DE4033881A1 - Verfahren zur herstellung von scheiben mit einer vorgegebenen transmission - Google Patents
Verfahren zur herstellung von scheiben mit einer vorgegebenen transmissionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Sonnenschutzscheiben mit einer vorgegebenen Trans
mission für sichtbares Licht und für Sonnenstrahlung
durch Beschichtung von aus Mineralglas oder durch
scheinendem Kunststoff bestehenden Substraten.
Die Transmission für sichtbares Licht soll bei einer
derartigen Sonnenschutzscheibe zwischen 8% und 40%
betragen, während die für Sonnenstrahlung vergleichs
weise deutlich geringer sein soll.
Ein solcher Typ von Scheibe dient vor allem dazu, in
Gegenden mit hoher Sonnenintensität und an Gebäuden mit
großen Glasflächen den Anteil der in das Gebäude oder
Fahrzeug eingestrahlten Sonnenenergie so gering wie
möglich zu halten, um dadurch die Aufwendungen für eine
Klimatisierung zu reduzieren.
Die Scheiben sollen darüber hinaus eine gute und neu
trale Durchsicht vom Gebäudeinneren nach draußen ermög
lichen. Dies bedeutet, daß die Transmissionscharakteri
stik der Scheiben selektiv sein sollte in dem Sinne,
daß im Bereich des für das menschliche Auge sichtbaren
Lichtes eine möglichst hohe Transmission angestrebt
wird, und für den Wellenlängenbereich, der außerhalb
des Sichtbaren liegt, insbesondere des nahen Infratrot
bereichs (ca. 800-2500 nm), jedoch eine möglichst
geringe Transmission, wobei gleichzeitig eine hohe
Reflexion bevorzugt wird. Besonders vorteilhaft ist es,
wenn durch einfache Änderungen der Verfahrensparameter
die Transmissionswerte den jeweiligen geographischen
Anforderungen angepaßt werden können. So wird man
beispielsweise in Mitteleuropa Lichttransmissionswerte
von etwa 40% bevorzugen, da die Sonnenintensität im
Mittel wesentlich geringer ist als beispielsweise im
Süden der USA, wo Scheiben mit einer Lichttransmission
von 8% eingesetzt werden können.
Die Scheiben sollen weiterhin in ihrem äußeren Ausse
hen, insbesondere ihrer Farbe, den architektonischen
Gegebenheiten und Wünschen mit wenig Aufwand anpaßbar
sein, um eine kostengünstige Produktion einer großen
Palette von Farben und Transmissionswerten mit dem
gleichen Verfahren bzw. den gleichen Materialien zu
ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil, der von derartigen Sonnenschutz
gläsern gefordert wird, ist die Einsatzmöglichkeit als
Einzelglas, bei dem die Scheibe nicht durch ein Deck
glas wie bei der Isolierverglasung geschützt wird,
weshalb dieses Glas seine Eigenschaften durch chemi
schen und mechanischen Angriff bei der Reinigung sowie
durch ungehemmt einwirkende Umweltangriffe im Verlauf
ihrer Lebensdauer nicht verändern darf. Wenn, wie im
vorliegenden Falle, die Sonnenschutzeigenschaften durch
Aufbringen einer Beschichtung erreicht werden soll, muß
diese Schicht extrem widerstandsfähig gegenüber che
misch korrosiven Angriffen und mechanischem Abrieb
sein.
Sonnenschutzgläser, die durch Beschichtung mit dünnen
Metall- oder Metalloxidschichten hergestellt werden,
sind bereits bekannt (DE-OS 33 11 815, US-PS 44 62 884,
EP 01 85 314). In allen Fällen wird eine metallische
reflektierende Schicht auf klares oder getöntes Glas
aufgebracht, die aufgrund seiner metallischen Reflexion
und starken Absorption für sichtbares Licht zu einer
Reduktion der die Scheibe durchdringenden Sonnenener
giestrahlung führt. Die dabei verwendeten Metalle, be
vorzugt Cr-, Ni-, Fe-Legierungen, zeigen jedoch keinen
ausgeprägten selektiven Charakter, wie dies wünschens
wert wäre. Insbesondere ist bei diesen Schichtsystemen
die Erniedrigung der Sonnenenergietransmission gleich
zusetzen mit einer Erniedrigung der Lichttransmission.
Weiterhin ist es bekannt (DE-OS 33 11 815), durch eine
Einbettung der reflektierenden metallischen Schicht
(CrN) in transparente Oxidschichten und durch eine
Variation der Dicken dieser Oxidschichten über Inter
ferenzeffekte bestimmte Farbaspekte zu erzeugen.
Zusätzlich zu diesem Effekt der eingebetteten trans
parenten Interferenzschichten können absorbierende
teiltransparente Metalloxidschichten vorgesehen werden,
um weitere Farbvariationen zu erzielen. Darüber hinaus
hat man bereits vorgeschlagen, eine stark selektive Be
schichtung im angestrebten Sinne durch das Aufbringen
blanker oder in transparente Oxidschichten eingebette
ter dünner Schichten aus Au, Ag, Cu zu erzielen. Diese
Schichten sind jedoch mechanisch und chemisch nicht
widerstandsfähig genug, um als Einzelgläser eingesetzt
zu werden.
Schließlich hat man bereits vorgeschlagen, eine harte
selektive Beschichtung mit einer verminderten Licht
transmission zu erzielen, indem man anstelle der
genannten Edelmetalle eine dünne Schicht aus Titan
nitrid, Hafniumnitrid oder Zirkonnitrid zwischen zwei
transparenten Oxidschichten einbettet, da diese Ver
bindungen in ihren optischen Eigenschaften sehr nahe
den Edelmetallen verwandt sind. Ein derartiges Schicht
paket, das aus einer auf die Scheibe zunächst aufge
brachten transparenten Oxidschicht mit einer darauf
angeordneten Titannitrid- oder Zirkonnitridschicht und
über dieser angeordneten weiteren Oxidschicht besteht,
zeigt zwar einen guten selektiven Charakter, ist jedoch
nur unter Verwendung von relativ dicken und damit in
der Produktion sehr teuren und schwer zu kontrollieren
den Oxidschichten farblich abstimmbar. Die erforderli
chen Dicken der Oxidschichten zur Erzielung einer
blauen oder grünen Reflexionsfarbe übersteigen dabei
(wie im Fall des in der DE-OS 33 11 815 angegebenen
Schichtsystems) die 100 nm Marke, was nicht nur zu
einer Reduktion der Produktionskapazität führt, da die
se Oxidschichten nur etwa 20-40% der Wachstumsrate
einer rein metallischen Schicht aufweisen, sondern es
werden - beginnend bei diesen Schichtdicken - auch die
charakteristischen Eigenschaften einer Interferenz
schicht sichtbar, nämlich eine Abhängigkeit der Re
flexionsfarbe vom Betrachtungswinkel und eine sehr
empfindliche Abhängigkeit der Farbe von geringen
Schichtdickenvariationen. Diese beiden Gründe führen
dazu, daß in der industriellen Produktion solcher
Schichten keine Beschichtungen hergestellt werden,
deren Farbe es erfordert, die Dicke der Oxidschichten
auf über 100 nm zu steigern.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu
grunde, die Nachteile der bekannten Scheiben bzw. der
auf diesen aufgebrachten Schichtsysteme zu vermeiden
und eine Scheibe zu schaffen, die preiswert herstellbar
und deren Schicht von hoher Haltbarkeit ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das
Aufbringen einer ersten, aus Titannitrid, Hafniumnitrid
oder Zirkonnitrid gebildeten, unmittelbar auf das Sub
strat durch reaktives Zerstäuben (Sputtern) eines
Titan-, Hafnium- oder Zirkontargets in einer (Prozeß
gas-)Atmosphäre aus Argon und Stickstoff aufgebrachten
Schicht und einer zweiten Schicht aus einem transpa
renten Oxid mit einem Brechungsindex von etwa zwei,
beispielsweise einem Zinnoxid, einem Indiumoxid oder
einem entsprechenden Mischoxid, oder einem Tantal
pentoxid, einem Zirkonium- oder Zinkoxid, wobei diese
Oxide vorzugsweise von einem metallischen Target in
einer Argon- oder Sauerstoffatmosphäre auf die erste
Schicht aufbringbar sind, und mit einer aus Titan
nitrid, Hafniumnitrid oder Zirkonnitrid gebildeten, auf
die zweite Schicht durch reaktives Zerstäuben eines
Titan-, Hafnium- oder Zirkontargets in einer Atmosphäre
aus Argon und Stickstoff aufgebrachten dritten Schicht.
Weitere Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung
sind in den Patentansprüchen näher beschrieben und
gekennzeichnet.
Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsfor
men zu; eine davon ist in der anhängenden Zeichnung,
die das Schichtsystem im Schnitt zeigt, schematisch
näher dargestellt.
Auf ein Substrat 1 aus klarem oder eingefärbtem Float
glas, aus transparenten Kunststoffplatten (z. B. aus
Lexan, PMMA etc.) oder einer Kunstoffolie (Polyester,
Kapton etc.) ist
- - eine erste Schicht 2 aus Titannitrid durch reak tives Zerstäuben eines Titantargets in einer Mischung aus Argon und Stickstoff aufgebracht. Die Dicke dieser Schicht definiert zum einen Teil die sich ergebende Lichttransmission und liegt für eine angestrebte Lichttransmission von 8-50% bei ca. 50-5 nm;
- - eine zweite Schicht 3 aus einem transparenten Zinnoxid, das bevorzugt einen Brechungsindex von etwa zwei besitzt, durch reaktives Zerstäuben von einem metallischen Zinntarget in einer Argon- Sauerstoffatmosphäre auf die erste Schicht 2 aufgestäubt. Die Dicke dieser zweiten Schicht 3 bestimmt im wesentlichen die Reflexionsfarbe der beschichteten Scheibe und bewegt sich im Bereich von 0-100 nm (wodurch ein komplettes Reflexi onsfarbspektrum durchgestimmt werden kann, begin nend bei gelb über blau, grün und rot);
- - eine dritte Schicht 4, die wie die erste Schicht 2 aus TiN besteht mit einer Dicke von 5-50 nm auf gesputtert.
Im Rahmen von Berechnungen und Laborversuchen zeigte
sich überraschenderweise, daß ein wesentlich breiterer
Farbbereich des Reflexionsspektrums solcher Scheiben
erzielt werden konnte, indem eine Titannitrid- oder
Zirkonnitridschicht, die bereits als Einzelschicht
aufgrund ihrer optischen Eigenschaften den eigentlich
selektiven Charakter für sichtbares Licht und Sonnen
strahlung besitzt, in zwei Einzelschichten aufgespalten
würde, die durch eine transparente Oxidschicht vonein
ander getrennt werden.
Durch die Anordnung einer transparenten Oxidschicht
zwischen zwei Nitridschichten ergibt sich eine Verstär
kung der Interferenzwirkung dieser Schicht, da ein gro
ßer Teil des einfallenden Lichts an beiden Grenzflächen
der Oxidschicht infolge der hohen Reflexion der Nitrid
schichten stark reflektiert wird. Da dieses Licht nun
an den Nitrid/Oxid-Grenzflächen reflektiert wird, wird
ein vergleichbarer Effekt erzielt, als wenn man eine
wesentlich dickere Oxidschicht aufbringen würde, bei
der nur an einer Grenzfläche eine hochreflektierende
Schicht angebracht ist, wie dies bei konventionellen
Schichtsystemen der Fall ist. Es ist jedoch weiterhin
so, daß gerade die optischen Konstanten der verwendeten
Nitridschichten (Real- und Imaginärteil des komplexen
Brechungsindex dieser Schichten) für den beschriebenen
Effekt sich sehr günstig auswirken.
Die Vorteile dieses Schichtaufbaus gegenüber bereits
bekannten Sonnenschutzgläsern bestehen nun darin, daß
- a) durch die Verwendung von TiN- bzw. ZrN-Schichten geeigneter Zusammensetzung sich eine deutlich aus geprägte Selektivität in bezug auf den Durchlaß von sichtbarem Licht und Sonnenstrahlung ergibt. So lassen sich Schichten mit einer Lichttransmis sion von 20% herstellen, deren Sonnenenergie transmission bei etwa 10% liegt, ein Wert, der mit Schichten, die nach dem in der DE-OS 33 11 815 angegebenen Verfahren hergestellt wurden, nur bei einer Lichttransmission von etwa 11-12% er reichbar ist,
- b) durch die Verwendung dieser Nitride, die für ihre mechanische Härte und chemische Beständigkeit aus dem Sektor der Werkzeugvergütung (Tribologie) bekannt sind, zusammen mit chemisch und mechanisch resistenten Oxiden wie Zinnoxid, es möglich ist, Gläser, die mit diesem Schichtsystem beschichtet wurden, als Einzelgläser einzusetzen,
- c) eine vollständige Palette von Reflexionsfarben durch Variation einer einzelnen Schichtdicke - der Oxidschicht - produziert werden kann, wobei die Dicke dieser Schicht 100 nm nicht überschreitet,
- d) das Schichtsystem nur eine einzige transparente und damit meist elektrisch isolierende Oxidschicht enthält, die in einem Gleichspannungs-Zerstäu bungsverfahren, wie es in der Produktion von groß flächigen Architekturglasbeschichtungen angewendet wird, nur mit besonderen Vorkehrungen aufgebracht werden kann. Insbesondere ist bei dieser Art von Schicht eine häufige Reinigung der Beschichtungs station erforderlich, da sich elektrisch isolie rende Schichten auch in der Umgebung der Zerstäu bungskathode aufbauen, die bei Überschreiten einer bestimmten Dicke den Zerstäubungsprozeß stören, da sie den Stromfluß von der Zerstäubungskathode zur Anode, die meist von der Vakuumkammer gebildet wird, stören. Bei den bisher bekannten Verfahren sind mindestens zwei solcher Beschichtungsstatio nen für Oxidschichten erforderlich, und selbst dann kann der Bereich der Farbpalette nicht in der Weise abgedeckt werden wie durch das erfindungsge mäße Schichtsystem,
- e) durch die Anordnung der Interferenzschicht (Oxid schicht) zwischen den nur teildurchlässigen Nitridschichten geringe Abweichungen in der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke der Oxidschicht nicht sofort zu einer Farbveränderung in der Reflexionsfarbe führen, sondern durch die Absorp tion in den Nitridschichten gedämpft werden, d. h. der Übergang von einer Farbe zur anderen bei einer Schichtdickenänderung ist nicht abrupt, wie dies typisch ist für reine Interferenzschichten, son dern eher weich und kontinuierlich, so daß mit größeren Produktionstoleranzen bei der Herstellung solcher Schichten gearbeitet werden kann,
- f) durch die ausgeprägte Selektivität ist es möglich, Gläser mit einer deutlich höheren Lichttransmis sion bei gleicher Sonnenschutzwirkung herzustel len. Insbesondere für den europäischen Raum lassen sich damit die angestrebten Werte von etwa 40% Lichttransmission bei gleichzeitig guter Sonnen schutzwirkung erzielen.
Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schichtsystem
(Inverse Solar Control):
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Sonnenschutzscheiben
mit einer vorgegebenen Transmission für sichtbares
Licht und einer vergleichsweise niedrigeren Trans
mission für Sonnenstrahlung durch Beschichtung von
aus Mineralglas oder durchscheinendem Kunststoff
bestehenden Substraten
- a) mit einer ersten aus Titannitrid, Hafniumni trid oder Zirkonnitrid gebildeten, unmittel bar auf das Substrat (1) durch reaktives Zer täuben eines Titan-, Hafnium- oder Zirkon targets in einer Atmosphäre aus Argon und Stickstoff aufgebrachten Schicht (2),
- b) mit einer zweiten Schicht (3) aus einem transparenten Oxid mit einem Brechungsindex von etwa zwei, beispielsweise einem SnO2, In2O3, deren Mischoxide oder Ta2O5 und ZrO2 oder ZrO, wobei diese Oxide vorzugsweise durch reaktives Zerstäuben von einem metalli schen Target in einer Argon- oder Sauerstoff atmosphäre auf die erste Schicht (2) auf bringbar sind und
- c) mit einer aus Titannitrid, Hafniumnitrid oder Zirkonnitrid gebildeten, auf die zweite Schicht (3) durch reaktives Zerstäuben eines Titan-, Hafnium- oder Zirkontargets in einer Atmosphäre aus Argon und Stickstoff aufge brachten dritten Schicht (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der ersten und zweiten (2 bzw. 3)
und/oder der zweiten und dritten Schicht (3 bzw.
4) eine Haftvermittlerschicht (5), beispielsweise
eine NiCr- oder NiCr-Suboxidschicht (unterstöchio
metrisches NiCr-Oxid) vorgegeben ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die dritte, aus Titannitrid, Haf
niumnitrid oder Zirkonnitrid gebildete Schicht (4)
eine Dicke von 5 bis 50 nm aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar auf
das Substrat (1) aufgebrachte erste Schicht (2)
eine Dicke von 5-50 nm aufweist.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherge
henden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der zweiten Schicht (3) im wesent
lichen die Reflexionsfarbe der Scheibe bestimmt
und eine Dicke von 0 bis 100 nm aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4033881A DE4033881A1 (de) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | Verfahren zur herstellung von scheiben mit einer vorgegebenen transmission |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4033881A DE4033881A1 (de) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | Verfahren zur herstellung von scheiben mit einer vorgegebenen transmission |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4033881A1 true DE4033881A1 (de) | 1992-04-30 |
Family
ID=6416990
Family Applications (1)
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DE4033881A Withdrawn DE4033881A1 (de) | 1990-10-25 | 1990-10-25 | Verfahren zur herstellung von scheiben mit einer vorgegebenen transmission |
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Legal Events
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Owner name: BALZERS UND LEYBOLD DEUTSCHLAND HOLDING AG, 63450 |
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8130 | Withdrawal |