет полусферическую излучательную способность менее чем 0,23 и удельное поверхностное сопротивление менее чем 30 Ом/квадрат.
Некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения относятся к покрытому изделию, содержащему: покрытие, поддерживаемое подложкой, при этом покрытие является противоконденсатным покрытием, содержащим следующие слои, начиная от первой подложки: слой, содержащий нитрид кремния и/или оксинитрид кремния, слой, содержащий прозрачный электропроводный оксид (TCO), слой, содержащий нитрид кремния, и слой, содержащий один или несколько материалов из оксида циркония, нитрида циркония, оксида алюминия и нитрида алюминия, при этом противоконденсатное покрытие расположено на наружной поверхности подложки, так что противоконденсатное покрытие подвергается воздействию внешней окружающей среды, и противоконденсатное покрытие имеет полусферическую излучательную способность менее чем 0,23 и удельное поверхностное сопротивление менее чем 30 Ом/квадрат.
Некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения относятся к покрытому изделию, содержащему покрытие, поддерживаемое подложкой. Покрытие является противоконденсатным покрытием, содержащим следующие тонкопленочные слои, осажденные в указанном ниже порядке, начиная от первой подложки: кремнийсодержащий барьерный слой, первый кремнийсодержащий контактный слой, слой, содержащий прозрачный электропроводный оксид (TCO), второй кремнийсодержащий контактный слой и слой оксида циркония. Противоконденсатное покрытие расположено на наружной поверхности подложки, так что противоконденсатное покрытие подвергается воздействию внешней окружающей среды. Противоконденсатное покрытие имеет полусферическую излучательную способность менее чем 0,23 и удельное поверхностное сопротивление менее чем 30 Ом/квадрат.
В соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления внешняя окружающая среда является средой внутри здания или транспортного средства. В соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления внешняя окружающая среда является окружающей средой с наружной стороны. В соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления низкоэмиссионное покрытие предоставляется на подложке, противоположной противоконденсатному покрытию.
В некоторых типичных вариантах осуществления покрытое изделие может быть встроено в застекленную крышу, окно, окно с изоляционным стеклопакетом (IG), окно с вакуумным стеклопакетом с изоляционным стеклом (VIG), дверцу холодильника/морозильной камеры и/или окно или ветровое стекло транспортного средства. Противоконденсатное покрытие может быть предоставлено, например, на одной поверхности и/или четырех поверхностях стеклопакета с изоляционным стеклом (IG) или вакуумного стеклопакета с изоляционным стеклом (VIG).
В некоторых типичных вариантах осуществления предоставляется способ изготовления изоляционного стеклопакета (IGU). Предоставляется первая стеклянная подложка. Несколько слоев осаждается, непосредственным или косвенным образом, на первую основную поверхность первой стеклянной подложки, данные несколько слоев включают в следующем порядке, начиная от первой стеклянной подложки: первый слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1, слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеющий показатель преломления 1,7-2,1, и второй слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1. Первая стеклянная подложка термообрабатывается вместе с осажденными на ней несколькими слоями. Вторая стеклянная подложка располагается по существу параллельно первой стеклянной подложке при их разделении одной от другой, так что первая основная поверхность первой стеклянной подложки обращена в сторону, противоположную второй стеклянной подложке. Первая и вторая стеклянные подложки совместно уплотнены.
В соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления первый и второй слои, содержащие оксинитрид кремния, имеют показатели преломления 1,7-1,8, и/или слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеет показатель преломления 1,8-1,93.
В соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления указанная термообработка включает лазерный отжиг, воздействие ближнего ИК-коротковолнового ИК (NIR-SWIR) излучения и/или нагревание в печи.
В некоторых типичных вариантах осуществления предоставляется способ изготовления изоляционного стеклопакета (IGU). Предоставляется первая стеклянная подложка. Несколько слоев осаждается, непосредственным или косвенным образом, на первую основную поверхность первой стеклянной подложки, при этом данные несколько слоев включают в следующем порядке, начиная от первой стеклянной подложки: первый слой, содержащий оксинитрид кремния, слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), и второй слой, содержащий оксинитрид кремния. Первая стеклянная подложка термообрабатывается вместе с осажденными на ней несколькими слоями. Вторая стеклянная подложка располагается по существу параллельно первой стеклянной подложке при их разделении одной от другой, так что первая основная поверхность первой стеклянной подложки обращена в сторону, противоположную второй стеклянной подложке. Первая подложка с несколькими слоями на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,20 и удельное поверхностное сопротивление менее чем или равное примерно 20 Ом/квадрат после указанной термообработки.
В некоторых типичных вариантах осуществления предоставляется изоляционный стеклопакет (IGU). Изоляционный стеклопакет (IGU) включает первую стеклянную подложку. Несколько слоев осаждается распылением, непосредственным или косвенным образом, на первую основную поверхность первой стеклянной подложки, данные несколько слоев включают в следующем порядке, начиная от первой стеклянной подложки: первый слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1, слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеющий показатель преломления 1,7-2,1, и второй слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1. Вторая стеклянная подложка располагается по существу параллельно первой стеклянной подложке при их разделении одной от другой, и в собранном состоянии первая основная поверхность первой стеклянной подложки обращена в сторону, противоположную второй стеклянной подложке, в собранном состоянии. Краевое уплотнение совместно уплотняет первую и вторую стеклянные подложки. Первая стеклянная подложка термообрабатывается вместе с осажденными на нее несколькими слоями. Первая подложка с несколькими слоями на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,20 и удельное поверхностное сопротивление менее чем или равное примерно 20 Ом/квадрат после указанной термообработки.
Отличительные признаки, аспекты, преимущества и типичные варианты осуществления, описанные в данном документе, могут быть объединены, чтобы реализовать дополнительные варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
Эти и другие отличительные признаки и преимущества могут быть лучше и более полно поняты посредством ссылок на приведенное ниже подробное описание типичных иллюстративных вариантов осуществления совместно с чертежами, на которых:
фиг.1 представляет собой покрытое изделие, включающее противоконденсатное покрытие в соответствии с типичным вариантом осуществления.
Фиг.2 представляет собой изоляционный стеклопакет, включающий противоконденсатное покрытие (например, согласно любому варианту осуществления данного изобретения, такому как варианты осуществления, показанные на фиг.1 и/или фиг.6), размещенное на наружной поверхности, открытой во внешнюю атмосферу, в соответствии с типичным вариантом осуществления.
Фиг.3 представляет собой изоляционный стеклопакет, включающий противоконденсатное покрытие (например, согласно любому варианту осуществления данного изобретения, такому как варианты осуществления, показанные на фиг.1 и/или фиг.6), размещенное на внутренней поверхности, открытой во внутреннюю окружающую среду, в соответствии с типичным вариантом осуществления.
Фиг.4 представляет собой изоляционный стеклопакет, включающий противоконденсатные покрытия (например, согласно любому варианту осуществления данного изобретения, такому как варианты осуществления, показанные на фиг.1 и/или фиг.6), размещенные на наружной и внутренней поверхностях изоляционного стеклопакета, в соответствии с типичным вариантом осуществления.
Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий эксплуатационные качества типичного варианта осуществления современного противоконденсатного изделия и стеклянной подложки без покрытия при изменении температуры, влажности и точки росы на протяжении периода времени 18 часов.
Фиг.6 представляет собой покрытое изделие, включающее противоконденсатное покрытие в соответствии с типичным вариантом осуществления данного изобретения.
Фиг.7 представляет собой покрытое изделие, включающее противоконденсатное покрытие в соответствии с типичным вариантом осуществления; и
фиг.8 представляет собой схематический вид системы, включающей ИК нагреватель, в соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления.
Подробное описание типичных вариантов осуществления данного изобретения
Теперь будут приведены более конкретные ссылки на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые цифровые обозначения указывают на одни и те же части на разных изображениях.
Некоторые типичные варианты осуществления данного изобретения относятся к тонкопленочным противоконденсатным покрытиям, которые открыты в окружающую среду. Такие покрытия имеют низкую полусферическую излучательную способность в некоторых типичных вариантах осуществления, что способствует тому, что стеклянная поверхность удерживает тепло, поступающее с внутренней стороны. Например, в застекленной крыше и/или других типичных видах применения окон для зданий стеклянная поверхность удерживает больше тепла из внутреннего пространства здания. В типичных видах применения для транспортных средств ветровое стекло удерживает больше тепла, поступающего из внутреннего пространства транспортного средства. Это помогает уменьшить (и иногда даже предотвратить) первоначальное образование конденсата. Как указано выше, такие противоконденсатные покрытия могут быть предоставлены на поверхности (или нескольких поверхностях), открытых в окружающую среду в некоторых примерах. Как таковые, противоконденсатные покрытия в некоторых типичных вариантах осуществления могут быть устойчивыми, с тем чтобы быть в состоянии выдерживать такие условия.
На фиг.1 показано покрытое изделие, включающее противоконденсатное покрытие в соответствии с типичным вариантом осуществления. Типичный вариант осуществления фиг.1 включает стеклянную подложку 1, поддерживающую многослойное тонкопленочное противоконденсатное покрытие 3. Противоконденсатное покрытие 3 имеет низкую полусферическую излучательную способность. В некоторых типичных вариантах осуществления полусферическая излучательная способность составляет менее чем 0,25, более предпочтительно менее чем 0,23, еще более предпочтительно менее чем 0,2 и иногда даже менее чем 1,0-1,5. Это достигается предоставлением тонкого слоя прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5, так что достигается достаточно низкое удельное поверхностное сопротивление. В примере, показанном на фиг.1, слой прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5 является слоем оксида индия-олова (ITO). Удельного поверхностного сопротивления 10-30 Ом/квадрат обычно достаточно, чтобы достигнуть желательных величин полусферической излучательной способности. Некоторые типичные варианты осуществления, описанные в данном документе, обеспечивают удельное поверхностное сопротивление 13-27 Ом/квадрат, при этом пример, представленный ниже, обеспечивает удельное поверхностное сопротивление 17 Ом/квадрат. В некоторых примерах возможно выбирать слой прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5 таким образом, что удельное поверхностное сопротивление уменьшается до такой низкой величины как примерно 5 Ом/квадрат, хотя такая низкая величина не требуется во всех вариантах осуществления данного изобретения. Фиг.6 иллюстрирует покрытое изделие, включающее подобные слои, за исключением того, что в варианте осуществления на фиг.6 слои 11 и 13 не присутствуют. В варианте осуществления на фиг.6 слой 9b, включающий оксинитрид кремния, может быть как кремнийсодержащим барьерным слоем, так и нижним контактным слоем, и быть изготовлен как состоящий из комбинации слоев 9b и 11 варианта осуществления на фиг.1. В вариантах осуществления на фиг.1 и фиг.6 внешний слой 7 может являться оксидом циркония, оксидом алюминия, нитридом алюминия и/или оксинитридом алюминия или включать их в типичных вариантах осуществления данного изобретения. Слои 9a, 9b и 11, состоящие из нитрида кремния и/или оксинитрида кремния или включающие их, могут быть легированы алюминием (например, от примерно 0,5 до 5% Al) в некоторых типичных вариантах осуществления, как это известно в данной области, так что мишень может быть электропроводной во время напыления слоя.
При обращении к фиг.1 и 6 слой прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5 защищен от воздействия окружающей среды слоем 7 оксида циркония. Кремнийсодержащий барьерный слой 11 может быть предоставлен между слоем прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5 и подложкой 1, также способствуя защите слоя прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5, например, от миграции натрия. В примере на фиг.1 кремнийсодержащий барьерный слой 11 является нитридом кремния, и барьерный слой 11 из нитрида кремния расположен рядом со слоем оксида титана 13. Барьерный слой 11 из нитрида кремния и слой оксида титана 13 способствуют оптическим качествам изделия в целом. Понятно, что пакетная система нижний/верхний/нижний слой также может быть использована, чтобы улучшить оптические качества конечного продукта в некоторых примерах. В некоторых типичных вариантах осуществления барьерный слой 11 из нитрида кремния может быть окислен, так что он является слоем оксинитрида кремния. Другими словами, слой 11 может являться оксинитридом кремния или включать его, например, в некоторых типичных вариантах осуществления. В некоторых типичных вариантах осуществления барьерный слой, содержащий нитрид кремния (например, Si3N4 или другой подходящей стехиометрии), может заменять кремнийсодержащий барьерный слой 11 и слой оксида титана 13 в примере на фиг.1.
Между дополнительными слоями 9a и 9b, включающими кремний, может быть размещен слой прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5. Как показано в примере на фиг.1, верхний слой 9a, включающий кремний, представляет собой слой нитрида кремния, в то время как нижний слой 9b, включающий кремний, представляет собой слой оксинитрида кремния. Следует принимать во внимание, что любая подходящая комбинация кремния с кислородом и/или азотом может быть использована в разных вариантах осуществления данного изобретения.
Представленная ниже таблица предоставляет типичные физические толщины и интервалы толщины для типичного варианта осуществления в соответствии с фиг.1:
| Типичный интервал толщины (нм) | Типичная толщина (нм) | |
| ZrOx(7) | 2-15 | 7 |
| SiNx (9a) | 10-50 | 30 |
| ITO (5) | 75-175 | 130 |
| SiOxNy (9b) | 10-50 | 35 |
| TiOx (13) | 2-10 | 3,5 |
| SiNx (11) | 10-20 | 13 |
Толщины слоев 9b, 5, 9a и 7 для варианта осуществления на фиг.6 являются сходными, и вышеприведенная таблица также применима к этим слоям. Однако в варианте осуществления на фиг.6 слой 9b на базе нитрида кремния и/или оксинитрида кремния может быть толще, например от примерно 10 до 200 нм толщиной, более предпочтительно от примерно 10 до 100 нм толщиной. Как указано выше, другие прозрачные электропроводные оксиды (TCO) могут быть использованы вместо или в дополнение к оксиду индия-олова (ITO). Например, некоторые типичные варианты осуществления могут включать многослойный пакет оксид индия-олова (ITO)/Ag/оксид индия-олова (ITO). Некоторые типичные варианты осуществления могут включать оксид цинка, оксид цинка, легированный алюминием (AZO), оксид алюминия p-типа, легированный или нелегированный Ag, оксид олова, легированный фтором (FTO) и/или т.п. Когда Ag включен в пакетную систему слоев в качестве прозрачного электропроводного оксида (TCO), слои, содержащие Ni и/или Cr, могут быть предоставлены как непосредственно прилегающие к (контактирующие с) Ag. В некоторых типичных вариантах осуществления каждый слой пакетной системы слоев может быть осажден напылением. В некоторых типичных вариантах осуществления один или несколько слоев могут быть осаждены при применении другого метода. Например, когда оксид олова, легированный фтором, (FTO) включен в качестве слоя прозрачного электропроводного оксида (TCO) 5, он может быть осажден пиролитически (например, при применении осаждения со сжиганием прекурсоров в открытой атмосфере (CCVD) или химического парофазного осаждения CVD).
В некоторых типичных вариантах осуществления слой алмазоподобного углерода (DLC) может быть предоставлен непосредственно поверх оксида циркония при контактировании с ним. Это может способствовать формированию более устойчивого к окружающей среде гидрофильного покрытия в некоторых примерах. Гидрофильные покрытия обычно вызывают краевой угол менее чем или равный 10 градусам. Оксид циркония, осажденный напылением, склонен иметь краевой угол менее чем примерно 20 градусов. Однако формирование слоя алмазоподобного углерода (DLC), в дополнение к слою алмазоподобного углерода (DLC), в дополнение к слою оксида циркония способствует его смачиваемости и создает более твердый слой. В закаленном состоянии, например, пакет слоев оксида циркония и алмазоподобного углерода (DLC) достигает краевого угла менее чем или равного примерно 15 градусов. Соответственно может быть получено устойчивое к окружающей среде гидрофильное покрытие. Следует заметить, что этот слой может быть сформирован посредством предоставления слоя нитрида циркония с последующим наслаиванием алмазоподобного углерода (DLC), который после закалки будет создавать слой оксида циркония, за которым следует слой алмазоподобного углерода (DLC). См., например, заявку США № 12/320664, которая описывает термообрабатываемое покрытое изделие, включающее алмазоподобный углерод (DLC) и/или цирконий в составе покрытия. Содержание этой заявки во всей его полноте включено настоящим в данный документ посредством ссылки.
В дополнение к этому или в качестве альтернативы в некоторых типичных вариантах осуществления тонкое гидрофильное и/или фотокаталитическое покрытие может быть предоставлено поверх оксида циркония. Такой слой может содержать TiO2 в виде анатаза, BiO, BiZr, BiSn, SnO и/или любой другой подходящий материал. Такой слой также может способствовать смачиваемости и/или предоставлять изделию способность к самоочистке.
В некоторых типичных вариантах осуществления защитный слой 7 из оксида циркония может быть заменен оксидом алюминия и/или оксинитридом алюминия. Кроме того, в некоторых типичных вариантах осуществления слой 7 может быть первоначально осажден в многослойной форме таким образом, чтобы включать первый слой, состоящий из нитрида циркония или включающий его, непосредственно на слое 9a, включающем нитрид кремния, и второй слой, состоящий из алмазоподобного углерода (DLC) или включающий его. Затем, если желательна термообработка (например, термическая закалка, проводимая при температуре(ах) по меньшей мере примерно 580°C), то покрытое изделие термообрабатывается, и вышележащий слой, включающий алмазоподобный углерод (DLC), сгорает во время термообработки, и слой, включающий нитрид циркония, преобразуется в оксид циркония, в результате чего получают термообработанное покрытое изделие, имеющее термообработанный пакет слоев, в котором слой 7 состоит из оксида циркония или включает его (например, см. фиг.1 и 6).
Хотя это не показано в примерах на фиг.1 или фиг.6, низкоэмиссионное покрытие на основе серебра может быть сформировано на стеклянной подложке со стороны, противоположной противоконденсатному покрытию 3. Например, низкоэмиссионное покрытие на основе серебра может быть любым из низкоэмиссионных покрытий, описанных в заявках №№ 12/385234, 12/385802, 12/461792, 12/591611 и 12/654594, все содержание которых включено настоящим в данный документ посредством ссылки. Само собой разумеется, другие низкоэмиссионные покрытия, коммерчески доступные от правообладателя данного изобретения, и/или другие низкоэмиссионные покрытия также могут быть использованы для различных вариантов осуществления этого изобретения. Если покрытое изделие закаливается, то это может быть выполнено с помощью закалочной печи в положении, в котором лицевая сторона обращена вниз. Другими словами, когда покрытое изделие закаливается, противоконденсатное покрытие может быть обращено к валкам.
В некоторых типичных вариантах осуществления коэффициент пропускания видимого света может быть высоким, несмотря на то, что нанесено противоконденсатное покрытие. Например, в некоторых типичных вариантах осуществления коэффициент пропускания видимого света предпочтительно будет составлять по меньшей мере примерно 50%, более предпочтительно по меньшей мере примерно 60%, еще более предпочтительно по меньшей мере примерно 65%. В некоторых типичных вариантах осуществления коэффициент пропускания видимого света может составлять 70%, 80% или даже выше.
Покрытое изделие, показанное на фиг.1 или фиг.6, может быть включено в стеклопакет с изоляционным стеклом (IG). Например, на фиг.2 представлен изоляционный стеклопакет, включающий противоконденсатное покрытие, размещенное на наружной поверхности, открытой во внешнюю атмосферу, в соответствии с типичным вариантом осуществления. Такой стеклопакет с изоляционным стеклом (IG) в примере на фиг.2 включает первую и вторую по существу параллельные и отделенные одна от другой стеклянные подложки 1 и 21. Эти подложки образуют пространство или зазор 22 между ними. Первая и вторая подложки 1 и 21 герметизированы посредством краевого уплотнения 23, и множество стоек 25 содействуют поддержанию расстояния между первой и второй подложками 1 и 21. Первая подложка 1 поддерживает противоконденсатное покрытие 3. Как это понятно из типичного варианта осуществления на фиг.2, противоконденсатное покрытие 3 открыто во внешнюю окружающую среду. Это является отклонением от установившейся практики, в которой низкоэмиссионные покрытия обычно защищены от внешней окружающей среды. Компоновка фиг.2 становится возможной по причине долговечности противоконденсатного покрытия 3.
Хотя это не показано на фиг.2, подобно описанному выше, низкоэмиссионное покрытие (например, низкоэмиссионное покрытие на базе серебра) может быть предоставлено на внутренней поверхности одной из первой и второй подложек 1 и 21. Другими словами, хотя это не показано на фиг.2, низкоэмиссионное покрытие может быть предоставлено на поверхности 2 или поверхности 3 стеклопакета с изоляционным стеклом (IG), показанного на фиг.2.
Когда типичный вариант осуществления на фиг.2 предоставляется в случае применения для застекленной крыши, например, внешняя подложка 1 может быть закалена, а внутренняя подложка 21 может быть ламинирована, например, в целях безопасности. Это может также относиться к другим стеклопакетам с изоляционным стеклом (IG) в зависимости от вида их применения. В дополнение к этому следует принимать во внимание, что структура стеклопакета с изоляционным стеклом (IG), показанная в примере на фиг.2, может быть использована для в основном вертикальных и в основном горизонтальных видов применения. Другими словами, структура стеклопакета с изоляционным стеклом (IG), показанная в примере на фиг.2, может быть использована в дверцах холодильников/морозильных камер, которые являются либо в основном вертикальными, либо в основном горизонтальными.
В некоторых типичных вариантах осуществления пространство или зазор 22 между первой и второй подложками 1 и 21 может быть вакуумировано и/или заполнено инертным газом (таким как, например, аргон), и краевое уплотнение 23 может обеспечивать герметичное уплотнение, например, при формировании вакуумного стеклопакета с изоляционным стеклом (VIG).
Фиг.2 показывает стеклопакет с изоляционным стеклом (IG), имеющий две стеклянные подложки. Однако типичные противоконденсатные покрытия, описанные в данном документе, могут быть использованы в изделиях, которые содержат первую, вторую и третью по существу параллельные и отделенные одна от другой стеклянные подложки (также иногда называемые изделиями с тройным остеклением). Противоконденсатное покрытие может быть размещено на поверхности 1 (наружной поверхности, открытой в окружающую среду), а низкоэмиссионные покрытия могут быть размещены на одной или нескольких внутренних поверхностях (поверхностях, иных чем поверхность 1 и поверхность 6). Например, противоконденсатное покрытие может быть размещено на поверхности 1, а низкоэмиссионные покрытия могут быть размещены на поверхностях 2 и 5, 3 и 5 и т.д. в различных вариантах осуществления данного изобретения. Такими изделиями с тройным остеклением могут быть стеклопакеты с изоляционным стеклом (IG), содержащие три стекла, тройные вакуумные стеклопакеты с изоляционным стеклом (VIG), содержащие три стекла или подложки, и т.п. в различных вариантах осуществления данного изобретения.
Как указано выше, некоторые типичные варианты осуществления могут быть использованы для ветровых стекол транспортных средств, окон, зеркал и/или т.п. Полусферическая излучательная способность наружных стеклянных поверхностей транспортного средства обычно составляет более чем примерно 0,84. Однако посредством уменьшения полусферической излучательной способности до установленных выше (и/или других) интервалов стеклянная поверхность может удерживать больше тепла, поступающего из внутреннего пространства транспортного средства. Это, в свою очередь, может приводить к уменьшению или устранению осаждения конденсата на поверхности стекла, когда движущееся транспортное средство перемещается из более холодной зоны в более теплую зону (например, в холмистой местности), к уменьшению или устранению осаждения конденсата и/или обледенения на стекле в случае парковки и оставления на ночь и т.п. Противоконденсатное покрытие при использовании для транспортных средств может быть предоставлено на стороне стекла, которая является внешней по отношению к кабине транспортного средства.
Верхний слой покрытия из оксида циркония имеет преимущества для применения в окнах транспортных средств, поскольку он имеет сравнительно низкий коэффициент трения. Более конкретно этот пониженный коэффициент трения облегчает перемещения окон вверх и вниз.
Некоторые типичные варианты осуществления могут быть использованы для любого подходящего транспортного средства, включая, например, автомобили, грузовики, поезда, лодки, корабли и другие суда, летательные аппараты, тракторы и другое рабочее оборудования и т.д. В видах применения для зеркал транспортных средств оптические качества покрытия могут быть отрегулированы таким образом, что не происходит «двойного отражения».
Авторы данного изобретения также установили, что противоконденсатное покрытие в некоторых типичных вариантах осуществления может быть использовано, чтобы способствовать соответствию так называемому «стандарту 0,30/0,30». Кратко стандарт 0,30/0,30 относится к коэффициенту теплопередачи (U-величине), равному 0,30 или менее, и коэффициенту поступления солнечного тепла (SHGC), равному 0,30 или менее. Действующее законодательство в США предоставляет налоговые льготы для инвестиций в окна, застекленные крыши, двери и т.д., которые отвечают этим критериям.
Фиг.3 представляет собой изоляционный стеклопакет, включающий противоконденсатное покрытие (например, см. покрытие фиг.1 и/или фиг.6), размещенное на внутренней поверхности, открытой во внутреннюю окружающую среду, в соответствии с типичным вариантом осуществления. Типичный вариант осуществления на фиг.3 аналогичен типичному варианту осуществления фиг.2 за исключением того, что типичный вариант осуществления фиг.3 имеет противоконденсатное покрытие 3, расположенное на поверхности 4, которая является наружной поверхностью внутренней стеклянной подложки 1, которая открыта во внутреннее пространство здания, а не во внешнюю окружающую среду.
В некоторых типичных вариантах осуществления внутренняя подложка 1 может быть отожжена (а не закалена). Противоконденсатное покрытие может оставаться таким же или в основном таким же, что и в случае типичных вариантов осуществления фиг.2 и фиг.3, хотя модификации, описанные выше в отношении фиг.1, 2 и/или 6, также могут быть сделаны в отношении варианта осуществления, подобного фиг.3. Одним из изменений, которые могут быть сделаны, является увеличение толщины слоя оксида индия-олова (ITO), чтобы достигнуть желательного коэффициента теплопередачи. В таких случаях, когда толщина слоя оксида индия-олова (ITO) увеличена, толщины других слоев могут также быть отрегулированы таким образом, чтобы достигались желательные оптические свойства. Дополнительные слои также могут быть добавлены, чтобы достигнуть желательных оптических свойств. Другие структурные элементы остаются такими же, что и для фиг.2 и 3, и для них могут быть сделаны аналогичные модификации.
Когда противоконденсатное покрытие 3 размещено на поверхности 4, как показано на фиг.3, коэффициент теплопередачи был определен как составляющий 0,29. Когда дополнительное низкоэмиссионное покрытие предоставляется на поверхность 2 стеклопакета с изоляционным стеклом (IG), коэффициент теплопередачи был уменьшен до 0,23. Некоторые типичные варианты осуществления также могут обеспечивать коэффициент поступления солнечного тепла (SHGC) менее чем или равный 0,30, посредством чего обеспечивается соответствие стандарту 0,30/0,30.
В изделиях с низкими коэффициентами теплопередачи (например, стеклопакетах с изоляционным стеклом (IG) или вакуумных стеклопакетах с изоляционным стеклом (VIG) с противоконденсатным покрытием на поверхности 4, вакуумных стеклопакетах с изоляционным стеклом (VIG) с двумя и тремя стеклами и т.п.), конденсация может становиться проблемой, например, когда стекло не нагревается вследствие низкоэмиссионных покрытий. Одно из решений этой проблемы представлено на фиг. 4, которая представляет собой изоляционный стеклопакет, включающий противоконденсатные покрытия, размещенные на наружной и на внутренней поверхностях изоляционного стеклопакета, в соответствии с типичным вариантом осуществления. В примере фиг.4 предоставляются первая и вторая подложки 1a и 1b. Первое и второе противоконденсатные покрытия 3a и 3b предоставлены на поверхностях 1 и 4 соответственно. В некоторых типичных вариантах осуществления дополнительные низкоэмиссионные покрытия также могут быть предоставлены на обеих внутренних поверхностях (поверхности 2 и/или 3). В соответствии с этим возможно создание изделия, которое проявляет способность к снижению коэффициента теплопередачи и противоконденсатные свойства.
Фиг.5 представляет собой график, иллюстрирующий эксплуатационные качества типичного варианта осуществления современного противоконденсатного изделия и стеклянной подложки без покрытия при изменении температуры, влажности и точки росы на протяжении периода времени 18 часов. Каждое из изображений на фиг.5 имеет напечатанный на нем «перекрещивающийся» рисунок, чтобы способствовать демонстрации присутствия или отсутствия конденсата. Как можно видеть на фиг.5, конденсат практически не образуется на тех образцах, которые были изготовлены в соответствии с типичным вариантом осуществления. В противоположность этому сравнительный пример, который включает пиролитически осажденный оксид олова, легированный фтором, (FTO), показывает некоторое образование конденсата во время первого периода наблюдения при уровне конденсации, значительно возрастающем на протяжении второго и третьего периодов наблюдения и несколько уменьшающемся во время четвертого периода наблюдения. На самом деле «перекрещивающийся» рисунок является довольно расплывчатым во время второго периода наблюдения и едва видимым во время третьего периода. Образец стекла без покрытия показывает значительную конденсацию на протяжении всех периодов наблюдения. «Перекрещивающийся» рисунок во время второго и третьего периодов наблюдения не может быть виден. Пример фиг.5 тем самым демонстрирует, что типичные варианты осуществления, описанные в данном документе, обеспечивают улучшенные эксплуатационные качества по сравнению со сравнительным примером современного уровня техники и непокрытым стеклом.
Фиг.7 представляет собой покрытое изделие, включающее противоконденсатное покрытие в соответствии с типичным вариантом осуществления. Пример пакета слоев на фиг.7 аналогичен ранее описанным типичным пакетам слоев в том, что он включает слой 5 прозрачного электропроводного оксида (TCO), расположенный между первым и вторым слоями 9a и 9b, включающими кремний. В типичном варианте осуществления фиг.7 первый и второй слои 9a и 9b, включающие кремний, содержат оксинитрид кремния. Первый и второй слои 9a и 9b, содержащие оксинитрид кремния, расположены с обеих сторон слоя 5 прозрачного электропроводного оксида (TCO), содержащего оксид индия-олова (ITO). Типичные толщины и показатели преломления для каждого из слоев представлены в приведенной ниже таблице:
| Типичный интервал толщины (нм) | Типичная толщина (нм) | Типичный интервал показателя преломления | Предпочтительный интервал показателя преломления | Типичный показатель преломления | |
| SiOxNx | 30-100 | 60 | 1,5-2,1 | 1,7-1,8 | 1,75 |
| ITO | 95-160 | 105 | 1,7-2,1 | 1,8-1,93 | 1,88 |
| SiOxNy | 30-100 | 65 | 1,5-2,1 | 1,7-1,8 | 1,75 |
| Стекло | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо | Неприменимо |
Иные варианты этого пакета слоев возможны в других вариантах осуществления данного изобретения. Такие варианты могут включать, например, применение частично или полностью окисленных и/или азотированных слоев для первого и/или второго слоев, включающих кремний, добавление защитного внешнего слоя, содержащего ZrOx, добавление одного или нескольких слоев для согласования показателей преломления (например, содержащих TiOx) между стеклянной основой и вторым слоем, включающим кремний, и т.д. Например, некоторые типичные варианты осуществления могут включать модифицирование пакета слоев в примере фиг.7 таким образом, чтобы заменить верхний слой, содержащий SiOxNy, на SiN, добавить слой, содержащий ZrOx (например, для потенциального увеличения долговечности), и заменить верхний слой, содержащий SiOxNy, на SiN, вместе с добавлением слоя, содержащего ZrOx, и т.д. Соответственно следует принимать во внимание, что возможные модификации, перечисленные в данном документе, могут быть применены в любой комбинации или субкомбинации.
Модификации также могут быть сделаны, чтобы соответствовать так называемому классу «окно R5» (коэффициент теплопередачи окна в целом <0,225) с низкой излучательной способностью (например, <0,20). Для того чтобы соответствовать этим стандартам, толщина слоя прозрачного электропроводного оксида (TCO) может быть увеличена. Прогнозируемые увеличения толщины оксида индия-олова (ITO) и показатели эксплуатационных качеств предоставлены в таблице ниже. Следует принимать во внимание, что слои, включающие кремний, могут также быть отрегулированы, чтобы поддерживать удовлетворительные оптические качества, и/или что могут быть добавлены диэлектрические слои, такие как слои, содержащие оксид титана. Следует заметить, что предполагается, что стеклянные подложки являются прозрачными стеклянными подложками толщиной 3 мм, что низкоэмиссионное покрытие предоставлено на поверхности 2, и что зазор в ½ дюйма (1,27 см), заполненный примерно 90% Ar и 10% воздуха, предоставлен в вариантах осуществления изоляционного стеклопакета (IGU).
| Монолит | Изоляционный стеклопакет (IGU) | ||||||
| Излучательная способность для №4 | Коэффициент пропускания видимого света Tvis | Коэффициент отражения видимого света Rvis | Коэффициент пропускания видимого света Tvis | Коэффициент отражения видимого света Rvis, внутри | Коэффициент теплопередачи (U-величина) в центре стекла (COG) | Толщина ITO | % улучшения коэффициента теплопередачи (U-величины) |
| 0,84 (без покрытия) | Неприменимо | Неприменимо | 69,3 | 12,6 | 0,247 | 0 | Неприменимо |
| 0,20 | 87,5 | 8,5 | 67,4 | 12,4 | 0,205 | 130 | 17,0% |
| 0,15 | 86,2 | 8,5 | 66,4 | 12,4 | 0,200 | 195 | 19,0% |
| 0,10 | 85,0 | 8,5 | 65,5 | 12,4 | 0,194 | 260 | 21,5% |
| 0,05 | 80,0 | 8,5 | 61,6 | 12,0 | 0,188 | 520 | 23,9% |
Типичный вариант осуществления фиг.7 выгодным образом является очень стойким, например, после термообработки, даже если он не включает внешний слой, содержащий ZrOx или т.п. Поэтому было найдено, что он подходит для применения в качестве покрытия для так называемой поверхности 4. Как известно, четвертая поверхность изоляционного стеклопакета (IGU), например, представляет собой поверхность, наиболее удаленную от солнца (и соответственно обычно обращенную во внутреннее пространство здания). Соответственно пакет слоев в примере на фиг.7 особенно хорошо подходит для применения в сборке, подобной той, что показана на фиг.3. Также следует принимать во внимание, что типичный вариант осуществления фиг.7 подходит для применения с другими видами остекления, в которых он предоставляется на самой внутренней поверхности, обращенной во внутреннее пространство здания (например, на поверхности 6 тройного изоляционного стеклопакета и т.д.).
Как указано выше, пакет слоев в примере на фиг.7 является термообрабатываемым в некоторых типичных вариантах осуществления. Такая термообработка может быть выполнена с применением инфракрасного (ИК) нагревателя, камерной или иной печи, процесса лазерного отжига и т.д. Другие типичные подробности термообработки предоставлены ниже. Последующие две таблицы включают эксплуатационные данные для монолитного пакета слоев по фиг.7 после ИК термообработки и после термообработки в конвейерной печи (например, при 650°C) соответственно.
Эксплуатационные данные отожженного монолита (последующая ИК термообработки)
| Толщина стекла (мм) | 2,8 мм |
| T | 88,49 |
| a*, пропускание | -0,56 |
| b*, пропускание | 0,22 |
| L*, пропускание | 95,36 |
| Rg | 9,11 |
| a*, сторона стекла | -0,4 |
| b*, сторона стекла | -1,13 |
| L*, сторона стекла | 36,20 |
| Rf | 9,10 |
| a*, сторона пленки | -0,72 |
| b*, сторона пленки | -1,13 |
| L*, сторона пленки | 36,17 |
| Индекс цветопередачи (CRI) прошедшего излучения | 97,91 |
| T-мутность | 0,12 |
| Шероховатость поверхности | 1,8 |
| Удельное поверхностное сопротивление | 17-19 |
| Полусферическая излучательная способность | 0,20 или 0,21 |
Эксплуатационные данные закаленного монолита (конвейерная печь 650)
| T | 88,10 |
| ΔE (отожжен до закаливания) | 0,37 |
| a*, пропускание | -0,60 |
| b*, пропускание | 0,54 |
| L*, пропускание | 95,20 |
| Rg | 9,08 |
| ΔE (отожжен до закаливания) | 1,04 |
| a*, сторона стекла | -0,26 |
| b*, сторона стекла | -2,16 |
| L*, сторона стекла | 36,14 |
| Rf | 9,06 |
| ΔE (отожжен до закаливания) | 1,16 |
| a*, сторона пленки | -0,69 |
| b*, сторона пленки | -2,28 |
| L*, сторона пленки | 36,10 |
| Индекс цветопередачи (CRI) прошедшего излучения | 97,91 |
| T-мутность | 0,12 |
| Шероховатость поверхности | 1,8 |
| Удельное поверхностное сопротивление (NAGY) | 17-19 |
| Полусферическая излучательная способность | 0,19 или 0,20 |
Как указано выше, типичный вариант осуществления фиг.7 может быть термообработан при применении инфракрасного (ИК) нагревателя, камерной или иной печи, процесса лазерного отжига и т.д. Стадия термообработки после осаждения может быть выгодной, чтобы способствовать рекристаллизации слоя оксида индия-олова (ITO) и способствовать достижению желательной излучательной способности и оптических качеств (например, включая те, что описаны выше). В типичном процессе стекло может быть нагрето до температур примерно 400°C, чтобы способствовать соответствию этим целям. В некоторых типичных вариантах осуществления температура стекла не превышает 470°C, с тем чтобы способствовать уменьшению вероятности изменений постоянных (или по меньшей мере не временных) напряжений, образованных в стекле.
Некоторые типичные варианты осуществления могут использовать массивы лазерных диодов для процесса лазерного отжига. Было найдено, что массив лазерных диодов с указанными ниже параметрами выгодным образом способствует уменьшению удельного поверхностного сопротивления до примерно 20 Ом/квадрат (от, например, примерно 65 Ом/квадрат в состоянии сразу после осаждения), способствует достижению по существу равномерного внешнего вида покрытия и способствует соответствию вышеперечисленных эксплуатационных качеств:
- мощность лазерного излучения - 1 кВт
- длина волны излучения - 975 нм
- скорость сканирования - 75 мм/с
- размеры пятна - номинально 12,5 мм × 2 мм.
Печь, имеющая несколько зон, также может быть использована для термообработки в некоторых типичных вариантах осуществления. Температура зоны, линейная скорость, изменение температуры (например, верх/низ), отсасывание, зачистка элементов (например, на протяжении печи), параметры охлаждающего воздуха (например, изменение давления и расхода) и/или другие факторы могут быть отрегулированы, чтобы способствовать достижению желательных эксплуатационных качеств. В некоторых типичных вариантах осуществления десятизонная печь может быть использована для выполнения термообработки. Часть зон может способствовать процессу рекристаллизации оксида индия-олова (ITO), в то время как другие зоны могут способствовать медленному охлаждению подложки перед выпуском из печи. В одном из примеров, в котором использовалась десятизонная печь, зоны 1-3, которые были предназначены быть активными для процесса рекристаллизации оксида индия-олова (ITO), нагревались до температуры вблизи 400°C, в то время как остальная часть печи способствовала медленному охлаждению стекла перед выпуском в секции с охлаждающим воздухом. Следует принимать во внимание, что в некоторых примерах может оказаться желательным поддержание низкой температуры на выходе, для того чтобы способствовать уменьшению вероятности повреждения. Разумеется, стекло очень чувствительно к термическим повреждениям в температурном интервале, включенном в процесс повторного отжига, особенно при температурах выше 200°C.
Другие параметры, влияющие на термическое повреждение, включают перепад температур по толщине стекла, а также перепад температур вдоль его поверхности. Первый из них, как было найдено, оказывает большое влияние на термическое повреждение по отношению к покрытым основам. Температуры верхней и нижней поверхности непокрытого стекла, выпускаемого из печи, были почти идентичными, и подавляющее большинство прозрачного стекла выдерживало процесс отжига после того, как был установлен первоначальный режим (линейная скорость, температуры зон, параметры охлаждающего воздуха, отсутствие перепада). Однако температура верхней поверхности изделий с покрытием, согласно измерениям, была не меньше чем на 250°F (139°C) выше на выходе печи. Это обусловлено тем, что тепло теряется быстрее посредством переноса тепла к валкам вследствие теплопроводности, чем посредством радиационного переноса от покрытой верхней поверхности.
Однако посредством установления и понимания этого различного и создающего перепады нагревания и охлаждения возможно уменьшить эту разность и, в свою очередь, способствовать снижению вероятности повреждения. Типичные температурные профили для стекла 3,2 мм и 2,3 мм, соответственно, представлены в таблицах ниже.
Температурный профиль печи для 3,2 мм
| Зона | |||||||||||
| Печь | Температура (°F) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Верх | Уставка | 1420 | 1420 | 1420 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Фактическое значение | 1422 | 1442 | 1423 | 937 | 745 | 693 | 565 | 551 | 585 | 581 | |
| Низ | Уставка | 1420 | 1420 | 1420 | 0 | 700 | 700 | 700 | 700 | 700 | 700 |
| Фактическое значение | 1440 | 1438 | 1431 | 825 | 780 | 743 | 730 | 453 | 690 | 705 |
Указанные ниже параметры были использованы совместно с этим типичным профилем нагрева:
- линейная скорость: 60 футов/мин (18,3 м/мин)
- отсасывание: 0
- подгонка (зоны 1-3): 5-10 (50%) - центр, все другие 100%
- первичная закалка: уставка = 0 и увлажнитель закрыт
- промежуточное охлаждение: 1" H2O, уставка = 0 и увлажнитель открыт
- после охлаждения: 1" H2O, уставка = 0 и увлажнитель открыт
Температурный профиль печи для 2,3 мм
| Зона | |||||||||||
| Печь | Температура (°F) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Верх | Уставка | 1420 | 1420 | 1420 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Фактическое значение | 1422 | 1442 | 1423 | 937 | 712 | 643 | 544 | 525 | 542 | 570 | |
| Низ | Уставка | 1420 | 1420 | 1420 | 0 | 600 | 600 | 600 | 600 | 600 | 600 |
| Фактическое значение | 1440 | 1438 | 1431 | 825 | 644 | 609 | 612 | 386 | 602 | 601 |
Указанные ниже параметры были использованы совместно с этим типичным профилем нагрева:
- линейная скорость: 70 футов/мин (21,3 м/мин)
- отсасывание: 0
- подгонка (зоны 1-3): 5-10 (50%) - центр, все другие 100%
- первичная закалка: 1" H2O, лишь верх, уставка = 0 и увлажнитель открыт
- промежуточное охлаждение: уставка = 0 и увлажнитель закрыт
- после охлаждения: 1" H2O, уставка = 0 и увлажнитель открыт
Как и другие опции, ИК излучение с регулируемой длиной волны может быть использовано для термообработки в некоторых типичных вариантах осуществления. Типичные методы представлены в заявке на патент США № 12/923082, поданной 31 августа 2010 г., все содержание которой включено настоящим в данный документ посредством ссылки. Слой прозрачного электропроводного оксида (TCO) может быть предпочтительным и избирательным образом термообработан, например, при использовании регулируемого конкретным образом ближнего ИК-коротковолнового ИК излучения (NIR-SWIR). Избирательное нагревание покрытия может в некоторых типичных вариантах осуществления быть обеспечено посредством применения ИК излучателей с максимальным выходом на протяжении интервала длин волн, в котором оксид индия-олова (ITO) обладает значительным поглощением, однако в котором подложка (например, стекло) обладает уменьшенным или минимальным поглощением. В некоторых типичных вариантах осуществления будет преимущественно нагреваться покрытие, посредством чего улучшаются его свойства, наряду с тем, что в то же самое время температуры нижележащей подложки поддерживаются низкими.
Посредством преимущественного нагревания покрытия при применении методов облучения ИК излучением высокой интенсивности с регулируемой длиной волны, описанных здесь, термообработка слоя оксида индия-олова (ITO) возможна при более низких температурах подложки и/или при более коротких временах нагрева, чем те, что требуются при применении обычных средств. Предпочтительное нагревание выполняется посредством использования длин волн ИК излучения, которые поглощаются в большей степени покрытием, чем основой. ИК излучение высокой интенсивности может быть предоставлено, например, кварцевыми лампами или лазерными излучателями.
В случае лазерных излучателей могут быть выгодными массивы лазерных диодов, например, вследствие их более низкой стоимости по сравнению с другими обычными типами лазеров (и возможности работы при длине волны на выходе примерно 800-1050 нм (например, 940 нм), что хорошо согласуется со спектральными характеристиками покрытия). Однако эксимерные, на CO2, на АИГ, кварцевые и/или другие виды лазеров и/или ламп также могут быть использованы в различных вариантах осуществления. Например, следует заметить, что длина волны 810 нм является обычной для некоторых диодных лазеров (и, в общем, может быть использована, например, для низкоэмиссионных покрытий), и что длина волны 1032 нм является обычной для некоторых лазеров на АИГ. Более того, некоторые типичные варианты осуществления могут использовать другие лазеры (например, на CO2 или другие лазеры), чтобы очень быстро нагревать стекло и посредством этого косвенным образом нагревать покрытие. В некоторых типичных вариантах осуществления электромагнитное излучение может быть сфокусировано в виде прямоугольного луча с очень высоким соотношением геометрических размеров, перекрывающего ширину стекла. Стекло может перемещаться на конвейере в направлении, перпендикулярном длинной оси прямоугольника. В некоторых типичных вариантах осуществления может быть использован «последовательный шаговый» процесс, например, с тем чтобы облучать секции меньшего размера контролируемым образом, так что, в конечном счете, облучается вся основа. В дополнение к этому могут быть использованы другие размеры и/или формы, включающие, например, по существу квадратные формы, круговые формы и т.д.
В общем, более высокие плотности мощности были найдены более предпочтительными вследствие того, что они предоставляют более короткие времена нагрева и более высокие температурные градиенты от покрытия через объемную основу. При более коротких временах нагрева меньше тепла переносится от покрытия через стекло вследствие теплопроводности, и может поддерживаться более низкая температура.
Фиг.8 представляет собой схематический вид системы, включающей ИК нагреватель, в соответствии с некоторыми типичными вариантами осуществления. Пример системы фиг.8 включает устройство 102 для нанесения покрытия, которое посредством физического осаждения из паровой фазы наносит один или несколько тонких слоев на подложку, например, с помощью напыления. С выходной стороны устройства 102 для нанесения покрытия расположен ИК нагреватель 104. В некоторых типичных вариантах осуществления устройство для напыления при комнатной температуре может быть использовано, чтобы осадить оксид индия-олова (ITO) на стеклянную подложку. Конвейерный узел 106 перемещает подложку через устройство 102 для нанесения покрытия, где осаждается слой или пакет слоев, к ИК нагревателю 104. ИК нагреватель 104, в свою очередь, отрегулирован так, чтобы фокусировать ближнее ИК-коротковолновое ИК (NIR-SWIR) излучения на подложке с нанесенным на нее покрытием. Длина волны ИК излучения выбирается таким образом, чтобы преимущественно нагревать покрытие или отдельный слой в покрытии, например, по сравнению с подложкой и/или любыми другими слоями в многослойном покрытии.
Хотя некоторые типичные варианты осуществления были описаны как включающие ИК нагреватель с выходной стороны устройства для нанесения покрытия, следует принимать во внимание, что в других типичных вариантах осуществления устройство для нанесения покрытия может быть расположено внутри вакуумной камеры устройства для нанесения покрытия. В дополнение к этому в некоторых типичных вариантах осуществления ИК термообработка может быть выполнена в любое время после того, как слой, подлежащий термообработке или активации, был осажден. Например, в некоторых типичных вариантах осуществления ИК термообработка может выполняться сразу после осаждения слоя оксида индия-олова (ITO), в то время как в некоторых типичных вариантах осуществления ИК термообработка может выполняться, когда были осаждены все слои пакета слоев. В некоторых типичных вариантах осуществления несколько IR термообработок могут быть выполнены в разное время в течение процесса осаждения.
Коротковолновая инфракрасная (SWIR) печь, включающая кварцевые лампы, может быть использована в некоторых типичных вариантах осуществления. ИК излучение с максимумом при длине волны 1,15 мкм может быть использовано для нагревания покрытия. Эта длина волны была определена анализом спектральных характеристик покрытия и стеклянной подложки, хотя возможны, естественно, другие длины волн. В действительности был определен типичный интервал длин волн для нагревания, составляющий 0,8-2,5 мкм. Более предпочтительно, интервал ИК излучения составляет 1-2 мкм. Методы, описанные, например, в заявке на патент США № 12/923082, могут быть использованы, чтобы установить оптимальные или предпочтительные интервалы длин волн ИК излучения для термообработки также других покрытий (например, покрытий из другого прозрачного электропроводного оксида (TCO), металлических и т.п.) на стекле.
Плотность мощности коротковолновой ИК (SWIR) печи составляет 10,56 кВт/фут2 (98,1 кВт/м2) (мощность лампы составляет 80 Вт/дюйм, при монтаже на 1-дюймовых переходниках). Времена нагрева могут, например, находиться в диапазоне 12-130 с при интервалах 12 с. Нагревательные элементы могут находиться на расстоянии примерно 4 дюйма (10,16 см) от стеклянной поверхности, хотя нагревательные элементы могут быть подняты или опущены в других типичных вариантах осуществления данного изобретения.
Посредством целевых длин волн ИК излучения, поглощенного покрытием, возможно создание значительного температурного градиента между покрытием и объемной подложкой. Поскольку теплоемкость покрытия очень мала по сравнению со стеклом, то стекло действует по существу как средство для закалки. Увеличение температуры стекла в основном обусловлено непосредственным переносом тепла посредством ИК поглощения, а не передачей тепла от покрытия.
Было найдено, что конечная кристалличность пленки достигается после лишь 48-60 с нагрева, хотя возможны, естественно, более короткие или более длинные времена.
Первоначальный уровень окисления оксида индия-олова (ITO) на используемых здесь образцах был оптимизирован для низкого удельного поверхностного сопротивления после отпуска (который приводит к дополнительному окислению оксида индия-олова (ITO)). По-видимому, имеет место различный оптимум для термообработки оксида индия-олова (ITO) с применением ближнего ИК излучения. Когда первоначальный уровень окисления оксида индия-олова (ITO) оптимизирован для нагревания ближним ИК (NIR), должна обеспечиваться возможность значительного уменьшения требуемой величины нагрева. Теоретически это время должно быть уменьшено до 48-60 с, требующихся для рекристаллизации с применением такого же процесса нагрева. Дополнительное уменьшение времени нагрева может быть достигнуто посредством оптимизации плотности мощности в зависимости от требуемого времени нагрева.
Методы ИК нагревания, описанные в данном документе, преимущественно нагревают оксид индия-олова (ITO) в покрытии, так что стеклянная подложка остается ниже ее температуры перехода, которая составляет примерно 480°C для флоат-стекла. Предпочтительно стеклянная подложка остается ниже 450°C и более предпочтительно ниже 425°C. В некоторых типичных вариантах осуществления, в которых излучение с максимумом при 1,15 мкм прикладывается в течение 108 с, удельное поверхностное сопротивление типичного покрытия составляет примерно одну треть от его величины сразу же после осаждения, и излучательная способность и способность к поглощению соответственно уменьшаются до примерно половины от их соответствующих величин сразу же после осаждения. В то же время температура подложки максимально достигает лишь примерно 400°C, что существенно ниже ее температуры перехода.
Ближнее ИК (NIR) излучение обычно включает ИК излучение с длиной волны 0,75-1,4 мкм, а коротковолновое ИК (SWIR) излучение обычно включает ИК излучение с длиной волны 1,4-3 мкм. Некоторые типичные варианты осуществления могут обычно функционировать в пределах этих интервалов длин волн. Температура подложки предпочтительно не превышает 480°C, более предпочтительно 450°C, еще более предпочтительно 425°C и иногда 400°C, как результат нагревания таким ближним ИК-коротковолновым ИК (NIR-SWIR) излучением.
Хотя некоторые типичные варианты осуществления были описаны в данном документе как относящиеся к противоконденсатным покрытиям, покрытия, описанные в данном документе, могут быть использованы и для других видов применения. Например, типичные покрытия, описанные в данном документе, могут быть использованы для холодильника/морозильной камеры и/или других видов охлаждаемых витрин, застекленных крыш и т.д.
В некоторых типичных вариантах осуществления после термообработки или активации методами, описанными в данном документе, покрытое изделие может быть направлено к производителю или в другое место, например, для дополнительной обработки, такой как, например, резка, доводка по размеру, включение в другое изделие (например, изоляционный стеклопакет, застекленную крышу, транспортное средство, остекление и т.д.). Предпочтительно, повреждения или катастрофические дефекты термообработанного покрытого изделия не будут следствием изменений в стекле, вызванных процессом термообработки.
«Периферийные» и «краевые» уплотнения в данном документе не означают, что уплотнения расположены точно на периферии или крае изделия, а вместо этого означают, что уплотнение по меньшей мере частично расположено на краю или вблизи (например, в пределах примерно двух дюймов) края по меньшей мере одной основы изделия. Аналогичным образом «край», как используется в данном документе, не ограничивается точным краем стеклянной подложки, а также может включать область точно на краю или вблизи (например, в пределах примерно двух дюймов) точного края основы/основ.
Как использовано в данном документе, термины «на», «поддерживаемые» и т.п. не должны интерпретироваться как означающие, что два элемента прилегают непосредственным образом один к другому, если только это не указано явным образом. Иными словами, в отношении первого слоя может быть указано, что он находится «на» втором слое или «поддерживается» им, даже если между ними расположены один или несколько слоев.
Следует принимать во внимание, что некоторые типичные варианты осуществления могут включать одно или несколько дополнительных низкоэмиссионных покрытий на поверхности одной или нескольких стеклянных подложек, обращенной к воздушному зазору между ними (например, поверхностях 2 и/или 3 в изоляционном стеклопакете (IGU), поверхностях 2, 3, 4 и/или 5 в тройном изоляционном стеклопакете (IGU) и т.д.). Поверхность 4 низкоэмиссионного покрытия, размещенного на прозрачном стекле, например, может способствовать улучшению коэффициента теплопередачи (U-величины) окна в целом, например, посредством отражения инфракрасного нагрева назад внутрь здания. Стекло в некоторых типичных вариантах осуществления может являться прозрачным флоат-стеклом толщиной от 2,3 мм до 6 мм. В таких вариантах осуществления полусферическая излучательная способность может быть уменьшена до 0,3, а удельное поверхностное сопротивление до 30 Ом/квадрат. Предпочтительно, излучательная способность может быть уменьшена до 0,23-0,30, а удельное поверхностное сопротивление до 30 Ом/квадрат, и иногда излучательная способность может быть уменьшена до примерно 0,2 или менее, а удельное поверхностное сопротивление до примерно 20 Ом/квадрат или менее.
Несмотря на то что данное изобретение было описано в отношении того, что в настоящее время рассматривается как наиболее практичный и предпочтительный вариант осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается описанным вариантом осуществления, а напротив, охватывает различные модификации и эквивалентные устройства, включенные в сущность и объем прилагаемой формулы изобретения.
1. Способ изготовления стеклопакета (IGU), включающий:
обеспечение первой стеклянной подложки;
размещение множества слоев, непосредственно или не непосредственно, на первой основной поверхности первой стеклянной подложки, при этом множество слоев включает в следующем порядке, начиная от первой стеклянной подложки:
первый слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1,
слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеющий показатель преломления 1,7-2,1, и
второй слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1,
термообработку первой стеклянной подложки вместе с размещенным на ней множеством слоев, причем указанная термообработка включает процесс лазерного отжига;
обеспечение второй стеклянной подложки по существу параллельно первой стеклянной подложке при разделении одной от другой, так что первая основная поверхность первой стеклянной подложки обращена в сторону, противоположную второй стеклянной подложке; и
совместное уплотнение первой и второй стеклянных подложек.
2. Способ по п. 1, в котором первый и второй слои, содержащие оксинитрид кремния, имеют показатели преломления 1,7-1,8.
3. Способ по п. 1, в котором слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеет показатель преломления 1,8-1,93.
4. Способ по п. 2, в котором слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеет показатель преломления 1,8-1,93.
5. Способ по п. 1, в котором первая подложка с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,23 после указанной термообработки.
6. Способ по п. 1, в котором первая подложка с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,20 после указанной термообработки.
7. Способ по п. 1, в котором первая подложка с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет удельное поверхностное сопротивление менее чем или равное примерно 20 после указанной термообработки.
8. Способ по п. 1, в котором указанный процесс лазерного отжига включает применение массива лазерных диодов, функционирующих при мощности примерно 1 кВт и при длине волны излучения примерно 975 нм.
9. Способ по п. 1, в котором для указанной термообработки используют печь, имеющую множество зон.
10. Способ по п. 9, в котором часть указанных зон рекристаллизует слой, содержащий оксид индия-олова (ITO).
11. Способ по п. 10, в котором температура первой стеклянной подложки остается ниже 425°С во время указанной термообработки.
12. Способ изготовления стеклопакета (IGU), включающий:
обеспечение первой стеклянной подложки;
размещение множества слоев, непосредственно или не непосредственно, на первой основной поверхности первой стеклянной подложки, при этом множество слоев включает в следующем порядке, начиная от первой стеклянной подложки:
первый слой, содержащий оксинитрид кремния,
слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), и
второй слой, содержащий оксинитрид кремния;
термообработку первой стеклянной подложки вместе с размещенным на ней множеством слоев, причем указанная термообработка включает процесс лазерного отжига;
обеспечение второй стеклянной подложки по существу параллельно подложки первой стеклянной подложке при разделении одной от другой, так что первая основная поверхность первой стеклянной подложки обращена в сторону, противоположную второй стеклянной подложке,
при этом первая подложка с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,20 и удельное поверхностное сопротивление менее чем или равное примерно 20 Ом/квадрат после указанной термообработки.
13. Способ по п. 12, в котором первый и второй слои, содержащие оксинитрид кремния, имеют показатели преломления 1,7-1,8.
14. Способ по п. 12, в котором слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеет показатель преломления 1,8-1,93.
15. Способ по п. 13, в котором слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеет показатель преломления 1,8-1,93.
16. Стеклопакет (IGU), содержащий:
первую стеклянную подложку;
множество слоев, осажденных распылением, непосредственно или не непосредственно, на первой основной поверхности первой стеклянной подложки, при этом множество слоев включает в следующем порядке, начиная от первой стеклянной подложки:
первый слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1,
слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеющий показатель преломления 1,7-2,1, и
второй слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1;
вторую стеклянную подложку, по существу параллельную первой стеклянной подложке при разделении одной от другой, первая основная поверхность первой стеклянной подложке обращена в сторону, противоположную второй стеклянной подложке, в собранном состоянии; и
краевое уплотнение, совместно уплотняющее первую и вторую стеклянные подложки,
в котором первая стеклянная подложка термообработана вместе с осажденным на ней множеством слоев, причем указанная термообработка включает процесс лазерного отжига, и
в котором первая подложка с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,20 и удельное поверхностное сопротивление менее чем или равное примерно 20 Ом/квадрат после указанной термообработки.
17. Покрытое изделие, содержащее:
стеклянную подложку, поддерживающую множество слоев, осажденных напылением, непосредственно или не непосредственно, на ее первую основную поверхность, при этом множество слоев включает в следующем порядке, начиная от стеклянной подложки:
первый слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1,
слой, содержащий оксид индия-олова (ITO), имеющий показатель преломления 1,7-2,1, и
второй слой, содержащий оксинитрид кремния, имеющий показатель преломления 1,5-2,1,
в котором стеклянная подложка термообработана вместе с осажденным на ней множеством слоев, причем указанная термообработка включает процесс лазерного отжига, и
в котором подложка с множеством слоев на первой основной поверхности первой стеклянной подложки имеет полусферическую излучательную способность менее чем или равную примерно 0,20 и удельное поверхностное сопротивление менее чем или равное примерно 20 Ом/квадрат после указанной термообработки.
