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WO2013050166A1 - Verfahren zum schneiden eines dünnglases mit spezieller ausbildung der kante - Google Patents

Verfahren zum schneiden eines dünnglases mit spezieller ausbildung der kante Download PDF

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Publication number
WO2013050166A1
WO2013050166A1 PCT/EP2012/004172 EP2012004172W WO2013050166A1 WO 2013050166 A1 WO2013050166 A1 WO 2013050166A1 EP 2012004172 W EP2012004172 W EP 2012004172W WO 2013050166 A1 WO2013050166 A1 WO 2013050166A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
glass
thin glass
thin
glass sheet
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/004172
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Wiegel
Jürgen Vogt
Andreas Habeck
Georg Sparschuh
Holger Wegener
Gregor Kübart
Angelika Ullmann
Original Assignee
Schott Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott Ag filed Critical Schott Ag
Priority to CN201280049426.5A priority Critical patent/CN103857636B/zh
Priority to DE112012004176.3T priority patent/DE112012004176A5/de
Priority to KR1020147011631A priority patent/KR20140075769A/ko
Priority to JP2014533800A priority patent/JP5897138B2/ja
Publication of WO2013050166A1 publication Critical patent/WO2013050166A1/de
Priority to US14/246,708 priority patent/US20140216108A1/en

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B29/00—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins
    • C03B29/04—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a continuous way
    • C03B29/14—Reheating glass products for softening or fusing their surfaces; Fire-polishing; Fusing of margins in a continuous way with vertical displacement of the products
    • C03B29/16—Glass sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/08—Severing cooled glass by fusing, i.e. by melting through the glass
    • C03B33/082—Severing cooled glass by fusing, i.e. by melting through the glass using a focussed radiation beam, e.g. laser
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • C03B33/093—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam using two or more focussed radiation beams

Definitions

  • the invention relates to a laser-based method for separating thin glass, in particular a glass sheet, wherein the glass sheet after separation has a specially trained cutting edge with a very smooth and micro-crack-free surface.
  • Consumer electronics for example, as cover glasses for semiconductor modules, for organic LED light sources or for thin or curved display devices or in areas of renewable energy or energy technology, such as
  • Solar cells is increasingly used thin glass. Examples include touch panels, capacitors, thin-film batteries, flexible printed circuit boards, flexible OLEDs, flexible photovoltaic modules or even e-papers. Thin glass device for many
  • Thin glass is understood to mean glass foils with thicknesses of less than approximately 1.2 mm. Due to its flexibility, thin glass is mainly used as a glass sheet
  • the glass sheet can also after a
  • glass as a brittle material has a rather low breaking strength, as it is less resistant to
  • Tensile stresses is. When bending the glass, tensile stresses occur on the outer surface of the bent glass. For a break-free storage and for a break-free transport of such a glass roll or for a crack and breakage-free use of smaller glass sheet sections, first the quality and integrity of the edges is important in order to avoid the occurrence of a crack or breakage in the rolled or bent glass sheet. Nice
  • Damage to the edges such as tiny cracks, e.g. Microcracks can be the cause and the point of origin for larger cracks or breaks in the glass sheet. Further, because of the tensile stress on the top of the rolled or bent glass sheet, integrity and freedom of the surface from scratches, scores, or other surface defects is important to avoid the occurrence of cracking or breakage in the rolled or bent glass sheet. Third, internal stresses in the glass due to production should also be as small as possible or absent in order to avoid the occurrence of a crack or break in the rolled-up or bent glass sheet.
  • the nature of the glass sheet edge is special
  • thin glasses or glass foils are mechanically scratched and broken with a specially ground diamond or a wheel made of special steel or tungsten carbide.
  • scoring the surface targeted a voltage generated in the glass.
  • the glass is controlled by pressure, tension or bending broken. This results in edges with high roughness, many micro cracks and
  • the prior art in a further development uses the laser scribing method in order to break a glass substrate by means of a thermally generated mechanical stress.
  • a collimated laser beam usually a C0 2 laser beam
  • the glass is heated along a well-defined line and such a large thermal space is created by an immediately following cold jet of cooling fluid, such as compressed air or an air-liquid mixture
  • WO 99/46212 makes a proposal for coating a glass sheet edge with a
  • the coating can be done by dipping the glass edge in the plastic and curing with UV light. Protruding plastic on the outer surface of the glass is then removed.
  • This method is proposed for glass sheets of 0.1 to 2 mm thickness.
  • the disadvantage here is that it involves several complex additional process steps and is rather unsuitable for glass sheets in the range 5 to 250 pm. Above all, with such thin glass foils, a protruding plastic can not be removed without damaging the foil.
  • coating the glass edge and even filling the microcracks as disclosed in WO 99/46212, prevents cracking and cracking only to a very limited extent
  • a highly viscous plastic as proposed there, can due to its toughness microcracks in the surface structure of
  • Coating process of an edge with plastic with thin glass foils in the range of 5 to 250 pm only very expensive implement Furthermore, it can not be avoided, especially in the case of very thin films, that the coating forms thickenings on the edge, which can not be removed without risk of damaging the film and which has a great adverse effect on use or in use
  • the problem is that the Laser beam energy is absorbed by a part of the part which is reflected, for the most part by the glass, but as heat only in a very thin one
  • DE 196 16 327 describes a method and a device for separating glass tubes with a wall thickness of up to 0.5 mm, wherein the glass tube is heated to a temperature above the glass transition temperature Tg in order subsequently to be able to sever the glass tube by means of a laser, with a high, reproducible quality of the ends.
  • DE 196 16 327 does not describe the cutting through of thin glass panes or thin glass tapes.
  • the glass tubes have always been reworked in DE 196 16 327, d. H.
  • the glass tubes were initially cooled, were then heated, for example by a defocused laser beam immediately before the laser cutting beam and cut by the laser cutting beam.
  • a separation for example in the context of a continuous production process is not described in DE 196 16 327.
  • the wall thickness of the glass tubes to be cut are in
  • JP 60 25 11 38 can not give any indication that a laser separation process without bead formation on the surface can also be used for thin-glass panes instead of conventional panes.
  • Laser cutting made no temperature specifications. Also, no information is given about the bulges occurring at the edges.
  • Cutting a thin glass, in particular a glass sheet allows while a cut edge quality of the thin glass provides that allows bending or rolling of the thin glass, wherein the formation of a crack from the cutting edge ago is largely avoided or completely avoided. In particular, a bulge should be avoided as much as possible.
  • Thin glass pane in particular a glass sheet along a predetermined Separation line, wherein the dividing line immediately before the separation in a first embodiment has a working temperature of greater than 250 K (Kelvin) below the transformation point Tg of the glass of the thin glass pane, preferably greater than 100 K below Tg.
  • K Kelvin
  • Embodiment is the working temperature particularly preferably in a range of 50 K above and below Tg, particularly preferably in a range of 30 K above and below Tg, comprising the introduction of energy along the dividing line by means of a laser beam which acts in this way, that a separation of the thin glass pane takes place
  • This method is particularly suitable for a thin glass in the form of a glass sheet having a thickness of at most 250 ⁇ , preferably at most 120 ⁇ , more preferably of at most 55 ⁇ , more preferably of at most 35 pm and for a glass sheet having a thickness of at least 5 ⁇ , preferably of at least 10 ⁇ , more preferably of at least 15 ⁇ .
  • glass film is meant a thin glass in the thickness range of 5 to 250 pm.
  • inventive method is also for thin glasses in
  • Thickness range up to 1, 2 mm applicable.
  • This method is also particularly suitable for a thin glass pane, in particular in the form of a glass film with an alkali oxide content of at most 2 wt .-%, preferably of at most 1 wt .-%, more preferably of at most 0.5 wt .-%, more preferably of at most 0.05% by weight, more preferably at most 0.03% by weight.
  • This method is also particularly suitable for a thin glass pane, in particular in the form of a glass sheet made of a glass, the following
  • Components (in% by weight based on oxide) contains:
  • This method is furthermore particularly suitable for a thin glass pane, in particular in the form of a glass sheet made of a glass, which comprises the following
  • Components (in% by weight based on oxide) contains:
  • Alkaline earth oxides 1-30 Alkaline earth oxides 1-30
  • such a thin glass in particular in the form of a glass sheet, is produced from a molten glass, especially low-alkali glass, in the down-draw process or in the overflow-downdraw-fusion process.
  • a molten glass especially low-alkali glass
  • both methods which are generally known in the prior art (cf., for example, WO 02/051757 A2 for the down-draw method and WO 03/051783 A1 for the overflow downdraw-fusion method) are particularly are suitable to thin glass sheets with a thickness of less than 250 ⁇ , preferably of less than 120 ⁇ , more preferably of less than 55 ⁇ , more preferably of less than 35 ⁇ and a thickness of at least 5 ⁇ , preferably of at least 10 ⁇ , more preferably of take off at least 15 ⁇ .
  • the down-draw method described basically in WO 02/051757 A2
  • Procedure flows bubble-free and well homogenized glass into a glass reservoir, the so-called drawing tank.
  • the drawing tank is made of precious metals such as platinum or platinum alloys.
  • a nozzle device with a slot nozzle is arranged below the drawing tank.
  • the size and shape of this slot die defines the flow of the drawn out glass sheet as well as the thickness distribution across the width of the glass sheet.
  • the glass sheet is made using drawing rollers at a speed depending on the glass thickness of 2 to 110 m / min. pulled down and finally passes through an annealing furnace, which adjoins the drawing rollers.
  • the annealing furnace slowly cools the glass down to near room temperature to avoid strains in the glass.
  • the speed of the drawing rolls defines the thickness of the glass sheet.
  • the glass is bent from the vertical to a horizontal position for further processing.
  • the thin glass has a fire-polished underside and top surface after being spread in its areal spread.
  • fire polishing means that the glass surface forms during solidification of the glass during hot forming only through the interface to the air and is then changed neither mechanically nor chemically.
  • the quality range of the thin glass thus produced thus has no contact with other solid or liquid materials during the hot forming.
  • RMS root mean square
  • the square root mean square value is understood to mean the quadratic mean value Rq of all distances of the actual profile measured within the reference path in the prescribed direction from a geometrically defined line which is set by the actual profile. Below the average roughness Ra, the arithmetic mean of the single roughnesses five becomes more adjacent
  • the inventive method since it is a smooth and micro-crack-free
  • the method can operate continuously. Thus, it can be used as a continuous process and a continuous online process at the end of the manufacturing process for separating the borders.
  • the separation process is preferably performed so that it comes only to a small bead formation and thus surface irregularities.
  • the thickening of the edges caused by the cutting is less than 25% of the glass thickness, preferably less than 10% of the glass thickness, in particular less than 5% of the glass thickness. Most preferably, the thickening of the edge caused by cutting is less than 25 ⁇ m, in particular less than 10 ⁇ m.
  • the separation of the thin glass along a predetermined parting line is integrated into the manufacturing process of the thin glass in such a way that the heat energy to provide an optimal
  • the thin glass or the glass sheet can be cut in a subsequent step into smaller sections or formats.
  • a glass sheet is wound after its preparation on a roll and then to
  • Finishing may include edge finishing (e.g., roll-to-roll operation) or trimming of the thin glass. Also for this purpose, the inventive method, since it is in a continuous process from the coming of the glass roller
  • Endless belt can be used for separating smaller sections and formats and ensures a smooth and micro-crack-free cutting edge surface.
  • the same processing speeds can be used here as in the case of use in the on-line process directly after shaping, but a lower processing speed can also be selected in coordination with the other process parameters, such as the laser wavelength, laser power and working temperature To optimize cutting edge surface texture.
  • Optimized here is a cutting edge without thickening, ie the thickness of the cut edge corresponds to the thickness of the thin glass, as well as an extremely smooth, micro-crack-free surface.
  • the method according to the invention can also be used as a discontinuous process in order to cut thin glasses, for example, from flat-layered thin-glass layers or to clean existing edges.
  • the predetermined separation line of the thin glass is heated to a working temperature.
  • the working temperature is the temperature which the region of the dividing line has, which is subsequently separated by means of laser energy input.
  • the working temperature is according to the invention in a first embodiment preferably at a temperature of greater than 250 K (Kelvin) below the transformation point Tg of the glass of the thin glass pane, preferably greater than 100 K below Tg.
  • the temperature is preferably in a range of 50 K. above and below Tg, more preferably in a range of 30 K above and below Tg.
  • the transformation point (Tg) is the
  • the laser radiation couples better into a hotter glass, but if the glass gets too low viscosity, the effect
  • the working temperature is selected in coordination with the other parameters such that a micro-crack-free very smooth
  • An edge thickening should be, for example, not more than 25% of the glass thickness, preferably not more than 15%, particularly preferably not more than 5% of the glass thickness.
  • only an area around the dividing line is heated by means of a heat source, such as a burner or radiant heater.
  • a heat source such as a burner or radiant heater.
  • the energy input preferably takes place by means of a glass flame.
  • the flame should burn as far as possible without soot.
  • all combustible gases are suitable for this purpose, for example methane, ethane, propane, butane, ethene or natural gas.
  • One or more burners can be selected for this purpose. It can burners with different flame training are used for this purpose, particularly suitable are line burner or individual lance burner.
  • the thin glass is moved through an oven at a corresponding speed, which is adapted to the heating and separating process.
  • the thin glass is heated by means of burners or an infrared radiation source or by means of heating rods as a heat radiation source.
  • this can be a uniform and controlled temperature profile can be set in the thin glass, which in particular has a favorable effect on the stress distribution in the glass.
  • a thin glass sheet may be placed in an oven and heated evenly.
  • this is a CO2 laser, in particular a C0 2 - laser with a wavelength in the range of 9.2 to 11, 4 ⁇ ⁇ ⁇ , preferably of 10.6 ⁇ or a frequency-doubled C0 2 - laser.
  • This can be a pulsed C0 2 laser or a continuous wave C0 2 laser (cw laser, continuous-wave laser).
  • an average laser power P A v of less than 500 W, preferably of less than 300 W, particularly preferably of less than 200 W, is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • Cut edge quality is an average laser power of less than 100 W preferred, which is conducive to the formation of a good cut edge quality, but the cutting speed is low.
  • an average laser pulse frequency f rep of 5 to 12 kHz (kilohertz) is preferred for carrying out the method according to the invention, in particular an average laser pulse frequency f rep of 8 to 10 kHz.
  • a laser pulse duration t p of 0.1 to 500 ⁇ (microseconds) is preferred, in particular one
  • Laser pulse duration t p from 1 to 100 ⁇ .
  • Dividing line can be carried out according to the invention with any suitable laser.
  • a YAG laser is preferred for this, in particular a Nd: YAG laser (neodymium-doped yttrium-aluminum-garnet solid-state laser) having a wavelength in the range from 1047 to 1079 nm (nanometers), preferably 1064 nm
  • a Yb: YAG ytterbium-doped yttrium-aluminum-garnet solid-state laser
  • Both types of lasers may also be preferred with frequency doubling (double) or frequency tripling (tripped).
  • YAG lasers are used, in particular, with a high pulse frequency in the pico and nanosecond range for separating the thin glass, in particular a glass sheet, in the form of laser ablation in one
  • Cut edge surface is also very smooth, but has a higher waviness compared to a separation of the glass with a C02 laser.
  • Cutting edge is also free of microcracks and shows a low scattering of the strength values in the 2-point bending test.
  • an excimer laser in particular an F 2 laser (157 nm), ArF laser (193 nm), KrF laser (248 nm) or an Ar laser (351 nm) is preferred.
  • Such laser types can be used depending on the embodiment of the invention as a pulsed or continuous wave (continuous wave) laser.
  • Thin glass in particular a glass sheet, along the dividing line with a processing speed Vf of 2 to 1 0 m / min., Preferably from 10 to 80 m / min., Particularly preferably from 15 to 60 m / min .. Die
  • Processing speed when using the method in the on-line process is directly related to the shape of the thin glass depending on the glass ribbon speed in the production and the glass thickness.
  • the processing speed for a thin glass of 100 pm thickness is 8 m / min, for a thin glass of 15 pm at 55 m / min.
  • processing speeds of 15 to 60 m / min. prefers.
  • Processing speed is the feed rate of the Dividing section along the dividing line understood.
  • the thin glass can be guided along a fixed laser or the laser moves along a fixed thin glass or both move relatively
  • the laser beam through an opening or by a for the
  • Laser wavelength transparent window placed in the cover of the furnace. This protects the laser against a damaging influence of the working temperature and ensures that the temperature distribution of the thin glass, in particular in the region of the parting line, is not or only slightly influenced and a reliable control of the working temperature is made possible.
  • a cut edge after separation has a fire-polished surface, but without thickening due to an effective surface tension on the entire edge. It is essential for this that the
  • Cut edge surface only in a very small depth is melted or merge only small areas of the surface.
  • such a cut edge after separation has an average roughness Ra of at most 2 nanometers, preferably of at most 1.5
  • Nanometer more preferably of at most 1 nanometer, and a root mean square roughness (RMS) Rq of at most 1 nanometer,
  • the thin glass in an oven preferably in a continuous furnace, of thermally generated stresses, which have arisen during the separation process, relaxed. It may happen that in one embodiment of the invention due to a
  • the glass is expanded after being separated in a tempering furnace.
  • the glass sheet for example, in a
  • the alkali-free glass had the following composition in% by weight:
  • the transformation temperature Tg of the glass is 717 ° C. Its density is 2.43 g / cm 3 .
  • the square average roughness Rq of the top and bottom of the glass sheet is between 0.4 and 0.5 nm. The surface is therefore extremely smooth.
  • the oven had a long hole at two positions on the top cover, through which one laser beam was focused at a point along the two dividing lines. Each slot extended parallel to the edges of the underlying glass sheet so that the edges could be cut accordingly. It was a continuous furnace, through which the glass sheet with a feed rate of 25 m / min. was moved through. The heating of the furnace was carried out electrically, so that the working temperature of each of the two dividing lines was 737 ⁇ 5 ° C.
  • a pulsed CO2 laser with a wavelength of 10.6 pm was used as the energy source.
  • the energy was delivered with a laser power of 200 W, a laser pulse frequency of 9 kHz and a laser pulse duration of 56 ps

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Abstract

Verfahren zum Trennen einer Dünnglasscheibe, insbesondere einer Glasfolie entlang einer vorgegebenen Trennungslinie, wobei die Trennungslinie eine Temperatur von größer 250 K unterhalb des Transformationspunktes Tg des Glases der Dünnglasscheibe aufweist, umfassend das Einbringen von Energie entlang der Trennungslinie mittels eines Laserstrahls welche derart wirkt, dass ein Trennen der Dünnglasscheibe erfolgt.

Description

Verfahren zum Schneiden eines Dünnglases mit spezieller Ausbildung der
Kante
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein laserbasiertes Verfahren zum Trennen von Dünnglas, insbesondere einer Glasfolie, wobei die Glasfolie nach dem Trennen eine speziell ausgebildete Schnittkante mit sehr glatter und mikrorissfreier Oberfläche aufweist. Für verschiedenste Anwendungen wie z.B. in den Bereichen der
Verbraucherelektronik beispielsweise als Abdeckgläser für Halbleitermodule, für organische LED-Lichtquellen oder für dünne oder gebogene Anzeigevorrichtungen oder in Bereichen der regenerativen Energien oder Energietechnik, wie für
Solarzellen, wird zunehmend Dünnglas eingesetzt. Beispiele hierfür sind Touch Panel, Kondensatoren, Dünnfilmbatterien, flexible Leiterplatten, flexible OLED's, flexible Photovoltaikmodule oder auch e-Papers. Dünnglas gerät für viele
Anwendungen immer mehr in den Fokus aufgrund seiner hervorragenden
Eigenschaften wie Chemikalien-, Temperaturwechsel- und Hitzebeständigkeit, Gasdichtigkeit, hohes elektrisches Isolationsvermögen, angepasster
Ausdehnungskoeffizient, Biegsamkeit, hohe optische Qualität und
Lichtdurchlässigkeit oder auch hohe Oberflächenqualität mit sehr geringer
Rauigkeit aufgrund einer feuerpolierten Oberfläche der beiden Dünnglasseiten. Unter Dünnglas werden hierbei Glasfolien verstanden mit Dicken kleiner etwa 1 ,2 mm. Aufgrund seiner Biegsamkeit wird Dünnglas als Glasfolie vor allem im
Dickenbereich kleiner 250 [im zunehmend nach der Herstellung aufgerollt und als Glasrolle gelagert oder zur Konfektionierung oder Weiterverarbeitung transportiert. In einem Roll-to-roll Prozess kann die Glasfolie auch nach einer
Zwischenbehandlung, beispielsweise einem Beschichten oder Konfektionieren der Oberfläche, wiederum aufgerollt und einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Das Rollen des Glases beinhaltet gegenüber einer Lagerung und dem
Transport von flächig ausgebreitetem Material den Vorteil einer kostengünstigeren kompakten Lagerung, Transport und Handhabung in der Weiterverarbeitung. In der Weiterverarbeitung werden aus der Glasrolle oder auch aus flächig gelagertem Material kleinere, den Anforderungen entsprechende
Glasfolienabschnitte abgetrennt. Bei manchen Anwendungen werden auch diese Glasfolienabschnitte wiederum als gebogenes oder gerolltes Glas eingesetzt.
Bei all den hervorragenden Eigenschaften besitzt Glas als spröder Werkstoff eine eher geringe Bruchfestigkeit, da es wenig widerstandsfähig gegen
Zugspannungen ist. Bei einem Biegen des Glases treten Zugspannungen an der äußeren Oberfläche des gebogenen Glases auf. Für eine bruchfreie Lagerung und für einen bruchfreien Transport einer solchen Glasrolle oder für einen riss- und bruchfreien Einsatz kleinerer Glasfolienabschnitte ist zunächst die Qualität und Unversehrtheit der Kanten von Bedeutung, um das Entstehen eines Risses oder Bruchs in der aufgerollten oder gebogenen Glasfolie zu vermeiden. Schon
Beschädigungen an den Kanten wie winzige Risse, z.B. Mikrorisse, können die Ursache und der Entstehungspunkt für größere Risse oder Brüche in der Glasfolie werden. Weiterhin ist aufgrund der Zugspannung an der Oberseite der gerollten oder gebogenen Glasfolie eine Unversehrtheit und Freiheit der Oberfläche von Kratzern, Riefen oder anderen Oberflächendefekten von Bedeutung, um das Entstehen eines Risses oder Bruchs in der aufgerollten oder gebogenen Glasfolie zu vermeiden. Drittens sollten auch herstellungsbedingte innere Spannungen im Glas möglichst gering oder nicht vorhanden sein, um das Entstehen eines Risses oder Bruchs in der aufgerollten oder gebogenen Glasfolie zu vermeiden.
Insbesondere die Beschaffenheit der Glasfolienkante ist von besonderer
Bedeutung hinsichtlich einer Rissentstehung oder Rissausbreitung bis zum Bruch der Glasfolie.
Nach dem Stand der Technik werden Dünngläser bzw. Glasfolien mechanisch mit einem speziell geschliffenen Diamanten oder einem Rädchen aus Spezialstahl oder Wolframcarbit angeritzt und gebrochen. Hierbei wird durch das Anritzen der Oberfläche gezielt eine Spannung im Glas erzeugt. Entlang der so erzeugten Fissur wird das Glas kontrolliert durch Druck, Zug oder Biegung gebrochen. Hierdurch entstehen Kanten mit starker Rauigkeit, vielen Mikrorissen und
Ausplatzungen oder Ausmuschelungen an den Kantenrändern.
Meistens werden diese Kanten zur Erhöhung der Kantenfestigkeit anschließend gesäumt, gefast oder geschliffen und poliert. Eine mechanische
Kantenbearbeitung ist bei Glasfolien insbesondere im Bereich von Dicken kleiner 250 [im nicht mehr realisierbar ohne eine zusätzliche Riss- und Bruchgefahr für das Glas darzustellen. Um eine bessere Kantenqualität zu erzielen wird nach dem Stand der Technik in einer Weiterentwicklung das Laserritzverfahren eingesetzt, um ein Glassubstrat mittels einer thermisch generierten mechanischen Spannung zu brechen. Auch eine Kombination beider Verfahren ist im Stand der Technik bekannt und verbreitet. Bei dem Laserritzverfahren wird mit einem gebündelten Laserstrahl, üblicherweise einem C02- Laserstrahl, das Glas entlang einer genau definierten Linie erhitzt und durch einen unmittelbar folgenden kalten Strahl eines Kühlfluids, wie Pressluft oder ein Luftflüssigkeitsgemisch, eine so große thermische
Spannung im Glas erzeugt, dass dieses entlang der vorgegebenen Kante brechbar ist oder bricht. Ein solches Laserritzverfahren beschreiben
beispielsweise die DE 693 04 194 T2, EP 0 872 303 B1 und die US 6,407,360 Aber auch dieses Verfahren erzeugt eine gebrochene Kante mit entsprechender Rauigkeit und Mikrorissen. Ausgehend von den Vertiefungen und Mikrorissen in der Kantenstruktur können sich insbesondere beim Biegen oder Rollen einer dünnen Glasfolie im Bereich einer Dicke von kleiner 250 μιη Risse in das Glas hinein ausbilden und ausbreiten, die schließlich zu einem Bruch des Glases führen.
Verschiedene Verfahren schlagen eine Beschichtung der Kante mit einem
Kunststoff vor, um die Kantenfestigkeit zu erhöhen. So macht die WO 99/46212 einen Vorschlag zum Beschichten einer Glasscheibenkante mit einem
hochviskosen aushärtbaren Kunststoff. Die Beschichtung kann durch Eintauchen der Glaskante in den Kunststoff erfolgen und die Aushärtung mit UV-Licht. Überstehender Kunststoff auf der Außenfläche der Glasscheibe wird anschließend entfernt. Dieses Verfahren wird für Glasscheiben von 0,1 bis 2 mm Dicke vorgeschlagen. Nachteilig ist hierbei, dass es mehrere aufwendige zusätzliche Verfahrensschritte beinhaltet und für Glasfolien im Bereich 5 bis 250 pm eher ungeeignet ist. Vor allem lässt sich bei derart dünnen Glasfolien ein überstehender Kunststoff ohne Beschädigung der Folie nicht entfernen. Weiterhin verhindert eine Beschichtung der Glaskante und selbst ein Ausfüllen der Mikrorisse, wie es in der WO 99/46212 geoffenbart ist, nur sehr begrenzt eine Rissentstehung und
Rissausbreitung. Ein hochviskoser Kunststoff, wie er dort vorgeschlagen wird, vermag aufgrund seiner Zähigkeit Mikrorisse in der Oberflächenstruktur der
Glasscheibenkante nur oberflächlich abzudecken. Dadurch können Mikrorisse bei entsprechend einwirkender Zugspannung immer noch als Ausgangspunkt für einen Rissfortschritt wirken, der dann bis zum Bruch der Glasscheibe führt. Auch die WO 2010/135614 schlägt zur Erhöhung der Kantenfestigkeit von
Glassubstraten im Dickenbereich größer 0,6 mm bzw. größer 0,1 mm eine oberflächliche Beschichtung der Kanten mit einem Polymer vor. Aber auch hier verhindert eine solche Beschichtung nur sehr begrenzt die Entstehung und
Ausbreitung von Rissen von der Kante her, wie auch in der Schrift ausgeführt wird, da Mikrorisse in der Kantenoberflächenstruktur aus ihrer Tiefe heraus ungehindert zu einem Rissfortschritt führen können. Zudem ist ein solches
Beschichtungsverfahren einer Kante mit Kunststoff bei dünnen Glasfolien im Bereich von 5 bis 250 pm nur sehr aufwendig umzusetzen. Weiterhin lässt es sich insbesondere bei sehr dünnen Folien nicht vermeiden, dass die Beschichtung an der Kante Verdickungen bildet, die ohne Beschädigungsgefahr für die Folie nicht zu entfernen sind und eine große Beeinträchtigung beim Einsatz oder beim
Aufrollen der Glasfolie darstellen.
Erstrebenswert wäre deshalb ein vollständiges Durchtrennen einer solchen
Glasfolie, wobei eine feuerpolierte glatte, mikrorissfreie Kante entsteht.
Benutzt man hierzu einen Laser mit dem Vorteil einer Temperaturerhöhung in einem sehr kleinen lokalen Bereich, liegt das Problem vor, dass die Laserstrahlenergie neben einem Teil, der reflektiert wird, zum größten Teil vom Glas zwar absorbiert wird, jedoch als Wärme nur in einer sehr dünnen
Oberflächenschicht, deren Dicke einer Wellenlänge entspricht, freigesetzt wird. Die DE 35 46 001 beschreibt ein Trennverfahren mit Laser für einen
rotationssymmetrischen Glashohlkörper, welcher sich drehend an der Schnittstelle mit einem Gasbrenner bis unterhalb des Erweichungspunktes des Glases aufgeheizt wird. Im Anschluss wird die Schnittstelle mit einem Laser bestrahlt, sodass durch wiederholtes Drehen des Glases entlang des Laserstrahls allmählich eine Wärmespannung bzw. eine Temperaturerhöhung aufgebaut wird. Mit Hilfe einer einwirkenden Zugkraft wird dann der abzuschneidende Teil entfernt. Es wird jedoch keine Lösung zum Schneiden einer dünnen Glasfolie aufgezeigt.
Aus der DE 196 16 327 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Glasrohren mit einer Wanddicke bis 0,5 mm beschrieben, wobei das Glasrohr auf eine Temperatur oberhalb der Glastransformationstemperatur Tg aufgeheizt wird, um das Glasrohr anschließend mittels eines Lasers durchtrennen zu können, bei einer hohen, reproduzierbaren Qualität der Enden. Die DE 196 16 327 beschreibt nicht das Durchtrennen von Dünnglasscheiben bzw. Dünnglasbändern. Des Weiteren sind bei der DE 196 16 327 die Glasrohre immer nachbearbeitet worden, d. h. die Glasrohre waren zunächst erkaltet, wurden dann beispielsweise durch einen defokussierten Laserstrahl unmittelbar vor dem Laserschneidstrahl erwärmt und durch den Laserschneidstrahl geschnitten. Ein Abtrennen beispielsweise im Rahmen eines kontinuierlichen Herstellprozesses ist in der DE 196 16 327 nicht beschrieben. Die Wandstärke der zu durchtrennenden Glasrohre liegen im
Bereich von 0,1 mm. Als Wulst für die zu durchtrennenden Glasrohre wird bei dem aus der DE 196 16 327 bekannten Verfahren eine Außen- und/oder Innenwulst von 25 m toleriert. Eine derartige Unebenheit, eingebracht durch den
Schneideprozeß, ist für das Schneiden von Dünnglasscheiben nicht tolerierbar, da ansonsten zu hohe Spannungen beim Biegen auftreten und zu einem Bruch der Dünnglasscheibe führen, so dass das Verfahren gemäß der DE 196 16 327 bei Dünnglasscheiben keine Anwendung finden kann. Aus der JP 60251138 ist das Laserschneiden mit C02-Laser von Gläsern, insbesondere auch herkömmlichen Glasscheiben mit Dicken größer 0,1mm bekannt geworden, allerdings sind keinerlei Temperaturen angegeben, bei denen das Schneiden erfolgt, lediglich, dass die Glasscheibe auf eine bestimmte
Temperatur vorgeheizt wird. Die JP 60 25 11 38 kann somit keinen Anhalt dafür geben, dass ein Lasertrennverfahren ohne Wulstbildung an der Oberfläche auch für Dünnglasscheiben anstatt bei herkömmlichen Scheiben eingesetzt werden kann.
Aus der DE 10 2009 008 292 ist eine Glasschicht, die im Down-Draw oder im Overflow-Downdraw-Fusion-Verrfahren hergestellt wurde, bekannt geworden, die eine Dicke von höchstens 50μηη aufweist und bei Kondensatoren als Dielektrikum Verwendung findet. Aus der DE 10 2009 008 292 ist bekannt die Glasschicht mittels Laser in Einzelbahnen zu schneiden, allerdings sind betreffend des
Laserschneidens keine Temperaturvorgaben gemacht. Auch über die an den Rändern auftretenden Wulste sind keine Angaben gemacht.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren bereit zu stellen, welches ein vollständiges
Durchtrennen eines Dünnglases, insbesondere einer Glasfolie ermöglicht und dabei eine Schnittkantenqualität des Dünnglases bereit stellt, die ein Biegen oder Rollen des Dünnglases zulässt, wobei die Entstehung eines Risses von der Schnittkante her weitestgehend oder ganz vermieden wird. Insbesondere soll auch eine Wulstbildung soweit als möglich vermieden werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 23 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt zum Trennen einer
Dünnglasscheibe, insbesondere einer Glasfolie entlang einer vorgegebenen Trennungslinie, wobei die Trennungslinie unmittelbar vor dem Trennen in einer ersten Ausführungsform eine Arbeitstemperatur von größer 250 K (Kelvin) unterhalb des Transformationspunktes Tg des Glases der Dünnglasscheibe, bevorzugt von größer 100 K unterhalb Tg aufweist. In einer weiteren
Ausgestaltung ist die Arbeitstemperatur besonders bevorzugt in einem Bereich von 50 K ober- und unterhalb von Tg, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 30 K ober- und unterhalb von Tg aufweist, umfassend das Einbringen von Energie entlang der Trennungslinie mittels eines Laserstrahls welche derart wirkt, dass ein Trennen der Dünnglasscheibe erfolgt
Dieses Verfahren eignet sich besonders für ein Dünnglas in Form einer Glasfolie mit einer Dicke von höchstens 250 μιτι, vorzugsweise höchstens 120 μητι, besonders bevorzugt von höchstens 55 μηι, insbesondere bevorzugt von höchstens 35 pm und für eine Glasfolie mit einer Dicke von mindestens 5 μιτη, vorzugsweise von mindestens 10 μηι, besonders bevorzugt von mindestens 15 μιτι.
Unter Glasfolie wird ein Dünnglas im Dickenbereich von 5 bis 250 pm verstanden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch für Dünngläser im
Dickenbereich bis 1 ,2 mm anwendbar.
Dieses Verfahren eignet sich weiterhin besonders für eine Dünnglasscheibe, insbesondere in Form einer Glasfolie mit einem Alkalioxidgehalt von höchstens 2 Gew.-%, vorzugsweise von höchstens 1 Gew.-%, weiter bevorzugt von höchstens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von höchstens 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt von höchstens 0,03 Gew.-%.
Dieses Verfahren eignet sich weiterhin besonders für eine Dünnglasscheibe, insbesondere in Form einer Glasfolie aus einem Glas, das die folgenden
Komponenten (in Gew.-% auf Oxidbasis) enthält:
SiO2 40-75
AI2O3 1-25 B2O3 0-16
Erdalkalioxide 0-30
Alkalioxide 0-2. Dieses Verfahren eignet sich weiterhin besonders für eine Dünnglasscheibe, insbesonderev in Form einer Glasfolie aus einem Glas, das die folgenden
Komponenten (in Gew.-% auf Oxidbasis) enthält:
SiO2 45-70
AI2O3 5-25
Figure imgf000009_0001
Erdalkalioxide 1-30
Alkalioxide 0-1.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein solches Dünnglas, insbesondere in Form einer Glasfolie, aus einem erschmolzenen insbesondere alkaliarmen Glas im Down-Draw Verfahren oder im Overflow-Downdraw-Fusion Verfahren hergestellt. Es hat sich gezeigt, dass beide Verfahren, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind (vgl. z.B. WO 02/051757 A2 für das Down-Draw- Verfahren sowie WO 03/051783 A1 für das Overflow-Downdraw-Fusion-Verfahren) besonders geeignet sind, um dünne Glasfolien mit einer Dicke von kleiner 250 μιτι, bevorzugt von kleiner 120 μηη, besonders bevorzugt von kleiner 55 μπι, insbesondere bevorzugt von kleiner 35 μηι und einer Dicke von mindestens 5 μηι, bevorzugt von mindestens 10 μητι, besonders bevorzugt von mindestens 15 μιη auszuziehen. Bei dem grundsätzlich in der WO 02/051757 A2 beschriebenen Down-Draw-
Verfahren fließt blasenfreies und gut homogenisiertes Glas in ein Glasreservoir, den sogenannten Ziehtank. Der Ziehtank besteht aus Edelmetallen, wie etwa Platin oder Platinlegierungen. Unterhalb des Ziehtanks ist eine Düseneinrichtung mit einer Schlitzdüse angeordnet. Die Größe und die Form dieser Schlitzdüse definiert den Durchfluss der ausgezogenen Glasfolie sowie die Dickenverteilung über die Breite der Glasfolie. Die Glasfolie wird unter Verwendung von Ziehrollen mit einer Geschwindigkeit je nach Glasdicke von 2 bis 110 m/Min. nach unten gezogen und gelangt schließlich durch einen Glühofen, der sich an den Ziehrollen anschließt. Der Glühofen kühlt das Glas bis auf nahe Raumtemperatur langsam herunter, um Spannungen im Glas zu vermeiden. Die Geschwindigkeit der Ziehrollen definiert die Dicke der Glasfolie. Nach dem Ziehvorgang wird das Glas aus der vertikalen in eine horizontale Lage zum weiteren Verarbeiten gebogen.
Das Dünnglas hat nach dem Ausziehen in seiner flächigen Ausbreitung eine feuerpolierte unter- und oberseitige Oberfläche. Feuerpoliert bedeutet dabei, dass sich die Glasoberfläche beim Erstarren des Glases während der Heißformgebung nur durch die Grenzfläche zur Luft ausbildet und danach weder mechanisch noch chemisch verändert wird. Der Qualitätsbereich des so hergestellten Dünnglases hat also während der Heißformgebung keinerlei Kontakt zu anderen festen oder flüssigen Materialien. Beide oben erwähnten Glasziehverfahren führen zu
Glasoberflächen mit einem quadratischen Mittenrauwert (RMS) Rq von höchstens 1 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 0,8 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 Nanometer, typischerweise im Bereich von 0,2 bis 0,4
Nanometer und einer gemittelten Rautiefe Ra von höchstens 2 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 1 ,5 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 1 Nanometer, typischerweise von 0,5 bis 1 ,5 Nanometer, gemessen auf einer Messlänge von 670 pm.
Unter dem quadratischen Mittenrauwert (RMS) wird der quadratische Mittelwert Rq aller innerhalb der Bezugsstrecke in vorgeschriebener Richtung gemessenen Abstände des Istprofils von einer geometrisch definierten, ausmittelnd durch das Istprofil gelegten Linie verstanden. Unter der gemittelten Rautiefe Ra wird das arithmetische Mittel aus den Einzelrautiefen fünf aneinandergrenzender
Einzelmessstrecken verstanden.
An den Rändern des ausgezogenen Dünnglases befinden sich verfahrensbedingt Verdickungen, sogenannte Borten, an denen das Glas aus dem Ziehtank gezogen und geführt wird. Um ein Dünnglas in Form einer Glasfolie volumensparend und insbesondere auch auf kleinere Durchmesser aufrollen oder biegen zu können, ist es vorteilhaft bzw. notwendig, diese Borten abzutrennen. Hierzu eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren, da es eine glatte und mikrorissfreie
Schnittkantenoberfläche gewährleistet. Erfindungsgemäß kann das Verfahren kontinuierlich arbeiten. Somit kann es als Durchlaufverfahren und kontinuierlicher Online-Prozess am Ende des Herstellungsverfahrens zum Abtrennen der Borten eingesetzt werden. Hierbei wird das Trennverfahren bevorzugt so geführt, dass es nur zu einer geringen Wulstbildung und damit Oberflächenunebenheiten kommt. Bevorzugt beträgt die durch das Schneiden hervorgerufene Verdickung der Kanten weniger als 25% der Glasdicke, bevorzugt weniger als 10% der Glasdicke, insbesondere weniger als 5% der Glasdicke. Ganz besonders bevorzugt ist die durch das Schneiden hervorgerufene Verdickung der Kante geringer als 25pm, insbesondere geringer als 10μιτι.
In einer vorteilhaften Ausführung wird das Trennen des Dünnglases entlang einer vorgegebenen Trennlinie derart in den Herstellungsprozess des Dünnglases integriert, dass die Wärmeenergie zur Bereitstellung einer optimalen
Arbeitstemperatur der Trennlinie ganz oder teilweise aus der Restwärme des Formgebungsprozesses des Glases herrührt. Dies hat den Vorteil der
Energieersparnis im Herstellungsprozess, aber auch eine Verringerung des
Einbringens von thermischen Spannungen in Verbindung mit dem erfinderischen Verfahren.
Auch kann das Dünnglas bzw. die Glasfolie in einem nachgeschalteten Schritt in kleinere Abschnitte oder Formate geschnitten werden. Eine Glasfolie wird nach ihrer Herstellung auch auf eine Rolle gewickelt und anschließend zur
Konfektionierung von der Rolle abgewickelt. Zur Konfektionierung kann eine Kantennachbearbeitung (z.B. im Roll-to-Roll Betrieb) oder ein Zuschneiden des Dünnglases gehören. Auch hierzu eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren, da es in einem Durchlaufverfahren aus dem von der Glasrolle kommenden
Endlosband zum Abtrennen kleinerer Abschnitte und Formate eingesetzt werden kann und eine glatte und mikrorissfreie Schnittkantenoberfläche gewährleistet. Grundsätzlich können hier die gleichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten genutzt werden, wie bei der Verwendung im Online-Prozess direkt nach der Formgebung, jedoch können in Abstimmung mit den anderen Verfahrensparametern wie maßgeblich die Laserwellenlänge, Laserleistung und die Arbeitstemperatur auch eine geringere Bearbeitungsgeschwindigkeit gewählt werden, um die Gestaltung der Schnittkantenoberflächenbeschaffenheit zu optimieren. Optimiert ist hierbei eine Schnittkante ohne Verdickungen, d.h. die Dicke der Schnittkante entspricht der Dicke des Dünnglases, sowie eine äußerst glatte, mikrorissfreie Oberfläche. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenso als diskontinuierlicher Prozess verwendet werden, um Dünngläser z.B. aus flächig gelagerten Dünnglas- Lagermaßen zuzuschneiden oder vorhandene Kanten zu säubern.
Ist die Arbeitstemperatur der Trennungslinie nicht aus der Restwärme eines vorgeschalteten Prozesses, z.B. Formgebungsprozesses ausreichend hoch, wird erfindungsgemäß vor dem eigentlichen Trennen die vorgegebene Trennungslinie des Dünnglases auf eine Arbeitstemperatur aufgeheizt. Die Arbeitstemperatur ist diejenige Temperatur, welche der Bereich der Trennlinie hat, welcher mittels Laserenergieeintrag anschließend getrennt wird. Die Arbeitstemperatur liegt erfindungsgemäß in einer ersten Ausgestaltung bevorzugt bei einer Temperatur von größer 250 K (Kelvin) unterhalb des Transformationspunktes Tg des Glases der Dünnglasscheibe, bevorzugt von größer 100 K unterhalb Tg. In einer alternativen Ausgestaltung liegt die Temperatur bevorzugt in einem Bereich von 50 K ober- und unterhalb von Tg, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 30 K ober- und unterhalb von Tg. Der Transformationspunkt (Tg) ist dabei die
Temperatur, bei der das Glas während der Abkühlung aus dem plastischen in den starren Zustand übergeht.
Grundsätzlich koppelt die Laserstrahlung besser in ein heißeres Glas ein, wenn jedoch das Glas eine zu niedrige Viskosität bekommt, wirkt die
Oberflächenspannung in Richtung der Ausbildung einer Verdickung an der Schnittkante, was möglichst vermieden oder sehr gering gehalten werden soll. Erfindungsgemäß wird die Arbeitstemperatur unter Abstimmung mit den übrigen Parametern derart gewählt, dass eine mikrorissfreie sehr glatte
Schnittkantenoberfläche ohne Verdickung entsteht. Eine Kantenverdickung sollte beispielsweise nicht mehr als 25% der Glasdicke, bevorzugt nicht stärker als 15%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5% der Glasdicke betragen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird nur ein Bereich um die Trennungslinie mit Hilfe einer Wärmequelle, wie eines Brenners oder Heizstrahlers aufgeheizt. Der Energieeintrag erfolgt bevorzugt mittels einer Glasflamme. Die Flamme sollte weitestgehend rußfrei brennen. Grundsätzlich sind alle brennbaren Gase hierfür geeignet wie beispielsweise Methan, Ethan, Propan, Butan, Ethen oder Erdgas. Es können hierfür ein oder mehrere Brenner ausgewählt werden. Es können hierfür Brenner mit unterschiedlicher Flammenausbildung verwendet werden, besonders geeignet sind Linienbrenner oder einzelne Lanzenbrenner.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die gesamte Breite des Dünnglases im Bereich des Trennens entlang der Trennungslinie, senkrecht zur Vorschubrichtung des Glases bzw. senkrecht zur Vorschubrichtung des Lasers zum Trennen des Glases, auf eine Arbeitstemperatur aufgeheizt. In der
Ausführung eines kontinuierlichen Prozesses wird das Dünnglas hierzu mit einer entsprechenden Geschwindigkeit, welche dem Aufheiz- und Trennprozess angepasst ist, durch einen Ofen bewegt. Im Ofen wird das Dünnglas mit Hilfe von Brennern oder einer Infrarotstrahlungsquelle oder mit Hilfe von Heizstäben als Wärmestrahlungsquelle aufgeheizt. Durch eine geeignete Konstruktion und Isolierung im Ofen sowie eine gezielte Temperaturführung, kann hierdurch ein gleichmäßiges und kontrolliertes Temperaturprofil im Dünnglas eingestellt werden, was sich insbesondere günstig auf die Spannungsverteilung im Glas auswirkt. Alternativ kann in einem diskontinuierlichen Verfahren eine Dünnglasscheibe in einen Ofen eingebracht und gleichmäßig aufgeheizt werden.
Das eigentliche Trennen des Dünnglases erfolgt erfindungsgemäß durch
Einbringen von Energie entlang der Trennungslinie mittels eines Laserstrahls welche derart wirkt, dass ein Trennen der Dünnglasscheibe erfolgt und eine durchgehende Schnittkante entsteht. Hierbei wird das Glas nicht, wie beim Laserritzverfahren gebrochen, sondern in einem sehr schmalen Bereich quasi durchgeschmolzen. Vorteilhaft eignet sich hierfür ein CO2- Lasers, insbesondere ein C02- Lasers mit einer Wellenlänge im Bereich von 9,2 bis 11 ,4 μητι, bevorzugt von 10,6 μιτι oder einem frequenzgedoppelten C02- Laser. Dies kann ein gepulster C02-Laser oder ein Dauerstrich-C02-Laser (cw-Laser, continuous-wave laser) sein. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bei Verwendung eines C02-Lasers insbesondere im Hinblick auf die Schnittgeschwindigkeit eine mittlere Laserleistung PAv von kleiner 500 W, bevorzugt von kleiner 300 W, besonders bevorzugt von kleiner 200 W geeignet. In Bezug auf die
Schnittkantenqualität ist eine mittlere Laserleistung von kleiner 100 W bevorzugt, welche für die Ausbildung einer guten Schnittkantenqualität förderlich ist, aber die Schnittgeschwindigkeit ist dabei gering.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Verwendung eines gepulsten C02-Lasers eine mittlere Laserpulsfrequenz frep von 5 bis 12 kHz (Kilohertz) bevorzugt, insbesondere eine mittlere Laserpulsfrequenz frep von 8 bis 10 kHz.
Weiterhin wird bei Verwendung eines gepulsten C02-Lasers eine Laserpulsdauer tp von 0,1 bis 500 με (Mikrosekunden) bevorzugt, insbesondere eine
Laserpulsdauer tp von 1 bis 100 με.
Das Einbringen von Energie zum Trennen des Dünnglases entlang der
Trennungslinie kann erfindungsgemäß mit jedem geeigneten Laser erfolgen. Neben einem C02-Laser wird hierfür ein YAG-Laser bevorzugt, insbesondere ein Nd:YAG - Laser (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Festkörperlaser) mit einer Wellenlänge im Bereich von 1047 bis 1079 nm (Nanometer), bevorzugt von 1064 nm. Weiterhin wird ein Yb:YAG-Laser (Ytterbium-dotierter Yttrium- Aluminium-Granat-Festkörperlaser) mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 nm bevorzugt. Beide ein Lasertypen können auch mit einer Frequenzverdopplung (gedoppelt) oder einer Frequenzverdreifachung (getrippelt) bevorzugt.
YAG-Laser werden erfindungsgemäß insbesondere mit einer hohen Pulsfrequenz im Pico- und Nanosekundenbereich zum Trennen des Dünnglases, insbesondere einer Glasfolie, in der Ausbildung eines Laserabladierens bei einer
Arbeitstemperatur entlang einer vorgegebenen Trennlinie verwendet. Die
Schnittkantenoberfläche ist ebenfalls sehr glatt, weist aber eine höhere Welligkeit auf im Vergleich zu einer Trennung des Glases mit einem C02-Laser. Die
Schnittkante ist ebenfalls frei von Mikrorissen und zeigt eine niedrige Streuung der Festigkeitswerte im 2-Punkt-Biegeversuch.
Weiterhin wird ein Excimer-Laser, insbesondere ein F2-Laser (157 nm), ArF-Laser (193 nm), KrF-Laser (248 nm) oder ein Ar-Laser (351 nm) bevorzugt.
Solche Lasertypen können je nach Ausführungsform der Erfindung als gepulst oder kontinuierlich (continuous wave) arbeitende Laser eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß erfolgt das Einbringen von Energie zum Trennen des
Dünnglases, insbesondere einer Glasfolie, entlang der Trennungslinie mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit Vf von 2 bis 1 0 m/Min., bevorzugt von 10 bis 80 m/Min., besonders bevorzugt von 15 bis 60 m/Min.. Die
Bearbeitungsgeschwindigkeit ist bei Verwendung des Verfahrens im Online- Prozess direkt in Verbindung mit der Formgebung des Dünnglases abhängig von der Glasbandgeschwindigkeit bei der Herstellung und von der Glasdicke. In
Korrelation mit dem Glasvolumen wird ein dünneres Glas schneller gezogen als ein dickeres. So liegt die Bearbeitungsgeschwindigkeit beispielsweise für ein Dünnglas von 100 pm Dicke bei 8 m/Min., für ein Dünnglas von 15 pm bei 55 m/Min. Bei der Verwendung des Verfahrens in Verbindung mit einem Schneiden des Dünnglases im Roll-to-Roll Betrieb oder aus einer flächigen Ware werden Bearbeitungsgeschwindigkeiten von 15 bis 60 m/Min. bevorzugt. Unter
Bearbeitungsgeschwindigkeit wird die Vorschubgeschwindigkeit des Trennschnittes entlang der Trennlinie verstanden. Hierbei kann das Dünnglas entlang eines feststehenden Lasers geführt werden oder der Laser bewegt sich entlang eines festliegenden Dünnglases oder beide bewegen sich relativ
zueinander.
Hierbei kann der Laser entlang der vorgegebenen Trennlinie einen
kontinuierlichen Vorschub beschreiben oder der Laser kann einmal oder mehrmals entlang der Trennlinie hin- und herscannend sich vorwärts bewegen.
In der bevorzugten Ausführung, bei der das Aufheizen des Dünnglases in einem Ofen erfolgt, wird der Laserstrahl durch eine Öffnung oder durch ein für die
Laserwellenlänge transparentes Fenster in der Abdeckung des Ofens eingebracht. Dies schützt den Laser vor einem schädigenden Einfluss der Arbeitstemperatur und gewährleistet, dass die Temperaturverteilung des Dünnglases, insbesondere im Bereich der Trennlinie nicht oder nur sehr wenig beeinflusst wird und ein sichere Steuerung der Arbeitstemperatur ermöglicht wird.
Vorteilhafterweise weist eine Schnittkante nach dem Trennen eine feuerpolierte Oberfläche auf, ohne jedoch aufgrund einer wirkenden Oberflächenspannung auf die gesamte Kante diese zu verdicken. Wesentlich ist hierfür, dass die
Schnittkantenoberfläche nur in einer sehr geringen Tiefe schmelzflüssig wird oder nur kleine Bereiche der Oberfläche verschmelzen. Erweicht der
Oberflächenbereich an der Schnittkante zu sehr, so zieht sich die Kante
zusammen und bildet eine Verdickung welche, je stärker sie ausgeprägt ist, eine umso größere Beeinträchtigung beim Einsatz des Dünnglases oder auch beim Aufrollen als Glasfolie darstellt.
Insbesondere hat eine solche Schnittkante nach dem Trennen eine gemittelte Rautiefe Ra von höchstens 2 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 1 ,5
Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 1 Nanometer und einen quadratischen Mittenrauwert (RMS) Rq von höchstens 1 Nanometer,
vorzugsweise von höchstens 0,8 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 Nanometer. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Dünnglas in einem Ofen, vorzugsweise in einem Durchlaufofen, von thermisch erzeugten Spannungen, welche während des Trennverfahrens entstanden sind, entspannt. Es kann vorkommen, dass bei einer Ausführung der Erfindung aufgrund eines
Wärmeeintrags in das Dünnglas Spannungen entstehen. Diese Spannungen können zu einer Verformung des Dünnglases, insbesondere der Glasfolie führen oder auch Ursache einer Bruchgefahr beim Biegen oder Rollen des Glases werden. In diesem Fall wird das Glas im Anschluss an das Trennen in einem Temperofen entspannt. Dabei wird die Glasfolie, beispielsweise in einem
Onlineprozess, mit einem vorgegebenen Temperaturprofil aufgeheizt und gezielt abgekühlt. Das Aufheizen kann hierbei in Verbindung mit der Bereitstellung der Arbeitstemperatur zum Trennen erfolgen. Auch um zu vermeiden, dass bei einem Abkühlen des Glases nach dem erfindungsgemäßen Trennen eine Spannung entsteht, wird dieses gezielt insbesondere in einem Temperofen abgekühlt.
Ein Beispiel soll die Erfindung beispielhaft erläutern:
Eine Glasfolie mit einer Dicke von 50 μιη, wie sie von der Schott AG, Mainz unter der Bezeichnung AF32®eco angeboten wird, wurde in einem Ofen aufgeheizt. An beiden Seiten der Glasfolie wurde die Kante mit einer Breite von 25 mm abgetrennt. Das alkalifreie Glas hatte folgende Zusammensetzung in Gew.%:
Figure imgf000017_0001
Die Transformationstemperatur Tg des Glases beträgt 717°C. Seine Dichte beträgt 2,43 g/cm3. Der quadratische Mittenrauwert Rq der Ober- und Unterseite der Glasfolie liegt zwischen 0,4 und 0,5 nm. Die Oberfläche ist also äußerst glatt. Der Ofen besaß an der oberen Abdeckung an zwei Positionen ein Langloch, durch das jeweils ein Laserstrahl auf jeweils einen Punkt entlang der beiden Trennlinien fokussiert wurde. Jedes Langloch erstreckte sich parallel zu den Kanten der darunter befindlichen Glasfolie, sodass die Kanten entsprechend abgetrennt werden konnten. Es handelte sich hierbei um einen Durchlaufofen, durch den die Glasfolie mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 25 m/Min. hindurch bewegt wurde. Die Beheizung des Ofens erfolgte elektrisch, sodass die Arbeitstemperatur jeder der beiden Trennlinien 737 ± 5°C betrug.
Es wurde jeweils ein gepulster CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 pm als Energiequelle verwendet. Die Energie wurde mit einer Laserleistung von 200 W, einer Laserpulsfrequenz von 9 kHz und einer Laserpulsdauer von 56 ps
eingebracht. Im Zuge des Bearbeitungsfortschritts erfolgte jeweils ein einmaliges Hin- und Herstreichen des Laserstrahls entlang der Trennlinie, sodass jeder Punkt auf der Trennlinie zweimal mit der Laserenergie beaufschlagt wurde. Das Glas war anschließend vollständig durchtrennt. Die Schnittkanten waren vollständig feuerpoliert und hatten eine gemittelte Rautiefe Ra von 0,3 bis 0,4 nm
(Linienmesung 670 pm). Die Kantendicke betrug im Mittel 60 pm, sodass mit einer Verdickung von 10 pm eine mittlere Verdickung der Kanten von 20% vorlag, was weit unterhalb der Verdickung von 25pm beim Schneiden gemäß der DE 196 16 327 liegt
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf eine Kombination vorstehend beschriebener Merkmale beschränkt ist, sondern dass der Fachmann sämtliche Merkmale der Erfindung, soweit dies sinnvoll ist, beliebig kombinieren oder in Alleinstellung verwenden wird, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Trennen einer Dünnglasscheibe, insbesondere einer Glasfolie entlang einer vorgegebenen Trennungslinie, wobei die Trennungslinie unmittelbar vor dem Trennen eine Arbeitstemperatur von größer 250 K unterhalb des Transformationspunktes Tg des Glases der Dünnglasscheibe, bevorzugt von größer 100 K unterhalb Tg, besonders bevorzugt in einem Bereich von 50 K ober- und unterhalb von Tg, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 30 K ober- und unterhalb von Tg aufweist, umfassend das Einbringen von Energie entlang der Trennungslinie mittels eines Laserstrahls welche derart wirkt, dass ein Trennen der Dünnglasscheibe erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Dünnglasscheibe eine Glasfolie mit einer Dicke von höchstens 250 μΐη, vorzugsweise höchstens 120 μηη, besonders bevorzugt von höchstens 55 μητι, insbesondere bevorzugt von höchstens 35 μηι ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dünnglasscheibe eine Glasfolie mit einer Dicke von mindestens 5 μηι, vorzugsweise von mindestens 10 μιτι, besonders bevorzugt von mindestens 15 μηι ist.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dünnglasscheibe eine Glasfolie mit einem Alkalioxidgehalt von höchstens 2 Gew.-%, vorzugsweise von höchstens 1 Gew.-%, weiter bevorzugt von höchstens 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt von höchstens 0,05 Gew.-%, besonders bevorzugt von höchstens 0,03 Gew.-% ist.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Dünnglasscheibe eine Glasfolie aus einem Glas ist, das die folgenden Komponenten (in Gew.-% auf Oxidbasis) enthält:
Si02 40-75 AI2O3 1 -25
Figure imgf000020_0001
Erdalkalioxide 0-30
Alkalioxide 0-2.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Dünnglasscheibe eine Glasfolie aus einem Glas ist, das die folgenden Komponenten (in Gew.-% auf Oxidbasis) enthält:
SiO2 45-70
AI2O3 5-25
B2O3 1 -16
Erdalkalioxide 1 -30
Alkalioxide 0-1 .
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die gesamte Breite des
Dünnglases im Bereich des Trennens entlang der Trennungslinie senkrecht zur Vorschubrichtung des Glases beziehungsweise des Lasers auf eine
Arbeitstemperatur aufgeheizt wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Einbringen von
Energie zum Trennen des Dünnglases entlang der Trennungslinie mittels eines CO2-Lasers, insbesondere mittels eines CO2-Lasers mit einer Wellenlänge im Bereich von 9,2 bis 1 1 ,4 μηι, bevorzugt von 1 0,6 μιτι oder einem
frequenzgedoppelten CO2- Laser erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einbringen von Energie mittels eines gepulsten CO2-Lasers oder eines Dauerstrich-CO2-Lasers mit einer mittleren Laserleistung PAV von kleiner 500 W, bevorzugt von kleiner 300 W, besonders bevorzugt von kleiner 200 W erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einbringen von Energie mittels eines gepulsten C02-Lasers mit einer mittleren Laserpulsfrequenz frep von 5 bis 12 kHz, bevorzugt von 8 bis 10 kHz erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einbringen von Energie mittels eines gepulsten C02-Lasers mit einer Laserpulsdauer tp von 0,1 bis 500 ps, bevorzugt von 1 bis 100 ps erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Einbringen von
Energie zum Trennen des Dünnglases entlang der Trennungslinie mittels eines YAG-Lasers, insbesondere eines Nd:YAG - Lasers mit einer Wellenlänge im Bereich von 1047 bis 1079 nm, bevorzugt von 1064 nm oder einem
frequenzgedoppelten Nd:YAG - Laser oder einem frequenzgetrippelten
Nd:YAG - Laser oder mittels eines Yb:YAG-Lasers mit einer Wellenlänge im Bereich von 1030 nm oder einem frequenzgedoppelten Yb:YAG - Laser oder einem frequenzgetrippelten Yb:YAG - Laser erfolgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Einbringen von
Energie zum Trennen des Dünnglases entlang der Trennungslinie mittels eines Excimer-Lasers, insbesondere mit einem F2-Laser oder einem ArF-Laser oder einem KrF-Laser oder mit einem Ar-Laser erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Einbringen von
Energie zum Trennen des Dünnglases, insbesondere einer Glasfolie entlang der Trennungslinie mit einer Bearbeitungsgeschwindigkeit Vf von 2 bis 110 m/Min., bevorzugt von 10 bis 80 m/Min., besonders bevorzugt von 15 bis 60 m/Min. erfolgt.
15. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Aufheizen der
Trennungslinie in einem Ofen erfolgt und das Einbringen von Energie zum Trennen des Dünnglases entlang der Trennungslinie mittels eines Lasers durch eine Öffnung oder ein für die Laserwellenlänge transparentes Fenster in der Abdeckung des Ofens erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Laserwellenlänge, die Laserleistung, die Arbeitstemperatur und die Bearbeitungsgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schnittkante nach dem Trennen des Dünnglases eine feuerpolierte Oberfläche aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Laserwellenlänge, die Laserleistung, die Arbeitstemperatur und die Bearbeitungsgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schnittkante über eine
Messlänge von 670 pm nach dem Trennen des Dünnglases eine gemittelte Rautiefe Ra von höchstens 2 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 1 ,5 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 1 Nanometer aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Laserwellenlänge, die Laserleistung, die Arbeitstemperatur und die Bearbeitungsgeschwindigkeit derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Schnittkante über eine
Messlänge von 670 pm nach dem Trennen des Dünnglases einen
quadratischen Mittenrauwert (RMS) Rq von höchstens 1 Nanometer, vorzugsweise von höchstens 0,8 Nanometer, besonders bevorzugt von höchstens 0,5 Nanometer aufweist.
19. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Dünnglas,
insbesondere die Glasfolie im Down-Draw Verfahren oder im Overflow- Downdraw-Fusion Verfahren hergestellt und anschließend kontinuierlich in einem Durchlaufverfahren getrennt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das Dünnglas,
insbesondere die Glasfolie von einer Glasrolle abgewickelt und anschließend in einem Durchlaufverfahren getrennt wird.
21.Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im Anschluss an das Trennen ein Entspannen des Dünnglases von thermisch erzeugten
Spannungen während des Trennverfahrens erfolgt, bevorzugt in einem Ofen, besonders bevorzugt in einem Durchlaufofen.
22. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Schneiden hervorgerufene Verdickung der Kanten weniger als 25% der Glasdicke, bevorzugt weniger als 10% der Glasdicke, insbesondere weniger als 5% der Glasdicke beträgt.
23. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Schneiden hervorgerufene Verdickung der Kante weniger als 25μηι, insbesondere weniger als 10μηι beträgt.
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