DE2409254A1

DE2409254A1 - LIGHT POLARIZER AND METHOD OF ITS MANUFACTURING

Info

Publication number: DE2409254A1
Application number: DE19742409254
Authority: DE
Inventors: Robert Earle Slocum
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1973-03-01
Filing date: 1974-02-27
Publication date: 1974-09-05
Also published as: FR2219983A1; JPS5025243A; FR2219983B1

Description

DipUng. Egoh Prinz * - «χ» na«fc.. 60. 21 .Februar 1974DipUng. Egoh Prinz * - «χ» na «fc .. February 60, February 21, 1974 Dr. Gertrud Hauser ε»λ«₉.μι,οβ. ι»Dr. Gertrud Hauser ε »λ« ₉ .μι, οβ. ι » Dipl.-Ing. Gottfried LeiserDipl.-Ing. Gottfried Leiser PatentanwältePatent attorneys Telegramm« 1 labyrinth MDndienTelegram «1 labyrinth MDndia

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Lichtpolarisator und Verfahren zu seiner HerstellungLight polarizer and process for its manufacture

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtpolarisator und insbesondere auf ein lichtpolarisierendes Material sowie
auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.The invention relates to a light polarizer and, more particularly, to a light polarizing material as well
to a process for its manufacture.

Lichtpolarisatoren lassen sich zweckmässigerweise in Prismen-, Reflexions- oder Plattenpolarisatoren einteilen. Prismen- und Reflexions-Polarisatoren sind zwar äußerst wrirksam,
doch sind ihre Anwendungsmöglichkeiten durch die Tatsache eingeschränkt, daß sie unhandlich sind und oft nur kleine Flächen und einen begrenzten Öffnungswinkel aufweisen.Die Vorteile von Plattenpolarisatoren sind mit der Einführung von Polaroidfolienpolarisatoren gut bestätigt worden.
Das Polaroidverfahren besteht darin, mikroskopische dichroitische Kristalle in einer Folie auszurichten; es ist im
Journal of the Optical Society of AmericaLight polarizers can expediently be divided into prism, reflection or plate polarizers. Prism and reflection polarizers are extremely effective,
however, their uses are limited by the fact that they are bulky and often have small areas and limited angles of aperture. The advantages of sheet polarizers have been well established with the introduction of polaroid sheet polarizers.
The Polaroid process consists in aligning microscopic dichroic crystals in a foil; it is in
Journal of the Optical Society of America

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Band 41, Seite 957, 1951 beschrieben. Diese Art von Polarisator zeigt im sichtbaren Bereich des Spektrums ein gutes Verhalten, und ein HR- Polaroid kann im nahen Infrarotbereich verwendet -werden.Der Nachteil dieses Lösungswegs besteht allgemin darin, daß er eine Folie erfordert und daß er nicht direkt auf der Oberfläche eines optischen Elements angewendet werden kann. Da von einem chemischen Polarisator Gebrauch gemacht wird, wird seine thermische Stabilität von der dichroitischen chemischen Stabilität und von der Folienstabilität bestimmt. Insbesondere ist festgestellt worden, daß sich das HR-Polaroid bei Temperaturen über 55°C rasch verschlechtert. Wegen der Durchlässigkeit des Materials reicht der brauchbare V/ellenlängenbereich des HR-Polaroids von 0,8 bis 2,2 um, und für längere Wellenlängen steht kein Polaroid zur Verfügung.Volume 41, page 957, 1951. This type of polarizer shows in the visible part of the spectrum good behavior, and an HR polaroid can be used in the near infrared range. The disadvantage of this approach is generally that it requires a film and that it is not directly on the surface of an optical Elements can be applied. Since use is made of a chemical polarizer, its thermal Stability determined by dichroic chemical stability and film stability. In particular is it has been found that the HR polaroid deteriorates rapidly at temperatures above 55 ° C. Because of the permeability of the material, the useful wavelength range of the HR polaroid is from 0.8 to 2.2 µm, and for longer Polaroid is not available for wavelengths.

Eine zweite Möglichkeit zur Herstellung von Plattenpolarisatoren ist die Drahtgitterlösung , wie sie im Journal of the Optical Society of America, Band 50, Seite 72, 19βθ beschrieben ist. Das zuerst von Hertz zum Polarisieren von Funkwellen angewendete Prinzip basiert auf der Verwendung von Drähten, deren Länge größer und deren Durchmesser und. Abstand kleiner als die Wellenlänge der zu polarisierenden Strahlung sind. Wenn der elektrische Vektor des Lichts parallel zur Drahtrichtung liegt, dann wird er reflektiert, während er bei einer Ausrichtung senkrecht zur Drahtrichtung durchgelassen wird. In der US-PS 3 046 839 ist ein lichtdurchlässiges Beugungsgitter mit einem sägezahnförmigen Querschnitt beschrieben, bei dem auf den Sägezahnspitzen Gold abgeschieden ist, damit regelmässige,kontinuierliche, parallele Goldstreifen entstehen. Diese Drahtgitter sind wirksame Polarisatoren im Infrarotbereich .A second way to make plate polarizers is the wire mesh solution as described in the Journal of the Optical Society of America, Volume 50, Page 72, 19βθ is described. First from Hertz to polarize Principle applied by radio waves is based on the use of wires, whose length is greater and whose diameter and. Distance are smaller than the wavelength of the radiation to be polarized. When the electric vector of light is parallel to the direction of the wire, then it is reflected, whereas if it is oriented perpendicular to the direction of the wire, it is reflected is let through. In US Pat. No. 3,046,839 there is a transparent diffraction grating having a sawtooth shape Cross-section described in which on the sawtooth tips Gold is deposited so that regular, continuous, parallel gold stripes are created. These wire grids are effective polarizers in the infrared range.

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Mit den bisher bekannten Drahtgitterlösungen war eine Anzahl von Problemen verknüpft. Zunächst einmal erfordert der Infrarotbereich, bei dem der Gitterabstand zur Erzielung einer guten Polarisierungswirkung eng genug ist, lichtdurchlässige Substrate, in die vor der Abscheidung des Metallgitte rs ein Gittermuster eingeprägt werden kann. Diese Materialien sind oft weiche Kunststoffe mit unerwünschten Absorptionsbändern, oder es sind andere Materialien, die kaltfliessend sind und sich temperaturabhängig verschlechtern. Wenn sich die Wellenlängen dem sichtbaren Bereich des Spektrums nähern, dann ist der erforderliche Gitterabstand so klein, daß die Abscheidung von Metall mit den erforderlichen Abständen praktisch nicht mehr möglich ist, was sich durch eine verschlechterte Leistung bei kürzeren Wellenlängen zeigt.A number of problems have been associated with the wireframe solutions known heretofore. First of all, the infrared range, in which the grid spacing is narrow enough to achieve a good polarizing effect, requires transparent substrates into which a grid pattern can be embossed before the metal grid is deposited. These materials are often soft plastics with undesirable absorption bands, or they are other materials that are cold flowing and deteriorate with temperature. When the wavelengths approach the visible range of the spectrum, the required lattice spacing is so small that it is practically impossible to deposit metal at the required spacing, which is evidenced by poorer performance at shorter wavelengths.

Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, das Gittermuster tatsächlich mit Hilfe einer Liniermaschine in eine infrarotdurchlässige Oberfläche zu ritzen, wie in dem Aufsatz von J.B. Young und anderen in Applied Optics, Band 4, Seite 1023, 1965 beschrieben ist. Das langwierige Anbringen der Linien bei jedem Polarisierungsfilter schließt jedoch ganz offensichtlich die Herstellung großer Mengen von Polarisatoren aus.Another possible solution is to use the grid pattern actually scribing an infrared-permeable surface with the help of a ruling machine, as in that Essay by J.B. Young and others in Applied Optics, Volume 4, Page 1023, 1965. The tedious installation however, of the lines in each polarizing filter obviously precludes the manufacture of large quantities of Polarizers off.

Ein Weg bei der Herstellung von Plattenpolarisatoren besteht darin, auf eine ausgerichtete Fläche eine polarisierende Beschichtungslösung aufzubringen und diese trocknen zu -lassen, wie im Journal of the Optical Society of America, Band 37, Seite 983, 1947 beschrieben ist. Diese Beschichtungen können auf geschliffenen Glas- oder Kunststofflächen angebracht werden; diese Vorrichtungen können jedoch nur vom Ultraviolettbereich . des Spektrums bis zu 7000 S arbeiten.One way of making plate polarizers is to apply a polarizing surface to an aligned surface Apply coating solution and dry it as described in the Journal of the Optical Society of America, Vol. 37, p. 983, 1947. These coatings can be attached to polished glass or plastic surfaces will; however, these devices can only operate in the ultraviolet range. of the spectrum up to 7000 S work.

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Mit Hilfe der Erfindung soll ein Polarisator geschaffen werden, der einen ausgezeichneten Polarisierungsgrad über einen großen Wellenlängenbereich vom sichtbaren Bereich bis zum Infrarotbereich aufweist.With the help of the invention, a polarizer is to be created which has an excellent degree of polarization has a wide range of wavelengths from the visible range to the infrared range.

Ferner soll mit Hilfe der Erfindung ein lichtpolarisierendes Material geschaffen werden, das auf einer glatten, lichtdurchlässigen Fläche eine dünne Beschichtung aus Haarkristallen (Whisker ), die aus Metallen bestehen können, gebildet werden.Furthermore, a light-polarizing material is to be created with the help of the invention, which is on a smooth, translucent Surface is a thin coating of whiskers, which can consist of metals will.

Die mit Hilfe der Erfindung zu schaffende polarisierende Beschichtung soll sowohl das von der Beschichtung reflektierte als auch das von ihr durchgelassene Licht polarisieren.The polarizing coating to be created with the aid of the invention is intended to be both that which is reflected by the coating as well as polarize the light it lets through.

Weiterhin soll sich der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Polarisator in Plattenform herstellen oder als Film auf optischen Elementen anbringen lassen.Furthermore, the to be created with the help of the invention Produce a polarizer in plate form or have it attached to optical elements as a film.

Der mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Polarisator soll eine bessere Temperaturstabilität und einen breiteren Spektralbereich als herkömmliche Polarisatoren aufweisen, und er soll vergleichbare dichroitische Eigenschaften zeigen.The polarizer to be created with the aid of the invention is intended to have better temperature stability and a broader spectral range than conventional polarizers, and it is said to show comparable dichroic properties.

Mit Hilfe der Erfindung soll ein Verfahren zur Herstellung eines polarisierenden Materials geschaffen werden, das mit gleichmässiger Dichte beschichtet ist.With the help of the invention, a method for producing a polarizing material is to be created which is coated with a uniform density.

Das mit Hilfe der Erfindung zu schaffende Verfahren zur Herstellung von Polarisatoren soll relativ schnell und kostengünstig ausgeführt werden können, und es soll zur Erzielung einer gleichmässigen Qualität steuerbar sein, so daß es sich für eine Massenproduktion eignet.The process to be created with the aid of the invention for Manufacture of polarizers should be able to be carried out relatively quickly and inexpensively, and it should be used for Achieving a uniform quality can be controlled so that it is suitable for mass production.

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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:The invention will now be explained by way of example with reference to the drawing. Show it:

Fig.1 eine schematische , teilweise geschnittene Seiten- ■ ansieht zur Veranschaulichung des Verfahrensschritts zum Leiten eines Metalldanpfs auf eine Fläche im Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,Fig.1 is a schematic, partially sectioned side ■ shows to illustrate the process step for directing a metal vapor onto a surface in the course of the method according to the invention,

Fig.2 eine vergrößerte Ansicht der entstehenden Metall-Haarkristalle auf der Oberfläche des sich bei dem inELg.1 dargestellten Verfahren ergebenden Materials,2 shows an enlarged view of the resulting metal whiskers on the surface of the material resulting from the process shown in ELg.1,

Fig.3 eine Ansicht zur Veranschaulichung des Verfahrensschritts zur .Anbringung eines Schutzüberzugs auf dem entsprechenden polarisierenden Material sowie des Polarisierungsgrades des Lichts durch das sich ergebende polarisierende Material,3 is a view to illustrate the process step for. Attaching a protective coating the corresponding polarizing material and the degree of polarization of the light through it resulting polarizing material,

Fig.4 ein mit einem Elektronenmikroskop aufgenommenes Bild einer erfindungsgemäß beschichteten Oberfläche,4 shows an image recorded with an electron microscope a surface coated according to the invention,

Fig.5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemgßen Verfahrens zur Erzielung einer gleichmassigeren Beschichtung auf einer Oberfläche,Figure 5 is a partially sectioned side view of a another embodiment of the invention Process for achieving a more even coating on a surface,

Fig.6 eine vergrößerte Ansicht des sich ergebenden polarisierenden Materials, in der die relative Ausrichtung der Metall-Haarkristalle zu erkennen ist, und6 is an enlarged view of the resulting polarizing material showing the relative Alignment of the metal whiskers can be seen, and

Fig.7 ein Diagramm, in dem über dem Oberflächenabstand7 is a diagram in which, over the surface distance

die Haarkristalldichte aufgetragen ist, wie sie • sich bei dem in· Fig.5 dargestellten Verfahren ergibt.the hair crystal density is plotted as it is • in the method shown in · Fig.5 results.

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In Fig.1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines lichtpolarisierenden Materials dargestellt. Eine glatte Fläche 10 eines Substrats 12 wird an einem Substrathalter 14 in einer Glasglocke 16 befestigt. Vor der Anbringung des Substrats 12 in der Glasglocke 16 wird die Fläche 10 des Subatrats 12 gereinigt und/oder beschichtet. Das Substrat 12 kann beispielsweise aus Glas, Kunststoff oder einem Infrarot durchlässigen Material bestehen, und es kann ein optisches Element, beispielsweise eine Linse, ein Spiegel oder ein Strahlaufteiler sein. Das Substrat 12 kann entweder lichtdurchlässig oder lichtundurchlässig sein. Es kann beispielsweise am Substrathalter 14 . festgeschraubt oder festgeklebt sein. Der Substrathalter 14 ist an einem Träger 18 mit Hilfe eines Stifts 20 befestigt, der ermöglicht, den Substrathalter 14 und das Substrat 12 relativ zum Träger 18 zu schwenken. Ein Heizelement 22 ist mit einem Behälter 24 zur Aufnahme des zu verdampfenden Materials, in der bevorzugten Ausführung Metall, ausgestattet, Das Heizelement 22 ist an Heizelektroden 28 und 30 angeschlossen, die ihrerseits mit einer (nicht dargestellten) Energiequelle verbunden sind. Zwischen der Metallquelle und der Fläche 10 ist eine Kollimatorvorrichtung 32 mit einem Visierschlitz 34 angeordnet.In Fig.1 is a method of making a light polarizing Materials shown. A smooth surface 10 of a substrate 12 is attached to a substrate holder 14 fixed in a bell jar 16. Before attaching the Substrate 12 in the bell jar 16, the surface 10 of the subatrate 12 is cleaned and / or coated. The substrate 12 can for example consist of glass, plastic or an infrared permeable material, and it can be a be an optical element, for example a lens, a mirror or a beam splitter. The substrate 12 can either be translucent or opaque. It can for example on the substrate holder 14. screwed or be stuck on. The substrate holder 14 is attached to a carrier 18 with the aid of a pin 20, the enables the substrate holder 14 and the substrate 12 to pivot relative to the carrier 18. A heating element 22 is provided with a container 24 for holding the to be evaporated Material, in the preferred embodiment metal, the heating element 22 is connected to heating electrodes 28 and 30, which in turn are connected to an energy source (not shown). Between the metal source and a collimator device 32 with a sighting slot 34 is arranged on the surface 10.

Bei der Ausführung des hier zu beschreibenden Verfahrens wird die Fläche 10 des Substrats 12 zunächst gereinigt und/oder beschichtet, und dann am Substrathalter 14 befestigt. In der Glasglocke 16 wird dann unter Anwendung bekannter Techniken ein geeignetes Hochvakuum erzeugt. Anschliessend wird die Metallquelle 26 erhitzt, indem Strom durch die Heizelektroden 28 und 30 geschickt wird, so daß ein Metalldampfstrom erzeugt wird, der durch den Visierschlitz 34 strömt. Der Visierschlitz 34 erlaubt nur das Hindurchströmen einer vorbestimmten Menge des Metalldampfs 36. Diese vorbestimmte Menge ist auf paralleleWhen carrying out the method to be described here, the surface 10 of the substrate 12 is first cleaned and / or coated, and then attached to the substrate holder 14. In the bell jar 16 is then using known techniques creates a suitable high vacuum. The metal source 26 is then heated by Current is sent through the heating electrodes 28 and 30, so that a metal vapor stream is generated, which through the Visor slot 34 flows. The visor slot 34 allows only a predetermined amount of the to flow through Metal vapor 36. This predetermined amount is on parallel

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Ströme des Metalldampfs beschränkt, die unter einem Einfallswinkel θ bezüglich der zur Fläche 10 senkrechten Achse 38 direkt auf die Fläche 10 treffen. Dieser Einfallswinkel θ liegt normalerweise zwischen 80 und 90° bezüglich der Achse 38, damit der Metalldampf 36 die Fläche 10 angemessen bedeckt. Die Quelle 36 kann irgendein Metall oder ein Material enthalten, das bei der zu polarisierenden Wellenlänge reflektierend ist. Typische Beispiele verwendbarer Metalle sind Aluminium, Kupfer und Edelmetalle wie Gold und Silber.Limits currents of metal vapor at an angle of incidence θ with respect to that perpendicular to surface 10 Axis 38 hit surface 10 directly. This angle of incidence θ is normally between 80 and 90 ° with respect to the axis 38, so that the metal vapor 36 the surface 10 adequately covered. The source 36 may contain any metal or material that is compatible with the type of metal to be polarized Wavelength is reflective. Typical examples of metals that can be used are aluminum, copper and precious metals like gold and silver.

Wenn die Quelle 36 in der Glasglocke 16 erhitzt wird, prallt der Metalldampf 36 auf die Fläche 10, so daß Metallatome entstehen, die anfänglich an Punkten der Oberfläche 10 haften. Wenn der Metalldampf 36 weiterhin auf die Fläche 10 trifft, dann wachsen auf der glatten lichtdurchlässigen Oberfläche 10 mehrere Metall- Haarkristalle 40 (Whisker ),wie in der vergrößerten Ansicht von Fig.2 dargestellt ist. Der Ausdruck "Haarkristailed (Whisker ) soll hier ein vorspringendes Gebilde beschreiben, das an einem Ende befestigt und am anderen Ende frei ist. Wenn die Abscheidung fortgesetzt wird, wachsen die Metali-Haarkristalle 40 auf den ursprünglichen Punkten in Richtung des einfallenden Metalldampfs 36, bis eine Schicht mit einer gleichrnassigen Verteilung dieser Metall-Haarkristalle 40 die ausgesetzte Fläche 10 des lichtdurchläslsigen Substrats 12 bedeckt. Während des Haarkristallwachstums wacheen die Metall-Haarkristalle 40 auf der FlächelO so, daß sich ihre Längsachse im wesentlichen parallel in Richtung des Metalldampfs 36 erstreckt, und die Projektionen 44 der Längsachsen 42 der Metall-Haarkristalle 40 auf die Fläche 10 verlaufen parallel zueinander. Es ist zu erkennen,When the source 36 in the bell jar 16 is heated, The metal vapor 36 collides with the surface 10, so that metal atoms are formed which are initially at points of the Adhere to surface 10. If the metal vapor 36 continues meets the surface 10, then grow on the smooth transparent surface 10 several metal whiskers 40 (whiskers), as in the enlarged view of Fig.2 is shown. The phrase "Hair Christailed (Whisker) is intended to describe a protruding structure that is attached at one end and free at the other end. As the deposition continues, the metal whiskers 40 grow toward the original points of the incident metal vapor 36 until a layer with a uniform distribution of these metal whiskers 40, the exposed surface 10 of the translucent substrate 12 covered. During the whisker growth, the metal whiskers 40 grow on the surface in such a way that that its longitudinal axis extends essentially parallel in the direction of the metal vapor 36, and the projections 44 of the longitudinal axes 42 of the metal whiskers 40 on the surface 10 run parallel to one another. It is recognizable,

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daß die Haarkristalle 10 als Alternativmöglichkeit auf der Fläche 10 auch aus einem Dielektrikum gebildet werden können, und daß sie anschließend durch Anwendung chemischer Verfahren oder Aufdampf verfahren bei der Wellenlänge des zu polarisierenden Lichts reflektierend gemacht werden. In der bevorzugten Ausführung wird das Wachstum der Haarkristalle 10 so lange ausgeführt, bis ihre Länge mindestens ebensolang oder langer als die Wellenlänge des zu polarisierenden Lichts ist und bis ihr Durchmesser und ihr Abstand voneinander klein im Vergleich zur Wellenlänge des zu polarisierenden Lichts ist; mit diesen Eigenschaften wirkt die Metallbeschichtung als ein linearer Polarisator für das reflektierte und für das durchgelassene Licht.that the whiskers 10, as an alternative, are also formed from a dielectric on the surface 10 can be, and that they then proceed by using chemical processes or vapor deposition in the Wavelength of the light to be polarized can be made reflective. In the preferred embodiment, this will be Growth of the whiskers 10 carried out until their length is at least as long as or longer than that The wavelength of the light to be polarized is small and up to its diameter and their distance from each other compared to the wavelength of the light to be polarized; The metal coating works with these properties as a linear polarizer for the reflected and for the transmitted light.

Fig.3 zeigt einen gemäß dem hier beschriebenen Verfahren aufgebauten Polarisator. Zur Verbesserung der optischen Eigenschaften, der thermischen Stabilität und als mechanischer Schutz der Oberfläche 10 kann auf der metallisierten Oberfläche 10 ein beispielsweise aus Siliziummonoxyd (SiO) oder aus Magnesiumfluorid (MgFp) bestehender lichtdurchlässiger optischer überzug 46 angebracht werden. Bei der Anwendung als Lichtpolarisator liegt die reflektierte Komponente eines annähernd in der Normalrichtung auf den Polarisator fallenden unpolarisierten Lichts 48 parallel zur Längsachse der Metall-Haarkristalle 40, und die durchgelassene Komponente 52 liegt senkrecht zur Längsachse der Haarkristalle 40. Wenn das Substrat 12 lichtundurchlässig ist (wie schwarzes Glas), dann entsteht ein reflektierender Lichtpolarisator, da das auf ihn auftreffende Licht vom Substrat 12 absorbiert wird, so daß nur die reflektierte Komponente 50 vorhanden ist.3 shows one according to the method described here built-up polarizer. To improve the optical properties, the thermal stability and as a mechanical one Protection of the surface 10 can be, for example, made of silicon monoxide (SiO) on the metallized surface 10. or made of magnesium fluoride (MgFp) more translucent optical coating 46 can be applied. When used as a light polarizer, the reflected Component of an unpolarized light 48 falling approximately in the normal direction on the polarizer is parallel to the longitudinal axis of the metal whiskers 40, and the let through component 52 is perpendicular to the longitudinal axis of whiskers 40. If the substrate 12 is opaque (like black glass) then a reflective light polarizer, since the light incident on it is absorbed by the substrate 12, so that only the reflected component 50 is present.

Durch einen gemäß dem hier beschriebenen Verfahren aufgebauten Polarisator übertragenes Licht war mit einem gutenLight transmitted through a polarizer constructed according to the method described herein was good

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PolarisatiOnsgrad linear polarisiert. Bei einem tatsächlich ausgeführten Test war das verwendete Metall Gold und das lichtdurchlässige Material war ein polierter Rohling aus optischem Glas mit einer Durchlässigkeit von 965ο bei einerWellenlänge von 1,08 um. Ein mit einem Elektronenmikroskop aufgenommenes Durchlässigkeitsbild der bei diesen nach dem hier beschriebenen Verfahren ausgeführten Test gebildeten Beschichtung ist in Fig.4 dargestellt,wobei die Richtung des verdampften Metalls angegeben ist. Die Vergrößerung ist 14200-fach. Unpolärisiertes Licht kann in zwei zueinander senkrechte Komponenten mit den Durchlässigkeiten k,. (durchgelassen) und kp (gelöscht) aufgelöst werden. Bei unpolarisiertem Licht gilt : k., = k₂ = 1»00_# Typische Durchlässigkeitswerte für diesen Polarisator bei vier Wellenlängen vom sichtbaren Bereich zum nahen Infrarotbereich sind:Degree of polarization linearly polarized. In an actual test carried out, the metal used was gold and the translucent material was a polished blank of optical glass having a transmittance of 965o at a wavelength of 1.08 µm. A permeability image, recorded with an electron microscope, of the coating formed in this test carried out according to the method described here is shown in FIG. 4, the direction of the vaporized metal being indicated. The magnification is 14200 times. Unpolarized light can be divided into two mutually perpendicular components with the transmittances k i. (let through) and kp (deleted) are resolved. The following applies to unpolarized light: k., = K ₂ = 1 »00 _# Typical transmission values for this polarizer at four wavelengths from the visible range to the near infrared range are:

Wellenlänge ( um ) k,- kpWavelength (µm) k, - kp

0,5500 0,37 0,140.5500 0.37 0.14

1,0830 0,77 0,041.0830 0.77 0.04

1,3000 0,79 0,021.3000 0.79 0.02

1,8900 0,73 0,021.8900 0.73 0.02

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellte Polarisatoren weisen eine gute Oberflächenbedeckung und eine gleichmässige Dichte.auf.Fig.5 veranschaulicht ein abgeändertes Verfahren zur Bildung einer polarisierenden Beschichtung auf einer glatten, lichtdurchlässigen Fläche 10 mit einer Verbesserung der gleichemässigen Dichte quer zur Fläche 10. Die in Fig.5 dargestellte Vorrichtung gleicht der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung mit der Ausnahme, daß in der Glasglocke 10 eine spiegelbildlich angeordnete Metallaufdampfanordnung enthalten ist. Die Glasglocke 16 enthält Heizelemente 22a und 22b, die an Heizelektroden 28a,Polarizers produced according to the method described above have good surface coverage and a uniform density illustrated on Fig. 5 discloses a modified method of forming a polarizing coating on a smooth, translucent surface 10 with an improvement in the uniform density across the surface 10. The device shown in FIG. 5 is the same the device shown in Figure 1 with the exception that in the bell jar 10 is a mirror image Metal vapor deposition is included. The bell jar 16 contains heating elements 22a and 22b, which are attached to heating electrodes 28a,

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28b und 3Qa, 30b angeschlossen sind. In den Heizelementen 22a und 22b sind Metallquellen 26a und 26b enthalten. Zwischen den Heizelementen 22a und 22b und der zu beschichtenden Fläche 10 ist jeweils eine Kollimatorvorrichtung 32a bzw. 32b angebracht. Die Glasglocke 16 wird unter Anwendung üblicher Verfahren evakuiert, und durch die Heizelektfoden 28a, 28b und 30a, 30b wird ein strom geschickt, damit die Metallquellen 26a und 26b zur Erzeugung von Metalldampfströmen 36a bzw. 36b erhitzt werden.Visierschlitze 34a und 34b sind so angeordnet, daß die Metalldampfströme 36a und 36b unter im wesentlichen gleichen Einfallswinkeln bezüglich der zur Fläche 10 senkrechten Achse 38 auf die Fläche 10 treffen; in anderen Worten heißt das, daß der Winkel θ_&ϊπι wesentlichen gleich dem Winkel Θ, ist. Wie bei der Ausführungsform von Fig.1 liegen die Winkel θ und θ-^ in der bevorzugten Ausführungsform im Bereich von 80 bis 90°. 28b and 3Qa, 30b are connected. Metal sources 26a and 26b are included in the heating elements 22a and 22b. A collimator device 32a or 32b is attached between the heating elements 22a and 22b and the surface 10 to be coated. The bell jar 16 is evacuated using conventional methods and a current is passed through the heating electrodes 28a, 28b and 30a, 30b to heat the metal sources 26a and 26b to generate metal vapor streams 36a and 36b, respectively. Sighting slots 34a and 34b are so arranged that the metal vapor streams 36a and 36b impinge on the surface 10 at substantially equal angles of incidence with respect to the axis 38 perpendicular to the surface 10; in other words, this means that the angle θ _& ϊπι is essentially equal to the angle Θ. As in the embodiment of Figure 1, the angles θ and θ- ^ in the preferred embodiment are in the range of 80 to 90 °.

Indem die Fläche 10 zunächst dem Metalldampfstrom 36a ausgesetzt wird, v/erden Metall-Haarkristalle 40a (Fig.6) in der im Zusammenhang mit Fig.1 beschriebenen Weise auf der Fläche 10 erzeugt. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, bis die von der Kurve A(Fig.7) angegebene Haarkristalldichte auf der Fläche 10 vorliegt. Wie die Kurve A von ELg.7 zeigt, v/eist die am dichtesten bei der Metallquelle 26a liegende Seite der Fläche 10 eine höhere Dichte (beispielsweise 55%) als die von der · · Metallquelle 26a am weitesten entfernte Seite auf (45/6); wie der Darstellung zu entnehmen ist, wird von der mit Hilfe des Metalldampfstroms 36a gebildeten Metall-Haarkristallbeschichtung ein Haarkristalldichteunterschied von etwa 10% quer zur Fläche 10 erzeugt.By first exposing the surface 10 to the metal vapor stream 36a, metal whiskers 40a (FIG. 6) are generated on the surface 10 in the manner described in connection with FIG. This process is continued until the hair crystal density indicated by curve A (FIG. 7) is present on surface 10. As curve A of Figure 7 shows, the side of the surface 10 closest to the metal source 26a has a higher density (for example 55%) than the side furthest away from the metal source 26a (45/6 ); As can be seen from the illustration, a hair-crystal density difference of approximately 10% across the surface 10 is generated by the metal-hair-crystal coating formed with the aid of the metal vapor flow 36a.

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Indem die Fläche 10 einem zweiten Metalldampfstrom 36b mit einem im wesentlichen gleichen Einfallswinkel wie der Metalldampfstrom 36a ausgesetzt wird, werden auf der Fläche 10 zweite Metall-Haarkristalle 40b (Fig.6) erzeugt, deren Längsachsen 42b im wesentlichen parallel zum Metalldampfstrom 36b verlaufen; die Projektionen 44a und 44b der Längsachsen 40a bzw. 40b auf die Fläche verlaufen im wesentlichen parallel zueinander. Aus Fig.7 ist zu erkennen, daß der Metälldampfstrom 36b eine Kurve B für die Haarkristalldichte erzeugt, die spiegelbildlich zu der vom Metalldampfstrom 36a erzeugten Haarkristalldichte verläuft. Die Haarkristall-Gesamtdichte quer zur Fläche 10 ergibt sich aus der Summe der Kurven Λ und B, die durch die im wesentlichen quer zur Breite der Fläche gleichmässige Kurve C angegeben ist.By the surface 10 to a second metal vapor stream 36b at substantially the same angle of incidence as the metal vapor stream 36a are exposed of the surface 10 second metal whiskers 40b (Fig. 6) generated, the longitudinal axes 42b of which are substantially parallel to the metal vapor stream 36b; the projections 44a and 44b of the longitudinal axes 40a and 40b, respectively, on the surface run essentially parallel to one another. From Fig. 7 it can be seen that the metal vapor flow 36b produces a curve B for the whisker density which is a mirror image to the whisker density generated by the metal vapor stream 36a. The total whisker density across the Area 10 results from the sum of the curves Λ and B, which are essentially transverse to the width of the area uniform curve C is given.

Ein abgewandeltes Verfahren zur Erzielung des gleichen Ergebnisses, einer sehr gleichmässigen Haarkristalldichte auf der Fläche 10 kann mit Hilfe der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung ausgeführt werden. Bezugnehmend auf Fig.T kann die Fläche 10, nachdem sie dem Metalldampf 36 zur Erzeugung der in Fig.2 dargestellten Metall-Haarkristalle 40 ausgesetzt worden ist, um die Achse 38 um 180° gedreht und dann erneut dem Metalldampfstrom 36 ausgesetzt werden.Dadurch entsteht eine zweite Gruppe von Metall-Haarkristallen ebenso wie in Fig.6, so daß sich die gleichen Haarkristalldichteeigenschaften ergeben, die in .den Kurven von Fig.7 angegeben sind.A modified method for achieving the same result, a very uniform hair crystal density on the surface 10, can be carried out with the aid of the method shown in FIG device shown are executed. Referring to Fig.T, after the surface 10 has been exposed to the metal vapor 36 for generating the metal whiskers shown in FIG 40 has been exposed, rotated about the axis 38 by 180 ° and then again to the metal vapor stream 36 This creates a second group of metal whiskers as in Fig. 6, so that the same whisker density properties result, which are indicated in the curves of Fig.7.

Die Fläche 10 ist aus Gründen der Zweckmässigkeit der Darstellung zwar mit endlicher Breite dargestellt worden, doch ist zu erkennen, daß sie auch in einer kontinuierlichen flexiblen Form ausgeführt sein kann und daß aufeinanderfolgende Abschnitte zur Bildung plattenartiger Polarisatoren in den MetalldampfstromFor reasons of expediency of the illustration, the surface 10 is shown with a finite width but it will be recognized that it can also be implemented in a continuous flexible form and that successive sections to form plate-like polarizers in the metal vapor stream

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und wieder heraus bewegt werden können. Ein Hauptvorteil des gemäß dem "beschriebenen Verfahren erzeugten polarisierenden Materials besteht darin, daß es nicht langer an eine Platte oder an ein Substrat gebunden ist, dessen optische Eigenschaften den ausnutzbaren Spektralbereich der Vorrichtung begrenzen. Wie oben bereits erwähnt wurde, sind einige bekannte Polarisatoren durch die Spektralkurve des Kunststoffgrundmaterials und der Chemikalien begrenzt, die die Matrix aus dichroitischen Molekülen bilden. Drahtgitterpolarisatoren sind an die Materialien gebunden, in die ein Gitter eingeprägt v/erden kann. Im nahenlnfrarotbereich (8000 bis 35 000 S) sind die hauptsächlich verwendeten Plattenpolarisatoren Drahtgitterpolarisatoren. Drahtgitterpolarisatoren haben derzeit unter 12 000 £ ein verschlechtertes Verhalten. Über dem nahen Infrarotbereich haben die gemäß den hier beschriebenen Verfahren hergestellten Polarisatoren ein besseres Leistungsverhalten, als es mit Drahtgitterpolarisatoren erreichbar ist, und sie sind beispielsweise auf dem Militär- und Polizeisektor bei im nahen Infrarotbereich arbeitenden Nachtsichteinrichtungen einsetzbar.and can be moved out again. A major advantage of the polarizing produced according to the "described method." Material is that it is no longer bound to a plate or substrate, its optical properties limit the usable spectral range of the device. As mentioned above, are some well-known polarizers by the spectral curve of the plastic base material and the chemicals limited, which form the matrix of dichroic molecules. Wire grid polarizers are attached to the materials bound into which a grid can be embossed. In the near infrared range (8,000 to 35,000 S) are the plate polarizers mainly used wire grid polarizers. Wire grid polarizers currently have deteriorated performance below £ 12,000. Above the near infrared range, the polarizers manufactured according to the methods described here have better performance than can be achieved with wire grid polarizers, and they are for example in the military and police sector in night vision devices working in the near infrared range applicable.

In den letzten zehn Jahren sind erhebliche Anstrengungen unternommen worden, im Infrarotbereich (3,5 bis 20yum) arbeitende Plattenpolarisatoren herzustellen. In diesem Spektralbereich sind zwar Drahtgitterpolarisatoren verwendet worden, doch waren die Substratmaterialien im allgemeinen auf lichtdurchlässige Kunststoffe und auf Materialien beschränkt, die kaltfliessend sind; diese Polarisatoren haben folglich schlechte Temperatureigenschaften und/oder tois Zonen in ihren beabsichtigten Spektralbereichen. Der gemäß dem hier beschriebenen Verfahren hergestellte Polarisator ermöglicht die Herstellung von Beschichtungen auf großflächigen lichtdirchlässigen Materialien wie Irtran( einem gepreßten Zinksulfid),Considerable efforts have been made in the past decade to use the infrared range (3.5 to 20yum) to manufacture working plate polarizers. Wire grid polarizers are in this spectral range had been used, but the substrate materials were generally based on translucent plastics and on Limited materials that are cold flowing; these Polarizers consequently have poor temperature characteristics and / or tois zones in their intended spectral ranges. The one according to the procedure described here produced polarizer enables the production of coatings on large-area light-directing Materials like Irtran (a pressed zinc sulfide),

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Silizium, Germanium oder einem glatten infrarotübertragenden Material;das angewendete Verfahren ist im Vergleich zum Verfahren des Einritzens von Gittern in Irtran einfach und kostengünstig.Silicon, germanium or a smooth infrared transmitting Material; the method used is simple and compared to the method of scratching grids in Irtran inexpensive.

Für einen Einsatz im sichtbaren Bereich des Spektrums kann ein Polarisator mit dünner Beschicntung unter Anwendung des hier beschriebenen Verfahrens dadurch hergestellt v/erden, daß ein Metall verwendet wird, das im sichtbaren Bereich des Spektrums reflektiert, was ein einziges Element ermöglicht, das bei Verwendung eines geeigneten durchlässigen Substratsvom nahen Ultraviolettbereich bis zum Infrarotbereich arbeitet. Im sichtbaren Bereich des Spektrums eignet sich der hier beschriebene Polarisator für einen Einsatz bei Sonnenbrillen, (wo zusätzlich die Möglichkeit besteht, die Beschichtung direkt auf korrigierende Brillengläser aufzubringen), bei Fensterscheiben (zum Zurückhalten von Hitze, beispielsweise Infrarotstrahlung, und zum Beseitigen des reflektierenden Blendens im Gesichtsfeld), in der Automobilindustrie (durch Polarisieren des Scheinwerferlichtstrahls und durch Vorsehen eines polarisierenden Filters für die Fahrer) und bei Flüssigkristallanzeigen, bei denen durchlässige und/oder reflektierende Polarisationsfilter verwendet werden.For use in the visible range of the spectrum, a polarizer with a thin coating can be used of the method described here produced by using a metal that is visible in the Part of the spectrum is reflected, which allows a single element to be transmitted when using a suitable Substrate from the near ultraviolet to the infrared. In the visible area of the Spectrum, the polarizer described here is suitable for use in sunglasses (where additionally it is possible to apply the coating directly to corrective lenses), on window panes (to hold back heat, such as infrared radiation, and to remove the reflective glare in the field of vision), in the automotive industry (by polarizing the headlight beam and by providing a polarizing filter for the driver) and with liquid crystal displays, where transmissive and / or reflective polarization filters are used.

Die Erfindung ist hier zwar im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben worden, doch ist zu erkennen, daß im Rahmen der Erfindung ohne weiteres Abwandlungen durchgeführt werden können.The invention has been described here in connection with specific exemplary embodiments, but it can be seen that modifications can easily be made within the scope of the invention.

Claims

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Claims

/ 1J Light polarizing material characterized by a smooth surface and several metal whiskers, which are attached to the surface with one end, with their Longitudinal axes extend essentially parallel to one another.

2. Light polarizing material according to claim 1, characterized characterized in that the length of the whiskers is at least as long as the wavelength of the light to be polarized and that the diameter and the distance to the next neighboring whisker are small compared to the wavelength are.

3. A method of making a light polarizing material having polarizing properties for wavelengths from the visible Range up to the infrared range according to Claims 1 and 2, characterized in that a smooth surface and a metal that evaporates from a heating device and from a collimator device can be aligned to a metal beam, that the surface is attached so that it is a Angle of incidence to the metal beam forms that the vacuum chamber is evacuated and that the metal is heated, so that a jet of metal vapor is generated, which is directly strikes this surface, so that metal whiskers arise on the surface, the longitudinal axis of which is essentially runs parallel to the direction of the metal vapor jet, the projections of this longitudinal axis onto the surface running essentially parallel to one another.

4. The method according to claim 3, characterized in that a translucent material is used for the surface.

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5. The method according to claim 3 »characterized in that an opaque material is used for the surface will.

6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that that an angle between 80 and 90 ° is used as the angle of incidence.

7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized in, that a noble metal is used as the metal.

8. The method according to claim 3, characterized in that

an infrared-permeable material is used for the surface will.

9. The method according to claim 3, characterized in that an optical element is used as the surface.

10. The method according to any one of claims 3 to 9, characterized in that the length of the metal semi-crystals at least as long as the wavelength of the light to be polarized and that the diameter and the distance of the Hair crystals are less than one wavelength.

11. The method according to any one of claims 3 to 10, characterized in that the surface in a continuous flexible form is executed, and that successive sections' of the surface in the metal vapor jet and again be moved out of it.

12. The method according to any one of claims 3 to 11, characterized in that that a translucent optical coating is applied to the metallized surface.

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13. The method according to any one of claims 3 to 12, characterized characterized in that the surface is rotated by 180 ° about its normal axis, that the first jet of metal vapor again on the twisted surface is directed to form second metal whiskers attached at one end to the surface are so that the longitudinal axes extend substantially parallel to the direction of the first jet of metal vapor, and that the projections of the first and second metal whiskers on the surface are substantially parallel lie to each other.

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