JP2008506994A - 異方性光学デバイス及びその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)と、視野角度(6)を変化させると及び/又は入射光(2)の角度を変化させると観測可能なカラーシフトをもたらす手段(9、11、14、16、17、20、21、30、32)とを具備する新規な光学要素に関する。本発明は、このような光学要素の作製方法、及び、非常に高いセキュリティレベルを有するセキュリティ要素としてのこのような光学要素の用途にも関する。
【選択図】 図4
Description
(A)異方性拡散体
散乱は、多くの異なる材料表面での透過又は散乱において発生しうる。セキュリティアプリケーションにとっては、反射デバイスが、より重要なものであり、本件出願ではこの反射デバイスを主に考慮する。異方性散乱表面からの散乱した光は、図1に示すような小さな入射角についての軸対称散乱プロファイルにより特徴付けられる。散乱表面が等方性でなく図2に示すように異方性のものである場合には、出射する光の分布もまた異方性である。異方性表面は、例えば異方性方向によって特徴付けられうる。したがって、出力光の分布は、対応する方位角に依存する。このことは、散乱した光が或る方位角に集中させられることを意味する。
b)画像の観察された強度の分布は、視野角度に依存するものであり、例えば、本デバイスが傾斜又は回転したときに、ポジティブネガティブイメージの反転
c)散乱角度が充分に大きい場合には、イメージは、大きな視野角度から見ることできる。
d)ここで考えているマイクロ構造は、非周期的なものであるので、特有の空間カラーは観察されない。このことは、周期的である、又は、2、3の周期的な構造の組み合わせた構造を有するホログラムとは対照的である。
e)a)乃至d)の性質に基づくデバイスは、そのデバイスをこれまでのホログラムと異なるように見えさせる。
f)上述した位相幾何学的な散乱構造の光学的な性質は、基本的には、表面レリーフ(又はエンボシング可能な)構造であるので、一旦マスターが例えば上述したようなプロセスを用いて利用可能となれば、標準的な複製技術を適用して、このようなデバイスを適切なコストで大量に製造することができる。今日では、コストの面で効果的な普及した2つの複製技術は、UVエンボシング及びホットエンボシングである(例えば、M.T.Galeによる"Replication techniques for diffractive optical elements" in Micorelectronic Engineering, Vol. 34, page 321 (1997)を参照されたい)。これら両方の技術が上述した異方性散乱表面レリーフに適合するものであることが、判明している。
g)製造プロセスは、本件出願人によって開発された特許性のある技術に基づいており、これらのアプリケーションについての分子レベルに対する新規な材料デザインに依存する。この特許性のある技術は、さらに、セキュリティレベルを増大させる。
カラーシフトは、例えば、1又はそれ以上の適当な層によって生成されうる。このことは、光がカラーシフト層に反射したとき(カラーシフト層から伝達されたとき)に、観察者が或る色を見ること、及び、本デバイスを傾斜させることにより、色が明確に変化することが認識されること、を意味する。以下に概略を説明するような2つの異なるカラーシフト技術が考えられる。
第1のグループのカラーシフト効果は、薄い光学的フィルムにおける光の干渉によって得られる(例えば、J.A.Dobrowolski,"Optical thin-film security devices", in "Optical Document Security" ed. R. L. Van Renesse, Artechouse Boston 1998を参照されたい)。層状の薄膜の多くの異なる組成物のシステムが実現可能である。特有の反射スペクトルが、例えば垂直光入射(normal light incidence)によって得られる。反射又は伝達スペクトルは、入射角度が増加するにつれて短波長側に向かってシフトさせられる。誘電体層及び金属層の組み合わせであることが多い、多層の薄膜(フィルム)システムもまた、誘電体材料のみを用いて実現可能である。この場合には、異なる屈折率を有する複数の薄いフィルムが必要とされる。
ここで説明するデバイスに利用できる第2のグループのカラーシフト層は、コレステリックフィルムである。コレステリックポリマー液晶材料の光学的効果は、現在、例えば米国特許第4,780,383号及び米国特許第6,414,092号において記載されているように、インクをカラーシフトさせる際の薄いフィルム又は片として用いられている。
列挙したすべての例(さらなる詳細について後に説明する)について、図15に係る異方性散乱パターン(2つの異なる異方性配向)を用いてきた。1つのパターン化されたクロムマスクを用いて、グラフィカルな説明、ラスタされたグレースケース、及び、高解像度イメージ(ピクチャ)を有するセキュリティデバイスが得られる。ピクセルサイズは、約20マイクロメートル辺りであるが、さらに大きくすることも、さらに小さく(10マイクロメートル未満)することも可能である。
第1の例は、図3に従って製造されている。干渉層11としては、特別に作製された3層ファブリ−ペロ反射体、又は、Edmund Industrial Opticsによって市場において入手可能となっている赤い反射部を有する干渉フィルタが、用いられる。この干渉層11の上には、異方性散乱フィルム10が、WO−A−01/29148に開示されたフィルム準備に従ってコーティングされる。フォトアライメント材料としては、Rolic Technologyからの材料ROP103が、用いられ、スピンコーティングにより又はキロバールコーティング(kbar)により30〜60ナノメートルのフィルム厚さによりコーティングされる。このフィルムは、約3mW/cm2、305nmの線形に偏光された紫外線光を放出するKarl Suess housingの100ワットの水銀ランプによる紫外線光に露光される。この紫外線光は、Moxtek(US)の線形偏光機を用いて偏光される。第1の露光は、また、パターン化されたクロムマスクを用いたフォトアライメント層のマスキングをも含む。線形に偏光された紫外線光を用いた第1の露光は、方位角配向α1により実行される。次に、クロムマスクが除去され、新たな配向を用いた第2の紫外線光の露光が、方位角α2により実行される。第1及び第2の紫外線光の露光について、典型的な露光エネルギは、100及び20mJ/cm2である。パターン化されたクロムマスクは、ピクチャ、グラフィカルな組成物及び/又はマイクロテキストを保持する。よって、上述したデバイスは、暗いゾーン及び明るいゾーンについて2つの異なる配向方向を保持する。2配向角(two-orientation-angle)デバイスにおける最適なコントラストについては、相違α2−α1は90°に調整される。
第2の例は、図6に従って製造される。このケースでは、異方性散乱フィルム10は、干渉フィルムの部分であり、したがって、金属層14である。第1のステップでは、層9に繋がるDCスパッタリングにより、基板12がアルミニウムを用いて金属化される。このスパッタリングは、約80ml/minのアルゴン流速、及び、300Wの直流電力により行われる。この例は、アルミニウムスパッタターゲットから90mmの距離を有する。露光時間は120秒である。この結果、可視波長領域について高反射アルミニウムフィルム9が得られる。
この例については、製造プロセスは、干渉フィルムがここではコレステリックフィルム20によって置き換えられるということを除いて、実施例1に類似する。このようなデバイスの断面が図8に示されている。125マイクロメートルのTAC(三酢酸セルロース)フィルム基板が、キロバールコーティングによりコレステリックフィルム20を用いてコーティングされる。良好なウェッティング状態を得るために、基板12が、プラズマクリーナ、Plasma 400 Cleanerを用いて洗浄される。典型的な洗浄パラメータは、300Wにおいて300mL/minの酸素(O2)及び300mL/minのアルゴン(Ar)である。アライメント層は用いられない。
この例に関するデバイスの断面が図12に示されている。この例では、異方性散乱フィルムが最初に準備される。表面は、反射性を有するようにするために金属化14されている。コレステリック液晶プリポリマー(実施例3を参照されたい)が、反射性の散乱表面14の上にコーティングされ、紫外線光によって交差結合されている。この構成は、コレステリックフィルムが本デバイスの上部における保護フィルムとしても作用し、完全に一体化した光学デバイスをもたらす、という利点を有する。
この例は、図14に示したタイプの単一層のカラーシフトフィルムを用いるさらなる可能性を示している。最初に、パターン化された異方性を有する異方性散乱フィルム10が、実施例1において説明したように、ガラス又はプラスチックといったような透明な基板12の上に準備される。しかしながら、このケースでは、WO−A−01/29148に記載されているような、さらに深い畝状溝が生ずるような方法により、交差結合可能な材料及び交差結合不可能な材料を含んだ溶液を紫外線光に露光することが、選択される。これまでに説明してきた例と同様に、この散乱フィルムはまた、ホットエンボシング又は好適なマスターシムを用いた紫外線キャスティングのような複製方法により生成することもできる。
2 入射光
3 異方性散乱についての散乱光
4 3の発散角度
6 異方性散乱についての出力光分布
7、7’ 6の方位角
9 フラットなミラー
10 異方性散乱層
11 反射性干渉フィルム
12 基板
13 保護層
14 反射性金属層
15、23 干渉層
16 スペーサフィルム
17 部分的に反射性のフラットなミラー
18 保護フィルム
20 反射性コレステリックフィルム
21、30 バックグランドフィルム
22 表面保護コーティング
31 屈折率フィルム
32 誘電性フィルム
40 均一なバックグランド(配向させた)
41 グラフィカルな表現
42 均一なバックグランド(配向させていない)
43 異なる配向領域を有するグラフィカルな表現
44 第1の配向における幾何学的パターン
45 第2の配向における幾何学的パターン
Claims (31)
- パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)と、
視野角度(6)を変化させると及び/又は入射光(2)の角度を変化させると、観測可能なカラーシフトをもたらす手段(9、11、14、16、17、20、21、30、32)と、
を具備することを特徴とする光学要素。 - 前記異方性が、好ましくはピクセルに基づいた方式により、イメージに関して局所的に変化するものである、請求項1に記載の光学要素。
- 前記異方性が、当該光学要素を傾斜又は回転させると、視野角度(6)に依存したポジティブ/ネガティブイメージ反転を示す、請求項2に記載の光学要素。
- 前記異方性拡散体(5、10)が実質的に非周期的に光学的に有効な構造を有する、請求項1から請求項3のいずれかに記載の光学要素。
- 前記カラーシフトをもたらす手段がカラーシフト層構造として設けられる、請求項1から請求項4のいずれかに記載の光学要素。
- 前記異方性拡散体(5、10)及び前記カラーシフト層構造は、視野方向から見られるように一方が他方の下にあるように、配置されている、請求項5に記載の光学要素。
- 前記異方性拡散体(5、10)及び前記カラーシフト層構造が少なくとも部分的に一体化されている、請求項5又は請求項6に記載の光学要素。
- 前記異方性拡散体(5、10)が、液晶に基づいており、好ましくは、重合体、単量体、低重合体、交差結合可能又は交差結合不可能とすることができるネマティック材料に基づいている、請求項1から請求項7のいずれかに記載の光学要素。
- 前記異方性拡散体(5、10)が、位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)を含む、請求項1から請求項8のいずれかに記載の光学要素。
- 前記位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)が、保護層(13)、干渉層(15、23、31)、スペーサフィルム(16)、又は、反射金属層(14)により覆われている、請求項9に記載の光学要素。
- 一方が交差結合可能であり他方が交差結合不可能である少なくとも2つの材料の混合物を生成すること、該混合物を基板に付与すること、前記交差結合可能な材料の少なくとも一部分を交差結合すること、前記交差結合不可能な材料の少なくとも一部分を除去すること、により得られるような、位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)を具備し、
好ましくは、前記交差結合可能な材料が、交差結合の間において、例えば、下にある配向層によって又は配向基板表面によって配向状態に維持される、請求項9又は請求項10に記載の光学要素
請求項9又は請求項10に記載の光学要素。 - 前記カラーシフトをもたらす手段が、干渉フィルム又はコーティングを含む、請求項1から請求項11のいずれかに記載の光学要素。
- 前記干渉フィルム又はコーティングが、誘電性材料に基づく多層薄膜システムを含み、
異なる層における該誘電性材料が異なる屈折率を有する、請求項12に記載の光学要素。 - 前記干渉フィルム又はコーティングがファブリ−ペロ共振体(9、14、16、17)の役割を果たす、請求項12又は請求項13に記載の光学要素。
- 前記干渉フィルム又はコーティングが、少なくとも1つの部分的に透明な第1の金属フィルム(14、17)と、第2の金属フィルム(9、14)と、これらの金属フィルムの間にある誘電体層(16)とを含む、請求項14に記載の光学要素。
- パターン化された異方性を有する前記異方性拡散体(5、10)が基板(12)の上に設けられ、
パターン化された異方性を有する前記異方性拡散体(5、10)が、反射金属層(14)によって覆われた位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)を含み、
前記異方性拡散体(5、10)は、前記視野方向から見たときに、前記ファブリ−ペロ共振体の前記誘電体層(16)によって直接覆われている、請求項15に記載の光学要素。 - 前記カラーシフトをもたらす手段が、コレステリックなフィルム、層又はコーティングを含む、請求項1から請求項16のいずれかに記載の光学要素。
- 前記コレステリックなフィルム又はコーティングには色が付けられている、請求項17に記載の光学要素。
- 前記コレステリックなフィルムが交差結合されている請求項17又は請求項18に記載の光学要素。
- パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)が基板(12)の上に設けられ、
パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)が反射金属層(14)によって覆われた位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)を含み、
前記異方性拡散体(5、10)は、前記視野方向から見たときに、前記コレステリックな層(20)によって直接覆われている、請求項17から請求項19のいずれかに記載の光学要素。 - 前記コレステリックなフィルムの表面、層又はコーティングが、位相幾何学的に構造化された畝状構造(10)を有し、パターン化された異方性を有する前記異方性拡散体(5、10)を形成する、請求項17から請求項19のいずれかに記載の光学要素。
- 前記カラーシフトをもたらす手段が、基板(12)の上に、コーティング、プリント、ラミネート、ホットスタンプ又はコールドスタンプされた少なくとも1つのフィルムとして設けられ、
好ましくは、前記基板は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、PET若しくはこれらの混合物といったようなプラスチック材料により形成され、又は、ガラス、金属、紙若しくはこれらの組み合わせにより形成されている、請求項1から請求項21のいずれかに記載の光学要素。 - 請求項1から請求項22のいずれかに記載の光学要素を作製する方法であって、
視野角度(6)を変化させると及び/又は入射光(2)の角度を変化させると、観察観察可能なカラーシフトをもたらす手段(9、11、14、16、17、20、21、30、32)が、基板(12)の上に、コーティング、プリント、ラミネート、接着、ホットスタンプ若しくはコールドスタンプされ、又は、パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)の上に、コーティング、プリント、ラミネート、接着、ホットスタンプ若しくはコールドスタンプされる、ことを特徴とする方法。 - パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)としての位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)が、一方が交差結合可能であり他方が交差結合不可能である少なくとも2つの材料の混合物を生成すること、該混合物を基板に付与すること、前記交差結合可能な材料の少なくとも一部分を交差結合すること、前記交差結合不可能な材料の少なくとも一部分を除去すること、により生成され、
好ましくは、前記交差結合可能な材料が、交差結合の間において、例えば、下にある配向層によって又は配向基板表面によって配向状態に維持される、請求項23に記載の光学要素を作製する方法。 - パターン化された異方性を有する異方性拡散体(5、10)としての位相幾何学的に構造化された畝状表面構造(10)が、紫外線キャスティング又は3次元構造のスタンパを用いたエンボシングにより生成される、請求項23に記載の光学要素を作製する方法。
- 前記カラーシフトをもたらす手段が、
コレステリックなフィルムを例えばラミネーションにより付与すること、又は、
液晶状態でコレステリックな材料をコーティングして、このコーティングプロセスの後に、前記材料を好ましくは化学線照射又は加熱のいずれかによって交差結合すること、
のいずれかにより生成された、コレステリックなフィルム、層若しくはコーティングである、請求項23から請求項25のいずれかに記載の光学要素を作製する方法。 - セキュリティ要素として用いることを特徴とする、請求項1から請求項22のいずれかに記載の光学要素の用途。
- 前記セキュリティ要素が、紙幣、スポート、免許証、株券、公債、小切手、クレジットカード、チケット等のようなセキュリティドキュメントに、付与される又は組み込まれ、
前記セキュリティ要素が、タグ、セキュリティストリップ、ラベル、ファイバ、糸又はパッチ等の形態を取ることができる、請求項27に記載の用途。 - 前記セキュリティ要素が、ブランド若しくは製品保護デバイスとして、付与され、又は、ブランド若しくは製品保護デバイス内に組み込まれ、
前記セキュリティ要素が、タグ、セキュリティストリップ、ラベル、ファイバ、糸又はパッチ等の形態を取ることができる、請求項27に記載の用途。 - 前記セキュリティ要素が、包装紙、包装箱や封筒等のような包装のための手段に付与又は組み込まれ、
前記セキュリティ要素が、タグ、セキュリティストリップ、ラベル、ファイバ、糸又はパッチ等の形態を取ることができる、請求項27に記載の用途。 - 装飾アプリケーションとして用いることを特徴とする、請求項1から請求項22のいずれかに記載の光学要素の用途。
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