DE60112053T2

DE60112053T2 - Verfahren zum lokalen entfernen einer beschichtung auf einem transluzenten oder transparenten substrat

Info

Publication number: DE60112053T2
Application number: DE60112053T
Authority: DE
Inventors: Axel Kupisiewicz
Original assignee: Wallonia Space Logistics SA WSL
Current assignee: Wallonia Space Logistics SA WSL
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-17
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-01-18
Also published as: AU2001228195A1; CN1220557C; GB2375499B; HK1051832A1; EP1263538A1; GB2375499A; GB0218941D0; US20030075531A1; ZA200205667B; EP1263538B1; CN1395514A; US6639178B2; DE60112053D1; ATE299758T1; BE1013237A3; WO2001053011A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lokalen Entfernen einer Beschichtung, auch "coating" genannt, die wenigstens eine Metallschicht und/oder wenigstens eine Metalloxidschicht umfasst, angebracht auf einem durchsichtigen oder transparenten Substrat aus natürlichem oder synthetischen Glas oder aus transparentem Kunststoff.
Unter "coating" sind alle Beschichtungen zu verstehen, die aus einer oder mehreren Schichten zusammengesetzt sind, die dem Substrat besondere optische, elektromagnetische oder thermische Eigenschaften verleihen.
Solche Beschichtungen werden oft auf Glas angebracht, zum Beispiel für Windschutzscheiben, oft in einer oder mehreren Schichten mit einer so geringen Dicke, dass sie durchsichtig oder transparent sind.
Diese Beschichtungen werden sehr oft im Vakuum und auf der gesamten Oberfläche des Materials angebracht. Also muss das Material für viele Anwendungen an bestimmten Stellen, zum Beispiel auf der Kontur, freigelegt werden.
Dieses lokale Entfernen ist notwendig, zum Beispiel um die ursprünglichen Eigenschaften des Materials wiederherzustellen, für eine bessere Haftung, wenn das Glas geklebt werden muss, für eine elektrische Isolierung, wenn die Beschichtung leitend ist, für die Wiederherstellung der ursprünglichen Transparenz bei einer nicht-transparenten Beschichtung usw.
Derzeit wird das lokale Entfernen der Beschichtung entweder durch chemische Methoden oder durch mechanische Methoden ausgeführt.
Diese Verfahren verursachen jedoch eine chemische Verschmutzung, können die Oberfläche angreifen oder sogar das Material selbst beschädigen.
Dieses Entfernen der Beschichtung kann vermieden werden, indem die Beschichtung durch ein Kaschierverfahren nur an den gewünschten Stellen angebracht wird.
Dieses Verfahren ist jedoch nicht immer möglich, unter anderem beim Kaschieren einer komplexen Form oder wenn unterbrochene und eingeschlossene Teile vorhanden sind.
Außerdem ist manchmal der Übergang zwischen den beschichteten und den unbeschichteten Teilen von schlechter Qualität.
Die Kosten für die Masken sind oft unerschwinglich, besonders wenn sie jedes Mal ersetzt werden müssen, sich die Stellen der nicht beschichteten Teile ändern.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum lokalen Entfernen einer Beschichtung, angebracht auf einem durchsichtigen oder transparenten Substrat, bereitzustellen, das diese Nachteile vermeidet und das also wirtschaftlich ist, nicht riskiert, das Substrat zu beschädigen, eine hohe Lokalisierungspräzision bei einem Übergang zwischen den beschichteten und den unbeschichteten Teilen ermöglicht, von ausgezeichneter Qualität (eingefasst sogar unter 25 Mikrometer), und ermöglicht es, an der Stelle, wo die Beschichtung entfernt wird, die ursprünglichen physischen Eigenschaften des Substrats wiederherzustellen. Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht.
Es ist dem Benutzer eines Lasers bereits bekannt für das selektive Entfernen von Schichten im Verlauf des Galvanisierverfahrens in der Halbleiterindustrie und zum Entfernen von Oxiden auf Metalloberflächen.
In diesen Fällen wird ein Gaslaser verwendet. Ein solcher Typ von Laser ist für transparente Materialien nicht verwendbar, weil bei diesen zur Wiederherstellung ihrer ursprünglichen physischen Eigenschaften keine Streuung der Schichtenzusammensetzung ins Innere des Materials vorkommen darf und sie nur geringe Erhöhungen der Wärme vertragen.
US-U-5.235.154 zum Beispiel betrifft die Herstellung von Schaltkreisen und Halbleitern und beschreibt ein Verfahren, das es erlaubt, Schnitte in den Zwischenverbindungen zu reparieren, die aus zwei Metallschichten bestehen, angebracht auf einer isolierenden organischen Schicht, zum Beispiel aus Polymid, das selbst das isolierende Substrat, zum Beispiel Glas, bedeckt. Die zu ersetzenden Teile der Metallschichten werden nacheinander durch Verdampfen mit Hilfe eines Laserimpulses, zum Beispiel vom Typ YAG„ eliminiert, wonach der entfernte Teil durch eine chemische Ablagerung in Form von Dampf wieder verschlossen wird. Nur Oberflächenteile werden durch den Laser behandelt, und die Erhaltung der optischen Qualität des Substrats ist nicht garantiert, wobei das Ganze im Übrigen nicht durchsichtig oder transparent ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, die optischen Eigenschaften des durchsichtigen oder transparenten Substrats beizubehalten. Außerdem kann es auf eine Gesamtheit Substrat-Beschichtung angewendet werden, die eine Lichtdurchlässigkeit von mehr als 80% aufweist.
US-A-5.958.268 beschreibt ein Verfahren zum selektiven Abtragen von unerwünschtem Material, zum Beispiel Abtragen von Oxiden von einem Metallsubstrat, Abtragen von Silikon von einem Quarzsubstrat oder Abtragen von Lack von einem Metallsubstrat. Das Abtragen erfolgt durch einen kombinierten Effekt eines Inertgases, das auf die zu behandelnde Oberfläche geschleudert wird, und eines Laserstrahls von Energiephotonen.
Photone mit ausreichender Energie, d.h., mit Energien zwischen 7 und 22 eV, werden benötigt, was die Wahl des Lasers begrenzt. Ein UV-Laser ist zu bevorzugen, zum Beispiel ein Gaslaser vom Type KrF, dessen Wellenlänge 248 nm beträgt und der eine Photonenergie von SeV ermöglicht.
Das oben genannte Verfahren ermöglicht es nicht, selektiv eine Beschichtung in einem Substrat oder aus einem relativ dicken Kunststoff wie z.B. einer Windschutzscheibe zu entfernen, weil dabei das Substrat erwärmt würde und Mikrorisse entstünden oder weil es infolge der Absorption der Energiephotone unwirksam wäre.
Gemäß der Erfindung wird ein Festkörperlaser mit Wellenlängen zwischen 10 Mikrometer und 360 Nanometer verwendet, zum Beispiel ein Nd:YAG-Laser verwendet, dessen Photone nur 1,167 eV bzw. 2,32 eV, wenn er verdoppelt wird, ausmachen. Die Wahrscheinlichkeit, mit diesem Laser, der Photone von geringer Energie erzeugt, eine chemische Verbindung zu brechen, ist minimal.
DE-A-197 15 702 beschreibt ein Verfahren zum Abtragen von einer oder mehreren Schichten mit einem automatisch regulierten Laser. Gemäß diesem Verfahren erfolgt das Abtragen durch einen Laser mit einer solchen Wellenlänge, dass der Laserstrahl durch die Beschichtung in dem Maß absorbiert wird, dass das Absorptionsniveau des Materials dieser Beschichtung überschritten wird, jedoch dieses Niveau im Substrat nicht erreicht wird. Die optimale Wellenlänge wird je nach Absorption der Beschichtung und des Substrats gewählt, wobei die Beziehung der Absorption und der Wirksamkeit der Abtragung gut bekannt war. Um diese optimale Wellenlänge besser erzeugen zu können, wird ein Laser mit einem optisch-parametrischen Oszillator (OPO) verwendet. Weil die Ausrichtungen der Elemente sehr kompliziert sind und die Betriebsstabilität eine wenig aggressive Umgebung erfordert, sind Laser mit OPO außerhalb einer Laborumgebung praktisch nicht einsetzbar.
Weil das oben genannte Verfahren auf der Absorption der Wellenlänge des Strahls durch die Beschichtung basiert, muss die Absorption der Wellenlänge des Strahls hoch und im Wesentlichen verschieden von der des Substrats sein.
Gemäß der Erfindung also nicht erforderlich, die Absorption der Beschichtung mit den verwendeten Wellenlängen kann gering sein, sogar weniger als 10%, und die Absorption des transparenten oder durchsichtigen Substrats kann anders als die der Beschichtung sein. Eine einfache Beobachtung der spektrometrischen Eigenschaften der Beschichtung und des Substrats ermöglicht es nicht, den Anforderungen hinsichtlich Leistung und Qualität gerecht zu werden, zum Beispiel Abtragen der Schicht oder der Schichten, um die durch eine Windschutzscheibe, eine Autofensterscheibe oder eine Gebäudeverglasung abgegebene oder übertragene Strahlung zu vermindern.
Gemäß der Erfindung wird ein Strahl mit einem Impuls von weniger als 30 ns und dessen Wellenlänge vorzugsweise zwischen 1200 Nanometer und 400 Nanometer liegt, auf die Beschichtung gerichtet.
Der pulsierende Laserstrahl kann durch ein System zur optischen Bildherstellung und/oder ein Diaphragma geleitet werden, um die Qualität des Übergangs zwischen den bedeckten und den unbedeckten Oberflächen zu verbessern.
Der pulsierende Laserstrahl wird auf optimale Weise durch das Substrat hindurch auf die Beschichtung geleitet.
Zur Verdeutlichung werden im Folgenden einige illustrative und nicht einschränkende Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum lokalen Entfernen der Beschichtung eines durchsichtigen oder transparenten Substrats gemäß der Erfindung beschrieben, wobei auf die Begleitzeichnungen verwiesen wird, in denen:
1 schematisch ein Glassubstrat während der lokalen Entfernung seiner Beschichtung gemäß der Erfindung unter Anwendung eines Verfahrens gemäß der Erfindung darstellt;
2 eine Vorderansicht eines Substrats ist, bei dem ein Teil der Beschichtung gemäß der Erfindung entfernt wurde;
3 und 4 schematische Ansichten ähnlich denen von 1 sind aber sich auf zwei andere Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung beziehen;
5 im Schnitt ein Substrat und seine Beschichtung darstellt, auf die das Verfahren gemäß der Erfindung angewendet ist;
6 im Schnitt das Substrat und seine Beschichtung während der Anwendung des Verfahrens in größerem Maßstab darstellt;
7 schematisch eine Vorrichtung darstellt, die zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendbar ist aber die sich auf eine andere Ausführungsform des Verfahrens bezieht;
8 schematisch eine Vorrichtung darstellt, die für die Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendbar ist aber sich auf noch eine andere Ausführungsform des Verfahrens bezieht.
1 stellt schematisch ein Substrat 1 aus Glas dar, in dem angegebenen Beispiel ein Windschutzscheibenglas eines Autos, das auf seiner gesamten Oberfläche mit einer Beschichtung 2 beschichtet ist, die lokal gemäß der Erfindung mit Hilfe eines pulsierenden Laserstrahls 3, der durch einen pulsierenden Laser 4 mit Festkörper auf die Beschichtung geleitet wird, entfernt wurde.
Die vollständige Absorption des Substrats 1 und der Beschichtung 2 zusammen in dem angegebenen Beispiel beträgt weniger als 30% für die Wellenlängen des Lasers 1, d.h., dass auch die Beschichtung 2 wenig absorbierend und folglich transparent oder durchsichtig ist.
Die Beschichtung 2 umfasst mehrere Schichten, von denen wenigstens eine eine Metallschicht ist, die der Beschichtung 2 eine elektrische Leitfähigkeit verleiht.
Ein anderes Beispiel ist im Detail in 5 dargestellt. Die Beschichtung 2 umfasst eine Anzahl aufeinander gelegter Schichten mit einer Dicke von wenigen Nanometer oder Mikrometer und folglich transparent, d.h., wenigstens eine erste Zinkoxidschicht 21, eine Silberschicht 22, eine zweite und dritte Zinkoxidschicht 23 und 24 und eine zweite Silberschicht 25 und eine vierte Zinkoxidschicht 26. Diese Beschichtung ermöglicht es, die thermische Strahlung, die durch das Glassubstrat 1 übertragen wird, zu begrenzen.
In dem angegebenen Beispiel muss die Beschichtung 2 aus einer Zone 5 an der Kontur des Substrats 1 entfernt werden, um das Verkleben zu erleichtern, und lokal auf einer Zone 6 in der Mitte, um eine nicht leitende Zone zu erhalten, wobei jedoch eine visuelle Übertragung gemäß den gesuchten Spezifikationen sicherzustellen, aber es ist offensichtlich, dass andere Konfigurationen der zu entfernenden Beschichtung möglich sind.
In 2 ist das Substrat 1 nach dem lokalen Entfernen der Beschichtung 2 in den Zonen 5 und 6 dargestellt.
Der verwendete Laser 4 ist ein Laser mit Festkörper, zum Beispiel ein Laser vom Typ YAG, vorzugsweise ein Laser Nd:YAG, dessen Impulse kurz sind, genauer gesagt von einer Dauer unter 30 ns, und optimal unter 10 ns.
In Varianten sind andere pulsierende Laser möglich, zum Beispiel ein Laser 4 vom Typ Nd:Glass; zum Beispiel der Nd:YLF.
Die Impulsenergie und die Wellenlänge werden je nach Art der Beschichtung 2 und des Substrats 1 optimiert.
Die Verwendung von Wellenlängen des Laserstrahls 3 im nahen und sichtbaren Infrarot, d.h., Wellenlängen zwischen 10 Mikrometer und 360 Nanometer und vorzugsweise zwischen 1200 Nanometer und 4000 Nanometer ermöglicht eine effiziente Übertragung der Energie des Lasers 4 durch das Glassubstrat 1 hindurch, so dass Erwärmungen vermieden werden können, die zu unerwünschten Streuungen der Substanz der Beschichtung 2 im Substrat 1 oder Mikrorisse im Substrat 1 infolge thermischer Beschränkungen vermieden werden können.
Weil die Aufpralloberfläche des Strahls 3 kleiner ist als die Zonen 5 und 6, muss eine relative Bewegung des Strahls 3 in Bezug auf das Substrat 1 gegeben werden, wobei diese Bewegung vorzugsweise durch einen programmierbaren Mikroprozessor gesteuert wird.
Dies kann entweder verwirklicht werden, indem der Laser 4 an einem festen Ort bleibt und das Substrat 1 bewegt wird, oder indem das Substrat 1 ortsfest bleibt und der Laser 4 bewegt wird, oder indem nur der Strahl 3 bewegt wird, zum Beispiel durch ein Speichersystem oder durch eine optische Faser 7, wie in 3 dargestellt.
Die Bewegung des Substrats 1 kann mit Hilfe eines Verschiebe- oder Drehtisches erfolgen, auf den das beschichtete Substrat gelegt wird, und der, gesteuert durch einen Mikroprozessor, in Bezug auf den Laserstrahl in Bewegung gesetzt wird.
Die Geschwindigkeit des Entfernens kann erhöht werden, in dem die Impulse des Lasers 4 durch das Substrat 1 hindurch gesendet werden. Dies ist nicht auf eine Erhöhung der Temperatur des Substrats 1 zurückzuführen, weil dieses nur sehr wenig Lichtenergie des Lasers 4 absorbiert, sondern ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass die Teilchen der Beschichtung 2, die durch den Strahl frei kommen, in den Raum und nicht zum Substrat 1 geschleudert werden. Der Geschwindigkeitsvektor des Ausstoßens der Zusammensetzungen, selbst gasförmiger, befindet sich in derselben Richtung wie das ankommende Strahlenbündel.
Der Einfallwinkel in Bezug α in Bezug auf die Normale des Strahls liegt zwischen 5° und 35°, so dass die durch den Strahl geschleuderten Rückstände auf der Seite ausgestoßen werden, die noch nicht durch die Laserabtastung abgebeizt sind, wie im Detail in 6 dargestellt ist, so dass eine Streuung der Metallione, die in dem Substrat 1 unerwünscht sind, maximal vermieden werden kann. In dieser 6 ist die Richtung der relativen Bewegung des Substrats 1 in Bezug auf den Strahl 3 durch den Pfeil V angegeben.
Die Ausführungsform des Verfahrens, die sich auf 3 bezieht, unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform nicht nur durch die Verwendung einer optischen Faser 7 zur Lenkung des Strahls 3 sondern auch dadurch, das die durch den Strahl 3 freigesetzten Teilchen durch eine Absaugvorrichtung 8 abgesaugt werden. Dies kann die Entfernungsgeschwindigkeit erhöhen eine Streuung unerwünschter Metallione im Substrat 1 in maximalem Maß verhindern.
Die Qualität der Entfernung und der Schnittstelle zwischen den unbeschichteten Zonen 5 und 6 und den beschichteten Zonen kann durch systematische Verwendung optischer Bildherstelllungssysteme oder eines Diaphragmas verbessert werden.
7 bezieht sich auf eine Ausführungsform des Verfahrens, in der ein Diaphragma 9 verwendet wird, das vor dem Laser 4 angeordnet ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Diaphragme die Ränder des Profilraums des Laserstrahls koppelt und diese deutlicher macht.
Außerdem wird ein Gas, zum Beispiel ein Edelgas, oder Luft, die durch einen Kompressor 10 erzeugt wird, an die Aufprallstelle des Strahls 3 auf der Beschichtung 2 geleitet. Dies kann die Entfernungsgeschwindigkeit erhöhen.
Der Laser 4 ist ein Laser mit Festkörper, gepumpt durch Blitzlampen oder gepumpt durch Laserdiode. In einer Variante kann der Laser 4 mit Festkörper durch eine oder mehrere pulsierende Laserdioden ersetzt werden, damit die Leistung ausreichend ist.
Der Laser 4 kann auch an einen Oberwellengenerator gekoppelt sein, zum Beispiel einen Frequenzverdoppler 12, so dass die Wellenlänge des Strahls 3 die Hälfte der Wellenlänge des Lasers 4 beträgt, um auf diese Weise die Entfernungsqualität zu erhöhen. Der Oberwellengenerator wird dann in normaler Weise verwendet, d.h., indem ein Masximum an Oberwellen erzeugt wird und durch Filtern der fundamentalen Wellenlänge mit Hilfe von zwei dichroitischen Spiegeln 15 und einer Lichtfalle 16, wie in 9 dargestellt.
Dieser Oberwellengenerator kann auch verwendet werden, indem die Phasenabgleichung (phase matching) des Kristalls verändert wird und indem die dichroitischen Spiegel (10) eliminiert werden, um gleichzeitig die Oberwellen und die Fundamentale mit anderen Energiedichten zu verwenden, so dass die Energie des Lasers optimal genutzt werden kann und folglich die Abtraggeschwindigkeit um einen Faktor von 2 bis 5 und die Qualität des Entfernens erhöht werden kann. Zum Beispiel kann das "phase matching" des Verdopplers 12 nach Belieben reguliert werden, um eine Proportion von 60% im nahen Infrarot und 40% im sichtbaren Infrarot im Ausgangsstrahl 3 zu erhalten, so dass die Entfernungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.
Der Strahl 3 kann auch durch ein optisches Bildherstellungssystem geändert werden.
Das optische System schneidet die Ränder des Zwischenenergiestrahls und vermeidet so ein teilweises Verbrennen oder homogenisiert den Strahl in der Anwendungszone. Weitere Verfahren zur Verbesserung des Strahlprofils, wie z.B. die Verwendung eines Bildherstellungssystems oder eines Homogenisators, können ebenfalls die negativen Effekte der Teilchenrückstände vermindern, indem das teilweise Verbrennen oder unerwünschte Reaktionen der im Plasma vorhandenen Teilchen verhindert werden.
Das Energieanteil des Strahls 3, der nicht durch die Beschichtung absorbiert wird, wird entweder durch dieses übertragen oder reflektiert. Dieses zusätzliche optische System ermöglicht es, die Entfernungsgeschwindigkeit um den Faktor 2 zu erhöhen.
Statt eines Lasers 4 können zwei identische Laser 4 mit einer Frequenz f und einer Wellenlänge λ verwendet werden, zum Beispiel werden 1064 nm für Nd:YAG verwendet, von denen ein Laser zum anderen durch ein Synchronisationsgetriebe 11 versorgt wird, damit das Auslösen des Letzteren vorübergehend um einen Faktor f/2 versetzt ist. Die beiden Strahle werden auf einem Verdoppler 12 wieder kombiniert, so dass ein Ausgangsstrahl erzeugt werden kann, der zwei Wellenlängen umfasst (zum Beispiel 532 nm und die Fundamentale auf 1064 nm), gefolgt von einem Bildherstellungssystem 13, wie schematisch in 7 dargestellt, oder ein Polarisator 14 wie schematisch in 8 dargestellt.
Das System gibt dann einen Strahl 3 mit einer virtuellen Frequenz von 2f. aus. 11 zeigt die Impulse von zwei Lasern 4 mit einer Frequenz von 2f erhalten nach Neukombinierung der Strahlen des Lasers 4 auf einem Verdoppler 12 oder einem Polarisator. Der Gewinn dieses Systems betrifft sowohl das durch das System belegte Volumen als auch die Qualität des zum Entfernen verwendeten Strahls. Die Erhöhung der Frequenz dieses Systems ist tatsächlich nicht mit einer Verschlechterung des Raumprofils des Strahls 3 verbunden, im Gegenteil, zur Verwendung eines einzigen Lasers mit identischer Impulsenergie. Nach einigen Änderungen kann das System auch n identische Laser mit Frequenz f verwenden, um einen Ausgangsstrahl 3 von einer virtuellen Frequenz of zu erhalten.
In allen oben beschriebenen Ausführungsformen kann das Verfahren gemäß der Erfindung am Ende, d.h., nach dem lokalen Entfernen, ein Backen des Substrats 1 und der nicht entfernten Beschichtung 2 bei mehr als 100°C, vorzugsweise mehr als 600°C umfassen.
Bei diesem Backen können die letzten Rückstände, die beim eigentlichen Entfernen auf dem Substrat 1 geblieben sind, verdampfen oder sich gleichmäßig auf dem Substrat 1 verteilen. Ein anderer Effekt ist die Homogenisierung der Spuren auf der Oberfläche infolge erregter Teilchen des Plasmas, zum Beispiel Metallione.
Je länger bzw. höher die Dauer bzw. Temperatur des Backzyklus, desto mehr migrieren die Teilchen und verstreuen sich in der ganzen Dicke des Substrats 1.
Ein solches Backen wird im Übrigen bereits bei der Herstellung von Windschutzscheiben angewendet, um das Glas so zu bombardieren, dass es in dieser Anwendung keine zusätzliche Phase darstellt.
Dank des Backens kann das Verfahren schneller ablaufen, weil die Beschränkungen auf zu hohe Konzentrationen von Restteilchen, die auf der Oberflächeverteilt sind, durch das Streuen dieser Teilchen in der ganzen Dicke des Substrats 1 vermindert wird, was zu einer sehr geringen Endkonzentration der Teilchen führt, so dass die Teilchen unsichtbar werden.
Die Mehrheit der Elemente der mehrschichtigen Beschichtung 2 wird eliminiert. Durch das Verdampfen oder Streuen der Elemente während des Entfernens und des Backens kann das Substrat seine Ausgangstransparenz wiedererlangen.
Das Backen ermöglicht einen 5 bis 10 mal höheren Ertrag als ein Verfahren ohne Backen.
Das Glas des Substrats 1 kann natürliches Glas sein, z.B. ein Glas von einer Windschutzscheibe, von einer Autoverglasung oder einer Gebäudeverglasung, oder ein synthetisches Glas oder transparenter Kunststoff wie PET.
Nach dem Entfernen gemäß dem Verfahren kann eine solche Kunststoffschicht in Sandwichform zwischen zwei Glasplatten oder zwischen eine Glasplatte und eine Kunststoffplatte, z.B. PVB, gelegt werden. Das Entfernen kann auch ausgeführt werden, wenn die PET-Platte direkt auf eine Glas- oder PVB-Schicht gelegt wird.
Das Substrat 1 kann Glas von einer Flasche, zum Beispiel einer Parfum- oder Alkoholflasche sein, und die Beschichtung 2 kann Dekorativ sein, wobei das lokale Entfernen der Beschichtung dazu dient, ein Relief anzubringen oder besondere Zeichnungen zu technischen oder kommerziellen Zwecken anzubringen.
In allen diesen Ausführungsformen werden die Teile der Beschichtung 2 mit Präzision, einfach und schnell entfernt, ohne das Substrat 1 zu beschädigen 1.
Umrandungen von großer Reinheit sind möglich, sogar von einer Größe unter 0,01 mm.
Das Verfahren erlaubt eine große Flexibilität bei der Erstellung von Zeichnungen. Das selektive Entfernen erfolgt zum Beispiel auf einer Kontur, um das Ausbreiten von Korrosion ins Innere einer Windschutzscheibe oder auf die lokalen Oberflächen zu verhindern, um darauf Sensoren, z.B. Regensensoren, Strichcodes zum Identifizieren der Windschutzscheibe oder entfernte Zonen für die Télépéages anzubringen.
Die Zeichnung kann auch mit Hilfe einer Maske ausgeführt sein, auf der die auszuführende Zeichnung eingraviert ist. Diese Maske, die durch den Strahl 3 abgetastet wird, kann zwischen den Laser 4 und das Substrat 1 gelegt werden, um ein Verkratzen der Maske durch geschleuderte Rückstände zu vermeiden.
Die Qualität, der Ertrag und die Flexibilität des oben genannten Verfahrens sind auf komplexe Wechselwirkungen zwischen den Phänomenen Photometrik, Photoakustik und dem Schaffen eines Plasmas durch Entfernen zurückzuführen, die sich aus der Wahl des Lasers 4, der Wellenlängen, der Dauer der Impulse und sonstiger Maßnahmen ergeben, die eine Verschlechterung des Substrats 1 durch erregte Rückstände vermeiden. Die Photone reagieren mit der Beschichtung 2 und nicht mit dem Substrat 1.
Die Kombination der oben genannten Phänomene ermöglicht die Sublimierung der Beschichtung 2 oder das Auswerfen der Beschichtung 2 und der feinen Teilchen.
An der Stelle, wo die Beschichtung 2 entfernt ist, besitzt das Substrat 1 erneut seine ursprünglichen physischen Eigenschaften, d.h., es ist durchsichtig oder transparent sie bevor es beschichtet wurde, und es ist nicht leitend, auch wenn die Beschichtung 2 dies ist.
Das Verfahren ist darum besonders nützlich, um lokal eine Beschichtung auf Substraten 1 zu entfernen, die ihre optischen Eigenschaften behalten müssen.
Das Verfahren ermöglicht es, lokal eine Beschichtung 2 zu entfernen, leicht absorbierend gegenüber den verwendeten Wellenlängen, auf einem Substrat 1, ebenfalls leicht absorbierend gegenüber den vorgenannten verwendeten Wellenlängen, wobei die Absorption der Gesamtheit Substrat-Beschichtung unter 30% beträgt.
Dies verhindert nicht, dass das Verfahren auch angewendet werden kann, um von dem Substrat 1 eine lokale Beschichtung 2 zu entfernen, zum Beispiel schwarz (black print), zum Beispiel um den Markenabdruck einer Windschutzscheibe zu entfernen.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht einen Gewinn um einen Faktor 10 bis 100 im Vergleich zur Verwendung ohne Vorsichtsmaßnahmen, insbesondere eines Lasers. Die Kosten einer Anlage zum lokalen Entfernen einer Beschichtung unter Anwendung des Verfahrens der Erfindung sind vergleichbar mit oder geringer als die einer klassischen mechanischen oder chemischen Technologie. Mit einem Laser 4 mit einer mittleren Leistung von 50 kW (zum Beispiel 1 Joule Kadenz bei 50 Hz) können 10 m² einer mehrschichtigen Beschichtung 2 entfernt werden, um die thermische Strahlung zu vermindern (so genanntes "low-end coating").

Claims

Verfahren zum lokalen Entfernen einer Beschichtung (2), umfassend wenigstens eine Metallschicht und/oder wenigstens eine Metalloxidschicht, angebracht auf einem durchsichtigen oder transparenten Substrat (1) aus natürlichem oder synthetischem Glas oder aus transparentem Kunststoff, gemäß welchem Verfahren mit Hilfe eines Lasers (4), der mit festen Stößen pulsiert, oder mit wenigstens einer pulsierenden Laserdiode ein pulsierender Laserstrahl (3), dessen Impuls unter 30 ns liegt und dessen Wellenlänge(n) zwischen 10 Mikrometer und 360 Nanometer beträgt (betragen), auf die Beschichtung (2) gerichtet wird, an den Stellen , wo sie entfernt werden muss, wobei die verwendeten Wellenlängen so beschaffen sind, dass die Absorption des gesamten Substrats (1) und der Beschichtung (2) unter 30% ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahl (3), dessen Impuls unter 10 ns beträgt, auf die Beschichtung (2) gerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahl (3) auf die Beschichtung gerichtet wird, dessen Wellenlänge(n) zwischen 1200 Nanometer und 4000 Nanometer beträgt (betragen).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallwinkel α des Strahls (3) in Bezug auf die Normale zwischen 5° und 35° liegt, wobei die Abtastrichtung durch den Strahl so ist, dass Rückstände, die unter dem Winkel α ausgestoßen werden, sich auf dem noch beschichteten Teil absetzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (3) des pulsierenden Lasers (4) durch ein optisches Bildsystem auf die Beschichtung (2) gelenkt wird).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (3) des pulsierenden Lasers (4) durch ein Diaphragma (9) auf die Beschichtung (2) gelenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (3) des pulsierenden Lasers (4) durch das Substrat (1) auf die Beschichtung gerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laser (4) vom Typ YAG, z.B. ein Laser Nd:YAG, oder vom Typ Nd:Glass, z.B. ein Laser Nd:YLF, gepumpt durch Blitzlampen oder gepumpt durch Dioden, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (4), ergänzt wird durch einen Oberwellenerzeuger, z.B. einen Frequenzverdoppler.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser (4) ergänzt wird durch einen Oberwellenerzeuger und ein optisches System, das die gleichzeitige Verwendung der Oberwellen und der Grundschwingung mit verschiedenen Energiedichten erlaubt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei identische Laser (4) derselben Frequenz verwendet werden, von denen einer dem anderen untergeordnet ist durch ein Synchrongetriebe (11), damit der Beschuss des letzteren Lasers (4) zeitlich um einen Faktor von ½ f versetzt ist, wobei die beiden Laser dann auf einem Ferquenzverdoppler (12= oder einem Polarisator (14) kombiniert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) lokal von einem Substrat (1) entfernt wird, aus Glas einer Windschutzscheibe oder Scheibe eines Autos, ein Gebäudeglas oder Flaschenglas besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (3) durch wenigstens eine Faseroptik (7) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas unter Druck auf die Aufprallstelle des Strahls (3) auf der Beschichtung (2) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufprallstelle des Strahls (3) auf der Beschichtung (2) eine Absaugung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung in Bezug auf das Substrat (1) gegeben wird, um die Form der zu entfernenden Beschichtung zu bestimmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim lokalen Entfernen der Beschichtung durch den Laser (3) die ursprünglichen physischen Eigenschaften des Substrats (2) vor dem Entfernen wiederhergestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) lokal so entfernt wird, dass das Substrat (1) wieder seine anfänglichen optischen Eigenschaften erlangt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (2) lokal so entfernt wird, dass der Übergang zwischen den bedeckten Teilen und den unbedeckten Teilen der Beschichtung (2) sauber ist, wobei die Ränder sogar deutlich unter 10 Mikrometer sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie des Strahls (3), die nicht durch die Beschichtung (2) absorbiert wird, durch ein Spiegelsystem wiedergewönnen und zurück auf die Beschichtung (2) geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es am Ende ein Backen des Substrats (11) mit dem Rest der Beschichtung (2) bei mehr als 100°, vorzugsweise mehr als 600° umfasst.