DE60318632T2

DE60318632T2 - Dünnfilmbeschichtung mit einer transparenten Grundierungsschicht

Info

Publication number: DE60318632T2
Application number: DE2003618632
Authority: DE
Inventors: Klaus Avcoa HARTIG; Annette J. Prairie Du Sac Krisko
Original assignee: Cardinal CG Co
Current assignee: Cardinal CG Co
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2009-01-15
Anticipated expiration: 2023-03-01
Also published as: US7192648B2; US20080268262A1; US20030165694A1; ATE485246T1; DE60334650D1; DE60318632D1; US7037589B2; US6919133B2; US20050191513A1; US20030165693A1; US7964285B2

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist eine Teilfortführungsanmeldung der Patentanmeldung, die am 1. März 2002 eingereicht wurde, das Aktenzeichen Nr. 10/087,662 erhalten hat, und auf deren gesamte Offenbarung hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft generell transparente Beschichtungen für Glas und andere Trägermaterialien. Insbesondere betrifft die Erfindung Beschichtungen, die hohen Temperaturen standhalten können, wie sie zum Beispiel beim Tempern von Glas vorgefunden werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Glasscheiben und andere Trägermaterialien können mit aufgestapelten transparenten Metall enthaltenden Filmen beschichtet werden, um die optischen Eigenschaften der beschichteten Trägermaterialien zu verändern. Besonders wünschenswert sind Beschichtungen, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie sichtbares Licht ohne Weiteres durchlassen, während sie die Transmission bei Strahlungen mit anderer Wellenlänge, insbesondere Strahlung im Infrarotbereich, möglichst gering halten. Diese Merkmale sind zur Minimierung der Wärmestrahlung ohne Beeinträchtigung der sichtbaren Transmission dienlich. Beschichtetes Glas dieser Art ist als Architekturglas und Kraftfahrzeugglas verwendbar.
Beschichtungen, die die Eigenschaften einer hohen sichtbaren Transmission und eines niedrigen Emissionsgrades haben, umfassen typischerweise einen oder mehrere Infrarot reflektierende(n) Film(e) und zwei oder mehrere antireflektierende transparente dielektrische Filme. Die Infrarot reflektierenden Filme, die typischerweise leitende Metalle wie zum Beispiel Silber, Gold oder Kupfer sind, verringern die Transmission von Strahlungswärme durch die Beschichtung. Die transparenten dielektrischen Filme werden vor allem zur Verringerung der sichtbaren Reflexion, zur zur-Verfügung-Stellung von mechanischem und chemischem Schutz der empfindlichen Infrarot reflektierenden Filme, und zur Steuerung anderer optischer Beschichtungseigenschaften, wie zum Beispiel der Farbe, verwendet. Häufig verwendete transparente Dielektrika umfassen Oxide von Zink, Zinn und Titan, ebenso wie Nitride von Silicium, Chrom, Zirkonium und Titan. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad werden herkömmlicherweise unter Verwendung von bekannten Magnetronsputterverfahren auf Glasscheiben aufgetragen.
Häufig ist es notwendig, beschichtete Glasscheiben auf Temperaturen am oder nahe dem Schmelzpunkt des Glases zu erhitzen, um das Glas zu tempern oder um zu ermöglichen, dass es zu gewünschten Formen geformt werden kann, wie zum Beispiel bei gewölbten Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen. Tempern ist bei Glas wichtig, das für Kfz-Fenster verwendet wird, und insbesondere für Glas, das für Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen verwendet wird. Wenn getempertes Glas bricht, ist das Bruchmuster des gebrochenen Glases bevorzugt derart, dass es viele kleine Teile und keine großen und gefährlichen Scherben aufweist. Während des Temperns wird das beschichtete Glas typischerweise erhöhten Temperaturen im Bereich von etwa 700°C ausgesetzt. Überdies muss beschichtetes Glas häufig in der Lage sein, solchen Temperaturen über längere Zeiträume standzuhalten. Filmstapel, bei denen Silber als Infrarot reflektierender Film verwendet wird, können einer Behandlung unter solchen hohen Temperaturen häufig nicht ohne eine gewisse Schädigung des Silberfilms standhalten.
Um dieses Problem zu vermeiden, können Glasscheiben, bevor sie beschichtet werden, erhitzt und gebogen oder getempert werden. Die gewünschten Filme können dann nach dem Erhitzen aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist jedoch häufig kompliziert und kostspielig und, was noch problematischer ist, es kann sein, dass bei dem Verfahren ungleichmäßige Beschichtungen erzeugt werden.
Bei einem weiteren Verfahren, von dem berichtet wird, zum Schutz eines Reflexionssilberfilms vor Schädigung durch hohe Temperaturen, wird das Silber zwischen schützenden Filmen aus einem oxidierbaren und/oder nitrierbaren Metall (zum Beispiel Titan) angeordnet. Die schützenden Filme sind dick und reaktiv genug, dass diese Filme, wenn das beschichtete Glas auf hohe Temperaturen erhitzt wird, Sauerstoff und/oder Stickstoff einfangen, die das Silber andernfalls erreichen und mit diesem reagieren würden. Während der Wärmebehandlung werden die Atome in dem ursprünglich flachen Silberfilm besonders mobil. Dies ist umso mehr der Fall, nachdem sie durch die Gegenwart von Sauerstoff aktiviert wurden. Es kann sein, als Ergebnis, dass das Silber anfängt, Hügelchen zu bilden, was schließlich zur Bildung von isolierten Metallinseln (Cluster) führen kann. Üblicherweise entsteht dadurch ein nicht akzeptables Ausmaß an sichtbarer Trübung, eine Verringerung der Infrarotreflexion und eine Erhöhung des Emissionsgrads. Es wird hiermit auf US-Patent Nr. 4,790,922 , (Huffer et al.), US-Patent Nr. 4,806,220 (Finley), und US-Patent Nr. 3,962,488 (Gillery) verwiesen, auf deren gesamte Lehre hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Es ist ferner bekannt, eine einzelne schützende Titanschicht direkt auf einem Infrarot reflektierenden Silberfilm zur Verfügung zu stellen, um den Silberfilm während des Auftragens einer nachfolgenden Oxidschicht zu schützen. Es wurde herausgefunden, dass schützende Titanschichten den Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, in die sie aufgenommen sind, eine ausgezeichnete Kratzbeständigkeit verleihen. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die Titanschutzschichten aufweisen, tendieren jedoch dazu, die Farbe beim Tempern zusehends zu verändern (d. h. Tendenz zur Farbverschiebung). Das Ergebnis ist, dass Glas, das eine solche Beschichtung trägt, dazu tendiert, dass es vor dem Tempern eine wahrnehmbar andere Farbe aufweist als nach dem Tempern. Dies kann für die Qualitätskontrolle unerwünschte Folgen haben, da sich das endgültige Erscheinungsbild des Produktes für gewöhnlich nur nach dem Tempern zeigt, das an einem anderen Ort und zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden kann. Dies führt zu Feedbackschwierigkeiten bei der Kontrolle des Herstellungsprozesses.
Um sicherzustellen, dass getemperte und nicht getemperte Glasscheiben ein uniformes Erscheinungsbild aufweisen, ist die temperbare Beschichtung so gestaltet, dass sie nach dem Tempern im Wesentlichen gleich aussieht wie das normale Erscheinungsbild der nicht-temperbaren Beschichtung. Temperbare Beschichtungen werden generell nicht verwendet ohne vorher getempert worden zu sein, da diese Beschichtungen ihr gewünschtes Erscheinungsbild (d. h. ihre endgültige Spezifizierung) erst erhalten, wenn sie getempert wurden. Bevorzugt werden Beschichtungen zur Verfügung gestellt, die sich während des Temperns und anderer Wärmebehandlungen so wenig wie möglich hinsichtlich der Farbe und anderer Eigenschaften verändern.
Die US-Patente Nr. 6,060,178 und Nr. 6,231,999 (beide erteilt auf Krisko), auf deren gesamten Inhalt hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird, offenbaren Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, bei denen Niobiumschutzschichten verwendet werden. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die Niobiumschutzschichten aufweisen, sind besonders vorteilhaft, da sie, wenn sie getempert oder anderweitig wärmebehandelt werden, minimale Veränderungen der Eigenschaften (z. B. Farbverschiebung) zeigen. Es wurde aber herausgefunden, dass Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die Niobiumschutzschichten aufweisen, weniger kratzbeständig sind als Beschichtungen mit Titanschutzschichten, die ansonsten äquivalent sind.
Es wäre wünschenswert, eine schützende Schicht zur Verfügung zu stellen, die den Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad sowohl Kratzbeständigkeit als auch eine Beständigkeit gegen die Farbverschiebungen, die während des Temperns oder bei anderen Wärmebehandlungen auftreten können, verleiht. Es wäre besonders wünschenswert, eine Schutzschicht zur Verfügung zu stellen, die diese Eigenschaften verleiht aber dennoch zu finanziell tragbaren Kosten in Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad aufgenommen werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen transparenten, wärmebeständigen Artikel zur Verfügung, der ein Trägermaterial und einen Stapel transparenter Filme, der auf dem Trägermaterial angeordnet ist, umfasst. Der wärmebeständige Artikel kann ein Glasartikel sein, wie zum Beispiel eine beschichtete Glasscheibe, eine Isolierglaseinheit oder ein assembliertes Fenster. Der Stapel transparenter Filme beinhaltet bevorzugt einen Infrarot reflektierenden Film und eine schützende Schicht, die sowohl Niobium und Titan umfasst.
Diese schützende Schicht grenzt bevorzugt an den Infrarot reflektierenden Film an (d. h. ist in direktem Kontakt mit dem Infrarot reflektierenden Film). Das Niobium-Titan in der schützenden Schicht kann eine Legierung oder eine Mischung umfassend Niobium und Titan sein. In einigen Ausführungsformen wurde die Niobium-Titan-Schicht wenigstens teilweise oxidiert und/oder wenigstens teilweise nitriert, um ein Oxid und/oder Nitrid von der Niobium-Titan-Legierung oder -Mischung zu bilden. Der Stapel transparenter Filme kann einen, zwei oder mehrere Infrarot reflektierende Filme umfassen, wobei wenigstens einer von ihnen mit einer darüber liegenden oder darunter liegenden schützenden Niobium-Titan-Schicht zur Verfügung gestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen ist jeder Infrarot reflektierende Film in dem Stapel transparenter Filme mit einer darüber liegenden schützenden Niobium-Titan-Schicht zur Verfügung gestellt. Jede schützende Niobium-Titan-Schicht kann eine Dicke von bis zu etwa 30 Ångström aufweisen. Bevorzugt weist jede schützende Schicht eine Dicke von etwa 10 Ångström bis etwa 30 Ångström, besonders bevorzugt von etwa 15 Ångström bis etwa 22 Ångström, und vielleicht idealerweise von etwa 20 Ångström auf.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Trägermaterial zur Verfügung, das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad trägt. Die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad in diesen Ausführungsformen umfasst, vom Trägermaterial nach außen gehend, Folgendes: Eine erste Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst, eine zweite Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, eine dritte, schützende Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst, und eine vierte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Trägermaterial zur Verfügung, das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad trägt, die einen oder mehrere Infrarot reflektierende(n) Film(e) umfasst. Die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad in diesen Ausführungsformen umfasst eine schützende Niobium-Titan-Schicht, die an einen geschützten Infrarot reflektierenden Film der Beschichtung angrenzt.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein transparentes Trägermaterial zur Verfügung, das einen ersten Brechungsindex aufweist. Das Trägermaterial trägt eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad, die vom Trägermaterial nach außen gehend, Folgendes umfasst: eine transparente Grundschicht, die im Wesentlichen amorphes Material umfasst, das einen zweiten Brechungsindex aufweist, der im Wesentlichen dem ersten Brechungsindex entspricht, eine erste Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst, eine zweite Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, eine dritte, schützende Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst, und eine vierte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Trägermaterial zur Verfügung, das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad trägt. Die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad in diesen Ausführungsformen umfasst, vom Trägermaterial nach außen gehend, Folgendes: eine erste Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst, eine zweite Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, einen Zwischenfilmbereich, der wenigstens drei Filmschichten umfasst, eine sechste Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, und eine siebte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst. Der Zwischenschichtbereich umfasst bevorzugt abwechselnde Schichten aus Kristallfilm und im wesentlichen amorphem Film. In diesen Ausführungsformen umfasst die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad eine schützende Niobium-Titan-Schicht, die entweder an die zweite Filmschicht oder die sechste Filmschicht angrenzt.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Trägermaterial zur Verfügung, das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad trägt. Die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad in diesen Ausführungsformen umfasst, vom Trägermaterial nach außen gehend, Folgendes: eine erste Filmschicht, die ein Oxid von Zink und Zinn umfasst, eine zweite Filmschicht, die ein Oxid von nur Zink umfasst, eine dritte Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, eine vierte Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst, die direkt auf der dritten Filmschicht gebildet ist, eine fünfte Filmschicht, die ein Oxid von nur Zink umfasst, eine sechste Filmschicht, die ein Oxid von Zink und Zinn umfasst, eine siebte Filmschicht, die ein Oxid von nur Zink umfasst, eine achte Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, eine neunte Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst, die direkt auf der achten Filmschicht gebildet ist, eine zehnte Filmschicht, die ein Oxid von nur Zink umfasst, eine elfte Filmschicht, die ein Oxid von Zink und Zinn umfasst; und eine zwölfte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Trägermaterial zur Verfügung, das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad trägt. Die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad in diesen Ausführungsformen umfasst, vom Trägermaterial nach außen gehend, Folgendes: eine erste Filmschicht, die ein Oxid von Titan umfasst, eine zweite Filmschicht, die ein Oxid von nur Zink umfasst, eine dritte Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, eine vierte Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst, die direkt auf der dritten Filmschicht gebildet ist, eine fünfte Filmschicht, die Siliciumnitrid umfasst, eine sechste Filmschicht, die ein Oxid von nur Zink umfasst, eine siebte Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, eine achte Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst, die direkt auf der siebten Filmschicht gebildet ist, und eine neunte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Verfahren des Auftragens einer Niobium-Titan-Schicht zur Verfügung. Das Verfahren umfasst die zur-Verfügung-Stellung eines Niobium enthaltenden Sputtertargets und eines Titan enthaltenden Sputtertargets. Beide Targets sind in einer Sputterkammer angeordnet, die einen Sputterraum aufweist, in dem eine kontrollierte Umgebung errichtet werden kann. Eine elektrische Ladung wird an die beiden Targets angelegt, um Niobium und Titan auf ein Trägermaterial zu sputtern, dessen größere Oberfläche in Richtung der Targets ausgerichtet ist, wobei ein Niobium-Titan-Film auf diese größere Oberfläche des Trägermaterials oder auf eine Filmschicht, die vorher auf dieser größeren Oberfläche des Trägermaterials angeordnet wurde, aufgetragen wird. In einigen Fällen wird die Niobium-Titan-Schicht über einer Infrarot reflektierenden Schicht (zum Beispiel einem Silber enthaltenden Film) aufgetragen, die über einer transparenten dielektrischen Schicht angeordnet ist.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Trägermaterialien zur Verfügung. Das Verfahren umfasst das Auftragen einer ersten Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst, auf ein Trägermaterial. Eine zweite Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst, wird über dieser ersten Filmschicht aufgetragen. Eine dritte, schützende, Filmschicht, die Niobium und Titan enthält, wird über dieser zweiten Filmschicht aufgetragen. Eine vierte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst, wird über dieser dritten Filmschicht aufgetragen. Die Schichten können durch jedes beliebige herkömmliche Verfahren zum Auftragen von dünnen Filmen (zum Beispiel Sputtern, CVD, und andere hinlänglich bekannte Verfahren) aufgetragen werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Wärmebehandlung des Trägermaterials nachdem die Beschichtung auf das Trägermaterial aufgebracht wurde. Die Wärmebehandlung kann Tempern, Wärmehärtung, und/oder Biegen des beschichteten Trägermaterials umfassen. Das Trägermaterial ist typischerweise Glas und die Wärmebehandlung umfasst typischerweise: Zur-Verfügung-Stellung eines beschichteten Glases der beschriebenen Art (dieses Trägermaterial kann eine Beschichtung gemäß einer der hierin beschriebenen Filmstapelausführungsformen tragen); und Aussetzen des auf diese Weise beschichteten Glases einer erhöhten Temperatur von etwa 400°C bis etwa 750°C. Die Wärmebehandlung wird typischerweise in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung trägt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung trägt;
3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt;
6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung trägt;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt;
8 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt;
9 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Trägermaterials, das einen Filmstapel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung trägt; und
10 ist eine schematische Seitenansicht einer Sputterkammer, die in bestimmten Verfahren der Erfindung Anwendung findet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu lesen, bei denen gleiche Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen wurden. Die Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind, zeigen ausgewählte Ausführungsformen und sollen den Umfang der Erfindung in keiner Weise beschränken. Sachkundige Fachleute erkennen, dass es zu den hier dargestellten Beispielen viele geeignete anwendbare Alternativen gibt, die alle in dem Umfang der Erfindung enthalten sind.
Die vorliegende Erfindung stellt Beschichtungen zur Verfügung, die wenigstens eine Niobium-Titan-Schicht umfassen. Die Niobium-Titan-Schicht ist bei vielen unterschiedlichen Beschichtungen anwendbar. Es wird zum Beispiel eine besondere Verwendungsmöglichkeit bei Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, insbesondere auf Silber basierenden Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad (d. h. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die wenigstens einen Silber enthaltenden Infrarot reflektierenden Film beinhalten) angenommen. Gegenwärtig geht man davon aus, dass die Niobium-Titan-Schicht einer wärmebehandelbaren Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad die meisten Vorteile verleiht, da sie diesen Beschichtungen sowohl Kratzbeständigkeit als auch Beständigkeit gegen die Farbverschiebung, die während des Temperns oder anderen Wärmebehandlungen auftreten kann, verleiht.
Trägermaterialien, die für die Verwendung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, umfassen die Trägermaterialgruppe, die generell flache, blattähnliche Trägermaterialien umfasst. Ein derartiges Trägermaterial weist typischerweise zwei sich generell gegenüberliegende Hauptoberflächen auf. In den meisten Fällen ist das Trägermaterial eine Platte aus transparentem Material (zum Beispiel eine transparentes Platte). So kann das Trägermaterial zum Beispiel eine Glasscheibe sein. Eine Glasart, die herkömmlicherweise bei der Herstellung von Glasartikeln (zum Beispiel Isolierglaseinheiten) verwendet wird, ist Natronkalkglas. Natronkalkglas ist in vielen Fällen ein bevorzugtes Trägermaterial. Natürlich können auch andere Glasarten verwendet werden, einschließlich derer, die üblicherweise als Alkali-Kalk-Siliciumdioxidglas, Phosphatglas, und geschmolzenes Siliciumdioxid bezeichnet werden. Es ist anzumerken, dass das Trägermaterial nicht transparent sein muss. So können zum Beispiel in einigen Fällen auch opake Trägermaterialien nützlich sein. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass das Trägermaterial bei den meisten Anwendungen ein transparentes oder lichtdurchlässiges Material beinhaltet, wie zum Beispiel Glas oder klaren Kunststoff.
Unter Bezugnahme auf 1 wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad umfasst. Da Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad im gegenwärtigen Stand der Technik wohl bekannt sind, ist der Fachmann in der Lage, die genauen Eigenschaften (zum Beispiel Zusammensetzung, Dicke und Auftragverfahren) der verschiedenen Filme dieser Beschichtungen problemlos auszuwählen und zu variieren. Daher sollte klar sein, dass die hierin beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen der Filmstapel mit niedrigem Emissionsgrad lediglich beispielhaft sind. Es sollte auch klar sein, dass sich die Erfindung auf jedwede Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad erstreckt, die wenigstens eine Niobium-Titan-Schicht umfasst, unabhängig von der Position der Niobium-Titan-Schicht in der Beschichtung. Gegenwärtig wird davon ausgegangen, dass die Verwendung des Niobium-Titan-Films über und/oder unter einem Infrarot reflektierenden Film (zum Beispiel, Silber) den größten Nutzen bringt.
In der Ausführungsform der 1 weist die dargestellte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad nur eine Infrarot reflektierende Schicht 50 auf (d. h., sie ist eine „Einzel-"Typ- Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad). Diese Schicht 50 kann aus einem beliebigen gewünschten Infrarot reflektierenden Material gebildet werden. So ist Silber zum Beispiel das am häufigsten verwendete Infrarot reflektierende Material. Es können jedoch auch Gold, Kupfer oder ein anderes Infrarot reflektierendes Material verwendet werden. Ebenso können auch Legierungen oder Mischungen dieser Materialien verwendet werden. In vielen Fällen wird es bevorzugt sein, eine Silberschicht oder eine Silber enthaltende Schicht 50 zu verwenden. So kann zum Beispiel eine Infrarot reflektierende Schicht in der Form von Silber in Verbindung mit einer geringen Menge Gold (zum Beispiel, etwa 5% Gold oder weniger) zur Verfügung gestellt werden. Es ist möglich, dass der Fachmann es vorzieht, eine beliebige einer Anzahl an anderen bekannten Silber enthaltenden Filmarten zu verwenden.
Bei Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die nur eine einzelne Infrarot reflektierende Schicht aufweisen, beträgt die Dicke dieser Schicht 50 bevorzugt wenigstens etwa 65 Ångström, um eine starke Infrarotreflexion zur Verfügung zu stellen. Für bestimmte Anwendungen kann jedoch eine geringere Dicke gewünscht sein. Typischerweise ist es vorteilhaft, die Dicke und das Material des Infrarot reflektierenden Films 50 so auszuwählen, dass Infrarotreflexionswerte von über 60%, und besonders bevorzugt von über 85% (zum Beispiel im Bereich von 3 bis 10 Mikron) zur Verfügung gestellt werden. Optimalerweise ist die Beschichtung so ausgelegt, dass Infrarotreflexionswerte von fast 100% erzielt werden, und dabei immer noch eine ausreichende optische Transmission zur Verfügung gestellt ist. In bestimmten Ausführungsformen umfasst die Infrarot reflektierende Schicht 50 Silber in einer Dicke von etwa 50 Ångström bis etwa 180 Ångström. So wird zum Beispiel erwartet, dass Silber in einer Dicke von etwa 80 Ångström gute Resultate liefert.
Bevorzugt wird verhindert, dass der Infrarot reflektierende Film 50 in reaktiven Kontakt mit Sauerstoff kommt. Es ist zum Beispiel bekannt, dass Silber auf Sauerstoff hochempfindlich reagiert. Wenn Silber in einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad reaktivem Sauerstoff ausgesetzt wird, kann sich als Zwischenreaktionsprodukt instabiles Silberoxid bilden. Wie obenstehend erwähnt, erhöht flüchtiges Silberoxid die Mobilität der Silberatome, was nicht gewünscht ist. Dies kann besonders schwerwiegend sein, wenn das Silber unter erhöhten Temperaturen, wie zum Beispiel während des Temperns, mit Sauerstoff reagiert. Auch wenn das Infrarot reflektierende Material mit Stickstoff weniger reagiert, kann es gewünscht sein, dass verhindert wird, dass Stickstoff den Infrarot reflektierenden Film 50 erreicht.
Die vorliegenden Niobium-Titan-Schichten unterdrücken die Mobilität der Silberatome während der Wärmebehandlung. Daher helfen die Niobium-Titan-Schichten, einen regelmäßigen Silberfilm zu bewahren. Die vorliegende Niobium-Titan-Schicht ist gut dazu geeignet, zu verhindern, dass Sauerstoff und/oder Stickstoff den Infrarot reflektierenden Film erreichen und mit ihm reagieren. Niobium und Titan reagieren beide unter hohen Temperaturen mit Sauerstoff und Stickstoff und bilden Oxid und Nitrid. Daher wird angenommen, dass eine schützende Niobium-Titan-Schicht in der Lage ist, chemisch mit Sauerstoff und Stickstoff zu reagieren und daher diese zu fangen, um Oxide und Nitride des Niobium-Titans zu bilden. In bestimmten Ausführungsformen, ist der Niobium-Titan-Film direkt über einem Silber enthaltenden Infrarot reflektierenden Film angeordnet und wenigstens ein transparentes dielektrisches Oxid ist weiter von dem Trägermaterial entfernt angeordnet als der schützende Niobium-Titan-Film. Da Silber besonders durch Sauerstoff angreifbar ist, sind diese Ausführungsformen besonders vorteilhaft.
Es wird vermutet, dass, wenn ein Filmstapel, der Oxid- und/oder Nitridfilme umfasst, auf die Temperaturen, die zum Tempern von Glas verwendet werden, erhitzt wird, der überschüssige Sauerstoff und/oder Stickstoff in diesen Filmen mobil werden kann, und unter solch hohen Temperaturen sehr reaktiv wäre. Es wird angenommen, dass dieser hochreaktive Sauerstoff und/oder Stickstoff durch die schützende Niobium-Titan-Schicht eingefangen wird. Wie in der US-Patentanmeldung Nr. 10/087,662 beschrieben, wird das herkömmliche Tempern von Glas gemeinhin in einer oxidierenden Atmosphäre (zum Beispiel Luft) durchgeführt. Auf die Lehre dieser '662 Anmeldung wird hierin vollinhaltlich Bezug genommen, insbesondere auf die Beschreibung (in Beispiel 1) eines herkömmlichen Glas-Temper-Verfahrens, bei dem Glas unter erhöhten Temperaturen, die etwa 734°C erreichen, behandelt wird. Es wird vermutet, dass reaktiver Sauerstoff aus der Atmosphäre während des Temperns in den Filmstapel eindringen kann. Es wird angenommen, dass dieser reaktive Sauerstoff auch durch die vorliegende Niobium-Titan-Schicht eingefangen wird.
Wenn eine Glassscheibe, die einen erfindungsgemäßen Filmstapel trägt, auf eine hohe Temperatur erhitzt wird (zum Beispiel im Bereich von etwa 700°C), bleibt die Farbe des Filmstapels ferner weitestgehend unbeeinflusst, wobei eine leichte Farbveränderung wohl ein Ergebnis einer teilweisen Oxidierung und/oder Nitrierung des Niobium-Titans ist. Daher ist die vorliegende Niobium-Titan-Schicht insbesondere vorteilhaft, wenn sie in eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad, die getempert oder anderweitig wärmebehandelt werden soll, aufgenommen werden wird. So können zum Beispiel Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit den vorliegenden Niobium-Titan-Schichten zur Verfügung gestellt werden, um bei ihnen eine kleinstmögliche Farbverschiebung zu unterstützen, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, im Vergleich zu entsprechenden Beschichtungen mit Titanschutzschichten. Ferner können zum Beispiel Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit den vorliegenden Niobium-Titan-Schichten zur Verfügung gestellt werden, um eine größere Abrasionsbeständigkeit zu fördern als bei entsprechenden Beschichtungen mit Niobiumschutzschichten. Schließlich wären die Kosten der vorliegenden Niobium-Titan-Schicht geringer als die Kosten einer Niobiumschutzschicht. Daher könnte die Niobium-Titan-Schicht zu Kosten, die sich die Konsumenten leisten können, in eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad aufgenommen werden.
In der Ausführungsform der 1 wird eine schützende Niobium-Titan-Schicht 80 auf einem Infrarot reflektierenden Film 50 gebildet. Typischerweise wird die schützende Niobium-Titan-Schicht als Metallfilm aufgetragen. So können zum Beispiel metallisches Niobium und metallisches Titan in einer inerten Atmosphäre (zum Beispiel Argon) auf den Infrarot reflektierende Film 50 gesputtert werden. In vielen Fällen wird das auf diese Weise beschichtete Trägermaterial dann in einen nachfolgenden Sauerstoff enthaltenden Sputterbereich befördert (wenn zum Beispiel ein nachfolgender transparente Oxidfilm auf der Niobium-Titan-Schicht aufgetragen wird). Als Ergebnis dieser Aussetzung oxidiert die metallische Niobium-Titan-Schicht typischerweise wenigstens teilweise (es oxidiert zum Beispiel ein äußerer Bereich dieser Schicht, während ein innerer Bereich metallisch bleibt).
Der hierin verwendete Begriff „Niobium-Titan" betrifft jedwede Verbindung, die wenigstens etwas Niobium und wenigstens etwas Titan umfasst. In dieser Definition ist zum Beispiel jedwede Legierung oder Mischung beinhaltet, die sowohl Niobium als auch Titan, gleich ob metallisch oder in der Form eines Oxids, Nitrids, usw. und optional eines oder mehrere gewünschte Materialien umfasst. In einer Ausführungsform ist das Niobium-Titan im Wesentlichen frei von anderen Metallen und Halbmetallen (d. h. Metalloiden) als Niobium und Titan. So kann das Niobium-Titan im Wesentlichen aus metallischem Niobium und Titan und/oder Umsetzungsprodukten (zum Beispiel Oxide, Nitride, usw.) von diesen bestehen. Insbesondere kann das Niobium-Titan im Wesentlichen aus Niobium, Titan und Sauerstoff und/oder Stickstoff bestehen.
Die Erfinder fanden heraus, dass die Verwendung von Niobium in den schützenden Schichten der Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad dazu beiträgt, die gewünschte Beständigkeit dieser Beschichtungen gegen Farbverschiebung zur Verfügung zu stellen, wenn diese Beschichtungen erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden. Die Erfinder fanden ferner heraus, dass die Verwendung von Titan in den schützenden Schichten der Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad dazu beiträgt, die gewünschte Abrasionsbeständigkeit dieser Beschichtungen zur Verfügung zu stellen. Daher sind die vorliegenden Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit Schutzschichten zur Verfügung gestellt, die sowohl Niobium als auch Titan umfassen, um sowohl eine Abrasionsbeständigkeit als auch eine Beständigkeit gegen Farbverschiebung während der Bearbeitung unter erhöhten Temperaturen zu erreichen. Die vorliegenden Niobium-Titan-Schichten sind überraschenderweise vorteilhaft, vor allem wenn sie in wärmebehandelbaren Beschichtungen aufgenommen sind.
Die Prozentsätze an Niobium und Titan in der schützenden Schicht können wie gewünscht variiert werden. Optimalerweise sind die Prozentsätze von Niobium und Titan so ausgewählt, dass eine Niobium-Titan-Schicht erhalten wird, die die gewünschten Niveaus an Abrasionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Farbverschiebung, wenn die Schicht erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird (zum Beispiel Temperaturen im Bereich von 700°C, oder 1112°F, wie beim Tempern von Glas), aufweist. Höhere Prozentsätze an Niobium können zur Verfügung gestellt werden, wenn eine höhere Farbverschiebungsbeständigkeit gewünscht ist, wohingegen höhere Prozentsätze an Titan zur Verfügung gestellt werden können, wenn eine höhere Abrasionsbeständigkeit gewünscht ist. Daher umfasst die schützende Schicht bevorzugt einen höheren Prozentsatz an Titan als an Niobium, wenn die Abrasionsbeständigkeit besonders wichtig ist. In bestimmten Ausführungsformen dieser Art umfasst die Schutzschicht einen größeren Prozentsatz (d. h. 50% oder mehr) Titan und einen kleineren Prozentsatz (d. h. weniger als 50%) Niobium. So kann der Prozentsatz an Titan im Bereich von 50% bis etwa 95% liegen. Damit zusammenhängend kann der Prozentsatz an Niobium weniger als 50% und mehr als etwa 5% betragen. In einer Ausführungsform umfasst die Niobium-Titan-Schicht etwa 55% Titan und etwa 45% Niobium. In anderen Fällen, wenn die Beständigkeit gegen Farbverschiebung besonders wichtig ist, umfasst die Schutzschicht bevorzugt einen höheren Prozentsatz an Niobium als Titan. In bestimmten Ausführungsformen dieser Art umfasst die schützende Schicht einen größeren Prozentsatz Niobium und einen kleineren Prozentsatz Titan. So kann der Prozentsatz an Niobium im Bereich von 50% bis etwa 95% liegen. Damit zusammenhängend kann der Prozentsatz an Titan weniger als 50% und mehr als etwa 5% betragen. Wenn das Verhältnis zwischen Abrasionsbeständigkeit und Farbverschiebungsbeständigkeit im Wesentlichen ausgewogen sein soll, können im Wesentlichen gleiche Prozentsätze an Niobium und Titan wünschenswert sein. Die entsprechenden Prozentsätze an Titan und Niobium in dem vorliegenden schützenden Film sind Gewichtsprozentsätze des bezeichneten Materials im Bezug auf das Gesamtgewicht aller Komponenten in dem schützenden Film.
Die schützende Niobium-Titan-Schicht wird in einer Dicke aufgetragen, die gering genug ist, dass eine optische Transmission durch die Gegenwart dieser Schicht nicht übermäßig verringert wird. Um dieses Ziel zu erreichen sollte eine Auftragdicke von bis zu etwa 30 Ångström geeignet sein. Die schützende Niobium-Titan-Schicht wird in einer Dicke aufgetragen, die ausreichend ist, um den benachbarten (zum Beispiel darunter liegenden oder darüber liegenden) Infrarot reflektierenden Film während des Temperns zu schützen. Insbesondere wird die schützende Schicht bevorzugt mit einer Dicke von etwa 10–30 Å, besonders bevorzugt etwa 15–22 Å, und vielleicht optimalerweise etwa 20 Å aufgetragen. Wie oben bemerkt, kann die Schutzschicht als eine dünne Schicht, die metallisches Niobium-Titan umfasst (oder optional im Wesentlichen daraus besteht), aufgetragen werden. Der größte Teil des Metalls kann dann während des Auftragens von aufeinander folgenden Schichten des Filmstapels und/oder während der nachfolgenden Wärmebehandlung (zum Beispiel Tempern) zu einem Oxid und/oder Nitrid unterschiedlicher Stöchiometrie umgewandelt werden. Als Ergebnis dieses Oxidierens und/oder Nitrierens erhöht sich typischerweise die Dicke der schützenden Niobium-Titan-Schicht. Daher kann die endgültige Dicke der Niobium-Titan-Schicht größer als die oben genannte bevorzugte Auftragungsdicke sein. Andererseits kann eine Auftragungsdicke, die leicht unter 10 Å (zum Beispiel, etwa 7 Å und höher) liegt, zur Verfügung gestellt werden.
In einer Ausführungsform wird die Dicke der schützenden Niobium-Titan-Schicht derart ausgewählt, dass nach einer gewünschten Wärmebehandlung (wie zum Beispiel Tempern) und der damit zusammenhängenden Umwandlung von einem Teil des Niobiums und Titans in deren jeweilige Oxide und/oder Nitride, ein Abschnitt (zum Beispiel der innerste Abschnitt) der Niobium-Titan-Schicht übrig bleibt, der weder wesentlich oxidiert noch wesentlich nitriert ist. Dieser nicht in Reaktion getretene Abschnitt kann im Wesentlichen nicht oxidiert und im Wesentlichen nicht nitriert sein. Die Dicke der schützenden Schicht wird optimalerweise so ausgewählt, dass dieser nicht in Reaktion getretene Abschnitt im Wesentlichen metallisch bleibt. Der nicht in Reaktion getretene Abschnitt ist typischerweise der Abschnitt der Niobium-Titan-Schicht, der an einen direkt darunter liegenden Infrarot reflektierenden Film angrenzt.
Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der 1 ist die Niobium-Titan-Schicht 80 über der äußeren Fläche (der Fläche, die von dem Trägermaterial weg orientiert ist) des Infrarot reflektierenden Films 50 angeordnet. Diese Niobium-Titan-Schicht 80 ist bevorzugt direkt über, und in direktem Kontakt mit (d. h. angrenzend an), dem darunter liegenden Infrarot reflektierenden Film 50 angeordnet. Während dies typischerweise bevorzugt ist, ist bei anderen verwendbaren Ausführungsformen eine schützende Niobium-Titan-Schicht über einem darunter liegenden Infrarot reflektierenden Film angeordnet, aber von diesem durch eine oder mehrere Filme aus anderem Material getrennt.
Es wird erwartet, dass es besonders wünschenswert ist, eine schützende Niobium-Titan-Schicht über einem Infrarot reflektierenden Film anzuordnen. Dies ist jedoch keineswegs Bedingung. So ist in einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) eine schützende Niobium-Titan-Schicht unter, aber nicht darüber, einem Infrarot reflektierenden Film in einer "Einzel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad angeordnet. Wenn Silber als Infrarot reflektierender Film verwendet wird, kann es wünschenswert sein, die Niobium-Titan-Schicht nicht direkt unter diesem Film anzuordnen. Es ist zum Beispiel vorteilhaft, bei Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad eine Schicht aus reinem Zinkoxid unter jedem Silberfilm zur Verfügung zu stellen, da herausgefunden wurde, dass dies das Wachstum eines qualitativ hochwertigen Silberfilms fördert. Die Anordnung einer Niobium-Titan-Schicht direkt unter einem Infrarot reflektierenden Film, selbst einem, der aus Silber gebildet wurde, ist eine Option und Ausführungsformen dieser Art können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform, in der zwei schützende Niobium-Titan-Schichten 80, 180 jeweils unter und über dem Infrarot reflektierenden Film 50 in einer "Einzel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad angeordnet sind. In dieser Ausführungsform liegt der Infrarot reflektierende Film 50 zwischen den beiden Niobium-Titan-Schichten 80 und 180. Die Niobium-Titan-Schicht 80 unter dem Infrarot reflektierenden Film 50 ist vorteilhafterweise einige Ångström dünner als die Niobium-Titan-Schicht 180 über dem Infrarot reflektierenden Film 50. Dies kann eine übermäßige Verringerung des Durchlassvermögens verhindern, da die Niobium-Titan-Schichten 80, 180 bevorzugt nur in den Dicken, die zum Schützen des Infrarot reflektierenden Films 50 erforderlich sind, zur Verfügung gestellt sind. Wie oben suggeriert, kann es vorteilhaft sein, die innere Niobium-Titan-Schicht 80 nicht direkt unter diesem Film 50 anzuordnen, wenn Silber in dem Infrarot reflektierenden Film 50 verwendet wird, da ein direkt darunter liegender Zinkoxidfilm zur Optimierung des Silberwachstums beiträgt. Das Anordnen des Infrarot reflektierenden Films 50, selbst eines, der aus Silber gebildet ist, direkt zwischen zwei Niobium-Titan-Schichten 80, 180 (und daher Positionieren der ersten Niobium-Titan-Schicht 80 direkt unter der Infrarot reflektierenden Schicht 50) kann ein gewünschtes Maß an Schutz für den Infrarot reflektierenden Film 50 zur Verfügung stellen. Aus diesem Grund kann die Ausführungsform der 2 für bestimmte Anwendungen bevorzugt sein.
Ein Aspekt der Erfindung stellt Verfahren zum Auftragen einer Niobium-Titan-Schicht, die eine Abrasionsbeständigkeit und, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird, eine Beständigkeit gegen Farbverschiebung aufweist, zur Verfügung. Die Niobium-Titan-Schicht und die übrigen Filmschichten können vorteilhafterweise durch Sputterabscheidung (d. h. Sputtern) aufgetragen werden. Im gegenwärtigen Stand der Technik sind Sputterverfahren und Sputtervorrichtungen allgemein bekannt. So sind zum Beispiel Magnetronsputterkammern und damit zusammenhängendes Zubehör von einer Vielzahl an Quellen im Handel erhältlich (zum Beispiel Leybold und BOC Coating Technology). Verwendbare Magnetronsputterverfahren und -Vorrichtungen sind auch in dem US-Patent Nr. 4,166,018 , erteilt für Chapin, offenbart, auf deren Lehren hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Daher können herkömmliche Magnetronsputterverfahren und -Vorrichtungen zur Auftragung der vorliegenden Niobium-Titan-Schicht verwendet werden. Die Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind am leichtesten unter Bezugnahme auf 10 zu verstehen, in der eine Sputterkammer 200 dargestellt ist, die mit zwei Kathoden ausgestattet ist. Jede Kathode umfasst ein Sputtertarget 220a, 220b, Endblöcke 240, und eine Magnetanordnung (nicht gezeigt) und Kühlleitungen (nicht gezeigt) innerhalb des Targets. Obwohl die dargestellte Kammer 200 mit zwei Kathoden zur Verfügung gestellt ist, kann es wünschenswert sein, stattdessen nur eine Kathode zu verwenden. In 10 sind zudem Anoden 230, Gasverteilungsleitungen 235, und Transportrollen 210 zum Fördern des Trägermaterials 10 durch die Kammer 200 gezeigt. Eine derartige Sputterausrüstung ist im Stand der Technik allgemein bekannt.
Die in 10 dargestellten Sputtertargets 220a, 220b sind als zylindrische Magnetrontargets (d. h. C-Mags) dargestellt. Es kann jedoch jedwede Art von Sputtertarget (zum Beispiel plan oder zylindrisch) verwendet werden. Die Sputterkammer kann zum Beispiel alternativ mit einem einzelnen planen Target zur Verfügung gestellt werden. Der Fachmann ist in der Lage, geeignete plane und/oder zylindrische Targets auszuwählen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Niobium-Titan-Schicht durch Sputtern eines oder mehrerer Targets, welche das Targetmaterial, das eine Legierung oder eine Mischung aus Niobium und Titan umfassen, aufgetragen. Die Prozentsätze an Niobium und Titan in dem Targetmaterial können wie gewünscht variiert werden. Optimalerweise werden die Prozentsätze an Niobium und Titan im Targetmaterial so ausgewählt, dass eine Niobium-Titan-Schicht erzielt wird, die die gewünschten Niveaus an Abrasionsbeständigkeit und Beständigkeit gegen Farbverschiebung bei Verarbeitung unter erhöhten Temperaturen aufweisen. Wenn die Abrasionsbeständigkeit von primärer Wichtigkeit ist, umfassen die Targets bevorzugt einen größeren Prozentsatz an Titan als an Niobium. Wenn dagegen die Beständigkeit gegen Farbverschiebung besonders wichtig ist, umfassen die Targets bevorzugt einen höheren Prozentsatz an Niobium als an Titan. Während das Targetmaterial aus Niobium und Titan bestehen kann (oder im Wesentlichen aus Niobium und Titan bestehen kann), wird angenommen, dass das Targetmaterial zusätzlich zum Niobium und Titan eines oder mehrere andere Materialien enthalten kann. Niobium-Titan-Targets sind im Handel von Wah Chang in Albany, Oregon, U.S.A, erhältlich. In einem besonderen Verfahren wird die schützende Schicht durch Sputtern wenigstens eines Targets mit einem Targetmaterial (d. h. sputterbares Material), das etwa 55% metallisches Titan und etwa 45% metallisches Niobium umfasst, aufgetragen.
In einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wird der Niobium-Titan-Film durch Co-sputtern aufgetragen. Co-sputtern ist ein Verfahren, bei dem zwei oder mehrere Targets unterschiedlicher Zusammensetzung gleichzeitig (oder im Wesentlichen gleichzeitig) gesputtert werden. Die Niobium-Titan-Schicht kann durch Co-sputtern eines Niobium enthaltenden Targets und eines Titan enthaltenden Targets in derselben Sputterkammer oder im selben Sputterbereich aufgetragen werden. Daher kann eines der Targets 220a, 220b in der dargestellten Kammer 200 ein Niobium enthaltendes Target sein und das andere kann ein Titan enthaltendes Target sein. So können zum Beispiel die Targets 220a, 220b jeweils aus metallischem Niobium und metallischem Titan gebildet sein. Alternativ können die Targets 220a, 220b jeweils aus einer Niobiumverbindung und einer Titanverbindung gebildet sein. Niobiumtargets und Niobiumverbindungs-Targets, ebenso wie Titantargets und Titanverbindungs-Targets sind von mehreren Lieferanten im Handel erhältlich, wie zum Beispiel von TICO Titanium Inc., New Hudson, Michigan, USA. Der Begriff "Niobium enthaltend" wie hierin verwendet, bezieht sich auf jedwedes Material, das wenigstens etwas Niobium enthält. Die Begriffe "Titan enthaltend", "Silber enthaltend", usw., wie hierin verwendet, beziehen sich jeweils auf Materialien, die wenigstens etwas Titan, etwas Silber, usw. umfassen.
Daher umfasst das vorliegende Co-Sputterverfahren die zur-Verfügung-Stellung eines Niobium enthaltenden Targets und eines Titan enthaltenden Targets. Beide Targets sind in einer Sputterkammer angeordnet, die einen Sputterraum aufweist, in dem eine kontrollierte Umgebung errichtet werden kann. Einer oder mehrere Energieversorger sind zur Verfügung gestellt, um elektrische Ladung (zum Beispiel eine kathodische Ladung) für beide Targets zu liefern. Die Kathoden werden dann mit Strom versorgt, um Niobium und Titan auf ein Trägermaterial zu sputtern und dabei die Niobium-Titan-Schicht auf eine Oberfläche (zum Beispiel eine größere Oberfläche, die im Allgemeinen in Richtung der Targets ausgerichtet ist) des Trägermaterials oder auf eine Filmschicht, die vorher auf dem Trägermaterial (zum Beispiel auf eine vorher aufgetragene Infrarot reflektierende Schicht, unter der andere vorher aufgetragene Filme, wie hierin beschrieben, sein können) aufgetragen worden war, aufzutragen. Das Niobium enthaltende Target und das Titan enthaltende Target können im Wesentlichen zur gleichen Zeit (zum Beispiel gleichzeitig oder in schneller Abfolge) gesputtert werden.
Daher umfassen die bevorzugten Verfahren der Erfindung das Auftragen der schützenden Niobium-Titan-Schicht durch Sputtern, gleich ob durch herkömmliches Sputtern oder durch Co-Sputtern. Unter weiterer Bezugnahme auf 10 wird ein Trägermaterial 10 zur Verfügung gestellt, das eine Teilbeschichtung 114 trägt, die wenigstens einen Infrarot reflektierenden Film trägt. Der Infrarot reflektierende Film wird typischerweise über einem transparenten dielektrischen Film getragen und er definiert in den meisten Fällen die äußerste Schicht der Teilbeschichtung 114 (vor dem Auftragen der Niobium-Titan-Schicht auf ihr). Dem Fachmann ist klar, dass einer oder mehrere andere Filme zwischen dem Trägermaterial und dem transparenten dielektrischen Film und/oder zwischen dem transparenten dielektrischen Film und dem Infrarot reflektierenden Film gebildet werden können. Die Teilbeschichtung 114 kann zum Beispiel die Form des Filmstapelabschnittes annehmen, der unter jedwedem der Infrarot reflektierenden Filme 50, 150 ist, die in den 1–9 dargestellt sind, der diesen Film umfasst. In einem besonderen Verfahren umfasst die Teilbeschichtung 114 einen exponierten äußersten Infrarot reflektierenden Silber enthaltenden Film, der direkt über einem transparenten dielektrischen Film getragen wird.
Das teilweise beschichtete Trägermaterial 10 ist unter einem oder mehreren Targets 220a, 220b angeordnet, die sowohl Niobium als auch Titan umfassen (entweder zusammen oder einzeln, je nach dem, ob ein herkömmliches Sputterverfahren oder ein Co- Sputterverfahren angewendet wird). Wie in 10 dargestellt, kann das Trägermaterial 10 auf mehreren Transportrollen 210 angeordnet sein. Das Target oder die Targets werden gesputtert (d. h. unter Spannung gebracht), damit ein Niobium-Titan-Film auf dem teilweise beschichteten Trägermaterial aufgetragen wird (in den meisten Fällen direkt auf dem exponierten Infrarot reflektierenden Film). Während des Sputterns kann das Trägermaterial 10 durch die Kammer 200 befördert werden (zum Beispiel fortlaufend und unter konstanter Geschwindigkeit). Es ist bekannt, dass eine oder mehrere der Rollen 210 angetrieben (d. h. rotiert) werden können, um das Trägermaterial 10 durch die Kammer 200 (zum Beispiel in Richtung des in 10 gezeigten Pfeils) zu befördern.
Typischerweise ist es bevorzugt, das/die Niobium-Titan-Targets) zum Auftragen der schützenden Niobium-Titan-Schicht in einer nicht reaktiven (d. h. inerten) Atmosphäre zu sputtern. Es wird angenommen, dass dadurch eine möglichst reaktive schützende Niobium-Titan-Schicht erzielt werden kann, wodurch sie während des Auftragens eines nachfolgenden Films und/oder während einer Wärmebehandlung eine große Menge an Sauerstoff und/oder Stickstoff einfangen kann. In dieser Hinsicht kann eine Sputteratmosphäre, die im Wesentlichen aus Edelgas (zum Beispiel etwa 100% Argon) besteht, bevorzugt sein. So wird zum Beispiel erwartet, dass Argon unter einem Druck von etwa 3 × 10^'3 mbar gute Resultate liefert. Leistungspegel von bis zu etwa 10 kW pro Target werden für die Sputterauftragung des Niobium-Titan-Films bevorzugt. Es sollte darauf geachtet werden, dass ein unbeabsichtigtes Ausströmen (Fluss von Reaktionsgasen) in den Bereich, wo die Niobium-Titan-Schicht unter Kontrolle gesputtert wird, verhindert wird. Eine undichte Stelle in der Nähe der Targets (unter niedrigem Energieniveau) könnte in der Niobium-Titan-Schicht zu lokalen Oxidationsgebieten führen. Dies könnte vor und nach dem Tempern zu Problemen hinsichtlich der Gleichmäßigkeit führen. Das Trägermaterial 10, auf dem die Niobium-Titan-Schicht aufgetragen wird, kann im Wesentlichen mit jeder gewünschten Geschwindigkeit durch die Sputterkammer 200 befördert werden. So sollten zum Beispiel Trägermaterialgeschwindigkeiten von etwa 100–500 Zoll/Minute geeignet sein. Die Niobium-Titan-Schicht wird bevorzugt in einem einzelnen Schritt unter dem/den Target(s) aufgetragen. Das Trägermaterial wird bevorzugt während des Sputterns in einer konstanten horizontalen Ausrichtung behalten.
Während Sputtertechniken gegenwärtig für das Auftragen der schützenden Niobium-Titan-Schicht und der anderen Filmschichten der vorliegenden Beschichtungen als bevorzugt angesehen werden, kann jedes gewünschte Dünnfilmauftragungsverfahren angewendet werden. So schließt zum Beispiel ein anderes verwendbares Verfahren zum Aufbringen der vorliegenden Niobium-Titan-Schicht die chemische Gasphasenabscheidung (d. h. CVD) mit ein. Es wird hiermit auf US-Patent Nr. 4,619,729 , (Johncock et al.), US-Patent Nr. 4,737,379 (Hudgens et al.), und US-Patent Nr. 5,288,527 (Jousse et al.) verwiesen, auf deren gesamte Lehre hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Plasma unterstützte CVD, zum Beispiel, umfasst die Spaltung von gasförmigen Quellen mittels eines Plasmas und nachfolgende Schichtbildung auf festen Oberflächen, wie zum Beispiel Glasträgermaterialien. Die Dicke des resultierenden Films kann angepasst werden, indem die Geschwindigkeit, mit der das Trägermaterial durch einen Plasmabereich passiert, angepasst wird, und indem die Energie und die Gasflussgeschwindigkeit innerhalb jeder Zone variiert werden. Im Allgemeinen können die hierin beschriebenen Filmstapel hergestellt werden, indem die Schichten jedes offenbarten Filmstapels in der beschriebenen Anordnung durch jedwedes herkömmliche Dünnfilmauftragungsverfahren aufgetragen werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Wärmebehandlung des Trägermaterials nachdem die Beschichtung auf das Trägermaterial aufgebracht wurde. Die Wärmebehandlung kann Tempern, Wärmehärtung, und/oder Biegen des beschichteten Trägermaterials umfassen. Typischerweise ist das Trägermaterial Glas und die Wärmebehandlung umfasst: Zur-Verfügung-Stellung eines beschichteten Glases der beschriebenen Art (dieses Trägermaterial kann eine Beschichtung gemäß einer beliebigen der hierin offenbarten Filmstapelausführungsformen tragen); und Aussetzen des auf diese Weise beschichteten Glases einer erhöhten Temperatur von etwa 400°C bis etwa 750°C. Die Wärmebehandlung wird typischerweise in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt.
Unter weiterer Bezugnahme auf die Ausführungsform der 1 wird eine antireflektierende innere Schicht 30 über einer der beiden Hauptoberflächen des Trägermaterials 10 gebildet. Die antireflektierende innere Schicht 30 umfasst eine oder mehrere transparente dielektrische Filme. Der Begriff „transparent dielektrisch" wie hierin verwendet bezieht sich auf jedwede nicht metallische (d. h. weder ein reines Metall noch eine Metalllegierung) Verbindung, die jedes beliebige oder mehrere Metalle umfasst und im Wesentlichen transparent ist, wenn sie als dünner Film aufgetragen wird. So wäre in dieser Definition zum Beispiel jedwedes Metalloxid, Metallnitrid, Metallcarbid, Metallsulfid, Metallborid und jedwede Kombination aus diesen (zum Beispiel ein Oxinitrid) umfasst. Ferner ist der Begriff „Metall" so zu verstehen, dass er alle Metalle und Halbmetalle (d. h. Metalloide) umfasst.
Die antireflektierende innere Schicht 30 weist bevorzugt eine Gesamtdicke von etwa 85 Å bis etwa 700 Å, und besonders bevorzugt von etwa 100 Å bis etwa 250 Å auf. Diese Schicht 30 kann eine oder mehrere transparente dielektrische Materialien umfassen. So kann zum Beispiel eine große Bandbreite an Metalloxiden verwendet werden, einschließlich Oxide von Zink, Zinn, Indium, Bismut, Titan, Hafnium, Zirkonium, Zirkonium und Legierungen und Mischungen daraus. Obwohl Metalloxide im Allgemeinen aufgrund ihrer unkomplizierten und kostengünstigen Anwendung bevorzugt sind, können auch Metallnitride (zum Beispiel Siliciumnitrid) ziemlich vorteilhaft verwendet werden. Der Fachmann auf dem vorliegenden Fachgebiet ist problemlos in der Lage, andere Materialien, die für diese Schicht 30 verwendet werden könnten, auszuwählen.
Die innere Schicht 30 in der Ausführungsform der 1 ist als einzelner Film dargestellt. Diese Schicht 30 kann jedoch durch mehrere Filme ersetzt werden, wenn dies gewünscht ist. So kann zum Beispiel die innere Schicht 30 zwei getrennte Filme umfassen, die optional aus unterschiedlichen transparenten dielektrischen Materialien gebildet sind. Wenn diese Schicht 30 aus einem einzelnen Film besteht, wird dieser Film bevorzugt aus Zinkoxid gebildet. In einer Ausführungsform umfasst diese Schicht 30 zum Beispiel Zinkoxid, das in einer Dicke von etwa 100 Å aufgetragen wird. Besteht die innere Schicht 30 aus einem Film oder mehreren Filmen, kann es aufgrund der unten beschriebenen Gründe ideal sein, jeden einzelnen Film auf eine physikalische Dicke von weniger als etwa 250 Å zu beschränken, oder auf eine optische Dicke von nicht mehr als etwa 450 Å.
In bestimmten besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt die physikalische Dicke der Schicht 30 (ob sie aus einem oder mehreren Filmen besteht) weniger als etwa 230 Å, vielleicht besonders bevorzugt weniger als 200 Å (zum Beispiel etwa 180 Å oder weniger), und in einigen Fällen weniger als etwa 160 Å. In bestimmten Ausführungsformen dieser Art ist die Schicht 30 aus einem Film gebildet, der einen Brechungsindex von etwa 2 aufweist, so dass die optische Dicke der Schicht 30 weniger als 460 Å, vielleicht besonders bevorzugt weniger als 400 Å, und in einigen Fällen weniger als etwa 320 Å beträgt. Die hierin zur Verfügung gestellten Dicken sind physikalische Dicken, außer wenn sie ausdrücklich als optische Dicken bezeichnet sind. Die in diesem Absatz beschriebenen Ausführungsformen sind für Doppelsilberbeschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad besonders vorteilhaft.
Wie bereits beschrieben, kann die Zusammensetzung der antireflektierenden inneren Schicht 30 wie gewünscht variiert werden. Es wird jedoch im Allgemeinen bevorzugt, dass wenigstens ein dünner Zinkoxidfilm auf den äußersten Abschnitt (d. h. den Abschnitt, der vom Trägermaterial am weitesten entfernt ist) dieser Schicht 30 aufgetragen wird. Wie oben bemerkt, wird angenommen, dass dies die Qualität des Filmstapels erhöht, zumindest wenn die darüber liegende Infrarot reflektierende Schicht 50 aus Silber gebildet ist, da herausgefunden wurde, dass Zinkoxid eine gute Grundlage für die Keimbildung von Silber bildet. Daher ist es bevorzugt, entweder die gesamte antireflektierende innere Schicht 30 aus Zinkoxid zu bilden, oder diese Schicht 30 durch zwei oder mehrere Filme (nicht gezeigt) zu ersetzen, wobei der äußerste Film Zinkoxid ist.
Daher wird erwartet, dass die antireflektierende innere Schicht 30 in bestimmten Ausführungsformen durch zwei oder mehrere Filme (nicht gezeigt) ersetzt wird. Von mehreren Filmstapeln ist bekannt, dass sie für die Verwendung als antireflektierender innerer Bereich einer "Einzel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad geeignet sind. So kann der erste Film (d. h. der Film, der dem Trägermaterial am Nächsten ist) zum Beispiel eine Legierung oder Mischung aus Zinkoxid sein, wie zum Beispiel eine Legierung oder Mischung aus Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid, oder Indiumoxid. Wie oben erwähnt, ist der zweite Film bevorzugt ein Oxid nur von Zink, zumindest, wenn der darüberliegende Infrarot reflektierende Film 50 aus Silber gebildet ist. Während die relative Dicke dieser beiden Filme wie gewünscht variiert werden kann, beträgt die Gesamtdicke beider Filme bevorzugt etwa 85 Ångström bis etwa 700 Ångström, und besonders bevorzugt etwa 100 Ångström bis etwa 250 Ångström. Der Fachmann ist problemlos in der Lage, verschiedene andere geeignete Filmstapel, die als antireflektierende innere Schicht 30 verwendet werden können, auszuwählen.
In der Ausführungsform der 1 ist der zweite dargestellte Film 50 die Infrarot reflektierende Schicht und der dritte dargestellte Film 80 ist die schützende Niobium-Titan-Schicht. Beide Schichten 50, 80 sind obenstehend genau beschrieben. Ein äußerer Filmbereich 90 ist wünschenswerterweise über der Niobium-Titan-Schicht 80 angeordnet. In seiner einfachsten Form besteht der äußerste Schichtbereich 90 aus einer einzelnen transparenten dielektrischen Schicht, die mit einer Dicke von etwa 85 Å bis etwa 700 Å aufgetragen wird. Verwendbare Materialien für diese Schicht umfassen Siliciumnitrid und Oxide von Zink, Zinn, Indium, Bismut, Titan, Hafnium, Zirkonium, und Legierungen und Mischungen daraus. Der Fachmann ist in der Lage, andere geeignete Materialien und Dicken für die äußere Schicht einer Beschichtung mit niederem Emissionsgrad auszuwählen.
Wenn dies gewünscht ist, kann der äußere Filmbereich 90 aus mehreren unterschiedlichen Filmen gebildet werden. Von mehreren Filmstapeln ist bekannt, dass sie für die Verwendung als äußerer Filmbereich einer "Einzel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad geeignet sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform (nicht gezeigt) wird der äußere Filmbereich 90 aus den folgenden sechs Schichten gebildet: (1) Zinkoxid, das in einer Dicke von etwa 38 Å direkt auf der schützenden Schicht 80 angewandt wird; (2) Siliciumnitrid, das in einer Dicke von etwa 45 Å direkt auf der vorhergehenden Zinkoxidschicht angewandt wird; (3) Zinkoxid, das in einer Dicke von etwa 30–42 Å direkt auf der vorhergehenden Siliciumnitridschicht angewandt wird; (4) Siliciumnitrid, das in einer Dicke von etwa 50 Å direkt auf der vorhergehenden Zinkoxidschicht angewandt wird; (5) Zinkoxid, das in einer Dicke von etwa 156 Å direkt auf der vorhergehenden Siliciumnitridschicht angewandt wird; und (6) Siliciumnitrid, das in einer Dicke von etwa 65–75 Å direkt auf der vorhergehenden Zinkoxidschicht angewandt wird. In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass die Dicke jedweder gegebenen Schicht um etwa 15% variiert werden kann und immer noch gute Ergebnisse erzielt werden. Besteht der äußere Filmbereich 90 aus einem Film oder mehreren Filmen, kann es aufgrund der unten beschriebenen Gründe ideal sein, jeden einzelnen Film auf eine physikalische Dicke von weniger als etwa 250 Å, oder auf eine optische Dicke von nicht mehr als etwa 450 Å, zu beschränken. In bestimmten Ausführungsformen ist die vorliegende Beschichtung eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad, bei der jeder transparente dielektrische Film (einschließlich der Filme der Schicht 30, des Zwischenfilmbereiches 190, und des Außenschichtbereiches 130) eine physikalische Dicke unter 200 Å (zum Beispiel etwa 180 Å oder weniger) aufweist.
Wie oben bereits erwähnt, sind Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit wenigstens einer schützenden Niobium-Titan-Schicht besonders vorteilhaft. Die Niobium-Titan-Schicht wird zur Verfügung gestellt, um sowohl eine Kratzfestigkeit als auch eine Beständigkeit gegen Farbverschiebung, die während des Temperns oder anderen Wärmebehandlungen auftreten kann, zu verleihen. In bestimmten Ausführungsformen ist eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt, die wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht und einen äußeren (d. h. weiter von dem Trägermaterial entfernt als der äußerste Infrarot reflektierende Film) Titannitridfilm zur Verfügung gestellt. In diesen Ausführungsformen kann der Titannitridfilm in den äußeren Filmbereich 90, 130 der Beschichtung integriert, oder über diesem angewandt werden. Diese Ausführungsformen können „Einfach-„ oder "Doppel-"Typ-Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad umfassen, ebenso wie Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit drei oder mehreren Infrarot reflektierenden Filmen.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt, die wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht und wenigstens einen chemisch beständigen äußeren Film umfasst. Der chemisch beständige Film verleiht der Beschichtung eine erhöhte chemische Stabilität. Der chemisch beständige Film kann zum Beispiel aus Siliciumnitrid oder ähnlichem gebildet sein. Besonders wünschenswerte Siliciumnitridfilme sind im US-Patent 5,834,103 , erteilt für Bond et al., offenbart, auf deren Lehren hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird. In der vorliegenden Ausführungsform kann der chemisch beständige Film in den äußeren Filmbereich 90, 130 der Beschichtung integriert, oder über diesem angewandt sein. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit dieser Merkmalskombination sollten die gewünschte chemische Stabilität und die gewünschte Kratzfestigkeit aufweisen und sie sollten eine sehr geringe Farbverschiebung während des Temperns oder anderer Wärmebehandlung zeigen (selbst wenn sie Temperaturen im Bereich von etwa 700°C ausgesetzt werden). Diese Ausführungsformen können eine „Einfach-„ oder "Doppel-"Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad umfassen, ebenso wie eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit drei oder mehreren Infrarot reflektierenden Filmen.
In bestimmten besonders bevorzugten Ausführungsformen wird eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt, die wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, wenigstens einen äußeren Titannitridfilm und wenigstens einen chemisch beständigen äußeren Film umfasst. In derartigen Ausführungsformen kann der Titannitridfilm und der chemisch beständige Film beide in den äußeren Schichtbereich 90, 130 der Beschichtung integriert, oder über diesem angewandt werden. So kann zum Beispiel ein Sandwich aus Siliciumnitrid-, Titannitrid- und Siliciumnitridfilmen vorteilhafterweise in dem äußeren Schichtbereich 90, 130 der Beschichtung integriert, oder über diesem angewandt werden. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit dieser Merkmalskombination sollten die gewünschte Kratzfestigkeit und die gewünschte chemische Stabilität aufweisen und sie sollten eine sehr geringe Farbverschiebung während des Temperns oder anderer Wärmebehandlung zeigen (selbst wenn sie Temperaturen im Bereich von etwa 700°C ausgesetzt werden). Es ist anerkannt, dass diese Ausführungsformen eine „Einfach-„ oder "Doppel-"Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad oder Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit drei oder mehreren Infrarot reflektierenden Filmen umfassen können.
3 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist die Schichtstruktur der Beschichtung wie diejenige, die in 1 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass eine transparente Grundschicht 20 zwischen dem Trägermaterial 10 und der antireflektierenden Schicht 30 angeordnet ist. Diese Grundschicht 20 ist zur Verfügung gestellt, um die Probleme, die mit den korrodierten Trägermaterialien zusammenhängen, zu minimieren. Wie in der US-Patentanmeldung 10/087,662, mit dem Titel "Thin Film Coating Having Transparent Base Layer", beschrieben, auf deren Inhalt hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird, wurde herausgefunden, dass bestimmte transparente Grundschichten 20 die Bildung einer Trübung, die andernfalls beobachtet wurde, wenn von Feuchtigkeit korrodiertes Glas bei einer temperbaren Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad verwendet wird, wesentlich reduzieren.
Die transparente Grundschicht 20 kann vorteilhafterweise aus Siliciumdioxid oder anderen amorphen oder im Wesentlichen amorphen Filmen gebildet werden. Die transparente Grundschicht wird bevorzugt aus einem im Wesentlichen amorphen Film mit einem Brechungsindex gleich, oder im Wesentlichen gleich, demjenigen des Trägermaterials 10, auf dem sie angewandt wird, gebildet. Wenn der Brechungsindex der transparenten Grundschicht ungefähr gleich hoch ist, wie derjenige des Trägermaterials, kann die Grundschicht 20 auf dem Trägermaterial in im Wesentlichen jeder beliebigen Dicke integriert werden, ohne die sichtbare Transmission, Brechung oder Farbe des beschichteten Trägermaterials wesentlich zu verändern. Daher hat die transparente Grundschicht 20 keine strenge Maximaldicke. In bestimmten besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist die transparente Grundschicht 20 ein gesputterter Siliciumdioxidfilm.
Es ist zeitsparend, kostengünstig und Ressourcen sparend, die Dicke der transparenten Grundschicht 20 zu minimieren. Dies ist, aufgrund der relativ langsamen Sputtergeschwindigkeit von Siliciumdioxid, insbesondere der Fall, wenn die Grundschicht 20 aus gesputtertem Siliciumdioxid gebildet wird. Es ist zum Beispiel bevorzugt, bei dem Auftragen der Grundschicht 20 so wenige Auftragzonen wie möglich zu besetzen. Dies ist besonders wichtig, wenn der darüberliegende Filmstapel komplex ist (zum Beispiel, wenn der innere Bereich 30, Zwischenbereich 190 oder der äußere Bereich 90, 130 mehrere Filme umfasst), da die gewünschte Anzahl an Filmen in dem Stapel andernfalls mehrere Auftragzonen benötigt, als verfügbar sind. Die Spannung in der Grundschicht 20 erhöht sich ferner typischerweise, wenn die Dicke dieser Schicht 20 erhöht wird. Während dies weniger wichtig sein mag, wenn die Grundschicht 20 aus gesputtertem Siliciumdioxid gebildet wird (da gesputtertes Siliciumdioxid dazu neigt, keine hohe Spannung aufzuweisen), können einige Vorteile bezüglich geringer Spannung dadurch erreicht werden, dass die Dicke minimal gehalten wird. Gute Ergebnisse werden für transparente Grundschichten 20, die eine Dicke von weniger als 100 Ångström haben, und selbst für diejenigen, die eine Dicke von weniger als etwa 90 Ångström (zum Beispiel etwa 70 Ångström) haben, erwartet. Es wird zum Beispiel erwartet, dass Grundschichten 20 aus Siliciumdioxid bei diesen Dicken gute Ergebnisse erzielen.
In bestimmten besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist die transparente Grundschicht 20 ein gesputterter Film. Gesputterte Filme weisen eine außergewöhnliche Glätte und Dickengleichmäßigkeit auf. Beide dieser Qualitäten sind zur Vermeidung einer Trübung in den wärmebehandelbaren auf Silber basierenden Beschichtungen wünschenswert. Insbesondere fördert die geringe Oberflächenrauheit einer gesputterten Grundschicht eine gute Dickengleichmäßigkeit in den darüber liegenden Filmen. Eine Gleichmäßigkeit der Dicke ist besonders für schützende Schichten 80, 180 wünschenswert, wenn die Trübung minimal gehalten werden soll. Gesputterte Siliciumdioxidgrundschichten sind besonders bevorzugt, da sie dazu tendieren, eine sehr wünschenswerte amorphe Struktur aufzuweisen.
Die transparente Grundschicht 20 weist bevorzugt eine Mindestdicke von wenigstens etwa 50 Ångström auf. Eine Dicke dieser Größenordnung ist zur wesentlichen Verringerung der Probleme (zum Beispiel Bildung einer Trübung während des Temperns), die mit Mängeln des Trägermaterials (zum Beispiel Feuchtigkeitskorrosion), zusammenhängen, bevorzugt. Die transparente Grundschicht 20 kann zum Beispiel eine Dicke von etwa 50 Ångström bis etwa 90 Ångström aufweisen. Diese Grundschicht 20 wird bevorzugt direkt auf dem Trägermaterial 10 gebildet.
Wie oben erwähnt, wird angenommen, dass die Ausführungsform der 3 besonders wünschenswert ist. Diese Ausführungsform stellt eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit einer Kombination von wenigstens einer schützenden Niobium-Titan-Schicht 80 und der beschriebenen transparenten Grundschicht 20 zur Verfügung. Von Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit dieser Merkmalskombination wird erwartet, dass sie sehr wenig bemerkbare Farbverschiebung und eine minimale Trübungsbildung während des Temperns oder anderer Wärmebehandlung aufweisen (selbst wenn sie Temperaturen im Bereich von etwa 700°C ausgesetzt werden). Daher wird bei diesen Beschichtungen davon ausgegangen, dass sie für die Verwendung auf Trägermaterialien, die getempert oder anderweitig Wärmebehandelt werden sollen, besonders gut geeignet sind. Von Beschichtungen dieser Art wird erwartet, dass sie ebenfalls eine wünschenswerte Kratzfestigkeit aufweisen.
4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Die dargestellte Ausführungsform beinhaltet einen Filmstapel mit geringem Emissionsgrad mit zwei Infrarot reflektierenden Schichten 50, 150. Bei dem dargestellten Filmstapel wird eine antireflektierende innere Schicht 30 auf dem Trägermaterial gebildet. Diese innere Schicht 30 weist bevorzugt eine Gesamtdicke von etwa 100 Å bis etwa 400 Å, und besonders bevorzugt von etwa 100 Å bis etwa 275 Å auf. Ebenso wie die obenstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene antireflektierende innere Schicht 30, kann die innere Schicht 30 der vorliegenden Ausführungsform einen oder mehrere transparente(n) dielektrische(n) Film(e) umfassen. Diese Schicht 30 kann zum Beispiel vorteilhafterweise ein Metallnitrid (zum Beispiel Siliciumnitrid) umfassen und/oder ein Metalloxid, wie zum Beispiel Oxide von Zink, Zinn, Indium, Bismut, Titan, Hafnium, Zirkonium, und Legierungen und Mischungen daraus. Der Fachmann ist in der Lage, andere Materialien, die für die antireflektierende innere Schicht 30 dieser Ausführungsform verwendet werden könnten, auszuwählen.
Die innere Schicht 30 in der Ausführungsform der 4 ist als einzelner Film dargestellt. Diese Schicht 30 kann jedoch durch mehrere einzelne Filme ersetzt werden, wenn dies gewünscht ist. So kann zum Beispiel die Schicht 30 zwei getrennte Filme umfassen, die optional aus unterschiedlichen transparenten dielektrischen Materialien gebildet sind. Wenn die innere Schicht 30 in dieser Ausführungsform aus einem einzelnen Film besteht, wird dieser Film bevorzugt aus Zinkoxid gebildet. Diese Schicht 30 kann zum Beispiel ein einzelner Film aus Zinkoxid sein, das in einer Dicke von etwa 230 Å angewandt wird. Gleichgültig, ob die innere Schicht 30 in dieser Ausführungsform aus einem Film oder mehreren Filmen besteht, kann es aufgrund der unten beschriebenen Gründen optimal sein, jeden einzelnen Film auf eine physikalische Dicke von weniger als etwa 250 Å, oder auf eine optische Dicke von nicht mehr als etwa 450 Å, zu beschränken.
Wie bereits beschrieben, kann die Zusammensetzung der antireflektierenden inneren Schicht 30 in der Ausführungsform der 4 wie gewünscht variiert werden. Es wird jedoch im Allgemeinen bevorzugt, dass wenigstens ein dünner Zinkoxidfilm als äußerster Abschnitt (d. h. der Abschnitt, der vom Trägermaterial am weitesten entfernt ist) dieser Schicht 30 aufgetragen wird. Es wird angenommen, dass dies die Qualität des Filmstapels erhöht, zumindest, wenn der darüber liegende Infrarot reflektierende Film 50 aus Silber gebildet ist, da herausgefunden wurde, dass Zinkoxid eine gute Grundlage für die Keimbildung von Silber bildet. Daher ist es bevorzugt, entweder die gesamte antireflektierende innere Schicht 30 aus Zinkoxid zu bilden, oder diese Schicht 30 durch zwei oder mehrere Filme (nicht gezeigt) zu ersetzen, wobei der äußerste Film Zinkoxid ist.
Daher wird erwartet, dass die innere Schicht 30 in der Ausführungsform der 4 in einigen Fällen durch zwei oder mehrere Filme (nicht gezeigt) ersetzt wird. Von mehreren Filmstapeln ist bekannt, dass sie für die Verwendung als antireflektierender innerer Bereich einer "Doppel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad geeignet sind. So kann der erste Film (d. h. der Film, der dem Trägermaterial am Nächsten ist) zum Beispiel eine Legierung oder Mischung aus Zinkoxid sein, wie zum Beispiel eine Legierung oder Mischung aus Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid, oder Indiumoxid. Wie oben erwähnt, ist der zweite Film bevorzugt ein Oxid nur von Zink, wenigstens, wenn der darüberliegende Infrarot reflektierende Film 50 aus Silber gebildet ist. Eine geeignete Ausführungsform dieser Art umfasst einen ersten Film mit einer Dicke von etwa 60 Ångström bis etwa 100 Ångström, vielleicht optimalerweise etwa 90 Ångström, und einen zweiten Film mit einer Dicke von etwa 35 Ångström bis etwa 62 Ångström, vielleicht optimalerweise etwa 40 Ångström.
Die zweite in 4 dargestellte Schicht 50 ist ein Infrarot reflektierender Film. Die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Infrarot reflektierenden Materialien können auch für die Infrarot reflektierenden Schichten 50, 150 in der Ausführungsform der 4 verwendet werden. In den meisten Fällen ist es bevorzugt, Silber- oder Silber enthaltende Schichten 50, 150 zu verwenden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Infrarot reflektierende Schicht 50 Silber in einer Dicke von etwa 50 Å bis etwa 150 Å, besonders bevorzugt von etwa 58 Å bis etwa 90 Å, und vielleicht optimalerweise etwa 80 Å.
Eine schützende Niobium-Titan-Schicht 80 kann vorteilhafterweise über der ersten Infrarot reflektierenden Schicht 50 zur Verfügung gestellt werden. Die in 4 dargestellten Niobium-Titan-Schichten 80, 180 sind der oben beschriebenen Art. Die erste Niobium-Titan-Schicht 80 wird zum Beispiel bevorzugt direkt über der ersten Infrarot reflektierenden Schicht 50 angewandt. Ferner beträgt die Dicke der ersten Niobium-Titan-Schicht 80 bevorzugt zwischen etwa 7–30 Å, besonders bevorzugt zwischen etwa 15–22 Å, und vielleicht optimalerweise etwa 201 Å.
In der Ausführungsform der 4 ist ein Zwischenfilmbereich 190 außerhalb (d. h. weiter vom Trägermaterial entfernt als) der ersten Infrarot reflektierenden Schicht 50 (zum Beispiel auf der schützende Schicht 80, falls vorhanden) angeordnet. In seiner einfachsten Form besteht dieser Zwischenfilmbereich 190 aus einer einzelnen Schicht eines beliebigen gewünschten transparenten dielektrischen Materials. So kann zum Beispiel ein einzelner transparenter dielektrischer Film (zum Beispiel Zinkoxid) mit einer Dicke von etwa 400–1200 Å verwendet werden.
Alternativ können zwei oder mehrere separate transparente dielektrische Filme zwischen den Infrarot reflektierenden Schichten 50, 150 angeordnet sein. Diese Filme weisen bevorzugt eine vereinte Dicke von etwa 400 Å–1200 Å auf. In bestimmten Ausführungsformen dieser Art umfasst der Zwischenfilmbereich 190 wenigstens einen Metalloxidfilm und wenigstens einen Metallnitridfilm. Die vorliegende Niobium-Titan-Schicht 80 kann in solchen Ausführungsformen besonders vorteilhaft sein. Der Zwischenfilmbereich 190 kann zum Beispiel einen Siliciumnitridfilm (oder einen anderen im Wesentlichen amorphen Film) und einen Zinkoxidfilm, umfassen, wobei der Zinkoxidfilm über (d. h. außerhalb von) dem Siliciumnitridfilm angeordnet ist.
Daher wird in einer Ausführungsform der Erfindung eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit wenigstens zwei Infrarot reflektierenden Filmen zur Verfügung gestellt, wobei auf den innersten Infrarot reflektierenden Film, nach außen gehend, direkt eine zusammenhängende Sequenz einer schützenden Niobium-Titan-Schicht, eines Nitridfilms (zum Beispiel Siliciumnitrid), und eines Metalloxidfilms (zum Beispiel Zinkoxid) folgt. Wenn dies gewünscht wird, können eine oder mehrere zusätzliche Filme zwischen dem Metalloxidfilm und dem zweiten Infrarot reflektierenden Film zur Verfügung gestellt werden. In einer anderen Ausführungsform wird eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit wenigstens zwei Infrarot reflektierenden Filmen zur Verfügung gestellt, wobei der innerste Infrarot reflektierende Film, nach außen gehend, direkt von einer zusammenhängenden Sequenz einer schützenden Niobium-Titan-Schicht, einer Metalloxidschicht (zum Beispiel Zinkoxid) und einer Nitridschicht (zum Beispiel Siliciumnitrid) gefolgt wird. In dieser Ausführungsform können ein oder mehrere zusätzliche Filme optional zwischen dem Metalloxidfilm und dem zweiten Infrarot reflektierenden Film zur Verfügung gestellt werden.
Der Zwischenfilmbereich 190 wird bevorzugt aus mehreren einzelnen Schichten gebildet. Die Bildung des Zwischenfilmbereiches 190 aus mehreren einzelnen Schichten ist wünschenswert, um die Bildung einer Trübung während des Temperns auf ein Minimum zu beschränken. Dies wird in der Internationalen Anmeldung Nr. PCT/US00/42434, mit dem Titel "Haze Resistant Transparent Film Stacks" behandelt, auf deren Lehren hierin vollinhaltlich Bezug genommen wird. In Ausführungsformen, bei denen der Zwischenfilmbereich 190 mehrere einzelnen Schichten umfasst, ist es bevorzugt, jede Schicht des Zwischenfilmbereiches auf eine physikalische Dicke von nicht mehr als etwa 250 Å, besonders bevorzugt nicht mehr als etwa 225 Å, und vielleicht optimalerweise weniger als 200 Å (zum Beispiel etwa 180 Å oder weniger) zu beschränken. Dies ist wünschenswert, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass sich während der Wärmebehandlung eine störende Trübung in dem Filmstapel entwickelt.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Zwischenfilmbereich 190 abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Filme. Der Zwischenfilmbereich 190 in diesen Ausführungsformen umfasst bevorzugt wenigstens drei Filme (d. h. wenigstens drei antireflektierende transparente dielektrische Filme), vielleicht besonders bevorzugt wenigstens vier Filme, und vielleicht optimalerweise wenigstens fünf Filme. In bestimmten Ausführungsformen ist der Kristallfilm ein Oxid und der im Wesentlichen amorphe Film ein Nitrid. Vielleicht optimalerweise ist der Kristallfilm ein Oxid von einem ersten Metall (zum Beispiel Zink) und der im Wesentlichen amorphe Film ein Nitrid eines zweiten Metalls (zum Beispiel Silicium), wobei das erste und zweite Metall unterschiedliche Metalle sind. Besonders in diesen Ausführungsformen ist die Kombination aus einem schützenden Niobium-Titan-Film und dünnen abwechselnden kristallinen und amorphen Zwischenschichten in einer wärmebehandelbaren Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad besonders vorteilhaft.
In Ausführungsformen bei denen der Zwischenfilmbereich 190 mehrere einzelne Schichten umfasst, liegt das Verhältnis der Gesamtdicke des Zwischenfilmbereiches zur Dicke der Schicht 30 bevorzugt in einem bestimmten Bereich. Dieses Verhältnis liegt insbesondere bevorzugt im Bereich von etwa 4,1/1 und etwa 6,0/1. Daher beträgt die Dicke der Schicht 30 bevorzugt von etwa 1/4tel bis etwa 1/6tel der Dicke des Zwischenfilmbereiches 190. In den vorliegenden Ausführungsformen beträgt die Dicke der Schicht 30 bevorzugt weniger als etwa 230 Å, vielleicht besonders bevorzugt weniger als etwa 200 Å (und in einigen Fällen sogar weniger als etwa 160 Å), wobei die Dicke des Zwischenfilmbereiches 190 entsprechend basierend auf den oben bevorzugten Verhältnissen variiert. Diese bevorzugten Verhältnisse und Dicken sind besonders wünschenswert, wenn sie in einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit einem schützenden Niobium-Titan-Film in Kombination mit dünnen abwechselnden Zwischenschichten aus kristallinen und im Wesentlichen amorphen Materialien zur Verfügung gestellt werden.
Ein Teil des Problems bei der Herstellung von Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad ist es, eine Beschichtung zu erhalten, die eine deutlich sichtbare Transmission, eine hohe Infrarotreflexion und eine ansprechende Farbe zur Verfügung stellt. Die in dem vorausgehenden Absatz beschriebenen Ausführungsformen stellen einmalige Lösungen für diese Probleme zur Verfügung. Ein zusammenhängender Teil dieses Problems umfasst die Beibehaltung dieser Eigenschaften mit gleichzeitigem Vermeiden einer Trübungsbildung und Minimieren der Farbveränderung, wenn die Beschichtung getempert oder anderweitig wärmebehandelt wird. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen, die den Niobium-Titan-Schutzfilm umfassen, optional in Kombination mit dem Zwischenfilmbereich, der mehrere einzelne Zwischenfilmschichten umfasst (die vielleicht optimalerweise abwechselnde Zwischenschichten aus kristallinen und im Wesentlichen amorphen Materialien umfassen) und/oder mit der dünnen transparenten Grundschicht, sind außergewöhnliche Lösungen für diese Probleme.
Daher kann der Zwischenfilmbereich 190 vorteilhafterweise wenigstens eine im Wesentlichen amorphe Schicht umfassen. Materialien dieser Art sind dahingehend vorteilhaft, dass sie dazu tendieren, kein wesentliches Kristallwachstum zu erfahren, wenn sie getempert oder auf andere Weise wärmebehandelt werden. Wenn ein derartiges Material für wenigstens eine Zwischenschicht verwendet wird, ist das Ergebnis, dass der Zwischenfilmbereich 190 dazu tendiert, keine störende Trübung während der Wärmebehandlung zu entwickeln. Amorphe Schichten zielen zudem darauf ab, Materialmigration zu verhindern. Wenn sich zum Beispiel Nadelstiche oder ähnliches in angrenzenden Kristallschichten entwickeln, tendieren diese Nadelstiche usw. dazu, sich nicht durch angrenzende amorphe Schichten auszubreiten. Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst einen Zwischenfilmbereich, der wenigstens eine Siliciumnitridschicht umfasst. Wenn dies gewünscht ist, kann dieses Siliciumnitrid in zwei oder mehrere einzelne Siliciumnitridfilme, die voneinander durch einen Film aus einem anderen Material als Siliciumnitrid (bevorzugt einem kristallinen Material, zum Beispiel einem kristallinen Metalloxid, wie zum Beispiel ZnO) aufgeteilt werden. Dies ist vorteilhaft, da Siliciumnitrid eine beträchtliche Spannung hat, die mit zunehmender Dicke des Siliciumnitrids immer problematischer wird. Bestimmte Ausführungsformen stellen einen Zwischenfilmbereich 190 zur Verfügung, der eine oder mehrere Siliciumnitridfilme umfasst, die jeweils eine Einzeldicke von weniger als etwa 200 Ångström, vielleicht besonders bevorzugt von weniger als etwa 175 Ångström, und vielleicht optimalerweise von weniger als etwa 160 Ångström aufweisen. In diesen Ausführungsformen sind die anderen Zwischenfilmschichten wünschenswerterweise kristalline Oxidschichten, die jeweils eine Dicke von nicht mehr als etwa 250 Ångström, besonders bevorzugt nicht mehr als etwa 225 Ångström, und vielleicht optimalerweise weniger als 200 Ångström (zum Beispiel etwa 180 Ångström oder weniger) aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen umfassen der Zwischenfilmbereich 190 und der äußere Filmbereich 130 jeweils wenigstens eine amorphe Schicht.
Die Anzahl an Schichten in dem Zwischenbereich 190 kann wie gewünscht variiert werden. Es wird jedoch angenommen, dass dieser Bereich 190 bevorzugt aus wenigstens drei separaten Schichten gebildet wird. In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Zwischenfilmbereich einen Siliciumnitridfilm, der zwischen zwei Zinkoxidfilmen angeordnet ist. Eine Ausführungsform (nicht gezeigt) stellt zum Beispiel einen Zwischenfilmbereich 190 zur Verfügung, der nach außen gehend, Folgendes umfasst: (1) Zinkoxid in einer Dicke von etwa 150–250 Å, vielleicht optimalerweise etwa 220 Å, (2) Siliciumnitrid in einer Dicke von etwa 40–120 Å, vielleicht optimalerweise etwa 80–100 Å; und (3) Zinkoxid in einer Dicke von etwa 150–250 Å, vielleicht optimalerweise etwa 210 Å. Es wird angenommen, dass der Zwischenfilmbereich 190 sogar noch mehr bevorzugt aus wenigstens fünf separaten Schichten gebildet wird, wie im Nachfolgenden erörtert.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Zwischenfilmbereich 190 fünf einzelne Schichten umfasst. Insbesondere umfasst der Zwischenfilmbereich 190 in dieser Ausführungsform eine erste Schicht 192, eine zweite Schicht 193, eine dritte Schicht 194, eine vierte Schicht 195, und eine fünfte Schicht 196. In einigen Fällen sind diese Schichten 192–196 in Form abwechselnder Zinkoxid- und Siliciumnitridfilme (zum Beispiel drei Zinkoxidfilme 192, 194, 196 und zwei Siliciumnitridfilme 193, 195) zur Verfügung gestellt. Derartige Zwischenfilme sind besonders bevorzugt.
Wie in der oben angegebenen Internationalen Patentanmeldung beschrieben, kann es bevorzugt sein, den Zwischenfilmbereich 190 aus einer ungeraden Anzahl an Zwischenschichten zu bilden, damit die untersten und obersten Schichten dieses Bereiches 190 dasselbe Material umfassen. Die erste 192 und fünfte 196 Zwischenschicht in der Ausführungsform der 5 können zum Beispiel beide aus demselben Material (zum Beispiel Zinkoxid) gebildet werden. Wie ebenfalls in der oben erwähnten Internationalen Patentanmeldung beschrieben, kann jede Schicht in dem Zwischenbereich 190 vorteilhafterweise eine andere Mikrostruktur aufweisen wie jede Schicht, die an sie angrenzt (zum Beispiel amorph gegen kristallin). Es kann zum Beispiel besonders vorteilhaft sein, angrenzende Schichten in dem Zwischenfilmbereich 190 aus unterschiedlichen Materialien zu bilden.
In einer Ausführungsform umfasst der Zwischenfilmbereich 190 die folgenden Filme: (1) eine erste Schicht 192 aus Zinkoxid in einer Dicke von etwa 50–200 Å, vielleicht optimalerweise etwa 105 Å; (2) eine zweite Schicht 193 aus Siliciumnitrid in einer Dicke von etwa 50–200 Å, vielleicht optimalerweise etwa 140 Å; (3) eine dritte Schicht 194 aus Zinkoxid in einer Dicke von etwa 50–300 Å, vielleicht optimalerweise etwa 200 Å; (4) eine vierte Schicht 195 aus Siliciumnitrid in einer Dicke von etwa 50–200 Å, vielleicht optimalerweise etwa 140 Å; und (5) eine fünfte Schicht 196 aus Zinkoxid in einer Dicke von etwa 50–200 Å, vielleicht optimalerweise etwa 80 Å. Wenn dies gewünscht ist, kann jede einzelne oder mehrere der Zinkoxidschichten aus einer Legierung oder Mischung, die Zinkoxid umfasst, gebildet werden, wie zum Beispiel aus einer Mischung aus Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid oder Indiumoxid. Es ist jedoch bevorzugt, wenigstens den äußersten Teil der fünften Schicht 196 aus Zinkoxid zu bilden, da, wie oben erwähnt, angenommen wird, dass Zinkoxid eine gute Grundlage für die Keimbildung von Silber (das direkt auf dieser Schicht 196 aufgetragen werden kann) zur Verfügung stellt. Die fünfte Schicht 196 in dieser Ausführungsform kann zum Beispiel einen ersten Oxidfilm mit einer Dicke von etwa 20 Å, wie zum Beispiel ein Oxid von einer Zinklegierung, und einen zweiten Film aus einem Oxid von nur Zink von etwa 60 Å umfassen.
Daher stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung, die wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht und einen Zwischenschichtbereich 190 umfasst, der wenigstens drei, und bevorzugt wenigstens fünf, einzelne transparente dielektrische Schichten (optimalerweise in der Dicke begrenzt und abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassend, wie obenstehend beschrieben) zur Verfügung. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit dieser Merkmalskombination sollten bei einem Test des Adhäsionsversagens bei Feuchtigkeit ("adhesion failure with moisture testing"), wie dem, der in der oben erwähnten Internationalen Patentanmeldung beschrieben wurde, ausgesprochen gut abschneiden. Derartige Beschichtungen sollten zudem eine wünschenswerte Kratzfestigkeit haben und sie sollten eine kaum wahrnehmbare Farbverschiebung während des Temperns und anderer Wärmebehandlung zeigen.
In Ausführungsformen, wie derjenigen, die im vorhergehenden Absatz beschrieben wurde, kann ein Titannitridfilm in dem äußeren Filmbereich 90, 130 der Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad integriert sein. Dementsprechend umfasst eine besonders bevorzugte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, einen Zwischenfilmbereich, der mehrere einzelne transparente dielektrische Filme (die optimalerweise in der Dicke beschränkt sind und abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassen, wie oben beschrieben), und einen äußeren Titannitridfilm (d. h. einen Titannitridfilm als äußerste Schicht, oder an anderer Stelle in dem äußeren Filmbereich 90, 130). Alternativ kann wenigstens ein chemisch beständiger äußerer Film in Ausführungsformen wie derjenigen, die im vorangehenden Absatz beschrieben wurde, integriert werden. Daher umfasst eine weitere besonders bevorzugte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, einen Zwischenfilmbereich, der mehrere einzelne transparente dielektrische Filme (die optimalerweise in der Dicke beschränkt sind und abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassen, wie oben beschrieben) umfasst, und wenigstens einen chemisch beständigen äußeren Film (zum Beispiel Si₃N₄). Ferner können in Ausführungsformen wie der oben in dem vorhergehenden Absatz beschriebenen ein äußerer Titannitridfilm und ein chemisch beständiger äußerer Film zur Verfügung gestellt werden. Daher umfasst eine besonders bevorzugte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, einen Zwischenfilmbereich, der mehrere einzelne transparente dielektrische Filme (die optimalerweise in der Dicke beschränkt sind und abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassen, wie oben beschrieben) umfasst, einen äußeren Titannitridfilm und einen chemisch beständigen äußeren Film (zum Beispiel einen Siliciumnitridfilm als äußerste Schicht oder an anderer Stelle im äußeren Filmbereich 90, 130).
Die 4–9 zeigen "Doppel"-Typ Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad. Daher wird ein zweiter Infrarot reflektierender Film 150 in jeder dieser Ausführungsformen zur Verfügung gestellt. Die Materialien, die zur Bildung des ersten Infrarot reflektierenden Films 50 verwendbar sind, sind auch zur Bildung des zweiten Infrarot reflektierenden Films 150 verwendbar. In den meisten Fällen werden beide Infrarot reflektierende Filme 50, 150 aus demselben Material gebildet, obgleich dies keine Bedingung ist. Bevorzugt sind beide Filme 50, 150 Silber- oder Silber enthaltende Filme, wobei der zweite, äußerste Film 150 etwas dicker als der erste, innerste Film 50 ist. So stellt eine bevorzugte Ausführungsform zum Beispiel eine erste Infrarot reflektierende Schicht 50 aus Silber in einer Dicke von etwa 50 Å bis etwa 150 Å, besonders bevorzugt von etwa 58 Å bis etwa 90 Å, vielleicht optimalerweise etwa 80 Å, und eine zweite Infrarot reflektierende Schicht 150 aus Silber in einer Dicke von etwa 90 Å bis etwa 180 Å, besonders bevorzugt von etwa 96 Å bis 155 Å, vielleicht optimalerweise etwa 130 Å, zur Verfügung.
Wie in 4 gezeigt, kann eine schützende Niobium-Titan-Schicht 180 vorteilhafterweise über dem zweiten Infrarot reflektierenden Film 150 zur Verfügung gestellt werden. Diese Niobium-Titan-Schicht 180 ist von der oben beschriebenen Art. Diese Schicht 180 wird zum Beispiel bevorzugt direkt über dem darunter liegenden Infrarot reflektierenden Film 150 gebildet. Ferner beträgt die Dicke dieser Niobium-Titan-Schicht 180 bevorzugt zwischen etwa 7–30 Å, besonders bevorzugt zwischen etwa 15–22 Å, und vielleicht optimalerweise etwa 20 Å. In bestimmten Ausführungsformen sind beide Schutzschichten 80, 180 Niobium-Titan-Filme die jeweils in einer Dicke von etwa 15–22 Å aufgetragen werden. Eine zusätzliche Schutzschicht kann direkt unter dem zweiten Infrarot reflektierenden Film 150 angeordnet werden, wenn dies erwünscht ist. Überdies kann eine der Schutzschichten 80, 180 gänzlich weggelassen werden, wenn dies gewünscht ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf 4 wird ein äußerer Filmbereich 130 außerhalb des zweiten Infrarot reflektierenden Films 150 (zum Beispiel direkt auf der zweiten schützenden Schicht 180, falls vorhanden) angeordnet. Die genaue Art des äußeren Filmbereiches 130 kann wie gewünscht variiert werden. In seiner einfachsten Form besteht der äußere Schichtbereich 130 aus einem einzelnen transparenten dielektrischen Film. Eine große Bandbreite an Metallnitriden (zum Beispiel Siliciumnitrid) und Metalloxiden (zum Beispiel Oxide von Zink, Zinn, Indium, Bismut, Titan, Hafnium, Zirkonium und Legierungen und Mischungen daraus) kann als äußerste Schicht einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad verwendet werden. In einer Ausführungsform ist der äußere Filmbereich 130 ein einzelner Film (zum Beispiel Siliciumnitrid) mit einer Dicke von etwa 100 Å bis etwa 400 Å, besonders bevorzugt von etwa 100 Å bis etwa 300 Å, und vielleicht optimalerweise etwa 280 Å. Der Fachmann ist in der Lage, problemlos andere Materialien, die für die Verwendung als äußerer Filmbereich verwendbar sind, auszuwählen.
Es kann bevorzugt sein, einen äußeren Filmbereich 130 zu verwenden, der mehrere einzelne Schichten umfasst. Es ist zum Beispiel von mehreren Filmstapeln bekannt, dass sie zur Verwendung als äußerer Filmbereich einer "Doppel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad geeignet sind. Es kann bevorzugt sein, jede Schicht des äußeren Filmbereiches 130 auf eine physikalische Dicke von nicht mehr als etwa 250 Å zu beschränken, oder besonders bevorzugt auf nicht mehr als etwa 225 Å, oder auf eine optische Dicke von nicht mehr als etwa 450 Å. Überdies wird angenommen, dass es vorteilhaft ist, wenn jede Schicht im äußeren Filmbereich 130 aus einem anderen Material gebildet ist als jede daran angrenzende Schicht. Wie oben unter Bezugnahme auf den Zwischenfilmbereich 190 erwähnt, kann dies die Wahrscheinlichkeit verringern, dass sich während des Temperns oder anderer Wärmebehandlung eine störende Trübung entwickelt. In bestimmten Ausführungsformen weist jeder transparente dielektrische Film (einschließlich der Filme in der Schicht 30, dem Zwischenfilmbereich 190 und dem äußeren Filmbereich 130) eine Dicke von weniger als 200 Ångström auf.
Die 6 und 7 zeigen Ausführungsformen, bei denen der äußere Filmbereich 130 aus mehreren einzelnen Schichten gebildet ist. Die Ausführungsform der 6 weist zum Beispiel einen äußeren Filmbereich 130 auf, der zwei einzelne Schichten umfasst. In der gezeigten Ausführungsform ist eine erste äußere Schicht 132 direkt auf der zweiten schützenden Schicht 180 aufgetragen. Die erste äußere Schicht 132 kann aus jedwedem gewünschten transparenten dielektrischen Material gebildet werden. Diese Schicht 132 kann zum Beispiel vorteilhafterweise aus Zinkoxid gebildet werden. Die Dicke der ersten äußeren Schicht 132 beträgt bevorzugt etwa 125 Å bis etwa 275 Å, und besonders bevorzugt etwa 150 Å bis etwa 250 Å. In der gezeigten Ausführungsform wird eine zweite äußere Schicht 134 direkt über der ersten äußeren Schicht 132 aufgetragen. Während diese Schicht 134 aus jedwedem gewünschten transparenten dielektrischen Material gebildet werden kann, wird sie bevorzugt aus einem chemisch beständigen Material, wie zum Beispiel Siliciumnitrid, gebildet. Die Dicke der zweiten äußeren Schicht 134 beträgt bevorzugt etwa 25 Å bis etwa 300 Å, und besonders bevorzugt etwa 50 Å bis etwa 125 Å. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste äußere Schicht 132 aus Zinkoxid in einer Dicke von etwa 175 Å und die zweite äußere Schicht 134 aus Siliciumnitrid in einer Dicke von etwa 75 Å gebildet. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der äußere Filmbereich 130 zwei oder mehrere Filme, umfassend wenigstens einen Titannitridfilm und wenigstens einen chemisch beständigen Film (zum Beispiel Siliciumnitrid), wobei der chemisch beständige Film bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, von dem Titannitridfilm nach außen hin angeordnet ist.
7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei welcher der äußere Filmbereich 130 wenigstens vier einzelne Schichten umfasst. Diese Schichten 131, 133, 135, 137 können aus beliebigen gewünschten transparenten dielektrischen Materialien gebildet werden. So kann zum Beispiel direkt auf der zweiten Schutzschicht 180 eine Filmschicht 131 aufgetragen werden, die aus einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid gebildet ist, wie zum Beispiel einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid oder Indiumoxid. Diese Filmschicht 131 wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 50 Å bis etwa 200 Å, besonders bevorzugt von etwa 80 Å bis etwa 115 Å, und vielleicht optimalerweise etwa 100 Å aufgetragen. In dieser Ausführungsform ist es besonders bevorzugt, eine Titannitridschicht 135 zwischen der ersten 133 und der zweiten 137 chemisch beständigen Schicht (zum Beispiel Siliciumnitrid) anzuordnen, und dieses „Sandwich" direkt auf der Filmschicht 131 anzuordnen. Im Einzelnen weist die innerste, 133, dieser Siliciumnitridschichten bevorzugt eine Dicke im Bereich von etwa 22–55 Å auf, vielleicht optimalerweise etwa 30 Å. Die Titannitridschicht 135 weist bevorzugt eine Dicke im Bereich von 4–41 Å, vielleicht optimalerweise etwa 10 Å auf. Die äußerste Siliciumnitridschicht 137 weist bevorzugt eine Dicke von etwa 75–179 Å, vielleicht optimalerweise etwa 110 Å auf.
Anhand der Lehren der vorliegenden Offenbarung ist klar, dass bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung stellen, die wenigstens eine Infrarot reflektierende Schicht aufweist, wobei eine zusammenhängende Sequenz von, nach außen gehend, einem Zinkoxidfilm, einem Silber- oder Silber enthaltenden Film, und einer Niobium-Titan-Schicht vorhanden ist. Der Silber- oder Silber enthaltende Film in dieser zusammenhängenden Sequenz ist direkt über dem Zinkoxidfilm und direkt unter der Niobium-Titan-Schicht angeordnet. Wenn dies erwünscht ist, können einer oder mehrere zusätzliche Filme (zum Beispiel Siliciumdioxid) im Inneren des Zinkoxidfilms dieser Sequenz zur Verfügung gestellt werden. Ferner ist ein transparenter dielektrische Film in dieser Sequenz bevorzugt über der Niobium-Titan-Schicht angeordnet. Es sei bemerkt, dass der Silber- oder Silber enthaltende Film in dieser Sequenz der einzige Infrarot reflektierende Film in der Beschichtung sein kann, oder er kann einer von zweien oder mehreren Infrarot reflektierenden Filmen in der Beschichtung sein.
Im Folgenden wird eine besondere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform umfasst eine "Doppel"-Typ Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad. Die Schichten dieser Beschichtung werden nun, nach außen gehend (d. h. ausgehend vom Trägermaterial wegführend), der Reihe nach beschrieben. Direkt auf dem Trägermaterial wird eine Schicht aus einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid, wie zum Beispiel einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid, oder Indiumoxid, direkt auf der Grundschicht gebildet. Diese Oxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 250 Å bis etwa 350 Å, vielleicht optimalerweise etwa 300 Å auf. Eine Schicht aus reinem Zinkoxid ist direkt auf dieser Oxidschicht angewandt. Die Dicke dieser Zinkoxidschicht beträgt bevorzugt etwa 70 Å und etwa 100 Å, vielleicht optimalerweise etwa 85 Å. Direkt auf dieser Zinkoxidschicht wird eine Infrarot reflektierende Silberschicht gebildet. Diese Silberschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 90 Å bis etwa 110 Å, vielleicht optimalerweise etwa 100 Å auf. Eine schützende Niobium-Titan-Schicht wird direkt auf dieser Silberschicht angewandt. Wie oben beschrieben, kann der größte Teil dieses Niobium-Titans während des Auftragens der nachfolgenden Schichten oxidieren oder nitrieren. Das Niobium-Titan dieser Schicht wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 20 Å bis etwa 30 Å, vielleicht optimalerweise etwa 25 Å, aufgetragen. Direkt auf dieser Niobium-Titan-Schicht wird eine Schicht aus reinem Zinkoxid angewandt, die bevorzugt eine Dicke von etwa 80 Å bis etwa 120 Å, vielleicht optimalerweise etwa 100 Å, aufweist. Direkt auf dieser Zinkoxidschicht wird eine Schicht aus einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid angewandt, wie zum Beispiel einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid, oder Indiumoxid. Diese Oxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 530 Å bis etwa 620 Å, und besonders bevorzugt von etwa 550 Å bis etwa 700 Å auf. Direkt auf dieser Oxidschicht wird eine Schicht aus reinem Zinkoxid gebildet, die bevorzugt eine Dicke von etwa 65 Å bis etwa 105 Å, vielleicht optimalerweise etwa 85 Å aufweist. Eine Infrarot reflektierende Silberschicht wird direkt auf dieser Zinkoxidschicht gebildet. Diese Silberschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 105 Å bis etwa 145 Å, vielleicht optimalerweise etwa 125 Å auf. Eine schützende Niobium-Titan-Schicht, die nachfolgend oxidiert oder nitriert werden kann, wird dann direkt auf dieser Silberschicht angewandt. Das Niobium-Titan dieser Schicht wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 20 Å bis etwa 30 Å, vielleicht optimalerweise etwa 20 Å, aufgetragen. Direkt auf dieser Niobium-Titan-Schicht wird eine Schicht aus reinem Zinkoxid angewandt, die bevorzugt eine Dicke von etwa 110 Å bis etwa 130 Å, vielleicht optimalerweise etwa 120 Å, aufweist. Direkt auf dieser Zinkoxidschicht wird eine Schicht aus einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid angewandt, wie zum Beispiel einer Legierung oder Mischung von Zinkoxid und Bismutoxid, Zinnoxid, oder Indiumoxid. Diese Oxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 130 Å bis etwa 170 Å, vielleicht optimalerweise etwa 150 Å auf. Eine Schicht aus Siliciumnitrid, die bevorzugt die äußerste Schicht des Filmstapels bildet, wird direkt auf dieser Oxidschicht gebildet. Bevorzugt weist diese Siliciumnitridschicht eine Dicke von etwa 20 Å bis etwa 50 Å, und besonders bevorzugt von etwa 30 Å bis etwa 40 Å auf. Der Fachmann ist problemlos in der Lage, andere geeignete Schichtzusammensetzungen und Dicken auszuwählen und zu verändern, die nicht in dem bevorzugten Bereichen umfasst sind, aber dennoch gute Ergebnisse erzielen.
Im Folgenden wird eine weitere besondere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsform umfasst ebenfalls eine "Doppel"-Typ Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad. Die Schichten dieser Beschichtung werden nun der Reihe nach beschrieben, wobei nach außen hin vorgegangen wird. Direkt auf dem Trägermaterial wird eine transparente Grundschicht aus Siliciumdioxid gebildet. Die Grundschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 70 Å bis etwa 90 Å, vielleicht optimalerweise etwa 80 Å auf. Direkt auf dieser Siliciumdioxidgrundschicht wird eine Schicht aus Zinkoxid angewandt. Die Dicke dieser Zinkoxidschicht beträgt bevorzugt etwa 215 Å und etwa 245 Å, vielleicht optimalerweise etwa 230 Å. Direkt auf dieser Zinkoxidschicht wird eine Infrarot reflektierende Silberschicht gebildet. Diese Silberschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 70 Å bis etwa 90 Å, vielleicht optimalerweise etwa 80 Å auf. Eine schützende Niobium-Titan-Schicht wird dann direkt auf dieser Silberschicht angewandt. Diese Niobium-Titan-Schicht wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 18 Å bis etwa 22 Å, vielleicht optimalerweise etwa 20 Å aufgetragen. Eine Schicht aus Zinkoxid wird direkt auf dieser Niobium-Titan-Schicht angewandt. Diese Zinkoxidschicht wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 95 Å bis etwa 115 Å, vielleicht optimalerweise etwa 105 Å aufgetragen. Eine Siliciumnitridschicht wird dann direkt auf dieser Zinkoxidschicht angewandt. Diese Siliciumnitridschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 120 Å bis etwa 160 Å, vielleicht optimalerweise etwa 140 Å auf. Direkt auf dieser Siliciumnitridschicht wird eine Schicht aus Zinkoxid in einer Dicke von etwa 180 Å bis etwa 220 Å, vielleicht optimalerweise etwa 200 Å angewandt. Danach wird eine Siliciumnitridschicht direkt auf dieser Zinkoxidschicht angewandt. Diese Siliciumnitridschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 120 Å bis etwa 160 Å, vielleicht optimalerweise etwa 140 Å auf. Direkt auf dieser Siliciumnitridschicht wird Zinkoxid in einer Dicke von etwa 65 Å bis etwa 95 Å, vielleicht optimalerweise etwa 80 Å angewandt. Eine Infrarot reflektierende Silberschicht wird direkt auf diesem Zinkoxid gebildet. Diese Silberschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 110 Å bis etwa 150 Å, vielleicht optimalerweise etwa 130 Å, auf. Eine schützende Niobium-Titan-Schicht wird direkt auf dieser Silberschicht angewandt. Diese Niobium-Titan-Schicht wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 18 Å bis etwa 22 Å, vielleicht optimalerweise etwa 20 Å aufgetragen. Eine Schicht aus Zinkoxid wird direkt auf dieser Niobium-Titan-Schicht angewandt. Diese Zinkoxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 90 Å bis etwa 110 Å, vielleicht optimalerweise etwa 100 Å auf. Eine Siliciumnitridschicht wird dann direkt auf dieser Zinkoxidschicht aufgetragen. Diese Siliciumnitridschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 20 Å bis etwa 40 Å, vielleicht optimalerweise etwa 30 Å auf. Eine Titannitridschicht wird dann direkt auf dieser Siliciumnitridschicht gebildet. Diese Titannitridschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 5 Å bis etwa 15 Å, vielleicht optimalerweise etwa 10 Å auf. Ein Siliciumnitridfilm wird direkt auf dieser Titannitridschicht angewandt. Dieser Siliciumnitridfilm weist bevorzugt eine Dicke von etwa 85 Å bis etwa 135 Å, vielleicht optimalerweise etwa 110 Å auf. Dieser Siliciumnitridfilm ist die äußerste Schicht des Filmstapels.
Im Folgenden wird noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die Schichten dieser Beschichtung, die ebenfalls eine „Doppel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad ist, werden nun der Reihe nach beschrieben, wobei nach außen hin vorgegangen wird. Eine Titanoxidschicht (zum Beispiel Titandioxid, das substöchiometrisch TiO_x sein kann, wobei x zwischen 1 und 2 liegt) wird direkt auf dem Trägermaterial angewandt. Diese Titanoxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 115 Å bis etwa 145 Å, vielleicht optimalerweise etwa 130 Å auf. Eine Schicht aus reinem Zinkoxid wird direkt auf dieser Titanoxidschicht angewandt. Die Dicke dieser Zinkoxidschicht beträgt bevorzugt von etwa 40 Å bis etwa 60 Å, vielleicht optimalerweise etwa 50 Å. Direkt auf dieser Zinkoxidschicht wird eine Infrarot reflektierende Silberschicht gebildet. Diese Silberschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 80 Å bis etwa 100 Å, vielleicht optimalerweise etwa 90 Å auf. Eine schützende Niobium-Titan-Schicht wird direkt auf dieser Silberschicht gebildet. Diese schützende Niobium-Titan-Schicht, die nachfolgend oxidiert oder nitriert werden kann, wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 20 Å und etwa 30 Å, vielleicht optimalerweise etwa 25 Å aufgetragen. Direkt auf dieser schützenden Niobium-Titan-Schicht wird eine Siliciumnitridschicht angewandt, die bevorzugt eine Dicke von etwa 400 Å bis etwa 700 Å, vielleicht optimalerweise etwa 500 Å aufweist. Direkt auf dieser Siliciumnitridschicht wird eine Schicht aus reinem Zinkoxid angewandt. Diese Zinkoxidschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 30 Å bis etwa 50 Å, vielleicht optimalerweise etwa 40 Å auf. Direkt auf dieser Zinkoxidschicht wird eine Schicht aus einer Infrarot reflektierenden Silberschicht gebildet. Diese Silberschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 80 Å bis etwa 130 Å, und besonders bevorzugt von etwa 100 bis etwa 110 Å auf. Eine schützende Niobium-Titan-Schicht wird direkt auf dieser Silberschicht gebildet. Diese schützende Niobium-Titan-Schicht, die nachfolgend oxidiert oder nitriert werden kann, wird bevorzugt in einer Dicke von etwa 20 Å bis etwa 30 Å, vielleicht optimalerweise etwa 25 Å aufgetragen. Direkt auf dieser schützenden Niobium-Titan-Schicht wird eine Siliciumnitridschicht angewandt, die bevorzugt die äußerste Schicht des Filmstapels bildet. Der bevorzugte Bereich der Dicke für diese Siliciumnitridschicht liegt zwischen etwa 250 Å und etwa 310 Å, vielleicht optimalerweise 280 Å. Personen mit durchschnittlichen Kenntnissen auf dem vorliegenden Gebiet sind problemlos in der Lage, andere geeignete Schichtzusammensetzungen und Dicken auszuwählen und zu verändern, die nicht in den bevorzugten Bereichen umfasst sind, aber dennoch gute Ergebnisse erzielen.
8 zeigt eine besonders bevorzugte "Doppel"-Typ Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad. In dieser Ausführungsform kann die Schichtstruktur der Beschichtung wie jedwede der hierin unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 beschriebenen sein, mit der Bedingung, dass eine transparente Grundschicht 20 zwischen dem Trägermaterial 10 und der antireflektierenden Schicht 30 vorhanden ist. Die transparente Grundschicht 20 ist derart, wie oben unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. So kann diese Grundschicht 20 zum Beispiel zur Verfügung gestellt werden, um die Probleme (zum Beispiel Trübungsbildung während des Temperns), die mit Mängeln des Trägermaterials (zum Beispiel Feuchtigkeitskorrosion) zusammenhängen, so gering wie möglich zu halten. Wie oben erwähnt, sollten Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht und eine transparente Grundschicht 20 umfassen, sehr wenig bemerkbare Farbverschiebung und eine sehr geringe Trübungsbildung während des Temperns und anderer Wärmebehandlung zeigen (selbst wenn sie Temperaturen im Bereich von etwa 700°C ausgesetzt werden). Daher sollten Beschichtungen mit dieser Merkmalskombination besonders gut für die Verwendung auf Trägermaterialien, die getempert oder anderweitig wärmebehandelt werden sollen, geeignet sein. Beschichtungen dieser Art sollten auch die gewünschte Kratzfestigkeit aufweisen.
Es wird angenommen, dass es besonders wünschenswert ist, eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit einer Kombination von wenigstens einer schützenden Niobium-Titan-Schicht, einem Zwischenfilmbereich 190, der mehrere einzelne transparente dielektrische Schichten umfasst (die vielleicht optimalerweise in der Dicke beschränkt sind und abwechselnde kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassen, wie oben beschrieben), und eine transparente Grundschicht 20. 9 stellt eine Ausführungsform dieser Art dar. Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad mit dieser einmaligen Merkmalskombination sollten bei einem Test des Adhäsionsversagens bei Feuchtigkeit ("adhesion failure with moisture testing"), wie demjenigen, der in der oben erwähnten Internationalen Patentanmeldung beschrieben wurde, ausgesprochen gut abschneiden. Sie sollten ferner sehr wenig bemerkbare Farbverschiebung und eine minimale Trübungsbildung während des Temperns oder anderer Wärmebehandlung zeigen. Diese Beschichtungen sollten ferner die gewünschte Kratzfestigkeit aufweisen. Daher sind Beschichtungen mit dieser Merkmalskombination besonders bevorzugt.
In Ausführungsformen, wie derjenigen, die im vorigen Absatz beschrieben wurde, kann ein Titannitridfilm vorteilhafterweise in den äußeren Filmbereich 90, 130 integriert werden. Daher umfasst eine wünschenswerte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, einen Zwischenfilmbereich 190, der mehrere einzelne transparente dielektrische Schichten umfasst (die vielleicht optimalerweise in der Dicke beschränkt sind und abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassen, wie oben beschrieben), eine transparente Grundschicht 20, und einen äußeren Titannitridfilm (zum Beispiel, einen Titannitridfilm als äußerste Schicht, oder an anderer Stelle im äußeren Filmbereich 90, 130). Alternativ kann wenigstens ein chemisch beständiger äußerer Film in eine Beschichtung wie diejenige, die im vorigen Absatz beschrieben wurde, integriert werden. Der chemisch beständige Film oder die chemisch beständigen Filme kann/können aus Siliciumnitrid gebildet werden. Daher umfasst eine weitere wünschenswerte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, einen Zwischenfilmbereich 190, der mehrere einzelne transparente dielektrische Schichten (die vielleicht optimalerweise in der Dicke beschränkt sind und abwechselnd kristalline und im Wesentlichen amorphe Schichten umfassen, wie oben beschrieben), eine transparente Grundschicht 20, und wenigstens einen chemisch beständigen äußeren Film (zum Beispiel einen Siliciumnitridfilm als äußerste Schicht oder an anderer Stelle im äußeren Filmbereich 90, 130). Ferner können in Ausführungsformen wie der oben in dem vorhergehenden Absatz beschriebenen sowohl ein äußerer Titannitridfilm als auch ein chemisch beständiger äußerer Film (zum Beispiel Siliciumnitrid) zur Verfügung gestellt werden. Daher umfasst eine besonders wünschenswerte Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad wenigstens eine schützende Niobium-Titan-Schicht, einen Zwischenfilmbereich 190, der mehrere einzelne transparente dielektrische Schichten umfasst, eine transparente Grundschicht 20, einen äußeren Titannitridfilm, und einen chemisch beständigen äußeren Film.
Wie oben erwähnt, zeigen die 4–9 "Doppel"-Typ-Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die zwei Infrarot reflektierende Filme 50, 150 umfassen. In den Ausführungsformen der 4–9 ist eine schützende Niobium-Titan-Schicht über jedem der Infrarot reflektierenden Filme 50, 150 gezeigt. Obwohl davon ausgegangen wird, dass Ausführungsformen dieser Art besonders vorteilhaft sind, stellt die Erfindung mehrere alternative Ausführungsformen zur Verfügung. In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) wird eine schützende Niobium-Titan-Schicht über nur einem der Infrarot reflektierenden Filme 50, 150 zur Verfügung gestellt. In einigen Fällen kann dies eine Beschichtung bedeuten, bei der nur der erste Infrarot reflektierende Film 50 mit einer darüber liegenden Niobium-Titan-Schicht 80 zur Verfügung gestellt ist. In diesen Fällen kann der zweite Infrarot reflektierende Film 150 mit einer darüber liegenden schützenden Schicht 180 aus einem anderen Material (zum Beispiel Titan, Niobium, Nickel, Chrom, Nichrom, usw.) zur Verfügung gestellt werden, oder die zweite schützende Schicht 180 kann gänzlich weggelassen werden. In anderen Fällen kann diese eine Beschichtung bedeuten, bei der nur der zweite Infrarot reflektierende Film 150 mit einer darüber liegenden Niobium-Titan-Schicht 180 zur Verfügung gestellt ist. In diesen Fällen kann die innere Infrarot reflektierende Schicht 50 mit einer darüber liegenden Schutzschicht 80 aus einem anderen Material zur Verfügung gestellt werden, oder die erste Schutzschicht 80 kann gänzlich weggelassen werden.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) ist jeder der Infrarot reflektierenden Filme 50, 150 in einer "Doppel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zwischen schützenden Niobium-Titan-Schichten angeordnet. In einer derartigen Ausführungsform kann die Niobium-Titan-Schicht unter jedem Infrarot reflektierenden Film einige Ångström dünner sein als die Niobium-Titan-Schicht über einem solchen Infrarot reflektierenden Film (zum Beispiel um eine übermäßige Verringerung der Transmission zu verhindern). Wie oben erwähnt, kann es vorteilhaft sein, die Niobium-Titan-Schichten nicht direkt zwischen Infrarot reflektierenden Filmen anzuordnen, wenigstens wenn Silber in den Infrarot reflektierenden Filmen verwendet wird, da ein direkt darunter liegender Zinkoxidfilm dazu beiträgt, das Silberwachstum zu optimieren. Das Anordnen Infrarot reflektierender Filme, selbst welcher, die aus Silber gebildet sind, direkt zwischen Niobium-Titan-Schichten, kann ein wünschenswertes Schutzniveau für die Infrarot reflektierenden Filme zur Verfügung stellen. Daher können derartige Ausführungsformen wünschenswert sein.
In bestimmten Ausführungsformen (nicht gezeigt), wird eine "Doppel"-Typ Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt, bei der nur einer der Infrarot reflektierenden Filme zwischen zwei Niobium-Titan-Schichten angeordnet ist. In einigen Fällen kann dies eine Beschichtung bedeuten, bei der nur der erste Infrarot reflektierende Film 50 zwischen zwei schützenden Niobium-Titan-Schichten angeordnet ist. In diesen Fällen kann der zweite Infrarot reflektierende Film 150 nur eine darüber liegende schützende Niobium-Titan-Schicht 180 (oder nur eine darüber liegende schützende Schicht 180 aus einem anderen Material), nur eine darunter liegende schützende Niobium-Titan-Schicht (oder nur eine darunter liegende schützende Schicht aus einem anderen Material), oder gar keine schützende Schicht aufweisen. In anderen Fällen kann dies eine Beschichtung bedeuten, bei der nur der zweite Infrarot reflektierende Film 150 zwischen zwei schützenden Niobium-Titan-Schichten angeordnet ist. In diesen Fällen kann der erste Infrarot reflektierende Film 50 nur eine darüber liegende schützende Niobium-Titan-Schicht 80 (oder nur eine darüber liegende schützende Schicht 80 aus einem anderen Material), nur eine darunter liegende schützende Niobium-Titan-Schicht (oder nur eine darunter liegende schützende Schicht aus einem anderen Material), oder gar keine schützende Schicht aufweisen.
Mit der vorliegenden Offenbarung als Leitfaden wird dem Fachmann eine Vielzahl an anderen Ausführungsformen offenbar. So kann eine schützende Niobium-Titan-Schicht bei einer Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad unter, aber nicht darüber, jedem Infrarot reflektierenden Film angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform ist eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad mit wenigstens zwei Infrarot reflektierenden Filmen mit einer einzelnen schützenden Niobium-Titan-Schicht zur Verfügung gestellt. Diese Niobium-Titan-Schicht kann über, oder unter, jedem beliebigen der Infrarot reflektierenden Filme in der Beschichtung angeordnet sein. Es kann zum Beispiel eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt sein, die einen oder mehrere Infrarot reflektierende(n) Film(e) und wenigstens eine Niobium-Titan-Schicht umfasst, die an einen Infrarot reflektierenden Film der Beschichtung angrenzt.
Für die in dieser Offenbarung erläuterten Ausführungsformen gibt es viele mögliche Variationen, die dem Fachmann einleuchtend sind und die in dem Umfang der Erfindung umfasst sind. So sind zum Beispiel etliche Filmstapelabschnitte (zum Beispiel, innere Filmbereiche 30, Zwischenfilmbereiche 190, äußere Filmbereiche 90, 130 und besondere Filmsequenzen) hierin als in eine „Einzel" oder „Doppel"-Typ-Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad integriert beschrieben. Es kann jedoch jedwede oder mehrere dieser Filmstapelabschnitte in Beschichtungen mit niedrigem Emissionsgrad, die drei oder mehrere Infrarot reflektierende Filme umfassen, integriert werden. Es kann zum Beispiel eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt sein, die drei oder mehrere Infrarot reflektierende Filme umfasst, wobei eine schützende Niobium-Titan-Schicht über jedem Infrarot reflektierenden Film angeordnet ist. Es kann ferner eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad zur Verfügung gestellt werden, die drei oder mehrere Infrarot reflektierende Filme umfasst, wobei jeder Infrarot reflektierende Film zwischen zwei Niobium-Titan-Schichten angeordnet ist. Fachleuten ist klar, dass die Erfindung etliche andere derartige Variationsmöglichkeiten beinhaltet.
In bestimmten Ausführungsformen stellt die Erfindung eine Glasfläche zur Verfügung, die einen der oben beschriebenen Filmstapel trägt. Die Transmission (Leuchtmittel C) der auf diese Weise beschichteten Fläche beträgt wenigstens etwa 65%, und tatsächlich wenigstens etwa 78%. Die Zusammensetzung und Dicke (wie in den oben erläuterten Filmstapeln offenbart) jedes Infrarot reflektierenden Films, jedes transparenten dielektrischen Films und jedes schützenden Films ist so ausgewählt, wie in den obigen Beispielen erläutert, dass derartige Transmissionsniveaus erreicht werden.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist anzumerken, dass zahlreiche Veränderungen, Anpassungen und Modifikationen hierin vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und dem Umfang der angehängten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Trägermaterial, das eine Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad trägt, wobei die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad, vom Trägermaterial nach außen gehend, Folgendes umfasst: (a) eine erste Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst; (b) eine zweite Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst; (c) eine dritte, schützende Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst; und (d) eine vierte Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst, wobei die Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad eine transparente Grundschicht einschließt, die zwischen dem Trägermaterial und der ersten Filmschicht positioniert ist, wobei die Siliziumdioxid umfassende transparente Grundschicht mit einer Dicke von weniger als 100 Angström direkt auf dem Trägermaterial gebildet ist.
Trägermaterial nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Siliziumdioxidschicht um einen gesputterten Film handelt.
Trägermaterial nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Trägermaterial transparent ist und die transparente Grundschicht aus im Wesentlichen amorphem Material gebildet ist, das direkt auf dem Trägermaterial aufgetragen ist.
Transparentes Trägermaterial nach Anspruch 3, wobei das im Wesentliche amorphe Material einen Brechungsindex hat, der im Wesentlichen gleich dem des transparenten Trägermaterials ist.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die schützende Filmschicht einen größeren Anteil Titan als Niobium umfasst, so dass die schützende Filmschicht der Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad Abrasionsbeständigkeit verleiht.
Trägermaterial nach Anspruch 5, wobei die schützende Filmschicht einen großen Anteil Titan und einen kleinen Anteil Niobium umfasst.
Trägermaterial nach Anspruch 6, wobei die schützende Filmschicht zwischen 50% und ungefähr 95% Titan und weniger als 50% aber mehr als ungefähr 5% Niobium umfasst.
Trägermaterial nach Anspruch 7, wobei die schützende Filmschicht ungefähr 55% Titan und ungefähr 45% Niobium umfasst.
Trägermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die schützende Filmschicht einen größeren Anteil Niobium umfasst als Titan, so dass die schützende Filmschicht der Beschichtung mit niedrigem Emissionsgrad Beständigkeit gegen Farbverschiebung bei Aussetzen an erhöhte Temperaturen in der Größenordnung von ungefähr 700°C verleiht.
Trägermaterial nach Anspruch 9, wobei die schützende Filmschicht einen großen Anteil Niobium und einen kleinen Anteil Titan umfasst.
Trägermaterial nach Anspruch 10, wobei die schützende Filmschicht zwischen 50% und ungefähr 95% Niobium und weniger als 50% aber mehr als ungefähr 5% Titan umfasst.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die schützende Schicht direkt auf der zweiten Filmschicht gebildet ist.
Trägermaterial nach Anspruch 12, wobei es sich bei dem Infrarot reflektierenden Material der zweiten Filmschicht um Silber handelt.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die schützende Filmschicht eine Dicke von zwischen ungefähr 10 Angström und ungefähr 30 Angström hat.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Filmschicht eine Dicke von weniger als ungefähr 230 Angström hat.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste und/oder die vierte Filmschicht Zinkoxid umfasst.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Titannitridschicht, die weiter vom Trägermaterial entfernt ist als die vierte Schicht.
Trägermaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem chemisch beständigen Film, der weiter vom Trägermaterial entfernt ist als die vierte Filmschicht, wobei der chemisch beständige Film Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren zum Herstellen beschichteter Trägermaterialien, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a) Auftragen auf ein Trägermaterial einer transparenten, Siliziumdioxid umfassenden Grundschicht mit einer Dicke von weniger als 100 Angström; (b) Auftragen über der genannten transparenten Grundschicht einer ersten Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst; (c) Auftragen über der genannten ersten Filmschicht einer zweiten Filmschicht, die ein Infrarot reflektierendes Material umfasst; (d) Auftragen über der genannten zweiten Filmschicht einer dritten, schützenden Filmschicht, die Niobium und Titan umfasst; und (e) Auftragen über der genannten dritten Filmschicht einer weiteren Filmschicht, die ein transparentes dielektrisches Material umfasst.