CN1116754A - 光学器件 - Google Patents

Abstract

通过由取向层、交联液晶单体层及反光器层构成的混杂层状组合，以及适当的分子取向局域构造，获得一种用传统影印装置无法复制的光学图案。此种图案能作为保护票据、纸币等不被复制的有用手段。

Description

光学器件

本发明关于一种光学器件，它包括由紧贴基材表面一取向层的交联液晶单体各向异性层组成的层状结构。本发明还关于上述器件的生产方法和较好用途。

光轴均匀或按逐点预定三维取向、透明或彩色、各向异性聚合物网状层，在许多显示技术、集成光学等领域具有重大应用价值。

具有此类性能的材料，主要指某种可交联液晶二丙烯酸酯和二环氧化合物，已被发现多年了。此类材料，当处于单体状态，即交联之前，能借助传统取向层在晶胞内取向，或者靠诸如磁场或电场等外界场作用，在液晶(LC)相内取向，并能在第二阶段用传统方法，即以非偏振光照射进行光交联，而不失去单体状态下获得的取向。

例如，此种层状结构可见诸于EP-A-331 233。它们是通过在外界场作用下使单体层取向，随后透过掩膜照射其一部分而制成的。交联仅在受照射区引发。接着，改变外界场方向，尚未发生交联的单体区域在新的场方向作用下重新取向。然后，再用光照使后一区域交联。显然，这种方法，由于掩膜的遮蔽，使自由基交联反应不能清晰定界，故无法制成具有高局域分辨率的取向结构。

最近已找出了生成具有局域可变取向特性的取向层方法。例如，US-A-4 974 941描述通过结合在聚合物内二向色性染料分子的影印法的取向技术。

尚未发表的瑞士专利申请号488/93描述了一类层状结构，它包括一层交联液晶单体膜，和与之紧贴的可光取向的聚合物网络(PPN)取向层。这类层状结构是通过让液晶单体与PPN层作用而取向，随后在下一交联步骤中固定这一取向而制成的。有关另一些细节，可参见瑞士专利申请号2016/94。

本发明的目的在于利用上述类型的层状结构提供制取光学及光-电器件的其它可能性。

为达到本发明的这一目的，所用基材包括一种反射器。该反射器可以是漫射或反射金属表面，也可以是反光性聚合物，例如金属喷镀汽车涂层场合含有颜料的聚合物，或反光纸、介电镜等等。反射器必须至少部分保存入射光的偏振状态。按本发明的此种器材特别适用于防止伪造和复制纸币或票据，制作反光液晶显示器和集成光学用光学器件，例如波导、光棚、非线性光学(NLO)活性材料以及光-电Mach-Zender调制器等等。

鉴于现代技术能提供的复制质量愈来愈高，人们日益需要并要求纸币、信用卡和票据等等有更高级的防伪要素以防止伪造，而这些防伪要素还必须能让公众清楚辨认出它们所代表的含义。现行的大多数防伪特征都是根据光在光棚上衍射这一原理工作的，例如全息摄影或电影图象(J.F.Moser，“光学可变图象票据保护”，<票据的光学防伪>，R.L.Van Renesse编，Artech House出版，Boston，London，169页)。要检查票据的真实性，必须从不同的视角去观察这些防伪特征。于是便搞出了3-维图象、虹彩图形乃至电影效果等名堂，它们必须按具体图形要求的不同规则来检验。这就造成一种困难局面：公众要想直观地检查这种防伪要素是否是真的，必须先学会众多的复杂规则。另外，衍射原理的防伪特征检查起来还非常复杂，尤其用人工方法。实际上几乎不可能用肉眼一一看出单个的项目，例如用这类技术加密的图象或数字。

EP-A 435 029描述了一种象液晶温度计采用的已知的胆甾醇液晶形式的防伪要素。胆甾醇液晶，象机械光棚一样，具有周期性结构，它具有早在1888年人们就知道的性质：即其反射光颜色随观察角度不同而变化。基于有关虹彩效应的真伪检验因而与机械光栅同样，遇到重重困难。

下面，将结合附图说明本发明的实施方案。

该图是一种防伪纸币层状结构的示意性细部。层状结构的基础或基材是纸层1，与传统钞票纸无异。许多传统纸币已经包含金属条或丝，其目的是赋予一定的防伪保护。这样，金属层2便覆盖了纸1的部分表面。取向层3配置在金属层上，它对阻滞层4(其上方)产生一种取向效应。取向层3具有一图案，在阻滞层4交联之前该图案被转移到层4上，于是在阻滞层上呈现一图案5。在非偏振光下查看涂有阻滞图案的金属条时，看到的是一般的金属丝。而若将此结构透过一个偏振滤光器查看时，则图案变得可见了。这种图案既可以用肉眼来识别也可以借助偏振光敏感探测元件靠机器来识别。

这是一种综合了非常巧妙手段的钞票、信用卡、票据等防复制或伪造的方法。阻滞图案例如可以包括图象或文字。它也可用以制作例如正常情况下不可见的，而当透过偏振滤光器观察时又是可见的密码。

由于阻滞图案借非偏振光观察时看不见，这种层状结构布置在其他防伪特征上面不妨碍后者特性的发挥。这种与其他防复制方法的结合能进一步提高防伪的可靠性。

又一种方式是，在防伪要素中加进一种其光学轴与表面呈一定角度的阻滞层。然后可以让该层倾斜以产生彩色或明暗效果，该效果相对于倾斜之前的位置是不对称的。

与已知的防伪要素相比较，本发明的特点在于，一般公众就可以容易地检验出防伪特征的真实性，因为它不需要人们先学会如何识别复杂的虹彩或电影效应。

通过下面给出的例子，本发明的其他细节将会很清楚。实例1PPN层的制作

PPN材料例如可以是肉桂酸衍生物。本实例选择了一种具有高玻璃化温度(Tg＝133℃)的PPN材料：聚合物：

在一块玻璃板上以2000rpm旋涂PPN材料在N-甲基吡咯烷酮中的5％溶液，为时1分钟。然后，把涂层放在加热台上于130℃下干燥2小时，继而在真空中、130℃下再干燥4小时。随后以200W甚高压水银灯发出的线性偏振光，于室温下对涂层照射5分钟。于是获得的涂层可用作液晶的取向层。然而，对于许多用途来说，这种取向层的热稳定性太低。譬如，在象120℃的温度下，15分钟后其取向能力便丧失了。实例2用于LCP层的可交联LC单体混合物

在下面实例中，采用了下列的二丙烯酸酯成分作为可交联LC单体：单体1： 单体2：

单体3：

用上述组分制备熔点特别低(Tm≈35℃)的可过冷向列混合物M_LCP，以便LCP层能在室温下制备。

二丙烯酸酯在混合物中的比例如下：

单体1：80％

单体2：15％

单体3：5％

为加速交联过程，添加2％Ciba-Geigy公司的光引发剂IRGACURE369。把混合物MLCP溶解在茴香醚中并涂布在PPN底层上，通过调节MLCP在茴香醚中的浓度，可以在很宽的范围内调节LCP层的厚度。

为了使LC单体光诱导交联，对取向后的层用150W氙灯发出的各向全同光照射约30分钟，从而固定取向。实例3

反射或漫射金属反光表面上的阻滞层

将PPN层蒙罩于蒸汽镀铝玻璃片上，继而以线性偏振紫外光照射。玻璃片的一半受照射期间，将其偏振方向相对于另一半照射时偏振方向转过45°角。用旋涂法(2分钟，2000rpm)把30％MLCP在茴香醚中的溶液涂布到照射后的PPN层上。用上述条件获得的层，经交联后具有约140nm的光学阻滞(光程差)。然而，被金属层反射的光却经受了2次光学阻滞，即光程差为280nm，相对于可见光谱区平均波长，这大约相当于入/2片(半波)。

当不用偏振器看反射光时，看到的只是一个无光学结构反射片。若在此片前面放一只偏振器，结果透射方向与光照确定的2方向之一重合，片的该对应一半显明亮而另一半则显暗兰色。

这样一来，就可以在反射表面写入信息，它只有借助偏振器才能看出。此类阻滞图案可以用来，譬如防止复制和检验票据、钞票等的真实性。

Claims (17)

1.一种包括层状结构的光学器件，该结构由交联液晶单体的各向异性层、与之紧贴的取向层和再下面的底层构成，其中底层包括反射或漫射反光器。

2.按照权利要求1的光学器件，其中底层由反光器构成。

3.按照权利要求1的光学器件，其中底层由透明材料构成。

4.按照权利要求3的光学器件，其中反光器配置在隔底层与取向层相对的一侧。

5.按照权利要求3的光学器件，其中反光器置于LCP层上方，LCP层上的光学信息是透过底层观察的。

6.按照权利要求3的光学器件，其中透明底层的两侧各配置有一层状结构，每个层状结构包含交联液晶单体的各向异性层及与之紧贴的取向层。

7.按照权利要求3的光学器件，其中底层的一面上有一包含交联液晶单体各向异性层和紧贴的取向层的层状结构，而底层的另一面具有一个非光学结构的阻滞层或阻滞箔。

8.按照权利要求3～7中任何一项的光学器件，其中底层为光学各向异性。

9.按照前述权利要求中任何一项的光学器件，其中取向层在LCP层内诱导形成一倾角，使得LCP层的光学轴线与底层表面呈一角度。

10.按照前述权利要求中任何一项的光学器件，其中取向层和液晶层通过分子的局域变化排列而具有某种图案。

11.按照前述权利要求中任何一项的光学器件，其中LCP层包含二向色性染料分子。

12.按照前述权利要求中任何一项的光学器件，其中反光器由金属丝形式的金属制成。

13.按照前述权利要求中任何一项的光学器件，其中包含交联液晶单体和取向层的层状结构被配置于其他防伪特征上面。

14.按照前述权利要求中任何一项的光学器件在防止伪造和复制方面的用途。

15.按照权利要求1-13中任何一项的光学器件应用于纸币中的用途。

16.按照权利要求1-13中任何一项的光学器件应用于信用卡中的用途。

17.按照权利要求1-14中任何一项的光学器件的用途，其中所载信息可用肉眼或者自动操作光学读入装置探测。