EP1769194A1 - Rückflächenspiegel - Google Patents

Rückflächenspiegel

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EP1769194A1
EP1769194A1 EP05741745A EP05741745A EP1769194A1 EP 1769194 A1 EP1769194 A1 EP 1769194A1 EP 05741745 A EP05741745 A EP 05741745A EP 05741745 A EP05741745 A EP 05741745A EP 1769194 A1 EP1769194 A1 EP 1769194A1
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rear surface
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silver
mirror according
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Withdrawn
Application number
EP05741745A
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French (fr)
Inventor
Michael Scheler
Wieland STÖCKL
Hein Uhlig
Norbert Kaiser
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    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension

Definitions

  • the present invention relates to a rear surface mirror, in particular a temperature-resistant silver-containing rear surface mirror.
  • Such mirrors are used in particular as a coating of glass panes before the thermal deformation / processing or spielmik as reflectors in lamps.
  • Silver has the highest reflection for visible light of all metals.
  • Rear surface reflectors for the visible spectral region therefore often consist of a glass substrate which is coated on one side with silver.
  • the light to be reflected enters the glass substrate through the uncoated or antireflected front surface, penetrates the glass substrate and is reflected on the silver-coated substrate rear surface.
  • the optical power (reflection) of a silver rear-surface reflector is in a very favorable ratio to its comparatively low production outlay.
  • Unprotected silver coatings are not resistant to climate, in particular in moist, oxygen- and sulfur-containing atmospheres, but corrode and turn dark.
  • the glass substrate protects the silver layer against climatic action and the air-side boundary surface of the silver layer can without regard to optical requirements with cover layers, topcoats or glued-on cover plates to be sealed.
  • the mechanical instability of silver layers is on the one hand their low hardness and scratch resistance and on the other hand their weak adhesion to glass.
  • the above-mentioned sealing measures often not only act as climate protection, but also as scratch protection for the silver reflector layer.
  • the adhesion of the silver layer on the substrate is to be improved, the substrate surface is coated with an adhesion-promoting intermediate layer before application of the silver layer.
  • this intermediate layer lies on the light incident side of the reflector, the choice of material and thickness of this layer is limited by the requirement that the intermediate layer may not significantly reduce the reflection. Satisfy the production costs, reflection and aging resistance of conventionally constructed silver-based rear-view mirrors, as long as these mirrors are not exposed to high temperatures.
  • a further limitation for the temperature stability of silver layers is given by its evaporation ge. Er ⁇ from the known vapor pressure of silver is a layer removal pays off in a vacuum at 650 0 C to 20 nm / hour. Although the evaporation rate of the atmosphere is considerably reduced by backscattering, at high temperatures the increasing silver evaporation should contribute substantially to the mass transport.
  • This object is achieved by the rear surface mirror according to claim 1.
  • Advantageous developments of the rear surface mirror according to the invention are given in the dependent claims. Uses of such rear surface mirrors are given in claim 12.
  • a rear surface mirror is produced in such a way that a silver layer is applied on the rear side on a substrate transparent to the light to be reflected, for example glass or quartz glass.
  • an underlayer which consists of a refractory oxide or contains this and has a higher melting point than the silver of the silver layer, is inserted between the substrate and the silver layer.
  • a cover layer is applied which consists of or contains a high-melting metal, in particular ruthenium, iridium, osmium, palladium, platinum, rhenium and / or rhodium. Particularly advantageous is a
  • Zirconium dioxide has a melting temperature of 2700 0 C and ruthenium has a melting temperature of 2300 0 C, so-that the melting temperature of the underlayer and the cover layer is higher than the melting temperature of the silver.
  • a thin adhesion-promoting Wolf ⁇ ram harsh having a melting temperature of 3400 0 C can be inserted between the silver layer and the cover layer.
  • the Ru ⁇ then used for the top layer is chemically extremely stable and is sitting among the precious metals, the greatest hardness. It is therefore particularly suitable for use as a cover layer.
  • the layer system is therefore constructed so that the silver layer is incorporated with a melting temperature of 961 0 C between two substantially higher melting layers which no Diffusionsef ⁇ at 600 0 C fect show and thus ren the silver layer stabilisie ⁇ .
  • the layer structure according to the invention has the high reflection and the low production costs of silver-based reflector systems, but is characterized by an extraordinarily high temperature stability compared with conventional silver-based reflector systems. Compared with other silver-based systems, at least twice the service life resulted consistently in comparative experiments with a completely undestroyed silver layer.
  • the single figure shows the layer structure of a back surface mirror, as used for quartz glass bulbs of halogen lamps with a power of 50 W.
  • a quartz glass bulb was used, to which a zirconia under layer 4 having a thickness of 10 nm was applied.
  • a silver layer 3 was applied with a thickness of 600 nm.
  • an adhesion-promoting tungsten layer 5 with a thickness of 65 nm and a ruthenium layer 6 with a thickness of 500 nm. All layers were applied by vacuum coating (sputtering or ion-supported vapor deposition).
  • the incident light Ia now penetrates the quartz glass bulb 2 and the zirconium dioxide lower layer 4 and is reflected on the surface of the silver layer 3 as reflected light 1.
  • the bulb of the halogen lamp warmed to more than 600 ° C.
  • the reflection of the rear surface mirror deposited thereon according to FIG. 1 was maintained over a period of operation of more than 2000 hours without any measurable impairment.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rückflächenspiegel mit einem für das zu reflektierende Licht transparenten Substrat (2) und einer auf seiner Rückseite aufgebrachten Silberschicht (3), wobei zwischen dem Substrat und der Silberschicht zumindest bereichsweise eine erste Zwischenschicht (4) als Unterschicht eingebracht ist, die aus einem hochschmelzenden Oxid besteht oder dieses enthält und einen höheren Schmelzpunkt als Silber aufweist, und auf der dem Substrat abgewandten Seite der Silberschicht zumindest bereichsweise eine weitere Deckschicht (6) aufgebracht ist, die aus einem der hochschmelzenden Metalle Ruthenium, Iridium, Osmium, Palladium, Platin, Rhenium und/oder Rhodium besteht oder diese enthält.

Description

Rückflächenspiegel
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rückflächen¬ spiegel, insbesondere einen temperaturbeständigen silberhaltigen Rückflächenspiegel. Derartige Spiegel werden insbesondere als Beschichtung von Glasscheiben vor der thermischen Verformung/Bearbeitung oder bei¬ spielsweise als Reflektoren in Lampen eingesetzt.
Silber hat von allen Metallen die höchste Reflexion für sichtbares Licht. Rückflächenreflektoren für das sichtbare Spektralgebiet bestehen daher vielfach aus einem Glassubstrat, das einseitig mit Silber be¬ schichtet ist. Das zu reflektierende Licht tritt beim Rückflächenreflektor durch die unbeschichtete oder entspiegelte Vorderfläche in das Glassubstrat ein, durchdringt das Glassubstrat und wird an der silber¬ beschichteten Substratrückfläche reflektiert. Die optische Leistung (Reflexion) eines Silber-Rück- flächenreflektors steht in einem sehr günstigen Ver¬ hältnis zu seinem vergleichsweise niedrigen Ferti¬ gungsaufwand.
Beschränkend wirken die geringe klimatische und me¬ chanische Stabilität von Silberschichten.
Insbesondere in feuchter, Sauerstoff- und Schwefel- wasserstoffhaltiger Atmosphäre sind ungeschützte Sil¬ berschichten nicht klimabeständig, sondern korrodie¬ ren und verfärben sich dunkel. Ein sehr weitgehender Schutz der Silberschicht gegenüber Klimaeinwirkung ist bei Silber-Rückflächenspiegeln Stand der Technik: Auf der Lichteintrittsseite schützt das Glassubstrat die Silberschicht vor Klimaeinwirkung und die luft- seitige Grenzfläche der Silberschicht kann ohne Rück¬ sicht auf optische Anforderungen mit Deckschichten, Decklacken oder aufgeklebten Deckscheiben versiegelt werden.
Die mechanische Instabilität von Silberschichten be¬ steht einerseits in ihrer geringen Härte und Kratz- festigkeit und andererseits in ihrer schwachen Haf- tung auf Glas. Die o.g. Versiegelungsmaßnahmen wirken vielfach nicht nur als Klimaschutz, sondern auch als Kratzschutz für die Silber-Reflektorschicht. Sofern die Haftung der Silberschicht auf dem Substrat ver¬ bessert werden soll, wird die Substratoberfläche vor Aufbringung der Silberschicht mit einer haftvermit¬ telnden Zwischenschicht belegt. Da diese Zwischen¬ schicht auf der Lichteinfallsseite des Reflektors liegt, ist die Wahl von Material und Dicke dieser Schicht allerdings eingeschränkt durch die Forderung, dass die Zwischenschicht die Reflexion nicht wesent¬ lich senken darf. Herstellungskosten, Reflexion und Alterungsbeständig¬ keit von herkömmlich aufgebauten Rückflächenspiegeln auf Silberbasis befriedigen, solange diese Spiegel nicht zu hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
Herkömmliche Rückflächenspiegel auf Silberbasis ver¬ sagen, wenn sie anhaltend hohen Temperaturen ausge¬ setzt werden.
Mit steigender Temperatur werden in Silberschichten Diffusionsprozesse aktiviert, die Silber so transpor¬ tieren, dass die Korngrößen zunehmen, Löcher und Ris¬ se in der Schicht entstehen und anwachsen, sodass ein zunehmender Teil der Substratfläche nicht mehr von Silber bedeckt ist, bis sich schließlich das Silber in voneinander isolierten Inseln zusammenballt (Ag¬ glomeration) und die Substratoberfläche nicht mehr zusammenhängend benetzt. Spätestens mit der Agglome- ration verliert die Silberschicht ihre hohe Reflexi¬ on. Diese Transportprozesse beschleunigen sich mit zunehmender Temperatur und oberhalb 600 0C erfolgt die Agglomeration von Silber-Einfachschichten inner¬ halb von wenigen Stunden.
Eine weitere Begrenzung für die Temperaturstabilität von Silberschichten ist durch dessen Verdampfung ge¬ geben. Aus dem bekannten Dampfdruck von Silber er¬ rechnet sich im Vakuum bei 650 0C ein Schichtabtrag um 20 nm/Stunde. Zwar wird die Abdampfrate an Atmo¬ sphäre durch Rückstreuung erheblich vermindert, bei hohen Temperaturen dürfte aber die zunehmende Silber¬ verdampfung wesentlich zum Massetransport beitragen.
In der Literatur sind Maßnahmen beschrieben, die die Beständigkeit von Silberschichten gegenüber hohen Temperaturen bis ca. 600 0C verbessern. Beschrieben sind Beimengungen zu den Silberschichten, sowie Un¬ terschichten oder Deckschichten.
Es ist plausibel, dass Beimengungen die Silberdiffu¬ sion behindern können und temperaturstabile Unter- und Deckschichten mit guter Adhäsion zum Silber die Benetzung der Grenzflächen stabilisieren. Mit einigen der beschriebenen Maßnahmen wurden silberbasierte Re- flektorschichten thermisch so stabil gemacht, dass sie Temperaturen bis etwa 700 0C mit einer Einwir¬ kungsdauer von Minuten bis zu wenigen Stunden ausge¬ setzt werden konnten (etwa zur Formgebung des Glas- substrates) .
Temperaturen deutlich oberhalb 700 0C erfordern den Ersatz von Silber durch temperaturbeständigere Re¬ flektormetalle, die aber weniger stark reflektieren.
Bei einem Reflektor, der mehr als 2000 Stunden ober¬ halb 1000 0C gearbeitet hat, wurde auf eine metalli¬ sche Reflektorschicht ganz verzichtet und die Refle¬ xion wurde durch ein dielektrisches Interferenzsystem aus hochschmelzenden Oxiden erzeugt,■ was gegenüber einem metallischen Reflektorschichtsystem wesentlich kostspieliger ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rückflächenspiegel zur Verfügung zu stellen, der zum Einen auf einem hochreflektierenden und kostengünsti¬ gen silberbasierten Reflektorschichtsystem beruht, zum Anderen jedoch sehr temperaturbeständig ist und beispielsweise über mehr als 2000 Stunden Temperatu¬ ren oberhalb 600 0C ohne Beeinträchtigung seiner Funktion ausgesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird durch den Rückflächenspiegel gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Rückflächenspiegels werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben. Verwendungen derarti- ger Rückflächenspiegel werden in Anspruch 12 gegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Rückflächenspiegel derart hergestellt, dass auf einem für das zu reflektierende Licht transparenten Substrat, beispielsweise Glas oder Quarzglas, auf der Rückseite eine Silberschicht aufgebracht wird. Zwischen dem Substrat und der Sil¬ berschicht wird jedoch eine Unterschicht eingefügt, die aus einem hochschmelzenden Oxid besteht bzw. die¬ ses enthält und einen höheren Schmelzpunkt als das Silber der Silberschicht aufweist . Auf der dem Sub¬ strat abgewandten Seite der Silberschicht wird eine Deckschicht aufgebracht, die aus einem hochschmelzen¬ den Metall, insbesondere Ruthenium, Iridium, Osmium, Palladium, Platin, Rhenium und/oder Rhodium besteht oder diese enthält. Besonders vorteilhaft ist eine
Kombination aus einer Unterschicht aus Zirkonoxid und einer Deckschicht aus Ruthenium. Mit einer derartigen hochbrechenden dielektrischen Schicht wie Zirkonoxid ist durch konstruktive Interferenz sogar eine Refle- xionserhöhung in ausgewählten Spektralbereichen mög¬ lich, während mit metallischen Unterschichten ledig¬ lich eine sehr geringe Dicke zulässig wäre, um die Reflexion des Rückflächenspiegels nicht drastisch zu senken.
Zirkondioxid hat eine Schmelztemperatur von 2700 0C und Ruthenium eine Schmelztemperatur von 2300 0C, so- dass die Schmelztemperatur der Unterschicht und der Deckschicht höher liegt als die Schmelztemperatur des Silbers. Vorteilhafterweise kann zwischen die Silberschicht und die Deckschicht eine dünne haftvermittelnde Wolf¬ ramschicht mit einer Schmelztemperatur von 3400 0C eingefügt werden.
Das vorzugsweise für die Deckschicht verwendete Ru¬ thenium ist chemisch außerordentlich stabil und be¬ sitzt unter den Edelmetallen die größte Härte. Es eignet sich also besonders für die Verwendung als Deckschicht.
Das SchichtSystem ist folglich so aufgebaut, dass die Silberschicht mit einer Schmelztemperatur von 961 0C zwischen zwei wesentlich höher schmelzenden Schichten eingelagert ist, die bei 600 0C keine Diffusionsef¬ fekte zeigen und damit die Silberschicht stabilisie¬ ren.
Der erfindungsgemäße Schichtaufbau besitzt die hohe Reflexion und die niedrigen Fertigungskosten silber¬ basierter Reflektorsysteme, ist aber gegenüber her¬ kömmlichen silberbasierten Reflektorsystemen durch eine außergewöhnlich hohe Temperaturstabilität ausge¬ zeichnet. Verglichen mit anderen silberbasierten Sys- temen ergab sich in Vergleichsversuchen bei völlig unzerstδrter Silberschicht durchgängig mindestens die doppelte Standzeit.
Im Folgenden wird nun ein Beispiel eines erfindungs- gemäßen Rückflächenspiegels beschrieben.
Es zeigt die einzige Figur den Schichtaufbau eines Rückflächenspiegels, wie er für Quarzglaskolben von Halogenlampen mit einer Leistung von 50 W verwendet wurde. Als Substrat 2 wurde ein Quarzglaskolben verwendet, auf den eine Zirkondioxid-Unterschicht 4 mit einer Dicke von 10 nm aufgebracht wurde. Auf diese Zirkon¬ dioxid-Unterschicht 4 wurde eine Silberschicht 3 mit einer Dicke von 600 nm aufgebracht. Dieser folgt eine haftvermittelnde Wolframschicht 5 mit einer Dicke von 65 nm und eine Rutheniumschicht 6 mit einer Dicke von 500 nm. Sämtliche Schichten wurden durch Vakuumbe- schichtung (Sputtern bzw. ionengestützte Aufdampfung) aufgebracht.
Das einfallende Licht Ia durchdringt nun den Quarz¬ glaskolben 2 und die Zirkondioxid-Unterschicht 4 und wird an der Oberfläche der Silberschicht 3 als re- flektiertes Licht 1 reflektiert.
Im Betrieb erwärmte sich der Kolben der Halogenlampe auf über 600 0C. Die Reflexion des darauf abgeschie¬ denen Rückflächenspiegels gemäß Figur 1 blieb über eine Betriebsdauer von mehr als 2000 Stunden ohne messbare Beeinträchtigung erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Rückflächenspiegel mit einem für das zu reflek- tierende Licht transparenten Substrat und einer auf seiner Rückseite aufgebrachten Silber¬ schicht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen dem Substrat und der Silberschicht zumindest bereichsweise eine erste Zwischen¬ schicht- als Unterschicht eingebracht ist, die aus einem hochschmelzenden Oxid besteht oder dieses enthält und einen höheren Schmelzpunkt als Silber aufweist, und auf der dem Substrat abgewandten Seite der
Silberschicht zumindest bereichsweise eine wei¬ tere Deckschicht aufgebracht ist, die aus einem der hochschmelzenden Metalle Ruthenium, Iridium, Osmium, Palladium, Platin, Rhenium und/oder Rho- dium besteht oder diese enthält.
2. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ma¬ terial der ersten Zwischenschicht Zirkondioxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Titan- oxid, Tantaloxid, Nioboxid, Ceroxid, Magnesium¬ oxid und/oder Zinkoxid ist oder enthält.
3. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ma¬ terial der ersten Zwischenschicht ein dielektri- sches Material ist oder enthält.
4. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ers¬ te Zwischenschicht eine Dicke zwischen 1 nm und 100 nm, vorzugsweise zwischen 5 nm und 20 nra, vorzugsweise von 10 nm aufweist.
5. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht eine Dicke zwischen 1 nm und
2000 nm, vorzugsweise zwischen 100 nm und 1000 nm, vorzugsweise von 500 nm aufweist.
6. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ma- terial der ersten Zwischenschicht Zirkondioxid und das Material der Deckschicht Ruthenium ist oder enthält.
7. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die SiI- berschicht eine Dicke zwischen 1 nm und 2000 nm, vorzugsweise zwischen 100 nm und 1000 nm, vor¬ zugsweise von 600 nm aufweist.
8. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Silberschicht und der Deckschicht eine Haft- vermittlungsschicht angeordnet ist.
9. Rückflächenspiegel nach dem vorhergehenden An¬ spruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Haft¬ vermittlungsschicht aus Wolfram besteht oder dieses enthält.
10. Rückflächenspiegel nach einem der beiden vorher¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht eine Dicke zwischen 1 nm und 200 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 100 nm, vorzugsweise von 65 nm aufweist.
11. Rückflächenspiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sub¬ strat Glas, temperaturbeständiges Glas und/oder Quarzglas ist oder enthält .
12. Verwendung eines Rückflächenspiegels nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf Glasscheiben zur thermischen Verformung oder Bearbeitung oder als Reflektor einer Lampe.
EP05741745A 2004-07-16 2005-05-17 Rückflächenspiegel Withdrawn EP1769194A1 (de)

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DE102004034369A DE102004034369B4 (de) 2004-07-16 2004-07-16 Halogenlampe
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EP05741745A Withdrawn EP1769194A1 (de) 2004-07-16 2005-05-17 Rückflächenspiegel

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US (1) US20080096010A1 (de)
EP (1) EP1769194A1 (de)
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