DE19712527A1 - Beschichtetes Substrat für eine transparente Anordnung mit hoher Selektivität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Substrat, insbesondere eine beschichtete transpa­ rente Scheibe, die eine Schichtanordnung mit einer hohen Selektivität, d. h. einem hohen Ver­ hältnis von Lichttransmission zu Energietransmission, ergibt.

Schichtanordnungen mit beschichteten Substratscheiben, die die Anordnungen mit hoher Selektivität liefern, haben eine große Verwendung für Fahrzeugfenster gefunden, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Eisenbahnwagen. Diese Aufgabenbereiche werfen die widersprüchlichen Erfordernisse auf, eine adäquate Lichttransmission, die in vielen Fällen durch gesetzliche Regu­ lierungen festgelegt ist, sicherzustellen, bei gleichzeitigem Schutz der Fahrzeuginsassen gegen Sonneneinstrahlung. Wünschenswerterweise zeigt das Fenster auch eine angenehme Tönung gegenüber den Fahrzeuginsassen und Passanten.

Mehrere der für die Eigenschaften eines beschichteten Substrats verwendeten Ausdrücke haben präzise Bedeutungen, die durch einen bestimmten Standard definiert sind. Die hier ver­ wendeten umfassen die folgenden, von denen die meisten durch die International Commission on Illumination - Commission Internationale de l′Eclairage ("CIE") definiert sind.

In der vorliegenden Beschreibung werden zwei Standard-Leuchtquellen verwendet: Il­ luminant C und Illuminant A, wie durch CIE definiert. Illuminant C stellt das durchschnittliche Tageslicht mit einer Farbtemperatur von 6700 K dar. Illuminant A stellt die Strahlung eines Planck-Radiators bei einer Temperatur von etwa 2856 K dar. Dieser Illuminant entspricht dem durch Fahrzeugscheinwerfer emittiertem Licht und wird hauptsächlich verwendet zur Bestim­ mung der optischen Eigenschaften von Verglasungseinsätzen für Kraftfahrzeuge.

Der hier verwendete Ausdruck "Lichttransmission" (TLA) ist wie durch CIE definiert zu verstehen, nämlich als der durch ein Substrat hindurchgelassene Lichtstrom als ein Prozentsatz des von Illuminant A einfallenden Lichtstroms.

Der hier verwendete Ausdruck "Energietransmission" (TE) ist wie durch CIE definiert zu verstehen, nämlich als die gesamte Energie, die durch ein Substrat direkt hindurchgelassen wird ohne Änderung in der Wellenlänge. Er schließt die absorbierte Energie (AE) aus, d. h. die Ener­ gie, welche durch das Substrat absorbiert wird.

Der hier verwendete Ausdruck "Selektivität-" (SE) ist das Verhältnis von Lichttransmis­ sion (TLA) zu Energietransmission (TE).

Der hier verwendete Ausdruck "Farbreinheit" bezieht sich auf die Anregungsreinheit, gemessen mit Illuminant C, wie in CIE International Lighting Vocabulary, 1987, Seiten 87 und 89, definiert. Die Reinheit ist spezifiziert gemäß einer linearen Skala, auf der eine definierte Weißlichtquelle eine Reinheit von null hat, und die reine Farbe hat eine Reinheit von 100%. Für Fahrzeugfenster wird die Reinheit des beschichteten Substrats von der Seite gemessen, die die äußere Oberfläche des Fensters bilden soll.

Die dominierende Wellenlänge (λ_D) ist die Peak-Wellenlänge in dem Bereich, der durch das beschichtete Substrat hindurchgelassen oder reflektiert wird.

Die Ausdrücke "Refraktionsindex" und "Spektralabsorptionsindex" sind im CIE Interna­ tional Lighting Vocabulary, 1987, Seiten 127, 138 und 139 definiert.

Das Substrat ist meistens ein glasartiges Material wie Glas, kann jedoch auch ein anderes transparentes steifes Material sein, wie Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat.

Aus verschiedenen Gründen, von denen viele mit Überlegungen bezüglich Schall- oder Wärmedurchlässigkeit oder in Bezug auf Sicherheit im Falle von Bruch zu tun haben, umfaßt die Anordnung üblicherweise zwei oder mehrere Verbundglasscheiben. Eine typische Mehrschich­ tenanordnung umfaßt in folgender Reihenfolge eine erste Schicht aus Glas, eine Schicht aus transparentem Haftmittel wie Polyvinylbutyral (PVB) und eine zweite Schicht aus Glas. Die Dicke jeder Glasschicht liegt typischerweise im Bereich von 1,6 bis 3 mm. Der mittlere Refrak­ tionsindex der Anordnung, unter Außerachtlassung des Einflusses der Belagsschichten, ist typi­ scherweise 1,5. Die Beschichtung wird in der Regel auf die innere Fläche (d. h. die im Kontakt mit dem Haftmittel befindliche Fläche) der Scheibe aufgebracht, die bei Benützung die äußere Scheibe der Anordnung bildet, doch kann sie wahlweise auf die innere Fläche der Scheibe auf­ gebracht werden, die bei Benutzung die innenliegende Scheibe der Anordnung bildet.

Eine mehrschichtige Anordnung tendiert zu unterschiedlichen optischen Eigenschaften im Vergleich zu denjenigen einer einzelnen Glasscheibe. Die Unterschiede ergeben sich hauptsäch­ lich aus der Verwendung von mehreren Scheiben. So sind die Eigenschaften, die von einem mehrschichtigen Anordnung gefordert und auch erbracht werden, verschieden von denen einer einzelnen Glasscheibe. Es muß daher bei der Herstellung einer mehrschichtigen Anordnung Sorgfalt angewandt werden, um eine geeignete Auswahl der entsprechenden Materialien, Dic­ kenverhältnisse und Beschichtungen zu treffen, um sicherzustellen, daß die angestrebten Eigen­ schaften erzielt werden.

Für Straßenfahrzeugfenster beträgt das gesetzliche Erfordernis für Lichttransmission (TLA) von Windschutzscheiben mindestens 70% in den USA und mindestens 75% in Europa. Bezüglich der Sonnenbestrahlung liegt die gesamte, direkt hindurchgelassene Energie (TE) wün­ schenswerterweise eindeutig unter 50%. Ein weiterer Faktor ist die Farbtönung des beschichte­ ten Substrats, die ein ansprechendes Aussehen zeigen sollte. Eine Rosatönung kann attraktiv gefunden wirken, und eine grüne Tönung tut dies sogar noch mehr, was ein zusätzliches Problem aufwirft bei der Erzielung der gewünschten Farbe von der Beschichtung unter Beibehaltung der erforderlichen hohen Lichttransmission und niedrigen Energietransmission.

Die Erfordernisse für Eisenbahnwagenfenster sind ähnlich den obigen, wenn auch nicht in jedem Falle so genau durch Gesetz geregelt. Die Notwendigkeit verbleibt ganz allgemein, die Lichttransmission hoch und die Energietransmission niedrig zu halten.

Für Anwendungen in Fahrzeugen ist die Reinheit der reflektierten Farbe vorzugsweise gering. Es wurde gefunden, daß dies besonders schwierig zu erreichen ist gleichzeitig mit einem hohen Grad von Lichttransmission und einem geringen Grad von Energietransmission.

Es ist zunehmend üblich geworden, auf Glasscheiben mehrere Belagsschichten, bekannt als ein Schichtstapel, aufzubringen, um deren Transmissions- und Reflexionseigenschaften zu modifizieren. Frühere Vorschläge wurden für Metall- und Metalloxidschichten in vielen ver­ schiedenen Kombinationen gemacht, um als Schichtstapel zu dienen mit dem Ziele, dem Glas ausgewählte Eigenschaften zu verleihen. Eine kürzliche Kombination von Schichten, die Beach­ tung gefunden hat, war der sogenannte "Fünferschicht"-Stapel, der typischerweise drei Schichten von Metalloxid, abwechselnd aufgebracht mit zwei Schichten Metall, umfaßt.

U.S. Patent 4 965 121 betrifft einen derartigen Stapel für Fahrzeug-Windschutzschei­ benglas und umfaßt in der Reihenfolge ab dem Substrat: eine erste Schicht aus dielektrischem Material; eine zweite Schicht aus partiell reflektierendem Metallmaterial; eine dritte Schicht aus dielektrischem Material; eine vierte Schicht aus partiell reflektierendem Metallmaterial; und eine fünfte Schicht aus dielektrischem Material. Das dielektrische Material muß einen Refraktionsin­ dex von 1,7 bis 2,7 haben. Die erste und fünfte Schicht haben praktisch die gleiche optische Dicke, machen jedoch 33 bis 45% der optischen Dicke der dritten Schicht aus. Die zweite und vierte Schicht haben Dicken innerhalb des Bereichs von 75 bis 100% voneinander. Der bean­ spruchte Stapel ergibt typischerweise eine hohe Lichttransmission und eine praktisch neutrale reflektive Farbe des sichtbaren Lichts.

Das französische Patent 2 708 926-A1 betrifft in ähnlicher Weise einen Fünferschicht- Stapel, in diesem Falle mit dem Ziele, dem Fahrzeug- oder Gebäudeglas eine Kombination von hoher Selektivität, d. h. einem Verhältnis von Lichttransmission zu Energietransmission so hoch wie möglich, unter gleichzeitiger Erhaltung eines ansprechenden visuellen Erscheinungsbildes in der Reflexion, zu verleihen. Es wird danach getrachtet, diesen angestrebten Zweck durch einen Stapel zu erzielen, der in Reihenfolge vom Substrat umfaßt eine erste Schicht aus dielektrischem Material; eine erste Metallschicht mit Infrarot-reflektierenden Eigenschaften; eine zweite Schicht aus dielektrischem Material; eine zweite Metallschicht mit Infrarot-reflektierenden Eigenschaf­ ten; und eine dritte Schicht aus dielektrischem Material. Die erste Infrarot-reflektierende Schicht hat eine Dicke von 55 bis 57% der zweiten Infrarot-reflektierenden Schicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine beschichtete Scheibe zur Verwendung in einer mehr­ schichtigen Anordnung zu schaffen, die sich durch hohe Lichttransmission und niedrige Energie­ transmission auszeichnet, eine niedrige Energieabsorption und niedrige Lichtreflexion hat, eine ansprechende Farbtönung aufweist und in wirtschaftlicher Weise herstellbar ist.

Es wurde nun gefunden, daß die Aufgabe lösbar und die angestrebte Kombination opti­ scher und anderer vorteilhafter Eigenschaften erzielbar ist durch ein fünfschichtiges mehrlagiges Substrat, in dem die Überzugsschichten aus speziellen Materialien gebildet sind innerhalb spezifi­ scher Dickenbereiche und mit spezifischen Verhältnissen in den entsprechenden Dicken bestimm­ ter Schichten, wie sich aus dem Gegenstand vorliegender Patentansprüche ergibt.

Gemäß der Erfindung wird eine beschichtete Scheibe geschaffen zur Verwendung in ei­ ner mehrschichtigen Anordnung mit einem hohen Grad an Lichttransmission und einer geringen Energietransmission, die ein transparentes Substrat aufweist, das zwei aus Silber oder Silberle­ gierung gebildete Metallschichten und drei Schichten aus einem transparenten dielektrischen nicht-absorbierenden Material trägt, in folgender Reihenfolge ab dem Substrat: Nicht-Absorbens 1/Metall 1/Nicht-Absorbens 2/Metall 2/Nicht-Absorbens 3, wobei die gesamte geometrische Dicke der Metallschichten im Bereich von 16,5 bis 22 nm liegt, die optische Dicke der Nicht- Absorbens-1-Schicht im Bereich von 50 bis 56 nm liegt, die gesamte optische Dicke der Nicht- Absorbensschichten im Bereich von 220 bis 260 nm liegt und das Dickenverhältnis Nicht-Absor­ bens 2:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,1 : 1 bis 2,8 : 1 liegt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Scheibe zur Verwendung in einer mehrschichtigen Anordnung mit einem hohen Grad an Lichttransmis­ sion und einer niedrigen Energietransmission, bei dem auf ein transparentes Substrat zwei aus Silber oder Silberlegierung gebildete Metallschichten und drei Schichten aus einem transparenten dielektrischen nicht-absorbierenden Material in der Reihenfolge, ab dem Substrat, aufgebracht werden: Nicht-Absorbens 1/Metall 1/Nicht-Absorbens 2/Metall 2/Nicht-Absorbens 3, wobei die gesamte geometrische Dicke der Metallschichten im Bereich von 16,5 bis 22 nm liegt, die opti­ sche Dicke der Nicht-Absorbens- 1-Schicht im Bereich von 50 bis 56 nm liegt, die gesamte opti­ sche Dicke der Nicht-Absorbensschichten im Bereich von 220 bis 260 nm liegt und das Dicken­ verhältnis Nicht-Absorbens 2:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,1 : 1 bis 2,8 : 1 liegt.

Klare, erfindungsgemäß beschichtete Substrate liefern mehrschichtige Anordnungen mit der vorteilhaften Kombination von Lichttransmission von mindestens 75% und Energietrans­ mission von weniger als 42%. Tatsächlich kann mit bestimmten Typen von klarem Glassubstrat die Energietransmission auf weniger als 40% reduziert werden unter Beibehaltung der sich als besser als 75% erweisenden Lichttransmission. Solche Transmissionseigenschaften machen die Anordnungen höchst vorteilhaft als Fahrzeugwindschutzscheiben.

Eine weitere wünschenswerte Qualität für alle Glasanordnungen, die in Fahrzeugfen­ sterns verwendet werden, ist eine niedrige Energieabsorption, die viel niedriger sein sollte als die Energietransmission und Energiereflexion der Anordnung.

Die mehrschichtige Anordnung gemäß der Erfindung bewirkt auch ein ansprechendes getöntes Aussehen in der Reflexion, das von blaßrosa am unteren Ende (2,10 bis 2,40 : 1) des definierten Dickenverhältnisses von Nicht-Absorbens 2:Nicht-Absorbens 1 bis zu bläulich am oberen Ende (2,70 bis 2,80 : 1) reicht. Nahe dem Zentrum des Bereichs (2,45 bis 2,65 : 1) ist das getönte Aussehen grünlich unter der Voraussetzung, daß das Dickenverhältnis Nicht-Absorbens 3:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 0,85 bis 1,10 : 1 liegt. Diese Voraussetzung ergibt sich, weil die Färbung auch beeinflußt wird vom Dickenverhältnis Nicht-Absorbens 3 :Nicht-Absorbens 1.

Für ein Fahrzeugfenster des Typs, das eine schwarze, durch Serigraphie aufgebrachte Randeinfassung aufweist, besteht eine Tendenz, daß in der Reflexion nahe der Einfassung ein schmales rosa Band erscheint. Dieses Band, das aus Lichtinterferenz zwischen der Beschichtung und der serigraphischen Einfassung stammt, kann verhindert werden durch Erhöhung der Oxid­ schichtdicke um etwa 10%.

Für einen bestimmten Wert des Verhältnisses Nicht-Absorbens 2: Nicht-Absorbens 1 innerhalb der zentralen grünlichen Zone (2,45 bis 2,65 : 1) und einen gegebenen Wert des Ver­ hältnisses Nicht-Absorbens 3 :Nicht-Absorbens 1 innerhalb des definierten Bereichs (0,85 bis 1,10 : 1) erhöht sich die dominierende Wellenlänge der mehrschichtigen Anordnung, d. h. die Farbe bewegt sich gegen gelb, wenn die Dicke der Metall-1-Schicht zu derjenigen der Metall-2- Schicht zunimmt.

Die Erfindung liefert somit den weiteren Vorteil, daß die zur Zeit bevorzugte grüne Tö­ nung für Fahrzeugfenster leicht zu bewerkstelligen ist, wobei gleichzeitig das Erfordernis nach hoher Lichttransmission und niedriger Energietransmission erfüllt wird.

Obwohl die Verwendung von klarem Substratmaterial notwendig ist, um die geforderten europäischen Werte von 75% Lichttransmission für Fahrzeug-Windschutzscheibeneinrichtungen zu erreichen, liegt es im Rahmen der Erfindung, mindestens eine Substratscheibe zu verwenden, die selbst gefärbt ist. So können für die etwas niedrigere Lichttransmission von 70%, wie sie für Windschutzscheiben für USA vorgeschrieben ist, erfindungsgemaße Anordnungen, die minde­ stens eine gefärbte Glasscheibe enthalten, die Energietransmission auf weniger als 37% erniedri­ gen. Diese Anordnungen sind auch gut geeignet zur Verwendung als Straßenfahrzeug-Vorder­ seitenfenster. Bei der Anwendung in Straßenfahrzeugrückseiten- und Rückfenstern liefern erfin­ dungsgemäße Anordnungen, die mindestens eine gefärbte Glasscheibe einschließen, die Kombi­ nation von Lichttransmission von mindestens 30% und Energietransmission von weniger als 25%.

Anordnungen gemäß der Erfindung bieten ferner niedrige Lichtreflexion bei einer maxi­ malen Reflexion von 10% des einfallenden Lichts. Solch niedrige Grade an Reflexion sind von besonderem Nutzen sowohl für Fahrzeuge als auch für architektonische Anwendungen. Hohe Mengen an reflektiertem Licht sind unangenehm für einen Betrachter, und im Falle von Straßen­ fahrzeugfenstern können sie eine Gefahr für Fahrer von anderen Fahrzeugen darstellen.

In einigen Fällen wird die Beschichtung besonders bequem während der Glasbildungs­ stufe aufgebracht, z. B. auf eine Tafelglasscheibe in oder nach einer Floatglaskammer. Für Fahr­ zeugfenstertafeln, die in der Regel in die Form gebogen werden müssen, die durch die Form der Fahrzeugkarosserie vorgegeben ist, kann die Beschichtung aufgebracht werden entweder bevor oder nachdem das Substrat gebildet und in die erforderliche Form und Größe gebogen worden ist. Bei Fahrzeugfenstereinsätzen, die beschichtet werden, während sie noch flach sind und an­ schließend in die Form gebogen werden, muß Sorgfalt angewendet werden, um sicherzustellen, daß die Biegeaktion die Beschichtung nicht beschädigt. Diese Sorgfalt kann eine leichte Ände­ rung der Beschichtungszusammensetzung oder -struktur umfassen, um die Beschichtung wider­ standsfähiger gegen die Biegwirkung zu machen.

Die geringe Dicke der entsprechenden erfindungsgemäßen Schichten bietet betriebliche Vorteile, sowohl bezüglich der kurzen Zeit, die zur Aufbringung der Schichten gebraucht wird, als auch bezüglich der wirtschaftlichen Anwendung der entsprechenden Materialien.

Die gesamte geometrische Dicke der Metallschichten liegt vorzugsweise im Bereich von 16,5 bis 20 nm.

Die Beschichtung wird vorzugsweise auf eine Fläche der Substratscheibe aufgebracht, die schließlich eine innere Oberfläche der mehrschichtigen Anordnung bildet.

Die Metallschichten umfassen Silber oder eine Silberlegierung, wie Legierungen von Sil­ ber mit Platin oder Palladium.

Der hier verwendete Ausdruck "nicht-absorbierendes Material" bezieht sich auf ein Ma­ terial, das einen Refraktionsindex [n(λ)] hat, der größer ist als der Wert des Spektralabsorpti­ onsindex [k(λ)] über das gesamte Gebiet des sichtbaren Spektrum (380 bis 780 nm). Es erweist sich für das erfindungsgemäß eingesetzte nicht-absorbierende Material als vorteilhaft, einen Re­ fraktionsindex zu haben, der größer ist als das 10fache des Spektralabsorptionsindex.

Vorzugsweise hat das nicht-absorbierende Material einen bei 550 nm gemessenen Re­ fraktionsindex zwischen 1,85 und 2,2, vorteilhafterweise zwischen 1,9 und 2,1.

Geeignete nicht-absorbierende Materialien umfassen Oxide, wie Zinnoxid (SnO₂) und Zinkoxid (ZnO), Nitride, wie Siliciumnitrid (Si₃N₄) oder Gemische derselben oder einen Kom­ plex von nicht-absorbierenden Materialien, wie Zinkstannat (Zn₂SnO₄). Zinkoxid ist ein beson­ ders bevorzugtes Material auf Grund seiner hohen Ablagerungsrate, seines Refraktionsindex - der für die Erfordernisse der Erfindung gut geeignet ist - und seines günstigen Effekts auf die Passivierung der Silberschicht.

Jede vollständige nicht-absorbierende Schicht kann mehr als eines dieser Materialien ent­ halten, und jede Schicht kann eine zusammengesetzte Schicht sein, die aus aufeinanderfolgenden Unterschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung voneinander gebildet ist, z. B. eine Zink­ oxidschicht, die in zwei oder mehr Unterschichten durch eine oder mehrere Schichten aus einem anderen nicht-absorbierenden Material, wie Zinnoxid, aufgeteilt ist. Die Unterschichten können gleichzeitig und/oder aufeinanderfolgend abgelagert werden. Es ist nicht wesentlich, daß das Metall und der Sauerstoff oder Stickstoff in der Schicht in stöchiometrischen Anteilen vorliegen.

Eine Kombination von Zinnoxid und Zinkoxid ist im allgemeinen vorteilhaft, gleich, ob im Gemisch miteinander oder in aufeinanderfolgenden Unterschichten. Dies scheint darauf zu­ rückzuführen zu sein, daß sie sehr ähnliche Refraktionsindices haben.

Das erfindungsgemäße beschichtete Substrat kann ferner als Teil einer nicht-absorbieren­ den Schicht eine dünne Schicht aus sich veränderndem Material aufweisen, die oberhalb (d. h. nachfolgend abgelagert) und im Kontakt mit jeder Metallschicht aufgebracht ist. Der Zweck die­ ses sich verändernden Materials ist es, das Silber oder die Silberlegierung während der Ablage­ rung der nächsten nicht-absorbierenden Schicht zu schützen. Geeignete sich verändernde Mate­ rialien umfassen Titan und Zink. Titan wird in der Regel bevorzugt, weil es leicht oxidierbar ist.

Die gesamte optische Dichte des sich verändernden Materials, d. h. die Gesamtheit der aus sich veränderndem Material bestehenden Schichten in den entsprechenden nicht-absorbie­ renden Schichten, sollte nicht mehr als 15 nm betragen. Wenn der Beschichtungsvorgang been­ det ist, liegt praktisch die Gesamtmenge des sich verändernden Materials in Oxidform vor.

Die Überzugsschichten werden vorzugsweise durch Kathodenzerstäubung aufgebracht. Dies kann bewirkt werden durch Einbringung des Substrats in eine Bearbeitungskammer, die eine geeignete Magnetron-Zerstäubungsquelle enthält und mit Ein- und Auslaß-Gasschleusen, einem Förderband für das Substrat, Energiequellen, Zerstäubungsgaseinlässen und einem Evaku­ ierungsauslaß versehen ist. Das Substrat wird an der aktivierten Zerstäubungsquelle vorbeigelei­ tet und kalt bestäubt durch eine geeignete Atmosphäre (Sauerstoffgas im Falle einer Oxidbe­ schichtung), um die gewünschte Schicht auf dem Substrat zu erzeugen. Die Prozedur wird für jede Überzugsschicht wiederholt.

Bei Anwendung dieser Methode ist der Einsatz eines sich verändernden Materials äußerst wünschenswert, um die Metallschicht gegen Oxidation während der nachfolgenden Ab­ lagerung einer nicht-absorbierenden Oxidschicht zu schützen. Ist jedoch das nicht-absorbierende Material ein Nitrid statt eines Oxids, so wird die Schicht in einer Atmosphäre von Stickstoff ab­ gelagert und eine Schicht aus sich veränderndem Material ist nicht erforderlich.

Da Siliciumnitrid unter Verwendung einer Kathode aus Silicium abgelagert wird, das mit Zusatzmitteln versehen wurde, z. B. mit Aluminium, Nickel, Bor, Phosphor und/oder Zinn, kann das Zusatzmittelelement oder diese Elemente in der Schicht aus nicht-absorbierendem Material vorliegen.

Die Überzugsschichten können ergänzt werden durch eine dünne (2 bis 5 nm) Schutz­ schicht, welche die Beschichtung abschirmt, ohne die optischen Eigenschaften des Produkts merklich zu modifizieren. Andernfalls ist die dritte nicht-absorbierende Schicht üblicherweise eine freiliegende Schicht. Geeignete Materialien für die dünne freiliegende schützende Zusatz­ schicht sind Oxide, Nitride und Oxynitride von Silicium. Siliciumdioxid (SiO₂) ist das im allge­ meinen bevorzugte Material. Diese Schicht versieht das beschichtete Substrat mit verbesserter chemischer und/oder mechanischer Beständigkeit bei nur geringer oder überhaupt keiner daraus resultierenden Änderung in dessen optischen Eigenschaften.

Verglasungseinsätze, welche die mehrschichtigen Anordnungen gemäß der Erfindung aufweisen, können in Einzel- oder Mehrfachverglasungseinheiten installiert werden, z. B. als Doppelverglasungseinheiten oder Windschutzscheiben für Fahrzeuge.

Eine Ausführungsform einer Mehrfachverglasungseinheit für ein Fahrzeug umfaßt eine erfindungsgemäße mehrschichtige Anordnung, die in einander gegenüberliegender, im Abstand voneinander befindlicher Lage mit einer Scheibe aus transparentem glasartigem Material ange­ bracht ist, und einen Gaszwischenraum, der abgegrenzt ist durch einen sich peripher erstrecken­ den Abstandshalter, zwischen dieser Anordnung und Scheibe aufweist. In dieser Einheit ist die beschichtete Oberfläche gegen den Gaszwischenraum gerichtet.

Eine mehrschichtige Verglasungseinheit kann mindestens zwei Scheiben aus transparen­ tem glasartigem Material aufweisen, die aneinander befestigt sind mit Hilfe eines dazwischenlie­ genden Films aus Polyiner-Haftmaterial, wobei mindestens eine dieser Scheiben ein beschichtetes Substrat gemäß vorliegender Erfindung ist, mit der beschichteten Oberfläche gegen das Polymer- Haftmittel gerichtet. Wird das beschichtete Substrat in einer solchen Struktur angewandt, so erweist sich die Verwendung einer dünnen Schutzschicht, wie oben erläutert, als wünschenswert, um die Beschichtung abzuschirmen und gegen Abblättern der Beschichtung zu schützen.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlicher unter Bezugnahme auf die folgenden, nicht als Beschränkung anzusehenden Beispiele erläutert.

Die Eigenschaften des in diesen Beispielen aufgeführten beschichteten Substrats wurden auf der Basis einer mehrschichtigen Anordnung gemessen, die in folgender Reihenfolge aufwies eine Scheibe aus gewöhnlichem Natronkalkglas mit einer Dicke von 2,1 mm, eine Beschichtung auf dieser Scheibe, eine Schicht aus Polyvinylbutyral(pvb)-Haftmittel mit einer Dicke von 0,76 mm und eine zweite Scheibe aus gewöhnlichem Natronkalkglas mit einer Dicke von 2,1 mm.

BEISPIELE 1 BIS 10

Proben aus einer Substratscheibe von 2,1 mm Glas wurden durch eine On-line-Beschich­ tungsapparatur geleitet, welche zwei Vakuumabscheidungskammern (bei einem Druck von 0,3 Pa), ein Förderband für das Substrat, Energiequellen und Gaseinlaßschleusen aufwies. Jede Ab­ scheidungskammer enthielt Magnetron-Zerstäubungskathoden, Zerstäubungsgaseinlässe und einen Evakuierungsauslaß, wobei die Abscheidung dadurch erzielt wurde, daß die Substratprobe mehrere Male unter den Kathoden hindurchgeführt wurde.

Die erste Kammer enthielt Kathoden, versehen mit aus Zink und Zinn gebildeten Targets, und sie wurde für die Ablagerung in einer Sauerstoffatmosphäre von nicht-absorbierenden Schichten aus Zinkoxid und Zinnoxid angewandt. Die zweite Kammer enthielt eine Silberka­ thode und eine Titankathode und sie wurde für die Abscheidung dieser Metalle in einer inerten (Argon)-Atmosphäre angewandt, wobei das Titan für die Ablagerung einer zur Umwandlung vorgesehenen Schicht gebraucht wurde. Jede Substratprobe wurde mehreren Rücklaufdurch­ gängen unterworfen, um die gewünschte Aufeinanderfolge und Dicke der Überzugsschichten zu erhalten.

Das für die Substrate verwendete Glas war Natronkalkglas mit einer Dicke von 2, 1 mm, und die weiteren Eigenschaften sind im folgenden gezeigt:

In jedem Falle wurden auf das Substrat aufgebracht:
eine erste nicht-absorbierende Schicht (Ox-1) aus Zinkoxid und Zinnoxid,
eine erste Silbermetallschicht (Ag-1),
eine zweite nicht-absorbierende Schicht (Ox-2) aus Zinkoxid, Zinnoxid und Titanoxid, wobei die letztere eine optische Dicke von 7,5 nm aufwies und sich mit der ersten Silbermetall­ schicht (Ag-1) in Kontakt befand,
eine zweite Silberschicht (Ag-2),
eine dritte nicht-absorbierende Schicht (Ox-3) aus Zinkoxid, Zinnoxid und Titanoxid, wobei die letztere eine optische Dicke von 7,5 nm aufwies und sich mit der zweiten Silbermetall­ schicht (Ag-2) in Kontakt befand.

Die so beschichteten Scheiben wurden in Verbundeinsätze überführt, welche die oben angegebene mehrschichtige Anordnung der beschichteten Scheibe, eine Schicht aus Polyvinyl­ butyral-Haftmittel und eine zweite Scheibe aus 2,1 mm Glas aufwiesen. In den Beispielen 1 bis 7 waren beide Scheiben aus klarem Glas (Typ I). In den Beispielen 8 bis 10 war mindestens eine der Scheiben gefärbtes Glas (Typen II, III oder IV).

Weitere Einzelheiten jeder der nicht-absorbierenden (Ox-1, Ox-2 und Ox-3)- und Silber­ schichten (Ag-1 und Ag-2) der beschichteten Scheibe und die erhaltenen Eigenschaften der da­ durch gebildeten Mehrschichtstapelanordnung sind in den beigefügten Tabellen wiedergegeben.

Tabelle A zeigt die die nicht-absorbierenden Schichten aufbauenden Materialien der mehrschichtigen Stapelanordnung und deren geometrischen Dicken. Die Beispiele 1 bis 4 und 8 bis 10 haben eine Ox-1-Schicht, die gleiche Dicken von SnO₂ und ZnO aufweist. Die Beispiele 5 bis 7 haben eine Ox-1-Schicht, die durchwegs 10 nm SnO₂ aufweist und der Rest der Dicke dieser Schicht wird von ZnO gebildet. Die Ox-2-Schicht jedes Beispiels ist aufeinanderfolgend aufgebaut aus TiO₂/ZnO/SnO₂/ZnO/SnO₂/ZnO, die Dicke der äußeren Unterschichten aus ZnO ist gleich, ebenso wie diejenigen der beiden Unterschichten aus SnO₂, wobei diese Dicken selbst etwa die Hälfte derjenigen der mittleren Unterschicht aus ZnO betragen. Die Ox-3-Schicht jedes Beispiels umfaßt 2,5 nm TiO₂ und 10 bis 13 nm SnO₂, der Rest der Dicke dieser Schicht wird von ZnO gebildet.

Tabelle B zeigt für die Beispiele 1 bis 7 die optischen Dicken jeder der Schichten, die gesamte optische Dicke der nicht-absorbierenden Schichten (Ox-1 + Ox-2 + Ox-3), das Ver­ hältnis der optischen Dicken der ersten und zweiten nicht-absorbierenden Schichten (Ox-2 : Ox- 1), das Verhältnis der optischen Dicken der ersten und dritten nicht-absorbierenden Schichten (Ox-3 : Ox-1), und für den gebildeten mehrschichtigen Einsatz die Lichttransmission der Licht­ quelle A (TLA), die Energietransmission (TE), die dominierende Wellenlänge XD, die Reinheit, und, wo es angebracht ist, die erhaltene Farbtönung. Tabelle C zeigt ähnliche Daten wie Tabelle B, jedoch für die Beispiele 8 bis 10, und zusätzlich zeigt sie die Typen des verwendeten Glases.

Die Glaseinsätze der Beispiele 1 bis 7 sind gut geeignet zur Verwendung als Fahrzeug­ windschutzscheiben. Der Beispiel 8-Einsatz ist gut geeignet zur Verwendung als ein Fahrzeug­ vorderseitenfenster und die der Beispiele 9 und 10 sind gut geeignet zur Verwendung als Fahr­ zeugrückfenster oder -rückseitenfenster.

Tabelle A

Tabelle B

Tabelle C

Claims (38)

1. Beschichtete Scheibe zur Verwendung in einer mehrschichti­ gen Anordnung mit einem hohen Grad an Lichttransmission und einer niedrigen Energietransmission, gekennzeichnet durch ein transparentes Substrat, das zwei aus Silber oder Sil­ berlegierung gebildete Metallschichten und drei Schichten aus einem transparenten dielektrischen nicht-absorbierenden Material trägt in der Reihenfolge vom Substrat aus: Nicht- Absorbens 1/Metall 1/Nicht-Absorbens 2/Metall 2/Nicht-Ab­ sorbens 3, wobei die gesamte geometrische Dicke der Metall­ schichten im Bereich von 16,5 bis 22 nm liegt, die optische Dicke der Nicht-Absorbens 1-Schicht im Bereich von 50 bis 56 nm liegt, die gesamte optische Dicke der nicht-absorbie­ renden Schichten im Bereich von 220 bis 260 nm liegt und das Dickenverhältnis Nicht-Absorbens 2:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,1 : 1 bis 2,8 : 1 liegt.

2. Beschichtete Scheibe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Dickenverhältnis von Nicht-Absorbens 2:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,10 bis 2,40 : 1.

3. Beschichtete Scheibe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Dickenverhältnis von Nicht-Absorbens 2 : Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,45 bis 2,65 : 1 und durch ein Dickenver­ hältnis von Nicht-Absorbens 3:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 0,85 bis 1,10 : 1.

4. Beschichtete Scheibe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Dickenverhältnis von Nicht-Absorbens 2:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,70 : 1 bis 2,80 : 1.

5. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine gesamte geometrische Dicke der Metallschichten im Bereich von 16,5 bis 20 nm.

6. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratscheibe selbst ge­ färbt ist.

7. Beschichtete Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Substratscheibe klar ist.

8. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten Silber oder eine Silberlegierung mit Platin oder Palladium aufweisen.

9. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die nicht-absorbierende Schicht aufbauende Material einen Refraktionsindex hat, der größer als das 10fache des Spektralabsorptionsindex ist.

10. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das die nicht-absorbie­ rende Schicht aufbauende Material einen bei 550 nm gemesse­ nen Refraktionsindex zwischen 1,85 und 2,2 aufweist.

11. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-absorbierende Mate­ rial eine oder mehrere der Verbindungen Zinnoxid (SnO₂), Zinkoxid (ZnO), Siliciumnitrid (Si₃N₄) und Zinkstannat (Zn₂SnO₄) aufweist.

12. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede nicht-absorbierende Schicht mehr als ein nicht-absorbierendes Material auf­ weist.

13. Beschichtete Scheibe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß jede nicht-absorbierende Schicht Zinnoxid und Zinkoxid aufweist.

14. Beschichtete Scheibe nach Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede nicht-absorbierende Schicht eine zusammengesetzte Schicht ist, gebildet aus aufeinanderfol­ genden Unterschichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung voneinander.

15. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Teil einer nicht-absor­ bierenden Schicht eine dünne Schicht aus zur Umwandlung vorgesehenem Material, die über und im Kontakt mit jeder Metallschicht vorgesehen ist, aufweist.

16. Beschichtete Scheibe nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zur Umwandlung vorgesehene Material aus­ gewählt ist aus Titan und Zink.

17. Beschichtete Scheibe nach Ansprüchen 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte optische Dicke des zur Um­ wandlung vorgesehenen Materials nicht mehr als 15 nm be­ trägt.

18. Beschichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine dünne (2 bis 5 nm) äußere Schutzschicht aus einem oder mehreren Oxiden, Nitriden und Oxynitriden von Silicium aufweist.

19. Mehrschichtige Anordnung, gekennzeichnet durch eine be­ schichtete Scheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, in der die Beschichtung auf eine Fläche der Substratscheibe aufgebracht ist, welche die Innenfläche der mehrschichtigen Anordnung bildet.

20. Mehrschichtige Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Lichttransmission von mindestens 75% und eine Energietransmission von weniger als 42% bewirkt.

21. Mehrschichtige Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Energietransmission von weniger als 40% bewirkt.

22. Mehrschichtige Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Lichttransmission von mindestens 70% und eine Energietransmission von weniger als 37% bewirkt.

23. Fahrzeug-Windschutzscheibe, gekennzeichnet durch eine mehr­ schichtige Anordnung nach einem der Ansprüche 20 bis 22.

24. Mehrschichtige Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Lichttransmission von mindestens 30% und eine Energietransmission von weniger als 25% bewirkt.

25. Doppelverglasungseinsatz, gekennzeichnet durch eine mehr­ schichtige Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 24.

26. Doppelverglasungseinsatz, gekennzeichnet durch eine mehr­ schichtige Anordnung nach Anspruch 25, die gegenüberliegend und im Abstand von einer Scheibe aus transparentem glasar­ tigem Material angeordnet ist unter Bildung eines durch ei­ nen sich peripher erstreckenden Abstandshalter begrenzten Gasraums zwischen der Anordnung und der Scheibe.

27. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Scheibe zur Verwendung in einer mehrschichtigen Anordnung mit einem ho­ hen Grad an Lichttransmission und einer niedrigen Energie­ transmission, dadurch gekennzeichnet, daß man auf ein transparentes Substrat zwei aus Silber oder Silberlegierung gebildete Metallschichten und drei Schichten aus einem transparenten dielektrischen nicht-absorbierenden Material aufbringt in der Reihenfolge ab dem Substrat: Nicht-Absor­ bens 1/Metall 1/Nicht-Absorbens 2/Metall 2/Nicht-Absorbens 3, wobei die gesamte geometrische Dicke der Metallschichten im Bereich von 16,5 bis 22 nm liegt, die optische Dicke der Nicht-Absorbens 1-Schicht im Bereich von 50 bis 56 nm liegt, die gesamte optische Dicke der nicht-absorbierenden Schichten im Bereich von 220 bis 260 nm liegt und das Dic­ kenverhältnis von Nicht-Absorbens 2:Nicht-Absorbens 1 im Bereich von 2,1 : 1 bis 2,8 : 1 liegt.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Nicht-Absorbensmaterial eine oder mehrere der Verbindungen Zinnoxid (SnO₂), Zinkoxid (ZnO), Siliciumnitrid (Si₃N₄) und Zinkstannat (Zn₂SnO₄) aufweist.

29. Verfahren nach Ansprüchen 27 oder 28, dadurch gekennzeich­ net, daß jede nicht-absorbierende Schicht eine zusammenge­ setzte Schicht ist, die aus aufeinanderfolgenden Unter­ schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung voneinander gebildet ist.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterschichten innerhalb einer nicht-absorbierenden Schicht gleichzeitig aufgebracht werden.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Teil einer nicht-absorbierenden Schicht eine dünne Schicht aus zur Umwandlung vorgesehenem Material über und im Kontakt mit jeder Metallschicht auf­ gebracht wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Metallschichten Silber oder eine Le­ gierung von Silber mit Platin oder Palladium aufweisen.

33. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine dünne (2 bis 5 nm) Schutzschicht aus einem oder mehreren Oxiden, Nitriden und Oxynitriden von Silicium auf die nicht-absorbierende Schicht 3 aufgebracht wird.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Überzugsschichten durch Kathodenzer­ stäubung aufgebracht werden.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mehrschichtige Anordnung mit einer Lichttransmission von mindestens 75% und einer Energie­ transmission von weniger als 42% geschaffen wird.

36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrschichtige Anordnung mit einer Energietransmission von weniger als 40% geschaffen wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mehrschichtige Anordnung mit einer Lichttransmission von mindestens 70% und einer Energie­ transmission von weniger als 37% geschaffen wird.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mehrschichtige Anordnung mit einer Lichttransmission von mindestens 30% und einer Energie­ transmission von weniger als 25% geschaffen wird.