DE102009051116B4

DE102009051116B4 - Einrichtung mit IR-reflektierender Beschichtung

Info

Publication number: DE102009051116B4
Application number: DE200910051116
Authority: DE
Inventors: Marten Walther; Stephan Reimann
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-05-24
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: DE102009051116A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, umfassend – ein erstes scheibenförmiges Element und – ein zweites scheibenförmiges Element und eine zwischen dem ersten scheibenförmigen Element und dem zweiten scheibenförmigen Element eingebrachte Beschichtung, Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine IR-reflektierende Beschichtung ist und das wenigstens erste scheibenförmige Element, des wenigstens zweite scheibenförmige Element und die Beschichtung einen Verbund ausbilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung mit wenigstens einem ersten scheibenförmigen Element und einem zweiten scheibenförmigen Element und einer zwischen dem ersten und zweiten scheibenförmigen Element eingebrachten Beschichtung.
Insbesondere bei Anzeigevorrichtungen, die bevorzugt im Außenbereich Anwendung finden, ergibt sich das Problem, dass die Anzeigevorrichtungen mit Hilfe aufwändiger Kühlaggregate gekühlt werden müssen, um ein unzulässiges Aufheizen derselben zu verhindern.
Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Anzeigevorrichtungen im Außenbereich hoher Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind. Anzeigevorrichtungen können beispielsweise Displays umfassen.
Um ein Aufheizen durch Sonneneinstrahlung zu verhindern, wird bei Anzeigevorrichtungen, z. B. Displays gemäß dem Stand der Technik beispielsweise eine IR-Strahlung reflektierende SIPLEX-Solar Control Folie, hergestellt als Verbundglas durch die Firma Haller (Kirchlengern) auf das Glas, insbesondere die Scheibe, bevorzugt der Vorsatzscheibe der Anzeigevorrichtung aufgebracht. Bei einer derartigen Lösung ergibt sich jedoch immer noch eine Transmission im IR-Bereich, das heißt im Wellenlängenbereich von 780 bis 2000 nm von 28%, was dazu führt, dass ein Aufheizen der hinter mit einer derartig ausgerüsteten Scheibe liegenden Anzeigevorrichtung durch Lichteinstrahlung, insbesondere Sonneneinstrahlung nicht ausreichend vermieden werden kann. Für das Aufheizen durch Sonneneinstrahlung ist insbesondere Strahlung mit Wellenlängen im Bereich 700 nm bis ca. 1200 nm relevant, da das Sonnenspektrum in diesem Wellenlängenspektrum noch nennenswert Energie aufweist. Weiterhin wird von der SIPLEX-Solar-Control-Folie ein hoher Anteil an Strahlung absorbiert, so dass sich die Frontscheibe stark erwärmt und die Wärme beispielsweise an das dahinterliegende Display abgibt.
Weitere Folien, die einen Wärmeeintrag durch externe Sonneneinstrahlung absenken sind beispielsweise Laminate, die eine XIR-Folie der Firma Southwall, Palo Alto, California, USA (Internet www.southwall.com) enthalten. Bei dieser Folie wird ein höherer Anteil der nicht erwünschten Sonneneinstrahlung im IR-Spektralbereich reflektiert, so dass eine leichte Absenkung der Einstrahlung auf das dahinter angeordnete Display bzw. Anzeigevorrichtung zu sehen ist. Allerdings ist diese XIR-Folie sehr stark absorbierend, so dass das Frontglas selber stärker aufgeheizt wird als bei Einsatz der Siplex Solar-control Folie. Zudem ist die XIR-Folie in einem Laminatverbund eingebracht, was zu staken optischen Inhomogenitäten führt, so dass ein praktischer Einsatz im Bereich der Display-Gläser nicht möglich ist.
Ein ganz der zuvor genannten Folien ist, dass geringe Transmission mit einer hoher Absorption erkauft wird. Dies führt dazu, dass sich die Frontscheibe, z. B. eine Anzeigevorrichtung, aufheizt und durch die Wärmeabstrahlung Hitze in das Gesamtsystem, hier die Anzeigevorrichtung, eingetragen wird Ein weiterer Nachteil der Folien insbesondere bei Verwendung in einer Anzeigevorrichtung war, dass sie schlechte optische Eigenschaften aufweisen.
Aus der US 2009/0237782 A1 ist eine Verbundglasscheibe mit einer IR-reflektiven Schicht bekannt geworden, insbesondere für großflächige Verglasungen.
Die DE-A-15 96 810 zeigt eine großflächige Verglasung mit einer Metallschicht, insbesondere einer Gold- oder Kupferschicht, die Infrarotstrahlung und langwelliges Licht reflektiert.
Aus der DE 199 27 683 C1 ist eine Sonnen- und Wärmestrahlen reflektierende Verbundglasscheibe bekannt geworden.
Die DE 195 03 510 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer IR-reflektierenden Verbundglasscheibe.
Die DE 694 30 988 T2 zeigt ein Lichtventil mit einem Überzug niedrigen Emissionsvermögens als Elektrode.
Anzeigeeinrichtungen sind als der DE 28 24 195 A1 oder der JP-A-2006-162890 bekannt geworden.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Einrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Mit den erfindungsgemäßen Anpassungsschichten wird die Reflektivität R_vis innerhalb der Einrichtung bzw. dem Verbundglaselement minimiert und damit im sichtbaren Wellenlängenbereich eine hohe Transmission T_vis und niedrige Reflexion R_vis erreicht. Des Weiteren besteht das System aus einem ersten scheibenförmigen Element und einem zweiten scheibenförmigen Element, eine IR-reflektierende Beschichtung zwischen das erste scheibenförmige und das zweite scheibenförmige Element eingebracht wird, und zwar derart, dass das erste und das zweite scheibenförmige Element einen Verbund ausbilden, wobei der Raum zwischen den Scheiben mit einem festen oder flüssigen Füllmaterial ausgefüllt wird. Das Füllmaterial ist also nicht gasförmig, wie bei Isolierglasverbunden.
Ein derartiger Verbund ermöglicht es, dass IR-reflektierende Beschichtungen, beispielsweise basierend auf transparenten Metall-, insbesondere Silberschichten, sogenannte low-E-Beschichtungen, eingesetzt werden können, die eine sehr hohe Reflektivität im Bereich des IR-Strahlung von 780 nm bis 2000 nm aufweisen.
Dadurch, dass die IR-reflektierende Beschichtung, zwischen das erste und zweite scheibenförmige Element eingebracht und von diesem geschützt wird, ist es möglich, hocheffiziente, aber korrosionsanfällige Silber-Ein- oder Mehrfachschichten als IR-reflektierende Beschichtungen einzusetzen und gegen chemische und mechanische Angriff, speziell Oxidation zu schützen.
Derartige, hochreflektive IR-Beschichtungen basierend auf Silberschichten werden als sogenannte „Soft-Coatings” bezeichnet und sind beispielsweise sehr eingehend in „Hans-Joachim Gläser, Dünnfllmtechnologie auf Flachglas, S. 167–171” beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Schrift wird in die vorliegende Anmeldung vollumfänglich mit aufgenommen. Um die Korrosionsanfälligkeit der zwischen dem ersten scheibenförmigen Element und dem zweiten scheibenförmigen Element eingebrachten Beschichtung zu minimieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Rand des ersten scheibenförmigen Elementes und/oder des zweiten scheibenförmigen Elementes keine IR-reflektlerende Beschichtung aufweist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die IR-reflektierende Beschichtung eine sehr hohe Reflektivität im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2500 nm aufweist. Im Idealfall würde die Reflektivität 100% für Wellenlängen im Bereich von 780 nm bis 2500 nm betragen.
Nähert man die von der Sonne abgegebene Strahlung, also das Spektrum des Sonnenlichts, durch einen Planck'schen Strahler mit einer Temperatur T_STRAHLER = 5762 K an, so kann man ableiten, dass bei Vernachlässigung des UV-Anteils mit Wellenlängen < 350 nm ungefähr 55% der Energie bzw. der Intensität des Sonnenlichtes im sichtbaren Wellenlängenbereich von 350 nm bis 780 nm liegt und ungefähr 45% der Energie im IR-Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2500 nm. Bei einem idealen IR-Spiegel mit einer Reflektivität von 100% im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2500 nm würden somit 45% des Sonnenlichts, nämlich der IR-Anteil reflektiert.
Um die Güte der Reflektivität der Beschichtung für IR-Strahlung anzugeben, wird in vorliegender Anmeldung die IR-Sonnenreflektivität definiert. Als IR-Sonnenreflektivität wird die spektrale Reflektivität der IR-Beschichtung im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 2500 nm gefaltet mit der relativen Intensität des genäherten Spektrums des Sonnenlichts für einen Planck'schen Strahler mit einer Temperatur von 5762 K in dieser Anmeldung definiert. Während die so definierte IR-Sonnenreflektivität für Folien gemäß dem Stand der Technik, also beispielsweise XIR-Folien im Laminatverbund bei ungefähr 40% liegt, zeichnen sich Systeme mit einer erfindungsgemäßen IR-Beschichtung durch eine IR-Sonnenreflektivität im Bereich von 45% bis 95%, bevorzugt von 50% bis 80% aus.
Als festes bzw. flüssiges Füllmaterial, welches zwischen die beiden Scheiben eingebracht wird, werden bevorzugt Polymermaterialien, ausgehärtete anorganische Materialien, beispielsweise Gießharz oder Folie, wie beispielsweise PCB-Folien, PVB-Folien, EVA-Folien verwandt.
Die zuvor genannten Folien können zusätzlich zu der erfindungsgemäßen IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung auch noch weitere Beschichtungen, beispielsweise auf Folie aufgebrachte weitere low-E-Schichten umfassen.
Die die IR-Strahlung hochreflektierende Beschichtung kann entweder auf einer oder beiden der scheibenförmigen Elemente aufgebracht werden oder auf die Folie, die zwischen die Scheiben einlaminiert wird.
Zur Herstellung des Verbundes beispielsweise mittels eines Polymermaterials, einer PCB-Folie, einer PVB-Folie oder einer EVA-Folie wird das Polymermeterial bzw. die Folie durch Druck verflüssigt oder erweicht und mit dem ersten scheibenförmigen Element und dem zweiten scheibenförmigen Element verklebt, ergebend den Verbund. Hierbei ist es bevorzugt so, dass die hochreflektierende IR-Beschichtung direkt verklebt wird.
Besonders bevorzugt im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit ist es, wenn der Rand des ersten scheibenförmigen Elementes und des zweiten scheibenförmigen Elementes ein Dichtmaterial umfasst. Ein mögliches Dichtmaterial, welches hierfür verwandt werden kann, ist beispielsweise Butylkautschuk, der sich durch geringe Gasdurchlässigkeit auszeichnet. Eine alternative Dichtungsmöglichkeit ist die Dichtung durch eine umlaufende Aluminiumfolie, die wiederum mit einem Kunststoff mit geringer Gasdurchlässigkeit verklebt wird.
Neben der oben erwähnten low-E-Beschichtung basierend auf Silberschichten wie beispielsweise in Hans-Joachim Gläser, „Dünnfilmtechnologie auf Flachglas”, Verlag Karl Hoffmann, 1999, S. 155–200 beziehungsweise 219–228 beschrieben, können auch andere Schichten mit sehr guter Leitfähigkeit angewendet werden. Beispiele hierfür sind Gold- oder Aluminiumschichten.
Der Rand des ersten und/oder zweiten scheibenförmigen Elementes sollte so ausgestaltet sein, dass die aufgebrachten low-E Schichten nicht von der Seite des Verbundes her korrodieren. Als wirksames Mittel kann beispielsweise das Randentschichten eingesetzt werden, bei dem die Low-E Schicht nicht bis zum Rand durchgeht und so das Laminat am Rande direkt zwischen oberem und unteren Glas versiegelt werden kann.
Bevorzugt sind wenigstens 5 mm der Scheibe als Rand ausgebildet, in denen die IR-reflektierende Beschichtung unterbrochen ist bzw. der keine IR-reflektierende Beschichtung aufweist. Die Maximalgrenze des Randes wird so gewählt, dass der sichtbare Bereich für den Betrechter der Verbundglasscheibe nicht gestört wird.
Um den Kontrast und damit die Anzeigequalität, insbesondere bei Verwendung des Glases im Anzeigebereich, d. h. für Anzeigevorrichtungen zu erhöhen, ist vorgesehen, dass das erste und/oder das zweite scheibenförmige Element mit einer Entspiegelungs- oder Antireflexbeschichtung ausgerüstet ist.
Durch das Versehen der Einrichtung mit wenigstens einer Entspiegelungsbeschichtung bzw. Antireflexbeschichtung wird insbesondere die Reflexion im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380 nm bis 800 nm eines scheibenförmigen Elementes deutlich vermindert und so der Kontrast gegenüber Einrichtungen ohne Entspiegelungsbeschichtung deutlich erhöht. Bevorzugt wird der Reflexionsgrad R_vis durch die Entspiegelungsbeschichtung um 10% bis 4% gegenüber einem nicht mit einer Entspiegelungsbeschichtung versehenen scheibenförmigen Element verringert. Beträgt der Reflexionsgrad R_vis des scheibenförmigen Elementes ohne Entspiegelungsbeschichtung beispielsweise 8%, so kann durch die Entspiegelungsbeschichtung der Reflexionsgrad R_vis auf 0,1% bis 6%, bevorzugt auf 0,2% bis 4% reduziert werden. Bei dem zuvor genannten Reflexionsgrad R_vis handelt es sich um einen Reflexionsgrad bei Normlicht D65 (künstlichem Tageslicht), gefaltet mit der Augenempfindlichkeit. Obwohl die Reflexion für einzelne Wellenlängen größer als beispielsweise 2% sein kann, kann sich für das Normlicht D65 ein Wert R_vis von 1% oder geringer ergeben.
Um eine hohe IR-Reflexion und insbesondere eine IR-Sonnenreflektivität im Bereich 45% bis 95%, bevorzugt von 50% bis 80%, für das Gesamtsystem aus den beiden scheibenförmigen Elementen und der zwischen diesen eingebrachten festen und flüssigen Füllmaterialien zu erreichen, wird das low-E Beschichtungssystem, basierend auf mindestens einer Silberschicht zum Erreichen hoher IR-Reflexion, angepasst. Hierzu werden die Schichten, die des Silber umgeben so angepasst, dass die Entspiegelungswirkung an die Brechzahl des festen oder flüssigen Füllmaterials, insbesondere die Laminierfolie, z. B. der PVB-Folie angepasst ist. Beispielsweise kann eine derartige Brechzahlanpassung mit Kathodenzerstäubung erreicht werden. Beispielsweise weist die Kathodenzerstäubung eine Vielzahl von oxidischen Materialien auf, mithilfe derer eine derartige Anpassung durchgeführt werden kann. Als Basis der low-E-Beschichtungen kann beispielsweise die von der Fa. ARCON (Bucha, Feuchtwangen) hergestellten Sonnenschutzschichten Sunbelt Platin verwendet werden, die gemäß den oben angegebenen Regeln modifiziert, d. h. an die Brechzahl des festen oder flüssigen Füllmaterials, insbesondere der Folien, angepasst wird.
Durch die Verminderung der Reflexion an der Oberfläche des Verbundes bedingt durch die Antireflex-Beschichtung bzw. Entspiegelungsbeschichtung sowie innerhalb des Verbundes durch die low-E-Schicht wird der Kontrast gegenüber einem nicht mit einer Entspiegelungsbeschichtung versehenen Element deutlich erhöht. Als Entspiegelungsbeschichtungen werden bevorzugt Interferenzschichtsysteme eingesetzt. Bei solchen Systemen wird an den Grenzflächen der Entspiegelungsbeschichtung Licht reflektiert. Die an den Grenzflächen reflektierten Wellen können sich durch Interferenz sogar völlig auslöschen, wenn Phasen- als auch Amplitudenbedingung erfüllt sind.
Derartige Entspiegelungsbeschichtungen sind beispielsweise in den Produkten AMIRAN, CONTURAN, oder MIROGARD der Schott AG realisiert. Betreffend ein Interferenz-Schichtsystem für breitbandige Entspiegelung wird auch auf die EP-A-1248959 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.
Neben der Verminderung der Reflexion R_vis im optisch sichtbaren Spektralbereich 380 nm bis 780 nm kann durch die Entspiegelungsbeschichtung auch eine Erhöhung der Transmission bevorzugt um bis zu 10% erreicht werden.
Die Entspiegelungs- oder Antireflexbeschichtung wird bevorzugt auf einer nach außen, d. h. zur Luft hin gerichteten Seite des ersten und/oder des zweiten scheibenförmigen Elementes vorgesehen. Als Entspiegelungs- beziehungsweise Antireflexbeschichtungen kommen Schichten, die nach unterschiedlichen Verfahren hergestellt sind, in Betracht. Derartige Schichten können nach einem Sol-Gel-Verfahren, nach Sputterverfahren, nach Ätzverfahren oder in einem CVD-Verfahren hergestellt werden. im Einzelnen kann die Entspiegelungsbeschichtung mit einem der nachfolgenden Auftragsverfahren aufgebracht werden:

a) Die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe der Flüssigtechnologie aufgebracht, wobei die mit Hilfe der Flüssigtechnologien aufgebrachte Schicht mit Hilfe einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung gestellt wird: – die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe der Sol-Gel-Technologie aufgebracht; – die Entspiegelungsbeschichtung wird als Einfachinterferenzbeschichtung aus der Sol-Gel-Technologie hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird als Mehrfach-Interferenzbeschichtung aus der Sol-Gel-Technologie hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird als Dreifach-Interferenz-Beschichtung aus der Sol-Gel-Technologie hergestellt, wobei die erste Schicht eine Brechzahl zwischen 1,6 und 1,8 aufweist, die zweite Schicht eine Brechzahl zwischen 1,9 und 2,5 aufweist und die Brechzahl der dritten Schicht zwischen 1,4 und 1,55 liegt.
b) die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe einer Hochvakuumtechnologie hergestellt, wobei die mit Hilfe der Hochvakuumtechnologie aufgebrachte Schicht mit einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung gestellt wird: – die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe einer Hochvakuumtechnologie als Mehrfachlnterferenzschichtsystem hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe einer Hochvakuumtechnologie als Einfachschichtsystem hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird aus einem Sputterprozess unter Hochvakuum hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird aus einem Aufdampfprozess unter Hochvakuum hergestellt.
c) die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe eines CVD-Verfahrens hergestellt, wobei die mit Hilfe eines CVD-Verfahrens aufgebrachte Schicht mit einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung gestellt wird: – die Entspiegelungsbeschichtung wird aus einem Online-CVD-Prozess hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird aus einem Offline-CVD-Prozess hergestellt.
d) die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe eines Ätzverfahrens hergestellt, wobei die mit Hilfe eines Ätzverfahrens aufgebrachte Schicht mit einer der nachfolgenden Techniken zur Verfügung gestellt wird: – die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe eines Ätzverfahrens als poröse Schicht hergestellt; – die Entspiegelungsbeschichtung wird mit Hilfe eines Ätzverfahrens als lichtstreuende Oberfläche hergestellt.

Als Verwendung kommt für die Erfindung, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass sie zum einen eine hohe IR-Reflektivität aufweist, Verwendung im Bereich von Anzeigevorrichtungen, insbesondere Anzeigevorrichtungen im Außenbereich, und hier bevorzugt Flüssigkeitsanzeigevorrichtungen in Betracht. Bei Einsatz einer Entspiegelungsbeschichtung können hohe Kontraste, beispielsweise Kontraste, die im Bereich von 40 bis 80 liegen, erreicht werden, ohne Beschränkung hierauf. Neben der Einrichtung, insbesondere der Scheibe für eine Anzeigevorrichtung stellt die Erfindung auch eine Anzeigevorrichtung mit einem Display bzw. einer Displayvorrichtung und einer Vorsatzscheibe zur Verfügung, wobei die Vorsatzscheibe als erfindungsgemäße Einrichtung umfassend zwei scheibenförmige Elemente mit dazwischenliegender IR-reflektierender Beschichtung ausgebildet ist. Als Anzeigevorrichtungen kommen insbesondere Flüssigkristallanzeigevorrichtungen aber auch OLED-Anzeigevorrichtungen oder LED-Anzeigevorrichtungen in Betracht.
Neben der Verwendung in Anzeigevorrichtungen ist auch eine Verwendung als Bildverglasung möglich.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Figuren beschrieben werden:
Es zeigen:
1a–b den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Scheibe;
2 eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Scheibe gemäß 1a–1b;
3a–b die Reflexions- und Transmissionskurven der erfindungsgemäßen IR-Beschichtung in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
1a zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 und 1b einen Schnitt entlang der Linie A-A.
Die Draufsicht gemäß 1a zeigt das erste scheibenförmige Element 3. Das erste scheibenförmige Element 3 umfasst einen Rand 5, der nicht mit einer IR-reflektierenden Beschichtung 9 versehen ist. Der Aufbau des Systems bzw. der Einrichtung 1, die auch als Verbundglaselement bezeichnet wird, aus zwei scheibenförmigen Elementen 3, 7 ist deutlicher aus der Schnittansicht entlang der Linie A-A gemäß 1b zu entnehmen. Wiederum bezeichnet 3 das erste scheibenförmige Element. Die IR-reflektierende Beschichtung ist zwischen das erste scheibenförmige Element 3 und das zweite scheibenförmige Element 7 eingebracht und mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet. Die IR-reflektierende Beschichtung bildet zusammen mit den beiden scheibenförmigen Elementen einen Verbund bzw. eine Verbundscheibe. Um den Verbund auszubilden, wird in den Zwischenraum zwischen den beiden Scheiben 3 und 7 ein festes oder flüssiges Füllmaterial 8, insbesondere ein Polymermaterial oder ein verfestigte anorganische Substanz eingebracht. Im Gegensatz zu einem Isolierglas-Verbund bei dem zwei Scheiben durch einen Zwischenraum mit einem gasförmigen Medium voneinander getrennt angeordnet sind, liegen bei der erfindungsgemäßem Einrichtung die scheibenförmigen Elemente 3, 7 über das Füllmaterial 8 und die IR-Reflexionsbeschichtung 9 direkt aneinander an, ergebend ein Verbundglaselement. Wie aus der Schnittansicht gemäß 1b ersichtlich ist, ist der Rand 5 sowohl des scheibenförmigen Elementes 3 wie des scheibenförmigen Elementes 7 nicht mit einem Füllmaterial 8 oder einer IR-reflektierenden Beschichtung 9 versehen. In den Randbereich kann eine Dichtmasse (nicht gezeigt) eingebracht werden, die verhindert, dass durch Diffusion entlang des Füllmaterials, bspw. einer Folie, Feuchtigkeit in den Zwischenraum zwischen dem ersten scheibenförmigen Element und dem zweiten scheibenförmigen Element eindringt und so die zwischen dem ersten und dem zweiten scheibenförmigen Element liegende IR-reflektierende Beschichtung 9, die bevorzugt eine low-E-Beschichtung ist, vor Korrosion geschützt wird. Angegeben sind auch die Transmission Tvis bzw. T (IR) und die Reflexion R_vis bzw. die IR-Sonnenreflektivität von auf die Aussenseite AUSSEN einfallendem Sonnenlicht umfassend sichtbares Licht (VIS) und IR-Strahlung für des Verbundglaselement bzw. die Einrichtung 1. Um im sichtbaren Wellenlängenbereich eine hohe Transmission T_vis und eine niedrige Reflexion R_vis, die bevorzugt R_vis < 2%, insbesondere < 1% zu erreichen, können oxidische und/oder leitfähig oxidische Anpassungsschichten 23.1, 23.2 vorgesehen sein, die die Reflektivität R_vis innerhalb der Einrichtung 1 bzw. des Verbundglaselementes minimieren. Derartige Schichten 23,1 werden bereits unterhalb der Low-E Schicht 9 eingesetzt, um die Silberschicht an das Glas des zweiten scheibenförmigen Elementes 7 anzupassen. Einen ähnlichen Schichtaufbau 23.2 kann man dann oberhalb der low-E Schicht 9 ebenfalls einsetzen, so dass beidseitig zur Low-E Schicht 9 näherungsweise symmetrische Schichtaufbauten entstehen. Diese Schichten setzen sich durch Diffusionssperrschichten zum Schutz des Silbers der low-E Schicht sowie Anpassschichten aus anderen Oxiden oder Nitriden zusammen, deren Brechzahlsprünge und Schichtdicken dann als Anpasschicht ausgelegt werden.
Die Ausbildung einer IR-reflektierenden Beschichtung, insbesondere einer low-E-Beschichtung auf der Basis von Silberschichten ist in Hans-Joachim Gläser, „Dünnfilmtechnologie auf Flachglas”, S. 167–171, deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, eingehend beschrieben. Während auch andere Metall wie Gold oder Aluminium als IR-reflektierende Beschichtungen möglich sind, ist Silber wegen seiner guten Farbwirkung bevorzugt.
Bei einer Verwendung der Einrichtung insbesondere im Außenbereich für Anzeigevorrichtungen ist es vorteilhaft, wenn zur Erhöhung des Kontrastes bei Einstrahlung von direktem Sonnenlicht die Außenseite AUSSEN, das heißt die zur Luft gerichtete Seite 13 der Einrichtung mit einer Entspiegelungsbeschichtung beziehungsweise einer Antireflexbeschichtung 20 versehen ist. Vorliegend ist nur die Seite 13 des ersten scheibenförmigen Elementes mit einer Entspiegelungs- bzw. Antireflexbeschichtung 20 versehen. Selbstverständlich könnte zusätzlich auch die Außenseite INNEN, d. h. die Seite 11 des zweiten scheibenförmigen Elementes 7 mit einer Entspiegelungsbeschichtung versehen sein.
Als Entspiegelungsbeschichtung oder Antireflexbeschichtung, kommen bspw. mit Sol-Gel-Verfahren oder Sputterverfahren hergestellte Entspiegelungsbeschichtungen zum Einsatz. Nachfolgend sollen zwei Ausführungsbeispiele für derartige Entspiegelungs- beziehungsweise Antireflexbeschichtungen angegeben werden:
Belspiel 1:
Einseitige Antireflexbeschichtung, hergestellt nach dem Sol-Gel-Verfahren:
Die Beschichtung besteht aus jeweils drei Einzelschichten und besitzt die Struktur: Substrat + M + T + S. Die mit T gekennzeichnete Einzelschicht enthält Titandioxid TiO₂, die mit S gekennzeichnete Einzelschicht enthält Siliziumdioxid SiO₂ und die mit M gekennzeichnete Einzelschicht wird jeweils aus S- und T-Mischlösungen gezogen. Das Floatglassubstrat wird vor der Beschichtung sorgfältig gereinigt. Die Tauchlösungen werden jeweils in auf 28°C klimatisierten Räumen bei einer Luftfeuchtigkeit von 5–10 g/m³ aufgetragen, die Ziehgeschwindigkeiten betragen für die Einzelschichten MIT/S ca. 275/330/288 mm/min. Auf des Ziehen einer jeden Gel-Schicht folgt ein Ausheizprozess an Luft. Die Ausheiztemperaturen und Ausheizzeiten betragen 180°C/20 min nach Herstellung der ersten Gel-Schicht sowie 440°C/80 min nach der Herstellung der zweiten und dritten Gel-Schicht. Im Falle der T-Schichten setzt sich die Tauchlösung (pro Liter) zusammen aus: 68 ml Titan-n-Butylat, 918 ml Ethanol (abs), 5 ml Acetylaceton und 9 ml Ethyl-Butylacetat. Die Tauchlösung zur Herstellung der S-Schicht enthält: 125 ml Kieselsäure Methylester, 400 ml Ethanol (abs), 75 ml H2O (dest.), 7,5 ml Essigsäure und wird nach einer Ruhezeit von ca. 12 Stunden mit 393 ml Ethanol (abs) verdünnt. Die Beschichtungslösungen zur Herstellung der Oxide mit mittlerem Brechungsindex werden durch Mischung der S + T-Lösungen präparierte. Die mit M gekennzeichnete Schicht wird aus einer Tauchlösung mit einem Siliziumdioxid-Gehalt von 5,5 g/l und einem Titandioxid-Gehalt von 2,8 g/l gezogen. Der angewandte nasschemische Sol-Gel-Prozess erlaubt als Tauchverfahren die wirtschaftliche Beschichtung großer Flächen, wobei zwei Scheiben vor dem Tauchvorgang miteinander verklebt werden, damit die notwendige einseitige Entspiegelungswirkung erzielt wird. Der Kleber ist so gewählt, dass er bei 440°C innerhalb der oben beschriebenen Einbrennzeit verbrennt, so dass die Scheiben den Prozess getrennt verlassen.
Beispiel 2:
Einseitige Antireflexbeschichtung, hergestellt nach dem Sputterverfahren:
Die Beschichtung wird in einer Durchlaufanlage mit einem MF Sputterprozess durch Magnetronsputtern beschichtet, wobei das Substrat auf einem sogenannten Carrier positioniert und auf diesem durch die Sputteranlage transportiert wird. Innerhalb der Beschichtungsanlage wird das Substrat zunächst zur „Entwässerung” der Oberflächen auf ca. 150°C vorerwärmt. Anschließend wird ein Antireflex-System (als Beispiel bestehend aus vier Schichten) wie folgt hergestellt;

A) Sputtern einer hochbrechenden Schicht mit einem Vorschub von 1,7 m/min, wobei der Carrier vor der Sputterquelle pendelt und währenddessen eine Schicht von 30 nm Dicke abgeschieden wird. Die Schichtherstellung erfolgt durch Zugabe von Argon und Reaktivgas unter Regelung des Reaktivgases auf eine Plasmaimpedanz. Der Prozessdruck wird insbesondere durch die Menge an Argon bestimmt, welcher zu typischen Prozessdrücken im Bereich zwischen 1·E-3 und 1·E-2 mbar führt. Die Abscheidung im Plasma erfolgt über eine Pulsung.
B) Sputtern einer niedrigbrechenden Schicht mit einem Vorschub von 2,14 m/min. Hierbei wird eine Schicht der Dicke 30,5 nm hergestellt. Die Schichtherstellung erfolgt entsprechend der Abscheidung unter Schicht 1.
C) Sputtern einer hochbrechenden Schicht entsprechend Schicht 1. Hier wird bei einem Vorschub von 0,9 m/min eine Schicht der Dicke 54 nm hergestellt.
D) Sputtern einer niedrigbrechenden Schicht gemäß Schicht 2. Bei einem Vorschub von 0,63 m/min wird eine Schicht der Dicke 103 nm hergestellt. Anschließend wird das beschichtete Substrat mit dem Carrier über eine Transferkammer ausgeschleust.

Mit den Entspiegelungs- beziehungsweise Antireflexbeschichtungen, wie oben beschrieben, kann ein Kontrast, der als T_vis/R_vis definiert ist, im Bereich 10 bis 60, bevorzugt 20 bis 60, insbesondere 40 bis 50 bei Normlicht erreicht werden, wobei bei nicht entspiegelten Scheiben die Kontrastwerte geringer als 7 sind. R_vis bezeichnet den Reflexionsgrad einer Schicht bei Normlicht D65, T_vis den Transmissionsgrad. d. h. den Reflexionsgrad bzw. Transmissionsgrad im sichtbaren Wellenlängenbereich von 350 bis 780 nm.
In 2 ist eine Anzeigevorrichtung 1000 mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 101 als Vorsatzscheibe für ein Display, hier eine Flüssigkristallanzeige 130 dargestellt. Wie in 1a–1b gezeigt, ist die erfindungsgemäße Einrichtung 101 mit einem ersten scheibenförmigen Element 103 und einem zweiten scheibenförmigen Element 107 sowie einer dazwischenliegenden IR-reflektierenden Schicht 109 und einer auf die Außenseite der ersten Scheibe aufgebrachten Antireflex- beziehungsweise Entspiegelungsbeschichtung 120 versehen. Die hinter der als Vorsatzscheibe ausgebildeten Einrichtung 101 liegende Flüssigkristallanzeige 130 umfasst ohne Beschränkung hierauf einen zwischen zwei Scheiben 131.1, 131.2 eingebrachten Flüssigkristall 133 mit Leuchtmitteln 135. Die gesamte Flüssigkristallanzeige 130 ist in ein Gehäuse 137. integriert. Die Flüssigkristallanzeige 130 ist nur eine mögliche Anzeige, andere mögliche Anzeigen umfassen ansteuerbare LED oder auch OLED. Obwohl eine Flüssigkristallanzeige angegeben ist, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung 101 als Vorsatzscheibe verhindert weitgehend, dass Licht der Sonne 150 den Zwischenraum zwischen der Vorsatzscheibe und der Flüssigkristallanzeige 130 aufheizt. Nichts desto trotz ist es aber aufgrund der eigenen Wärmeentwicklung der Flüssigkristallanzeige 130 notwendig, diese aktiv zu kühlen mit einer Kühleinrichtung 180.
Die Kühleinrichtung 160 kann jedoch wesentlich kleiner dimensioniert werden als im Stand der Technik, da ein Wärmeeintrag aufgrund der Sonnenbestrahlung zwischen die Scheibe und die Flüssigkristallanzeige nicht stattfindet.
Die 3a zeigt zeigt die Reflektivität für Einrichtungen mit unterschiedlichen Schichtsystemen über einer Wellenlänge von 400 nm bis 2400 nm.
In 3b sind die zugehörigen Transmissionswerte für die gleichen Schichtsysteme mit gleicher Bezifferung dargestellt.
Es bezeichnet die Bezugsziffer 1000 ein System aus einer silberbasierten Beschichtung als IR-Reflexionsschicht der Firma ARCON (Feuchtwangen, Bucha) basierend auf dem modifizierten Schichtdesign der Schicht „Sunbelt Platin” mit einer Entspiegelungsbeschichtung, die Bezugsziffer 1010 die Reflexions- und Absorption eines Systems mit einer XIR-Folie der Fa. Southwall und einer Entspiegelungsbeschichtung sowie die Bezugsziffer 1020 ein System gemäß dem Stand der Technik mit einer Entspiegelung und einer IR-reflektierenden Folie Siplex Solar Control, sowie als Vergleich eine Antireflexbeschichtung mit Bezugsziffer 1030 ohne IR-reflektierende Beschichtung (CONTURAN der Firma SCHOTT). Zusätzlich sind in der 3a noch die Kurve eines ideal reflektierenden IR-Spiegels 1040 abgebildet, der alle Wellenlängen oberhalb von 780 nm, der Grenze des sichtbaren Lichtes, reflektiert und die idealisierte Intensitätsverteilung des Sonnenspektrums 1050 gezeigt, das als Planck'scher Strahler mit einer Oberflächentemperatur von 5762 K angenähert ist. Hierbei wurden Absorptionsbanden zur Vereinfachung im Spektrum vernachlässigt. Bei allen Einrichtungen handelt es sich um Verbundsystem mit erstem und zweitem scheibenförmigen Element und den entsprechenden Beschichtungen. Die in Tabelle 1 angegebenen Daten für die Reflexion R_vis und Transmission T_vis im sichtbaren Wellenlängenbereich sowie die IR-Tranamission T (IR) und die IR-Sonnenreflektivität beziehen sich auf die Gesamtsysteme, d. h. das Verbundglaselement bestehend aus zwei scheibenförmigen Elementen mit den entsprechenden Beschichtungen. Diesbezüglich wird auf 1b verwiesen.

In Tabelle 1 sind die Daten für die unterschiedlichen Schichtsysteme, die in den 3a und 3b gezeigt wurden angegeben.

System (Scheibe 1/IR-Schicht/Scheibe2)	R_vis (D65)	T_vis (D65)	T (IR) 780–2000 nm	IR Sonnenreflexion
CONTURAN Entspiegelungsbeschichtung	1%	96%	67%	17%
IR-reflektierende Folie Siplex Solar + Entspiegelungsbeschichtung	1,5%	92%	28%	11%
XIR-Folie + Entspiegelungs-schicht	1,5%	77%	8%	40%
Silberbasierte IR-Reflexionsschicht/Entspiegelungsbeschicht ung	1,4%	84%	9%	68%

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, tritt der höchste Kontrast, nämlich von T_vis/R_vis = 60, mit der höchsten Transmission T_vis, nämlich von 84%, bei der höchsten IR-Sonnenreflexion von 68% und niedriger IR-Transmission T (IR) von nur 9% für die erfindungsgemäße Einrichtung aus zwei Scheiben mit dazwischenliegenden silberbasierte IR-Reflexionssystem in Kombination mit einer Entspiegelungsbeschichtung auf die ersten und/oder zweiten Scheiben des Verbundsystems auf.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, weist auch die Verbundscheibe mit XIR-Folie eine niedrige Transmission auf, jedoch beträgt die IR-Sonnenreflektivität nur 40% und nicht 68% wie im Fall der metall- bzw. silberbasierten IR-Reflexionsschicht. In der XIR-Folie wird also ein hoher Anteil an IR-Strahlung des natürlichen Sonnenlichtes bzw. Sonnenspektrums absorbiert bzw. eingetragen, wodurch sich ein derartiges System gegenüber einem System mit einer metallbasierten IR-Reflexionsschicht unzulässig erwärmt.
Mit Hilfe eines genäherten Sonnenspektrum, das durch einen Planck'schen Strahler mit T = 5762 K gut dargestellt werden kann, kann man ableiten, wie viel Energie des Sonnenlichtes in den IR-Bereich oberhalb 780 nm bis 2500 nm entfällt: so liegt ca. 45% der Sonnenenergie in diesem Bereich und ca. 55% liegen im Bereich 350 nm–780 nm. Hierbei wurden UV-Anteile unterhalb 350 nm vernachlässigt, da die Transmission hier durch das feste bzw. flüssige Füllmaterial bereits deutlich herabgesetzt ist. Wellenlängen oberhalb von 2500 nm wurden ebenfalls nicht berücksichtigt, da Glas oberhalb 2500 nm selbst stark absorbiert.
In 3b ist neben dem genäherten Sonnenspektrum 1050 auch ein idealer IR-Spiegel 1040 dargestellt, der unterhalb 780 nm im sichtbaren Bereich keine Reflexion aufweist und oberhalb 780 nm 100% Reflektivität zeigt. Dieses Idealdesign des Spiegels ermöglicht eine Reflexion von ungefähr 45% der relevanten Sonnenstrahlung, ohne den sichtbaren Bereich zu beeinträchtigen. Die Zahlenwerte der IR-Reflexion werden in dieser Anmeldung relativ zu diesem idealen IR-Spiegel angegeben.
Wenn man die spektralen Reflektivitäten der Beispiele aus 3a mit der relativen Intensität des genäherten Sonnenspektrums faltet, das als Planck'scher Strahler mit T = 5762 K genähert ist, so kann man ermitteln, wieviel Strahlung der Sonne im IR-Bereich oberhalb 780 nm reflektiert wird. Dieser Wert, bezogen auf die Reflektivität des idealisierten IR-Spiegels mit 100% Reflexion oberhalb 780 nm, wird in dieser Anmeldung als IR-Sonnenreflektivität definiert.
Aus Tabelle 1 geht hervor, dass mittels der hier beschriebenen silberbasierten IR-Reflexionsschicht 30% der Energie des gesamten Sonnenspektrums reflektiert werden kann, was einer IR-Sonnenreflektivität von 68% gegenüber dem idealen Spiegel mit der Kurve 1040 entspricht, während mit einer XIR-Folie nur 18% möglich sind, was einer IR-Sonnenreflektivität von 40% gegenüber dem idealen Spiegel entspricht.
Einem Fachmann ist klar, dass in praktischen Ausführungen noch Teile des sichtbaren Spektrums der Kurven 1000, 1100, 1040 und 1050 zur IR-Reflexion genutzt werden können, da das Auge an den Rändern des sichtbaren Bereiches hin immer unempfindlicher wirkt. Zum Nachweis der Wirksamkeit wurde die Vereinfachung mittels idealem Spiegel eingeführt.
Durch das erfindungsgemäße System ist es erstmals möglich, einen hohen optischen Kontrast im sichtbaren Wellenlängenbereich insbesondere bei einer Außenanwendung im Anzeigebereich mit einer hohen IR-Reflektivität zu verbinden und so den Wärmeeintrag aufgrund von naher IR-Sonneneinstrahlung zu vermindern. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Herstellbarkeit, da Standard-Beschichtungsprozesse für silberbasierte Low-E Beschichtungen zur Herstellung der IR-Beschichtung eingesetzt werden können.

Claims

Einrichtung (1), umfassend ein erstes scheibenförmiges Element (3) und ein zweites scheibenförmiges Element (7) und eine zwischen dem ersten scheibenförmigen Element und dem zweiten scheibenförmigen Element eingebrachte Beschichtung, wobei die Beschichtung eine IR-reflektierende Beschichtung (9) ist, die auf das erste und/oder zweite Element aufgebracht ist und das wenigstens erste scheibenförmige Element (3), das wenigstens zweite scheibenförmige Element (7) und die Beschichtung einen Verbund ausbilden und dass der Raum zwischen den Scheiben mit einem Füllmaterial (8) ausgefüllt wird und die Einrichtung Anpassungsschichten (23.1, 23.2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschichten (23.1, 23.2) unterhalb und oberhalb der IR-reflektierende Beschichtung (9) und demnach jeweils zwischen dem ersten bzw. zweiten scheibenförmigen Element (3, 7) und der zumindest einen IR-reflektierenden Beschichtung (9) angeordnet sind, wobei sich die Anpassungsschichten (23.1, 23.2) durch Diffusionssperrschichten zum Schutz der IR-reflektierende Beschichtung (9) sowie Anpassschichten aus anderen Oxiden oder Nitriden zusammensetzen, deren Brechzahlsprünge und Schichtdicken als Anpassungsschicht ausgelegt werden, und wobei die Anpassungsschichten (23.1, 23.2) die Reflektivität R_Vis des auf die Außenseite der Einrichtung (1) einfallenden, sichtbaren Sonnenlichts (VIS) minimieren.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschicht (23.1, 23.2) die Reflektivität R_vis des auf die Außenseite der Einrichtung (1) einfallenden Sonnenlichtes auf kleiner 2% minimieren.
Einrichtung nach einer der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite scheibenförmige Element eine Entspiegelungsbeschichtung (20) oder eine Antireflexbeschichtung, insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich umfasst, wobei die Entspiegelungsbeschichtung (20) auf einer oder mehreren der nachfolgenden Oberflächen angeordnet ist: – einer Außenseite (13) des ersten scheibenförmigen Elementes (3); – einer Außenseite (11) des zweiten scheibenförmigen Elementes (7).
Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung derart ausgestaltet ist, dass die IR-Sonnenreflektivität der Einrichtung (1) im Bereich 45% bis 95% liegt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rand (5) des ersten scheibenförmigen Elementes (3) und/oder des zweiten scheibenförmigen Elementes (7) keine IR-reflektierende Beschichtung (9) aufweist oder die IR-reflektierende Beschichtung am Rand unterbrochen ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (5) des ersten scheibenförmigen Elementes und/oder ein Rand (5) des zweiten scheibenförmigen Elementes ein Dichtmaterial aufweist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-reflektierende Beschichtung (9) eine low-E-Beschichtung ist.
Verwendung einer Einrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem der nachfolgenden Bereiche: – im Bereich von Anzeigevorrichtungen, – im Bereich von Anzeigevorrichtungen im Außenbereich, – im Bereich von Flussigkristallanzeigevorrichtungen, – im Bereich der Bildverglasung.
Anzeigevorrichtung umfassend – eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung (1000), – eine Vorsatzscheibe (101), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsatzscheibe (101) eine Einrichtung (1), umfassend ein erstes scheibenförmiges Element (3) und ein zweites scheibenförmiges Element (7) und eine zwischen dem ersten scheibenförmigen Element und dem zweiten scheibenförmigen Element eingebrachte Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung eine IR-reflektierende Beschichtung (9) ist, die auf das erste und/oder zweite Element aufgebracht ist und das wenigstens erste scheibenförmige Element (3), das wenigstens zweite scheibenförmige Element (7) und die Beschichtung einen Verbund ausbilden und dass der Raum zwischen den Scheiben mit einem Füllmaterial (8) ausgefüllt wird und die Einrichtung Anpassungsschichten (23.1, 23.2) umfasst, die unterhalb und oberhalb der IR-reflektierende Beschichtung (9) und demnach jeweils zwischen dem ersten bzw. zweiten scheibenförmigen Element (3, 7) und der zumindest einen IR-reflektierenden Beschichtung (9) angeordnet sind, wobei sich die Anpassungsschichten (23.1, 23.2) durch Diffusionssperrschichten zum Schutz der IR-reflektierende Beschichtung (9) sowie Anpassschichten aus anderen Oxiden oder Nitriden zusammensetzen, deren Brechzahlsprünge und Schichtdicken als Anpassungsschicht ausgelegt werden, und wobei die Anpassungsschichten (23.1, 23.2) die Reflektivität R_Vis des auf die Außenseite der Einrichtung (1) einfallenden, sichtbaren Sonnenlichts (VIS) auf kleiner 2% minimieren.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassungsschichten (23.1, 23.2) die Reflektivität R_vis des auf die Außenseite der Einrichtung auf kleiner 2% minimieren.