CN1293394C - 彩色二向色性起偏振镜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
彩色二向色性的起偏振镜，由玻璃衬底组成，在玻璃衬底表面层里镶嵌有排列有序的非圆球形金属颗粒。在玻璃衬底的一个横向区域，表面层制成双层，其两个局部层含有的金属颗粒具有不同的平均轴比，使得在相邻局部层内的金属颗粒的轴比被设定用来保证：第一横向区域中的双层具有两个局部层，其吸收带在光谱的蓝和绿区域中具有最大值；第二横向区域中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的蓝和红区域中具有最大值；第三横向区域中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的红和绿区域中具有最大值。还提供与该起偏振镜相应的制造方法。通过把多个这样的吸收频带结合在一个像素形状的结构中就可以生产出全色性的起偏振镜。
Description
技术领域
本发明涉及彩色的，主要是多色的，二向色性的起偏振镜及其制造方法。这种起偏振镜的色彩和偏振的效果是通过把二向色性的吸收剂-非球形颗粒，主要是金属颗粒，作为载体材料嵌在玻璃里实现的。本发明涉及载体材料里的颗粒的形状，吸收带的光谱位置和形状，以及它们的制造方法。
背景技术
本发明的使用领域是在可见的、紫外线的和近红外光谱范围内的起偏振镜，它优选具有横向不同地和有目的地调整的二向色性的吸收带。这类的起偏振镜适用于制造显示器。
众所周知，在载体材料内的单一方向的非球形颗粒可以导致二向色性的吸收带。典型的例子是玻璃内的银颗粒，铜颗粒或金颗粒。例如在玻璃里的整齐的旋转椭球形的金属银颗粒导致在可见的，紫外线和近红外的光谱范围内的二向色性吸收带。在可见的光谱范围，二向色性的吸收产生一种依赖于偏振方向的彩色效果。对于银颗粒的情况，其特点是二向色性的特性是由一个单一吸收带引起的。可见光谱范围内的吸收带原理上可以处在可见光谱的不同位置上，由此可设置各种的彩色效果。吸收带的最大值在光谱内的位置，基本上是由颗粒的形状确定的。对于椭球形颗粒，吸收带的光谱位置是由颗粒的半轴比确定的。
对此有许多建议，把这种效果用于特殊的用途。
从DE 29 27 230 C2“生产一种偏振的玻璃膜片的方法，生产出的玻璃膜片和这种膜片在液晶显示中的应用”中，人们熟悉了用于液晶显示的一种二向色性的起偏振镜的生产方法。开始点是有机体或无机体玻璃熔化，熔化中把针状体放进去，并从中拉拔出玻璃膜片。
众所周知，在相分离含银卤化物的基础上生产高偏振的玻璃，在生产中通过退火产生大小合适的银卤化物颗粒(US 3,653,863)。接着再进行二个步骤：首先把玻璃在上冷却温度和玻璃转换温度之间进行变形，挤压或轧制，使银卤化物颗粒转变成椭球形的形状，并同向排列。随后例如用UV-束照射玻璃。由此在银卤化物的表面沉淀出金属银。玻璃可以通过辐照在明亮的未偏振和浑浊的偏振之间调节。
人们还熟悉，玻璃在上冷却点以下在还原大气下退火，以便在至少10μm厚的玻璃表面层里生产出延长的银颗粒(US 4,304,584)。在该文献中描述了生产一种混合结合的玻璃，把已偏振的和彩色的玻璃层结合起来和层压。
众所周知，在变形前把含金属卤化物的玻璃与其它玻璃层压，以获得高偏心率的金属颗粒来实现的(US 4,486,213)。
众所周知，UV-起偏振镜的生产是通过多次变换注入金属离子和退火在玻璃表面层形成金属颗粒(DE 198 29 970)。由此产生具有一定尺寸的球形颗粒。在玻璃随后的变形中，产生旋转的椭球形的颗粒，具有不同的尺寸，不同的半轴比。
这些方法的共性是，在基体内产生亚微观的，一般是球形的杂质相-颗粒，它在随后的变形工艺中变形，统一按所要的方向排列。变形杂质相颗粒产生的二向色性的吸收带基本由该颗粒的形状确定。
人们还知道，在邻近和超过玻璃转换温度加热衬底时，颗粒出现松弛并恢复到球形。由此改变了二向色性的吸收。根据它们加热的温度和保温时间可以使颗粒具有在开始状态和球形之间的任意的松弛等级。采用通常的保持若干小时的退火过程只能单色调整二向色性的起偏振镜到规定颜色。
众所周知，通过采用原则上高于玻璃转换点的温度，金属粒子从一种半轴比转变成一种较小的尺寸所用的松弛时间缩短到微秒范围(DE 19642116)。用电子束使能量传递具有某种结构特征。因此此方法允许，在基体的不同横向范围内调节吸收带，由此获得具有不同的颜色效果。用这种方法也可以获得不同颜色的表面元素，横向尺寸到100μm以下。
现有技术的原理缺陷是总是在由颗粒的形状确定的谱带的形状上确定所能实现的吸收带，银的情况是一个单色谱带。复杂的带形状是不能实现的。
若通过混合红色，绿色，蓝色三种基本颜色实现颜色多样性，特别需要调节吸收光谱，这不能根据现有技术实现。为了在日光照射下获得三种基础颜色，必须每次强烈吸收其它二种不同的基础颜色。例如为了在日光照射下获得红色或者蓝色，需要宽的吸收带在蓝色和绿色或红色和绿色的光谱范围吸收。为了保持绿色，需要最大值在红色和蓝色光谱范围的二个吸收带。根据现有技术不存在这种可能性。
若二向色性起偏振镜用于颜色显示，还需要把具有这类吸收带的小区域紧密地毗邻布置，使得观察者的生理能感受到基础颜色混合的效果。
发明内容
本发明的任务在于，创作一种多色的二向色性的起偏振镜，它在横方向上含有紧密毗邻排列的表面区域，例如条或像素，它们的吸收带的光谱位置不同，推荐在红色，绿色和蓝色里调节。本发明的任务还在于给出一种方法，能够在二向色性的起偏振镜玻璃里实现要求的吸收带。
根据本发明的彩色二向色性的起偏振镜，由一种玻璃衬底组成，在玻璃衬底的一表面层里镶嵌有排列有序的非圆球形的金属颗粒，其中至少在玻璃衬底的一个横向区域，表面层制成双层，它们的两个局部层含有的金属颗粒在该两个局部层之间具有不同的平均轴比，使得在相邻的局部层内的金属颗粒的从垂直方向上看到的轴比被设定用来保证：第一横向区域中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的蓝和绿区域中具有最大值；第二横向区域中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的蓝和红区域中具有最大值；第三横向区域中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的红和绿区域中具有最大值。
根据本发明的用于生产上述彩色二向色性的起偏振镜的方法，该起偏振镜由玻璃衬底组成，且在该玻璃衬底的一个表面层内含有非球形的、在一些横向范围里至少不完全松弛的有序排列的金属颗粒，其中在整个表面层区域、即以后的双层内，所述的金属颗粒具有使吸收带最大值处于光谱的红区域内的平均半轴比，其中：在起始处理步骤中，在起偏振镜制造完成后应该显示红色的第一横向区域的整个层、也即以后的双层通过电子束被加热，使得金属颗粒松弛直到使吸收带最大值从红色光谱范围移动到绿色光谱范围；在第二处理步骤，用低于第一处理步骤的电子束电压加热，使得所述表面层中只有在完成起偏振镜后形成所述双层的上局部层的上区域被加热，使第一横向区域的上局部层内的吸收带最大值从绿色光谱范围移动到蓝色光谱范围，第二横向区域的上局部层内的吸收带最大值从红色光谱范围移动到蓝色光谱范围，第三横向区域的上局部层内的吸收带最大值从红色光谱范围移动到绿色光谱范围。
通过叠加不同的吸收带，几乎任意的吸收光谱都能实现。可以通过一个接一个地布置在不同光谱范围内具有吸收带的局部层实现叠加不同的吸收带。对于在非常小的表面上亦即例如像素结构上实现任意的吸收光谱，需要无视差性。为此，需要尽可能一个接一个地紧密布置局部层。
根据本发明使紧密排列成为可能，即把吸收的层制成双层的，它们中的二层局部层具有不同的吸收频带。基于这个原理制成的彩色二向色性的起偏振镜优选由一种熟知的钠硅酸盐玻璃衬底组成，后者至少部分为双层结构，其内部含有非球形的金属颗粒，特别是银颗粒。在二层其中的一层内部的平均轴比不同于双层中两个局部层的另一局部层内的平均轴比。二个局部层是通过不同的吸收谱表征，银颗粒情况是通过不同的单色频带表征。由此从叠加双层的二个连续排列的局部层的不同光谱位置的吸收频带中产生吸收光谱。按照这种方法可以显示出彩色，它只允许通过多带的吸收光谱实现。若这样使用狭窄的毗邻的区域，使得建成不同的，优选多频带的吸收光谱，则可以把从不同的吸收光谱中产生的色彩混合起来。
在一种多色的二向色性的起偏振镜的实施例中，用这种方法在双层的不同的横向区域内优选获得三种不同结果的吸收光谱，具体措施是每二种单一频带通过适当调节双层的局部层的横向区域的吸收而相互结合和相互重叠。这些横向区域被分组成规则的条或像素布置。每三条这种横向区域-它们通过适当调节双层的局部层的吸收频带在用白光照射时显示红色、绿色和蓝色-将被结合成为一种表面元素，它可以通过颜色的混合染上各自显示的颜色。在红色和蓝色条或像素中这样调节在双层中的二个局部层内的金属颗粒的半轴比，使它具有处在蓝色和绿色或在红色和绿色区域内的相邻的吸收频带，而在绿色区域里在双层中的局部层内的金属颗粒的轴比是这样调节的，使它在蓝色或在红色光谱区域吸收。由此在这些横向区域形成一个在红色和蓝色光谱区域具有二个分开的最大值的吸收光谱，所以只是光线的绿色组分可以通过衬底的这些横向区域。首先实现这种具有充分隔开的吸收最大值的吸收光谱和一个足够的光学密度，才有可能备齐所有三个添加的基本颜色，这是本发明二向色性的起偏振镜的全色性的前提。特别是，在各个吸收最大值区域内各局部层的光学密度≥1，能够使混合颜色实现高的饱和。
生产二向色性的起偏振镜的方法的公知方式首先是在玻璃衬底、最好是钠-硅酸盐玻璃衬底上制造出一表面层，该表面层含有非球形金属颗粒，最好是银颗粒，颗粒具有足够大的轴比以满足密度的要求和排列有序。为此要求的主要工艺步骤相当于现有技术的离子交换，退火和变形。在确定的吸收频带上横向表面区域的调节是用已知的方法通过准绝热的加热表面区域实现的，加热的厚度至少要超过含有金属颗粒的表面层的厚度，加热方法是采用电子束合适地作用在衬底上。
表面区域制成双层结构，为了调节这个表面区域内金属颗粒的不同轴比，根据本发明让相应的表面区域短时暴露在电子束的作用下，电子束在衬底的作用深度最好通过一个适当的电子束加速电压这样选择，使得让金属颗粒松弛所要求的温度只到达双层的上局部层，而双层的下局部层内的金属颗粒还基本保持它们原始的状态。合理的方法是使金属颗粒的松弛直接在以表面为界的局部层内进行。事实证实这样选择电子束的加速电压是有利的，即电子束在衬底材料内的作用深度应该是双层中要产生的上局部层厚的二倍和三倍之间。
附图说明
按照一个实施例和附图详细解释本发明。
图1是本发明的一种带有条状图像元素的多色二向色性起偏振镜的立体放大的截面图，
图2是银颗粒的轴比和所布置吸收频带的谱位置之间的关系图，
图3表示在一个多色的二向色性起偏振镜的不同横向区域的双层内被调整的、显示红色(图3a)、绿色(图3b)和蓝色(图3c)的吸收光谱。
具体实施方式
图1
多色的二向色性的起偏振镜是由一种钠-硅酸盐玻璃衬底1组成的，它在双层表层2里含有亚微观尺寸的银颗粒3。银颗粒是旋转椭圆体，这种形状可以用它们的半轴比表述。旋转椭圆体的平均尺寸为10几个nm。银颗粒在制作过程中，主轴彼此平行，并平行于衬底表面。
在每一顺序排列的局部层4a和4b，5a和5b，6a和6b里，银颗粒的轴比是这样调节的，它们具有在蓝和绿，蓝和红，绿和红谱区域的吸收带。由此，用线性的已偏振的白光、以偏振方向平行于颗粒的长半轴对衬底辐照，衬底1的相邻的条4、5和6显现出红、绿和蓝色。以表面为界的局部层4a，5a和6a的厚度相等，根据表层2厚度的标准，确定颗粒在表层2内的密度和大小分布。
图2
非球形的银颗粒导致二向色性的吸收效果，吸收带的光谱最大位置取决于银颗粒的半轴比。对于半轴比为a/b＝3的银颗粒，在红色光谱区域里的630nm出现设置吸收带的最大位置。在较小的轴比时，相应的吸收带的最大值处在较小的波长位置，轴比接近1时，吸收带处于蓝光谱区域的420nm位置。
图3a-c
表层2的吸收谱取决于各个相邻的条4、5和6，它们分别是由叠加局部层4a；b、5a；b和6a；b的二个吸收带形成的。
下面解释根据本发明生产具有颜色的、条状图像元素的多色二向色性的起偏振镜的方法。生产具有如图1所示的红色、绿色和蓝色的横向条状表面区域的多色二向色性的起偏振镜是从一种玻璃衬底开始的，在以后双层的整个区域内都有银颗粒，它们的平均半轴比要使在红色光谱区域产生一个吸收带。接着衬底1进行第一处理步骤，在确定横向区域4的起偏振镜应该显示红色后，在表层2-以后的双层-的整个厚度上，通过一个电子束的准绝热的能量传递对衬底1加热，让在这个横向区域的银颗粒在整个双层的厚度上松弛，直到使吸收带从红色光谱范围移动到绿色光谱范围。
在第二处理步骤，用低于第一处理步骤的电子束的加速电压，仅对上区域(它在完成起偏振镜后形成双层的上局部层4a，5a和6a层)同样通过一个电子束的准绝热的能量传递加热，使在局部层4a的吸收带从绿色移动到蓝色，在局部层5a的吸收带从红色移动到蓝色，在局部层6a的吸收带从红色移动到绿色。在各条4、5和6上传递的能量密度的选择要满足吸收带必要的光谱转移所要求的温度关系。
对于厚度为10至20μm的典型双层，在第一处理步骤使用电子束的加速电压为50至70kV，第二处理步骤用＜25至35kV的加速电压。当为一个给定的表面位置在几个至10几个微秒内施加电子束加速电压时，充分满足所要求的绝热的能量传递。
为了去除通常在玻璃性能，表层厚度以及表层内的颗粒分布方面无法避免的微小的不均匀性，可以要求对程序进行控制。为此将电子束的加速电压作为调节光学密度偏差的调节装置使用，把传递的能量密度作为调节吸收带的光谱的位置偏差的调节装置使用。
Claims (5)
1.彩色二向色性的起偏振镜，由一种玻璃衬底(1)组成，在玻璃衬底的一表面层(2)里镶嵌有排列有序的非圆球形的金属颗粒(3)，其特征在于，至少在玻璃衬底(1)的一个横向区域，表面层(2)制成双层，它们的两个局部层(4a，4b，5a，5b，6a，6b)含有的金属颗粒(3)在该两个局部层之间具有不同的平均轴比，使得在相邻的局部层(4a，4b，5a，5b，6a，6b)内的金属颗粒(3)的从垂直方向上看到的轴比被设定用来保证：第一横向区域(4)中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的蓝和绿区域中具有最大值；第二横向区域(5)中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的蓝和红区域中具有最大值；第三横向区域(6)中的双层具有两个局部层，该两个局部层的吸收带在光谱的红和绿区域中具有最大值。
2.根据权利要求1的彩色二向色性的起偏振镜，其特征在于，具有相似吸收光谱的多个横向区域形成有序布置的条或像素，每一条或像素还有二个其它的具有不同吸收光谱的相邻条或像素。
3.根据权利要求1的彩色二向色性的起偏振镜，其特征在于，每三个条或像素联合成一个单个的图像元素，所有这种图像元素形成有序的布置。
4.根据权利要求1至3之一的彩色二向色性的起偏振镜，其特征在于，表面层(2)具有10至20μm的厚度。
5.生产权利要求1的彩色二向色性的起偏振镜的方法，该起偏振镜由玻璃衬底(1)组成，且在该玻璃衬底的一个表面层(2)内含有非球形的、在一些横向范围里至少不完全松弛的有序排列的金属颗粒(3)，其中在整个表面层(2)区域、即以后的双层内，所述的金属颗粒(3)具有使吸收带最大值处于光谱的红区域内的平均半轴比，其特征在于，
在起始处理步骤中，在起偏振镜制造完成后应该显示红色的第一横向区域(4)的整个层、也即以后的双层通过电子束被加热，使得金属颗粒松弛直到使吸收带最大值从红色光谱范围移动到绿色光谱范围，
在第二处理步骤，用低于第一处理步骤的电子束电压加热，使得所述表面层(2)中只有在完成起偏振镜后形成所述双层的上局部层(4a，5a，6a)的上区域被加热，使第一横向区域(4)的上局部层(4a)内的吸收带最大值从绿色光谱范围移动到蓝色光谱范围，第二横向区域(5)的上局部层(5a)内的吸收带最大值从红色光谱范围移动到蓝色光谱范围，第三横向区域(6)的上局部层(6a)内的吸收带最大值从红色光谱范围移动到绿色光谱范围。
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