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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen beschichteten Gegenstand aus Glas mit einer
Sonnenschutzbeschichtung. Diese Erfindung betrifft insbesondere
einen Glasgegenstand mit einer mehrlagigen Beschichtung und einer
hohen Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht, wobei die Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie niedrig ist.
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2. Zusammenfassung der verwandten Technik
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Beschichtungen
auf Bauglas werden allgemein verwendet, um bestimmte Energieabsorptions-
und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften
bereitzustellen. Außerdem
stellen Beschichtungen gewünschte
Reflexions- oder Spektraleigenschaften bereit, die ästhetisch
ansprechend sind. Die beschichteten Gegenstände werden häufig einzeln
oder in Kombinationen mit anderen beschichteten Gegenständen verwendet,
um eine Verglasung oder eine Fenstereinheit zu bilden.
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Beschichtete
Gegenstände
aus Glas werden typischerweise "online" bzw. prozessgekoppelt
hergestellt, indem ein Glassubstrat während seiner Herstellung in
einem Prozess, der im Stand der Technik als "Floatglasprozess" bekannt ist, kontinuierlich beschichtet
wird. Außerdem
werden beschichtete Gegenstände aus
Glas "offline" durch einen Sputterprozess
hergestellt. Der erstgenannte Prozess beinhaltet das Gießen von Glas
auf ein geschmolzenes Zinnbad, das in geeigneter Weise eingeschlossen
ist, gefolgt vom Überführen des Glases
nach ausreichender Abkühlung
auf Toproller, die mit dem Bad fluchten, und schließlich Abkühlen des Glases
bei seinem Transport über
die Roller zunächst
durch einen Kühlofen
und danach, während
es der Umgebungsatmosphäre
ausgesetzt ist. Eine nicht oxidierende bzw. inerte Atmosphäre wird
während
der Schwimmphase des Prozesses aufrechterhalten, während das
Glas mit dem geschmolzenen Zinnbad in Kontakt ist, um die Oxidation
des Zinns zu verhindern. Im Kühlofen
wird eine oxidierende Atmosphäre
aufrechterhalten. Im Allgemeinen werden die Beschichtungen auf das
Glassubstrat beim Floatglasprozess im Float-Bad aufgebracht. Beschichtungen
können
jedoch auch im Kühlofen
auf das Substrat aufgebracht werden.
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Die
Attribute des resultierenden beschichteten Glassubstrats hängen von
den spezifischen Beschichtungen ab, die während des Floatglasprozesses
oder eines Offline-Sputterprozesses
aufgebracht werden. Die Zusammensetzungen und Dicken der Beschichtungen
verleihen Lichtabsorptions- und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des
beschichteten Gegenstandes, wobei auch die spektralen Eigenschaften
betroffen sind. Gewünschte
Attribute können
durch Verändern
der Zusammensetzungen oder Dicken der Beschichtungslage oder -lagen
erzielt werden. Allerdings können Änderungen
zur Verbesserung einer bestimmten Eigenschaft auch andere Durchlässigkeits-
oder Spektraleigenschaften des beschichteten Glasgegenstandes nachteilig beeinflussen.
Das Erzielen der gewünschten
spektralen Eigenschaften ist häufig
schwierig, wenn versucht wird, spezifische Eigenschaften der Energieabsorption
und der Lichtdurchlässigkeit
bei einem beschichteten Gegenstand aus Glas zu kombinieren.
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Es
wäre vorteilhaft,
einen beschichteten Glasgegenstand mit einem neutralen Farbton bereitzustellen, der
Sonnenenergie im Sommer abhält
und eine niedrige Wärmedurchgangszahl
(U-Wert) im Winter hat. Eine Sonnenschutz-Verglasung mit niedriger
spezifischer Ausstrahlung und geringer Gesamtdurchlässigkeit
für die Sonnenenergie
würde die
Energiekosten in Gebäuden
und Wohnungen erheblich senken, wobei ein gewünschter neutraler Farbton bereitgestellt
wird.
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Es
wäre außerdem vorteilhaft,
eine Sonnenschutz-Verglasung bereitzustellen, die einen farbneutralen Reflexionsgrad,
eine niedrige spezifische Ausstrahlung, eine hohe Durchlässigkeit
für das
sichtbare Licht und eine geringe Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie hat. Die
Verwendung eines solchen neutralfarbigen Gegenstandes bei Bauverglasungen
würde ein
hohes Maß an
Durchlässigkeit
des sichtbaren Lichtes gestatten, während eine erhebliche Menge
der nahen Infrarotenergie abgehalten werden würde. Des Weiteren würde die
niedrige spezifische Ausstrahlungscharakteristik der Verglasung
jegliche indirekte Wärmeverstärkung durch
Absorption auf ein Minimum senken.
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Die
EP 0 983 972 offenbart ein
Sonnenschutzglas, das eine akzeptable Durchlässigkeit des sichtbaren Lichtes
hat, Licht nahe der Infrarot-Wellenlänge (near infrared (NIR); nahes
Infrarot) absorbiert und Infrarotlicht im mittleren Bereich (mittleres
Infrarot geringer Emissionsfähigkeit)
mit einer vorgewählten
Farbe innerhalb des sichtbaren Lichtspektrums für reflektiertes Licht reflektiert.
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Abriss der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird ein neuartiger Glasgegenstand bereitgestellt, der zur Herstellung
von beschichtetem, wärmedämmendem
Glas für
Gebäudefenster
geeignet ist. Der beschichtete Gegenstand enthält ein Glassubstrat, eine Beschichtung
aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid, die auf dem Glassubstrat abgeschieden
ist und auf diesem haftet, und eine Beschichtung aus mit Fluor dotiertem
Zinnoxid, die auf der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid
abgeschieden ist und auf dieser haftet.
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Der
erfindungsgemäße beschichtete
Gegenstand aus Glas hat eine Selektivität von 13 oder darüber, vorzugsweise
14 oder darüber,
wobei die Selektivität
definiert ist als die Differenz zwischen der Durchlässigkeit für das sichtbare
Licht (Lichtart C) und der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie integriert
mit einer Luftmasse 1,5. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der beschichtete
Glasgegenstand eine Beschichtung aufweisen, die bei Aufbringen auf
einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm eine
Selektivität
von 13 oder darüber,
vorzugsweise 14 oder darüber,
bereitstellt. Der beschichtete Glasgegenstand hat eine Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht von 63% oder darüber
und eine bevorzugte Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie
von 53% oder darunter.
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Vorzugsweise
enthält
der beschichtete Gegenstand aus Glas eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht
zwischen dem Glassubstrat und der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem
Zinnoxid. Die Beschichtungen sind so beschaffen, dass sie eine neutrale
Farbe bei Durchlässigkeit
und Reflexion bereitstellen, wenn sie auf ein durchsichtiges Glassubstrat
aufgebracht werden.
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Die
Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid des erfindungsgemäßen beschichteten
Glasgegenstandes sorgt für
die Absorption der Sonnenenergie. Dabei beinhaltet dies die Absorption
von einigem sichtbarem Licht, wobei die Beschichtung aus mit Antimon
dotiertem Zinnoxid relativ selektiv ist, so dass sie mehr Energie
im nahen Infrarot als sichtbares Licht absorbiert. Die Beschichtung
aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid verringert also die Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung.
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Die
Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid senkt den Emissionsgrad
des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung auf unter 0,2,
vorzugsweise auf unter 0,15. Als eine Eigenschaft einer Isolierglaseinheit
stellt der niedrige Wert der spezifischen Ausstrahlung im Winter
eine Wärmedurchgangszahl
unter 0,4 und vorzugsweise unter 0,35 bereit. Außerdem ist überraschenderweise festgestellt
worden, dass die Bereitstellung der Beschichtung aus mit Fluor dotiertem
Zinnoxid über
der Beschich tung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid gemäß der Erfindung
die Selektivität
des beschichteten Glasgegenstandes verbessert.
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Der
spezifische Beschichtungsstapel auf dem Glassubstrat stellt einen
neutral gefärbten
Gegenstand mit hoher Durchlässigkeit
für das
sichtbare Licht, einer reduzierten Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie und einer
niedrigen spezifischen Ausstrahlung bereit. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes
für Bauverglasungen
resultiert in einer Verglasung, die im Sommer die Sonnenenergie
abhält
und im Winter eine niedrige Wärmedurchgangszahl
bereitstellt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neutral gefärbte Bauverglasung bereitzustellen,
die das sichtbare Licht in hohem Maße durchlässt und die Menge der durchgelassenen
Sonnenenergie erheblich verringert.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Bauverglasung mit niedriger
spezifischer Ausstrahlung bereitzustellen, um die indirekte Verstärkung durch
Absorption auf ein Minimum zu senken.
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Es
ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, einen beschichteten Gegenstand
aus Glas bereitzustellen, der sich zur Verwendung als Bauverglasung
eignet und der sowohl hinsichtlich Reflexion als auch Durchlässigkeit
eine neutrale Farbe hat, während
die gewünschten
Eigenschaften der spezifischen Ausstrahlung und der Durchlässigkeit
für die
Sonnenergie beibehalten werden. Wir haben festgestellt, dass die
erfindungsgemäßen Beschichtungsstapel
durch die geeignete Wahl der Dicken der einzelnen Lagen sowohl mit
der gewünschten
hohen Selektivität
als auch mit einer neutralen Farbe hergestellt werden können.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
obigen sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich
dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in
Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht als senkrechter Schnitt einer Vorrichtung zur
Ausführung
des Floatglasprozesses, die vier im Float-Bad geeignet positionierte
Gasverteiler enthält,
um Beschichtungen auf das Glassubstrat gemäß der Erfindung aufzubringen;
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2 eine
abgebrochene Schnittansicht eines beschichteten Glasgegenstandes
gemäß der Erfindung;
und
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3 ein
Schema einer Bauverglasung gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der der beschichtete Glasgegenstand in einer Isolierglaseinheit
als eine außen
liegende Fensterscheibe dargestellt ist, wobei die mehrlagige Beschichtung
der Erfindung nach innen weist.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Gemäß der Erfindung
ist überraschenderweise
festgestellt worden, dass ein beschichteter Glasgegenstand mit einer
mehrlagigen Beschichtung aus einer Lage aus mit Antimon dotiertem
Zinnoxid, über
der eine Lage aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid aufgebracht ist,
einen Gegenstand bereitstellt, der eine niedrige spezifische Ausstrahlung,
eine hohe Durchlässigkeit
für das
sichtbare Licht und eine verringerte Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie bereitstellt. Der beschichtete Gegenstand aus Glas
ist besonders zur Verwendung in Bauverglasungen und Fenstern geeignet.
Der beschichtete Glasgegenstand der vorliegenden Erfindung kann
jedoch auch für
andere Anwendungen, z. B. Fahrzeugfenster, geeignet sein.
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Vorzugsweise
enthält
der beschichtete Glasgegenstand eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht,
die zwischen dem Glassubstrat und der Beschichtung aus mit Antimon
dotiertem Zinnoxid abgeschieden ist. Die Beschichtungen sind so
beschaffen, dass sie eine neutrale Farbe hinsichtlich Durchlässigkeit
und Reflexion bereitstellen, wenn sie auf ein durchsichtiges Glassubstrat
aufgebracht werden.
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2 veranschaulicht
den beschichteten Glasgegenstand der Erfindung, der allgemein mit 35 gekennzeichnet
ist und ein Glassubstrat 36 sowie eine auf einer seiner
Oberflächen
haftende mehrlagige Beschichtung 37 aufweist. Bei der dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
weist die mehrlagige Beschichtung eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht 38,
eine Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid 41 und
eine äußere Beschichtung
aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 auf. Bei der dargestellten
Ausführungsform
besteht die Irisieren unterdrückende
Zwischenschicht 38 speziell aus einer Zinnoxidbeschichtung 39 und einer
Siliziumdioxidbeschichtung 40.
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Die
Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid 41 des
beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung sorgt speziell für die Absorption
der Sonnenenergie. Dabei beinhaltet dies die Absorption von einigem sichtbaren
Licht, wobei die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid
relativ selektiv ist, so dass sie mehr Energie im nahen Infrarot
als sichtbares Licht absorbiert. Die Beschichtung aus mit Antimon
dotiertem Zinnoxid verringert also die Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung.
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Die
Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid 41 hat
ein Molverhältnis
von Antimon zu Zinn zwischen ca. 0,05 und 0,12. Vorzugsweise liegt
das Molverhältnis
von Antimon zu Zinn zwischen ca. 0,06 und 0,10 und beträgt am meisten
bevorzugt ca. 0,07. Die Beschichtung aus Antimon dotiertem Zinnoxid 41 wird mit
einer Dicke zwischen ca. 1400 und ca. 2000 Å und vorzugsweise zwischen
ca. 1700 bis ca. 1800 Å aufgebracht.
Wenn die Dicke der mit Antimon dotierten Zinnoxidbeschichtung im
angegebenen Bereich des Molverhältnisses über 2000 Å ansteigt,
nimmt die Absorption des sichtbaren Lichtes bis zu dem Punkt zu,
in dem die Durchlässigkeit
des sichtbaren Lichtes unerwünscht
gering ist. Wenn jedoch die Dicke der mit Antimon dotierten Zinnoxidbeschichtung
im angegebenen Molverhältnisbereich
unter 1400 Å verringert
wird, wird die Gesamtdurchlässigkeit
der Sonnenenergie unerwünscht
hoch.
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Die
Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 senkt
den Emissionsgrad des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung
auf unter 0,2, vorzugsweise auf unter 0,15. Als eine Eigenschaft
einer Isolierglaseinheit stellt der niedrige Wert der spezifischen
Ausstrahlung im Winter eine Wärmedurchgangszahl
unter 0,4 und vorzugsweise unter 0,35 bereit. Außerdem ist überraschenderweise festgestellt
worden, dass ein mehrlagiger Beschichtungsstapel gemäß der Erfindung
eine verbesserte Selektivität
bezüglich
entweder nur einer Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid
oder nur einer Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid bereitstellt.
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Die
Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 enthält eine
ausreichende Fluordotierung, um die oben angegebene spezifische
Ausstrahlung bereitzustellen. Die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 wird
mit einer Dicke zwischen ca. 2200 und ca. 3500 Å und vorzugsweise zwischen
ca. 2800 bis ca. 3200 Å aufgebracht.
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Die
Irisieren unterdrückende
Zwischenschicht
38 des Beschichtungsstapels auf dem Glassubstrat
36 stellt
ein Mittel zum Reflektieren und Brechen von Licht bereit, um zu
verhindern, dass Irisieren wahrnehmbar ist. Die Schicht beseitigt
speziell Irisieren, so dass der beschichtete Gegenstand sofern gewünscht sowohl
hinsichtlich der Reflexion als auch der Durchlässigkeit neutral gefärbt sein
kann. Außerdem
unterdrückt
die Zwischenschicht die Wahrnehmung schräg verschobener (off-angle)
Farben. Irisieren unterdrückende
Beschichtungen sind im Stand der Technik herkömmlich bekannt. So beschreiben
z. B. die
U.S.-Patente Nr. 4,187,336 ,
4,419,386 und
4,206,252 Beschichtungstechniken,
die sich zur Unterdrückung
von Interferenzfarben eignen. Farbunterdrückungsbeschichtungen aus einer
Lage, aus mehreren Lagen oder Gradientenlagen sind zur Verwendung
mit der vorliegenden Erfindung geeignet.
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Bei
der in 2 dargestellten Zweikomponenten-Zwischenschicht 38,
bei der es sich um den bevorzugten Typ einer Irisieren unterdrückenden
Zwischenschicht zur Verwendung bei der Verwirklichung der vorliegenden
Erfindung handelt, hat die auf dem Glassubstrat abgeschiedene und
darauf haftende Beschichtung 39 einen hohen Brechungsindex
im sichtbaren Spektrum und besteht bevorzugt aus Zinnoxid. Die zweite
Beschichtung 40 mit einem niedrigen Brechungsindex ist
auf der ersten Beschichtung der Zwischenschicht abgeschieden und
haftet auf dieser und besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid. Allgemein
hat jede Beschichtung eine Dicke, die so gewählt ist, dass die Zwischenschicht
eine kombinierte optische Gesamtdicke von zwischen ca. 1/6 bis ca.
1/12 der Auslegungswellenlänge
von 500 nm bildet.
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Die
zur Herstellung des beschichteten Gegenstandes aus Glas gemäß der vorliegenden
Erfindung geeigneten Glassubstrate können beliebige der herkömmlichen
im Stand der Technik bekannten Glaszusammensetzungen beinhalten,
die sich für
Bauverglasungen eignen. Das bevorzugte Substrat ist ein durchsichtiges
Floatglas(Flachglas) Band, wobei die Beschichtungen der vorliegenden
Erfindung in der erwärmten
Zone des Floatglasprozesses aufgebracht werden. Außerdem können gefärbte Glassubstrate
zum Aufbringen des mehrlagigen Stapels gemäß der Erfindung geeignet sein.
Bestimmte gefärbte
Glassubstrate können
jedoch die spektralen und Energiedurchlässigkeitseigenschaften der
Erfindung beeinträchtigen.
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Der
spezifische Beschichtungsstapel auf dem Glassubstrat stellt einen
beschichteten Glasgegenstand mit hoher Durchlässigkeit für das sichtbare Licht, einer
verringerten Durchlässigkeit
für die
Sonnenenergie und einer niedrigen spezifischen Ausstrahlung bereit.
Der beschichtete Glasgegenstand der Erfindung hat eine Selektivität von 13
oder darüber,
wobei die Selektivität
definiert ist als die Differenz zwischen der Durchlässigkeit für das sichtbare
Licht (Lichtart C) und der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie integriert
mit einer Luftmasse 1,5 auf einem klaren Glassubstrat mit einer
Nenndicke von 3 mm. Die Selektivität beträgt vorzugsweise 14 oder darüber, wobei
die bevorzugte Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht von 63% oder darüber
und eine bevorzugte Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie von 53% oder darunter beträgt. Die spezifische Ausstrahlung
des vorliegenden erfindungsgemäßen Gegenstandes
beträgt
unter 0,2 und vorzugsweise unter 0,15. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes
für Bauverglasungen
resultiert in einer Verglasung, die im Sommer die Sonnenenergie
abhält
und im Winter eine niedrige Wärmedurchgangszahl
bereitstellt.
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Die
mehrlagigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung resultieren
in einem beschichteten Glasgegenstand, der sowohl hinsichtlich der
Reflexion als auch der Durchlässigkeit
eine neutrale Farbe aufweist. Die Farbe wird durch die Zusammensetzung
und Dicke der verschiedenen Lagen des Stapels definiert. Der Rg-Wert oder die Reflexionsfarbe, gemessen
von der Seite des Glassubstrats des beschichteten Gegenstandes,
hat vorzugsweise einen a*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 und einen
b*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 gemäß Definition
im CIELAB-Farbskalensystem. Der Off-Winkel Rg ist
zumindest teilweise wegen der abgestimmten Brechungsindizes der
Beschichtungen aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid und aus mit Fluor
dotiertem Zinnoxid neutral.
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Der
Rf-Wert oder die Reflexionsfarbe, gemessen
von der Seite des Films des beschichteten Gegenstandes hat vorzugsweise
einen a*-Wert zwischen ca. 5 und ca. –5 und einen b*-Wert zwischen
ca. 5 und ca. –5
gemäß Definition
im CIELAB-Farbskalensystem,
gilt aber nicht als kritischer Faktor für die Zwecke der vorliegenden
Erfindung, da der Betrachter bei den meisten Anwendungen die glasseitige
Reflexion aufgrund der Oberfläche
der Glasscheibe, auf der der Film abgeschieden ist, sieht. Die durchgelassene
Farbe des beschichteten Gegenstandes ist ästhetisch neutral mit einem
a*-Wert zwischen ca. 2 und ca. –5
und einem b*-Wert zwischen ca. 2 und ca. –5. Der beschichtete Gegenstand
aus Glas weist außerdem
vorzugsweise eine Trübung von
weniger als 0,8% auf.
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Um
die oben beschriebene Farbneutralität zu erzielen, kann es wünschenswert
sein, die Dicken der Zinnoxid- und Siliziumdioxidschichten der Farbe
zwischen 150 Å und
350 Å zu
variieren. Es ist außerdem
von Bedeutung, dass bezüglich
der vorliegenden Erfindung die Farbneutralität nicht streng durch mathematische Grenzwerte
definiert ist, sondern auch wie sie vom menschlichen Auge bei Betrachtung
der glasseitigen Reflexionsfarbe (Rg) und
der durchgelassenen Farbe wahrgenommen wird.
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Die
Beschichtungen des Gegenstandes der Erfindung können mit jedem der allgemein
im Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahren aufgebracht
werden. Vorzugsweise werden die Beschichtungen "online" durch chemische Abscheidung aus der
Dampfphase während
des Glasherstellungsprozesses auf das Glassubstrat aufgebracht. 1 zeigt
eine allgemein mit 10 gekennzeichnete Vorrichtung, die
zur Online-Herstellung des beschichteten Glasgegenstandes der vorliegenden
Erfindung geeignet ist, die einen Floatabschnitt 11, einen
Kühlofen 12 und
einen Kühlabschnitt 13 aufweist.
Der Floatabschnitt 11 hat eine Wanne 14, die ein
geschmolzenes Zinnbad 15 enthält, ein Dach 16, Seitenwände (nicht
dargestellt) und Stirnwände 17, die
zusammen einen abgedichteten Raum 18 bilden, in dem eine
nicht oxidierende Atmosphäre
aufrechterhalten wird, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird,
um die Oxidation des Zinnbades 15 zu vermeiden. Während des
Betriebs der Vorrichtung 10 wird geschmolzenes Glas auf
einen Herd 20 gegossen und fließt von diesem unter einer Zumesswand 21 durch,
dann nach unten auf die Oberfläche
des Zinnbades 15, von wo es durch Toproller 22 entnommen,
durch den Kühlofen 12 und
anschließend
durch den Kühlabschnitt 13 transportiert
wird.
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Eine
nicht oxidierende Atmosphäre
wird im Floatabschnitt 11 aufrechterhalten, indem ein geeignetes Gas,
wie z. B. eines, das aus 99 Vol.-% Stickstoff und 1 Vol.-% Wasserstoff
besteht, über
Rohre 23, die funktional mit einem Verteiler 24 verbunden
sind, in den Raum 18 eingeleitet wird. Das Schutzgas wird
aus den Rohren 23 mit einem Durchsatz in den Raum 18 eingeleitet,
der zur Kompensation der Gasverluste (ein Teil der Schutzgasatmosphäre fließt unter
den Stirnwänden 17 aus
dem Raum 18) und zur Aufrechterhaltung eines leichten Überdrucks,
der praktischerweise ca. 0,001 bis ca. 0,01 atm über dem Umgebungsdruck liegt.
Das Zinnbad 15 und der dicht abgeschlossene Raum 18 werden
von Heizelementen 25 durch abgestrahlte nach unten gerichtete
Wärme erwärmt. Der
erwärmte
Raum 18 wird im Allgemeinen auf einer Temperatur von ca. 1200°F (ca. 650°C) gehalten.
Die Atmosphäre
im Kühlofen 12 ist
typischerweise Luft, und der Kühlabschnitt 13 ist
nicht eingehaust. Umgebungsluft wird von Gebläsen 26 auf das Glas
geblasen.
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Die
Vorrichtung 10 enthält
außerdem
Gasverteiler 27, 28, 29 und 30,
die in der Floatzone 11 angeordnet sind. Die gewünschten
Vorproduktgemische für
die einzelnen Beschichtungen werden den jeweiligen Gasverteilern
zugeführt,
die ihrerseits die Vorproduktgemische auf die heiße Oberfläche des
Glasbandes richten. Die Vorpro dukte reagieren auf der Glasoberfläche zur
Bildung der gewünschten
Beschichtungen.
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Der
beschichtete Glasgegenstand der Erfindung ist ideal zur Verwendung
für Bauverglasungen
geeignet. Der beschichtete Glasgegenstand kann z. B. in einer Isolierglaseinheit
verwendet werden. Der in 3 dargestellte beschichtete
Glasgegenstand der vorliegenden Erfindung ist dann eine außen liegende
Fensterscheibe 45 in einer Isolierglaseinheit 43,
die zum Einbau in eine Gebäudekonstruktion
geeignet ist. Die Isolierglaseinheit 43 enthält auch
eine innen liegende Fensterscheibe 50 aus einem Glasgegenstand,
der durch einen Rahmen (nicht dargestellt) auf die bekannte Weise
in beabstandeter Beziehung zur außen liegenden Fensterscheibe 45 gehalten
wird. Das Glassubstrat 47 der vorliegenden Erfindung ist
so positioniert, dass es zur Außenseite
der Konstruktion weist. Die mehrlagige Beschichtung 49 der
vorliegenden Erfindung weist nach innen, wobei ein Luftraum 51 die
außen
liegende Fensterscheibe 44 von der innen liegenden Fensterscheibe 50 trennt.
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Die
geringe spezifische Ausstrahlung aufgrund des mit Fluor dotierten
Zinnoxids verbessert das Einsatzverhalten des beschichteten Glasgegenstandes
im Sommer und im Winter. Die Strahlungsenergie, eine Komponente
der indirekten Verstärkung
vom Glas ins Gebäudeinnere,
wird bei sommerlichen Bedingungen durch eine Beschichtung mit niedriger
spezifischer Ausstrahlung verringert. Dies zeigt sich als eine Verringerung
der Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenwärme
(TSHT; total solar heat transmittance). Die TSHT ist definiert als
beinhaltend die Sonnenenergie, die direkt durch das Glas durchgelassen
wird, und die vom Glas absorbierte Sonnenenergie, die anschließend durch
Konvektion nach innen thermisch abgestrahlt wird. Die deutlichste
Verbesserung im Einsatzverhalten findet jedoch unter winterlichen
Bedingungen statt, bei denen die Wärmedurchgangszahl der Verglasungsstruktur
durch eine Beschichtung mit niedriger spezifischer Ausstrahlung
erheblich reduziert ist. Die Wärmedurchgangszahl
oder der Gesamtwärmeübergangskoeffizient
verhält sich
umgekehrt proportional zur Wärmebeständigkeit
der Struktur. Eine niedrigere Wärmedurchgangszahl
bedeutet eine Verringerung des Wärmeverlustes
durch das Glas von innen nach außen, was in Einsparungen bei den
Energiekosten resultiert. Die geringe spezifische Ausstrahlung des
beschichteten Gegenstandes aus Glas in Kombination mit der überraschend
selektiven Absorption der Sonnenenergie des mehrlagigen Stapels
stellt somit eine verbesserte Wärmeabfuhr
im Sommer und eine verbesserte Wärmerückhaltung
im Winter bereit.
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Die
resultierende Isolierglaseinheit, bei der der beschichtete Gegenstand
aus Glas der vorliegenden Erfindung genutzt wird, weist spezifische
Durchlässigkeits-
und Spektraleigenschaften auf. Die niedrige spezifische Ausstrahlung
der Oberfläche 49 (3)
resultiert in einer Wärmedurchgangszahl
kleiner als 0,4 und vorzugsweise kleiner als 0,35. Die Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie der Einheit beträgt
48% oder weniger. Die Isolierglaseinheit weist außerdem eine
Durchlässigkeit
für das
sichtbare Licht (Lichtart C) von 59% oder darüber auf.
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Die
Isolierglaseinheit hat sowohl hinsichtlich der Reflexion als auch
der Durchlässigkeit
eine neutrale Farbe.
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Die
folgenden Beispiele, die derzeit als die beste Art der Verwirklichung
der Erfindung gelten, haben nur den Zweck der Vertiefung und Offenbarung
der vorliegenden Erfindung und sind nicht als Eingrenzung derselben
zu verstehen.
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Vorhersagebeispiele 1 bis 15
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Zur
Herstellung eines Floatglasbandes mit einer Dicke von 1/8 Zoll (3,18
mm) wird der Floatglasprozess angewendet. Während der Herstellung des Floatglasbandes
werden die vorgeschriebenen Beschichtungen nacheinander auf das
Glassubstrat im Float-Bad durch herkömmliche Abscheidungsverfahren
aus der Dampfphase auf die in Tabelle 1 angegebenen Dicken (in A)
aufgebracht. Das Vorproduktgemisch für die verschiedenen Zinnoxidbeschichtungen
enthält
Dimethyl-Zinndichlorid, Sauerstoff, Wasser und Helium als Trägergas.
Im Fall des mit Antimon dotierten Zinnoxids enthält das Vorproduktgemisch außerdem Antimondichlorid
in Ethylacetat, während
im Fall des mit Fluor dotierten Zinnoxids das Vorproduktgemisch
auch Flusssäure enthält. Das
Vorproduktgemisch für
die Siliziumdioxidbeschichtung enthält Monosilan, Ethylen und Sauerstoff als
Trägergas.
In jedem Fall beträgt
bei der mit Antimon dotiertem Zinnoxidschicht das Molverhältnis Antimon zu
Zinn 0,07.
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Die
Beispiele 1 bis 4, 9 und 12 dienen Vergleichszwecken und enthalten
eine mit Antimon dotierte Zinnoxidbeschichtung aber keine mit Fluor
dotierte Zinnoxidbeschichtung. Die Beispiele 5, 6, 10, 11 und 13 werden
ebenfalls zu Vergleichzwecken präsentiert,
wobei diese eine mit Fluor dotierte Zinnoxidbeschichtung, aber keine
mit Antimon dotierte Zinnoxidbeschichtung haben.
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Die
Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht (T
vis), die Gesamtdurchlässigkeit
für die
Sonnenenergie (T
sol) und die Selektivität (T
vis – T
sol) wurden bei jedem Beispiel für den resultierenden
beschichteten Glasgegenstand berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle
1 aufgeführt. Tabelle 1
| Ex. | SnO2 | SiO2 | SnO2:Sb | SnO2:F | Tvis(%) | Tsol(%) | Tvis– Tsol |
| 1 | 250 | 250 | 1500 | 0 | 68,76 | 57,49 | 11,25 |
| 2 | 250 | 250 | 1800 | 0 | 65,22 | 53,66 | 11,56 |
| 3 | 250 | 250 | 2400 | 0 | 59,51 | 47,03 | 12,49 |
| 4 | 250 | 250 | 4500 | 0 | 43,5 | 30,87 | 12,63 |
| 5 | 250 | 250 | 0 | 2400 | 82,52 | 74,31 | 8,21 |
| 6 | 250 | 250 | 0 | 3000 | 84,05 | 73,14 | 10,91 |
| 7 | 250 | 250 | 1800 | 3000 | 63,64 | 49,63 | 14,01 |
| 8 | 250 | 250 | 2400 | 2400 | 57,32 | 44,26 | 13,06 |
| 9 | 0 | 0 | 4800 | 0 | 41,56 | 29,36 | 12,2 |
| 10 | 0 | 0 | 0 | 4500 | 82,91 | 70,81 | 12,1 |
| 11 | 0 | 0 | 0 | 4800 | 81,89 | 70,89 | 11,0 |
| 12 | 250 | 250 | 4800 | 0 | 41,51 | 29,16 | 12,35 |
| 13 | 250 | 250 | 0 | 4800 | 82,36 | 70,46 | 11,9 |
| 14 | 250 | 250 | 4800 | 4800 | 39,79 | 27,18 | 12,61 |
| 15 | 250 | 250 | 1500 | 3000 | 66,77 | 52,76 | 14,01 |
| 16 | 240 | 200 | 1800 | 3000 | 63,63 | 49,69 | 13,94 |
| 17 | 220 | 200 | 1500 | 3000 | 66,82 | 52,88 | 13,94 |
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Die
verbesserte Selektivität,
die mit dem mehrlagigen Beschichtungsstapel der Erfindung erzielt
wird, wird bei Betrachtung der obigen Beispiele deutlich. So ist
z. B. festzustellen, dass der Glasgegenstand von Beispiel 12, der
eine zweilagige Farbunterdrückungsschicht
und 4800 Å aus
mit Antimon dotiertem Zinnoxid enthält, eine Selektivität von 12,35
hat. Der Glasgegenstand von Beispiel 13, der die gleiche zweilagige
Farbunterdrückungsschicht
und 4800 Å aus
mit Fluor dotiertem Zinnoxid enthält, hat eine Selektivität von nur
11,9.
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Im
Gegensatz dazu hat der beschichtete Glasgegenstand von Beispiel
8 die gleiche zweilagige Farbunterdrückungsschicht mit 2400 Å aus mit
Antimon dotiertem Zinn oxid und 2400 Å aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid.
Damit hat der Gegenstand von Beispiel 8 trotz der gleichen Beschichtungsgesamtdicke
eine Selektivität
von 13,06, obwohl sein Tvis wegen der reletiv
dicken mit Antimon dotierten Zinnoxidbeschichtung nur 57,32 beträgt. Der
beschichtete Glasgegenstand von Beispiel 7 hat die gleiche zweilagige
Farbunterdrückungsschicht
mit 1800 Å aus
mit Antimon dotiertem Zinnoxid und 3000 Å aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid. Auch
der Gegenstand von Beispiel 7 hat die gleiche Beschichtungsgesamtdicke,
aber eine Selektivität
von 14,01 mit einem Tvis von 63,64 und einem
Tsol von 49,63.
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Die
weitere Analyse der Beispiele 16 und 17 in Tabelle 1 zeigt, dass
ein "Tuning" der Farbunterdrückungsschichten
zur Verbesserung der Farbneutralität möglich ist, wobei die Selektivität über 13 gehalten
wird. Die vorhergesagten Farbwerte für Beispiel 16 sind eine durchgelassene
Farbe (T) a*-1,87 und b*-0,03 und eine von der Glasseite reflektierte
Farbe (Rg) a*-5,97 und b*-3,88. Vergleichbare Farbwerte für Beispiel
17 sind (T) a*-1,58 und b*0,65, (Rg) a*-3,45 und b*-5,29. Aus dem
Vergleich der obigen Farbwerte mit den Beispielen 7 und 15, die
vorhergesagte Farbwerte von (T) a*-1,8 und b*-0,13 sowie (Rg) a*-6,21 und
b*-3,49 bzw. (T) a*-2,15 und b*1,14 sowie (Rg) a*-0,81 und b*-7,33
haben, wird deutlich, dass die Farbe durch Variieren der Schichtdicke
erheblich beeinflusst werden kann, aber immer noch innerhalb der
gewünschten
Farbbereiche liegt, um ein ästhetisch
ansprechendes „neutral" gefärbtes Glas
bereitzustellen.