EA032083B1

EA032083B1 - Method for forming a polarization-diffraction solid-state optical element, optical protective device including the polarization-diffraction solid-state optical element manufactured by said method, and valuable document including said device

Info

Publication number: EA032083B1
Application number: EA201791680A
Authority: EA
Inventors: Владимир Маркович КОЗЕНКОВ; Борис Рудольфович Шаталов; Леонид Игоревич СМИРНОВ; Андрей Валентинович СМИРНОВ; Александр Михайлович Сергиенко; Антон Станиславович Сазонов
Original assignee: Акционерное Общество "Научно-Производственное Объединение "Криптен"
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2017-08-23
Publication date: 2019-04-30
Also published as: EA201791680A1

Abstract

The invention is related to the field of polarization-diffraction optical instrument-making, in particular, to a method for forming a polarization-diffraction solid-state optical element comprising the following steps: an isotropic thermoplastic varnish layer with a relief-structured surface in the form of at least two diffraction gratings or relief holograms with a pattern distribution of groove directions, depths and constants in said diffraction gratings or relief holograms is applied to a substrate; an intermediate solid-state isotropic amorphous layer that can follow the volume geometric profile and the shape of the layer with a relief-structured surface and can follow the predetermined pattern obtained in the layer with a relief-structured surface is applied to the above-said layer with a relief-structured surface; a layer of a liquid-crystal material in the isotropic state is applied to said intermediate solid-state amorphous layer, the layer of the LC material applied to the intermediate solid-state amorphous layer is transferred from the isotropic state to the mesomorphic state, wherein the intermediate solid-state amorphous layer is made so as to provide, in the layer of LC material in the mesomorphic state, a predetermined pattern of spatial distribution of optical anisotropy (optical axis directions and absorption and/or birefringence dichroism values) corresponding to the predetermined pattern of groove directions, depths and constants in said at least two diffraction gratings or relief holograms formed in the layer with a relief-structured surface; curing of the LC material layer is performed to produce a solid state, optically anisotropic layer with a predetermined pattern of optical anisotropy spatial distribution in accordance with the pattern-spatial distribution of groove directions, depths and constants on the relief-structured surface of the intermediate layer.

Description

Изобретение относится к области поляризационно-дифракционного оптического приборостроения, а именно к способу формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, который включает этапы, при которых наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках или рельефных голограммах, наносят на указанный слой с рельефноструктурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии, переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величин дихроизма поглощения и/ или двулучепреломления), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефноструктурированной поверхностью, выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картиннопространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефноструктурированной поверхности промежуточного слоя.The invention relates to the field of polarization-diffraction optical instrumentation, and in particular to a method of forming a polarization-diffraction solid-state optical element, which includes the steps of applying an isotropic thermoplastic varnish layer with a relief-structured surface in the form of at least two diffraction gratings or relief holograms with a picture distribution of strokes, depth and periods of strokes in the specified diffraction gratings or relief gologra ammah, an intermediate solid-state isotropic amorphous layer is applied to the indicated layer with a relief-structured surface, made with the possibility of repeating the volumetric geometric profile and the shape of the layer with the relief-structured surface, as well as repeating the predetermined pattern obtained in the layer with the relief-structured surface, applied to the specified the intermediate solid-state amorphous layer, the layer of the LC material in an isotropic state, transferred to the intermediate solid-state amorphous layer layer, the layer of LC material from the isotropic state to the mesomorphic state, while the intermediate solid-state amorphous layer is made so as to provide a predetermined picture of the spatial distribution of optical anisotropy (optical axis directions and absorption dichroism and / or birefringence) corresponding to a predefined picture of the distribution of the lines of the strokes, depth and periods of strokes in the specified at least two diffraction the lattice or relief holograms formed in a layer with a relief-structured surface, the layer of the LCD material is cured to form a solid-state optically anisotropic layer with a predetermined spatial distribution pattern of optical anisotropy in accordance with the spatial distribution of the directions, depths and periods of strokes on the relief-structured surface of the intermediate layer .

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к технике поляризационно-дифракционного оптического приборостроения, а именно к многослойным поляризационно-дифракционным твердотельным оптическим элементам (ПДОЭ) и устройствам, к способу их изготовления, а также к защитным устройствам, включающим указанный поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент.The present invention relates to techniques for polarization-diffraction optical instrumentation, in particular to multilayer polarization-diffraction solid-state optical elements (PDOEs) and devices, to a method for their manufacture, as well as to protective devices including said polarization-diffraction solid-state optical element.

Оптическое устройство, включающее указанный поляризационно-дифракционный оптический элемент согласно изобретению, может быть использовано в таких областях техники, как устройства записи, хранения, обработки и отображения оптической информации, например при изготовлении жидкокристаллических (ЖК) и стереоскопических дисплеев и устройств, в волоконной и интегральной оптике, линиях оптической коммуникации, в производстве офтальмологических продуктов типа поляризационных очков, декоративных стекол при строительстве архитектурных сооружений, в рекламном деле при изготовлении осветительной аппаратуры, витражей и т.д.An optical device comprising the specified polarization-diffraction optical element according to the invention can be used in such technical fields as devices for recording, storing, processing and displaying optical information, for example, in the manufacture of liquid crystal (LCD) and stereoscopic displays and devices, in fiber and integral optics, optical communication lines, in the production of ophthalmic products such as polarizing glasses, decorative glasses in the construction of architectural attitudes, in advertising in the manufacture of lighting equipment, stained-glass windows, etc.

Особый интерес предлагаемое изобретение может представлять для создания устройств защиты информации, ценных бумаг и различных предметов и изделий человеческой деятельности от подделок и фальсификации, т.е. защитных устройств.The present invention may be of particular interest for the creation of devices for protecting information, securities and various objects and products of human activity from fakes and falsifications, i.e. protective devices.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время в оптических средствах науки и техники все более широкое применение получают голограммы и дифракционные решетки в рельефно-несущем исполнении (см. Методы компьютерной оптики, под. ред. В.А. Сойфера, Физматлит, 2003 г., с. 688 [1], и 13-я Международная Конференция ГолоЭкспо 2016, Голография. Наука и Практика, Тезисы докладов, 12-15 сентября 2016 г., Ярославль, Россия [2]), а также тонкопленочные твердотельные анизотропные слои, содержащие в своем составе органические вещества и материалы, способные проявлять лиотропные или термотропные ЖКсвойства в определенных растворителях [3,4] или в определенном температурном интервале (см. В.М. Козенков, А.А. Спахов, В.В. Беляев, Д.Н. Чаусов, Оптически анизотропные и интерференционные средства защиты: свойства, технология, применение, Жидкие кристаллы и их практическое использование, 2016 г., т. 16, № 4, 9-21 [3] и и11тапик Епсус1ораб1е бег 1ес11. СИсннс, 4⁴¹¹ Εά.,νοί. 11, рр. 658-671, Уег1адСйснйс. 1976; ГМ. 8еббоп, НапбЬоок о£ 1к|шб сгук!а1к, 1998, ХУПеу-УСН, АешИейп [4], а также Л.М. Блинов, Электро- и магнитооптика жидких кристаллов, М. Наука, 1978 г., с. 384 [5]).At present, holograms and diffraction gratings in the relief-bearing design are being used more and more widely in optical means of science and technology (see Methods of computer optics, under the editorship of V.A. Soifer, Fizmatlit, 2003, p. 688 [ 1], and the 13th International Conference HoloExpo 2016, Holography. Science and Practice, Abstracts, September 12-15, 2016, Yaroslavl, Russia [2]), as well as thin-film solid-state anisotropic layers containing organic substances and materials capable of showing lyotropic or thermotropic FSW properties in certain solvents [3,4] or in a certain temperature range (see V.M. Kosenkov, A.A. Spakhov, V.V. Belyaev, D.N. Chausov, Optically anisotropic and interference protective agents: properties, technology, application, Liquid crystals and their practical use, 2016, v. 16, No. 4, 9-21 [3] and 11-step Epsus1ab1e run 1es11. Sysnns, 4 ⁴¹¹ Εά., νοί. 11, pp. 658-671 , Ug1adSysnys. 1976; GM. 8ebbop, Napbok about £ 1k | wbk! A1k, 1998, KhUPeu-USN, AeshIeyp [4], and also L.M. Blinov, Electro and magnetooptics of liquid crystals, M. Nauka, 1978, p. 384 [5]).

Лиотропные и термотропные ЖК-материалы (ЖКМ) являются представителями широких классов органических соединений, которые обладают структурными свойствами, промежуточными между свойствами изотропной жидкости (текучесть) и свойствами твердого кристалла (оптическая анизотропия).Lyotropic and thermotropic LC materials (LCM) are representatives of a wide class of organic compounds that possess structural properties intermediate between the properties of an isotropic liquid (fluidity) and the properties of a solid crystal (optical anisotropy).

При этом хорошо известно, что, например, лиотропные (ЛЖК) или термотропные (ТЖК) жидкокристаллические вещества и материалы на их основе могут быть использованы в технике поляризационного оптического приборостроения только либо в ориентационно упорядоченном молекулярном ЖКсостоянии или в виде аморфных твердотельных слоев с высокопространственно-ориентированными анизотропными молекулами в них.It is well known that, for example, lyotropic (VFA) or thermotropic (TFA) liquid crystalline substances and materials based on them can be used in the technique of polarizing optical instrumentation only either in an orientationally ordered molecular LC state or in the form of amorphous solid layers with highly spatially oriented anisotropic molecules in them.

В первом случае такое ориентированное упорядоченное ЖК-состояние в макроскопическом масштабе, т.е. переход от мутного светорассеивающего ЖК-состояния с множеством неориентированных самоорганизованных молекулярных структур в виде доменов с поперечными размерами порядка долей мкм к монодоменным ЖК-структурам, как правило, достигается внешними анизотропными (электростатическими, магнитными, электромагнитными, акустическими, механическими и другими) силами (см. ИПтапп'к Епсус1ораФе бег 1ес11. СИение, 4⁴¹¹ Еб., νο1. 11, рр. 658-671, Уег1адСйет1е, 1976; ГМ. 8еббоп, НапбЬоок о£ 1к.|шб сгук!а1к, 1998, ХУйеу-УСН, АетИейп [4], а также Л.М. Блинов, Электро- и магнитооптика жидких кристаллов, М. Наука, 1978 г., с. 384 [5]).In the first case, such an oriented ordered LC state on a macroscopic scale, i.e. the transition from a cloudy light-scattering LCD state with many non-oriented self-organized molecular structures in the form of domains with transverse dimensions of the order of fractions of a micron to single-domain LCD structures is usually achieved by external anisotropic (electrostatic, magnetic, electromagnetic, acoustic, mechanical and other) forces (see IPtapp'k Epsusorafe run 1c11. SIenie, 4 ⁴¹¹ Eb., Νο1. 11, pp. 658-671, Ug1adSyet1e, 1976; GM. AetIeip [4], as well as LM Blinov, Electro- and Magnetoopt liquid crystal, M. Nauka, 1978, p. 384 [5]).

Аморфные твердотельные ориентированные слои анизотропных веществ, например, в виде дихроичных поляризаторов могут формироваться под действием сдвигового механического усилия при нанесении на подложку ЖКМ, находящихся в мезофазе, с помощью, например, ракеля ножевого или цилиндрического типа и последующего испарения растворителя (см. υδ 5739296, 1РС С09В 31/147, опубл. 14.04.1998 г. [6]).Amorphous solid-state oriented layers of anisotropic substances, for example, in the form of dichroic polarizers, can form under the action of shear mechanical stress when applying LCMs in the mesophase to the substrate using, for example, a knife or cylinder type doctor blade and subsequent solvent evaporation (see υδ 5739296, 1RS С09В 31/147, published on April 14, 1998 [6]).

Наибольшее практическое распространение получения макроскопически молекулярно ориентированных ЖК-слоев получил метод ориентирования с помощью однонаправленного механического натирания с помощью различных материалов (кожа, бумага, ткань и т.д.) твердотельных полимерных подложек. В результате поверхности подложки придается поверхностно-рельефная структурированная анизотропия в виде статистически упорядоченных по направлению и размеру микроканавок, в которых и ориентируются молекулы ЖКМ (см. ϋδ 2400877 А, 1РС О02В 5/30, опубл. 28.05.1946 г. [7]).The method of orientation using unidirectional mechanical rubbing using various materials (leather, paper, fabric, etc.) of solid-state polymer substrates has received the greatest practical distribution of obtaining macroscopically molecularly oriented LC layers. As a result of the surface of the substrate, a surface-relief structured anisotropy is given in the form of statistically ordered in the direction and size of the grooves in which the LCM molecules are oriented (see ϋδ 2400877 A, 1PC O02B 5/30, published on 05.28.1946 [7]) .

По версии, изложенной в публикации (ГМ. Огеагу, Г\У. ОообЬу, А.И. Кте1х, 1.8. Ра1е1, ТИе тесИашкт о£ ро1утег а1щптеп1 о£ Ицшб сгук!а1к 1. Арр1. РИук., 62, 4100-4108, 1987 г. [8]), альтернативным механизмом процесса, предложенного в патенте ϋδ 2400877 А [7], может быть первоначальная ориентирования поверхностных полимерных молекул в направлении механического натирания. В свою очередь они стимулируют ориентирование ЖК-молекул, контактирующих с ними на границе раздела полимерный слой ЖК-молекулы. Далее, этот процесс в результате диполь-дипольного взаимодействия сопровождается последующим упорядочением ЖК-молекул в объеме слоя. Такая упорядоченность достигаетAccording to the version set forth in the publication (GM. Ogeagu, G.U. Ooobu, A.I. Kte1x, 1.8. Pa1e1, TIe tesiakt o ро 1 1 ег ег а теп теп теп ц ц ш сг сг сг!! 4108, 1987 [8]), an alternative mechanism of the process proposed in the patent ϋδ 2400877 A [7] may be the initial orientation of surface polymer molecules in the direction of mechanical rubbing. In turn, they stimulate the orientation of the LC molecules in contact with them at the interface of the polymer layer of the LC molecule. Further, this process as a result of the dipole – dipole interaction is accompanied by the subsequent ordering of LC molecules in the bulk of the layer. Such orderliness reaches

- 1 032083 глубин до 40-50 мкм с постепенным уменьшением параметра порядка (степени молекулярной упорядоченности) по глубине слоя.- 1 032083 depths up to 40-50 microns with a gradual decrease in the order parameter (degree of molecular ordering) along the depth of the layer.

Если эти ориентированные молекулярные структуры могут быть заморожены с переходом в твердотельное состояние, то сформированные из них твердотельные стеклообразные высокоориентированныеЖК-слои становятся весьма привлекательными для многих оптических и оптико-электронных применений, в том числе для создания новых тонкопленочных (в пределах порядка 0,05-2,0 мкм) поляризационно-оптических средств. Особый интерес представляет возможность формирования оптически анизотропных структур с картинным пространственным распределением направлений оптической оси и величины фазовой задержки в них.If these oriented molecular structures can be frozen with the transition to the solid state, then the solid-state glassy, highly oriented LC layers formed from them become very attractive for many optical and optoelectronic applications, including for creating new thin-film (within the range of about 0.05 2.0 microns) polarizing optical means. Of particular interest is the possibility of forming optically anisotropic structures with a picture of the spatial distribution of the directions of the optical axis and the phase delay in them.

В последние десятилетия огромный интерес для ориентирования, в том числе картинного (дискретно мозаичного или непрерывного), получил метод ориентирования термотропных и лиотропных ЖКструктур с помощью так называемых фотоанизотропных материалов. Эти материалы проявляют эффект фотоиндуцированной оптической анизотропии и поверхностной молекулярной упорядоченности при их облучении поляризованным или даже неполяризованным, но направленным излучением, поглощаемым ими. Более того, в отличие от механизма, предложенного в публикации (см. ЕМ. Отеату, Л.\У. СообЬу. А.К. КтеЩ I. 8. Ра1е1, Тйе тесйапщт о£ ро1утег айдптеп! о£ Нцшй сгуйаИ I. Арр1. Рйук., 62, 4100-4108, 1987 г. [8]), они приобретают свойство картинно ориентировать молекулы нанесенных на них термотропных или лиотропных ЖК в соответствии с пространственным распределением состояния поляризации этого излучения (см. У.О. СЫдлпоу, У.М. Кохенкоу, Н.8. К^ок, Рйо1оа11дптеп! о£ Ыс.|шб СтуйаШпе Ма1епа15: Рйуыск апб АррПсаПопк, 232 рр., УПеу, АидиЦ 2008 [9]). Данный эффект впервые был обнаружен одним из авторов данного изобретения В.М. Козенковым в 1990 г. (см. В.М. Козенков и другие, 2-й Всесоюзный семинар Оптика жидких кристаллов, Тезисы докладов, Красноярск, 17-21 сентября 1990 г. [10]).In recent decades, the method of orienting thermotropic and lyotropic LC structures using the so-called photoanisotropic materials has received great interest for orientation, including picture (discrete mosaic or continuous) orientation. These materials exhibit the effect of photoinduced optical anisotropy and surface molecular ordering when they are irradiated with polarized or even unpolarized but directed radiation absorbed by them. Moreover, in contrast to the mechanism proposed in the publication (see EM. Ootatu, L. \ U. Soobu. A.K. Kteshch I. 8. Pa1e1, Thye tesyapstcht o ро 1 1 ег айд айд айд теп!!! О Ар I. I. Arr1 Ryuk., 62, 4100-4108, 1987 [8]), they acquire the property of orienting the molecules of the thermotropic or lyotropic LC deposited on them in accordance with the spatial distribution of the polarization state of this radiation (see UO Sydlpou, U .M. Kochenko, N. 8. K ^ ok, Ryo1oa11dptep! O £ Ys. | Bb StuyShpe Ma1epa15: Ryuysk apb ArrPsaPopk, 232 pp., UPeu, AidiC 2008 [9]). This effect was first discovered by one of the authors of this invention V.M. Kosenkov in 1990 (see VM Kosenkov and others, 2nd All-Union Workshop Optics of Liquid Crystals, Abstracts, Krasnoyarsk, September 17-21, 1990 [10]).

Однако зачастую многие существующие ЖК-структуры, в частности некоторые низкомолекулярные высокотемпературные термотропные ЖК, оказываются не в состоянии сохранять молекулярноориентированное аморфное твердотельное состояние при их охлаждении до комнатной температуры. Они имеют тенденцию превращаться в поликристаллические светорассеивающие пленки, что делает их не пригодными для практического применения.However, often many existing LC structures, in particular, some low-molecular-weight high-temperature thermotropic LCs, are unable to maintain a molecular-oriented amorphous solid state when they are cooled to room temperature. They tend to turn into polycrystalline light-scattering films, which makes them unsuitable for practical use.

Из уровня техники поляризационного приборостроения известен один из первых оптических поляризаторов, раскрытых в И8 2400877 А, опубл. 28.05.1946 г. [7]. Он представлял собой дихроичный однородно ориентированный поляризующий слой, изготавливаемый путем нанесения раствора ЛЖКкрасителя в воде на твердую подложку. Этой подложке предварительно придавалась поверхностнорельефная структурированная анизотропия в виде статистически упорядоченных по направлению и размеру микроканавок за счет однонаправленного механического натирания. После испарения остаточного растворителя на поверхности подложки образовывалась тонкая молекулярно-ориентированная поляризующая пленка, состоящая из статистически параллельно расположенных и ориентированных в одном направлении молекул дихроичного вещества.The prior art polarizing instrumentation known one of the first optical polarizers disclosed in I8 2400877 A, publ. May 28, 1946 [7]. It was a dichroic uniformly oriented polarizing layer, made by applying a solution of LVFA dye in water on a solid substrate. This substrate was previously given surface-relief structured anisotropy in the form of statistically ordered in the direction and size of the grooves due to unidirectional mechanical rubbing. After evaporation of the residual solvent, a thin molecularly oriented polarizing film was formed on the surface of the substrate, consisting of molecules of dichroic substances that were statistically parallel and oriented in the same direction.

Этим же способом получались и пассивные (не управляемые, например, электрическими или магнитными полями) твердотельные анизотропные оптические элементы в виде прозрачных в заданной спектральной области фазовых пленок с использованием ЛЖК или фотополимеризующихся термотропных ТЖК, а также фотохимически обратимо (фотохромно) или необратимо активных и инертных полимерных сред, проявляющих ЖК-свойства при температурах выше комнатных.In the same way, passive (not controlled, for example, by electric or magnetic fields) solid-state anisotropic optical elements in the form of phase films transparent in a given spectral region using VFAs or photopolymerizable thermotropic TFAs, as well as photochemically reversible (photochromic) or irreversibly active and inert polymer media exhibiting LCD properties at temperatures above room temperature.

Недостатком данного технического решения ориентирования слоев вышеуказанных ЖКМ-методом механического натирания подложки является недостаточно высокие параметры анизотропии и наличие светорассеяния в полученных из них твердотельных анизотропных пленках. Это связано с флуктуационным пространственным характером распределения ориентированных вдоль направления натирания микроканавок на поверхности твердотельной подложки по их глубине, микроскопическим размерам по длине и расстояний между ними на плоскости, что обусловлено как используемым методом и устройством натирания подложки при их нанесении на подложку, так и материалом самой подложки. Все это приводит к случайным искажениям толщины формируемого слоя ЖКМ (случайным по площади локальным изменениям величины дихроизма поглощения и(или) фазовой задержки) и увеличению светорассеяния в нем и в отвержденном слое. Кроме того, недостатком метода является ограниченная функциональная возможность, поскольку в соответствии с предложенной конструкцией оптическая ось формируемого с его помощью анизотропного элемента ориентирована в основном только в одном направлении на всей поверхности поляризатора или фазовой пластины. Это сужает возможности его широкого использования в качестве анизотропного поляризационного прибора.The disadvantage of this technical solution for orienting the layers of the above LCM method of mechanical rubbing of the substrate is the insufficiently high anisotropy parameters and the presence of light scattering in the solid-state anisotropic films obtained from them. This is due to the fluctuating spatial nature of the distribution of microgrooves oriented along the rubbing direction on the surface of the solid-state substrate according to their depth, microscopic dimensions along the length and the distance between them on the plane, which is due to both the method used and the device for rubbing the substrate when applied to the substrate, and the material itself the substrate. All this leads to random distortions in the thickness of the formed LCM layer (random local area changes in the absorption dichroism and / or phase delay) and an increase in light scattering in it and in the cured layer. In addition, the disadvantage of this method is its limited functionality, since, in accordance with the proposed design, the optical axis of the anisotropic element formed with its help is oriented mainly in only one direction on the entire surface of the polarizer or phase plate. This narrows the possibilities of its widespread use as an anisotropic polarizing device.

В этой связи были предложены различные способы расширения функциональных возможностей тонкопленочных анизотропных оптических элементов, в частности, путем создания структур с пространственно модулированной по поверхности ориентирования оптической оси и/или величины дихроизма и оптической фазовой задержки в них.In this regard, various methods have been proposed for expanding the functionality of thin-film anisotropic optical elements, in particular, by creating structures with a spatially modulated optical axis and / or the magnitude of dichroism and optical phase delay in them.

Простейший из таких способов описан в патенте (КИ 2110818, 1РС О02В 5/30, опубл. 10.05.1998 г. [11]). В предложенном патенте раскрыт картинный дихроичный поляризатор света, представляющийThe simplest of these methods is described in the patent (KI 2110818, 1RS O02B 5/30, publ. 05/10/1998, [11]). The proposed patent discloses a picture dichroic light polarizer, representing

- 2 032083 собой многослойную структуру, состоящую из отдельных поляризующих элементов, сформированных на различных подложках. Оси поляризации каждого из поляризующих элементов направлены под углом в пределах от 0 до 90° относительно друг друга. При этом отдельные поляризующие элементы представляют собой молекулярно ориентированные слои, сформированные из растворов одного и того же или разных органических красителей, находящихся в ЛЖК-состоянии.- 2 032083 is a multilayer structure consisting of individual polarizing elements formed on various substrates. The polarization axis of each of the polarizing elements are directed at an angle in the range from 0 to 90 ° relative to each other. In this case, individual polarizing elements are molecularly oriented layers formed from solutions of the same or different organic dyes in the VLC state.

Близким к заявляемому техническому решению является и поляризационная линза, предложенная в патенте (И8 7625626, 1РС В32В 3/00, опубл. 01.12.2009 г. [12]), содержащая дихроичную поляризационную твердотельную пленку из материала, способного проявлять ЛЖК-свойства, на подложке с предварительно сформированной в ней поверхностно-рельефной структурированной анизотропией в виде частично изогнутых в пространстве микроканавок за счет определенного по направлению механического натирания. Наличие таких непрерывно изогнутых и, в частности, наклоненных микроканавок по отношению к заданному направлению в левую и правую стороны периферийных областей от геометрического центра линзы, приводит к тому, что направления осей поляризации поляризационного слоя непрерывно изменяются по поверхности поляризатора.Close to the claimed technical solution is the polarization lens proposed in the patent (I8 7625626, 1PC B32B 3/00, published 01.12.2009, [12]) containing a dichroic polarized solid-state film made of a material capable of exhibiting VFA properties on a substrate with a surface-relief structured anisotropy previously formed in it in the form of micro-grooves partially bent in space due to mechanical rubbing determined in the direction. The presence of such continuously curved and, in particular, inclined microgrooves with respect to a given direction to the left and right sides of the peripheral regions from the geometric center of the lens, leads to the fact that the directions of the polarization axis of the polarization layer continuously change along the surface of the polarizer.

Данное техническое решение частично расширяет функциональные возможности описанного выше оптического поляризационного элемента, например, в виде поляризационной линзы. Однако ее недостатками являются сложность и высокая цена практической реализации. Кроме того, исключается возможность использования для их массового производства хорошо известной то11-1о-то11 технологии (см. М.Р.С. Аа11з. Абуаисез ίη го11 1о го11 ртосеззтд о£ орбсз, Ргос. о£ 8Р1Е, νοί. 6883, 688305-1-688305-11, 2008 г. [13]).This technical solution partially extends the functionality of the optical polarizing element described above, for example, in the form of a polarizing lens. However, its disadvantages are the complexity and high cost of practical implementation. In addition, it excludes the possibility of using the well-known To11-1O-To11 technology for their mass production (see M.R.S. Aa11z. Abuaisez ίη go11 1o go11 gtosztd о £ orbs, Ргос. о £ 8Р1Е, νοί. 6883, 688305 -1-688305-11, 2008 [13]).

В патенте (ВИ 2445655, 1РС О02В 5/30, опубл. 20.03.2012 г. [14]) описан способ получения картинной фазовой пленки на основе слоя фотополимеризующегося ТЖК с двумя взаимно ортогональными направлениями оптических осей, обусловленных направлениями множества мелких канавок субмикронного уровня в полимерной подложке, с которой непосредственно контактируют молекулы ТЖК. При этом структурирование поверхности самой подложки осуществляется путем копирования способом тиснения или УФ-отверждения в ней рельефной структуры, предварительно сформированной в специальной твердотельной форме методом наношлифовки со следами абразивной обработки, фрезерования режущим инструментом для формирования мелких канавок субмикронного размера или испарения материала формы с помощью ультракоротких импульсов фемтосекундных лазеров.The patent (VI 2445655, 1RS O02B 5/30, published March 20, 2012 [14]) describes a method for producing a picture phase film based on a layer of photopolymerizable TFA with two mutually orthogonal directions of the optical axes, due to the directions of many small grooves of submicron level a polymer substrate with which TFA molecules directly contact. At the same time, the surface of the substrate itself is structured by copying by embossing or UV curing a relief structure in it, previously formed in a special solid-state form by nano-grinding with traces of abrasive processing, milling with a cutting tool to form small submicron-sized grooves or to vaporize the mold material using ultrashort pulses femtosecond lasers.

Естественно, что сформированное таким образом пространственное периодическое распределение однонаправленных канавок субмикронного уровня в полимерных подложках в вышеупомянутых публикациях [7],[12], [14], как и в случае метода натирания, является статистическим прообразом дифракционных решеток. Однако они имеют дефектную структуру штрихов в виде прерывистых продолговатых микроканавок, в том числе с непредсказуемым и случайным пространственным периодом в них. Канавки имеют случайные микроскопические флуктуации их геометрических размеров (длины, ширины, глубины) и расстояний между ними. Все это приводит к появлению светорассеяния на них.Naturally, the spatial periodic distribution thus formed of unidirectional submicron level grooves in polymer substrates in the aforementioned publications [7], [12], [14], as in the case of the rubbing method, is a statistical prototype of diffraction gratings. However, they have a defective structure of strokes in the form of intermittent elongated microgrooves, including those with an unpredictable and random spatial period in them. The grooves have random microscopic fluctuations in their geometric dimensions (length, width, depth) and the distances between them. All this leads to the appearance of light scattering on them.

Естественно, улучшение однородности их параметров (направления и непрерывность микроканавок в штрихах на поверхности подложки и воспроизводимость заданных глубин, размеров и расстояний между ними по всей длине штрихов) способствует улучшению параметров, как самих прообразов таких дифракционных решеток, так и ориентирующихся на них анизотропных слоев ЖКМ. Это должно, в частности, проявляться в уменьшении светорассеяния. Кроме того, расширяются совместные поляризационно-дифракционные функциональные возможности таких твердотельных анизотропных структур на основе ЖКМ.Naturally, improving the uniformity of their parameters (directions and continuity of grooves in the strokes on the substrate surface and reproducibility of the given depths, sizes, and distances between them along the entire length of the strokes) helps to improve the parameters of both the inverse images of such diffraction gratings and the anisotropic LCM layers oriented on them . This should, in particular, be manifested in a decrease in light scattering. In addition, the joint polarization-diffraction functional capabilities of such solid-state anisotropic structures based on LCMs are expanding.

Вышесказанное утверждение подтверждается патентом (ВИ 2362684, 1РС Β42Ό 15/00, опубл. 27.07. 2009[15]), принятым за ближайший аналог заявленного изобретения.The above statement is confirmed by the patent (VI 2362684, 1RS Β42Ό 15/00, published on July 27, 2009 [15]), adopted for the closest analogue of the claimed invention.

В данном патенте описана многослойная структура в виде пленки, используемая для защиты от подделок различных видов изделий, и способ ее изготовления, при этом указанная многослойная структура содержит в своем составе в качестве основных элементов репликационный слой, на поверхности которого методом тиснения сформирована дифракционная структура, и слой из ЖКМ, который наносится в ЖК-состоянии непосредственно на этот репликационный (пространственно-структурированный) слой. Причем эта структура имеет по меньшей мере две пространственно частотные области с разными направлениями ориентирования в каждой из тисненных структур. При этом молекулы слоя ЖКМ ориентированы в соответствии с ориентированием каждой из дифракционных структур. При облучении такого слоя ЖКМ неполяризованным УФ-излучением он преобразуется в твердотельный анизотропный слой. В результате в зависимости от параметров дифракционных структур, таких как ориентирование и пространственная частота сформированных штрихов и глубина их рельефа, пространственные области наблюдаются как визуально видимое многоцветное, например, голографическое изображение, созданное вследствие оптического дифракционного эффекта. При этом наблюдаются и области с нанесенным на них слоем фотоотвержденного ЖКМ в виде латентного изображения, видимого только в поляризованном свете. При соответствующем художественном оформлении оба изображения могут дополнять друг друга.This patent describes a multilayer structure in the form of a film, used to protect against fakes of various types of products, and a method for its manufacture, while this multilayer structure contains as its main elements a replication layer on the surface of which a diffractive structure is formed by embossing, and a layer of LCM, which is applied in the LCD state directly to this replication (space-structured) layer. Moreover, this structure has at least two spatially frequency regions with different orientations in each of the embossed structures. In this case, the molecules of the LCM layer are oriented in accordance with the orientation of each of the diffraction structures. When such an LCM layer is irradiated with non-polarized UV radiation, it is transformed into a solid-state anisotropic layer. As a result, depending on the parameters of diffraction structures, such as the orientation and spatial frequency of the formed strokes and the depth of their relief, the spatial regions are observed as a visually visible multicolor, for example, holographic image created due to the optical diffraction effect. In this case, regions with a layer of a photocurable LCM deposited on them are also observed in the form of a latent image visible only in polarized light. With appropriate decoration, both images can complement each other.

При этом исходные дифракционные структуры выполнены в виде дифракционных решеток с непрерывно изменяющимися направлениями штрихов.In this case, the initial diffraction structures are made in the form of diffraction gratings with continuously changing strokes.

- 3 032083- 3 032083

В предложенном в патенте [15] способе получение твердотельного анизотропного слоя осуществляется путем первоначального нанесения термотропных ЖКМ в мезоморфном состоянии непосредственно на рельефно-структурированную (дифракционно-решеточную) поверхность со сложной картинно изменяющейся конфигурацией направлений штрихов.In the method proposed in the patent [15], the preparation of a solid-state anisotropic layer is carried out by initial deposition of thermotropic LCMs in a mesomorphic state directly onto a relief-structured (diffraction-grating) surface with a complex picture-changing configuration of the lines of strokes.

Однако хорошо известно, что термотропные ЖКМ имеют повышенную по сравнению с обычными жидкостями вязкость. Поэтому нанесение таких ЖКМ в мезоморфном (например, нематическом) состоянии на рельефно-структурированные поверхности со сложной картиной микрорельефа неизменно сопровождается искажениями формируемой в соответствии с заданной рельефной структурой дифракционной решетки картины направлений оптической оси в полученном ЖК-слое. Эти искажения выглядят в виде случайных направленных полосатых структур и местных флуктуаций ориентирования. Они сохраняются и в анизотропном слое отвержденного ЖК. Они являются проявлением эффекта сдвигового механического усилия (силой механического сдвига) при нанесении на подложку слоя ЖКМ, находящегося в мезофазе (см. 'ТаЬогаЮгу ртосебите ίοτ 111е аррйсабоп о£ ορίίνα ТМ 1к|шб сгуь1а1 ро1апхег соабпд оп §1а88 апб р1азйс, ν». ϋρΐίνη шс.сош, 1и1у 1999) [17]). Эти искажения проявляются при любом способе (например, флексографической, струйной и другой печати) нанесения ЖКМ в мезоморфном состоянии на картинную рельефно-структурированную подложку.However, it is well known that thermotropic LCMs have a higher viscosity than conventional liquids. Therefore, the deposition of such LCs in a mesomorphic (for example, nematic) state on relief-structured surfaces with a complex microrelief pattern is invariably accompanied by distortions of the direction pattern of the optical axis formed in accordance with the given relief structure of the diffraction grating in the obtained LC layer. These distortions appear as random directional striped structures and local orientation fluctuations. They are also stored in the anisotropic layer of the cured LC. They are a manifestation of the effect of shear mechanical force (mechanical shear force) when a layer of an LCM located in the mesophase is deposited on a substrate (see. ϋρΐίνη bldg. sosh, 1i1u 1999) [17]). These distortions are manifested in any method (for example, flexographic, inkjet, and other printing) of applying an LCM in a mesomorphic state onto a picture-shaped relief-structured substrate.

Таким образом, указанные недостатки многослойной структуры [15] в виде проявляемых искажений в сформированной картине направлений оптической оси ЖК-слоя вызывают нестабильность визуальных эффектов, формируемых указанной структурой, что значительно снижает уровень защиты защищаемых объектов, на которые может наноситься указанная многослойная структура.Thus, the indicated shortcomings of the multilayer structure [15] in the form of manifest distortions in the formed pattern of directions of the optical axis of the LCD layer cause instability of the visual effects generated by this structure, which significantly reduces the level of protection of protected objects onto which the multilayer structure can be applied.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение вышеуказанных недостатков посредством разработки совершенно нового способа формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, а также защитного устройства, включающего указанный поляризационно-дифракционный твердотельный оптический элемент, в котором обеспечивается заданное стабильное картинное ориентирование оптически анизотропных слоев, что, в свою очередь, повышает качество визуализируемой картины изображений указанного поляризационнодифракционного твердотельного оптического элемента.The problem to which the claimed invention is directed, is to eliminate the above disadvantages by developing a completely new method of forming a polarization-diffraction solid-state optical element, as well as a protective device including the specified polarization-diffraction solid-state optical element, which provides a given stable picture orientation of optically anisotropic layers , which, in turn, improves the quality of the visualized picture of the images The named polarization-diffraction solid-state optical element.

Кроме того, считаем необходимым остановиться на ключевых отличиях заявленного изобретения от ближайшего аналога, раскрытого в КИ 2362684 [15] . В известном из уровня техники решении ЖКМ наносится на пространственно-структурированную поверхность в ЖК анизотропном состоянии, а это в силу анизотропии вязкости ЖКМ при любом способе нанесения обязательно приводит к непредсказуемому случайному искажению планируемой, особенно сложной, пространственной картины оптической анизотропии в нанесенном мезослое и соответственно в отвержденном слое из него. Авторы изобретения предлагают наносить ЖКМ на пространственно-структурированную поверхность в изотропном состоянии, что обеспечивает однородное заполнение канавок с последующим переводом этого слоя из изотропного в ЖК-состояние с полным воспроизведением пространственной картины этого ЖК-слоя оптической анизотропии в виде рельефно-структурированной поверхности, и его последующее отверждение только сохраняет эту пространственную картину. Кроме того, в заявленном способе формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента помимо фотоотверждаемого термотропного типа ЖКМ используются также лиотропные ЖК-материалы в отличие от технического решения [15], в котором используется только фотоотверждаемый термотропный тип ЖКМ.In addition, we consider it necessary to dwell on the key differences of the claimed invention from the closest analogue disclosed in KI 2362684 [15]. In the prior art solution, LCM is applied to a spatially structured surface in an anisotropic LC state, and this, due to the viscosity anisotropy of the LCM with any application method, necessarily leads to unpredictable random distortion of the planned, especially complex, spatial picture of optical anisotropy in the deposited mesolayer and, accordingly, in cured layer of it. The inventors propose to apply the LCM on a spatially structured surface in an isotropic state, which ensures uniform filling of the grooves with the subsequent transfer of this layer from isotropic to the LCD state with full reproduction of the spatial picture of this LCD layer of optical anisotropy in the form of a relief-structured surface, and its subsequent curing only preserves this spatial picture. In addition, in the claimed method of forming a polarization-diffraction optical element, in addition to the photocurable thermotropic type of LC, also lyotropic LC materials are used in contrast to the technical solution [15], in which only the photocurable thermotropic type of LCM is used.

Кроме того, авторы изобретения в предлагаемом способе формирования поляризационнодифракционного оптического элемента вводят дополнительный твердотельный изотропный нанослой для увеличения смачиваемости рельефно-структурированной поверхности и улучшения заполнения микроканавок ЖКМ в изотропном, а не в ЖК-состоянии, что, в свою очередь, способствует обеспечению заданного стабильного картинного ориентирования оптически анизотропных слоев и повышает качество визуализируемой картины изображений указанного получаемого поляризационно-дифракционного оптического элемента.In addition, the inventors in the proposed method for the formation of a polarization-diffraction optical element introduce an additional solid-state isotropic nanolayer to increase the wettability of the relief-structured surface and improve the filling of the LCD microgrooves in the isotropic, rather than in the LCD state, which, in turn, helps to ensure a given stable picture orientation of optically anisotropic layers and improves the quality of the visualized image pattern of the specified resulting polarization but-diffractive optical element.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

Согласно первому аспекту изобретения авторами изобретения предложен способ формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента, содержащий этапы, при которых обеспечивают подложку, наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой с рельефно-структурированной поверхностью в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных дифракционных решетках или рельефных голограммах, наносят на указанный слой с рельефно-структурированной поверхностью промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой, выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы слоя с рельефно-структурированной поверхностью, а также повторения предварительно заданной картины, полученной в слое с рельефно-структурированной поверхностью, наносят на указанный промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала в изотропном состоянии,According to a first aspect of the invention, the inventors have proposed a method for forming a polarization-diffraction solid-state optical element, comprising the steps of providing a substrate, applying an isotropic thermoplastic varnish layer with a relief-structured surface in the form of at least two diffraction gratings and / or relief holograms by the distribution of strokes, depths, and periods of strokes in the indicated diffraction gratings or relief holograms, the specified layer with a relief-structured surface is an intermediate solid-state isotropic amorphous layer configured to repeat the volumetric geometric profile and shape of the layer with a relief-structured surface, as well as repeat a predetermined pattern obtained in the layer with a relief-structured surface, applied to the specified intermediate solid-state amorphous layer layer of the LCD material in an isotropic state,

- 4 032083 переводят нанесенный на промежуточный твердотельный аморфный слой слой ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен так, чтобы обеспечить в слое ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величины дихрозма поглощения и/или фазовой задержки), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое с рельефно-структурированной поверхностью, выполняют отверждение слоя ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и периодов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного слоя, при этом промежуточный твердотельный аморфный слой выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое 6 ЖКматериала, наносят защитный лаковый слой поверх оптически анизотропного твердотельного слоя, полученного из отвержденного ЖК-материала.- 4 032083 transfer the layer of the LC material deposited on the intermediate solid-state amorphous layer from the isotropic state to the mesomorphic state, while the intermediate solid-state amorphous layer is made so as to provide a predetermined picture of the spatial distribution of optical anisotropy (optical directions) in the layer of LC material in the mesomorphic state the axis and magnitude of absorption dichromism and / or phase delay), corresponding to a predefined picture of the distribution of lines of strokes, depth and per Odes of strokes in the indicated at least two diffraction gratings or relief holograms, formed in a layer with a relief-structured surface, cure the layer of the LCD material with the formation of a solid-state optically anisotropic layer with a predetermined spatial distribution pattern of optical anisotropy in accordance with the picture spatial distribution of directions, depths and periods of strokes on the relief-structured surface of the intermediate layer, while ezhutochny solid amorphous layer is formed so as to provide a predetermined accurate reproduction of the spatial distribution pattern of optical anisotropy in the layer 6 ZhKmateriala, the protective lacquer layer is applied over the solid optically anisotropic layer prepared from the cured ZhKmateriala.

При этом согласно заявленному способу слой ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал.Moreover, according to the claimed method, the layer of the LCD material is a lyotropic or thermotropic material.

Кроме того, процесс перевода нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода, или перевод нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лиотропный ЖК-материал(ЛЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖКматериала.In addition, the process of transferring a layer of an LC material, which is a thermotropic LC material (TLCM), deposited onto an intermediate solid-state amorphous layer, from an isotropic state to a mesomorphic state is carried out by lowering the temperature of a TLCM to a phase transition, or transferring a layer deposited onto an intermediate solid-state amorphous layer LC material, which is a thermotropic LC material (TLCM) or lyotropic LCD material (LCLC), from an isotropic state to a mesomorphic state is carried out by full or part evaporation of the solvent from the layer of the LCD material, which is previously added to the specified layer of the LCD material.

При этом в указанном способе подложку выполняют из прозрачного полимера типа ПП или ПЭТ толщиной в диапазоне 19-50 мкм, а слой с рельефно-структурированной поверхностью представляет собой полимерный слой толщиной в диапазоне от 1 до 5 мкм, предпочтительно в диапазоне от 1 до 3 мкм.In this method, the substrate is made of a transparent polymer such as PP or PET with a thickness in the range of 19-50 μm, and the layer with a relief-structured surface is a polymer layer with a thickness in the range from 1 to 5 μm, preferably in the range from 1 to 3 μm .

Кроме того, промежуточный твердотельный аморфный слой имеет толщину размером в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 А и выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов 5ίϋ. §1О₂, А1₂О₃, Т1О₂, СеО₂, ΖηΟ₂ и других, в том числе их смесей и комбинаций или Ζηδ, а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто Желтого, а также может дополнительно содержать в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ.In addition, the intermediate solid-state amorphous layer has a thickness ranging from monomolecular order of 10 to 100 A and is made of materials based on silicon oxides, metal oxides or their mixtures and combinations selected from the group consisting of 5 состоящ oxides. §1О ₂ , А1 ₂ О ₃ , Т1О ₂ , СеО ₂ , ΖηΟ ₂ and others, including their mixtures and combinations or Ζηδ, as well as from organic photoanisotropic materials, for example, azo dye Protravnoy Purely Yellow, and may also additionally contain composition of at least one organic substance from the class of surfactants.

При этом твердотельный оптически анизотропный слой, сформированный из слоя ЖК-материала, имеет толщину от 0,2 до 2 мкм.In this case, a solid-state optically anisotropic layer formed from a layer of LC material has a thickness of 0.2 to 2 μm.

Согласно второму аспекту изобретения предложено защитное устройство, содержащее поляризационно-дифракционный твердотельный элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного твердотельного оптического элемента согласно первому аспекту изобретения.According to a second aspect of the invention, there is provided a protective device comprising a polarization-diffraction solid-state element made according to a method of forming a polarization-diffraction solid-state optical element according to the first aspect of the invention.

При этом защитное устройство выполнено с возможностью нанесения или встраивания в ценный документ, подлежащий защите, который представляет собой одно из: банкноты, лицензии, страницы паспорта, пластиковая карта, ваучер, акция, чековая книжка, акцизная марка, идентификационный документ.In this case, the protective device is made with the possibility of applying or embedding in a valuable document to be protected, which is one of: banknotes, licenses, passport pages, plastic cards, vouchers, shares, checkbooks, excise stamps, identification documents.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложено защищенное устройство, выполненное с возможностью нанесения или встраивания на него защитного устройства, содержащего поляризационнодифракционный твердотельный оптический элемент, выполненный согласно способу формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента по первому аспекту изобретения.According to another aspect of the invention, there is provided a security device configured to deposit or embed a security device thereon comprising a polarization-diffraction solid-state optical element made according to the method of forming the polarization-diffraction optical element according to the first aspect of the invention.

Описание чертежаDescription of drawing

Сущность настоящего изобретения поясняется ниже со ссылкой на сопроводительный чертеж, на котором схематически представлен вид в разрезе общей конфигурации предлагаемого поляризационнодифракционного твердотельного оптического элемента (ПДОЭ).The essence of the present invention is explained below with reference to the accompanying drawing, which schematically shows a view in section of the General configuration of the proposed polarization-diffraction solid-state optical element (PDOE).

Предпочтительные варианты реализации заявленного изобретенияPreferred embodiments of the claimed invention

Различные варианты осуществления настоящего изобретения описаны далее подробнее со ссылкой на сопроводительный чертеж. Однако настоящее изобретение может быть реализовано во многих других формах и не должно пониматься как ограниченное какой-либо конкретной структурой или функцией, представленной в нижеследующем описании. Напротив, эти варианты осуществления предоставлены для того, чтобы сделать описание настоящего изобретения подробным и полным. Исходя из настоящего описания специалистам в данной области техники будет очевидно, что объем настоящего изобретения охватывает любой вариант осуществления настоящего изобретения, который раскрыт в данном документе,Various embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawing. However, the present invention can be implemented in many other forms and should not be construed as being limited by any particular structure or function as described in the following description. On the contrary, these embodiments are provided in order to make the description of the present invention detailed and complete. Based on the present description, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention encompasses any embodiment of the present invention that is disclosed herein.

- 5 032083 вне зависимости от того, реализован ли этот вариант осуществления независимо или совместно с любым другим вариантом осуществления настоящего изобретения.- 5 032083 whether or not this embodiment is implemented independently or in conjunction with any other embodiment of the present invention.

Кроме того, должно быть понятно, что любой вариант осуществления настоящего изобретения может быть реализован с использованием одного или более элементов, перечисленных в приложенной формуле изобретения.In addition, it should be understood that any embodiment of the present invention can be implemented using one or more of the elements listed in the attached claims.

Согласно первому аспекту изобретения авторами изобретения разработан способ формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента 1, который включает следующие этапы:According to a first aspect of the invention, the inventors have developed a method for forming a polarization-diffraction optical element 1, which includes the following steps:

1) обеспечивают подложку 2, изготовленную из прозрачного полимера типа полипропилен (НН) или полиэтилентерефталат (ПЭТ) с толщиной в диапазоне от приблизительно 19 мкм до приблизительно 50 мкм;1) provide a substrate 2 made of a transparent polymer such as polypropylene (HH) or polyethylene terephthalate (PET) with a thickness in the range from about 19 microns to about 50 microns;

2) наносят на подложку изотропный термопластичный лаковый слой 3 с рельефноструктурированной поверхностью 4 в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток и/или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках и/или рельефных голограммах, при этом изотропный термопластичный лаковый слой 3 выполнен толщиной в диапазоне примерно от 1 мкм до примерно 5 мкм, предпочтительно примерно от 1 мкм до примерно 3 мкм;2) apply an isotropic thermoplastic varnish layer 3 with a relief-structured surface 4 in the form of at least two diffraction gratings and / or relief holograms with a picture distribution of the strokes directions, depth and periods of strokes in said at least two diffraction gratings and / or relief holograms wherein the isotropic thermoplastic varnish layer 3 is made in a thickness in the range of from about 1 μm to about 5 μm, preferably from about 1 μm to about 3 μm;

3) наносят на указанный изотропный термопластичный лаковый слой 3 с рельефноструктурированной поверхностью 4 промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой 5 (далее промежуточный нанослой 5) , выполненный с возможностью повторения объемного геометрического профиля и формы рельефно-структурированной поверхности 4 изотропного полимерного слоя 3. При этом толщина указанного промежуточного нанослоя 5 находится в диапазоне от мономолекулярного порядка 10 до 100 А, при этом указанный нанослой 5 выполняется из материалов на основе оксидов кремния, оксидов металлов или их смесей и комбинаций, выбранных из группы, состоящей из оксидов 8ίΟ, 8ίϋ₂. А1₂О₃, ΤίΟ₂, СеО₂, ΖηΟ₂ и других, в том числе их смесей и комбинаций или Ζπ8. а также из органических фотоанизотропных материалов, например азокрасителя Протравного Чисто Желтого, кроме того, указанный промежуточный нанослой 5 дополнительно содержит в своем составе по меньшей мере одно органическое вещество из класса поверхностно-активных веществ, например неионный смачиватель; при необходимости перед нанесением указанного промежуточного нанослоя 5 для улучшения его адгезии рельефно-структурированная поверхность 4 изотропного полимерного слоя 3 очищается известными методами, например плазмохимическим способом или коронным разрядом;3) an intermediate solid-state isotropic amorphous layer 5 (hereinafter referred to as intermediate nanolayer 5) is applied to said isotropic thermoplastic varnish layer 3 with a relief-structured surface 4, adapted to repeat the volumetric geometric profile and shape of the relief-structured surface 4 of the isotropic polymer layer 3. The thickness of the specified intermediate nanolayer 5 is in the range from monomolecular order of 10 to 100 A, while the specified nanolayer 5 is made of materials based on oxides belts, metal oxides or mixtures thereof and combinations selected from the group consisting of oxides 8ίΟ, 8ίϋ _2. A1 ₂ O ₃ , ΤίΟ ₂ , CeO ₂ , ΖηΟ ₂ and others, including mixtures and combinations thereof or Ζπ8. as well as from organic photoanisotropic materials, for example, Protravnoy Purely Yellow azo dye, in addition, said intermediate nanolayer 5 additionally contains at least one organic substance from the class of surface-active substances, for example, a nonionic wetting agent; if necessary, before applying the specified intermediate nanolayer 5 to improve its adhesion, the relief-structured surface 4 of the isotropic polymer layer 3 is cleaned by known methods, for example, by a plasma-chemical method or by corona discharge;

4) наносят на указанный промежуточный нанослой слой 5 слой 6 жидкокристаллического (ЖК) материала в изотропном состоянии, при этом слой 6 ЖК-материала представляет собой лиотропный или термотропный материал; в настоящем описании позицией 6 обозначен слой ЖК-материала, который при различных условиях может находиться в трех различных состояниях: изотропное жидкое, жидкокристаллическое и твердотельное анизотропное аморфное состояние, при этом для всех трех состояний используется одна ссылочная позиция 6;4) put on the specified intermediate nanolayer layer 5 layer 6 of the liquid crystal (LC) material in an isotropic state, while the layer 6 of the LCD material is a lyotropic or thermotropic material; in the present description, reference numeral 6 denotes a layer of an LCD material, which under various conditions can be in three different states: an isotropic liquid, liquid crystal, and solid-state anisotropic amorphous state, with one reference position 6 being used for all three states;

5) переводят нанесенный на указанный промежуточный нанослой 5 слой 6 ЖК-материала из изотропного состояния в мезоморфное состояние, при этом промежуточный нанослой 5 выполнен так, чтобы обеспечить в слое 6 ЖК-материала в мезоморфном состоянии предварительно заданную картину пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величины дихрозма поголощения и/или фазовой задержки), соответствующую предварительно заданной картине распределения направлений штрихов, глубины и периодов штрихов в указанных по меньшей мере двух дифракционных решетках или рельефных голограммах, сформированную в слое 3 с рельефноструктурированной поверхностью 4. Следует отметить, что наличие в структуре поляризационнодифракционного оптического элемента промежуточного твердотельного аморфного слоя (промежуточного нанослоя) 5 увеличивает смачиваемость рельефно-структурированной поверхности 4 и способствует полному заполнению микроуглублений в виде штрихов на поверхности нанослоя 5 слоем 6 ЖКматериала в изотропном, а не в ЖК-состоянии, что, в свою очередь, способствует обеспечению заданного стабильного картинного ориентирования как в анизотропном слое 6 ЖК-материала, нанесенном на рельефно-структурированную поверхность 4, так и в отвержденном слое 6 ЖК-материала, и в результате повышает качество визуализируемой картины изображений, указанного получаемого поляризационнодифракционного оптического элемента, при этом процесс перевода нанесенного на промежуточный твердотельный аморфный слой слоя 6 ЖК-материала, представляющего собой термотропный ЖКматериал (ТЖКМ), из изотропного состояния в мезоморфное состояние, осуществляют путем понижения температуры ТЖКМ до фазового перехода, а в случае, когда слой 6 ЖК-материала представляет собой термотропный ЖК-материал (ТЖКМ) или лиотропный ЖК-материал (ЛЖКМ), перевод из изотропного состояния в мезоморфное состояние осуществляют путем полного или частичного испарения растворителя из слоя 6 ЖК-материала, который предварительно добавляют в указанный слой ЖК-материала;5) the layer 6 of the LC material deposited on the indicated intermediate nanolayer 5 is transferred from the isotropic state to the mesomorphic state, while the intermediate nanolayer 5 is made so as to provide a predetermined picture of the spatial distribution of optical anisotropy (optical directions) in the layer 6 of the LCD material in the mesomorphic state axis and magnitude of dichromism of absorption and / or phase delay), corresponding to a predefined picture of the distribution of strokes, depth and periods of strokes in the indicated of at least two diffraction gratings or relief holograms formed in layer 3 with a relief-structured surface 4. It should be noted that the presence of an intermediate solid-state amorphous layer (intermediate nanolayer) 5 in the structure of the polarization-diffraction optical element increases the wettability of the relief-structured surface 4 and contributes to the complete filling of microcavities in in the form of strokes on the surface of the nanolayer 5 by layer 6 of the LCD material in the isotropic, but not in the LCD state, which, in turn, It helps to ensure a given stable picture orientation both in the anisotropic layer 6 of the LCD material deposited on the relief-structured surface 4 and in the cured layer 6 of the LCD material, and as a result improves the quality of the visualized image of the image of the resulting polarized diffraction optical element, while the process of transferring a layer 6 of an LC material, which is a thermotropic LC material (TLCM), deposited onto an intermediate solid-state amorphous layer from an isotropic state in an amorphous state is carried out by lowering the temperature of the TLCM to a phase transition, and in the case when the layer 6 of the LC material is a thermotropic LC material (TLCM) or lyotropic LC material (LFA), the transition from the isotropic state to the mesomorphic state is carried out by complete or partial evaporation of the solvent from the layer 6 of the LCD material, which is previously added to the specified layer of the LCD material;

6) выполняют отверждение слоя 6 ЖК-материала с формированием из него твердотельного оптически анизотропного слоя 6 с предварительно заданной картиной пространственного распределения оптической анизотропии (направлений оптической оси и величины дихрозма поголощения и/или фазовой задержки) в соответствии с картинно-пространственным распределением направлений, глубин и перио6) curing the layer 6 of the LCD material with the formation of a solid-state optically anisotropic layer 6 with a predefined spatial distribution of optical anisotropy (directions of the optical axis and magnitude of dichromic absorption and / or phase delay) in accordance with the picture-spatial distribution of directions, depths and period

- 6 032083 дов штрихов на рельефно-структурированной поверхности промежуточного нанослоя 5, при этом промежуточный нанослой 5 выполнен таким образом, чтобы обеспечивать точное воспроизведение заданной картины пространственного распределения оптической анизотропии в слое 6 ЖК-материала, при этом твердотельный оптически анизотропный слой 6, сформированный из слоя 6 ЖК-материала, имеет толщину от примерно 0,2 мкм до примерно 2 мкм, поскольку в лиотропном ЖК-материале используются водорастворимые вещества, для защиты поляризационно-дифракционного оптического элемента от влаги в процессе его изготовления предусматривается при необходимости обработка твердотельных анизотропных слоев растворами солей металла, таких как А1С1₃, ВаС1₂, СбС1₂, Ζπί.’Η ЕеС1₂ или 8пС1₂, с последующей сушкой. Наилучшие результаты получаются при использовании растворов с А1С1₃ и Ζπί.'1₂;- 6 032083 strokes on the relief-structured surface of the intermediate nanolayer 5, while the intermediate nanolayer 5 is made in such a way as to ensure accurate reproduction of the given pattern of the spatial distribution of optical anisotropy in the layer 6 of the LCD material, while the solid-state optically anisotropic layer 6 formed from layer 6 of the LCD material, has a thickness of from about 0.2 μm to about 2 μm, since water-soluble substances are used in the lyotropic LCD material, to protect the polarization-diffraction on the optical element from moisture during its manufacturing is provided when necessary processing anisotropic solid layers of metal salt solutions, such as A1C1 _3, VaS1 ₂ SbS1 _2, Ζπί.'Η EeS1 ₂ or 8pS1 _2, followed by drying. The best results are obtained when using solutions with A1C1 ₃ and Ζπί.'1 ₂ ;

7) наносят защитный лаковый слой 7 поверх оптически анизотропного твердотельного слоя 6, полученного из отвержденного слоя ЖК-материала.7) a protective varnish layer 7 is applied over an optically anisotropic solid-state layer 6 obtained from the cured layer of the LCD material.

Исходя из конкретного практического применения заявленного поляризационно-дифракционного оптического элемента он может иметь и другие дополнительные слои (на чертеже не показаны):Based on the specific practical application of the claimed polarization-diffraction optical element, it may have other additional layers (not shown in the drawing):

восковой разделительный слой (толщиной 0.1-0.5 мкм) и температурой размягчения 60-90°С, расположенный между подложкой 2 и изотропным слоем 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4;a wax separation layer (0.1-0.5 μm thick) and a softening temperature of 60-90 ° C, located between the substrate 2 and the isotropic layer 3 with a relief-structured surface 4;

слой вакуумно-напыленного (толщиной около 0.05 мкм) металла или прозрачных диэлектриков (не показаны на чертеже) с повышенными (более 2 единиц) показателями преломления, расположенный поверх промежуточного нанослоя 5;a layer of vacuum-deposited (about 0.05 μm thick) metal or transparent dielectrics (not shown in the drawing) with increased (more than 2 units) refractive indices located on top of the intermediate nanolayer 5;

адгезионный слой (не показан), используемый для переноса, например, защитного устройства, включающего поляризационно-дифракционный элемент, полученный вышеуказанным способом или для получения поляризационных элементов с несколькими картинными анизотропными слоями 6 в своем составе;an adhesive layer (not shown) used to transfer, for example, a protective device comprising a polarization-diffraction element obtained by the above method or to obtain polarization elements with several picture anisotropic layers 6 in their composition;

другие прозрачные бесцветные или окрашенные материалы, расположенные между анизотропными слоями 6 или другие защитные элементы, содержащие, например, прозрачные или частично деметаллизированные изотропные голограммы, изображения, микротексты и т.д.other transparent colorless or colored materials located between the anisotropic layers 6 or other protective elements containing, for example, transparent or partially demetallized isotropic holograms, images, microtexts, etc.

В случае конкретного практического применения заявленного поляризационно-дифракционного оптического элемента в качестве защитного элемента слой 6 ЖК-материала может включать в своем составе в качестве примеси монохромные вещества, или вещества, проявляющие дихроизм поглощения в какой-либо части УФ, видимой (например, красной, синей, зеленой) области спектра или смеси веществ, обеспечивающих равномерное (серое) поглощение во всей видимой спектральной области, или в ИКобласти спектра, или бесцветные вещества, поглощающие в УФ и проявляющие эффект двулучепреломления в видимой области спектра. Он может быть выполнен из бесцветного материала или включать в своем составе бесцветное вещество, проявляющее эффект анизотропной люминесценции или фосфоресценции в видимой или ИК-области спектра под действием неполяризованного или поляризованного УФизлучения.In the case of specific practical application of the claimed polarization-diffraction optical element as a protective element, the layer 6 of the LCD material may include monochrome substances or substances exhibiting dichroism of absorption in any part of the UV visible (for example, red, blue, green) region of the spectrum or a mixture of substances providing uniform (gray) absorption in the entire visible spectral region, or in the infrared region of the spectrum, or colorless substances that absorb in UV and manifest ie the effect of the birefringence in the visible region of the spectrum. It can be made of a colorless material or include a colorless substance exhibiting the effect of anisotropic luminescence or phosphorescence in the visible or infrared region of the spectrum under the action of unpolarized or polarized UV radiation.

При этом анизотропные слои могут занимать всю или часть площади поляризационнодифракционного оптического элемента (ПДОЭ).In this case, the anisotropic layers can occupy all or part of the area of the polarization-diffraction optical element (PDOE).

Далее будут описаны возможные средства и способы реализации вышеуказанных этапов способа формирования поляризационно-дифракционного оптического элемента.Possible means and methods for implementing the above steps of a method for forming a polarization-diffraction optical element will be described.

Процессы формирования рельефных дифракционных решеток и голограмм, как дифракционных оптических элементов (ДОЭ), хорошо известны и описаны (см. например И8 5262879 А, опубл. 16.11.1993 г. и И8 5822092 А, опубл. 13.10.1998 г., и ЕА заявка 201700025, патентообладатель АО НПО КРИПТЕН). Для формирования тонкопленочных твердотельных слоев из изотропных растворов ЖКМ для предложенных ПДОЭ может быть использовано типовое оборудование для нанесения различных полимерных слоев, например поливочные установки лакокрасочной промышленности и полиграфическое оборудование типа флексографической, сеткотрафаретной, высокой или глубокой печати и т.д.The processes of forming embossed diffraction gratings and holograms as diffractive optical elements (DOEs) are well known and described (see, for example, I8 5262879 A, publ. 16.11.1993, and I8 5822092 A, publ. 13.10.1998, and EA application 201700025, patent holder of NPO KRIPTEN JSC). For the formation of thin-film solid-state layers from isotropic LCM solutions for the proposed PDOE, typical equipment for applying various polymer layers can be used, for example, watering plants of the paint and varnish industry and printing equipment such as flexographic, mesh-screen, gravure, or intaglio printing, etc.

В частности, с помощью различных способов многовалковой печати по методу го11-1о-го11 [13] может быть организовано массовое производство латентных многоцветных поляризационных защитных элементов.In particular, using various methods of multi-roll printing according to the method of go11-1o-go11 [13], mass production of latent multicolor polarizing protective elements can be organized.

При этом поверхностно-структурированные свойства ориентирующих слоев и поверхности подложки могут быть сформированы, как и обычных голограмм, методом горячего или холодного тиснения в полимерных слоях или 2Р процессом фото- или электроноотверждения слоев мономерных или олигомерных композиций и могут быть выполнены в виде пространственных картин заданных размеров и форм и имеющих заданные регулярный период и глубину и ориентацию в каждой из картин поляризационного элемента.In this case, the surface-structured properties of the orienting layers and the substrate surface can be formed, like conventional holograms, by hot or cold stamping in polymer layers or 2P by photo- or electron-curing of layers of monomeric or oligomeric compositions and can be made in the form of spatial patterns of specified sizes and forms and having a given regular period and depth and orientation in each of the paintings of the polarizing element.

Предлагаемые ПДОЭ могут быть использованы, например, в виде поляризационных линз, линейных и круговых поляризаторов и других оптических поляризационных элементов и устройств. Они могут быть использованы в качестве поляризационных фотомасок при производстве картинных поляризационных элементов, а также в качестве микрополяризационных решеток в средствах поляризационнодифференциальной изобразительной техники поляриметрии (ро1апха1юп-ббТегепсе ипащпд апб ро1апте1гу).The proposed PDOEs can be used, for example, in the form of polarizing lenses, linear and circular polarizers, and other optical polarizing elements and devices. They can be used as polarizing photomasks in the production of picture polarizing elements, as well as micropolarizing gratings in the means of the polarization-differential visualization technique of polarimetry (ro1apha1yup-bbTegepse and general apb ro1apte1gu).

Особый интерес предлагаемое изобретение может представить для создания новых поляризационOf particular interest, the present invention can be presented to create new polarization

- 7 032083 но-оптических средств защиты информации и изделий от подделок и фальсификации, например, в виде одно- или многоцветных, а также латентных цветных изображений, видимых только в поляризованном свете.- 7 032083 no-optical means of protecting information and products from fakes and falsifications, for example, in the form of single or multi-color, as well as latent color images, visible only in polarized light.

Ниже настоящее изобретение описывается более детально в примерах, однако оно не ограничивается только ими.Below the present invention is described in more detail in the examples, however, it is not limited to them.

Пример 1.Example 1

Для изготовления поляризационно-дифракционного оптического элемента (ПДОЭ) по предлагаемому способу исходный изотропный термопластический лаковый слой 3 с рельефно-структурированной поверхностью 4 в виде по меньшей мере двух дифракционных решеток или рельефных голограмм с картинным распределением направлений штрихов, глубины и периодов в указанных дифракционных решетках или рельефных голограммах был получен методами, описанными в патентах И8 5262879 А, опубл. 16.11.1993 г., и И8 5822092 А, опубл. 13.10.1998 г., и в заявке ЕА 201700025 (патентообладатель АО НПО КРИПТЕН). Указанный оптический элемент, записанный на позитивном фоторезисте после мокрого проявления имел картинную рельефно-структурированную поверхность с пространственным периодом около 1 мкм и глубиной рельефа около 0,3 мкм. Форма и размеры каждой из картинок изменялась в пределах от нескольких мм до десятка мм. Направления штрихов в каждой из них были заданными и изменялись в пределах 15, 30, 45, 60, 75 и до 90° друг относительно друга (условное название такого ПДОЭ - калейдоскоп).For the manufacture of a polarization-diffraction optical element (PDOE) according to the proposed method, the initial isotropic thermoplastic varnish layer 3 with a relief-structured surface 4 in the form of at least two diffraction gratings or relief holograms with a picture distribution of strokes, depths and periods in said diffraction gratings or embossed holograms was obtained by the methods described in patents I8 5262879 A, publ. November 16, 1993, and I8 5822092 A, publ. 10/13/1998, and in the application EA 201700025 (patent holder of JSC NPO KRIPTEN). The specified optical element recorded on a positive photoresist after wet development had a patterned relief-structured surface with a spatial period of about 1 μm and a relief depth of about 0.3 μm. The shape and size of each of the pictures varied from a few mm to a dozen mm. The directions of the strokes in each of them were given and varied within 15, 30, 45, 60, 75 and up to 90 ° relative to each other (the conventional name for such a PDOE is a kaleidoscope).

Далее по технологии АО НПО КРИПТЕН с указанной рельефно-структурированной поверхности снимается гальваническая копия и ее рекомбинируют путем многократного тиснения на поверхности термопластического лакового слоя 3 с последующим получением никелевой рабочей матрицы с множеством дифракционных решеток с картинно-структурированными поверхностями.Further, according to the technology of NPO KRIPTEN JSC, a galvanic copy is removed from the indicated relief-structured surface and recombined by multiple embossing on the surface of the thermoplastic lacquer layer 3, followed by the production of a nickel working matrix with many diffraction gratings with picture-structured surfaces.

Далее будет описан первый примерный вариант реализации способа изготовления ПДОЭ на основе ЛЖК-материала по го11-1о-го11 технологии соответственно методом глубокой печати.Next, a first exemplary embodiment of a method for manufacturing PDOEs based on VLC material according to GO11-1-GO11 technology, respectively, by intaglio printing method will be described.

Для массового производства ПДОЭ рабочая матрица размещается на традиционном валу-эмбоссере установки для тиснения голограмм (ДОЭ), и в термопластичном лаковом слое 3 производится тиснение на рельефно-структурированной поверхности 4 изотропного термопластичного лакового слоя 3 картинно-структурированной области с указанной рабочей матрицы. В качестве подложки 2 использовался рулон ПЭТ пленки толщиной 23 мкм и шириной 120 мм с нанесенным на нее изотропным термопластичным лаковым слоем 3. Для увеличения смачиваемости изотропного раствора ЛЖК относительно рельефно-структурированной поверхности 4 слоя 3 на него после тиснения ДОЭ и перед нанесением ЛЖК на поверхность 4 поверхностно-структурированного слоя термическим испарением в вакууме наносится тонкий промежуточный твердотельный изотропный аморфный слой 5 (промежуточный нанослой) на основе Ζηδ. Нанослой 5 имеет толщину от 10 до 100 А, повторяя поверхностный профиль поверхностноструктурированной поверхности 4. Он может быть нанесен и перед стадией тиснения. Кроме того, между подложкой 2 и изотропным термопластичным лаковым слоем 3 может быть размещен и разделительный восковой слой (не показан на чертеже) толщиной порядка 0.5-1 мкм.For mass production of PDOE, the working matrix is placed on a traditional embosser shaft for the hologram embossing machine (DOE), and in the thermoplastic varnish layer 3, embossing on the relief-structured surface 4 of the isotropic thermoplastic varnish layer 3 of the picture-structured region from the specified working matrix is performed. As a substrate 2, we used a roll of PET film 23 μm thick and 120 mm wide with an isotropic thermoplastic varnish layer 3 deposited on it. To increase the wettability of the isotropic VFA solution relative to the relief-structured surface 4 of layer 3 after it was stamped with DOE and before applying VFA to the surface 4 of the surface-structured layer by thermal evaporation in vacuum, a thin intermediate solid-state isotropic amorphous layer 5 (intermediate nanolayer) based on Ζηδ is applied. The nano-layer 5 has a thickness of 10 to 100 A, repeating the surface profile of the surface-structured surface 4. It can be applied before the embossing step. In addition, between the substrate 2 and the isotropic thermoplastic varnish layer 3 can be placed and the separation of the wax layer (not shown in the drawing) with a thickness of about 0.5-1 microns.

После этого на поливочной установке Ко!ату Соа!ет по го11-1о-го11 технологии методом глубокой печати на промежуточный нанослой 5 наносится изотропный раствор ЛЖК анизотропных дихроичных веществ (от фирмы Сотшпд, Франция) с избытком растворителя с жестко контролируемыми изначальной концентрацией сухого остатка, температурой нагрева и скоростью нанесения слоя.After that, in an irrigation installation in Koitou Coa, according to the method of gravure printing, an isotropic LVA solution of anisotropic dichroic substances (from the company Sotspd, France) with an excess of solvent with a tightly controlled initial concentration of the dry residue is applied to the intermediate nanolayer 5 by gravure printing method heating temperature and rate of application of the layer.

Нанесенный на промежуточный нанослой 5 слой 6 ЛЖК первоначально остается в изотропной фазе и хорошо растекается по поверхности, полностью заполняя углубления рельефных штрихов промежуточного нанослоя 5. Последующее частичное испарение растворителя с помощью нагревателя приводит к переводу нанесенного слоя ЛЖК-материала в высокоориентированную с помощью поверхностноструктурированного слоя 3,4 лиотропную фазу, которая, в свою очередь, после полного испарения растворителя превращается в твердотельный анизотропный аморфный слой 6, наматываемый на вал в виде рулона с поляризационно-дифракционным оптическим элементом из ЛЖК-материала.The layer 6 of VFA applied to the intermediate nanolayer 5 initially remains in the isotropic phase and spreads well over the surface, completely filling the recesses of the relief strokes of the intermediate nanolayer 5. Subsequent partial evaporation of the solvent with the help of the heater leads to the transfer of the deposited layer of the VFA material to a highly oriented layer using a surface-structured layer 3 , 4 lyotropic phase, which, in turn, after complete evaporation of the solvent turns into a solid-state anisotropic amorphous layer 6, ted to the shaft in a roll form with the polarization diffraction optical element of the lyotropic LC material.

Наблюдение полученного в соответствии с предлагаемым изобретением ПДОЭ типа калейдоскоп из ЛЖК-материала в естественном (диффузно рассеивающем) свете (без визуализирующего поляризатора) показывает, что не наблюдается ни цветного голографического изображения, ни поляризованного изображения. ПДОЭ наблюдается как равномерно окрашенный в серый цвет предмет на прозрачном фоне. Голографическое изображение наблюдается только в направленном неполяризованном световом потоке без наблюдения его поляризованного изображения. Оно визуализируется в поляризованном свете. При этом данный ПДОЭ представляет собой мозаичный серый поляризатор с оптическими осями, ориентированными под углами 15, 30, 45, 60, 75 или 90° друг относительно друга в каждом из мозаик. При вращении поляризатора наблюдаемая поляризационная картина изменяется.Observation of a kaleidoscope made of VFA material obtained in accordance with the invention in a natural (diffusely scattering) light (without a visualizing polarizer) shows that neither a color holographic image nor a polarized image is observed. PDOE is observed as an object uniformly painted in gray on a transparent background. A holographic image is observed only in a directed unpolarized light stream without observing its polarized image. It is visualized in polarized light. Moreover, this PDOE is a mosaic gray polarizer with optical axes oriented at angles of 15, 30, 45, 60, 75 or 90 ° relative to each other in each of the mosaics. As the polarizer rotates, the observed polarization pattern changes.

В данном случае ПДОЭ проявляет себя как амплитудный (дихроичный) ПДОЭ.In this case, PDOE manifests itself as an amplitude (dichroic) PDOE.

Пример 2.Example 2

Параметры ПДОЭ и режимы записи были такими же, как и в примере 1. Условное название ПДОЭ шахматная доска, т.к каждая из картинок имела вид квадратов с ориентированием штрихов ортогоPDOE parameters and recording modes were the same as in example 1. The conventional name PDOE is a chessboard, because each of the pictures had the form of squares with the orientation of the orthogonal strokes

- 8 032083 нально друг другу в каждом из них.- 8 032083 tally to each other in each of them.

Массовое получение ПДОЭ осуществлялось по той же γο11-ϊο-γο11 технологии, но с применением фотоотверждаемого ТЖК материала 8Р-КМ8-14-030 фирмы Мегск, (Германия). Отверждение ТЖКМ осуществляется УФ-излучением с длиной волны 365 нм. Последовательность этапов изготовления ПДОЭ практически не изменяется, за исключением наличия блока 30 УФ-излучателя, который необходим для отверждения ПДОЭ полученного из ТЖК-материала.Mass production of PDOE was carried out according to the same γο11-ϊο-γο11 technology, but with the use of photocurable TLC material 8Р-КМ8-14-030 of the company Megsk, (Germany). TLCM curing is carried out by UV radiation with a wavelength of 365 nm. The sequence of stages for the manufacture of PDOE is practically unchanged, with the exception of the presence of block 30 of the UV emitter, which is necessary for curing PDOE obtained from TLC material.

Исходное изотропное состояние ТЖКМ может достигаться как предварительным введением в его состав растворителя, так и нагревом до температуры выше фазового перехода в изотропную жидкость с последующим переходом в мезофазу при охлаждении и отверждении УФ-излучением.The initial isotropic state of TLCM can be achieved both by preliminary introduction of a solvent into its composition, and by heating to a temperature above the phase transition to an isotropic liquid, followed by transition to the mesophase upon cooling and curing by UV radiation.

Как и в примере 1, в естественном диффузном свете изображение такого ПДОЭ не видно (однородно бесцветное, слегка желтоватое). Голографическое изображение наблюдается только в направленном неполяризованном световом потоке без наблюдения его поляризованного изображения, но оно проявляется, например, в виде многоцветного защитного элемента во взаимно скрещенных поляризаторах, причем пространственное распределение многоцветного пропускания на изображении зависит от взаимного ориентирования ПДОЭ и поляризаторов. В данном случае ПДОЭ проявляет себя как фазовый (двулучепреломляющий) ПДОЭ.As in example 1, in natural diffuse light the image of such a PDOE is not visible (uniformly colorless, slightly yellowish). A holographic image is observed only in a directed unpolarized light stream without observing its polarized image, but it appears, for example, in the form of a multicolor protective element in mutually crossed polarizers, and the spatial distribution of multicolor transmission in the image depends on the relative orientation of PDOE and polarizers. In this case, PDOE manifests itself as a phase (birefringent) PDOE.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Заявленное изобретение может использоваться в области защиты информации от подделок и фальсификации, т.е. в защитных устройствах, а также в устройствах записи, хранения, обработки и отображения оптической информации, например, при изготовлении жидкокристаллических (ЖК) и стереоскопических дисплеев и устройств, в волоконной и интегральной оптике, линиях оптической коммуникации, в производстве офтальмологических продуктов типа поляризационных очков, декоративных стекол при строительстве архитектурных сооружений, в рекламном деле, при изготовлении осветительной аппаратуры, витражей и т.д.The claimed invention can be used in the field of information protection from fakes and falsifications, i.e. in protective devices, as well as in devices for recording, storing, processing and displaying optical information, for example, in the manufacture of liquid crystal (LCD) and stereoscopic displays and devices, in fiber and integrated optics, optical communication lines, in the production of ophthalmic products such as polarizing glasses, decorative glasses in the construction of architectural structures, in advertising, in the manufacture of lighting equipment, stained glass, etc.

Claims

CLAIM

1. A method of forming a polarization-diffraction solid-state optical element, comprising the steps of providing a substrate, applying an isotropic thermoplastic varnish layer with a relief-structured surface in the form of at least two diffraction gratings and / or relief holograms with a pattern distribution of strokes, onto the substrate, depths and periods of strokes in said diffraction gratings and / or relief holograms are applied to said layer with a relief-structured surface between An exact solid-state isotropic amorphous layer, configured to repeat the volumetric geometric profile and shape of a layer with a relief-structured surface, as well as repeat a predefined pattern of the spatial distribution of optical anisotropy obtained in a layer with a relief-structured surface, is applied to the specified intermediate solid-state amorphous layer LCD material in an isotropic state, the layer of LCD material deposited on the intermediate solid-state amorphous layer is transferred from an isotropic state to a mesomorphic state, while the intermediate solid-state amorphous layer is made so as to provide a predetermined picture of the spatial distribution of optical anisotropy (optical axis directions and absorption dichroism and / or birefringence) in the layer of LC material in the mesomorphic state, corresponding to a predetermined the distribution pattern of the strokes, depth and periods of strokes in the specified at least two diffraction gratings or relief heads grams formed in a layer with a relief-structured surface, the layer of the LCD material is cured with the formation of a solid-state optically anisotropic layer with a predetermined spatial distribution pattern of optical anisotropy in accordance with the picture-spatial distribution of directions, depths and periods of strokes on the relief-structured the surface of the intermediate layer, while the intermediate solid-state amorphous layer is made in such a way as to ensure accurate e reproducing a given pattern of the spatial distribution of optical anisotropy in the layer of the LCD material, a protective varnish layer is applied over the optically anisotropic solid layer obtained from the cured layer of the LCD material.

2. The method according to claim 1, in which the layer of the LCD material is a lyotropic or thermotropic material.

3. The method according to claim 1 or 2, in which the transfer applied to the intermediate solid-state amorphous layer of a layer of LC material, which is a thermotropic LC material (TLCM), from

- 9 032083 tropic state in the mesomorphic state is carried out by lowering the temperature TZHKM to phase transition.

4. The method according to claim 1 or 2, in which the transfer of a layer of LC material, which is a thermotropic LC material (TLCM) or lyotropic LC material (LFA), deposited onto an intermediate solid-state amorphous layer from an isotropic state to a mesomorphic state is carried out by complete or partial evaporation of the solvent from the layer of the LCD material, which is previously added to the specified layer of the LCD material.

5. The method according to claim 1, in which the substrate is made of a transparent polymer such as polypropylene (HH) or polyethylene terephthalate (PET) and has a thickness in the range of 19-50 microns.

6. The method according to claim 1, in which the layer with a relief-structured surface is a polymer layer with a thickness in the range from 1 to 5 μm, preferably in the range from 1 to 3 μm.

7. The method according to claim 1, in which the intermediate solid-state amorphous layer has a thickness of a size in the range from monomolecular order of 10 to 100 A.

8. The method according to claim 1, in which the intermediate solid-state amorphous layer is made of materials based on silicon oxides, metal oxides or mixtures thereof and combinations selected from the group consisting of δίΟ oxides. 8ίΘ ₂ , A1 ₂ O ₃ , ΤίΟ ₂ , CeO ₂ , ΖηΟ ₂ , including their mixtures and combinations, or Ζηδ, as well as from organic photoanisotropic materials, for example, the azo dye of Protravnoy Pure Yellow.

9. The method according to claim 1, in which the intermediate solid-state amorphous layer further comprises at least one organic substance from the class of surfactants.

10. The method according to claim 1, in which a solid-state optically anisotropic layer formed from a layer of LCD material has a thickness of from 0.2 to 2 μm.

11. The method according to claim 1, in which additionally apply a wax separation layer with a thickness of 0.10.5 microns and with a softening temperature of 60-90 ° C between the substrate and the isotropic thermoplastic varnish layer.

12. The method according to claim 1, in which a layer of vacuum-deposited metal or transparent dielectrics with a thickness of about 0.05 μm with a refractive index of at least 2 is additionally applied over the solid-state intermediate layer.

13. An optical protective device containing a polarization-diffraction solid-state element, made according to the method of forming a polarization-diffraction optical element according to one of claims 1 to 12, and containing a substrate, an isotropic thermoplastic varnish layer on the substrate with a relief-structured surface in the form of at least two diffraction gratings and / or relief holograms with a picture distribution of the directions of strokes, depth and periods of strokes in said diffraction gratings and / or p loophole holograms, an intermediate solid-state isotropic amorphous layer located on the indicated layer with a relief-structured surface and made with the possibility of repeating the volumetric geometric profile and shape of the layer with the relief-structured surface, as well as repeating a predetermined picture of the spatial distribution of optical anisotropy obtained in the layer with a relief-structured surface, as well as a layer of LCD material provided on the specified intermediate solid-state amo rfn layer and configured to convert the layer of the LCD material into a solid-state optically anisotropic layer with a predetermined spatial distribution pattern of optical anisotropy, as well as a protective varnish layer located on top of the optically anisotropic solid layer.

14. The optical security device according to item 13, made with the possibility of applying or embedding in a secure device, which is a valuable document to be protected.

15. The optical security device of claim 14, wherein the valuable document is one of: banknotes, licenses, passport pages, plastic card, voucher, stock, checkbook, excise stamp, identification document.

16. A valuable document containing an optical protective device according to one of paragraphs. 13 and 14, made with the possibility of applying or embedding in a protected device, while the protective device comprises a polarization-diffraction solid-state optical element, made according to the method of forming a polarization-diffraction optical element according to one of claims 1 to 12.

17. The document according to clause 16, which is one of: banknotes, licenses, passport pages, plastic card, voucher, stock, checkbook, excise stamp, identification document.

- 10 032083