DE102014013528A1

Coated glass substrate or glass ceramic substrate with resistant multi-functional surface properties, method for production thereof and use thereof

Abstract

<?abstract ?><p num="0000">The invention relates to a coated glass or glass-ceramic substrate with durable multi-functional surface properties, comprising - A combination of antimicrobial, anti-reflective and anti-fingerprint properties, or - A combination of antimicrobial, anti-reflective and anti-fingerprint properties, wherein the substrate is chemically biased or - A combination of antimicrobial and anti-reflective properties, wherein the substrate is chemically prestressed. The invention provided coated glass or glass ceramic substrate shows a unique combination of several functions that exist permanently and can not adversely affect each other.</p><p><img file="DE102014013528A1_0001.tif" he="89" img-content="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="133" /></p>

DE102014013528A1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 8

Term

8 yearsto projected expiry

Projected expiry 12 September 2034, counted from filing; an application has no term until it is granted.

  1. Priority and filed
  2. Published
  3. Today
  4. Projected expiry

19 claims: 16 independent, 3 dependent

  1. 1
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat mit beständigen multifunktionellen Oberflächeneigenschaften, umfassend – eine Kombination von antimikrobiellen, antireflektiven und Antifingerprint-Eigenschaften, oder – eine Kombination von antimikrobiellen, antireflektiven und Antifingerprint-Eigenschaften, wobei das Substrat chemisch vorgespannt ist, oder – eine Kombination von antimikrobiellen und antireflektiven Eigenschaften, wobei das Substrat chemisch vorgespannt ist.
  2. 2
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die antimikrobielle Eigenschaft durch Vorhandensein von einem oder mehreren antimikrobiell wirkenden Metallionen, vorzugsweise ausgewählt aus Silber-, Kupfer-, Cadmium-, Zink-, Eisen-, Zinn-, Kobalt-, Cer-, Antimon-, Selen-, Chrom-, Magnesium- und/oder Nickelionen in antimikrobiell wirksamer Menge verwirklicht ist;– das chemische Vorspannen durch Ionenaustausch verwirklicht ist;– die antireflektive Eigenschaft durch eine Beschichtung aus ein oder mehreren Schichten auf dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat verwirklicht ist;und – die Antifingerprint-Eigenschaft durch eine Beschichtung aus ein oder mehreren Schichten auf dem antireflektiv beschichteten Glas- oder Glaskeramiksubstrat verwirklicht ist.
  3. 3
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zusätzlich oder alternativ zu einer der genannten Eigenschaften eine Antiglareeigenschaft aufweist.
  4. 4
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die antireflektive Beschichtung aus einer Schicht besteht, die bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt;– die antireflektive Beschichtung aus zwei oder mehr Schichten besteht mit alternierendem hohen und niedrigen Brechungsindex, wobei die oberste Schicht einen niedrigen Brechungsindex aufweist und bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt;oder – die antireflektive Beschichtung aus drei oder mehreren Schichten mit alternierendem mittleren, hohen und niedrigen Brechungsindex besteht und die oberste Schicht einen niedrigen Brechungsindex aufweist und bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt.
  5. 5
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die antireflektive Beschichtung aus einer Schicht besteht, die bevorzugt eine Haftvermittlerschicht darstellt, und einen geringen Brechungsindex im Bereich von 1,22 bis 1,44, noch bevorzugter im Bereich von 1,28 bis 1,44 aufweist;oder – die antireflektive Beschichtung aus mehreren Schichten aufgebaut ist, wobei bevorzugt die oberste Schicht eine Haftvermittlerschicht darstellt und einen geringen Brechungsindex im Bereich von 1,22 bis 1,70, noch bevorzugter im Bereich von 1,28 bis 1,60, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1,28 bis 1,56 aufweist.
  6. 6
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die antireflektive Beschichtung in Form mindestens einer Schicht derart ausgestaltet ist, dass eine unvollständige antireflektive Beschichtung vorliegt, die erst zusammen mit einer Haftvermittlerschicht die vollständige antireflektive Wirkung im spektralen Bereich aufweist;oder – die antireflektive Beschichtung in Form mindestens einer Schicht derart ausgestaltet ist, dass eine unvollständige antireflektive Beschichtung vorliegt, die erst zusammen mit einer Antifingerprint-Beschichtung die vollständige antireflektive Wirkung im spektralen Bereich aufweist;oder – die antireflektive Beschichtung in Form mindestens einer Schicht derart ausgestaltet ist, dass eine unvollständige antireflektive Beschichtung vorliegt, die erst zusammen mit einer Haftvermittlerschicht und einer Antifingerprint-Beschichtung die vollständige antireflektive Wirkung im spektralen Bereich aufweist.
  7. 7
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht der antireflektiven Beschichtung, bevorzugt die oberste Schicht, die als Haftvermittlerschicht vorliegt, in Unterschichten mit ein oder mehreren Zwischenschichten unterteilt ist, wobei die ein oder mehreren Zwischenschichten bevorzugt nahezu denselben Brechungsindex wie die Unterschichten aufweisen.
  8. 8
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht eine Mischoxidschicht darstellt, bevorzugt eine Siliciummischoxidschicht, die ein Oxid mindestens eines der Elemente Aluminium, Zink, Magnesium, Phosphor, Cer, Zirkon, Titan, Cäsium, Barium, Strontium, Niob, Zinn, Bor und/oder Magnesiumfluorid, bevorzugt mindestens ein Oxid des Elements Aluminium aufweist und bevorzugt eine Dicke größer als 1 nm, bevorzugt größer als 10 nm, noch bevorzugter größer als 20 nm aufweist.
  9. 9
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas ein ionenaustauschbares Glas darstellt, bevorzugt ausgewählt aus einem Alkali-Aluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung:Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 40–75 Al 2 O 3 10–30 B 2 O 3 0–20 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 4–30 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0–15 P 2 O 5 0–10 oder einem Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 60–85 Al 2 O 3 1–10 B 2 O 3 5–20 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 2–16 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0–5 P 2 O 5 0–2 oder einem Kalknatronglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 40–80 Al 2 O 3 0–6 B 2 O 3 0–5 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 5–30 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–30 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0–7 P 2 O 5 0–2 oder einem Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 50–75 Al 2 O 3 7–25 B 2 O 3 0–20 Summe aus Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 1–4 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 0–10 P 2 O 5 0–5 oder einem Bleiglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% PbO 20–80 SiO 2 20–60 K 2 O 0–10 Na 2 O 1–10 BaO 0–20 SrO 0–20 Al 2 O 3 0–10 CaO 0–10 F 2 O 3 0–1 Sb 2 O 3 0–1 ZnO 0–20 B 2 O 3 0–20 ZrO 2 0–10 oder einem Glas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 10–90 Al 2 O 3 0–40 B 2 O 3 0–80 Na 2 O 1–30 K 2 O 0–30 CoO 0–20 NiO 0–20 Ni 2 O 3 0–20 MnO 0–20 CaO 0–40 BaO 0–60 ZnO 0–40 ZrO 2 0–10 MnO 2 0–10 CeO 0–3 SnO 2 0–2 Sb 2 O 3 0–2 TiO 2 0–40 P 2 O 5 0–70 MgO 0–40 SrO 0–60 Li 2 O 0–30 Li 2 O + Na 2 O + K 2 O 1–30 SiO 2 + B 2 O 3 + P 2 O 5 10–90 Nd 2 O 5 0–20 V 2 O 5 0–50 Bi 2 O 3 0–50 SO 3 0–50 SnO 0–70 wobei der Gehalt von SiO 2 + P 2 O 5 + B 2 O 3 10–90 Gew.-% ist;oder einem Lithium-Aluminiumsilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung: Zusammensetzung Gew.-% SiO 2 55–69 Al 2 O 3 19–25 Li 2 O 3–5 Summe aus Na 2 O + K 2 O 0,5–15 Summe aus MgO + CaO + SrO + BaO 0–5 ZnO 0–4 TiO 2 0–5 ZrO 2 0–3 Summe aus TiO 2 + ZrO 2 + SnO 2 2–6 P 2 O 5 0–8 F 0–1 B 2 O 3 0–2 wobei die Glaszusammensetzung jeweils gegebenenfalls Zusätze von färbenden Oxiden, wie Nd 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CoO, NiO, V 2 O 5 , MnO 2 , TiO 2 , CuO, CeO 2 , Cr 2 O 3 , Seltenerd-Oxide in Gehalten von 0–5 Gew.-% oder für „Schwarzes Glas” von 0–15 Gew.-%, sowie Läutermittel, wie As 2 O 3 , Sb 2 O 3 , SnO 2 , SO 3 , Cl, F, CeO 2 , in Gehalten von 0–2 Gew.-% enthält;oder dass die Glaskeramik eine ionenaustauschbare Glaskeramik darstellt, bevorzugt ausgewählt aus einem keramisierten Alumosilikatglas oder Lithium-Alumino-Silikatglas, bevorzugt eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases (in Gew.-%): Li 2 O 3,2–5,0 Na 2 O 0–1,5 K 2 O 0–1,5 Summe Na 2 O + K 2 O 0,2–2,0 MgO 0,1–2,2 CaO 0–1,5 SrO 0–1,5 BaO 0–2,5 ZnO 0–1,5 Al 2 O 3 19–25 SiO 2 55–69 TiO 2 1,0–5,0 ZrO 2 1,0–2,5 SnO 2 0–1,0 Summe TiO 2 + ZrO 2 + SnO 2 2,5–5,0 P 2 O 5 0–3,0 oder bevorzugt eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases (in Gew.-%): Li 2 O 3–5 Na 2 O 0–1,5 K 2 O 0–1,5 Summe Na 2 O + K 2 O 0,2–2 MgO 0,1–2,5 CaO 0–2 SrO 0–2 BaO 0–3 ZnO 0–1,5 Al 2 O 3 15–25 SiO 2 50–75 TiO 2 1–5 ZrO 2 1–2,5 SnO 2 0–1,0 Summe TiO 2 + ZrO 2 + SnO 2 2,5–5 P 2 O 5 0–3,0 oder bevorzugt eine Glaskeramik oder ein keramisierbares Glas mit folgender Zusammensetzung des Ausgangsglases (in Gew.-%): Li 2 O 3–4,5 Na 2 O 0–1,5 K 2 O 0–1,5 Summe Na 2 O + K 2 O 0,2–2 MgO 0–2 CaO 0–1,5 SrO 0–1,5 BaO 0–2,5 ZnO 0–2,5 B 2 O 3 0–1 Al 2 O 3 19–25 SiO 2 55–69 TiO 2 1,4–2,7 ZrO 2 1,3–2,5 SnO 2 0–0,4 Summe TiO 2 + SnO 2 kleiner 2,7 P 2 O 5 0–3 Summe ZrO 2 + 0,87 (TiO 2 + SnO 2 ) 3,6–4,3, wobei die Glaskeramik vorzugsweise Hochquarz-Mischkristalle oder Keatit-Mischkristalle als vorherrschende Kristallphase enthält und die Kristallitgröße vorzugsweise kleiner 70 nm, besonders bevorzugt kleiner gleich 50 nm, ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 10 nm ist.
  10. 10
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas- oder Glaskeramiksubstrat eine strukturierte Oberfläche, bevorzugter eine geätzte Oberfläche aufweist.
  11. 11
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Aluminosilikat- oder Boroaluminosilikatglas oder eine hierauf basierende Glaskeramik darstellt und nach dem chemischen Vorspannen eine Druckspannung CS ≥ 600 MPa und eine Tiefe der Druckspannungsschicht DoL ≥ 20 μm aufweist oder dass das Substrat ein Kalknatronglas oder eine hierauf basierende Glaskeramik darstellt und nach dem chemischen Vorspannen eine Druckspannung CS > 100 MPa, bevorzugter > 200 MPa und noch bevorzugter CS ≥ 300 MPa und eine Tiefe der Druckspannungsschicht DoL ≥ 5 μm aufweist.
  12. 12
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine antimikrobielle Wirksamkeit > 90%, bevorzugt > 99%, noch bevorzugter > 99,9%, insbesondere bevorzugt > 99,99% gegenüber E.coli und S.aureus vorliegt.
  13. 13
    Beschichtetes Glas- oder Glaskeramiksubstrat nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Glas- oder Glaskeramiksubstrats ≤ 20 mm beträgt, bevorzugter ≤ 15 mm, noch bevorzugter ≤ 10 mm, noch bevorzugter ≤ 5 mm, noch bevorzugter ≤ 3 mm, noch bevorzugter ≤ 1 mm, noch bevorzugter ≤ 0,7 mm, insbesondere bevorzugt ≤ 0,5 mm oder ganz besonders bevorzugt ≤ 0,1 mm.
  14. 14
    Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Glas- oder Glaskeramiksubstrats mit beständigen multifunktionellen Oberflächeneigenschaften, umfassend die nachfolgenden Schritte:– Aufbringen einer antireflektiven Beschichtung auf ein Glas- oder Glaskeramiksubstrat;– Durchführen eines der 3 nachfolgenden Ionenaustauschverfahren mit dem antireflektiv beschichteten Glas- oder Glaskeramiksubstrat in einem Salzbad, (1) wobei das Salzbad ein oder mehrere Metallsalze mit antimikrobieller Wirkung enthält, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silber-, Kupfer-, Cadmium-, Zink-, Eisen-, Zinn-, Kobalt-, Cer-, Antimon-, Selen-, Chrom-, Magnesium- und/oder Nickelsalzen, um dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen;oder (2) wobei das Salzbad eine Mischung von Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiumsalz mit einem oder mehreren Metallsalzen mit antimikrobieller Wirkung enthält, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber-, Kupfer-, Cadmium-, Zink-, Eisen-, Zinn-, Kobalt-, Cer-, Antimon-, Selen-, Chrom-, Magnesium- und/oder Nickelsalzen, um dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen und dieses gleichzeitig chemisch vorzuspannen;oder (3) wobei in einem ersten Schritt das erste Salzbad Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiumsalz enthält und in einem zweiten Schritt das zweite Salzbad eine Mischung von Kalium-, Rubidium- und/oder Cäsiumsalz mit einem oder mehreren Metallsalzen mit antimikrobieller Wirkung enthält, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber-, Kupfer-, Cadmium-, Zink-, Eisen-, Zinn-, Kobalt-, Cer-, Antimon-, Selen-, Chrom-, Magnesium- und/oder Nickelsalzen, um dem Glas- oder Glaskeramiksubstrat antimikrobielle Eigenschaften zu verleihen und dieses chemisch vorzuspannen;und – optional Aufbringen einer Antifingerprint-Beschichtung auf die erhaltenen antireflektiv beschichtete Glas- oder Glaskeramikoberfläche.
  15. 15
    Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ionenaustauschverfahren (2) und der erste Schritt des Ionenaustauschverfahrens (3) in einem Salzbad bei einer Temperatur zwischen 350 und 500°C und für eine Dauer zwischen 0,5 und 48 Stunden durchgeführt wird und der zweite Schritt des Ionenaustauschverfahrens (3) in einem Salzbad bei einer Temperatur zwischen 400 und 500°C und für eine Dauer zwischen 0,25 und 2 Stunden durchgeführt wird.
  16. 16
    Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an antimikrobiell wirksamem(n) Metallsalz(en) im Salzbad 0,01 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,01 bis 0,5 Gew.-% beträgt.
  17. 17
    Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die antireflektive Beschichtung durch eine Flüssigphasenbeschichtung, bevorzugt durch Sol-Gel-Beschichtungsverfahren, insbesondere ein Sol-Gel-Tauchbeschichtungsverfahren hergestellt wird und das Glas- oder Glaskeramiksubstrat bevorzugt vor Aufbringen der AF-Beschichtung thermisch gehärtet wird.
  18. 18
    Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antifingerprint-Beschichtung mittels thermischer Vakuumabscheidung oder Sputtern, bevorzugt durch Flüssigphasenbeschichtung, insbesondere Sprühen, Tauchbeschichten, Drucken, Walzen oder Spin-Beschichten, aufgebracht wird.
  19. 19
    Verwendung des beschichteten Glas- oder Glaskeramiksubstrats nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13 – für alle Arten von Displayanwendungen, wie Displayanwendungen mit Touchscreenfunktion, flexible Displays;– für alle Arten von interaktiven Eingabeelementen, die insbesondere mit Touchfunktion ausgeführt sind;– für alle Arten von Abdeckungen, insbesondere für elektronische Anwendungen, bevorzugt als Touch-/Abdeckungssubstrat bei einem Mobiltelefon, Smartphone, Tablet-PC, Notebook-PC, PDA, Fernsehgerät, PC, als ATM-Abdeckung als Abdeckung eines Solarmoduls;– für eine Harddisk;– für Haushaltsanwendungen, insbesondere in Küchen, Bädern, Komponenten am/im Kühlschrank, Komponenten im/am Herd, wie Herdvorsatzscheiben, Kochfelder;– als dekorative Glaselemente, insbesondere in belasteten Bereichen mit höherer Kontaminationsgefahr;– im medizinischen und Pharmabereich, insbesondere im Krankenhaus, in Arztpraxen oder Apotheken;– für Verglasungen aller Art, insbesondere Scheiben im Innen- und Außenbereich, wie Schaufenster, Verglasungen von Bildern, Vitrinen, Theken, Fenster, wie Schutzfenster, insbesondere Brandschutzfenster, Kraftfahrzeugfenster, Zugfenster, Flugzeugfenster, Isolierglastüren für Schränke, Anzeige- oder Werbetafeln, Bilderrahmen, Architekturglas, beispielsweise zur Verwendung in einer Ausstellung zum Schutz von irgendwelchen Kunstwerken oder ausgestellten Objekten.
Independent claims19