DE102011114669B3

DE102011114669B3 - Schichtsystem für Sonnenschutzglas, Sonnenschutzglas und Verfahren zur Herstellung von Sonnenschutzglas

Info

Publication number: DE102011114669B3
Application number: DE201110114669
Authority: DE
Inventors: Carsten Ruppe; Ralf Biedermann; Bernhard Söder
Original assignee: Arcon Flachglas Veredlung GmbH and Co
Current assignee: Arcon Flachglas Veredlung GmbH and Co
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2031-10-01
Also published as: WO2013045512A3; WO2013045512A2

Abstract

Es wird ein Schichtsystem (16) für Sonnenschutzglas angegeben, das in einer Wachstumsrichtung mindestens die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge aufweist: – eine erste Aluminiumoxynitridschicht (2), – eine Absorptionsschicht (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung, – eine zweite Aluminiumoxynitridschicht (4), – eine Folge von Zwischenschichten (14), die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen, – mindestens eine Funktionsschicht (8), die Silber aufweist, – eine Schutzschicht (9), die NiCrO, und/oder AlOxNy aufweist, – eine Folge von Deckschichten (15), die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen, wobei mindestens ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid Al und/oder Si enthält. Weiterhin werden ein Sonnenschutzglas mit dem Schichtsystem (16) und ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas, ein Sonnenschutzglas mit dem Schichtsystem, und ein Verfahren zur Herstellung von Sonnenschutzglas mit dem Schichtsystem.
Sonnenschutzglas wird häufig als Architekturglas, insbesondere in Fenstern und Fassadenelementen, oder bei Fahrzeugscheiben eingesetzt, um zusätzlich zu einer verbesserten Wärmeisolation durch ein niedriges Emissionsvermögen die Transmission der Solarstrahlung, d. h. der von der Sonne ausgehenden elektromagnetischen Strahlung, zu reduzieren. Auf diese Weise kann insbesondere eine unerwüschte Aufheizung von Innnenräumen durch die Sonneneinstrahlung verringert werden. Die Transmission der Solarstrahlung kann durch Erhöhung der Reflexion oder alternativ durch Erhöhung der Absorption verringert werden. Eine Erhöhung der Reflexion ist oftmals unerwünscht, da sie aufgrund des Spiegeleffekts die freie Sicht durch die Scheibe nach außen behindert.
Sonnenschutzglas zeichnet sich insbesondere durch ein niedriges Emissionsvermögen und ein hohes Reflexionsvermögen im infraroten Teil des elektromagnetischen Spektrums, insbesondere bei Wellenlängen von 5 μm bis 50 μm, aus. Diese Funktion wird in der Regel durch eine Beschichtung erzielt, die mindestens eine Silberschicht als Funktionsschicht enthält. Da Silber auch im sichtbaren Teil des Spektrums reflektiert, enthalten Schichtsysteme für Sonnenschutzglas oberhalb und unterhalb der Funktionsschicht aus Silber mehrere Schichten aus Oxid- oder Nitridmaterialien, die insbesondere zur Entspiegelung der metallischen Funktionsschicht dienen, so dass das Sonnenschutzglas im sichtbaren Spektralbereich eine hohe Transparenz aufweist. Weiterhin dienen die oberhalb und unterhalb der Funktionsschicht angeordneten Schichten insbesondere auch zum Schutz der Funktionsschicht vor Korrosion.
In der Druckschrift WO 2008/036188 A1 wird ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas beschrieben, das in der Nähe des Substrats eine dünne absorbierende Metallschicht enthält, um den Farbton der Beschichtung gezielt einzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Schichtsystem für Sonnenschutzglas anzugeben, dass sich insbesondere durch eine weiter verminderte Reflexion im sichtbaren Spektralbereich und eine verbesserte mechanische und chemische Stabilität auszeichnet. Weiterhin sollen ein Sonnenschutzglas mit einem derartigen Schichtsystem und ein vorteilhaftes Verfahren zu dessen Herstellung angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas, ein Sonnenschutzglas und ein Verfahren zur Herstellung von Sonnenschutzglas gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Schichtsystem für Sonnenschutzglas in einer Wachstumsrichtung als unterste Schicht eine erste Aluminiumoxynitridschicht.
Das Schichtsystem ist beispielsweise auf ein Subtrat aufgebracht. Die Wachstumrichtung ist also die vom Subtrat zur Oberfläche des Schichtsystems verlaufende Richtung. Die erste Aluminiumoxynitridschicht grenzt vorzugsweise unmittelbar an ein Substrat des Schichtsystems an. Bei dem Substrat des Schichtsystems handelt es sich vorzugsweise um eine Glasscheibe, insbesondere um eine Floatglasscheibe.
Auf die erste Aluminiumoxynitridschicht folgt eine Absorptionsschicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wobei das Metall oder die Metalllegierung vorzugsweise kein Silber aufweisen.
Auf die Absorptionsschicht folgt eine zweite Aluminiumoxynitridschicht. Die metallische Absorptionsschicht wird bei dem Schichtsystem also vorteilhaft von der ersten Aluminiumoxynitridschicht und der zweiten Aluminiumoxynitridschicht eingekapselt.
Der zweiten Aluminiumoxynitridschicht folgt eine Folge von Zwischenschichten nach, wobei die Zwischenschichten jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen.
Darauf folgt mindestens eine Funktionsschicht, die Silber enthält oder daraus besteht. Die Funktionsschicht des Schichtsystems dient insbesondere zur Reflexion von infraroter Strahlung, um einen Sonnenschutz zu erzielen. Bevorzugt weist die Funktionsschicht eine Dicke zwischen 5 nm und 20 nm auf.
Die Funktionsschicht ist vorteilhaft von einer Schutzschicht bedeckt, die NiCrO_x und/oder AlO_xN_y aufweist. Die Schutzschicht kann beispielsweise eine erste Teilschicht aus NiCrO_x und eine zweite Teilschicht aus AlO_xN_y aufweisen. Für die NiCrO_x-Schicht gilt vorzugsweise 0 < x < 2. Für die AlO_xN_y-Schicht gilt vorzugsweise 0,05 < x < 0,5 und 0 < y < 1. Die Schutzschicht dient insbesondere zum Schutz der Silberschicht vor Oxidation und der Diffusion von Bestandteilen benachbarter Schichten oder der Umgebungsluft.
Es ist möglich, dass das Schichtsystem mehrere silberhaltige Funktionsschichten enthält. Beispielsweise kann das Schichtsystem zwei, drei oder sogar noch mehr silberhaltige Funktionsschichten, die übereinander angeordnet sind, aufweisen. In diesem Fall ist vorzugweise jede der Funktionsschichten jeweils mit einer Schutzschicht, die NiCrO_x und/oder AlO_xN_y aufweist, bedeckt. Bei dieser Ausgestaltung können zwischen den Funktionsschichten beispielsweise jeweils eine oder mehrere dielektrische Schichten, insbesondere Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschichten, angeordnet sein. Die zwischen den Funktionsschichten angeordneten dielektrischen Schichten sind in diesem Fall vorzugsweise mindestens 10 nm dick.
Auf die mindestens eine Funktionsschicht und deren Schutzschicht folgt im Schichtsystem eine Folge von Deckschichten, die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen. Mindestens ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid in der Folge von Deckschichten weist Al und/oder Si auf.
Insbesondere kann die oberste Schicht des Schichtsystems, die in der Folge von Deckschichten enthalten ist, eine Schicht aus einem Oxid, Nitrid oder Oxynitrid sein, das Al und/oder Si enthält.
Von besonderem Vorteil sind bei dem Schichtsystem die erste und die zweite Aluminiumoxynitridschicht, die gemeinsam die Absorptionsschicht einkapseln. Die erste Aluminiumoxynitridschicht grenzt als erste Schicht des Schichtsystems vorteilhaft an ein Substrat an, auf dem das Schichtsystem aufgewachsen ist. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass Aluminiumoxynitridschichten eine sehr starke Adhäsion auf einem Glassubstrat aufweisen. Das Schichtsystem zeichnet sich daher durch eine hohe mechanische Beständigkeit, insbesondere eine gute Haftung auf dem Substrat und eine hohe Kratzfestigkeit, aus. Weiterhin schützen die Aluminiumoxynitridschichten die zwischen Ihnen angeordnete metallische Absorptionsschicht besonders gut vor Oxidation und Diffusion. Insbesondere bildet eine Aluminiumoxynitridschicht eine besonders gute Diffusionsbarriere für Natrium- oder Sauerstoffionen aus, die ansonsten aus dem Glassubstrat in die metallische Absorptionsschicht diffundieren und auf diese Weise deren Funktion beeinträchtigen könnten.
Eine Erklärung für die besonders guten Barriereeigenschaften von Aluminiumoxynitridschichten besteht möglicherweise darin, dass sich an den Grenzflächen dieser Schichten, insbesondere beim Erhitzen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, ein wenige Atomlagen dicker Aluminiumoxidfilm ausbildet, der als Barriere wirkt und eine weitere Oxidation verhindert. Ein Erhitzen des Schichtsystems erfolgt in der Regel beim thermischen Vorspannen der mit dem Schichtsystem beschichteten Glasscheiben.
Der Brechungsindex der Aluminiumoxynitridschichten ist abhängig vom Sauerstoffanteil und sinkt insbesondere mit steigendem Sauerstoffanteil. Dieser Effekt ist vorteilhaft aber deutlich weniger ausgeprägt als beispielsweise bei Siliziumoxynitridschichten. Bei prozessbedingten Schwankungen des Sauerstoffanteils ändern sich daher die optischen Eigenschaften der Aluminiumoxynitridschichten, insbesondere deren Brechungsindex, vorteilhaft deutlich weniger, als im Fall der Verwendung von Siliziumoxynitridschichten.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass sich das Schichtsystem durch einen besonders niedrigen Streulichtanteil auszeichnet.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weisen die erste Aluminiumoxynitridschicht und die zweite Aluminiumoxynitridschicht jeweils AlO_xN_y mit 0,05 < x < 0,5 und 0 < y < 1,0 auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Aluminiumoxynitridschicht und die zweite Aluminiumoxynitridschicht jeweils zwischen einschließlich 4 nm und einschließlich 30 nm dick.
Das Schichtsystem hat weiterhin den Vorteil, dass es eine geringe Reflektivität für sichtbares Licht aufweist. Bei Sonnenschutzglas, das beispielsweise als Architekturglas oder Fahrzeugscheibe verwendet wird, ist das Schichtsystem in der Regel auf die Innenseite der Glasscheibe aufgebracht. In diesem Fall weist das Sonnenschutzglas daher bei der Betrachtung von innen, beispielsweise beim Durchschauen durch die Sonnenschutz-Glasscheibe aus dem Inneren eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs, eine geringe Reflexion für das von innen auftreffende Licht auf. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Absorptionsschicht das beispielsweise aus dem Inneren eines Gebäudes oder eines Fahrzeugs auf das Schichtsystem auftreffende Licht zumindest teilweise absorbiert.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die Absorptionsschicht kein Silber. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil Silber eine unerwünscht hohe Reflexion im sichtbaren Spektralbereich aufweist. Besonders bevorzugt weist das Metall oder die Metalllegierung der Absorptionsschicht mindestens eines der Elemente Ni, Cr, Nb, Ta, Ti, V, Fe, Si oder Al auf. Das Metall oder die Metalllegierung der Absorptionsschicht kann geringe Mengen Sauerstoff und/oder Stickstoff enthalten, welche die metallischen Eigenschaften nicht wesentlich ändern. Der Anteil von Sauerstoff und/oder Stickstoff beträgt in diesem Fall nicht mehr als 30 Gewichts-%.
Die Dicke der Absorptionsschicht beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 35 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 5 nm und einschließlich 25 nm. Bei einer derartigen Dicke der Absorptionsschicht wird eine gute Verminderung der solaren Transmission bei einer gleichzeitig niedrigen Reflexion von sichtbarem Licht erzielt.
Die solare Absorption des Schichtsystems beträgt bei senkrechtem Lichteinfall vorzugsweise mindestens 25%. Im Vergleich dazu weist beispielsweise unbeschichtetes Floatglas bei einer Dicke von 6 mm eine solare Absorption von etwa 15% auf. Die solare Absorption des unbeschichteten Floatglases kann in diesem Fall durch das Aufbringen des Schichtsystems vorteilhaft auf einen Wert von mindestens 40% erhöht werden.
Weiterhin weist das Schichtsystem vorteilhaft bei senkrechtem Lichteinfall auf das Schichtsystem, d. h. bei einem einseitig auf eine Glasscheibe aufgebrachten Schichtsystem bei Lichteinfall auf die beschichtete Seite der Glasscheibe, eine Reflexion im visuellen Licht von weniger als 10% auf. Unerwünschte Spiegelungen, insbesondere an einer mit dem Schichtsystem beschichteten Innenseite einer Glasscheibe, sind daher vorteilhaft vermindert. Unter der Reflexion im visuellen Licht und der solaren Absorption des Schichtsystems wird vorliegend die spektral gemittelte Reflexion im visuellen Licht bzw. die solare Absorption verstanden, die insbesondere nach der Norm DIN EN 410 bestimmt werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Folge von Zwischenschichten eine erste Zn_xAl_yO-Schicht mit 0,95 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y ≤ 0,10 auf. Darauf folgen eine oder mehrere Schichten aus Oxiden, Nitriden oder Oxynitriden mit mindestens einem der Elemente Sn, Zn, Ti, Nb, Al oder Si. Geeignete Materialien sind beispielsweise SnO₂, ZnO, TiO₂, Nb₂O₅, Al₂O₃, SiO₂, AlN, Si₃N₄ oder beliebige Mischungen dieser Materialien. Die genannten Oxide können beispielsweise bis zu 10 Gewichts-% Stickstoff enthalten. Darauf folgt vorzugsweise eine zweite Zn_xAl_yO-Schicht mit 0,95 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y < 0,10. Die erste Zn_xAl_yO-Schicht hat den Vorteil, dass sie wie die darunter liegende zweite Aluminiumoxynitridschicht eine hexagonale Kristallstruktur und ähnliche Gitterparameter aufweist. Dies ist vorteilhaft für die Schichtqualität und die Verminderung von Schichtspannungen. Die zweite Zn_xAl_yO-Schicht eignet sich gut als Aufwachsoberfläche für die nachfolgende Funktionsschicht, die Silber enthält oder daraus besteht.
Die Schichtdicke der Folge von Zwischenschichten beträgt vorzugsweise zwischen 60 nm und 120 nm, besonders bevorzugt zwischen 80 nm und 100 nm. Mittels der Dicke der Folge von Zwischenschichten kann insbesondere der Farbton der Restreflexion des Schichtsystems eingestellt werden. Insbesondere bei der Verwendung des Schichtsystems für Sonnenschutzglas, das als Architekturglas eingesetzt wird, ist in der Regel eine definierte Einstellung des Farbtons der Reflexion erwünscht. Das Schichtsystem weist vorteilhaft eine Reflexion im blauen und/oder grünen Spektralbereich auf.
Die Folge von Deckschichten, die in dem Schichtsystem oberhalb der Schutzschicht für die Funktionsschicht angeordnet ist, weist vorteilhaft eine oder mehrere Schichten aus Oxiden, Nitriden oder Oxynitriden mit mindestens einem der Elemente Sn, Zn, Ti, Nb, Al oder Si auf. Geeignete Materialien sind beispielsweise SnO₂, ZnO, TiO₂, Nb₂O₅, Al₂O₃, SiO₂, AlN, Si₃N₄ oder beliebige Mischungen dieser Materialien. Die genannten Oxide können beispielsweise bis zu 10 Gewichts-% Stickstoff enthalten.
Das Schichtsystem ist vorteilhaft auf einer Glasscheibe angeordnet und bildet auf diese Weise ein Sonnenschutzglas aus. Die Glassscheibe fungiert also als Substrat für das Schichtsystem. Bei der Glasscheibe kann es sich insbesondere um eine Floatglasscheibe handeln.
Das Sonnenschutzglas kann insbesondere als Architekturglas oder im Fahrzeugbau verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Sonnenschutzglas Bestandteil eines Fensters, eines Fassadenelements oder einer Fahrzeugscheibe.
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Sonnenschutzglas mit dem zuvor beschriebenen Schichtsystem wird das Schichtsystem auf eine Glasscheibe aufgebracht, und die Glasscheibe nachfolgend durch eine Temperaturbehandlung zu Einscheibensicherheitsglas oder zu teilvorgespanntem Glas weiterverarbeitet. Die Temperaturbehandlung bewirkt ein thermisches Vorspannen der Glasscheibe, bei dem im Inneren der Glasscheibe eine permanente Zugspannung und an den Oberflächen und an den Rändern eine permanente Druckspannung erzeugt wird. Auf diese Weise wird eine wesentlich höhere Biegezugfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit als bei unbehandelten Glasscheiben erzielt.
Eine thermisch vorgespannte Glasscheibe, so genanntes Einscheibensicherheitsglas (ESG), zeichnet sich insbesondere durch eine Biegzugfestigkeit von mindestens 120 N/mm² aus. Teilvorgespanntes Glas (TVG) zeichnet sich insbesondere durch eine Biegzugfestigkeit von mindestens 70 N/mm² aus. Die Biegezugfestigkeit wird vorzugsweise nach der Norm DIN EN 1288 bestimmt. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung thermisch vorgespannter Glasscheiben sind beispielsweise aus der Druckschrift EP 2159199 A2 bekannt, deren Inhalt diesbezüglich hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Für die Weiterverarbeitung des Schichtsystems zu Einscheibensicherheitsglas oder teilvorgespanntem Glas ist die hohe Temperaturbeständigkeit des Schichtsystems von Vorteil. Die Temperaturbehandlung zum thermischen Vorspannen der Glasscheibe kann beispielsweise bei einer Temperatur von 650°C oder mehr durchgeführt werden. Die Dauer der Temperaturbehandlung kann beispielsweise zwischen 1 min und 15 min betragen. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, dass die in dem Schichtsystem enthaltenen Aluminiumoxynitridschichten eine besonders gute Beständigkeit gegen Oxidation aufweisen und eine Diffusionsbarriere ausbilden, welche eine Diffusion von Bestandteilen des Glassubstrats in das Schichtsystem, insbesondere in die absorbierende Schicht, verhindert.
Das Schichtsystem wird vorteilhaft mit einem plasmagestützten PVD- oder CVD-Vakuumbeschichtungsverfahren auf die Glasscheibe aufgebracht. Insbesondere kann das Schichtsystem mittels Sputtern aufgebracht werden. Auf diese Weise wird eine gute Homogenität der Schichtdicken, insbesondere auch auf großflächigen Glasscheiben für Architekturglas, erzielt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Glasscheibe nach dem Aufbringen des Schichtsystems und vor der Temperaturbehandlung mit einer keramischen Siebdruckfarbe bedruckt. Die Farbe wird in diesem Fall vorteilhaft bei der Temperaturbehandlung, die zur Weiterverarbeitung zu Einscheibensicherheitsglas oder zu teilvorgespanntem Glas durchgeführt wird, eingebrannt. Hierbei ist die gute chemische Beständigkeit des Schichtsystems von Vorteil.
Die Glasscheibe kann beispielsweise zu einem Verbundglas weiterverarbeitet werden. Die Verarbeitung zu Verbundglas erfolgt vorzugsweise nach der Temperaturbehandlung, mit der die Glasscheibe zu einem Einscheibensicherheitsglas oder teilvorgspanntem Glas weiterverarbeitet wurde. Bei der Herstellung des Verbundglases werden mindestens zwei Glasscheiben mittels einer Folie miteinander verklebt, wobei eine der Glasscheiben das Schichtsystem aufweist. Das Schichtsystem ist in diesem Fall auf einer der Folie zugewandten Seite der Glasscheibe aufgebracht. Die Folie ist vorzugsweise eine Polyvinylbutyral(PVB)-Folie.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Sonnenschutzglas, das ein Schichtsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist.
Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Das in 1 schematisch im Querschnitt dargestellte Sonnenschutzglas weist ein Substrat 1 auf, auf das ein Schichtsystem 16 aufgebracht ist. Bei dem Substrat 1 handelt es sich um eine Glasscheibe, insbesondere um eine Floatglasscheibe.
Auf die Glasscheibe 1 folgen in Wachstumsrichtung des Schichtsystems 16 eine erste Aluminiumoxynitridschicht 2, eine Absorptionsschicht 3 aus einem Metall oder einer Metalllegierung, die kein Silber enthält, und eine zweite Aluminiumoxynitridschicht 4. Die Aluminiumoxynitridschichten 2, 4 weisen vorzugsweise jeweils AlO_xN_y mit 0,05 < x < 0,5 und 0 < y < 1,0 auf. Das Metall oder die Metalllegierung der Absorptionsschicht 3 weist bevorzugt mindestens eines der Elemente Ni, Cr, Nb, Ta, Ti, V, Fe, Si oder Al auf. Bei der Absorptionsschicht 3 handelt es sich beispielsweise um eine NiCr-Schicht.
Auf die zweite Aluminiumoxynitridschicht 4 folgt eine Folge 14 von Zwischenschichten, die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen. Beispielsweise kann die Folge 14 von Zwischenschichten eine ZnO-Schicht 5, eine SnO₂-Schicht 6 und eine ZnO-Schicht 7 aufweisen. Der Folge von Zwischenschichten 14 folgt im Schichtsystem 16 die Funktionsschicht 8 nach. Bei der Funktionsschicht 8 handelt es sich vorzugsweise um eine Silberschicht. Auf die Funktionsschicht 8 folgt in dem Schichtsystem eine Schutzschicht 9, die beispielsweise eine erste Teilschicht 9a aus NiCrO_x mit 0 < x < 2 und eine zweite Teilschicht 9b aus AlO_xN_y mit 0,05 < x < 0,5 und 0 < y < 1,0 aufweisen kann.
Auf die Schutzschicht 9 folgt eine Folge von Deckschichten 15. Wie die Folge von Zwischenschichten 14 ist auch die Folge von Deckschichten 15 aus mehreren Schichten gebildet, die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen. Beispielsweise kann die Folge 15 von Deckschichten eine SnO₂-Schicht 10, eine ZnO-Schicht 11, eine weitere SnO₂-Schicht 12 und eine SiAlO_xN_y-Schicht 13 aufweisen.
Zunmindest eine Schicht in der Folge von Deckschichten 15 weist vorzugsweise ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid auf, das Al und/oder Si enthält. Beispielsweise kann die oberste Schicht 13 des Schichtsystems 16 eine SiAlO_xN_y-Schicht sein.
Die Funktion des Schichtsystems 16 als Sonnenschutzglas wird insbesondere durch die Funktionsschicht 8 aus Silber bewirkt. Die Funktionsschicht 8 aus Silber ist vorzugsweise zwischen 5 nm und 20 nm dick. Silber zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Reflexion und ein niedriges Emissionsvermögen im infraroten Spektralbereich aus. Silber hat allerdings die Eigenschaft, dass es vergleichsweise anfällig gegenüber Oxidation ist.
Um eine Oxidation des Silbers und eine dadurch bedingte Veränderung der optischen Eigenschaften des Schichtsystems 16 weitestgehend zu vermindern, ist auf der Funktionsschicht 8 aus Silber eine Schutzschicht 9 angeordnet. Die Schutzschicht 9 ist bei dem Ausführungsbeispiel aus zwei Teilschichten 9a, 9b gebildet. Die erste Teilschicht 9a ist eine NiCrO_x-Schicht, vorzugsweise mit 0 < x < 2. Die NiCrO_x-Schicht kann selbst teilweise oxidieren und auf diese Weise Sauerstoff binden, der in dem Schichtsystem diffundiert. Die zweite Teilschicht 9b der Schtzschicht 9 ist eine AlO_xN_y-Schicht, vorzugsweise mit 0,05 < x < 0,5 und 0 < y < 1.
Da Silber auch im sichtbaren Spektralbereich eine vergleichsweise hohe Reflexion aufweist, ist bei einem Sonnenschutz-Schichtsystem 16 mit einer Silberschicht 8 eine Entspiegelung notwendig, um beispielsweise unerwünschte Innenreflexionen in einer Fensterscheibe oder einer Fahrzeugscheibe zu vermindern. Eine Verminderung der Reflexion kann insbesondere durch eine geeignete Einstellung der Schichtdicken der Folge von Zwischenschichten 14 und/oder der Folge von Deckschichten 15 bewirkt werden.
Eine Verminderung der solaren Tranmission bei gleichzeitig geringer Reflexion im visuellen Licht wird bei dem Schichtsystem 16 dadurch erzielt, dass es die Absorptionsschicht 3 enthält. Das Metall oder die Metalllegierung der Absorptionsschicht 3, beispielsweise NiCr, absorbiert vorteilhaft einen Teil des sichtbaren Lichts und vermindert auf diese Weise unerwünschte Reflexionen.
Um einerseits eine signifikante Verminderung der Reflexion zu erzielen, andererseits aber die Transmission des Schichtsystems 16 nicht zu stark zu vermindern, weist die Absorptionsschicht 3 vorteilhaft eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 35 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 5 nm und einschließlich 25 nm, auf. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass das Schichtsystem 16 bei senkrechtem Lichteinfall eine Absorption von mindestens 25% aufweist. Die Reflexion des Sonnenschutzglases im visullen Lichtbeträgt bei senkrechtem Lichteinfall auf die mit dem Schichtsystem 16 beschichte Seite der Glasscheibe 1 vorteilhaft weniger als 10%. Ein Sonnenschutzglas, das aus einem mit dem Schichtsystem 16 beschichteten Substrat 1 aus beispielsweise 6 mm dickem Floatglas gebildet ist, kann beispielsweise eine solare Absorption von etwa 40% aufweisen. Im Vergleich dazu weist eine unbeschichtete 6 mm dicke Scheibe aus Floatglas nur eine solare Absorption von etwa 15% auf.
Ebenso wie die Funktionsschicht 8 aus Silber ist auch die metallische Absorptionsschicht 3 vergleichsweise anfällig gegenüber Oxidation oder der Diffusion von Fremdatomen. Da die Absorptionsschicht 3 in der Nähe des Substrats 1 angeordnet ist, besteht insbesondere die Gefahr, dass Fremdatome aus der Glasscheibe 1, beispielsweise Natrium- oder Sauerstoffionen, in die absorbierende Schicht 3 hinein diffundieren und auf diese Weise deren optischen Eigenschaften in nachteiliger Weise verändern. Um die Diffusion von Fremdatomen und eine Oxidation der Absorptionsschicht 3 zu verhindern, ist sie vorteilhaft beidseitig von den beiden Aluminiumoxynitridschichten 2, 4 umgeben. Es hat sich herausgestellt, dass Aluminiumoxynitridschichten 2, 4 besonders gut zum Schutz der Absorptionsschicht 3 geeignet sind. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Aluminiumoxynitridschichten jeweils eine Dicke zwischen einschließlich 4 nm und einschließlich 30 nm aufweisen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Aluminiumoxynitrid eine besonders gute Adhäsion auf Glas aufweist. Aus diesem Grund haftet die erste Aluminiumoxynitridschicht 2 besonders gut auf der Glasscheibe 1. Das Schichtsystem 16 zeichnet sich insbesondere durch eine besonders gute Kratzfestigkeit aus.
Die Aluminiumoxynitridschichten 2, 4 haben weiterhin den Vorteil, dass sich ihr Brechungsindex bei eventuellen prozessbedingten Schwankungen des Sauerstoffgehalts weniger stark ändert als bei anderen denkbaren Barriereschichtmaterialien. Insbesondere variiert der Brechungsindex von Aluminiumoxynitrid bei einer Variation des Sauerstoffgehalts wesentlich geringer als beispielsweise bei einem Siliziumoxynitrid. Das Schichtsystem 16 zeichnet sich daher insbesondere durch eine besonders gute Reproduzierbarkeit der optischen Eigenschaften, insbesondere des Farbeindrucks, aus. Dies ist insbesondere bei großflächigen Architekturglasbeschichtungen von besonderem Vorteil, da beispielsweise bei großflächigen Glasfassaden bereits geringe Abweichungen des Farbeindrucks verschiedener Glasscheiben leicht erkennbar und somit unerwünscht sind. Bei der Betrachtung von außen, d. h. von einer dem Schichtsystem 16 gegenüberliegenden unbeschichteten Seite der Glasscheibe 1, weist das Sonnenschutzglas vorzugsweise eine Restreflexion mit einem blauen oder grünen Farbton auf.
Das Schichtsystem 16 kann insbesondere durch ein plasmagestüztes Vakuum-PVD- oder Vakuum-CVD-Verfahren auf die Glasscheibe 1 aufgebracht werden. Insbesondere kann das Schichtsystem 16 mittels Sputtern aufgebracht werden.
Das Schichtsystem 16 weist vorteilhaft eine hohe Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen auf. Daher ist es möglich, eine mit dem Schichtsystem 16 beschichtete Glasscheibe 1 nach dem Beschichtungsprozess durch eine Temperaturbehandlung, die beispielsweise bei einer Temperatur von 650°C oder mehr erfolgt, zu Einscheibensicherheitsglas oder teilvorgespanntem Glas weiterzuverarbeiten.
Die hohe chemische Beständigkeit des Schichtsystems ermöglicht insbesondere das Aufbringen einer Siebdruckfarbe, insbesondere einer keramischen Siebdruckfarbe. Diese kann beispielsweise nach dem Beschichtungsprozess aufgebracht werden und durch die bei der Weiterverarbeitung zu Einscheibensicherheitsglas oder teilvorgespanntem Glas durchgeführte Temperaturbehandlung ausgehärtet werden.

Claims

Schichtsystem (16) für Sonnenschutzglas, das in einer Wachstumsrichtung mindestens die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge aufweist; – eine erste Aluminiumoxynitridschicht (2), – eine Absorptionsschicht (3) aus einem Metall oder einer Metalllegierung, – eine zweite Aluminiumoxynitridschicht (4), – eine Folge von Zwischenschichten (14), die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen, – mindestens eine Funktionsschicht (8), die Silber aufweist, – eine Schutzschicht (9), die NiCrO_x und/oder AlO_xN_y, aufweist, – eine Folge von Deckschichten (15), die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid aufweisen, wobei mindestens ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid Al und/oder Si enthält.
Schichtsystem nach Anspruch 1, wobei die erste Aluminiumoxynitridschicht (2) und die zweite Aluminiumoxynitridschicht (4) jeweils AlO_xN_y, mit 0,05 < x < 0,5 und 0 < y < 1,0 aufweisen.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Aluminiumoxynitridschicht (2) und die zweite Aluminiumoxynitridschicht (4) jeweils eine Dicke zwischen einschließlich 4 nm und einschließlich 30 nm aufweisen.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absorptionsschicht (3) kein Silber enthält.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metall oder die Metalllegierung der Absorptionsschicht (3) mindestens eines der Elemente Ni, Cr, Nb, Ta, Ti, V, Fe, Si oder Al aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absorptionsschicht (3) eine Dicke zwischen einschließlich 3 nm und einschließlich 35 nm aufweist.
Schichtsystem nach Anspruch 6, wobei die Absorptionsschicht (3) eine Dicke zwischen einschließlich 5 nm und einschließlich 25 nm aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (16) bei senkrechtem Lichteinfall eine solare Absorption von mindestens 25% aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schichtsystem (16) bei senkrechtem Lichteinfall eine Reflexion im visuellen Licht von weniger als 10% aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folge von Zwischenschichten (14) – eine erste Zn_xAl_yO-Schicht (5) mit 0,95 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y < 0,10, – mindestens eine Schicht (6) aus einem Oxid, Nitrid oder Oxynitrid mit mindestens einem der Elemente Sn, Zn, Ti, Nb, Al oder Si, und – eine zweite Zn_xAl_yO-Schicht (7) mit 0,95 ≤ x ≤ 1 und 0 ≤ y < 0,10 aufweist.
Sonnenschutzglas mit einem Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Schichtsystem (16) auf einer Glasscheibe (1) angeordnet ist.
Sonnenschutzglas nach Anspruch 11, wobei das Sonnenschutzglas Bestandteil eines Fensters, eines Fassadenelements oder einer Fahrzeugscheibe ist.
Verfahren zur Herstellung von Sonnenschutzglas mit einem Schichtsystem (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Schichtsystem (16) auf eine Glasscheibe (1) aufgebracht wird, und die beschichtete Glasscheibe (1) nachfolgend durch eine Temperaturbehandlung zu Einscheibensicherheitsglas oder zu teilvorgespanntem Glas weiterverarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Schichtsystem (16) mit einem plasmagestützten PVD- oder CVD-Verfahren auf die Glasscheibe (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Glasscheibe (1) nach dem Aufbringen des Schichtsystems (16) und vor der Temperaturbehandlung mit einer Siebdruckfarbe bedruckt wird.