DE2927230C2 - Process for the production of a polarized glass film, a glass film produced therefrom and the use of such a film for liquid crystal displays - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Herstellungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine danach gefertigte Folie sowie eine Flüssigkristallanzeige, die mit einer solchen Folie ausgestattet ist.The invention relates to a manufacturing technique according to the preamble of claim 1 and one thereafter manufactured film as well as a liquid crystal display, which is equipped with such a film.

Ein Herstellungsverfahren der genannten Art wird in »Applied Optics« 7 (1968), 777, beschrieben. Die Verfasser dieser Arbeit schlagen vor, folgendermaßen vorzugehen. Man schmilzt Gläser, die einen Silberanteil zwischen 0,05 und 0,5 Gew.-% haben. Die Glasmasse wird dann einer Wärmebehandlung unterworfen, bei der das Silber wieder ausfällt und Teilchen einer bestimmten Größe bildet. Anschließend reckt man das Glas auf das 50- bis 500fache seiner ursprünglichen Länge, wobei die zunächst kugelförmigen Silberpartikel in Zugrichtung um das 1,5- bis 3fache gedehnt werden.A manufacturing process of the type mentioned is described in "Applied Optics" 7 (1968), 777. the The authors of this paper suggest that you proceed as follows. One melts glasses that have a silver content between 0.05 and 0.5 wt%. The glass mass is then subjected to a heat treatment at which the silver precipitates again and forms particles of a certain size. Then you stretch it Glass to 50 to 500 times its original length, with the initially spherical silver particles stretched 1.5 to 3 times in the direction of pull.

Die geschilderte Fertigungsmethode hat, obwohl man bereits seit langem an ihrer Verbesserung arbeitet, noch immer keinen Eingang in die Praxis finden können. Dies liegt an mehreren Gründen: Die Theorie besagt, daß die wichtigsten Absorptionseigenschaflen des Glases (Breite, Lage und Spektralverteilung der Absorptionsbänder für parallel bzw. senkrecht zur Slreckrichtung schwingendes Licht) maßgeblich durch Länge, Form und Konzentration der dichroitischen Partikel bestimmt werden. Und diese Größen lassen sich auf die in »Applied Optics« 7 (1968), 777, beschriebene Weise nur in beschränktem Maße variieren. So kann man lediglich die Mittelwerte der Teilchenlängeii und -volumina, nicht aber deren Verteilungsfunktion beeinflussen. Hinzu kommt, daß das Verhältnis zwischen Länge und Breite etwa gleich groß ist und auch bei größtmöglicher Glasdehnung nur relativ bescheidene Werte erreicht (vgl. hierzu auch den Übersichtsartikel »Non-CrystallineThe production method described still has, although work has been done on improving it for a long time can always not find their way into the practice. There are several reasons for this: The theory says that the most important absorption properties of the glass (width, position and spectral distribution of the absorption bands for light oscillating parallel or perpendicular to the stretching direction) mainly through length, shape and Concentration of the dichroic particles can be determined. And these sizes can be applied to the in "Applied Optics" 7 (1968), 777, only described vary to a limited extent. So you can only get the mean values of the particle length and volume, not but affect their distribution function. In addition, the ratio between length and width is about the same size and achieves only relatively modest values even with the greatest possible glass expansion (See also the review article »Non-Crystalline

ίο Solids« 1977, S. 342-347). Deshalb ist es auch bis heute noch nicht gelungen, auf der Basis von silberhaltigen Gläsern farbneutrale Polarisatoren mit akzeptablem Polarisationsgrad zu entwickeln.ίο Solids "1977, pp. 342-347). That is why it is still today not yet succeeded, on the basis of glasses containing silver, color-neutral polarizers with acceptable To develop degree of polarization.

Es fehlt demnach ein Verfahren, mit dem man aufThere is therefore a lack of a process with which one can get on

is einfache Weise polarisierende Gläser herstellen kann und dabei die Möglichkeit hat, das Absorptionsverhalten in weiten Grenzen frei zu gestalten. Um diese Lücke zu füllen, wird erfindungsgemäß das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.is a simple way to make polarizing glasses and has the option of freely designing the absorption behavior within wide limits. To this gap to fill, the method with the features of claim 1 is proposed according to the invention.

Der Lösungsvorschlag geht von der Beobachtung aus, daß die in der Schmelze zunächst regellos verteilten Nadeln durch den Ziehvorgang, bei dem in der entstehenden Folie eine viskose Strömung herrscht, exakt parallel zur Zugrichtung orientiert werden.The proposed solution is based on the observation that the initially distributed randomly in the melt Needles through the drawing process, in which a viscous flow prevails in the resulting film, be oriented exactly parallel to the direction of pull.

Verwendet man nun einen Nadelwerkstoff, der im Träger auch unter den erforderlichen Schmelztemperaturen seine Form beibehält, so können die absorbierenden Glaseinschlüsse eine ausgewählte Bemessung, Größerverteilung und Dichte erhalten.If you now use a needle material that is in the carrier below the required melting temperatures retains its shape, the absorbing glass inclusions can have a selected dimension, Preserve size distribution and density.

w Es sind an sich bereits Folienpolarisatoren bekannt, bei denen elektrisch leitende Nadeln in eine transparente Matrix eingebettet und dann ausgerichtet werden. Allerdings ist bei diesen Ausführungen die Matrix kein Glas und erfolgt die Nadclorientierung durch eine kontrollierte Abkühlung mit einem gerichteten Temperaturgradienten (vgl. »Handbook of Optics«, 1978, Kap. 10-48, insbesondere S. 10-76, Abs. 3).w Foil polarizers are already known per se, in which electrically conductive needles are embedded in a transparent matrix and then aligned. In these designs, however, the matrix is not glass and the needle orientation is carried out by a controlled cooling with a directed temperature gradient (cf. "Handbook of Optics", 1978, chap. 10-48, especially p. 10-76, paragraph 3).

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Nadeln sollten in der Regel elektrisch nicht besser leiten als Kohlenstoff.The needles provided according to the invention should as a rule not conduct electricity better than carbon.

■to Es hat sich nämlich herausgestellt, daß besonders gute Leiter wie beispielsweise Silber störende Reflexionen verursachen können. Kohlenadeln liefern besonders gute Resultate, da Kohlenstoff mit dem Glasträger chemisch nicht reagiert, äußerst formstabil ist und das Glas auch bei starkem Lichteinfall nicht nachdunkeln läßt. Überdies sind Kohlefasern bequem und billig herzustellen. Neben Kohlenstoff sind aber auch andere Nadelmaterialien denkbar, beispielsweise Stannate wie Cadmiumstannat oder Zinnoxid oder Indiumoxid. Alle diese Verbindungen sind mit Gläsern verträglich.■ to It turned out that especially good Conductors such as silver can cause annoying reflections. Coal needles deliver especially good results because carbon does not chemically react with the glass substrate, is extremely dimensionally stable and that Glass does not darken even when exposed to strong light. In addition, carbon fibers are convenient and cheap to manufacture. In addition to carbon, however, other needle materials are also conceivable, for example stannates such as Cadmium stannate or tin oxide or indium oxide. All of these compounds are compatible with glasses.

Als Trägerstoffc kommen alle diejenigen Substanzen infrage, die sich in einen Glaszustand bringen lassen, also in eine Phase, in der sie sich ähnlich wie eine weit unter ihren Schmelzpunkt unterkühlte Flüssigkeit verhalten. Solche Glasbildner sind vor allem Stoffe mit langen Molekülen oder Molekülketten, beispielsweise organische Polymere, und Substanzen, deren Kristallformen eine offene Struktur mit niedriger Koordinalionszahl haben (Beispiel: Siliciumdioxid). Weitere Einzelheiten über die Beschaffenheit und Herstellung von Gläsern finden sich in Römpps Chemie-Lexikon, 1973, unter den Stichworten »Glas« und »Glaszustand«. Die vorgeschlagene Folie eignet sich vor allem als Polarisator für Flüssigkristallanzeigen (FKA's), die mit b> polarisiertem Licht arbeiten. Die bisher auf den Markt gebrachten FKA's waren stets mit äußerlich aufgebrachten Kunststoffpolarisatoren ausgestattet, die durch Wasseraufnahme relativ rasch ausbleichen undAll substances that can be brought into a glassy state come into consideration as carriers. in other words, in a phase in which it is similar to a liquid that is subcooled well below its melting point behavior. Such glass formers are mainly substances with long molecules or molecular chains, for example organic polymers, and substances whose crystal forms have an open structure with a low coordination number have (example: silicon dioxide). More details about the nature and manufacture of glasses can be found in Römpps Chemie-Lexikon, 1973, under the keywords »glass« and »glass condition«. The proposed film is particularly suitable as a polarizer for liquid crystal displays (FKA's) with b> work with polarized light. The so far on the market FKA's brought in were always equipped with externally applied plastic polarizers, the fade relatively quickly due to water absorption and

dann das gesamte Display unbrauchbar machen. Man hat zwar bereits daran gedacht, die Polarisatoren in das Innere der Anzeige zu verlegen (DE-OS 25 56 140); befriedigende Resultate wurden in dieser Richtung jedoch noch nicht erzielt, da integrierte Polarisatoren den relativ hohen Temperaturen beim Aufbringen bzw. Verschließen des Displayrahmens ausgesetzt sind und die bisher verfügbaren Polarisatorwerkstoffe noch zu hitzeempfindlich sind. Demgegenüber lassen sich im Rahmen der Erfindung formfeste Gläser wählen, die sogar die Prozeßtemperaturen für Glaslotrahmen ohne weiteres vertragen und zudem aufgrund ihrer mechanischen Robustheit selbst als Trägerplatte fungieren können.then make the entire display unusable. Thought has already been given to inserting the polarizers into the To relocate the inside of the display (DE-OS 25 56 140); satisfactory results have been found in this direction but not yet achieved, since integrated polarizers withstand the relatively high temperatures during application or application. Closing of the display frame are exposed and the previously available polarizer materials are still to are sensitive to heat. In contrast, dimensionally stable glasses can be selected within the scope of the invention, which even the process temperatures for glass solder frames easily tolerated and also because of their mechanical Robustness itself can act as a carrier plate.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, vor allem zweckmäßige Folienausführungen und der Verwendung in FKA's, sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.Further advantageous refinements and developments of the invention, especially useful film designs and the use in FKA's are the subject of additional claims.

Der Lösungsvorschlag soll nun anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläutert werden. In den Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigtThe proposed solution will now be based on two preferred exemplary embodiments shown in the drawing are shown schematically, are explained in more detail. In the figures of the drawing are corresponding to one another Parts are given the same reference numerals. It shows

Fig. 1 eine Flüssigkristallanzeige in einem Seitenschnitt undFig. 1 shows a liquid crystal display in a side section and

Fig. 2 in der gleichen Darstellungsweise wie F i g. 1 eine weitere Flüssigkristallanzeige.FIG. 2 in the same manner of representation as FIG. 1 another liquid crystal display.

Das Display der F i g. 1 enthält eine vordere Glasplatte 1, eine hintere Glasplatte 2 sowie einen die beiden Substrate miteinander verbindenden Rahmen 3. Die vom Rahmen und den beiden Platten gebildete Kammer ist mit einer Flüssigkristallschicht 4 gefüllt. Beide Platten tragen auf ihren einander zugewandten Seiten jeweils elektrisch leitende Beläge (Vorderelektroden 6, Rückelektrode 7) sowie Orientierungsschichten 8, 9 für den Flüssigkristall. Sie enthalten außerdem nadeiförmige, dichroitische Kohle-Teilchen, die in ihren jeweiligen Trägern einheitlich ausgerichtet sind und hindurchtretendes Licht linear polarisieren. Die Anzeige arbeitet nach dem Prinzip der sogenannten »Drehzelle«, die in der DE-AS 21 58 563 ausführlich beschrieben wird.The display of FIG. 1 contains a front glass plate 1, a rear glass plate 2 and a die frame connecting the two substrates together 3. The frame formed by the frame and the two plates Chamber is filled with a liquid crystal layer 4. Both plates wear on their facing Each side has electrically conductive coatings (front electrodes 6, rear electrode 7) and orientation layers 8, 9 for the liquid crystal. They also contain needle-shaped, dichroic carbon particles in their respective carriers are uniformly aligned and linearly polarize light passing through. The ad works on the principle of the so-called "rotating cell", which is described in detail in DE-AS 21 58 563 is described.

Die polarisierenden Glasplatten lassen sich folgendermaßen ohne besonderen Aufwand herstellen: Man verkokt aus Kunststoff bestehende Fasern und stellt dann durch einen Mahlprozeß mit anschließender Sedimentation und/oder Aussiebung eine Fraktion her, deren Bestandteile die gewünschten Formen und Größen haben. Dann bringt man die Ausgangssubstanzen für den Träger, der beispielsweise aus den in »Applied Optics«, Abschnitt II, A., erwähnten anorganisehen Glassorten bestehen könnte, zum Schmelzen, gibt dann eine dosierte Nadelmenge hinzu und zieht schließlich aus der Schmelze die Folie.The polarizing glass plates can be as follows Manufacture without any special effort: You coke fibers made of plastic and then produces a fraction through a grinding process with subsequent sedimentation and / or sieving, whose components have the desired shapes and sizes. Then you bring the starting substances for the carrier, for example from the in "Applied Optics", Section II, A., mentioned inorganic Glass types could be made to melt, then add a metered amount of needle and pull finally the film from the melt.

Die in F i g. 2 dargestellte Variante unterscheidet sich von dem geschilderten Ausführungsbeispiel lediglich darin, daß die polarisierende Glasplatte (Glasfolien 11, 12) sehr viel dünner ist und sich auf der Innenseite einer zusätzlichen Stützplatte 13, 14 befindet. Diese Ausführung empfiehlt sich dann, wenn auch Licht aus schrägen Richtungen einfällt und polarisiert werden soll. (Die Polarisatorfolie polarisiert Licht aus einem um so größeren Raumwinkelbereich, je dünner sie ist.) Zwischen die polarisierende Schicht und die Stützplatte könnte man noch eine weitere Folie mit reflektierenden Eigenschaften einfügen.The in F i g. 2 only differs from the illustrated embodiment in that the polarizing glass plate (glass films 11, 12) is much thinner and is on the inside of a additional support plate 13, 14 is located. This version is recommended, even if light comes from oblique Directions and should be polarized. (The polarizer film polarizes light from one in the same way The thinner it is, the greater the solid angle range.) Between the polarizing layer and the support plate you could insert another film with reflective properties.

Die aus Folie und Stützplatte gebildete Einheit kynn folgendermaßen gefertigt werden: Man stellt die Folie in der bereits beschriebenen Art und Weise her und walzt sie unmittelbar nach dem Ziehen auf die Stützplatte, die ebenfalls ein gezogenes Glas sein kann.The unit formed from film and support plate kynn be manufactured as follows: The film is produced in the manner already described and immediately after drawing it rolls it onto the support plate, which can also be drawn glass.

in Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kommen neben anorganischen auch organische Gläser infrage, bei denen der Ziehvorgang ebenfalls zu einer exakten Parallelausrichtung der Nadeln führt. Davon abgesehen, könnten die polarisierenden Elemente auch vor dem letztmaligen Aufschmelzen der Trägermasse zugemischt werden Im übrigen finden erfindungsgemäß hergestellte Folien auch bei anderen elektro-optischen Displays als den Flüssigkristallanzeigen Verwendung, und zwar nicht nur als neutrale, sondern auch als farbselektive Polarisatoren.The invention is not limited to those illustrated Embodiments limited. In addition to inorganic glasses, organic glasses can also be used which the drawing process also leads to an exact parallel alignment of the needles. Besides that, the polarizing elements could also be admixed with the carrier material before the final melting Incidentally, films produced according to the invention are also used in other electro-optical films Displays as the liquid crystal displays use, not only as neutral, but also as color selective polarizers.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (8)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung einer polarisierenden Folie durch Schmelzen und Ziehen, bestehend aus einem organischen oder anorganischen Trägerglas, das langgestreckte, zueinander parallele Körper (Nadeln) aus elektrisch leitendem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Nadeln in ihrer endgültigen Form hergestellt werden, daß dann diese bei der Schmelztemperatur des Trägermaterials formbeständigen Nadeln spätestens beim Schmelzen des Trägermateriais diesem beigegeben werden und daß schließlich aus der Schmelze die Folie gezogen wird.1. A method for producing a polarizing film by melting and drawing, consisting of an organic or inorganic carrier glass, the elongated, parallel body Contains (needles) made of electrically conductive material, characterized in that initially the Needles are manufactured in their final form, that then these at the melting temperature of the carrier material dimensionally stable needles at the latest when the carrier material melts this are added and that finally the film is pulled from the melt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nadelmaterial verwendet wird, das höchstens so gut wie Kohlenstoff elektrisch leitet.2. The method according to claim 1, characterized in that a needle material is used which at most as electrically conductive as carbon. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nadelmaterial Kohlenstoff verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the needle material is carbon is used. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nadelmaterial ein Stannat, insbesondere Cadmiumstannat, verwendet wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the needle material is a stannate, especially cadmium stannate is used. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Nadelmaterial Indiumoxid, Zinnoxid oder eine Mischung aus beiden Oxiden verwendet wird.5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the needle material indium oxide, Tin oxide or a mixture of both oxides is used. b. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellte Folie, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke von höchstens 100 μιη hat und auf einer Stützplatte aufgebracht ist.b. A film produced by a method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that characterized in that it has a thickness of at most 100 μm and is applied to a support plate. 7. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 6 hergestellte Folie, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ein reflektierendes Substrat aufgetragen ist.7. According to a method according to any one of claims 5 to 6 produced film, characterized characterized in that it is coated on a reflective substrate. 8. Nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellte Folie, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Polarisator für eine Flüssigkristallanzeige verwendet wird.8. According to a method according to any one of claims 1 to 5 produced film, characterized characterized in that it is used as a polarizer for a liquid crystal display.