DE69708794T2

DE69708794T2 - Für den Sonnenschutz und/oder zur Wärmeisolierung dienende Verglasung bestehend aus einem mit dünnen Lagen mehrfach beschichtetem Substrat

Info

Publication number: DE69708794T2
Application number: DE69708794T
Authority: DE
Inventors: Ursula Heister; Norbert Huhn; Gerd Mathar
Original assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Current assignee: Saint Gobain Vitrage SA
Priority date: 1996-08-24
Filing date: 1997-08-21
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: DE19634272C1; DE69708794D1; EP0826641A2; EP0826641A3; ATE210099T1; EP0826641B1; ES2169331T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Glasscheibe mit mindestens einem transparenten Substrat, das mit einem Dünnschichtsystem versehen ist, das mindestens zwei insbesondere metallische Funktionsschichten mit Reflexionseigenschaften im Infrarotbereich und/oder im Bereich der Sonnenstrahlung umfasst, welche im Wechsel mit drei jeweils mindestens eine dielektrische Schicht umfassenden Beschichtungen angeordnet sind, wobei die aus dielektrischem Material bestehende Schicht der "inneren" Beschichtung eine optische Dicke zwischen 140 und 220 nm hat, insbesondere zwischen 152 und 200 nm.
Die Erfindung wird insbesondere für eine Verwendung als Windschutzscheibe für Automobile beschrieben, aber sie ist keineswegs auf eine solche Anwendung beschränkt.
Dünnschichtsysteme des oben erwähnten Typs sind in den Dokumenten EP 0 332 717 B1 und EP 0 432 219 B1 beschrieben. Sie sind von besonderem Interesse für die Anwendung bei Autoglasscheiben, denn sie erlauben die Herstellung von Glasscheiben, die eine hohe Gesamtenergiereflexion aufweisen und daher die Wärmeeinstrahlung in das Fahrzeug stark reduzieren, gleichzeitig aber eine hohe Transmission im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Windschutzscheiben zum Beispiel müssen eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von wenigstens 75% aufweisen. Gerade die Windschutzscheiben sind wegen ihrer großen Fläche für die Aufheizung des Fahrzeugs durch die Sonnenstrahlung mitverantwortlich. Folglich soll gleichzeitig mit ihrer angegebenen hohen Lichttransmission die Reflexionsdämpfung der Wärmestrahlung (Gesamtenergiereflexion) wenigstens etwa 30% betragen.
Wie aus der EP 0 332 717 B1 zu entnehmen ist, ist es zur Erreichung der für Windschutzscheiben erforderlichen optischen Werte notwendig, bestimmte Grenzen für die optische Dicke der dünnen Schichten einzuhalten. Dabei soll die Dicke der Silberschichten jeweils 6-12 nm, die Dicke der unteren und der oberen ZnO-Schicht jeweils gleich sein und jeweils 20-60 nm, und die Dicke der mittleren ZnO-Schicht 40-120 nm betragen. Außerhalb dieser Dickenbereiche für die einzelnen Schichten werden die erforderlichen Reflexions- und Transmissionswerte nicht erreicht. Durch Änderung der Dicke der verschiedenen Schichten innerhalb der genannten Grenzen läßt sich die Reflexionsfarbe variieren, wobei jedoch stets ein symmetrischer Schichtaufbau beibehalten wird. Insbesondere sind die geometrischen Dicken der unteren und der oberen ZnO-Schicht gleich und weisen höchstens einen Dickenunterschied von 25% auf.
Auch die EP 0 432 219 B1 befaßt sich mit der Herstellung von Mehrfachschichten der eingangs genannten Art mit einem optimalen Schichtaufbau für die Anwendung in Autoglasscheiben. Auch nach dieser Druckschrift sollen die untere und die obere ZnO-Schicht geometrisch gleich dick sein, und zwar jeweils 30-50 nm. Die bevorzugte Dicke der mittleren ZnO-Schicht soll 85 bis 110 nm betragen. Innerhalb dieses Schichtaufbaus mit grundsätzlich gleicher Dicke der unteren und der oberen ZnO-Schicht ist es aus dieser Druckschrift bekannt, die Reflexionsfarbe einerseits durch Änderung der geometrischen Dicken der ZnO-Schichten, andererseits aber auch durch Änderung der Dicke der beiden Silberschichten zu beeinflussen, indem insbesondere die zum Fahrgastraum gerichtete Silberschicht eine Dicke von 65-85% der Dicke der nach außen gerichteten Silberschicht aufweist. Im wesentlichen wird die Farbe jedoch in diesem Fall durch Veränderung der Dicke der mittleren ZnO-Schicht in dem gewünschten Sinn beeinflußt.
Es hat sich gezeigt, daß sich durch Variation der Schichtdicken innerhalb der bekannten Bereiche zwar unterschiedliche Farbvarianten des Schichtsystems herstellen lassen, daß es jedoch auf diese Weise nicht möglich ist, intensiv blau reflektierende Schichten herzustellen, die die weiter oben genannten Bedingungen bzgl. der Transmission und Reflexion erfüllen. Eine intensiv blaue Reflexionsfarbe kann aber wünschenswert sein, um sicherzustellen, daß der Farbeindruck einer solchen Windschutzscheibe mit dem Farbeindruck beispielsweise der benachbarten Seitenscheiben desselben Fahrzeugs harmoniert, wenn diese Seitenscheiben intensiv blau reflektieren. Eine intensiv blaue Reflexion läßt sich nämlich für Seitenscheiben mit dem bekannten Schichtaufbau erreichen, da Seitenscheiben nach den geltenden Normen im Gegensatz zu Windschutzscheiben eine Transmission von nur 70% aufzuweisen brauchen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Glasscheibe mit mindestens einem transparenten Substrat, das mit einem Dünnschichtsystem des oben erwähnten Typs versehen ist, vorzuschlagen, die einerseits eine intensiv blaue Reflexionsfarbe aufweist, andererseits aber gleichzeitig eine Transmission im sichtbaren Bereich von mehr als 70% und eine Gesamtenergiereflexion von wenigstens etwa 30% aufweist.
Die Erfindung hat als Gegenstand eine Glasscheibe mit mindestens einem transparenten Substrat mit einem Dünnschichtsystem, das mindestens zwei insbesondere metallische Funktionsschichten mit Reflexionseigenschaften im Infrarotbereich und/oder im Bereich der Sonnenstrahlung umfasst, welche im Wechsel mit drei jeweils mindestens eine dielektrische Schicht umfassenden Beschichtungen angeordnet sind, wobei die aus dielektrischem Material bestehende Schicht der "inneren" Beschichtung eine optische Dicke zwischen 140 und 220 nm hat, insbesondere zwischen 152 und 200 nm.
Die Erfindung besteht darin, dass die optische Dicke einer der beiden dielelektrischen Schichten der "äußeren" Beschichtungen mindestens gleich dem 1,8fachen, insbesondere zwischen dem 1,9fachen und dem 2,5fachen der Dicke der anderen dieser beiden Schichten beträgt.
Im Rahmen der Erfindung ist unter "innerer" Beschichtung die zwischen den beiden Funktionsschichten angeordnete Beschichtung zu verstehen.
Zugleich sind unter "äußeren" Beschichtungen die beidseits der Funktionsschichten angeordneten Beschichtungen zu verstehen, wobei die "äußere" untere Beschichtung die an die Oberfläche des Substrats grenzende und die "äußere" obere Beschichtung die auf der am weitesten von der Substratoberfläche entfernte Funktionsschicht ist.
Es sei schließlich daran erinnert, dass die optische Dicke das Produkt aus der geometrischen Dicke mit dem Brechungsindex der Schicht ist.
Vorteilhafterweise besteht mindestens eine der beiden Funktionsschichten aus Silber oder einer metallischen, Silber enthaltenden Legierung. Vorzugsweise beträgt die geometrische Dicke der Funktionsschichten weniger als 15 nm, vorzugsweise zwischen 8 und 10 nm.
Nach einer sehr vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst mindestens eine der Beschichtungen oberhalb einer der beiden Funktionsschichten eine dünne metallische, zumindest teiloxidierte Barriereschicht vorzugsweise einer Dicke von 0,5 bis 4 nm und insbesondere aus mindestens einem der Metalle Ti, Ta, Nb, Ni, Cr, Zn, Sn oder einer Legierung des Edelstahltyps oder Ni-Cr-Legierung. Diese Opferschicht genannte dünne metallische Sperrschicht schützt die metallische Funktionsschicht vor dem Kontakt mit Sauerstoff insbesondere beim Abscheiden der dielektrischen Schicht, wobei dieses Abscheiden im allgemeinen durch reaktives Kathodenzerstäuben in Gegenwart von Sauerstoff geschieht. Der Brechungsindex der dielektrischen Schichten kann zwischen 1,6 und 2,4, insbesondere zwischen 1,8 und 2, 2 betragen und ist bevorzugt gleich 1,95.
Vorzugsweise ist mindestens eine der drei dielektrischen Schichten eine Schicht auf Metalloxidbasis wie Bi&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, In&sub2;O&sub3;, ZnO, ITO, Ta&sub2;O&sub5;, Nb&sub2;O&sub5;, WO&sub3;, TiO&sub2; oder eine Schicht auf Siliziumbasis wie SiO&sub2;, SiOxCy, SiOxNy und/oder eine Schicht auf Nitridbasis des Typs Si&sub3;N&sub4;, AIN oder Mischnitrid SixAlyNz.
Noch weiter vorteilhaft ist mindestens eine der drei dielektrischen Schichten eine Schicht auf Zinkoxidbasis ZnO.
Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung hat die dielektrische Schicht der "inneren" Beschichtung eine geometrische Dicke zwischen 85 und 95 nm.
Aus technologischen Gründen kann es von Vorteil sein, dass die optische Dicke der dielektrischen Schicht der "äußeren oberen" Beschichtung mindestens 1,8 mal, insbesondere 1,9 bis 2,5 mal so groß ist wie die optische Dicke der dielektrischen Schicht der "äußeren unteren" Beschichtung.
Im Ergebnis ist die größte optische Dicke der der dielektrischen Schicht der "äußeren" Beschichtungen bestimmend für das Einstellen der Reflexionsfarbe. Es ist also möglich, diese während der Zerstäubung der letzten Schicht besser zu steuern und diesen Schritt der Zerstäubung zu unterbrechen, sobald das gewünschte kolorimetrische Reflexionsaussehen erreicht ist.
Das Substrat, auf dem das Dünnschichtsystem abgeschieden wird, kann mineralischer Art sein, insbesondere aus Glas. Es kann auch organischer Art sein, vorzugsweise auf Basis eines starren oder halbstarren Polymers des Typs Polycarbonat PC, Methylpolymethacrylat PMMA. Man kann das Dünnschichtsystem auch auf halbstarren oder weichen Substraten des Typs Polyethylenterephthalat (PET) abscheiden, die später durch Laminieren mit einem starren Substrat verbunden werden.
Das Substrat kann im wesentlichen eben oder gebogen sein. Man kann das unbeschichtete Substrat oder ein bereits mit dem erfindungsgemäßen Dünnschichtsystem beschichtetes Substrat biegen. Im letzteren Fall wird man darauf achten, dass die optische Qualität des Dünnschichtsystems bei der thermischen Behandlung erhalten bleibt.
Das Substrat kann als klares Material, des Typs Kalk-Natron-Silikat oder in der Masse gefärbt gewählt werden. (Wenn es klar ist, kann es jedoch mit einem Substrat aus in der Masse gefärbtem Glas verbunden werden, indem es zu einer Mehrfach- oder Verbundglasscheibe zusammengebaut wird).
Das mit einem Dünnschichtsystem versehene Substrat kann eine Verbundglasstruktur hat, insbesondere mit mindestens zwei transparenten Substraten des Glastyps, die durch eine mindestens eine aus thermoplastischem Material bestehende Folie, insbesondere auf PVB-Basis, getrennt sind.
Die erfindungsgemäße, vorstehend definierte Glasscheibe ist dadurch bemerkenswert, dass sie eine Lichttransmission TL von mindestens 75% und eine Gesamtenergiereflexion RE von mindestens 30% hat.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung als Automobilglasscheibe, insbesondere als Windschutzscheibe.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Für alle folgenden Beispiele sei präzisiert, dass die ZnO-Schicht einen Brechungsindex von nahe 1,95 hat.
Eine 2 mm dicke Floatglasscheibe wird nach dem Verfahren der magnetfeldunterstützten Kathodenzerstäubung auf einer Seite mit einem Dünnschichtsystem versehen (die geometrischen Dicken der einzelnen Schichten sind in Nanometern angegeben):
ZnO 28 nm
Ag 9,5 nm
Zn 1,5 nm
ZnO 90 nm
Ag 9,5 nm
Zn 1,5 nm
ZnO 61 nm
Die beschichtete Glasscheibe wird mit einer 0,76 mm dicken Polyvinylbutyralfolie und einer weiteren, unbeschichteten Floatglasscheibe von 2 mm Dicke zu einer Verbundglasscheibe verarbeitet, und zwar mit dem Schichtsystem nach innen. Die Farbmessungen werden an der fertigen Verbundglasscheibe vorgenommen, wobei die Einstrahlung des Lichts und die Farbmessung der reflektierten Strahlen auf der Seite der beschichteten Floatglasscheibe vorgenommen wird.
Die Messung der Transmission TL im sichtbaren Spektralbereich und der Gesamtenergiereflexion RE (Parry Moon/Airmass 2) erfolgt nach DIN 5033 und ISO 9050. Die Reflexionsfarbe wird ebenfalls nach DIN 5033 bestimmt, und zwar mit der Lichtart D&sub6;&sub5; unter einem Einstrahlungswinkel des Lichts von 10 Grad. Die Reflexionsfarbe wird dabei durch die Farbkoordinaten a*, b*, durch die dominante Wellenlänge und durch den Sättigungswert pe wiedergegeben.
Die Messungen ergeben folgende Werte:
TL 75,7%
RE 31,2%
a* - 3,33
b* - 25,62
Dominante Wellenlänge 477 um
pe 40,5%

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde eine ebenfalls 2 mm dicke Floatglasscheibe mit der gleichen Schichtenfolge innerhalb der bekannten Dickenbereiche der Einzelschichten nach dem gleichen Verfahren beschichtet derart, daß die Bedingungen bzgl. TL und RE erfüllt sind. Dieses Schichtsystem hatte folgende Dicken der einzelnen Schichten:
ZnO 32 nm
Ag 9,5 nm
Zn 1,5 nm
ZnO 90 nm
Ag 9,5 nm
Zn 1,5 nm
ZnO 32 nm
Die beschichtete Floatglasscheibe wurde wie im Fall des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels zu einer Verbundglasscheibe verarbeitet, an der die optischen Messungen durchgeführt wurden.
Die Messungen ergaben folgende Werte:
TL 75%
RE 29,4%
a* - 4,62
b* - 4,4
Dominante Wellenlänge 486,6 um
pe 11,3%
Die Meßwerte zeigen, daß bei mit dem Ausführungsbeispiel vergleichbaren Transmissions- und Reflexionswerten die Farbwerte stark unterschiedlich sind und die Schichten schwach grün-blau reflektieren.

Vergleichsbeispiel 2

Innerhalb der bekannten Dickenbereiche mit im wesentlichen symmetrischen Schichtaufbau werden die Schichtdicken variiert, um denselben Farbeindruck zu erzielen, wie er nach dem Ausführungsbeispiel erreicht wird. Dieser Schichtaufbau hatte folgende Dicken der einzelnen Schichten:
ZnO 58 nm
Ag 9,5 nm
Zn 1,5 nm
ZnO 110 nm
Ag 9,5 nm
Zn 1,5 nm
ZnO 58 nm
Die optischen Messungen ergaben folgende Werte:
TL 73,4%
RE 32,6%
a* - 2,65
b* - 36,99
Dominante Wellenlänge 476 um
pe 51,5%
Diese Werte zeigen, daß zwar eine vergleichbare Farbe erzielt wurde, daß aber die Transmission TL dabei unterhalb des für Windschutzscheiben geforderten Mindestwertes von 75% liegt.

Claims

1. Glasscheibe mit mindestens einem transparenten Substrat mit einem Dünnschichtsystem, das mindestens zwei insbesondere metallische Funktionsschichten mit Reflexionseigenschaften im Infrarotbereich und/oder im Bereich der Sonnenstrahlung umfasst, welche im Wechsel mit drei jeweils mindestens eine dielektrische Schicht umfassenden Beschichtungen angeordnet sind, wobei die aus dielektrischem Material bestehende Schicht der "inneren" Beschichtung eine optische Dicke zwischen 140 und 220 nm hat, insbesondere zwischen 152 und 200 nm, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Dicke einer der beiden dielelektrischen Schichten der "äußeren" Beschichtungen mindestens gleich dem 1,8fachen, insbesondere zwischen dem 1,9fachen und dem 2,5fachen der Dicke der anderen dieser beiden Schichten beträgt.

2. Glasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der beiden Funktionsschichten aus Silber oder einer metallischen, Silber enthaltenden Legierung besteht.

3. Glasscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Dicke der Funktionsschichten weniger als 15 nm, vorzugsweise zwischen 8 und 12 nm beträgt.

4. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Beschichtungen oberhalb einer der beiden Funktionsschichten eine dünne metallische, zumindest teiloxidierte Barriereschicht vorzugsweise einer Dicke von 0,5 bis 4 nm und insbesondere aus mindestens einem der Metalle Ti, Ta, Nb, Ni, Cr, Zn, Sn oder einer Legierung des Edelstahltyps oder Ni-Cr-Legierung umfasst.

5. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der dielektrischen Schichten zwischen 1,6 und 2,4, insbesondere zwischen 1,8 und 2,2 beträgt und bevorzugt gleich 1,95 ist.

6. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der drei dielektrischen Schichten eine Schicht auf Metalloxidbasis wie Bi&sub2;O&sub3;, SnO&sub2;, In&sub2;O&sub3;, ZnO, ITO, Ta&sub2;O&sub5;, Nb&sub2;O&sub5;, WO&sub3;, TiO&sub2; oder eine Schicht auf Siliziumbasis wie SiO&sub2;, SiOxCy, SiOXNy und/oder eine Schicht auf Nitridbasis des Typs Si&sub3;N&sub4;, AIN oder Mischnitrid SixAlyNz ist.

7. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der drei dielektrischen Schichten eine Schicht auf Zinkoxidbasis ZnO ist.

8. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht der "inneren" Beschichtung eine geometrische Dicke zwischen 85 und 95 nm hat.

9. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine der beiden dielektrischen Schichten der "äußeren" Beschichtungen eine geometrische Dicke zwischen 23 und 30 nm hat, und dass die andere dieser beiden Schichten eine geometrische Dicke zwischen 55 und 65 nm hat.

10. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Dicke der dielektrischen Schicht der "äußeren oberen" Beschichtung mindestens 1,8 mal, insbesondere 1,9 bis 2,5 mal so groß ist wie die optische Dicke der dielektrischen Schicht der "äußeren unteren" Beschichtung.

11. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verbundglasstruktur hat, insbesondere mit mindestens zwei transparenten Substraten des Glastyps, die durch eine mindestens eine aus thermoplastischem Material bestehende Folie, insbesondere auf PVB-Basis, getrennt sind.

12. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Lichttransmission TL von mindestens 75% und eine Gesamtenergiereflexion RE von mindestens 30% hat.

13. Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Automobilglasscheibe, insbesondere eine Windschutzscheibe, ist.