JP2004523804A - 有色の２色系の偏光子およびその製造法 - Google Patents

Abstract

多色の２色性の偏光子を製造するために、幾つかの吸収最大を有する吸収バンドを製造することが必要とされる。現在までに製造された吸収バンドは、常に、偏光層中に配置された非球面の粒子の形によって定められる簡単なバンド形を有している。全体的に緩和されていない非球面の銀粒子を備えた層の一部分の層を短時間加熱することによって、一定の軸の比の調整が前記の一部分の層中でのみ起こり、一方で、幾つかの吸収最大を有する吸収バンドは、重ね合わせた部分層中での種々に調整された軸の比により生じさせることができる。多色の偏光子は、幾つかのこのような吸収バンドを組み合わせることによって生じさせることができる。前記の偏光子は、ディスプレイの製造に使用されることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、有色の、有利に多色の２色性の偏光子およびその製造法に関する。この種の偏光子の場合には、ガラス中に担持材料として埋封されている非球面の粒子、優先的に金属粒子の２色の吸収による有色効果および偏光効果が実現される。本発明は、担持材料中の粒子の形、ひいては吸収バンドの形およびスペクトル状態ならびにこれらの調整法に関する。
【０００２】
本発明の使用分野は、有利に側方に異なる意図的に調整された２色の吸収バンドを有する可視、紫外および近赤外のスペクトル範囲内の偏光子である。この種の偏光子は、なかんずくディスプレイの製造に適している。
【０００３】
単一に配向された非球面の粒子を担持材料中で２色の吸収バンドに導くことができることは、公知である。典型的な例は、ガラス中の銀粒子、銅粒子または金粒子である。整列された回転楕円体形の金属銀粒子は、例えばガラス中で可視、紫外および近赤外のスペクトル範囲内で２色の吸収バンドを生じる。可視光線のスペクトル範囲内で、２色の吸収は、偏光方向に依存した有色効果を生じる。その際、銀粒子の場合には、２色の挙動が簡単な吸収バンドによって惹起されることは、特徴的である。可視のスペクトル範囲内での吸収バンドは、原理的に可視スペクトルの異なる位置に存在することができ、それによって種々の有色効果を調整することが可能である。この場合、スペクトル内での吸収バンドの最大の状態は、本質的に粒子の形によって定められる。楕円体形の粒子の場合には、吸収バンドのスペクトル状態は、粒子の半軸の比によって定められる。
【０００４】
前記効果を特殊な用途に利用することは、数多く提案されている。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許第２９２７２３０号明細書Ｃ２”偏光されたガラスシートの製造方法およびこのようなシートの液晶表示装置中での使用”の記載から、液晶表示装置のための２色性の偏光子の製造方法は、公知である。出発点は、有機または無機のガラス溶融液であり、このガラス溶融液中に針状体が導入され、このガラス溶融液からガラスシートが引き出される。
【０００６】
相分離された銀ハロゲン化物含有のガラスを基礎とする高度に偏光性のガラスを製造することは、公知であり、この場合には、望ましい大きさの銀ハロゲン化物粒子を調質することによって製造される（米国特許第３６５３８６３号明細書）。引続き、さらに２つの工程が続く：第１に、銀ハロゲン化物粒子に楕円体形の形状を付与し、同じ方向に配向するために、ガラスは、上の冷却点とガラス転移温度との間の温度処理の際に延伸されるか、押し出されるか、または圧延される。引続き、ガラスは、放射線、例えばＵＶ線に暴露される。この場合には、金属の銀が金属ハロゲン化物粒子の表面上で分離する。このガラスは、照射によって明色で非偏光性と暗色で偏光性との間になるように調整されてよい。
【０００７】
更に、長手方向に延伸された銀粒子を少なくとも１０μｍの厚さのガラスの表面層中で製造するために、ガラスを冷却点未満で還元雰囲気中で調質することは、公知である（米国特許第４３０４５８４号明細書）。そこには、複合体に構成されたガラスの製造が記載されており、この場合偏光性のフォトクロミックガラス層は、組み合わされ、かつ積層される。
【０００８】
金属粒子の高度な離心性を達成させるために、金属ハロゲン化物含有のガラスを別のガラスと変形工程前に積層することは、公知である（米国特許第４４８６２１３号明細書）。
【０００９】
金属イオンの導入と調質との数回の切換によるガラスの表面層中での金属粒子の形成を行なうことによって、ＵＶ偏光子を製造することは、公知である（ドイツ連邦共和国特許第１９８２９９７０号明細書）。それによって、ある一定の大きさの分布を有する球状の粒子が生成される。引続き、ガラスの変形の場合には、種々の半軸の比を有する種々の大きさの回転楕円体形の粒子が生じる。
【００１０】
基質マトリックス中で超顕微鏡的な、一般に球状の異質相粒子が製造され、引続き変形工程で変形され、単一に優先的方向に配列されることは、前記方法で共通している。変形された異質相粒子の生じる２色性の吸収バンドは、本質的にこの異質相粒子の形によって定められ、ひいては確定される。
【００１１】
更に、ガラスの変態温度付近または変態温度を超える温度に基質を加熱した場合に、球状の形状になるまで粒子の緩和が起こることは、公知である。それと関連することは、２色性の吸収の変化である。この２色性の吸収の作用の温度および時間に応じて、出発状態と球形との間で任意の緩和度を有する粒子が製造されうる。しかし、通常、数時間の範囲内にある調質工程は、２色性の偏光ガラスを一定の色に単色でのみ調整することができる。
【００１２】
本質的にガラスの変態点を上廻る温度の使用によって、半軸の比からよりいっそう少ない範囲ないしマイクロ秒の範囲に金属粒子を移行させるための緩和時間を短縮させることは、公知である（ドイツ連邦共和国特許第１９６４２１１６号明細書）。エネルギーの伝達は、構造化されて電子ビームで行なわれる。その上、この方法は、基質の異なる側方領域内で吸収バンド、ひいては有色効果を意図的に異なるように調整することを可能にする。こうして、幅広く１００μｍ未満までの側方の寸法を有する異なる色の表面要素を製造することもできる。
【００１３】
公知技術水準の原理的な不足点は、実現しうる吸収バンドが銀の場合に単一のバンドを常に粒子の形によって定められるバンドの形に確定されることである。複雑なバンドの形は、実現不可能である。
【００１４】
しかし、オストワルト純色性を原色の赤、緑および青の付加的な色混合によって実現させる場合には、公知技術水準により変換することができない、吸収スペクトルに対する特殊な要件を課すことができる。昼光での照射の際に３つの原色の中の１つを得るために、それぞれ別の２つの原色は、強く吸収されなければならない。例えば、昼光での照射の際に、色の赤または青を得るために、それぞれ青および緑または赤および緑のスペクトル範囲内で吸収する幅広の吸収バンドが必要とされる。緑を得るために、赤および青のスペクトル範囲内で最大を有する２つの吸収バンドが必要とされる。これは、公知技術水準により、必要とされる方法の範囲外にある。
【００１５】
しかし、２色性の偏光子を有色ディスプレイに使用するためには、観察者が原色の付加的な混合を生理的に有効にさせる目的で、この種の吸収バンドを有する小さな範囲を緊密に併存して配置することが必要であろう。
【００１６】
本発明の課題は、スペクトル位置で吸収バンドと区別されかつ有利に赤、緑および青の色に調整されている、側方の配置で緊密に併存する面積領域、例えばストライプまたはピクセルを含む、多色の２色性の偏光子を得ることである。更に、そのために必要とされる吸収バンドを２色性の偏光ガラス中で実現させることができる方法を記載するという課題が存在する。
【００１７】
異なる吸収バンドを重ね合わせることによって、殆んど任意の吸収スペクトルを実現させうることから出発する。吸収バンドの重ね合わせは、部分層を吸収バンドと異なるスペクトル範囲内で順次に配置することによって、達成させることができる。極めて小さな面上、即ち例えばピクセル構造体上で任意の吸収スペクトルを実現させるためには、視差自由度が必要とされる。そのために、順次に存在する部分層のできるだけ緊密な配置が必要とされる。
【００１８】
本発明によれば、この緊密な配置は、吸収層が少なくとも二重層として形成されており、この二重層の２つの部分層が異なる吸収バンドを有することによって可能になる。この原理で形成された有色の２色性の偏光子は、有利に非球面の金属粒子、殊に銀粒子を含有する二重層を少なくとも部分的に備えている、公知の珪酸ナトリウムガラス基質からなる。二重層の２つの部分層の１つ内での前記金属粒子の軸の平均比は、二重層の２つの部分層のそれぞれ別の部分層内での軸の平均比と区別される。従って、２つの部分層は、異なる吸収スペクトルを示し、銀粒子の場合には、単一のバンドを示す。従って、生じる吸収スペクトルは、二重層の２つの順次に存在する部分層の異なるスペクトル状態の吸収バンドの重なり合わせにより明らかになる。こうして、多バンドの吸収スペクトルによってのみ実現させることができる色を製出することができる。順次に存在する小さな領域を、この領域内に異なる、有利に多バンドの吸収スペクトルが形成される程度に処理する場合には、異なる吸収スペクトルから生じる色を付加的に混合させることができる。
【００１９】
こうして、多色の２色性の偏光子としての実施形式において、二重層の異なる側方領域内で有利に生じる異なる３つの吸収スペクトルは、それぞれ２つの単一のバンドが二重層の部分層の側方の領域からの吸収を適当に調整することによって互いに組み合わされるかまたは重ね合わされることによって達成される。この側方の領域は、ストライプまたはピクセルの規則的な配置でグループ分けされる。白色光での照射の際に二重層の部分層の吸収バンドを赤、緑および青の色に適当に調整することによって現れる、それぞれ３つの前記側方領域は、１つの表面要素に統合されており、この表面要素は、付加的な色混合によって、こうして製出可能な全ての色を採用することができる。赤および青のストライプまたはピクセル内で二重層の２つの部分層中での金属粒子の軸の比は、金属粒子が青および緑の範囲内または赤および緑の範囲内にある隣接した吸収バンドを有する程度に調整されているけれども、緑の領域内で二重層の２つの部分層中の金属粒子の軸の比は、金属粒子が青のスペクトル範囲内または赤のスペクトル範囲内で吸収する程度にそれぞれ調整される。従って、この側方領域内で赤および青のスペクトル範囲内で２つの別々の最大を有する吸収スペクトルが形成され、したがって光の緑の成分のみが基質の前記側方領域を通過することができる。幅広く離散して存在する吸収最大および十分な光学密度を有するかかる吸収スペクトルが実現されて初めて、３つの付加的な全ての原色の調整が可能となり、本発明により２色性の偏光子の完全な有色能が条件として前提となる。殊に、それぞれの吸収最大の範囲内で個々の部分層の光学密度が１以上である場合には、高い飽和度の混合色を実現させることができる。
【００２０】
２色性の偏光子を製造するための方法は、公知方法で最初に、必要な密度および方向付けられた配置で十分に大きな、軸の比を有する、非球面の金属粒子、特に銀粒子を含有するガラス基質中、有利に珪酸ナトリウムガラス基質中での表面層の製造とともに開始される。このために必要とされる主要な処理工程は、公知技術水準に相応してイオン交換、調質および変形である。一定の吸収バンドへの側方の表面領域の調整は、公知方法で基質に適した電子ビームの作用による、金属粒子を含有する表面層の少なくとも厚さに亘ってそれぞれの表面領域を擬似断熱することによって行なわれる。
【００２１】
二重層として形成されることができる表面領域内で金属粒子の種々の軸の比を調整するために、本発明によれば、相応する表面領域は、電子ビームの短時間の作用に暴露され、この場合有利に電子ビームの適合したビーム電圧による基質材料中の電子の射程距離は、金属粒子の望ましい緩和に必要とされる温度が二重層の上側の部分層中でのみ達成され、一方で、二重層の下側の部分層は、金属粒子を本質的に出発形状のままで留めるように選択される。好ましくは、金属粒子の緩和は、直接に表面に隣接する部分層中で可能になる。電子ビームの加速電圧を、電子の射程距離が基質材料中で二重層の製造すべき上側の部分層の厚さの２倍〜３倍の値であるように選択することは、特に有利であることが判明した。
【００２２】
本発明を実施例および図につき詳説する。
【００２３】
図１
多色の２色性の偏光子は、珪酸ナトリウムガラス基質１からなり、この場合この珪酸ナトリウムガラス基質は、二重層として形成されている表面層２中に超顕微鏡的な銀粒子３を含有する。銀粒子は、回転楕円体を形成し、この場合この回転楕円体は、半軸の比によって記載されている。回転楕円体の平均的な寸法は、数１０ｎｍの範囲内にある。銀粒子は、製造方法により主軸と互いに平行で基質表面と平行に配向されている。
【００２４】
それぞれ順次に存在する部分層４ａと４ｂ、５ａと５ｂ、６ａと６ｂにおいて、銀粒子の軸の比は、この銀粒子が吸収バンドを青および緑のスペクトル範囲内、青および赤のスペクトル範囲内または緑および赤のスペクトル範囲内で有するように調整されている。それによって、基質１を線状の偏光された白色光で照射することにより、偏光方向で粒子の大きな半軸に対して平行に、基質１の並列して存在するストライプ４、５および６が赤、緑または青の色で現れる。表面に隣接した部分層４ａ、５ａおよび６ａの厚さは、等しく、表面層２の厚さ、表面層２内での粒子の密度分布および寸法分布に応じて確定される。
【００２５】
図２
非球面の銀粒子は、２色性の吸収効果を生じ、この場合吸収バンドのスペクトルの最大位置は、銀粒子の半軸の比に依存する。ａ／ｂ＝３の銀粒子の半軸の比に関連して、６３０ｎｍで赤のスペクトル範囲内での対応した吸収バンドの最大位置が明らかになる。軸の比が小さい場合には、相応する吸収バンドの最大は、波長が小さい際に存在する。軸の比が約１である場合には、吸収バンドは、４２０ｎｍで青のスペクトル範囲内に存在する。
【００２６】
図３ａ〜３ｃ
表面層２の吸収スペクトルは、それぞれ部分層４ａ；４ｂ、５ａ；５ｂおよび６ａ；６ｂの２つの吸収バンドの重なり合いから、個々の並列して存在するストライプ４、５および６に明らかである。
【００２７】
以下において、有色の２色性の画像要素を有する、多色の２色性の偏光子を製造するための本発明による方法が記載されている。図１の記載により赤、緑および青の色でストライプ状の側方の表面領域を有する多色の２色性の偏光子を製造するために、平均の半軸の比が赤のスペクトル範囲内での吸収バンドのための準備されている、後の二重層の全範囲内に銀粒子が備えられているガラス基質から出発される。引続き、吸収バンドが赤のスペクトル範囲から緑のスペクトル範囲に移動する場合に、銀粒子がこの側方領域内で後の二重層の全厚に亘って緩和される限り、基質１は、第１の処理工程で、偏光子の完成後に赤が現れる側方領域４内で表面層２−後の二重層−の全厚に亘って電子ビームで擬似断熱的にエネルギーが伝達されることによって加熱される。
【００２８】
第２の処理工程において、吸収バンドが部分層４ａ中で緑から青へ移動し、部分層５ａ中で赤から青へ移動し、かつ部分層６ａ中で赤から緑へ移動する限り、第１の処理工程で減少された、電子ビームの加速電圧の場合には、偏光子の完成後に二重層の上側の部分層４ａ、５ａおよび６ａを形成する上側領域のみが同様に電子ビームで擬似断熱的にエネルギーが伝達されることによって加熱される。この場合、個々のストライプ４、５
および６上に伝達されるエネルギー密度は、吸収バンドのそれぞれ必要とされるスペクトル移動に必要とされる温度比に相応して選択される。
【００２９】
１０〜２０μｍの二重層の典型的な厚さに関連して、第１の処理工程で５０〜７０ｋＶの電子ビームのための加速電圧で作業され、第２の処理工程で２５ｋＶ未満ないし３５ｋＶの加速電圧で作業される。断熱的なエネルギーの伝達に対する要件は、このエネルギーの伝達が電子ビームの加速電圧に応じて所定の表面の場所で数マイクロ秒ないし数１０マイクロ秒で行なわれる場合に十分に満たされている。
【００３０】
ガラスの性質、表面層の厚さならびにその中に存在する粒子分布における避けることのできない僅かな不均一性を取り除くために、処理の制御が必要とされうる。この場合には、電子ビームの加速電圧は、光学的密度における偏倚の調整のための調整員として利用され、伝達されたエネルギー密度は、吸収バンドのスペクトル状態で偏倚の調整のための調整員として利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ストライプ状の画像要素を有する本発明による多色の２色性の偏光子の一部分を示す、著しく拡大された斜視図。
【００３２】
【図２】銀粒子の軸の比と、それに対応する吸収バンドのスペクトル状態との関連を示す線図。
【００３３】
【図３ａ】二重層中での異なる、多色の２色性の偏光子の側方領域内で調整された、赤の色を表示するための吸収スペクトル。
【００３４】
【図３ｂ】二重層中での異なる、多色の２色性の偏光子の側方領域内で調整された、緑の色を表示するための吸収スペクトル。
【００３５】
【図３ｃ】二重層中での異なる、多色の２色性の偏光子の側方領域内で調整された、青の色を表示するための吸収スペクトル。
【符号の説明】
【００３６】
１ 珪酸ナトリウムガラス基質
２ 表面層
３ 銀粒子
４ ストライプ
４ａ 部分層
４ｂ 部分層
５ ストライプ
５ａ 部分層
５ｂ 部分層
６ ストライプ
６ａ 部分層
６ｂ 部分層

Claims (15)

1. 表面層中で非球面の金属粒子が方向付けられた配置で堆積されているガラス基質からなる有色の２色性の偏光子において、ガラス基質の少なくとも１つの側方領域内で表面層が二重層からなり、この二重層の２つの部分層が金属粒子を異なる軸の平均比で含有し、ひいては異なる吸収スペクトルによって特性決定されていることを特徴とする、有色の２色性の偏光子。
2. 非球面の金属粒子が銀からなる、請求項１記載の有色の２色性の偏光子。
3. 同様の吸収スペクトルを有する多数の側方領域がストライプまたはピクセルの規則的な配置を形成する、請求項１または２記載の有色の２色性の偏光子。
4. 規則的な配置の全てのストライプまたはピクセルとともに、それぞれ別の吸収スペクトルを有する２つの他のストライプまたはピクセルが存在する、請求項３記載の有色の２色性の偏光子。
5. それぞれ３つのストライプまたはピクセルが１つの画像要素にまとめられており、この画像要素が規則的な配置を形成する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の有色の２色性の偏光子。
6. 全ての画像要素がピクセルまたはストライプを含み、これらのピクセルまたはストライプ中で二重層の部分層が吸収最大を青および緑のスペクトル範囲内、青および赤のスペクトル範囲内ならびに赤および緑のスペクトル範囲内で有し、したがってストライプが線状の偏光された白色光での照射の際に、偏光方向で粒子の大きな半軸に対して平行に赤、緑および青の色を生じる、請求項５記載の有色の２色性の偏光子。
7. 全ての部分層が１以上の光学密度を有する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の有色の２色性の偏光子。
8. 表面層が１０〜２０μｍの厚さを有し、表面に隣接した全ての部分層が５〜１０μｍの範囲内の均一な厚さを有する、請求項１から７までのいずれか１項に記載の有色の２色性の偏光子。
9. 表面層中で非球面の金属粒子および個々の側方領域内で少なくとも不完全に緩和された金属粒子を方向付けられた配置で含有するガラス基質から有色の２色性の偏光子を製造する方法において、非球面の金属粒子および少なくとも不完全に緩和された金属粒子が方向つけられた配置で堆積されている、表面層の部分領域内で、この部分領域の表面層の部分層中で短時間の加熱によって制限された、非球面の金属粒子の緩和により、表面層の部分領域の別の部分層中での非球面の金属粒子の場合よりも小さな軸の比に調整されることを特徴とする、有色の２色性の偏光子の製造法。
10. 小さな軸の比の調整を表面に隣接した部分層中で行なう、請求項９記載の方法。
11. 表面に隣接した、表面層の部分層の加熱を電子ビームを用いての擬似エネルギー伝達によって行ない、この場合この電子ビームの侵入深さを加速電圧により前記部分層の厚さに適合させる、請求項９または１０記載の方法。
12. 電子ビームの加速電圧を、電子の射程距離が基質材料中で表面と隣接している、表面層の部分層の厚さの２倍〜３倍の値であるように選択される程度に選択する、請求項９から１１までのいずれか１項に記載の方法。
13. エネルギー伝達を連続パルスとして多数の部分伝導部内で行なう、請求項９から１２までのいずれか１項に記載の方法。
14. 部分層の同様の光学的密度を保証するために、電子ビームの加速電圧を調整工程における調整値として採用する、請求項９から１３までのいずれか１項に記載の方法。
15. 吸収バンドの望ましいスペクトル状態を保証するために、伝達エネルギー密度を調整工程における調整値として採用する、請求項９から１４までのいずれか１項に記載の方法。

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