DE3319765A1

DE3319765A1 - Waermewellen-abschirmlamellierung

Info

Publication number: DE3319765A1
Application number: DE19833319765
Authority: DE
Inventors: Yutaka Nagoya Aichi Sawada; Yasunori Taga
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1983-05-31
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB2121075A; GB2121075B; JPS58209549A; JPH0380100B2; GB8314716D0; US4507547A

Description

Dipl.-Phys. O. E. Weber . ^ °-8000 München 71 Patentanwalt Hofbrunnstraße 47 European Patent Attorney

^ Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber

Telex: 5-212877

Telefax: (0 89)7 91 52 56

T 109

KABUSHIKI KAISHA TOYOTA

CHUO KENKYUSHO

41-1, Aza Yokoraichi, Oaza Nagakute

Nagakute-cho, Aichi-guji,

Aichi-ken, Japan

Wärmewellen-Abschirmlamellierung

warmevellen-Abschirmlaroellierung

Die Erfindung betrifft eine Wärmewellen-Abschinnlamellierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und insbesondere eine Wärmewellen-Abschirmlamellierung mit mehreren Dünnschichten, die auf der Oberfläche eines für sichtbares Licht transparenten Substrates geschichtet sind und eine hervorragende Abschirmwirkung gegenüber Wärmewellen, insbesondere gegen Infrarotstrahlen in der Nähe des Bereiches des sichtbaren Lichtes haben, ohne die Transparenz oder Durchlässigkeit für sichtbares Licht zu beeinträchtigen.

Verschiedene Plattenmaterialien, wie beispielsweise aus Glas oder Kunststoff gefertigte Plattenmaterialien, zeigen eine gute Durchlässigkeit für sichtbares Licht. Jedoch haben die gleichen Materialien auch eine gute Durchlässigkeit für Infrarotstrahlen, d.h. für Strahlen jaiseits des langwelligen Endes des Bereiches des sichtbaren Lichtes, und daher gibt es viele Anwendungen, in denen es erforderlich ist, geeignete Mittel vorzusehen, um der Energie der Wärmewellen Rechnung zu tragen, die durch das Plattenmaterial verlaufen. Ein Beispiel hierfür sind Fahrzeugscheiben, die in nachteilhafter Weise das Sonnenlicht durchlassen, wodurch die Temperatur im Innern des Fahrzeuges ansteigt, so daß es gegebenenfalls erforderlich ist, das Fahrzeug mit einer großen Klimaanlage auszurüsten. Der Bedarf für einen Wärmewellenschirm ist keinesfalls auf Fahrzeugscheiben beschränkt, sondern erstreckt sich vielmehr weit bis zu solchen Flächenmaterialien, wie Fensterfeldern für Flugzeuge und Schiffe, Linsen von Brillen und Kameras, Glasfeldern für Gebäude und Kühlvitrinen sowie Schaulochgläsern für Herde bzw. Backröhren, öfen und Schweißmasken.

Es gibt eine herkömmliche Methode, mit der solche Flächenmaterialien mit einer speziellen Beschichtung erhalten werden können, um den Durchgang von Wärmewellen zu verhindern. Ein übliches Beschichtungsmaterial, das bis zu einem gewissen Grad eine Wärmeabschirmung liefert, ist ITO (Indium-Zinn-Oxid, das aus In₂O₃ besteht, dem Sn zugesetzt ist).

Solche herkömmlichen Beschichtungen sind jedoch ungeeignet, da sie nicht eine ausreichende Wärmewellen-Abschirmwirkung zeigen und insbesondere niedrige Abschirmwerte gegenüber nahen Infrarotstrahlen mit Wellenlängen im Bereich von 1000 nm (= 10 000 °0 haben, was gerade diejenigen Strahlen sind, die bei einer Abschirmung gegenüber den Wärmewellen im Sonnenlicht ausgeschlossen werden sollten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Wärmewellen-Abschirmlamellierung zu schaffen, bei der die oben erwähnte Infrarotstrahlungs-Abschirmschicht aus einer Beschichtung von ITO oder dergleichen so verbessert ist, daß eine wirksame Wärmewellenabschirmung im nahen Infrarot- und im Infrarot-Spektrum ohne Verlust an Durchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein für sichtbares Licht transparentes oder durchlässiges Substrat mit einer darüberliegenden zusammengesetzten Lamellierung aus wenigstens einer ersten Infrarot-Abschirmschicht und wenigstens einer zweiten Infrarot-Abschirmschicht, die abwechselnd aufeinanderliegen, vorgesehen wird, daß die erste und die zweite Infrarot-Abschirmschicht ungefähr die gleichen Brechungsindizes bzw. Brechzahlen im Bereich des sichtbaren Lichtes, jedoch unterschiedliche Brechungsindizes in dem Wärmewellen-Spektrum haben, für das eine Abschirmung gewünscht wird, daß die erste Infrarot-Abschirmschicht eine Dicke von etwa λ/4η. hat(wobei Λ die Wellenlänge in der Mitte des Wärmewellen-Spektrums und η den Brechungsindex

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bei der Wellenlänge /L bedeuten), daß die zweite Infrarot-

Abschirmschicht eine Dicke von etwa Λ/4η_β hat (wobei /L die Wellenlänge in der Mitte des Wärmewellen-Spektrums und n_ den Brechungsindex bei der Wellenlänge Λ bedeuten), wodurch die sich ergebende Wärmewellen-Abschirmlamellierung eine gute Durchlässigkeit für sichtbares Licht und eine gute Abschinawirkung gegenüber Wämewellen dank der Tatsache, daß wenigstens die erste oder die zweite Infrarot-Abschirmschicht eine Abschirmwirkung gegenüber langwelliger Strahlung im Infrarotspektrum durch Absorption und/oder Reflexion solcher Strahlung hat, irddank der Tatsache, daß die beiden Infrarot-Abschirmschichten zusammen eine Abschirmwirkung gegenüber Infrarotstrahlung im nahen Infrarotspektrum durch Interferenz-Reflexion solcher Strahlen aufweisen, erzielt wird.

Weiterhin ist es bei der Erfindung vorteilhaft, die Menge der zu den Materialien der ersten und/oder zweiten Schicht gemachten Zusätze so einzustellen, daß der Wellenlängenbereich ausgedehnt wird, über dem eine Wärmewellenabsorption erhalten wird, das Absorptionsvermögen der Schichten für Infrarotstrahlung zu erhöhen, die durch die Lamellierung vorhandene Färbung einzustellen und/oder die Schichten elektrisch leitfähig zu machen. Der Bereich, über dem die Zusätze in diesem Fall eingestellt werden, sollte zwischen 0 und 40 At.-% und vorzugsweise zwischen 5 und 20 At.-% betragen.

Da daher erfindungsgemäß die beiden Infrarot-Abschirmschichten unterschiedliche Brechungsindizes bei der mittleren Wellenlänge des zurückzuwerfenden Wärmewellen-Spektrums haben, zeigen die Schichten zusammen einen Interferenz-Reflexionseffekt. Bei einer Abschirmung gegenüber Sonnenlicht sollte die mittlere Wellenlänge A vorzugsweise im Bereich von 700 bis 130O nm (7000 - 13 0OO 8) und insbesondere im Bereich zwischen 800 und 1000 nm (8000-10 000 8) gewählt werden, überdies wird bei der Erfindung eine Abschirmung gegenüber Wärmewellen nicht nur durch diesen Interferenz-Reflexionseffekt, sondern auch durch Absorption von Strahlen

im Infrarotspektrum mit Wellenlängen in der Nähe der mittleren Wellenlänge Λ und durch Drude-Reflexion von Strahlen auf der langwelligen Seite der mittleren Wellenlänge erhalten.

Ein wesentlicher Punkt der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung liegt darin, daß sie trotz der oben beschriebenen hervorragenden Wärmewellen-Abschirmwirkung dennoch eine sehr gute Durchlässigkeit oder Transparenz für sichtbares Licht beibehält, obwohl die Abschirmlamellierung aus unterschiedlichen Schichtarten besteht, da die Brechungsindizes der beiden Arten im Bereich des sichtbaren Lichtes nahezu gleich sind.

Bei der Erfindung werden die erste und die zweite Infrarot-Abschirmschicht, die abwechselnd auf der Oberfläche eines für sichtbares Licht transparenten Substrates, wie beispielsweise Glas, vorgesehen sind, jeweils mit einer Dicke von etwa 100 bis 200 nm (1000-2000 8) durch ein physikalisches Verfahren, wie beispielsweise Vakuumaufdampfung, Sputtern bzw. Zerstäuben oder Ionenplattieren, durch ein chemisches Verfahren, wie beispielsweise Eintauchen in eine Flüssigkeit, sprühthermische Diffusion oder chemische Transportmethode oder durch eine Kombination von zwei oder mehr solcher Verfahren bzw. Methoden gebildet.

Bei der Herstellung der Infrarot-Abschirmschichten ist es zweckmäßig, Materialien zu wählen, die für eine Interferenz-Reflexion, eine Wärmewellenabsorption und eine Drude-Reflexion geeignet sind, also die drei Prinzipien erfüllen, die die erfindungsgemäße Wärmewellen-Abschirmwirkung hervorrufen, und die eine gute Durchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes haben. Bei der Erfindung ist ITO das Hauptmaterial, das für die ersten Infrarot-Abschirmschichten benutzt wird, und als Material für die hiermit verwendeten zweiten Infrarot-Abschirmschichten dient vorzugsweise In-O.,. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das Material der ersten Infrarot-Abschirmschicht tatsächlich nicht auf ITO begrenzt ist, und daß es auch möglich ist/ andere Materialien zu benutzen, die stark wellenlängenabhängige Brechungsindizes haben und die

den gleichen Brechungsindex wie die zweite Infrarot-Abschirmschicht (beispielsweise In₂O₃) im Bereich des sichtbaren Lichtes aufweisen, jedoch einen hiervon unterschiedlichen Brechungsindex in dem Wärmewellenspektrum zeigen, gegenüber dem eine Abschirmung benötigt wird. Beispiele solcher Materialien umfassen das erwähnte In₃O₃, dem ein Element zugesetzt wird, das sofort ein Ion mit einer Valenzzahl größer als +3 wird, wie beispielsweise Sn, W, Mo, Ti, Zr oder Pb, oder dem ein Element, wie beispielsweise F, beigefügt wird, das ein Ion mit einer Valenzzahl -1 wird, sowie beliebige solche Materialien mit darin ausgebildeten Sauerstoffleerstellen. Gute Ergebnisse können auch erhalten werden mit SnO₂ oder SnO₂, dem ein Element zugesetzt ist, das sofort ein Ion mit einer Valenzzahl größer als +5 wird, wie beispielsweise Sb, P, As, Nb oder Ta, oder dem ein Element beigefügt wird, wie beispielsweise F, das sofort ein Ion mit einer Valenzzahl -1 wird, sowie mit beliebigen solchen Materialien, in denen Sauerstoff leer stellen ausgebildet sind. Außerdem ist es auch möglich, einen Oxidhalbleiter, der Cd und Sn enthält, wie beispielsweise Cd₂SnO₄, oder übergangsmetalloxide und -nitride zu verwenden.

Die Interferenz-Reflexion, die eine wichtige Wirkung bei der erfindungsgemäßen Wärmeabschirmwirkung spielt und die weiter unten näher erläutert wird, wird mittels mehrerer Schichten von zwei verschiedenen Arten erreicht. Aufgrund theoretischer Studien und Versuche wurde erkannt, daß es für eine optimale Ausnutzung dieser Interferenz-Reflexion von Bedeutung ist, daß die Anzahl der Schichten des Materials mit dem höheren Brechungsindex bei der Wellenlänge, die interferenzmäßig zu reflektieren ist, um eins größer ist als die Anzahl der Schichten des Materials mit dem niedrigeren Brechungsindex bei dieser Frequenz. Bei der vorliegenden Erfindung werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn eine solche Anordnung benutzt wird. Auch was die Anzahl der zu verwendenden Schichten anbelangt, so weiß man, daß mit steigender Anzahl der Schichten eine Steigerung im Grad der Interferenz-Reflexion sowie eine Verengung der Spitzenwertbreite der interferenz-

mäßig reflektierten Wellenlängen vorliegt. Die Anzahl der Schichten hat auch eine Auswirkung auf die Absorption und die Drude-Reflexion sowie auf den spezifischen elektrischen Widerstand der zusammengesetzten Schicht. Insbesondere führt eine größere Anzahl von Schichten zu einer höheren Wärmewellen-Abschirmwirkung durch Absorption und Drude-Reflexion und zu einem kleineren spezifischen Widerstand. Unter Berücksichtigung dieser Wärmewellen-Abschirmwirkungen sowie des Fertigungsaufwandes und anderer Produktionsgesichtspunkte werden optimale Gesamtergebnisse gewöhnlich erzielt, wenn die Anzahl der Schichten 3, 5, 7 oder 9 beträgt, und aus praktischen Überlegungen werden allgemein 5 oder 7 Schichten bevorzugt.

Durch Verwendung einer Lamellierung aus einer Vielzahl von zwei Arten von Infrarot-Abschirmschichten nach der Erfindung wird eine extrem hohe Wärmewellen-Abschirmwirkung erreicht, während eine gute Durchlässigkeit für sichtbares Licht beibehalten wird. Diese Wirkungen oder Effekte werden im folgenden nacheinander erläutert.

Die erste Abschirmwirkung der Erfindung beruht auf der Interferenz-Reflexion, also einer Erscheinung, die durch abwechselndes Lameliieren von zwei Arten von Infrarot-Abschirmschichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes bei der Wellenlänge Λ-der Wärmewelle, gegenüber der eine Abschirmung benötigt wird, verwirklicht wird.

Fig. 1 zeigt die "Wellenlängenabhängigkeit des für die erste Infrarot-Abschirmschicht gewählten ITO und des für die zweite Infrarot-Abschirmschicht gewählten In₂O₃. Obwohl bei beiden Materialien der Brechungsindex mit zunehmender Wellenlänge abnimmt, ist darauf hinzuweisen, daß die Abnahmegeschwindigkeit für ITO ausgeprägter ist als für In₃O₃. So haben bei Wellenlängen in dem Bereich, in dem eine Wärmewellen-Abschirmung gewünscht wird, insbesondere im Infrarotspektrum nahe dem Bereich des sichtbaren Lichtes (beispielsweise bei WeI-

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lenlängen zwischen 750 und 1200 nm bzw. 7500-12 000 8) die beiden Schichtarten angemessen verschiedene Brechungsindizes, so daß - wenn abwechselnde Schichten dieser Materialien in eine zusammengesetzte Lamellierung geformt werden - die so erhaltene Mehrschichtstruktur eine Interferenz-Reflexion erzeugt. Wenn dann die Dicke der jeweiligen Schichten mit Λ/4n gewählt wird (wobei X die Wellenlänge in der Mitte des ■ Wärmewellenspektrums bedeutet, gegenüber dem eine Wärmewellen-Abschirmung benötigt wird), ist es möglich, eine äußerst starke Interferenz-Reflexion zu erhalten. Durch Auswahl dar Dicke der Schichten entsprechend der Wellenlänge der zurückzuwerfenden Wärmeenergie kann eine wirksame Interferenz-Reflexion innerhalb des gewünschten Wellenlängenspektrums verwirklicht werden. Dies bedeutet beispielsweise, daß ein Kraftfahrzeugfenster so gestaltet werden kann, daß Wärmewellen ohne Beeinträchtigung der Durchlässigkeit für sichtbares Licht zurückgeworfen werden. Hierzu müssen lediglich Abschirmschichten mit Dicken benutzt werden, die Wellenlängen von etwa 800-10OO nm

(8000-10 000 S) ausschließen, was das gewöhnliche Wärmewellenspektrum von Sonnenlicht ist.

DJe herkömmliche einzige ITO- oder In₂O₃-Schicht, die als Abschirmung gegenüber Strahlung im nahen Infrarot verwendet wird, ist gewöhnlich für Infrarotstrahlung durchlässig und kann aus diesem Grund keine gute Wärmewellenabschirmung liefern. Dagegen zeigen bei der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung die beiden Arten von Schichten eine gute Interferenz-Reflexion im nahen Infrarotspektrum, so daß kein Temperaturanstieg der zusammengesetzten Lamellierung selbst und folglich von dort keine erneute Emission von Wärme auftritt, was bedeutet, daß die erfindungsgemäße Wärmewellen-Abschirmlame liierung für das Glas von Kraftfahrzeugfenstern in idealer Weise geeignet ist.

Da optimale Ergebnisse erhalten werden, wenn die Dicke der jeweiligen Schichten aufA/4n bezüglich der gewünschten Wellenlänge /L eingestellt wird, dient dies als Bezugsgröße, wobei aber zu betonen ist, daß erfindungsgemäß die tatsächlichen

Dicken in gewünschter Weise innerhalb des Bereiches von 70 bis 140 % von diesem Bezugswert verändert werden können. In diesem Änderungsbereich ist es möglich, eine für eigentlich jede praktische Anwendung geeignete Wärmewellen-Abschirmwirkung zu erhalten.

Wie oben erläutert wurde, liefert die durch die erfindungsgemäße Wärmewellen-Abschirmlamellierung erzeugte Interferenz-Reflexion eine gute Wärmewellen-AbSchirmwirkung gegenüber dem nahen Infrarotspektrum, während gleichzeitig speziell diese hervorgehobene Interferenz-Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichtes nicht ansteigt, so daß eine gute Transparenz Öder Durchlässigkeit für sichtbares Licht unbeeinträchtigt bleibt.

Diese gute Transparenz oder Durchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes beruht auf der Tatsache, daß die beiden Arten von Abschirmschichten nahezu identische Brechungsindizes im Bereich des sichtbaren Lichtes haben, wie dies aus dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel folgt, das im Bereich des sichtbaren Lichtes Indizes mit ungefähr dem Wert zeigt.

Obwohl früher daran gedacht wurde, mehrere Schichten aus beispielsweise TiO₂ und SiO₂ zu verwenden, um durch eine Mehrschicht-Interferenz-Reflexion eine Wärmewellenabschirmung zu verwirklichen, neigten solche Anordnungen zu einem Anstieg der Sekundär-Interferenz-Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichtes. Dies führte wiederum zu einer Verringerung der Durchlässigkeit für sichtbares Licht und zum Auftreten einer Interferenzfarbe, so daß diese früheren zusammengesetzten Lamellierungen für sichtbares Licht schlechte Eigenschaften haben. Es hat sich als insbesondere schwierig erwiesen, diese herkömmlichen zusammengesetzten Lamellierungen für Fahrzeugfensterfelder anzuwenden, was auf deren verringerte Durchlässigkeit für sichtbares Licht und deren Neigung zur Bildung von Interferenzfarben zurückzuführen ist,

was beides die optischen Eigenschaften des Glases und dessen Aussehen beeinträchtigt. Zur Überwindung dieser Probleme wurden praktisch erfolglos zahlreiche Anstrengungen unternommen, um die Interferenz-Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichtes durch geschickte Einstellung von Schichtmaterial und Dicke zu verringern.

Die Erfindung ermöglicht es, nahezu die gesamte, durch eine Mehrschichtstruktur im Bereich des sichtbaren Lichtes erzeugte Interferenz-Reflexion auszuschließen, indem die Brechungsindizes der beiden Infrarot-Abschirmschichten in diesem Bereich nahezu gleich gemacht werden. Die zusammengesetzte Lamellierung hat so optische Eigenschaften im Bereich des sichtbaren Lichtes, die eher denjenigen einer einzigen Schicht als denjenigen eines geschichteten oder lameliierten Körpers entsprechen, und daher kann die zusammengesetzte Lamellierung eine farblose Transparenz oder Lichtdurchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes liefern, was seit langem angestrebt wird.

Ein weiterer Abschirmeffekt der Erfindung beruht auf der Wärme·! wellenabsorption, wobei Wärmewellen von jeder Wellenlänge durch wenigstens eine von zwei Infrarot-Abschirmschichten : absorbiert werden, wodurch verhindert wird, daß diese Wärme— wellen das Substrat erreichen. Beispielsweise zeigen das erwähnte ITO und In_O-j beide einen Wärmewellen-Absorptionseffekt Da dieser Effekt insbesondere im Bereich von 1000-3000 nm (10 000 - 30 000 R) des Spektrums stark ist, können die genannten Materialien Wärmewellen auf der langwelligen Seite von den Wärmewellen absorbieren, die durch die Interferenz-Reflexion der zusammengesetzten Lamellierung zurückgeworfen werden. Da außerdem ITO Wellen mit kürzerer Wellenlänge als In₃O₃ absorbiert, tritt - wenn die zusammengesetzte Lamellierung aus Schichten von ITO und In₃O₃ entsprechend den Ausführungsbeispielen der Erfindung zusammengesetzt ist eine Absorption über einem weiten Wärmewellenspektrum auf, so daß der Abschirmeffekt bzw. die Abschirmwirkung beträchtlich gesteigert ist, was insbesondere hinsichtlich der Solarenergie gilt.

Obwohl diese Art der Wärmewellenabsorption der Interferenz-Reflexionswirkung insoweit unterlegen ist, als sie zu einer Steigerung der Temperatur der zusammengesetzten Lameliierung selbst und somit zu einer Begünstigung der erneuten Emission von angesammelter Wärme neigt/ bedeutet sie dennoch eine praktikable Maßnahme -zur Erhöhung des Abschirmeffektes insgesamt, da sie den Durchgang von Energie eines geringeren Pegels auf der langwelligen Seite des gewöhnlichen Sonnenlichtes sperren kann. Wenn außerdem die Erfindung auf; ein Fahrzeugfensterglas oder dergleichen angewandt wird, dann liegt der Vorteil vor, daß die Wärmewellenabsorption der zusammengesetzten Lamellierung ein Beschlagen oder Vereisen des Fensterglases zu vermeiden hilft. Auch erwärmt dieser Effekt in vorteilhafter Weise nicht so sehr das gesamte Substrat als die Oberfläche, auf der das Beschlagen oder Vereisen gewöhnlich auftritt, so daß hinsichtlich dieses Punktes der Erfindung, bei dem die Wärmeabsorption in einer zusammengesetzten Lamellierung auftritt, die als eine Beschichtung auf der Oberfläche eines Substrates gebildet ist, eine beträchtliche Verbesserung in der Verhinderung eines Beschlagens oder Vereisens erreicht wird. Bei einem geringfügigen Beschlagen ist es vollkommen unnötig, Wärme auf das Glas durch eine elektrische Einrichtung einwirken zu lassen oder Heißluft darauf zu blasen, und bei einem starken Beschlagen oder Vereisen kann der Aufheizeffekt der Absorption zusammen"mit einem elektrischen Heizelement zur Verhinderung des Beschlagens und/oder Vereisens benutzt werden, um das Beschlagen oder Vereisen zu verhindern oder das Entfernen einmal gebildeten Niederschlages oder Eises bzw. Reifs zu beschleunigen.

Der dritte Abschirmeffekt-der Erfindung beruht auf der Drude-Reflexion.· Diese Drude-Reflexion tritt bezüglich Infarotstrahlen in wenigstens einer von zwei Arten von Infrarot-Abschirmschichten in einem längeren Wellenlängenspektrum als dasjenige auf, das der oben erwähnten Absorption unterworfen ist. ITO und In₃O₃ zeigen beide Drude-Reflexionseigenschaften. Versuche "zeigen, daß eine Drude-Reflexion gewöhnlich bei

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Wellenlängen über 12OQ mn (12 000 S) auftritt und mit steigender Wellenlänge zunimmt. Ähnlich zu dem obigen Absorptionsfall ist die Wellenlängenabhängigkeit der Drude-Reflexion derart, daß ITO eine Reflexion von einer kürzeren Wellenlänge als Ιη,Ο^ beginnt, und durch Steuern der Art des Schichtmaterials ist es möglich, die Drude-Reflexion von ungefähr 1000 nm (10 000 S) beginnen zu lassen. Zusätzlich hat es sich gezeigt, daß bei Wellenlängen im Bereich von etwa 1500-2000 nm (15 0OO - 20 000 S die Rate der Drude-Reflexion diejenige der Wärmewellenabsorption überschreitet.

Diese Wärmewellenabschirmung durch Drude-Reflexion kann in vorteilhafter Weise in Außen- oder Freiluftanwendungen, wie beispielsweise für ein Fahrzeugfensterglas, verwendet werden. Dies kann beispielsweise für ein Fahrzeug gezeigt werden, das auf einer Straße während des Sommers parkt. Indem in vorteilhafter Weise die Drude-Reflexion ausgenutzt wird, ist es' möglich, die Sekundärstrahlung von der Straßenoberfläche auszuschließen, die eine längere Wellenlänge als die direkt auf das Fahrzeug auftreffenden Strahlen des Sonnenlichtes hat. Im Winter begünstigt der gleiche Effekt eine Verhinderung des Entweichens von Strahlungswärme aus dem Innenraum des Fahrzeuges. Dies beruht darauf, daß die Strahlungswärme vom Fahrzeuginnern durch Körper abgestrahlt wird, die zwischen Körpertemperatur und Raumtemperatur sind, weshalb die Strahlungswärme in der Form sehr langwelliger Infrarotstrahlen vorliegt. Wenn daher die erfindungsgemäße Lamellierung benutzt wird, dann wird die Strahlungswärme zurück in die Fahrgastkabine reflektiert, was die Belastung der Heizungsanlage verringert und den Temperaturabfall innerhalb des Fahrzeuges verlangsamt, wenn die Heizungsanlage ausgeschaltet ist oder das Fahrzeug im Freien parkt.

Aus den obigen Erläuterungen folgt, daß die Wärmewellen-Abschirmlamellierung eine äußerst wirksame Wärmewellenabschirmung durch geschickte Kombination der Effekte einer Interferenz-Reflexion, einer Wärmewellenabsorption und einer Drude-Reflexion der zusammengesetzten Lamellierung

liefert, und daß diese in vorteilhafter Weise für die oben beschriebene Anwendung ausnutzbar ist, da die Lamellierung die Wärmewellenabschirmung ohne Verlust an Durchlässigkeit oder Transparenz im Bereich des sichtbaren Lichtes erlaubt.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Lamellierung mechanisch stabiler und mit einer besseren elektrischen Leitfähigkeit versehen als die herkömmliche Beschichtung. Dies sind beides für die Praxis wesentliche Vorteile.

Zunächst soll die mechanische Stabilität näher betrachtet werden. Wenn eine herkömmliche Beschichtung, wie beispielsweise eine einzige Schicht oder Lage aus ITO zur Abschirmung gegen Wärmewellen benutzt wird, um die Wärmewellenabsorption und die Drude-Reflexion auszunutzen, dann ist es erforderlich, die einzige Schicht relativ dick, gewöhnlich zwischen 200 und 1000 nm (2000 bis 10 000 S) und vorzugsweise zwischen 300 und 500 nm (3000 bis 5000 R) oder sogar dicker zu machen. Wenn eine Schicht in ihrer Dicke so vergrößert wird, dann tritt eine merkliche Verringerung in der Stabilität ein, so daß sie leicht unter der Auswirkung einer Wärmedehnung oder -spannung während der Herstellung oder später während des Gebrauches bricht.

Bei der Erfindung wird dagegen die dünne Beschichtung aus einer Vielzahl von Schichten aufgebaut, so daß sie eine angemessene mechanische Stabilität gegenüber Wärmespannung oder -dehnung und anderen dort einwirkenden Kräften besitzt. Zusätzlich kann bei einer Mehrschichtstruktur ein in irgendeiner gegebenen Schicht auftretender Bruch auf einen lokalen Bereich begrenzt werden, und ein Ausbreiten über die gesamte Beschichtung wird verhindert. Bei der Anwendung auf ein Fahrzeugfensterfeld ist es insbesondere wichtig, daß die Lamellierung widerstandsfähig ist gegen den Abrieb von Scheibenwischern und Fahrzeugwaschanlagen, gegen Verwerfung oder Formänderung aufgrund äußerer mechanischer Kräfte und Wärmedehnung, außerdem chemisch widerstandsfähig gegen Wasser, Salzwasser, starke Alkali-Putzmittel, Säuren und organische Lösungs-

mittel sowie widerstandsfähig gegen Wärmeschocks, die auftreten können, wenn Regentropfen oder dergleichen auf das Glas bei hoher Temperatur auftreffen. Die erfindungsgemäße Mehrschichtstruktur kann vollständig alle diese Forderungen erfüllen.

Die hervorragende mechanische Stabilität der erfindungsgemäßen Lamellierung macht es weiter möglich, die elektrische Leitfähigkeit der Lamellierung auf verschiedene Weise zu benutzen. ITO ist ein guter elektrischer Leiter, während In₂O₃₁ das das andere Material der Lamellierung bildet, ebenfalls ein Leiter, jedoch nicht ein so guter Leiter wie ITO ist. Somit kann die zusammengesetzte Lamellierung direkt als ein elektrisches Heizelement zur Verhinderung eines Beschlagens bzw. einer Nebelbildung verwendet werden, wodurch der Anwendungsbereich des Substrates stark erweitert wird. Zusätzlich sind die einzelnen Schichten sehr dünn ausgeführt, so daß - wenn sie beide aus leitenden Materialien (beispielsweise ITO und In₂OO hergestellt sind - ein lokaler Bruch im ITO, das das wesentliche leitende Material bildet, nicht zu einer vollständigen elektrischen Diskontinuität führt, da die Ιη,Ο,-Schicht, die zu dem Teil mit der elektrischen Diskontinuität benachbart ist, einen Umgehungspfad zur nächsten ITO-Schicht bildet.

Ein Erwärmen der Lamellierung zur Nebelverhinderung ist auch auf andere Weise vorteilhaft, da es zum positiven Aufwärmen des Fahrzeuginnern beiträgt, den. Austausch von Innenwärme über die Kondensationswärme an der Glasoberfläche unter- · drückt und ein Entweichen von Wärme durch Verringern der Neigung des Temperaturgradienten in der Nähe der Glasoberfläche zu verhindern hilft. Zusätzlich wird der Heizeffekt der Lamellierung über einer weiten Zone erhalten, so daß ein gleichmäßiges Erwärmen erreicht wird, selbst wenn der Luftzirkulation innerhalb des Fahrzeuges nicht viel Beachtung geschenkt wird. Der Beitrag dieser Art von Lamellierung zum Erwärmen des Fahrzeuginnern ist insbesondere groß in neuen Fahrzeugtypen mit hohem Kraftstoffwirkungsgrad, wie beispiels-

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weise in dem in den letzten Jahren entwickelten Fahrzeug mit Keramikmaschine, da es dort schwierig ist, Wärme zum Aufheizen des Fahrzeuginnern aus dem Kühlsystem der Maschine abzuleiten.

Die Leitfähigkeit der Lamellierung kann nicht nur zur Erzeugung eines Heizeffektes, sondern auch in zahlreicher anderer Weise ausgenutzt werden. Beispielsweise kann ein Tauoder Feuchtigkeitsfühler oder -sensor gebildet werden, indem die Lamellierung als eine Elektrode benutzt wird, um den elektrischen Widerstand auf der Oberfläche des Glases zu messen. Es ist auch möglich, die Lamellierung als einen Fühler oder Sensor zu benutzen, um die Temperatur der Glasoberfläche zu bestimmen.

Durch Kombinieren der elektrisch leitfähigen Lamellierung mit anderen Materialien, die Eigenschaftsänderungen unterliegen, wenn sie Elektrizität, Temperatur, Licht usw. ausgesetzt sind, ist es möglich, diese als ein Heizelement oder eine Elektrode zu verwenden, um verschiedene Abtast-, Lichtabschirm- und Anzeigeoperationen auszuführen. Als derartige für eine Kombination mit der Lamellierung geeignete Materialien seien Flüssigkristalle, elektrochrome Materialien, thermochrome Materialien, photochrome Materialien, lichtempfindliche Materialien, verschiedene temperaturanzeigende Farben, LiTaO₂ PLZT und andere breit festgelegte elektrooptische Materialien, magnetooptische Materialien, akustooptische Materialien und andere aktive und. passive optische Materialien, insbesondere lichtaussendende Vorrichtungen (LED = Leuchtdioden) und elektrolumineszente Materialien erwähnt.

ORIGINAL INSPECTED

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— VS —

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Kurven mit den spektralen Eigenschaften von zwei Arten von Infrarot-Abschirmschichten, die bei der Erfindung verwendet werden,

Fig. 2 einen Querschnitt eines bedeutenden Teiles einer Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer zusammengesetzten Lamellierung aus ITO- und In₂O₃~Schich ten,

Fig. 3 Kurven für die spektralen Eigenschaften der Lamellierung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 Kurven für die spektralen Eigenschaften einer Lamel lierung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 einen Querschnitt eines bedeutenden Teiles einer Wärmewellen-Abschirmlameliierung mit einer Antireflexionsbeschichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 Kurven für die spektralen Eigenschaften der Lamellierung nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 7 einen Querschnitt eines bedeutenden Teiles einer Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Schich ten aus ITO mit unterschiedlichen Mengen an zugesetztem Sn gebildet ist und die Lamellierung mit einer Antireflexionsschicht und einer Unterbeschich tung versehen ist,

Fig. 8 eine erläuternde Draufsicht eines fünften Ausführungsbeipiels der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung bei Anwendung auf ein Glassubstrat eines Fahrzeugfensterfeldes,

Fig. 9 eine erläuternde Draufsicht eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung bei Anwendung auf ein Fahrzeugfensterfeld,

Fig.10 eine erläuternde Draufsicht eines siebten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit unterschiedlichen Eigenschaften bei Anwendung auf ein Fahrzeugfensterfeld, und

Fig.11 einen Querschnitt eines bedeutenden Teiles der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung bei Anwendung auf ein Fahrzeugfensterfeld.

Die Erfindung wird im folgenden anhand spezieller Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Fig.. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung. Die Lamellierung besteht - wie gezeigt - aus zwei ITO-Schichten 20 als der ersten Art der Infrarot-Abschirmschichten und drei In-O₃-Schichten 30 als der zweiten Art der Infrarot-Abschirmschichten, wobei -diese Schichten abwechselnd auf der Oberfläche eines Fahrzeugfensterfeldes 10 vorgesehen sind. Die Sn-Konzentration der ITO-Schichten beträgt 10 At.-%.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Interferenz-Reflexions-Wellenlänge Λ/ bei der eine Wärmewellenabschirmung ausgeführt wird, auf etwa 950 nm (9500 S) eingestellt, so daß die Dicken d-, d_ der jeweiligen Schichten 20, 30 wie folgt bestimmt werden:

- 170 run (. 1700 δ)

χ 1,4

(= 1300

Nach tatsächlicher Fertigung hat sich gezeigt, daß die ITO-Schichten 170 nm (1700 S) und die InjOg-Schichten 129 nm (1290 R) betragen. Die Eigenschaften der so hergestellten Lamellierung werden weiter unten näher erläutert.

Die Lamellierungsbeschichtung wird mittels der Gleichstrom-Magnetron-Sputtermethode bzw. -Zerstäubungsmethode gebildet. Zu diesem Zweck wird das als ein Substrat verwendete Fahrzeugfensterfeld 10 auf 37O°C erwärmt, und die umgebende

-4 Atmosphäre wird auf einen Druck unter 0,053 Pa (4 χ 10 Torr), also auf Hochvakuum, evakuiert. Argon wird dann eingeführt, um den Druck auf 0,4 Pa (3 χ 10~ Torr) zu steigern, wobei bei diesem Druck das Sputtern ausgeführt wird, um die jeweiligen Schichten zu bilden. In-O₃- und ITO-Schichten werden abwechselnd auf dem Substrat 10 gebildet, bis insgesamt fünf Schichten vorliegen.

Die spektralen Eigenschaften der Wärmewellen-Abschirmlaraellierung nach diesem ersten Ausführungsbeispiel sind in Fig.3 gezeigt, in der die Durchlässigkeit bzw. der Transmissionsgrad 100, das Reflexionsvermögen 102 und das Absorptionsvermögen 104 aufgetragen sind.

Zunächst ist zu bemerken, daß die Durchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes (Wellenlängen im Bereich von etwa - 780 nm bzw. 3700 - 7800 8) mit 80 % ausnehmend hoch ist, was mehr als ein angemessener Wert ist, um die Mindestanforderung von 70 % für Fahrzeugfensterglas zu erfüllen. Zusätzlich zeigt die Lamellierung nach Versuchen und Erfahrung eine Sichtweite bzw. Sichtbarkeit für sicheres Fahren. Die kleinen Unregelmäßigkeiten, die in der Durchlässigkeitskurve im Bereich des sichtbaren Lichtes zu beobachten sind, beruhen auf Durchlässigkeitseigenschaften entsprechend der Interferenz-Reflexion einer Einzelschicht mit einem Brechungs-

index des Wertes 2 und einer Dicke von etwa 727 nm (7270 R), also der zusammengefaßten Dicke der fünf Schichten . Bei einer tatsächlichen Anwendung konnte nahezu keine Interferenzfärbung in dem Feld beobachtet werden, und die Farbe schien ein neutrales Grau oder sehr schwaches Braun zu sein. Es besteht Überhaupt kein Problem bei einer Anwendung des Feldes als Fensterglas für ein Kraftfahrzeug.

Der erste Effekt, der bei der Erfindung für Wärmewellenabschirmung benutzt wird, nämlich Interferenz-Reflexion, liegt, wie durch Beobachtungen zu ermitteln ist, stark bei der erwähnten eingestellten Wellenlänge von etwa 950 nm (9500 R). Daraus kann gefolgert werden, daß eine wirksame Wärmewellenabschirmung durch Interferenz-Reflexion in dem an den Bereich des sichtbaren Lichtes angrenzenden nahen Infrarotspektrum erhalten wird.

Wie aus der Kurve 104 in Fig. 3 zu ersehen ist, wird die Wärmewellenabsorption, also der zweite, bei der Erfindung verwendete Wärmewellen-Abschirmeffekt bei Wellenlängen auf der langen Seite des einer Interferenz-Reflexion unterworfenen Wellenlängenspektrums vorherrschend, da in diesem Bereich ein rascher Anstieg des Absorptionsvermögens vorhanden ist. Bei der vorliegenden Erfindung tragen die ITO-Schichten und die In2O2~Schichten beide zur Wärmewellenabsorption bei.

Der dritte, bei der Erfindung ausgenutzte Wärmewellen-Abschirmeffekt, nämlich die Drude-Reflexion,wächst in ihrer Stärke schrittweise oder graduell von einer Wellenlänge von ungefähr 1600 nm (16 QOO R) an, wie aus der Kurve 102 für das Reflexionsvermögen zu ersehen ist. Daraus folgt, daß der Wärmewellen-Abschirmeffekt der Drude-Reflexion derart ansteigt, daß der Abfall des durch die Kurve 104 angedeuteten Absorptionsvermögens gut kompensiert wird. Zusätzlich steigt das Reflexionsvermögen selbst jenseits der Wellenlänge von 2400 nm (24 000 R) weiter an, obwohl dies in den Figuren nicht angedeutet ist.

Wie aus den obigen Erläuterungen folgt, wirken die drei Wärmewellen-Abschirmeffekte, nämlich die Interferenz-Reflexion durch die Mehrschichtstruktur, die Wärmewellenabsorption und die Drude-Reflexion sequentiell vom kurzwelligen Bereich zum langwelligen Bereich, um so eine besonders gute Wärmewellenabschirmung zu liefern. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß bei Wellenlängen größer als 1600 nm (16 000 8) die Durchlässigkeit 100 unter 10 % abfällt, so daß nahezu vollständig Solarwärmewellen ausgeschaltet sind.

Es ist auch zu erwähnen, daß die in Fig. 3 gezeigten optischen Eigenschaften in guter Übereinstimmung mit den optischen Eigenschaften sind, die durch eine Computeranalyse aufgrund der Einzelschichten aus ITO und In-O^ berechnet werden.

Der spezifische elektrische Widerstand der Lamellierung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt 6,2JfI /D , was 4,5 χ 10""⁴il . cm für eine einheitliche Einzelschicht mit einer Dicke von 727 nm (7270 S) bedeutet. Dieser Wert ist ausreichend für eine Verwendung der Lamellierung als Heizelement eines Entfeuchters oder Klarhalters für eine Fahrzeugscheibe. Elektroden werden mit einem Intervall von 15 cm auf einer mehrlagigen Beschichtung mit 15 cm im Quadrat aufgebracht, und eine elektrische Spannung von 12 V wird an die Elektroden gelegt. Die Menge der erzeugten Wärme

2
beträgt etwa 0,1 W/cm , und die Oberflächentemperatur steigt auf 40°C nach 60 s an.

Selbst wenn ein großer Strom durch das Heizelement geschickt wird, um einen raschen Temperaturanstieg zu bewirken, dann wird absolut kein Brechen oder Abschälen der Lamellierung aufgrund thermischer Beanspruchung oder Spannung beobachtet. Selbst wenn die Stromstärke des Stromes angehoben wird, um eine Wärme mit etwa 10 W/cm zu erzeugen, liegt immer noch kein Abschälen oder Ablösen der lameliierten Schicht vor, obwohl Risse im Glassubstrat aufgrund der thermischen Beanspruchung gebildet sind.

Dank ihrsr elektrischen Leitfähigkeit kann die Lamellierung nach dem ersten Ausführungsbeispiel somit als ein ebenes oder planares Heizelement verwendet werden, das bei gleichmäßiger Erwärmung einen wirksamen Antibeschlagungs- oder Antivereisungseffekt auf der Oberfläche des Fahrzeugfensterfeldes liefert. Ein ebenes Heizelement dieser Art verursacht das Auftreten einer geringen thermischen Beanspruchung im Glas selbst bei raschem Erwärmen, so·daß es den Vorteil bietet, praktisch keine Rißbildung oder andere Beschädigung bzw. Zerstörung hervorzurufen.

Beispiel 2

Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung wird in zum ersten Ausführungsbeispiel ähnlicher Weise mit der Ausnahme hergestellt, daß jede der zwei ITO-Schichten, die die erste Art der Infrarot-Abschirmschichten bilden, mit einer Dicke von 141 nm (1410 A) und jede der drei In^O,-Schichten, die die zweite Art der Infrarot-Abschirmschichten bilden, mit einer Dicke von 108 nm (1080 8) gefertigt werden. Die spektralen Eigenschaften der so erhaltenen Lamellierung sind in Fig. 4 gezeigt, aus der zu ersehen ist, daß in diesem Ausführungsbeispiel die Interferenz-Reflexion ab einer kürzeren Wellenlänge als im Fall des ersten Ausführungsbeispiels beginnt.

Insbesondere zeigt Fig. 4, daß der Wärmewellen-Abschirmeffekt durch Interferenz-Reflexion bei ungefähr 850 nm (8500 S) auftritt, was bedeutet, daß eine wirksame Wärmewellenabschirmung in der Zone nahe des Bereiches des sichtbaren Lichtes erhalten wird. Da dagegen jedoch die Wärmewellenabsorptions- und Drude-Reflexionseigenschaften stark denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gleichen, liegt ein gewisser Rückgang im Wärmewellen-Abschirmeffekt in der Nähe von 1000 nm (10 000 A).

Wie weiterhin aus der Fig. 1 zu ersehen ist, sind die Brechungsindizes der beiden Arten von Infrarot-Abschirmschichten nach i kürzeren Wellenlängen näher beieinander. Ein Einstellen der Wellenlänge für eine Interferenz-Reflexion auf eine kürzere Wellenlänge führt daher zu einer schwächeren Reflexion. Aus diesem Grund ist es beim Einstellen der Wellenlänge für eine ^! Interferenz-Reflexion erforderlich, die Wellenlängenabhängigkeit der einfallenden Lichtenergie und die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Eigenschaften der Lamellierung beide zu berücksichtigen. Die lameliierten Schichten des zweiten Ausführungsbeispiels werden durch Magnetron-Sputtern oder -Zerstäuben in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 0,4 Pa (3 χ 10~ Torr) gebildet. Die Temperatur des Substrats wird auf 37O°C trotz der Tatsache eingestellt, daß sich die Schichteigenschaften mit steigender Substrattemperatur verbessern, da die Verbesserungsrate bei 300°C überschreitenden Temperaturen niedrig ist und es auch vorteilhaft ist, eine Temperatur zu wählen, die nicht bewirkt, daß das Fahrzeugfensterfeld seine Härte verliert. Um die Stabilität, die elektrische Verträglichkeit, die Wärmeleitfähigkeit und andere Eigenschaften an den Zwischenflächen zwischen den Schichten bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel zu verbessern, wird die Umschaltzeit zwischen der Sputterbildung aufeinander folgender Infrarotschichten verschiedener Arten auf im wesentlichen Null verringert, wodurch die Einführung von Fremdstoffen in die Zwischenflächen in höchst möglichem Grad vermieden wird, was eine Verschlechterung der Zwischenflächen-Eigenschaften verhindert. Es braucht nicht besonders betont zu werden-, daß die Substratoberfläche durch mechanische und chemische Mittel gereinigt wird. Ebenso ist es erforderlich, die Sauerstoffaktivität der Sputteratmosphäre zu steuern, um so die Qualität der Schichten einzustellen, und zu diesem Zweck wird eine Aktivierung beispielsweise durch Einstellen des Sauerstoffpartialdruckes der Sputteratmosphäre mittels Zufuhr von Sauerstoff vorgenommen. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, die vollständige Lamellierung einer Wärmebehandlung zu unterwerfen, die erforderlich ist, um deren Qualität durch Reduktionsreaktion und Kristallisation zu verbessern.

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Beispiel 3

In Pig. 5 ist die Struktur eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung gezeigt, wobei eine Antireflexionsbeschichtung bzw. ein Antireflexionsbelag 40 auf der Oberfläche der zusammengesetzten Lamellierung vorgesehen ist. Dieser Antireflexionsbelag 40 besteht aus mit einem Brechungsindex n_ von ungefähr 1,43, was ein Wert ist, der etwa gleich der Quadratwurzel des Brechungsindex (2) der ITO- und In-O-^-Schichten im Bereich des sichtbaren Lichtes ist. Die Dicke d der Antireflexionsschicht wird wie folgt gewählt:

wobei \, ₀ eine typische Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichtes ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Wert von/Iq auf 550 nm (5500 S) eingestellt, was bedeutet, daß die. Dicke des SiO₂-Antireflexbelages 40 auf 96 nm (96Ο S) eingestellt ist.

Die spektralen Eigenschaften der Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach diesem dritten Ausführungsbeispiel sind in Fig. 6 gezeigt, aus der zu ersehen ist, daß die Lamellierung Wärmewellen-Abschirmeigenschaften ähnlich denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels besitzt, wobei jedoch hier die Durchlässigkeit für sichtbares Licht beträchtlich besser ist als diejenige des ersten Ausführungsbeispiels. Die Hauptursache für diese Verbesserung in der Durchlässigkeit für sichtbares Licht liegt darin, daß der Antireflexionsbelag 40 eine Interferenz-Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichtes verhindert, was besagt, daß er die Interferenz-Reflexion einer Belagschicht vermeidet, die der Dicke der einzigen Belagschicht aus den ITO- und In-O^-Schichten zusammen angenähert ist. In dem Fall einer Schichtdicke, die ungefähr gleich oder größer als die Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichtes

ORIGINAL INSPECTED

ist, bleibt der Effekt der gleiche, indem als erste Annäherung eine Antireflexionsschicht (mit einem Brechungsindex von ungefähr -/*2) auf einem Material einer unendlichen Dicke mit einem Brechungsindex des Wertes 2 vorgesehen wird.

Das für diese Antireflexionsschicht verwendete SiO₂ ist mechanisch und chemisch sehr stabil und daher auch als Schutzbelag für die Lamellierung vorteilhaft. Wenn es zusammen mit einer Lamellierung für ein Fahrzeugfensterfeld verwendet wird, bewirkt es, daß die Betriebslebensdauer der Lamellierung beträchtlich ausgedehnt wird. Da SiO₂ außerdem eine hohe Affinität für Glas hat, verbessert es die Sicht durch das Fahrzeugfenster während Regenwetter. Zusätzlich unterstützt die elektrische Isolationseigenschaft von SiO₂ die Verhinderung eines Stromlecks und schützt auch ITO und In₂O₃ vor einer Verschlechterung oder Beeinträchtigung durch elektrochemische Reaktion,

Es ist ebenfalls möglich, den Antireflexionsbelag zwischen dem Glassubstrat und der bodennächsten Schicht 30 der Lamellierung vorzusehen oder - falls erforderlich - zwei Antiref lexionsbeläge anzuordnen, nämlich einen auf der Oberfläche der Lamellierung und den anderen zwischen der Lamellierung und dem Glassubstrat 10.

Beispiel 4

In Fig. 7 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wärmewellen-Abschirmlamellierung gezeigt, wobei hier die Lamellierung in erster Linie aus ITO- und In₂O₃-Schichten besteht, und wobei jedoch die drei ITO-Schichten unterschiedliche Mengen an Zinn enthalten. D.h., der Sn-Gehalt beträgt 10 At.-% in der ersten ITO-Schicht 21, 5 At.-% in der zweiten ITO-Schicht 22 und 20 At.-% in der dritten ITO-Schicht Durch diese unterschiedlichen Zinngehalte kann jede der Schichten ihre eigene besondere Funktion erfüllen.

Gute Ergebnisse können mittels eines Zinngehalts in den
ITO-Schichten von etwa 10 At.-% erhalten werden, was aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen zu ersehen
ist. Wenn alle ITO-Schichten den gleichen Zinngehalt haben, tritt jedoch das Problem auf, daß das Infrarotspektrum schmal wird, über dem Wärmewellen absorbiert werden können. Indem jedoch im vorliegenden Ausführungsbeispiel der ITO-Schicht ein Zinngehalt von 5 At.-% vermittelt wird, dehnt sich der Bereich der Wärmewellenabsorption in der
Richtung längerer Wellenlängen aus, während eine Einstellung des Zinngehaltes in der ITO-Schicht 23 auf 20 At.-% eine Steigerung des Infrarotstrahlungs-Absorptionsvermögens unterstützt. Zusätzlich verleiht ein Gehalt von 20 At.-% an Sn der ITO-Schicht 23 des Fahrzeugfensterfeldes eine
gefällige braune oder bronze Färbung.

Wie das dritte Ausführungsbeispiel ist auch das vierte
Ausführungsbeispiel mit einem Antireflexionsbelag 40 aus SiO₂ auf der Außenfläche ausgestattet. Die Anordnung dieses Belages verbessert die Durchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes und unterstützt den Schutz der Lamellier ung.

Die Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin mit einem Unterbelag 50 versehen, der in erster Linie aus SiO₂ besteht, jedoch auch TiO₂ enthält, wodurch so eine Einstellung von dessen
Brechungsindex und dessen Ausdehnungskoeffizienten verwirklicht wird. Gegebenenfalls kann der Unterbelag auch
so gestaltet werden, daß er ein reduzierendes Element enthält, wie beispielsweise Eisen, um Ultraviolett- und Infrarotstrahlen auszuschließen und eine gefällige Farbe zu vermitteln. Obwohl das dem SiO₂ beigefügte Element gleichmäßig in dem Unterbelag 50 vorgesehen sein kann, sind gute Ergebnisse auch zu erzielen, indem es mit einem Konzentrationsgradienten in der Dickenrichtung verteilt wird, was hinsichtlich der Eigenschaften des Unterbelages vorteilhaft ist.

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Durch den Unterbelag 50 kann vollständig verhindert werden, daß in die ITO- und In₂O₃-Schichten verschmutzende und im Glas enthaltene Substanzen (beispielsweise Alkali) eindringen, welche die Eigenschaften dieser Schichten verschlechtern würden, was sich zur Zeit der Bildung der Lamellierung auf dem Substrat oder später während einer Wärmebehandlung ereignen könnte. Die Anordnung des Unterbelages begünstigt auch eine Verbesserung der optischen und Wärmespannungseigenschaften der Schicht. Wenn insbesondere der Unterbelag einen Brechungsindex im Bereich des sichtbaren Lichtes hat, welcher zwischen denjenigen der ITO- und In-02-Schichten und denjenigen des Glassubstrates fällt, so unterstützt sein Vorhandensein eine Abmilderung der Änderung des Brechungsindex an der Zwischenfläche zwischen der benachbarten ITO- oder In₂O₃-Schicht und dem Glassubstrat, so daß er wie die obige SiO^-Antireflexionsschxcht 40 zu einer Verminderung der Reflexion im Bereich des sichtbaren Lichtes beiträgt. Die Dicke des Unterbelages 50 wird in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der obigen Wirkungen und Effekte festgelegt.

Beispiel 5

Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Wärmewellen-Abschirmlamellierung 70, die auf der Außenfläche einer Fahrzeugwindschutzscheibe 72 vorgesehen ist. Die mit der Wärmewellen-Abschirmlamellierung ausgestattete Windschutzscheibe hat eine gute Durchlässigkeit oder Transparenz über dem Sichtfeld, das gewöhnlich zum Fahren und Steuern erforderlich ist/ und liefert außerdem eine wirksame Abschirmung gegenüber Solarwärmewellen. Die Lamellierung 70 ist mit zwei Elektroden 74 als eine Antenne und als ein Heizelement zur Verhinderung eines Beschlagens oder einer Nebelbildung versehen. Da das auf diese Weise gebildete Heizelement eine transparent^ ebene oder planare Struktur hat, ist es den herkömmlichen Drahtheizelementen weit überlegen, da es nicht das Sichtfeld des Fahrers behindert und sein Heizeffekt gleichmäßig verteilt ist. Zusätzliche Vor-

teile liegen darin, daß es als Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Wellen wirkt und geeignet ist, um die Ansammlung statischer elektrischer Ladungen zu verhindern/ so daß es die Fahrgäste und die elektrische Schaltung des Fahrzeugs gegen elektromagnetisches Rauschen und Funkenbildung schützt. Zusätzlich vermindert es das Anhaften von Staub.

Beispiel 6

Fig. 9 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das durch Abwandlung des fünften Ausführungsbeispiels verwirlicht ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Elektroden 74 erhöht, so daß es möglich ist, eine Lamellierung 70 mit einem relativ hohen Widerstandswert als das Heizelement für die Verhinderung einer Beschlagbzw. Nebel- oder Eisbildung zu verwenden. Diese Anordnung hat auch den Vorteil, daß ein Strom zwischen ausgewählten Elektroden fließen kann, um eine Beschlag- oder Nebelbildung in bestimmten gewünschten Bereichen der Windschutzscheibe zu vermeiden.

Beispiel 7

Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die .Lamellierung als ein Heizelement benutzt wird. D.h., eine Fahrzeugwindschutzscheibe 72 ist auf ihrer Oberfläche mit drei Lamellierungen 70a, 70b und 70c versehen, die jeweils eine voneinander unterschiedliche Struktur (beispielsweise eine unterschiedliche Anzahl von Schichten, eine unterschiedliche Schichtdicke usw.) haben. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine stä'rkere Wärmewellenabschirmung und einen größeren Antibeschlagbildungs-Heizeffekt an speziellen Bereichen der Windschutzscheibe zu erreichen. Durch Auswahl der Gestaltung der Lamellierungen 70 und deren Komponenten und Struktur kann eine Abschirmung und/oder ein Heizeffekt lediglich an bestimmten gewünschten Bereichen erzielt werden.

In diesem Ausführungsbeispiel ist es überdies möglich, einen neuartigen Effekt zu erzielen, indem die in Fig.7 gezeigte Struktur benutzt wird, wobei die Schichten der Mehrschichtstruktur unterschiedliche Mengen an Zinn enthalten. D.h., in diesem siebten Ausführungsbeispiel benötigt die Lamellierung 70a in der Mitte der Windschutzscheibe 72 eine höhere elektrische Leitfähigkeit, um ihr eine größere Antinebelbildungs-Fähigkeit zu vermitteln, wenn sie elektrisch geheizt wird, während die Lamellierung 70b eine geringere Leitfähigkeit als die Lamellierung 70a erfordert und die Lamellierung 70c überhaupt nicht elektrisch leitend zu sein braucht. Die elektrische Leitfähigkeit einer LameIJierung kann erhöht werden, indem entweder die Anzahl ihrer Schichten vergrößert wird oder indem die Menge des den ITO-Schichten zugesetzten Zinns (vorzugsweise zwischen etwa 5 und 10 At.-%) eingestellt wird. Wenn auf diese Weise den Lamellierungen 70a, 70b und 70c unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten vermittelt werden, werden jedoch die sich ergebenden Unterschiede in den Absorptionskennlinien im Bereich des sichtbaren Lichtes an den Grenzen zwischen den verschiedenen Lamellierungen sichtbar. Um dieses Problem zu überwinden, kann wenigstens eine ITO-Schicht von jeder der Lamellierungen 70a, 70b und 70c als eine Schicht zur Absorption sichtbaren Lichtes (diese Schicht hat eine braune oder bronze Färbung) gemacht werden, und die jeweiligen Färbungen der so sichtbares Licht absorbierenden Schichten kann eingestellt werden, indem die Menge des dort beigefügten Zinns eingestellt wird, um die Grenzen nicht bemerkbar zu gestalten.

Beispiel 8

Fig. 11 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Glassubstrat 10 (ein Fahrzeugfensterfeld) mit Lamellierungen auf beiden Seiten versehen ist, um eine stärkere Wärmewellenabschirmung zu erhalten. Jede der Lamellierungen besteht aus zwei ITO-Schichten 20 und drei In-O^-Schichten 30. Abgesehen von der besseren

l - «β -

- U.

Wärmewellenabschirmung ermöglicht diese Anordnung ein selektives Aufheizen von einer oder beiden Lamellierungen, um einen optimalen AntinebeIbildungseffekt unter allen Wetter- und Fahrbedingungen zu erreichen. Die Aufheizung von beiden Seiten des Glassubstrates verringert die Gefahr eines Bruches aufgrund einer Wärmebeanspruchung, was vorteilhaft ist für das Erwärmen während der Schichtbildung, einer an die Schichtbildung anschließenden Wärmebehandlung oder im späteren Gebrauch.

Zusätzlich ist es in diesem achten Ausführungsbeispiel zweckmäßig, wenigstens einer der ITO-Schichten eine gute elektrische Leitfähigkeit (durch Einstellen der Menge an zugesetztem Zinn auf 5-10 At.-%) und wenigstens einer Schicht ein hohes Absorptionsvermögen für Wärmewellen (beispielsweise durch Einstellen der Menge an zugesetztem Zinn auf etwa 20 At.-%) zu vermitteln. Durch Kombination von zwei derartigen Arten von Schichten ist es möglich, eine weitere Verbesserung in der Absorption von Wärmewellen zu erreichen sowie eine Schicht mit guter elektrischer Leitfähigkeit nahe des Glases 10 vorzusehen, wo so ein Schutz vor einer Beeinträchtigung der elektrischen Leitfähigkeit durch Kratzer, Rißbildung und dergleichen besteht.

Wie oben erläutert wurde, ermöglicht die Erfindung eine sehr wirksame Wärmewellenabschirmung, indem abwechselnd zwei Arten von Infrarot-Abschirmschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften aufeinander vorgesehen und indem in systematischer Weise Interferenz-Reflexions-, Wärmewellenabsorptions- und Drude-Reflexions-Effekte der sich ergebenden Wärmewellen-Abschirmlamellierung ausgenutzt werden. Weiterhin zeichnet sich die Lamellierung dadurch aus, daß sie nicht nur die erwähnte Wärmewellenabschirmung liefert, sondern auch eine hervorragende Durchlässigkeit im Bereich des sichtbaren Lichtes beibehält. Daher bietet die Erfindung eine höchst wirksame

Wäntiewellenlamellierung für Fahrzeugfensterfelder oder andere Substrate, die in hohem Maße durchlässig oder transparent sein müssen. Außerdem hat die erfindungsgemäße Lamellierung eine hervorragende mechanische Stabilität und kann elektrisch leitfähig gestaltet werden, so daß ihr mögliches Anwendungsgebiet äußerst weit ist.

Claims

Patentansprüche

1. Wärmewellen-Abschirmlamellierung mit einem für sichtbares Licht durchlässigen Substrat (10) und einer darüber liegenden zusammengesetzten Lamellierung aus ersten Infrarot-Abschirmschichten (20) und zweiten Infrarot-Abschirmschichten (30), die abwechselnd übereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und die zweiten Infrarot-Abschirmschichten. (20,30) ungefähr die gleichen Brechungsindizes im Bereich des sichtbaren Lichtes, jedoch unterschiedliche Brechungsindizes in dem Wärmewellenspektrum, gegenüber dem eine Abschirmung gewünscht ist, haben, daß die ersten Infrarot-Abschirmschichten (20) jeweils eine Dicke von ungefähr/\ /4n. (wobei X die Wellenlänge in der Mitte des Wärmewellenspektrums und n_A den Brechungsindex bei der Wellenlänge /L bedeuten) und die zweiten Infrarot-Abschirmschichten (30) jeweils eine Dicke von ungefähr λ. /4n_D (wobei Λ die Wellenlänge in der Mitte des Wärmewellenspektrums und n_ den Brechungsindex bei der Wellenlänge X. bedeuten) haben, so daß die Wärmewellen-Abschirmlamellierung eine gute Durchlässigkeit für sichtbares Licht und eine gute Abschirmwirkung gegenüber Wärmewellen hat, da die ersten und die zweiten Infrarot-Abschirmschichten (20,30) eine Abschirmwirkung gegenüber langwelligen Strahlen im Infrarotspektrum durch Absorption und/oder Reflexion solcher Strahlen aufweisen und da die beiden Infrarot-Xbschirmschichten (20,30) zusammen eine Abschirmwirkung gegenüber Infrarotstrahlen im nahen Infrarotspektrum durch Interferenz-Reflexion solcher Strahlen zeigen.

2. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen ersten Infrarot-Abschirmschichten (20) und/oder die jeweiligen zweiten Infrarot-Abschirmschichten (30) unterschiedliche Mengen eines Zusatzes enthalten.

3. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl der Infrarot-Abschirmschichten (30) mit dem höheren Brechungsindex um eins größer als die Anzahl der Infrarot-Abschirmschichten (20) mit dem niedrigeren Brechungsindex ist.

4. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und die zweiten Infrarot-Äbschirmschichten (20,30) elektrisch leitend sind.

5. Wärmewellen-Abschirmlameliierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Infrarot-Abschirmschichten (20) aus ITO (= Indium-Zinn-Oxid) und die zweiten Infrarot-Abschirmschichten (30) aus In^O.* bestehen.

6. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die in den ersten Infrarot-Abschirmschichten (21,22,23) enthaltene Zinnmenge von Schicht zu Schicht innerhalb des Bereiches von 5 bis 20 At.-% unterschiedlich ist.

7. wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 2, g e kennzeichnet durch eine Antireflexionsschicht (40) auf der Oberfläche der zusammengesetzten Lameliierung und/oder zwischen dem Substrat (10) und der zusammengesetzten Lamellierung zur.Steigerung der Durchlässigkeit für sichtbares Licht.

8. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 7, g e kennzeichnet durch einen Unterbelag (50) zwischen dem für sichtbares Licht durchlässigen Substrat (10) und der zusammengesetzten Lamellierung, um die zusammengesetzte Lamellierung zu schützen.

ORlGJNAL INSPECTED

9. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten Infrarot-Abschirmschichten (20) aus ITO (= Indium-Zinn-Oxid) bestehen, daß die zweiten Infrarot-Abschirmschichten (30) aus In₃O₃ bestehen, daß die Antireflexionsschicht (40) aus SiO₂ besteht, und daß der Unterbelag (50) aus SIO2 plus TiO₂ besteht.

10. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zusammengesetzte Lamellierung auf der Oberfläche eines Fahrzeugfensterfeldes ausgebildet ist, wodurch sie ein ebenes Heizelement bildet, wenn ein elektrischer Heizstrom anliegt.

11. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusammengesetzte Lamellierungen mit unterschiedlichen Strukturen auf verschiedenen Bereichen der Oberfläche eines Fahrzeugfensterfeldes vorgesehen sind, wodurch unterschiedliche Grade eines Wärmewellen-Abschirmeffektes und eines Antibeschlag-Heizeffektes in den jeweiligen Bereichen erhalten sind.

12. Wärmewellen-Abschirmlamellierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellierungen auf den Oberflächen auf beiden Seiten eines Fahrzeugfensterfeldes vorgesehen sind.