CN101321702B - 高红外反射涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了对红外辐射高反射的低辐射涂层。该涂层包括三个红外反射膜区域，这三个红外反射膜区域可以均包含银。

Description

高红外反射涂层
相关申请的交叉参考 
本申请要求2005年10月11日提交的美国申请No.60/725,891、2006年2月23日提交的美国专利申请No.11/360,266以及2006年4月5日提交的美国专利申请No.11/398,345的优先权，它们的全部公开并入本申请中作为参考。 
技术领域
本发明涉及用于玻璃和其它基底的薄膜涂层。特别的，本发明涉及对红外辐射的反射特别强的低辐射涂层。还提供了沉积薄膜涂层的方法和设备。 
背景技术
低辐射涂层在本领域中是公知的。通常，它们包括一层或两层红外反射膜和两层或更多层透明介电膜。一般为导电金属(如银、金或铜)的红外反射膜通过涂层减小了热传递。介电膜用于抗红外反射膜的反射，并用于控制涂层的其它性能和特性，例如颜色和耐久性。其中通常使用的介电材料包括锌、锡、铟、铋和钛的氧化物。 
大多数可商购的低辐射涂层具有一个或两个银层，各银层夹在两个透明介电膜的涂层之间。在低辐射涂层中增加银膜的数量可以增大其红外反射。然而，这也会降低涂层的可见光透射，和/或负面地影响涂层的颜色，和/或降低涂层的耐久性。或许由于这些原因，具有三个银层的低辐射涂层过去没有占据较大市场。 
提供包括三个可辐射涂层并具有理想涂层性能和特性的低辐射涂层是理想的。 
附图说明
图1的曲线图显示了可商购的双层银低辐射涂层的光谱性能。 
图2的曲线图显示了根据本发明的某些实施方案的高红外反射涂层的光谱性能。 
图3的曲线图比较了根据本发明的某些实施方案的高红外反射涂层与可商购的双层银低辐射涂层的光谱性能。 
图4为具有根据本发明的某些实施方案的高红外反射涂层的基底的截面侧视图的示意图。 
图5为具有根据本发明的某些实施方案的高红外反射涂层的多板隔热玻璃单元(multiple-pane insulating glazing unit)的部分剖开截面侧视图的示意图。 
图6为根据本发明的某些实施方案中使用的涂布机的截面侧视图的示意图。 
发明概述 
在某些实施方案中，本发明提供了具有相对的第一和第二主表面的涂覆的透明玻璃(例如窗玻璃)。在这些实施方案中，所述涂覆的玻璃是包括其它玻璃的多板隔热玻璃单元的一部分。隔热玻璃单元具有玻璃间空间，该涂覆的玻璃的第二主表面暴露于所述玻璃间空间。在该组实施方案中，第二主表面具有薄层电阻小于2.5Ω/□，且辐射率小于0.03的低辐射涂层。该低辐射涂层包含三个红外反射膜区域，在本发明的实施方案中，所述三个红外反射膜区域的组合厚度优选地至少为425埃。优选地，本发明的实施方案的涂覆玻璃的可见光透射率大于0.60。在一些情况中，所述涂覆的玻璃的主要尺寸为至少一米。 
本发明的某些实施方案提供了具有相对的第一和第二主表面的涂覆的透明玻璃(例如窗玻璃)。在这些实施方案中，所述玻璃是包括其它玻璃的多板隔热玻璃单元的一部分。隔热玻璃单元具有玻璃间空间，该涂覆的玻璃的第二主表面暴露于所述玻璃间空间。在该组实施方案中，第二主表面具有薄层电阻小于2.5Ω/□，且辐射率小于0.03的低辐射涂层。该低辐射涂层包含三个红外反射膜区域，并包括位于第二主表面和所述三个红外反射膜区域中最接近第二主表面的红外反射膜区域之间的透明介电膜。在本发明 的实施方案中，在最内层红外反射膜区域和涂层的第二主表面之间具有折射率为1.7或更大，小于190埃的透明介电膜。在一些情况中，所述涂覆的玻璃的主要尺寸为至少一米。 
在某些实施方案中，本发明提供了主表面具有低辐射涂层的涂覆基底。这里，从所述主表面向外，所述涂层包含：第一透明介电膜区域；包含银的第一红外反射膜区域；第二透明介电膜区域；包含银的第二红外反射膜区域；第三透明介电膜区域；包含银的第三红外反射膜区域；及第四透明介电膜区域。在该组实施方案中，涂覆的基底的总可见光透射率大于55％，涂覆的基底的光谱透射曲线的透射峰位于可见光波长范围内，并且该光谱透射曲线的半峰宽小于360nm。 
某些实施方案提供了主表面具有低辐射涂层的基底。这里，涂层包含具有厚度的第一红外反射膜区域，具有厚度的第二红外反射膜区域，和具有厚度的第三红外反射膜区域。在本发明的实施方案中，第三红外反射膜区域的厚度大于第二红外反射膜区域的厚度，且第二红外反射膜区域的厚度大于第一红外反射膜区域的厚度。从所述主表面向外，所述涂层包含：第一透明介电膜区域；第一红外反射膜区域；第二透明介电膜区域；第二红外反射膜区域；第三透明介电膜区域；第三红外反射膜区域；和第四透明介电膜区域。优选地，第一、第二和第三红外反射膜区域均包含银。在本发明的实施方案中，该涂层的第一反射区域比例等于第一红外反射膜区域的厚度与第二红外反射膜区域的厚度的比，该涂层的第二反射区域比例等于第二红外反射膜区域的厚度与第三红外反射膜区域的厚度的比，且第一和第二反射区域比例中的至少一个小于0.85。 
具体实施方案
下面参考附图进行详细描述，其中，不同附图中的相同元件具有相同的标记数字。附图不需要标度，描述了选择的实施方案，并且不限制本发明的范围。本领域技术人员可以知道，给出的实例具有很多可用的替代方式，但都落入本发明的范围内。 
单层和双层银的低辐射涂层在本领域中已已知多年。单层银低辐射涂层提供了有利的红外反射，通常大约为97％。双层银的低辐射涂层在高可见光透射和高红外反射方面提供了进一步的改进。然而，使用双层银的低辐射涂层所能得到的红外反射水平实际上有最高限度。例如，尽管增大双层银涂层中的银含量可以使红外反射增大到97％以上，但在要求其它性能(高可见光透射、良好的颜色、耐久性等)的平衡的双层银涂层中难以获得更高的红外反射，例如98.5％以上。
图1的曲线图显示了非常有利的商购双层银低辐射涂层的光谱性能。该曲线图显示了具有双层银低辐射涂层的玻璃板的透射(在可见光波长范围内向上凸的曲线)和玻璃侧反射(在可见光波长范围内向下凹的曲线)。尽管该特别的双层银涂层提供了优异的光谱性能，但据报道传统的双层银涂层在红外波长范围的透射在5-50％之间(美国专利No.6,262,830，第6栏，第43-51行)。 
图2的曲线图显示了根据本发明某些实施方案的高红外反射涂层的光谱性能。这里，该曲线图也显示了具有高红外反射涂层的玻璃板的透射(在可见光波长范围内向上凸的曲线)和玻璃侧反射(在可见光波长范围内向下凹的曲线)。 
本发明的涂层7的红外反射比双层银涂层的高得多。通过参考图3可以最好地理解这一点，图3的曲线图显示了高红外反射涂层7与双层银涂层的光谱性能。这里，可以对由这两种涂层获得的红外反射水平进行并行比较。可以看出，本发明的涂层7获得了比双层银涂层高得多的红外反射。还可以看出这两种涂层的可见光透射水平是相当的。另外，本发明的涂层7(用实线描绘的曲线)的可见光波长和红外波长间的截止(cutoff)比双层银涂层(用圆圈描绘的曲线)的陡得多。因此，一般认为与双层银低辐射涂层相比，高红外反射涂层7在能量效率方面提供了量子跃迁，与单层银低辐射涂层相比更是如此。 
本发明的高红外反射涂层具有许多有益的性能。随后的讨论报道一些这些性质。在一些情况中，这里报道了在一个表面18上具有本发明的涂层7的单层(即整块)玻璃12的性能。在其它情况中，报道了在其#2表面18上具有本发明的涂层7的IG单元3的这些性能。在这些情况中，所报道的性能是对于IG单元的，其中，两个玻璃都是具有填充了90％氩气和10％空气的绝缘混合气的1/2英寸玻璃间空间的2.2mm透明钠-钙浮法玻璃。当然， 这些特性并不限制本发明。除非另有说明，本发明的论述报道是在标准ASHRAE条件下使用公知的WINDOW 5.2a计算机程序(例如，玻璃数据的计算中心)进行测定。 
如上所述，高红外反射涂层7提供了极其优异的隔热性能。涂层7包含三个红外反射膜区域100、200和300。这些膜区域通常是银或另一种导电材料，并且它们在涂层中赋予了极其优异的低薄层电阻。例如，本发明涂层7的薄层电阻低于3.0Ω/□。优选地，该涂层7的薄层电阻低于2.5Ω/□(例如低于2.0Ω/□、低于1.75Ω/□、低于1.5Ω/□)。尽管可以选择并改变所需要的薄层电阻的水平以适应不同的应用，但很多优选的涂层实施方案(例如下面列表的示例膜层叠体)提供了低于1.4Ω/□(例如约1.25-1.3Ω/□)的薄层电阻。可以使用4点探针(4-point probe)以标准的方式来测量涂层的薄层电阻。也可以使用本领域已知的用于计算薄层电阻的其它方法。 
涂层7还具有极其优异的低辐射。例如，涂层7的辐射率低于0.06。优选地，该涂层7的辐射率低于0.04(例如低于0.03，或者甚至低于0.025)。尽管可以选择并改变所需要的辐射率水平以适应不同的应用，但许多优选的涂层实施方案(例如下面列表的示例膜层叠体)提供了低于0.023的辐射率，例如约为0.020。相反，透明玻璃的未涂覆的玻璃通常具有约0.84的辐射率。 
术语“辐射率”是本领域公知的。根据其公知含义本文使用的该术语表示在相同温度下由表面发出的辐射与由黑体发出的辐射的比例。辐射率是吸收和反射都有的特性。它通常由公式E＝1-反射率来表示。本发明的辐射率值可以由“Standard Test Method For Emittance of Specular Surfaces UsingSpectrometric Measurements″NFRC 301-93”中说明的来测定，其全部教导并入本申请中作为参考。可以通过将测量的薄层电阻乘以0.016866来计算辐射率。例如，使用该方法可以确定薄层电阻为约1.25的涂层7的辐射率约为0.021。 
除了低薄层电阻和低辐射率以外，本发明的涂层7提供了极其优异的日照得热量性能。众所周知，窗户的日照得热量系数(SHGC)是入射太阳辐射通过窗户接收的百分比。在多种应用中，低日照得热量窗户具有独特的优点。例如，在温暖的气候下，具有低日照得热量的窗户特别理想。例如， 对美国南部的建筑物的日照得热量系数一般推荐为约0.4及其以下。另外，暴露在大量不需要的日照下的窗户也得益于低日照得热量系数。例如，建筑物东侧或西侧的窗户在早上和下午往往得到大量的日照。对于这种应用，日照得热量系数对于保持建筑物内部舒适的环境来说起到关键作用。因此，提供这种具有低日照得热量系数的涂层(即低日照得热量涂层)非常有益。低日照得热量涂层对于很多窗户的应用是非常理想的。 
有时在低日照得热量涂层中要作出权衡，选择实现低SHGC的膜具有将可见光透射率降低至低于理想水平和/或将可见光反射率增大至高于理想水平的作用。因而，具有这些涂层的窗户可能具有不能接受的低可见光透射和/或有些镜子似的外观。 
本发明的涂层7提供了极其优异的低日照得热量系数。例如，本发明的IG单元3的日照得热量系数低于0.4。优选地，本发明的IG单元3的日照得热量系数低于0.35(例如低于0.33，或者在一些情况下甚至低于0.31)。尽管可以选择并改变需要的SHGC水平以适应不同的应用，但一些优选的实施方案(例如当涂层7为下面所列表的示例膜层叠体的一个)提供了日照得热量系数低于0.3(例如为0.25-0.29之间，比如约0.27)的IG单元3。 
这里使用的术语“日照得热量系数”具有其公知的含义。参考NFRC200-93(1993)，其全部教导并入本申请中作为参考。可以使用公知的WINDOW 5.2a计算机程序中嵌入的方法来计算SHGC。 
结合上面讨论的有益的隔热性能，本发明的涂层7具有极其优异的光学性能。如上所述，有时在低日照得热量涂层中作出权衡，选择以获得良好隔热性能的膜具有将可见光透射限制至低于理想水平的作用。 
相反，本发明的涂层7提供了总可见光透射与隔热性能极其优异的组合。例如，本发明的IG单元3(和本发明的玻璃12，无论是整块或者作为IG单元3的一部分)具有大于0.45(即大于45％)的可见光透射率Tv。优选地，本发明的IG单元3(和本发明的玻璃12，无论是整块或者隔离的)具有大于0.55(例如大于0.6)的可见光透射率Tv。尽管可以选择并改变需要的可见光透射率大小以适应不同的应用，但某些优选的实施方案(例如，其中涂层7为下面所列表的示例膜层叠体的一个)提供了可见光透射率大于0.65(例如约0.66)的IG单元3(或玻璃12，它可以是整块或者IG单元3的一部分)。 
在一个具体的实施方案组中，选择膜区域的厚度和组成来获得大于0.7、大于0.71、或者甚至大于0.72的可见光透射率。在一些情况中，选择膜区域的厚度和组成来获得约0.73的可见光透射率。这里，可以将红外反射膜区域变薄来提供需要的透射率。 
术语“可见光透射率”是本领域中公知的，并根据其公知的含义在本文中使用。可以根据NFRC 300，Standard Test Method for Determining theSolar and Infrared Optical Properties of Glazing Materials and FadingResistance of Systems(National Fenestration Rating Council Incorporated，2001年12月采用，2002年1月出版)来测定可见光透射率以及可见光反射率。可以使用公知的WINDOW 5.2a计算机程序计算这些以及其它报道的光学性能。 
优选地，涂覆的基底(即本发明的玻璃)12具有峰值透射位于可见光波长范围内的光谱透射曲线。这在图2中是很明显的。在某些实施方案中，该光谱透射曲线的半峰宽小于360nm、小于320nm、小于300nm、小于290nm、小于275mm、或者甚至小于250nm。在这些实施方案中，涂层7提供了非常有利的窄透射曲线，该曲线理想地具有跨越可见光范围的高可见光透射率，并同时在高度透射的可见光波长与高度反射的红外波长间提供了极其优异的陡斜率。在某些实施方案中，涂层7另外地(即与具有上述的任何最大半峰宽一起)或可选地获得大于50nm、大于100nm、大于150nm、或者甚至大于175nm的半峰宽。这对于在可见光谱的大部分提供高水平的可见光透射率是理想的。 
本发明的涂层7在低日照得热量系数方面提供了极其优异的效率，这是与高可见光透射率一起获得的。可见光透射率(作为整体的一部分)与SHGC的比例这里指本发明的IG单元3的可见光热效率比。该比例优选地大于2、大于2.2，在一些情况中甚至大于2.3。某些优选的实施方案(例如，其中涂层7为下面所列表的示例膜层叠体中的一个)提供了可见光热效率比大于2.0而小于2.5(例如约2.44)的IG单元3。 
另一个要考虑的有用参数是T740，即在740nm处的透射率。本发明的涂层7可以提供特别低的T740，而同时提供高可见光透射率和优良的颜色性能。例如，本发明的玻璃12的T740优选低于0.30，或者甚至低于0.20。或 许更优选地，本发明的玻璃12(当为整块，或者为隔热单元的一部分时)的T740低于0.15(例如低于0.1，或者甚至低于0.05)。尽管可以选择并改变在740nm处所需要的透射率水平以适应不同的应用，但某些优选的实施方案(例如，当涂层7为下面列表的示例膜层叠体中的一个时)提供了T740约为0.04的涂覆的玻璃12(可以为整块或IG单元3的一部分)。 
图4示例了某些实施方案，这些实施方案中提供了具有主表面18的涂覆基底12，该主表面18具有高红外反射、低辐射涂层7。通常，从主表面18向外，该涂层依次包括第一透明介电膜区域20、第一红外反射膜区域100、第二透明介电膜区域40、第二红外反射膜区域200、第三透明介电膜区域60、第三红外反射膜区域300和第四透明介电膜区域80。在图4中，显示了任选的隔离膜区域105、205、305，但这些并不是所有的实施方案都需要的。 
各个红外反射膜区域100、200、300可以有利地包含银(任选地至少50原子百分比为银，有时主要由银组成)。此外，在一些实施方案中，红外反射膜区域100、200、300中至少一个的厚度大于150埃、大于175埃、或者甚至大于200埃。另外地或者可选地，第一、第二和第三红外反射膜区域的组合厚度可以任选地大于425 
Figure S2006800454046D00081
、大于450 
Figure S2006800454046D00082
、大于460 
Figure S2006800454046D00083
，比如约477 
Figure S2006800454046D00084
。在一些情况中，第一、第二和第三红外反射膜区域100、200、300为厚度分别为122 
Figure S2006800454046D00085
、149 
Figure S2006800454046D00086
和206 
Figure S2006800454046D00087
的银层。 
一组实施方案提供了具有低辐射涂层7的涂覆的基底(例如涂覆的玻璃，如窗玻璃，任选地具有至少1米、或者至少1.2米的主要尺寸)，该低辐射涂层7包含组合厚度在420 
Figure S2006800454046D00088
和575 
Figure S2006800454046D00089
之间的三个红外反射膜区域100、200、300。 
下面进一步详细描述红外反射膜区域100、200、300。简言之，一些优选实施方案以银层的形式提供了这些膜区域，各银层主要由银组成的，这三层任选地为涂层中仅有的银层。在一个这种具体的实施方案中，基底12为主要尺寸至少为1米(或者至少1.2米)的玻璃板，且该玻璃板为包括至少一层其它玻璃板的多板隔热玻璃单元的一部分，其中多板单元具有玻璃间空间1500，该空间可以任选地抽真空、填充空气、或填充空气和绝缘气体(例如氩气)。 
第一透明介电膜区域20施加在基底12的主表面18上(有时直接在其上)。该膜区域20可以具有包括至少一些(或者任选地主要组成为)透明介电膜的任何组分。在一些情况中，第一透明介电膜区域20是单层。在其它情况中，它包含多个层。如美国专利No.5,296,302(其中关于可用的介电材料的教导并入本申请中作为参考)所述，为此目的的可用的介电膜材料包括锌、锡、铟、铋、钛、铪、锆的氧化物以及它们的合金。也可以使用包含氮化硅和/或氧氮化硅的膜。 
第一透明介电膜区域20可以是单一介电材料的单层。如果使用单层，通常优选此内部介电层由氧化锌和氧化锡(例如在下面的表1中，指“Zn+O”)的混合物形成。但是，应该理解，这种单层可以由两层或多层不同的介电材料代替。在某些实施方案中，第一透明介电膜区域20包含有坡度的膜厚度，膜的组成随着离基底12距离的增大而变化(例如，以渐进的方式)。 
在一些具体的实施方案中，第一透明介电膜区域20包含折射率为1.7或更大的膜(任选地包含氧化锌，例如氧化锌锡)。例如，在第一红外反射膜区域100和基底12的表面18之间，可以有利地提供折射率为1.7或更大的所希望的总厚度的膜。在一些情况中，该所希望的总厚度小于190埃、小于175埃、小于165埃、小于145埃，或者甚至小于140埃。 
再次参考图4，第一红外反射膜区域以标记数字100来标识。该膜区域100优选地与第一透明介电膜区域20的外面相连接，即直接物理接触。可以使用任何合适的红外反射材料。银、金和铜，以及它们的合金都是最常用的红外反射膜材料。优选地，红外反射膜主要由银组成，或者由银与不超过约5％的另一种金属组合组成，例如另一种金属选自金、铂和钯。但是，并不要求如此。 
在施加随后的膜和/或任何热处理(例如回火)期间需要保护红外反射膜时，第一隔离膜区域105可以任选地设置在第一红外反射膜区域100之上并相连接。可以提供该隔离膜区域105来保护下面的红外反射膜区域100不受化学侵蚀。在这种情况中，可以使用任何材料，例如容易氧化的材料。在某些实施方案中，施加钛金属薄层，在一些情况中(例如其中氧化物膜反应地直接沉积在这种隔离膜区域上的情况)，在沉积上面的膜时至少最外层的钛金属转变为具有不同化学计量的氧化钛。在另一个实施方案中，隔离 膜区域105以铌层沉积。包含铌的可用的隔离层在PCT国际公开No.WO97/48649中有详细讨论。该PCT公开中有关隔离层的教导并入本申请中作为参考。可以使用其它材料，例如镍、铬、镍-铬等。 
任选的隔离膜区域的示例厚度一般在3-25 
Figure S2006800454046D00101
的范围内，例如3-18 
Figure S2006800454046D00102
如果需要，可以使用较大的厚度。 
在一组实施方案中，涂层7包含三个红外反射膜区域，在其中至少一个上面(并且任选在各隔离膜区域之上)直接提供隔离膜区域，该隔离膜区域以非金属形式沉积(例如选自氧化物、氮化物和氧氮化物，包括它们的不足化学计量形式的非金属材料)。在这组实施方案中，每个这种隔离膜区域的厚度可以在这里所述的任一个任选的隔离膜区域的范围内。相关的方法实施方案包括在以非金属的形式沉积一个或多个阻隔膜区域的方法中，按顺序沉积这里公开的任何涂层实施方案的膜区域。 
在某些优选的实施方案中，第一隔离膜区域105具有特别小的厚度，例如小于15 
Figure S2006800454046D00103
、小于10 
Figure S2006800454046D00104
、小于7 、小于6 
Figure S2006800454046D00106
，或者甚至小于5 
Figure S2006800454046D00107
。尽管图4中未显示出，但隔离膜区域也可以任选地设置在第一红外反射膜区域100的下面。 
第二透明介电膜区域40位于第一红外反射膜区域100和第二红外反射膜区域200之间。因此，膜区域40也可以称作“间隔”膜区域。该第一间隔膜区域40可以为单一透明介电材料的单层，或者可以为不同透明介电材料的多层。在一些情况中，第二透明介电膜区域40包含至少三个透明介电层。任选地，有至少五个、或者至少七个这种层。作为使用一个或多个不连续的层的替代方式，部分或全部第二透明介电膜区域40可以具有渐次变化的组成(任选地特征为，随着离基底的距离的增大，从一个透明介电材料逐渐转变至另一个透明介电材料)。 
下面说明的膜区域是第二红外反射膜区域200。该膜区域200优选地与第二透明介电膜区域40的外面相连接。可以使用任何合适的红外反射材料，例如银、金和铜，或者包括这些金属中的一种或多种的合金。在一些具体的实施方案中，红外反射膜主要由银组成，或由银与不超过约5％的另一种金属组合组成，例如另一种金属选自金、铂和钯。 
当需要保护第二红外反射膜区域200时，第二隔离膜区域205可以任 选地设置在第二红外反射膜区域200之上并相连接。该隔离膜区域205可以包含例如容易氧化的任何材料。在某些实施方案中，施加钛金属薄层，并且在一些情况中(例如其中氧化物膜反应地直接沉积在该隔离膜区域205上的情况)，在沉积上面的膜时至少最外层的钛金属转变为具有不同化学计量的氧化钛。在另一个实施方案中，隔离膜区域205以铌，或所述非金属隔离膜材料的一种的层沉积。可以使用其它材料，例如镍、铬、镍-铬等。 
任选的第二隔离膜区域205的合适厚度一般在3-25 ，或者3-18 
Figure S2006800454046D00112
。如果需要，可以使用较大的厚度。在某些实施方案中，第二隔离膜区域205具有特别小的厚度，例如小于15 、小于10 
Figure S2006800454046D00114
、小于7 
Figure S2006800454046D00115
、小于6 
Figure S2006800454046D00116
，或者甚至小于5 
Figure S2006800454046D00117
。尽管图4中未显示出，但隔离膜区域也可以任选地设置在第二红外反射膜区域200的下面。 
第三透明介电膜区域60位于第二红外反射膜区域200和第三红外反射膜区域300之间。该透明介电膜区域60也是间隔膜区域，并可以称为第二间隔膜区域。第三透明介电膜区域60可以为单一透明介电材料的单层，或者可以为不同透明介电材料的多层。在一些情况中，第三透明介电膜区域60包含至少三个透明介电层。任选地，有至少五个、或者至少七个这种层。作为一个或多个不连续层的替代方式，部分或全部第三透明介电膜区域60可以具有渐次变化的组成。 
下面说明的膜区域为第三红外反射膜区域300。该膜区域300优选与第三透明介电膜区域60的外面相连接。可以使用任何合适的红外反射材料(例如银、金、铜，或者包括这些金属中的一种或多种的合金)。在一些具体的实施方案中，第三红外反射膜区域300主要由银组成，或由银与不超过约5％的另一种金属的组合组成，例如另一种金属选自金、铂和钯。 
当需要保护第三红外反射膜区域300时，第三隔离膜区域305可以任选地设置在第三红外反射膜区域300之上并相连接。该隔离膜区域305可以包含例如容易氧化的任何材料。在某些实施方案中，施加钛金属薄层，并且在有些情况中(例如其中氧化物膜反应地直接沉积在这种隔离膜区域305上的情况)，在沉积上面的膜时至少最外层的钛金属转变为具有不同化学计量的氧化钛。在另一个实施方案中，隔离膜区域305以铌，或所述非金属隔离膜材料的一种的层沉积。可以使用多种其它材料，例如镍、铬、 镍-铬等。 
任选的第三隔离膜区域305的合适厚度一般为3-25 
Figure S2006800454046D00121
，或者3-18 
Figure S2006800454046D00122
。如果需要，可是使用较大的厚度。在某些实施方案中，第三隔离膜区域305具有特别小的厚度，例如小于15 、小于10 
Figure S2006800454046D00124
、小于7 
Figure S2006800454046D00125
、小于6 
Figure S2006800454046D00126
，或者甚至小于5 
Figure S2006800454046D00127
。尽管图4中未显示出，但隔离膜区域也可以任选地设置在第三红外反射膜区域300的下面。 
在某些实施方案中提供大量隔离膜区域的情况下，可以有利地使用一个或多个厚度极小的隔离膜区域。因此，在一些实施方案中，直接在至少一个红外反射膜区域之上提供厚度小于7 、小于6 ，或者甚至小于5 
Figure S2006800454046D001210
的隔离膜区域。此外，在一些实施方案中，涂层7包括三个隔离膜区域105、205、305，并且所有这三层隔离膜区域的组合厚度小于30 
Figure S2006800454046D001211
、小于25 
Figure S2006800454046D001212
、小于20 
Figure S2006800454046D001213
、小于18 
Figure S2006800454046D001214
，或者甚至小于15 
Figure S2006800454046D001215
。 
第四透明介电膜区域80比第三红外反射膜区域300距离基底12更远。在一些实施方案中，但不是全部，该膜区域80限定了涂层的最外面77(该面可以任选地暴露在外，即不被任何其它膜或基底覆盖)。第四透明介电膜区域80可以为单一透明介电材料的单层，或者可以为不同透明介电材料的多层。在一些情况中，第四透明介电膜区域80包含至少三个透明介电层。任选地，有至少五个、或者至少七个这种层。作为使用一个或多个不连续层的替代方式，部分或全部第四透明介电膜区域80可以具有渐次变化的组成。 
因此，可以理解本发明的涂层7理想地包括至少四个透明介电膜区域20、40、60、80。在一些实施方案中，涂层7包含一个或多个、两个或更多，或者三个或更多氮化物或氧氮化物膜，例如至少一个、至少两个，或者甚至至少三个包含氮化硅和/或氧氮化硅的膜。在一些这种实施方案中，涂层7包括至少一个厚度小于150埃、小于140埃，或者甚至小于125埃的氮化物或氧氮化物膜(任选地包含氮化硅和/或氧氮化硅)，和至少一个厚度大于50埃、大于75埃、大于100埃、大于150埃、或者甚至大于175埃的其它氮化物或氧氮化物膜(任选地含有氮化硅和/或氧氮化硅)。在一些情况中，后面提到的膜位于第一红外反射膜区域100和第二红外反射膜区域200之间，或者位于第二红外反射膜区域200和第三红外反射膜区域300 之间。即，它形成间隔膜区域中的一个，或者是间隔膜区域中的一个的一部分。参考下面的表3。 
可以改变本发明涂层7的总厚度以适合不同应用的要求。在某些优选的实施方案中，涂层7的总物理厚度大于1750埃、大于1800埃、大于1900埃、或者甚至大于2000埃。对于该申请书中公开的任何实施方案，涂层的总厚度可以任选地落入本段中说明的任何一个或多个范围内。 
在一个具体的实施方案组中，第三红外反射膜区域300的厚度大于第二红外反射膜区域200的厚度，且第二红外反射膜区域200的厚度大于第一红外反射膜区域100的厚度。这组实施方案在提供优良的反射色彩性能方面是有利的。在这些实施方案的一个分组中，第一红外反射膜区域100、第二红外反射膜区域200和第三红外反射膜区域300各包含(或者主要组成为)银。 
对于本申请文件，第一反射区域比例定义为第一红外反射膜区域100的厚度与第二红外反射膜区域200的厚度的比例，且第二反射区域比例定义为第二红外反射膜区域200的厚度与第三红外反射膜区域300的厚度的比例。在一些具体的实施方案中，第一和第二反射区域比例中的至少一个小于0.85、小于0.83、或者甚至小于0.80。任选地，第一和第二反射区域比例都小于0.83，例如分别为约0.819和0.723。 
在该组的一些实施方案中，红外反射膜区域100、200、300中至少一个的厚度大于150 
Figure S2006800454046D00131
、大于175 、或者甚至大于200 
Figure S2006800454046D00133
。另外地或者可选地，第一、第二和第三红外反射膜区域的组合厚度可以任选地大于425 
Figure S2006800454046D00134
、大于450 
Figure S2006800454046D00135
、甚至大于460 
Figure S2006800454046D00136
，如约477 
Figure S2006800454046D00137
。在一些情况中，第一、第二和第三红外反射膜区域100、200、300为厚度分别为122 
Figure S2006800454046D00138
、149 
Figure S2006800454046D00139
和206 的银层。 
在该组的一些实施方案中，第一介电膜区域20包含折射率为1.7或更大的膜(任选地包含氧化锌，例如氧化锌锡)。例如，在第一红外反射膜区域100和基底12的表面18之间，可以有利地提供折射率为1.7或更大的膜的所希望的总厚度。在某些实施方案中，所希望的总厚度小于190埃、小于175埃、小于165埃、小于145埃、或者甚至小于140埃。 
对于本公开来说，主要介电区域比例(primary dielectric-region ratio)定义为第一透明介电膜区域20的厚度与第四透明介电膜区域80的厚度的比例。 该比例可以有利地低于0.75、或者甚至低于0.6，而同时任选地大于0.34、大于0.35、大于0.37、或者甚至大于0.40。在一个示例的实施方案中，该比例为约0.47。可以任选地采用这些范围中任何一个或多个内的主要介电区域比例，用于该组的任何实施方案，或者本申请文件所公开的任何其它实施方案。 
下面的表1显示了可有利地用作高红外反射涂层7的一个示例膜层叠体： 
                        表1 
Figure S2006800454046D00141
下面的表2显示了可有利地用作高红外反射涂层7的另外三个示例的膜层叠体： 
                        表2 
Figure S2006800454046D00142
下面的表3显示了可有利地用作高红外反射涂层7的另一个示例的膜层叠体： 
                        表3 
Figure S2006800454046D00151
本发明包括制备涂覆的基底(例如涂覆的玻璃板)的方法。本发明提供了方法实施方案，其中使用任何一种或多种薄膜沉积技术，按顺序沉积这里公开的任何实施方案的膜区域。根据本发明的方法，提供了具有表面18的基底12。如果需要，该表面18可以通过适当的洗涤或化学制备来制成。本发明的涂层7沉积在基底12的表面18，例如作为一系列不连续的层、作为厚度有坡度的膜、或者作为包括至少一个不连续的层和至少一个厚度有坡度的膜的组合。一种优选的方法利用工业中常用的DC磁控溅射。参考Chapin′s的美国专利No.4,166,018，其教导并入本申请中作为参考。 
简言之，磁控溅射包括将基底输送通过一系列低压区(或“室”或“隔间”)基底，其中，顺序地施加构成涂层的各个膜区域。通常在惰性气氛(如氩气)中从金属源或“靶”溅射金属膜。为了沉积透明介电膜，所述靶可由电介质本身(例如氧化锌或氧化钛)形成。更一般地，通过在反应性气氛中溅射金属靶来施加介电膜。例如，为了沉积氧化锌，可以在氧化气氛中溅射锌靶；通过在含有氮气的反应性气氛中溅射硅靶(其可以掺杂铝等以改善导电性)来沉积氮化硅。可以通过改变基底的速度和/或改变靶上的功率来控制沉积膜的厚度。 
在基底上沉积薄膜的另一种方法包括等离子体化学汽相沉积。参考美国专利No.4,619,729(Johncock等)和美国专利No.4,737,379(Hudgens等)，这两个文献均并入本申请中作为参考。这种等离子体化学汽相沉积包括通过等离子体来分解气相源，接着在固体表面(例如玻璃基底)上形成膜。可以 通过改变基底通过等离子体区时基底的速度，和/或改变功率和/或各区域内的气流速度来调整膜的厚度。 
现在参考图6，该图中描述了根据本发明的某些实施方案沉积高红外反射涂层7的示例方法。图6中示意地显示的涂布机用于沉积涂层7，该涂层7从主表面18向外顺序包括：包含氧化锌锡的第一透明介电膜区域20、包含银的第一红外反射膜区域100、包含钛的第一隔离膜区域105、包含氧化锌锡的第二透明介电膜区域40、包含银的第二红外反射膜区域200、包含钛的第二隔离膜区域205、包含氧化锌锡的第三透明介电膜区域60、包含银的第三红外反射膜区域300、包含钛的第三隔离膜区域305和第四透明介电膜区域80，该膜区域80包括在包含氧化锌锡的层上包含氮化硅的最外层。 
继续参考图6，将基底12置于涂布机的起始点，并传送至第一涂覆区CZ1(例如，沿着输送辊10来传送基底)。该涂覆区CZ1具有三个溅射室(或“隔间”)，C1至C3，它们共同用于沉积包含氧化锌锡的第一透明介电膜区域20。所有这三个隔间都具有包含锌和锡的混合物的溅射靶。图中所示每个隔间都有两个圆柱形溅射靶，但数量和类型(例如圆柱与平面)可以按需要来改变。这些前面的六个靶在氧化气氛中溅射，以沉积形式为包含锌和锡的氧化物膜的第一透明介电膜区域20。这里的氧化气氛可以主要由压力为约4×10-3mbar的氧(例如约100％的O2)组成。可选地，该气氛可以包含氩气和氧气。参考下面的表4，将约36.7kW的功率施加于前面的两个靶，将约34.6kW的功率施加于接着的两个靶，并将35.5kW的功率施加于最后的两个靶。基底12在这六个靶下面以约310英寸每分钟的速率传送，同时在所述的功率水平下溅射各靶，从而沉积形式为包含锌和锡的氧化物膜，且厚度为约159埃的第一透明介电膜区域20。 
然后将基底12传送到第二涂覆区CZ2，其中，第一红外反射膜区域100直接施加在第一透明介电膜区域20之上。第二涂覆区CZ2具有惰性气氛(例如压力约为4×10-3mbar的氩气)。该涂覆区CZ2的活性溅射隔间C4和C5各具有平面靶，但靶的数量和类型可以改变。隔间C4中的靶是金属银靶，而隔间C5中的靶是金属钛靶。基底在银靶下面以约310英寸每分钟的速率传送，同时在约7.1kW的功率下溅射该靶，从而沉积形式为厚度约为122埃的银膜的第一红外反射膜区域20。然后将基底在隔间C5中的钛靶下面 传送，同时在约7.8kW的功率下溅射该靶，从而沉积形式为包含钛的膜，并且厚度为约20埃的第一隔离膜区域105。 
然后将基底12传送通过第三涂覆区CZ3、第四涂覆区CZ4和第五涂覆区CZ5，在这些区中，施加了形式为包含锌和锡的氧化物膜的第二透明介电膜区域40。第三涂覆区CZ3和第四涂覆区CZ4各具有三个活性溅射隔间。第五涂覆区CZ5具有两个活性溅射隔间(可以有不用的隔间和/或涂覆区)。在C6-C13的各隔间中，安装了各包含(即包括的可溅射的靶材包含)锌和锡的混合物的两个圆柱形靶。这些C6-C13的各隔间具有氧化气氛。例如，第三涂覆区CZ3、第四涂覆区CZ4和第五涂覆区CZ5中的氧化气氛可以各自主要由压力为约4×10-3mbar的氧气(例如约100％的O2)组成。可选地，这些气氛中的一种或多种可以包含氩气和氧气。 
如下面的表4所示，将约50.2kW的功率施加于第三涂覆区CZ3中的前面的两个靶，将约45.1kW的功率施加于该涂覆区CZ3中的接着的两个靶，并将约49.5kW的功率施加于该区CZ3中的最后的两个靶。此处，将约53.1kW的功率施加于第四涂覆区CZ4中的前面的两个靶，将约47.7kW的功率施加于该涂覆区CZ4中的接着的两个靶，并将约44.8kW的功率施加于该区CZ4中的最后的两个靶。此外，将约49.0kW的功率施加于第五涂覆区CZ5中的前面的两个靶，并将约45.6kW的功率施加于该涂覆区CZ5中的接着的两个靶。基底12在涂覆区3-5(即由CZ3至CZ5)中所有所述的靶下面传送，同时以约310英寸每分钟的速率传送该基底并在所述的功率水平下溅射各靶，从而施加形式为包含锌和锡的氧化物膜，且厚度为约562埃的第二透明介电膜区域40。 
然后将基底12传送到第六涂覆区CZ6，其中，第二红外反射膜区域200直接施加在第二透明介电膜区域40之上。第六涂覆区CZ6具有惰性气氛(例如压力为约4×10-3mbar的氩气)。该涂覆区CZ6中的溅射隔间C14和C15各具有平面靶。隔间C14中的靶是金属银靶，而隔间C15中的靶是金属钛靶。对银靶施加约8.9kW的功率，同时将基底在该靶下面以约310英寸每分钟的速率传送，以沉积厚度约149埃的金属银膜的第二红外反射膜区域200。然后将基底在隔间C15中的金属钛靶下面传送(以相同的速度)，对该靶施加约8.1kW的功率，以沉积包含钛并且厚度为约20埃的第二隔离膜区 域205。 
然后将基底12传送通过第七涂覆区CZ7、第八涂覆区CZ8和第九涂覆区CZ9，在其中一起施加了第三透明介电膜区域60。这些涂覆区各具有三个溅射隔间，并且各隔间具有两个圆柱形靶(隔间C16至隔间C18在CZ7中，隔间C19至C21在CZ8中，且隔间C22至C24在CZ9中)。这里的靶都包含可溅射材料，其为锌和锡的混合物。这些涂覆区中每一个都具有主要由氧气组成的氧化气氛(例如压力为约4×10-3mbar的约100％的O2)。可选地，该气氛可以包含氩气和氧气。 
将约50.3kW的功率施加于第七涂覆区CZ7中的前面的两个靶，将约45.5kW的功率施加于该涂覆区CZ7中的接着的两个靶，并将约48.9kW的功率施加于该区CZ7中的最后的两个靶。将约52.5kW的功率施加于第八涂覆区CZ8中的前面的两个靶，同时将约48.2kW的功率施加于该涂覆区CZ8中的接着的两个靶，并将约44.7kW的功率施加于该区CZ8中的最后的两个靶。将约49.0kW的功率施加于第九涂覆区CZ9中的前面的两个靶，同时将约45.5kW的功率施加于该涂覆区CZ9中的接着的两个靶，并将约47.8kW的功率施加于该区CZ9中的最后的两个靶。基底12在所有这些靶下面(即，在CZ7至CZ9中的所有靶下面)以约310英寸每分钟的速率传送，同时在所述的功率水平下溅射各靶，从而施加形式为包含锌和锡的氧化物膜，且厚度为约655埃的第三透明介电膜区域60。 
然后将基底12传送到施加第三红外反射膜区域300的第十涂覆区CZ10。该涂覆区CZ10含有惰性气氛(例如压力为约4×10-3mbar的氩气)。该涂覆区CZ10中的活性隔间C25和C26各具有平面靶。隔间C25中的靶是金属银靶，而隔间C26中的靶是金属钛靶。对银靶施加约12.6kW的功率，同时该基底在该靶下面以约310英寸每分钟的速率传送，从而沉积厚度约为206埃的银膜的第三红外反射膜区域300。然后将基底在室C26中的钛靶下面传送，同时在约8.1kW的功率水平下溅射该靶，从而沉积形式为包含钛的膜，并且厚度为约20埃的第三隔离膜区域305。 
然后将基底12传送通过第十一涂覆区CZ11、第十二涂覆区CZ12和第十三涂覆区CZ13，在其中一起沉积了第四透明介电膜区域80的内部。第十一涂覆区CZ11具有各有两个圆柱形靶的三个溅射隔间(隔间C27至隔间 C29在CZ11中)。第十二涂覆区CZ12仅有一个活性溅射隔间C30，并且该隔间C30具有两个圆柱形靶。第十三涂覆区CZ13具有三个溅射隔间，并且各隔间具有两个圆柱形靶(隔间C31至C33在CZ13中)。在涂覆区CZ11至CZ13中所述的各个靶包含可溅射的靶材，其为锌和锡的混合物。涂覆区CZ11至CZ13各具有主要由氧组成的氧化气氛(例如压力为约4×10-3mbar的约100％的O2)。可选地，这些气氛中的一种或多种可以包含氩气和氧气。 
将约17.9kW的功率施加于第十一涂覆区CZ11中的前面的两个靶，将约21.1kW的功率施加于该涂覆区CZ11中的接着的两个靶，并将约19.6kW的功率施加于该区CZ11中的最后的两个靶。将约20.1kW的功率施加于第十二涂覆区CZ12中的两个靶。将约21.5kW的功率施加于第十三涂覆区CZ13中的前面的两个靶，将约19.4kW的功率施加于该第十三涂覆区CZ13中的接着的两个靶，并将约19.3kW的功率施加于该区CZ13中的最后的两个靶。基底12在CZ11至CZ13中所有所述的靶下面以约310英寸每分钟的速率传送，同时在所述的功率水平下溅射各靶，从而以包含锌和锡，且厚度为约236埃的氧化物膜来施加第四透明介电膜区域80的内部。 
最后，基底传送至第十四涂覆区CZ14，在其中施加了第四透明介电膜区域80的最外部。该区CZ14具有三个溅射隔间C34-C36，各含有氮气气氛，任选地具有一些氩气，压力为约4×10-3mbar。该涂覆区CZ14中的隔间C34至C36各具有两个圆柱形靶。这些靶各包含具有少量铝的硅的可溅射靶材。将约31.9kW的功率施加于第十四涂覆区CZ14中的前面的两个靶，将约34.0kW的功率施加于该区CZ14中的接着的两个靶，并将约37.4kW的功率施加于该区CZ14中的最后的两个靶。基底12在CZ14中的所有靶下面以约310英寸每分钟的速率传送，同时在所述的功率水平下溅射各靶，从而以包含硅和少量铝，且厚度为约101埃的氮化物膜来施加第四透明介电膜区域80的最外部。 
                                    表4 
  隔间   功率(kW)   隔间   功率(kW)   隔间   功率(kW)   隔间   功率(kW)
  C1   36.7   C11   44.8   C21   44.7   C31   21.5
  C2   34.6   C12   49   C22   49   C32   19.4
  C3   35.5   C13   45.6   C23   45.5   C33   19.3
  C4   7.1   C14   8.9   C24   47.8   C34   31.9
  C5   7.8   C15   8.1   C25   12.6   C35   34
  C6   50.2   C16   50.3   C26   8.1   C36   37.4
  C7   45.1   C17   45.5   C27   17.9    
  C8   49.5   C18   48.9   C28   21.1    
  C9   53.1   C19   52.5   C29   19.6    
  C10   47.7   C20   48.2   C30   20.1    
尽管描述了本发明的一些优选的实施方案，但应该理解在不背离本发明的精神以及所附的权利要求书的范围的情况下可以在本发明中作出各种改变、适应和修改。 

Claims (19)

1.具有相对的第一和第二主表面的涂覆的透明玻璃，所述涂覆的透明玻璃是包括其它玻璃的多板隔热玻璃单元的一部分，其中所述隔热玻璃单元具有玻璃间空间，所述涂覆的透明玻璃的第二主表面暴露于该玻璃间空间，所述第二主表面具有薄层电阻小于2.5Ω/sq，辐射率小于0.03的低辐射涂层，从所述第二主表面向外，所述低辐射涂层依次包括第一透明介电膜区域、第一红外反射膜区域、第二透明介电膜区域、第二红外反射膜区域、第三透明介电膜区域、第三红外反射膜区域和第四透明介电膜区域，其中所述三个红外反射膜区域的组合厚度大于425埃，并且玻璃单元的可见光透射率大于0.60，其中所述低辐射涂层的第一反射区域比例定义为第一红外反射膜区域的厚度与第二红外反射膜区域的厚度的比例，第二反射区域比例定义为第二红外反射膜区域的厚度与第三红外反射膜区域的厚度的比例，且第一和第二反射区域比例都小于0.83，第一和第二反射区域比例的至少一个小于0.80，并且其中在最内层红外反射膜区域和所述第二主表面之间，所述涂层具有折射率为1.7或更大的小于190埃的透明介电膜。
2.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述低辐射涂层的总厚度大于1800埃。
3.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述低辐射涂层的总厚度大于1900埃。
4.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述辐射率低于0.02。
5.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述辐射率低于0.015。
6.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述薄层电阻小于2.5Ω/sq。
7.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述薄层电阻小于2.0Ω/sq。
8.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述涂覆的透明玻璃的可见光透射率大于0.65。
9.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述低辐射涂层包括至少一个厚度小于150埃的氮化物或氧氮化物膜，并且其中所述涂层还包括至少一个厚度大于50埃的氮化物或氧氮化物膜。
10.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述涂覆的透明玻璃的主要尺寸为至少一米。
11.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述玻璃单元的可见光热效率比大于2.0且小于2.5，可见光热效率比定义为所述玻璃单元的可见光透射率与所述玻璃单元的日照得热量系数的比例。
12.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述第二主表面是所述多板隔热玻璃单元的#2表面。
13.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述多板隔热玻璃单元的两个玻璃都是具有填充了90％氩气和10％空气的绝缘混合气的1/2英寸玻璃间空间的2.2mm透明钠-钙浮法玻璃。
14.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述薄层电阻小于1.4Ω/sq。
15.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述辐射率小于0.023。
16.权利要求11的涂覆的透明玻璃，其中日照得热量系数在0.25和0.29之间。
17.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中所述涂覆的透明玻璃在740nm的透射率小于0.15。
18.权利要求17的涂覆的透明玻璃，其中所述在740nm的透射率小于0.05。
19.权利要求1的涂覆的透明玻璃，其中至少一个所述红外反射膜区域的厚度大于
Figure FSB00000940095200031
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