DE2347525C3

DE2347525C3 - Sonnenschutzglas

Info

Publication number: DE2347525C3
Application number: DE732347525A
Authority: DE
Inventors: Elmar Dr. Vaduz Ritter
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden GmbH
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-09-21
Publication date: 1979-03-08
Also published as: ATA995373A; DE2347525A1; BE807798A; SE384495B; DE2347525B2; CH568251A5; NL7300507A; FR2207876B1; AT332584B; GB1395857A; FR2207876A1; ES420309A1; IT1003246B; US3914516A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein lichtabsorbierendes Sonnenschutzglas, welches auf einem absorp- «1 tionsfreien Grundglas eine lichtabsorbierende, durch Aufdampfen im Vakuum hergestellte dünne Schicht einer Mischung aus einem nichtmetallischen Einbettungsmittel schwacher Absorption mit zwei Metallen als Absorptionsstoff aufweist. Sonnenschutzbeläge dieser Art sind schon vielfach verwendet worden, wobei als Einbettungsmittel vor allem niederbrechende, schwach absorbierende Substanzen wie z. B. verschiedene Oxide u. ?. vor allem SiOj (Quarz) und Fluoride, darunter vor allem Magnesiumfiuorid, verwendet worden sind. während als absorbierende Stoffe praktisch schon alle in Frage kommenden Metalle versucht wurden. Ein niedriger Brechungsindex des Einbettungsmittels ist wichtig, weil von diesem das Reflexionsvermögen der Schicht abhängt. Es wird ein möglichst geringes »ϊ Reflexionsvermögen gewünscht, weil Spiegelwirkung vermieden werden soll. Letztere war nach bisheriger Erfahrung jedoch kaum vermeidbar, wenn Metall in der für eine Absorption von 60% (oder mehr) des einfallenden Lichtes erforderlichen Konzentration in ·ο die absorptionsarme Schicht eingebettet ist. Durch die Einbettung des Metalls wird nämlich der Brechungsindex der Schicht wesentlich angehoben. Da beide Grenzflächen der Schicht — sowohl diejenige zwischen Schicht und Glas, wie auch diejenige zwischen Schicht « und Luft — als RefleAionsflächen wirken und der Abstand zwischen diesen beiden Flächen sehr gering ist, nämlich in der Größenordnung der Wellenlängen des hindurchtretenden Lichtes liegt, treten bekanntlich Interferenzerscheinungen auf, die zu Farbeffekten w> Anlaß geben. Da der Wegunterschied zwischen der an der einen Grenzfläche reflektierten Teilwelle gegenüber der an der anderen Grenzfläche reflektierten Teilwelle des einfallenden Lichtes außerdem noch vom Winkel abhängt, unter welchem das Licht einfällt bzw. h^r> die Reflexion beobachtet wird, werden auch die durch Interferenz verstärkten bzw. geschwächten Wellenlängen und damit der Farbeffekt vom genannten Winkel abhängig, was bekanntlich dazu führt, eaß derartige Brillengläser je nach der Bewegung des Trägers verschiedenfarbig reflektieren, was als unangenehmes Schillern empfunden wird.

Es sind deshalb schon manigfache Versuche unternommen worden, die auf Interferenz beruhenden Farbeffekte zu unterdrücken. Man hat versucht den Brechungsindex der Schicht möglichst gering zu halten; dies gelang bisher nur für relativ geringe Konzentrationen des eingebetteten Absorptionsstoffes. Deswegen wurde vielfach ein anderer Weg beschritten, nämlich der Versuch gemacht, die Reflexion der Schicht durch zusätzliche sogenannte reflexionsvermindernde Beläge herabzusetzen. Letzteres erfordert aber eine genuue Herstellungstechnik, verteuert also die Produktion. Auch kann mit reflexionsvermindernden Belägen nicht das ganze Spektrum des sichtbaren Lichtes in gleichem Maße beeinflußt werden, d. h., daß die reflexionsvermindernden Beläge selbst wieder einen Farbeffekt bewirken. Auch mit den besten zur Verfügung stehenden Antireflexbelägen ist die Reflexion nicht völlig auszuschalten, so daß nach wie vor bei derartigen Sonnenschutzgläsern Interferenzfarben in Kauf genommen werden müssen.

Ein anderer bekannter Weg zur Minderung der Interferenzerscheinungen benützt sogenannte inhomogene Schichten, d. h. Schichten, deren Brechungsindex senkrecht zur Schichtoberfläche vom Schichtinnern nach außen hin allmählich abnimmt und an der äußeren Grenzfläche ein bestimmtes Minimum erreicht. Auf diese Weise wird erzielt, daß die Absorptionsschieht selbst eine ähnliche Wirkung wie sonst eine zusätzliche reflexionsvermindernde Schicht hervorbringt. Auch auf diesem Wege wurden gewisse Erfolge erzielt, jedoch ist die Hcrstellungstechnik für inhomogene Schichten noch bedeutend komplizierter und aufwendiger als für die vorerwähnten Mchrschichtbelägc.

Aus der GB-PS 13 04 484 ist es ferner bekannt, einem im wesentlichen aus MgF₂ als Einbcttungsmittcl einerseits und Chrom als Absorptionsstoff andererseits bestehenden Aufdampfmaterial zur Erzielung einer erhöhten Haftfestigkeit und einer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen sowie gegenüber Erwärmung und Strahlung Titanmctall in geringer Menge zuzumischen. Man erhält dadurch harte und besser haftende Schichten vermutlich deshalb, weil das Titan in der Anfangsphase der Aufdampfung in Kontakt mit der meist O₂-beladenen Substratoberfläche zunächst ein Titanoxyd bildet, das als Haftschicht wirkt, und weil Titan in geringer Menge beigemischt wahrscheinlich zur Verfestigung des Kristallgitters der kondensierten Schicht beiträgt. Auf eine hohe Absorption wurde dabei kein besonderer Wert gelegt, sondern sogar betont (Spalte 4, Zeile Ib), daß mit einem solchen Gemisch ein Aufdampfmaterial mit einem geringen Absorptionskoeffizienten zur Verfügung stünde.

Weiter war es bekannt (GB-PS 7 48 921), zur Erzielung elektrischer Leitfähigkeit in lichtdurchlässige Schichten Metalle einzulagern, wobei wegen der beabsichtigten Verwendung dieser Schichten für Windschutzscheiben für Fahrzeuge angestrebt wurde, eine möglichst hohe Durchsichtigkeit zu behalten; dafür wurde die Einlagerung von Silber, Kupfer, Eisen, Chrom oder Nickel und vor allem von Gold empfohlen (Seite 6, ab Zeile 9). Zur Verringerung der wegen der Einbettung von Metall meist stark erhöhten Reflexion der Schichten wurde außerdem vorgeschlagen, zusätzlich

auf die Absorptionsschicht noch eine zweite Schicht aus MgFi als Antireflexbelag aufzubringen.

Die vorliesende Erfindung hat sich demgegenüber zur Aufgabe gestellt, einen Belag für ein lichtabsorbicrcndcs Sonnenschutzglas zu finden, der auch für höhere Absorptionsgrade — bei Sonnenschutzgläsern sind solche oft erwünscht — eine möglichst geringe Reflexion aufweist, die sich von der Reflexion des unbedeckten Glases (ungefähr 4% je nach Glassorte) nicht stark unterscheidet. Daneben soll der Sonnenschutzbelag nach der Erfindung natürlich auch den weiteren an derartige Beläge zu stellenden Anforderungen, wie genügende Haftfestigkeit, Härte, Widerstandsfähigkeit gegenüber atmosphärischen Einflüssen und hinsichtlich Alterungsbständigkeit genügen.

Das erfindungsgemäße Sonnenschutzglas, welches auf einem absorptionsfreien Grundglas eine lichtabsorbierende, durch Aufdampfen im Vakuum hergestellte dünne Schicht einer Mischung aus einem nichtmetallischen Einbettungsmittel schwacher Absorption mit zwei Metallen als Absorptionsstoffen aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer Mischung von Magensiumfluorid, Chrom und Silber besteht.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß man mit der Kombination von Chrom und Silber als Absorptionsstoff eine wesentlich geringere Erhöhrung des Brechungsindex für ein bestimmtes Absorptionsvermögen erhält, als wenn dieselbe Absorption mit nur einem der beiden Metalle verwirklicht wird. Ferner besitzt die r»rfinrtl!ncrciT*>mäftr» R/tic"U>irwT Λ**η \/nr-ni** rtj-.j... ..J₁J-P_-

nehmen gelblich-braunen Tönung in Durchsicht, wie dies für Sonnenschutzgläser erwünscht ist.

Als Beispie! für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde zur Herstellung eines Sonnenschutzbelagcs mit 70% Absorption in einer Vakuumaufdampfanlage eine Mischung auf die Gläser aufgedampft, welche aus 350 Gewichtsteilen Magnesiumfluorid, 80 Gewichtsteilen Chrom und 20 Gewichtsteilen Silber bestand. Diese Mischung wurde in einer Aufdampfanlage nach der bekannten Methode der Flashverdampfung stoßweise verdampft und auf den Glasoberflächen bei einem Vakuum von etwa KV· Torr in einer Schichtdicke von 0,8 μηι niedergeschlagen. Mit einem Silberanteil von 40 Gewichtsteilen erhält man bei sonst gleicher Zusammensetzung 80% Absorption bei gleicher Schichtdicke.

Es wurden nach dem erstgenannten Beispiel Sonnenschutzgläser erhalten, deren Reflexion, — von beiden Seiten des Glases her — ungefähr 4% betrug und sich damit von der Reflexion einer unbedeckten Glasoberfläche kaum unterschied. Die an der Grenzfläche zwischen Glas und Schicht reflektierte Lichtamplitude wird dadurch sehr gering und damit auch die interferenziell mögliche Verstärkung oder Schwächung bestimmter Lichtwcllenlängen. Ein solches Sonnenschutzglas besitzt deshalb sehr geringe, durch Interferenz bedingte Farbeffekte. Im Vergleich dazu ergibt ein Belag mit einer Mischung von 350 Gewichtsteilen MgF₂

κι und 110 Gewichtsteilen Chrom, der ebenfalls 70% Absorption besitzt, eine Reflexion von ca. 6%. Die Interferenzfarben bei einem solchen Sonnenschutzglas sind deshalb wesentlich stärker.

Durch Veränderung des metallischen Anteiles in der

v> Mischung können bequem andere Absorptionsgrade verwirklicht werden. Mit Mischungen, welche 350 bis 500 Gewichtsteile Magnesiumfluorid und dazu 75 bis 100 Gewichtsteile Chrom und 10 bis 50 Gewichisteile Silber aufweisen, kann der Absorptionsbereich von

2(i etwa 60% bis 80% bequem überstrichen werden. Dabei gibt es in jedem Falle ein optimales Verhältnis des C'hromanteiles zum Siiberanieil, welcher einerseits von den bezüglich der Durchsichtsfarbe gestellten Forderungen abhängt, zum anderen aber bei vorgeschriebe-

j^r> ner Schichtdicke und Lichtabsorption einen minimalen Brechungsindex verwirklichen läßt. Für dieses optimale Verhältnis kann keine Formel angegeben werden, jedoch ist dieses innerhalb der angegebenen Schwankungsbreite dur-jh wenige Vorversuche leicht zu

in ermitteln.

Zui Bemessung der Schichtdicke der erfinuungsgemäßen Absorptionsschiehtcn sei bemerkt, daß Dicken bis zu 1 μηι auf jeden Fall zulässig sind, ohne daß die Gefahr des Abspiilterns besteht.

i"> Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sonncnschutzglascs besteht darin, daß es infolge des niederen Brechungsindex tier Schicht möglich ist, eine reflexionsvermindernde Schicht mit breiter spektraler Wirkung aufzubringen. Der Schwerpunkt dieser reflexionsver-

iu mindernden Schicht wird vorteilhafterweisc in den blauen Spektralbereich gelegt. Eine solche rcflexionsvermindernde Schicht besitzt dann eine sehr schwache Interferenzfärbung, welche zudem noch mit der gewünschten Transmissionsfarbe übereinstimmt, also

η unauffällig ist. Mit den bisher bekannten höherbrechenden Absorptionsschichten für Sonnenschutzgläser dagegen müssen wesentlich stärkere Interferenzfärbungen in Kauf genommen werden, weshalb oft sogar überhaupt verzichtet werden muß und wobei Reflexionen von 7%

v\ und mehr auftreten.

Claims

Patentansprüche:

1. Sonnenschutzglas, welches auf einem absorptionsfreien Grundglas eine lichtabsorbierende, durch Aufdampfen im Vakuum hergestellte dünne Schicht einer Mischung aus einem nichtmetallischen Einbettungsmittel schwacher Adsorption mit zwei Metallen als Absorptionsstoffen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einer Mischung von Magnesiumfiuorid, Chrom und Silber besteht.

Z Sonnenschutzglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtsubstanz 350 bis 500 Gewichtsteile Magnesiumfiuorid, 75 bis 100 Gewichtsteile Chrom und 10 bis 50 Gewichtsteile Silber enthält.

3. Sonnenschutzglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtsubstanz 80 Gewichtsteile Chrom und 20 Gewichtsteile Silber enthält.

4. Sonnenschutzglas nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtsubstanz 80 Gewichtsteile Chrom und 40 Gewichtsteile Silber enthält. ·><·,