DE102017212771A1

DE102017212771A1 - Verglasungsscheibe für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017212771A1
Application number: DE102017212771.6A
Authority: DE
Inventors: Wilma Dewald; Heike Walter; Stephan Ulrich; Stefan Bruns; Sebastian Jung; Michael Vergöhl
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verglasungsscheibe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Glasscheibe, die auf zumindest einer Seite eine Beschichtung zur Infrarotreflektion aufweist, wobei die Beschichtung aus mehreren Lagen von dielektrischen Materialien gebildet. Es ist vorgesehen, dass die Materialien der Lagen derart gewählt sind, dass die Lagen abwechselnd einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex derart aufweisen, dass die Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe zumindest im Wesentlichen unabhängig von dem Betrachtungswinkel (a) auf die Verglasungsscheibe gleich oder nahezu gleich ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verglasungsscheibe für ein Kraftfahrzeug, mit einer Glasscheibe, die auf zumindest einer Seite eine Beschichtung zur Infrarotreflektion aufweist, wobei die Beschichtung aus mehreren Lagen von dielektrischen Materialien gebildet ist.
Verglasungsscheiben der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Schutz vor zu viel Wärmeeinstrahlung der Sonne in den Fahrzeuginnenraum durch die Verscheibung eines Kraftfahrzeugs, sind Maßnahmen bekannt, die den Klimakomfort der Fahrgäste verbessern. Dabei ist es beispielsweise bekannt, die Scheiben im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs zu tönen oder die Frontscheibe als Klimakomfortscheibe auszubilden, die eine infrarotreflektierende Schicht in Form einer Verbundglasscheibe aufweisen. Eine derartige Verbundglasscheibe ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 69920278 T2 bekannt. Dabei werden leitfähige Silberschichten als Infrarotreflektionsschichten verwendet. Aus der Offenlegungsschrift WO 2009/032032 A1 ist außerdem eine Verglasungsscheibe bekannt, die eine bläuliche Auslegung einer mehrlagigen silberbasierten Beschichtung aufweist, die einen roten Farbeindruck bei einem schrägen Blickwinkel auf die Verglasungsscheibe vermeidet. Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 028 141 A1 ist außerdem eine abriebfeste Beschichtung bekannt, die jedoch aufgrund ihrer elektrisch leitfähigen Lagen elektromagnetische Strahlung dämpft und daher beispielsweise den Mobilfunkempfang im Fahrzeuginnenraum beeinträchtigen kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verglasungsscheibe zu schaffen, welche ein vorteilhafte Infrarotreflektion gewährleistet und gleichzeitig Licht im sichtbaren Bereich sowie langwellige elektromagnetische Strahlung, beispielsweise des Mobilfunks, im Wesentlichen hindurchtreten lässt, wobei außerdem der optische Eindruck der Verglasungsscheibe für eine Betrachtung insbesondere von außen aufgewertet werden soll, um beispielsweise Farbverschiebungen bei einer Blickwinkelveränderung zu vermeiden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Verglasungsscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch einfache Mittel erreicht diese den Vorteil, dass wärmende Infrarotstrahlen gut reflektiert, sichtbare Lichtstrahlen gut hindurchgelassen und Farbverschiebungen der Reflektionsfarbe bei einer Betrachtung von außen zumindest im Wesentlichen unabhängig von der Betrachtungsrichtung beziehungsweise einem Betrachtungswinkel sind. Unter einem Betrachtungswinkel wird hierbei der Winkel zwischen der Betrachtungsrichtung und der Oberfläche der Verglasungsscheibe verstanden. Neben einer fehlenden Dämpfung langwelliger elektromagnetischer Strahlung ist somit ein Blickwinkelunabhängiger Farbeindruck der Verglasungsscheibe gewährleistet. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Materialien der Lagen derart gewählt sind, dass die Lagen abwechselnd einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex derart aufweisen, dass die Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe zumindest im Wesentlichen unabhängig von dem Betrachtungswinkel auf die Verglasungsscheibe gleich oder nahezu gleich ist.
Bevorzugt sind als Materialien mit hohem Brechungsindex Titandioxid, Zirkondioxid, Niob(V)-Oxid, Siliziumnitrid und/oder Si_xAl_yN_z beziehungsweise Siliziumaluminiumnitrid in der Beschichtung vorhanden. Mittels dieser Materialien kann in der Beschichtung in der jeweiligen Lage ein hoher Brechungsindex in vorteilhafter Weise realisiert werden.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass als Materialien mit niedrigem Brechungsindex Siliziumdioxid (SiO₂) oder Si_xAl_yO_z beziehungsweise Siliziumaluminiumoxid, in der Beschichtung vorhanden sind. Diese Materialien eignen sich vorteilhaft für die Schichten beziehungsweise Lagen mit niedrigem Brechungsindex in der Beschichtung. Durch den abwechselnd hohen und niedrigen Brechungsindex wird eine vorteilhafte Interferenz in der Beschichtung erzielt. Optional werden in der Beschichtung eine oder mehrere Lagen mit einem mittleren Brechungsindex ergänzt, um das Ergebnis zu optimieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Glasscheibe eine Grünglasscheibe. Alternativ oder zusätzlich zum Bilden einer Verbundglasscheibe ist die Glasscheibe bevorzugt eine Weißglasscheibe. Die Grünglasscheibe weist bereits eine Tönung auf, die in vorteilhafter Weise die Wärme des Fahrzeuginnenraums reduziert. So ist es beispielsweise auch denkbar, die Innenseite einer Glasscheibe aus Weißglas oder Grünglas oder die Kombination von beschichtetem Weißglas mit Grünglas beziehungsweise Weißglas als Verbundsicherheitsglas vorzusehen. Der Vorteil der zuletzt genannten Lösung ist, dass die Abriebsfestigkeit an der Außenseite auch ohne zusätzliche Maßnahmen gewährleistet ist und die Aspekte der winkelunabhängigen Reflektionsfarbe sowie der fehlenden Dämpfung elektromagnetischer Signale beibehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschichtung auf der Grünglasscheibe abwechselnd Lagen aus Siliziumnitrid und Siliziumdioxid, die auch Anteile von Aluminium aufweisen können, aufweist. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise ein vorteilhaftes Infrarotreflektionsverhalten der Beschichtung beziehungsweise der Verglasungsscheibe gewährleistet, sowie ein blickwinkelunabhängiger Farbreflektionsverlauf.
Bevorzugt weist die Beschichtung dazu insgesamt 10 bis 24 Lagen auf. Mit der Anzahl der Lagen wird insbesondere das Reflektionsverhalten der IR-Strahlung erhöht.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Beschichtung auf der Grünglasscheibe abwechselnd Lagen aus Siliziumdioxid und Zirkondioxid aufweist. Auch hierdurch wird eine vorteilhafte Infrarotstrahlenreflektion gewährleistet. In diesem Fall weist die Beschichtung bevorzugt 20 Lagen mit den sich abwechselnden Materialien auf. Dadurch wird das vorteilhafte Reflektionsverhalten gewährleistet. Anstelle von Siliziumdioxid kann dabei auch Siliziumaluminiumoxid verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass unabhängig von der Anzahl der Schichten und der Art der Materialien sowie der Glasscheibe eine zusätzliche Schicht aus Siliziumnitrid oder Siliziumaluminiumnitrid zwischen der Beschichtung und der Glasscheibe liegt, die dünner ist als die Beschichtung. Die Siliziumnitrid- oder Siliziumaluminiumnitrid-Schicht dient als Diffusionsbarriere gegen Alkali-Ionen, die ein Abplatzen der Beschichtung von der Glasscheibe durch Glaskorrosion in vorteilhafter Weise vermeidet.
Vorzugweise sind die inneren Lagen der Beschichtung bis zu 800 nm dick, wodurch sich ein vorteilhaftes Verhalten der Beschichtung ergibt.
Vorzugsweise ist die zusätzliche Schicht 15 bis 155 nm, insbesondere 20 oder 50 nm dick. In den meisten Fällen ist damit die zusätzliche Schicht die dünnste aller auf die Glasscheibe aufgebrachten Lagen. Da sie im Wesentlichen nur als Diffusionsbarriere dient, reicht diese Schichtdicke aus. Das vorteilhafte Reflektionsverhalten wird durch die darübergelegte Beschichtung erreicht.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die äußerste Lage der Beschichtung eine kratzfeste Schutzschicht ist. Diese verhindert den Abrieb der Beschichtung auch dann, wenn die Beschichtung auf der Außenseite der Verglasungsscheibe angeordnet und durch einen Scheibenwischer mechanisch beansprucht ist oder wird. Zur Verbesserung der Abriebfestigkeit beziehungsweise des Verschleiß der Verglasungsscheibe 1 wird beispielsweise eine besonders dicke zusätzliche Schicht aus Siliziumdioxid, Siliziumaluminiumoxid oder eine Schutzschicht, wie beispielsweise SICON® verwendet. Ein abriebfester Schichtstapel der Beschichtung kann zusätzlich oder alternativ auch durch ein Ausheizen der Lagen während oder nach der Beschichtung erhalten werden. Durch die vorteilhafte Wahl der Hartoxide innerhalb des Schichtstapels, beispielsweise Zirconiumdioxid, kann die Abriebfestigkeit auch erhöht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschichtung auf der Grünglasscheibe folgendermaßen ausgebildet ist: Eine erste Lage 1 ist durch die zusätzliche Schicht aus Siliziumaluminiumnitrid gebildet, die 20 nm dick ist. Auf der zusätzlichen Schicht liegt die Beschichtung mit zunächst einer Lage 2 aus Siliziumaluminiumoxid, die 210 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 3 aus Siliziumaluminiumnitrid, die 133 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 4 aus Siliziumaluminiumoxid, die 156 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 5 Siliziumaluminiumnitrid, die 106 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 6 Siliziumaluminiumoxid, die 160 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 7 Siliziumaluminiumnitrid, die 110 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 8 Siliziumaluminiumoxid, die 163 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 9 Siliziumaluminiumnitrid, die 113 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 10 Siliziumaluminiumoxid, die 165 nm dick ist. Darauf folgt eine Lage 11 Siliziumaluminiumnitrid, die 124 nm dick ist. In diesem Fall sind die Schichtdicken optional derart ausgelegt, dass die Reflektionsfarbe in einem weiten Winkelbereich grün ist und das gewünschte Infrarotreflektionsverhalten gewährleistet ist.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung auf der Grünglasscheibe wie folgt aufgebaut: Zunächst ist als Diffusionsbarriere eine Siliziumaluminiumnitrid-Schicht als Lage 1 vorgesehen, die 50 nm dick ist. Darauf folgt eine Schicht Zirconiumdioxid als Lage 2, die 71 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 3 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 205 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 4 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 31 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 5 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 190 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 6 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 111 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 7 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 137 nm dick ist. Darauf folgt eine Zirconiumdioxid-Schicht als Lage 8, die 116 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 9 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 100 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 10 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 99 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 11 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 143 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 12 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 118 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 13 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 204 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 14 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 29 nm dick ist. Darauf folgt eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht als Lage 15, die 203 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 16 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 122 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 17 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 133 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 18 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 108 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 19 eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht, die 191 nm dick ist. Darauf folgt als Lage 20 eine Zirconiumdioxid-Schicht, die 126 nm dick ist. Darauf folgt eine Siliziumaluminiumoxid-Schicht als Lage 21, die 82 nm dick ist. Wie zuvor wird durch die abwechselnden Lagen mit hohem und niedrigem Brechungsindex das vorteilhafte Reflektionsverhalten sowie die blickwinkelbetrachtungsunabhängige Reflektionsfarbe gewährleistet.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 eine Verglasungsscheibe für ein Kraftfahrzeug in einer vereinfachten Schnittdarstellung,
2A und 2B ein Lichtverhalten der Verglasungsscheibe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3A und 3B ein Lichtverhalten der Verglasungsscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
4A und 4B ein Lichtverhalten der Verglasungsscheibe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
5A und 5B ein Lichterverhalten der Verglasungsscheibe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
6A und 6B ein Lichterverhalten der Verglasungsscheibe gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel und
7A und 7B ein Lichterverhalten der Verglasungsscheibe gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung eine Verglasungsscheibe 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Verglasungsscheibe 1 ist beispielsweise als Seitenscheibe ausgebildet und weist als Hauptbestandteil eine Glasscheibe 2 auf, die aus Weißglas oder Grünglas, insbesondere aus einem Einscheibensicherheitsglas, gefertigt ist. Die Glasscheibe 2 weist zwei Seitenflächen auf, die je nach Anordnung der Glasscheibe 2 an dem Kraftfahrzeug als Außenseite oder Innenseite dienen. Vorliegend ist eine erste Seitenfläche, die in 1 nach oben weist, als Außenseite 3 und eine zweiten Seitenfläche als Innenseite 4 gewählt.
Auf der Außenseite 3 weist die Glasscheibe 2 eine Beschichtung 5 auf, die insbesondere zur Infrarotreflektion (IR-Reflektor), also zur Reflektion von Lichtwellen im Infrarotbereich, dient. Durch die Beschichtung wird verhindert, dass Wärmestrahlung der Sonne von außen in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Dazu weist die Beschichtung mehrere Lagen aus dielektrischen Materialien auf, die in 1 als Streifen vergrößert dargestellt sind. Die Materialien der Lagen sind dabei derart gewählt, dass die Lagen abwechselnd einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex aufweisen, wobei die Dicke d und das Material der einzelnen Lagen derart gewählt ist, dass eine Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe 1 zumindest im Wesentlichen unabhängig von einer Betrachtungsrichtung auf die Verglasungsscheibe 1 gleich oder nahezu gleich ist.
Um ein Abplatzen der Beschichtung 5 durch Glaskorrosion zu vermeiden, ist zwischen der Beschichtung 5 und der Glasscheibe 2 vorliegend eine zusätzliche Schicht 6 ausgebildet, die als Diffusionsbarriere gegen Alkali-Ionen wirkt. Bei der Schicht 6 handelt es sich um eine im Vergleich zu den übrigen Lagen der Beschichtung 5 dünne Lage Siliziumnitrid oder Siliziumaluminiumnitrid.
Im Folgenden sollen anhand von Ausführungsbeispielen unterschiedliche Realisierungen der Verglasungsscheibe 1 näher erläutert werden.
Ausführungsbeispiel 1:

Die Verglasungsscheibe 1 des ersten Ausführungsbeispiels weist als Glasscheibe 2 eine Grünglasscheibe als Lage 0 auf, die eine Dicke d von 3,15 mm aufweist. Die im Folgenden dargestellte Tabelle zeigt den übrigen Aufbau der Beschichtung 5 sowie der zusätzlichen Schicht 3, wobei die zusätzliche Schicht eine Lage 1 und die darauffolgenden Lagen der Beschichtung die Lagen 2 bis 11 bilden: Tabelle 1

Lage	Dicke d [nm]	Material
0	3,15 mm	Grünglas
1	20,0	Siliziumaluminiumnitrid
2	210	Siliziumaluminiumoxid
3	133	Siliziumaluminiumnitrid
4	156	Siliziumaluminiumoxid
5	106	Siliziumaluminiumnitrid
6	160	Siliziumaluminiumoxid₂
7	110	Siliziumaluminiumnitrid
8	163	Siliziumaluminiumoxid
9	113	Siliziumaluminiumnitrid
10	165	Siliziumaluminiumoxid
11	124	Siliziumaluminiumnitrid

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird als niedrigbrechendes Material Siliziumaluminiumoxid und als hochbrechendes Material Siliziumaluminiumnitrid verwendet. Die Schichtdicken d sind so ausgelegt, dass die Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe 1 bei einer Betrachtung von außen, also auf die Außenseite 3, in einem weiten Winkelbereich von zumindest 75° gleich oder nahezu gleich (grün) ist. Die auf die Glasscheibe 2 aufgebrachten Lagen sind thermisch nachbehandelt, unter anderem um die Kratzbeständigkeit der Beschichtung 5 zu erhöhen, sodass diese weniger verschleißanfällig ist, wenn beispielsweise eine Dichtlippe über die äußerste Schicht/Lage geführt wird. Die Gesamtbeschichtung der Glasscheibe 2, bestehend aus der Beschichtung 5 und der zusätzlichen Schicht 6 weist dabei vorliegend eine Gesamtdicke von D = 1439 nm auf.
2A und 2B zeigen das Lichtverhalten der Verglasungsscheibe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. 2A zeigt dazu die erreichte Transmission T, Reflektion R und Absorption A durch die Verglasungsscheibe 1 über die Wellenlänge λ. Zum einfacheren Verständnis ist der relevante Spektralbereich in einen UV-Bereich, ein Bereich sichtbaren Lichts VIS und einen Nah-Infrarotbereich NIR aufgeteilt. In dem in 2A gezeigten Spektrum ist ein Reflektionsmaximum von 90% bei einer Wellenlänge λ = 900 nm zu finden. Die Reflektion R geht im NIR-Bereich außerhalb des sichtbaren Spektrums VIS, das bis zu einer Wellenlänge von λ = 780 nm geht, steil nach oben. In diesem Bereich liegt der Großteil der von der Sonne emitierten Wärmestrahlung. Durch die vorgeschlagene Ausbildung der Verglasungsscheibe 1 wird somit eine hohe Reflektion der emitierten Wärmestrahlung gewährleistet.
Die geringe winkelabhängigkeit der Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe 1 ist im Vergleich zu einem unbeschichteten Grünglas in 2B gezeigt. Diese zeigt Transmissions- und Reflektionsfarben in a* und b* des Lab-Farbsystems. Somit sind in der 2B die Werte sowohl für eine unbeschichtete Glasscheibe (o) als auch für eine Glasscheibe mit der oben beschriebenen Beschichtung (B) eingezeichnet. Es zeigt sich, dass durch die vorteilhafte Beschichtung 5 beziehungsweise den dadurch gebildeten IR-Reflektor das Reflektionsfarbverhalten der Verglasungsscheibe 1 nicht oder kaum verändert. Der a*-Wert weicht mit der Beschichtung um 5 ab, bleibt aber ebenfalls über den gesamten Winkelbereich konstant beziehungsweise nahezu konstant. Das bedeutet, dass der Farbeindruck der Verglasungsscheibe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Reflektion und der Blickwinkeln α von 0° bis 75° gleich erscheint. Der Blickwinkel α wird dabei vorliegend gemessen ausgehend von einer Senkrechten auf die Außenseite 3 der Verglasungsscheibe 1, wie in 1 gezeigt. Es ergibt sich also die gewünschte blickwinkelunabhängige Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe 1.
Ausführungsbeispiel 2:

3A und 3B zeigen das Lichtverhalten der Verglasungsscheibe 1 bei einer Ausbildung der Beschichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel ist in der folgenden Tabelle 2 gezeigt, wobei hier erneut als dielektrische Materialien Siliziumaluminiumnitrid und Siliziumaluminiumoxid abwechselnd verwendet werden. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind nunmehr 19 abwechselnde Schichten der Beschichtung 5 vorgesehen. Zusätzlich ist eine abschließende kratzfeste Deckschicht, in diesem Fall aus modifiziertem DLC, das Silizium und Sauerstoff enthält, wie beispielsweise SICON®, vorhanden, welche die Kratzbeständigkeit der Beschichtung 5 verbessert: Tabelle 2

Lage	Dicke d [nm]	Material
0	3,15 mm	Grünglas
1	135	Siliziumaluminiumnitrid
2	71	Siliziumaluminiumoxid
3	1	Siliziumaluminiumnitrid
4	82	Siliziumaluminiumoxid
5	59	Siliziumaluminiumnitrid
6	55	Siliziumaluminiumoxid
7	27	Siliziumaluminiumnitrid
8	87	Siliziumaluminiumoxid
9	143	Siliziumaluminiumnitrid
10	44	Siliziumaluminiumoxid
11	159	Siliziumaluminiumnitrid
12	60	Siliziumaluminiumoxid
13	140	Siliziumaluminiumnitrid
14	109	Siliziumaluminiumoxid
15	23	Siliziumaluminiumnitrid
16	15	Siliziumaluminiumoxid
17	78	Siliziumaluminiumnitrid
18	122	Siliziumaluminiumoxid
19	20	Siliziumaluminiumnitrid
20	22	Siliziumaluminiumoxid
21	84	Siliziumaluminiumnitrid
22	82	modifiziertes DLC, mit Silizium und Sauerstoff

3A und 3B zeigen die aus den 2A und 2B bereits bekannten Diagramme, jedoch mit angepassten Werten. Auffällig ist ein Maximum der Reflektion R im Nah-Infrarotbereich. Außerdem zeigt sich, dass auch der Farbeindruck beziehungsweise die Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe 1 nicht oder nahezu nicht in Abhängigkeit von dem Blickwinkel α verändert.
Ausführungsbeispiel 3:

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird ein abriebtolerantes Design gewählt, bei welchem ein Abrieb der obersten Lage den Farbeindruck beziehungsweise die Farbreflektion nicht verändert. Ein mechanischer Abrieb wird also toleriert, dieser ist jedoch optisch nicht durch eine Farbänderung sichtbar. Eine hierfür geeignete Gesamtbeschichtung ist in der folgenden Tabelle 3 gezeigt: Tabelle 3

Lage	Dicke d [nm]	Material
0	3,15 mm	Grünglas
1	50	Siliziumaluminiumnitrid
2	74	Zirkoniumdioxid
3	54	Siliziumaluminiumoxid
4	157	Zirkoniumdioxid
5	36	Siliziumaluminiumoxid
6	44	Zirkoniumdioxid
7	33	Siliziumaluminiumoxid
8	43	Zirkoniumdioxid
9	225	Siliziumaluminiumoxid
10	26	Zirkoniumdioxid
11	52	Siliziumaluminiumoxid
12	18	Zirkoniumdioxid
13	71	Siliziumaluminiumoxid
14	300	Siliziumaluminiumoxid

Hierbei werden als dielektrische Materialien Siliziumnitrid und Zirconiumdioxid verwendet, wobei die Gesamtbeschichtung 14 Lagen aufweist, wobei die Lagen 13 und 14 beide aus Siliziumaluminiumoxid gefertigt sind, und wobei die äußerste Lage 14 mehr als dreimal so dick ist, wie die Lage 13.
4A und 4B zeigen erneut die aus 2A und 2B gezeigten Diagramme, mit angepassten Werten. Dabei sind die Reflektion R, Transmission T und Absorption A für mehrere Verschleißzustände der äußersten Lage 14 gezeigt, bei welchen die äußerste Lage 14 100%, 95%, 90%, 85% oder 80% ihrer ursprünglichen Dicke d aufweist.
Ausführungsbeispiel 4:

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel ist als äußerste Lage 24 der Beschichtung 5 eine 2 bis 5 µm dicke Siliziumoxid-Schicht vorgesehen, die eine hohe Verschleißfestigkeit für die Verglasungsscheibe 1 bietet. Als sich abwechselnden dielektrische Materialien sind hierbei erneut Siliziumaluminiumnitrid und Siliziumaluminiumoxid gewählt, wobei die Gesamtbeschichtung 24 Lagen aufweist: Tabelle 4

Lage	Dicke d [nm]	Material
0	3,15 mm	Grünglas
1	155	Siliziumaluminiumnitrid
2	51	Siliziumaluminiumoxid
3	12	Siliziumaluminiumnitrid
4	140	Siliziumaluminiumoxid
5	6	Siliziumaluminiumnitrid
6	62	Siliziumaluminiumoxid
7	162	Siliziumaluminiumnitrid
8	21	Siliziumaluminiumoxid
9	42	Siliziumaluminiumnitrid
10	11	Siliziumaluminiumoxid
11	70	Siliziumaluminiumnitrid
12	173	Siliziumaluminiumoxid
13	144	Siliziumaluminiumnitrid
14	117	Siliziumaluminiumoxid
15	11	Siliziumaluminiumnitrid
16	41	Siliziumaluminiumoxid
17	64	Siliziumaluminiumnitrid
18	67	Siliziumaluminiumoxid
19	9	Siliziumaluminiumnitrid
20	91	Siliziumaluminiumoxid
21	126	Siliziumaluminiumnitrid
22	15	Siliziumaluminiumoxid
23	13	Siliziumaluminiumnitrid
24	2000	Siliziumoxid

5B und 5B zeigen das sich daraus resultierende Lichtverhalten. Dabei zeigt 5B alternativ den Verlauf von Transmissions- und Reflektionsfarbe bei einer Schichtdicke der Endlage 24 von d = 5 µm, die ebenso zu einem vorteilhaften Ergebnis führt. Auch hier zeigt sich eine vorteilhafte Reflektion im Infrarot-Bereich sowie ein nahezu blickwinkelunabhängige Reflektionsfarbe. Es ist deutlich, dass die Siliziumoxid-Schicht (Lage 24), insbesondere Siliziumdioxid-Schicht, auch mit Abrieb keine Farbveränderung in der Reflektionsfarbe zulässt und somit ein robustes System darstellt.
Ausführungsbeispiel 5:

Während die vorliegenden Ausführungsbeispiele jeweils eine Außenbeschichtung der Glasscheibe 2 betreffen, ist gemäß dem folgenden, fünften Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Glasscheibe 2 eine Innenbeschichtung aufweist. Die Innenseite der Glasscheibe 2 wird in der Regel weniger mechanisch belastet als die Außenseite. Grünglas absorbiert allerdings das Sonnenlicht zum Teil, sodass der Infrarot-Reflektor auf der Innenseite weniger wirksam ist. Dies kann durch eine größere Schichtdicke von 2,6 µm der Gesamtbeschichtung jedoch kompensiert werden. Die folgende Tabelle 4 zeigt einen vorteilhaften Aufbau der Gesamtbeschichtung der Verglasungsscheibe 1, wobei hier als abwechselnde dielektrische Materialien Siliziumaluminiumnitrid und Zirconiumdioxid verwendet werden. Insgesamt sind hierbei 21 Lagen der Gesamtbeschichtung vorgesehen: Tabelle 5

Lage	Dicke d [nm]	Material
0	3,15 mm	Grünglas
1	50	Siliziumaluminiumnitrid
2	71	Zirkoniumdioxid
3	205	Siliziumaluminiumoxid
4	31	Zirkoniumdioxid
5	190	Siliziumaluminiumoxid
6	111	Zirkoniumdioxid
7	137	Siliziumaluminiumoxid
8	116	Zirkoniumdioxid
9	100	Siliziumaluminiumoxid
10	99	Zirkoniumdioxid
11	143	Siliziumaluminiumoxid
12	118	Zirkoniumdioxid
13	204	Siliziumaluminiumoxid
14	29	Zirkoniumdioxid
15	203	Siliziumaluminiumoxid
16	122	Zirkoniumdioxid
17	133	Siliziumaluminiumoxid
18	108	Zirkoniumdioxid
19	191	Siliziumaluminiumoxid
20	126	Zirkoniumdioxid
21	82	Siliziumaluminiumoxid

6A zeigt dazu das Lichtverhalten der Verglasungsscheibe 1 in Bezug auf Transmission, Reflektion und Absorption über die Wellenlänge λ, wobei die Reflektion R im Infrarotbereich deutlich niedriger ausfällt als in den bisherigen Ausführungsbeispielen. 6B zeigt das Transmissions- und Reflektionsfarbverhalten des Ausführungsbeispiels 5, wobei auch hier ersichtlich ist, dass die Reflektionsfarbe zumindest im Wesentlichen blickwinkelunabhängig ist.
Ausführungsbeispiel 6:

Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass anstelle von Grünglas Weißglas als Lage 0 verwendet wird, welches als solches Licht kaum absorbiert. Bei Weißglas ist die Absorption so gering, dass sie nicht ins Gewicht fällt. Für eine innenliegende Beschichtung (iB) auf Weißglas, also an auf die Innenseite der Glasscheibe 1 aufgebrachte Gesamtbeschichtung bietet sich der in der Tabelle 6 gezeigte Aufbau an: Tabelle 6

Lage	Dicke d [nm]	Material
0	3,15 mm	Weißglas
1	40	Siliziumaluminiumnitrid
2	108	Zirkoniumdioxid
3	119	Siliziumaluminiumoxid
4	139	Zirkoniumdioxid
5	187	Siliziumaluminiumoxid
6	32	Zirkoniumdioxid
7	195	Siliziumaluminiumoxid
8	672	Zirkoniumdioxid
9	6	Siliziumaluminiumoxid
10	144	Zirkoniumdioxid
11	301	Siliziumaluminiumoxid
12	102	Zirkoniumdioxid
13	157	Siliziumaluminiumoxid
14	420	Zirkoniumdioxid

Als abwechselnde dielektrische Materialien werden hierbei Zirconiumdioxid und Siliziumaluminiumoxid verwendet, wobei auch hier als zusätzliche Schicht zur Diffusionsbarriere Siliziumaluminumnitrid verwendet wird.
7A und 7B zeigen das Lichtverhalten des sechsten Ausführungsbeispiels, mit der aus dem Weißglas resultierenden geringen Absorption A (siehe 7A). Aus 7B ist jedoch ohne weiteres zu entnehmen, dass auch hier die Reflektionsfarbe sich durch die Beschichtung (iB) auf der Innenseite 4 im Wesentlichen blickwinkelunabhängig verhält.
Ausführungsbeispiel 7:
Gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, hier nicht dargestellt, ist die Glasscheibe 2 als Verbundglasscheibe ausgebildet. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel weist die Verbundglasscheibe dabei einen Aufbau gemäß der im Folgenden genannten Reihenfolge auf: Grünglas - Beschichtung 5 - PVB (Polyvinylbutyral, insbesondere Folie) - Grünglas. Alternativ weist das Verbundglas die in der folgenden Reihenfolge genannten Lagen auf: Weißglas - Beschichtung 5 - PVB - Grünglas. Insbesondere bei einer Verglasungsscheibe, die ein Verbundglas aufweist, ist als außenliegendes Glas Weißglas gewählt/verwendet, sodass die Beschichtung 5 beziehungsweise der IR-Reflektor möglichst dünn ausgeführt werden kann.

Die wesentlichen Kennzahlen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele werden nochmals in der folgenden Tabelle 7 zusammengefasst:

Ausführungsbeispiel	T_e [%] nach ISO 9050:2003(E)	TTS [%]	Schichtanzahl	Gesamtschichtdicke [nm]	Skin Damage Faktor
Grünglas, 3,15 mm, Referenz	48,0	60,8	-	-	5,5
Ausführungsbeispiel 1 Siliziumaluminiumnitrid/Siliziumaluminiumoxid	40,5	49,9	11	1439	3
Ausführungsbeispiel 2 Siliziumaluminiumnitrid/Siliziumaluminiumoxid + modifiziertes DLC	39,3	49,5	22	1628	1,0
Ausführungsbeispiel 3 Optisch robustes, abriebtolerantes Design Zirkoniumdioxid/Siliziumaluminiumoxid mit 300 nm Siliziumaluminiumoxid-Deckschicht	42,1	53,0	14	1182	1,5
Ausführungsbeispiel 4 Siliziumaluminiumnitrid/Siliziumaluminiumoxid + 2µm Siliziumoxid	40,3	50,7	24	3606	1,7
Ausführungsbeispiel 5 optimierte Innenbeschichtung auf Grünglas Siliziumaluminiumoxid/Zirkoniumdioxid auf Innenseite	36,1	50,9	21	2600	1,9
Ausführungsbeispiel 6 Beschichtung auf Weißglas Siliziumaluminiumoxid/Zirkoniumdioxid	55,3	56,4	14	2622	26,6

Wobei der Te-Wert die mit dem Sonnenspektrum gewichtete Transmission ist und der TTS-Wert die gesamt transmittierte solare Energie, das heißt inklusive der Wärmekonvektion.
Durch die vorteilhafte Beschichtung 5, die den IR-Reflektor bildet, wird ein auf Interferenzen basierendes Schichtsystem geboten, das die Wärmestrahlung der Sonne, die sich im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2500 nm befindet, zu einem Großteil reflektiert, während Transmission im sichtbaren Spektralbereich auf einem hohen Niveau verbleibt. Die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele erlauben darüber hinaus eine nahezu blickwinkelunabhängige Farbreflektion bei gleichzeitig niedriger elektromagnetischer Dämpfung im langwelligen Bereich von Mobilfunkwellen. Die verwendeten Materialien der Beschichtung sind so gewählt, dass sie unter Witterungsbedingungen innert sind, das Licht wenig streuen und außerdem auch abriebsfest sind.
Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Verglasungsscheibe 1 wird erreicht, dass zumindest unter einem Betrachtungswinkel von bis zu 75° ausgehend von der Senkrechten zur Oberfläche der Verglasungsscheibe 1 der Farbeindruck neutral verbleibt beziehungsweise sich die Farbreflektion nicht oder nur wenig verändert.
Durch die Außenbeschichtung lässt sich die höchste Performance bezüglich Reflektion und Infrarot-Strahlung der Sonne erzielen. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele verwenden zum Teil Siliziumaluminiumoxid oder Siliziumaluminiumnitrid. Optional können diese Materialien außerdem auch ohne Aluminiumbestandteile verwendet werden. Die Materialien Siliziumaluminiumoxid und Siliziumaluminiumnitrid sind bevorzugt, da es sich um kostengünstige und amorphe Materialien handelt, die in hohen Beschichtungsraten homogen auf die Scheibe aufgebracht werden können und bei Temperierung keine Phasenumwandlung aufweisen. Insbesondere erfolgte Die Abscheidung von Siliziumaluminiumoxid und Siliziumaluminiumnitrid in den Ausführungsbeispielen mittels reaktiver Mittelfrequenz Kathodenzerstäubung (engl. Sputtern). Als Reaktivgas diente Sauerstoff für die Abscheidung von Siliziumaluminiumoxid und Stickstoff für Siliziumaluminiumnitrid. Als Sputter-Target kam bevorzugt ein Si:Al(90:10 wt %)-Target zum Einsatz.
Die Beschichtung 5 kann in den genannten Ausführungsbeispielen insbesondere durch die zwei folgenden Varianten erreicht werden:

Variante 1: Zunächst wird ein flaches Substrat beschichtet und anschließend umgeformt. Hier muss der Schichtstapel eine Temperatur von 650°C über 10 min aushalten. Ebenso müssen die Schichtdicken die Biegung ohne lokale Dickenvariation mitmachen. Die Materialien dürfen keinen Phasenwechsel bis zu 650°C aufweisen, somit scheidet beispielsweise Titandioxid als hochbrechendes Material aus. Diese Methode ist für einen Massenfertigungsprozess am wirtschaftlichsten und daher bevorzugt.
Variante 2: Beschichtung des bereits gebogenen Substrats. Die Schichten werden keinen hohen Temperaturen ausgesetzt, sodass das als Substrat auch chemisch vorgespanntes Glas verwendet werden kann. Das gebogene Glas muss homogen beschichtet werden, was durch geeignete Blenden, beispielsweise im Sputter-Prozess realisiert wird.

Bezugszeichenliste

1: Verglasungsscheibe
2: Glasscheibe
3: Außenseite
4: Innenseite
5: Beschichtung
6: Schicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69920278 T2 [0002]
WO 2009/032032 A1 [0002]
DE 102008028141 A1 [0002]

Claims

Verglasungsscheibe (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Glasscheibe (2), die auf zumindest einer Seite eine Beschichtung (5) zur Infrarotreflektion aufweist, wobei die Beschichtung (5) aus mehreren Lagen von dielektrischen Materialien gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien der Lagen derart gewählt sind, sodass die Lagen abwechselnd einen hohen Brechungsindex und einen niedrigen Brechungsindex derart aufweisen, dass die Reflektionsfarbe der Verglasungsscheibe (1) zumindest im Wesentlichen unabhängig von einem Betrachtungswinkel (a) auf die Verglasungsscheibe (1) gleich oder nahezu gleich ist.
Verglasungsscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialien mit hohem Brechungsindex Titandioxid, Zirconiumdioxid, Hafniumdioxid, Niob(V)-oxid, Siliziumnitrid und/oder Siliziumaluminiumnitrid in der Beschichtung (5) vorhanden sind.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialien mit niedrigem Brechungsindex Siliziumdioxid oder Siliziumaluminiumoxid in der Beschichtung (5) vorhanden sind.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (2) eine Grünglasscheibe oder eine Weißglasscheibe ist.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) abwechselnd Lagen aus Siliziumaluminiumnitrid und Siliziumaluminiumoxid aufweist.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) insgesamt 10 bis 24 Lagen aufweist.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) abwechselnd Lagen aus Siliziumaluminiumoxid und Zirconiumdioxid aufweist.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Schicht (6) aus Siliziumnitrid zwischen der Beschichtung (5) und der Glasscheibe (2) liegt, wobei die zusätzliche Schicht (6) dünner ist, als die Lagen der Beschichtung (5).
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Lagen der Beschichtung bis zu 800 nm dick sind.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Schicht 15 bis 150 nm, insbesondere 20 oder 50 nm dick ist.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußerste Lage der Beschichtung (5) eine kratzfeste Schutzschicht ist.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) auf der Grünglasscheibe folgendermaßen aufgebaut ist: - Lage 1: Siliziumaluminiumnitrid, 20 nm dick; - Lage 2: Siliziumaluminiumoxid, 210 nm dick; - Lage 3: Siliziumaluminiumnitrid, 133 nm dick; - Lage 4: Siliziumaluminiumoxid, 156 nm dick; - Lage 5: Siliziumaluminiumnitrid, 106 nm dick; - Lage 6: Siliziumaluminiumoxid, 160 nm dick; - Lage 7: Siliziumaluminiumnitrid, 110 nm dick; - Lage 8: Siliziumaluminiumoxid, 163 nm dick; - Lage 9: Siliziumaluminiumnitrid, 113 nm dick; - Lage 10: Siliziumaluminiumoxid, 165 nm dick; - Lage 11: Siliziumaluminiumnitrid, 124 nm dick.
Verglasungsscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) auf der Grünglasscheibe folgendermaßen aufgebaut ist: - Lage 1: Siliziumaluminiumnitrid-Schicht, 50 nm dick; - Lage 2: Schicht Zirconiumdioxid, 71 nm dick; - Lage 3: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 205 nm dick; - Lage 4: Zirconiumdioxid-Schicht, 31 nm dick; - Lage 5: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 190 nm dick; - Lage 6: Zirconiumdioxid-Schicht, 111 nm dick; - Lage 7: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 137 nm dick; - Lage 8: Zirconiumdioxid-Schicht, 116 nm dick; - Lage 9: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 100 nm dick; - Lage 10: Zirconiumdioxid-Schicht, 99 nm dick; - Lage 11: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 143 nm dick; - Lage 12: Zirconiumdioxid-Schicht, 118 nm dick; - Lage 13: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 204 nm dick; - Lage 14: Zirconiumdioxid-Schicht, 29 nm dick; - Lage 15: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 203 nm dick; - Lage 16: Zirconiumdioxid-Schicht, 122 nm dick; - Lage 17: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 133 nm dick; - Lage 18: Zirconiumdioxid-Schicht, 108 nm dick; - Lage 19: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 191 nm dick; - Lage 20: Zirconiumdioxid-Schicht, 126 nm dick; - Lage 21: Siliziumaluminiumoxid-Schicht, 82 nm dick.