DE102019129036A1

DE102019129036A1 - Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben und verfahrensgemäß hergestellte Glasscheibe sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102019129036A1
Application number: DE102019129036.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Kurek; Martin Kurz; Andreas Ortner; Olaf Claussen
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-04-29
Also published as: US20210179474A1; JP2021066655A; KR20210052277A; CN112723728A; TW202116692A

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von ultradünnen Glasscheiben zur Verfügung zu stellen, das unter Berücksichtigung verschiedener Abkühlraten, insbesondere trotz hoher Abkühlraten, eine hohe Kantenfestigkeit der mit dem Verfahren hergestellten Glasscheiben garantiert.Dazu ist ein Verfahren mit den folgenden Schritten vorgesehen:- Heißformen eines kontinuierlichen Glasbands (4) mit einer vorgegebenen Glasdicke (d) im Bereich von 15 µm bis 2 mm aus einer Glasschmelze (10),- Abkühlen des Glasbands (4) mit einer Abkühlrate, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke (d), die bevorzugt im Bereich zwischen 30 µm und 100 µm, liegt, gewählt wird, wobei mit geringerer Glasdicke (d) die Abkühlrate erhöht wird,- Erzeugen eines Laserstrahls (20) mittels zumindest einem Ultrakurzpulslaser (16)- Erzeugen eines Fokusbereichs (22) des Laserstrahls (20) mittels einer strahlformenden Optik derart, dass der Fokusbereich (22) länger als die Glasdicke des Glasbands (4) ist,- Einfügen von Sollbruchlinien (12) aus filamentförmigen Schädigungen (14) in das Glasband (4) mit dem Laserstrahl (20), so dass sich die filamentförmigen Schädigungen (14) bevorzugt von einesr Seitenfläche (51) zur gegenüberliegenden Seitenfläche (52) des Glasbands (4) erstrecken, und wobei die filamentförmigen Schädigungen (14) entlang der Sollbruchlinien (12) beabstandet eingefügt werden,- wobei Quer-Sollbruchlinien (121) quer zum Glasband (4) und Längs-Sollbruchlinien (122) beidseitig längs zum Glasband (4) mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte (13) aufweisen, erzeugt werden,- Abtrennen der Borten (13) entlang der Längs-Sollbruchstellen (122) unter Bildung von Kanten (30) sowie- Abtrennen von Glasscheiben (2) durch Auftrennen an den quer zum Glasband (4) laufenden Quer-Sollbruchlinien (122) unter Bildung von Kanten (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von ultradünnen Glasscheiben, also Gläsern mit einer Glasdicke von 15 µm bis 2 mm, durch Laser-Filamentierung für das Einfügen von Sollbruchlinien am Endlos-Glasband und das anschließende Abtrennen der prozessbedingt verdickten Borten, das heißt der wulstartigen Verdickungen an den beiden Rändern in Längsrichtung des Glasbands, sowie das Abtrennen der Glasscheiben in Querrichtung des Glasbands. Unter die ultradünnen Glasscheiben fallen dabei auch sogenannte Glasfolien.
Beschreibung
Durch die Laser-Filamentierung für den Bortenschnitt und die Quervereinzelung am Glasband und gegebenenfalls in Kombination mit einem späteren Trennen des Glases sind höhere Glasband-Geschwindigkeiten bzw. Ziehgeschwindigkeiten und Schnittgeschwindigkeiten im Schneidprozess möglich als beispielsweise beim Rädchenschnitt, bei dem insbesondere durch die von einem Werker durchzuführenden Trenn- und Ablageprozesse die erzielbaren Schnittgeschwindigkeiten für Borte und Querritz limitiert sind. Die Laser-Filamentierung ist zudem ein partikelarmes Verfahren, so dass weniger Kontaminationen und Kratzer im Glas vorliegen.
Das Trennen von Glasscheiben durch das Einfügen von Filamenten durch Uitrakurzpuls-Laser ist an sich bekannt. Entsprechende Verfahren werden unter anderem in der
WO 2018/020145 A1 , der WO 2017/055576 A1 , der US 2018/0057390 A1 , und der
US 2017/0120374 A1 beschrieben.
Da die Einhaltung bestimmter Geometriefaktoren wegen der Verwölbungen und der Dickenvariation etc. bestimmte Mindest-Ziehgeschwindigkeiten bei ultradünnen Gläsern erfordern, kommt es bei hohen Ziehgeschwindigkeiten zu erheblichen Abkühlraten. Die hohen Abkühlraten führen üblicherweise zu inneren Spannungen im Glas, was in einer verminderten Kantenfestigkeit beim Glasschnitt resultiert, so dass hohe Abkühlraten üblicherweise nachteilhaft sind.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein besonders wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von ultradünnen Glasscheiben zur Verfügung zu stellen, das unter Berücksichtigung verschiedener Abkühlraten, insbesondere trotz hoher Abkühlraten, eine hohe Kantenfestigkeit der mit dem Verfahren hergestellten Glasscheiben garantiert. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Daher sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben mit den folgenden Schritten vor:

- Heißformen eines kontinuierlichen, insbesondere eines kontinuierlich gezogenen, Glasbands mit einer vorgegebenen Glasdicke im Bereich von 15 µm bis 2 mm aus einer Glasschmelze,
- Abkühlen des Glasbands mit einer Abkühlrate, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke, gewählt wird, wobei mit sinkender bzw. geringerer Glasdicke die Abkühlrate erhöht wird,
-Erzeugen eines Laserstrahls mittels zumindest einem Ultrakurzpulslaser,
- Erzeugen eines Fokusbereichs des Laserstrahls mittels einer strahlformenden Optik derart, dass der Fokusbereich länger als die Glasdicke des Glasbands ist,
- Einfügen von Sollbruchlinien aus filamentförmigen Schädigungen in das Glasband mit dem Laserstrahl, so dass sich die filamentförmigen Schädigungen bevorzugt von einer Seitenfläche zur gegenüberliegenden Seitenfläche des Glasbands erstrecken, und wobei die filamentförmigen Schädigungen entlang der Sollbruchlinien beabstandet eingefügt werden,- wobei Quer-Sollbruchlinien quer zum Glasband und Längs-Sollbruchlinien beidseitig längs zum Glasband mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte aufweisen, erzeugt werden,
- Abtrennen der Borten entlang der Längs-Sollbruchstellen unter Bildung von Kanten, bevorzugt mit vorgegebener Kantenfestigkeit, sowie
- Abtrennen von Glasscheiben durch Auftrennen an den quer zum Glasband laufenden Quer-Sollbruchlinien unter Bildung von Kanten, bevorzugt mit vorgegebener Kantenfestigkeit.

Der Laserstrahl kann durch die strahlformende Optik insbesondere als Bessel-Strahl geformt werden.
Die für das genannte Verfahren entsprechende Vorrichtung zur Herstellung von Glasscheiben umfasst bevorzugt

- eine Vorrichtung zum Heißformen eines kontinuierlichen Glasbands mit einer vorgegebenen Glasdicke im Bereich von 15 µm bis 2 mm aus einer Glasschmelze,
- mindestens einen Ultrakurzpulslaser und eine strahlformende Optik, die einen Bessel-Strahl erzeugt, mit dem als Strahlprofil ein Fokusbereich erzeugt wird, der länger als die Glasdicke eingestellt wird, um in die Tiefe gehende, voneinander beabstandete, filamentförmige Schädigungen in einem vorbestimmten Volumen des Glasbands zu erzeugen, zur Bildung von Quer-Sollbruchlinien quer zum Glasband und zur Bildung von Längs-Sollbruchlinien beidseitig längs zum Glasband mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte aufweisen,
- eine Bewegungseinrichtung zur Positionierung des Laserstrahls entlang eines vorgesehenen Verlaufs der Sollbruchlinien auf dem Glasband,
- eine Kühleinrichtung, welche so angeordnet und eingerichtet ist, dass diese das Glasband vor, während und/oder nach dem Einfügen der filamentförmigen Schädigungen in das Glasband mit einer Abkühlrate abkühlt, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke gewählt wird, wobei mit sinkender Glasdicke die Abkühlrate erhöht wird. Weiterhin kann eine Abtrennvorrichtung vorgesehen werden, welche so angeordnet und eingerichtet ist, dass diese die Borten entlang der Längs-Sollbruchstellen und die Glasscheiben durch Auftrennen an den quer zum Glasband laufenden Quer-Sollbruchlinien jeweils unter Bildung von Kanten, bevorzugt mechanisch, separiert.

Die Positionierung des Laserstrahls durch die Bewegungseinrichtung kann durch zumindest einen der Schritte Bewegen des Glasbands, Bewegen des zumindest einen Ultrakurzpulslasers, Bewegen oder Einstellen der strahlformenden Optik erfolgen.
Die bevorzugte Glasdicke liegt dabei bei gleich oder kleiner als 100 µm, bei kleiner als 70 µm, gleich oder kleiner als 50 µm, gleich oder kleiner als 30 µm oder bei kleiner als 20 µm.
Das Glasband wird vorzugsweise in einem Down-Draw-Verfahren schnell gezogen, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 1 Meter pro Minute bis 50 Meter pro Minute. Das Verfahren ist aber nicht auf das Down-Draw-Verfahren beschränkt. Möglich ist auch ein Ziehen im Overflow-Fusion-Verfahren oder weiteren Verfahren, die geeignet sind, dünne Glasbänder herzustellen.
Das Einfügen der Sollbruchlinien aus filamentförmigen Schädigungen erfolgt bevorzugt beim Down-Draw-Verfahren, gemäß einer Ausführungsform nach einem Umlenken des Glasbands in die Horizontale.
Das Glasband wird bevorzugt schnell abgekühlt, insbesondere können Abkühlraten von gleich oder größer als 40 K/s verwendet werden. Insbesondere können die Abkühlraten auch deutlich größer sein, bevorzugt gleich oder größer als 100 K/s, besonders bevorzugt von gleich oder größer als 150 K/s oder sogar von gleich oder größer als 200 K/s.
Das Glasband wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung mit einer dickenabhängigen Abkühlrate abgekühlt, bevorzugt mit einer Abkühlrate, die im Bereich von (1/d) · 4500 Kelvin/(s · µm) bis (1/d) · 9000 Kelvin/(s · µm) liegt, wobei d die Dicke des Glasbands bezeichnet.
Somit wird mit vorgegebener kleinerer Dicke des Glasbands die Abkühlrate erhöht bzw. mit vorgegebener größerer Dicke des Glasbands die Abkühlrate abgesenkt/erniedrigt.
Um nachfolgend eine zuverlässige und leichte Trennbarkeit der Borten vom Glasband und der Abtrennung einzelner Glasscheiben zu erreichen, erfolgt das Abkühlen des Glasbands bevorzugt vor dem Einfügen der Sollbruchlinien im Bereich der Glasübergangstemperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes, besonders bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur. Zur Optimierung des Verfahrens kann das Abkühlen des Glasbands optional zusätzlich auch während und/oder nach dem Einfügen der Sollbruchlinien erfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Abkühlen in einem Kühlofen, insbesondere mit Heizelementen, oder durch Anblasen mit oder Aufspritzen von einem Kühlfluid, insbesondere mit Luft, anderen gasförmigen Medien oder einem Aerosol. Bei letzterem kann die Abkühlrate beispielsweise durch Regelung der Durchflussmenge des Kühlfluids an die Prozessparameter Glasbandtemperatur und Vorschubgeschwindigkeit angepasst/bestimmt werden, um unerwünschte Spannungen im Glasband zu verhindern.
Gemäß einem besonders bevorzugten Aspekt wird über die strahlformende Optik die Intensitätsverteilung im Glas und damit auch die Form der filamentförmigen Schädigungen gezielt eingestellt. Dafür wird das Strahlprofil durch eine entsprechende strahlformende Optik vorzugsweise so eingestellt, dass die Lichtintensität des Laserstrahls, beziehungsweise dessen Ausdehnung, in Richtung der Sollbruchlinien größer ist als quer dazu.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird durch die strahlformende Optik ein Strahlprofil mit lateraler Vorzugsrichtung erzeugt, bevorzugt ein elliptisches, lanzettenförmiges, tropfenförmiges, mit zwei zueinander beabstandeten Strahlen- (z.B. als Doppel-Bessel-Strahl), rauten- hantel-, keil-, oder spot-förmiges Strahlprofil, oder auch ein Strahlprofil mit einem Hauptstrahl und einem Satelliten mit geringerer Intensität. Dadurch lassen sich nahezu beliebige Konturen mit besonders hoher Kantengüte bzw. Kantenfestigkeit nach dem Abrennen der Borten und der Vereinzelung der Glasscheiben erzeugen.
Die Geschwindigkeit und die Wiederholrate des Ultrakurzpulslasers werden bevorzugt so eingestellt, dass die filamentförmigen Schädigungen in einem Abstand nebeneinander eingefügt werden, der höchstens so groß wie die Glasdicke ist. Vorzugsweise weisen die filamentförmigen Schädigungen mittlere Abstände zueinander im Bereich von 1 µm bis 10 µm, bevorzugt von 3 µm bis 8 µm auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von Glasscheiben erfolgt die Reihenfolge des Einfügens der Sollbruchlinien erst quer zum Glasband, wodurch die Quer-Sollbruchlinien erzeugt werden, und dann beidseitig längs zum Glasband mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte aufweisen, zur Erzeugung der Längs-Sollbruchlinien. Auf diese Weise wird das Glasband nach dem Einfügen der Quer-Sollbruchlinien noch durch die Borten zusammengehalten und dadurch mechanisch stabilisiert.
Es wurde ferner herausgefunden, dass die Kantenfestigkeit bei dünneren Gläsern einhergehend mit höherer Abkühlrate abnimmt, und dass umgekehrt die Kantenfestigkeit bei dickeren Gläsern mit geringerer Kühlrate zunimmt. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Glasscheiben mit Kanten mit einer kühlabhängigen Kantenfestigkeit KGK hergestellt, die der folgenden Formel genügen: ${kG}_{k} = KG / K,$
beziehungsweise $kG = {KG}_{k} *K .$
Hierbei bezeichnet KG einen Festigkeitswert in MPa und K die Abkühlrate in Kelvin/s. Insbesondere kann mittels dem hier offenbarten Trennverfahren ein Koeffizient KG_k erreicht werden, der für eine Glasdicke von mindestens 30 µm größer als 0,2 MPa*s/Kelvin, bevorzugt größer als 0,5 MPa*s/Kelvin, beträgt. Für eine Glasdicke von mindestens 50 µm kann die kühlabhängige Kantenfestigkeit KGK größer als 0,5 MPa*s/Kelvin, bevorzugt größer als 0,9 MPa*s/Kelvin betragen. Für eine Glasdicke von mindestens 100 µm ist gemäß noch einer Ausführungsform die kühlabhängige Kantenfestigkeit KGK größer als 1,5 MPa·s/Kelvin, bevorzugt größer als 2 MPa·s/Kelvin.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Glasbands vorzugsweise zumindest mit einer Anpress-Rolle, einer Anpresskante oder einer Ansaugeinrichtung ausgestattet zur Fixierung der Lage des Glasbands innerhalb des Fokusbereichs. Damit wird das Glasband im Hinblick auf die Lage des Fokus des Ultrakurzpulslasers und die Anordnung der Sollbruchstellen aus filamentartigen Schädigungen festgelegt und ein Herauslaufen des Glasbands aus dem Bereich des Fokus des Bessel-Strahls vermieden.
Insbesondere kann durch die Fixierung auch die Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile erhöht werden, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirkt.
Das Abtrennen der Borten an den Längs-Sollbruchstellen und das Abtrennen von Glasscheiben durch Auftrennen an den quer zum Glasband laufenden Quer-Sollbruchlinien erfolgt vorzugsweise mechanisch. Es hat sich gezeigt, dass die Auftrennung an der Sollbruchlinie im Allgemeinen kaum einer mechanischen Einwirkung bedarf. Oft reichen die Bewegungen und Spannungen beim Transport des Glasbands bereits aus, um die Sollbruchstelle aufzutrennen.
Mit dem Verfahren zur Herstellung von ultradünnen Glasscheiben gemäß dieser Offenbarung können auch besonders hohe Schnittgeschwindigkeiten, insbesondere bis 5 m/s, besonders bevorzugt 3 m/s bis 5 m/s, erreicht werden.
Durch die Laser-Filamentierung sind für den Bortenschnitt und die Quervereinzelung am Glasband, also für das Separieren der Borten und die Trennung einzelner Glasscheiben bzw. den sogenannten Ganzkörperschnitt (FBC: Full Body Cut), wie gesagt, nur noch sehr geringe oder keine Trennkräfte notwendig. Insbesondere ist kein Induzieren von thermischen Spannungen durch Einbringen von Temperatur notwendig, also beispielsweise kein sog. thermischer Cleaving-Prozess und kein Thermal-Shock-Cutting durch eine abrupte Temperaturerniedrigung, insbesondere durch einen Kälteschock, notwendig.
Mit dem Verfahren nach dieser Offenbarung lassen sich hohe Kantenfestigkeiten mit verschiedenen Abkühlraten, insbesondere auch mit hohen Abkühlraten, unter Berücksichtigung der Glasdicke erreichen.
Die dickenabhängige Abkühlrate stellt somit gerade keinen Nachteil dar, sondern ist Bestandteil der Lösung der Aufgabe.
Das Verfahren ist besonders partikelarm und führt zu einer besonders stabilen Kantenfestigkeit und somit zu erhöhten planbaren Ausbeuten.
Durch die reduzierten Herstellungskosten und die mit dem Verfahren erzielte stabile Qualität der Glasscheiben ist das Verfahren zudem besonders wirtschaftlich.
Es sind nach dem Verfahren Glasscheiben mit einer Glasdicke von 15 µm bis 2 mm, bevorzugt mit einer Glasdicke von gleich oder kleiner 100 µm, 50 µm oder 30 µm, bevorzugt mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von größer 6 ppm/K, herstellbar, wobei die Glasscheibe bevorzugt ein Weibull-Modul (nach DIN EN 843-5) von größer 7 und eine charakteristische Bruchspannung von mehr als 130 MPa, oft sogar von mehr als 150 MPa, oder sogar mehr als 200 MPa aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die charakteristische Bruchspannung in einem Bereich von 150 MPa bis 250 MPa. Für das 5%-Quantil bei einer Kantenlänge von 1,68 Metern, σ_5%@1,68 ergeben sich Werte von mehr als 90 MPa, oft sogar mehr als 130 MPa.
Die Glasscheiben weisen bevorzugt raue Flächen mit filamentförmigen Schädigungen und dazwischen liegende ebene Flächen ohne filamentförmigen Schädigungen auf, wobei das Flächenverhältnis der ebenen Flächen zu den rauen Flächen bevorzugt zwischen 3:10 bis 2:1 beträgt.
Diese nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren ultradünnen Glasscheiben können für sehr verschiedene Anwendungen eingesetzt werden. Bevorzugt finden sie Verwendung für isolierende Zwischensubstrate oder Abstandhalter für elektronische Komponenten, zur Verkapselung optoelektronischer Komponenten, als Träger für Dünnschicht-Zellen, wie Dünnschicht-Batterien oder Dünnschicht-Solarzellen, als Verbundsubstrate für Displays und für Mikrofluidik-Zellen.
Die vielfältigen Anwendungen beruhen auf den Eigenschaften, wie der Chemikalien-, Temperaturwechsel- und Hitzebeständigkeit, Gasdichtigkeit, des hohen elektrischen Isolationsvermögens, angepassten Ausdehnungskoeffizienten, der Biegsamkeit, hohen optischen Qualität und Lichtdurchlässigkeit oder auch der hohen Oberflächenqualität mit sehr geringer Rauigkeit der beiden Dünnglasseiten, sowie der durch das Trennverfahren erreichten hohen Kantenfestigkeit.
Die Erfindung wird nachfolgend genauer anhand und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Figuren erläutert, jedoch ohne die Erfindung einzuschränken.
Figurenliste

1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasscheiben.
2 zeigt Strahlprofile der strahlformenden Optik.
3 zeigt eine Anordnung zum Trennen des Glasbands in vereinzelte Glasscheiben.
4 ist ein Diagramm der Abkühlrate in Abhängigkeit der Glasdicke.
5 ist ein Diagramm der Kantenfestigkeit und der Abkühlrate in Abhängigkeit der Glasdicke,
6 ist ein Diagramm eines Koeffizienten der kühlratenabhängigen Kantenfestigkeit in Abhängigkeit der Glasdicke.
7 und 8 zeigen Weibull-Diagramme der Ausfallwahrscheinlichkeit als Funktion der Bruchspannung.
9 zeigt eine mikroskopische Aufnahme des Randbereichs einer Glasscheibe.
10 zeigt eine mikroskopische Aufnahme der Kante einer Glasscheibe.

1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zur Herstellung von Glasscheiben 2 mit einer vorgegebenen Glasdicke d im Bereich von 15 µm bis 2 mm. Ein kontinuierliches Glasband 4 wird durch eine nach unten gerichtete schlitzförmige Düse 6, die Teil einer Vorrichtung zum Heißformen 8 ist, aus einer Glasschmelze 10 gezogen. Hier wird als Heißformverfahren für Glasbänder bevorzugt das sogenannte Down-Draw-Verfahren verwendet und das Einfügen von Sollbruchlinien 12 aus filamentförmigen Schädigungen 14, das heißt die Laser-Filamentierung, erfolgt bevorzugt direkt beim Down-Draw-Verfahren, besonders bevorzugt nach dem Umlenken des Glasbands 4 in die Horizontale.
In das Glasband 4 werden mit mindestens einem Ultrakurzpulslaser 16 kontrollierte Sollbruchlinien 12 aus filamentförmigen Schädigungen 14 eingefügt, wobei dessen Laserpuls durch eine strahlformende Optik 18_einen annähernden Bessel-Strahl 20 erzeugt, mit dem ein Fokusbereich 22 erzeugt wird, der durch das Glasband 4 hindurchgeht. Insbesondere kann die strahlformende Optik 18 den Laser-Strahl 20 fokussieren, um im Glas die Leistungsdichte zu erhöhen. Über die strahlformende Optik 18 lässt sich die Intensitätsverteilung und damit auch die Form der filamentförmigen Schädigungen 14 gezielt einstellen.
Der Fokusbereich wird bevorzugt länger als die Glasdicke d eingestellt, um in die Tiefe gehende - voneinander beabstandet - filamentförmigen Schädigungen 14 in einem vorbestimmten Volumen des Glasbands 4 zu erzeugen, bevorzugt von einer Seitenfläche 51 zur gegenüberliegenden Seitenfläche 52 des Glasbands 4, das heißt bevorzugt über die gesamte Dicke d des Glasbands 4 einzufügen.
Als Ultrakurzpulslaser für die Zwecke der Erfindung eignet sich beispielsweise ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, einer mittleren Leistung von 12 W (bei 1064 nm, 100 kHz, 1 Puls pro Burst), einer Repetitionsrate von 100 kHz, eine Burst-Frequenz von 50 MHz und einer Pulsdauer von ungefähr 10 ps (bei 1064 nm und 100 kHz).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Yb:YAG-Laser mit 1030 nm verwendet werden. Generell können die Laser als frequenzverdoppelte (SHG) oder frequenzverdreifachten (THG) Versionen eingesetzt werden. Die Pulslängen liegen gemäß einer Ausführungsform im Bereich von 300 fs bis 20 ps, oder im Bereich von 400 fs bis kleiner 10 ps. Die Repetitionsraten können im Bereich von 50 kHz bis 1 MHz, bevorzugt 100 kHz bis 500 kHz liegen. Pulsenergien können mehr als 100 µJ, mehr als 200 µJ oder auch mehr als 400 µJ betragen. Die Zahl der Burstpulse ist <= 2, <= 4 oder <= 8.
Zudem umfasst die Vorrichtung 1 zur Herstellung von Glasscheiben 2 bevorzugt eine Bewegungseinrichtung 24, zum Beispiel durch Transportrollen, insbesondere Ziehrollen, zum Bewegen des Glasbands 4, des Ultrakurzlasers 16 und/oder der strahlformenden Optik 18 zur Positionierung des Laser-Strahls 20 entlang eines vorgesehenen Verlaufs der Sollbruchlinien 12 auf dem Glasband 4.
Dabei kann sowohl der Laserstrahl 20 über das Glasband 4 geführt, als auch das Glasband 4 am Laserstrahl 20 vorbeigeführt werden. Ebenso ist eine Kombination beider Varianten möglich. Um den Laserstrahl 20 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Glasbands 4 zu bewegen, kann beispielsweise ein Galvanometer-Scanner verwendet werden oder ein Umlenkspiegel an einer beweglichen Achse quer zum Glasband transportiert werden.
Vorliegend werden Quer-Sollbruchlinien 121 quer zum Glasband 4 und Längs-Sollbruchlinien 122 beidseitig längs zum Glasband 4 mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte 13 aufweisen, gebildet.
Der Erfindung liegt auch die Erkenntnis zugrunde, dass die Streuung der Bruchkraft an den mit dem lasergestützten Verfahren gemäß dieser Offenbarung hergestellten Kanten mit einer an den die Glasdicke angepasste Abkühlrate reduziert werden kann.
Die Vorrichtung 1 zur Herstellung von Glasscheiben 2 weist somit ferner eine Kühleinrichtung 26 auf, welche so angeordnet und eingerichtet ist, dass diese das Glasband 4 vor dem Einfügen der filamentförmigen Schädigungen 14 in das Glasband 4 mit einer Abkühlrate abkühlt, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke d gewählt wird, wobei mit sinkender Glasdicke die Abkühlrate erhöht wird.
Bevorzugt erfolgt das Abkühlen des Glasbands 4 vor dem Einfügen der Sollbruchlinien 12 im Bereich der Glasübergangstemperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes, besonders bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Abkühlen des Glasbands 4 in einem Kühlofen 27, insbesondere kontrolliert mit Heizelementen vorgenommen. Gegebenenfalls kann eine homogene Abkühlung auch durch Anblasen oder Aufspritzen mit einem Kühlfluid, insbesondere mit Luft oder einem Aerosol, unterstützt werden.
Die Vorrichtung 1 zur Herstellung von Glasscheiben 2 umfasst gemäß einer Ausführungsform weiterhin eine Abtrennvorrichtung 28, welche so angeordnet und eingerichtet ist, dass diese die Borten 13 entlang der Längs-Sollbruchstellen 122 unter Bildung von Kanten 30 und die Glasscheiben 2 durch Auftrennen an den quer zum Glasband 4 laufenden Quer-Sollbruchlinien 121 unter Bildung von weiteren Kanten 30 bevorzugt mechanisch separieren. So kann die Abtrennvorrichtung eine Anordnung mit einer balligen Walze enthalten, welche über die Sollbruchlinien geführt wird. Auch kann eine Heizquelle, wie etwa ein Laser vorgesehen werden, um thermische Spannungen an der Sollbruchlinie zu induzieren. Gegebenenfalls ist aber keine mechanische Einwirkung mehr erforderlich, um das Glas an den Sollbruchlinien zu separieren.
Auch lässt sich über die strahlformende Optik 18 die Intensitätsverteilung im Glas und damit auch die Form der filamentförmigen Schädigungen 14 gezielt einstellen.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist die Bewegungseinrichtung 24 zum Bewegen des Glasbands 4 zumindest mit einer Anpress-Rolle, einer Anpresskante oder einer Ansaugeinrichtung zur Fixierung der axialen Position, beziehungsweise der Lage des Glasbands 4 in Strahlrichtung innerhalb des Fokusbereiches ausgestattet, damit das Glasband 4 im Hinblick auf die Vereinzelung der Glasscheiben 2 und das Abtrennen der Borten 13 nicht verzogen wird, wodurch die Form und die Kantenqualität der einzelnen Glasscheiben 2 beeinträchtigt werden könnte. Insbesondere kann durch die Fixierung auch die Geschwindigkeit des Herstellungsprozesses unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile erhöht werden, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirkt. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist als Einrichtung zur Fixierung der vertikalen Position des Glasbands 4 ein Paar von Anpressrollen 15 dargestellt, welche nahe dem Auftreffpunkt des Ultrakurzpulslasers 16 die Position des Glasbands in Einstrahlrichtung des Laserstrahls 20 festlegen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von Glasscheiben 2 wird das Strahlprofil durch eine entsprechende strahlformende Optik 18 bevorzugt so eingestellt, dass das Intensitätsprofil in Gestalt eines Bessel-Strahls bzw. annähernd in Gestalt eines Bessel-Strahls mit stark überhöhter Intensität auf der optischen Achse ausgebildet wird. Die strahlformende Optik bewirkt eine Fokussierung auf einen Linienfokus. Um eine derartige Fokussierung zu erreichen, ist beispielsweise ein oder mehrere Axikon(s) oder ein diffraktives optisches Element (DOE) oder Kombinationen hieraus mit anderen optischen Elementen als strahlformende optische Elemente geeignet.
Insbesondere wird das Strahlprofil bevorzugt so eingestellt, dass die Ausdehnung des Laserstrahls, in Richtung der Sollbruchlinien 12 größer ist als quer, insbesondere senkrecht dazu. Auf diese Weise ist die entlang der Sollbruchlinie integrierte Strahlungsmenge größer als entlang einer senkrecht zur Sollbruchlinie verlaufenden, die Mitte des Strahls kreuzenden Linie. Mit anderen Worten erzeugt die strahlformende Optik vorzugsweise ein Strahlenbündel mit einem solchen Querschnitt, der in Richtung der linienförmig aufgereihten filamentförmigen Schädigungen 14 ausgedehnter ist als quer zu dieser Richtung, die einzelnen filamentförmigen Schädigungen 14 verlaufen der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 20 folgend in ihrer Längsrichtung quer, vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche des Glasbands 4. Dazu ist die strahlformende Optik 18 bevorzugt hinsichtlich einer größeren Strahlenbündel-Querschnittsausdehnung verstellbar und die Richtung der größeren Querschnittsausdehnung wird vorzugsweise auf den Verlauf der linienförmig aufgereihten filamentförmigen Schädigungen 14 nachgeführt.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird durch die strahlformende Optik 18 ein asymmetrisches Strahlprofil mit lateraler Vorzugsrichtung erzeugt. 2 zeigt dazu verschiedene Möglichkeiten eines Strahlprofils. Teilbild (a) zeigt ein elliptisches Strahlprofil 32. Dieses wird so ausgerichtet, dass dessen lange Halbachse entlang der jeweiligen Sollbruchlinie ausgerichtet ist. Demnach ist die Ausdehnung A_p des Strahlprofils entlang der Sollbruchlinie größer als die Ausdehnung A_s senkrecht zur Sollbruchlinie. Teilbild (b) zeigt ein tropfenförmiges Strahlprofil 33. Bei der Ausführungsform nach Teilbild (c) ist der Laserstrahl in zwei Strahlen aufgeteilt. Das Strahlprofil 34 weist demnach in Form eines Doppelstrahls zwei beabstandete Strahlen auf. Teilbild (d) zeigt ein rautenförmiges Strahlprofil 35, In 2(e) ist ein hantelförmiges Strahlprofil 36 und in 2(f) ein keilförmiges Strahlprofil 37 dargestellt. 2 (g) schließlich zeigt ein Strahlprofil 38 mit einem Hauptstrahl und einen schwächeren oder kleineren Satelliten. Den Ausführungsformen der Teilbilder (b), (e), (f) und (g) ist gemein, dass diese nicht nur in Vorschubrichtung ausgedehnter als senkrecht dazu, sondern auch asymmetrisch in Bezug auf eine Spiegelachse senkrecht zur Vorschubrichtung sind. Eine solche Form kann sehr vorteilhaft sein, um das Auftrennen weiter zu erleichtern und höhere Kantenfestigkeiten zu erzielen. Dies, da während des Einfügens der Filamente ebenfalls asymmetrische Bedingungen vorliegen, da in Vorschubrichtung gesehen vor dem Laserstrahl noch keine Filamente vorhanden sind, gegenüber dem vom Strahl bereits überstrichenen Teil der Sollbruchlinie. Allgemein, ohne Beschränkung auf die speziellen Beispiele ist daher vorgesehen, dass die filamentförmigen Schädigungen mit einem Laserstrahl 20 eingefügt werden, der ein asymmetrisches Strahlprofil in Bezug auf eine Spiegelung senkrecht zur Vorschubrichtung aufweist.
Dadurch ergibt sich eine kontrollierbare Form mit höherer geometrischer Genauigkeit der entstehenden Sollbruchlinien 12 aus filamentförmigen Schädigungen 14, gepaart mit einer höheren Kantenfestigkeit nach dem Abrennen der Borten 13 und der Vereinzelung der Glasscheiben 2.
Zur Begünstigung der Spaltenbildung in Richtung der Sollbruchlinien ist es zweckmäßig, Querschnittsformen des Laserstrahlbündels auszuwählen, die eine Ausdehnung in Richtung des erwünschten Bruches aufweisen.
Die eliptische Querschnittsformen 32 der 2 (a) lässt sich beispielsweise durch kombinierte Zylinderlinsen aus einer ursprünglich kreisförmigen Querschnittsform des Laserstrahls gewinnen. Die weiteren Strahlprofile können ebenfalls durch geeignete Linsen, gegebenenfalls auch unter Verwendung diffraktiv-optischer Elemente (DOEs) erzeugen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von Glasscheiben 4 erfolgt verfahrenstechnisch bedingt die Reihenfolge des Einfügens der Sollbruchlinien 12 erst quer zum Glasband, wodurch die Quer-Sollbruchlinien 121 erzeugt werden, und dann beidseitig längs zum Glasband mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte aufweisen, zur Erzeugung der Längs-Sollbruchlinien 122, weil das Glasband 4 dann noch durch die Borten 13 zusammengehalten und dadurch mechanisch stabilisiert wird.
3 zeigt dazu eine Anordnung zum Trennen des Glasbands 4 in vereinzelte Glasscheiben 2 und zum Abtrennen der Borten 3.
Für dieses Verfahren ist bevorzugt eine Bewegungseinrichtung 24 zum Transport des kontinuierlich gezogenen Glasbands 4 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel ein Transportband 240 umfasst. Um die Sollbruchlinien 12 einzufügen können allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel, auch vorteilhaft mehrere Ultrakurzpulslaser 16 verwendet werden, wobei zumindest ein erster Ultrakurzpulslaser 16 die Quer-Sollbruchlinien 121 und zumindest ein zweiter Ultrakurzpulslaser 16 die Längs-Sollbruchlinien 122 einfügt. Insbesondere können auch, wie im dargestellten Beispiel für zwei Längs-Sollbruchlinien 122 zwei Ultrakurzpulslaser 16 verwendet werden. Die strahlformenden Optiken 18 der Ultrakurzpulslaser 16 sind der Einfachheit halber in der Figur nicht dargestellt. Die Bewegungseinrichtung 24 kann wie im gezeigten Beispiel auch eine Strahlablenkoptik 241 umfassen. Gemäß einer Ausführungsform werden dabei die Quer-Sollbruchlinien 121 mit einem durch eine Strahlablenkoptik 241 über das Glasband 4 bewegten Laserstrahl 20 eingefügt. Die Strahlablenkoptik 241 kann beispielsweise einen Galvanometer-Scanner umfassen.
Wie dargestellt, werden in einer bevorzugten Ausführungsform die genannten Sollbruchlinien 121, 122 zunächst quer und dann längs in das fortlaufende Glasband 4 eingefügt.
Das Abtrennen von einzelnen Glasscheiben 2 bzw. der sogenannte Ganzkörperschnitt (FBC: Full Body Cut) durch Auftrennen bzw. Brechen an den quer zum Glasband 4 laufenden Quer-Sollbruchlinien 121 kann durch eine mechanische Abtrennvorrichtung 28 erfolgen, für die nach der Laser-Filamentierung lediglich besonders geringe oder keine Trennkräfte notwendig sind. Auch der Bortenschnitt, also das Abtrennen der Borten 13 entlang der Längs-Sollbruchlinien 122 des Glasbands 4 kann durch besonders geringe Trennkräfte, beispielsweise durch einfaches Ziehen und/oder durch Fortbewegung auf einem Beschleunigungsband 29 erfolgen. Ein Beschleunigungsband 29, mit welchem die einzelnen Glasscheiben 2 in Bewegungsrichtung separiert werden, kann beispielsweise auch Bestandteil einer Trennvorrichtung 28 sein, oder die Trennvorrichtung 28 darstellen.
Nach dem Abtrennen und Vereinzeln der Glasscheiben 2 können diese mittels der Transporteinrichtung 24 zu einer Inspektionseinheit 39 befördert werden. Mittels der Inspektionseinheit 39 können unter anderem die Abmessungen der Glasscheiben und deren Kantenqualität überprüft werden.
Insbesondere ist für das Erzielen einer guten Kantenqualität kein thermisches Trennen des Glasbands 4 durch Spannungseintrag notwendig bzw. kein Induzieren von thermischen Spannungen durch Einbringen von Temperatur, beispielsweise durch einen CO₂-Laser, das heißt kein sog. thermischer Cleaving-Prozess, für das Trennen und kein Thermal-Shock-Cutting, beispielsweise durch eine abrupte Temperaturerniedrigung, beispielsweise durch einen Kälteschock, notwendig.
Die Trennung kann dabei beispielsweise durch Einbringen einer mechanischen Spannung mit balligen Walzen oder durch Führen der Sollbruchlinien über ballige Rollen erfolgen. Die vom übrigen Glasband 4 abgetrennten Borten 13 können dann beispielsweise in einem Scherbencontainer, ggf. entfernt vom Glasband (in einem Scherbenkeller/anderen Raum), aufgefangen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das Abkühlen des Glasbands 4 mit einer Abkühlrate, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke d gewählt wird, wobei mit vorgegebener kleinerer Glasdicke d die Abkühlrate erhöht wird bzw. mit vorgegebener größerer Glasdicke die Abkühlrate erniedrigt wird.
4 ist ein Diagramm der gewählten Abkühlrate in Abhängigkeit der Glasdicke. Insbesondere ist in 4 die Abkühlrate im Bereich von 40 K/s bis 325 K/s in Abhängigkeit von der Glasdicke d des Glasbands 4 am Beispiel des Glases AF32 der Schott AG im Bereich von 25 µm bis 110 µm dargestellt (Kurve (a)).
Das von der Schott AG unter der Bezeichnung AF32 angebotene Glas ist ein alkalifreies Aluminium-Borosilikat-Dünnglas einer Klasse von für das Verfahren gut geeigneten alkalifreien Gläsern mit folgemden Komponenten:

SiO₂ 58 bis 65

B₂O₃ 6 bis 10,5

Al₂O₃ 14 bis 25

MgO 0 bis 3

CaO 0 bis 9

BaO 3 bis 8

ZnO 0 bis 2,

wobei gilt, dass die Summe des Gehalts von MgO, CaO und BaO dadurch gekennzeichnet ist, dass sie im Bereich von 8 bis 18 Gew.-/ liegt.
Das dem Ausführungsbeispiel zugrundeliegende Glas weist dabei folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf:

SiO₂ 61

Al₂O₃ 18

B₂O₃ 10

CaO 5

BaO 3

MgO 3

Das Glas AF32 weist eine hohe optische Transmission auf, hat eine Dichte ρ von 2430 kg/m³ und eine Oberflächenspannung γ von 0,3 N/m, eine Wärmeleitfähigkeit λ von 2 W/mK und eine spezifische Wärmekapazität c_p von 1360 J/kgK. Die Transformationstemperatur T_g des Glases AF32 beträgt 713°C. Das Glas AF32 hat einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der sehr nah bei dem von Silizium ist. Mit dem Down-Draw-Verfahren lassen sich weiterhin besonders glatte Oberflächen mit einer niedrigen Rauigkeit von kleiner 1 nm (RMS) erzeugen. Die Anwendungstemperatur reicht bis ca. 600°C.
Noch eine Klasse von Gläsern, die für das hier beschriebene Verfahren geeignet sind, enthält folgende Komponenten in Gew-%:

SiO₂ 50 - 70

Al₂O₃ 10-20

B₂O₃ 5-15,

CaO 4-8

BaO 0,5-5

SrO 4-8.

In einem Auführungsbeispiel wird ein Glas mit den folgenden Komponenten hergestellt:

SiO₂ 60 Gew-%,

B₂O₃ 10 Gew-%,

Al₂O₃ 15 Gew-%

SrO 6 Gew-%

CaO 6 Gew-%

BaO 2 Gew-%,

sowie 1 Gew-% weitere Komponenten.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Glasband mit einer Dicke von vorzugsweise 50 µm ± 10 µm gezogen. Geeignet ist beispielsweise ein Overflow-Fusion-Verfahren.

Eine weitere Klasse von Gläsern, die für die Erfindung gut geeignet sind, da sie sich zu dünnen Glasbändern verarbeiten und durch das hier beschriebene Einfügen von Sollbruchlinien gut zerteilen lassen, weist folgende Komponenten in Gew.-% auf:

SiO₂	30 bis 85
B₂O₃	3 bis 20
Al₂O₃	0 bis 15
Na₂O	3 bis 15
K₂O	3 bis 15
ZnO	0 bis 12
TiO₂	0,5 bis 10
CaO	0 bis 0,1.

Ein Beispiel aus dieser Klasse von Gläsern weist folgende Zusammensetzung auf:

SiO₂	64,0
B₂O₃	8,3
Al₂O₃	4,0
Na₂O	6,5
K₂O	7,0
ZnO	5,5
TiO₂	4,0
Sb₂O₃	0,6
Cl-	0,1

Glasscheiben mit dieser Zusammensetzung weisen im Allgemeinen folgende Merkmale auf:

0(20-300)	7,2·10-⁶/K
T_g	557°C
Dichte	2,5 g/cm³

Eine weitere Klasse von Gläsern, die chemisch vorspannbar sind, und zur Verarbeitung mit dem hier beschriebenen Verfahren besonders geeignet sinf, weisen folgende Komponenten in Gew.-% auf:

SiO₂	50 bis 65
Al₂O₃	15 bis 20
B₂O₃	0 bis 6
Li₂O	0 bis 6
Na₂O	8 bis 15
K₂O	0 bis 5
MgO	0 bis 5
CaO	0 bis 7, bevorzugt 0 bis 1
ZnO	0 bis 4, bevorzugt 0 bis 1
ZrO₂	0 bis 4
TiO₂	0 bis 1, bevorzugt im wesentlichen TiO₂-frei

Weiterhin können im Glas enthalten sein zu 0 bis 1 Gew.-%: P₂0₅, SrO, BaO; sowie Läutermittel zu 0 bis 1 Gew.-%: Sn0₂, Ce0₂ oder As₂O₃ oder andere Läutermittel.

Gemäß einer Ausführungsform werden aus einem Glas mit einer Zusammensetzung aus dem obigen Bereich Glasscheiben mit einer der folgenden Dicken herstellt: 35µm ± 5 µm, 50 µm ± 5 µm, 75 µm ± 5 µm, 100 µm ± 10 µm. Die Gläser der vorgenannten Klasse lassen sich sowohl durch ein Down-Draw-, als auch durch ein Overflow-Fusion-Verfahren zu dünnen Glasbändern ausziehen, die sich durch das hier beschriebene Verfahren durch Einfügen von Sollbruchlinien einfach und unter Erzielung hoher Festigkeiten in Glasscheiben zerteilen lassen. Gegebebenfalls kann die gewünschte Glasdicke auch durch Ausdünnen, chemisch oder mechanisch, erreicht werden, wenn dies im Ziehprozess nicht möglich oder schwierig ist.
Ein Beispiel aus dieser Klasse von Gläsern weist folgende Zusammensetzung auf:

SiO₂ 60,7

Al₂O₃ 16,9

Na₂O 12,2

K₂O 4,1

MgO 3,9

ZrO₂ 1,5

SnO₂ 0,4

CeO₂ 0,3.

Alle hier genannten Gläser lassen sich durch Down-Draw gut zu Glasbändern mit einer Dicke im Bereich von 30 bis 100 µm verarbeiten.
Ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel wird ein Glasband 4 mit einer vorgegebenen Glasdicke d im Bereich von 15 µm bis 2 mm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt mit einer Abkühlrate von gleich oder größer als (40 K/s wegen 4) 50 K/s, bevorzugt von gleich oder größer als 100 Kelvin/s, besonders bevorzugt von gleich oder größer als 150 Kelvin/s oder von gleich oder größer als 200 Kelvin/s abgekühlt.
Wie das Diagramm nach 4 zeigt, wird bei einer Dicke des Glasbands von 30 µm bevorzugt eine Abkühlrate im Bereich zwischen 150 Kelvin/s und 300 Kelvin/s gewählt, bei einer Dicke des Glasbands von 50 µm bevorzugt eine Abkühlrate im Bereich zwischen 90 Kelvin/s und 180 Kelvin/s gewählt, und bei einer Dicke des Glasbands von 100 µm wird bevorzugt eine Abkühlrate im Bereich zwischen 45 Kelvin/s und 90 Kelvin/s gewählt.
Somit wird ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel oder die hier beschriebenen Glaszusammensetzungen das Glasband bevorzugt mit einer Abkühlrate abgekühlt, die im Bereich von 150 Kelvin/s · 30 µm/d bis 300 Kelvin/s · 30 µm/d liegt, wobei d die Dicke des Glasbands bezeichnet. Kurve (b) kennzeichnet dabei in 4 die obere Grenze von (1/d) · 300 Kelvin/s · 30 µm, Kurve (c) die untere Grenze von (1/d) · 150 Kelvin/s · 30 µm.
Dieser bevorzugte Bereich kann alternativ wie folgt ausgedrückt werden: das Glasband wird bevorzugt mit einer Abkühlrate abgekühlt, die im Bereich von
(1/d) · 4500 Kelvin · µm/s (Kurve (c)) bis (1/d) · 9000 Kelvin · µm/s (Kurve (b)) liegt, wobei d die Dicke des Glasbands bezeichnet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich überraschend Glasscheiben mit hohen Kantenfestigkeiten auch bei hohen Abkühlraten unter Berücksichtigung der Glasdicke erreichen, wie beispielhaft in den 5 und 6 dargestellt.
5 ist ein Diagramm der Kantenfestigkeit und der Abkühlrate in Abhängigkeit der Glasdicke und 6 zeigt ein Diagramm eines Koeffizienten der kühlratenabhängigen Kantenfestigkeit in Abhängigkeit der Glasdicke.
In 5 ist ein Diagramm der Kantenfestigkeit am Beispiel des Glases AF32 der Schott AG im Bereich von 85 MPa bis 155 MPa (Kurve (f)) und der Abkühlrate (Kurve (e)) im Bereich von 40 bis 230 Kelvin/s in Abhängigkeit von der Glasdicke im Bereich von 20 µm bis 110 µm gezeigt. Wie in der 5 zu sehen ist, beträgt bei einer Glasdicke von 30 µm und einer Abkühlrate von 150 Kelvin/s die Kantenfestigkeit ca. 90 MPa, bei einer Glasdicke von 50 µm und einer Abkühlrate von 120 Kelvin/s die Kantenfestigkeit ca. 140 MPa und bei einer Glasdicke von 100 µm und einer Abkühlrate von 70 Kelvin/s die Kantenfestigkeit ca. 155 MPa. Alle Kantenfestigkeiten sind für die Verwendungen der Gläser ausreichend. Dies insbesondere, da zwar dünnere Gläser eine niedrigere Kantenfestigkeit zeigen, aber aufgrund der geringen Dicke eine dennoch sehr hohe Flexibilität. Aufgrund der geringen Dicke sind bei einer Biegung des Glases auch die an der Kante auftretenden Spannungen gering.
Dieser Zusammenhang lässt sich auch durch den Koeffizienten „kühlabhängige Kantenfestigkeit“ (KG_K) in MPa*K /s beschreiben:
KGK = KG / K, wobei KG die Kantenfestigkeit in MPa und K die Abkühlrate in K/s bezeichnet.
In 6 ist ein Diagramm der Koeffizienten der kühlratenabhängigen Kantenfestigkeit im Bereich von 0,3 bis 2,5 MPa * s/K in Abhängigkeit der Glasdicke am Beispiel des Glases AF32 der Schott AG im Bereich von 20 µm bis 110 µm dargestellt. Es zeigt sich, dass der Koeffizient von Kantenfestigkeit zu Kühlrate mit dem hier offenbarten Trennverfahren allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel einen linearen Zusammenhang zur Schichtdicke hat.
Im Beispiel für das Glas AF32 ergibt sich aus den Werten der 6 die Beziehung ${kG}_{k} = KG / K ({KG}_{k} = - 0.16974 + 0.02434 * d) .$
wobei d die Dicke des Glases in Mikrometern bezeichnet.
Für eine Glasdicke von mindestens 30 µm beträgt die kühlratenabhängige Kantenfestigkeit KGK bevorzugt größer als 0,2 MPa*s/Kelvin, bevorzugt größer als 0,5 MPa*s/Kelvin. Durch Umstellung der obigen Beziehung in KG = K * KGK ergibt sich bei einer Glasdicke von mindestens 30 µm und

- bei einer Abkühlrate (K) von 150 MPa * s/K mit dem Koeffizienten „kühlabhängige Kantenfestigkeit“ (KG_K) von 0,6 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 90 MPa,
- bei einer Abkühlrate (K) von 150 MPa * s/K mit dem Koeffizienten der kühlratenabhängigen Kantenfestigkeit (KG_K) von 0,2 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 30 MPa und
- bei einer Abkühlrate (K) von 300 MPa * s/K mit dem Koeffizienten der kühlratenabhängigen Kantenfestigkeit (KG_K) von 0,5 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 150 MPa.

Für eine Glasdicke von mindestens 50 µm ist die kühlabhängige Kantenfestigkeit KGK bevorzugt größer als 0,5 MPa*s/Kelvin, besonders bevorzugt größer als 0,9 MPa*s/Kelvin. Somit ergibt sich für eine Glasdicke von mindestens 50 µm und

- bei einer Abkühlrate (K) von 90 MPa * s/K mit dem Koeffizienten der kühlabhängigen Kantenfestigkeit (KG_K) von 0,5 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 45 MPa, sowie
- bei einer Abkühlrate (K) von 180 MPa * s/K ergibt sich mit dem Koeffizienten „kühlabhängige Kantenfestigkeit“ (KG_K) von 0,9 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 162 MPa.

Für eine Glasdicke von mindestens 100 µm ist die kühlratenabhängige Kantenfestigkeit KGK bevorzugt größer als 1,5 MPa*s/Kelvin, besonders bevorzugt größer als 2 MPa*s/Kelvin. Somit ergibt sich für eine Glasdicke von mindestens 100 µm und

- bei einer Abkühlrate (K) von 45 MPa * s/K mit dem Koeffizienten „kühlabhängige Kantenfestigkeit“ (KG_K) von 1,5 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 67,5 MPa, sowie
- bei einer Abkühlrate (K) von 90 MPa * s/K ergibt sich mit dem Koeffizienten „kühlabhängige Kantenfestigkeit“ (KG_K) von 2 MPa * s/K eine Kantenfestigkeit (KG) von 180 MPa.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Glasscheiben mit einer Glasdicke von 15 µm bis 2 mm, bevorzugt mit einer Glasdicke von gleich oder kleiner 100 µm, 50 µm oder 30 µm, auch mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von größer 6 ppm/Kelvin, herstellbar, wobei die Glasscheibe bevorzugt ein Weibull-Modul (nach DIN EN 843-5) von mehr als 7, insbesondere von mehr als 8 und eine Kantenfestigkeit, beziehungsweise charakteristische Bruchspannung von mehr als 150 MPa, vorzugsweise von mehr als 180 MPa aufweist. Die Tabelle

Bezeichnung Charakt. Bruchspannung [MPa] Weibull-Modul (nach DIN EN 843-5)

AF32_30 µm 150-250 ≥ 7

AF32_50 µm 150-250

Set 1 - AF32_1 00 µm 150-250
Die Tabelle zeigt die charakteristischen Bruchspannungen und die Weibull-Module der Festigkeitsverteilungen für das nach einem Down-Drawn-Verfahren hergestellte lasergeschnittene AF32 Glas von Schott mit den verschiedenen Glasdicken von 30 µm, 50 µm und 100 µm.
Je höher der Weibull-Modul liegt, umso homogener und weniger versagensanfällig ist das Werkstück, also hier die Glasscheibe. Das hohe Weibull-Modul ist ein besonderes Charakteristikum der mit dem hier offenbarten Verfahren hergestellten Glasscheiben 2.
Die 7 und 8 zeigen als Beispiel Weibull-Diagramme der Ausfallwahrscheinlichkeit als Funktion der Bruchspannung. Das Diagramm der 7 zeigt die Messwerte, aus denen die Daten zum Tabelleneintrag „AF32_50 µm“ gewonnen wurden. Demnach wurden Glasscheiben aus dem Glas AF32 mit einer Dicke von 50 µm getestet. 8 zeigt die Messwerte zum Tabelleneintrag „Set 2 - AF32_100 µm“. Dementsprechend wurden hierzu AF-32-Glasscheiben mit einer Dicke von 100 µm getestet.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Glasscheiben weisen typischerweise raue Flächen, die durch Trennung an den filamentförmigen Schädigungen entstehen, und dazwischen liegende, im wesentlichen ebene Flächen, auf. Das Flächenverhältnis der ebenen Flächen zu den rauen Flächen beträgt im Allgemeinen zwischen 3:10 bis 2:1. Ein Beispiel hierzu zeigt die mikroskopische Aufnahme einer durch eine Kante 30 einer Glasscheibe 2 begrenzten Seitenfläche 51, die mit dem Verfahren gemäß dieser Offenbarung durch Einfügen einer Sollbruchlinie aus nebeneinanderliegenden, beabstandeten filamentförmigen Schädigungen 14 und nachfolgendem Auftrennen des Glasbands an der Sollbruchlinie hergestellt wurde. Die filamentförmigen Schädigungen 14 sind auch an der Kante 30 noch als halboffene Kanäle zu erkennen. Diese Kanäle bilden raue Flächen 41 an der Kante 30. Zwischen diesen rauen Flächen erstrecken sich ebene Flächen 40.
Die Struktur der Kanten 30 wird auch bei dem Beispiel der 10 ersichtlich. 10 zeigt eine mikroskopische Aufnahme in Aufsicht auf die Kante 30 einer Glasscheibe 2 mit einer Dicke von 30 µm. Deutlich zu erkennen ist die periodische Struktur der sich von einer Seitenfläche 51 zur gegenüberliegenden Seitenfläche 52 erstreckenden filamentförmigen Schädigungen 14, die raue Flächen bilden, zwischen denen sich relativ ebenere Flächen 40 erstrecken.
Besonders feste Kanten 30 mit einem hohen Weibull-Modul lassen sich, wie oben bereits diskutiert, erzielen, indem das Strahlprofil so eingestellt wird, dass die Lichtintensität des Laserstrahls 20 in Richtung der Sollbruchlinien 12 größer ist als quer dazu. Dies wird dadurch erzielt, indem das Strahlprofil in Richtung entlang der Sollbruchlinie weiter ausgedehnt ist, als senkrecht dazu. Die Ausdehnungen A_s senkrecht zur Sollbruchlinie und A_p parallel zur Sollbruchlinie sind in dem Beispiel des Teilbilds (a) von 2 eingezeichnet. 11 zeigt dazu weiter ein schematisches Diagramm des Intensitätsverlaufs 43 des Fokusbereichs 22 entlang der Sollbruchlinie und des Intensitätsverlauf 44 des Fokusbereichs 22 senkrecht zur Sollbruchlinie. Als Ausdehnungen A_s und A_p können die Ausdehnungen angesehen werden, innerhalb denen die Lichtintensität von ihrem Maximalwert I_max auf einen um den Faktor 1/e erniedrigten Wert I_1/e abgefallen ist. Wie dargestellt ist A_s kleiner als A_p. Allgemein, ohne Beschränkung auf die dargestellten Beispiele ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass mittels einer geeigneten strahlformenden Optik 18 der Laserstrahl 20 so geformt wird, dass in dessen Fokusbereich 22 die Ausdehnung A_p des Laserstrahls 20 in Richtung entlang der Sollbruchlinie, beziehungsweise in Richtung entlang der durch die Bewegungseinrichtung vermittelten Bewegungsrichtung des Laserstrahls 20 über das Glasband 4 um einen Faktor im Bereich von 1,3 bis 5, vorzugsweise um einen Faktor im Bereich von 1,5 bis 4 größer ist, als die Ausdehnung A_s in Richtung senkrecht zur Sollbruchlinie. Wird das Strahlprofil zu sehr deformiert, kann es zu einer zu weiten Verteilung der Lichtintensität kommen, welcher einer effektiven Ausbildung filamentförmiger Schädigungen im Glas entgegenwirkt.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise im Rahmen der Merkmale der Ansprüche variiert werden können. So sind über die Beispiele (b), (f) und (g) hinaus sehr viele weitere Formen von Strahlprofilen möglich, welche nicht spiegelsymmetrisch sind, insbesondere, welche ein asymmetrisches Strahlprofil in Bezug auf eine Spiegelung senkrecht zur Vorschubrichtung aufweisen. Beispielsweise kann die Bewegung des Laserstrahls 20 zum Einfügen der Quer-Sollbruchlinien anders als in 3 dargestellt, kann auch durch eine mechanische Bewegung der Optik, insbesondere durch Bewegung des gesamten Ultrakurzpulslasers 16 mitsamt der strahlformenden Optik über das Glasband 4 hinweg erfolgen. Dazu kann der Laser beispielsweise mittels eines Schlittens über eine Traverse bewegt werden oder der Strahl mittels eines bewegten, verspiegelten Umlenkprismas oder Spiegel an verschiedenen Querpositionen auf das Glasband gelenkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Herstellung von Glasscheiben 2
2: Glasscheiben
4: Glasband
6: schlitzförmige Düse
8: Vorrichtung zum Heißformen
10: Glasschmelze
12: Sollbruchlinie(n)
121: Quer-Sollbruchlinie(n)
122: Längs-Sollbruchlinie(n)
13: Borte
14: filamentförmigen Schädigung(en)
15: Anpressrolle
16: Ultrakurzpulslaser
18: strahlformende Optik
20: Laserstrahl
22: Fokusbereich
24: Bewegungseinrichtung
26: Kühleinrichtung
27: Kühlofen
28: Abtrenneinrichtung
29: Beschleunigungsband
30: Kanten
32 - 38: Strahlprofile
39: Inspektionseinheit
40: ebene Fläche
41: raue Fläche
43: Intensitätsverlauf des Fokusbereichs 22 entlang der Sollbruchlinie
44: Intensitätsverlauf des Fokusbereichs 22 senkrecht zur Sollbruchlinie
51, 52: Seitenflächen des Glasbands 4
240: Transportband
241: Ablenkoptik
d: Glasdicke

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

WO 2018/020145 A1 [0002]
WO 2017/055576 A1 [0002]
US 2018/0057390 A1 [0002]
US 2017/0120374 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 843-5 [0030]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) mit den folgenden Schritten: - Heißformen eines kontinuierlichen Glasbands (4) mit einer vorgegebenen Glasdicke (d) im Bereich von 15 µm bis 2 mm aus einer Glasschmelze (10), - Abkühlen des Glasbands (4) mit einer Abkühlrate, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke (d), die bevorzugt im Bereich zwischen 30 µm und 100 µm, liegt, gewählt wird, wobei mit geringerer Glasdicke (d) die Abkühlrate erhöht wird, - Erzeugen eines Laserstrahls (20) mittels zumindest einem Ultrakurzpulslaser (16) - Erzeugen eines Fokusbereichs (22) des Laserstrahls (20) mittels einer strahlformenden Optik derart, dass der Fokusbereich (22) länger als die Glasdicke des Glasbands (4) ist, - Einfügen von Sollbruchlinien (12) aus filamentförmigen Schädigungen (14) in das Glasband (4) mit dem Laserstrahl (20), so dass sich die filamentförmigen Schädigungen (14) bevorzugt von einer Seitenfläche (51) zur gegenüberliegenden Seitenfläche (52) des Glasbands (4) erstrecken, und wobei die filamentförmigen Schädigungen (14) entlang der Sollbruchlinien (12) beabstandet eingefügt werden, - wobei Quer-Sollbruchlinien (121) quer zum Glasband (4) und Längs-Sollbruchlinien (122) beidseitig längs zum Glasband (4) mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte (13) aufweisen, erzeugt werden, - Abtrennen der Borten (13) entlang der Längs-Sollbruchstellen (122) unter Bildung von Kanten (30) sowie - Abtrennen von Glasscheiben (2) durch Auftrennen an den quer zum Glasband (4) laufenden Quer-Sollbruchlinien (122) unter Bildung von Kanten (30).
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasband (4) mit einer Abkühlrate von gleich oder größer als 40 Kelvin/s, bevorzugt von gleich oder größer als 100 Kelvin/s, besonders bevorzugt von gleich oder größer als 150 Kelvin/s oder von gleich oder größer als 200 Kelvin/s abgekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasband (4) mit einer Abkühlrate abgekühlt wird, die im Bereich von (1/d) · 4500 Kelvin/(s · µm) bis (1/d) · 9000 Kelvin/(s · µm) liegt, wobei d die Dicke des Glasbands (4) bezeichnet.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Glasbands (4) vor dem Einfügen der Sollbruchlinien (12) im Bereich der Glasübergangstemperatur erfolgt, vorzugsweise bei einer Temperatur unterhalb des Erweichungspunktes, besonders bevorzugt bei einer Temperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur, und wobei das Abkühlen des Glasbands (4) optional zusätzlich während und/oder nach dem Einfügen der Sollbruchlinien (12) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen in einem Kühlofen (27), insbesondere mit Heizelementen erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlprofil des Laserstrahls (20) so geformt wird, dass die Ausdehnung des Laserstrahls (20) in Richtung der Sollbruchlinien (12) größer ist als quer dazu.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die strahlformende Optik (18) ein Strahlprofil mit lateraler Vorzugsrichtung erzeugt wird, bevorzugt ein elliptisches Strahlprofil (32), oder ein tropfenförmiges Strahlprofil (32), oder ein Strahlprofil in Form eines Doppelstrahls, oder ein rautenförmiges Strahlprofil (35), oder ein hantelförmiges Strahlprofil (36), oder ein keilförmiges Strahlprofil (37), oder ein Strahlprofil (38) mit einem Hauptstrahl und einem Satelliten mit geringerer Intensität oder Ausdehnung.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der strahlformenden Optik (18) der Laserstrahl (20) so geformt wird, dass in dessen Fokusbereich (22) die Ausdehnung des Laserstrahls (20) in Richtung entlang der Sollbruchlinie, um einen Faktor im Bereich von 1,3 bis 5, vorzugsweise um einen Faktor im Bereich von 1,5 bis 4 größer ist, als die Ausdehnung in Richtung senkrecht zur Sollbruchlinie.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die filamentförmigen Schädigungen (14) mit einem Laserstrahl (20) eingefügt werden, der ein asymmetrisches Strahlprofil in Bezug auf eine Spiegelung senkrecht zur Vorschubrichtung aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die filamentförmigen Schädigungen (14) in einem Abstand nebeneinander eingefügt werden, der höchstens so groß wie die Glasdicke (d) ist, vorzugsweise mit mittleren Abständen zwischen benachbarten filamentförmigen Schädigungen (14) im Bereich von 1 µm bis 10 µm zueinander, bevorzugt von 3 µm bis 8 µm, einfügt werden.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenfolge des Einfügens der Sollbruchlinien (12) erst quer zum Glasband (4) zur Erzeugung der Quer-Sollbruchlinien (121) und dann längs zum Glasband (4) zur Erzeugung der Längs-Sollbruchlinien (122) erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ultrakurzpulslaser (16) verwendet werden, wobei zumindest ein erster Ultrakurzpulslaser (16) die Quer-Sollbruchlinien (121) und zumindest ein zweiter Ultrakurzpulslaser (16) die Längs-Sollbruchlinien (122) einfügt.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Glasscheiben (4) mit Kanten (30) mit einer kühlabhängigen Kantenfestigkeit KGK hergestellt werden, die der folgenden Formel genügen: KGK = KG / K, beziehungsweise KG = KGK * K, wobei KG einen Festigkeitswert in MPa und K die Abkühlrate in Kelvin/s bezeichnet, wobei für eine Glasdicke (d) von mindestens 30 µm die kühlabhängige Kantenfestigkeit KGK größer als 0,2 MPa·s/Kelvin, bevorzugt größer als 0,5 MPa·s/Kelvin, beträgt, wobei für eine Glasdicke (d) von mindestens 50 µm die kühlabhängige Kantenfestigkeit KGK größer als 0,5 MPa·s/Kelvin, bevorzugt größer als 0,9 MPa·s/Kelvin, beträgt, und wobei für eine Glasdicke (d) von mindestens 100 µm die kühlabhängige Kantenfestigkeit KGK größer als 1,5 MPa·s/Kelvin, bevorzugt größer als 2 MPa·s/Kelvin, beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Position des Glasbands (4) innerhalb des Fokusbereiches fixiert wird, bevorzugt mit zumindest einer Anpress-Rolle, einer Anpresskante oder durch Ansaugen.
Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen der Borten (13) an den Längs-Sollbruchstellen (122) und das Abtrennen von Glasscheiben (2) durch Auftrennen an den quer zum Glasband laufenden Quer-Sollbruchlinien (121) mechanisch erfolgt.
Glasband (4) mit einer Glasdicke (d) im Bereich von 15 µm bis 2 mm, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Glasband (4) einwärts der Ränder Längs-Sollbruchlinien (122) aus filamentförmigen Schädigungen (14) aufweist, so dass die Borten (13) abgetrennt werden können, und das quer zum Glasband (4) Quer-Sollbruchlinien (121) aus filamentförmigen Schädigungen (14) aufweist, um Glasscheiben abzutrennen, wobei sich die filamentförmigen Schädigungen (14) bevorzugt von einer Seitenfläche (5a) zur gegenüberliegenden Seitenfläche (5b) des Glasbands (4) erstrecken und wobei die filamentförmigen Schädigungen (14) entlang der Sollbruchlinien (12) beabstandet eingefügt sind.
Glasband (4) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die filamentförmigen Schädigungen (14) höchstens so tief wie die Glasdicke (d) mit mittleren Abständen zwischen benachbarten filamentförmigen Schädigungen (14) im Bereich von 1 µm bis 10 µm zueinander, bevorzugt von 3 µm bis 8 µm, einfügt sind.
Glasscheibe (2) mit einer Glasdicke (d) von 15 µm bis 2 mm, bevorzugt mit einer Glasdicke (d) von gleich oder kleiner 100 µm, 50 µm oder 30 µm, bevorzugt mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von größer 6 ppm/Kelvin, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (2) ein Weibull-Modul (nach DIN EN 843-5) von mehr als 7 und eine charakteristische Bruchspannung von mehr als 130 MPa, vorzugsweise mehr als 150 MPa aufweist.
Glasscheibe (2) nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasscheibe (2) raue Flächen (41) mit filamentförmigen Schädigungen (14) und dazwischen liegende ebene Flächen (40) ohne filamentförmigen Schädigungen aufweist.
Glasscheibe (2) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Flächenverhältnis der ebenen Flächen (40) zu den rauen Flächen zwischen 3:10 bis 2:1 beträgt.
Verwendung von Glasscheiben (2) nach den Ansprüchen 18 bis 20, oder von Glasscheiben herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 15, für isolierende Zwischensubstrate oder Abstandhalter für elektronische Komponenten, zur Verkapselung optoelektronischer Komponenten, als Träger für Dünnschicht-Zellen, wie Dünnschicht-Batterien oder Dünnschicht-Solarzellen, als Verbundsubstrate für Displays und für Mikrofluidik-Zellen.
Vorrichtung (1) zur Herstellung von Glasscheiben (2), insbesondere für das Verfahren zur Herstellung von Glasscheiben (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend - eine Vorrichtung zum Heißformen (8) eines kontinuierlichen Glasbands (4) mit einer vorgegebenen Glasdicke (d) im Bereich von 15 µm bis 2 mm aus einer Glasschmelze (10), - mindestens einen Ultrakurzpulslaser (16) und eine strahlformende Optik (18), die einen Laserstrahl (20) mit einem Fokusbereich (22) erzeugt, der länger als die Glasdicke (d) einstellbar ist, um in die Tiefe gehende voneinander beabstandet filamentförmigen Schädigungen (14) in einem vorbestimmten Volumen des Glasbands (4) zu erzeugen, zur Bildung von Quer-Sollbruchlinien (121) quer zum Glasband (4) und zur Bildung von Längs-Sollbruchlinien (122) beidseitig längs zum Glasband (4) mit Rändern, die jeweils eine verdickte Borte (13) aufweisen, - eine Bewegungseinrichtung (24) zur Positionierung des Laserstrahls (20) entlang eines vorgesehenen Verlaufs der Sollbruchlinien (12) auf dem Glasband (4), und - eine Kühleinrichtung (26), welche so angeordnet und eingerichtet ist, dass diese das Glasband (4) vor, während und/oder nach dem Einfügen der filamentförmigen Schädigungen (14) in das Glasband (4) mit einer Abkühlrate abkühlt, die abhängig von der vorgegebenen Glasdicke (d) gewählt wird, wobei mit sinkender Glasdicke die Abkühlrate erhöht wird.
Vorrichtung (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Abtrennvorrichtung (28), welche so angeordnet und eingerichtet ist, dass diese die Borten (13) entlang der Längs-Sollbruchstellen (122) und die Glasscheiben durch Auftrennen an den quer zum Glasband (4) laufenden Quer-Sollbruchlinien (121) jeweils unter Bildung von Kanten (30), bevorzugt mechanisch, separiert.
Vorrichtung (1) zur Herstellung von Glasscheiben (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungseinrichtung (24) zum Bewegen des Glasbands (4) zumindest eine Anpress-Rolle, eine Anpress-Kante oder eine Ansaugeinrichtung zur Fixierung der Lage des Glasbands (4) innerhalb des Fokusbereichs vorsieht.
Vorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine strahlformenden Optik (18) mit zumindest einem der Merkmale: - die strahlformende Optik (18) ist eingerichtet, das Strahlprofil des Laserstrahls (20) so zu formen, dass die Ausdehnung des Laserstrahls (20) in Richtung der Sollbruchlinien (12) größer ist als quer dazu, - die strahlformende Optik (18) ist eingerichtet, den Laserstrahl (20) so zu formen, dass in dessen Fokusbereich (22) die Ausdehnung des Laserstrahls (20) in Richtung entlang der durch die Bewegungseinrichtung vermittelte Bewegungsrichtung des Laserstrahls (20) über das Glasband (4), um einen Faktor im Bereich von 1,3 bis 5, vorzugsweise um einen Faktor im Bereich von 1,5 bis 4 größer ist, als die Ausdehnung in Richtung senkrecht zur Sollbruchlinie.