Die Erfindung betrifft eine beschichtete Scheibe, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.

Sol-Gel-Beschichtungen als solche sind hinlänglich bekannt. Dabei wird eine Lösung mit Präkursoren (Sol) auf eine Oberfläche einer Scheibe aufgebracht, wo die Präkursoren zu einem Gel kondensiert werden, welches nach Austreiben des Lösungsmittels auf der Scheibenoberfläche verbleibt. Zu den Vorteilen von Sol-Gel-Beschichtungen zählen geringe Kosten und eine einfache, nasschemische Handhabung.

Ein weiterer Vorteil von Sol-Gel-Beschichtungen besteht darin, dass ihre Eigenschaften vergleichsweise einfach einstellbar sind, insbesondere durch Wahl der Präkursoren und/oder durch Einlagerungen, welche der Sol-Lösung einfach zugesetzt werden können. So offenbart beispielsweise W02008059170A2 eine Sol-Gel-Beschichtung aus Siliziumoxid mit Nano- Einlagerungen in Form von Poren (erzeugt durch thermisch zersetzte PMMA-Einlagerungen), Siliziumoxid-Hohlkugeln oder Öltröpfchen. Durch die besagten Einlagerungen kann der Brechungsindex der Sol-Gel-Schicht angepasst (verringert) werden, so dass die Sol-Gel- Beschichtung als Antireflexbeschichtung auf einer Glasscheibe verwendet werden kann. Die nachveröffentlichte WO2021209201 A1 offenbart eine optisch hochbrechende Sol-Gel- Beschichtung, die in einer Ausgestaltung durch eine Sol-Gel-Matrix aus Siliziumoxid mit brechungsindexsteigernden Einlagerungen ausgebildet ist, insbesondere mit Titanoxid- Einlagerung.

Der Möglichkeit, die Eigenschaften von Sol-Gel-Beschichtungen durch Einlagerungen einzustellen, sind allerdings Grenzen gesetzt. So ist der maximal erreichbare Anteil an Einlagerungen (Dotierungsgrad) begrenzt.

Es besteht Bedarf an verbesserten Sol-Gel-Beschichtungen, deren Eigenschaften über eine größere Bandbreite einstellbar sind oder mit denen multifunktionale Beschichtungen realisiert werden können. Außerdem wäre es vorteilhaft, die mechanische Stabilität sowie das Alterungsverhalten von Sol-Gel-Beschichtungen zu verbessern.

Es sind sogenannte Core-Shell-Nanopartikel bekannt, welche einen Kern und eine Hülle aus unterschiedlichem Material umfassen. Der Brechungsindex solcher Nanopartikel beruht wesentlich auf sogenannten Quanten-Confinement-Effekten und ist daher über eine große Bandbreite einstellbar, insbesondere durch Wahl ihrer Größe. Es ist ebenso bekannt, dass die Hülle der Core-Shell-Nanopartikel durch Atomlagenabscheidung (ALD, atomic layer deposition) erzeugt werden kann. Die Atomlagenabscheidung ermöglicht die Erzeugung von Hüllen mit hoher Qualität und präzise definierter Schichtdicke. So konnte in der Literatur nachgewiesen werden, dass durch eine solche ALD-Hülle die chemische Beständigkeit der Nanopartikel verbessert werden kann (A. W. Weimer, Particle atomic layer deposition. Journal of Nanoparticle Research 21, 2019). Ebenso wurde nachgewiesen, dass die mechanische Stabilität der Nanopartikel verbessert werden kann, dass ihre Härte und ihr Elastizitätsmodul modifiziert werden können und dass ihr Brechungsindex durch Wahl der Ausdehnung des Kerns und der Schichtdicke der Hülle eingestellt werden kann (L. Zhang et al., Mechanical properties of atomic layerdeposition-reinforced nanoparticle thin films. Nanoscale, September 2012).

WO2015075229A1 offenbart eine poröse Antireflexbeschichtung mit organisch anorganischen Hybrid-Core-Shell-Nanopartikeln, welche nasschemisch hergestellt werden. Auch WO2011157820A1 und WO2013174754A2 offenbaren Sol-Gel-Beschichtungen mit Einlagerungen aus nasschemisch hergestellten Core-Shell-Nanopartikeln.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scheibe mit einer verbesserten Sol-Gel-Beschichtung bereitzustellen. Die Eigenschaften der Sol-Gel-Beschichtungen, insbesondere ihr Brechungsindex, sollen über eine große Bandbreite präzise und reproduzierbar einstellbar sein. Die Beschichtung soll außerdem eine mechanisch stabil und alterungsbeständig sein und als multifunktionale Beschichtung geeignet sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine beschichtete Scheibe sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die erfindungsgemäße beschichtete Scheibe umfasst mindestens ein transparentes Substrat und eine Sol-Gel-Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrats. Die Sol-Gel-Beschichtung enthält eine Sol-Gel-Matrix beziehungsweise ist aufgebaut aus oder besteht aus einer nach dem Sol-Gel-Prinzip gebildeten Matrix (Sol-Gel-Matrix), die mit Nano-Einlagerungen versehen ist. Man kann die Nano-Einlagerungen auch als Dotierungen der Sol-Gel-Matrix bezeichnen. Die Sol-Gel-Matrix ist erfindungsgemäß auf Basis von Metalloxid oder Halbmetalloxid ausgebildet beziehungsweise besteht aus Metalloxid oder Halbmetalloxid. Halbmetalloxid könnte man auch als Halbleiteroxid bezeichnen. Außer dem Metalloxid oder Halbmetalloxid kann die Sol-Gel-Matrix verfahrensbedingte Rückstände oder Zusätze, beispielsweise Stabilisatoren oder UV-Blocker, enthalten. Die Einlagerungen werden insbesondere in die Sol-Gel-Matrix eingebracht, indem sie (bevorzugt als Lösung) dem Sol zugesetzt werden, so dass sie bei der Kondensation und Trocknung der Sol-Gel-Beschichtung von der Sol-Gel- Matrix eingeschlossen werden.

Ist ein Element auf Basis eines Materials ausgebildet, so besteht das Element mehrheitlich aus diesem Material, insbesondere im Wesentlichen aus diesem Material neben etwaigen Verunreinigungen oder Dotierungen. Der Anteil des Materials beträgt mehr als 50 Gew.-%, bevorzugt mehr als 70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-%. Bezogen auf Metalloxide oder Halbmetalloxide als Materialien der Nano-Einlagerungen (Hülle oder Kern) beträgt der Anteil insbesondere mehr als 99 Gew.%.

Die Nano-Einlagerungen umfassen erfindungsgemäß einen Kern und eine Hülle, welche um den Kern angeordnet ist und diesen umschließt. Kern und Hülle bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Die Nano-Einlagerungen können daher als Core-Shell- Nanopartikel aufgefasst werden. Die Hülle ist erfindungsgemäß durch Atomlagenabscheidung (atomic layerdeposition, ALD) auf dem Kern erzeugt.

Sol-Gel-Beschichtungen sind kostengünstig herstellbar. Sie sind unkompliziert nasschemisch auf das Substrat aufzubringen, entweder vollflächig oder nur in Teilbereichen. Sie sind vielseitig einsetzbar und ihre Eigenschaften sind gut kontrollierbar, beispielsweise durch die Wahl des Materials der Sol-Gel-Matrix und/oder etwaige Einlagerungen). Dieser Umstand wird im Rahmen der Erfindung durch die erfindungsgemäßen Nano-Einlagerungen genutzt, welche eine durch Atomlagenabscheidung erzeugte Hülle aufweisen. Die Nano- Einlagerungen können beispielsweise die optischen Eigenschaften der Beschichtung beeinflussen und/oder ihre chemische oder mechanische Stabilität erhöhen. Durch die Hülle kann eine bessere Einlagerung oder Anbindung an die Matrix erreicht werden. Durch die Nano-Einlagerungen ist insbesondere eine sehr flexible Einstellung des Brechungsindex über einen großen Bereich möglich, da der Brechungsindex der Nano-Einlagerungen auf Quanteneffekten beruht quantum confinement ' . Diese Quanteneffekte ergeben sich durch die elektronische Wechselwirkung zwischen Hülle und Kern und werden beeinflusst durch die Wahl der Materialien und der Größe des Kerns und der Hülle. Die Atomlagenabscheidung ermöglicht die Erzeugung der Hülle mit einer sehr präzise definierten Schichtdicke, so dass die Eigenschaften genau und reproduzierbar eingestellt werden können. Außerdem führt Atomlagenabscheidung zu sehr dichten Schichten, was einerseits eine hohe chemische und mechanische Stabilität gewährleistet und andererseits dazu führt, dass die gewünschten Eigenschaften bereits bei vergleichsweise geringer Schichtdicke erreicht werden. Durch die nahezu perfekte Kontrolle von Dicke, chemischer Zusammensetzung und Dichte der Hülle können beispielsweise optische Effekte auf Grundlage von „quantum confinement“- Effekten erzielt werden, wie sie mit weniger präzisen Abscheideverfahren nicht möglich sind. Zudem ist die Atomlagenabscheidung für viele Materialien anwendbar und gut erforscht, insbesondere für viele Oxide und Nitride, so dass die Erfindung für eine Vielzahl von Anwendungen flexibel nutzbar ist. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.

An den Nano-Einlagerungen lässt sich erkennen, dass die Hülle mittels Atomlagenabscheidung erzeugt ist, beispielsweise durch hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM, High Resolution Transmission Electron Microscopy). Die Atomlagenabscheidung führt zu einer ideal gleichmäßigen Ausbildung der Hülle auch auf atomarer Ebene, was in einer nahezu perfekt konstanten Schichtdicke der Hülle resultiert, wie sie mit anderen Beschichtungsverfahren nicht erreicht werden kann. Die Hülle folgt der Kontur der Oberfläche des Kerns nahezu perfekt und ist beispielsweise im Falle eines kugelförmigen Kerns ideal konzentrisch dazu ausgebildet.

Die Dicke der Sol-Gel-Beschichtung beträgt bevorzugt von 30 nm bis 500 nm, besonders bevorzugt von 50 nm bis 150 nm.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sol-Gel-Matrix auf Basis von Siliziumoxid (S1O2) ausgebildet beziehungsweise besteht aus S1O2. Si0 ₂ -Sol-Gel-Beschichtungen sind gut erforscht und in hoher Qualität herstellbar. Zudem weist S1O2 einen Brechungsindex auf, der demjenigen typischer Substrate (insbesondere Kalk-Natron-Glasscheiben oder Kunststoffscheiben aus PMMA oder Polycarbonat) ähnlich ist. Si0 ₂ -Sol-Gel-Beschichtungen sind daher mit solchen Substraten optisch kompatibel. Durch eine solche Beschichtung lassen sich antireflektierende Eigenschaften erzeugen, insbesondere durch eine gezielt eingestellte Porosität oder andere brechungsindexsenkende Einlagerungen. Es können aber auch andere Sol-Gel-Matrizen verwendet werden, beispielsweise solche auf Basis von T1O2, um eine optisch hochbrechende Schicht zu erzeugen. Die Nano-Einlagerungen sind Core-Shell-Nanopartikel, wobei die Hülle („Shell“) durch Atomlagenabscheidung auf dem Kern („Core“) erzeugt wird. Die Nano-Einlagerungen können alternativ Hohlpartikel sein, welche durch die Hülle ausgebildet werden, welche einen Hohlraum (eine Pore) umgeben, welche den Kern bildet. Dazu kann ein polymerer Nanopartikel durch Atomlagenabscheidung mit der Hülle versehen werden, der beschichtete Nanopartikel in die Beschichtung eingelagert werden und der polymere Kern anschließend thermisch oder mittels Lösungsmittel entfernt werden. Unter Nano-Einlagerungen beziehungsweise Nanopartikeln werden Partikel verstanden, welche Größen im Nanometerbereich aufweisen, also von 1 nm bis weniger als 1000 nm (1 pm). Die Nano- Einlagerungen beziehungsweise Nanopartikel sind bevorzugt sphärisch ausgebildet, weisen also einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Alternativ können die Nano- Einlagerungen beziehungsweise Nanopartikel aber auch andere Querschnitte aufweisen, beispielsweise einen elliptischen, ovalen oder elongierten Querschnitt (ellipsoide oder ovoide Nanopartikel).

Der Volumenanteil der Nano-Einlagerungen an der Sol-Gel-Beschichtung (summiertes Volumen aller Nano-Einlagerungen geteilt durch das Gesamtvolumen der Sol-Gel- Beschichtung) liegt bevorzugt zwischen 10 % und 90 %, besonders bevorzugt unter 80%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 70% oder kleiner als 60%.

Die Nano-Einlagerungen können auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein, je nach Einsatzzweck im Anwendungsfall - dies gilt für das Material des Kerns und der Hülle sowie für die Kombinationen davon. Sowohl Kern als auch Hülle sind bevorzugt aus dielektrischen Materialien ausgebildet. Dielektrische Materialien im Sinne der Erfindung weisen insbesondere eine elektrische Leitfähigkeit (Kehrwert des spezifischen Widerstands) von kleiner 10 ⁴ S/m auf.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kern als Pore ausgebildet, also als eine Art (insbesondere gas-, luft- oder vakuumgefüllte) Leerstelle in der Sol-Gel-Matrix. Durch Poren kann der Brechungsindex der Sol-Gel-Beschichtung eingestellt werden, insbesondere im Vergleich zum Brechungsindex der Sol-Gel-Matrix verringert werden. Dadurch kann die Beschichtung mit antireflektierenden (entspiegelnden) Eigenschaften versehen werden.

Brechungsindizes sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich bezogen auf eine Wellenlänge von 550 nm angegeben. Der Brechungsindex kann beispielsweise mittels Ellipsometrie bestimmt werden. Ellipsometer sind kommerziell erhältlich, beispielsweise von der Firma Sentech.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kern aus einem Polymer beziehungsweise auf Basis eines Polymers ausgebildet beziehungsweise besteht aus einem Polymer. Durch Einlagerungen mit einem solchen Kern kann ebenfalls der Brechungsindex der Beschichtung angepasst werden. Außerdem können die Stabilität und die mechanischen Eigenschaften der Beschichtung mitunter verbessert werden. Besonders bevorzugt ist Polymethylmethacrylat (PMMA) aufgrund seines geeigneten Brechungsindex sowie der guten Verfügbarkeit und Handhabbarkeit. Alternativ können aber auch beispielsweise Polycarbonate, Polyester, Polystyrole oder Copolymeren aus Methyl(meth)acrylaten und (Meth)acrylsäure verwendet werden.

Polymere Kerne können auch als Vorstufe einer Pore fungieren, wenn der Kern nach der Einlagerung in die Sol-Gel-Matrix im Rahmen einer Temperaturbehandlung thermische zersetzt wird oder durch ein Lösungsmittel herausgelöst wird. Neben PMMA sind dazu beispielsweise auch Polycarbonate, Polyester, Polystyrole oder Copolymeren aus Methyl(meth)acrylaten und (Meth)acrylsäure geeignet.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kern aus Metalloxid oder Halbmetalloxid beziehungsweise auf Basis von Metalloxid oder Halbmetalloxid ausgebildet beziehungsweise besteht aus Metalloxid oder Halbmetalloxid. Besonders bevorzugt ist Siliziumoxid (SiC> ₂ ). Damit kann beispielweise ebenfalls der Brechungsindex der Beschichtung eingestellt werden, wobei - falls die Sol-Gel-Matrix ebenfalls aus S1O ₂ ausgebildet ist, der Effekt in erster Linie auf der Hülle beruht und durch den Si0 ₂ -Kern eine gute optische Kompatibilität mit der Matrix sichergestellt wird. Besonders bevorzugt ist außerdem Titanoxid (T1O ₂ ), Aluminiumoxid (AI ₂ O ₃ ), Zirkonoxid (Zr0 ₂ ) oder Hafniumoxid (Hf0 ₂ ). Auch hierdurch ist eine Einstellung des Brechungsindex der Beschichtung möglich - falls die Sol-Gel-Matrix aus S1O ₂ ausgebildet ist, insbesondere eine Erhöhung desselben. Außerdem kann die Beschichtung durch T1O ₂ mit photokatalytischen, selbstreinigenden Eigenschaften versehen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Kern als Hohlpartikel ausgebildet, also seinerseits als eine Hülle um eine (insbesondere luftgefüllten) Leerraum. Der Hohlpartikel ist aus Metalloxid oder Halbmetalloxid beziehungsweise auf Basis von Metalloxid oder Halbmetalloxid ausgebildet, beispielsweise aus S1O ₂ oder T1O ₂ . Insbesondere S1O ₂ - Hohlpartikel sind kommerziell erhältlich und können einfach zugekauft werden. Durch den Leerraum wird eine Pore in der Sol-Gel-Matrix ausgebildet, wodurch wiederum deren Brechungsindex eingestellt werden kann, wobei die SiC>2-Ummantelung eine gute optische Kompatibilität mit der Sol-Gel-Matrix sicherstellt, zumindest falls diese ebenfalls aus S1O2 ausgebildet ist. Hohlpartikel-Kerne sind jedoch auch für andere Zwecke einsetzbar, beispielsweise zur Erzeugung streuender Flächen auf dem Substrat, welche beispielsweise der Lichtauskopplung dienen.

Besonders bevorzugt ist die Ausbildung des Kerns als Pore, aus Metalloxid oder Halbmetalloxid (insbesondere S1O2 und T1O2) oder als Hohlpartikel aus Metalloxid oder Halbmetalloxid (insbesondere S1O2 und T1O2). Ganz besonders bevorzugte Materialien für den Kern sind S1O2, Poren und Si0 ₂ -Hohlpartikel aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten.

Der Kern weist bevorzugt eine Größe von 10 nm bis 500 nm auf, besonders bevorzugt von 10 nm bis 150 nm auf, ganz besonders bevorzugt von 50 nm bis 100 nm. Damit können gute Ergebnisse erzielt werden, insbesondere was die Einlagerung der Nanopartikel in die Sol-Gel- Matrix und die Anpassung von deren Brechungsindex betrifft. Unter der Größe wird dabei die maximale entlang einer Raumdimension auftretende Ausdehnung des Kerns verstanden, im Falle kugelförmiger Nanopartikel also deren Durchmesser. Bevorzugt liegt die Größe von mindestens 80% aller Kerne in den angegebenen Bereichen, besonders bevorzugt sämtliche Kerne.

Die Hülle der Nano-Einlagerung weist bevorzugt einen Brechungsindex von größer 1 ,5 auf, besonders bevorzugt größer 1 ,7, insbesondere größer 1 ,9. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn durch die Nano-Einlagerungen eine Erhöhung des Brechungsindex der Sol-Gel-Matrix erreicht werden soll. Aber auch wenn dies nicht der Fall ist, kann eine leichte Erhöhung des Brechungsindex infolge des Materials der Hülle akzeptabel sein, wenn dadurch beispielsweise eine deutliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erreicht werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Hülle aus beziehungsweise auf Basis von Metalloxid oder Halbmetalloxid ausgebildet beziehungsweise besteht aus Metalloxid oder Halbmetalloxid. Geeignete Metalloxide oder Halbmetalloxide sind beispielsweise Siliziumoxid (S1O2), Aluminiumoxid (AI2O3) oder Übergangsmetalloxide, insbesondere Titanoxid (T1O2), Zirkoniumoxid (Zr0 ₂ ) oder Hafniumoxid (Hf0 ₂ ). Falls die Sol-Gel-Matrix aus S1O2 ausgebildet ist, kann durch eine Si0 ₂ -Hülle eine gute Anbindung der Nano-Einlagerungen an die Matrix erreicht werden. Die übrigen genannten Metalloxide können beispielsweise eine Erhöhung des Brechungsindex bewirken, beispielsweise um die Beschichtung mit reflektierenden Eigenschaften zu versehen. Durch eine Ti0 ₂ -Hülle kann die Beschichtung außerdem mit photokatalytischen, selbstreinigenden Eigenschaften versehen werden. Besonders bevorzugt sind Hülle aus S1O2 oder T1O2.

Die Hülle kann, je nach Anwendungszweck, alternativ auch aus beziehungsweise auf Basis von Nitriden ausgebildet sein. Beispiele sind Siliziumnitrid (S13N4) oder Aluminiumnitrid (AIN). Dies kann anwendungsspezifisch vorteilhaft sein hinsichtlich beispielsweise der Oberflächeneigenschaften der Nano-Einlagerungen und/oder der Anbindung der Hülle an den Kern. Die Auswahl des Materials der Hülle erfolgt natürlich unter der Vorgabe, dass es sich vom Material des Kerns unterscheiden muss.

Auch wenn der besseren Verständlichkeit halber stöchiometrische Summenformeln angegeben sind, so müssen die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Oxide und Nitride nicht notwendigerweise stöchiometrisch ausgebildet sein, sondern können alternativ auch unter- oder überstöchiometrisch ausgebildet sein. Dies gilt gleichermaßen für den Kern und die Hülle der Nano-Einlagerungen und für die Sol-Gel-Matrix. Die Hülle der Nano-Einlagerungen sind jedoch bevorzugt stöchiometrisch ausgebildet, was durch eine Abscheidung vollständiger Monolagen bei der Atomlagenabscheidung präzise und reproduzierbar möglich ist.

Die Hülle weist bevorzugt eine Schichtdicke von 1 nm bis 100 nm auf, besonders bevorzugt von 2 nm bis 20 nm, insbesondere von 5 nm bis 15 nm. Derart dünne Hüllen sind durch Atomlagenabscheidung einfach herstellbar und sind aufgrund der durch Atomlagenabscheidung erreichten hohen Dichte ausreichend, um die gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Unter der Schichtdicke wird im Sinne der Erfindung, sofern nicht anders angegeben, die geometrische Dicke einer Schicht bezeichnet, nicht etwa die optische Dicke, welche sich als Produkt aus geometrischer Dicke und Brechungsindex ergibt.

Die erfindungsgemäße Sol-Gel-Beschichtung kann für vielfältige Anwendungen verwendet werden und dabei vielfältige Funktionen erfüllen. Die Sol-Gel-Beschichtung kann beispielsweise sein: eine antireflektierende Beschichtung: dies sind insbesondere Beschichtungen, die einen geringeren Brechungsindex aufweisen als das Substrat. Sie können insbesondere durch eine SiC>2-Matrix realisiert werden, deren Brechungsindex durch Poren (Poren als Kerne der Nano-Einlagerungen oder Hohlpartikel, insbesondere SiC>2-Hohlpartikel als Kerne der Nanoeinlagerungen) erniedrigt ist. Der Brechungsindex hängt von der Porengröße und die Dichte der Poren ab. Der Anteil des Porenvolumens am Gesamtvolumen liegt bevorzugt zwischen 10% und 90%, besonders bevorzugt unter 80%, ganz besonders bevorzugt kleiner als 60 %. Als Hülle ist S1O2 besonders bevorzugt, um die Anbindung der Poren beziehungsweise Hohlpartikel an die SiC Matrix zu optimieren. Aber auch alle anderen genannten Materialien sind für die Hülle denkbar, insbesondere wenn die

Beschichtung mit weiteren Eigenschaften ausgestattet werden soll eine reflexionssteigende Beschichtung: dies sind insbesondere Beschichtungen, die einen höheren Brechungsindex aufweisen als das Substrat. Sie können beispielsweise durch Verwendung einer Sol-Gel-Matrix mit hohem Brechungsindex erreicht werden (insbesondere T1O2, ZrÜ2 oder Hf0 ₂ ) oder durch eine Si0 ₂ -Matrix, die brechungsindexsteigernde Nano-Einlagerungen enthält (insbesondere T1O2, ZrÜ2 oder Hf0 ₂ als Hülle oder Kern der Nano-Einlagerungen). eine hydrophile oder hydrophobe Beschichtung, also eine Beschichtung, welche sich auf das benutzungsverhalten der Substratoberfläche auswirkt. - eine Sonnenschutzbeschichtung, also eine Beschichtung, welche elektromagnetische

Strahlung im infraroten und/oder ultravioletten Bereich reflektiert oder absorbiert eine photokatalytische Beschichtung: solche Beschichtungen sind geeignet, organische Ablagerungen zu zersetzen und weisen daher selbstreinigende Eigenschaften auf. Die photokatalytischen Eigenschaften werden insbesondere durch PO2 als Material für die Sol-Gel-Matrix oder die Hülle oder den Kern der Nano-Einagerungen erreicht. eine lichtstreuende Beschichtung: der beschichtete Bereich der Substratoberfläche wird dadurch mit stark lichtstreuenden Eigenschaften versehen. Dies kann beispielsweise genutzt werden, um Licht, welches über die Seitenkante in das Substrat eingekoppelt wird und sich darin durch Totalreflexion ausbreitet, aus dem Substrat auszukoppeln zu Beleuchtungszwecken oder zum Erzeugen einer Anzeige. eine dekorative Beschichtung, insbesondere farbige Beschichtung. So kann beispielsweise die Reflexionsfarbe durch den Brechungsindex der Sol-Gel-Beschichtung und etwaige optische Interferenzeffekte eingestellt werden. Durch die hohe Flexibilität bei der Gestaltung der Beschichtung (die Materialien für die Sol- Gel-Matrix sowie für Hülle und den Kern der Nano-Einlagerungen sind unabhängig voneinander wählbar) können multifunktionale Beschichtungen realisiert werden, insbesondere solche, die mehrere der vorstehend genannten Funktionen erfüllen. Beispiele hierfür sind: antireflektierende Beschichtungen mit photokatalytischen Eigenschaften antireflektierende Beschichtungen mit hydrophoben Eigenschaften photokatalytische Beschichtungen mit hydrophoben Eigenschaften antireflektierende Beschichtungen mit Sonnenschutzwirkung - gefärbte antireflektierende Beschichtungen.

Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Materialien für Kern und Hülle der Nano- Einlagerungen sind grundsätzlich beliebig miteinander kombinierbar. Besonders bevorzugten Kombination sind beispielsweise: - Kern: Pore, Hülle: S1O2: solche Nano-Einlagerungen können zur Verringerung des

Brechungsindex der Sol-Gel-Beschichtung genutzt werden. Außerdem können sie die mechanische und chemische Beständigkeit erhöhen und die Sichtbarkeit von Fingerabdrücken verringern. Im Falle einer Si0 ₂ -Matrix verbessert die Si0 ₂ -Hülle die Anbindung der Einlagerungen an die Matrix. Sie sind insbesondere erzeugbar durch Nanopartikel mit einem polymeren Kern (bevorzugt PMMA-Kern) und einer Si0 ₂ -Hülle, wobei der Kern nach dem Beschichten thermisch zersetzt oder herausgelöst wird.

Kern: Pore, Hülle: PO2: solche Nano-Einlagerungen können ebenfalls zur Verringerung des Brechungsindex der Sol-Gel-Beschichtung genutzt werden, wobei die Hülle der Beschichtung zusätzlich photokatalyische Eigenschaften verleiht. Auch Sonnenschutzbeschichtungen können damit realisiert werden. Sie sind insbesondere erzeugbar durch Nanopartikel mit einem polymeren Kern (bevorzugt PMMA-Kern) und einer Ti0 ₂ -Hülle, wobei der Kern nach dem Beschichten thermisch zersetzt oder herausgelöst wird.

Kern: S1O2, Hülle: PO2: solche Nano-Einlagerungen können beispielsweise für reflexionssteigernde Beschichtungen verwendet werden, insbesondere im Falle einer

Si0 ₂ -Matrix, deren Brechungsindex durch die Ti0 ₂ -Hülle erhöht wird.

Kern: PO2, Hülle: S1O2: solche Nano-Einlagerungen können beispielsweise für reflexionssteigernde Beschichtungen verwendet werden. Im Falle einer Si0 ₂ -Matrix verbessert die Si0 ₂ -Hülle die Anbindung an die Matrix. Kern: SiC>2-Hohlpartikel, Hülle: T1O2: solche Nano-Einlagerungen können beispielsweise für lichtstreuende Beschichtungen verwendet werden.

Die Sol-Gel-Beschichtung kann vollflächig auf der Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Es ist aber ebenso möglich, dass die Sol-Gel-Beschichtung nur auf einem oder mehreren Bereichen der Oberfläche angeordnet ist, während andere Bereich unbeschichtet sind. Beispielsweise kann die Beschichtung vollflächig aufgebracht sein mit Ausnahme eines umlaufenden Randbereichs, der unbeschichtet ist, so dass der zentrale Druchsichtsbereich des Substrats vollständig von der Beschichtung bedeckt ist. Dabei sind insbesondere mindestens 80% der Substratoberfläche mit der Beschichtung versehen. Dies insbesondere vorteilhaft, wenn die Beschichtung das Substrat insgesamt mit weitestgehend homogenen Eigenschaften versehen soll, beispielsweise als antireflektierende Beschichtung, hydrophile oder hydrophobe Beschichtung, Sonnenschutzbeschichtung und/oder selbstreinigende Beschichtung. Es ist aber ebenso möglich, dass nur ein lokal begrenzter Bereich mit der Beschichtung versehen ist (beispielweise ein Kamera- oder Sensorbereich, der mit bestimmten Eigenschaften versehen werden soll) oder dass die Beschichtung in Form eines Musters auf dem Substrat aufgebracht ist. Das nasschemische Sol-Gel-Verfahren ermöglicht eine vollflächige ebenso wie eine bereichsweise Beschichtung auf einfache Art und Weise.

Das Substrat ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als Glasscheibe oder Kunststoffscheibe ausgebildet. Unter einer Scheibe wird dabei ein weitgehend starre, höchstens elastisch biegbarer platten- oder schichtartiger Gegenstand bezeichnet. Im Falle einer Glasscheibe ist das Substrat bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas gefertigt, wie es für Fensterscheiben üblich ist. Aber auch andere Glassorten sind denkbar, beispielsweise Borosilikatglas, Quarzglas oder Aluminosilikatglas. Im Falle einer Kunststoffscheibe ist das Substrat bevorzugt aus beziehungsweise auf Basis von PMMA oder Polycarbonat (PC) ausgebildet. Die Dicke des Substrats ist je nach Anwendungsfall frei wählbar. Typische Dicken für Fensterscheiben im Architektur- oder Fahrzeugbereich betragen beispielsweise von 0,5 mm bis 5 mm, bevorzugt von 1,0 mm bis 2,5 mm.

Das Substrat ist erfindungsgemäß transparent. Darunter wird ein Substrat verstanden, welches die Durchsicht ermöglicht, das also insbesondere als Fensterscheibe eingesetzt werden kann. Das Substrat kann durchaus getönt oder gefärbt sein, wie es insbesondere bei vielen Fahrzeugscheiben üblich ist. Die Lichttransmission des Substrats im sichtbaren Spektralbereich von 400 nm bis 800 nm beträgt bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 30%, ganz besonders mindestens 50% und insbesondere mindestens 70%. Diese Werte beziehen sich auf den Gesamtanteil der transmittierten Strahlung an der gesamten Strahlung, die im angegebenen Spektral bereich mit einem Einstrahlwinkel von 0° zur Flächennormalen auf das Substrat trifft.

Die beschichtete Scheibe ist bevorzugt als Fensterscheibe vorgesehen, insbesondere als Fensterscheibe von Gebäuden, von Innenräumen oder Fahrzeugen.

Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen beschichteten Scheibe, wobei zumindest:

(a) Nanopartikel bereitgestellt werden,

(b) die Nanopartikel mittels Atomlagenabscheidung mit einer Hülle versehen werden,

(c) ein Sol bereitgestellt wird, welches Metalloxid- oder Halbmetalloxid-Präkursoren enthält,

(d) die Nanopartikel mit der Hülle dem Sol zugesetzt werden,

(e) das Sol samt den Nanopartikeln mit der Hülle auf eine Oberfläche eines Substrats aufgebracht wird,

(f) das Sol zu einer Sol-Gel-Beschichtung kondensiert wird, wobei aus den Metalloxid- oder Halbmetalloxid-Präkursoren eine Sol-Gel-Matrix entsteht, die mit Nano-Einlagerungen versehen ist, welche einen Kern umfassen, der aus den Nanopartikeln gebildet wird, sowie die um den Kern angeordnete Hülle.

Die Verfahrensschritte müssen nicht zwingend in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, sofern dies nicht technisch notwendig ist. So ist es erforderlich, dass die Nanopartikel mit der Hülle versehen werden (Verfahrensschritt b), bevor sie dem Sol zugesetzt werden (Verfahrensschritt d). Ebenso ist es erforderlich, dass die mit der Hülle versehenen Nanopartikel dem Sol zugesetzt werden (Verfahrensschritt d), bevor dieses auf der Substratoberfläche aufgebracht wird (Verfahrensschritt e). Ebenso ist es erforderlich, dass das Sol auf der Substratoberfläche aufgebracht wird (Verfahrensschritt e), bevor es zur Sol- Gel-Beschichtung kondensiert wird (Verfahrensschritt f). Ob jedoch zunächst die Nanopartikel mit der Hülle versehen werden (Verfahrensschritt b) und anschließend das Sol mit den Präkursoren angesetzt wird (Verfahrensschritt c) oder umgekehrt ist unerheblich.

Die mit der Hülle versehenen Nanopartikel sind typischerweise langzeitstabil und daher lagerbar, so dass die Beschichtung der Nanopartikel (Verfahrensschritt b) nicht unmittelbar vor dem Zubereiten des Sols (Verfahrensschritt c) erfolgen muss. So können beispielsweise größere Mengen der beschichteten Nanopartikel auf Vorrat hergestellt und gelagert werden und je nach Bedarf bei der Sol-Gel-Beschichtung verwendet werden.

Die Nanopartikel werden erfindungsgemäß mittels Atomlagenabscheidung mit der Hülle versehen. Die Atomlagenabscheidung ( atomic layer deposition, ALD) ist ein effizientes Verfahren zur Abscheidung von dünnen Schichten, bis hin zu atomaren Monolagen. Die Bestandteile (Atome) des abzuscheidenden Materials sind in chemischer Form an ein Trägergas gebunden (sogenannte Präkursoren oder Reaktanten). Die Bestandteile werden alternierend in eine Reaktionskammer geleitet und dort jeweils zur Reaktion mit dem zu beschichtenden Gegenstand gebracht. Dadurch wird der jeweilige Präkursor chemisch an die zu beschichtende Oberfläche gebunden. Anschließend wird die Reaktionskammer geleert und mit dem nächsten Präkursor befüllt. So werden nacheinander alternierende Lagen der Bestandteile der Beschichtung aufgebracht. Zur Erzeugung von ALD-Beschichtungen aus einem Metalloxid sind geeignete Reaktanten beispielsweise die entsprechende Methyl-Metall- Verbindung oder das entsprechende Metallchlorid einerseits und Wasserdampf andererseits. Die Methyl-Metall-Verbindung (oder das Metallchlorid) dient als Quelle für das Metall, der Wasserdampf als Quelle für den Sauerstoff. Bei der Reaktion der Methyl-Metall-Verbindung werden einige Methylgruppen abgespalten und das Metall mit den restlichen Methylgruppen chemisch an die Unterlage gebunden, beispielsweise über freie OH-Gruppen an der Oberfläche des zu beschichteten Gegenstands oder der darunterliegenden aus Wasserdampf abgeschiedenen Schicht. Anschließend wird die Reaktionskammer mit Wasserdampf befüllt. Bei der anschließenden Reaktion ersetzten OH-Gruppen die Methylgruppen der darunterliegenden Metalllage. Anschließend wird die nächste Metalllage abgeschieden, welche an unter Abspaltung von Methan an die OH-Gruppen des vorangegangenen Abscheidungsschrittes gebunden wird. Es resultiert also eine Sauerstofflage zwischen zwei Metalllagen. Das alternierende Verfahren wird so lange durchgeführt, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist. Zwischen den einzelnen Abscheideschritten kann die Reaktionskammer mit einem Inertgas, beispielsweise Argon, gespült werden. Charakteristisch für ALD ist der selbstbegrenzende Charakter der Teilreaktionen: der Reaktant reagiert nicht mit sich selbst oder Liganden von sich selbst, was das Schichtwachstum einer Teilreaktion bei beliebig langer Zeit und Gasmenge auf maximal eine Monolage begrenzt. So können sehr dichte Schichten mit präzise eingestellter Schichtdicke erzeugt werden. Da das Gas sich gleichmäßig in der Reaktionskammer verteilt, werden die Gegenstände unabhängig von ihrer geometrischen Form vollständig beschichtet, abgesehen von etwaigen Auflageflächen. ALD-Beschichtungen aus einem Halbmetalloxid können ebenso erzeugt werden, wobei in der vorstehenden Beschreibung Metall durch Halbmetall zu ersetzen ist.

Die Atomlagenabscheidung der Hüllen auf den Kernen erfolgt typischerweise gleichsam portionsweise (Batch-Verarbeitung), nicht etwa in einem Durchlaufprozess. Eine bestimmte Menge an Nanopartikeln wird dabei in einen Reaktionsbehälter eingebracht, dort simultan mit der Hülle beschichtet und anschließend entnommen. Solche Reaktionen werden typischerweise in einem sogenannten „batch reactor“ durchgeführt.

Die Nanopartikel sind bevorzugt derart ausgewählt oder durch Oberflächengruppen chemisch funktionalisiert, dass sie in einem Lösungsmittel löslich sind. Das Lösungsmittel kann dabei bevorzugt Wasser, ein Alkohol oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch sein. Zur besagten Batch- Verarbeitung werden die Nanopartikel gelöst im Lösungsmittel bereitgestellt. Dann wird das Lösungsmittel verdampft. Die Nanopartikel werden dann mittels Atomlagenabscheidung mit der Hülle versehen und anschließend wieder in einem Lösungsmittel gelöst, wobei es sich um das gleiche Lösungsmittel handeln kann, in dem die Nanopartikel bereitgestellt wurden. Natürlich muss die Hülle dazu ebenfalls derart ausgewählt oder nach der Atomlagenabscheidung chemisch funktionalisiert sein, dass sie die Löslichkeit der beschichteten Nanopartikel gewährleistet. Die Lösung mit den Nanopartikeln kann dann dem Sol zugesetzt werden (Verfahrensschritt d).

Das Sol ist eine Lösung, welche die Präkursoren für die Sol-Gel-Matrix enthält, gelöst in einem Lösungsmittel. Dies sind erfindungsgemäß Metalloxid-Präkursoren oder Halbmetalloxid- Präkursoren, aus denen die Metalloxid- oder Halbmetalloxid-Matrix gebildet werden können. Die Metalloxid-Präkursoren können beispielsweise als metallorganische Verbindungen, als Metall-Alkoholate oder als Metall-Carboxylate vorliegen. Als Halbmetalloxid-Präkursoren können die analogen Verbindungen verwendet werden, wobei Metall durch Halbmetall zu ersetzen ist. In einer bevorzugten Ausführung wird das Metall oder Halbmetall (beispielsweise des Metall-Alkoholats oder -Carboxylats) dabei durch Liganden in Form eines chemischen Komplexes stabilisiert, wodurch die Reaktivität herabgesetzt werden kann und die Beständigkeit des Sols gegen Luftfeuchtigkeit verbessert werden kann. Als Liganden sind beispielsweise 2,4-Diketone gebräuchlich. Das Lösungsmittel ist bevorzugt Wasser, Alkohol (insbesondere Ethanol) oder ein Wasser-Alkohol-Gemisch. Außer den Präkursoren und dem Lösungsmittel kann das Sol Verdickungsmittel enthalten, beispielsweise Cellulose-Derivate (wie Methyl-Cellulose oder Ethyl-Cellulose) oder Polyacrylsäuren, um die Viskosität des Sols anzupassen. Es ist möglich, dass das Lösungsmittel oder das Verdickungsmittel auch als Komplexbildner für die Metalloxid- oder Halbmetalloxid-Präkursoren fungiert, wenn sie geeignet gewählt sind. In diesem Fall müssen nicht eigens zusätzliche Liganden zugesetzt werden. Das Sol kann außerdem typische Additive enthalten, wie sie im Bereich der Sol-Gel-Technologie üblich und dem Fachmann bekannt sind.

Soll eine Matrix aus beziehungsweise auf Basis von S1O2 erzeugt werden, so enthält das Sol Siliziumoxid-Präkursoren in dem Lösungsmittel. Die Präkursoren sind bevorzugt Silane, insbesondere Tetraethoxy-Silane oder Methyltriethoxysilan (MTEOS). Alternativ können aber auch Silikate als Präkursoren eingesetzt werden, insbesondere Natrium-, Lithium- oder Kaliumsilikate, beispielsweise Tetramethylorthosilikat, Tetraethylorthosilikat (TEOS), Tetraisopropylorthosilikat, oder Organosilane der allgemeinen Form R ² _n Si(OR ¹ ) _4-n . Dabei ist bevorzugt R ¹ eine Alkylgruppe, R ² eine Alkyl-, Epoxy-, Acrylat-, Methacrylat-, Amin-, Phenyl oder Vinylgruppe, und n eine ganze Zahl von 0 bis 2. Es können auch Silizium-halogenide oder -alkoxide eingesetzt werden.

Die Präkursoren können optional bereits in Lösung reifen. Die Reifung kann eine Hydrolyse der Präkursoren beinhalten und/odereine teilweise Aggregatbildung durch (partielle) Reaktion (insbesondere Polykondensation) zwischen den Präkursoren.

Die Konzentration der Präkursoren im Sol beträgt bevorzugt von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 Gew.-% bis 10 Gew.-%.

Dem Sol werden die beschichteten Nanopartikel zugesetzt. Darunter ist zu verstehen, dass die Nanopartikel und die Sol-Gel-Präkursoren in einem Lösungsmittel vermischt werden. Typischerweise wird die Lösung der beschichteten Nanopartikel mit dem Sol vermischt. Es ist grundsätzlich aber auch denkbar, dass die Präkursoren direkt der Lösung der Nanopartikel zugesetzt wird, aus dieser also direkt das Sol erzeugt wird. Die Bereitstellung des Sols und der Zusatz der Nanopartikel wären in diesem Fall in einem Schritt realisiert.

Anschließend wird das Sol samt den darin gelösten beschichteten, also mit der Hülle versehenen Nanopartikeln auf die Substratoberfläche aufgebracht, insbesondere durch nasschemische Verfahren, beispielsweise durch Tauchbeschichtung (cf/p coating), Schleuderbeschichtung ( spin coating), Flutbeschichtung ( flow coating), durch Aufträgen mittels Rollen oder Pinseln, durch Sprühbeschichtung ( spray coating) oder durch Druckverfahren, beispielsweise durch Tampondruck ( pad printing) oder Siebdruck ( screen printing). Im Anschluss kann eine Trocknung erfolgen, wobei Lösungsmittel verdampft wird. Diese Trocknung kann bei Umgebungstemperatur oder durch gesonderte Beheizung erfolgen (beispielsweise mit einer Temperatur bis zu 120 °C). Vor dem Aufbringen der Beschichtung auf das Substrat wird die Oberfläche typischerweise gereinigt durch an sich bekannte Verfahren.

Anschließend wird das Sol zur erfindungsgemäßen Sol-Gel-Beschichtung kondensiert. Die erfolgt bevorzugt durch eine Temperaturbehandlung, bevorzugt bei mindestens 400 °C. Diese kann als separate Temperaturbehandlung durchgeführt werden. Ist das Substrat eine Glasscheibe, welche gebogen werden soll, wie es im Fahrzeugbereich üblich ist, so kann die Temperaturbehandlung im Rahmen eines Glasbiegeprozesses durchgeführt werden, typischerweise bei Temperaturen von 600 °C bis 700°C. Weisen die Präkursoren UV- vernetzbare funktionelle Gruppen auf (beispielsweise Methacrylat-, Vinyl- oder Acrylatgruppe), so kann die Kondensation statt der oder zusätzlich zur Temperaturbehandlung eine UV-Behandlung umfassen. Die Kondensation kann alternativ bei geeigneten Präkursoren (beispielsweise Silikate) eine IR-Behandlung umfassen.

Vor der eigentlichen Kondensation kann optional eine vorgelagerte Trocknung erfolgen, wobei Lösungsmittel verdampft und die Konzentration der Präkursoren dadurch wird. Diese Trocknung kann bei Umgebungstemperatur oder durch gesonderte Beheizung erfolgen (beispielsweise mit einer Temperatur bis zu 120 °C).

Bei der Kondensation entsteht die Sol-Gel-Matrix aus den Metalloxid- oder Halbmetall- Präkursoren. Dabei finden typischerweise Vernetzungsprozesse unter den Präkursoren statt, wobei sich die Präkursoren zunächst zu Aggregaten verbinden (Aggregation, typischerweise durch Hydrolyse der Präkursoren und Polykondensationsreaktionen unter ihnen) und diese anschließend zu einem Gel vernetzt werden (Gelierung). Die Aggregation kann auch schon teilweise in Lösung erfolgen, bevor diese auf die Scheibenoberfläche aufgebracht wird (Reifung). Die Sol-Gel-Matrix ist mit den Nanoeinlagerungen versehen, welche den aus den Nanopartikeln gebildeten Kern umfassen sowie die um den Kern angeordnete Hülle. In Verfahrensschritt (f) wird der Kern der erfindungsgemäßen Nano-Einlagerungen aus den Nanopartikeln gebildet. Damit ist nicht notwendigerweise eine chemische oder mechanische Umwandlung gemeint, wobei eine solche optional möglich ist, wie aus den nachstehend beschriebenen beiden bevorzugten Ausführungen deutlich wird.

In einer Ausführung des Verfahrens verbleiben die Nanopartikel in der Sol-Gel-Beschichtung nach ihrer Erzeugung als Kern der Nano-Einlagerungen. Die Nanopartikel des Sols bilden also ohne irgendwelche Umwandlung den Kern der Einlagerungen der Sol-Gel-Beschichtung. Die Nanopartikel können dabei bevorzugt ausgebildet sein aus einem Polymer beziehungsweise auf Basis eines Polymers (beispielsweise Polycarbonate, Polyester oder Polystyrole, oder Copolymere aus Methyl(meth)acrylaten und (Meth)acrylsäure. bevorzugt PMMA), aus beziehungsweise auf Basis von Metalloxid oder Halbmetalloxid (bevorzugt S1O2 oder T1O2) oder als Hohlpartikel aus beziehungsweise auf Basis von Metalloxid oder Halbmetalloxid (bevorzugt S1O2). Es gelten die vorstehenden Ausführungen zum Kern der Nano-Einlagerungen entsprechend für die Nanopartikel, welche in dieser Ausführung identisch sind.

In einer alternativen Ausführung des Verfahrens sind die Nanopartikel des Sols Vorstufen des Kerns der Nano-Einlagerungen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Kern der Nano- Einlagerung eine Pore sein soll. In diesem Fall fungieren die Nanopartikel als Porenformer und sind bevorzugt aus beziehungsweise auf Basis eines Polymers ausgebildet sind, beispielsweise aus beziehungsweise auf Basis von PMMA, Polycarbonaten, Polyestern oder Polystyrolen oder Copolymeren aus Methyl(meth)acrylaten und (Meth)acrylsäure, wobei PMMA besonders bevorzugt ist. Nachdem die Sol-Gel-Beschichtung abgeschieden wurde, werden die Nanopartikel zersetzt, so dass Poren als Kern der Nano-Einlagerungen entstehen. Die Hülle der Nanopartikel verbleibt als Hülle um die Pore. Die Zersetzung der Nanopartikel erfolgt bevorzugt thermisch durch eine Temperaturbehandlung bei mindestens 400°C, bevorzugt mindestens 500°C. Die polymeren Nanopartikel werden dabei insbesondere verkohlt (karbonisiert). Dazu kann ein eigener Temperschritt vorgesehen sein, der der Kondensation der Sol-Gel-Matrix nachgelagert ist. Alternativ und bevorzugt ist es jedoch möglich, die Kondensation der Sol-Gel-Matrix und die thermische Zersetzung der Nanopartikel im Rahmen derselben Temperaturbehandlung durchzuführen, welche dazu bevorzugt bei mindestens 500°C erfolgt. Dies kann auch im Rahmen eines Glasbiegeprozesses erfolgen. Statt die polymeren Nanopartikel thermisch zu zersetzen, ist es auch möglich sie durch Lösungsmittel aus der Beschichtung herauszulösen. Dazu muss das entsprechende Polymer in dem Lösungsmittel löslich sein, beispielweise kann im Falle von PMMA-Nanopartikeln Tetrahydrofuran (THF) verwendet werden.

Das Substrat mit der erfindungsgemäßen Sol-Gel-Beschichtung kann als solches seiner Endbestimmung zugeführt werden. Es ist aber, die beschichtete Scheibe zuvor thermisch vorzuspannen und/oder einem Biegeprozess zu unterziehen. Das beschichtete Scheibe kann (plan oder gebogen) mit einer weiteren Scheibe über eine thermoplastische Zwischenschicht, beispielsweise eine PVB-Folie, zu einer Verbundscheibe laminiert werden. Ebenso ist es möglich, die beschichtete Scheibe über Abstandshalter mit einer oder mehreren weiteren Scheiben zu einer Isolierglaseinheit zu verbinden. Die Erfindung umfasst außerdem die Verwendung einer erfindungsgemäßen beschichteten Scheibe in Gebäuden oder in Fortbewegungsmitteln für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser. Die Scheibe wird dabei bevorzugt eingesetzt im Außenbereich von Gebäuden als Fensterscheibe, Glastür oder Fassadenelement, im Innenbereich von Gebäuden als Fensterscheibe von Räumen, Glastür oder Trennscheibe oder als Fahrzeugscheibe (beispielsweise als Dachscheibe, Seitenscheibe, Heckscheibe oder Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs) oder als Bestandteil davon, beispielweise als Bestandteil einer Verbundscheibe oder Isolierglaseinheit.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen beschichteten Scheibe,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Nano-Einlagerung der Scheibe aus Figur 1.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen beschichteten Scheibe. Sie umfasst ein Substrat 1 mit einer Sol-Gel-Beschichtung 2. Das Substrat 1 ist beispielsweise eine 2,1 mm dicke Scheibe aus Kalk-Natron-Glas, die als Fahrzeugscheibe (beispielsweise als Bestandteil einer laminierten Windschutzscheibe) vorgesehen ist. Das Substrat 1 kann dabei beispielsweise die Innenscheibe der Wndschutzscheibe bilden und über die der Sol-Gel-Beschichtung 2 gegenüberliegende Oberfläche über eine PVB-Folie mit einer Außenscheibe verbunden sein, welche beispielsweise ebenfalls eine 2,1 mm dicke Kalk-Natron-Glasscheibe ist.

Die Sol-Gel-Beschichtung 2 umfasst eine Sol-Gel-Matrix 3, beispielsweise aus S1O2. Die Sol- Gel-Matrix 3 wurde im Sol-Gel-Verfahren erzeugt. In der Sol-Gel-Matrix 3 sind Nano- Einlagerungen 4 eingeschlossen, durch welche die Eigenschaften der Sol-Gel-Beschichtung 2 gezielt eingestellt werden können.

Figur 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine Nano-Einlagerung 4. Sie umfasst einen sphärischen Kern 4a, der von einer Hülle 4b umgeben ist. Die Hülle 4b ist durch Atomlagenabscheidung erzeugt. Der Kern 4a weist beispielsweise einen Durchmesser von etwa 70 nm auf, die Hülle 4b eine Schichtdicke von etwa 10 nm.

Der Kern 4a und die Hülle 4b werden entsprechend der geplanten Anwendung gewählt, um die Sol-Gel-Beschichtung 2 mit den erforderlichen Eigenschaften zu versehen. So kann der Kern beispielsweise aus S1O2 bestehen und die Hülle aus T1O2. Durch den Si0 ₂ -Kern ist die Nano-Einlagerung 4 optisch gut mit der Si0 ₂ -Matrix kompatibel. Durch die Ti0 ₂ -Hülle wird einerseits der Brechungsindex der Sol-Gel-Beschichtung 2 erhöht und diese andererseits mit photokatalytischen Eigenschaften versehen. Alternativ kann der Kern 4a beispielsweise als Hohlraum (Pore) ausgebildet sein und die Hülle 4b aus S1O2. Durch die Poren wird der Brechungsindex der SiC>2-Matrix verringert, so dass die Sol-Gel-Beschichtung 2 als antireflektierende Beschichtung eingesetzt werden kann die Poren werden bevorzugt dadurch erzeugt, dass bei der Sol-Gel-Beschichtung eine PMMA- Nanopartikel mit der durch Atomlagenabscheidung erzeugten Hülle 4b dem Sol zugesetzt wird und dieser PMMA-Nanopartikel nach dem Beschichten thermisch zersetzt wird, wodurch die Pore als Kern 4a entsteht. Eine Hülle aus PO2 verleiht der antireflektierenden Beschichtung zusätzliche photokatalytischen Eigenschaften.

Bezugszeichenliste:

(1) Substrat

(2) Sol-Gel-Beschichtung (3) Sol-Gel-Matrix der Sol-Gel-Beschichtung 2

(4) Nano-Einlagerungen der Sol-Gel-Beschichtung 2 (4a) Kern der Nano-Einlagerungen 4 (4b) Hülle der Nano-Einlagerungen 4