DE102019215315A1

DE102019215315A1 - Mit einem optischen Schichtsystem versehenes Glas

Info

Publication number: DE102019215315A1
Application number: DE102019215315.1A
Authority: DE
Inventors: Joachim Ebmeier; Robert Flierl
Original assignee: Flabeg Deutschland GmbH
Current assignee: Flabeg Deutschland GmbH
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Ein Glas (1), das an seiner Oberfläche mit einer durch ein mehrlagiges Schichtsystem (4) gebildeten optischen Beschichtung (6) versehen ist, soll bei begrenzten Herstellungskosten besonders für eine Bearbeitung in einem Laserprozess geeignet sein. Dazu umfasst das die optische Beschichtung (6) bildende Schichtsystem (4) höchstens sechs Einzelschichten, wobei das Glas (1) an seiner beschichteten Oberflächenseite im Wellenlängenbereich zwischen 440 nm und 680 nm einen Lichtreflexionsgrad von höchstens 5 % und im Wellenlängenbereich zwischen 1000 nm und 1100 nm einen Lichtreflexionsgrad von höchstens 10 % aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Glas, das an seiner Oberfläche mit einer durch ein mehrlagiges Schichtsystem gebildeten optischen Beschichtung versehen ist. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Vereinzeln eines derartigen Glases sowie die Verwendung eines Perforationslasers bei einer derartigen Vereinzelung.
Mit einer optischen Beschichtung an ihrer Oberfläche versehene Gläser oder Glaselemente kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz. Die Glaselemente können dabei konturiert, gewölbt oder gekrümmt oder auch als Flachglaselemente ausgeführt sein. Beispielsweise können derartige Gläser mit einer Antireflex-Beschichtung versehen und in Rückblickspiegeln für Kraftfahrzeuge, als Fensterelemente im Bauwesen, in Handy-Displays, als Dekorationselemente oder dergleichen zum Einsatz kommen. Alternativ können optische Beschichtungen auch für andere Funktionen, beispielsweise zur Bildung von Strahlteilern oder als Passfilter, ausgelegt sein. Mit optischen Beschichtungen versehene Elemente auf Glasbasis oder auch auf Basis glasähnlicher Kristalle oder Keramiken eignen sich auch als vorgefertigte Ausgangsprodukte für die industrielle Massenproduktion in vielen Anwendungsbereichen.
Bei der Herstellung solcher Gläser oder Elemente wird üblicherweise ein die Beschichtung bildendes Mehrschichtsystem mittels geeigneter Beschichtungsverfahren, beispielsweise Kathodenzerstäubung („Sputtern“), chemical oder physical vapor deposition oder dergleichen, auf ein vergleichsweise groß ausgedehntes Glassubstrat oder Glaselement, insbesondere ein Flachglaselement, aufgebracht. Die solchermaßen in der Art von Zwischenprodukten hergestellten Glaselemente müssen anschließend in einem Trenn- oder Schneidprozess in die eigentlichen Glasbauteile vereinzelt werden. Generell werden nahezu alle gezogenen oder gegossenen Gläser durch Schneiden nachverarbeitet. Sogar beim Behälterglas werden oftmals Kappen abgesprengt. Beim Vereinzeln solcher Glaselemente, also zum Schneiden oder Trennen von Gläsern oder Glaselementen, können eine Vielzahl von Verfahren und Konzepten eingesetzt werden. Unter anderem können dabei in modernen Bearbeitungsanlagen gerade im Hinblick auf komplexe Schnittformen oder hohe Präzisionsanforderungen laserbasierte Verfahren wie beispielsweise das Laserfilament-Schneiden zum Einsatz kommen.
Beim Laser-Filamentschneiden, auch als Filamentierung bezeichnet, werden nichtlineare optische Effekte ausgenutzt. Dafür kommt ein geeignet ausgewählter Laser - nachfolgend auch als „Perforierungslaser“ bezeichnet - zum Einsatz, dessen Fokus unter die Glasoberfläche des zu schneidenden Glaselements in das Material hineingelegt wird. Aufgrund der so genannten Selbstfokussierung kommt es an der Stelle, an der der Brennpunkt liegt, zu einer lokalen Erhitzung im Glasmaterial, der Ausbildung lokaler Spannungen und zu einer Änderung der Brechzahl. Dadurch wirkt das zunächst kleine Volumenelement wie eine Linse, und in seiner Fortsetzung können weitere solche Filamente erzeugt werden. Wird der Laserstrahl dabei über das Glas geführt, entsteht ein sogenannter Filamentvorhang, der in der Art einer Perforation wirkt und als Ansatz für einen nachfolgenden Trennschritt, beispielsweise durch Brechen, dienen kann. Dieses Konzept des Laser-Filamentierens ist beispielsweise aus der US 2013/0126573 A1 bekannt.
Die eigentliche Trennung oder Vereinzelung des Glaselements in die Glasbauteile ist bei einem solchen laserbasierten Filament-Schneidverfahren erreichbar, indem nachfolgend, also nach Einbringung der Filamentierung oder Perforation, zur eigentlichen Trennung ein weiterer Behandlungsschritt zum Brechen vorgenommen wird. Dies kann beispielsweise in der Art eines thermomechanischen Effekts ebenfalls mit einem Laser erfolgen. Dabei kann beispielsweise ein CO₂-Laser vorgesehen sein, mit dem im Bereich der Filamentspur eine lokal begrenzte Erwärmung im Glasmaterial erzeugt wird. Diese bewirkt die Erzeugung lokaler Spannungen im Glaselement, die wiederum einen gesteuerten Bruch entlang der Perforationslinie im Glaselement und damit letztendlich ein Absprengen oder Brechen entlang der Kontur auslöst. Ein solches Verfahren ist besonders für Gläser vergleichsweiser hoher thermischer Ausdehnung geeignet.
Eine derartige verbesserte und hochmoderne Laserbearbeitung von Glasbauteilen bietet im allgemeinen sehr hohe Durchsatzraten im Herstellungsprozess bei hoher Fertigungsgenauigkeit und Flexibilität und damit eine Vielzahl von Vorteilen für die Massenproduktion.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Glas der oben genannten Art anzugeben, das bei insgesamt gering gehaltenen Herstellungskosten nach der Aufbringung des Beschichtungssystem für eine Weiterverarbeitung in einem laserbasierten Bearbeitungsprozess besonders geeignet ist. Des Weiteren soll ein besonders geeignetes Verfahren zur Vereinzelung eines derartigen Glaselements angegeben werden.
Bezüglich des Glases wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem das die optische Beschichtung bildende Schichtsystem höchstens sechs Einzelschichten umfasst, und indem das Glas an seiner beschichteten Oberflächenseite bei Wellenlängen zwischen 440 nm und 680 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 5 % und bei Wellenlängen zwischen 1000 nm und 1100 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 10 % aufweist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für eine zuverlässige und hoch präzise Laserbearbeitung des beschichteten Glases das optische Eindringen in das Glassubstrat, also eine hohe Transmission der Beschichtung, im Bereich der Laserstrahlung von besonderer Bedeutung ist. Im Gegensatz dazu sind optische Schichtsysteme jedoch hinsichtlich ihrer Zusammensetzung, der Abfolge der Einzelschichten, der jeweiligen Schichtdicken und dergleichen, üblicherweise auf ihre eigentliche Hauptfunktion, also beispielsweise Strahlteilung oder Antireflexwirkung in den hierfür relevanten visuell sichtbaren Licht-Wellenlängenbereichen, ausgelegt. Demgegenüber finden die Laserbearbeitungen hingegen üblicherweise nicht im gleichen Wellenlängenbereich statt. Meist sind nämlich die für die Laserbearbeitung genutzten Wellenlängen vom genutzten Wirkprinzip (beispielsweise Modifikationsbearbeitung mit Filamenten) vorgegeben und auch durch das Bauprinzip das Lasers definiert.
Vor diesem Hintergrund geht die Erfindung von dem allgemeinen, als eigenständig erfinderisch angesehenen Grundsatz aus, dass die optische Beschichtung eines Glases hinsichtlich ihrer optischen oder Transmissionseigenschaften zwar einerseits für den eigentlichen Hauptzweck der Beschichtung, also beispielsweise bei der Ausgestaltung als Antireflexbeschichtung, als Strahlteiler oder andere mit jeweils entsprechender, an den jeweils vorgesehenen Anwendungszweck angepasster Transmissionscharakteristik in der Art eines entsprechenden Bandfilters, ausgelegt sein sollte. Andererseits sollte die optische Beschichtung aber auch für eine hohe Transmission im Bereich der Arbeitswellenlänge des Bearbeitungslasers und damit für den Prozess der Laserbearbeitung begünstigend ausgelegt sein. Dies kann beispielsweise durch eine oder einige bezüglich der eigentlich vorgesehenen Einzelschichten des Mehrschichtsystems zusätzlich hinzugefügte Einzelschichten erreicht werden, über die beispielsweise aufgrund der in solchen Systemen üblicherweise genutzten Interferenzeffekte gezielt der Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich des vorgesehenen Bearbeitungslasers weiter erhöht wird.
Da es sich bei den Bearbeitungslasern üblicherweise um Laser mit einer Arbeitswellenlänge im Infrarotbereich handelt, sollte insbesondere der Transmissionsgrad der Beschichtung im Wellenlängenbereich oberhalb von 1000 nm erhöht sein. Um dabei dennoch die Herstellungskosten für das Produkt begrenzt zu halten, sollte die Anzahl der Schichten des Mehrschichtsystems dennoch gering gehalten werden.
Die angegebenen Reflexionswerte sollen dabei das Maß für die Oberflächenreflexion an der beschichteten Oberfläche angeben, d. h. ohne Rückseitenreflexion. Dementsprechend, unter vernachlässigbarer Absorption in den die Beschichtung bildenden dielektrischen Schichten, ergibt sich für die Beschichtung als solche ein Transmissionsgrad von 100 % abzüglich der angegebenen Reflexionswerte; dies ist das Maß für die durch die Beschichtung hindurchdringende und in das Glas eindringende Strahlung. Für das erfindungsgemäße Glas ergibt sich in dieser Nomenklatur somit, dass das die optische Beschichtung bildende, aus höchstens sechs Einzelschichten bestehende Schichtsystem bei Wellenlängen zwischen 440 nm und 680 nm einen Transmissionsgrad von mindestens 98 % und bei Wellenlängen zwischen 1000 nm und 1100 nm einen Transmissionsgrad von mindestens 90% aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhafterweise umfasst die Beschichtung jeweils mindestens eine Schicht aus Zinnoxid, Nioboxid und/oder Siliziumdioxid. Vorteilhafterweise sind dabei die in Antireflexbeschichtungen typischerweise verwendeten Schichtdicken von jeweils bis zu etwa 130 nm vorgesehen. Die Schichten sind zweckmäßigerweise mittels eines Magnetron-Sputterprozesses als Beschichtungsverfahren aufgebracht. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Schichtsystem durch eine alternierende Folge von hoch- und niedrigbrechenden Schichten gebildet. Je nach vorgesehenem Anwendungszweck und gewünschten Transmissionseigenschaften können bevorzugt noch weitere geeignete Materialien als Schichten vorgesehen sein, beispielsweise Titanoxid oder Magnesiumfluorid.
In ganz besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Beschichtung des Glases gezielt für eine besonders gute Laserbearbeitung (insbesondere Modifikationsbearbeitung mit Filamenten) und die dabei üblicherweise genutzten Wellenlängen ausgelegt. Dafür ist vorteilhafterweise und in als eigenständig erfinderisch angesehener Ausgestaltung das Glas derart ausgeführt, dass es an seiner mit einem aus höchstens sechs Einzelschichten bestehenden Schichtsystem beschichteten Oberflächenseite bei Wellenlängen zwischen 440 nm und 680 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 2 % und bei einer Wellenlänge von etwa 1064 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 10 %, besonders bevorzugt höchstens 8 %, aufweist. Mit anderen Worten ist in dieser vorteilhaften und als eigenständig erfinderisch angesehenen Ausführungsform das Glas derart ausgeführt, dass das die optische Beschichtung bildende, aus höchstens sechs Einzelschichten bestehende Schichtsystem bei Wellenlängen zwischen 440 nm und 680 nm einen Transmissionsgrad von mindestens 98 % und bei einer Wellenlänge von etwa 1064 nm einen Transmissionsgrad von mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 92 %, aufweist.
Die vorgesehene Ausgestaltung der Beschichtung ist für einen Einsatz in allen Produkten vorteilhaft, in denen ein Antireflexglas für den optischen Bereich zum Tragen kommt. Insbesondere kann ein solchermaßen ausgestaltetes Glas als Bilderglas für hochwertige Bilderahmungen, Videokonferenzsysteme, Strahlteiler (Medizin), Sichtkühlschränke, Sichtbacköfen oder dergleichen ausgestaltet sein. In ganz besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist das Glas mit einer Antireflex-Beschichtung versehen und als antireflektiv beschichtetes Displayglas, vorzugsweise zur Verwendung im Innenraum eines Kraftfahrzeugs, ausgestaltet.
Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem beim Vereinzeln eines beschichteten Glases der vorstehend definierten Art in eine Mehrzahl von Gläsern mittels eines Lasers entlang einer vorgesehenen Schnittlinie eine durch eine Anzahl von Filamenten gebildete Perforation in dem Glas erzeugt und dieses anschließend entlang der Schnittlinie gebrochen wird.
Besonders bevorzugt und in als eigenständig erfinderisch angesehener Ausgestaltung wird zur Erzeugung einer Perforation entlang einer vorgegebenen Schnittlinie in einem mit einer optischen Beschichtung versehenen Glas der vorstehend definierten Bauweise zum Zweck der Vereinzelung in eine Mehrzahl von Gläsern ein Perforationslaser verwendet.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die spezifische Ausgestaltung, ggf. Modifikation, der auf dem Glas vorgesehenen optischen Beschichtung im Sinne einer gezielten Erhöhung des Transmissionsgrades im Bereich von Lichtwellenlängen, bei denen der vorgesehene Bearbeitungslaser arbeitet, eine Grundvoraussetzung für eine zuverlässige und hoch präzise Laserbearbeitung des beschichteten Glases, nämlich ein besonders gutes optisches Eindringen des Laserstrahls in das Glassubstrat, erreicht wird. Entsprechend dem Grundsatz: „Je höher die Transmission im Wellenlängenbereich des Lasers ist, um so einfacher und effizienter gestaltet sich die Lasermaterialbearbeitung“ ergeben sich besondere Vorteile in einer gesteigerten Wirtschaftlichkeit. verbesserten Prozessgüte und Produktqualität. So kann beispielweise durch die Optimierung des Schichtdesigns für ein gewöhnliches doppelseitig beschichtetes Antireflexsystem die Transmission von ca. 68 % auf über 80 % erhöht werden. Diese Verbesserung kann nahezu vollständig bei der Laserbearbeitung als Vorteil im Sinne von erhöhter Produktqualität und Prozesssicherheit, Verminderung der Ausschussquote beim Vereinzeln und Verminderung der Betriebskosten erhalten werden.
Die Erfindung bezieht sich sowohl auf einseitige als auch doppelseitige Beschichtungen und beschränkt sich nicht auf eine vorgegebene Beschichtungstechnologie (CVD, PVD), Substrate oder Schichtsysteme.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 ausschnittsweise ein mit einer optischen Beschichtung versehenes Glas im Querschnitt,
2 schematisch ein Schneidsystem zum Schneiden von Glaselementen, und
3 ein Diagramm mit Reflexionsspektren des einseitig beschichteten Glases gem. 1 im Vergleich zu einem Referenzglas.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Das Glas 1 gemäß 1 ist als hochwertiges Spezialglas ausgeführt und für Anwendungen beispielsweise in Rückblickspiegeln für Kraftfahrzeuge, als Fensterelement im Bauwesen, in Handy-Displays, als Dekorationselement, zur Bildung von Strahlteilern oder als Passfilter vorgesehen. Zu diesem Zweck umfasst es ein Glassubstrat 2, das mit einer durch ein mehrlagiges Schichtsystem 4 gebildeten optischen Beschichtung 6 versehen. Im Ausführungsbeispiel ist - im Hinblick auf den vorgesehenen Anwendungszweck - das Schichtsystem 4 als Antireflexionsbeschichtung ausgeführt; die nachfolgenden Ausführungen sind somit auf die Funktion als Antireflexionsbeschichtung ausgerichtet. Das als erfindungswesentlich angesehene Konzept kann aber auch auf andere Anwendungszwecke und entsprechend andere Grundkonzeptionen der Beschichtung 6 angewendet werden; auch solche Abwandlungen sollen als vom Schutzbereich der Erfindung erfasst angesehen werden.
Im Hinblick auf die im Ausführungsbeispiel vorgesehene Ausführung des Schichtsystems 4 als Antireflexionsbeschichtung ist das Schichtsystem 4 als mehrlagiges Schichtsystem oder Mehrschichtsystem ausgeführt und umfasst jeweils eine Zinnoxid-Schicht 8 (unmittelbar auf dem Glassubstrat 2), eine Nioboxid-Schicht 10 und eine Siliziumdioxid-Schicht 12. Bei der Herstellung des Schichtsystems 4 werden die die Beschichtung 6 bildenden Schichten 8, 10, 12 durch herkömmliche Oberflächen-Beschichtungsverfahren, insbesondere ein Magnetron-Sputterverfahren, auf das Glassubstrat 2 aufgebracht.
Die dem Glassubstrat 2 benachbarte Zinnoxid-Schicht 6 hat dabei vorzugsweise eine Schichtdicke von 30 bis 50 nm, die Nioboxid-Schicht 8 60 bis 120 nm und die Siliziumdioxid-Schicht 10 20 bis 40 nm.
Im Hinblick auf das eigentliche Auslegungsziel der Beschichtung 4, nämlich als Antireflexionsbeschichtung mit einem besonders gering gehaltenen Reflexionsgrad und entsprechend einem besonders hoch gehaltenen Transmissionsgrad im Bereich optisch sichtbarer Lichtwellenlängen (ca. 400 nm bis 700 nm), könnte das Schichtsystem 4 als Dreischichtsystem oder Dreischichter ausgeführt sein und lediglich aus den erwähnten drei Schichten 8, 10, 12 bestehen. Damit wäre es möglich, mit vergleichsweise gering gehaltenen Herstellungskosten zuverlässig die gewünschten Schichteigenschaften bereitzustellen.
Das Glas 1 und insbesondere dessen die Beschichtung 4 bildendes Schichtsystem ist aber noch für ein weiteres Auslegungsziel geeignet ausgestaltet, nämlich für eine besonders gute Verwendbarkeit in einem Laserbearbeitungsschritt bei der Vereinzelung des beschichteten Glases 1 in eine Vielzahl einzelner Glaselemente.
Bei der Herstellung des beschichteten Glases 1 wird nämlich in an sich üblicher Weise zunächst das die Beschichtung 4 bildende Mehrschichtsystem 2 mittels eines geeigneten Beschichtungsverfahren, beispielsweise Kathodenzerstäubung („Sputtern“), chemical oder physical vapor deposition oder dergleichen, auf ein vergleichsweise groß ausgedehntes Glassubstrat 2 oder Glaselement, insbesondere ein Flachglaselement, aufgebracht. Das solchermaßen in der Art eines Zwischenprodukts hergestellte Glaselement wird anschließend einem Trenn- oder Schneidprozess unterworfen, um es in die eigentlichen Glasbauteile zu vereinzeln. Die Durchführung dieses Trenn- oder Vereinzelungsschritts soll gerade im Hinblick auf möglicherweise komplexe Schnittformen oder hohe Präzisionsanforderungen durch Nutzung eines laserbasierten Verfahrens, nämlich im Ausführungsbeispiel dem Laserfilament-Schneiden, erfolgen. Die Laserbearbeitung soll dabei in einem Schneidsystem 20 erfolgen, wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist.
Das Schneidsystem 20 ist zum Schneiden von der vorstehend beschrieben beschichteten Glassubstrate 2 durch Laserfilament-Schneiden vorgesehen. Dazu umfasst das Schneidsystem 20 einen für die Filamentierung ausgelegten Perforierungslaser 24, der über eine zugeordnete Steuerungseinrichtung 26 steuerbar ist. Über die Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung 26 kann der Fokuspunkt des Perforierungslasers 24 entlang einer vorgebbaren Schnittlinie 28 auf der Oberfläche des zu schneidenden Glassubstrats 2 geführt werden. Infolge der Auslegung des Perforierungslasers 24 kommt es an der Stelle, an der der Brennpunkt liegt, zu einer lokalen Erhitzung im Glasmaterial, der Ausbildung lokaler Spannungen und zu einer Änderung der Brechzahl, so dass letztlich infolge nichtlinearer optischer Effekte im Glasmaterial entlang der Schnittlinie 28 so genannte Filamente entstehen, die die gewünschte Perforation 30 bilden.
Zum eigentlichen Schneiden des Glassubstrats 2, also zur Separation und Vereinzelung der Teile entlang der Schnittlinie 28 und der Perforation 30, ist nachfolgend zur Filamentierung, also nach Einbringung der Perforation 30, ein weiterer Behandlungsschritt vorgesehen, bei dem das Glassubstrat 2 gebrochen wird. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel mit einem Trennlaser 32. Über den Trennlaser 32, der im Ausführungsbeispiel als CO₂-Laser ausgeführt ist, wird thermisch eine lokale Spannung im Glassubstrat 2 erzeugt, die ihrerseits die Entstehung eines Bruchs im Glassubstrat 2 auslöst. Es handelt sich somit im Ausführungsbeispiel um einen thermomechanischen Effekt zur Bruchauslösung. Dabei ist auch der Trennlaser 32 über die Steuerungseinrichtung 26 ansteuerbar, so dass auch sein Fokuspunkt entlang der vorgegebenen Schnittlinie 28 auf der Oberfläche des Glassubstrats 2 geführt und der Bruch entsprechend geeignet ausgelöst werden kann.
Im Hinblick auf eine besonders effiziente und zuverlässige Prozessführung mit besonders gering gehaltenen Ausschussquoten ist die Beschichtung 6 des Glases hinsichtlich ihrer optischen oder Transmissionseigenschaften zwar einerseits für ihren eigentlichen Hauptzweck, also im Ausführungsbeispiel gute Antireflex-Eigenschaften im sichtbaren optischen Bereich, andererseits aber auch für eine hohe Transmission im Bereich der Arbeitswellenlänge des Perforationslasers 24 und/oder des Trennlasers 32 ausgelegt. Im Ausführungsbeispiel wird dies durch einige geeignet gewählte zusätzlich hinzugefügte Einzelschichten des Schichtsystems 4 erreicht, über die aufgrund von Interferenzeffekten gezielt der Transmissionsgrad im Wellenlängenbereich des vorgesehenen Bearbeitungslasers weiter erhöht wird.
Beim Filament- oder Modifikationslaserbearbeiten im in 2 gezeigten Schneidsystem liegt die Arbeitswellenlänge des Perforationslasers 24 üblicherweise im infraroten Spektralbereich, im Ausführungsbeispiel bei 1064 nm aufgrund der dort vorgesehenen Verwendung eines NdYAG-Lasers als Perforationslaser 24. Diese Wellenlänge ermöglicht eine vorteilhafte Bearbeitung des Glassubstrats 2, im Ausführungsbeispiel unbeschichtetes Floatglas, das in diesem Bereich eine hohe Transmission aufweist. Diese liegt bei ca. 85 %. Bei typischen Antireflexsystemen ist jedoch bei 1064 nm eine Transmission von lediglich etwa 77 % für eine einseitige und von ca. 68 % für eine beidseitige Entspiegelung zu verzeichnen.
Den größten Einfluss hat die Beschaffenheit der ersten Grenzfläche beim Eintritt der Laserstrahlung in das Substrat. Falls die Grenzschicht nicht mit einem ausreichenden Energieniveau passiert werden kann, wird die Ausbildung der Filamente beeinträchtigt. Unter einem gewissen Energieniveau werden gar keine fadenförmigen Modifikationen mehr ausgebildet. Da der Laserprozess meist derart ausgelegt ist, dass die Filamente prozesssicher durch das Substrat schneiden und somit die theoretischen Filamentierungen über die untere Grenzfläche hinausragen, kommt auch der Gestaltung der unteren Grenzfläche eine, wenn auch geringer ausgeprägte, Rolle zu. Der Einfluss ist im Vergleich zur Eintrittsgrenzfläche deutlich kleiner.
Übliche Vorgehensweise ist bei einseitig beschichteten Gläsern, dass die schichtabgewandte Seite die erste Grenzfläche für den Lasereintritt darstellt. Es ist offensichtlich, dass durch diese Maßnahme die Defekthäufigkeit für Oberflächenschäden, wie Kratzer oder dergleichen steigt, da die Substrate auf der beschichteten Seite gehandhabt und/oder berührt werden. Falls die beschichtete Seite die erste Grenzfläche sein muss (z. B. bei doppelseitig oder empfindlichen einseitig beschichteten Gläsern), werden die Laserparameter angepasst (Erhöhung der Laserleistung, Reduktion des Vorschubes), was die Bearbeitung erschwert und unwirtschaftlicher macht.
Diesen Kriterien wurde bei der Auslegung des Schichtsystems 4 Rechnung getragen. Um andererseits aber auch die Produktkosten begrenzt zu halten, ist vorgesehen, die angestrebten Modifikationen der Transmissionseigenschaften im Sinne einer Begünstigung des Laserprozesses mit einer möglichst geringen Anzahl von zusätzlichen Schichten zu erreichen. Insgesamt soll die Anzahl der Einzelschichten des Schichtsystems 4 sechs nicht überschreiten.
Im Ausführungsbeispiel ist das Schichtsystem 4 daher, wie in 1 gezeigt, als Sechsfach-Schichtsystem oder Sechsschichter ausgeführt. Zusätzlich zu den Schichten 8, 10, 12 sind noch eine zweite Siliziumdioxid-Schicht 40, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 10 bis 30 nm, eine zweite Nioboxid-Schicht 42, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 30 bis 60 nm, und eine dritte Siliziumdioxid-Schicht 44, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 80 bis 130 nm, vorgesehen.
Im Ausführungsbeispiel weist das Schichtsystem 4 dabei folgende konkrete Schichtfolge auf (zum Vergleich ist ein herkömmliches, lediglich für gute Transmissionseigenschaften im optisch sichtbaren Bereich ausgelegtes Schichtsystem ebenfalls angegeben):

Material Standardschichtsystem Schichtsystem 4

Zinnoxid 31 nm 49 nm

Siliziumoxid 31 nm 20 nm

Nioboxid 118 nm 61 nm

Siliziumoxid - 13 nm

Nioboxid - 44 nm

Siliziumoxid 98 nm 106 nm
In 3 ist ein Diagramm 46 mit den Reflexionsspektren von Gläsern mit diesen Beschichtungen im Vergleich zueinander dargestellt. Dabei ist, als Funktion der Wellenlänge des einfallenden Lichts oder der einfallenden Strahlung, der Reflexionswert (in %) an der mit dem Schichtsystem 4 versehenen Oberfläche des jeweiligen Glases 1, also ohne Berücksichtigung einer weiteren Reflexion an der Rückseite des Glases 1, dargestellt. Die Transmission des Schichtsystems 4, und damit der Anteil des in das Glas 1 eindringenden Strahlung, ergibt sich dann als 100 % abzüglich des gezeigten Reflexionswertes, da eine Absorption innerhalb des Schichtsystems 4 vernachlässigt werden kann. Diese Transmission des Schichtsystems 4, also das Maß für die in das Glas 1 eindringende Strahlung, ist unter anderem auch entscheidend für den oben beschriebenen Modifikations- oder Filamentierungsprozess.
Beim Spektrum gem. 3 ist deutlich erkennbar, dass das Schichtsystem 4 zwar einerseits im Wellenlängenbereich zwischen 440 nm und 680 nm durchgängig eine geringe Oberflächenreflexion von weniger als 2 % (korrespondierend zu einer hohen Transmission von mindestens 98 %) und somit die auslegungsgemäß gewünschten Antireflexeigenschaften (mit einer Oberflächenreflexion von durchgängig weniger als 2 %) aufweist. Andererseits weist das Schichtsystem 4 im Gegensatz zum Referenzsystem aber auch im Wellenlängenbereich zwischen 1000 nm und 1100 nm und damit im für den Perforationslaser 24 wichtigen Arbeitsbereich durchgängig einen geringen Oberflächen-Reflexionsgrad von weniger als 10 % und dementsprechend einen hohen Transmissionsgrad von mindestens 90 % auf und ist somit für eine dem Beschichtungsprozess nachfolgende Laserbearbeitung hervorragend geeignet. Gerade bei der als für den Modifikations- oder Filamentierungsschritt besonders bedeutsam angesehenen Wellenlänge von 1064 nm weist das Schichtsystem 4 zudem einen Reflexionswert von 8 %, also von weniger als 10 %, auf, entsprechend einem Transmissionsgrad des Schichtsystems 4 von 92 %. Insbesondere ist in diesem Wellenlängenbereich der Anteil der eindringenden Strahlung, gegeben durch den Transmissionsgrad, im Vergleich zum Referenzsystem von 85,7 % auf 92,38 %, oder relativ gesehen um ca. 8 %, erhöht.
Die eigentliche Funktionalität des Schichtsystems (4) ist dabei nur unwesentlich beeinträchtigt. Die Lichtreflexion (D65, 10°) erhöht sich von 0,33 % auf 0,39 %.
Als Kriterien für die Auslegung des Schichtsystems 4 hinsichtlich Anzahl, Material und Schichtdicken der Einzelschichten werden besonders bevorzugt berücksichtigt:

- Optische Werte für den Hauptnutzen, wie z. B. antireflektive Wirkung im sichtbaren Bereich des Menschen. Hier werden sowohl Lichteinfallswinkel als auch Blickrichtung definiert. Die Blickrichtung ist oft 90°, da der Nutzer meist senkrecht auf die Applikation sieht, wie beispielsweise bei einem Bildschirm
- Farbe der Restreflexion und in Transmission. Die Beschichtung erzeugt üblicherweise eine Farbe. Für die Transmission wird meist eine relative Farbneutralität gefordert (leicht grün, violett oder blau) und in Reflektion wird oft eine klare Farbe gewünscht. Für viele Anwendungen ist diese Auslegung eine wichtige Eigenschaft für den Nutzer: z. B. Sollen die Displays im ausgeschalteten Zustand elegant blau spiegeln?
- Stabilität des Systems unter unterschiedlichen Einfalls- und Blickwinkeln: Stark wechselnde Eigenschaften sind meist unerwünscht. Bei der seitlichen Betrachtung eines Displays, wie beispielsweise vom Beifahrersitz eines Kraftfahrzeugs aus, soll das Bild noch ohne störende Effekte wahrgenommen werden können. Auch der Farbeindruck soll sich möglichst kaum verändern.
- Defektfreiheit: Je nach Beschichtungsverfahren, Applikationsweise, Beschichtungsanlage, Arbeitspunkt der Beschichtungsanlage, Abscheideverfahren, den verwendeten Materialien und dergleichen, werden Defekte ausgeprägt. Beispielsweise werden im Dip-Coating meist flecken- oder schlierenförmige Fehler generiert, während das Sputtern zu Staubbildung neigt, die sich in punktförmigen Schadstellen äußert.
- Sonstige Funktionen: Leitfähigkeit, Antifog, Easy to Clean,..
- Beständigkeiten: Kratzfestigkeit, Schichthaftung, UV-Beständigkeit, Beständigkeit gegen Medien (Salze, Öle,..), Alterungsbeständigkeit,...
- Wirtschaftlichkeit: Die eingesetzten Beschichtungsmaterialien weisen stark unterschiedliche Preise auf. Die Schichtdicken sind proportional für Kosten verantwortlich. Die zulässigen Abscheideraten (Eine Funktion von Maschine, Verfahren, Arbeitspunkt, Abscheideverfahren und Beschichtungsqualität) spielen eine wesentliche Rolle für Personal-, Maschinen- und Energiekosten.
- Die Komplexität des Schichtaufbaus ist ein Kriterium dafür, wie leicht die Beschichtung hergestellt werden kann. Oftmals ist die Gesamtanzahl der Schichten durch die Maschinentechnik begrenzt (Durchlaufanlagen.) Je nach gewähltem Design addieren sich die Fehler der Einzelschichten, so dass komplexe Mehrschichter generell aufwändiger in der Produktion überwacht werden müssen.

Bezugszeichenliste

1: Glas
2: Glassubstrat
4: Schichtsystem
6: Beschichtung
8: Zinnoxid-Schicht
10: Nioboxid-Schicht
12: Siliziumdioxid-Schicht
20: Schneidsystem
24: Perforationslaser
26: Steuerungseinrichtung
28: Schnittlinie
30: Perforation
32: Trennlaser
40: Siliziumdioxid-Schicht
42: Nioboxid-Schicht
44: Siliziumdioxid-Schicht
46: Diagramm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2013/0126573 A1 [0004]

Claims

Glas (1), das an seiner Oberfläche mit einer durch ein mehrlagiges Schichtsystem (4) gebildeten optischen Beschichtung (6) versehen ist, wobei das die optische Beschichtung (6) bildende Schichtsystem (4) höchstens sechs Einzelschichten umfasst, und das an seiner beschichteten Oberflächenseite bei Wellenlängen zwischen 440 nm und 680 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 2 % und bei Wellenlängen zwischen 1000 nm und 1100 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 10 % aufweist.
Glas (1), insbesondere nach Anspruch 1, das an seiner beschichteten Oberflächenseite bei Wellenlängen zwischen 440 nm und 680 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 2 % und bei einer Wellenlänge von etwa 1064 nm einen Reflexionsgrad von höchstens 10 % aufweist.
Glas (1) nach Anspruch 1 oder 2, dessen die Beschichtung (6) bildendes Schichtsystem (4) jeweils mindestens eine Schicht (8, 10, 12) aus Zinnoxid, Nioboxid und/oder Siliziumdioxid aufweist.
Glas (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Schichtsystem (4) durch eine alternierende Folge von hoch- und niedrigbrechenden Schichten gebildet ist.
Antireflektiv beschichtetes Displayglas, insbesondere zur Verwendung im Innenraum eines Kraftfahrzeugs, das als Glas (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgestaltet ist.
Verfahren zum Vereinzeln eines Glases (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in eine Mehrzahl von Gläsern (1), bei dem mittels eines Lasers (24) entlang einer vorgesehenen Schnittlinie (28) eine durch eine Anzahl von Filamenten gebildete Perforation (30) in dem Glas (1) erzeugt und dieses anschließend entlang der Schnittlinie (28) gebrochen wird.
Verwendung eines Perforationslasers (24) zur Erzeugung einer Perforation (30) entlang einer vorgegebenen Schnittlinie (28) in einem mit einer optischen Beschichtung (4) versehenen Glas (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Zweck der Vereinzelung in eine Mehrzahl von Gläsern (1).