ES2426417T3

ES2426417T3 - Dispositivo óptico y método para fabricar el mismo

Info

Publication number: ES2426417T3
Application number: ES02715348T
Authority: ES
Inventors: Franco Moia; Graham A. Johnson
Original assignee: Rolic AG
Current assignee: Rolic Technologies Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: US7201948B2; US20050072959A1; TWI233514B; WO2002061470A8; CN100454093C; KR101003709B1; CN1489707A; JP4458747B2; EP2527888A1; CN1800938A; WO2002061470A1; EP1356320B1; KR20030083700A; KR20090037509A; EP1356320A1; EP1227347A1; JP2004518179A

Abstract

Un método para crear una red de polímero de cristal líquido modelada (1) en un sustrato (2), el sustrato está porlo menos en ciertas áreas preparadas como una capa de alineamiento para cristales líquidos, el método comprendelas etapas - imprimir a chorro una primera capa de alineamiento (3) en un primer patrón sobre el sustrato, en donde la primeracapa de alineamiento comprende un material al que se puede impartir una propiedad de alineación medianteexposición a luz polarizada; - exponer la primera capa de alineamiento (3) a luz polarizada; - recubrir o imprimir a chorro el sustrato (2) llevar la capa de alineamiento con una primera capa (4) que comprendeuna material de cristal líquido nemático entrecruzable; - permitir que se alinee el material de cristal líquido; y - entrecruzar el material de cristal líquido, en donde la primera capa de alineamiento (3) cubre un área que crea un elemento de imagen y la primera capa (4)que comprende un material de cristal líquido entrecruzable cubre un área más grande que abarca por lo menosdicho elemento de imagen.

Description

Dispositivo óptico y método para fabricar el mismo

La invención se relaciona con un método para fabricar una red de polímero de cristal líquido y un dispositivo óptico fabricado de acuerdo con el método.

Dichos dispositivos ópticos se basan usualmente en capas birrefringentes formadas de Polímeros de Cristal Líquido entrecruzados (LCP por sus siglas en inglés). Generalmente, son posibles todas las clases de materiales LCP, por ejemplo aparte de los materiales nemáticos también materiales con diferentes mesofases (tales como LPS colestéricos) o que contienen moléculas huésped (tales como LCP dicroicos). Para el alineamiento del LCP antes y durante el entrecruzamiento, se utilizan las capas de alineamiento. Una clase bien adecuada de capas de alineamiento son polímeros fotopolimerizables linealmente foto-orientables (LPP). Los antecedentes y fabricación de dichos dispositivos LPP/LCP se describen en, por ejemplo, los documentos US-A-5, 389, 698, US-A-5, 602, 661, EPA-0 689 084, EP-A-o 689 065, WO 98/52077, 00/29878.

Las técnicas de recubrimiento convencionales tales como recubrimiento por rotación, recubrimiento por ranuras, recubrimiento por bulbo, recubrimiento por barras permite esencialmente una producción en masa centralizada de dispositivos ópticos estructurados con base en la tecnología LPP/LCP.

Sin embargo, utilizando estas técnicas de recubrimiento no es posible proporcionar un método practicable para la fabricación de dispositivos ópticos estructurados personalizados, es decir la producción en pequeñas cantidades o como ítems individuales cada uno con una estructura de patrón que varía en el tiempo, especialmente si se debe descentralizar en adición la fabricación. Más aún, con estas técnicas de recubrimiento convencionales no es prácticamente posible construir pilas de capas con una estructura de patrón de diferentes alineamientos combinados con variaciones topográficas del espesor de capa especialmente no para dimensiones microscópicas en los rangos por debajo de 300 micrómetros.

El documento US 5797147 describe un proceso para recubrir o imprimir substratos con una composición de recubrimiento e impresión que comprende aplicar un material polimerizable que contiene monómeros polimerizables cristalinos líquidos, monómeros polimerizables que llevan por lo menos dos grupos polimerizables para recubrimiento y por lo menos un grupo polimerizable para imprimir, al sustrato, y posteriormente llevar a cabo la polimerización, donde la composición de recubrimiento o la composición de impresión comprende un monómero cristalino líquido quiral y un aglutinante polimérico y/o compuesto monomérico que se puede convertir en el aglutinante polimérico mediante polimerización, o, en el caso de recubrimientos de emulsión y tintas de impresión, un auxiliar de dispersión, o la composición de recubrimiento o la composición de impresión comprende un monómero cristalino líquido aquiral, un aglutinante polimérico y/o compuesto monomérico que se puede convertir en el aglutinante polimérico mediante polimerización, o, en el caso de recubrimientos de emulsión y tintas de impresión, un auxiliar de dispersión, y un compuesto quiral cristalino no líquido.

El documento EP 880 052 describe un dispositivo de cristal líquido que tiene un sustrato con primera y segunda capas de alineamiento en el mismo. La primera capa de alineamiento se alinea unidireccionalmente. La segunda capa de alineamiento es una capa formada de una composición de mesógeno reactiva trenzada curada que se modela al enmascarar, curar y disolver regiones no curadas de la capa con el fin de exponer primero a regiones de alineamiento definidas por la capa y dejar las segundas regiones de alineamiento en la capa. Las primeras regiones de alineamiento tienen una dirección de alineamiento diferente de aquellas de las segundas regiones de alineamiento. Una capa de cristal líquido se proporciona sobre la estructura de capa de alineamiento resultante.

El documento US4002404A describe un método para crear una imagen latente y hacerla visible con un cristal líquido. El método inicia con un sustrato tratado, capaz de alinear los cristales líquidos, en los que se forma una imagen de alineamiento latente. Para hacer visible la imagen de alineamiento latente un cristal líquido se aplica al sustrato. El sustrato luego se dispone entre los polarizadores. El término “imagen de alineamiento latente” se define en la US4002404A como una imagen tangible en el sustrato tratado que es capaz de alinear los cristales líquidos en una dirección en la que el sustrato tratado es capaz de alinear los cristales líquidos. Sin embargo, los cristales líquidos, no se pueden entrecruzar.

Un método de acuerdo con la invención utiliza los rasgos de caracterización de la reivindicación 1. Se reivindica un dispositivo óptico fabricado de acuerdo con este método en la reivindicación 11, y se reivindica un dispositivo óptico de seguridad fabricado de acuerdo con este método en la reivindicación 12. Con la enseñanza de la invención es ventajosamente posible crear dispositivos ópticos únicos y personalizados, especialmente dispositivos de seguridad, en una forma fácil de utilizar y comparativamente económica.

De acuerdo con la invención, el método para fabricar un dispositivo óptico estructurado inicia con un sustrato, que es, por lo menos en ciertas áreas, preparado como una capa de alineamiento para cristales líquidos, en los que se

recubre, de nuevo por lo menos en ciertas áreas, una capa que comprende un material de cristal líquido entrecruzable. La capa de alineamiento se imprime a chorro con el fin de crear una red de polímero de cristal líquido modelada.

De acuerdo con el método de la invención se fabrica un dispositivo óptico modelado con base en capas LPP fotoorientadas impresas a chorro que orientan las últimas capas LCP aplicadas de acuerdo con la dirección dada por dichas capas de alineamiento.

Se pueden aplicar estos dispositivos ópticos, entre otros, en los campos de seguridad de documentos, tal como pasaportes, tarjetas de identificación (tarjetas ID), licencias de conducción o certificados especiales, etc. contra falsificación o alteración; sin embargo, la invención no se limita a dicho campo.

Es ventajoso que estos dispositivos se puedan fabricar con una técnica de impresión a chorro. Una técnica de impresión a chorro por ejemplo se puede basar en piezo impresión a chorro o impresión a chorro de burbuja. Especialmente, es posible utilizar técnicas de impresión de “chorro a tinta”, utilizada en gran medida por ejemplo en salidas en impresiones en computadores actuales.

Estos y otros objetos, características y ventajas de la invención serán más evidentes a la luz de la siguiente descripción detallada de las realizaciones y sugerencias, como se ilustra en los dibujos acompañantes, en los que:

La Figura 1 es una vista esquemática un dispositivo LPP/LCP hecho mediante impresión a chorro;

La Figura 2 es una vista esquemática de un dispositivo LPP/LCP reflectivo de acuerdo con la Figura 1 con una herramienta de inspección apropiada (polarizador) para visualizar la información, aquí el carácter “P”;

La Figura 3a y 3b son vistas esquemáticas de una forma modificada del dispositivo mostrado en la Figura 2; el dispositivo representado en la Figura 3 se describe en la primera realización;

La Figura 4a y 4b son vistas esquemáticas del dispositivo preferido descrito en la segunda realización;

La Figura 5a y 5b son vistas esquemáticas del dispositivo preferido descrito en la tercera realización;

La Figura 6a y 6b son vistas esquemáticas de un dispositivo sugerido;

La Figura 7 es una vista en plano de un dispositivo LPP/LCP más complejo descrito en la cuarta realización;

La Figura 8 es una vista en plano de un dispositivo LPP/LCP más complejo que incluye no solo capas de retardador LPP/LCP pero también un filtro colestérico y una capa LCP dicroica; este dispositivo se describe en la quinta realización;

La Figura 9 es un dibujo esquemático del flujo de proceso de la fabricación descentralizada de dispositivos LPP/LCP de seguridad óptica personalizados a través de impresión a chorro;

La Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo LPP/LCP estructurado 1 hecho mediante impresión a chorro. Se puede utilizar dicho un dispositivo por ejemplo como un dispositivo de seguridad. El proceso se inicia con un sustrato 2 sobre el cual se recubre una capa de alineamiento 3. El material de sustrato 2 puede ser por ejemplo plástico (por ejemplo polipropileno), la primera capa de alineamiento 3 puede ser una capa LPP. Los polímeros fotopolimerizables linealmente (LPP) están contenidos inicialmente en una solución 24 que se almacena en un primer contenedor 5 que es parte de una unidad de cartuchos e impresión 6 de una impresora a chorro a tinta. Ejemplos para dichas impresoras a chorro a tinta se describen en, por ejemplo, los documentos US-A-3,988,745, US-A-4,385,304, US-A-4,392,145, US-A-3, 747, 120, US-A-3, 832, 579, US-A-3, 683, 212, US-A-3, 708, 798 US-A4,660,058 y US-A-5,754,198.

La línea 10 muestra esquemáticamente las gotas que recubren el sustrato 2 y que forman la capa de alineamiento 3. Después de curar la primera capa LPP seca 3, la misma solución 24 se utiliza para formar una segunda capa de alineamiento 13, en este ejemplo mostrado en la forma del carácter “P” y que tiene una dirección de orientación diferente, por ejemplo con una orientación diferente indicada por las flechas 15 y 16.

El numeral de referencia 7 muestra la unidad de control de la impresora conectada al primer contenedor 5 y a un segundo contenedor 8. EL segundo contenedor se carga con una solución LCP 9. La línea 11 muestra esquemáticamente las gotas que recubren la capa de alineamiento 3 y que forman la capa LCP 4 y 14.

Se proporcionarán explicaciones adicionales con referencia a la Figura 2 que muestran esquemáticamente una imagen 20 o 21 de dicho un dispositivo LPP/LCP elaborado con impresión a chorro. Las mismas referencias siempre representan las mismas características en las diferentes Figuras. El dispositivo 1 es un dispositivo LPP/LCP reflectivo de acuerdo con la Figura 1 en donde el sustrato 2 comprende un reflector (no mostrado explícitamente). Las referencias 25 o 26 indican una herramienta de inspección apropiada, aquí un polarizador, para visualizar la información, aquí el carácter “P”. El polarizador 25 se ubica en paralelo a la orientación 15 de la capa de alineamiento 3/capa LCP 4. El polarizador 26 se ubica en paralelo a la orientación 16 de la capa de alineamiento 13/capa LCP 14. Por lo tanto, el polarizador 25 crea la imagen 20 de una oscuridad “P” y el polarizador 26 crea la imagen 21 de un brillo “P” rodeado con una zona oscura.

La presente invención describe una nueva técnica para elaborar dispositivos LCP, que se basan en impresión a chorro. Ventajosamente se permite la fabricación descentralizada de dichos dispositivos personalizados en una forma confiable y rentable. Se representa un diagrama de flujo específico que ilustra la fabricación descentralizada en la Figura 9. Se muestra un ejemplo de un equipo correspondiente esquemáticamente en la Figura 10.

La personalización de dispositivos de seguridad ópticamente estructurados es un objetivo que particularmente están pidiendo los fabricantes y usuarios de seguridad de documentos. Adicionalmente, la combinación del proceso de fabricación descentralizado junto con la personalización de dichos dispositivos de seguridad ópticos u otro LCP y los dispositivos LPP/LCP no solo abren posibilidades en el campo de seguridad de documentos sino también constituye una gran cantidad de otras aplicaciones utilizando diferentes efectos ópticos. La técnica de impresión a chorro utilizada puede ser métodos ‘de gota por demanda’ o métodos ‘de rayo continuo’.

El flujo de proceso de la Figura 9 muestra una posible forma para realizar en un equipo descentralizado dispositivos estructurados ópticamente personalizados para por ejemplo seguridad de documentos, es decir para proteger por ejemplo pasaportes, tarjetas de identificación, licencias de conducción o certificados especiales etc. contra falsificación o alteración. Los datos personales u otra información personal como fotografías se almacenan en un ordenador en un archivo de base de datos 100. Los datos se transfieren al equipo de fabricación 110. Es posible y preferible proporcionar medios codificadores 102, que codifica los datos desde los archivo de base de datos 100, especialmente imágenes o información para documentos de seguridad tales como pasaportes, documentos ID y otros, a través de un software de seguridad antes de pasar la información al equipo de fabricación 110 para asegurar que el dispositivo óptico se puede examinar solo con una herramienta de descifrado adecuada.

El equipo de fabricación 110 comprende cartuchos 112 como se muestra en la Figura 1, que contiene materiales de recubrimiento adecuados, por ejemplo los materiales mencionados en las diferentes realizaciones en esta descripción, y medios 120 para realizar impresión a chorro de los materiales, secado de los mismos y entrecruzamiento de capas LCP si es aplicable con luz, especialmente luz UV isotrópica. La simplicidad de los medios 120 apoya la posibilidad de producción descentralizada.

Los medios 120 incluyen medios de impresora para operar los cabezales de la impresora de chorro o cartuchos que contienen los materiales LPP y LCP. Cada cabezal de impresora único imprimirá a chorro un material específico. En el caso de, por ejemplo una impresora de cuatro cabezas, también puede imprimir a chorro cuatro materiales diferentes: por ejemplo, el primer cabezal imprime a chorro un material LPP foto-orientable, el segundo cabezal imprime un material de LCP, el tercer cabezal imprime un material de LCP que contiene tintes dicroicos, y el cuarto cabezal imprime un material LCP colestérico. El software adecuado controlará el proceso de impresión.

El producto 130 resultante de este método es un dispositivo LCP de seguridad óptica totalmente personalizado, lista para ser aplicado. Se puede utilizar para producir productos de seguridad 132 como pasaportes, documentos de identidad y otros.

La Figura 3 muestra esquemáticamente la configuración de una primera realización de un dispositivo óptico 1 de acuerdo con la invención. La Figura 3a muestra el orden de las capas en donde la Figura 3b es una vista en explosión de la Figura 3a. La primera capa LPP 3 se imprime a chorro sobre un sustrato 2. El material de sustrato por ejemplo puede ser plástico (por ejemplo polipropileno) o papel, preferiblemente papel especialmente tratado de tal manera que la superficie de papel es suave y compatible con soluciones LPP o LCP (que incluyen LCP dicroico y LCP colestérico) (por ejemplo papel recubierto con una capa de polietileno). Después del proceso de secado la primera capa de alineamiento 3 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 15 es paralela al borde largo del sustrato 2 de acuerdo con la Figura 3). Luego, una segunda capa LPP 23 se imprime a chorro en la parte superior de la primera capa LPP 3 que tiene una forma diferente en comparación de la primera capa de alineamiento 3. En la Figura 3 la segunda capa LPP 23 tiene la forma del carácter “P”. Después del proceso de secado la segunda capa de alineamiento 23 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (con una dirección de polarización 16 que, por ejemplo, 45 se degrada al borde largo del sustrato 2 de acuerdo con la Figura 3).

Este procedimiento conduce a un área de alineamiento que muestra dos diferentes capacidades de alineamiento: el área de la primera capa de alineamiento 3 no se cubre por la segunda capa de alineamiento 23 tiene una capacidad

de alineamiento a lo largo del borde largo del sustrato (dirección 15 en la Figura 3), y el área de la segunda capa de alineamiento 23 (con la forma de “P”) tiene una capacidad de alineamiento de 45 grados a la primera capa de alineamiento 3 (dirección 16 en la Figura 3).

En la siguiente etapa, un material LCP se imprime a chorro como una capa 4 en ambas capas de alineamiento 3 y

23. Cuando el disolvente del material LCP se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido se alinean de acuerdo con la información de alineamiento de las dos capas LPP 3 y 23. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido. Esto finaliza el proceso de fabricación del dispositivo LPP/LCP estructurado óptico 1.

Se puede visualizar la información (aquí el carácter “P”) con uno o dos polarizadores lineales, un polarizador para dispositivos reflectivos, dos polarizadores para dispositivos de transmisión. Al rotar el polarizador o el dispositivo 1, la imagen cambia de positivo a negativo.

La Figura 4 muestra esquemáticamente la configuración de una segunda realización de un dispositivo 31 de acuerdo con la invención. La Figura 4a muestra el orden de las capas en donde la Figura 4b es una vista en explosión de la Figura 4a. El sustrato 2 ya está recubierto con una primera capa de alineamiento previamente fabricada 33 que tiene una dirección de alineamiento 15 a lo largo del borde largo del sustrato en la Figura 4. El material del sustrato 2 se puede escoger como en la primera realización. Es posible que la primera capa de alineamiento 33 cubra un área definida como se muestra en la Figura 4 o la primera capa de alineamiento 33 cubre el sustrato completo 2.

Una segunda capa LPP 23 se imprime a chorro sobre la parte superior de la primera capa de alineamiento 33 que tiene una forma diferente en comparación de la última capa. En la Figura 4 la segunda capa LPP 23 tiene la forma del carácter “P”. Después de un proceso de secado, la segunda capa 23 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 16 es 45 grados hacia el borde largo del sustrato 2 de acuerdo con la Figura 4). Este procedimiento conduce a un área de alineamiento que muestra – como en el caso de la primera realización - dos diferentes capacidades de alineamiento: el área que resulta de la primera capa de alineamiento 33 no se cubre por la segunda capa de alineamiento 23 tiene una capacidad de alineamiento a lo largo del borde largo del sustrato 2 (Figura 4), y la segunda capa LPP 23 (que tiene la forma de “P”) tiene una capacidad de alineamiento de 45 grados a la primera capa de alineamiento 33.

En la siguiente etapa el material LCP se imprime a chorro como una capa 4 sobre la primera capa de alineamiento 33 y la segunda capa LPP 23. Cuando el disolvente se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido 4 se alinean de acuerdo con la información de alineamiento 15 y 16 de las dos capas LPP 33 y 23, respectivamente. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido. Esto finaliza el proceso de fabricación del dispositivo LPP/LCP estructurado óptico 31. La información (aquí el carácter “P”) se puede visualizar con uno o dos polarizadores lineales, un polarizador para los dispositivos reflectivos, dos polarizadores para los dispositivos de transmisión. Al rotar el polarizador o el dispositivo la imagen cambia de positivo a negativo.

La Figura 5 muestra esquemáticamente la configuración de una tercera realización de un dispositivo 41 de acuerdo con la invención. La Figura 5a muestra el orden de las capas en donde la Figura 5b es una vista en explosión de la Figura 5a. Una única capa LPP 23 se imprime a chorro sobre un sustrato 2 y forma un patrón tal como una imagen, una gráfica, o uno o varios caracteres alfa-numéricos. En la Figura 5 el área LPP impresa a chorro forma por ejemplo el carácter “P”. El material de sustrato se puede escoger como en la primera realización. Después del proceso de secado, el sustrato que incluye el área LPP 23 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 16 es 45° hacia el borde largo del sustrato 2 de acuerdo con la Figura 5). Este procedimiento conduce a un área que muestra dos diferentes de características de alineamiento: la sección que resulta del área LPP impresa a chorro 23 (capa LPP 23 como se describe en la tercera realización tiene la forma de ‘P’) tiene una capacidad de alineamiento de 45° hacia el borde largo del sustrato (Figura 5), el área restante no tiene información de alineamiento.

En la siguiente etapa, el material LCP se imprime a chorro como una capa 4 sobre la capa de alineamiento 23 y también sobre el área restante del sustrato 2 de acuerdo con la Figura 5. Esta área específica forma la capa LCP 4 mostrada en la Figura 5. Cuando el disolvente se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido en la parte superior de la capa LPP 23 se alinean de acuerdo con la información de alineamiento 16 de la capa LPP 23. El área LCP restante muestra alineamiento isotrópico. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido. Esto finaliza el proceso de fabricación del dispositivo LPP/LCP estructurado óptico 41. Se puede visualizar la información (el carácter “P”) con uno o dos polarizadores lineales, un polarizador para dispositivos reflectivos, dos polarizadores para dispositivos de transmisión. Al rotar el dispositivo, la imagen cambia – dependiendo de la orientación del polarizador – desde positivo para invisible o desde negativo negativo a invisible dependiendo del modo de acción que puede ser efectivo o transmisible.

La Figura 6 muestra esquemáticamente la configuración de un dispositivo sugerido 51. La Figura 6a muestra el orden de las capas y la Figura 6b es una vista en explosión de la Figura 6a. En una primera etapa una capa de

alineamiento 33 se aplica al sustrato 2. La capa de alineamiento puede consistir de un material foto-orientable tal como un material LPP o de otro material de alineamiento tal como poliimida de caucho o cualquier otra película o superficie que es capaz de alinear moléculas de cristal líquido. La única capa de alineamiento 33 puede ser mono axial como se indica en la Figura 6, pero también son posibles diseños con más de una dirección de alineación. El material de sustrato se puede escoger como en la primera realización. La fabricación de la capa de alineamiento 33 se puede hacer con antelación y en un lugar diferente, es decir, se pueden pre-fabricar los sustratos 2 que incluyen la capa de alineamiento 33.

Luego se imprime a chorro una solución LCP es como una capa 54 sobre esa capa de alineamiento 33 y forma una clase de información tal como una imagen, un patrón gráfico, o uno o varios caracteres alfa-numéricos. En la Figura 6 la forma del área LCP impresa a chorro 54 forma el carácter “P”. Cuando el disolvente se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido sobre la parte superior de la capa de alineamiento 33 se alinean de acuerdo con la información de alineamiento 15 de dicha capa de alineamiento 33. En el área de alineamiento restante no está presente el LCP. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido. Esto finaliza el proceso de fabricación del dispositivo estructurado óptico 51. Se puede visualizar la información (aquí el carácter “P”) con uno o dos polarizadores lineales, un polarizador para los dispositivos reflectivos, dos polarizadores para los dispositivos de transmisión. Al rotar el dispositivo la imagen cambia dependiendo de la orientación del polarizador - desde positivo a invisible o desde negativo a invisible dependiendo del modo de accionamiento.

La Figura 7 muestra esquemáticamente la configuración de una cuarta realización de un dispositivo 61 de acuerdo con la invención que consiste de un patrón de orientación de complejo topográficamente que incluye una (66) o varias (67) capas LPP/LCP. En una primera etapa, una primera capa LPP 3 se imprime a chorro sobre una cierta área 68 de un sustrato 2. El material de sustrato se puede escoger como en la primera realización.

Después del proceso de secado, la primera capa 3 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (la dirección de polarización 17 es por ejemplo perpendicular al borde largo del sustrato 2). Luego, una segunda capa LPP 43 se imprime a chorro sobre un área 69 del sustrato 2 diferente del área 68 de la primera capa de alineamiento 3. La segunda capa LPP 43 puede tener una forma diferente en comparación de la primera capa LPP 3. Después del proceso de secado, la segunda capa LPP 43 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (la dirección de polarización 15 es por ejemplo paralela al borde largo del sustrato 2).

Luego, estas dos capas LPP 3 y 43 se imprimen a chorro con material LCP de tal manera que resulta diferente espesor d2 y d1 de las capas LCP 4 y 44. Cuando el disolvente se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido se alinean de acuerdo con la información de alineamiento de las dos capas LPP 3 y 43. Una entrecruzamiento como se describe adelante luego se forma una película plástica de estado sólido.

Como se muestra en la Figura 7, en la parte superior del área LCP 44 una capa LPP adicional se imprime a chorro para formar la tercera área LPP 53. Después del proceso de secado, la tercera capa LPP 53 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 17 es perpendicular al borde largo del sustrato 2). Luego, una capa adicional LPP 63 se imprime a chorro sobre la capa LCP 4. La capa adicional LPP 63 puede tener una forma diferente en comparación de las capas LPP 3, 43 y 53. Después del proceso de secado, la capa adicional LPP 63 luego se expone a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 18 135 grados hacia el borde largo del sustrato 2). Luego estos dos capas LPP 53 y 63, no contactar el sustrato 2, se imprimen a chorro con material LCP de tal manera que resulta diferente espesor d3 y d4 de las capas LCP 64 y 74. Cuando el disolvente se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido alinean de acuerdo con la información de alineamiento de las dos capas LPP 53 y 63 o – si no está presente la capa LPP como en el área 67 - de acuerdo la capa adyacente LCP 44 adelante. En la Figura 7, esto sucede con la parte izquierda del área LCP 64. Normalmente, el espesor de capa LPP (alrededor de 50 nm) es mucho más pequeño que el espesor de la capa LCP ópticamente activa. Por lo tanto, en la Figura 7 el espesor d3 de la capa LCP 64 se representa solo con un espesor en lugar de dos correctamente. Al lado derecho del área 68 no se presenta una segunda capa LPP/LCP y por lo tanto esta área 66 consiste de solo una capa LPP/LCP. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido. Esto finaliza el proceso de fabricación del dispositivo LPP/LCP estructurado óptico 61. Se puede visualiza la información con uno o dos polarizadores lineales, un polarizador para dispositivos reflectivos, dos polarizadores para dispositivos de transmisión.

Los dispositivos ópticos 61 fabricados como se muestra en la Figura 7 y descritos adelante pueden mostrar patrones de color muy complejos. Al rotar el polarizador o el dispositivo la imagen cambia desde positivo a negativo o desde un patrón de color a su contraparte de color complementario. El proceso descrito en esta realización permite la fabricación de dispositivos ópticos complejos tales como por ejemplo elementos de seguridad estructurados ópticos sofisticados o filtros de color de interferencia específica.

La Figura 8 muestra esquemáticamente la configuración de una quinta realización que consiste de un patrón de orientación de complejo topográficamente que incluye una (76) o más (77) capas LPP/LCP combinadas con capas

de cristal líquido dicroico y/o colestérico. En una primera etapa, una primera capa LPP 3 se imprime a chorro sobre un sustrato 2. El material de sustrato se puede escoger como en la primera realización. En caso de capas colestéricas, un fondo oscuro que absorbe luz conduce a mejores propiedades reflectivas para un modo de luz polarizada circularmente, considerando que el otro modo se absorbe sustancialmente. Después del proceso de secado, se expone la primera capa 3 a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 18 es de 135 grados hacia el borde largo del sustrato 2). Luego, una segunda capa LPP 43 se imprime a chorro en lugar de la primera capa de alineamiento 3. La segunda capa LPP 43 puede tener una forma diferente en comparación de la primera capa LPP 3. Después del proceso de secado, luego se expone la segunda capa LPP 43 a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 15 es paralela al borde largo del sustrato 2). Luego, estas dos capas LPP 3 y 43 se imprimen a chorro con material LCP de tal manera que resultan diferentes espesores d1 y d2 de las capas LCP 84 y 4. De acuerdo con la Figura 8, la capa LCP 84 es una capa dicrónica, que significa que la capa LCP 84 contiene tintes dicroicos como se describe adelante. Se pueden entrecruzar los tintes dicroicos. Cuando el disolvente se evapora de la solución LCP, las moléculas de cristal líquido se alinean de acuerdo con la información de alineamiento de las dos capas LPP 3 y 43. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido.

Como se muestra en la Figura 8, en la parte superior del área LCP 84 más material LPP se imprime a chorro para formar el área LPP 53. Después del proceso de secado, se expone la capa LPP 53 a luz UV polarizada lineal como se describe adelante (se dice que la dirección de polarización 17 es perpendicular hacia el borde largo del sustrato 2). Luego, la capa LPP 53 y parte de las capas LCP 4 y 84 se imprimen a chorro con material LCP de tal manera que resultan diferentes espesores d3 y d4 de capas LCP 64 y 74. De acuerdo con la Figura 8, la capa LCP 74 consiste de una capa de cristal líquido colestérica con un campo específico. El proceso de fabricación de dicha una capa colestérica se describe adelante. Cuando el disolvente se evapora de las soluciones LCP, las moléculas de cristal líquido se alinean de acuerdo con la información de alineamiento de la capa LPP 53 o – si no está presente la capa LPP como en la capa LCP 4 y en la capa LCP 84 en el área 77 - de acuerdo con la capa adyacente LCP 84 adelante. Normalmente, el espesor de la capa LPP (alrededor de 50 nm) es mucho más pequeño que el espesor de la capa LCP ópticamente activa. Por lo tanto, en la Figura 8 el espesor d3 de la capa LCP 64 se representa solo con un espesor en lugar de dos correctamente. Una entrecruzamiento como se describe adelante forma luego una película plástica de estado sólido. Luego, una capa adicional LPP 63 se imprime a chorro sobre la capa colstérica LCP 74 y, después de secado, se expone a luz UV polarizada lineal (con la dirección de polarización 17 perpendicular al borde largo del sustrato 2). La capa LPP 63 luego se imprime a chorro con material LCP para formar una capa LCP 94. Una entrecruzamiento como se describe adelante luego forma una película plástica de estado sólido. Esto finaliza el proceso de fabricación del dispositivo LPP/LCP estructurado óptico 71.

Se puede visualizar la información de complejo uno o dos polarizadores lineales, un polarizador para dispositivos reflectivos, dos polarizadores para dispositivos de transmisión. Los dispositivos ópticos 71 descritos en esta realización pueden mostrar patrones de color muy complejos. Al rotar el polarizador o el dispositivo la imagen cambia desde positivo a negativo o desde un patrón de color a su contraparte de color complementaria. El proceso descrito en esta realización de nuevo muestra la posibilidad de fabricar dispositivos ópticos complejos sofisticados.

Para la producción de las capas LPP, materiales LPP adecuados son conocidos por una persona experta en la técnica. Los ejemplos se describen por ejemplo en las publicaciones de patente EP-A-0 611 786, WO -96/10049 y EP-A-0 763 552. Ellos incluyen derivados del ácido cinámico y derivados del ácido ferúlico. Para los ejemplos descritos anteriormente, se utiliza el siguiente material LPP

como una solución al 10 por ciento en una mezcla de disolventes de MEK (metil-etil-cetona) y acetato de etilo (relación de MEK: acetato de etilo = 1:1). La viscosidad está entre 2 y 4 mPas. Dependiendo del tipo de cabezal de impresión de chorro de tinta utilizado también es posible mayor viscosidad hasta de aproximadamente 80 cP. Las capas se exponen a luz linealmente polarizada de una lámpara de mercurio de alta presión durante 10 a 550 segundos (dependiendo de la fuerza de la lámpara y de las características de las capas LPP y LCP) a temperatura ambiente.

Para la producción de las capas de LCP, en los ejemplos se utilizan los siguientes componentes de diacrilato de cristal líquido entrecruzable

en una mezcla nemática superenfriable (Mon1 80%, 15% Mon2, MON3 5%) que tiene un punto de fusión especialmente bajo (Tm ~35° C) por lo que es posible preparar la capa de LCP a temperatura ambiente. La mezcla se disuelve en MEK. Si es necesario, pueden estar presentes aditivos bien conocidos, tales como por ejemplo, 5 derivados de fenol para fotoiniciadores de estabilización como Irgacure®. Por medio de variación de la concentración, es posible ajustar el espesor de la capa LCP en un amplio rango que conduce a diferentes retardos ópticos (por ejemplo, aproximadamente A/4 a A/2 para los dispositivos casi blancos y negros para el modo reflectivo

o modo de transmisión, respectivamente) de las capas retardadoras LCP. Para el entrecruzamiento de los

monómeros de cristal líquido, las capas se exponen a la luz isotrópica de una lámpara de xenón en una atmósfera 10 inerte.

Para la producción de las capas dicroicas LCP, se utiliza la mezcla nemática de los componentes de diacrilato de cristal líquido entrecruzables como se describió anteriormente, que contienen adicionalmente uno o más tintes dicroicos. Como tintes dicroicos, la mezcla contiene por ejemplo, un tinte azul de antraquinona B3 y un tinte azoico rojo R4 (ver estructuras adelante) en la concentración de 2% en peso y 1% en peso, respectivamente.

Por medio de la variación de la concentración en un disolvente tal como MEK, es posible ajustar el espesor de capa LPC en un amplio rango que conduce a diferentes valores de extinción del polarizador dicroico.

Para la producción de las capas colestéricas LCP, se utiliza un procedimiento similar a la de la capa de LCP 20 nemático. Sin embargo, la mezcla nemática se dopa adicionalmente con material colestérico que induce a un campo. Un dopante quiral adecuado, es por ejemplo ST31L que muestra un sentido helicoidal a la izquierda.

La concentración del dopante quiral es de 4% a 9%, más preferiblemente de 5% a 6%. Esto induce la banda de longitud de onda de reflexión deseada en el rango visible, pero al cambiar la concentración también se pueden realizar bandas de longitud de onda reflectivas en el rango UV o IR. Por medio de la variación de la concentración en un disolvente tal como MEK, es posible ajustar el espesor de la capa de LCP colestérica sobre un amplio rango que

5 conduce a diferentes propiedades de reflexión. El espesor de la capa colestérica era de 1 a 10 micrómetros, dependiendo del rango de longitud de onda previsto.

Los efectos ópticos descritos anteriormente, así como las estructuras de capas correspondientes y composiciones de materiales, representan sólo algunas de las muchas posibilidades de acuerdo con la invención. Se pueden combinar en una amplia variedad de formas, que serán especialmente ventajosas para el desarrollo y aplicación de

10 los elementos de autentificación. Por supuesto, cualquier otro tipo de capa birrefringente diferente de la capa LCP descrita también se puede utilizar para producir un efecto óptico que se puede emplear en dispositivos ópticos.

Adicionalmente es posible para los ejemplos descritos anteriormente, no utilizar una capa de alineamiento LPP pero una capa de alineamiento diferente, que, de acuerdo con la propiedad y la resolución óptica deseada, tiene las mismas o similares propiedades a una capa LPP. También es concebible producir la orientación requerida para una

15 capa retardadora utilizando un sustrato correspondientemente estructurado. Un sustrato estructurado de este tipo, por ejemplo, se puede producir mediante estampado en relieve, grabado y huecograbado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para crear una red de polímero de cristal líquido modelada (1) en un sustrato (2), el sustrato está por lo menos en ciertas áreas preparadas como una capa de alineamiento para cristales líquidos, el método comprende las etapas

-

imprimir a chorro una primera capa de alineamiento (3) en un primer patrón sobre el sustrato, en donde la primera capa de alineamiento comprende un material al que se puede impartir una propiedad de alineación mediante exposición a luz polarizada;

-

exponer la primera capa de alineamiento (3) a luz polarizada;

-

recubrir o imprimir a chorro el sustrato (2) llevar la capa de alineamiento con una primera capa (4) que comprende una material de cristal líquido nemático entrecruzable;

-

permitir que se alinee el material de cristal líquido; y

-

entrecruzar el material de cristal líquido,

en donde la primera capa de alineamiento (3) cubre un área que crea un elemento de imagen y la primera capa (4) que comprende un material de cristal líquido entrecruzable cubre un área más grande que abarca por lo menos dicho elemento de imagen.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde, antes de la etapa de recubrimiento con la primera capa

(4) que comprende un material de cristal líquido nemático entrecruzable, se proporcionan las etapas

-

imprimir a chorro una segunda capa de alineamiento (23), que comprende un material al que se puede impartir una propiedad de alineamiento mediante exposición a luz polarizada, en un segundo patrón sobre o al lado de la primera capa de alineamiento (3); y

-

exponer la segunda capa de alineamiento (23) a luz polarizada que tiene una polarización diferente desde una de la luz polarizada hasta que se expone la primera capa de alineamiento (3) de tal manera que las moléculas de cristal líquido se alinean de acuerdo con la información de alineamiento de las dos capas (3) y (23).
3.

El método para fabricar una red de polímero de cristal líquido (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el patrón se selecciona de por lo menos uno de una imagen, un elemento de imagen, una gráfica, o uno o varios caracteres alfa-numéricos.
4.

El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la primera capa (4) que comprende un material de cristal líquido nemático entrecruzable se imprime a chorro tal que resultan diferentes espesores (d1, d2) en diferentes regiones del material de cristal líquido entrecruzable.
5.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde los datos que representan el primer, segundo patrón y más se almacenan en una memoria de un sistema de ordenador (7) y en donde el sistema de ordenador (7) es el que controla el proceso de impresión a chorro de distribución de material de capa de alineamiento y material de cristal líquido entrecruzable sobre el sustrato (2) y capas adicionales.
6.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde por lo menos una capa de alineamiento (3) es una capa que contiene un material fotopolimerizable linealmente.
7.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la luz polarizada a la que se expone la capa de alineamiento o se exponen las capas de alineamiento se polariza lineal o elípticamente.
8.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde por lo menos una capa (84) comprende un material de cristal líquido entrecruzable que adicionalmente comprende uno o más tintes dicroicos.
9.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la impresión a chorro es un método de impresión a chorro piezo.
10.

El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la impresión a chorro es un método de impresión a chorro de burbuja.
11.

Un dispositivo óptico que comprende una red de polímero de cristal líquido modelada (1) sobre un sustrato (2), en donde en el sustrato se presenta

-

una capa de alineamiento (3) en la forma de un patrón, que cubre un área que crea un elemento de imagen, la

capa de alineamiento comprende un material al que se pueden impartir una propiedad de alineamiento mediante 5 exposición a luz polarizada y

-

una capa (4) que comprende un material de cristal líquido que comprende un nemático reticulado, que se alinea en las regiones donde está en contacto con la capa de alineamiento, en donde la capa (4) cubre un área más grande que abarca por lo menos dicho elemento de imagen.
12. Un dispositivo óptico de acuerdo con la reivindicación 11, que es un dispositivo óptico de seguridad.