DE19581828C2 - Solarregulierungsfilm - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Einrichtungen wie Fensterfilme oder Beschichtungen zum Beeinflussen der Sonnen­ energie mit einer geringen Durchlässigkeit für das sichtbare Licht und einer geringen Reflexion des sichtbaren Lichts sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Einrichtungen.

Stand der Technik

Die Glastönungsindustrie strebt eine Klasse der Solarenergie- Steuerungsbeschichtungen oder -filme mit einer Durchlässigkeit oder Transmission des visuellen Lichts (VLT) auf klarem Glas unter 50% und vorzugsweise unter 30% an. Gleichzeitig wünscht die Industrie, daß diese Beschichtungen oder Filme eine Reflexion des sicht­ baren Lichts (VLR) auf klarem Glas unter 15%, bevorzugt 10% oder weniger haben.

Bei den metallisierten Kunststoff-Filmen, die üblicherweise zur Beeinflussung der Solarenergie in der Fensterglasindustrie verwendet werden, kann die Durchlässigkeit für das sichtbare Licht oder VLT verringert werden, indem die Dicke der Metall­ schicht auf dem Film vergrößert wird, was allerdings zu einer Erhöhung des Spiegelfaktors des sichtbaren Lichts oder der VLR führt. Beispielsweise haben typische metallbeschichtete Solar­ filme mit einer VLT von 25% eine VLR von 30 bis 35% und mehr. Somit sind VLT und VLR entgegenlaufende Interessen, ohne daß es einen Kompromiß in der Mitte gibt, der für die Industrie akzep­ tabel ist. Allgemein wird gegenwärtig die VLT auf ein akzepta­ bles Maß eingestellt, wobei die VLR höher bleibt als gewünscht.

Eine alternative Lösung für die Anforderung der Industrie be­ steht darin, gefärbte Kunststoff-Filme oder Schichten zu ver­ wenden, entweder allein oder als ein Substrat für einen Metall­ film oder eine Schicht. Gefärbte Filme haben jedoch eine sehr geringe Solarleistung, und die Farbe verblaßt mit dem Alter. Aus diesem Grund sind gefärbte Filme keine zufriedenstellende Lösung des Bedarfs der Industrie.

Ein anderer Versuch, die VLR von metallisierten Filmen mit niedriger VLT zu reduzieren, hat in der Aufbringung von Be­ schichtungen von Titanoxid oder Indiumzinnoxid neben dem Film oder der Schicht aus Metall bestanden, um die Reflexion inner­ halb eines engen spektralen Bandes zu halten. Nach der klassi­ schen optischen Lehre kann das Dazwischenschieben eines Metall­ films zwischen Schichten eines Materials mit hohem Brechungs­ index die visuelle Durchlässigkeit verstärken, was auch als induzierte Transmission bzw. Durchlässigkeit bezeichnet wird, und die Reflexion verringern. In der gewöhnlichen Praxis erfor­ dert dies Schichten aus Titanoxid oder Indiumzinnoxid in Schich­ ten einer Dicke von 70 bis 100 Nanometer, die nur sehr langsam herstellbar und schwierig einzustellen sind. Dies hat zur Folge, daß diese Lösung für die Praxis zu teuer ist und bestenfalls nur eine teilweise Lösung des VLT/VLR-Widerspruchs bereitstellt.

Das US-Patent 3,776,805 offenbart einen Solarregulierungsfilm mit einer Schicht aus Metall, die mit einem Polymersubstrat verbunden und mit einer Klebeschicht überzogen ist. Die ver­ wendeten Metalle sind beispielsweise Gold, Silber, Nickel, Bronze und Aluminium. Der Schichtaufbau ist mit einer der optischen Untereinheiten vergleichbar, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Die EP 0 564 134 A2 offenbart einen Solarfilter, bei dem Oxid­ schichten des Titan, Cer und dergleichen durch Kleber mit weite­ ren Materialschichten verbunden sind, die unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen, wie z. B. Polymerschichten.

Aus der US 4,487,197 ist bekannt, eine Schicht aus Gold unmit­ telbar mit Schichten von insbesondere Wismutoxid zu koppeln, um vorbestimmte Transmissionswerte zu erreichen.

Das US-Patent 4,799,745 (re-examination certificate b1 4799745) offenbart Solarregulierungsfilme, bei denen metallische und dielektrische Schichten sandwichartig überlagert sind. Die verwendeten Metalle sind Silber, Gold, Platin, Palladium, Alumi­ nium, Kupfer, Nickel und Legierungen. Die dielektrischen oder Spacer-Schichten sind metallische oder halbmetallische Verbin­ dungen wie unter anderem Wismutoxid. Diese Schichten sind nicht so geformt oder zusammengesetzt, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, d. h. mit einem Paar metallischer Schich­ ten, die einander zugewandt sind und durch eine Klebeschicht miteinander verbunden sind. Im einzelnen offenbart die US 4,799,745 einen Infrarot reflektierenden Film der Fabry-Perot Interferenzfilter verwendet und aus zwei oder mehr transparenten Metallschichten wie Silber, Gold, Platin, Palladium, Aluminium, Kupfer, Nickel und Verbindungen dieser Metalle bestehen, wobei diese Schichten durch direkt benachbarte, dazwischenliegende dielektrische Abstandsschichten getrennt sind, bei denen es sich um die Oxide von Indium, Zinn, Titan, Silicium, Chrom und Wismut handeln kann. Das US-Patent 5,071,206, das als continuation-in­ part aus dem Patent 4,799,745 hervorging, offenbart einen farb­ verbesserten Infrarot reflektierenden Film, der aus einem Sub­ strat besteht, welches sieben direkt benachbarte, abwechselnde dielektrische Schichten und Silberschichten trägt. Während diese Filme eine geringe sichtbare Lichtreflexion haben, erfordern sie fünf oder sieben Schichten von Material, das zerstäubt aufein­ ander abgelagert ist, was teuer und nicht leicht durchzuführen ist. Mit abnehmender visueller Lichtdurchlässigkeit wird das Problem noch schwieriger.

Die internationale Patentanmeldung WO 94/04356 offenbart, daß das Reflexionsvermögen einer auf Carbon basierenden Polymerschicht verringert werden kann, indem auf die Schicht eine diskontinu­ ierliche Schicht aus anorganischem Material durch Zerstäuben abgelagert wird, das einen Brechungsindex hat, der größer als derjenige des Polymers ist. Das anorganische Material kann ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid eines primären Metalls sein, das aus der Gruppe Tantalniob, Titan, Hafnium, Wolfram und Zirkon ausge­ wählt ist. Die primäre Schicht kann ergänzt werden durch eine Überzugschicht, die ein Oxid, Nitrid oder Oxynitrid eines sekun­ dären Metalls enthält, das aus der Gruppe Indium, Zinn und Zink ausgewählt ist. Wenn sie als innere Kunststofflächen von Mehr­ scheibenfenstereinheiten verwendet werden, erhöhen die Beschich­ tungen die Lichturchlässigkeit durch den Polymerfilm mit minima­ ler Farbtönung und Schleier. Während somit die Reflexion ver­ ringert ist, ist dies bei der Durchlässigkeit nicht der Fall.

Infolgedessen verbleibt in der Industrie ein starker Bedarf nach der Entwicklung von preiswerten Klassen von Beschichtungen und/oder beschichteten Filmen, die sowohl eine niedrige VLT als auch eine niedrige VLR haben.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verbesserte optische Einrichtungen, insbesondere verbesserte Sonnenenergieeinstell­ filme, die sowohl eine geringe visuelle Lichtdurchlässigkeit als auch eine geringe visuelle Lichtreflexion haben, und ein Ver­ fahren zur ökonomischen Herstellung solcher optischen Einrich­ tungen anzugeben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, verbesserte Filme und oder Beschichtungen zum Regulieren der Sonnenenergie anzugeben, die gute Sonnenenergierückhalteeigenschaften haben, und zwar sowohl niedrige VLT- als auch niedrige VLR-Eigenschaf­ ten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese verbesserten Filme und/oder Beschichtungen durch eine Dünnfilm-Optik-Technologie erhalten, durch moderne Materialforschung und eine neue Lösung des VLT/VLR-Problems.

Spezieller gesagt, richtet sich die vorliegende Erfindung im Gegensatz zu dem Stand der Technik zuerst an die Reflexion und danach an die Durchlässigkeit bzw. Transmission.

Im einzelnen ist es eine spezielle Aufgabe der Erfindung, zuerst eine optische Einrichtung oder ein optisches Bauteil zu entwic­ keln, das in einem gewissen Grad eine Einstellung der visuellen Lichtdurchlässigkeit verwirklicht und das eine außergewöhnlich geringe visuelle Lichtreflexion hat, und zweitens zwei oder mehr Einrichtungen oder Bauteile auf solche Weise zu kombinieren, daß das gewünschte Maß dar Durchlässigkeitseinstellung bzw. -steue­ rung erreicht wird.

Ein erster Aspekt der Erfindung besteht in der Verwendung von sehr dünnen anstelle von dicken Schichten oder Filmen von Metal­ len, die zur Einstellung der Durchlässigkeit des Lichtes ge­ eignet sind. Für diesen Zweck geeignete Metalle schließen Chrom, Nickel-Chrom-Verbindungen und rostfreie Stähle ein. Wenn sehr dünne Schichten oder Filme dieser Materia­ lien durch Magnetron-Kathodenzerstäubung auf einem Substrat abgelagert sind, neigt der resultierende Film dazu, diskontinu­ ierlich, verzweigt bzw. denditrisch und inkohärent zu sein. Das Metall formt sich nicht zu einer kohärenten, mit einer glatten Oberfläche versehenen, kontinuierlichen Schicht. Infolge der Oberflächenunregelmäßigkeiten in dem Film hat das Metall keine glänzende oder spiegelähnliche reflektierende Oberfläche. Statt dessen wird Licht zerstreut und/oder absorbiert, so daß der Metallfilm selbst eine niedrige VLR hat.

Da der Metallfilm oder die Metallschicht dünn ist, verleiht sie dem beschichteten Substrat nicht in dem gewünschten Maß den visuellen Lichtblockeffekt, d. h. die VLT des beschichteten Substrats ist viel größer als erwünscht. Gemäß dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung wird der visuelle Lichtblockierungseffekt erhöht und die VLT verringert, indem zwei oder mehr der be­ schichteten Substrate zu einem zusammengesetzten Film kombiniert werden, wobei die metallbeschichteten Flächen Innenflächen der zusammengesetzten Struktur bzw. Verbundstruktur und optisch ge­ koppelt sind, so daß die Lichtblockierungswirkungen der Schichten bzw. Beschichtungen kombiniert sind, d. h. sich ad­ dieren, um das gewünschte niedrige Maß von VLT hervorzurufen, während die niedrige VLR der einzelnen metallbeschichteten Flächen beibehalten werden. Die Metallflächen sind vorzugsweise optisch entkoppelt durch dazwischen liegende Schichten eines Klebemittels, das verwendet wird, um die mehreren beschichteten Substrate zu einem einheitlichen Verbundfilm zu laminieren.

Demzufolge stellt die Erfindung einen sehr preiswerten Sonnen­ einstellfilm bzw. Sonnenregulierungsfilm bereit mit einer gerin­ gen VLT und einer geringen VLR und besteht einfach aus einer laminierten Anordnung von zwei oder mehr Komponenten oder Unter­ einheiten, die jeweils ein Substrat haben, das einen dünnen inkohärenten Metallfilm trägt.

Die weitere Einstellung bzw. Kontrolle der Reflexion, Durch­ lässigkeit und/oder Dunkelheit des Films kann durch Eingliede­ rung von zusätzlichen Materialien in eine oder mehrere der Untereinheiten erreicht werden, die die Durchlässigkeit und/oder Reflexionsfähigkeit verringern oder die visuelle Lichtabsorb­ tionsfähigkeit des zusammengesetzten Films vergrößern.

Wie oben erwähnt, schlägt die klassische optische Lehre vor, daß das Anordnen einer Metallschicht zwischen Schichten eines Mate­ rials mit einem hohen Brechungsindex das Reflexionsvermögen des Metalls weiter verringert. Bei der Ausführung der neuen Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung sollte eine oder mehrere Schichten einer hohen Brechungszahl vorzugsweise in Verbindung mit einem Metallfilm niedriger VLR verwendet werden, wie oben beschrieben ist. Während Materialien, die bisher zu diesem Zweck verwendet wurde, wie beispielsweise Titanoxid weiterhin ver­ wendet werden können, um das Reflexionsvermögen zu reduzieren, stellt die vorliegende Erfindung einen zweiten neuen Aspekt von besonderer Bedeutung bereit.

Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung von synthetisierten Oxiden von Wismut (BiO_x) mit hohem Sauerstoffgehalt als bevorzugtes Material mit hoher Brechungs­ zahl, um eine Einrichtung oder Komponente niedriger Reflexion ausgezeichneter Qualität und überragender Leistung zu erzeugen, die wirtschaftlich herstellbar ist.

In ihrem zweiten Aspekt basiert die Erfindung auf der Entdec­ kung, daß dann, wenn Wismut durch eine Magnetron-Kathode reak­ tionsfähig mit Sauerstoff in einer kontrollierten Sauerstoff­ partialdruckatmosphäre zerstäubt wird, so daß das Atomverhältnis des Sauerstoffs zu Wismut in einem BiO_x-Film, der auf einem dünnen optischen Metallfilm oder diesem benachbart abgelagert wird, in dem Bereich von etwa 1,7 bis etwa 2,5 liegt, d. h. BiO_x (x = 1.7 bis 2.5), dann ist das visuelle Lichtreflexionsvermögen des Mehrschichtfilms erheblich reduziert.

Der reaktionsfähig zerstäubte synthetisierte BiO_x (x = 1,7 bis 2,5) Film hat einen hohen optischen Brechungsindex von 2.5 bis 2.7 in dem sichtbaren Spektrum, was mit Titanoxid (TiO₂) ver­ gleichbar ist, und erheblich über anderen lichtdurchlässigen Materialien liegt. Außerdem ist die dynamische Ablagerungsrate des synthetisierten BiO_x weit größer als diejenige des Titan­ oxids, und sehr viel besser gesteuert, wodurch Beschichtungen mit hohem Brechungsindex sehr viel höherer Qualität herstellbar sind, die leicht, schnell und wirtschaftlich produzierbar sind.

Die Kombination eines Substrats, einer Schicht aus einem Materi­ al mit hohem Brechungsindex und einem sehr dünnen, diskontinu­ ierlichen und inkohärenten Metallfilm bildet eine optische Einrichtung, Komponente oder Untereinheit, die sehr wirtschaft­ lich herstellbar ist und die eine extrem niedrige VLR hat und eine hochgradige Einstellmöglichkeit der VLT.

Der dritte Aspekt der Erfindung besteht in der Kombination von zwei oder mehr dieser Untereinheiten oder Komponenten mitein­ ander auf solche Weise, daß die VLT-Einstellfaktoren der ein­ zelnen Komponenten miteinander addiert oder kombiniert werden, um das gewünschte Maß an VLT zu erhalten. Das Kombinieren der Komponenten wird bevorzugt durch Laminieren und Verbinden bzw. Verkleben mit dazwischen liegenden Schichten eines Klebemittels erreicht, um so unabhängige Interferenzfilter zu erhalten, die durch die dazwischen liegenden Klebeschichten getrennt und damit optisch entkoppelt sind. In einer aus zwei Einheiten bestehenden Anordnung bewirkt jeder dünne Metallfilm etwa 50% der Einstel­ lung bzw. Regulierung der visuellen Lichtdurchlässigkeit, und in einer Drei-Einheiten-Anordnung trägt jeder Metallfilm etwa ein Drittel zur Regulierung der visuellen Lichtdurchlässigkeit bei.

Durch Kombination von zwei oder drei Untereinheiten, die jeweils aus einer dünnen Metallschicht niedriger Reflexionsfähigkeit und einem Film oder einer Schicht aus einem hochgradig lichtbrechen­ den Material bestehen, insbesondere BiO_x (x = 1,7 bis 2,5) schafft die vorliegende Erfindung Solarenergieeinstellfilme und/oder -be-schichtungen mit guten Solarenergieeigenschaften, niedriger visueller Lichtreflexion und niedriger visueller Lichtdurchlässigkeit.

Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zur Massenproduktion verbesserter Solarfilme und -beschichtungen vor, das wirkungs­ voll und ökonomisch abläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein herkömmlicher transparenter Film oder Strei­ fen aus einem Substratmaterial zuerst durch eine Magnetron- Kathoden-Zerstäubungsstation geführt, wobei eine Materialschicht einer hohen Brechungszahl durch Versprühen auf dem Substrat abgelagert wird. Dabei ist bevorzugt, daß das Material hoher Brechungszahl Wismut enthält, das reaktionsfähig mit Sauerstoff in einer kontrollierten Sauerstoffpartialdruckatmosphäre so versprüht wird, daß ein synthetisiertes Wismutoxid hohen Sauer­ stoffgehalts mit einem Atomverhältnis von Sauerstoff zu Wismut in dem Bereich von etwa 1,7 bis etwa 2,5 auf dem Substrat abge­ lagert wird. Die dynamische Ablagerungsrate des synthetisierten BiO_x ist sehr hoch, so daß eine Schicht oder ein Film, leicht, schnell und wirtschaftlich auf das Substrat aufgebracht werden kann. Das beschichtete Substrat wird dann durch eine Magnetron- Kathoden-Zerstäubungsstation geführt, wo ein sehr dünner Metall­ film schnell und wirtschaftlich durch Zerstäubung auf die Schicht hoher Brechungszahl abgelagert wird.

Die Sprühablagerung der zwei Beschichtungen oder Filme kann dadurch erfolgen, daß das Substrat zweimal durch eine einzige Station einer Sprühvorrichtung geführt wird, oder durch Leiten des Substrats durch eine Vorrichtung mit zwei oder mehr Sprüh­ stationen, die hintereinander entlang der Bewegungsbahn des Substrats angeordnet sind. Das Substrat kann Streifen enthalten oder eine durchgehende Bahn aus Glas oder Kunststoff. In jedem Falle wird das Substrat mit einer dünnen Schicht einer hohen Brechungszahl und einem dünnen inkohärenten Metallfilm sehr wirkungsvoll und schnell beschichtet, so daß eine Solarenergie­ regulierungseinrichtung bzw. eine Komponente erhalten wird, die preiswert ist und sehr viel verbesserte Eigenschaften hat.

Die resultierende Einrichtung oder das resultierende Bauteil hat eine sehr geringe sichtbare Lichtreflexion und ein Maß an visu­ eller Lichtdurchlässigkeit, das in erster Linie von der Art und Dicke des Metallfilms abhängt. Durch Laminieren von zwei oder mehr dieser Einrichtungen oder Komponenten miteinander kann im wesentlichen jedes gewünschte Maß an visueller Lichtdurchlässig­ keitseinstellung bzw. Steuerung erhalten werden.

Weitere Variationen der optischen Leistungsfähigkeit können erhalten werden, indem unterschiedliche Materialien für die mehreren Schichten in einem zusammengesetzten Endprodukt ver­ wendet werden.

Die Erfindung schafft damit optische Einrichtungen mit stark verbesserter niedriger VLT und niedriger VLR sowie ein Verfahren zur wirkungsvollen und ökonomischen Massenproduktion solcher Einrichtungen.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Ver­ bindung mit den beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt im Querschnitt und stark vergrößertem Maßstab eine bevorzugte Ausführungsform eines Solarregulierungsfilms gemäß der vorliegenden Erfindung, der aus zwei Einrichtungen oder Komponenten geringer Reflexion besteht.

Fig. 2 ist eine ähnliche schematische Darstellung einer alter­ nativen Ausführungsform der Verbundstruktur gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist eine ähnliche schematische Darstellung einer bevor­ zugten Ausführungsform eines Solarregulierungsfilms gemäß der vorliegenden Erfindung, der aus drei Einrichtungen oder Kom­ ponenten niedriger Reflexion besteht, wobei der Film an einer Glasscheibe oder einem Fenster angeklebt ist;

Fig. 4 ist eine ähnliche schematische Darstellung einer alterna­ tiven Ausführungsform der Verbundstruktur gemäß Fig. 3;

Fig. 5 zeigt einen graphischen Vergleich der Lichtdurchlässig­ keits- und Reflexions-Spektren erfindungsgemäßer Filme und herkömmlicher Solarregulierungsfilme;

Fig. 6 ist ein graphischer Vergleich der Durchlässigkeits- und Absorptionseigenschaften der erfindungsgemäßen Filme mit her­ kömmlichen, kommerziell erhältlichen Filmen;

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen erfindungsgemäßer Einrichtung oder Komponenten mit geringen Reflexionseigenschaften und

Fig. 8 ist eine grahische Darstellung, die die dynamischen Ablagerungsmengen und die Atomverhältnisse von Wismutoxiden mit hohem Sauerstoffgehalt bei ständig wachsenden Sauerstoffparti­ aldrücken für das reaktive Zerstäuben von Wismut in Abhängigkeit voneinander zeigen.

Beste Art zur Ausführung der Erfindung

Es folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung, die von dem Erfinder gegenwärtig als beste Art betrachtet werden, die Erfindung auszuführen.

Die folgenden Ausdrücke haben in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen folgende Bedeutungen:

"sichtbare Strahlung" oder "Licht" bedeutet elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 380 Nanometer bis 750 Nano­ meter. (CIE-Standard).

"Transparent" bedeutet die Fähigkeit, sichtbare Strahlung durch­ zulassen.

"Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts", "sichtbare Lichtdurch­ lässigkeit" und die Abkürzung "VLT" bedeuten den Prozentsatz der sichtbaren Strahlung oder des Lichts, der durch eine lichtdurch­ lässige optische Einrichtung, beispielsweise ein klares Glasfenster, durch­ gelassen wird '.

"Reflexion des sichtbaren Lichts", "sichtbare Lichtreflexion" und die Abkürzung "VLR" bedeuten den Prozentsatz der sichtbaren Strahlung oder des Lichtes, der von einer optischen Einrichtung reflektiert wird.

"Absorption des sichtbaren Lichts", "sichtbare Lichtabsorption" und die Abkürzung "VLA" bedeuten den Prozentsatz der sichtbaren Strahlung oder des Lichts, der von einer optischen Einrichtung absorbiert wird. Allgemein sollte die Summe von VLT, VLR und VLA 100% sein.

"SC" oder "Abschirmungskoeffzient" ist ein Architekturmaß der Wirksamkeit eines Fenstersystems mit Solarregulierungsfähigkeit. Der Koeffizient wird ausgedrückt als Verhältnis der Solarwärme­ gewinnung durch ein gegebenes Fenstersystem zu der Solarwärmege­ winnung, die unter denselben Bedingungen auftreten würde, wenn das Fenster klares, nicht abschirmendes, doppelfestes Fenster­ glas hätte. Je kleiner der Abschirmkoeffizient, umso größer die Fähigkeit des Fensters zur Regulierung der Solarenergie (ASHRAE Standardberechnungsmethode). Das klare Glas hat dabei einen Wert von 1,0. Ein SC-Wert unter 1,0 zeigt eine bessere Wärmeabweisung an als eine einzige Scheibe aus klarem Glas.

"Inkohärent" im Zusammenhang mit einer Metallschicht oder einem Metallfilm bedeutet fehlende Kohärenz, fehlende Kontinuität bzw. Gleichförmigkeit, das Bestehen abgesonderter Elemente, die inkonsistent nicht-homogen sind.

"Zerstäubungsablagerung" oder "durch Zerstäubung abgelagert" bezieht sich auf ein Verfahren oder ein Produkt eines Verfah­ rens, mit dem eine Materialschicht durch Verwendung eines Ma­ gnetron-Zerstäubungs-Gerätes auf einem Substrat abgelagert wird.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem fragmentarischen Querschnitt stark vergrößerten Maßstabs eine bevorzugte Ausführungsform eines zusammengesetzten Solarenergieregulierungsfilms gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 besteht der Verbundfilm, der mit 10 bezeichnet ist, aus zwei optischen Untereinheiten, Komponenten oder Bestand­ teilen 12, die jeweils aus einem Substrat 14, einer Material­ schicht mit einem hohen Brechungsindex 16 und einer dünnen diskontinuierlichen, inkohärenten, dendritischen Schicht aus Metall 18 besteht.

Das Substrat 14 kann aus jedem der transparenten Tragmaterialien bestehen, die üblicherweise für Solarregulierungsfilme verwendet werden, insbesondere flexible Polymerfilme in Bahnenform. Das bevorzugte Polymer ist üblicherweise ein Polyäthylenterephthalat (PET)-Film mit einer Dicke von etwa 0,03-1,27 mm (1,2 mils bis etwa 50 mils). Der Brechungsindex solcher Filme fällt üblicher­ weise in den Bereich von 1,4 bis 1,7.

Die Schicht 16 besteht aus einem Material mit einem Brechungs­ index, der größer ist als derjenige des Substrats 14 und vor­ zugsweise einen Brechungsindex von 2,0 oder mehr hat. Es ist ferner bevorzugt, daß das Material ein solches ist, das auf relativ einfache Weise zerstäubt auf dem Substrat abgelagert werden kann. Geeignete Materialien schließen die üblichen Oxide von Chrom (Chromoxid, Dioxid und Trioxid, CrO, CrO₂, CrO₃), Niob (Nb₂O₅) und Titan (TiO₂) sowie Stickstoffsilicid (Si₃N₄) ein, wobei diese Materialien alle direkt oder reaktiv zerstäubt auf dem Substrat 14 abgelagert werden können. Wie jedoch nachfolgend in näheren Einzelheiten beschrieben wird, ist das bevorzugte Material für die Schicht 16 mit hohem Brechungsindex ein syn­ thetisiertes Wismutoxid mit hohem Sauerstoffgehalt mit einem Atomverhältnis (A/R) des Sauerstoffs zu Wismut von etwa 1,7 bis etwa 2,5. Das übliche Oxid von Wismut, Bi₂O₃, hat viel zu große Absorptionseigenschaften in dem sichtbaren Spektrum (VLA), um es in einem optischen Material zu verwenden, und ist sicherlich nicht für die Schicht 16 geeignet. Durch Zerstäuben von Wismut in einer kontrollierten Sauerstoff-Partialdruckatmosphäre kann ein Wismutoxid mit einem hohen Sauerstoffgehalt ausgebildet werden, das nicht so hochgradig absorbierend ist und einen Brechungsindex von 2,4 bis 2,7 hat.

Die Dicke der Schicht 16 aus Material mit hohem Brechungsindex hängt von der gewünschten VLT des Verbundfilms 10 und der Dicke und dem Material ab, das für die Schicht 18 gewählt wird, wobei alle diese Größen miteinander verknüpft sind. Allgemein liegt die Dicke der Schicht 16 für Verbundfilme mit einer VLT von 20 bis 25% und mehr in der Größenordnung von etwa 0,1 bis etwa 10 Nanometer (nm) und für Verbundfilme mit einer VLT von 20 bis 25% und weniger in der Größenordnung von etwa 10 bis 50 nm.

Die Ausbildung der Metallschicht 18 in jeder optischen Unter­ einheit oder Komponente 12 des zusammengesetzten Films 10 ist sehr kritisch für die erfolgreiche Ausübung der Erfindung. Die Spiegeleigenschaft oder VLR jeder Schicht 18 muß etwa gleich sein oder dicht bei der gewünschten VLR des Verbundfilms 10, und sie muß gleichzeitig ein vernünftiges Maß an Blockierungswirkung für das sichtbare Licht haben, so daß eine vernünftig kleine Anzahl von Untereinheiten zusammen die VLT des Verbundfilms auf den gewünschten Prozentsatz VLT reduzieren. Um diese Ziele zu erreichen, muß jede Metallschicht 18 ein inkohärenter Film sein, der in der Lage ist, sichtbares Licht zu zerstreuen und/oder zu absorbieren und eine ausreichende Dicke haben, um die Durch­ lässigkeit des visuellen Lichts durch die Untereinheit 12 teil­ weise zu blockieren oder zu reduzieren. Gemäß der vorliegenden wird dies durch Zerstäubungsablagerung einer dünnen Schicht aus einem ausgewählten Metall erreicht.

Zerstäubungsablagerung einer sehr dünnen Schicht oder Beschich­ tung aus Metall führt bei dem abgelagerten Metall zu beabstande­ ten Nestern oder Büscheln, ähnlich einzelnen Felsen oder Bäumen in einem Wald. Der Film oder die Beschichtung ist inkohärent und kann als dendritisch oder oolitisch bezeichnet werden. Das Metall fließt nicht in eine kohärente, glätte, hochgradig re­ flektierende Schicht, wie dies der Fall wäre, wenn die Ablage­ rung über eine bestimmte Dicke hinaus erfolgen würde. Allgemein gesagt, sollte die Dicke der Metallschicht die Größenordnung von etwa 20 nm nicht übersteigen, und sie sollte bevorzugt in den Bereich von etwa 1 bis etwa 20 nm fallen, wobei der Bereich von 2 bis 5 nm besonders bevorzugt ist, in Abhängigkeit von der VLT, die gewünscht oder vorgegeben ist. Für die erfindungsgemäßen Filme mit niedrigem Reflexionsvermögen sollte die Beschichtung ausreichend dünn und unregelmäßig sein, so daß die VLR jeder Me­ tallschicht 18 die Größenordnung von etwa 12% nicht übersteigt.

Das verwendete Metall ist bevorzugt aus er Gruppe ausgewählt, die aus Chrom, Nickel-Chrom-Legierungen sowie rostfreien Stählen besteht. Die Auswahl der Materialien der Schichten 16 und 18 bestimmt die Farbe des Verbundfilms. Bei­ spielsweise rostfreier Stahl neigt dazu, einen grauen Film zu bilden. Andere Variatio­ nen können erhalten werden, indem eine der Untereinheiten oder Komponenten 12 aus Materialien besteht, die von denjenigen der anderen Untereinheit oder Komponente 12 verschieden sind, was solange zulässig ist, wie die Untereinheiten physikalisch iso­ liert und optisch voneinander in dem Verbundfilm 10 entkoppelt sind.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die zwei Untereinheiten oder optische Komponenten 12 miteinander laminiert, wobei ihre metallbeschich­ teten Flächen nebeneinander liegen und durch eine dazwischen liegende transparente Schicht 20 eines konventionellen laminie­ renden Klebemittels voneinander beabstandet sind. In der Ver­ bundstruktur sind damit die visuellen Lichtblockierungseigen­ schaften der zwei Untereinheiten 12 kumulativ und reduzieren zusammen die VLT des Verbundfilms auf ein gewünschtes Maß. Darüberhinaus können die Schichten 16 aus Materialien mit einem hohen Brechungsindex verwendet werden, um die inkohärenten Metallfilme 18 zu ergänzen, um die Durchlässigkeit und/oder Reflexion zu reduzieren und/oder das Absorptionsvermögen zu erhöhen. Damit sind die Brechungsschichten 16 und die Metall­ schichten 18 gegenseitig und variabel voneinander abhängig hinsichtlich des gewünschten Ergebnisses, d. h. der vorgeschrie­ benen VLT, VLR, Farbe und Dunkelheit des Verbundfilms 10.

Um das Produkt zur Verwendung in der Fensterfilmindustrie zu vervollständigen, wird die freiliegende Fläche eines der Sub­ strate 14 mit einer kratz- und abriebbeständigen Hartschicht 22 versehen, und die freiliegende Fläche des anderen Substrats 14 wird mit einem Drucksensitiven Klebemittel 24 beschichtet, um das Laminieren des Verbundfilms auf einem Fenster, einer Schei­ beneinheit oder dergleichen zu erleichtern. Während der Handha­ bung des Films ist der druckempfindliche Kleber 24 konserviert und durch die übliche Abziehfolie 26 geschützt. Üblicherweise werden ultraviolette Absorptionsadditive und dergleichen bevor­ zugt in das druckempfindliche Klebemittel 24 eingebaut.

Eine vereinfachte Alternative zu dem Verbundfilm gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Während die Alternative der Fig. 2 nicht dieselbe Fähigkeit zur Regulierung von VLT und VLR bietet, wie dies der Aufbau gemäß Fig. 1 erreicht, stellt sie dennoch einen praktischen billigeren Film mit ausreichend niedriger VLT und VLR Regulierungscharakteristik für weniger anspruchsvolle Anwendungen als solche dar, für die die Struktur der Fig. 1 bestimmt ist. Wegen der Ähnlichkeit der zwei Strukturen sind die Elemente in Fig. 2, die denjenigen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechen, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet, dem der Zusatz "a" beigegeben ist. Es ist zu sehen, daß der Unter­ schied zwischen den beiden Strukturen darin besteht, daß in Fig. 2 die Schichten 16 aus Material mit hohem Brechungsindex wegge­ lassen sind.

Für Solarfilmanwendungen auf klarem Glas, bei denen eine relativ hohe visuelle Lichtdurchlässigkeit (beispielsweise 25 bis 50%) vorgegeben ist, sowie eine verhältnismäßig niedrige, jedoch nicht extrem kleine visuelle Lichtreflexion (beispielsweise 13%) und bei denen kein dunkel gefärbter Film erforderlich ist, ist die vereinfachte Verbundstruktur der Fig. 2 durchaus hinreichend.

Metallfilme, die den erforderlichen visuellen Lichtblockierungs­ effekt haben, können zerstäubt in einer ausreichend dünnen und unregelmäßigen Schicht abgelagert werden, um eine VLR von nur 9 bis 10% zu erreichen. Als ein spezielles Beispiel bildet ein Solarregulierungsfilm mit dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau mit zwei Filmen 18a aus Chrom, die jeweils auf den zugehörigen Substrat 14a in einer Dicke von 2, 5 nm abgelagert sind, einen Verbundfilm mit einer VLT von 45% und einer VLR von 9% auf klarem Glas. In einem anderen Beispiel war die Dicke jeder Chromschicht auf 3,5 nm erhöht, um einen Verbundfilm mit einer VLT von 25% und einer VLR von 13% zu bilden. Im Vergleich hierzu haben konventionelle Solarfilme mit einer Metallschicht mit einer VLT von 25% eine VLR von 30% und mehr.

Sowohl in der Form der komplexeren Struktur der Fig. 1 oder des einfacheren Aufbaus der Fig. 2 bietet die vorliegende Erfindung signifikante Vorteile gegenüber dem Stand der Technik im Hin­ blick auf niedrige visuelle Lichtreflexion und geringere Her­ stellungskosten. Wenn zudem die Vorgaben strenger sind als oben diskutiert, kann eine Mischform der Strukturen der Fig. 1 und 2 verwendet werden, d. h. ein Aufbau, bei dem zwei Regulierungs­ elemente 12/12a einen der komplexeren Filter 12 der Fig. 1 und eines der vereinfachten Elemente 12a der Fig. 2 enthalten.

Wenn die Vorgaben noch strenger werden, kann die Konstruktion der Fig. 3 und 4 zur Anwendung kommen, wobei die Solarfilme in dem Zustand dargestellt sind, indem sie an einer Glasscheibe 28 kleben. Bei den Strukturen der Fig. 3 und 4 sind die Durchlässigkeit und die Reflexion des sichtbaren Lichts auf ein extrem niedriges Maß reduziert, indem drei der Regulierungs­ elemente verwendet werden, die in Verbindung mit Fig. 1 be­ schrieben sind. Wegen der Ähnlichkeit und weitgehenden Identität der Komponenten sind in Fig. 3 dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 mit dem Zusatz b verwendet, während in Fig. 4 der Zusatz c hinzugefügt ist.

Mit Bezug auf Fig. 3 enthält der Solarregulierungsfilm gemäß der Erfindung, der mit 10b bezeichnet ist, drei Untereinheiten 12b, von denen jede aus einem Polymersubstrat 14b, einer Schicht oder Beschichtung mit hohen Brechungsindex 16b und einem dünnen inkohärenten Metallfilm 18b besteht. Die drei Untereinheiten sind in solcher Beziehung zueinander zusammengesetzt, daß die drei Metallflächen 18b innerhalb der Verbundanordnung 10b lie­ gen, und sie sind miteinander durch zwischenliegende Schichten eines Klebemittels 20b laminiert. Die Dicke jeder Klebeschicht liegt typischerweise in der Größenordnung von etwa 0,5 bis etwa 5,0 Mikron. Im wesentlichen ist die Anordnung dieselbe wie diejenige der Fig. 1, wobei eine dritte Untereinheit 12b zwi­ schen die ursprünglich zwei Untereinheiten angebracht ist.

Durch Verwendung von drei oder sogar mehr dünnen Filmen 18b aus Metall kann die VLT des Verbundfilms auf ein sehr niedriges Maß verringert werden, beispielsweise auf 20% oder weniger und dennoch können die einzelnen Filme 18b ausreichend dünn und unregelmäßig, d. h. dendritisch sein, um ein sehr niedriges Maß an VLR, beispielsweise 10% oder weniger, zu erreichen. Die Schichten 16b mit einem hohen Brechungsindex tragen außerdem dazu bei, eine sehr niedrige VLR zu erreichen, und verleihen dem Film eine Dunkelheit bzw. dunkle Färbung, wenn diese Dunkelheit eine gewünschte Eigenschaft ist.

Eine Schicht aus einem druckempfindlichen Klebemittel 24b befin­ det sich an einer der Außenflächen 14b des Verbundfilms zum Ankleben desselben an ein Fenster 28, und eine kratz- und ab­ riebbeständige harte Beschichtung 22b befindet sich an der anderen Außenfläche 14b des Verbundfilms, um diesen vor Schaden zu schützen, beispielsweise wenn das Fenster gewaschen wird.

Der Verbundfilm 10b wird normalerweise an der Innenseite oder Raumseite des Fensters 28 angeklebt. Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist die rechte Seite des Fensters die Innenseite oder Raumseite, an der der Film angeklebt wird und die linke Seite weist nach außen. In Fig. 3 liegt die Metallschicht 18b der inneren oder zentralen Untereinheit 12b zur Glasscheibe oder zum Fenster 28 hin, was zu einem gleichen Maß der Reflexion an der Raumseite des Fensters und an der Außenseite des Fensters führt, d. h. VLR (Glas) = VLR (Raum).

Der Verbundfilm 10b gemäß Fig. 4 entspricht dem Verbundfilm 10b der Fig. 3 mit Ausnahme davon, daß die innere oder zentrale Unterheit 12c umgekehrt ist, d. h. die Metallfläche 18c weist zum Inneren des Raumes hin. Dies führt zu einer Verringerung der VLR an der Glasseite der Anordnung und zu einem geringfügigen An­ stieg der VLR an der Raumseite, d. h. VLR (Glas) < VLR (Raum). Durch Anordnung der Untereinheiten gemäß Fig. 4 kann demnach die externe Reflexion, d. h. VLR (Glas) um ein paar Prozentpunkte im Vergleich zu der äußeren Reflexion der Anordnung gemäß Fig. 3 reduziert werden.

Wie oben im Zusammenhang mit der Fig. 2 diskutiert ist, die eine Modifikation des Solarfilms der Fig. 1 zeigt, können eine, zwei oder alle Schichten 16b und 16c mit hohem Brechungsindex bei den Fig. 3 und 4 weggelassen werden, wenn die Anforderungen für das Endprodukt ihr Weglassen ermöglichen.

Um eine vergleichende Bewertung der erfindungsgemäßen Solarregu­ lierungsfilmen im Verhältnis zu existierenden, kommerziell erhältlichen Solarregulierungsfilmen zu ermöglichen, wurden Proben unter Verwendung desselben PET-Substrats vorbereitet, das für kommerzielle Filme verwendet ist und diese wurden mit einer dünnen diskontinuierliche Schicht aus Chrom zerstäubungsbe­ schichtet, wobei das Oxid oder die Vorschicht mit hohem Bre­ chungsindex weggelassen wurde. Schichten aus Chrom-beschichteten Filmen wurden dann mit einem Klebemittel laminiert, um Probeob­ jekte von Verbundfilmen zu bilden, die aus zwei Substraten und zwei Chromschichten bestehen, wie in Fig. 2 dargestellt ist (nachfolgend als DCr2 bezeichnet) und drei Substrate und drei Schichten aus Chrom, wie in Fig. 3 gezeigt (nachfolgend als TCr bezeichnet). Ein Probenexemplar wurde gemäß Fig. 1 hergestellt (nachfolgend als DCr1 bezeichnet). Diese Filme wurden dann auf VLR und VLA-Eigenschaften getestet und mit existierenden, kom­ merziellen Solarfilmen verglichen.

Der Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, Deposition Technologies, Inc. in San Diego, Kalifornien, stellt eine Viel­ zahl von Solarregulierungsfilmen her, die aus einem Polymer­ substrat bestehen, das mit einer einzigen Metallschicht versehen ist, nämlich Titan (Ti), rostfreier Stahl (5S) oder Nickel-Chrom (NiCr) und auch einen Mehrschichtfilm, der unter dem Warenzei­ chen Solarbronze (SB) verkauft wird, der aus einem Polymersub­ strat, einer dünnen Schicht aus rostfreiem Stahl und einer dünnen Schicht aus Kupfer sowie einer dünnen Schicht aus rost­ freiem Stahl besteht. Diese Filme werden jeweils in einer Anzahl von Klassen mit unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeitseigen­ schaften oder Blockierungseigenschaften verkauft. Typischerweise sind die Klassen durch ihre Lichtblockierungswirksamkeit identi­ fiziert, d. h. ein Solar Bronze-Film mit einer visuellen Licht­ durchlässigkeitskapazität von 25% und einer visuellen Licht­ blockierungskapazität von 75% wird als "75 SB" identifiziert. Auf ähnliche Weise bezeichnen "75 Ti" und "75 SS" einen Titan­ beschichteten Film und einen mit rostfreiem Stahl beschichteten Film, die jeweils eine Blockierungskapazität für sichtbares Licht von 75% und eine Lichtdurchlässigkeitskapazität von 25% haben.

Zur Differenzierung zwischen der Zeitspanne der Erforschung, Entwicklung und Erprobung sind die Solarfilme der Erfindung entgegengesetzt bezeichnet, d. h. die zwei Ziffern bezeichnen die Lichtdurchlässigkeitseigenschaft und nicht die Blockierungs­ eigenschaft. Somit ist ein "DCr2-45" Film ein solcher, der gemäß Fig. 2 aufgebaut ist und eine VLT von 45% hat. Auf ähnliche Weise ist ein "TCr30" einer mit drei dünnen, diskontinuierlichen Schichten aus Chrom (ohne Oxidvorbeschichtung) und einer VLT von 30%.

Die Testergebnisse zeigen klar die Wirksamkeit der erfindungs­ gemäßen Filme beim Reduzieren der VLR, wie die folgenden Ver­ gleiche zeigen.

Die Wirksamkeit der Erfindung wird auch durch die graphischen Darstellungen der Fig. 5 und 6 gezeigt, in denen die visuelle Lichtreflexion (VLR) und die visuelle Lichtabsorption (VLA) verschiedener Solarfilme bei unterschiedlichen Graden der visu­ ellen Lichtdurchlässigkeit (VLT) verglichen werden. Die Darstel­ lungen zeigen die Ergebnisse der Versuche an erfindungsgemäßen Solarfilmen mit drei Schichten oder Filmen aus Chrom "TCr", solchen, die aus zwei Schichten oder Filmen aus Chrom gemäß Fig. 2 bestehen, "DCr2", und den einzigen Film aus zwei Schichten aus Chrom gemäß Fig. 1 "DCr1", und vergleichen diese miteinander und die VLR und VLA der oben erwähnten Titanfilme "Ti" und Solar Bronze-Filme, "SB". Die Kurven für den rostfreien Stahl und die kommerziellen Chrom-Nickel-Filme sind den "Ti"-Kurven sehr ähn­ lich und sind aus diesem Grund aus den Darstellungen zum Zwecke der Klarheit weggelassen worden.

Wie die Diagramme zeigen, haben die Solarfilme der vorliegenden Erfindung eine weit geringe Reflexion und eine sehr viel größere Absorption als die kommerziellen Filme. Die Diagramme zeigen ferner die Reduzierung der VLR, die durch Verwendung von drei Metallschichten anstelle von zwei erreichbar ist, und die weite­ re Reduktion, die durch Einbau der Schichten mit hohem Bre­ chungsindex erzielt wird.

Die vorstehenden Daten offenbaren ferner, daß der Abschirm- oder Beschattungskoeffizient "SC" der erfindungsgemäßen Solarfilme, obwohl nur durch experimentelle Probenexemplare bestimmt, in einer sehr respektablen Höhe im Vergleich zu kommerziellen Filmen gehalten wird. Die weitere Entwicklung von Material­ schichten mit hohem Brechungsindex wird den Abschirm- oder Beschattungskoeffizienten weiter verbessern.

Zusätzlich zu den weit verbesserten Leistungseigenschaften können die Solarfilme der Erfindung sehr wirksam und wirtschaft­ lich unter Verwendung einer herkömmlichen Magnetron-Zerstäu­ bungs-Vorrichtung und einer herkömmlichen Filmlaminatvorrichtung hergestellt werden. Die Zerstäubungsvorrichtung wird verwendet, um die Solarregulierungsunterheiten 12, 12a, 12b und 12c herzu­ stellen, und die Untereinheiten werden dann zusammengesetzt und in einer der vorstehend beschriebenen Anordnungen miteinander laminiert.

Eine Ausführungsform einer geeigneten Vorrichtung zur Zerstäu­ bungsausbildung der Untereinheiten ist schematisch in Fig. 7 abgebildet.

Die Vorrichtung enthält eine Vakuumkammer 40, die mit Mitteln (nicht dargestellt) ausgerüstet ist, um die Kammer zu evakuie­ ren, sowie Einrichtungen 41 und 43, um ein inertes Gas wie bei­ spielsweise Argon und/oder ein Gas wie Sauerstoff in die Kammer oder ausgewählte Bereiche der Kammer einzuführen, damit der Sauerstoff mit einem Material zur Ablagerung einer Reaktions­ schicht auf der Bahn reagiert, beispielsweise ein Oxid des eingesetzten Materials. Die Kammer ist mit einer Abwickelspule 46 zur Aufnahme einer Rolle eines kontinuierlichen Bahnsubstrat­ materials, das beschichtet werden soll, versehen, sowie mit einer Aufwickelspule 48 zum Aufwickeln der Bahn des Substratma­ terials nach der Beschichtung. Die Substratbahn kann aus jedem Material bestehen, das üblicherweise bei Zerstäubungsvorgängen verwendet wird, beispielsweise ein Polyester wie PET. Wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet ist, wird die Bahn durch eine Vielzahl von Führungsrollen 52 in und durch wenigstens eine, vorzugsweise zwei Bahnbeschichtungsstationen geführt. Bei der dargestellten Vorrichtung enthalten die Beschichtungsstatio­ nen nacheinander in Bahnablaufrichtung eine erste Zerstäubungs­ station 56 und eine zweite Zerstäubungsstation 58.

Ein Bahnantriebssystem variabler Geschwindigkeit (nicht darge­ stellt) ist vorgesehen, um die Bahn in einer ausgewählten Ge­ schwindigkeit, die von den gewünschten Beschichtungseigenschaften abhängt, vorbeizuführen. Typischerweise wird die gesamte Rolle des Bahnmaterials beschichtet und dann aus der Kammer entfernt.

Die zwei Ablagerungsstationen 56 und 58 haben vorzugsweise dieselbe Konstruktion und enthalten jeweils eine innen gehärtete drehbare Trommel 56a, 58a eines relativ großen Durchmessers zum Halten und Kühlen der Bahn und eine oder mehr Magnetron-Kathoden 56b, 58b zur Zerstäubungsablagerung einer Schicht auf der Bahn. Jede Kathode trägt eine Antikathode 56c, 58c aus einem Material, das einem Ionenbeschuß zur Ablagerung auf der Bahn 50 ausgesetzt wird.

Zur Ausübung der vorliegenden Erfindung sind die zwei Ablage­ rungsstationen im wesentlichen umschlossen und durch geeignete Trennwände und/oder Ablenkbleche 59 voneinander isoliert, so daß jeweils unterschiedliche Zerstäubungsvorgänge an den zwei Sta­ tionen ausgeführt werden können, jedoch alles in derselben Vakuumkammer und bei einem einzigen Durchlauf der Bahn. In der bevorzugten Ausübung der Erfindung wird die erste Station 56 dazu benutzt, auf das Substrat die Schicht 16, 16b oder 16c des Materials hoher Brechungszahl abzulagern, und die zweite Station 58 lagert den dünnen diskontinuierlichen Film 18, 18a, 18b oder 18c aus Metall ab, wodurch eine Untereinheit 12, 12a, 12b oder 12c bei einem einzigen Durchlauf des Substrats von der Abgabe­ spule 56 zu der Aufwickelspule 48 ausgebildet wird.

Optische Monitore 62a, 62b befinden sich stromabwärts jeder der Stationen 56, 58, um jede der Beschichtungsvorgänge zu über­ wachen und die geeignete Dicke und Zusammensetzung der Beschich­ tungen auf dem Substrat zu gewährleisten.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß das an der zweiten Station 58 abgelagerte Material ein sehr dünner diskon­ tinuierlicher Film aus einem Metall oder eine Metallegierung ist, vorzugsweise aus Chrom oder Nickel-Chrom-Legie­ rungen, sowie rostfreiem Stahl. Das Zerstäuben dieser Metalle ist sehr einfach und schnell zu bewerkstelligen, ins­ besondere im Hinblick auf die geringe Dicke des Films, d. h. 1 bis 20 nm. Das Metall wird vorzugsweise in einer Inertgas-Parti­ aldruckatmosphäre zerstäubt, die über den Einlaß 43 in die im wesentlichen umschlossene Station 58 eingeführt wird.

Die Materialien mit hohem Brechungsindex, die üblicherweise in optischen Filmen verwendet werden, sind langsamer und schwieri­ ger abzulagern, insbesondere Titanoxid, das Material mit dem höchsten Index. Um die Ablagerungsrate des Oxids zu vergrößern, um mit der Ablagerungsgeschwindigkeit des Metallfilms Schritt zu halten, kann es sich als notwendig erweisen, mehr Magnetron- Kathoden an der Station 56 anzuordnen und/oder eine weitere Oxidablagerungsstation zwischen die Stationen 56 und 58 ein­ zufügen. Wie bekannt ist, kann die Masse hoher Brechungszahl selbst die Strahlungselektrode bzw. Antikathode (target) 56c enthalten, oder eine Strahlungselektrode des Metalls selbst kann reaktiv in der Gegenwart einer Partialdruckatmosphäre aus reak­ tivem Gas, beispielsweise Sauerstoff und/oder Stickstoff zer­ stäubt werden, welches über den Einlaß 42 über die Station(en) 56 eingeführt werden. Weil die Ablagerung von TiO₂ auf ein Sub­ strat ein so langsamer und zeitraubender Prozeß ist und das resultierende Produkt damit teuer wird, kann die Wirtschaftlich­ keit der Produktion die Verwendung eines anderen Oxids oder Nitrits diktieren, obwohl der Brechungsindex signifikant kleiner als gewünscht ist.

Wismutoxid Bi₂O₃ ist, obwohl es in der Literatur zur Verwendung in dem Infrarotbereich erwähnt wird, nicht als ein optisches Material in dem sichtbaren Bereich betrachtet, da es in dem sichtbaren Spektrum hochgradig absorbierend ist, weshalb es auf dem kommerziellen Solarfilmmarkt keine Anwendung gefunden hat.

Die vorliegende Erfindung beruht teilweise auf der Entdeckung, daß die Ausbildung eines synthetisierten BiO_x mit einem hohen Oxidationsgrad (x < 1,7) einen dünnen Film erzeugt, der nicht hochgradig absorbierend ist und der einen sehr hohen Brechung­ sindex hat, der demjenigen von TiO₂ vergleichbar ist. Noch wich­ tiger im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, daß das synthetische BiO_x eine Ablagerungsgeschwindigkeit hat, die 25 mal oder mehr so schnell ist als diejenige von TiO₂, wodurch der wirtschaftliche Nachteil von TiO₂ vermieden ist und ein akzeptableres Produkt besserer Qualitäten herstellbar wird.

Die Ablagerung des BiO_x-Films kann durch reaktive Zerstäubungs­ ablagerung erfolgen, durch gesteuerte reaktive Verdampfungs­ ablagerung und Vakuumlichtbogenablagerung, jedoch wird die reak­ tive Zerstäubungsablagerung gegenwärtig bevorzugt, die in Fig. 7 dargestellt ist. Im einzelnen besteht die Gegenelektrode (tar­ get) 56c aus Wismut und wird in einer Partialdruckatmosphäre von Sauerstoff zerstäubt, wobei der Sauerstoff-Partialdruck variabel ist, um eine Schicht aus synethetischem Wismutoxid mit einem Atomgewicht des Sauerstoffs zu Wismut von wenigstens 1,7 bis etwa 2,5 zu erzeugen, d. h. BiO_x (x = 1,7 bis 2,5).

Die Dicke des synthetisierten BiO_x (x = 1,7 bis 2,5)-Films, der auf dem Substrat 50 abgelagert ist, kann von etwa 0,5 bis etwa 50 nm (10 bis 500 A) variieren, in Abhängigkeit von den ge­ wünschten Eigenschaften. Der empfohlene Dickenbereich erstreckt sich von 0,1 bis 10 nm für Solarfilme mit einer VLT < 35%, und von 10 bis 50 nm für Solarfilme mit einer VLT < 35%. Die Produk­ tionsgeschwindigkeit variiert allgemein von etwa 20 feet/min (fpm) für dickere Filme bis etwa 50 fpm für dünnere Filme. Bei den meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung wird eine Filmschicht von etwa 40 nm Dicke bei einer Substratgeschwindig­ keit von etwa 50 fpm aufgebracht, wodurch ein sehr akzeptables Produkt entsteht.

Das gewünschte Maß der Oxidation des Wismut geht auch in die Produktionsgleichung ein. Fig. 8 zeigt eine grahische Korrela­ tion der Geschwindigkeit der reaktiven Zerstäubungsablagerung von synthetisierten Oxiden von Wismut, BiO_x mit dem Atomverhält­ nis von Sauerstoff zu Wismut in dem Oxid und dem Sauerstoff­ partialdruck innerhalb der Zerstäubungsablagerungs-Vakuumkammer. In Figur Fig. 8 ist der Sauerstoffpartialdruck (OPP) entlang der Abszisse aufgetragen, und die dynamische Ablagerungsgeschwin­ digkeit (DDR) entlang der linken Ordinate und das Atomverhältnis (AR) entlang der rechten Ordinate. Die fallende Kurve enthält die DDR und die ansteigende Kurve das AR. Die DDR wurde aus zwei Testläufen errechnet. Das AR wurde durch Heliumionenstrahl- Rutherford Rückzerstreuungsmessung und Auger Elektronenspektro­ skopieprofile bestimmt, die gegen eine kommerzielle Masse Bi₂O₃ kalibriert wurden. Aus bisher unbekannten Gründen haben die Auger-Profile höhere AR-Werte als die Rutherford Rückzerstreu­ ungsmessungen, insbesondere bei höheren AR-Werten. Trotzdem wird als allgemeine Beobachtung festgestellt, das mit zunehmendem OPP das AR ansteigt und daß der Film klar wird, wenn das AR 1,7 erreicht oder übersteigt.

Wie graphisch in Fig. 8 dargestellt ist, kann BiO_x mit einem AR von 1,7 bei einem Sauerstoffpartialdruck von etwa 7,5 E-5T (7,5 × 10^-5 torr.) und bei einer DDR von etwa 3,5 nm × cm^** 2/j (Dicke in nm-fachem Bereich in sq.cm. dividiert durch Energie in Joule) abgelagert werden, und BiO_x mit einem AR von 2,5 kann bei einem OPP von 12 E-5T und einer DDR von etwa 2, 5 nm × cm^**/j herge­ stellt werden. Im Gegensatz dazu beträgt die DDR für reaktives Zerstäuben von TiO₂ typischerweise etwa 0,1 nm x cm**2/j. Damit kann synthetisches BiO_x (x < 1,7) gemäß der vorliegenden Erfin­ dung 25 bis 35 mal schneller abgelagert werden als TiO₂, was einen siginfikanten ökonomischen Vorteil bietet, insbesondere im Hinblick auf den Umstand, daß die Brechungsindizes im wesentli­ chen dieselben sind. Die vergrößerte Geschwindigkeit der Ablage­ rung von BiO_x erleichtert zudem die Ablagerung des Oxids bei derselben Bahngeschwindigkeit wie bei der Ablagerung des Me­ talls, wodurch eine sehr ökonomische Produktion des Solarregu­ lierungsfilms der Erfindung erreicht wird.

Unter Berücksichtigung der Produktionsgeschwindigkeit und der gewünschten Qualität der Beschichtung fällt ein bevorzugtes AR in den Bereich von 1,8 bis 2,2.

Auger-Profilmessungen ergeben, daß die dünne BiO_x-Schicht auf dem Substrat sehr gleichförmig ist. Elektronenrastermikroskop (SEM)- Photographien zeigen bei einer Vergrößerung von 50000, daß dann, wenn der OPP erhöht ist, um einen BiO_x-Film mit einem AR von 1,7 oder darüber zu erzeugen, die Beschichtungsfläche extrem glatt und gleichförmig wird, wodurch die Absorption signifikant reduziert wird und ein Film mit hohem Brechungsindex entsteht, der ideal zur Ausführung der Erfindung ist.

Die Erfindung ermöglicht somit eine wirtschaftliche Massenpro­ duktion von Solarregulierungsfilmen hochgradiger Haltbarkeit mit niedriger visueller Lichtdurchlässigkeit und niedriger visueller Lichtreflexion.

Die Vorteile der Erfindung werden somit auf ökonomische und praktische Weise erzielt.

Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung vorstehend dargestellt und beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, daß zahlreiche Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Erfin­ dungsgedankens liegen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims (19)

1. Solarregulierungsfilm mit einer geringen Durchlässigkeit und einer geringen Reflexion des sichtbaren Lichts, mit einer ersten Schicht eines transparenten Substratmaterials, auf dem sich ein Metallfilm befindet, der teilweise die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts blockiert, und mit einer zweiten Schicht eines transparenten Substratmaterials, auf dem sich ein Metallfilm befindet, der teilweise die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts blockiert, wobei die erste und die zweite Schicht mit­ einander verbunden sind und ihre Metallfilme einander zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfilme dünn und inkohärent sind, eine ausgewählte geringe Reflexion des sichtbaren Lichts haben, und durch eine dazwischen liegende Verbindungsschicht optisch voneinander ent­ koppelt sind, wobei die verbundenen Schichten einen Verbundfilm bilden mit einem kombinierten Blockierungseffekt der Durchläs­ sigkeit des sichtbaren Lichts, der etwa der Summe der Blockie­ rungseffekte der inkohärenten Metallfilme entspricht, und wobei die Reflexion des sichtbaren Lichtes etwa der Reflexion des sichtbaren Lichts eines der inkohärenten Filme entspricht, und wobei die Reflexion des sichtbaren Lichts jedes inkohärenten Films derart ist, daß die Reflexion des sichtbaren Lichts des Verbundfilms auf klarem Glas 15% nicht übersteigt, wenn die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts nicht größer als 35% ist, und 12% nicht übersteigt, wenn die Durchlässigkeit des sicht­ baren Lichts in einem Bereich von 35% bis 50% liegt.

2. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schichten des Substratmaterials eine Materialschicht eines hohen Brechungs­ indexes zwischen dem Substrat und dem inkohärenten Metallfilm trägt, um die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts und die Reflexion des sichtbaren Lichts des Verbundfilms weiter zu regulieren.

3. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem Brechungs­ index ausgewählt ist aus Stickstoffsilicid, den Oxiden von Chrom, Niob und Titan und einem synthetisierten Oxid von Wismut mit einem Atomgewicht von Sauerstoff zu Wismut von 1,7 bis 2,5.

4. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dünne, inkohärente Metallfilme, die aus Chrom, Nickel-Chrom-Legierungen und rostfreiem Stahl ausgewählt sind.

5. Solarregulierungsfilme nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Chrom, die Nickel-Chrom-Legie­ rung oder der rostfreie Stahl durch Zerstäubung auf das Substrat aufgebracht ist.

6. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Schicht eines transparenten Substratmaterials mit einem dünnen, inkohärenten, transparenten Metallfilm darauf, der die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts teilweise blockiert und im wesentlichen dieselbe geringe Refle­ xionsfähigkeit für sichtbares Licht wie die anderen inkohärenten Filme hat, wobei die dritte Schicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht mit den darauf befindlichen inkohärenten Metall­ filmen angeordnet und physikalisch mit diesen verbunden ist, wobei sie von den inkohärenten Metallfilmen auf der ersten und der zweiten Schicht durch eine dazwischen liegende Verbin­ dungsschicht getrennt und optisch entkoppelt ist.

7. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Materialschicht mit hohem Brechungs­ index zwischen dem Substrat und dem inkohärenten Metallfilm auf ein, zwei oder allen Bahnen aus Substratmaterial, um die Durch­ lässigkeit und Reflexionsfähigkeit des sichtbaren Lichts des Verbundfilms weiter zu regulieren.

8. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schicht aus einem druckempfindlichen Klebemittel an einer Seite des Verbundfilms zu dessen Verbindung mit einem Fenster und eine Schutzbeschichtung auf der anderen Seite des Verbundfilms zum Schutz des Films vor Beschädigung.

9. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eines hohen Brechungs­ indexes ein synthetisiertes Oxid von Wismut enthält, das reaktiv durch Zerstäubung auf dem Substratmaterial abgelagert ist und ein Atomverhältnis von Sauerstoff zu Wismut von 1,7 zu 2,5 hat.

10. Solarregulierungsfilm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem Brechungs­ index aus den Oxiden von Chrom, Niob, Titan und Stickstoffsili­ cid ausgewählt ist.

11. Solarregulierungsfilm nach dem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit des sichtbaren- Lichts des Verbundfilms im Bereich von 25% bis 50% liegt.

12. Verfahren zur Herstellung von Solarregulierungsfilmen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ablagern einer dünnen, inkohärenten, transparenten Metallbe­ schichtung auf einem transparenten Substrat, die teilweise die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts durch das beschichtete Substrat blockiert und ausreichend dünn und inkohärent ist, um eine ausgewählt geringe Reflexionsfähigkeit des sichtbaren Lichts zu haben,
Zusammenfügen mehrerer beschichteter Substrate zu einem Verbund­ film, so daß die inkohärenten Metallschichten einander innerhalb des Verbundfilms zugewandt sind und durch eine dazwischen lie­ gende Verbindungsschicht voneinander getrennt und optisch von­ einander entkoppelt sind, so daß die Metallschichten zusammen einen kombinierten Blockierungseffekt für das sichtbare Licht hervorrufen, der ausreicht, um ein ausgewählt niedriges Maß an Durchlässigkeit für das sichtbare Licht für den Verbundfilm hervorzurufen, und
Verbinden der beschichteten Substrate miteinander, um einen Ver­ bundfilm mit einem kombinierten Blockierungseffekt für die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichts auszubilden, der etwa der Summe der Blockierungseffekte der inkohärenten Metallschichten entspricht und eine niedrige Reflexion des sichtbaren Lichts hat, die etwa gleich der Reflexion eines der inkohärenten Me­ tallschichten ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die beschichteten Substrate miteinander laminiert werden und mit Hilfe einer oder mehrerer dazwischen angeordneter Schichten aus Klebemittel getrennt und optisch entkoppelt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst auf dem Substrat eine dünne transparente Schicht aus einem Material mit hohem Brechungsindex abgelagert und dann die Metallschicht auf dem Material mit hohem Brechungsindex abgelagert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem Brechungs­ index einen Brechungsindex von wenigstens 2,0 hat.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit hohem Brechungs­ index ein synthetisiertes Oxid von Wismut mit einem Atomverhält­ nis von Sauerstoff zu Wismut von 1,7 bis 2,5 ist.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das auf jedes Substrat aufgebrachte Metall Chrom, eine Nickel-Chrom-Legierung oder rostfreien Stahl enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch Zerstäubung auf das Substrat aufgebracht wird.

19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Substrat ein synthetisiertes Oxid von Wismut mit einem Atomverhältnis von Sauerstoff zu Wismut von 1,7 bis 2,5 durch reaktive Zerstäubungsablagerung aufgebracht wird und daß dann auf das synthetisierte Wismutoxid durch Zerstäubung eine dünne Schicht aus Chrom, einer Nickel- Chrom-Legierung oder rostfreiem Stahl aufgebracht wird.