TW200821272A - Separated functional layer stack and titanium nitride layer for achieving solar control - Google Patents

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200821272 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大致係關於太陽光控 ^ ^ θ "工剌兀件，及更特定而言係關 π従仏用於自之太陽光控制。 【先前技術】 的：知使用薄膜以控制在不同光頻率範圍内窗 :反射及透射程度。對於車窗及許多建築物及 =:m長介於400奈米與700奈米間之可見光透 射比（W及可見光反射比（Rvis)㈣低喊 之應用，可經由在*嗒伞％ 丁 寺固 、由在太險先瑨之可見部分與近紅外線（700 奈米至1200奈米）部分& > > , 卞）p刀的一或兩者經部分阻擋太陽光透 射（TS〇L)而降低熱負荷。 Θ中』#用於&供太陽光控制之已知的薄膜序 列，且其說明於受讓給本發明受讓人之w〇〇dard等人的美 國專利第6，G3U13號中。在圖！中，藉由感壓黏著劑（ps'A) 14將太陽光控制配置的薄膜附著至玻璃基板i2。太陽光 控制配置原先係形成於可撓性聚對苯二甲酸乙二酯（PM) 基板16上。太陽光控制配置包括法布立—柏若 (Fabry-Per〇t)干涉濾光器18、黏著劑層2〇、灰金屬層 22、另一 PET基板24、及硬塗層26。當將法布立—柏若干 涉濾光器18形成於一 PET基板16上，同時將灰金屬層 22形成於第二PET基板24上時，使用第二黏著劑層2〇。 法布立-柏若干涉濾光器18藉由優先使特定波長之光 通過及反射其他波長之光，而提供太陽光負荷降低。法布 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 6 200821272 立柏若干涉慮光盗的一實例說明於Meyer等人的美國專 利第4’ 799, 745號中。此專利說明一種實質上透明、反射 紅外光的法布立-柏若干涉濾光器，其特徵在於藉由金屬 氧化物之介電層將透明金屬層分隔開。圖1之灰金屬層 22有助於配置的最終光學性質。w〇〇dard等人之專利陳述 灰金屬層較佳係由厚度在2奈米至2〇奈米範圍内之金屬 或合金，诸如鎳鉻所形成。灰金屬層應足夠厚，以部分阻 f 指可見光之透射通過薄膜。 亦文讓給本發明受讓人之w〇〇dard等人的美國專利第 6’ 707, 610唬中係說明另一已知之光學配置。參照圖2， 光學配置經顯示為藉由PSA3〇黏著至玻璃28。舉例來說， 玻璃可為車輛的播風玻璃或建築物或住家的窗戶。似層 30係夾於玻璃與第一 pe下其祐q9 9 ^ 基板32之間。於PET基板的相 對側上為滑動層34。氮化鈦之光學塗層具有主要 用於達絲望光學特性(諸如太陽光控制)的厚度。鎳鉻屬 、匕兄明為-延遲損壞層。可使用其他灰金 ，鉻。在氮化鈦層36之上方為層合黏著劑4。、第二二τ =、二T固保護層44(諸如硬塗層或抗到層)。 ，用：學配置之設計中，必需著眼於光學考量 …考置。基於波長調整透射比及反射比可具有優勢。舉例來 在紅外線範圍内典型上有利地具有較在可見光譜 内^的反射比。在可見範圍内，通常須要色中性（⑻虹 neutral·)。色中性不應隨視 . 變。關於結構穩定性，降低塗層在製造、安1應== 3112/96134531 η 200821272 用期間的易龜裂性係一項重要的考量。在製造期間，薄膜 暴露至高溫及高壓。在安褒期間，會由於彎曲（諸如當將 可撓性的經塗布PET基板彎曲以順從擋風玻璃之輪廓時） 而產生裂紋。當具有氮化鈦層的經塗布聚合基板經折曲 時’氮化鈦層有龜裂的傾向。 雖然先丽技藝之方法對於其之設計用途係可妥善運 作，但仍企求能更進一步。 "" 【發明内容】 根據本發明所形成之太陽光控制元件包括位在經設計 於達成期望光學性質之光學功能性層堆疊與經組態成可 與層堆豐協同作用以達成目標太陽光性能之氮化鈦層之 間的光學厚實層。太陽光控制元件尤其適用於窗應用，諸 如車窗及住宅和建築物的窗。 如本文所使用之術語「光學厚實層」係經定義為足夠厚 而可延遲或防止反射光之建設性及破壞性干涉的層。因 此，光學厚實層不同於（1)光學活性的層或層堆疊及（2) 由於薄而為光學被動的層或層堆疊（諸如滑動層）。在一具 體例中，光學厚實層為一基板，諸如pET基板。若光學厚 貫層為一基板，則較佳將任何一開始可能存在於基板表面 上的材料（諸如滑動劑）移除，諸如經由使用使基板暴露至 輝光放電的燒除（burn-off)製程。氮化鈦層係位於其之光 予厚λ層侧上之「獨立層」（至少就達成目標光學性質而 曰）°或者’光學厚實層係用於使氮化鈦層黏合至層堆疊 的厚黏著劑層。層堆疊及氮化鈦層較佳與光學厚實層的相 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 8 200821272 對側物理接觸。 了 = ?「光學功能性」，其在此處係定義為經組態成 可對於透射及反射中之波長選擇性達成期望性質的一序 列層。屠堆疊較佳係經組態成可提供太陽光控制。狹而， 太陽光性能藉由在光學厚實層之相制上❹氮化、鈦層 而進一步地獲得改良。-可接受的層堆疊係南沃爾科 技公司（SouthwaU Technologies，Inc )以註冊商標 XIR所銷售者。氮化鈦層提供—種調整整個太陽光控制元 件之可見光透射比（TVIS)的方式。 能0 當使用於窗應用時，位於光學厚實層之相對側上之氮化 鈦層與層堆疊的組合係經判定為可達成期望的太陽光性 【實施方式】 參照圖3，太陽光控制元件5〇經顯示為藉由感壓黏著 劑（PSA) 54附著至玻璃52。在此具體例中，太陽光控制 ，件係由氮化鈦層56、PET基板58、及光學功能性層堆 宜60所形成。pet基板58夠厚而為「光學厚實層」。換 言之，厚度係使得可延遲反射光的建設性及破壞性干涉。' PET基板應為大致透明且應具有至少25微米之厚度。氮 化鈦層之厚度較佳係在5奈米至25奈米之範圍内（及最佳 在12奈米及22奈米之間）。層合黏著劑6丨之厚度係至少 5微米。經判定如圖3所示使氮化鈦層與光學功能性層堆 豐間隔開當與其他太陽光配置相比時可提供優良的太陽 光性能。試驗結果將呈現於隨後的段落中。 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 9 200821272 圖3，具體例巾，可諸如經錢鑛沈積將氮化欽層 及^隹宜60形成於PET基板58的相對侧上。為保護 f堆疊防止於後續安裝至玻璃52後的暴露，使用層合黏 者劑以將第二PET基板59附著至太陽光控制元件5〇。 可附加諸如硬塗層63的保護層。「光學功能性層堆疊」在 匕係、、二疋義為可協同作用以對於太陽光控制達成期望光 學性質的-序列層。作為較佳具體例，層堆疊可為形成法 布立—柏若干涉濾光器的一序列層。在更佳具體例中，層 堆疊係由南沃爾科技纟司（s〇uthwaU⑽叫㈣“， inc·)以"主冊商標xiR銷售的太陽光控制配置。 一圖4顯示本發明之第二具體例。此具體例之太陽光控制 疋件62士與圖3相似，但圖4之層堆叠64係鄰近於玻璃 52同b守氮化鈦層68係太陽光控制元件内的最外層。「支 杈層」54、59、61及63經示為與圖3相同。雖然試驗結 果顯示圖3之具體例較圖4之具體例佳，但兩具體例皆優 於先前技藝的方法（諸如圖1及2中所示者）。 在圖5中，太光控制元件7〇經顯示為包括一對pet 基板72及74。可先將光學功能性層堆疊76濺鍍於pET 基板72上，及在一另外的製程中將氮化鈦層78濺鍍於 PET基板74上。隨後可使用光學厚實層合黏著劑層8〇於 附著兩層及其各別的PET基板。同時，層合黏著劑層8〇 在層堆疊與氮化鈦層之間提供期望的物理及光學關係。包 括PSA層82用於將太陽光控制元件附著至玻璃。於相對 側上塗布硬塗層8 3以保護太陽光控制元件7 〇的暴露表 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 10 200821272 面0 圖6之太陽光控制元件90與圖5相似，但光學功能性 層堆豐86與氮化鈦層88的位置顛倒。因此，當使用psa 82於將太陽光控制元件附著至玻璃時，層堆疊將較靠近 玻璃。如同圖5，硬塗層83對暴露表面提供保護。 如參照圖3及4之具體例所說明，光學厚實層可為一聚 δ物基板’諸如PET基板58及66 〇另一方面，圖5 6 f說明使層堆疊與氮化鈦層分開之光學厚實層係一黏著劑 4層的具體例。雖然未示於圖中，但第三種替代方案將係其 中之光學厚實層係為基板材料與黏著劑材料之組合。舉例 來說，若藉由黏著劑直接附著兩PET基板72及74，以致 層堆疊與氮化鈦層76及78夾住基板與黏著劑，則「光學 厚實層」將包括兩基板及黏著劑。在此一具體例中，層堆 疊或氮化鈦層將係最外部元件，以致將需要提供對於暴露 的保護。此保護可使用圖3及4之具體例中所示的層合 (PET基板59及硬塗層63提供。 圖3至6之太陽光控制元件50、62、70及90可附著至 車窗、以及商店或住宅的窗戶。雖然將窗描述為玻璃，但 本發明亦可利用於其他類型之用於形成窗的透明基板。 圖3至6中說明之各太陽光控制元件的關鍵改良係關於 在氮化鈦層與光學功能性層堆疊之間使用光學厚實層。特 定而言，若光學厚實層係一層合黏著劑，則此層提供「減 震器」的功能，以吸收一部分可能衝擊於太陽光控制元件 上的機械能量。此機械能量可能係太陽光控制元件裝設及 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 11 200821272 熱收縮於玻璃52上的結果，如圖3及4所示。根據本發 明之太陽光控制元件之層堆疊及氮化鈦層的結構亦經判 定可使元件的易龜裂性及若發生之「隱藏」裂紋減少。「隱 臧」裂紋的效用係視相對於光源自經塗布玻璃之何侧觀看 而疋。經由於層堆豐中併入氮化鈦層，可相較於使用單一 氮化鈦層或甚至雙重厚氮化鈦層獲致更暗且在光譜上更 具選擇性的太1¼光控制元件，因此而降低產生可見裂紋的 可能性（熟悉技藝人士當知曉灰金屬層將具有此效用）。經 由選擇氮化鈦層的適當厚度，可控制龜裂且可獲致期望的 透射比及太陽光性能。在一具體例中，層堆疊可經設計為 提供期望的基本太陽光排除性質。隨後選擇氮化鈦層之厚 度以獲致42°/◦的總光透射比，同時進一步改良太陽光排盼 性質。 示 圖7顯示層堆疊的一可能具體例。僅作為實例而考慮圖 3之太陽光控制元件50。因此，PET基板58係分隔^ 鈦層56與層堆疊的「光學厚實層」。可將各種層濺鍍沈積 於PET基板的不同侧上。在此說明具體例中，層堆疊形成 =法布立-柏若干涉濾光器，其通常被廣泛稱為太負

荷減低（SLR ; solar-load-reduct ion)薄膜。法布立—J 滤光器選擇性地排除-實質部分的紅外波長輕射，同 射-實質部分的可見光。在圖7之法布立一柏若濾 中，層並未依比例顯示。可能的材料及厚度可為· °' 續氧化銦介電薄膜100具在15_60奈米範^内二厚声 一連續導電性銀金屬薄膜1Q2具在4_25奈米範 312XP/發明說明書(補件)/96· 12/96134537 12 200821272 度；第二連續氧化銦介電薄膜104具在30-120奈米範圍 内之厚度；第二連續銀金屬薄膜106具在4-25奈米範圍 内之厚度；及第三連續氧化銦介電薄膜108具在15-60奈 米範圍内之厚度。可提供額外的層，諸如第三連續銀金屬 層及第四連續氧化銦介電薄膜。 圖8顯示提供一光學功能性層堆疊的相同方法，但係應 用至圖5之太陽光控制元件70。在此，光學厚實層係分 隔氮化鈦層5 6與層堆疊的層合黏著劑層8 0。如圖8中所 見，層堆疊可形成於上方PET基板72上，同時氮化鈦層 可形成於下方PET基板74上。可濺鍍沈積堆疊的各個層。 在圖8所示之具體例中，層堆疊以與參照圖7所述之相同 方式形成法布立-柏若濾光器，因此對個別層1 〇〇、102、 104、106及108使用相同的元件編號。 製造許多樣品並進行測試，以判定本發明的優點。表1 中顯示10個樣品，並且將不同樣品的光學測量值列於表 中的十個欄位中。 [表1 ] V70T51 V70T35 V75T51 V75T35 T51V70 T35V70 T51V75 T35V75 ref A refB Tvis 39.50 27.46 43.97 30.25 39.84 27.66 42.62 30.54 4275 31.62 Rvis 12.31 15.54 13.19 16.63 10.26 14.85 10,79 17J5 8.92 10.84 Ts〇L 18.25 1Z39 24.89 16.28 18.45 12.58 24.34 16.45 31.19 20.92 Rsol 33.30 34.57 26.92 29.21 16.03 21.07 15.05 22.47 10.03 13.69 Asol 48,44 53.03 48.18 54.50 65.51 66.35 60.60 61.07 58.78 65.39 SR 0.69 0.73 0.62 0.69 0.64 0.70 0.59 0.67 0.53 0.61 SC 0.36 0.34 0.44 0.36 0.42 0.35 0.47 0.38 0.55 0.45 T98O 3.43 2.08 13.10 7.57 3.61 2.20 12.89 7.64 26.40 14.30 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 13 200821272 前四個樣品代表圖5十所示之且體 76更靠近玻璃的氮化鈦層：二？括較層堆疊 代表氮化鈦，字母「v」代此4樣⑽中，字母「T」 」代衣光學功能性屏换晶 的數字代表個別層或層堆疊之透 且思後 品中，$鋇β 、。在接下來的四個樣 口口中壬現圖6之具體例，因層堆属 ^ 更靠近玻璃（即將層堆疊「^係車父鼠化鈦層88 字母「τ」及「V」之“及#，在氮化欽「丁」之前）。 使用一致。最後兩個樣品係用來作評估 發明。兩樣品refA及refB〜"並不代表本 M T au μ 刀別係（1) 一對各具5 9%之 才示％ TVIS的虱化鈦層，及（2) 一 ^ =TVIS係可見光之透射比…”s則係在光级 :見先：分内的反射率。反射率參數係自樣品的玻璃； ::⑽係太％光透射比及、係太陽光反射比 太陽光吸收係數之I声。介、日丨曰+ 係 ㈣之里度。亦測量在波長_奈米處之透射 tu V 1 9 8 0 y 0 =表1中，sc」係遮光係數，其係指透過具指定面積 :開口進入暴露至太陽光輕射之環境中之總太陽光能量 率相較於透過經安I 3.2毫米單格透明玻璃之相同 面積所得的比率（ASHRAE標準計算方 指太陽光排除且將論述於下。 更」係 圖9、10及11描繪來自表i的一些關係。在圖9中， 直、泉122連接雙重氮化鈦樣品(ref a及μ β)關於 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 u 200821272 上的=” ’且所有根據本發明之樣品的圖皆顯現 t良的性％。在圖10及11巾，分職太陽光反射率及太 %先排除值成TVIS之函數作圖。再次地，根據本發明之八 個樣品的值皆係位在連接另兩樣品之兩圖之直線124及 1 2 6的較佳側上。 由於XIR阻擔紅外頻率内之光的能力，因* m盥加 或T35之組合較雙重氮化鈦薄膜ref儿及ref b之兩參考 樣扣展現更為期望之在98〇奈米下的較低透射（了⑽）。 相較於ref A或ref B之雙重氮化鈦層，本發明之不同 具體例對於太陽光排除及太陽光反射展現顯著的改良。由 於目標係要使此改良最大化，因而應將XIR層堆疊使用作 為相對於氮化鈦層更靠近玻璃的元件。 由圖10,清楚可見與本發明相關之八個樣品的太陽光 能量反射（Rsol)皆顯著高於由雙重氮化鈦所形成的兩參考 樣品。當光學功能性堆疊層位在靠近玻璃時，尤係如此。 當應用至鑲玻璃（glazing)時，太陽光排除（SR)係指示 由錶玻靖糸統所排除之總太1%光能量的性能參數。此性能 蒼數係經排除之太1%光能重之兩方面（即經反射之韓射能 量及經鑲玻璃系統吸收之太陽光能量）的總和。由於一部 分經吸收之太陽光能量自經加熱之玻璃表面再輻射，因而 僅有一部分經吸收之太陽光能量貢獻至SR。在一不準確 的估計中，太陽光能量係自如下方程式計算得：(太 陽光能量反射）+ 〇· 73*As〇l(太陽光能量吸收）。太陽光控制 元件須要高的SR值，由於較高的SR值指示有更多能量被 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 15 200821272 阻播通過玻璃而至車輛、建築物或住宅之内部。如圖u f示’根據本發明所組態之樣品的太陽光排除值在任何給 疋的tvis下皆顯著高於兩參考樣品超過〇 6。達成大於刚 的相對改良。此高的太陽光能量排除主要係由根據本發明 所形成以練品的高太陽光排除所造成，其代表在窗薄 膜應用中之期望的能量排除形式。 本發明之另-優點係藉由加入XIR或其他光學功能性 層堆疊而「隱藏」氮化鈦層之任何I紋，以緩衝氮化欽層 之反射率及可見裂紋的可能性。「隱藏」的效用係視相對 於照明來源觀看的玻璃侧而定。 【圖式簡單說明】 圖1係根據先前技藝之光學元件的剖視圖。 圖2係根據第二個先前技藝方法之光學配置的剖視圖。 圖3係根據本發明之一具體例附著至玻璃之太陽光控 制元件的剖視圖。 工 圖4係本發明之第二具體例的剖視圖。 圖5係本發明之第三具體例，但在應用至玻璃前的剖視 圖。 圖6係本發明之第四具體例。 、圖7係使用於圖3或圖4之其中一具體例中，但經說明 為應用至圖3之一可能的功能性層堆疊。 、圖8係使用於圖5或圖6之其中一具體例中，但經說明 為應用至圖5之一可能的功能性層堆疊。 圖9至11係經形成為測試本發明效益之樣品之經量测 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 16 200821272 光學性能的圖。 【主要元件符號說明】 12 玻璃基板 14 感壓黏著劑 16 可撓性聚對苯二甲酸乙二酯（PET)基板 18 法布立-柏若干涉濾光器 20 黏著劑層 - 22 灰金屬層 ( 24 PET基板 26 硬塗層 28 玻璃 30 PSA 層 32 第一 PET基板 34 滑動層 36 氮化鈦層 (38 鎳鉻層 40 層合黏著劑 42 第二PET基板 44 保護層 50 太陽光控制元件 52 玻璃 54 感壓黏著劑 56 氮化鈦層 58 PET基板 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 17 200821272 59 第二PET基板 60 光學功能性層堆疊 61 層合黏著劑 62 太陽光控制元件 63 硬塗層 64 層堆疊 68 氮化鈦層 70 太陽光控制元件 72 PET基板 74 PET基板 76 光學功能性層堆疊 78 氮化鈦層 80 光學厚實層合黏著劑層 83 硬塗層 86 光學功能性層堆疊 88 氮化欽層 90 太陽光控制元件 100 第一連續氧化銦介電薄膜 102 第一連續導電性銀金屬薄膜 104 第二連續氧化銦介電薄膜 106 第二連續銀金屬薄膜 108 第三連續氧化銦介電薄膜 122 直線 124 直線 126 直線 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 18

Claims (1)

1. 200821272 十、申請專利範圍： 1. 一種太陽光控制元件，包括： 光學功能性層堆疊，其對於可見光大致透明且對於太陽 光控制具有波長選擇性； 光學厚實層，該光學功能性層堆疊係位於該光學厚實層 之第一侧上；及 、曰 ，化鈦層，其係位於該光學厚實層之與該光學功能性層 =豐相對的第二側上，該氮化鈦層係經組態成與該光學功 月b性層堆疊協同作用以提供太陽光選擇性。 2·如申請專利範圍第1項之太陽光控制元件，其中該氮 化鈦層係特定地包含於該第二侧上的唯一層，以達成期望 光學性質。 / ，3·如申請專利範圍第丨項之太陽光控制元件，其中該光 學功能性層堆疊具有對可見光的透射比至少為7〇%，且具 有太陽光熱增益係數低於〇. 50。 4·如申請專利範圍第丨項之太陽光控制元件，其中該光 學厚實層係一大致透明的黏著劑層。 5·如申請專利範圍第1項之太陽光控制元件，其中該光 學厚實層係一大致透明的聚合基板。 6·如申請專利範圍第1項之太陽光控制元件，其中該光 學厚實層係一大致透明之黏著劑與一大致透明之基板的 組合。 7.如申請專利範圍第丨項之太陽光控制元件，其中該光 學厚實層係下列之組合：（a)大致透明的第—聚合基板， 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 19 200821272 於其上製造該光學功能性層堆疊，（b)大致透明的第二聚 合基板，於其上製造該氮化鈦層，及（c)大致透明的黏著 劑’以將該第一聚合基板黏著至該第二聚合基板。 8·如申請專利範圍第1項之太陽光控制元件，其中該光 學功能性層堆疊係為南沃爾科技公司（s〇uthwan Technologies，inc·)以註冊商標XIR銷售的太陽光控制 堆疊。 9 · 一種提供太陽光控制元件之方法，包括： 於一光學厚實層之第一侧上形成一光學功能性層堆 疊，包括選擇及組態該光學功能性層堆疊以於該第一侧達 成目標光學性質；及 藉由在該光學厚實層相對於該第一側之側上形成氮化 鈦層，而提咼太陽光排除，同時維持對於可見裂紋的控制。 10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該氮化欽 層包括限制該氮化鈦層為位於該光學厚實層之該第二侧 上的唯一太陽光控制層。 11. 如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該光學功 月b f生層堆豐包括界定一法布立柏若（Fabq PaM)濾 器。 12·如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該光學功 能性層堆疊及形成該氮化鈦層係包括於—透明聚合基板 之相對侧上提供該等形成。 13.如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該光學功 此ί·生層堆s及形成該氮化鈦層係包括使用—黏著劑作為 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537 _ 200821272 該光學厚實層，以將該光學功能性層堆疊及該氮化鈦層直 接黏著於該第一及第二侧。 14·如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該光學功 能性層堆疊及形成該氮化鈦層係包括將該光學功能性層 堆疊及氮化鈦層沈積於不同的透明聚合基板上，及將該等 聚合基板黏合在一起以形成該光學厚實層。 15·如申請專利範圍第9項之方法，其進一步包括組態 該太陽光控制元件以附著至一窗。 16 · —種太陽光控制元件，其基本上係由下列所組成： 一透明基板； 一位於該透明基板之第一侧上之光學塗層，該光學塗層 包括一法布立-柏若濾光器層；及 一位於該透明基板之第二側上之氮化鈦層。 17·如申請專利範圍第16項之太陽光控制元件，其中該 透明基板係一可撓性聚合基板。 312XP/發明說明書(補件)/96-12/96134537