[发明专利]用于光学涂层的可空气氧化的防划痕防护层

说明书

本申请要求享有2004年12月17日提交的美国临时申请60/636,656的优先权。

技术领域

本发明主要涉及在没有受热时能完全被氧化的外部划痕防护层。该外部防护层被应用到各种基板上的光学涂层的上部，并为下面的层提供增强的划痕防护。特别地，本发明涉及应用金属、金属化合物或者金属间化合物层作为光学涂层的外部划痕防护层。

背景技术

低发射率的光学涂层或者含有红外反射金属的光学涂层可以沉积在透光基板上，以降低某些或者全部入射到基板上的红外辐射的透射。已发现减反射薄银涂层可以反射很大部分红外辐射，但允许可见光透过。这些优良的特性使得减反射薄银涂层被应用到各种应用中，如窗户玻璃，该涂层能改进窗户的隔热性能。美国专利No.4,749,397和No.4,995,895描述了低发射率银涂层。目前窗户市场上销售含有银的真空沉积低发射率涂层。

美国专利No.4,995,895公开了使用可氧化金属作为霾减少顶部涂层，该顶部涂层对于防护可回火的低发射率涂层是有效的。该发明被定位为用于减少由暴露在高于600℃的温度下所产生的霾的方法。

金属、金属合金和金属氧化物涂层已经被应用于低发射率银涂层，以改进涂覆对象的性能。美国专利No.4,995,895描述了一种金属或者金属合金层，其被沉积作为应用到玻璃基板上的所有层的最外层。金属和金属合金层被氧化，并作为减反射涂层。美国专利No.4,749,397描述了一种方法，其沉积金属氧化物层作为减反射层。将银层夹在减反射层之间使透射最优化。

遗憾的是，光学涂层经常在运输和操作时被划坏。金属薄膜层是被公认的易划坏层。由电介质层或者金属和电介质层组合而成的薄膜叠层也经常会遭到划坏。建筑玻璃上的溅射低发射率(也被称为“软”低发射率)涂层尤其易划伤。低发射率涂层的基板可以大到3乘4米，然而它们仍然必须用自动装置或者手动装置移动。从而，机械磨损所导致的损伤时常发生。针对这个问题，目前所用的大部分低发射率叠层在低发射率薄膜叠层内或上的均使用阻挡层。如果某些阻挡层形成外部层，则利用其硬度或降低的摩擦系数降低低发射率叠层的物理划痕损伤。

目前，将纯金属用作可氧化的防腐蚀和划痕层。金属层是公知的有效的阻挡层，因为其具有物理和化学防扩散的性能。如果该层是无孔洞的，扩散被物理阻挡。

已将溅射碳防护层用于提供划痕防护，但是溅射碳典型地光吸收可见光波，并且其在高于400℃的温度时由于氧化而被移除。由于玻璃基板的回火，在低发射率涂层受热后碳防护防划痕层将失效。

可氧化金属氮化物已被用作防划痕防护层，且除了氮化硅和氮化铝外，也都是光吸收的。而光吸收的金属氮化物只在高温下氧化。

采用硬质材料制备低发射率涂层的最外层是很实际的。氮化硅作为一种硬质材料常用于低发射率涂层中的最外层电介质层。如专利申请US2003/0235719A1所述，具有作为外部层的氮化硅的低发射率叠层优于具有氧化锡或氧化锌作为外部电介质的叠层。氮化硅也具有耐热的优点，并用于可回火低发射率涂层。

氮化硅薄膜可能不符合化学计量Si₃N₄。这种用于低发射率叠层的外部电介质的薄膜材料可以由氮氧化硅组成。该层的化学定量关系相关于与氮气或者氧气的反应的程度，可以从亚化学计量到超化学计量变化。为了能使硅导电并适于溅射，铝还可以作为硅的掺杂成分，并且典型地与硅的质量分数比为1∶10，然而铝的含量还可以更高。也可以使用诸如硼等的其它掺杂物。许多其他类型的薄膜光学叠层可以得益于这种划痕防护层，其包括但不限于金属反射涂层、具有不同于氮氧化硅或多数其它的光干涉类型设计的顶层的光学叠层。

直到当涂层被加热和回火后，在低发射率光学涂层中的划痕可能才会变得明显，加热和回火可以导致划痕的产生和扩大。

因此，在本领域内存在对防护层的需求，该层在室温能完全被氧化，并且具有足够的硬度和强度以降低划伤，同时允许可见光透过。

本发明的各种不同实施例的目的是实现本领域前面所述的需求，和/或其它需求，而一旦给出以下公开说明，对于本领域技术人员来说，这些需求将变得明显。

发明内容

本发明的主要目的是通过设置层可氧化防护层以克服上述现有技术的缺陷，该层具有足够的硬度和强度以降低划伤，同时能让可见光透过。

本发明的另一目的是制备一种防护层，其充分地减少划痕，而不不明显影响如透光和反光等光学特性。该防护层还必须容易与光学涂层工艺接合而很少有分裂，且应该不需要暴露于热。