DE1596815A1

DE1596815A1 - Verfahren zur reversiblen AEnderung der Lichtdurchlaessigkeit und entsprechende Verglasungen

Info

Publication number: DE1596815A1
Application number: DE1966G0047285
Authority: DE
Inventors: Willy Dr Duchateau; Albert Dr Servais
Original assignee: Glaverbel Belgium SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1965-07-12
Filing date: 1966-06-25
Publication date: 1971-04-15
Also published as: DE1596815C3; BE677236A; ES323615A1; DK137848C; DK137848B; US3535022A; SE337868B; LU49043A1; DE1596815B2; NO116171B; GB1150431A; CH482632A; NL6605542A

Description

Priorität; Luxemburg vom 12. Juli 1965 Nr. 4-9 .-043

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur reversiblen Änderung der Lichtdurchlässigkeit einer Verglasung^ die ein oder mehrere genau parallele Elemente umfaßt. Sie betrifft weiterhin eine Verglasung mit reversibel veränderlicher Lichtdurchlässigkeit, die ein oder mehrere genau parallele Elemente umfaßt.

In neuerer Zeit erbaute Industrie- und Wohnbauten besitzen oft großflächeige Verglasungen, die zwar eine

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gute Ausleuchtung da? Käume gewährleisten, jedoch andererseits bei starker Sonneneinstrahlung zu viel Licht- und Wärmestrahlung durchlassen bzw. in kalten Psrioden einen nennenswerten Teil der Heizungswärme nach außen abgeben. Es ist folglich wünschenswert, die durch die Verglasungen fallenden Strahlungsmengen regeln zu können.

Es sind bereits mehrere Verfahren und Verglasungen bekannt, mit denen die Durchlässigkeit für Licht- und/oder Wärmestrahlung reversibel geändert werden kann.

Es werden beispielsweise Schichten verwendet, die aus synthetischen Stoffen mit photochromen und thermochromen Eigenschaften bestehen (Belgische Patentschrift 619*760), oder aus Stoffen mit nur photochromen Eigenschaften (Französische Patentschrift 1.365.308). Diese Schichten absorbieren in Abhängigkeit von der Strahlungsintensität verschiedene Spektralbereiche verschieden stark und ändern dabei ihre Farbschattierung und Durchsichtigkeit. Jedoch ist die intensive Färbung und die geringe Durchsichtigkeit häufig störend. Diese Stoffe zeigen außerdem Formen der Ermüdung, d. h. die Umkehrbarkeit ist nur für eine bestimmte Anzahl von Wechseln von hell auf dunkel oder von warm auf kalt wirksam, wodurch ihre praktische Anweähng stark eingeschränkt wird.

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Es sind weitfeerhin zwischen Stützscheiben eingebettete Schichten bekannt, deren veränderliche Absorptions eigenschaften auf temperaturabhängigen, reversiblen Sol-Gel-Umwandlungen beruhen. (US-Patentschrift 2.710.274, Französische Patentschrift 1.305.869). Jedoch können diese Schichten korrosiv sein, und sie sind im allgemeinen stark farbig und wenig durchsichtig.

Andere bekannte Verglasungen besitzen Glasscheiben mit eingeschlossenen Kristallen oder Kristalliten, die in Abhängigkeit von der Temperatur das Absorptionsvermögen und damit die Strahlungsdurchlässigkeit der Verglasung verändern (Französische Patentschrift 1.346.665). Die Schichten sind jedoch wegen der Einschlüsse schwierig zu verarbeiten und folglich kostspielig. Weiterhin ist ihre Umkehrbarkeit nicht vollkommen und setzt besonders bei sinkender Strahlungsintensität erst verzögert ein (mehrere Sekunden bis zu mehreren Stunden).

Bei allen bekannten Verglasungen, die die Durchlässigkeit variieren können, wird die Veränderung der Durchlässigkeit oder der Durchsichtigkeit dadurch bewirkt, daß die Lichtabsorption variiert wird.

Wenn man mit einem bekannten, oben beschriebenen Verfahren eine bestimmte Strahlungsmenge beispielsweise A % absorbiert; , so ist die Lichtdurchlässigkeit auf der anderen 109816/1678

Seite der Verglasung im gleichen Maße herabgesetzt, aber die absorbierte Strahlung setzt sich in Wärme um und ruft eine Temperaturerhöhung der Verglasung hervor.

Solche Verglasungen, deren Temperatur sich erhöht, werden ihrerseits zu Wärmestrahlungsquellen, die eine erhebliche Wärmemenge aussenden. Diese Strahlung wird etwa zu je 50 % nach beiden Seiten der Verglasung abgegeben. Das besagt, daß die Absorption einer Menge A der Sonnenstrahlung die Abgabe einer Wärmemenge von etwa A/2, die man aus der Sonnenstrahlung eliminieren wollte, an das Innere bewirkt. Weiterhin geben die Verglasungen ihre Wärmemenge durch Wärmeleitung und -konvektion ab. Die Wirksamkeit dieser bekannten Verglasungen ist also wesentlich geringer als erwartet.

Ziel der Erfindung' ist eine Verglasung, die nicht mit den erwähnten Nachteilen der bekannten Verglasungen behaftet ist.

Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß der unerwünschte Teil der Strahlung durch Reflexion eliminiert und das Reflexionsvermögen von mindestens einem der in der Verglasung enthaltenen Elemente reversibel geändert wird.

Im Gegensatz zur Absorption bewirkt die totale oder 109816/1678

partielle Reflexion einer durch, die Verglasung einfallenden Strahlung gemäß der Erfindung keine Temperaturerhöhung der Verglasung; der reflektierte Teil der einfallenden Strahlung ist endgültig eliminiert, sowohl die Lichtais auch die Wärmeenergie.

Vorzugsweise wird das Reflexionsvermögen von mindestens einem in der Verglasung enthaltenen Element reversibel geändert, indem das bzw. die Elemente der Wirkung eines elektrischen Feldes unterworfen werden, das in seiner Stärke veränderlich ist und senkrecht zu dem bzw. den Elementen liegt.

Es ist festgestellt worden, daß das Reflexionsvermögen sich glieichzeitig mit dem angelegten elektrischen Feld ändert. Ein veränderliches elektrisches Feld erzeugt also eine veränderliche und reversible Reflexion und folglich eine veränderliche und reversible Durchlässigkeit. Die Schichten mit veränderlichem Reflexionsvermögen müssen weder Träger eines elektrischen Stromes noch einer Ionenwanderung sein; es handelt sich also um ein rein statisches Verfahren, das keine elektrische Energie verbraucht} das Feld leistet also keine Arbeit und verbraucht folglich keine Energie.

Es wird im allgemeinen eine Gleichspannungsquelle benötigt,

deren Potential je nach Bedarf geändert werden kann, und 109816/1678

die folglich ein der Spannung proportionales elektrisches Feld aufbaut. In gewissen fällen ist es interessant, die Spa.nnu.ngsquelle umpolen zu können, um ein elektrisches PeId zu erhalten, das zu der Verglasung bald in einer bald in anderer Richtung senkrecht steht, was praktisch einer Verstärkung bzw. Verminderung des Eeflexionsvermögens der Verglasungfentspricht. Man kann also durch Umpolung des elektrischen leides die Reflexion an einem sonnigen Tag erhöhen, und sie dann in der Dämmerung herabsetzen.

Für bestimmte Verglasungen gemäß der Erfindung kann auch eine Spannungsquelle mit beispielsweise sinusförmiger WeclHBlspannnung verwendet werden. Es könnte angenommen werden, daß die Anwendung dieser beiden Polwechsel einer Periode des elektrischen Spannungsverlaufes nacheinander eine Verstärkung und eine Schwächung der Reflexion erzeugt, so daß ihre Summe in einer Periode null ergäbe. Im allgemeinen ist das jedoch nicht so, denn die Reaktion der Reflexion auf das elektrische Feld kann im Vergleich zu dem Feld nicht symmetrisch sein, so daß die Summe der Verstärkung und Schwächung der Reflexion während einer Periode nicht null sein kann. Eine Frequenz von 50 Hz genügt vollkommen, um Flimmern vollständig zu vermeiden.

Diese Feststellung gilt nicht nur für die Reflexion der sichtbaren Wellenlängen sondern auch für die Ultraviolett-

und Ultrarotstrahlen. Beispielsweise erlaubt das Verfahren, 109816/1678

entsprechend der Intensität des Feldes und der Natur des in der Verglasung enthaltenen Elementes, nicht die Reflexion des sichtbaren Bereiches zu verändern, sondern nur den Ultrarotbereich, so daß das Auge die Veränderung der Reflexion nicht wahrnimmt, das Verhältnis der von der Verglasung refLektierten Wärme aber erheblich ist.

Vorzugsweise wird das elektrische Feld mit veränderlicher Intensität, das auf mindestens ein Halbleiterelement der Verglasung wirkt, von elektrisch leitenden, parallelen, transparenten Elementen aufgebaut, die zu der Verglasung gehören und beidseitig auf den !lachen des dem elektrischen Feld unterworfenen Elementes aufgebracht sind; an die elektrisch leitenden Elemente wird eine Potentialdifferenz veränderlicher Stärke gelegt.

Das hat den Vorteil, daß das Verfahren einen minimalen Platzbedarf hat und der gesamten Verglasung eine ideale Durchsichtigkeit erhält. Infolge der nahen Lage der Elemente ist es nicht nötig, eine große Potentialdifferenz zu benutzen.

Das Element mit den reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften besteht aus einem Material aus der Gruppe der Halbleiter. Es steht fest, daß die Hfsbleiter in Form dünner Elemente ein ziemlich schwaches Reflexionsvermögen

besitzen, das mit steigender Dicke des Halbleiters wächst. 109816/1678

tmd Dieses Reflexionsvermögen ist in weiten Grenzen/mit sofortiger Umkehrbarkeit unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes veränderlich, wie in den unten angeführten Beispielen gezeigt wird.

Vas die Metalle anbetrifft, so besitzen sie, wenn sie als dünne folien ausgebildet sind, ähnliche Eigenschaften wie die Halbleiter, aber ihr spezifischer Reflexionskoeffizient ist viel großer, und es ist folglich schwieriger, eine änderung der Reflexion nach größeren Werten hin zu erreichen» Diese Vergrößerung der Reflexion ist jedoch nachweisbar und anwendbar in genügend empfindlichen optischen Instrumenten; eine der möglichen Anwendungen der Verglasung gemäß der Erfindung ist bei beispielsweiser Verwendung einer Goldfolie die Messung der Stärke eines elektrischen Feldes.

Es ist auch vorteilhaft, ein Halbleiter- oder metallische Element der Verglasung der Wirkung des elektrischen Feldes zu unterwerfen, das zwischen diesem Element und einem anderen elektrisch leitenden Element der Verglasung aufgebaut ist, indem eine elektrische Spannung veränderlicher Stärke verwendet wird.

Es ist also nicht nötig, daß die Kraftlinien des Feldes durch das Element bzw¹, die Elemente, deren Reflexion reversibel geändert werden soll, "hindurchgehen, wie es

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beispielsweise der !"all ist, wenn das Feld durch elektrisch leitende Elemente aufgebaut wird, die auf beiden Seiten des oder der Elemente mit veränderlicher Reflexion angeordnet sind. Wenn das Element mit veränderlicher Reflexion, Leiter oder Halbleiter, mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden ist, wanrend ein anderes Element, Leiter oder Halbleiter, das genau parallel angeordnet ist, mit dem anderen Pol dieser Spannungsquelle verbunden ist, bildet sich ein elektrisches Feld nicht nur in dem Raum zwischen den beiden Elementen aus, sondern auch auf der Oberfläche der Elemente selbst, wobei das Oberflächenfeld die Reflexion von mindestens einem der Elemente beeinflußt. Das Verfahren ist besonders interessant, wenn das Element, dessen Reflexionseigenschaften geändert werden sollen, stark elektrisch leitend ist.

Es ist vorteilhaft, die Wirkung des elektrischen !Feldes mit veränderlicher Stärke, das senkrecht zu den Elementen steht, deren Reflexionseigenschaften geändert werden sollen, zu vervollständigen, indem man in mindestens einem der Elemente einen oder mehrere elektrische Ströme fließen läßt, deren Hauptrichtung parallel zur Verglasung ist.

Unter gewissen Umständen hat die Wirkung des senkrechten elektrischen Feldes die Tendenz, sich im Laufe der Zeit abzuschwächen, selbst wenn das Feld konstant gehalten wird»

es müßte also das Feld nach einem mitunter schwierig zu 109816/1678

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bestimmenden Gesetz verstärkt werden, wenn über einen längeren Zeitraum eine konstante Reflexion erreicht werden soll. Es ist festgestellt worden, daß sich dieser Dämpfungseffekt nicht mehr zeigt, wenn ein oder mehrere elektrische Ströme in dan. oder den betreffenden Elementen parallel zu diesen fließen. Beispielsweise können zwei gegenüberliegende Kanten eines Elementes mit einer elektrischen Spannungsquelle oder jeder der Pole einer Spannungsquelle entsprechend mit einer geraden und einer ungeraden Serie paralleler, nicht verbundener, leitender Leisten verbunden werden, die auf einer Fläche von mindestens einem Element angebracht sind, dessen Reflexionseigenschaften geändert werden sollen. So spielen zwei aufeinanderfolgende, entsprechend gerade und ungerade Leisten die Rolle von Elektroden, und es wird in dem Element, das # ein Leiter oder Halbleiter sein muß, ein Strom erzeugt, der in das Element über e±E Leiste eintritt, in dem Element parallel zur Oberfläche fließt und über die nächste Leiste austritt. Der Effekt, der die Dämpfung der Reflexion verhindert, rührt nicht von der durch den elektrischen Strom hervorgerufenen Erwärmung des Elementes her, denn der Effekt bleibt auch bestehen, wenn die Verglasung zur Kompensation der Erwärmung künstlich gekühlt wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt die Verglasung mindestens ein Element mit reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften. Dieses oder diese Elemente eliminieren einen

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Teil der einfallenden Strahlung, die weder absorbiert noch in Wärme umgesetzt wird, wie es bei Terglasungen der Fall ,deren Lichtdurchlässigkeit nur durch Änderung der Absorption verändert wird.

Es können mehrere Elemente, die reversibel veränderliche Reflexions eigenschaften be s it ζ en, kombiniert werden, um zusätzliche optische Farbeffekte, Undurchsichtigkeit, Mattfarbigkeit, usw. zu erreichen. Diese Elemente mit veränderlichen Eeflexionseigenschaften können auch mit anderen Elementen kombiniert werden, die parallel zu ihnen sind und mit optischen oder speziellen mechanischen Eigenschaften ausgerüstet sind.

Es ist vorteilhaft, das Element mit den reversibel veränderlichen Eeflexionseigenschaften aus einem Halbleitermaterial herzustellen, das zwischen transparenten elektrisch ±E±cfc leitenden iÖaamemiBnc Elementen eingebettet ist, die ihm genau parallel aufliegen und entsprechend mit zwei Polen einer elektrischen Potentialquelle ■veränderlicher Stärke verbunden sind.

Diese elektrisch leitenden Elemente sind im allgemeinen als genügend dünne Metallfolien ausgebildet, damit sie transparent sind, oder besser als dünne transparente Schichten, die mit den bekannten Mitteln elektrolytisch, durch Aufdampfung im Vakuum oder auf andere Art auf

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transparentes Trägermaterial aufgebracht werden. Diese dünnen Schichten können mit einem dünnen Metallstreifen eingefaßt sein, der gut leitend ist, eine Elektrode bildet und leicht mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden werden kann. Die transparenten dünnen Schichten brauchen nicht stark leitend zu sein, da sie nur mit einem bestimmten elektrischen Potential belastet werden müssen, jedoch im allgemeinen nicht von einem elektrischen Stromä. durchflossen werden. .

Das Element mit den Reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften soll möglichst aus einem Halbleitermaterial oder einem Metall bestehen, und einem ihm genau parallelen transparenten, elektrisch leitenden Element gegenüberliegen, wobei diese beiden Elemente entsprechend mit zwei Polen einer elektrischen Potential quelle veränderlicher Sta?ärke verbunden sind.

Diese Anordnung erfordert im Prinzip nur zwei parallele Elemente jf demgemäß wird dadurch die elektrische Spannung herabgesetzt, und es werden gleichzeitig die Fabrikationskosten vermindert.

Die Verglasung kann zwischen dem Element mit den reversibel . veränderlichen Reflexionseigenschaften und mindestens einem der elektrisch leitenden Elemente ein transparentes,

elektrisch isolierendes Element besitzen. 10 ⁽J 816/1678

Es kann ein transparentes und isolierendes Element auf nur einer Seite des Elementes mjb den veränderlichen Reflexionseigenschaften angeordnet werden in engem Eontakt oder mit einem Zwischenraum, der mit Luft, Gas oder eventuell mit einem flüssigen Leiter überbrückt wird, oder es können auf beiden Seiten des Elementes mit den veränderlichen Reflexionseigenschaften transparente Isolierelemente angeordnet werden. Mitunter tragen diese transparenten Elemente mit dazu bei, die Steifigkeit der Verglasung zu erhöhen.

Vorzugsweise umfaßt die Verglasung noch transparente Versteifungselemente, die parallel zu den anderen zu der Vergasung gehörenden Elemente liegen und mit mindestens einem dieser Elemente in Berührung sind.

Diese transparenten Versteifungselemente bilden das eigentliche Gerüst der Verglasung, wenn die anderen Schichten, die sie enthält.so dünn sind, daß sie nicht die nötige Steifigkeit besitzen, um selbst eine Verglasung zu bilden.

Vorzugsweise sind die durchsichtigen Versteifungselemente auf beiden Seiten der anderen Elemente angeordnet und bilden für diese Elemente Schutzschichten.

Unabhängig von ihrer Stützwirkung verhindern diese Elemente, 10 9 8 16/1678

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wenn sie außen auf der Verglasung angebracht sind, die Beschädigung der anderen Elemente durch mechanische Ursachen, wie beispielsweise Berührung, Staub usw. oder durch chemische Ursachen, wie beispielsweise Rauch, Dampf usw.J solche Verglasungen sind auch abwaschbar, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung besteht.

Vorzugsweise wird der verwendete Halbleiter aus der vierten Gruppe und die Verbindungen einerseits aus den Gruppen 5 bzw. 6 und andererseits aus den Gruppen 5 bzw. 2 des periodischen Systems der Elemente ausgewallt. Die Kombinationen werden weiter unten anhand von Beispielen erläutert.

Der Halbleiter enthält vorzugsweise Verunreinigungen der Gruppe Se, Te, As, Sb, Β_;01, In, P, Zn, Od, deren Anwesenheit den Effekt des elektrischen Feldes auf die· Reflexion mitunter beträchtlich erhöht.

Die transparenten, elektrisch leitenden Elemente kö'rfen aus Metall oder Halbleiterschichten bestehen.

Diese Schichten sind sehr transparent, wenn sie als dünne

Überzüge vorliegen, und ihre elektrische Leitfähigkeit 109816/1678

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Az.: G 47 285 VIb/52b

Ist ausreichend, um der gesamten Oberfläche des Überzuges das gleiche Potential zu übertragen, das.gleich dem der mit ihr verbundenen Spannungsquelle ist.

Als transparente elektrisch isolierende Elemente werden vorzugsweise die Oxyde SiO,

, B 0 bzw. Kombinationen dieser Oxyde.Plastikstoffe

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oder Luft verwendet.

Diese Materialien sind vollkommen transparent, können als dicke oder dünne Schichten verwendet werden und besitzen eine große dielektrische Festigkeit, so daß sie bei starken elektrischen Feldern mit Größenordnungen von mehreren Tausend Volt/mm Anwendung finden können, ohne daß eine Zerstöraung der Isolationsschichten befürchtet werden muß.

Die transparjfeenten Stützelemente werden vorzugsweise aus der. Gruppe der Gläser und polymerisxerten Harze, wie z.B. Acrylglas ausgewählt, die Stoffe darstellen, deren Transparenz und mechanischer Widerstand groß sind.

Die elektrische Spannungsqueile, mit der die elektrisch leitenden Elemente verbunden sind, kann .ein Gleichrichter

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sein, der mindestens einen Polwechsel von zweien einer primären Wechselspannung gleichrichtet.

Diese Anordnung ist zweckdienlich, wenn ein Effekt der Änderung in nur einer Richtung erzielt werden soll, sei es zu größeren oder zu kleineren Werten, und keine Gleichspannungsquelle vorhanden ist. Diese Gleichspannungsquelle kann also durch einen Gleichrichter ersetzt werden, an dessen Klemmen man entweder einen Pölwechsel von zweien eines sinusförmigen Spannungsverlaufes erhält oder zwei Polwechsel, von denen einer umgeklappt wird. Die Änderung der Reflexion entspricht dann genau dem Mittelwert dieser Spannung und nicht seiner maximalen Amplitude.

Es ist vorteilhaft, wenn das System aus Spannungsquelle und elektrisch leidendem Element von einer zeitabhängigen Steuervorrichtung geregelt wird. Diese Steuervorrichtung >

wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der !Tageszeit ge- »

regelt, um die Amplitude der an die elektrisch leitenden

Elemente angelegten Spannungsquelle stetig, modulierend und unstetig zu verändern. Es kann auch die Lichtreflexion ] der Verglasung den vorauszusehenden Änderungen der Helligkeit des !Tagesablaufes angepaßt werden. Auch kann beispielsweise die Reflexion der Verglasung im Laufe des /

Aberdb erhöht werden, um zu verhindern, daß man von außen ι

in einen künstlich beleuchteten Raum sehen kann.

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Das System aus Spannungsquelle und elektrisch leitenden Elementen kann von auf Wärme und/oder lichtenergieänderungen reagierenden Vorrichtungen geregelt werden·, diese Vorrichtungen befinden sich außerhalb der Verglasung. Es werden hauptsächlich Thermostaten und Photozellen ■verwendet. Sie nehmen die Werte der Temperatur und/oder der Strahlung auf, deren Wirkung man herabsetzen will, und erzeugen mit Hilfe eines eventuell zwischengeschalteten Verstärkers Spannungsänderungen, die sich als Änderungen des elektrischen leides auswirken und demgemäß als Reflexionsänderungen entsprechend im ultraroten, im siehtbaren oder im ultravioletten Spektralbereich.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelben beschrieben.

Pig. 1 zerigj; ein Diagramm der Reflexionsänderung für verschiedene Wellenlängen als funktion des elektrischen leides eines Elementes einer Verglasung gemäß der Erfindung.

!ig. 2, 3 und 4 zeigen Schnitte durch Verglasungen gemäß der Erfindung, senkrecht zu ihren Oberflächen.

Beispiel 1

Das Diagramm nach S¹Ig. 1 bezieht sich auf eine 200 109816/1678

Angström starke Schicht aus reinem Zinnoxyd SnO₂, die durch Aufdampfung im Vakuum auf eine drei Millimeter starke Fensterglasscheibe aufgebracht ist. Auf der Ordinate ist die Eeflexion in Prozent aufgetragen und auf der Abszisse die Wellenlänge des Lichtes, die auf die SnOo-Schicht trifft, in Millimikron. Die Kurve 1 bezieht sich auf die Schicht ohne elektrisches Feld, die Kurve 2 bezieht sich auf die gleiche Schicht, die einem elektrischen Feld von 50 Volt/Mikron unterworfen ist, das senkrecht zur Oberfläche der Schicht verläuft.

Anhand der Kurve 1 ist zu sehen, daß die Schult fast die gesamte sichtbare Strahlung durchläßt, die den Wellenlängen unterhalb 700 Millimikron entspricht, jedoch fast die gesamte Ultrarotstrahlung reflektiert, besonders die mit den Wellenlängen über 1000 Millimikron.

Dagegen zeigt die Kurve 2, daß dieselbe Zinnoxydschicht, die dem elektrischen Feld unterworfen ist, fast die gesamte sichtbare Strahlung reflektiert. Zwischen diesen beiden Werten des elektrischen Feldes, entsprechend O und 50 Volt/Mikron, bilden sich alle Eeflexionskurven ähnlich den Kurven 1 und 2 aus, doch liegen sie zwischen diesen beiden.

Es ist andererseits bekannt, daß die Reflexion einer

Schicht eine mit der Dicke dieser Schicht wachsende 109816/1678

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Funktion ist; wenn beispielsweise eine zehnmal so starke Schicht verwendet würde, so wäre die Anfangsreflexion "bei noch nicht eingeschaltetem elektrischen Feld wesentlich stärker, als & sie in Kurve 1 gezeigt wird. Es könnten also verschiedene» Arten von Verglasungen verwendet werden, die bei nicht eingeschaltetem elektrischen Feld immer stärker reflektieren, indem immer dickere Schichten gewählt

werden.

Es wurden weiter SnO^-Schichten verwendet, die Spuren von Verunreinigungen enthielten, z. B. Selen mit einer Konzentration von 9»5 x 10 Atomen pro cm , was "bedeutet, daß 6 % der Zinnatome durch Selen ersetzt wurden. Es ist festgestellt worden, daß nicht nur die Anwesenheit der Verunreinigung die Beflexions eigenschaften der SnOp-Schicht verbesserten, sondern daß es, um die Reflexionsfähigkeit dieser Schicht auf einen bestimmten Wert zu steigern, genügte, sie einem schwächeren elektrischen Feld zu unterwerfen als jenem, das ohne die Verunreinigungen nötig gewesen wäre.

Beispiel 2

Nach Eig. 2, die einen Schnitt durch die Verglasung gemäß der Erfindung senkrecht zu den Oberflächen zeigt, sind aus 3 mm starkem Fensterglas bestehende Stütz elemente 10* und 1O¹¹ auf ihren Oberflächen 11 · und 11" mit je 100 109816/1678 _BAD

Angström dicken Silberschichten 12' und 12'' überzogen, die durch Aufdampfen im Vakuum aufgebracht sind. Auf der SchJ/^gJt 12' ist eine 2 Mikron starke SiO-Schicht 13' aufgebracht, auf der Schicht 12'' eine 200 Millimikron starke SiO-Schicht.

Auf der Schicht Ί 3' ' ist eine 3 Mikron starke Schj^t aus SnOp aufgebracht, die Selen in einer Konzentration von 1 % bezogen auf die Zinnatome enthält. Die SiO-Schikcht 13' und die SnOp-Schicht 14- sind längs einer Fläche 15 verbunden. Elektroden 16 und 17 aus legiertem Kupfer, die nach den bekannten Verfahren aufgebracht sind, sind mit einem Pol 18 einer Gleichspannungsquelle 19 und einem Schalter 20 verbunden, der sich um einen Punkt 21 drehen kann und irgendeinen der Kontakte 22 berührt, von denen jeder mit einer der Klemmen 23 der Spannungsquelle 19 verbunden ist.

Die SnOo-Schicht 14, die Spuren von Selen enthält, ist das Element, dessen Reflexionseigenschaften sofort und reversibel geändert werden können, indem es einem elektrischen Feld unterworfen wird, das senkrecht zu der Fläche 15 verläuft und sich zwischen den Silberschichten 12' und 12'' aufbaut, wenn an die Elektroden 16 und I7 eine elektrische Spannungsquelle I9 angelegt wird. Die Isolierschichten 13' und 13'' stehen dem geraden Durchgang des

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Flusses zwischen den Schichten 12' und 12' ' durch die Halbleiterschicht 14 entgegen, so daß die Verglasung keine elektrische Energie verbraucht.

Die Glas elemente 10-' und 10' ' stützen das Ganze ab und verhindern, daß die Elemente 12¹ , 13' , 14 und 12" , 13¹ ' durch mechanische oder chemische Einwirkungen beschädigt werden.

Wenn der Schalter 20 mit demjenigen Eontakt 22 in Verbindung ist, der die Elektroden 16 und I7 in Nebenschluß schaltet, liegt an den Elektroden keine Spannung, und es besteht kein elektrisches !"eld; die Verglasung besitzt folglich nur eine Reflexion'sfähigkeit, die der Summe der spezifischen Reflexionsfähigkeiten der Silberschichten 12¹ und 12'', der Isolierschichten I3' und I3¹' und der Halbleiterschicht 14 entsprechen. Je nachdem mit welchem der folgenden Kontakte 22 der Schalter 20 verbunden wird, steigt die Spannung zwischen den Elektroden 16 und 17 und gleichzeitig damit das elektrische Seid zwischen den Schichten 12' und 12", so daß die Halbleiterschicht 14 aus SnOo, die fiäc Selen als Verunreinigung enthält, eine stärkere Reflexionsfähigkeit erhält, zunächst in einem Teil des Ultrarotspektrums und dann im sichtbaren Spektralbereich. Diese Änderung ist ähnlich wie bei den Kurven 1 und 2 nach Pig. 1.

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Die oben beschriebene Vorrichtung besitzt außer der Wirkung der sofortigen und reversiblen .Änderung der Reflexion eine vorteilhafte mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit, gute Steifigkeit und Wirtschaftlichkeit, da sie keine elektrische Energie verbraucht.

Beispiel 3

Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine andere Verglasung senkrecht zu den Oberflächen.

Eine Glasplatte 30 ist mit leitenden Kupferstreifen ungerader 31 bzw. gerader Numerierung 32 belegt, deren Länge sich praktisch über die gesamte Länge der Platte erstreckt, die Breite 1 cm und der Abstand zwischen zwei benachbarten Streifen, einem ungeraden 31 und einem geraden 32j5 cm beträgt. Die Dicke dieser Kupferstreifen

' ο
beträgt 100 ingströ*. Sie ungeraden Streifen 31 sind längs einer Kante der Platte 30 Bit einander über eine Leitung verbunden,die als Position 33 schematisch dargestellt ist, während die geraden Streifen 32 längs einer anderen Kante der Platte 30 miteinander über eine Leitung verbunden sind, die als Position 34- schematisch dargestellt ist.

Die Kupferstreifen 31 und 32 und die freie Fläche 35 der Platte 30 zwischen den Streifen 31 und 32 sind mit einer

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Kadmiumsulfidschicht überzogen} der Schwefel ist ein Element der sechsten Gruppe ,das Kadmium ein Element der zweiten Gruppe des periodischen Systems. Die Dicke der Halbleiterschicht 36 aus Kadmiumsulfid beträgt 2500

Angstrom. Die Isolierschicht 37 aus SiO hat eine Dicke von

ο ο

150 Angström und ist xdxsx mit einer 100 Angström dicken

Silberschicht 38 überzogen. Eine Silberelektrode 39 ist mit Hilfe bekannter Methoden längs eines Randes zwischen den Schichten 37 "und 38 angebracht. Diese Elektrode 39 ist verbunden mit dem positiven Pol 40 einer Gleichspannungsquelle 41 von 20 Volt. Der negative Pol 42 ist mit Klemmen 43 und 44 zweier Spannungsquellen 45 und 46 mit einer Wechselspannung von 2 Volt verbunden, deren Klemmen und 48 mit den Verbindungsleitungen 33 bzw. 34 verbunden sind. Die Leitung 49 zwischen dem negativen Pol 42 und den Spannungs quell en 45 und 46 kann durch einen in geöffneter Lage dargestellten Schalter 50 unterbrochen werden, der durch eine Spule 51 betätigt wird, die über einen Verstärker 52 durch einen Thermostaten 53 erregt wird.

Die an die Kupferstreifen 3I und 32 angelegte Potentialdifferenz der Spannungsquellen 45 und 46 erzeugen im Inneren der Kadmiumsulfidschicht 36 parallel zur Oberfläche der Platte 30 verlaufende und durch Pfeile 54 angedeutete Ströme.

Wenn der Shermostat 53 durch eine Wärmequelle angeregt 109816/1678

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wird, schließt der Schalter 50 die Leitung 49 zwischen dem Pol 42 und den Wechselspannungsquellen 45 und 46. Folglich besteht zwischen den Leiterstreifen 31, Ά 32 und der Silberschicht 38 eine Potentialdifferenz und daher ein senkrecht zu den Flächen der Platte 30 verlaufendes elektrisches Feld. Dieses Feld reicht aus, um die Reflexionsfähigkeit der Kadmiumsulfidschicht 36 zu erhöhen, doch ist festzustellen, daß die erhöhte Reflexionsfähigkeit bei konstantem Feld nicht konstant bliebe und sich mit der Zeit abschwächen würde, wenn kein elektrischer Strom in der Schicht 36 parallel zur Oberfläche flöße. Die Spannungsquellen 45 und 46 erzeugen zwischen den Leiterstreifen 31 und 32 einen elektrischen Austausch durch die Leitfähigkeit in der Halbleiterschicht 36, wie durch die Pfeile' 54- angezeigt, und zwar in Phase mit den Spannungen 45 und 46, die sie hervorrufen, wobei diese Pfeile eine zu den Flächen der Platte 30 im allgemeinen parallele Richtung haben; doch können sie, wie in Fig. gezeigt, parallel und entgegengesetzt parallel sein. Es ist festgestellt worden, daß diese parallel zur Verglasung verlaufenden elektrischen Ströme 54, die eine sehr geringe elektrische Energie verbrauchen (weniger als 5 Watt), ausreichen, die Erhöhung der Reflexionsfähigkeit, die sich beim Schließen des Schalters 50 einstellt, aufrechtzuerhalt en.

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Die Halbleiterschicht 36 kann auch aus anderen Materialien als Kadmiumsulfid hergestellt werden, wie z. B. Zinkselenid, Kadmiumtellurid, Silicium-Germanium-Verbindungen, ta*.

Beispiel 4 ...".

3?ig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine andere Verglasung gemäß der Erfindung senkrecht zu den Oberflächen.

Auf einer Glasplatte 60 ist nach bekannten Verfahren eine

ο
50 Angstrom dicke Goldschicht 61 aufgebracht, die fest

mit einer Elektrode 62 verbunden ist. Die Goldschicht 61

ο
ist mit einer 250 Angström dicken Isolierschicht aus SiO

ο überzogen. Die Schicht 63 ist'mit einer 200 Angström starken Goldschicht 64 überzogen, die fest mit einer Elektrode 65 verbunden ist. Die Elektroden 62 und 65 sind an den positiven und negativen Pol einer nicht dargestellten Spannungsquelle geschaltet, die zwischen 0 und 5 Volt gesteuert werden kann.

Ohne elektrisches Feld bilden die Schichten 60, 61, 63 und64 eine Verglasung, die einen geringen Teil der Strahlung absorbiert und den sichtbaren Spektralbereich

repraktisch gar nicht flektiert. Wenn an die Elektroden 62 und 65 eine Spannung angelegt wird, entsteht ein senkrecht zu der Verglasung verlaufendes elektrisches Feld zwischen den Goldschichten 61 und 64, die von dem

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elektrischen J?eld dahin beeinflußt werden, daß sie, wenn die Spannung eine Höhe von 5 Volt erreicht, etwa 50 % der einfallenden sichtbaren Strahlung reflektieren. Diese Art der Verglasung verbraucht keine elektrische Energie.

•Wenn ein Umschalter (in der Zeichnung nicht dargestellt^ zwischen die Elektroden 62 und 65 gelegt wird, kann das elektrische IPeId umgepolt und die Eef lexions fähigkeit der Goldschichten 61 und 64 herabgesetzt werden.

Um eine stetige Heflexionsänderung zu erzeugen, kann ein steuerbarer Wechselspannungsgleichrichtersatz verwendet werden.

Selbstverständlich sollen die oben beispielsweise beschriebenen Ausführungsformen den Rahmen der Erfindung nicht abgrenzen.

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Claims

159681b Patentansp r ü ehe

1. Verfahren zur reversiblen Änderung der Idchtdurchlässigkeit eimer Verglasung, die ein/mehrere genau parallele Elemente besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das LichtreflexLonsTa?mögen von mindestens einem der Elemente reversibel geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtreflexionsvermögen von mindestens einem der in der Verglasung enthaltenen Elemente verändert wird, indem das/die Elemente einem senkrecht zu diesen Elementen verlaufenden steuerbaren elektrischen Feld unterworfen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare elektrische Seid auf ein Element aus einem Halbleiter wirkt und zwischen parallelen, transparenten, elektrisch leitenden Elementen aufgebaut wird, die ein Teil der "fcglasung sind, die auf beiden Seiten des dem elektrischen 3FeId unterworfenen Elementes angeordnet sind und an die eine steuerbare Potentialdifferenz gelegt wird.

4-. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Elemente der Verglasung, das a«e einem

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Halbleiter oder einem Metall besteht, einem elektrischen Feld unterworfen wird, das zwischen diesem Element und einem anderen elektrisch leitenden Element der Verglasung aufgebaut wird,indem eine steuerbare elektrische Spannung zwischen diese beiden Elemente gelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das dem elektrischen Feld unterworfene Element gegen mindestens eines der elektrisch leitenden Elemente, die das elektrische Feld aufbauen, elektrisch isoliert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des steuerbaren elektrischen Feldes, das senkrecht zu dem Element verläuft, dessen Reflexionsfäh^eit verändert wird, vervollständigt wird, indem man in mindestens einem dieser Elemente im wesentlichen parallel zur Verglasung einen elektrischen Strom fließen läßt.

7. Verglasung mit reversibel veränderlicher Lichtdurchlässigkeit, die aus einem/mehreren parallelen Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Element mit reversiblel veränderlicher "Reflexions fähigkeit vorhanden ist.

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8. Verglasung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Element mit reversibel veränderlichem Reflexionsvermögen aus einem Halbleiter besteht und zwischen transparenten, elektrisch leitenden Elementen liegt, die genau parallel zu ihm verlaufen und ihm gegenüberliegen, wobei diese beiden elektrisch leitenden Elemente je mit einem Pol einer steuerbaren, elektrischen Spannungsquelle verbunden sind.

9. Verglasung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,

daß das Element mit dem reversibel veränderlichen Reflexionsvermögen aus einem Halbleitermaterial oder einem Metall besteht und einem transparenten, elektrisch leitenden Element gegenüberliegt, das genau parallel zu ihm verläuft, wobei diese beiden Elemente mit Je einem Pol einer steuerbaren, elektrischen Spannungsquelle verbunden sind.

10. Verglasung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Element mit dem reversibel veränderlichen Reflexionsvermögen und mindestens einem der elektrisch leistenden Elemente ein transparentes, elektrisch isolierendes Element angeordnet ist.

11. Verglasung nach Anspruch 7» dadurch gkennzelehnet, daß ein oder mehrere transparente Stützelemente vorgesehen sind, die parallel zu den anderen zur Verglasung gehörenden Elementen liegen un<Jinindestens eines dieser Elemente berühren. 109816/1678 BAD ORIGINAL

Az.: G 4-7 285 VIb/52b

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12. Verglasung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese transparenten Stützelemente zu beiden Seiten der anderen Elemente angeordnet sind und Schutzschicliben für diese Elemente bilden.

•13· Verglasung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus den Elementen der Gruppe 4 des periodischen Systems der Elemente oder aus den Verbindungen der Elemente der Gruppen 5 und 6 einerseits und der Elemente der Gruppen 3 bzw. 2 andererseits ausgewählt ist.

14. Verglasung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter Verunreinigungen aus der Gruppe Se, Ie, As, Sb, B, Cl, In, P, Zn, Od enthält.

15· Verglasung nach Anspruch 8 oder 9j dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten, elektrisch leitenden Elemente eine Metall- und eine Halbleiterschient umfassen.

16. Verglasung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten elektrisch isolierenden Elemente eines der Oxyde SiO, SiO₂, Al₂O ZrO₂, GeO₂, B₂O^, Kombinationen dieser Oxyde, Plastikstoffe oder Luft sind.

17· Vaglasung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

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daß die transparenten Stiitzelemente aus der Gruppe der Gläser und polymerisiert en Harze ausgewählt werden.

18. Verglasung nach Anspruch 8 oder 9j dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannungsquelle, die an den elektrisch leitenden Elementen liegt, 4 ein Gleichrichter ist, der mindestens einen von zwei Polwechseln einer primären Wechselspannungsquelle gleichrichtet.

19. Verglasung nach Anspruch 8 oder 9_? dadurch gekennzeichnet, daß das System aus elektrischer Spannungsquelle und elektrisch leitenden Elementen von einer zeitabhängigen Regeleinrichtung gesteuert wird.

20. Verglasung nach Anspruch 8 und 9» dadurch gekennzeichnet, daß das System aus elektrischer Spannungsquelle und elektrisch leitenden Elementen von wärme- und/oder lichtempfindlichen Einrichtungen gesteuert werden, die außerhalb der Verglasung angebracht sind.

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