DE4422830B4

DE4422830B4 - Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte

Info

Publication number: DE4422830B4
Application number: DE4422830A
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Depauw; Laurent Dewinne; Karel Vandiest
Original assignee: AGC Glass Europe SA
Current assignee: AGC Glass Europe SA
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2014-06-30
Also published as: GB2279365B; GB9313416D0; CH687924A5; NL9401030A; GB9412703D0; IT1266023B1; BE1008858A5; ITTO940482A0; ITTO940482A1; DE4422830A1; LU88503A1; FR2708262A1; GB2279365A; FR2708262B1; NL195042C

Abstract

Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte umfassend ein Glassubstrat und aufgetragen darauf:
(i) eine erste Schicht umfassend ein nicht-absorbierendes Material;
(ii) eine zweite Schicht ausgewählt aus Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Silber, Iridium, Platin, Palladium, Rhodium, Zink und deren Gemischen;
(iii) eine dritte Schicht umfassend ein absorbierendes Material für welches der spektrale Absorptionsindex k(λ) über dem Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm zwischen 0,3 und 1,0 Mal der Brechungsindex n(λ) des Materials ist, wobei die dritte Schicht eine solche Dicke hat, dass, wenn sie als einzige Beschichtung auf einem 6 mm dicken Natronkalk-Glas-Substrat aufgetragen wird, der Licht-Transmissionsfaktor T_L davon um mindestens 30% reduziert wird; und
(iv) eine vierte Schicht umfassend ein nicht-absorbierendes Material;
wobei die Reinheit der reflektierten Farbe größer als 15% ist.

Description

Diese Erfindung betrifft transparente Sonnenkontrollverglasungsplatten bzw. Sonnenregulierverglasungsplatten bzw. -tafeln.
Reflektierende transparente Sonnenregulierverglasungsplatten wurden ein brauchbares Material für Architekten, um sie für die äußere Fassade von Gebäuden zu verwenden. Solche Platten haben ästhetische Qualitäten beim Reflektieren der direkten Umgebung und sind in einer Anzahl von Farben zum Schaffen einer Gestaltungsmöglichkeit erhältlich. Solche Platten haben auch technische Vorteile, indem sie die Bewohner eines Gebäudes gegen Sonnenbestrahlung durch Reflexion und/oder Absorption schützen und die Blendwirkung intensiven Sonnenscheins eliminieren, eine wirksame Abschirmung gegen blendendes Licht geben, den Sehkomfort verbessern und die Augenermüdung verringern.
Von einem technischen Standpunkt ist es gewünscht, daß die Verglasungsplatte einen nicht zu großen Anteil der gesamten auffallenden Sonnenbestrahlung durchläßt, damit das Gebäudeinnere bei sonnigem Wetter nicht überhitzt wird. Die Transmission der gesamten auffallenden Sonnenbestrahlung kann als „Solarfaktor” ausgedrückt werden. Wie er hier verwendet wird, meint der Ausdruck „Solarfaktor” die Summe der direkt durchgelassenen Gesamtenergie und der Energie, welche auf der Seite entfernt von der Energiequelle absorbiert und zurückgestrahlt wird, als ein Anteil der gesamten auf das beschichtete Glas einfallenden Strahlungsenergie. Es ist auch gewünscht, daß die Verglasungsplatte auch einen vernünftigen Anteil des sichtbaren Lichts durchlassen soll, um die natürliche Beleuchtung des Gebäudeinneren zu erlauben, und um zu ermöglichen, daß seine Bewohner hinaussehen können. Die Transmission des sichtbaren Lichts kann als der „Transmissionsfaktor” als Anteil des einfallenden Lichts, das auf das beschichtete Substrat fällt, ausgedrückt werden. Somit ist es wünschenswert, die Selektivität der Beschichtung zu vergrößern, um das Verhältnis des Transmissionsfaktors zum Solarfaktor zu vergrößern.
Es existieren eine Anzahl von Dokumenten, die Verglasungsplatten mit einer Beschichtung beschreiben, welche Schutz gegen Sonnenbestrahlung bereitstellt. Zum Beispiel verspricht das US-Patent 4 902 081 A (Viracon) ein geringes spezifisches Emissionsvermögen, einen geringen Schattierungskoeffizienten, Fenster mit geringem Rückstrahlungsvermögen, wobei ein Substrat mit einer ersten Schicht eines Metalloxids, einer zweiten Schicht Silber, einer dritten Schicht bestehend aus einem Metall, wie Titan, einer vierten Schicht eines Metalloxids und einer äußeren fünften Schicht von Titannitrid beschichtet ist. Wir haben gefunden, daß eine Verglasungsplatte, die gemäß der Lehre von US 4 902 081 A konstruiert worden ist, eine wenig reine graue Farbe hat, wenn die Reflexion betrachtet wird. Während der Fachmann die Abscheidung einer weiteren Beschichtungsschicht zur Veränderung der Eigenschaften bekannter Verglasungsplatten in Erwägung ziehen wird, würde ein solcher Versuch die Kosten erhöhen und die Herstellung schwieriger machen.
EP 0 546 470 A1 beschreibt ein wärmebehandelbares, Sputter-beschichtetes Glas. JP 63 242 948 A beschreibt ein wärmereflektierendes Glas. DE 40 06 029 A1 beschreibt ein wärmereflektierendes Glas mit Mehrlagen-Beschichtung. US-Patent 4 098 956 A beschreibt spektral-selektive Solarabsorber. DE 39 41 046 A1 beschreibt eine wärmereflektierende Glasplatte mit Mehrschicht-Belag.
Von einem ästhetischen Standpunkt ist es bevorzugt, die Farbreinheit der Verglasungsplatten bei Betrachtung der Reflexion zu verbessern, insbesondere, so daß die gesamte verglaste Fassade eines Gebäudes eine einheitliche Erscheinungsform darstellt, wenn sie von außen betrachtet wird. Es wurde gefunden, daß die Farbreinheit insbesondere schwierig gleichzeitig mit einem relativ hohen Verhältnis des Transmissionsfaktors zum Solarfaktor zu erreichen ist, insbesondere mit blauen Verglasungsplatten.
Somit ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Verglasungsplatte mit einem hohen Transmissionsfaktor, einem geringen Solarfaktor und einer hohen Reinheit der reflektierten Farbe bereitzustellen. Es ist weiter eine bevorzugte Aufgabe der Erfindung, eine solche Verglasungsplatte bereitzustellen, welche relativ billige Bestandteile verwendet und in einfacher Weise gebildet werden kann. Gemäß der Erfindung wird eine transparente Sonnenregulierverglasungsplatte bereitgestellt, die ein Glassubstrat umfaßt, worauf aufgetragen ist:

(i) eine erste Schicht umfassend ein nicht-absorbierendes Material;
(ii) eine zweite Schicht ausgewählt aus Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Silber, Iridium, Platin, Palladium, Rhodium, Zink und deren Gemischen;
(iii) eine dritte Schicht, die ein absorbierendes Material umfaßt, für welches der spektrale Absorptionsindex k(λ) über den Wellenlängen (λ)-Bereich von 380 bis 780 nm zwischen 0,3 und 1,0 Mal der Brechungsindex n(λ) des Materials ist, wobei die dritte Schicht eine solche Dicke hat, daß, wenn sie als einzige Beschichtung auf einem 6 mm dicken Natronkalk-Glassubstrat aufgebracht wird, der Licht-Transmissionsfaktor T_L davon um mindestens 30% reduziert wird; und
(iv) eine vierte Schicht umfassend ein nicht-absorbierendes Material, wobei die Reinheit der reflektierten Farbe größer als 15% ist.

Die erfindungsgemäße Verglasungsplatte ermöglicht es einem, die gemeinsamen Ziele hoher Selektivität mit einer hohen Farbreinheit bei der Reflexion für geringe Herstellungskosten und eine einfache Struktur für die Mehrfachbeschichtung zu erreichen. Das Erreichen einer hohen Farbreinheit ist überraschend, weil eine Schicht eines absorbierenden Materials aufgetragen auf eine Mehrfachbeschichtung gemäß US 4 902 081 A eine graue Farbe ergibt, wenn sie von der nicht-beschichteten Seite des Substrats betrachtet wird. Der Grund für diesen Unter schied wird nicht vollständig verstanden, aber es erscheint möglich, daß der Vorteil der Erfindung von der Grenzfläche zwischen dem absorbierenden Material der dritten Schicht und dem Material der zweiten Schicht stammt. Wir haben jedoch gefunden, daß die Vorteile der Erfindung nicht erreicht werden, falls die Reihenfolge der zweiten und dritten Schicht umgekehrt wird, wenn von derselben nicht-beschichteten Seite geschaut wird und auch dann nicht, falls diese Schichten nicht von der ersten und vierten nicht-absorbierenden Materialschicht umgeben werden.
Das Substrat liegt in Form einer Glasscheibe vor. Es ist besonders nützlich, gehärtetes bzw. getempertes oder hitzeverfestigtes Glas zu verwenden, obwohl auch laminiertes Glas verwendet werden kann. Wegen des Anteils der auffallenden Sonnenbestrahlung, die durch die Verglasungsplatte absorbiert wird, insbesondere in Umgebungen, wo die Platte starker oder lang andauernder Sonnenbestrahlung ausgesetzt ist, tritt eine Erwärmungswirkung auf der Glasplatte auf, was bedeutet, daß die Verwendung von nicht-vorgespanntem bzw. nicht-gehärtetem Glas als Substrat vorzugsweise vermieden werden muß. Jedoch limitiert die hohe Selektivität der erfindungsgemäßen Verglasungsplatten die Energieabsorption der Platte bei einer vorgegebenen Lichttransmission, welche die Notwendigkeit, das Glas vorzuspannen bzw. zu härten, vermindert.
Die verschiedenen Schichten der beschichteten Verglasungsplatte wirken in einer nützlichen Weise zusammen, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen. Die genauen erhaltenen Eigenschaften können durch die Wahl der Materialien, die jede Schicht bilden und deren Dicken verändert werden.

Mit dem hier verwendeten Ausdruck „nicht-absorbierendes Material” sind Materialien gemeint, die einen „Brechungsindex” n(λ) haben, der größer ist als, vorzugsweise im wesentlichen größer als, der Wert des „spektralen Absorptionsindex” k(λ) über das gesamte sichtbare Spektrum (380 bis 780 nm). Die Definitionen von Brechungsindex und spektralem Absorptionsindex können in „International Lighting Vocabulary, herausgegeben von International Commission an Illumination (CIE), 1987, Seiten 127, 138 und 139” gefunden werden. Insbesondere haben wir Vorteile beim Wählen eines Materials gefunden, für welches der Brechungsindex n(λ) zehnmal größer als der spektrale Absorptionsindex k(λ) über den Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm ist. Das nicht-absorbierende Material der ersten und vierten Schicht kann unabhängig voneinander ausgewählt werden aus: Zinksulfid, Siliciumcarbid, Fluoriden von Lithium, Natrium und Thorium, Zinkselenid, Nitriden von Silicium und Aluminium, Aluminiumoxinitrid, Barium- und Strontiumtitanaten, Oxiden von Aluminium, Beryllium, Wismuth, Magnesium, Silicium (sowohl SiO als auch SiO₂), Zinn, Titan, Yttrium und Zink und deren Gemischen. Das nicht-absorbierende Material der ersten und vierten Schicht wird am meisten bevorzugt ausgewählt aus Si₃N₄, AlN, ZnO, SnO₂ und TiO₂. Die nachfolgende Tabelle listet den Brechungsindex n(λ) und den spektralen Absorptionsindex k(λ) einer Anzahl von geeigneten nicht-absorbierenden Materialien über den Bereich von 380 nm bis 780 nm auf. Tabelle I

Material	n(λ)	k(λ)
ZnO	2,3 - 2,02	0,08 - 0,001
Si₃N₄	2,08 - 2,01	0*
SiO₂	1,56 - 1,54	0*
Al₂O₃	1,79 - 1,76	0*
AlON	1,81 - 1,78	0*
MgO	1,77 - 1,73	0*
Y₂O₃	1,98 - 1,93	0*
SiC	2,78 - 2,6	0*
ZnS	2,4 - 2,3	0*
TiO₂	2,64 - 2,31	0*
SnO₂	1,94 - 1,85	0*
BiO₂	2,92 - 2,48	0,1 - 0*

Bemerkung: 0* bedeutet weniger als 10^–3.

Es ist insbesondere bevorzugt, daß das Material der ersten und vierten Schicht dasselbe Material ist, zumindest für die Leichtigkeit der Herstellung, und idealerweise ist dieses Material Zinkoxid und/oder Zinndioxid, während Titanoxid nützlich ist, wenn eine höhere Resistenz gegen Abrieb bzw. Verschleiß erforderlich ist. Diese nicht-absorbierenden Materialschichten wirken jeweils als Grundlage für die weiteren Beschichtungsschichten und als Schutz gegen Einflüsse der Umgebung. Es ist üblich, daß die nicht-absorbierenden Materialschichten einen Brechungsindex haben, der größer als der des Substrats ist. Es sollte beachtet werden, daß es in den nicht-absorbierenden Materialschichten aus Metalloxid oder -nitrid für das Metall und den Sauerstoff oder Stickstoff nicht wesentlich ist, in stöchiometrischen Verhältnissen vorhanden zu sein.

Die zweite Schicht ist die Schicht, die in erster Linie für die Selektivität der Beschichtung verantwortlich ist. Insbesondere haben solche Materialien einen spektralen Absorptionsindex k(λ), welcher größer als der Brechungsindex n(λ) über den Bereich des sichtbaren Spektrums ist, und ist mindestens 1,67 Mal größer bei einer Wellenlänge von 550 nm. Solche geeigneten Materialien schließen Metalle ausgewählt aus Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Iridium, Platin, Palladium, Rhodium, Zink und Silber und Gemische davon, insbesondere Silber, ein. Lithium, Natrium und Kalium haben auch die notwendigen Charakteristiken, aber um reaktiv zu sein, müssen sie in dotierter Form oder in Form von Legierungen verwendet werden. Die folgende Tabelle listet den Brechungsindex n(λ) und den spektralen Absorptionsindex k(λ) einer Anzahl von geeigneten Materialien über den Bereich von 380 nm/550 nm/780 nm auf. Tabelle II

Material	n(λ)	k(λ)
Al	0,36/0,76/1,9	3,78/5,32/7,12
Ni	1,61/1,77/2,45	2,25/3,25/4,35
Pt	1,65/2,15/2,8	2,7/3,7/5
Ag	0,2/0,12/0,145	1,75/3,4/5,2
Cu	1,18/0,9/0,25	2,21/2,6/5,1
Au	1,68/0,35/0,18	1,92/2,7/5,1
Pd	1,25/1,64/2	2,81/3,84/5
Zn	0,16/0,33/0,65	2,9/4,4/6,2

Wenn eine blaue reflektierte Farbe erforderlich ist, wird die Verwendung von Silber sowohl aus Kostengründen als auch wegen der Leichtigkeit der Abscheidung bevorzugt. In der folgenden Beschreibung bezieht sich diese Schicht der Einfachheit halber auf die Silberschicht.
Das absorbierende Material der dritten Schicht ist ein Material, für das der spektrale Absorptionsindex k(λ) zwischen 0,3 und 1,0 Mal der Brechungsindex des Materials ist bzw. liegt. Insbesondere kann das Material der dritten Schicht ausgewählt sein aus Wolfram, nichtrostendem Stahl (SS) (z. B. mindestens 12% Chrom enthaltend), Nitriden von Titan, Chrom oder Aluminium/Titan-Legierungen, „Nitrid” von nichtrostendem Stahl (SSN) und deren Gemischen. Die folgende Tabelle listet den Brechungsindex n(λ) und den spektralen Absorptionsindex k(λ) einer Anzahl von geeigneten absorbierenden Materialien über den Bereich von 380 nm bis 780 nm auf. Tabelle III

Material n(λ) k(λ)

SS 3,46 - 4,2 2,32 - 4,06

TiN 2,62 - 2,8 1,46 - 2,1

SSN^# 2,69 - 4 2,15 - 3,52

W 3,45 - 3,67 2,49 - 2,68

Bemerkung: ^#SSN = das Nitrid von nichtrostendem Stahl erhalten durch kathodisches Sputtern unter Verwendung einer Kathode aus nichtrostendem Stahl in einer Stickstoffatmosphäre.

Titannitrid und das „Nitrid” von nichtrostendem Stahl sind besonders bevorzugt. Die Nitridschicht kann auch elementares oder oxidiertes Metall enthalten, und insbesondere braucht das Metall und der Stickstoff nicht in stöchiometrischen Verhältnissen vorhanden zu sein. Das absorbierende Material bildet eine absorbierende Schicht und seine Grenzfläche mit der zweiten Schicht ist verantwortlich für das Einschneiden bzw. Reduzieren des Licht-Transmissionsfaktors der beschichteten Glasplatte in bezug auf die gesamte Sonnenbestrahlung. Die absorbierende Materialschicht kann auch eine wichtige Rolle spielen beim Erhalten der gewünschten Farbe mittels der nützlichen Wirkung, die von der Kombination der dritten Schicht mit der ersten, zweiten und vierten Schicht herrührt.
Eine Zwischenschicht umfassend ein „Opfermetall” kann zwischen der zweiten und dritten Schicht positioniert sein, wobei die Zwischenschicht eine Dicke von weniger als 10 nm hat. Dieses Opfermetall dient dazu, die Silberschicht zu schützen, insbesondere vor dessen Veränderung, welche aus der Beschichtung der Silberschicht mit der Schicht aus dem absorbierenden Material resultieren kann, was zu einem Verlust der Leistungsfähigkeit der Platte führen würde. Eine dünne Schicht des Opfermetalls kann auch zusätzlich zwischen der ersten und zweiten Schicht abgeschieden werden. Das Opfermetall ist vorzugsweise ausgewählt aus Aluminium, Wismuth, Chrom, Nickel-Chrom-Legierung, Zinn, Titan, Zink und deren Gemischen. Idealerweise umfaßt das Nitrid der dritten Schicht ein Nitrid desselben Metalls als Opfermetall der Zwischenschicht. Das Vorhandensein der Zwischenschicht kann die Emissionsvermögen-Charakteristiken der Platte verändern, ohne die reflektierte Farbe signifikant zu verändern, vorausgesetzt, daß deren Dicke relativ gering ist. Vorteilhafterweise hat die Zwischenschicht eine Dicke von nicht mehr als 6 nm, vorzugsweise nicht mehr als 3 nm. Sei es, daß diese Zwischenschicht im Endprodukt total transparent wird, oder total oder teilweise metallisch bleibt, oder in Form eines Nitrids ist, wird sie vorzugsweise so dünn wie möglich sein, um nicht die reflektierte Farbe zu verändern, welche die Beschichtung ohne diese Zwischenschicht haben würde, außer dies würde die Bedingungen der dritten Schicht erfüllen, dann bilden sie in diesem Fall einen Teil der dritten Schicht.
Eine dünne Schicht eines Opfermetalls kann auch zwischen der dritten und vierten Schicht abgeschieden bzw. aufgebracht werden, um die absorbierende Schicht vor deren Veränderung zu schützen, wobei diese Veränderung von der Beschichtung der dritten Schicht mit der vierten Schicht herrühren kann.
Die Dicken der verschiedenen auf der Platte aufgebrachten Schichten ist wichtig für die optimalen Leistungsfähigkeit. Es ist bevorzugt, daß die optische Dicke (gemessen durch Transmission) der ersten Schicht von 10 bis 280 nm ist (optische Dicke ist das Produkt der realen, d. h. geometrischen Dicke und ihres Brechungsindex). Am bevorzugtesten ist die optische Dicke der ersten Schicht mindestens 100 nm, während die gesamte optische Dicke der ersten (nicht-absorbierendes Material) und vierten (nicht-absorbierendes Material) Schicht zwischen 180 und 270 nm ist, wobei die optische Dicke der ersten Schicht größer als die der vierten Schicht ist, z. B. etwa 1,1 bis 1,7 Mal größer. Somit ist eine bevorzugte optische Dicke für die erste (nicht-absorbierendes Material) Schicht von 110 bis 160 nm und die der vier ten (nicht-absorbierendes Material) Schicht von 70 bis 120 nm.
Die geometrische Dicke der zweiten Schicht ist vorzugsweise 3 bis 18 nm, am bevorzugtesten 5 bis 15 nm.
Die geometrische Dicke der dritten Schicht muß für diese Schicht ausreichend sein, um als Absorptionsmittel im Endprodukt zu wirken. Es wurde herausgefunden, daß die dritte Schicht die Fähigkeit haben muß, wenn sie als einzige Beschichtung darauf aufgebracht wird, den Licht-Transmissionsfaktor eines 6 mm dicken Natronkalk-Glas-Substrats um mindestens 30% zu reduzieren, d. h. z. B. wird T_L von 90% auf weniger als 60% reduziert. Die Dicke der dritten Schicht ist vorzugsweise so, daß, wenn sie als einzige Beschichtung auf ein 6 mm dickes Natronkalk-Glas-Substrat aufgetragen wird, den Licht-Transmissionsfaktor davon um höchstens 65% reduziert, d. h. z. B. wird T_L von 90% auf mehr als 25% reduziert. Am bevorzugtesten wird der Licht-Transmissionsfaktor T_L um mindestens 35% und höchstens 60% reduziert, d. h. z. B. wird T_L von 90% auf zwischen 55% und 30% reduziert.
Am bevorzugtesten ist die Dicke der dritten Schicht so, daß, wenn sie als einzige Beschichtung auf ein 6 mm dickes Natronkalk-Glas-Substrat aufgebracht wird, den Licht-Transmissionsfaktor T_L davon um höchstens 54,5% reduziert, d. h. z. B. wird T_L von 90% auf mehr als 35,5% reduziert.
Die folgende Tabelle listet die spezifische Durchlässigkeit (Licht-Transmissionsfaktor) T_L, erhalten mit verschiedenen Beschichtungen, auf einem 6 mm Natronkalk-Glas-Substrat auf. Tabelle IV

Beschichtungsmaterial spezifische Durchlässigkeit (T_L, %) Dicke (nm)

keine 90 0

TiN 60 12

TiN 25 46

SS* 60 2

SS* 35,1 5

SS* 25 7,5

SSN 60 2

SSN 25 9,5

* Es sollte beachtet werden, daß der nichtrostende Stahl (SS) in nicht-oxidierter Form sein sollte, um diese Ergebnisse zu erhalten. Falls eine Beschichtungsschicht aus nichtrostendem Stahl oxidiert wird, z. B. während der Abscheidung einer nachfolgenden Oxidschicht, sollte die Dicke des nicht-oxidierten nichtrostenden Stahls wie in den Figuren angegeben sein, um die angegebene spezifische Durchlässigkeit zu erhalten. Nichtrostendes Stahloxid ist weder als erste Schicht noch als dritte Schicht geeignet.

Es ist deshalb bevorzugt, daß, wenn das Material der dritten Schicht Titannitrid ist, eine Dicke von 12 bis 25 nm zu verwenden, wenn das Material der dritten Schicht nichtrostender Stahl ist, eine Dicke von 3 bis 6 nm zu verwenden und wenn das Material der dritten Schicht das „Nitrid” von nichtrostendem Stahl ist, eine Dicke von 3 bis 8 nm zu verwenden.
Erhöhen der Dicke dieser Schicht wird die Gesamtenergiedurchlässig keit verringern und wird zur gleichen Zeit die spezifische Lichtdurchlässigkeit herabsetzen. Die Dicke der Schicht aus dem absorbierenden Material wird auch eine Wirkung auf die reflektierte Farbe haben.
Wenn eine Zwischenschicht eines Opfermetalls vorhanden ist, wird diese Schicht für optimale Ergebnisse vorzugsweise eine Dicke von 0 bis 10 nm, nicht mehr als 6 nm, idealerweise nicht mehr als 3 nm, haben, wobei auf diese Weise das geringe spezifische Emissionsvermögen der Silberschicht ohne wesentliche Veränderung der reflektierten Farbe beibehalten wird.
Gewöhnlich werden keine anderen Beschichtungsschichten vorhanden sein. Somit wird die erste Schicht direkt auf das Substrat aufgetragen und die vierte Schicht ist eine exponierte Schicht. Als eine Alternative kann die Reihenfolge der Schichten umgekehrt werden, wobei die vierte Schicht direkt auf das Substrat aufgetragen wird und die erste Schicht eine exponierte Schicht ist. In diesem Fall (umgekehrte Reihenfolge) werden die Vorteile der Erfindung, insbesondere die Farbreinheit, durch Beobachtung der Platte von seiner beschichteten Seite aus erhalten.
Die erfindungsgemäßen Verglasungsplatten können durch allgemein bekannte Verfahren hergestellt werden, insbesondere durch aufeinanderfolgende Vakuumabscheidung. Eine bewährte Technik zum Aufbringen solcher Schichten ist kathodisches Sputtern. Dieses wird durchgeführt bei sehr geringen Drücken, typischerweise in der Größenordnung von 0,3 Pa, um eine Schicht des Beschichtungsmaterials quer über die Verglasungsplattenoberfläche zu ergeben.
Das Verfahren kann unter inerten Bedingungen durchgeführt werden, z. B. in der Anwesenheit von Argon, aber alternativ kann es als reaktives Sputtern in der Anwesenheit eines reaktiven Gases ausgeführt werden. Somit können diese Schichten bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verglasungsplatten, wenn die erste und vierte (nicht-absorbierendes Material) Schicht in der Form von Oxiden sind, in der Anwesenheit von Sauerstoff aufgebracht werden. Wenn die erste und vierte (nicht-absorbierendes Material) Schicht in der Form von Nitriden ist, können diese Schichten in Anwesenheit von Stickstoff aufgetragen werden. Die zweite Schicht soll in Anwesenheit eines Inertgases, wie Argon, aufgetragen werden. Insbesondere im Fall von Silber, sollte ein Gemisch von Argon und Stickstoff, oder sogar Stickstoff allein, wahlweise verwendet werden. Die Reaktion zwischen Silber und Stickstoff ist nicht ausreichend, um im wahren Sinne ein Nitrid zu bilden, aber sie ist ausreichend, um die mechanischen Eigenschaften dieser Schicht zu verändern. Falls ein Metallnitrid für die dritte Schicht verwendet wird, kann es in Anwesenheit von Stickstoff aufgetragen werden, welches aus Bequemlichkeitsgründen, dieselbe Atmosphäre sein kann, wie sie für die Auftragung der zweiten (Silber) Schicht verwendet wird.
Die besonderen Vorteile der erfindungsgemäßen Platten sind, daß unter bevorzugten Bedingungen, der Licht-Transmissionsfaktor (T_L) über 30%, vorzugsweise zwischen 30% und 65% ist, gemessen an einer Platte mit einer Dicke von 6 mm, oder ein gleichwertiger Faktor bei anderen Dicken. Weiter ist das Verhältnis des Licht-Transmissionsfaktors (T_L) zum Solarfaktor (FS) mindestens 1,0, z. B. von etwa 1,2 bis etwa 1,3. Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Platten, daß sie eine blaue Farbe auf die Reflexion von der zur beschichteten Seite gegenüberliegenden Seite zeigen, wobei die blaue Farbe eine Wellenlänge maximaler Intensität im Bereich von 440 bis 490 nm, vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 470 bis 485 nm, idealerweise etwa 477 nm hat. Das Reflexionsvermögen von sichtbarem Licht von dieser Seite ist vorzugsweise 13% bis 33%. Zusätzlich ist die Reinheit der reflektierten blauen Farbe größer als 15%, vorzugsweise größer als 30% und vorteilhafterweise zwischen 30% und 40%, Die Reinheit einer Farbe ist gemäß einer linearen Skala definiert, wo eine definierte weiße Lichtquelle eine Reinheit von null und die reine Farbe eine Reinheit von 100% hat. Durch den hier verwendeten Begriff „Farbreinheit”, ist die Anregungsreinheit gemeint, die mit Lichtquelle bzw. Illuminant C gemessen wird, wie es in „International Lighting Vocabulary, veröffentlicht durch die International Commission on Illumination (CIE), 1987, Seiten 87 und 89” definiert ist. Mit den Sonnenplatten gemäß des Standes der Technik war es nicht möglich, mit den selben Herstellungsverfahren und Kosten so hohe Reinheiten der reflektierten Farbe zu erhalten, wie sie mit den erfindungsgemäßen Platten erhalten werden können. Als eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird eine grüne reflektierte Farbe hergestellt, wobei diese eine Wellenlänge maximaler Intensität im Bereich von 490 nm bis 520 nm aufweist.
Die erfindungsgemäßen Platten können in einzel- oder mehrfach verglasten Einheiten installiert sein. In jedem Fall werden die Vorteile der Erfindung am besten erreicht, wenn die beschichtete Oberfläche der Platte die Innenoberfläche der nach außen gerichteten Verglasungsplatte ist. Auf diese Weise wird die beschichtete Oberfläche nicht den Umgebungswetterbedingungen ausgesetzt, welche anderenfalls ihre Lebenszeit durch Verschmutzung, physikalische Schäden und/oder Oxidation schneller reduzieren würde. Die erfindungsgemäßen Platten können nützlich in laminierten Glasstrukturen angewendet werden, wo die beschichtete Oberfläche die Innenoberfläche des Außenlaminats ist.
Die Erfindung wird nun weiter mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematischer Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Verglasungsplatte ist; und
2 ein schematischer Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Verglasungsplatte ist.
Detaillierte Beschreibung der gezeigten Ausführungsformen und Beispiele
Bezugnehmend auf 1 umfaßt eine Verglasungsplatte 10 ein getempertes Glassubstrat 12, wobei diese eine Dicke von 6 mm hat. Das Glassubstrat hat eine äußere Oberfläche 11, die bei der Verwendung den Umgebungswetterbedingungen ausgesetzt werden soll. Eine erste Beschichtungsschicht 14 aus Zinkoxid, mit einer Dicke von 65 nm, wird direkt auf die innere Oberfläche 13 des Glassubstrats aufgetragen.
Diese Schicht wird durch reaktives kathodisches Sputtern von Zinkmetall in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,3 Pa aufgetragen. Direkt beschichtet auf die Zinkoxidschicht 14 ist eine Schicht 16 von Silbermetall mit einer Dicke von 12 nm. Diese Schicht wird durch kathodisches Sputtern von Silbermetall in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 0,3 Pa aufgetragen. Direkt beschichtet auf die Silberschicht 16 ist eine Schicht 18 von Titannitrid mit einer Dicke von 20 nm. Diese Schicht wird durch reaktives kathodisches Sputtern von Titanmetall in einer Stickstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,3 Pa aufgetragen. Schließlich existiert direkt beschichtet auf die Titannitridschicht 18 eine zweite und äußere Schicht 20 von Zinkoxid mit einer Dicke von 34 nm. Diese Schicht wird aufgetragen durch reaktives kathodisches Sputtern von Zinkmetall in einer Sauerstoffatmosphäre bei einem Druck von 0,3 Pa.

Die oben beschriebene Verglasungsplatte hat eine intensive blaue Farbe bei der Reflexion von der nicht-beschichteten Seite. Sie wurde in eine doppelt verglaste Einheit mit einer Scheibe aus klarem Glas mit einer Dicke von 6 mm und einem Zwischenraum zwischen den Scheiben von 12 mm eingebaut. Die beschichtete Oberfläche wurde auf der Innenseitenoberfläche der äußeren der zwei Verglasungsplatten angebracht. Die Charakteristiken der Platte als solche (Beispiel 1) und der doppelt verglasten Einheit (Beispiel 2) sind wie folgt. Tabelle Va

	Beispiel 1	Beispiel 2
Lichttransmissionsfaktor (T_L)	45,7%	40,7%
Solar-Faktor (FS) (CIE-Standard)	40,7%	30,0%
Spitzenreflexionswellenlänge (λ dom.)	477 nm	477 nm
Farbreinheit	32,5%	30%
Sichtbare Reflexion (R_L)	20,8%	22,5%

Die Ergebnisse in Beispiel 1 können mit den Ergebnissen verglichen werden, die mit einer Struktur gemäß US 4 902 081 A erhalten wurden, wobei auf oben wie folgt (Beispiel C) Bezug genommen wird. Tabelle Vb

	Beispiel 1	Beispiel C*
erste Schicht	65 nm ZnO	40 nm ZnO
zweite Schicht	12 nm Ag	10 nm Ag
dritte Schicht	20 nm TiN	3 nm Ti
vierte Schicht	34 nm ZnO	35 nm ZnO
fünfte Schicht	-	24 nm TiN
Transmissionsfaktor (T_L)	45,7%	25,5%
Spitzenreflexionswellenlänge (λ dom.)	477 nm	570 nm
Farbreinheit	32,5%	4,5%
sichtbare Reflexion (R_L)	20,8%	20,3%

* Vergleichsbeispiel

Es sollte beachtet werden, daß die Platte gemäß US 4 902 081 A eine geringe Farbreinheit hat. Die reflektierte Farbe war ein gräuliches Gelb.
Beispiele 3 bis 11

Dem Verfahren folgend, das in Verbindung mit den Beispielen 1 und 2 beschrieben worden ist, wurden weitere erfindungsgemäße Platten hergestellt und in Form von einfachen Scheiben wurde gefunden, daß sie die folgenden Charakteristiken bei der Reflexion von der nicht-beschichteten Seite haben. Tabelle VI

Beispiel	ZnO (nm)	Ag (nm)	TiN (nm)	ZnO (nm)	T_L (%)	R_L (%)	λ dom. (nm)	Reinheit (%)
3	10	5	14	30	47,2	17,9	480	25
4	55	8	36⁺	30	47,2	18,9	476	34
5	56	8	28	37	54,8	18,1	477	34,4
6	60	11	18	40	46,5	21,5	477	31
7	60	5	24	50	44,6	17,7	477	30
8	60*	8	14	45*	56,6	15,6	476	36,5
9	80	6	14	40	55,9	13,4	476	48
10	100	5	18	20	39,5	14,9	477	33
11	10	6	14	40	48,9	23,9	483	25

* – SnO₂ wurde anstelle von ZnO in Beispiel 8 verwendet.
+ – Eine einzelne Schicht von TiN mit einer Dicke von 36 nm auf einem 6 mm Glassubstrat würde die T_L von 90% auf 33% reduzieren.

In den Beispielen 4 und 5 wurde auch der Solarfaktor (FS) gemessen, und die Scheiben wurden in doppelt verglaste Einheiten mit einer Scheibe von nicht-beschichtetem Glas mit einer wie vorher beschriebenen Struktur eingebaut. Die Ergebnisse sind wie folgt. Tabelle VII

Bsp. Einzelscheibe doppelt verglaste Einheit

FS (%) T_L (%) R_L (%) Reinheit (%) FS (%)

4 42,6 42 20,7 30,8 31,4

5 47,4 49 20,6 30,0 36,6
Bezugnehmend auf die 2 ist dort eine Verglasungsplatte ähnlich zu der, die in 1 gezeigt ist, gezeigt, außer daß eine Zwischenschicht 17 aus Titan zwischen der zweiten Schicht 16 und der dritten Schicht 18 aufgebracht ist. Die Dicke der Zwischenschicht ist 2 nm. Die Zwischenschicht 17 wird durch kathodisches Sputtern von Titan in einer Argonatmosphäre bei 0,3 Pa aufgetragen. Die Titan-Metallschicht 17 wirkt als Zwischenopfermetallschicht, um die Silberschicht 16 zu schützen, insbesondere durch Reaktion mit irgendwelchem Sauerstoff, welcher durch diese Schicht hindurch diffundieren kann, wobei Titanoxid gebildet wird, und die oberflächliche Veränderung der Silberschicht 16 verhindert, welche zu einem Verlust der Leistungsfähigkeit der Platte führen würde.
Beispiele 12 bis 18

Dem Verfahren folgend, das in Verbindung mit den Beispielen 1 und 2 beschrieben worden ist, wurden weitere erfindungsgemäße Platten aus einem einzelnen 4 mm dicken Glassubstrat hergestellt, wobei Schicht (i) auf das Substrat aufgetragen worden ist und Schicht (iv) eine exponierte Schicht ist. Es wurde gefunden, daß die Produkte die folgenden Charakteristiken haben, wenn die Reflexion von der nicht-beschichteten Seite des Substrats betrachtet wurde. Tabelle VIIIa

Schichten: Beispiel Nr.	(i) (nm)	(ii) (nm)	(iii) (nm)	(iv) (nm)
12	AlN	Ag	TiN	AlN
	61	10	14	41,5
13	Si₃N₄	Ag	TiN	Si₃N₄
	61	11	12,5⁺	39
14	ZnO	Ag	SSN^#	ZnO
	60	9	7⁺	50
15	ZnO	Ag	SS*	ZnO
	60	9	5,5⁺	50
16	AlN	Al	TiN	AlN
	70	5	12⁺	45
17	ZnO	Ni	TiN	ZnO
	60	7	12⁺	55
18	ZnO	Ni	SSN^#	ZnO
	65	7	5	55

Tabelle VIIIb

Eigenschaften: Beispiel Nr.	T_L (%)	FS (%)	λ_d (nm)	Reinheit (%)	R_L (%)
12	56,9	47,9	477	39	17,4
13	56,6	47,0	474	33	13,6
14	53,3	47,4	475	32	17,1
15	52,3	47,2	475	30	16,6
16	54,3	46,3	476	38	18,9
17	52,7	49,3	477	23	17,8
18	52,3	51,2	475	31	16,6

Bemerkungen zu Tabelle VIII: *SS = „316” (18/10) nichtrostender Stahl mit einer Zusammensetzung von 18% Cr, 10% Ni, 2–3% Mo und höchstens: 0,08% C, 2% Mn, 0,045% P, 0,030% S und 1% Si. Es sollte beachtet werden, daß der nichtrostende Stahl (SS) in nicht-oxidierter Form sein sollte, um diese Ergebnisse zu erhalten. Nichtrostendes Stahloxid ist weder als erste Schicht noch als dritte Schicht geeignet. Falls eine Beschichtungsschicht aus nichtrostendem Stahl oxidiert wird, z. B. während der Abscheidung einer nachfolgenden Oxidschicht, sollte die Dicke des nicht-oxidierten nichtrostenden Stahls, wie in den Figuren angegeben sein, um die angegebene spezifische Durchlässigkeit zu erhalten. Die in Tabelle Villa angegebene Dicke für Beispiel 15 (5,5 nm) ist die nicht-oxidierte Dicke, die in der Tat im Endprodukt gefunden wurde. Um die Struktur gemäß dieser Beispiele zu erhalten, ist es notwendig, eine dünne Barriere aus Zink als Opfermetall auf der Beschichtung aus nicht-rostendem Stahl abzuscheiden. Wenn das Zinkoxid abgeschieden ist, wird das Opferzink oxidiert, um ZnO zu bilden, welches sich mit dem ZnO, das zur selben Zeit zum Schützen des nichtrostenden Stahls gegen Oxidation abgeschieden worden ist, vermischen wird. Die Dicke des nichtrostenden Stahls selbst wird in dem Produkt bestimmt. ^#SSN = das Nitrid des obigen nichtrostenden Stahls, das durch kathodisches Sputtern unter Verwendung einer Kathode aus nichtrostendem Stahl in einer Stickstoffatmosphäre erhalten worden ist. Die exakte Zusammensetzung des sich ergebenden Nitrids ist unbekannt. + Eine Einzelschicht von TiN mit einer Dicke von 12 nm auf einem 6 mm Glassubstrat würde die T_L von 90% auf 60% reduzieren, eine Einzelschicht von TiN mit einer Dicke von 12,5 nm auf einem 6 mm Glassubstrat würde die T_L von 90% auf 58% reduzieren, eine Einzelschicht von SSN mit einer Dicke von 7 nm auf einem 6 mm Glassubstrat würde die T_L von 90% auf 35% reduzieren und eine Einzelschicht von SS mit einer Dicke von 5,5 nm auf einem 6 mm Glassubstrat würde die T_L von 90% auf 32% reduzieren.

Claims

Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte umfassend ein Glassubstrat und aufgetragen darauf: (i) eine erste Schicht umfassend ein nicht-absorbierendes Material; (ii) eine zweite Schicht ausgewählt aus Aluminium, Kupfer, Gold, Nickel, Silber, Iridium, Platin, Palladium, Rhodium, Zink und deren Gemischen; (iii) eine dritte Schicht umfassend ein absorbierendes Material für welches der spektrale Absorptionsindex k(λ) über dem Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm zwischen 0,3 und 1,0 Mal der Brechungsindex n(λ) des Materials ist, wobei die dritte Schicht eine solche Dicke hat, dass, wenn sie als einzige Beschichtung auf einem 6 mm dicken Natronkalk-Glas-Substrat aufgetragen wird, der Licht-Transmissionsfaktor T_L davon um mindestens 30% reduziert wird; und (iv) eine vierte Schicht umfassend ein nicht-absorbierendes Material; wobei die Reinheit der reflektierten Farbe größer als 15% ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach Anspruch 1, wobei das nicht-absorbierende Material der ersten und vierten Schicht einen Brechungsindex größer als zehnmal der spektrale Absorptionsindex des Materials über den Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm hat.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei das nicht-absorbierende Material der ersten und vierten Schicht unabhängig ausgewählt wird aus Nitriden von Silicium und Aluminium, Aluminiumoxinitrid, Oxiden von Aluminium, Wismuth, Silicium (sowohl SiO als auch SiO₂), Zinn, Titan, Zink, Magnesium, Yttrium, Zinksulfid, Siliciumcarbid und deren Gemischen.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach Anspruch 3, wobei das nicht-absorbierende Material der ersten und der vierten Schicht unabhängig ausgewählt wird aus Si₃N₄, AlN, ZnO, SnO₂ und TiO₂.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der zweiten Schicht Silber ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das absorbierende Material der dritten Schicht ausgewählt wird aus Wolfram, nichtrostendem Stahl, Nitriden von Titan, Chrom und Aluminium/Titan-Legierungen, „Nitriden” von nichtrostendem Stahl, und deren Gemischen.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Dicke der ersten Schicht wenigstens 100 nm ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gesamte optische Dicke der ersten und vierten Schicht zwischen 180 und 270 nm ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der ersten Schicht größer als die der vierten Schicht ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der zweiten Schicht 3 bis 18 nm ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach Anspruch 10, wobei die Dicke der zweiten Schicht 5 bis 15 nm ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke der dritten Schicht derart ist, dass, wenn sie als einzige Beschichtung auf einem 6 mm dicken Natronkalk-Glas-Substrat aufgetragen wird, der Licht-Transmissionsfaktor T_L davon um höchstens 65% reduziert wird.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach Anspruch 12, wobei die Dicke der dritten Schicht derart ist, dass, wenn sie als einzige Beschichtung auf einem 6 mm dicken Natronkalk-Glas-Substrat aufgebracht wird, der Lichttransmissionsfaktor T_L davon um mindestens 35% und höchstens 60% reduziert wird.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht direkt auf das Substrat aufgetragen wird und die vierte Schicht eine exponierte Schicht ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese einen Lichttransmissionsfaktor (T_L) zwischen 30% und 65%, gemessen an einer Plattendicke von 6 mm, hat.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis des Lichttransmissionsfaktors (T_L) zum Solarfaktor (FS) mindestens 1,0 ist.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eine blaue Farbe auf die Reflexion von der zur beschichteten Seite gegenüberliegenden Seite zeigt, wobei die blaue Farbe eine Wellenlänge maximaler Intensität innerhalb des Bereichs von 440 bis 490 nm hat.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach Anspruch 17, wobei die blaue Farbe eine Wellenlänge maximaler Intensität im Bereich von 470 bis 485 nm hat.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese ein Reflexionsvermögen von sichtbarem Licht von der zu beschichteten Seite gegenüberliegenden Seite von 13 bis 33% zeigt.
Transparente Sonnenregulierverglasungsplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reinheit der reflektierten Farbe größer als 30% ist.