DE10065646C2 - Polarisator mit einer von der Glasoberfläche tiefenabhängigen unterschiedlichen dichroitschen Absorption und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Polarisator mit lateral variierenden bzw. alternierenden dichroitischen Eingenschaften. Diese Polarisator weist lateral unterschiedliche Richtungen der Polarisationswirkung und/oder verschiedene Farbwirkungen auf. DOLLAR A Als Ausgangsmaterial wird Standard-Floatglas verwendet. Durch an sich bekannte Prozesse von Ionenaustausch und Tempern und anschließende Deformation wird eine dünne dichroitische Glasschicht (2) gebildet. Erfindungsgemäß werden durch geeignete Wahl der Parameter bei den Prozessen Ionenaustausch und Tempern unterschiedliche Kolloidgrößen in verschiedenen Tiefen der dichroitischen Glasschicht (2) erzeugt. Bei der Deformation des Glases (1) entstehen tiefenabhängige Bereiche mit unterschiedlichem dichroitischen Verhalten. Unter Verwendung von Maskierungs- und Ätztechniken werden bezogen auf die Tiefe in der dichroitischen Schicht (2) in begrenzten Bereichen Strukturveränderungen durch Abätzen vorgenommen. DOLLAR A Durch Verwendung von Standard-Floatglas und der verfügbaren Technik ist eine wirtschaftliche Herstellung der Polarisatoren gegeben.

Description

Die Erfindung betrifft einen Polarisator mit lateral variierenden bzw. alternierenden dichroitischen Eigenschaften. Dieser Polarisator weist lateral unterschiedliche Richtungen der Polarisationswirkung und/oder verschiedene Farbwirkungen auf. Als Trägermaterial werden hauptsächlich alkalische Gläser verwendet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Polarisators, wobei auf den Polarisator, der durch nichtsphärische, einheitlich orientierte Fremdphasen im Glas erzeugt wird, durch weitere Verfahrensschritte mit Hilfe der Ätztechnik und/oder mit Hilfe der strukturierten Energieübertragung bzw. von Laserstrahlen eingewirkt wird.

Die Mehrzahl der heutzutage eingesetzten optischen Polarisatoren verwendet die dichroitische Absorption zur Erzeugung eines Polarisationseffektes. Dabei wird ausgenutzt, daß bestimmte Moleküle oder Kristalle eine von der Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors abhängige Absorption zeigen. Bei genügender Schichtdicke und isotroper Orientierung der Moleküle oder Kristalle tritt nach der Einstrahlung von Licht nur noch eine linear polarisierte Komponente aus dem Polarisator aus.

Die größte Gruppe, weil sehr preiswert herstellbar, stellen dabei mechanisch gedehnte Kunststoffolien (Polyvinyl-Alkohole - PVA) dar, die mit dichroitischen Farbstoffen gefärbt sind. Die Dehnung bewirkt eine Ausrichtung in einer Vorzugsrichtung und damit eine orientierte Absorption der Farbstoffmoleküle. Trotz vielfältiger Fortschritte bei der Herstellung dieser Folien, was sich auch in einer entsprechend großen Zahl von Patenten wiederspiegelt, konnten die prinzipiellen Nachteile - chemische Unbeständigkeit, Empfindlichkeit gegen ultraviolette Strahlung und Feuchtigkeit, geringe mechanische Beständigkeit - nicht beseitigt werden. Im ultravioletten Spektralbereich sind diese Folien in der Regel nicht einsetzbar.

In US 5,327,285 - "Methods for manufactoring micropolarizers" wird ein Verfahren zur Herstellung von Mikropolarisatoren auf der Grundlage von Kunststoffolien (PVA) vorgestellt. Dazu werden in kommerziell verfügbaren Kunststoffolien durch Verwendung von Masken und anschließende chemische Behandlung Bereiche erzeugt, die keine Polarisationswirkung aufweisen. Zwei derartig behandelte Folien werden anschließend gekreuzt zueinander positioniert und laminiert. Die Verbundfolie weist in lateralen Bereichen < 10 µm unter­ schiedliche Polarisationswirkungen auf.

Diese Folien weisen die o. g. prinzipiellen Nachteile von Polarisatoren auf der Basis von Kunststoffolien auf. Bereiche mit unterschiedlichen Farbwirkungen sind nicht bzw. nur unter Verwendung weiterer Komponenten (Farbfilter) realisierbar.

Um diese Nachteile auszugleichen, werden dichroitische Kristalle, insbesondere nichtsphärische Metallpartikel, eingesetzt. Speziell nichtsphärische Silberpartikel in den Größen 5 nm-50 nm zeigen auf Grund ihrer speziellen Elektronenstruktur im Bereich 350 nm-1000 nm das gewünschte dichroitische Absorptionsverhalten.

Die US 3.653.863. "Method of forming photochromic polarizing glasses" beschreibt die Herstellung hochpolarisierender Gläser auf der Basis phasenseparierter oder photochromer (silberhalogenidhaltiger) Gläser, die getempert werden müssen um Silberhalogenidpartikel der gewünschten Größe zu erzeugen. Anschließend folgen zwei weitere Schritte: Zuerst wird das Glas bei Temperaturen zwischen oberem Kühlpunkt und Glasübergangstemperatur (500°C bis 600°C) verstreckt, extrudiert oder gewalzt, um den Sil­ berhalogenidpartikeln eine ellipsoidförmige Gestalt zu geben und um sie zu orientieren. Wird das Glas einer Strahlung (UV-Strahlung) ausgesetzt, scheidet sich Silbermetall auf der Oberfläche der Silberpartikel ab. Diese Gläser können somit durch Bestrahlung zwischen klar unpolarisiert und eingedunkelt-polarisierend geschaltet werden.

Aus WO 98/14409 ist ein Polarisator bekannt, bei dem in ein Glas metallische Partikel eingebaut sind, die eine breite Größenverteilung aufweisen. Zur Herstellung dieses Polarisators werden in dem Glas zunächst Präzipitate unterschiedlicher Größe einer entsprechenden Metallverbindung erzeugt. Anschließend wird das Glas mit den Ausscheidungen einem Streckvorgang in einer Richtung unterworfen. Bei diesem Streckvorgang erhalten die Präzipitate zwangsläufig eine längliche, rotationsellipsoidförmige Gestalt; zudem werden sie dabei zwangsläufig parallel zueinander ausgerichtet. Bei einem abschließenden Temperschritt werden die ausgeschiedenen Metallverbindungen reduziert, so daß in der Oberfläche des Glases schließlich rotationsellipsoidförmige metallische Partikel vorliegen. Diese weisen je nach Größe des ursprünglichen Präzipitats hinsichtlich ihrer Form unterschiedliche Verformungen auf.

In WO 98/47832 - "Method of making glass having polarizing and non-polarizing regions" wird ein Verfahren zur Erzeugung von Gläsern vorgeschlagen, die polarisierende und nicht polarisierende Bereiche aufweisen. Es werden dazu phasenseparierte halogenidhaltige Spezialgläser verwendet. Die Polarisationswirkung wird durch verstreckte Kupfer- bzw. Silberausscheidungen im Glas erzeugt. Die laterale Veränderung der Polarisationswirkung wird durch einen Ionenaustausch bzw. durch die Behandlung des Glases aus einer Kombination von Bestrahlung mit ultraviolettem Licht und Erwärmung hervorgerufen.

Mit diesem Verfahren können nur Bereiche mit polarisierenden Eigenschaften und nichtpolarisierende Bereiche realisiert werden, unterschiedliche Polarisationseigenschaften sind nicht erzeugbar.

Ein genereller Nachteil der hier vorgestellten Polarisatoren ist, daß sie alle sehr teure Spezialgläser voraussetzen. Es ist offenbar auf Grund der Schwierigkeiten, diese Gläser zu handhaben, bis jetzt nicht als Aufgabe formuliert worden, Polarisatoren mit unterschiedlichen Polarisationsrichtungen und lateral unterschiedlichen Polarisationwirkungen wirtschaftlich herzustellen. Mit der WO 98/47832 werden lediglich - wie schon gesagt - Bereiche mit oder ohne Polarisation erzeugt.

Letztendlich soll noch auf die DE 198 29 970 C2 "Verfahren zur Herstellung von UV-Polarisatoren" eingegangen werden. Entsprechend dieser Patentschrift wird ein Verfahren zur Herstellung von UV-Polarisatoren vorgeschlagen, welches es gestattet, UV-Polarisatoren mit Polarisationswirkungen in einem breiten Wellenlängenbereich zu schaffen. Mit diesem Verfahren wird es möglich, durch Bildung und Überlagerung von Banden mit unterschiedlichen Maximumslagen einen breiten Absorptionsbereich zu erzeugen. Gegenüber dem vorher dargelegten Stand der Technik handelt es sich um eine spezielle Weiterentwicklung bei der Herstellung von Polarisatoren, indem durch verschiedene Verfahrensschritte Metallionen in die Glasoberfläche eingebracht und durch Tempern und Deformieren des Glases rotationsellipsoidförmige Partikel mit einer breiten Größenverteilung erzeugt werden. Wie oben gesagt, war bei der hier kurz ausgewerteten Patentschrift DE 198 29 970 C1 das Ziel, Polarisationswirkungen in einem breiten Wellenlängenbereich zu erreichen. Dieser Hinweis ist, wie sich zeigen wird, im Hinblick auf die noch darzulegende Erfindung erforderlich.

Entsprechend der Aufgabe der Erfindung sollen künftig Polarisatoren aus preiswertem Ausgangsmaterial unter Berücksichtigung des dichroitischen Verhaltens als Polarisatoren zur Verfügung stehen, die vielseitig verwendbar, bereichsweise verschiedene Eigen­ schaften aufweisen, und es soll ein Verfahren zur Herstellung dieser Polarisatoren angegeben werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst, wobei hinsichtlich der grundlegenden erfinderischen Gedanken, die die Polarisatoren betreffen, auf den Patentanspruch 1 verwiesen wird. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung bezüglich der neuartigen Polarisatoren ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 bis 6. Den grundlegenden Gedanken zum neuen Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polarisatoren enthält der Patentspruch 7. Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ergibt sich aus den Patentansprüchen 8 bis 12.

Weitere Hinweise sind zu den erfindungsgemäßen Lösungen erforderlich.

Es ist hinlänglich bekannt, daß submikroskopische metallische Ausscheidungen (speziell Silber-, Kupfer-, Goldpartikel) in Gläsern zu Extinktionsbanden im sichtbaren Spektralbereich und somit zu einer Färbung der Gläser führen. Diese Partikel sind in der Regel von kugelförmiger Gestalt. Weiterhin ist bekannt, daß für den Fall einheitlich ausgerichteter, nichtsphärischer, wie z. B. rotationsellipsoidförmiger Partikel deren Absorptionsbanden deutlich von denen kugelförmiger Partikel abweichen und weiterhin polarisationsrichtungsabhängig sind. Dieses sogenannte dichroitische Verhalten zeigt sich zum Beispiel bei der Verwendung von rotationsellipsoidförmigen Silberpartikeln mit einem Halbachsenverhältnis von a/b = 2. Es entsteht eine Bande mit einem Absorptionsverhalten bei Verwendung von linear polarisiertem Licht mit Polarisationsrichtung senkrecht zur langen Halbachse der Partikel und eine weitere Bande mit der Polarisationsrichtung parallel dazu, die sich hinsichtlich ihrer spektralen Maximumslagen unterscheiden. Verwendet man unpolarisiertes Licht, so entsteht durch dieses dichroitische Verhalten eine Polarisationswirkung zwischen den Bereichen der vorgenannten Absorptionsbanden.

Prinzipiell kann man Metalle (wie z. B. Silber, Kupfer, Gold) bei der Glasherstellung bereits der Glasschmelze zugeben. Ver Nachteil dieser Vorgehensweise ist, daß diese dann im gesamten Glasvolumen vorhanden sind und eine definierte und produktive nachträgliche Farbstrukturierung wie in der DE-OS 196 42 116 A1 "Verfahren zur strukturierten Energieübertragung mit Elektronenstrahlen" beschrieben, nicht mehr möglich ist.

Beschränkend wirkt weiterhin, daß damit nur eine geringe Konzentration der Metallausscheidungen im Glas realisierbar ist.

Als Ausweg bietet sich alternativ ein nachträglicher Einbau der Metalle in das Glas an. Mittels Ionen- Implantation lassen sich fast alle Elemente in die Glasoberfläche einbringen. Auch kann dies gezielt in ausgewählten lokalen Bereichen erfolgen; der Einbau verschiedenster Kombinationen von Elementen ist ebenso möglich. Die Eindringtiefen betragen bis zu einigen 100 nm. Die Ionen-Implantation ist allerdings ein technisch recht aufwendiges Verfahren. In alkalihaltige Gläser lassen sich aber insbesondere Silber- und Kupferionen mit relativ wenig Aufwand durch einen Ionenaustausch einbauen. Dazu wird das Glas der Einwirkung einer silber- bzw. kupferhaltigen Salzschmelze ausgesetzt. Infolge dieser Behandlung kommt es zu einem Austausch der Alkaliionen des Glases durch Metallionen der Schmelze. Für eine praktische Anwendung erweist sich der Tieftemperatur-Ionenaustausch in Nitratschmelzen als besonders günstig und einfach durchführbar (Temperatu­ ren im Bereich von ca. 250°C-400°C). Darüber hinaus sind die eingesetzten Salze wasserlöslich und lassen sich somit leicht vom Glas entfernen.

Prinzipiell lassen sich auch andere Salze einsetzen. Diese schmelzen in der Regel aber bei einer höheren Temperatur.

Die Eindringtiefe der Metallionen in das Glas ist abhängig von der Zeitdauer und der Temperatur des Ionenaustausches. Im Fall des Tieftemperatur-Ionenaustausches in Nitratschmelzen liegt diese typisch in der Größe einiger µm bis einige 100 µm.

An dieser Stelle sei auf die Patentschrift DE 198 29 970 C2 verwiesen, die die Herstellung von UV-Polarisatoren betrifft. Die Herstellung erfolgt nach dem Einbringen von Metallionen in die Oberfläche des Glases, indem durch einen mehrfachen Wechsel von Tempern zum Ausscheiden kugelförmiger Metallpartikel, einem erneuten Einbringen von Metallionen und nachfolgendem Tempern eine breite Größenverteilung der Partikel erreicht wird. Bei einer Deformation des Glases entstehen rotationsellipsoidförmige Partikel verschiedener Größe mit verschiedenen Halbachsenverhältnissen.

Bei einer Temperung in einer reduzierten Atmosphäre (z. B. in H₂) kommt es zur Bildung einer sehr dünnen Schicht der Metallpartikel unterhalb der Glasoberfläche (wenige µm) innerhalb der Glasmatrix.

Die Größe und Konzentration der gebildeten Partikel ist sehr stark abhängig von der Temperatur, dem Partialdruck des Reduktionsgases sowie den lokalen Konzentrationen von Metall und Reduktionsmittel. Durch einen weiteren Temperschritt in einer nichtreduzierten Atmosphäre kommt es zum weiteren Kolloidwachstum. Es entstehen noch größere Partikel.

Es hat sich gezeigt, daß die Teilchendeformation (beschrieben z. B. durch die sich einstellenden Exzentrizitäten bzw. die Halbachsenverhältnisse) der entstehenden ellipsoidförmigen Kolloide stark von deren Größe abhängt. Größere Partikel werden bei sonst gleichen Deformationsbedingungen stärker verformt als kleine.

Durch geeignete Wahl der Parameter bei den Prozessen Ionenaustausch und Temperung ist es möglich, im Glas gezielt Bereiche unterschiedlicher Kolloidgrößen (d. h. in verschiedenen liefen) herzustellen. Auf Grund der Größenabhängigkeit der Partikeldeformation entstehen nach dem Deformationsprozeß tiefenabhängig Bereiche mit unterschiedlichem dichroitischen Verhalten. Wie in einem Ausführungsbeispiel noch näher zu erläutern ist, ergibt sich bei Verwendung von linear polarisiertem Licht eine dichroitische Bande A, hervorgehoben durch Partikel, die in den tieferen Schichten des Glases angeordnet sind und weiterhin eine Bande B, hervorgerufen durch Partikel nahe der Oberfläche des Glases.

Die deformierten Partikel sind in ihrer Form bis zu Temperaturen in der Nähe des unteren Kühlpunktes stabil. Oberhalb dieser Temperatur kommt es zu einer Rückverformung in Richtung Kugelgestalt. Diese geht einher mit einer spektralen Verschiebung der dichroitischen Absorptionsbanden und somit veränderten Farbwirkungen. Dieses Verhalten kann gezielt zur Einstellung spezieller Banden genutzt werden (lokal unterschiedliche spektrale Maximumslagen in lateral eng begrenzten Bereichen durch entsprechenden lokalen Energieeintrag, z. B. gemäß DE-OS 196 42 116). Speziell sind damit die folgenden Varianten realisierbar.

• 1. Vorbehandeltes Glas als Ausgangsglas-Absorptionsbande in IR-Bereich; durch lokalen Energieeintrag erfolgt die Erzeugung von Strukturen mit Absorptions- und Polarisationswirkung im sichtbaren Bereich, d. h. für den sichtbaren Bereich wird dichroitisches Glas mit lateral variierenden, d. h. unterschiedlichen Farb- und Polarisationseigenschaften erzeugt.
• 2. Vorbehandeltes Glas als Ausgangsglas-Absorptionsbande im sichtbaren Bereich; durch lokalen Energieeintrag erfolgt die komplette Rückstellung der Teilchen in die Kugelform, d. h. es entstehen Bereiche mit Gelbfärbung aber ohne Polarisationswirkung. Nicht behandelte Bereiche weisen die Farb- und Polarisationswirkung des vorbehandelten Glases auf.

Mittels geeigneter Ätzmittel, wie z. B. verdünnte Flußsäure, läßt sich das eingesetzte Glas gezielt abätzen. Geeignete Maskierungstechniken sind verfügbar, so daß definiert lokale Glasbereiche entfernt werden können. Da - wie oben erläutert - oberflächennahe dichroitische Schichten mit geringer Tiefe erzeugt werden, ist mit der Ätztechnik ein Verfahren verfügbar, das die gezielte Entfernung der dichroitischen Schicht bzw. von Teilen ermöglicht.

Die nach diesen Vorschlägen hergestellten Polarisatoren sind dadurch charakterisiert, daß die dichroitische Absorptionswirkung nur in einer dünnen Oberflächenschicht des Glases hervorgerufen wird. Entfernt man diese bzw. Teile gezielt, so ändert man damit auch die dichroitischen Eigenschaften im gewünschten Bereich. Damit lassen sich flächig strukturierte Polarisatoren mit Bereichen unterschiedlicher dichroitischer Wirkung (Wellenlängenbereich der dichroitischen Wirkung, Dichroismus) herstellen. Zu deren Herstellung kommen erfindungsgemäß unterschiedliche Verfahren bzw. Verfahrenskombinationen zur Anwendung.

1. Abätzen

Durch Verwendung einer Maske, die in einem fotolithografischen Prozeß strukturiert wird und anschließende Ätzung von Oberflächenbereichen mittels HF-Säure, werden in den nichtmaskierten Bereichen gezielt Bereiche der Glasoberfläche, die dichroitische Eigenschaften aufweisen, in die Tiefe hinein teilweise bzw. komplett entfernt.

2. Partielles Abätzen

Wie Punkt 1, aber es werden lateral verschieden nur Teile der dichroitischen Schicht unterschiedlich tief entfernt. Es entstehen dichroitische Polarisatoren mit lateral verschieden hoher Absorption, verschiedenen spektralen Absorptions-Maximumslagen und damit verschiedenen Farb- und Polarisationswirkungen.

3. Strukturierter Energieeintrag

Für spezielle Anwendungen (z. B. falls Polarisationseigenschaften nur in speziellen Wellenlängenbereichen erforderlich sind) werden mittels strukturierten Energieeintrages (in Anlehnung an DE-OS 196 42 116 oder mittels Laser) Bereiche mit dichroitischen Eigenschaften und solche ohne eingestellt. Vorteil: plane Oberfläche.

4. Strukturierter Energieeintrag und Abätzen oder partielles Abätzen

Nutzung des strukturierten Energieeintrages zur Realisierung von Farbstrukturen (in Anlehnung an DE-OS 196 42 116 oder mittels Laser). Durch Kombination mit den Verfahren gemäß Punkt 1 oder 2 werden von Farbstrukturen plus Strukturen mit lateral variierenden/alternierenden dichroitischen Eigenschaften erzeugt.

5. Kombinationsvorschlag

Verwendung der Verfahren bzw Verfahrenskombinationen entsprechend den Punkten 1 bis 4 unter Einbeziehung der zweiten dichroitischen Oberfläche, d. h. der Rückseite des Glases, für dichroitische Farbfilterarrays mit gleichartigen oder alternierenden Polarisationswirkungen und/oder einheitlicher oder lateral unterschiedlicher Farbwirkung.

6. Verbunde

Verbund von Gläsern gemäß Verfahren 1 bis 5 derart, daß mindestens zwei der gemäß der Verfahren 1 bis 5 erzeugten Gläser kombiniert werden.

Mit der Erfindung wurde erstmals ein Polarisator geschaffen, welcher unter­ schiedliche Richtungen der Polarisationswirkung und/oder unterschiedliche Absorptionsbanden aufweist. Unter Berücksichtigung der erläuterten Verfahren bzw. Verfahrensschritte bzw. durch deren Kombination ist es möglich, die erfindungsgemäßen Polarisatoren wirtschaftlich herzustellen.

Die Erfindung soll nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.

Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 Darstellung des Absorptionsverhaltens in unterschiedlichen Schichten von Glas mit dichroitischem Verhalten.

Fig. 2 Darstellung des Absorptionsverhaltens von dichroitischem Glas vor und nach Bearbeitung der dichroitischen Schicht bzw. Schichten.

Fig. 3 Glas mit dichroitischer Schicht, wobei in die dichroitische Schicht Streifen eingearbeitet sind.

Fig. 4 Draufsicht gemäß Fig. 3 nach der Einarbeitung der Streifen.

Fig. 5 Glas mit dichroitischer Schicht, wobei in die dichroitische Schicht Strukturen mit unterschiedlicher Geometrie eingearbeitet sind.

Fig. 6 Zwei Gläser mit dichroitischen Schichten, wobei die dichroitischen Schichten nach der Bearbeitung zu einem Verbund zusammengefügt sind.

Fig. 7 Draufsicht nach dem Zusammenfügen.

Fig. 8 Glas, in welches dichroitische Bereiche eingearbeitet sind.

Fig. 9 Draufsicht gemäß Fig. 8.

Die verwendeten Bezugszeichen bedeuten: A, B, C, D, E Kurven gemäß jeweiligem Absorptionsverhalten
1 Glas
2 dichroitische Glasschicht
3 Maskierungsschicht
4 Streifen mit dichroitischem Verhalten
5 Strukturen mit unterschiedlicher Geometrie
6 SiO₂-Schicht
7 dichroitsche Verbundschicht

1. Ausführungsbeispiel

Durch die Behandlungsschritte Ionenaustausch und Tempern wurden im Glas tiefenabhängig gezielt Bereiche unterschiedlicher Partikelgrößen in verschiedenen Tiefen des Glases hergestellt.

Aus Fig. 1 ist der prinzipielle Kurvenverlauf der Banden bei unterschiedlichem dichroitischen Verhalten dargestellt. Dabei zeigt die Kurve A das Absorptionsverhalten bei Verwendung von linear polarisiertem Licht mit Polarisationsrichtung parallel zur langen Halbachse der Partikel in tieferen Schichten, Kurve B das Absorptionsverhalten nahe der Oberfläche und die Kurve C das resultierende Absorptionsspektrum. Diese Kurven zeigen die Ausgangssituation entsprechend an sich bekannter Verfahrensschritte.

2. Ausführungsbeispiel

Ein Standard-Floatglas (Zusammensetzung siehe Tabelle 1) wird 15 min bei 350°C in einer 0,1% AgNO₃- 99,9% NaNO₃ Salzschmelze behandelt.

Tabelle 1 Glaszusammensetzung (in Masse-Prozent)

Na2O	14,92%
SiO2	72,61%
MgO	4,00%
Al2O3	1,31%
SO3	0,36%
K2O	0,35%
CaO	6,04%
Fe2O3	0,10%

Anschließend erfolgt eine Temperung von 15 min in einer H₂ Atmosphäre bei 600°C. Die Prozesse Behandlung in der Salzschmelze und Temperung werden danach zweimal wiederholt. Daran anschließend wird das Glas 90 min bei 550°C getempert.

Das Glas wird dann bei 600°C mit einem Streckverhältnis von 10 unter einer Zugspannung von ca. 100 N/mm² deformiert. Infolge der Deformation werden die Silberpartikel in der Glasmatrix zu Rotationsellipsoiden verformt.

Auf einer Seite des Glases wird die komplette dichroitische Schicht entfernt (alternativ kann durch geeignete Wahl der Behandlungsbedingungen oder durch eine Maskierung bereits bei den obengenannten Prozessen die Bildung einer zweiten dichroitischen Schicht verhindert werden).

Für linear polarisiertes Licht ist das Absorptionsverhalten durch Kurve D in Fig. 2 charakterisiert.

Nunmehr wird im Zusammenhang mit dem weiteren Verfahren zur Herstellung der Polarisatoren auf die Fig. 3 und 4 verwiesen. Die Fig. 3 zeigt, wie durch die Verfahrensschritte b) bis e) in Fig. 3 die multifunktionalen Polarisatoren geschaffen werden. In Fig. 3 stellt a) die Ausgangsposition dar.

Das Glas mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 ist mit dem Positionszeichen 1 versehen und die dichroitische Glasschicht mit dem Positionszeichen 2. Die unterschiedliche Schraffur der dichroitischen Glasschicht 2 soll auf die unterschiedliche Wirkung in der Tiefe der dichroitischen Glasschicht 2 hinweisen. Es wird gemäß Verfahrensschritt b) auf die dichroitische Glasschicht 2 eine Maskierungsschicht 3 (beständig gegen das verwendete Ätzmittel) aufgebracht. Die Maskierungsschicht 3 wird gemäß Verfahrensschritt c) durch einen fotolithografischen Schritt strukturiert, es werden Streifen mit einer Breite von 200 µm und einen Streifenabstand von 200 µm gebildet.

Der Ätzprozeß (Verfahrensschritt d) - 20 Sekunden ätzen in 5% HF - entfernt Teile der dichroitischen Schicht 2 (entfernte Schichtdicke 0,1 µm) an den nicht maskierten Stellen. Anschließend wird die Maskierungsschicht 3 gemäß Verfahrensschritt e) entfernt.

3. Ausführungsbeispiel

Es wird auf Fig. 5 verwiesen. Im Gegensatz zu den Streifen gemäß 2. Ausführungsbeispiel in der dichroitischen Glasschicht 2 wurden durch vergleichbare Arbeitsschritte, wie sie im 2. Ausführungsbeispiel erläutert wurden. Strukturen 5 mit unterschiedlicher Geometrie in die dichroitische Glasschicht 2 eingearbeitet.

4. Ausführungsbeispiel

Zwei Standard-Floatgläser (Zusammensetzung wie Tabelle 1 im 2. Ausführungsbeispiel) werden 15 min bei 350°C in einer 0,1% AgNO₃-99,9% NaNO₃ Salzschmelze behandelt. Bezüglich der weiteren Verfahrensschritte, die das Tempern und Deformieren betreffen, wird auf das 2. Ausführungsbeispiel verwiesen. Ebenfalls mit dem 2. Ausführungsbeispiel vergleichbar erfolgt die Herstellung der multifunktionalen Polarisatoren, siehe hierzu die Fig. 6. Gemäß Verfahrensschritt g) wird durch geeignete Positionierung beider Gläser ein dichroitischer Verbund mit lateral unterschiedlicher Farb-, Polarisationswirkung und/oder Polarisationsrichtung gebildet. In Fig. 7 ist die dichroitische Verbundschicht 7 erkennbar.

Eine Positionierung beider Gläser ist auch möglich und sinnvoll, wenn die dichroitischen Glasschichten 2, die sich gemäß Verfahrensschritt g) berühren, mit Strukturen 5 mit unter-schiedlicher Geometrie (wie z. B. in Fig. 5 gezeigt) versehen sind.

5. Ausführungsbeispiel

Hier wird auf das 4. Ausführungsbeispiel verwiesen, wobei in die Tiefe der dichroitischen Glasschicht 2 ein partielles und ein komplettes Abätzen der nicht maskierten Schicht erfolgt.

6. Ausführungsbeispiel

Durch Nutzung des strukturierten Energieeintrages werden in der dichroitischen Glasschicht 2 Farbstrukturen erzeugt. Weiterhin erfolgt eine Bearbeitung dieser Gläser entsprechend den Ausführungsbeispielen 2 bis 5. Es wird somit strukturiertes dichroitisches Glas mit lateral variierenden/alternierenden Farb- und Polarisationseigenschaften geschaffen.

7. Ausführungsbeispiel

Es wird auf die Fig. 8 und 9 verwiesen.

Ein Standard-Floatglas (Zusammensetzung wie in Tabelle 1 im 2. Ausführungsbeispiel) wird mit einer SiO₂- Schicht 6 von ca. 50 nm beidseitig beschichtet. Die eine Schicht wird anschließend einseitig durch einen fotolithografischen und nachfolgenden Ätzprozeß lateral strukturiert. Dabei wird das SiO₂ lokal wieder entfernt. Dieses Glas wird danach 30 min bei 350°C in einer 0,1% AgNO₃-99,9% NaNO₃ Salzschmelze behandelt. An den mit SiO₂ bedeckten Schichten erfolgt durch deren Diffusionssperrwirkung kein Ionenaustausch. Anschließend erfolgt eine Temperung von 2 h in einer H₂-Atmosphäre bei 600°C sowie eine weitere Temperung von 2 h bei 600°C in Luft. Das Glas wird dann bei 600°C mit einem Streckverhältnis von 4 unter einer Zugspannung von ca. 100 N/mm² deformiert. Im Unterschied zu Beispiel 2 wird hierbei ein dichroitisches Glas mit lateral variierenden Eigenschaften, aber glatter Oberfläche erzeugt.

Weitere mögliche Verfahrensschritte sind das Entfernen der SiO₂-Schicht 6, die Kombination zweier Gläser gemäß 4. Ausführungsbeispiel, ein selektives Ätzen in Anlehnung an die vorherigen Ausführungsbeispiele, womit Bereiche mit alternierenden Farb- und Polarisationseigenschaften und klare Bereiche erzeugt werden. Auch auf die Möglichkeit der Kombination mit dem strukturierten Energieeintrag sei verwiesen.

Claims (12)

1. Polarisator, bei dem die Polarisation durch dichroitische Absorption erfolgt, mit
in die Oberfläche eines Glases gezielt in verschiedenen Tiefen eingebauten, parallel orientierten nichtsphärischen metallischen Partikeln mit tiefenabhängig unterschiedlicher Größe und damit mit tiefenabhängig definiert unterschiedlichem dichroitischem Verhalten und mit
in lateral und lokal eng begrenzten Bereichen in die Glasoberfläche eingebrachten Vertiefungen, die bereichsweise unterschiedliche Tiefen aufweisen und jeweils bis zu den in verschiedenen Tiefen eingebrachten Partikeln mit unterschiedlichem dichroitischem Verhalten reichen.

2. Polarisator nach Anspruch 1, bei dem zwei Gläser mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen einen Verbund bilden, bei dem die dichroitischen Glasoberflächen entweder einander zugewandt oder einander abgewandt angeordnet sind.

3. Polarisator nach Anspruch 1, bei dem zwei Gläser mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen einen Verbund bilden, bei dem die eine dichroitische Glasoberfläche im Verbund innenliegend und die andere dichroitische Glasoberfläche im Verbund außenliegend angeordnet ist.

4. Polarisator nach Anspruch 1, der außer den Bereichen mit unterschiedlicher dichroitischer Absorption in unterschiedlichen Tiefen auch lokal begrenzte Bereiche ohne Dichroismus aufweist.

5. Polarisator nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in der dichroitischen Oberfläche zusätzlich lokale Bereiche mit unterschiedlichen Farbeigenschaften ausgebildet sind.

6. Polarisator nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Glas ein Standardfloatglas ist.

7. Verfahren zur Herstellung von Polarisatoren, bei denen die Polarisation durch dichroitische Absorption erfolgt und die Bereiche unterschiedlichen dichroitischen Verhaltens aufweisen, bei dem
bei mehreren aufeinanderfolgenden Ionenaustausch- und Tempervorgängen durch geeignete Wahl der Prozessparameter in der Oberfläche eines alkalischen Glases gezielt in verschiedenen Tiefen der Glasoberfläche metallische Partikel mit tiefenabhängig unterschiedlichen Größen erzeugt werden,
das Glas anschließend einem Deformationsprozess unterworfen wird, bei dem die Partikel in der Glasmatrix zu nichtsphärisch geformten Partikeln mit tiefenabhängig unterschiedlichem dichroitischem Verhalten verformt werden, und bei dem
die dichroitische Glasoberfläche mit Hilfe von Ätzmitteln lokal in definierten Bereichen gezielt bis zu bereichsweise verschiedenen, durch die jeweiligen Tiefen der Partikel mit unterschiedlichem dichroitischem Verhalten vorgegebenen Tiefen entfernt wird, so dass in der Glasoberfläche Bereiche mit unterschiedlichen dichroitischen Eigenschaften gebildet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem zur Einstellung von Absorptionsbanden mit lokal unterschiedlichen spektralen Maximumslagen in lateral eng begrenzten Bereichen mit Hilfe eines Energieeintrages die deformierten Partikel definiert rückverformt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem mit Maskierungs- und Ätzvorgängen Strukturen mit beliebiger Geometrie in die dichroitische Glasschicht eingeätzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem mit Maskierungs- und Ätzvorgängen erste Bereiche der dichroitischen Glasschicht bis in eine vorgegebene Tiefe und zweite Bereiche vollständig abgeätzt werden, so daß Bereiche mit und ohne dichroitischem Verhalten gebildet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Glas vor Durchführen der Ionenaustausch- und Tempervorgänge mit einer SiO₂-Schicht einer Dicke von vorzugsweise 50 nm beschichtet und die SiO₂-Schicht durch Maskieren und Ätzen lokal entfernt wird, so daß eine dichroitische Glasschicht nur in den Bereichen erzeugt wird, die nicht durch die SiO₂-Schicht abgedeckt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die verbliebenen Strukturen der SiO₂-Schicht nach dem Herstellen der lokal begrenzten dichroitischen Glasschicht entfernt werden.