DE4006804A1 - Mehrschichtsystem mit hohem reflexionsvermoegen im infrarot-spektralbereich und mit hohem transmissionsvermoegen im sichtbaren bereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrschichtsystem mit hohem Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich und mit hohem Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich, mit einem Trägersubstrat und einer Metallschicht, die zwischen zwei dielektrische Schichten bildende Metalloxidschichten eingebettet ist.

Ein derartiges Mehrschichtsystem ist aus der DE-PS 31 40 100 bekannt und verfügt über eine Polyesterfolie als Trägersubstrat, auf der zunächst eine Deckschicht aus Mischoxiden von Wismutoxid und wenigstens einem weiteren Oxid der Metalle Zinn, Blei, Indium, Zink, Titan, Tantal, Cer und Antimon aufgebracht ist. Als nächste Schicht folgt eine Metallschicht, die vorzugsweise als Silber-Schicht ausgebildet ist. Als letzte Schicht der Schichtenfolge wird als dielektrische Schicht eine zweite Deckschicht aus Mischoxiden von Wismutoxid und wenigstens einem weiteren Oxid der oben genannten Metalle verwendet.

In der DE-OS 37 07 214 ist ein Mehrschichtsystem mit einem Schichtaufbau aus einer Trägerfolie, einer ersten Metallnitridschicht, einer Reflexionsmetallschicht aus einem Metall aus der Gruppe Silber, Gold und Kupfer sowie einer zweiten Metallnitridschicht als zweite dielektrische Schicht beschrieben.

Die in der oben beschriebenen Weise beschichteten Kunststoffolien gestatten es, transparente Wärmespiegel herzustellen, die Infrarot- bzw. Wärmestrahlung reflektieren und für sichtbares Licht durchlässig sind. Insbesondere lassen sich derartige Kunststoffolien durch beidseitiges Beschichten mit einer Folie aus Polyvinylbutyral zu einem Kunststofflaminat verarbeiten, das seinerseits durch Einbetten zwischen zwei Glasplatten zusammen mit diesen eine Verbundsicherheitsglasscheibe bildet. Derartige Verbundsicherheitsglasscheiben werden insbesondere als Windschutzscheiben für Kraftfahrzeuge verwendet, um in diesen ein Aufheizen durch den "Treibhauseffekt" zu vermeiden.

Ausgehend von dem oben beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Mehrschichtsystem zu schaffen, das sich durch eine besonders hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich bei einem kleinen Flächenwiderstand und einer hohen Korrosionsstabilität auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf der von dem Trägersubstrat wegweisenden Seite der Metallschicht aufgebrachte Metalloxidschicht als Hauptbestandteil Nioboxid enthält.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die als Antireflexschicht für das sichtbare Licht wirksame Metalloxidschicht 40 bis 100 Prozent Nioboxidanteil. Der Brechungsindex der Nioboxidschicht hängt von deren Dicke ab und liegt im Bereich zwischen n=2,5 und n=2,7.

Wenn die Metallschicht aus Silber besteht, ergibt sich bei einem Flächenwiderstand von 5 Ohm/Quadrat eine Maximaltransparenz von 88 Prozent. Diese hohe Transparenz bei einem niedrigen Flächenwiderstand steigert die NIR- Reflexion und erhöht somit die Selektivität des Mehrschichtsystems.

Von besonderem Vorteil ist es, daß nach dem Aufbringen der Metallschicht, insbesondere der Silberschicht, keine Blockerschicht benötigt wird, um ein Beschädigen der Metallschicht beim Auftragen des Nioboxids zu vermeiden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Trägersubstrat und der Metallschicht eine Nioboxid enthaltende dielektrische Zwischenschicht vorgesehen. Die Nioboxidschicht hat eine Dicke, die im Bereich zwischen 20 und 50 Nanometer liegt.

Die Nioboxidschicht kann durch Kathodenzerstäubung, chemische Dampfabscheidung oder eine plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung hergestellt werden.

Die Metallschicht besteht in an sich bekannter Weise aus einem Metall der Gruppe Silber, Gold, Kupfer, Aluminium oder einer wenigstens eines dieser Metalle enthaltenden Legierung. Sie hat eine Dicke, die zwischen 5 und 50 Nanometer, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Nanometer liegt.

Als Trägersubstrat kann in an sich bekannter Weise eine transparente Kunststoffolie, insbesondere eine Polyesterfolie, eine Polykarbonatfolie oder eine Polymethylmethacrylatfolie mit einer Dicke zwischen 12 und 200 Mikrometer verwendet werden.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäß eine oder zwei Nioboxid enthaltende dielektrische Schichten aufweisende Mehrschichtsystem auf einer transparenten Glasscheibe als Trägersubstrat aufzubringen.

Das Mehrschichtsystem kann durch beidseitiges Aufbringen von Polyvinylbutyralfolien zu einem Kunststofflaminat verarbeitet werden, das sich zum Herstellen von Windschutzscheiben mit einer extrem hohen Transparenz im Sichtbaren und einem guten Reflexionsvermögen für unerwünschte Wärmestrahlung eignet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur beschrieben, die in perspektivischer Ansicht einen Querschnitt durch das erfindungsgemäß Mehrschichtsystem darstellt.

In der Zeichnung erkennt man ein Mehrschichtsystem 100 im Querschnitt, das als Trägersubstrat 31 eine Glasscheibe, eine Polyesterfolie, eine Polykarbonatfolie oder eine Polymethylmethacrylatfolie aufweist. Wenn das Trägersubstrat 31 eine Glasscheibe ist, verfügt diese über eine für die mechanische Stabilität ausreichende Schichtdicke. Wenn das Trägersubstrat 31 eine Kunststoffolie ist, hat diese eine Dicke zwischen 12 und 200 Mikrometer. Das Trägersubstrat 31 aus Glas oder aus Kunststoff ist für sichtbares Licht transparent und hat eine flächenhafte Ausdehnung, die von der nachfolgenden Verwendung des Mehrschichtsystems abhängig ist. Die Transmission der als Trägersubstrat verwendeten Kunststoffolie beträgt beispielsweise 88 Prozent.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf dem Trägersubstrat 31 eine dielektrische Schicht in Gestalt einer dielektrischen Zwischenschicht 32 vorgesehen. Die erwünschten Eigenschaften des Mehrschichtsystems 100 sind besonders günstig, wenn die dielektrische Zwischenschicht 32 vorgesehen ist, weil dann das gesamte Mehrschichtsystem im Wellenlängenbereich nahe 0,6 Mikrometer eine maximale Transparenz erreicht, die mit der Transparenz des Trägersubstrats 31, d. h. 88 Prozent übereinstimmt.

Die dielektrische Zwischenschicht 32 hat eine Dicke von 20 bis 50 Nanometer und besteht teilweise oder ganz aus Nioboxid (Nb₂O₅) mit einem Brechungsindex n, der zwischen 2,5 und 2,7 liegt.

Die dielektrische Zwischenschicht 32 enthält vorzugsweise 40 bis 100 Prozent Nioboxid. Wenn die dielektrische Zwischenschicht 32 neben Nioboxid andere Stoffe enthält, bestehen diese vorzugsweise aus Metalloxiden.

Als nächste Schicht im Schichtaufbau des in der Zeichnung dargestellten Mehrschichtsystems ist eine Metallschicht 33 vorgesehen. Die Metallschicht 33 besteht aus einer Silber-Schicht mit einer Dicke zwischen 5 und 40 Nanometer, vorzugsweise 4 bis 14 Nanometer. Der elektrische Flächenwiderstand der Metallschicht 33 aus Silber liegt zwischen 4 und 7 Ohm/Quadrat.

Statt einer Metallschicht 33 aus reinem Silber kann auch eine Metallschicht 33 vorgesehen sein, die Gold, Kupfer oder Aluminium enthält. Diese Metalle können rein oder als Legierung mit einem der anderen erwähnten Metalle vorliegen.

Die Metallschicht 33 ist mit einer weiteren dielektrischen Schicht, nämlich einer dielektrischen Deckschicht 34 überzogen, die alleine oder zusammen mit der dielektrischen Zwischenschicht 32 eine Antireflexschicht im Sichtbaren für die dünne Metallschicht 33 bildet. Die dielektrische Deckschicht 34 ist entsprechend der dielektrischen Zwischenschicht 32 aufgebaut. Sie besteht ebenfalls ganz oder im wesentlichen aus Nioboxid mit einer Dicke zwischen 20 und 50 Nanometer.

Die dielektrische Zwischenschicht 32 und die dielektrische Deckschicht 34 aus reinem Nioboxid oder aus Nioboxid und anderen Metalloxiden zeichnet sich nicht nur durch die günstigen optischen Eigenschaften aus, sondern auch dadurch, daß Nioboxid korrosionsstabil ist und dadurch einen Schutz für nachfolgende Schichten bildet. Ein weiterer Vorteil des Nioboxids besteht darin, daß keine Vorkehrungen getroffen werden müssen, um beim Aufbringen der dielektrischen Deckschicht 34 ein Beschädigen der Metallschicht 33 aus Silber zu verhindern.

Das Aufbringen der dielektrischen Zwischenschicht 32, der Metallschicht 33 und der dielektrischen Deckschicht 34 auf das Trägersubstrat 31 aus Glas oder Kunststoff kann durch verschiedene Verfahren erfolgen. Insbesondere können die Verfahren der Kathodenzerstäubung, der chemischen Dampfabscheidung und der plasmaunterstützten chemischen Dampfabscheidung zum Erzeugen der Schichten Verwendung finden.

Das in der Zeichnung dargestellte Mehrschichtsystem kann Ausgangsmaterial für ein Kunststofflaminat sein, wobei jede der beiden Seiten des Mehrschichtsystems mit einer Folie aus Polyvinylbutyral kaschiert wird. Die Dicke der Polyvinylbutyralfolien beträgt dabei 0,2 bis 0,4 Millimeter. Das auf diese Weise gebildete Kunststofflaminat kann zwischen zwei Glasplatten eingebettet werden, mit denen es eine Verbundsicherheitsglasscheibe bildet, die sich durch eine hohe Reflexion im Infrarot-Bereich aufgrund der charakteristischen Eigenschaft der Metallschicht mit großer elektrischer Leitfähigkeit und der hohen Transmission im sichtbaren Bereich auszeichnet. Die Metallschicht 33 kann zusätzlich zu ihren optischen Aufgaben auch die Aufgabe einer Heizschicht erfüllen, wenn sie an einen entsprechend ausgelegten Heizstromkreis angeschlossen wird.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des oben beschriebenen Mehrschichtsystems besteht darin, dieses zwischen zwei Glasscheiben frei gespannt anzuordnen, um auf diese Weise einen Sonnenschutz und eine Wärmeisolation für Fenster zu bilden. Von besonderem Vorteil ist es dabei, daß eine Trockenpatrone in einem derartigen Isolierglasfenster nicht benötigt wird.

Claims (10)

1. Mehrschichtsystem mit hohem Reflexionsvermögen im Infrarot-Spektralbereich und mit hohem Transmissionsvermögen im sichtbaren Spektralbereich, mit einem Trägersubstrat und einer Metallschicht, die zwischen zwei dielektrische Schichten bildende Metalloxidschichten eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der von dem Trägersubstrat wegweisenden Seite der Metallschicht aufgebrachten Metalloxidschicht (32, 34) als Hauptbestandteil Nioboxid enthält.

2. Mehrschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidschicht (32, 34) 40 bis 100 Prozent Nioboxid enthält.

3. Mehrschichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Trägersubstrat (31) und der Metallschicht (33) eine Nioboxid enthaltende dielektrische Zwischenschicht (32) vorgesehen ist.

4. Mehrschichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nioboxidschicht (32, 34) eine Dicke im Bereich von 20 bis 50 Nanometer aufweist.

5. Mehrschichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nioboxidschicht (32, 34) durch Kathodenzerstäubung, chemische Dampfabscheidung oder plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung hergestellt ist.

6. Mehrschichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (33) aus einem Metall der Gruppe Silber, Gold, Kupfer, Aluminium oder einer wenigstens eines dieser Metalle enthaltenden Legierung besteht.

7. Mehrschichtsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (33) eine Dicke zwischen 5 und 40 Nanometer, vorzugsweise zwischen 10 und 30 Nanometer aufweist.

8. Mehrschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (31) eine transparente Kunststoffolie, insbesondere eine Polyesterfolie, eine Polykarbonatfolie oder eine Polymethylmethacrylatfolie mit einer Dicke zwischen 12 und 200 Mikrometer ist.

9. Mehrschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersubstrat (31) eine transparente Glasscheibe ist.

10. Folienlaminat mit hohem Transmissionsvermögen für sichtbares Licht und hohem Reflexionsvermögen für Infrarotstrahlung, gekennzeichnet durch eine beschichtete Kunststoffolie (31 bis 34) nach den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 8, deren beide Seiten mit einer Folie aus Polyvinylbutyral kaschiert sind.