Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundglasscheibe mit verbesserter spektraler Reflektion, die sich bei Sonneneinstrahlung geringer aufheizt und bei kalten Außentemperaturen geringere Wärme nach Außen überträgt.

Bei der Verglasung von Gebäuden spielen spektrale Reflektionseigenschaften der Produkte eine zunehmend wichtige Rolle. Mit Blick auf den Klimawandel können Gebäude mit einer effizienten Bauweise entscheidend dazu beitragen, dass die globalen Ziele für die zulässigen CO2 Emissionen erreicht werden können. Verglasungen können durch das Energiemanagement des Gebäudes mit den entsprechenden Eigenschaften unter anderem dazu führen, dass sich die Verglasung im Sommer weniger stark aufheizt und im Winter weniger wärme nach außen transmittiert, gemäß ISO 5001.

Aus der DE 102015 001 668 A1 ist eine Einrichtung mit IR-reflektierender Beschichtung bekannt. Die Einrichtung, insbesondere für Anzeigevorrichtungen, umfasst ein erstes scheibenförmiges Element und ein zweites scheibenförmiges Element, wenigstens eine zwischen dem ersten und dem zweiten scheibenförmigen Element eingebrachte IR- reflektierende Beschichtung und ein zwischen dem ersten und dem zweiten scheibenförmigen Element eingebrachtes Füllmaterial, wobei das erste und das zweite scheibenförmige Element, die IR-reflektierende Beschichtung und das Füllmaterial einen Verbund ausbilden, und bevorzugt eine Entspiegelungsbeschichtung, insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich, auf der Außenseite des ersten oder der Außenseite des ersten und des zweiten scheibenförmigen Elements, aufgebracht ist, wobei das Füllmaterial wenigstens zwei Laminierfolien, wenigstens eine erste Laminierfolie und eine zweite Laminierfolie sowie wenigstens eine weiteren Folie umfasst, wobei wenigstens eine IR- reflektierende Beschichtung vorgesehen ist, wobei die IR-reflektierende Beschichtung auf die Folie aufgebracht ist, wobei die Folie zwischen die wenigstens erste und die zweite Laminierfolie eingebracht ist und die IR-Sonnenreflektivität im Wellenlängenbereich 780 nm bis 3000 nm der Einrichtung im Bereich 45% bis 95% liegt und die Reflektivität R _VjS im visuellen Wellenlängenbereich 400 nm bis 780 nm kleiner gleich 4% ist.

In der Fachwelt ist der MicroShade® Film des Unternehmens MicroShade A/S bekannt, (Glas + MicroShade Film = Verschattung für Glasfassaden - So revolutioniert MicroShade den Sonnenschutz - GLASWELT). Der MicroShade® Film ist eine 0,2 mm starke passive mikrostrukturierte Folie, die die Energie der Sonne abblockt und natürliches Tageslicht in das Gebäude lässt, wenn sie in einem verglasten Bauelement beziehungsweise in/auf einer Fassadenscheibe angebracht wird.

Aus WO 2009/012750 A2 ist ein Verfahren und Vorrichtung zur Laserstrukturierung von Solarzellen bekannt. Dabei werden in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozess Solarmodule in einzelne Solarzellen separiert und miteinander elektrisch verschaltet. Durch eine Vergrößerung der pro Laserimpuls bearbeiteten Fläche sowie bei Bandgeschwindigkeiten von mehreren Metern der ein- oder mehrfach mit Funktionsmaterialien beschichteten flexiblen Trägerfolie wird eine thermisch schonende Strukturierung bei hohen Prozessgeschwindigkeiten erzielt.

WO 2008/076614 A2 offenbart eine beschichtete Glasscheibe mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegenden zweiten gemusterten Oberfläche, um ein vorbestimmtes Muster auf der zweiten Oberfläche des Substrats bereitzustellen und eine Beschichtung über dem Muster. Das Substrat ist aus Glas hergestellt und hat ein metallisches Aussehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundglasscheibe mit verbesserter spektraler Reflektion bereitzustellen, die sich bei Sonneneinstrahlung geringer aufheizt und bei kalten Außentemperaturen geringere Wärme nach Außen überträgt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentsprüche gelöst. Bevorzugte Ausfürungsformen der Erfindung gehen aus den Merkmalen der Unteransprüche hervor.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wir demnach durch eine Verbundglasscheibe gelöst, die zumindest enthält

Eine äußere Glasscheibe mit der Außenseite und der Innenseite,

Eine innere Glasscheibe mit der Außenseite und der Innenseite und

Eine polymere Schicht zwischen der äußeren Glasscheibe und inneren Glasscheibe, wobei zumindest eine der polymeren Schicht zugewandte Innenseite der Außenscheibe oder Außenseite der Innenscheibe eine Nanostrukturierung und darauf eine IR-reflektierende Schicht aufweist. Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe zeigt überraschend und unerwartet gute Ergebnisse bei der spektralen Reflexion. Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe heizt sich bei Sonneneinstrahlung geringer auf und überträgt bei kalten Außentemperaturen geringere Wärme nach Außen als bekannte Verbundglasscheiben.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die Nanostrukturierung mittels des DLIP Verfahren von Glassubstraten erhalten wird. DLIP bedeutet „Direct Laser Interference Patterning“, ein holografisches Verfahren, bei dem zwei kohärente Wellen so überlagert werden, dass die dabei entstehenden Interferenzen im Fokus des Laserpulses eine Mikro- bzw. Nanostrukturierung von Oberflächen ermöglichen.

DLIP ist eine Methode zur Erzeugung sich wiederholender Muster auf der Oberfläche von Materialien, wie Glas durch Nutzung des Interferenzphänomens von zwei oder mehr Laserstrahlen. Um Interferenz zu erhalten, wird der Strahl durch einen Strahlteiler, spezielle Prismen oder andere Elemente geteilt. Die Strahlen werden dann zusammengefaltet, um ein Interferenzmuster zu bilden. Eine ausreichend hohe Leistung des Laserstrahls kann somit durch Ablation zu einem Materialabtrag an den Interferenzmaxima führen, wobei das Material auf dem Minimum intakt bleibt. Auf diese Weise entsteht je nach Laser- Materialwechselwirkung eine bestimmte Oberflächenstruktur beziehungsweise ein bestimmtes Mikroprofil. Aufgrund der Energieeinkopplung in die Oberfläche können neben der reinen topographischen Oberflächengestaltung mittels Laserstrukturierung auch die Materialeigenschaften (zum Beispiel Mikrostruktur, Oxidationsverhalten und Phasenbildung) beeinflusst werden. Dadurch besteht eine weiterer Möglichkeit der funktionellen Gestaltung von Oberflächen.

Die Effizienz der Energieeinkopplung bei einer Laserstrukturierung hängt dabei im Wesentlichen vom Absorptionsverhalten der Materialoberfläche ab und kann über die Wahl der Wellenlänge von ultraviolett bis infrarot des verwendeten Lasersystems beeinflusst werden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die IR-reflektierende Schicht mindestens zwei durch oxidische oder Nitrit haltige Schichten getrennte Metallschichten enthält und die Metallschicht Silber, Gold oder Aluminium enthält. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die IR-reflektierende Beschichtung bevorzugt bis zu drei Silberschichten enthält.

Es handelt sich bevorzugt um komplexe Doppel- oder sogar Dreifach-Silber-Schichtsysteme, bei denen sich die Reihenfolge eines Einfachsilberschichtsystems wiederholt und gegebenenfalls um weitere Schichten ergänzt wird. Derartige Beschichtungen bestehen in der Regel aus reflektierenden Metallen, zum Beispiel Gold, Silber, Kupfer, Nickel-Chrom, Edelstahl und andere. Diese Materialien besitzen ein hohes Reflexionsvermögen im Infrarotbereich. Zusätzlich werden Metalloxide aufgebracht, zum Beispiel NiCrO _x . Zum Schutz vor chemischem Angriff und zur Haftverbesserung dienen sogenannte Blockerschichten, zum Beispiel ZnO oder SnCh.

Erfindungsgemäß werden 2 funktionale Ag Schichten oder 3 funktionale Ag Schichten verwendet. Der Schichtaufbau wird auf der nanostrukturierten Glasoberfläche aufgebracht. Erfindungsgemäß werden unter anderem die folgenden Schichtaufbauten verwendet.

Glas / SisN4 (dotiert mit AI) / ZnO / NiCr Unterblocker / Ag1 / NiCr Überblocker / ZnO / SiaN4 (dotiert mit AI) / ZnO / NiCr Unterblocker / Ag2 / NiCr Überblocker / ZnO / SisN4 (dotiert mit AI)

Oder

Glas / SisN4 (dotiert mit AI) / ZnO / NiCr Unterblocker / Ag1 / NiCr Überblocker / ZnO / SisN4 (dotiert mit AI) / ZnO / NiCr Unterblocker / Ag2 / NiCr Überblocker / ZnO / SisN4 (dotiert mit AI) / ZnO / NiCr Unterblocker / Ag3 / NiCr Überblocker / ZnO / SisN4 (dotiert mit AI)

Erfindungsgemäß kann SisN4 durch SiZrN oder durch ZnSnO ersetzt werden.

Die zentrale Silberschicht weist erfindungsgemäß eine Dicke von 8 nm bis 20 nm, bevorzugt bei 10 nm bis 17 nm auf.

Die Dicken der Schichten liegen erfindungsgemäß in den folgenden Bereichen:

Ag von 8 nm bis 20 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 17 nm

SisN4 von 5 nm bis 80 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 70 nm

ZnO von 5 nm bis 15 nm

NiCr von 0.1 nm bis 3 nm Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die Nanostrukturierung eine Periodizität von 1 pm bis 10 pm, bevorzugt von 3 pm bis 7 pm und besonders bevorzugt von 4 pm bis 6 pm aufweist. Mit dem DLIP Verfahren wird die erfindungsgemäße Periodizität bei der Nanostrukturierung erreicht Mit der erfindungsgemäßen Nanostrukturierung werden sehr gute Ergebnisse bei der Streuung des einfallenden Sonnenlichts bei der erfindungsgemäßen Verbundglasscheiben erreicht.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die Nanostrukturierung eine Tiefe von 0,5 pm bis 5 pm, bevorzugt von 1 pm bis 3 pm und besonders bevorzugt von 1,2 pm bis 1 ,6 pm aufweist. Mit dem DLIP Verfahren wird die erfindungsgemäße Tiefe bei der Nanostrukturierung erreicht. Mit der erfindungsgemäßen Nanostrukturierung werden sehr gute Ergebnisse bei der Streuung des einfallenden Sonnenlichts bei der erfindungsgemäßen Verbundglasscheiben erreicht.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die polymere Schicht zumindest ein Polymer, wie Polyvinylbutyral (PVB), weichmacherreduziertes PVB, lonoplast, Ehtylenvinylacetat (EVA), Polycarbonat, Polymethylmethacrylat (PMMA), Gießharze oder transparente Klebstoffe enthält.

Es handelt sich dabei überwiegend um Polyvinylbutyral (PVB). Folien für Zwischenschichten können auch aus dem Kunststoff Ehtylenvinylacetat (EVA) bestehen, der sich durch hohe Temperaturbeständigkeit, Dauerhaftigkeit und eine gewisse Mindeststeifigkeit auch bei hohen Temperaturen auszeichnet. Je dicker die Folie bzw. der Verbund insgesamt ist, desto stärker ist der Widerstand gegen Bewurf, Beschuss oder Druckwellen. Besonders einbruch- und beschusshemmende Verglasungen werden darum mit Zwischenschichten aus Polycarbonat oder Polymethylmethacrylat (PMMA, Acryl- oder Plexiglas) zu einem Gesamtverbund laminiert. Einen Sonderfall von Zwischenschichten stellen Gießharze dar, die nicht als Folienmaterial verarbeitet, sondern zwischen zwei Glasscheiben eingegossen werden und dort anschließend erhärten.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist eine Verbundglasscheibe, wobei die polymere Schicht eine Dicke von 0,3 mm bis 1 ,6 mm (0,38 mm, 0,76 mm, 1,14 mm oder 1 ,52 mm) aufweist. Die Folien sind mit diesen Dicken erfindungsgemäß besonders gut geeignet für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe. Optisch klare Klebstoffe werden erfindungsgemäß auch als Zwischenschicht verwendet. In anspruchsvollen Anwendungen, die sowohl Transparenz als auch eine starke Kontaktverklebung erfordern, ermöglichen transparente Klebstoffe die elektronischen Weiterentwicklungen beim Verbundglasscheiben. Transparente Klebstoffe der Marke LOCTITE® sind ein Beispiel für optische Kontaktverklebungen in Klebeanwendungen für elektronische Displays, Touchscreens und Sensoren.

Durch eine anschließende Laminierung mit PVB und/oder Verklebung mittels eines OCA (Optical clear adhesive) mit einem zweiten Substrat wird die so erzeugte Verglasung transparent für sichtbares Licht und streut erfindungsgemäß die spektralen IR-Anteile des auftreffenden Lichts. Es treten kaum oder keine sichtbaren Beugungseffekte in Form von regenbogenfarbenen Artefakten beim Betrachten auf.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbundglasscheibe, wobei die äußere Glasscheibe und die innere Glasscheibe jeweils eine Dicke von 0,5 mm bis 12 mm, bevorzugt von 1 mm bis 10 mm und besonders bevorzugt von 3 mm bis 8 mm aufweisen. Diese Glasdicken sind für die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe sehr gut geeignet.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe gelöst, wobei die Nanostrukturierung durch ein DLIP Verfahren erzeugt wird, die IR-reflektierende Schicht durch PVD oder CVD auf die Nanostrukturierung aufgebracht wird und die äußere Glasscheibe und die innere Glasscheibe und die polymere Schicht zu der erfindungsgemäßen Verbundglasscheibe laminiert werden.

Die Vorliegende Erfindung beschreibt demnach auch ein Verfahren, welches auf einer Laserbasierten Micro- bzw. Nanostrukturierung mittels DLIP Verfahren von Glassubstraten im Zusammenspiel mit einer anschließenden Beschichtung ebendieser eingebrachten Strukturen mit einer IR Reflektierenden Schicht basiert.

Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich durch die Verwendung der Verbundglasscheibe für Bauglas und Architekturglas für die Bereiche Wohnen, Kultur, Bildung, Sport, Freizeit, Büro, Verwaltung, Gewerbe, Industrie, Verkehr und Sonderbauten gelöst. Die Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnung und Beispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:

Figur 1 : Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verbundglasscheibe, Figur 2: Querschnitt der Verbundglasscheibe entlang der Linie A — A‘, Figur 3: Querschnitt durch eine Verbundglasscheibe ohne Texturierung und IR-reflektierende Schicht mit einfallenden Sonnenstrahlen,

Figur 4: Querschnitt durch eine erfindungsgemäße, Verbundglasscheibe mit Texturierung und IR-reflektierender Schicht mit einfallenden Sonnenstrahlen, Figur 5: Vergleich von zwei Proben,

Figur 6: Draufsicht auf die Strukturierung auf der Innenseite der Außenscheibe der Verbundglasscheibe,

Figur 7: Die Darstellung der Periodizität und die Tiefe der Struktur Figur 8: Die Darstellung der DLIP Mikro-, Nano-Texturierung.

Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verbundglasscheibe I. Die erfindungsgemäße Verbundglasscheibe I enthält zumindest eine äußere Glasscheibe 1 , eine innere Glasscheibe 2 und eine polymere Schicht 3 zwischen der Glasscheibe 1 und Glasscheibe 2. Die Verbundglasscheibe I wird üblicherweise als Bauglas und Architekturglas verwendet.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt der Verbundglasscheibe I entlang der Linie A — A‘ aus der Figur 1. Gezeigt wird hier die Außenseite 1a und die Innenseite 1b der äußeren Glasscheibe 1 sowie die Außenseite 2a und die Innenseite 2b der inneren Glasscheibe 2. Eine polymere Schicht 3 ist zwischen der Glasscheibe 1 und Glasscheibe 2 angeordnet. Die Glasscheiben 1 , 2 haben eine Dicke von 4 mm bis 12 mm und sind gewöhnlich Floatglas. Die polymere Schicht 3 entsteht gewöhnlich durch Laminierung mindestens einer polymeren Folie 3 zwischen den Scheiben 1 und 2. Dabei handelt es sich üblicherweise um eine PVB-Folie (Polyvinylbutyral). Dabei sind Dicken im Bauwesen und 0,38 mm, 0,76 mm, 0,86 mm, 1,14 mm und 1 ,52 mm üblich. Anstelle der PVB Schicht können ein oder mehrere optisch klare Klebstoffe (OCA), z.B. Loctite, verwendet werden. Die Innenseite 1b der äußeren Glasscheibe 1 weist eine Nanostrukturierung 4 und darauf eine IR-reflektierende Schicht 5 auf. Die Nanostrukturierung 4 wird mit DLIP (Direct Laser Interference Patterning ) ausgebildet. Die IR-reflektierende Schicht 5 enthält Ag und ist bevorzugt in eine Schichtfolge eingebettet. Dabei handelt es sich z.B. um einen SiaNVAg/Sia^ Schichtaufbau, bevorzugt das Saint-Gobain Produkt SKN133. Die IR-reflektierende Schicht 5 wird mittels PVD oder CVD auf die Nanostrukturierung 4 aufgebracht.

Figur 3 zeigt den Querschnitt durch eine handelsübliche Verbundglasscheibe ohne Nanostrukturierung und Silberschicht mit Einstrahlung von Sonnenstrahlen S. Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbundglasscheibe I mit Nanostrukturierung 4 und Silberschicht 5 mit Einstrahlung von Sonnenstrahlen S. Bei Figur 3 wird gezeigt, wie die Sonnenstrahlen S an der Außenseite 1a der Außenscheibe 1 und an der PVB Schicht als Strahlen R reflektiert werden. Bei Figur 4 wird gezeigt, wie die Sonnenstrahlen S an der an der mikrostrukturierten und beschichteten Fläche 5 an der Innenseite 1b der Außenscheibe 1 als Strahlen G gestreut werden.

Figur 5 zeigt in einem Diagramm den Vergleich von zwei Proben. Dabei wird als Vergleichsprobe M eine Verbundglasscheibe mit einer MicroShade® Folie verwendet. Die mikrostrukturierte Folie wird auf der Innenseite 1b der äußeren Glasscheibe 1 der Verbundglasscheibe aufgebracht. Die integrierte Mikrostruktur der Folie ist hinsichtlich ihrer Energie- und Lichtdurchlässigkeit auf den Einfallswinkel der Sonne im Laufe eines Tages und eines Jahres abgestimmt. Die Mikrowaben der Folie wirken wie eine Lamelle. Zusätzlich verfügt der Film über eine IR-reflektierende Beschichtung. Die Vergleichsprobe M wird mit einer erfindungsgemäßen Probe AO verglichen. Die erfindungsgemäße Probe AO ist eine Verbundglasscheibe I mit einer Nanostrukturierung 4 und darauf aufgebrachten IR- reflektierenden Schicht 5 mit SiaNVAg/Sia^ (SKN133 von Saint-Gobain). In der nachstehenden Tabelle bedeutet P die Periodizität und d die Tiefe der Nanostruktur. Das wird in Figur 7 näher dargestellt. Auf der vertikalen Achse wird die Lichtdurchlässigkeit TL (%) aufgetragen. Auf der horizontalen Achse wird der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen (°) aufgetragen. Die Tabelle zeigt das Verhältnis der Lichtdurchlässigkeit TL (%) bei einem Einfallswinkel von 0° zu 60°, die Struktur in Periodizität P und Tiefe d sowie gegebenenfalls optische Verzerrung. Die erfindungsgemäße Probe AO zeigt ein verbessertes Verhältnis TL O7TL 60° von 0,75 im Vergleich zu dem bekannten Material M TL 07TL 60° von 0,51. Der Kurvenverlauf von M zeigt eine deutliche Abnahme von TL mit zunehmendem Einfallswinkel. Die Funktionalität der streuenden Funktion zeigt sich anhand der Winkelstabilität. Die erfindungsgemäße Probe AO zeigt eine verbesserte Winkelstabilität. Die erfindungsgemäße Probe AO zeigt keine optische Verzerrung. Optische Verzerrung sind in der Regel Beugungsartefakte, wie zum Beispiel Regenbogen.

Der Vergleich mit dem Produkt MicroShade® Film vom MicroShade A/S verdeutlicht eine höhere Winkelunabhängigkeit der erfindungsgemäßen Probe.

Figur 6 zeigt die Draufsicht auf die Nanostrukturierung 4 auf der Innenseite 1b der Außenscheibe 1. Die Nanostrukturierung 4 ist einheitlich mit einer bestimmten und definierten Periodizität P und Tiefe d. P beträgt in der erfindungsgemäßen Probe 5 pm. Die Tiefe d beträgt in der erfindungsgemäßen Probe 1,5 pm. Das Verhältnis von P zu d und die Form der Struktur sind übersichtlich in Figur 7 dargestellt.

Figur 8 zeigt schematisch die DLIP Mikro-, Nano-Texturierung. Gezeigt wird die Überlagerung von 4 kohärenten Teilstrahlen K eines Lasers. Die Teilstrahlen K werden auf dem Werkstück so zusammengeführt, dass im Spot durch Interferenz ein punktförmiges Intensitätsprofil entsteht. Die Laserparameter des Nanosekundenlasers betragen:

Die Zeichnung und die Beispiele schränken die Erfindung in keiner Weise ein. Bezugszeichenliste

I Verbundglasscheibe

1 äußere Glasscheibe

1a Außenseite

1b Innenseite

2 innere Glasscheibe

2a Außenseite

2b Innenseite

3 polymere Schicht

4 Nanostrukturierung

5 IR-reflektierende Schicht

S einfallende Sonnenstrahlen

R reflektierte Strahlen

G gestreute Strahlen

M Vergleichsprobe MicroShade® Folie

K Teilstrahlen

AO erfindungsgemäße Probe

A— A‘ Querschnitt entlang der Linie A — A‘

P Periodizität (Nanostrukturierung) d Tiefe (Nanostrukturierung)