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SUBSTRAT MUNI D'UN EMPILEMENT A PROPRIETES THERMIQUES ET A
COUCHES ABSORBANTES
L'invention concerne un vitrage multiple comportant au moins deux
substrats, du type substrats verriers, qui sont maintenus ensemble par une
structure de châssis, ledit vitrage réalisant une séparation entre un espace
extérieur et un espace intérieur, dans lequel au moins une lame de gaz
intercalaire est disposée entre les deux substrats.
D'une manière connue, un des substrat peut être revêtu sur une face
intérieure en contact avec la lame de gaz intercalaire d'un empilement de
couches minces à propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le
rayonnement solaire comportant une seule couche fonctionnelle métallique,
en particulier à base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent
et
deux revêtements diélectriques, lesdits revêtements comportant chacun au
moins une couche diélectrique, ladite couche fonctionnelle étant disposée
entre les deux revêtements diélectriques.
L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation de tels substrats
pour fabriquer des vitrages d'isolation thermique et/ou de protection solaire.
Ces vitrages peuvent être destinés à équiper les bâtiments, en vue notamment
de diminuer l'effort de climatisation et/ou d'empêcher une surchauffe
excessive (vitrages dits de contrôle solaire ) et/ou diminuer la quantité
d'énergie dissipée vers l'extérieur (vitrages dits bas émissifs ) entraînée
par
l'importance toujours croissante des surfaces vitrées dans les bâtiments.
Ces vitrages peuvent par ailleurs être intégrés dans des vitrages
présentant des fonctionnalités particulières, comme par exemple des vitrages
chauffants ou des vitrages électrochromes.
Un type d'empilement de couches connu pour conférer aux substrats de
telles propriétés est constitué d'une couche métallique fonctionnelle à
propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire,
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notamment une couche fonctionnelle métallique à base d'argent ou d'alliage
métallique contenant de l'argent.
Dans ce type d'empilement, la couche fonctionnelle se trouve ainsi
disposée entre deux revêtements diélectriques comportant chacun en général
plusieurs couches qui sont chacune en un matériau diélectrique du type
nitrure et notamment nitrure de silicium ou d'aluminium ou oxyde. Du point
de vu optique, le but de ces revêtements qui encadrent la couche
fonctionnelle métallique est d'antirefléter cette couche fonctionnelle
métallique.
Un revêtement de blocage est toutefois intercalé parfois entre un ou
chaque revêtement diélectrique et la couche métallique fonctionnelle, le
revêtement de blocage disposé sous la couche fonctionnelle en direction du
substrat la protège lors d'un éventuel traitement thermique à haute
température, du type bombage et/ou trempe et le revêtement de blocage
disposé sur la couche fonctionnelle à l'opposé du substrat protège cette
couche d'une éventuelle dégradation lors du dépôt du revêtement
diélectrique supérieur et lors d'un éventuel traitement thermique à haute
température, du type bombage et/ou trempe.
Pour rappel, le facteur solaire d'un vitrage est le rapport de l'énergie
solaire totale entrant dans le local à travers ce vitrage sur l'énergie
solaire
incidente totale et la sélectivité correspond au rapport de la transmission
lumineuse TLvis dans le visible du vitrage sur le facteur solaire FS du
vitrage et
est telle que : S = TLviS / FS.
Actuellement, il existe des empilements de couches minces bas-émissifs
à une seule couche fonctionnelle (désignés par la suite sous l'expression
empilement monocouche fonctionnelle ), à base d'argent, présentant une
émissivité normale EN de l'ordre de 2 à 3 %, une transmission lumineuse dans
le visible TL de l'ordre de 65 % et une sélectivité de l'ordre de 1,3 à 1,35
pour
un facteur solaire d'environ 50 % lorsqu'ils sont montés dans un double
vitrage
classique, comme par exemple en face 3 d'une configuration : 4-16(Ar-90%)-4,
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constituée de deux feuilles de verre de 4 mm séparée par une lame de gaz
intercalaire à 90 % d'argon et 10 % d'air d'une épaisseur de 16 mm, dont l'une
des feuilles est revêtue de l'empilement monocouche fonctionnelle : la feuille
la plus à l'intérieur du bâtiment lorsque l'on considère le sens incident de
la
lumière solaire entrant dans le bâtiment ; sur sa face tournée vers la lame de
gaz intercalaire.
L'homme du métier sait que positionner l'empilement de couches minces
en face 2 du double vitrage (sur la feuille la plus à l'extérieur du bâtiment
lorsque l'on considère le sens incident de la lumière solaire entrant dans le
bâtiment et sur sa face tournée vers la lame de gaz) lui permettra de diminuer
le facteur solaire et d'augmenter ainsi la sélectivité.
Dans le cadre de l'exemple ci-dessus, il est alors possible d'obtenir une
sélectivité de l'ordre de 1,5 avec le même empilement monocouche
fonctionnelle.
Toutefois cette solution n'est pas satisfaisante pour certaines
applications car la réflexion lumineuse dans le visible, et en particulier la
réflexion lumineuse dans le visible vue de l'extérieur du bâtiment est à un
niveau relativement élevé, supérieur à 20 %, et d'environ 23 à 25 %.
Pour diminuer cette réflexion lumineuse, tout en conservant la réflexion
énergétique, voire même en l'augmentant, l'homme du métier sait qu'il peut
introduire dans l'empilement, et plus particulièrement à l'intérieur d'un (ou
de plusieurs) revêtement(s) diélectrique(s), une (ou plusieurs) couche(s)
absorbante(s) dans le visible.
Il est apparu que certaines règles devaient être respectées pour le
positionnement d'un empilement monocouche fonctionnelle dans un vitrage
multiple, en fonction du positionnement de la (ou des) couche(s)
absorbante(s) dans le visible : c'est l'objet de la présente invention.
Il est à noter que l'art antérieur connaît déjà l'usage de telles couches
absorbantes dans le visible dans des empilements à plusieurs couches
fonctionnelles, en particulier de la demande internationale de brevet N WO
02/48065 qui porte sur l'usage de telles couches absorbantes dans le visible
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dans un empilement résistant à un traitement thermique du type
bombage/trempe.
Toutefois, du fait de la complexité de l'empilement et de la quantité de
matière déposée, ces empilements à plusieurs couches fonctionnelles coûtent
plus cher à fabriquer que des empilements monocouche fonctionnelle.
Par ailleurs, du fait également de la complexité de cet empilement
bicouches fonctionnelles, l'enseignement de ce document n'est pas
directement transposable pour la conception d'un empilement monocouche
fonctionnelle.
Le but de l'invention est de parvenir à remédier aux inconvénients de
l'art antérieur, en mettant au point un nouveau type d'empilement de
couches monocouche fonctionnelle, empilement qui présente une faible
résistance par carré (et donc une faible émissivité), une transmission
lumineuse élevée et une couleur relativement neutre, en particulier en
réflexion côté couches (mai aussi côté opposé : côté substrat ), et que ces
propriétés soient de préférence conservées dans une plage restreinte que
l'empilement subisse ou non, un (ou des) traitement(s) thermique(s) à haute
température du type bombage et/ou trempe et/ou recuit.
Un autre but important est de proposer un empilement monocouche
fonctionnelle qui présente une émissivité faible tout en présentant une faible
réflexion lumineuse dans le visible, ainsi qu'une coloration acceptable,
notamment en réflexion extérieure du vitrage multiple, en particulier qui ne
soit pas dans le rouge.
L'invention a ainsi pour objet, dans son acception la plus large, un
vitrage multiple selon la revendication 1 ou la revendication 2. Ce vitrage
multiple comporte respectivement au moins deux substrats ou au moins trois
substrats qui sont maintenus ensemble par une structure de châssis, ledit
vitrage réalisant une séparation entre un espace extérieur et un espace
intérieur, dans lequel au moins une lame de gaz intercalaire est disposée
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entre les deux substrats, un substrat étant revêtu sur une face intérieure en
contact avec la lame de gaz intercalaire d'un empilement de couches minces
à propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire
comportant une seule couche fonctionnelle métallique, en particulier à base
d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent et deux revêtements
diélectriques, lesdits revêtements comportant chacun au moins deux couches
diélectriques, ladite couche fonctionnelle étant disposée entre les deux
revêtements diélectriques. Selon l'invention, les deux revêtements
diélectriques comportent chacun au moins une couche absorbante qui est
disposée dans chacun des deux revêtements diélectriques entre deux couches
diélectriques, la matière absorbante totale de ces deux couches absorbantes
étant disposée symétriquement de chaque côté de la couche fonctionnelle
métallique.
De préférence, un seul substrat du vitrage multiple comportant au moins
deux substrats ou du vitrage multiple comportant au moins trois substrats est
revêtu sur une face intérieure en contact avec la lame de gaz intercalaire
d'un
empilement de couches minces à propriétés de réflexion dans l'infrarouge
et/ou dans le rayonnement solaire.
Par symétriquement au sens de la présente invention, il faut
comprendre que la moitié de l'épaisseur totale de la matière absorbante de la
(ou des) couche(s) absorbante(s) de l'empilement est située dans le
revêtement diélectrique sous-jacent à la couche fonctionnelle métallique et
que l'autre moitié de l'épaisseur totale de la matière absorbante de la (ou
des) couche(s) absorbante(s) de l'empilement est située dans le revêtement
diélectrique sus-jacent à la couche fonctionnelle métallique.
Dans le cadre de l'invention la matière absorbante présente dans
l'empilement ailleurs qu'à l'intérieur des revêtements diélectriques n'est pas
prise en considération pour l'interprétation du mot symétriquement ;
ainsi, la (ou les) couche(s) de blocage éventuellement présente(s) et qui est
(ou sont) en contact ou à proximité de la couche fonctionnelle ne fait (ou ne
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font) pas partie de la matière absorbante prise en considération pour
l'interprétation du mot symétriquement .
Par revêtement au sens de la présente invention, il faut comprendre
qu'il peut y avoir une seule couche ou plusieurs couches de matériaux
différents à l'intérieur du revêtement.
Comme habituellement, par couche diélectrique au sens de la
présente invention, il faut comprendre que du point de vue de sa nature, le
matériau est non métallique , c'est-à-dire n'est pas un métal. Dans le
contexte de l'invention, ce terme désigne un matériau présentant un rapport
n/k sur toute la plage de longueur d'onde du visible (de 380 nm à 780 nm)
égal ou supérieur à 5.
Par matière absorbante au sens de la présente invention, il faut
comprendre un matériau présentant un rapport n/K sur toute la plage de
longueur d'onde du visible (de 380 nm à 780 nm) entre 0 et 5 en excluant ces
valeurs et présentant une résistivité électrique à l'état massif (telle que
connue dans la littérature) supérieure à 10-5 Q.cm.
Il est rappelé que n désigne l'indice de réfraction réel du matériau à
une longueur d'onde donnée et k représente la partie imaginaire de l'indice
de réfraction à une longueur d'onde donnée ; le rapport n/k étant calculé à
une longueur d'onde donnée identique pour n et pour k.
A l'intérieur de chaque revêtement diélectrique, les deux couches
diélectriques qui encadrent une couche absorbante sont, de préférence, de
même nature : la composition (stoechiométrie) des couches diélectriques est
ainsi identique de chaque côté de la couche absorbante.
Dans une version particulière de l'invention au moins un substrat
comporte sur au moins une face en contact avec une lame de gaz intercalaire
un revêtement antireflet qui est en vis-à-vis par rapport à ladite lame de gaz
intercalaire avec un empilement de couches minces à propriétés de réflexion
dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire.
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Cette version permet d'atteindre une sélectivité encore plus grande,
grâce à une augmentation significative de la transmission lumineuse et à une
augmentation moindre du facteur solaire du vitrage multiple.
Dans une version particulière de l'invention, au moins une couche
absorbante de l'empilement, et de préférence toutes les couches absorbantes
de l'empilement, est ou sont à base de nitrure et en particulier au moins une
couche de ces couches et de préférence toutes ces couches est (ou sont) à
base de nitrure de niobium NbN, ou au moins une couche de ces couches et de
préférence toutes ces couches est (ou sont) à base de nitrure de titane TiN.
La matière absorbante des couches absorbantes à l'intérieur des
revêtements diélectriques présente, de préférence, une épaisseur comprise
entre 0,5 et 10 nm, en incluant ces valeurs, voire entre 2 et 8 nm, en
incluant
ces valeurs afin de conserver une transmission lumineuse égale ou supérieure à
25%, voire égale ou supérieure à 30 % en vitrage multiple.
La couche diélectrique qui est au minimum comprise dans chaque
revêtement diélectrique, comme défini ci-avant, présente un indice optique
compris entre 1,8 et 2,5 en incluant ces valeurs, ou, de préférence, entre 1,9
et 2,3 en incluant ces valeurs (les indices optiques - ou indices de
réfraction - indiqués ici sont ceux mesurés à 550 nm, comme
habituellement).
Dans une variante particulière, lesdits revêtements diélectrique sous-
jacent et diélectrique sus-jacent comportent chacun au moins une couche
diélectrique à base de nitrure de silicium, éventuellement dopé à l'aide d'au
moins un autre élément, comme l'aluminium.
Dans une variante particulière de l'invention, chaque couche
absorbante est disposée dans le revêtement diélectrique entre deux couches
diélectrique qui sont toutes les deux à base de nitrure de silicium,
éventuellement dopé à l'aide d'au moins un autre élément, comme
l'aluminium.
Dans une variante particulière, la dernière couche du revêtement
diélectrique sous-jacent, celle la plus éloignée du substrat, est une couche
de
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mouillage à base d'oxyde, notamment à base d'oxyde de zinc, éventuellement
dopé à l'aide d'au moins un autre élément, comme l'aluminium.
Dans une variante toute particulière, le revêtement diélectrique sous-
jacent comprend au moins une couche diélectrique à base de nitrure,
notamment de nitrure de silicium et/ou de nitrure d'aluminium et au moins
une couche de lissage non cristallisée en un oxyde mixte, ladite couche de
lissage étant en contact avec une couche de mouillage sus-jacente
cristallisée.
De préférence, la couche fonctionnelle est déposée directement sur un
revêtement de sous-blocage disposé entre la couche fonctionnelle et le
revêtement diélectrique sous-jacent à la couche fonctionnelle et/ou la couche
fonctionnelle est déposée directement sous un revêtement de sur-blocage
disposé entre la couche fonctionnelle et le revêtement diélectrique sus-jacent
à la couche fonctionnelle et le revêtement de sous-blocage et/ou le
revêtement de sur-blocage comprend une couche fine à base de nickel ou de
titane présentant une épaisseur géométrique e telle que 0,2 nm <_ e<_ 2,5 nm.
Par ailleurs, le revêtement de sous-blocage et/ou le revêtement de sur-
blocage peut comprendre au moins une couche fine à base de nickel ou de
titane présent sous forme métallique si le substrat muni de l'empilement de
couches minces n'a pas subi de traitement thermique de bombage et/ou
trempe après le dépôt de l'empilement, cette couche étant au moins
partiellement oxydée si le substrat muni de l'empilement de couches minces a
subi au moins un traitement thermique de bombage et/ou trempe après le
dépôt de l'empilement.
La couche fine à base de nickel du revêtement de sous-blocage et/ou la
couche fine à base de nickel du revêtement de sur-blocage lorsqu'elle est
présente est, de préférence, directement au contact de la couche
fonctionnelle.
Dans une variante particulière, la dernière couche du revêtement
diélectrique sus-jacent, celle la plus éloignée du substrat, est à base
d'oxyde,
déposée de préférence sous stoechiométrique, et notamment est à base de
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titane (TiOX) ou à base d'oxyde mixte de zinc et d'étain (SnZnOX,
éventuellement par un autre élément à raison de 10 % en masse au maximum.
L'empilement peut ainsi comporter une dernière couche ( overcoat en
anglais), c'est-à-dire une couche de protection, déposée de préférence sous
stoechiométrique. Cette couche se retrouve oxydée pour l'essentiel
stoechiométriquement dans l'empilement après le dépôt.
Cette couche de protection présente, de préférence, une épaisseur
comprise entre 0,5 et 10 nm.
Le vitrage selon l'invention incorpore au moins le substrat porteur de
l'empilement selon l'invention, éventuellement associé à au moins un autre
substrat. Chaque substrat peut être clair ou coloré. Un des substrats au moins
notamment peut être en verre coloré dans la masse. Le choix du type de
coloration va dépendre du niveau de transmission lumineuse et/ou de l'aspect
colorimétrique recherchés pour le vitrage une fois sa fabrication achevée.
Le vitrage selon l'invention peut présenter une structure feuilletée,
associant notamment au moins deux substrats rigides du type verre par au
moins une feuille de polymère thermoplastique, afin de présenter une
structure de type verre/empilement de couches minces/feuille(s) /verre /
lame de gaz intercalaire / feuille de verre. Le polymère peut notamment être
à base de polyvinylbutyral PVB, éthylène vinylacétate EVA, polyéthylène
téréphtalate PET, polychlorure de vinyle PVC.
Les substrats des vitrages selon l'invention sont aptes à subir un
traitement thermique sans dommage pour l'empilement de couches minces.
Ils sont donc éventuellement bombés et/ou trempés.
L'invention concerne également le procédé de fabrication des vitrages
multiples selon l'invention comportant au moins deux substrats qui sont
maintenus ensemble par une structure de châssis, ledit vitrage réalisant une
séparation entre un espace extérieur et un espace intérieur, dans lequel au
moins une lame de gaz intercalaire est disposée entre les deux substrats, un
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substrat étant revêtu sur une face intérieure en contact avec la lame de gaz
intercalaire d'un empilement de couches minces à propriétés de réflexion
dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire comportant une seule
couche fonctionnelle métallique, en particulier à base d'argent ou d'alliage
métallique contenant de l'argent et deux revêtements diélectriques, lesdits
revêtements comportant chacun au moins deux couches diélectriques, ladite
couche fonctionnelle étant disposée entre les deux revêtements diélectriques,
les deux revêtements diélectrique comportant chacun au moins une couche
absorbante qui est disposée dans chaque revêtement diélectrique entre deux
couches diélectriques, la matière absorbante des couches absorbantes étant
disposée symétriquement de chaque côté de la couche fonctionnelle
métallique.
Lorsque deux couches diélectriques qui encadre une couche absorbante
sont déposées par pulvérisation cathodique réactive en présence d'azote
et/ou d'oxygène, alors la couche absorbante déposée entre ces deux couches
est, de préférence, également déposée respectivement en présence d'azote
et/ou d'oxygène.
L'invention concerne en outre l'utilisation d'un empilement de couches
minces à propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement
solaire comportant une seule couche fonctionnelle métallique, en particulier à
base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent et deux
revêtements diélectriques, lesdits revêtements comportant chacun au moins
une couche diélectrique, ladite couche fonctionnelle étant disposée entre les
deux revêtements diélectriques et ledit empilement de couches minces étant
disposé sur une face intérieure d'au moins un substrat pour réaliser un
vitrage
multiple selon l'invention comportant au moins deux substrats, qui sont
maintenus ensemble par une structure de châssis et dans lequel une lame de
gaz intercalaire est disposée deux substrats.
Avantageusement, la présente invention permet ainsi de réaliser un
empilement de couches minces monocouche fonctionnelle présentant dans
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une configuration vitrage multiple, et notamment double vitrage, une
sélectivité importante (S > 1,40), une faible émissivité (EN <_ 3 %) et une
esthétique favorable (TLV;S > 60 %, RLvis extérieure <_ 25 % voire RLvis
extérieure<_
20 % ou même RLvis extérieure < 20 %, couleurs neutres en réflexion
extérieure), alors que jusqu'ici, seuls des empilements bicouches
fonctionnelles permettaient d'obtenir cette combinaison de critères.
L'empilement monocouche fonctionnelle selon l'invention coûte moins
cher à produire qu'un empilement bicouches fonctionnelles présentant des
caractéristiques similaires (TLV;S, RLvis et couleurs neutres en réflexion
extérieure).
Avantageusement en outre, la présente invention permet de proposer un
empilement monocouche fonctionnelle à couches absorbantes pour lequel il
n'est pas nécessaire de faire attention à l'orientation : l'empilement peut
être disposé indifféremment sur n'importe quelle face intérieure du vitrage
multiple (par exemple, indifféremment en face 2 ou en face 3 d'un double
vitrage classique).
Les détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent des
exemples non limitatifs suivants, illustrés à l'aide des figures ci-jointes
illustrant :
- en figure 1, un empilement monocouche fonctionnelle de l'art
antérieur, la couche fonctionnelle étant pourvue d'un revêtement de sous-
blocage et d'un revêtement de sur-blocage ;
- en figures 2 et 3, deux solutions de double vitrage incorporant un
empilement monocouche fonctionnelle ;
- en figure 4, un empilement monocouche fonctionnelle selon
l'invention, la couche fonctionnelle étant pourvue d'un revêtement de sous-
blocage et d'un revêtement de sur-blocage ; et
- en figures 5 et 6, deux solutions de triple vitrage incorporant un
empilement monocouche fonctionnelle.
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Dans ces figures, les proportions entre les épaisseurs des différentes
couches ou des différents éléments ne sont pas rigoureusement respectées
afin de faciliter leur lecture.
La figure 1 illustre une structure d'un empilement monocouche
fonctionnelle de l'art antérieur déposé sur un substrat 10, 30 verrier,
transparent, dans laquelle la couche fonctionnelle 140 unique, en particulier
à
base d'argent ou d'alliage métallique contenant de l'argent, est disposée
entre deux revêtements diélectriques, le revêtement diélectrique sous-
jacent 120 situé en dessous de la couche fonctionnelle 140 en direction du
substrat 10/30 et le revêtement diélectrique sus-jacent 160 disposé au-dessus
de la couche fonctionnelle 140 à l'opposé du substrat 10/30.
Ces deux revêtements diélectrique 120, 160, comportent chacun au
moins deux couches diélectriques 122, 126, 128 ; 162, 166, 168.
Eventuellement, d'une part la couche fonctionnelle 140 peut être
déposée sur un revêtement de sous-blocage 130 disposé entre le revêtement
diélectrique sous-jacent 120 et la couche fonctionnelle 140 et d'autre part la
couche fonctionnelle 140 peut être déposée directement sous un revêtement
de sur-blocage 150 disposé entre la couche fonctionnelle 140 et le revêtement
diélectrique sus-jacent 160.
Ce revêtement diélectrique 160 peut se terminer par une couche de
protection optionnelle 168, en particulier à base d'oxyde, notamment sous
stoechiométrique en oxygène.
Lorsqu'un empilement monocouche fonctionnelle est utilisé dans un
vitrage multiple 100 de structure double vitrage, ce vitrage comporte deux
substrats 10, 30 qui sont maintenus ensemble par une structure de châssis 90
et qui sont séparés l'un de l'autre par une lame de gaz intercalaire 15.
Le vitrage réalise ainsi une séparation entre un espace extérieur ES et un
espace intérieur IS.
L'empilement peut être positionné en face 2 (sur la feuille de verre la
plus à l'extérieur du bâtiment en considérant le sens incident de la lumière
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solaire entrant dans le bâtiment et sur sa face tournée vers la lame de gaz)
ou
en face 3 (sur la feuille la plus à l'intérieur du bâtiment en considérant le
sens
incident de la lumière solaire entrant dans le bâtiment et sur sa face tournée
vers la lame de gaz).
Les figures 2 et 3 illustrent respectivement le positionnement (le sens
incident de la lumière solaire entrant dans le bâtiment étant illustré par la
double flèche) :
- en face 2 d'un empilement de couches minces 14 positionné sur une face
intérieure 11 du substrat 10 en contact avec la lame de gaz intercalaire 15,
l'autre face 9 du substrat 10 étant en contact avec l'espace extérieur ES ; et
- en face 3 d'un empilement de couches minces 26 positionné sur une face
intérieure 29 du substrat 30 en contact avec la lame de gaz intercalaire 15,
l'autre face 31 du substrat 30 étant en contact avec l'espace intérieur IS.
Toutefois, il peut aussi être envisagé que dans cette structure de double
vitrage, l'un des substrats présente une structure feuilletée ; toutefois, il
n'y
a pas de confusion possible car dans une telle structure, il n'y a pas de lame
de gaz intercalaire.
En outre, il peut être prévu, bien que cela ce soit pas illustré, qu'au
moins un substrat 10, 30 comporte sur au moins une face 11 (dans le cas de la
figure 3), 29 (dans le cas de la figure 2) en contact avec la lame de gaz
intercalaire 15 et qui ne comporte pas d'empilement de couches minces à
propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire,
un
revêtement antireflet qui est en vis-à-vis par rapport à ladite lame de gaz
intercalaire 15 avec l'empilement de couches minces 14 (dans le cas de la
figure 2), 26 (dans le cas de la figure 3) à propriétés de réflexion dans
l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire.
Le but de cette insertion d'un revêtement antireflet dans une structure
de double vitrage est de permettre d'obtenir une transmission lumineuse
élevée et un facteur solaire élevé.
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Une série de trois exemples a été réalisée, chaque exemple étant
numéroté de 1 à 3.
Conformément à l'enseignement de la demande internationale de brevet
N' WO 2007/101964, le revêtement diélectrique sous-jacent 120 peut
comprendre une couche diélectrique 122 à base de nitrure de silicium et au
moins une couche de lissage 126 non cristallisée en un oxyde mixte, en
l'occurrence un oxyde mixte de zinc et d'étain qui est ici dopé à l'antimoine
(déposé à partir d'une cible métallique constitué des rapports massiques
65:34:1 respectivement pour Zn:Sn:Sb), ladite couche de lissage 126 étant en
contact avec une couche de mouillage 128 sus-jacente.
Dans cet empilement, la couche de mouillage 128 en oxyde de zinc dopé
à l'aluminium ZnO:AI (déposé à partir d'une cible métallique constitué de zinc
dopé à 2 % en masse d'aluminium) permet d'améliorer la cristallisation de
l'argent, ce qui améliore sa conductivité ; cet effet est accentué par
l'emploi
de la couche de lissage amorphe de SnZnOX:Sb, qui améliore la croissance de
ZnO et donc de l'argent.
Le revêtement diélectrique sus-jacent 160 peut comprendre au moins
une couche diélectrique 162 en oxyde de zinc dopé à l'aluminium ZnO:AI
(déposé à partir d'une cible métallique constitué de zinc dopé à 2 % en masse
d'aluminium) et une couche diélectrique 166 à base de nitrure de silicium.
Les couches en nitrure de silicium 122, 166 sont en Si3N4 et sont déposées
à partir d'une cible métallique dopée à 8 % en masse d'aluminium.
Ces empilements présentent de plus l'avantage d'être trempables, c'est-
à-dire qu'ils résistent à un traitement thermique de trempe et que leurs
propriétés optiques varient peu lors de ce traitement thermique.
Pour tous les exemples ci-après, les conditions de dépôt des couches
sont :
Couche Cible employée Pression de dépôt Gaz
Si3N4 Si:AI à 92:8 % wt 1,5.10-3 mbar Ar /(Ar + N2) à 45 %
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NbN Nb 1,5.10-3 mbar Ar /(Ar + N2) à 45 %
SnZnO SnZn:Sb à 34:65:1 wt 2.10-3 mbar Ar /(Ar + 02) à 58 %
ZnO Zn:AI à 98:2 % wt 2.10-3 mbar Ar /(Ar + 02) à 52 %
NiCr NiCr à 80:20 wt 2.10-3 mbar Ar à 100 %
Ag Ag 2.10-3 mbar Ar à 100 %
Les couches déposées peuvent ainsi être classées en trois catégories
i- couches en matériau diélectrique, présentant un rapport n/k sur
toute la plage de longueur d'onde du visible supérieur en 5
Si3N4, SnZnO, ZnO
ii- couches en matériau absorbant, présentant un rapport 0 < n/k < 5
sur toute la plage de longueur d'onde du visible et une résistivité
électrique à l'état massif est supérieure à 10-5 Q.cm : NbN
iii- couches fonctionnelles métalliques en matériau à propriétés de
réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire :
Ag.
Il a été constaté que l'argent présente aussi un rapport 0 < n/k < 5 sur
toute la plage de longueur d'onde du visible, mais sa résistivité électrique à
l'état massif est inférieure à 10-5 Q.cm.
Il a été constaté en outre que les matériaux : Ti, NiCr, TiN, Nb peuvent
constituer des couches en matériau absorbant selon la définition donnée ici.
Dans tous les exemples ci-après l'empilement de couches minces est
déposé sur un substrat en verre sodo-calcique clair d'une épaisseur de 4 mm
de la marque Planilux, distribué par la société SAINT-GOBAIN.
Pour ces substrats,
- R indique : la résistance par carré de l'empilement, en ohms par carré ;
- TL indique : la transmission lumineuse dans le visible en %, mesurée
selon l'illuminant D65 à 2 ;
- aT* et bT* indiquent : les couleurs en transmission a* et b* dans le
système LAB mesurées selon l'illuminant D65 à 2 ;
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- R, indique : la réflexion lumineuse dans le visible en %, mesurée selon
l'illuminant D65 à 2 , côté du substrat revêtu de l'empilement de couches
minces ;
- ac* et bc* indiquent : les couleurs en transmission a* et b* dans le
système LAB mesurées selon l'illuminant D65 à 2 , côté du substrat revêtu ;
- Rg indique : la réflexion lumineuse dans le visible en %, mesurée selon
l'illuminant D65 à 2 , côté du substrat nu ;
- ag* et bg* indiquent : les couleurs en transmission a* et b* dans le
système LAB mesurées selon l'illuminant D65 à 2 , côté du substrat nu.
Par ailleurs, pour ces exemples, dans tous les cas où un traitement
thermique a été appliqué au substrat, il s'agissait d'un recuit pendant
environ
6 minutes à une température d'environ 620 C suivi d'un refroidissement à l'air
ambiant (environ 20 C), afin de simuler un traitement thermique de bombage
ou de trempe.
En outre, pour ces exemples, lorsque le substrat porteur de l'empilement
est intégré dans un double vitrage, celui-ci présente la structure : 4-16-4
(Ar -
90%), c'est-à-dire que deux substrats en verre, chacun d'une épaisseur de 4
mm sont séparés par une lame de gaz constituée à 90 % d'argon et 10% d'air
présentant une épaisseur de 16 mm.
Tous ces exemples ont permis d'atteindre, dans cette configuration de
double vitrage, un coefficient U, ou coefficient K, calculé selon la norme EN
673, de l'ordre de 1,1 W.m-2. K-' (c'est le coefficient de transmission
thermique à travers le vitrage ; il désigne la quantité de chaleur traversant
le
substrat en régime stationnaire, par unité de surface et pour une différence
de température unitaire entre la face du vitrage en contact avec l'espace
extérieur et la face du vitrage en contact avec l'espace intérieur).
Pour ces double-vitrages,
- FS indique : le facteur solaire, c'est-à-dire le rapport, en pourcent, de
l'énergie solaire totale entrant dans le local à travers le vitrage sur
l'énergie
solaire incidente totale ;
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- s indique : la sélectivité correspondant au rapport de la transmission
lumineuse TL dans le visible sur le facteur solaire FS tel que : S = TLviS /
FS ;
- TL indique : la transmission lumineuse dans le visible en %, mesurée
selon l'illuminant D65 à 2 ;
- aT* et bT* indiquent : les couleurs en transmission a* et b* dans le
système LAB mesurées selon l'illuminant D65 à 2 ;
- Re indique : la réflexion lumineuse extérieure dans le visible en %,
mesurée selon l'illuminant D65 à 2 , côté espace extérieur ES ;
- ae* et be* indiquent : les couleurs en réflexion extérieure a* et b* dans
le système LAB mesurées selon l'illuminant D65 à 2 , côté espace extérieur
ES ;
- R; indique : la réflexion lumineuse intérieure dans le visible en %,
mesurée selon l'illuminant D65 à 2 , côté espace intérieur IS ;
- ai* et b.* indiquent : les couleurs en réflexion intérieure a* et b* dans le
système LAB mesurées selon l'illuminant D65 à 2 , côté espace intérieur IS.
Un exemple N 1 a été réalisé selon la structure d'empilement illustré en
figure 1, sans couche absorbante au sens de l'invention et sans toutefois de
couche de protection optionnelle 168, ni de revêtement de sous-blocage 130.
Le tableau 1 ci-après illustre les épaisseurs géométriques ou physiques
(et non pas les épaisseurs optiques) en nanomètres de chacune des couches de
l'exemple 1 :
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Couche Matériau Ex. 1
168 SnZnOX:Sb 4
166 Si3N4:Al 28
162 ZnO:AI 20
150 NiCr 1
140 Ag 15
128 ZnO:AI 4
126 SnZnOX:Sb 5
122 Si3N4:Al 21
Tableau 1
Le tableau 2 ci-après résume les principales caractéristiques optiques et
énergétique de cet exemple 1, respectivement lorsque l'on considère
uniquement le substrat 10/30 seul avant traitement thermique, le substrat
10'/30' seul après un traitement thermique et lorsque ceux-ci sont monté en
double vitrage, en face 2, F2, comme en figure 2 et en face 3, F3, comme en
figure 3.
Pour les deux lignes F2, la ligne du haut indique les données obtenues
avec le substrat 10 et la ligne du bas indique les données obtenues avec le
substrat 10' ayant subi un traitement thermique ; de mêmes, pour les deux
lignes F3, la ligne du haut indique les données obtenues avec le substrat sans
traitement thermique, (qui est alors le substrat 30) et la ligne du bas
indique
les données obtenues avec le substrat ayant subi un traitement thermique (qui
est alors le substrat 30').
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R TL aT* bT* R, ac* bc* Rg ag* bg*
2,9 71,3 -2,9 5,4 18,1 2,9 -13,2 21,6 0,8 -10,4
10' 2,3 73,5 -3,5 4,0 18,9 5,0 -10,7 20,9 3,0 -9,0
FS s TL aT* bT* Re ae* be* R; a;* b;*
44,1 1,47 64,8 -3,8 5,3 26,1 -0,8 -7,1 23,3 0 -8,9
F2
44,8 1,49 66,6 -4,3 4,1 25,5 1,1 -6,4 23,6 1,5 -7,0
50,0 1,30 64,8 -3,8 5,3 23,3 0 -8,9 26,1 -0,8 -7,1
F3
48,9 1,36 66,6 -4,3 4,1 23,6 1,5 -7,0 25,5 1,1 -6,4
Tableau 2
Ainsi, comme visible dans ce tableau 2, la transmission lumineuse dans le
5 visible TL du vitrage est de l'ordre de 65 % et la couleur en réflexion
extérieure est relativement neutre.
Toutefois, la réflexion lumineuse extérieure Re ne donne pas
complètement satisfaction, dans le sens où elle peut paraître trop élevée,
tant en face 2 qu'en face 3 et il est alors souhaitable de la diminuer, à une
10 valeur égale ou inférieure à 20 %, voire à une valeur égale ou inférieure à
15
%, sans que les autres paramètres et en particulier les paramètres de couleur,
ne soient affectés.
Deux exemples, numérotés 2 et 3, ont ensuite été réalisés sur la base de
l'empilement illustré en figure 4, en insérant dans l'empilement une (ou
plusieurs) couche(s) absorbante(s) en nitrure de Niobium NbN.
Le tableau 3 ci-après illustre les épaisseurs géométriques en nanomètres
de chacune des couches de ces exemples :
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Couche Matériau Ex. 2 Ex. 3
168 SnZnOX:Sb 4 4
166 Si3N4:Al 8 21
165 NbN 2 1,5
164 Si3N4:Al 12 21
162 ZnO:AI 10 10
150 NiCr 1 1
140 Ag 15 12
128 ZnO:AI 6 6
126 SnZnOX:Sb 16 16
124 Si3N4:Al 23 10
123 NbN 2 1,5
122 Si3N4:Al 23 10
Tableau 3
Ces exemples 2 et 3 sont ainsi sensiblement identique à l'exemple 1 sauf
en ce que les couches diélectriques 122 et 166 ont été séparées chacune en
deux parties d'épaisseur sensiblement identique (respectivement 122 / 124 et
164 / 166) et en ce qu'une couche absorbante 123, 165 a été insérée à chaque
fois entre ces deux couches, c'est-à-dire sensiblement au milieu des couches
122 et 166 de l'exemple 1.
Par ailleurs, la matière absorbante des couches absorbante est disposée
symétriquement dans le revêtement sous-jacent 120 (c'est-à-dire entre le
substrat porteur et la couche fonctionnelle 140) et dans le revêtement sus-
jacent 160 (c'est-à-dire sur la couche fonctionnelle 140, à l'opposé du
substrat porteur) : les deux couches absorbantes 123 et 165 présentent la
même épaisseur physique ; elles sont toutes les deux dans le même matériau
et ont été déposées dans les mêmes conditions.
Le tableau 4 ci-après résume les principales caractéristiques optiques et
énergétique de ces exemples 2 et 3, respectivement lorsque l'on considère
uniquement le substrat seul, sans traitement thermique, et lorsque celui-ci
est
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monté en double vitrage, indifféremment en face 2, comme en figure 2 ou en
face 3, comme en figure 3.
R TL aT* bT* Rc ac* bc* Rg ag* bg*
de Ex 2 2,7 47,2 -4,3 6,8 13,5 13,5 30,1 15,8 1,4 0,5
10 de Ex 3 3,5 62,0 -2,9 2,3 5,7 4,8 -26,8 9,9 2,7 -7,9
FS S TL aT* bT* R. ae* be* R; a;* b;*
Ex. 2 33,8 1,29 43,5 17,6 0,7 -0,2 19,1 7,9 16
Ex. 3 44,3 1,31 58 13,5 1,2 -6,8 13,5 0,9 -15,7
Tableau 4
5 Comme visible dans ce tableau 4, la réflexion lumineuse extérieure Re est
très satisfaisante : elle est de l'ordre de 15 % ; elle est moins élevée que
celle
de l'exemple 1.
Par ailleurs, la couleur vue de l'extérieur, est peu différente de celle de
l'exemple 1 et reste neutre, que l'empilement ait subi ou non un traitement
10 thermique.
Par ailleurs, d'une manière générale, le traitement thermique de trempe
n'a que peu affecté les exemples selon l'invention.
En particulier, la résistance par carré des empilements selon l'invention,
tant avant qu'après traitement thermique est toujours inférieure à 4 ohms par
carré.
Les exemples 2 et 3 montrent qu'il est possible de combiner une forte
sélectivité, une faible émissivité et une faible réflexion lumineuse
extérieure,
avec un empilement comportant une seule couche métallique fonctionnelle en
argent, tout en conservant une esthétique convenable (la TL est supérieure à
60 % et les couleurs sont neutres en réflexion extérieure).
De plus, la réflexion lumineuse RL, la transmission lumineuse TL mesurées
selon l'illuminant D65 et les couleurs en réflexion a* et b* dans le système
LAB
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mesurées selon l'illuminant D65 côté substrat ne varient pas de manière
vraiment significative lors du traitement thermique.
En comparant les caractéristiques optiques et énergétiques avant
traitement thermique avec ces mêmes caractéristiques après traitement
thermique, aucune dégradation majeure n'a été constatée.
En outre, la résistance mécanique de l'empilement selon l'invention est
très bonne. Par ailleurs, la tenue chimique générale de cet empilement est
globalement bonne.
Lorsqu'un empilement monocouche fonctionnelle est utilisé dans un
vitrage multiple 100 de structure triple vitrage, ce vitrage comporte trois
substrats 10, 20, 30 qui sont maintenus ensemble par une structure de
châssis 90 et qui sont séparés, respectivement deux par deux, par une lame de
gaz intercalaire 15, 25. Le vitrage réalise ainsi une séparation entre un
espace
extérieur ES et un espace intérieur IS.
L'empilement peut être positionné en face 2 (sur la feuille de verre la
plus à l'extérieur du bâtiment en considérant le sens incident de la lumière
solaire entrant dans le bâtiment et sur sa face tournée vers la lame de gaz)
ou
en face 5 (sur la feuille la plus à l'intérieur du bâtiment en considérant le
sens
incident de la lumière solaire entrant dans le bâtiment et sur sa face tournée
vers la lame de gaz).
Les figures 5 et 6 illustrent respectivement le positionnement
- en face 2 d'un empilement de couches minces 14 positionné sur une face
intérieure 11 du substrat 10 en contact avec la lame de gaz intercalaire 15,
l'autre face 9 du substrat 10 étant en contact avec l'espace extérieur ES ; et
- en face 5 d'un empilement de couches minces 26 positionné sur une face
intérieure 29 du substrat 30 en contact avec la lame de gaz intercalaire 25,
l'autre face 31 du substrat 30 étant en contact avec l'espace intérieur IS.
Toutefois, il peut aussi être envisagé que dans cette structure de triple
vitrage, l'un des substrats présente une structure feuilletée ; toutefois, il
n'y
a pas de confusion possible car dans une telle structure, il n'y a pas de lame
de gaz intercalaire.
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Il peut en outre être prévu qu'au moins un substrat 10, 20, 30 comporte
sur au moins une face 11, 19, 21, 29 en contact avec une lame de gaz
intercalaire 15, 25 un revêtement antireflet 18, 22 qui est en vis-à-vis par
rapport à ladite lame de gaz intercalaire 15, 25 avec un empilement de
couches minces 14, 26 à propriétés de réflexion dans l'infrarouge et/ou dans
le
rayonnement solaire.
La figure 6 illustre ainsi le cas où le substrat 20 central du triple vitrage
comporte sur sa face 21 qui est en contact avec la lame de gaz intercalaire 25
un revêtement antireflet 22 qui est en vis-à-vis par rapport à ladite lame de
gaz intercalaire 25 avec l'empilement de couches minces 26 à propriétés de
réflexion dans l'infrarouge et/ou dans le rayonnement solaire.
Bien évidement, si dans le cadre de la mise en oeuvre de l'invention,
l'empilement de couches minces 14 à propriétés de réflexion dans l'infrarouge
et/ou dans le rayonnement solaire est positionné sur la face 11 du substrat
10,
c'est alors la face 19 du substrat 20 central du triple vitrage qui est en
contact
avec la lame de gaz intercalaire 15 qui comporte un revêtement antireflet 18
qui est en vis-à-vis par rapport à ladite lame de gaz intercalaire 15 avec
l'empilement de couches minces 14.
Dans ces deux cas, il peut aussi être prévu que l'autre face du
substrat 20 central du triple vitrage soit aussi pourvue d'un revêtement
antireflet, comme illustré pour le premier de ces deux cas en figure 6.
Le but de cette insertion d'un (ou de plusieurs) revêtement(s)
antireflet(s) dans une structure de triple vitrage est de permettre d'obtenir
une transmission lumineuse élevée et un facteur solaire élevé, tout au moins
une transmission lumineuse et un facteur solaire similaires à ceux d'un double
vitrage à isolation thermique renforcée.
La présente invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple.
Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes
variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet tel que
défini par les revendications.
