DE112013006831T5 - Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas - Google Patents

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Xi Wang
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Abstract

Die vorliegende Erfindung liefert ein chemisch vorgespanntes ultradünnes Glas, wobei das Glas eine Dicke von weniger als 500 μm aufweist, eine Oberflächendruck- bzw. -kompressionsschicht mit einer Tiefe von höchstens 30 μm. Die vorgespannte, ultradünne Glaslage oder -platte ist flexibler und hat eine außergewöhnliche Temperaturwechselbeständigkeit, wobei das Glas bei der Verarbeitung leichter zu handhaben ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein chemisch vorgespanntes ultradünnes Glas, insbesondere bezieht sie sich auf ein hochgradig festes flexibles Glas und noch spezieller bezieht sie sich auf ein flexibles Glas, das für flexible elektronische Vorrichtungen, für flexibles Ausdrucken, Sensoren für Touchpanels, Substrate für Dünnfilmzellen, mobile elektronische Vorrichtungen, Zwischenschaltungsplatinen (Interposer), biegbare Displays, Solarzellen oder andere Anwendungen mit Bedarf für hohe chemische Stabilität, Temperaturstabilität, geringe Gaspermeabilität genauso wie Flexibilität und geringe Dicke verwendet wird. Neben Konsumelektronik und industriellen elektronischen Vorrichtungen könnte die vorliegende Erfindung ebenso für Schutzanwendungen bei der industriellen Herstellung oder im Messwesen eingesetzt werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Dünnes Glas mit verschiedenen Zusammensetzungen ist ein geeignetes Substratmaterial für viele Anwendungen, wo chemische und physikalische Eigenschaften, wie Transparenz, chemische und thermische Beständigkeit, von großer Bedeutung sind. Beispielsweise können alkalifreie Gläser, wie AF32®, AF37®, AF45® von SCHOTT, für Displayanzeigen und Wafer als elektronische Packagingmaterialien verwendet werden. Borosilikatglas kann ebenfalls zum Brandschutz, für Dünn- und Dickfilmsensoren und Laborutensilien, wie mikromechanische Komponenten und lithographische Masken, eingesetzt werden.
  • Ultradünnes Glas wird typischerweise in elektronischen Anwendungen, wie Filmen und Sensoren eingesetzt. Heutzutage erfordern der zunehmende Bedarf nach neuen Funktionalitäten von Produkten und das Ausnutzen neuer und breiter Anwendungen dünnere und leichtere Glassubstrate mit neuen Eigenschaften, wie Flexibilität.
  • Typischerweise wird Dünnglas durch Abtragen bzw. Abschleifen eines dickeren Glases, wie Borosilikatglas, hergestellt, jedoch wären Glaslagen mit einer Dicke unterhalb von 0,5 mm durch Abtragen bzw. Abschleifen und Polieren größerer bzw. dickerer Glaslagen schwierig herzustellen oder können nur unter extrem restriktiven Bedingungen hergestellt werden. Glas, das dünner als 0,3 mm ist, oder sogar mit einer Dicke von 0,1 mm, wie D263®, MEMpax®, das von SCHOTT erhältlich ist, kann durch ein Downdraw-Verfahren hergestellt werden. Auch Kalknatronglas mit einer Dicke von 0,1 mm kann durch ein spezielles Floatverfahren erzeugt werden.
  • Die Hauptherausforderung für den Einsatz von ultradünnen Glassubstraten bei elektronischen Vorrichtungen liegt bei der Behandlung von dünnen Glaslagen. Normalerweise fehlt dem Glas Duktilität, und die Möglichkeit eines Bruchs hängt weitgehend von der mechanischen Festigkeit der Lage an sich ab. Für dünnes Glas wurden einige Verfahren vorgeschlagen. Die US 6,815,070 (Mauch et al.) schlägt die Beschichtung von Dünnglas mit organischen oder Polymerfilmen vor, um die Bruchfestigkeit des Glases zu verbessern. Nichtsdestotrotz gibt es nach wie vor einige Nachteile bei diesem Verfahren. Beispielsweise ist die Verbesserung der Festigkeit nicht ausreichend und dann müssen einige andere ausgeklügelte Verfahren durchgeführt werden, wenn die Glaslagen geschnitten werden. Zusätzlich würde die Polymerbeschichtung einen negativen Einfluss auf die thermische Haltbarkeit und die optischen Eigenschaften der Glaslagen ausüben.
  • Zusätzlich ist das chemische Härten bzw. Vorspannen ein gut bekanntes Verfahren, um die Festigkeit eines dickeren Glases, wie Kalknatronglas oder Aluminosilikatglas (AS-Glas), zu erhöhen, das beispielsweise als Abdeckglas für Displayanwendungen eingesetzt wird. Unter diesen Umständen liegt die Oberflächeneigenspannung bzw. -druckspannung (compressive stresses, CS) typischerweise zwischen 600 und 1000 MPa und die Tiefe der Ionenaustauschsschicht (depth of ion-exchange layer) ist typischerweise größer als 30 μm, bevorzugt größer als 40 μm. Für Sicherheitsschutzanwendungen beim Transport- oder Flugwesen weist AS-Glas eine Austauschschicht von größer 100 μm auf. Normalerweise ist ein Glas mit sowohl hoher CS als auch großer DoL für sämtliche Anwendungen annehmbar, wenn die Glasdicke von etwa 0,5 bis 10 mm reicht. Jedoch resultiert für ultradünnes Glas aus der hohen CS bei großer DoL die Neigung von selbst zu brechen aufgrund der hohen zentralen Zugspannung des Glases, so dass neue Parameter für ultradünnes Glas kontrolliert werden sollten, die sich von denen für Abdeckglas unterscheiden.
  • In einer großen Anzahl von Erfindungen wurden Studien über das chemische Vorspannen bzw. chemische Härten von Glas durchgeführt. Beispielsweise beschreibt die US 2010/0009154 ein Glas mit einer Dicke von 0,5 mm oder mehr mit einem äußeren Bereich der Druckspannung, wobei der äußere Bereich eine Tiefe von mindestens 50 μm aufweist und die Druckspannung zumindest höher als 200 MPa ist, wobei der Schritt des Bildens der zentralen Zugspannung (central tensile stress, CT) und der Druckspannung im Oberflächenbereich das aufeinanderfolgende Eintauchen mindestens eines Teils des Glases in eine Vielzahl von Ionenaustauschbädern aufweist; und das so erhaltene Glas konnte für Konsumelektronik eingesetzt werden. Die Parameter und Anforderungen für die Herstellung eines derartigen Glases sind nicht für die Herstellung von ultradünnem Glas anwendbar, weil die zentrale Spannung so hoch wäre, dass ein Brechen des Glases hervorgerufen würde.
  • Die US 2011/0281093 beschreibt ein gehärtetes Glas mit Widerstandsfähigkeit gegen Beschädigung, wobei der gehärtete Glasgegenstand einen ersten und zweiten Druckspannungsoberflächenbereich aufweist, die entgegengesetzt zueinander mit einem Zugspannungskernbereich verbunden sind, wobei der erste Oberflächenbereich einen höheren Grad an Druckoberflächenspannung als der zweite Oberflächenbereich aufweist, um die Beständigkeit gegenüber Oberflächenschäden zu verbessern. Die Druckspannungsoberflächenbereiche werden durch Laminieren, Ionenaustausch, thermisches Tempern oder Kombinationen hiervon bereitgestellt, um das Spannungsprofil zu steuern bzw. zu kontrollieren, und die Bruchenergie der Gegenstände zu begrenzen.
  • Die WO 11/149694 offenbart ein Glas mit antireflektiver Beschichtung, das chemisch gehärtet ist, wobei eine ausgewählte Beschichtung auf mindestens einer der Oberflächen des Glasgegenstands vorliegt, wobei die Beschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer antireflektiven und/oder Antiblendbeschichtung und die Beschichtung enthält mindestens 5 Gew.-% Kaliumoxid.
  • Die US 2009/197048 legt dar, dass ein chemisch vorgespanntes Glas eine funktionelle Beschichtung aufweist, um als Abdeckplatte zu dienen. Der Glasgegenstand weist eine Oberflächendruckspannung von mindestens etwa 200 MPa, eine Oberflächendruckschichttiefe im Bereich von 20 bis 80 μm auf, und hat eine amphiphobe Oberflächenschicht auf Fluorbasis, die chemisch auf der Oberfläche des Glasgegenstands gebunden ist, um einen beschichteten Glasgegenstand zu bilden.
  • In der US 8,232,218 wurde eine Wärmebehandlung verwendet, um die Effekte des chemischen Vorspannens von Glas zu verbessern. Der Glasgegenstand weist eine Kühltemperatur und einen Kühlpunkt auf, wobei der Glasgegenstand von einer ersten Temperatur, die höher ist als die Kühltemperatur des Glasgegenstands, auf eine zweite Temperatur, die niedriger ist als der Kühlpunkt, abgeschreckt wird. Das schnell abgekühlte Glas weist nach dem chemischen Härten eine höhere Druckspanung und eine dickere Ionenaustauschsschicht auf.
  • In der US 2012/0048604 wird die ionenausgetauschte ultradünne Aluminosilikat- oder Aluminoborosilikatglaslage als Zwischenschaltungsplatine (Interposer) für elektronische Vorrichtungen verwendet. Der Interposer umfasst einen Glassubstratkern, gebildet aus einem Ionenaustausch-Glas. Der thermische Ausdehnungskoeffizient (coefficient of thermal expansion, CTE) wird eingestellt, um mit demjenigen der Halbleiter- und metallischen Materialien und dergleichen zu passen. Jedoch ist in dieser Patentanmeldung eine Druckspannung von mehr als 200 MPa auf der Oberflächenschicht erforderlich, und die Tiefe der Schicht neigt dazu, für das Aluminosilikat- oder Aluminoborosilikatglas zu tief zu werden. Die obigen Faktoren machen es für ultradünnes Glas schwierig, praktisch eingesetzt zu werden. Daneben wird die Flexibilität von Glas und wie diese verbessert werden kann, nicht berücksichtigt. Tatsächlich ist die Flexibilität der wichtigste Faktor für diese Anwendung für das ultradünne Glas mit einer Dicke von 0,3 mm oder weniger. Zusätzlich erfordert das chemische Vorspannverfahren ein Eintauchen eines Glassubstrats in ein Salzbad bei hoher Temperatur und das Verfahren würde erfordern, dass das Glas an sich eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Über die gesamte Offenbarung der Erfindung ist nicht diskutiert, wie die Glaszusammensetzung und die relevanten Funktionen eingestellt werden müssen, um diese Voraussetzungen zu erfüllen.
  • Beispielsweise ist der Selbstbruch ein schwerwiegendes Problem für Aluminosilikatglas, weil der hohe CTE von Aluminosilikatglas die Temperaturwechselbeständigkeit absenkt und die Möglichkeit eines Bruchs für dünnes Glas während des Vorspannens und anderer Behandlungen erhöht. Andererseits weisen die meisten Aluminosilikatgläser einen höheren CTE auf, der nicht mit demjenigen von elektronischen Halbleitervorrichtungen übereinstimmt, was die Schwierigkeiten bei Behandlung und Anwendung erhöht.
  • Die vorliegende Erfindung hat erfolgreich die obigen technischen Probleme, die im Stand der Technik vorliegen, gelöst, indem ein neues flexibles Glassubstrat bereitgestellt wird, dessen Flexibilität durch chemisches Vorspannen erhöht werden kann. Währenddessen wurde die Zusammensetzung des ultradünnen flexiblen Glases speziell designed, um ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit für das chemische Vorspannen und den praktischen Einsatz bereitzustellen. Ein weiterer wichtiger Fakt ist, dass das flexible ultradünne Glas der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine geringere Druckspannung und weniger große Tiefe der Druckspannungsschicht, verglichen mit anderen Gläsern nach dem chemischen Vorspannen, aufweist. Derartige Eigenschaften machen die Glaslage bzw. -platte der vorliegenden Erfindung geeigneter für die praktische Verarbeitung.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung liefert ein chemisch vorgespanntes ultradünnes Glas, das hohe Flexibilität, Temperaturwechselbeständigkeit, Kratzbeständigkeit und Transparenz aufweist. Das ultradünne Glas weist eine Dicke von 500 μm oder weniger auf, die Ionenaustauschsschicht hat eine Dicke von 30 μm oder weniger und die zentrale Zugspannung beträgt 120 MPa oder weniger. Das ultradünne Glas weist einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) und ein geringeres Young-Modul auf, um die Temperaturwechselbeständigkeit und die Flexibilität zu verbessern. Zusätzlich führt der geringere CTE des erfindungsgemäßen Glases dazu, dass dieses mit den CTE von Halbleitervorrichtungen und anorganischen Materialien gut harmoniert und ausgezeichnete Eigenschaften und bessere Anwendbarkeit erreicht wird.
  • In einer Ausführungsform ist das Glas ein alkalihaltiges Glas, wie ein Alkalisilikatglas, Alkaliborosilikatglas, Alkalialuminoborosilikatglas, Alkaliborglas, Alkaligermanatglas, Alkaliborogermanatglas und Kombinationen hiervon.
  • Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein neues Glas bereitgestellt. Das Glas enthält Alkali, um den Ionenaustausch und das chemische Vorspannen zu ermöglichen. Die Tiefe der Ionenaustauschschicht (DoL) wird kontrolliert bzw. gesteuert, um weniger als 30 μm zu betragen und die CS wird kontrolliert bzw. gesteuert, um unterhalb 700 MPa zu liegen.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist es, ein neues ultradünnes flexibles Glas bereitzustellen, das einen CTE von weniger als 9,5 × 10–6/K aufweist, sowie einen Young-Modul kleiner 84 GPa, um ausgezeichnete Temperaturwechselbeständigkeit und Flexibilität zu verwirklichen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung des Glases bereitzustellen. Das Glas kann über ein Downdraw-Verfahren, Overflowfusion, ein spezielles Float- oder Redrawing-Verfahren oder durch Schleifen oder Ätzen aus einem dickeren Glas hergestellt werden. In der vorliegenden Erfindung kann das Ausgangsglas in Form von Lagen bzw. Platten oder Rollen bereitgestellt werden. Das Ausgangsglas weist eine makellose bzw. unberührte Oberfläche mit einer Rauhigkeit Ra von weniger als 5 nm auf und ein oder beide Oberflächen des Glases werden einem Ionenaustausch unterzogen und somit chemisch vorgespannt. Das chemisch gehärtete bzw. vorgespannte ultradünnne Glas ist eine ideale Wahl für eine Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung.
  • Ein vierter Aspekt der Erfindung ist es, einen Glasgegenstand mit zusätzlichen Funktionen bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann das ultradünne Glas, das mit nicht-Indium-Zinn-Oxid (ITO) leitfähig beschichtet wird, als flexibler oder biegbarer leitfähiger Film mit einer geringeren Wasserdampftransmissionsrate (water vapor transmission rate, WVTR) verwendet werden. Das ultradünne Glas mit nicht-ITO-leitfähiger Beschichtung kann für flexible Sensoren oder flexible Schalttafeln bzw. Platinen für elektronische Vorrichtungen, Solarzellen oder Displays verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform können ein oder beide Oberflächen des ultradünnen Glases strukturiert sein, indem man diesem eine Antiblend-Funktion (antiglare function, AG) verleiht, die der Platte bzw. Lage ein besseres Tast- bzw. Berührungsgefühl verleiht und visuell angenehmer ist. In noch einer weiteren Ausführungsform enthalten eine oder beide Oberflächen der ultradünnen Glaslage oder -platte mindestens 1 ppm Ag+- oder Cu2+-Ionen, um eine antibakterielle oder antimikrobielle Funktion zu verwirklichen. Weiterhin kann der Gegenstand mit Polymermaterialien laminiert sein, um als flexibles Substrat mit ausgezeichneter Wasserdampfbarrierefunktion zu dienen.
  • Eine derartige gehärtete ultradünne Glaslage bzw. -platte mit Flexibilität und Kratzbeständigkeit kann auch als Schutzfilm bzw. -schicht für Mobiltelefone, Tablets, Laptops, resistive Touchpanels, Fernseher, Spiegel, Fenster, Flugzeugfenster, Möbel und Haushaltsgeräte-Anwendungen verwendet werden.
  • Diese und andere Aspekte, Vorteile und Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung werden in den nachfolgenden Abschnitten mit Bezug auf die Zeichnungen in näheren Einzelheiten beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt die CS- und DoL-Profile des ultradünnen Glases, nachdem dieses chemisch vorgespannt wurde.
  • 2 zeigt die Verbesserung der Flexibilität des ultradünnen Glases nach dem chemischen Vorspannen.
  • 3 zeigt die Verbesserung der Weibull-Verteilung im ultradünnen Glas nach dem chemischen Vorspannen.
  • Terminologie
  • Druckspannung (Compressive strees, CS): die Spannung, die aus dem Extrusionseffekt auf das Glasnetzwerk durch die Glasoberfläche nach einem Ionenaustausch resultiert, während keine Deformation im Glas auftritt, gemessen durch das kommerziell erhältliche Spannungsmessgerät FSM6000, basierend auf optischen Prinzipien.
  • Tiefe der ionenausgetauschten Schicht (depth of ion exchanged layer, DoL): die Dicke der Glasoberflächenschicht, wo Ionenaustausch auftritt und Druckspannung erzeugt wird. Die DoL kann durch das kommerziell erhältliche Spannungsmessgerät FSM6000, basierend auf optischen Prinzipien, gemessen werden.
  • Zentrale Zugspannung (central tensile stress, CT): die Zugspannung, die in der Zwischenschicht aus Glas erzeugt wird und der Druckspannung entgegenwirkt, die zwischen der oberen und der unteren Oberfläche des Glases nach einem Ionenaustausch erzeugt wird. Die CT kann durch Messen der CS und der DoL berechnet werden.
  • Durchschnittliche Rauigkeit (Ra): die Rauigkeit bedeutet, dass die verarbeiteten Oberflächen kleinere Intervalle und winzige Höhen- und Tiefenunebenheiten aufweisen, und die durchschnittliche Rauigkeit Ra ist der arithmetische Mittelwert der Materialoberflächenprofilabweichung der absoluten Werte innerhalb der Probenlänge. Ra kann durch ein Tunnelrasterelektronenmikroskop gemessen werden.
  • Koeffizient der thermischen Leitfähigkeit (λ): die Fähigkeit von Substanzen Wärme zu leiten. λ kann durch ein kommerziell erhältliches Wärmeleitfähigkeitsmessgerät gemessen werden.
  • Festigkeit von Materialien (σ): die maximale Belastung, die Materialien aushalten können, im Falle, dass kein Bruch auftritt. σ kann durch einen Dreipunkt- oder Vierpunktbiegetest gemessen werden. In diesem Schutzrecht wird σ definiert als der Durchschnittswert, gemessen durch eine Reihe von Versuchen.
  • Poissonzahl von Materialien (μ): das Verhältnis von Querspannung zu Längsspannung von Materialien unter Belastung. μ kann durch Tests gemessen werden, in denen eine Last auf die Materialien aufgebracht wird und die Spannungen aufgezeichnet werden.
  • Glanz: das Verhältnis der reflektierten Lichtmenge von der Oberfläche der Materialien zur reflektierten Lichtmenge von der Oberfläche eines Standardprüfkörpers unter identischen Bedingungen. Glanz kann durch ein kommerziell erhältliches Glanzmessgerät gemessen werden.
  • Trübung: der Prozentsatz der Abnahme der Transparenz von transparenten Materialien aufgrund von Lichtstreuung. Die Trübung kann durch ein kommerziell erhältliches Trübungsmessgerät gemessen werden.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Wenn die Dicke der Glaslagen bzw. -platten dünner als 0,5 mm ist, wird die Handhabung von Glas sehr schwierig, hauptsächlich aufgrund von Defekten, wie Rissen und Absplitterungen, an den Kanten des Glases, was zum Bruch führt, und dann wäre die gesamte mechanische Festigkeit, beispielsweise die Biege- oder Schlagfestigkeitsleistungsfähigkeit, signifikant reduziert. In der Regel kann für ein dickeres Glas die Kante mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen (CNC) geschliffen werden, um Defekte zu entfernen, aber für ein ultradünnes Glas mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm kann das mechanische Abtragen bzw. Abschleifen sehr schwierig werden und kann nicht mehr angewendet werden, insbesondere wenn die Dicke kleiner als 0,3 mm beträgt. Ein Ätzen der Ecken bzw. Kanten könnte eine Lösung für ultradünnes Glas sein, um die Defekte zu entfernen, aber die Flexibilität von einer ultradünnen Glasplatte bzw. -lage ist nach wie vor durch die geringe Biegefestigkeit des Glases an sich begrenzt und daher ist das Härten des Glases für ultradünnes Glas ausserordentlich wichtig. Das Härten, auch bezeichnet als Vorspannen, kann durch Beschichten der Oberflächen und Kanten durchgeführt werden. Jedoch ist es sehr kostspielig und von geringer Effizienz. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass ein spezifisches Glas mit einer Zusammensetzung, enthaltend Alkali und Aluminium, mit einer spezifischen Dicke, das spezifischen chemischen Vorspannverfahren unterzogen wird, nicht nur hohe mechanische Festigkeit, sondern auch gute Flexibilität und Biegsamkeit erreicht werden können.
  • Nach dem Ionenaustausch wird die Druckspannungsschicht auf der Oberfläche des Glases gebildet. Die Druckspannung kann der Zugspannung entgegenwirken, wenn die Glasplatte bzw. -lage gebogen wird, daher wird die Festigkeit des Glases verbessert, wodurch es einfacher wird, das Glas zu handhaben und zu verarbeiten. Jedoch gelten die CS- und DoL-Werte, die für dickeres Kalknatron- oder Aluminosilikatglas empfohlen werden, die üblicherweise für chemisch vorgespanntes Glas verwendet werden, für ultradünne Glasplatten bzw. -lagen der Erfindung nicht länger. Für ein ultradünnes Glas mit weniger als 0,5 mm sind die DoL- und CT-Werte viel kritischer als für ein dickeres Glas, und das Glas würde beschädigt werden, wenn diese zu hoch sind. Daher stellen eine DoL von weniger als 30 μm und eine CT von weniger als 120 MPa die grundlegenden Voraussetzungen für chemisch vorgespanntes ultradünnes Glas dar.
  • Überraschenderweise kann ein Alkali- und Bor-haltiges Silikatglas mit einer speziell konzipierten Zusammensetzung die Anforderungen für das Vorspannen von ultradünnem Glas mit geringer CS, geringer DoL und relativ langer Vorspannzeit erfüllen. Die Zusammensetzung von Glas muss sich von herkömmlichen Gläsern unterscheiden, um kontrollierbare und geeignete chemisch vorgespannte Ergebnisse zu verwirklichen. Auch für die vorliegende Erfindung sind die Temperaturwechselbeständigkeit der Rohglasplatte bzw. -lage vor dem chemischen Vorspannen und die Steifheit des Glases Schlüsselfaktoren. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sollte die Glaszusammensetzung sorgfältig konzipiert werden.
  • In einer Ausführungsform ist das ultradünne Glas ein Lithiumaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 55–69
    Al2O3 18–25
    Li2O 3–5
    Na2O + K2O 0–30
    MgO + CaO + SrO + BaO 0–5
    ZnO 0–4
    TiO2 0–5
    ZrO2 0–5
    TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–6
    P2O5 0–8
    F 0–1
    B2O3 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Lithiumaluminosilikatglas der Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 57–66
    Al2O3 18–23
    Li2O 3–5
    Na2O + K2O 3–25
    MgO + CaO + SrO + BaO 1–4
    ZnO 0–4
    TiO2 0–4
    ZrO2 0–5
    TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–6
    P2O5 0–7
    F 0–1
    B2O3 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Lithiumaluminosilikatglas der Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 57–63
    Al2O3 18–22
    Li2O 3.5–5
    Na2O + K2O 5–20
    MgO + CaO + SrO + BaO 0–5
    ZnO 0–3
    TiO2 0–3
    ZrO2 0–5
    TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–5
    P2O5 0–5
    F 0–1
    B2O3 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Kalknatronglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung und umfasst (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 40–81
    Al2O3 0–6
    B2O3 0–5
    Li2O + Na2O + K2O 5–30
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–30
    TiO2 + ZrO2 0–7
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 50–81
    Al2O3 0–5
    B2O3 0–5
    Li2O + Na2O + K2O 5–28
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25
    TiO2 + ZrO2 0–6
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Kalknatronglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 55–76
    Al2O3 0–5
    B2O3 0–5
    Li2O + Na2O + K2O 5–25
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–20
    TiO2 + ZrO2 0–5
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 60–85
    Al2O3 0–10
    B2O3 5–20
    Li2O + Na2O + K2O 2–16
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15
    TiO2 + ZrO2 0–5
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 63–84
    Al2O3 0–8
    B2O3 5–18
    Li2O + Na2O + K2O 3–14
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–12
    TiO2 + ZrO2 0–4
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Borosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 63–83
    Al2O3 0–7
    B2O3 5–18
    Li2O + Na2O + K2O 4–14
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–10
    TiO2 + ZrO2 0–3
    P2O5 0–2
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Alkalimetallaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 40–75
    Al2O3 10–30
    B2O3 0–20
    Li2O + Na2O + K2O 4–30
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15
    TiO2 + ZrO2 0–15
    P2O5 0–10
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Alkalimetallaluminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 50–70
    Al2O3 10–27
    B2O3 0–18
    Li2O + Na2O + K2O 5–28
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–13
    TiO2 + ZrO2 0–13
    P2O5 0–9
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Alkalialuminosilikatglas der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 55–68
    Al2O3 10–27
    B2O3 0–15
    Li2O + Na2O + K2O 4–27
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–12
    TiO2 + ZrO2 0–10
    P2O5 0–8
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • In einer Ausführungsform ist das ultradünne flexible Glas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%):
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 50–75
    Al2O3 7–25
    B2O3 0–20
    Li2O + Na2O + K2O 0–4
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25
    TiO2 + ZrO2 0–10
    P2O5 0–5
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist bevorzugter die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 52–73
    Al2O3 7–23
    B2O3 0–18
    Li2O + Na2O + K2O 0–4
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–23
    TiO2 + ZrO2 0–10
    P2O5 0–5
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Das Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt der vorliegenden Erfindung weist am meisten bevorzugt die nachfolgende Zusammensetzung (in Gew.-%) auf:
    Zusammensetzung (Gew.-%)
    SiO2 53–71
    Al2O3 7–22
    B2O3 0–18
    Li2O + Na2O + K2O 0–4
    MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–22
    TiO2 + ZrO2 0–8
    P2O5 0–5
  • Gegebenenfalls können färbende Oxide zugegeben werden, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 können als Läutermittel zugegeben werden und 0–5 Gew.-% Seltenerdoxide können ebenfalls zugegeben werden, um magnetische oder Photonen- oder optische Funktionen in die Glaslage oder -platte einzuführen, und die Gesamtmenge der Gesamtzusammensetzung beträgt 100 Gew.-%.
  • Tabelle 1 zeigt mehrere typische Ausführungsformen von ultradünnen Alkalihaltigen Gläsern, die chemisch vorgespannt werden sollen. Tabelle 1 Ausführungsformen von Alkali-haltigen Borosilikatgläsern
    Zusammensetzung (Gew.-%) Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Beispiel 7 Beispiel 8
    SiO2 80 64 70 61 68 70 67 60
    Al2O3 3 7 1 18 9 8 6 7
    Li2O 0 0 0 5 0 0 0 0
    Na2O 5 6 8 10 5 3 5 8
    K2O 0 6 8 1 2 6 4 5
    CaO 0 0 7 1 2 0 0 0
    BaO 0 0 2,5 0 2 0 0 0
    ZnO 0 5 2,4 0 0 1 2 0
    ZrO2 0 0 0 3 3 0 0 0
    B2O3 12 8 0,1 1 8 12 16 20
    TiO2 0 4 1 0 0 0 0 0
  • SiO2, B2O3 und P2O5 fungieren als Glasnetzwerkbildner. Ihr Gehalt sollte nicht weniger als 40% für herkömmliche Verfahren sein oder die Glasplatte bzw. -lage kann nicht gebildet werden und würde brüchig bzw. spröde werden und an Transparenz verlieren. Der höhere SiO2-Gehalt erfordert eine höhere Schmelz- und Bearbeitungstemperatur während der Glasherstellung und daher sollte dieser Gehalt normalerweise weniger als 90% sein. Der Zusatz von B2O3 und P2O5 zum SiO2 kann die Netzwerkeigenschaften modifizieren und die Schmelz- und Bearbeitungstemperatur des Glases absenken. Auch die Glasnetzwerkbildner weisen einen starken Einfluss auf den CTE des Glases auf.
  • Zusätzlich kann das B2O3 im Glasnetzwerk zwei verschiedene Polyederstrukturen bilden, die an die Belastungskraft von außen besser angepasst werden können. Der Zusatz von B2O3 resultiert in der Regel in einer geringeren Wärmeausdehnung und einem geringeren Young-Modul, was wiederum zu guter Temperaturwechselbeständigkeit und langsamerem chemischen Vorspannen führt, wobei eine geringe CS und eine kleine DoL ohne weiteres erhalten werden konnten. Daher kann der Zusatz von B2O3 zu ultradünnem Glas das chemische Vorspannen in großem Umfang verbessern, und das somit chemisch vorgespannte ultradünne Glas kann zu praktischen Anwendungen in größerem Umfang eingesetzt werden.
  • Al2O3 fungiert als der Glasnetzwerkbildner und auch als Glasnetzwerkmodifizierer. Der [AlO4]-Tetraeder und der [AlO6]-Hexaeder werden im Glasnetzwerk, abhängig von der Menge an Al2O3 gebildet. Diese können die Ionenaustauschgeschwindigkeit einstellen, indem die Größe des Raums für den Ionenaustausch innerhalb des Glasnetzwerks geändert wird. Wenn die Menge an Al2O3 zu hoch ist, beispielsweise höher als 40%, wird die Schmelztemperatur und Bearbeitungstemperatur des Glases auch viel höher, und dieses tendiert dazu zu kristallisieren, was dazu führt, dass das Glas Transparenz und Flexibilität verliert.
  • Die Alkalimetalloxide, wie K2O, Na2O und Li2O, fungieren als Glasverarbeitungsmodifizierer, und diese können das Glasnetzwerk durch Bildung von Nichtbrückenoxiden innerhalb des Glasnetzwerks zerstören. Der Zusatz von Alkalimetallen kann die Verarbeitungstemperatur von Glas herabsetzen und den CTE des Glases erhöhen. Die Gegenwart von Na und Li ist für ultradünnes flexibles Glas notwendig, um chemisch vorgespannt zu werden, der Ionenaustausch von Na+/Li+, Na+/K+ und Li+/K+ ist ein notwendiger Schritt für das Vorspannen. Das Glas wird nicht vorgespannt, wenn es selbst keine Alkalimetalle enthält. Jedoch sollte die Gesamtmenge an Alkalimetall nicht höher als 30% betragen, oder das Glasnetzwerk wird ohne Ausbildung eines Glases vollständig zerstört. Ein weiterer wichtiger Faktor ist, dass ultradünnes Glas einen niedrigen CTE aufweisen sollte, und dann sollte das Glas keine überschüssige Menge an Alkalimetallen mehr enthalten, um diese Anforderung zu erfüllen.
  • Erdalkalielementoxide, wie MgO, CaO, SrO und BaO, fungieren als Netzwerkmodifizierer und sind dazu in der Lage, die Bildungstemperatur des Glases abzusenken. Diese Elemente können den CTE und Young-Modul des Glases ändern, und die Erdalkalielemente haben eine sehr wichtige Funktion, um den Brechungsindex des Glases zu verändern, um spezielle Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise kann MgO den Brechungsindex von Glas absenken, während BaO den Brechungsindex anheben kann. Die Menge an Erdalkalielementen sollte bei der Glasherstellung nicht höher als 40% sein.
  • Einige Übergangsmetallelementoxide im Glas, wie ZnO und ZrO2, haben eine ähnliche Funktion wie diejenige der Erdalkalielemente. Andere Übergangsmetallelemente, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2 und Cr2O3, fungieren als farbgebende Mittel, damit das Glas spezielle Photonen aufweist oder optische Funktionen zeigt, beispielsweise Farbfilterfunktion oder Lichtumwandlung.
  • Typischerweise kann ein ultradünnes Glas, das Alkalimetallionen enthält, durch Abtragen bzw. Abschleifen oder Ätzen aus dünneren Gläsern hergestellt werden. Die zwei Verfahren sind einfach durchzuführen, aber nicht ökonomisch. Dabei ist die Oberflächenqualität, z. B. Ra Rauigkeit und Welligkeit, nicht gut. Das Redrawing-Verfahren kann ebenfalls verwendet werden, um das ultradünne Glas aus einem dickeren Glas zu bilden, aber die Kosten hierfür sind ebenfalls hoch und eine hocheffiziente Massenproduktion ist nicht leicht zu verwirklichen.
  • Die anderen Herstellungsverfahren für ultradünne alkalihaltige Borosilikatglasplatten bzw. -lagen umfasst das Downdraw-, Overflowfusion- und spezielle Float-Verfahren. Das Downdraw- und das Overflowfusion-Verfahren sind für die Massenproduktion bevorzugt, da sie wirtschaftlich sind, wobei die Erzeugung eines ultradünnen Glases mit einer Dicke von 10 bis 500 μm mit hoher Oberflächenqualität möglich ist. Das Downdraw- oder das Overflowfusion-Verfahren können eine natürliche oder feuerpolierte Oberfläche mit einer Rauigkeit Ra von weniger als 5 nm, bevorzugt weniger als 2 nm, und noch bevorzugter von weniger als 1 nm erzeugen. Für die praktische Verwendung in elektronischen Vorrichtungen weist die Glasplatte bzw. -lage eine Dickenvariationstoleranz von weniger als ±10% auf. Die Dicke kann in einem Bereich von 10 bis 500 μm ebenfalls exakt gesteuert bzw. kontrolliert werden. Es ist die Stärke bzw. Dicke, die dem Glas Flexibilität verleiht. Das spezielle Float-Verfahren kann ein ultradünnes Glas mit der natürlichen bzw. unberührten Oberfläche erzeugen, was wirtschaftlich und ebenfalls für die Massenproduktion geeignet ist, aber das durch das Floatverfahren erzeugte Glas weist eine Seite als die Zinnseite auf, die sich von der anderen Seite unterscheidet. Der Unterschied zwischen den beiden Seiten würde bewirken, dass eine Krümmung bzw. Verbiegung (warp) des Glases nach dem chemischen Vorspannen auftritt, und würde weiterhin das Bedruck- oder Beschichtungsverfahren beeinträchtigen, weil die zwei Seiten verschiedene Oberflächenenergien haben.
  • Das ultradünne Glas kann in Form von Lagen bzw. Platten oder Rollen erzeugt und verarbeitet werden. Die Lagengröße ist größer oder gleich 100 × 100 mm2 und bevorzugt größer als 400 × 320 mm2 und noch bevorzugter größer als 470 × 370 mm2 und am meisten bevorzugt größer als 550 × 440 mm2. Die ultradünne Glasrolle weist eine Breite auf, die größer als 250 mm und bevorzugt größer als 320 mm und noch bevorzugter größer als 370 mm und am meisten bevorzugt größer als 440 mm ist. Die Länge einer Glasrolle ist länger als 1 m und bevorzugt länger als 10 m, noch bevorzugter länger als 100 m und am meisten bevorzugt länger als 500 m.
  • Das Vorspannverfahren kann durch Eintauchen der Glasplatten bzw. -lagen und Glasrollen in ein Salzbad, enthaltend einwertige Ionen, durchgeführt werden, um mit Alkaliionen innerhalb des Glases auszutauschen. Die einwertigen Ionen im Salzbad weisen einen Durchmesser auf, der größer ist als der der Alkalimetallionen innerhalb des Glases, womit eine Druckspannung erzeugt werden kann, die nach dem Ionenaustausch auf das Glasnetzwerk wirkt. Nach dem Ionenaustausch sind die Festigkeit und die Flexibilität des ultradünnen Glases erhöht. Zusätzlich kann die durch das chemische Vorspannen induzierte CS die Kratzbeständigkeit des Glases erhöhen, so dass das gehärtete bzw. vorgespannte Glas nicht ohne weiteres zerkratzt werden würde und die DoL kann die Kratztoleranz erhöhen, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass das Glas bricht oder überhaupt verkratzt wird.
  • Das am typischsten verwendete Salz für das chemische Vorspannen ist Na+-haltiges geschmolzenes Salz oder K+-haltiges geschmolzenes Salz oder Mischungen hiervon. Die herkömmlicherweise verwendeten Salze umfassen NaNO3, KNO3, NaCl, KCl, K2SO4, Na2SO4 und Na2CO3, Additive, wie NaOH, KOH und andere Natriumsalze oder Kaliumsalze oder Cäsiumsalze, werden ebenfalls verwendet, um die Rate des Ionenaustauschs für das chemische Vorspannen besser zu kontrollieren bzw. zu steuern. Ag+-haltige oder Cu2+-haltige Salzbäder können verwendet werden, um das ultradünne Glas mit einer antimikrobiellen Funktion auszurüsten.
  • Der Ionenaustausch wird in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren oder in einem Rolle-zu-Lage-Verfahren online bzw. in einer Verarbeitungsstraße durchgeführt. In diesen Verfahren werden die Glasrollen in ein Bad zum chemischen Vorspannen gegeben und hiernach wieder aufgerollt oder in Lagen bzw. Platten geschnitten. Alternativ können die chemisch vorgespannten Glasrollen direkt in eine Verarbeitungsstrasse zur Badreinigung gegeben und wieder aufgerollt oder danach in Lagen bzw. Platten geschnitten werden.
  • Da das Glas sehr dünn ist, sollte der Ionenaustausch nicht zu schnell oder zu tief durchgeführt werden und der zentrale Zugspannungswert (CT) von Glas ist für ultradünnes Glas kritisch und kann durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden:
    Figure DE112013006831T5_0002
    wobei σcs den Wert für CS darstellt, LDoL ist die Dicke der DoL, t ist die Dicke des Glases. Die Einheit für die Spannung ist MPa und für die Dicke μm. Der Ionenaustausch sollte nicht so tief wie für ein dickeres Glas durchgeführt werden; und dieser sollte nicht zu schnell durchgeführt werden, um eine präzise Kontrolle bzw. Steuerung des chemischen Vorspannverfahrens bereitzustellen. Eine tiefe DoL würde eine hohe CT induzieren und den Selbstbruch von ultradünnem Glas bewirken oder sogar dazu führen, dass die CS verschwindet, wenn das ultradünne Glas vollständig ionenausgetauscht wird, ohne dieses vorzuspannen. Typischerweise erhöht eine große DoL durch das chemische Vorspannen die Festigkeit und Flexibilität von ultradünnem Glas nicht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Dicke des Glases t für ultradünnes Glas eine spezielle Beziehung für DoL, CS und CT auf, wie folgt:
    Figure DE112013006831T5_0003
  • Tabelle 2 listet eine Ausführungsform auf, wobei die CS und die DoL innerhalb spezifischer Bereiche kontrolliert bzw. gesteuert werden müssen, um die optimale Festigkeit und Flexibilität zu erreichen. Die Proben sind in einem reinen KNO3-Salzbad bei einer Temperatur zwischen 350 und 480°C für 15 Minuten bis 48 Stunden chemisch vorgespannt, um kontrollierte CS- und DoL-Werte zu erhalten. Tabelle 2 Technische Spezifikationen für das Vorspannen
    Dicke DoL (μm) CS (MPa) CT (MPa)
    0,5 mm < 30 < 700 < 120
    0,3 mm < 30 < 700 < 120
    0,2 mm < 20 < 700 < 120
    0,1 mm < 15 < 600 < 120
    70 μm < 15 < 400 < 120
    50 μm < 10 < 350 < 120
    25 μm < 5 < 300 < 120
    10 μm < 3 < 300 < 120
  • In einer spezifischen Ausführungsform besitzt das Borosilikatglas die Eigenschaften eines relativ geringen CTEs, geringen spezifischen Young-Moduls und einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit. Neben diesen Vorteilen enthält das Borosilikatglas Alkali und kann ebenfalls chemisch vorgespannt werden. Die CS und die DoL können aufgrund der relativ langsamen Austauschverfahren gut kontrolliert werden.
  • Die Verarbeitung von ultradünnem Glas ist ebenfalls für die Festigkeit und Flexibilität wichtig und selbst die Temperaturwechselbeständigkeit hängt mit der Qualität der Verarbeitung zusammen. Eine weitere Verarbeitung des ultradünnen flexiblen Glases umfasst das mechanische Schneiden mit Diamantspitzen oder Schneidrädern oder Legierungsschneidrädern, thermisches Schneiden, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden. Strukturierverfahren, wie Ultraschallbohren, Sandstrahlen und chemisches Ätzen auf der Kante oder Oberfläche kann ebenfalls eingesetzt werden, um auf der Glaslage bzw. -platte Strukturen zu erzeugen.
  • Das Laserschneiden umfasst sowohl herkömmliches als auch nicht-herkömmliches Laserschneiden. Das herkömmliche Laserschneiden wird verwirklicht durch einen Dauerstrich-Laser (continuous wave, CW), wie einen CO2-Laser oder einen herkömmlichen grünen Laser, herkömmliche Infrarotlaser, herkömmliche UV-Laser, und das schnelle Aufheizen durch einen Laser, gefolgt von schnellem Abschrecken, führt zu Glasbruch und Trennung. Direktes Erhitzen durch einen Laser, um Materialien zu verdampfen, ist mit einem hochenergetischen Laser ebenfalls möglich, aber mit sehr langsamen Schneidraten verbunden. Beide Verfahren führen zu unerwünschten Mikrorissen und rauher Oberflächenausführung. Die Materialien, die mit herkömmlichen Laserverfahren geschnitten werden, erfordern eine Nachbearbeitung, um die unerwünschten Kanten und Oberflächenbeschädigungen zu entfernen. Für ultradünnes Glas ist die Kante schwer zu bearbeiten und somit folgt einem herkömmlichen Laserschneiden normalerweise ein chemisches Ätzen als Nachbearbeitung.
  • Das nicht-herkömmliche Laserschneiden basiert auf Filamenten von ultrakurz gepulsten Laser, wobei ultrakurze Laserpulse im Nano- oder Pico- oder Femto- oder Attosekundenbereich eingesetzt werden, die brüchige Materialien über Plasmadissoziation, induziert durch Filamentation oder Selbstfokussierung des Pulslasers, schneiden. Dieses nicht-herkömmliche Verfahren stellt höhere Qualitätsschneidkanten, geringere Oberflächenrauigkeit, höhere Biegefestigkeit und schnellere Verarbeitung sicher. Diese neue Laserschneidtechnologie arbeitet speziell auf chemisch vorgespanntem Glas und anderen transparenten Materialien gut, die mit herkömmlichen Verfahren schwierig zu schneiden waren.
  • Die thermische Belastung, verursacht durch Temperaturdifferenz, ist verantwortlich für den Bruch von Glas beim Temperaturwechsel. Auch die thermische Spannung bzw. Belastung („stress”), induziert durch das thermische Verfahren, kann die Glasfestigkeit absenken, wodurch das Glas spröder wird und die Flexibilität verliert. Zusätzlich ist ultradünnes Glas gegenüber thermischer Belastung empfindlicher als dickes Glas. Folglich sind die Temperaturwechselbeständigkeit und die thermische Belastungsbeständigkeit insbesondere für einander relevant, wenn dünne Glaslagen bzw. -platten eingesetzt werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst das chemische Vorspannen das schnelle Erhitzen und Abschrecken, wobei das thermische Abschrecken während dieses Verfahren unerlässlich ist. Ein Salzbad zum chemischen Vorspannen wird in der Regel auf eine Temperatur erhitzt, die höher als 350°C ist oder sogar bis zu 700°C beträgt, um zu ermöglichen, dass das Salzbad schmilzt. Wenn ein ultradünnes Glas in ein Salzbad eingetaucht wird, bilden sich Temperaturgradienten zwischen dem Glas und dem Salzbad und der Gradient bildet sich innerhalb eines einzelnen Glasstücks, selbst wenn nur ein Teil des Glases in das Salzbad eingetaucht wird. Wenn andererseits das ultradünne Glas aus dem Salzbad herausgenommen wird, wird es in der Regel einem schnellen Abschreckverfahren unterzogen. Aufgrund der geringen Dicke ist das ultradünne Glas beim selben Temperaturgradienten anfälliger für Bruch. Die Temperaturwechselverfahren resultieren daher in geringer Ausbeute, wenn ultradünnes Glas ohne spezielle Zusammenstellung der Zusammensetzung vorgespannt wird. Obwohl ein Vorerhitzen und Nachglühen den Temperaturgradienten reduzieren kann, sind diese Verfahren zeit- und energieaufwendig. Daher ist eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit für das ultradünne Glas in hohem Maße bevorzugt, um das chemische Vorspannverfahren zu vereinfachen und die Ausbeute zu verbessern. Zusätzlich zum chemischen Vorspannen kann auch eine thermische Belastung bzw. Spannung während der nachträglichen Verarbeitung nach dem chemischen Vorspannen eingeführt werden, wie ein Laserschneiden oder thermisches Schneiden.
  • Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, dass die Temperaturwechselbeständigkeit des ursprünglichen Glases vor dem chemischen Vorspannen der wichtigste Faktor für das flexible ultradünne Glas ist, weil die Temperaturwechselbeständigkeit die wirtschaftliche Verfügbarkeit des vorgespannten Glases mit hoher Qualität bestimmt. Die Zusammensetzung der ursprünglichen Glasplatte bzw. -lage spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle bei der Glasherstellung und sollte daher für jeden Glastyp sorgfältig gestaltet werden, was bereits in den vorangehenden Absätzen beschrieben wurde.
  • Die Robustheit eines Materials gegenüber Temperaturwechsel wird durch den Temperaturwechselparameter gekennzeichnet:
    Figure DE112013006831T5_0004
    wobei R der Temperaturwechselwiderstand ist; λ ist der Koeffizient der thermischen Leitfähigkeit; α ist der CTE; σ ist die Festigkeit eines Materials; E ist der Young-Modul und μ ist das Poissonverhältnis.
  • Ein höherer Wert für R stellt eine größere Beständigkeit gegenüber dem Versagen bei Temperaturwechsel dar. Demgemäß wird die thermische Belastungs- bzw. Spannungsbeständigkeit für Glas durch die maximale thermische Belastung ΔT aus der nachfolgenden Gleichung bestimmt:
    Figure DE112013006831T5_0005
  • Offensichtlich würde ein Glas mit einem höheren R eine höhere thermische Belastung bzw. Spannung aufweisen und daher eine größere Beständigkeit gegenüber einem Temperaturwechsel haben.
  • Zur praktischen Verwendung sollte R entweder für eine vorgespannte oder eine nicht vorgespannte ultradünne Glasplatte oder -lage höher als 190 W/m2, bevorzugt höher als 250 W/m2, noch bevorzugter höher als 300 W/m2 sein, und ΔT sollte entweder für eine vorgespannte oder eine nicht vorgespannte ultradünne Glasplatte oder -lage höher als 380°C, bevorzugt höher als 500°C, noch bevorzugter höher als 600°C sein.
  • Der CTE ist ein Schlüsselfaktor für die oben erwähnte Bedingung für die Temperaturwechselbeständigkeit von ultradünnem Glas. Das Glas mit einem geringeren CTE und einem geringeren Young-Modul weist eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit auf und ist gegenüber einem Bruch, verursacht durch einen Temperaturgradienten, weniger anfällig und weist den Vorteil auf, dass ungleichmäßige Verteilung von thermischer Belastung bzw. Spannung im chemischen Vorspannverfahren und anderen Hochtemperaturverfahren, wie Beschichten oder Schneiden, reduziert werden. Der CTE sollte für eine Glasplatte oder -lage entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen geringer als 9,5 × 10/K sein, normalerweise geringer als 8 × 10–6/K, bevorzugt geringer als 7 × 10–6/K, noch bevorzugter geringer als 6 × 10–6/K und am meisten bevorzugt geringer als 5 × 10–6/K.
  • Die Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz (resistance to temperature difference, RTG) kann durch den nachfolgenden Versuch gemessen werden: Zuerst werden Glasproben einer Größe von 250 × 250 mm2 hergestellt. Dann wird der Mittelbereich der Probenplatten auf eine definierte Temperatur erhitzt, wobei gleichzeitig die Kanten bei Raumtemperatur belassen werden. Der Temperaturunterschied zwischen dem heißen Mittelbereich der Platte und den kühlen Kanten der Platte stellt die Beständigkeit gegenüber der Temperaturdifferenz von Glas dar, wenn bei 5% oder weniger der Proben ein Bruch auftritt. Für die Anwendung von ultradünnem Glas sollte die RTG für eine Glasplatte oder -lage entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen größer als 50 K, bevorzugt größer als 100 K, bevorzugter größer als 150 K und am meisten bevorzugt größer als 200 K sein.
  • Der Versuch, um die Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel (resistance to thermal shock, RTS) zu testen, wird wie folgt durchgeführt: Zuerst werden Glasproben einer Größe von 200 × 200 mm2 hergestellt, die Proben werden in einem Umluftofen erhitzt, wonach der Mittelbereich der Probenplatten mit 50 ml kaltem Wasser (Raumtemperatur) begossen wird. Der Wert der Beständigkeit gegenüber Temperaturwechsel ist die Differenz der Temperatur zwischen der heißen Platte und dem kalten Wasser (Raumtemperatur), bei dem bei 5% der Proben oder weniger ein Bruch auftritt. Für die Anwendung von ultradünnem Glas sollte der RTS für eine Glasplatte oder -lage entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen höher als 75 K sein, bevorzugt höher als 115 K, bevorzugter höher als 150 K und am meisten bevorzugt höher als 200 K.
  • R ist ein theoretisch berechneter Wert, um die Temperaturwechselbeständigkeit zu beurteilen, ohne ein Temperaturwechselexperiment durchzuführen. Jedoch wird die Temperaturwechselbeständigkeit von Glas ebenfalls von anderen Faktoren beeinflusst, z. B. der Form, der Dicke und der Verarbeitungshistorie der Probe. Der RTS ist ein experimentelles Ergebnis, das die spezifische Temperaturwechselbeständigkeit von Glas für einen vorgegebenen Zustand misst. Die Eigenschaften des Glasmaterials wurden bei der Berechnung von R berücksichtigt, wobei der RTS mit anderen Faktoren bei praktischer Verwendung in Zusammenhang steht. Der RTS ist proportional zu R, wenn andere Bedingungen für das Glas dieselben sind.
  • ΔT ist ebenfalls ein theoretisch berechneter Wert, ähnlich zu R, um die Temperaturdifferenzbeständigkeit von Glasmaterial zu beurteilen, ohne ein Temperaturdifferenzexperiment durchzuführen. Jedoch ist die Beständigkeit von Glas gegenüber einer Temperaturdifferenz ebenfalls hochgradig abhängig von den spezifischen Bedingungen, wie der Größe einer Glasprobe, der Dicke eines Glases und der Verarbeitungshistorie eines Glases. Die RTG ist ein experimentelles Ergebnis unter Messung der spezifischen Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz von Glas für vorgegebene Bedingungen. Die Eigenschaften des Glasmaterials wurden bei der Berechnung von ΔT berücksichtigt, wobei die RTG bei der praktischen Verwendung mit anderen Faktoren in Zusammenhang steht. Die RTG ist proportional zu ΔT, aber nicht notwendigerweise mit diesem identisch.
  • In einer Ausführungsform weist das Borosilikatglas mit geringem CTE eine viel höhere Ausbeute (größer 95%) für ein chemisches Vorspannverfahren auf, während sämtliche Aluminosilikatgläser aufgrund des höheren CTs, induziert durch eine höhere CS und DoL zerbrachen. Tabelle 3 zeigt die Eigenschaften der in Tabelle 1 gezeigten Ausführungsformen. Tabelle 3: Eigenschaften der Ausführungsformen
    Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Beispiel 5 Beispiel 6 Beispiel 7 Beispiel 8
    E 64 GPa 73 GPa 72 GPa 83 GPa 70 GPa 64 GPa 63 GPa 65 GPa
    Tg 525°C 557°C 533°C 505°C - - - -
    CTE 3,3 × 10–6/K 7,2 × 10–6/K 9,4 × 10–6/K 8,5 × 10–6/K 5,2 × 10–6/K 5,2 × 10–6/K 5,6 × 10–6/K 7,1 × 10–6/K
    Kühlungspunkt 560°C 557°C 541°C 515°C - - - -
    Dichte 2,2 g/cm3 2,5 g/cm3 2,5 g/cm3 2,5 g/cm3 2,4 g/cm3 2,3 g/cm3 2,3 g/cm3 2,3 g/cm3
    Λ 12 W/mK 09 W/mK 1 W/mK 1 W/mK 1,1 W/mK 1,1 W/mK 1,1 W/mK 1,1 W/mK
    σ* 86 MPa 143 MPa 220 MPa 207 MPa 162 MPa 117 MPa 177 MPa 166 MPa
    Schneidverfahren Diamantschneidrad Diamantspitze Filamentschneiden Chemisches Ätzen Diamantspitze Diamantschneidrad Diamantspitze Diamantspitze
    μ 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
    R 391 W/m 196 W/m 260 W/m 235 W/m 392 W/m 309 W/m 441 W/m 316 W/m
    ΔT 652°C 435°C 520°C 469°C 712°C 563°C 802°C 576°C
    ε** 29,1 29,2 28,8 33,2 29,2 29,1 28,6 26
    * Es ist die Festigkeit des Glases vor dem chemischen Vorspannen; dieses wird ebenfalls durch das Schneidverfahren beeinflusst
    ** Die Einheit von ε ist GPa·cm3/g
  • Die Materialfestigkeit beeinflusst ebenfalls die Beständigkeit gegenüber einem Temperaturwechsel, weil der Bruch aufgrund der Wärmebelastung nur auftritt, wenn die induzierte thermische Belastung bzw. Spannung die Materialfestigkeit übersteigt. Nach einem geeigneten chemischen Vorspannen mit einer kontrollierten CT unterhalb 120 MPa kann die Festigkeit des Glases erhöht werden und die Beständigkeit gegenüber einem Temperaturwechsel kann ebenfalls verbessert werden. Tabelle 4 zeigt die Werte für Beispiele von chemisch vorgespanntem Glas entsprechend Tabelle 3.
  • Figure DE112013006831T5_0006
  • Das ultradünne Glas weist ebenfalls einen geringeren spezifischen Young-Modul auf, um bessere Flexibilität bereitzustellen. Daher weist das ultradünne Glas eine geringere Steifheit und ein besseres Biegeverhalten auf, was insbesondere für eine Rolle-zu-Rolle-Verarbeitung und -Handhabung gut ist. Die Steifheit von Glas wird definiert durch einen spezifischen Young-Modul: ε = E / ρ wobei E den Young-Modul darstellt, und ρ ist die Dichte von Glas. Da die Dichteänderung des Glases mit dessen Zusammensetzung nicht beträchtlich ist, sollte der spezifische Young-Modul geringer als 84 GPa sein, bevorzugt geringer als 73 GPa, und noch bevorzugter geringer als 68 GPa, um das ultradünne Glas flexibel genug zum Aufrollen zu machen. Die Steifheit von Glas ε beträgt weniger als 33,5 GPa·cm3/g, bevorzugt weniger als 29,2 GPa·cm3/g, und noch bevorzugter weniger als 27,2 GPa·cm3/g.
  • Die Flexibilität des Glases f wird charakterisiert durch den Biegeradius (r), wenn das Glas biegbar ist und kein Bruch auftritt und wird typischerweise durch nachfolgende Gleichung definiert: f = 1/r
  • Der Biegeradius (r) wird gemessen als die Innenkurve bei der Biegeposition eines Materials. Der Biegeradius wird definiert als der minimale Radius des Kreisbogens bei der Biegeposition, wo ein Glas die maximale Durchbiegung vor dem Abknicken oder Zerstören oder Brechen erreicht. Ein kleineres r bedeutet größere Flexibilität und Verbiegung des Glases. Der Biegeradius ist ein Parameter, der durch die Glasdicke, den Young-Modul und die Glasfestigkeit bestimmt wird. Chemisch vorgespanntes ultradünnes Glas weist eine sehr geringe Dicke, einen geringen Young-Modul und hohe Festigkeit auf. Alle drei Faktoren tragen zum geringen Biegeradius und besserer Flexibilität bei. Das vorgespannte flexible Glas der Erfindung weist einen Biegeradius von weniger als 150 mm, bevorzugt weniger als 100 mm und noch bevorzugter weniger als 50 mm auf.
  • Durch die Aufbringung von leitfähigen Beschichtungen auf den vorgespannten ultradünnen Glasplatten bzw. -lagen können flexible elektrische Schaltungen oder Sensoren erhalten werden. Sowohl anorganische als auch organische Beschichtungen können auf die ultradünnen Gläser aufgebracht werden. Jedoch haben anorganische leitfähige Beschichtungen, z. B. ITO, die herkömmlicherweise in modernen elektronischen Vorrichtungen eingesetzt werden, den Nachteil, dass sie nicht biegbar sind. Nach mehrfachem Biegen wird der elektrische Widerstand erhöht, weil Risse während der Deformation der Substrate und der Beschichtungen hierauf erzeugt werden. Daher sollte ein Dünnglas mit einer Dicke, die geringer als 0,3 mm ist, mit biegbaren leitfähigen nicht-ITO-Beschichtungen beschichtet werden, wie Silbernanodrähten, Kohlenstoffnanoröhren, Graphenen, Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Po1y(styrolsulfonat) (PEDOT/PSS), Polyacetylen, Polyphenylenvinylen, Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin und Polyphenylensulfid. Die Dicke der leitfähigen Beschichtung beträgt zwischen 0,001 μm und 100 μm, bevorzugt zwischen 0,01 und 10 μm und bevorzugter zwischen 0,08 und 1 μm. Die leitfähige Polymerbeschichtung ist transparent oder transluzent oder gefärbt. Die Verfahren, die zum Aufbringen der leitfähigen Beschichtungen eingesetzt werden, umfassen ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD), Tauchbeschichten, Spinbeschichten, Inkjet, Gießen, Siebdruck, Lackieren und Sprühen.
  • Eine oder beide Seiten des ultradünnen Glases können mit biegbaren Beschichtungen beschichtet werden. Die biegbare leitfähige nicht-ITO-Beschichtung weist einen Young-Modul von 50 GPa oder weniger auf, um sicherzustellen, dass das Verbundmaterial aus Glas und organischem Material nicht zu starr bzw. hart wird. Das zusammengesetzte ultradünne Glas weist eine einstellbare Transmission von 0 bis 90% und einen elektrischen Flächenwiderstand von 300 Ω/sq, bevorzugt weniger als 200 Ω/sq und noch bevorzugter weniger als 150 Ω/sq auf und ist zur Verwendung in flexiblen elektronischen Vorrichtungen, wie Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Solarzellen (CIGS-Solarzellen) und OLED-Displays geeignet.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer leitfähigen nicht-ITO-Beschichtung ist, dass das Beschichtungsverfahren in niedriger Temperaturumgebung durchgeführt wird. In der Regel wird ein physikalisches Dampfabscheidungsverfahren (PVD) zum Beschichten mit ITO verwendet, wobei das Glassubstrat auf eine Temperatur so hoch wie 200°C oder sogar noch höher erhitzt wird. Die hohe Temperatur senkt die CS der ultradünnen Glaslage bzw. -platte ab und beeinträchtigt die Festigkeit und Zuverlässigkeit der ultradünnen Lage bzw. Platte. Die nicht-ITO-Beschichtung wird in der Regel bei einer Temperatur unterhalb 150°C beschichtet und die Festigkeit und Flexibilität der ultradünnen Glaslage bzw. -platte wird beibehalten.
  • Das beschichtete vorgespannte ultradünne Substrat kann durch mechanische Verarbeitung, Ätzen, Lithographie, Laserablation, Ionenstrahlverarbeitung oder Druck, etc. weiter verarbeitet werden, um Schaltungen zur praktischen Verwendung herzustellen.
  • Der flexiblen Glaslage bzw. -platte kann eine Anti-Blendfunktion (Antiglare- bzw. AG-Funktion) zur Verwendung unter ungünstigen Betrachtungsbedingungen zugefügt werden. Eine oder beide Oberflächen des ultradünnen Glases können vor oder nach dem chemischen Vorspannen verarbeitet werden, um die AG-Funktion zu realisieren. Die Verarbeitungsverfahren umfassen ein Sandstrahlen oder chemisches Ätzen. Nach dem chemischen Ätzen weist die Oberfläche des ultradünnen Glases eine Rauigkeit zwischen 50 und 300 nm, bevorzugt zwischen 50 und 400 nm, bevorzugter zwischen 80 und 300 nm und am meisten bevorzugt zwischen 100 und 300 nm auf, um einen optimalen AG-Effekt zu verwirklichen, wobei der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 60° zwischen 30 und 120, bevorzugt zwischen 40 und 110, noch bevorzugter zwischen 50 und 100 liegt; der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 20° ist zwischen 30 und 100, bevorzugt zwischen 40 und 90, noch bevorzugter zwischen 50 und 80; der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 85° ist zwischen 20 und 140, bevorzugt zwischen 30 und 130, noch bevorzugter zwischen 40 und 120; und die Trübung (haze) der AG-Oberfläche liegt zwischen 3 und 18, bevorzugt zwischen 5 und 15, noch bevorzugter zwischen 7 und 13. Die Glaslage bzw. -platte mit der AG-Funktion kann auf Oberflächen von jeglichen Gegenständen aufgebracht werden, um ein spezielles Tast- bzw. Berührungsgefühl und angenehme visuelle Eigenschaften bereitzustellen, speziell in einer Umgebung mit intensiver Beleuchtung.
  • Der flexiblen Glaslage bzw. -platte kann eine antimikrobielle Funktion durch Ionenaustausch in einem Ag+-enthaltenden Salzbad oder Cu2+-enthaltenden Salzbad verliehen werden. Nach dem Ionenaustausch ist die Konzentration von Ag+ oder Cu2+ auf der Oberfläche höher als 1 ppm, bevorzugt höher als 100 ppm und noch bevorzugter höher als 1000 ppm. Die Inhibitionsrate gegenüber Bakterien liegt über 50%, bevorzugt über 80% und noch bevorzugter über 95%. Das ultradünne Glas mit der antimikrobiellen Funktion kann für medizinische Ausstattungen, wie Computer oder Bildschirme, die in Krankenhäusern verwendet werden, eingesetzt werden.
  • Einem flexiblen Glas, das bereits eine AG-Funktion aufweist, kann ebenfalls eine antimikrobielle Funktion durch Ionenaustausch von Ag-Ionen oder Cu-Ionen in einem ultradünnen AG-Glas verliehen werden. Die AG-Funktion kann ebenfalls einem flexiblen Glas verliehen werden, das bereits eine antimikrobielle Funktion aufweist, durch Sandstrahlen oder chemisches Ätzen oder thermisches Umformen. Dieses funktionalisierte ultradünne flexible Glas kann mit einer nicht-ITO-Beschichtung beschichtet werden, um eine Multifunktionseinbindung zu realisieren.
  • Entweder vorgespanntes oder nicht-vorgespanntes ultradünnes chemisch vorgespanntes Glas kann mit Polymermaterialien laminiert werden, um einen Schutzfilm zu bilden. Das Polymermaterial wird ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Silikonpolymer, einem Sol-Gel-Polymer, Polycarbonat (PC), Polyethersulfon, Polyacrylat, Polyimid (PI), einem anorganischen Siliciumoxid/Polymer-Hybrid, einem Cycloolefincopolymer, einem Silikonharz, Polyethylen, Polypropylenpolyvinylchlorid, Polystyrol, Styrol-Acrylonitril-Copolymer, Polymethylmethacrylat (PMMA), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat, Polyamid, Polyacetal, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid oder Polyurethan oder Mischungen hiervon. Die Laminierung eines ultradünnen Glases und eines Polymers weist eine Dicke auf, die weniger als 500 μm, bevorzugt weniger als 100 μm, noch bevorzugter weniger als 50 μm und am meisten bervozugt weniger als 25 μm aufweist. Das Verhältnis der Dicke des Polymermaterials zur Dicke des Glases beträgt weniger als 200%, und bevorzugt weniger als 100% und in einigen Fällen noch bevorzugter weniger als 50% und sogar noch bevorzugter weniger als 20% und in sehr speziellen Fällen weniger als 10%.
  • Das Laminat kann die Nachteile von herkömmlichen Polymermaterialien überwinden, die eine sehr hohe Wasserdampftransmissionsrate (water vapor transmission rate, WVTR) aufweisen. Die WVTR von herkömmlichen Polymermaterialien beträgt 1~10 g/m2/Tag, während elektronische Vorrichtungen, wie OLEDs, erfordern, dass das Substrat eine WVTR von weniger als 10–5 g/m2/Tag aufweist. In überraschender Weise weist das flexible Laminat eine WVTR von weniger als 5 × 10–6 g/m2/Tag auf, was ohne weiteres diese Bedingung erfüllt. Zusätzlich kann die Polymerschicht des Laminats einige Funktionen bereitstellen, die Glas nicht aufweist, wie adhäsive Fähigkeiten oder Farbfilterfunktion oder Polarisationsfunktion.
  • In einer Ausführungsform gibt es eine Schicht mit geringer Bindung (de-bonding layer) zwischen dem Glas und dem Polymermaterial. Die Schicht mit geringer Bindung weist eine schwache Bindung zwischen ihr und dem Polymermaterial oder der Glasplatte bzw. -lage auf, die dazu führt, dass das Polymermaterial oder das Glas einfach abgelöst werden kann.
  • Während der praktischen Verwendung würde der CTE-Unterschied zwischen dem Glas und dem Polymer eine Krümmung bzw. Verbiegung oder Deformation des Laminats verursachen. In einer Ausführungsform sind beide Seiten des Glases mit Polymermaterialien laminiert, um eine Polymer-Glas-Polymer-Dreifachstruktur zu bilden, die in thermischer Hinsicht ein besseres Verhalten aufweist.
  • Das Laminierungsverfahren umfasst ein direktes Laminieren einer ultradünnen Lage bzw. Platte mit einem Polymermaterialfilm oder einer -folie, mit oder ohne Kleber. Das weitere Laminierungsverfahren umfasst das Bedecken eines ultradünnen Glases mit einer Flüssigkeit, um zunächst einen Polymervorläufer zu bilden, dann das Härten des Materials mit UV oder einem thermischen Verfahren. Der Polymervorläufer wird mit Verfahren einschließlich Tauchbeschichten, Spinbeschichten, Inkjet, Gießen, Siebdruck, Lackieren und Sprühen auf das Glas aufgebracht. Das fertiggestellte Laminat weist eine einstellbare Transmission von 0 bis 90% auf.
  • Die Lamination kann aufgebracht werden als flexibles Universalsubstrat für elektronische Vorrichtungen, wie Touchsensoren, Dünnfilmbatterien, Displays und Solarzellen. In einer Ausführungsform weist das ultradünne Borosilikatglas, das mit Polyimid (PI) laminiert ist, gute Flexibilität, gute optische Transmission (~90% für den visuellen Wellenlängenbereich) auf und hat eine hohe Temperaturstabilität und kann in der Praxis eine Verarbeitung bei hoher Temperatur (300°C) aushalten.
  • Heutzutage ist selbst Abdeckglas auf einem Mobiltelefon ultrafest und kratzbeständig, aber viele Leute bringen einen Schutzfilm auf dem Bildschirm auf, um das Gerät intakt zu halten. In vielen Fällen ist der verwendete Schutzfilm aus Kunststoff, hergestellt aus Polymeren, die weicher sind und viel einfacher verkratzt werden können und schlechtere optische Transmission aufweisen, was die visuelle Qualität des Schirms verschlechtert. Zusätzlich ist das Tast- bzw. Berührungsgefühl auf Kunsstofffilm nicht so gut wie auf Glas, weil dieser weniger glatt ist, und einen hohen dynamischen Reibungskoeffizienten aufweist. Die chemisch vorgespannte ultradünne Glasplatte bzw. -lage oder das Laminat aus Glas und Polymer kann die oben erwähnten Nachteile überwinden und kann als verbrauchbarer Schutzfilm für Bildschirme von Mobiltelefonen oder Kameras oder Spielgeräten gut eingesetzt werden.
  • Resistive Touchscreens unterscheiden sich von kapazitiven Touchscreens und erfordern, dass eine Kraft aufgebracht werden muss, um Touchkontrollfunktionen auszuführen. Folglich wird der resistive Touchscreen leichter verkratzt. Das Abdeckmaterial für die auf dem Markt befindlichen resistiven Touchscreens ist aus Kunststoff oder ist nicht-vorgespanntes dünnes Glas. Beide Materialien können die Antikratzvoraussetzungen nicht erfülllen. Das vorgespannte ultradünne Glas ist für ein Abdeckmaterial für resistive Touchscreens aufgrund dessen hoher Flexibilität, Antikratz- und Kratztoleranzeigenschaften sehr gut geeignet.
  • Vorgespannte flexible ultradünne Lagen bzw. Platten oder Laminate aus Glas und Polymer können auf die Oberflächen anderer Objekte, wie Tablets, Laptops, Fernseher, Spiegel, Fenster, Flugzeugfenster, Möbel und Haushaltsgeräte-Anwendungen aufgebracht werden. Bei all den Anwendungen wird die Glaslage bzw. -platte am Objekt mit oder ohne ein Klebemedium befestigt. Das Kleberverfahren umfasst direktes Laminieren, Pressen und Erhitzen, statische elektrische Bindung, Laserabdichtung bzw. -versiegelung oder Binden mit Klebern, wie Silikon, Harz, Sekundenkleber, Epoxykleber, UV-härtendem Kleber, thermoplastischem Material, Schmelzkleber, OCR, OCA, PSA, Latex etc.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • Ausgangsmaterialen, Oxide, Hydroxide, Carbonate und Nitrate usw. wurden sämtlich erworben von Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., Suzhou, chemische Qualität, sofern nicht anders angegeben.
  • Beispiel 1
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 in Tabelle 1 wird aufgeschmolzen, zu einer Ausgangsglaslage bzw. -platte von 440 × 360 × 0,2 mm3 über ein Downdraw-Verfahren geformt, und dann mit einem herkömmlichen abrasiven Schneidrad mit mehr als 200 Diamantzähnen geschnitten. Die Proben werden auf 100 × 100 × 0,2 mm3 dimensioniert. Insgesamt werden 40 Proben hergestellt. Dann werden 20 Proben in 100% KNO3 15 Stunden bei 430°C chemisch vorgespannt. Die restlichen 20 Proben werden als Referenz nicht chemisch vorgespannt. Nach dem Ionenaustausch werden die vorgespannten Proben gereinigt und mit dem FSM6000 vermessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die durchschnittliche CS 122 MPa beträgt und die DoL 14 μm ist.
  • Die Festigkeit des Glases wird durch einen Drei-Punkt-Biegetest gemessen. Im Test wird die Glasprobe horizontal auf zwei parallele starre Metallstangen platziert und ein Belastungsmetallstab wird auf das Glas aufgesetzt, um das Glas bis zum Auftreten von Glasbruch nach unten zu pressen. Die Ergebnisse des Drei-Punkt-Biegens zeigen, dass das Glas eine hohe Biegefestigkeit von 147 MPa aufweist und ohne Bruch einen Biegeradius von 45 mm erreichen kann. Die (Biege-)Festigkeit der nicht vorgespannten Proben ist viel kleiner bei etwa 86 MPa, und der Biegeradius ist nahe 100 mm. Die Flexibilität ist nach dem chemischen Vorspannen stark erhöht und es ist weniger wahrscheinlich, dass das Glas während der Handhabung bricht.
  • Kommerzielle Kalknatrongläser, die die in Tabelle 5 gezeigte Zusammensetzung aufweisen, wurden mit der gleichen Dicke von 0,2 mm ebenfalls hergestellt und der Biegeradius vor dem chemischen Vorspannen liegt bei etwa 160 mm. Das Kalknatronglas weist eine geringere Flexibilität auf, verglichen mit Beispiel 1, weil Bor die Steifheit des Glases absenkt. Auch weist das Kalknatronglas eine geringe Temperaturwechselbeständigkeit (R < 159 W/m) auf und während des chemischen Vorspannens tritt Bruch auf, so dass die Ausbeute im Allgemeinen weniger als 50% beträgt. Die Ausbeute des chemischen Vorspannens von Proben mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 1 in Tabelle 1 liegt über 95% aufgrund der ausgezeichneten Temperaturwechselbeständigkeit und Temperaturdifferenzbeständigkeit.
  • Beispiel 2
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 2 in Tabelle 1 wird aufgeschmolzen, zu einer Ausgangsglaslage bzw. -platte von 440 mm × 360 mm mit einer Dicke von 0,1 mm über ein Downdraw-Verfahren geformt, und dann mit einer herkömmlichen Diamantspitze geschnitten. Die Probe wird auf 50 × 50 mm2 dimensioniert. Insgesamt werden 120 Proben hergestellt. Dann werden 100 Proben in 100%igem KNO3 unter verschiedenen Bedingungen chemisch vorgespannt. Die restlichen 20 Proben werden nicht chemisch vorgespannt.
  • Nach dem Vorspannen werden die ionenausgetauschten Glasproben gewaschen und ihre CS- und DoL-Werte mit dem FSM6000 gemessen. Die CS und DoL sind in 1 gezeigt. Die mechanische Festigkeit dieser Proben wird mit dem Drei-Punkt-Biegetest getestet. Wie in 2 gezeigt weist das chemisch vorgespannte Glas eine Flexibilitätserhöhung auf. Das chemisch vorgespannte Glas weist auch eine bessere Weibull-Verteilung auf, verglichen mit nicht-vorgespannten Proben, wie in 3 gezeigt. Die Weibull-Verteilung zeigt die Probenverteilung von vorgespannten Gläsern und die Verteilung von nicht-vorgespannten Gläsern und es kann festgestellt werden, dass die Verteilungsprofile vertikaler verlaufen, was anzeigt, dass die Probenverteilung nach dem Vorspannen kleiner ist und die Qualität gleichförmiger ist, was die höhere Verläßlichkeit des Glases in der Praxis begründet.
  • Die kommerzielle Aluminosilikatglasprobe mit der in Tabelle 5 gezeigten Zusammensetzung wird ebenfalls zum Vergleich hergestellt. Die Dicke von 0,8 mm des Ausgangsglases wird durch Polieren und chemisches Ätzen auf 0,1 mm reduziert und das Glas wird in eine Größe von 50 × 50 mm2 geschnitten, um für das chemische Vorspannen verwendet zu werden. Sämtliche Proben brachen während des chemischen Vorspannens, weil die CS und DoL so hoch sind (über 800 MPa bzw. größer als 30 μm), dass aufgrund der hohen CT (> 600 MPa) Selbstbruch auftritt. Tatsächlich führen die hohe CS (> 700 MPa) und die hohe DoL (> 40 μm) für das Abdeckglas, das in Mobiltelefonen verwendet wird, nicht zur Festigung oder Erhöhung der Flexibilität für ultradünnes Glas.
  • Beispiel 3
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 8 in der Tabelle wirdaufgeschmolzen, zu einer Ausgangsglaslage bzw. -platte von 440 × 360 × 0,3 mm3 über ein Downdraw-Verfahren geformt, durch Polieren und Abschleifen in der Dicke reduziert und dann mit einem Diamantschneider in eine Größe von 250 × 250 × 0,3 mm3 geschnitten, um die Beständigkeit gegenüber Temperaturdifferenzen zu testen. Nach dem chemischen Vorspannen für 3 Stunden bei 400°C werden die Mittenbereiche der Probenplatten bzw. -lagen auf eine definierte Temperatur erhitzt und die Kanten bzw. Ecken bei Raumtemperatur gehalten. Der Temperaturunterschied zwischen der heißen Mitte der Platte bzw. Lage und den kühlen Platten- bzw. Lagenkanten bzw. -ecken stellen die Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz des Glases dar, wenn bei 5% oder weniger der Proben Bruch auftritt. Die Proben werden erfasst, wobei sämtliche eine Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz von mehr als 200 K aufweisen. Vor dem Testen werden die Proben mit Sandpapier mit einer Korngröße von 40 abgerieben, um eine extreme Beschädigung zu simulieren, die im praktischen Einsatz möglich wäre. Dies bestätigt in geeigneter Form, dass das ultradünne Glas eine sehr gute Zuverlässigkeit aufweist.
  • Beispiel 4
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 7 in Tabelle 1 wird aufgeschmolzen, zu einer Ausgangsglaslage bzw. -platte von 440 mm × 360 mm × 0,2 mm über ein Downdraw-Verfahren geformt, und dann mit einem Diamantschneider in eine Größe von 200 × 200 × 0,2 mm3 geschnitten, um die Temperaturwechselbeständigkeit zu testen. Die Proben werden für 4 Stunden bei 400°C chemisch vorgespannt und dann in einem Umluftofen erhitzt, hiernach wird der Mittelbereich der Platten bzw. Lagen mit 50 ml kaltem Wasser (Raumtemperatur) begossen. Der Wert für die Temperaturwechselbeständigkeit des Glases ist der Unterschied in der Temperatur zwischen der heißen Platte bzw. Lage und dem kalten Wasser (Raumtemperatur), bei dem bei 5% oder weniger der Proben Bruch auftritt. Das Ergebnis zeigt, dass die Proben eine Temperaturwechselbeständigkeit von 150 K aufweisen. Vor dem Erhitzen werde die Proben mit Sandpapier einer Korngröße von 220 abgerieben, um den typischen Zustand der Oberfläche bei der praktischen Verwendung zu simulieren. Dies belegt in geeigneter Weise, dass das ultradünne Glas eine sehr gute Verlässlichkeit aufweist.
  • Beispiel 5
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 6 in Tabelle 1 wird aufgeschmolzen, zu einer Ausgangsglaslage bzw. -platte von 440 mm × 360 mm × 0,2 mm über ein Downdraw-Verfahren geformt, und dann mit einem Diamantschneider in eine Größe von 150 × 150 × 0,2 mm3 geschnitten. Dann werden die Proben 4 Stunden bei 430°C chemisch vorgespannt.
  • Dann werden die vorgespannten Proben mit OCR über Siebdruck bedruckt und dann auf eine Platine mit einer Dicke von 0,5 mm aufgebracht, um ein Laminat zu bilden. Nach Entfernen von Blasen in der Zwischenschicht wird das Laminat UV-Licht ausgesetzt, um zu härten. Das Laminat weist gute mechanische Eigenschaften auf, genauso wie exzellente Oberflächenqualität, wobei der taktile Eindruck beim Berühren der Platine verbessert wird.
  • Ein weiteres Teststück der gehärteten Proben wurde auf ein kommerziell erhältliches Schott Xensation Cover-Aluminosilikatdeckglas mit einer Dicke von 0,55 mm über statisches elektrisches Binden aufgebracht. Das Laminat ist frei von Blasen und das ultradünne Glas ist nach wie vor entfernbar. Das Abdeckglas kann vor einem Verkratzen geschützt werden.
  • Beispiel 6
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 3 in Tabelle 1 wird aufgeschmolzen, zu einer Ausgangsglaslage bzw. -platte von 440 mm × 360 mm × 0,15 mm über ein Downdraw-Verfahren geformt, und dann mit einem Diamantschneider in eine Größe von 50 × 50 × 0,15 mm3 geschnitten. Dann wird das Glas in einem KNO3-Salzbad, enthaltend 1000 ppm AgNO3 für 2 Stunden bei 430°C chemisch vorgespannt. Nach dem Vorspannen ist die CS 400 MPa und die DoL ist 15 μm. Die Sekundärionen-Massenspektrometer(SIMS)-Analyse zeigt, dass die Konzentration der Ag-Ionen auf der Oberfläche des Glases 500 ppm beträgt.
  • Die antimikrobiellen Eigenschaften der Probe wird dann durch Kultivieren von Escherichia coli und Staphylococcus aureus bei Raumtemperatur mit einer Feuchtigkeit von 90% für eine Woche getestet. Das Ergebnis zeigt, dass die Inhibierungsrate für beide Bakterien 99% erreicht. Das antimikrobielle ultradünne Glas kann auf die Oberfläche von medizinischen Vorrichtungen aufgebracht werden.
  • Beispiel 7
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 2 in Tabelle 1 wird durch ein Downdraw-Verfahren mit einer Größe von 440 mm × 360 mm × 0,1 mm3 hergestellt. Zwei Sätze an Proben wurden hergestellt, und der erste Probensatz wurde mit einer Diamantspitze geschnitten, und der zweite Probensatz wurde durch Schneiden mit einer Diamantspitze hergestellt. Beide Sätze hatten Abmessungen von jeweils 100 × 100 × 0,1 mm3.
  • Die Proben des ersten Satzes werden direkt mit PI laminiert und bilden flexible Substrate. Das Laminationsverfahren ist dasjenige des Platzierens der Glaslage bzw. -platte auf einer Plattform und Gießen eines PI-Vorläufers oder einer -Lösung auf die Glaslage bzw. -platte mit Siebdruck. Dann wird die bedruckte Glaslage bzw. -platte auf eine Temperatur zwischen 200 und 350°C für eine Zeitspanne von mehr als einer Stunde, aber weniger als 3,5 Stunden erhitzt, um das PI-Material hierauf zu härten. Schließlich wird die Lamination nach Abkühlen erfolgreich gebildet. Die Gesamtdicke des Laminats beträgt 0,13 mm, und weist eine sehr gute Flexibilität mit einem Biegeradius von weniger als 100 mm auf. PEDOT/PSS wird auf die Glasoberfläche des Laminats gedruckt, um eine leitfähige Schaltung zu bilden. Das Laminat ist für eine flexible Touchsensoranwendung geeignet.
  • Die Proben des zweiten Satzes werden in einem 100%igen KNO3-Salzbad für 3 Stunden bei 400°C chemisch vorgespannt. Die CS und DoL sind 341 MPa bzw. 14 μm. Nach dem chemischen Vorspannen wird das Glas ebenfalls mit PI mit denselben Verfahren wie für das erste Set laminiert. Das Laminat ist ein flexibleres Substrat mit einem Biegeradius von weniger als 80 mm.
  • Beispiel 8
  • Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Beispiel 2 in Tabelle 1 wird durch ein Downdraw-Verfahren mit einer Größe von 440 × 360 × 0,1 mm3 hergestelllt. Dann wird der erste Satz Proben von 20 Glasstücken einer Größe von 50 × 50 × 0,1 mm3 mit einem Diamantschneidrad hergestellt und ein zweiter Satz Proben von 20 Glasstücken einer Größe von 50 × 50 × 0,1 mm3 wird mit einer Diamantspitze hergestellt, und ein dritter Satz Proben von 20 Glasstücken einer Größe von 50 × 50 × 0,1 mm3 wird durch Filamentschneiden mit einem Picosekundenlaser hergestellt.
  • Zehn Probenstücke aus jedem Satz werden dem Drei-Punkt-Biegetest unterzogen. Die mit einem Diamantschneidrad geschnittene Probe weist eine durchschnittliche Festigkeit von etwa 110 MPa auf, während die mit einer Diamantspitze geschnittene Probe eine durchschnittliche Festigkeit von etwa 140 MPa aufweist und die mit einem Filamentverfahren geschnittene Probe weist eine durchschnittliche Festigkeit von etwa 230 MPa mit bester Kanten- bzw. Eckenqualität auf.
  • Die zehn Probestücke von jedem Satz waren chemisch vorgespannt in 100% KNO3-Salzbad für 3 Stunden bei 400°C. Sämtliche Proben werden einer Behandlung unterzogen unter fast denselben Werten von CS (300 MPa) und DoL (18 μm), und dann werden diese alle mit dem Drei-Punkt-Biegetest getestet. Die vorgespannte Probe, geschnitten mit einem Diamantschneidrad, hatte eine Festigkeit von etwa 300 MPa, die vorgespannte Probe, geschnitten mit einer Diamantspitze, hatte eine Festigkeit von etwa 330 MPa und die vorgespannte Probe, geschnitten mit Filamentschneiden, hatte eine Festigkeit von etwa 400 MPa. Das Schneidverfahren hat einen Einfluss auf die Festigkeit der Proben nach dem chemischen Vorspannen. Tabelle 5: Eigenschaften von kommerziellem Glas zum Vergleich
    Zusammensetzung (Gew.-%) Kommerzielles AS-Glas Kommerzielles Kalknatronglas
    SiO2 65,2 70
    Al2O3 16,8 2
    Li2O 0,01 -
    Na2O 14,4 13
    K2O 0,02 1
    MgO 3,36 4
    CaO 0,03 10
    SnO 0,18 -
    E 72 GPa 73 GPa
    CTE 8,0 × 10/K 9,0 × 10–6/K
    Dichte 2,5 g/cm3 2,5 g/cm3
    λ 1 W/mK 1 W/mK
    σ* 127 MPa 131 MPa
    Schneidverfahren Diamantschneidrad Diamantschneidrad
    R 176 W/m 159 W/m
    ΔT 352°C 319°C
    *ist die Festigkeit von Glas ohne chemisches Vorspannen und wird ebenfalls durch das Schneidverfahren beeinflusst.

Claims (78)

  1. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas, dadurch gekennzeichnet, dass das Glas eine Dicke t von weniger als 500 μm, eine durch Kontrollieren einer langsamen Ionenaustauschrate erreichte Tiefe der Ionenaustauschschicht DoL (LDoL) von weniger als 30 μm, eine Oberflächendruckspannung CS (σCS) zwischen 100 MPa und 700 MPa und eine zentrale Zugspannung CT (σCT) von weniger als 120 MPa aufweist und t, DoL, CS und CT die nachfolgende Beziehung erfüllen:
    Figure DE112013006831T5_0007
  2. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 1, wobei der Austausch ein langsames chemisches Vorspannen in einem Salzbad zwischen 350 und 700°C für 15 Minuten bis 48 Stunden umfasst.
  3. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ionenaustausch in einer Rolle-zu-Rolle Art und Weise online durchgeführt wird, einschließlich des Schritts, dass ein Teil oder die gesamte Glasrolle die Glasrollen in ein chemisches Vorspannbad gegeben wird und hiernach zu Lagen oder Platten geschnitten wird.
  4. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen Temperaturwechselparameter R von höher als 190 W/m aufweist.
  5. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen Temperaturwechselparameter R von höher als 250 W/m aufweist.
  6. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen Temperaturwechselparameter R von höher als 300 W/m aufweist.
  7. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine maximale thermische Belastung ΔT von höher als 380°C aufweist.
  8. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine maximale thermische Belastung ΔT von höher als 500°C aufweist.
  9. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine maximale thermische Belastung ΔT von höher als 600°C aufweist.
  10. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz RTG von mehr als 50 K aufweist.
  11. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz RTG von mehr als 100 K aufweist.
  12. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz RTG von mehr als 150 K aufweist.
  13. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Beständigkeit gegenüber einer Temperaturdifferenz RTG von mehr als 200 K aufweist.
  14. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Temperaturwechselbeständigkeit RTS von mehr als 75 K aufweist.
  15. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Temperaturwechselbeständigkeit RTS von mehr als 115 K aufweist.
  16. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Temperaturwechselbeständigkeit RTS von mehr als 150 K aufweist.
  17. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen eine Temperaturwechselbeständigkeit RTS von mehr als 200 K aufweist.
  18. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen CTE von weniger als 9,5 × 10–6/K aufweist.
  19. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen CTE von weniger als 8 × 10–6/K aufweist.
  20. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen CTE von weniger als 7 × 10–6/K aufweist.
  21. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen CTE von weniger als 6 × 10–6/K aufweist.
  22. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas entweder vor oder nach dem chemischen Vorspannen einen CTE von weniger als 5 × 10–6/K aufweist.
  23. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas einen Young-Modul von weniger als 84 GPa aufweist.
  24. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas einen Young-Modul von weniger als 70 GPa aufweist.
  25. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas einen Young-Modul von weniger als 68 GPa aufweist.
  26. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Steifheit ε von weniger als 33,5 GPa·cm3/g aufweist.
  27. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Steifheit ε von weniger als 29,2 GPa·cm3/g aufweist.
  28. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Steifheit ε von weniger als 27,2 GPa·cm3/g aufweist.
  29. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28, wobei das Glas ein Lithiumaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 55–69 Al2O3 18–25 Li2O 3–5 Na2O + K2O 0–30 MgO + CaO + SrO + BaO 0–5 ZnO 0–4 TiO2 0–5 ZrO2 0–5 TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–6 P2O5 0–8 F 0–1 B2O3 0–2
    wobei gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, und 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 als Läutermittel zugegeben werden können, und die Gesamtmenge sämtlicher Komponenten 100 Gew.-% beträgt.
  30. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 29, wobei das Glas ein Lithiumaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 57–66 Al2O3 18–23 Li2O 3–5 Na2O + K2O 3–25 MgO + CaO + SrO + BaO 1–4 ZnO 0–4 TiO2 0–4 ZrO2 0–5 TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–6 P2O5 0–7 F 0–1 B2O3 0–2
  31. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 29, wobei das Glas ein Lithiumaluminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 57–63 Al2O3 18–22 Li2O 3,5–5 Na2O + K2O 5–20 MgO + CaO + SrO + BaO 0–5 ZnO 0–3 TiO2 0–3 ZrO2 0–5 TiO2 + ZrO2 + SnO2 2–5 P2O5 0–5 F 0–1 B2O3 0–2
  32. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28, wobei das Glas ein Kalknatron-Glas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 40–81 Al2O3 0–6 B2O3 0–5 Li2O + Na2O + K2O 5–30 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–30 TiO2 + ZrO2 0–7 P2O5 0–2
    wobei gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, und 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 als Läutermittel zugegeben werden können, und die Gesamtmenge sämtlicher Komponenten 100 Gew.-% beträgt.
  33. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 32, wobei das Glas ein Kalknatron-Glas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 50–81 Al2O3 0–5 B2O3 0–5 Li2O + Na2O + K2O 5–28 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25 TiO2 + ZrO2 0–6 P2O5 0–2
  34. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 32, wobei das Glas ein Kalknatron-Glas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 55–76 Al2O3 0–5 B2O3 0–5 Li2O + Na2O + K2O 5–25 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–20 TiO2 + ZrO2 0–5 P2O5 0–2
  35. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28, wobei das Glas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 60–85 Al2O3 0–10 B2O3 5–20 Li2O + Na2O + K2O 2–16 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15 TiO2 + ZrO2 0–5 P2O5 0–2
    wobei gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, und 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 als Läutermittel zugegeben werden können, und die Gesamtmenge sämtlicher Komponenten 100 Gew.-% beträgt.
  36. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 35, wobei das Glas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 63–84 Al2O3 0–8 B2O3 5–18 Li2O + Na2O + K2O 3–14 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–12 TiO2 + ZrO2 0–4 P2O5 0–2
  37. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 35, wobei das Glas ein Borosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 63–83 Al2O3 0–7 B2O3 5–18 Li2O + Na2O + K2O 4–14 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–10 TiO2 + ZrO2 0–3 P2O5 0–2
  38. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28, wobei das Glas ein Alkalialuminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 40–75 Al2O3 10–30 B2O3 0–20 Li2O + Na2O + K2O 4–30 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–15 TiO2 + ZrO2 0–15 P2O5 0–10
    wobei gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, und 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 als Läutermittel zugegeben werden können, und die Gesamtmenge sämtlicher Komponenten 100 Gew.-% beträgt.
  39. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 38, wobei das Glas ein Alkalialuminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 50–70 Al2O3 10–27 B2O3 0–18 Li2O + Na2O + K2O 5–28 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–13 TiO2 + ZrO2 0–13 P2O5 0–9
  40. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 38, wobei das Glas ein Alkalialuminosilikatglas mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 55–68 Al2O3 10–27 B2O3 0–15 Li2O + Na2O + K2O 4–27 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 0–12 TiO2 + ZrO2 0–10 P2O5 0–8
  41. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 28, wobei das Glas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 50–75 Al2O3 7–25 B2O3 0–20 Li2O + Na2O + K2O 0–4 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–25 TiO2 + ZrO2 0–10 P2O5 0–5
    wobei gegebenenfalls färbende Oxide zugegeben werden können, wie Nd2O3, Fe2O3, CoO, NiO, V2O5, MnO2, TiO2, CuO, CeO2, Cr2O3, und 0–2 Gew.-% As2O3, Sb2O3, SnO2, SO3, Cl, F und/oder CeO2 als Läutermittel zugegeben werden können, und die Gesamtmenge sämtlicher Komponenten 100 Gew.-% beträgt.
  42. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 41, wobei das Glas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 52–73 Al2O3 7–23 B2O3 0–18 Li2O + Na2O + K2O 0–4 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–23 TiO2 + ZrO2 0–10 P2O5 0–5
  43. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 41, wobei das Glas ein Aluminosilikatglas mit niedrigem Alkaligehalt mit der nachfolgenden Zusammensetzung (in Gew.-%) darstellt: Zusammensetzung (Gew.-%) SiO2 53–71 Al2O3 7–22 B2O3 0–18 Li2O + Na2O + K2O 0–4 MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO 5–22 TiO2 + ZrO2 0–8 P2O5 0–5
  44. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin 0,5 Gew.-% Seltenerdenoxide zugegeben werden können.
  45. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Oberflächenrauigkeit von weniger als 5 nm aufweist, bevorzugt weniger als 2 nm und am meisten bevorzugt weniger als 1 nm.
  46. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Glaslage oder -platte darstellt und die Größe der Lage oder Platte größer als 100 × 100 mm2 ist, bevorzugt größer als 400 × 320 mm2, noch bevorzugter größer als 470 × 370 mm2 und am meisten bevorzugt größer als 550 × 440 mm2.
  47. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glass eine Glasrolle darstellt und dessen Breite größer als 250 mm ist, bevorzugt größer als 320 mm, noch bevorzugter größer als 370 mm und am meisten bevorzugt größer als 440 mm; und die ausgerollte Länge ist größer als 1 m, bevorzugt größer als 10 m, noch bevorzugter größer als 100 m und am meisten bevorzugt größer als 500 m.
  48. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Glaslage oder -platte darstellt mit einer Dicke von weniger als 0,1 mm, einer CS zwischen 100 MPa und 600 MPa, einer DoL von weniger als 15 μm und einer CT von weniger als 120 MPa.
  49. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Glaslage oder -platte darstellt mit einer Dicke von weniger als 75 μm, einer CS zwischen 100 MPa und 400 MPa, einer DoL von weniger als 15 μm und einer CT von weniger als 120 MPa.
  50. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Glaslage oder -platte darstellt mit einer Dicke von weniger als 50 μm, einer CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, einer DoL von weniger als 10 μm und einer CT von weniger als 120 MPa.
  51. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Glaslage oder -platte darstellt mit einer Dicke von weniger als 25 μm, einer CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, einer DoL von weniger als 5 μm und einer CT von weniger als 120 MPa.
  52. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas eine Glaslage oder -platte darstellt mit einer Dicke von weniger als 10 μm, einer CS zwischen 100 MPa und 350 MPa, einer DoL von weniger als 3 μm und einer CT von weniger als 120 MPa.
  53. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas einen Biegeradius von weniger als 150 mm aufweist.
  54. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas einen Biegeradius von weniger als 100 mm aufweist.
  55. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glas einen Biegeradius von weniger als 50 mm aufweist.
  56. Verfahren zur Herstellung des chemisch vorgespannten flexiblen ultradünnen Glases nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Abtragen von dickerem Glas, Ätzen von dickerem Glas oder Downdraw-, Overflowinfusion-, spezielles Float- oder Redrawing-Verfahren, bevorzugt Downdraw- und Overflowinfusion-Verfahren.
  57. Artikel, umfassend das chemisch vorgespannte, flexible, ultradünne Glas nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 55, wobei der Artikel erhalten wird durch mechanisches Schneiden mit einer Diamantspitze oder einem Diamantschneidrad oder einem Legierungsschneidrad, Schneiden durch thermisches Schneiden, Laserschneiden oder Wasserstrahlschneiden; Lochbohren mit einem Ultraschallbohrer oder Sandstrahlen oder chemisches Ätzen der Kante oder der Oberfläche oder Kombinationen hiervon.
  58. Artikel, umfassend das chemisch vorgespannte flexible ultradünne Glas nach Anspruch 57, wobei das Laserschneiden ein Dauerstrich-CW-Laserschneiden und Filamentschneiden mit ultrakurzgepulstem Laser umfasst.
  59. Leitfähiger Glasartikel, umfassend das chemisch vorgespannte, flexible, ultradünne Glas nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, und eine biegbare leitfähige nicht-ITO-Beschichtung mit einer Dicke zwischen 0,001 μm und 100 μm darauf, bevorzugt zwischen 0,01 μm und 10 μm und am meisten bevorzugt zwischen 0,08 μm und 1 μm.
  60. Glasartikel nach Anspruch 59, wobei die leitfähige Beschichtung aus Silbernanodrähten, Kohlenstoffnanoröhren, Graphenen, Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Poly(styrolsulfonat) (PEDOT/PSS), Polyacetylen, Polyphenylenvinylen, Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin, Polyphenylensulfid oder Mischungen hieraus besteht.
  61. Glasartikel nach Anspruch 59 oder 60, wobei die leitfähige Beschichtung einen Young-Modul von 50 GPa oder weniger aufweist und das zusammengesetzte ultradünne Glas eine einstellbare Transmission von 0 bis 90% aufweist.
  62. Glasartikel nach Anspruch 59 oder 60, wobei die leitfähige Beschichtung einen elektrischen Flächenwiderstand von weniger als 300 Ω/sq, bevorzugt weniger als 200 Ω/sq und noch bevorzugter von weniger als 150 Ω/sq aufweist.
  63. Glasartikel nach irgendeinem der Ansprüche 57 bis 62, wobei die ultradünne Glaslage oder -platte eine Dicke von weniger als 500 um aufweist.
  64. Blendfreier Glasartikel, umfassend das chemisch vorgespannte flexible ultradünne Glas nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 55 und ein oder beide Oberflächen hiervon, die mit einer Blendschutz-(Antiglare)-AG-Funktion ausgerüstet sind.
  65. Glasartikel nach Anspruch 64, wobei die AG-Schicht durch Sandstrahlen oder chemisches Ätzen erhalten wird.
  66. Glasartikel nach irgendeinem der Ansprüche 64 oder 65, wobei die Oberfläche des ultradünnen Glases nach der AG-Behandlung eine Rauigkeit zwischen 20 nm und 500 nm aufweist, bevorzugt zwischen 50 nm und 400 nm, noch bevorzugter zwischen 80 und 300 nm und am meisten bevorzugt 100 nm und 200 nm.
  67. Glasartikel nach irgendeinem der Ansprüche 64 bis 66, wobei der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 60° zwischen 30 und 120 liegt, der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 20° zwischen 30 und 100 liegt, der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 85° zwischen 20 und 140 liegt und die Trübung der AG-Oberfläche zwischen 3 und 18 liegt.
  68. Glasartikel nach irgendeinem der Ansprüche 64 bis 66, wobei der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 60° zwischen 40 und 110 liegt, der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 20° zwischen 40 und 90 liegt, der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 85° zwischen 30 und 130 liegt und die Trübung der AG-Oberfläche zwischen 5 und 15 liegt.
  69. Glasartikel nach irgendeinem der Ansprüche 64 bis 66, wobei der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 60° zwischen 50 und 100 liegt, der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 20° zwischen 50 und 80 liegt, der Glanz bei einem Reflektionswinkel von 85° zwischen 40 und 120 liegt und die Trübung der AG-Oberfläche zwischen 7 und 13 liegt.
  70. Antimikrobieller Glasartikel, umfassend das chemisch vorgespannte, flexible, ultradünne Glas nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 55, und ein oder beide Oberflächen davon mit Ag+- oder Cu2+-Ionen.
  71. Glasartikel nach Anspruch 70, wobei die Konzentration von Ag+ oder Cu2+ auf den Oberflächen über 1 ppm liegt, bevorzugt über 500 ppm und am meisten bevorzugt über 1.000 ppm.
  72. Glasartikel nach Anspruch 70, wobei die Inhibierungsrate über 50% liegt, bevorzugt über 80% und am meisten bevorzugt über 95%.
  73. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 55, wobei das Glas vor oder nach dem Ionenaustausch mit Polymermaterialien in ein Laminat überführt werden kann, das direkt verwendet oder vor der Verwendung weiter vorgespannt werden kann.
  74. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 73, wobei das Laminat einen WVTR von weniger als 5 × 10–6 g/m2/Tag aufweist.
  75. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach Anspruch 73 oder 74, wobei das Polymermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliconpolymer, Sol-Gel-Polymer, Polycarbonat (PC), Polyethersulfon, Polyacrylat, Polyimid (PI), Cycloolefin-Copolymer, Polyarylate, Siliconharz, Polyethylen, Polypropylenpolyvinylchlorid, Polystyrol, Styrol-Acrylonitril-Copolymeren, Polymethylmethacrylat (PMMA), Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat, Polyamid, Polyacetal, Polyphenylenoxid, Polyphenylensulfid oder Polyurethanen oder Mischungen davon.
  76. Chemisch vorgespanntes flexibles ultradünnes Glas nach irgendeinem der Ansprüche 73 bis 75, wobei das Laminat eine Gesamtdicke von weniger als 500 μm aufweist, bevorzugt weniger als 300 μm, weiterhin bevorzugt weniger als 100 μm, noch bevorzugter weniger als 50 μm und am meisten bevorzugt weniger als 25 μm.
  77. Chemisch vorgespanntes, flexibles, ultradünnes Glas nach irgendeinem der Ansprüche 73 bis 75, wobei das Verhältnis der Polymermaterialien zum Glas geringer ist als 200%, bevorzugt geringer als 100%, noch bevorzugter geringer als 50% und am meisten bevorzugt weniger als 20%.
  78. Verwendung des chemisch vorgespannten, flexiblen, ultradünnen Glases nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 55 und des Laminats nach irgendeinem der Ansprüche 73 bis 77 als Schutzfilme für resistive Touchscreens, Displays, Mobiltelefone, Laptops, Fernseher, Spiegel, Fenster, Flugzeugfenster, Möbel und Haushaltsgeräteanwendungen.
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