DE102013111178A1

DE102013111178A1 - Schichtsystem für Sonnenschutzglas, Sonnenschutzglas und Produktserie von Sonnenschutzgläsern

Info

Publication number: DE102013111178A1
Application number: DE201310111178
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: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-09

Abstract

Es wird ein Schichtsystem (10) für Sonnenschutzglas angegeben, das in einer Wachstumsrichtung mindestens die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge aufweist: – eine Grundschicht (2), die eine oder mehrere dielektrische Schichten (21, 22, 23) aufweist, – ein erste Silberschicht (3), – eine an die Silberschicht (3) angrenzende Absorberschicht (4) aus einem Metall oder einer Metalllegierung, – eine Aluminiumoxynitrid-Schicht (5), – eine Zwischenschicht (6), die eine oder mehrere dielektrische Schichten (61, 62, 63, 64, 65, 66) aufweist, – eine weitere Silberschicht (7), und – eine Deckschicht (8), die eine oder mehrere dielektrische Schichten (81, 82, 83, 84) aufweist. Weiterhin werden ein Sonnenschutzglas mit dem Schichtsystem (10) und eine Produktserie mit Sonnenschutzgläsern beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas, ein Sonnenschutzglas und eine Produktserie von Sonnenschutzgläsern.
Beschichtungen für Sonnenschutzgläser, insbesondere für Architekturverglasungen, weisen in der Regel eine oder mehrere dünne Silberschichten auf. Dünne Silberschichten mit einer Dicke von etwa 5 nm bis 25 nm haben die Eigenschaft, für das sichtbare Licht transparent zu sein, infrarote Strahlung hingegen bis zu 98 % zu reflektieren. Moderne Fenster lassen Licht hindurch und reflektieren die infrarote Wärmestrahlung zurück ins Gebäudeinnere. Sonnenschutzverglasungen bieten neben der thermischen Gebäudeisolierung zusätzlich die Funktion eines Strahlungsfilters. Vom solaren Energieeintrag wird der ultraviolette und infrarote Strahlungsanteil durch eine oder mehrere Silberfunktionsschichten der Sonnenschutzverglasung vom sichtbaren Teil der Sonnenstrahlung getrennt. So kann sichtbares Licht in das Gebäude hereinkommen, wobei aber eine Aufheizung des Gebäudes durch Wärmestrahlung reduziert wird und Klimatisierungskosten minimiert werden können.
Je nach Anwendungszweck wird die innere oder die äußere Scheibe einer Isolierverglasung mit einer oder mehreren Silberfunktionsschichten beschichtet. Solche Silberschichten werden nicht einfach nur auf Flachglas aufgebracht, sondern in ein funktionelles Schichtsystem eingebettet. Diese Schichtsysteme werden gebildet, um die dünne Silberschicht vor Korrosion zu schützen und ein optimales Wachstum dieser Schicht zu erreichen. Weiterhin sind solche Schichtsysteme interferenzoptisch optimiert, um die Transmission und Reflexion sowie das farbliche Erscheinungsbild anzupassen. Durch geschickten Aufbau des Schichtsystems mit einer oder mehreren eingebetteten Silberschichten bewirkt das Schichtsystem eine optimale Wärmedämmung, Entspiegelung und nicht zuletzt einen als ästhetisch empfundenen Farbeindruck in Transmission und Reflexion.
Der einfachste Aufbau eines Schichtsystems für Sonnenschutzglas weist eine auf ein Glassubstrat aufgebrachte Grundschicht, eine nachfolgende Silberschicht und eine darauf aufgebrachte Deckschicht auf. Die Grundschicht und die Deckschicht sind typischerweise aus transparenten Metalloxiden, -nitriden oder -oxynitriden aufgebaut.
Als Verfahren zur Schichtabscheidung auf Architekturglas hat sich die PVD-Methode des Magnetronsputterns im Hochvakuum etabliert. Damit können in einem kontinuierlichen Prozess auf großer Fläche auch komplexe Schichtsysteme aus verschiedenen Materialien kosteneffizient und gleichzeitig homogen auf Architekturglas aufgebracht werden.
Die drei wichtigsten Kenngrößen eines Schichtsystems für Wärme- oder Sonnenschutzverglasungen nach den Normen EN 410, EN 673 und EN 12898 sind die Lichttransmission L_T, der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und das Emissionsvermögen ε. Das Emissionsvermögen ε ist ein Maß für das infrarote Wärmereflexionsvermögen. Die Lichttransmission L_T gibt an, wie viel Prozent sichtbares Licht die Verglasung passieren kann. Der g-Wert beschreibt die Summe aus sekundärer Wärmeabgabe nach innen und transmittierter solarer Energie.
Beispielsweise bedeutet ein g-Wert von 0,5, dass 50% der eingestrahlten Energie den Raum hinter der Glasscheibe erreichen. Kleine Emissionsvermögen bewirken einen guten Wärmeschutz, kleine g-Werte einen guten Sonnenschutz. Der Quotient aus L_t und dem g-Wert ist die Selektivität S einer Schicht. Die Selektivität S = L_T/g sollte bei Sonnenschutzschichten möglichst groß sein.
Für Wärmedämmschichten ist eine Silberschicht ausreichend, da der primäre Zweck die Wärmedämmung eines Gebäudes ist und damit ein niedriges Emissionsvermögen benötigt wird. Ist der Anteil der Glasfläche am Gebäude sehr hoch, wie es bei modernen Bürogebäuden der Fall ist, muss die solare Aufheizung des Gebäudes minimiert werden. Hier kommen Sonnenschutzverglasungen mit hoher Selektivität zum Einsatz. Diese enthalten meist zwei oder drei Silberschichten. Die einzelnen Silberschichten sind dabei durch Zwischenschichten aus Metalloxiden, -nitriden oder -oxynitriden getrennt.
Der solare Energieeintrag auf ein Gebäude ist abhängig von Himmelsrichtung und Breitengrad des Standorts. In höheren Breitengraden wird man eine Verglasung mit einer Schicht auswählen, die möglichst viel des verfügbaren sichtbaren Lichts hindurch lässt und einen etwas höheren Gesamtenergiedurchlass akzeptieren. In Äquatornähe hingegen gibt es ein Überangebot an solarer Strahlung. Hier ist es vorteilhaft, die Wärmeeinstrahlung in das Gebäude so weit wie möglich zu verringern. Hierzu sind Sonnenschutzverglasungen mit niedriger Lichttransmission und niedrigem g-Wert vorteilhaft. In den subtropischen Erdregionen wird man zwischen beiden Extremen wählen.
Für Hersteller für Architekturglas ist es daher wünschenswert, dem Kunden breite Produktserien zur Verfügung stellen zu können, aus denen der Kunde eine Kombination aus einer geeigneten Lichttransmission L_T und einem geeigneten g-Wert auswählen kann.
Sonnenschutzschichten mit niedrigem g-Wert haben in der Regel auch eine geringe Lichttransmission, da die Selektivität nicht beliebig erhöht werden kann, ohne deutliche Einbußen bei der Farbneutralität in Transmission hinnehmen zu müssen. Wenn ein großer Teil des solaren Energieeintrags nicht transmittiert werden soll, bleiben zwei Möglichkeiten, mit der Strahlung umzugehen: Sie kann entweder reflektiert oder absorbiert werden. Der Gebäudenutzer möchte seine Fassade aber selten als Spiegel wahrnehmen. Daher ist es vorteilhaft, den sichtbaren Anteil der solaren Strahlung im Schichtsystem soweit wie möglich zu absorbieren, um eine niedrige Reflexion zu erzielen. Sonnenschutzverglasungen mit niedrigem g-Wert enthalten aus diesem Grund neben den Silberschichten und den schützenden und entspiegelnden dielektrischen Schichten, insbesondere Oxiden, Nitriden oder Oxynitriden, noch eine oder mehrere Absorberschichten.
Schichtsysteme für Sonnen- oder Wärmeschutz sind daher in der Regel aus transparenten dielektrischen Schichten, bei denen der Brechungsindex n viel größer als der Extinktionskoeffizient k ist, aus Edelmetallschichten, meistens Silber, bei denen k viel größer als der Brechungsindex n, und aus Absorberschichten, bei denen n und k gleicher Größenordnung sind, aufgebaut.
Neben dem Erreichen optischer Kenngrößen muss ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas aber auch die nötige mechanische und thermische Robustheit erreichen, um für den Alltag tauglich zu sein. Erstere ist notwendig, da das beschichtete Glas von der Beschichtungsanlage bis zum fertigen Fenster noch eine Reihe von Verarbeitungsschritten durchläuft. Eine Sonnen- oder Wärmedämmschicht muss der industriellen Verarbeitungskette standhalten.
Insbesondere bei hoch absorbierenden Schichten muss in der Verglasung thermisch vorgespanntes Glas verwendet werden, um thermischen Bruch in Folge zu hoher Temperaturdifferenzen standzuhalten. Thermisch robuste und damit härtbare Schichtsysteme halten dem Prozess des thermischen Vorspannens stand. Dabei werden die Scheiben bei einer Temperatur von etwa 700 °C in Abhängigkeit von der Dicke des Glassubstrats einige Minuten erhitzt und anschließend mit Druckluft abgekühlt. Ein Schichtsystem für Sonnenschutz- oder Wärmeschutzglas sollte daher diesen Bedingungen standhalten.
Ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 102 011 114 669 B3 bekannt.
Der Markt für Sonnenschutzbeschichtungen verlangt nach einer Palette von Produkten von sehr hoher Lichttransmission und relativ hohem g-Wert bis hin zu Produkten mit sehr geringem Gesamtenergiedurchlassgrad und damit verbundener niedriger Lichttransmission.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas anzugeben, bei dem der Gesamtenergiedurchlassgrad im Herstellungsprozess auf vergleichsweise einfache Weise variiert werden kann, wobei das Schichtsystem mechanisch und thermisch derart robust ist, dass es thermisch vorgespannt und in weiteren Schritten zu Isolierglas weiterverarbeitet werden kann. Weiterhin sollen ein Sonnenschutzglas mit dem Schichtsystem und eine Produktserie von Sonnenschutzgläsern angegeben werden, wobei der g-Wert in der Produktserie variiert.
Diese Aufgaben werden durch ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas, ein Sonnenschutzglas und eine Produktserie von Sonnenschutzgläsern gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Schichtsystem für Sonnenschutzglas beginnt in Wachstumsrichtung mit einer Grundschicht, die eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweist. Die Grundschicht kann insbesondere eine oder mehrere Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschichten enthalten.
Das Schichtsystem ist beispielsweise auf ein Substrat aufgebracht. Die Wachstumsrichtung ist also die vom Substrat zur Oberfläche des Schichtsystems verlaufende Richtung. Die Grundschicht grenzt vorzugsweise unmittelbar an das Substrat des Schichtsystems an. Bei dem Substrat des Schichtsystems handelt es sich vorzugsweise um eine Glasscheibe, insbesondere um eine Floatglasscheibe.
Auf die Grundschicht folgt in dem Schichtsystem eine erste Silberschicht. Die Silberschicht dient insbesondere zur Reflexion von infraroter Strahlung, um einen Sonnenschutz zu erzielen. Die Silberschicht kann beispielsweise eine Dicke zwischen 5 nm und 20 nm aufweisen.
Auf die Silberschicht folgt in Wachstumsrichtung eine Absorberschicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Die Absorberschicht grenzt vorteilhaft direkt an die Silberschicht an. Die Absorberschicht ist vorteilhaft eine rein metallische Schicht, das heißt sie besteht nur aus Metall oder einer Metalllegierung. Die Absorberschicht ist also insbesondere keine Oxid-, Oxynitrid- oder Nitridschicht.
Auf die Absorberschicht folgt in Wachstumsrichtung eine Aluminiumoxynitrid-Schicht, die insbesondere zum Schutz der Absorberschicht vor Oxidation bei nachfolgenden Prozessschritten dient und vorteilhaft unmittelbar an die Absorberschicht angrenzt. Dadurch, dass die Aluminiumoxynitridschicht die Absorberschicht bei weiteren Prozessschritten vor einer Oxidation schützt, bleibt der rein metallische Charakter der Absorberschicht auch dann erhalten, wenn das Schichtsystem Prozessschritten ausgesetzt wird, bei denen das Risiko einer Oxidation der Metallschichten auftreten könnte. Ein solcher Prozess kann insbesondere ein thermischer Vorspannprozess sein, mit dem eine mit dem Schichtsystem beschichtete Glasscheibe zum Beispiel zu Einscheibensicherheitsglas oder teilvorgespanntem Glas verarbeitet wird.
Auf die Aluminiumoxynitrid-Schicht folgt in dem Schichtsystem eine Zwischenschicht, die eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweist. Wie die Grundschicht ist die Zwischenschicht beispielsweise aus einer oder mehreren Oxid-, Oxynitrid- oder Nitridschichten aufgebaut.
Auf die Zwischenschicht folgt bei dem Schichtsystem in Wachstumsrichtung eine weitere Silberschicht, die wie die erste Silberschicht beispielsweise zwischen 5 nm und 20 nm dick ist. Die weitere Silberschicht fungiert wie die erste Silberschicht als optische Funktionsschicht, wobei durch die Kombination von mindestens zwei Silberschichten in dem Schichtsystem ein geringer Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und somit ein guter Sonnenschutz erzielt wird.
Es ist möglich, dass das Schichtsystem mehr als nur zwei Silberschichten enthält. Beispielsweise können auf die weitere Silberschicht in dem Schichtsystem eine weitere Zwischenschicht und noch eine weitere Silberschicht folgen. Mit anderen Worten weist das Schichtsystem zwei oder mehr Silberschichten auf, die jeweils durch dielektrische Zwischenschichten voneinander separiert sind.
Auf die weitere Silberschicht oder im Fall von mehr als zwei Silberschichten auf die oberste Silberschicht des Schichtsystems folgt eine Deckschicht, die wie die Grundschicht und die mindestens eine Zwischenschicht eine oder mehrere dielektrische Schichten aufweist. Die dielektrischen Schichten der Grundschicht, der mindestens einen Zwischenschicht und der Deckschicht dienen zum einen zum Schutz der metallischen Silberschichten, insbesondere vor Oxidation, und zum anderen dazu, die Reflexion des Schichtsystems zu vermindern und auf diese Weise einen hohen Lichttransmissionsgrad zu erzielen. Die Optimierung des Schichtsystems hinsichtlich einer möglichst geringen Reflexion erfolgt mittels computerbasierten Methoden, bei denen die Dicken der Einzelschichten optimiert werden. Solche Optimierungsverfahren und dazu geeignete Software sind dem Fachmann bekannt und werden daher nicht näher erläutert.
Bei dem hierin beschriebenen Schichtsystem können die für Sonnenschutzglas besonders wichtigen Parameter der Lichttransmission L_t und der g-Wert bei der Herstellung vorteilhaft über eine geeignete Wahl der Dicke der metallischen Absorberschicht eingestellt werden. Die Dicke der Absorberschicht wird bei der Herstellung des Schichtsystems vorteilhaft in einem Bereich zwischen 0,5 nm und 15 nm eingestellt. Es hat sich insbesondere vorteilhaft herausgestellt, dass sich bei der Positionierung der Absorberschicht auf der ersten Silberschicht eine Veränderung der Dicke der Absorberschicht zwar auf die Lichttransmission und den g-Wert auswirkt, sich aber die übrigen optischen Eigenschaften nicht oder nur geringfügig ändern. So ist es beispielsweise möglich, bei verschiedenen gleichartig aufgebauten Schichtsystemen, die sich nur in der Dicke der Absorberschicht unterscheiden, stets eine zum Beispiel blaue Glasreflexionsfarbe, eine neutrale Transmissionsfarbe und eine niedrige Innenreflexion zu erzielen. Das Schichtsystem hat daher den Vorteil, dass das Schichtsystem hinsichtlich optischer Eigenschaften wie insbesondere der farblichen Erscheinung, beispielsweise der Farbe der Restreflexion oder des transmittierten Lichts, zunächst ohne Berücksichtigung der Absorberschicht optimiert werden kann, und dass dann die für den Sonnenschutz wesentlichen Kenngrößen der Lichttransmission und des g-Werts bedarfsgerecht für den jeweiligen Einsatzzweck durch die Dicke der Absorberschicht eingestellt werden.
Das Schichtsystem weist vorzugsweise eine Lichttransmission L_T zwischen 0,3 und 0,7 auf. Weiterhin weist das Schichtsystem bevorzugt einen g-Wert zwischen 0,15 und 0,4 auf. Die Selektivität S = L_T/g des Schichtsystems ist bevorzugt größer als 1,7.
Die Absorberschicht besteht bei einer bevorzugten Ausgestaltung aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit mindestens einem der Elemente Ni, Cr, Nb oder Ta. Die Absorberschicht kann insbesondere eine NiCr-Metalllegierung, beispielsweise eine NiCr-Metalllegierung mit 80 % Ni und 20 % Cr, aufweisen.
Die als Schutzschicht auf die Absorberschicht aufgebrachte Aluminiumoxynitrid-Schicht weist vorzugsweise eine Dicke von mindestens 5 nm auf. Der Sauerstoffanteil in der Aluminiumoxynitrid-Schicht kann insbesondere zwischen 0 und 30 % betragen.
Die Grundschicht, die Zwischenschicht und/oder die Deckschicht des Schichtsystems enthalten vorzugsweise eine oder mehrere Schichten, die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid von Sn, Zn, Al oder Si aufweisen. Besonders geeignete Materialien sind beispielsweise SnO₂, ZnO, ZnO:Al, AlO_xN_y oder SiO_xN_y. Andere geeignete Materialien sind beispielsweise TiO₂, Nb₂O₅, WO_x, Ta₂O₅ oder ZrO₂.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Grundschicht als erste Schicht in Wachstumsrichtung eine Aluminiumoxynitrid-Schicht auf. Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Grundschicht eine an die erste Silberschicht angrenzende Schicht auf, die ZnO oder ZnO:Al enthält. Eine solche Schicht, die Zinkoxid enthält, ist besonders gut zum Aufwachsen der Silberschicht geeignet.
Die Grundschicht kann insbesondere eine erste Schicht aus Aluminiumoxynitrid und eine an die erste Silberschicht angrenzende Schicht aus ZnO oder ZnO:Al aufweisen, wobei zwischen diesen Schichten eine oder mehrere Schichten aus SnO₂, TiO₂, Nb₂O₅, WO_x, Ta₂O₅ oder ZrO₂ angeordnet sind.
Die mindestens eine Zwischenschicht des Schichtsystems weist vorzugsweise mindestens eine Schicht aus Aluminiumoxynitrid oder Siliziumoxynitrid auf. Durch die Verwendung eines Siliziumoxynitrids oder Aluminiumoxynitrids in der einen oder den mehreren Zwischenschichten, welche die erste Silberschicht und die eine oder mehreren weiteren Silberschichten voneinander trennen, wird die mechanische Robustheit der Beschichtung verbessert und ein niedriger Streulichtanteil nach einer optionalen Temperaturbehandlung erreicht, die beispielsweise zur Weiterverarbeitung einer mit dem Schichtsystem versehenen Glasscheibe zu thermisch vorgespanntem Glas durchgeführt wird.
Die Deckschicht des Schichtsystems weist bevorzugt eine Schicht aus Siliziumoxynitrid auf, welche in Wachstumsrichtung die letzte Schicht des Schichtsystems ist. Die oberste Schicht aus einem Siliziumoxynitrid schützt das Schichtsystem vorteilhaft besonders gut gegen Korrosion.
Die Zwischenschicht und/oder die Deckschicht des Schichtsystems weisen bei einer bevorzugten Ausgestaltung mindestens eine Schicht aus SnO₂, SnO₂:N, ZnO oder ZnO:Al auf.
Die Deckschicht weist vorzugsweise eine Schicht aus einem Suboxid von mindestens einem der Metalle Ni, Cr, Ta oder Nb auf, welche an die weitere Silberschicht angrenzt. Die suboxidische Schicht dient zum Schutz der an die Deckschicht angrenzenden obersten Silberschicht des Schichtsystems vor Oxidation. Die Suboxid-Schicht kann insbesondere NiCrO_x aufweisen.
Es wird weiterhin ein Sonnenschutzglas mit dem Schichtsystem angegeben, wobei das zuvor beschriebene Schichtsystem auf einer Glasscheibe angeordnet ist. Die Glasscheibe kann insbesondere eine Flachglasscheibe sein, beispielsweise eine Floatglasscheibe. Das Sonnenschutzglas kann insbesondere für Architekturverglasungen vorgesehen sein. Das Sonnenschutzglas kann beispielsweise als Bestandteil eines Fensters oder eines Fassadenelements vorgesehen sein. Weiterhin kann das Sonnenschutzglas beispielsweise zur Verwendung als Fahrzeugscheibe vorgesehen sein.
Das Schichtsystem ist besonders zur Herstellung einer Produktserie von Sonnenschutzgläsern geeignet. In der Produktserie von Sonnenschutzgläsern weisen die Sonnenschutzgläser jeweils ein auf einer Glasscheibe angeordnetes Schichtsystem, das zuvor beschrieben wurde, auf, wobei die Schichtsysteme der Produktserie eine unterschiedliche Dicke der Absorberschicht aufweisen.
Aufgrund der unterschiedlichen Dicken der Absorberschicht weisen die Sonnenschutzgläser der Produktserie verschiedene Werte der Lichttransmission und des g-Werts auf, so dass der Kunde gezielt ein Sonnenschutzglas nach seinen Bedürfnissen auswählen kann. Die Schichtsysteme der Sonnenschutzgläser in der Produktserie unterscheiden sich vorzugsweise ausschließlich in der Dicke der Absorberschicht voneinander. Mit anderen Worten sind die Schichtsysteme in der Produktserie mit Ausnahme des Parameters der Dicke der Absorberschicht identisch. Die verschiedenen Sonnenschutzgläser der Produktserie können daher vergleichsweise einfach und kostengünstig hergestellt werden, da bei der Herstellung des Schichtsystems nur ein Parameter variiert werden muss. Die Produktserie von Sonnenschutzgläsern macht sich zunutze, dass die Dicke der Absorberschicht in dem Schichtsystem zwar einen wesentlichen Einfluss auf die Lichttransmission und den g-Wert des Schichtsystems hat, aber die übrigen optischen Eigenschaften nur geringfügig beeinflusst.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Sonnenschutzglas mit einem Schichtsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Sonnenschutzglas mit einem Schichtsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
Das in 1 dargestellte Sonnenschutzglas weist ein Glassubstrat 1 auf, das insbesondere eine Floatglasscheibe sein kann. Auf das Glassubstrat 1 ist ein Schichtsystem 10 aufgebracht, das insbesondere zum Schutz vor Sonneneinstrahlung dient.
Das Schichtsystem 10 umfasst eine auf das Substrat 1 aufgebrachte Grundschicht 2, die aus mehreren dielektrischen Schichten 21, 22, 23 gebildet ist. Die in Wachstumsrichtung des Schichtsystems 10 erste Schicht auf dem Substrat 1 ist eine Aluminiumoxynitrid-Schicht 21, die beispielsweise eine Dicke zwischen 10 nm und 17 nm aufweist. Die Aluminiumoxynitrid-Schicht 21 fungiert vorteilhaft als Diffusionsbarriere, die eine Diffusion von Bestandteilen des Glassubstrats 1, beispielsweise Natrium, in das Schichtsystem 10 und eine Diffusion von Bestandteilen des Schichtsystems 10 in das Glassubstrat 1 vermindert. Darauf folgt eine Schicht 22 aus SnO₂, die eine Dicke zwischen 0 nm und 15 nm aufweisen kann. Die oberste Schicht der Grundschicht 2 ist eine ZnO:Al-Schicht 23, die beispielsweise zwischen 5 nm und 30 nm dick ist.
Auf die oberste Schicht 23 der Grundschicht 2 ist eine erste Silberschicht 3 aufgewachsen, die beispielsweise eine Dicke zwischen 7 nm und 12 nm aufweist. Die Silberschicht 3 ist eine erste von zwei optischen Funktionsschichten 3, 7, die insbesondere zur Reflexion von Wärmestrahlung dienen.
Der ersten Silberschicht 3 folgt in Wachstumsrichtung unmittelbar eine metallische Absorberschicht 4 nach, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht und kein Silber aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Absorberschicht eine NiCr-Schicht mit 80% Ni und 20% Cr. Die Absorberschicht 4 kann eine Dicke zwischen 0,5 nm und 15 nm aufweisen. Durch die Einstellung der Dicke der Absorberschicht 4 kann die Lichttransmission und der g-Wert des Schichtsystems 10 vorteilhaft gezielt eingestellt werden.
Der Absorberschicht 4 folgt in Wachstumsrichtung eine Schicht aus Aluminiumoxynitrid nach, die vorzugsweise direkt an die Absorberschicht 4 angrenzt. Die Schicht 5 aus dem Aluminiumoxynitrid weist vorzugsweise einen Sauerstoffanteil zwischen 0 und 30 % und eine Dicke von beispielsweise 5 nm bis 27 nm auf. Die Schicht 5 aus dem Aluminiumoxynitrid schützt die Absorberschicht 4 vorteilhaft vor Korrosion, insbesondere vor Oxidation. Dies hat den Vorteil, dass der rein metallische Charakter der Absorberschicht 4 auch bei einer Temperaturbehandlung des Schichtsystems 10 erhalten bleibt.
Der Schicht 5 aus dem Aluminiumoxynitrid folgt eine Zwischenschicht 6 nach, die aus mehreren dielektrischen Schichten 61, 62, 63, 64, 65, 66 gebildet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel enthält die Zwischenschicht 6 in Wachstumsrichtung eine ZnO:Al-Schicht 61 mit einer Dicke von 10 nm bis 17 nm, eine SnO₂-Schicht 62 mit einer Dicke von 8 nm bis 13 nm, eine SiO_xN_y-Schicht 63 mit einer Dicke von 7 nm bis 12 nm, eine AlO_xN_y-Schicht 64 mit einer Dicke von 10 nm bis 17 nm, eine SnO₂-Schicht 65 mit einer Dicke von 0 nm bis 15 nm und eine ZnO:Al-Schicht 66 mit einer Dicke von 5 nm bis 29 nm. Bei einer Schicht, bei der eine minimale Dickenangabe von 0 nm angegeben ist, bedeutet dies hier und im Folgenden, dass diese Schicht optional weggelassen werden könnte.
Auf der obersten Schicht 66 der Zwischenschicht 6 ist eine weitere Silberschicht 7 angeordnet, welche beispielsweise eine Dicke zwischen 10 nm und 17 nm aufweist. Die erste Silberschicht 3 und die zweite Silberschicht 7 des Schichtsystems dienen insbesondere zur Reflexion von infraroter Strahlung und sind daher wesentliche optische Funktionsschichten des Sonnenschutzglases.
Der zweiten Silberschicht 7 folgt in Wachstumsrichtung eine Deckschicht 8 nach. Die Deckschicht 8 enthält eine NiCrO_x-Schicht 81, die unmittelbar auf die weitere Silberschicht 7 aufgebracht ist und bevorzugt eine Dicke zwischen 0,5 nm und 4 nm aufweist. Diese suboxidische NiCrO_x-Schicht 81 dient insbesondere zum Schutz der zweiten Silberschicht 7 vor Oxidation.
In der Deckschicht 8 folgen in Wachstumsrichtung eine ZnO:Al-Schicht 82 mit einer Dicke zwischen 12 nm und 31 nm und eine SnO₂-Schicht 83 mit einer Dicke zwischen 0 nm und 16 nm.
Die in Wachstumsrichtung letzte Schicht des Schichtsystems 10 ist vorteilhaft eine SiO_xN_y-Schicht 84, die vorzugsweise eine Dicke zwischen 6 nm und 10 nm aufweist. Diese in Wachstumsrichtung letzte Schicht 84 des Schichtsystems schützt das Schichtsystem insbesondere vor Oxidation.
Das in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines Sonnenschutzglases unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass das Schichtsystem 10 zwischen der ersten Silberschicht 3 und der an die Deckschicht 8 angrenzenden weiteren Silberschicht 7 noch eine weitere Silberschicht 7A aufweist. Zwischen der zweiten Silberschicht 7A und der an die Deckschicht 8 angrenzenden dritten Silberschicht 7 ist eine weitere Zwischenschicht 6A angeordnet.
Das Substrat 1 und die Grundschicht 2 entsprechen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals erläutert.
Auf die oberste Schicht 23 der Grundschicht 2 ist eine erste Silberschicht 3 aufgewachsen, die beispielsweise eine Dicke zwischen 6 nm und 12 nm aufweist. Die Silberschicht 3 ist eine erste von drei optischen Funktionsschichten 3, 7A, 7 die insbesondere zur Reflexion von Wärmestrahlung dienen.
Der ersten Silberschicht 3 folgt in Wachstumsrichtung unmittelbar eine metallische Absorberschicht 4 nach, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht und kein Silber aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Absorberschicht eine NiCr-Schicht mit 80% Ni und 20% Cr. Die Absorberschicht 4 kann eine Dicke zwischen 0,5 nm und 15 nm aufweisen. Durch die Einstellung der Dicke der Absorberschicht 4 kann die Lichttransmission und der g-Wert des Schichtsystems 10 vorteilhaft gezielt eingestellt werden.
Der Absorberschicht 4 folgt in Wachstumsrichtung eine Schicht aus AlO_xN_y nach, die vorzugsweise direkt an die Absorberschicht 4 angrenzt. Die Schicht 5 aus dem Aluminiumoxynitrid weist vorzugsweise einen Sauerstoffanteil zwischen 0 und 30 % und eine Dicke von beispielsweise 5 nm bis 27 nm auf. Die Schicht 5 aus dem Aluminiumoxynitrid schützt die Absorberschicht 4 vorteilhaft vor Korrosion, insbesondere vor Oxidation. Dies hat den Vorteil, dass der rein metallische Charakter der Absorberschicht 4 auch bei einer Temperaturbehandlung des Schichtsystems 10 erhalten bleibt.
Der Schicht 5 aus dem Aluminiumoxynitrid folgt eine Zwischenschicht 6 nach, die aus mehreren dielektrischen Schichten 61, 62, 63, 64, 65, 66 gebildet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel enthält die Zwischenschicht 6 in Wachstumsrichtung eine ZnO:Al-Schicht 61 mit einer Dicke von 10 nm bis 31 nm, eine SnO₂-Schicht 62 mit einer Dicke von 0 nm bis 13 nm, eine SiO_xN_y-Schicht 63 mit einer Dicke von 7 nm bis 12 nm, eine AlO_xN_y-Schicht 64 mit einer Dicke von 10 nm bis 17 nm, eine SnO₂-Schicht 65 mit einer Dicke von 0 nm bis 15 nm und eine ZnO:Al-Schicht 66 mit einer Dicke von 5 nm bis 29 nm.
Auf der obersten Schicht 66 der Zwischenschicht 6 ist eine zweite Silberschicht 7A angeordnet, welche beispielsweise eine Dicke zwischen 9 nm und 17 nm aufweist.
Auf die zweite Silberschicht 7A folgt eine zweite Zwischenschicht 6A. Die erste Schicht der zweiten Zwischenschicht 6A ist eine suboxidische NiCrO_x-Schicht 61A, welche vorzugsweise eine Dicke von 0,5 nm bis 4 nm aufweist und insbesondere zum Schutz der Silberschicht dient. Weiterhin enthält die zweite Zwischenschicht 6A in Wachstumsrichtung eine ZnO:Al-Schicht 62A mit einer Dicke von 12 nm bis 32 nm, eine SnO₂-Schicht 63A mit einer Dicke von 0 nm bis 16 nm, eine SiO_xN_y-Schicht 64A mit einer Dicke von 7 nm bis 12 nm, eine AlO_xN_y-Schicht 65A mit einer Dicke von 10 nm bis 17 nm, eine SnO₂-Schicht 66A mit einer Dicke von 0 nm bis 18 nm und eine ZnO:Al-Schicht 67A mit einer Dicke von 5 nm bis 33 nm.
Auf der obersten Schicht 67A der zweiten Zwischenschicht 6A ist eine dritte Silberschicht 7 angeordnet, welche beispielsweise eine Dicke zwischen 10 nm und 22 nm aufweist.
Die erste Silberschicht 3, die zweite Silberschicht 7A und die dritte Silberschicht 7 des Schichtsystems dienen insbesondere zur Reflexion von infraroter Strahlung und sind daher wesentliche optische Funktionsschichten des Sonnenschutzglases.
Der dritten Silberschicht 7 folgt in Wachstumsrichtung eine Deckschicht 8 nach. Die Deckschicht 8 enthält eine NiCrO_x-Schicht 81, die unmittelbar auf die dritte Silberschicht 7 aufgebracht ist und bevorzugt eine Dicke zwischen 0,5 nm und 4 nm aufweist. Diese suboxidische NiCrO_x-Schicht 81 dient insbesondere zum Schutz der dritten Silberschicht 7 vor Oxidation.
In der Deckschicht 8 folgen in Wachstumsrichtung eine ZnO:Al-Schicht 82 mit einer Dicke von 12 nm bis 31 nm und eine SnO₂-Schicht 83 mit einer Dicke von 0 nm bis 16 nm.
Die in Wachstumsrichtung letzte Schicht des Schichtsystems 10 ist vorteilhaft eine SiO_xN_y-Schicht 84, die vorzugsweise eine Dicke zwischen 6 nm und 10 nm aufweist. Diese in Wachstumsrichtung letzte Schicht 84 des Schichtsystems schützt das Schichtsystem insbesondere vor Oxidation.
Bei den Schichtsystemen 10, die in den 1 und 2 dargestellt sind, können vorteilhaft die Lichttransmission L_T und der g-Wert gezielt durch die Dicke der Absorberschicht 4 eingestellt werden, ohne die weiteren Parameter des Schichtsystems zu ändern. Die Schichtsysteme 10 können daher insbesondere eine Produktserie von Sonnenschutzgläsern ausbilden, die sich in diesen Kenngrößen voneinander unterscheiden. Die beschriebenen Schichtsysteme 10 zeichnen sich weiterhin vorteilhaft durch eine hohe mechanische Beständigkeit und Temperaturbeständigkeit aus. Dies ermöglicht es, ein mit dem Schichtsystem 10 beschichtetes Sonnenschutzglas zu thermisch vorgespanntem Glas, insbesondere Einscheibensicherheitsglas oder teilvorgespanntem Glas, weiterzuverarbeiten.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011114669 B3 [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normen EN 410 [0006]
EN 673 [0006]
EN 12898 [0006]

Claims

Schichtsystem (10) für Sonnenschutzglas, das in einer Wachstumsrichtung mindestens die folgenden Schichten in der genannten Reihenfolge aufweist: – eine Grundschicht (2), die eine oder mehrere dielektrische Schichten (21, 22, 23) aufweist, – eine erste Silberschicht (3), – eine an die Silberschicht (3) angrenzende Absorberschicht (4) aus einem Metall oder einer Metalllegierung, – eine Aluminiumoxynitrid-Schicht (5), – eine Zwischenschicht (6), die eine oder mehrere dielektrische Schichten (61, 62, 63, 64, 65, 66) aufweist, – eine weitere Silberschicht (7), und – eine Deckschicht (8), die eine oder mehrere dielektrische Schichten (81, 82, 83, 84) aufweist.
Schichtsystem nach Anspruch 1, wobei die Absorberschicht (4) eine Dicke zwischen 0,5 nm und 15 nm aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absorberschicht (4) aus einem Metall oder einer Metalllegierung mit mindestens einem der Elemente Ni, Cr, Nb oder Ta besteht.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aluminiumoxynitrid-Schicht (5) mindestens 5 nm dick ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundschicht (2), die Zwischenschicht (6) und/oder die Deckschicht (8) eine oder mehrere Schichten enthalten, die jeweils ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid von Sn, Zn, Al oder Si aufweisen.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundschicht (2) als erste Schicht in Wachstumsrichtung eine Aluminiumoxynitrid-Schicht (21) aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundschicht (2) eine an die erste Silberschicht (3) angrenzende Schicht (23) aufweist, die ZnO oder ZnO:Al enthält.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (6) mindestens eine Schicht enthält, die Aluminiumoxynitrid oder Siliziumoxynitrid aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (8) eine Schicht (84) enthält, die Siliziumoxynitrid aufweist und in Wachstumsrichtung die letzte Schicht des Schichtsystems (10) ist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (6) und/oder die Deckschicht (8) mindestens eine Schicht enthält, die SnO₂, SnO₂:N, ZnO oder ZnO:Al aufweist.
Schichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (8) eine Schicht (81) enthält, die ein Suboxid von mindestens einem der Metalle Ni, Cr, Ta oder Nb aufweist und an die weitere Silberschicht (7) angrenzt.
Sonnenschutzglas mit einem Schichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Schichtsystem (10) auf einem Glassubstrat (1) angeordnet ist.
Sonnenschutzglas nach Anspruch 12, wobei das Sonnenschutzglas Bestandteil eines Fensters, eines Fassadenelements oder einer Fahrzeugscheibe ist.
Produktserie von Sonnenschutzgläsern, wobei die Sonnenschutzgläser jeweils ein auf einer Glasscheibe (1) angeordnetes Schichtsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweisen, und wobei die Schichtsysteme (10) der Produktserie eine unterschiedliche Dicke der Absorberschicht (4) aufweisen.
Produktserie nach Anspruch 14, wobei sich die Schichtsysteme (10) ausschließlich in der Dicke der Absorberschicht (4) voneinander unterscheiden.