ES2355876T3 - Polarizador de vidrio y proceso para producir el mismo. - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar un polarizador de vidrio, que comprende las etapas de: producir un vidrio borosilicato en el que las partículas de haluro de plata se dispersan y se depositan por tratamiento de calor; reduciendo al menos una porción de las partículas de haluro de plata; y generar partículas de plata orientadas y estiradas en el vidrio calentando el vidrio para estirarlo después de la etapa de reducción.
Description
Polarizador de vidrio y proceso para producir el
mismo.
La presente invención se refiere a un
polarizador de vidrio y a un método de fabricación del mismo y, en
particular, se refiere a un polarizador de vidrio que tiene
características de polarización que se pueden usar industrialmente
para la luz en un intervalo de longitud de onda que incluye la luz
visible y un método de fabricación del mismo. Adicionalmente, la
presente invención se refiere a una pantalla de cristal líquido que
usa un polarizador de vidrio que tiene características de
polarización que se pueden usar industrialmente para la luz en un
intervalo de longitud de onda que incluye la luz visible.
Un polarizador (elemento de polarización) tiene
la función de dejar pasar selectivamente la luz que tiene un plano
de polarización predeterminado y se usa ampliamente en diversos
sistemas ópticos. Los campos principales de uso de polarizaciones
incluyen dispositivos para comunicación óptica y pantallas de
cristal líquido que incluyen pantallas de cristal líquido de tipo
proyección. La presente invención es una tecnología que se puede
aplicar a los polarizadores usados en diversas áreas. Se describirá
un polarizador de acuerdo con la presente invención centrándose en
la aplicación a una pantalla de cristal líquido de tipo proyección
para mostrar las características caracterizadas particularmente en
una región de luz visible.
En los últimos años, las pantallas de cristal
líquido de tipo proyección se han usado ampliamente como unidades de
visualización para la visualización de pantallas gigantes. Las
pantallas de cristal líquido de tipo proyección posterior se usan
principalmente para televisiones de pantalla gigante y pantallas de
cristal líquido de tipo proyección frontal para la presentación de
datos de un ordenador personal. La pantalla de cristal líquido de
tipo proyección tiene una estructura para ampliar y proyectar una
imagen en pequeños elementos de cristal líquido sobre una pantalla
gigante usando un sistema de proyección óptico. Puede encontrarse
una descripción detallada, por ejemplo, en el Documento Distinto de
Patente 1 (pantalla gigante).
La Fig. 1 muestra la configuración de una
pantalla de cristal líquido de tipo proyección típica. La luz de
una fuente de luz 4 se separa en los componentes azul (B), verde (G)
y rojo (R) mediante los componentes ópticos 5 a 16. Las luces
separadas se guían hacia los elementos de cristal líquido
correspondientes 2B, 2G y 2R, respectivamente. Los elementos de
cristal líquido 2R, 2G y 2B tienen polarizadores laterales
incidentes 1R, 1G y 1B en el lado incidente y polarizadores
laterales de salida 3R, 3G y 3B en el lado de salida,
respectivamente. El conjunto de polarizadores, teniendo cada uno un
polarizador lateral incidente y un polarizador lateral de salida que
corresponden a rojo, verde o azul, tiene la función de dejar pasar
la luz selectivamente a través del elemento de cristal líquido para
pasar en una dirección predeterminada. Esta función deja que las
luces de los tres colores primarios pasen a través de los elementos
de cristal líquido 2B, 2G y 2R para convertirse en una señal de
imagen con intensidad luminosa moderada. Adicionalmente, estas luces
de tres colores primarios se sintetizan ópticamente mediante un
prisma de síntesis 17 y se proyectan adicionalmente sobre una
pantalla 19 a través de un sistema de lentes de proyector de aumento
18.
Las características de polarización necesarias
para un polarizador incluyen una propiedad que transmite señales
ópticas que tienen un plano de polarización deseado, mientras que al
mismo tiempo, se bloquean las señales ópticas innecesarias que
tienen un plano de polarización perpendicular al mismo. Es decir,
una propiedad deseada es que tenga una gran transmitancia con
respecto a la luz que tiene un plano de polarización deseado y una
pequeña transmitancia con respecto a la luz que tiene un plano de
polarización perpendicular al mismo.
La relación de estas transmitancias se denomina
relación de extinción y se usa ampliamente por los expertos en la
materia como un índice de rendimiento que representa el rendimiento
de un polarizador. El rendimiento necesario para polarizadores
empleados en una pantalla de cristal líquido de tipo proyección es
que tenga una gran transmitancia y una gran relación de extinción
con respecto a una señal óptica. Para una pantalla de cristal
líquido de tipo proyección, se dice que el rendimiento necesario
para un polarizador tiene preferiblemente una transmitancia del 70%
o más con respecto a la luz de la longitud de onda que se va a usar
y la relación de la extinción de 10:1, preferiblemente 3000:1
(Documento de Patente 1). Los valores de la transmitancia y la
relación de extinción necesarios para un polarizador se determinan
dependiendo del dispositivo en el que se emplea el polarizador.
Una demanda social para una pantalla de cristal
líquido de tipo proyección es una demanda para realizar imágenes más
grandes y más claras mediante un dispositivo más pequeño. Para
realizar esta demanda, una tendencia técnica reciente es aplicar una
fuente de luz con una gran cantidad de luz y usar elementos de
cristal líquido más pequeños. Como resultado, se introduce luz de
densidad de energía más alta no solo a los elementos de cristal
líquido, sino también a los polarizadores colorantes antes y después
de los elementos de cristal líquido. Particularmente existe una
demanda en aumento de una alta resistencia al calor y resistencia a
la luz para los polarizadores que tienen la función de absorber la
luz innecesaria.
De acuerdo con los principios de los
polarizadores, se conocen polarizadores dicromáticos que absorben
selectivamente la luz dependiendo del plano de polarización y
polarizadores no dicromáticos (tal como un polarizador de Brewster)
(Véase el Documento de Patente 2). Los polarizadores dicromáticos
tienen elementos finos y no necesitan ningún dispositivo especial
para absorber la luz innecesaria y por lo tanto, se desean para las
pantallas de cristal líquido de tipo proyección cuya miniaturización
es particularmente demandada.
Actualmente, los polarizadores dicromáticos que
realizan un rendimiento óptico práctico en la región de luz visible
son únicamente películas de polarización hechas de material
orgánico. Sin embargo, los polarizadores hechos de resina orgánica
tienen un defecto fatal de baja resistencia al calor (Véase el
Documento de Patente 1).
Para rectificar el defecto, las películas de
polarización hechas de resina orgánica se usan pegando películas de
polarización a un sustrato de zafiro que tiene una alta
conductividad térmica (Documento de Patente 3). Sin embargo, la
función de polarización de los polarizadores pegados a zafiro que
tienen una excelente conductividad térmica pueden degradarse debido
a los requisitos térmicos de mayor intensidad requeridos en los
últimos años, es decir, absorción de la luz/generación de calor en
una región verde con la intensidad más alta. Por lo tanto, un
dispositivo de refrigeración que incluye un ventilador de
refrigeración se instala en una pantalla de cristal líquido de tipo
proyección para proteger las películas de resina orgánica del calor.
El dispositivo de refrigeración no solo está en contra de las
necesidades sociales de miniaturización, sino también crea otro
problema de ruido.
Como un método para resolver este problema
técnico, se ha propuesto la idea de aplicar vidrio polarizado,
aplicado a elementos para comunicación óptica, a pantallas de
cristal líquido de tipo proyección (Documento de Patente 1). Sin
embargo, la invención desvelada en el Documento de Patente 1 no
desvela ninguna tecnología para proporcionar características
eficaces a los elementos de polarización de vidrio con respecto a la
luz en la región de luz visible.
Aquí, se describirá brevemente el antecedente
técnico de vidrio polarizado. Como se muestra esquemáticamente en la
Fig. 2, el vidrio polarizado es vidrio caracterizado por que
contiene partículas finas metálicas 102 que tienen anisotropía de
forma orientada y dispersada en un sustrato de vidrio ópticamente
transparente 100. Se realizaron características de polarización
usando un fenómeno de absorción por resonancia de los plasmones
superficiales presentes sobre la superficie de las partículas
metálicas finas 102 (Véase el Documento de Patente 4 y el Documento
Distinto de Patente 2).
La Fig. 3 muestra las características de
absorción de plasmones superficiales de partículas metálicas finas
citadas en el Documento de Patente 4. En la Fig. 3 se muestra la
dependencia de la longitud de onda (línea continua) de la
absorbancia óptica depende del plano de polarización cuando la luz
que tiene polarizabilidad se transmite a través del vidrio en el que
se dispersan las partículas metálicas finas mostradas en la Fig. 2.
La Fig. 2 muestra un caso en la que las partículas metálicas finas
tienen anisotropía de forma y, como un caso especial de las mismas,
las partículas metálicas finas pueden ser esféricas y no tienen
anisotropía de forma. En la Fig. 3, la absorción de plasmones
superficiales de partículas metálicas finas esféricas se muestra
como un estado de referencia (línea discontinua).
La línea discontinua A de la Fig. 3 corresponde
con la absorción por resonancia de los plasmones superficiales de
partículas metálicas finas esféricas. La absorción por resonancia de
las partículas metálicas finas que tienen anisotropía de forma
muestra características diferentes debido a las correlaciones entre
el plano de polarización de luz incidente y las partículas metálicas
finas que tienen anisotropía de forma. Cuando el plano de
polarización está en paralelo con la dirección longitudinal de las
partículas metálicas finas, se muestran las características
indicadas por la línea B. Se observa que la longitud de onda de la
absorción por resonancia se desplaza a una longitud de onda mayor en
comparación con las características de la línea A. Se sabe que esta
longitud de onda de absorción por resonancia depende de la relación
de un diámetro más largo con respecto a un diámetro más corto de las
partículas metálicas finas y la longitud de onda de absorción por
resonancia se hará mayor según aumente la relación (Véase el
Documento Distinto de Patente 2). Por otro lado, con respecto a la
luz que tiene el plano de polarización perpendicular a la dirección
longitudinal, se muestran las propiedades mostradas por una línea
continua C. Es decir, la absorción por resonancia se muestra más
para la luz de longitud de onda corta que la de la longitud de onda
por resonancia de las partículas metálicas finas esféricas.
A partir del gráfico mostrado en la Fig. 3, se
apreciará que el vidrio muestra características de polarización con
respecto a la luz casi a 600 nm. Es decir, el vidrio tiene una
pequeña transmitancia con respecto a la luz que tiene el plano de
polarización en paralelo con la dirección longitudinal de las
partículas metálicas debido a la fuente absorción. Por otro lado, el
vidrio muestra una pobre absorción de la luz que tiene el plano de
polarización perpendicular a la dirección longitudinal de partículas
metálicas y, por lo tanto, una gran transmitancia. Como se muestra
en la Fig. 2, se realizan características de polarización por la luz
que tiene un plano de polarización perpendicular a la dirección
longitudinal de las partículas metálicas finas transmitiéndose
selectivamente a través del vidrio.
Se han propuesto muchas tecnologías para la
polarización de vidrio y polarizadores de vidrio usando vidrio
polarizado. Muchas de estas tecnologías se refieren a polarizadores
de vidrio que se pueden aplicar a la luz en la región infrarroja
(tales como el Documento de Patente 5 y el Documento de Patente 6) y
se desvelan algunas tecnologías que se pueden aplicar a la luz en la
región de luz visible usada en una pantalla de cristal líquido de
tipo proyección, que es un objeto de la presente invención.
El Documento de Patente 7 desvela una tecnología
para proporcionar polarizadores eficaces para la luz en la región de
luz visible usando características de partículas finas de cobre que
tienen anisotropía de forma. Las características desveladas en el
Documento de Patente 7 se muestran en la Fig. 4. Como se observa en
la Fig. 4, no puede realizarse un gran relación de extinción
particularmente para longitudes de onda iguales a 600 nm o menor. Es
decir, las relaciones (relaciones de extinción) de los valores de
las curvas de transmitancia paralelas D y F a las de las curvas de
transmitancia C y E perpendiculares al eje estirado son pequeñas y
además el valor de la transmitancia C es solo del 10 al 30%, lo que
hace llegar a la conclusión de que el polarizador no tiene
características prácticas.
El Documento de Patente 8 desvela una tecnología
para realizar la absorción dicromática con respecto a las longitudes
de onda en la región de luz visible. Sin embargo, no existe una
descripción específica y cuantitativo para realizar una alta
transmitancia y una alta relación de extinción y por lo tanto, la
tecnología no puede considerarse capaz de realizar polarizadores. De
forma similar al Documento de Patente 8, el Documento de Patente 9
propone una tecnología para obtener una relación de extinción eficaz
en la región de luz visible, pero no se desvela la tecnología para
realizar una alta transmitancia.
CODIXX AG ofrece vidrio polarizado eficaz en la
región de luz visible usando una técnica de fabricación que
proporciona anisotropía de forma a las partículas finas de plata
introduciendo iones de plata por difusión de la superficie de
vidrio, haciendo que las partículas finas de plata se depositen por
tratamiento térmico y estirado del vidrio (Documento Distinto de
Patente 3). Sin embargo, ya que el proceso de difusión de iones es
generalmente inestable y las concentraciones de iones de plata se
distribuyen en la dirección del espesor del vidrio, las dimensiones
de las partículas de plata generadas tienden a no ser uniformes.
Como resultado, el proceso de difusión de iones tiene un punto débil
para producir fluctuaciones en las características de los
polarizadores.
Se usa un método de fabricación diferente de la
técnica anterior de CODIXX AG para los polarizadores de vidrio
infrarrojos para comunicación que se usan ampliamente en la
industria (Documento de Patente 4 y Documento de Patente 5). Como se
muestra esquemáticamente en la Fig. 5, un vidrio en el que se funden
iones de halógeno y de plata se produce según la 1 (producción de
vidrio). Después, se hace que las partículas finas de haluro de
plata se depositen por tratamiento térmico según la etapa 2
(deposición de haluro de plata). Después, se produce el vidrio en el
que se orientan y se dispersan finas partículas con forma de aguja
de haluro de plata estirando el vidrio en el que se dispersan finas
partículas de haluro de plata según la etapa 3 (estirado del
vidrio). Por último, se generan finas partículas de plata que tienen
anisotropía de forma reduciendo el haluro de plata según la etapa 4
(reducción).
De forma convencional, se apreciará que los
polarizadores fabricados mediante este método de fabricación no
muestran un rendimiento práctico que pueda usarse para la región de
luz visible (Documento de Patente 5).
Fig. 6 se cita a partir del Documento de Patente
5 y no realiza un rendimiento que sea necesario para un polarizador
que se puede aplicar a pantallas de cristal líquido de tipo
proyección. La causa de ello se describirá usando la Fig. 4.
La curva C en la Fig. 4 muestra que la absorción
por resonancia de los plasmones superficiales con respecto a la luz
que tiene un plano de polarización perpendicular a la dirección
longitudinal de las partículas metálicas finas que tienen
anisotropía de forma está presente de aproximadamente 350 nm a 400
nm. Al mismo tiempo, la curva C en la Fig. 4 también muestra que una
influencia de la misma se extiende de 500 nm a 600 nm. La influencia
es que la luz que tiene un plano de polarización se absorbe para
pasar a su través. En otras palabras, la transmitancia de la luz a
transmitir se suprime. Por lo tanto, la curva de transmisión A en la
Fig. 6 muestra un valor de transmitancia pequeño en la longitud de
onda de 500 nm a 600 nm.
Para los polarizadores aplicados a la luz en la
región infrarroja, la luz que se va a transmitir tiene una longitud
de onda lejana de la longitud de onda de la absorción por
resonancia y la influencia anterior está a un nivel insignificante,
sin causar prácticamente ningún problema. En contraste, al realizar
polarizadores para la luz visible, la influencia anterior está a un
nivel que no puede ignorarse. Por lo tanto, para realizar un
polarizador aplicado a la luz visible, es necesaria una nueva
técnica dirigida a minimizar la absorción de luz en el intervalo de
longitud de onda de 500 nm a 600 nm.
El documento US 2003 0064875 A1 desvela un
polarizador de vidrio de borosilicato que tiene una relación de
extinción de 50 a 54 dB, el vidrio que tiene carácter no
fotocrómico.
- Documento de Patente 1: Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública Nº 2004-77850
- Documento de Patente 2: Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública Nº 2002-519743
- Documento de Patente 3: Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública Nº 2000-206507
- Documento de Patente 4: Patente de Estados Unidos Nº 4.479.819
- Documento de Patente 5: Patente Japonesa Nº 1618477
- Documento de Patente 6: Patente Japonesa Nº 2740601
- Documento de Patente 7: JP 2885655 B2; EP 0 658 524 A1
- Documento de Patente 8: Solicitud de Patente Japonesa Abierta a Inspección Pública Nº 2004-523804
- Documento de Patente 9: Publicación de Solicitud Japonesa Examinada Nº 2-40619
- Documento de Patente 10: Patente Japonesa Nº 2628014
- Documento de Patente 11: Patente Japonesa Nº 3549198
- Documento Distinto de Patente 1: N. Nishida, "Big-Screen Display (Series, Advanced Display Technology 7)", Kyoritsu Shup-pan, Tokio, 2002
- Documento Distinto de Patente 2: S. Link y M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B103 (1999), págs. 8410-8426
- Documento Distinto de Patente 3: K. Suzuki, Kogyo Zairyo Vol. 52, Nº 12, págs. 102-107
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un polarizador de vidrio que tiene una transmitancia y
una relación de extinción excelentes con respecto a la luz de un
amplio intervalo de longitud de onda que incluye una región
azul.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un polarizador de vidrio en el que no aparece
fotocromismo.
Polarizadores de vidrio de la presente invención
usan resonancia de plasmones superficiales de partículas metálicas
finas que tienen anisotropía de forma orientada y dispersada en el
vidrio.
Como resultado del estudio de los problemas de
las tecnologías convencionales anteriores, los inventores produjeron
con éxito un polarizador de vidrio con transmitancia mejorada en el
intervalo de luz visible (casi 500 nm) añadiendo una nueva idea al
proceso de fabricación de polarizadores en el que se usa haluro de
plata como material de partida.
Un método para la fabricación de un polarizador
de vidrio de acuerdo con una primera realización de la presente
invención incluye las etapas de producir vidrio borosilicato en el
que las partículas de haluro de plata se dispersan y se depositan;
generando partículas de plata metálica en el vidrio reduciendo al
menos una porción de las partículas de haluro de plata; y generando
partículas de plata orientadas y estiradas en el vidrio calentando
el vidrio para estirarlo después de la etapa de reducción.
Un método preferido de fabricación de un
polarizador de vidrio de acuerdo con la presente invención incluye
adicionalmente la etapa de: generar partículas de plata orientadas
y estiradas en el vidrio mediante una etapa de reducción del haluro
de plata restante en el vidrio de nuevo después del
estiramiento.
En un proceso convencional, las partículas de
haluro de plata se reducen después de que el vidrio se estire para
fabricar polarizadores de vidrio en los que las partículas finas de
plata metálica que tienen anisotropía de forma se orienten y se
dispersen. En la presente invención, el proceso se invierte y al
menos una porción de las partículas de haluro de plata en el vidrio
en primer lugar se reducen, y después el vidrio se estira para
obtener un vidrio en el que se orientan y se dispersan las
partículas finas de plata metálica que tienen anisotropía de
forma.
Puede resumirse un nuevo proceso de fabricación
como se ilustra en la Fig. 7
- Etapa 1 (producción de un vidrio): Producir un vidrio en el que se disuelven iones de halógeno e iones de plata.
- Etapa 2 (deposición del haluro de plata): Provocar la deposición de partículas finas de haluro de plata mediante tratamiento térmico.
- Etapa 3 (reducción): Reducir al menos una porción del haluro de plata depositado en el vidrio.
- Etapa 4 (estiramiento del vidrio): Estirar el vidrio en el que se dispersan al menos parcialmente partículas finas de haluro de plata reducido para obtener un vidrio en el que se orientan y se dispersan partículas finas de plata que tienen anisotropía de forma.
Se confirmó que un polarizador de vidrio
fabricado por el proceso de fabricación anterior puede realizar
características de polarización excelentes de una región de
polarización extendida a 440 nm o inferior y una alta transmitancia
en el intervalo de longitud de onda de luz de casi 500 nm.
Además, los inventores desarrollaron
adicionalmente el método de fabricación anterior (Fig. 7). Es decir,
los inventores se centraron en el hecho de que en la etapa 3
(reducción), no siempre se reducen todas las partículas finas de
haluro de plata y una porción de las mismas permanece en el vidrio
en forma de partículas de haluro de plata. El haluro de plata se
convierte en haluro de plata que tiene anisotropía de forma en la
etapa 4. Reduciendo de nuevo el haluro de plata, pueden obtenerse
partículas de plata metálica que tienen diferentes propiedades
ópticas.
Este proceso puede resumirse como se indica a
continuación:
- Etapa 1 (producción de un vidrio): Produce un vidrio en el que se disuelven iones de halógeno y de plata.
- Etapa 2 (deposición de haluro de plata): Provocar la deposición de partículas finas de haluro de plata por tratamiento térmico.
- Etapa 3 (reducción): Reducir al menos una porción del haluro de plata depositado en el vidrio.
- Etapa 4 (estiramiento del vidrio): Estirar el vidrio en el que se dispersan al menos parcialmente partículas finas de haluro de plata.
- Etapa 5 (reducción adicional): Reducir el haluro de plata restante reduciendo intensamente el haluro de plata para obtener partículas finas de plata metálica que tienen anisotropía de forma.
- Con este proceso, se obtiene un vidrio en el que las partículas finas de plata son ópticamente diferentes en propiedades y tienen anisotropía de forma.
Reflejando la presencia de partículas finas de
plata metálica de diferentes propiedades, un polarizador de vidrio
que se ha producido por el método anterior realizó características
de polarización en un amplio intervalo de longitud de onda. Es
decir, como se describirá en más detalle posteriormente, los
inventores descubrieron que puede realizarse un polarizador de
vidrio que tiene una excelente polarizabilidad de la relación de
extinción de 25 dB o más sobre todas las longitudes de onda de 500
nm a 2000 nm.
La presente invención se basa en la tecnología
convencional considerando que el material de vidrio en el que se
deposita y se dispersa el haluro de plata se usa como un material de
partida, pero se añadieron algunas tecnologías para realizar
funciones que son eficaces para la luz en la región de luz
visible.
Se usó una lámpara de mercurio en una pantalla
de cristal líquido de tipo proyección como una fuente de luz y una
fuente de luz visible que contiene en la mayor parte de los casos
componentes de luz ultravioleta. El vidrio en el que se depositaron
partículas finas de haluro de plata, que se conoce ampliamente con
el nombre de vidrio fotocrómico, tiene la propiedad de que cuando el
vidrio se irradia con luz ultravioleta, se produce una banda de
absorción que extiende la región de luz visible a la región cercana
a infrarroja para colorear el vidrio, y cuando la luz ultravioleta
se bloquea, se reestablece el estado anterior a la irradiación. Por
lo tanto, es preferible seleccionar un material en el que no
aparezca fotocromismo como un material para vidrio polarizado para
la región de luz visible de acuerdo con la presente invención.
Las tecnologías convencionales con respecto al
vidrio polarizado que no muestran fotocromismo incluyen una
tecnología que apenas contiene CuO en el vidrio o la composición de
vidrio base está limitada (Documento de Patente 9). En este ejemplo,
se adopta una condición de
(R_{2}O-Al_{2}O_{3}): B_{2}O_{3} <0,25
en proporción molar. Además, se conoce una tecnología que no
contiene sustancialmente CuO en el vidrio y se añade una cantidad de
CeO_{2} eficaz para mantener la plata en el vidrio en un estado de
oxidación (Documento de Patente 10). También se conoce una
tecnología para evitar la reducción de la plata a plata metálica
limitando la composición en la que se aumenta la basicidad del
vidrio que no contiene sustancialmente CuO, que contiene una gran
cantidad de K_{2}O, y añadiendo BaO (Documento de Patente 11).
En la presente invención, después de que se
añadiera nitrato de plata del 0,5 al 5% en peso de óxidos alcalinos
como material de vidrio en la fusión del vidrio, se disolvió plata
en forma de iones en el vidrio a fin de que se obtuvieran un vidrio
no fotocrómico. Es decir, se obtuvo con éxito un vidrio no
fotocrómico sin añadir CuO o CeO_{2} usados en la tecnología
convencional como un agente de oxidación y limitando la composición
del vidrio base.
De acuerdo con la presente invención, como se ha
descrito anteriormente, pueden realizarse polarizadores que tienen
polarizabilidad con respecto a la luz en la región azul y aquellos
con excelente transmitancia con respecto a la luz en la región
verde. Además, pueden proporcionarse polarizadores de vidrio de
banda ancha que tienen una polarizabilidad en el intervalo de
longitud de onda de 500 nm a 2000 nm. Empleando polarizadores de
vidrio que tienen el rendimiento anterior y tienen excelente
resistencia al calor y resistencia a la luz (resistencia
particularmente a la luz ultravioleta) pueden realizarse para una
pantalla de cristal líquido de tipo proyección, una pantalla más
pequeña y más clara. Naturalmente, la presente invención puede
usarse ampliamente en los sistemas y efectos ópticos de los mismos y
no se limitan a pantallas de cristal líquido de tipo proyección.
La Fig. 1 es un diagrama conceptual de un motor
óptico de un proyector de cristal líquido (Documento de Patente
1).
La Fig. 2 es un diagrama que ilustra
conceptualmente una función de un polarizador de vidrio.
La Fig. 3 es un gráfico que muestra los
espectros de absorción óptica de partículas de plata
estiradas-orientadas que tienen anisotropía de
forma y partículas de plata esféricas (Documento de Patente 4).
La Fig. 4 es un gráfico que muestra una
tecnología convencional de vidrio polarizado para luz visible
(Documento de Patente 7), que muestra curvas de transmitancia de
polarizadores de vidrio para luz visible usando partículas de cobre
estiradas-orientadas.
La Fig. 5 es un diagrama que muestra un proceso
de fabricación de un polarizador de vidrio usando haluro de
plata.
La Fig. 6 es un gráfico que muestra curvas de
transmitancia de polarizadores de vidrio para luz visible usando
partículas de plata estiradas-orientadas desveladas
en la tecnología convencional (Documento de Patente 7).
La Fig. 7 es un diagrama que muestra un proceso
de fabricación de la presente invención.
La Fig. 8 es un gráfico que muestra las curvas
de transmitancia y de la relación de extinción en el intervalo de
longitud de onda de 400 a 700 nm del polarizador de vidrio de la
Realización 1.
La Fig. 9 es un gráfico que muestra las curvas
de la transmitancia y de relación de extinción en el intervalo de
longitud de onda de 480 a 620 nm de la Referencia 1.
La Fig. 10 es un gráfico que muestra las curvas
de la transmitancia y de la relación de extinción en el intervalo de
longitud de onda de 400 a 700 nm de la Realización 2.
La Fig. 11 es un gráfico que muestra las curvas
de la transmitancia y la relación de extinción en el intervalo de
longitud de onda de 400 a 700 nm de la Realización 3.
La Fig. 12 un gráfico que muestra las curvas de
la transmitancia y de la relación de extinción en el intervalo de
longitud de onda de 400 a 2000 nm de la Realización 4.
La Fig. 13 es un gráfico que muestra las curvas
de la transmitancia y de la relación de extinción en el intervalo de
longitud de onda de 600 a 2000 nm de Realización 5.
A continuación, se describirá una realización de
la presente invención. En una tecnología de fabricación de acuerdo
con una realización de la presente invención, en base a una
tecnología conocida para fabricar vidrio polarizado para luz
infrarroja, se idean los procesos de deposición y de reducción de
haluro de plata y además, se añade una tecnología para evitar la
aparición de fotocromismo.
En primer lugar, se prepara un lote de vidrio de
una composición predeterminada. En este punto, deben observarse las
siguientes condiciones al seleccionar la composición y el material.
Es preferible seleccionar un vidrio que no tenga las características
denominadas fotocrómicas en el que la transmitancia se degrada
debido a la irradiación de la luz según el vidrio empleado en los
polarizadores usados en la región de luz visible. Para este fin, es
necesario, por ejemplo, evitar estrictamente mezclar impurezas de
óxido de cobre en el material de vidrio. Además, las cantidades de
plata y halógeno que se van a añadir se seleccionan a fin de que
tanto la transmitancia como la relación de extinción sean
consistentes al final.
Un lote de vidrio de la composición
predeterminada se funde y se vierte en un molde para producir un
vidrio con forma de placa. Después, se hace que el haluro de plata
se deposite por tratamiento térmico. En este caso, es preferible
realizar un proceso de pulido antes de un proceso de deposición del
haluro de plata, pero también es posible tratar térmicamente el
vidrio con forma de placa moldeado para hacer que se depositen las
partículas finas de haluro de plata y después producir una preforma
a través de un proceso predeterminado. Se produce una preforma para
estiramiento a través de cualquiera de los procesos de fabricación.
Las condiciones de tratamiento térmico para la deposición del haluro
de plata se optimizan dependiendo de la composición del vidrio y se
añaden cantidades de plata y
halógeno.
halógeno.
Mientras la preforma con forma de placa se
transfiere inmediatamente a un proceso de estirado en un proceso
convencional, de acuerdo con la tecnología de fabricación en la
presente invención, se realiza el tratamiento de reducción en la
preforma a partir de la superficie para reducir una porción o todo
el haluro de plata a partículas de plata metálica.
\newpage
Después, se realiza el tratamiento de estirado
en la preforma después del tratamiento de reducción. En el proceso
de estirado, la preforma se estira ajustando la viscosidad (más
directamente, la temperatura de calentamiento) y la tensión de
estirado (fuerza para estirar el vidrio = carga en el vidrio) del
vidrio a fin de que las partículas de plata metálica tengan una
relación de aspecto apropiada. Después de pulir el vidrio estirado,
se forma una película anti-reflejo en el vidrio, y
se completa un polarizador de acuerdo con la presente invención.
Como un desarrollo de la tecnología, puede
obtenerse un polarizador que tiene un intervalo de longitud de onda
más ancho realizando un tratamiento térmico de reducción del vidrio
estirado de nuevo para reducir al menos una porción de haluro de
vidrio no reducido restante en el vidrio antes de formar una
película anti-reflejo.
La presente invención se describirá
específicamente a continuación usando realizaciones y una
referencia. La Tabla 1 muestra las condiciones principales de las
realizaciones y las referencias. Sin embargo, el alcance técnico de
la presente invención no se limita a las realizaciones mostradas a
continuación.
Realización
1
En primer lugar, se preparó un lote de material
mezclando SiO_{2}, H_{3}BO_{3}, Al(OH)_{3},
Li_{2}CO_{3}, NaNO_{3}, (Na_{2}CO_{3}), K_{2}CO_{3},
NaCl y AgCl como materiales a fin de que SiO_{2}: 58,6%,
B_{2}O_{3}: 18,3%, Al_{2}O_{3}: 9,5%, Li_{2}O: 1,9%,
Na_{2}O: 2,0%, K_{2}O: 9,6%, Ag: 0,32%, y Cl: 0,37% en peso. En
este momento, el 2% en peso de Na20 se mezcló usando NaNO_{3}
(nitrato sódico), que es un material de nitrato. El lote de material
se fundió a 1430ºC durante cuatro horas en un crisol de platino de
300 cc de capacidad, después se vertió en un molde y se presionó con
un rodillo para obtener un vidrio con forma de placa de
aproximadamente 250 x 60 x 2,5 mm de espesor.
El vidrio con forma de placa se trató
térmicamente a 670ºC durante cinco horas para hacer que se
depositaran las partículas de cloruro de plata. Después de pulir la
superficie del vidrio de placa tratado térmicamente, se realizó el
tratamiento de reducción sobre el vidrio de placa en las condiciones
de reducción que se muestran en la Tabla 1, es decir, a 430ºC
durante 10 horas al mismo tiempo que se hace que fluya un gas
hidrógeno a una velocidad de aproximadamente 1,5 litros/min en un
horno de reducción para generar partículas de plata cerca de la
superficie del mismo.
La placa de vidrio se ajustó verticalmente en un
horno de calado y se calentó para estirarse mientras la preforma se
movía hacia abajo a una velocidad constante equilibrando la
velocidad de suministro y la velocidad de recepción de la preforma.
La viscosidad y la tensión de estirado (carga sobre el vidrio por
unidad de área) del vidrio mientras se estira, se muestran en la
Tabla 1.
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Se cortó una cinta de vidrio estirado a una
longitud de aproximadamente 50 mm y se pulieron ambas caras de la
misma. Después, se formó una película anti-reflejo
en la superficie de la misma. Un proceso de formación de película en
este caso es ajustar una pluralidad de muestras en una cámara de
vacío después de lavar y secar la pluralidad de muestras para formar
un película alternativa de 4 capas (película
anti-reflejo) de SiO_{2} y Ta_{2}O_{5} en
ambos lados de las muestras por el método de metalizado por
bombardeo. Por consiguiente, se proporcionó un efecto
anti-reflejo.
Los cambios en la transmitancia del haz de luz y
la relación de extinción del polarizador de vidrio obtenido de esta
manera en el intervalo de longitud de onda de 400 nm a 700 nm se
muestran en la Fig. 8. La Fig. 8 muestra que a 520 nm, la
transmitancia es del 80% o más y la relación de extinción es de 25
dB o más.
La relación de extinción se calculó en base a la
transmitancia T_{1}(T1)% de luz que tiene un plano de
polarización perpendicular a la dirección longitudinal de las
partículas de plata metálica en cada longitud de onda en los
espectros de transmisión medidos usando un espectrofotómetro y la
transmitancia T_{11}(T2)% de luz que tiene un plano de
polarización a la dirección longitudinal de las partículas metálicas
de plata usando las fórmulas que se muestran a continuación:
Referencia
1
El vidrio con forma de placa de la misma
composición que el de la Realización 1 se produjo usando las mismas
condiciones de fusión y de procesamiento. El vidrio con forma de
placa se trató térmicamente a 620ºC durante cinco horas para hacer
que se depositaran partículas finas de cloruro de plata. El vidrio
con forma de placa se estiro aplicando una tensión de estirado de
650 Kgf/cm^{2} en un horno de calado en condiciones de viscosidad
del vidrio de 1010,8 poises.
El tratamiento de reducción se realizó en la
cinta de vidrio obtenida en las condiciones de reducción que se han
mostrado en la Tabla 1 mientras se hacía fluir gas hidrógeno a una
velocidad de aproximadamente 1,5 litros/min en un horno de
reducción. Después de que la cinta de vidrio se cortara a una
longitud de aproximadamente 50 mm y ambas caras de la misma se
pulieran, se formó una película anti-reflejo en la
superficie de la misma. Los resultados de la medición de las
características de polarización obtenidas después de esto se
muestra en la Fig. 9. La transmitancia a 520 nm no alcanzó el 80% y
la comparación con la Fig. 8 de la Realización 1 muestra que la
transmitancia global en un lado de la longitud de onda mayor de 520
nm es baja.
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Realización
2
Una preforma de vidrio preparada de la misma
manera para que tuviera la misma composición que en la Realización 1
se trató térmicamente a 650ºC durante cinco horas para hacer que se
depositara cloruro de plata y después se redujo en un flujo de gas
hidrógeno a 430ºC durante 10 horas. Adicionalmente, la preforma de
vidrio se calentó para que se estirara en las condiciones de 660
Kgf/cm^{2} (Realización 2 de la Tabla 1). La cinta de vidrio
estirada se cortó a una longitud de aproximadamente 50 mm y se
pulieron ambas caras de la misma. Después, se formó una película
anti-reflejo en la superficie de la misma mediante
la misma técnica que en la Realización 1.
Los resultados de la medición de las
características de polarización del polarizador de vidrio que se ha
producido en el proceso anterior se muestran en la Fig. 10. Los
resultados de la medición se extienden sobre el intervalo de
longitud de onda de 400 nm a 700 nm. Las características de
polarización eficaces se muestran en la longitud de onda de 430 nm
en la región azul y la relación de extinción de 10 dB se obtiene en
la longitud de onda de 440 nm. Es evidente que se obtienen
características de polarización evidentemente superiores en
comparación con la tecnología convencional mostrada en la Fig.
4.
\vskip1.000000\baselineskip
Realización
3
Una preforma de vidrio preparada de la misma
manera para que tuviera la misma composición que en la Realización 1
se trató térmicamente a 700ºC durante cinco horas para hacer que se
depositara el cloruro de plata, y después se redujo en una gas
hidrógeno a 490ºC durante 10 horas. Adicionalmente, la preforma de
vidrio se calentó para que se estirara en la condición de 700
Kgf/cm^{2} como se muestra en la Realización 3 de la Tabla 1. La
cinta de vidrio estirada se cortó a una longitud de aproximadamente
50 mm y se pulieron ambas caras de la misma. Después, se formó una
película anti-reflejo en la superficie de la misma.
Los resultados de la medición de las características de polarización
que se obtuvieron después de esto se muestran en la Fig. 11.
Los resultados de la medición se extienden sobre
el intervalo de longitud de onda de 400 nm a 700 nm. La alta
relación de extinción de 20 dB o más se observa en el intervalo de
500 nm a 70 0 nm y 30 dB o más en la región roja de 600 nm a 700 nm.
Ajustando las condiciones de forma apropiada de esta manera, la
presente invención puede realizar polarizadores de diferentes
intervalos de longitud de onda.
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Realización
4
Se produjo un vidrio con forma de placa para que
tuviera la misma composición y en las mismas condiciones que en la
Realización 1. El vidrio con forma de placa se trató térmicamente a
700ºC durante cinco horas para hacer que se depositaran partículas
de cloruro de plata. Después de pulir la superficie del vidrio de
placa tratado térmicamente, se realizó el tratamiento de reducción
en el vidrio de placa en las condiciones de reducción que se han
mostrado en la Tabla 1, es decir, a 420ºC durante 10 horas mientras
se hacía fluir un gas hidrógeno a una velocidad de aproximadamente
1,5 litros/min en un horno de reducción para generar partículas de
plata cerca de la superficie del mismo.
La placa de vidrio que tenía partículas de plata
generadas cerca de la superficie de la misma se ajustó verticalmente
en un horno de calado y se calentó para que se ajustara mientras la
preforma se movía hacia abajo a una velocidad constante equilibrando
la velocidad de suministro y la velocidad de recepción de la
preforma. La viscosidad y la tensión de estirado (carga en el vidrio
por unidad de área) del vidrio en el estiramiento se muestran en la
Tabla 1.
El proceso hasta aquí es el mismo que en la
Realización 1. Después, el tratamiento de reducción se realizó de
nuevo sobre la cinta de vidrio obtenida en las condiciones de
reducción que se han mostrado en la Tabla 1 mientras se hacía fluir
gas hidrógeno a una velocidad de aproximadamente 1,5 litros/min en
un horno de reducción. Después, la cinta de vidrio obtenida de esta
manera se cortó a una longitud de aproximadamente 50 mm y ambas
caras de la misma se pulieron. Después, se formó una película
anti-reflejo en la superficie de la misma.
Los resultados de la medición de las
características de polarización del polarizador de vidrio obtenido
se muestran en la Fig. 12. El polarizador muestra la relación de
extinción de 25 dB a una longitud de onda de 500 nm en el intervalo
de luz visible y al mismo tiempo, una polarizabilidad excelente y
transmitancias ópticas altas en un intervalo de longitud de onda
ancha de hasta 2000 nm. Es decir, se realizó un polarizador de
vidrio que tenía una polarizabilidad que se extendía desde la región
de luz visible hasta la región cercana a infrarroja que no puede
realizarse mediante la tecnología convencional.
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Realización
5
Una preforma de vidrio preparada de la misma
manera para que tuviera la misma composición de vidrio que en la
Realización 1 se trató térmicamente a 700ºC durante cinco horas para
hacer que se depositara cloruro de plata, y después en un gas
hidrógeno a 490ºC durante 10 horas y se estiró adicionalmente en las
condiciones que se han mostrado en la Realización 5 de la Tabla 1.
Después, se realizó de nuevo un tratamiento de reducción en la cinta
de vidrio obtenida en las condiciones que se han mostrado en la
Tabla 1 mientras se hizo fluir un gas hidrógeno a una velocidad de
aproximadamente 1,5 litros/min en un horno de reducción. Después, la
cinta de vidrio obtenida de esta manera se cortó a una longitud de
aproximadamente 50 mm y ambas caras de la misma se pulieron.
Después, se formó una película anti-reflejo en la
superficie de la misma. Los resultados de la medición de las
características de polarización obtenidas después de esto se
muestran en la Fig. 13. Se mostraron altas relaciones de extinción
de 30 dB o más y altas transmitancias del 97% o más en un intervalo
de longitud de onda ancha de 600 nm a 2000 nm.
Después, se hizo brillar una lámpara de xenón de
500 W separada 40 cm de los polarizadores de vidrio obtenidos en las
Realizaciones 1 a 5 (y Referencia 1) durante 15 minutos para
observar visualmente cambios en el color del vidrio debido a la
irradiación y también un cambio en la transmitancia a 650 nm antes y
después de que se midiera la irradiación para determinar si están
presentes o no características fotocrómicas. La observación y la
medición de los resultados mostró que no se observó ningún cambio
antes ni después de la irradiación en todos los polarizadores
obtenidos en las Realizaciones 1 a 5 (y Referencia 1), confirmando
que se no mostraron características fotocrómicas. Esto significa que
la degradación de las características y el deterioro de las
características de transmitancia de los polarizadores de vidrio de
acuerdo con la presente invención no provocará irradiación de luz de
onda corta ultravioleta o visible.
Como se ha descrito anteriormente, los
polarizadores de vidrio fabricados por un método de fabricación
caracterizado porque al menos una porción de vidrio borosilicato, en
el que se dispersan y se depositan partículas de haluro de plata por
tratamiento térmico, se reduce y después se calienta para el
estirado para generar partículas de plata orientadas y estiradas en
el vidrio que tienen, en comparación con los fabricados por
tecnologías convencionales, las características de polarización
superiores que se describen a continuación.
\newpage
De acuerdo con la presente invención, las
características de polarización eficaces se muestran en el intervalo
de longitud de onda azul. En el intervalo de longitud de onda verde
de 500 nm a 600 nm, se realizaron al mismo tiempo las transmitancias
ópticas excelentes del 80% o más y la alta relación de
extinción.
Además, los polarizadores de vidrio fabricados
por un método de fabricación caracterizado por que al menos una
porción de vidrio borosilicato, en la que hay plata y halógeno y se
dispersan y se depositan partículas de haluro de plata por
tratamiento térmico, se reduce para generar partículas de plata
metálica y después se generan partículas de plata orientadas y
estiradas en el vidrio por calentamiento para el estirado, y después
reduciendo el haluro de plata restante en el vidrio, que tienen
características de polarización de la relación de extinción de 25 dB
o más con respecto a la luz en el intervalo de longitud de onda de
500 nm a 2000 nm.
Además, conteniendo un compuesto sustancialmente
sin cobre en forma de un componente de vidrio e introduciendo una
porción correspondiente del 0,5 al 5% en peso en una composición de
óxido de vidrio con nitrato en forma de un material de vidrio antes
de la fusión, se obtuvieron polarizadores que mostraban
características no fotocrómicas.
De acuerdo con la presente invención, pueden
proporcionarse excelentes polarizadores que pueden usarse
industrialmente en el intervalo de longitud de donde de la región de
luz visible que incluye azul de 440 nm. Además, de acuerdo con el
método de fabricación de los mismos, también pueden fabricarse
polarizadores que tienen un rendimiento excelente con respecto a la
luz en un intervalo ancho de longitudes de onda del intervalo desde
la luz visible hasta la región cercana a infrarroja.
Claims (8)
1. Un método para fabricar un polarizador de
vidrio, que comprende las etapas de:
- producir un vidrio borosilicato en el que las partículas de haluro de plata se dispersan y se depositan por tratamiento de calor; reduciendo al menos una porción de las partículas de haluro de plata; y
- generar partículas de plata orientadas y estiradas en el vidrio calentando el vidrio para estirarlo después de la etapa de reducción.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un polarizador de vidrio fabricado por el
método de fabricación de acuerdo con la reivindicación 1, en el
que
- el polarizador de vidrio tiene una transmitancia del 80% o más y una relación de extinción de 25 dB o más con respecto a la luz cuya longitud de onda es de 520 nm o más.
\vskip1.000000\baselineskip
3. El polarizador de vidrio de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que
- el polarizador de vidrio muestra polarizabilidad en un intervalo de longitud de onda de 440 nm o más y tiene una relación de extinción de 10 dB o más.
\vskip1.000000\baselineskip
4. Un método para fabricar un polarizador de
vidrio de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende las etapas
de:
- generar partículas de plata orientadas y estiradas en el vidrio por una etapa de reducción de haluro de plata que queda en el vidrio después del estirado.
\vskip1.000000\baselineskip
5. El polarizador de vidrio de acuerdo con la
reivindicación 2, en el que
- el polarizador de vidrio tiene características de polarización de una relación de extinción de 25 dB o más con respecto a la luz de todo el intervalo de longitud de onda de 500 nm a 2000 nm.
\vskip1.000000\baselineskip
6. El método para fabricar un polarizador de
vidrio de acuerdo con la reivindicación 1 ó 4, en el que
- el vidrio borosilicato es un vidrio que no muestra características fotocrómicas obtenidas sin contener sustancialmente un compuesto de cobre como un componente de vidrio e introduciendo una porción que corresponde del 0,5 al 5% en peso en una composición de óxido de vidrio por nitrato en forma de un material de vidrio antes de la fusión.
\vskip1.000000\baselineskip
7. El polarizador de vidrio de acuerdo con la
reivindicación 2, 3 ó 5, en el que el polarizador de vidrio es
vidrio borosilicato que muestra características no fotocrómicas.
8. Una pantalla de cristal líquido de tipo
proyección que usa el polarizador de vidrio de acuerdo con la
reivindicación 2, 3 ó 5.
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