DE60036817T2

DE60036817T2 - Gegenstand aus glas mit sonnenschutzbeschichtung

Info

Publication number: DE60036817T2
Application number: DE60036817T
Authority: DE
Inventors: David A. Toledo STRICKLER; Kevin D. Sanderson; Srikanth Toledo VARANASI; Ronald D. Toledo Goodman
Original assignee: Pilkington Group Ltd; Pilkington North America Inc
Current assignee: Pilkington Group Ltd; Pilkington North America Inc
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-08-02
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: BR0012959A; KR20020070256A; CZ302729B6; CZ2002494A3; MXPA02001348A; ES2295046T3; EP1228015A1; MY124772A; DE60036817D1; TR200200305T2; JP2003535004A; KR100691575B1; AR025094A1; AU771850B2; ATE375968T1; AU6618700A; EP1228015B1; PL366130A1; PL195351B1; CN1195695C

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen beschichteten Gegenstand aus Glas mit einer Sonnenschutzbeschichtung. Diese Erfindung betrifft insbesondere einen Glasgegenstand mit einer mehrlagigen Beschichtung und einer hohen Durchlässigkeit für sichtbares Licht, wobei die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie niedrig ist.
2. Zusammenfassung der verwandten Technik
Beschichtungen auf Bauglas werden allgemein verwendet, um bestimmte Energieabsorptions- und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften bereitzustellen. Außerdem stellen Beschichtungen gewünschte Reflexions- oder Spektraleigenschaften bereit, die ästhetisch ansprechend sind. Die beschichteten Gegenstände werden häufig einzeln oder in Kombinationen mit anderen beschichteten Gegenständen verwendet, um eine Verglasung oder eine Fenstereinheit zu bilden.
Beschichtete Gegenstände aus Glas werden typischerweise "online" bzw. prozessgekoppelt hergestellt, indem ein Glassubstrat während seiner Herstellung in einem Prozess, der im Stand der Technik als "Floatglasprozess" bekannt ist, kontinuierlich beschichtet wird. Außerdem werden beschichtete Gegenstände aus Glas "offline" durch einen Sputterprozess hergestellt. Der erstgenannte Prozess beinhaltet das Gießen von Glas auf ein geschmolzenes Zinnbad, das in geeigneter Weise eingeschlossen ist, gefolgt vom Überführen des Glases nach ausreichender Abkühlung auf Toproller, die mit dem Bad fluchten, und schließlich Abkühlen des Glases bei seinem Transport über die Roller zunächst durch einen Kühlofen und danach, während es der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt ist. Eine nicht oxidierende bzw. inerte Atmosphäre wird während der Schwimmphase des Prozesses aufrechterhalten, während das Glas mit dem geschmolzenen Zinnbad in Kontakt ist, um die Oxidation des Zinns zu verhindern. Im Kühlofen wird eine oxidierende Atmosphäre aufrechterhalten. Im Allgemeinen werden die Beschichtungen auf das Glassubstrat beim Floatglasprozess im Float-Bad aufgebracht. Beschichtungen können jedoch auch im Kühlofen auf das Substrat aufgebracht werden.
Die Attribute des resultierenden beschichteten Glassubstrats hängen von den spezifischen Beschichtungen ab, die während des Floatglasprozesses oder eines Offline-Sputterprozesses aufgebracht werden. Die Zusammensetzungen und Dicken der Beschichtungen verleihen Lichtabsorptions- und Lichtdurchlässigkeitseigenschaften des beschichteten Gegenstandes, wobei auch die spektralen Eigenschaften betroffen sind. Gewünschte Attribute können durch Verändern der Zusammensetzungen oder Dicken der Beschichtungslage oder -lagen erzielt werden. Allerdings können Änderungen zur Verbesserung einer bestimmten Eigenschaft auch andere Durchlässigkeits- oder Spektraleigenschaften des beschichteten Glasgegenstandes nachteilig beeinflussen. Das Erzielen der gewünschten spektralen Eigenschaften ist häufig schwierig, wenn versucht wird, spezifische Eigenschaften der Energieabsorption und der Lichtdurchlässigkeit bei einem beschichteten Gegenstand aus Glas zu kombinieren.
Es wäre vorteilhaft, einen beschichteten Glasgegenstand mit einem neutralen Farbton bereitzustellen, der Sonnenenergie im Sommer abhält und eine niedrige Wärmedurchgangszahl (U-Wert) im Winter hat. Eine Sonnenschutz-Verglasung mit niedriger spezifischer Ausstrahlung und geringer Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie würde die Energiekosten in Gebäuden und Wohnungen erheblich senken, wobei ein gewünschter neutraler Farbton bereitgestellt wird.
Es wäre außerdem vorteilhaft, eine Sonnenschutz-Verglasung bereitzustellen, die einen farbneutralen Reflexionsgrad, eine niedrige spezifische Ausstrahlung, eine hohe Durchlässigkeit für das sichtbare Licht und eine geringe Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie hat. Die Verwendung eines solchen neutralfarbigen Gegenstandes bei Bauverglasungen würde ein hohes Maß an Durchlässigkeit des sichtbaren Lichtes gestatten, während eine erhebliche Menge der nahen Infrarotenergie abgehalten werden würde. Des Weiteren würde die niedrige spezifische Ausstrahlungscharakteristik der Verglasung jegliche indirekte Wärmeverstärkung durch Absorption auf ein Minimum senken.
Die EP 0 983 972 offenbart ein Sonnenschutzglas, das eine akzeptable Durchlässigkeit des sichtbaren Lichtes hat, Licht nahe der Infrarot-Wellenlänge (near infrared (NIR); nahes Infrarot) absorbiert und Infrarotlicht im mittleren Bereich (mittleres Infrarot geringer Emissionsfähigkeit) mit einer vorgewählten Farbe innerhalb des sichtbaren Lichtspektrums für reflektiertes Licht reflektiert.
Abriss der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein neuartiger Glasgegenstand bereitgestellt, der zur Herstellung von beschichtetem, wärmedämmendem Glas für Gebäudefenster geeignet ist. Der beschichtete Gegenstand enthält ein Glassubstrat, eine Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid, die auf dem Glassubstrat abgeschieden ist und auf diesem haftet, und eine Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid, die auf der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid abgeschieden ist und auf dieser haftet.
Der erfindungsgemäße beschichtete Gegenstand aus Glas hat eine Selektivität von 13 oder darüber, vorzugsweise 14 oder darüber, wobei die Selektivität definiert ist als die Differenz zwischen der Durchlässigkeit für das sichtbare Licht (Lichtart C) und der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie integriert mit einer Luftmasse 1,5. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der beschichtete Glasgegenstand eine Beschichtung aufweisen, die bei Aufbringen auf einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm eine Selektivität von 13 oder darüber, vorzugsweise 14 oder darüber, bereitstellt. Der beschichtete Glasgegenstand hat eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 63% oder darüber und eine bevorzugte Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie von 53% oder darunter.
Vorzugsweise enthält der beschichtete Gegenstand aus Glas eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht zwischen dem Glassubstrat und der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid. Die Beschichtungen sind so beschaffen, dass sie eine neutrale Farbe bei Durchlässigkeit und Reflexion bereitstellen, wenn sie auf ein durchsichtiges Glassubstrat aufgebracht werden.
Die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid des erfindungsgemäßen beschichteten Glasgegenstandes sorgt für die Absorption der Sonnenenergie. Dabei beinhaltet dies die Absorption von einigem sichtbarem Licht, wobei die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid relativ selektiv ist, so dass sie mehr Energie im nahen Infrarot als sichtbares Licht absorbiert. Die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid verringert also die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung.
Die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid senkt den Emissionsgrad des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung auf unter 0,2, vorzugsweise auf unter 0,15. Als eine Eigenschaft einer Isolierglaseinheit stellt der niedrige Wert der spezifischen Ausstrahlung im Winter eine Wärmedurchgangszahl unter 0,4 und vorzugsweise unter 0,35 bereit. Außerdem ist überraschenderweise festgestellt worden, dass die Bereitstellung der Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid über der Beschich tung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid gemäß der Erfindung die Selektivität des beschichteten Glasgegenstandes verbessert.
Der spezifische Beschichtungsstapel auf dem Glassubstrat stellt einen neutral gefärbten Gegenstand mit hoher Durchlässigkeit für das sichtbare Licht, einer reduzierten Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie und einer niedrigen spezifischen Ausstrahlung bereit. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes für Bauverglasungen resultiert in einer Verglasung, die im Sommer die Sonnenenergie abhält und im Winter eine niedrige Wärmedurchgangszahl bereitstellt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neutral gefärbte Bauverglasung bereitzustellen, die das sichtbare Licht in hohem Maße durchlässt und die Menge der durchgelassenen Sonnenenergie erheblich verringert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Bauverglasung mit niedriger spezifischer Ausstrahlung bereitzustellen, um die indirekte Verstärkung durch Absorption auf ein Minimum zu senken.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, einen beschichteten Gegenstand aus Glas bereitzustellen, der sich zur Verwendung als Bauverglasung eignet und der sowohl hinsichtlich Reflexion als auch Durchlässigkeit eine neutrale Farbe hat, während die gewünschten Eigenschaften der spezifischen Ausstrahlung und der Durchlässigkeit für die Sonnenergie beibehalten werden. Wir haben festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Beschichtungsstapel durch die geeignete Wahl der Dicken der einzelnen Lagen sowohl mit der gewünschten hohen Selektivität als auch mit einer neutralen Farbe hergestellt werden können.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die obigen sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
1 eine schematische Ansicht als senkrechter Schnitt einer Vorrichtung zur Ausführung des Floatglasprozesses, die vier im Float-Bad geeignet positionierte Gasverteiler enthält, um Beschichtungen auf das Glassubstrat gemäß der Erfindung aufzubringen;
2 eine abgebrochene Schnittansicht eines beschichteten Glasgegenstandes gemäß der Erfindung; und
3 ein Schema einer Bauverglasung gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der der beschichtete Glasgegenstand in einer Isolierglaseinheit als eine außen liegende Fensterscheibe dargestellt ist, wobei die mehrlagige Beschichtung der Erfindung nach innen weist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Gemäß der Erfindung ist überraschenderweise festgestellt worden, dass ein beschichteter Glasgegenstand mit einer mehrlagigen Beschichtung aus einer Lage aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid, über der eine Lage aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid aufgebracht ist, einen Gegenstand bereitstellt, der eine niedrige spezifische Ausstrahlung, eine hohe Durchlässigkeit für das sichtbare Licht und eine verringerte Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie bereitstellt. Der beschichtete Gegenstand aus Glas ist besonders zur Verwendung in Bauverglasungen und Fenstern geeignet. Der beschichtete Glasgegenstand der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch für andere Anwendungen, z. B. Fahrzeugfenster, geeignet sein.
Vorzugsweise enthält der beschichtete Glasgegenstand eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht, die zwischen dem Glassubstrat und der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid abgeschieden ist. Die Beschichtungen sind so beschaffen, dass sie eine neutrale Farbe hinsichtlich Durchlässigkeit und Reflexion bereitstellen, wenn sie auf ein durchsichtiges Glassubstrat aufgebracht werden.
2 veranschaulicht den beschichteten Glasgegenstand der Erfindung, der allgemein mit 35 gekennzeichnet ist und ein Glassubstrat 36 sowie eine auf einer seiner Oberflächen haftende mehrlagige Beschichtung 37 aufweist. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform weist die mehrlagige Beschichtung eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht 38, eine Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid 41 und eine äußere Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht die Irisieren unterdrückende Zwischenschicht 38 speziell aus einer Zinnoxidbeschichtung 39 und einer Siliziumdioxidbeschichtung 40.
Die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid 41 des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung sorgt speziell für die Absorption der Sonnenenergie. Dabei beinhaltet dies die Absorption von einigem sichtbaren Licht, wobei die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid relativ selektiv ist, so dass sie mehr Energie im nahen Infrarot als sichtbares Licht absorbiert. Die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid verringert also die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung.
Die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid 41 hat ein Molverhältnis von Antimon zu Zinn zwischen ca. 0,05 und 0,12. Vorzugsweise liegt das Molverhältnis von Antimon zu Zinn zwischen ca. 0,06 und 0,10 und beträgt am meisten bevorzugt ca. 0,07. Die Beschichtung aus Antimon dotiertem Zinnoxid 41 wird mit einer Dicke zwischen ca. 1400 und ca. 2000 Å und vorzugsweise zwischen ca. 1700 bis ca. 1800 Å aufgebracht. Wenn die Dicke der mit Antimon dotierten Zinnoxidbeschichtung im angegebenen Bereich des Molverhältnisses über 2000 Å ansteigt, nimmt die Absorption des sichtbaren Lichtes bis zu dem Punkt zu, in dem die Durchlässigkeit des sichtbaren Lichtes unerwünscht gering ist. Wenn jedoch die Dicke der mit Antimon dotierten Zinnoxidbeschichtung im angegebenen Molverhältnisbereich unter 1400 Å verringert wird, wird die Gesamtdurchlässigkeit der Sonnenenergie unerwünscht hoch.
Die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 senkt den Emissionsgrad des beschichteten Glasgegenstandes der Erfindung auf unter 0,2, vorzugsweise auf unter 0,15. Als eine Eigenschaft einer Isolierglaseinheit stellt der niedrige Wert der spezifischen Ausstrahlung im Winter eine Wärmedurchgangszahl unter 0,4 und vorzugsweise unter 0,35 bereit. Außerdem ist überraschenderweise festgestellt worden, dass ein mehrlagiger Beschichtungsstapel gemäß der Erfindung eine verbesserte Selektivität bezüglich entweder nur einer Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid oder nur einer Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid bereitstellt.
Die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 enthält eine ausreichende Fluordotierung, um die oben angegebene spezifische Ausstrahlung bereitzustellen. Die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid 42 wird mit einer Dicke zwischen ca. 2200 und ca. 3500 Å und vorzugsweise zwischen ca. 2800 bis ca. 3200 Å aufgebracht.
Die Irisieren unterdrückende Zwischenschicht 38 des Beschichtungsstapels auf dem Glassubstrat 36 stellt ein Mittel zum Reflektieren und Brechen von Licht bereit, um zu verhindern, dass Irisieren wahrnehmbar ist. Die Schicht beseitigt speziell Irisieren, so dass der beschichtete Gegenstand sofern gewünscht sowohl hinsichtlich der Reflexion als auch der Durchlässigkeit neutral gefärbt sein kann. Außerdem unterdrückt die Zwischenschicht die Wahrnehmung schräg verschobener (off-angle) Farben. Irisieren unterdrückende Beschichtungen sind im Stand der Technik herkömmlich bekannt. So beschreiben z. B. die U.S.-Patente Nr. 4,187,336 , 4,419,386 und 4,206,252 Beschichtungstechniken, die sich zur Unterdrückung von Interferenzfarben eignen. Farbunterdrückungsbeschichtungen aus einer Lage, aus mehreren Lagen oder Gradientenlagen sind zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet.
Bei der in 2 dargestellten Zweikomponenten-Zwischenschicht 38, bei der es sich um den bevorzugten Typ einer Irisieren unterdrückenden Zwischenschicht zur Verwendung bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung handelt, hat die auf dem Glassubstrat abgeschiedene und darauf haftende Beschichtung 39 einen hohen Brechungsindex im sichtbaren Spektrum und besteht bevorzugt aus Zinnoxid. Die zweite Beschichtung 40 mit einem niedrigen Brechungsindex ist auf der ersten Beschichtung der Zwischenschicht abgeschieden und haftet auf dieser und besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid. Allgemein hat jede Beschichtung eine Dicke, die so gewählt ist, dass die Zwischenschicht eine kombinierte optische Gesamtdicke von zwischen ca. 1/6 bis ca. 1/12 der Auslegungswellenlänge von 500 nm bildet.
Die zur Herstellung des beschichteten Gegenstandes aus Glas gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneten Glassubstrate können beliebige der herkömmlichen im Stand der Technik bekannten Glaszusammensetzungen beinhalten, die sich für Bauverglasungen eignen. Das bevorzugte Substrat ist ein durchsichtiges Floatglas(Flachglas) Band, wobei die Beschichtungen der vorliegenden Erfindung in der erwärmten Zone des Floatglasprozesses aufgebracht werden. Außerdem können gefärbte Glassubstrate zum Aufbringen des mehrlagigen Stapels gemäß der Erfindung geeignet sein. Bestimmte gefärbte Glassubstrate können jedoch die spektralen und Energiedurchlässigkeitseigenschaften der Erfindung beeinträchtigen.
Der spezifische Beschichtungsstapel auf dem Glassubstrat stellt einen beschichteten Glasgegenstand mit hoher Durchlässigkeit für das sichtbare Licht, einer verringerten Durchlässigkeit für die Sonnenenergie und einer niedrigen spezifischen Ausstrahlung bereit. Der beschichtete Glasgegenstand der Erfindung hat eine Selektivität von 13 oder darüber, wobei die Selektivität definiert ist als die Differenz zwischen der Durchlässigkeit für das sichtbare Licht (Lichtart C) und der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie integriert mit einer Luftmasse 1,5 auf einem klaren Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm. Die Selektivität beträgt vorzugsweise 14 oder darüber, wobei die bevorzugte Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 63% oder darüber und eine bevorzugte Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie von 53% oder darunter beträgt. Die spezifische Ausstrahlung des vorliegenden erfindungsgemäßen Gegenstandes beträgt unter 0,2 und vorzugsweise unter 0,15. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes für Bauverglasungen resultiert in einer Verglasung, die im Sommer die Sonnenenergie abhält und im Winter eine niedrige Wärmedurchgangszahl bereitstellt.
Die mehrlagigen Beschichtungen der vorliegenden Erfindung resultieren in einem beschichteten Glasgegenstand, der sowohl hinsichtlich der Reflexion als auch der Durchlässigkeit eine neutrale Farbe aufweist. Die Farbe wird durch die Zusammensetzung und Dicke der verschiedenen Lagen des Stapels definiert. Der R_g-Wert oder die Reflexionsfarbe, gemessen von der Seite des Glassubstrats des beschichteten Gegenstandes, hat vorzugsweise einen a*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 und einen b*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 gemäß Definition im CIELAB-Farbskalensystem. Der Off-Winkel R_g ist zumindest teilweise wegen der abgestimmten Brechungsindizes der Beschichtungen aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid und aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid neutral.
Der R_f-Wert oder die Reflexionsfarbe, gemessen von der Seite des Films des beschichteten Gegenstandes hat vorzugsweise einen a*-Wert zwischen ca. 5 und ca. –5 und einen b*-Wert zwischen ca. 5 und ca. –5 gemäß Definition im CIELAB-Farbskalensystem, gilt aber nicht als kritischer Faktor für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, da der Betrachter bei den meisten Anwendungen die glasseitige Reflexion aufgrund der Oberfläche der Glasscheibe, auf der der Film abgeschieden ist, sieht. Die durchgelassene Farbe des beschichteten Gegenstandes ist ästhetisch neutral mit einem a*-Wert zwischen ca. 2 und ca. –5 und einem b*-Wert zwischen ca. 2 und ca. –5. Der beschichtete Gegenstand aus Glas weist außerdem vorzugsweise eine Trübung von weniger als 0,8% auf.
Um die oben beschriebene Farbneutralität zu erzielen, kann es wünschenswert sein, die Dicken der Zinnoxid- und Siliziumdioxidschichten der Farbe zwischen 150 Å und 350 Å zu variieren. Es ist außerdem von Bedeutung, dass bezüglich der vorliegenden Erfindung die Farbneutralität nicht streng durch mathematische Grenzwerte definiert ist, sondern auch wie sie vom menschlichen Auge bei Betrachtung der glasseitigen Reflexionsfarbe (R_g) und der durchgelassenen Farbe wahrgenommen wird.
Die Beschichtungen des Gegenstandes der Erfindung können mit jedem der allgemein im Stand der Technik bekannten herkömmlichen Verfahren aufgebracht werden. Vorzugsweise werden die Beschichtungen "online" durch chemische Abscheidung aus der Dampfphase während des Glasherstellungsprozesses auf das Glassubstrat aufgebracht. 1 zeigt eine allgemein mit 10 gekennzeichnete Vorrichtung, die zur Online-Herstellung des beschichteten Glasgegenstandes der vorliegenden Erfindung geeignet ist, die einen Floatabschnitt 11, einen Kühlofen 12 und einen Kühlabschnitt 13 aufweist. Der Floatabschnitt 11 hat eine Wanne 14, die ein geschmolzenes Zinnbad 15 enthält, ein Dach 16, Seitenwände (nicht dargestellt) und Stirnwände 17, die zusammen einen abgedichteten Raum 18 bilden, in dem eine nicht oxidierende Atmosphäre aufrechterhalten wird, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, um die Oxidation des Zinnbades 15 zu vermeiden. Während des Betriebs der Vorrichtung 10 wird geschmolzenes Glas auf einen Herd 20 gegossen und fließt von diesem unter einer Zumesswand 21 durch, dann nach unten auf die Oberfläche des Zinnbades 15, von wo es durch Toproller 22 entnommen, durch den Kühlofen 12 und anschließend durch den Kühlabschnitt 13 transportiert wird.
Eine nicht oxidierende Atmosphäre wird im Floatabschnitt 11 aufrechterhalten, indem ein geeignetes Gas, wie z. B. eines, das aus 99 Vol.-% Stickstoff und 1 Vol.-% Wasserstoff besteht, über Rohre 23, die funktional mit einem Verteiler 24 verbunden sind, in den Raum 18 eingeleitet wird. Das Schutzgas wird aus den Rohren 23 mit einem Durchsatz in den Raum 18 eingeleitet, der zur Kompensation der Gasverluste (ein Teil der Schutzgasatmosphäre fließt unter den Stirnwänden 17 aus dem Raum 18) und zur Aufrechterhaltung eines leichten Überdrucks, der praktischerweise ca. 0,001 bis ca. 0,01 atm über dem Umgebungsdruck liegt. Das Zinnbad 15 und der dicht abgeschlossene Raum 18 werden von Heizelementen 25 durch abgestrahlte nach unten gerichtete Wärme erwärmt. Der erwärmte Raum 18 wird im Allgemeinen auf einer Temperatur von ca. 1200°F (ca. 650°C) gehalten. Die Atmosphäre im Kühlofen 12 ist typischerweise Luft, und der Kühlabschnitt 13 ist nicht eingehaust. Umgebungsluft wird von Gebläsen 26 auf das Glas geblasen.
Die Vorrichtung 10 enthält außerdem Gasverteiler 27, 28, 29 und 30, die in der Floatzone 11 angeordnet sind. Die gewünschten Vorproduktgemische für die einzelnen Beschichtungen werden den jeweiligen Gasverteilern zugeführt, die ihrerseits die Vorproduktgemische auf die heiße Oberfläche des Glasbandes richten. Die Vorpro dukte reagieren auf der Glasoberfläche zur Bildung der gewünschten Beschichtungen.
Der beschichtete Glasgegenstand der Erfindung ist ideal zur Verwendung für Bauverglasungen geeignet. Der beschichtete Glasgegenstand kann z. B. in einer Isolierglaseinheit verwendet werden. Der in 3 dargestellte beschichtete Glasgegenstand der vorliegenden Erfindung ist dann eine außen liegende Fensterscheibe 45 in einer Isolierglaseinheit 43, die zum Einbau in eine Gebäudekonstruktion geeignet ist. Die Isolierglaseinheit 43 enthält auch eine innen liegende Fensterscheibe 50 aus einem Glasgegenstand, der durch einen Rahmen (nicht dargestellt) auf die bekannte Weise in beabstandeter Beziehung zur außen liegenden Fensterscheibe 45 gehalten wird. Das Glassubstrat 47 der vorliegenden Erfindung ist so positioniert, dass es zur Außenseite der Konstruktion weist. Die mehrlagige Beschichtung 49 der vorliegenden Erfindung weist nach innen, wobei ein Luftraum 51 die außen liegende Fensterscheibe 44 von der innen liegenden Fensterscheibe 50 trennt.
Die geringe spezifische Ausstrahlung aufgrund des mit Fluor dotierten Zinnoxids verbessert das Einsatzverhalten des beschichteten Glasgegenstandes im Sommer und im Winter. Die Strahlungsenergie, eine Komponente der indirekten Verstärkung vom Glas ins Gebäudeinnere, wird bei sommerlichen Bedingungen durch eine Beschichtung mit niedriger spezifischer Ausstrahlung verringert. Dies zeigt sich als eine Verringerung der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenwärme (TSHT; total solar heat transmittance). Die TSHT ist definiert als beinhaltend die Sonnenenergie, die direkt durch das Glas durchgelassen wird, und die vom Glas absorbierte Sonnenenergie, die anschließend durch Konvektion nach innen thermisch abgestrahlt wird. Die deutlichste Verbesserung im Einsatzverhalten findet jedoch unter winterlichen Bedingungen statt, bei denen die Wärmedurchgangszahl der Verglasungsstruktur durch eine Beschichtung mit niedriger spezifischer Ausstrahlung erheblich reduziert ist. Die Wärmedurchgangszahl oder der Gesamtwärmeübergangskoeffizient verhält sich umgekehrt proportional zur Wärmebeständigkeit der Struktur. Eine niedrigere Wärmedurchgangszahl bedeutet eine Verringerung des Wärmeverlustes durch das Glas von innen nach außen, was in Einsparungen bei den Energiekosten resultiert. Die geringe spezifische Ausstrahlung des beschichteten Gegenstandes aus Glas in Kombination mit der überraschend selektiven Absorption der Sonnenenergie des mehrlagigen Stapels stellt somit eine verbesserte Wärmeabfuhr im Sommer und eine verbesserte Wärmerückhaltung im Winter bereit.
Die resultierende Isolierglaseinheit, bei der der beschichtete Gegenstand aus Glas der vorliegenden Erfindung genutzt wird, weist spezifische Durchlässigkeits- und Spektraleigenschaften auf. Die niedrige spezifische Ausstrahlung der Oberfläche 49 (3) resultiert in einer Wärmedurchgangszahl kleiner als 0,4 und vorzugsweise kleiner als 0,35. Die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie der Einheit beträgt 48% oder weniger. Die Isolierglaseinheit weist außerdem eine Durchlässigkeit für das sichtbare Licht (Lichtart C) von 59% oder darüber auf.
Die Isolierglaseinheit hat sowohl hinsichtlich der Reflexion als auch der Durchlässigkeit eine neutrale Farbe.
Die folgenden Beispiele, die derzeit als die beste Art der Verwirklichung der Erfindung gelten, haben nur den Zweck der Vertiefung und Offenbarung der vorliegenden Erfindung und sind nicht als Eingrenzung derselben zu verstehen.
Vorhersagebeispiele 1 bis 15
Zur Herstellung eines Floatglasbandes mit einer Dicke von 1/8 Zoll (3,18 mm) wird der Floatglasprozess angewendet. Während der Herstellung des Floatglasbandes werden die vorgeschriebenen Beschichtungen nacheinander auf das Glassubstrat im Float-Bad durch herkömmliche Abscheidungsverfahren aus der Dampfphase auf die in Tabelle 1 angegebenen Dicken (in A) aufgebracht. Das Vorproduktgemisch für die verschiedenen Zinnoxidbeschichtungen enthält Dimethyl-Zinndichlorid, Sauerstoff, Wasser und Helium als Trägergas. Im Fall des mit Antimon dotierten Zinnoxids enthält das Vorproduktgemisch außerdem Antimondichlorid in Ethylacetat, während im Fall des mit Fluor dotierten Zinnoxids das Vorproduktgemisch auch Flusssäure enthält. Das Vorproduktgemisch für die Siliziumdioxidbeschichtung enthält Monosilan, Ethylen und Sauerstoff als Trägergas. In jedem Fall beträgt bei der mit Antimon dotiertem Zinnoxidschicht das Molverhältnis Antimon zu Zinn 0,07.
Die Beispiele 1 bis 4, 9 und 12 dienen Vergleichszwecken und enthalten eine mit Antimon dotierte Zinnoxidbeschichtung aber keine mit Fluor dotierte Zinnoxidbeschichtung. Die Beispiele 5, 6, 10, 11 und 13 werden ebenfalls zu Vergleichzwecken präsentiert, wobei diese eine mit Fluor dotierte Zinnoxidbeschichtung, aber keine mit Antimon dotierte Zinnoxidbeschichtung haben.

Die Durchlässigkeit für sichtbares Licht (T_vis), die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie (T_sol) und die Selektivität (T_vis – T_sol) wurden bei jedem Beispiel für den resultierenden beschichteten Glasgegenstand berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1

Ex.	SnO₂	SiO₂	SnO₂:Sb	SnO₂:F	T_vis(%)	T_sol(%)	T_vis– T_sol
1	250	250	1500	0	68,76	57,49	11,25
2	250	250	1800	0	65,22	53,66	11,56
3	250	250	2400	0	59,51	47,03	12,49
4	250	250	4500	0	43,5	30,87	12,63
5	250	250	0	2400	82,52	74,31	8,21
6	250	250	0	3000	84,05	73,14	10,91
7	250	250	1800	3000	63,64	49,63	14,01
8	250	250	2400	2400	57,32	44,26	13,06
9	0	0	4800	0	41,56	29,36	12,2
10	0	0	0	4500	82,91	70,81	12,1
11	0	0	0	4800	81,89	70,89	11,0
12	250	250	4800	0	41,51	29,16	12,35
13	250	250	0	4800	82,36	70,46	11,9
14	250	250	4800	4800	39,79	27,18	12,61
15	250	250	1500	3000	66,77	52,76	14,01
16	240	200	1800	3000	63,63	49,69	13,94
17	220	200	1500	3000	66,82	52,88	13,94

Ex. = Beispiel

Die verbesserte Selektivität, die mit dem mehrlagigen Beschichtungsstapel der Erfindung erzielt wird, wird bei Betrachtung der obigen Beispiele deutlich. So ist z. B. festzustellen, dass der Glasgegenstand von Beispiel 12, der eine zweilagige Farbunterdrückungsschicht und 4800 Å aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid enthält, eine Selektivität von 12,35 hat. Der Glasgegenstand von Beispiel 13, der die gleiche zweilagige Farbunterdrückungsschicht und 4800 Å aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid enthält, hat eine Selektivität von nur 11,9.
Im Gegensatz dazu hat der beschichtete Glasgegenstand von Beispiel 8 die gleiche zweilagige Farbunterdrückungsschicht mit 2400 Å aus mit Antimon dotiertem Zinn oxid und 2400 Å aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid. Damit hat der Gegenstand von Beispiel 8 trotz der gleichen Beschichtungsgesamtdicke eine Selektivität von 13,06, obwohl sein T_vis wegen der reletiv dicken mit Antimon dotierten Zinnoxidbeschichtung nur 57,32 beträgt. Der beschichtete Glasgegenstand von Beispiel 7 hat die gleiche zweilagige Farbunterdrückungsschicht mit 1800 Å aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid und 3000 Å aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid. Auch der Gegenstand von Beispiel 7 hat die gleiche Beschichtungsgesamtdicke, aber eine Selektivität von 14,01 mit einem T_vis von 63,64 und einem T_sol von 49,63.
Die weitere Analyse der Beispiele 16 und 17 in Tabelle 1 zeigt, dass ein "Tuning" der Farbunterdrückungsschichten zur Verbesserung der Farbneutralität möglich ist, wobei die Selektivität über 13 gehalten wird. Die vorhergesagten Farbwerte für Beispiel 16 sind eine durchgelassene Farbe (T) a*-1,87 und b*-0,03 und eine von der Glasseite reflektierte Farbe (Rg) a*-5,97 und b*-3,88. Vergleichbare Farbwerte für Beispiel 17 sind (T) a*-1,58 und b*0,65, (Rg) a*-3,45 und b*-5,29. Aus dem Vergleich der obigen Farbwerte mit den Beispielen 7 und 15, die vorhergesagte Farbwerte von (T) a*-1,8 und b*-0,13 sowie (Rg) a*-6,21 und b*-3,49 bzw. (T) a*-2,15 und b*1,14 sowie (Rg) a*-0,81 und b*-7,33 haben, wird deutlich, dass die Farbe durch Variieren der Schichtdicke erheblich beeinflusst werden kann, aber immer noch innerhalb der gewünschten Farbbereiche liegt, um ein ästhetisch ansprechendes „neutral" gefärbtes Glas bereitzustellen.

Claims

Beschichteter Gegenstand aus Glas, aufweisend: (a) ein Glassubstrat; (b) eine Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid, die auf dem Glassubstrat abgeschieden ist und auf diesem haftet; und (c) eine Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid, die auf der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid abgeschieden ist und auf dieser haftet, wobei die Dicke der Beschichtungen so gewählt ist, dass der beschichtete Glasgegenstand eine Differenz zwischen der Durchlässigkeit für sichtbares Licht (Lichtart C/Illuminant C) und der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie, integriert mit einer Luftmasse 1,5 auf einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm, aufweist, die eine Selektivität von 13 oder darüber bereitstellt.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid eine Dicke zwischen ca. 1400 und 2400 Å hat.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 2, bei dem die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid eine Dicke zwischen ca. 1400 und 1900 Å hat.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 3, bei dem die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid zwischen ca. 1700 bis ca. 1800 Å dick ist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid eine Dicke zwischen ca. 2000 und 3500 Å hat.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 5, bei dem die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid eine Dicke zwischen ca. 2200 und 3500 Å hat.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 6, bei dem die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid ca. 2800 bis ca. 3200 Å dick ist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem der beschichtete Glasgegenstand eine spezifische Ausstrahlung kleiner als oder gleich ca. 0,2 hat.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 8, bei dem der beschichtete Glasgegenstand eine spezifische Ausstrahlung kleiner als oder gleich ca. 0,15 hat.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem das Glassubstrat ein durchsichtiges Floatglas-(Flachglas)Band ist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem der Gegenstand eine neutrale Farbe bei seitlicher Reflexion des Glases gemäß Definition im CIELAB-System mit einem a*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 und einem b*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 aufweist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem das Molverhältnis von Antimon zu Zinn der mit Antimon dotierten Zinnbeschichtung zwischen ca. 0,05 und 0,12 beträgt.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem der beschichtete Glasgegenstand eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht (Illuminant C) von 63% oder darüber und eine Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie, integriert mit einer Luftmasse 1,5, von 53% oder darunter auf einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm aufweist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, bei dem der beschichtete Glasgegenstand eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht (Illuminant C) von 59% oder darüber und eine Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie, integriert mit einer Luftmasse 1,5, von 49% oder darunter auf einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm aufweist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 1, der ferner eine Irisieren unterdrückende Zwischenschicht zwischen dem Glassubstrat und der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid aufweist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 15, bei dem der beschichtete Glasgegenstand eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht (Illuminant C) von 63% oder darüber und eine Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie, integriert mit einer Luftmasse 1,5, von 53% oder darunter auf einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm aufweist und eine neutrale Farbe bei seitlicher Refle xion des Glases gemäß Definition im CIELAB-System mit einem a*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 und einem b*-Wert zwischen ca. 0 und ca. –6 aufweist.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 15, bei dem die Irisieren unterdrückende Zwischenschicht eine Schicht aus nicht dotiertem Zinnoxid aufweist, und bei dem eine Schicht aus Siliziumdioxid auf der Schicht aus nicht dotiertem Zinnoxid abgeschieden ist und auf dieser haftet.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 17, bei dem die optische Gesamtdicke der nicht dotierten Zinnoxidschicht und der Siliziumdioxidschicht zwischen 1/6 bis 1/12 der Auslegungswellenlänge von 500 nm beträgt.
Beschichteter Gegenstand aus Glas nach Anspruch 17, bei dem die nicht dotierte Zinnoxidschicht eine Dicke zwischen ca. 150 bis 350 Å und die Siliziumdioxidschicht eine Dicke zwischen ca. 150 bis 350 Å hat.
Isolierglaseinheit, aufweisend: (a) ein erstes Glassubstrat; (b) ein zweites Glassubstrat mit einer inneren und einer äußeren Oberfläche, wobei das zweite Glassubstrat am ersten Glassubstrat in einer Abstandsbeziehung befestigt ist, in der die innere Oberfläche zum ersten Glassubstrat weist; und (c) eine mehrlagige Beschichtungsfolge, die auf der inneren Oberfläche des zweiten Glassubstrats abgeschieden ist und auf dieser haftet, wobei die mehrlagige Beschichtungsfolge aufweist: (I) eine Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid, die auf der inneren Oberfläche des zweiten Glassubstrats abgeschieden ist und auf dieser haftet, wobei die Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid eine Dicke zwischen ca. 1400 bis 1900 Å hat; und (II) eine Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid, die auf der Beschichtung aus mit Antimon dotiertem Zinnoxid abgeschieden ist und auf dieser haftet, wobei die Beschichtung aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid eine Dicke zwischen ca. 2200 bis 3500 Å hat; wobei die mehrlagige Beschichtung von einer solchen Beschaffenheit ist, dass das zweite Glassubstrat eine Differenz zwischen der Durchlässigkeit für sichtbares Licht (Lichtart C/Illuminant C) und der Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie, integriert mit einer Luftmasse 1,5 auf einem durchsichtigen Glassubstrat mit einer Nenndicke von 3 mm, aufweist, die eine Selektivität von 13 oder darüber bereitstellt.
Isolierglaseinheit nach Anspruch 20, bei der die Isolierglaseinheit einen U-Wert kleiner als 0,4 hat.
Isolierglaseinheit nach Anspruch 20, bei der die Isolierglaseinheit einen U-Wert hat, der mindestens um 15% niedriger ist als der U-Wert einer Isolierglaseinheit der gleichen Konstruktion, bei der jedoch zwei Scheiben aus unbeschichtetem Glas verwendet werden.
Isolierglaseinheit nach Anspruch 20, bei der die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie um mindestens 25% niedriger ist als die Gesamtdurchlässigkeit für die Sonnenenergie einer Isolierglaseinheit der gleichen Konstruktion, bei der jedoch zwei Scheiben aus unbeschichtetem Glas verwendet werden.