DE102017101808A1

DE102017101808A1 - Verfahren zur Dickenkontrolle eines Substrates

Info

Publication number: DE102017101808A1
Application number: DE102017101808.5A
Authority: DE
Inventors: Frank Büllesfeld; Ulrich Lange; Georg Haselhorst
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2017-08-10
Also published as: CN107032587A; CN107032587B; US20170225994A1; JP6902877B2; US10501359B2; JP2017137237A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dickenkontrolle eines Glasbandes und umfasst die Schritte – Bereitstellen eines Glasbandes, durch ziehen aus der Schmelze oder Wiederziehen aus einer Preform, – Vorgeben einer Soll-Dicke des Glasbandes, – Bestimmen der Dicke des Glasbandes über dessen gesamte Nettobreite, – Bestimmen mindestens einer Abweichung der Dicke des Glasbandes von der vorgegebenen Soll-Dicke, – Feststellen des Bereichs der Dickenabweichung auf dem Glasband, – Erhitzen des Bereichs dieser mindestens einen Dickenabweichung mit einem Laser, sodass das Glasband die vorbestimmte Dicke annimmt. Der Laserstrahl ist mit einem der Laser mit einem Scankopf so ausgerüstet ist, dass die gesamte Nettobreite des Glasbandes abrasterbar ist. Es besteht weiterhin zwischen der Nettobreite des Glasbandes B, der Abziehgeschwindigkeit des Glasbandes vGB, dem Strahldurchmesser D des Laserstrahles sowie der Scangeschwindigkeit des Lasers vLas sowie einem Korrekturfaktor k folgender Zusammenhang: 2·k·vGB·B < D·vLas.Weiterhin betrifft die Erfindung ein solcherart hergestelltes Erzeugnis.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Dickenkontrolle eines Substrates, beispielsweise eines Substrates aus Glas oder Kunststoff, sowie ein solcherart hergestelltes Substrat.
Hintergrund der Erfindung
Verfahren zur Herstellung von Substraten, beispielsweise von Substraten aus Glas oder Kunststoff, sind bereits seit langem bekannt. Beispielsweise offenbart die Schrift DE 101 28 636 C1 ein Verfahren, bei dem die Dicke eines Flachglases selektiv beeinflusst wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens. Dabei wird ein Flachglas direkt nach der Formgebung ein einer über die gesamte Breite des Glasbandes reichende Einrichtung vorbeigeführt, bei der es zu einer kontrollierten Kühlung des Glases kommt und das Glas weiterhin über seine gesamte Breite hinweg gezielt und einstellbar beheizt werden kann, wobei die Wärmezufuhr mittels eines Laserstrahles lokal erfolgt. Dieser Laserstrahl wird mit hoher Frequenz über die Breite des Glasbandes geleitet und dabei in seiner Leistung entsprechend gezielt eingestellt, so dass ortsaufgelöst eine entsprechend Heizleistung erreicht wird. Auf diese Weise wird ein Flachglas erhalten, welches über seine Breite eine möglichst konstante Dicke aufweist.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2008 063 554 A1 ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Flachglas, bei dem ebenfalls die Dicke über die Breite des Glases hinweg gezielt beeinflusst werden kann. Hierbei wird ein Glasband durch eine Schlitzdüse ausgezogen und anschließend in einen Ziehraum geführt, welcher so ausgestaltet ist, dass eine Wand zumindest teilweise über die Breite des Glasbandes hinweg eine örtlich variierende Strahlungsabsorption und/oder Wärmeleitfähigkeit aufweist. Weiterhin kann zur Unterstützung der Dickenkontrolle ein Laserstrahl das Glasband lokal beeinflussen. Zusätzlich kann auch ein Gasstrom die Dicke des Bandes örtlich gezielt beeinflussen. Auf diese Weise wird ein Glasband erhalten, bei dem ein gewünschtes Dickenprofil über seine Breite hinweg eingestellt werden kann, beispielsweise mit einer höheren Glasdicke in der Mitte des Bandes als hin zu seinen Kanten.
Die US 8,904,822 B2 offenbart ein Verfahren, mit welchem ein Substrat mit kontrollierter Dicke aus Glas oder Kunststoff erhalten wird. Bei diesem Verfahren wird ein Band aus Glas oder Kunststoff ausgezogen, indem ein Zug über die Kanten des Bandes ausgeübt wird. Weiterhin wird die Dicke des Bandes bestimmt und kontrolliert. Wird eine Abweichung der Dicke festgestellt, so wird der Bereich dieser Dickenabweichung ausgewählt, wobei sich dieser Bereich in einem viskosen Zustand befindet. Es kommt in der Folge zu einem Aufheizen dieses ausgewählten Bereichs, welcher sich in einem viskosen Zustand befindet, indem ein Laserstrahl auf diesen gelenkt wird. Durch das Erhitzen nimmt der Bereich dann die vorgegebene Dicke an. Das Erhitzen umfasst die Steuerung der Laserleistung, der Verweildauer des Lasers auf dem ausgewählten Bereich und/oder die Anpassung der Wellenlänge des Lasers.
Allerdings weisen alle diese Verfahren eine Reihe von Nachteilen auf.
So wird in allen Fällen das Material ausgezogen, indem ein Zug ausgeübt wird, beispielsweise, indem im Randbereich des Bandes sogenannte Bortenroller das Glas berühren. Auf diese Weise kommt es allerdings zur Oberflächenschädigung des Bandes an den Stellen, an denen es zum Kontakt mit den Bortenrollern gekommen ist, so dass auf diese Weise nicht die gesamte Breite des Bandes Verwendung finden kann.
Sofern beispielsweise über Düsen ein Gasstrom zur Dickenkontrolle auf das Band einwirkt, kommt es darüber hinaus zu Welligkeiten über die Nettobreite des Bandes hinweg, welche sich durch die Breite der Düse und dem Abstand der durch die Düse gekühlten Fläche zum Glas ergeben. Beispielsweise liegt die Auflösung solcher Düsen bei ca. 30 mm, so dass auf diese Weise eine Feinwelligkeit im Band mit einer Periodizität oder Wellenlänge von kleiner 30 mm nicht beseitigt werden kann. Hierbei wird als Nettobreite der Bereich des Glasbandes bezeichnet, in dem die Eigenschaften des Glasbandes innerhalb der vorgegebenen Spezifikationen liegen. Die Nettobreite eines Glasbandes ist mithin die Breite des Qualitätsbereichs des Glasbandes und ergibt sich in der Regel aus dem ausgezogenen Glasband unter Abtrennung der Borten.
Weiterhin greifen Maßnahmen zur Beeinflussung der Dicke eines Bandes aus Glas oder Kunststoff in einem Bereich an, in dem das Band sich im viskosen Zustand befindet. Dieser viskose Zustand ist dabei, wie beispielsweise der US 8,904,822 B2 entnommen werden kann, als ein Bereich definiert, bei dem die Viskosität größer als 10⁵ dPas beträgt. Um hier eine Erwärmung des Materials zu gewährleisten, welche ausreicht, dass das Material des Bandes ausreichend fließfähig ist, um eine Verminderung der Dicke zu erzielen, müssen auf diese Weise sehr hohe Leistungen aufgebracht werden. Damit wird allerdings das Verfahren nicht nur kostenintensiv, vielmehr kommt es auch dazu, dass durch die hohen Energien bzw. Leistungen des Laserstrahls die Dickenkontrolle nicht genau genug geführt werden kann, so dass auch weiterhin gewisse Schwankungen der Dicke über die Nettobreite des Bandes aus Glas oder Kunststoff vorliegen.
Somit besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur kontrollierten Einstellung der Dicke eines Bandes aus Glas oder Kunststoff, welches die bestehenden Schwächen des Standes der Technik mindert.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur kontrollierten Einstellung der Dicke eines Bandes aus Glas oder Kunststoff.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Flachglases mit äußerst geringer Dickenvariation, insbesondere ohne Welligkeiten mit einer Wellenlänge bzw. Periodizität von mehr als 5 mm.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wird auf überraschend einfache Weise durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 11 und 12 sowie weiterhin durch ein Flachglas gemäß Anspruch 28 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dickenkontrolle eines Glasbandes umfasst wenigstens die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen eines Glasbandes, durch Ziehen aus der Schmelze oder Wiederziehen einer Preform mit einer Abziehgeschwindigkeit v_GB und einer mittleren Dicke D im Nettobereich.
b) Vorgeben einer Soll-Dicke des Glasbandes in dessen Nettobreite. Als Nettobreite des Glasbandes wird hierbei diejenige des Glasbandes bezeichnet, innerhalb denen die Eigenschaften des Glasbandes in den spezifizierten Grenzen liegen, der also einem späteren Verkauf des fertigen Glasbandes zugänglich sein soll. Die Nettobreite B des Glasbandes ist also die Breite B von dessen Qualitätsbereich.
c) Bestimmen der Dicke des Glasbandes über dessen gesamte Nettobreite.
d) Bestimmen mindestens einer Abweichung der Dicke des Glasbandes von der vorgegebenen Soll-Dicke.
e) Feststellen des Bereichs der Dickenabweichung auf dem Glasband.
f) Erhitzen des Bereichs der mindestens Dickenabweichung auf dem Glasband mittels eines Lasers. Dabei wirkt der Laser auf den Bereich der Dickenabweichung ein und erhitzt diesen. Das Erhitzen führt dazu, dass der Bereich die vorbestimmte Dicke einnimmt. Weiterhin umfasst das Erhitzen das Kontrollieren mindestens einer Leistung des Laserstrahles, einer Bestrahlungsdauer des Laserstrahles und/oder einer Wellenlänge des Lasers in Abhängigkeit von der in Schritt c) bestimmten Dicke des Glasbandes in dessen Qualitätsbereich, also demjenigen Bereich, bei dem die Eigenschaften des Glasbandes innerhalb der zuvor spezifizierten Grenzen liegen und somit einem späteren Einsatz, beispielsweise einem Verkauf, zugänglich sind.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Laser mit einem Scankopf so ausgerüstet, dass die gesamte Nettobreite des Glasbandes abrasterbar ist. Zwischen der Nettobreite B des Glasbandes, also der Breite B des Qualitätsbereichs des Glasbandes, der Abziehgeschwindigkeit des Glasbandes v_GB, dem Strahldurchmesser D des Laserstrahles sowie der Scangeschwindigkeit des Laser v_Las sowie einem Korrekturfaktor k besteht folgender Zusammenhang: 2·k·v_GB·B < D·v_Las.
Mit der Erfindung ist es einfach möglich, auftretende Dickenabweichungen verfahrensgemäß auf eine einzige Stellgröße, den Korrekturfaktor k, zu reduzieren und hierauf basierend die weiteren Änderungen der Verfahrensparameter einstellen zu können. Der k-Wert ist dabei so auszuwählen, dass jeder Punkt des Bereichs mindestens einmal vom Laser getroffen wird.
Daher ist der Korrekturfaktor k mindestens gleich 1. Bevorzugt ist k größer als 1. Je nach Strahlprofil kann k aber auch andere Werte annehmen, beispielsweise bevorzugt größer 10 oder zumindest gleich 10 sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wirkt der Laserstrahl dort auf das Glasband, wo es im Kühlprozess ohne Einwirken des Laserstrahles eine Viskosität im Bereich zwischen 10⁴ und 10⁹ dPas, bevorzugt zwischen 10⁴ und 10⁸ dPas aufweist. Dabei werden Bereiche mit zu großer Dicke mit höherer Laserleistung beaufschlagt als Bereiche im passender oder zu geringer Dicke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt der optische Abstand zwischen Glasband und Scannerspiegel zwischen mindestens 1,8 und höchstens 5,0 m. Als optischer Abstand wird hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Länge des Lichtwegs zwischen Glasband und Scannerspiegel verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden daher die Begriffe „optischer Abstand” und „Länge des Lichtwegs” synonym verwendet. Der Lichtweg kann auch kürzer ausgeführt sein, wenn zwischen Scannerspiegel und Glasband optische Elemente, beispielsweise in Form von Spiegeln und/oder Linsen, eingesetzt werden, die den Winkelausschlag des Scannerspiegels optisch vergrößern. Die Abstandsangabe bezieht sich in einem solchen Fall dann auf den „optischen Hebel”, d. h. den Abstand, der nötig wäre, um den gleichen Ausschlag des Laserstrahles ohne das oder die optischen Bauteile zu erzielen.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Laserleistung höchstens 3000 W, bevorzugt höchstens 2000 W und besonders bevorzugt höchstens 1500 W.
Bevorzugt wirkt die Laserstrahlung auf die Verformungszone des Glasbandes ein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ausziehen des Glasbandes unter dem Eigengewicht des Glasbandes. Dies bedeutet, dass kein Zug, insbesondere kein Zug auf die Seiten des Glasbandes, aufgebracht wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Laser als CO₂-Laser ausgebildet.
Bevorzugt erfolgt das Bestimmen der Dicke des Glasbandes mittels Interferenzmessung, chromatisch-konfokaler Messung, Weißlicht-Topographie und/oder Weißlichtinterferometrie.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Laserstrahl mittels eines Galvanometerscanners und/oder einem Polygonspiegelrad gerichtet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Dickenkontrolle eines Bandes auch ein Verfahren zur Dickenkontrolle zwischen einer ersten und zweiten Oberfläche wenigstens eines ausgewählten Bereichs eines Glas- oder Kunststoffsubstrats ohne Welligkeiten von größer als 5 mm Wellenlänge, bevorzugt ohne Welligkeiten von größer als 1 mm Wellenlänge, umfassend mindestens die folgenden Schritte:

– Das Bereitstellen eines geschmolzenen Glases oder Kunststoffes,
– das Formen des geschmolzenen Glases oder Kunststoffes in ein Band,
– das Überwachen einer Dicke des Bandes,
– Feststellen mindestens einer Dickenabweichung im Band,
– das Auswählen mindestens eines Bereichs des Substrats im viskosen Zustand, wobei der mindestens eine Bereich dem Bereich der festgestellten Dickenabweichung entspricht, und
– das Erhitzen des mindestens einen ausgewählten Bereichs des Bandes im viskosen Zustand mit einem Laserstrahl, der so gerichtet ist, dass er auf den ausgewählten Bereich einwirkt, wobei das Erhitzen dazu führt, dass der mindestens eine ausgewählte Bereich des Bandes eine vorbestimmte Dicke annimmt, und wobei weiterhin das Erhitzen mindestens das Kontrollieren der Leistung, der Verweildauer oder der Wellenlänge des Laserstrahls, welcher auf den ausgewählten Bereich einwirkt, in Abhängigkeit von der überwachten Dicke umfasst.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung umfasst das Formen des geschmolzenen Glases oder Kunststoffes in ein Band kein Anlegen eines Zuges an den Kanten des Bandes, wobei das Erhitzen des mindestens einen ausgewählten Bereichs im viskosen Zustand erfolgt.
Gemäß eines nochmals weiteren Aspekts umfasst das Formen das Anlagen eines Zuges an den Kanten des Bandes, wobei das Erhitzen des mindestens einen ausgewählten Bereichs im flüssigen Zustand erfolgt, wobei als flüssiger Zustand ein Zustand gilt, bei welchem die Viskosität des Bandes einen Wert von weniger als 10⁹ dPas annimmt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Laser mit einem Scankopf dergestalt ausgerüstet, dass die gesamte Nettobreite des Bandes abrasterbar ist. Weiterhin besteht zwischen der Ziehgeschwindigkeit des Bandes V_B, der Nettobreite B des Bandes, dem Strahldurchmesser D des Laserstrahles, der Scangeschwindigkeit des Lasers v_Las sowie einem Korrekturfaktor k folgender Zusammenhang: 2·k·v_B·B < D·v_Las. (1)
Hierbei sind die Nettobreite des Bandes B und der Strahldurchmesser D in Metern gegeben sowie die Scangeschwindigkeit v_Las und die Geschwindigkeit des Bandes v_B jeweils in Metern/Sekunde.
Dabei ist der Korrekturfaktor k mindestens gleich 1. Bevorzugt ist k größer als 1. Je nach Strahlprofil kann K aber auch andere Werte annehmen, beispielsweise besonders bevorzugt größer 10 oder zumindest gleich 10 sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt der optische Abstand (oder die Länge des Lichtwegs) zwischen Band und Scannerspiegel zwischen mindestens 1,8 m und höchstens 5,0 m. Der Lichtweg kann kürzer ausgeführt sein, wenn zwischen Scannerspiegel und Band optische Elemente (beispielsweise Spiegel oder Linsen) eingesetzt werden, die den Winkelausschlag des Scannerspiegels vergrößern. Die Abstandsangabe bezieht sich dann auf den „optischen Hebel”, d. h. den Abstand, der nötig wäre, um den gleichen Ausschlag des Laserstrahles ohne das optische Bauteil zu erzielen.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung verfügt der Scankopf über einen Galvanometerantrieb und/oder ein Polygonspiegelrad.
Bevorzugt beträgt die Laserleistung höchstens 3000 W, bevorzugt weniger als 2000 W und besonders bevorzugt weniger als 1500 W.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ziehen des Bandes unter dessen Eigengewicht. Dies bedeutet insbesondere, dass keine weiteren Einrichtungen notwendig sind, um ein Ausziehen des Bandes aus der Schmelze zu erzielen, sondern dies vielmehr ohne äußere Kraft allein unter dem Einfluss der Schwerkraft erfolgt.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Laser als CO₂-Laser ausgebildet.
Bevorzugt erfolgt das Überwachen der Banddicke mittels Interferenzmessung, chromatisch-konfokaler Messung, Weißlicht-Topographie und/oder Weißlichtinterferometrie.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Erhitzen das Richten des Laserstrahles von einer Vorrichtung zur Erzeugung des Laserstrahles aus zu einer reflektierenden Oberfläche und dem Reflektieren des Laserstrahles an dieser zum mindestens einen ausgewählten Bereich umfasst.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Laserstrahl sukzessive auf eine Vielzahl von ausgewählten Bereichen des Bandes gerichtet.
Dabei kann sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung diese Vielzahl ausgewählter Bereiche über die gesamte Nettobreite des Bandes erstrecken.
Weiterhin kann dabei für jeden der ausgewählten Bereiche mindestens die Leistung, die Verweildauer und/oder die Wellenlänge des Laserstrahles gezielt kontrolliert und geregelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Laserstrahl zumindest teilweise im Band absorbiert und durchdringt dieses folglich nicht ungehindert.
Als zumindest teilweise absorbiert bezeichnet hierbei eine Absorption des Laserstrahles von mindestens 20% seiner Leistung im Band. Es erfolgt also gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Absorption des Laserstrahles mit mindestens 20% seiner Leistung im Band.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das geschmolzene Material, also beispielsweise das geschmolzene Glas oder der geschmolzene Kunststoff, in einem Schmelzprozess mit anschließender Formgebung oder durch ein Wiederziehen unter Erhitzung einer Vorform aus Glas oder Kunststoff vorgelegt.
Dabei kann die Heißformgebung in einem Floatprozess, einem Ziehprozess, beispielsweise einem Down-Draw-Prozess, oder einem Overflow-Fusion-Prozess erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dabei insbesondere ein Flachglas erhalten werden, welches eine besonders gleichmäßige Dickenverteilung aufweist.
Hinsichtlich der Dickenverteilung eines Bandes aus einem Material sind hierbei folgende Größen von besonderer Bedeutung:

– Zum einen ist die Variation der Dicke über die gesamte Nettobreite des Bandes relevant. Diese Variation der Dicke über die Nettobreite des Bandes wird auch als Dickenvariation oder auf Englisch „total thickness variation” (ttv) genannt.
– Weiterhin kommt es auch zum Auftreten von Dickenschwankungen, welche eine geringe Amplitude, aber eine gewisse Periodizität oder Wellenlänge aufweisen, beispielsweise durch Blasdüsen während des Formgebungsprozesses des Bandes. Diese sogenannte Welligkeit wird auch als Feinwelligkeit oder „waviness” bezeichnet und durch Angabe der Wellenlänge oder Periodizität, mit welcher sie auftritt, genauer bestimmt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es dagegen möglich, ein Flachglas herzustellen, bei welchem sowohl die Dickenvariation als auch die Welligkeit deutlich reduziert sind.
Das erfindungsgemäße Flachglas weist eine Dicke von 300 μm oder weniger, bevorzugt von 150 μm oder weniger, besonders bevorzugt von 100 μm oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 50 μm oder weniger sowie eine Dickenvariation von nicht größer als 25 μm, bevorzugt von nicht größer als 15 μm, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 μm sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 μm aufweist, bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich von größer 100 mm Durchmesser, insbesondere bei einer lateralen Abmessung von 100 mm·100 mm oder mehr, bevorzugt bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich größer 200 mm Durchmesser, insbesondere bei einer lateralen Abmessung von 200 mm·200 mm oder mehr und besonders bevorzugt bezogen auf die Wafer- bzw. Substratgrößen im Bereich größer 400 mm Durchmesser, insbesondere bei einer lateralen Abmessung von 400 mm·400 mm, sowie weiterhin keine Welligkeiten von größer als 5 mm Wellenlänge, bevorzugt keine Welligkeiten von größer als 3 mm Wellenlänge und besonders bevorzugt keine Welligkeiten von größer als 1 mm Wellenlänge auf.
Das Flachglas ist weiterhin bevorzugt als ein Alkali-Silikatglas, ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ein Kalk-Natron-Glas, ein Mischalkalikalksilikatglas, ein Bor-Silikat-Glas, ein Phosphat-Silikat-Glas, ein Borphosphat-Silikat-Glas, ein Aluminium-Silikat-Glas, ein Alkali-Aluminium-Silikat-Glas, ein Alkali-Erdalkali-Aluminium-Silikat-Glas, ein Bor-Aluminium-Silikatglas oder ein Borphosphat-Aluminium-Silikat-Glas ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Glas ein Borsilikatglas mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.-%:
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten:
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Glas ein Borsilikatglas mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.-%:
Mit dieser Zusammensetzung werden folgende Eigenschaften erhalten:
In einer weiteren Ausführungsform ist das Dünnglas ein Lithium-Aluminium-Silikat-Glas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Lithiumaluminosilikatglas der Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Lithiumaluminosilikatglas der Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Kalknatronglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung und umfasst (in Gew.-%):
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO3, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Alkalimetallaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Alkalimetallaluminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Alkalialuminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
In einer Ausführungsform ist das Dünnglas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO₃, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%. Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂, Cr₂O₃, 0–2 Gew.-% As₂O₃, Sb₂O₃, SnO₂, SO3, Cl, F und/oder CeO₂ können als Läutermittel zugegeben werden, und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische, Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
Tabelle 1 zeigt mehrere typische Ausführungsformen von dünnen Alkali-haltigen Gläsern, die chemisch vorgespannt werden sollen. Tabelle 1 Ausführungsformen von Alkali-haltigen Borosilikatgläsern
SiO₂, B2O₃ und P₂O₅ fungieren als Glasnetzwerkbildner. Ihr Gehalt sollte nicht weniger als 40% für herkömmliche Verfahren sein oder die Glasplatte bzw. -lage kann nicht gebildet werden und würde brüchig bzw. spröde werden und an Transparenz verlieren. Der höhere SiO₂-Gehalt erfordert eine höhere Schmelz- und Bearbeitungstemperatur während der Glasherstellung und daher sollte dieser Gehalt normalerweise weniger als 90% sein. Der Zusatz von B2O₃ und P₂O₅ zum SiO₂ kann die Netzwerkeigenschaften modifizieren und die Schmelz- und Bearbeitungstemperatur des Glases absenken. Auch die Glasnetzwerkbildner weisen einen starken Einfluss auf den CTE des Glases auf.
Zusätzlich kann das B2O₃ im Glasnetzwerk zwei verschiedene Polyederstrukturen bilden, die an die Belastungskraft von außen besser angepasst werden können. Der Zusatz von B2O₃ resultiert in der Regel in einer geringeren Wärmeausdehnung und einem geringeren Young-Modul, was wiederum zu guter Temperaturwechselbeständigkeit und langsamerem chemischen Vorspannen führt. Daher kann der Zusatz von B2O₃ zu ultradünnem Glas das chemische Vorspannen in großem Umfang verbessern, und das somit chemisch vorgespannte Dünnglas kann zu praktischen Anwendungen in größerem Umfang eingesetzt werden.
Al₂O₃ fungiert als der Glasnetzwerkbildner und auch als Glasnetzwerkmodifizierer. Der [AlO₄]-Tetraeder und der [AlO₆]-Hexaeder werden im Glasnetzwerk, abhängig von der Menge an Al₂O₃ gebildet. Diese können die Ionenaustauschgeschwindigkeit einstellen, indem die Größe des Raums für den Ionenaustausch innerhalb des Glasnetzwerks geändert wird. Wenn die Menge an Al₂O₃ zu hoch ist, beispielsweise höher als 40%, wird die Schmelztemperatur und Bearbeitungstemperatur des Glases sehr viel höher, und dieses tendiert dazu zu kristallisieren, was dazu führt, dass das Glas Transparenz und Flexibilität verliert.
Die Alkalimetalloxide wie K₂O, Na₂O und Li₂O fungieren als Glasverarbeitungsmodifizierer, und diese können das Glasnetzwerk durch Bildung von Nichtbrückenoxiden innerhalb des Glasnetzwerks zerstören. Der Zusatz von Alkalimetallen kann die Verarbeitungstemperatur von Glas herabsetzen und den CTE des Glases erhöhen. Die Gegenwart von Na und Li ist für ultradünnes flexibles Glas notwendig, um chemisch vorgespannt zu werden, der Ionenaustausch von Na⁺/Li⁺, Na⁺/K⁺ und Li⁺/K⁺ ist ein notwendiger Schritt für das Vorspannen. Das Glas wird nicht vorgespannt, wenn es selbst keine Alkalimetalle enthält. Jedoch sollte die Gesamtmenge an Alkalimetall nicht höher als 30% betragen, oder das Glasnetzwerk wird ohne Ausbildung eines Glases vollständig zerstört. Ein weiterer wichtiger Faktor ist, dass Dünnglas einen niedrigen CTE aufweisen sollte, und dann sollte das Glas keine überschüssige Menge an Alkalimetallen mehr enthalten, um diese Anforderung zu erfüllen.
Erdalkalielemente, wie MgO, CaO, SrO und BaO, fungieren als Netzwerkmodifizierer und sind dazu in der Lage, die Bildungstemperatur des Glases abzusenken. Diese Elemente können den CTE und Young-Modul des Glases ändern, und die Erdalkalielemente haben eine sehr wichtige Funktion, um den Brechungsindex des Glases zu verändern, um spezielle Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise kann MgO den Brechungsindex von Glas absenken, während BaO den Brechungsindex anheben kann. Die Menge an Erdalkalielementen sollte bei der Glasherstellung nicht höher als 40% sein.
Einige Übergangsmetallelemente im Glas, wie ZnO und ZrO₂, haben eine ähnliche Funktion wie diejenige der Erdalkalielemente. Andere Übergangsmetallelemente, wie Nd₂O₃, Fe₂O₃, CoO, NiO, V₂O₅, MnO₂, TiO₂, CuO, CeO₂ und Cr₂O₃, fungieren als farbgebende Mittel, damit das Glas spezielle Photonen aufweist oder optische Funktionen zeigt, beispielsweise Farbfilterfunktion oder Lichtumwandlung.
Beispiele
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen genauer erläutert.
Ausführungsbeispiel 1
An einer Wiederziehanlage wird eine Vorform aus Borosilikatglas mit einer Dicke von 6,8 mm sowie einer Nettobreite von 400 mm zu einem dünnen Glasfilm mit einer Dicke von 50 μm gezogen. Dabei wird eine Heizzone aus Edelmetall eingesetzt. Ca. 30 mm unterhalb dieser Heizung befindet sich ein horizontaler Schlitz im Ofen zur Zuführung eines scannenden CO₂.Laserstrahles. An dieser Position weist das Band ohne Laser eine Viskosität von 4·10⁶ dPas auf. Das so erzeugte Band wird mit Hilfe eines chromatisch-konfokalen Sensors quer zur Ziehrichtung vermessen. Aus der Dickenverteilung wird ermittelt, an welcher Querposition das Glas eine zu große Dicke aufweist. Mit Hilfe dieser Information wird ein Scanprogramm generiert, welches Ort, Laserleistung und Strahlgeschwindigkeit umfasst. Dabei wird an den dicken Stellen eine mittlere Laserleistung von 16 Watt deponiert. Damit lässt sich in Bereichen mit zu großer Dicke die Dicke um 10 μm verkleinern.
Ausführungsbeispiel 2
An einer Down-Draw-Anlage wird durch eine Edelmetalldüse ein Glasband mit einer Dicke von 0,3 mm gezogen. Durch einen Schlitz wird ein scannender Laserstrahl auf das Glasband gebracht. An dieser Position weist das Glas ohne Laserheizung eine Viskosität von 6·10⁵ dPas auf. Das so erzeugte Band wird mit Hilfe eines chromatisch konfokalen Sensors quer zur Ziehrichtung vermessen. Aus der Dickenverteilung wird ermittelt, an welcher Querposition das Glas eine zu große Dicke aufweist. Mit Hilfe dieser Information wird ein Scanprogramm generiert, welches Ort, Laserleistung und Strahlgeschwindigkeit umfasst. Dabei wird an den dicken Stellen eine mittlere Laserleistung von 3 Watt deponiert. Damit lässt sich in Bereichen mit zu großer Dicke die Dicke um 10 μm verkleinern.
Ausführungsbeispiel 3
An einer Down-Draw-Anlage wird durch eine Edelmetalldüse ein Glasband mit einer Dicke von 0,3 mm gezogen. Durch einen Schlitz wird ein scannender Laserstrahl auf das Glasband gebracht. An dieser Position weist das Glas ohne Laserheizung eine Viskosität von 10 dPas auf. Das so erzeugte Band wird mit Hilfe eines chromatisch-konfokalen Sensors quer zur Ziehrichtung vermessen. Aus der Dickenverteilung wird ermittelt, an welcher Querposition das Glas eine zu große Dicke aufweist. Mit Hilfe dieser Information wird ein Scanprogramm generiert, welches Ort, Laserleistung und Strahlgeschwindigkeit umfasst. Dabei wird an den dicken Stellen eine mittlere Laserleistung von 37 Watt deponiert. Damit lässt sich in Bereichen mit zu großer Dicke die Dicke um 10 μm verkleinern.
Ausführungsbeispiel 4
An einer Down-Draw-Anlage wird durch eine Edelmetalldüse ein Glasband mit einer Dicke von 0,3 mm gezogen. Durch einen Schlitz wird ein scannender Laserstrahl auf das Glasband gebracht. An dieser Position weist das Glas mit einer kontinuierlichen Laserheizung über die gesamte Nettobreite von 500 Watt eine Viskosität von 6·10⁵ dPas auf. Das so erzeugte Band wird mit Hilfe eines chromatisch-konfokalen Sensors quer zur Ziehrichtung vermessen. Aus der Dickenverteilung wird ermittelt, an welcher Querposition das Glas eine zu geringe Dicke aufweist. Mit Hilfe dieser Information wird ein Scanprogramm generiert, welches Ort, Laserleistung und Strahlgeschwindigkeit umfasst. Dabei wird an den dünnen Stellen eine mittlere Laserleistung von 3 Watt weniger als in den Rest des Bandes deponiert. Damit lässt sich in Bereichen mit zu kleiner Dicke die Dicke um 10 μm vergrößern.
Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände.
Es zeigen
1 die prinzipielle Anordnung von Glasband, Scanner und Laser in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 die prinzipielle Anordnung von Glasband, Scanner und Laser mit einer Zusatzoptik zwischen Scanner und Glasband zur Vergrößerung des optischen Hebels gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
3 schematische Darstellungen von Dickenprofilen für ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Glasband und für ein nicht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Glasband.
1 zeigt in schematischer Darstellung die Anordnung von Laser und Glasband im erfindungsgemäßen Verfahren. Dargestellt sind die Vorrichtung 1 zur Erzeugung eines Laserstrahles 11 sowie der Scanner 2, welche hier beispielhaft mit einem Polygonspiegelrad ausgerüstet ist. Die Regelung der Laserleistung sowie des Scannerwinkels erfolgt über die Steuerung 3. Weiterhin dargestellt ist die Vorform 5 des Glasbandes. Hier ist beispielhaft die Vorform 5 als monolithische Glasvorform ausgebildet. Mithin handelt es sich bei dem Verfahren zur Erzeugung eines Glasbandes im hier dargestellten Beispiel um ein sogenanntes Wiederziehen. Die Formgebung des Glasbandes 6 erfolgt hier durch eine gezielte Erwärmung der Vorform 5 in der hier schematisch dargestellten Verformungszone 51, wobei das Glasband in der durch den Pfeil 7 angegebenen Richtung bewegt wird. Die Verformungszone ist dabei definiert als die Zone, in welcher das Glas einer Verformung zugänglich ist, also eine Viskosität zwischen 10⁴ und 10⁹ dPas, bevorzugt zwischen 10⁴ und 10⁸ dPas, aufweist. Das entstehende Glasband ist gekennzeichnet durch einen sogenannten Qualitätsbereich 8, innerhalb dessen die Eigenschaften des entstehenden Glasbandes 6 innerhalb der zuvor festgelegten Spezifikationen für die Produkteigenschaften liegen. Dieser Qualitätsbereich 8 weist eine Breite B auf und wird von den Rändern 9 des Qualitätsbereichs 8 begrenzt. Außerhalb des Qualitätsbereichs 8 berühren beispielsweise Bortenroller die Oberfläche des Glasbandes, sodass in diesem Fall keine ausreichende Oberflächengüte des Glases mehr gegeben ist. Weiterhin weisen die Ränder des Glasbandes in der Regel herstellungsbedingt weitere Unebenheiten auf, beispielsweise in Form verdickter Borten. Ebenfalls bezeichnet ist der optische Abstand 4 zwischen Laser und Glasband. Als optischer Abstand wird hierbei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Länge des Lichtwegs zwischen Glasband und Scannerspiegel verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden daher die Begriffe „optischer Abstand” und „Länge des Lichtwegs” synonym verwendet. Der Lichtweg kann auch kürzer ausgeführt sein, wenn zwischen Scannerspiegel und Glasband optische Element, beispielsweise in Form von Spiegeln und/oder Linsen, eingesetzt werden, die den Winkelausschlag des Scannerspiegels vergrößern. Die Abstandsangabe bezieht sich in einem solchen Fall dann auf den „optischen Hebel”, d. h. den Abstand, der nötig wäre, um den selben Ausschlag des Laserstrahles ohne das oder die optischen Bauteile zu erzielen.
Der Laserstrahl 11 wird mit Hilfe des Scanners 2 entlang der Strecke 10 über das Glasband 6 geführt, wobei der Laser die Nettobreite B des Qualitätsbereichs 8 des Glasbandes 6 überstreift. Entlang der Strecke 10 weist das Glasband 6 eine Viskosität zwischen 10⁴ und 10⁹ dPas auf, bevorzugt zwischen 10⁴ und 10⁸ dPas.
Allgemein, ohne Beschränkung auf das hier dargestellte Beispiel, kann ein Glasband 6 auch durch ein direktes Ziehen aus einer Schmelze, beispielsweise in einem sogenannten Down-Draw-Verfahren oder Over-Flow-Fusion Verfahren, hergestellt werden.
2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Anordnung von Laser und Glasband in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Unterschied zum in 1 dargestellten Verfahren ist hier weiterhin die Optik 12 in den Strahlengang zwischen Scanner 2 und Glasband 6 eingefügt worden, um den optischen Hebel bei gegebenem Abstand 41 zwischen Glasband und Scannerspiegel zu vergrößern.
3 zeigt im linken Teil schematisch die Darstellung zweier Dickenprofile 203, 213 für eine erfindungsgemäß erhaltene Glasscheibe 21 sowie eine nicht erfindungsgemäße Glasscheibe 20. Auf der x-Achse ist hier die Position des Messpunkts auf der Glasscheibe angegeben. Auf der y-Achse ist die Abweichung von der Solldicke in willkürlichen Einheiten angegeben, wobei die Solldicke beim Wert 0 liegt. Es ist deutlich erkennbar, dass das Dickenprofil 203 für eine Glassscheibe 20, bei welcher keine Korrektur der Dicke mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgte, deutlich stärkere Abweichungen von der Solldicke aufweist als das Dickenprofil 213 für eine Glasscheibe 21, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurde.
Im rechten oberen Teil der 3 ist schematisch eine nicht erfindungsgemäße Glasscheibe 20 gezeigt, welche die Oberflächen 201, 202 aufweist. Weiterhin ist hier ebenfalls das Dickenprofil 203 der Glasscheibe 20 dargestellt. Im rechten unteren Teil der 3 ist schematisch die Glasscheibe 21 mit den Oberflächen 211 und 212 abgebildet, wobei die Glasscheibe 21 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Dickenkorrektur erhalten wurde. Weiterhin ist das Dickenprofil 213 gezeigt. Der Maßstab der beiden Dickenprofile 203 und 213 ist hierbei für beide Darstellungen gleich gewählt. Auch hier ist deutlich erkennbar, dass es bei der erfindungsgemäß erhaltenen Glasscheibe 21 zu deutlich geringen Abweichungen von der Soll-Dicke kommt als bei einer Glasscheibe 20, bei welcher keine Dickenkorrektur erfolgte.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls
10: Scanstrecke des Lasers
11: Laserstrahl
12: Optik zur Vergrößerung des optischen Hebels
2: Scanner
3: Steuerung
4: optischer Abstand/Länge des Lichtwegs
41: Tatsächlicher Abstand Scannerspiegel-Glasband
5: Vorform
51: Verformungszone
6: ausgezogenes Glasband
7: Ziehrichtung
8: Qualitätsbereich
9: Grenzen des Qualitätsbereichs
20: Glasscheibe ohne Dickenkorrektur
201, 202: Oberflächen der Glasscheibe 20
203: Dickenprofil der Glasscheibe 20
21: Glasscheibe mit Dickenkorrektur
211, 212: Oberflächen der Glasscheibe 21
213: Dickenprofil der Glasscheibe 21

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10128636 C1 [0002]
DE 102008063554 A1 [0003]
US 8904822 B2 [0004, 0008]

Claims

Verfahren zur Dickenkontrolle eines Glasbandes, umfassend wenigstens die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Glasbandes, durch Ziehen aus der Schmelze oder Wiederziehen einer Preform mit einer Abziehgeschwindigkeit v_GB und einer mittleren Dicke D im Nettobereich, b) Vorgeben einer Soll-Dicke des Glasbandes, c) Bestimmen der Dicke des Glasbandes über dessen gesamte Nettobreite, d) Bestimmen mindestens einer Abweichung der Dicke des Glasbandes von der vorgegebenen Soll-Dicke, e) Feststellen des Bereichs der Dickenabweichung auf dem Glasband, f) Erhitzen des Bereichs der mindestens einen Dickenabweichung auf dem Glasband mittels eines Lasers, wobei der Laserstrahl auf den Bereich der Dickenabweichung einwirkt und diesen erhitzt, wobei das Erhitzen dazu führt, dass der Bereich die vorbestimmte Dicke einnimmt, und wobei weiterhin das Erhitzen das Kontrollieren mindestens der Leistung des Laserstrahles, der Bestrahlungsdauer des Laserstrahles oder der Wellenlänge des Lasers in Abhängigkeit von der in Schritt c) bestimmten Dicke des Glasbandes umfasst, wobei der Laser mit einem Scankopf so ausgerüstet ist, dass die gesamte Nettobreite des Glasbandes abrasterbar ist, und zwischen der Nettobreite des Glasbandes B, der Abziehgeschwindigkeit des Glasbandes vag, dem Strahldurchmesser D des Laserstrahles sowie der Scangeschwindigkeit des Lasers v_Las sowie einem Korrekturfaktor k folgender Zusammenhang besteht: 2·k·v_GB·B < D·v_Las.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Korrekturfaktor k mindestens gleich 1 ist, bevorzugt größer als 1, besonders bevorzugt größer als 10 oder zumindest gleich 10 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Bereich der mindestens einen Dickenabweichung vor Erhitzen eine Viskosität im Bereich zwischen 10⁴ und 10⁹ dPas aufweist, bevorzugt zwischen 10⁴ und 10⁸ dPas, wobei Bereich mit zu großer Dicke mit höherer Laserleistung beaufschlagt werden als Bereiche mit passender oder zu geringer Dicke
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der optische Hebel oder die Länge des Lichtweges zwischen Glasband und Scannerspiegel zwischen mindestens 1,8 m und höchstens 5,0 m beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Laserleistung höchstens 3000 W, bevorzugt höchstens 2000 W und besonders bevorzugt höchstens 1500 W beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Laserstrahlung auf die Verformungszone des Glasbandes einwirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ausziehen unter dem Eigengewicht des Glasbandes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Laser als CO₂-Laser ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bestimmen der Dicke des Glasbandes mittels Interferenzmessung, chromatisch-konfokaler Messung, Weißlicht-Topographie und/oder Weißlichtinterferometrie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Laserstrahl mittels eines Galvanometerscanners und/oder einem Polygonspiegelrad gerichtet wird.
Verfahren zur Dickenkontrolle zwischen einer ersten und einer zweiten Oberfläche wenigstens eines ausgewählten Bereichs eines Glas- oder Kunststoffsubstrates ohne Welligkeiten von größer als 5 mm Wellenlänge, bevorzugt ohne Welligkeiten von größer als 1 mm Wellenlänge, umfassend: a) Bereitstellen eines geschmolzenen Glases oder Kunststoffes, b) Formen des geschmolzenen Glases oder Kunststoffes in ein Band, wobei das Formen kein Anlegen eines Zuges an den Kanten des Bandes umfasst, c) Überwachen einer Dicke des Bandes, d) Feststellen mindestens einer Dickenabweichung im Band, e) Auswählen mindestens eines Bereichs des Substrats im viskosen Zustand, wobei der mindestens eine Bereich dem Bereich der festgestellten Dickenabweichung entspricht, und f) Erhitzen des mindestens einen ausgewählten Bereichs des Bandes im viskosen Zustand mit einem Laserstrahl, der so gerichtet ist, dass er auf den ausgewählten Bereich einwirkt, wobei das Erhitzen dazu führt, dass der mindestens eine ausgewählte Bereich des Bandes eine vorbestimmte Dicke annimmt, und wobei weiterhin das Erhitzen mindestens das Kontrollieren der Leistung, der Verweildauer oder der Wellenlänge des Laserstrahls, welcher auf den ausgewählten Bereich einwirkt, in Abhängigkeit von der überwachten Dicke umfasst.
Verfahren zur Dickenkontrolle zwischen einer ersten und einer zweiten Oberfläche wenigstens eines ausgewählten Bereichs eines Glas- oder Kunststoffsubstrates ohne Welligkeiten von größer als 5 mm Wellenlänge, bevorzugt ohne Welligkeiten von größer als 1 mm Wellenlänge, umfassend: a) Bereitstellen eines geschmolzenen Glases oder Kunststoffes, b) Formen des geschmolzenen Glases oder Kunststoffes in ein Band, wobei das Formen das Anlegen eines Zuges an den Kanten des Bandes umfasst, c) Überwachen einer Dicke des Bandes, d) Feststellen mindestens einer Dickenabweichung im Band, e) Auswählen mindestens eines Bereichs des Substrats im flüssigen Zustand, wobei der flüssige Zustand eine Viskosität von weniger als 10⁹ dPas aufweist, und wobei weiterhin der mindestens eine Bereich dem Bereich der festgestellten Dickenabweichung entspricht, und f) Erhitzen des mindestens einen ausgewählten Bereichs des Bandes im flüssigen Zustand mit einem Laserstrahl, der so gerichtet ist, dass er auf den ausgewählten Bereich einwirkt, wobei das Erhitzen dazu führt, dass der mindestens eine ausgewählte Bereich des Bandes eine vorbestimmte Dicke annimmt, und wobei weiterhin das Erhitzen mindestens das Kontrollieren der Leistung, der Verweildauer oder der Wellenlänge des Laserstrahls, welcher auf den ausgewählten Bereich einwirkt, in Abhängigkeit von der überwachten Dicke umfasst.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 11 oder 12, wobei der Laser mit einem Scankopf dergestalt ausgerüstet ist, dass die gesamte Nettobreite des Bandes abrasterbar ist, und weiterhin zwischen der Ziehgeschwindigkeit des Bandes v_B, der Nettobreite B des Bandes, dem Strahldurchmesser D des Laserstrahles, der Scangeschwindigkeit des Lasers v_Las sowie einem Korrekturfaktor k folgender Zusammenhang besteht: 2·k·v_B·B < D·v_Las.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Korrekturfaktor k mindestens gleich 1 ist, bevorzugt größer als 1 und besonders bevorzugt größer als 10 oder zumindest gleich 10 ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der optische Abstand oder die Länge des Lichtwegs zwischen Band und Scannerspiegel zwischen mindestens 1,8 m und höchstens 5,0 m beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Scankopf über einen Galvanometerantrieb und/oder ein Polygonspiegelrad verfügt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Laserleistung höchstens 3000 W beträgt, bevorzugt höchstens 2000 W und besonders bevorzugt höchstens 1500 W.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Ziehen des Bandes unter dessen Eigengewicht erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei der Laser als CO₂-Laser ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei das Überwachen der Banddicke mittels Interferenzmessung, chromatisch-konfokaler Messung, Weißlicht-Topographie und/oder Weißlichtinterferometrie erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei das Erhitzen das Richten des Laserstrahles von einer Vorrichtung zur Erzeugung des Laserstrahles aus zu einer reflektierenden Oberfläche und dem Reflektieren des Laserstrahles an dieser zum mindestens einen ausgewählten Bereich umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei der Laserstrahl sukzessive auf eine Vielzahl von ausgewählten Bereichen des Bandes gerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Vielzahl der ausgewählten Bereiche sich über die gesamte Nettobreite des Bandes erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, wobei für jeden der ausgewählten Bereiche mindestens die Leistung, die Verweildauer und/oder die Wellenlänge des Laserstrahls gezielt kontrolliert und geregelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 24, wobei eine Absorption des Laserstrahles mit mindestens 20% seiner Leistung im Band erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 25, wobei das geschmolzene Glas oder der geschmolzene Kunststoff in einem Schmelzprozess mit anschließender Formgebung oder durch ein Wiederziehen unter Erhitzung einer Vorform aus Glas oder Kunststoff vorgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Heißformgebung in einem Floatprozess, einem Ziehprozess, beispielsweise einem Down-Draw-Prozess, oder einem Overflow-Fusion-Prozess erfolgt.
Flachglas mit einer Dicke von 300 μm oder weniger, bevorzugt von 150 μm oder weniger, besonders bevorzugt von 100 μm oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 50 μm oder weniger, einer Dickenvariation von nicht größer als 25 μm, bevorzugt von nicht größer als 15 μm, besonders bevorzugt von nicht größer als 10 μm sowie ganz besonders bevorzugt von nicht größer als 5 μm, bezogen auf die Substratgrößen im Bereich von größer 100 mm Durchmesser, insbesondere bei einer lateralen Abmessung von 100 mm·100 mm oder mehr, bevorzugt bezogen auf die Substratgrößen im Bereich größer 200 mm Durchmesser, insbesondere bei einer lateralen Abmessung von 200 mm·200 mm oder mehr und besonders bevorzugt bezogen auf die Substratgrößen im Bereich größer 400 mm Durchmesser, insbesondere bei einer lateralen Abmessung von 400 mm·400 mm, sowie weiterhin ohne Welligkeiten von größer als 5 mm Wellenlänge, bevorzugt ohne Welligkeiten von größer als 3 mm Wellenlänge und ganz besonders bevorzugt ohne Welligkeiten von größer als 1 mm Wellenlänge, wobei das Glas ein Alkali-Silikatglas, ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ein Kalk-Natron-Glas, ein Mischalkalikalksilikatglas, ein Bor-Silikat-Glas, ein Phosphat-Silikat-Glas, ein Borphosphat-Silikat-Glas, ein Aluminium-Silikat-Glas, ein Alkali-Aluminium-Silikat-Glas, ein Alkali-Erdalkali-Aluminium-Silikat-Glas, ein Bor-Aluminium-Silikatglas oder ein Borphosphat-Aluminium-Silikat-Glas ausgebildet ist.