DE2914682A1

DE2914682A1 - Als lichtblende wirkende glasplatte und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2914682A1
Application number: DE19792914682
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 6500 Mainz Dürolf
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen; Schott Glaswerke AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1979-04-11
Filing date: 1979-04-11
Publication date: 1981-03-26
Also published as: GB2047912A; JPS55140736A; DE2914682C3; FR2454114A1; DE2914682B2

Description

Dr. Joachim Rasper Patentanwalt Wiesbaden T Ho¹-« Zl TaL 56 28 4»

29U682

JENAer GLASWERK SCHOH & GEN.

Hattenbergstr. 6500 Mainz

P

Als LichtbTende wirkende Glasplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

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29H682

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein plattenförmiges Blendenelement aus Glas, welches in mindestens einer Richtung kein Licht hindurchläßt, in anderen Richtungen dagegen lichtdurchlässig ist. Diese partielle Lichtdurchlässigkeit wird erfind ungs gemäß dadurch erzielt, daß in einer Glasplatte zahlreiche dünne, lichtabsorbierende (z.B. schwarze) Lamellen parallel zueinander derart angeordnet sind, daß das in einer bestimmten Richtung einfallende Licht völlig absorbiert wird, die Glasplatte beim Betrachten in der genannten Richtung also undurchsichtig ist, während sie in anderen Richtungen weitgehend durchsichtig ist - bis auf die Stellen, an denen die dünnen Lamellen sich befinden. Die erfindungsgemäße Glasplatte wirkt somit wie eine Jalousette. Für derartige Blendenelemente besteht ein wachsender Bedarf, insbesondere in optischen Anzeigeanordnungen., beispielsweise solchen, die mit Flüssigkristall en arbeiten.

Es sind bereits Kunststoffolien bekannt, die zur Verstärkung von Bildkontrasten sowie zur Verringerung von Spiegelungen und Blendwirkungen dienen und in denen äquidistante lichtabsorbierende Lamellen so angeordnet sind, daß das Licht in einer Richtung nahezu ungeschwächt durchgelassen wird, bei Veränderung des Einfallswinkels jedoch zunehmend von den Lamellen absorbiert und schließlich in einem bestimmten Winkelbereich völlig gesperrt wird. Diese bekannten Folien haben jedoch den Nachteil geringer mechanischer und thermischer Belastbarkeit und müssen außerdem meist zum Schutz zwischen Deckgläser eingesetzt werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Glasplatte vorgeschlagen, die in j

mindestens einer Richtung lichtdurchlässig und in mindestens einer j anderen Richtung lichtundurchlässig und dadurch gekennzeichnet ist,

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daß sie eine Vielzahl von mindestens annähernd parallel und äquidistant zueinander angeordneten dünnen, lichtabsorbierenden Lamellen oder Schichten aufweist, die sich im wesentlichen von einer Oberfläche der Glasplatte bis zur gegenüberliegenden Oberfläche erstrecken. Gegenüber den bekannten Folien haben die erfindungsgemäßen Glasplatten die Vorteile höherer thermischer Belastbarkeit;, höherer mechanischer Stabilität sowie vakuumdichter Verlötbarkeit mit anderen Bauelementen mittels Glaslot.

Der Erfindungsgedanke läßt sich in verschiedenen Ausführungsformen realisieren, von denen einige anhand der Figuren näher erläutert werden.

In Fig. 1 ist eine Glasplatte 10 im Querschnitt dargestellt, die aus zwei ineinandergreifenden_s auf je einer Seite prismatisch geformten Rasterplatten 11, 12 besteht_s wobei der Winkel S zwischen den Prismenflächen 13, 14 vorzugsweise kleiner als aresin (l/n) ist (n = Brechzahl des Glases). Die parallel zueinander liegenden Prismenflächen 13 sind bei einer (oder beiden) Raserplatte(n) mit einer lichtundurchlässigen Schicht bedeckt, die als richtungsabhängige Lichtblende wirkt. An den Flächen 14 haben die beiden Rasterplatten dagegen optischen Kontakt. Licht, das in einer Richtung + c^ zwischen 0 und 90° auf die Platte fällt, wird von dieser zurückgehalten, während es in Richtungen -cC zwischen 0 und 90° in unterschiedlichen Anteilen durchgelassen wird. Sorgt man dafür, daß die ReflexionsVerluste an den Oberflächen der Glasplatte, z.B. durch Entspiegelung, niedrig gehalten werden, so ergibt sich ein maximaler Durchlaßgrad für annähernd parallele Strahlenbündel bei einem Einfallswinkel -<>„,.,„ unter der Bedingung sin c<_v = η · sin £ .

max ill ι wax

Für Strahlen mit Richtungen , - cC |<|-cC !bewirken die Blendenlamellen eine Verminderung des Durchlaßgrades D gemäß der Beziehung

sin 2c\ I cotg£

^{= D}

⁰ ?\.η^ά - sin^o-: -cimax ο

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Für l-cM/l-o·'- !nimmt D (e') wegen der steigenden Reflexionsverluste und der schneller zunehmenden Abschirmung durch die Lamellen stärker ab. In Fig. 2, Kurve A, ist der Verlauf von D (^c) / D für eine nach Fig. 1 aufgebaute Platte ohne Berücksichtigung von Reflexionsverlusten dargestellt, wobei η = 1,52 angenommen ist.

Legt man die lichtabsorbierenden Schichten auf die Flächen 14 statt 13 und bringt die Flächen 13 der beiden Rasterplatten in optischen Kontakt, so werden die Richtungen des Lichtdurchlasses und der Lichtsperre in Fig. 1 miteinander vertauscht. Die Platte ist dann voll durchlässig für z<- = 0 und für zunehmende Einfallswinkel j t ^(abnehmend durchlässig; fürj_- [ 2JcC. [(wobei sin ^_n,,.. = η · sin £. ) ist D = 0. Kurve B in Fig. 2 zeigt den Verlauf von D (cc) / D für diesen Fall.

Vergrößert man den Prismenwinkel symmetrisch auf 2 ζ. , so daß ein Raster aus gleichschenkligen Prismen, wie in Fig.3 dargestellt, entsteht, so wird auch der Winkel zwischen maximalem Lichtdurchlaß und totaler Lichtsperre verdoppelt.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich, wenn die Rasterplatten mit mäanderförmigen Profilen ausgebildet werden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine solche Platte, bei der die lichtsperrenden Blenden entweder nur an den Flächen 43 oder auch an den Flächen 44 angebracht sein können. !Maximaler Lichtdurchlaß ergibt sich wieder beic<-= 0; der Winkelbereich für die Lichtpassage bzw. -sperre wird hier, wie unmittelbar ersichtlich, durch das Verhältnis von Abstand a bzw. a¹ und Länge der Blendenlamellen bestimmt. Das Mäanderprofil kann, wenn nur schräge Durchsicht gefordert wird, auch so ausgeführt werden, daß die Blendenflächen zur Glasplattenoberfläche einen Winkel < 90° bilden.

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Zur Herstellung der beschriebenen Raster geht man zweckmäßig von planparallelen Glasplatten von einigen mm Dicke aus, die nach Erhitzen auf Temperaturen der beginnenden Erweichung durch Pressen mit entsprechend profilierten Matrizen die gewünschte Oberflächenstruktur erhalten. Mittels einer vorzugsweise automatisch arbeitenden Vorrichtung werden sodann die Rasterflächen, welche lichtdurchlässig bleiben sollen, mit dünnen Klebestreifen überzogen; anschließend wird das gesamte Profil der Rasterplatte mit einer lichtundurchlässigen Schicht bedeckt. Dies kann beispielsweise durch Bedampfen im Vakuum mit absorbierenden Metall sulfiden, -oxiden oder sog. Cermets, wie z.B. Cr-SiO-Gemisch, erfolgen; ebenso können auch andere bekannte Beschichtungsverfahren, wei etwa das Benetzen mit Lösungen von kolloidalem Graphit, dazu verwendet werden. Die Anwendung von opaken Lacken mit organischen Komponenten verbietet sich dagegen im allgemeinen wegen der bei der weiteren Verarbeitung oder im Einsatz auftretenden Temperaturen. Nach der Beschichtung werden die Klebestreifen wieder von den abgedeckten Flächen abgezogen.

Die zum vollständigen Blendenelement erforderliche zweite Rasterplatte kann zwar in gleicher Weise durch Einpressen des entsprechenden Profils erhalten werden; die beiden Rasterplatten müssen dann aber mit einem optischen Kitt zusammengefügt werden, was bei größeren Flächen zu Schwierigkeiten führen kann. Das Problem wird gemäß der Erfindung besser dadurch gelöst, daß man die Vertiefungen der Rasterplatte mit Glaslot so ausfüllt, daß nach dem Einschmelzen des Lots eine zur Unterseite der Platte parallele blanke Oberfläche entsteht. Wählt man für die Rasterplatte ein handelsübliches Kalk-Natron-Silikatglas, so eignet sich vorzugsweise ein nicht-kristallisierendes Glaslot, dessen Transformationstemperatur Tg zwischen 500 und 53O⁰C liegt, wobei der Ausdehnungskoeffizient annähernd 9 · 10" /K betragen soll. Diese Bedingungen erfüllt beispielsweise das Glaslot 8467 von Schott Mainz,

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das zweckmäßig in Korngrößen £40 ,um verwendet wird. Man drückt das schmelzende Glaspulver bei Temperaturen nahe dem Tg-Punkt des Glases der Rasterplatte in das Profil so ein, daß eine geebnete Oberfläche entsteht. Als Preßwerkzeug eignet sich z.B. eine polierte Stahlplatte, die durch Graphitierung oder überzug von glasigem Kohlenstoff gegen das Anhaften von Glas geschützt ist.

In Fällen, bei denen für die die erfindungsgemäßen Blendenelemente enthaltende Glasplatte eine geringe Dicke (< 3 mm) erwünscht ist, läßt sich eine entsprechend feine Rasterstruktur der Glasoberfläche wegen der Oberflächenspannung des Glases oft nicht mehr erreichen. Versuche haben jedoch gezeigt, daß in solchen Fällen ein Verfahren zum Ziel führt, welches in der Verwendung von photosensitiven Gläsern besteht, die nach UV-Lichtbestrahlung bei anschließender Temperaturbehandlung lichtabsorbierende Partikel ausscheiden. Solche lichtempfindlichen Gläser sind an sich seit langem bekannt; z.B. sind in der DE-PS 809 847 Gläser beschrieben, die Gold, Silber oder Kupfer und zweckmäßig noch Ceroxid enthalten und zur Erzeugung von entwicklungsfähigen dunklen oder farbigen Bildern im Glas geeignet sind. In dem nachstehenden Ausführungsbeispiel wird dieses Verfahren zum Zwecke der Herstellung der erfindungsgemäßen Blendenelemente unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 näher erläutert.

Aus einem Gemenge der Zusammensetzung (in Gew.-%)

SiO₂	78	,7
B₂O₃	0	,2
Al₂O₃	4	,2
Li₂O	9	,5
Na₂O	1	,7
K₂O	4	,0
ZnO	1	,0
AgCl	0	,2
CeO₂	0	,03
Sb₂O₃	0	,5

• 1 30013/00

J

wird bei lemperaturen von ca. 1500⁰C ein photosensitives Glas
erschmolzen und daraus eine Scheibe (53, 63) von 2 - 3 mm Dicke (d) hergestellt. Diese wird mit einer Maske (52) bedeckt, welche durch schmale, äquidistante Streifen b im Abstand a unterbrochen ist,
und mit möglichst parallelem UV-Licht (51) eines Hg-Hochdruckbrenners bestrahlt. Die Belichtungsdauer liegt je nach Intensität und Glasdicke bei 2-5 Stunden. Durch eine anschließende Wärmebehandlung werden die belichteten Streifen (64) in Glaskeramik umgewandelt.
Man induziert zweckmäßig bei 500 ί 1O⁰C innerhalb ca. 1 Stunde die Keimbildung und bei 580 - 600⁰C innerhalb 45 - 90 min das erforderliche Kristallwachstum und die Ausscheidung von kolloidalem Silber.

Ähnlich wie bei den durch die Fig. 1 bis 4 beschriebenen Ausführungen wird der Lichtdurchlaßgrad und seine Winkel abhängigkeit durch das Verhältnis der Größen a₃ b und d bestimmt. Ebenso können die
absorbierenden Lamellen auch hier unter einem Winkel < 90° zur Plattenoberfläche angebracht werden, wenn die UV-Bestrahlung der Glasplatte unter dem Winkel vorgenommen wird, der nach dem Brechungsgesetz der angestrebten Richtung der Lamellen entspricht.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Glasplatte, die in mindestens einer Richtung lichtdurchlässig und in mindestens einer anderen Richtung lichtundurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von im wesentlichen parallel und äquidistant zueinander angeordneten dünnen, lichtabsorbierenden Lamellen aufweist, die sich im wesentlichen von einer Oberfläche dieser Glasplatte bis zur gegenüberliegenden Oberfläche erstrecken.
2. Glasplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei ineinandergreifenden, an den Berührungsflächen prismatisch geformten Rasterplatten (11, 12) besteht, wobei die in einer Richtung parallel zueinander liegenden Prismenflachen (13 oder 14) mit einer lichtundurchlässigen Schicht bedeckt sind.
3. Glasplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterplatten ein mäanderförmiges Profil aufweisen, wobei entweder alle oder nur jede zweite senkrecht oder schräg zur Glasplattenoberfläche verlaufende Profilfläche (43 bzw. 43 und 44) mit einer lichtundurchlässigen Schicht bedeckt ist.
4. Verfahren zur Herstellung von Glasplatten nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer planparallelen Glasplatte bei Temperaturen der beginnenden Erweichung des Glases durch Pressen mit profilierten Matrizen eine prismatische Rasterstruktur eingeprägt wird und anschließend die als licht-

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undurchlässig bestimmten Flächen mit einer lichtabsorbierenden Schicht bedeckt werden, worauf die Vertiefungen der Rasterstruktur mit einem nicht-kristallisierenden Glaslot so ausgefüllt werden, daß eine zur Unterseite der Platte im wesentlichen parallele blanke Oberfläche entsteht.
5. Glasplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem photosensitiven Glas besteht.
6. Glasplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Silberhalogenide enthaltenden Glas besteht.
7. Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine aus einem lichtempfindlichen Glas hergestellte,
dünne Platte mit einer Maske bedeckt wird, welche durch
schmale, äquidistante Streifen unterbrochen ist

b) die von der Maske bedeckte Glasplatte mit im wesentlichen parallelem UV-Licht bestrahlt wird, und

c) die Glasplatte danach einer Wärmebehandlung derart unterworfen wird, daß die belichteten Streifen lichtundurchlässig werden.

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