(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより形成された複数の筋状部と、該筋状部の間にそれぞれ付着形成された金属膜とから構成されることを特徴とする偏光フィルター。
【請求項２】
前記一定間隔が０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の偏光フィルター。
【請求項３】
前記固体基板がガラス又はプラスチックからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光フィルター。
【請求項４】
前記金属が金、銀又はアルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏光フィルター。
【請求項５】
前記高分子材料がポリテトラフルオロエチレン又はポリエチレンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の偏光フィルター。
【請求項６】
可視領域ないし赤外領域の光に対して偏光特性を示すことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の偏光フィルター。
【請求項７】
固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより該高分子材料からなる複数の筋状部を形成した後、該筋状部間にそれぞれ金属膜を付着形成することからなる偏光フィルターの製造方法。
【請求項８】
前記固体基板上に高分子材料を擦り付ける際の温度、圧力及び／又は速度を変化させることにより、偏光フィルターの偏光特性を調整することを特徴とする請求項７に記載の偏光フィルターの製造方法。
【請求項９】
該筋状部間に付着形成する金属膜の種類及び／又は膜厚を変えることにより偏光特性を調整することを特徴とする請求項７に記載の偏光フィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光フィルター及びその製造方法に関し、詳しくは、従来の手法に較べてより簡便な手法で製造することができる可視領域ないし赤外領域対応の偏光フィルター及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の偏光フィルターとしては、通常、以下の３つの方法で作製されたものがある。
（１）透明なプラスチック中に沃素等の重元素又は微粒子を分散し、プラスチックを一方向に延伸することで、光学的散乱体が配列することを利用したもの。
（２）固体表面に微細加工により筋状の凹凸構造を形成し、その上に金属などの重元素を斜め方向から真空蒸着することで得られる筋により光を偏光させるもの。
（３）特定の光を吸収する色素をプラスチック中に分散させ、偏光した光を照射することにより、プラスチック中または表面に照射した光の間隔の筋状構造を形成するもの。
【０００３】
また、１９６０年にバードとパリッシュは、アメリカ光学会誌（Ｇ．  Ｒ．  Ｂｉｒｄ  ａｎｄ  Ｍ．  Ｐａｒｒｉｓｈ，  Ｊｒ．，  ”Ｔｈｅ  Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  ａｓ  ａ  Ｎｅａｒ−Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，  ５０  （９），  ｐｐ．８８６−８９１，  １９６０）  において、金属ワイヤ（直径：１μｍ）を固体に巻きつけ、その上に熱重合性高分子を押し付けることで、透明な直線状のプラスチック格子を作製し、この格子に、斜め方向からアルミニウムと金を斜め方向から真空蒸着することによって、回折格子を作製したことを報告している（図１）。そして、この格子の間隔と光の波長の関係から、近赤外領域（１〜１０μｍ）の光に対して、一方向にだけ偏光した光を透過することを理論的、実験的に明らかにしている。
【０００４】
また、最近、シャイダーらは、電子ビームリソグラフィーによって作製した０．２９〜３．６μｍ間隔の格子を用いて、金や銀の表面プラズモンの干渉で、可視領域（０．４〜０．７μｍ）で透過光が偏光することを応用物理誌（Ｇ．  Ｓｃｈｉｄｅｒ，  Ｊ．  Ｒ．  Ｋｒｅｎｎ，  Ｗ．  Ｇｏｔｓｃｈｙ，  Ｂ．  Ｌａｍｐｒｅｃｈｔ，  Ｈ．  Ｄｉｔｌｂａｃｈｅｒ，  Ａ．  Ｌｅｉｔｎｅｒ  ａｎｄ  Ｆ．  Ｒ．  Ａｕｓｓｅｎｅｇｇ，  ”Ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ａｇ  ａｎｄ  Ａｕ  ｎａｎｏｗｉｒｅ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ．  ９０（８），  ｐｐ．３８２５−３８３０，  ２００１）に開示している。ここで、基板としては錫添加酸化インジウム膜（ＩＴＯ：透明かつ導電性を示す）にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）をスピンコートしたものを用い、その上に銀または金を６５〜２１０ｎｍ厚に真空蒸着している。
【０００５】
一方、谷垣宣孝らは、不溶不融高分子であるポリシラン類の粉末をプレス成形し、これを透明基板表面に押圧摩擦展延することで、高分子が配向した薄膜が製造できることを開示している（特開平７−２９２１３５号公報）。ポリシランは、紫外線領域に特異な吸収を示し、その配向方向に偏光した光のみを透過することから、偏光フィルターへの応用を示している。
【０００６】
しかしながら、既存の偏光フィルターを製造する手法はいずれも工程が複雑で、製造コストも高いものであった。また、可視領域ないし赤外領域の光に対して偏光特性を示す偏光フィルターの実現が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、既存の手法に較べてより容易にかつより低コストに製造することができる偏光フィルター及びその製造方法を提供することをその課題とする。
また、本発明は、可視領域ないし赤外領域の光に対して偏光特性を示す偏光フィルター及びその製造方法を提供することを別の課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ガラス又はプラスチック等からなる固体表面にポリテトラフルオロエチレン等の高分子材料を擦り付けると、サブミクロンの幅の筋状構造が形成でき、このような筋状構造を有する固体表面上に金、銀、アルミニウム等の金属を真空蒸着させると、筋状構造の上には金属は付着せず、筋の間に金属膜が形成でき、筋状構造と金属膜の光の吸収率、反射率の違いにより、一方向に偏光した光のみが透過（又は反射）される現象を見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより形成された複数の筋状部と、該筋状部の間にそれぞれ付着形成された金属膜とから構成されることを特徴とする偏光フィルター。
（２）前記一定間隔が０．１〜１０μｍであることを特徴とする前記（１）に記載の偏光フィルター。
（３）前記固体基板がガラス又はプラスチックからなることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の偏光フィルター。
（４）前記金属が金、銀又はアルミニウムであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の偏光フィルター。
（５）前記高分子材料がポリテトラフルオロエチレン又はポリエチレンであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏光フィルター。
（６）可視領域ないし赤外領域の光に対して偏光特性を示すことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の偏光フィルター。
（７）固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより該高分子材料からなる複数の筋状部を形成した後、該筋状部間にそれぞれ金属膜を付着形成することからなる偏光フィルターの製造方法。
（８）前記固体基板上に高分子材料を擦り付ける際の温度、圧力及び／又は速度を変化させることにより、偏光フィルターの偏光特性を調整することを特徴とする前記（７）に記載の偏光フィルターの製造方法。
（９）該筋状部間に付着形成する金属膜の種類及び／又は膜厚を変えることにより偏光特性を調整することを特徴とする前記（７）に記載の偏光フィルターの製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の偏光フィルターは、固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより形成された複数の筋状部と、該筋状部の間にそれぞれ付着形成された金属膜とから構成される。
上述のように、ガラス又はプラスチック等からなる固体表面にポリテトラフルオロエチレン等の高分子材料を擦り付けると、サブミクロン（１００〜５００ｎｍ程度）の幅の筋状構造が形成できる。このような筋状構造を有する固体表面上に金、銀、アルミニウム等の金属を真空蒸着させると、筋状構造の上には金属は付着せず、筋の間に金属膜が形成できる。そして、可視光ないし赤外光の波長の間隔で光を透過する、あるいは透過しない（又は反射する）２つの素材（ここでは高分子材料と金属）を、図２に示すように、交互に形成することにより、一方向に偏光した光を取り出すことができる。図２の例は、光の波長（０．３〜１μｍ）の間隔で形成される光を透過する部分と光を透過しない部分（又は光を反射する部分）を交互に形成した例である。
【００１１】
本発明の偏光フィルターでは、筋状部間の間隔は利用する光の波長に応じて設定されるが、通常、０．１〜１０μｍに設定される。この範囲の値は、可視領域ないし赤外領域の光の波長に相当する。
【００１２】
本発明の偏光フィルターにおいて、固体基板としては、各種固体材料が使用できるが、特にガラスあるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のプラスチックが好ましい。
固体基板に擦り付ける高分子材料としては、少なくとも常温・常圧において固体であることが必要である。具体的にはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン等が使用でき、これらの固体、あるいは粉末状のものを高圧下（例えば１ＧＰａ）で成形加工したものを用いる。
筋状部間に付着形成させる金属としては、金、銀、アルミニウム等を用いることができ、その付着形成方法としては、蒸着法が用いられるが、これに限定されない。膜厚は用いる金属の種類によっても異なるが、通常５〜２０ｎｍ、より好ましくは５〜１０ｎｍである。
【００１３】
次に、本発明による偏光フィルターの製造方法について述べる。
本発明では、前記固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより該高分子材料からなる複数の筋状部を形成した後、該筋状部間にそれぞれ金属膜を付着形成することにより、可視領域ないし赤外領域の光に対して偏光特性を有する偏光フィルターが製造される。その製造手順の例を図３〜図６に示す。
【００１４】
先ず、図３に示すように、ホットプレート上にガラス基板を載置し、ガラス基板の温度を所定温度に保持した後、高分子固体を圧力を加えて特定の方向に擦り付ける。高分子固体を擦り付ける方向を図４に矢印で示す。すると、ガラス基板上に高分子材料からなる筋状部が図５に示すように形成される。次いで、筋状の高分子材料が存在するガラス基板上に金属を１０−３〜１０−７Ｐａの真空度で蒸着すると、金属は高分子材料からなる筋状部の上には付着せず、図６に示すように高分子材料からなる筋状部の間にのみ金属が堆積し、薄膜が形成され、偏光フィルターが作製される。
【００１５】
こうして作製された偏光フィルターは、高分子材料と金属の光の透過、吸収、反射係数の差により、光を照射すると、一方向にだけ偏光した光が透過又は反射され、偏光特性が得られる。
【００１６】
上記において、高分子固体を押し付ける圧力（０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ）、速度（０．１〜１０ｍｍ／ｓ）及び／又は基板の温度（室温〜３５０℃）（高分子固体の融点またはガラス転移温度以下）を変化させることにより、得られる筋状部の幅および高さ（太さ）、間隔、周期性を制御させることが可能となる。これにより、偏光特性を制御させることができる。
【００１７】
また、付着形成させる金属の種類及び／又は膜厚を変えることによっても、光の透過率、吸収率あるいは反射率が変わり、可視領域から赤外領域までの任意の光の偏光性を制御できる。
【００１８】
以上、本発明による偏光フィルターの製造方法の一例を述べたが、もちろん、本発明の製造方法はこれに限定されず、高分子固体の擦り付け方法、金属膜形成方法、基板の加熱方法、高分子材料や金属の種類等、種々の変形、変更が可能である。
例えば、偏光フィルターの長寿命化のために、窒化アルミニウムや窒化ケイ素などからなるハード・コーティングを表面に施してもよい。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
ポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）の固体（２×５×５ｍｍ３）の底面（２×５ｍｍ２）を、３００℃に保ったガラス基板上を０．１１ＭＰａの圧力及び５ｍｍ／ｓの走引速度で擦り付け、図４及び図５に示す構造の筋状部が得られた。この筋状部は、０．１μｍの太さの膜が０．５μｍの間隔で並んでいるもので、電子顕微鏡を用いた解析により、それぞれの筋はテフロン分子が、一方向に配列したものであることが明らかとなった。この上に、金を真空蒸着したとき、金属はテフロン上に堆積せず、テフロンの筋の間にのみ堆積、薄膜化することが、原子間力顕微鏡及び電子顕微鏡を用いた観察の結果、明らかとなった。この薄膜の光学異方性を図７に示す。可視から赤外領域（０．５〜１．７μｍ）において、高分子の配向（／／）と垂直な方向（⊥）で、１．３〜１．５倍異なることが明らかとなった。これにより、ここで作製されたものが、可視から赤外領域（０．５〜１．７μｍ）における偏光特性を有する偏光フィルターであることが確認された。
【００２１】
実施例２
実施例１において、金を８〜４０ｎｍの異なる膜厚で形成させた以外は同様にして偏光フィルターを作製した。その結果を図８に示す。図８より、金を用いた場合、偏光特性が８ｎｍの場合に最も優れていることが明らかとなった。膜厚が８ｎｍより薄いものも作製してみたが、これらの場合は、金属が連続膜とならなかった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、固体基板上に高分子材料を擦り付けることにより複数の筋状部を形成し、これらの間に金属膜を形成するという簡単な製造技術を用いて、可視から赤外領域においてすぐれた偏光特性を有する偏光フィルターを提供することが可能となる。本発明によれば、電子線リソグラフィー等の微細加工を用いる既存の手法に較べてきわめて容易かつ低コストですぐれた偏光特性を有する偏光フィルターが作製可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】０．５μｍ間隔の回折格子を有するレプリカに金属を斜め蒸着することより、金属の筋状構造を作製する手法の説明図である。
【図２】光の波長（０．３〜１μｍ）の間隔で形成される光を透過する部分と光を透過しない部分（又は反射する部分）からなる構造の模式図である。
【図３】固体表面に高分子を擦り付けることで、高分子の筋状構造を作製する手法の模式図である。
【図４】高分子の筋状構造の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像を示す図である。
【図５】固体表面に形成された高分子の筋状構造の組織図である。
【図６】固体表面に形成された高分子の筋状構造とその筋の間に蒸着・堆積した金属薄膜の模式図である。
【図７】本発明により作製した偏光フィルターの透過率の波長依存性を示す図で、０．０６〜１．８μｍ及び１．９〜５μｍの範囲において、高分子の擦り付けた方向に対して平行と垂直で、透過率が異なることを示している。
【図８】可視領域（０．３〜０．８μｍ）における偏光特性の金属の厚さ依存性を示す図で、金属が連続膜を形成する最低の厚さ（８ｎｍ）において、最もすぐれた偏光特性を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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