DE68924853T2

DE68924853T2 - Mehrschichtige, wärme-rückstrahlende schichten und verglasungserzeugnisse, die sie enthalten.

Info

Publication number: DE68924853T2
Application number: DE68924853T
Authority: DE
Inventors: Thomas Hood; Stephen Meyer
Original assignee: Southwall Technologies Inc
Current assignee: Southwall Technologies Inc
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1996-05-02
Anticipated expiration: 2009-01-24
Also published as: JPH04504555A; KR910700470A; WO1990008334A1; AU2939989A; EP0454666B1; BR8907876A; AU625754B2; EP0454666A1; KR970003755B1; EP0454666A4; JP2901676B2; CA1335086C; DE68924853D1; US4799745A; US4799745B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von wärmereflektierende Folien. Insbesondere betrifft sie die Herstellung von Verbundstoffolien, umfassend eine Reihe von dielektrischen und von Metallschichten, so daß ein infrarotreflektierendes Interferenzfilter entsteht, und die Verwendung von solchen Folien in Fensterverglasungsmaterialien.

2. Beschreibung des Standes der Technik

In den Jahren nach 1890 entwickelten Fabry und Pérot ein Interferenzspektroskop, bestehend aus einem Paar halbversilberten Spiegeln mit parallelen Seiten, die durch eine nichtabsorbierende Schicht getrennt sind. Diese Vorrichtung besaß die Eigenschaft, vorzugsweise die Energie von bestimmten Wellenlängen hindurchzulassen und die Energie von anderen Wellenlängen zu reflektieren. Eine Ausführungsform dieses Prinzips, bekannt als Fabry-Pérot-Sandwichkonstruktion, besteht aus zwei mehr oder weniger transparenten Metallschichten, die durch eine dielektrische Abstandsschicht getrennt sind (siehe zum Beispiel Knittl, Zdenek, OPTICS OF THIN FILMS, John Wiley & Sons, Ltd., London, 1976, auf Seite 284). Weitere Filterartikel, bekannt als "Filter mit induzierter Durchlässigkeit", wurden aus sandwichartigen Konstruktionen aus Metall- und aus dielektrischen Schichten hergestellt und in Fensterverglasungskonstruktionen verwendet. Eine solche Konstruktion ist in US-A-4,337,990 von Fan beschrieben als bestehend aus einem transparenten Träger, auf dem sich eine Phasenanpassungsschicht, eine einzelne Metallschicht aus Silber und eine reflexmindernde Außenschicht befinden, wobei die drei abdeckenden Schichten einen transparenten Wärmereflektor bilden. Artikel mit dieser allgemeinen Konstruktion sind zwar im allgemeinen wirkungsvoll, haben jedoch den Nachteil, daß sie, um hohe Wärmereflexionsgrade zu erreichen, relativ dicke Metallschichten aufweisen müssen, wie z.B. eine Dicke von 15 bis 25 mm besitzen und dazu neigen, eine geringe Durchlaßfähigkeit für sichtbare Strahlung zu besitzen.
Ein weiteres System, bei dem ein Fabry-Pérot-Verfahren angewandt weird, um eine Wärmereflexion zu erreichen und dabei sichtbare Strahlung hindurchzulassen, ist dargestellt in US-A-3,682,528 von Apfel und Gelber. Bei diesem System werden dünnere Metallschichten benutzt, es wird jedoch erläutert, daß es zum Erzielen von solchen Schichten aus einem optisch geeigneten Metall, insbesondere aus Silber, notwendig ist, zuerst eine dünne "keimbildende" Hilfsschicht aus Nickel durch Vakuumaufdampfung aufzutragen und dann darauf das Silber aufzubringen, wiederum durch Vakuumaufdampfungsverfahren. Ferner wird erläutert, daß das aufgetragene Silber dann nachträglich eine dünne, nachträgliche Schicht aus aufgedampftem Nickel erhalten muß, wenn eine weitere Schicht auf dasselbe aufgebracht werden soll. Diese zusätzlichen Überzüge aus Nickel sind zeitaufwendig und wirtschaftlich unatttraktiv. In diesem Patent wird auch ein Filter mit zwei Silberschichten offenbart, ebenso wird aber erklärt, daß jede Silberschicht von einer oder von zwei Nickelschichten begleitet sein muß, und nur dieser komplizierten Struktur werden die Vorteile der Beständigkeit eingeräumt. Die Unterlage, auf dem diese mehrschichtige, wärmereflektierende Folie konstruiert wurde, war in den meisten Fällen Glas. In einem Aspekt wird mit dieser Erfindung eine verbesserte Form der Fabry-Pérotschen Verglasungen geschaffen, die diese zugesetzten Schutzschichten nicht zu enthalten brauchen.
Ebenso wird erkannt, daß ein wellenlängenselektierendes Filter aus einem Stapel aus Dielektrika mit abwechselnd hohem und niedrigem Brechungsindex hergestellt werden kann. Dieses funktioniert, macht jedoch eine große Anzahl von Schichten notwendig und ist unannehmbar teuer. Dieses hätte auch nicht das Vermögen für eine geringe Rückstrahlung.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden mit dieser Erfindung weitere bei der Anwendung des Fabry-Pérot-Verfahrens für Verglasungsartikel auftretende Schwierigkeiten vermieden. Diese Materialien erfüllen zwar als allgemeine Klasse mit bewundernswerter Wirksamkeit die Aufgabe, Wärme zurückzustrahlen, bei manchen Einrichtungen weisen sie jedoch, wenn sie aus der Richtung des einfallenden Lichtes betrachtet werden, eine starke Farbstichigkeit auf. Diese starke Farbstichigkeit wird oft von bestimmten Nutzern reklamiert. Eine bevorzugte Aufgabe dieser Erfindung ist es, diesen Fehler bei wärmerückstrahlenden Verglasungen zu beseitigen.
Eine weitere erwünschte Eigenschaft von reflektierenden Verglasungen ist, daß sich ihr Aussehen nicht als Funktion des Betrachtungswinkels verändert. Diese nicht vorhandene Winkelabhängigkeit war mit Materialien, die früher in Fabry-Pérot-Konstruktionen verwendet wurden, nicht so leicht zu erreichen.
Bei der Untersuchung von Verglasungsmaterialien, bei denen diese wärmereflektierenden Filter verwendet werden, haben wir eine Reihe von Konstruktionen für Plattenglas und sprungfestes Glas entdeckt, die die Wirksamkeit der Filtersysteme optimieren und/oder deren Herstellung vereinfachen. Diese Glaskonstruktionen finden Verwendung in Einrichtungen in Kraftfahrzeugen und im Bauwesen. Bei einigen Einrichtungen in Kraftfahrzeugen besteht der Wunsch, daß so viel Wärme wie möglich reflektiert wird, was jedoch im Rahmen von verschiedenen Vorschriften geschehen muß, die die Grenzen für die Lichtdurchlässigkeit und dergleichen setzen. In den Vereinigten Staaten müssen zum Beispiel die Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen eine Durchlässigkeit von mindestens 70 % für sichtbares Licht bei normalem Lichteinfall aufweisen. Die vorliegende Erfindung kann dieser Notwendigkeit dienen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine allgemeine Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein verbessertes Verglasungsmaterial zu schaffen, das mit einem Fabry-Pérot-Interferenzfilter arbeitet. Bei einigen Ausführungsformen sind diese Fabry-Pérot-Filter gekennzeichnet durch eine einfachere Konstruktion als bei bisher verwendeten Materialien. Bei anderen Ausführungsformen, die oft bevorzugt werden, ist dieses Filter so konstruiert, daß es, wenn es in eine sandwichartige Konstruktion kaschiert wird, die Farbe des von seiner Oberfläche reflektierten Lichtes nicht wesentlich verändert und dadurch relativ farbneutral ist.
Eine weitere allgemeine Aufgabe dieser Erfindung ist es, einen verbesserten transparenten Fabry-Pérot-Filterstapel zu schaffen, der selektiv Wärme reflektiert, d.h. Infrarotstrahlung, und dabei eine hohe Durchlässigkeit der sichtbaren Wellenlängen sichert, vorzugsweise mit einem farbneutralen Aussehen.
Auch ist es eine Aufgabe, Filterstapel zu schaffen, die dazu dienen, die optischen Eigenschaften der Unterlage (zum Beispiel Glas oder Kunststoff) zu berücksichtigen, auf den sie aufgetragen werden oder auf den sie aufkaschiert werden, und diese Träger in ein Gesamtprodukt einzubringen, das die gewünschte Wellenlängenselektivität, Farbneutralität und hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht sowie eine einheitliche Farbreflexion aufweist.
Ebenfalls ist es eine Aufgabe bei bestimmten Ausführungsformen dieser Erfindung, eine wärmereflektierende, farbneutrale, transparente Folie zu schaffen, die einen Kunststoffträger aufweist und eine verbesserte Beständigkeit und Kratzfestigkeit besitzt.
Eine weitere Aufgabe ist es, Verglasungsstrukturen zu schaffen, die diese wärmereflektierenden, farbneutralen Filter und/oder transparenten Folien enthalten.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es, Verbundstoffe aus Glas und Filtern zu schaffen, die optimale wärmeabweisende Eigenschaften aufweisen.
Es wurde nunmehr festgestellt, daß diese und weitere damit zusammenhängende Aufgaben erfüllt werden, wenn in solchen Folien ein Fabry-Pérot-Filter eingesetzt wird, das eine Vielzahl und vorzugsweise drei oder noch mehr Schichten aus transparentem Metall enthält, die durch Abstandsschichten aus einem Dielektrikum voneinander getrennt sind.
Auf diese Weise wird mit dieser Erfindung in einem Aspekt das Verfahren nach Anspruch 1 geschaffen.
Der mit dem Verfahren gemäß dieser Erfindung hergestellte infrarotreflektierende Verbundstoff kann in vielen Formen ausgeführt werden. Er kann die Form von Glas oder Folien mit einem Kunststoffträger annehmen, die in transparente Fensterverglasungsmaterialien eingelegt oder einkaschiert werden oder auf diese aufgebracht werden. Er kann die Form einer dünnen, aus Metall und aus einem Dielektrikum bestehenden, mehrschichtigen, sandwichartigen Folie annehmen, die direkt auf einen Träger für ein Verglasungsmaterial aufgebracht wird. Bei solchen Einsatzzwecken können die Folien weitere Schichten enthalten, wie zum Beispiel harte Überzugsschichten.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A und Fig. 1B schematische Querschnittansichten von zwei einfachen wärmereflektierenden Filtern, die mit dem Verfahren gemäß dieser Erfindung hergestellt wurden und zwei bzw. drei transparente Metallschichten enthalten;
Fig. 2 eine schematische Querschnittansicht einer einfachen, aus vier Metallschichten bestehenden, wärmereflektierenden Folie, die mit dem Verfahren gemäß dieser Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht einer wärmereflektierenden Folie, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde und z.B. in Fig. 1 zu sehen ist, und die eine physische Schutzschicht aufweist, die ihr Fabry- Pérot-Filter überdeckt;
Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht einer wärmereflektierenden Folie, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde und in Fig. 1 zu sehen ist, und die wahlweise eine harte Überzugsschicht auf ihrem transparenten Träger aufweist und und mittels ihres Filterschichtstapels an einem weiteren transparenten Träger haftet, und die als Fensterverglasung dienen könnte;
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht eines Filters, wie es z.B. in Fig. 1 zu sehen ist, das zwischen zwei feste Träger eingelegt ist, wie z.B. zwischen Glas;
Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht eines Artikels, der z.B. in Fig. 5 zu sehen ist und des weiteren eine bruchfeste Kunststoffschicht zur Verwendung in Windschutzscheiben und dergleichen aufweist;
Fig. 7 eine schematische Querschnittansicht einer Folie, wie sie z.B. in Fig. 1 dargestellt ist, die mittels ihrer Trägerschicht an einer weiteren transparenten Unterlage haftet, wobei diese ebenfalls als Fensterverglasung dienen könnte;
Fig. 8 eine Querschnittansicht einer kaschierten Fensterverglasung, bei der eine mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Folie zwischen zwei Folien aus einer transparenten Unterlage einkaschiert ist;
Fig. 9a, 9b und 9c drei Querschnittansichten, die drei in dem Beispiel hergestellte Folienmaterialien darstellen;
Fig. 10 ein Diagramm, das zu Vergleichszwecken die Eigenschaften einer reflektierenden Folie nach dem Stand der Technik veranschaulicht;
Fig. 11 ein Diagramm, das die Eigenschaften einer reflektierenden Folie mit zwei transparenten Metallschichten veranschaulicht;
Fig. 12 ein Diagramm, das die verbesserten Eigenschaften einer mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten reflektierenden Folie mit drei transparenten Metallschichten veranschaulicht;
Fig. 13 ein Diagramm in vergrößertem Maßstab, das die spektralen Eigenschaften (Durchlässigkeit, Reflexionsvermögen und Absorption) eines sehr guten, kaschierten Artikels veranschaulicht, das eine reflektierende Folie mit drei transparenten Metallschichten enthält;
Fig. 14 ein farbkoordinierendes Diagramm, das die Farbeigenschaften von mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Filtern zeigt, die mit dem CIE L*a*b*-System arbeiten; und
Fig. 15 eine Querschnittansicht eines mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten flexiblen Filters mit einer Unterlagefolie, der als aufgehängte Folie in einer aus zwei Scheiben bestehenden Fensterverglasungskonstruktion verwendet wird.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Definitionen

Die folgenden, in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendeten Begriffe haben folgende festgelegte Bedeutung:
"Farbneutral" und "Farbneutralität" werden hierin in dem normalerweise anerkannten Sinne verwendet. Das heißt, diese Begriffe bedeuten, daß ein Schichtstoff gemäß dieser Erfindung ein Reflexionsvermögen besitzt, das als Funktion der Wellenlänge in dem gesamten sichtbaren Teil des Spektrums im wesentlichen unveränderlich und vorzugsweise unabhängig von dem Einfallswinkel ist. Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der Schichtstoff eine neutrale hindurchgelassene Farbe auf. Diese ergibt sich, wenn keine wellenlängenselektive Absorption erfolgt.
"Sichtbare Strahlung" oder "sichtbares Licht" bezeichnet eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 380 Nanometern bis 750 Nanometer (CIE-Standard).
"Infrarotstrahlung" oder Infrarotwärme" bezeichnet eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 750 Nanometern.
"Transparent" bedeutet, daß die Eigenschaft vorhanden ist, eine sichtbare Strahlung hindurchzulassen, wenn nichts anderes angegeben ist.
"Tvis" oder "Tv" oder "Durchlässigkeit für sichtbares Licht" bezeichnet jeweils ein Maß für die Durchlässigkeit in der sichtbaren Wellenlänge. Es handelt sich um einen umfassenden Begriff, der für den Bereich unter der Kurve für die Durchlässigkeit als Funktion der Wellenlänge in den gesamten sichtbaren Wellenlängen gilt (CIE-Standard für Normlicht C, 1931). Bei der Verglasung von Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen sollte der Tvis-Wert 70 % oder mehr betragen.
"Tsol" oder "Ts" oder "Durchlässigkeit für Sonnenstrahlung" bezeichnet jeweils ein Maß für die Durchlässigkeit in allen Wellenlängen der Sonnenenergie (ASTM E 424A). Es handelt sich um einen umfassenden Begriff, der für den Bereich unter der Kurve für die Durchlässigkeit als Funktion der Wellenlänge sowohl für sichtbares als auch für Infrarotwellenlängen gilt. Bei wärmereflektierenden Folien und Verglasungen, die diese enthalten, besteht ein Hauptziel darin, den Tsol-Wert zu verringern und dabei den Tvis-Wert so hoch wie möglich zu halten.
"SC" oder "Sonnenschutzfaktor" ist ein anerkannter Begriff im Bereich des Bauwesens. Er bezeichnet den Wärmeanstieg, zu dem es kommen kann, wenn Sonnenstrahlung in einem gegebenen Öffnungs- oder Verglasungsbereich auf eine Umgebung einwirkt, in Beziehung zu dem Wärmeanstieg, der in dem gleichen Bereich bei einer 1/8 Zoll dicken, einzelnen Scheibe aus Klarglas auftritt (ASHRAE-Standardberechnungsverfahren). Dem Klarglas wird ein Wert von 1,00 zuerkannt. Ein SC-Wert unter 1,00 bezeichnet eine bessere Wärmerückstrahlung als bei einer einzelnen Scheibe aus Klarglas. Ein Wert über 1,00 wäre schlechter als bei der einzelnen Scheibe aus Klarglas mit einer 100 %- Linie. Ein ähnlicher Begriff ist "Rsol" oder "Reflexionsvermögen für Sonnenstrahlung", das ein Maß für das gesamte Reflexionsvermögen in dem gesamten Wellenlängenbereich der Sonnenenergie ist.
"Transparente Metallschichten" sind homogene, kohärente Metallschichten, bestehend aus Silber, Gold, Platin, Palladium, Aluminium, Kupfer oder Nickel und aus Legierungen derselben mit einer Dicke, die eine sehr hohe Durchlässigkeit zuläßt.
"Vakuumzerstäubung" oder "vakuumzerstäubt" bezeichnet das Verfahren oder das Produkt aus dem Verfahren, in dem eine Materialschicht durch Einsatz eines Magnetronzerstäubers aufgebracht wird.
"Dielektrische Medien" sind nichtmetallische Materialien, die sowohl für sichtbare als auch für Infrarotstrahlung durchlässig sind. Im allgemeinen sind diese Materialien anorganische Oxide, es können dabei aber auch andere Materialien mit verwendet werden, wie z.B. organische Polymere.
"Aneinandergrenzend" bedeutet gewöhnlich, daß ein tatsächlicher Kontakt besteht, d.h. daß Dinge aneinanderstoßen. Manchmal wird der etwas überladene Begriff "direkt aneinandergrenzend" verwendet, um etwas deutlicher klarzustellen, und dieser bedeutet das gleiche.
Eine "Abstandsschicht" ist eine dielektrische Schicht, die zwischen zwei transparenten Metallschichten liegt und an diese angrenzt. In Fig. 1 ist 18 eine Abstandsschicht.
Eine "Grenzschicht" ist eine Schicht, die an eine transparente Metallschicht angrenzt und nicht an zwei. In Fig. 1 sind 20 und 22 Grenzschichten.

Beschreibung der Filter

Die vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung von wärmereflektierenden Filtern. Eine Hauptausführungsform dieser Filter ist in Fig. 1A als Folie 10 und in Fig. 18 als Folie 24 dargestellt. Die Folien 10 und 24 enthalten ein mehrschichtiges Interferenzfilter 12, das direkt auf einem transparenten Träger 14 aufgebracht ist. Das Filter 12 funktioniert nach dem Fabry-Pérotschen Prinzip und weist zwei oder drei transparente Metallschichten 16, 16' und 16" auf, die durch Abstandsschichten 18 und 18' getrennt sind und und durch zwei äußere oder Grenzschichten 20 und 22 verklebt sind. Dadurch weist es eine oder zwei Hohlräume zwischen den Metallschichten auf. Fig. 2 zeigt eine Folie 25 mit drei Hohlräumen.
Die transparenten Metallschichten werden durch Vakuumzerstäubung aufgebracht. Außerdem können die Abstands- und die Grenzschichten direkt an die transparenten Metallschichten angrenzen. Es sind keine Keimbildungsschichten erforderlich, wenn die transparenten Metallschichten durch Vakuumzerstäubung aufgebracht werden.
Wie aus Fig. 1A, 1B und Fig. 2 zu erkennen ist, können zwei, drei oder mehr als drei transparente Metallschichten verwendet werden, wie z.B. 16, 16', 16" und 16"', die jeweils durch eine Abstandsschicht voneinander getrennt sind, wie z.B. durch 18, 18' und 18". Theoretisch gibt es keine Begrenzung für die Anzahl der transparenten Metallschichten, die in diesen sandwichartigen Filtern verwendet werden können. Praktisch werden jedoch drei bis fünf transparente Metallschichten bevorzugt, wobei drei transparente Metallschichten mehr bevorzugt werden.
Die Dicke der verschiedenen Schichten in dem Filter sollte so geregelt werden, daß ein optimales Gleichgewicht zwischen dem gewünschten Infrarotreflexionsvermögen und der gewünschten Durchlässigkeit für sichtbare Strahlung hergestellt wird. Die idealen Dicken können sich auch nach der Art des transparenten Metalls und des eingesetzten Dielektrikums richten.
Jede der transparenten Metallschichten 16, 16' und 16" besitzt eine Dicke von etwa 4 bis etwa 40 Nanometer (nm), wobei die Gesamtdicke des Metalls allgemein etwa 12 bis etwa 80 nm beträgt. Mit Silber und mit Silber, das mit bis etwa 25 Gew.-% Gold legiert ist, die bevorzugte transparente Metalle sind, werden sehr gute Ergebnisse mit drei oder vier Metallschichten erzielt, die jeweils eine Dicke von 4 bis 17 nm und insbesondere von etwa 5 bis etwa 13 nm besitzen.
In Fig. 1A und Fig. 1B sind die transparenten Metallschichten als die gleich Dicke besitzend dagestellt. Dies ist keine Bedingung in der vorliegenden Erfindung. Die besten Ergebnisse wurden mit aus drei Schichten bestehenden Systemen erzielt, wenn die mittlere der drei Metallschichten etwa 5 % bis 15 %, insbesondere etwa 10 % dicker ist als jede der äußeren Schichten.
Die Metallschichten können mit Aufdampfverfahren, durch Auftragen mit dem Elektronenstrahl und dergleichen aufgebracht werden. Das bevorzugte Auftragungsverfahren ist die Magnetronzerstäubung, theoretisch können jedoch alle Verfahren angewandt werden, mit denen 10 nm dicke Schichten mit einer Genauigkeit von 2 - 3 % aufgetragen werden.
Die Abstandsschichten, z.B. 18 und 18', zwischen den transparenten Metallschichten, z.B. 16, 16' und 16", können gleich oder verschieden sein und besitzen jeweils eine Dicke von etwa 30 bis etwa 200 nm. Die in diesem Bereich ausgewählten bevorzugten Dicken richten sich nach dem Brechungsindex des verwendeten Dielektrikums. Die Brechungsindices können etwa 1,4 bis 2,7 betragen. Bei einem allgemeinen Verhältnis sind für Material mit einem niedrigen Index dickere Schichten erforderlich, während für Material mit einem höheren Index dünnere Schichten eingesetzt werden. Die Abstandsschichten besitzen eine Dicke von vorzugsweise etwa so bis etwa 110 und insbesondere von etwa 70 bis etwa 100 nm nm bei Dielektrika mit einem Bre-chungsindex von etwa 1,75 bis etwa 2,25. Zu Materialien mit einem Brechungsindex in diesem Bereich gehören die anorganischen Dielektrika, wie zum Beispiel Metall- und Halbmetalloxide, zum Beispiel Zinkoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Titandioxid, Siliciumoxid, Siliciumdioxid, Wismutoxid und Chromoxid sowie weitere anorganische Metallverbindungen und -salze, zum Beispiel Zinksulfid und Magnesiumfluorid und Gemische aus diesen. Von diesen Materialien werden Zinkoxid, Indiumoxid, Zinnoxid und Gemische aus diesen sowie Titanoxid bevorzugt.
Bei Materialien mit Brechungsindices im Bereich von 1,4 bis 1,75 sind die Dicken der Abstandsschichten etwas größer. Geeignete Dicken bei dieser Ausführungsform sind etwa 75 bis etwa 200 nm, wobei Dicken von etwa 100 bis etwa 175 nm bevorzugt werden. Materialien, die diese Brechungsindices aufweisen, sind organische Polymere von Kohlenwasserstoffen und Oxykohlenwasserstoffen (Brechungsindex 1,55 - 1,65) und Polymere von Fluorkohlenwasserstoffen (Brechungsindex 1,35 - 1,45).
Bei Materialien mit Brechungsindices im Bereich von 2,25 bis 2,75 sind die Dicken der Abstandsschichten etwas geringer. Geeignete Dicken bei dieser Ausführungsform sind etwa 30 bis etwa 90 nm, wobei Dicken von etwa 30 bis etwa 80 nm bevorzugt werden. Materialien, die diese Brechungsindices aufweisen, sind Bleioxid, Aluminiumfluorid, Wismutoxid und Zinksulfid.
Weitere typische anorganische Dielektrika und deren Brechungsindices sind zusammengestellt in Quellen wie Musikant, Optical Materials, Marcel Dekker, New York, 1985, S. 17 - 96, und können verwendet werden.
Wie unten beschrieben ist, können die Dielektrika aus anorganischen Metalloxiden und Halbmetalloxiden bequem und in herkömmlicher Weise durch reaktive Zerstäubungsverfahren aufgetragen werden, obwohl bei Bedarf auch chemische Aufdampfungsverfahren und andere physikalische Aufdampfungsverfahren eingesetzt werden können, um die dielektrischen Schichten aufzubringen.
Die Filter 12, 24 und 25 in Fig. 1A, Fig. 1B und Fig. 2 sind mit zwei Grenzschichten 20 und 22 dargestellt. Diese Schichten stellen einen physischen Schutz für die Metallschichten unter diesen dar und dienen auch dazu, die visuellen Reflexe von der Oberfläche des Metalls zu vermindern, an die sie angrenzen. Es wird die Herstellung einer symmetrischen Sandwichkonstruktion mit Grenzschichten auf beiden Außenflächen bevorzugt. Dadurch entsteht eine Reihe von zwei oder mehreren sequentiellen Fabry-Pérot-Interferenzfiltern, wobei jeder der Filter eine durchgehende, diskrete, durch Vakuumzerstäubung aufgetragene, für Sonnenlicht transparente Metallschicht umfaßt, die sandwichartig direkt zwischen durchgehenden Schichten aus Dielektrika angeordnet sind.
Bei Bedarf kann jedoch eine oder können beide der Grenzschichten weggelassen werden. Die Grenzschichten können aus dem gleichen Dielektrikum oder aus verschiedenen Dielektrika bestehen und können identisch mit oder verschieden von dem Dielektrikum sein, das die Abstandsschichten bildet. Bei den Grenzschichten gelten die gleichen Präferenzen für die Materialien, die für die Abstandsschicht angegeben sind, und zwecks Vereinfachung werden die Grenzschichten und die Abstandsschichten alle bevorzugt aus den gleichen Materialien hergestellt und werden alle durch Vakuumzerstäubung aufgetragen.
Die Dicken der Grenzschichten liegen im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 150 nm. Die Grenzschichten besitzen vorzugsweise eine Dicke von etwa 25 bis etwa 90 nm und insbesondere von etwa 30 bis etwa 70 nm bei Dielektrika, die einen Brechungsindex von etwa 1,75 bis etwa 2,25 aufweisen. Bei Materialien mit Brechungsindices im Bereich von 1,4 bis 1,75 liegen bevorzugte Dicken zwischen etwa 30 und etwa 140 nm und insbesondere zwischen etwa 45 und etwa 100 nm. Werden drei oder noch mehr transparente Metallschichten verwendet, wie in Fig. 2 zu sehen ist, bleiben die Grenzschichten im wesentlichen unverändert.
Die Geometrie der zur Zeit bevorzugten Filter kann so zusammengefaßt werden, daß diese 7 Schichten aufweisen, die folgendermaßen übereinanderliegend angeordnet sind:
Dielektrische Grenzschicht
Metallschicht I
Abstandsschicht I
Metallschicht II
Abstandsschicht II
Metallschicht III
Dielektrische Grenzschicht
Bei dieser bevorzugten Anordnung bestehen die drei Metallschichten vorzugsweise aus Silber und besitzen eine Gesamtdicke von 25 bis 35 nm, wobei die Metallschicht II 110 % ± 5 % der Dicke der Metallschichten I oder III aufweist. Die Grenzschichten und die Abstandsschichten bestehen vorzugsweise aus Indiumoxid, wobei die Dicken der Grenzschichten 30 bis 40 nm betragen und die Dicken der Abstandsschichten 60 bis 80 nm betragen.
In einer aus fünf Schichten bestehenden Folie könnten die Metallschicht II und die Abstandsschicht II weggelassen werden.

Trägerschicht der Filter

In jeder der Fig. 1 bis 6 ist zu sehen, daß das Fabry- Pérotsche Filter direkt auf einer transparenten Träger 14 haftet. Dieser Träger ist in einem gebrochenen Querschnitt dargestellt, da er um ein Vielfaches dicker ist als das Filter. Dieser dicke Träger ist für die praktische Anwendung dieser Erfindung belangvoll. Das Filter selbst ist meist nur einige hundert Nanometer dick und kann dadurch nur eine minimale physische Festigkeit ohne den hinzugefügten Träger aufweisen. Der Träger 14 kann aus den harten und weichen, jedoch minimal dehnbaren, transparenten Feststoffen ausgewählt werden, die die Bedingungen bei der Vakuumzerstäubung aushalten. Glas, sowohl als Floatglas als auch als Plattenglas, und Mehrschichtenglas und insbesondere Floatglas mit niedrigem Eisengehalt sowie feste Kunststoffe, wie z.B. Poly(carbonat) und Polyacrylat, mit Dicken von etwa 50 Millizoll bis etwa 5 cm oder mehr sind repräsentative Beispiele für harte Träger. Poly(ester) einschließlich von Poly(ethylenterephthalat) und weitere Terephthalatesterpolymere, Poly(urethane), Celuloseesterpolymere, Acrylpolymere und Poly(vinylfluorid)e mit einer Dricke von etwa 1 oder 2 Millizoll bis etwa 50 Millizoll sind repräsentative Beispiele für weiche, minimal dehnbare Folien, die verwendet werden können. Eine bevorzugte Gruppe von Trägerfolien, wie z.B. die "Mylars" von DuPont, sind aus Poly(estern) und insbesondere aus Poly(ethylenterephthalaten).
Der Filter 12 haftet direkt an dem Träger 14. Dies kann herbeigeführt werden, indem die verschiedenen Schichten des Filters nacheinander direkt auf den Träger aufgebracht werden. Werden die Schichten durch Vakuumzerstäubung aufgebracht, können dabei zuerst eine Grenzschicht, dann eine transparente Metallschicht, eine Abstandsschicht usw. durch Vakuumzerstäubung aufgebracht werden.
Die transparenten Schichten in vergrößertem Maßstab steuern, ob sie nun ein transparenter Träger aus Kunststoff oder Glas sind oder ein zusätzliches Element (wie z.B. eine auf eine Folie mit einem Träger aus Kunststoff aufkaschierte Glasschicht) sind, zu den Eigenschaften und der augenoptischen Leistung des Endprodukts bei, wie in den Beispielen bewiesen wird.

Optische Eigenschaften

Bei einigen Einstellungen gehört zu den erwünschten optischen Eigenschaften eine maximale Rückstrahlung (Reflexion) von Wärme (Infrarotwellenlängen), wobei der Menge des hindurchgelasenen oder reflektierten sichtbaren Lichts nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird. Bei anderen Einsatzbereichen müssen spezielle Durchlässigkeitsgrade für sichtbares Licht erreicht werden, um staatliche Vorschriften zu erfüllen, wobei zum Beispiel in Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen der Tvis-Wert 70 %oder mehr betragen muß. Fig. 13 veranschaulicht eine sehr gute Kurve des Reflexionsvermögens von einem solchen Artikel. Bei diesem Artikel ist das Reflexionsvermögen im wesentlichen konstant bei etwa 10 % (d.h. die Kurve des Reflexionsvermögens ist in den gesamten Wellenlängen zwischen 350 nm und 700 nm im wesentlichen flach). Das bedeutet, daß die Reflexion von diesem Artikel farbneutral und ohne die starke Farbstichigkeit wäre, die man für beanstandenswert halten kann. Bei diesem Produkt nimmt das Reflexionsvermögen stark zu bei den Wellenlängen außerhalb des sichtbaren Bereiches, so daß eine gute Wärmerückstrahlung erreicht wird.
Wie weiter oben angemerkt, wird es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Farbe der von dem Filter ausgehenden Reflexion zu regulieren. In vielen Fällen wird diese Eigenschaft dazu genutzt, eine Farbneutralität einzuregeln. Bei farbigem Licht bedeutet das eine farbige Reflexion oder bei weißem Licht eine neutrale Reflexion. Dieses Merkmal kann quantitativ erfaßt werden mit dem CIE L*a*b* -Farbkoordinatensystem 1976, insbesondere dem Verfahren ASTM 308-85.
Wendet man das L*a*b*-System an, wird diese Eigenschaft durch Werte für a* und b* von nahe 0 dargestellt, bei Beispiel a* von -4 bis +1 und bei Beispiel b* von -2 bis +2, wenn eine Lichtquelle mit der Normlichtart A verwendet wird. Fig. 14 ist ein Farbkoordinatendiagramm L*a*b*, das die gewünschten Farbkoordinaten zeigt und den gewünschten Farbraum begrenzt.
Diese neutrale Farbe kann auch veranschaulicht werden durch die Form der Kurve dea Absorptionsgrades/des Reflexionsvermögens als Funktion der Wellenlänge. Wie in Fig. 13 zu sehen ist, können Artikel gemäß dieser Erfindung sehr gute, konstante, niedrige Reflexionsvermögen in dem gesamten sichtbaren Spektrum erreichen. Man kann die Qualität der Farbneutralität eines Artikels an der flachen Form der Kurve des Reflexionsgrades in dem gesamten sichtbaren Spektrum beurteilen, wie in dieser Figur zu sehen ist.
Im allgemeinen ist zu beobachten, daß die gesamten optischen Eigenschaften, wenn die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten, aus mehreren Metallschichten bestehenden Folien auf oder zwischen Glas- und/oder Kunststoffschichten aufkaschiert werden, anders sind als die Eigenschaften, die bei den nicht kaschiertenen Folien zu beobachten sind. Man erzielt optische Eigenschaften, die sich dem Optimum in einer Weise nähern, die sich bei weniger komplizierten Filterstapeln nicht so leicht erzielen lassen. Insbesondere kann man kaschierte Filterartikel herstellen, die eine hohe Selektivität für die Tvis- und Tsol- Werte, eine neutrale Farbe, eine sehr gute Wärmerückstrahlung, einen hohen Tvis-Wert, einen hohen Tsol-Wert und ein Emissionsvermögen von weniger als 0,1 aufweisen.

Einsetzen in Verglasungskonstruktionen

Wie aus Fig. 3 bis Fig. 9 zu ersehen ist, können die aus mehreren Metallschichten bestehenden Folien gemäß dieser Erfindung bei Bedarf eine Anzahl von wahlweisen Schichten enthalten und in eine große Vielzahl von Verglasungskonstruktionen zur verwendung im Bauwesen und in Transportsystemen eingesetzt werden. In Fig. 3 ist eine Folie 30 zu sehen, die eine wahlweise Schutzschicht 32 auf dem Filter 12 enthält. Diese Schicht 32 kann typischerweise eine harte Überzugsschicht sein, wie zum Beispiel ein siliciumhaltiger Überzug, der als Flüssigkeit aufgebracht und anschließend mit Wärme und/oder Plasma- oder Koronaentladung gehärtet wird, damit sich eine harte, kratzfeste Überzugsschicht ergibt. Typische harte Überzugsschichten sind die gehärteten Artikel, die entstehen durch Wärme- oder Plasmabehandlung von a.) einem Hydrolyse- und Kondensationsprodukt von Methyltriethoxysilan; von b.) Gemischen aus Poly(kieselsäure) und Copolymeren von fluorierten Monomeren mit Verbindungen, die Primär- und Sekundäralkoholgruppen enthalten, wie in den US-Patenten Nr. 3,429,845 bzw. 3,429,845 beschrieben ist. Weitere harte Überzugsschichten sind in den US-Patenten Nr. 3,390,203; 3,514,425 und 3,546,318 beschrieben.
Diese harten Überzugsschichten besitzen Dicken im Bereich von einigen bis zu einigen hundert Mikrometern.
In Fig. 4 ist eine bevorzugte Anordnung 40 zur Herstellung der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Folien dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird das Filter 12 auf einen Träger 14 aufgetragen, wie schon beschrieben. Ist der Träger 14 ein flexibler Kunststoff, kann auf ihm eine vorher aufgebrachte harte Überzugsschicht 42 zur Kratzfestmachung angeordnet sein. Die Filterseite der Folie wird dann auf eine transparente Unterlage 46 aufgebracht, wie z.B. eine weitere Folie aus flexiblem Kunststoff oder eine Schicht aus Glas oder hartem Kunststoff oder dergleichen, wobei ein optisch akzeptabler Klebstoff 44 wie Poly(vinylbutyral), Ionomerharz, Poly(urethan)harz oder Polyvinylchloridharz verwendet wird. Bevorzugt wird der gewöhnlich verwendete Glasklebstoff Poly(vinylbutyral), obwohl keine Beschränkung auf einen speziellen Kleber erfolgen soll.
Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist besonders interessant für Bereiche, in denen die Folie ein Filter 12 umfaßt, das auf einer Kunststoffolie 14 gelagert ist, und wobei dieses auf eine Fläche aufgebracht wird, wie z.B. auf die Innenseite einer Schicht aus Glas oder einem anderen harten Material. Dieses kann als Glas im Bauwesen, als Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen (wenn das Glas ein geeignetes gehärtetes oder Mehrschichten-Sicherheitsglas ist), als Seitenfenster- oder Heckfensterglas (wiederum richtig gehärtet usw.), als Kabinendachglas in Flugzeugen und dergleichen verwendet werden. Bei diesen Einsatzgebieten ist die Unterlage 46 die "Außen"fläche, und der Träger 14 kann bei Bedarf so gewählt werden, daß er dem fertigen Endprodukt Bruchfestigkeitseigenschaften verleiht, wie in dem US- Patent Nr. 3,900,673 offenbart ist, das wegen seiner Erläuterung von bruchfesten Überzugsschichten und wegen seiner Erläuterung der Herstellung von Sicherheitsglaskonstruktionen hierin mit einbezogen ist.
Fig. 5 zeigt eine Variation 50 des Artikels von Fig. 1. Die Ausführungsform 50 weist einen Filter 12 auf, der in der oben beschriebenen Weise auf den Träger 14 aufgetragen wurde, und diese Kombination wird mit dem Klebstoff 51 auf der zusätzlichen transparenten Schicht 52 befestigt. Wenn die Schichten 14 und 52 beide aus Glas sind, entsteht ein sehr dauerhafter Artikel.
In Fig. 6 ist eine Vatiation 60 des Artikels von Fig. 5 dargestellt, bei der die Schichten 14 und 52 beide aus Glas sind. Die Ausführungsform 60 weist eine bruchfeste Überzugsschicht 62 auf, die mit der Klebstoffschicht 61 mit der Innenseite des Trägers 14 verklebt ist.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform 70 der Erfindung dargestellt, bei der die Folie mit einem Klebstoff 71 mit einer transparenten Unterlage 72 verklebt ist, diesmal durch den transparenten Träger 14. Diese Ausführungsform hat den Nachteil, daß das Filter 12 potentiell physisch zugänglich ist, so daß es physisch beschädigt werden kann, wenn keine große Sorgfalt herrscht. Natürlich kann das verhindert werden, indem diese Fläche im Innern einer Glaskonstruktion mit einer Doppelscheibe angeordnet wird, oder indem ein anderer geeigneter Schutz vorgesehen wird.
Fig. 8 zeigt noch eine weitere Ausführungsform 80. Diese Ausführungsform 80 weist den Filter 12 auf, der auf die transparente Unterlage (d.h. die Kunststoffolie ) 14 aufgetragen ist. Dann werden das Filter und der Träger mit den Klebstoffschichten 83 und 84 zwischen zwei transparente Unterlagen 81 bzw. 82 kaschiert. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie zwei Glasflächen aufweist, wenn 81 und 81 aus Glas sind.
Wie in Fig. 15 zu sehen ist, können die Folienartikel gemäß der Erfindung auch in nicht kaschierten Konstruktionen verwendet werden. In Figur 15 enthält die Fenstereinheit 90 ein Folienblatt 10, das unter Spannung zwischen den Glasscheiben 65 und 64 gestreckt ist. 66 und 66' sind Hohlräume, und 68 und 68' sind Abstandsstifte, die die Folie in der richtigen Stellung und unter der richtigen Spannung halten. Diese prinzipielle Fensterkonstruktion, bei der die vorliegenden Filter verwendet werden können, und die Materialien und Verfahren zu deren Herstellung sind in dem US- Patent Nr. 4,335,166 beschrieben.
Ein unerwarteter Vorteil der Folien gemäß der vorliegenden Erfindung, bei denen mehrere transparente Metallschichten verwendet werden, ist ihre größere Wirksamkeit, wenn sie in der in Fig. 4, 5, 6, 7 oder 8 dargestellten Anordnung auf eine transparente Unterlage aufkaschiert werden.
Bei diesen Anordnungen bieten die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten, aus mehreren transparenten Metallschichten bestehenden Flter spezielle Vorteile und Wirksamkeiten. Wird ein sandwichartiges Filter mit einer einzigen transparenten, auf einem Träger gelagerten Metallschicht (d.h. durch ein Filter mit induzierter Durchlässigkeit) direkt auf eine zweite Folie aus einer transparenten Unterlage aufkaschiert, so daß eine Anordnung aus Träger, Filter und Unterlage entsteht, erleidet das Filter einen deutlichen Verlust seiner Wirksamkeit. Fig. 9 veranschaulicht, daß dieser Verlust an Wirksamkeit bei einem Filter mit einer einzigen Metallschicht ziemlich deutlich ausfällt.
Fig. 10 stellt die Durchlässigkeit und das Reflexionsvermögen von sichtbaren und von Infrarotwellenlängen durch ein Filter mit einer Metallschicht und ohne Aufkaschierung auf eine zweite transparente Schicht dar. In dem dargestellten Fall ist diese zweite Schicht eine zweite Schicht aus einem Träger aus Kunststoff. Zum Vergleich ist die von diesem Filter mit und ohne Aufkaschierung absorbierte Energie ebenfalls dargestellt. Die Linie T ist die Durchlässigkeitskurve für die nicht kaschierte Folie. TL ist die Durchlässigkeitskurve für die Mehrschichtenfolie. R und RL sind die entsprechenden Kurven des Reflexionsvermögens, A und AL sind die Absorptionskurven vor bzw. nach dem Kaschieren. Dieses Filter weist ein 100 um (4 Millizoll) dikkes Trägermaterial aus Poly(ethylenterephthalat) (PET) auf, das eine direkt aufgetragene, 46 nm dicke dielektrische Grenzschicht aus Indiumoxid sowie eine 11,8 nm dicke Schicht aus durch Vakuumzerstäubung aufgetragenem Silber aufweist, über der eine weitere 46 nm dicke Grenzschicht aus Indiumoxid liegt. Die Schicht, auf die diese Folie aufkaschiert wird, ist eine zweite Folie aus PET.
Wie zu erkennen ist, führt das Kaschieren dazu, daß die Durchlässigkeit in dem sichtbaren Bereich deutlich abfällt, während sich die Durchlässigkeit für Energie im Infrarotbereich wesentlich erhöht. Der Tvis-Wert für das Filter sinkt von 82 % auf 70 %, wenn dieses kaschiert wird. Gleichzeitig fällt der Tsol-Wert nur von 62 % auf 55 %. Damit wird veranschaulicht, daß das Filter nicht vorzugsweise sichtbare Wellenlängen mit der Wirksamkeit hindurchläßt, wie es dies vor der Kaschierung tat. Diese Folie weist in kaschiertem Zustand einen Sonnenschutzfaktor von 0,67 auf. Dieser ist nur wenig höher als der von herkömmlichem Glas mit grünem Farbton.
In Fig. 11 sind vergleichbare Kurven für ein mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestelltes Filter mit zwei Metallschichten dargestellt. Bei diesem Filter werden die gleichen Materialien und die gleiche Kaschierungsschicht verwendet, die in dem in Fig. 8 dargestellten Filter verwendet werden. Die Filterschichten bestehen aus einer dielektrischen Schicht von 35 nm, einer Silberschicht von 10,7 nm, einer dielektrischen Schicht von 75 nm, einer Silberschicht von 10,7 nm und einer dielektrischen Schicht von 40 nm. Die Kurven sind wie in Fig. 10 bezeichnet. Aus den Kurven wird ein Vorteil erkennbar. In dem Infrarotbereich ist dieses Filter viel wirkungsvoller und verändert sich nicht wesentlich durch das Kaschieren. Werden die Tvis-, Tsol- und SC-Werte bestimmt, ist zu erkennen, daß der Abfall beim Tvis-Wert viel weniger ausgeprägt ist und tatsächlich relativ geringer als oder gleich wie der Abfall beim Tsol-Wert ist. (Der Tvis-Wert sank von 76 % auf 70 %; der Tsol-Wert sank von 45 % auf 40 %). Der SC-Wert für das Mehrschichtmaterial ist höher als 0,53.
In Fig. 2 werden die gleichen Werte für einen mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Filter mit drei durch Vakuumzerstäubung aufgetragenen, transparenten Metallschichten dargestellt. Bei diesem Filter werden die gleichen Materialien verwendet, die in den in Fig. 10 und Fig. 9 gekennzeichneten Filtern gekennzeichnet sind als eine Konstruktion aus einer dielektrischen Schicht von 35 nm, einer Silberschicht von 7 nm, einer dielektrischen Schicht von 65 nm, einer Silberschicht von 10 nm, einer dielektrischen Schicht von 70 nm, einer Silberschicht von 9 nm und einer dielektrischen Schicht von 35 nm. Bei diesem Filter ist der Abfall des Tvis-Wertes relativ geringer als der Abfall des Tsol-Wertes, so daß die Wirksamkeit des Filters durch das Kaschieren im wesentlichen unverändert blieb (der Tvis-Wert sank von 74 % auf 70 %, und der Tsol-Wert sank von 42 % auf 38 %). Fig. 13 ist eine grafische Darstellung mit vergrößertem Maßstab für die spektralen Eigenschaften eines aus 7 Schichten (3 Metallschichten) bestehenden Filters mit dieser Anordnung, die mit größerer Präzision wiederholt wird und die sehr guten spektralen Eigenschaften bestätigt, die erzielt werden.

Herstellungsverfahren

Die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Filter werden gefertigt, indem eine Reihe von einheitlichen, durchgehenden Schichten aus Metall und aus einem Dielektrikum nacheinander auf einen Träger aufgebracht werden. Diese Schichten können mit physikalischen Aufdampfungsverfahren, wie z.B. durch Wärmeverdampfung, durch Molekularstrahlepitaxie, durch Aufdampfung mittels Ionen, durch Zerstäubung und dergleichen sowie durch chemische Aufdampfungs- und durch Aufdampfungsverfahren mit Hilfe von Plasma aufgebracht werden. Die Metallschichten werden vorzugsweise durch Magnetronzerstäubung aufgebracht. Dieses Verfahren kann auch verwendet werden, um die dielektrischen Schichten aufzubringen, wenn diese aus den anorganischen Oxiden sind, die bevorzugt werden. Wichtig ist, daß mit diesem Verfahren erreicht wird, daß die verschiedenen Schichten, wie gewünscht, direkt und aneinandergrenzend übereinander und auf die Trägerschicht aufgetragen werden, ohne daß Keimbildungsschichten und dergleichen herangezogen werden.
Dieses Verfahren und die zur Herstellung der vorliegenden Materialien geeignete Apparatur sind beide im einzelnen beschrieben in dem US-Patent Nr. 4,204,942 von Charroudi.
Um die dielektrischen Materialien aufzutragen, kann eine chemische Beschichtung oder Aufdampfung erfolgen. Werden diese Verfahren angewandt, werden herkömmliche Verfahren zur Wärmeverdampfung, zur Elektronenstrahlverdampfung und zur chemischen Aufdampfung und dergleichen angewandt, die den Fachleuten in der Technik bekannt sind.

Beispiele

Auf Unterlagen aus Kunststoff wurden sieben mehrschichtige Filterstapel hergestellt. Für die Zwecke des Beispiels wurden diese als Proben A - G bezeichnet. Dann wurden diese Materialien mit Glasschichten verklebt oder zwischen Glasschichten kaschiert. In manchen Fällen waren die Endprodukte mit bruchfestmachenden Eigenschaften ausgestattet.

Konstruktionsmaterialien

Unterlage

Für die bruchfestmachenden Schichten, die auf die Seite ohne harte Überzugsschicht aufgetragen wurden, wurde ein Substrat aus Poly(ethylenterephthalat) (ICI 393) mit einer Dicke von 100 um (4 Millizoll) verwendet. Zur Herstellung der bruchfestmachenden Eigenschaften wurde eine Dicke von 100 um (4 Millizoll) benutzt. ICI 393 wurde gewählt, da dieses Material die Haftfähigkeit der harten Überzugsschicht maximierte. Gekapselte Überzüge wurden auf einer anderen, 100 um (4 Millizoll) dicken Schicht aus Polyester (American Hoechst 4600) (ohne harte Überzugsschicht) hergestellt. Die gekapselten, bruchfesten Proben wurden hergestellt, indem ein unbeschichtetes Stück ICI 393 auf eine gekapselte Probe aufkaschiert wurde.

Glas

Für alle Kaschierungen wurde ein 3 mm dickes, klares Floatglas verwendet. Bei mehreren späteren Wiederholungen wurden Kaschierungen mit Glas mit niedrigem Eisengehalt hergestellt, die Verbesserungen des Rsol-Wertes von mehreren Prozentpunkten aufwiesen.

Klebstoff

Für alle durch Zerstäubung aufgebrachten Folienkaschierungen, für die Werte dargestellt sind, wurden 381 um (15 Millizoll) dickes und 682 um (30 Millizoll) dickes PVB von Monsanto verwendet. Es wurden 381 um (15 Millizoll) dickes und 682 um (30 Millzoll) dickes PVB von DuPont untersucht und für optisch ähnlich befunden. Es wurden die Durchlässigkeitsspektra der Kaschierung ohne durch Zerstäubung aufgebrachte Überzüge gemessen, um die Variabilität der Absorption mit der Kaschierungstemperatur zu bestimmen. Die Kaschierungen wurden bei 198 ºC (280 ºF) und bei 214 ºC (300 ºF) hergestellt.

Beschichtung durch Zerstäubung

Als Dieletrikum bzw. als Metall wurden Indiumoxid und Silber verwendet. Die Überzüge wurden in einem Magnetzerstäubungsgerät aufgebracht.
Die Dicke der Filterschichten in den Proben A - G war so, wie in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 Dicke der Schichten in nm Probe Schicht
(Alle wurden mit einer Unterlage mit einer harten Überzugsschicht hergestellt). Tabelle 1 (Forts.) Dicke der Schichten in nm
(Alle wurden ohne harte Überzugsschicht auf der Unterlage hergestellt).
D&sub1; = Dielektrische Schicht1 1
M&sub1; = Metallschicht 1 usw.
Dann wurden diese sieben Filterstapel in Verglasungskonstruktionen nach der Darstellung in Fig. 9 eingebracht. A, B und C wurden in Konstruktionen nach der Darstellung in Fig. 9B eingebracht. D, E, F und G wurden zu Konstruktionen wie in Fig. 9A und 9C zusammengefügt.
Zusätzlich zu diesen Proben wurden drei Vergleichsproben von drei Mehrschichtverbundstoffen hergestellt. Eine war aus einem Verbundstoff aus Glas, 30 ml PVB und Glas, der keine durch Zerstäubung aufgebrachte Filterschicht aufwies und gängige Mehrschicht-Windschutzscheiben simulieren sollte. Die zweite war eine bruchfeste Ausführung wie 9B und war nur dadurch anders, daß sie keine durch Zerstäubung aufgetragene Folie besaß. Die dritte war eine Probe der Marke "Easy-Eye" aus absorbierendem Glas, die zu einer Anordnung aus Glas, PVB und Glas zusammengefügt wurde. Diese Proben wurden ebenfalls gemessen.
Die Werte der sichtbaren Durchlässigkeit und Reflexion wurden an einem Spectrogard-Gerät gemessen, wobei für die Materialien A - G mit und ohne Kaschierung und für die drei Vergleichsmaterialien die Normlichtart "A" verwendet wurde.

Feststellungen

Die Ergebnisse der Farbmessungen sind in Tabelle 2 angegeben. Diese Ergebnisse zeigen, daß mit der vorliegenden Erfindung Tvis-Werte von mehr als 70 % bei Farbneutralität erreicht werden können. Tabelle 2 Probe Tvis, % Rsol, % Farbeigenschaften von reflektiertem Licht Tabelle 2 (Forts.) Probe Tvis, % Rsol, % Farbeigenschaften von reflektiertem Licht Eingekapselt Bruchfest Easy Eye * vor dem Kaschieren
Diese Ergebnisse haben auch gezeigt, daß das Kaschieren der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Folien zu Verbundstoffen bessere Farbeigenschaften ergibt. Materialien, die vor dem Kaschieren vom Aspekt der Farbe her nicht akzeptabel waren, waren danach akzeptabel. Die Farbeigenchaften sind auch in Farbdiagrammen dargestellt, wie z.B. in Figur 14.
Fig. 14 zeigt ein Farbkoordinatensystem L*a*b* und weist die prinzipiellen Farben aus, die sie zusammen mit den a *- und b*-Werten für Materialien gemäß dieser Erfindung vor und nach dem Kaschieren darstellt, wie diese aus Tabelle 1 entnommen wurden. Wie zu sehen ist, wurden die Farbeigenschaften mit dem Kaschieren neutraler (das heißt, sie nähern sich mehr dem Punkt 0,0 des Koordinatensystems).
Außerdem wurde beobachtet, daß die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Materialien eine minimale Winkelempfindlichkeit aufwiesen, wenn die Reflexion von den Materialien in einer Vielzahl von Winkeln untersucht wurde. Das heißt, die Farbe der Reflexion änderte sich mit dem Winkel nicht.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines transparenten, infrarotreflektierenden Verbundstoffs (10, 24, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80), umfassend ein transparentes, aus einer Metallschicht und einer dielektrischen Schicht bestehendes, für sichtbares Licht durchlässiges, infrarotreflektierendes Fabry-Pérot-Interferenzfilter, das auf eine Seite eines transparenten Trägers (14) aufgebracht ist und mindestens zwei getrennte, diskrete, durchgehende transparente Metallschichten (16, 16', 16", 16"') umfaßt, die voneinander durch eine diskrete durchgehende Abstandsschicht (18) (18, 18', 18") aus einem Dielektrikum aus einem anorganischen Metalloxid, einer anorganischen Metallverbindung oder einem anorganischen Metallsalz getrennt sind; wobei jede transparente Metallschicht an die benachbarte Abstandsschicht aus einem Dielektrikum angrenzt und direkt auf diese aufgebracht ist; und wobei die Metallschicht und die dielektrische Schicht nacheinander auf den transparenten Träger (14) aufgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten durch Vakuumzerstäubung aufgebracht werden, ohne störende Keimbildungsschicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das sequentielle Auftragen das Auftragen von zwei oder mehr durchgehenden diskreten, durch Vakuumzerstäuben aufgebrachten transparenten Metallschichten (16, 16') umfaßt, von denen jede direkt sandwichartig zwischen durchgehenden Schichten (22, 18, 20) aus einem Dielektrikum angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Interferenzfilter eine Vielzahl von durchgehenden, direkt aneinandergrenzenden, übereinanderliegenden Schichten aufweist, die folgendes umfassen:

eine dielektrische Schicht (22),

eine diskrete, durch Vakuumzerstäuben aufgebrachte transparente Metallschicht (16),

ein oder mehrere Paare von Schichten, wobei jedes Paar eine dielektrische Abstandsschicht (18) (18', 18") (18, 18', 18") und eine diskrete, durch Vakuumzerstäuben aufgebrachte transparente Metallschicht (16') (16', 16") (16', 16", 16"') umfaßt, und

eine dielektrische äußere Schicht (20).

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Metallschichten in einer Dicke von 4 bis 40 nm und die dielektrischen Schichten in einer Dicke von 40 bis 200 nm aufgetragen werden, und bei dem die Metallschichten jeweils aus einem Metall bestehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Silber, Gold, Platin, Palladium, Aluminium, Kupfer und Nikkel und Legierungen derselben.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Metallschichten jeweils durch Vakuumzerstäuben von Silber aufgetragen werden und jeweils eine Dicke von 4 bis 17 nm besitzen, und bei dem die dielektrischen Schichten jeweils einen Brechungsindex von 1,75 bis 2,25 aufweisen, wobei die Abstandsschichten eine Dicke von 70 bis 100 nm und die äußeren Schichten eine Dicke von 30 nm bis 70 nm besitzen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Interferenzfilter (12) aus einem mehrschichtigen Stapel besteht, umfassend mindestens drei getrennte, durchgehende transparente Metallschichten (16, 16', 16") (16, 16', 16", 16"'), die voneinander durch diskrete durchgehende Schichten (18, 18') (18, 18', 18") aus einem Dielektrikum getrennt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend das Auftragen einer getrennten und diskreten durchgehenden Grenzschicht (20) aus einem Dielektrikum auf den mehrschichtigen Stapel.

8. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend das Auftragen von zwei getrennten und diskreten durchgehenden Grenzschichten (20, 22) aus einem Dielektrikum auf die Außenseite des Stapels.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 6 bis 8, bei dem in dem mehrschichtigen Stapel die transparenten Metallschichten so aufgetragen werden, daß sie an die anschließend aufgetragene dielektrische Schicht angrenzen und direkt auf dieser haften, ohne daß störende Keimbildungsschichten aufgetragen werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem eine harte Überzugsschicht (42) auf diejenige Seite des Trägers (14) aufgebracht wird, auf die das Filter (12) nicht aufgebracht ist.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Filter als aus sieben Schichten bestehendes Interferenzfilter aufgetragen wird, wobei jede der sieben Schichten eine durchgehende diskrete Schicht umfaßt, die durch Vakuumzerstäuben direkt angrenzend an benachbarte Schichten aufgetragen wurde, und wobei die erste (22), dritte (18), fünfte (18') und siebente (20) Schicht eine dielektrische Schicht ist, und die zweite (16), vierte (16') und sechste (16") Schicht eine transparente Metallschicht ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Verglasung bestehend aus einem transparenten Strukturfolienelement (81) mit zwei Seiten und einer Umfangskante, wobei auf eine der Seiten ein farbkorrigierter, infrarotreflektierender Verbundstoff aufgebracht ist, der mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 hergestellt wurde.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Metallschichten (16, 16', 16") jeweils durch Vakuumzerstäuben von Silber in einer Dicke von 4 bis 17 nm aufgetragen werden; bei dem die dielektrischen Schichten jeweils einen Brechungsindex von 1,75 bis 2,25 besitzen; und bei dem die Abstandsschichten (18, 18') aus dem dielektrischen Material eine Dicke von 70 bis 100 nm und die Grenzschichten (20, 22) aus dielektrischem Material eine Dicke von 30 bis 70 nm besitzen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Folienelement (72, 81) eine Kunststoffolie ist, und der Verbundstoff (70) direkt auf die Oberfläche der Kunststoffolie aufgebracht wird, und bei dem außerdem die Verglasung auf ein transparentes Substrat (82) aus Glas aufgebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Folienelement (72, 81) eine Kunststoffolie ist, und bei dem der Verbundstoff (70) auf die Oberfläche des Kunststoffmaterials aufgebracht wird, und bei dem außerdem die Verglasung zwischen zwei parallelen Lagen (81, 82) aus Kunststoffmaterial oder Glas aufkaschiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem Glas mit niedrigem Eisengehalt für die parallelen Lagen (81, 82) gewählt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend die Verwendung eines Kunststoffmaterials für den transparenten Träger (14).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, und außerdem das Aufbringen einer Schutzschicht (62, 72, 81) auf diejenige Seite des transparenten Trägers (14), die nicht mit dem transparenten, aus der Metallschicht und der dielektrischen Schicht bestehenden Filter versehen ist.