DE1596815B2

DE1596815B2 - Verfahren zur reversiblen veraenderung der lichtreflexion eines ein- oder mehrschichtigen glaskoerpers durch einwirkung eines elektrischen feldes mit variabler amplitude und dafuer geeigneter glaskoerper

Info

Publication number: DE1596815B2
Application number: DE1966G0047285
Authority: DE
Inventors: Willy Dr. Couillet; Servais Albert Dr. Gosselies; Duchateau (Belgien)
Original assignee: Glaverbel Mecaniver SA
Current assignee: Glaverbel Mecaniver SA
Priority date: 1965-07-12
Filing date: 1966-06-25
Publication date: 1976-08-12
Also published as: CH482632A; GB1150431A; LU49043A1; NO116171B; DE1596815A1; US3535022A; ES323615A1; SE337868B; BE677236A; DK137848C; DK137848B; NL6605542A; DE1596815C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur reversiblen Veränderung der Lichtreflexion eines ein- oder mehrschichtigen Glaskörpers, der eine oder mehrere empfindliche Schichten enthält, durch Einwirkung eines senkrecht zu dieser Schicht oder diesen Schichten verlaufenden elektrischen Feldes mit variabler Amplitude, das mit Hilfe von transparenten, elektrisch leitenden, parallelen Elementen des Glaskörpers, die auf beiden Seiten der dem elektrischen Feld unterworfenen Schicht angeordnet sind, aufgebaut wird, sowie einen hierfür geeigneten ein- oder mehrschichtigen Glaskörper.

In neuerer Zeit erbaute Industrie- und Wohnbauten besitzen oft großflächige Verglasungen, die zwar eine gute Ausleuchtung der Räume gewährleisten, jedoch andererseits bei starker Sonneneinstrahlung zuviel Licht- und Wärmestrahlung durchlassen bzw. in kalten Perioden einen nennenswerten Teil der Heizungswärme

- nach außen abgeben. Es ist folglich wünschenswert, die durch die Verglasungen fallenden Strahlungsmengen regeln zu können.
Es sind bereits mehrere Verfahren und Verglasungen bekannt,· mit denen die Durchlässigkeit für Licht- und/oder Wärmestrahlung reversibel geändert werden kann.

Es werden beispielsweise Schichten verwendet, die aus synthetischen Stoffen mit photochromen unc thermochromen Eigenschaften bestehen (BE-PS 6 19 760) oder aus Stoffen mit nur photochromer Eigenschaften (FR-PS 13 65 308). Diese Schichter absorbieren in Abhängigkeit von der Strahlungsintensi tat verschiedene Spektralbereiche verschieden start und ändern dabei ihre Farbschattierung und Durchsich tigkeit. Jedoch ist die intensive Färbung und die geringe Durchsichtigkeit häufig störend. Diese Stoffe zeiger außerdem Formen der Ermüdung, d. h. die Umkehrbar keit ist nur für eine bestimmte Anzahl von Wechseln voi hell' auf dunkel oder von warm auf kalt wirksan wodurch ihre praktische Anwendung stark einge schränkt wird.
Es sind weiterhin zwischen Stützscheiben eingebettc

te Schichten bekannt, deren veränderliche Absorptionseigenschaften auf temperaturabhängigen, reversiblen Sol-Gel-Umwandlungen beruhen (US-PS 27 10 274, FR-PS 13 05 869). Jedoch können diese Schichten korrosiv sein, und sie sind im allgemeinen stark farbig und wenig durchsichtig.

Andere bekannte Verglasungen besitzen Glasscheiben mit eingeschlossenen Kristallen oder Kristalliten, die in Abhängigkeit von der Temperatur das Absorptionsvermögen und damit die Strahlungsdurchlässigkeit der Verglasung verändern (FR-PS 13 46 665). Die Schichten sind jedoch wegen der Einschlüsse schwierig zu verarbeiten und folglich kostspielig. Weiterhin ist ihre Umkehrbarkeit nicht vollkommen und setzt besonders bei sinkender Strahlungsintensität erst ¹S verzögert ein (mehrere Sekunden bis zu mehreren Stunden).

Aus der DT-AS 11 15451 ist ein Mehrschichtenglas bekannt, das eine Zwischenschicht aufweist, deren optische Eigenschaften bei Änderung der Temperatur und/oder der Beleuchtungsstärke oder des elektrischen Feldes reversibel verändert werden können. Diese Zwischenschicht enthält kristallwasserhaltige Salze, die mit der Änderung ihres Wassergehaltes ihre Farbe wechseln, oder einen oder mehrere Stoffe, deren Löslichkeit in einem oder mehreren Bestandteilen der Zwischenschicht bei der Temperaturerhöhung abnimmt bzw,, bei Temperaturrückgang steigt. Dieses bekannte Mehrschichtenglas besitzt auf einer oder beiden Außenflächen Drahtnetze, transparente, elektrisch leitende, auf die Deckglasscheiben aufgebrachte Schichten aus Metallen oder Metalloxiden oder durch Salze leitend gemachte, feuchte Kunststoffschichten, die auf die Silikatglasdeckscheiben aufgebracht und ihrerseits durch Glasscheiben abgedeckt sind, als Kondensatorbeläge für die Einwirkung eines Feldes hochfrequenter elektromagnetischer Schwingungen und/oder mechanischer Schwingungen. Durch die Änderung der Temperatur, der Beleuchtungsstärke oder des elektrischen Feldes wird die Lichtdurchlässigkeit dieses Mehrschichtenglases verändert, da ein gewisser Teil des eindringenden Lichtes absorbiert wird, was nachteilig ist, da sich hierdurch das Mehrschichtenglas notwendigerweise erwärmt, wodurch eine unerwünschte Wärmeabstrahlung verursacht wird.

Die DT-PS 9 53 193 betrifft ebenfalls ein Mehrschichtenglas mit einer Zwischenschicht, die diese Lichtdurchlässigkeit bei Änderung der Temperatur oder eines elektrischen Feldes verändert Beispielsweise kann diese Zwischenschicht Körper enthalten, die sich im Magnetfeld oder im elektrischen Feld ausrichten und damit eine Veränderung der Lichtdurchlässigkeit bewirken. Auch hierbei erfolgt die Veränderung der Lichtdurchlässigkeit durch die Absorption eines Teils . des einfallenden Lichtes.

Die GB-PS 8 45 053 betrifft ein elektrisch steuerbares optisches Anzeigeinstrument, das als empfindliche Schicht eine Schicht aus einem Alkalimetallhalogenid aufweist Mit Hilfe von Schichten aus Metall oder Halbleitern kann eine variable Spannung an diese Schicht aus den Alkalimetallhalogeniden angelegt werden, die bekanntlich ihre Lichtdurchlässigkeit unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes ändern. So zeigen diese Halogenide von den Bestandteilen abhängige spezifische Färbungen (F-Zentren), die eine Folge der Lichtabsorption sind, dessen Spektrum sich durch Anlegen eines elektrischen Feldes ändert Hierbei verändert sich die Intensität des das Material durchdringenden Lichtes kaum, sondern lediglich seine Farbe.

Die GB-PS 8 68 275 betrifft ein undurchsichtiges Halbleiterbauteil, das eine das Licht modulierende Reflexionsoberfläche aufweist, die aus p-Ieitenden und η-leitenden Bereichen aufgebaut ist

Die FR-PS 13 34 630 betrifft ebenfalls eine undurchsichtige in Richtung zum Modulierenden des Lichtes, insbesondere des infraroten Lichtes, wobei in diesem Fall die modulierende Reflexion mit Hilfe eines elektrischen Stromes erreicht wird, der durch die Vorrichtung fließt

Aus der US-PS 30 21 754 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, mit der eine Modulation der Polarisation des einfallenden und reflektierenden Lichtes erreicht wird. Hierzu werden Halbleitermaterialien verwendet, an die eine variable Potentialdifferenz angelegt wird, die eine Stromzufuhr zur Folge hat Die variable Potentialdifferenz bewirkt in dem Halbleiter die Bildung und die Änderung der Bildung von Elektronen-Löcher-Paaren. Durch die Änderung der Anzahl der Elektronen-Löcher-Paare werden die Elektrizitätskonstante oder die metallischen Eigenschaften des Halbleiterelements geändert

Bei sämtlichen vorbekannten transparenten Glaskörpern mit veränderlicher Lichtdurchlässigkeit wird die Änderung der Lichtdurchlässigkeit oder der Transparenz dadurch bewirkt, daß die Lichtabsorption verändert wird.

Wenn man mit Hilfe eines der bekannten Mehrschichtengläser eine bestimmte Strahlungsmenge, beispielsweise A⁰Zo, absorbiert so wird die Lichtintensität auf der anderen Seite des Mehrschichtenglases in gleichem Maße herabgesetzt, wobei sich die absorbierte Strahlung aber in Wärme umsetzt die eine Temperaturerhöhung des Mehrschichtenglases zur Folge hat. Damit wird das Mehrschichtenglas aber seinerseits zu einer Wärmestrahlungsquelle, die eine erhebliche Wärmemenge aussendet Diese Strahlung wird etwa zu je 50% nach beiden Seiten des Mehrschichtenglases abgegeben. Das besagt daß die Absorption einer Menge A der Sonnenstrahlung die Abgabe einer Wärmemenge von etwa A/2, die man aus der Sonnenstrahlung eliminieren wollte, in das Innere bewirkt Weiterhin geben die Mehrschichtengläser ihre Wärme durch Wärmeleitung und Wärmekonvektion ab. Die Wirksamkeit dieser bekannten Mehrschichtengläser ist daher wesentlich geringer als erwartet

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und einen dafür geeigneten Glaskörper zu schaffen, mit denen die durch den Glaskörper hindurchdringende Lichtmenge verändert werden kann, ohne daß sich die Nachteile der herkömmlichen Mehrschichtengläser und insbesondere die unerwünschte Erwärmung ergeben.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht daß der unerwünschte Teil der Strahlung durch Reflexion eliminiert wird, indem das Reflexionsvermögen mindestens einer der in dem Glaskörper enthaltenen Schichten reversibel geändert wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist daß eine Potentialdifferenz mit variabler Amplitude an eine empfindliche Halbleiter- oder Metallschicht angelegt wird, die gegen mindestens eines der elektrisch leitenden, das elektrische Feld aufbauenden Elemente elektrisch isoliert ist

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein ein- oder mehrschichtiger Glaskörper mit reversibel verän-

derlichem Reflexionsvermögen, der -eine oder mehrere empfindliche Schichten enthält die durch Einwirkung eines senkrecht zu dieser Schicht oder diesen Schichten verlaufenden elektrischen Feldes mit variabler Amplitude ihre Lichtreflexion verändern, der dadurch gekennzeichnet ist daß die empfindliche Schicht aus einem Halbleiter oder einem Metall besteht zwischen transparenten, elektrisch leitenden Elementen liegt die genau parallel zu ihr verlaufen und ihr gegenüberliegen und die je mit einem Pol einer steuerbaren elektrischen Spannungsquelle verbunden sind, und gegen mindestens eines der elektrisch leitenden Elemente elektrisch isoliert ist

Im Gegensatz zur Absorption bewirkt die totale oder partielle Reflexion einer durch den erfindungsgemäßen Glaskörper einfallenden Strahlung keine Temperaturerhöhung des Glaskörpers. Hierdurch wird sowohl die Lichtenergie als auch die Wärmeenergie des reflektierten Teils der einfallenden Strahlung endgültig eliminiert

Erfindungsgemäß wird das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von dem angelegten Feld geändert Das veränderliche elektrische Feld erzeugt also eine veränderliche und reversible Reflexion und damit eine veränderliche und reversible Lichtdurchlässigkeit Die Schichten mit dem veränderlichen Reflexionsvermögen müssen weder Träger eines elektrischen Stromes noch einer Ionenwanderung sein. Es handelt sich also um ein rein statisches Verfahren, das keine elektrische Energie verlyajicht, da das Feld keine Arbeit leistet

Somit unterscheidet sich der Mechanismus der Änderung der Lichtdurchlässigkeit des erfindungsgemäßen Glaskörpers ganz erheblich von den Wirkungsmechanismen, die nach den Lehren des Standes der Technik ablaufen. Im Gegensatz zu den Produkten des Standes der Technik wird die Veränderung, der Lichtreflexion der erfindungsgemäßen Glaskörper weder durch den Einfluß eines fließenden elektrischen Stromes noch durch ρ,η-Obergänge bewirkt Vielmehr erfolgt sie unter dem Einfluß eines statischen elektrischen Feldes. Weiterhin unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Glaskörper von den herkömmlichen, Halbleiterschichten aufweisenden Produkten (wie sie aus der GB-PS 8 68 275, der FR-PS 13 34 630 und der US-PS 30 21754 bekannt sind) dadurch, daß sie einerseits transparent sind, was überhaupt erst .ihre Anwendung in Fensterscheiben ermöglicht und andererseits wesentlich einfacher aufgebaut sind und keine Energie verbrauchen.

Erfindungsgemäß wird im allgemeinen eine Gleichspannungsquelle benötigt deren Potential je nach Bedarf geändert werden kann, und die folglich ein der Spannung proportionales elektrisches Feld aufbaut In gewissen Fällen ist es interessant die Spannungsquelle umpolen zu können, um ein elektrisches Feld zu erhalten, das zu dem Glaskörper bald in einer bald in anderer Richtung senkrecht steht was praktisch einer Verstärkung bzw. Verminderung des Reflexionsvermögens des Glaskörpers entspricht Man kann also durch Umpolen des elektrischen Feldes die Reflexion an einem sonnigen Tag erhöhen und sie dann in der Dämmerung herabsetzen.

Für bestimmte Glaskörper gemäß der Erfindung kann auch eine Spannungsquelle mit beispielsweise sinusförmiger Wechselspannung verwendet werden. Es könnte angenommen werden, daß die Anwendung dieser beiden Polwechsel einer Periode des elektrischen Spannungsverlaufes nacheinander eine Verstärkung und eine Schwächung der Reflexion erzeugt so daß ihre Summe in einer Periode Null ergäbe. Im allgemeinen ist das jedoch nicht so, denn die Reaktion der Reflexion auf das elektrische Feld kann im Vergleich zu dem Feld nicht symmetrisch sein, so daß die Summe der Verstärkung und Schwächung der Reflexion während einer Periode nicht Null sein kann. Eine Frequenz von 50 Hz genügt vollkommen, um das Flimmern vollständig zu vermeiden.
Diese Feststellung gilt nicht nur für die Reflexion der sichtbaren Wellenlängen, sondern auch für die Ultraviolett- und Ultrarotstrahlen. Beispielsweise erlaubt das Verfahren, entsprechend der Intensität des Feldes und der Natur des in dem Glaskörper enthaltenden Elementes, nicht die Reflexion des sichtbaren Bereiches zu verändern, sondern nur den Ultrarotbereich, so daß das Auge die Veränderung der Reflexion nicht wahrnimmt das Verhältnis der von dem Glaskörper reflektierten Wärme aber erheblich ist.

Vorzugsweise wird das elektrische Feld mit veränderlicher Intensität das auf mindestens eine Halbleiterschicht des Glaskörpers wirkt, von elektrisch leitenden, parallelen, transparenten Elementen aufgebaut, die zu dem Glaskörper gehören und beidseitig auf den Flächen der dem elektrischen Feld unterworfenen Schicht aufgebracht sind; an die elektrisch leitenden Elemente wird eine· Potentialdifferenz veränderlicher Stärke gelegt

Das hat den Vorteil, daß das Verfahren einen minimalen Platzbedarf hat und der gesamte Glaskörper eine ideale Durchsichtigkeit erhält. Infolge der nahen Lage der Elemente ist es nicht nötig, eine große Potentialdifferenz zu benutzen.

Die Schicht mit den reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften besteht aus einem Material aus der Gruppe der Halbleiter. Es steht fest, daß die Halbleiter in Form dünner Schichten ein ziemlich schwaches Reflexionsvermögen besitzen, das mit steigender Dicke des Halbleiters wächst. Dieses Reflexionsvermögen ist in weiten Grenzen und mit sofortiger Umkehrbarkeit unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes veränderlich, wie in den unten angeführten Beispielen gezeigt wird.

Was die Metalle anbetrifft, so besitzen sie, wenn sie als dünne Folien ausgebildet sind, ähnliche Eigenschaften wie die Halbleiter, aber ihr spezifischer Reflexionskoeffizient ist viel größer, und es ist folglich schwieriger, eine Änderung der Reflexion nach größeren Werten hin zu erreichen. Diese Vergrößerung der Reflexion ist jedoch nachweisbar und anwendbar in genügend empfindlichen optischen Instrumenten; eine der möglichen Anwendungen des Glaskörpers gemäß der Erfindung ist bei beispielsweiser Verwendung einer Goldfolie die Messung der Stärke eines elektrischen Feldes.

Es ist auch vorteilhaft eine Halbleiter- oder metallische Schicht des Glaskörpers der Wirkung des elektrischen Feldes zu unterwerfen, das zwischen dieser Schicht und einer anderen elektrisch leitenden Schicht des Glaskörpers aufgebaut ist indem eine elektrische Spannung veränderlicher Stärke verwendet wird.

Es ist also nicht nötig, daß die Kraftlinien des Feldes durch die Schicht bzw. die Schichten, deren Reflexion reversibel geändert werden soll, hindurchgehen, wie es beispielsweise der Fall ist wenn das Feld durch elektrisch leitende Elemente aufgebaut wird, die auf .beiden Seiten der Schichten) mit veränderlicher Reflexion angeordnet sind. Wenn die Schicht mit veränderlicher Reflexion, Leiter oder Halbleiter, mit

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einem Pol der Spannungsquelle verbunden ist, während eine andere Schicht, Leiter oder Halbleiter, der genau parallel angeordnet ist, mit dem anderen Pol dieser Spannungsquelle verbunden ist, bildet sich ein elektrisches Feld nicht nur in dem Raum zwischen den beiden Elementen aus, sondern auch auf der Oberfläche der Elemente selbst, wobei das Oberflächenfeld die Reflexion von mindestens einer der Schichten beeinflußt Das Verfahren ist besonders interessant, wenn die Schicht, deren Reflexionseigenschaften geändert werden soll, stark elektrisch leitend ist

Es ist vorteilhaft, die Wirkung des elektrischen Feldes mit veränderlicher Stärke, das senkrecht zu den Schichten steht, deren Reflexionseigenschaften geändert werden sollen, zu vervollständigen, indem man in mindestens einem der Elemente einen oder mehrere elektrische Ströme fließen läßt, deren Hauptrichtung parallel zu dem Glaskörper verläuft

Unter gewissen Umständen hat die Wirkung des senkrechten elektrischen Feldes die Tendenz, sich im Laufe der Zeit abzuschwächen, selbst wenn das Feld konstant gehalten wird; es müßte also das Feld nach einem mitunter schwierig zu bestimmenden Gesetz verstärkt werden, wenn über einen längeren Zeitraum eine konstante Reflexion erreicht werden soll. Es ist festgestellt worden, daß sich dieser Dämpfungseffekt nicht mehr zeigt, wenn ein oder mehrere elektrische Ströme in dem oder den betreffenden Elementen parallel zu diesen fließen. Beispielsweise können zwei gegenüberliegende Kanten eines Elementes mit einer elektrischen Spannungsquelle oder jeder der Pole einer Spannungsquelle entsprechend mit einer geraden und einer ungeraden Serie paralleler, nicht verbundener, leitender Leisten verbunden werden, die auf einer Fläche von mindestens einer Schicht angebracht sind, deren Reflexionseigenschaften geändert werden sollen. So spielen zwei aufeinanderfolgende, entsprechend gerade und ungerade Leisten die Rolle von Elektroden, und es wird in dem Element, das ein Leiter oder Halbleiter sein muß, ein Strom erzeugt, der in das Element über eine Leiste eintritt, in dem Element parallel zur Oberfläche fließt und über die nächste Leiste austritt. Der Effekt, der die Dämpfung der Reflexion verhindert, rührt nicht von der durch den elektrischen Strom hervorgerufenen Erwärmung des Elementes her, denn der Effekt bleibt auch bestehen, wenn die Verglasung zur Kompensation der Erwärmung künstlich gekühlt wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt 'der Glaskörper mindestens eine Schicht mit reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften. Diese Schicht(en) eliminieren einen Teil der einfallenden Strahlung, die weder absorbiert noch in Wärme umgesetzt wird, wie es bei Glaskörpern der Fall ist, deren Lichtdurchlässigkeit nur durch Änderung der Absorption verändert wird.

Es können mehrere Schichten, die reversibel veränderliche Reflexionseigenschaften besitzen, kombiniert werden, um zusätzliche optische Farbeffekte, Undurchsichtigkeit, Mattfarbigkeit usw. zu erreichen. Diese Schichten mit veränderlichen Reflexionseigenschaften können auch mit anderen Schichten kombiniert werden, die parallel zu ihnen sind und mit optischen oder speziellen mechanischen Eigenschaften ausgerüstet sind.

Es ist vorteilhaft, die Schicht mit den reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften aus einem Halbleitermaterial herzustellen, das zwischen transparenten elektrisch leitenden Elementen eingebettet ist.

die ihm genau parallel aufliegen und entsprechend mit zwei Polen einer elektrischen Potentialquelle veränderlicher Stärke verbunden sind.

Diese elektrisch leitenden Elemente sind im allgemeinen als genügend dünne Metallfolien ausgebildet, damit sie transparent sind, oder besser als dünne transparente Schichten, die mit den bekannten Mitteln elektrolytisch, durch Aufdampfung im Vakuum oder auf andere Art auf transparentes Trägermaterial aufgebracht werden.

Diese dünnen Schichten können mit einem dünnen Metallstreifen eingefaßt sein, der gut leitend ist, eine Elektrode bildet und leicht mit einem Pol der Spannungsquelle verbunden werden kann. Die transparenten dünnen Schichten brauchen nicht stark leitend zu sein, da sie nur mit einem bestimmten elektrischen Potential belastet werden müssen, jedoch im allgemeinen nicht von einem elektrischen Strom durchflossen werden.
Die Schicht mit den reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften soll möglichst aus einem Halbleitermaterial oder einem Metall bestehen, und einem ihm genau parallelen transparenten, elektrisch leitenden Element gegenüberliegen, wobei diese beiden Elemente entsprechend mit zwei Polen einer elektrisehen Potentialquelle veränderlicher Stärke verbunden sind.

Die Anordnung erfordert im Prinzip nur zwei parallele Elemente; demgemäß wird dadurch die elektrische Spannung herabgesetzt, und es werden gleichzeitig die Fabrikationskosten vermindert.

Der Glaskörper kann zwischen der Schicht mit den reversibel veränderlichen Reflexionseigenschaften und mindestens einem der elektrisch leitenden Elemente ein transparentes, elektrisch isolierendes Element besitzen.

Es kann ein transparentes und isolierendes Element auf nur einer Seite der Schicht mit den veränderlichen Reflexionseigenschaften angeordnet werden in engem Kontakt oder mit einem Zwischenraum, der mit Luft, Gas oder eventuell mit einem flüssigen Leiter überbrückt wird, oder es können auf beiden Seiten der Schicht mit den veränderlichen Reflexionseigenschaften transparente Isolierelemente angeordnet werden. Mitunter tragen diese transparenten Elemente mit dazu bei, die Steifigkeit des Glaskörpers zu erhöhen.

Vorzugsweise umfaßt der Glaskörper noch transparente Versteifungselemente, die parallel zu den anderen zu dem Glaskörper gehörenden Elemente liegen und mit mindestens einem dieser Elemente in Berührung sind.

Diese transparenten Versteifungselemente bilden das eigentliche Gerüst des Glaskörpers, wenn die anderen Schichten, die er enthält, so dünn sind, daß sie nicht die nötige Steifigkeit besitzen, um selbst einen Glaskörper zu bilden. Vorzugsweise sind die durchsichtigen Versteifungselemente auf beiden Seiten der anderen Elemente angeordnet und bilden für diese Elemente Schutzschichten. — - ~

Unabhängig von ihrer Stützwirkung verhindern diese Elemente, wenn sie außer auf dem Glaskörper angebracht sind, die Beschädigung der anderen Elemente durch mechanische Ursachen, wie beispielsweise Berührung, Staub usw. oder durch chemische Ursachen, wie beispielsweise Rauch, Dampf usw.; solche Glaskörper sind auch abwaschbar, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung besteht.

Vorzugsweise wird der verwendete Halbleiter aus der vierten Gruppe und die Verbindungen einerseits aus den Gruppen 5 bzw. 6 und andererseits aus den Gruppen 3

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bzw. 2 des periodischen Systems der Elemente ausgewählt. Die Kombinationen werden weiter unten an Hand von Beispielen erläutert.

Der Halbleiter enthält vorzugsweise Verunreinigungen der Gruppe Se, Te, As, Sb, B, CI, In, P, Zn, Cd, deren Anwesenheit den Effekt des elektrischen Feldes auf die Reflexion mitunter beträchtlich erhöht.

Die transparenten, elektrisch leitenden Elemente können aus Metall oder Halbleiterschichten bestehen.

Diese Schichten sind sehr transparent, wenn sie als dünne Überzüge vorliegen, und ihre elektrische Leitfähigkeit ist ausreichend, um der gesamten Oberfläche des Überzuges das gleiche Potential zu übertragen, das gleich dem der mit ihr verbundenen Spannungsquelle ist

Als transparente elektrisch isolierende Elemente werden vorzugsweise die Oxide SiO, S1O2, AI2O3, ZrO2, CeO2, B2O3 bzw. Kombinationen dieser Oxide, Kunststoffe oder Luft verwendet.

Diese Materialien sind vollkommen transparent, können als dicke oder dünne Schichten verwendet werden und besitzen eine große dielektrische Festigkeit, so daß sie bei starken elektrischen Feldern mit Größenordnungen von mehreren Tausend Volt/mm Anwendung finden können, ohne daß eine Zerstörung der Isolationsschichten befürchtet werden muß.

Die transparenten Stützelemente werden vorzugsweise aus der Gruppe der Gläser und polymerisierten Hasze, wie z. B. Acrylglas, ausgewählt, die Stoffe darstellen, deren Transparenz und mechanischer Widerstand groß sind.

Die elektrische Spannungsquelle, mit der die elektrisch leitenden Elemente verbunden sind, kann ein Gleichrichter sein, der mindestens einen Polwechsel von zweien einer primären Wechselspannung gleichrichtet

Diese Anordnung ist zweckdienlich, wenn ein Effekt der Änderung in nur einer Richtung erzielt werden soll, sei es zu größeren .oder zu kleineren Werten, und keine Gleichspannungsquelle vorhanden ist. Diese Gleichspannungsquelle kann also durch einen Gleichrichter ersetzt werden, an dessen Klemmen man entweder einen Polwechsei von zweien eines sinusförmigen Spannungsverlaufes erhält oder zwei Polwechsel, von denen einer umgeklappt wird. Die Änderung der Reflexion entspricht dann genau dem Mittelwert dieser Spannung und nicht seiner maximalen Amplitude.

Es ist vorteilhaft, wenn das System aus Spannungsquelle und elektrisch leitendem Element von einer zeitabhängigen Steuervorrichtung geregelt wird. Diese Steuervorrichtung wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Tageszeit geregelt, um die Amplitude der an die elektrisch leitenden Elemente angelegten Spannungsquelle stetig, modulierend und unstetig zu verändern. Es kann auch die Lichtreflexion des Glaskörpers den vorauszusehenden Änderungen der Helligkeit des Tagesablaufes angepaßt werden. Auch kann beispielsweise die Reflexion des Glaskörpers im Laufe des Abends erhöht werden, um zu verhindern, daß man von außen in einen künstlich beleuchteten Raum sehen kann.

Das System aus Spannungsquelle und elektrisch leitenden Elementen kann von auf Wärme und/oder Lichtenergieänderungen reagierenden Vorrichtungen geregelt werden; diese Vorrichtungen befinden sich außerhalb des Glaskörpers. Es werden hauptsächlich Thermostaten und Photozellen verwendet. Sie nehmen die Werte der Temperatur und/oder der Strahlung auf, deren Wirkung man herabsetzen will, und erzeugen mit Hilfe eines eventuell zwischengeschalteten Verstärkers Spannungsänderungen, die sich als Änderungen des elektrischen Feldes auswirken und demgemäß als Reflexionsänderungen entsprechend im ultraroten, im sichtbaren oder im ultravioletten Spektralbereich.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen beschrieben.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm der Reflexionsänderung für verschiedene Wellenlängen als Funktion des elektrischen Feldes einer Schicht eines Glaskörpers gemäß der Erfindung;

Fig.2, 3 und 4 zeigen Schnitte durch Glaskörper gemäß der Erfindung, senkrecht zu ihren Oberflächen.

Beispiel 1

Das Diagramm nach F i g. 1 bezieht sich auf eine 200 Ä starke Schicht aus reinem Zinnoxid SnO2, die durch Aufdampfung im Vakuum auf eine 3 Millimeter starke Fensterglasscheibe aufgebracht ist. Auf der Ordinate ist die Reflexion in Prozent aufgetragen und auf der Abszisse die Wellenlänge des Lichtes, die auf die SnO2-Schicht trifft, in Millimikron. Die Kurve 1 bezieht sich auf die Schicht ohne elektrisches Feld, die Kurve 2 bezieht sich auf die gleiche Schicht, die einem elektrischen Feld von 50 Volt/Mikron unterworfen ist, das senkrecht zur Oberfläche der Schicht verläuft.

An Hand der Kurve 1 ist zu sehen, daß die Schicht fast die gesamte sichtbare Strahlung durchläßt, die den Wellenlängen unterhalb 700 Millimikron entspricht, jedoch fast die gesamte Ultrarotstrahlung reflektiert, besonders die mit den Wellenlängen über 1000 Millimikron.

Dagegen zeigt die Kurve 2, daß dieselbe Zinnoxidschicht, die dem elektrischen Feld unterworfen ist, fast die gesamte sichtbare Strahlung reflektiert. Zwischen diesen beiden Werten des elektrischen Feldes, entsprechend 0 und 50 Volt/Mikron, bilden sich alle Reflexionskurven ähnlich den Kurven 1 und 2 aus, doch liegen sie zwischen diesen beiden.

Es ist andererseits bekannt, daß die Reflexion einer Schicht eine mit der Dicke dieser Schicht wachsende Funktion ist; wenn beispielsweise eine zehnmal so starke Schicht verwendet würde, so wäre die Anfangsreflexion bei noch nicht eingeschaltetem elektrischen Feld wesentlich stärker, als sie in Kurve 1 gezeigt wird. Es könnten also verschiedene Arten von Glaskörpern verwendet werden, die bei nicht eingeschaltetem elektrischen Feld immer stärker reflektieren, indem immer dickere Schichten gewählt werden.

Es wurden weiter SnO2-Schichten verwendet, die Spuren von Verunreinigungen enthielten, z. B. Selen mit einer Konzentration von 9,5 χ ΙΟ²⁰ Atomen pro cm³, was bedeutet, daß 6% der Zinnatome durch Selen ersetzt wurden. Es ist festgestellt worden, daß nicht nur die Anwesenheit der Verunreinigung die Reflexionseigenschaften der SnO2-Schicht verbesserten, sondern daß es, um die Reflexionsfähigkeit dieser Schicht auf einen bestimmten Wert zu steigern, genügte, sie einem schwächeren elektrischen Feld zu entwerfen als jenem, das ohne Verunreinigungen nötig gewesen wäre.

Beispiel 2

Nach F i g. 2, die einen Schnitt durch den Glaskörper gemäß der Erfindung senkrecht zu den Oberflächen zeigt, sind aus 3 mm starkem Fensterglas bestehende Stützelemente 10' und 10" auf ihren Oberflächen 1Γ und 11" mit je 100 Ä dicken Silberschichten 12' und 12" überzogen, die durch Aufdampfen im Vakuum aufge-

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bracht sind. Auf der Schicht 12' ist eine 2 Mikron starke einer anderen Kante der Platte 30 miteinander über eine

SiO-Schicht 13' aufgebracht, auf der Schicht 12" eine Leitung verbunden sind, die als Position 34 schematisch

200 Millimikron starke SiO-Schicht 13". dargestellt ist.

Auf der Schicht 13" ist eine 3 Mikron starke Schicht Die Kupferstreifen 31 und 32 und die freie Fläche 35

14 aus SnO2 aufgebracht, die Selen in einer Konzentra- ⁵ der Platte 30 zwischen den Streifen 31 und 32 sind mit

tion von 1% bezogen auf die Zinnatome enthält Die einer Cadmiumsulfidschicht überzogen; der Schwefel ist

SiO-Schichten 13' und die SnO2-Schicht 14 sind längs ein Element der sechsten Gruppe, das Cadmium ein

einer Fläche 15 verbunden. Elektroden 16 und 17 aus Element der zweiten Gruppe des periodischen Systems,

legiertem Kupfer, die nach den bekannten Verfahren Die Dicke der Halbleiterschicht 36 aus Cadmiumsulfid

aufgebracht sind, sind mit einem Pol 18 einer ^l0 beträgt 2500 Ä. Die Isolierschicht 37 aus SiO hat eine

Gleichspannungsquelle 19 und einem Schalter 20 Dicke von 150Ä und ist mit einer. 100Ä dicken

verbunden, der sich um einen Punkt 21 drehen kann und Silberschicht 38 überzogen. Eine Silberelektrode 39 ist

irgendeinen der Kontakte 22 berührt, von denen jeder mit Hilfe bekannter Methoden längs eines Randes

mit einer der Klemmen 23 der Spannungsquelle 19 zwischen den Schichten 37 und 38 angebracht. Diese

verbunden ist. '5 Elektrode 39 ist verbunden mit dem positiven Pol 40

Die SnO2-Schicht 14, die Spuren von Selen enthält, ist einer Gleichspannungsquelle 41 und 20 Volt Der die Schicht, dessen Reflexionseigenschaften sofort und negative Pol 42 ist mit Klemmen 43 und 44 zweier reversibel geändert werden können, indem es einem Spannungsquellen 45 und 46 mit einer Wechselspanelektrischen Feld unterworfen wird, das senkrecht zu nung von 2 Volt verbunden, deren Klemmen 47 und 48 der Fläche 15 verläuft und sich zwischen den ²⁰ mit den Verbindungsleitungen 33 bzw. 34 verbunden Silberschichten 12' und 12" aufbaut, wenn an die sind. Die Leitung 49 zwischen dem negativen Pol 42 und Elektroden 16 und 17 eine elektrische Spannungsquelle den Spannungsquellen 45 und 46 kann durch einen in 19 angelegt wird. Die Isolierschichten 13' und 13" stehen geöffneter Lage dargestellten Schalter 50 unterbrochen dem geraden Durchgang des Flusses zwischen den werden, der durch eine Spule 51 betätigt wird, die über Schichten 12' und 12" durch die Halbleiterschicht 14 ²5 einen Verstärker 52 durch einen Thermostaten 53 erregt entgegen, so daß der Glaskörper keine elektrische wird.
Energie verbraucht. Die an die Kupferstreifen 31 und 32 angelegte

Dfb Glaselemente 10' und 10" stützen das Ganze ab Potentialdifferenz der Spannungsquellen 45 und 46

und verhindern, daß die Elemente 12', 13', 14 und 12", erzeugen im Inneren der Cadmiumsulfidschicht 36

13" durch mechanische oder chemische Einwirkungen 3° parallel zur Oberfläche der Platte 30 verlaufende und

beschädigt werden. durch Pfeile 54 angedeutete Ströme.

Wenn der Schalter 20 mit demjenigen Kontakt 22 in Wenn der Thermostat 53 durch eine Wärmequelle

Verbindung ist, der die Elektroden 16 und 17 in angeregt wird, schließt der Schalter 50 die Leitung 49

Nebenschluß schaltet, liegt an den Elektroden keine zwischen dem Pol 42 und den Wechselspannungsquellen

Spannung, und es besteht kein elektrisches Feld; der 35 45 und 46. Folglich besteht zwischen den Leiterstreifen

Glaskörper besitzt folglich nur eine Reflexionsfähigkeit, 31, 32 und der Silberschicht 38 eine Potentialdifferenz

die der Summe der spezifischen Reflexionsfähigkeiten und daher ein senkrecht zu den Flächen der Platte 30

der Silberschichten 12' und 12", der Isolierschichten 13' verlaufendes elektrisches Feld. Dieses Feld reicht aus,

und 13" und der Halbleiterschicht 14 entsprechen. Je um die Reflexionsfähigkeit der Cadmiumsulfidschicht 36

nachdem mit welchem der folgenden Kontakte 22 der 4° zu erhöhen; doch ist festzustellen, daß die erhöhte

Schalter 20 verbunden wird, steigt die Spannung Reflexionsfähigkeit bei konstantem Feld nicht konstant

zwischen den Elektroden 16 und 17 und gleichzeitig bliebe und sich mit der Zeit abschwächen würde, wenn

damit das elektrische Feld zwischen den Schichten 12' kein elektrischer Strom in der Schicht 36 parallel zur

und 12", so daß die Halbleiterschicht 14 aus SnO2, die Oberfläche flosse. Die Spannungsquellen 45 und 46

Selen als Verunreinigung enthält, eine stärkere Refle- 45 erzeugen zwischen den Leiterstreifen 31 und 32 einen

xionsfähigkeit erhält, zunächst in einem Teil des elektrischen Austausch durch die Leitfähigkeit in der

Ultrarotspektrums und dann im sichtbaren Spektralbe- Halbleiterschicht 36, wie durch die Pfeile 54 angezeigt,

. reich. Diese Änderung ist ähnlich wie bei den Kurven 1 und zwar in Phase mit den Spannungen 45 und 46, die sie

und 2 nach F i g. 1. hervorrufen, wobei diese Pfeile eine zu den Flächen der

Die oben beschriebene Vorrichtung besitzt außer der 5° Platte 30 im allgemeinen parallele Richtung haben; doch

Wirkung der sofortigen und reversiblen Änderung der können sie, wie in F i g. 3 gezeigt, parallel und

Reflexion eine vorteilhafte mechanische und chemische entgegengesetzt parallel sein. Es ist festgestellt worden,

Widerstandsfähigkeit, gute Steifigkeit und Wirtschaft- daß diese parallel zu dem Glaskörper verlaufenden

lichkeit, da sie keine elektrische Energie verbraucht elektrischen Ströme 54, die eine sehr geringe elektrische

... 55 Energie verbrauchen (weniger als 5 Watt), ausreichen,

Beispiel 3 _die Erhöhung der Reflexionsfähigkeit, die sich beim

F i g. 3 ist ein Schnitt durch einen anderen Glaskörper Schließen des Schalters 50 einstellt, aufrechtzuerhalten,

senkrecht zu den Oberflächen. Die Halbleiterschicht 36 kann auch aus anderen

Eine Glasplatte 30 ist mit leitenden Kupferstreifen Materialien als Cadmiumsulfid hergestellt werden, wie

ungerader 31 bzw. gerader Numerierung 32 belegt, 6o z.B. Zinkselenid, Cadmiumtellurid, Siücium-Germani-

deren Länge sich praktisch über die gesamte Länge der um-Verbindungen usw.

Platte erstreckt, die Breite 1 cm und der Abstand · ι λ

zwischen zwei benachbarten Streifen, einem ungeraden Beispiel

31 und einem geraden 32,5 cm beträgt Die Dicke dieser F ig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen anderen

Kupferstreifen beträgt 100 Ä. Die ungeraden Streifen 31 65 Glaskörper gemäß der Erfindung senkrecht zu den

sind längs einer Kante der Platte 30 miteinander über Oberflächen.

eine Leitung verbunden, die als Position 33 schematisch Auf einer Glasplatte 60 ist nach bekannten Verfahren

dargestellt ist, während die geraden Streifen 32 längs eine 50 A dicke Goldschicht 61 aufgebracht, die fest mit

einer Elektrode 62 verbunden ist. Die Goldschicht 61 ist mit einer 250 Ä dicken Isolierschicht aus SiO überzogen. Die Schicht 63 ist mit einer 200 Ä starken Goldschicht 64 überzogen, die fest mit einer Elektrode 65 verbunden ist Die Elektroden 62 und 65 sind an den positiven und negativen Pol einer nicht dargestellten Spannungsquelle geschaltet, die zwischen 0 und 5 Volt gesteuert werden kann.

Ohne elektrisches Feld bilden die Schichten 60,61,63 und 64 einen Glaskörper, der einen geringen Teil der Strahlung absorbiert und den sichtbaren Spektralbereich praktisch gar nicht reflektiert. Wenn an die Elektroden 62 und 65 eine Spannung angelegt wird, entsteht ein senkrecht zu dem Glaskörper verlaufendes

elektrisches Feld zwischen den Goldschichten 61 und 64, die von dem elektrischen Feld dahin beeinflußt werden, daß sie, wenn die Spannung eine Höhe von 5 Volt erreicht, etwa 50% der einfallenden sichtbaren Strahlung reflektieren. Diese Art des Glaskörpers verbraucht keine elektrische Energie.

Wenn ein Umschalter (in der Zeichnung nicht

dargestellt) zwischen die Elektroden 62 und 65 gelegt wird, kann das elektrische Feld umgepolt und die

ίο Reflexionsfähigkeit der Goldschichten 61 und 64 herabgesetzt werden.

Um eine stetige Reflexionsänderung zu erzeugen, kann ein steuerbarer Wechselspannungsgleichrichtersatz verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur reversiblen Veränderung der Lichtreflexion eines ein- oder mehrschichtigen Glaskörpers, der eine oder mehrere empfindliche Schichten enthält, durch Einwirkung eines senkrecht zu dieser Schicht oder diesen Schichten verlaufenden elektrischen Feldes mit variabler Amplitude, das mit Hilfe von transparenten, elektrisch leitenden parallelen Elementen des Glaskörpers, die auf beiden Seiten der dem elektrischen Feld unterworfenen Schicht angeordnet sind, aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Potentialdifferenz mit variabler Amplitude an eine empfindliche Halbleiter- oder Metallschicht angelegt wird, die gegen mindestens eines der elektrisch leitenden, das elektrische Feld aufbauenden Elemente elektrisch isoliert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkung des steuerbaren elektrischen Feldes, das senkrecht zu der Schicht verläuft, deren Reflexionsfähigkeit verändert wird, vervollständigt wird, indem man in mindestens einer dieser Schichten im wesentlichen parallel zu dem Glaskörper einen elektrischen Strom fließen läßt.

3. Ein- oder mehrschichtiger Glaskörper mit reversibel veränderlichem Reflexionsvermögen, enthaltend eine oder mehrere empfindliche Schichten, die durch Einwirkung eines senkrecht zu dieser Schicht oder diesen Schichten verlaufenden elektrischen Feldes mit variabler Amplitude ihre Lichtreflexion verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die empfindliche Schicht aus einem Halbleiter oder einem Metall besteht, zwischen transparenten, elektrisch leitenden Elementen liegt, die genau parallel zu ihr verlaufen und ihr gegenüberliegen und die je mit einem Pol einer steuerbaren elektrischen Spannungsquelle verbunden sind, und daß die Schicht gegen mindestens eines der elektrisch leitenden Elemente elektrisch isoliert ist.

4. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere transparente Stützelemente vorgesehen sind, die parallel zu den anderen zum Glaskörper gehörenden Schichten oder Elementen liegen und mindestens eine dieser Schichten oder eines dieser Elemente berühren.

5. Glaskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese transparenten Stützelemente zu beiden Seiten der anderen Elemente oder Schichten angeordnet sind und Schutzschichten für diese Schichten oder Elemente bilden.

6. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus den Elementen der Gruppe 4 des Periodensystems der Elemente oder aus den Verbindungen der Elemente der Gruppen 5 und 6 einerseits und der Elemente der Gruppen 3 bzw. 2 andererseits ausgewählt ist.

7. Glaskörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter Verunreinigungen aus der Gruppe Se, Te, As, Sb, B, Cl, In, P, Zn und Cd enthält.

8. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten, elektrisch leitenden Elemente eine Metall- und eine Halbleiterschicht umfassen.

9. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten, elektrisch isolieren

den Elemente aus SiO, S1O2, AI2O3, ILxOi, Z1O2, B2O3 Kombinationen dieser Oxide, Kunststoffen oder Luft bestehen.

10. Glaskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten Stützelemente aus der Gruppe der Gläser und der polymerisierten Harze ausgewählt sind.

11. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannungsquelle, die an den elektrisch leitenden Elementen liegt, ein Gleichrichter ist, der mindestens einen von zwei Polwechseln einer primären Wechselspannungsquelle gleichrichtet.

12. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus elektrischer Spannungsquelle und elektrisch leitenden Elementen von einer zeitabhängigen Regeleinrichtung gesteuert wird.

13. Glaskörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das System aus elektrischer Spannungsquelle und elektrisch leitenden Elementen von wärme- und/oder lichtempfindlichen Einrichtungen gesteuert wird, die außerhalb des Glaskörpers angebracht sind.