EP3613257A1

EP3613257A1 - Scheibe mit beheizbarer tco-beschichtung

Info

Publication number: EP3613257A1
Application number: EP18710494.8A
Authority: EP
Inventors: Jan Hagen; Dagmar SCHAEFER; Florent CREUTIN
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2020-02-26
Also published as: KR102269500B1; WO2018192727A1; US20210204366A1; CN110506448A; BR112019013411B1; CO2019007673A2; MX2019012371A; KR20190124292A; CA3058945A1; JP2020515492A; CA3058945C; JP6923671B2; BR112019013411A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheibe mit beheizbarer Beschichtung, umfassend ein Substrat (1) und eine beheizbare Beschichtung (2) auf einer exponierten Oberfläche des Substrats (1), welche mindestens umfasst: - eine elektrisch leitfähige Schicht (4), die ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (TCO) enthält und eine Dicke von 1 nm bis 40 nm aufweist, und - oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht (4) eine dielektrische Barriereschicht (5) zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion, welche ein Metall, ein Nitrid oder ein Carbid enthält und eine Dicke von 1 nm bis 20 nm aufweist, wobei die Scheibe eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70% aufweist und die Beschichtung (2) einen Flächenwiderstand von 50 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat aufweist.

Description

Scheibe mit beheizbarer TCO-Beschichtung

Die Erfindung betrifft eine Scheibe mit einer beheizbaren Beschichtung, sowie deren Herstellung und Verwendung.

Glasscheiben, die mittels im Wesentlichen transparenter Beschichtungen beheizbar sind, sind an sich bekannt. Häufig enthält die beheizbare Beschichtung eine elektrisch leitfähige Silberschicht, auf der die Heizwirkung beruht, sowie weitere, dielektrische Schichten, wie beispielsweise Antireflexionsschichten, Blocker- oder Barriereschichten. Der Nachteil von silberhaltigen Beschichtungen ist deren hohe Korrosionsanfälligkeit, weshalb die Beschichtungen nur auf versiegelten Oberflächen der Glasscheibe eingesetzt werden können, die keinen Kontakt zur umgebenden Atmosphäre haben. So können silberhaltige Beschichtungen beispielsweise auf den inneren Oberflächen von Verbundgläsern oder Isolierglaseinheiten verwendet werden.

Als weniger korrosionsanfällige Alternative sind auch beheizbare Beschichtungen auf Basis von transparenten leitfähigen Oxiden (TCO) bekannt. Diese können auch auf den exponierten, der Atmosphäre ausgesetzten Oberflächen der Glasscheiben eingesetzt werden. Aufgrund der geringeren Leitfähigkeit der TCOs im Vergleich zu Silber war man bislang der Ansicht, dass die TCO-Schichten relativ dick ausgebildet werden müssen, um eine geeignete Heizleistung zu erzielen. Dadurch werden allerdings die Produktionskosten der Glasscheiben drastisch gesteigert. Beheizbare Beschichtungen auf TCO-Basis sind beispielsweise aus WO2012168628A1 , WO2007018951A1 , US5852284A und US2004214010A1 bekannt.

WO2015091016 offenbart eine Fahrzeugscheibe, mit einer elektrisch beheizbaren Beschichtung. Die Beschichtung enthält bevorzugt Silberschichten, als Alternative sind aber auch transparente leitfähige Oxide genannt. Die Scheibe ist bevorzugt eine Windschutzscheibe, also Verbundscheibe, wobei die beheizbare Beschichtung auf einer inneren Oberfläche angeordnet ist, wo sie vor der umgebenden Atmosphäre geschützt ist.

WO2007018951A1 offenbart eine Scheibe mit einer TCO-Beschichtung. Oberhalb der TCO-Schicht ist eine Barriereschicht aus Siliziumnitrid angeordnet, welche die TCO- Schicht vor Oxidation während eines Temperprozesses schützen soll. Eine geeignete oder notwendige Dicke der Barriereschicht ist nicht offenbart.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Scheibe mit beheizbarer Beschichtung bereitzustellen, die auf den exponierten Oberflächen der Glasscheibe eingesetzt werden kann und günstig herzustellen ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Scheibe mit beheizbarer Beschichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die erfindungsgemäße Scheibe mit beheizbarer Beschichtung umfasst ein Substrat und eine beheizbare Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats. Die beheizbare Beschichtung umfasst mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht und oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht eine dielektrische Barriereschicht zur Regulierung von S a u erstoff d iff u s i o n .

Die erfindungsgemäße Scheibe ist bevorzugt als Fensterscheibe, insbesondere Gebäude-Fensterscheibe, als Kühlschranktür, als Ofentür, als Trennwand oder als Badezimmerspiegel vorgesehen. Durch die Heizwirkung kann die Scheibe zu einer Erwärmung der räumlichen Umgebung führen und sie kann von Kondensation oder Vereisung befreit werden, was bei diesen Anwendungen eine besonders vorteilhafte Wirkung entfaltet. Die erfindungsgemäße Beschichtung zeichnet sich insbesondere durch die sehr dünne leitfähige TCO-Schicht aus. Die Erfinder haben überraschend erkannt, dass auch damit unter Verwendung üblicher Versorgungsspannungen eine hinreichende Heizwirkung erreicht werden kann. Die Produktionskosten werden durch den geringen Materialeinsatz signifikant reduziert. Das ist ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung.

Die erfindungsgemäße Scheibe weist eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 % auf. Unter dem sichtbaren Spektralbereich wird der Spektralbereich von 400 nm bis 750 nm verstanden. Die Transmission wird bevorzugt gemäß Norm DIN EN 410 bestimmt. Die Beschichtung weist einen Flächenwiderstand von 50 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat auf, bevorzugt von 50 Ohm/Quadrat bis 100 Ohm/Quadrat. Ein solcher Flächenwiderstand ist mit den erfindungsgemäß dünnen TCO-Schichten erreichbar und führt zu einer geeigneten Heizleistung mit üblichen Betriebsspannungen.

Das Substrat ist aus einem transparenten, elektrisch isolierenden, insbesondere starren Werkstoff gefertigt, vorzugsweise aus Glas oder Kunststoff. Das Substrat enthält in einer bevorzugten Ausgestaltung Kalk-Natron-Glas, kann aber grundsätzlich auch andere Glassorten enthalten, beispielsweise Borsilikatglas oder Quarzglas. Das Substrat enthält in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Das Substrat weist bevorzugt eine Dicke von 1 mm bis 20 mm auf, typischerweise von 2 mm bis 5 mm. Das Substrat kann plan oder auch gebogen ausgebildet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Substrat eine thermisch vorgespannte Glasscheibe.

Die Beschichtung kann auf einer exponierten Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Darunter wird eine Oberfläche verstanden, die zugänglich ist und direkten Kontakt zur umgebenden Atmosphäre hat. Die Beschichtung ist hierfür ausreichend korrosionsbeständig. Die Beschichtung kann aber auch auf einer nicht-exponierten Oberfläche aufgebracht sein, beispielsweise auf einer der nicht zugänglichen, inneren Oberflächen eines Verbundglases oder Isolierglases. Das kann vorteilhaft sein, um Personen am Berühren der Beschichtung zu hindern, was in Abhängigkeit von der Betriebsspannung zu einem Stromschlag führen könnte.

Bevorzugt ist die Anwendung der Beschichtung auf einer exponierten Oberfläche des Substrats, denn der Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtung ist ihre Korrosionsbeständigkeit, die einen solchen Einsatz erst möglich macht. Damit werden neue Anwendungen für heizbare Beschichtungen bereitgestellt. Die exponierte Oberfläche ist in Einbaulage zugänglich, kann also beispielsweise berührt werden, und hat direkten Kontakt zur umgebenden Atmosphäre. Ist die erfindungsgemäße Scheibe Teil einer Scheibenanordnung, die neben der erfindungsgemäßen Scheibe mindestens eine weitere Scheibe umfasst, wie einer Verbundscheibe oder einer Isolierglaseinheit, so ist die exponierte Oberfläche der erfindungsgemäßen von allen weiteren Scheiben der Scheibenanordnung abgewandt. Bei Verbundscheiben ist die erfindungsgemäße Scheibe mit einer oder mehreren weiteren Scheiben über jeweils eine thermoplastische Zwischenschicht laminiert. Bei Isolierglaseinheiten ist die erfindungsgemäße Scheibe mit einer oder mehreren weiteren Scheiben über jeweils einen peripheren, umlaufenden Abstandshalten verbunden, so dass sich jeweils ein gasgefüllter oder evakuierter Zwischenraum zwischen den Scheiben ergibt. Im Falle einer Verbundscheibe ist die exponierte Oberfläche also nicht der thermoplastischen Zwischenschicht und der anderen Scheibe zugewandt, sondern davon abgewandt. Im Falle einer Isolierglaseinheit ist die exponierte Oberfläche also nicht dem Zwischenraum und der anderen Scheibe zugewandt, sondern davon abgewandt. Umfasst die Scheibenanordnung mehr als zwei Scheiben, so versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Scheibe eine randständige Scheibe sein muss, denn nur diese weisen eine exponierte Oberfläche auf.

Ist eine erste Schicht oberhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die erste Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die zweite Schicht. Ist eine erste Schicht unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet ist, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung, dass die zweite Schicht weiter vom Substrat entfernt angeordnet ist als die erste Schicht. Ist eine erste Schicht oberhalb oder unterhalb einer zweiten Schicht angeordnet, so bedeutet dies im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise, dass sich die erste und die zweite Schicht in direktem Kontakt miteinander befinden. Es können eine oder mehrere weitere Schichten zwischen der ersten und der zweiten Schicht angeordnet sein, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen wird.

Die Beschichtung ist typischerweise vollflächig auf der Substratoberfläche aufgebracht, eventuell mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs und/oder anderer lokal begrenzter Bereich, die beispielsweise zur Datenübertragung dienen können. Die Beschichtung kann auch durch beschichtungsfreie Linien strukturiert sein, durch die der Stromfluss geeignet gelenkt werden kann. Der beschichtete Anteil der Substratoberfläche beträgt bevorzugt mindestens 90%.

Enthält eine Schicht oder ein sonstiges Element zumindest ein Material, so schließt das im Sinne der Erfindung den Fall ein, dass die Schicht aus dem Material besteht, was grundsätzlich auch bevorzugt ist. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verbindungen, insbesondere Oxide, Nitride und Carbide können grundsätzlich stöchiometrisch, unterstöchiometrisch oder überstöchiometrisch sein, auch wenn dem besseren Verständnis halber die stöchiometrischen Summenformeln erwähnt werden. Die angegebenen Werte für Brechungsindizes sind bei einer Wellenlänge von 550 nm gemessen.

Die elektrisch leitfähige Schicht enthält erfindungsgemäß zumindest ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (TCO, transparent conductive oxide) und weist eine Dicke von 1 nm bis 40 nm auf, bevorzugt von 10 nm bis 35 nm. Selbst mit diesen geringen Dicken kann eine hinreichende Heizwirkung bei angepasster Spannung erreicht werden. Die leitfähige Schicht enthält bevorzugt Indium-Zinnoxid (ITO, indium tin oxide), was sich besonders bewährt hat, insbesondere aufgrund eines geringen spezifischen Widerstands und einer geringen Streuung hinsichtlich des Flächenwiderstands. Dadurch wird eine sehr gleichmäßige Heizwirkung sichergestellt. Die leitfähige Schicht kann alternativ aber auch beispielsweise Indium-Zink-Mischoxid (IZO), Gallium-dotiertes Zinnoxid (GZO), Fluor-dotiertes Zinnoxid (Sn0₂:F) oder Antimon-dotiertes Zinnoxid (Sn0₂:Sb) enthalten. Der Brechungsindex des transparenten, elektrisch leitfähigen Oxids beträgt bevorzugt von 1 ,7 bis 2,3.

Es hat sich gezeigt, dass der Sauerstoffgehalt der elektrisch leitfähigen Schicht einen wesentlichen Einfluss auf deren Eigenschaften hat, insbesondere auf die Transparenz und Leitfähigkeit. Die Herstellung der Scheibe umfasst typischerweise eine Temperaturbehandlung, wobei Sauerstoff zur leitfähigen Schicht diffundieren und diese oxidieren kann. Die erfindungsgemäße dielektrische Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion dient dazu, die Sauerstoffzufuhr auf ein optimales Maß einzustellen.

Die dielektrische Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion enthält zumindest ein Metall, ein Nitrid oder ein Carbid. Die Barriereschicht kann beispielsweise Titan, Chrom, Nickel, Zirkonium, Hafnium, Niob, Tantal oder Wolfram enthalten oder ein Nitrid oder Carbid von Wolfram, Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Chrom, Titan, Silizium oder Aluminium. In einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die Barriereschicht Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Siliziumcarbid, insbesondere Siliziumnitrid (Si₃N₄), womit besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Das Siliziumnitrid kann Dotierungen aufweisen und ist in einer bevorzugten Weiterbildung mit Aluminium (Si₃N₄:AI), mit Zirkonium (Si₃N₄:Zr) oder mit Bor dotiert (Si₃N₄:B). Bei einer Temperaturbehandlung nach dem Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtung kann das Siliziumnitrid teilweise oxidiert werden. Eine als Si₃N₄ abgeschiedene Barrriereschicht enthält dann nach der Temperaturbehandlung Si_xN_yO_z, wobei der Sauerstoffgehalt typischerweise von 0 Atom-% bis 35 Atom-% beträgt.

Die Dicke der Barriereschicht beträgt bevorzugt von 1 nm bis 20 nm. In diesem Bereich werden besonders gute Ergebnisse erzielt, ist die Barriereschicht dünner, so zeigt sie keine oder eine zu geringe Wirkung. Ist die Barriereschicht dicker, so kann es problematisch sein, die darunterliegende leitfähige Schicht elektrisch zu kontaktieren, beispielsweise mittels einer auf die Barriereschicht aufgebrachten Sammelschiene (busbar). Die Dicke der Barriereschicht beträgt besonders bevorzugt von 2 nm bis 10 nm. Damit wird der Sauerstoffgehalt der leitfähigen Schicht besonders vorteilhaft reguliert.

Die erfindungsgemäße beheizbare Beschichtung umfasst in einer vorteilhaften Ausgestaltung unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht eine optische Anpassungsschicht. Sie weist bevorzugt eine Schichtdicke von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 30 nm auf.

Die erfindungsgemäße beheizbare Beschichtung umfasst in einer vorteilhaften Ausgestaltung oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht eine Antireflexionsschicht. Sie weist bevorzugt eine Schichtdicke von 10 nm bis 100 nm, besonders bevorzugt von 15 nm bis 50 nm auf.

Die optische Anpassungsschicht und die Antireflexionsschicht bewirken insbesondere vorteilhafte optische Eigenschaften der Scheibe. So setzten sie den Reflexionsgrad herab und erhöhen dadurch die Transparenz der Scheibe und stellen einen neutralen Farbeindruck sicher. Die optische Anpassungsschicht und/oder die Antireflexionsschicht weisen einen geringeren Brechungsindex auf als die elektrisch leitfähige Schicht, bevorzugt einen Brechungsindex von 1 ,3 bis 1 ,8. Die optische Anpassungsschicht und/oder die Antireflexionsschicht enthalten bevorzugt ein Oxid, besonders bevorzugt Siliziumoxid. Das Siliziumoxid kann Dotierungen aufweisen und ist bevorzugt mit Aluminium (Si0₂:AI), mit Bor (Si0₂:B) oder mit Zirkonium dotiert (Si0₂:Zr). Die Schichten können alternativ aber auch beispielsweise Aluminiumoxid (Al₂0₃) enthalten. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Beschichtung unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht, und gegebenenfalls unterhalb der optischen Anpassungsschicht, eine Blockerschicht gegen Alkalidiffusion. Durch die Blockerschicht wird die Diffusion von Alkali-Ionen aus dem Glassubstrat in das Schichtsystem reduziert oder unterbunden. Alkali-Ionen können die Eigenschaften der Beschichtung negativ beeinflussen. Die Blockerschicht enthält bevorzugt ein Nitrid oder ein Carbid, beispielsweise von Wolfram, Niob, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Titan, Silizium oder Aluminium, besonders bevorzugt Siliziumnitrid (Si₃N₄), womit besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Das Siliziumnitrid kann Dotierungen aufweisen und ist in einer bevorzugten Weiterbildung mit Aluminium (Si₃N₄:AI), mit Zirkonium (Si₃N₄:Zr) oder mit Bor dotiert (Si₃N₄:B). Die Dicke der Blockerschicht beträgt bevorzugt von 5 nm bis 50 nm, besonders bevorzugt von 5 nm bis 30 nm.

Die Beschichtung ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung mit Stromsammeischienen (Busbars) versehen, welche mit den Polen einer Spannungsquelle verbindbar sind, um möglichst über die gesamte Scheibenbreite, oder zumindest einen Großteil der Scheibenbreite, Strom in die Beschichtung einzuleiten. Die Stromsammeischienen sind bevorzugt als aufgedruckte und eingebrannte Leiter ausgebildet, die zumindest ein Metall enthalten, bevorzugt Silber. Die elektrische Leitfähigkeit wird bevorzugt über Metallpartikel, enthalten im Sammelleiter, besonders bevorzugt über Silberpartikel, realisiert. Die Metallpartikel können sich in einer organischen und/oder anorganischen Matrix wie Pasten oder Tinten befinden, bevorzugt als gebrannte Siebdruckpaste mit Glasfritten. Die Schichtdicke der aufgedruckten Stromsammeischienen beträgt bevorzugt von 5 μηη bis 40 μηη, besonders bevorzugt von 10 μηη bis 20 μηη. Aufgedruckte Stromsammeischienen mit diesen Dicken sind technisch einfach zu realisieren und weisen eine vorteilhafte Stromtragfähigkeit auf. In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung sind die Stromsammeischienen als Streifen einer elektrisch leitfähigen Folie ausgebildet, insbesondere einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie oder Aluminiumfolie. Die Folienstreifen können aufgelegt oder aufgeklebt werden. Die Dicke der Folie beträgt bevorzugt von 30 μηη bis 200 μηη.

Die Spannungsquelle, mit der die Scheibe bestimmungsgemäß verbunden werden soll, weist bevorzugt eine Spannung von 40 V bis 250 V auf. Wenn die Scheibe mit diesen Spannungen betrieben wird, werden gute Heizleistungen erreicht, mit denen die Scheibe zügig von Kondensation und Eis befreit werden kann. In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Spannung von 210 V bis 250 V, beispielsweise 220 V bis 230 V. Die Scheibe kann dann mit der normalen Netzspannung betrieben werden, was besonders für eine Heizleistung geeignet ist, mit der die Scheibe zügig von Kondensation oder Vereisung befreit werden kann. In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Spannung von 40 V bis 55 V, beispielsweise 48 V. Solche Spannungen sind unkritisch bei direkter Berührung durch eine Person, so dass die Beschichtung auf einer exponierten Oberfläche angeordnet sein kann. Mit der geringeren Betriebsspannung geht eine geringere Heizleistung einher, die aber in Abhängigkeit von der Anwendung ausreichend sein kann, beispielsweise um einen sogenannten Kalte-Wand-Effekt (cold wall effect, Wärmesenke) eines Fensters oder einer Innenraum-Trennwand zu verhindern. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Scheibe mit einer Spannungsquelle von 40 V bis 250 V, insbesondere von 40 V bis 55 V oder von 210 V bis 250 V, verbunden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht die Beschichtung nur aus den beschriebenen Schichten und enthält keine weiteren Schichten.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Scheibe Teil einer Isolierglaseinheit. Die Erfindung umfasst auch eine solche Isolierglaseinheit, umfasst die erfindungsgemäße Scheibe und zumindest eine weitere Scheibe. Die weitere Scheibe muss nicht erfindungsgemäß ausgebildet sein, muss also keine beheizbare Beschichtung auf ihrer exponierten Oberfläche tragen. Die erfindungsgemäße Scheibe und die mindestens eine weitere Scheibe sind über einen peripheren, bevorzugt umlaufenden Abstandshalter verbunden, so dass zwischen den Scheiben ein Zwischenraum ausgebildet ist, der gasgefüllt oder evakuiert sein kann.

Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Scheibe mit beheizbarer Beschichtung, wobei

(a) auf eine Oberfläche eines Substrats nacheinander zumindest

- eine elektrisch leifähige Schicht, die ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid enthält und eine Dicke von 1 nm bis 40 nm aufweist, und

- eine dielektrische Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion, welche zumindest ein Metall, ein Nitrid oder ein Carbid enthält,

aufgebracht werden; (b) das Substrat mit der Beschichtung einer Temperaturbehandlung bei mindestens 100°C unterzogen wird, wonach die Scheibe eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 % aufweist und die Beschichtung einen Flächenwiderstand von 50 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat aufweist.

Die Scheibe wird bevorzugt nach dem Aufbringen der beheizbaren Beschichtung einer Temperaturbehandlung unterzogen, durch die insbesondere die Kristallinität der funktionellen Schicht verbessert Wird. Die Temperaturbehandlung erfolgt bevorzugt bei mindestens 300°C. Die Temperaturbehandlung verringert insbesondere den Flächenwiderstand der Beschichtung. Außerdem werden die optischen Eigenschaften der Scheibe deutlich verbessert.

Die Temperaturbehandlung kann auf verschiedene Arten erfolgen, beispielsweise durch Erwärmen der Scheibe mittels eines Ofens oder eines Heizstrahlers. Alternativ kann die Temperaturbehandlung auch durch Bestrahlung mit Licht erfolgen, beispielsweise mit einer Lampe oder einem Laser als Lichtquelle.

In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die Temperaturbehandlung im Falle eines Glassubstrats im Rahmen eines thermischen Vorspannprozesses. Dabei wird das erwärmte Substrat mit einem Luftstrom beaufschlagt, wobei es rasch abgekühlt wird. Es bilden sich Druckspannungen an der Scheibenoberfläche und Zugspannungen im Scheibenkern aus. Die charakteristische Spannungsverteilung erhöht die Bruchfestigkeit der Glasscheiben. Dem Vorspannen kann auch ein Biegeprozess vorangehen.

Vor oder nach dem Aufbringen der beheizbaren Beschichtung werden Stromsammeischienen angebracht, bevorzugt aufgedruckt, besonders bevorzugt mittels Siebdruck als silberhaltige Druckpaste mit Glasfritten, oder als Streifen einer leitfähigen Folie aufgelegt oder aufgeklebt. Ein Aufdrucken der Stromsammeischienen erfolgt bevorzugt vor der Temperaturbehandlung, so dass das Einbrennen der Druckpaste während der Temperaturbehandlung erfolgen kann und nicht als separater Verfahrensschritt durchgeführt werden muss.

Die einzelnen Schichten der beheizbaren Beschichtung werden durch an sich bekannte Verfahren abgeschieden, bevorzugt durch magnetfeldunterstützte Kathodenzerstäubung. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine einfache, schnelle, kostengünstige und gleichmäßige Beschichtung des Substrats. Die Kathodenzerstäubung erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon, beziehungsweise in einer Reaktivgasatmosphäre, beispielsweise durch Zugabe von Sauerstoff oder Stickstoff. Die Schichten können aber auch durch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD), durch Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PECVD) oder durch nasschemische Verfahren.

Vor der elektrisch leitfähigen Schicht wird in einer vorteilhaften Ausführung eine Blockerschicht gegen Alkalidiffusion aufgebracht. Vor der elektrisch leitfähigen Schicht und gegebenenfalls nach der Blockerschicht wird in einer vorteilhaften Ausführung eine optische Anpassungsschicht aufgebracht. Nach der Barriereschicht wird in einer vorteilhaften Ausführung eine Antireflexionsschicht aufgebracht.

Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen Scheibe mit einer Betriebsspannung von 40 V bis 250 V, bevorzugt als Kühl Schranktür, Ofentür, Trennwand, Badezimmerspiegel oder Fenster oder als Bestandteil davon. Die Betriebsspannung beträgt bevorzugt von 40 V bis 55V, beispielsweise etwa 48 V, oder von 210 V bis 250 V, beispielsweise etwa 220 V oder 230 V. Die erfindungsgemäße Scheibe wird besonders bevorzugt als Teil einer Isolierglaseinheit verwendet, wobei sie mit mindestens einer weiteren Scheibe über einen peripheren, bevorzugt umlaufenden Abstandshalter verbunden ist, so dass zwischen den Scheiben ein Zwischenraum ausgebildet ist, der gasgefüllt oder evakuiert sein kann. Die weitere Scheibe muss dabei nicht erfindungsgemäß ausgebildet sein. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe mit beheizbarer Beschichtung,

Fig. 2 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Scheibe mit dem Substrat 1 und der beheizbaren Beschichtung 2. Das Substrat 1 ist beispielsweise eine Glasscheibe aus Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 4 mm auf. Die Scheibe ist beispielsweise Bestandteil einer Kühlschranktür. Die Beschichtung ist auf der kühlschrankseitigen Oberfläche der Scheibe aufgebracht. Wird die Beschichtung beheizt, so kann Kondensation an der äußeren Oberfläche der Kühlschranktür sowie Kondensation und Vereisung an der kühlschrankseitigen Oberfläche entfernt werden. Die Scheibe kann Bestandteil einer Isolierverglasung sein, insbesondere die äußere Scheibe einer Isolierverglasung, so dass die Beschichtung 2 geschützt im Innenraum der Verglasung angeordnet ist.

Die Beschichtung 2 umfasst ausgehend vom Substrat 1 eine Blockerschicht 7 gegen Alkalidiffusion, eine optische Anpassungsschicht 3, eine elektrisch leitfähige Schicht 4, eine Barriereschicht 5 zur Regulierung der Sauerstoffdiffusion Schicht 5 und eine Antireflexionsschicht 6. Die Materialien und Schichtdicken sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die einzelnen Schichten der Beschichtung 2 wurden durch magnetfeldunterstützte Kathodenstrahlzerstäubung abgeschieden. Tabelle 1

Trotz der geringen Dicke der leitfähigen Schicht 4 konnte mit der Beschichtung 2, angeschlossen an eine Spannungsquelle von 230 V, eine gute Heizwirkung erzielt werden. Die Beschichtung 2 erwies sich auch auf der exponierten kühlschrankseitigen Oberfläche des Substrats 1 als langzeitstabil und korrosionsbeständig.

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.

Beispiele

Es wurden verschiedene Beschichtungen 2 hergestellt und untersucht. Die Materialen und Schichtdicken der Beispiele 1 bis 3 sind der Tabelle 2 zu entnehmen. Die Transmission T_L und Reflektivität R_L im sichtbaren Spektralbereich sowie der Flächenwiderstand R_sq sind in Tabelle 3 zusammengefasst.

Tabelle 2

Tabelle 3

Die Beschichtungen der Beispiele 1 bis 3 wiesen eine hohe Transmission und geringe Reflektivität auf, so dass sie die Durchsicht durch die Glasscheibe nicht kritisch herabsetzen. Zudem war ihr Flächenwiderstand geeignet, um mit einer Spannungsversorgung von etwa 230 V eine gute Heizwirkung zu erreichen. Dass dies mit derart dünnen leitfähigen ITO-Schichten 4 erreicht werden kann, war für den Fachmann unerwartet und überraschend. Bezugszeichenliste:

(1 ) Substrat

(2) beheizbare Beschichtung

(3) optische Anpassungsschicht

(4) elektrisch leitfähige Schicht

(5) Barriereschicht zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion

(6) Antireflexionsschicht

(7) Blockerschicht gegen Alkalidiffusion

Claims

Patentansprüche

1 . Scheibe mit beheizbarer Beschichtung, umfassend ein Substrat (1 ) und eine beheizbare Beschichtung (2) auf einer exponierten Oberfläche des Substrats (1 ), welche mindestens umfasst

- eine elektrisch leitfähige Schicht (4), die ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (TCO) enthält und eine Dicke von 1 nm bis 40 nm aufweist, und

- oberhalb der elektrisch leitfähigen Schicht (4) eine dielektrische Barriereschicht (5) zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion, welche ein Metall, ein Nitrid oder ein Carbid enthält und eine Dicke von 1 nm bis 20 nm aufweist, wobei die Scheibe eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 % aufweist und die Beschichtung (2) einen Flächenwiderstand von 50 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat aufweist.

2. Scheibe nach Anspruch 1 , wobei die elektrisch leitfähige Schicht (4) Indium- Zinnoxid (ITO) enthält.

3. Scheibe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrisch leitfähige Schicht (4) eine Dicke von 10 nm bis 35 nm aufweist.

4. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Barriereschicht (5) Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid enthält, insbesondere Siliziumnitrid.

5. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Barriereschicht (5) eine Dicke von 2 nm bis 10 nm aufweist.

6. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschichtung (2) unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht (4) eine optische Anpassungsschicht (3) und oberhalb der Barriereschicht (5) eine Antireflexionsschicht (6) enthält und wobei die optische Anpassungsschicht (3) und die Antireflexionsschicht (6) einen Brechungsindex von 1 ,3 bis 1 ,8 aufweisen.

7. Scheibe nach Anspruch 6, wobei die optische Anpassungsschicht (3) und/oder die Antireflexionsschicht (6) zumindest ein Oxid enthält, bevorzugt Siliziumoxid, besonders bevorzugt Aluminium-dotiertes Zirkonium-dotiertes oder Bor-dotiertes Siliziumoxid.

8. Scheibe nach Anspruch 6 oder 7, wobei die optische Anpassungsschicht (3) eine Dicke von 5 nm bis 50 nm, bevorzugt von 5 nm bis 30 nm aufweist und wobei die Antireflexionsschicht (6) eine Dicke von 10 nm bis 100 nm, bevorzugt von 15 nm bis 50 nm aufweist.

9. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Beschichtung (2) unterhalb der elektrisch leitfähigen Schicht (4) eine Blockerschicht (7) gegen Alkalidiffusion enthält.

10. Scheibe nach Anspruch 9, wobei die Blockerschicht (7) Siliziumnitrid enthält, bevorzugt Aluminium-dotiertes, Zirkonium-dotiertes oder Bor-dotiertes Siliziumnitrid.

1 1 . Scheibe nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Blockerschicht (7) eine Dicke von 5 nm bis 50 nm aufweist, bevorzugt von 5 nm bis 30 nm.

12. Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das Substrat (1 ) eine thermisch vorgespannte Glasscheibe ist.

13. Verfahren zur Herstellung einer Scheibe mit beheizbarer Beschichtung (2), wobei

(a) auf eine Oberfläche eines Substrats (1 ) nacheinander zumindest

- eine elektrisch leifähige Schicht (4), die ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid enthält und eine Dicke von 1 nm bis 40 nm aufweist, und eine dielektrische Barriereschicht (5) zur Regulierung von Sauerstoffdiffusion, welche zumindest ein Metall, ein Nitrid oder ein Carbid enthält,

aufgebracht werden;

(b) das Substrat (1 ) mit der Beschichtung (2) einer Temperaturbehandlung bei mindestens 100°C unterzogen wird, wonach die Scheibe eine Transmission im sichtbaren Spektralbereich von mindestens 70 % aufweist und die Beschichtung (2) einen Flächenwiderstand von 50 Ohm/Quadrat bis 200 Ohm/Quadrat aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Temperaturbehandlung im Rahmen eines thermischen Vorspannens erfolgt.

15. Verwendung einer Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Betriebsspannung von 40 V bis 250 V, bevorzugt als Kühlschranktür, Ofentür, Trennwand, Badezimmerspiegel oder Fenster.