DE3436618C2

DE3436618C2 - Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte für Anzeigevorrichtungen

Info

Publication number: DE3436618C2
Application number: DE3436618A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Mobara Nishizawa; Saburo Tokio/Tokyo Nonogaki; Shoichi Hachioji Uchino
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1987-02-05
Also published as: JPH0644464B2; KR850003370A; JPS6077150A; NL8403043A; DE3436618A1

Abstract

Es wird eine Glasplatte für Anzeigevorrichtungen beschrieben, bei der eine oder beide Seiten mit einer Schicht einer anorganischen Verbindung überzogen sind, die eine der Glasplatte ähnliche Brechungszahl und eine rauhe Oberfläche hat, so daß die Glasplatte eine abgeschwächte Reflexion an der Rückseite aufweist. Ein Verfahren zur Herstellung dieser Glasplatte wird angegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte mit verminderter Reflektion für Anzeigevorrichtungen.
Glas wird für Anzeigeplatten (Frontplatten) in Anzeigevorrichtungen, wie Kathodenstrahlröhren, Plasma- und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen sowie elektrochromischen Anzeigevorrichtungen verwendet. Diese Glasplatten zeigen das unerwünschte Phänomen, daß sie das Licht von im Raum vorhandenen Lampen oder anderes Licht zu den Augen des Benutzers reflektieren.
Diese Lichtreflektion erfolgt an zwei Flächen (siehe Fig. 1). Ein auf die Glasplatte B einfallender Lichtstrahl 1 entwickelt einen Reflektionsstrahl 2 an der Vorderseite und einen Reflektionsstrahl 4 an der Rückseite. Von diesen Reflektionsstrahlen kann der an der Vorderseite reflektierte Strahl 2 abgeschwächt werden, wenn die Vorderseite der Glasplatte B mit einem ein- oder mehrschichtigen Film aus Magenesiumfluorid oder einem durchsichtigen polymeren Material beschichtet wird, wobei die Dicke des Überzugs in etwa so gewählt wird, daß der Reflektionsstrahl 2 mit einem Reflektionsstrahl von der Vorderseite des Überzugs interferiert und somit beide Reflektionsstrahlen abgeschwächt werden.
Dieses Verfahren kann jedoch nicht zur Schwächung der Intensität des an der Rückseite reflektierten Strahls 4 verwendet werden, da die Rückseite der Frontplatte einer Kathodenstrahlröhre mit einem Leuchtstoff überzogen ist. Dieser Leuchstoffüberzug wird im allgemeinen, wie folgt, aufgebracht: Ein durch Dispergieren eines Leuchtstoffs in einer lichtempfindlichen Zusammensetzung hergestelltes Überzugsmaterial wird auf die Rückseite einer Frontplatte aufgebracht. Der Überzug wird einem gewünschten Lichtmuster ausgesetzt und dann entwickelt, um die nicht belichteten Stellen zu entfernen. Um nur den Leuchstoff auf der Frontplatte zu befestigen, wird der zurückbleibende Überzug gehärtet. Wird der oben angegebene Überzug aus Magnesiumfluorid oder einem Polymer zuerst auf der Rückseite der Frontplatte angebracht, so wird er beim Härten verbrannt, beschädigt oder deformiert. Das heißt, die Reflektion an der Rückseite der Frontplatte kann auf diese Weise nicht abgeschwächt werden. Die Intensität des Reflektionsstrahls 2 an der Vorderseite kann auf diese Weise vermindert werden, da der Überzug auf der Vorderseite der Frontplatte nach Beendigung des Härtens angebracht werden kann.
Bei Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen und elektrochromischen Anzeigevorrichtungen ist es notwendig, eine durchsichtitige Elektrode an der Rückseite der Glasfrontplatte anzubringen. Wird zuerst ein Überzug auf der Rückseite aufgebracht, so geht seine reflektionsschwächendende Wirkung entsprechend durch die Wirkung einer für die Elektrodenbildung verwendeten chemischen Flüssigkeit oder durch Erhitzen verloren.
Neben diesen Verfahren wurde vorgeschlagen, die Rückseite der Glasplatte mit Fluorwasserstoffsäure oder anderen chemischen Substanzen aufzurauhen, um das reflektierende Licht zu streuen (JA-OS Nr. 69 120/79). Dieser Effekt ist jedoch begrenzt, da der erhaltene Rauheitsgrad nicht sehr hoch ist. Zur Streuung des reflektierenden Lichts wurde auch vorgeschlagen, die Oberfläche durch mechanische Kräfte aufzurauhen. In diesem Fall wird bei genügender Rauheit die Stärke der Glasplatte vermindert, was zu Schwierigkeiten bei der Zusammensetzung der Produkte führt.
Außerdem ist einVerfahren zur Verminderung der Reflektion eines Glassubstrats bekannt (DE-PS 7 36 411), bei dem man ein Hydroxidgel in Verbindung mit verdampfbaren, zersetzlichen oder durch chemische Mittel herauslösbaren Stoffen, wie z. B. Paraffinen, organischen Säuren oder deren Salzen, auf das Substrat zur Bildung einer porösen, wasserhaltigen Schicht mit bestimmter Brechungszahl aufbringt und anschließend das Glassubstrat auf eine Temperatur von mindestens 30° unterhalb seiner Erweichungstemperatur erhitzt.
Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung einer Glasplatte mit verminderter Reflektion für Anzeigevorrichtungen, das eine bis um 95 % verminderte Reflektion der Glasplatte unabhängig von der Lichtwellenlänge ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Glasplatte einer Brechungszahl im Bereich von 1,5 bis 1,7 mit einer wäßrigen Lösung eines Gemisches von Polyvinylalkohol oder Methylzellulose und Wasserglas überzogen wird, das Wasserglas in eine wasserunlösliche anorganische Verbindung mit einer der Glasplatte ähnlichen Brechungszahl umgewandelt wird und die gesamte Oberfläche des anorgansichen Überzugs durch Entfernen des Polyvinylalkohols oder der Methylzellulose aufgerauht wird.
Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis des Polyvinylalkohols oder der Methylzellulose zu den Feststoffen im Wasserglas im Bereich von 3 : 97 bis 75 : 25.
Bei der Aufrauhung der Oberfläche werden vorteilhaft Vertiefungen mit einer Tiefe von 0,07 bis 1,5 µm erzeugt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert; darin zeigt:
Fig. 1 ist ein Teilquerschnitt der Glasplatte gemäß einem Stand der Technik;
Fig. 2 ist ein Teilquerschnitt der erfindungsgemäß hergestellten Glasplatte; die Kurven der
Fig. 3 und 4 erläutern die Erfindung.
Das für die Beschichtung der Glasplatte geeignete anorganische Material sollte im wesentlichen farblos und durchsichtig sein. Die meisten derartiger anorganischer Verbindungen sind dielektrisch. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die eine Seite der anorganischen Schicht eng an die Rückseite der Glasplatte B gebunden, die andere Seite der Schicht ist angerauht. Durch diese Rauheit wird der an der Rückseite reflektierte Strahl nach folgendem Mechanismus abgeschwächt (vgl. Fig. 1).
Das Intensitätsverhältnis R des an der Rückseite reflektierten Strahls 4 zum einfallendenStrahl 3 wird bei einem Einfallwinkel von 0° durch die folgende Gleichung angegeben:

R = {(n _B - n _C)/(n _B + n _C)}²

In dieser Gleichung sind n _B und n _C die Brechungszahlen von Glas und entweder Vollvakuum oder Luft. Die Brechungszahl von gewöhnlichem Glas beträgt 1,5 und die von Vollvakuum oder Luft 1,0, was zu R = 0,04 führt. Das heißt, das 4% des einfallenden Strahls 3 von der Rückseite reflektiert werden.
Fig. 2 zeigt die Wege eines auf die Glasplatte B einfallenden Lichstrahls 1, wobei die Rückseite der Glasplatte B mit einer dünnen anorganischen Schicht überzogen ist, die eine der Glasplatte B ähnliche Brechungszahl und eine rauhe Oberfläche hat. In Fig. 2 wird das Intensitätsverhältnis R&min; des an der Rückseite reflektierten Strahles 4 zum dort einfallenden Strahl 3 durch die folgende Gleichung angegeben:

R&min; = {(n _B - n _C)/(n _B + n _D)}²,

n

_B

n

_D

n

_B

n

_D

4

3

8

5

7

Daraus ergibt sich, daß die Bildung einer dünnen Schicht mit rauher Oberfläche aus einem anorganischen Stoff, der eine der Glasplatte ähnliche Brechungszahl hat, zur Abschwächung der an der Rückseite der Galsplatte stattfindenden Reflektion wesentlich ist. Um die Reflektion an der Rückseite zu schwächen muß zumindest |n _B - n _D|<|n _B - n _C| erfüllt sein. Für praktische Zwecke sollte die Reflektion an der Rückseite der Glasplatte auf 50% oder darunter und vorzugsweise auf 25% oder darunter gesenkt werden. Das heißt, die Brechungszahl des anorganischen Stoffes, berechnet aus der Gleichung R&min; = {(n _B - n _D)/, (n _B + n _D)}², hängt von der Brechungszahl des Glases selbst ab; sie weicht jedoch vorzugsweise im Bereich von -0,4 bis +0,6 und noch vorzugsweiser von -0,3 bis +0,4 von der Brechungszahl der Glasplatte ab.
Der erfindungsgemäß verwendete anorganische Stoff mit einer derartigen Brechungszahl ist im wesentlichen in Wasser unlöslich und besteht aus Verbindungen von Na₂O und SiO₂, dessen Brechungszahl 1,46 beträgt, was den Brechungszahlen von Glas von 1,5 bis 1,7 am nächsten kommt.
Der aus einer solchen Verbindung bestehende Überzug muß eine dünne Schicht mit einer rauhen Oberfläche an der der Glasseite gegenüberliegenden Seite sein. Ist die Oberfläche dieser Schicht glatt, so findet eine beträchtliche Reflektion an der Grenzfläche zwischen dieser Schicht und entweder Luft oder Vollvakuum statt, d. h. die Schwächung der Rückseitenreflektion geht verloren. Dies wird anhand der Fig. 3 erklärt. Wie später in den Bespielen gezeigt wird, wird ein Gemisch aus Wasserglas, Polyvinylalkohol bzw. Methylzellulose und Wasser auf eine Glasplatte mit einer Schleuder- Beschichtungsmaschine aufgebracht, dann in Heißluft getrocknet und mit Wasser gewaschen. Es bildet sich eine dünne Schicht mit rauher Oberfläche. Die Dicke des entstandenen Überzugs kann durch Einstellen der Geschwindigkeit der Schleuder-Beschichtungsmaschine und der Beschichtungszeit kontrolliert werden. Auf diese Weise kann die Tiefe der Vertiefungen nach Wunsch variiert werden.
Selbstverständlich haben nicht alle Vertiefungen genau die gleiche Tiefe. Der Ausdruck "Tiefe" bedeutet hier die mittlere Tiefe. Die Intensität der Reflektion an der Rückseite kann allein bestimmt werden. ohne von dem an der Vorderseite reflektierten Strahl beeinträchtigt zu werden, durch Messen der Intensität des Strahls, der bei einem vorbestimmten Winkel und Verwendung eines He-Ne-Laserstrahls reflektiert wird. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, nimmt die Intensität des an der Rückseite reflektierten Strahls mit zunehmender Tiefe der Vertiefungen ab. Sind die Vertiefungen mindestens etwa 0,07 µm, so beträgt das Verhältnis (in %) der Intensität eines an der Rückseite reflektierten Strahls an der besschichteten Glasplatte zu den Intensität an einer nicht überzogenen glatten Glasplatte (dieses Verhältnis wird im weiteren mit "innere Reflektion" bezeichnet) 50% oder darunter, was ein günstiger Wert ist. Eine Tiefe von mindestens etwa 0,2 µm ist sogar noch günstiger, da die innere Reflektion auf 25% oder darunter sinkt. Zur Verminderung der inneren Reflektion können die Vertiefungen noch viel tiefer sein, jedoch sollte die Tiefe wegen des Überziehens mit einem Leuchtstoff und derElektrodenbildung nicht zu groß sein. Bei einer Tiefe der Vertiefungen von über 1,5 µm nimmt die innere Reflektion nicht mehr deutlich ab. Demtentsprechend sollten die Vertiefungen nicht über 1,5 µm tief sein. Außerdem ist die Abnahme der inneren Reflektion gering, wenn die Tiefe von 1,0 µm auf 1,5 µm zunimmt. Deshalb sollten die Vertiefungen vorzugsweise nicht über 1,0 µm tief sein.
Man kann erfindungsgemäß auch die Reflektion an der entsprechend beschichteten Vorderseite der Glasplatte schwächen; man kann die rauhe anorganische Schicht auf der Vorderseite und/ oder Rückseite der Glasplatte anbringen. Die anorganische Schicht wird jedoch wirkungsvoller zur Schwächung der Reflektion an der Rückseite verwendet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann man den Überzug nach dem Aufbringen auf die Glasplatte erhitzen oder einem alkalischen Dampf aussetzen. In diesem Fall muß das verwendete anorganische Rohmaterial nicht durchsichtig sein, vorausgesetzt es wird durch eine Behandlung, wie Erhitzen, im wesentlichen durchsichtig.
Wird ein Polyvinylalkohol-Wasserglas-Gemisch auf eine Glasplatte aufgebracht, so bildet sich durch einfaches Hitzetrocknen eine dünne Schicht mit rauher Oberfläche. Diese Schicht entsteht vermutlich durch das Auftreten einer Phasentrennung zwischen dem Wasserglas und dem Polyvinylalkohol während des Trocknens des Überzugs. Die so gebildete dünne, rauhe Na₂O-SiO₂-Schicht ist in Wasser unlöslich und hat die für praktische Zwecke geeignete mechansiche Festigkeit. Obwohl die Einzelheiten des Mechanismus dieses in-Wasser-unlöslich-werden nicht klar sind, wird vermutet, daß dem Si(OH)₄ im Wasserglas das Wasser entzogen und es durch die Hitzetrocknung kondensiert wird, wobei mehrere SiO₂-Moleküle miteinander verbunden sind. Die innere Reflektion der Glasplatte, die unter Verwendung eines He-Ne-Laserstrahls gemessen wird, wird durch Beschichten der Rückseite der Platte mit der oben angegebenen dünnen rauhen Schicht vermindert. Die innere Reflektion der Glasplatte kann auch dadurch abgeschwächt werden, daß anstelle von Polyvinylalkohol Methylzellulose verwendet wird. Polyvinylalkohol ist als wasserlösliches Polymer für die Abschwächung der inneren Reflektion von Glasplatten in Braun&min;schen Röhren od. dgl. besonders geeignet.
In Fig. 4 ist das Verhältnis von innerer Reflektion zu Mischverhältnis (bezogen auf das Gewicht) der beiden genannten wasserlöslichen Polymere zu Wasserglas (bezogen auf den Feststoffgehalt), was auch weiter gilt, dargestellt. Fig. 4 zeigt, daß die innere Reflektion von Glasplatten, die mit einer dünnen Schicht mit rauher Oberfläche überzogen sind, auf etwa die Hälfte des Wertes einer Glasplatte ohne einen solchen Überzug abgeschwächt ist, wenn das Mischverhältnis von wasserlöslichen Polymeren zu Wasserglas im Bereich von 3 : 97 bis 75 : 25 liegt. Beträgt das Mischverhältnis von 8 : 92 bis 55 : 45, so ist die innere Reflektion auf etwa 25% oder darunter abgeschwächt, d. h., ein solches Mischverhältnis ist günstiger.
Wird die erfindungsgemäß hergestellte Glasplatte zur Abschwächung der Reflektion der Frontplatte einer Braun&min;schen Röhre verwendet, so ist es wünschenwert, daß die Frontplatte leicht reproduzierbar ist, wenn die dünne rauhe Schicht nicht einheitlich ist. Diese Reproduzierbarkeit, die bisher schwierig war, kann mit der erfindungsgemäß hergestellten Glasplatte leicht erhalten werden, da die erfindungsgemäß verwendeten dünnen rauhen Schichten in Fluorwasserstoffsäure löslich sind.
Bei Verwendung der beiden wasserlöslichen Polymeren in dem Gemisch aus Wasserglas, wasserlöslichem Polymer und Wasser ändert sich die Struktur der entstandenen dünnen Schicht mit rauher Oberfläche und die Reflektion der überzogenen Glasplatte bis zu einem gewissen Grad. Das hängt wahrscheinlich von den unterschiedlichen Verträglichkeiten der verschiedenen wasserlöslichen Polymere mit dem Wasserglas ab.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus 10 g handelsüblichem Wasserglas, 10 g Polyvinylalkohol (eine 10-gewichtsprozentige wässerige Lösung) und 30 g Wasser wird mit einer Schleuder-Beschichtungsmaschine bei einer Drehzahl von 100 U/min auf eine Glasplatte aufgebracht, in Heißluft getrocknet und mit Wasser gewaschen; es bildet sich ein dünner Überzug mit rauher Oberfläche und Vertiefungen von etwa 1,0 µm. Die innere Reflektion der beschichteten Glasplatte, gemessen mit einem He-Ne-Laserstrahl, wird durch die Beschichtung auf 1/20 der der ursprünglichen, nicht beschichteten Glasplatte abgeschwächt.

Beispiel 2

Unter Verwendung eines Gemisches aus 5 g Wasserglas, 25 g Methylzellulose (1-gewichtsprozentige wässerige Lösung) und 30 g Wasser und Verarbeiten gemäß Beispiel 1 wird ein dünner Überzug mit rauher Oberfläche und Vertiefungen von etwa 0,5 µm auf einer Glasplatte gebildet. Die innere Refelektion der beschichteten Glasplatte wird durch die Beschichtung auf 1/10 der der ursprünglichen nicht beschichteten Glasplatte abgeschwächt.

Beispiel 3

Ein Gemisch aus 8 g Wasserglas, 7,5 g Polyvinylalkohol (10-gewichtsprozentige wässerige Lösung) und 34,5 g Wasser wird auf eine Glasplatte mit einer Schleuder-Beschichtungsmaschine bei einer Drehzahl von 100 U/min aufgebracht, in Heißluft getrocknet und mit Wasser gewaschen. Es entsteht ein dünner Überzug mit rauher Oberfläche und Vertiefungen von etwa 0,8 µm. Die Reflektion an der Vorderseite der beschichteten Glasplatte, bestimmt unter Verwendung eines He-Ne-Laserstrahls, der auf die beschichtete Seite einfällt, wird durch die Beschichtung auf 12% der der ursprünglichen nicht beschichteten Glasplatte vermindert.
Mit der erfindungsgemäß hergestellten Glasplatte ist es möglich, mit billigen Materialien und einfacher Handhabung (Überziehen, Trocknen und Waschen) die Reflektionen an der Vorder- und Rückseite abzuschwächen, was bisher schwer zu erreichen war. Das heißt, die erfindunsgemäß hergestellte Glasplatte bedeutet eine Qualitätsverbesserung für Kathodenstrahlröhren, Plasmaanzeigeröhren und Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, in denen die Reflektion an der Rückseite ein Problem war.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Glasplatte mit verminderter Reflektion für Anzeigevorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glasplatte einer Brechungszahl im Bereich von 1,5 bis 1,7 mit einer wäßrigen Lösung eines Gemisches von Polyvinylalkohol oder Methylzellulose und Wasserglas überzogen wird, das Wasserglas in eine wasserunlösliche anorganische Verbindung mit einer der Glasplatte ähnlichen Brechungszahl umgewandelt wird und die gesamte Oberfläche des anorganischen Überzugs durch Entfernen des Polyvinylalkohols oder der Methylzellulose aufgerauht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis des Polyvinylalkohols oder der Methylzellulose zu den Feststoffen im Wasserglas im Bereich von 3 : 97 bis 75 : 25 liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Aufrauhung der Oberfläche Vertiefungen mit einer Tiefe von 0,07 bis 1,5 µm erzeugt werden.