JP2014102281A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明では、模造耐性と偽造耐性が共に優れた高セキュリティの光学素子を提供することが課題である。
【解決手段】
複数の溝からなるレリーフ型回折格子が設けられた第１界面部と、前記複数の溝の最小中心間距離と比較してより小さい中心間距離で二次元的に配置されると共に各々が順テーパ形状を有する複数の凹部又は凸部が設けられた第２界面部とを裏面に備えた第１光学層（１１）と、該第１光学層裏面に形成された透明反射層と、該透明反射層裏面に設けられたリップマンホログラム層からなる第２光学層（１４）と、該第２光学層裏面に設けられた光吸収層とからなることを特徴とする光学素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、偽造防止効果、装飾効果や美的効果を提供する光学技術に関し、観察角度が異なる二つの光学素子を重ね、観察する角度を変えることで二種類の光学効果を観察できる表示体に関する。

有価証券、証明書、ブランド品及び個人認証媒体などの物品は、偽造が困難であることが望まれる。そのため、このような物品には、偽造防止効果に優れた表示体を保持させることがある。
このような表示体の一種に、回折格子、ホログラム及びレンズアレイなどの微細構造を含んでいるものがある。これら微細構造は、解析することが困難である。
また、これら微細構造を含んだ表示体を製造するためには、電子線描画装置などの高価な製造設備が必要である。それゆえ、このような表示体は、高い偽造防止効果を発揮し得る。

たとえば、特許文献１には、複数の溝からなるレリーフ型回折格子が設けられた第一界面部と、前記複数の溝の最小中心間距離と比較してより小さい中心間距離で二次元的に配置されると共に各々が順テーパ形状を有する複数の凹部又は凸部が設けられた第二界面部とを備えたことを特徴とする表示体が記載されている。
この表示体は高精細な構造を含んでおりかつ特殊な光学特性を有している。それゆえ、この表示体は、高い偽造防止効果を有している。

また、偽造防止効果に優れた表示体の別の種類のものとして、特許文献２にあるようなリップマンホログラムとよばれているものがある。リップマンホログラムは上下左右方向に立体感があり、また、特殊な材料を必要とするために模造品を作成することは非常に困難である。

リップマンホログラムは、材料の入手困難さにおいて、模造耐性が高いといえる一方、コンタクトコピーとよばれる手法によって容易に複製できることが知られている。
また、エンボスホログラムは、複製困難な微細構造を有しているため、偽造耐性が高いといえる一方、よく教育されていない観察者にとっては、判断がつきにくい程度の模造品が作られている事実がある。

リップマンホログラムとエンボスホログラムを用いてより高いセキュリティの光学素子とするためには、模造耐性を有するリップマンホログラムと、より高い偽造耐性を有するエンボスホログラムの要素を兼ね備えた光学素子であってこの両者が互いにその光学効果を損なわない光学素子が求められている。

特開２００８−１０７４７０号公報 特開平４−２６３２８１号公報

本発明では、模造耐性と偽造耐性が共に優れた高セキュリティの光学素子を提供することが課題である。

本発明者は模造耐性の高いリップマンホログラムの非観察領域に、偽造耐性の高いエンボスホログラムの構造を加えることによって上記の課題を解決することを試みた。
具体的には、深い角度で回折光を観察できる超微細凹凸構造と浅い角度で回折光を観察できるリップマンホログラム構造を組み合わせた光学素子とする組み合わせの方法として、指向性のあるリップマンホログラムに、観察する視野角度がリップマンホログラムのものと異なる位置に指向性のある高精細な凹凸構造を加えることで、よりセキュリティ性が高い光学素子とすることが可能になった。

すなわち、本発明の請求項１に係る発明は、
複数の溝からなるレリーフ型回折格子が設けられた第１界面部と、前記複数の溝の最小中心間距離と比較してより小さい中心間距離で二次元的に配置されると共に各々が順テーパ形状を有する複数の凹部又は凸部が設けられた第２界面部とを裏面に備えた第１光学層と、
該第１光学層裏面に形成された透明反射層と、該透明反射層裏面に設けられたリップマンホログラム層からなる第２光学層と、該第２光学層裏面に設けられた光吸収層とからなることを特徴とする光学素子である。

本発明の請求項２に係る発明は、
前記第１光学層の裏面に平坦な界面部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子である。

本発明の請求項３に係る発明は、
前記第１光学層が基材上に形成され、前記光吸収層の裏面に粘着層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子である。

本発明の請求項４に係る発明は、
前記第１光学層が剥離層を備えた支持体の剥離層上に形成され、前記光吸収層の裏面に粘着層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子である。

本発明の請求項１に係る光学素子によれば、深い角度で回折光を観察できる超微細凹凸構造として、小さい中心間距離で二次元的に配置されると共に各々が順テーパ形状を有する複数の凹部又は凸部が設けられた第２界面部を第１光学層に備え、浅い角度での観察のためにリップマンホログラム層からなる第２光学層を設けたことによって第１光学層と第２光学層の光学効果が互いに邪魔をしないようにしたため、第２光学層の光学効果が観察できない深い角度でのみ、第１光学層の光学効果が観察できるようになった。

また、上記構成にすることにより、正反射光を観測するとき、反射角の変化に伴い、第２光学層によるリップマンホログラムを認識することが出来る。
リップマンホログラムを観測できる範囲は、その撮影の仕方によるが、多くは上方からの光源を想定し、図２に示す範囲で観測できるように撮影する。（図２ではＴＯＰという文字が立体的に（ア）の範囲にわたって観測できる。）

また、視角を深い角度（垂直方向に対し大体７０°〜９０°）で観測する時、第２光学層による回折光を認識することが出来る。（図２では、（イ）の観測範囲で、ＴＯＰの文字が消え、星型に回折光を観測することが出来る。
このように、模造防止効果と、偽造防止効果の高い光学素子を互いにその光学効果を損なうことなく組み合わせることで、従来より、よりセキュリティ効果の高い光学素子とすることが出来る。

本発明の請求項２に係る光学素子によれば、第１光学層の裏面に平坦な界面部を備えたことによって、微細凹凸構造以外に平坦部があることによってデザイン面での自由度が高まる。

本発明の請求項３に係る光学素子によれば、表面が透明基材で覆われたことによって、光吸収層の裏面の粘着層で物品に貼り付けて使用するシールとしての使い方が出来るようになった。

請求項４に係る光学素子によれば、被着体に貼付後、支持体を剥がすことで光学素子が転写される。最上部には剥離層（剥離性保護層）が残ることで表面保護の機能も追加される。

本発明の光学素子の一例の断面略図。 本発明の光学素子の視野角度と効果例の模式図。 リップマンホログラムの作成例の模式図。 本発明の光学素子の一例の断面略図（シール）。 本発明の光学素子の一例の断面略図（転写箔）。

以下に本発明の光学素子について必要に応じて図面を参照しながら説明する。
本発明の光学素子はその一例を図１の断面略図に示したように、複数の溝（１４ａ）からなるレリーフ型回折格子が設けられた第１界面部（１２ａ）と、前記複数の溝（１４ａ）の最小中心間距離と比較してより小さい中心間距離で二次元的に配置されると共に各々が順テーパ形状を有する複数の凹部又は凸部（１４ｂ）が設けられた第２界面部（１２ｂ）とを裏面に備えた第１光学層（１１）と、第１光学層裏面に形成された透明反射層（１３）と、透明反射層裏面に設けられたリップマンホログラム層からなる第２光学層（１４）と、第２光学層裏面に設けられた光吸収層（１６）とからなる光学素子（１０）である。

第１光学層（１１）はその表面の形状により特異な光学効果を発現する光学構造形成層を有し、用いる材料としては通常、たとえば、光透過性の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、及び紫外線又は電子線硬化性樹脂（以下、光硬化性樹脂ともいう）などの樹脂を使用する。
第１光学層（１１）の材料として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を用いると、原版を用いた転写により、一方の主面に、凹構造及び／又は凸構造を容易に形成することが出来る。
光透過性を有する熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂としては、たとえば、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルウレタン、アクリルウレタン、エポキシウレタン、シリコーン、エポキシ及びメラミン樹脂が挙げられる。

光硬化性樹脂とは、紫外線及び電子線などの光の照射によって硬化する樹脂をいう。光の照射によってラジカル重合する代表的な樹脂としては、分子中にアクリロイル基を有するアクリル樹脂が挙げられ、たとえば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系もしくはポリオールアクリレート系のオリゴマーもしくはポリマー、単官能、２官能、多官能重合性（メタ）アクリル系モノマー（たとえば、テトラヒドロフルフリルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピルアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート又はペンタエリスリトールテトラアクリレート）又はそのオリゴマーもしくはポリマー、またはこれらの混合物が使用できる。

第２界面部（１２ｂ）は、高精細な構造にすることにより、浅い角度では光が吸収され、深い角度では回折光が認識できるものとなる。第２界面部には、複数の凹部又は凸部（１４ｂ）が設けられている。
これら凹部又は凸部は、通常は２００ｎｍから５００ｎｍの範囲内の最小中心間距離で二次元的に配置されている。また凹部又は凸部は典型的には規則的に配置されている。
凹部又は凸部の各々は順テーパ形状を有している。凹部又は凸部の深さ又は高さは、通常は溝（１４ａ）の深さよりも大きく、典型的には０．３μｍから０．５μｍの範囲内にある。
凹部又は凸部の最小中心間距離に対する深さ又は高さの比（以下、アスペクト比ともいう）は、たとえば、０．５から１．５の範囲内にある。

これらの構造は、版を用いて光学構造形成層の形成時または形成後に形成することが出来る。
第１光学層（１１）の光学構造形成層の界面部に微細凹凸パターンを形成する方法としては例えば、支持体（１８）上にグラビアコータで剥離層を形成し、次いで、タックフリーである紫外線硬化樹脂を光学構造形成層としてグラビアコート法により形成する。次いでシリンダーに貼り付けられたスタンパーの微細凹凸パターンを熱圧でエンボス樹脂を溶融し押し付け固定した状態で紫外線照射後、剥離ロールでスタンパーから剥がすという方法でも出来る。

第１光学層（１１）の裏面に平坦部（１２ｃ）を備えたことで、微細凹凸構造以外に平坦部があることによってデザイン面での自由度が高まるという効果が期待できる。

次に第２光学層（１４）について図３のリップマンホログラムの作成例の模式図を参照して説明する。
まず、感光材料として銀塩感光材料を用いて、青色のレーザー光線（たとえば、４８８ｎｍ）により、図３に示すような光学系でリップマンホログラムを作成する。
すなわち、図３に示すように、表面に銀塩感光材料が塗布された乾板（１）に、その上からレーザー発振器（例えば、Ａｒレーザー発振器）（４）より、対物レンズ（５）を通してレーザー光を照射し露光することによって、リップマンホログラムを撮影する。

原理的には、レーザー発振器（４）から出たレーザー光が、対物レンズ（５）とピンホールを通ることによって発散する光となる。そして、この広がったレーザー光が、ホログラムを記録する乾板（１）に裏面から入射する。
この乾板（１）に直接入射してくる光が、ホログラム撮影の参照光として働く。さらに、このレーザー光は乾板（１）を通過した後、リップマンホログラムに記録しようとしている物体（６）を照らす。

この物体（６）で反射されたレーザー光が、乾板（１）に表面から入射し、この光がホログラム撮影の物体光として働く。そして、乾板（１）に裏面から直接入射する参照光と、物体（６）で反射されて乾板（１）に表面から入射する物体光との干渉により、乾板（１）にリップマンホログラム像が記録されることになる。このようにして得られたリップマンホログラムは、青色で物体（６）の像を再生するディスプレイになっている。

本発明の光学素子にはその第１光学層（１１）裏面に透明反射層（１３）が設けられる。透明反射層（１３）として、第１光学層（１１）とは屈折率が異なる誘電体層を使用してもよい。
但し、誘電体層のうち第１光学層（１１）と接触しているものの屈折率は、第１光学（１１）の屈折率とは異なっている必要がある。

透明反射層（１３）としては第１光学層の樹脂と屈折率が０．３以上好ましくは０．５以上異なるものがよい。通常樹脂の屈折率は１．４から１．５程度だから、透明反射層の屈折率は１．７以上好ましくは１．９以上さらには２．０以上がよい。
このような材料としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着法によって形成される、例えば、酸化チタン、酸化錫、酸化珪素、酸化インジウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、硫化亜鉛、硫化カドミニウム等の高屈折率の透明無機化合物の薄膜を用いることができる。

本発明の光学素子には、その第１光学層（１１）、第２光学層（１４）の視認性、とくに、第２光学層の視認性を上げるために、第２光学層（１４）の裏面に光を吸収する層を設ける。この光吸収層（１６）の形成にはスミインキ等公知の光吸収物質を用いることが出来る。

本発明の光学素子の第１光学層（１１）は、表面保護や機械的強度の確保等を目的として、フィルム基材（９）上に形成することが出来る。すなわち、第１光学層（１１）表面にフィルム基材（９）を設けることが出来る。
フィルム基材（９）としては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム、セロファン、ナイロンフィルム、などが使用できるが、表面平滑性、寸法安定性、耐熱性、加工性、経済性、強靭性等の点から、二軸延伸されたポリエステルフィルム、あるいは二軸延伸されたポリプロピレンフィルムが最も好ましい。厚みとしては、６〜３０μｍ程度が好ましい。

このようにフィルム基材（９）を表面に設けて粘着層（１７）を光吸収層（１６）裏面に設けた構成の例の断面略図を図４に示した。
粘着層（１７）はアクリル系等の公知の粘着剤をグラビアコート等の通常の方法で塗工乾燥することで得ることが出来る。必要であれば粘着層（１７）にさらにセパレータ（図示せず）を加えた構成とすることによって粘着シールとして用いることの出来る光学素子とすることが出来る。

本発明の光学素子は、剥離性の基材上に形成して転写箔として用いてもよく、裏面または表面に粘着層を設けてもよい。
図５にはまた、第１光学層（１１）が支持体（１８）／剥離層（１９）上に形成され、光吸収層（１６）の裏面に粘着層（１７）を設けた構成の場合の断面略図を示した。

この支持体（１８）としては基材と同じＰＥＴ等の公知のプラスチックフィルムを用いることが出来る。また、表面保護層を兼ねた剥離層（１９）としては通常のアクリル系剥離ニスやシリコーン系材料を用いることが出来る。剥離層は単一層とは限らず、複数の層になる場合もある。例えば、支持体となるフィルムに離型性を有するメラミン樹脂層を形成し、その上にメラミン樹脂とは密着性の低いアクリル樹脂などを形成する場合、メラミン樹脂とアクリル樹脂との界面で剥がれるようになる。粘着層は支持体側に設けてもよい。
このような構成とすることによって転写箔として用いることの出来る光学素子とすることが出来る。

本発明の光学素子はたとえば以下のような工程で作成することが出来る。
厚み１２μｍの二軸延伸ポリエステルフィルム上に、アクリルウレタン樹脂をグラビア法にて塗工し乾燥膜厚１μｍの離型層を形成する。
続いて、２液硬化型ウレタン樹脂をグラビア法で光学構造形成層として乾燥膜厚３μｍで形成する。
このフィルムを４０℃３日間エージングした後、ニッケル製のホログラムパターンのスタンパーが装着されたシリンダーロールで熱圧エンボスすることで表面にレリーフ型ホログラムが形成された連続フィルムを得る。

次いで、アルゴンレーザーでこのフィルムの全面をレーザー照射した後、ホログラム形成面へ真空蒸着法によって透明反射層として厚さ１００Åの酸化チタン蒸着層を積層する。
次いで、接着剤層としてポリエステル樹脂にブロックイソシアネートを混ぜ合わせたインキからなる反応硬化型接着剤をグラビアコーターにて、厚み約５μｍになるように全面塗工を行い、ホログラム転写箔を得る。

これとは別に、感光材料として銀塩感光材料を用いて、青色（４８８ｎｍ）のレーザー光線により、図３に示すような光学系でリップマンホログラムを作成する。
このリップマンホログラムを第２光学層（１４）として上記のホログラム転写箔に位置合わせをして重ねて圧着すると同時に裏面にグラビア墨インキにて光吸収層（１６）を塗工してから、支持体の二軸延伸ポリエステルフィルムを剥離することによって本発明の光学素子を得る。
支持体の二軸延伸ポリエステルフィルムを剥離する前に個々の光学素子を個々の表示体として用いるために個片化するための打抜きをおこなうことが普通である。

以上は図３に示した実施形態例の場合であるが、図４に示したような表面にフィルム基材と裏面に粘着層を加えたシール構成の光学素子の場合も、図５に示したような表面に支持体／剥離層と裏面に粘着層を加えた転写箔構成の光学素子の場合もそれぞれの構成層の追加や必要なハーフカットやミシン目加工等の打抜きは周知の方法でおこなうことが可能である。

本発明の光学素子は粘着層を設けてシールとして用いることも出来、また、剥離性の支持体上に形成して転写箔として用いることも出来る。
さらには基材として紙を使用した場合、光学素子を紙に漉き込み、光学素子に対応した位置で紙を開口させるような使い方も可能である。

１…乾板
４…レーザー発振機
５…対物レンズ
６…物体
９…フィルム基材
１０…光学素子
１１…第１光学層（光学構造形成層）
１２ａ…（第１光学層）第１界面部
１２ｂ…（第１光学層）第２界面部
１２ｃ…（第１光学層）平坦な界面部
１３…透明反射層
１４…第２光学層
１４ａ…溝
１４ｂ…凹部又は凸部
１５…接着層
１６…光吸収層
１７…粘着層
１８…支持体
１９…剥離層
１００…光学素子
２００…光学素子
ア…第１光学層を観測できる視野角度
イ…第２光学層を観測できる視野角度
ウ…光源角度

Claims (4)

1. 複数の溝からなるレリーフ型回折格子が設けられた第１界面部と、前記複数の溝の最小中心間距離と比較してより小さい中心間距離で二次元的に配置されると共に各々が順テーパ形状を有する複数の凹部又は凸部が設けられた第２界面部とを裏面に備えた第１光学層と、
   該第１光学層裏面に形成された透明反射層と、該透明反射層裏面に設けられたリップマンホログラム層からなる第２光学層と、該第２光学層裏面に設けられた光吸収層とからなることを特徴とする光学素子。
2. 前記第１光学層の裏面に平坦な界面部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 前記第１光学層がフィルム基材上に形成され、前記光吸収層の裏面に粘着層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記第１光学層が剥離層を備えた支持体の剥離層上に形成され、前記光吸収層の裏面に粘着層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。

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