DE102018101816A1

DE102018101816A1 - Sonnenschutzglas und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102018101816A1
Application number: DE102018101816.9A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dehner; Franz Schaumberger
Original assignee: Arcon Flachglas Veredlung GmbH and Co
Current assignee: Arcon Flachglas Veredlung GmbH and Co
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-08-01
Also published as: WO2019145256A1; AU2019210967A1; US20210053869A1; EP3743393A1; CA3087753A1

Abstract

Es wird ein Sonnenschutzglas angegeben, mit einem Schichtsystem (10) auf einem Glassubstrat (1), wobei das Schichtsystem (10) 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,wobei die Absorberschicht (4) in mindestens einer Richtung eine räumlich variierende Dicke, eine räumlich variierende Materialzusammensetzung und/oder eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sonnenschutzglas, bei dem der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) und die Lichttransmission in mindestens einer Richtung variieren, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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 eine gute Wärmedämmung, 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.
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.
Ein Schichtsystem für Sonnenschutzglas mit einer Absorberschicht, die insbesondere zur gezielten Einstellung des g-Werts dient, ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2013 111 178 A1 bekannt.
Insbesondere bei großflächigen Architekturverglasungen kann der Wunsch nach verschiedenen optischen Eigenschaften des Sonnenschutzglases in verschiedenen Bereichen der Verglasung bestehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sonnenschutzglas anzugeben, bei dem der Gesamtenergiedurchlassgrad räumlich über die Fläche des Sonnenschutzglases variiert. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein derartiges Sonnenschutzglas hergestellt werden kann.
Diese Aufgaben werden durch ein Sonnenschutzglas und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Sonnenschutzglas ein Glassubstrat auf, auf das ein Schichtsystem aufgebracht ist. Das Schichtsystem beginnt in Wachstumsrichtung mit einer Grundschicht. Die Wachstumsrichtung ist die vom Substrat zur Oberfläche des Schichtsystems verlaufende Richtung. Die Grundschicht grenzt vorzugsweise unmittelbar an das Substrat des Schichtsystems an und weist insbesondere eine oder mehrere dielektrische Schichten auf. Die Grundschicht kann insbesondere eine oder mehrere Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschichten enthalten. Bei dem Glassubstrat 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 vorzugsweise 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 insbesondere 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 Sonnenschutzglas weist die Absorberschicht gemäß zumindest einer Ausführungsform in mindestens einer Richtung eine räumlich variierende Dicke auf. Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform weist die Absorberschicht eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte auf. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weist die Absorberschicht eine räumlich variierende Materialzusammensetzung auf. Anders ausgedrückt ist die Dicke, die Flächenbelegungsdichte und/oder die Materialzusammensetzung der Absorberschicht über die Gesamtfläche des Sonnenschutzglases nicht konstant, sondern mindestens eine dieser Größen weist in mindestens einer Richtung des Sonnenschutzglases einen Gradienten auf.
Auf diese Weise wird insbesondere der für Sonnenschutzglas besonders wichtige Parameter des Gesamtenergiedurchlassgrades (g-Wert) in mindestens einer Richtung des Sonnenschutzglases variiert. Weiterhin wird auch die Lichttransmission L_t auf diese Weise räumlich variiert. Insbesondere kann bei einem hohen g-Wert eine hohe Lichttransmission L_t und entsprechend bei einem niedrigen g-Wert eine geringe Lichttransmission L_t erzielt werden.
Die Variation des g-Werts und der Lichttransmission L_t in mindestens einer Richtung des Sonnenschutzglases ermöglicht es vorteilhaft, in verschiedenen Bereichen des Sonnenschutzglases verschiedene optische Eigenschaften zu erzielen, die ansonsten nur mit separat hergestellten Scheiben zu realisieren wären. Dies ist insbesondere bei Architekturverglasungen von Vorteil. Bei Gebäudeverglasungen werden zunehmend große, insbesondere raumhohe, Scheiben verwendet. Es ist sogar denkbar, Sonnenschutzglas in der Höhe mehrerer Stockwerke zu realisieren. Bei großen Scheiben kann es wünschenswert sein, in bestimmten Bereichen, beispielsweise in einem unteren und/oder oberen Bereich eines Fensters mit Sonnenschutzglas, zum Beispiel im Brüstungs- oder Deckenbereich, eine geringe Transmission und einen geringen g-Wert zu erzielen, um einen Sichtschutz und/oder guten Sonnenschutz zu erreichen. Andererseits ist in einem Sichtbereich, beispielsweise in der Mitte des Fensters (etwa auf Augenhöhe) wünschenswert, eine hohe Lichttransmission zu erzielen. Diese verschiedenen Funktionen können mit dem hierin beschriebenen Sonnenschutzglas in verschiedenen Bereichen einer einzigen Glasscheibe realisiert werden. Auf diese Weise entfällt beispielsweise die Notwendigkeit, einen Bereich, in dem eine niedrige Transmission zur Herstellung eines Sichtschutzes erzielt werden soll, mit einer separaten Scheibe zu versehen.
Es hat sich insbesondere vorteilhaft herausgestellt, dass eine räumliche Variation der Dicke und/oder der Flächenbelegungsdichte der Absorberschicht sich bei der Positionierung der Absorberschicht auf der ersten Silberschicht 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, trotz eines räumlich variierenden g-Werts eine nahezu homogene zum Beispiel blaue Glasreflexionsfarbe, eine neutrale Transmissionsfarbe und eine niedrige Innenreflexion zu erzielen. Das Sonnenschutzglas hat daher den Vorteil, dass das Sonnenschutzglas 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 räumlich variierende Dicke der Absorberschicht für verschiedene Bereiche des Sonnenschutzglases verschieden eingestellt werden.
Gemäß zumindest eine Ausgestaltung weist der g-Wert des Sonnenschutzglases an einer ersten Stelle einen Maximalwert gmax und an einer zweiten Stelle einen Minimalwert g_min auf, wobei g_max - g_min ≥ 0,05 ist. In diesem Fall ist der Gradient des g-Werts derart groß, dass die g-Werte an der ersten Stelle und der zweiten Stelle um mindestens 0,05 voneinander abweichen. Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung weist der g-Wert des Sonnenschutzglases an einer ersten Stelle einen Maximalwert gmax und an einer zweiten Stelle einen Minimalwert g_min auf, wobei gmax - g_min ≥ 0,1 ist. Besonders bevorzugt ist g_max - g_min ≥ 0,2 oder sogar ≥ 0,3.
Der räumlich variierende g-Wert des Sonnenschutzglases weist vorzugsweise Werte im Bereich zwischen 0,05 und 0,45, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 und 0,35 auf.
Mit der räumlichen Variation des g-Werts ist eine räumliche Variation der Lichttransmission L_T des Sonnenschutzglases verbunden. Insbesondere sind der g-Wert und die Lichttransmission positiv korreliert, d.h. mit zunehmendem g-Wert nimmt auch die Lichttransmission zu und umgekehrt. Das Sonnenschutzglas weist vorzugsweise eine räumlich variierende Lichttransmission L_T im Bereich zwischen 0 und 0,8 auf, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,4 und 0,7.
Die Dicke der Absorberschicht weist vorzugsweise Werte in einem Bereich zwischen 0,5 nm und 50 nm auf.
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.
Das Sonnenschutzglas kann insbesondere für Architekturverglasungen vorgesehen sein. In diesem Fall kann das Glassubstrat insbesondere eine Flachglasscheibe sein, beispielsweise eine Floatglasscheibe. Das Sonnenschutzglas kann beispielsweise als Bestandteil eines Fensters oder eines Fassadenelements vorgesehen sein. Das Glassubstrat kann insbesondere eine Breite von mindestens 3 m und eine Länge von mindestens 3 m, mindestens 5m oder sogar mindestens 6 m aufweisen. Es sind Längen von beispielsweise bis zu 18 m denkbar. In diesem Fall kann das Glassubstrat zum Beispiel eine Glasscheibe sein, die zur Verglasung mehrerer Stockwerke eines Gebäudes vorgesehen ist.
Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung des Sonnenschutzglases angegeben. Bei dem Verfahren wird das Schichtsystem vorzugsweise durch Sputtern in einer Sputteranlage hergestellt, insbesondere durch Magnetron-Sputtern. Auf diese Weise kann das Schichtsystem in einem kontinuierlichen Prozess auf großer Fläche kosteneffizient auf das Glassubstrat aufgebracht werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Sputtern in einer Sputteranlage, bei der das Glassubstrat während des Sputterns transportiert wird. Die Sputteranlage kann insbesondere eine sogenannte In-Line-Sputteranlage sein, bei der das Glassubstrat in einer linearen Bewegung unter den Sputterkathoden bewegt wird.
Zur Erzeugung der räumlich variierenden Dicke der Absorberschicht wird vorzugsweise die Transportgeschwindigkeit des Glassubstrats während des Sputterns der Absorberschicht variiert. Insbesondere wird in einem Bereich des Glassubstrats, der langsamer unter der Sputterkathode für die Absorberschicht hindurchbewegt wird, eine größere Dicke der Absorberschicht erzielt als in einem Bereich des Glassubstrats, der schneller unter der Sputterkathode hindurchbewegt wird. Durch eine kontinuierliche Variation der Transportgeschwindigkeit kann ein kontinuierlicher Gradient der Schichtdicke der Absorberschicht erzeugt werden. Die Transportgeschwindigkeit kann beispielsweise im Bereich von 1 m/min bis 8 m/min, bevorzugt im Bereich von 2 m/min bis 4 m/min, variiert werden. Die Variation der Schichtdicke durch eine Variation der Transportgeschwindigkeit kann vorteilhaft durch eine entsprechende Steuersoftware für das Transportband in der Sputteranlage erzeugt werden. Die Schichtdicke der Absorberschicht variiert bei dieser Ausgestaltung in einer Richtung parallel zur Transportrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird zur Erzeugung der räumlich variierenden Dicke der Absorberschicht die elektrische Leistung beim Sputtern der Absorberschicht zeitlich variiert. Durch eine kontinuierliche Variation der Leistung kann ein kontinuierlicher Gradient der Schichtdicke der Absorberschicht erzeugt werden. Die Sputterleistung kann beispielsweise im Bereich von 20 kW bis 200 kW variiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Sputtern in einer Sputteranlage, die zur Erzeugung der räumlich variierenden Dicke der Absorberschicht mindestens eine Blende zwischen einer zum Sputtern der Absorberschicht vorgesehenen Kathode und dem Glassubstrat aufweist. Die mindestens eine Blende kann beispielsweise eine Öffnung definieren, deren Größe in der Transportebene senkrecht zur Transportrichtung variiert. Es kann beispielsweise eine Blende vorgesehen sein, die in einem zentralen Bereich der Kathode eine geringere Öffnung aufweist als an den Rändern. In diesem Beispiel wird in der Mitte des Glassubstrats weniger Material der Absorberschicht abgeschieden wird als an den Rändern. Auf diese Weise wird also eine Absorberschicht abgeschieden, deren Dicke in einem zentralen Bereich geringer ist als an den Rändern. Die Schichtdicke der Absorberschicht variiert bei dieser Ausgestaltung in der Transportebene in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Sputtern in einer Magnetron-Sputteranlage, wobei zur Erzeugung der variierenden Dicke der Absorberschicht ein inhomogenes Magnetfeld eingesetzt wird. In einer Magnetron-Sputteranlage sind hinter den Sputterkathoden Magneten angeordnet, welche Elektronen auf Spiralbahnen ablenken und so die Anzahl der ionisierenden Stöße erhöhen. Durch Anlegen eines inhomogenen Magnetfelds an die Sputterkathode der Absorberschicht kann erreicht werden, dass die Sputterrate über die Fläche der Sputterkathode und somit in mindestens einer Richtung variiert. Die Schichtdicke der Absorberschicht kann bei dieser Ausgestaltung insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung des Glassubstrats in der Sputteranlage variiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Sputtern in einer Magnetron-Sputteranlage, wobei zur Erzeugung der variierenden Dicke der Absorberschicht ein inhomogenes Prozessgas eingesetzt wird. Das Prozessgas beim Sputtern kann beispielsweise Argon sein. Das Prozessgas kann durch räumliche verteilte Einlassdüsen in die Sputteranlage eingelassen werden. Durch einen räumlich unterschiedlichen Einlass des Prozessgases ist es möglich, eine inhomogene Verteilung des Prozessgases beim Sputtern der Absorberschicht zu erzeugen. Auf diese Weise kann die Abscheidung der Absorberschicht mit einer räumlich variierenden Dicke erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zum Sputtern der Absorberschicht eine Kathode verwendet, deren Materialzusammensetzung in einer Richtung variiert, insbesondere in der Richtung senkrecht zur Transportrichtung der Glasscheibe. Auf diese Weise kann durch Sputtern eine Absorberschicht hergestellt werden, deren Materialzusammensetzung in einer Richtung variiert. Vorzugsweise weist die Kathode NiCr auf, wobei der Anteil von Ni in einer Richtung der Kathode variiert. Beispielsweise kann der Anteil von Ni in der Mitte der Kathode geringer sein als am Rand der Kathode. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass die durch Sputtern mit der Kathode abgeschiedene Absorberschicht in der Mitte des Glassubstrats einen geringeren Nickelanteil als an den Rändern des Glassubstrats aufweist. Dies verändert den g-Wert und die Lichttransmission in der Mitte des Glassubstrats im Vergleich zu den Rändern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Aufbringen der Absorberschicht eine Maskenschicht auf das Glassubstrat aufgebracht, wobei die Maskenschicht eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte aufweist. Die Maskenschicht ist beispielsweise eine Punktmaske, wobei die Punktmaske eine räumlich variierende Dichte und/oder Größe von Maskenpunkten aufweist. Die Anzahl der Maskenpunkte pro Flächeneinheit und/oder deren Größe variiert in diesem Fall über die Fläche des Glassubstrats.
Die Maskenpunkte weisen vorzugsweise laterale Abmessungen von nicht mehr als 3 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,5 mm und 3 mm, auf. Die mittels der Maskierung bewirkte Strukturierung der Absorberschicht ist in diesem Fall bei Architekturglas in der Regel kaum oder gar nicht sichtbar. Die Maskenpunkte sind beispielsweise kreisförmig mit Durchmessern von nicht mehr als 3 mm oder bevorzugt von nicht mehr als 1 mm.
Alternativ zu einer Punktmaske kann eine Linienmaske verwendet werden. In diesem Fall variiert insbesondere die Anzahl Linien pro Flächeneinheit und/oder deren Breite über die Fläche des Glassubstrats.
Die Maskenschicht kann beispielsweise ein wasserlösliches Maskenmaterial aufweisen und wird vorzugsweise durch Siebdruck oder Digitaldruck aufgebracht. Nach dem Aufbringen der Maskenschicht auf den Teil des Schichtsystems unterhalb der Absorberschicht wird die Absorberschicht durch Sputtern aufgebracht. Nachfolgend wird der Teil der Absorberschicht auf der Maskenschicht vorzugsweise durch ein Lift-Off-Verfahren abgehoben. Die Maskenschicht kann beispielsweise ein wasserlösliches Maskenmaterial aufweisen, so dass das Abheben durch Spülen mit Wasser erfolgen kann. Nach dem Ablösen der zuvor maskierten Bereiche weist die Absorberschicht beispielsweise ein Lochraster auf, wobei die Löcher in der Absorberschicht den zuvor aufgebrachten Maskenpunkten entsprechen. In den Bereichen einer höheren Flächenbelegungsdichte der Maskenpunkte weist die Absorberschicht somit eine höhere Lochdichte als in Bereichen auf, in denen die Maskenschicht eine geringere Flächenbelegungsdichte der Maskenpunkte hatte. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Absorberschicht hergestellt werden, deren Flächenbelegungsdichte in mindestens einer Richtung variiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Sonnenschutzglas mit einem Schichtsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2A eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Sonnenschutzglases 100.
2B einen Verlauf der Dicke d_A der Absorberschicht in der vertikalen Richtung z bei einem Ausführungsbeispiel,
2C einen Verlauf der Nickelkonzentration c_Ni der Absorberschicht in der vertikalen Richtung z bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
3A das Sonnenschutzglas bei einem Zwischenschritt eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zur Herstellung des Sonnenschutzglases, und
3B einen Verlauf der Flächenbelegungsdichte ρ_A der Absorberschicht in der vertikalen Richtung z bei einem 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 eine metallische Absorberschicht 4 nach, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht und kein Silber aufweist. Die Absorberschicht kann insbesondere unmittelbar an die Silberschicht 3 angrenzenden. Die Absorberschicht ist vorzugsweise eine NiCr-Schicht. Beispielsweise kann die Absorberschicht 80% Ni und 20% Cr aufweisen.
Die Absorberschicht 4 wird bei dem hierin beschriebenen Schichtsystem derart hergestellt, dass sie in mindestens einer Richtung eine räumlich variierende Dicke, eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte und/oder eine räumlich variierende Materialzusammensetzung aufweist. Auf diese Weise werden vorteilhaft der g-Wert und die Lichttransmission L_T in mindestens einer Richtung des Sonnenschutzglases variiert.
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.
In den 2A bis 2C sind mögliche Ausgestaltungen des Gradienten der Absorberschicht in dem Schichtsystem des Sonnenschutzglases 100 schematisch dargestellt. 2A zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des Sonnenschutzglases 100. Die Schattierung zeigt den Verlauf der Dicke der Absorberschicht 4 in dem Schichtsystem 10 des Sonnenschutzglases. Hierbei weist der helle Bereich in der Mitte eine geringere Dicke der Absorberschicht als die dunkler dargestellten Bereiche am oberen und unteren Rand des Sonnenschutzglases 100 auf. Auf diese Weise wird erreicht, dass der g-Wert in dem Schichtsystem variiert.
Das Sonnenschutzglas 100 kann zum Beispiel eine Fensterscheibe sein, die als Sonnenschutzverglasung vorgesehen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel des Sonnenschutzglases 100 kann es sich beispielsweise um eine raumhohe Fensterscheibe handeln. Die dargestellte Richtung z ist die vertikale Richtung des Sonnenschutzglases 100, die beispielsweise der Höhe über dem Fußboden entsprechen kann. Die Absorberschicht weist im mittleren Bereich der Fensterscheibe, der insbesondere dem Sichtbereich entspricht, eine hohe Transparenz auf. Im oberen und unteren Bereich des Sonnenschutzglases 100 weist die Absorberschicht dagegen eine größere Dicke auf, so dass der g-Wert und die Lichttransmission in diesen Bereichen geringer sind. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass der Eintrag von Sonnenenergie trotz der hohen Transparenz und dem damit verbundenen geringen g-Wert im mittleren Bereich nicht zu groß ist. Durch die geringere Transparenz im Bodenbereich kann beispielsweise ein Sichtschutz erzielt werden.
Ein möglicher Verlauf der Dicke d_A der Absorberschicht in der Richtung z ist schematisch in 2B dargestellt. Die Absorberschicht weist bei kleinen und großen Werten für z, d.h. beispielsweise im unteren und oberen des Sonnenschutzglases 100, eine größere Dicke als in der Mitte des Sonnenschutzglases auf.
Alternativ zur räumlichen Variation der Dicke der Absorberschicht kann ein räumlicher Gradient des g-Werts und der Lichttransmission durch eine räumliche Variation der Materialzusammensetzung der Absorberschicht erzielt werden. Beispielsweise kann die Absorberschicht NiCr aufweisen, wobei die Konzentration von Nickel c_Ni in der Richtung z variiert. Wie in 2C dargestellt, ist die Konzentration von Nickel bei kleinen Werten und großen Werten der vertikalen Koordinate z, d.h. beispielsweise im Bodenbereich und Deckenbereich des Sonnenschutzglases 100, größer als im mittleren Bereich. Auf diese Weise wird erreicht, dass der g-Wert und die Lichttransmission im mittleren Bereich des Sonnenschutzglases größer sind als im unteren oder oberen Bereich.
Die Variation der Dicke der Absorberschicht gemäß 2B und die Variation der Konzentration von Nickel gemäß 2C sind somit zwei alternative Möglichkeiten, einen Gradienten des g-Werts und der Lichttransmission in dem Sonnenschutzglases 100 zu realisieren.
Ein Gradient der Dicke der Absorberschicht wie im Beispiel der 2B kann bei der Herstellung des Schichtsystems des Sonnenschutzglases 100 durch eine der zuvor beschriebenen technischen Maßnahmen erzeugt werden, insbesondere durch eine Variation der Sputterleistung beim Sputtern der Absorberschicht, eine Variation der Transportgeschwindigkeit des Glases, durch eine oder mehrere Blenden zwischen der zum Sputtern der Absorberschicht vorgesehenen Kathode und dem Glassubstrat, durch ein inhomogenes Magnetfeld in der Sputteranlage oder durch ein inhomogenes Prozessgas in der Sputteranlage.
Ein Gradient der Nickelkonzentration wie im Beispiel der 2C kann wie zuvor beschrieben durch eine inhomogene Kathode erzeugt werden, bei der zum Beispiel der Gehalt von Nickel in einer Richtung senkrecht zu einer Transportrichtung des Glassubstrats in der Sputteranlage variiert.
Die in den 2A bis 2C dargestellten Gradienten der Dicke der Absorberschicht oder der Nickelkonzentration, die in der Mitte des Glassubstrats ein Minimum und an den Rändern ein Maximum aufweisen, sind rein beispielhaft dargestellt. Selbstverständlich können je nach Anwendung des Sonnenschutzglases auch beliebige andere Verteilungen der Dicke oder der Konzentration von z.B. Nickel in der Absorberschicht hergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, einen Gradienten in zwei Richtungen zu erzeugen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Verfahren zur Erzeugung eines Gradienten parallel zur Transportrichtung des Glassubstrats in der Sputteranlage mit einem Verfahren zur Erzeugung eines Gradienten senkrecht zur Transportrichtung des Glassubstrats kombiniert wird. Beispielsweise kann die Transportgeschwindigkeit beim Sputtern der Absorberschicht zur Erzeugung einer räumlich variierenden Dicke parallel zur Transportrichtung variiert werden, und gleichzeitig eine Blende zwischen der Kathode und dem Glassubstrat zur Erzeugung eines Dickengradienten in der Richtung senkrecht zur Transportrichtung eingesetzt werden.
3A zeigt eine Draufsicht auf das Sonnenschutzglas 100 bei einem Zwischenschritt des Verfahrens zur Herstellung des Sonnenschutzglases vor dem Aufbringen der Absorberschicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird vor dem Aufbringen der Absorberschicht eine Maskenschicht 9 auf die darunter liegende Schicht, insbesondere auf die erste Silberschicht des Schichtsystems, aufgebracht. Die Maskenschicht 9 ist bei dem Ausführungsbeispiel als Punktmaske ausgeführt, bei der die Maskenpunkte eine räumlich variierende Größe aufweisen. Wie in 3A zu sehen, variiert die Größe der Maskenpunkte beispielsweise in der vertikalen z-Richtung derart, dass die Maskenpunkte in der Mitte des Sonnenschutzglases 100 größer sind als am unteren und oberen Rand des Sonnenschutzglases. Bei einer alternativen Ausgestaltung könnte anstatt der Größe der Maskenpunkte deren Dichte räumlich variiert werden. Die Größe der Maskenpunkte der Maskenschicht 9 beträgt vorzugsweise nicht mehr als 3 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm. Eine so geringe Größe der Maskenpunkte hat den Vorteil, dass die Strukturierung der Absorberschicht bei Architekturglas im Wesentlichen nicht erkennbar ist.
Die Maskenpunkte der Maskenschicht 9 können beispielsweise aus einem wasserlöslichen Maskenmaterial gebildet sein, das vorzugsweise durch Siebdruck aufgebracht wird. Die Absorberschicht wird nachfolgend durch Sputtern auf die Maskenschicht 9 aufgebracht. Die von den Massenpunkten bedeckten Bereiche der Absorberschicht werden danach durch ein so genanntes Lift-Off-Verfahren abgehoben, so dass die Absorberschicht nur an den Stellen verbleibt, die vorher nicht von den Maskenpunkten bedeckt waren.
Auf diese Weise wird eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte ρ_A der Absorberschicht erzeugt, wie sie beispielhaft in 3B dargestellt ist. Insbesondere kann in diesem Beispiel die Flächenbelegungsdichte ρ_A in der vertikalen Richtung Z derart variieren, dass sie unteren und oberen Bereich des Sonnenschutzglases 100 maximal und in der Mitte des Sonnenschutzglases 100 minimal ist. Die Auswirkung auf den g-Wert und die Lichttransmission sind in diesem Fall vergleichbar zu den Ausführungsbeispielen der 2A bis 2C, d.h. mit einem solchen Sonnenschutzglas werden in der Mitte ein hoher g-Wert verbunden mit einer hohen Lichttransmission und im unteren und oberen Bereich ein niedriger g-Wert verbunden mit einer niedrigen Lichttransmission erzielt.
Durch eine andere Wahl der Maskenschicht können selbstverständlich auch andere Verläufe der Flächenbelegungsdichte sowie des g-Werts und der Lichttransmission erzeugt werden.
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 102013111178 A1 [0005]

Claims

Sonnenschutzglas (100) mit einem Schichtsystem (10) auf einem Glassubstrat (1), wobei das Schichtsystem (10) 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, wobei die Absorberschicht (4) in mindestens einer Richtung eine räumlich variierende Dicke, eine räumlich variierende Materialzusammensetzung und/oder eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte aufweist.
Sonnenschutzglas nach Anspruch 1, wobei der g-Wert des Sonnenschutzglases an einer ersten Stelle einen Maximalwert gmax und an einer zweiten Stelle einen Minimalwert g_min aufweist, wobei g_max - g_min ≥ 0,05 ist.
Sonnenschutzglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der g-Wert des Sonnenschutzglases an einer ersten Stelle einen Maximalwert gmax und an einer zweiten Stelle einen Minimalwert g_min aufweist, wobei g_max - g_min ≥ 0,2 ist.
Sonnenschutzglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der g-Wert des Sonnenschutzglases (100) in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,45 variiert.
Sonnenschutzglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichttransmission L_t des Sonnenschutzglases (100) in einem Bereich zwischen 0 und 0,8 variiert.
Sonnenschutzglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absorberschicht (4) eine Dicke zwischen 0,5 nm und 50 nm aufweist.
Sonnenschutzglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Absorberschicht (4) NiCr aufweist.
Sonnenschutzglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sonnenschutzglas (100) Bestandteil eines Fensters, eines Fassadenelements oder einer Fahrzeugscheibe ist.
Verfahren zur Herstellung eines Sonnenschutzglases nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Schichtsystem (10) durch Sputtern in ein einer Sputteranlage hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Sputtern in einer Sputteranlage erfolgt, bei der das Glassubstrat (1) während des Sputterns transportiert wird, und wobei zur Erzeugung der räumlich variierenden Dicke der Absorberschicht (4) eine Transportgeschwindigkeit des Glassubstrats (1) während des Sputterns variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Sputtern in einer Sputteranlage erfolgt, bei der das Glassubstrat (1) während des Sputterns transportiert wird, und wobei zur Erzeugung der räumlich variierenden Dicke der Absorberschicht die elektrische Leistung beim Sputtern der Absorberschicht zeitlich variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Sputtern in einer Sputteranlage erfolgt, die zur Erzeugung der räumlich variierenden Dicke der Absorberschicht (4) mindestens eine Blende zwischen einer zum Sputtern der Absorberschicht (4) vorgesehenen Kathode und dem Glassubstrat (1) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Sputtern in einer Magnetron-Sputteranlage erfolgt, und wobei zur Erzeugung der variierenden Dicke der Absorberschicht (4) ein inhomogenes Magnetfeld eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei beim Sputtern der Absorberschicht (4) ein räumlich inhomogenes Prozessgas eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei zum Sputtern der Absorberschicht (4) eine Kathode verwendet wird, deren Materialzusammensetzung in einer Richtung variiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei zur Erzeugung einer räumlich variierenden Flächenbelegungsdichte der Absorberschicht (4) vor dem Aufbringen der Absorberschicht (4) eine Maskenschicht (9) auf das Glassubstrat (1) aufgebracht wird, und wobei die Maskenschicht eine räumlich variierende Flächenbelegungsdichte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Maskenschicht (9) eine Punktmaske oder eine Linienmaske ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Maskenschicht (9) eine Punktmaske ist, die Maskenpunkte mit einer Größe zwischen 0,5 mm und 3 mm aufweist.