專利名稱：光學器件的制作方法
技術領域：
本發明關于一種光學器件，它包括由緊貼基材表面一取向層的交聯液晶單體各向異性層組成的層狀結構。本發明還關于上述器件的生產方法和較好用途。
光軸均勻或按逐點預定三維取向、透明或彩色、各向異性聚合物網狀層，在許多顯示技術、集成光學等領域具有重大應用價值。
具有此類性能的材料，主要指某種可交聯液晶二丙烯酸酯和二環氧化合物，已被發現多年了。此類材料，當處于單體狀態，即交聯之前，能借助傳統取向層在晶胞內取向，或者靠諸如磁場或電場等外界場作用，在液晶(LC)相內取向，并能在第二階段用傳統方法，即以非偏振光照射進行光交聯，而不失去單體狀態下獲得的取向。
例如，此種層狀結構可見諸于EP-A-331 233。它們是通過在外界場作用下使單體層取向，隨后透過掩膜照射其一部分而制成的。交聯僅在受照射區引發。接著，改變外界場方向，尚未發生交聯的單體區域在新的場方向作用下重新取向。然后，再用光照使后一區域交聯。顯然，這種方法，由于掩膜的遮蔽，使自由基交聯反應不能清晰定界，故無法制成具有高局域分辨率的取向結構。
最近已找出了生成具有局域可變取向特性的取向層方法。例如，US-A-4 974 941描述通過結合在聚合物內二向色性染料分子的影印法的取向技術。
尚未發表的瑞士專利申請號488/93描述了一類層狀結構，它包括一層交聯液晶單體膜，和與之緊貼的可光取向的聚合物網絡(PPN)取向層。這類層狀結構是通過讓液晶單體與PPN層作用而取向，隨后在下一交聯步驟中固定這一取向而制成的。有關另一些細節，可參見瑞士專利申請號2016/94。
本發明的目的在于利用上述類型的層狀結構提供制取光學及光-電器件的其它可能性。
為達到本發明的這一目的，所用基材包括一種反射器。該反射器可以是漫射或反射金屬表面，也可以是反光性聚合物，例如金屬噴鍍汽車涂層場合含有顏料的聚合物，或反光紙、介電鏡等等。反射器必須至少部分保存入射光的偏振狀態。按本發明的此種器材特別適用于防止偽造和復制紙幣或票據，制作反光液晶顯示器和集成光學用光學器件，例如波導、光棚、非線性光學(NLO)活性材料以及光-電Mach-Zender調制器等等。
鑒于現代技術能提供的復制質量愈來愈高，人們日益需要并要求紙幣、信用卡和票據等等有更高級的防偽要素以防止偽造，而這些防偽要素還必須能讓公眾清楚辨認出它們所代表的含義。現行的大多數防偽特征都是根據光在光棚上衍射這一原理工作的，例如全息攝影或電影圖象(J.F.Moser，“光學可變圖象票據保護”，<票據的光學防偽>，R.L.Van Renesse編，Artech House出版，Boston，London，169頁)。要檢查票據的真實性，必須從不同的視角去觀察這些防偽特征。于是便搞出了3-維圖象、虹彩圖形乃至電影效果等名堂，它們必須按具體圖形要求的不同規則來檢驗。這就造成一種困難局面公眾要想直觀地檢查這種防偽要素是否是真的，必須先學會眾多的復雜規則。另外，衍射原理的防偽特征檢查起來還非常復雜，尤其用人工方法。實際上幾乎不可能用肉眼一一看出單個的項目，例如用這類技術加密的圖象或數字。
EP-A 435 029描述了一種象液晶溫度計采用的已知的膽甾醇液晶形式的防偽要素。膽甾醇液晶，象機械光棚一樣，具有周期性結構，它具有早在1888年人們就知道的性質即其反射光顏色隨觀察角度不同而變化。基于有關虹彩效應的真偽檢驗因而與機械光柵同樣，遇到重重困難。
下面，將結合
本發明的實施方案。
該圖是一種防偽紙幣層狀結構的示意性細部。層狀結構的基礎或基材是紙層1，與傳統鈔票紙無異。許多傳統紙幣已經包含金屬條或絲，其目的是賦予一定的防偽保護。這樣，金屬層2便覆蓋了紙1的部分表面。取向層3配置在金屬層上，它對阻滯層4(其上方)產生一種取向效應。取向層3具有一圖案，在阻滯層4交聯之前該圖案被轉移到層4上，于是在阻滯層上呈現一圖案5。在非偏振光下查看涂有阻滯圖案的金屬條時，看到的是一般的金屬絲。而若將此結構透過一個偏振濾光器查看時，則圖案變得可見了。這種圖案既可以用肉眼來識別也可以借助偏振光敏感探測元件靠機器來識別。
這是一種綜合了非常巧妙手段的鈔票、信用卡、票據等防復制或偽造的方法。阻滯圖案例如可以包括圖象或文字。它也可用以制作例如正常情況下不可見的，而當透過偏振濾光器觀察時又是可見的密碼。
由于阻滯圖案借非偏振光觀察時看不見，這種層狀結構布置在其他防偽特征上面不妨礙后者特性的發揮。這種與其他防復制方法的結合能進一步提高防偽的可靠性。
又一種方式是，在防偽要素中加進一種其光學軸與表面呈一定角度的阻滯層。然后可以讓該層傾斜以產生彩色或明暗效果，該效果相對于傾斜之前的位置是不對稱的。
與已知的防偽要素相比較，本發明的特點在于，一般公眾就可以容易地檢驗出防偽特征的真實性，因為它不需要人們先學會如何識別復雜的虹彩或電影效應。
通過下面給出的例子，本發明的其他細節將會很清楚。實例1PPN層的制作PPN材料例如可以是肉桂酸衍生物。本實例選擇了一種具有高玻璃化溫度(Tg＝133℃)的PPN材料聚合物 在一塊玻璃板上以2000rpm旋涂PPN材料在N-甲基吡咯烷酮中的5％溶液，為時1分鐘。然后，把涂層放在加熱臺上于130℃下干燥2小時，繼而在真空中、130℃下再干燥4小時。隨后以200W甚高壓水銀燈發出的線性偏振光，于室溫下對涂層照射5分鐘。于是獲得的涂層可用作液晶的取向層。然而，對于許多用途來說，這種取向層的熱穩定性太低。譬如，在象120℃的溫度下，15分鐘后其取向能力便喪失了。實例2用于LCP層的可交聯LC單體混合物在下面實例中，采用了下列的二丙烯酸酯成分作為可交聯LC單體單體1 單體2 單體3 用上述組分制備熔點特別低(Tm≈35℃)的可過冷向列混合物MLCP，以便LCP層能在室溫下制備。
二丙烯酸酯在混合物中的比例如下單體180％單體215％單體35％為加速交聯過程，添加2％Ciba-Geigy公司的光引發劑IRGACURE369。把混合物MLCP溶解在茴香醚中并涂布在PPN底層上，通過調節MLCP在茴香醚中的濃度，可以在很寬的范圍內調節LCP層的厚度。
為了使LC單體光誘導交聯，對取向后的層用150W氙燈發出的各向全同光照射約30分鐘，從而固定取向。實例3反射或漫射金屬反光表面上的阻滯層將PPN層蒙罩于蒸汽鍍鋁玻璃片上，繼而以線性偏振紫外光照射。玻璃片的一半受照射期間，將其偏振方向相對于另一半照射時偏振方向轉過45°角。用旋涂法(2分鐘，2000rpm)把30％MLCP在茴香醚中的溶液涂布到照射后的PPN層上。用上述條件獲得的層，經交聯后具有約140nm的光學阻滯(光程差)。然而，被金屬層反射的光卻經受了2次光學阻滯，即光程差為280nm，相對于可見光譜區平均波長，這大約相當于入/2片(半波)。
當不用偏振器看反射光時，看到的只是一個無光學結構反射片。若在此片前面放一只偏振器，結果透射方向與光照確定的2方向之一重合，片的該對應一半顯明亮而另一半則顯暗蘭色。
這樣一來，就可以在反射表面寫入信息，它只有借助偏振器才能看出。此類阻滯圖案可以用來，譬如防止復制和檢驗票據、鈔票等的真實性。
權利要求
1.一種包括層狀結構的光學器件，該結構由交聯液晶單體的各向異性層、與之緊貼的取向層和再下面的底層構成，其中底層包括反射或漫射反光器。
2.按照權利要求1的光學器件，其中底層由反光器構成。
3.按照權利要求1的光學器件，其中底層由透明材料構成。
4.按照權利要求3的光學器件，其中反光器配置在隔底層與取向層相對的一側。
5.按照權利要求3的光學器件，其中反光器置于LCP層上方，LCP層上的光學信息是透過底層觀察的。
6.按照權利要求3的光學器件，其中透明底層的兩側各配置有一層狀結構，每個層狀結構包含交聯液晶單體的各向異性層及與之緊貼的取向層。
7.按照權利要求3的光學器件，其中底層的一面上有一包含交聯液晶單體各向異性層和緊貼的取向層的層狀結構，而底層的另一面具有一個非光學結構的阻滯層或阻滯箔。
8.按照權利要求3～7中任何一項的光學器件，其中底層為光學各向異性。
9.按照前述權利要求中任何一項的光學器件，其中取向層在LCP層內誘導形成一傾角，使得LCP層的光學軸線與底層表面呈一角度。
10.按照前述權利要求中任何一項的光學器件，其中取向層和液晶層通過分子的局域變化排列而具有某種圖案。
11.按照前述權利要求中任何一項的光學器件，其中LCP層包含二向色性染料分子。
12.按照前述權利要求中任何一項的光學器件，其中反光器由金屬絲形式的金屬制成。
13.按照前述權利要求中任何一項的光學器件，其中包含交聯液晶單體和取向層的層狀結構被配置于其他防偽特征上面。
14.按照前述權利要求中任何一項的光學器件在防止偽造和復制方面的用途。
15.按照權利要求1-13中任何一項的光學器件應用于紙幣中的用途。
16.按照權利要求1-13中任何一項的光學器件應用于信用卡中的用途。
17.按照權利要求1-14中任何一項的光學器件的用途，其中所載信息可用肉眼或者自動操作光學讀入裝置探測。
全文摘要
通過由取向層、交聯液晶單體層及反光器層構成的混雜層狀組合，以及適當的分子取向局域構造，獲得一種用傳統影印裝置無法復制的光學圖案。此種圖案能作為保護票據、紙幣等不被復制的有用手段。
文檔編號B44F1/12GK1116754SQ95107090
公開日1996年2月14日 申請日期1995年6月23日 優先權日1994年6月24日
發明者M·沙特, A·舒斯特, H·賽伯里 申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司