使用可離子交換的熔合拉制的玻璃板制備的寬頻的偏振器的制造方法
【專利說(shuō)明】使用可離子交換的膝合拉制的玻璃板制備的寬頻的偏振器
[0001]本申請(qǐng)要求2013年09月17日提交的美國(guó)申請(qǐng)系列號(hào)61/878720的優(yōu)先權(quán)，本文W 該申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過(guò)參考將其完整地結(jié)合于此。
[000^ 領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及由可離子交換的烙合拉制的玻璃板制成的玻璃偏振器(polarizer), 且設(shè)及使用可離子交換的烙合拉制的玻璃板制備運(yùn)種偏振器的方法。本文所述的偏振器是 寬頻的玻璃偏振器，其可在電磁光譜的紅外區(qū)域操作。
[0004] 背景
[0005] 玻璃光學(xué)偏振器由多個(gè)不同公司使用不同的方法來(lái)制備。運(yùn)些玻璃光學(xué)偏振器包 括化la;rcor?(康寧有限公司（Corning Inco巧orated)，康寧，紐約州）玻璃偏振產(chǎn)品，其通 過(guò)熱處理包含銀和面化物離子的玻璃W沉淀面化銀顆粒來(lái)形成，然后在再拉制步驟中拉伸 該顆粒，然后進(jìn)行還原步驟，其中還原面化銀顆粒W在玻璃中形成各向異性的銀顆粒。其它 偏振器通過(guò)下述方法由娃酸鋼玻璃(鋼巧玻璃)來(lái)形成:在靠近玻璃表面的位置用銀離子對(duì) 鋼離子進(jìn)行離子交換，然后通過(guò)熱處理和拉制該鋼巧玻璃來(lái)拉長(zhǎng)玻璃中的銀顆粒。
[0006] 雖然目前可用的偏振器良好地服務(wù)于工業(yè)，但隨著微型化的增加，特別是在遠(yuǎn)程 通訊工業(yè)中，本領(lǐng)域需要既薄又強(qiáng)度高的玻璃光學(xué)偏振器。本發(fā)明設(shè)及運(yùn)種偏振器產(chǎn)品，并 設(shè)及制備該偏振器產(chǎn)品的方法。
[0007] 概述
[000引根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種玻璃光學(xué)偏振器。該玻璃光學(xué)偏振器包 含基本上不含氣泡的烙合拉制的玻璃，所述烙合拉制的玻璃具有兩個(gè)純凈的玻璃表面W及 多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的零價(jià)金屬顆粒偏振層。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種制備玻璃光學(xué)偏振器的方法。該方法 包含提供烙合拉制的包含堿金屬的玻璃基材，W及使用烙融金屬鹽離子交換浴將貴金屬 離子離子交換進(jìn)入該玻璃基材。該烙融金屬鹽浴包含貴金屬鹽和堿金屬鹽。該方法還包含 從玻璃基材除去過(guò)量的離子交換鹽，且在氨中還原貴金屬離子W形成多個(gè)零價(jià)金屬顆粒偏 振層。該方法還包含再拉制玻璃基材W形成多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的零價(jià)金屬顆粒偏振層。該玻璃光學(xué) 偏振器具有兩個(gè)純凈的玻璃表面且是基本上不含氣泡的。
[0010] 附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0011] 圖1的圖片顯示如本文所述制備的再拉制的玻璃偏振器的對(duì)比率(單位是地)隨波 長(zhǎng)的變化。
[0012] 圖2的圖片顯示如本文所述制備的再拉制的玻璃偏振器的％透射率隨波長(zhǎng)的變 化。
[0013] 圖3是如本文所述制備的偏振玻璃在氨還原之后的橫截面的SEM(掃描電子顯微 鏡)光學(xué)照片。
[0014] 圖4A是如本文所述制備的偏振玻璃在420°C下氨還原20小時(shí)且在eooopsi的張力 下拉伸之后的SEM光學(xué)照片。
[0015] 圖4B是如本文所述制備的偏振玻璃在420°C下氨還原20小時(shí)且在2000psi的張力 下拉伸之后的SEM光學(xué)照片。
[0016] 圖4C是如本文所述制備的偏振玻璃在420°C下氨還原20小時(shí)且在4000psi的張力 下拉伸之后的SEM光學(xué)照片。
[0017] 圖5的圖片顯示兩種不同玻璃樣品的鋼離子濃度和鐘離子濃度。
[001引圖6A是圖4A，4B和4C的玻璃偏振器的最大透射率。
[0019 ]圖她是圖4A，4B和4C的玻璃偏振器的最小透射率。
[0020] 圖7顯示現(xiàn)有技術(shù)的偏振器。
[0021] 詳細(xì)描述
[0022] 運(yùn)里，偏振器的對(duì)比度（conhast)是比率T默/T慰、，對(duì)比率（contrast ratio)是 Iogio (TWT最小)，其中T獻(xiàn)是最大透射率數(shù)值且T最小是最小透射率數(shù)值。
[0023] 本發(fā)明設(shè)及由烙合拉制的玻璃制成的玻璃光學(xué)偏振器，并設(shè)及使用離子交換來(lái) 制備偏振器的方法。本發(fā)明描述一種方法，通過(guò)該方法將金屬離子離子交換進(jìn)入烙合拉制 的玻璃板，然后對(duì)離子交換的玻璃板進(jìn)行進(jìn)一步加工來(lái)制備玻璃光學(xué)偏振器?？蓪⒗绲?不限于貴金屬離子的金屬離子離子交換進(jìn)入玻璃來(lái)構(gòu)建光學(xué)偏振器。出于本發(fā)明之目的， 貴金屬包括但不限于銅、金、銀、隸、餓、鈕、銷、鍊、錠、釘和銀。
[0024] 本文所述的偏振器可具有約100微米-約350微米的厚度，且可在約900nm-約2， OOOnm的波長(zhǎng)范圍上具有至少約20地的對(duì)比率。偏振器可具有約200微米-約300微米的厚 度?；蛘撸衿骺稍诩s1 ,OOOnm-約2 ,OOOnm的波長(zhǎng)范圍上具有至少約30地的對(duì)比率。偏振 器可由包含可離子交換的堿金屬離子的任意烙合拉制的玻璃制成，例如但不限于含堿金屬 的侶娃酸鹽玻璃、含堿金屬的棚侶娃酸鹽玻璃和鋼巧玻璃。該玻璃可為包含可離子交換的 堿金屬離子的烙合拉制的玻璃。示例性玻璃組合物可參見(jiàn)美國(guó)專利第8,431，301號(hào)和第8， 158,543號(hào)，W及美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第2011/0045962號(hào)，第2011/0201490號(hào)，第2013/ 0122284號(hào)和第2013/0122313號(hào)，W上各文的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用納入本文。
[0025] 本文所述的偏振器可包含多個(gè)細(xì)長(zhǎng)的零價(jià)金屬顆粒偏振層，其具有約0.2微米-約 0.5微米的厚度。該金屬顆粒偏振層可位于烙合拉制的玻璃的至少一個(gè)純凈表面的約1.0微 米-約2.0微米之內(nèi)。有些金屬顆粒偏振層可位于兩個(gè)純凈表面中第一個(gè)純凈表面的約1.0 微米-約2.0微米之內(nèi)，有些金屬顆粒偏振層可位于第二個(gè)純凈表面的約1.0微米-約2.0微 米之內(nèi)。該金屬顆粒對(duì)應(yīng)于離子交換進(jìn)入玻璃的金屬離子。
[0026] 本文所述的離子交換的光學(xué)偏振器可用于紅外（IR)區(qū)域，并可用于遠(yuǎn)程通信和支 持設(shè)備。本文所述的偏振器可為薄的、寬頻的最終產(chǎn)品，它具有品質(zhì)良好的表面光潔度。因 為它們由烙合拉制的玻璃制成的事實(shí)，偏振器無(wú)需額外的精整步驟。使用烙合拉制的玻璃 為完工玻璃的表面W及內(nèi)部玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶來(lái)了使用其它類型的玻璃例如狹縫拉制的玻 璃、浮法玻璃和誘鑄的玻璃不能獲得的特征。
[0027] 本發(fā)明提供制備玻璃光學(xué)偏振器的方法。本文所述的方法不影響烙合拉制的玻璃 表面的純凈的性質(zhì)，且不會(huì)將刮痕、亞表面缺陷或氣泡引入形成的玻璃。該方法可包含提 供烙合拉制的包含堿金屬的玻璃板作為基材。該玻璃板的厚度可為約0.5mm-約2.0mm。提供 的玻璃板的組成可為但不限于含堿金屬的侶娃酸鹽玻璃和含堿金屬的棚侶娃酸鹽玻璃。
[0028] 該方法還可包含使用烙融金屬鹽離子交換浴，將貴金屬離子離子交換進(jìn)入烙合玻 璃基材。烙融金屬鹽浴可包含貴金屬鹽。烙融金屬鹽浴可任選地包含堿金屬鹽，其中可溶解 貴金屬鹽。貴金屬鹽和堿金屬鹽中的至少一種可為例如硝酸鹽。作為其它示例，貴金屬鹽可 為硝酸銀鹽，堿金屬鹽可為硝酸鐘鹽。
[0029] 離子交換方法的示例參見(jiàn)美國(guó)專利第8,312,739號(hào)、美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)第 U. S. 2008/00407300號(hào)和第U. S. 2009/0142568號(hào)，W上各文的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用納入本文。
[0030] 將貴金屬離子離子交換進(jìn)入烙合玻璃基材可例如進(jìn)行約1.0小時(shí)-約20小時(shí)的時(shí) 間并在約300°C-約500°C的溫度下進(jìn)行。在離子交換過(guò)程中的時(shí)間和溫度可變化，從而改變 貴金屬離子擴(kuò)散進(jìn)入烙合玻璃基材所到達(dá)的深度。
[0031] 該方法還可包含從離子交換的基材去除過(guò)量的離子交換鹽，由此形成其中具有貴 金屬離子的烙合玻璃基材。
[0032] 該方法還可包含在純氨中還