(57)【要約】本発明は多層偏光子の分野に関する。詳細には、本発明は光学的な干渉および反射によって選択波長の光を偏光するように設計された偏光子に関する。多層偏光子は、基板に配置された複数の層を含む。この層および基板は、２００〜２５００ｎｍの範囲の１つ以上の所定の副波長範囲の波長帯において透明である。この層は、第１の偏光の光がほぼ反射され、第２の偏光の光が多層偏光子をほぼ透過するように配置されている。この層のうちの１つ以上は、その層において少なくとも部分的には三次元構造を形成する棒状超分子によって形成されている。
2009524094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、同基板に配置された複数の層とを備える多層偏光子であって、前記基板および前記複数の層は、２００〜２５００ｎｍの波長範囲のうちの１つ以上の所定の副波長範囲において透明であり、前記複数の層は、第１の偏光の光がほぼ反射され、第２の偏光の光が前記多層偏光子をほぼ透過するように配置されており、
前記複数の層のうちの１つ以上の層は、同層において少なくとも部分的には三次元構造を形成する棒状超分子を含む、多層偏光子。
【請求項２】
前記棒状超分子は、π共役系と、前記超分子間に非共有結合を形成可能な官能基とを有する、１つ以上の多環式有機化合物を含む請求項１に記載の多層偏光子。
【請求項３】
前記１つ以上の有機化合物は複素環式である請求項１または２に記載の多層偏光子。
【請求項４】
前記複数の層のうちの１つ以上の層は水に不溶である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項５】
前記複数の層のうちの１つ以上の層は光学的に双軸である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項６】
前記複数の層のうちの１つ以上の層は光学的に単軸である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項７】
前記棒状超分子は前記基板の表面に対しほぼ平行または垂直に配向されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項８】
前記非共有結合のうちの１つ以上は水素結合である請求項２乃至７のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項９】
前記非共有結合のうちの１つ以上は配位結合である請求項２乃至８のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項１０】
前記有機化合物は次式Ｉの構造を有する請求項２乃至９のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【化１】
2009524094.tif 000012
［ここで、Ｈｅｔは、少なくとも部分的に共役した平坦な複素環式分子系であり、
Ｘはカルボキシル基−ＣＯＯＨであって、ｍは０，１，２，３または４であり；
Ｙはスルホン酸基−ＳＯ３Ｈであって、ｎは０，１，２，３または４であり；
Ｚはカルボン酸アミド基であって、ｐは０，１，２，３または４であり；
Ｑはスルホン酸アミド基であって、ｖは０，１，２，３または４であり；
Ｋは対イオンであり；
ｓは分子の中性状態を与える対イオンの数であり；
Ｒは、ＣＨ３，Ｃ２Ｈ５，ＮＯ２，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｆ，ＣＦ３，ＣＮ，ＯＨ，ＯＣＨ３，
ＯＣ２Ｈ５，ＯＣＯＣＨ３，ＯＣＮ，ＳＣＮ，ＮＨ２およびＮＨＣＯＣＨ３から選択される置換基であって、ｗは０，１，２，３または４であり；
整数ｍが０に等しい場合、ｎおよびｐの両方は０に等しくなく、整数ｎが０に等しい場合、整数ｍは１以上である］
【請求項１１】
対イオンは、Ｈ＋，ＮＨ４＋，Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｌｉ＋，Ｂａ＋＋，Ｃａ＋＋，Ｍｇ＋＋，Ｓｒ＋＋およびＺｎ＋＋から選択される請求項１０に記載の多層偏光子。
【請求項１２】
Ｈｅｔは次式ＩＩまたは次式ＩＩＩの構造を有する請求項１０または１１に記載の多層偏光子。
【化２】
2009524094.tif 000013
【請求項１３】
前記有機化合物はアセナフトキノキサリン誘導体である請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項１４】
前記アセナフトキノキサリン誘導体はカルボキシル基を含み、次式１乃至７のうちの１つに相当する構造を有する請求項１３に記載の多層偏光子。
【化３】
2009524094.tif 000014
【請求項１５】
前記アセナフトキノキサリン誘導体はスルホン酸基を含み、次式８乃至１９のうちの１つに相当する構造を有する請求項１３に記載の多層偏光子。
【化４】
2009524094.tif 000015
2009524094.tif 000016
【請求項１６】
前記有機化合物は、６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体である請求項２乃至１２のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項１７】
前記６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体は１つ以上のカルボキシル基−ＣＯＯＨを含み、整数ｍは１，２または３であり、前記誘導体は次式２０乃至３２のうちの１つに相当する構造を有する請求項１６に記載の多層偏光子。
【化５】
2009524094.tif 000017
2009524094.tif 000018
【請求項１８】
前記６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体は１つ以上のスルホン酸基−ＳＯ３Ｈを含み、整数ｎは１，２または３であり、前記誘導体は次式３３乃至４１のうちの１つに相当する構造を有する請求項１６に記載の多層偏光子。
【化６】
2009524094.tif 000019
2009524094.tif 000020
【請求項１９】
前記複数の層は光学的に双軸な層と等方性の層とが交互に積層されたスタックを含む請求項１乃至５および７乃至１８のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２０】
前記複数の層は光学的に単軸な層と等方性の層とが交互に積層されたスタックを含む請求項１乃至４および６乃至１８のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２１】
１つ以上の等方性の層は異なる屈折率を有する材料からなる２つ以上の副層を含む請求項１９または２０に記載の多層偏光子。
【請求項２２】
前記複数の層は入射角の全範囲において光を偏光することが可能である請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２３】
各層の厚さはほぼ４分の１波長に等しく、前記複数の層の全厚はほぼ５マイクロメートル以内である請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２４】
各層の厚さはほぼ４分の１波長に等しく、前記複数の層の全厚はほぼ３マイクロメートル以内である請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２５】
前記複数の層における層の数は２０以下である請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２６】
前記層の数は１０以下である請求項２４に記載の多層偏光子。
【請求項２７】
前記層の数は５以下である請求項２２乃至２５のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【請求項２８】
前記棒状超分子は前記多環式有機化合物のうちの２つ以上によって形成される請求項２乃至２６のいずれか一項に記載の多層偏光子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多層偏光子の分野に関する。詳細には、本発明は光学的な干渉および反射によって選択波長の光を偏光するように設計された多層偏光子に関する。
【背景技術】
【０００２】
複屈折層を有する多層偏光子は当技術において一般に知られており、過去には選択波長の光の偏光およびフィルタリングのために用いられていた。例えば、多層偏光子は、特定の偏光された狭い波長範囲を排除（反射）して残りの入射光を透過させるため、他の光源からの照射を減少させるためや、ビームスプリッタとして作用させるために用いられ得る。
【０００３】
多くの天然に産する結晶化合物は双軸性を有する。例えば、方解石（炭酸カルシウム）の結晶は周知の双軸性を有する。しかしながら、単結晶は高価な材料であり、特定の用途に必要な所望の形状または配置に成形することは容易でない。当技術における他者は、等方性のマトリクスポリマーに組み込まれたポリエチレンテレフタラートなど、板状またはシート状の複屈折ポリマーから複屈折偏光子を製造した。
【０００４】
多くの例では、ポリマーは、分子レベルでポリマーを配向させるように単軸性に伸ばすことによって配向される。当技術においては、大きな屈折率差を有する高複屈折ポリマーおよび等方性ポリマーの交互層からなる多層光学デバイスも存在する。
【０００５】
しかしながら、このデバイスには、分子配置と電子密度分布との間に一定の数学的関係を有する特定の高複屈折ポリマーの使用が必要である。
したがって、当技術においては、既存の技術と容易に利用可能な材料とを用いて容易に製造可能な、多層偏光子の必要がなおも存在している。当技術においては、光をほとんど吸収しない双軸性多層偏光子の必要が依然として存在する。また、さらに、当技術においては、所望の特定波長の光を偏光するように製造可能な双軸性多層偏光子の必要が存在する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明では、基板と、この基板に配置された複数の層とを備える多層偏光子を提供する。この基板および層は、２００〜２５００ｎｍの範囲の１つ以上の所定の副波長範囲の波長帯において透明である。この層は、第１の偏光の光がほぼ反射され、第２の偏光の光が多層偏光子をほぼ透過するように配置されている。この層のうちの１つ以上は、その層において三次元構造を形成可能な棒状超分子によって形成されている。
【０００７】
本発明では、基板に配置された複数の層を含む多層偏光子を提供する。この層および基板は、２００〜２５００ｎｍの範囲の１つ以上の所定の副波長範囲の波長帯において透明である。この層は、第１の偏光の光がほぼ反射され、第２の偏光の光が多層偏光子をほぼ透過するように配置されており、第２の偏光は第１の偏光にほぼ直角である。この層のうちの１つ以上は、その層において少なくとも部分的な三次元構造を形成する棒状超分子によって形成されている。
【０００８】
この超分子は、温度、圧力、添加剤などの形成条件によって決定され、分子構造または官能基の組成によって精密にまたは明確に制御されない会合における、複数の分子のスタックによる平坦なｐ共役分子の会合したものである。
【０００９】
本発明の好適な一実施形態では、棒状超分子は、π共役系と、超分子間に非共有結合を形成可能な官能基とを有する、１つ以上の多環式有機化合物によって形成される。１つの分子の官能基は、それらの官能基がスタック間に非共有結合を形成することによって互いに相互作用し、非共有結合からなる完全に飽和した３次元ネットワークを形成するように設計されている。複数の層および基板は、２００〜２５００ｎｍの波長範囲の全範囲ではなく、一部においてのみ電磁波に対して透明であり、この波長帯のこの部分を副波長範囲と呼ぶ。この副波長範囲は、π共役系と官能基とを有する各多環式有機化合物について、実験的に決定することが可能である。
【００１０】
本発明のさらに別の好適な実施形態では、１つ以上の有機化合物の分子は複素環式化合物を含む。本発明のさらに別の好適な実施形態では、層のうちの１つ以上は水に不溶である。１つの分子の官能基の組み合わせは、非共有結合のネットワークによって、超分子の一部である分子の結晶構造の三次元構造に水が含まれることが阻害されるように設計されている。
【００１１】
本発明の別の好適な実施形態では、層のうちの１つ以上は光学的に双軸である。多層偏光子のさらに別の好適な実施形態では、層のうちの１つ以上は光学的に単軸である。
本発明の別の好適な実施形態では、棒状超分子は基板の表面に対しほぼ平行または垂直に配向されている。本発明のさらに別の好適な実施形態では、非共有結合のうちの１つ以上は水素結合である。本発明のさらに別の好適な実施形態では、非共有結合のうちの１つ以上は配位結合である。
【００１２】
多層偏光子の一実施形態では、有機化合物は次式Ｉの構造を有する。
【００１３】
【化１】
2009524094.tif 000003
ここで、Ｈｅｔは、平坦な共役複素環式分子系であり、Ｘはカルボキシル基−ＣＯＯＨであり；ｍは０，１，２，３または４であり；Ｙはスルホン酸基−ＳＯ３Ｈであり；ｎは０，１，２，３または４であり；Ｚはカルボン酸アミド基であり；ｐは０，１，２，３または４であり；Ｑはスルホン酸アミド基であり；ｖは０，１，２，３または４であり；Ｋは対イオンであり；ｓは分子の中性状態を与える対イオンの数であり；Ｒは、ＣＨ３，Ｃ２Ｈ５，ＮＯ２，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｆ，ＣＦ３，ＣＮ，ＯＨ，ＯＣＨ３，ＯＣ２Ｈ５，ＯＣＯＣＨ３，ＯＣＮ，ＳＣＮ，ＮＨ２およびＮＨＣＯＣＨ３から選択される置換基であり；ｗは０，１，２，３または４であり；整数ｍが０に等しい場合、ｎおよびｐの両方は０に等しくなく、整数ｎが０に等しい場合、整数ｍは１以上である。好適には、Ｋは、Ｈ＋，ＮＨ４＋，Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｌｉ＋，Ｂａ＋＋，Ｃａ＋＋，Ｍｇ＋＋，Ｓｒ＋＋およびＺｎ＋＋から選択される。
【００１４】
好適には、Ｈｅｔは次式ＩＩまたは次式ＩＩＩの構造を有する。
【００１５】
【化２】
2009524094.tif 000004
開示の多層偏光子の好適な一実施形態では、有機化合物はアセナフトキノキサリン（ａｃｅｎａｐｈｔｈｏｑｕｉｎｏｘａｌｉｎｅ）誘導体である。カルボキシル基を有し、次式１〜７に相当する構造を有するアセナフトキノキサリンスルホンアミド誘導体の例を、テーブル１に示す。
【００１６】
テーブル１：カルボキシル基を有するアセナフトキノキサリンスルホンアミド誘導体の例
【００１７】
【表１】
2009524094.tif 000005
開示の多層偏光子の別の実施形態では、酸の基はスルホン酸基である。スルホン酸基を有し、次式８〜１９に相当する構造を有するアセナフトキノキサリンスルホンアミド誘導体の例を、テーブル２に示す。
【００１８】
テーブル２：スルホン酸基を有するアセナフトキノキサリンスルホンアミド誘導体の例
【００１９】
【表２】
2009524094.tif 000006
2009524094.tif 000007
多層偏光子の別の好適な実施形態では、有機化合物は、官能基としてカルボキシル基または酸アミド基を有する、６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン（６，７−ｄｉｈｙｄｒｏｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏ［１，２−ｃ］ｑｕｉｎａｚｏｌｉｎ−６−ｏｎｅ）誘導体である。
【００２０】
開示の多層偏光子の好適な一実施形態では、６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体は、酸アミド基として１つ以上のカルボン酸アミド基
（ＣＯＮＨ２）を含む。開示の多層偏光子の別の好適な実施形態では、６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体は、酸アミド基として１つ以上のスルホン酸アミド基（ＳＯ２ＮＨ２）を含む。１つ以上のカルボキシル基−ＣＯＯＨを含む６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体の例（整数ｍは１，２または３であり、次式２０乃至３２の構造を有する）を、テーブル３に示す。
【００２１】
テーブル３：カルボキシル基を含む６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体の例
【００２２】
【表３】
2009524094.tif 000008
2009524094.tif 000009
開示の多層偏光子の別の好適な実施形態では、６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体は、酸の基として１つ以上のスルホン酸基−ＳＯ３Ｈを含む。スルホン酸基−ＳＯ３Ｈを含む６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体の例（整数ｎは１，２または３であり、次式３３乃至４１の構造を有する）を、テーブル４に示す。
【００２３】
テーブル４：スルホン酸基を含む６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体の例
【００２４】
【表４】
2009524094.tif 000010
2009524094.tif 000011
開示の発明の好適な一実施形態では、この複数の層は光学的に双軸な層と等方性の層とが交互に積層されたスタックを含む。多層偏光子の別の実施形態では、この複数の層は光学的に単軸な層と等方性の層とが交互に積層されたスタックを含む。本発明のさらに別の実施形態では、このスタックのうち１つ以上の等方性の層は、異なる屈折率を有する材料からなる２つ以上の副層を含む。本発明のさらに別の好適な実施形態では、この複数の層は入射角の全範囲において光を偏光することが可能である。本発明のさらに別の好適な実施形態では、この複数の層の全厚は５マイクロメートル以内であり、各層の厚さはほぼ４分の１波長に等しい。本発明の別の好適な実施形態では、この複数の層の全厚は３マイクロメートル以内であり、各層の厚さはほぼ４分の１波長に等しい。本発明の別の実施形態では、この複数の層における層の数は２０以下である。本発明の別の好適な実施形態では、この層の数は１０以下である。本発明のさらに別の実施形態では、この層の数は５以下である。
【００２５】
本発明の一実施形態では、棒状超分子は多環式有機化合物のうちの２つ以上によって形
成される。
当技術には、３つの既知の種類の多層無損失偏光子が存在する。第１の種類（例えば、米国特許第６，５８３，９３０号明細書を参照）の偏光子は干渉偏光子であり、複数の層において隣接した層の光学的な厚さは、作用することが意図される電磁スペクトルの領域において、ほぼ光の４分の１波長に相当し得る。第２の種類の偏光子（例えば、米国特許第３，６１０，７２９号明細書および米国特許第５，１２２，９０５号明細書を参照）は、反射偏光子であり、隣接した厚い層の光学的な厚さは、数波長より大きい場合がある。また、第３の種類の多層無損失偏光子（米国特許第５，１２２，９０６号明細書を参照）は、反射・干渉偏光子であり、厚い層と薄い層が交互に存在する。
【００２６】
本発明では、３つの主要な種類の偏光子すべてを開示する。
第１の種類の干渉偏光子は、選択波長の光を偏光する性能を含む、幾つかの所望の特性を有する複数の交互層の形態による、改良された光学的干渉偏光子として開示される。本発明により開示される第１の種類の参照偏光子の基本的な光学原理は、異なる屈折率を有する複数の薄い層からなるスタックからの光の反射に関する。これらの原理では、効果は、個々の層の厚さと、それらの屈折率との両方に依存する。
【００２７】
干渉偏光子は、光の光学的な干渉により、電磁スペクトルの可視、紫外線または赤外領域において、強烈な光の反射を生じることによる。そのような干渉偏光子は、次式にしたがって有効に光を反射する。
【００２８】
λｂ＝（２／ｂ）・（Ｎ１Ｄ１＋Ｎ２Ｄ２）    （ｉ）
ここで、λｂは光の波長であり、Ｎ１およびＮ２は交互層の屈折率であり、Ｄ１およびＤ２は対応する層の厚さであり、ｂは反射の次数である（ｂは１〜５）。これは、フィルムの表面に直角に入射する光についての式である。傾斜した入射については、入射角を考慮に入れるように方程式を変更する必要がある。本発明の偏光子は、全ての角度の光の入射について作用することが可能である。
【００２９】
上式の各々の解によって、周囲の領域に対し強烈な反射の期待される波長が決定される。反射の強度は比ｆの関数であり、次のように定義される。
ｆ＝Ｎ１Ｄ１／（Ｎ１Ｄ１＋Ｎ２Ｄ２）    （ｉｉ）
値ｆを適切に選択することによって、様々な高次反射において反射の強度を通じてある程度の制御を行うことが可能である。例えば、紫（約０．３８μｍ）〜赤（約０．６８μｍ）の可視波長範囲の光の１次反射は、約０．０７５〜０．２５μｍの範囲内の光学的厚さを有する層によって得られる。
【００３０】
第２の種類の偏光子、すなわち、開示の反射偏光子は、互いに屈折率の異なる有機材料からなる複数の交互の厚い層から製造される。隣接した層の材料を適切に選択することによって、偏光子の１つの平面に有意な屈折率の差を提供することが可能である。
【００３１】
本発明の多層反射偏光子は、上述の多層薄膜干渉偏光子と対照的に、厚い交互層からなる系を含む。開示の多層反射偏光子は鮮明な虹彩色（ｉｒｉｄｅｓｃｅｎｃｅ）を示さない。実際上、実質的な虹彩着色に対応する厚さを有する層の使用を避けることが重要である。全ての層を充分に厚く保持することによって、高次の反射が非常に接近した間隔で配置されるので、人間の眼はその反射を、本質的には銀色であり、虹彩色ではないと知覚する。
【００３２】
本発明により製造される多層反射偏光子は、一様な銀色の反射の外観を示す。本発明の多層反射偏光子の反射特性は、次式によって支配される：
Ｒｅｆｌ＝（ｋｒ）／［１＋（ｋ−１）ｒ］×１００％    （ｉｉｉ）
ここで、Ｒｅｆｌは反射光の量（％）であり、ｋは厚い層の数であり、
ｒ＝［（Ｎ１−Ｎ２）／（Ｎ１＋Ｎ２）］２
である。
【００３３】
この式は、反射光の強度Ｒｅｆｌが、上述において定義されたｒおよびｋのみの関数であることを示している。密接な近似では、Ｒｅｆｌは、２つの層の屈折の屈折率の差および層間の干渉の総数のみの関数である。この関係は、反射率が層の厚さおよび画角に非常に影響を受けやすい、干渉偏光子の場合と異なる。
【００３４】
多層反射偏光子から反射される光の波長は、個々の層のうちの実質的に多数が約０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する限り、広い範囲を通じて、個々の層の厚さおよび構造全厚に無関係である。反射の一様性は提示の反射偏光子に固有のものである。さらに、反射偏光子構造を通じた層厚の勾配は、個々の層のうちの実質的に多数が約０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する限り、偏光子の光学的特性に不利でも有利でもない。
【００３５】
したがって、本発明の反射偏光子における全ての層が０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有することは不可欠でない。この系を通過する可視光線は、波長の広い帯域内で偏光される。個々の層の多数は、０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する。好適には、多層構造をなす個々の層は実質的に連続的である。しかしながら、層のうちの実質的に多数が０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する限り、大きな変動を有する場合にも効率的な反射偏光子を得ることができる。
【００３６】
本発明による反射偏光子は、層の数が増加するとともに、より良好な入射光の反射を示す。
系の反射率は、使用される２つの有機化合物の間の屈折率の差にも依存する。すなわち、この屈折率の差が大きいほど、偏光子の反射率は高い。したがって、実質的に異なる屈折率を有する有機化合物を選択することによって、また、追加の層を備える系を製作することによって、偏光子の反射性を制御できることが理解される。
【００３７】
第３の種類の開示の反射干渉は、互いに屈折率の異なる複数の交互の薄い層と厚い層とから製造される。隣接した層に多環式の有機化合物を選択することによって、偏光子の１つの平面に有意な屈折率の差を提供することが可能である。この系を通過する可視光線は、波長の広い帯域内で偏光される。個々の層の多数は、０．０９μｍ以下または０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する。好適には、多層反射・干渉偏光子構造をなす個々の層は実質的に連続的である。
【００３８】
本発明による多層反射・干渉偏光子は、上述の多層薄膜干渉偏光子および多層厚膜反射偏光子と対照的に、交互の薄い層および厚い層からなる系を含む。開示の多層反射・干渉偏光子は鮮明な虹彩色を示さない。実際上、実質的な虹彩着色に対応する厚さを有する層の使用を避けることが重要である。交互層を充分に厚くまた薄く保持して虹彩色を回避することによって、反射を虹彩色ではなく本質的に銀色とすることが可能である。銀色の外観は、高次の反射が非常に接近した間隔で配置されるので、人間の眼はその反射を虹彩色ではないと知覚する、という事実のためである。
【００３９】
本発明により製造される多層反射・干渉偏光子は、一様な銀色の反射の外観を示す。開示の多層反射偏光子の反射特性は、式（ｉｉｉ）によって支配される。
この式は、反射光の強度Ｒｅｆｌが、上述において定義されたｒおよびｋのみの関数であることを示している。密接な近似では、Ｒｅｆｌは、２つの隣接した層の屈折率の差および層間の干渉の総数のみの関数である。この関係は、反射率が層の厚さおよび画角に非常に影響を受けやすい、干渉偏光子の場合と異なる。
【００４０】
したがって、多層反射・干渉偏光子から反射される光の波長は、個々の厚い層のうちの実質的に多数が約０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する限り、かつ、個々の薄い層のうちの実質的に多数が約０．０９μｍ以下の光学的な厚さを有する限り、広い範囲を通じて、個々の層の厚さおよび構造全厚に無関係である。反射の一様性は提示の反射偏光子に固有のものである。さらに、反射・干渉偏光子構造を通じた層厚の勾配は、個々の層のうちの実質的に多数が約０．４５μｍ以上また約０．０９μｍ以下の光学的な厚さを有する限り、偏光子の光学的特性に不利でも有利でもない。
【００４１】
したがって、本発明の反射・干渉偏光子における全ての層が０．４５μｍ以上また０．０９μｍ以下の光学的な厚さを有することは必要でない。各層の厚さにおける変動は、３００％またはそれより大きいことも可能である。しかしながら、層のうちの実質的に多数が０．０９μｍ以下また０．４５μｍ以上の光学的な厚さを有する限り、そのような大きな変動を有する場合にも有用な反射・干渉偏光子を得ることが可能である。
【００４２】
本発明による反射・干渉偏光子は、層の数が増加するとともに、より良好な入射光の反射を示す。
反射・干渉偏光子の反射率は、使用される２つの材料の間の屈折率の差にも依存し、屈折率の差が大きいほど、反射・干渉偏光子の反射率は高い。したがって、実質的に異なる屈折率を有する材料を選択することによって、また、追加の層を含む設計によって、偏光子の反射性を制御することが可能である。
【００４３】
図１には、カルボキシル基およびスルホン酸基を有する、６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体から製造された層の屈折率を示す（テーブル３の構造式２０を参照）。
【００４４】
個々の層の屈折率および厚さならびに層の総数を操作することによって、多層偏光子の所望の性能が得られる。多層偏光子設計の重要な側面のうちの１つは、基礎構造の選択である。通常、広帯域の多層偏光子は、入射光線の偏光面において屈折率が高い層および低い層の二重層からなる周期的な構造の形態により設計され得る。性能が満足されるまで、同じ対の層が繰り返し追加される。この構造は、（ＨＬ）ｊ−１Ｈの形態である。ここで、ＨおよびＬはそれぞれ、高い屈折率の層および低い屈折率の層、双軸または単軸の層および等方性のクリアラッカーを表し、ｊは対の数である。本明細書では、総数ｊの高屈折率層を含むこのような構造を、キャビティと呼ぶ。この構造は、光学的な厚さ（物理的な厚さ掛ける屈折率）が光の波長の４分の１（４分の１波長）の奇数倍に等しいとき、特定の波長で最大の反射を与える。
【００４５】
図２〜５には、偏光面における高低の屈折率の間の差を０．３に固定し、高屈折率層の数を２〜５に変化させた場合を表す、多層偏光子の模擬反射率スペクトルを示す。単一波長についての偏光子を設計することが目的ではないが、この結果によって、広帯域反射子を設計するための何らかの知見および指針が提供される。
【００４６】
図２には、２，３，４および５つのＨ層を含む１つの４分の１波長キャビティの構造における波長の関数として、偏光子反射率を示す（それぞれ曲線ａ，ｂ，ｃおよびｄを参照）。高い屈折率は１．８、低い屈折率は１．５に固定し、基板屈折率は１．５２である。したがって、図２には、そのような設計を有する系の性能に対する層の数の影響を示す。材料は１．５の屈折率を有するガラス基板上に堆積されており、光は空気から入射し、多層構造を通じて伝搬し、射出すると仮定する。光学的厚さは５５０ｎｍの４分の１である。４つの高屈折率層のみで、反射率は約５２％に達し得る。層の数が増加するとともに、反射率が劇的に増大し、高い値から振動レベルへと急激に低下する。例えば、高屈折率層
の数が７まで増加する場合、偏光子反射率は８０％まで高くなる。さらに高屈折率の数が１０まで増加すると、反射率はさらに約９３％まで増大する。
【００４７】
なお、正確な製造管理には層の厚さが薄すぎる場合があることに留意する必要がある。４００〜７００ｎｍの可視波長範囲では、１．８の屈折率に対し、物理的な層の厚さは５５〜９７ｎｍである。光学的厚さは、４分の１波長の奇数（例えば、３または５）倍まで増大され得る。しかしながら、層の厚さを４分の１波長の１倍から３または５倍まで増大させることによって、帯域幅は減少する。
【００４８】
図３〜５には、偏光面における高低の屈折率の間の差を０．５〜１に固定し、高屈折率層の数を２〜５に変化させた場合を表す、多層偏光子の模擬反射率スペクトルを示す。
図３には、２，３，４および５つのＨ層を含む１つの４分の１波長キャビティの構造における波長の関数として、偏光子反射率を示す（それぞれ曲線ａ，ｂ，ｃおよびｄを参照）。高い屈折率は１．８５、低い屈折率は１．５に固定し、基板屈折率は１．５２である。
【００４９】
図４には、２，３，４および５つのＨ層を含む１つの４分の１波長キャビティの構造における波長の関数として、偏光子反射率を示す（それぞれ曲線ａ，ｂ，ｃおよびｄを参照）。高い屈折率は２．０、低い屈折率は１．５に固定し、基板屈折率は１．５２である。
【００５０】
図５には、２，３，４および５つのＨ層を含む１つの４分の１波長キャビティの構造における波長の関数として、偏光子反射率を示す（それぞれ曲線ａ，ｂ，ｃおよびｄを参照）。高い屈折率は２．５、低い屈折率は１．５に固定し、基板屈折率は１．５２である。図２との比較によって、屈折率の増大とともに反射率および帯域幅の両方が増加することが実証される。
【００５１】
図６には、５５０ｎｍ（屈折率の不一致は０．２７）にて反射率のピークを与えるように最適化された光学的な層の厚さを有する５層干渉キャビティの実験的な反射率および透過率のスペクトルを示す。透過係数ＴｐａｒおよびＴｐｅｒは、コーティング方向に対しそれぞれ平行または直角に偏光される光に相当する。反射率ＲｐａｒおよびＲｐｅｒは、コーティング方向に対しそれぞれ平行または直角に偏光される光に相当する。５層キャビティについては、図１に示す屈折率を有する有機化合物を用いて製造した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】６，７−ジヒドロベンズイミダゾ［１，２−ｃ］キナゾリン−６−オン誘導体を含む層の屈折率を示す図。
【図２】１．８に固定された高い屈折率における波長の関数として偏光子反射率を示す図。
【図３】１．８５に固定された高い屈折率における波長の関数として偏光子反射率を示す図。
【図４】２．０に固定された高い屈折率における波長の関数として偏光子反射率を示す図。
【図５】２．５に固定された高い屈折率における波長の関数として偏光子反射率を示す図。
【図６】５層干渉キャビティの実験的な反射率および透過率のスペクトルを示す図。
【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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【国際調査報告】
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