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Dokumentenidentifikation DE69906808T2 13.11.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 1147065
Titel SCHMUTZABWEISENDE BESCHICHTUNG FÜR GLASOBERFLÄCHEN
Anmelder Cardinal CG Co., Eden Prairie, Minn., US
Erfinder KRISKO, Annette, Prairie de Sac, US;
BOND, Bob, Spring Green, US;
STANEK, Roger, Spring Green, US;
PFAFF, Gary, Spring Green, US;
HARTIG, Klaus, Avcoa, US
Vertreter Patentanwälte Reichel und Reichel, 60322 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69906808
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.02.1999
EP-Aktenzeichen 999056302
WO-Anmeldetag 02.02.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/02208
WO-Veröffentlichungsnummer 0000037377
WO-Veröffentlichungsdatum 29.06.2000
EP-Offenlegungsdatum 24.10.2001
EP date of grant 09.04.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.11.2003
IPC-Hauptklasse C03C 17/34
IPC-Nebenklasse C03C 17/36   C23C 14/56   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Beschichtung für Glassubstrate und dergleichen, welche der Ansammlung von Schmutz und von Wasserflecken widersteht. Beschichtete Glassubstrate gemäß der Erfindung können in Isolierglaseinheiten verwendet werden, bei denen die Beschichtung gemäß der Erfindung auf eine äußere Oberfläche einer Glasplatte aufgebracht wird, während auf die entgegengesetzte Seite derselben Glasplatte eine reflektierende Beschichtung aufgebracht wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Aufbringen einer derartigen Beschichtung.

Das Sauberhalten von Fenstern und anderen Glasoberflächen ist ein verhältnismäßig kostspieliger, zeitaufwendiger Vorgang. Während die Reinigung eines einzelnen Fensters nicht besonders mühevoll ist, kann die Sauberhaltung einer großen Anzahl von Fenstern eine beträchtliche Last darstellen. Beispielsweise sind bei modernen Bürotürmen mit Glasoberfläche beträchtliche Zeit und beträchtliche Kosten in Kauf zu nehmen, um Fensterputzer regelmäßig die äußeren Oberflächen der Fenster reinigen zu lassen.

Fenster und andere Glasoberflächen können auf verschiedene Weise verschmutzt werden. Zwei hauptsächliche Arten, wie Fenster Schmutz annehmen können, beruhen auf der Wirkung von Wasser auf die Glasoberfläche. Einmal kann das Wasser selbst Schmutz, Mineralien oder dergleichen auf der Oberfläche des Glases absetzen oder sich ansammeln lassen.

Schmutziges Wasser, welches auf das Glas auftrifft, pflegt nach dem Abtrocknen den mitgerissenen oder gelösten Schmutz auf dem Glas zurückzulassen. Selbst wenn verhältnismäßig sauberes Wasser auf die äußere Oberfläche eines Fensters auftrifft, neigt jeder Wassertropfen, welcher auf dem Fenster sitzt, dazu, Staub und andere Teilchen aus der Luft aufzunehmen, während er trocknet. Diese Teilchen und gegebenenfalls andere Chemikalien, die im Wasser gelöst werden, reichern sich mit der Zeit an und hinterlassen einen charakteristischen Fleck oder Trocknungsring auf der Glasoberfläche.

Die zweite Art und Weise, wie Wasser einem Fenster oder einer anderen Glasoberfläche ein verschmutztes oder weniger ansprechendes Aussehen verleiht, ist mit einem Angriff auf die Glasoberfläche selbst verbunden. Wenn ein Tröpfchen von selbst verhältnismäßig sauberem Wasser auf einer Glasoberfläche sitzt, beginnt es, alkalische Bestandteile aus dem Glas auszulaugen. Bei einem typischen Kalk-Natron-Glas werden Natriumcarbonat und Kalk aus dem Glas ausgelaugt und der pH-Wert des Tropfens erhöht. Mit steigendem pH-Wert wird der Angriff auf die Glasoberfläche stärker. Als Folge davon wird das Glas, welches unter einem trocknenden Wassertropfen liegt, in der Zeit, in welcher der Wassertropfen vollständig trocknet, ein wenig rauher. Außerdem werden die alkalischen Bestandteile, die aus dem Glas ausgelaugt worden sind, in Form eines Trocknungsringes auf dem Glas wieder abgeschieden. Dieses getrocknete alkalische Material beeinträchtigt nicht nur das Aussehen des Glases, sondern es geht erneut in Lösung, wenn das Glas wieder benetzt wird, wobei der ph-Wert des nächsten Wassertropfens, der auf der Glasoberfläche zusammenläuft, rasch ansteigt.

Beim Aufbewahren und Versenden von Glasplatten stellt die Anwesenheit von Wasser auf den Oberflächen zwischen einander angrenzenden Glasplatten ein chronisches Problem dar. Man kann das Glas vor dem unmittelbaren Kontakt mit Wasser schützen, jedoch kann Wasser, wenn das Glas in einer feuchten Umgebung aufbewahrt wird, aus der Atmosphäre auf der Glasoberfläche kondensieren.

Dies wird um so problematischer, wenn größere Stapel von Glasplatten gesammelt werden. Derartige große Glasstapel besitzen eine verhältnismäßig große thermische Masse und benötigen längere Zeit, um sich zu erwärmen. Demzufolge sind sie häufig kühler als die Umgebungsluft, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt (beispielsweise am Morgen), wodurch bewirkt wird, daß Feuchtigkeit aus der Luft auf der Oberfläche des Glases kondensiert. Zufolge der begrenzten Luftzirkulation benötigt die Feuchtigkeit, die zwischen den Glasplatten kondensiert, eine verhältnismäßig lange Zeit zum Trocknen. Dies gibt der kondensierten Feuchtigkeit die Möglichkeit, die alkalischen Komponenten aus dem Glas auszulaugen und die Glasoberfläche zu beeinträchtigen. Die Angriffsgeschwindigkeit kann etwas erniedrigt werden, indem man auf die Oberfläche des Glases eine Säure aufbringt. Dies wird gewöhnlich dadurch bewirkt, daß man eine schwache Säure, wie beispielsweise Adipinsäure, in das Trennmittel einbringt, das dazu verwendet wird, die Glasplatten daran zu hindern, aneinander zu kleben und sich gegenseitig Kratzspuren zuzufügen.

Es sind schon viele Versuche unternommen worden, um einer Glasplatte die Fähigkeit zu verleihen über längere Zeit hinweg ein sauberes Aussehen zu bewahren. Ein Weg der gegenwärtigen Forschung besteht aus einer "selbstreinigenden" Oberfläche für Glas und andere keramische Materialien. Die Forschung auf diesem Gebiet gründet sich auf die Fähigkeit bestimmter Metalloxide, ultraviolettes Licht zu absorbieren und biologische Materialien, wie beispielsweise Öl, pflanzliche Materie, Fette und Schmalz und so weiter, fotokatalytisch zu zersetzen. Das wirkungsvollste dieser fotokatalytischen Metalloxide scheint Titandioxid zu sein, wenngleich andere Metalloxide, welche die genannte fotokatalytische Wirkung zu besitzen scheinen, die Oxide von Eisen, Silber, Kupfer, Wolfram, Aluminium, Zink, Strontium, Palladium, Gold, Platin, Nickel und Cobalt sind.

Während derartige fotokatalytische Beschichtungen einen gewissen Vorteil beim Entfernen von Materialien biologischen Ursprungs haben können, ist ihre unmittelbare Wirkung auf andere Materialien unklar und scheint mit der Exposition gegenüber ultraviolettem Licht zu variieren. Demzufolge würden die oben erwähnten Schwierigkeiten, die mit dem Wasser aus der Oberfläche von derartig beschichteten Glasflächen verbunden sind, nicht unmittelbar durch derartige fotokatalytische Beschichtungen angegangen werden.

Es ist schon eine Reihe von Versuchen unternommen worden, um die Wirkung von Wasser auf Glasoberflächen auf ein Minimum herabzudrücken, indem man das Wasser dazu veranlaßte, sich in kleine Tröpfchen aufzuteilen. Beispielsweise wird in US-PS 5424130 (Nakanishi et al.) vorgeschlagen, eine Glasoberfläche mit einer Beschichtung auf der Grundlage von Siliciumdioxid, das Fluoralkylgruppen enthält, zu versehen. Dazu wird vorgeschrieben, auf die Oberfläche des Glases einen Silicon-Alkoxid-Lack aufzubringen, den Lack zu trocknen und anschließend den getrockneten Lack in Luft zu brennen. Nakanishi et al betonen, daß es wichtig sei, einen Teil der nichtmetallischen Atome, d. h. der Sauerstoffatome in einer SiO&sub2;-Schicht durch eine Fluoralkylgruppe zu ersetzen. Bis zu 1,5% der Sauerstoffatome müssen so ersetzt werden. Nakanishi et al. stellen weiter fest, daß im Falle, daß weniger als 0,1% det Sauerstoffatome durch Fluoralkylgruppen ersetzt werden, das Glas Wasser nicht richtig abstoßen würde, weil der Kontaktwinkel des Wassers auf der Glasoberfläche unter 80º betrage.

Derartige "wasserabweisende" Beschichtungen verursachen leicht, das Wasser auf der Oberfläche des Glases Perlen bildet. Wenn die Beschichtung auf eine Automobil- Windschutzscheibe oder dergleichen aufgebracht wird, wo ein konstanter Strom aus schnell bewegter Luft über die Oberfläche bläst, kann diese perlenbildende Wirkung des Wassers dazu beitragen, Wasser von der Glasoberfläche durch Wegblasen der Tröpfchen von der Oberfläche zu entfernen. Jedoch bleiben diese Tröpfchen unter ruhigeren Bedingungen leicht an der Oberfläche des Glases fest sitzen und verdampfen nur langsam. Demzufolge lösen diese sogenannten "wasserabweisenden" Beschichtungen die oben erwähnten, durch das Wasser hervorgerufenen Fleckbildungsprobleme nicht. Im Gegenteil, dadurch, daß das Wasser leichter Perlen bildet, kann das Problem tatsächlich verschärft werden.

Es sind auch schon andere Überzüge aus Siliciumdioxid auf Glasoberflächen in verschiedener Weise aufgebracht worden. Beispielsweise ist aus US-PS 5394269 (Takamatsu et al.) eine "mikrorauhe" Beschichtung aus Siliciumdioxid auf der Oberfläche von Glas bekannt, um die Reflexion zu verringern. Diese aufgerauhte Oberfläche wird dadurch erzielt, daß man die Oberfläche mit einer übersättigten Lösung von Siliciumdioxid in Fluor/Kieselsäure behandelt, um eine poröse Schicht aus Siliciumdioxid auf der Glasplatte auszubilden. Durch Verwendung einer Vielkomponenten-Sol-Gel- Lösung soll eine Oberfläche erzielt werden, welche kleine Grübchen aufweist, die mit kleinen "inselartigen Landbereichen" durchsetzt sind, deren Größe etwa 50-200 nm betragen soll. Während diese aufgerauhte Oberfläche dazu beitragen mag, die Reflexion an der Luft/Glas-Grenzfläche zu verringern, erscheint es unwahrscheinlich, daß sie die oben erörterten Schwierigkeiten des durch Wasser hervorgerufenen Verschmutzens verringern kann. Wenn sie etwas bewirkt, dann scheint die poröse Natur dieser Beschichtung eher zu bewirken, daß Wasser auf der Oberfläche des Glases zurückgehalten wird. Dabei scheint es wahrscheinlich, daß die Schwierigkeiten, die mit der langen Verweildauer von Wasser auf der Glasoberfläche zusammenhängen, noch vergrößert werden.

Aus EP-A-0689962 ist ein Spiegel für ein Fahrzeug bekannt. Der Spiegel besteht aus einem Glassubstrat mit einem reflektierenden Überzug aus Chrom oder Aluminium, welcher auf einer Oberfläche gebildet ist. Auf der anderen Oberfläche ist ein hydrophiler Oxidüberzug, beispielsweise aus SiO&sub2;, gebildet. Dieser Überzug wirkt derart, daß jegliche Wassertröpfchen, die auf der Spiegeloberfläche abgeschieden worden sind, ausgebreitet werden. Aus EP-A-0820967 ist ein Anti-Beschlag-Element bekannt, beispielsweise zur Verwendung als Spiegel für ein Fahrzeug oder ein Badezimmer oder als Fenster. Das Element umfaßt ein durchsichtiges Substrat, wie beispielsweise Glas, einen fotokatalysierenden Überzug, beispielsweise 1102, der auf das Substrat aufgebracht ist, damit er eine fotokatalytische Umsetzung auf dem Substrat katalysiert, sowie einen porösen Überzug aus anorganischem Oxid, beispielsweise SiO&sub2;, welcher aus dem fotokatalysierenden Überzug gebildet ist. Die Oberfläche des Überzugs aus dem anorganischen Oxid besitzt hydrophile Eigenschaften. Das Vorsehen des fotokatalysierenden Überzuges bewirkt, daß organische Materie, die in den Öffnungen des porösen anorganischen Überzuges abgeschieden worden ist, durch eine fotokatalytische Umsetzung aufgelöst wird.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist eine Glasplatte eine Innenoberfläche mit einer darauf befindlichen reflektierenden Beschichtung und eine äußere Oberfläche mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung auf, wobei die reflektierende Beschichtung eine reflektierende Metallschicht und mindestens eine dielektrische Schicht umfasst und die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung aus Siliciumdioxd besteht, welches unmittelbar auf die äußere Oberfläche der Glasplatte durch "Sputtering" abgeschieden worden ist. Die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung besitzt eine Außenseite, welche praktisch nicht porös ist, jedoch eine unregelmäßige Oberfläche aufweist, verringert den Kontaktwinkel von Wasser auf der beschichteten Außenoberfläche des Glasgegenstandes auf unter etwa 25º und bewirkt, daß Wasser, das auf die beschichtete äußere Oberfläche der Scheibe auftrifft, zusammenfließt.

Es ist bevorzugt, daß die reflektierende Beschichtung nacheinander mindestens eine erste dielektrische Schicht, eine reflektierende Metallschicht und eine zweite dielektrische Schicht aufweist.

Vorteilhafterweise kann die Glasscheibe mit einer weiteren Glasscheibe kombiniert werden, wobei die Glasscheiben durch einen Abstandhalter voneinander getrennt gehalten werden. Alternativ kann die Glasscheibe an eine weitere Glasscheibe durch einen reißfesten Kunststoffüberzug unter Ausbildung eines Laminats gebunden werden.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung besteht ein Verfahren zum Widerstandsfähigmachen einer Oberfläche einer Glasscheibe gegenüber Verschmutzung darin, daß man eine Glasscheibe mit einer sauberen Innenoberfläche und einer sauberen Außenoberfläche herstellt,

die Innenoberfläche der Glasscheibe mit einer reflektierenden Beschichtung versieht, indem man mindestens eine erste dielektrische Schicht auf die Innenoberfläche des Glases oder auf eine Gesamtheit von zuvor auf der Innenoberfläche des Glases abgeschiedenen Überzügen durch "Sputtering" aufbringt und

die Außenoberfläche des Glases mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung versieht, indem man diese unmittelbar durch Sputtering auf die Außenoberfläche der Glasscheibe aufbringt.

Bevorzugt umfaßt die reflektierende Beschichtung nacheinander mindestens eine erste dielektrische Schicht, eine reflektierende Metallschicht und eine zweite dielektrische Schicht. Weiter ist es bevorzugt, daß die Wasser- zusammenfließen-lassende Beschichtung eine Siliciumdioxid- Schicht umfaßt, die von einem Silicium-Target aus durch Sputtering aufgebracht worden ist.

Bevorzugt werden die Überzüge in einer Sputtering-Linie aufgebracht, welche aus einer Reihe von Sputtering-Kammern besteht. Die Reihe von Kammern kann mindestens eine nach unten gerichtete Sputtering-Kammer und mindestens eine nach oben gerichtete Sputtering-Kammer umfassen, damit Beschichtungen auf die innere und äußere Seite des Glases aufgebracht werden können, oder sie kann mindestens eine Sputtering-Kammer umfassen, welche in der Lage ist, sowohl nach unten als auch nach oben einen Überzug auf die innere und äußere Oberfläche des Glases aufzubringen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, worin bedeuten:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Glasscheibe mit einer Beschichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer aus mehreren Platten bestehenden Isolierglaseinheit mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer laminierten Fensterstruktur der Art, wie sie üblicherweise in Windschutzscheiben für Automobile verwendet wird, mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer in zwei Richtungen betriebenen Sputtering-Kammer zur Verwendung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer mehrzonigen, in zwei Richtungen betriebenen Sputtering-Kammer zur Verwendung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Kraft-Mikrofotografie einer flachen, unbeschichteten Oberfläche einer Scheibe aus herkömmlichem Floatglas;

Fig. 7 eine grafische Darstellung, die ein Höhenprofil quer über eine kurze Strecke der Oberfläche einer in Fig. 6 dargestellten Glasscheibe zeigt;

Fig. 8 eine Kraft-Mikrofotografie einer Oberfläche einer Floatglas-Scheibe, die eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung gemäß der Erfindung aufweist;

Fig. 9 eine dreidimensionale Darstellung eines Bereichs, der in Fig. 8 gezeigten Floatglas-Scheibe und

Fig. 10 eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 7, jedoch mit einem Höhenprofil über eine kurze Entfernung auf der Oberfläche der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung.

Fig. 1 erläutert schematisch eine Glasscheibe oder Glasplatte, die ein Paar Beschichtungen gemäß einer nützlichen Ausführungsform der Erfindung trägt. Die Glasscheibe 10 umfaßt eine äußere Oberfläche 12 und eine innere Oberfläche 14. (Die Bezeichnung "innere" und "äußere" Oberfläche in der folgenden Beschreibung ist in gewisser Weise willkürlich. Jedoch wird angenommen, daß in den meisten Fällen die äußere Oberfläche einer Umgebung ausgesetzt ist, in der sie in Berührung mit Schmutz, Wasser und dergleichen kommen kann. Die Innenfläche kann ebenfalls auf eine derartige Umgebung gerichtet sein. Bei den in den Fig. 2 und 3 erläuterten Ausführungsformen ist diese "innere" Oberfläche jedoch geschützt, und eine zweite Glasplatte steht zwischen dieser inneren Oberfläche und der Umgebung.)

Die innere Oberfläche 14 des Glases 10 trägt eine reflektierende Beschichtung 30. Wie dem Fachmann einleuchtend, kann diese reflektierende Beschichtung je nach den gewünschten Eigenschaften verschiedenartig ausgebildet sein. Eine große Anzahl derartiger Überzüge ist in der Fachwelt bekannt, und die genaue Natur der reflektierenden Beschichtung 30 liegt außerhalb der Erfindung.

Wenn beispielsweise der Glasgegenstand als Spiegel verwendet werden soll, kann die Beschichtung 30 lediglich aus einer verhältnismäßig dicken Schicht aus einem reflektierenden Metall und mindestens einer dielektrischen Schicht bestehen. Gewünschtenfalls kann über der Oberfläche des Metalls, welche der Oberfläche, die mit dem Glas in Berührung steht, gegenüberliegt, ein Schutzüberzug aus einem dielektrischen Material aufgebracht sein. Wie bekannt, trägt diese dazu bei, die Metallschicht vor chemischem und physikalischem Angriff zu schützen. Man kann ebenfalls jede beliebige Art von Spiegelbeschichtungen verwenden, die dem Fachmann bekannt sind und die aus einer Schicht aus einem dielektrischen Material auf beiden Seiten einer reflektierenden Metallschicht bestehen; viele bekannte dichroitische Spiegel weisen eine derartige Beschichtung auf.

Gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 ist die reflektierende Beschichtung 30 als Infrarotlicht reflektierende Beschichtung derjenigen Art dargestellt, wie sie allgemein in Solar-Steuerungsbeschichtungen mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet werden. Typischerweise umfassen derartige Beschichtungen eine Metallschicht, welche zwischen einem Paar dielektrischer Schichten sandwichartig eingeschlossen ist. Dieser Aufbau kann wiederholt werden, um die Infrarotstrahlung reflektierenden Eigenschaften der Gesamtheit der Schichten weiter zu verstärken. Ein Beispiel für eine nützliche Gesamtheit von Infrarotlicht reflektierenden Beschichtungen ist in US-PS 5302449 (Eby et al.) beschrieben.

Die zur Erläuterung angegebene Gesamtheit 30 von Beschichtungen gemäß Fig. 1 umfaßt eine Grundbeschichtung 32, die aus einer oder mehreren Schichten aus dielektrischen Materialien bestehen kann. Beispielsweise kann diese Grundbeschichtung 32 aus Zinkoxid bestehen, das in einer Dicke von 150 bis 275 Å aufgebracht ist. Unmittelbar auf diese Grundbeschichtung 32 kann eine erste Metallschicht 34 abgeschieden sein. Das Metall kann beispielsweise Silber sein, das in einer Dicke von zwischen etwa 100 und etwa 150 Å aufgebracht ist. Eine zweite dielektrische Schicht 38 kann über der ersten Metallschicht 34 aufgebracht sein. Die Dicke dieser dielektrischen Schicht 38 hängt zumindestens zum Teil davon ab, ob eine zweite Metallschicht 40 in der Gesamtheit der Schichten enthalten ist. Bei einer Gesamtheit von Beschichtungen mit zwei Metallschichten, wie dargestellt, kann diese zweite dielektrische Schicht 38 typischerweise aus einer verhältnismäßig dicken Schicht aus einem Metalloxid, wie beispielsweise aus 700 bis 750 Å Zinkoxid bestehen. Gewünschtenfalls kann eine verhältnismäßig dünne Opferschicht 36 zwischen der Metallschicht 34 und der dielektrischen Schicht 38 eingebracht sein. Diese trägt dazu bei, die Metallschicht 34 während der Abscheidung der dielektrischen Schicht 38 durch Sputtering zu schützen. Die Opferschicht 36 kann beispielsweise aus einer Schicht aus metallischem Titan bestehen, welches in einer Dicke von 25 Å oder darunter aufgebracht ist. Dieses metallische Titan wird während der Aufbringung einer dielektrischen Schicht 38 aus Metalloxid oxidiert und begrenzt dadurch eine etwaige Beschädigung der darunterliegenden Silberschicht 34.

Bei der erläuterten Gesamtheit von Schichten ist eine zweite Metallschicht 40 über die zweite dielektrische Schicht 38 aufgebracht. Die zweite Metallschicht 40 besteht üblicherweise aus demselben Material wie die erste Metallschicht 34. Beispielsweise kann diese zweite Metallschicht 40 aus etwa 125 bis 175 Å Silber bestehen. Wieder kann eine Opferschicht 42 aus Titan oder dergleichen über der Metallschicht 40 aufgebracht sein, um die Metallschicht während der nachfolgenden Abscheidung der darüberliegenden dielektrischen Schichten 44 und 46 zu schützen. Eine dritte dielektrische Schicht 44 wird über der Opferschicht 42 aufgebracht. Diese dielektrische Schicht 44 kann ebenso ein Metalloxid sein, wie beispielsweise Zinkoxid, das in einer Dicke von etwa 250 bis 300 Å aufgebracht ist. Gewünschtenfalls kann eine Schutzüberzugsschicht 46 aus einem weiteren dielektrischen Material über die dielektrische Schicht 44 aufgebracht werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann dieser Schutzüberzug 46 aus 50 bis 60 Å einer Schicht aus Si&sub3;N&sub4; bestehen.

Die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 wurde auf die Innenoberfläche 12 des Glases aufgebracht. Es ist bevorzugt, diese Beschichtung unmittelbar auf die Oberfläche der Glasscheibe 12 aufzubringen. Da das Glas, das typischerweise ein Kalk/Natron-Glas ist, weitgehend aus Siliciumdioxid gebildet ist und die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung zweckmäßigerweise ebenfalls aus Siliciumdioxid besteht, geht man davon aus, daß dadurch eine starke Bindung zwischen diesen beiden Schichten hergestellt und die Wasser zusammenfließen lassende Wirkung der Beschichtung 20 verstärkt wird.

Die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung besteht zweckmäßig aus Siliciumdioxid, welches unmittelbar auf die äußere Oberfläche 12 des Glases 10 abgeschieden worden ist. Wie weiter unten in Verbindung mit 1 den Fig. 8 bis 10 erörtert, besitzt die Außenseite 22 dieser Beschichtung 20 eine unregelmäßige Oberfläche. (Dies ist schematisch als eine Reihe von in unregelmäßigen Abständen angeordneter und ungleich großer Stacheln an der Außenfläche 22 der Beschichtung 21 dargestellt). Entsprechend ist die Zuordnung einer bestimmten Dicke zu dieser Beschichtung 20 unweigerlich etwas ungenau. Jedoch besitzt die Beschichtung 20 zweckmäßigerweise eine mittlere Dicke von zwischen etwa 15 und etwa 350 Å, wobei ein Bereich von zwischen etwa 15 und etwa 150 Å bevorzugt ist. Der Hauptvorteil dieser Überzugsschicht bei geringsten Kosten zeigt sich offensichtlich in einem Bereich von etwa 20 bis etwa 120 Å. Eine bevorzugte Art und Weise, in welcher diese Beschichtung 20 auf die größere Oberfläche 12 des Glases 10 aufgebracht wird, wird im folgenden näher erläutert.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer aus mehreren Platten bestehenden Isolierglaseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Isolierglaseinheiten sind dem Fachmann wohl bekannt und werden hier nicht im einzelnen besonders erläutert. Nur so viel sei kurz gesagt, daß eine Isolierglaseinheit allgemein aus zwei Glasplatten 10, 100 besteht, welche durch einen Abstandhalter 110 voneinander getrennt gehalten werden. Bei dieser Ausführungsform ist die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20, welche auf der Außenoberfläche des Glases 10 liegt, derart angeordnet, daß sie von der zweiten Glasplatte 100 wegweist, während die reflektierende Beschichtung 30, die auf der Innenfläche des Glases 10 liegt, auf die zweite Glasplatte 100 gerichtet ist. Der Abstandhalter 110 ist auf einer Seite an die Innenfläche 102 der zweiten Glasplatte 100 und auf der anderen Seite an die erste Glasplatte 10 gebunden. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann der Abstandhalter unmittelbar an die Innenfläche 14 der Glasplatte 10 gebunden sein, oder die reflektierende Beschichtung 30 kann sich bis zu den Rändern der Glasplatte 10 erstrecken und der Abstandhalter unmittelbar an die Beschichtung 30 anstoßen.

Typischerweise ist der Abstandhalter aus Metall oder dergleichen gefertigt und enthält ein Trocknungsmittel 112. Dieses Trocknungsmittel steht mit dem Gas in den Zwischenraum 115 zwischen den beiden Platten in Verbindung, so daß Feuchtigkeit, die zwischen die Glasplatten gelangen kann, entfernt werden kann. Eine äußere Abdichtung 114 kann um den äußeren Umfang des Abstandhalters 110 herum unter Ausbildung einer zuverlässigen Gas- und Feuchtigkeitsbarriere vorgesehen sein.

Fig. 3 erläutert eine weitere Anwendung für einen beschichteten Glasgegenstand gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Glasscheibe 10 an eine zweite Glasscheibe 100 durch eine dazwischen liegende reißfeste Kunststofffolie 130 unter Ausbildung einer Laminatstruktur gebunden. Derartige laminierte Fensterstrukturen sind auf dem Gebiet der Automobilfensterscheiben wohlbekannt. Typischerweise ist die Kunststoffschicht 130 eine verhältnismäßig dicke Schicht aus Polyvinylbutyral oder dergleichen, die an beiden Glasscheiben heiß verschweißt ist. Gewünschtenfalls kann die. Beschichtung 30 weggelassen werden. Vorzugsweise besteht die reflektierende Beschichtung 30 jedoch aus einem Infrarotstrahlung reflektierenden, wärmehärtbaren Überzug. Von derartigen Überzügen ist eine große Anzahl dem Fachmann bekannt, und die genaue Art des Überzuges ist nicht Gegenstand der Erfindung, sondern es kann jeder geeignete wärmehärtbare Überzug 30 eingesetzt werden.

Wie oben erwähnt, wird die Wasser zusammenfließen lassende Schicht durch Sputtering aufgebracht. Die reflektierende Beschichtung 30 wird zweckmäßigerweise ebenfalls durch Sputtering aufgebracht. Diese getrennten Überzüge können unter Anwendung einer herkömmlichen Sputtering-Einrichtung aufgebracht werden, indem man die beiden Beschichtungen in getrennten Arbeitsgängen durch eine Sputtering-Linie führt. Beispielsweise kann die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung auf die Außenfläche des Glases aufgebracht werden, bevor die reflektierende Beschichtung abgeschieden wird, indem man die Außenfläche des Glases unterhalb eines Silicium-Targets in einer oxidierenden Sputtering-Atmosphäre plaziert. Danach kann eine mehrlagige reflektierende Beschichtung aufgebracht werden, indem man eine Reihe von Sputtering-Kammern in herkömmlicher Weise verwendet, wobei jede Kammer darauf eingerichtet ist, daß sie eine oder mehrere spezifische Schichten des gewünschten Beschichtungsaufbaus durch Sputtering aufbringt.

Fig. 4 erläutert schematisch eine in zwei Richtungen arbeitende Sputtering-Kammer. Sputtering-Kammern mit Hilfe eines Magnetrons sind dem Fachmann wohl bekannt und aus verschiedenen Quellen im Handel erhältlich. Während eine gründliche Erörterung derartiger mit Hilfe eines Magnetrons arbeitender Sputtering-Kammern nicht durch den Gegenstand der Erfindung bedingt ist, wird darauf verwiesen, daß eine verhältnismäßig nützliche Struktur für eine derartige Vorrichtung aus US-PS 5645699 (Sieck) bekannt ist.

Allgemein wird beim Sputtering mit Hilfe eines Magnetrons ein Target verwendet, welches aus einem Metall oder Dielektrikum besteht, das auf dem Substrat abgeschieden werden soll. Dieses Target ist mit einer negativen Ladung versehen, während eine verhältnismäßig positiv geladene Anode angrenzend an das Target angeordnet ist. Durch Einführen einer verhältnismäßig geringen Menge eines gewünschten Gases in die Kammer neben dem Target kann ein Plasma dieses Gases erzeugt werden. Atome in diesem Plasma kollidieren mit dem Target, wobei sie das Targetmaterial aus dem Target herausschießen und es auf das durch Sputtering zu beschichtende Substrat auftreffen lassen. Es ist außerdem bekannt, einen Magneten hinter dem Target zu plazieren, um die Formgebung des Plasmas zu unterstützen und das Plasma auf einen Bereich zu konzentrieren, der an die Oberfläche des Targets angrenzt.

Gemäß Fig. 4 wird die Glastafel 10, die zu beschichten ist, auf einer Anzahl Trägerwalzen 210 gelagert, welche im Abstand voneinander längs der Sputtering-Kammer 200 angeordnet sind. Die genauen Abstände zwischen diesen Walzen 210 können variieren, aus weiter unten näher erläuterten Gründen ist es jedoch zweckmäßig, daß diese Walzen über mindestens eine Zwischenlänge der Kammer 200 etwas weiter voneinander angeordnet sind, um die effektive Beschichtungsfläche vom unteren Target 260 aus zu erhöhen.

Bei der erläuterten Ausführungsform ist die Glasscheibe 10 derart angeordnet, daß sie waagerecht quer über diese Walzen, beispielsweise von links nach rechts, wandert. Die Innenfläche 14 des Glases ist nach oben gerichtet, während die Außenfläche 12 des Glases nach unten gerichtet ist und auf den Walzen 210 ruht. (Während dies wahrscheinlich die typischste Anordnung ist, ist es selbstverständlich, daß die relative Anordnung des Glases innerhalb der Sputtering- Kammer 200 so lange umgekehrt werden kann, als die relativen Anordnungen von oberen Targets 220 und unterem Target 260 ebenfalls umgekehrt werden. Demzufolge ist zu bemerken, daß die Bezeichnung dieser Targets als obere und untere Targets lediglich aus Vereinfachungsgründen erfolgt und die relative Anordnung dieser Elemente innerhalb der Sputtering-Kammer gewünschtenfalls leicht umgekehrt werden kann).

Die Sputtering-Kammer 200 gemäß Fig. 4 umfaßt zwei voneinander im Abstand angeordnete obere Sputtering-Targets 220a und 220b. Während diese Targets planare Targets sein können, sind sie als sogenannte Dreh- oder zylindrische Targets dargestellt. Diese Targets sind allgemein parallel zueinander angeordnet, wobei sich eine Anzahl Anoden 230 horizontal und allgemein parallel zu diesen Targets -erstrekken. Wie in US-PS 5645699 angeregt, kann auch eine Zwischenanode 230 zwischen diesen beiden Targets angeordnet sein.

Zur Versorgung der Kammer mit dem Sputtering-Gas ist ein Gasverteilungssystem angrenzend an die Targets 220a und 220b vorgesehen. Es sind die verschiedensten Gasverteilungssysteme bekannt, und ein derartiges Verteilungssystem kann einfach aus einem Paar Röhren 235 bestehen, die eine Anzahl voneinander im Abstand angeordnete Öffnungen oder Düsen aufweisen, welche allgemein auf das Target gerichtet sind.

Die Verwendung mehrerer Targets, die oberhalb eines Glassubstrats in einer Sputtering-Kammer unter Verwendung eines Magnetrons angeordnet sind, ist auf dem einschlägigen Fachgebiet ziemlich üblich. Der einzigartige Aspekt der Sputtering-Kammer 200 gemäß Fig. 4 ist jedoch das Vorhandensein des "unteren" Targets 260. Dieses Target ist dasjenige, welches dazu verwendet wird, die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung unmittelbar auf die Außenfläche 12 des Glases durch Sputtering aufzubringen. Wie bei den oberen Targets 220a und 220b ist das untere Target 260 mindestens mit einer, vorzugsweise mit zwei Anoden 270 versehen, welche in hinreichender Nähe angeordnet sind, um ein stabiles Plasma aufrecht zu erhalten. Die Gasverteilungsröhren 235, die angrenzend an die oberen Targets 220a und 220b dargestellt sind, sind unzweckmäßig weit weg von dem unteren Target 260, und das in dem Zwischenraum vorhandene Glas 10 teilt die Sputtering-Kammer 200 tatsächlich in zwei getrennte funktionelle Bereiche. Daher ist es bevorzugt, getrennte Gasverteilungsrohre 275 vorzusehen, welche unterhalb des Glases angrenzend an das untere Target 260 angeordnet sind, um eine konsistente Gasversorgung für das Plasma angrenzend an das Target sicherzustellen. Gewünschtenfalls können die unteren Rohre 275 und die oberen Rohre 235 Teile desselben Gasverteilungssystems sein, d. h. beide Rohrsätze können mit einem einzigen Gasversorgungssystem verbunden sein.

Die Art des durch die unteren Rohre 275 zugeführten Gases hängt mindestens zum Teil von der Art des Sputtering- Targets 260 ab. Bei herkömmlichem Sputtering mit Hilfe eines Magnetrons muß das Target als Kathode dienen. Zufolge der dielektrischen Natur von SiO&sub2; kann es außerordentlich schwierig sein, ein zuverlässiges Sputtering unter Verwendung eines Siliciumdioxid-Targets durchzuführen. Demzufolge ist es bevorzugt, daß das Target metallisches Silicium statt Siliciumdioxyd enthält. Das Material, welches tatsächlich auf der Außenfläche 12 des Glases abgeschieden wird, kann in Siliciumdioxid umgewandelt werden, indem man Sauerstoff in das Gas, das durch die unteren Gasverteilungsrohre 275 zugeführt wird, einmischt.

Während die aufeinander folgenden Glasscheiben 10 die Sputtering-Kammer wirksam aufteilen, schließt dies nicht aus, daß Gas, welches in einen Bereich der Kammer eingeleitet wird, irgendwohin in der Kammer wandert. Da es bevorzugt ist, daß das untere Target 260 aus metallischem Silicium besteht, welches in einer oxidierenden Atmosphäre dem Sputtering unterworfen wird, ist es wichtig, daß das Sputtering der oberen Targets 220a und 220b nicht durch die Anwesenheit von überschüssigem Sauerstoff, der durch die unteren Rohre 275 eingeleitet sein kann, beeinträchtigt wird. Dies kann die Verwendung dieser Sputtering-Kammer 200 mit dualer Sputtering-Richtung zur Abscheidung der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 auf der einen Seite der Glasscheibe und eines sauerstoffempfindlichen Metalls auf der anderen Oberfläche wirksam verhindern.

In noch vorteilhafterer Weise kann die Kammer gemäß Fig. 4 für Sputtering in dualer Richtung dazu verwendet werden, eine dielektrische Schicht auf der Innenfläche 14 des Glases und die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 auf der äußeren Oberfläche 12 des Glases in einer einzigen Kammer abzuscheiden. Das dem Sputtering unterzogene Dielektrikum kann ein Nitrid oder dergleichen sein, solange das Einbringen von einigem Metalloxid in das abzuscheidende Nitrid die aufgebrachte Beschichtung nicht beeinträchtigt. Idealerweise ist jedoch das Dielektrikum, das auf die Innenfläche 14 aufgebracht wird, ein Oxid (oder mindestens ein Teiloxid), so daß eine Vermischung des Gases, welches durch die beiden Sätze von Rohren 235 und 275 eingeleitet wird, die dielektrische Schicht oder die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung nicht beeinträchtigt. Beispielsweise können eines der Targets oder beide Targets 220a und 220b aus metallischem Titan oder TiOx(mit 1< X< 2) bestehen, und das durch beide Sätze von Gasverteilungsrohren 235 und 275 eingeleitete Gas kann ein in geeigneter Weise austariertes Gemisch aus Argon und Sauerstoff sein.

Bei herkömmlichen Sputtering-Kammern unter Verwendung eines Magnetrons wird der Abstand der Walzen 210, die zur Unterstützung des Glases verwendet werden, verhältnismäßig gering gehalten, um zu erlauben, daß kleinere Glassubstrate auf der Linie bearbeitet werden können, ohne daß eine wesentliche Gefahr besteht, daß das Glas zwischen die Walzen fällt. Um das Stören der Walzen beim Aufbringen der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung auf der Außenfläche 12 des Glases auf ein Minimum zu beschränken, kann dieser Abstand jedoch vergrößert werden. Der maximale sichere Abstand muß von Fall zu Fall für einen gegebenen Bereich von zu bearbeitenden Glasgrößen bestimmt werden. Je größer jedoch der Abstand zwischen den Walzen ist, welche auf dem Weg vom unteren Target 260 bis zur Außenfläche 12 des Glases angeordnet sind, um so größer ist der Prozentsatz des gesputterten Siliciumdioxids, welches auf dem Glas abgeschieden wird. Natürlich können die Walzen in anderen Bereichen der Sputtering-Vorrichtung auf ihrem normalen Abstand gehalten werden. Es kann zweckmäßig sein, einige der Walzen in der Kammer 200 zum Sputtering in dualer Richtung leicht entfernbar auszubilden, so daß die Kammer von der dargestellten Anordnung in eine mehr nach herkömmlichem Muster betriebene Kammer, in welcher lediglich eine Seite des Glases beschichtet wird und in der die Walzen enger zusammen angeordnet sind, umgewandelt werden kann.

Anstatt den Abstand zwischen den Walzen zu verändern, könnte man auch die Walzen mit einem geringeren Durchmesser ausbilden. Herkömmliche Walzen sind hohle Metallrohre. Gewünschtenfalls können Walzen mit geringerem Durchmesser vetsteift werden, beispielsweise durch Ausfüllen mit einem starren Schaumstoff. Um dieselbe Transportgeschwindigkeit des Glases längs der Halterung zu gewährleisten, müßten diese Walzen mit geringerem Durchmesser rascher gedreht werden, beispielsweise mit Hilfe eines Übersetzungsmittel- Paares mit dem gewünschten Übersetzungsverhältnis.

Die Walzen 210 können von jedem herkömmlichen Aufbau sein. Es wurde gefunden, daß gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn man zylindrische Aluminiumwalzen verwendet, um die herum ein Seil aus Kevlar® spiralförmig gewunden ist, wobei das Kevlar® - Material die Oberfläche bildet, mit der das Glas in unmittelbarer Berührung steht.

Bei einigen besonderen Anwendungsfällen kann die Sputtering-Kammer 200 gemäß Fig. 4 für Sputtering in 2-facher Richtung ausreichend sein, um die gesamte gewünschte Beschichtung sowohl auf die Innen- als auch auf die Außenfläche des Glases aufzubringen. Häufiger jedoch ist die Sputtering-Kammer 200 Teil einer Sputtering-Linie, welche eine Reihe von Sputtering-Kammern umfaßt. Jede Sputtering-Kammer in der Linie könnte sowohl ein oberes Target als auch ein unteres Target umfassen, jedoch bei den meisten herkömmlichen Anwendungsweisen ist die Gesamtheit der Überzüge, die auf die obere Seite des Glases aufgebracht werden, komplexer (d. h., besteht aus einer Reihe von unterschiedlichen Schichten verschiedener Zusammensetzung) und dicker als die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung, die gemäß der Erfindung verwendet wird. Daher kann die Mehrzahl der Sputtering-Kammern aus herkömmlichen, nach unten gerichteten Sputtering-Kammern mit lediglich einem oberen Target und keinen Targets unterhalb der Halterungen bestehen.

Wenn die Sputtering-Linie eine Kombination aus nach unten gerichteten Sputtering-Kammern und Sputtering-Kammern 200 mit doppelter Richtung umfaßt, kann die Anordnung der Kammern mit doppelter Richtung längs der Sputtering-Linie variiert werden. Wenn der das Wasser zusammenfließen lassende Überzug, der erfindungsgemäß verwendet wird, durch Sputtering eines siliciumhaltigen Targets (beispielsweise eines hauptsächlich aus Silicium oder aus mit Aluminium dotiertem Silicium gebildeten Targets) in oxidierender Atmosphäre aufgebracht wird, darf man nicht versuchen, eine oxidierbare Metallschicht (beispielsweise eine Infrarotstrahlung reflektierende Silberschicht des Typs, wie er herkömmlicherweise bei Überzugsgesamtheiten mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet wird) auf der oberen Seite des Glases in derselben Kammer abzuscheiden. Demzufolge können mindestens diejenigen Kammern, die dazu verwendet werden, eine Metallschicht durch Sputtering aufzutragen, als nach unten gerichtete Sputtering-Kammern betrieben werden, indem man das untere Target wegläßt. Es wäre aber auch möglich, ein Metalloxid (beispielsweise SiO&sub2;, ZnO oder SnO&sub2;) auf der oberen Seite des Glases in derselben Kammer abzuscheiden.

Herkömmliche Erfahrung würde es dem Fachmann nahelegen, die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung, die erfindungsgemäß verwendet wird, in der ersten Sputtering-Kammer oder nötigenfalls den ersten von mehreren Sputtering- Kammern aufzubringen, um sicherzustellen, daß die Wasser zusammen fließenlassende Beschichtung aufgebracht wird, bevor die Glasoberfläche durch Berührung mit den Walzen, die das Glas innerhalb der Kammer unterstützen, beschädigt oder verschmutzt wird. In ganz überraschender Weise wurde jedoch gefunden, daß das Gegenteil zutrifft: Der Wasser zusammenfließen lassenden Überzug, welcher gemäß der Erfindung verwendet wird, wird optimalerweise in der letzten Sputtering- Kammer aufgebracht. Wenn mehr als eine Sputtering-Kammer 200 mit doppelter Richtung erforderlich ist, um einen hinreichend dicken, Wasser zusammenfließen lassenden Überzug aufzubringen, ohne die Fortschreitgeschwindigkeit des Glases durch die Sputtering-Linie übermäßig zu senken, wird der Wasser zusammenfließen lassende Überzug optimalerweise in den letzten von mehreren Sputtering-Kammern aufgebracht.

Wenn der Wasser zusammenfließen lassende Überzug, welcher gemäß der Erfindung verwendet wird, am Anfang der Sputtering-Linie aufgebracht wird, weist der Hauptteil der Außenfläche des Glases die erwünschten, Wasser zusammenfließen lassenden Eigenschaften auf. Jedoch kann es vorkommen, daß die Ränder des Glases diese verbesserten Eigenschaften nicht in konsistenter Weise aufweisen. Dies wird einer leichten Übersprühung der Beschichtung, die auf die Oberseite des Glases nach Abscheidung der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung aufgebracht wird, zugeschrieben, wobei ein sehr geringer Anteil des Materials, welches auf die Oberseite aufgebracht wird, auf die Unterseite hinüber driftet und den Wasser zusammenfließen lassenden Überzug an den Rändern der Glasscheibe überlagert. Zwar ist dieser übergesprühte Überzug so dünn, daß er keine leicht erkennbare Wirkung auf die optischen Eigenschaften des Glases ausübt, jedoch verringert dieser praktisch unsichtbare Überzug doch die Vorteile des Wasser zusammenfließen lassenden Überzuges rund um die Ränder des Glases. Durch Aufbringen des Siliciumdioxids auf die Außenfläche des Glases gegen Ende der Sputtering-Linie kann die Menge an Übersprühung, die auf dem Siliciumdioxid-Überzug abgeschieden wird, auf ein Minimum gesenkt und die vorteilhafte Wirkung des Wasser zusammenfließen lassenden Überzuges bewahrt werden.

Eine Sputtering-Kammer 200 für doppelte Sputtering- Richtung, wie diejenige, welche in Fig. 4 gezeigt ist, minimiert, wie angenommen wird, die Kosten und maximiert die Produktionswirksamkeit beim Aufbringen von Beschichtungen auf beide Seiten einer Glasscheibe. Weniger zweckmäßig ist es, eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung gemäß der Erfindung in einem Arbeitsgang aufzubringen und eine reflektierende Beschichtung auf die andere Seite des Glases in einem zweiten Arbeitsgang, wobei das Glas zwischen den Arbeitsgängen um 180º gekippt wird, um sämtliche Targets auf derselben Seite der Trägereinrichtungen in der Kammer bzw. den Kammern anordnen zu können. Dies ist viel weniger wirtschaftlich als das oben erwähnte Verfahren, und man nimmt an, daß es sich nicht für eine technische Glasherstellung zu niedrigen Kosten eignet.

Während das Glassubstrat durch die Kammer wandert, gibt es Zeiten, in denen das Glas die oberen Targets 200a und 200b von den unteren Targets 260 oder umgekehrt wirksam abschirmt. Demzufolge kann Material von den oberen Targets auf das untere Target und Material von dem unteren Target auf ein oberes Target oder beide aufgebracht werden. Die Sputtering-Kammer 200 gemäß Fig. 4 ist ideal, wenn die oberen Targets 220a, 220b und das untere Target 260 praktisch dieselbe Zusammensetzung aufweisen. Wenn die oberen Targets eine unterschiedliche Zusammensetzung im Vergleich zu der Zusammensetzung des unteren Targets aufweisen, kann die gegenseitige Verunreinigung der unterschiedlichen Targets jedoch zu Schwierigkeiten beim Sputtering oder beim Aufrechterhalten der beständigen Produktqualität führen.

Mindestens theoretisch kann diese Schwierigkeit dadurch überwunden werden, daß man die Energie, die jedem der Sputtering-Targets zugeführt wird, steuert, um sicherzustellen, daß jedes Target nur dann dem Sputtering unterworfen wird, wenn das Glas in einer solchen Position ist, daß es obere und untere Targets voneinander abschirmt. Jedoch sind gegenwärtig im Handel erhältliche Energieversorgungs- Steuerungen in dieser Weise nicht eingerichtet. Außerdem kann die Steuerungslogik für eine derartige Anordnung übermäßig schwierig sein, falls die Sputtering-Linie dazu verwendet wird, Glassubstrate unterschiedlicher Größe anstelle von solchen einheitlicher Größe zu beschichten.

Fig. 5 erläutert eine mögliche Sputtering-Kammer 300, die dazu verwendet werden kann, sowohl die Innenfläche 14 als auch die Außenfläche 12 des Substrates in einem einzigen Durchgang ohne bedeutende gegenseitige Verunreinigung der Sputtering-Targets zu beschichten. Elemente mit analoger Funktion im Verhältnis zu Elementen, die in Fig. 4 dargestellt sind, tragen die gleichen Bezugszeichen, jedoch um einen Betrag von 100 erhöht; beispielsweise sind die oberen Gasverteilungsrohre 335 gemäß Fig. 5 funktionell analog den oberen Gasverteilungsrohren 235 gemäß Fig. 4.

Die Sputtering-Kammer 300 gemäß Fig. 5 wird durch ein Paar Barrieren 340 wirksam in drei Überzugszonen 300a, 300b und 300c unterteilt. Ein Teil des Gases in einer Beschichtungszone kann in eine andere Beschichtungszone strömen, so daß es am besten ist, eine einheitliche Atmosphäre in allen drei Zonen zu verwenden. Jedoch dienen die Barrieren 340 dazu, die Menge an in einer Beschichtungszone dem Sputtering unterzogenen Material, die auf einem Target in einer anderen Beschichtungszone landet, wirksam zu begrenzen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist jede der drei Beschichtungszonen 300a bis 300c dazu eingerichtet, vier Targets aufzunehmen, wobei zwei Targets oberhalb des Substrates und zwei unterhalb des Substrates angeordnet sind. Daher gibt es sechs obere Target-Montagestellen 321 bis 326 oberhalb des Weges des Glases und sechs untere Target- Montagestellen 361 bis 366 unterhalb des Weges des Glases. Dies erlaubt eine maximale Flexibilität dieser einzigen, mehrzonigen Sputtering-Kammer 300, um Produkte mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen. Fig. 5 erläutert schematisch, wie jede der oberen Target-Montagestellen 321 bis 326 gegenüber den jeweiligen unteren Target- Montagestelle 361 bis 366 vertikal ausgerichtet ist. Es versteht sich jedoch, daß die Targets nicht in dieser Art vertikal gegeneinander ausgerichtet sein müssen und in vorteilhafterer Weise auch in einer horizontal versetzten Anordnung vorhanden sein können.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung besitzt die erste Beschichtungszone 300a zwei obere Targets (320a und 320b), jedoch keine unteren Targets auf den unteren Target- Montagestellen 361 oder 362. Während in der ersten Beschichtungszone ein Sputtering-Gas den oberen Gasverteilungsrohren 335 und Energie den oberen Anoden 330 zugeführt werden muß, besteht keine Notwendigkeit dafür, Gas den unteren Gasverteilungsrohren 375 oder Energie den unteren Anoden 370 zuzuführen. Die zweite Beschichtungszone 300b besitzt zwei untere Targets 360c und 360d, jedoch trägt keine der oberen Target-Montagestellen 323 und 324 Sputtering- Targets. Analog besitzt die dritte Beschichtungszone 300c zwei untere Targets 360e und 360f, jedoch keine der oberen Target-Montagestellen 325 und 326 trägt Sputtering-Targets. Optimalerweise wird, wie oben erwähnt, die erste Beschichtungszone 300a dazu verwendet, die äußerste Schicht der Gesamtheit aus reflektierenden Beschichtungen, die von der Innenfläche 14 des Substrats getragen wird, aufzubringen, während die letzten beiden Beschichtungszonen 300b und 300c dazu verwendet werden, den Wasser zusammenfließen lassenden Überzug 20 auf die Außenfläche 12 der Substrate durch Sputtering abzuscheiden.

Die Anordnung der Targets in der mehrzonigen Sputtering- Kammer 300 gemäß Fig. 5 dient lediglich der Erläuterung, und es versteht sich von selbst, daß die Anordnung der Targets variiert werden kann, um die Produktionswirksamkeit für unterschiedliche Produkte zu maximieren. Wenn beispielsweise eine dickere Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung bei unveränderter Glas-Fortbewegungsgeschwindigkeit gewünscht wird, kann ein Silicium enthaltendes Target auf jeder der unteren Target-Montagestellen 361 bis 366 montiert werden, während keine der oberen Target-Montagestellen 321 bis 326 ein Target trägt. Wenn eine dünnere Beschichtung ausreicht (oder wenn die Glas- Fortbewegungsgeschwindigkeit durch die Beschichtungskammer in geeigneter Weise verringert wird), kann es vorkommen, daß nur die beiden letzten unteren Target-Montagestellen 365 und 366 mit Targets besetzt werden, während jede der ersten vier oberen Target-Montagestellen 321 bis 324 Sputtering-Targets trägt. Natürlich können eine oder mehrere der Beschichtungszonen 300a bis 300c sehr ähnlich wie die Sputtering-Kammer 200 für doppelte Sputtering-Richtung gemäß Fig. 4 betrieben werden, indem man Targets in der oberen und unteren Target-Montagestelle derselben Zone montiert.

Der Vorteil des in den Fig. 4 und 5 erläuterten Systems besteht darin, daß ein Substrat mit einer durch Sputtering aufgebrachten Beschichtung (unabhängig von der Zusammensetzung) auf beiden Seiten in einem einzigen Durchgang durch die Beschichtungsvorrichtung versehen werden kann, während das Glas in konstanter Orientierung gehalten wird, d. h. es nicht gekippt, gedreht oder anderweitig manipuliert werden muß. Dies ermöglicht die Verwendung eines einfachen Satzes an üblichen Transportwalzen, um das Glas längs der Produktionslinie fortzubewegen. Ohne die vorliegende Erfindung würde man typischerweise entweder das Glas manuell handhaben müssen, um es zu kippen und es in einem getrennten Durchlauf durch die Beschichtungsvorrichtung zurückzuschicken, oder ein kompliziertes Glashandhabungssystem einsetzen müssen, welches das Substrat haltern und es während des Herstellungsverfahrens an einem bestimmten Punkt kippen müßte. Dies ermöglicht es, Glas mit Beschichtungen auf beiden Seiten, wie in den Ansprüchen angegeben, besonders wirtschaftlich ohne Einbuße an Beschichtungsqualität herzustellen.

In der Vergangenheit wurde angenommen, daß, wenn man die Unterseite des Glases beschichten muß, die Berührung mit den Walzen diese Beschichtung zerkratzen und bzw. oder die Unterseite des Glases vor dem Aufbringen der Beschichtung verderben würde. Überraschenderweise zeigt die vorliegende Erfindung jedoch, daß beide Seiten des Glases in einem einzigen Durchgang mit ausgezeichneten Ergebnissen beschichtet werden können.

Die genauen Betriebsbedingungen (beispielsweise Zusammensetzung der Targets, Zusammensetzung des Plasmas u. s. w.), unter denen die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung gemäß der Erfindung aufgebracht wird, können, je nach Bedarf, variiert werden, um die Abscheidung einer Beschichtung der gewünschten Dicke zu optimieren. Betrachtet man die vorliegende Lehre als Leitlinie, so sollte ein Fachmann imstande sein, geeignete Betriebsbedingungen auszuwählen, um eine Beschichtung nach der Erfindung ohne übermäßige Vorversuche aufzubringen.

Ein Überzug aus SiO&sub2; gemäß der Erfindung kann durch Sputtering unter Verwendung eines Siliciumdioxid-Targets in einer inerten Atmosphäre abgeschieden werden, jedoch ist Siliciumdioxid ein schlechter Leiter, und es kann schwierig sein, derartige dielektrische Materialien in einer Gleichstrom- Sputtering-Vorrichtung dem Sputtering zu unterwerfen. Man kann statt dessen ein Target aus reinem Silicium in einer oxidierenden Atmosphäre verwenden, jedoch lassen sich derartige Targets nur sehr schwer in einer konsistenten, gesteuerten Weise dem Sputtering unterwerfen, da Silicium ein Halbleiter ist. Um das Sputtering zu verbessern und die Funkenbildung zu vermindern, ist es bevorzugt, daß ein Target aus Silicium mit etwa 5% Aluminiumgehalt in einer oxidierenden Atmosphäre dem Sputtering unterworfen wird.

Selbst wenn ein mit Aluminium dotiertes Siliciumtarget verwendet wird, kann die Atmosphäre in der Sputtering-Kammer variiert werden, um die optimale Sputtering-Geschwindigkeit zu erzielen. Während die Sputtering-Atmosphäre eine oxidierende Atmosphäre sein muß, ist es nicht erforderlich, daß sie aus reinem Sauerstoff besteht. Im Gegenteil, ein Gemisch aus Sauerstoff und einem Inertgas erhöht gleichfalls die Sputtering-Geschwindigkeit. Es wird angenommen, daß ein Sputtering-Gas aus Sauerstoff und bis zu etwa 40% Argon (vorzugsweise 0 bis 20% Argon), welches bei einem Druck von etwa 3 · 10&supmin;³ mbar gehalten wird, ausreicht. Die Leistung, die dem Sputtering-Target zugeführt wird, muß optimiert werden, um eine Funkenbildung zu verringern und trotzdem die Sputtering-Geschwindigkeit auf ein Maximum zu bringen. Eine Leistung von etwa bis zu 80 kW sollte annehmbare Ergebnisse erbringen.

Eine Produktionsanordnung, die sich als gut geeignet erwiesen hat, verwendet drei drehbare Sputtering-Targets aus Silicium, welches mit etwa 5% Aluminium dotiert ist, wobei jedes Target mit einer Leistung von etwa 42 kW betrieben wird. Die Atmosphäre in der Sputtering-Kammer besteht aus 100% O&sub2; von einem Druck von etwa 2,5 bis 4,5 mTorr (etwa 3, 3 bis 6,0 Pa). Das Glassubstrat wird an diesen Sputtering-Tragets mit einer Geschwindigkeit von etwa 225 bis 500 Zoll pro Minute (0,1 bis 0,2 ms&supmin;¹) vorbeigeführt.

Bei der Herstellung von Floatglas wird geschmolzenes Glas auf ein Bad aus geschmolzenem Zinn aufgegossen, wonach das Glas eine Oberseite und eine Unterseite oder "Zinnseite" besitzt. Wenn Floatglas mit einer reflektierenden Beschichtung versehen wird, wird in den meisten Fällen die Beschichtung auf die Oberseite des Glases aufgebracht, weil einige winzige Oberflächen-Ungenauigkeiten auf der Zinnseite des Glases befürchtet werden, die zufolge des Kontaktes mit den Trägerwalzen im Temperofen entstehen können. Wenn eine Scheibe aus Floatglas 10 sowohl mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 als auch einer reflektierenden Schicht 30 versehen werden soll, ist es bevorzugt, daß die obere Fläche der Glasscheibe als Innenfläche 14 des Glases verwendet wird, die die reflektierende Beschichtung 30 erhält, während die Zinnseite des Glases als Außenfläche verwendet wird, die die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 erhält.

Fig. 6 ist eine Kraft-Mikrofotografie eines Quadratmikrometers (um) der Oberfläche der Zinnseite einer unbehandelten Scheibe aus Floatglas. Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, welche ein Profil derselben Seite der Glasscheibe längs etwa einem Mikrometer dieser Oberfläche wiedergibt. Beide Bilder wurden durch Kraft-Mikroskopie unter Verwendung von Digitalinstrumenten Nanoscope III und unter Verwendung einer üblichen Siliciumspitze erhalten.

Fig. 6 und 7 erläutern eine verhältnismäßig glatte Oberfläche. Obwohl diese Oberfläche nicht vollständig glatt ist und gemäß Fig. 6 ein leicht rauhes Aussehen aufzuweisen scheint, ist es wichtig zu bemerken, daß det Maßstab dieser Bilder sehr klein ist. Um diese Bilder in das richtige Verhältnis zueinander zu setzen, sind in dem Profil gemäß Fig. 7 zwei Maxima durch ein Paar Pfeile markiert. Die beiden dunklen Pfeile links in Fig. 7 (bei etwa 0,25 um Abszissenlänge) markieren den Anfang und den Scheitelpunkt eines ersten Maximums A; die beiden hellen Pfeile rechts in Fig. 7 (bei etwa 0,9 m Abszissenlänge) markieren den Scheitelpunkt und das Ende eines zweiten Maximums B. Das erste Maximum A ist weniger als 0,7 nm hoch, während das zweite, höhere Maximum B etwa 1,7 nm hoch ist.

Die Fig. 8 bis 10 stellen analoge Wiedergaben einer Floatglasscheibe dar, auf deren Zinnseite eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung gemäß der Erfindung aufgebracht worden ist. Fig. 8 ist eine Mikrofotografie ähnlich Fig. 6, die ebenfalls 1 um² der Oberfläche darstellt. Fig. 10 ist eine grafische Darstellung ähnlich Fig. 7, wobei jedoch die Ordinate einen Bereich von 20 nm statt des kürzeren 5-nm-Bereichs gemäß Fig. 7 darstellt. Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Oberflächenmerkmale der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung herausstellt. Der kürzere vertikale Streifen links des Bildes ist eine Legende, die eine Skala der Grauwerte darstellt, die mit den unterschiedlichen Höhen, gemessen von der Grundfläche aus, verknüpft sind.

Beim Vergleichen der beiden Sätze von Zeichnungen, wird deutlich, daß die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung gemäß der Erfindung eine signifikant unregelmäßigere Oberfläche aufweist als die nicht beschichtete Oberfläche gemäß den Fig. 6 und 7. Bei Fig. 8 scheint eine Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Vorsprüngen vorzuliegen, die von der Oberfläche des Glases aufragen, jedoch ist es schwierig, bei dieser Ansicht die Höhe dieser Vorsprünge zu bestimmen. Fig. 9 und 10 lassen die Höhe und Form dieser Vorsprünge deutlicher erkennen. In Fig. 10 markieren die beiden dunklen Pfeile den Scheitelpunkt und das Ende eines Maximums A, während die beiden hellen Pfeile den Scheitelpunkt und das Ende eines zweiten Maximums B angeben. Im Gegensatz zu den verhältnismäßig niedrigen Maxima in Fig. 7 ist das zweite, kleinere Maximum B, gemäß Fig. 10 etwa 4,3 nm hoch, während des erste Maximum A fast 10 nm hoch ist. Dies ist mehr als 5 x so hoch wie die in Fig. 7 dargestellten Maxima.

Es ist auch wichtig festzustellen, daß die Oberfläche der Beschichtung, wie sie in den Fig. 8 bis 10 gezeigt ist, zwar uneben ist, jedoch verhältnismäßig unporös erscheint. Dies steht in scharfem Gegensatz zu den Mikrofotografien gemäß Takamatsu et al (US-PS 5394269), wo eine poröse, von Solen/Gelen abgeleitete Beschichtung mit Poren in der Größenordnung von 50 bis 200 nm gezeigt ist, die die Beschichtung durchdringen.

Aus Gründen, die gegenwärtig nicht völlig verstanden werden, legen diese Bilder nahe, daß die Abscheidung von Siliciumdioxid durch Sputtering auf der Oberfläche von Glas zu einem Überzug mit einer Oberfläche führt, die eine Reihe von verhältnismäßig schärfen, ausgeprägten Spitzen aufweist. Es ist noch keine bedeutsame statistische Analyse der beschichteten Oberfläche durchgeführt worden, so daß es nicht bekannt ist, ob die Fig. 6 bis 10 für die entsprechenden Oberflächen repräsentativ sind. Tatsächlich ist sogar anerkannt, daß diese Bilder für die Gesamtoberflächen der in Rede stehenden Proben atypisch sein können, so daß es nicht gerechtfertigt wäre, den offensichtlichen Unterschieden in der Oberflächenstruktur dieser beiden Gläser zu viel Bedeutung beizumessen. Jedoch lassen diese Daten vermuten, daß die Oberfläche der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 gemäß der Erfindung verhältnismäßig unporös ist und sich von einer unbehandelten Floatglas- Oberfläche dadurch unterscheidet, daß sie deutlich stärker uneben und unregelmäßig ist sowie eine Anzahl ausgeprägter, voneinander im Abstand angeordneter Spitzen aufweist, die sich beträchtlich über den Rest der Oberfläche erheben.

Das Verhalten einer Glasplatte gemäß der Erfindung, die mit einer Wasser zusmmenfließen lassenden Beschichtung versehen ist, ist sichtbar unterschiedlich von dem einer analogen Glasplatte, welche diese Beschichtung nicht aufweist. Eine Glasoberfläche, welche eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 aufweist, läßt Wasser leichter zusammenfließen und sich beträchtlich leichter säubern, ohne daß sichtbare Streifen oder Fehler zurückbleiben, als eine vergleichbare Glasscheibe unter gleichen Bedingungen.

Um einen genauen Vergleich zwischen einer Beschichtung, wie sie gemäß der Erfindung verwendet wird, und einer unmittelbar vergleichbaren Glasscheibe, welche den Überzug nicht aufweist, zu ermöglichen, wurde eine Vergleichsprobe hergestellt. Eine einfache, unbehandelte Glasscheibe wurde sorgfältig gesäubert und horizontal auf einen Satz Walzen gelegt. Ein kleines, quadratisches Stück Glas wurde auf die obere Fläche der Glasscheibe gelegt, damit sie als Schablone dienen sollte, die einen Teil der Oberfläche der Scheibe abdeckt. Die Scheibe und die darüberliegende Schablone wurden in eine Kammer für Sputtering unter Verwendung eines Magnetrons geleitet, und es wurde eine Beschichtung aus etwa 35 Å SiO&sub2; aufgebracht. Die Schablone wurde dann entfernt, so daß eine Glasscheibe zurückblieb, die eine Wasserzusammenfließen lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung auf dem größten Teil ihrer Oberfläche, jedoch auch einen unbedeckten Bereich, der während des Sputterings unter der Schablone war, aufwies. Die gegenüberliegende Glasseite, d. h. die Seite des Glases, welche von der Seite wegzeigt, die mit der SiO&sub2;-Beschichtung versehen ist, wurde mit einer Gesamtheit von Infrarotlicht reflektierenden Überzügen von niedrigem Emissionsvermögen beschichtet, die zwei unter Verwendung einer Anzahl dielektrischer Schichten voneinander und von dem Glas im Abstand angeordnete Silberschichten enthielt.

Die teilweise beschichtete Oberfläche der Glasscheibe wurde visuell untersucht. Wenn sie vollständig sauber war, konnten die Grenzen zwischen der unbeschichteten Fläche, die während des Sputterings unter der Schablone gelegen hatten, vom unbewaffneten Auge im wesentlichen nicht entdeckt werden, was zeigt, daß die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung auf die grundlegenden optischen Eigenschaften des Glases nur eine minimalen Einfluß ausgeübt hat. Mit einer einfachen, handbetriebenen Sprühflasche der Art, wie sie herkömmlicherweise zum Versprühen von Reinigungsmitteln im Haushalt verwendet wird, wurde die Oberfläche mit einer feinen Besprühung aus zerstäubten Wassertröpfchen versehen. Sobald die Besprühung erfolgt war, waren die Grenzen des unbeschichteten Bereiches deutlich sichtbar. Das Wasser in den Bereichen, die den Überzug 20 aufwiesen, lief zu einem praktisch gleichförmigen Wasserüberzug zusammen, während der Bereich ohne Beschichtung ein weniger gleichförmiges Aussehen aufwies. Eine herkömmliche Reinigungslösung, welche im Handel unter der Marke "Windex®" erhältlich ist, wurde auf die Oberfläche der Glasscheibe gesprüht, und die Oberfläche wurde mit einem Papierhandtuch abgewischt, bis die Oberfläche, die die Beschichtung 20 aufwies, trocken erschien und keine sichtbaren Streifen mehr aufwies. Nachdem das Wischen beendet worden war, wies der unbeschichtete Bereich noch sichtbare Feuchtigkeitsstreifen auf. Während diese sichtbaren Streifen auf dem unbeschichteten Bereich schließlich trockneten, ohne wesentliche Reststreifen auf dem Glas zu hinterlassen, wird angenommen, daß der Durchschnittsreiniger dazu neigen würde, das Wischen dieses Bereiches fortzusetzen, bis alle sichtbaren Streifen verschwunden sein würden, was bedeutet, daß man weniger Zeit und Anstrengung aufzuwenden hätte, um einen Glasgegenstand mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 zu säubern als einen Glasgegenstand ohne eine derartige Beschichtung.

Die Änderung in den Oberflächeneigenschaften, die durch die Erfindung hervorgerufen wird, läßt sich leicht qualitativ ermitteln, es kann jedoch schwieriger sein, diese Unterschiede in aussagekräftiger Weise quantitativ zu erfassen. Dessen ungeachtet sollen die folgenden Beispiele den Unterschied zwischen einer unbeschichteten Glasscheibe und einer Glasscheibe mit einer Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 gemäß der Erfindung erläutern. Bei jedem der folgenden Versuchsbeispiele 1 bis 3 wurden zwei Versuchsproben A und B bereitgestellt. Probe A bestand aus einer flachen Scheibe aus Kalk/Natron-Glas und Probe B aus einer ähnlichen Scheibe aus Kalk/Natron-Glas, welche eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung besaß. Die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung wurde unter Verwendung dreier drehbarer Targets aus 95% Silicium und 5% Aluminium mit einem Leistungsgrad von 42 kW in einer Sauerstoffatmosphäre von etwa 3,5 mTorr (etwa 4,5 Pa) abgeschieden, wobei das Glas mit einer Geschwindigkeit von etwa 500 Zoll je Minute (etwa 0,2 ms&supmin;¹) vorwärts bewegt wurde.

VERSUCHSBEISPIEL 1

Beide Proben wurden gemäß ASTM B117 unter Verwendung einer 5%igen Salzlösung 250 Stundenlang einem Salzsprühversuch unterzogen. Hierzu wurden die Proben gereinigt und in einer Korrosionskammer der Marke Singleton SCCH Nr. 20 mit einem Winkel gegenüber der Senkrechten von etwa 15 bis 30º aufgestellt, wobei die Probe B derart angeordnet wurde, daß die Oberfläche, welche die Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 aufwies, nach unten gerichtet war. Eine 5%ige Salzlösung (5 Gewichtsprozent Natriumchlorid, 95 Gewichtsprozent destilliertes Wasser) wurde in der Kammer bei einer Temperatur von etwa 35ºC 250 Stunden lang versprüht, wobei die Salzlösung in einer Menge von etwa 1,8 ml je 80 cm und Stunde in den Sammelzylindern der Kammer aufgefangen wurde. Danach wurden die Proben aus der Kammer entfernt, gespült, trocknen gelassen und visuell untersucht. Die Probe A besaß wesentlich zahlreichere Wasserflecken als Probe B, und die Wasserflecken auf Probe A waren stärker sichtbar als die leichten Streifen auf Probe B.

Jede Probe wurde anschließend unter Verwendung von Papierhandtüchern und "Windex®" gesäubert. Der Schleier auf jeder Probe wurde anschließend mit einem Messgerät des Typs BVK-Gardner Haze-Gard Plus gemäß ASTM D-1003 und ASTM D-1044 gemessen, wobei man eine integrierende Kugel mit integrierendem Licht über den Spektralbereich verwendete, der mit dem CIE-C-Standard verbunden ist. Die Probe A, die Standard-Glasscheibe, besaß einen Schleier von etwa 0,15%, während die Schleiermessung bei Probe B, welche eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 aufwies, etwa 0,10% ergab.

Der Kontaktwinkel zwischen dem Wasser auf der Oberfläche der Glasscheibe wurde anschließend unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Messgerätes bestimmt, wobei der Kontaktwinkel für Probe B auf der Oberfläche, welche die Beschichtung 20 aufwies, gemessen wurde. Der Kontaktwinkel der Probe A betrug 32º, während derjenige von Probe B etwa 12º betrug.

VERSUCHSBEISPIEL 2

Mit Hilfe von Zangen wurde jede Probe zunächst in ein Becherglas mit kochendem Leitungswasser, welches bei etwa 100ºC gehalten war, eingetaucht und dort etwa 5 Sekunden lang gehalten, wonach sie in ein Becherglas mit Eiswasser von etwa 0ºC getaucht und dort etwa 5 Sekunden lang gehalten wurde. Dieses Verfahren wurde 25 mal wiederholt. Die Proben wurden anschließend in eine Feuchtigketisbestimmungskammer der Marke Singleton Model SL23 eingebracht, welche etwa 500 Stunden lang bei etwa 90% relativer Feuchtigkeit und etwa 120ºF (etwa 49ºC) gehalten wurde. Jede Probe wurde danach visuell untersucht. Wie bei Versuchsbeispiel 1 wurde festgestellt, daß Probe A zahlreichere und stärker sichtbare Wasserflecken aufwies also Probe B.

Jede Probe wurde danach gesäubert und Messungen von Schleier und Kontaktwinkel in analoger Weise durchgeführt, wie bei Versuchsbeispiel 1 beschrieben. Die Schleiermessung für Probe A ergab 0,34%, die für Probe B 0,14%. Probe A wies einen Kontakwinkel von etwa 20º auf, während der Kontaktwinkel für Probe B etwa 12º betrug.

VERSUCHSBEISPIEL 3

Zwei Proben von unbeschichtetem Glas (Proben A1 und A2) und zwei Proben aus beschichtetem Glas (Proben B1 und B2) wurden gesäubert, und es wurde ihr Schleier gemessen. Jede der unbeschichteten Proben wies Schleiermessungen von etwa 0,09% auf, während die Schleiermessung für das Glas mit der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 etwa 0,08% ergab.

Es wurde ein Zementgemisch hergestellt, indem man vier Unzen (etwa 11,5 g) Portland-Zement mit 1000 ml Wasser verrührte. Zwei Proben aus unbeschichtetem Glas (Proben A1 und A2) und zwei Proben aus beschichtetem Glas (Proben B1 und B2) wurden in diese Lösung etwa 10 Minuten lang eingetaucht und anschließend entfernt. Danach wurden die Proben A1 und B1 großzügig mit Wasser gespült (jedoch ohne zu reiben) und trocknen gelassen; die Proben A2 und B2 wurden ohne Spülen an der Luft trocknen gelassen.

Alle vier Proben wurden danach von Hand unter Verwendung von "Windex®" und Papiertüchern gesäubert. Die Restverschmutzung auf den Proben A1 und A2 aus dem Zementversuch verursachten während dieser Säuberung ein Verschmieren, wodurch es schwieriger wurde, das Glas zu reinigen. Im Gegensatz dazu verursachten weder probe B1 noch Probe B2 ein Verschmieren, und beide Proben trockneten auch merklich schneller als Proben A1 bzw. A2.

Nachdem die Proben gründlich von Hand gereinigt worden waren, wurden Messungen von Schleier und Kontaktwinkel durchgeführt. Nach der Behandlung mit Zement blieb der Schleier für die Proben A1 und B1 unverändert bei 0,09% bzw. 0,08%. Die Schleiermessung für Probe B2 ergab ebenfalls einen unveränderten Wert von etwa 0,08%, jedoch die Schleiermessung für Probe A2 ergab einen gegenüber etwa 0,09% erhöhten Wert von etwa 0,10%. Der Kontaktwinkel für die Proben A1 und A2 wurde vor der Zementbehandlung zu etwa 26º bestimmt; die Proben B1 und B2 besaßen Kontaktwinkel von etwa 11º auf derselben Stufe. Nach der Zementbehandlung betrug der Kontaktwinkel für Probe A1 etwa 32º, während der Kontaktwinkel für Probe B1, die andere gespülte Probe, etwa 10º betrug. Der Kontaktwinkel für Probe A2 betrug etwa 33º, während der Kontaktwinkel für Probe B2, die andere luftgetrocknete Probe, etwa 14º betrug.

VERSUCHSBEISPIEL 4

Die Leistung von Glas, welches eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 aufwies, wurde gegenüber der Leistung von unbeschichtetem einfachem Glas und gegenüber der Leistung anderer Glasbeschichtungen bestimmt, welche den Anspruch erheben, die Oberfläche leichter säuberbar zu machen. Jede Probe bestand aus einer Glasscheibe aus Floatglas und besaß - mit Ausnahme der Probe aus unbeschichtetem Glas - einen Überzug, der auf eine Oberfläche aufgebracht worden war; Die Probenbezeichnung, die jedem Probentyp zugeordnet worden war, und die Beschichtung, die auf diesen Typ aufgebracht worden war, sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Probe Nr. / Aufgebrachter Überzug

168 35Å SiO&sub2;, gesputtert unter Verwendung von 100% O&sub2;

169 50Å SiO&sub2;, gesputtert unter Verwendung von 100% O&sub2;

170 50Å SiO&sub2;, gesputtert unter Verwendung eines 80/20- Gemisches von O&sub2;/Ar

171 100Å SiO&sub2;, gesputtert unter Verwendung eines 80/20- Gemisches von O&sub2;/Ar

173 Handeslprodukt "WindowMaid®"-Beschichtung, aufgebracht gemäß den Herstelleranweisungen

174 Handelsprodukt "Glass Shield®"-Beschichtung, aufgebracht gemäß Herstelleranweisungen

175 Handelsprodukt "Clear Shield®"-Beschichtung, aufgebracht gemäß Herstelleranweisungen

176 Unbeschichtetes Glas

Ein Satz dieser Proben wurde einem beschleunigten Bewitterungstest unterzogen, und Kontaktwinkel sowie Leichtigkeit der Säuberung wurden periodisch untersucht. Bei dem Bewitterungstest wurden die Proben in ein Behältnis aus rostfreiem Stahl eingebracht, welches bei einer Temperatur von etwa 160ºF (etwa 71ºC) gehalten wurde. In Richtung auf den Baden des Behältnisses wurde eine 300-W-Ultraviolett-Lichtquelle (von Osram unter der Handelsbezeichnung "Ultra-Vitralux") positioniert, und die Proben wurden in einem Winkel von etwa 45º zur Horizontalen ausgerichtet, wobei die Bodenränder der Proben etwa 10" (etwa 25 cm) von der Lichtquelle entfernt waren. Die Proben wurden periodisch aus dem Behältnis entnommen und einer Kontaktwinkelmessung unterzogen, wobei in derselben Weise, wie oben beschrieben, vorgegangen wurde. Die Kontaktwinkel waren wie folgt:

Außerdem wurde die Leichtigkeit der Reinigung der Proben untersucht, indem man "Windex®" auf die beschichtete Oberfläche der Probe oder im Falle der unbeschichteten Probe auf die Oberfläche sprühte, die während der Floatglas-Herstellung in Berührung mit dem Zinnbad gestanden hatte. Diese Oberfläche wurde mit einem Papiertuch von Hand abgewischt, bis die Oberfläche sauber und praktisch streifenfrei erschien. Die Leichtigkeit der Säuberung wurde auf einer Skala von 1 bis 5 angegeben, wobei die Leichtigkeit der Reinigung von normalem, unbeschichtetem Glas vor jeglicher Exposition gegenüber der Umgebung mit 3 bezeichnet wurde, eine sehr leicht reinigbare Glasoberfläche mit 1 und eine beträchtlich schwieriger zu reinigende mit 5. (Obwohl dieses Bewertungssystem etwas subjektiv erscheint, gibt es doch eine grobe qualitative Einstufung für die Leichtigkeit, mit der das Glas gereinigt werden kann). Die Ergebnisse dieses Versuchs sind wie folgt:

Die Ergebnisse zeigen, daß eine Wasser zusammenfließen lassende Beschichtung 20 gemäß der Erfindung die Glasoberfläche beträchtlich leichter reinigbar macht als das übliche unbeschichtete Glas oder ein Glas, das mit einer der handelsüblichen Beschichtungen versehen worden ist, die Glas leichter reinigbar machen sollen. Tatsächlich verursachen diese handelsüblich erhältlichen Beschichtungen, daß das Glas schwieriger zu reinigen ist. (Während diese Überzüge auf einigen Anwendungsgebieten wirksam sein können, wird angenommen, daß die üblichen Mittel für leichtes Reinigen, wie sie bei dem vorliegenden Versuchsbeispiel angewandt werden, verhältnismäßig repräsentativ dafür sind, wie ein durchschnittlicher Eigenheimbesitzer die Leichtigkeit der Reinigung einstufen würde. Selbst wenn beispielsweise Streifen der Reinigungsflüssigkeit auf der Glasscheibe trocknen würden, ohne dauerhafte Streifen zu hinterlassen, wird eine durchschnittliche Person wahrscheinlich den Bereich so lange wischen, bis das Glas sauber erscheint, um das Auftreten von Streifenresten zu vermeiden).

Die vorteilhaften Wirkungen der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung gemäß der Erfindung schienen in dem beschleunigten Bewitterungstest mit der Zeit nicht nachzulassen. Insbesondere ergaben die Beschichtungen gemäß der Erfindung nach etwa 5 Tagen bei diesem Test Ergebnisse, die denen vergleichbar sind, welche mit unbeschichteten Glasproben erhalten wurden. Selbst nach einem derartigen Abbau besaßen die Proben mit der Wasser zusammenfließen lassenden Beschichtung 20 einen kleineren Kontaktwinkel und blieben leichter zu säubern als die im Handel erhältlichen Überzüge, die in diesen Tests bewertet worden sind.

Es ist unklar, welche Korrelation zwischen der Zeitdauer der normalen Exposition gegenüber der Umgebung und der Zeitdauer des beschleunigten Bewitterungstests gemäß dem Beispiel bestehen könnte. Es wird jedoch angenommen, daß die Beschichtung 20 gemäß der Erfindung weiter über eine längere Zeit hinweg eine verbesserte Reiniguhgsfähigkeit zeigt. Tatsächlich lassen vorläufige Versuche erkennen, daß ein großer Teil der Vorteile der Beschichtung 20 selbst nach dem Abbau in dem beschleunigten Bewitterungstest bei geeignetem Reinigen wieder hergestellt werden kann, was dafür spricht, daß die Vorteile der Beschichtung relativ einfach wieder erlangt werden können, selbst nachdem sie zufolge der Exposition gegenüber der Umgebung vermindert worden waren.

Während eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, daß verschiedene Veränderungen, Anpassungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne daß vom Umfang der Ansprüche abgewichen wird.


Anspruch[de]

1. Glasplatte mit einer inneren Oberfläche, die eine reflektive Beschichtung darauf trägt, und einer äußeren Oberfläche, die eine Wasserdichtungsbahnbeschichtung darauf trägt, wobei die reflektive Beschichtung eine reflektive Metallschicht und wenigstens eine dielektrische Schicht aufweist, die Wasserdichtungsbahnbeschichtung Siliciumdioxid aufweist, das direkt auf die äußere Oberfläche der Glasplatte gesputtert ist, die Wasserdichtungsbahnbeschichtung eine äußere Fläche hat, die im wesentlichen undurchlässig ist, die aber eine unregelmäßige Oberfläche hat, wobei die Wasserdichtungsbahnbeschichtung den Berührungswinkel von Wasser auf der beschichteten äußeren Oberfläche des Glasgegenstands unter ungefähr 25º verringert und verursacht dass Wasser, das auf die beschichtete äußere Oberfläche der Scheibe aufgetragen wird, abfällt.

2. Erfindung nach Anspruch 1, in der die reflektive Beschichtung eine infrarote reflektive Beschichtung ist, die nacheinander, wenn man von der inneren Oberfläche der Glasplatte nach außen geht wenigstens eine dielektrische Schicht, die reflektive Metallschicht und eine zweite dielektrische Schicht aufweist, wobei die infrarote reflektive Beschichtung eine Durchlässigkeit von wenigstens 70% in dem sichtbaren Spektrum hat.

3. Erfindung nach. Anspruch 1 oder Anspruch 2, die weiterhin einen Abstandshalter und eine zweite Glasplatte mit einer inneren Oberfläche aufweist, wobei der Abstandshalter zwischen den inneren Oberflächen der Glasplatten angeordnet ist und dazu dient, um diese inneren Oberflächen in einem beabstandeten parallelen Verhältnis zu halten und einen Zwischenscheibenabstand dazwischen zu definieren.

4. Erfindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die weiterhin einen reißfesten Kunststofffilm und eine zweite Glasplatte mit einer inneren Oberfläche aufweist, wobei der elastische Kunststofffilm auf einer Seite an die innere Oberfläche einer der Glasplatten gebunden wird und auf seiner anderen Seite an die innere Oberfläche der anderen Glasplatte, wobei eine Schichtstruktur gebildet wird.

5. Verfahren um eine Oberfläche einer Glasscheibe gegenüber Beschmutzung und Befleckung widerstandsfähig zu machen, das folgendes aufweist:

Liefern einer Glasplatte mit einer sauberen inneren Oberfläche und einer sauberen äußeren Oberfläche;

Beschichten der inneren Oberfläche der Glasplatte mit einer reflektiven Beschichtung durch Sputtern von wenigstens einer ersten dielektrischen Schicht auf die innere. Oberfläche des Glases oder auf eine Filmschichtbeschichtung, die vorher auf der inneren Oberfläche des Glases abgelagert wurde;

Beschichten der äußeren Oberfläche des Glases mit einer Wasserdichtungsbahnbeschichtung durch Sputtern direkt auf die äußere Oberfläche der Glasplatte.

6. Verfahren nach Anspruch 5, in dem der Schritt des Beschichtens der inneren Oberfläche der Glasplatte einschließt, die erste dielektrische Schicht, wenigstens eine Metallschicht, und wenigstens eine zweite dielektrische Schicht nacheinander zu sputtern, um eine reflektive Beschichtung zu liefern.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, in dem die Wasserdichtungsbahnbeschichtung gebildet wird, indem Siliciumdioxid direkt auf die äußere Oberfläche der Glasplatte gesputtert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in dem die Siliciumdioxidschicht auf die äußere Oberfläche des Glases gesputtert wird, indem ein Siliciumdioxidziel in einer sauerstoffhaltigen Sputterkammer gesputtert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, in dem die Glasplatte durch eine Reihe von Sputterkammern gebracht wird, die eine entsprechende Reihe von Sputterzielen einbehalten, die auswärtig von der inneren Oberfläche der Glasplatte beabstandet sind, wobei die erste dielektrische Schicht in einer ersten der. Sputterkammern aufgetragen wird, die Metallschicht in einer zweiten der

Sputterkammern aufgetragen wird, und die zweite dielektrische Schicht in einer dritten der Sputterkammern aufgetragen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wenn es von Anspruch 8 abhängt, in dem eine der ersten und dritten Sputterkammern ein Siliciumdioxid enthaltendes Ziel einschließt, das auswärtig von der äußeren Oberfläche der Glasplatte beabstandet ist, wobei die Wasserdichtungsbahnbeschichtung durch Sputtern des Siliciumdioxid enthaltenen Ziels in derselben Sputterkammer aufgetragen wird, in der eine der dielektrischen Schichten aufgetragen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, in dem die Sputterkammer, in der das Siliciumdioxid enthaltene Ziel einbehalten ist, mit einer oxidierenden Sputteratmosphäre versehen ist.

12. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin folgendes aufweist:

Liefern einer Sputterlinie, die eine Reihe von Sputterkammern aufweist, die je eine Stütze für eine Glasplatte darin haben, wobei wenigstens eine der Sputterkammern eine Abwärtssputterkammer mit einem oberen Ziel über dei Stütze angeordnet aufweist, eine zweite der Sputterkammern eine Aufwärtssputterkammer mit einem unteren Ziel unter der Stütze angeordnet aufweist;

Anordnen der Glasplatte auf der Stütze in der Abwärtssputterkammer, so dass die innere Oberfläche auf das obere Ziel ausgerichtet ist und Sputtern des oberen Ziels, um wenigstens eine dielektrische. Schicht auf der inneren Oberfläche des Glases oder einer auf der inneren Oberfläche des Glases vorher abgelagerten Filmschichtbeschichtung abzulagern;

Anordnen der Glasplatte auf der Stütze in der Aufwärtssputterkammer, so dass die äußere Oberfläche auf das untere Ziel ausgerichtet ist und Sputtern des unteren Ziels, um eine Wasserdichtungsbahnbeschichtung auf der äußeren Oberfläche des Glases abzulagern.

13. Verfahren nach Anspruch 12, in dem die Aufwärtssputterkammer weiterhin ein oberes Ziel aufweist, das über der Stütze angeordnet ist, weiterhin das Sputtern des oberen Ziels aufweist, um eine dielektrische Schicht auf der inneren Oberfläche des Glases oder einer auf der inneren Oberfläche des Glases vorher abgelagerten Filmschicht abzulagern, während die Glasplatte in der Aufwärtssputterkammer bleibt.

14. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin folgendes aufweist:

Liefern einer Sputterlinie, die eine Reihe von Sputterkammern aufweist, die je eine Stütze für eine Glasplatte darin haben, wobei wenigstens eine der Sputterkammern eine Doppelrichtungssputterkammer mit einem oberen Ziel über der Stütze angeordnet und einem unteren Ziel unter der Stütze angeordnet aufweist;

Anordnen der Glasplatte auf der Stütze in der Doppelrichtungssputterkammer, so dass die innere Oberfläche auf das obere Ziel ausgerichtet ist und die äußere Oberfläche auf das untere Ziel ausgerichtet ist; und

während die Glasplatte in der Doppelrichtungssputterkammer bleibt,

i) Sputtern des oberen Ziels, um eine dielektrische Schicht auf der inneren Oberfläche des Glases oder einer auf der inneren Oberfläche des Glases vorher abgelagerten Filmschichtbeschichtung abzulagern; und

ii) Sputtern des unteren Ziels, um eine Wasserdichtungsbahnbeschichtung auf der äußeren Oberfläche des Glases abzulagern.







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