RU2173470C2 - Optical device with low transmission of visible light and low reflection of visible light - Google Patents
Optical device with low transmission of visible light and low reflection of visible lightInfo
- Publication number
- RU2173470C2 RU2173470C2 RU97108567/28A RU97108567A RU2173470C2 RU 2173470 C2 RU2173470 C2 RU 2173470C2 RU 97108567/28 A RU97108567/28 A RU 97108567/28A RU 97108567 A RU97108567 A RU 97108567A RU 2173470 C2 RU2173470 C2 RU 2173470C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- visible light
- film
- metal
- substrate
- reflection
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 81
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 77
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 64
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 51
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 31
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 27
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 27
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 26
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 25
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 22
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 21
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 18
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910000416 bismuth oxide Inorganic materials 0.000 claims description 17
- TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N dibismuth;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Bi+3].[Bi+3] TYIXMATWDRGMPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 13
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910000623 nickel–chromium alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 6
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000004820 Pressure-sensitive adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 229910000599 Cr alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000669 Chrome steel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910018487 Ni—Cr Inorganic materials 0.000 claims 1
- DYONRZYEPZCKAC-UHFFFAOYSA-N [Ni]=O.[Bi] Chemical compound [Ni]=O.[Bi] DYONRZYEPZCKAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 158
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 73
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 6
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 4
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 4
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 3
- 229910000424 chromium(II) oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920000307 polymer substrate Polymers 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000032900 absorption of visible light Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N chromium dioxide Chemical compound O=[Cr]=O AYTAKQFHWFYBMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- -1 oxy nitride Chemical class 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 2
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 2
- 230000003678 scratch resistant effect Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011135 tin Substances 0.000 description 2
- 101100009017 Caenorhabditis elegans dcr-1 gene Proteins 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100009019 Drosophila melanogaster Dcr-1 gene Proteins 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000441 X-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229940090961 chromium dioxide Drugs 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940035427 chromium oxide Drugs 0.000 description 1
- 229940117975 chromium trioxide Drugs 0.000 description 1
- GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N chromium(6+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Cr+6] GAMDZJFZMJECOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000001941 electron spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 229920005570 flexible polymer Polymers 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011104 metalized film Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000005001 rutherford backscattering spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000036561 sun exposure Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к оптическим устройствам, таким как оконные пленки, управляющие солнечной энергией, имеющие низкое пропускание видимого света и низкое отражения видимого света, и к способу их изготовления. The present invention relates to optical devices, such as window films that control solar energy, having low transmittance of visible light and low reflection of visible light, and to a method for their manufacture.
Предшествующий уровень техники
Промышленность, занимающаяся окрашиванием стекол, заинтересована в создании стекол с покрытиями или пленками, управляющими солнечной энергией, с пропусканием видимого света (ПВС) менее 50%, а предпочтительно, менее 30%. В то же время требуется, чтобы эти покрытия или пленки имели отражение видимого света (OBC) на чистом стекле менее 15%, а предпочтительно, равным или менее 10%.State of the art
The glass-painting industry is interested in creating glasses with coatings or films that control solar energy, with visible light transmission (PVA) of less than 50%, and preferably less than 30%. At the same time, it is required that these coatings or films have a visible light reflection (OBC) on clear glass of less than 15%, and preferably equal to or less than 10%.
С помощью металлизированных пластиковых пленок, которые обычно применяются для управления солнечной энергией в промышленности, связанной с производством оконных стекол, пропускание видимого света или ПВС может быть уменьшено путем увеличения толщины металлического слоя на пленке, но это приводит к увеличению отражения видимого света или ОВС. Например, обычные солнечные пленки с нанесенным металлом с ПВС 25% имеют ОВС от 30% до 35% и более. Следовательно, ПВС и ОВС оказываются с взаимопротиворечащими друг другу интересами без приемлемой для промышленного производства компромиссной середины. Как правило, в настоящее время устанавливают ПВС на приемлемом уровне, а ОВС оставляют на более высоком уровне, чем требуется. Using metallized plastic films, which are commonly used to control solar energy in window glass industries, the transmission of visible light or PVA can be reduced by increasing the thickness of the metal layer on the film, but this leads to an increase in the reflection of visible light or OVS. For example, ordinary solar films with a deposited metal with a PVA of 25% have an ODS from 30% to 35% or more. Consequently, PVA and OVS find themselves with conflicting interests without a compromise acceptable for industrial production. As a rule, PVA is currently installed at an acceptable level, and OVS is left at a higher level than required.
Другой подход к разрешению требований производства заключался в использовании окрашенных (цветных) пластиковых пленок или тонких пластин либо отдельно, либо в качестве подложки для металлических пленок или слоев. Однако цветные пленки имеют очень низкие рабочие характеристики при солнечном воздействии и со временем их цвет пропадает. Следовательно, окрашенные пленки не обеспечивают удовлетворительное решение тех требований, которые выдвигаются промышленностью. Another approach to resolving production requirements was to use colored (colored) plastic films or thin plates either individually or as a substrate for metal films or layers. However, color films have very low performance under sun exposure and eventually disappear. Therefore, painted films do not provide a satisfactory solution to those requirements that are put forward by the industry.
Другая попытка снизить ОВС металлизированных пленок с низким ПВС заключалась в применении покрытий из оксида титана или оксида индий-олово, которые наносились на пленку или слой металла для управления коэффициентом отражения в узкой спектральной полосе. В соответствии с классической оптикой структура типа сэндвича, состоящая из металлической пленки между слоями из материала с высоким показателем преломления, может повышать коэффициент пропускания видимого света, это так называемое индуцированное пропускание, и уменьшать коэффициент отражения. В обычной практике для этого требуется толщина слоев оксида титана или оксида индий-олово от 70 до 100 нанометров, которые очень долго наносить и трудно управлять этим процессом. В результате, этот подход оказался слишком дорогим для практического его использования и, кроме того, в лучшем случае он обеспечивает только частичное решение дилемы между ПВС/ОВС. Another attempt to reduce the OVR of metallized films with low PVA was to use titanium oxide or indium tin oxide coatings that were applied to a film or metal layer to control the reflection coefficient in a narrow spectral band. In accordance with classical optics, a sandwich-type structure consisting of a metal film between layers of a material with a high refractive index can increase the transmittance of visible light, this is the so-called induced transmittance, and decrease the reflection coefficient. In ordinary practice, this requires a layer thickness of titanium oxide or indium tin oxide from 70 to 100 nanometers, which are very long to apply and it is difficult to control this process. As a result, this approach turned out to be too expensive for its practical use and, in addition, in the best case, it provides only a partial solution to the dilemma between the PVA / OVS.
В Патенте US 4,799,745 (Сертификат повторной экспертизы, В1 4799745) раскрыта пленка, отражающая инфракрасное излучение, использующаяся в фильтрах интерферометра Фабри-Перо, которая содержит два или более прозрачных слоев из металла, например серебра, золота, платины, палладия, алюминия, меди, никеля и их сплавов, отделенных непосредственно примыкающими к ним диэлектрическими объемными слоями, которые могут быть выполнены из оксидов индия, олова, титана, кремния, хрома и висмута. Родственный Патент US 5,071,206, который является продолжением в части патента 4,799,745, раскрывает цветную корректирующую пленку, отражающую инфракрасное излучение, которая содержит подложку, на которую нанесено семь непосредственно примыкающих друг к другу и чередующихся слоев из диэлектрика и серебра. Несмотря на то, что эти пленки имеют низкий коэффициент отражения для видимого света, но для их выполнения требуется путем распыления наносить от пяти до семи слоев материала друг на друга. Эта технология дорогая и не простая для выполнения. А при уменьшении коэффициента пропускания видимого света эта задача становится еще более сложной. US Pat. No. 4,799,745 (Recertification Certificate, B1 4799745) discloses an infrared reflective film used in filters of a Fabry-Perot interferometer that contains two or more transparent layers of metal, for example silver, gold, platinum, palladium, aluminum, copper, nickel and their alloys, separated directly by adjacent dielectric bulk layers, which can be made of oxides of indium, tin, titanium, silicon, chromium and bismuth. Related Patent US 5,071,206, which is a continuation of patent part 4,799,745, discloses a color correction film that reflects infrared radiation, which contains a substrate on which seven directly adjacent and alternating layers of dielectric and silver are applied. Despite the fact that these films have a low reflectance for visible light, their implementation requires spraying to apply from five to seven layers of material on top of each other. This technology is expensive and not easy to implement. And with a decrease in the transmittance of visible light, this task becomes even more difficult.
В публикации заявки РСТ WO 94/04356 сообщается, что отражательная способность углеродной тонкой пластины на основе полимера может быть понижена путем нанесения распылением на пластину несплошного, ветвящегося слоя из неорганического вещества, имеющего показатель преломления, больший, чем у полимера. Неорганическим веществом может быть оксид, нитрид или оксинитрид первичного металла, выбранного из тантала, ниобия, титана, гафния, вольфрама и циркония. Первичное покрытие может быть дополнено верхним слоем, содержащим оксид, нитрид или оксинитрид вторичного металла, выбранного из индия, олова и цинка. Эти покрытия увеличивают коэффициент пропускания света через полимерную пленку при минимальном окрашивании и матовости, когда они используются в качестве внутренних пластиковых поверхностей в оконных блоках, состоящих из нескольких оконных стекол. Следовательно, хотя отражательная способность и уменьшается, но коэффициент пропускания не уменьшается. PCT application publication WO 94/04356 discloses that the reflectivity of a carbon thin polymer-based plate can be reduced by spraying onto the plate a non-continuous, branching layer of an inorganic material having a refractive index greater than that of the polymer. The inorganic material may be a primary metal oxide, nitride or oxy nitride selected from tantalum, niobium, titanium, hafnium, tungsten and zirconium. The primary coating may be supplemented with a top layer containing an oxide, nitride or oxynitride of a secondary metal selected from indium, tin and zinc. These coatings increase the transmittance of light through the polymer film with minimal staining and dullness when they are used as internal plastic surfaces in window units consisting of several window panes. Therefore, although the reflectivity is reduced, the transmittance is not reduced.
Таким образом, в промышленности остается большая потребность в разработке недорогого класса покрытий и/или покрывающих пленок, которые имели бы и низкое ПВС, и низкое ОВС. Thus, in industry there remains a great need to develop an inexpensive class of coatings and / or coating films that would have both low PVA and low OVS.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в создании улучшенных оптических устройств, в частности улучшенных пленок, управляющих солнечной энергией, которые имеют и низкий коэффициент пропускания видимого света, и низкий коэффициент отражения видимого света, и способа их экономичного производства.Disclosure of Invention
An object of the present invention is to provide improved optical devices, in particular improved films that control solar energy, which have both a low transmittance of visible light and a low reflectance of visible light, and a method for economical production thereof.
Другая задача изобретения состоит в создании улучшенных пленок и/или покрытий, управляющих солнечной энергией, которые имеют хорошие характеристики преломления солнечной энергии, а также низкое ПВС и низкое ОВС. Another objective of the invention is to provide improved films and / or coatings that control solar energy, which have good refractive characteristics of solar energy, as well as low PVA and low OVS.
Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению металлические пленки выполнены тонкими и неоднородными и имеют заданное низкое отражение видимого света и оптически не связаны друг с другом, так что покрытые подложки из прозрачного материала, образующие многослойную пленку, имеют суммарную задерживающую способность пропускания видимого света, равную приблизительно сумме задерживающих способностей неоднородных металлических пленок, и отражение видимого света, по существу, равное отражению видимого света только одной из неоднородных пленок, причем отражение видимого света каждой неоднородной пленкой такое, что отражение видимого света многослойной пленкой на чистом стекле менее 15%, если пропускание видимого света менее 35%, и менее 12%, если пропускание видимого света до 50%. The problem is solved in that according to the invention, the metal films are made thin and inhomogeneous and have a predetermined low reflection of visible light and are not optically connected to each other, so that the coated substrates of a transparent material forming a multilayer film have a total visible light transmittance equal to approximately the sum of the stopping power of inhomogeneous metal films, and the reflection of visible light, essentially equal to the reflection of visible light of only one of the non dnorodnyh films, the reflection of visible light of each of the inhomogeneous film such that the visible light reflection multilayer film on a clean glass is below 15% when the visible light transmittance less than 35% and less than 12% when the visible light transmittance to 50%.
Желательно, чтобы одна или две упомянутые подложки из прозрачного материала имели слой материала с высоким показателем преломления, который располагался бы между подложкой и неоднородной пленкой металла, выполненный с возможностью дополнительного управления пропусканием видимого света и отражением видимого света многослойной пленки. It is desirable that one or two of the aforementioned substrates of transparent material have a layer of material with a high refractive index, which would be located between the substrate and the inhomogeneous metal film, made with the possibility of additional control of the transmission of visible light and reflection of visible light of the multilayer film.
Желательно, чтобы материалы с высоким показателем преломления выбирали из нитрида кремния, оксидов: хрома, ниобия и титана, и синтезированного оксида висмута, имеющего атомное отношение кислорода к висмуту от 1,7 до 2,5. It is desirable that materials with a high refractive index be selected from silicon nitride, oxides: chromium, niobium and titanium, and synthesized bismuth oxide having an atomic ratio of oxygen to bismuth from 1.7 to 2.5.
Желательно, чтобы тонкие неоднородные металлические пленки выбирали из хрома, сплавов никель-хром и нержавеющей стали. It is desirable that thin, inhomogeneous metal films be selected from chromium, nickel-chromium alloys, and stainless steel.
Желательно, чтобы хром, сплав никель-хром или нержавеющая сталь наносили на подложку путем распыления. It is desirable that chromium, a nickel-chromium alloy or stainless steel be applied to the substrate by spraying.
Желательно, чтобы содержалась третья подложка из прозрачного материала с нанесенной на нее тонкой неоднородной прозрачной пленкой металла, обеспечивающей уменьшение пропускания видимого света и имеющей, по существу, такое же низкое отражение видимого света, как и у других неоднородных пленок, причем упомянутая третья подложка была расположена в виде слоя между упомянутыми первой и второй подложками, причем неоднородная пленка металла была бы на ней отделена и оптически не связана с неоднородными пленками металла на упомянутых первой и второй подложках. It is desirable that the third substrate is made of a transparent material coated with a thin non-uniform transparent metal film deposited on it, providing a reduction in the transmission of visible light and having essentially the same low reflection of visible light as other inhomogeneous films, said third substrate being located in the form of a layer between the aforementioned first and second substrates, moreover, an inhomogeneous metal film would be separated on it and not optically coupled to inhomogeneous metal films on the first and second substrates.
Желательно, чтобы одна, две или все три упомянутые подложки содержали слой материала с высоким показателем преломления между подложкой и неоднородной пленкой металла для дополнительного управления пропусканием видимого света и отражением видимого света многослойной пленкой. It is desirable that one, two or all three of these substrates contain a layer of material with a high refractive index between the substrate and the inhomogeneous metal film to further control the transmission of visible light and reflection of visible light by the multilayer film.
Желательно, чтобы содержался слой связующего материала, чувствительного к давлению, на одной стороне многослойной пленки для приклеивания ее к окну и защитное покрытие на другой стороне многослойной пленки для защиты пленки от повреждений. It is desirable that a layer of pressure-sensitive adhesive material is contained on one side of the multilayer film to adhere to the window and a protective coating on the other side of the multilayer film to protect the film from damage.
Желательно, чтобы материал с высоким показателем преломления содержал синтезированный оксид висмута, осажденный на материал подложки при реактивном распылении и имеющий атомное отношение кислорода к висмуту от 1,7 до 2,5. It is desirable that the material with a high refractive index contain synthesized bismuth oxide deposited on the substrate material by reactive spraying and having an atomic oxygen to bismuth ratio of from 1.7 to 2.5.
Желательно, чтобы материал с высоким показателем преломления выбирался из нитрида кремния и оксидов: хрома, ниобия и титана. It is desirable that the material with a high refractive index be selected from silicon nitride and oxides: chromium, niobium and titanium.
Желательно, чтобы пропускание видимого света многослойной пленкой лежало бы в диапазоне от 25% до 50%. Известен способ изготовления солнечной управляющей пленки, в котором осаждают на прозрачную подложку прозрачное покрытие металла, которое уменьшает пропускание видимого света через покрытую подложку (US 3889026A, 10.06.1975). It is desirable that the transmission of visible light by a multilayer film lies in the range from 25% to 50%. A known method of manufacturing a solar control film in which a transparent metal coating is deposited on a transparent substrate, which reduces the transmission of visible light through the coated substrate (US 3889026A, 06/10/1975).
Задачей настоящего изобретения также является предложить способ для очень эффективного и экономичного массового производства улучшенных солнечных пленок и покрытий. An object of the present invention is also to provide a method for the very efficient and economical mass production of improved solar films and coatings.
Поставленная задача решается тем, что осаждают неоднородное покрытие из металла, которое имеет заданное низкое отражение видимого света, объединяют в многослойную пленку несколько покрытых подложек так, чтобы неоднородные металлические покрытия были обращены друг к другу внутри многослойной пленки и были отделены друг от друга и не связаны оптически, и так, чтобы неоднородные металлические покрытия вместе обеспечивали заданную задерживающую способность для видимого света, которая достаточна для того, чтобы обеспечить заданный низкий уровень пропускания видимого света через многослойную пленку, при этом многослойная пленка имеет суммарную задерживающую способность пропускания видимого света, равную приблизительно сумме задерживающих способностей неоднородных металлических покрытий, и низкое отражение видимого света, по существу, равное отражению видимого света только одним из неоднородных металлических покрытий, причем многослойная пленка на чистом стекле имеет отражение видимого света, которое менее 15%, когда передача видимого света менее 35%, и менее 12%, когда пропускание видимого света менее 50%. The problem is solved in that a non-uniform metal coating is deposited that has a predetermined low reflection of visible light, several coated substrates are combined into a multilayer film so that the inhomogeneous metal coatings are facing each other inside the multilayer film and are separated from each other and not connected optically, and so that the inhomogeneous metal coatings together provide a given restraint for visible light, which is sufficient to provide a given low the level of visible light transmission through the multilayer film, wherein the multilayer film has a total visible light transmittance equal to approximately the sum of the blocking capacities of inhomogeneous metal coatings, and a low reflection of visible light substantially equal to the reflection of visible light by only one of the inhomogeneous metal coatings, laminated film on pure glass has a reflection of visible light that is less than 15% when the transmission of visible light is less than 35%, and less than 12% when blasting of visible light less than 50%.
Желательно, чтобы послойное наложение покрытых подложек друг на друга, а также отделение их друг от друга и устранение оптической связи между ними осуществляли с помощью одного или нескольких промежуточных слоев связующего материала. It is desirable that the layered coating of the coated substrates on top of each other, as well as their separation from each other and the elimination of optical communication between them, is carried out using one or more intermediate layers of a binder material.
Желательно, чтобы сначала осаждали на подложку тонкий прозрачный слой материала с высоким показателем преломления, а затем осаждали металлическое покрытие на материал с высоким показателем преломления. It is desirable that a thin transparent layer of a material with a high refractive index is first deposited on a substrate, and then a metal coating is deposited on a material with a high refractive index.
Желательно, чтобы материал с высоким показателем преломления имел показатель преломления по меньшей мере 2,0. It is desirable that the material with a high refractive index has a refractive index of at least 2.0.
Желательно, чтобы осаждали на подложку методом реактивного распыления синтезированный оксид висмута, имеющий атомное отношение кислорода к висмуту от 1,7 до 2,5, а затем осаждали бы методом распыления тонкое покрытие из металла на синтезированный оксид висмута. It is desirable that the synthesized bismuth oxide having an oxygen to bismuth atomic ratio of 1.7 to 2.5 is deposited onto the substrate by reactive sputtering, and then a thin metal coating is deposited by sputtering onto the synthesized bismuth oxide.
Желательно, чтобы металл, нанесенный на каждую подложку, содержал хром, сплав никель-хром или нержавеющую сталь, желательно, чтобы сталь осаждали на подложку методом распыления. It is desirable that the metal deposited on each substrate contains chromium, a nickel-chromium alloy or stainless steel, it is desirable that the steel is deposited onto the substrate by spraying.
Желательно, чтобы материалом с высоким показателем преломления являлся синтезированный оксид висмута с атомным отношением кислорода к висмуту от 1,7 до 2,5. It is desirable that the material with a high refractive index is synthesized bismuth oxide with an atomic ratio of oxygen to bismuth from 1.7 to 2.5.
Путем комбинирования двух или нескольких модулей, каждый из которых состоит из тонкой металлической пленки с низким отражением и пленки или слоя из материала с высоким преломлением, в частности, BiOx (x = 1.7 - 2.5), настоящее изобретение позволяет получить пленки и/или покрытия, управляющие солнечной энергией, которые имеют хорошие показатели отражения солнечной энергии, низкое отражение видимого света и низкое пропускание видимого света.By combining two or more modules, each of which consists of a thin metal film with low reflection and a film or layer of high refraction material, in particular BiO x (x = 1.7 - 2.5), the present invention allows to obtain films and / or coatings that control solar energy, which have good solar energy reflection performance, low visible light reflection and low visible light transmittance.
Задачей настоящего изобретения также является предложить способ для очень эффективного и экономичного массового производства улучшенных солнечных пленок и покрытий. An object of the present invention is also to provide a method for the very efficient and economical mass production of improved solar films and coatings.
Согласно предпочтительному варианту осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением обычная прозрачная пленка или тонкая пластина из материала подложки сначала обрабатывается на установке магнетронного катодного распыления, при этом на подложку напыляется путем распыления слой материала с высоким показателем преломления. Предпочтительно, чтобы материал с высоким показателем преломления содержал висмут, полученный при реактивном распылении с кислородом в атмосфере кислорода с регулируемым парциальным давлением, причем осажденный на подложку синтезированный оксид висмута с высоким содержанием кислорода должен иметь атомное отношение кислорода к висмуту в диапазоне 1.7 - 2.5. Динамическая скорость осаждения синтезированного BiOx очень высокая и покрытие или пленка, следовательно, наносятся на подложку легко, быстро и экономично. Подложка с покрытием затем проходит через установку магнетронного катодного распыления, где очень тонкая металлическая пленка быстро и экономично напыляется (осаждается) методом распыления на покрытие с высоким показателем преломления.According to a preferred embodiment of the method in accordance with the present invention, a conventional transparent film or a thin plate of a substrate material is first processed by a magnetron cathode sputtering apparatus, and a layer of high refractive index is sprayed onto the substrate by spraying. It is preferable that the material with a high refractive index contain bismuth obtained by reactive atomization with oxygen in an oxygen atmosphere with controlled partial pressure, and the synthesized high oxygen content bismuth oxide deposited on the substrate should have an oxygen to bismuth atomic ratio in the range 1.7 - 2.5. The dynamic deposition rate of the synthesized BiO x is very high and the coating or film is therefore easy to apply, quickly and economically on the substrate. The coated substrate then passes through a magnetron cathode sputtering installation, where a very thin metal film is quickly and economically sprayed (deposited) by spraying onto a coating with a high refractive index.
Осаждение методом распыления двух покрытий или пленок может выполняться путем пропускания дважды подложки через одну распылительную установку или путем пропускания подложки через установку, имеющую два или несколько распылительных устройств, расположенных последовательно вдоль пути перемещения подложки. Подложка может состоять из тонких пластин или непрерывного полотна из стекла или пластика. В любом случае подложка покрывается тонким слоем, имеющим высокий показатель преломления, и тонкой некогерентной пленкой металла. Это выполняется очень эффективно и быстро, вследствие чего получается устройство или элемент, управляющий солнечной энергией, который экономичен и имеет очень высокие рабочие характеристики. Spray deposition of two coatings or films can be accomplished by passing the substrate twice through a single spraying unit, or by passing the substrate through a unit having two or more spraying devices arranged in series along the substrate moving path. The substrate may consist of thin plates or a continuous web of glass or plastic. In any case, the substrate is coated with a thin layer having a high refractive index and a thin incoherent metal film. This is done very efficiently and quickly, resulting in a device or element that controls the solar energy, which is economical and has very high performance.
Получающееся в результате устройство или элемент имеет очень низкое отражение видимого света и степень пропускания видимого света, зависящую, в первую очередь, от природы и толщины металлической пленки. При послойном наложении двух или нескольких устройств или элементов друг на друга может быть получен, по существу, любой требующийся уровень управления пропусканием видимого света. The resulting device or element has a very low reflection of visible light and the degree of transmission of visible light, depending primarily on the nature and thickness of the metal film. When layer-by-layer overlapping of two or more devices or elements on top of each other, essentially any desired level of visible light transmission control can be obtained.
Дополнительные варианты оптического исполнения могут быть получены с помощью использования различных материалов для выполнения нескольких покрытий, входящих в конечное многослойное устройство. Additional optical designs can be obtained by using different materials to make several coatings included in the final multilayer device.
Таким образом, изобретение обеспечивает получение значительно улучшенных оптических устройств с низким ПВС и низким ОВС и предлагает эффективный и экономичный способ массового изготовления таких устройств. Thus, the invention provides for significantly improved optical devices with low PVA and low OVS and offers an efficient and economical method for mass production of such devices.
Эти и другие цели и достоинства изобретения станут очевидными из последующего подробного описания с учетом прилагаемых чертежей. These and other objects and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, given the accompanying drawings.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичное изображение в разрезе и в сильно увеличенном масштабе предпочтительного варианта солнечной управляющей пленки, выполненной в соответствии с изобретением и состоящей из двух устройств или элементов изобретения с низким отражением;
фиг. 2 - аналогичное схематичное изображение другого варианта многослойной структуры, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 - аналогичное схематичное изображение предпочтительного варианта солнечной управляющей пленки согласно изобретению и состоящего из трех устройств или элементов согласно изобретению с низким отражением; пленка показана приклеенной к оконному стеклу или окну;
фиг. 4 - аналогичное схематичное изображение другого варианта многослойной структуры, показанной на фиг. 3;
фиг. 5 содержит графическое сравнение характеристик пропускания и отражения видимого света для пленок, выполненных согласно изобретению, и обычных промышленно изготавливаемых солнечных управляющих пленок;
фиг. 6 - графическое сравнение характеристик пропускания и поглощения пленок, выполненных согласно изобретению, и обычных промышленно изготавливаемых пленок;
фиг. 7 - схематическое изображение установки для изготовления устройств или элементов с низким коэффициентом отражения согласно изобретению; и
фиг. 8 - график, иллюстрирующий корреляцию динамической скорости осаждения и атомного отношения в оксиде висмута с высоким содержанием кислорода при постепенном увеличении парциального давления кислорода для реактивного распыления висмута.Brief Description of the Drawings
FIG. 1 is a schematic sectional view and on a greatly enlarged scale of a preferred embodiment of a solar control film made in accordance with the invention and consisting of two devices or elements of the invention with low reflection;
FIG. 2 is a similar schematic representation of another embodiment of the multilayer structure shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a similar schematic representation of a preferred embodiment of a solar control film according to the invention and consisting of three devices or elements according to the invention with low reflection; the film is shown glued to a window pane or window;
FIG. 4 is a similar schematic representation of another embodiment of the multilayer structure shown in FIG. 3;
FIG. 5 contains a graphical comparison of the transmission and reflection characteristics of visible light for films made according to the invention and conventional industrially manufactured solar control films;
FIG. 6 is a graphical comparison of the transmission and absorption characteristics of films made according to the invention and conventional industrially produced films;
FIG. 7 is a schematic illustration of an apparatus for manufacturing devices or elements with a low reflectance according to the invention; and
FIG. 8 is a graph illustrating the correlation of the dynamic deposition rate and atomic ratio in bismuth oxide with a high oxygen content while gradually increasing the partial pressure of oxygen for reactive atomization of bismuth.
Наилучший способ осуществления изобретения
Далее представлено подробное раскрытие вариантов изобретения, которые, по мнению изобретателя, в настоящее время являются предпочтительными, для того чтобы наилучшим образом осуществить его изобретение.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The following is a detailed disclosure of embodiments of the invention which, according to the inventor, are currently preferred in order to best carry out his invention.
Используемые в этом описании и приложенной формуле изобретения ниже указанные термины имеют следующие значения:
"Видимое излучение" или "свет" означает электромагнитное излучение, имеющее длину волны от 380 нанометров до 750 нанометров (Стандарт CIT).Used in this description and the attached claims below, these terms have the following meanings:
"Visible radiation" or "light" means electromagnetic radiation having a wavelength from 380 nanometers to 750 nanometers (CIT Standard).
"Прозрачность" означает наличие свойства пропускать видимое излучение. “Transparency" means the ability to transmit visible radiation.
"Пропускание видимого света", "пропускание визуального света" и сокращение "ПВС" означают выраженную в процентах величину видимого излучения или света, который проходит через прозрачное оптическое устройство, например чистое стеклянное окно. "Transmission of visible light", "transmission of visual light" and the abbreviation "PVA" mean the percentage of visible radiation or light that passes through a transparent optical device, such as a clean glass window.
"Отражение видимого света", "отражение визуального света" и сокращение "ОВС" означают выраженную в процентах величину видимого излучения, которое отражается от оптического устройства. "Reflection of visible light", "reflection of visual light" and the abbreviation "OVS" mean the percentage of visible radiation that is reflected from the optical device.
"Поглощение видимого света", "поглощение визуального света" и сокращение "ПГВС" означают выраженную в процентах величину видимого излучения или света, которое поглощается оптическим устройством. Как правило, сумма ПВС, ОВС и ПГВС должна быть равна 100%. "Absorption of visible light", "absorption of visual light" and the abbreviation "PHVS" means the percentage of visible radiation or light that is absorbed by an optical device. As a rule, the sum of PVA, OVS and PGVS should be equal to 100%.
"КЗ" или "коэффициент затенения" - это строительный показатель, касающийся эффективности, с которой оконная система способна управлять солнечным излучением. Он выражается в виде отношения увеличения тепла при прохождении солнечного излучения через любую заданную оконную систему к увеличению тепла, которое было бы при тех же условиях, если окно сделано чистым, незатененным, из оконного стекла двойной прочности. Чем ниже коэффициент затенения, тем больше способность окна управлять солнечной энергией (Стандартный метод расчета ASHRAE). Чистому стеклу приписывается величина (коэффициента затенения) 1.00. Величина КЗ ниже 1.00 указывает на большее отражение (рассеивание в целом) тепла, чем у одиночного чистого оконного стекла. “Short circuit” or “shading factor” is a building indicator regarding the efficiency with which a window system is able to control solar radiation. It is expressed as the ratio of the increase in heat during the passage of solar radiation through any given window system to the increase in heat, which would be under the same conditions if the window was made clean, unshaded, from double-strength window glass. The lower the shading factor, the greater the window’s ability to control solar energy (ASHRAE Standard Calculation Method). The value (shading coefficient) of 1.00 is attributed to clean glass. A short circuit value below 1.00 indicates a greater reflection (dissipation as a whole) of heat than a single clean window glass.
"Неоднородный" в отношении металлического слоя или пленки означает отсутствие надлежащей непрерывности или упорядоченности, слой состоит из дискретных элементов, несогласующихся, неоднородных. “Non-uniform” with respect to a metal layer or film means the absence of proper continuity or ordering; the layer consists of discrete elements, inconsistent, heterogeneous.
"Осаждение путем распыления" или "осажденный распылением" относится к процессу или продукту этого процесса, в котором слой материала осаждается на подложку с помощью использования установки магнетронного распыления. “Spray deposition” or “spray deposition” refers to a process or product of this process in which a layer of material is deposited onto a substrate using a magnetron sputtering apparatus.
Фиг. 1 схематично иллюстрирует часть поперечного сечения при значительном увеличении масштаба предпочтительного варианта многослойной пленки, управляющей энергией солнечного излучения, согласно изобретению. На фиг. 1 многослойная пленка, которая обозначена позицией 10, состоит из двух оптических модулей. Элементы или устройства 12 каждый состоит из подложки 14, слоя материала с высоким показателем преломления 16 и тонкого, несплошного, неоднородного, ветвистого слоя металла 18. FIG. 1 schematically illustrates part of a cross-section with a significant zooming in of a preferred embodiment of a multilayer film controlling solar energy according to the invention. In FIG. 1, a multilayer film, which is indicated by 10, consists of two optical modules. Elements or
Подложка 14 может содержать любой из прозрачных материалов, применяемых в качестве основы, которые обычно используются для солнечных управляющих пленок, в частности гибких полимерных пленок, наносимых в виде полотна. Предпочтительный полимер - это обычно полиэтилентерфталатная (ПЭТ) пленка, имеющая толщину примерно от 1-2 мил (1 мил = 0.025 мм) до 50 мил. Показатель преломления таких пленок обычно находится в диапазоне 1.4 - 1.7. The
Слой 16 формируется из материала, имеющего показатель преломления, больший, чем показатель преломления подложки 14, и предпочтительно он имеет величину показателя преломления 2.0 или более. Кроме того, предпочтительно, чтобы это был материал, который относительно легко может осаждаться на подложку путем распыления. Подходящими материалами являются обычные оксиды: хрома (хромистый оксид, диоксид и триоксид, CrO, CrO2, CrO3), ниобия (Nb2O5) и титана (TiO2), а также нитрид кремния (Si3N4). Все они могут непосредственно осаждаться на подложку 14 или осаждаться с помощью метода реактивного распыления. Однако, как далее будет описано более подробно, предпочтительным материалом для слоя 16 с высоким показателем преломления является синтезированный оксид висмута с высоким содержанием кислорода, который имеет атомное отношение (A/O) кислорода к висмуту от 1.7 до примерно 2.5. Обычный оксид висмута Bi2O3 имеет слишком большое поглощение в видимом спектральном диапазоне (ПГВС), чтобы рассматриваться в качестве оптического материала, и, определенно, не является кандидатом для выполнения слоя 16. С помощью распыления висмута в атмосфере с регулируемым парциальным давлением кислорода может быть получен синтетический оксид висмута с высоким содержанием кислорода, который не является материалом с высоким поглощением и который имеет показатель преломления от 2.4 до 2.7.The layer 16 is formed from a material having a refractive index greater than the refractive index of the
Толщина слоя 16 из материала с высоким показателем преломления будет изменяться в зависимости от требующегося ПВС многослойной пленки 10, а также от толщины и металла, выбранного для слоя 18, все они находятся во взаимосвязи. Как правило, для многослойных пленок, имеющих ПВС, равное или больше чем 20-25%, толщина слоя 16 будет порядка 0.1 - 10 нанометров (нм), а для многослойных пленок, имеющих ПВС, равное или меньше чем 20-25%, толщина слоя будет порядка 10-50 нм. The thickness of the layer 16 of a material with a high refractive index will vary depending on the required PVA of the
Формирование металлического слоя 18 в каждом оптическом модуле или элементе 12 многослойной пленки 10 очень критично к тому, насколько успешно изобретение реализовано на практике. Отражение или ОВС каждого слоя 18 должно быть почти таким же или в разумной степени близким по величине к требующемуся ОВС многослойной пленки 10 и должно в то же время обеспечивать разумный уровень способности задерживать видимый свет, так чтобы для уменьшения ПВС многослойной пленки до требующегося процента ПВС было бы объединено разумное небольшое число модулей. Для того чтобы разрешить эти противоречащие друг другу задачи, каждый металлический слой 18 должен представлять собой некогерентную пленку, обладающую возможностью рассеивать, диффузионно рассеивать и/или поглощать видимый свет, но иметь достаточную толщину, чтобы частично задерживать или уменьшать пропускание видимого света через модуль 12. Согласно изобретению это достигается за счет получения тонкой пленки из выбранного металла путем осаждения методом распыления. The formation of a metal layer 18 in each optical module or
Осаждение методом распыления очень тонкого металлического слоя или покрытия приводит к тому, что металл осаждается в виде объемных кластеров, очень похожих на камни или деревья в лесу. Пленка или покрытие некогрентно и, можно сказать, имеет вид ветвящийся. Поток осаждаемого металла не образует когерентного, с гладкой поверхностью, хорошо отражающего слоя, как это было бы, если осаждение проводилось непрерывно до получения определенной толщины. Обычно говорят, что толщина металлического слоя не должна превышать величины порядка 20 нм и, предпочтительно, попадать в диапазон значений примерно от 1 нм до 20 нм, а еще более предпочтительно, попадать в диапазон 2 - 5 нм, в зависимости от требующегося или установленного ПВС. Для пленок с низким отражением, выполненным согласно изобретению, покрытие должно быть достаточно тонким и неоднородным, чтобы ОВС для каждого металлического слоя 18 не превышало величину порядка 12%. Deposition by spraying a very thin metal layer or coating causes the metal to precipitate in the form of volume clusters, very similar to stones or trees in a forest. The film or coating is incoherent and can be said to have a branching appearance. The flow of the deposited metal does not form a coherent, with a smooth surface, well reflecting layer, as would be the case if the deposition was carried out continuously to obtain a certain thickness. It is usually said that the thickness of the metal layer should not exceed a value of the order of 20 nm and, preferably, fall in the range of values from about 1 nm to 20 nm, and even more preferably, fall in the range of 2 to 5 nm, depending on the required or installed PVA . For films with low reflection, made according to the invention, the coating should be sufficiently thin and inhomogeneous so that the OVS for each metal layer 18 does not exceed a value of the order of 12%.
Применяемый металл предпочтительно выбирается из группы, включающей хром, сплавы никель-хром, а также нержавеющие стали. Выбор материалов для слоев 16 и 18 будет определять цвет многослойной пленки. Например, нержавеющая сталь будет образовывать пленку серого цвета. Другие вариации могут быть получены путем изготовления одного из модулей или элементов 12 из материалов, отличающихся от тех, которые используются при изготовлении другого модуля или элемента 12. Это связано с тем, что в многослойной пленке 10 модули физически изолированы и оптически не связаны друг с другом. The metal used is preferably selected from the group consisting of chromium, nickel-chromium alloys, as well as stainless steels. The choice of materials for layers 16 and 18 will determine the color of the multilayer film. For example, stainless steel will form a gray film. Other variations can be obtained by manufacturing one of the modules or
Как показано на фиг. 1, два модуля или оптических элемента 12 наложены друг на друга так, что их поверхности с металлическим покрытием находятся бок о бок друг с другом и пространственно разделены они промежуточным прозрачным слоем 20 из обычного связующего материала. Следовательно, в многослойной структуре способности этих двух модулей 12 задерживать видимый свет суммируются и вместе они могут уменьшить ПВС многослойной пленки до требующегося уровня. Более того, слои 16 из материалов с высоким показателем преломления могут выполняться для дополнения некогерентных металлических пленок 18, чтобы еще больше уменьшить пропускание и/или отражение и/или увеличить поглощение. Следовательно, преломляющие слои 16 и металлические слои 18 взаимозависимы и изменяемы в соответствии с требующимся результатом, т.е. они зависят от установленных ПВС, ОВС, цвета и затемненности многослойной пленки 10. As shown in FIG. 1, two modules or
Для того чтобы закончить изделие, которое может использоваться в промышленности, связанной с производством оконных пленок, открытая поверхность одной из подложек 14 покрывается твердым покрытием 22, износостойким и защищающим от царапин, а открытая поверхность другой подложки 14 покрывается связующим материалом (клеем) 24, чувствительным к давлению, для того чтобы облегчить наложение многослойной пленки на окно, на блок оконных стекол и др. Во время использования пленки связующий материал 24, чувствительный к давлению, сохраняется и защищается обычной тепловыделяющей пластиной 26. Как обычно принято в данной области техники, в связующий материал 24, чувствительный к давлению, предпочтительно вводятся добавки, поглощающие ультрафиолет, и другие подобные вещества. In order to finish the product, which can be used in the industry associated with the production of window films, the open surface of one of the
На фиг. 2 показан упрощенный другой вариант многослойной пленки, проиллюстрированной на фиг. 1. Несмотря на то, что структура на фиг. 2 не обеспечивает такую же способность для управления ПВС и ОВС, как структура, показанная на фиг. 1, тем не менее она содержит практичную и менее дорогую пленку, имеющую приемлемо низкие управляющие характеристики ПВС и ОВС. Такая структура пригодна для применения в тех случаях, когда предъявляются требования, менее жесткие, чем те, которые может обеспечить только структура, показанная на фиг. 1. Поскольку эти две структуры подобны, то элементы, показанные на фиг. 2, и соответствующие им элементы, показанные на фиг. 1, обозначены такими же цифровыми позициями, только с добавленной буквой "a". Как будет видно далее, различие между двумя структурами заключается в том, что в структуре на фиг. 2 отсутствуют слои 16 из материала с высоким показателем преломления. In FIG. 2 shows a simplified another embodiment of the multilayer film illustrated in FIG. 1. Although the structure of FIG. 2 does not provide the same ability to control PVA and OVS as the structure shown in FIG. 1, however, it contains a practical and less expensive film having acceptable low control characteristics of PVA and OVS. Such a structure is suitable for applications where requirements are less stringent than those which can only be provided by the structure shown in FIG. 1. Since these two structures are similar, the elements shown in FIG. 2 and the corresponding elements shown in FIG. 1 are denoted by the same numeric numerals, only with the letter “a” added. As will be seen later, the difference between the two structures is that in the structure of FIG. 2 there are no layers 16 of material with a high refractive index.
В тех случаях, когда требуются солнечные пленки на чистом стекле с относительно высоким пропусканием видимого света (скажем, 20 - 50%), разумно низким, но не чрезмерно низким отражением видимого света (скажем, 13%) и не требуется темный цвет пленки, тогда упрощенная многослойная структура, показанная на фиг. 2, будет очень хорошо подходить. In those cases where solar films on clean glass are required with a relatively high transmittance of visible light (say, 20-50%), reasonably low, but not excessively low reflection of visible light (say, 13%), and a dark color of the film is not required, then the simplified multilayer structure shown in FIG. 2, will fit very well.
Металлические пленки, которые имеют требующуюся способность задерживать видимый свет, могут быть легко получены путем осаждения методом распыления в виде достаточно тонкого и неоднородного слоя, который обеспечивает низкое ОВС - 9-10%. В качестве конкретного примера, солнечная управляющая пленка, выполненная, как показано на фиг. 2, и имеющая две пленки 18a из хрома, каждая из которых нанесена на соответствующую подложку 14a толщиной 2.5 нм, образует многослойную пленку, имеющую на чистом стекле ПВС 45% и ОВС 9%. В другом примере толщина каждого слоя хрома была увеличена до 3.5 нм для получения многослойной пленки, имеющей ПВС 25% и ОВС 13%. Для сравнения, обычные солнечные пленки, имеющие один слой металла и обеспечивающие ПВС 25%, будут иметь ОВС 30% или еще выше. Metal films that have the required ability to retain visible light can be easily obtained by sputtering in the form of a sufficiently thin and inhomogeneous layer, which provides a low OVS of 9-10%. As a specific example, a solar control film made as shown in FIG. 2, and having two chromium films 18a, each of which is deposited on the corresponding substrate 14a with a thickness of 2.5 nm, forms a multilayer film having on a
Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает значительные преимущества по сравнению с известными техническими решениями в отношении низкого отражения видимого света и низкой стоимости изготовления независимо от того, в какой форме оно реализовано: в виде более сложной структуры (фиг. 1) или в виде упрощенной конструкции, как на фиг. 2. Более того, когда требования оказываются более жесткими, чем обсуждаемые выше, то возможно потребуется обратиться к гибриду из структур, показанных на фиг. 1 и фиг. 2, т.е. к структуре, в которой два управляющих элемента 12/12a: один - из более сложных фильтров 12 (фиг. 1) и один - из упрощенных элементов 12a (фиг. 2). Thus, the present invention provides significant advantages compared with the known technical solutions in terms of low reflection of visible light and low manufacturing cost, regardless of the form in which it is implemented: in the form of a more complex structure (Fig. 1) or in the form of a simplified design, as in FIG. 2. Moreover, when the requirements are more stringent than those discussed above, it may be necessary to turn to a hybrid of the structures shown in FIG. 1 and FIG. 2, i.e. to a structure in which two
Когда требования становятся еще более жесткими, то требуется обратиться к конструкции, показанной на фиг. 3 и фиг. 4, где солнечные пленки приклеены к оконному стеклу 28. В структурах на фиг. 3 и фиг. 4 пропускание видимого света и отражение видимого света уменьшаются до чрезвычайно низких уровней за счет использования трех управляющих элементов, раскрытых при пояснении фиг. 1. Поскольку элементы подобны и в значительной степени идентичны, на фиг. 3 использованы такие же обозначения позиций, как и на фиг. 1, с добавлением буквы "b", а на фиг. 4 - с добавлением буквы "c". When the requirements become even more stringent, it is necessary to refer to the design shown in FIG. 3 and FIG. 4, where the solar films are adhered to the
Обратимся к фиг. 3, на которой солнечная управляющая пленка, выполненная согласно изобретению, обозначенная 10b, состоит из трех модулей 12b, каждый из которых, в свою очередь, содержит полимерную подложку 14b, покрытие 16b с высоким показателем преломления и тонкую некогерентную металлическую пленку 18b. Три модуля объединены таким образом, что три металлические поверхности 18b являются внутренними для многослойного блока 10b и ламинарно расположены относительно друг друга за счет промежуточных слоев из связующего материала 20b. Толщина каждого слоя связующего материала обычно примерно от 0.5 до 5.0 микрон. По сути, этот блок - это то же самое, что и структура на фиг. 1 с третим модулем 12b, размещенным в виде слоя между первоначальными двумя модулями. Turning to FIG. 3, on which the solar control film made according to the invention, designated 10b, consists of three
При использовании трех или даже большего количества металлических пленок 18b ПВС многослойной пленки может быть уменьшено до очень низкого уровня, например 20% или ниже, и, кроме того, отдельные пленки 18b могут быть сохранены достаточно тонкими и неоднородными, т.е. ветвистыми, так чтобы обеспечить очень низкий уровень ОВС, например 10% или ниже. Слои 16b с высоким показателем преломления также способствуют достижению очень низкого ОВС и получению затемненной пленки, если затемненность является требующейся характеристикой. By using three or even more
Слой из связующего материала 24b, чувствительного к давлению, наносится на одну из внешних поверхностей 14b многослойной пленки для приклеивания ее к окну 28, а твердое покрытие 22b, износостойкое и защищающее от царапин, наносится на другую наружную поверхность 14b многослойной пленки для защиты ее от повреждений, например, когда моют окно. A layer of pressure-sensitive
Многослойная пленка 10b при нормальном использовании будет приклеиваться к внутренней поверхности окна 28 или поверхности окна со стороны комнаты. Как показано на фиг. 3 и фиг. 4, поверхность окна по правую руку является внутренней или поверхностью со стороны комнаты, к которой пленка приклеивается, а поверхность по левую руку обращена наружу, от дверей. На фиг. 3 металлический слой 18b внутреннего или центрального модуля 12b обращен к оконному стеклу или окну 28. Это приводит к тому, что уровни отражения на поверхности окна со стороны комнаты и снаружи окна одинаковые, т.е. ОВС (стекло) = ОВС (комната). The
Многослойная пленка 10c, показанная на фиг. 4, представляет собой такую же пленку, как и многослойная пленка 10b на фиг. 3, за исключением того, что внутренний или центральный модуль 12c повернут на 180 градусов, т.е. его металлическая поверхность 18c обращена во внутрь комнаты. Это приводит к тому, что снижается ОВС со стороны стекла во всем блоке и несколько увеличивается ОВС со стороны комнаты, т.е. ОВС (стекло) < ОВС (комната). Таким образом, ориентируя модули, как показано на фиг. 4, внешнее отражение, ОВС (стекло) может быть уменьшено на несколько процентов по сравнению с внешним отражением для блока, показанного на фиг. 3. The
Как обсуждалось выше, для модификации солнечной пленки, показанной на фиг. 1, со ссылкой на фиг. 2, один, два или все слои с высоким показателем преломления 16b и 16c на фиг. 3 и фиг. 4 могут быть исключены, если требования, предъявляемые к конечному изделию, позволяют их не включать. As discussed above, for the modification of the solar film shown in FIG. 1 with reference to FIG. 2, one, two, or all layers with a high
Для проведения сравнительной оценки солнечных управляющих пленок, выполненных согласно изобретению, с существующими, промышленно изготавливаемыми солнечными управляющими пленками были изготовлены образцы с использованием той же самой подложки PET, которая используется в промышленных пленках, и методом распыления было выполнено покрытие на ней в виде тонкого несплошного слоя хрома, а предварительное покрытие из оксида или материала с высоким показателем преломления не наносилось. Затем пластины из пленок с хромовым покрытием накладывались послойно вместе со связующим материалом для формирования образца многослойной пленки, содержащей две подложки и два слоя хрома, как показано на фиг. 2 (далее этот образец называется DCr2), и накладывались три подложки и три слоя хрома, как показано на фиг. 3 (этот образец обозначается как TCr). Один образец был также приготовлен в соответствии с фиг. 1 (обозначен как DCr1). Эти пленки затем проверялись по характеристикам ОВС и ПГВС и сравнивались с имеющимися солнечными пленками промышленного изготовления. To conduct a comparative assessment of the solar control films made according to the invention with existing, industrially produced solar control films, samples were made using the same PET substrate used in industrial films, and a thin non-continuous layer was coated on it by spraying chromium, and a preliminary coating of oxide or material with a high refractive index was not applied. Then, plates of chromium-coated films were applied layer by layer together with a binder to form a sample of a multilayer film containing two substrates and two layers of chromium, as shown in FIG. 2 (hereinafter referred to as DCr2), and three substrates and three layers of chromium were superimposed, as shown in FIG. 3 (this sample is designated as TCr). One sample was also prepared in accordance with FIG. 1 (designated as DCr1). These films were then tested according to the characteristics of OVS and PHVS and compared with existing solar films of industrial manufacture.
Заявитель настоящего изобретения. Deposition Technologies, Inc. из Сан-Диего, Калифорния, производит различные солнечные управляющие пленки, содержащие полимерную подложку, покрытую одним слоем металла, а именно, титана (Ti), нержавеющей стали (SS) или инконеля, или нихрома (NiCr), а также многослойную пленку, продаваемую под товарным знаком Solar Bronze (SB), которая содержит полимерную подложку, тонкий слой нержавеющей стали, тонкий слой меди и тонкий слой нержавеющей стали. Каждая из этих пленок продается по ряду классов, имеющих различные характеристики пропускания или задержки видимого света. Обычно классы обозначаются в соответствии с эффективностью задержки света, т.е. пленка Solar Bronze, имеющая способность пропускать видимый свет - 25% и способность задерживать видимый свет - 75%, обозначается "75SB". Аналогично, "75Ti" и "75SS" соответственно обозначают пленку с титановым покрытием и пленку с покрытием нержавеющей сталью, каждая из которых имеет задерживающую способность для видимого света 75% и пропускную способность для видимого света 25%. Applicant of the present invention. Deposition Technologies, Inc. from San Diego, California, produces various solar control films containing a polymer substrate coated with a single layer of metal, namely titanium (Ti), stainless steel (SS) or Inconel, or nichrome (NiCr), as well as a multilayer film sold under the trademark Solar Bronze (SB), which contains a polymer substrate, a thin layer of stainless steel, a thin layer of copper and a thin layer of stainless steel. Each of these films is sold in a number of classes having different transmission or delay characteristics of visible light. Classes are usually denoted according to the efficiency of light retention, i.e. Solar Bronze film having a transmittance of visible light of 25% and an ability of retaining visible light of 75% is designated "75SB". Similarly, “75Ti” and “75SS” respectively denote a titanium-coated film and a stainless steel-coated film, each of which has a 75% visible light retention and 25% visible light transmittance.
Для дифференциации во время проведения исследований, разработки и экспериментов солнечные пленки, выполненные согласно изобретению, обозначались наоборот, т.е. две цифры в числовом обозначении относятся к способности пропускать свет, а не к способности задерживать его. Следовательно, пленка "DCr2-45" - это пленка, выполненная в соответствии с фиг. 2 и имеющая ПВС 45%. Аналогичным образом, пленка "TCr-30" - это пленка, имеющая три тонких несплошных слоя хрома (без оксидного подслоя) и имеющая ПВС 30%. To differentiate during research, development and experimentation, solar films made according to the invention were designated inversely, i.e. the two digits in the numerical designation refer to the ability to transmit light, and not to the ability to detain it. Therefore, the "DCr2-45" film is a film made in accordance with FIG. 2 and having a PVA of 45%. Similarly, a TCr-30 film is a film having three thin non-continuous layers of chromium (without an oxide sublayer) and having a 30% PVA.
Результаты проверки ясно показали эффективность пленок, выполненных согласно изобретению, по уменьшению ОВС, как это видно из таблицы (см. в конце описания). The verification results clearly showed the effectiveness of the films made according to the invention in reducing the OVS, as can be seen from the table (see the end of the description).
Эффективность изобретения демонстрируется с помощью графиков на фиг. 5 и фиг. 6, на которых представлено соответственно сравнение отражения видимого света (ОВС) и поглощения видимого света (ПГВС) несколькими солнечными пленками при различных уровнях пропускания видимого света (ПВС). Графики иллюстрируют результаты тестов, проведенных на солнечных пленках, выполненных согласно изобретению, содержащих три слоя, или на пленках с хромом "TCr", содержащих два слоя, или на пленках с хромом, описанных со ссылкой на фиг. 2, "DCr2", и на одной пленке, содержащей два слоя хрома, описанной со ссылкой на фиг. 1, "DCrl", и сравнение их друг с другом, а также ОВС и ПГВС вышеупомянутых титановых пленок, "Ti", и пленок Solar Bronze, "SB". Кривые для промышленно изготавливаемых пленок с нержавеющей сталью или никелем/хромом очень похожи на кривые "Ti" и поэтому они исключены из графиков для ясности. The effectiveness of the invention is demonstrated by the graphs in FIG. 5 and FIG. 6, which respectively show a comparison of visible light reflection (OVS) and visible light absorption (PGW) by several solar films at different levels of visible light transmission (PVA). The graphs illustrate the results of tests performed on solar films made according to the invention containing three layers, or on TCr films containing two layers, or on chromium films described with reference to FIG. 2, “DCr2”, and on a single film containing two layers of chromium, described with reference to FIG. 1, "DCrl", and comparing them with each other, as well as OVS and PHVS of the aforementioned titanium films, "Ti", and Solar Bronze films, "SB". The curves for industrially manufactured films with stainless steel or nickel / chrome are very similar to the "Ti" curves and therefore are excluded from the graphs for clarity.
Как показано с помощью графиков, солнечные пленки, выполненные согласно изобретению, имеют значительно меньшую отражательную способность и значительно большее поглощение, чем промышленно изготовленные пленки. Графики также показывают уменьшение ОВС, которое может быть получено за счет использования трех металлических слоев вместо двух, и дополнительное уменьшение ОВС, которое может быть получено за счет включения слоев с высоким показателем преломления. As shown by graphs, solar films made according to the invention have a significantly lower reflectivity and significantly higher absorption than industrially made films. The graphs also show the decrease in OVS, which can be obtained by using three metal layers instead of two, and an additional decrease in OVS, which can be obtained by including layers with a high refractive index.
Как видно из данных, содержащихся в вышеприведенных таблицах, коэффициент экранирования или затенения "SC" солнечных пленок, выполненных согласно изобретени, даже касающийся только экспериментальных образцов, сохраняется на очень приличном уровне по отношению к промышленно изготовленным пленкам. Дальнейшее усовершенствование слоев из материала с высоким показателем преломления будет еще больше улучшать коэффициент затенения. As can be seen from the data in the above tables, the shielding or shading coefficient "SC" of the solar films made according to the invention, even for experimental samples only, is kept at a very decent level with respect to industrially made films. Further refinement of the layers of high refractive index material will further improve the shading coefficient.
Помимо обеспечения значительно улучшенных рабочих характеристик, солнечные пленки согласно изобретению могут быть получены очень эффективно и экономично, используя обычную установку для магнетронного распыления и обычное оборудование для послойного наложения пленок. Распылительная установка используется для получения солнечных управляющих модулей 12, 12a, 12b и 12c, а модули затем объединяются и накладываются друг на друга в любой ориентации, как было показано ранее. In addition to providing significantly improved performance, the solar films according to the invention can be obtained very efficiently and economically using a conventional magnetron sputtering apparatus and conventional film-layering equipment. The spray installation is used to produce
На фиг. 7 схематично представлен один вид установки, подходящей для формирования модулей путем распыления. In FIG. 7 schematically illustrates one type of apparatus suitable for forming modules by spraying.
Установка включает вакуумную камеру 40, оборудованную средствами (не показаны) для вакуумирования камеры и средствами 42 и 43 для ввода в камеру или в выбранные участки камеры инертного газа, например аргона, и/или газа, например кислорода, который должен реагировать с материалом мишени для осаждения реактивного покрытия на полотно, например, в виде оксида материала мишени. Камера снабжена разматывающим барабаном 46, на который устанавливается ролик с материалом подложки в виде непрерывного полотна, на которое должно наноситься покрытие, и наматывающим барабаном 48 для намотки полотна из материала подложки, после того как на него нанесено покрытие. Полотно подложки может быть из любого материала, обычно используемого при распылении, например полиэстер, такой как PET. Как показано пунктирной линией, полотно 50 направляется с помощью нескольких направляющих роликов 52 по крайней мере в одно устройство для формирования покрытия на нем, а лучше в два устройства. В показанной установке устройства для нанесения покрытия включают находящиеся последовательно по направлению перемещения полотна первое устройство 56 для осаждения методом распыления и второе устройство 58 для осаждения методом распыления. The apparatus includes a
Для транспортировки полотна с заданной скоростью через устройства формирования покрытия установка снабжена системой привода полотна с переменной скоростью (не показана). Скорость выбирается в зависимости от требующейся характеристики покрытия. Обычно весь ролик с материалом полотна покрывается и затем вынимается из камеры. To transport the web with a given speed through the coating forming device, the installation is equipped with a variable speed web drive system (not shown). The speed is selected depending on the required characteristics of the coating. Usually the entire roller with web material is coated and then removed from the chamber.
Два устройства 56 и 58 для осаждения предпочтительно имеют одинаковую конструкцию и включают соответственно охлаждаемый изнутри вращающийся цилиндр 56a, 58a относительно большого диаметра для поддерживания и охлаждения полотна и один или несколько магнетронных катодов 56b, 58b для осаждения покрытия на полотно путем распыления материала. Каждый катод снабжен мишенью 56c, 58c из материала, который должен подвергаться ионной бомбардировке для осаждения его на полотно 50. The two
Для практической реализации настоящего изобретения две установки по осаждению покрытия, по существу, закрыты и изолированы друг от друга с помощью соответствующих перегородок и/или экранов 59, так чтобы соответственно операции по распылению различных материалов могли выполняться на двух устройствах, но все они были в одной и той же вакуумной камере и полотно через них проходило один раз. В варианте, предпочтительном для практического выполнения изобретения, первая установка 56 используется для осаждения на подложку слоя 16, 16b или 16c из материала с высоким показателем преломления, а второе рабочее место 58 используется для осаждения тонкой, несплошной пленки 18, 18a, 18b или 18c из металла, вследствие чего формируется модуль 12, 12a, 12b или 12c за один проход подложки от разматывающего барабана 46 до наматывающего барабана 48. For the practical implementation of the present invention, the two coating deposition plants are essentially closed and isolated from each other by means of appropriate partitions and / or
Оптические мониторы 62a, 62d размещены ниже по потоку от каждого устройства 56, 58. Мониторы предназначены для контроля за каждой операцией по формированию покрытия и для обеспечения требующейся толщины и состава покрытий на подложках. Optical monitors 62a, 62d are located downstream of each
Как понятно из вышеприведенного описания, материал, который должен наноситься во втором устройстве 58 в виде очень тонкой несплошной пленки металла или сплава металлов, выбирается предпочтительно из следующего ряда: хром и сплавы никель-хром, а также нержавеющая сталь. Распыление этих материалов очень направленное и осуществляется легко и быстро, в частности, в отношении толщины пленки, например 1-20 нм. Металл предпочтительно распыляется в атмосфере с парциальным давлением инертного газа, который вводится, по существу, в закрытое устройство 58 через ввод 43. As is clear from the above description, the material to be applied in the
Материалы с высоким показателем преломления, обычно используемые в оптических пленках, наносятся медленнее и более трудно, особенно оксид титана, который является материалом с наиболее высоким показателем преломления. Можно показать, что для увеличения скорости осаждения оксида, чтобы сохранить темп, определяемый скоростью осаждения металлической пленки, необходимо добавить несколько магнетронных катодов в устройстве 56 и/или добавить еще устройство для осаждения оксида, промежуточное между устройствами 56 и 58. Как известно, состав с высоким показателем преломления может сам быть в качестве мишени 56c или мишень из металла сама по себе может реактивно распыляться в атмосфере с парциальным давлением реактивного газа, например кислорода и/или азота, введенных в устройство (устройства) 56 через ввод 42. Даже в этом случае из-за того, что осаждение TiO2 на подложку является настолько сложным и утомительным процессом, а получающееся изделие настолько дорогим, то в целях экономичности производства может использоваться другой оксид или нитрид, даже несмотря на то, что у него показатель преломления значительно ниже, чем требуется.High refractive index materials commonly used in optical films are slower and more difficult to apply, especially titanium oxide, which is the material with the highest refractive index. It can be shown that in order to increase the deposition rate of the oxide, in order to maintain the pace determined by the deposition rate of the metal film, it is necessary to add several magnetron cathodes in the
Оксид висмута Bi2O3, несмотря на то, что в литературе его относят к материалам для использования в дальней инфракрасной области спектра, не считается оптическим материалом в видимом диапазоне спектра, поскольку он сильно поглощает в видимом спектральном диапазоне и поэтому он не находит применения на рынке коммерческих солнечных пленок.Bismuth oxide Bi 2 O 3 , despite the fact that in the literature it is referred to as materials for use in the far infrared region of the spectrum, is not considered an optical material in the visible range of the spectrum, since it strongly absorbs in the visible spectral range and therefore cannot be used on commercial solar film market.
В части описания, приведенной перед раскрытием изобретения, было отмечено, что при формировании синтезированного BiOx, имеющего высокое содержание кислорода (x = > 1.7), получается тонкая пленка, которая не сильно поглощает и которая обладает очень высоким показателем преломления, сопоставимым с показателем преломления TiO2. Более важно то, что в соответствии со способом осуществления изобретения синтетический BiOx имеет скорость осаждения, которая в 25 или более раз выше, чем скорость осаждения TiO2, вследствие чего устраняются экономические препятствия, стоящие при использовании TiO2, и получается изделие, имеющее лучшие рабочие характеристики и более экономически приемлемое.In the part of the description given before the disclosure of the invention, it was noted that during the formation of synthesized BiO x having a high oxygen content (x => 1.7), a thin film is obtained that is not highly absorbing and which has a very high refractive index comparable to the refractive index TiO 2 . More importantly, in accordance with the method of carrying out the invention, synthetic BiO x has a deposition rate that is 25 or more times higher than the deposition rate of TiO 2 , thereby eliminating the economic hurdles associated with the use of TiO 2 , and a product having the best performance and more economically acceptable.
Осаждение пленки BiOx может осущестляться путем осаждения методом реактивного распыления, путем активизированного реактивного осаждения из газовой фазы и путем вакуумного осаждения при дуговом разряде, но как показано на фиг. 7, в настоящее время предпочтительным является реактивное осаждение методом распыления. А именно, мишень 56c содержит висмут и распыляется в атмосфере с парциальным давлением кислорода, причем парциальное давление кислорода может изменяться для получения слоя синтетического оксида висмута, имеющего атомное отношение кислорода к висмуту по меньшей мере от 1.7 до 2.5, т.е. BiOx (x = 1.7 - 2.5).The deposition of the BiO x film can be accomplished by deposition by reactive sputtering, by activated reactive deposition from the gas phase and by vacuum deposition in an arc discharge, but as shown in FIG. 7, atomic reactive precipitation is currently preferred. Namely, the
Толщина пленки синтезированного BiOx (x = 1.7 - 2.5), нанесенной на подложку 50, может меняться в пределах от 0.1 до 50 нм (10 - 500
Однако требующаяся степень окисления висмута будет также входить в уравнение реакции. На фиг. 8 показана графическая корреляция скорости реактивного осаждения синтезированного оксида висмута, BiOx, методом распыления, атомного отношения кислорода к висмуту в оксиде и парциального давления кислорода в вакуумной камере, в которой проводится осаждение методом распыления. На фиг. 8 парциальное давление кислорода (ПДК) отложено вдоль оси абсцисс, динамическая скорость осаждения (ДСО) - вдоль левой оси ординат и атомное отношение (АО) - вдоль правой оси ординат. Опускающаяся кривая относится к ДСО, а поднимающаяся кривая относится к АО. ДСО вычислялась по двум сериям тестов. АО определялось по измерениям обратного резерфордовского рассеивания пучка ионов гелия (рентгеновская спектроскопия) и по профилям "Оже" электронной спектроскопии, прокалиброванным по коммерческому объемному образцу Bi2O3. По причинам, в настоящее время неизвестным, "Оже"-профили дают в результате завышенные значения АО по сравнению с результатами обратного резерфордовского рассеивания, особенно при более высоких значениях АО. Тем не менее, следует заметить в качестве общего наблюдения, что с увеличением ПДК АО растет и пленка становится видной, когда АО равно или превышает 1.7.However, the required oxidation state of bismuth will also be included in the reaction equation. In FIG. Figure 8 shows a graphical correlation of the reactive deposition rate of the synthesized bismuth oxide, BiO x , by the sputtering method, the atomic ratio of oxygen to bismuth in the oxide, and the partial pressure of oxygen in the vacuum chamber in which the sputtering is carried out. In FIG. 8, the partial oxygen pressure (MPC) is plotted along the abscissa axis, the dynamic deposition rate (DSC) along the left ordinate axis and the atomic ratio (AO) along the right ordinate axis. The dropping curve refers to DLS, and the rising curve refers to AO. DLS was calculated using two series of tests. AO was determined by measuring Rutherford backscattering of a helium ion beam (X-ray spectroscopy) and Auger profiles of electron spectroscopy, calibrated using a commercial volumetric Bi 2 O 3 sample. For reasons currently unknown, Auger profiles result in higher AO values compared to Rutherford backscatter results, especially at higher AO values. Nevertheless, it should be noted as a general observation that with an increase in the MPC, the AO grows and the film becomes visible when the AO is equal to or exceeds 1.7.
Как графически показано на фиг. 8, BiOx с АО, равным 1.8, может осаждаться при парциальном давлении кислорода 7.5 Е-5Т (7.5•10-5 Торр) и ДСО, равной 3.5 нм • с**2/j (толщина в нм, умноженная на площадь в сантиметрах квадратных и деленная на энергию в джоулях); a BiOx с АО 2.5 может быть получен при ПДК 12Е-5Т и ДСО 2.5 нм • см**2/j. И напротив, ДСО для реактивного распыления TiO2 обычно 0.1 нм • см**2/j. Следовательно, синтетический BiOx (x = > 1.7), получаемый согласно изобретению, может осаждаться в 25-35 раз быстрее, чем TiO2, что является очень существенным экономическим преимуществом, особенно с точки зрения того факта, что показатели преломления у них по существу одни и те же. Более того, повышенная скорость осаждения BiOx упрощает осаждение оксида при той же скорости перемещения полотна, при которой производится осаждение металла, что обеспечивает очень экономичное получение солнечных управляющих пленок согласно изобретению.As graphically shown in FIG. 8, BiO x with AO equal to 1.8 can be deposited at a partial pressure of oxygen of 7.5 Е-5Т (7.5 • 10 -5 Torr) and a DLS of 3.5 nm •
Учитывая скорость получения и качество требующегося покрытия, предпочтительные значения АО будут находиться в диапазоне от 1.8 до 2.2. Given the speed of production and the quality of the required coating, the preferred AO values will be in the range from 1.8 to 2.2.
Измерения "Оже"-профилей показывают, что тонкое покрытие BiOx на подложке очень однородное. Фотографии сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) при увеличении в 50000 раз дополнительно показывают, что с увеличением ПДК при получении пленки BiOx, имеющей АО 1.7 или выше, поверхность покрытия становится чрезвычайно гладкой и однородной, благодаря чему значительно уменьшается поглощение и получается пленка с высоким показателем преломления, идеальная для практического осуществления изобретения.Measurements of Auger profiles show that the thin BiO x coating on the substrate is very uniform. Photographs of a scanning electron microscope (SEM) at a magnification of 50,000 times additionally show that with an increase in the MPC for obtaining a BiO x film having AO 1.7 or higher, the coating surface becomes extremely smooth and uniform, which significantly reduces absorption and produces a film with a high rate refraction ideal for the practical implementation of the invention.
Следовательно, изобретение предлагает для экономического массового производства высоко надежные солнечные управляющие пленки, имеющие низкое поглощение видимого света и низкое отражение видимого света. Therefore, the invention provides for highly economical mass production highly reliable solar control films having low absorption of visible light and low reflection of visible light.
Таким образом, задачи, решаемые данным изобретением, и его преимущества, которые были указаны, достигаются удобным, экономичным и практичным путем. Thus, the problems solved by this invention, and its advantages that have been indicated, are achieved in a convenient, economical and practical way.
Несмотря на то, что здесь были описаны и проиллюстрированы предпочтительные варианты изобретения, понятно, что в них могут быть сделаны различные изменения, модификации, перегруппировки, не выходя за рамки изобретения, в том объеме, как оно охарактеризовано в прилагаемой формуле изобретения. Although the preferred embodiments of the invention have been described and illustrated, it is understood that various changes, modifications, rearrangements can be made therein, without departing from the scope of the invention, to the extent that it is described in the attached claims.
Claims (19)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/332,922 | 1994-11-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU97108567A RU97108567A (en) | 1999-05-10 |
| RU2173470C2 true RU2173470C2 (en) | 2001-09-10 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3889026A (en) * | 1972-11-17 | 1975-06-10 | Bfg Glassgroup | Heat-reflecting pane |
| US4838648A (en) * | 1988-05-03 | 1989-06-13 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Thin film structure having magnetic and color shifting properties |
| US5071206A (en) * | 1986-06-30 | 1991-12-10 | Southwall Technologies Inc. | Color-corrected heat-reflecting composite films and glazing products containing the same |
| EP0560534A1 (en) * | 1992-03-04 | 1993-09-15 | The Boc Group, Inc. | Interference filters |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3889026A (en) * | 1972-11-17 | 1975-06-10 | Bfg Glassgroup | Heat-reflecting pane |
| US5071206A (en) * | 1986-06-30 | 1991-12-10 | Southwall Technologies Inc. | Color-corrected heat-reflecting composite films and glazing products containing the same |
| US4838648A (en) * | 1988-05-03 | 1989-06-13 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Thin film structure having magnetic and color shifting properties |
| EP0560534A1 (en) * | 1992-03-04 | 1993-09-15 | The Boc Group, Inc. | Interference filters |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100264402B1 (en) | Optical device having low visual light transmission and low visual light reflection | |
| CA2066043C (en) | An electrically-conductive, light-attenuating antireflection coating | |
| US6034813A (en) | Wavelength selective applied films with glare control | |
| US5510173A (en) | Multiple layer thin films with improved corrosion resistance | |
| US5872655A (en) | Monolithic linear variable filter and method of manufacture | |
| CA2116855C (en) | An electrically-conductive, light-attenuating antireflection coating | |
| US5494743A (en) | Antireflection coatings | |
| EP0642674B1 (en) | Visibly transparent infrared reflecting film with color masking | |
| GB2302512A (en) | Aluminium oxide film for windows | |
| US9864118B2 (en) | Photochromic solar control films | |
| JP2002350610A (en) | Thin film type ND filter and method of manufacturing the same | |
| RU2173470C2 (en) | Optical device with low transmission of visible light and low reflection of visible light | |
| JPH08334603A (en) | Infrared optical film and optical element | |
| JPH08176326A (en) | Multiple vacuum processing method, apparatus therefor, functional film manufacturing method, and functional film | |
| AU684413C (en) | Optical device having low visual light transmission and low visual light reflection | |
| JP2003149434A (en) | Optical film and optical element for infrared region | |
| JP2746602B2 (en) | Spectral filter | |
| KR970000382B1 (en) | Low-reflection coating glass and its process | |
| Sullivan et al. | Deposition of metal/dielectric multilayer filters | |
| WO2025224582A1 (en) | Interference filter and method of manufacturing thereof | |
| JPH02121836A (en) | Transparent heat ray reflecting laminate | |
| Martin et al. | Multilayer coatings on flexible substrates | |
| Carrilero Carrió | Ultra-thin silver based infrared solar filter for ophtalmic lenses | |
| JPH06282034A (en) | Photochromic thin film |