DE102018123842A1

DE102018123842A1 - Erzeugnis umfassend Substrat sowie Antireflexbeschichtung, Verfahren zur Herstellung eines solchen Erzeugnisses, seine Verwendung sowie Vorrichtung umfassend ein solches Erzeugnis

Info

Publication number: DE102018123842A1
Application number: DE102018123842.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Henn; Stefan Muth; Thomas Emmerich Maldonado; Annelie Gabriel
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Erzeugnis umfassend ein Substrat sowie eine Antireflexbeschichtung, ein Verfahren zur Herstellung solchen Erzeugnisses, seine Verwendung und sowie eine Vorrichtung umfassend ein solches Erzeugnis.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Erzeugnis umfassend ein Substrat sowie eine Antireflexbeschichtung, ein Verfahren zur Herstellung solchen Erzeugnisses, seine Verwendung und sowie eine Vorrichtung umfassend ein solches Erzeugnis.
Hintergrund der Erfindung
Erzeugnisse umfassend ein Substrat sowie eine Antireflexbeschichtung sind seit vielen Jahren bekannt.
Beispielsweise beschreibt die US-amerikanische Patentanmeldung US 2012/0075705 A1 ein optisches Erzeugnis mit Antireflexeigenschaften sowie optional Antistatikeigenschaften sowie hoher thermischer und Abrasionsbeständigkeit. Das Erzeugnis umfasst ein Substrat sowie eine erste Lage, welche eine SiO₂-Lage umfasst und frei von Al₂O₃ ist, sowie eine Multilagen-Antireflexbeschichtung bestehend aus mindestens einer hochreflektierenden Lage und mindestens einer niedrigreflektierenden Lage, wobei alle niedrigreflektierenden Lagen eine Mischung aus SiO₂ und Al₂O₃ umfassen und alle hochreflektierenden Lagen unterstöchiometrisches TiO_x umfassen.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2014 013 528 A1 beschreibt ein beschichtetes Glas oder Glaskeramiksubstrat mit beständigen multifunktionellen Oberflächeneigenschaften, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung. Die Oberflächeneigenschaften umfassen Kombinationen von antireflektiven Eigenschaften mit beispielsweise antimikrobiellen Eigenschaften und/oder Antifingerprint-Eigenschaften, wobei das Substrat beispielsweise chemisch vorgespannt sein kann. Die Antireflexbeschichtung kann als Einzelschicht ausgebildet sein oder als Multilagenbeschichtung. Vorteilhaft wird die Antireflexbeschichtung mittels eines Sol-Gel-Verfahrens erhalten.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2001/0002295 A1 beschreibt ein transparentes Substrat mit einer Antireflexbeschichtung. Das Substrat ist als Glassubstrat ausgebildet, bei dem auf mindestens einer Fläche eine Antireflexbeschichtung als Multilagenbeschichtung ausgebildet ist, bei welcher sich Lagen mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex abwechseln. Weiterhin ist mindestens eine Lage so ausgebildet, dass sie als Schutz vor Alkalidiffusion aus dem Substrat in lagen, welche durch Alkalien angegriffen werden können, wirkt.
Das US-amerikanische Patent US 6,074,730 A beschreibt eine Breitband-Antireflexbeschichtung, welche vier gesputterte Lagen aufweist.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 39 42 990 A1 betrifft einen Belag, welcher aus einem optisch wirkenden Schichtsystem besteht, für Substrate. Das Schichtsystem weist eine hohe Antireflexwirkung auf. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des Belags beschrieben. Die vordere und hintere Seite des Substrats sind unterschiedlich beschichtet. Als hochbrechende Schicht umfasst das Schichtsystem ein nitridisches Material.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 36 970 A1 wird ein optisch wirkendes Antireflexschichtsystem beschrieben. Das Schichtsystem besteht aus mehreren Einzelschichten, wobei mindestens zwei hochbrechende Schichten einander benachbart sind.
Das US-amerikanische Patent US 4,784,467 A beschreibt eine Multilagen-Antireflexbeschichtung. Das Substrat ist aus Plastik ausgebildet. Die von Substrat aus gesehen erste Schicht ist aus SiO₂, die vom Substrat aus gesehen zweite Schicht umfasst eine Mischung aus TiO₂ und ZrO₂. Die dritte Schicht besteht aus ZrO₂. Die vier Schicht besteht aus SiO oder SiO₂.
Die Schrift GB 1 466 640 A betrifft Multilagen-Antireflexbeschichtungen für optische Zwecke. Als hochbrechendes Material wird ZrO₂ vorgeschlagen, welches zur Stabilisierung des Brechungsindex mit verschiedenen Materialien dotiert wird. ZrO₂ wird mittels eines Elektronenstrahlverdampfungsprozesses gewonnen.
Das US-amerikanische Patent US 6,596,368 B1 beschreibt ein organisches Substrat mit optisch aktiven Lagen, welche mittels Magnetron-Sputtern erzeugt werden, sowie ein Verfahren zur dessen Herstellung. Die Lagen können beispielsweise Zirkonium, Silizium und Titan umfassen.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 30 26 703 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Antireflexbelags auf einem transparentem Material, wie einem optischen Glas, beschrieben. Die hochbrechende Schicht umfasst ZrO₂ sowie ein Material zur Stabilisierung des ZrO₂. Die Beschichtung erfolgt mittels Aufdampfen.
Ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten, dreidimensional verformten Scheibe aus Glaskeramik beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 036 407 A1 . Die Scheibe ist mit einer Reflexions-, Entspiegelungs- oder Teilreflexionsschicht versehen. Zunächst wird ein Vorläuferglas beschichtet, welches danach verformt und anschließend zu einer Glaskeramikscheibe keramisiert wird.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2011 012 160 A1 beschreibt ein Substrat mit Antireflexionsbeschichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Die Antireflexbeschichtung ist mehrlagig ausgeführt. Die Lagen mit niedrigerem Brechungsindex sind aus Siliziumoxid mit einem Anteil von Aluminium aufgebaut. Die Lagen mit höherem Brechungsindex enthalten ein Silizid, Oxid oder Nitrid.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2014 104 798 A1 werden harte Antireflexbeschichtung sowie deren Herstellung und Verwendung beschrieben. Die Antireflexbeschichtung ist als eine interferenzoptische Beschichtung aufgebaut und umfasst mindestens zwei niedrigbrechende Schicht und eine hochbrechende Schicht. Die hochbrechende Schicht ist dabei als transparente Hartstoffschicht ausgeführt und umfasst kristallines Aluminiumnitrid mit hexagonaler Kristallstruktur und einer Vorzugsrichtung.
Die japanische Patentanmeldung JP H04-166901 A beschreibt Antireflexschichten auf Plastiklinsen.
Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen für Erzeugnisse mit verminderter Reflexion weisen eine Reihe von Nachteilen auf.
Insbesondere sind die bekannten antireflexbeschichteten Erzeugnisse nicht hinreichend temperaturstabil für Anwendungen, bei welchen im Betriebszustand über eine lange Zeit hinweg 600°C oder sogar 650°C vorliegen, wie dies beispielsweise für Sichtscheiben von modernen Öfen, beispielsweise Kamin- oder Pelletöfen, der Fall ist.
Auch kurzzeitige thermische Belastungen von mehr als 900°C, wie sie beispielsweise bei der Keramisierung von Grünglas zu einer Glaskeramik auftreten können, können mit den vorhandenen Antireflexbeschichtungen nicht dargestellt werden.
Ein weiterer Nachteil bekannter antireflexbeschichteter Erzeugnisse ist, dass diese in der Regel noch einen gewissen Restfarbeindruck aufweisen. Dies liegt daran, dass die bekannten Antireflexbeschichtungen so ausgebildet sind, dass sie im Reflexionsspektrum ein lokales Maximum aufweisen. Dies ist besonders dann nachteilig, wenn ein solches Erzeugnis beispielsweise weitere, beispielsweise farbige und/oder dekorative Beschichtungen aufweist oder als Sichtscheibe für ein dahinterliegendes Anzeigeelement, wie beispielsweise ein Display, verwendet wird. Hier kommt es zu einer Farbverfälschung.
Übliche optische Antireflexbeschichtungen sind oft auch so ausgebildet, dass sie lediglich im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums eine niedrige Reflexion aufweisen. Eine Reflexion auch im IR-Bereich wird mit solchen Beschichtungen nicht erzielt. Gerade für Anwendungen beispielsweise in Vorrichtungen, welche zum Heizen, wie beispielsweise zum Heizen eines geschlossenen Raumes, beispielsweise Öfen, verwendet werden, ist eine solche IR-Reflexion jedoch vorteilhaft. Heutige IR-reflektierende Beschichtungen weisen jedoch ein ungünstiges Verhältnis hinsichtlich der Reflexion von IR_A-Strahlung zu IR_B-Strahlung auf.
Es besteht daher der Bedarf an Erzeugnissen umfassend eine Antireflexbeschichtung mit erhöhter Temperaturbeständigkeit und/oder einer angepassten IR-Reflexionscharakteristik und/oder einer angepassten optischen Anmutung.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Erzeugnisses umfassend ein Substrat sowie eine Antireflexbeschichtung mit erhöhter Temperaturstabilität und/oder einer angepassten IR-Reflexionscharakteristik und/oder einer angepassten optischen Anmutung, sowie in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines solchen Erzeugnisses. Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung eines solchen Erzeugnisses sowie eine Vorrichtung, welche ein solches Erzeugnis umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Spezielle und bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das Erzeugnis gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Substrat umfassend ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material und eine Antireflexbeschichtung umfassend zwei Schichten. Das Substrat weist eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70 % bei einer Dicke von 4 mm auf.
Die Antireflexbeschichtung ist an mindestens einer Oberfläche des Substrats angeordnet und umfasst eine Schicht mit einem Brechungsindex n₁ sowie eine weitere, vorzugsweise an die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ angrenzende Schicht mit einem Brechungsindex n₂.
Der Brechungsindex n₁ ist größer als der Brechungsindex n₂.
Die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ grenzt vorzugsweise an eine Oberfläche des Substrats an.
Das Erzeugnis weist eine Transmission für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 55%, im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm von mindestens 70% und im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 2600 nm von mindestens 55% auf, bezogen auf eine Dicke des Substrats von 4 mm, sodass das Verhältnis des Transmissionsgrades des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm zum Transmissionsgrades des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 3000 nm größer als 1,5, vorzugsweise größer als 1,75 ist.
Der Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm wird auch als IR_A-Bereich bezeichnet. Der Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 3000 nm wird auch als IR_B-Bereich bezeichnet.
Der Transmissionsgrad im IR_A-Bereich und im IR_B-Bereich wird hier angegeben als integrale Transmission im jeweils betrachteten Wellenlängenbereich, wobei der Transmissionsgrad mit Schritten von 1 nm aus den erhaltenen Transmissionsspektren berechnet wird.
Vorzugsweise verhält sich dabei die Absorption und/oder Reflexion des Erzeugnisses im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums in der Emission des Flammenspektrums im Verhältnis des Spektralbereich IR_A zu IR_B so, dass es sich dem idealen Sonnenspektrum annähert.
Ein Vorteil einer solchen Ausgestaltung eines Erzeugnisses umfassend ein Substrat und eine Antireflexbeschichtung besteht zum einen darin, dass auf diese Weise ein optimiertes Heizverhalten einer mit einem solchen Erzeugnis ausgerüsteten Heizvorrichtung erzielbar ist. Insbesondere können auf diese Weise vorteilhaft höhere Temperaturen in solcherart ausgerichteten Heizvorrichtungen erzielt werden, sodass es zu einem besseren Brennverhalten kommt.
Das Substrat ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung so ausgebildet, dass es ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material umfasst. Insbesondere kann das Substrat überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 %, aus einem Glas und/oder einer Glaskeramik und/oder einem einkristallinen Material bestehen.
Beispielsweise kann das Substrat Borosilikatglas umfassen oder überwiegend oder im Wesentlichen aus Borosilikatglas bestehen. Es ist auch möglich, dass das Substrat Kalk-Natron-Glas, insbesondere vorgespanntes Kalk-Natron-Glas, umfasst oder überwiegend oder im Wesentlichen aus diesem besteht. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat als einkristallines Material Aluminiumoxid Al₂O₃ umfasst oder überwiegend oder im Wesentlichen aus Aluminiumoxid Al₂O₃ besteht. Insbesondere kann das kristalline Material beispielsweise als Einkristall ausgebildet sein, beispielsweise als Einkristall einer Aluminiumoxid-Varietät. Insbesondere kann das Substrat einen Einkristall von Al₂O₃ beispielsweise in Form von Korund oder Saphir umfassen oder überwiegend oder im Wesentlichen aus einem solchen bestehen.
Weitere mögliche Materialien, welche das Substrat umfassen kann oder aus welchen das Substrat überwiegend oder im Wesentlichen bestehen kann, umfassen Aluminium-Silikat-Gläser und/oder Lithium-Aluminium-Silikat-Gläser oder Glaskeramiken, insbesondere Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramiken.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist ein Erzeugnis umfassend ein Substrat umfassend ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material und eine Antireflexbeschichtung umfassend zwei Schichten, wobei das Substrat eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs elektromagnetischer Strahlung von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70 % bei einer Dicke von 4 mm aufweist. Die Antireflexbeschichtung ist an mindestens einer Oberfläche des Substrats angeordnet. Sie umfasst eine Schicht mit einem Brechungsindex n₁ sowie eine weitere, vorzugsweise an die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ angrenzende Schicht mit dem Brechungsindex n₂. Der Brechungsindex n₁ ist größer als der Brechungsindex n₂. Die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ grenzt vorzugsweise an eine Oberfläche des Substrats an. Die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ umfasst ZrO_x, bevorzugt Yttrium-dotiertes ZrO_x, wobei besonders bevorzugt zwischen 7 und 9 Gew.-% des stöchiometrisch notwendigen Gehalts an Zirkoniums durch Yttrium ersetzt sind, ganz besonders bevorzugt 7,8 Gew.-% des Zirkoniums, sodass eine dauerhafte thermische Beständigkeit des Erzeugnisses bei Temperaturen von 650°C, vorzugsweise bestimmt durch eine Langzeittemperaturlagerung, wie eine Temperaturlagerung für mehrere Tage bei 650°C, erhalten ist.
Die Temperaturlagerung bei 650°C wird vorzugsweise für eine Dauer von 100h durchgeführt. Sie gilt als bestanden, wenn es durch die Temperaturlagerung zu keiner signifikanten Änderung des Farborts und der Transmission bzw. Reflexion des Erzeugnisses gekommen ist.
Als keine signifikante Änderung des Farborts gilt es im Rahmen der vorliegenden Offenbarung, wenn der Farbort des Erzeugnisses vor Temperung, E_v, und der Farbort des Erzeugnisses nach Temperung, E_n, sich voneinander höchstens um einen Betrag von 10, vorzugsweise höchstens um einen Betrag von 5 unterscheiden, d.h. wenn $Δ E = | E_{v} - E_{n} | < 10,$
vorzugsweise wenn $Δ E = | E_{v} - E_{n} | < 5.$
Als nicht signifikante Änderung der optischen Werte, insbesondere von Transmission und Reflexion, gilt es, wenn diese Werte vor der Temperung und nach der Temperung voneinander um nicht mehr als 10%, vorzugsweise um nicht mehr als 5 % voneinander abweichen.
Durch eine solche Ausgestaltung des Erzeugnisses können die Spannungen im Schichtsystem soweit angepasst werden, dass das Erzeugnis sowohl eine thermische Dauerstabilität bei 650° aufweist sowie eine Belastung von mehr als 900°, welche beispielsweise im Zuge der Keramisierung eines Grünglases zu einer Glaskeramik auftreten kann, übersteht. Hauptursache für auftretende Rissbildung, Delaminationen, also Schichtablösungen, und Defekte unter thermischer Belastung von Antireflexbeschichtungen sind nämlich Spannungen, welche durch Veränderungen in der Struktur bei thermischen Prozessen auftreten oder bereits durch den Beschichtungsprozess in ein oder mehrere Schichtmaterialien eingetragen sind.
Um eine Strukturveränderung im Schichtsystem bis zu den erforderlichen Temperaturen zu unterbinden, wird das System vorzugsweise durch MF-Reaktivgassputtern von einem Y-stabilisierten Zr-Target oder von einem (teil-)keramischen ZrO_x:Y_xO_y Target gesputtert. Die Yttrium-Dotierung dient der thermischen Stabilisierung des ZrO_x und wird im optimalen Zustand mit 7,8 Gew.-% Y am Zr vorgenommen. Andere mögliche Verfahren für die Herstellung geeigneter Beschichtungen umfassen neben Sputtern, wie dem bevorzugten MF-Reaktivgassputtern, auch CVD-Verfahren oder Tauchbeschichtungsverfahren, beispielsweise auf Basis von Solen.
Spannungen aus dem Beschichtungsprozess treten insbesondere bei Materialien auf, welche hohe Schichthärten mit sich bringen, wie z.B. Si₃N₄, ZrO₂, TiN oder ähnlichen Materialien. Typische Schichtspannungen für diese Materialien liegen bei 1 bis 3 GPa. Aber auch herkömmliche hochbrechende oxidische Materialien wie TiO₂ oder Ta₂O₅ können Schichtspannungen zeigen oder durch die genannten Kristallisationseffekte zusätzliche Spannungen bei einer thermischen Belastung aufbauen. Diese Materialien zeigen bei der thermischen Belastung aber insbesondere dann Probleme, wenn ein gewölbtes Substrat beschichtet wird. Insbesondere kommt es hier bei der Meniskus-Verformung auf der konkaven Seite zu Problemen wie Rissbildung oder Ablösung, da zu der Schichtspannung noch zusätzlich eine Stauchung der Schicht durch die Verformung erzeugt wird. Insbesondere treten bei herkömmlichen Antireflexbeschichtung diese Probleme auf, wenn das Substrat erst nach erfolgter Beschichtung umgeformt wird. Aber auch wenn ein bereits umgeformtes Substrat beschichtet wird, kommt es - wenn auch in schwächerer Form - zu einer Stauchung der Schicht mit den vorgenannten Problemen.
Vorzugsweise kann das Erzeugnis nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung so ausgestaltet sein, dass das Verhältnis des Transmissionsgrades des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm zum Transmissionsgrad des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 3000 nm größer als 1,5 ist, vorzugsweise größer als 1,75, sodass vorzugsweise die Absorption und/oder Reflexion des Erzeugnisses im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums in der Emission des Flammenspektrums im Verhältnis des Spektralbereichs IR_A zu IR_B so verhält, dass es sich dem idealen Sonnenspektrum annähert.
Eine solche Ausgestaltung eines Erzeugnisses verbindet vorteilhaft eine thermisch stabile Ausgestaltung des Erzeugnisses mit einem verbesserten optischen Absorptions-und/oder Reflexionsverhalten des Erzeugnisses. Vorteilhaft sind daher solche Erzeugnisse besonders geeignet, um in Vorrichtungen zum Heizen verwendet zu werden, bei welchen dauerhaft hohe Temperaturen auftreten.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung gelten die folgenden Definitionen:

Unter einem Substrat wird ein Werkstück verstanden, dessen Oberfläche behandelt wird. Die Behandlung der Oberfläche kann insbesondere eine Beschichtung einschließen. In diesem Sinne kann das Substrat auch als eine Unterlage verstanden werden, auf welche eine Schicht aufgebracht wird. Beispielsweise kann ein Substrat im Sinne der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sein. Jedoch ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein Substrat nicht auf platten- oder scheibenförmige, flache Ausgestaltungen eines Werkstücks beschränkt. Vielmehr ist es im Sinne der vorliegenden Offenbarung auch möglich, dass das Substrat gewölbt vorliegt, beispielsweise als eine gewölbte oder verformte Scheibe.

Das Erzeugnis umfasst im Sinne der vorliegenden Offenbarung ein bereits veredeltes, insbesondere ein beschichtetes, Substrat.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird unter einer scheibenförmigen Ausgestaltung eine solche Ausgestaltung verstanden, bei welche die Dicke eines Werkstücks mindestens eine Größenordnung geringer ist als dessen Breite und Länge. Beispielsweise ist eine Glasplatte oder eine Glasscheibe im Sinne der vorliegenden Offenbarung scheibenförmig ausgebildet. Bei einer Platte oder einer Scheibe liegen in der Regel Breite und Länge in derselben Größenordnung Aber auch eine bandförmige Ausgestaltung, also eine Ausgestaltung, bei welcher die Länge um nochmals eine Größenordnung größer ist als die Breite, wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als scheibenförmig ausgestaltet angesehen.
Als im Wesentlichen scheibenförmig wird ein Werkstück im Rahmen der vorliegenden Offenbarung dann betrachtet, wenn es lediglich kleinere Verformungen aufweist. Solche kleineren Verformungen liegen dann vor, wenn die Verformungshöhe geringer ist als die Dicke des Werkstücks und die laterale Abmessung der Verformung höchstens ein Zehntel der lateralen Abmessung des Werkstücks beträgt.
Ein Werkstück kann im Wesentlichen eben vorliegen, also als ebene, flache Scheibe. Es ist aber auch möglich, dass ein Werkstück eine gebogene Form aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung kann also das Erzeugnis (bzw. das Substrat) sowohl als flach und im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das Erzeugnis (bzw. das Substrat) gebogen vorliegt. Beispielsweise kann das Erzeugnis (bzw. das Substrat) als uniaxial oder biaxial gebogene Scheibe vorliegen.
Unter einer Antireflexbeschichtung wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Beschichtung verstanden, welche die Reflexion elektromagnetischer Strahlung eines mit ihr beschichteten Erzeugnisses im Vergleich zum unbeschichteten Substrat mindert.
Die Reflexion bei einer bestimmten Wellenlänge wurde dabei bestimmt als Verhältnis von reflektiertem Licht zu einfallendem Licht bei einem Einfallswinkel von 6°. Solche Messungen können mit kommerziell erhältlichen Spektrometern vorgenommen werden, beispielsweise mit einem Spektrometer Lambda 950 der Firma Perkin-Elmer. Häufig sind hier beispielsweise Deuterium-Lichtquellen vorhanden.
Eine Beschichtung im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann mehrere Schichten umfassen. In diesem Fall wird unter einer Beschichtung auch ein Schichtsystem verstanden. Eine Schicht im Sinne der vorliegenden Offenbarung ist eine Materiallage. Eine Materiallage oder Schicht auf einem Substrat kann insbesondere durch einen Beschichtungsprozess erhalten werden und ist in der Regel dünner als ein Substrat.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist die Antireflexbeschichtung an mindestens einer Oberfläche des Substrats angeordnet. Insbesondere kann die Schicht direkt auf mindestens einer Oberfläche des Substrats angrenzen. In diesem Fall besteht ein direkter Kontakt der Antireflexbeschichtung mit der mindestens einen Substratoberfläche. Die Antireflexbeschichtung ist in diesem Fall also auf der mindestens einen Oberfläche des Substrats angeordnet. Unter einer Anordnung der Antireflexbeschichtung an mindestens einer Oberfläche des Substrats wird jedoch auch der Fall verstanden, dass zwischen der Substratoberfläche und der Antireflexbeschichtung mindestens eine weitere Schicht angeordnet ist, also kein direkter Kontakt zwischen der Antireflexbeschichtung und der Substratoberfläche besteht.
Unter einer Oberfläche eines Formkörpers, wie beispielsweise eines Substrats, wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Fläche verstanden, welche einen wesentlichen Teil der Oberfläche des Formkörpers bildet. Im Falle einer scheibenförmigen Ausgestaltung eines Formkörpers sind darunter die Oberseite und die Unterseite einer Scheibe zu verstehen bzw. - je nach der genauen räumlichen Anordnung - die Vorderseite und die Rückseite einer Scheibe, beispielsweise eines Substrats. Nicht unter den Begriff der Oberfläche in diesem Sinne fallen damit die Kantenflächen eines scheibenförmigen Formkörpers.
Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst das Substrat eine Aluminium-Silikat-Glaskeramik, vorzugsweise eine Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik. Eine solche Ausgestaltung unterstützt vorteilhaft die besonders hohe thermische Beständigkeit eines Erzeugnisses gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Erzeugnisses umfasst die Antireflexbeschichtung vier Schichten, wobei die Schichten mit dem Brechungsindex n₁ und die Schichten mit dem Brechungsindex n₂ vorzugsweise alternierend aufgebracht sind.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird der Begriff „Schicht mit dem Brechungsindex n₁“ als Oberbegriff für eine Schicht mit hohem Brechungsindex verstanden. Weiterhin wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung unter einer „Schicht mit dem Brechungsindex n₂“ eine Schicht mit einem niedrigen Brechungsindex verstanden. Unter einem hohen Brechungsindex wird hierbei ein solcher verstanden, welche mindestens einen Wert von 1,9 aufweist. Ein niedriger Brechungsindex ist ein Brechungsindex mit einem Wert von weniger als 1,65, vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 1,6.
Es ist dabei möglich, dass in einer Antireflexbeschichtung gemäß einer Ausführungsform unterschiedliche Schichten mit einem Brechungsindex n₂ und/oder mit einem Brechungsindex n₁ abgeschieden werden, beispielsweise, indem ein Dotierungsgrad und/oder sonstige Beschichtungsparameter, wie Druck und/oder Temperatur, verändert werden. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn eine unterste und/oder eine oberste Materiallage in einem Schichtstapel abgeschieden wird, welche beispielsweise besonders kratzfest oder besonders dicht sein soll, um neben einer optischen Wirkung auch weitere technische Wirkungen zu entfalten. In diesem Fall ist es also möglich, dass eine erste Schicht mit einem Brechungsindex n₁ einen Brechungsindex n_1a aufweist und eine zweite Schicht mit einem Brechungsindex n₁ einen Brechungsindex n_1b, welche beides hohe Brechungsindizes sind, sich aber voneinander unterscheiden. Entsprechendes gilt für die Schichten mit dem Brechungsindex n₂.
Sofern im Rahmen der vorliegenden Offenbarung in einer chemischen Verbindung die Indizes nicht als konkrete Zahlen angeben sind, bezieht sich dies auf den Fall, dass das entstandene Material nicht stöchiometrisch vorliegt oder vorliegen muss. Sofern im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beispielsweise von SiO_x gesprochen wird, wird damit ausgedrückt, dass das entstandene Material eine von der chemischen Verbindung SiO₂ abweichende Zusammensetzung aufweist oder aufweisen kann, insbesondere, dass es sich um unterstöchiometrisches SiO₂ handelt oder handeln kann. Entsprechendes gilt für den Fall, dass im Rahmen der vorliegenden Offenbarung von ZrO_x oder von Y_xO_y gesprochen wird. Dabei bedeutet jedoch die Verwendung des Platzhalters „x“ als Index nicht, dass dieser in allen Materialien denselben Wert aufweisen muss oder aufweist. Vielmehr kann und wird in der Regel der genaue Grad der Abweichung von der stöchiometrischen Zusammensetzung in unterschiedlich abgeschiedenen Materialien selbst bei Verwendung derselben Precursoren in der Regel unterschiedlich sein und insbesondere von den genauen Herstellungsparametern abhängen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn dotierte Materialien abgeschieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ SiO_x, vorzugsweise Aluminium-dotiertes SiO_x.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Erzeugnisses weist die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ eine Spannung mit einem Betrag von weniger als 1000 MPa auf, vorzugsweise von weniger als 500 MPa, insbesondere eine Druckspannung, wobei weiterhin bevorzugt die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ eine Spannung mit einem Betrag von weniger als 500 MPa aufweist.
Dies bedeutet, dass die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ und/oder die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ sowohl eine Druckspannung als auch eine Zugspannung aufweisen können. Insbesondere kann dabei die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ eine Druckspannung aufweisen von weniger als 1000 MPa, vorzugsweise von weniger als 500 MPa. Die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ kann je nach Ausführungsform eine Druckspannung oder eine Zugspannung aufweisen, wobei jeweils die Spannung einen Wert von weniger als 500 MPa aufweist. Sofern im Rahmen der vorliegenden Offenbarung allgemein von „Schichtspannung“ gesprochen wird, ist damit der Betrag der Spannung gemeint. Eine Schichtspannung kann also eine Druckspannung, aber auch eine Zugspannung meinen.
Die Bestimmung der Schichtspannung erfolgt dabei zweckmäßigerweise über Vergleichsversuche, indem die Spannung einer mit denselben Parametern hergestellten Schicht, welche auf ein Dünnglas, beispielsweise ein Glas, das kommerziell unter dem Namen D263 erhältlich ist, bestimmt wird. Die Bestimmung der Schichtspannung erfolgt dabei durch Messung der Durchbiegung s des beschichteten Dünnglases, wobei ein Wert für s größer als Null für eine Zugspannung, ein Wert von s von kleiner als Null für eine Druckspannung der Schicht steht. Die Durchbiegung kann beispielsweise mittels optischer Methoden, beispielsweise unter Verwendung von Lasern erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass zur Bestimmung der Durchbiegung die Vermessung mittels eines Haarlineals erfolgt.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform des Erzeugnisses beträgt die beidseitige mittlere Reflexion elektromagnetischer Strahlung des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 480 nm bis 700 nm 2% oder weniger.
Die mittlere Reflexion wird erhalten als Mittelwert über die Reflexion im betrachteten Bereich.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform des Erzeugnisses beträgt die einseitige mittlere Reflexion 1,5 % oder weniger.
Das Erzeugnis kann gemäß einer weiteren Ausführungsform eine weitere Schicht umfassen, beispielsweise eine leicht reinigbare Schicht oder eine Antifingerprint-Schicht oder eine kratzfeste Schicht oder eine dekorative Schicht.
Das Erzeugnis kann so ausgebildet sein, dass die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet und als dichte Schicht ausgebildet ist, sodass eine Diffusion von Alkalien aus dem Substrat in die Schicht vermindert ist. Dieser Effekt kann beispielsweise verdeutlicht werden durch einen Vergleich von ToF-SIMS-Profilen beschichteter und unbeschichteter Substrate, insbesondere wenn dieser jeweils vor und nach einer Temperaturlagerung untersucht werden.
Weiterhin ist die Antireflexbeschichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass die Stoßfestigkeit des Erzeugnisses nicht beeinträchtigt wird, insbesondere nicht vor, während und /oder nach einer Keramisierung.
Beispielhaft kann eine Antireflexbeschichtung gemäß einer Ausführungsform folgendermaßen ausgebildet sein:

15nm ZrO_x:Y, 32nm SiO_x, 130nm ZrO_x:Y und 86nm SiO_x.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegenden Offenbarung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses umfassend ein Substrat umfassend ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material sowie eine Antireflexbeschichtung umfassend zwei Schichten, vorzugsweise eines Erzeugnisses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die Schritte

- Bereitstellen eines Substrats umfassend ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein einkristallines Material. Das Substrat weist eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs elektromagnetischer Strahlung von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70% bei einer Dicke von 4 mm auf.
- Einbringen des Substrats in eine Beschichtungsvorrichtung,
- Bereitstellen eines Targets. Das Target umfasst Zirkonium sowie vorzugsweise Yttrium als zu sputterndes Material. Die Zusammensetzung des zu sputternden Materials bezogen auf den Gewichtsanteil der metallischen Komponenten umfasst besonders bevorzugt zwischen 7 Gew.-% und 9 Gew.-% Yttrium und zwischen 91 Gew.-% bis 93 Gew.-% Zirkonium und ganz besonders bevorzugt 7,8 Gew.-% Yttrium und 92,2 Gew.-% Zirkonium.
- Abscheiden einer Schicht mit einem Brechungsindex n₁ in einem Mittelfrequenz-Sputterprozess, d.h. in einem Sputterprozess mit einer Sputterfrequenz von größer oder gleich 10 kHz bis zu höchstens 300 kHz, wobei vorzugsweise die Leistung zwischen mindestens 3 kW und höchstens 15 kW und die Temperatur zwischen mindestens Raumtemperatur, vorzugsweise mindestens 40°C und höchstens 350°C eingestellt ist oder wird,

_x

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte

- Bereitstellen eines Targets umfassen Silizium als zu sputterndes Material sowie vorzugsweise Aluminium,
- Erzeugen einer Schicht mit einem Brechungsindex n₂, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ vorzugsweise an die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ angrenzt, in einem Mittelfrequenz-Sputterprozess, d.h. in einem Sputterprozess mit einer Sputterfrequenz von größer oder gleich 10 kHz bis zu höchstens 300 kHz, wobei vorzugsweise die Leistung zwischen mindestens 3 kW und höchstens 15 kW und die Temperatur zwischen mindestens Raumtemperatur, vorzugsweise mindestens 40°C und höchstens 350°C eingestellt ist oder wird,

_x

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Substrat ein Grünglas einer Glaskeramik, vorzugsweise einer Aluminium-Silikat-Glaskeramik, besonders bevorzugt einer Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik, wobei nach dem Abscheiden der Antireflexbeschichtung das Grünglas einer Temperaturbehandlung, vorzugsweise einer Temperaturbehandlung mit einer Maximaltemperatur von mehr als 900°C, unterzogen wird, wobei das Grünglas in eine Glaskeramik umgewandelt wird.
Ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen, insbesondere zum Heizen eines geschlossenen Raumes, wie ein Kaminofen oder ein Pelletofen oder ein Gasofen, oder zum Erhitzen von Speisen, wie ein Backofen oder eine Mikrowelle oder ein Grill, umfassend ein Erzeugnis gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die vorliegende Offenbarung betrifft weiterhin die Verwendung eines Erzeugnisses gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Insbesondere kann das Erzeugnis gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden in einem Kaminofen oder in einem Gasofen oder in einem Pelletofen oder in einem Backofen oder in einer Mikrowelle oder in einem Grill oder in einer Vitrine oder in einer Feuerschutztür, insbesondere als Sichtscheibe, oder als Bildverglasung oder in einem Display, beispielsweise als Displayabdeckung in der Consumerelektronik, wie als Displayabdeckung in einem Smartphone, oder in der Architekturverglasung oder als Kochfläche.
Figurenliste
Es zeigen

1 bis 4 schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellungen verschiedener Ausführungsformen des Erzeugnisses gemäß der vorliegenden Offenbarung,
5 eine Darstellung des Reflexionsgrades eines Erzeugnisses gemäß einer Ausführungsform, sowie
6 Transmissionsspektren für unterschiedliche Erzeugnisse.

1 zeigt in schematischer und nicht maßstabsgetreuer Darstellung eine Ausführungsform eines Erzeugnisses 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Das Erzeugnis 1 umfasst ein Substrat 100. Das Substrat 100 umfasst ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material. Insbesondere kann das Substrat überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 %, aus einem Glas und/oder einer Glaskeramik und/oder einem einkristallinen Material bestehen.
Beispielsweise kann das Substrat 100 Borosilikatglas umfassen oder überwiegend oder im Wesentlichen aus Borosilikatglas bestehen. Es ist auch möglich, dass das Substrat 100 Kalk-Natron-Glas, insbesondere vorgespanntes Kalk-Natron-Glas, umfasst oder überwiegend oder im Wesentlichen aus diesem besteht. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat 100 als einkristallines Material Aluminiumoxid Al₂O₃ umfasst oder überwiegend oder im Wesentlichen aus Aluminiumoxid Al₂O₃ besteht. Insbesondere kann das kristalline Material beispielsweise als Einkristall ausgebildet sein, beispielsweise als Einkristall einer Aluminiumoxid-Varietät. Insbesondere kann das Substrat einen Einkristall von Al₂O₃ beispielsweise in Form von Korund oder Saphir umfassen oder überwiegend oder im Wesentlichen aus einem solchen bestehen.
Weitere mögliche Materialien, welche das Substrat 100 umfassen kann oder aus welchen das Substrat 100 überwiegend oder im Wesentlichen bestehen kann, umfassen Aluminium-Silikat-Gläser und/oder Lithium-Aluminium-Silikat-Gläser oder Glaskeramiken, insbesondere Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramiken.
Weiterhin umfasst das Erzeugnis eine Antireflexbeschichtung 2. Die Antireflexbeschichtung 2 umfasst allgemein zwei Schichten und ist hier so ausgebildet, dass sie vier Schichten umfasst. Sie ist hier so ausgebildet, dass sie jeweils nur an einen Teil der jeweiligen Oberfläche des Substrats 100 angrenzt, sodass hier jeweils ein Teil der Oberfläche des Substrats 100 unbedeckt von der Antireflexbeschichtung 2 ist. Es ist jedoch auch möglich und kann auch bevorzugt sein, dass die Antireflexbeschichtung vollflächig aufgetragen ist.
Das Substrat 100 weist bei einer Dicke von 4 mm eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70 % auf.
Die Antireflexbeschichtung 2 ist allgemein so ausgebildet, dass sie an mindestens einer Oberfläche des Substrats 100 angeordnet ist. In 1 ist die Antireflexbeschichtung 2 in der Form aufgebracht, dass sie auf beiden Oberflächen des Substrats 100 aufgebracht ist und in direktem Kontakt mit diesen steht. Mit anderen Worten ist keine Zwischenschicht zwischen Antireflexbeschichtung 2 und den Oberflächen des Substrats 100 ausgebildet und die Oberflächen des Substrats 100 stehen in direktem Kontakt mit der Antireflexbeschichtung.
Die Antireflexbeschichtung 2 des Erzeugnisses 1 umfasst eine Schicht mit einem Brechungsindex n₁ sowie eine weitere Schicht mit einem Brechungsindex n₂. Vorzugsweise grenzt die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ an die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ an. Der Brechungsindex n₁ ist größer als der Brechungsindex n₂.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform grenzt die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ jeweils an die jeweiligen Oberflächen des Substrats 100 an. Die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ steht hier also in direktem Kontakt mit der jeweiligen Substratoberfläche und bildet mit anderen Worten die unterste Schicht des Schichtstapels oder Schichtsystems, das die Antireflexbeschichtung 2 bildet.
Das so ausgestaltete Erzeugnis weist eine Transmission für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 55%, im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm von mindestens 70% und im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 2600 nm von mindestens 55% auf, bezogen auf eine Dicke des Substrats 100 von 4 mm, und zwar in der Form, dass das Verhältnis des Transmissionsgrades des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm zum Transmissionsgrad des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 3000 nm größer als 1,5m vorzugsweise sogar größer als 1,75.
Vorzugsweise ist die Ausgestaltung des Erzeugnisses 1 so erfolgt, dass Absorption und/oder Reflexion des Erzeugnisses im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums in der Emission des Flammenspektrums im Verhältnis des Spektralbereichs IR_A zu IR_B so verhält, dass es sich dem idealen Sonnenspektrum annähert.
Es ist auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich das Erzeugnis 1 so ausgestaltet ist, dass die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ ZrO_x umfasst, bevorzugt Yttrium-dotiertes ZrO_x, wobei besonders bevorzugt zwischen 7 und 9 Gew.-% des stöchiometrisch notwendigen Gehalts an Zirkoniums durch Yttrium ersetzt sind, ganz besonders bevorzugt 7,8 Gew.-% des Zirkoniums, sodass eine dauerhafte thermische Beständigkeit des Erzeugnisses bei Temperaturen 650°C, vorzugsweise bestimmt durch eine Langzeittemperaturlagerung bei 650°C, erhalten ist.
Solche Ausgestaltungen des Erzeugnisses 1 sind insbesondere möglich, wenn, wie in Fig, 1 beispielhaft dargestellt, die Antireflexbeschichtung 2 auf den beiden Oberflächen des Substrats 100 gleich ausgebildet sind.
Bevorzugt umfasst das Substrat 100 eine Aluminium-Silikat-Glaskeramik, vorzugsweise eine Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik. Insbesondere kann das Substrat überwiegend, also zu mindestens 50 Gew.-%, oder im Wesentlichen, also zu mindestens 90 Gew.-%, oder auch vollständig aus einer solchen Glaskeramik bestehen oder von ihr gebildet werden.
Eine solche Ausführung eines Erzeugnisses 1 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Erzeugnis betrieblich besonders hohen thermischen Belastungen, also insbesondere Temperaturen von dauerhaft mindestens 650°C, ausgesetzt werden soll.
Hier ist die Antireflexbeschichtung 2 so ausgestaltet, dass sie vier Schichten umfasst, wobei die Schichtenmit dem Brechungsindex n₁ und die Schichtenmit dem Brechungsindex n₂ alternierend aufgebracht sind. Die Schichten mit dem Brechungsindex n₁ und die Schichten mit dem Brechungsindex n₂ wechseln sich also ab. Weiterhin ist hier das Substrat 100 sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite mit der Antireflexbeschichtung 2 beschichtet, wobei die Antireflexbeschichtung 2 an der Vorderseite denselben Aufbau aufweist wie die Antireflexbeschichtung 2 an der Rückseite.
Allgemein, ohne Beschränkung auf die in 2 gezeigte Ausführung eines Erzeugnisses 1 ist es aber auch möglich und kann sogar bevorzugt sein, dass lediglich eine Oberfläche des Substrats 100 eine Antireflexbeschichtung 2 umfasst, welche einen anderen Aufbau aufweist. Beispielsweise können die Antireflexbeschichtungen 2 auf unterschiedlichen Seiten des Substrats 100 eine unterschiedliche Zahl an Schichten umfassen und/oder die Schichtdicken und/oder die Schichtmaterialien und mithin auch die Brechungsindizes der einzelnen Schichten können unterschiedlich ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ SiO_x, insbesondere vorzugsweise AI-dotiertes SiO_x.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Erzeugnisses 1 weist die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ eine Spannung mit einem Betrag von weniger als 1000 MPa auf, vorzugsweise von weniger als 500 MPa, wobei die Spannung insbesondere eine Druckspannung ist, und weiterhin bevorzugt weist zusätzlich die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ eine Spannung mit einem Betrag von weniger als 500 MPa auf. Eine solche Ausgestaltung des Erzeugnisses führt zu einer besonders guten Beständigkeit, insbesondere thermischen Beständigkeit, der Antireflexbeschichtung 2 und mithin des Erzeugnisses 1.
Insbesondere ist eine Ausführungsform des Erzeugnisses 1 bevorzugt, bei welcher die beidseitige mittlere Reflexion elektromagnetischer Strahlung des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 480 nm bis 700 nm 2% oder weniger beträgt.
Weiterhin ist eine Ausführungsform des Erzeugnisses 1 bevorzugt, bei welcher die einseitige mittlere Reflexion elektromagnetischer Strahlung des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 480 nm bis 700 nm 1,5% oder weniger beträgt.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Erzeugnisses 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Ausgestaltung des Erzeugnisses 1 entspricht hier der Ausbildung des Erzeugnisses 1 nach 2, mit dem Unterschied, dass hier das Erzeugnis eine weitere Schicht 3 umfasst. Vorliegend ist die weitere Schicht als oberste Schicht aufgebracht, und zwar hier an der Oberseite bzw. Vorderseite des Substrats 100, und zwar weiterhin so, dass sie die Antireflexbeschichtung 2 vollflächig bedeckt. Es ist jedoch allgemein auch möglich, dass die weitere Schicht lediglich partiell die Antireflexbeschichtung 2 bedeckt und/oder so aufgebracht ist, dass Teile einer Oberfläche des Substrats 100, welche eine Antireflexbeschichtung 2 aufweisen, zumindest teilweise mit der weiteren Schicht 3 bedeckt sind.
Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die weitere Schicht als eine Antifingerprint-Schicht oder als eine Kratzschutzschicht oder als eine leicht reinigbare Schicht ausgestaltet ist. In diesem Fall kann nämlich insbesondere vorteilhaft die Antireflexbeschichtung 2 vor Beeinträchtigungen geschützt werden. Beispielsweise kann eine als Antifingerprint-Schicht ausgestaltete weitere Schicht 3 verhindern, dass Fingerabdrücke auf der Antireflexbeschichtung 2 wahrgenommen werden, oder eine als Kratzschutzschicht ausgestaltete Schicht 3 mindert das Verkratzen der Antireflexbeschichtung 2, oder eine als leicht reinigbare Schicht ausgestaltete Schicht 3 verhindert Anhaftungen von Verunreinigungen auf der Antireflexbeschichtung 2.
Hierbei ist anzumerken, dass Beeinträchtigungen der Antireflexbeschichtung 2 beispielsweise durch Finderabdrücke oder durch Verkratzungen oder durch stark anhaftenden Schmutz nicht nur das visuelle Erscheinungsbild des Erzeugnisses 1 stören, sondern gleichzeitig auch die reflexionsmindernde Wirkung der Antireflexbeschichtung 2 mindern.
3 zeigt eine nochmals weitere Ausführungsform eines Erzeugnisses 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Ausgestaltung der Antireflexbeschichtung 2 entspricht hier der Ausgestaltung der Antireflexbeschichtung 2 in 1 und 2. Insbesondere ist hier die Antireflexbeschichtung 2 sowohl auf der Vorderseite als auch der Rückseite des Substrats 100 angeordnet und ist auf der Vorderseite und der Rückseite des Substrats 100 auch gleich ausgebildet.
Jedoch ist hier eine weitere Schicht 3 an der Vorderseite des Substrats 100 angeordnet, und zwar in der Form, dass die weitere Schicht 3 zwischen der Antireflexbeschichtung 2 und dem Substrat 100 angeordnet ist. Vorliegend ist die weitere Schicht 3 vollflächig auf eine Oberfläche des Substrats 100 aufgebracht, aber es ist allgemein auch möglich und kann sogar bevorzugt sein, dass die weitere Schicht lediglich partiell aufgebracht ist, und die Antireflexbeschichtung 2 kann die weitere Schicht 3 in diesem Fall ganz oder partiell überdecken.
Eine solche Ausgestaltung eines Erzeugnisses 1 ist insbesondere dann denkbar, wenn die weitere Schicht 3 als dekorative Schicht ausgebildet ist. Als dekorative Schicht wird dabei im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Schicht bezeichnet, die insbesondere als glasflussbasierte Schicht ausgebildet ist und vorzugsweise opak gefärbt ausgebildet ist, beispielsweise als schwarze, opake Schicht. Beispielsweise kann eine solche Schicht in Form eines Rahmens auf eine Oberfläche eines Substrats aufgebracht sein, sodass ein mittlerer Bereich frei bleibt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Erzeugnisses 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Hier ist die Antireflexbeschichtung 2 auf der Vorder- oder Oberseite des Substrats 100 anders ausgebildet als die Antireflexbeschichtung 2 auf der Rück- oder Unterseite.
5 zeigt die Reflexion eines Erzeugnisses 1 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Die Reflexion wurde hierbei bestimmt als beidseitige mittlere Reflexion in einem Bereich des Erzeugnisses 1, bei welchem eine als dekorative Schicht ausgebildet Schicht 3 zwischen dem Substrat 100 und der Antireflexbeschichtung 2 angeordnet war. Weiterhin wurde der Farbort des Erzeugnisses 1 in diesem Bereich bestimmt. Die weitere Schicht 3 war hier als schwarze Schicht ausgebildet. Für diese Ausgestaltung des Erzeugnisses 1 wurde ein schwarzer Farbort ermittelt. Es war also zu keiner Farbverfälschung der weiteren Schicht 3, die als schwarze Schicht ausgebildet war, gekommen.
Neben der Farbneutralität der Schicht an sich wirkt sich die Beschichtung auch positiv auf die Farbechtheit der Dekorkombinationen aus. So wirkt ein klassisches Schwarz noch satter/kräftiger.
Dies kann beispielhaft an den für die Erzeugnisse erhaltenen L*a*b*-Werten verdeutlicht werden. So wurde für eine transparente Glaskeramik ohne Antireflexbeschichtung, wobei auf die Glaskeramik rückseitig eine dekorative, schwarze Schicht aufgebracht worden war, Werte von

L*: 26,63
a*: 0,36

b*: -0,1

Für eine als Erzeugnis gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausgebildete transparente Glaskeramik, auf welche ebenfalls rückseitig eine dekorative, schwarze Schicht aufgebracht worden war, wurden folgende Werte erhalten:

L*: 13,22
a*: 1,27
b*: -1,04.

Hierbei sieht man deutlich die Abnahme des L*-Werts beim Erzeugnis gemäß der vorliegenden Offenbarung, wodurch die schwarze Hintergrundfarbe deutlich schwärzer erscheint. Die Antireflexbeschichtung wirkt sich somit auch besser auf die Farbechtheit einer Schicht aus. Beispielsweise wirkt also ein klassisches Schwarz noch satter und kräftiger.
6 zeigt unterschiedliche Transmissionsspektren. Mit der Bezugsziffer 4 ist hier Transmissionsspektrum eines Erzeugnisses gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung bezeichnet. Bezugsziffer 5 kennzeichnet ein Transmissionsspektrum eines unbeschichteten Substrats. Im Vergleich der Spektren 4 und 5 ist die Transmission für das Erzeugnis im IR-Bereich erniedrigt, im sichtbaren Wellenlängenbereich jedoch erhöht, im Einklang mit der Tatsache, dass das Erzeugnis eine Antireflexbeschichtung umfasst.
Auch das Erzeugnis, dessen Transmissionsspektrum mit der Bezugsziffer 6 gekennzeichnet ist, zeigt eine erhöhte Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich im Vergleich mit dem Spektrum 5 des unbeschichteten Substrats. Im Vergleich der Spektren 4 und 6 fällt auf, dass für das Erzeugnis gemäß der vorliegenden Offenbarung jedoch die Transmission im nahen Infrarotbereich höher ist. Das Erzeugnis, dessen Transmissionsspektrum mit der Bezugsziffer 6 gekennzeichnet ist, ist also keine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Mit der Bezugsziffer 7 ist das ideale Sonnenspektrum gekennzeichnet. Es zeigt sich, dass das Transmissionsspektrum 4 eines Erzeugnisses nach der vorliegenden Offenbarung im Verlauf eine geringe Abweichung von diesem idealen Sonnenspektrum aufweist als Erzeugnisses nach dem Stand der Technik, hier beispielhaft repräsentiert dargestellt mit dem Transmissionsspektrum 6.
Bezugszeichenliste

1: Erzeugnis
100: Substrat
2: Antireflexbeschichtung
3: weitere Schicht
4: Transmissionsspektrum nach der vorliegenden Offenbarung
5: Transmissionsspektrum eines Substrats
6: Transmissionsspektrum nach dem Stand der Technik
7: Sonnenspektrum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 102014104798 A1 [0015]
JP H04166901 A [0016]

Claims

Erzeugnis, umfassend ein Substrat umfassend ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material und eine Antireflexbeschichtung umfassend zwei Schichten, wobei das Substrat eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70 % bei einer Dicke von 4 mm aufweist, wobei die Antireflexbeschichtung an mindestens einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die Antireflexbeschichtung eine Schicht mit einem Brechungsindex n₁ sowie eine weitere, vorzugsweise an die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ angrenzende Schicht mit einem Brechungsindex n₂ umfasst, wobei der Brechungsindex n₁ größer ist als der Brechungsindex n₂, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ vorzugsweise an eine Oberfläche des Substrats angrenzt, wobei das Erzeugnis eine Transmission für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 55%, im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm von mindestens 70% und im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 2600 nm von mindestens 55% aufweist, bezogen auf eine Dicke des Substrats von 4 mm, in der Form, dass das Verhältnis des Transmissionsgrades des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm zum Transmissionsgrad des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 3000 nm größer als 1,5 ist, vorzugsweise größer als 1,75, sodass vorzugsweise die Absorption und/oder Reflexion des Erzeugnisses im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums in der Emission des Flammenspektrums im Verhältnis des Spektralbereichs IR_A zu IR_B so verhält, dass es sich dem idealen Sonnenspektrum annähert.
Erzeugnis, umfassend ein Substrat umfassend ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material und eine Antireflexbeschichtung umfassend zwei Schichten, wobei das Substrat eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs elektromagnetischer Strahlung von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70 % bei einer Dicke von 4 mm aufweist, wobei die Antireflexbeschichtung an mindestens einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, wobei die Antireflexbeschichtung eine Schicht mit einem Brechungsindex n₁ sowie eine weitere, vorzugsweise an die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ angrenzende Schicht mit einem Brechungsindex n₂ umfasst, wobei der Brechungsindex n₁ größer ist als der Brechungsindex n₂, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ vorzugsweise an eine Oberfläche des Substrats angrenzt, wobei das Erzeugnis vorzugsweise eine Transmission für elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 55%, im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm von mindestens 70% und im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 2600 nm von mindestens 55% aufweist%, bezogen auf eine Dicke des Substrats von 4 mm, insbesondere nach Anspruch 1, sodass vorzugsweise das Verhältnis des Transmissionsgrades des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 780 nm bis 1400 nm zum Transmissionsgrad des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 1400 nm bis 3000 nm größer als 1,5 ist, insbesondere größer als 1,75, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ ZrO_x umfasst, bevorzugt Yttrium-dotiertes ZrO_x, wobei besonders bevorzugt zwischen 7 und 9 Gew.-% des stöchiometrisch notwendigen Gehalts an Zirkoniums durch Yttrium ersetzt sind, ganz besonders bevorzugt 7,8 Gew.-% des Zirkoniums, sodass eine dauerhafte thermische Beständigkeit des Erzeugnisses bei Temperaturen von 650°C, vorzugsweise bestimmt durch eine Langzeittemperaturlagerung bei 650°C, erhalten ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Substrat eine Aluminium-Silikat-Glaskeramik umfasst, vorzugsweise eine Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Antireflexbeschichtung vier Schichten umfasst, wobei die Schichten mit dem Brechungsindex n₁ und die Schichten mit dem Brechungsindex n₂ vorzugsweise alternierend aufgebracht sind.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat sowohl an einer Vorderseite als auch an einer Rückseite mit einer Antireflexbeschichtung beschichtet ist, wobei vorzugsweise die Antireflexbeschichtung an der Vorderseite denselben Aufbau aufweist wie die Antireflexbeschichtung an der Rückseite.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ SiO_x umfasst, vorzugsweise AI-dotiertes SiO_x.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ eine Spannung mit einem Betrag von weniger als 1000 MPa aufweist, vorzugsweise von weniger als 500 MPa, und wobei weiterhin bevorzugt die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ eine Spannung mit einem Betrag von weniger als 500 MPa aufweist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die beidseitige mittlere Reflexion elektromagnetischer Strahlung des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 480 nm bis 700 nm 2% oder weniger beträgt oder wobei die einseitige mittlere Reflexion elektromagnetischer Strahlung des Erzeugnisses im Wellenlängenbereich von 480 nm bis 700 nm 1,5% oder weniger beträgt.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine weitere Schicht, wie eine leicht reinigbare Schicht oder eine Antifingerprint-Schicht oder eine kratzfeste Schicht oder eine dekorative Schicht, wobei vorzugsweise die weitere Schicht als oberste Schicht aufgebracht ist.
Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet und als dichte Schicht ausgebildet ist, sodass eine Diffusion von Alkalien aus dem Substrat in die Schicht vermindert ist.
Verfahren zum Herstellen eines Erzeugnisses umfassend ein Substrat umfassend ein Glas und/oder eine Glaskeramik und/oder ein einkristallines Material sowie eine Antireflexbeschichtung umfassend zwei Schichten, vorzugsweise eines Erzeugnisses nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Substrats umfassend ein Glas oder eine Glaskeramik oder ein einkristallines Material, wobei das Substrat eine Transmission für elektromagnetische Strahlung innerhalb eines Spektralbereichs elektromagnetischer Strahlung von 440 nm bis 2600 nm von mindestens 70 % bei einer Dicke von 4 mm aufweist, - Einbringen des Substrats in eine Beschichtungsvorrichtung, - Bereitstellen eines Targets, wobei das Target Zirkonium sowie vorzugsweise Yttrium als zu sputterndes Material umfasst, wobei eine Zusammensetzung des zu sputternden Materials des Targets bezogen auf den Gewichtsanteil der metallischen Komponenten besonders bevorzugt zwischen 7 Gew.-% und 9 Gew.-% Yttrium und zwischen 91 Gew.-% bis 93 Gew.-% Zirkonium und ganz besonders bevorzugt 7,8 Gew.-% Yttrium und 92,2 Gew.-% Zirkonium umfasst, - Abscheiden einer Schicht mit einem Brechungsindex n₁ in einem Mittelfrequenz-Sputterprozess, wobei vorzugsweise die Leistung zwischen mindestens 3 kW und höchstens 15 kW und die Temperatur zwischen mindestens Raumtemperatur, vorzugsweise mindestens 40°C und höchstens 350°C eingestellt ist oder wird, sodass eine an mindestens einer Oberfläche des Substrats angeordnete Schicht umfassend ZrO_x sowie vorzugsweise Yttrium erhalten wird, welche eine Schichtspannung von weniger als 1000 MPa, bevorzugt von weniger als 500 MPa aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend die Schritte - Bereitstellen eines Targets umfassen Silizium als zu sputterndes Material sowie vorzugsweise Aluminium, - Erzeugen einer Schicht mit einem Brechungsindex n₂, wobei die Schicht mit dem Brechungsindex n₂ vorzugsweise an die Schicht mit dem Brechungsindex n₁ angrenzt, in einem Mittelfrequenz-Sputterprozess, wobei vorzugsweise die Leistung zwischen mindestens 3 kW und höchstens 15 kW und die Temperatur zwischen mindestens Raumtemperatur, vorzugsweise mindestens 40°C und höchstens 350°C eingestellt ist oder wird, sodass eine Schicht umfassend SiO_x sowie vorzugsweise Aluminium erhalten wird, welche eine Schichtspannung von weniger als 500 MPa aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Substrat ein Grünglas einer Glaskeramik, vorzugsweise einer Aluminium-Silikat-Glaskeramik, besonders bevorzugt einer Lithium-Aluminium-Silikat-Glaskeramik umfasst, wobei nach dem Abscheiden der Antireflexbeschichtung das Grünglas einer Temperaturbehandlung, vorzugsweise einer Temperaturbehandlung mit einer Maximaltemperatur von mehr als 900°C, unterzogen wird, wobei das Grünglas in eine Glaskeramik umgewandelt wird.
Erzeugnis, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
Vorrichtung zum Heizen, insbesondere zum Heizen eines geschlossenen Raumes, wie ein Kaminofen oder ein Pelletofen oder ein Gasofen, oder zum Erhitzen von Speisen, wie ein Backofen oder eine Mikrowelle oder ein Grill, umfassend ein Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie 14.
Verwendung eines Erzeugnisses nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie 14 in einem Kaminofen oder in einem Gasofen oder in einem Pelletofen oder in einem Backofen oder in einer Mikrowelle oder in einem Grill oder in einer Vitrine oder in einer Feuerschutztür, insbesondere als Sichtscheibe, oder als Bildverglasung oder in einem Display, beispielsweise als Displayabdeckung in der Consumerelektronik, wie als Displayabdeckung in einem Smartphone, oder in der Architekturverglasung oder als Kochfläche.