DE102012011261A1

DE102012011261A1 - Leitfähige Polymerschicht als Abschirmschutz für Polarisationsfilter

Info

Publication number: DE102012011261A1
Application number: DE201210011261
Authority: DE
Inventors: Udo Guntermann; Andreas Elschner; Stephan Kirchmeyer
Original assignee: Heraeus Precious Metals GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schichtstruktur sowie eine Verfahren zu deren Herstellung, beinhaltend mindestens eine Polarisatorschicht; mindestens eine Leiterschicht, beinhaltend ein leitfähiges Polymer, wobei die mindestens eine Leiterschicht einen Oberflächenwiderstand in einem Bereich von 10–4 bis 500 Ω/square aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine, Schichtstruktur, die auf dem Gebiet der Polarisationsfilter, im Besonderen der Abschirmung von Polarisationsfiltern gegen elektromagnetische Strahlung eingesetzt werden kann. Die Abschirmung kann dazu dienen, zum einen die Haltbarkeit von Polarisationsfiltern zu erhöhen und zum anderen die Qualität der Filter zu verbessern. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur, die als Abschirmschutz für Polarisationsfilter eingesetzt werden kann, und eine Vorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Schichtaufbau.
Aus dem Stand der Technik sind Polarisationsfilter für verschiedene Anwendungen bekannt. So werden sie in einigen Bildschirmen bei der Erzeugung des Bildes benutzt. Vor allem in Bildschirmen mit Flüssigkristallen, auch ”liquid cristal displays” (LCD-Bildschirme) genannt, oder anderen darstellenden Medien, wie ”organic light emitting divices” (OLEDs), werden Polarisatoren verwendet. Die Polarisatoren können dabei verschiedenen elektrischen Feldern ausgesetzt sein. Zum einen ist ein solches darstellendes Medium Umwelteinflüssen ausgesetzt, wie beispielsweise Sonnenlicht, extremen Temperaturen sowie elektrischen Feldern von anderen elektrischen Geräten in der Umgebung. Auf der anderen Seite tritt auch elektromagnetische Strahlung innerhalb des Mediums durch elektronische Bauteile innerhalb des Gehäuses des Gerätes auf. Dies kann zu ungewollten Aufladungen verschiedener Elemente, vor allem des Polarisators, führen und Interferenzen bei der Erzeugung eines polarisierten Lichtbildes hervorrufen. Hierdurch wird eine Verschlechterung der Bildqualität bewirkt. Auch alleine durch den Betrieb des LCD-Displays kann eine elektromagnetische Strahlung von Innen heraus auftreten, vor der äußere Bauteile geschützt werden müssen.
Im Stand der Technik werden häufig gut leitende Schichten für verschiedene Zwecke, unter anderem zur antistatischen Abschirmung eines Gerätes verwendet. So wird beispielsweise in der US 2011/0310333 eine Indium-Zinnoxidbeschichtung (ITO) als Elektrode für LCD-Bildschirme verwendet. Es wird ein Verfahren unter Verwendung von Indium-Zinnoxidbeschichtungen beschrieben, die ein direktes Beschichten der Polarisatoren mit der elektrisch leitenden Metalloxidschicht vorsieht. Das Aufbringen der Metalloxidschicht erfolgt durch aufwendige Verfahren wie Aufsprühen oder Sputtern. Dies bedingt eine Fehlerquote, die häufig sehr hoch ist. Da die Metalloxidschicht direkt auf die Glasschicht der Polarisatoren aufgebracht wird, entsteht ein hoher Ausschuss an teuren Grundbausteinen, die nicht mehr weiterverarbeitet werden können oder mit teuren und aufwendigen Verfahren wieder von der Metalloxidschicht befreit werden müssen.
In der US 2007/0172587 wird ein antistatischer Schutz für einen Polarisator beschrieben, der ebenfalls für einen LCD-Bildschirm vorgesehen ist. Hierzu wird eine Schicht eines elektrisch leitenden Polymers vorgesehen, die einen Widerstand von 10³ bis 10¹² Ω/square aufweist. Nachteil dieser Beschichtung ist jedoch ihr hoher Widerstand, so dass sie nicht in der Lage ist, elektromagnetische Strahlung mit hoher Stromdichte abzuleiten.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mindestens einen der sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu lindern oder mindestens teilweise zu überwinden. Insbesondere soll eine verbesserte Beständigkeit der Polarisatoren erreicht werden.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine verbesserte Lichtdurchlässigkeit des Polarisators zu erreichen. Insbesondere soll die Beeinflussbarkeit des Polarisators durch äußere Einflüsse, wie Licht oder andere elektromagnetische Strahlung, reduziert werden.
Darüber hinaus ist. es eine Aufgabe, eine verbesserte Abschirmung elektromagnetischer Strahlung aus der Umwelt und aus dem Gerät zu erreichen.
Weiterhin ist es eine Aufgabe, Polarisatoren bereitzustellen, die eingebaut in einen Bildschirm eine erhöhte Brillanz erreichen.
Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Geräten mit Polarisatoren bereitzustellen, das eine kostengünstige Alternative beispielsweise zur ITO-Beschichtung von Polarisatoren darstellt.
Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehenden Aufgaben leistet die Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in beliebiger Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Patentansprüchen dargestellt.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Schichtstruktur, beinhaltend:

a) mindestens eine Polarisatorschicht;
b) mindestens eine Leiterschicht, beinhaltend ein leitfähiges Polymer;

^–4

^–3

^–2

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass sich die mindestens eine Polarisatorschicht und die mindestens eine Leiterschicht mindestens teilweise überlagern. Hierbei ist es bevorzugt, dass sich mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 50% und besonders bevorzugt mindestens 70% der Fläche der mindestens einen Polarisatorschicht und der mindestens einen Leiterschicht überlagern. Bei dem überlagern können die beiden vorgenannten Schichten unmittelbar oder auch beabstandet durch eine oder mehrere Schichten vorliegen.
Die Schichtstruktur kann für verschiedene Anwendungen vorgesehen sein, in der mindestens eine Polarisatorschicht eingesetzt werden soll. Mit der erfindungsgemäßen Schichtstruktur wird bevorzugt erreicht, dass ein Strahl einer elektromagnetischen Welle, bevorzugt im sichtbaren Wellenlängenbereich, die auf die Polarisatorschicht der Schichtstruktur trifft, in mindestens einer Raumrichtung in ihrer Ausdehnung verändert wird.
Die Schichtstruktur kann angepasst an ihre Verwendung verschiedene Formen und Größen annehmen. Unter einer Schichtstruktur wird vorzugsweise eine Struktur verstanden, die aus mindestens zwei Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung oder physikalischer Eigenschaften besteht. Unter einer unterschiedlichen Zusammensetzung einer Schicht wird erfindungsgemäß verstanden, dass die Materialien, aus der zwei verschiedene Schichten ausgebildet sind, sich in wenigstens einer Komponente unterscheiden. So unterscheiden sich zwei Schichten einer Schichtstruktur durch physikalische Eigenschaften dann, wenn beispielsweise bei gleicher chemischer Zusammensetzung diese Schichten eine unterschiedliche Dicke, Oberflächengestaltung wie Rauigkeit oder Dichte aufweisen.
Die Schichtstruktur weist erfindungsgemäß eine geometrische Gestalt auf, die eine deutlich größere Ausdehnung in eine erste Raumrichtung, auch Länge der Schichtstruktur genannt, und eine zweite Raumrichtungen, auch Breite der Schichtstruktur genannt, hat als in eine dritte Raumrichtung, auch Dicke genannt. Die Länge und Breite kann in einer Schichtstruktur um das jeweils 5 bis 10⁹ fache größer sein als die Dicke der Schichtstruktur. Eine Schichtstruktur kann bevorzugt eine flächige Struktur ausbilden. Als flächige Strukturen können Schichtstrukturen bezeichnet werden, die eine deutlich größere Ausdehnung in die zwei Raumrichtungen der Länge und Breite als der Dicke aufweisen. So wird eine Schichtstruktur erfindungsgemäß bevorzugt als flächige Struktur bezeichnet, wenn die Ausdehnung der Länge und Breite der Schichtstruktur um das jeweils 10 bis 10⁹ fache größer ist als die Dicke der Schichtstruktur. Die Schichtstruktur kann in ihren einzelnen Schichten jeweils unterschiedliche Geometrien aufweisen. Beispielsweise kann eine der Schichten, beispielsweise die Polarisatorschicht, aus variierenden geometrischen Strukturen zusammengesetzt sein.
Die Schichtstruktur beinhaltet mindestens eine Polarisatorschicht, im Folgenden auch als Polarisator bezeichnet. Im Allgemeinen hat ein Polarisator die Funktion, elektromagnetische Wellen (häufig Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich von ca. 300 bis 800 nm) mit einer definierten, meist linearen Polarisation herzustellen. Als elektromagnetische Welle bezeichnet man eine Welle aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern. Im freien Raum stehen die Vektoren des elektrischen und des magnetischen Feldes der elektromagnetischen Welle senkrecht aufeinander und auf der Ausbreitungsrichtung. Die Polarisation kann durch selektive Absorption oder durch Strahlteilung erfolgen. Man kann grundsätzlich zwei Arten der Polarisation von elektromagnetischen Wellen, im Folgenden auch als Licht bezeichnet, unterscheiden. So gibt es Polarisatoren, die das Licht linear polarisieren und andere, die das Licht zirkulär polarisieren. Unter den linear polarisierenden Polarisatoren unterscheidet man Polarisatoren, die auf der Basis von Dichroismus, von Doppelbrechung oder von Reflexion arbeiten, wie im Folgenden im Detail beschrieben.
Ein dichroitischer Polarisator beispielsweise, der auf dem Dichroismus basiert, absorbiert die beiden Komponenten von linear polarisiertem Licht stark asymmetrisch, das heißt, eine der Komponenten (i) wird starker als die andere Komponente (ii) absorbiert, die andere Komponente (ii) stärker als die eine Komponente (i) transmittiert. Bei Polarisatoren aus dichroitischen Kristallen beispielsweise hängt die Absorption von der Polarisationsrichtung relativ zur optischen Achse ab. Durch einfaches Drehen dieser Kristalle lässt sich erreichen, dass nur die gewünschte Polarisationsrichtung durchgelassen wird. Als Kristalle werden hierfür beispielsweise Turmaline verwendet. Eine alternative Form eines solchen Polarisators ist der Gitterpolarisator, mit einem Gitter aus parallelen, leitfähigen Drähten. Bei ihm wird die Polarisationskomponente parallel zu den leitfähigen Drähten absorbiert bzw. reflektiert. Im Gegensatz dazu wird die andere Komponente durch das Gitter nur wenig verändert und kann das Gitter nahezu ungestört durchdringen. Eine weitere Alternative bietet eine farblose Polyvinylalkohol-Folie (PVA) mit eingelagerten Jodkristalliten. Eine gerichtete Polarisation wird erreicht, indem die PVA-Folie zunächst erhitzt und in eine bestimmte Richtung gestreckt wird, was auch als „recken” bezeichnet wird. Hierdurch werden die langkettigen Kohlenwasserstoffmoleküle mindestens teilweise ausgerichtet. Beim anschließenden Einbringen der Jodkristallite lagern sich diese an die PVA-Moleküle und bilden ihrerseits lange leitfähige Ketten, die wie das metallische Gitter bei einen Drahtgitterpolarisator wirken. Es können anstelle von PVA-Folien auch Folien aus Zellulosehydrat genutzt.
Polarisatoren, deren Wirkung auf den doppelbrechenden Eigenschaften der verwendeten Materialien basiert, werden allgemein als Polarisationsprismen bezeichnet. Bei doppelbrechenden Materialien hängt der Brechungsindex von der Polarisation des Lichtes ab, wodurch Licht unterschiedlicher (linearer) Polarisation unterschiedlich gebrochen wird. Folglich nehmen die senkrecht zueinander polarisierten Anteile des Lichtes unterschiedliche Wege durch das Material und können auf diese Weite getrennt werden. Beispiele von üblicherweise verwendeten doppelbrechenden Polarisatoren sind das Nicolsche Prisma, das Rochon-Prisma sowie das Glan-Thompson-Prisma. Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl weiterer polarisierender Prismen, die sich vorrangig in der Anordnung der doppelbrechenden Kristalle unterscheiden. Aus der Anordnung ergibt sich auch, ob nur eine bestimmte Polarisation oder ob beide Strahlen in unterschiedlichen Austrittswinkeln das Gesichtsfeld erreichen.
Unpolarisiertes Licht kann auch durch Reflexion polarisiert werden. Fällt beispielsweise unpolarisiertes Licht unter dem Brewster-Winkel auf eine Glasplatte, ist der reflektierte Teil linear, und zwar senkrecht zur Einfallsebene des Lichtes, polarisiert. Der Brewster-Winkel ist eine materialabhängige Konstante des verwendeten Glases. Der transmittierte Anteil ist nur teilweise polarisiert. Lässt man dieses Licht jedoch durch mehrere Platten unter dem Brewster-Winkel laufen, lässt sich auch dieser Anteil linear polarisieren. Die Polarisationsebene ist hierbei parallel zur Einfallsebene.
Für die Erzeugung einer Zirkularpolarisation ist es bevorzugt, eine Phasendifferenz von mindestens 90° zwischen senkrecht und parallel polarisiertem Anteil herzustellen. Zu diesem Zweck werden in der Regel Verzögerungsplatten eingesetzt, bei denen eine Polarisationskomponente sich langsamer in dem optisch anisotropem Material ausbreitet als die andere. Darüber hinaus kann die Phasendifferenz auch durch eine genau definierte Reflexion in einem optisch transparenten Material erzielt werden, beispielsweise in einem Fresnelschen Parallelepiped.
Die Schichtstruktur beinhaltet bevorzugt mindestens eine Polarisatorschicht oder auch zwei und mehr, die linear polarisiertes Licht erzeugen kann. Die Polarisatorschicht kann aus mehreren Lagen unterschiedlicher, polarisierend wirkender Materialien aufgebaut sein. So kann die Polarisatorschicht beispielsweise eine oder mehrere Lagen eines linear oder zirkulär polarisierenden Materials beinhalten. Weiterhin kann die Polarisatorschicht eine oder mehrere Lagen eines weiteren linear oder zirkulär polarisierenden Materials oder mindestens je eine Lage zweier unterschiedlich polarisierender Materialien aufweisen. Diese Materialien können beispielsweise diejenigen sein, die oben für die unterschiedlichen Formen der Polarisationen beschrieben wurden, wie beispielsweise PVA, Turmaline oder Gitterpolarisatoren.
Die Polarisatorschicht beinhaltet bevorzugt Polyvinylalkohol (PVA) oder andere Polymere, die in der Lage sind, zu komplexeren bzw. die Jod enthält bzw. enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Polarisatorschicht Kristallstrukturen aufweisen, die ebenfalls eine polarisierende Wirkung auf elektromagnetische Wellen ausüben, wenn unpolarisiertes Licht durch sie hindurch geleitet wird. Dies können beispielsweise Kristalle aus beispielsweise einem Turmalin sein.
Die Polarisatorschicht weist bevorzugt eine Dicke in einem Bereich von 1 bis 10.000 μm auf, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 5.000 μm und ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 1.000 μm.
Weiterhin beinhaltet die erfindungsgemäße Schichtstruktur mindestens eine Leiterschicht, die ein elektrisch leitendes Polymer beinhaltet. Die mindestens eine Leiterschicht weist einen Oberflächenwiderstand in einem Bereich von 10^–4 bis 500 Ω/square, bevorzugt in einem Bereich von 5 × 10^–4 bis 500 Ω/square, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10^–3 bis 500 Ω/square oder von 10^–3 bis 400 Ω/square, bevorzugt in einem Bereich von 5 × 10^–2 bis 300 Ω/square, besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 250 Ω/square auf. Bevorzugt beinhaltet die Leiterschicht das elektrisch leitende Polymer in einem Bereich von 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 100 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 100 Gew.-%. Darüber hinaus kann die Leiterschicht weitere Materialien aufweisen. Die weiteren Materialien können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem weiteren Polymer, einem Metall, einer Keramik und einem Glas, einer oberflächenaktiven Substanz sowie mindestens zwei davon. Bevorzugt werden die elektrisch leitenden Polymere in der Leiterschicht aus einer Dispersion aus leitfähigem Polymer, vorzugsweise mit einem Gehalt an leitfähigem Polymer in einem Bereich 0,1 bis 10 Gew.-% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Dispersion, gebildet.
Diese Dispersion kann neben dem leitfähigen Polymer außerdem als Zusatzkomponenten oberflächenaktive Substanzen, wie ionische und nichtionische Tenside oder Haftvermittler, wie organofunktionelle Silane bzw. deren Hydrolysate, wie 3-Glycidoxypropyl-trialkoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyl-trimethoxysilan, 3-Meth-acryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan oder Octyltriethoxysilan enthalten.
Diese Dispersionen können weitere Additive als Zusatzkomponenten enthalten, die die Leitfähigkeit steigern, wie z. B. ethergruppenhaltige Verbindungen, wie z. B. Tetrahydofuran, lactongruppenhaltige Verbindungen wie γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, amid- oder lactamgruppenhaltige Verbindungen wie Caprolactam, N-Methylcaprolactam, N,N-Dimethylacetamid, N-Methylacetamid, N,N-Dimethylformamid (DMF), N-Methylformamid, N-Methylformanilid, N-Methylpyrrolidon (NMP), N-Octylpyrrolidon, Pyrrolidon, Sulfone und Sulfoxide, wie z. B. Sulfolan (Tetramethylensulfon), Dimethylsulfoxid (DMSO), Zucker oder Zuckerderivate, wie z. B. Saccharose, Glucose, Fructose, Lactose, Zuckeralkohole wie z. B. Sorbit, Mannit, Furanderivate, wie z. B. 2-Furancarbonsäure, 3-Furancarbonsäure, und/oder Di- oder Polyalkohole, wie z. B. Ethylenglycol, Glycerin, Di- bzw. Triethylenglycol,. Besonders bevorzugt werden als leitfähigkeitserhöhende Additive Tetrahydrofuran, N-Methylformamid, N-Methylpyrrolidon, Ethylenglycol, Dimethylsulfoxid oder Sorbit eingesetzt.
Diese Dispersionen können außerdem als Zusatzkomponenten ein oder mehrere in organischen Lösungsmitteln lösliche oder wasserlösliche organische Bindemittel wie Polyvinylacetat, Polycarbonat, Polyvinylbutyral, Polyacrylsäureester, Polyacrylsäureamide, Polymethacrylsäureester, Polymethacrylsäureamide, Polystyrol, Polyacrylnitril, Polyvinylchlorid, Polyvinylpyrrolidone, Polybutadien, Polyisopren, Polyether, Polyester, Polyurethane, Polyamide, Polyimide, Polysulfone, Silicone, Epoxidharze, Styrol/Acrylsäureester, Vinylacetat/Acrylsäureester- und Ethylen/Vinylacetat-Copoly-merisate, Polyvinylalkohole oder Cellulosen enthalten.
Der Anteil des polymeren Bindemittels in der Dispersion beträgt 0,1–90 Gew.-%, bevorzugt 0,5–30 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 0.5–10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Gegebenenfalls kann auch ein solches gegebenenfalls in der Dispersion enthaltenes organisches Bindemittel als Dispersionsmittel fungieren, sofern dieses bei der gegebenen Temperatur flüssig ist.
Die erfindungsgemäßen Dispersionen können einen pH-Wert von 1 bis 14 haben, bevorzugt ist ein pH-Wert von 1 bis 8. Zur Einstellung des pH-Werts können den Dispersionen beispielsweise Basen oder Säuren zugesetzt werden. Bevorzugt sind solche als Zusatzkomponenten fungierende Zusätze, die die Filmbildung der Dispersionen nicht beeinträchtigen und bei höheren Temperaturen, z. B. Löttemperaturen, nicht flüchtig sind, wie z. B. die Basen 2-(Dimethylamino)-ethanol, 2,2'-Iminodiethanol oder 2,2',2''-Nitrilotriethanol und die Säure Polystyrolsulfonsäure.
Je nach Herstellbedingungen verbleibt eine, zwei oder mehr der vorstehend genannten Zusatzkomponenten in der Leiterschicht. Dieses ist insbesondere der Fall, wenn die Herstellbedingungen beim Erzeugen der Leiterschicht so gewählt sind, das die jeweiligen Zusatzkomponenten nicht verdampfen, ausgewaschen oder in sonstiger weise entfernt werden.
Der spezifische Oberflächenwiderstand ist ein Maß für die Fähigkeit, dem Oberflächenstrom zu widerstehen, der an der Oberfläche des zu prüfenden Objekts entlang fließt. Diese Kenngröße ist stark von den Umgebungsbedingungen und dem Probekörper abhängig. So spielen hier die Luftfeuchtigkeit, Verunreinigungen der Oberfläche, die Probenkörpergröße sowie die Elektrodenform und -anordnung eine entscheidende Rolle. Deshalb wurde zur Ermittlung des Oberflächenwiderstandes die unter DIN EN 61340-2-3 international genormte Messmethode verwendet. Hierbei werden zwei Elektroden in einer quadratischen Anordnung zueinander auf der Oberfläche des zu prüfenden Objektes angeordnet, wobei der Abstand der Elektroden der Elektrodenlänge entspricht. Die Angeben zu dem Oberflächenwiderstand beziehen sich folglich auf ein Quadrat, im englischen auf ”square”.
Die als elektrostatische Eigenschaften bezeichnete Kenngröße von Kunststoffen ist abhängig vom spezifischen Oberflächenwiderstand des Materials und wird entsprechend der DIN EN 61340-5-1 unterteilt.
Als isolierend werden Prüfstoffe mit einem Oberflächenwiderstand im Bereich größer 10¹² Ω/square bezeichnet. In diese Gruppe fallen beispielsweise viele thermoplastische Materialien.
Mit einem Oberflächenwiderstand von 10^–4 bis 500 Ω/square, stellt das elektrisch leitende Polymer, das die Leiterschicht beinhaltet, einen elektrischen Leiter dar. Mit dieser Eigenschaft ist das elektrisch leitende Polymer in der Lage, schon geringste elektrische Spannungen abzuleiten.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Leiterschicht elektromagnetische Wellen in einem Bereich von 0,1 bis 10 dB(V), bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 5 dB(V) dämpfen kann, wobei dieses gemäß IEEE-STD 299 bestimmt wird. Die Schichtstruktur kann eine Fläche in einen Bereich von 1 cm² bis 1000 m², bevorzugt in einem Bereich von 10 cm² bis 100 m², besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 cm² bis 10 m² aufweisen.
Weiterhin beinhaltet die Schichtstruktur in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Zusatzschicht. Die Zusatzschicht kann als Trägerschicht, vorzugsweise bei der Herstellung eines Schichtprecursors, oder als Überzug, insbesondere zum Schutz vor Umwelteinflüssen wie mechanischen Beschädigungen, fungieren. Die Zusatzschicht kann dazu dienen, die Schichtstruktur, insbesondere die Leiterschicht gegenüber insbesondere mechanischen oder thermischen Einflüssen der Umgebung zu schützen. Die Zusatzschicht sollte weiterhin eine hohe Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes aufweisen. Bevorzugt weist die Zusatzschicht eine Transmission in einem Bereich von 60 bis 99%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 99%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 99% auf, wobei die Transmission des beschichteten Substrats nach der ASTM D 1003 bestimmt wird. Die Transmission wird dabei über den gesamten sichtbaren Spektralbereich gemittelt, wie in der ASTM E308 beschrieben. Dazu wird der Normspektralwert Y aus dem gemessenen Transmissionsspektrum errechnet, unter Berücksichtigung der Lichtart D65 und einem 10°-Beobachter. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Zusatzschicht eine hohe Flexibilität aufweist.
Die Zusatzschicht kann jedes Material beinhalten, das die Leiterschicht vor äußeren Einflüssen schützt und dabei insbesondere die zuvor beschriebenen Eigenschaften aufweist. Bevorzugt kann, die Zusatzschicht ein Polymer beinhalten, dass vorzugsweise zu mindestens 50 Gew.-% der Zusatzschicht ausmacht. Weiterhin bevorzugt kann das Polymer ein thermoplastisches Polymer sein. Die Zusatzschicht kann eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 1000 μm, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 500 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 200 μm aufweisen.
Die Zusatzschicht kann sowohl auf der Oberseite der Polarisatorschicht angeordnet sein als auch auf der Unterseite. Bevorzugt ist sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite der Polarisatorschicht eine Zusatzschicht angeordnet. Mindestens eine Leiterschicht kann sich wiederum auf einer der Seiten, entweder der Ober- oder der Unterseite oder auf beiden Seiten der Polarisatorschicht befinden. Bevorzugt ist die mindestens eine Leiterschicht auf der Unterseite der Polarisatorschicht angeordnet. Weiterhin bevorzugt ist zwischen der Polarisatorschicht und der Leiterschicht eine Zusatzschicht angeordnet. Besonders bevorzugt ist zusätzlich auf der Oberseite der Polarisatorschicht eine weitere Zusatzschicht angeordnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Schichtstruktur beinhaltet die mindestens eine Zusatzschicht einen Ester, vorzugsweise einen Mehrfachester der Cellulose, vorzugsweise Triacetylcellulose. Bevorzugt weist die Zusatzschicht einen Gehalt an Celluloseester, vorzugsweise an Triacetylcellulose, in einem Bereich von 50 bis 100 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusatzschicht auf. Weiterhin kann die Zusatzschicht ein Polymer beinhalten, das ebenfalls möglichst transparent ist. Das Polymer sollte eine Transmission für sichtbares Licht in einem Bereich von 60 bis 99%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 99%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 99% für alle Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich aufweisen. Das Polymer kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyacetat (PLA), Polycarbonat (PC), Cyclisches Olefin-Polymer (COP), Cyclisches Olefin-Copolyrner (COC), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie mindestens zwei davon.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Schichtstruktur beinhaltet die Schichtstruktur mindestens eine weitere Polarisatorschicht. Diese Polarisatorschicht kann direkt benachbart zu der ersten Polarisatorschicht sein, sie kann jedoch auch von dieser durch mindestens eine weitere Schicht getrennt sein. Bevorzugt ist die erste Polarisatorschicht mindestens durch eine Zusatzschicht von der zweiten Polarisatorschicht beabstandet. Auch hier ist es bevorzugt, dass sich die weitere Polarisatorschicht und die mindestens eine Polarisationsschicht sich, wie vorstehend allgemein für die Schichten der Schichtstruktur beschrieben, mindestens teilweise überlagern.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Schichtstruktur ist das leitfähige Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Thiophen, einem Polyacetylen, einem Polyparaphenylen, einem Polyanilin und einem Polypyrrol oder einem Gemisch aus mindestens zweien daraus. Das leitfähige Polymer ist bevorzugt Poly-3,4-Ethylendioxy-Thiophen (PEDOT). Die Leiterschicht kann das elektrisch leitfähige Polymer in einer Menge einem Bereich von 60 bis 100 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Leiterschicht, beinhalten.
Das leitfähige Polymer weist bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit in einem Bereich von 10 bis 300 S/cm, bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 280 S/cm, besonders bevorzugt in einen Bereich von 100 bis 250 S/cm auf.
Als einen weiteren Bestandteil kann die Leiterschicht ein weiteres Polymer beinhalten. Das Polymer kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyacetat (PLA), Polycarbonat (PC), cyclisches Olefin-Polymer (COP), cyclisches Olefin-Copolymer (COC), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie mindestens zwei davon. Die Leiterschicht kann ein weiteres Polymer in einer Menge einem Bereich von 0,5 bis 40 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Leiterschicht, beinhalten. Bevorzugt beinhaltet das leitfähige Polymer der Schichtstruktur ein Polyanion. Das Polyanion dient als Gegenion zu dem Polykation des elektrisch leitfähigen Polymers. Das Polyanion kann ein Molekulargewicht in einem Bereich von 7.000 bis 200.000 g/mol, bevorzugt in einem Bereich von 10.000 bis 150.000 g/mol, besonders bevorzugt in einem Bereich von 50.000 bis 100.000 g/mol aufweisen. Vorzugsweise liegt der pH-Wert des Polyanions in einem Bereich von 1 bis 8, bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 4 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 2, bestimmt nach DIN 38404 (C5). Der Leiterschicht kann ein Polyanion in einem Bereich von 30 bis 90 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 40 bis 85 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 80 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Leiterschicht beinhalten.
Polyanionen können beispielsweise Anionen von Polycarboxylsäure, wie beispielsweise Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure oder Polymaleinsäure, oder Polysulfonsäure, wie beispielsweise Polystyrolsulfonsäure und Polyvinylsulfonsäure sein. Diese Polycarboxyl- und Polysulfonsäuren können auch Co-polymere von Vinylcarboxylsäure und Vinylsulfonsäure mit anderen polymerisierbaren Monomeren, wie beispielsweise Acrylsäureestern und Styrolen sein.
Bevorzugt ist das Polyanion der Schichtstruktur Polysulfonsäure (PSS).
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Schichtstruktur ist das elektrisch leitfähige Polymer PEDOT/PSS.
Die Schichtstruktur weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Glasschicht, eine Flüssigkristallschicht, insbesondere ein ”In Plane Switching”-Panel (IPS panel) oder eine Kombination mindestens zweier davon auf. Die isolierende Schicht kann dazu dienen, das Licht, das durch die Polarisatorschicht gelangt, in seinen Eigenschaften weiter zu verändern. Bevorzugt ist die elektrisch isolierende Schicht eine Flüssigkristallschicht oder ein IPS-Panel. Es kann beispielsweise bei Einsatz einer Flüssigkristallschicht als elektrisch isolierende Schicht in der Schichtstruktur, wie sie in LCD-Bildschirmen, insbesondere in IPS-Panels eingesetzt wird, das Licht je nach seiner Polarisation durch die Schichtstruktur durchtreten lassen oder absorbieren. Die Flüssigkristallschicht besitzt die Eigenschaft, je nach an ihr angelegter Spannung eintretendes Licht zu polarisieren oder unverändert durchtreten zu lassen. LCD-Bildschirme bestehen aus Segmenten von Flüssigkristallen, die unabhängig voneinander ihre Transmission ändern können. Dazu wird mit elektrischer Spannung in jedem Segment die Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert. Damit ändert sich die Durchlässigkeit für polarisiertes Licht, das mit einer Hintergrundbeleuchtung und mindestens einer Polarisationsschicht erzeugt wird. Dazu weist die Schichtstruktur eine zweite Polarisatorschicht auf der anderen Seite der Flüssigkristallschicht auf. Die Besonderheit des IPS-Panels ist, das hier die Elektroden zum Anlegen der Spannung in der Bildschirmebene liegen.
Die Schichtstruktur kann mindestens eine weitere Schicht aufweisen. Ein Beispiel einer weiteren Schicht ist eine Klebeschicht oder eine drucksensitive Schicht. Die Klebeschicht kann beispielsweise zwischen der Polarisatorschicht und der Leiterschicht eingebracht werden. Weiterhin kann alternativ oder zusätzlich zwischen der Leiterschicht und der Zusatzschicht eine Klebeschicht eingesetzt werden. Die Klebeschicht kann einen Klebstoff beinhalten, der beispielsweise physikalisch oder chemisch aushärtend ist. Physikalisch aushärtende Klebstoffe beinhaltend in der Regel bereits ein Polymer, das in einem Lösemittel gelöst ist. Das Lösemittel verdampft beim Aushärten, sodass eine feste Schicht zurückbleibt. Chemisch aushärtende Klebstoffe härten aufgrund einer Reaktion von chemischen Komponenten im Kleber aus. Hierbei polymerisieren beispielsweise monomere Bestandteile, wie Cyanacrylate, Methylmethacrylate, Silicone, Imide, Sulfid, Urethane und Epoxide nach Initiierung durch Licht, Wärme oder einen Radikalstarter zu ihren Polymeren aus.
Eine weitere Klebeschicht kann dazu dienen, die Polarisatorschicht zusammen mit der Leiterschicht auf die isolierende Schicht, insbesondere eine Flüssigkristallschicht, zu kleben. Bevorzugt wird auf die Flüssigkristallschicht auf der anderen Seite ebenfalls eine Polarisatorschicht angeordnet. Die Schichtstruktur weist dann zwei Polarisatorschichten getrennt durch eine Flüssigkristallschicht auf. Mindestens auf einer Polarisatorschicht ist zusätzlich die Leiterschicht angeordnet.
Wird eine drucksensitive Schicht eingesetzt, so kann diese in der Lage sein, durch Ausüben eines Drucks auf die Schicht eine Ortsinformation zu erzeugen, wie dies beispielsweise bei berührungssensitiven Bildschirmen, auch ”Touch-Screen” genannt, erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Schichtstruktur weist mindestens eine der Schichten eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 10 μm, bevorzugt in einem Bereich von 0,05 bis 5 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,1 bis 3 μm auf. Bevorzugt weist die mindestens eine Leiterschicht oder die mindestens eine Zusatzschicht oder die mindestens eine Klebeschicht die angegebene Dicke auf.
Die Schichtstruktur ist in einer bevorzugten Ausgestaltung transparent, insbesondere weist sie eine Durchlässigkeit von Licht in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 800 nm in einem Bereich von 50 bis 99%, bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 98%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 95% auf. Weist die Schichtstruktur eine elektrisch isolierende Schicht in Form einer Flüssigkristallschicht auf, so hängt die Transmission von der Schaltung des Flüssigkristalls ab. Die hier angegebenen Bereiche gelten insbesondere für die Schichtstruktur ohne isolierende Schicht beziehungsweise für eine Schichtstruktur mit isolierender Schicht, wobei die isolierende Schicht im Falle eines Flüssigkristalls so geschaltet ist, dass sie eine maximale Lichtdurchlässigkeit aufweist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur vorgeschlagen, beinhaltend die Schritte:

a. Bereitstellen einer Polarisatorschicht;
b. Überlagern der Polarisatorschicht mit einer Leiterschicht;

^–4

^–3

^–2

Die Polarisatorschicht kann beispielsweise Materialien beinhalten, wie sie für die erfindungsgemäße Schichtstruktur oben ausgeführt wurden. Die Polarisatorschicht beinhaltet bevorzugt Polyvinylalkohol (PVA), das Jod enthält. Bevorzugt beinhaltet die Polarisatorschicht Polyvinylalkohol in einer Menge einem Bereich von 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 100 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Gesamtmenge der Polarisatorschicht. Neben PVA kann die Polarisatorschicht weitere Materialien beinhalten. Bevorzugt beinhalten die weiteren Materialien ein Polymer. Das Polymer kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polyamid (PA), Polypropylen (PP), Polyacetat (PLA), Polycarbonat (PC), cyclisches Olefin-Polymer (COP), cyclisches Olefin-Copolymer (COC), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyetheretherketon (PEEK) und Polymethylmethacrylat (PMMA) sowie mindestens zwei davon.
Die Leiterschicht kann als elektrisch leitfähiges Polymer Materialien beinhalten, wie sie für die Schichtstruktur oben bereits beschrieben wurden. Bevorzugt beinhaltet die Leiterschicht ein Thiophen als elektrisch leitfähiges Polymer. Besonders bevorzugt ist das Thiophen Poly-3,4-Ethylendioxy-Thiophen (PEDOT). Weiterhin kann die Leiterschicht ein Polyanion beinhalten. Das Polyanion kann ausgesucht sein aus der Gruppe bestehend aus Die Leiterschicht kann das elektrisch leitfähige Polymer in einer Menge in einem Bereich von 60 bis 100 Gew.-%, bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 80 bis 100 Gew.-% beinhalten, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Leiterschicht.
Bei der Überlagerung der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht kann ein Bereitstellen und anschließendes Überlagern stattfinden, wie sie für solche Zwecke geeignet sind. Geeignete Bereitstellungen für die Polarisatorschicht können beispielsweise das Bereitstellen der PVA-Schicht in Form einer Folie sein. Die Folie kann beispielsweise auf einer Rolle bereitgestellt werden oder als einzelne Lage. Die Folie auf der Rolle kann eine Fläche in einem Bereich von 10 m² bis 10.000 m², bevorzugt in einem Bereich von 100 m² bis 5.000 m², besonders bevorzugt in einem Bereich von 500 m² bis 1.000 m² aufweisen. Die Folie kann eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 500 μm, bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 300 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 200 μm aufweisen. Weitere Möglichkeiten der Bereitstellung der Polarisatorschicht können auch kleinere Stücke, der Folie sein, beispielsweise in eine Größe in einem Bereich von 1 cm² bis 100 m², bevorzugt in einem Bereich von 10 cm² bis 50 m², besonders bevorzugt in einem Bereiche von 1 m² bis 20 m².
Das Überlagern der Polarisatorschicht kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Sprühen, Streichen, Rakeln, Kleben, Drucken und Heften sowie einer Kombination aus mindestens zweier davon. Das Überlagern der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht mittels Sprühen kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Drucken, einem Sputtern und einer Vapor Deposition einer flüssigen Phase sowie einer Kombination aus mindestens zwei dieser Maßnahmen. Das Überlagern der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht mittels Streichen kann beispielsweise mittels eines Pinsels, eines Schwamms und eines Rakels sowie einer Kombination aus mindestens zweien davon erfolgen. Das Überlagern der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht mittels Kleben kann beispielsweise über einen chemisch oder physikalisch abbindenden Kleber oder einer Kombination daraus erfolgen. Beispiele für solche Kleber sind für die Klebeschicht für die Schichtstruktur bereits beschrieben. Das Überlagern der Polarisatorschicht mittels Drucken kann beispielsweise durch Rakeln, Kontaktdrucken, Siebdrucken oder mittels Hochdruck oder Tiefdruck erfolgen. Das Überlagern der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht mittels Heften kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Tackern, Klammern und Nähen sowie einer Kombination aus mindestens zweien davon.
Bevorzugt wird das Überlagern der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht durch bekannte Verfahren zum Ausbringen von Filmen auf Oberflächen bewerkstelligt. Hierunter fallen insbesondere Schlitzgießen, Rakeln, Sprühen oder Vorhanggießen oder eine Kombination aus mindestens zwei davon.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Polarisatorschicht mit mindestens einer Zusatzschicht überlagert. Die Zusatzschicht kann die Eigenschaften und Ausgestaltungen aufweisen, wie bereits für die Schichtstruktur oben beschrieben. Die Zusatzschicht kann sowohl auf der Oberseite der Polarisatorschicht angeordnet werden als auch auf der Unterseite. Bevorzugt wird sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite eine Zusatzschicht über die Polarisatorschicht überlagert. Die Zusatzschicht oberhalb der Polarisatorschicht kann anders oder gleich ausgestaltet sein, wie die Zusatzschicht unterhalb der Polarisatorschicht. Das Überlagern der Zusatzschicht über die Polarisatorschicht kann auf die gleiche Weise erfolgen, wie zuvor für die Überlagerung der Polarisatorschicht mit der Leiterschicht beschrieben.
Die Leiterschicht kann die Polarisatorschicht wiederum auf einer der Seiten, entweder der Ober- oder der Unterseite oder auf beiden Seiten der Polarisatorschicht überlagern. Bevorzugt wird die Leiterschicht auf der Unterseite der Polarisatorschicht angeordnet. Weiterhin bevorzugt wird zwischen der Polarisatorschicht und der Leiterschicht eine Zusatzschicht angeordnet.
Besonders bevorzugt wird zusätzlich auf der Oberseite der Polarisatorschicht eine weitere Zusatzschicht über die Polarisatorschicht überlagert.
Bevorzugt beinhaltet die mindestens eine Zusatzschicht Triacetylcellulose. Die für die Schichtstruktur beschriebenen Ausgestaltungen der Zusatzschicht gelten ebenfalls für die im Verfahren angewendete Zusatzschicht.
Ein Verfahren ist bevorzugt, bei dem die Schichtstruktur mindestens eine weitere Polarisatorschicht umfasst. Diese weitere Polarisatorschicht kann ausgestaltet und angeordnet sein, wie bereits für die weitere Polarisatorschicht innerhalb der Schichtstruktur oben ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist das leitfähige Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Thiophen, einem Polyacetylen, einem Polyparaphenylen, einem Polyanilin und einem Polypyrrol oder einem Gemisch aus mindestens zweien daraus. Die Ausgestaltung des leitfähigen Polymers kann wie bei der Schichtstruktur beschrieben vorgenommen werden.
Bevorzugt ist das Verfahren, wobei das leitfähige Polymer ein Polyanion beinhaltet. Das Polyanion dient als Gegenion zu dem Polykation des elektrisch leitfähigen Polymers. Das Polyanion kann ein Molekulargewicht in einem Bereich von 7.000 bis 200.000 g/mol, bevorzugt in einem Bereich von 10.000 bis 150.000 g/mol, besonders bevorzugt in einem Bereich von 50.000 bis 100.000 g/mol aufweisen. Vorzugsweise liegt der pH-Wert des Polyanions in einem Bereich von 1 bis 8, bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 4 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 2, bestimmt nach DIN 38404 (C5).
Polyanionen können beispielsweise Anionen von Polycarboxylsäure, wie beispielsweise Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure oder Polymaleinsäure, oder Polysulfonsäure, wie beispielsweise Polystyrolsulfonsäure und Polyvinylsulfonsäure sein. Diese Polycarboxyl- und Polysulfonsäuren können auch Co-polymere von Vinylcarboxylsäure und Vinylsulfonsäure mit anderen polymerisierbaren Monomeren, wie beispielsweise Acrylsäureestern und Styrolen sein.
Besonders bevorzugt ist da Polyanion PSS. Weiterhin bevorzugt ist das Verfahren, wobei das elektrisch leitfähige Polymer PEDOT/PSS ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist die Schichtstruktur eine elektrisch isolierende Schicht, insbesondere eine Glasschicht, eine Flüssigkristallschicht, insbesondere ein IPS-Panel oder mindestens zwei hiervon. Wie für die Schichtstruktur beschrieben kann die elektrisch isolierende Schicht ausgestaltet sein.
Bevorzugt wird die elektrisch isolierende Schicht mit einer der oben erwähnten äußeren Schichten der Schichtstruktur verbunden. Die äußere Schicht der Schichtstruktur ist bevorzugt eine Klebeschicht. Alternativ kann die isolierende Schicht auch mit einer anderen Zusatzschicht, wie oben beschrieben, verbunden werden. Die Zusatzschicht kann beispielsweise eine TAC-Schicht sein. Das Verbinden der isolierenden Schicht mit einer Schicht der Schichtstruktur kann bevorzugt über ein Kleben stattfinden. Das Kleben kann entweder durch die Klebeschicht auf der Schichtstruktur direkt erfolgen oder durch Aufgabe eines Klebstoffes auf die Schichtstruktur oder die isolierende Schicht und anschließendem Zusammenfügen der Schichtstruktur mit der isolierenden Schicht. Die Klebeschicht oder der Klebstoff kann wie bereits für die Klebeschicht oben für die Schichtstruktur beschrieben ausgestaltet sein.
Weiterhin ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem mindestens eine der Schichten eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 10 μm aufweist. Dies gilt bevorzugt für die Leiterschicht und/oder die Zusatzschicht, wie bereits für die Schichtstruktur beschrieben. Auch alle weiteren Aspekte der Dicke der Schichten gelten wie für die Schichtstruktur beschrieben für das Verfahren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist die Schichtstruktur transparent. Insbesondere weist sie eine Durchlässigkeit von Licht in einem Wellenlängenbereich von 300 bis 800 nm in einem Bereich von 50 bis 99%, bevorzugt in einem Bereich von 60 bis 98%, besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 95% auf. Weist die Schichtstruktur eine elektrisch isolierende Schicht in Form einer Flüssigkristallschicht auf, so hängt die Transmission von der Schaltung des Flüssigkristalls ab. Die oben angegebenen Bereiche gelten insbesondere für die Schichtstruktur ohne isolierende Schicht beziehungsweise für eine Schichtstruktur mit isolierender Schicht, wobei die isolierende Schicht im Falle eines Flüssigkristalls so geschaltet ist, dass sie eine maximale Lichtdurchlässigkeit aufweist.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Schichtstruktur vorgeschlagen, erhältlich nach denn zuvor beschriebenen Verfahren.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Display, vorzugsweise mit Flüssigkristallen, beinhaltend die vorbeschriebene Schichtstruktur, vorgeschlagen. Als Flüssigkristalle können sämtliche im Stand der Technik bekannten Flüssigkristallstrukturen eingesetzt werden, die in einem Display verwendet werden können. Das Display kann als Flüssigkristall beispielsweise ein IPS-Panel beinhalten. Neben der erfindungsgemäßen Schichtstruktur kann das Display zusätzlich Anschlüsse für eine Stromversorgung, insbesondere für die Schaltung der isolierenden Schicht, beinhalten. Das Display kann weiterhin noch einen Rahmen aufweisen, der die Schichtstruktur umgibt, insbesondere, um sie vor äußeren Einflüssen, besonders bei der Handhabung des Displays, zu schützen. Das Display kann eine Bildschirmfläche in einem Bereich von 1 cm² bis 1.000 m², bevorzugt in einem Bereich von 10 cm² bis 100 m², besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 cm² bis 10 m² aufweisen.
Zudem gelten die Ausführungen zu der erfindungsgemäßen Schichtstruktur ebenso entsprechend für das erfindungsgemäße Display sowie für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schichtstruktur. Dies gilt insbesondere für Materialien und räumliche Ausgestaltungen.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche beziehungsweise hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
FIGUREN
1: Schematische Darstellung einer Schichtstruktur mit Flüssigkristallschicht;
1a: Ausschnitt aus Schichtstruktur aus 1 mit erster Anordnung der Leiterschicht;
1b: Ausschnitt aus Schichtstruktur aus 1 mit zweiter Anordnung der Leiterschicht;
2: Schematische Darstellung der, Herstellung einer Schichtstruktur aus 1 mit einer Anordnung gemäß Ausschnitt der 1a);
3: Schematische Darstellung der Herstellung einer Schichtstruktur aus 1 mit einer Anordnung gemäß Ausschnitt der 1a).
In 1 ist eine erfindungsgemäße Schichtstruktur 100 dargestellt. Die Schichtstruktur 100 beinhaltet eine erste Polarisatorschicht 20, die auf mindestens einer Seite mit einer ersten Zusatzschicht 10 überlagert ist und auf der anderen Seite mit einem Überzug 80 versehen ist. Diese Zusatzschicht 10 besteht bevorzugt aus Triacetylcellulose. Weiterhin beinhaltet die Schichtstruktur 100 eine zweite Zusatzschicht 30 sowie eine Leiterschicht 70, die sich, wie in den 1a) und 1b) gezeigt, entweder zwischen der Polarisatorschicht 20 und der zweiten Zusatzschicht 30 befindet oder zwischen der zweiten Zusatzschicht 30 und einer Klebeschicht 40. Mittels der Klebeschicht 40 kann das so aufgebaute Polarisatorelement 60 direkt auf ein Flüssigkristallelement 50, beispielsweise als ISP-Panel ausgestaltet, im Sinne einer isolierenden Schicht 50, aufgeklebt werden. Auf der anderen Seite des Flüssigkristallelements 50 ist noch ein weiteres Polarisatorelement 90 mit dem gleichen Aufbau wie Polarisatorelement 60 angeordnet, das ebenfalls als eine Schichtstruktur mit mindestens einer Zusatzschicht und mindestens einer Polarisatorschicht aufgebaut ist. Auch hier ist das Polarisationselement 90 über die Klebeschicht 40 mit dem Flüssigkristallelement 50 verbunden. Die Schichten der Zusatzschichten 10, 30 und 80 können, wie in diesem Beispiel aus Triacetylcellulose gefertigt sein. Die Polarisatorschicht 20 besteht in diesem Beispiel aus einer Jod aufweisenden Polyvinylalkohol-Schicht. Die Leiterschicht 70 besteht aus einer 0,2 μm dicken, 80 gew.-%-igen PEDOT/PSS-Schicht (enthaltend i. Clevios^TM PH 500, ii. Clevios^TM PH 750, iii. Clevios^TM PH 1000, iv. Clevios^TM FE, v. Clevios^TM F ET sowie vi. Clevios^TM F 010, alle kommerziell erhältlich bei Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG).
In 2 wird ein Aufbau gemäß 1a) erhalten, wobei in Schritt 110 zunächst eine Leiterschicht 70 mit einer ersten Trägerschicht 10, meist aus TAC, verbunden wird. Auf die Trägerschicht 10 wird in einem Schritt 120 eine dritte Trägerschicht 80 aufgebracht, um einen Precursor PC Ia zu erhalten. In einem zeitlich überlappenden oder auch nachfolgenden Schritt 130 wird ein Precursor PC IIa durch Verbinden einer zweiten Zusatzschicht mit einer Kleberschicht 40 erhalten. Sodann werden in Schritt 140 die beiden Precursor PC Ia und PC IIa über eine Polarisationsschicht 20 verbunden, um eine Polarisatorelement 60 mit in 1a) dargestellter Schichtabfolge zu erhalten.
In 3 wird ein Aufbau gemäß 1b) erhalten, wobei in Schritt 210 zunächst eine Leiterschicht 70 mit einer Trägerschicht 30, meist aus TAC, verbunden wird. Auf die Trägerschicht 30 wird in einem Schritt 220 eine Kleberschicht 40 aufgebracht, um einen Precursor PC Ib zu erhalten. In einem zeitlich überlappenden oder auch nachfolgenden Schritt 230 wird ein Precursor PC IIb durch Verbinden einer ersten und dritten Zusatzschicht 10 bzw. 80 erhalten. Sodann werden in Schritt 240 die beiden Precursor PC Ib und PC IIb über eine Polarisatorschicht 20 verbunden, um ein Polarisatorelement 60 mit in 1b) dargestellten Schichtabfolge zu erhalten.
BEISPIELE
Es werden Testdrucke mit den in den Tabellen 1 und 2 angegebenen kommerziellen Cievios^TM Formulierungen (Hersteller Heraeus Precious Metals GmbH & Co. KG) mit einen Handcoater (Spiral-Filmziehgerät K-HAND-COATER 620 der Firma Erichsen GmbH & Co. KG) in den in den Tabellen angegebenen Nassfilmdicken auf 80 μm Cellulose-Triacetat Folie hergestellt und anschließend 5 Minuten bei 70°C getrocknet, um eine beschichtete Folie zu erhalten.
Anschließend wird mit einem 4-Punkt Messgerät der Oberflächenwiderstand (Multimeter: TTi 1906 von Thurlby Thandar Instruments Limited; Messkopf Typ ESP #71404A) sowie die Transmission der beschichteten Folien und der unbeschichteten Folie gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 2: Oberflächenwiderstände verschiedener Folien

Beispiel Clevios^TM Nassfilmdicke [μm] Oberflächenwiderstand [Ω/square] Transmission [%]

1 F ET 12 220 87,5

2 F ET 6 400 88,9

3 F 010 6 3.900 89

4 - - > 10^–12 90
Weiterhin wurde die Schirmwirkung verschiedener Beschichtungen beziehungsweise Folien bei verschiedenen Frequenzen untersucht. Unter Schirmwirkung ist die Fähigkeit einer Beschichtung oder Folie zu verstehen, die Strahlung einer bestimmten Frequenz abzuschirmen oder abzuleiten. Dies wird auch als Schirmdämpfung bezeichnet. Für die Messungen der Schirmdämpfung verschiedener, in Tabelle 2 aufgeführter Beschichtungen beziehungsweise Folien, im Frequenzbereich von 10 MHz bis 4 GHz wurde nach der Vorschrift „ASTM D 4935-89" vorgegangen. Es wurden zwei koaxiale TEM-Messgefäße als Sende- und Empfangsantenne (koaxiale TEM-Mess-Sonden, 1 MHz bis 4 GHz, der Firma. Wandel & Goltermann) an einen Netzwerkanalysator (vektorieller Netzwerkanalysator Typ 8753D, 30 kHz bis 6 GHz, der Firma Hewlett & Packard) angeschlossen. Bei der Kalibrierung wurde die Messanordnung mit einem nicht beschichteten PET-Substrat Melinex 505 mit einer Dicke von 175 μm zwischen den Messköpfen für die Transmissionsmessung auf „0 dB” eingestellt.
Anschließend wurden beschichtete PET-Substrate untersucht. Dazu wurde mit Handrakeln der Firma Erichsen, die einen Spaltabstand von 6 μm, 12 μm oder 24 μm hatten, die wässrige Clevios Formulierungen bei Raumtemperatur auf das PET-Substrat aufgetragen. Der Spaltabstand des Handrakels bestimmt dabei die Dicke des gebildeten Nassfilms, die auch als Nassfilmdicke bezeichnet wird. Die so entstandenen Beschichtungen oder Folien wurden anschließend bei 130°C für 5 min in einem Trockenofen getrocknet.

Die erhaltenen Messkurven der Schirmdämpfung der beschichteten PET-Folien über der Frequenz im Bereich 10 MHz – 4 GHz sind fast linear, d. h. die Schirmdämpfung ist in diesem Frequenzbereich nahezu unabhängig von der Frequenz. Eine deutliche Abhängigkeit der Schirmwirkung vom Oberflächenwiderstand wird dagegen nachgewiesen. Exemplarisch ist in der folgenden Tabelle 2 die Schirmwirkung der untersuchten Beschichtungen oder Folien bei verschiedenen, für zum Beispiel Mobilfunk relevanten, Frequenzen gelistet. Tabelle 2: Schirmwirkung unterschiedlicher Beschichtungen bei verschiedenen Frequenzen

Messobjekte/Frequenzen:	Oberflächenwiderstand (Ohm/sq)	450 MHz (TETRA)	900 MHz, D-Netz	1800 MHz E-Netz	2450 MHz, W-LAN
1 Clevios FET 6 μm	345	3,22 dB	3,33 dB	3,44 dB	3,51 dB
2 Clevios FET 12 μm	165	6,14 dB	6,32 dB	6,49 dB	6,64 dB
3 Clevios FET 24 μm	73	10,03 dB	10,31 dB	10,56 dB	10,80 dB
4 Clevios F 010 6 μm	4350	0,31 dB	0,33 dB	0,33 dB	0,34 dB
5 Clevios F 010 12 μm	1830	0,79 dB	0,82 dB	0,85 dB	0,88 dB
6 Clevios F 010 24 μm	787	1,59 dB	1,65 dB	1,70 dB	1,75 dB

Die Schirmwirkung einer Clevios FET-Schicht mit einer Nassfilmdicke, die sich aus der Spaltabstands des Handrakels ergibt, von 24 μm beträgt 10,80 dB bei 2,45 GHz. Dies entspricht einer Transmission der Strahlungsleistung von 8.3%. Der Zusammenhang zwischen Schirmwirkung SE (gemessen in Dezibel) und der Transmission der Strahlungsleistung P hinter dem Schirm errechnet sich wie folgt: SE/dB = 10 × log(P₀/P) mit P₀ gleich der Strahlungsleistung ohne Schirm. Folglich gilt: P/P₀ = 10^(–SE/10)
Bezugszeichenliste

10: erste Zusatzschicht
20: Polarisatorschicht
30: zweite Zusatzschicht
40: Klebeschicht
50: isolierende Schicht/Flüssigkristall
60: Polarisatorelement
70: Leiterschicht
80: dritte Zusatzschicht/Überzug
90: weiteres Polarisatorelement
100: Schichtstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011/0310333 [0003]
US 2007/0172587 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 61340-2-3 [0031]
DIN EN 61340-5-1 [0032]
IEEE-STD 299 [0035]
ASTM D 1003 [0036]
ASTM E308 [0036]
DIN 38404 (C5) [0043]
DIN 38404 (C5) [0065]
„ASTM D 4935-89” [0086]

Claims

Eine Schichtstruktur (100), beinhaltend: a) mindestens eine Polarisatorschicht (20); b) mindestens eine Leiterschicht (70), beinhaltend ein leitfähiges Polymer; wobei die mindestens eine Leiterschicht (70) einen Oberflächenwiderstand in einem Bereich von 10^–4 bis 500 Ω/square aufweist.
Die Schichtstruktur (100) nach Anspruch 1, wobei die Schichtstruktur (100) mindestens eine Zusatzschicht (10, 30, 40, 80) umfasst.
Die Schichtstruktur (100) nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Zusatzschicht (10, 30, 40, 80) Celluloseester beinhaltet.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) mindestens eine weitere Polarisatorschicht (60) umfasst.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das leitfähige Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Thiophen, einem Polyacetylen, einem Polyparaphenylen, einem Polyanilin und einem Polypyrrol oder einem Gemisch aus mindestens zweien daraus.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das leitfähige Polymer ein Polyanion beinhaltet.
Die Schichtstruktur (100) nach Anspruch 6, wobei das Polyanion PSS ist.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Polymer PEDOT/PSS ist.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) eine elektrisch isolierende Schicht (50) aufweist.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Schichten (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 10 μm.
Die Schichtstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schichtstruktur (100) transparent ist.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur (100), beinhaltend die Schritte: a. Bereitstellen einer Polarisatorschicht (20); b. Überlagern der Polarisatorschicht (20) mit einer Leiterschicht (70); wobei die Leiterschicht (70) mindestens ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweist, wobei die mindestens eine Leiterschicht (70) eine Leitfähigkeit in einem Bereich von 10 bis 500 Ω/square aufweist.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Polarisatorschicht (20) mit mindestens einer Zusatzschicht (10, 30, 40, 80) überlagert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Zusatzschicht (10, 30, 40, 80) Celluloseester beinhaltet.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Schichtstruktur (100) mindestens eine weitere Polarisatorschicht (60) umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das leitfähige Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Thiophen, einem Polyacetylen, einem Polyparaphenylen, einem Polyanilin und einem Polypyrrol oder einem Gemisch aus mindestens zweien daraus.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das leitfähige Polymer ein Polyanion beinhaltet.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Polyanion PSS ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei das elektrisch leitfähige Polymer PEDOT/PSS ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei die Schichtstruktur (100) eine elektrisch isolierende Schicht (50) aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei mindestens eine der Schichten (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) eine Dicke in einem Bereich von 0,01 bis 10 μm aufweist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, Wobei die Schichtstruktur (100) transparent ist.
Eine Schichtstruktur (100) erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 22.
Ein Display (105), beinhaltend die Schichtstruktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 23.