膜层厚度对Low-E玻璃光学性能的影响

井 治,钱宝铎,任立锋

(1.中国建材国际工程集团有限公司,蚌埠 233018;2.安徽方兴科技股份有限公司,蚌埠 233018)

膜层厚度对Low-E玻璃光学性能的影响

井 治1,钱宝铎2,任立锋1

(1.中国建材国际工程集团有限公司,蚌埠 233018;2.安徽方兴科技股份有限公司,蚌埠 233018)

该文利用TFCalc膜系设计软件建立单银Low-E镀膜玻璃膜层模型,分析各个膜层厚度的改变对膜层膜面反射颜色、玻面反射颜色、透过颜色及透过率的影响,总结了膜层厚度对膜层颜色及透过率影响的规律。

TFCalc; Low-E玻璃膜层; 膜层颜色

Low-E玻璃也称低辐射玻璃,它是一种镀膜玻璃,可以采用真空磁控溅射的方法,在浮法玻璃基片表面镀制含有一层或两层甚至三层金属基的膜系制得。Low-E玻璃可以降低能量吸收或控制室内外能量交换,以此达到环保节能的目的。Low-E玻璃具有传热系数低和反射红外线的特点,主要是其功能层起作用。Ag、Cu、Au和Al等金属都具有很高的红外反射特性[1],常用来制备功能层。Ag对可见光和红外光的反射率最高,并且很容易蒸发,且中性好,偏振效应最小[2]。所以,普遍选择Ag作为功能层来制备Low-E玻璃。

1 建立理论模型

该文采用TFCalc膜系设计软件,对膜层进行设计,并对其进行优化和模拟。建立Low-E单银膜层理论模型,基底采用6 mm普通浮法玻璃,设计膜层结构为GLASS/SiNx/NiCr/Ag/NiCr/SiNx,见图1。

在TFCalc软件上建立理论模型,模拟优化后得到理论膜厚值,见表1。

表1 Low-E膜系膜厚值

利用TFcalc膜系设计软件优化后,可以获得此Low-E膜系膜层的一些光学常数,见表2。

根据表1可以看出,Low-E膜层透过率为57.16%。根据GB/T 7921—1997[3]规定的CIE1976(L*、a*、b*)均匀色空间可以看出,膜面反射(GR)a*值为负值,接近零点;b*值为负值,数值较大,膜面颜色在蓝色区域。玻面反射(FR)a*值为负值,b*值为负值,玻面反射颜色在蓝灰区域。透过颜色(T)a*值为负值,接近零点;b*值为正值,接近零点,颜色接近中性。

表2 Low-E膜层光学常数

2 模拟实验

此Low-E膜层结构为GLASS/SiNx/NiCr/Ag/NiCr/SiNx。将靠近玻璃面的膜层标记为第1层,其它各层依次为第2层、第3层、第4层、第5层,即第1层为电介质膜SiNx,第2层为界面层NiCr,第3层为功能层Ag,第4层为界面层NiCr,第5层为电介质保护膜SiNx,如图1所示。

由表1可以看出,金属层膜层厚度都比较薄,其厚度不能大幅度改变。设定每层膜厚增加原来膜层厚度的20%。分别增加第1层至第5层膜层的厚度,其余四层膜厚保持不变。根据GB/T 7921—1997[3]和GB/T 2680—94[4]规定的颜色和透射比,采用TFcalc软件模拟出膜层膜面反射、玻面反射、透过颜色和透过率变化趋势,选取六个点,记录其变化数值,见表3。

表3 膜面反射L*、a*、b*及透过率值

3 对比分析及讨论

3.1 膜面反射颜色分析

从表3中选取第1层至第5层的膜面反射的L*、a*、b*值,得图2。根据图2(a)可以看出,增加第5层的厚度,对膜面反射L*值影响最大,L*有增大趋势,其次是第1层的影响较为明显,但增加其厚度,L*有降低趋势。改变第2、3、4层膜层的厚度对L*的改变不明显。由图2(b)可以看出,增加第1、2、3、4层膜层厚度,a*值都有增加趋势,向红色方向变化,第1、3层变化较第2、4层明显,且趋势一致。增加第5层膜层厚度,a*值有减小趋势,向绿色方向变化,影响较为明显。由图2(c)中可以看出,增加第3层厚度,b*值有减小趋势,向蓝色方向变化明显。增加第5层厚度,b*值都有增加趋势,向黄色方向变化明显,与第3层变化相反。改变其余三层的厚度,对b*值影响不大。第2、4层趋势一致。

3.2 玻面反射颜色分析

从表4中选取第1层至第5层的玻面反射的L*、a*、b*值,得图3。根据图3(a)可以看出,增加第5层的厚度,对玻面反射L*值影响最大,L*有增大趋势,其次是第1层的影响较为明显,但增加其厚度,L*有降低趋势。改变第2、3、4层膜层的厚度对L*的改变不明显。这与膜面反射颜色变化规律一致。由图3(b)可以看出,分别增加这五层膜层的厚度,a*值在一个很小范围内(ΔE≤1)变化,这说明改变膜厚对玻面反射a*值改变不是很明显。由图3(c)中可以看出,增加第5层厚度,b*值变化范围较大,有增大趋势,向黄色方向变化,对玻面反射颜色改变较明显。改变其他四层膜层,b*值变化很小,对颜色改变很小。第2、4层趋势基本一致。

表4 玻面反射L*、a*、b*及透过率值

3.3 透过颜色分析

从表5中选取第1层至第5层的透过颜色的L*、a*、b*值,得图4。根据图4(a)可以看出,增加第5层的厚度,对膜面反射L*值影响最大,L*值有减小趋势。其次是第1层的影响较为明显,但增加其厚度,L*值有增大趋势,这与膜面和玻面反射颜色变化规律相反。改变第2、3、4层膜层的厚度对L*的改变较小。由图4(b)可以看出,分别增加这五层膜层的厚度,a*值在一个很小范围内(ΔE≤0.4)变化,这说明改变膜厚对透过颜色a*值改变很小。由图4(c)可以看出,分别增加这五层膜层的厚度,b*值在一个很小范围内(ΔE≤1.7)变化,这说明改变膜厚对透过颜色b*值改变很小。总体来说,改变膜厚对透过颜色的影响很小,可以忽略不计。

表5 透射L*、a*、b*及透过率值

3.4 透过率分析

改变各层膜的厚度,从表3～表5中选取透过率得图5。可以看出增加第1层膜层厚度,T值有增大趋势,说明在一定范围内,增加第1层厚度对Low-E膜层具有一定的增透作用。其余四层厚度增加,T值都减小,透过率降低。

4 结 论

该文通过TFCalc薄膜设计软件对Low-E单银膜层进行模拟分析,比较了各个膜层厚度的改变对膜层膜面反射颜色、玻面反射颜色、透过颜色及透过率变化的影响,对实际生产工艺调试具有指导意义。在实际生产工艺调试中,可以根据膜层颜色变化的规律,相应的改变膜层厚度,从而达到预期的颜色值,减少不必要的调试时间,进一步节约成本。

[1] Valkonen E,Karsson B,Ribbing C G.The Optical Properties of Low-E Glass[J].Solar Energy,1984,32(2):211-215.

[2] 孙喜莲,范修正,邵建达.Al2O3和Cr过渡层对Ag膜光学性质及其附着力的影响[J].金属学报,2007,20(3):307-310.

[3] GB/T 7921—1997,中华人民共和国国家标准均匀色空间和色差公式[S].

[4] GB/T 2680—94,中华人民共和国国家标准建筑玻璃可见光透射比、太阳光直接投射比、太阳能总透射比、紫外线透射比及有关窗玻璃参数的测定[S].

Impact on the Optical Properties of Low-E Glass with Different Film Thickness

JING Zhi1,QIAN Bao-duo2,REN Li-feng1
(1.China Triumph International EngineeringGroup Co,Ltd,Bengbu 233018,China;2.Anhui Fangxing Science& Technology Co,Ltd,Bengbu 233018,China)

The model of mono-silver coated Low-E glass were established in theory by using the software of TFCalc.The variation of reflected color of film face,reflected color of glass face,transmitted color and transmittance with the film thickness change were analyzed.The rules about the impact of film thickness on film color and transmittance were summarized.

TFCalc; the film of Low-E glass;the color of film

2014-08-18.

井 治(1988-),助理工程师.E-mail:david_jz@163.com

10.3963/j.issn.1674-6066.2014.05.013